專利名稱：一種光刻系統(tǒng)掩模鄰近效應(yīng)校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻系統(tǒng)掩模鄰近效應(yīng)校正方法，特別涉及ArF光刻系統(tǒng)中65nm及以下節(jié) 點(diǎn)的掩模鄰近效應(yīng)校正方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)光刻的分辨率在逐步提高，伴隨著光刻特征尺寸的逐步縮小，鄰近效應(yīng)更為明顯， 而傳統(tǒng)的鄰近效應(yīng)校正存在著校正精度不足或者在某些圖形結(jié)構(gòu)應(yīng)用時(shí)無(wú)法滿足要求的情 況。以T型圖形結(jié)構(gòu)為例，X向圖形存在明顯的線端縮短效應(yīng)，且傳統(tǒng)的鄰近效應(yīng)校正方 法在校正精度以及空間尺寸上無(wú)法滿足要求，迫切需要新的鄰近效應(yīng)校正方法。目前，為提高T型結(jié)構(gòu)等類似圖形成像的分辨率，避免相位沖突問(wèn)題，65nm及以下 節(jié)點(diǎn)采用為雙曝光或者掩模偏振的方法。目前傳統(tǒng)的T型結(jié)構(gòu)成像及相應(yīng)解決方案見(jiàn)參考文獻(xiàn)(1 ) Chiang, C, Kahng, A. B., Sinha， S Xu， X. ， Fast and efficient phase conflict detection and correction in standard-cell layouts, ICCAD， IEEE. P149 - 156 , 2005(2) Piotr Berman, Andrew B. Kahng, Devendra Vidhani, Optimal Phase Conflict Removal for Layout of Dark Field Alternating Phase Shifting Masks,IEEE TRANS on CAD of integrated circuits and systems, Vol. 19,No.2，P 175-187,2000以上文獻(xiàn)涉及的是相位沖突的問(wèn)題，但是目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)明確的在鄰近效應(yīng)校正過(guò)程 中引入相移的概念。而對(duì)于相位沖突問(wèn)題，目前得解決辦法主要是兩種，其結(jié)構(gòu)示意圖如 圖la和b所示。圖la采用的是偏振掩模的方式在一定程度上抑制相位沖突問(wèn)題，但是偏 振掩模的制作及其復(fù)雜，且無(wú)法從本質(zhì)上消除相位沖突的問(wèn)題；圖2b采用的是雙曝光的辦 法，將掩模板X向及Y向圖形分割在兩塊掩模板上，分兩次曝光實(shí)現(xiàn)。雙曝光從本質(zhì)上避 免了相位沖突的問(wèn)題，卻增加了光刻的工藝步驟，降低了產(chǎn)率，且兩次曝光圖形之間的重 疊精度不易控制，成品率降低。
隨著集成電路的蓬勃發(fā)展，器件的縮小化與集成化成為必然趨勢(shì)。在集成電路制造過(guò) 程中，光刻步驟成為決定元器件性能的關(guān)鍵。在圖形從掩模板到硅片轉(zhuǎn)移的過(guò)程中， 一些 圖形會(huì)發(fā)生諸如邊角圓化(Corner Rounding),圖形線端縮短效應(yīng)(Line-end Shortening) 以及線寬被增大或減小的現(xiàn)象，這被稱之為光學(xué)鄰近效應(yīng)(Optical Proximity Effect)。光學(xué)鄰近效應(yīng)的產(chǎn)生，主要是由于光學(xué)因素，例如光線穿過(guò)掩模板所產(chǎn)生的干涉，掩 模板工藝，基片的不平整所產(chǎn)生的反射光等。為了防止/減小光學(xué)鄰近效應(yīng)帶來(lái)的關(guān)鍵尺寸 誤差(Critical Dimension Variation)，需要進(jìn)行光學(xué)鄰近效應(yīng)校正。