專利名稱：在半導(dǎo)體器件上提供一致臨界尺寸的光掩模及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光掩模及其制造和使用光掩模的方法，具體涉及光掩模及其制造和使用光掩模制造具有一致的臨界尺寸的半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
光掩模是含有在例如半導(dǎo)體晶片的襯底上制造高度集成的電路中使用的精微圖形的高精度的盤(plate)。光掩模典型地由非常平坦的例如玻璃或者石英的透明材料片而形成，具有在一側(cè)上形成的例如鉻的不透明材料的構(gòu)圖層。
光刻包括將光掩模圖形的圖像投射到襯底或晶片上，在其上制造電子電路。如果通過相對(duì)彼此重復(fù)地移動(dòng)襯底和掩模將圖像重復(fù)地多次投射到晶片上，這稱為“步進(jìn)”。在這種情況下，光掩模稱為“標(biāo)度線”。
理想地，在光掩模上具有臨界尺寸(CD)的圖形在具有此相同CD的晶片上產(chǎn)生圖形。然而，使用傳統(tǒng)掩?；驑?biāo)度線在晶片上形成的圖形的CD的一致性受到各種因素的影響，例如工序，通過該工序形成經(jīng)由光掩模被曝光的光刻膠層，以及其它因素。
存在集成電路的各種類型的CD非一致性。例如，CD非一致可以在單個(gè)晶片的整個(gè)表面上發(fā)生。即，晶片的不同區(qū)域可以是不同的，而不管在該區(qū)域中制造的電路。這導(dǎo)致在相同的晶片上形成具有不同CD的多個(gè)電路片。另一種非一致是晶片到晶片的非一致，其中使用相同工序步驟制造不同的晶片以及相同的光掩模具有不同的CD。另一種CD非一致是片內(nèi)非一致。在這種類型中，在單個(gè)電路芯片或片(die)內(nèi)的不同區(qū)域具有不同的CD。
應(yīng)注意集成密度變得越來越大，在單個(gè)芯片電路片中的晶片上集成的器件尺寸變得更小。器件尺寸的這種減小的結(jié)果是，片內(nèi)CD非一致性變?yōu)橹圃彀雽?dǎo)體器件中更加主導(dǎo)的誤差源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供光掩模、制造光掩模的方法以及使用光掩模在例如其中實(shí)質(zhì)上減小了CD非一致性特別是片中CD非一致性的半導(dǎo)體晶片的襯底上制造電路的方法。
根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及制造光掩模的方法。根據(jù)該方法，提供具有多個(gè)區(qū)域的襯底。使用輻射照射該襯底，以及對(duì)于多個(gè)區(qū)域的每一個(gè)檢測(cè)關(guān)于輻射與襯底的相互作用的光學(xué)特性。改變關(guān)于在至少一個(gè)區(qū)域中的光學(xué)特性的光學(xué)參數(shù)。
在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)特性是通過襯底的透射(transmission)。改變光學(xué)參數(shù)包括在襯底上形成結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可包括周期的光柵或非周期的光柵。非周期的光柵可包括襯底中的凹槽的隨機(jī)圖形。
改變光學(xué)參數(shù)可包括改變襯底的特性。改變襯底的特性可包括在襯底中形成遮掩單元。替換地，改變襯底的特性可包括在襯底的背面淀積材料。替換地，改變襯底的特性可包括將離子注入襯底。
改變光學(xué)參數(shù)可包括在襯底上形成結(jié)構(gòu)以及改變襯底的特性。
在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)特性是來自襯底的反射(reflectance)。
光學(xué)特性還可以是透射。光學(xué)參數(shù)還可以是反射。
光學(xué)參數(shù)可以是折射指數(shù)、吸收系數(shù)、或相位。
改變光學(xué)參數(shù)可以包括在至少一個(gè)區(qū)域中的襯底的表面上形成相位改變結(jié)構(gòu)。相位改變結(jié)構(gòu)可以是相位光柵。在區(qū)域中形成的相位改變結(jié)構(gòu)的特性可以與區(qū)域的所檢測(cè)的透射相關(guān)。相位改變結(jié)構(gòu)的特性可以是在襯底上形成的凹槽圖形的圖形密度。
改變光學(xué)參數(shù)可以包括在至少一個(gè)區(qū)域中的襯底中形成遮蔽(shadowing)單元。形成遮蔽單元可包括使用激光照射區(qū)域，以改變區(qū)域中的透射。
在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于每個(gè)區(qū)域所檢測(cè)的輻射是第0級(jí)衍射輻射。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及一種制造光掩模的方法。根據(jù)該方法，提供具有多個(gè)區(qū)域的襯底。使用輻射照射襯底。對(duì)于多個(gè)區(qū)域的每一個(gè)，檢測(cè)通過襯底的輻射的透射。改變與在至少一個(gè)區(qū)域中的透射相關(guān)的光學(xué)參數(shù)。對(duì)于每個(gè)區(qū)域所檢測(cè)的輻射是第0級(jí)衍射輻射。
改變光學(xué)參數(shù)包括在襯底上形成結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可包括周期的光柵或非周期的光柵。非周期的光柵可包括襯底中的凹槽的隨機(jī)圖形。
改變光學(xué)參數(shù)可包括改變襯底的特性。改變襯底的特性可包括在襯底中形成遮掩單元。改變襯底的特性可包括在襯底的背面淀積材料。改變襯底的特性可包括將離子注入襯底。
