專利名稱：互補掩模對的制造方法
技術領域：
本發明涉及制造互補掩模對的方法，更具體而言，本發明涉及電子束(EB)光刻技術中使用的互補掩模對的制造方法的改進。
在EB光刻技術中，通過反復地進行偏轉電子束的操作而在特定的區域形成圖形，從而形成目標器件圖形，然后移動晶片臺(waferstage)以在晶片的不同區域形成圖形。電子束的偏轉是根據預先通過轉換半導體器件的設計數據而取得的寫入數據而進行的。
在新開發的稱為單元投影型構圖的EB技術中，從器件圖形中提取數據后，在掩模上形成面積為幾個平方微米的重復圖形，然后將這些重復圖形同時地投射在半導體器件上，從而實現了以更高的速度將多個圖形刻在晶片的特定區域上。
但是，因為進行連續的圖形描繪而不管這些圖形是在單圖形還是單區域的基礎上形成，所以包含新開發的單元投影型構圖的EB技術的產出率不足。
在上述的情況下，開發出了一種新的電子投影光刻(EPL)技術，以解決上述的問題，同時利用了具有更高分辨率的EB光刻技術的優點。
新開發的EPL技術是這樣的在以特定比率放大器件圖形的同時在掩模上形成投射圖形(和傳統的光刻技術一樣)以得到EPL掩模。EPL掩模與光刻掩模不同，EPL掩模在其上通過電子束，這就必須使用模板掩模(stencil mask)其中圖形開口形成于硅基板上，或者使用膜片掩模(membrane mask)，其中在SiC或SiN薄膜而不是石英掩模上形成多個金屬制成的掩模帶。在EPL技術中，掩模被分成多個單擊區域(one-shot area)，每個都稱為子域(sub-field)，EPL系統可以用電子束的單次照射而在其中投射出圖形。
圖1A顯示了模板掩模(總體由13標示)的一個例子，包括多個子域12。模板掩模13包括支持網格14以及硅基板15，支持網格14具有多個單元開口，每個單元開口容納一個子域12，硅基板15粘接在支持網格14上，并包括多個模板開口16，模板開口16容納在支持網格14的各個單元開口中。參照圖1B，EPL掩模13的子域12是從設計數據的EPL圖形11中提取出來的。
通常，在由模板掩模實現的EPL掩模的情況下，如果特定的圖形開口會導致掩模的低機械強度，則難以在硅基板上形成特定的圖形開口。例如，在環形圖形或并列的多個帶狀圖形之類的無盡頭圖形的情況下會導致低機械強度。為了實現這樣的導致低機械強度的特定圖形開口，EPL掩模具有特定的結構，比如具有加強件。
通常在一對互補掩模上形成特定的圖形，每個互補掩模上有一對圖形中的一個，所述圖形是通過將原始的特定圖形分割而得到的，能夠形成為模板開口而不會降低機械強度。
互補掩模圖形的例子包括圖2A所示的形成于一對互補掩模A和B之上的第一類型，其中全芯片數據被劃分為多個子域數據12，以及圖2B所示的形成于配有掩模圖形數據A和B的單個掩模M之上的第二類型，其中全芯片數據被劃分為多個子域數據12。也就是說，根據類型，可以在一對掩模或單個掩模上形成一對互補掩模圖形A和B。因此，配有一對互補掩模圖形A和B的一個或多于一個的掩模可以稱為一對互補掩模A和B，而不管掩模圖形A和B是形成在一對互補掩模A和B之上還是形成在單個的掩模M之上。
參照圖3，顯示了形成一對互補掩模A和B的典型工藝，該典型工藝包括第一步驟S301，其中由設計數據而得到的全芯片數據進行鄰近效應校正以調整圖形的大小和形狀；第二步驟S302，其中校正的數據被劃分成多個子域數據，每個子域數據具有1.0×1.0平方毫米的尺寸；第三步驟S303，其中每個子域數據進行圖形提取以提取出一個或多個特定的圖形數據，比如環形數據，并將提取出的特定圖形數據劃分成多個矩形圖形數據；第四步驟S304，其中矩形圖形數據被分配至一對互補掩模A和B以輸出掩模數據；以及第五步驟S305，其中在掩模數據的基礎上形成一對EPL互補掩模A和B。
在上述的傳統工藝中，如果僅僅注意到環形圖形數據這樣的特定圖形而將子域數據分配給一對互補掩模A和B，則在掩模A和掩模B之間可能會出現模板掩模的開口面積或圖形密度的不等。通常，使用一對具有不同的開口面積或不同的圖形密度的掩模的EB光刻術會導致掩模A和B不同的空間電荷效應或不同的耐熱性，在掩模A和B之間產生聚焦深度和儲熱量的差異。這會導致尺寸的誤差和精度的降低，從而導致在半導體器件上生成的圖形的缺陷。互補掩模A和B之間圖形密度的差異也會降低掩模加工(特別是在硅基板上蝕刻模板開口)的精度，從而產生掩模尺寸的誤差。
