掩模板组件、光刻装置和光刻方法与流程

本技术涉及半导体，尤其涉及一种掩模板组件、光刻装置和光刻方法。

背景技术：

1、半导体技术随着摩尔定律的不断发展，半导体结构从平面结构向三维立体结构演进，半导体结构的关键尺寸(critical dimension，cd)和图形周期(pitch)越来越小，导致利用光刻工艺形成半导体结构时遇到的问题越来越多。例如，小尺寸半导体结构在光刻工艺中的工艺窗口越来越小，容易造成离焦等缺陷，从而影响半导体结构的良率。

技术实现思路

1、本技术提供一种掩模板组件、光刻装置和光刻方法，可以利用第一掩模板和第二掩模板，通过两次曝光工艺，提高光刻工艺的工艺窗口。

2、第一方面，提高一种掩模板组件，该掩模板组件包括第一掩模板和第二掩模板。第一掩模板，用于对待刻蚀层上的正性光刻胶中位于禁止周期的部分进行第一次曝光，得到第一光刻胶图案。第一掩模板包括交替的第一透光图形和第一散射图形。第二掩模板，用于对第一光刻胶图案进行第二次曝光，得到第二光刻胶图案。第二掩模板包括交替的第二透光图形和第二散射图形。

3、第二光刻胶图案中第一次曝光的部分与第二次曝光的部分交替且间隔设置，沿第一透光图形指向第一散射图形的方向，第一透光图形的宽度与第二透光图形的宽度相同；待刻蚀层包括位于禁止周期的待去除部分，第一透光图形的图形周期和第二透光图形的图形周期，均为待去除部分中与其对应的部分的图形周期的两倍。

4、本技术中，利用第一掩模板和第二掩模板对正性光刻胶进行两次曝光，可以在不改变第一透光图形的宽度和第二透光图形的宽度、以及位于禁止周期的待保留图形的图案的情况下，使第一透光图形的图形周期以及第二透光图形的图形周期，增大为现有掩模板的透光图形的图形周期的两倍，从而大大提高光刻工艺的工艺窗口，改善离焦等缺陷问题，提高半导体结构的良率。

5、而图形周期变大后的第一透光图形和第二透光图形均为稀疏图形，因此，本技术实施例可以在相邻的第一透光图形之间插入第一散射图形，在相邻的第二透光图形之间插入第二散射图形。以使得第一掩模板的第一透光图形和第一散射图形的排布，以及第二掩模板的第二透光图形和第二散射图形的排布均近似为密集图形。这样一来，在对正性光刻胶进行曝光时，即可利用同一半径的光源，对刻蚀层中的密集图形和位于禁止周期的图形同时进行仿真优化。并且，由于第一散射图形和第二散射图形对光源起到散射作用，因此，光源不会通过第一散射图形和第二散射图形照射到正性光刻胶上，从而影响正性光刻胶的第一曝光部分和第二曝光部分、待刻蚀层中的待去除部分、以及第一待保留部分的位置。在一些可能实现的方式中，待刻蚀层还包括位于禁止周期的第一待保留图形，第一待保留图形均为条状，且所有第一待保留图形的图案以及图形周期均相同；第一掩模板复用作第二掩模板，从而节省光刻工艺的制备成本。

6、在一些可能实现的方式中，待刻蚀层还包括位于禁止周期以外的第二待保留图形，第二待保留图形的图形周期，小于待刻蚀层中其他待保留图形的图形周期。待刻蚀层中位于禁止周期的第一待保留图形的图形周期，为目标图形的图形周期的1.5倍-2倍。也可以说，位于禁止周期的待保留图形的图形周期，是同一层半导体结构中图形周期最小的待保留图形的图形周期的1.5倍～2倍。当然，在另一些可能实现的方式中，若改变芯片的尺寸或者仿真优化的技术，位于禁止周期的待保留图形的图形周期还可以是其他。

7、在一些可能实现的方式中，沿第一透光图形指向第一散射图形的方向，第一散射图形的宽度，小于第一透光图形的宽度。沿第二透光图形指向第二散射图形的方向，第二散射图形的宽度，小于第二透光图形的宽度。

