CN114755898A

CN114755898A - 掩模版

Info

Publication number: CN114755898A
Application number: CN202210534338.XA
Authority: CN
Inventors: 林岳明; 季明华
Original assignee: Shanghai Chuanxin Semiconductor Co ltd
Current assignee: Shanghai Chuanxin Semiconductor Co ltd
Priority date: 2022-05-17
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2022-07-15

Abstract

本申请涉及一种掩模版，包括透明掩模基板、设置于透明掩模基板两侧的第一功能层和第二功能层、及至少两个探测孔，探测孔纵向贯通于透明掩模基板、第一功能层和第二功能层，以获取位置数据的装置的探针穿过，其中，第一功能层为包括第一遮光层和第一光刻胶层，或者为图案层；第二功能层为包括第二遮光层和第二光刻胶层，或者为标记层，标记层包括至少两个对准标记。探针可移动至标记层上获取标对准标记的位置数据，探针可穿过探测孔移动至晶圆上，以准确获取位于晶圆上的基准标记位置数据，易于在光刻时实现晶圆和掩模版的纳米级定位对准，提高光刻套刻时对准的精度，制备得到纳米级对准套刻的图像。

Description

掩模版

技术领域

本发明涉及一种掩模版，属于半导体技术领域。

背景技术

随着半导体芯片的集成度不断提高，半导体芯片的特征尺寸也随着摩尔定律的发展不断缩小，其特征尺寸的不断缩小，对光刻工艺的套刻精度与特征尺寸均匀性的要求也不断提高。

光刻工艺是通过曝光的方法将掩模版上的图形转移到涂覆于晶圆表面的光刻胶上，然后通过显影、刻蚀等工艺将图形转移到晶圆上。光刻工艺直接决定了大规模集成电路的特征尺寸和集成度，是大规模集成电路制造的关键工艺。常见的光刻技术包括接触式光刻、接近式光刻、投影光刻、直写式光刻和纳米压印光刻。接触式光刻技术是最传统的光学光刻方法，虽然有着很高的分辨率，但其最大的缺点就是晶圆与掩模版直接接触，容易造成掩模版的损伤和污染，降低掩模版的使用寿命。接近式光刻虽然解决了掩模版的损伤和污染问题，但是难以克服分辨率进一步缩小的要求，不利于超精细结构的制作。纳米压印光刻主要包括热压印(HEL)，极紫外压印(UV-NIL)，微接触印刷。纳米压印技术是在纳米尺度获得复制结构的一种成本低而速度快的方法，它可以大批量重复性地在大面积上制备纳米图案结构，而且所制出的高分辨率图案具有相当好的均匀性和重复性。

半导体器件的制造通常包括几十道光刻工艺，为了确保各个层次的对应关系，必须要求与三分之一光刻特征尺寸相匹配的对准精度即套刻精度，以实现当前层光刻图形与前层已形成的图形高精度对准，提高半导体芯片的性能和制造的成品率。

光刻对准是指将掩模版上的图形和晶圆上已有的图形重合或置中的过程，会直接影响到图形关键尺寸的控制以及套刻的精度。光刻机的对准系统，可以分为掩模版和掩模工件台、晶圆和晶圆工件台、掩模工件台和晶圆工件台、掩模版和晶圆的精确对准。光刻对准主要是通过掩模版和晶圆上的对准标记来实现的，通过对准标记来确定位置和方向。目前有三种方法实现对准或对准精度测量：光学成像法、光学散射法和扫描电镜法。其中光学成像法效率高，精度受光学衍射(光学波长)的限制；光学散射法精度高，效率高，但需要在典型10μm×10μm区域内设置测试对准图案；扫描电镜法精度高，但是效率低。

中国专利200410011339.8“基于原子力显微镜的重新定位方法”公开了一种利用光学测量系统和机械定位系统进行原子力显微镜重新定位的方法以实现套刻对准，其缺陷在于对准精度低，不适用于纳米级的半导体加工工艺。

现有的基于原子力显微镜的定位技术，依靠光学测量系统和机械定位系统的重新定位方法存在着其自身的局限性。一方面，光学的衍射极限在理论上限制了光学系统在纳米级图形结构测量中的应用，另一方面，高精度的光学测量系统与机械定位系统结构复杂，其设备与原子力显微镜设备不兼容。

