CN102314074A - 掩模版和掩模版制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种掩模版和一种掩模版制作方法,其中,所述掩模版包括:基底;位于所述基底一侧的具有不同厚度的多个掩模部件,所述掩模部件表面具有掩模标记,所述掩模标记设置于所述掩模部件在曝光过程中光线出射一侧的表面;覆盖于所述基底的具有多种透光率的滤光膜。本发明通过使每一个包含掩模标记的掩模部件对应于多种透光率,从而在单次曝光时,能够获得对应于不同物距、不同光强的多个掩模标记的像图案,减少了反复曝光的次数,提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及光刻工艺技术,特别是光刻技术中的掩模版和掩模版制作方法。
背景技术
随着集成电路的日益发展,设计尺寸越来越小,晶片上实际得到的光刻图形与掩模图形之间的变形和偏差将直接影响电路性能和生产成品率。
光刻是将设计图形转移至晶片上的一种常用工艺。一般来说,光刻工艺包括:通过照明系统对掩模版进行光照,将出射光线经由投影物镜接收后,投射至晶片表面的光刻胶上,然后,再通过后续的显影刻蚀等步骤,实现将掩模图形转移至晶片表面的光刻胶上。在掩模版图形的投影成像过程中,为了获得最佳的成像效果,只有将掩模版的图形表面置于该投影物镜的最佳物面高度,以及将涂有光刻胶的晶片的上表面置于投影物镜的最佳焦面高度,并采用最佳的曝光剂量进行曝光。其中,如何确定投影物镜的最佳物面高度或最佳焦面高度、以及最佳曝光剂量等投影成像参数,则始终是业界探讨的关键问题。
目前,业界一般采用掩模(Focus-Exposure Matrix,焦面曝光矩阵)步进曝光的方法确定上述最佳投影成像参数。参考图1,掩模版101中包含一组掩模标记,位于投影物镜100的物面高度;晶片102位于投影物镜100的焦面位置,其面向投影物镜100的一面涂有光刻胶。其中,参考图2,所述掩模标记相对于投影物镜100处于同一高度,且掩模版101上各点的光线透过率相同。
具体地,可通过多次曝光过程实现。首先,始终将掩模101置于投影物镜100的同一物面高度,并分别在不同的曝光剂量下,步进移动晶片102,并在晶片102的每一个位置,对掩模101进行曝光,从而在晶片102上,形成与多个曝光剂量以及晶片102的多个位置分别对应的掩模标记的像图案。
接着,当对应于晶片所有步进位置以及所有曝光剂量的多次曝光过程完成后,对晶片102进行显影刻蚀,获得如图3所示的曝光图样。分别测量该曝光图样中较佳成像点的关键尺寸(CD),并将这些CD尺寸通过光学模型计算,以获得投影物镜100的最佳焦面位置和最佳曝光剂量。
上述现有技术方案中,需要在不同的曝光剂量下,反复对晶片位置进行调整,并多次曝光,需要耗费较长的时间,生产效率较低。
发明内容
本发明解决的技术问题是单次曝光条件下,现有掩模版仅能获得对应于单一曝光剂量和单一物距的像图案。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种掩模版,适于焦面曝光矩阵曝光测试,包括:基底;位于所述基底一侧的具有不同厚度的多个掩模部件,所述掩模部件表面具有掩模标记,所述掩模标记设置于所述掩模部件在曝光过程中光线出射一侧的表面;覆盖于所述基底的具有多种透光率的滤光膜。
可选的,所述滤光膜与所述掩模部件分别位于所述基底的两侧,其中,所述滤光膜设置于所述基底在曝光过程中光线入射一侧的表面,所述掩模部件设置于所述基底在曝光过程中光线出射一侧的表面。
可选的,所述滤光膜与所述掩模部件依次位于所述基底的同侧,其中,所述滤光膜设置于所述基底在曝光过程中光线出射一侧的表面,所述掩模部件设置于所述滤光膜光线出射一侧的表面。
