CN116500871B - 一种光刻方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光刻方法及系统，属于集成电路制造领域。所述光刻方法包括以下步骤：依据掩模版上掩模图形的密度，将掩模版划分为多个曝光区域，每个所述曝光区域中掩模图形的密度在预设范围以内；获取所述掩模版上掩模图形的聚焦点范围；依据所述聚焦点范围获取最佳对焦范围；以及对每个所述曝光区域进行曝光，在曝光时，依据每个所述曝光区域中所述掩模图形的密度，调节所述掩模版至透镜的位置，使所述掩模图形的聚焦点位于所述最佳对焦范围。通过本发明提供的一种光刻方法及系统，可增大疏密程度不同的掩模图形的共同工艺窗口的大小。

Description

一种光刻方法及系统

技术领域

本发明属于集成电路制造领域，特别涉及一种光刻方法及系统。

背景技术

在半导体设计的掩模版中，密集（dense）图形与稀疏（ISO）图形的光刻工艺窗口（Process Window）是不一致的，适用于掩模版中的密集图形的曝光条件不一定适用于稀疏图形的曝光。

因此，对于同时包含密集图形和稀疏图形的掩模版而言，共同工艺窗口（CommonProcess Window）比较小，在稀疏图形的周围放置辅助图形条，在曝光时，只对光线起到散射作用，而不会在光刻胶上形成图像。但是随着特征尺寸的减小，基于经验规则设置的辅助图形条已经无法满足复杂环境的需求，针对新产品进行设置辅助图的周期长，且需要不断更新，浪费大量资源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光刻方法及系统，通过本发明提供的光刻方法，可改善共同工艺窗口小的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种光刻方法，至少包括以下步骤：

依据掩模版上掩模图形的密度，将掩模版划分为多个曝光区域，每个所述曝光区域中掩模图形的密度在预设范围以内；

获取所述掩模版上掩模图形的聚焦点范围；

依据所述聚焦点范围获取最佳对焦范围；以及

对每个所述曝光区域进行曝光，在曝光时，依据每个所述曝光区域中所述掩模图形的密度，调节所述掩模版至透镜的位置，使所述掩模图形的聚焦点位于所述最佳对焦范围。

在本发明一实施例中，所述曝光区域沿着晶圆扫描曝光的方向排列。

在本发明一实施例中，获取所述聚焦点范围包括获取所述掩模版上所述掩模图形的聚焦点深度的范围。

在本发明一实施例中，获取所述聚焦点范围包括以下步骤：

获取最大密度的所述掩模图形在所述晶圆上的聚焦点位置；以及

获取最小密度的所述掩模图形在所述晶圆上的聚焦点位置。

在本发明一实施例中，所述最佳对焦范围为所述聚焦点范围中任意一个聚焦点位置。

在本发明一实施例中，所述最佳对焦范围为多个数值或一段数值范围，则所述最佳对焦范围的深度范围为最大密度的所述掩模图形在晶圆上的聚焦点的深度和最小密度的所述掩模图形在晶圆上的聚焦点的深度之间的一个子集。

在本发明一实施例中，在对每个所述曝光区域曝光之前，所述光刻方法还包括以下步骤：

获取聚焦点位置位于所述最佳对焦范围时，所述掩模版与所述透镜的间距与所述掩模图形密度的关系。

在本发明一实施例中，在对每个所述曝光区域曝光之前，所述光刻方法还包括以下步骤：

在每个所述曝光区域内，获取所述曝光区域的所述掩模图形的聚焦点位置调整到所述最佳对焦范围时，所述掩模版的移动高度。

在本发明一实施例中，所述光刻方法还包括以下步骤：

获取各种密度掩模图形的聚焦点深度与所述掩模版至所述透镜的间距之间的关系。

本发明还提供一种光刻系统，至少包括：

区域划分单元，用于依据掩模版上掩模图形的密度，将掩模版划分为多个曝光区域，每个所述曝光区域中掩模图形的密度在预设范围以内；

聚焦点范围获取单元，用于获取所述掩模版上掩模图形的聚焦点范围；

最佳对焦范围获取单元，用于依据所述聚焦点范围获取最佳对焦范围；以及

曝光单元，用于对每个所述曝光区域进行曝光，在曝光时，依据每个所述曝光区域中所述掩模图形的密度，调节所述掩模版至透镜的位置，使所述掩模图形的聚焦点位于所述最佳对焦范围。

