CN101576708A - 光刻构图方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光刻构图方法，其中包括：通过第一放大过程中的数字转换过程，将第一光刻图案转换为第二光刻图案；通过初始光刻过程进行1：1图形转移，制造对应于所述第二光刻图案的第一光刻版；通过第一缩小过程中的第一光刻过程，在透明基板上制造对应于所述第一光刻版的第二光刻版；通过第二缩小过程，使用所述第二光刻版在晶片基板上制造与所述第一光刻图案的尺寸相同的微观图案；其中，所述第一放大过程的放大比例乘以第一缩小过程的缩小比例再乘以第二缩小过程的缩小比例等于一。该方法通过两步光刻过程制造精细光刻版，简化了光刻版的制造过程，降低了生产纳米量级光刻版的成本，且提高了光刻应用的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种光刻构图方法，属于在晶片基板上制造微型器件的光刻工艺技术领域。
背景技术
光刻工艺是制造各种微型器件(如晶片基板上的半导体集成电路)的基本制造工艺。其中，掩模版(也称为光刻版)是用遮光材料(如铬(Cr))在光透射基板(如石英玻璃基板)制成的。掩模版作为样板，用于复制期望的半导体集成电路或微结构的设计图案。现有的光刻过程通常通过施加光刻胶进行曝光，从而将记录在光刻版上的电路图案转移到半导体晶片上。
现有的一种在光刻版上构图的方法使用电子束绘图机，即使用电子束光刻过程，其中由电子源产生许多电子，使这些电子被加速并集中为束状，即形成电子束，朝向光刻版。这些电子束可以采用磁性方式或静电方式集中，并以期望图案扫描整个光刻版表面上的特殊电子束抗蚀剂。这种电子束抗蚀剂旋转涂敷于石英玻璃基板上的薄的不透明金属薄膜(如，铬薄膜)上，形成选择性暴露给电子束的图案，并通过热烘焙进行显影。使用干刻工艺将最终的超精细图案刻蚀于铬薄膜中。将余下的电子束抗蚀剂去除，清洁光刻版，并涂敷一定的保护及增光涂层，然后进行缺陷检查，并相对于与集成电路布图相关的原始数字图形图案进行测量。
随着记录在光刻版上的电路图案变得极为复杂，且其超精细分辨率为纳米量级，光刻版本身的制造过程也变得极为复杂和困难。由于光刻版上的不透明薄膜的超精细图案是通过在单个器件工艺上进行电子束扫描曝光形成的，因此，每次都要制造一个单个的光刻版，费时且效率低下。由于要达到所期望的超精细分辨率及精度需要电子束绘图机变得越来越复杂，因此，生产纳米量级光刻版的成本也急剧飙升。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种光刻构图方法，以便通过使用两步光刻过程制造具有超精细尺寸的光刻版并在光刻工艺中应用这些光刻版。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供了一种光刻构图方法，其中包括：
通过第一放大过程中的数字转换过程，将第一光刻图案转换为第二光刻图案；所述第一光刻图案及第二光刻图案均为二进制图形数据形式；
通过初始光刻过程进行1∶1图形转移，制造对应于所述第二光刻图案的第一光刻版；所述第一光刻版具有第一基准对齐标记；
通过第一缩小过程中的第一光刻过程，在透明基板上制造对应于所述第一光刻版的第二光刻版，每个所述第二光刻版具有对应于所述第一基准对齐标记的第二基准对齐标记；
通过第二缩小过程，使用所述第二光刻版在晶片基板上制造与所述第一光刻图案的尺寸相同的微观图案，所述微观图案具有与所述第二基准对齐标记对应的第三基准对齐标记；
其中，所述第一放大过程的放大比例乘以第一缩小过程的缩小比例再乘以第二缩小过程的缩小比例等于一。
本发明实施例所述方法通过两步光刻过程制造精细光刻版，简化了光刻版的制造过程，降低了生产纳米量级光刻版的成本；并且，由于光刻版上的超精细图案不是通过在单个器件工艺上进行电子束扫描曝光形成的，因此，不需要每次都制造一个单个的光刻版，从而提高了光刻版的生产效率，降低了成本；另外，本发明实施所述方法还通过制造出的上述精细光刻版实现了在晶片基板上的精细构图，从而提高了光刻应用的效率。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为显示本发明一实施例所述光刻构图方法的组合框图示意图；
图2为显示本发明另一实施例所述光刻构图方法的组合框图示意图；
