CN113126443A - 解决光刻机像面畸变的工艺方法及装置、掩膜版设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供解决光刻机像面畸变的工艺方法及装置、掩膜版设计方法。所述工艺方法在选取实际使用视场范围后，根据分布在实际使用视场范围的边界区域的测试图形的套刻偏移获得像面畸变曲线，然后基于所述像面畸变曲线调整所述掩膜图案的成像范围，进而根据所述掩膜图案调整后的成像范围，相应地调整所述掩膜图案。由于调整后的掩膜图案对像面畸变作了补偿，利用调整后的掩膜图案进行曝光获得的像面图形更接近于无像面畸变下的像面图形布局，有助于提高曝光质量以及拼接精度。

Description

解决光刻机像面畸变的工艺方法及装置、掩膜版设计方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种解决光刻机像面畸变的工艺方法、一种解决光刻机像面畸变的装置以及一种掩膜版设计方法。

背景技术

投影式光刻机由于分辨率高、不沾污掩膜版、重复性好等优点，是目前半导体光刻工艺中主要采用的光刻机。

在投影式光刻机的应用中，对分辨率较高的应用产品，一般使用5:1或4:1缩放倍率的投影物镜，分辨率可以进一步降低，掩模版的制版误差也可以通过投影物镜进一步缩小。缩小视场意味着同样面积的硅片需要更多的曝光场才能覆盖，随即引出拼接精度问题，即两个曝光场之间图形间距与曝光场之内的图形间距是否一致。针对一维畸变可通过运动台水平补偿，但对于多维畸变一般是物镜像差造成，只能通过优化物镜本身解决，或者通过其它工艺方法抵消这种影响。

对于集成电路(IC)产品来说，常使用的是4:1缩放的步进扫描式投影光刻机(Scanner)，利用物镜中心的最核心区域，物镜畸变本身就小。再有，IC芯片一般使用硅衬底，价格低，设置芯片的面积较大，整个衬底的切割道损耗面积较小，因此可以使用拼接位置，即基本上不需要考虑拼接精度。对于在微型发光二极管(Micro LED，即微LED)、垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)等分立式芯片，一般使用5:1缩放、2:1缩放、1:1缩放或其它比例的步进重复式投影光刻机(Stepper)，物镜光学晶片的尺寸决定了最大曝光视场，因此物镜的利用面积比较大，因此物镜畸变较大。再有，此类芯片常采用砷化镓、氮化镓等化合物衬底，价格高，芯片面积小、整个衬底的切割道损耗面积较大，且经常需取阵列芯片一起切割，因此不能浪费切割道区域。芯片设计时切割道宽度自然较小，且必须考虑视场拼接处的拼接精度，以保证该区域的芯片阵列间距与视场内其它区域一致。具体表现为，如果投影物镜的视场存在畸变，基板上通过曝光场拼接得到的拼接图案与原图案之间的差异即拼接精度会变差，因拼接精度差导致的微观缺陷会引发宏观缺陷(如微LED显示器上出现的条纹等)，使得视场变形问题成为决定产品成败的关键因素。以微LED显示为例，如果采用多曝光场拼接的方式，对于50μm以下的微LED来说，通常要求曝光场的拼接精度不应超过0.3μm，甚至到0.1μm。但是，由于投影物镜视场的变形问题，导致照射到基板上的曝光场存在畸变(即曝光场畸变或像面畸变)，限制了拼接精度的提高，而如果通过更换投影物镜来减小曝光场畸变，成本很高。

因此，如果能从更换物镜以外的方法来解决物镜视场变形的问题，使步进式投影光刻机的规模应用不会被曝光场畸变即像面畸变的问题掣肘，对于延缓光刻机的寿命、对于扩大步进式投影光刻机在具有大视场、高分辨率的芯片产品方面的应用具有重要的意义。

发明内容

为了克服光刻机因视场变形而导致的像面畸变的问题，本发明从工艺角度提供了一种解决光刻机像面畸变的工艺方法。本发明另外提供一种解决光刻机像面畸变的装置和一种掩膜版设计方法。

一方面，本发明提供一种解决光刻机像面畸变的工艺方法，包括以下步骤：

在所述光刻机位于像面的全视场范围内设置多个测试图形，并通过套刻获得各个所述测试图形的套刻偏移；

在所述全视场范围内选取一实际使用视场范围，根据像面图形布局设计的掩膜图案在像面上的成像位于所述实际使用视场范围内，所述实际使用视场范围的边界区域分布有所述测试图形；

选择分布在所述实际使用视场范围的边界区域的多个所述测试图形并根据对应的套刻偏移获得像面畸变曲线；

基于所述像面畸变曲线调整所述掩膜图案的成像范围，以对像面畸变进行补偿；以及

根据所述掩膜图案调整后的成像范围，相应地调整所述掩膜图案。

可选的，获得各个所述测试图形的套刻偏移的方法包括：

在所述全视场范围内进行多次套刻偏移测量，对于每个所述测试图形，以各次套刻偏移测量得到的套刻偏移的平均值作为所述测试图形对应的套刻偏移。

可选的，获得所述实际使用视场范围对应的像面畸变曲线的方法包括：

根据选择的分布在所述实际使用视场范围边界区域的各个所述测试图形的套刻偏移，得到沿所述实际使用视场范围的围向分布的多个散点；以及，对所述散点进行拟合，得到所述像面畸变曲线。

可选的，利用多项式函数对所述实际使用视场范围各条边附近的散点进行拟合。

可选的，所述掩膜图案的边界图形在像面上的成像落在所述实际使用视场范围的边界区域；为了对像面畸变进行补偿，基于所述像面畸变曲线调整所述掩膜图案的成像范围的步骤包括：

