光刻方法及装置与流程

1.本发明涉及半导体的制造工艺领域，特别涉及光刻方法及装置。


背景技术：

2.半导体技术的发展方向是特征尺寸的减小和集成度的提高。对于存储器件而言，存储器件的存储密度的提高与半导体制造工艺的进步密切相关。随着半导体制造工艺的特征尺寸越来越小，存储器件的存储密度越来越高。
3.为了进一步提高存储密度，已经开发出三维结构的存储器件(即，3d存储器件)。该3d存储器件包括沿着垂直方向堆叠的多个存储单元，在单位面积的晶片上可以成倍地提高集成度，并且可以降低成本。
4.随着3d nand存储器件的层数越来越多，台阶刻蚀工艺过程中以及结束后，核心区和台阶区之间的高度差越来越大，在后续的光刻曝光过程中调节不同区域的聚焦平面带来挑战。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种光刻方法及装置，可以调整不同区域的聚焦平面，优化光刻胶的形貌以及增大光刻工艺窗口。
6.根据本发明的一方面，提供一种光刻方法，包括：在不平坦的基底表面上形成光刻胶，所述光刻胶包括多个待曝光区；采用一次曝光过程对所述待曝光区进行曝光，所述一次曝光过程包括至少两个不同的光脉冲，所述至少两个不同的光脉冲对所述待曝光区进行曝光的等效景深，大于或等于各所述待曝光区中所述光刻胶之间的最大厚度差；其中，任意两个所述光脉冲的波长和/或能量不同。
7.优选地，所述至少两个不同的光脉冲，其中部分所述光脉冲对应的实际聚焦平面，位于多个所述待曝光区中所述光刻胶层厚度最厚的所述待曝光区靠近所述基底的底部。
8.优选地，所述至少两个不同的光脉冲，其中部分所述光脉冲对应的实际聚焦平面，位于所述光刻胶层远离所述基底的顶部。
9.优选地，各所述待曝光区的最佳聚焦平面，均位于所述等效景深的范围内。
10.优选地，所述光刻方法还包括：获取所述待曝光区所需的曝光剂量，以及根据所述曝光剂量调节各光脉冲的波长和能量。
11.优选地，所述光刻胶的光敏感度越大，所述多个待曝光区所需的曝光剂量越小。
12.优选地，所述光刻胶的厚度越厚，所述多个待曝光区所需的曝光剂量越大。
13.优选地，在一次曝光过程中连续使用两个不同的光脉冲。
14.根据本发明的另一方面，提供一种光刻装置，包括：涂覆模块，用于在不平坦的基底表面上形成光刻胶，所述光刻胶包括多个待曝光区；曝光模块，用于采用一次曝光过程对所述待曝光区进行曝光，所述一次曝光过程包括至少两个不同的光脉冲，所述至少两个不同的光脉冲对所述待曝光区进行曝光的等效景深，大于或等于各所述待曝光区中所述光刻
胶之间的最大厚度差；其中，任意两个所述光脉冲的波长或/和能量不同。
15.优选地，所述至少两个不同的光脉冲，其中部分所述光脉冲对应的实际聚焦平面，位于多个所述待曝光区中，所述光刻胶层厚度最厚的所述待曝光区靠近所述基底的底部。
16.优选地，所述至少两个不同的光脉冲，其中部分所述光脉冲对应的实际聚焦平面，位于所述光刻胶层远离所述基底的顶部。
17.优选地，各所述待曝光区的最佳聚焦平面，均位于所述等效景深的范围内。
18.优选地，所述光刻装置还包括：控制模块，用于获取所述待曝光区所需的曝光剂量，以及根据所述曝光剂量调节各光脉冲的波长和能量。
19.优选地，所述光刻胶的光敏感度越大，所述多个待曝光区所需的曝光剂量越小。
20.优选地，所述光刻胶的厚度越厚，所述多个待曝光区所需的曝光剂量越大。
21.优选地，所述曝光模块在一次曝光过程中连续使用两个不同的光脉冲。
22.本发明实施例提供的光刻方法及装置，在一次曝光过程中使用至少两个不同的光脉冲，通过调节每个光脉冲的波长以及能量，使得对所述待曝光区进行曝光的等效景深大于或者等于各所述待曝光区中的光刻胶之间的最大厚度差，优化光刻胶的形貌以及增大光刻工艺窗口，提高产品的良率以及可靠性。
