TWI551941B - 圖案產生方法、記錄媒體、資訊處理設備、以及光罩製造方法 - Google Patents

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Description

圖案產生方法、記錄媒體、資訊處理設備、以及光罩製造方法
本發明涉及圖案產生方法、記錄媒體、資訊處理裝置以及光罩製造方法。
近年來，由於電路圖案小型化，使用半導體曝光裝置在基底上轉印希望的圖案變得困難。為了應對這種情況，已提出兩種方法。
首先，已提出了被稱為一維佈局技術的技術(參考Michael C.Smayling等，“Low k1 Logic Design using Gridded Design Rules”SPIE會議記錄第6925卷第69250B頁(2008))。圖1A至1C是示出了一維佈局技術的圖。在一維佈局技術中，提前形成圖1A中所示的線/空隙圖案(在下文中被稱為“L和S圖案”)並除去部分線圖案以便製造電路圖案。具體地說，使用圖1B中所示的圖案來切割線圖案以便獲得圖1C中所示的電路圖案。 圖1B中所示的圖案被稱為“切割圖案”。透過在L和S圖案的部分空隙中部分***點圖案來製造電路圖案的技術也包括在一維佈局技術中。因此，一維佈局技術是透過在形成於基底上的L和S圖案上轉印多個圖案元素來執行的製程。當與現有技術中的複雜圖案相比時，使用該技術能更容易地實現低k1。
第二，已提出了用於透過向光罩圖案添加輔助圖案來執行曝光的方法。輔助圖案也被稱為SRAF(亞解析度輔助特徵)。透過使用輔助圖案，可以獲得更大的光刻裕度(lithography margin)(曝光的自由度)。作為用於在由電腦產生包括輔助圖案的光罩圖案時定位輔助圖案的方法，日本專利特開No.2008-040470公開了使用二維透射交叉係數圖(two-dimensional transmission cross coefficient map)的方法。在該方法中，使用有效光源和瞳函數來計算二維TCC(透射交叉係數)，使用二維TCC和光罩圖案來獲得近似的空間像圖(aerial image map)，並在近似的空間像圖的峰位置定位輔助圖案。
在該方法中，因為輔助圖案被定位在用於增加待轉印的圖像的對比度的部分，所以輔助圖案的位置被確定使得光刻裕度得到改善。
整個光罩中的圖案包括與單個半導體晶片的區域相對應的單個或多個圖案。與單個半導體晶片的區域相對應的圖案透過電路圖案組的組合進行配置，所述電路圖案組包括作為一組功能塊的塊單元、執行資料的輸入/輸出的IO 部件以及邏輯元件單位中的標準單元(standard cell)。
美國專利7873929公開了其中透過在規則庫中的標準單元周圍佈置輔助圖案來抑制在透過佈置多個標準單元產生光罩圖案時產生的光學鄰近效應的示例。
當日本專利特開No.2008-040470中公開的方法被用在與具有數平方毫米的面積的半導體晶片的區域相對應的圖案中以提高該半導體晶片的區域的光刻裕度時，出現用於確定輔助圖案的佈置的計算需要很長一段時間的問題。例如，其中輔助圖案的位置可由單個二維TCC圖確定的區域大約為數平方微米，所以，在半導體晶片的區域中，要在多達幾百萬個計算區域上執行計算。其結果是，用於確定輔助圖案在半導體晶片的區域中的佈置的計算需要很長一段時間。
在美國專利7873929中，用於佈置輔助圖案的標準單元中的圖案在垂直和水平方向上二維地延伸，並且用於一維佈局技術中所使用的圖案的輔助圖案沒有被產生。此外，根據這樣的規則產生輔助圖案：輔助圖案被設置在單元周圍以抑制來自其中佈置有所述單元的晶片區域中的其他單元的光鄰近效應。所以，單元中的圖案的辨析性能不一定得到改善。
