TWI589987B - 光罩圖案的分割方法 - Google Patents

Description

光罩圖案的分割方法

本發明係有關於半導體製程領域，由其是關於一種光罩圖案的分割方法。

光學微影技術是半導體製程中重要的一環，其基本原理與化學性的攝影技術十分類似，圖案化的光罩影像會藉由高精度的光學系統投射到晶圓表面所塗佈的感光化合物層(如光阻)上。在經過曝光、顯影後烘烤、以及乾/濕蝕刻等後續的複合化學反應及製程步驟後，晶圓表面上即可形成複雜的線路圖形。

在半導體製程中，隨著所需的圖形特徵尺度與光學微影術所使用波長之間的差距越來越大，最終所形成的晶圓影像會與原始光罩上的圖形有相當的差異。過去，為了要達到所需的圖形密度，解析度增強技術已成為了半導體製程中的必要技術手段。其中一個熟知的解析度增強技術即為光學近似校正(OPC)，其作法中會刻意使部分的目標光阻圖形失真以在晶圓上形成所欲優化後的線路圖形。現今，半導體製程中有相當程度的時間與電腦計算會被用在這類線路佈局的後製步驟中。

除了上述的光學近似校正技術，為了使用相同的微影技術來使半導體元件的尺寸能再進一步縮小到深次微米的領域，名為雙重圖案(double patterning)的製程被開發來作為一可克服尺寸限縮挑戰同時又能節省成本的技術手段。上述雙重圖案的其中一熱門方法 即為雙重曝光(double exposure)微影技術，其原理在於將一給定的線路佈局圖案(layout pattern)拆分為兩組圖案，每一組圖案係使用個別的光罩在個別的曝光製程中定義形成，兩組圖案最後可共同構成一所欲疊合後的線路圖案。

雙重曝光微影技術的最大優點在於其可使用現有的微影技術和機台來製作密度更大、間距更小的線路圖案。然而，在實作中，該技術仍有些許問題有待改進，目前業界仍須對現有的雙重曝光圖形拆分作法作進一步的改良。

雙重曝光微影技術的其中一問題在於，將線路佈局圖案拆分為兩組圖案的步驟，主要由電腦程式進行，然而交由程式所完成的兩組圖案，容易有兩組圖案分配密度不均的問題，進而影響到曝光步驟的良率。

為解決上述問題，本發明提供一種光罩圖案的分割方法，至少包含有以下步驟：首先，提供至少一佈局圖案，將該佈局圖案定義為至少一臨界間距圖案以及至少一非臨界間距圖案，接著進行一第一分割步驟，將各該臨界間距圖案分為複數個第一圖案以及複數個第二圖案，然後進行一第二分割步驟，將各該非臨界間距圖案分為複數個第三圖案以及複數個第四圖案，最後將各該第一圖案與各該第三圖案輸出到一第一光罩，並將各該第二圖案以及各該第四圖案輸出到一第二光罩上。

本發明與傳統光罩分割步驟不同之處，在於更多出了一第二分割步驟，用以將傳統步驟中不重視的非臨界間距圖案也進行分割，藉由此第二分割步驟，使線路佈局圖案中無論是臨界間距圖案或是非臨界間距圖案都可以均分於兩組圖案上，避免兩組圖案分配不均的問題，進而提昇曝光步驟的良率。

10‧‧‧佈局圖案

20‧‧‧臨界間距區

22‧‧‧臨界圖案

24‧‧‧第一圖案

26‧‧‧第二圖案

30‧‧‧非臨界間距區

32‧‧‧非臨界圖案

32'‧‧‧非臨界圖案

32"‧‧‧非臨界圖案

34‧‧‧第三圖案

36‧‧‧第四圖案

42‧‧‧第一分割標記

44‧‧‧第二分割標記

46‧‧‧第三分割標記

52‧‧‧第一光罩

54‧‧‧第二光罩

S01~S09‧‧‧步驟

W1、W2、W3‧‧‧寬度

L1、L2、L3‧‧‧長度

第1圖繪示本發明分割光罩圖案的步驟流程圖。第2~6圖繪示各步驟中佈局圖案上視示意圖。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

為了方便說明，本發明之各圖式僅為示意以更容易了解本發明，其詳細的比例可依照設計的需求進行調整。在文中所描述對於圖形中相對元件之上下關係，在本領域之人皆應能理解其係指物件之相對位置而言，因此皆可以翻轉而呈現相同之構件，此皆應同屬本說明書所揭露之範圍，在此容先敘明。

