CN113296354A - 应用于半导体光刻工艺中的掩膜版及光刻工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于半导体光刻工艺中的掩膜版及光刻工艺方法，所述掩膜版包括至少一图形组，每一所述图形组包括至少一透光区和至少一遮挡区，所述透光区和所述遮挡区间隔排列，经过曝光后，每一所述图形组在晶圆上形成一独立标记。本发明的优点在于，根据所述掩膜版在晶圆上形成的独立标记具有与所述掩膜版的图形轮廓形状相同的形状，不会出现图案缺陷，提高了在晶圆上形成的独立标记图形的准确度，进而提高了半导体光刻工艺的对准精度及半导体制程的后续工艺中叠对准确性，提高产品质量和良率。

Description

应用于半导体光刻工艺中的掩膜版及光刻工艺方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种应用于半导体光刻工艺中的掩膜版及光刻工艺方法。
背景技术
随着半导体制造工艺的发展，半导体芯片的面积越来越小，因此，半导体工艺的精度也变得更加重要。在半导体工艺制造过程中，一个重要的工艺环节就是光刻工艺(photography)，光刻工艺主要是将掩膜版上的版图转移到晶圆上，之后方可进行后续其他工艺过程，完成整个半导体器件的制作。因此，光刻工艺的质量将直接影响着最终形成的半导体器件的性能。
目前，掩膜版上的图形转移到晶圆上形成的标记，有可能会出现图案尺寸改变、图案形状变化，甚至不显示图案的情况，这影响了半导体器件的性能。
例如，对于光刻系统来说对准是其最重要机制之一，对准精度是在多层曝光时层间图案的定位精度，对准精度是半导体生产过程中光刻系统的重要指标。
想要对准就要用到对准标记。当前用于SMASH系统的对准标记(Alignment mark)主要有DPCM、NSSM11、NSSM53、XPAAA5、BF2u3F等。光刻系统经由粗/细对准图形的量测及分析运算,机台可预先补偿部分晶圆因为前工艺制程所造成的图形叠对偏差。
对准标记的制作过程是，设计与对准标记对应的掩膜版；通过光刻系统将所述掩膜版上的图形转移到晶圆上，进而在所述晶圆上形成对准标记。通常，图形能够正常转移到晶圆上。但是，对于一些特殊情况，例如高透过率掩膜版，受到旁瓣(side-lobe)效应的影响，图形转移到晶圆上后，有可能会出现图案尺寸改变、图案形状变化，甚至不显示图案的情况。图形的不正常转移会使得在晶圆上不能够形成标准的对准标记，影响光刻系统精度了，例如对准精度，进而导致后续工艺中叠对准确性降低，影响产品质量和良率。
因此，如何使在晶圆上形成标准的标记，成为目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种应用于半导体光刻工艺中的掩膜版及光刻工艺方法，其能够在晶圆上形成标准的独立标记，提高光刻系统性能，提高产品的质量及良率。
为了解决上述问题，本发明提供了一种应用于半导体光刻工艺中的掩膜版，其包括至少一图形组，每一所述图形组包括至少一透光区和至少一遮挡区，所述透光区和所述遮挡区间隔排列，经过曝光后，每一所述图形组在晶圆上形成一独立标记。
进一步，所述图形组中的透光区和遮挡区均为矩形。
进一步，所述透光区的长度与所述遮挡区的长度相同。
进一步，所述独立标记为矩形。
进一步，所述透光区的宽度与所述遮挡区的宽度满足如下公式：
PITCH≤λ/((1+σ)*NA)
其中，PITCH为所述透光区与所述遮挡区的宽度之和，λ为光刻工艺中所用波长，σ为光刻工艺中所用衍射光学元件内外径之比，NA为光刻工艺中所用数值孔径。
进一步，所述遮挡区的透光率为所述透光区的透光率的0.06～0.3倍。
进一步，所述透光区平行设置。
进一步，所述透光区及所述遮挡区沿水平方向、竖直方向或者与所述水平方向呈一锐角方向间隔排列。
进一步，所述掩膜版包括对准图形区及芯片图形区，所述图形组设置在所述对准图形区，所述独立标记作为晶圆的对准标记。
进一步，所述对准标记包括同一层的对准标记和层与层之间的对准标记。
本发明还提供一种光刻工艺方法，所述光刻工艺方法采用如上所述的掩膜版作为掩膜，以在晶圆上形成对准标记。
