光阻图案的形成方法以及刻蚀工艺、曝光设备与流程

本发明涉及制造半导体器件的技术领域,尤其涉及一种光阻图案的形成方法以及一种刻蚀工艺，还涉及一种用于对光阻层进行曝光工艺的曝光设备。

背景技术：

薄膜晶体管阵列基板(tft-array)或者是其他半导体集成电路中的电路图案，通常是采用刻蚀工艺制备获得。具体地，首先是在基底上制备形成待刻蚀薄膜层(导体薄膜或半导体薄膜)，然后在所述待刻蚀薄膜层制备形成光阻图案，最后在所述光阻图案的保护下对所述待刻蚀薄膜层进行刻蚀工艺，将所述光阻图案转移到待刻蚀薄膜层中，制备获得电路图案。电路图案中的斜边(taper)角度和形貌，不仅影响着器件结构中层与层之间的粘附性的大小，其对产品的电性和品质都有着巨大的影响。如前所述，电路图案是通过刻蚀工艺将光阻图案转移到待刻蚀薄膜层中制备形成，要制备获得具有良好的taper角度和形貌的电路图案，首先是要使得光阻图案也具有良好的taper角度和形貌。

光阻图案的形成方法主要包括涂布(coating)、减压干燥(vacuumdry)、曝光(exposure)、显影(developing)、烘烤(post-baking)等步骤。随着器件特征尺寸的缩小，图案中的线宽越来越细，对器件制造的精确度要求越来越高，对图案的taper角度和形貌的控制也越来越难。目前，造成光阻图案的taper角度和形貌难以控制的主要原因是：在减压干燥的过程中，光阻层表面的溶剂快速挥发，由此使得光阻层表面变硬进而导致其下方的溶剂挥发速度变慢，其结果是对于光阻层的未曝光部分，其上层的溶剂含量较低从而不易于在显影液中的溶解，而下层的溶剂含量较高从而在显影液中的溶解速度较快。因此，在显影之后获得的光阻图案中，如图1所示，在靠近光阻图案1的上表面的位置形成上宽下窄的图形(呈倒梯形的形状)，所述光阻图案1的纵向截面包括位于底部的梯形部1a和位于顶部的倒梯形部1b，这并不是我们想要的光阻图案的形貌。正常的具有良好的taper角度和形貌的光阻图案，其纵向截面应当是自下而上形成一个完整的梯形的形状。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明提供了一种光阻图案的形成方法，其可以制备形成具有良好的taper角度和形貌的光阻图案，有利于在后续的刻蚀工艺中制备获得具有良好的taper角度和形貌的电路图案，提升产品的品质。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种光阻图案的形成方法，其包括：

在基板上涂布形成光阻层；

在所述光阻层上设置光掩膜，从所述光掩膜上对所述光阻层进行第一曝光工艺，在所述光阻层中形成具有第一曝光深度的图案化的曝光图形；

从所述光阻层上进行整面曝光的第二曝光工艺，在所述光阻层中形成具有第二曝光深度的曝光层；

通过显影工艺去除所述曝光图形和所述曝光层，获得光阻图案；

其中，所述第二曝光工艺的曝光能量小于所述第一曝光工艺的曝光能量，以使所述第二曝光深度小于所述第一曝光深度。

其中，所述第二曝光工艺的曝光能量为所述第一曝光工艺的曝光能量的12％以下。

其中，所述第二曝光工艺的曝光能量为所述第一曝光工艺的曝光能量的8％～12％。

其中，所述第一曝光深度不小于所述光阻层的厚度。

其中，在涂布形成光阻层之后，应用减压干燥工艺去除所述光阻层中的溶剂。

本发明还提供了一种刻蚀工艺，其包括：

形成待刻蚀薄膜层；

采用如上所述的光阻图案的形成方法，在所述待刻蚀薄膜层上制备形成光阻图案；

在所述光阻图案的保护下，对所述待刻蚀薄膜层进行刻蚀工艺。

本发明的另一方面是提供一种曝光设备，用于对光阻层进行曝光工艺，其中，所述曝光设备包括传送机构和设置在所述传送机构相对上方的第一曝光装置和第二曝光装置，所述第一曝光装置和所述第二曝光装置沿所述传送机构的行进方向上依次设置；其中，所述第一曝光装置用于执行第一曝光工艺，以在所述光阻层中形成具有第一曝光深度的图案化的曝光图形；所述第二曝光装置用于执行第二曝光工艺，以在所述光阻层中形成具有第二曝光深度的曝光层；其中，所述第二曝光工艺的曝光能量小于所述第一曝光工艺的曝光能量，以使所述第二曝光深度小于所述第一曝光深度。

本发明实施例提供的一种光阻图案的形成方法，对光阻层进行两次曝光工艺，其可以制备形成具有良好的taper角度和形貌的光阻图案，有利于在后续的刻蚀工艺中制备获得具有良好的taper角度和形貌的电路图案，提升产品的品质。

