CN111948901A - 掩膜版及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种掩膜版，包括基板，所述基板上具有主图形区及围绕所述主图形区的边框区，所述主图形区内形成有掩膜图形，所述边框区内形成有对准标记，所述对准标记与所述主图形区的中心的距离大于或等于第一设定值。通过使得对准标记与主图形区之间的距离大于一个设定值，使得光路中被掩膜版或者中继镜头反射的光束透射过对准标记后，不会进入投影物镜的接收区域。因此，对准标记的图形就不会被投射到投影物镜上，继而再投射至晶圆中的芯片上，从而改善了产品的光刻均一性。相应的，本发明还提供了所述掩膜版的制备方法。

Description

掩膜版及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种掩膜版及其制备方法。

背景技术

光刻工艺是半导体制造技术中的核心工序之一。在光刻工艺中，光束的透射过掩膜版或者由掩膜版反射后照射到晶圆表面上的光刻胶涂层，以使光刻胶涂层中被光束照射到的部分发生化学反应而变得可去除或不可去除，如此，将来掩膜版的图案转印至晶圆表面的光刻胶上，经过显影剂冲洗显影后，选择性的去除光刻胶以显露掩膜版中的图案，便完成了光刻工艺。

目前半导体制造过程中需要通过十几次乃至几十次光刻工艺才能完成整个制造过程。因此在半导体的制造过程中，需要通过对准标记来确定当层光刻图形与前层光刻图形(晶圆上的图形)的位置是否对准。由于目前光刻工艺的曝光光源的采用波长极短的光源，因此，在曝光的过程中，会因为光衍射或反射效应，导致掩膜版上的对准标记的图形被投射至晶圆表面上，导致晶圆上的光刻图案中的走线或线宽出现偏差，从而影响产品的光刻均一性，最终影响产品的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掩膜版及其制备方法，能够避免掩膜版上对准标记中的图形被投射至晶圆上，导致光刻均一性不符合要求。

为了达到上述目的，本发明提供了一种掩膜版，包括基板，所述基板上具有主图形区及围绕所述主图形区的边框区，所述主图形区内形成有掩膜图形，所述边框区内形成有对准标记，所述对准标记与所述主图形区的中心的距离大于或等于第一设定值。

可选的，所述第一设定值大于或等于57.5mm。

可选的，所述对准标记与所述主图形区之间的区域为遮光区。

可选的，所述遮光区上涂布有抗反射层。

可选的，所述主图形区与所述遮光区的外形均为矩形。

可选的，所述对准标记的数量为2～20个。

可选的，所述对准标记之间的间距大于或等于57.5mm。

可选的，所述对准标记为至少一对，每对所述对准标记对称分布于所述边框区的对角或对边。

本发明还提供了一种掩膜版的制备方法，包括：

提供基板，所述基板包括主图形区以及围绕所述主图形区的边框区；

在所述主图形区内形成掩模图形；

在所述边框区内形成对准标记，且所述对准标记与所述主图形区的中心的距离大于或等于第一设定值。

可选的，所述第一设定值大于或等于57.5mm。

可选的，形成所述对准标记之后，还包括：

在所述对准标记与所述主图形区之间的区域涂布不透明的材料以形成一遮光区。

本发明提供一种掩膜版，包括基板，所述基板上具有主图形区及围绕所述主图形区的边框区，所述主图形区内形成有掩膜图形，所述边框区内形成有对准标记。由于所述对准标记与所述主图形区的中心的距离大于或等于第一设定值，使得光路中被掩膜版或者中继镜头反射的光束透射过对准标记后，不会进入投影物镜的接收区域。因此，对准标记的图形就不会被投射到投影物镜上，继而再投射至晶圆中的芯片上，从而改善了光刻均一性。相应的，本发明还提供了所述掩膜版的制备方法。

附图说明

图1为本发明实施例中的光刻工艺的示意图；

图2为本发明实施例中的芯片上光刻图案的第一示意图；

图3为本发明实施例中的掩膜版的示意图；

图4为本发明实施例中的芯片上光刻图案第二示意图；

图5为本发明实施例中的光刻图案中的关键尺寸在X轴向上的推测值与测量值的关系图；

图6为本实施例中的光刻图案中的关键尺寸在Y轴向上的推测值与测量值的关系图；

图7为本实施例中的掩膜版的制备方法的流程示意图；

其中，附图标记如下：

100-光源；200-光学滤光器；300-中继镜头；400-掩膜版；410-对准标记；420-遮光区；430-切割道；440-主图形区；500-投影物镜；600-晶圆。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，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例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