图3为显示本发明又一实施例所述光刻构图方法的组合框图示意图。
具体实施方式
图1为显示本发明一实施例光刻构图方法的组合框图示意图。在该方法中，通过两步光刻过程(即，初始光刻过程600及第一光刻过程610)制造精细光刻版(即第二光刻版120)；并应用所述第二光刻版120，根据以二进制图形数据形式的第一光刻图案10制造晶片基板800上的微观图案810。该方法具体包括如下步骤：
步骤11：通过第一放大过程410中的数字转换过程400，将第一光刻图案10转换为第二光刻图案20；所述第一光刻图案10及第二光刻图案20均为二进制图形数据形式。
其中，原始光刻图案(即第一光刻图案)10可以通过掩模版布图工艺，以二进制图形数据形式产生。该第一光刻图案10对应于最终将制造于晶片基板800上的微观图案810。
步骤12：通过初始光刻过程600进行1∶1图形转移，制造对应于所述第二光刻图案20的第一光刻版110；所述第一光刻版110具有第一基准对齐标记115。
其中，初始光刻过程600例如可以为通常用于制造标准光刻版的电子束光刻过程。所述第一基准对齐标记115用于在透明晶片基板150上进行后续第一光刻过程610。
步骤13：通过第一缩小过程510中的第一光刻过程610，在透明基板150上制造对应于所述第一光刻版110的第二光刻版120，所述第二光刻版120具有对应于所述第一基准对齐标记115的第二基准对齐标记125。
具体地，可以通过光刻设备如分步重复步进机及分步扫描系统等制造该第二光刻版120，在透明基板上，该第二光刻版120可以具有多个复本，通过对透明晶片150进行钝化和切割便可得到单个第二光刻版120，并对其进行装配测试。其中，每个第二光刻版120具有从第一光刻版110上的第一基准对齐标记115继承而来的第二基准对齐标记125。通常在这种光刻设备中，该第一缩小过程510可以为2∶1到10∶1的曝光过程，优选5∶1步进曝光或4∶1扫描曝光。
步骤14：通过第二缩小过程520，在晶片基板800上，使用所述第二光刻版120制造与所述第一光刻图案10的尺寸相同的微观图案810，所述微观图案810具有与所述第二基准对齐标记125对应的第三基准对齐标记815。
典型地，在传统光刻晶片工艺中，可以使用分步重复步进机或分步扫描系统实现该步骤。而且，该第二缩小过程520也可以为2∶1到10∶1的曝光过程，优选5∶1步进曝光或4∶1扫描曝光。但是，为了将具有与原始光刻图案即第一光刻图案10相同的关键尺寸及图形的微观图案810复制到最终目标的晶片基板800上，第一放大过程410的放大比例乘以第一缩小过程510的缩小比例再乘以第二缩小过程520的缩小比例应当等于一。例如，如果在对第一缩小过程510和第二缩小过程520的扫描曝光中均使用缩小比例为4∶1的缩小过程，则第一放大过程410的放大比例应当为1∶16，具体可记为16X。
另外，由于半导体集成电路的处理技术需要超精细地制造关键尺寸，根据半导体产业协会(Semiconductor Industry Association，简称：SIA)的对半导体技术的规划蓝图，现有关键尺寸要缩小到纳米量级。微型制造技术的快速发展要求在将记录在光刻版上的电路图案通过曝光转移到半导体晶片上时，使用缩小波长的光源，如：I-线光(I-line)、氟化氪(KrF)及氟化氩(ArF)深紫外光(Deep Ultra Violet，简称：DUV)、及远紫外光(Extreme UltraViolet，简称：EUV)。使用短波长(超过KrF和ArF)光源的光刻过程需要应用超精细光刻分辨率技术，因此，为了实现足够的精细分辨率，对应于缩小过程510及缩小过程520中的两步光刻过程，还可以在第一放大过程410中用于将第一光刻图案10转换到第二光刻图案20的数字转换过程400中增加光学临近效应修正(Optical Proximity Correction，简称：OPC)的步骤，以便能够精确地匹配微型电路图案。另外，还可以根据需要使用移相掩模(Phase ShiftMasking，简称：PSM)等技术。
在通过第一光刻过程610制造第二光刻版120的过程中，透明基板150可以较佳地为具有适当厚度的用作传统光刻版的石英玻璃晶片。同时，第二光刻版120可以具有微米到纳米量级的不透明薄膜微结构，具体可以使用典型半导体制造工艺中的各种不透明材料制造所需的薄膜微结构，这种不透明材料例如可以由：铬、氧化铬及氮氧化铬、钛、氮化钛、铷、钼及硅化钼、钽及氮化钽、钨、和钌中的一种或任意组合制造。