根據本發明，提供了用於產生在透過佈置從多種單元類型中選擇的單元來產生光罩圖案時使用的單元圖案的產 生方法。所述產生方法包括由處理器執行的下列步驟：透過獲得有關包括有孤立的矩形圖案元素的單元的資料以及根據所述資料來產生輔助矩形圖案元素的辨析的輔助圖案，來產生包括該矩形圖案元素和輔助圖案的圖案作為單元圖案(cell pattern)。
參照圖式根據示例性實施例的下列描述，本發明的更多特徵將變得明白。
1‧‧‧孔圖案元素
2‧‧‧輔助圖案
3‧‧‧框線
A‧‧‧單元
B‧‧‧單元
C‧‧‧單元
圖1A至1C是例示了一維佈局技術的圖。
圖2是例示了用於在產生單元圖案之後產生光罩圖案的方法的流程圖。
圖3A是例示了根據實施例的已產生的單元圖案的圖，而圖3B是例示了根據實施例的已產生的光罩圖案的圖。
圖4是例示了根據現有技術的透過佈置輔助圖案來產生光罩圖案的情況的圖。
圖5A是例示了不包括輔助圖案的光罩圖案的校正結果的圖，而圖5B是例示了根據該實施例的包括已產生的輔助圖案的光罩圖案的校正結果的圖。
在下文中，將參照所附圖式來描述本發明的實施例。
該實施例適用於在包括照明光學系統和光學投影系統 的曝光裝置中所使用的光罩圖案的產生，所述照明光學系統使用從光源供應的光來照明光罩(光刻板(reticle))，所述光學投影系統在基底上投影被照明的光罩的圖案。
圖2是用於在產生單元圖案之後產生光罩圖案的方法的流程圖。本實施例的產生方法是透過經由網路或記錄媒體來向例如資訊處理裝置(電腦)提供用於執行圖2中所示的步驟的程式並由資訊處理裝置讀出儲存在諸如記憶體的儲存媒體中的待執行的程式來實現的。在本實施例中，作為光罩圖案，使用一維佈局技術的圖案，即，用於對形成在基底的某層上的線/空隙圖案(L和S圖案)的線進行切割或連接的圖案。
首先，電腦獲得有關單元圖案的資料(步驟S1)。電腦可以透過從被儲存在電腦的記憶體中的單元庫(cell library)中所包括的單元當中選擇資料來獲得所述資料，或者透過讀取由用戶輸入的單元來獲得所述資料。作為替代，可設置在光罩上的一個或多個單元可被選擇。所述資料是單元的設計值的GDSII資料。單元的圖案是例如在一維佈局技術中所使用的切割圖案並包括多個矩形孔圖案元素1。
單元庫包括單元資訊，諸如單元的名稱、單元的範圍、有關輸入/輸出引腳的資訊、以及包括有關互連層中佈局物理性質的資訊的LEF文件、包括電晶體的寄生電容和熱電位的變化的LIB文件、邏輯電路的設計資料以及 設計值的GDSII資料。電晶體的擴散、閘極、觸點、金屬、導孔等被包括在單個單元中。單元庫包括具有不同圖案的多個單元。本實施例的包括孔圖案元素1的單元圖案是在用於形成互連層的金屬製程中使用的用於對圖案進行切割的切割圖案。該圖案的設計值可由GDSII資料提供。
接下來，根據所獲得的有關單元圖案的資料來佈置輔助圖案(SRAF)(步驟S2)。在本實施例中，使用日本專利特開No.2008-040470中公開的二維透射交叉係數來計算所獲得的單元的孔圖案元素1的近似空間像(光學像)，並且在與近似空間像的峰相對應的位置佈置輔助圖案2。圖3A是例示了孔圖案元素1和輔助圖案2的圖。注意，關於輔助圖案的佈置，可以以某種規則在切割圖案周圍佈置輔助圖案使得圖案的圖像的對比度得到改善。此外，在本實施例中，用於透過使用光學模型計算圖案的光學像來產生圖案的另一種模型庫的方法可被使用。例如，可使用干涉圖光刻(Interference Map Lithography)(SPIE，第5853卷，第659至671頁)來確定輔助圖案的佈置。
隨後，產生包括已產生的輔助圖案的單元圖案(步驟S3)。圖3A中所示的包括孔圖案元素1和步驟S2中產生的輔助圖案2的圖案可被設為單元圖案。作為替代，對圖3A中所示的圖案進行光學鄰近校正使得孔圖案元素1和輔助圖案2的形狀和位置被改變，並且在改變之後獲得的圖案可被設為單元圖案。