通過(guò)對(duì)掩模圖形的預(yù)畸 變，最終達(dá)到使硅片端圖形符合設(shè)計(jì)要求的目的。通常的鄰近效應(yīng)校正的主要方法是在主要圖形的端角加入襯線或者是在線條的末端加 入錘頭(Hammerhead)來(lái)修正的。但是隨著集成度的不斷提高，圖形尺寸及圖形之間的距 離進(jìn)一步縮小。此時(shí)傳統(tǒng)的鄰近效應(yīng)校正在設(shè)計(jì)規(guī)則下遇到了困難。即使是在圖形線端加 入襯線或者錘頭，線端縮短效應(yīng)也無(wú)法有效避免，如圖2a所示。為此只能增大襯線或者錘 頭的尺寸，但在圖形間距較小時(shí)，過(guò)大的OPC (光學(xué)鄰近效應(yīng)修正)不僅無(wú)法達(dá)到其目的， 反而會(huì)使得線條互聯(lián)現(xiàn)象出現(xiàn)，如圖2b所示。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服某些IC設(shè)計(jì)中掩模布局的不足，如X及Y向圖 形同時(shí)存在帶來(lái)的圖形對(duì)聯(lián)及強(qiáng)相移掩模技術(shù)無(wú)法應(yīng)用，提出一種掩模圖形鄰近效應(yīng)校正 方法，本發(fā)明通過(guò)添加相移式鄰近效應(yīng)，提高圖形成像逼真度，特別是ArF光刻系統(tǒng)中65nm 及以下節(jié)點(diǎn)的掩模。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是在傳統(tǒng)二元掩模的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加零度及180度可變 透過(guò)率的OPC (光學(xué)鄰近效應(yīng)修正)分割圖形，通過(guò)一定的優(yōu)化，最終提高光刻系統(tǒng)硅片 端圖形逼真度。本發(fā)明相移式鄰近效應(yīng)校正采用反饋控制的方法實(shí)現(xiàn)，具體操作步驟是首先根據(jù)掩 模圖形在硅片上成像的效果進(jìn)行評(píng)估，找出硅片上最終圖形與掩模設(shè)計(jì)圖形相比較的失真 之處。根據(jù)失真圖形的位置，在掩模圖形的相應(yīng)位置，采用鄰近效應(yīng)校正方法對(duì)掩模圖形進(jìn)行預(yù)先分割和添加在X和Y向圖形對(duì)接處，添加襯線，并在襯線兩側(cè)添加具有一定透過(guò)率及180度相位偏移的鄰近效應(yīng)校正分割圖形，共同組成相移式鄰近效應(yīng)校正的初步構(gòu) 架。然后通過(guò)光刻仿真的方法，觀察添加相移式鄰近效應(yīng)校正后的曝光結(jié)果，并根據(jù)曝光 結(jié)果，用仿真軟件測(cè)量曝光結(jié)果與期望圖形的誤差，誤差為負(fù)且誤差較大的地方采用增加 鄰近效應(yīng)校正分割圖形尺寸的辦法校正，而誤差為負(fù)且誤差較小時(shí)，則減小透過(guò)率；誤差 為正且誤差較大的地方采用減小鄰近效應(yīng)校正分割圖形尺寸的辦法校正，而誤差為正且誤 差較小時(shí)，則采用增加透過(guò)率的方法，通過(guò)上述方法不斷修正掩模版上相移式鄰近效應(yīng)校 正的尺寸及透過(guò)率等相關(guān)參數(shù)，直至最后硅片上顯影圖形與掩模版最初設(shè)計(jì)圖形之間的誤 差小于工業(yè)光刻±10%的偏差容許極限為止。本發(fā)明校正方法的原理基于傳統(tǒng)鄰近效應(yīng)校正及衰減式相移掩模.。