23.进一步地，本发明实施例提供的光刻方法及装置，在一次曝光过程中采用至少两个不同的光脉冲对具有不同厚度的光刻胶进行曝光，可以将待曝光的光刻胶得到较好的曝光，减少返工几率，从而可以提高出片量(wafer per hour，简称wph)。
附图说明
24.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
25.图1示出现有技术中光刻曝光光路示意图；
26.图2a和图2b示出现有技术中光刻后半导体器件的结构示意图；
27.图3示出本发明实施例提供的光刻方法的流程图；
28.图4示出根据本发明实施例的光刻曝光光路的示意图；
29.图5示出根据本发明实施例的光脉冲的波形示意图；
30.图6示出采用本发明实施例的光刻方法后半导体器件的示意图；
31.图7示出本发明实施例的光刻装置的结构示意图。
具体实施方式
32.以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
33.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
34.本发明中描述的“上方”，是指位于基板平面的上方，可以是指材料之间的直接接触，也可以是间隔设置。
35.在本技术中，术语“半导体结构”指在制造存储器件的各个步骤中形成的整个半导体结构的统称，包括已经形成的所有层或区域。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的
技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
36.本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
37.图1示出了现有技术中光刻曝光光路示意图。光线110透过掩膜版111，然后通过透镜113聚焦到基底上的光刻胶114，该基底包括衬底116以及位于衬底116上的功能结构层115；功能结构层115上涂覆光刻胶114。通常来说，功能结构层115背向衬底116的一侧往往不平整，因而形成在其上的光刻胶114厚度也不均一，例如，如图1所示，h3处光刻胶厚度最大，h2处光刻胶厚度次之，h1处光刻胶厚度最小，即h3＞h2＞h1。此时，对于不同区域的光刻胶来说，由于其厚度不均一，对光刻胶进行曝光时，为了达到较好的曝光效果，不同区域的光刻胶对应的曝光最佳聚焦平面各不相同，其中，光刻胶对应的曝光最佳聚焦平面通常为1/2光刻胶厚度处，举例来说，如图1所示，h3处光刻胶对应的曝光最佳聚焦平面为平面f3，h2处光刻胶对应的曝光最佳聚焦平面为平面f2，h1处光刻胶对应的曝光最佳聚焦平面为平面f3。
38.通常，如图1所示，在对光刻胶进行曝光时，光线110透过掩膜版111，然后通过透镜113聚焦到基底上的光刻胶114，实际聚焦平面唯一且为平面f0，该实际聚焦平面f0通常只能顾及到部分区域的光刻胶对应的最佳曝光聚焦平面，例如，该实际聚焦平面f0与h2处的光刻胶对应的最佳聚焦平面f2重合，此时图形117可以最佳焦距成像至h2处光刻胶，而图形118和图形119不能以最佳焦距成像，容易造成图形失真。例如，对于图形118来说，光线110经图形118以及透镜113后在光刻胶的聚焦平面f0相对h3处光刻胶对应的最佳聚焦平面f3偏负，因而h3处光刻胶靠近功能结构层115的底部容易出现受光不足的问题，后续工艺对光刻胶进行显影后，会造成光刻胶残留(参见图2a)；光线110经图形119以及透镜113后在光刻胶的聚焦平面f0相对h1处光刻胶对应的最佳聚焦平面f1偏正，因而h1处光刻胶远离功能结构层115的顶部容易出现受光太过的问题，后续工艺对光刻胶进行显影后，会暴露出本不用被刻蚀的功能结构层，导致在后续的刻蚀过程中造成不用被刻蚀的功能结构层被刻蚀(参见图2b)。
