一种光刻方法、掩膜及光刻系统与流程

本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种光刻方法、掩膜及光刻系统。

背景技术：

随着半导体器件的复杂化，半导体工艺也日趋复杂，往往需要多层掩膜套刻来进行器件制备。而套刻的过程中，难以避免会出现图形位置的偏离，导致套刻误差。

套刻误差会导致成品率的降低，还会给制备的器件带来可靠性隐患。可见，减小多层掩膜套刻间的套刻误差，是急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明通过提供一种光刻方法、掩膜及光刻系统，改善了现有的多层掩膜套刻的套刻误差较大的技术问题。

一方面，本发明提供了一种光刻方法，包括：

依次套刻曝光第一层掩膜生成第一套刻标记、曝光第二层掩膜生成第二套刻标记和曝光第三层掩膜生成第三套刻标记；

测量获得所述第三套刻标记与所述第一套刻标记的第一误差数据，和所述第三套刻标记与所述第二套刻标记的第二误差数据；

根据所述第一误差数据和所述第二误差数据计算出平均修正误差，并采用所述平均修正误差修正所述第三层掩膜的曝光参数。

可选的，所述第一套刻标记为矩形标记或空心矩形标记；所述第二套刻标记为矩形标记或空心矩形标记；所述第三套刻标记为矩形标记或空心矩形标记。

可选的，所述第一套刻标记、所述第二套刻标记和所述第三套刻标记呈环形三重套设状。

可选的，所述根据所述第一误差数据和所述第二误差数据计算出平均修正误差，包括：计算所述第一误差数据和所述第二误差数据的平均值，以所述平均值作为所述平均修正误差。

可选的，所述依次套刻曝光第一层掩膜生成第一套刻标记、曝光第二层掩膜生成第二套刻标记和曝光第三层掩膜生成第三套刻标记，包括：曝光第一层掩膜，在n片晶圆上均生成第一套刻标记；曝光第二层掩膜，在n片晶圆上均生成第二套刻标记；曝光第三层掩膜，在n片晶圆中的一片晶圆上生成第三套刻标记；所述采用所述平均修正误差修正所述第三层掩膜的曝光参数，包括：采用所述平均修正误差修正所述第三层掩膜的曝光参数，并以修正后的曝光参数在所述n片晶圆中除所述一片晶圆外的其他晶圆上，曝光所述第三层掩膜。

另一方面，提供一种多层掩膜，包括：

位于第一层掩膜上的第一套刻标记图形、位于第二层掩膜上的第二套刻标记图形和位于第三层掩膜上的第三套刻标记图形，其中，所述第一层掩膜、第二层掩膜和第三层掩膜为用于依次套刻曝光的掩膜；所述第一套刻标记图形、所述第二套刻标记图形和所述第三套刻标记图形的尺寸均不相同，以使对应套刻曝光生成的第一套刻标记、第二套刻标记和第三套刻标记呈环形三重套设状。

可选的，所述第一套刻标记图形为矩形标记或空心矩形标记；所述第二套刻标记图形为矩形标记或空心矩形标记；所述第三套刻标记图形为矩形标记或空心矩形标记。

再一方面，提供一种光刻系统，包括：

光刻机，用于依次套刻曝光第一层掩膜生成第一套刻标记、曝光第二层掩膜生成第二套刻标记和曝光第三层掩膜生成第三套刻标记；

量测机台，用于测量获得所述第三套刻标记与所述第一套刻标记的第一误差数据，和所述第三套刻标记与所述第二套刻标记的第二误差数据；根据所述第一误差数据和所述第二误差数据计算出平均修正误差，并将所述平均修正误差传输给所述光刻机，以使所述光刻机采用所述平均修正误差修正所述第三层掩膜的曝光参数。

