專利名稱：設(shè)計(jì)圖形、光掩模、光刻膠圖形及半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及設(shè)計(jì)圖形的制作方法、光掩模的制造方法、光刻膠圖形的形成方法和半導(dǎo)體器件的制造方法。
背景技術(shù)：
伴隨著半導(dǎo)體器件的微細(xì)化和高集成化，形成微細(xì)的孔圖形就變得困難起來。于是，人們提出了這樣的方案采用在在光刻膠膜上形成孔圖形之后再對(duì)光刻膠膜施行熱回流的辦法，縮小孔圖形。在使用熱回流的情況下，孔圖形的縮小量依賴于圖形密度或到相鄰的圖形的距離(例如，參看SPIE vol.4690，671-678頁(yè)，2002年“70nm Contact Hole Pattern with ShrinkTechnology”Lin-Hung Shiu)。
因此，密集圖形(dense pattern)和稀疏圖形(isolate pattern)區(qū)域混合存在的情況下，就難于對(duì)所有的圖形確保光刻容限。就是說，到相鄰的圖形的距離大的孔圖形，由于由熱回流所產(chǎn)生的縮小量大，故可在熱回流之前先形成尺寸大的孔圖形，易于確保規(guī)定的光刻容限。另一方面，到相鄰的圖形的距離小的孔圖形，由于圖形密度高，故當(dāng)由熱回流產(chǎn)生的縮小量大時(shí)，就極其難于確保規(guī)定的光刻容限。
如上所述，雖然人們提出了為了形成微細(xì)的孔圖形，采用對(duì)光刻膠膜施行熱回流的辦法來縮小孔圖形的方案，但是，在密集圖形區(qū)域和稀疏圖形區(qū)域混合存在的情況下，要在所有的區(qū)域中形成合適的孔圖形是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)觀點(diǎn)的設(shè)計(jì)圖形的制作方法，具備如下的工序準(zhǔn)備包含第1孔圖形的第1設(shè)計(jì)圖形的工序；求上述第1孔圖形與和第1孔圖形相鄰的圖形之間的距離的工序；根據(jù)上述距離和形成在光刻膠膜上的孔圖形在加熱光刻膠膜時(shí)的縮小量，求上述第1孔圖形的擴(kuò)大量的工序；以及制作具有用上述擴(kuò)大量把上述第1孔圖形擴(kuò)大后的第2孔圖形的第2設(shè)計(jì)圖形的工序。


圖1是示出了本發(fā)明的實(shí)施方式的圖形形成方法的概略的流程圖。
圖2涉及本發(fā)明的實(shí)施方式，是示出了含于設(shè)計(jì)圖形中的孔圖形的例子的圖。
圖3涉及本發(fā)明的實(shí)施方式，是示出了含于修正后的設(shè)計(jì)圖形中的孔圖形的例子的圖。
圖4是示出了由修正而得到的孔圖形的擴(kuò)大量和因光刻膠的熱處理而產(chǎn)生的孔圖形的縮小量。
圖5涉及本發(fā)明的實(shí)施方式，是示出了在曝光基板上形成的孔圖形的一個(gè)例子的圖。
圖6涉及本發(fā)明的實(shí)施方式，是示出了在曝光基板上形成的孔圖形的另一個(gè)的例子的圖。
圖7A到圖7I是示出了具備斜向入射照明的若干個(gè)照明的例子的圖。
圖8是示出了通常照明的例子的圖。
圖9涉及本發(fā)明的實(shí)施方式，是示出了顯影后的孔圖形的例子的平面圖。
圖10涉及本發(fā)明的實(shí)施方式，是示出了顯影后的孔圖形的例子的剖面圖。
圖11涉及本發(fā)明的實(shí)施方式，是示出了熱處理后的孔圖形的例子的平面圖。
圖12涉及本發(fā)明的實(shí)施方式，是示出了熱處理后的孔圖形的例子的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參看

本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1是示出了本發(fā)明的實(shí)施方式的圖形形成方法的概略的流程圖。
首先，準(zhǔn)備用來形成所希望的圖形的設(shè)計(jì)圖形(設(shè)計(jì)數(shù)據(jù))(S1)。圖2示出了含于該設(shè)計(jì)圖形中的各種孔圖形。如圖2所示，在區(qū)域A1(稀疏圖形區(qū)域)中配置有孔圖形11，在區(qū)域A2(密集圖形區(qū)域)中配置有孔圖形21，在區(qū)域A3(孔圖形在一個(gè)方向上高密度地排列的鏈圖形區(qū)域)中配置有孔圖形31?？讏D形11例如包含在以邏輯電路為主體的周邊電路區(qū)域，孔圖形21例如包含在存儲(chǔ)單元區(qū)域。如圖2所示，在稀疏圖形區(qū)域中，相鄰的孔圖形間的距離大，在密集圖形區(qū)域中相鄰的孔圖形間的距離小。
