光刻构图方法

专利名称：光刻构图方法
技术领域：
本发明涉及一种光刻构图方法，属于在晶片基板上制造微型器件的光刻 工艺技术领域。
背景技术：
光刻工艺是制造各种微型器件(如晶片基板上的半导体集成电路)的基本制造工艺。其中，掩模版(也称为光刻版)是用遮光材料(如铬(Cr))在光透射基 板(如石英玻璃基板)制成的。掩模版作为样板，用于复制期望的半导体集成 电路或微结构的设计图案。现有的光刻过程通常通过施加光刻胶进行曝光， 从而将记录在光刻版上的电路图案转移到半导体晶片上。现有的 一种在光刻版上构图的方法使用电子束绘图机，即使用电子束光 刻过程，其中由电子源产生许多电子，使这些电子被加速并集中为束状，即 形成电子束，朝向光刻版。这些电子束可以采用,兹性方式或静电方式集中， 并以期望图案扫描整个光刻版表面上的特殊电子束抗蚀剂。这种电子束抗蚀 剂旋转涂敷于石英玻璃基板上的薄的不透明金属薄膜(如，铬薄膜)上，形 成选择性暴露给电子束的图案，并通过热烘焙进行显影。使用干刻工艺将最 终的超精细图案刻蚀于铬薄膜中。将余下的电子束抗蚀剂去除，清洁光刻版， 并涂敷一定的保护及增光涂层，然后进行缺陷检查，并相对于与集成电路布 图相关的原始数字图形图案进行测量。随着记录在光刻版上的电路图案变得极为复杂，且其超精细分辨率为纳 米量级，光刻版本身的制造过程也变得极为复杂和困难。由于光刻版上的不透 明薄膜的超精细图案是通过在单个器件工艺上进行电子束扫描曝光形成的， 因此，每次都要制造一个单个的光刻版，费时且效率低下。由于要达到所期望的超精细分辨率及精度需要电子束绘图机变得越来越复杂，因此，生产纳米 量级光刻版的成本也急剧飙升。发明内容本发明要解决的问题是提供一种光刻构图方法，以便通过使用两步光刻 过程制造具有超精细尺寸的光刻版并在光刻工艺中应用这些光刻版。为了实现上述目的，本发明的实施例提供了一种光刻构图方法，其中包括通过第一放大过程中的数字转换过程，将第一光刻图案转换为第二光刻 图案；所述第一光刻图案及第二光刻图案均为二进制图形数据形式；通过初始光刻过程进行l: l图形转移，制造对应于所述第二光刻图案的 第一光刻版；所述第一光刻版具有第一基准对齐标记；通过第 一缩小过程中的第 一光刻过程，在透明基板上制造对应于所述第 一光刻版的第二光刻版，每个所述第二光刻版具有对应于所述第 一基准对齐 标记的第二基准对齐标记；通过第二缩小过程，使用所述第二光刻版在晶片基板上制造与所述第一 光刻图案的尺寸相同的微观图案，所述微观图案具有与所述第二基准对齐标 记对应的第三基准对齐标记；其中，所述第一放大过程的放大比例乘以第一缩小过程的缩小比例再乘 以第二缩小过程的缩小比例等于一。版的制造过程，降低了生产纳米量级光刻版的成本；并且，由于光刻版上的 超精细图案不是通过在单个器件工艺上进行电子束扫描曝光形成的，因此， 不需要每次都制造一个单个的光刻版，从而提高了光刻版的生产效率，降低在晶片基板上的精细构图，从而提高了光刻应用的效率。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。


图1为显示本发明一实施例所述光刻构图方法的组合框图示意图； 图2为显示本发明另一实施例所述光刻构图方法的组合框图示意图； 图3为显示本发明又一实施例所述光刻构图方法的组合框图示意图。
具体实施方式