光刻工艺过程中会因为光的衍射与反射现象，导致将掩膜版中主图形区外围的图形，例如对准标记中的十字对准线被曝光至晶圆中的芯片上，导致芯片上光刻图案的走线或线宽与设计走线或线宽产生差异，使得产品的光刻均一性不符合要求，最终导致产品性能变差，甚至无法使用。下面结合附图对产品的光刻均一性做进一步说明。

图1为本发明实施例中的光刻工艺的示意图。图2为本发明实施例中的芯片上光刻图案的第一示意图。

如图1所示，光刻设备包括光源100、光学滤光器200、中继镜头300、掩膜版400和投影物镜500。光源100产生的短波光束，例如深紫光。光学滤光器200利用光的干涉阻止不需要的入射光，通过反射或干涉来获得一个特定波长的光束。光束经过光学滤光器200的虑波后，由中继镜头300聚光后投射至掩膜版400上。光束透过掩膜版400后经过投影物镜500补偿各种光学误差后，将掩膜版400内主图形区440中的图形成比例的缩小后投射到晶圆600中的芯片上，在芯片上形成光刻图案。

请参考图2，芯片上光刻图案中呈十字交叉的斑纹为掩膜版400内的对准标记410中的十字对准线在芯片上光刻图案的投影，芯片上光刻图案中的斑纹会导致芯片出现缺陷。例如呈十字交叉的斑纹会导致金属层桥接，这是我们不希望的。

请继续参考图1，光路中的部分光束被掩膜版400或者中继镜头300中的镜片表面反射，而所述被反射的光束中，又有部分光束透射过对准标记410，从而将对准标记410的图形(例如十字对准线)投射至投影物镜500后被投射至晶圆600中的芯片上，如此。导致芯片上的光刻图案中产生斑纹。应知道，当掩膜版400用于投影关键层时，掩膜版400中的十字对准线的线宽会很小，光刻的光束又是波长较短的光束，透射过十字对准线后发生衍射现象，衍射产生的光条纹也会导致芯片上光刻图案中产生斑纹。

综上可见，主要是因为被掩膜版400反射的光束透射过掩膜版400中的对准标记410，对准标记410中的图形经投影物镜500后被投影至芯片上，导致芯片上光刻图案中产生斑纹。基于此，本发明实提出了一种掩膜版的制备方法，能够避免对准标记410中的图形被投影至晶圆600中的芯片上，导致光刻均一性不符合要求。

图3为本发明实施例中的掩膜版的示意图。如图3所示，所述掩膜版400包括基板，所述基板上具有主图形区440及围绕所述主图形区440的边框区，所述主图形440区内形成有掩膜图形，所述边框区内形成有对准标记，所述对准标记与所述主图形区440的中心的距离大于或等于第一设定值。

本实施例中，对准标记410与主图形区440的中心的距离大于或等于第一设定值，以使掩膜版400上的对准标记410与主图形区440具有一定的间距。处在该间距之外的对准标记410在曝光时，透射过对准标记410的光束不会进入投影物镜500。对准标记410的图形不会被投射到投影物镜500上，也就不能被再投射至晶圆600中的芯片上，避免芯片上光刻图案中产生斑纹，从而改善了产品的光刻均一性。

图4为本发明实施例中的芯片上光刻图案第二示意图，如图4所示，申请人采用本发明的掩膜版400来改善光刻图案中产生斑纹的问题，对比图4中改善前与改善后的芯片上光刻图案，改善后的光刻图案中的斑纹较改善前的光刻图案中的斑纹明显变浅。

图5为本发明实施例中的光刻图案中的关键尺寸在X轴向上的推测值与测量值的关系图。图6为本实施例中的光刻图案中的关键尺寸在Y轴向上的推测值与测量值的关系图。如图5和图6所示，shot1#为CD(关键尺寸)值的推测值，shot2#为CD(关键尺寸)的测量值。由图5可以看出，采用本发明的掩膜版400后，芯片上的光刻图案中的关键尺寸在X轴向上的推测值与测量值的波动较小，在可接受的范围内。由图6可以看出，采用本发明的掩膜版400后，芯片上的光刻图案中的关键尺寸在Y轴向上的推测值与测量值的重合度较高，能够满足工艺要求。