可选的，所述量测机台还用于，计算所述第一误差数据和所述第二误差数据的平均值，以所述平均值作为所述平均修正误差。

可选的，所述光刻机，还用于：曝光第一层掩膜，在n片晶圆上均生成第一套刻标记；曝光第二层掩膜，在n片晶圆上均生成第二套刻标记；曝光第三层掩膜，在n片晶圆中的一片晶圆上生成第三套刻标记；所述光刻机，还用于：采用所述平均修正误差修正所述第三层掩膜的曝光参数，并以修正后的曝光参数在所述n片晶圆中除所述一片晶圆外的其他晶圆上，曝光所述第三层掩膜。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例提供的方法、掩膜及系统，在进行多层套刻时，测量获得当前曝光掩膜层(第三层掩膜)的所述第三套刻标记与前一层曝光掩膜层(第二层掩膜)的第二误差数据，及当前曝光掩膜层的所述第三套刻标记与前一层的再前一层曝光掩膜层(第一层掩膜)的所述第一套刻标记的第一误差数据，再根据所述第一误差数据和所述第二误差数据计算出平均修正误差，来差修正所述第三层掩膜的曝光参数。即综合考虑了当前层和前一层，及当前层与再前一层的对准程度，避免由于仅对准某两层掩膜导致与其他的掩膜偏移过大的情况，提高成品率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例中光刻方法的步骤图；

图2为本发明实施例中套刻标记形成过程的示意图一；

图3为本发明实施例中套刻标记形成过程的示意图二；

图4为本发明实施例中套刻标记形成过程的示意图三；

图5为本发明实施例中掩膜对准的示意图；

图6为本发明实施例中光刻系统的示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种光刻方法、掩膜及光刻系统，改善了现有的多层掩膜套刻的套刻误差较大的技术问题，提高了多层的对准成品率。

本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：

依次套刻曝光第一层掩膜生成第一套刻标记、曝光第二层掩膜生成第二套刻标记和曝光第三层掩膜生成第三套刻标记；测量获得所述第三套刻标记与所述第一套刻标记的第一误差数据，和所述第三套刻标记与所述第二套刻标记的第二误差数据；根据所述第一误差数据和所述第二误差数据计算出平均修正误差，并采用所述平均修正误差修正所述第三层掩膜的曝光参数。

在进行多层套刻时，测量获得当前曝光掩膜层(第三层掩膜)的所述第三套刻标记与前一层曝光掩膜层(第二层掩膜)的第二误差数据，及当前曝光掩膜层的所述第三套刻标记与前一层的再前一层曝光掩膜层(第一层掩膜)的所述第一套刻标记的第一误差数据，再根据所述第一误差数据和所述第二误差数据计算出平均修正误差，来差修正所述第三层掩膜的曝光参数。即综合考虑了当前层和前一层，及当前层与再前一层的对准程度，避免由于仅对准某两层掩膜导致与其他的掩膜偏移过大的情况，提高成品率。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

在本实施例中，提供了一种光刻方法，如图1所示，包括：

步骤s101，依次套刻曝光第一层掩膜生成第一套刻标记、曝光第二层掩膜生成第二套刻标记和曝光第三层掩膜生成第三套刻标记；

步骤s102，测量获得所述第三套刻标记与所述第一套刻标记的第一误差数据，和所述第三套刻标记与所述第二套刻标记的第二误差数据；

步骤s103，根据所述第一误差数据和所述第二误差数据计算出平均修正误差，并采用所述平均修正误差修正所述第三层掩膜的曝光参数。

需要说明的是，套刻是多层掩模曝光的图形套叠在一起的光刻工艺，光刻机采用第一层掩膜板，直至曝光完所有的硅片,当对硅片进行工艺处理结束后，再更换掩模版，接着在硅片上曝光第二层图形，也就是进行重复曝光。其中，第二层掩模曝光的图形必须和第一层掩模曝光准确的套叠在一起，故称之为套刻。本实施例提供的光刻方法适用于掩膜层数大于等于三层的复杂套刻工艺。

下面，结和图1详细介绍本实施例提供的光刻方法：

首先，执行步骤s101，依次套刻曝光第一层掩膜生成第一套刻标记、曝光第二层掩膜生成第二套刻标记和曝光第三层掩膜生成第三套刻标记。

在具体实施过程中，鉴于保证产线加工的流畅性和效率，光刻工艺往往是先对所有需加工的晶圆，进行曝光光刻第一层掩膜，再更换掩膜对所有晶圆进行下一步曝光加工，故具体实施方式为：先曝光第一层掩膜，在n片晶圆上均生成第一套刻标记；再曝光第二层掩膜，在n片晶圆上均生成第二套刻标记；接下来，曝光第三层掩膜，在n片晶圆中的第一片晶圆上生成第三套刻标记。