在現有技術中嘗試過解決上述的由EPL掩模之間的圖形密度差異而引起的問題。專利公報JP-A-1999-354422記述了一個這樣的嘗試的例子，其中將位于高圖形密度掩模中，并且尺寸大于一規定尺寸的多個圖形中的一些圖形提取出來，為每個提取出來的圖形提供一個尺寸小于光學系統臨界分辨率的非曝光圖形。也就是說，通過去除少量的一部分圖形(這不會直接影響曝光圖形)，消除了掩模之間的圖形密度差異。
但是，上述公開中記述的技術使用了一種復雜的技術，比如調整圖形的形狀，并且涉及到非曝光圖形尺寸的限制，從而得到有限的均等。因此，該公開未能有效地解決傳統技術中的問題。
另一個嘗試的技術是將設計數據劃分成多個網格圖形，每個網格圖形具有特定的尺寸，如圖4A所示，然后將網格數據分配給掩模圖形A和B，從而掩模圖形A和B在單個掩模上形成格狀圖形，如圖4B所示。
圖4A和4B所示的另一項技術劃分設計數據，并分配所劃分的圖形，而不關注圖形的形狀。取決于圖形的形狀及其分布，這不一定使掩模A和B的圖形密度均等，從而不一定得到精確的EPL掩模。
本發明還提供了一種制造互補掩模對的方法，包括以下步驟從設計數據中提取多個圖形數據，將圖形數據分配給一對互補掩模數據，以及在互補掩模數據的基礎上形成一對互補掩模。
分配步驟包括以下步驟將第一和第二符號指定給每個圖形數據以得到符號的初始組合；改變初始組合的一個或多個元素的符號以得到后續組合，并通過累加后續組合中具有第一符號的圖形數據的面積，同時減去后續組合中具有第二符號的圖形數據的面積，從而為后續組合計算總和數據；為后續組合反復進行符號的改變和總和數據的計算，以得到提供最小總和數據的第一和第二符號的最優組合；以及將具有第一符號的圖形數據分配給互補掩模數據中的一個，將具有第二符號的圖形數據分配給互補掩模數據中的另一個。
由根據本發明的方法制造的EPL掩模提供了互補掩模之間圖形密度的大致均等，從而在使用該EPL掩模的EPL處理中實現了均等的空間電荷效應和均等的耐熱效應。這減少了互補掩模之間聚焦深度、空間電荷效應和耐熱效應的差異。另外，互補掩模之間圖形密度的大致均等實現了掩模加工的模板構圖中的精確蝕刻(特別是在硅基板上)，從而減少了掩模尺寸的誤差。而且可以減少制造實現更高精度EPL掩模的掩模數據的時間長度。
優選實施例說明以下參照附圖對本發明進行更加詳細的說明。
參照圖5，根據本發明一個實施例的制造互補EPL掩模對的工藝包括第一(臨近效應校正)步驟S101，其中對由設計數據而得到的半導體器件全芯片數據進行臨近效應校正，以調整圖形的大小或形狀；第二(子域劃分)步驟S102，其中將經過校正的數據劃分成多個子域數據，每個子域數據具有(例如)1.0×1.0平方毫米的尺寸；第三(圖形劃分)步驟S103，其中對每個子域數據進行圖形提取，以提取出特定的圖形數據，比如環形的圖形數據，并將提取出的圖形數據劃分成多個矩形的圖形數據；第四(圖形分配)步驟S104，其中利用第一至第三種算法將圖形數據分配至一對互補掩模數據，使得在互補掩模之間圖形密度或開口面積比率大致均等；以及第五(掩模形成)步驟S105，其中在互補掩模數據的基礎上形成具有大致均等的圖形密度的一對EPL互補掩模A和B。步驟S101至S103和S105與前面參照傳統技術描述的相同，為了避免重復，在此省略它們的詳細說明。
步驟S104中圖形數據的分配是根據特定的算法而進行的。參照圖6，步驟S104中利用特定算法的處理包括第一步驟S201，其中為在圖4中的圖形劃分步驟S103中得到的每個矩形圖形數據指定符號+1或-1。最后指定給每個矩形圖形數據的符號+1或-1指明了每個矩形圖形數據在分配時的目的地，即掩模A或掩模B。
然后，處理進行到第二步驟S202，其中計算每個矩形圖形的面積和指定給它的符號的乘積，接著將所有的矩形圖形的乘積相加，得到總和的絕對值。然后，處理進行到步驟S203，其中改變一些矩形圖形的符號，重新進行計算以得到總和，并得到總和的絕對值，以得到該絕對值的大致為零或最小的值。