本发明的优点在于，在所述掩膜版上，所述图形组由透光区与遮挡区间隔设置而形成，曝光时，根据所述图形组在晶圆上形成的独立标记具有与所述图形组的轮廓形状相同的形状，所述独立标记不会出现图案缺陷，提高了在晶圆上形成独立标记图形的准确度，提高了光刻系统的对准精度，且提高了后续半导体工艺中叠对的准确性，提高产品质量和良率。
附图说明
图1是现有的用于形成对准标记的掩膜版图形及其转移到晶圆上形成的对准标记的示意图，其中，(a)是掩膜版的图形，(b)是最终形成在晶圆上的对准标记；
图2是本发明掩膜版的图形组的第一具体实施方式的示意图及采用该掩膜版形成的独立标记的示意图，其中，(a)为掩膜版的图形示意图，(b)为在晶圆上形成的独立标记的图形示意图；
图3是所述掩膜版的另一结构示意图；
图4是本发明掩膜版的图形组的第二具体实施方式的示意图及采用该掩膜版形成的独立标记的示意图，其中，(a)为掩膜版的图形示意图，(b)为在晶圆上形成的独立标记的图形示意图；
图5是本发明掩膜版的图形组的第三具体实施方式的示意图及采用该掩膜版形成的独立标记的示意图，其中，(a)为掩膜版的图形示意图，(b)为在晶圆上形成的独立标记的图形示意图；
图6是采用掩膜版在晶圆上形成对准标记的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的应用于半导体光刻工艺中的掩膜版及光刻工艺方法的具体实施方式做详细说明。
发明人发现，在光刻工艺中，将掩膜版上的图形转移到晶圆上会出现各种缺陷。特别是对于在晶圆上形成的对准标记，其缺陷更明显。例如，图1是现有的用于形成对准标记的掩膜版图形及其转移到晶圆上形成的对准标记的示意图，其中GDS Level是掩膜版的图形，Wafer Level是最终形成在晶圆上的对准标记。请参阅图1，掩膜版的图案10为大尺寸的线条，而在晶圆上形成的对准标记中，图案11变为短线条，即对准标记的图案尺寸发生了变化。
经发明人研究，提出一种新型的掩膜版。在光刻工艺中，采用该掩膜版作为掩膜在晶圆上形成的对准标记能够克服上述缺陷，形成标准的独立标记。
图2是本发明掩膜版的图形组的第一具体实施方式的示意图及采用该掩膜版形成的独立标记的示意图，其中，(a)为掩膜版的图形示意图，(b)为在晶圆上形成的独立标记的图形示意图。
请参阅图2，所述掩膜版20包括至少一图形组210。在将所述掩膜版20的图形转移到晶圆上后，在所述晶圆上，所述图形组210对应区域形成一个独立的独立标记21。具体地说，所述图形组210的轮廓(如图2中虚线A绘示)与所述独立标记21的轮廓相同。也就是说，所述图形组210的轮廓形状与所述独立标记21的轮廓形状相同，例如，若要形成矩形形状的独立标记21，则需要形成具有矩形轮廓的图形组210，若要形成十字形形状的独立标记21，则需要形成具有十字形轮廓的图形组210。进一步，根据所述独立标记21的形状，所述图形组210可为规则图形，例如矩形等，或者所述图形组210不规则图形，例如具有不规则轮廓的图形。在本具体实施方式中，所述图形组210的轮廓形状为矩形，则其可形成独立的矩形独立标记。
在本具体实施方式中，仅示意性地绘示三个图形组210。在其他具体实施方式中，也可根据在晶圆上形成的独立标记21的要求而设置其他数量的图形组210，例如，在本发明另一具体实施方式中，在所述晶圆上需要形成一个独立标记，则需要在所述掩膜版上设置一组图形组210。
所述图形组210包括至少一透光区210A和至少一遮挡区210B。在本具体实施方式中，所述图形组210包括多个透光区210A和多个遮挡区210B。所述透光区210A的透光率大于所述遮挡区210B的透光率。在后续光刻工艺中，光能够穿过所述透光区210A照射至晶圆上。
所述透光区210A与所述遮挡区210B间隔排列。具体地说，所述透光区210A与所述遮挡区210B沿水平方向、竖直方向，或者与所述水平方向呈一锐角方向间隔排列。例如，在本具体实施方式中，所述透光区210A与所述遮挡区210B沿水平方向(X方向)间隔排列。所述透光区210A沿一方向延伸。该方向与所述透光区210A及遮挡区210B的排列方向垂直。具体地说，在本具体实施方式中，所述透光区210A及遮挡区210B沿竖直方向延伸。也就是说，在本具体实施方式中，多个透光区210A彼此平行，并沿Y方向延伸，且所述透光区210A与遮挡区210B沿X方向间隔排列，形成所述图形组210。