另外，在圖面上雖然把區(qū)域A1、A2和A3畫得很近，但是，實(shí)際上區(qū)域A1、A2和A3被設(shè)置在離開得更遠(yuǎn)的位置上。此外，圖2示出了典型的若干個(gè)圖形，實(shí)際上存在著各種圖形密度區(qū)域。再有，在圖示的例子中，各個(gè)孔圖形的形狀雖然都是正方形形狀，但是也可以是長(zhǎng)方形形狀等。
其次，計(jì)算含于上邊所說的設(shè)計(jì)圖形中的各個(gè)孔圖形與相鄰的圖形之間的距離(S2)。接著，根據(jù)所計(jì)算出的距離和在光刻膠上形成的孔圖形的因熱處理產(chǎn)生的縮小量，計(jì)算各個(gè)孔圖形的擴(kuò)大量(S3)。然后，用所計(jì)算出的擴(kuò)大量對(duì)各個(gè)孔圖形進(jìn)行擴(kuò)大，修正設(shè)計(jì)圖形(S4)。以下，對(duì)于這些步驟加以說明。
在修正步驟(S4)中，如圖3所示，對(duì)于上邊所說的設(shè)計(jì)圖形，以與含有各個(gè)孔圖形的區(qū)域的圖形配置相對(duì)應(yīng)地?cái)U(kuò)大孔圖形的尺寸的方式進(jìn)行修正。就是說，進(jìn)行這樣的修正越是圖形密度(例如，單位面積的孔圖形的個(gè)數(shù))低的區(qū)域，孔圖形的修正量就越大；越是圖形密度高的區(qū)域，孔圖形的擴(kuò)大量就越小。換句話說，進(jìn)行這樣的修正到相鄰的圖形的距離越大，擴(kuò)大量就越大；到相鄰的圖形的距離越小，擴(kuò)大量就越小。其結(jié)果如圖3所示，可以得到孔圖形12、22和32。另外，對(duì)于圖形密度極高的區(qū)域來說，實(shí)質(zhì)上也可以把孔圖形的擴(kuò)大量設(shè)定為零。此外，在鏈圖形的情況下，在與鏈圖形的延伸方向垂直的方向上，光刻膠的孔圖形的縮小量相對(duì)變大。為此，對(duì)于這樣的方向來說，把設(shè)計(jì)圖形的孔圖形的擴(kuò)大量設(shè)定得相對(duì)地大。
圖4是示出了由修正得到的孔圖形的擴(kuò)大量和因光刻膠的熱處理(熱回流)而產(chǎn)生的孔圖形的縮小量的圖。如圖4所示，到相鄰圖形的距離越遠(yuǎn)，光刻膠的孔圖形的縮小量就越大。于是，例如要把設(shè)計(jì)圖形的孔圖形的擴(kuò)大量設(shè)定為使得與因熱處理所產(chǎn)生的光刻膠的孔圖形的縮小量相對(duì)應(yīng)。
此外，孔圖形的擴(kuò)大量的設(shè)定，要考慮到后述的熱處理工序中的光刻膠的加熱回流條件。具體地說，要考慮熱處理溫度、熱處理時(shí)間、使用的光刻膠的特性等后設(shè)定孔圖形的擴(kuò)大量。此外，要把孔圖形的擴(kuò)大量設(shè)定為使得孔圖形的光刻容限盡可能地大。
另外，上邊所說的方法的步驟(S1到S4的步驟)可以用由記錄有該方法的步驟的程序控制動(dòng)作的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。上述程序，可由磁盤等的記錄媒體或互連網(wǎng)等的通信線路(有線或無(wú)線線路)提供。
其次，在曝光基板(掩?；?上形成與修正后的設(shè)計(jì)圖形對(duì)應(yīng)的圖形(S5)。在后述的S6的步驟中，在使用具備斜向入射照明(off axisillumination，離軸照明)的照明進(jìn)行曝光的方法(第1方法)的情況下，如圖5所示，形成通常掩模。就是說，在曝光基板101上形成通常的孔圖形13、23和33。在后述的S6的步驟中，在用通常照明(normal illumination)進(jìn)行曝光的方法(第2方法)的情況下，如圖6所示，形成交錯(cuò)型相移掩模(aiternating phase shift mask)。就是說，在曝光基板102上形成孔圖形14(無(wú)移相器的孔圖形)、孔圖形24(24a是無(wú)移相器的孔圖形、24b是有移相器的孔圖形)和孔圖形34(34a是無(wú)移相器的孔圖形、34b是有移相器的孔圖形)。