改變光學(xué)參數(shù)可包括在襯底上形成結(jié)構(gòu)以及改變襯底的特性。
在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)參數(shù)是透射。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)參數(shù)是反射。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)參數(shù)是折射指數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)參數(shù)是吸收系數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)參數(shù)是相位。
改變光學(xué)參數(shù)可以包括在至少一個(gè)區(qū)域中的襯底的表面上形成相位改變結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，相位改變結(jié)構(gòu)是相位光柵。在一個(gè)實(shí)施例中，在區(qū)域中形成的相位改變結(jié)構(gòu)的特性可以與區(qū)域的所檢測(cè)的透射相關(guān)。相位改變結(jié)構(gòu)的特性可以是在襯底上形成的凹槽圖形的圖形密度。
改變光學(xué)參數(shù)可以包括在至少一個(gè)區(qū)域中的襯底中形成遮蔽單元。形成遮蔽單元可包括使用激光照射區(qū)域，以改變區(qū)域中的透射。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及制造光掩模的方法。根據(jù)本發(fā)明，提供具有多個(gè)區(qū)域的襯底。使用輻射照射襯底。檢測(cè)對(duì)于多個(gè)區(qū)域的每一個(gè)的關(guān)于輻射與襯底的相互作用的光學(xué)特性。改變與在至少一個(gè)區(qū)域中的光學(xué)特性相關(guān)的光學(xué)參數(shù)，使得使用光掩模所處理的晶片的臨界尺寸(CD)基本上一致。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及制造光掩模的方法。根據(jù)該方法，提供具有多個(gè)區(qū)域的襯底。使用輻射照射襯底。檢測(cè)對(duì)于多個(gè)區(qū)域的每一個(gè)的關(guān)于輻射與襯底的相互作用的光學(xué)特性。使用所檢測(cè)的光學(xué)特性，改變關(guān)于至少一個(gè)區(qū)域中的透射的光學(xué)參數(shù)。


從參照附圖所說明的本發(fā)明的優(yōu)選方面的更加具體的說明中，本發(fā)明的上述和其它目標(biāo)、特性和優(yōu)勢(shì)將變得顯而易見，在整個(gè)不同附圖中相同標(biāo)號(hào)指示相同部件。附圖不一定是按照比例的，而是將重點(diǎn)放在說明本發(fā)明的原理上。在附圖中，為了清楚起見放大了層和區(qū)域的厚度。
圖1是說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的頂級(jí)流程圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的說明使用密度計(jì)測(cè)量透射過光掩模的光的操作的原理性功能框圖。
圖3包含兩個(gè)透射率(ΔT/ΔCD)對(duì)光的入射角的曲線。
圖4A和4B包含關(guān)于具有不同CD的光掩模的構(gòu)圖區(qū)域的虛像。圖4A的曲線繪制出光掩模的4個(gè)特定構(gòu)圖區(qū)域的CD。圖4B是對(duì)于在圖4A的所限定區(qū)域的每一個(gè)，通過圖4A的光掩模的所透射0級(jí)光的強(qiáng)度的圖。
圖5A和5B是說明在光曝光量的變化上，通過光掩模的0級(jí)光的透射和使用該光掩模所形成的所得晶片圖形的CD之間的關(guān)系的圖形。
圖6是說明透射過光掩模的光量和從晶片圖形的CD所轉(zhuǎn)換的量之間的相互關(guān)系的圖。
圖7包含在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的校正之前，對(duì)于具有在其上形成的一對(duì)圖形的光掩模的原理圖和相應(yīng)的透射強(qiáng)度曲線。
圖8包含在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的校正之后，對(duì)于如圖7所示的具有在其上形成的一對(duì)圖形的光掩模的原理圖和相應(yīng)的透射強(qiáng)度曲線。
圖9包含在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的校正之后，對(duì)于如圖7所示的具有在其上形成的一對(duì)圖形的光掩模的原理圖和相應(yīng)的透射強(qiáng)度曲線。
圖10是說明制造本發(fā)明的光掩模的方法的一個(gè)實(shí)施例的邏輯流程的流程圖。
圖11是說明制造根據(jù)本發(fā)明的光掩模的方法的一個(gè)實(shí)施例的更具體的邏輯流程的流程圖。
圖12是說明在圖11的步驟305的邏輯流程的詳細(xì)流程圖。
圖13是說明在圖12的步驟3051的邏輯流程的詳細(xì)流程圖。
圖14是說明制造根據(jù)本發(fā)明的光掩模的方法的一個(gè)實(shí)施例的邏輯流程的流程圖。
圖15包含根據(jù)本發(fā)明，用于以反射模式執(zhí)行在此描述的密度計(jì)測(cè)量的密度計(jì)系統(tǒng)的原理框圖。
圖16包含在圖15中所示的反射光掩模的一個(gè)實(shí)施例的原理框圖。
圖17包含根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，說明制造具有晶片CD校正的反射光掩模的方法的邏輯流程的流程圖。
