双光掩膜和曝光方法与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种双光掩膜，还涉及一种采用上述双光掩膜进行曝光的方法。

背景技术：

在半导体器件、液晶显示装置等的制造工序的光刻工序中使用曝光装置，该曝光装置由照明光学系统对掩模(掩模原版)进行照明，经由投影光学系统对涂敷有感光性的抗蚀剂层的基板投影掩模的图案的像。

现行机台尺寸受限于机台设计，掩膜版曝光区域既定尺寸最大为104x132mm，所以标准型设计的光掩膜曝光区域尺寸通常小于此尺寸。图1所示为现有技术中采用单纯的单一光掩膜的曝光方法，经过单一光掩膜的光束在晶圆110上形成了曝光有效图形120，然而，根据4倍缩，曝光有效图形120的尺寸小于26x33mm。现有技术中还有另一种采用单纯的双光掩膜的曝光方法，如图2所示，经过单纯的双光掩膜的光束在晶圆210上形成曝光有效图形，上述曝光有效图形包括由第一光掩膜a形成的第一曝光有效图形220和由第二光掩膜b形成的第二曝光有效图形230。第一光掩膜a和第二光掩膜b所形成的第一曝光有效图形220和第二曝光有效图形230的图形尺寸均小于26x33mm。

随着半导体工艺的要求越来越高，需要得到大于26x33mm的曝光有效图形。而现有技术中采用的上述单一光掩膜和单纯的双光掩膜均无法解决这一技术问题。因此，如何得到大于26x33mm的曝光有效图形是半导体技术中急需解决的问题。

另外一个问题是，如图1或图2所示的曝光方法中，在曝光中，当由于邻接的两个曝光区域的相对位置偏离在图案的接头部分产生对准误差时，有时损害所制造的器件的特性。因此，在曝光时需要减小由于用于图案投影的光掩膜的制造误差、投影光学系统的像差、对感光性基板进行定位的载置台的定位精度及移动精度等引起的曝光区域间的偏离从而确保接合精度。此外，在器件制造中，将通过曝光形成的单层的图案叠合为多个层，所以各层的曝光区域间的叠合误差在图案的接头部分变化得不连续，造成器件的品质下降。

技术实现要素：

本发明提供一种双光掩膜和曝光方法，以克服或缓解背景技术中存在的一个或者更多个问题，至少提供一种有益的选择。

作为本发明的一个方面，提供一种双光掩膜，所述双光掩膜包括第一光掩膜和第二光掩膜；

所述第一光掩膜包括：

第一不透光区；

第一部分图形形状；及

多个对准图形；

所述第二光掩膜包括：

第二不透光区；

第二部分图形形状；及

多个对准图形；

其中，所述第一部分图形形状和所述第二部分图形形状对扣形成一个完整的图形形状；

所述第一不透光区位于所述第一光掩膜上与所述第二光掩膜相近的一侧；

所述第二不透光区位于所述第二光掩膜上与所述第一光掩膜相近的一侧。

优选的是，在上述双光掩膜中，所述第一光掩膜的所述多个对准图形包括：第一对准图形、第二对准图形和第三对准图形；所述第二光掩膜的所述多个对准图形包括：第四对准图形、第五对准图形和第六对准图形；其中，所述第一对准图形和所述第四对准图形用于在所述第一光掩膜和所述第二光掩膜对扣时左右对扣计算对准，所述第二对准图形和所述第五对准图形用于在所述双光掩膜重复对扣时左右对扣计算对准，所述第三对准图形和所述第六对准图形用于在当层的所述双光掩膜与前层的所述双光掩膜叠对时的计算对准。

