CN1834788B - 使用两块掩模版实现连续扫描对两图形曝光的方法 - Google Patents

Abstract

一种使用两块掩模版实现连续扫描对两图形曝光的方法，固定具有第一曝光图形的第一掩模版，调节具有第二曝光图形的第二掩模版，使两掩模版连接成一体，两块掩模版作为整体做长程扫描运动，完成第一曝光图形的曝光后，在扫描第一曝光图形与第二曝光图形的间距时掩模版进行变速运动实现在硅片上的两扫描图形间的正确距离，最后完成第二曝光图形的曝光。使用本发明的方法不需要对掩模版制造做任何改动，可以直接使用普通的掩模版，同时也减少了两次曝光技术所需要的时间。

Description

使用两块掩模版实现连续扫描对两图形曝光的方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造工艺的光刻曝光技术，特别涉及一种使用两块掩模版进行扫描运动实现连续扫描对两图形曝光的方法。

背景技术

随着集成电路制造工艺的不断发展，晶体管的最小线宽不断缩小，特征线宽的不断缩小导致了芯片集成度的大幅度提高，但也给光学光刻工艺带来了巨大的挑战。

为了适应线宽的缩小和集成度的提高，光学光刻技术不断进步：从接触式曝光发展到接近式曝光，再到缩小投影曝光；曝光光源波长从G线的430nm到I线的365nm，再到KrF的248nm和ArF的193nm，目前还在试验F₂的157nm；从全片曝光到全片扫描，到分步投影，到最近的分步扫描。光刻设备和工艺一直是集成电路生产工艺中最昂贵的设备和重要的步骤。

为了得到更小的线宽，人们也在尝试采用电子束光刻、X光光刻和离子束光刻等其他光学光刻的替代方法，但因成本、速度及掩模版制造上的困难，目前还都难于和光学光刻方法相抗衡，在所有的实际大生产中都仍然继续在使用光学光刻的方法。

为了扩展光学光刻技术的最小线宽、延长现有光刻设备的技术使用寿命，在关键层次采用两次曝光技术是非常有吸引力的。两次曝光有多种方式，例如一次强交替式移相掩模(altPSM-alternative phase shift mask)以得到细线条，再加一次多余线条修剪曝光(Trimming)；或者用两极照明方式(Diple)分别对X方向的线条和Y方向的线条曝光；或者将一层掩模版分解为周期(Pitch)更大的两个掩模版以减小分辨率上的难度；或用两个不同的聚焦位置(FOCUS)分别用一半的曝光能量曝光以增加焦深(DOF-depth of focus)。所有这些两次曝光技术均可提高光刻工艺的能力，因此得到了广泛的研究。

但是两次曝光技术的缺点是必须用两块掩模版分别对同一层曝光两次，使曝光时间加倍，机器效率减半，因此会大大降低产量并提高成本，这是生产所不希望的；此外还有两次曝光导致的对准问题也另人担心。由于这些原因，两次曝光技术仍然没有成为实际大生产所采用的技术，而一直停留在实验室阶段。

与本发明相关的技术可参阅申请号200310122903.9的中国专利申请“一次扫描两个普通曝光区域的曝光方法”，该专利申请经提出了一种提高两次曝光效率的新方法，通过在一次扫描曝光中完成普通曝光时要两次扫描加一次曝光台运动才能完成的两个区域的曝光，大大减少了两次曝光技术所需要的时间，降低了两次曝光技术进入大生产的困难。运用该技术需要使用特制的包含两块曝光图形的长掩模版。该方法的优点是光刻机系统中除掩模版夹持需要稍做修改外，不需要其他的改动；缺点是掩模版制造从设备到工艺都必须做相应的调整。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用两块掩模版进行扫描运动实现连续扫描对两图形曝光的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种使用两块掩模版实现连续扫描对两图形曝光的方法，固定具有第一曝光图形的第一掩模版，调节具有第二曝光图形的第二掩模版，使两掩模版连接成一体，两块掩模版作为整体做长程扫描运动，完成第一曝光图形的曝光后，在扫描第一曝光图形与第二曝光图形的间距时掩模版进行变速运动实现在硅片上的两扫描图形间的正确距离，最后完成第二曝光图形的曝光。

