专利名称：用于步进式重复曝光光刻机的镜头结构及光刻机的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体制造技术领域，尤其是一种可提高多层整合光罩工艺套准精度的步进式重复曝光光刻机的镜头结构设计。
背景技术：
光刻技术伴随集成电路制造工艺的不断进步，线宽的不断缩小，半导体器件的面积正变得越来越小，半导体的布局已经从普通的单一功能分离器件，演变成整合高密度多功能的集成电路；由最初的IC (集成电路)随后到LSI (大规模集成电路)，VLSI (超大规模集成电路)，直至今天的ULSI (特大规模集成电路)，器件的面积进一步缩小，功能更为全面强大。考虑到工艺研发的复杂性、长期性和高昂的成本等等不利因素的制约，如何在现有技术水平的基础上进一步提高器件的集成密度，缩小芯片的面积，在同一枚硅片上尽可能多 的得到有效的芯片数，从而提高整体利益，将越来越受到芯片设计者，制造商的重视。在不断提高器件集成密度的革新过程中，掩模板便首当其冲。在半导体制造中，掩模板充当着载体的角色，正是依靠它，光刻能够在硅片上实现设计者的思路，让半导体实现各种功能。随着光刻技术不断向更为细小的技术节点迈进，掩模板的价格也不断激增，例如分别针对于65nm、45nm、32nm以及22nm工艺节点而言，掩模板的价格分别为3. 5万美金、8万美金、15万美金以及20万美金。与之相反的是关键层的套准精度在不断缩小，例如针对于45nm和22nm工艺，关键层的归一化套准精度分别为65nm工艺的1/2与1/3。若无法满足技术的需求，产品的合格率无法保证，随之而来的就是先期投入的浪费、错过市场黄金需求期，商业的巨大损失。多层整合光罩(Multi-Layer Mask，MLM)，参见附图1，其特征在于将多层使用同一类光刻曝光设备的光刻工艺层(图中的实际图形区域4-1，4-2)放在同一块掩模板(3)上，能够最大限度的使用掩模板，进而节约成本。这种方式被广大的客户接受，成为业界一种普遍商业模式。参见图2以及图3所示的传统步进式(Stepper)重复曝光光刻机的掩模板工件台及掩模板工作原理不意图，当上述光刻机应用于多层整合光罩时，掩模板遮光板(5)将不进行曝光的实际图形区域挡住，仅暴露待曝光的实际图形区域(4)即可。然而，上述掩模板的布局模式对于步进式重复曝光光刻机而言，会造成光学镜头局部受热不均匀的问题。这一问题会导致图形形变恶化，进而降低光刻机的套准精度表现。参见图4，图中以深色多点线表示曝光前的设计光路，其主要对应于左侧光学凸镜的上半部分；以浅色多点线表示被遮光板挡住的光路，其主要对应于左侧光学凸镜的下半部分；实际曝光过程中，由于光学凸镜的上半部分受热产生变形(图中以符号de表示变形情况)，实际曝光光路以实线表示。可见，实际光路(实线)与设计光路(深色多点线)相比具有差异，进而在晶圆上曝光的图形产生变形(图中最右侧示意该变形)。随着技术不断前进，产品套准规格的要求越发严格，上述问题不能被容忍。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是通过对步进式重复曝光光刻机镜头结构的改进，提高多层整合光罩的工艺套准精度。本发明所采用的技术方案是一种用于步进式重复曝光光刻机的镜头结构，包括投影镜头，以及设置在所述投影镜头外侧的温控装置，该温控装置包括温度测定单元以及温度调节单元，其中温度测定单元测得投影镜头圆周方向的温度差，当温度差大于预定值时，启动温度调节单元，使得沿着投影镜头圆周方向的温度差减小。本发明还提出一种采用了上述镜头结构的步进式重复曝光光刻机。本发明通过在投影镜头的周边安装的温控装置，当发生镜头受热不均匀时，通过温度调节，实现不同区域内的温度均匀性，进而实现步进式重复曝光光刻机镜头均匀受热，从而减少镜头热学形变，提高了工艺套准精度。
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。图I为多层整合光罩的结构示意图；图2为现有技术中步进式重复曝光光刻机的示意性仰视图；图3为图2的剖视图；图4为现有技术中多层整合光罩布局模式导致步进式重复曝光光刻机的局部光学镜头受热不均匀及变形示意图；图5为本发明针对图3所示的步进式重复曝光光刻机提出的镜头结构改进图；图6为图5中镜头结构的俯视图。其中1，投影镜头；2，掩模板固定平台；3，掩模板；4、4-1、4_2，实际图形区域；5，掩模板遮光板；6，温控装置。