可选的,所述具有不同厚度的多个掩模部件沿第一轴分布,所述具有多种透光率的滤光膜沿与所述第一轴垂直的第二轴分布。
可选的,任一个掩模部件对应于多种透光率。
可选的,所述滤光膜的透光率根据曝光剂量决定。
可选的,对应于每一个掩模部件的滤光膜中,透光率呈梯度分布。
可选的,所述掩模部件的厚度根据所述曝光过程中的物距决定。
可选的,多个所述掩模部件之间的厚度依次呈梯度分布。
可选的,所述掩模部件为条形掩模。
可选的,所述掩模标记为包括至少两个不同线宽的的子标记。
可选的,所述子标记的线条均匀分布。
本发明还提供了一种掩模版制作方法,适于制作用于焦面曝光矩阵曝光测试的掩模版,所述掩模版制作方法包括:准备基底;形成多个与所述基底连接且具有不同厚度的掩模部件,所述掩模部件位于曝光过程中基底出射光线一侧的表面;在所述掩模部件与所述基底不相连接的表面形成掩模标记;形成覆盖所述基底的具有多种透光率的滤光膜,所述滤光膜位于曝光过程中基底入射光线一侧的表面。
可选的,所述具有不同厚度的多个掩模部件沿第一轴分布,所述具有多种透光率的滤光膜沿与所述第一轴垂直的第二轴分布。
可选的,所述掩模部件之间的厚度依次呈梯度分布。
可选的,所述掩模部件为条形掩模。
可选的,所述形成掩模标记包括:在所述掩模部件曝光过程中出射光线一侧的表面进行刻蚀,形成掩模标记。
可选的,所述掩模标记为包括至少两个以上不同线宽的子标记。
可选的,所述子标记的线条均匀分布。
可选的,形成所述滤光膜包括:对应于每个掩模部件的滤光膜包含多种透光率。
可选的,对应于每个掩模部件的滤光膜中,透光率呈梯度分布。
一种掩模版制作方法,适于制作用于焦面曝光矩阵曝光测试的掩模版,包括:准备基底;形成覆盖所述基底的具有多种透光率的滤光膜,所述滤光膜位于曝光过程中基底出射光线一侧的表面;形成与所述滤光膜连接且具有不同厚度的多个掩模部件,所述掩模部件位于曝光过程中所述滤光膜出射光线一侧的表面;在所述掩模部件与所述滤光膜不相连接的表面形成掩模标记。
可选的,所述具有不同厚度的多个掩模部件沿第一轴分布,所述具有多种透光率的滤光膜沿与所述第一轴垂直的第二轴分布。
可选的,所述掩模部件之间的厚度依次呈梯度分布。
可选的,所述掩模部件为条形掩模。
可选的,所述形成掩模标记包括:在所述掩模部件曝光过程中出射光线一侧的表面进行刻蚀,形成掩模标记。
可选的,所述掩模标记为包括至少两个以上不同线宽的子标记。
可选的,所述子标记的线条均匀分布。
可选的,形成所述滤光膜包括:对应于每个掩模部件的滤光膜包含多种透光率。
可选的,对应于每个掩模部件的滤光膜中,透光率呈梯度分布。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:通过在掩模版的基底表面设置高度不一的多个掩模部件以及具有不同透光率的滤光膜,使得每一个包含掩模标记的掩模部件对应于多种透光率,从而在每次曝光时,都能够获得对应于不同物距、不同光强的多个掩模标记的像图案,有效地提高了单次曝光的数据采集量,减少了反复曝光的次数,提高了生产效率。
附图说明
图1是现有技术中传统光刻成像系统的结构示意图;
图2是现有技术中掩模曝光测试所采用的掩模版的结构示意图;
图3是现有技术中采用传统掩模版进行掩模曝光测试所获得的曝光图形示意图;
图4是本发明掩模版一种实施方式结构示意的正视图;
图5是本发明掩模版一种实施方式结构示意的侧视图;
图6是本发明掩模版一种实施方式中对应于一个掩模部件滤光膜的透光率分布示意图;
图7是本发明掩模版另一种实施方式结构示意的侧视图;
图8是本发明掩模版具体实施例的结构示意图;
图9是本发明一种掩模版制作方法实施方式的流程示意图;
图10是本发明另一种掩模版制作方法实施方式的流程示意图。
具体实施方式
