CN116263564A - 光刻胶图案的形成方法和光刻胶结构 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种光刻胶图案的形成方法和光刻胶结构，光刻胶图案的形成方法包括，在目标层上形成光刻胶结构，光刻胶结构包括设置在目标层上的光刻胶层、以及设置在光刻胶层上的光波传输层；在第一介质中对光刻胶结构进行曝光处理，在光刻胶层形成曝光图像，光波传输层用于提升光刻胶层的光刻分辨率。在本公开中的光刻胶图案的形成方法，通过光波传输层提高曝光图像的分辨率，提高光刻胶图案的精度。
Description
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种光刻胶图案的形成方法和光刻胶结构。
背景技术
光刻工艺(Photolithography Process)是制作集成电路(Integrated Circuit简称IC)最重要的工艺步骤之一，光刻工艺用于在半导体衬底上形成期望的图案，随着集成电路工艺的发展以及半导体元件的特征尺寸(Critical Dimension)的不断缩小，对光刻工艺的精度的要求越来越高。
发明内容
以下是对本公开详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本公开提供一种光刻胶图案的形成方法和光刻胶结构。
本公开的第一方面提供了一种光刻胶图案的形成方法，所述形成方法包括：
在目标层上形成光刻胶结构，所述光刻胶结构包括设置在所述目标层上的光刻胶层、以及设置在所述光刻胶层上的光波传输层；
在第一介质中对所述光刻胶结构进行曝光处理，在所述光刻胶层形成曝光图像，所述光波传输层用于提升所述光刻胶层的光刻分辨率。
根据本公开的一些实施例，所述在第一介质中对所述光刻胶结构进行曝光处理，在所述光刻胶层中形成曝光图像，包括：
向所述光刻胶结构发射第一入射光束，所述第一入射光束具有第一波长，所述第一入射光束穿过所述第一介质入射至所述光波传输层，所述第一入射光束被所述光波传输层折射为具有第二波长的第二入射光束，其中，所述第二波长小于所述第一波长；
所述第二入射光束入射至所述光刻胶层，所述第二入射光束在所述光刻胶层形成所述曝光图像。
根据本公开的一些实施例，所述曝光处理在曝光装置中进行，所述对所述光刻胶结构进行曝光处理，还包括：
调整所述曝光装置，使所述曝光装置成像的焦平面位于所述光刻胶层。
根据本公开的一些实施例，所述调整所述曝光装置成像的焦平面，使所述曝光装置成像的焦平面位于所述光刻胶层，包括：
获取所述第一介质的折射率、所述光波传输层的折射率、所述光波传输层的厚度、所述光刻胶层的折射率以及所述光刻胶层的厚度；
根据所述第一介质的折射率、所述光波传输层的折射率、所述光波传输层的厚度、所述光刻胶层的折射率以及所述光刻胶层的厚度，调整所述曝光装置成像的焦平面，将所述焦平面调整到所述光刻胶层中。
根据本公开的一些实施例，沿叠置方向，所述曝光装置成像的焦平面形成于所述光刻胶层的中心线所在平面，所述光刻胶层位于所述曝光装置成像的前焦深和后焦深之间。
根据本公开的一些实施例，所述在目标层上形成光刻胶结构，包括：
在所述目标层上涂覆光刻胶溶液，所述光刻胶溶液包括光刻胶组合物以及离子型聚合物；
对涂覆了所述光刻胶溶液的所述目标层进行软烘焙，蒸发所述光刻胶溶液中的溶剂；
所述光刻胶组合物向所述目标层扩散在所述目标层的顶面形成光刻胶层；
所述离子型聚合物向远离所述目标层的方向扩散，所述离子型聚合物在所述光刻胶层的顶面形成所述光波传输层。
根据本公开的一些实施例，所述光刻胶溶液中所述离子型聚合物的质量百分含量为5％～20％。
根据本公开的一些实施例，所述在目标层上形成光刻胶结构，包括：
在所述目标层上涂覆光刻胶溶液，所述光刻胶溶液包括光刻胶组合物；
对涂覆了所述光刻胶溶液的所述目标层进行软烘焙，蒸发所述光刻胶溶液中的溶剂，所述光刻胶组合物附着在所述目标层上形成所述光刻胶层；
在所述光刻胶层的表面涂覆光波传输材料形成所述光波传输层，所述光波传输层的材料为透光材料。
根据本公开的一些实施例，所述形成方法，还包括：
去除所述光波传输层。
根据本公开的一些实施例，所述形成方法，还包括：
对所述光刻胶层进行硬烘焙处理；
对所述光刻胶层进行显影处理，以图案化所述光刻胶层为光刻胶图案。
根据本公开的一些实施例，所述形成方法，还包括：
提供掩膜版，所述掩膜版上形成有掩膜图案；
基于所述掩膜版，对所述光刻胶结构进行曝光处理。
根据本公开的一些实施例，所述光波传输层的折射率大于所述第一介质的折射率，所述光波传输层的折射率小于所述光刻胶层的折射率。
