可降低光学接近效应的光罩 【技术领域】
本发明是关于一种可降低光学接近效应的光罩，特别是关于一种包含多个楼梯状辅助图案以降低光学接近效应的光罩。该楼梯状辅助图案不但可改善工艺窗口，也可改善影像对比。
背景技术
半导体芯片的工艺经常采用微影技术以于硅芯片上形成所需的图案。微影系统的分辨率基本上可由下述的瑞利(Rayleigh)方程式表示：
R＝k1λ/NA
其中，R表示分辨率(resolution)，k1为微影工艺的参数，λ为曝光光源的波长，而NA为透镜的数值孔径(numerical aperture)。由瑞利方程式可知，越大地数值孔径，分辨率越佳。另一方面，微影系统的聚焦深度(depth-of-focus，DoF)可由下列的方程式表示：
DoF＝k2λ/(NA)2
其中k2为微影工艺的参数。由上述的方程式可知，越大的数值孔径，聚焦深度越小。使用数值孔径较大的光学系统的微影工艺，可得到较佳的图案分辨率，但却会减少聚焦深度，造成微影工艺的稳定度不易控制。由于缩小数值孔径会导致聚焦深度的减少，许多特殊工艺已开发完成，其可在不改变数值孔径的前提下提升微影工艺的分辨率及聚焦深度。其中之一是通过改变传统的照明系统为环形偏轴照明、四孔偏轴照明及二孔偏轴照明以增加聚焦深度。另一种特殊工艺特别适用于等宽线条或等宽间距的微影工艺，是通过添加辅助图案来改变等焦曲线(iso-focal curve)。
随着光阻图案的关键尺寸缩小而接近至微影设备的分辨率尺度时，光罩上的图案与实际形成于硅芯片的光阻层上的图案之间的对应关系将严重地降低。特别说明的是，电路图案间的差异会随着图案的接近程度而改变。微影工艺的光学接近效应可能来自于曝光过程、光阻图案的形成过程以及后续的图案转移过程(例如蚀刻工艺)。由于光学接近效应的影响，硅芯片上图案的变化是取决于光罩上二图案的接近程度。光学接近效应已经证实是源自于投影系统的光学绕射现象，而此光学绕射现象使得邻近图案彼此影响，造成此一与图案相关的变化现象。
微影工艺中常见的光学接近效应之一是光罩上具有相同尺寸的图案转移至硅芯片上时，却形成不同尺寸的图案，而且这此不同尺寸的图案差异是取决图案彼此的接近程度(即相对孤立程度或群聚程度)。美国专利第5,242,770号揭示一种降低此类变异的技术，其通过在孤立边(isolated edge)的旁侧设置散条(scattering bar，也称辅助图案)。如此，光罩具有孤立边的图案将可以近似群聚边(packed edge)的方式转移至硅芯片上。
图1是一揭示于美国专利第5,242,770号的光罩10的示意图。如图1所示，光罩10包含多个主要图案30-34，其中主要图案32具有二个孤立边A1、A3以及一群聚边A2。根据美国专利第5,242,770号的教示，在主要图案32两侧一预定距离处设置二辅助图案35、36，以使该孤立边A3变成一矫正边(相较于该孤立边A1)。
根据专利第5,242,770号揭示的技术，经由实验结果得知辅助图案35、36的较佳宽度是为该微影工艺的关键尺寸的五分之一，而与孤立边的较佳间距是为关键尺寸的1.1倍。例如，使用波长为365纳米的传统汞弧灯为曝光光源，辅助图案的宽度是设定为0.1微米。然而，辅助图案的可容许最大宽为可高达0.125微米，而仍保持辅助图案不会显像(non-resolvable)。
随着半导体工艺的关键尺寸快速缩小，现有的微影技术无法符合未来的工艺需求，且具有下列的缺点：
1.若不采用辅助图案设计，微影工艺的工艺窗口无法符合未来先进半导体工艺的规格(特别是具有等宽线条或等宽间距的图案)，而且光罩误差增强系数值将太大。
2.现有技术即使采用揭示于第5,242,770号的辅助图案技术，仍可能无法提供足够的工艺窗口以符合非常小的浅沟隔离的设计准则。再者，该辅助图案的位置及数量不易于设计变更。