图1为显示本发明一实施例光刻构图方法的组合框图示意图。在该方法 中，通过两步光刻过程(即，初始光刻过程600及第一光刻过程610)制造精 细光刻版(即第二光刻版120);并应用所述第二光刻版120,根据以二进制 图形数据形式的第一光刻图案10制造晶片基板800上的微观图案810。该方 法具体包括如下步骤步骤11:通过第一放大过程410中的数字转换过程400，将第一光刻图 案IO转换为第二光刻图案20;所述第一光刻图案IO及第二光刻图案20均为 二进制图形数据形式。其中，原始光刻图案(即第一光刻图案)10可以通过掩模版布图工艺，以二进制图形数据形式产生。该第一光刻图案io对应于最终将制造于晶片基板800上的^f敖观图案810。步骤12:通过初始光刻过程600进行1: 1图形转移，制造对应于所述第 二光刻图案20的第一光刻版110;所述第一光刻版110具有第一基准对齐标 记115。其中，初始光刻过程600例如可以为通常用于制造标准光刻版的电子束 光刻过程。所述第一基准对齐标记115用于在透明晶片基板15G上进行后续 第一光刻过程610。步骤13:通过第一缩小过程510中的第一光刻过程610,在透明基板150上制造对应于所述第一光刻版110的第二光刻版120，所述第二光刻版120具 有对应于所述第一基准对齐标记115的第二基准对齐标记125。具体地，可以通过光刻设备如分步重复步进机及分步扫描系统等制造该 第二光刻版120,在透明基板上，该第二光刻版120可以具有多个复本，通过 对透明晶片150进行钝化和切割便可得到单个第二光刻版120，并对其进行装 配测试。其中，每个第二光刻版120具有从第一光刻版110上的第一基准对 齐标记115继承而来的第二基准对齐标记125。通常在这种光刻设备中，该第 一缩小过程510可以为2:1到10: 1的曝光过程，优选5: 1步进曝光或4: 1 扫描曝光。步骤14:通过第二缩小过程520,在晶片基板800上，使用所述第二光 刻版120制造与所述第一光刻图案10的尺寸相同的微观图案810，所述微观 图案810具有与所述第二基准对齐标记125对应的第三基准对齐标记815。典型地，在传统光刻晶片工艺中，可以使用分步重复步进机或分步扫描 系统实现该步骤。而且，该第二缩小过程520也可以为2: 1到10: 1的曝光 过程，优选5: 1步进曝光或4: 1扫描曝光。但是，为了将具有与原始光刻 图案即第 一光刻图案10相同的关键尺寸及图形的微观图案810复制到最终目 标的晶片基板800上，第一放大过程410的放大比例乘以第一缩小过程510的 缩小比例再乘以第二缩小过程520的缩小比例应当等于一。例如，如果在对第 一缩小过程510和第二缩小过程520的扫描曝光中均使用缩小比例为4: 1的 缩小过程，则第一放大过程410的放大比例应当为1: 16,具体可记为16X。另外，由于半导体集成电路的处理技术需要超精细地制造关键尺寸，根 据半导体产业协会(Semiconductor Industry Association,简称SIA)的对 半导体技术的规划蓝图，现有关键尺寸要缩小到纳米量级。微型制造技术的 快速发展要求在将记录在光刻版上的电路图案通过曝光转移到半导体晶片上 时，使用缩小波长的光源，如I-线光(1-line)、氟化氪(KrF)及氟化氩(ArF) 深紫外光(Deep Ultra Violet,简称DUV)、及远紫外光(Extreme UltraViolet，简称EUV)。使用短波长(超过KrF和ArF)光源的光刻过程需要应用 超精细光刻分辨率技术，因此，为了实现足够的精细分辨率，对应于缩小过程 510及缩小过程520中的两步光刻过程，还可以在第一放大过程410中用于将 第一光刻图案10转换到第二光刻图案20的数字转换过程400中增加光学临 近效应{奮正(Optical Proximity Correction,简称OPC)的步骤，以便能够 精确地匹配微型电路图案。另外，还可以根据需要使用移相掩模(Phase Shift Masking,简称:PSM)等技术。在通过第一光刻过程610制造第二光刻版120的过程中，透明基板150 可以较佳地为具有适当厚度的用作传统光刻版的石英玻璃晶片。