CN105093850A - 一种避免光刻机镜头过热的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种避免光刻机镜头过热的方法，提供若干在掩膜板的透光区域进行待填充的虚拟图形的结构；然后对测试掩膜版进行设计和制造，并进行光刻实验，根据光刻实验数据确定虚拟图形的形状和尺寸；接着进行芯片版图设计；再接着将芯片版图按照边长为A的正方形分成若干窗格，分析各窗格的透光率并确定各窗格中虚拟图形的填充量；然后对芯片掩膜版进行填充，在各窗格中填充预设形状、尺寸以及数量的虚拟图形；最后制造芯片掩膜版，并通过芯片掩膜板进行曝光工艺。本发明通过在掩膜板上填充不会再芯片上成像的虚拟图形，以降低掩膜板的透光区域面积占整个曝光单元面积的比例，减少了光刻机镜头吸收的能量，降低了连续曝光后镜头升高的温度。

Description

一种避免光刻机镜头过热的方法
技术领域
本发明属于半导体光刻工艺技术领域，涉及一种避免光刻机镜头过热的方法。
背景技术
在半导体技术中，光刻的本质是把临时电路结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的芯片上。光刻使用光敏光刻胶材料和可控制的曝光，在芯片表面形成三维图形。
光刻中一个重要的性能指标是每个图形的分辨率。在传统的光刻技术中，光刻机投影镜头(即投射物镜)与芯片上的光刻胶之间的介质通常是空气或液体。请参阅图1，请参阅图1，图1为传统光刻机的结构示意图，光刻机从上往下依次包括光源10、掩膜板20以及投射物镜30，投射物镜30的下方设有待光刻的芯片40。
在光刻工艺中，对于一些在掩模板上透光区域比重特别大的层次，透过光刻机镜头的光的能量也较大。同时，由于光刻机镜头也会吸收掉一部分透过的光的能量，经过长时间连续曝光，光刻机镜头的温度会明显的升高，从而导致光刻机的镜头发生轻微的形变，最终导致其曝在芯片上图形的位置发生了偏移，严重的情况将导致其后的套刻精度检查超标。
因此，本领域技术人员亟需提供一种避免光刻机镜头过热的方法，以利于降低连续曝光后光刻机镜头升高的温度，防止光刻机镜头因发热所导致的变形而导致的曝光图形在芯片上的位置偏移。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种避免光刻机镜头过热的方法，以利于降低连续曝光后光刻机镜头升高的温度，防止光刻机镜头因发热所导致的变形而导致的曝光图形在芯片上的位置偏移。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种避免光刻机镜头过热的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01、提供若干在掩膜板的透光区域进行待填充的虚拟图形的结构；其中，所述虚拟图形无法在芯片上成像；
步骤S02、对测试掩膜版进行设计和制造，并进行光刻实验，根据光刻实验数据选择虚拟图形的形状和尺寸；
步骤S03、进行芯片版图设计；
步骤S04、将芯片版图按照边长为A的正方形分成若干窗格，分析各窗格的透光率并确定各窗格中虚拟图形的填充量；
步骤S05、对芯片掩膜版进行填充，在各窗格中填充步骤S02中预设形状、尺寸的虚拟图形以及步骤S04中预设数量的虚拟图形；
步骤S06、制造芯片掩膜版，并通过芯片掩膜板进行曝光工艺。
优选的，所述虚拟图形的形状为多边形规则图形或不规则图形，所述虚拟图形呈阵列式的均匀分布在掩膜板上。
优选的，所述虚拟图形的关键尺寸小于最小解析度r，r＝k1*λ/NA；
其中，k1为光刻工艺常数，λ为曝光光源波长，NA为镜头数值孔径。
优选的，步骤S04中，正方形的边长A为5nm～1um。
优选的，步骤S04中，分析各窗格的透光率并确定各窗格中虚拟图形的填充量具体包括：
设定各窗格初始透光率目标T；
初步计算各窗格中虚拟图形的填充量；
计算各窗格透光率梯度G，如果窗格透光率梯度G值大于窗格梯度值规格S，则重新调整该窗格的透光率目标T值；
输出最终的各窗格中虚拟图形的填充量。
优选的，所述各窗格透光率梯度G的计算方法是：