39.图3示出本发明实施例提供的光刻方法的流程图。如图3所示，所述光刻方法包括以下步骤。
40.在步骤s110中，在不平坦的基底表面上形成光刻胶，所述光刻胶包括多个待曝光区。
41.在本实施例中，该基底可以为集成电路多道光刻工序的任一道工序的基底，例如该基底包括衬底116以及位于衬底上的功能结构层115。在基底上涂布光刻胶，所述光刻胶包括多个待曝光区。
42.以3d存储器件为例进行说明，该基底包括衬底以及位于衬底上的叠层结构。由于叠层结构表面不平整，导致基底上的光刻胶厚度不同。以图4所示的基底为例进行说明，但并不局限于此。该基底的表面凸凹不平，形成3个高度不同的区域，即第一区域s1的上表面高于第二区域s2的上表面，以及第二区域s2的上表面高于第三区域s3的上表面，上表面高的区域对应的光刻胶厚度小，因此，第一区域s1的光刻胶厚度h1小于第二区域s2的光刻胶厚度h2，第二区域s2的光刻胶厚度h2小于第三区域s3的光刻胶厚度h3，即h1＜h2＜h3。
43.曝光时利用曝光机台的水平传感系统来量测光刻胶不同区域的厚度分布，也可以通过曝光机表面水平传感系统量测光刻胶不同区域的厚度分布。
44.光刻胶包括正性光刻胶和负性光刻胶。当基底上涂布的光刻胶为正性光刻胶时，若第一区域和第二区域为待刻蚀区域，则需要将第一区域和第二区域内的光刻胶进行曝光，在后续的显影工艺后将第一区域和第二区域暴露出来。当基底上涂布的光刻胶为负性光刻胶，若第一区域和第二区域上为待刻蚀区域，则需要将第一区域和第二区域以外的光刻胶进行曝光，在后续的显影工艺后将第一区域和第二区域暴露出来。
45.在步骤s120中，采用一次曝光过程对所述待曝光区进行曝光，所述一次曝光过程包括至少两个不同的光脉冲，所述至少两个不同的光脉冲对所述待曝光区进行曝光的等效景深，大于或等于各所述待曝光区中所述光刻胶之间的最大厚度差，其中，任意两个所述光脉冲的波长和/或能量不同。
46.在本实施例中，曝光机对基底表面上的光刻胶进行曝光时，连续使用至少两个不同的光脉冲对其进行曝光，所述至少两个不同的光脉冲对所述待曝光区进行曝光的等效景深，大于或等于各所述待曝光区中所述光刻胶之间的最大厚度差。每个光脉冲都有两个特征参数，即波长和能量，通过调节两个光脉冲的波长和能量可以使多个待曝光区曝光的等效景深大于等于各所述待曝光区中光刻胶之间的最大厚度差hm。
47.本实施例以2个光脉冲为例进行说明，但并不局限于此，还可以连续使用多个光脉冲对光刻胶进行曝光。
48.具体地，参见图4，所述两个不同的光脉冲包括第一光脉冲pulse1和第二光脉冲pulse2，其中，第一光脉冲pulse1对光刻胶进行曝光时的实际景深为d1，其实际聚焦平面f1位于所述光刻胶层114远离所述基底的顶部；第二光脉冲pulse2对光刻胶进行曝光时的实际景深为d2，其实际聚焦平面位于多个所述待曝光区中光刻胶厚度最厚的待曝光区s3靠近所述基底的底部。在曝光时第一光脉冲pulse1和第二光脉冲pulse2的顺序可以互换。
49.两个至少不同的光脉冲对所述待曝光区进行曝光的等效景深d，为第一光脉冲pules1的实际景深与第二光脉冲pulse2的实际景深之和，等效聚焦平面为f0，而第一区域的最佳聚焦平面为fs1，第二区域的最佳聚焦平面为fs2，第三区域的最佳聚焦平面为fs3。各个区域的最佳聚焦平面均位于等效景深d内。