圖18是詳細(xì)說明圖17的步驟603的詳細(xì)流程圖。
具體實(shí)施例方式
在下面的說明中，當(dāng)將層描述為形成在襯底上的另一層上，可以在其他層或襯底上形成該層，或者可以在該層和其他層或襯底之間插入第三層。
典型地，晶片中的CD非一致性是由各種誤差源所導(dǎo)致。這些包括曝光工具、晶片襯底、晶片制造工序、掩?；驑?biāo)度線以及其他誤差源。誤差源對(duì)CD非一致性預(yù)算操作到操作(R2R)，即，對(duì)于在多個(gè)各個(gè)制造操作中處理的晶片的多個(gè)組上；晶片到晶片，即在單個(gè)操作之中的多個(gè)晶片上；晶片中，即在單個(gè)晶片內(nèi)；以及片中，即在晶片上的單個(gè)片內(nèi)，有影響。本發(fā)明通過校正掩?；驑?biāo)度線中的誤差源而減輕片內(nèi)CD非一致性。
典型地，在光刻曝光輻射，即光中的空間分布誤差、掩?；驑?biāo)度線中的CD不確度以及在掩模的透射中的變化貢獻(xiàn)于片內(nèi)CD非一致性。在多數(shù)情況中，片內(nèi)CD非一致性誤差是由于原因的復(fù)雜組合，包括來自曝光工具的曝光的空間分布、掩模中的CD不確度和/或掩模的透射。
傳統(tǒng)地，來自曝光系統(tǒng)的光的空間分布誤差的影響大于掩模的CD不確度和掩模的透射的影響。然而，已經(jīng)減小了光的空間部分的影響，由于通過各種補(bǔ)償方法改進(jìn)了曝光工具的質(zhì)量。另一方面，CD不確度和掩模的透射的影響增加，由于半導(dǎo)體器件的尺寸持續(xù)減小。本發(fā)明涉及減小在掩模自身中的誤差的效應(yīng)。
傳統(tǒng)地，使用掃描電子顯微鏡(SEM)方法或者光學(xué)臨界尺寸(OCD)方法來測(cè)量光掩模的CD。在SEM方法中，通過將電子束輻射到光掩模然后捕獲從光掩模的表面發(fā)射的二次電子而直接測(cè)量光掩模的CD。該SEM方法需要測(cè)量光掩模上的圖形的大量CD，以增加測(cè)量有效性和可靠性，由于該方法有某些固有的缺點(diǎn)，例如測(cè)量誤差和本地CD誤差。然而，由制造效率的約束來限定可以測(cè)量的CD數(shù)目?？梢詼y(cè)量的CD數(shù)目的該限制導(dǎo)致獲得具有適宜的測(cè)量有效應(yīng)和可靠性的CD測(cè)量結(jié)果中的困難。
OCD方法通過僅捕獲從光掩模圖形反射的輻射來測(cè)量光掩模的CD。然而，該方法具有某些固有的不準(zhǔn)確度，由于透射通過光掩模的輻射在將光掩模圖形轉(zhuǎn)移到被處理的晶片或襯底上的光刻膠上是重要的。此外，OCD方法僅用于測(cè)量?jī)H線和空間圖形的CD，而不是光掩模上的各種可能圖形的CD。
補(bǔ)償光掩模的錯(cuò)誤的CD或者改進(jìn)晶片的CD一致性的傳統(tǒng)方法是基于構(gòu)圖的晶片的CD。即，測(cè)量晶片的CD中的誤差以確定將對(duì)光掩模做出的校正。需要各種因素例如晶片的所測(cè)量CD、根據(jù)曝光能量中的變化的晶片上的CD趨勢(shì)、以及所得CD校正量，以使用傳統(tǒng)方法。在傳統(tǒng)方法中，在做出晶片測(cè)量之后，通過控制例如降低光掩模的預(yù)設(shè)區(qū)域的透射來補(bǔ)償光掩模的CD。可以通過在光掩模的后側(cè)，即相對(duì)于不透明光掩模圖形的光掩模側(cè)上形成一個(gè)或多個(gè)衍射光柵，或者通過在光掩模襯底的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域中形成光學(xué)缺陷來完成光掩模的透射率的這種降低。
這些傳統(tǒng)方法需要大量的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)來實(shí)現(xiàn)，由于典型地在晶片上形成多個(gè)圖形并執(zhí)行晶片圖形上的所得CD的多個(gè)測(cè)量之后計(jì)算所需要的CD校正。需要確定校正區(qū)域以及必須計(jì)算在每個(gè)區(qū)域中所需的校正量。由于上述的原因，晶片CD的這些測(cè)量和校正確定以及計(jì)算是困難并且費(fèi)時(shí)的。
在本發(fā)明中，可以補(bǔ)償光掩模的錯(cuò)誤的CD以通過控制透射過光掩模的0級(jí)光的強(qiáng)度形成虛像。本發(fā)明提供補(bǔ)償光掩模自身的錯(cuò)誤的CD的方法，其與例如曝光能量的曝光條件無關(guān)。本發(fā)明的該方法不需要測(cè)量被處理的晶片上的CD。
根據(jù)本發(fā)明，補(bǔ)償光掩模的錯(cuò)誤CD或者改進(jìn)晶片上的所得CD一致性是基于由光掩模所透射的0級(jí)光的強(qiáng)度分布?？梢愿鶕?jù)本發(fā)明通過密度計(jì)(densitometer)來測(cè)量0級(jí)光的強(qiáng)度分布。如果根據(jù)本發(fā)明的由光掩模透射的0級(jí)光的強(qiáng)度是一致的，那么由光掩模處理的晶片的CD也將是一致的。
圖1是說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的頂級(jí)流程圖。參照?qǐng)D1，在步驟10，制備包括由例如石英或玻璃的材料制成的透明襯底以及例如鉻的不透明材料的圖形的光掩模。在步驟20，測(cè)量表示入射光的強(qiáng)度的分量的值。在步驟30，對(duì)于光掩模的CD做出補(bǔ)償。
密度計(jì)是根據(jù)本發(fā)明所使用的在半導(dǎo)體器件制造工序中用于直接測(cè)量并讀取掩模圖形的密度的儀器。使用密度計(jì)測(cè)量在掩模的區(qū)域中的圖形密度，并彼此作比較。