【发明内容】
本发明的主要目的是提供一种包含多个楼梯状辅助图案以降低光学接近效应的光罩。该楼梯状辅助图案不但可改善工艺窗口，也可改善影像对比。
为达到上述目的，本发明提供一种一种可降低光学接近效应的光罩，所述光罩包含：
多个线状图案；
多组第一辅助图案，其中每一组第一辅助图案是设置于二个线状图案之间，该第一辅助图案是长方形，且其垂直该线状图案方向的宽度大于平行该线状图案方向的宽度；以及
多个第二辅助图案，其中每一个第二辅助图案是设置于一线状图案与一组第一辅助图案之间。
换言之，为达成上述目的，本发明揭示一种可降低光学接近效应的光罩，其包含多个线状图案、多个设置于该线状图案间的第一辅助图案以及多个设置于该线状图案与该第一辅助图案间的第二辅助图案。该线状图案是用以于一硅芯片上形成一浅沟隔离。该第一辅助图案是为矩形，且其垂直该线状图案方向的宽度较大。该第一辅助图案平行该线状图案方向的宽度小于一曝光光源的波长的五分之二，但大于该波长的四分之一。该第二辅助图案垂直该线状图案的宽度小于该曝光光束的波长的五分之二，但大于该波长的四分之一。该第一辅助图案与该第二辅助图案的尺寸是设计成不显像于该硅芯片上，而该线状图案则设计成可显像于该硅芯片上。
相较于现有技术，本发明可进一步地改善聚焦深度、加宽工艺窗口以及提升分辨率。此外，由于改善了影像对比及光罩误差增强系数，因此也提升分辨率及关键尺寸均匀性。再者，该楼梯状辅助图案的位置及数量是可随设计需求而变更，因此适用于目前产业上使用的微影设备，而不致因变更工艺设备而增加成本。
【附图说明】
图1是一揭示于美国专利第5,242,770号的光罩的示意图；
图2是一微影系统的示意图；
图3(a)是本发明第一实施例的光罩的局部放大图；
图3(b)是美国专利第5,242,770号的光罩的局部放大图；
图4显示本发明的光罩于光阻层上的曝光强度分布图；
图5(a)显示本发明的光罩的工艺窗口；
图5(b)显示美国专利第5,242,770号的光罩的工艺窗口；
图6(a)显示本发明的光罩的光罩误差增强系数；
图6(b)显示美国专利第5,242,770号的光罩的光罩误差增强系数；
图7(a)显示本发明的光罩的影像对比；
图7(b)显示美国专利第5,242,770号的光罩的影像对比；以及
图8是本发明第二实施例的光罩的局部放大图。
【具体实施方式】
图2是一微影系统40的示意图。该微影系统40包含一曝光光源42、一光罩50及一硅芯片44，用以在该硅芯片44上形成浅沟隔离。该硅芯片44包含一基板45及一光阻层46。该光罩50包含一石英基板51及一形成于该石英基板51上的图案，其中该图案是由一吸光层53构成。由该吸光层53构成的图案是对应于欲形成于该硅芯片44上的浅沟隔离，且经由一微影工艺而转移至基板45上的光阻层46。
图3(a)是本发明第一实施例的光罩50的示意图，其是用以制作一0.12微米的浅沟隔离。光罩50的图案包含多个线状图案52、多组第一辅助图案60以及多个第二辅助图案70。每一组第一辅助图案60是设置于二线状图案52之间，而该第二辅助图案70是设置于该线状图案52与该第一辅助图案60之间。每一个线状图案52是对应于一欲形成于该硅芯片44上的浅沟隔离。该第一辅助图案60是为矩形，且其垂直该线状图案52方向的宽度62大于平行该线状图案52方向的宽度64。由于该第一辅助图案60是以垂直线状图案50的方式设置，而形成类似楼梯的外貌，因此称为楼梯状辅助图案。