以所述实际使用视场范围的边缘为对称线，对所述像面畸变曲线作镜像处理，获得与所述像面畸变曲线对应的像面调整曲线；以及，以所述像面调整曲线限定的范围作为所述掩膜图案调整后的成像范围。

可选的，根据所述掩膜图案调整后的成像范围，相应地调整所述掩膜图案的步骤包括：基于所述光刻机的物镜倍率，将所述掩膜图案调整后的成像范围相对于所述实际使用视场范围的偏移量转换为所述掩膜图案的边界调整量；以及，根据所述掩膜图案的边界调整量对所述掩膜图案进行变形处理。

可选的，根据所述掩膜图案的边界调整量对所述掩膜图案进行变形处理的方法包括：选取所述掩膜图案调整后的成像范围边界上的若干特征点，每个所述特征点在投影物镜的物面上对应于一个物面点；以及，将所述掩膜图案的边界沿像面畸变的反方向移动所述边界调整量，各个所述物面点位于调整后的所述掩膜图案的边界。

可选的，根据所述掩膜图案的边界调整量对所述掩膜图案进行变形处理时，对所述掩膜图案邻近于边界的图形作拉伸、压缩或位置偏移。

可选的，所述掩膜图案包括图形阵列，根据所述掩膜图案的边界调整量对所述掩膜图案进行变形处理时，还包括对所述图形阵列进行拉伸、压缩或位置偏移。

可选的，在调整所述掩膜图案的步骤之后，所述解决光刻机像面畸变的工艺方法还包括：在所述光刻机的投影物镜的物面设置具有调整后的所述掩膜图案的掩模版，在所述实际使用视场范围内执行曝光工艺。

可选的，在执行所述曝光工艺时，通过移动放置基底的运动台，在基底上得到多个曝光场拼接而成的像面图形。

一方面，本发明提供一种解决光刻机像面畸变的装置，包括：

套刻图形模块，用于在所述光刻机位于像面的全视场范围内设置多个测试图形，并通过套刻获得各个所述测试图形的套刻偏移后，在所述全视场范围内选取一实际使用视场范围，根据像面图形布局设计的掩膜图案在像面上的成像位于所述实际使用视场范围内，所述实际使用视场范围的边界区域分布有所述测试图形；

畸变获取模块，用于选择分布在所述实际使用视场范围的边界区域的多个所述测试图形并根据对应的套刻偏移获得像面畸变曲线；

像面调整模块，用于基于所述像面畸变曲线调整所述掩膜图案的成像范围，以对像面畸变进行补偿；以及

掩膜图案调整模块，用于根据所述掩膜图案调整后的成像范围，相应地调整所述掩膜图案。

可选的，所述畸变获取模块包括散点采样单元和散点拟合单元；所述散点采样单元用于选择分布在所述实际使用视场范围的边界区域的多个所述测试图形并得到对应的套刻偏移，利用所述套刻偏移得到沿所述实际使用视场范围的围向分布的多个散点；所述散点拟合单元用于对所述散点采样单元得到的散点进行拟合，以得到所述像面畸变曲线。

可选的，所述像面调整模块包括镜像单元，所述镜像单元用于以所述实际使用视场范围的边缘为对称线，对所述像面畸变曲线作镜像处理，获得与所述像面畸变曲线对应的像面调整曲线，以所述像面调整曲线限定的范围作为所述掩膜图案调整后的成像范围。

可选的，所述掩膜图案调整模块包括偏移转换单元和掩膜图案补偿单元；所述偏移转换单元用于基于所述光刻机的物镜倍率，将所述掩膜图案调整后的成像范围相对于所述实际使用视场范围的偏移量转换为所述掩膜图案的边界调整量；所述掩膜图案补偿单元用于根据所述掩膜图案的边界调整量对所述掩膜图案进行变形处理。

可选的，所述变形处理包括：根据所述掩膜图案的边界调整量对所述掩膜图案邻近于边界的图形作拉伸、压缩或位置偏移；和/或，对所述掩膜图案中的图形阵列进行拉伸、压缩或位置偏移。

一个方面，本发明提供一种掩膜版设计方法，所述掩膜版设置掩膜图案并安装于光刻机的物面进行曝光工艺，所述掩膜版设计方法包括：

在根据像面图形布局获得获得掩膜图案并选定实际使用视场范围后，利用上述的解决光刻机像面畸变的工艺方法对所述掩膜图案进行调整。

本发明提供的解决光刻机像面畸变的工艺方法具有如下优点：利用测试图形获得光刻机的全视场范围内多个位置的套刻偏移，在所述全视场范围内选取实际使用视场范围后，根据分布在所述实际使用视场范围的边缘的测试图形的套刻偏移可以得到所述实际使用视场范围对应的像面畸变曲线，然后基于所述像面畸变曲线调整所述掩膜图案的成像范围，以对像面畸变进行补偿，进而根据所述掩膜图案调整后的成像范围，相应地调整所述掩膜图案。利用所述解决光刻机像面畸变的工艺方法，可以从工艺角度对光刻机的像面畸变进行补偿，在利用调整后的掩膜图案进行曝光后，所获得的像面图形更接近于无像面畸变下的成像位置及形状，从而可以达到减弱甚至消除像面畸变的目的，可以得到曝光精度较高的像面图案，进而有助于提高曝光质量以及曝光场拼接精度，有助于推动所述光刻机在大视场、高分辨率的芯片产品制造中的应用。本发明提供的解决光刻机像面畸变的装置与上述解决光刻机像面畸变的工艺方法具有相同或对应的特定技术特征，因而也具有类似的优点。