此外，现有的掩模版将对准标记形成在图案层中，原子力显微镜等获取位置数据的装置的探针无法穿过掩模基板移动至图案层上，并且探针也无法穿过掩模版移动至位于掩模版下方的晶圆表面，导致测量位于图案层上的对准标记位置和位于晶圆上的标记位置的精度差，故降低光刻套刻时对准的精度，无法实现掩模版和晶圆高精度对准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掩模版，具有相对设置在透明掩模基板两侧的第一功能层和第二功能层，第一功能层用以形成图案层，第二功能层用以形成标记层，从而获取位置数据的装置的探针无需穿过透明掩模基板，可移动至标记层上获取标记层中的对准标记的位置数据，精度高，且掩模版还以供获取位置数据的装置的探针穿过的至少两个探测孔，探针可穿过探测孔移动至晶圆上，以准确获取位于晶圆上的基准标记位置数据，易于在光刻时实现晶圆和掩模版的纳米级定位对准，提高光刻套刻时对准的精度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种掩模版，包括：

透明掩模基板；

第一功能层，设置于所述透明掩模基板的一侧；

第二功能层，设置于所述透明掩模基板远离所述第一功能层的一侧；及

至少两个探测孔，所述探测孔纵向贯通于所述透明掩模基板、所述第一功能层和第二功能层，以供获取位置数据的装置的探针穿过；

其中，所述第一功能层为包括依次远离所述透明掩模基板设置的第一遮光层和第一光刻胶层，或者所述第一功能层为图案层；

所述第二功能层为包括依次远离所述透明掩模基板设置的第二遮光层和第二光刻胶层，或者所述第二功能层为标记层，所述标记层包括至少两个对准标记。

进一步地，所述对准标记和所述探测孔具有一一对应关系，所述对准标记靠近和其对应的所述探测孔设置。

进一步地，所述对准标记与和其对应的所述探测孔之间的距离范围为0.1-1mm。

进一步地，所述对准标记的形状为圆形、十字形、多边形、米字形L行、及T形中的任一种或组合。

进一步地，所述探测孔的横截面形状为方形、长方形、圆形、梯形中的任一种。

进一步地，所述获取位置数据的装置为近场扫描光学显微镜。

进一步地，所述透明掩模基板包括合成石英玻璃。

进一步地，所述掩模版还包括设置在所述透明掩模基板和所述第一功能层之间的相移层。

进一步地，所述掩模版还包括减反层，所述减反层和所述透明掩模基板相对设置在所述第二功能层的两侧，所述探测孔纵向贯通于所述减反层。

本发明的有益效果在于：掩模版具有相对设置在透明掩模基板两侧的第一功能层和第二功能层，第一功能层用以形成图案层，第二功能层用以形成标记层，标记层的对准标记更便于检测，且检测精度更高，获取位置数据的装置的探针无需穿过透明掩模基板，可移动至标记层上获取标对准标记的位置数据，且掩模版还以供获取位置数据的装置的探针穿过的至少两个探测孔，探针可穿过探测孔移动至晶圆上，以准确获取位于晶圆上的基准标记位置数据，易于在光刻时实现晶圆和掩模版的纳米级定位对准，提高光刻套刻时对准的精度，制备得到纳米级对准套刻的图像。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明所示的掩模版的剖面图。

图2为本发明所示的一种掩模版的剖面图。

图3为本发明所示的另一种掩模版的剖面图。

图4为本发明所示的掩模版的结构图。

图5为图1中所示的掩模版的另一剖面图。

图6为图3中所示的掩模版的另一剖面图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参见图1，本发明一实施例所示的掩模版1包括透明掩模基板11、及设置于透明掩模基板11一侧的第一功能层12和设置于透明掩模基板11远离第一功能层12的一侧的第二功能层13。也就是，第一功能层12和第二功能层13相对设置在透明掩模基板11的两侧。

透明掩模基板11包括合成石英玻璃。透明掩模基板11还可以为其他材料，比如透明树脂基板和其他透明玻璃基板，在此不做具体限定。优选地，透明掩模基板11的光透过率大于85％。

请参见图2和图3，所述第一功能层12为包括依次远离所述透明掩模基板11设置的第一遮光层12-2和第一光刻胶层12-1和，或者所述第一功能层12为图案层12。

所述第二功能层13为包括依次远离透明掩模基板11设置的第二遮光层13-2和第二光刻胶层13-1，或者所述第二功能层为标记层13。

具体的，请参见图2，当第一功能层12为为包括依次远离所述透明掩模基板11设置的第一遮光层12-2和第一光刻胶层12-1，第二功能层13为为包括依次远离透明掩模基板11设置的第二遮光层13-2和第二光刻胶层13-1时，掩模版1为空白掩模版，后续可根据实际需要利用第一光刻胶层12-1在第一遮光层12-2上制备图案层12，利用第二光刻胶层13-1在第二遮光层13-2上制备标记层13。第一光刻胶层12-1和第二光刻胶层13-1可通过旋转涂布或Capillary涂布方式形成，其为现有技术，在此不再赘述。

