提升圖案精密度的方法與流程

本發明涉及一種半導體制作工藝，且特別是有關于一種提升圖案精密度的方法。

背景技術：

隨著半導體制作工藝技術的快速發展，為了增進元件的速度與效能，整個電路元件的尺寸必須不斷縮小，且元件的集成度也必須持續不斷地提升。一般來說，在半導體均趨向縮小電路元件的設計發展下，光刻制作工藝在整個制作工藝中占有舉足輕重的地位。

光刻制作工藝是先在晶片表面上形成一層感光的光致抗蝕劑材料層。然后，依序進行光致抗蝕劑曝光步驟及顯影步驟，以利用光掩模上的圖案將所欲的圖案轉移至晶片表面的光致抗蝕劑材料層，而形成所欲的光致抗蝕劑圖案。

在元件的線寬以及間距縮小的趨勢下，容易造成在曝光步驟中圖案轉移發生偏差的情況，也就是所謂的光學鄰近效應(optical proximity effect,OPE)。由于光刻成像的精確度會直接影響到產品的良率，為了解決此問題，一些提高光掩模分辨率的方法被不斷地提出來。舉例來說，使用光學鄰近校正法(optical proximity correction,OPC)進行光掩模圖案的修正，其主要目的就是用來消除因光學鄰近效應所造成的關鍵尺寸偏差現象，亦即用來減少光致抗蝕劑圖案與光掩模圖案之間的偏差。

一般而言，可通過人工OPC修正(manual OPC)來完成關鍵圖案的最佳化。例如在光掩模圖案上放置一些圖案塊，并根據想要的結果圖案，檢驗各圖案塊放置位置，找出適當的圖案塊放置位置。如此將花費大量的時間與制作工藝成本。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種提升圖案精密度的方法，提升圖案精密度的 同時還能夠減少建立光學鄰近校正模型的時間，可有助于節省制作工藝成本。

為達上述目的，本發明的提升圖案精密度的方法，包括下列步驟。提供目標圖案。將目標圖案分解成多個分割圖案。分別由多個分割圖案產生多個光致抗蝕劑強度分布。處理多個分割圖案的多個光致抗蝕劑強度分布，得到光致抗蝕劑強度分布圖像。根據光致抗蝕劑強度分布圖像定義高感光區域以及強度不足區域。修正所述光致抗蝕劑強度分布圖像的強度不足區域。根據修正后的光致抗蝕劑強度分布圖像得到結果圖案。

在本發明的一實施例中，上述將目標圖案分解成多個分割圖案的步驟包括：將目標圖案分解成主要圖案與次要圖案。

在本發明的一實施例中，上述處理多個分割圖案的多個光致抗蝕劑強度分布，得到光致抗蝕劑強度分布圖像的步驟包括：將主要圖案的光致抗蝕劑強度分布疊加次要圖案的光致抗蝕劑強度分布。

在本發明的一實施例中，上述根據光致抗蝕劑強度分布圖像定義高感光區域以及強度不足區域的步驟包括：將光致抗蝕劑強度分布圖像與目標圖案的光致抗蝕劑強度分布圖像相互比較。

在本發明的一實施例中，上述修正光致抗蝕劑強度分布圖像的強度不足區域的步驟包括進行人工OPC修正。

在本發明的一實施例中，上述修正光致抗蝕劑強度分布圖像的強度不足區域的步驟包括進行模型OPC修正。

在本發明的一實施例中，上述目標圖案為具有端蓋結構的圖案，主要圖案為線狀圖案，次要圖案為島狀圖案。采用“NOT”布林運算，將主要圖案的光致抗蝕劑強度分布與次要圖案的光致抗蝕劑強度分布疊加在一起。

在本發明的一實施例中，上述目標圖案為具有端蓋結構的圖案，主要圖案為線狀圖案，次要圖案為洞狀圖案。采用“AND”布林運算，將主要圖案的光致抗蝕劑強度分布與次要圖案的光致抗蝕劑強度分布疊加在一起。