8、可选的，第一散射图形的宽度可以为第一透光图形的宽度的40％～50％，第二散射图形的宽度可以为第二透光图形的宽度的40％～50％。例如，第一散射图形的宽度可以为第一透光图形的宽度的45％，第二散射图形的宽度可以为第二透光图形的宽度的45％，第一透光图形的宽度和第二透光图形的宽度均为50nm，则第一散射图形的宽度和第二散射图形的宽度均为22.5nm。

9、第二方面，提供一种光刻装置，该光刻装置包括显影设备、刻蚀设备、以及第一方面所述的掩模板组件。显影设备，用于对通过掩模板组件曝光得到的第二光刻胶图案进行显影，以得到第三光刻胶图案。刻蚀设备，用于在第三光刻胶图案的保护下，对待刻蚀层进行刻蚀。

10、第二方面以及第二方面的任意一种实现方式分别与第一方面以及第一方面的任意一种实现方式相对应。第二方面以及第二方面的任意一种实现方式所对应的技术效果可参见上述第一方面以及第一方面的任意一种实现方式所对应的技术效果，此处不再赘述。

11、此外，相较于相关技术的将掩模板组件拆分为多个掩模板，并利用多个掩模板进行多次曝光、多次显影、以及多次刻蚀的方案，本技术可以在两次曝光之后，进行一次显影工艺和刻蚀工艺，大大缩短了工艺流程，节省工艺成本。

12、第三方面，提供一种光刻方法，该光刻方法包括：利用第一掩模板对待刻蚀层上的正性光刻胶中位于禁止周期的部分进行第一次曝光，得到第一光刻胶图案；第一掩模板包括交替的第一透光图形和第一散射图形。利用第二掩模板对第一光刻胶图案进行第二次曝光，得到第二光刻胶图案；第二掩模板包括交替的第二透光图形和第二散射图形；第二光刻胶图案中第一次曝光的部分与第二次曝光的部分交替且间隔设置，沿第一透光图形指向第一散射图形的方向，第一透光图形的宽度与第二透光图形的宽度相同；待刻蚀层包括位于禁止周期的待去除部分，第一透光图形的图形周期和第二透光图形的图形周期，均为待去除部分中与其对应的部分的图形周期的两倍。

13、第三方面以及第三方面的任意一种实现方式分别与第一方面以及第一方面的任意一种实现方式相对应。第三方面以及第三方面的任意一种实现方式所对应的技术效果可参见上述第一方面以及第一方面的任意一种实现方式所对应的技术效果，此处不再赘述。

14、在一些可能实现的方式中，利用第二掩模板对第一光刻胶图案进行第二次曝光之后，光刻方法还包括：利用显影设备对第二光刻胶图案进行显影，得到第三光刻胶图案。在第三光刻胶图案的保护下，利用光刻设备对待刻蚀层进行刻蚀。相较于相关技术的将掩模板组件拆分为多个掩模板，并利用多个掩模板进行多次曝光、多次显影、以及多次刻蚀的方案，本技术可以在两次曝光之后，进行一次显影工艺和刻蚀工艺，大大缩短了工艺流程，节省工艺成本。

15、第四方面，提供一种掩模板组件，该掩模板组件包括第一掩模板和第二掩模板。

16、第一掩模板，用于对待刻蚀层上的光刻胶中位于目标周期的部分进行第一次曝光，得到第一光刻胶图案。第一掩模板包括第一透光图形；待刻蚀层包括待保留部分和待去除部分，待保留部分包括第二待保留部分和位于目标周期的第一待保留部分，待去除部分位于相邻第一保留部分之间；第二待保留部分的图形周期小于其他待保留部分的图形周期，第一待保留部分的图形周期大于或等于两倍的第二待保留部分的图形周期。

17、第二掩模板，用于对第一光刻胶图案进行第二次曝光，得到第二光刻胶图案；第二掩模板包括第二透光图形。第二光刻胶图案包括第一次曝光的第一曝光部分和第二次曝光的第二曝光部分，每一第一曝光部分和一个第二曝光部分交替且邻接设置。

18、当光刻胶为正性光刻胶时，第一透光图形和第二透光图形的图形周期均和与其对应的待去除部分的图形周期相同，沿第一曝光部分指向第二曝光部分的方向，第一透光图形和第二透光图形的宽度，均为位于待去除部分的宽度的一半。当光刻胶为负性光刻胶时，第一透光图形和第二透光图形的图形周期均和与其对应的第一待保留部分的图形周期相同，沿第一曝光部分指向第二曝光部分的方向，第一透光图形和第二透光图形的宽度均为待保留部分的宽度的一半。