掩膜版400上的对准标记410与主图形区440之间的间距是依据具体的光刻机机型来定。因为不同设备厂商及不同型号的光刻机，其中继镜头300与掩膜版400的间距不一样，掩膜版400与投影物镜500的间距也不一样，所采用的掩膜版400的大小不一样，因此导致了掩膜版400投射到投影物镜500上的有效面积也不一样。进一步的，导致了对准标记410与主图形区440的中心的距离的第一设定值也不一样。

可选的，本实施例中的第一设定值为57.5mm。也即，掩膜版400上的准标记410与主图形区440的中心的距离间距大于或等于57.5mm。

本发明的掩膜版中，掩膜版400上的准标记410与主图形区440的中心的距离间距大于或等于57.5mm，使得对准标记410与主图形区440之间的具有一定的距离，光路中被掩膜版400或者中继镜头300的镜片表面所反射的光束透射过对准标记410后，光束不会进入投影物镜500的接收区域。

应知道，若对准标记410与主图形区440之间的间距过小，会导致光路中被掩膜版400或者中继镜头300的镜片表面所反射的光束透射过对准标记410后，仍然会进入投影物镜500的接收区域，这是我们不希望的。若对准标记410与主图形区440之间的间距过大，会导致掩膜版400变大，则需要增大掩膜版400及对应的掩膜版400承载机构，会引起新的技术难题。综合上述两方面考虑，优选的，本发明设定准标记410与主图形区440的中心的距离间距大于或等于57.5mm，即所述第一设定值为57.5mm。

通常情况下，掩膜版基准设计版图的中央部分为主图形区440，主图形区440靠近掩膜版400边缘的区域称为非有效曝光范围，在这些区域内，光刻机中的移动机构的移动精度和光源光束的强度难以保证也不稳定。因此，常常需要将这部分区域进行遮挡，掩膜版400中被遮挡的区域就是遮光区420。遮光区420围绕所述主图形区440，用于遮蔽所述主图形区440外围的光束。

可选的，所述遮光区420设置有抗反射层。可以减少被遮光区420反射的光束，以进一步降低被掩膜版400反射的光束透射过对准标记410的概率。

请继续参照图3，所述对准标记410与所述主图形区440之间的区域形成遮光区420。如此，相对于传统的掩膜版400，本发明的掩膜版具有一个面积更大的遮光区420。进一步的，所述遮光区420以外的区域为切割道430。切割道430环绕包裹所述遮光区420。

在封装工序时，通过切割所述切割道430以分离晶圆600中的各个芯片，因此切割道430是隔离晶圆600中各个芯片的冗余区域。

可选的，所述主图形区440与所述遮光区420的外形均为矩形。应知道，主图形区440与遮光区420的外形与芯片设计的需要相关，本领域技术人员可以依据需要选择主图形区440与所述遮光区420的外形。应理解，主图形区440与所述遮光区420的外形也可以是其它形状，例如圆形或方形。

进一步的，作为举例说明，主图形区440的大小为104mm×132mm，遮光区420大小为115mm×149mm，遮光区420中的长边离主图形区440的中心距离最近，遮光区420中的长边与主图形区440的中心间距为57.5mm。此时，设置于遮光区420外侧的任意一个对准标记410，该对准标记410与主图形区440会具有一定的间距。处在该间距之外的对准标记410在曝光时，透射过对准标记410的光束不会进入投影物镜500。

请继续参照图3，所述对准标记410与所述主图形区440之间的区域形成遮光区420，如此，对准标记410处在所述切割道430与所述遮光区420的交接处。可选的，所述对准标记410可以进一步往背离主图形区440的方向向外设置，也即，对准标记410设置在切割道430上，如此，可以使得对准标记410与主图形区440的中心的距离进一步增大。另一方面，对准标记410设置于所述切割道430上也可充分利用晶圆600中的冗余区域，提高晶圆的利用面积。

可选的，所述对准标记410的数量为2～20个。应知道，对准标记410的数量越少，则对准标记410的图形被投射至芯片上的概率越小。对准标记410的数量越多，光刻工艺的套刻精度越高。综合上述两方面考虑，优选的，本实施例中的对准标记410的数量为2-20个。为了使得掩膜版400与芯片对准，至少需要2个对准标记410，在关键层的套刻对准中，对准标记410的数量会增加，20个对准标记410会周向分布在切割道430或切割道430与遮光区420交接处，以达到套刻精度。

可选的，所述对准标记410之间的距离大于或等于所述第一宽度，避免掩膜版400反射光束透射过对准标记410之后发生干涉，使得在芯片上的对准标记410投影图形中出现斑纹，导致芯片上的对准标记410不清晰，继而影响下一光刻层的套刻精度。