本发明提供的掩膜版设计方法，针对因光刻机的像面畸变导致产品缺陷、拼接精度差等问题，在根据像面图形布局获得掩膜图案并选定实际使用视场范围后，利用上述解决光刻机像面畸变的方法获得掩膜图案的调整规则，通过对所述掩膜图案进行调整，可以在不需要更换投影物镜的情况下使用当前存在像面畸变的光刻机进行曝光，曝光场内的像面图形更接近于无像面畸变时的掩膜图形成像，与调整之前采用像面图形布局设计的掩膜图案直接进行曝光相比，利用该掩膜版设计方法得到的掩膜版，将其安装于光刻机的物面进行曝光工艺，可以在基底上得到曝光精度更佳、拼接精度更佳的像面图形，由于可以在基底上获得更接近于像面图形布局设计的图案，有助于产品的合格率。

附图说明

图1是本发明实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法的流程示意图。

图2是本发明实施例的测试图形和实际使用视场范围的示意图。

图3是本发明实施例的测试图形和套刻图形的示意图。

图4A至图4C是本发明实施例中实际使用视场范围对应的视场畸变的示意图。

图5是本发明实施例的实际使用视场范围与对应的像面畸变曲线的示意图。

图6是本发明实施例中实际使用视场范围与对应的像面调整曲线的示意图。

图7是利用本发明实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法获得掩膜图案调整后的成像范围边界上的特征点的示意图。

图8是本发明实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法中分别成像在像面畸变曲线和像面调整曲线的芯片阵列的示意图。

图9是一种采用曝光场拼接方式在基底上得到的芯片阵列的示意图。

图10是利用本发明实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法对基底上要获得的芯片阵列进行补偿的示意图。

图11是利用本发明实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法在基底上获得的芯片阵列的示意图。

附图标记说明：

10-测试图形；20-套刻图形；30-阵列单元。

具体实施方式

以下结合附图和具体的实施例对本发明的解决光刻机像面畸变的工艺方法及装置、掩膜版设计方法作进一步详细说明。应当理解，下述实施例仅是应用本发明的示例性的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。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。除非另有其它说明，否则不同附图中的相应的数字和标号通常涉及相应的部件。

现有的一些步进式投影光刻机在实现大视场、高分辨率的曝光时，常存在不容忽视的视场变形问题。例如，对于应用于中小尺寸的晶圆(如化合物晶圆，受限于材料，目前提供的晶圆尺寸较小)的步进式投影光刻机，投影物镜的视场变形影响较大，造成的像面畸变会使得像面曝光得到的图形发生变形或者偏移等(尤其在靠近视场边界的区域)。在视场变形的影响下，如果进行曝光场拼接以对某些较大的成像范围进行曝光时，像面畸变现象会造成曝光场的拼接精度低，导致无法适应高分辨率芯片设计的要求，因此限制了步进式投影光刻机在大视场、高分辨率的芯片产品制造中的应用。此外，多数情况下，视场变形导致的像面畸变使得视场范围内不同位置的可调方向并不一致，因而无法通过移动运动台的方式对所有畸变位置进行补偿，虽然可以通过更换更高级别的投影物镜来降低视场变形的程度，但是更换投影物镜的成本很高，常需要改变光刻机其它部件的设计以进行协调，硬件更换的工作量较大。

基于上述问题，本发明提出了解决光刻机像面畸变的工艺方法及装置，通过调整掩模版的设计规则及调整掩膜图案来从工艺角度实现解决光刻机像面畸变的目的。利用落在实际使用视场范围的测试图形得到的像面畸变情况，在掩模图案的设计中对像面畸变因素的影响进行补偿，具体调整根据像面图形布局设计的掩模图案，在将调整后的掩膜图案应用于原来的投影物镜时，像面畸变仍然存在，但由于掩模图案作了相应的补偿调整，像面畸变一定程度上被抵消，所得到的像面图形与设计的像面图形布局更加接近，也就是说，可以在位于像面的基板表面得到基本消除了像面畸变的曝光图形。从而，即使在不更换投影物镜的情况下进行曝光，单个曝光场的曝光精度相较于直接利用根据像面图形布局设计的掩模图案进行曝光可以得到提高，多曝光场拼接时的拼接精度也相对得到提高。相对于设备升级改造，本发明通过工艺方法来优化曝光效果不需要改变设备的硬件部分，成本低，针对不同的工艺设计可以灵活地进行相应的畸变补偿，具有较大的实用价值。

本发明实施例首先涉及一种解决光刻机像面畸变的工艺方法。图1是本发明实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法的流程示意图。参照图1，本实施例中的解决光刻机像面畸变的工艺方法包括以下步骤：

S1：在所述光刻机位于像面的全视场范围内设置多个测试图形，并通过套刻获得各个所述测试图形的套刻偏移；

S2：在所述全视场范围内选取一实际使用视场范围，根据像面图形布局设计的掩膜图案在像面上的成像位于所述实际使用视场范围内，所述实际使用视场范围的边界区域分布有所述测试图形；

S3：选择分布在所述实际使用视场范围的边界区域的多个所述测试图形并得到对应的套刻偏移，以获得像面畸变曲线；

S4：基于所述像面畸变曲线调整所述掩膜图案的成像范围，以对像面畸变进行补偿；

S5：根据所述掩膜图案调整后的成像范围，相应地调整所述掩膜图案。

本实施例中，光刻机例如为步进式投影光刻机。以下结合附图对图1所示的解决光刻机像面畸变的工艺方法作进一步说明。

图2是本发明实施例的测试图形和实际使用视场范围的示意图。参照图2，本实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法中，利用步骤S1首先在所述光刻机位于像面(即投影物镜的像面)的全视场范围内设置多个测试图形。此处全视场范围内指的是该光刻机的投影物镜的最大视场范围，实际在针对具体的像面图形布局在位于像面的基底(如硅晶圆)上进行曝光时，可以选择投影物镜的全视场范围内的一部分区域作为单次曝光场内用来设置像面图形的视场范围，即实际使用视场范围，从设计上来看，根据像面图形布局设计的掩膜图案的边界图形(点)在像面上成像，落在所述实际使用视场范围的边界区域，若要曝光形成的像面图形在基底上的覆盖范围较大时，可以通过多次曝光以利用多个曝光场拼接的方式来覆盖较大的曝光范围。每个曝光场的范围可以略大于所述实际使用视场范围。所述实际使用视场范围可以选择为300mmx300mm、200mmx300mm等，通常所述实际使用视场范围选择为矩形，其边长约200mm至500mm。可以通过部分遮蔽掩模版的方式来改变实际使用视场范围。

