一种双重曝光的光刻工艺方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种28nm及其以下技术节点半导体制造光刻技术中利用双重曝光的光刻工艺优化方法。

背景技术：

当今的纳米半导体制造光刻技术主要通过减小曝光波长和数值孔径来实现。对于32nm和22nm及其以下技术节点半导体制造技术，可以通过EUV光刻技术来实现，但是这种光刻技术还有许多技术难点没有解决。另一方面，双重曝光技术在传统的光刻技术上通过连续曝光来实现小尺寸图形的成像从而引起越来越多研究者的兴趣。然而这种技术的主要难点在于制作器件时保持较大的工艺窗口。

目前双重曝光技术主要实现形式有光刻-蚀刻-光刻-刻蚀，光刻-光刻-刻蚀。对于第一种双重曝光技术，由于要经过两步曝光，两步刻蚀，其成本远大于传统曝光技术。而对于第二种双重曝光技术，在第一次光刻(L1)显影后，经过光刻胶固化反应，继而进行第二次曝光，省略了第一种方法中的蚀刻步骤，从而有效降低了图形成形的技术成本。

对于光刻-光刻-刻蚀双重曝光技术，许多技术如离子注入、热处理和化学处理等用于第一次曝光后光刻胶固化处理来防止与第二次光刻反应中发生互溶。由于光阻固化过程中，光阻表面分子内和分子间发生交联反应，因此可以把光阻固化过程称为“光阻愈合”。

化学手段“光阻愈合”第一次曝光与第二次曝光是在同一涂胶机台内进行，节省了作业的时间。但是化学反应过程受外界环境影响很大，不容易控制。热处理“光阻愈合”过程受温度波动影响很大，进而光阻形貌很难控制。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够双重曝光工艺中第二次曝光对第一次曝光形成的图形产生的影响问题的双重曝光的光刻工艺方法。

为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种双重曝光的光刻工艺方法，包括：

第一步骤：在衬底硅片上沉积硬掩模层，然后涂布可形成硬膜的第一光刻胶，其中第一光刻胶成分中含有交联前驱体，而且交联前驱体在预定波长光源作用下使第一光刻胶发生交联硬化反应；

第二步骤：执行曝光显影以形成第一曝光图形；

第三步骤：经过第一次曝光后形成的光刻图形在预定波长光源下进行全面曝光处理，使得光阻内交联前驱体在该波长光源作用下触发交联硬化反应，从而达到固化第一曝光光刻图形的目的；

第四步骤：在固化后的第一光刻胶上涂布第二光刻胶；

第五步骤：执行曝光和显影后在第二曝光图形；

第六步骤：以第二曝光图形和第一曝光图形为掩模，通过蚀刻将所述光刻胶图形转移到硅片上。

优选地，预定波长光源是248nm波长光源。

优选地，第一光刻胶是ArF光刻胶，而且第一光刻胶所含的光活性物质只在193nm波长作用下发生光酸反应。

优选地，在第一步骤，在衬底硅片上依次沉积无定形碳薄膜和含碳的氧化硅薄膜，然后涂布可形成硬膜的第一光刻胶；其中，无定形碳薄膜的厚度为20～300nm，含碳的氧化硅薄膜的厚度为0～40nm。

优选地，第三步骤的处理时间为40s～60s。

优选地，所述第一次曝光后对第一曝光图形采用特定光源处理，之后进行时间为40～80s的均一化热处理。

优选地，所述第一次曝光后对第一曝光图形采用特定光源处理，之后进行温度为100～200℃的均一化热处理。

优选地，第五步骤的曝光和显影在第一曝光图形的间隙进行。

优选地，所述第一光刻胶与第二光刻胶的抗蚀刻能力比大于等于1.6:1。

优选地，第五步骤使用的第二张掩模板上和第二步骤使用的第一张掩模板上具有相同的曝光图形。

本发明通过第一次曝光后通过特定波长光源处理，触发第一光刻胶的交联前驱体，促使第一光刻胶形成交联，并进一步加热固化，来实现在第二次曝光过程中第一曝光图形不受二次曝光的影响。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1至5示意性的示出了根据本发明优选实施例的双重曝光制作高均匀度栅极线条的方法。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。