此外，因為在步驟S2中用於確定其中輔助圖案被佈置的部位的計算是在足夠大的計算區域中進行的，所以輔助圖案也被佈置在代表設計時的標準單元的範圍的框線3的外部。因此，在本實施例中，位於框線3外部(單元的範圍之外)的輔助圖案2被排除在外，並且位於框線3內部的輔助圖案被添加到單元圖案中。由此，包括孔圖案元素1和輔助圖案2的單元不會變得大於設計的尺寸，並且作為結果，光罩圖案被防止變大。儘管因為框線3外部的輔助圖案被排除，辨析性能的退化可能是一個擔憂，但是這不是實踐中的問題並且這將在下文中得到描述。
接下來，在單元庫中登記已產生的單元圖案，並更新單元庫(步驟S4)。具體地說，已產生的單元圖案被儲存在諸如記憶體的儲存部中。可透過對具有不同圖案的多種單元類型重覆執行從步驟S1到步驟S4的過程來產生多種單元圖案類型。
之後，從已更新的單元庫中選擇多個單元(步驟S5)。單元可由用戶使用輸入部來從在顯示部(諸如監視器)中顯示的庫中的單元當中選擇，或者電腦可以根據某種規則自動選擇單元。注意，要選擇的單元可包括除了在從步驟S1到步驟S4的過程中登記的單元之外的單元。
隨後，在晶片區域中佈置已選擇的單元使得產生光罩圖案(步驟S6)。圖3B是例示了屬於不同類型並在步驟S1至S4中被登記和選擇的單元A、B和C在晶片區域中的佈置的圖。在晶片區域中，可以佈置相同的單元(單個 類型的單元)。此外，可以對晶片區域中的其中佈置有多個單元圖案的圖案進行校正。透過改變圖案的形狀(尺寸)和位置(偏移量)中的至少一個來執行圖案的校正。偏移量表示校正後的圖案的中心位置相對於校正前的圖案的中心位置的移動量。經校正的圖案可被產生為光罩圖案。
現在將描述本實施例的減少計算時間的效果。在此，將根據本實施例的確定整個晶片區域中的光罩圖案所需的計算時間與現有技術中的計算時間作比較。具體地說，由單個PC(Intel Xeon CPU X5670,2.93GHz)用來確定輔助圖案在10平方毫米的晶片區域中的佈置的計算所需的計算時間與現有技術中的計算時間作比較。在此計算中，在光學投影系統的像平面側具有1.35的數值孔徑NA的曝光裝置被設為發射ArF雷射的光源。一個計算區域的尺寸為4平方微米，並且用於一個計算區域的計算時間為1秒。
首先，將獲得在使用本實施例的方法的情況中的計算時間。假設10平方毫米的晶片由100種不同類型的標準單元構成，標準單元的尺寸小於單個計算區域的尺寸，並且用於單個計算區域的計算時間為1秒。在這種情況中，確定輔助圖案的佈置所需的計算時間為100秒。
接下來，獲得當使用現有技術中的方法時的計算時間。圖4是例示了其中透過現有技術中的方法來佈置輔助圖案的狀況的圖。圖4中的大量的方格代表晶片區域中的切割圖案。如圖4中所示，在現有技術的方法中，逐一地 針對4平方微米的計算區域執行用於確定輔助圖案的佈置的計算。所以，為了確定輔助圖案在10平方毫米的整個晶片區域中的佈置，要對6250000個計算區域執行計算，因此，計算時間為6250000秒，即72天。
因此，當使用本實施例的方法時，在與現有技術中的方法比較時用來確定輔助圖案在10平方毫米的整個晶片區域中的佈置的時間被減到1/62500。
接下來，光刻裕度(辨析性能)的效果將作為本實施例的進一步的效果被描述。在此，為了簡單起見，將描述對其中標準單元被佈置在2行和2列的矩陣中(即佈置有四種標準單元)的光罩圖案執行校正的情況。在本實施例中，光罩圖案中包括的切割圖案的圖像的垂直和水平線寬度被求出，並且切割圖案和輔助圖案的尺寸以及切割圖案和輔助圖案的偏移量被校正使得獲得大的焦點深度(focal depth)。