参考图4,本发明提供了一种掩模版300,适于掩模曝光测试。具体地,掩模版300包括:基底301,位于基底301一侧的具有不同厚度的多个掩模部件302,掩模部件302表面具有掩模标记304;覆盖于基底301的具有多种透光率的滤光膜303。
下面结合附图和具体实施例,对本发明实施方式作进一步的详细描述。
在一种具体实施方式中,参考图5,滤光膜303与包含掩模标记304的掩模部件302分别位于基底301的两侧。例如,可将滤光膜303设置于基底301光线入射一侧的表面,将包含掩模标记304的掩模部件302设置于基底301中光线出射一侧的表面,其中,掩模标记304位于与掩模部件302和基底301连接一侧相对的另一侧表面。并且,多个掩模部件302之间存在厚度差。
在曝光过程中,对所述掩模版300进行光照时,光线首先通过滤光膜303。由于滤光膜303覆盖于基底301上,并且滤光膜303具有多种透光率,因此,当光线透过滤光膜303并通过基底301透射至掩模部件302时,任一个掩模部件302所接收到的光线的强度都不是单一值,而是具有一定的范围。也就是说,入射至掩模版300中任一个掩模部件302的光线都具有多种强度值。
其中,滤光膜303中透光率的设置可与掩模部件302相对应,使得每个滤光膜中对应于任一个掩模部件302的部分都具有多种透光率,而对应于不同掩模部件302的部分所包含透光率种类的数目可以相同,也可以不相同。具体来说,透光率的具体数值可根据曝光剂量进行设置。例如,需要获得曝光剂量分别为80%和50%的光刻结果,则滤光膜303可包含透光率为80%和50%两种透光率。
在一种具体实施方式中,多个掩模部件302沿第一轴分布,具有不同透过率的滤光膜303沿第二轴分布,其中,所述第一轴和所述第二轴可以相互垂直,也可以互相平行。
进一步地,对应于每一个掩模部件的滤光膜303中,透光率可呈等梯度分布,也就是说,每两个透光率之间按照一个固定的差值递增或递减,以便于光刻结果数据的测量与模型的建立,以及减少滤光膜的制作成本。例如,参考图6,对应于一个掩模部件的滤光膜500中可包含5个分别具有不同透光率的膜片501-505,其中,每个相邻膜片的透光率之间存在固定的差值,例如5%。在其它实施方式中,滤光膜303的透光率之间也可呈其它分布,而不呈等梯度分布,即每两个相邻膜片的透光率之间的差值不固定。
光线透过滤光膜303之后,透过基底301入射至掩模部件302。由于掩模标记的存在,光线进一步产生衍射效应。
多个掩模部件302之间分别具有不同厚度,在具体实施中,多个掩模部件302之间的厚度可依次呈梯度分布,也就是说,每两个相邻掩模部件之间的厚度按一个固定的差值递增或递减,以便于光刻结果数据的测量与模型的建立;也可以不呈等梯度分布,也就是说,每两个掩模部件厚度的差值不固定。其中,每个掩模部件302的厚度值可由曝光过程中的物面高度,即物距决定。
其中,掩模部件的形状可根据具体要求进行确定,例如,可为条形掩模,圆形掩模等。掩模标记可为单个标记,也可为包括至少两个以上不同线宽的子标记,所述子标记的线条均匀分布。
由于掩模部件302分别具有不同厚度,也就是说,位于掩模部件302一侧表面的掩模标记相对于投影物镜具有不同的物距。另外,由于每一个掩模部件302都对应于多种透光率,因此,当采用所述掩模版300进行光刻时,每一次的曝光过程,都能够同时对具有不同物距的掩模标记、以不同的光强进行光照,从而具有不同焦距,随后通过对晶片的显影刻蚀,以获得多个对应的像图形。
在另一种具体实施方式中,所述滤光膜与包含掩模标记的所述掩模部件还可位于所述基底的同侧。例如,参考图7,滤光膜403位于基底401光线出射一侧的表面,掩模部件402位于滤光膜403光线出射一侧的表面,且掩模标记404位于掩模部件402中光线出射的一侧。
