曝光方法、掩模版和掩模版设计方法

摘要

一种曝光方法，包括：提供基底，所述基底的表面具有膜层，所述膜层具有至少一个分离的同时曝光区域，每一所述同时曝光区域中包含分离的检测区和至少一个光学修正区；执行预曝光操作，获得任一所述同时曝光区域中曝光焦距分布；计算所述检测区的曝光焦距与各光学修正区的曝光焦距平均值之间的差值；调整所述基底使其偏离水平位置，使对应所述光学修正区的曝光焦距平均值的光学修正区与检测区间的高度差等于所述差值；对调整后的所述基底执行曝光操作。可在利用现有掩模版的前提下减小曝光偏差。本发明还提供了一种掩模版，和一种掩模版设计方法，利用所述掩模版执行曝光操作时，可减小曝光偏差。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种曝光方法、掩模版和掩模版设计方法。

背景技术

在半导体制程上，为了将集成电路(integrated circuts)图形顺利地转移到半导体芯片上，必须先将该电路图形设计形成掩模图形，而后再将该掩模图形以一定的比例自掩模表面转移到该半导体晶片上。

然而随着集成电路图形被设计得越来越小，以及受到曝光机台(optical exposure tool)的分辨率极限(resolution limit)的影响，在对具有高密度排列的掩模图形进行曝光制程以进行图形转移时，很容易产生光学接近效应(optical proximity effect，OPE)；例如，直角转角圆形化(right-angled corner rounded)、直线末端紧缩(line endShortened)以及直线线宽增加/缩减(line width increase/decrease)等都是常见的、由光学接近效应导致的掩模图形转移缺陷。

因此，为了避免由于光学接近效应造成掩模图形转移失真，而无法将电路图形正确地转移至晶片上，现行的半导体制程均是先利用计算机系统来对该电路图形进行光学接近修正(optical proximity correction，OPC)，以消除光学接近效应；然后再依据修正过的电路图形制作掩模图形，形成于掩模上。

惯用的光学接近修正方法通常是借由一个光学接近修正模式(OPCmodel)来对整体电路图形进行修正。然而，实际生产发现，对于确定的制程及光学接近修正模式，利用计算机系统模拟获得良好的图形转移效果时，在实践中，对应掩模内图形间距不匀处存在明显的曝光偏差。如图1所示，实践中，随图形间距的增加或减小(图形间距由1变为10，本文件内，所述图形间距定义为任一图形的宽度和在所述宽度方向上与所述图形相邻的图形间间隔的比值)，曝光图形的临界尺寸也发生变化，如，曝光图形的设计尺寸为100纳米时，变化幅度超过12纳米。因此，在确定光学接近修正模式与制程匹配的前提下，如何改善所述曝光偏差成为本领域技术人员亟待解决的问题。

2004年2月4日公布的公开号为“CN1472604A”的中国专利申请中公开了一种光学接近修正方法，该方法是先提供预定的电路图形，接着于掩模上形成该电路图形，并于该电路图形以外的该掩模表面形成复数个虚设图形(non printable dummy pattern)；其中该复数个虚设图形是用来改善该掩模上的图形间距差异以修正光学接近效应，并不会随着微影制程而被转移至半导体芯片表面的光阻层中。即，上述申请文件提供的技术方案中是通过改变掩模上的图形间距差异弥补掩模的局部区域的图形间距不等所造成的曝光偏差。

但是，应用上述方法改善曝光偏差时，需更改掩模设计图形，将导致掩模版的大量更换，增加生产成本，如何在利用现有掩模版的前提下改善曝光偏差成为曝光操作工艺改进的基本要求。

发明内容

本发明提供了一种曝光方法，可在利用现有掩模版的前提下减小曝光偏差；本发明提供了一种掩模版，利用所述掩模版执行曝光操作时，可减小曝光偏差；本发明提供了一种掩模版设计方法，利用设计的掩模版执行曝光操作时，可减小曝光偏差。

