光罩及其设计方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种光罩及其设计方法。


背景技术：

2.在集成电路的制造中，特别在后段双大马士革沟槽结构制造工艺，由于前层图形疏密不均，容易出现填充材料涂布不均匀的现象。对于晶圆表面由于前层图形疏密分布不均或者薄膜沉积厚度差异，导致当层光刻填充材料涂布平坦度较差，光刻曝光时会因为曝光焦距固定而无法完全兼顾高低不平的光刻材料，导致曝光到晶圆上的部分图形出现离焦，影响产品良率。
3.如图1所示，前层为密集图形区和孤立图形区当层的光阻涂覆截面图以及光刻曝光光路形成的扫描电子显微照片。由于图形密集区和孤立图形区光阻烘焙时溶剂挥发程度不一致导致光阻材料厚薄出现差异。理论上光阻厚薄不均，不同厚度光阻曝光时最佳曝光焦距会出现偏差，而曝光机曝光时曝光焦距无法动态实时变化，这样就容易出现部分图形由于曝光焦距与图形的最佳曝光焦距不一致出现图形离焦。
4.为此，需要提供一种通过光罩结构设计改善光阻负载导致的曝光离焦方法。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光罩及其设计方法，用于解决现有技术中光阻厚薄不均，不同厚度光阻曝光时最佳曝光焦距会出现偏差，而曝光机曝光时曝光焦距无法动态实时变化，容易出现部分图形由于曝光焦距与图形的最佳曝光焦距不一致出现图形离焦的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光罩的设计方法，包括：
7.步骤一、提供第一光罩，所述第一光罩具有第一透明基底，所述第一透明基底上形成有不透光的图形结构；
8.步骤二、提供第一衬底，所述第一衬底上形成有第一、二结构区，所述第二结构区的图形密度小于所述第一结构区，之后形成覆盖所述第一、二结构区的光刻胶层，检测得到所述第一、二结构区上所述光刻胶层的高度差；
9.步骤三、提供第二光罩，所述第二光罩具有第二透明基底，刻蚀所述第二透明基底，之后在所述第二光罩的表面形成不透光的所述图形结构，使得曝光机台采用所述第二光罩对所述光刻胶层曝光时，分别对应所述第一、二结构区上焦点高度的差值为所述高度差。
10.优选地，步骤一中的所述第一透明基底和步骤三中的所述第二透明基底的材料均为二氧化硅。
11.优选地，步骤一中的所述图形结构的材料为金属铬。
12.优选地，步骤二中所述高度差由所述曝光机台读取。
13.优选地，步骤三中利用所述曝光机台以设定焦距对所述光刻胶层曝光时，对应所
述第一结构区上焦点与所述光刻胶层上表面距离的差值为所述高度差，所述设定焦距定义为最佳焦距。
14.优选地，所述方法还包括步骤四、对曝光后的所述光刻胶层进行显影和烘焙，之后采用量测机台检测所述设定焦距。
15.一种光罩结构，可由上述任意步骤的方法形成，包括：
16.第二光罩，所述第二光罩具有透明基底，所述透明基底上形成有凹槽，之后在第二光罩的表面和所述凹槽的底面均形成不透光的所述图形结构，使得曝光机台采用所述第二光罩对衬底上的光刻胶层曝光时，分别对应无所述凹槽和所述凹槽的所述图形结构中，焦点的高度差与所述光刻胶层上表面的高度差相同。
17.优选地，所述透明基底的材料为二氧化硅。
18.优选地，所述图形结构的材料为金属铬。
19.如上所述，本发明的光罩及其设计方法，具有以下有益效果：
20.本发明通过石英玻璃刻蚀技术形成光罩，使得光罩上图形高低与前层图形的疏密匹配，光罩上图形高低具体值设定是通过设计不同光罩上图形高度与平面晶圆图形最佳焦距找到对应关系，且结合具体晶圆表面图形高低差来实现的，使用此光罩曝光时实现不同位置曝光焦距不一致，从而兼顾到当前层高低不平的光阻，实现不同位置都在最佳曝光位置，保证了图形的最佳曝光焦距，可以有效地解决因前层图形疏密导致的当层光刻填充材料平坦度较差而引起的图形离焦问题，提高产品的良率。