請參考第1圖，第1圖繪示本發明分割光罩圖案的步驟流程圖，並請同時參考第2圖~第6圖，第2~6圖繪示各步驟中佈局圖案上視示意圖。本發明的分割光罩步驟如下。首先，輸入一佈局圖案10至一電腦系統等計算機的一儲存媒介中(步驟S01)，然後利用電腦系統來對整個佈局圖案10進行一篩選步驟，以於佈局圖案10中定義至少一臨界間距區20與至少一非臨界間距區30(步驟S03)，其中定義臨界間距區20與非臨界間距區30的區別為：佈局圖案10內包含有複數個子圖案(sub-pattern)，當一子圖案與相臨的子圖案彼此間的間距小於一最小曝光間距時，則此兩子圖案皆定義為臨界圖案22，且由臨界圖案22組成的群組為臨界間距區20；反之，當一子圖案與其相鄰的子圖案之間距都大於最小曝光間距時，該子圖案就定義為非臨界圖案32，而由非臨界圖案32組成的群組為非臨界間距區30。因此，各臨界間距區20內包含有複數個臨界圖案22，而非臨界間距區30內則包含有複數個非臨界圖案32。其中每一個臨界圖案22與相鄰的臨界圖案22彼此之間的距離小於一最小曝光間距，而每一個非臨界圖案32與相臨的非臨界圖案32彼 此之間的距離大於該最小曝光間距。其中，上述的最小曝光間距為正常狀況下，包含此佈局圖案10的光罩於後續所應用之曝光製程中，相鄰兩圖案在曝光顯影後仍可明顯區分、鑑別，所允許的最小間距，舉例來說，現今20奈米的製程，其最小曝光間距大約為118奈米，當兩圖案之間的間距小於118奈米時，兩圖案經過曝光與顯影步驟後，兩圖案可能相連在一起。因此在正常的一次曝光顯影製程狀況下，由於臨界圖案22過於密集，導致曝光效能不佳，甚至可能造成曝光後的圖案無法區分。為此，本發明在定義臨界間距區20後，接續會進行一第一分割步驟(步驟S05)，將臨界間距區20內的臨界圖案22拆分為兩組，如第3圖所示，分別定義為複數個第一圖案24以及複數個第二圖案26，且所有的第一圖案24(以斜線標示者)會預設被分割至一光罩，而所有的第二圖案26會預設被分割至另一光罩。其中，各第一圖案24彼此之間的間距大於該最小曝光間距，而各個第二圖案26彼此之間的間距也大於該最小曝光間距。因此拆分後的第一圖案24與第二圖案26，不再會有與相臨圖案間距過小，而導致曝光失敗的問題。

其中，第3圖所示的分割方法僅為本發明的其中一種可能的實施例，上述第一分割步驟的分割方式並不限於第3圖所示，也可依照實際需求而改變，僅需滿足分割後的第一圖案24彼此之間的間距大於該最小曝光間距，各個第二圖案26彼此之間的間距也大於該最小曝光間距，即屬於本發明所涵蓋的範圍內。

除了第一分割步驟之外，本發明分割光罩圖案的方法更包含有針對各該非臨界間距區30進行一第二分割步驟(步驟S07)，其中分割的方法如下所述：請參考第4圖，首先，選定非臨界間距區30內的任一非臨界圖案(例如第4圖中的32')，接著沿該選定之非臨界圖案設置複數個分割標記(separate mark)。例如，由該非臨界圖案32，的一邊界向外延伸，當此分割標記碰觸到相鄰的非臨界圖案(例如第4圖中的32")時，則將原先的非臨界圖案32'定義為一第三圖案34，被分割標記碰觸到的非臨界圖案32"定義為一第四圖案36。 接著，選定被碰觸到的非臨界圖案32"再重複一次上述步驟，而將與分割標記碰觸到，且尚未被定義為第三圖案34或是第四圖案36的非臨界圖案，定義為與自己本身相異的圖案。舉例來說，一非臨界圖案已經被定義為第三區塊，則與之相鄰，被分割標記碰觸到的其他非臨界圖案則皆定義為第四區塊，或是反之，一非臨界圖案已經被定義為第四區塊，則與之相鄰，被分割標記碰觸到的其他非臨界圖案則皆定義為第三區塊。重複上述步驟，直到位於非臨界間距區30內所有非臨界圖案32都被定義為止，因此，上述每個分割標記都會位於兩個非臨界圖案之間。至於有部分非臨界圖案，從其邊界向外延伸的分割標記並未接觸到其他任何相鄰的非臨界圖案(例如第4圖中左上角的非臨界圖案)，則該非臨界圖案則可任意定義為第三區塊或是第四區塊，可理解的是，第4圖中所繪示的第三圖案與第四圖案的分割情況僅為本發明其中一種可能性而已，本發明並不限於此。而且向外延伸的方向較佳係平行非臨界圖案32'的任一邊界，例如可為水平或是垂直方向。

本發明的分割標記包含有多種不同的幾何形狀，例如第4圖中即繪示有本實施中三種不同的分割標記，分別標示為第一分割標記42、第二分割標記44以及第三分割標記46。其中第一分割標記42呈現矩形，且其寬度(W1)等於非臨界圖案的其中一邊長，當一非臨界圖案與其相鄰的非臨界圖案呈現水平或是垂直方向的平行排列時，第一分割標記42設置於非臨界圖案的邊界，即有可能接觸相鄰的非臨界圖案。而當非臨界圖案與其相鄰的非臨界圖案呈現水平或是垂直錯位時，則可能選擇第二分割標記44或是第三分割標記46設置於非臨界圖案的邊界，本實施例中，第二分割標記44是由非臨界圖案的邊界向水平方向延伸，且其寬度(W2)大於該非臨界圖案的邊界，而第三分割標記46是由非臨界圖案的邊界向垂直方向延伸，且其寬度(W3)大於該非臨界圖案的邊界，因此可接觸位於斜向的相鄰非臨界圖案。除此之外，改變各個分割標記的長度可以調整非臨界圖案32的分割情形，舉例來說，本實施例中，第一分割標記42、第二分割標記44以及第三分割標記46的長度(L1、 L2、L3)較佳小於一預定值，例如為2微米(μm)，如此一來，可確保分割後的各個第三圖案34彼此之間的間距大於2μm，分割後的第四圖案36彼此之間的間距也大於2μm。當然，本發明的分割標記並不限於上述，而可依照實際需求而改變寬度、長度與形狀，除了矩形外，更可自由選擇圓形、橢圓形、或是任何不規則的形狀作為分割標記。

