专利名称：一种可提高空间成像套刻检验精准度的光罩以及光刻方法
技术领域：
本发明涉及光刻工艺，尤其涉及一种可提高空间成像套刻检验精准度的光 罩以及光刻方法。
背景技术：
在半导体制造领域，需经过多道配套的光刻和刻蚀工序，才能将半导体器 件的图形转移到硅衬底上。为确保半导体器件的性能，需确保上述光刻工序之 间的对准精度。现通常在每道光刻工序所使用的光罩上设置多个空间成像套刻 标记图形，通过测量相邻两道光刻和刻蚀工序在硅衬底上所形成的空间成像套 刻标记中心间的偏差来判断两道光刻工序间的对准状况。但是，由于空间成像 套刻标记图形设置在图形密度较小的切割道上，故在光刻时，就会出现承载该 空间成像套刻标记图形的光刻胶边缘的斜坡过宽且四周的斜坡不均匀的现象， 如此将会导致后续在该光刻胶遮蔽下所进行的刻蚀工艺所得到的空间成像套刻 标记与预期空间成像套刻标记大小出现较大偏差且该空间成像套刻标记出现不对称现象，如此。空间成像套刻(Overlay)检验的精准度将会受到极大影响。另外，上述将光罩上的图形转移到涂布在硅衬底上的光刻胶上的光刻工艺 包括以下工艺流程(1)、在该硅衬底上涂布光刻胶(在最小特征尺寸为亚微 米或次亚微米等级时，所使用的光刻胶通常为正性光刻胶)；(2)、进行前烘 工艺，该前烘工艺的温度范围为90摄氏度；(3)、进行曝光工艺以将光罩上 的图形转移到该光刻胶上；(4)、进行显影工艺；(5)、进行温度范围为85 至95摄氏度的后烘工艺。上述步骤(2)中的前烘工艺温度仅为90摄氏度，在 完成前烘工艺后光刻胶中还含有大量的溶剂致使光刻胶不够牢固，如此在后续 步骤(3)的曝光工艺所产生的氮气的冲击下会造成曝光区域膨胀，从而加剧光 刻胶边缘斜坡过宽且不均匀的现象，如此将会进一步影响空间成像套刻检验的 精准度。
现有技术中通过以下方式来克服上述空间成像套刻标记图形光刻时所产生的种种问题方式一，将光罩上的空间成像套刻标记图形改为相反形状的空间 成像套刻标记图形；方式二，在该空间成像套刻标记图形的外围环设一层与该空间成像套刻标记图形周边等间距的条状辅助条紋，该条状辅助条紋的宽度可为2微米或6微米。通过上述两种方式可减小承载该空间成像套刻标记图形的 光刻胶四周的斜坡过宽及其不均匀的程度，但并不能彻底改善由于图形密度过 小所造成的光刻胶边缘斜坡过宽且不均匀的现象，再者，方式一因工艺难度过 大故其可行性较低。综合上述分析，即可从改善光罩上的辅助条紋和光刻时的 前烘工艺两方面来寻找解决上述影响空间成像套刻检验的精准度的种种问题的 光刻工艺。因此，如何提供一种可提高空间成像套刻检验精准度的光罩以及光刻方法 以改善承载该空间成像套刻标记图形的光刻胶的边缘斜坡过宽及其不均匀的现 象并提高空间成像套刻检验的精准度，已成为业界亟待解决的技术问题。发明内容本发明的目的在于提供一种可提高空间成像套刻检验精准度的光罩以及光 刻方法，通过所述光罩以及光刻方法可改善承载该空间成像套刻标记图形的光 刻胶的边缘斜坡过宽及其不均匀的现象，并可提高空间成像套刻检验的精准度。本发明的目的是这样实现的 一种可提高空间成像套刻检验精准度的光罩， 该光罩上具有多个空间成像套刻标记图形，该空间成像套刻标记图形的周围设 置有多层用于增大其图形密度的辅助条紋。在上述的可提高空间成像套刻检验精准度的光罩中，该空间成像套刻标记 图形为一正方形。在上述的可提高空间成像套刻检验精准度的光罩中，该每一层辅助条紋的 中心与该空间成像套刻标记图形的中心重合。本发明还提供一种使用如权利要求1的可提高空间成像套刻检验精准度的 光罩的光刻方法，用于将该光罩上的图形转移到涂布在硅衬底上的光刻胶上， 该方法包括以下步骤a、在该硅衬底上涂布光刻胶步骤；b、进行前烘工艺步 骤，该前烘工艺的温度范围为115至125摄氏度；c、使用该光罩进行曝光工艺 以将其上的空间成像套刻标记图形转移到该光刻胶上步骤；d、进行显影工艺步