其次，使用在步驟S5中得到的曝光基板進(jìn)行曝光。就是說，把在步驟S5中得到的掩模圖形投影到在用來形成晶體管等的半導(dǎo)體元件的基板上形成的光刻膠膜上。其結(jié)果是，曝光基板上的被投影了圖形的部分的光刻膠膜被有選擇地曝光(S6)。
在第1方法中，使用圖5所示的通常掩模，利用具備斜向入射照明的照明進(jìn)行曝光。斜向入射照明，是一種是使光對(duì)曝光基板斜向地入射以進(jìn)行曝光的照明，由于可以以高析像度對(duì)高密度圖形進(jìn)行析像，故是適合于高密度圖形的照明。作為具備斜向入射照明的照明，可以舉出圖7A所示的環(huán)形照明(annular illumination)、圖7B所示的4孔照明(quadrupoleillumination)、圖7C所示的2孔照明(dipole illumination)、圖7D所示的5孔照明(quadrupole illumination with normal illumination，或speciallcustomized illumination)等。此外，也可以把圖7E、圖7F、圖7G、圖7H或圖7I所示的照明用做具備斜向入射照明的照明。圖7A、圖7B、圖7C、圖7E、圖7F、圖7G、圖7H，是只由斜向方向的照明光構(gòu)成的照明，圖7D和圖7I是由斜向方向的照明光和垂直方向的照明光構(gòu)成的照明。
在第2方法中，用圖6所示的交錯(cuò)型相移掩模，利用圖8所示的相干因子σ小的通常照明進(jìn)行曝光。通常照明，是一種使光向曝光基板垂直入射以進(jìn)行曝光的照明。由于使用相干因子σ小的通常照明和交錯(cuò)型相移掩模，可以以高析像度對(duì)高密度圖形進(jìn)行析像，故可以進(jìn)行對(duì)高密度圖形合適的曝光。另外，相干因子σ優(yōu)選例如在0.4或以下左右。
其次，對(duì)曝光后的光刻膠膜進(jìn)行顯影(S7)。通過顯影處理，如圖9所示，第1方法和第2方法，都可以在半導(dǎo)體基板111上的光刻膠膜112上形成孔圖形15、25和35。圖10A和圖10B分別示出了在稀疏圖形區(qū)域上形成的孔圖形15的剖面、和在密集圖形區(qū)域上形成的孔圖形25的剖面。
其次，進(jìn)行光刻膠膜的熱回流。其結(jié)果是，圖9所示的各個(gè)孔圖形15、25和35縮小，如圖11所示，形成縮小了的孔圖形16，26和36(S8)。就是說，加熱光刻膠膜以使之軟化，使孔圖形附近的光刻膠流入到孔內(nèi)，從而使孔圖形縮小。就如已經(jīng)說明的那樣，在稀疏圖形區(qū)域形成的孔圖形的縮小量大，在密集圖形區(qū)域形成的孔圖形的縮小量小。因此，采用預(yù)先使熱回流的條件和圖3所示的各個(gè)孔圖形12、22和32的尺寸最佳化的辦法，就可以得到與含于圖2所示的原設(shè)計(jì)圖形中的各個(gè)孔圖形11、21和31的尺寸對(duì)應(yīng)的所希望的尺寸的孔圖形16、26和36。圖12A示出了稀疏圖形區(qū)域的孔圖形16的剖面，圖12B示出了密集圖形區(qū)域的孔圖形26的剖面。
然后，把如此得到的光刻膠圖形用做掩模，對(duì)在半導(dǎo)體基板上形成的例如絕緣膜進(jìn)行刻蝕，形成接觸孔(S9)。
如上所述，若采用本實(shí)施方式，則根據(jù)孔圖形與相鄰圖形之間的距離和加熱光刻膠膜時(shí)的孔圖形的縮小量，求孔圖形的擴(kuò)大量。因此，利用如此得到的孔圖形，密集圖形區(qū)域的孔圖形和稀疏圖形區(qū)域的孔圖形就都可以以合適的尺寸形成。
此外，若采用本實(shí)施方式，則對(duì)于含于稀疏圖形區(qū)域中的孔圖形來說，由于由熱回流而產(chǎn)生的縮小量大，故在熱回流前在光刻膠膜上形成尺寸大的孔圖形，就可以容易地確保規(guī)定的光刻容限。另一方面，對(duì)于含于密集圖形區(qū)域中的孔圖形來說，只是在進(jìn)行熱回流的情況下難以確保規(guī)定的光刻容限。本實(shí)施方式的第1方法使用斜向入射照明，故可以進(jìn)行適合于密集圖形區(qū)域的曝光，即便是對(duì)于含于密集圖形區(qū)域中的孔圖形，也可以容易地確保光刻容限。本實(shí)施方式的第2方法使用相干因子σ小的通常照明和交錯(cuò)型相移掩模，故可以適合于高密度圖形的曝光，即便是對(duì)于含于密集圖形區(qū)域中的孔圖形，也可以容易地確保光刻容限。