本发明提供的一种曝光方法，包括：

提供基底，所述基底的表面具有膜层，所述膜层具有至少一个同时曝光区域，各所述同时曝光区域分离，每一所述同时曝光区域中包含检测区和至少一个光学修正区，所述检测区与各所述光学修正区之间分离，各所述光学修正区之间分离；

执行预曝光操作，获得任一所述同时曝光区域中曝光焦距分布；

计算所述检测区的曝光焦距f_T与各光学修正区的曝光焦距平均值f_A之间的差值(f_T-f_A)；

调整所述基底使其偏离水平位置，使对应所述光学修正区的曝光焦距平均值f_A的光学修正区与对应所述曝光焦距f_T的检测区间的高度差H＝-(f_T-f_A)；

对调整后的所述基底执行曝光操作。

可选地，所述膜层包括多晶硅层、层间介质层或金属层中的一种；可选地，执行所述预曝光操作时，曝光能量为零。

可选地，调整所述基底使其偏离水平位置的步骤包括：

确定对应所述光学修正区的曝光焦距平均值的光学修正区与所述检测区间连线在平行于所述基底的平面内的垂线；

以所述检测区为基点、所述垂线为轴，旋转所述基底。

可选地，调整所述基底使其偏离水平位置时采用调节承载所述基底的承载台的支撑高度的方法。

本发明提供的一种掩模版，所述掩模版包括检测结构和至少一个光学修正结构，所述检测结构与各所述光学修正结构之间分离，各所述光学修正结构之间分离，所述检测结构和各所述光学修正结构其中之一的间距使利用所述检测结构和光学修正结构获得的检测区和光学修正区之间的高度差为零。

本发明提供的一种掩模版设计方法，包括，

确定包含检测图形和至少一个光学修正图形的掩模图形，所述检测图形与各所述光学修正图形之间分离，各所述光学修正图形之间分离；

根据设计标准确定所述掩模图形的布局；

布局时，所述检测图形和各光学修正图形其中之一的间距使利用所述检测图形和光学修正图形获得的检测区和光学修正区之间的高度差为零。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的曝光方法，通过在执行曝光操作之前，预先执行预曝光操作，以获得在同时曝光区域内检测区的曝光焦距f_T与各光学修正区的曝光焦距平均值f_A之间的差值(f_T-f_A)，继而，以所述检测区或光学修正区为基点，调整基底，使所述基底偏离水平位置，调整后，使对应所述光学修正区的曝光焦距平均值f_A的光学修正区与对应所述曝光焦距f_T的检测区间的高度差H＝-(f_T-f_A)；即，通过调整基底的方位，补偿所述基底表面形貌对曝光焦距的影响，进而，通过改善曝光焦距的均匀性，使在利用现有掩模版的前提下减小曝光偏差成为可能；

上述技术方案提供的掩模版，通过利用所述检测结构和各所述光学修正结构其中之一的间距使利用所述检测结构和光学修正结构获得的检测区和光学修正区之间的高度差为零，以减小曝光时所述基底表面形貌对光学修正效果进行检测的准确性，可从根本上改善曝光焦距的均匀性；

上述技术方案提供的掩模版设计方法，通过在布局时，所述检测图形和各光学修正图形其中之一的间距使利用所述检测图形和光学修正图形获得的检测区和光学修正区之间的高度差为零，可减小曝光时所述基底表面形貌对光学修正效果进行检测的准确性，可从根本上改善曝光焦距的均匀性。