优选的是，在上述双光掩膜中，所述第一对准图形包括至少4个当层对扣计算对准图形并位于所述第一光掩膜的上侧和下侧；所述第四对准图形包括至少4个当层对扣计算对准图形并位于所述第二光掩膜的上侧和下侧；所述第二对准图形包括至少2个当层对扣计算对准图形并位于所述第一光掩膜的左侧；所述第五对准图形包括至少2个当层对扣计算对准图形并位于所述第二光掩膜的右侧；所述第三对准图形包括至少4个前后层叠对计算对准图形并位于第一光掩膜的上侧和下侧；所述第六对准图形包括至少4个前后层叠对计算对准图形并位于第二光掩膜的上侧和下侧。

优选的是，所述第一光掩膜的所述多个对准图形包括：第一对准图形、第二对准图形和第三对准图形；所述第二光掩膜的所述多个对准图形包括：第四对准图形、第五对准图形和第六对准图形；其中，所述第一对准图形和所述第四对准图形用于在所述第一光掩膜和所述第二光掩膜对扣时上下对扣计算对准，所述第二对准图形和所述第五对准图形用于在所述双光掩膜重复对扣时上下对扣计算对准，所述第三对准图形和所述第六对准图形用于在当层的所述双光掩膜与前层的所述双光掩膜叠对时的计算对准。

优选的是，在上述双光掩膜中，所述第一对准图形位于第一光掩膜的左侧和右侧并包括至少4个当层对扣计算对准图形；所述第四对准图形位于第二光掩膜的左侧和右侧并包括至少4个当层对扣计算对准图形；所述第二对准图形位于所述第一光掩膜的下侧并包括至少2个当层对扣计算对准图形；所述第五对准图形位于所述第二光掩膜的上侧并包括至少2个当层对扣计算对准图形；所述第三对准图形位于第一光掩膜的左侧和右侧并包括至少4个前后层叠对计算对准图形；所述第六对准图形位于第二光掩膜的左侧和右侧并包括至少4个前后层叠对计算对准图形。

优选的是，在上述双光掩膜中，所述双光掩膜形成的曝光有效图形的尺寸大于26x33mm。

优选的是，在上述双光掩膜中，所述第一部分图形形状与所述第二部分图形形状具有不同的尺寸。

优选的是，在上述双光掩膜中，所述第一不透光区和所述第二不透光区覆盖有铬(cr)膜。

优选的是，在上述双光掩膜中，所述第一光掩膜包括第一透光基板，在所述第一透光基板上设置有位于所述第一透光基板中央的第一图形尺寸区域，在所述第一图形尺寸区域靠近所述第二光掩膜的一侧设置所述第一不透光区，在所述第一图形尺寸区域的其余三个侧边形成透光区一；所述第二光掩膜包括第二透光基板，在所述第二透光基板上设置有位于所述第二透光基板中央的第二图形尺寸区域，在所述第二图形尺寸区域靠近所述第一光掩膜的一侧设置所述第二不透光区，在所述第二图形尺寸区域的其余三个侧边形成透光区二。

优选的是，在上述双光掩膜中，所述第一透光基板的最大宽度为104mm、最大长度为132mm，所述第一不透光区的最大宽度为2.5mm，所述透光区一的最大宽度为2.5mm；所述第二透光基板的最大宽度为104mm、最大长度为132mm，所述第二不透光区的最大宽度为2.5mm，所述透光区二的最大宽度为2.5mm。

优选的是，在上述双光掩膜中，所述第一光掩膜的所述多个对准图形设置于所述透光区一，所述第二光掩膜的所述多个对准图形设置于所述透光区二。

优选的是，在上述双光掩膜中，所述第一部分图形形状形成于所述第一图形尺寸区域中，所述第二部分图形形状形成于所述第二图形尺寸区域中。

本发明还提供一种曝光方法，所述曝光方法为采用上述的双光掩膜进行曝光的方法，所述曝光方法包括如下步骤：

s1：在涂有光刻胶的晶圆上方设置所述第一光掩膜；

s2：进行第一次曝光，以在所述晶圆上得到多个与所述第一光掩膜相应的第一曝光有效图形，并且所述多个第一曝光有效图形之间存在间隙，所述间隙大小与所述第二光掩膜曝光形成的相应的第二曝光有效图形的大小相应；

s3：在所述晶圆上方设置所述第二光掩膜；

s4：进行第二次曝光，以在所述晶圆上得到多个与所述第二光掩膜相应的所述第二曝光有效图形，所述第二曝光有效图形位于所述第一曝光有效图形之间，并利用多个对准图形进行曝光工艺；

