專利名稱：用于步進式重復曝光光刻機的鏡頭結(jié)構(gòu)及光刻機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種可提高多層整合光罩工藝套準精度的步進式重復曝光光刻機的鏡頭結(jié)構(gòu)設(shè)計。
背景技術(shù)：
光刻技術(shù)伴隨集成電路制造工藝的不斷進步，線寬的不斷縮小，半導體器件的面積正變得越來越小，半導體的布局已經(jīng)從普通的單一功能分離器件，演變成整合高密度多功能的集成電路；由最初的IC (集成電路)隨后到LSI (大規(guī)模集成電路)，VLSI (超大規(guī)模集成電路)，直至今天的ULSI (特大規(guī)模集成電路)，器件的面積進一步縮小，功能更為全面強大。考慮到工藝研發(fā)的復雜性、長期性和高昂的成本等等不利因素的制約，如何在現(xiàn)有技術(shù)水平的基礎(chǔ)上進一步提高器件的集成密度，縮小芯片的面積，在同一枚硅片上盡可能多 的得到有效的芯片數(shù)，從而提高整體利益，將越來越受到芯片設(shè)計者，制造商的重視。在不斷提高器件集成密度的革新過程中，掩模板便首當其沖。在半導體制造中，掩模板充當著載體的角色，正是依靠它，光刻能夠在硅片上實現(xiàn)設(shè)計者的思路，讓半導體實現(xiàn)各種功能。隨著光刻技術(shù)不斷向更為細小的技術(shù)節(jié)點邁進，掩模板的價格也不斷激增，例如分別針對于65nm、45nm、32nm以及22nm工藝節(jié)點而言，掩模板的價格分別為3. 5萬美金、8萬美金、15萬美金以及20萬美金。與之相反的是關(guān)鍵層的套準精度在不斷縮小，例如針對于45nm和22nm工藝，關(guān)鍵層的歸一化套準精度分別為65nm工藝的1/2與1/3。若無法滿足技術(shù)的需求，產(chǎn)品的合格率無法保證，隨之而來的就是先期投入的浪費、錯過市場黃金需求期，商業(yè)的巨大損失。多層整合光罩(Multi-Layer Mask，MLM)，參見附圖1，其特征在于將多層使用同一類光刻曝光設(shè)備的光刻工藝層(圖中的實際圖形區(qū)域4-1，4-2)放在同一塊掩模板(3)上，能夠最大限度的使用掩模板，進而節(jié)約成本。這種方式被廣大的客戶接受，成為業(yè)界一種普遍商業(yè)模式。參見圖2以及圖3所示的傳統(tǒng)步進式(Stepper)重復曝光光刻機的掩模板工件臺及掩模板工作原理不意圖，當上述光刻機應(yīng)用于多層整合光罩時，掩模板遮光板(5)將不進行曝光的實際圖形區(qū)域擋住，僅暴露待曝光的實際圖形區(qū)域(4)即可。然而，上述掩模板的布局模式對于步進式重復曝光光刻機而言，會造成光學鏡頭局部受熱不均勻的問題。這一問題會導致圖形形變惡化，進而降低光刻機的套準精度表現(xiàn)。參見圖4，圖中以深色多點線表示曝光前的設(shè)計光路，其主要對應(yīng)于左側(cè)光學凸鏡的上半部分；以淺色多點線表示被遮光板擋住的光路，其主要對應(yīng)于左側(cè)光學凸鏡的下半部分；實際曝光過程中，由于光學凸鏡的上半部分受熱產(chǎn)生變形(圖中以符號de表示變形情況)，實際曝光光路以實線表示。可見，實際光路(實線)與設(shè)計光路(深色多點線)相比具有差異，進而在晶圓上曝光的圖形產(chǎn)生變形(圖中最右側(cè)示意該變形)。隨著技術(shù)不斷前進，產(chǎn)品套準規(guī)格的要求越發(fā)嚴格，上述問題不能被容忍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過對步進式重復曝光光刻機鏡頭結(jié)構(gòu)的改進，提高多層整合光罩的工藝套準精度。