同时，第二 光刻版12G可以具有^:米到纳米量级的不透明薄膜;f鼓结构，具体可以使用典 型半导体制造工艺中的各种不透明材料制造所需的薄膜微结构，这种不透明材料例如可以由铬、氧化铬及氮氧化铬、钛、氮化钛、铷、钼及硅化钼、 钽及氮化钽、鴒、和钌中的一种或任意组合制造。具体地，可以通过物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺或两种工艺的 组合，将由上述一种不透明材料或上述两种不透明材料的组合形成的堆叠层 简单地沉积于透明基板150上，并通过对第一光刻版110的光刻过程进行刻 蚀构图。电子束光刻过程制造的第一光刻版110还可以包含一定的采用薄膜微结 构的移相器，以克服由光衍射引起的光刻偏差。并且还可以通过在制造上述 第二光刻版120中所使用的类似薄膜沉积、光刻过程及刻蚀工艺，在透明基 板150上的第二光刻版120上复制制造类似的薄膜微结构作为移相器。具体 可以使用类似的不透明材料来制造该薄膜微结构的移相器，该不透明材料包 括但不限于铬、氧化铬及氮氧化铬、钛、氮化钛、钽及氮化钽中的一种或 任意组合。本实施例所述方法通过两步光刻过程制造精细光刻版，简化了光刻版的 制造过程，降低了生产纳米量级光刻版的成本；并且，由于光刻版上的超精细图案不是通过在单个器件工艺上进行电子束扫描曝光形成的，因此，不需 要每次都制造一个单个的光刻版，从而提高了光刻版的生产效率，降低了成 本；另外，本实施所述方法还通过制造出的上述精细光刻版实现了在晶片基 板上的精细构图，从而提高了光刻应用的效率。
图2显示本发明另一实施例所述光刻构图方法的组合框图示意图。该方 法通过两步光刻过程制造具有精细尺寸的第二光刻版120，该第二光刻版120 包含具有不同光色调的区域，即分别为第二明场光刻版121c和第二暗场光刻 版121d,并从第二明场光刻版121c和第二暗场光刻版121d中选择一个在晶 片基板8 0 0上进行相关光刻应用。该方法包括如下步骤
步骤21:通过第一放大过程410中的数字转换过程400,将第一明场光 刻图案10c转换为第二明场光刻图案20c,将第一暗场光刻图案10d转换为第 二暗场光刻图案20d。
传统晶片制造工艺的光刻实践中，光刻图案通常分为两类，即具有明场色 调的光刻图案和具有暗场色调的光刻图案。由于制造工艺上的差异，光刻图案 根据其色调的不同而被分别转换到不同的光刻版上。与上述实施例不同的是， 第一光刻图案10包括第一明场光刻图案10c及第一暗场光刻图案10d;所述 第二光刻图案20包括第二明场光刻图案20c及第二暗场光刻图案20d。
步骤22:通过初始光刻过程600进行1: 1图形转移，制造对应于所述第 二明场光刻图案2 0c的第 一明场光刻版110c及对应于所述第二暗场光刻图案 20d的第一暗场光刻版110d;所述第一明场光刻版110c具有第一明场基准对 齐标记115c,第一暗场光刻版110d具有第一暗场基准对齐标记115d。
步骤23:通过第一缩小过程51。中的第一光刻过程610，在透明基板150 上制造对应于所述第一明场光刻版110c的第二明场光刻版121c及对应于所 述第一暗场光刻版110d的第二暗场光刻版121d，所述第二明场光刻版121c 及第二暗场光刻版121d彼此不重叠并排设置，所述第二明场光刻版121c具 有第二明场基准对齐标记125c,所述第二暗场光刻版121d具有第二暗场基准对齐才示i己125d。