所述透光区210A能够自所述图形组210的第一边延伸至第二边。具体地说，请参阅图2，所述透光区210A自所述图形组210的第一边211延伸至第二边212，所述第一边211与所述第二边212不相邻，两者相对设置。
进一步，在本具体实施方式中，所述透光区210A及所述遮挡区210B均为矩形，且两者长度相等，则所述透光区210A及所述遮挡区210B形成的图形组210的形状也为矩形。在本发明其他具体实施方式中(如本发明第二具体实施方式)，多个所述透光区210A的长度可不相等，所述遮挡区210B的长度也可不相等，所述透光区210A与所述遮挡区210B的长度也可不相等。
在采用本发明掩膜版进行曝光时，在所述晶圆上，不仅透光区210A对应的区域会被光照射，受到通过所述透光区210A的光的特性的影响，所述遮挡区210B对应的区域也会被光照射，从而在所述晶圆上形成与所述掩膜版的图形组210具有相同轮廓形状的独立标记21。所述独立标记21为一个独立的整体图形。
进一步，所述透光区210A具有一宽度W1，所述遮挡区210B具有一宽度W2，为了使所述图形组210能够形成一个独立的独立标记，所述透光区210A的宽度W1与所述遮挡区210B的宽度W2需要满足如下公式：
PITCH≤λ/((1+σ)*NA)
其中，PITCH为所述透光区210A的宽度W1与所述遮挡区210B的宽度W2之和，λ为光刻工艺中所用波长，σ为光刻工艺中所用衍射光学元件内外径之比，NA为光刻工艺中所用数值孔径。可见，只有在所述透光区210A的宽度W1与所述遮挡区210B的宽度W2之和小于λ/((1+σ)*NA)时，在所述晶圆上才能够形成与所述图形组210形状相同的独立标记21。
为了进一步保证所述图形组210能够形成一个独立的独立标记，遮挡区210B的透光率为透光区210A的透光率0.06～0.3倍，若所述遮挡区210B的透光率过小，则所述图形组210形成的独立标记可能为由多个条形构成的图案，若所述遮挡区210B的透光率过大，则所述图形组210形成的独立标记可能会存在图案缺陷，不会形成标准的独立标记图形。
本发明将所述图形组210分割为多个透光区210A及遮挡区210B间隔排列，相较于现有的图形组为一个整体而言，根据本发明所述图形组210形成的的独立标记21具有与所述图形组210的轮廓形状相同的形状，不会出现上述的图案缺陷，提高了独立标记图形的准确度，进而提高了光刻系统的对准精度，且提高后续工艺中叠对准确性，提高产品质量和良率。
进一步，所述透光区210A及所述遮挡区210B的宽度可相等，也可不相等，根据不同的光刻机台的参数不同，可适当选择，以使最终形成的独立标记21的形状与所述图形组210的轮廓形状相同，最终获得的独立标记更符合要求。
进一步，所述独立标记可为对准标记。具体地说，图3是所述掩膜版的结构示意图，所述掩膜版20包括对准图形区22及芯片图形区23。所述图形组210设置在所述对准图形区22，以在所述晶圆上形成对准标记。所述芯片图形区23可在所述晶圆上形成芯片结构。
其中，在所述晶圆上形成的对准标记可用于同层对准，也可用于不同层对准(即叠层对准)。具体地说，当需要在晶圆的同一层的不同区域进行操作时，在对每一个区域进行操作之前，均需要执行对准步骤，该对准步骤中采用的对准标记即为采用本发明掩膜版形成的标记。当需要在晶圆的不同层进行操作时，在对每一层进行操作之前，均需要执行对准步骤，该对准步骤中采用的对准标记即为采用本发明掩膜版形成的标记。
本发明掩膜版还提供一第二具体实施方式。图4是本发明掩膜版的图形组的第二具体实施方式的示意图及采用该掩膜版形成的独立标记的示意图，其中，(a)为掩膜版的图形示意图，(b)为在晶圆上形成的独立标记的图形示意图。请参阅图4，所述第二具体实施方式与所述第一具体实施方式的区别在于，所述透光区210A及遮挡区210B的排列方向及延伸方向不同。
具体地说，在第二具体实施方式中，所述透光区210A及遮挡区210B沿竖直方向(Y方向)平行排列，并沿水平方向(X方向)延伸。所述透光区210A及遮挡区210B自所述图形组210的第一边211延伸至第二边212，所述第一边211与所述第二边212不相邻，两者相对设置。也就是说，在本具体实施方式中，多个水平设置的透光区210A及遮挡区210B沿竖直方向间隔排列形成所述图形组210。