在具体实施过程中，套刻标记可以为线状标记、点状标记或其他形状的标记，在此不作限制。如图2-4所示，所述第一套刻标记1为矩形标记或空心矩形标记；所述第二套刻标记2为矩形标记或空心矩形标记；所述第三套刻标记3为矩形标记或空心矩形标记。通过设置套刻标记为矩形能减少标记制作的难度，也便于后续的误差测量。

优选的，还可以设置所述第一套刻标记、所述第二套刻标记和所述第三套刻标记如图2-4所示呈环形三重套设状，这样避免了三重标记的重叠对测量的干扰，也利于标记与掩膜层数对应关系的识别，便于根据套设的对准程度，方便的测量出掩膜偏移的方向和距离。当然，在具体实施过程中，也可以不采用套设的方式，改用点状标记，通过测量点的相对位置来判断偏移程度，在此不作限制。

举例来讲，图2-3依次为第一套刻标记1、第二套刻标记2和第三套刻标记3按时间先后顺序的生成过程示意图，曝光第一层掩膜后在晶圆上生成第一套刻标记1；曝光第二层掩膜后在晶圆上生成第二套刻标记2；再下来，曝光第三层掩膜后在晶圆上生成第三套刻标记3，其中，第一套刻标记1、第二套刻标记2和第三套刻标记3呈套设状，可以根据各套设标记各边之间的间隔精确的测量出偏移误差。

然后，执行步骤s102，测量获得所述第三套刻标记与所述第一套刻标记的第一误差数据，和所述第三套刻标记与所述第二套刻标记的第二误差数据。

在具体实施过程中，可以通过量测机台量测生成的套刻标记来获得误差数据。以图4为例，测量所述第三套刻标记3与所述第一套刻标记1的第一误差数据，可以通过测量第三套刻标记3的各外边与第一套刻标记1的各内边之间的距离来获得第一误差数据。同理，测量所述第三套刻标记3与所述第二套刻标记2的第二误差数据，可以通过测量第三套刻标记3的各外边与第二套刻标记2的各内边之间的距离来获得第二误差数据。

再下来，执行步骤s103，根据所述第一误差数据和所述第二误差数据计算出平均修正误差，并采用所述平均修正误差修正所述第三层掩膜的曝光参数。

具体来讲，半导体一些较复杂工艺中要求三层光刻层甚至大于三层的光刻层之间要同时满足一定程度的套刻精准度，如图5所示，定义：a表示第一层掩膜，b表示第二层掩膜，c表示第三层掩膜。如果仅测量b和c之间的误差，只能体现b与c之间的套刻精度，光刻机也只能接收到b和c之间的套刻误差，如图5中最上方的图所示来修正b和c之间的偏移，但会导致c与a之间的偏移过大。如果仅测量a和c之间的误差，只能体现a与c之间的套刻精度，光刻机也只能接收到a和c之间的套刻误差，如图5中间的图所示来修正a和c之间的偏移，但会导致c与b之间的偏移过大。故不能同时满足c与a，b之间一定的套刻精度要求，会出现c与b套刻精度良好但是与a的套刻精度偏差较大，或者c与a套刻精度良好但与b的套刻精度偏差较大，这样在实际工艺生产中就会由于多层套刻精度得不到满足而使得产品良率不足或者返工重复光刻和量测工序，这就相应的导致工艺周期的延长和生产成本的增加。

本申请根据所述第一误差数据和所述第二误差数据计算出平均修正误差，来修正所述第三层掩膜的曝光参数，能同时兼顾a与c及b与c之间的偏移，如图5中最下方的图所示，减少套刻误差过大的情况，从而提高良率。

具体来讲，计算平均修正误差的方法可以有多种，可以计算所述第一误差数据和所述第二误差数据的平均值，以所述平均值作为所述平均修正误差。还可以求所述第一误差数据和所述第二误差数据的乘积的更号，作为平均修正误差。还可以求所述第一误差数据和所述第二误差数据的均方差来作为平均修正误差，在此不作限制，也不再一一列举。