光线通过所述基底进行透射,并通过所述滤光膜,使得入射至任一个掩模部件的光线都具有不同的光强值。由于各个所述掩模部件具有不同的厚度,分别位于各个掩模部件上的掩模标记相对于投影物镜,具有不同的物距从而对应于不同的焦距,从而仅通过一次曝光,就能获得对应于不同焦距以及不同曝光剂量的多个像。
在本发明掩模版的一种具体实施例中,参考图8,掩模版中包含基底,位于所述基底上表面的滤光膜510,以及位于所述基底下表面的掩模部件520和530,其中,滤光膜510分别具有3种透光率A、B、C,并且掩模部件530的厚度大于掩模部件520的厚度,掩模部件520和530中的掩模标记521和531为包括至少两个不同线宽的子标记,所述子标记的线条均匀分布。具有不同厚度的多个掩模部件520沿第一轴分布,滤光膜510沿第二轴分布,其中,第一轴和第二轴相互垂直。
当进行曝光时,光线透过滤光膜510以及基底,分别以对应于透光率A、B、C的三种光强照射于掩模部件520和530上,并分别根据掩模部件520和530上的掩模标记521和531进一步产生衍射,通过投影物镜在机台的晶片上形成与掩模部件520和530上的掩模标记521和531对应的像图案。可以看到,采用本发明掩模版的具体实施例,仅通过一次曝光,对应于两个掩模标记,就能够获得6种具有不同物距、不同曝光剂量的像图案。相较于现有技术中,一次曝光仅能获得具有单一物距以及单一曝光剂量的像图案,采用本发明掩模版一次曝光就能获取不同曝光剂量下、对应于多个不同物距的像图案,不仅提高了曝光所能获得的像图案数目以及对应的数据种类,还有效地减少了反复曝光的次数。
需要说明的是,上述实施例仅为举例,而非限制。
应用本发明掩模版,只需将掩模版进行一次有效曝光,就能在晶片上获得不同曝光剂量下对应于不同物距的曝光图样,并通过后续的显影测量等程序,获得所有曝光图像的关键尺寸,根据这些关键尺寸,通过相应的光学模型,就能够计算获得最佳焦面位置和最佳曝光剂量,提高了单次能够采集的数据种类数量,大幅度地减少了反复曝光以及重复测量关键尺寸之前所需要进行校正的次数,极大地提高了生产效率,节约了生产成本。
此外,本发明上述掩模版可适用于各种投影式光刻装置。
在不同的光刻装置中,可根据工艺精度要求采用具有不同波长的激光作为曝光光线,或采用汞灯等曝光光源,所采用曝光光线或光源的具体参数并不对本发明思路造成影响。
当光线通过光刻装置中的照明单元照射于所述掩模版时,其中,所述照明单元可采用强UV光源。对应于不同的掩模标记,所述照明单元可为双级照明或四级照明等。例如,当掩模标记或掩模标记的子标记为单一方向的密集线条时,可采用双级照明;当掩模标记或掩模标记的子标记包含两个相互垂直方向上的线条时,可采用四级照明,获得更好的效果;而当掩模标记或掩模标记的子标记为具有固定栅距以及任意方向的线条,通常可采用环形照明。
参考图9,本发明还提供了一种掩模版制作方法,适于制作用于掩模曝光测试的掩模版。所述掩模版制作方法包括:步骤S1,准备基底;步骤S2,形成与所述基底连接且具有不同厚度的多个掩模部件,所述掩模部件位于曝光过程中基底出射光线一侧的表面;步骤S3,在所述掩模部件与所述基底不相连接的表面形成掩模标记;步骤S4,形成覆盖所述基底的具有多种透光率的滤光膜,所述滤光膜位于曝光过程中基底入射光线一侧的表面。
具体来说,在步骤S1中,基底可以是具有高纯度、低反射率、低热膨胀系数的石英玻璃,也可以是苏打玻璃。准备基底材料,并保持表面平整。
根据材料不同,掩模部件可分为铬版、干版等,步骤S2中所述形成掩模部件具体可包括:采用铬材料通过溅射方法镀在所述基底出射光线一侧的表面;也可采用乳胶材料、包膜材料、超微颗粒材料等之一涂附于所述基底出射光线一侧的表面。掩模部件的形状可根据具体要求进行确定,例如可为条形掩模或圆形掩模。