本发明主要通过第一次曝光后通过特定波长光源处理，触发第一光刻胶的交联前驱体(cross-linker precursor)，促使第一光刻胶形成交联，并进一步加热固化，增加第一光刻胶抗显影液溶解性，从而增加第一次光刻后图形的稳定性，减少与第二次光刻图形的互溶，大大改善了两次曝光中图形之间的干扰，具有很强的技术可实施性及量产应用性。

图1至5示意性的示出了根据本发明优选实施例的双重曝光制作高均匀度栅极线条的方法。

具体地说，如图1至5所示，根据本发明优选实施例的双重曝光制作高均匀度栅极线条的方法包括：

第一步骤：在衬底硅片1上沉积硬掩模层，然后涂布可形成硬膜的第一光刻胶4；

例如，如图1所示，在第一步骤，在衬底硅片1上依次沉积无定形碳薄膜2和含碳的氧化硅薄膜3，然后涂布可形成硬膜的第一光刻胶4；

优选地，硬掩模层可以选用有机抗反射薄膜和无机无定形碳材料来降低光刻胶底部的反射率，来优化光刻和蚀刻后图形的均匀度。

优选地，第一光刻胶成分中含有一种交联前驱体，在预定波长(具体地，248nm波长)光源作用下可促使该光刻胶发生交联硬化反应。在具体实施方式中，第一光刻胶4只能是ArF光刻胶且其所含光活性物质(PAC)只在193nm波长作用下发生光酸反应。

优选地，无定形碳薄膜2的厚度为20～300nm，含碳的氧化硅薄膜3的厚度为0～40nm。

第二步骤：执行曝光显影以形成第一曝光图形41，如图2所示；

第三步骤：经过第一次曝光后形成的光刻图形在248nm特定波长光源下进行全面曝光(blank曝光)处理，使得光阻内交联前驱体在该波长光源作用下触发交联硬化反应，从而达到固化第一曝光光刻图形的目的，如图3所示；

优选地，第三步骤的处理时间为40s～60s。

更具体地说，在第三步骤中，在完成曝光显影后，将形成第一栅极线条的硅片进行特定光源全面曝光处理，该步的作用是在光子的作用下部分C-H键被破坏而促进了C-C的结合形成树脂与光活性物质以及树脂与树脂之间的交联，促使溶剂和水蒸气挥发并凝固曝光显影后光刻胶图形。全面曝光处理完后对硅片进行一段时间的热处理。

第四步骤：在固化后的第一光刻胶上涂布第二光刻胶5，如图4所示；

第五步骤：执行曝光和显影后在第二曝光图形51，如图5所示；

第六步骤：以第二曝光图形51和第一曝光图形41为掩模，通过蚀刻将所述光刻胶图形转移到硅片上。

具体地，例如以第二曝光图形51和第一曝光图形41及沉积膜为掩模，依次刻蚀底部沉积的抗反射层，最终形成符合设计线宽要求的光刻图形。

优选地，所述第一次曝光后对第一曝光图形41采用特定光源处理，之后进行时间为40～80s的均一化热处理。

优选地，所述第一次曝光后对第一曝光图形41采用特定光源处理，之后进行温度为100～200℃的均一化热处理。

优选地，第五步骤的曝光和显影在第一曝光图形41的间隙进行。

优选地，所述第一光刻胶与第二光刻胶的抗蚀刻能力比大于等于1.6:1。

优选地，第五步骤使用的第二张掩模板上和第二步骤使用的第一张掩模板上具有相同的曝光图形，这样可以在第一张掩模板的基础上移动半节距的距离，以得到第二张掩模板。

综上所述，本发明提供的双重曝光方法引入了特定波长光源全面曝光和热处理工艺，既满足了双重曝光技术实现更小线宽的图形要求，同时也使得双重曝光工艺中第二次曝光易对第一次曝光形成的图形造成影响的问题得以很好地解决。

此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。