骤；e、进行后烘工艺步骤。在上述的可提高空间成像套刻检验精准度的光刻方法中，在完成步骤e后， 该光刻胶的厚度为4至5微米。在上述的可提高空间成像套刻检验精准度的光刻方法中，在步骤a中，该 光刻胶为正性光刻胶。在上述的可提高空间成像套刻检验精准度的光刻方法中，该正性光刻胶包 括溶剂、树脂和光活性化合物。在上述的可提高空间成像套刻检验精准度的光刻方法中，在步骤b中，该 前烘工艺的温度为120摄氏度。在上述的可提高空间成像套刻冲全验精准度的光刻方法中，在步骤e中，该 后烘工艺的温度范围为85至95摄氏度。与现有技术中空间成像套刻标记图形周围仅设置单层辅助条紋致使其图形 密度较低相比，本发明的可提高空间成像套刻检验精准度的光罩通过在空间成 像套刻标记图形周围设置多层辅助条紋，可显著增大其图形密度。与现有技术中空间成像套刻标记图形周围仅设置单层辅助条紋以及前烘工 艺的温度过低致使承载该空间成像套刻标记图形的光刻胶边缘斜坡过宽且不均 匀相比，本发明的可提高空间成像套刻检验精准度的光罩通过在空间成像套刻 标记图形周围设置多层用于增大其图形密度的辅助条紋，本发明的光刻方法使 用该光罩进行光刻且将该前烘工艺的温度由90摄氏度提高到为115至125摄氏 度，如此可大大降低承载该空间成像套刻标记图形的光刻胶的斜坡，并大大改 善其均匀性，进而可大大提高使用该空间成像套刻标记进行空间成像套刻检验 的精准度。
本发明的可提高空间成像套刻检验精准度的光刻方法由以下的实施例及附 图给出。图1为本发明的可提高空间成像套刻检验精准度的光罩的示意图；图2为图1中的空间成像套刻标记图形及其周围的辅助条紋的放大示意图；图3为本发明的可提高空间成像套刻检验精准度的光刻方法的流程图。
具体实施方式
以下将对本发明的可提高空间成像套刻检验精准度的光罩以及光刻方法作 进一步的详细描述。参见图1和图2,本发明的可提高空间成像套刻检验精准度的光罩上具有多 个空间成像套刻标记图形10,为简化图示及说明，并未图示光罩上的其它图形， 所述每一空间成像套刻标记图形10外侧对称设置有多层用于增大其图形密度的 辅助条紋11,该每一层辅助条紋11的中心与该空间成像套刻标记图形10的中 心重合。继续参见图l和图2，在本发明的第一至第三实施例中，所述光罩为金属层 或接触孔层光罩；所述空间成像套刻标记图形IO为一边长为15微米的正方形； 所述辅助条紋11为一宽度为2至6微米的长方条；所述每一空间成像套刻标记 图形lO外侧对称设置有四层辅助条紋ll,第一和第二层辅助条紋由四条辅助条 状11组成，第三和第四层辅助条紋均仅由排布在空间成像套刻标记图形10左 右两侧的两条辅助条状11组成；该第一至第四层辅助条紋的中心均与空间成^象 套刻标记图形10的中心重合。在本发明的其他实施例中，所述空间成像套刻标 记图形IO可为内框边长大于20微米的方框。与现有技术中空间成像套刻标记图形周围仅设置单层辅助条紋相比，本发 明的可提高空间成像套刻检验精准度的光罩上在每一 空间成像套刻标记图形10 外侧对称设置有多层辅助条紋11，大大增加了空间成像套刻标记图形10的图形 密度。需说明的是，辅助条紋ll的层数需依据切割道(Scribelane)的具体宽度 来实际确定(为简化图示及说明，在图1中，并未对切割道进行图示)，当切 割道宽度较宽且为75微米时，辅助条紋11的层数可大于四层，当切割道宽度 较窄且为25微米时，辅助条纟丈11的层数可仅为两层。本发明的可提高空间成像套刻检验精准度的光刻方法用于将如图1所示的 光罩上的图形转移到涂布在硅衬底上的光刻胶上，参见图3，本发明的可提高空 间成像套刻检验精准度的光刻方法首先进行步骤S30，在所述硅衬底上涂布光刻 胶，其中，所述光刻胶为正性光刻胶。在本发明的第一至第三实施例中，所述
正性光刻胶包括溶剂、树脂和光活性化合物。接着继续步骤S31,进行温度范围为115至125摄氏度的前烘工艺。在本发 明的第一至第三实施例中，所述前烘工艺的温度分别为115、 120和125摄氏度。接着继续步骤S32,使用所述光罩进行曝光工艺以将光罩上的空间成像套刻 标记图形转移到所述光刻胶上。在本发明的第一至第三实施例中，即将如图1 所示的空间成像套刻标记图形10和辅助条紋11转移到所述光刻胶上。接着继续步骤S33,进行显影工艺。在本发明的第一至第三实施例中，通过 显影液与空间成像套刻标记图形10和辅助条紋11对应的曝光区域发生化学反 应，从而将承载所述空间成像套刻标记图形10和辅助条紋11的光刻胶保留下 来，而将其余的光刻胶去除。