可选的，所述对准标记410为至少一对，每对所述对准标记410对称分布于所述边框区的对角或对边。

应知道，对准标记410相对分布于边框区的对角或对边是为了适应掩膜版400的通用设计版图，如此，可以提高掩膜版400对不同光刻设备的兼容性。

可选的，使用波长低于193nm的光束进行光刻。较短的波长可以减少光束发生衍射现象，可以进一步减少光束透射对准标记410后发生衍射而导致芯片上的光刻图案中产生斑纹的概率。

此外，本发明还提供一种掩膜版400的制备方法。

图7为本实施例中的掩膜版400的制备方法的流程示意图。如图7所示，掩膜版400的制备方法包括以下步骤：

步骤S01：提供基板，所述基板包括主图形区以及围绕所述主图形区440的边框区；

步骤S02：在所述主图形区440内形成掩模图形；

步骤S03：在所述边框区内形成对准标记410，且所述对准标记410与所述主图形区440的中心的距离大于或等于第一设定值。

可选的，在步骤S3中，形成所述对准标记410之后，在所述对准标记410与所述主图形区440之间的区域用不透明的材料形成一遮光区420，所述遮光区420围绕所述主图形区440，用于遮蔽所述主图形区440外围的光。

掩膜版400通常采用石英玻璃，石英玻璃作为基板材料，具有光学透过率高、热膨胀率低和较长的使用寿命长，这些特性使得石英玻璃作为基板材料，能够制造出高精度的掩膜版400。

遮光区420可以与主图形区440的图案同时形成，此时采用的不透明材料为金属铬，因为金属铬形成的铬膜对光完全不透明，且沉积与刻蚀的过程均比较容易。通过在基板上沉积形成铬膜，再刻蚀铬膜以形成遮光区420和主图形区440。

遮光区420上涂布抗反射层，选择三氧化二铬做抗反射层420，作用在于可吸收光刻时的反射光，以避免反射光被投射至投影物镜500上，导致对芯片上的光刻图案造成影响。在其他实施方式中，也可以根据实际情况采用具有类似功能的其他薄膜材料，在此不作限定。

综上所述，本发明提供一种掩膜版，包括基板，所述基板上具有主图形区及围绕所述主图形区的边框区，所述主图形区内形成有掩膜图形，所述边框区内形成有对准标记，所述对准标记与所述主图形区的中心的距离大于或等于第一设定值。通过使得对准标记与主图形区之间的距离大于一个设定值，使得光路中被掩膜版或者中继镜头反射的光束透射过对准标记后，不会进入投影物镜的接收区域。因此，对准标记的图形就不会被投射到投影物镜上，继而再投射至晶圆中的芯片上，从而改善了产品的光刻均一性。相应的，本发明还提供了所述掩膜版的制备方法。上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种掩膜版，其特征在于，包括基板，所述基板上具有主图形区及围绕所述主图形区的边框区，所述主图形区内形成有掩膜图形，所述边框区内形成有对准标记，所述对准标记与所述主图形区的中心的距离大于或等于第一设定值。

2.如权利要求1所述的掩膜版，其特征在于，所述第一设定值大于或等于57.5mm。

3.如权利要求2所述的掩膜版，其特征在于，所述对准标记与所述主图形区之间的区域为遮光区。

4.如权利要求3所述的掩膜版，其特征在于，所述遮光区上涂布有抗反射层。

5.如权利要求2所述的掩膜版，其特征在于，所述主图形区与所述遮光区的外形均为矩形。

6.如权利要求2所述的掩膜版，其特征在于，所述对准标记的数量为2～20个。

7.如权利要求6所述的掩膜版，其特征在于，所述对准标记之间的间距大于或等于57.5mm。

8.如权利要求7所述的掩膜版，其特征在于，所述对准标记为至少一对，每对所述对准标记对称分布于所述边框区的对角或对边。

9.一种掩膜版的制备方法，其特征在于，包括：

提供基板，所述基板包括主图形区以及围绕所述主图形区的边框区；

在所述主图形区内形成掩模图形；

在所述边框区内形成对准标记，且所述对准标记与所述主图形区的中心的距离大于或等于第一设定值。

10.如权利要求9所述的掩膜版的制备方法，其特征在于，所述第一设定值大于或等于57.5mm。

11.如权利要求9所述的掩膜版的制备方法，其特征在于，形成所述对准标记之后，还包括：

在所述对准标记与所述主图形区之间的区域涂布不透明的材料以形成一遮光区。

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