如上所述本发明提供的一种光刻方法及系统，在对每个曝光区域进行曝光时，依据每个曝光区域中掩模图形的密度，调节掩模版至透镜的位置，使所有曝光区域中掩模图形的聚焦点位于最佳对焦范围，意想不到的效果是使得多种密度的掩模图形在晶圆上的聚焦点位置相同，最大限度的扩大疏密程度不同的掩模图形的共同工艺窗口的大小，进而增加景深和图形对比度。且本申请提供的光刻方法使用范围广，适用性强，当掩模图形的线宽继续缩小或者掩模图形的集成度加大时，可使用本发明提供的光刻方法，扩大疏密程度不同的掩模图形的共同工艺窗口，增加景深和图形对比度。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为一种不同疏密程度的掩模图形的光刻原理图。

图2为一种光刻方法流程图。

图3为一种调整掩模版高度后的不同疏密程度的掩模图形的光刻原理图。

图4为一种光刻系统结构图。

图5为一种计算机可读存储介质的框图。

图6为一种电子设备的结构原理框图。

标号说明：

101、光源；102、掩模版；103透镜；104、晶圆；105、承载台；201、区域划分单元；202、聚焦点范围获取单元；203、最佳对焦范围获取单元；204、掩模版移动高度获取单元；205、曝光单元；30、计算机可读存储介质；300、存储有计算机指令；40、处理器；50、存储器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在半导体集成电路的制程中，首先进行电路设计，再将电路设计方案经过版图设计形成版图图形后，将版图图形转移至掩模版上。具体例如可将版图图形通过电子束曝光机曝光，并将图形曝光至掩模版上，然后经过显影、干法蚀刻等过程图形精确地定像在掩模版上，在掩模版上形成掩模图形。在形成掩模后，例如可以使用光刻的方式，将掩模图形转移到晶圆上，可形成目标图形，即为所需的半导体集成电路。

请参阅图1所示，在进行光刻时，需要将掩模版102上的掩模图形，依据实际需求，转移到晶圆104上。在将掩模版102上的掩模图形转移到晶圆104上时，将掩模版102放置在光源101和透镜103之间，晶圆104位于透镜103相对于掩模版102的一侧。当光源101发出的光，经过掩模版102上的掩模图形并透过透镜103，在晶圆104上成像。

请参阅图1所示，在掩模版102上，不同功能区域中掩模图形的疏密程度不同，故不同功能区域中掩模版102上的掩模图形的疏密程度也不同。在一些实施例中，处理器等核心区域的掩模图形的密度较低，形成稀疏区域。而存储器等存储区域的掩模图形的密度较高，形成密集区域。在一些大规模集成电路中，在掩模图形中，具有多种疏密程度不同的区域。

请参阅图1所示，疏密程度的不同的区域，掩模图形之间的间隙不同。而当掩模图形的密度不同时，掩模图形在晶圆104上的聚焦点不同。其中，聚焦点的深度与掩模图形的密度呈正比，当掩模图形的密度较大时，掩模图形之间的间隙较小，掩模图形在晶圆104上的聚焦点较深。而当掩模图形的密度较小时，掩模图形之间的间隙较大，掩模图形在晶圆104上的聚焦点较浅。故对应的，在掩模图形疏密程度不同的区域，掩模图形的聚焦深度（Depth of Focus，DOF）范围不同。但是工艺窗口的大小取决于各疏密程度不同的掩模图形聚焦深度的交集。本发明提供一种光刻方法及系统，可在不增加辅助条图形的条件下，增加疏密程度不同的掩模图形聚焦深度交集的范围，进而增加景深和图像对比度。

请参阅图2所示，本发明提供的一种光刻方法，包括步骤S101至步骤S104。

步骤S101、依据掩模版上掩模图形的密度，将掩模版划分为多个曝光区域。

请参阅图1所示，在本发明一实施例中，在进行光刻时，依据掩模版102上掩模图形的密度，将掩模版102分为多个曝光区域。在一些实施例中，可以依据掩模版102上掩模图形的密度，即掩模图形之间的间隙大小，将掩模版102分为多个曝光区域。具体的，先获取掩模版102上掩模图形之间间隙的最大值和最小值，进而获取掩模版102上掩模图形之间间隙的取值范围。并将间隙的取值范围等分为多个间隙区间，并依据所述间隙区间将掩模版102分为多个曝光区域。则每个曝光区域中掩模图形的密度在预设范围以内，即在对应的间隙区间内。