50.参见图5，由于光线经由透镜聚焦到光刻胶上，当透镜不变时，光脉冲在光刻胶上曝光的聚焦平面与其自身的波长相关，光脉冲的波长越长，其聚焦平面越靠近基底下表面。
51.在一个优选地实施例中，所述光刻方法还包括步骤s115。
52.在步骤s115中，获取多个待曝光区所需的曝光剂量，以及根据所述曝光剂量调节各光脉冲的波长和能量。
53.在本实施例中，光脉冲的能量与曝光剂量成正比关系，曝光剂量与光刻胶的光敏感度和厚度有关。其中，所述光刻胶的光敏感度越大，所述多个待曝光区所需的曝光剂量越小。所述多个待曝光区的高度越高，所述多个待曝光区所需的曝光剂量越大。
54.在一个优选地实施例中，在步骤s120中可以根据所述多个待曝光区所需的曝光剂量，调节第一光脉冲pulse1的能量和波长以及第二光脉冲pulse2的能量和波长。
55.具体地，调节光脉冲的波长可以调节其在光刻胶上曝光时的聚焦平面以及等效景深范围，使得每个区域的实际聚焦平面均位于多个光脉冲对光刻胶曝光时的等效景深范围内，可以清晰成像以及增大光刻工艺窗口；调节光脉冲的能量也就是调节曝光剂量，可以优化经曝光显影后的光刻胶的形貌(参见图6)。
56.本发明实施例提供的光刻方法，在一次曝光过程中至少使用两个不同的光脉冲，通过调节每个光脉冲的波长以及能量，使得对所述待曝光区进行曝光的等效景深大于或者等于各所述待曝光区中的光刻胶之间的最大厚度差，可以将待曝光的光刻胶得到较好的曝光，从而优化光刻胶的形貌以及增大光刻工艺窗口，提高产品的良率以及可靠性。
57.进一步地，本发明实施例提供的光刻方法，在一次曝光过程中采用至少两个不同的光脉冲对具有不同厚度的光刻胶进行曝光，可以将待曝光的光刻胶得到较好的曝光，减少返工几率，从而可以提高出片量(wafer per hour，简称wph)。
58.图7示出本发明实施例的光刻装置的结构示意图。如图7所示，所述光刻装置包括涂覆模块201和曝光模块202。
59.其中，涂覆模块201用于在不平坦的基底表面上形成光刻胶，所述光刻胶包括多个待曝光区。
60.在本实施例中，该基底可以为集成电路多道光刻工序的任一道工序的基底，例如该基底包括衬底116以及位于衬底上的功能结构层115。在基底上涂布光刻胶，所述光刻胶包括多个待曝光区，例如第一区域、第二区域和第三区域。
61.在本实施例以3d存储器件为例进行说明，该基底包括衬底以及位于衬底上的叠层结构。由于叠层结构表面不平整，导致基底上的光刻胶厚度不同。以图4所示的基底为例进行说明，但并不局限于此。该基底的表面凸凹不平，形成3个高度不同的区域，即第一区域s1的上表面高于第二区域s2的上表面，以及第二区域s2的上表面高于第三区域s3的上表面，上表面高的区域对应的光刻胶厚度小，因此，第一区域s1的光刻胶厚度h1小于第二区域s2的光刻胶厚度h2，第二区域s2的光刻胶厚度h2小于第三区域s3的光刻胶厚度h3，即h1＜h2＜h3。
62.曝光时利用曝光机台的水平传感系统来量测光刻胶不同区域的厚度分布，也可以通过曝光机表面水平传感系统量测光刻胶不同区域的厚度分布。
63.光刻胶包括正性光刻胶和负性光刻胶。当基底上涂布的光刻胶为正性光刻胶时，若第一区域和第二区域为待刻蚀区域，则需要将第一区域和第二区域内的光刻胶进行曝光，在后续的显影工艺后将第一区域和第二区域暴露出来。当基底上涂布的光刻胶为负性光刻胶，若第一区域和第二区域上为待刻蚀区域，则需要将第一区域和第二区域以外的光刻胶进行曝光，在后续的显影工艺后将第一区域和第二区域暴露出来。
