一种预防静电损伤的光罩及预防光罩静电损伤的方法与流程

本发明涉及半导体的光刻工艺技术领域，尤其涉及一种预防静电损伤的光罩及预防光罩静电损伤的方法。

背景技术：

在半导体生产工艺中，光罩是整个工艺流程中的一个重要组成部分，其具有价格高、唯一性、环境敏感度高等特性，对静电尤其敏感。具有不同静电电位的物体，由于静电感应会引起物体间的静电电荷转移，当静电场的能量达到一定程度后，会击穿其间介质而进行放电，从而造成静电损伤(electro-staticdischargedefect)。通常情况下，积聚的电荷会向附近低电位放电以释放能量，距离愈近愈容易释放。假设e为电场强度，u为电压，d为光罩上两块图形模块之间的间距，则e＝u/d，如图1所示，随着关键尺寸的设计越来越小，d间距也随之减小，即使在e电场强度不变的环境下，击穿电压u也会越来越大，从而导致光罩遭受静电损伤缺陷，这是光罩和电场相互作用的结果。

在现有技术中，为了避免光罩被静电所影响从而产生不可逆的静电损伤缺陷而导致光罩报废，目前半导体业界减少静电产生的措施被广泛采用，具体措施如下：(1)将机台和光罩的操作工具接地；(2)增加湿度，保持车间内相对湿度大于45％，这是因为静电电荷与空气中的湿度成反比关系，高湿度环境能有效防止静电的产生；(3)光罩及其相关器具都使用防静电材料；(4)操作人员穿戴静电手环、石墨线无尘服等；(5)静电消除器，产生正负离子中和带电离子，以消除静电。但上述措施都会大幅增加生产成本，并且均属于被动型的防御措施，并不能完全消除静电。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种预防静电损伤的光罩及预防光罩静电损伤的方法。

具体技术方案如下：

本发明包括一种预防静电损伤的光罩，所述光罩包括多个图形模块，用于对所述晶圆执行一光刻工艺，所述光罩还包括：

利用至少一根导线将两个不同静电电位的所述图形模块连接，以使两个所述图形模块之间形成等电位。

优选的，所述光罩设置于一机台内，每根所述导线的最大线宽小于所述机台能够解析出的最小线宽。

优选的，每根所述导线的最大线宽为：

cdmax≤3/4r

其中，

cdmax表示所述导线的最大线宽；

r表示所述机台能够解析出的最小线宽。

优选的，通过下述计算公式得出所述机台能够解析出的所述最小线宽r：

其中，

k1表示光刻工艺的综合系数；

λ表示所述光刻工艺中的光源波长；

na为数字孔径。

优选的，每根所述导线的最小线宽为：

cdmin≥1/2r

其中，

cdmin表示所述导线的最小线宽；

r表示所述机台能够解析出的最小线宽。

优选的，所述导线的设计线宽范围为60～300nm。

优选的，所述导线的设计线宽范围为104～156nm。

优选的，所述导线的设计线宽范围为144～216nm。

优选的，所述光罩的材质为铬。

优选的，通过导线的连接，使得所有所述图形模块均形成等电位。

优选的，所述图形模块通过导线连接形成多边形或线型或星型排列。

本发明还包括一种预防光罩静电损伤的方法，应用于具有多个图形模块的光罩，包括：

至少将两个不同静电电位的所述图形模块利用导线连接起来，以使多个所述图形模块之间形成等电位。

优选的，所述光罩设置于一机台内，通过下述公式计算出所述导线的最大线宽：

cdmax≤3/4r

其中，

cdmax表示所述导线的最大线宽；

r表示所述机台能够解析出的最小线宽。

优选的，通过下述公式计算出所述导线的最小线宽：

cdmin≥1/2r

其中，

cdmin表示所述导线的最小线宽；

r表示所述机台能够解析出的最小线宽。

本发明技术方案的有益效果在于：本发明提供一种预防光罩静电损伤的方法，在光罩的多个图形模块之间设置一根导线，使得多个图形模块之间形成等电位，避免静电电荷的转移，可从源头上防止静电产生，既可以节省生产成本，也可以有效地防止静电损伤。

附图说明

参考所附附图，以更加充分地描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为现有技术中的光罩的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中的光罩的结构示意图；