具体地，在第一缩小过程510中的第一光刻过程610中，通过对;f皮此无 重叠地并排置于透明基板150上的第一明场光刻版110c和第一暗场光刻版 110d进行曝光，在透明基板150上复制制造一对第二光刻版(即，第二明场光 刻版121c和第二暗场光刻版121d)，从而制成由对应于第二明场光刻图案20c 的第二明场光刻版121c及对应于第二暗场光刻图案20d的第二暗场光刻版 ind形成。在透明基板l50上，第二明场光刻版121c及第二暗场光刻版121d 均可以有多个复本，可以通过前述工艺对透明晶片150进行钝化和切割以得 到单个的第二明场光刻版121c及第二暗场光刻版121d并对其进行装配测试。
步骤24:通过第二缩小过程520中的第二光刻过程620，使用所述第二 明场光刻版121c在第一晶片基板800c上制造与所述第一明场光刻图案10c 的尺寸相同的明场微观图案810c，所述明场微观图案810c具有与所述第二明 场基准对齐标记125c对应的第三明场基准对齐标记815c;并通过第二缩小过 程52Q中的第二光刻过程620，使用所述第二暗场光刻版121d在第二晶片基 板800d上制造与所述第一暗场光刻图案10d的尺寸相同的暗场微观图案 810d，所述暗场纟鼓观图案810d具有与所述第二暗场基准对齐标记125d对应 的第三暗场基准对齐标记815d。
其中，第二明场光刻版121c及第二暗场光刻版121d被分别用于制造所 述第一晶片基板800c上的第一明场光刻图案10a及位于所述第二晶片基板 800d上的第一暗场光刻图案10d。具体地，在第一晶片基^反800c上，第一明 场光刻图案10a可以具有多个复本；在第二晶片基板800d上，第一暗场光刻 图案10d也可以具有多个复本。并且在该实施例中，在第一光刻过程610之 后，可以对从透明基板150分离出来的单独的第二光刻版121c和第二光刻版 121d进行装配，以便分别用于不同的晶片基板。
另外，为了实现足够的精细分辨率，上述数字转换过程400和/或第二光 刻过程620中可以进一步包括光学临近效应修正的步骤。光刻过程实现了制造包含具有两种不同光色调区域的精细光刻版；并实现了 将两个具有不同光色调的图案分别形成于不同晶片基板上的相关光刻应用。
图3为显示本发明又一实施例所述光刻构图方法的组合框图示意图。在 该方法中，通过两步光刻过程制造第二光刻版120,该第二光刻版120包含具 有不同光色调的区域，即分别为第二明场光刻版121c和第二暗场光刻版121d， 并将两个在水平方向上重叠而在垂直方向上对齐的明场微观图案810c及暗场 微观图案82 Od制造于同 一个晶片基板8 00上的不同层中。包括如下步骤
步骤31~33与上述步骤21~23相同，此处不再赘述。
步骤34:通过第二缩小过程520中的第二光刻过程620,使用所述第二 明场光刻版121 c在所述晶片基板8 00上制造与所述第 一明场光刻图案1 Oc的 尺寸相同的明场微观图案810c，所述明场微观图案810c具有与所述第二明场 基准对齐标记12 5c对应的第三明场基准对齐标记815c;及
通过所述第二缩小过程520中的第三光刻过程630，使用所述第二暗场光 刻版121d在所述晶片基板800上制造与所述第一暗场光刻图案10d的尺寸相 同的暗场微观图案820d，所述暗场獨t观图案820d具有与所述第二暗场基准对 齐标记125d对应的第四暗场基准对齐标记825d，所述暗场孩t，见图案820d位 于所述明场微观图案810c之上或之下且彼此在水平方向上重叠，所述第三明 场基准对齐标记815c与所述第四暗场基准对齐标记825d在垂直方向上对齐。
另外，为了实现足够的精细分辨率，上述数字转换过程400、第二光刻过 程620和/或第三光刻过程630中可以进一步包括光学临近效应修正的步骤。
水平方向上重叠而在垂直方向上对齐的微观图案作为两个独立层形成于同一 个晶片基板的重叠光刻应用。