其中，第一遮光层12-2和第二遮光层13-2的材料可为铬材料，但不仅限于此，第一遮光层12-2和第二遮光层13-2的材料还可以为碳氮氧化铬、或者碳氮氧化铬和氮化铬，在此不一一列举。

第一遮光层12-2和第二遮光层13-2可通过溅射沉积工艺制备，其为现有技术，在此不再赘述。

需要说明的是，透明掩模基板11、第一遮光层12-2和第二遮光层13-2、第一光刻胶层12-1和第二光刻胶层13-1都可采用本领域常规材质、规格，包括组分和厚度等。

请参见图3，当第一功能层12为图案层12，第二功能层13为标记层13时，该掩模版1可用于利用光刻工艺在晶圆上制备图案。

为了方便工艺，标记层13和图案层12可同时制备，可根据实际需要利用第一光刻胶层12-1在第一遮光层12-2上制备图案层12，利用第二光刻胶层13-1在第二遮光层13-2上制备标记层13。但图案层12和标记层13也可分开制备，在此不做具体限制，只是增加制备工艺时长而已。关于图案层12和标记层13的制备方法为现有技术，在此不再赘述。

其中，图案层12包括纳米结构图形，该纳米结构图形为待光刻的图形，其包括若干透光区域、不透光区域或部分透光区域，从而形成精细图案。纳米结构图形可以是一维或二维图形。

该标记层13包括至少两个对准标记。在本实施例中，对准标记设置在透明掩模基板11远离图案层12的一侧，当需要使用获取位置数据的装置对掩模版1进行扫描时，能够高精度获取到对准标记的位置数据。相较于将对准标记形成在图案层12中，本实施得到的掩模版1的对准标记更便于检测，且检测精度更高。探针可跟近距离扫描对准标记，而无需经过透明掩模基板才能扫到位于图案层12中的对准标记，提高位置数据的精确度。

对准标记的形状为圆形、十字形、多边形、米字形L行、及T形中的任一种或组合，但不仅限于此，还可为其他形状，在此不一一列举。至少两个对准标记的具体形状可以相同，也可以不同。对准标记的数量可以为2个，3个，4个甚至更多个。

优先地，对准标记靠近透明掩模基板11的边缘设置，从而不易遮挡图案层12的图形结构。对准标记可以位于透明掩模基板11顶角处或侧边处。

请参见图3，掩模版1还包括减反层14，减反层14和透明掩模基板11相对设置在第二功能层13的两侧。

当入射光束照射至掩模版1上时，减反层14能够降低光线的反射，增加透射，以提高光线的利用效率。减反层14为铬系化合物。可选的，减反层14为含氧和氮的金属铬系化合物。优选地，减反层14的组分为氧化铬、氮氧化铬、碳氮氧化铬中的一种或多种。

很显然，减反层14为透明材料，从而在减反层14设置在第二功能层13上时，能够不遮挡第二功能层13，以保证探针获取对准标记的位置数据的精度。

在另一实施例中，掩模版1还包括设置在所述透明掩模基板11和所述第一功能层12之间的相移层15。该相移层15可由硅化钼制备得到，其透过率介于0-50％，相移角为175度至185度。相移层15还可以为其他材料，在此不做具体限制，可根据实际需要进行设置。

相移层15可通过溅射沉积工艺制备，其为现有技术，在此不再赘述。相移层15可采用本领域常规材质、规格，包括组分和厚度等，同时，并不限制可在掩模版1的相应层之间简单增加其它辅助层。

当使用掩模版1在晶圆上光刻形成结构时，需要将掩模版1上的纳米结构图形和晶圆的相应区域对准。此外，为了在晶圆上形成需要的结构，一般需要进行套刻，为了提高套刻的对准精度，此时，需要将掩模版1上的纳米结构图形和具有结构的晶圆的相应区域对准。

请参见图4至图6，掩模版1具有待光刻图案，以在晶圆上形成图案。掩模版1移动至晶圆上时，将位于晶圆上的基准标记覆盖，后续无法被扫描。

故此，掩模版1还包括及至少两个探测孔16，探测孔16纵向贯通于透明掩模基板11、第一功能层12和第二功能层13，以供获取位置数据的装置的探针穿过，对位于晶圆上的基准标记进行扫描。