具体地，可以通过物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺或两种工艺的组合，将由上述一种不透明材料或上述两种不透明材料的组合形成的堆叠层简单地沉积于透明基板150上，并通过对第一光刻版110的光刻过程进行刻蚀构图。
电子束光刻过程制造的第一光刻版110还可以包含一定的采用薄膜微结构的移相器，以克服由光衍射引起的光刻偏差。并且还可以通过在制造上述第二光刻版120中所使用的类似薄膜沉积、光刻过程及刻蚀工艺，在透明基板150上的第二光刻版120上复制制造类似的薄膜微结构作为移相器。具体可以使用类似的不透明材料来制造该薄膜微结构的移相器，该不透明材料包括但不限于：铬、氧化铬及氮氧化铬、钛、氮化钛、钽及氮化钽中的一种或任意组合。
本实施例所述方法通过两步光刻过程制造精细光刻版，简化了光刻版的制造过程，降低了生产纳米量级光刻版的成本；并且，由于光刻版上的超精细图案不是通过在单个器件工艺上进行电子束扫描曝光形成的，因此，不需要每次都制造一个单个的光刻版，从而提高了光刻版的生产效率，降低了成本；另外，本实施所述方法还通过制造出的上述精细光刻版实现了在晶片基板上的精细构图，从而提高了光刻应用的效率。
图2显示本发明另一实施例所述光刻构图方法的组合框图示意图。该方法通过两步光刻过程制造具有精细尺寸的第二光刻版120，该第二光刻版120包含具有不同光色调的区域，即分别为第二明场光刻版121c和第二暗场光刻版121d，并从第二明场光刻版121c和第二暗场光刻版121d中选择一个在晶片基板800上进行相关光刻应用。该方法包括如下步骤：
步骤21：通过第一放大过程410中的数字转换过程400，将第一明场光刻图案10c转换为第二明场光刻图案20c，将第一暗场光刻图案10d转换为第二暗场光刻图案20d。
传统晶片制造工艺的光刻实践中，光刻图案通常分为两类，即具有明场色调的光刻图案和具有暗场色调的光刻图案。由于制造工艺上的差异，光刻图案根据其色调的不同而被分别转换到不同的光刻版上。与上述实施例不同的是，第一光刻图案10包括第一明场光刻图案10c及第一暗场光刻图案10d；所述第二光刻图案20包括第二明场光刻图案20c及第二暗场光刻图案20d。
步骤22：通过初始光刻过程600进行1∶1图形转移，制造对应于所述第二明场光刻图案20c的第一明场光刻版110c及对应于所述第二暗场光刻图案20d的第一暗场光刻版110d；所述第一明场光刻版110c具有第一明场基准对齐标记115c，第一暗场光刻版110d具有第一暗场基准对齐标记115d。
步骤23：通过第一缩小过程510中的第一光刻过程610，在透明基板150上制造对应于所述第一明场光刻版110c的第二明场光刻版121c及对应于所述第一暗场光刻版110d的第二暗场光刻版121d，所述第二明场光刻版121c及第二暗场光刻版121d彼此不重叠并排设置，所述第二明场光刻版121c具有第二明场基准对齐标记125c，所述第二暗场光刻版121d具有第二暗场基准对齐标记125d。
具体地，在第一缩小过程510中的第一光刻过程610中，通过对彼此无重叠地并排置于透明基板150上的第一明场光刻版110c和第一暗场光刻版110d进行曝光，在透明基板150上复制制造一对第二光刻版(即，第二明场光刻版121c和第二暗场光刻版121d)，从而制成由对应于第二明场光刻图案20c的第二明场光刻版121c及对应于第二暗场光刻图案20d的第二暗场光刻版121d形成。在透明基板150上，第二明场光刻版121c及第二暗场光刻版121d均可以有多个复本，可以通过前述工艺对透明晶片150进行钝化和切割以得到单个的第二明场光刻版121c及第二暗场光刻版121d并对其进行装配测试。
步骤24：通过第二缩小过程520中的第二光刻过程620，使用所述第二明场光刻版121c在第一晶片基板800c上制造与所述第一明场光刻图案10c的尺寸相同的明场微观图案810c，所述明场微观图案810c具有与所述第二明场基准对齐标记125c对应的第三明场基准对齐标记815c；并通过第二缩小过程520中的第二光刻过程620，使用所述第二暗场光刻版121d在第二晶片基板800d上制造与所述第一暗场光刻图案10d的尺寸相同的暗场微观图案810d，所述暗场微观图案810d具有与所述第二暗场基准对齐标记125d对应的第三暗场基准对齐标记815d。