本發明的提升圖案精密度的方法中，將由多個分割圖案的光致抗蝕劑強度分布疊加而成的光致抗蝕劑強度分布圖像與初始圖案的光致抗蝕劑強度分布圖像與相互比對，來進行OPC修正，免除復雜的運算推論，因此在提升圖案精密度的同時還能夠減少建立光學鄰近校正模型的時間，可有助于節省制作工藝成本。

為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附的附圖作詳細說明如下。

附圖說明

圖1為本發明的實施例的制作光掩模的步驟流程圖；

圖2為本發明的實施例的光掩模合成處理的步驟流程圖；

圖3為由具有初始圖案的光掩模所獲得的在晶片上的光致抗蝕劑圖案的照片圖；

圖4為目標圖案的設計圖；

圖5為初始圖案基本精準度改善方案示意圖；

圖6A為目標圖案示意圖；

圖6B為主要圖案示意圖；

圖6C為次要圖案示意圖；

圖7A及圖7B分別為分割圖案的光致抗蝕劑強度分布的示意圖；

圖8A為經疊加處理的光致抗蝕劑強度分布圖像；

圖8B為初始圖案的光致抗蝕劑強度分布圖像；

圖9A為現有的OPC的光掩模布局示意圖；

圖9B為本發明的OPC的光掩模布局示意圖；

圖10為由本發明的方法所得到的光掩模所獲得的在晶片上的光致抗蝕劑圖案的照片圖。

符號說明

S100、S200、S202、S204、S206、S208、S210、S212、S214、S216、S218、S220、S222、S224、S226、S228、S300、S400、S500：步驟

502：光致抗蝕劑圖案

504：光掩模圖案

506：圖案塊

600：目標圖案

602：主要圖案

604：次要圖案

900、906：修正圖案

902、908：結果圖案

904、910：模擬圖案

具體實施方式

圖1是依照本發明的實施例的制作光掩模的步驟流程圖。圖2所繪示依照本發明的實施例的光掩模合成處理的步驟流程圖。

請參照圖1，在步驟S100中，提供設計圖案。此設計圖案是原設計的線路布局圖案的原始繪圖數據，其例如是用來描述待轉移至晶片上的集成電路布局的幾何圖案。在一實施例中，設計圖案包括不同關鍵尺寸、不同圖案密度及不同線寬間距的幾何圖案等數據。在下文中，以制作出具有端蓋形狀的圖案為例，但本發明不限于此。

接著，在步驟S200中，進行光掩模合成處理。亦即，根據設計圖案，進行光掩模的光學鄰近效應修正(OPC)。將欲曝光在芯片的半導體基底上的原始圖案，利用電腦和套裝軟件運算加以計算修正，再將此結果圖形輸入電腦存檔。根據光學鄰近效應修正(OPC)所得到的結果圖形制作于光掩模上，光束通過此光掩模投影在半導體基底上的圖案可與原始圖案幾乎相同。最初作成的光掩模上的圖案，在下文中稱為初始圖案。在此，根據圖2以進一步說明本發明的光掩模合成處理。

請參照圖2，步驟S202中，提供初始圖案。根據設計圖案所制作出來的初始圖案，此初始圖案具有精準度的問題。將初始圖案轉移到光致抗蝕劑層，得到光致抗蝕劑圖案。圖3所繪示為由具有初始圖案的光掩模所獲得的在晶片上的光致抗蝕劑圖案的照片圖。如圖3所示，在晶片上的光致抗蝕劑圖案的端蓋結構具有尖銳形狀，而端蓋結構的外形優選是圓弧形狀。因此，晶片上的光致抗蝕劑圖案具有精準度的問題，表示光掩模上的設計圖案需要進一步修正。

步驟S204中，提供目標圖案。目標圖案是指欲曝光在芯片的半導體基底上的圖案。圖4所繪示為目標圖案的設計圖。如圖4所示，具有圓弧形狀的端蓋結構作為目標圖案。

步驟S206中，分析初始圖案。亦即，比對初始圖案與目標圖案，找出初始圖案與目標圖案之間的差異。在此步驟中，根據由初始圖案轉移到晶片上的光致抗蝕劑圖案與目標圖案相比，找出初始圖案不足之處。