所述方法包括如下步骤：

载入第一掩模版，并放入固定位置；

载入第二掩模版，调节其X、Y、Z三个轴方向位置，并固定第二块掩模版；

使两掩模版连接成一体，作为一个刚体做长程扫描运动；

扫描第一曝光图形，并根据探测到的第一预测指示信号准备开始第一次变速运动；

完成第一曝光图形的曝光后，开始第一次变速运动，加速掩模版的扫描速度，同时减速硅片的扫描速度，用此速度扫描第一曝光图形与第二曝光图形的间距；

探测到第二预测指示信号后，准备开始第二次变速运动；

完成第一曝光图形与第二曝光图形的间距扫描后，开始第二次变速运动，减速掩模版扫描速度，同时提高硅片扫描速度；

以正常速度完成第二块曝光图形的曝光。

其中，所述第二掩模版是可调掩模版，能够相对第一掩模版做X、Y和Z三个轴方向的位置调节和定位，第二掩模版的定位误差范围是0.01um-0.1um。

第二掩模版的调节方法包括如下步骤：

调节Y轴方向使第二掩模版和第一掩模版接触；

调节X轴方向使第二掩模版和第一掩模版上的曝光图形左右对齐；

根据要求的第二掩模版的聚焦位置调节Z轴方向的位置。

当第二掩模版和第一掩模版Z轴方向的位置调节至不同时，实现对两个不同聚焦位置的曝光图形的曝光。

所述第一预测指示记号和第二预测指示记号分别设置在第一曝光图形与第二曝光图形间距间的起始位置和结束位置。

反馈系统检测到预测指示记号开始准备变速运动。

第一次变速运动时，掩模版扫描运动速度比正常曝光时提高5-25倍，硅片扫描运动速度比正常曝光时降低4-20倍。

第二次变速运动时，掩模版扫描运动速度比第一次变速运动时降低5-25倍，硅片扫描运动速度比第一次变速运动时提高4-20倍。

本发明使用两块掩模版，其中一块固定、一块可在三个轴向调节，两块掩模版固定后作为整体做长程扫描运动，在扫描时从一个曝光图形到另一个曝光图形之间进行变速运动实现在硅片上的两扫描图形间的正确距离，通过上述方式实现连续扫描对两图形曝光的曝光。利用上述方法不需要对掩模版制造做任何改动，可以直接使用普通的掩模版，同时也减少了两次曝光技术所需要的时间。

附图说明

图1是掩模版连接俯视图。

图2是掩模版连接的立体图。

图3是对掩模版三方向调节的示意图。

图4是在两曝光图形间的掩模版扫描运动的速度时间关系曲线示意图。

图5是在两曝光图形间的硅片扫描运动的速度时间关系曲线示意图。

图6是预测指示记号的位置。

标号说明：

1是第一掩模版      2是第二掩模版

3是两块掩模版的固定和调节系统

4是在两曝光图形间的掩模版扫描运动时的较高的扫描速度

5是通常曝光时的掩模版扫描速度

6是完成前一个曝光图形后的变速时间

7是开始后一个曝光图形前的变速时间

8是通常曝光时的硅片扫描速度

9是在两曝光图形间的硅片扫描运动时的较低的扫描速度

10是第一曝光图形    11是第二曝光图形

12是预测指示记号    13是光刻机镜头相对于掩模版的运动方向

具体实施方式

现结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：

本发明使用两块普通掩模版构成新的掩模版系统。

请参阅图1，图1是所述的新掩模版系统俯视图，包括第一掩模版1、第二掩模版2和固定和调节系统3。第一掩模版1是一个固定位置的普通掩模版，第二掩模版2是一个可调节位置的普通掩模版，第一掩模版1和第二掩模版2被掩模版固定和调节系统3所夹持，第一掩模版1和第二掩模版2的一边互相接触。

请参阅图2，图2是新掩模版系统的立体图。第二掩模版2的水平位置可以和第一掩模版1不同，第二掩模版2可以高于、等于或低于第一掩模版1，这样可以实现对第一掩模版1和第二掩模版2上第一曝光图形(未图示)和第二曝光图形(未图示)的不同聚焦位置设置而不需要再改变硅片台的高度。

在固定位置安装好第一掩模版1后，根据要求调节第二掩模版2，如附图3所示，调节X方向将两曝光图形的左右对齐，调节Y方向将第一掩模版1和第二掩模版2的接触边对齐，调节Z方向确定第二掩模版2相对于第一掩模版1的聚焦位置偏移，调节到预定值后，将第二掩模版2固定，定位误差范围为0.01um-0.1um。