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，使用密度計(jì)測(cè)量透射過光掩模的光的操作的原理性功能框圖。參照?qǐng)D2，光源40發(fā)射例如光的輻射到聚光透鏡42。來自透鏡42的光44射到光掩模46的表面，其包括由例如石英或玻璃的透明材料制成的透明襯底48，在透明襯底48上形成例如鉻的不透明材料的圖形50。光56和58透射過光掩模46。0級(jí)光56射到物鏡52，選擇物鏡52的尺寸，使得來自光掩模46的光的較高級(jí)光58不射到透鏡52。由物鏡52積聚的0級(jí)光由透鏡52引導(dǎo)到光電探測(cè)器或分光計(jì)54，其確定0級(jí)光的強(qiáng)度。
圖2的密度計(jì)與用于曝光被處理的晶片的曝光(掃描)系統(tǒng)不同，在于晶片曝光系統(tǒng)的物鏡足夠大以積聚較高級(jí)的光并將它們引導(dǎo)到晶片。相反地，根據(jù)本發(fā)明使用的密度計(jì)僅僅檢測(cè)0級(jí)光。即，通常，晶片掃描系統(tǒng)使用較大口徑的透鏡，其除了0級(jí)光以外還捕獲1級(jí)光以及有時(shí)2級(jí)光。與此相反，密度計(jì)不需要大口徑的透鏡。小口徑透鏡52僅用于捕獲0級(jí)光，以及，根據(jù)本發(fā)明，其中透射光的區(qū)域盡可能的小，使得僅僅0級(jí)光透射到測(cè)量系統(tǒng)54，而沒有例如1級(jí)和2級(jí)光的較高級(jí)光。
同樣，在密度計(jì)系統(tǒng)中的光的入射角度是0度。然而，用于掃描系統(tǒng)的入射角度從0到約10度之間變化。因此，密度計(jì)系統(tǒng)的照射條件與掃描系統(tǒng)的不同。由變量T表示通過光掩模的透射的測(cè)量。由T0表示0級(jí)光的透射。通常，在從0到10度的入射角度范圍上，值ΔT/ΔCD，即對(duì)于光掩模的給定區(qū)域的CD的變化上的透射變化率在小于2％的范圍內(nèi)變化。
圖3包含透射率(ΔT/ΔCD)對(duì)光的入射角度的兩個(gè)曲線。用豎直正方形標(biāo)記的曲線是用于垂直于圖形方向的光的入射角度，而用菱形(旋轉(zhuǎn)的正方形)標(biāo)記的曲線是用于平行于圖形方向的光的入射角度。圖3的兩個(gè)曲線指示透射率隨著入射角度的總變化小于2％。即，密度計(jì)系統(tǒng)中的0級(jí)光的透射與掃描系統(tǒng)的相似，不考慮照射條件的變化。
圖4A和4B包含與具有不同CD的光掩模的構(gòu)圖區(qū)域相關(guān)的虛像。圖4A的曲線繪制出光掩模的4個(gè)特定構(gòu)圖區(qū)域的CD。通過說明性實(shí)例，區(qū)域32a具有最小的CD，區(qū)域32b具有其次大的CD，區(qū)域32c具有其次大的CD以及區(qū)域32d具有最大CD。例如，區(qū)域32a、32b、32c和32d分別具有150、200、250、和300nm的CD。圖4B是對(duì)于在圖4A中所限定區(qū)域的每一個(gè)，透射過圖4A的光掩模的0級(jí)光的強(qiáng)度的圖。通過圖2的密度計(jì)檢測(cè)所透射的0級(jí)光。如圖4A和圖4B所示，具有較大CD的區(qū)域具有0級(jí)光的較大透射。即，以增大的CD的次序，區(qū)域32a、32b、32c和32d分別具有所透射的0級(jí)光320a、320b、320c和320d的增大的強(qiáng)度。因此，所透射0級(jí)光的所檢測(cè)強(qiáng)度與CD相關(guān)，并且，通過檢測(cè)所透射0級(jí)光的強(qiáng)度，可以確定光掩模的單個(gè)區(qū)域的CD的所需校正。即，可以通過控制透射過區(qū)域的0級(jí)光的強(qiáng)度，來補(bǔ)償并校正在多個(gè)區(qū)域中的光掩模的CD的誤差或非一致性。
圖4A說明剛好標(biāo)度線之后的光強(qiáng)度分布。標(biāo)度線包括不透明圖形和透明圖形。不透明圖形由例如Cr或MoSi的不透明材料構(gòu)成，而透明圖形典型地由石英構(gòu)成。參考數(shù)字37a和37b分別表示剛好標(biāo)度線之后的高強(qiáng)度區(qū)和低強(qiáng)度區(qū)。使用高空間頻率周期地排列區(qū)域37a和37b。因此，需要高數(shù)值孔徑視覺系統(tǒng)來分辨區(qū)域。然而，0級(jí)測(cè)量系統(tǒng)具有非常小的數(shù)值孔徑，因而即便可以分辨區(qū)域37a和37b，在分辨具有相對(duì)低的空間頻率的區(qū)域320a和320b時(shí)有困難。即，不能單個(gè)地看到區(qū)域37a和37b。在圖4B中僅能夠以320b看到整體調(diào)整的區(qū)域。因此，由于0級(jí)測(cè)量系統(tǒng)的低分辨能力，不能單個(gè)地看到區(qū)域37a和37b，但是可以通過比較光強(qiáng)度的每個(gè)高度來分辨320a和320b之間的全局(global)CD的差異。
圖5A和5B是說明在光曝光量的變化上，通過光掩模的0級(jí)光的透射和使用該光掩模所形成的所得晶片圖形的CD之間的關(guān)系的圖形。圖5A和5B是基于透射過光掩模的并由密度計(jì)所檢測(cè)的0級(jí)光的實(shí)際測(cè)量。通過使用光掩模上的曝光范圍來實(shí)現(xiàn)曝光量變化。圖5A示出通過具有曝光量變化的光掩模的實(shí)際0級(jí)光透射的透射一致性映像圖。圖5B是透射一致性映像圖，其通過使用SEM所獲得的晶片CD的實(shí)際測(cè)量而生成。將晶片CD測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)橥干渲挡⒗L制以與圖5A做比較。該比較指示光掩模的實(shí)際光掩模透射測(cè)量與基于晶片CD所生成的投射映像完全吻合。因此，根據(jù)本發(fā)明，圖5A和5B說明由光掩模所透射的0級(jí)光和使用該光掩模所制造的晶片的CD之間的關(guān)系。它們說明，如果由光掩模所透射的0級(jí)光的強(qiáng)度是一致的，那么所得晶片CD將是一致的，即使在光掩模上的CD不是一致的。根據(jù)本發(fā)明，使用該關(guān)系以在光掩模的預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)改變0級(jí)光的透射，以在晶片上產(chǎn)生一致的CD。