其中，在该第一片晶圆上曝光第三层掩膜后，就会使第一片晶圆上形成有第一套刻标记、第二套刻标记和第三套刻标记。故后续可以根据这三个标记之间的误差来修正在第二片晶圆上曝光第三层掩膜时的曝光参数。进一步，又可以再根据第二片晶圆上形成的第一套刻标记、第二套刻标记和第三套刻标记，来修正在第三片晶圆上曝光第三层掩膜时的曝光参数，这样每次曝光都会基于前一次曝光时形成的曝光标记进行修正，来达到套刻精度的持续提升。

基于同一发明构思，本申请还提供了实施例一的方法对应的掩膜，详见实施例二。

实施例二

本实施例提供一种多层掩膜，包括：

位于第一层掩膜上的第一套刻标记图形、位于第二层掩膜上的第二套刻标记图形和位于第三层掩膜上的第三套刻标记图形，其中，所述第一层掩膜、第二层掩膜和第三层掩膜为用于依次套刻曝光的掩膜；所述第一套刻标记图形、所述第二套刻标记图形和所述第三套刻标记图形的尺寸均不相同，以使对应套刻曝光生成的第一套刻标记、第二套刻标记和第三套刻标记呈环形三重套设状。

在本申请实施例中，所述第一套刻标记图形为矩形标记或空心矩形标记；所述第二套刻标记图形为矩形标记或空心矩形标记；所述第三套刻标记图形为矩形标记或空心矩形标记。

由于本发明实施例二所介绍的掩膜，为实施本发明实施例一的光刻的方法所采用的掩膜，故而基于本发明实施例一所介绍的方法，本领域所属人员能够了解该掩膜的具体结构及变形，故而在此不再赘述。凡是本发明实施例一的方法所采用的掩膜都属于本发明所欲保护的范围。

基于同一发明构思，本申请还提供了实施例一的方法对应的系统，详见实施例三。

实施例三

本实施例提供一种光刻系统，如图6所示，包括：

光刻机601，用于依次套刻曝光第一层掩膜生成第一套刻标记、曝光第二层掩膜生成第二套刻标记和曝光第三层掩膜生成第三套刻标记；

量测机台602，用于测量获得所述第三套刻标记与所述第一套刻标记的第一误差数据，和所述第三套刻标记与所述第二套刻标记的第二误差数据；根据所述第一误差数据和所述第二误差数据计算出平均修正误差，并将所述平均修正误差传输给所述光刻机，以使所述光刻机采用所述平均修正误差修正所述第三层掩膜的曝光参数。

在本申请实施例中，所述量测机台602还用于，计算所述第一误差数据和所述第二误差数据的平均值，以所述平均值作为所述平均修正误差。

在本申请实施例中，所述光刻机601，还用于：

曝光第一层掩膜，在n片晶圆上均生成第一套刻标记；

曝光第二层掩膜，在n片晶圆上均生成第二套刻标记；

曝光第三层掩膜，在n片晶圆中的一片晶圆上生成第三套刻标记；

所述光刻机601，还用于：

采用所述平均修正误差修正所述第三层掩膜的曝光参数，并以修正后的曝光参数在所述n片晶圆中除所述一片晶圆外的其他晶圆上，曝光所述第三层掩膜。

由于本发明实施例三所介绍的系统，为实施本发明实施例一的光刻的方法所采用的系统，故而基于本发明实施例一所介绍的方法，本领域所属人员能够了解该系统的具体结构及变形，故而在此不再赘述。凡是本发明实施例一的方法所采用的系统都属于本发明所欲保护的范围。

本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例提供的方法、掩膜及系统，在进行多层套刻时，测量获得当前曝光掩膜层(第三层掩膜)的所述第三套刻标记与前一层曝光掩膜层(第二层掩膜)的第二误差数据，及当前曝光掩膜层的所述第三套刻标记与前一层的再前一层曝光掩膜层(第一层掩膜)的所述第一套刻标记的第一误差数据，再根据所述第一误差数据和所述第二误差数据计算出平均修正误差，来差修正所述第三层掩膜的曝光参数。即综合考虑了当前层和前一层，及当前层与再前一层的对准程度，避免由于仅对准某两层掩膜导致与其他的掩膜偏移过大的情况，提高成品率。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。