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種用于步進式重復曝光光刻機的鏡頭結(jié)構(gòu)，包括投影鏡頭，以及設(shè)置在所述投影鏡頭外側(cè)的溫控裝置，該溫控裝置包括溫度測定單元以及溫度調(diào)節(jié)單元，其中溫度測定單元測得投影鏡頭圓周方向的溫度差，當溫度差大于預(yù)定值時，啟動溫度調(diào)節(jié)單元，使得沿著投影鏡頭圓周方向的溫度差減小。本發(fā)明還提出一種采用了上述鏡頭結(jié)構(gòu)的步進式重復曝光光刻機。本發(fā)明通過在投影鏡頭的周邊安裝的溫控裝置，當發(fā)生鏡頭受熱不均勻時，通過溫度調(diào)節(jié)，實現(xiàn)不同區(qū)域內(nèi)的溫度均勻性，進而實現(xiàn)步進式重復曝光光刻機鏡頭均勻受熱，從而減少鏡頭熱學形變，提高了工藝套準精度。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。圖I為多層整合光罩的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中步進式重復曝光光刻機的示意性仰視圖；圖3為圖2的剖視圖；圖4為現(xiàn)有技術(shù)中多層整合光罩布局模式導致步進式重復曝光光刻機的局部光學鏡頭受熱不均勻及變形示意圖；圖5為本發(fā)明針對圖3所示的步進式重復曝光光刻機提出的鏡頭結(jié)構(gòu)改進圖；圖6為圖5中鏡頭結(jié)構(gòu)的俯視圖。其中1，投影鏡頭；2，掩模板固定平臺；3，掩模板；4、4-1、4_2，實際圖形區(qū)域；5，掩模板遮光板；6，溫控裝置。
具體實施例方式通過背景技術(shù)的描述可知，現(xiàn)有實際曝光過程中，由于圖4中光學凸鏡的上半部分受熱產(chǎn)生變形，致使實際光路與設(shè)計光路相比具有差異，進而在晶圓上曝光的圖形產(chǎn)生嚴重變形。因此，通過改善投影鏡頭的散熱不均勻問題，減少光學凸鏡的熱變形，則能夠防止曝光圖形惡化，并且改善光刻機的套準精度表現(xiàn)。參見圖5，本發(fā)明提出的步進式重復曝光光刻機鏡頭結(jié)構(gòu)改進圖。所述步進式重復曝光光刻機，包括用于放置掩模板3的固定平臺2，投影鏡頭1，以及掩模板遮光板5。該進行曝光的掩模板3上形成實際圖形區(qū)域4，該實際圖形區(qū)域4可以為圖I所示的兩塊或者兩塊以上的圖形。當上述光刻機應(yīng)用于多層整合光罩時，掩模板遮光板5將不進行曝光的圖形擋住，僅暴露待曝光的圖形即可。尤其的，所述投影鏡頭I的外側(cè)設(shè)置有溫控裝置6，所述溫控裝置6包括溫度測定單元以及溫度調(diào)節(jié)單元，其中溫度測定單元測得投影鏡頭I圓周方向的溫度差，當溫度差大于預(yù)定值時，溫度調(diào)節(jié)單元被啟動，使得投影鏡頭I圓周方向的溫度差減小。參見圖6，所述溫控裝置6環(huán)繞投影鏡頭I的圓周方向延伸，在本實施例中，兩個溫控裝置6對稱分布于投影鏡頭I的同一圓周外側(cè)，形成一對溫控裝置，所述一對溫控裝置包覆幾乎整個圓周，因此可以起到更好的溫控效果。返回圖5，兩對以上的溫控裝置沿著投影鏡頭I的軸心線延伸方向布置，能夠?qū)ν队扮R頭I進行全面溫度調(diào)節(jié)。所述溫控裝置優(yōu)選2 10對，本實施例中，設(shè)置四對溫控裝置。所述溫控方式可以是水溫控、半導體冷暖溫控、氣體溫控等常規(guī)方式。且各個溫控裝置6為獨立進行溫度調(diào)節(jié)。