圖6是說明透射過光掩模的光量和從晶片圖形的CD所轉(zhuǎn)換的量之間的相互關(guān)系的圖。圖6的圖形說明，通常，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)透射過光掩模的實(shí)際測(cè)量的光量增加時(shí)，通過測(cè)量所得晶片圖形上的相應(yīng)CD并且將所測(cè)量的晶片CD轉(zhuǎn)換為光掩模透射而計(jì)算的光量也增加。
圖7包含在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的校正之前，對(duì)于具有在其上形成的一對(duì)圖形的光掩模60的原理圖和相應(yīng)的透射強(qiáng)度曲線。參照?qǐng)D7，光掩模包括襯底61，在其上形成一對(duì)圖形。在光掩模60的第一區(qū)域R1中形成第一圖形67，以及在光掩模60的第二區(qū)域R2中形成第二圖形69。第一圖形67包括由開口或縫隙73所分隔的兩個(gè)不透明線71和72，并且第二圖形69包括由縫隙76所分隔的兩個(gè)不透明線74和75。縫隙73具有寬度d1，以及第二縫隙76具有寬度d2，d2比d1大距離ω的兩倍。
在圖7中在光掩模60的圖的下面的曲線表示透射過光掩模60的光的強(qiáng)度。在曲線的拐點(diǎn)的強(qiáng)度值表示0級(jí)光的強(qiáng)度。如強(qiáng)度曲線所示，在區(qū)域R1中，由于較小的縫隙73，峰值強(qiáng)度小于區(qū)域R2的曲線的峰值強(qiáng)度。同樣，區(qū)域R1的曲線與平均值L1相關(guān)聯(lián)，該平均值L1小于區(qū)域R2的曲線的平均值L2。由對(duì)于在強(qiáng)度閾值Ith的每一個(gè)縫隙的強(qiáng)度曲線的寬度來確定使用光掩模60在晶片上形成的圖形的CD，對(duì)于本發(fā)明的目的，將該Ith選擇為等于L1。由于在強(qiáng)度閾值Ith，區(qū)域R2的強(qiáng)度曲線比R1的要寬，與光掩模圖形69相關(guān)的晶片CD將比與光掩模圖形67相關(guān)的晶片CD要大。
應(yīng)注意，該說明示出被由于光掩模的CD的變化的透射強(qiáng)度的變化所影響的晶片CD。如上所述，其他因素影響光掩模的透射強(qiáng)度，例如掩模材料自身的透射變化、光掩模中的相位(干涉)變化等。應(yīng)注意，本發(fā)明適用于校正由任何這些因素所導(dǎo)致的光掩模透射的變化而導(dǎo)致的晶片CD非一致性。
圖8包含在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的校正之后，對(duì)于如圖7所示的具有在其上形成的一對(duì)圖形的光掩模160的原理圖和相應(yīng)的透射強(qiáng)度曲線。在該實(shí)施例中，在光掩模襯底161的區(qū)域R2中生成包括遮蔽單元80，例如光學(xué)缺陷的陣列的遮蔽區(qū)域82，以降低區(qū)域R2中的光掩模160的透射?？梢酝ㄟ^使用高功率的激光能量照射光掩模161或離子注入而引入遮蔽單元80。結(jié)果，在遮蔽單元80中，以預(yù)設(shè)的方式改變光掩模襯底材料的折射指數(shù)n和吸收因數(shù)k，以改變光掩模材料的相位并減小光掩模襯底的區(qū)域R2的透射。在US公開專利申請(qǐng)No.2004/0214094中描述了使用遮蔽單元來改變光掩模的透射率的方法，將其全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。
由于遮蔽區(qū)域82，減小了在區(qū)域R2中的光掩模160的透射強(qiáng)度，如圖8的相應(yīng)曲線所示。將曲線的平均值降低到大約等于區(qū)域R1的透射強(qiáng)度曲線的平均值。結(jié)果，在強(qiáng)度閾值Ith的區(qū)域R2的強(qiáng)度曲線的寬度與區(qū)域R1的相等。結(jié)果，將均衡在光掩模160的區(qū)域R1和R2中的圖形的晶片CD。
還可以根據(jù)本發(fā)明使用改變區(qū)域R2中的光掩模的透射的其他方法。例如，可以在相對(duì)于其上形成光掩模圖形的表面的光掩模襯底的表面上形成周期的或非周期的相位光柵。
圖9包含在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的校正之后，對(duì)于如圖7所示的具有在其上形成的一對(duì)圖形的光掩模260的原理圖和相應(yīng)的透射強(qiáng)度曲線。在該實(shí)施例中，在光掩模襯底161的區(qū)域R2中的光掩模260的襯底261的后側(cè)形成例如非周期的相位光柵90的相位光柵，以降低區(qū)域R2中的光掩模160的透射。相位光柵90能夠替換地為周期的相位光柵。相位光柵90改變通過襯底261的光路長(zhǎng)度，以將破壞性的相移引入通過襯底261的光傳播。結(jié)果，實(shí)質(zhì)地減小了0級(jí)光的強(qiáng)度和/或更高級(jí)的光變得更加支配。在US公開的專利申請(qǐng)No.2004/0067422中描述了使用相位光柵來改變光掩模的透射率的方法，在此將其全部?jī)?nèi)容引入作為參考。