本实施例中，步骤S1中的多个测试图形设置在位于像面的全视场范围内，可以利用一测试基底(或标准片)来形成所述测试图形，所述测试基底上的测试图形作为基准图形，优选的，所述测试图形通过高阶的视场变形影响很小的先进光刻机得到。例如，所述测试图形可以利用性能较当前存在像面畸变的光刻机更高的IC专用的光刻机的曝光机通过标准片制得，可以认为这类高性能的光刻机制作的底层图形畸变很小，即底层图形的范围可以达到近似于选定的实际使用视场范围的效果。

为了利用所述测试图形较全面地获得全视场范围内的不同位置的视场变形情况，在根据工艺设计选择所述全视场范围内任一区域作为实际使用视场范围时，均可以直接通过该区域的测试图形的套刻偏移来得到视场畸变情况，以及为了提高计算的准确性，测试图形可以设置的尽量密集。此外，测试图形可以设置为在全视场范围内均匀地分布，例如可以设置任意相邻的两个测试图形之间的距离相同。

为了获得所述测试图形的套刻偏移，另外可利用与所述测试基底对应的测试掩膜，所述测试掩膜上设置有与所述多个测试图形一一对应的掩膜图形。利用当前存在像面畸变的光刻机在全视场范围进行曝光，根据测试基底上获得的套刻图形，可以获得每个套刻图形相对于对应的测试图形的偏离量，即套刻偏移。图3是本发明实施例的测试图形和套刻图形的示意图。参照图3，本实施例中，所述测试图形10可以具有对位标记的形状，测试图形和套刻图形分别为实心方形和方形环，构成了盒中盒(Box In Box)对位结构，通过测量与掩膜图形对应的套刻图形20相对于测试图形的位置偏移，可以得到套刻偏移。优选方案中，为了提高套刻偏移的准确性，上述步骤S1中，可以利用当前存在像面畸变的光刻机在所述全视场范围内进行多次曝光，并在每次曝光后测量相应的套刻偏移，对于每个所述测试图形，可以将各次套刻偏移测量得到的套刻偏移的平均值作为所述测试图形对应的套刻偏移。

通过在光刻机的全视场范围内的不同位置设置测试图形并获得每个测试图形的套刻偏移后，应用当前存在像面畸变的光刻机根据具体的工艺设计进行曝光时，在所述全视场范围内的某一位置选择相应的实际使用视场范围，如图2中的“视场一”和“视场二”，在曝光时，通过移动放置基底的运动台，可以将基底上要曝光的区域移动到所选择的实际使用视场范围内。由于利用步骤S1得到了每个测试图形的套刻偏移，后续对于根据工艺设计选取的任意实际使用视场范围，均可以通过实际使用视场范围周围的测试图形获得对应的视场畸变情况。

在获得各个所述测试图形的套刻偏移后，本实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法包括步骤S2，在所述全视场范围内选取一实际使用视场范围，根据像面图形布局设计的掩膜图案在像面上的成像位于所述实际使用视场范围内，所述实际使用视场范围的边界区域分布有所述测试图形。

本实施例以图2中的视场二作为实际使用视场范围为例进行说明，该视场二可以根据要形成像面图形的基底的范围、元器件布局设计、像面图形以及投影物镜等工艺条件进行设定，实际使用视场范围的位置和范围可看作是设计的理想视场，使根据像面图形布局设计的掩膜图案在像面上的成像位于所述实际使用视场范围内。

如图2所示，由于在全视场范围内设置有测试图形，因而可以选取分布在所述实际使用视场范围的边界区域的测试图形来检查实际使用视场范围的变形情况。具体的，若按照实际使用视场范围应用存在像面畸变的光刻机进行曝光时，因光刻机的像面畸变，分布在所述实际使用视场范围的边界区域的测试图形的位置会发生变化，体现为步骤S1得到的套刻偏移。在另一实施例中，元器件和工艺设计与本实施例不同，选定的实际使用视场范围可以位于所述全视场范围的另一位置(如图2中的视场一)，则也可以通过实际使用视场范围的边界区域的测试图形来检查相应的视场变形情况。

本实施例中，如图2所示，所述光刻机的实际使用视场范围例如为矩形，该矩形的四条边附近分布有多个测试图形。本发明不限于此，在另一实施例中，所述实际使用视场范围也可以根据工艺及物镜情况设计为其它形状，则也可以得到在其边界区域分布的测试图形。

在得到分布在所述实际使用视场范围的边界区域的测试图形后，本实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法还包括步骤S3，选择分布在所述实际使用视场范围的边界区域的多个所述测试图形并根据对应的套刻偏移获得像面畸变曲线。

图4A至图4C是本发明实施例中实际使用视场范围对应的视场畸变的示意图。具体的，图4A、图4B、图4C中的实际使用视场范围的边界区域上的测试图形由于套刻偏移而形成的散点的分布分别体现为枕形视场变形、桶形视场变形以及梯形视场变形，视场变形的偏移程度例如为数百纳米。实际使用视场范围的视场畸变不限于这三种方式，本发明的解决光刻机像面畸变的工艺方法也可以对其它种类的视场变形进行补偿。此处以图4A所示的枕形视场变形为例，对本实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法的步骤进行说明。