图3为本发明第二实施例中的光罩的结构示意图；

图4为本发明第三实施例中的光罩的结构示意图；

图5为本发明第四实施例中的光罩的结构示意图；

图6为本发明实施例中的投影系统的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括一种预防静电损伤的光罩，设置于用于一机台内，如图2所示，光罩1包括多个图形模块101，并且光罩设置于一晶圆的上方，用于对晶圆执行一光刻工艺，光罩还包括：

每两个不同静电电位的图形模块之间通过一导线102连接，以使两个图形模块101之间形成等电位。

具体地，在本实施例中，光罩包括两个图形模块101，通常多个图形模块101之间的静电电位不同，由于静电感应会引起两个图形模块101之间的静电电荷转移，当静电场的能量达到一定程度后，会击穿其间介质而进行放电，从而造成光罩的静电损伤。需要说明的是，本实施例优选将所有不同电位的图形模块101连接起来，使得所有的图形模块101之间形成等电位。此外，也可以选择仅将间距较小的几个图形模块101连接起来，这是由于间距较大的图形模块101之间不容易发生静电击穿，出于成本的考量，对于间距较大的图形模块之间可以不用导线102连接。

进一步地，图形模块101的材质为铬，如图2所示，在不同静电电位的两个图形模块101之间增加一条起连接作用的导线102，使得两个图形模块101由不同静电电位变为等电位，从而消除静电转移的可能性。采用导线102连接的方式相比现有技术中采用防静电材料、增加湿度等措施成本更低，且防静电的效果更好。同理，如图3所示，光罩包括四个图形模块101，在四个图形模块之间设置导线102，使得四个图形模块之间连接起来形成等电位，以防止静电电荷的转移，从源头上遏制静电的形成。

作为优选的实施方式，每根导线102的最大线宽为：

cdmax≤3/4r

其中，

cdmax表示导线102的最大线宽；

r表示机台能够解析出的最小线宽。

具体地，光罩1设置于用于执行光刻工艺的机台内，并设置在晶圆的上方，光刻工艺是指利用紫外线把光罩上的图形成像到晶圆表面，从而把光罩上的图形转移到晶圆表面的光刻胶上。由于导线102设置于光罩的多个图形模块101之间，为了避免导线102的存在对光刻工艺产生影响，因此，光罩1上每根导线102的最大线宽小于机台能够解析出的最小线宽，导线102的最大线宽优选为3/4r，简而言之，导线102的最大线宽要小于机台能够解析出的最小线宽，避免导线102被机台解析出来，对光刻工艺产生影响。

作为优选的实施方式，通过下述计算公式得出机台能够解析出的最小线宽r：

其中，

k1表示光刻工艺的综合系数；

λ表示光刻工艺中的光源波长；

na为数字孔径。

具体地，k1表示光刻工艺中的综合系数，k1的取值与光刻工艺中的各项工艺步骤相关，包括但不限于曝光模式、光罩类型、opc(opticalproximitycorrection，光学邻近效应校正)方式、光刻胶的改善及曝光机台的改造中的一项或多项，k1越小表示光刻工艺越先进，但技术难度也越复杂，相应工艺成本也更高，k1越大则表示光刻工艺越简单，但相应地机台的分辨率也更低，k1的理论极限值是0.25，也就是说，k1的取值在0.25时，机台的分辨率达到极限，k1的范围为0.25～0.5。从上述公式可以得知，k1越小则r也越小，r代表机台能够解析出的最小线宽，即机台的分辨率，r越小说明机台的分辨率越高，但是随着k1的减小，光刻工艺的复杂性也会相应提高。λ表示光刻工艺中的光源波长，即紫外线的波长，na为数字孔径，光刻工艺所使用的投影系统通常使用数字孔径na来描述其性能，如图6所示，投影系统主要包括光罩1和透镜2，透镜2设置于光罩1与晶圆3之间，通过下述公式可以计算出数字孔径：

na＝n*sina＝d/2f

其中，n为透镜到晶圆之间的介质的折射率，d为透镜的直径，f为透镜的焦距。na可以定义为折射率与物(或像)对镜头孔阑半张角正弦的乘积，或透镜的直径d与2倍透镜的焦距f之比，从上述公式可以得知，透镜的直径d越大，晶圆越能够接收到高频率的光，成像的质量也越高。