在兩種情況，即未使用輔助圖案的情況和使用輔助圖案的情況中執行該校正，並且在所述兩種情況中，使用相同的用於照明光罩的照明條件(有效光源分佈)和關於在校正期間切割圖案的尺寸和偏移量被改變的範圍的相同條件。具體地說，作為照明條件，具有0.9的外西格瑪(outer sigma)和0.8的西格瑪比率(sigma ratio)的環形照明被使用。切割圖案在從40nm(含)到80nm(含)的範圍內被改變，並且偏移量在相對於設計的光罩圖案的中心位置等於或小於5nm的範圍內被改變。
在圖5A和5B中例示了校正之後的光罩圖案的結果。由圖5A和5B中的虛線限定的框代表被佈置在2行和2列的矩陣中的標準單元，即四種標準單元。圖5A是例示了透過校正其中佈置有不包括輔助圖案的多個單元的圖案而獲得的光罩圖案的結果的圖。圖5B是例示了在佈置了透過本實施例的方法添加輔助圖案的標準單元之後被校正的光罩圖案的結果的圖。根據這些結果，在切割圖案的已求值的線寬度中，在圖5A的光罩圖案中最小焦點深度為68.2nm以及在圖5B的光罩圖案中最小焦點深度為76.5nm。
因此，當使用本實施例時，可以減少確定輔助圖案在整個晶片區域中的佈置所需的計算時間，另外，可以提高光刻裕度。此外，因為其中佈置有被包括在標準單元的範圍內部中的輔助圖案的標準單元被用作被添加輔助圖案的標準單元，所以光刻裕度得到了有效地提高。
儘管在本實施例中透過改變切割圖案和輔助圖案的尺寸和偏移量來校正單元圖案，但是可以透過改變尺寸和偏移量中的一個來執行校正。此外，可以只有切割圖案的尺寸和偏移量中的至少一個被改變。另外，儘管在本實施例中使用了未被轉印到基底的輔助圖案，但是可以使用被轉印到基底的輔助圖案。另外，儘管在本實施例中光罩圖案被校正使得獲得大的焦點深度，但是校正可以被執行使得用於PV(過程變數)帶和曝光的自由度得到改善。此外，就校正所需的計算時間的減少而言，光罩圖案可被校 正使得只有處於最佳聚焦的線寬度被控制。儘管在本實施例中使用一維佈局技術中的切割圖案來作出描述，但是可以透過在矩形或方形的孤立圖案元素中使用模型庫的方法來佈置輔助圖案。
其他實施例
本發明的實施例也可以由讀出並執行被記錄在儲存媒體(例如，非暫態電腦可讀儲存媒體)上的電腦可執行指令以執行本發明的上述實施例中的一個或多個的功能的系統的電腦或裝置，以及透過由系統的電腦或裝置透過例如從儲存媒體讀出和執行電腦可執行指令以執行上述實施例中的一個或多個的功能而執行的方法，來實現。電腦可以包括中央處理單元(CPU)、微處理單元(MPU)或其他電路中的一個或更多個，並且可以包括分開的電腦或分開的電腦處理器的網路。可以例如從網路或儲存媒體向電腦提供電腦可執行指令。儲存媒體可以包括例如硬碟、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、分散式計算系統的記憶體、光碟(諸如光碟(CD)、數位多功能影音光碟(DVD)或藍光碟(BD)TM)、快閃記憶體設備、儲存卡等中的一個或更多個。
有關透過本實施例的光罩圖案產生方法產生的光罩圖案的資料被輸入到諸如電子束製圖裝置的光罩製造裝置，並且光罩製造裝置使用所述光罩資料來在光罩坯件處描繪圖案以便製造光罩。
已製造的光罩被曝光裝置的光罩平臺保持，曝光裝置使用從光源供應的光透過照明光學系統照明光罩，並且來自光罩的衍射光透過光學投影系統被發射到晶片上使得光罩圖案被曝光在晶片上的抗蝕劑上。
接下來，將描述用於利用曝光裝置來製造器件(諸如半導體IC元件、液晶顯示元件等)的方法。使用曝光裝置透過以下過程來製造器件：對施加有感光劑的基底(諸如晶片、玻璃基底等)進行曝光的過程、對基底(感光劑)進行顯影的過程以及其他的通用過程。其他的通用過程包括蝕刻、抗蝕劑去除、切塊、接合、封裝等。根據器件製造方法，當與現有技術中的器件比較時可以製造出更高質量的器件。
儘管上面已經描述了本發明的較佳實施例，但是本發明不限於前面的實施例，並且在本發明的範圍內可以做出各種修改和改變。
雖然已參照示例性實施例描述了本發明，但是要理解的是本發明不限於公開的示例性實施例。申請專利範圍的範疇要被賦予最寬泛的解釋以便覆蓋所有這樣的修改和等效的結構及功能。