具体实施例方式通过背景技术的描述可知，现有实际曝光过程中，由于图4中光学凸镜的上半部分受热产生变形，致使实际光路与设计光路相比具有差异，进而在晶圆上曝光的图形产生严重变形。因此，通过改善投影镜头的散热不均匀问题，减少光学凸镜的热变形，则能够防止曝光图形恶化，并且改善光刻机的套准精度表现。参见图5，本发明提出的步进式重复曝光光刻机镜头结构改进图。所述步进式重复曝光光刻机，包括用于放置掩模板3的固定平台2，投影镜头1，以及掩模板遮光板5。该进行曝光的掩模板3上形成实际图形区域4，该实际图形区域4可以为图I所示的两块或者两块以上的图形。当上述光刻机应用于多层整合光罩时，掩模板遮光板5将不进行曝光的图形挡住，仅暴露待曝光的图形即可。尤其的，所述投影镜头I的外侧设置有温控装置6，所述温控装置6包括温度测定单元以及温度调节单元，其中温度测定单元测得投影镜头I圆周方向的温度差，当温度差大于预定值时，温度调节单元被启动，使得投影镜头I圆周方向的温度差减小。参见图6，所述温控装置6环绕投影镜头I的圆周方向延伸，在本实施例中，两个温控装置6对称分布于投影镜头I的同一圆周外侧，形成一对温控装置，所述一对温控装置包覆几乎整个圆周，因此可以起到更好的温控效果。返回图5，两对以上的温控装置沿着投影镜头I的轴心线延伸方向布置，能够对投影镜头I进行全面温度调节。所述温控装置优选2 10对，本实施例中，设置四对温控装置。所述温控方式可以是水温控、半导体冷暖温控、气体温控等常规方式。且各个温控装置6为独立进行温度调节。当使用步进式重复曝光光刻机对多层整合光罩进行曝光，投影镜头出现受热膨胀不均匀时，若通过温控装置6的温度测定单元测得图4中镜头上下温度不平衡，则通过图5、图6的温度调节单元进行调节，实现投影镜头的温度均匀，进而实现不同区域内的温度均匀性，进而实现投影镜头均匀受热，从而减少镜头热学形变，提高了工艺套准精。发明人通过多次实验验证，采用本发明的温控装置以后，多层整合光罩的曝光套准精度能够提高20%以上。例如，对于某同一批次的硅片，采用现有步进式重复曝光光刻机，X方向与Y方向的最大套准偏差分别是105nm、50nm;而使用了本发明的温控装 置后，X方向与Y方向的最大套准偏差分别仅为55nm、28nm，满足70nm的工艺要求。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种用于步进式重复曝光光刻机的镜头结构，包括投影镜头，其特征在于所述投影镜头的外侧设置有温控装置，该温控装置包括温度测定单元以及温度调节单元，其中温度测定单元测得投影镜头圆周方向的温度差，当温度差大于预定值时，启动温度调节单元，使得沿着投影镜头圆周方向的温度差减小。
2.如权利要求I所述的镜头结构，其特征在于所述温控装置环绕投影镜头的圆周方向延伸。
3.如权利要求2所述的镜头结构，其特征在于两个温控装置对称分布于投影镜头的同一圆周外侧，形成一对温控装置。
4.如权利要求3所述的镜头结构，其特征在于沿着投影镜头轴心线延伸方向布置2 10对温控装置。
5.如权利要求4所述的镜头结构，其特征在于各个温控装置独立进行温度调节。
6.如权利要求I所述的镜头结构，其特征在于进行曝光的掩模板上具有两块以上图形。
7.一种步进式重复曝光光刻机，其特征在于采用权利要求I中的镜头结构。
全文摘要
本发明属于半导体制造技术领域，尤其是一种用于步进式重复曝光光刻机的镜头结构设计，镜头结构包括投影镜头，以及设置在所述投影镜头外侧的温控装置，该温控装置包括温度测定单元以及温度调节单元，其中温度测定单元测得投影镜头圆周方向的温度差，当温度差大于预定值时，启动温度调节单元，使得沿着投影镜头圆周方向的温度差减小。本发明通过在投影镜头的周边安装的温控装置，当发生镜头受热不均匀时，通过温度调节，实现不同区域内的温度均匀性，进而实现步进式重复曝光光刻机镜头均匀受热，从而减少镜头热学形变，提高了工艺套准精度。
文档编号G03F7/20GK102866598SQ20121038877
公开日2013年1月9日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者朱骏, 张旭昇 申请人:上海华力微电子有限公司