步驟S208中，定義初始圖案的關鍵區域。圖5所示為初始圖案基本精 準度改善方案示意圖。亦即，找出初始圖案與目標圖案之間的差異后，根據這些差異定義出初始圖案需修正的區域(關鍵區域)。亦即，比對光致抗蝕劑圖案502與類似圖4所示的目標圖案來找出需修正的區域。

步驟S210中，提供基本的精準度改善方案。根據初始圖案的關鍵區域，提供初始圖案與目標圖案之間的差異的修改方案。如圖5所示，將一些圖案塊506放置光掩模圖案504上，找出改善方案，以達到優選的輪廓結果。若有找到精準度改善方案，則通過人工OPC(步驟S226)或模型OPC(步驟S228)來修正初始圖案，進行后續的步驟S300(光掩模下線：將圖案寫入光掩模后，將光掩模上的圖案轉移至光致抗蝕劑層)。若沒有找到精準度改善方案，則進行本發明的所敘述的提升圖案精密度的方法(步驟S212～步驟S224)，來重新生成目標圖案。

在步驟S212中，將目標圖案分解成多個分割圖案。考慮利用各種圖案的組合，來生成目標圖案。以下根據圖6A至圖6C，舉例說明步驟S212。圖6A所示為目標圖案示意圖。圖6B所示為主要圖案示意圖。圖6C所示為次要圖案示意圖。如圖6A所示目標圖案600例如是具有端蓋形狀的圖案，此目標圖案600可以通過合成多個分割圖案來獲得。在此步驟中將是圖6A所示的目標圖案600分解成圖6B所示的主要圖案602以及圖6C所示次要圖案604。主要圖案602例如是線狀圖案；次要圖案604例如是島狀圖案或洞狀圖案。

在步驟S214中，產生多個光致抗蝕劑強度分布。圖7A及圖7B分別繪示分割圖案的光致抗蝕劑強度分布。利用電腦程序模擬而分別由多個分割圖案產生多個光致抗蝕劑強度分布。亦即，由圖6B所示的主要圖案602產生圖7A所示光致抗蝕劑強度分布；由圖案6C所示的主要圖案604產生圖7B所示光致抗蝕劑強度分布。

在步驟S216中，處理多個分割圖案的多個光致抗蝕劑強度分布，得到光致抗蝕劑強度分布圖像。圖8A所示為經疊加處理的光致抗蝕劑強度分布圖像。圖8A所示的光致抗蝕劑強度分布圖像是將圖7A所示的主要圖案的光致抗蝕劑強度分布疊加圖7B所示次要圖案的光致抗蝕劑強度分布而得到。多個分割圖案的多個光致抗蝕劑強度分布的處理是利用電腦程序進行運算而得到。當次要圖案604為島狀圖案時，采用“NOT”布林運算，將主要圖案的光致抗蝕劑強度分布與次要圖案的光致抗蝕劑強度分布疊加在一起。 當次要圖案604為洞狀圖案時，采用“AND”布林運算，將主要圖案的光致抗蝕劑強度分布與次要圖案的光致抗蝕劑強度分布疊加在一起。

在步驟S218中，根據光致抗蝕劑強度分布圖像定義高感光區域。圖8B所繪示為初始圖案的光致抗蝕劑強度分布圖像。將圖8A所示的光致抗蝕劑強度分布圖像與圖8B所示的初始圖案的光致抗蝕劑強度分布圖像相比較，指出兩者不一樣之處，由此可以發現并定義高敏感度區域，其中較暗的區域表示強度不足的區域。圖8A所示的光致抗蝕劑強度分布圖像與圖8B所示的初始圖案的光致抗蝕劑強度分布圖像相差較大之處，即是需要進行修正的位置。

在步驟S220中，產生圖案修正的導引信息，以確認需要修正的位置。

在步驟S222中，進行人工修正。人工修正光致抗蝕劑強度分布圖像的強度不足區域。根據圖案修正的導引信息，將小塊圖案加到需要修正的部分，然后檢查每一個小區塊對圖案輪廓精密度(contour performance)的影響。

在步驟S224中，進行模型OPC導引。以模型OPC導引修正光致抗蝕劑強度分布圖像的強度不足區域。根據圖案修正的導引信息，以數據庫中的OPC導引進行修正。亦即，在步驟S224中，產生出模型OPC的導引圖案，并將導引圖案加入目標圖案內，以模型OPC進行修正。