附图说明

图1是现有技术中制备获得的光阻图案的示例性图示；

图2是本发明实施例提供的刻蚀工艺的工艺流程图；

图3是本发明实施例提供的光阻图案的形成方法的工艺流程图；

图4a～4d是本发明实施例提供的光阻图案的形成方法中，各个步骤对应获得的器件结构的示例性图示；

图5是本发明实施例提供的曝光设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本实施例首先提供了一种刻蚀工艺，用于制备形成电路图案。如图2所示，所述刻蚀工艺包括步骤：

s1、在衬底基板上制备形成待刻蚀薄膜层。具体地，所述待刻蚀薄膜层的材料可以是用于形成电路图案中各种线路或元件的导体材料或半导体材料，通常是使用沉积工艺制备获得。

s2、在所述待刻蚀薄膜层上制备形成光阻图案。具体地，首先是在所述待刻蚀薄膜层涂布光阻层，然后通过曝光、显影工艺，将所述光阻层显影形成光阻图案。

s3、在所述光阻图案的保护下，对所述待刻蚀薄膜层进行刻蚀工艺，刻蚀获得电路图案。

其中，为了在刻蚀工艺中刻蚀获得具有良好的taper角度和形貌的电路图案，需要控制好光阻图案的taper角度和形貌。为此，本实施例还提供了一种光阻图案的形成方法，参阅图3以及图4a～4d，所述光阻图案的形成方法包括步骤：

s10、如图4a所示，在基板10上涂布形成光阻层20。在本实施例中，所述基板10是指前述待刻蚀薄膜层，所述光阻层20为正性光阻。其中，可以通过狭缝涂布工艺或旋涂工艺涂布形成所述光阻层20。进一步地，在涂布形成所述光阻层20之后，还应用减压干燥工艺去除所述光阻层20中的溶剂。

s20、如图4b所示，在所述光阻层20上设置光掩膜30，从所述光掩膜30上对所述光阻层20进行第一曝光工艺41，在所述光阻层20中形成具有第一曝光深度h1的图案化的曝光图形20a。所述光阻层20被曝光的部分在后续显影时溶解于显影液去除，因此，需要根据所要形成的光阻图案选择相应图案的光掩膜30，对于要保留光阻的区域设置为非透光区，对于要去除光阻的区域设置为透光区。其中，所述第一曝光深度h1应当不小于所述光阻层20的厚度，以保证在显影去除曝光图形20a之后，下方的基板10可以暴露出。

s30、如图4c所示，从所述光阻层20上进行整面曝光的第二曝光工艺42，在所述光阻层20中形成具有第二曝光深度h2的曝光层20b。其中，在进行第二曝光工艺42时，此时所述光阻层20不需要设置任何光掩膜，而是对所述光阻层20的整个表面进行连续的曝光，但是要控制所述第二曝光深度h2为小于所述第一曝光深度h1，具体地，通过控制所述第二曝光工艺42的曝光能量小于所述第一曝光工艺41的曝光能量，由此可以使得所述第二曝光深度h2小于所述第一曝光深度h1。

在优选的方案中，所述第二曝光工艺42的曝光能量设置为所述第一曝光工艺41的曝光能量的10％左右，通常需要设置在12％以下，该数值最为优选的范围是8％～12％，只需要在所述光阻层20的表层附近形成厚度较小的曝光层20b即可。

s40、如图4d所示，通过显影工艺去除所述曝光图形20a和所述曝光层20b，获得光阻图案20c。

如上所述的光阻图案的形成方法，相比于现有技术，增加了对光阻层20进行第二曝光工艺42，在所述光阻层20的表层附近形成厚度较小的曝光层20b，所述曝光层20b不仅是覆盖了第一曝光工艺41时的曝光区域，也覆盖了第一曝光工艺41时的未曝光区域，并且，由于所述曝光层20b的厚度很小，其不会改变第一曝光工艺41形成的曝光图形20a。进行显影工艺时，光阻图案是由第一曝光工艺41时的未曝光区域形成，本发明中该区域的顶部进行了弱曝光(第二曝光工艺42)而变得易于溶解于显影液，最终显影获得的光阻图案20c的纵向截面自下而上形成一个完整的梯形的形状，具有良好的taper角度和形貌。相比于图1所示的光阻图案，相当于通过进行第二曝光工艺42，将其中顶部的倒梯形部1b溶解去除或者促进溶解使其变为梯形形状。

进一步地，在进行显影工艺之后，还对所述光阻图案20c进行烘烤处理，以进一步优化光阻图案20c的taper角度。

另外，如上所述的光阻图案的形成方法中，也可以先进行第二曝光工艺42，然后再进行第一曝光工艺41，也就说，以上的步骤s20和步骤s30的先后顺序可以互换。

本实施例还提供了一种曝光设备，用于在进行如上所述的光阻图案的形成方法时，对光阻层进行曝光工艺。如图5所示，所述曝光设备包括传送机构100和设置在所述传送机构100相对上方的第一曝光装置200和第二曝光装置300，所述第一曝光装置200和所述第二曝光装置300沿所述传送机构100的行进方向(如图5中的x方向)上依次设置。其中，所述第一曝光装置200用于执行如上所述的第一曝光工艺41，以在所述光阻层中形成具有第一曝光深度的图案化的曝光图形。所述第二曝光装置300用于执行如上所述的第二曝光工艺42，以在所述光阻层中形成具有第二曝光深度的曝光层。其中，所述所述第一曝光装置200和所述第二曝光装置300的曝光能量都是可以根据实际需要进行调节，以分别满足如上所述的第一曝光工艺41和第二曝光工艺42的曝光量的要求。

综上所述，本发明实施例提供的刻蚀工艺以及相应的光阻图案的形成方法，通过对光阻层进行两次曝光工艺，其可以制备形成具有良好的taper角度和形貌的光阻图案，有利于在后续的刻蚀工艺中制备获得具有良好的taper角度和形貌的电路图案，提升产品的品质。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。