其中，所述第一曝光有效图形和所述第二曝光有效图形组合形成一个完整的曝光有效图形；所述完整的曝光有效图形的尺寸大于26mmx33mm。

采用上述光掩膜及曝光方法，可以使得到的曝光有效图形尺寸大于26x33mm，并且可以解决多个双光掩膜上下或左右对扣时多个双光掩膜之间的对准问题，在前后层叠对时可以解决前后层光掩膜之间的对准问题，即可以使得产品得到良好的左右密合以及前后层对准。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1显示为现有技术中单纯的单一光掩膜曝光形成晶圆上的曝光有效图形示意图。

图2显示为现有技术中单纯的双光掩膜曝光形成晶圆上的曝光有效图形示意图。

图3显示为本发明的双光掩膜的第一光掩膜和第二光掩膜的示意图。

图4显示为本发明将双光掩膜曝光组合形成一个完整的曝光有效图形的示意图。

图5显示为本发明将两个完整的曝光有效图形组合起来的示意图。

图6显示为本发明将双光掩膜曝光形成晶圆上的曝光有效图形组合起来的示意图。

图7显示为本发明前后层双光掩膜曝光组合形成的两个完整的曝光有效图形示意图，其中图7a)为前层两个完整的曝光有效图形示意图，图7b)为当层两个完整的曝光有效图形示意图。

图8显示为本发明前后层双光掩膜曝光组合形成的曝光有效图形叠对的示意图。

图9显示为本发明的曝光方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，本领域技术人员在没有作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。

实施例一

本发明提供一种曝光有效图形尺寸大于26x33mm的双光掩膜，如图3所示，双光掩膜包括第一光掩膜a和第二光掩膜b，其中第一光掩膜a和第二光掩膜b具有基本相同的尺寸。在优选的实施例中，根据光掩膜与曝光图形之间的4倍缩比例关系，第一光掩膜a和第二光掩膜b的最大尺寸均可以为104mmx132mm，即宽度最大为104mm，高度最大为132mm。第一光掩膜a和第二光掩膜b分别包括第一基板311和第二基板312。第一基板311和第二基板312包括玻璃，优选石英玻璃，第一基板311和第二基板312也可以由其他种类的玻璃或其他透光材料制成。

在第一光掩膜a中，在第一基板311上形成第一不透光区321和第一图形尺寸区域331。其中，第一不透光区321由例如cr膜形成。第一不透光区321形成于第一光掩膜a的右侧，具有长方形的形状，并与第一图形尺寸区域331右边缘上下对齐，第一不透光区321具有最大2.5mm的宽度。第一图形尺寸区域331与第一不透光区321接触设置，其设置于第一不透光区321左侧，第一图形尺寸区域331具有长方形的形状，其上短边和下短边分别与第一不透光区321的上短边和下短边对齐。在第一图形尺寸区域331的右侧形成第一图形形状341。在第一基板311上第一不透光区321和第一图形尺寸区域331之外的区域形成透光区一，所述透光区一包括第一透光区351、第二透光区361和第三透光区371，其中第一透光区351位于第一基板311上侧，第二透光区361位于第一基板311左侧，第三透光区371位于第一基板311下侧，第一透光区351、第二透光区361、第三透光区371均具有不大于2.5mm的宽度。由此，在第一光掩膜a的最大尺寸为104mmx132mm的实施例中，第一不透光区321具有不小于127mm的高度，第一图形尺寸区域331具有不小于99mm的宽度和不小于127mm的高度。