接着继续步骤S34,进行后烘工艺，所述后烘工艺的温度范围为85至95摄 氏度。在本发明的第一至第三实施例中，所述后烘工艺的温度分别为85、 90和 95摄氏度，完成步骤S34后，光刻胶的厚度为4至5微米。在完成后烘工艺后，即可在承载所述空间成像套刻标记图形IO和辅助条紋 11的光刻胶的光刻胶的遮蔽下进行刻蚀工艺，然后去除光刻胶并在空间成像套 刻检验机台中依据刻蚀所形成的成像套刻标记进行空间成像套刻检验。实验数据证明，使用本发明的可提高空间成像套刻检验精准度的光刻方法 的第 一至第三实施例光刻出的承载所述空间成像套刻标记图形且作为后续刻蚀 工艺的光刻胶与使用现有技术的光刻方法所形成的光刻胶相比，其边缘的斜坡 以及斜坡的不均匀性得到显著改善，例如将现有技术中光刻方法所形成的光刻 胶边缘斜^^由大于200纳米缩小为小于50纳米。综上所述，本发明的可提高空间成像套刻检验精准度的光罩通过在空间成 像套刻标记图形周围设置有多层用于增大其图形密度的辅助条紋，本发明的光 刻方法使用所述光罩进行光刻且将所述前烘工艺的温度由90摄氏度提高到为 115至125摄氏度，如此可大大降低承载所述空间成像套刻标记图形的光刻胶的 斜坡，并大大改善其均匀性，进而可大大提高空间成像套刻检验的精准度。
权利要求
1、一种可提高空间成像套刻检验精准度的光罩，该光罩上具有多个空间成像套刻标记图形，其特征在于，该空间成像套刻标记图形的周围设置有多层用于增大其图形密度的辅助条纹。
2、 如权利要求1所述的可提高空间成像套刻检验精准度的光罩，其特征在 于，该空间成像套刻标记图形为一正方形。
3、 如权利要求1所述的可提高空间成像套刻检验精准度的光罩，其特征在 于，该每一层辅助条紋的中心与该空间成像套刻标记图形的中心重合。
4、 一种使用如权利要求1的可提高空间成像套刻检验精准度的光罩的光刻 方法，用于将该光罩上的图形转移到涂布在硅衬底上的光刻胶上，该方法包括 以下步骤a、在该硅衬底上涂布光刻胶步骤；b、进行前烘工艺步骤；c、使用 该光罩进行曝光工艺以将其上的空间成像套刻标记图形转移到该光刻胶上步 骤；d、进行显影工艺步骤；e、进行后烘工艺步骤；其特征在于，在步骤b中， 该前烘工艺的温度范围为115至125摄氏度。
5、 如权利要求4所述的可提高空间成像套刻检验精准度的光刻方法，其特 征在于，在完成步骤e后，该光刻胶的厚度为4至5微米。
6、 如权利要求4所述的可提高空间成像套刻检验精准度的光刻方法，其特 征在于，在步骤a中，该光刻胶为正性光刻胶。
7、 如权利要求6所述的可提高空间成像套刻检-睑精准度的光刻方法，其特 征在于，该正性光刻胶包括溶剂、树脂和光活性化合物。
8、 如权利要求4所述的可提高空间成像套刻检验精准度的光刻方法，其特 征在于，在步骤b中，该前烘工艺的温度为120摄氏度。
9、 如权利要求4所述的可提高空间成像套刻检验精准度的光刻方法，其特 征在于，在步骤e中，该后烘工艺的温度范围为85至95摄氏度。
全文摘要
本发明提供了一种可提高空间成像套刻检验精准度的光罩以及光刻方法。现有技术中光罩上的空间成像套刻标记图形的图形密度过低及前烘工艺温度过低致使承载该空间成像套刻标记图形的光刻胶的边缘斜坡过宽且不均匀，而在空间成像套刻标记图形的周围设置单层辅助条纹后并不能彻底改善上述现象。本发明的光罩在其具有的空间成像套刻标记图形的周围均设置多层用于增大其图形密度的辅助条纹，本发明的光刻方法先涂布光刻胶；接着进行温度范围为115至125摄氏度的前烘工艺；然后使用该光罩进行曝光工艺；最后进行显影和后烘工艺。本发明可大大改善承载该空间成像套刻标记图形的光刻胶边缘的斜坡过宽且不均匀的现象，并大大提高空间成像套刻检验的精准度。
文档编号G03F1/14GK101158808SQ20071017054
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月16日 优先权日2007年11月16日
发明者刘夏英, 周从树, 张迎春, 亮 朱, 杰 李, 顾以理 申请人:上海宏力半导体制造有限公司