请结合图1所示，在本发明一实施例中，在进行光刻时，在水平方向上，定义有第一方向X和第二方向Y，且第一方向X垂直于第二方向Y。在竖直方向上，定义有第三方向Z。且第三方向Z垂直于第一方向X和第二方向Y。在对晶圆104扫描曝光时，掩模版102的承载台105可以带动掩模版102在第三方向Z上移动，而光刻机可以沿着第二方向Y对晶圆104扫描曝光。而在本申请中，为保证将掩模版102划分的曝光区域与晶圆104扫描曝光的方向不冲突，可在设计时，将掩模图形在第二方向Y上，依据间隙区间排列。即将位于一个间隙区间内的掩模图形排列在第二方向Y的相同位置。此时，在掩模版102上划分的多个曝光区域沿着第二方向Y排列，即沿着对晶圆104扫描曝光的方向排列。

请结合图1所示，在本申请中，沿着对晶圆104扫描曝光的方向排列的多个曝光区域的间隙可以从大到小，也可以从小到大，还可以间隔排列。保证每个曝光区域中掩模图形的大小在一个所述间隙区间内即可。

步骤S102、获取掩模版上掩模图形的聚焦点范围。

请结合图1所示，在本发明一实施例中，在对掩模图形进行光刻之前，可先对最大密度和最小密度的掩模图形进行曝光，获取掩模版上掩模图形的聚焦点范围。即获取最大密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点位置A，以及最大密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点的深度H1。获取最小密度的掩模图形在晶圆104上位置B，以及最小密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点的深度H2。即可获取掩模版102上掩模图形的聚焦点深度的范围H，即H2≤H≤H1。

步骤S103、依据聚焦点范围获取最佳对焦范围。

请结合图1所示，在本发明中，最佳对焦范围可以是一个数值，多个数值或一个数值范围。在本申请中，为保证疏密程度不同的掩模图形聚焦深度的交集最大，最佳对焦范围为聚焦点范围中任意一个聚焦点位置。

请结合图1所示，在一些实施例中，最佳对焦范围为最大密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点位置A。此时，最佳对焦范围的深度为H1，在晶圆104上的位置最深，靠近晶圆104底部。

请结合图1所示，在另一些实施例中，最佳对焦范围为最小密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点位置B。此时，最佳对焦范围的深度为H2，在晶圆104上的位置最浅，靠近晶圆104表面。

请结合图1所示，在其他实施例中，最佳对焦范围可以为最大密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点位置A与最小密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点的位置B之间的任意一个位置。此时，最佳对焦范围的深度范围为H2<H<H1。

请结合图1所示，在其他实施例中，最佳对焦范围为多个数值或一段数值范围，则该最佳对焦范围为最大密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点位置A与最小密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点的位置B之间的任意多个位置或一段位置。则该最佳对焦范围的深度范围为最大密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点的深度H1和最小密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点的深度H2之间的一个子集。

步骤S104、对每个曝光区域进行曝光。

请结合图1至图3所示，在对每个曝光区域进行曝光时，依据每个曝光区域中掩模图形的密度，调节掩模版102至透镜103的位置，使所有曝光区域中掩模图形的聚焦点位于最佳对焦范围。

请结合图1至图3所示，在本申请一实施例中，在执行步骤S104之前，还可以包括以下步骤：获取聚焦点位置位于最佳对焦范围时，掩模版102至透镜103的间距与掩模图形密度的关系。还可以依据掩模版102至透镜103的间距与掩模图形密度的关系，在每个曝光区域内，获取该曝光区域的掩模图形的聚焦点位置调整到最佳对焦范围时，掩模版102的移动高度h。

请参阅图3所示，在一些实施例中，还可以获取各种密度掩模图形的聚焦点的深度与掩模版至透镜的间距之间的关系。以便于掩模图形为其他密度时，如何调整掩模版至透镜的间距，使得掩模图形的聚焦点位于同一位置。