要注意的是，因為掩模A和掩模B的符號是相反的，所以可以通過使總和的絕對值為零或至少達到其最小值而得到掩模A和掩模B之間圖形密度的均等或大致均等。
在重新計算中，基本上不可能在可行的時間長度內為所有可能的符號組合進行計算。因此，對重新計算使用近似以得到圖形的最優分布。
在這個實施例中，近似計算利用下文中敘述的三種算法中的一種或多種。在步驟S204中進行第一種算法中，由矩形圖形的符號的任意組合得到初始解，然后通過改變初始解的一些矩形圖形的符號而計算得到和初始解接近的一些解。這里，所得到的和初始解接近的一組解稱為“鄰近值”。然后選擇該鄰近值中被認為是最優解的一個解作為下一次計算的另一個初始解。在初始解和鄰近值的基礎上反復地進行重新計算，找到符號的最優組合以確定矩形圖形的最優分布。
應當注意使用第一算法進行近似計算并不一定能提供最優解。在這種情況下，近似計算使用步驟S205中的第二算法，其中隨機準備了一組第一初始解，之后利用第一算法從每個第一初始解計算出鄰近值，并從各個第一初始解的鄰近值中選擇一個最優值。通過對鄰近值的重復再計算和選擇，就可以獲得用于分配的最優解。不用首先使用第一算法就可以使用第二算法。
根據步驟S206中的第三算法可以更有效地選擇符號集合的最優解，其中與第二算法相類似，隨機準備一組用于符號集合的第一初始解，之后選擇兩個初始解，根據所選擇的兩個初始解形成新的集合。從所選擇的新集合的初始解開始，利用第一算法計算該初始解的鄰近值，然后刪除所計算的集合中的最差集合。從剩余的集合中，計算新集合以獲得其各鄰近值，并對新集合進行選擇以找出最優的符號集合。根據由此計算的最優集合來分布長方形圖形。
參照圖7，圖中示意性地顯示了設計數據21，子域數據22和掩模數據的一個例子，這些數據是根據本發明實施例的方法以及其中所用的算法進行處理或通過處理獲得的。
首先，利用步驟S101到103，把設計數據21劃分為一組子域數據22，它們每個都有1mm×1mm的面積并且可由EPL系統一次性投影。把不適合于形成模板開口的一個或多個特定的圖形數據如環形圖數據從子域數據22中提取出來。把提取的圖形數據劃分為一組長方形圖形數據。再利用上述算法把包含了由此獲得的長方形圖形數據的圖形數據分配給掩模數據A23或掩模數據B24。
假定子域22中的一個(例如子域S)有“n”個圖形，每個圖形的面積分別為C1，C2，……，或Cn，把“n”個圖形中第一到第m(m＜n)個圖形分配給掩模數據A23，把“n”個圖形中其余的圖形分配給掩模數據B24，這由下面的表達式(1)顯示S{C1，C2，…，Cn}→A{C1，C2，…Cm}，B{Cm+1，Cm+2，…，Cn}------(1)如步驟S201所述，第一符號+1被分配給分給掩模數據A23的每個長方形圖形，而第二符號-1被分配給分給掩模數據B24的每個長方形圖形。由此，用如下方式計算乘積的和把用于掩模數據A的每個圖形的面積乘+1，把用于掩模數據B的每個圖形的面積乘-1，隨后把這些乘積加起來。以表達式(2)得到掩模A的圖形密度和掩模B的圖形密度之間相等或基本相等|Σi=1mCi-Σi=m+1nCi|→min.·········(2)]]>表達式(2)也可以用下面的關系式表示f(x1,x2,···,xn)=|Σi-1nCixi|→min]]>xi∈{1，-1}(i＝1，2，…，n)------(3)
通過找到滿足上述關系式(3)的xi集合，可以把圖形數據平均分配給掩模A和掩模B。這可以利用下面所述的算法來完成。
第一算法符號的集合此處以x表示如下x＝(x1，x2，……，xn)例如，x可以表示為x＝(1，-1，1，1，……，-1)。
為開始計算，先假定一個初始解x0，再從該初始解計算各包含一組解x的鄰近值。由解x得到的鄰近值可以表示為U(x)。在該例子中，從解x可計算出兩個鄰近值U1(x)和U2(x)，其中U1(x)為包含了通過改變解x的單個元素的符號而得到的解以及解x本身的一組解，U2(x)為包含了通過改變解x兩個元素而得到的解以及解x本身的一組解。因此，這兩組解可以表示為U1(x)＝{y＝(y1，y2，…，yn)|yi{1，-1}||x-y|≤2}U2(x)={y=(y1,y2,···yn)|yi{1,-1}||x-y|≤22}]]>------------(4)，其中y代表通過改變解x的一個元素或兩個元素的符號而得到的解(y1，y2，……，yn)。