由于鄰近效應(yīng)校正的圖形不再是單純的與主圖形具有相同特性，而是具有一定相移和 一定透過(guò)率，因而對(duì)掩模板局部的光學(xué)成像特性發(fā)生了改變。相移帶來(lái)的局部相位沖突 (Phase Conflict)提高了局部圖形的對(duì)比度，因而與傳統(tǒng)的鄰近效應(yīng)校正相比，其可以實(shí) 現(xiàn)小尺寸下的強(qiáng)鄰近效應(yīng)校正。本發(fā)明采用相移式鄰近效應(yīng)校正方法，在45 run及65 mn節(jié)點(diǎn)的T型對(duì)接圖形結(jié)構(gòu)中 進(jìn)行了應(yīng)用，并通過(guò)仿真手段驗(yàn)證了掩模成像特點(diǎn)，成像對(duì)比度，焦深以及圖形保真度等 參數(shù)，證明了應(yīng)用本發(fā)明校正方法校正的掩模具有普通鄰近效應(yīng)校正掩模所不具有的優(yōu)點(diǎn)， 是一種高成像保真度的掩模。校正之后，掩模X向和Y向圖形對(duì)接處的尺寸為92.3mn，符 合光刻所規(guī)定的誤差小于土10。/oCD的要求，而X和Y向圖形的CD均控制在45mw士10o/。CZ) 的范圍內(nèi)，達(dá)到了光刻在45nm節(jié)點(diǎn)的要求。本發(fā)明相移式鄰近效應(yīng)校正掩模的方法，為小間距圖形鄰近效應(yīng)校正的應(yīng)用給出了解 決方案。對(duì)比現(xiàn)有鄰近效應(yīng)校正方法，本發(fā)明在傳統(tǒng)鄰近效應(yīng)校正中加入了相位偏移的掩 模，除了可提高圖形保真度外，還具備以下優(yōu)點(diǎn)(1) 由于在鄰近效應(yīng)校正中采用了 180度相移，因而與傳統(tǒng)鄰近效應(yīng)校正相比，其局 部由于0度和180度相移的存在，使得局部圖形的成像對(duì)比度有了顯著的提升，從而使得 圖形邊緣成像的精度得到了有效的控制，相移式鄰近效應(yīng)校正掩模中含180度相移的鄰近 效應(yīng)校正多邊形，同時(shí)起到了傳統(tǒng)鄰近效應(yīng)校正與大幅度提高圖形對(duì)比度的作用。(2) 由于相移式鄰近效應(yīng)校正的引入，使T型結(jié)構(gòu)這樣的同時(shí)具有X向與Y向圖形 結(jié)構(gòu)的掩模可以避開(kāi)為了成像而引入交替式相移掩模帶來(lái)的相位沖突問(wèn)題，而目前較為成 功的解決該問(wèn)題的方法是雙掩模雙曝光工藝。通過(guò)采用相移式鄰近效應(yīng)校正的引入，在不 采用相移掩模的條件下，也可以在65 nm和45 nm節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)光刻工藝方案，節(jié)約了掩模分 割帶來(lái)的工藝成本及雙曝光帶來(lái)的良率和產(chǎn)率下降，極大的節(jié)約時(shí)間和工藝成本。(3) 相移式鄰近效應(yīng)校正掩模的引入，使得小間隙T型圖形的成像成為可能。由于局 部采用了相位相消的方法來(lái)提高圖形的空間對(duì)比度，因而，與傳統(tǒng)鄰近效應(yīng)校正相比，相 移式鄰近效應(yīng)校正可以用較小的尺寸實(shí)現(xiàn)必須采用更大尺寸傳統(tǒng)鄰近效應(yīng)較正多邊形才可 以達(dá)到的效果，因而可以在使得有限空間下應(yīng)用，避免圖形對(duì)聯(lián)現(xiàn)象。(4) 相移式鄰近效應(yīng)校正有向45nm以下節(jié)點(diǎn)及非T型圖形結(jié)構(gòu)掩模轉(zhuǎn)移的潛力，只 要是在局部需要提高圖形對(duì)比圖和保真度，而空間又較小的情況下，才用相移式鄰近效應(yīng) 校正的方法，通過(guò)優(yōu)化尺寸，位置和透過(guò)率均可以取得比傳統(tǒng)鄰近效應(yīng)校正更好的效果。本發(fā)明校正方法原理簡(jiǎn)單，可移植性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣泛，可為光刻后續(xù)節(jié)點(diǎn)提供備選 方案。同時(shí)，由于其應(yīng)用在T型結(jié)構(gòu)上的效果，可以避免由此引入的雙曝光問(wèn)題，本發(fā)明 用相對(duì)簡(jiǎn)單的掩模設(shè)計(jì)方案解決了一直以來(lái)存在的X和Y向圖形在同一掩模版上如何共存 的問(wèn)題，并為局部狹小空間的鄰近效應(yīng)校正提出了新的解決方案。