具体的，当掩模版1还包括第一减反层或减反层14时，探测孔16纵向贯通于第一减反层或减反层14。也就是，探测孔16纵向贯通整个掩模版1。

当掩模版1移动至晶圆上时，探测孔16可将位于晶圆上的基准标记暴露，探针穿过探测孔16，到达晶圆的表面。从而能够高精度获取基准标记的位置数据。

探测孔16的横截面形状为方形、长方形、圆形、梯形中的任一种，但不仅限于，还可为其他形状，在此不一一列举。至少两个探测孔16的形状可以相同，也可以不同，可根据实际需要进行设置，在此不做具体限定。

关于探测孔16的横截面的尺寸在此不做具体限定，可供探针穿过即可，可根基实际近场扫描光学显微镜的探针的具体尺寸进行设置。在一较佳实施例中，探测孔16的横截面的尺寸可小于3mm*3mm，比如，1mm*1mm的尺寸。

很显然，为了将晶圆上的基准标记暴露，探测孔16的横截面的尺寸大于基准标记的尺寸。

探测孔16为靠近透明掩模基板11的边缘设置的通孔，也就是，探测孔16设置在透明掩模基板11表面的内部。该设置不易破坏图案层12的完整性。探测孔16也可为具有开口的凹槽，开口朝向透明掩模基板11侧面。关于探测孔16设置的位置可根据需要进行设置。

上述的对准标记和位于晶圆上的基准标记可选取现有技术中的形状和尺寸、以及设定位置。需要说明的是，为了便于近场扫描光学显微镜的识别，可将对准标记和基准标记的形状设置为不同结构，进一步提高测量效率，提高掩模版1和晶圆的对准精度。

对准标记和探测孔16具有一一对应关系，对准标记靠近和其对应的探测孔16设置。也就是对准标记和探测孔16的数量一致，对于每一个对准标记，具有和其位于同一侧的基准标记，相比与该对准标记和其他基准标记之间的距离，位于同一侧的基准标记和对准标记之间的距离最小。依据该最小距离和设定距离范围比较，当最小距离落于预设距离范围内，则可认定掩模版1和晶圆对准。

其中，对准标记与和其对应的探测孔16之间的距离范围为0.1-1mm。

近场扫描光学显微镜(NSOM，Near-field Scanning Optical Microscope)可以简单地描述为将一个亚波长尺寸的光源，比如一个纳米小孔光源，放置在样品的近场区域(距离远小于波长)，样品被照明的区域就仅由光源或小孔的尺寸决定而与光源波长无关。将光源和样品之间相互扫描，探测光强信号，就可以得到样品的光学图像。该图像的分辨率仅由孔径的大小所决定，这样就能够突破传统光学成像受光源波长的衍射限制。

故此，优选地，获取位置数据的装置为近场扫描光学显微镜。该掩模版1应用在半导体技术中，利用近场扫描光学显微镜，能够突破传统光学显微镜的衍射限制，实现纳米尺寸下成像，获得基准标记和对准标记进行纳米尺度的坐标数据，可方便快速地实现精准纳米级对准，从而提高半导体芯片的质量。

综上：掩模版具有相对设置在透明掩模基板两侧的第一功能层和第二功能层，第一功能层用以形成图案层，第二功能层用以形成标记层，标记层的对准标记更便于检测，且检测精度更高，获取位置数据的装置的探针无需穿过透明掩模基板，可移动至标记层上获取标对准标记的位置数据，且掩模版还以供获取位置数据的装置的探针穿过的至少两个探测孔，探针可穿过探测孔移动至晶圆上，以准确获取位于晶圆上的基准标记位置数据，易于在光刻时实现晶圆和掩模版的纳米级定位对准，提高光刻套刻时对准的精度，制备得到纳米级对准套刻的图像。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种掩模版，其特征在于，包括：

透明掩模基板；

第一功能层，设置于所述透明掩模基板的一侧；

2.如权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述对准标记和所述探测孔具有一一对应关系，所述对准标记靠近和其对应的所述探测孔设置。

3.如权利要求2所述的掩模版，其特征在于，所述对准标记与和其对应的所述探测孔之间的距离范围为0.1-1mm。

4.如权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述对准标记的形状为圆形、十字形、多边形、米字形L行、及T形中的任一种或组合。

5.如权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述探测孔的横截面形状为方形、长方形、圆形、梯形中的任一种。

6.如权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述获取位置数据的装置为近场扫描光学显微镜。

7.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述透明掩模基板包括合成石英玻璃。

8.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述掩模版还包括设置在所述透明掩模基板和所述第一功能层之间的相移层。

9.如权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述掩模版还包括减反层，所述减反层和所述透明掩模基板相对设置在所述第二功能层的两侧，所述探测孔纵向贯通于所述减反层。