具体的，获得实际使用视场范围对应的像面畸变曲线的方法可采用以下方式：根据选择的分布在所述实际使用视场范围边界区域的各个所述测试图形的套刻偏移，得到沿所述实际使用视场范围的围向分布的多个散点后，对所述散点进行拟合，得到所述像面畸变曲线。

图5是本发明实施例的实际使用视场范围与对应的像面畸变曲线的示意图。参照图5，步骤S3具体可以包括如下的过程。

首先，可以将所述实际使用视场范围的矩形的短边方向设置为X轴，长边方向设置为Y轴，从而建立一正交坐标系，在所述实际使用视场范围的边界区域选择的所述测试图形对应的套刻图形可以视作分散在矩形的四条边上的散点，因而可以根据各条边的套刻图形的中心坐标进行拟合，以获得由于视场变形导致的实际使用视场范围每个边对应的函数。

具体的，可以根据各个所述套刻图形的中心点在所述正交坐标系中的坐标，利用多项式函数对所述实际使用视场范围每条边上的测试图形对应的套刻图形的中心点位置进行拟合。需要说明的是，虽然多数函数可以通过数学转化用多项式函数形式表示，但本发明获得实际使用视场范围对应的像面畸变曲线的方法中，并不限于某一种函数或公式，此处多项式函数仅作示例。

本实施例中，所述多项式函数的形式可以为：

f(x)＝a(n)x^n+a(n-1)x^(n-1)+…+a(1)x+a(0)，

或，f(y)＝a(n)y^n+a(n-1)y^(n-1)+…+a(1)y+a(0)

其中，f(x)为各个横坐标为x的散点在所述正交坐标系中对应的纵坐标，f(y)为各个纵坐标为y的散点在所述正交坐标系中对应的横坐标，a(0)、a(1)、…、a(n-1)、a(n)为依次相加的各项式的系数，n为大于等于0的整数。

参照图5，经过所述多项式拟合，可以获得实际使用视场范围对应的像面畸变曲线，本实施例中，所述像面畸变曲线包括四条分别对应矩形四条边的边界像面畸变曲线，边界像面畸变曲线分别为矩形下边缘像面畸变曲线(记为H1)、矩形上边缘像面畸变曲线(记为H2)、矩形左边缘像面畸变曲线(记为V1)以及矩形右边缘像面畸变曲线(记为V2)。

为了对像面畸变的量进行补偿，在得到上述像面畸变曲线后，本实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法还包括步骤S4，基于所述像面畸变曲线调整所述掩膜图案的成像范围，以对像面畸变进行补偿。

图6是本发明实施例中实际使用视场范围与对应的像面调整曲线的示意图。以下结合图6对一实施例调整掩膜图案的成像范围的方法进行说明。为了对像面畸变进行补偿，该实施例中，基于所述像面畸变曲线调整所述掩膜图案的成像范围的过程包括：以所述实际使用视场范围的边缘为对称线，对所述像面畸变曲线作镜像处理，获得所述实际使用视场范围对应的像面调整曲线，然后以所述像面调整曲线限定的范围作为所述掩膜图案调整后的成像范围。但本发明也可以采用镜像处理以外的方法对像面畸变进行补偿。

参照图6，一实施例中，与矩形下边缘像面畸变曲线H1对称的像面调整曲线记为H1'，与矩形下边缘像面畸变曲线H2对称的像面调整曲线记为H2'，与矩形左边缘像面畸变曲线V1对称的像面调整曲线记为V1'，与矩形右边缘像面畸变曲线V2对称的像面调整曲线记为V2'。对于实际使用视场范围的同一条边，所述像面调整曲线满足的函数与互为对称关系的像面畸变曲线满足的函数亦关于该边缘对称。由于像面调整曲线相对于像面畸变曲线按照畸变的反方向相对于所述实际使用视场范围偏移，可以认为像面调整曲线对畸变作了补偿，设计成像位置位于像面调整曲线的图形由于像面畸变会向实际使用视场范围的边界偏移，因而通过将掩膜图案调整后的成像范围修正到像面调整曲线限定的范围，可以对畸变进行修正。

为了使根据像面图形布局设计的掩膜图案能够按照实际使用视场范围成像，降低或消除像面畸变的影响，本实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法在获得上述像面调整曲线，即得到掩膜图案调整后的成像范围后，还包括步骤S5，根据所述掩膜图案调整后的成像范围，相应地调整所述掩膜图案。

具体的，可以在根据像面图形布局设计的掩膜图案的基础上，考虑像面畸变的影响，调整所述掩膜图案，使调整后的所述掩膜图案在像面上的设计成像位置位于所述掩膜图案调整后的成像范围。对掩膜图案的调整与对其成像范围的调整对应，对于调整前理论成像在实际使用视场范围的边缘的掩膜图案，经过调整后，理论成像位置位于所述掩膜图案调整后的成像范围边缘，调整后的成像范围在像面畸变的影响下，其上的像面图形可以成像在实际使用视场范围。

具体的，步骤S5根据所述掩膜图案调整后的成像范围，相应地调整所述掩膜图案的方法可包括如下过程。

首先，基于所述光刻机的物镜倍率，将所述掩膜图案调整后的成像范围相对于所述实际使用视场范围的偏移量转换为所述掩膜图案的边界调整量。由于掩膜图案位于投影物镜的物面，而像面调整曲线限定的掩膜图案调整后的成像范围位于像面，对于掩膜图案边界上的图形(或点)，在利用当前光刻机曝光后，对应的像面图形会按照投影物镜倍率发生变化，因此可以通过物面和像面的转换可以得到掩膜图案的调整位置。例如，如果投影物镜的放大倍率为五倍，则可以将所述像面调整曲线限定的范围相对于所述实际使用视场范围的偏移量除以五来得到调整后的掩膜图案相对于调整前的掩膜图案的边界偏移量，然后，根据所述掩膜图案的边界调整量对所述掩膜图案进行变形处理。经过变形处理，调整后的所述掩膜图案的边界与步骤S4得到的调整后的成像范围对应。