由于相位光柵90，減小了區(qū)域R2中的光掩模260的透射強(qiáng)度，如圖9的相應(yīng)曲線所說明。降低曲線的平均值以大約等于區(qū)域R1的強(qiáng)度曲線的平均值。結(jié)果，在強(qiáng)度閾值Ith的區(qū)域R2的強(qiáng)度曲線的寬度與區(qū)域R1的相等。結(jié)果，將均衡在光掩模260的區(qū)域R1和R2中的圖形的晶片CD。
因此，根據(jù)本發(fā)明，確定了通過光掩模的光透射。對(duì)于光掩模的所有區(qū)域做出該確定。對(duì)于光掩模的每個(gè)區(qū)域確定0級(jí)光透射，并基于0級(jí)光透射生成光掩模的映像。然后，校正圖，其指示在每個(gè)區(qū)域中必須做出何種校正，以均衡對(duì)于光掩模的0級(jí)光透射。作為該均衡的結(jié)果，由光掩模所處理的晶片上的所得CD將是一致的。對(duì)于每個(gè)區(qū)域的校正量用于限定將對(duì)每個(gè)區(qū)域所做出的校正的模式。例如，在區(qū)域中所需要的校正的量確定在該區(qū)域中的光掩模的后側(cè)上形成的相位光柵的間距，或者在該區(qū)域中形成的遮蔽單元的結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過用于確定校正區(qū)域和對(duì)于每個(gè)區(qū)域所需要的0級(jí)光透射的校正量的計(jì)算機(jī)程序做出這些確定。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行在圖14中所示的邏輯流程，如將在下文詳細(xì)說明。結(jié)果，在一個(gè)實(shí)施例中，通過執(zhí)行該程序，補(bǔ)償達(dá)92％的全局晶片CD誤差。
圖10是說明制造本發(fā)明的光掩模的方法的一個(gè)實(shí)施例的邏輯流程的流程圖。參照?qǐng)D10，在步驟200，制備光掩模。在步驟202，確定透射過光掩模的0級(jí)光的強(qiáng)度分布。在步驟204，確定光掩模的校正區(qū)域并計(jì)算對(duì)于每個(gè)區(qū)域的0級(jí)光的強(qiáng)度的校正量。在步驟206，計(jì)算對(duì)于每個(gè)區(qū)域的通過光掩模的透射的校正量。在步驟208，通過在光掩模的后側(cè)上形成衍射光柵或者在光掩模內(nèi)形成例如遮蔽單元的光學(xué)缺陷而做出光掩模校正，由此減小在光掩模的預(yù)設(shè)區(qū)域中的0級(jí)光的透射。
圖11是說明制造根據(jù)本發(fā)明的光掩模的方法的一個(gè)實(shí)施例的更具體的邏輯流程的流程圖。參照?qǐng)D11，在步驟301，獲得光掩模的0級(jí)透射數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。在步驟302，使用光掩模的所測(cè)量的0級(jí)光透射數(shù)據(jù)來計(jì)算光掩模的圖形CD。在步驟303，使用光掩模的圖形CD獲得將在晶片上形成的虛像及其CD。在步驟304，做出關(guān)于虛像的CD和設(shè)計(jì)CD之間的差異是否在可接受的范圍內(nèi)的確定。如果是這樣，那么工序終止。如果不是，那么在步驟305，通過仿真生成補(bǔ)償圖，在該補(bǔ)償圖中橫跨晶片的ΔCD大約為零。在步驟306，使用補(bǔ)償圖來實(shí)現(xiàn)光透射率控制和校正。
圖12是說明在圖11的步驟305的邏輯流程的詳細(xì)流程圖。參照?qǐng)D1，在步驟3051，生成百分比量減小值圖。該圖說明在對(duì)于光掩模的每個(gè)區(qū)域所需的0級(jí)光透射中的所需百分比減小。在步驟3502，執(zhí)行仿真以生成補(bǔ)償圖。
圖13是說明在圖12的步驟3051的邏輯流程的詳細(xì)流程圖。參照?qǐng)D13，在步驟30511，對(duì)于每個(gè)區(qū)域計(jì)算例如ΔCD、量和范圍的變量。在步驟30512，使用下面的公式計(jì)算對(duì)于每個(gè)區(qū)域的百分比量減小值％量減小＝量范圍XΔCD。
圖14是說明根據(jù)本發(fā)明的制造光掩模的方法的一個(gè)實(shí)施例的邏輯流程的流程圖。參照?qǐng)D14，在步驟401，輸入對(duì)于光掩模的0級(jí)光透射數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。在步驟402，使用所測(cè)量的光掩模的0級(jí)透射數(shù)據(jù)來計(jì)算光掩模的圖形CD。在步驟403，使用光掩模的圖形CD來獲得將在晶片上形成的虛像及其CD。在步驟404，獲得在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的0級(jí)光強(qiáng)度的差異。在步驟405，使用在步驟0404中計(jì)算的對(duì)于光掩模區(qū)域所計(jì)算的差異，生成補(bǔ)償圖。在步驟406，使用上述獲得的衍射陣列中的點(diǎn)密度來均衡第一和第二區(qū)域的0級(jí)光強(qiáng)度。該衍射陣列是用于衍射光柵中的二維的點(diǎn)，而不是一維的線和空間圖形。由其二維的點(diǎn)的密度，即點(diǎn)密度來確定通過使用衍射陣列的強(qiáng)度減小的效率。衍射陣列包括點(diǎn)，并且點(diǎn)密度確定衍射陣列的效率強(qiáng)度減小。
在此已經(jīng)按照透射的光掩模描述了優(yōu)選實(shí)施例的說明。然而，本發(fā)明還可適用于反射光掩模。圖15包含根據(jù)本發(fā)明，用于以反射模式執(zhí)行在此描述的密度計(jì)測(cè)量的系統(tǒng)801的原理框圖。根據(jù)本發(fā)明，大約13.5nm波長(zhǎng)的遠(yuǎn)紫外(EUV)輻射802的源照射光掩模800。光掩模800包括透明的襯底805，在其上形成Si/Mo多層結(jié)構(gòu)804。在多層結(jié)構(gòu)804上形成吸收劑圖形806。EUV輻射802穿透光掩模800的透明部分，即在其上不形成吸收劑圖形806的部分襯底。由吸收劑圖形806所反射的部分EUV808被引導(dǎo)到光電探測(cè)器或分光計(jì)810并由光電探測(cè)器或分光計(jì)所積聚。使用通過光電探測(cè)器或分光計(jì)810生成的測(cè)量，執(zhí)行本發(fā)明的密度計(jì)分析。