附图说明
21.图1显示为现有技术一种光罩的曝光示意图；
22.图2显示为本发明的最佳焦距与光罩图形高度关系的示意图；
23.图3显示为本发明实施例的光罩曝光示意图。图4显示为本发明的方法示意图。
具体实施方式
24.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
25.请参阅图4，本发明提供一种光罩的设计方法，包括：
26.步骤一，请参阅图1，提供第一光罩，第一光罩具有第一透明基底，第一透明基底上形成有不透光的图形结构，图形结构用于光线通过对光刻胶层进行曝光；
27.在一种可选的实施方式中，步骤一中的第一透明基底和步骤三中的第二透明基底的材料均为二氧化硅。
28.在一种可选的实施方式中，步骤一中的不透光的图形结构的材料为金属铬。
29.步骤二，请参阅图1，提供第一衬底，第一衬底上形成有第一、二结构区，第二结构区的图形密度小于第一结构区，第一结构区为密度图形光阻覆盖的区域，第二结构区为孤立图形光阻覆盖的区域，之后形成覆盖第一、二结构区的光刻胶层，由于第一、二结构区上
的结构密度不同，覆盖的光阻具有高度差，检测得第一、二结构区上到光刻胶层的高度差；
30.在一种可选的实施方式中，步骤二中高度差由曝光机台读取。
31.步骤三，请参阅图3，提供第二光罩，第一光罩具有第二透明基底，刻蚀第二透明基底，之后在第二光罩的表面形成不透光的图形结构，使得曝光机台采用第二光罩对光刻胶层曝光时，分别对应第一、二结构区上焦点高度的差值为高度差。
32.具体地，密集图形光阻与孤立图形光阻的高度差为h2,在刻蚀第二透明基底向下h1的距离，其中刻蚀的区域对应孤立图形光阻覆盖的区域，则焦点向下移动距离为h2，进而补偿了焦距，使得在曝光时，密集图形光阻与孤立图形光阻的焦点都与光阻的上表面间的距离相同。
33.在一种可选的实施方式中，请参阅图2，步骤三中利用曝光机台以设定焦距对光刻胶层曝光时，对应第一结构区上焦点与光刻胶层上表面距离的差值为高度差，设定焦距定义为最佳焦距。
34.在一种可选的实施方式中，方法还包括步骤四，对曝光后的光刻胶层进行显影和烘焙，之后采用量测机台检测设定焦距。
35.一种光罩结构，可由上述任意步骤的方法形成，包括：
36.第二光罩，所述第二光罩具有透明基底，所述透明基底上形成有凹槽，之后在第二光罩的表面和所述凹槽的底面均形成不透光的所述图形结构，使得曝光机台采用所述第二光罩对衬底上的光刻胶层曝光时，分别对应无所述凹槽和所述凹槽的所述图形结构中，焦点的高度差与所述光刻胶层上表面的高度差相同。
37.在一种可选的实施方式中，透明基底的材料为二氧化硅。
38.在一种可选的实施方式中，图形结构的材料为金属铬。
39.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
40.综上所述，本发明通过石英玻璃刻蚀技术形成光罩，使得光罩上图形高低与前层图形的疏密匹配，光罩上图形高低具体值设定是通过设计不同光罩上图形高度与平面晶圆图形最佳焦距找到对应关系，且结合具体晶圆表面图形高低差来实现的，使用此光罩曝光时实现不同位置曝光焦距不一致，从而兼顾到当前层高低不平的光阻，实现不同位置都在最佳曝光位置，保证了图形的最佳曝光焦距，可以有效地解决因前层图形疏密导致的当层光刻填充材料平坦度较差而引起的图形离焦问题，提高产品的良率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
41.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。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。