图7是利用本发明实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法获得掩膜图案调整后的成像范围边界上的特征点的示意图。参照图7，具体的，根据掩膜图案的边界调整量对所述掩膜图案进行变形处理的步骤中，可以先选取所述掩膜图案调整后的成像范围边界上的若干特征点(如图7右图中的H1'边特征点、H2'边特征点、V1'边特征点以及V2'边特征点)，每个所述特征点在投影物镜的物面上对应于一个物面点，在调整掩膜图案时，将所述掩膜图案的边界沿像面畸变的反方向移动上面计算出来的掩膜图案的边界调整量，经过调整后，与像面上各个特征点对应的物面点位于调整后的所述掩膜图案的边界。所述特征点可以采集的尽量密集，以提高调整掩膜图案的精准度。

具体的，对掩膜图案进行变形处理时，根据实际掩膜图形以及边界偏移量的结果，可以对所述掩膜图案邻近于边界的图形作拉伸、压缩或位置偏移。一实施例中，所述掩膜图案包括多个掩膜图形(如微LED阵列对应的掩膜图形)构成的图形阵列，在进行变形处理时，可以同时对所述图形阵列进行拉伸、压缩或位置偏移，以对掩膜图案边界内的图形的像面畸变进行补偿。

在根据修正后的实际使用视场范围调整所述掩膜图案后，本实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法还可以包括步骤S6，在所述光刻机的投影物镜的物面设置具有调整后的所述掩膜图案的掩模版，在所述实际使用视场范围内执行曝光工艺。

本实施例中，掩膜图案所对应的像面图形布局可以是芯片的图形，所述芯片可以是集成电路芯片，也可以是微LED、垂直腔面发射激光器(VCSEL)以及图像传感器等芯片中的一种。图8是本发明实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法中分别成像在像面畸变曲线和像面调整曲线的芯片阵列的示意图。参照图8，以微LED为例，对于根据像面图形布局设计的掩膜图案，由于图8中左图所示的像面畸变的影响，设计为成像在矩形实际视场范围的芯片阵列在曝光后发生了像面畸变，芯片阵列中外周的阵列单元30会因变形而产生弯曲，而通过如图8中右图所示的获得像面调整曲线限定的掩膜图案调整后的成像范围后，根据掩膜图案调整后的成像范围调整根据像面图形布局设计的掩膜图案，经过调整后的掩膜图案在不考虑像面畸变时，在像面上得到的阵列单元30的图形如图8中右图所示。本实施例中，在获得调整后的掩膜图案后，可以利用调整后的掩膜图案在当前针对的实际存在像面畸变的光刻机上进行曝光，对应的像面图形仍然会发生像面畸变，并且该像面畸变与选定的实际使用视场范围的视场畸变方向一致。由于调整后的掩膜图案相对于实际使用视场范围的畸变向其反方向进行了补偿偏移，在像面畸变影响下，在像面上得到的芯片阵列的曝光图案相对于图8中右图所示的的修正成像范围会产生偏移，更接近于预先选择的实际使用视场范围，因而可以减弱或消除像面畸变的影响，得到精度较高的曝光图案。

仍以微LED为例，本实施例中，在位于像面的基底上布局的芯片图形范围可设计为通过两次以上的曝光即曝光场拼接的方式来实现覆盖，光刻机例如为步进式投影光刻机。在步骤S6中，可以将具有调整后的掩膜图案的掩模版设置在所述光刻机的投影物镜的物面，通过移动放置基底的运动台，在基底上形成多个曝光场，多个曝光场拼接得到要得到的像面图形。

图9是一种采用曝光场拼接方式在基底上得到的芯片阵列的示意图。参见图9，由于每个曝光场对应的实际使用视场范围在像面畸变的影响下发生了变形，每个曝光场内的芯片阵列尤其是边缘的阵列图形发生了畸变，造成曝光场的拼接处异常，四个曝光场拼接处不同位置的拼接误差的差异较大，并且可调方向不一致，无法通过移动放置基底的运动台的方法来修正，总体上拼接精度较低。

图10是利用本发明实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法对基底上要获得的芯片阵列进行补偿的示意图。参见图10，本实施例中，利用测试图形的套刻偏移得到实际使用视场范围的像面畸变曲线，并基于所述像面畸变曲线调整所述掩膜图案的成像范围，以对像面畸变进行补偿，进而根据所述掩膜图案调整后的成像范围，相应地调整所述掩膜图案。调整后的所述掩膜图案考虑了像面畸变因素，其在像面上的对应位置理论上位于掩膜图案调整后的成像范围，掩膜图案边界上的阵列单元30在像面上的成像位置如图10所示，由于考虑了像面畸变造成的变形量不同，各个设计位置的补偿量是不同的。

图11是利用本发明实施例的解决光刻机像面畸变的工艺方法在基底上获得的芯片阵列的示意图。参照图11，本实施例中，根据像面畸变状况调整掩膜图案后，可以对单个曝光场内的像面畸变进行补偿，在应用调整后的掩膜图案进行曝光场拼接以获得较大的曝光图案时，经过像面畸变，调整后的掩膜图案对应的像面图形的畸变趋势趋向于调整前的掩膜图案的理论成像位置，因而最后得到的各个曝光场的像面图形之间的位置精度以及每个曝光场内的阵列单元的位置精度更高，拼接精度更高。需要说明的是，图9至图11的曝光场的拼接方式仅是示例，在另一实施例中，也可以采用其它方式进行曝光场拼接。