第一掩模版1和第二掩模版2固定后，它们作为一个整体进行扫描运动，在扫描曝光中两个掩模版的相对关系不再有任何变化，作为一个刚体用同样的速度沿同样的方向运动。

由于硅片上的两个曝光图形间距很小，而两普通掩模版接触后的曝光图形的间距很大，所以如果仍以图形曝光时的运动速度扫描，将不能保证硅片上曝光图形间的正常间距。为了解决该问题，需要在扫描时从前一图形(第一曝光图形)到后一图形(第一曝光图形)之间进行变速运动实现在硅片上的两扫描图形间的正确距离，具体如图4和图5所示。

在图4中掩模版的扫描运动的速度——时间曲线在前一曝光图形扫描结束后(时间6)，经过加速运动，掩模版的扫描速度从图形曝光时的速度5提高到间距扫描时的速度4，速度4是速度5的5-25倍，典型值12.5倍，当接近扫描到后一曝光图形时(时间7)，再经过减速运动使掩模版扫描速度变回速度5。

与此同时，在图5中硅片的扫描运动的速度——时间曲线在前一曝光图形扫描结束后(时间6)，经过减速运动，硅片的扫描速度从图形曝光时的速度8下降到间距扫描时的速度9，速度9比速度8低4-20倍，典型值8倍，当接近扫描到后一曝光图形时(时间7)，再经过加速运动使硅片的扫描速度变回速度8。

为了准确预计加速、减速的开始时刻，可如图6所示，沿光刻机镜头相对掩模版的运动方向13在扫描图形两侧布置可为扫描传感器感知的预测指示记号12，比如在前一曝光图形10(第一曝光图形)扫描结束前设置一对记号，作为扫描两曝光图形间距间的起始位置，在后一曝光图形11(第二曝光图形)扫描开始之前再放置一对记号，作为扫描两曝光图形间距间的结束位置，通过反馈系统检测到预测指示记号12开始准备变速运动，分别对应时间点6和时间点7。反馈系统检测为现有的常规测检过程，在此不再详述。

下面通过多个具体实施例说明本发明的一种可能的实施过程，其目的是更好地解释本发明的运用，而不应当理解为对本发明的限制。

对单块曝光图形的曝光面积中等的两块掩模版步骤：

载入第一掩模版1并放入固定位置；

载入第二掩模版2，先调节其Y方向使第二掩模版2和第一掩模版1接触，然后调节X方向使第二掩模版2和第一掩模版1的曝光图形左右对齐，最后根据要求的第二掩模版2的聚焦位置调节Z方向的位置；

固定第二掩模版2；

扫描第一曝光图形10，当探测到第一预测指示记号12(对应图6中前一曝光图形10)时，准备第一次变速运动；

完成第一块曝光图形10的曝光后，开始第一次变速运动，加速掩模版的扫描速度，使之提高12.5倍，同时减速硅片的扫描速度到1/8，用此速度扫描两曝光图形的间距；

探测到第二预测指示记号12(对应图6中后一曝光图形11)时，准备第二次变速运动；

完成两曝光图形的间距扫描后，开始第二次变速运动，减速掩模版扫描速度，降低12.5倍，同时提高硅片扫描速度8倍；

以正常速度完成第二曝光图形11的曝光；

步进，做下一区域的曝光并依次类推。

对单块曝光图形的曝光面积较小的两块掩模版：

载入第一掩模版1并放入固定位置；

载入第二掩模版2，先调节其Y方向使第二掩模版2和第一掩模版1接触，然后调节X方向使第二掩模版2和第一掩模版1的曝光图形左右对齐，最后根据要求的第二掩模版2的聚焦位置调节Z方向的位置；

固定第二掩模版2；

扫描第一曝光图形10，当探测到第一预测指示记号12(对应图6中前一曝光图形10)时，准备第一次变速运动；

完成第一块曝光图形10的曝光后，开始第一次变速运动，加速掩模版的扫描速度，使之提高25倍，同时减速硅片的扫描速度到1/4，用此速度扫描两曝光图形的间距；

探测到第二预测指示记号12(对应图6中后一曝光图形11)时，准备第二次变速运动；

完成两曝光图形的间距扫描后，开始第二次变速运动，减速掩模版扫描速度，降低25倍，同时提高硅片扫描速度4倍；

以正常速度完成第二曝光图形11的曝光；

步进，做下一区域的曝光并依次类推。

单块曝光图形的曝光面积较大的两块掩模版：

载入第一掩模版1并放入固定位置；

载入第二掩模版2，先调节其Y方向使第二掩模版2和第一掩模版1接触，然后调节X方向使第二掩模版2和第一掩模版1的曝光图形左右对齐，最后根据要求的第二掩模版2的聚焦位置调节Z方向的位置；