附图说明

图1为应用现有技术时存在曝光偏差的效果示意图；

图2为说明本发明曝光方法实施例的曝光流程示意图；

图3为说明本发明曝光方法实施例中未调整基底位置时同一同时曝光区域中曝光焦距分布示意图；

图4为说明本发明曝光方法实施例中未调整基底位置时同一同时曝光区域中检测区与光学修正区曝光偏差的对比数据；

图5为说明本发明曝光方法实施例中调整基底位置的效果示意图；

图6为说明本发明曝光方法实施例中调整基底位置后同一同时曝光区域中曝光焦距分布示意图；

图7为说明本发明曝光方法实施例中改善曝光偏差后的效果示意图。

具体实施方式

尽管下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列的描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛教导，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列说明和权利要求书本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

由于，实践中，对于确定的制程及光学接近修正模式，利用计算机系统模拟获得良好的图形转移效果时，对应掩模内图形间距不等处存在明显的曝光偏差，致使在确定光学接近修正模式与制程匹配的前提下，如何改善所述曝光偏差成为本发明解决的主要问题。

本发明的发明人分析后认为，分析上述曝光偏差的产生原因时，在考虑图形间距的影响之余，还需考虑到曝光关键参数对曝光操作的影响，所述曝光关键参数包括焦深(即聚焦的工艺允许范围)，所述聚焦状况的好坏直接影响曝光效果，而所述聚焦状况又受待曝光膜层表面形貌的影响，即，对于固定的曝光源，待曝光膜层表面凸出部和凹进部的聚焦状况不同，导致曝光效果不同，因此，还不应忽略待曝光膜层表面形貌对曝光偏差的影响。

基于上述分析，本发明的发明人对曝光方法进行了改进，如图2所示，具体步骤包括：

步骤21：提供基底，所述基底的表面具有膜层，所述膜层具有至少一个同时曝光区域，各所述同时曝光区域分离，每一所述同时曝光区域中包含检测区和至少一个光学修正区，所述检测区与各所述光学修正区之间分离，各所述光学修正区之间分离。

所述基底包含衬底(substrate)。此外，在衬底上定义器件有源区并完成浅沟槽隔离、继而形成多晶硅层后，仍可形成基底；进而，刻蚀所述多晶硅层并形成栅极结构及源区和漏区后，继而沉积第一层间介质层(即金属前介质层，PMD)，也可形成基底；继续在所述第一层间介质层内形成第一层通孔及第一金属层后，仍可形成基底。

可扩展地，在沉积第N层间介质层后，也可形成基底；继续形成第N层通孔(用以沉积导电层以形成焊垫，以实现器件与外界电路的连接)及第N金属层(即导电层)后，形成基底。

显然，所述层间介质层的数目N可为任意自然数，如1、3、5、7或9等，所述层间介质层的具体数目根据产品要求确定。

所述金属前介质层覆盖所述栅极结构及源区和漏区并填满位于所述栅极结构间的线缝；所述栅极结构包含栅极、环绕栅极的侧墙及栅氧化层。所述栅极结构还可包含覆盖所述栅极和侧墙的阻挡层。

所述衬底包含但不限于包括元素的硅材料，例如单晶、多晶或非晶结构的硅或硅锗(SiGe)，也可以是绝缘体上硅(SOI)。

所述膜层包括多晶硅层、层间介质层或金属层中的一种。

所述层间介质层材料包含但不限于磷硅玻璃(phosphosilicateglass，PSG)、硼硅玻璃(borosilicate，BSG)、硼磷硅玻璃(borophosphosilicate，BPSG)、氟硅玻璃(FSG)或具有低介电常数材料中的一种或其组合。所述具有低介电常数材料包括但不限于黑钻石(Black Diamond，BD)或coral等。

所述金属层包含铝或铝铜合金。

本文件内，所述同时曝光区域意指利用掩模版对所述膜层内完成一次或多次曝光的同一区域(即，shot)；所述检测区意指真实地模拟相关制程以代替曝光的产品图形进行检测的测试基体(即，test key)；所述光学修正区意指形成其内的产品图形时已进行光学修正的区域。