其中，第二明场光刻版121c及第二暗场光刻版121d被分别用于制造所述第一晶片基板800c上的第一明场光刻图案10a及位于所述第二晶片基板800d上的第一暗场光刻图案10d。具体地，在第一晶片基板800c上，第一明场光刻图案10a可以具有多个复本；在第二晶片基板800d上，第一暗场光刻图案10d也可以具有多个复本。并且在该实施例中，在第一光刻过程610之后，可以对从透明基板150分离出来的单独的第二光刻版121c和第二光刻版121d进行装配，以便分别用于不同的晶片基板。
另外，为了实现足够的精细分辨率，上述数字转换过程400和/或第二光刻过程620中可以进一步包括光学临近效应修正的步骤。
本实施例所述方法除了具有上述实施例所述方法的优点外，还通过两步光刻过程实现了制造包含具有两种不同光色调区域的精细光刻版；并实现了将两个具有不同光色调的图案分别形成于不同晶片基板上的相关光刻应用。
图3为显示本发明又一实施例所述光刻构图方法的组合框图示意图。在该方法中，通过两步光刻过程制造第二光刻版120，该第二光刻版120包含具有不同光色调的区域，即分别为第二明场光刻版121c和第二暗场光刻版121d，并将两个在水平方向上重叠而在垂直方向上对齐的明场微观图案810c及暗场微观图案820d制造于同一个晶片基板800上的不同层中。包括如下步骤：
步骤31～33与上述步骤21～23相同，此处不再赘述。
步骤34：通过第二缩小过程520中的第二光刻过程620，使用所述第二明场光刻版121c在所述晶片基板800上制造与所述第一明场光刻图案10c的尺寸相同的明场微观图案810c，所述明场微观图案810c具有与所述第二明场基准对齐标记125c对应的第三明场基准对齐标记815c；及
通过所述第二缩小过程520中的第三光刻过程630，使用所述第二暗场光刻版121d在所述晶片基板800上制造与所述第一暗场光刻图案10d的尺寸相同的暗场微观图案820d，所述暗场微观图案820d具有与所述第二暗场基准对齐标记125d对应的第四暗场基准对齐标记825d，所述暗场微观图案820d位于所述明场微观图案810c之上或之下且彼此在水平方向上重叠，所述第三明场基准对齐标记815c与所述第四暗场基准对齐标记825d在垂直方向上对齐。
另外，为了实现足够的精细分辨率，上述数字转换过程400、第二光刻过程620和/或第三光刻过程630中可以进一步包括光学临近效应修正的步骤。
本实施例所述方法除了具有上述实施例所述方法的优点外，实现了两个水平方向上重叠而在垂直方向上对齐的微观图案作为两个独立层形成于同一个晶片基板的重叠光刻应用。
上述图2、3中所示的方法可以用于半导体制造中的多项目晶片(MultipleProject Wafer，简称：MPW)and多层掩模版(Multiple Layer Masking，简称：MLM)的制造。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (11)
1、一种光刻构图方法，其中包括：
通过第一放大过程(410)中的数字转换过程(400)，将第一光刻图案(10)转换为第二光刻图案(20)；所述第一光刻图案(10)及第二光刻图案(20)均为二进制图形数据形式；
通过初始光刻过程(600)进行1∶1图形转移，制造对应于所述第二光刻图案(20)的第一光刻版(110)；所述第一光刻版(110)具有第一基准对齐标记(115)；
通过第一缩小过程(510)中的第一光刻过程(610)，在透明基板(150)上制造对应于所述第一光刻版(110)的第二光刻版(120)，所述第二光刻版(120)具有对应于所述第一基准对齐标记(115)的第二基准对齐标记(125)；
通过第二缩小过程(520)，使用所述第二光刻版(120)在晶片基板(800)上制造与所述第一光刻图案(10)的尺寸相同的微观图案(810)，所述微观图案(810)具有与所述第二基准对齐标记(125)对应的第三基准对齐标记(815)；
其中，所述第一放大过程(410)的放大比例乘以第一缩小过程(510)的缩小比例再乘以第二缩小过程(520)的缩小比例等于一。
2、根据权利要求1所述的光刻构图方法，其中所述数字转换过程(400)中进一步包括光学临近效应修正的步骤。
3、根据权利要求1所述的光刻构图方法，其中所述透明基板(150)为石英玻璃晶片。