固定第二掩模版2；

扫描第一曝光图形10，当探测到第一预测指示记号12(对应图6中前一曝光图形10)时，准备第一次变速运动；

完成第一块曝光图形10的曝光后，开始第一次变速运动，加速掩模版的扫描速度，使之提高5倍，同时减速硅片的扫描速度到1/20，用此速度扫描两曝光图形的间距；

探测到第二预测指示记号12(对应图6中后一曝光图形11)时，准备第二次变速运动；

完成两曝光图形的间距扫描后，开始第二次变速运动，减速掩模版扫描速度，降低5倍，同时提高硅片扫描速度20倍；

以正常速度完成第二曝光图形11的曝光；

步进，做下一区域的曝光并依次类推。

虽然已公开了本发明的优选实施例，但本领域技术人员将会意识到，在不背离本发明权利要求书中公开范围的情况下，任何各种修改、添加和替换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种使用两块掩模版实现连续扫描对两图形曝光的方法，其特征在于：固定具有第一曝光图形的第一掩模版，调节具有第二曝光图形的第二掩模版，使两掩模版连接成一体，两块掩模版作为整体做长程扫描运动，完成第一曝光图形的曝光后，在扫描第一曝光图形与第二曝光图形的间距时掩模版进行变速运动实现在硅片上的两扫描图形间的正确距离，最后完成第二曝光图形的曝光。

2.如权利要求1所述的一种使用两块掩模版实现连续扫描对两图形曝光的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

载入第一掩模版，并放入固定位置；

载入第二掩模版，调节其X、Y、Z三个轴方向位置，并固定第二块掩模版；

使两掩模版连接成一体，作为一个刚体做长程扫描运动；

扫描第一曝光图形，并根据探测到的第一预测指示记号准备开始第一次变速运动；

完成第一曝光图形的曝光后，开始第一次变速运动，加速掩模版的扫描速度，同时减速硅片的扫描速度，用此速度扫描第一曝光图形与第二曝光图形的间距；

探测到第二预测指示记号后，准备开始第二次变速运动；

完成第一曝光图形与第二曝光图形的间距扫描后，开始第二次变速运动，减速掩模版扫描速度，同时提高硅片扫描速度；

以正常速度完成第二块曝光图形的曝光。

3.如权利要求1或2所述的一种使用两块掩模版实现连续扫描对两图形曝光的方法，其特征在于：所述第二掩模版是可调掩模版，能够相对第一掩模版做X、Y和Z三个轴方向的位置调节和定位。

4.如权利要求3所述的一种使用两块掩模版实现连续扫描对两图形曝光的方法，其特征在于：第二掩模版的定位误差范围是0.01um-0.1um。

5.如权利要求3所述的一种使用两块掩模版实现连续扫描对两图形曝光的方法，其特征在于：第二掩模版的调节方法包括如下步骤：

调节Y轴方向使第二掩模版和第一掩模版接触；

调节X轴方向使第二掩模版和第一掩模版上的曝光图形左右对齐；

根据要求的第二掩模版的聚焦位置调节Z轴方向的位置。

6.如权利要求5所述的一种使用两块掩模版实现连续扫描对两图形曝光的方法，其特征在于：当第二掩模版和第一掩模版Z轴方向的位置调节至不同时，实现对两个不同聚焦位置的曝光图形的曝光。

7.如权利要求2所述的一种使用两块掩模版实现连续扫描对两图形曝光的方法，其特征在于：所述第一预测指示记号和第二预测指示记号分别设置在第一曝光图形与第二曝光图形间距间的起始位置和结束位置。

8.如权利要求2所述的一种使用两块掩模版实现连续扫描对两图形曝光的方法，其特征在于：反馈系统检测到预测指示记号开始准备变速运动。

9.如权利要求2所述的一种使用两块掩模版实现连续扫描对两图形曝光的方法，其特征在于：第一次变速运动时，掩模版扫描运动速度比正常曝光时提高5-25倍，硅片扫描运动速度比正常曝光时降低4-20倍。

10.如权利要求2所述的一种使用两块掩模版实现连续扫描对两图形曝光的方法，其特征在于：第二次变速运动时，掩模版扫描运动速度比第一次变速运动时降低5-25倍，硅片扫描运动速度比第一次变速运动时提高4-20倍。

Images