与第一光掩膜a对称地，在第二光掩膜b中，在第二基板312上形成第二不透光区322和第二图形尺寸区域332。其中，第二不透光区322由例如cr膜形成。第二不透光区322形成于第二光掩膜b的左侧，具有长方形的形状，并与第二图形尺寸区域332左边缘上下对齐，第二不透光区322具有最大2.5mm的宽度。第二图形尺寸区域332与第二不透光区322接触设置，其设置于第二不透光区322右侧，第二图形尺寸区域332具有长方形的形状，其上短边和下短边分别与第二不透光区322的上短边和下短边对齐。在第二图形尺寸区域332的左侧形成第二图形形状342。在第二基板312上第二不透光区322和第二图形尺寸区域332之外的区域形成透光区二，所述透光区二包括第四透光区352、第五透光区362和第六透光区372，其中第四透光区352位于第二基板312上侧，第五透光区362位于第二基板312右侧，第六透光区372位于第二基板312下侧，第四透光区352、第五透光区362、第六透光区372均具有不大于2.5mm的宽度。由此，在第二光掩膜b的最大尺寸为104mmx132mm的实施例中，第二不透光区322具有不小于127mm的高度，第二图形尺寸区域332具有不小于99mm的宽度和不小于127mm的高度。

第一光掩膜a中第一图形形状341和第二光掩膜b中第二图形形状342对扣形成一个完整的图形形状，在一个具体的实施例中，如图3所示，第一图形形状341为一个反向的e形，而第二图形形状342为一个正向的e形；将第一图形形状341和第二图形形状342对扣在一起形成一个完整的“王”字形，如图4所示。应当理解，所述对扣形成的一个完整的“王”字形是所述第一光掩膜a和所述第二光掩膜b分别曝光形成各自曝光有效图形形状组合形成的图形，具体的，所述第一图形形状341和所述第二图形形状342为透光区时，由于第一不透光区321和第二不透光区322的存在，使得所述第一图形形状341和所述第二图形形状342曝光形成的曝光有效图形形状可以组合形成一个完整的图形形状。

基于以上实施例，由于第一光掩膜a和第二光掩膜b的尺寸最大均可以为104mmx132mm，根据4倍缩，将第一光掩膜a和第二光掩膜b曝光组合形成的完整的曝光有效图形的尺寸可以超过26x33mm，故而解决了现有技术中曝光有效尺寸小于26x33mm的技术痛点和难点。

为了解决第一光掩膜a和第二光掩膜b曝光时组合形成的完整的曝光有效图形的对准问题，在第一光掩膜a上形成了第一当层左右对扣计算对准图形3811和第二当层左右对扣计算对准图形3812，第一当层左右对扣计算对准图形3811和第二当层左右对扣计算对准图形3812均形成在第一透光区351，第一当层左右对扣计算对准图形3811位于第一不透光区321的上侧，第二当层左右对扣计算对准图形3812形成在第一当层左右对扣计算对准图形3811左侧并与第一当层左右对扣计算对准图形3811相接触。在第三透光区371中与第一当层左右对扣计算对准图形3811和第二当层左右对扣计算对准图形3812对称的位置同样设置有两个相应的当层左右对扣计算对准图形。在第二透光区361靠上的位置设置有第三当层左右对扣计算对准图形3815，在第二透光区361靠下的位置同样设置有与第三当层左右对扣计算对准图形3815基本相同的当层左右对扣计算对准图形。与此对应的是，在第二光掩膜b上形成了第四当层左右对扣计算对准图形3821和第五当层左右对扣计算对准图形3822，第四当层左右对扣计算对准图形3821和第五当层左右对扣计算对准图形3822均形成在第四透光区352，第四当层左右对扣计算对准图形3821位于第二不透光区322的上侧，第五当层左右对扣计算对准图形3822形成在第四当层左右对扣计算对准图形3821右侧并与第四当层左右对扣计算对准图形3821相接触。在第六透光区372中与第四当层左右对扣计算对准图形3821和第五当层左右对扣计算对准图形3822对称的位置同样设置有两个相应的当层左右对扣计算对准图形。在第五透光区362靠上的位置设置有第六当层左右对扣计算对准图形3825，在第五透光区362靠下的位置同样设置有与第六当层左右对扣计算对准图形3825基本相同的当层左右对扣计算对准图形。