值得注意的是，上述實施例中，先進行第一分割步驟S05後，才進行第二分割步驟S07，亦即先分割各臨界間距區20中的臨界圖案22，再分割各非臨界間距區30中的非臨界圖案32。然而本發明並不限於此，也可在定義臨界間距區20與非臨界間距區30後，先進行第二分割步驟S07，再進行第一分割步驟S05，亦即先分割各非臨界間距區30中的非臨界圖案32，再分割各臨界間距區20中的臨界圖案22，也屬於本發明所涵蓋的範圍內。隨後，可選擇性對第一圖案24、第二圖案26、第三圖案34與第四圖案36進行合適的光學鄰近修正(optical proximity correction,OPC)。

最後，將電腦系統中佈局圖案10所有的第一圖案與第三圖案輸出到一第一光罩上，並將所有的第二圖案與第四圖案輸出到一第二光罩上(步驟S09)，如第5~6圖所示，第一光罩52包含有第一圖案24與第三圖案34，第二光罩54包含有第二圖案26與第四圖案36。此外，也可以將電腦系統中佈局圖案10所有的第一圖案與第四圖案輸出到第一光罩上，並將所有的第二圖案與第三圖案輸出到第二光罩上，只要第一圖案與第二圖案(或第三圖案與第四圖案)不同時存在在單一光罩上即可。接著利用第一光罩52與第二光罩54依序進行兩次曝光顯影製程，兩光罩上圖案的組合，即為佈局圖案10的完整圖形。

本發明的特徵在於，第一分割步驟S05，可以將原先曝光間距過小的圖案，拆分成兩組不同圖案，因此可以有效增加圖案之間的間距，避免曝光間距過小失敗的問題，除此之外，由於本發明更具有第二分割步驟S07，因此即使位於非臨界間距區30內的圖案也會被平均拆分為兩組圖案，如此一 來，後續將圖案輸出到光罩時，可以使兩光罩上的圖案分配較平均，不易因圖案分配不均，導致兩次曝光過程中，通過兩塊光罩的光強差異太大而導致問題。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

S01~S09‧‧‧步驟

Claims (9)

1. 一種光罩圖案的分割方法，包含有以下步驟：提供至少一佈局圖案，且將該佈局圖案定義為至少一臨界間距區以及至少一非臨界間距區，其中該臨界間距區包含有複數個臨界間距圖案，該非臨界間距區包含有複數個非臨界間距圖案，其中該等臨界間距圖案彼此之間的間距小於一最小曝光間距，該些非臨界間距圖案彼此之間的間距大於該最小曝光間距；進行一第一分割步驟，將各該臨界間距圖案分為複數個一第一圖案以及複數個第二圖案；進行一第二分割步驟，將各該非臨界間距圖案分為複數個第三圖案以及複數個第四圖案；將各該第一圖案與各該第三圖案輸出到一第一光罩，將各該第二圖案以及各該第四圖案輸出到一第二光罩上。
2. 如申請專利範圍第1項光罩圖案的分割方法，其中各該第一圖案彼此間的間距大於該最小曝光間距。
3. 如申請專利範圍第1項光罩圖案的分割方法，其中各該第二圖案彼此間的間距大於該最小曝光間距。
4. 如申請專利範圍第1項光罩圖案的分割方法，其中該第二分割步驟進一步包含有定義複數個分割標記(separator mark)於該非臨界間距區內的各該非臨界間距圖案之間，且將位於任一該分割標記兩側的二該非臨界間距圖案其中之一定義為該第三圖案，位於另一側的該非臨界間距圖案定義為該第四圖案。
5. 如申請專利範圍第4項光罩圖案的分割方法，其中各該分割標記之間的距 離小於一預定值。
6. 如申請專利範圍第4項光罩圖案的分割方法，其中各該分割標記係位於各該非臨界間距圖案的邊界並向外延伸。
7. 如申請專利範圍第4項光罩圖案的分割方法，其中各該分割標記呈矩形，且與各該非臨界間距圖案相互平行。
8. 如申請專利範圍第4項光罩圖案的分割方法，其中各該分割標記呈矩形，且與各該非臨界間距圖案水平方向相互錯位。
9. 如申請專利範圍第4項光罩圖案的分割方法，其中各該分割標記呈矩形，且與各該非臨界間距圖案垂直方向相互錯位。