Claims (14)

  1. 一種用於產生用於光罩圖案的單元的圖案的產生方法，該產生方法包括由處理器執行的下列產生步驟：獲得有關包括孤立的矩形圖案元素的單元的資料；根據該資料來產生輔助該孤立的矩形圖案元素的辨析的輔助圖案；產生包括該孤立的矩形圖案元素和該輔助圖案的圖案作為單元圖案；以及儲存所產生的該單元圖案於單元庫中，其中透過佈置從儲存於該單元庫中的多種單元類型中選擇的單元來產生該光罩圖案。
  2. 根據申請專利範圍第1項的產生方法，其中對具有不同圖案的多種單元類型執行該產生步驟以便產生該多種單元類型的圖案。
  3. 根據申請專利範圍第1項的產生方法，其中該孤立的矩形圖案元素被用於切割或連接形成在基底上的線與空隙的圖案。
  4. 根據申請專利範圍第1項的產生方法，其中在該產生步驟中，透過計算由投影光學系統投影到像平面上的該孤立的矩形圖案元素的光學像並且使用該光學像確定該輔助圖案的形狀或位置來產生輔助圖案。
  5. 根據申請專利範圍第4項的產生方法，其中在該產生步驟中，產生包括在使用光學像改變該孤立的矩形圖案元素的形狀或位置之後獲得的該孤立的矩形圖 案元素的該單元的該圖案。
  6. 根據申請專利範圍第1項的產生方法，其中在該產生步驟中，獲得有關該單元的範圍的資料並且只在單元的範圍內產生該輔助圖案。
  7. 根據申請專利範圍第1項的產生方法，其中在該產生步驟中，獲得有關該單元的範圍的資料，並且透過把位於該單元的範圍外部的部分中的輔助圖案排除來產生該單元的該圖案。
  8. 一種用於產生用於光罩圖案的單元的圖案的產生方法，該產生方法包括由處理器執行的下列步驟：獲得有關包括多個圖案元素的單元的資料；計算由投影光學系統投影到像平面上的該圖案元素的光學像；使用該圖案元素的計算的該光學像來產生輔助圖案元素的辨析的輔助圖案；以及產生包括圖案元素和該輔助圖案的圖案作為單元圖案，儲存所產生的該單元圖案於單元庫中，其中透過佈置從儲存於該單元庫中的多種單元類型中選擇的單元來產生該光罩圖案。
  9. 一種用於產生光罩圖案的產生方法，該產生方法包括：透過申請專利範圍第1至8項中任一項的產生方法來產生多種單元圖案類型；以及 透過佈置從產生的單元中選擇的單元來產生光罩圖案。
  10. 根據申請專利範圍第9項的用於產生光罩圖案的產生方法，其中透過佈置從多種已產生的單元圖案類型中選擇的相同單元圖案來產生該光罩圖案。
  11. 一種記錄媒體，記錄使電腦執行申請專利範圍第1至8項中任一項的產生方法之程式。
  12. 一種資訊處理裝置，其包括產生用於光罩圖案的單元的圖案的處理器，其中該處理器獲得有關包括孤立的矩形圖案元素的單元的資料、根據該資料來產生輔助該孤立的矩形圖案元素的辨析的輔助圖案、產生包括該孤立的矩形圖案元素和該輔助圖案的圖案作為單元圖案、以及儲存所產生的該單元圖案於單元庫中其中透過佈置從儲存於該單元庫中的多種單元類型中選擇的單元來產生該光罩圖案。
  13. 一種光罩製造方法，包括：透過申請專利範圍第9項的產生方法來產生有關光罩的圖案的資料；以及使用已產生的有關該光罩圖案的資料來製造該光罩。
  14. 一種資訊處理裝置，其包括產生用於光罩圖案的單元的圖案的處理器，其中該處理器獲得有關包括多個圖案元素的單元的資料、 計算由投影光學系統投影到像平面上的該圖案元素的光學像、使用該圖案元素的計算的該光學像來產生輔助圖案元素的辨析的輔助圖案、產生包括圖案元素和該輔助圖案的圖案作為單元圖案、以及儲存所產生的該單元圖案於單元庫中，其中透過佈置從儲存於該單元庫中的多種單元類型中選擇的單元來產生該光罩圖案。
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