如图4所示，在将第一光掩膜a与第二光掩膜b曝光组合形成一个完整的曝光有效图形时，利用第一当层左右对扣计算对准图形3811与第五当层左右对扣计算对准图形3822进行对准工艺，利用第二当层左右对扣计算对准图形3812与第四当层左右对扣计算对准图形3821进行对准工艺。这样可以使得第一光掩膜a曝光形成的曝光有效图形与第二光掩膜b曝光形成的曝光有效图形能够完全组合在一起形成一个整体。

参照图3和图5，所述第一光掩膜a具有第三当层左右对扣计算对准图形3815，所述第二光掩膜b具有第六当层左右对扣计算对准图形3825，第一光掩膜a与第二光掩膜b曝光时组合形成一个完整的曝光有效图形，当形成多个重复的完整的曝光有效图形时，利用所述第三当层左右对扣计算对准图形3815和第六当层左右对扣计算对准图形3825进行对准工艺。此外，在第二透光区361靠下的位置设置的与第三当层左右对扣计算对准图形3815基本相同的当层左右对扣计算对准图形同样与在第五透光区362靠下的位置同样设置的与第六当层左右对扣计算对准图形3825基本相同的当层左右对扣计算对准图形同样参与对准工艺。

如图6所示，可以将双光掩膜曝光形成的多个曝光有效图形组合在一起，每个所述曝光有效图形包括第一光掩膜a曝光形成的第一曝光有效图形620和第二光掩膜b曝光形成的第二曝光有效图形630，从而可以得到一个可以覆盖整个晶圆610的图形。

第一光掩膜a和第二光掩膜b均包括多个对准图形。其中，在第一光掩膜a中，第一对准图形包括第一当层左右对扣计算对准图形3811和第二当层左右对扣计算对准图形3812，还包括在第三透光区371中与第一当层左右对扣计算对准图形3811和第二当层左右对扣计算对准图形3812对称的位置同样设置的两个相应的当层左右对扣计算对准图形，即第一对准图形可以包括4个当层左右对扣计算对准图形。第一对准图形可以包括更多个，即不低于4个的当层左右对扣计算对准图形，其用于在将第一光掩膜a和第二光掩膜b曝光组合形成的单个完整的曝光有效图形时的对准工艺。第二对准图形包括在第二透光区361靠上的位置设置的第三当层左右对扣计算对准图形3815，还包括在第二透光区361靠下的位置同样设置的与第三当层左右对扣计算对准图形3815基本相同的当层左右对扣计算对准图形。第二对准图形用于双光掩膜曝光组合形成的多个完整的曝光有效图形时的对准工艺。在第二光掩膜b中，第四对准图形包括第四当层左右对扣计算对准图形3821和第五当层左右对扣计算对准图形3822，还包括在第六透光区372中与第四当层左右对扣计算对准图形3821和第五当层左右对扣计算对准图形3822对称的位置同样设置的两个相应的当层左右对扣计算对准图形，即第四对准图形可以包括4个当层左右对扣计算对准图形。第四对准图形可以包括更多个，即不低于4个的当层左右对扣计算对准图形，其用于在将第一光掩膜a和第二光掩膜b曝光组合形成的单个完整的曝光有效图形时的对准工艺。第五对准图形包括在第五透光区362靠上的位置设置有第六当层左右对扣计算对准图形3825，还包括在第五透光区362靠下的位置同样设置的与第六当层左右对扣计算对准图形3825基本相同的当层左右对扣计算对准图形。第五对准图形用于双光掩膜曝光组合形成的多个完整的曝光有效图形时的对准工艺。

具体的，所述第一对准图形、所述第二对准图形、所述第四对准图形和所述第五对准图形包括barinbar，boxinbox，aim和udbo等ovl量测图形中一种或者组合，所述利用对准图形进行对准工艺是指该领域技术人员所熟知的利用ovl量测结果反馈补偿曝光，此处不再赘述。