请参阅图3所示，在本发明一实施例中，以具有一个密集区域和一个稀疏区域两个曝光区域为例，阐述对曝光区域进行曝光的过程。且密集区域中掩模图形的密度为最大密度，稀疏区域中掩模图形的密度为最小密度。在本实施例中，最佳对焦范围为最大密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点位置A。首先，对密集区域中的掩模图形进行曝光，此时，不需要移动掩模版102的位置，直接进行曝光即可。接着，光刻系统沿着对晶圆扫描曝光的方向移动，对下一个区域，即稀疏区域进行曝光。此时，依据掩模版102至透镜103的间距与掩模图形密度的关系，移动掩模版102的承载台105，使得掩模版102向上移动高度h，进而使得最小密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点位置B向上移动D，与最大密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点位置A齐平，即移动到最佳对焦范围。

请参阅图3所示，在其他实施例中，最佳对焦范围为最小密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点位置B，或最佳对焦范围可以为最大密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点位置A与最小密度的掩模图形在晶圆104上的聚焦点的位置B之间的任意一个位置时，曝光过程与上述实施例原理相同。

请参阅图1和图2所示，在本发明一实施例中，在完成对掩模图形的曝光后，对曝光后的晶圆104进行显影，以化学方式处理晶圆上曝光与未曝光的光阻剂，即可将掩模版102上的掩模图形完整的转移到晶圆104上。在进行显影时，光阻剂、光阻涂布显影设备等可以依据需求选择，可以视需要选择不同的光阻剂，以移除或保留选定的图形。

请参阅图4所示，本发明还提供一种光刻系统，该光刻系统可以集成在光刻机的控制电路中。光刻系统包括区域划分单元201、聚焦点范围获取单元202、最佳对焦范围获取单元203、掩模版移动高度获取单元204以及曝光单元205。其中，聚焦点范围获取单元202连接于区域划分单元201，最佳对焦范围获取单元203连接于聚焦点范围获取单元202，掩模版移动高度获取单元204连接于最佳对焦范围获取单元203，曝光单元205连接于掩模版移动高度获取单元204。

请参阅图4所示，在本发明一实施例中，区域划分单元201用于依据掩模版上掩模图形的密度，将掩模版划分为多个曝光区域，且可执行步骤S101的具体内容。聚焦点范围获取单元202用于获取掩模版上掩模图形的聚焦点范围，具体可执行步骤S102的内容。最佳对焦范围获取单元203用于依据聚焦点范围获取最佳对焦范围，具体可执行步骤S103的内容。掩模版移动高度获取单元204用于获取每个曝光区域内，将该曝光区域的掩模图形的聚焦点位置调整到最佳对焦范围时，掩模版的移动高度。曝光单元205用于对每个曝光区域进行曝光，具体可执行步骤S104的内容。

请参阅图5所示，本实施例还提出一种计算机可读存储介质30，计算机可读存储介质30存储有计算机指令300，计算机指令300用于使用所述光刻方法。计算机可读存储介质30可以是，电子介质、磁介质、光介质、电磁介质、红外介质或半导体系统或传播介质。计算机可读存储介质30还可以包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘和光盘。光盘可以包括光盘-只读存储器(CD-ROM)、光盘-读/写(CD-RW)和DVD。

请参阅图6所示，本发明还提供一种电子设备，包括处理器40和存储器50，存储器50存储有程序指令，处理器40运行程序指令实现所述光刻方法。处理器40可以是通用处理器，包括中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）、网络处理器（NetworkProcessor，简称NP）等；还可以是数字信号处理器（Digital Signal Processing，简称DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，简称FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件；存储器50可能包含随机存取存储器（Random AccessMemory，简称RAM），也可能还包括非易失性存储器（Non-Volatile Memory），例如至少一个磁盘存储器。存储器50也可以为随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）类型的内部存储器，处理器40、存储器50可以集成为一个或多个独立的电路或硬件，如：专用集成电路（Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC）。需要说明的是，存储器50中的计算机程序可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等）执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。