64.曝光模块203用于采用一次曝光过程对所述待曝光区进行曝光，所述一次曝光过程包括至少两个不同的光脉冲，所述至少两个不同的光脉冲对所述待曝光区进行曝光的等效景深，大于或等于各所述待曝光区中所述光刻胶之间的最大厚度差；其中，任意两个所述光脉冲的波长和/或能量不同。
65.在本实施例中，曝光机对基底表面上的光刻胶进行曝光时，连续使用至少两个不同的光脉冲对其进行曝光，所述至少两个不同的光脉冲对所述待曝光区进行曝光的等效景深，大于或等于各所述待曝光区中所述光刻胶之间的最大厚度差。每个光脉冲都有两个特征参数，即波长和能量，通过调节两个光脉冲的波长和能量可以使多个待曝光区曝光的等效景深大于等于各所述待曝光区中光刻胶之间的最大厚度差hm。
66.本实施例以2个光脉冲为例进行说明，但并不局限于此，还可以连续使用多个光脉冲对光刻胶进行曝光。
67.具体地，参见图4，所述两个不同的光脉冲包括第一光脉冲pulse1和第二光脉冲pulse2，其中，第一光脉冲pulse1对光刻胶进行曝光时的实际景深为d1，其实际聚焦平面f1位于所述光刻胶层114远离所述基底的顶部；第二光脉冲pulse2对光刻胶进行曝光时的实际景深为d2，其实际聚焦平面位于多个所述待曝光区中光刻胶厚度最厚的待曝光区s3靠近所述基底的底部。在曝光时第一光脉冲pulse1和第二光脉冲pulse2的顺序可以互换。
68.两个至少不同的光脉冲对所述待曝光区进行曝光的等效景深d，为第一光脉冲pules1的实际景深与第二光脉冲pulse2的实际景深之和，实际聚焦平面为f0，而第一区域的最佳聚焦平面为fs1，第二区域的最佳聚焦平面为fs2，第三区域的最佳聚焦平面为fs3。各个区域的最佳聚焦平面均位于等效景深d内。
69.参见图5，由于光线经由透镜聚焦到光刻胶上，当透镜不变时，光脉冲在光刻胶上曝光的聚焦平面与其自身的波长相关，光脉冲的波长越长，其聚焦平面越靠近基底下表面。
70.在一个优选地实施例中，所述光刻装置还包括控制模块203，用于获取多个待曝光区所需的曝光剂量，以及根据所述曝光剂量调节各光脉冲的波长和能量。
71.在本实施例中，，光脉冲的能量与曝光剂量成正比关系，曝光剂量与光刻胶的光敏感度和厚度有关。其中，所述光刻胶的光敏感度越大，所述多个待曝光区所需的曝光剂量越小。所述多个待曝光区的高度越高，所述多个待曝光区所需的曝光剂量越大。
72.所述控制模块203可以所述多个待曝光区所需的曝光剂量，调节第一光脉冲pulse1的能量和波长以及第二光脉冲pulse2的能量和波长。
73.具体地，调节光脉冲的波长可以调节其在光刻胶上曝光时的聚焦平面以及等效景深范围，使得每个区域的实际聚焦平面均位于多个光脉冲对光刻胶曝光时的等效景深范围内，可以清晰成像以及增大光刻工艺窗口；调节光脉冲的能量也就是调节曝光剂量，可以优化经曝光显影后的光刻胶的形貌(参见图6)。
74.本发明实施例提供的光刻方法，在一次曝光过程中至少使用两个不同的光脉冲，通过调节每个光脉冲的波长以及能量，使得对所述待曝光区进行曝光的等效景深大于或者等于各所述待曝光区中的光刻胶之间的最大厚度差，可以将待曝光的光刻胶得到较好的曝光，从而优化光刻胶的形貌以及增大光刻工艺窗口，提高产品的良率以及可靠性。
75.进一步地，与现有技术中两次曝光各一个光脉冲相比，一次曝光过程中采用2个连续的光脉冲，可以降低曝光时间，从而提高出片量(wafer per hour，简称wph)。在以上的描述中，对于各层的构图、蚀刻等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
76.以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。