本發(fā)明不但可應(yīng)用于目 前的ArF干式光刻中，也可應(yīng)用在ArF浸沒(méi)式光刻中高質(zhì)量周期微細(xì)圖形的制備，因而在 微電子和光電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1為存在相位沖突的光刻T型掩?，F(xiàn)有的研究解決方案示意圖，圖la為局部偏振掩 模，圖lb雙曝光解決方案；圖2為存在相位沖突的光刻T型掩模曝光局部示意圖。其中圖2a沒(méi)有添加OPC修 正時(shí)的抗蝕劑中圖形；圖2b OPC分割圖形(Serif)尺寸過(guò)大產(chǎn)生的X向及Y向圖形對(duì)聯(lián) 現(xiàn)象。圖3為45mnT型圖形(gap=90mn)整體曝光結(jié)果圖；圖4為本發(fā)明在45 nm T形圖形(gap- 90 nm)中的應(yīng)用示意；圖5為相移式鄰近效應(yīng)校正部分實(shí)施局部示意圖；圖6為采用相移式鄰近效應(yīng)之后T型圖形在抗蝕劑中的成像Z向俯視圖；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一歩說(shuō)明。本發(fā)明校正方法的具體操作步驟是首先根據(jù)圖3所示的原始掩模光刻仿真曝光后的 圖形結(jié)果，判斷出失真需要進(jìn)行鄰近效應(yīng)校正的部分；根據(jù)失真圖形的位置，在掩模圖形 的相應(yīng)位置，采用鄰近效應(yīng)校正方法對(duì)掩模圖形進(jìn)行預(yù)先分割和添加在X和Y向圖形對(duì)接處，按照相移式鄰近效應(yīng)校正的方法初步添加襯線，并在襯線兩側(cè)添加具有一定透過(guò)率及180度相位偏移的鄰近效應(yīng)校正分割圖形，預(yù)先設(shè)定為如圖4a所示的相移式鄰近效應(yīng)校 正，各分割圖形尺寸大小根據(jù)曝光結(jié)果圖3與原始掩模圖形的失真程度設(shè)定，然后進(jìn)行再 曝光，并將曝光后的結(jié)果反饋修正相移式鄰近效應(yīng)校正各個(gè)分割圖形的大小，并根據(jù)曝光 結(jié)果，用仿真軟件(Prolith)測(cè)量曝光結(jié)果與期望圖形的誤差，誤差為負(fù)且誤差較大之處采 用增加鄰近效應(yīng)校正分割圖形尺寸的辦法校正，即在X和Y向圖形對(duì)接處，按照相移式鄰 近效應(yīng)校正的方法添加襯線，并在襯線兩側(cè)添加具有一定透過(guò)率及180度相位偏移的鄰近 效應(yīng)校正分割圖形，而誤差為負(fù)且誤差較小時(shí),則減小透過(guò)率，,"誤差為正且誤差較大的地 方采用減小鄰近效應(yīng)校正分割圖形尺寸的辦法校正，而誤差為正且誤差較小時(shí)，則采用增 加透過(guò)率的方法，通過(guò)上述方法不斷修正掩模版上相移式鄰近效應(yīng)校正的尺寸，透過(guò)率等 相關(guān)參數(shù)，直至最后硅片上顯影圖形與掩模版最初設(shè)計(jì)圖形之間的誤差小于工業(yè)光刻±10% 的偏差容許極限為止。
如圖4a所示，本發(fā)明采用相移式鄰近效應(yīng)校正的各個(gè)組成部分，按照編號(hào)順序分別為主圖形結(jié)構(gòu)0、 Y向圖形與X向圖形對(duì)聯(lián)的主圖形線偏部分1， 4和6、相移式鄰近效應(yīng)校 正部分2， 3和5。另外，主圖形O中X向圖形右側(cè)設(shè)置100nm長(zhǎng)，8nm寬的線偏。圖4b是在圖4a的基礎(chǔ)上通過(guò)分割圖形優(yōu)化后的相移式鄰近效應(yīng)校正掩模最終版圖T 型圖形，線寬45nm，間距90nm。圖5所示為本發(fā)明相移式鄰近效應(yīng)校正方法校正的掩模局部示意圖，主要由主圖形1、 掩模基板5、 0度可調(diào)透過(guò)率OPC分割圖形2、 180度可調(diào)透過(guò)率分割圖形3，不透明OPC 分割圖形4組成。掩模基板采用的是目前ArF光刻的主流镕石英。主要圖形采用Cr鍍?cè)谘?模基板上形成。O度可調(diào)透過(guò)率OPC分割圖形通過(guò)控制Cr在镕石英基板上的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)。 