當使用步進式重復曝光光刻機對多層整合光罩進行曝光，投影鏡頭出現(xiàn)受熱膨脹不均勻時，若通過溫控裝置6的溫度測定單元測得圖4中鏡頭上下溫度不平衡，則通過圖5、圖6的溫度調(diào)節(jié)單元進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)投影鏡頭的溫度均勻，進而實現(xiàn)不同區(qū)域內(nèi)的溫度均勻性，進而實現(xiàn)投影鏡頭均勻受熱，從而減少鏡頭熱學形變，提高了工藝套準精。發(fā)明人通過多次實驗驗證，采用本發(fā)明的溫控裝置以后，多層整合光罩的曝光套準精度能夠提高20%以上。例如，對于某同一批次的硅片，采用現(xiàn)有步進式重復曝光光刻機，X方向與Y方向的最大套準偏差分別是105nm、50nm;而使用了本發(fā)明的溫控裝 置后，X方向與Y方向的最大套準偏差分別僅為55nm、28nm，滿足70nm的工藝要求。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種用于步進式重復曝光光刻機的鏡頭結(jié)構(gòu)，包括投影鏡頭，其特征在于所述投影鏡頭的外側(cè)設(shè)置有溫控裝置，該溫控裝置包括溫度測定單元以及溫度調(diào)節(jié)單元，其中溫度測定單元測得投影鏡頭圓周方向的溫度差，當溫度差大于預(yù)定值時，啟動溫度調(diào)節(jié)單元，使得沿著投影鏡頭圓周方向的溫度差減小。
2.如權(quán)利要求I所述的鏡頭結(jié)構(gòu)，其特征在于所述溫控裝置環(huán)繞投影鏡頭的圓周方向延伸。
3.如權(quán)利要求2所述的鏡頭結(jié)構(gòu)，其特征在于兩個溫控裝置對稱分布于投影鏡頭的同一圓周外側(cè)，形成一對溫控裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的鏡頭結(jié)構(gòu)，其特征在于沿著投影鏡頭軸心線延伸方向布置2 10對溫控裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的鏡頭結(jié)構(gòu)，其特征在于各個溫控裝置獨立進行溫度調(diào)節(jié)。
6.如權(quán)利要求I所述的鏡頭結(jié)構(gòu)，其特征在于進行曝光的掩模板上具有兩塊以上圖形。
7.一種步進式重復曝光光刻機，其特征在于采用權(quán)利要求I中的鏡頭結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于步進式重復曝光光刻機的鏡頭結(jié)構(gòu)設(shè)計，鏡頭結(jié)構(gòu)包括投影鏡頭，以及設(shè)置在所述投影鏡頭外側(cè)的溫控裝置，該溫控裝置包括溫度測定單元以及溫度調(diào)節(jié)單元，其中溫度測定單元測得投影鏡頭圓周方向的溫度差，當溫度差大于預(yù)定值時，啟動溫度調(diào)節(jié)單元，使得沿著投影鏡頭圓周方向的溫度差減小。本發(fā)明通過在投影鏡頭的周邊安裝的溫控裝置，當發(fā)生鏡頭受熱不均勻時，通過溫度調(diào)節(jié)，實現(xiàn)不同區(qū)域內(nèi)的溫度均勻性，進而實現(xiàn)步進式重復曝光光刻機鏡頭均勻受熱，從而減少鏡頭熱學形變，提高了工藝套準精度。
文檔編號G03F7/20GK102866598SQ20121038877
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者朱駿, 張旭昇 申請人:上海華力微電子有限公司