上述图2、 3中所示的方法可以用于半导体制造中的多项目晶片(Multiple Project Wafer,筒称MPW) and多层掩模版(Multiple Layer Masking,筒称MLM)的制造。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其 限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或 者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技 术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1、一种光刻构图方法，其中包括通过第一放大过程(410)中的数字转换过程(400)，将第一光刻图案(10)转换为第二光刻图案(20)；所述第一光刻图案(10)及第二光刻图案(20)均为二进制图形数据形式；通过初始光刻过程(600)进行1∶1图形转移，制造对应于所述第二光刻图案(20)的第一光刻版(110)；所述第一光刻版(110)具有第一基准对齐标记(115)；通过第一缩小过程(510)中的第一光刻过程(610)，在透明基板(150)上制造对应于所述第一光刻版(110)的第二光刻版(120)，所述第二光刻版(120)具有对应于所述第一基准对齐标记(115)的第二基准对齐标记(125)；通过第二缩小过程(520)，使用所述第二光刻版(120)在晶片基板(800)上制造与所述第一光刻图案(10)的尺寸相同的微观图案(810)，所述微观图案(810)具有与所述第二基准对齐标记(125)对应的第三基准对齐标记(815)；其中，所述第一放大过程(410)的放大比例乘以第一缩小过程(510)的缩小比例再乘以第二缩小过程(520)的缩小比例等于一。
2 、 根据权利要求1所述的光刻构图方法，其中所述数字转换过程(400 ) 中进一步包括光学临近效应修正的步骤。
3、 根据权利要求1所述的光刻构图方法，其中所述透明基板(150)为 石英玻璃晶片。
4、 根据权利要求1所述的光刻构图方法，其中所述第二光刻版(120) 为微米到纳米量级的不透明薄膜微结构，由铬、氧化铬及氮氧化铬、钛、氮 化钛、铷、钼及硅化钼、钽及氮化钽、鴒、和钌中的一种或任意组合制造。
5、 根据权利要求1所述的光刻构图方法，其中所述第一光刻版(110) 包括采用薄膜微结构的移相器。
6、 根据权利要求5所述的方法，其中所述移相器由不透明材料制成， 该不透明材料包括铬、氧化铬及氮氧化铬、钛、氮化钛、钽及氮化钽中的 一种或任意组合。
7、 根据权利要求1~6中任意所述的光刻构图方法，其中所述第一光 刻图案(10)包括第一明场光刻图案(10c)及第一暗场光刻图案(10d)， 所述第二光刻图案(20)包括第二明场光刻图案(20c)及第二暗场光刻图案(20d)，所述将第一光刻图案(10)转换为第二光刻图案(20)包括将第 一明场光刻图案(10c)转换为第二明场光刻图案(20c)，将第一暗场光刻 图案(10d)转换为第二暗场光刻图案(20d);所述制造对应于所述第二光刻图案(20)的第一光刻版(110)包括制 造对应于所述第二明场光刻图案(20c)的第一明场光刻版(110c)及对应于 所述第二暗场光刻图案(20d)的第一暗场光刻版(110d);所述第一明场光 刻版(110c)具有第一明场基准对齐标记(115c)，第一暗场光刻版(110d) 具有第一暗场基准对齐标记(115d);所述制造对应于所述第一光刻版(110)的第二光刻版(120)包括制 造对应于所述第一明场光刻版(110c)的第二明场光刻版(121c)及对应于 所述第一暗场光刻版(110d)的第二暗场光刻版(121d)，所述第二明场光 刻版(121c)及第二暗场光刻版(121d)彼此不重叠并排设置，所述第二明 场光刻版U21c)具有第二明场基准对齐标记U25c),所述第二暗场光刻 版(121d)具有第二暗场基准对齐标记(l25d)。