该第一辅助图案60与该第二辅助图案70的尺寸设计必须避免显像于该硅芯片44的光阻层46，而该线状图案52则设计成可显像于该硅芯片44的光阻层46。为了避免在微影工艺中转移至光阻层46，该第一辅助图案60的宽度64是较佳地小于该曝光光源42的波长的五分之二，但大于该波长的四分之一。二相邻第一辅助图案60之间距是等于或大于该第一辅助图案60的宽度64。同理，为了避免在微影工艺转移至光阻层46，该第二辅助图案70的宽度72是较佳地小于该曝光光源42的波长的五分之二，但大于该波长的四分之一。该线状图案52与该第二辅助图案70的间距56是等于或大于该线状图案52的宽度54，而该第一辅助图案60与该第二辅助图案70的间距74是等于或大于该第二辅助图案的宽度72。该第二辅助图案70的宽度72实质上等于该第一辅助图案60的宽度64。
图3(b)是揭示美国专利第5,242,770号的光罩100的局部放大图，其是用以制作一0.12微米的浅沟隔离。图3(a)与图3(b)的差异在于本发明的光罩50包含设置于第二辅助图案70间的第一辅助图案60。
图4显示本发明于光阻层46上的曝光强度分布图。理论上，图案中间应具有最大的曝光强度，例如在线状图案52的中间位置具有最大的曝光强度。然而，在第二辅助图案70上具有最大曝光强度的位置已从其中间位置偏移。另外，在第一辅助图案60的中间位置的曝光强度是最小者。此一现象的成因是由于曝光光源42在光阻层46上发生破坏性干涉。如果将光阻层46的曝光强度设定为如直线78所指示的强度，则只有该线状图案52会在微影工艺后被显影成像于该光阻层46上，而第一辅助图案60及第二辅助图案70则不会被显影成像。
图5(a)显示本发明的光罩50的工艺窗口80，而图5(b)则显示美国专利第5,242,770号的光罩100的工艺窗口20。如图所示，现有的光罩100的聚焦深度仅有0.49微米，而本发明的光罩50的聚焦深度则提升至0.58微米。换言之，本发明可改善焦聚深度。此外，比较图5(a)与图5(b)可明显发现，工艺窗口80大于工艺窗口20，也就是，本发明可改善及提升制作0.12微米的浅沟隔离的工艺窗口及聚焦深度(或分辨率)。
图6(a)显示本发明的光罩50的光罩误差增强系数，而图6(b)显示美国专利第5,242,770号的光罩100的光罩误差增强系数。如图所示，本发明的光罩50的光罩误差增强系数仅为2.05，而现有的光罩100的光罩误差增强系数则高达2.19。换言之，本发明可降低光罩误差增强系数值。
图7(a)显示本发明的光罩50的影像对比，而图7(b)显示美国专利第5,242,770号的光罩100的影像对比。如图所示，本发明的光罩50的影像对比值高达1.94，而现有的光罩100的影像对比值则仅有1.78。换言之，本发明可改善影像对比与提升分辨率。
图8是本发明第二实施例的光罩50的局部放大图，其是用以制作一0.12微米的浅沟隔离。光罩50的图案包含多个线状图案52以及多组第三辅助图案90，其中每一组第三辅助图案90是设置于二线状图案52之间。该第一辅助图案90是为矩形，且其垂直该线状图案52方向的宽度98大于平行该线状图案52方向的宽度94。为了避免在微影工艺中转移至光阻层46，该线状图案52与该第三辅助图案的间距92是大于该线状图案52的宽度54。该第三辅助图案90的宽度94是较佳地小于该曝光光源42的波长的五分之二，但大于该波长的四分之一。二相邻第三辅助图案90的间距96是等于或大于该第三辅助图案90的宽度94。比较图3与图8的设计可知，本发明的楼梯状辅助图案(即第一辅助图案60与第三辅助图案90)的位置及数量可随设计需求而变更，因此适用于目前产业上使用的微影设备，而不致因变更工艺设备而增加成本。
本发明的技术内容及技术特点巳揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为以下的申请专利范围所涵盖。