步骤22：执行预曝光操作，获得任一所述同时曝光区域中曝光焦距分布。

获得所述曝光焦距分布用以获得所述基底内不同区域的曝光聚焦状况，以利于分析改善曝光偏差的关键参数。

由于实际生产中，不同基底的表面形貌均不同，因此，考虑表面形貌对曝光聚焦及曝光偏差的影响时，对不同基底需分别获得曝光焦距分布。而实践中，利用空片精确模拟所述基底难以操作，只能利用用以获得产品的基底直接执行所述预曝光操作。所述预曝光操作仅为后续曝光操作的聚焦操作，即，执行所述预曝光操作时，曝光能量为零。

具体地，实践中一同时曝光区域中曝光焦距分布如图3所示，可见，在同一同时曝光区域中，不同区域间的曝光焦距相差很大，如，最大差值可为0.339-(-0.428)＝0.767微米。并且，实践中，所述检测区31和光学修正区32通常占据同一同时曝光区域的不同边缘区域，作为示例，所述同时曝光区域中包含一个光学修正区32时(如poly Iso OPC)，所述检测区31和光学修正区32几乎对角设置，此时，所述检测区31和光学修正区32的曝光焦距相差(-0.074)-(-0.221)＝0.15微米。对所述同时曝光区域曝光后，进行线宽检测时发现，如图4所示，所述检测区31和光学修正区32内相同图形的线宽(critical dimension，CD)却存在较大差异，如，曝光能量同为21mJ时，所述检测区31内相同图形的线宽约为0.1微米(100纳米)；而所述光学修正区32内相同图形的线宽则约为0.11微米(110纳米)，相差约10纳米，即曝光偏差约10纳米。

由此，本发明的发明人分析后认为，产生上述曝光偏差(10纳米)的主要因素就在于：所述检测区和光学修正区的曝光焦距间存在差值(0.15微米)。因此，本发明的发明人提出，通过减小所述检测区和光学修正区的曝光焦距的差值成为改善所述曝光偏差的指导方向。

步骤23：计算所述检测区的曝光焦距f_T与各光学修正区的曝光焦距平均值f_A之间的差值(f_T-f_A)。

引入“平均值”的原因在于，对于同一膜层、同一同时曝光区域内，可能包含至少一个光学修正区(如poly Iso)，各所述光学修正区处于所述同时曝光区域内的不同位置，对应的曝光焦距自然也不同，且对于任一所述光学修正区均无法单独地改变其曝光焦距而不影响其他光学修正区的曝光焦距，因此，取各光学修正区的曝光焦距平均值是个折中的选择，使各光学修正区的曝光焦距均得以改善成为可能。

继续前面的示例，所述检测区的曝光焦距f_T与各光学修正区的曝光焦距平均值f_A之间的差值(f_T-f_A)即为(-0.074)-(-0.221)＝0.15微米。

步骤24：调整所述基底使其偏离水平位置，使对应所述光学修正区的曝光焦距平均值f_A的光学修正区与对应所述曝光焦距f_T的检测区间的高度差H＝-(f_T-f_A)。

通过调整所述基底使其偏离水平位置，使所述检测区的曝光焦距f_T与各光学修正区的曝光焦距平均值f_A之间的差值变为零。换言之，通过使对应所述光学修正区的曝光焦距平均值f_A的光学修正区与对应所述曝光焦距f_T的检测区间的高度差H＝-(f_T-f_A)，可使所述检测区的曝光焦距f_T与各光学修正区的曝光焦距平均值f_A之间的差值变为零，进而，通过减小所述检测区和光学修正区的曝光焦距的差值可改善所述曝光偏差。

本文件中，所述“等于”、“差值为零”意指两者的差值在可接受的误差范围内。继续前面的示例，实践中，所述检测区的曝光焦距与各光学修正区的曝光焦距平均值之间的差值为0.15微米时，调整所述基底使其偏离水平位置而获得的对应所述光学修正区的曝光焦距平均值的光学修正区与检测区间的高度差可为0.17微米。