鄰近值U1(x)是通過把x的單獨一個元素的符號為從-1變為+1或從+1變為-1而得到的。在鄰近值U1(x)的結構中，鄰近值中兩個解之間的距離為2，因此鄰近值U1(x)的定義就是使得兩個解之間的距離等于或小于2。類似的，鄰近值U2(x)的定義是使得兩個解之間的距離等于或小于 以初始解x0和鄰近值U1(x)，U2(x)開始，重復下面的計算以得到最優解x(k+1)＝argmin{f(x)|X U(x(k))}x＝(x1，x2，…，xn)(xi∈{1，-1})，x＝x0--------(5)
在該表達式中，x(k+1)表示第(k+1)個解，“argmin”表示最小值的選擇，{f(x)|x∈U(x(k))}表示絕對值f(x)是從解x(k)的鄰近值計算出的，x(k)是從初始解x0開始的第k階計算得到的。
關系式(5)表示第(k+1)個解x(k+1)是通過改變第k個解x(k)的一個元素得到的鄰近值U(x)中的解中滿足以關系式(3)表示的最小值f(x)的解x。
在第一算法中，根據關系式(5)的處理使用鄰近值U1(x)，U1(x)是通過改變單獨一個元素的符號得到的。但是，依據初始解中的單值集合，也有可能x(k)是第(k-1)個解附近的局部最優解，并形成關系式x(k)＝x(k+1)。局部最優解與最優解本身不同，并不提供對解的任何改進。在這種情況下，使用從U1(x)開始的鄰近值進行重復再計算就不合適了，就使用另一個鄰近值U2(x)，由此便防止了消耗更長的時間。
應當注意，使用U2(x)也會導致解x(k)達到一個局部最優解。因此，如果解達到一個局部最優解，其中x(k)＝x(k+1)，鄰近值U2(x)中除了x(k)之外最有利的解應以指定的概率選取用于更新解x(k)的解x(k+1)。因為有可能局部最優解就是最優解自身，更新的概率與計算中重復的數目的倒數成比例減小。更明確一些，例如，如果是一百次計算提供的局部最優解，概率假定為0.1，而如果是一千次計算提供的局部最優解，概率則假定為0.01。通過以如此得到的最優解的符號把長方形圖形分配給掩模A和掩模B，掩模A和掩模B之間的EPL數據的圖形密度就可以獲得基本相等。
第二算法很難避免由第一種算法得到一個局部最優解，因為重復計算的次數必須是實際的或有限的。另外，由于不可能預測哪一個初始解能提供用于獲得最優解的最好結果，因此有可能所選擇的初始解在有限的重復次數內不能提供最優解。為了減小出現這種可能的危險，預先隨機準備一組初始解，隨后對每個初始解進行近似計算。例如，如果在開始計算時準備10個初始解，通過一特定數目的重復計算可以獲得10個解。在從這10個解中選擇了一個最好的解之后，進行圖形數據的分布以獲取具有基本相等圖形密度的掩模數據A和B。在這種情況下，與第一算法所使用的單獨一個初始解的情況相比，就可以在更短的時間長度內得到更好的最優解。
第三算法如圖8所示，另一種更好的最優解可以利用第三算法得到。使用第三算法的程序包括以下步驟(第一步)準備大量(p個)初始解(x1(0)，x2(0)，……，xp(0))，其中xp(0)＝(α，β，γ，…)上面的表達式中的符號中，下標“p”表示“p”個解中初始解的次序號，而不是解的元素，xp(0)的每個元素α，β，γ等表示+1或-1。
(第二步)從“p”個初始解中任選兩個初始解作為原始解，之后，從原始解中計算得到一個新的初始解xp+1(0)。在這一步中，如圖8右上方的方框所示，如果原始解xi(0)和xj(0)中相對應的元素的符號相同，第(p+1)個初始解xp+1(0)的每個元素就采用該符號，但如果這兩個原始解xi(0)和xj(0)中相對應的元素的符號相反，第(p+1)個初始解xp+1(0)的每個元素兩種符號都可以采用，概率為1/2。
更具體地說，在圖8的例子中，當原始初始解xi(0)和xj(0)的特定元素具有相同的符號-1時，新初始解xp+1(0)的相應元素的符號也采用-1。另一方面，當原始初始解xi(0)和xj(0)的相應元素具有相反的符號-1和+1時，新初始解xp+1(0)的相應元素的符號采用-1或+1，概率各為1/2。