在步驟S226中，進行人工OPC修正來初始圖案，得到結果圖案。

在步驟S228中，進行模型OPC修正來初始圖案，得到結果圖案。

在步驟S200結束后，接著進行步驟S300。

在步驟S300中，進行光掩模下線。將結果圖案寫于光掩模上，以制作出具有圖案的光掩模。將結果圖案寫于光掩模上的方法例如是進行一寫入步驟，此寫入步驟包括使用電子束或激光光束以進行之。之后，將光掩模上的圖案轉移至光致抗蝕劑層，以于光致抗蝕劑層中對應形成多個光致抗蝕劑圖案。將光掩模上的圖案轉移至光致抗蝕劑層的方法例如是進行曝光步驟與顯影步驟，而此步驟當為熟悉本領域者所熟知的技術，故于此不再贅述。

在步驟S400中，檢驗晶片上的光致抗蝕劑圖案。若晶片上的光致抗蝕劑圖案符合需求，則完成光掩模的制作(步驟S500：完成)；若晶片上的光致抗蝕劑圖案不符合需求，且為可修正缺陷，則回到步驟S200，以修正缺陷。

圖9A為繪示依照現有的OPC的光掩模布局示意圖。圖9B為繪示依照本發明的OPC的光掩模布局示意圖。在圖9A及圖9B中，由細虛線所繪示 出的圖案表示在基礎圖案中加入修正部分后所得到的修正圖案900、906；細實線所繪示出的圖案表示將修正圖案900、906經過OPC演算后所獲得到結果圖案902、908，亦即寫入在光掩模上圖案；粗實線所繪示的圖案則表示將結果圖案902、908經過電腦程序模擬后所得到模擬圖案904、910，亦即經模擬得到的轉移至晶片上的光致抗蝕劑圖案的輪廓。如圖9A所示，采用現有的OPC修正法，修正圖案900只是在基礎圖案的末端增加一些塊狀圖案，并無法獲得如圖9B所示的修正圖案906。在圖9B中，由修正圖案906是由本發明上述步驟S210～步驟S224來獲得；由結果圖案908是由本發明上述步驟S226～步驟S228來獲得。比較圖9A及圖9B中模擬圖案904及模擬圖案910，本發明的方法可以獲得端蓋結構具有圓弧形狀的圖案，亦即精密度較好的圖案。圖10所繪示為由本發明的方法所得到的光掩模所獲得的在晶片上的光致抗蝕劑圖案的照片圖。比較圖3及圖10，圖3中的端蓋結構具有尖銳形狀，而圖10中端蓋結構具有圓弧形狀。本發明的方法可以獲得精密度較好的圖案。

在本發明的提升圖案精密度的方法中，將由多個分割圖案的光致抗蝕劑強度分布疊加而成的光致抗蝕劑強度分布圖像與初始圖案的光致抗蝕劑強度分布圖像相互比對，可以發現并定義高敏感度區域，由此來修正圖形，獲得結果圖像。因此，可以減少光掩模圖案與光致抗蝕劑圖案之間的誤差，進而提升圖案精密度，還可以節省圖案化、顯影時間。

此外，本發明的方法利用現有的設備及套裝軟件來取得形成在光掩模上的修正圖案并建立光學鄰近校正模型，免除復雜的運算推論，因此在提升光刻制作工藝可信度的同時還能夠減少建立光學鄰近校正模型的運算時間，可有助于節省制作工藝成本。

綜上所述，本發明的提升圖案精密度的方法中，將由多個分割圖案的光致抗蝕劑強度分布疊加而成的光致抗蝕劑強度分布圖像與初始圖案的光致抗蝕劑強度分布圖像與相互比對，來進行OPC修正，免除復雜的運算推論，因此在提升圖案精密度的同時還能夠減少建立光學鄰近校正模型的時間，可有助于節省制作工藝成本。

雖然結合以上實施例公開了本發明，然而其并非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，可作些許的更動與潤飾，本發明的保護范圍應當以附上的權利要求所界定的為準。