19、本技术中，对于待去除部分与第一保留部分的宽度差较大的图形，可以利用第一掩模板和第二掩模板对正性光刻胶进行两次曝光，以在不改变目标周期的待保留图形的图案的情况下，使第一掩模板和第二掩模板中非透光图形的宽度增大，第一透光图形与非透光图形的宽度差减小，第二掩模板中第二透光图形与非透光图形的宽度差减小，从而避免因非透光图形的宽度过小，导致光刻工艺的工艺窗口较小。

20、在一些可能实现的方式中，第一待保留图形均为条状，且所有第一待保留图形的图案以及图形周期均相同；第一掩模板复用作第二掩模板，从而节省光刻工艺的制备成本。

21、第五方面，提供一种光刻装置，该光刻装置包括显影设备、刻蚀设备、以及第四方面所述的掩模板组件。显影设备，用于对通过掩模板组件曝光得到的第二光刻胶图案进行显影，以得到第三光刻胶图案。刻蚀设备，用于在第三光刻胶图案的保护下，对待刻蚀层进行刻蚀。

22、第五方面以及第五方面的任意一种实现方式分别与第四方面以及第四方面的任意一种实现方式相对应。第五方面以及第五方面的任意一种实现方式所对应的技术效果可参见上述第四方面以及第四方面的任意一种实现方式所对应的技术效果，此处不再赘述。

23、此外，相较于相关技术的将掩模板组件拆分为多个掩模板，并利用多个掩模板进行多次曝光、多次显影、以及多次刻蚀的方案，本技术可以在两次曝光之后，进行一次显影工艺和刻蚀工艺，大大缩短了工艺流程，节省工艺成本。

24、第六方面，提供一种光刻方法，该光刻方法包括：利用第一掩模板对待刻蚀层上的光刻胶中位于目标周期的部分进行第一次曝光，得到第一光刻胶图案。第一掩模板包括第一透光图形；待刻蚀层包括待保留部分和待去除部分，待保留部分包括第二待保留部分和位于目标周期的第一待保留部分，待去除部分位于相邻第一保留部分之间；第二待保留部分的图形周期小于其他待保留部分的图形周期，第一待保留部分的图形周期大于或等于两倍的第二待保留部分的图形周期。利用第二掩模板对第一光刻胶图案进行第二次曝光，得到第二光刻胶图案。第二掩模板包括第二透光图形；第二光刻胶图案包括第一次曝光的第一曝光部分和第二次曝光的第二曝光部分，每一第一曝光部分和一个第二曝光部分交替且邻接设置；当光刻胶为正性光刻胶时，第一透光图形和第二透光图形的图形周期均和与其对应的待去除部分的图形周期相同，沿第一曝光部分指向第二曝光部分的方向，第一透光图形和第二透光图形的宽度，均为位于待去除部分的宽度的一半；当光刻胶为负性光刻胶时，第一透光图形和第二透光图形的图形周期均和与其对应的第一待保留部分的图形周期相同，沿第一曝光部分指向第二曝光部分的方向，第一透光图形和第二透光图形的宽度均为待保留部分的宽度的一半。

25、第六方面以及第六方面的任意一种实现方式分别与第四方面以及第四方面的任意一种实现方式相对应。第六方面以及第六方面的任意一种实现方式所对应的技术效果可参见上述第四方面以及第四方面的任意一种实现方式所对应的技术效果，此处不再赘述。

26、在一些可能实现的方式中，利用第二掩模板对第一光刻胶图案进行第二次曝光之后，光刻方法还包括：利用显影设备对第二光刻胶图案进行显影，得到第三光刻胶图案；在第三光刻胶图案的保护下，利用光刻设备对待刻蚀层进行刻蚀。

27、相较于相关技术的将掩模板组件拆分为多个掩模板，并利用多个掩模板进行多次曝光、多次显影、以及多次刻蚀的方案，本技术可以在两次曝光之后，进行一次显影工艺和刻蚀工艺，大大缩短了工艺流程，节省工艺成本。