8、 根据权利要求7所述的光刻构图方法，其中所述通过第二缩小过程 (520 )，使用所述第二光刻版(120)在晶片基板(800 )上制造与所述第一光刻图案(10)的尺寸相同的微观图案(810)包括通过第二缩小过程(520 )中的第二光刻过程(620 )，使用所述第二明场 光刻版(121c )在第一晶片基板(800c )上制造与所述第一明场光刻图案(10c ) 的尺寸相同的明场樣O见图案(810c),所述明场樣O见图案(810c)具有与所述第二明场基准对齐标记(125c)对应的第三明场基准对齐标记(815c);及通过第二缩小过程(520 )中的第二光刻过程(620 )，使用所述第二暗 场光刻版U21d)在第二晶片基板(800d)上制造与所述第一暗场光刻图案(10d)的尺寸相同的暗场微观图案(810d)，所述暗场微观图案(810d)具 有与所述第二暗场基准对齐标记U25d)对应的第三暗场基准对齐标记(815d)。
9 、 根据权利要求8所述的光刻构图方法，其中所述数字转换过程(400 ) 和/或第二光刻过程(620 )中进一步包括光学临近效应修正的步骤。
10、 根据权利要求7所述的光刻构图方法，其中通过第二缩小过程 (520 )，使用所述第二光刻版(120)在晶片基板(800 )上制造与所述第一光刻图案(10)的尺寸相同的微观图案(810)包括通过第二缩小过程(520 )中的第二光刻过程(620 ),使用所述第二明 场光刻版(121c )在所述晶片基板(800 )上制造与所述第一明场光刻图案(10c) 的尺寸相同的明场微观图案(810c),所述明场微观图案(810c)具有与所 述第二明场基准对齐标记(125c)对应的第三明场基准对齐标记(815c);及通过所述第二缩小过程(520 )中的第三光刻过程(630 )，使用所述第 二暗场光刻版(121d)在所述晶片基板(800 )上制造与所述第一暗场光刻图 案(10d)的尺寸相同的暗场微观图案(820d),所述暗场微观图案(820d) 具有与所述第二暗场基准对齐标记(125d)对应的第四暗场基准对齐标记 (825d)，所述暗场微观图案(MOd)位于所述明场孩么观图案(810c)之上 或之下且彼此在水平方向上重叠，所述第三明场基准对齐标记(815c)与所 述第四暗场基准对齐标记(825d)在垂直方向上对齐。
11、 根据权利要求10所述的光刻构图方法，其中所述数字转换过程 (400 )、第二光刻过程(620 )和/或第三光刻过程(630 )中进一步包括光学临近效应修正的步骤。
全文摘要
本发明提供了一种光刻构图方法，其中包括通过第一放大过程中的数字转换过程，将第一光刻图案转换为第二光刻图案；通过初始光刻过程进行11图形转移，制造对应于所述第二光刻图案的第一光刻版；通过第一缩小过程中的第一光刻过程，在透明基板上制造对应于所述第一光刻版的第二光刻版；通过第二缩小过程，使用所述第二光刻版在晶片基板上制造与所述第一光刻图案的尺寸相同的微观图案；其中，所述第一放大过程的放大比例乘以第一缩小过程的缩小比例再乘以第二缩小过程的缩小比例等于一。该方法通过两步光刻过程制造精细光刻版，简化了光刻版的制造过程，降低了生产纳米量级光刻版的成本，且提高了光刻应用的效率。
文档编号G03F1/08GK101576708SQ20091014744
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月12日 优先权日2008年6月13日
发明者唐德明 申请人:唐德明