可調(diào)透過(guò)率的180度相位偏移的鄰近效應(yīng)校正分割圖形可以有雙層或單層結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制 單層或雙層材料的厚度，可以實(shí)現(xiàn)相移及透過(guò)率控制的雙重目的。不透明OPC分割圖形與 主圖形完全一致。圖6為采用圖3b的掩模之后，采用Quasar照明時(shí)得抗蝕劑成像剖面圖，矩形邊界為掩 模版實(shí)際圖形輪廓(包括OPC模塊)，對(duì)比圖2a和b，可見(jiàn)線條均勻性及線端縮短效應(yīng)均 有了明顯的改善。
權(quán)利要求
1、 一種光刻系統(tǒng)掩模鄰近效應(yīng)校正方法，其特征在于首先評(píng)估掩模圖形在硅片 上成像的效果，找出硅片上最終圖形與掩模設(shè)計(jì)圖形相比較的失真之處，根據(jù)失真圖形 的位置，在掩模圖形的相應(yīng)位置，根據(jù)鄰近效應(yīng)校正的方法對(duì)掩模圖形進(jìn)行預(yù)先分割和 添加在X和Y向圖形對(duì)接處，添加襯線，并在襯線兩側(cè)添加非透明且具有180度相 位偏移的鄰近效應(yīng)校正分割圖形，共同組成相移式鄰近效應(yīng)校正的初步構(gòu)架；然后通過(guò) 光刻仿真的方法，觀察添加相移式鄰近效應(yīng)校正后的曝光結(jié)果，并根據(jù)曝光結(jié)果，用仿 真軟件測(cè)量曝光結(jié)果與期望圖形的誤差，誤差為負(fù)且誤差較大之處增加鄰近效應(yīng)校正分 割圖形尺寸，即在X和Y向圖形對(duì)接處，按照相移式鄰近效應(yīng)校正的方法添加襯線， 并在襯線的兩側(cè)添加非透明且具有180度相位偏移的鄰近效應(yīng)校正圖形；而誤差為負(fù)且 誤差較小時(shí)，則減小透過(guò)率；誤差為正且誤差較大的地方采用減小鄰近效應(yīng)校正分割圖 形尺寸的辦法，而誤差為正且誤差較小時(shí)，則采用增加透過(guò)率的方法實(shí)現(xiàn)，通過(guò)上述方 法不斷修正掩模版上相移式鄰近效應(yīng)校正的尺寸及透過(guò)率等相關(guān)參數(shù)，直至硅片上顯影 圖形與掩模版最初設(shè)計(jì)圖形之間的誤差小于工業(yè)光刻±10%的偏差容許極限為止。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻系統(tǒng)掩模鄰近效應(yīng)校正方法，其特征在于通過(guò)控 制可調(diào)透過(guò)率的180度相位偏移的鄰近效應(yīng)校正分割圖形的單層或雙層材料的厚度，實(shí) 現(xiàn)相移及透過(guò)率控制的雙重目的。
全文摘要
一種光刻系統(tǒng)掩模鄰近效應(yīng)校正方法，首先找出硅片上最終圖形與掩模設(shè)計(jì)圖形相比較的失真之處，根據(jù)失真圖形的位置，在掩模圖形的相應(yīng)位置，根據(jù)鄰近效應(yīng)校正的方法對(duì)掩模圖形進(jìn)行預(yù)先分割和添加在X和Y向圖形對(duì)接處，添加襯線，并在襯線的兩側(cè)添加非透明且具有180度相位偏移的鄰近效應(yīng)校正分割圖形，共同組成相移式鄰近效應(yīng)校正的初步構(gòu)架；然后通過(guò)光刻仿真的方法，觀察添加相移式鄰近效應(yīng)校正后的曝光結(jié)果，并根據(jù)曝光結(jié)果，用仿真軟件測(cè)量曝光結(jié)果與期望圖形的誤差，根據(jù)此誤差調(diào)整掩模版上相移式鄰近效應(yīng)校正的尺寸，透過(guò)率等相關(guān)參數(shù)，直至硅片上顯影圖形與掩模版最初設(shè)計(jì)圖形之間的誤差小于工業(yè)光刻±10％的偏差容許極限為止。
文檔編號(hào)G03F1/36GK101144976SQ20071017653
公開(kāi)日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者李艷秋, 高松波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所