GA＝max(abs(TA-TB1),abs(TA-TB2),abs(TA-TB3),abs(TA-TB4))；
其中，A为当前窗格，TA为当前窗格透光率，TB1、TB2、TB3、TB4分别为A为当前窗格相邻的4个窗格的透光率，max为取最大值，abs为取绝对值。
优选的，所述窗格梯度值规格S的范围为20％～40％。
优选的，所述掩膜板的透光区域面积占整个曝光单元面积的比例的范围为0.3至1。
与现有的方案相比，本发明提供的避免光刻机镜头过热的方法，通过在掩膜板上填充不会再芯片上成像的虚拟图形，以降低掩膜板的透光区域面积占整个曝光单元面积的比例，减少了光刻机镜头吸收的能量，降低了连续曝光后镜头升高的温度，从而实现了对因光刻机镜头过热而导致曝光图形在芯片上的位置偏移的控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是传统光刻机的结构示意图；
图2本发明中填充有虚拟图形的掩膜板优选实施例的结构示意图；
图3本发明中填充有虚拟图形的掩膜板优选实施例的结构示意图；
图4本发明中填充有虚拟图形的掩膜板优选实施例的结构示意图；
图5本发明中曝光后的芯片优选实施例的结构示意图。
图中附图标记为：
10、光源；20、掩膜板；30、投射物镜；40、芯片；21、有效器件图形；22、虚拟图形。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
上述及其它技术特征和有益效果，将结合实施例及附图2-5对本发明的避免光刻机镜头过热的方法进行详细说明。
本发明是通过在掩膜板上填充不会再芯片上成像的虚拟图形，以降低掩模板上图形整体的透光率，减少光刻机镜头吸收的能量，即减少了连续曝光后镜头升高的温度，最终达到减少因光刻机镜头过热而导致的曝光图形在芯片上的位置偏移。
本发明提供了一种避免光刻机镜头过热的方法，包括以下步骤：
步骤S01、提供若干在掩膜板的透光区域进行待填充的虚拟图形的结构；其中，所述虚拟图形无法在芯片上成像。
如图2-4所示，掩膜板20上具有有效器件图形21，降低掩模板20上图形整体的透光率，在掩膜版20上增加了多种组合的虚拟图形22，虚拟图形22的形状优选为多边形规则图形或不规则图形(如图所示)，多边形规则图形优选矩形或正方形等，在此对虚拟图形的形状不做具体限定，虚拟图形优选呈阵列式的均匀分布在掩膜板上。
在步骤S01前，可首先计算掩膜板的透光区域面积占整个曝光单元面积的比例W，并将其与镜头过热的临界透光比例Y进行对比，若W大于Y，则光刻机镜头可能会出现过热现象,若W小于Y，则光刻机镜头不会出现过热现象。
具体的，掩膜板的透光区域面积占整个曝光单元面积的比例W的范围优选为0.3至1，镜头过热的临界透光比例Y优选为0.5。
步骤S02、对测试掩膜版进行设计和制造，并进行光刻实验，根据光刻实验数据选择虚拟图形的形状和尺寸。
本步骤中，可对测试掩膜版进行多次设计和制造，采用不同形状组合的虚拟图形对测试掩膜版进行设计和制造，在进行光刻实验后，根据光刻实验数据选择较佳的一组虚拟图形的形状和尺寸。
步骤S03、进行芯片版图设计。
步骤S04、将芯片版图按照边长为A的正方形分成若干窗格，分析各窗格的透光率并确定各窗格中虚拟图形的填充量。
本步骤中，正方形的边长A优选为5nm～1um；本步骤中，分析各窗格的透光率并确定各窗格中虚拟图形的填充量具体包括：首先设定各窗格初始透光率目标T；接着初步计算各窗格中虚拟图形的填充量；然后计算各窗格透光率梯度G，如果窗格透光率梯度G值大于窗格梯度值规格S，则重新调整该窗格的透光率目标T值；最后输出最终的各窗格中虚拟图形的填充量。其中，窗格梯度值规格S的范围为20％～40％。
上述各窗格透光率梯度G的计算方法是：
GA＝max(abs(TA-TB1),abs(TA-TB2),abs(TA-TB3),abs(TA-TB4))；
其中，A为当前窗格，TA为当前窗格透光率，TB1、TB2、TB3、TB4分别为A为当前窗格相邻的4个窗格的透光率，max为取最大值，abs为取绝对值。
步骤S05、对芯片掩膜版进行填充，在各窗格中填充步骤S02中预设形状、尺寸的虚拟图形以及步骤S04中预设数量的虚拟图形。