具体地，如图5所示，调整所述基底使其偏离水平位置的步骤包括：

确定对应所述光学修正区的曝光焦距平均值的光学修正区A与所述检测区B间连线ab在平行于所述基底的平面内的垂线c；

以所述检测区B为基点、所述垂线c为轴，旋转所述基底。如图5所示，旋转方向为垂直纸面向外。

作为示例，调整所述基底使其偏离水平位置时可采用调节承载所述基底的承载台的支撑高度的方法。此外，也可采用任一既可固定又可调节高度的支撑物承载所述基底，如，楔型支撑物。

步骤25：对调整后的所述基底执行曝光操作。

执行上述调整操作后，如图6所示，在同一同时曝光区域中，不同区域间的曝光焦距相差变小，如，最大差值仅为(-0.044)-(-0.221)＝0.177微米。所述检测区31和光学修正区32的曝光焦距仅相差(-0.103)-(-0.133)＝0.03微米。对所述同时曝光区域曝光后，进行线宽检测时发现，如图7所示，随图形间距的增加或减小，曝光图形的临界尺寸的变化幅度小于4纳米。

通过在执行曝光操作之前，预先执行预曝光操作，以获得在同时曝光区域内检测区的曝光焦距与各光学修正区的曝光焦距平均值之间的差值，继而，以所述检测区或光学修正区为基点，调整基底，使所述基底偏离水平位置，调整后，使对应所述光学修正区的曝光焦距平均值的光学修正区与检测区间的高度差等于所述差值；即，通过调整基底的方位，补偿所述基底表面形貌对曝光焦距的影响，进而，通过改善曝光焦距的均匀性，使在利用现有掩模版的前提下减小曝光偏差成为可能。

此外，本发明还提供了一种掩模版，所述掩模版包括检测结构和至少一个光学修正结构，所述检测结构与各所述光学修正结构之间分离，各所述光学修正结构之间分离，特别地，所述检测结构和各所述光学修正结构其中之一的间距使利用所述检测结构和光学修正结构获得的检测区和光学修正区之间的高度差为零。换言之，随着所述检测结构和各光学修正结构其中之一的间距的减小，获得的检测区和光学修正区之间的膜层的表面形貌差别变小，使二者曝光焦距间的差值变小，可使改善曝光偏差成为可能。

通过利用所述检测结构和各所述光学修正结构其中之一的间距使利用所述检测结构和光学修正结构获得的检测区和光学修正区之间的高度差为零，以减小曝光时所述基底表面形貌对光学修正效果进行检测的准确性，可从根本上改善曝光焦距的均匀性。

以及，本发明还提供了一种掩模版设计方法，包括，

确定包含检测图形和至少一个光学修正图形的掩模图形，所述检测图形与各所述光学修正图形之间分离，各所述光学修正图形之间分离；

根据设计标准确定所述掩模图形的布局；

特别地，布局时，所述检测图形和各光学修正图形其中之一的间距使利用所述检测图形和光学修正图形获得的检测区和光学修正区之间的高度差为零。

通过在布局时，利用所述检测图形和各光学修正图形其中之一的间距使利用所述检测图形和光学修正图形获得的检测区和光学修正区之间的高度差为零，可减小曝光时所述基底表面形貌对光学修正效果进行检测的准确性，可从根本上改善曝光焦距的均匀性。

需说明的是，未加说明的步骤均可采用传统的方法获得，且具体的工艺参数根据产品要求及工艺条件确定。

尽管通过在此的实施例描述说明了本发明，和尽管已经足够详细地描述了实施例，申请人不希望以任何方式将权利要求书的范围限制在这种细节上。对于本领域技术人员来说另外的优势和改进是显而易见的。因此，在较宽范围的本发明不限于表示和描述的特定细节、表达的设备和方法和说明性例子。因此，可以偏离这些细节而不脱离申请人总的发明概念的精神和范围。