在步骤S2中,所形成的多个掩模部件分别具有不同厚度,例如,在基底表面分别形成多个相邻的掩模部件。其中,所述掩模部件之间的厚度可依次呈梯度分布,也就是说,每两个相邻掩模部件之间的厚度按一个固定的差值递增或递减,以便于光刻结果数据的测量与模型的建立;此外,所述掩模部件之间的厚度也可以呈非等梯度分布,也就是说,每两个相邻掩模部件之间的厚度之差不固定。
接着,形成掩模部件之后,执行步骤S3,根据设计要求,在掩模部件出射光线一侧的表面进行刻蚀,以形成掩模标记。其中,掩模标记或掩模子标记可为单一方向的密集线条,也可为包含两个相互垂直方向上的线条的组合,还可具有固定栅距以及任意方向的线条。在具体实施例中,掩模标记单个标记,也可为包括至少两个以上不同线宽的子标记,所述子标记的线条均匀分布。
接着,执行步骤S4,形成位于所述基底入射光线一侧表面的、覆盖所述基底的滤光膜,且所述滤光膜具有多种透光率。
具体来说,滤光膜中透光率的具体数值可根据曝光剂量进行设置;透光率的分布可对应于所述掩模部件,使得对应于任一个掩模部件的滤光膜都具有多种透光率,而不同掩模部件所对应的滤光膜所包含的透光率种类的数目可以相同,也可以不相同。其中,对应于每个掩模部件的滤光膜中,透光率还可呈梯度分布。
在具体实施中,所述滤光膜还可由多个膜片组成,其中,每个膜片分别具有单一的透光率,且不同膜片的透光率不一样。通过将分别具有单一透光率的膜片进行组合,获得符合要求的滤光膜,使每个掩模部件对应于多个膜片,且不同掩模部件对应的膜片数相同。其中一种具体实施方式是,所述具有不同厚度的多个掩模部件沿第一轴分布,所述具有不同透过率的滤光膜沿第二轴分布,且所述第一轴和所述第二轴相互垂直。
参考图10,本发明还提供了一种掩模版制作方法,适于制作用于掩模曝光测试的掩模版。所述掩模版制作方法包括:步骤S1,准备基底;步骤S2,形成覆盖所述基底的具有多种透光率的滤光膜,所述滤光膜位于曝光过程中基底出射光线一侧的表面;步骤S3,形成多个与所述滤光膜连接且具有不同厚度的掩模部件,所述掩模部件位于曝光过程中所述滤光膜出射光线一侧的表面;步骤S4,在所述掩模部件与所述滤光膜不相连接的表面形成掩模标记。
相对于现有技术,本发明通过在掩模版的基底表面设置高度不一的多个掩模部件以及具有不同透光率的滤光膜,使得每一个包含掩模标记的掩模部件对应于多种透光率,从而在每次曝光时,都能够获得对应于不同物距、不同光强的多个掩模标记的像图案,有效地提高了单次曝光的数据采集量,减少了反复曝光的次数以及重复测量关键尺寸之前校正的次数,大大地提高了生产效率。并且本发明不改变现有机台的结构,节约了成本。
虽然本发明已通过较佳实施例说明如上,但这些较佳实施例并非用以限定本发明。本领域的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,应有能力对该较佳实施例做出各种改正和补充,因此,本发明的保护范围以权利要求书的范围为准。
Claims (30)
1.一种掩模版,适于焦面曝光矩阵曝光测试,包括:
基底;
位于所述基底一侧的具有不同厚度的多个掩模部件,所述掩模部件表面具有掩模标记,所述掩模标记设置于所述掩模部件在曝光过程中光线出射一侧的表面;
覆盖于所述基底的具有多种透光率的滤光膜。
2.如权利要求1所述的掩模版,其特征在于,所述滤光膜与所述掩模部件分别位于所述基底的两侧,其中,所述滤光膜设置于所述基底在曝光过程中光线入射一侧的表面,所述掩模部件设置于所述基底在曝光过程中光线出射一侧的表面。
3.如权利要求1所述的掩模版,其特征在于,所述滤光膜与所述掩模部件依次位于所述基底的同侧,其中,所述滤光膜设置于所述基底在曝光过程中光线出射一侧的表面,所述掩模部件设置于所述滤光膜光线出射一侧的表面。
4.如权利要求1至3之一所述的掩模版,其特征在于,所述具有不同厚度的多个掩模部件沿第一轴分布,所述具有多种透光率的滤光膜沿与所述第一轴垂直的第二轴分布。