以下，對(duì)本實(shí)施方式的具體實(shí)施例進(jìn)行說明。
(實(shí)施例1)在半導(dǎo)體基板(半導(dǎo)體晶片)上旋轉(zhuǎn)涂敷日產(chǎn)化學(xué)社生產(chǎn)的ArF有機(jī)反射防止膜ARC29A，然后再在215℃下進(jìn)行1分鐘堅(jiān)膜，形成厚度80nm的反射防止膜(anti-reflection coating)。接著，在該反射防止膜上旋轉(zhuǎn)涂敷信越化學(xué)社生產(chǎn)的ArF正光刻膠，再在110℃下進(jìn)行1分鐘堅(jiān)膜，形成厚度400nm的光刻膠膜。
其次，作為光掩模使用透過率為6％的半色調(diào)掩模，利用ArF準(zhǔn)分子激光曝光裝置，在NA＝0.78，σ＝0.95，2/3輪帶照明的條件下，使光刻膠膜曝光。然后，在100℃下對(duì)光刻膠膜進(jìn)行1分鐘堅(jiān)膜。接著，用2.38重量％的四甲基氫氧化氨(TMAHtetrametylanmoniumhydroxide)水溶液使光刻膠膜顯影，形成尺寸比設(shè)計(jì)圖形尺寸大的接觸孔圖形。這時(shí)的各個(gè)接觸孔圖形的尺寸，根據(jù)預(yù)先實(shí)驗(yàn)性地求得的到相鄰的圖形的距離和由熱回流產(chǎn)生的縮小量之間的關(guān)系決定。
其次，在165℃下對(duì)光刻膠膜進(jìn)行90秒鐘堅(jiān)膜。其結(jié)果是，通過光刻膠膜的熱回流，接觸孔圖形縮小，得到了尺寸為90nm的接觸孔圖形。尺寸變動(dòng)為±10％的容限，在曝光量裕度(exposure latitude)為8％時(shí)聚焦裕度(focus latitude)為0.2μm，得到了良好的結(jié)果。
(實(shí)施例2)在半導(dǎo)體基板(半導(dǎo)體晶片)上旋轉(zhuǎn)涂敷日產(chǎn)化學(xué)社生產(chǎn)的ArF有機(jī)反射防止膜ARC29A，然后再在215℃下進(jìn)行1分鐘堅(jiān)膜，形成厚度80nm的反射防止膜。接著，在該反射防止膜上旋轉(zhuǎn)涂敷信越化學(xué)社生產(chǎn)的ArF正光刻膠，再在110℃下進(jìn)行1分鐘堅(jiān)膜，形成厚度400nm的光刻膠膜其次，作為光掩模使用交錯(cuò)型相移掩模，利用ArF準(zhǔn)分子激光曝光裝置，在NA＝0.78，σ＝0.3的條件下，使光刻膠膜曝光。然后，在100℃下對(duì)光刻膠膜進(jìn)行1分鐘堅(jiān)膜。接著，用2.38重量％的四甲基氫氧化氨(TMAHtetrametylanmoniumhydroxide)水溶液使光刻膠膜顯影，形成尺寸比所需圖形尺寸大的接觸孔圖形。所形成的圖形，是X方向的間距為140nm，Y方向的間距為10nm的鏈狀圖形，各個(gè)接觸孔圖形的尺寸的X方向的長(zhǎng)度為70nm，Y方向的長(zhǎng)度為170nm。
其次，在165℃下對(duì)光刻膠膜進(jìn)行90秒鐘堅(jiān)膜。其結(jié)果是，通過光刻膠膜的熱回流，接觸孔圖形縮小，得到了X方向的長(zhǎng)度為70nm、Y方向的長(zhǎng)度為90nm的接觸孔圖形。尺寸變動(dòng)為±10％的容限，在曝光量裕度為8％時(shí)聚焦裕度為0.2μm，得到了良好的結(jié)果。
對(duì)于那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說還存在著另外一些優(yōu)點(diǎn)和變形。因此，本發(fā)明就其更為廣闊的方式來說并不限于上述附圖和說明。此外，就如所附權(quán)利要求及其等效要求所限定的那樣，還可以有許多不偏離總的發(fā)明的宗旨的變形。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)計(jì)圖形的制作方法，具備準(zhǔn)備含有第1孔圖形的第1設(shè)計(jì)圖形的工序；求上述第1孔圖形與和第1孔圖形相鄰的圖形之間的距離的工序；根據(jù)上述距離、和形成在光刻膠膜上的孔圖形在加熱光刻膠膜時(shí)的縮小量，求上述第1孔圖形的擴(kuò)大量的工序；以及制作具有用上述擴(kuò)大量把上述第1孔圖形擴(kuò)大后的第2孔圖形的第2設(shè)計(jì)圖形的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，上述距離越大、上述擴(kuò)大量就越大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，上述擴(kuò)大量還基于包含上述第1孔圖形的區(qū)域的圖形密度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，上述擴(kuò)大量還基于在光刻膠膜上形成與上述第2孔圖形對(duì)應(yīng)的孔圖形時(shí)的光刻容限。