综上所述，本发明提供的一种光刻方法及系统，可最大限度的扩大疏密程度不同的掩模图形的共同工艺窗口的大小。且与在稀疏区域插入辅助图形条不同。本申请提供的光刻方法首先依据掩模版上掩模图形的密度，将掩模版划分为多个曝光区域，再获取掩模版上掩模图形的聚焦点范围，并依据聚焦点范围获取最佳对焦范围，最后对每个曝光区域进行曝光。且在对每个曝光区域进行曝光时，依据每个曝光区域中掩模图形的密度，调节掩模版至透镜的位置，使所有曝光区域中掩模图形的聚焦点位于最佳对焦范围。意想不到的效果是可最大限度的扩大疏密程度不同的掩模图形的共同工艺窗口的大小，进而加强了景深和图形对比度。且本申请提供的光刻方法及系统，并不限制于掩模图形的密度的大小，即使掩模图形的密度加大或者线宽缩小，依旧可以使用本申请提供的光刻方法及系统进行光刻，且同时保证疏密程度不同的掩模图形的共同工艺窗口的大小。

以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种光刻方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

依据掩模版上掩模图形的密度，将掩模版划分为多个曝光区域，每个所述曝光区域中掩模图形的密度在预设范围以内，其中，获取所述掩模版上掩模图形之间间隙的取值范围，并将所述间隙的取值范围划分为多个间隙区间，根据所述间隙区间将所述掩模版划分为多个所述曝光区域，其中所述曝光区域沿着晶圆扫描曝光的方向排列；

获取所述掩模版上掩模图形的聚焦点范围；

依据所述聚焦点范围获取最佳对焦范围，其中所述最佳对焦范围为所述聚焦点范围中任意一个聚焦点位置；以及

对每个所述曝光区域进行曝光，在曝光时，依据每个所述曝光区域中所述掩模图形的密度，调节所述掩模版至透镜的位置，使所述掩模图形的聚焦点位于所述最佳对焦范围。

2.根据权利要求1所述的一种光刻方法，其特征在于，获取所述聚焦点范围包括获取所述掩模版上所述掩模图形的聚焦点深度的范围。

3. 根据权利要求1所述的一种光刻方法，其特征在于，获取所述聚焦点范围包括以下步骤：

获取最大密度的所述掩模图形在所述晶圆上的聚焦点位置；以及

获取最小密度的所述掩模图形在所述晶圆上的聚焦点位置。

4.根据权利要求1所述的一种光刻方法，其特征在于，所述最佳对焦范围为所述聚焦点范围中任意一个聚焦点位置。

5.根据权利要求1所述的一种光刻方法，其特征在于，所述最佳对焦范围为多个数值或一段数值范围，则所述最佳对焦范围的深度范围为最大密度的所述掩模图形在晶圆上的聚焦点的深度和最小密度的所述掩模图形在晶圆上的聚焦点的深度之间的一个子集。

6.根据权利要求1所述的一种光刻方法，其特征在于，在对每个所述曝光区域曝光之前，所述光刻方法还包括以下步骤：

获取聚焦点位置位于所述最佳对焦范围时，所述掩模版与所述透镜的间距与所述掩模图形密度的关系。

7.根据权利要求1所述的一种光刻方法，其特征在于，在对每个所述曝光区域曝光之前，所述光刻方法还包括以下步骤：

在每个所述曝光区域内，获取所述曝光区域的所述掩模图形的聚焦点位置调整到所述最佳对焦范围时，所述掩模版的移动高度。

8.根据权利要求1所述的一种光刻方法，其特征在于，所述光刻方法还包括以下步骤：

获取各种密度掩模图形的聚焦点深度与所述掩模版至所述透镜的间距之间的关系。

9.一种光刻系统，其特征在于，至少包括：

区域划分单元，用于依据掩模版上掩模图形的密度，将掩模版划分为多个曝光区域，每个所述曝光区域中掩模图形的密度在预设范围以内，其中，获取所述掩模版上掩模图形之间间隙的取值范围，并将所述间隙的取值范围划分为多个间隙区间，根据所述间隙区间将所述掩模版划分为多个所述曝光区域，其中所述曝光区域沿着晶圆扫描曝光的方向排列；

聚焦点范围获取单元，用于获取所述掩模版上掩模图形的聚焦点范围；

最佳对焦范围获取单元，用于依据所述聚焦点范围获取最佳对焦范围，其中所述最佳对焦范围为所述聚焦点范围中任意一个聚焦点位置；以及

曝光单元，用于对每个所述曝光区域进行曝光，在曝光时，依据每个所述曝光区域中所述掩模图形的密度，调节所述掩模版至透镜的位置，使所述掩模图形的聚焦点位于所述最佳对焦范围。