5.如权利要求2或3所述的掩模版,其特征在于,任一个掩模部件对应于多种透光率。
6.如权利要求5所述的掩模版,其特征在于,所述滤光膜的透光率根据曝光剂量决定。
7.如权利要求6所述的掩模版,其特征在于,对应于每一个掩模部件的滤光膜中,透光率呈梯度分布。
8.如权利要求5所述的掩模版,其特征在于,所述掩模部件的厚度根据所述曝光过程中的物距决定。
9.如权利要求8所述的掩模版,其特征在于,多个所述掩模部件之间的厚度依次呈梯度分布。
10.如权利要求5所述的掩模版,其特征在于,所述掩模部件为条形掩模。
11.如权利要求5所述的掩模版,其特征在于,所述掩模标记为包括至少两个不同线宽的的子标记。
12.如权利要求11所述的掩模版,其特征在于,所述子标记的线条均匀分布。
13.一种掩模版制作方法,适于制作用于焦面曝光矩阵曝光测试的掩模版,所述掩模版制作方法包括:
准备基底;
形成与所述基底连接且具有不同厚度的多个掩模部件,所述掩模部件位于曝光过程中基底出射光线一侧的表面;
在所述掩模部件与所述基底不相连接的表面形成掩模标记;
形成覆盖所述基底的具有多种透光率的滤光膜,所述滤光膜位于曝光过程中基底入射光线一侧的表面。
14.如权利要求13所述的掩模版制作方法,其特征在于,所述具有不同厚度的多个掩模部件沿第一轴分布,所述具有多种透光率的滤光膜沿与所述第一轴垂直的第二轴分布。
15.如权利要求13所述的掩模版制作方法,其特征在于,所述掩模部件之间的厚度依次呈梯度分布。
16.如权利要求13所述的掩模版制作方法,其特征在于,所述掩模部件为条形掩模。
17.如权利要求13所述的掩模版制作方法,其特征在于,所述形成掩模标记包括:在所述掩模部件曝光过程中出射光线一侧的表面进行刻蚀,形成掩模标记。
18.如权利要求13所述的掩模版制作方法,其特征在于,所述掩模标记为包括至少两个以上不同线宽的子标记。
19.如权利要求18所述的掩模版制作方法,其特征在于,所述子标记的线条均匀分布。
20.如权利要求13所述的掩模版制作方法,其特征在于,形成所述滤光膜包括:对应于每个掩模部件的滤光膜包含多种透光率。
21.如权利要求13所述的掩模版制作方法,其特征在于,对应于每个掩模部件的滤光膜中,透光率呈梯度分布。
22.一种掩模版制作方法,适于制作用于焦面曝光矩阵曝光测试的掩模版,包括:
准备基底;
形成覆盖所述基底的具有多种透光率的滤光膜,所述滤光膜位于曝光过程中基底出射光线一侧的表面;
形成与所述滤光膜连接且具有不同厚度的多个掩模部件,所述掩模部件位于曝光过程中所述滤光膜出射光线一侧的表面;
在所述掩模部件与所述滤光膜不相连接的表面形成掩模标记。
23.如权利要求22所述的掩模版制作方法,其特征在于,所述具有不同厚度的多个掩模部件沿第一轴分布,所述具有多种透光率的滤光膜沿与所述第一轴垂直的第二轴分布。
24.如权利要求22所述的掩模版制作方法,其特征在于,所述掩模部件之间的厚度依次呈梯度分布。
25.如权利要求22所述的掩模版制作方法,其特征在于,所述掩模部件为条形掩模。
26.如权利要求22所述的掩模版制作方法,其特征在于,所述形成掩模标记包括:在所述掩模部件曝光过程中出射光线一侧的表面进行刻蚀,形成掩模标记。
27.如权利要求22所述的掩模版制作方法,其特征在于,所述掩模标记为包括至少两个以上不同线宽的子标记。
28.如权利要求27所述的掩模版制作方法,其特征在于,所述子标记的线条均匀分布。
29.如权利要求22所述的掩模版制作方法,其特征在于,形成所述滤光膜包括:对应于每个掩模部件的滤光膜包含多种透光率。
30.如权利要求29所述的掩模版制作方法,其特征在于,对应于每个掩模部件的滤光膜中,透光率呈梯度分布。
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