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在上述第1設(shè)計(jì)圖形中含有存儲(chǔ)單元區(qū)域和周邊電路區(qū)域；上述周邊電路區(qū)域中的相鄰圖形間的距離比上述存儲(chǔ)單元區(qū)域中的相鄰圖形間的距離大。
6.一種光掩模的制造方法，具備在掩?；迳闲纬膳c用權(quán)利要求1的方法制作的第2設(shè)計(jì)圖形對(duì)應(yīng)的掩模圖形的工序。
7.一種光刻膠圖形的形成方法，具備用規(guī)定的照明把用權(quán)利要求6的方法制造的光掩模的掩模圖形投影到光刻膠膜上的工序；使上述光刻膠膜顯影，在上述光刻膠膜上形成與上述第2孔圖形對(duì)應(yīng)的孔圖形的工序；以及加熱上述顯影后的光刻膠膜，縮小在上述光刻膠膜上形成的孔圖形的工序。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，上述規(guī)定的照明是包含斜向入射照明的照明。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，上述斜向入射照明是環(huán)型照明或在偏離軸的位置上具有2個(gè)或2個(gè)以上的孔徑的照明。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，上述光掩模是交錯(cuò)型相移掩模；上述規(guī)定的照明是通常照明。
11.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，具備以利用權(quán)利要求7的方法形成的光刻膠圖形為掩模，對(duì)半導(dǎo)體器件形成用的基板進(jìn)行刻蝕的工序。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，上述規(guī)定的照明是包含斜向入射照明的照明。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，上述光掩模是交錯(cuò)型相移掩模；上述規(guī)定的照明是通常照明。
14.一種計(jì)算機(jī)可讀取的記錄媒體，儲(chǔ)存了用來使計(jì)算機(jī)執(zhí)行下述步驟的程序，這些步驟是準(zhǔn)備含有第1孔圖形的第1設(shè)計(jì)圖形的步驟；求上述第1孔圖形與和第1孔圖形相鄰的圖形之間的距離的步驟；根據(jù)上述距離、和形成在光刻膠膜上的孔圖形在加熱光刻膠膜時(shí)的縮小量，求上述第1孔圖形的擴(kuò)大量的步驟；以及制作具有用上述擴(kuò)大量擴(kuò)大了上述第1孔圖形的第2孔圖形的第2設(shè)計(jì)圖形的步驟。
全文摘要
一種設(shè)計(jì)圖形的制作方法，該方法具備如下的工序準(zhǔn)備含有第1孔圖形的第1設(shè)計(jì)圖形的工序；求上述第1孔圖形和與第1孔圖形相鄰的圖形之間的距離的工序；根據(jù)上述距離和形成在光刻膠膜上的孔圖形在加熱光刻膠膜時(shí)的縮小量，求上述第1孔圖形的擴(kuò)大量的工序；制作具有用上述擴(kuò)大量擴(kuò)大了上述第1孔圖形的第2孔圖形的第2設(shè)計(jì)圖形的工序。
文檔編號(hào)G03F1/30GK1581434SQ20041007056
公開日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2004年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月7日
發(fā)明者宮崎真紀(jì), 三本木省次 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