(第三步)在第三步之前，生成了“p+1”個初始解。在這一步中，這些新初始解的每個元素都會以概率常數Z改變，其中概率常數Z最好采用0.03到0.08之間的值。
(第四步)從在第三步中獲得的“p+1”個初始解開始，以與第二算法相類似的方法執行近似計算。之后，把最不合乎需要的初始解從所生成的“p+1”個初始解中刪除，存儲剩余的初始解作為臨時最優解。
(第五步)對剩余的“p”個初始解執行類似的重復計算，同時刪除最不合乎需要的解。
(第六步)對臨時最優解執行重復處理一直到達到特定條件。這種特定條件可以由操作者或用戶以期望值進行定義，以便在掩模A和掩模B之間提供99.9％的等同性。把生成的臨時最優解中的最可取的那個最后選定為最終最優解。根據最終最優解表示的符號分配圖形，就可以獲得具有最可取等同性的EPL掩模A和B。
應當注意，圖形數據也可以通過指定特定圖形數據的符號根據指定條件來分配。例如，如果預先需要把寬度為0.1μm的圖形數據隨時分配給掩模A，如果ai為0.10，面積為Ci＝ai×bi的圖形xi的符號會被設定為+1。如果在計算過程中引入了這種特定條件，所生成的兩個掩模A和B會有基本相等的圖形密度，同時滿足該特定條件。
由于對上述實施例的描述僅僅是示例性目的，因此本發明并不局限于上述實施例，只要不脫離本發明的范圍，本領域內的技術人員很容易就可以對其進行各種各樣的修改和變更。例如，要分配給圖形數據的符號可以是任一對數字、字符或記號，只要圖形數據是根據所分配的數字、字符或記號進行分發的即可。
權利要求
1.一種制造互補掩模對的方法，包括以下步驟從設計數據中提取出多個圖形數據，將所述圖形數據分配給一對互補掩模數據，以及在所述互補掩模數據的基礎上形成一對互補掩模，所述分配步驟包括以下步驟為每個所述圖形數據指定第一或第二符號，得到符號的初始組合；改變初始組合的一個或多個元素的所述符號，以得到后續組合，并通過累加所述后續組合中具有所述第一符號的所述圖形數據的面積，同時減去所述后續組合中具有所述第二符號的所述圖形數據的面積，從而為所述后續組合計算總和數據；為所述后續組合反復進行所述符號的所述改變和總和數據的所述計算，以得到提供最小的所述總和數據的所述第一和第二符號的最優組合；以及將所述具有第一符號的圖形數據分配給所述互補掩模數據中的一個，并且將所述具有第二符號的所述圖形數據分配給所述互補掩模數據中的另一個。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述改變步驟產生符號的多個組合，每個組合是通過改變所述初始組合的一個元素而形成的。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述改變步驟產生符號的多個組合，每個組合是通過改變所述初始組合的最多兩個元素而形成的。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述指定步驟產生多個的符號初始組合。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述改變步驟包括以下步驟選擇兩個所述的符號初始組合，在所選擇的兩個所述符號初始組合的基礎上生成新的組合，以及拋棄包括所述初始組合和所述新組合的一組組合中的一個。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，如果所述選擇的兩個相應元素的符號相同的話，則所述新組合的一個元素的符號和所述選擇的兩個的相應元素的符號相同，而如果所述選擇的兩個的相應元素的符號相反，則所述新組合的另一個元素具有第一或第二符號的概率為1/2。
全文摘要
一種生產電子投影光刻(EPL)技術中使用的互補掩模對的方法,該方法使用算法把設計數據分配給一對EPL掩模。該算法分別把正號或負號分配給各個圖形數據,把具有正號的圖形數據的面積進行加和,同時減去具有負號的圖形數據的面積,以獲得和的最小值。準備了一個或多個符號的初始集合,從中計算初始集合的鄰近值以獲得最優集合。
文檔編號G03F1/68GK1373501SQ02106798
公開日2002年10月9日 申請日期2002年2月28日 優先權日2001年2月28日
發明者山田泰久, 高田健一 申請人:日本電氣株式會社