上述实施例以第一光掩膜a和第二光掩膜b左右对扣的情形为例，应当理解，上述方法同样还可以用在第一光掩膜a和第二光掩膜b上下对扣的情形。各图形尺寸区域、不透光区、透光区及对准图形的设置均与上述实施例类似，此处不再赘述。

实施例二

参照图3，在第一光掩膜a中还设置有第三对准图形，其包括第一前后层对准图形3813和第二前后层对准图形3814，第一前后层对准图形3813和第二前后层对准图形3814设置于第一透光区351，还包括在第三透光区371与第一前后层对准图形3813和第二前后层对准图形3814对称的位置同样设置的两个前后层对准图形。即第三对准图形可以包括4个前后层对准图形。在第二光掩膜b中还设置有第六对准图形，其包括第三前后层对准图形3823和第四前后层对准图形3824，第三前后层对准图形3823和第四前后层对准图形3824设置于第四透光区352，还包括在第六透光区372与第三前后层对准图形3823和第四前后层对准图形3824对称的位置同样设置的两个前后层对准图形。即第六对准图形可以包括4个前后层对准图形。第三对准图形和第六对准图形可以包括更多个，即不低于4个的前后层对准图形，其用于在前后层中的双光掩膜曝光时的对准工艺。

具体的，所述第三对准图形和所述第六对准图形包括barinbar，boxinbox，aim和udbo等ovl量测图形中一种或者组合，所述利用对准图形进行对准工艺是指该领域技术人员所熟知的利用ovl量测结果反馈补偿曝光，此处不再赘述。

参照图7，图7a)为前层光掩膜曝光形成的曝光有效图形，其包括至少两个相同的完整的曝光有效图形，所述完整的曝光有效图形是双光掩膜曝光时组合形成的曝光有效图形，其可以是如图5所示组合形成的曝光有效图形。图7b)为当层光掩膜曝光形成的曝光有效图形，其同样包括至少两个相同的完整的曝光有效图形，与图7a)所示前层曝光有效图形不同的是，其可以具有不同的图形形状，其余部分则与图7a)所示前层曝光有效图形基本相同。参照图8，在将当层双光掩膜与前层双光掩膜叠对时，前层光掩膜和当层光掩膜中每个光掩膜a和光掩膜b中的第三对准图形或第六对准图形提供了对准图形，从而保证当层光掩膜曝光时可以利用所述对准图形进行曝光工艺。

实施例三

本发明还提供了一种曝光方法，如图9所示，所述曝光方法为采用实施例一或实施二所述的双光掩膜进行曝光的方法，所述曝光方法包括如下步骤：

s1：在涂有光刻胶的晶圆上方设置第一光掩膜a；

s2：进行第一次曝光，以在晶圆上得到多个与第一光掩膜a相应的第一曝光有效图形，并且所述多个第一曝光有效图形之间存在间隙，所述间隙大小与第二光掩膜b曝光形成的相应的第二曝光有效图形的大小相应；

s3：在所述涂有光刻胶的晶圆上方设置第二光掩膜b；

s4：进行第二次曝光，以在晶圆上得到多个与第二光掩膜b相应的第二曝光有效图形，所述多个第二曝光有效图形位于所述第一曝光有效图形之间的间隙中，并利用多个对准图形进行曝光工艺；

其中，所述第一曝光有效图形和所述第二曝光有效图形组合形成一个完整的曝光有效图形；所述完整的曝光有效图形的尺寸大于26mmx33mm。

具体的，所述间隙于曝光程式中根据第二光掩膜b的尺寸设置。

具体的，所述多个对准图形包括barinbar，boxinbox，aim和udbo等ovl量测图形中一种或者组合，所述利用多个对准图形进行曝光工艺是指该领域技术人员所熟知的利用ovl量测结果反馈补偿曝光，此处不再赘述。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。