本实施例中的虚拟图形应小于最小解析度r，r＝k1*λ/NA；其中，k1为光刻工艺常数，λ为曝光光源波长，NA为镜头数值孔径。同时，满足掩膜版制造设计规格，以便于掩膜版的制造。
步骤S06、制造芯片掩膜版，并通过芯片掩膜板进行曝光工艺。
如图5所示，图5为曝光后的芯片的结构示意图，芯片上具有有效器件图形21。
实施例一
首先计算掩模板透光区域较大的光刻层次，即透光区域面积占整个曝光单元面积的比例为0.6，设定超过镜头过热的临界透光比例为0.5，则表示在光刻工艺时会出现镜头过热的缺陷。
接着根据工艺需求确定填充的虚拟图形是水平和垂直方向节距均为160nm正方形阵列，并假定经过光刻实验后的虚拟图形在芯片上不成像的最大尺寸是边长为85nm的正方形。据此选定填充的虚拟图形的尺寸是边长为80nm的正方形阵列，节距为160nm。预计填充后该层的透光比例将从0.6降至0.45，完成填充后再将最终的版图制成掩膜板，并用此掩膜板进行该层的曝光步骤。由于掩膜板透光比例小于镜头过热的临界透光比例0.5，避免了光刻机镜头过热的问题。
综上所述，本发明提供的避免光刻机镜头过热的方法，通过在掩膜板上填充不会再芯片上成像的虚拟图形，以调节掩膜板的透光区域面积占整个曝光单元面积的比例，减少了光刻机镜头吸收的能量，降低了连续曝光后镜头升高的温度，从而实现了对因光刻机镜头过热而导致曝光图形在芯片上的位置偏移的控制。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种避免光刻机镜头过热的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01、提供若干在掩膜板的透光区域进行待填充的虚拟图形的结构；其中，所述虚拟图形无法在芯片上成像；
步骤S02、对测试掩膜版进行设计和制造，并进行光刻实验，根据光刻实验数据确定虚拟图形的形状和尺寸；
步骤S03、进行芯片版图设计；
步骤S04、将芯片版图按照边长为A的正方形分成若干窗格，分析各窗格的透光率并确定各窗格中虚拟图形的填充量；
步骤S05、对芯片掩膜版进行填充，在各窗格中填充步骤S02中预设形状、尺寸的虚拟图形以及步骤S04中预设数量的虚拟图形；
步骤S06、制造芯片掩膜版，并通过芯片掩膜板进行曝光工艺。
2.根据权利要求1所述的避免光刻机镜头过热的方法，其特征在于，所述虚拟图形的形状为多边形规则图形或不规则图形，所述虚拟图形呈阵列式的均匀分布在掩膜板上。
3.根据权利要求1所述的避免光刻机镜头过热的方法，其特征在于，所述虚拟图形的关键尺寸小于最小解析度r，r＝k1*λ/NA；
其中，k1为光刻工艺常数，λ为曝光光源波长，NA为镜头数值孔径。
4.根据权利要求1所述的避免光刻机镜头过热的方法，其特征在于，步骤S04中，正方形的边长A为5nm～1um。
5.根据权利要求1所述的避免光刻机镜头过热的方法，其特征在于，步骤S04中，分析各窗格的透光率并确定各窗格中虚拟图形的填充量具体包括：
设定各窗格初始透光率目标T；
初步计算各窗格中虚拟图形的填充量；
计算各窗格透光率梯度G，如果窗格透光率梯度G值大于窗格梯度值规格S，则重新调整该窗格的透光率目标T值；
输出最终的各窗格中虚拟图形的填充量。
6.根据权利要求5所述的避免光刻机镜头过热的方法，其特征在于，所述各窗格透光率梯度G的计算方法是：
GA＝max(abs(TA-TB1),abs(TA-TB2),abs(TA-TB3),abs(TA-TB4))；
其中，A为当前窗格，TA为当前窗格透光率，TB1、TB2、TB3、TB4分别为A为当前窗格相邻的4个窗格的透光率，max为取最大值，abs为取绝对值。
7.根据权利要求5所述的避免光刻机镜头过热的方法，其特征在于，所述窗格梯度值规格S的范围为20％～40％。
8.根据权利要求1所述的避免光刻机镜头过热的方法，其特征在于，所述掩膜板的透光区域面积占整个曝光单元面积的比例的范围为0.3至1。
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