本实施例还包括一种解决光刻机像面畸变的装置，可以用来执行上述解决光刻机像面畸变的工艺方法，具体的，所述解决光刻机像面畸变的装置可包括：

套刻图形模块，用于在所述光刻机位于像面的全视场范围内设置多个测试图形，并通过套刻获得各个所述测试图形的套刻偏移后，在所述全视场范围内选取一实际使用视场范围，根据像面图形布局设计的掩膜图案在像面上的成像位于所述实际使用视场范围内，所述实际使用视场范围的边界区域分布有所述测试图形；

畸变获取模块，用于选择分布在所述实际使用视场范围的边界区域的多个所述测试图形并根据对应的套刻偏移获得像面畸变曲线；

像面调整模块，用于基于所述像面畸变曲线调整所述掩膜图案的成像范围，以对像面畸变进行补偿；

掩膜图案调整模块，用于根据所述掩膜图案调整后的成像范围，相应地调整所述掩膜图案。

具体来说，上述畸变获取模块可包括散点采样单元以及散点拟合单元，所述散点采样单元用于选择分布在所述实际使用视场范围的边界区域的多个所述测试图形并得到对应的套刻偏移，利用所述套刻偏移得到沿所述实际使用视场范围的围向分布的多个散点，所述散点拟合单元用于对所述散点采样单元得到的散点进行拟合，以得到所述像面畸变曲线。

可选的，上述像面调整模块可包括镜像单元，所述镜像单元用于以所述实际使用视场范围的边缘为对称线，对所述像面畸变曲线作镜像处理，获得与所述像面畸变曲线对应的像面调整曲线，以所述像面调整曲线限定的范围作为所述掩膜图案调整后的成像范围。

可选的，上述掩膜图案调整模块包括偏移转换单元和掩膜图案补偿单元，所述偏移转换单元用于基于所述光刻机的物镜倍率，将所述掩膜图案调整后的成像范围相对于所述实际使用视场范围的偏移量转换为所述掩膜图案的边界调整量，所述掩膜图案补偿单元用于根据所述掩膜图案的边界调整量对所述掩膜图案进行变形处理。进一步的，所述变形处理具体可包括：根据所述掩膜图案的边界调整量对所述掩膜图案邻近于边界的图形作拉伸、压缩或位置偏移；和/或，对所述掩膜图案中的图形阵列进行拉伸、压缩或位置偏移。

所述解决光刻机像面畸变的装置可以包括一计算机平台，其可以包括显示器、输入输出端以及CPU处理器等硬件，也可以包括图形处理、计算程序等软件程序，通过硬件和软件配合的方式来实施，然而，他们全部(或其中一部分)也可以使用电子硬件的方式来实施。不管是以软件或者硬件方式，其个别部分是熟悉电子、软件领域人员可以进行实施的，因此，其细节就不在本说明书中赘述。

上述解决光刻机像面畸变的工艺方法和解决光刻机像面畸变的装置通过掩模图形偏移补偿来实现修正曝光场轮廓的目的，从工艺角度降低甚至消除了因投影物镜的视场变形对曝光精度的影响，还可以改善现有多曝光场拼接时存在的拼接精度差的问题，有助于光刻机在大视场、高分辨率的芯片产品制造中的应用。

本实施例还涉及一种掩膜版设计方法，所述掩膜版用于设置掩膜图案并安装于光刻机的物面进行曝光工艺，所述掩膜版设计方法中，在根据像面图形布局获得掩膜图案并选定实际使用视场范围后，利用上述解决光刻机像面畸变的方法对所述掩膜图案进行调整。根据对上述解决光刻机像面畸变的方法的描述，调整后的掩膜图案在像面图案布局设计规则的基础上考虑了像面畸变的影响而进行了调整，利用经过调整的掩膜图案作为掩膜版的曝光图案，可以在不需要更换投影物镜的情况下使用当前的光刻机进行曝光，也可以利用曝光场拼接进行大面积的像面图形，由于对像面畸变进行了补偿，每个曝光场内的像面图形更接近于在选定的实际使用视场范围内的成像，与调整之前相比，可以在基底上得到曝光精度更佳、拼接精度更佳的像面图形，所得到的像面图形更接近于像面图形布局设计，有助于提高所制作的元器件产品的合格率。

本实施例在后描述的解决光刻机像面畸变的装置和掩膜版设计方法，与在前描述的解决光刻机像面畸变的工艺方法属于一个总的构思，相关之处可以参照理解。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (17)

1.一种解决光刻机像面畸变的工艺方法，其特征在于，包括：

在所述光刻机位于像面的全视场范围内设置多个测试图形，并通过套刻获得各个所述测试图形的套刻偏移；

在所述全视场范围内选取一实际使用视场范围，根据像面图形布局设计的掩膜图案在像面上的成像位于所述实际使用视场范围内，所述实际使用视场范围的边界区域分布有所述测试图形；

选择分布在所述实际使用视场范围的边界区域的多个所述测试图形并根据对应的套刻偏移获得像面畸变曲线；

基于所述像面畸变曲线调整所述掩膜图案的成像范围，以对像面畸变进行补偿；以及

根据所述掩膜图案调整后的成像范围，相应地调整所述掩膜图案。

2.如权利要求1所述的解决光刻机像面畸变的工艺方法，其特征在于，获得各个所述测试图形的套刻偏移的方法包括：

在所述全视场范围内进行多次套刻偏移测量，对于每个所述测试图形，以各次套刻偏移测量得到的套刻偏移的平均值作为所述测试图形对应的套刻偏移。

3.如权利要求1所述的解决光刻机像面畸变的工艺方法，其特征在于，获得所述实际使用视场范围对应的像面畸变曲线的方法包括：

根据选择的分布在所述实际使用视场范围边界区域的各个所述测试图形的套刻偏移，得到沿所述实际使用视场范围的围向分布的多个散点；以及

对所述散点进行拟合，得到所述像面畸变曲线。

4.如权利要求3所述的解决光刻机像面畸变的工艺方法，其特征在于，对所述散点进行拟合的方法包括：利用多项式函数对分布在所述实际使用视场范围各条边附近的散点分别进行拟合。