圖16包含在圖15中所示的反射光掩模800的一個(gè)實(shí)施例的原理框圖。如上所述，光掩模800包括透明襯底805。襯底805可以由低熱膨脹材料(LTEM)并且可以是三分之一英寸厚。LTEM襯底可以由Ti摻雜的熔融石英、ULE(由Corning制造)、Zerodur(由Schott制造)等構(gòu)成。在襯底805上形成多層涂敷804。多層涂敷804可以是每層大約6.7nm厚度的Mo/Si多層。在多層涂敷804上形成由SiO2構(gòu)成并具有大約30nm厚度的蓋帽層812。在襯底805、多層涂敷804和蓋帽層812上形成吸收劑圖形806。吸收劑圖形806可以由Cr和Ta構(gòu)成。可以在反射光掩模800的吸收劑圖形806和蓋帽層812之間形成緩沖層814。
圖17包含根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，說明制造具有晶片CD校正的反射光掩模的方法的邏輯流程的流程圖。參照15，在步驟601中，提供反射光掩模。在步驟602，測(cè)量反射光掩模的0級(jí)光的反射率。在步驟603，補(bǔ)償光掩模的反射率以使得晶片CD一致。
圖18是詳細(xì)說明圖17的步驟603的詳細(xì)流程圖。在步驟6031，輸入反射光掩模的0級(jí)反射率數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。在步驟6032，使用反射光掩模的所測(cè)量的0級(jí)反射率數(shù)據(jù)來計(jì)算反射光掩模的吸收劑圖形CD。在步驟6033，使用反射光掩模的吸收劑圖形CD來獲得將在晶片上形成的虛像及其CD。在步驟6034，做出關(guān)于在虛像的CD和設(shè)計(jì)CD之間的差異是否在可接受的范圍內(nèi)的確定。如果是，該方法可以終止。如果不是，在步驟6035，執(zhí)行仿真以使得ΔCD大約為0。在步驟6036，根據(jù)補(bǔ)償圖形成光強(qiáng)度控制單元。光強(qiáng)度控制單元是通過將高功率激光束照射到多層或犧牲及圖形，來控制EUV標(biāo)度線或光掩模的反射的系統(tǒng)。該光束可以改變吸收劑的材料特性并因此選擇性地改變其反射率。該光束還可以用于通過加熱改變多層的反射率。
本發(fā)明的方法提供通過測(cè)量光掩模自身的特性，例如0級(jí)光的透射和/或反射而估計(jì)晶片的整個(gè)CD分布的能力，而不必重復(fù)地測(cè)量被處理的晶片。本發(fā)明還能通過使用光掩模的0級(jí)光的強(qiáng)度分布來計(jì)算透射的校正量，減小需要用于校正光掩模的校正時(shí)間，而不必處理晶片和測(cè)量晶片上的CD。同樣，本發(fā)明的方法不需要大口徑透鏡和大的鏡面來捕獲1級(jí)光，由于根據(jù)本發(fā)明，可以通過僅測(cè)量0級(jí)光的強(qiáng)度來估計(jì)并校正晶片的CD。這減小了制造半導(dǎo)體器件的花費(fèi)。
盡管已經(jīng)參照其示例性實(shí)施例具體示出并描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，可以在此做出形勢(shì)和細(xì)節(jié)上的各種變化，而不背離如下面的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造光掩模的方法，包括提供襯底，該襯底包括多個(gè)區(qū)域；使用輻射照射該襯底；對(duì)于多個(gè)區(qū)域的每一個(gè)，檢測(cè)輻射與襯底的相互作用相關(guān)的光學(xué)特性；以及改變與在至少一個(gè)區(qū)域中的光學(xué)特性相關(guān)的光學(xué)參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中光學(xué)特性是通過襯底的透射。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中改變光學(xué)參數(shù)包括在襯底上形成結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中該結(jié)構(gòu)包括周期的光柵。
5.如權(quán)利要求3的方法，其中該結(jié)構(gòu)包括非周期的光柵。
6.如權(quán)利要求5的方法，其中非周期的光柵包括襯底中的凹槽的隨機(jī)圖形。
7.如權(quán)利要求2的方法，其中改變光學(xué)參數(shù)包括改變襯底的特性。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中改變襯底的特性包括在襯底中形成遮掩單元。
9.如權(quán)利要求7的方法，其中改變襯底的特性包括在襯底的背面淀積材料。
10.如權(quán)利要求7的方法，其中改變襯底的特性包括將離子注入襯底。
11.如權(quán)利要求2的方法，其中改變光學(xué)參數(shù)包括在襯底上形成結(jié)構(gòu)以及改變襯底的特性。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中光學(xué)特性是來自襯底的反射。
13.如權(quán)利要求1的方法，其中光學(xué)參數(shù)是透射。
14.如權(quán)利要求1的方法，其中光學(xué)參數(shù)是反射。
15.如權(quán)利要求1的方法，其中光學(xué)參數(shù)是折射指數(shù)。