4、根据权利要求1所述的光刻构图方法，其中所述第二光刻版(120)为微米到纳米量级的不透明薄膜微结构，由铬、氧化铬及氮氧化铬、钛、氮化钛、铷、钼及硅化钼、钽及氮化钽、钨、和钌中的一种或任意组合制造。
5、根据权利要求1所述的光刻构图方法，其中所述第一光刻版(110)包括采用薄膜微结构的移相器。
6、根据权利要求5所述的方法，其中所述移相器由不透明材料制成，该不透明材料包括：铬、氧化铬及氮氧化铬、钛、氮化钛、钽及氮化钽中的一种或任意组合。
7、根据权利要求1～6中任意所述的光刻构图方法，其中所述第一光刻图案(10)包括第一明场光刻图案(10c)及第一暗场光刻图案(10d)，所述第二光刻图案(20)包括第二明场光刻图案(20c)及第二暗场光刻图案(20d)，所述将第一光刻图案(10)转换为第二光刻图案(20)包括：将第一明场光刻图案(10c)转换为第二明场光刻图案(20c)，将第一暗场光刻图案(10d)转换为第二暗场光刻图案(20d)；
所述制造对应于所述第二光刻图案(20)的第一光刻版(110)包括：制造对应于所述第二明场光刻图案(20c)的第一明场光刻版(110c)及对应于所述第二暗场光刻图案(20d)的第一暗场光刻版(110d)；所述第一明场光刻版(110c)具有第一明场基准对齐标记(115c)，第一暗场光刻版(110d)具有第一暗场基准对齐标记(115d)；
所述制造对应于所述第一光刻版(110)的第二光刻版(120)包括：制造对应于所述第一明场光刻版(110c)的第二明场光刻版(121c)及对应于所述第一暗场光刻版(110d)的第二暗场光刻版(121d)，所述第二明场光刻版(121c)及第二暗场光刻版(121d)彼此不重叠并排设置，所述第二明场光刻版(121c)具有第二明场基准对齐标记(125c)，所述第二暗场光刻版(121d)具有第二暗场基准对齐标记(125d)。
8、根据权利要求7所述的光刻构图方法，其中所述通过第二缩小过程(520)，使用所述第二光刻版(120)在晶片基板(800)上制造与所述第一光刻图案(10)的尺寸相同的微观图案(810)包括：
通过第二缩小过程(520)中的第二光刻过程(620)，使用所述第二明场光刻版(121c)在第一晶片基板(800c)上制造与所述第一明场光刻图案(10c)的尺寸相同的明场微观图案(810c)，所述明场微观图案(810c)具有与所述第二明场基准对齐标记(125c)对应的第三明场基准对齐标记(815c)；及
通过第二缩小过程(520)中的第二光刻过程(620)，使用所述第二暗场光刻版(121d)在第二晶片基板(800d)上制造与所述第一暗场光刻图案(10d)的尺寸相同的暗场微观图案(810d)，所述暗场微观图案(810d)具有与所述第二暗场基准对齐标记(125d)对应的第三暗场基准对齐标记(815d)。
9、根据权利要求8所述的光刻构图方法，其中所述数字转换过程(400)和/或第二光刻过程(620)中进一步包括光学临近效应修正的步骤。
10、根据权利要求7所述的光刻构图方法，其中通过第二缩小过程(520)，使用所述第二光刻版(120)在晶片基板(800)上制造与所述第一光刻图案(10)的尺寸相同的微观图案(810)包括：
通过第二缩小过程(520)中的第二光刻过程(620)，使用所述第二明场光刻版(121c)在所述晶片基板(800)上制造与所述第一明场光刻图案(10c)的尺寸相同的明场微观图案(810c)，所述明场微观图案(810c)具有与所述第二明场基准对齐标记(125c)对应的第三明场基准对齐标记(815c)；及
通过所述第二缩小过程(520)中的第三光刻过程(630)，使用所述第二暗场光刻版(121d)在所述晶片基板(800)上制造与所述第一暗场光刻图案(10d)的尺寸相同的暗场微观图案(820d)，所述暗场微观图案(820d)具有与所述第二暗场基准对齐标记(125d)对应的第四暗场基准对齐标记(825d)，所述暗场微观图案(820d)位于所述明场微观图案(810c)之上或之下且彼此在水平方向上重叠，所述第三明场基准对齐标记(815c)与所述第四暗场基准对齐标记(825d)在垂直方向上对齐。
11、根据权利要求10所述的光刻构图方法，其中所述数字转换过程(400)、第二光刻过程(620)和/或第三光刻过程(630)中进一步包括光学临近效应修正的步骤。
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