作为优选的实施方式，每根导线102的最小线宽为：

cdmin≥1/2r

其中，

cdmin表示导线102的最小线宽；

r表示机台能够解析出的最小线宽。

具体地，考虑到光罩的生产成本，导线102的最小线宽设计为大于1/2r即可，同时，由于光罩与晶圆之间的线宽比例为1:4，光罩投影到晶圆的表面的影像相比光罩实际的线宽缩小4倍，机台解析的导线的线宽实际上是缩放了4倍后的线宽，因此，导线在光罩上的实际线宽可以是解析线宽的4倍，得出导线102的设计线宽在4cdmin～4cdmax之间。

具体地，对于不同种类的机台，导线102的线宽区间也有所区别。例如，以arf机台为例，光源的波长为193nm，k1取值为0.25，最大数字孔径namax为0.93，则综上推导出导线102的最大线宽cdmax小于39nm，最小线宽cdmin为26nm，导线102的设计线宽区间为4*26～4*39nm，即104～156nm。

具体地，对于krf机台，光源的波长λ＝248nm，k1取值为0.25，最大数字孔径namax＝0.85，则计算出导线102的最大线宽cdmax小于54nm，最小线宽cdmin为36nm，同理，推出导线102的设计线宽区间为4*36～4*54nm，即144～216nm。

本发明还包括一种预防光罩静电损伤的方法，应用于具有多个图形模块101的光罩，包括使用导线将多个不同静电电位的图形模块101连接起来，以使多个图形模块101之间形成等电位。

具体地，图2至图5给出了多个实施例，具体地，如图2所示，光罩1包括两个图形模块101，两个图形模块101之间通过一根导线102相互连接。如图3所示，光罩1包括四个图形模块101，四个图形模块101通过四根导线102相互连接，且四根导线102之间呈矩形排列。如图4所示，光罩1包括五个图形模块101，五个图形模块101通过五根导线102相互连接，且五根导线102之间呈上宽下窄的五边形排列。如图5所示，光罩1包括六个图形模块101，六个图形模块101通过五根导线102相互连接，且五根导线102之间呈线型排列。

需要说明的是，导线102的数量与图形模块101的数量、布局相关，通过导线102将所有不同静电电位的图形模块101连接起来即可，以使多个图形模块101之间形成等电位，避免发生静电电荷的转移，从根源上防止静电的产生，相比传统的预防静电损伤方法，本实施例中的方法成本更低，且预防静电损伤的效果更佳。

作为优选的实施方式，通过下述公式计算出导线102的最大线宽：

cdmax≤3/4r

其中，

cdmax表示导线102的最大线宽；

r表示机台能够解析出的最小线宽。

具体地，通过下述公式计算出最小线宽r：

其中，

k1表示光刻工艺的综合系数；

λ表示光刻工艺中的光源波长；

na为数字孔径。

具体地，k1表示光刻工艺中的综合系数，k1的范围为0.25～0.5，λ表示光刻工艺中的光源波长，即紫外线的波长，na为数字孔径，从上述公式可以得知，通过减小k1和增大na可以使得r减小，r为机台能够解析出的最小线宽，r越小说明机台的分辨率越高。但需要说明的是，k1的取值与光刻工艺中的各项工艺步骤相关，包括曝光模式、光罩类型、opc(opticalproximitycorrection，光学邻近效应校正)方式、光刻胶的改善及曝光机台的改造，k1越小表示光刻工艺越复杂，相应所需成本也更高，k1越大则表示光刻工艺越简单，但相应地机台的分辨率也更低，k1的理论极限值是0.25，也就是说，k1的取值在0.25时，机台的分辨率达到极限。

光刻工艺的投影系统通常引入数字孔径na来描述投影系统的性能，具体通过下述公式来计算数字孔径：

na＝n*sina＝d/2f

其中，

d为透镜的直径；

f为透镜的焦距；

作为优选的实施方式，通过下述公式计算出导线102的最小线宽：

cdmin≥1/2r

其中，

cdmin表示导线102的最小线宽；

r表示机台能够解析出的最小线宽。

本发明技术方案的有益效果在于：本发明提供一种预防静电损伤的光罩，在光罩的多个图形模块之间设置一根导线，使得多个图形模块之间形成等电位，避免静电电荷的转移，可从源头上防止静电产生，既可以节省生产成本，也可以有效地防止静电损伤。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。