16.如權(quán)利要求1的方法，其中光學(xué)參數(shù)是吸收系數(shù)。
17.如權(quán)利要求1的方法，其中光學(xué)參數(shù)是相位。
18.如權(quán)利要求1的方法，其中改變光學(xué)參數(shù)包括在至少一個(gè)區(qū)域中的襯底的表面上形成相位改變結(jié)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求18的方法，其中相位改變結(jié)構(gòu)是相位光柵。
20.如權(quán)利要求18的方法，其中在區(qū)域中形成的相位改變結(jié)構(gòu)的特性與所述區(qū)域的檢測(cè)的透射相關(guān)。
21.如權(quán)利要求20的方法，其中相位改變結(jié)構(gòu)的特性是在襯底上形成的凹槽圖形的圖形密度。
22.如權(quán)利要求1的方法，其中改變光學(xué)參數(shù)包括在至少一個(gè)區(qū)域中的襯底中形成遮蔽單元。
23.如權(quán)利要求22的方法，其中形成遮蔽單元包括使用激光照射該區(qū)域，以改變區(qū)域中的透射。
24.如權(quán)利要求1的方法，其中對(duì)于每個(gè)區(qū)域所檢測(cè)的輻射是第0級(jí)衍射輻射。
25.一種制造光掩模的方法，包括提供襯底，該具有多個(gè)區(qū)域；使用輻射照射襯底；對(duì)于多個(gè)區(qū)域的每一個(gè)，檢測(cè)通過襯底的輻射的透射；以及改變與在至少一個(gè)區(qū)域中的透射相關(guān)的光學(xué)參數(shù)；其中對(duì)于每個(gè)區(qū)域所檢測(cè)的輻射是第0級(jí)衍射輻射。
26.如權(quán)利要求25的方法，其中改變光學(xué)參數(shù)包括在襯底上形成結(jié)構(gòu)。
27.如權(quán)利要求26的方法，其中該結(jié)構(gòu)包括周期的光柵。
28.如權(quán)利要求26的方法，其中該結(jié)構(gòu)包括非周期的光柵。
29.如權(quán)利要求28的方法，其中非周期的光柵包括襯底中的凹槽的隨機(jī)圖形。
30.如權(quán)利要求25的方法，其中改變光學(xué)參數(shù)包括改變襯底的特性。
31.如權(quán)利要求30的方法，其中改變襯底的特性包括在襯底中形成遮掩單元。
32.如權(quán)利要求30的方法，其中改變襯底的特性包括在襯底的背面淀積材料。
33.如權(quán)利要求30的方法，其中改變襯底的特性包括將離子注入襯底。
34.如權(quán)利要求25的方法，其中改變光學(xué)參數(shù)包括在襯底上形成結(jié)構(gòu)以及改變襯底的特性。
35.如權(quán)利要求25的方法，其中光學(xué)參數(shù)是透射。
36.如權(quán)利要求25的方法，其中光學(xué)參數(shù)是反射。
37.如權(quán)利要求25的方法，其中光學(xué)參數(shù)是折射指數(shù)。
38.如權(quán)利要求25的方法，其中光學(xué)參數(shù)是吸收系數(shù)。
39.如權(quán)利要求25的方法，其中光學(xué)參數(shù)是相位。
40.如權(quán)利要求25的方法，其中改變光學(xué)參數(shù)包括在至少一個(gè)區(qū)域中的襯底的表面上形成相位改變結(jié)構(gòu)。
41.如權(quán)利要求40的方法，其中相位改變結(jié)構(gòu)是相位光柵。
42.如權(quán)利要求40的方法，其中在區(qū)域中形成的相位改變結(jié)構(gòu)的特性與區(qū)域的所檢測(cè)的透射相關(guān)。
43.如權(quán)利要求42的方法，其中相位改變結(jié)構(gòu)的特性是在襯底上形成的凹槽圖形的圖形密度。
44.如權(quán)利要求25的方法，其中改變光學(xué)參數(shù)包括在至少一個(gè)區(qū)域中的襯底中形成遮蔽單元。
45.如權(quán)利要求44的方法，其中形成遮蔽單元包括使用激光照射區(qū)域，以改變區(qū)域中的透射。
46.一種制造光掩模的方法，包括提供襯底，該襯底包括多個(gè)區(qū)域；使用輻射照射襯底；檢測(cè)對(duì)于多個(gè)區(qū)域的每一個(gè)，關(guān)于輻射與襯底的相互作用的光學(xué)特性；以及改變與在至少一個(gè)區(qū)域中的光學(xué)特性相關(guān)的光學(xué)參數(shù)，使得使用光掩模所處理的晶片的臨界尺寸(CD)基本上一致。
47.一種制造光掩模的方法，包括提供襯底，該襯底包括多個(gè)區(qū)域；使用輻射照射襯底；檢測(cè)對(duì)于多個(gè)區(qū)域的每一個(gè)，關(guān)于輻射與襯底的相互作用的光學(xué)特性；以及使用所檢測(cè)的光學(xué)特性，改變關(guān)于至少一個(gè)區(qū)域中的透射的光學(xué)參數(shù)。
全文摘要
一種校正半導(dǎo)體晶片中的臨界尺寸(CD)的非一致性的方法，包括測(cè)量透射過或者反射自光掩模的多個(gè)區(qū)域中的光掩模的0級(jí)光。改變光掩模以均衡來自光掩模的0級(jí)光，使得晶片CD是一致的?？梢酝ㄟ^例如在光掩模的后側(cè)上形成相位光柵或者通過將遮蔽單元引入光掩模以改變光掩模的透射，來改變光掩模。
文檔編號(hào)G03F7/00GK1940718SQ200610092790
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2006年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月14日
發(fā)明者李東根, 崔成云, 全燦旭, 金炳局 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社