5.如权利要求1所述的解决光刻机像面畸变的工艺方法，其特征在于，所述掩膜图案的边界图形在像面上的成像落在所述实际使用视场范围的边界区域；为了对像面畸变进行补偿，基于所述像面畸变曲线调整所述掩膜图案的成像范围的步骤包括：

以所述实际使用视场范围的边缘为对称线，对所述像面畸变曲线作镜像处理，获得与所述像面畸变曲线对应的像面调整曲线；以及

以所述像面调整曲线限定的范围作为所述掩膜图案调整后的成像范围。

6.如权利要求1所述的解决光刻机像面畸变的工艺方法，其特征在于，根据所述掩膜图案调整后的成像范围，相应地调整所述掩膜图案的步骤包括：

基于所述光刻机的物镜倍率，将所述掩膜图案调整后的成像范围相对于所述实际使用视场范围的偏移量转换为所述掩膜图案的边界调整量；以及

根据所述掩膜图案的边界调整量对所述掩膜图案进行变形处理。

7.如权利要求6所述的解决光刻机像面畸变的工艺方法，其特征在于，根据所述掩膜图案的边界调整量对所述掩膜图案进行变形处理的方法包括：

选取所述掩膜图案调整后的成像范围边界上的若干特征点，每个所述特征点在投影物镜的物面上对应于一个物面点；以及

将所述掩膜图案的边界沿像面畸变的反方向移动所述边界调整量，各个所述物面点位于调整后的所述掩膜图案的边界。

8.如权利要求6所述的解决光刻机像面畸变的工艺方法，其特征在于，根据所述掩膜图案的边界调整量对所述掩膜图案进行变形处理时，还包括对所述掩膜图案邻近于边界的图形作拉伸、压缩或位置偏移。

9.如权利要求6所述的解决光刻机像面畸变的工艺方法，其特征在于，所述掩膜图案包括图形阵列，根据所述掩膜图案的边界调整量对所述掩膜图案进行变形处理时，还包括对所述图形阵列进行拉伸、压缩或位置偏移。

10.如权利要求1至9任一项所述的解决光刻机像面畸变的工艺方法，其特征在于，在调整所述掩膜图案的步骤之后，还包括：

在所述光刻机的投影物镜的物面设置具有调整后的所述掩膜图案的掩模版，在所述实际使用视场范围内执行曝光工艺。

11.如权利要求10所述的解决光刻机像面畸变的工艺方法，其特征在于，在执行所述曝光工艺时，通过移动放置基底的运动台，在基底上得到多个曝光场拼接而成的像面图形。

12.一种解决光刻机像面畸变的装置，其特征在于，包括：

套刻图形模块，用于在所述光刻机位于像面的全视场范围内设置多个测试图形，并通过套刻获得各个所述测试图形的套刻偏移后，在所述全视场范围内选取一实际使用视场范围，根据像面图形布局设计的掩膜图案在像面上的成像位于所述实际使用视场范围内，所述实际使用视场范围的边界区域分布有所述测试图形；

畸变获取模块，用于选择分布在所述实际使用视场范围的边界区域的多个所述测试图形并根据对应的套刻偏移获得像面畸变曲线；

像面调整模块，用于基于所述像面畸变曲线调整所述掩膜图案的成像范围，以对像面畸变进行补偿；以及

掩膜图案调整模块，用于根据所述掩膜图案调整后的成像范围，相应地调整所述掩膜图案。

13.如权利要求12所述的解决光刻机像面畸变的装置，其特征在于，所述畸变获取模块包括：

散点采样单元，用于选择分布在所述实际使用视场范围的边界区域的多个所述测试图形，并根据对应的套刻偏移得到沿所述实际使用视场范围的围向分布的多个散点；以及

散点拟合单元，用于对所述散点采样单元得到的散点进行拟合，以得到所述像面畸变曲线。

14.如权利要求12所述的解决光刻机像面畸变的装置，其特征在于，所述像面调整模块包括：

镜像单元，用于以所述实际使用视场范围的边缘为对称线，对所述像面畸变曲线作镜像处理，获得与所述像面畸变曲线对应的像面调整曲线，以所述像面调整曲线限定的范围作为所述掩膜图案调整后的成像范围。

15.如权利要求12所述的解决光刻机像面畸变的装置，其特征在于，所述掩膜图案调整模块包括：

偏移转换单元，用于基于所述光刻机的物镜倍率，将所述掩膜图案调整后的成像范围相对于所述实际使用视场范围的偏移量转换为所述掩膜图案的边界调整量；以及

掩膜图案补偿单元，用于根据所述掩膜图案的边界调整量对所述掩膜图案进行变形处理。

16.如权利要求15所述的解决光刻机像面畸变的装置，其特征在于，所述变形处理包括：根据所述掩膜图案的边界调整量对所述掩膜图案邻近于边界的图形作拉伸、压缩或位置偏移；和/或，对所述掩膜图案中的图形阵列进行拉伸、压缩或位置偏移。

17.一种掩模版设计方法，所述掩膜版用于设置掩膜图案并安装于光刻机的物面进行曝光工艺，其特征在于，所述掩膜版设计方法包括：

在根据像面图形布局获得掩膜图案并选定实际使用视场范围后，利用如权利要求1至11任一项所述的解决光刻机像面畸变的工艺方法对所述掩膜图案进行调整。

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