本发明掩膜版还提供一第三具体实施方式。图5是本发明掩膜版的图形组的第三具体实施方式的示意图及采用该掩膜版形成的独立标记的示意图，其中，(a)为掩膜版的图形示意图，(b)为在晶圆上形成的独立标记的图形示意图。请参阅图5，所述第三具体实施方式与所述第一具体实施方式的区别在于，所述透光区210A及遮挡区210B的排列方向及延伸方向不同，在图5中仅示意性地绘示一个所述图形组210。
具体地说，在第三具体实施方式中，所述透光区210A及遮挡区210B沿与水平方向呈一锐角方向(B方向)平行排列，并沿与水平方向呈一钝角的方向(C方向)延伸。其中，部分所述透光区210A及遮挡区210B自所述图形组210的第一边211延伸至第二边212，所述第一边211与所述第二边212相邻；部分所述透光区210A及遮挡区210B自所述图形组210的第一边211延伸至第三边213，所述第一边211与所述第三边213不相邻，两者相对设置。也就是说，在本具体实施方式中，多个倾斜的透光区210A及遮挡区210B沿与水平方向呈一锐角的方向间隔排列形成所述图形组210。
进一步，在第三具体实施方式中，所述透光区210A及所述遮挡区210B不等长，其长度取决于其形成的图形组210的轮廓的位置，例如，位于图形组210的角落区域的所述透光区210A的长度小于位于图形组210的中部区域的透光区210A的长度。
可以理解的是，本发明掩膜版对所述透光区210A及所述遮挡区210B的排列方向及延伸方向不进行限定，只要所述透光区210A及所述遮挡区210B延伸方向一致，能够形成所述图形组即可。
本发明还提供一种光刻工艺方法，在曝光时，采用上述的掩膜版在晶圆上形成独立标记。
下面以在所述晶圆上形成对准标记为例进行说明。请参阅图6，其为采用掩膜版在晶圆上形成对准标记的示意图，所述掩膜版20包括对准图形区22及芯片图形区23，所述图形组210设置在所述对准图形区22。在进行曝光时，光透光所述图形组210入射至所述晶圆对应区域，所述图形组210在所述晶圆30上形成对准标记31，同时，光也透过所述芯片图形区23入射至所述晶圆对应区域，所述芯片图形区23在所述晶圆30上形成芯片结构32。进一步，可移动所述掩膜版20，以在所述晶圆上形成多个芯片结构32及对准标记31。
本发明光刻工艺方法采用上述掩膜版结构作为掩膜，其能够在所述晶圆上形成标准的符合要求的独立标记，从而能够提高后续工艺的准确性，提高产品质量及良率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种应用于半导体光刻工艺中的掩膜版，其特征在于，包括至少一图形组，每一所述图形组包括至少一透光区和至少一遮挡区，所述透光区和所述遮挡区间隔排列，经过曝光后，每一所述图形组在晶圆上形成一独立标记。
2.根据权利要求1所述的掩膜版，其特征在于，所述图形组中的透光区和遮挡区均为矩形。
3.根据权利要求2所述的掩膜版，其特征在于，所述透光区的长度与所述遮挡区的长度相同。
4.根据权利要求2所述的掩膜版，其特征在于，所述独立标记为矩形。
5.根据权利要求2所述的掩膜版，其特征在于，所述透光区的宽度与所述遮挡区的宽度满足如下公式：
PITCH≤λ/((1+σ)*NA)
其中，PITCH为所述透光区与所述遮挡区的宽度之和，λ为光刻工艺中所用波长，σ为光刻工艺中所用衍射光学元件内外径之比，NA为光刻工艺中所用数值孔径。
6.根据权利要求1所述的掩膜版，其特征在于，所述遮挡区的透光率为所述透光区的透光率的0.06～0.3倍。
7.根据权利要求1所述的掩膜版，其特征在于，所述透光区平行设置。
8.根据权利要求1所述的掩膜版，其特征在于，所述透光区及所述遮挡区沿水平方向、竖直方向或者与所述水平方向呈一锐角方向间隔排列。
9.根据权利要求1所述的掩膜版，其特征在于，所述掩膜版包括对准图形区及芯片图形区，所述图形组设置在所述对准图形区，所述独立标记作为晶圆的对准标记。
10.根据权利要求9所述的掩膜版，其特征在于，所述对准标记包括同一层的对准标记和层与层之间的对准标记。
11.一种光刻工艺方法，其特征在于，所述光刻工艺方法采用如权利要求1至10任一所述的掩膜版作为掩膜，以在晶圆上形成对准标记。
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