本公开的第二方面提供了一种光刻胶结构，所述光刻胶结构包括：
光刻胶层，所述光刻胶层设置在目标层上；
光波传输层，所述光波传输层设置于所述光刻胶层上，所述光波传输层用于提升所述光刻胶层的光刻分辨率。
根据本公开的一些实施例，所述光波传输层用于减小从第一介质入射至所述光刻胶层的光波的波长。
根据本公开的一些实施例，所述光波传输层的折射率大于所述第一介质的折射率，所述光波传输层的折射率小于所述光刻胶层的折射率。
根据本公开的一些实施例，所述光波传输层的材料为透光材料。
根据本公开的一些实施例，所述光波传输层的材料包括离子型聚合物。
根据本公开的一些实施例，所述光波传输层的厚度大于所述波长的十分之一。
本公开实施例所提供的光刻胶图案的形成方法和光刻胶结构中，通过光波传输层减小了入射到光刻胶层中的曝光波长，提高了分辨率，提高了光刻胶图案的精度。
在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与描述一起用于解释本公开实施例的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本公开的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的光刻胶图案的形成方法的流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的光刻胶图案的形成方法中形成光刻胶结构的流程图。
图3是根据一示例性实施例示出的光刻胶图案的形成方法中形成光刻胶结构的流程图。
图4是根据一示例性实施例示出的光刻胶图案的形成方法中曝光处理的流程图。
图5是根据一示例性实施例示出的光刻胶图案的形成方法中调整曝光装置成像的焦平面的流程图。
图6是根据一示例性实施例示出的光刻胶图案的形成方法的流程图。
图7是根据一示例性实施例示出的光刻胶图案的形成方法中在目标层上形成光刻胶薄膜的示意图。
图8是根据一示例性实施例示出的光刻胶图案的形成方法中在目标层上形成光刻胶层的示意图。
图9是根据一示例性实施例示出的光刻胶图案的形成方法中的提供的光刻胶结构的示意图。
图10是根据一示例性实施例示出的通过曝光装置对光刻胶结构进行曝光处理的示意图。
图11是如图10所示的曝光装置的焦平面的示意图。
图12是根据一示例性实施例示出的光刻胶图案的形成方法中曝光处理光刻胶结构的示意图。
图13是根据一示例性实施例示出的光刻胶图案的形成方法中在光刻胶结构中形成曝光图像的示意图。
图14是根据一示例性实施例示出的光刻胶图案的形成方法中去除光波传输层的示意图。
图15是根据一示例性实施例示出的光刻胶图案的形成方法中对光刻胶层进行显影处理的示意图。
附图标记：
1、光刻胶结构；10、光刻胶层；11、光刻胶薄膜；20、光波传输层；2、目标层；3、第一介质；30、曝光图像；4、曝光装置；41、曝光光源；42、投影透镜；5、第一入射光束；6、第二入射光束；7、掩膜版；F-F、焦平面；A-A、中心线。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本公开示例性的实施例中提供一种光刻胶图案的形成方法，如图1所示，图1示出了根据本公开一示例性的实施例提供的光刻胶图案的形成方法的流程图，图7-图15为光刻胶图案的形成方法的各个阶段的示意图，下面结合图7-图15对光刻胶图案的形成方法进行介绍。
如图1所示，本公开一示例性的实施例提供的一种光刻胶图案的形成方法，包括如下的步骤：
步骤S100：在目标层上形成光刻胶结构，光刻胶结构包括设置在目标层上的光刻胶层、以及设置在光刻胶层上的光波传输层。
如图9所示，光刻胶结构1包括覆盖在目标层2上的光刻胶层10以及覆盖在光刻胶层10上的光波传输层20，光波传输层20用于提升光刻胶层10的光刻分辨率，比如光波传输层20用于转换入射至光刻胶层10中的光波的波长，减小入射至光刻胶层10的光波的波长。
其中，目标层2是指需要进行图案化的待刻蚀材料层，目标层可以是半导体衬底，也可以是用于形成半导体元件的半导体材料层，如介质层或金属层。半导体衬底的材料可以为硅(Si)、锗(Ge)、或硅锗(GeSi)、碳化硅(SiC)；也可以是绝缘体上硅(SOI)，绝缘体上锗(GOI)；或者还可以为其它的材料，例如砷化镓等Ⅲ-Ⅴ族化合物。半导体衬底中根据需要可以掺杂一定的杂质离子，杂质离子可以为N型杂质离子或P型杂质离子。半导体材料层可以为无定形碳层、氧化物层、氮化物层、铜层、钨层、铝层等，不限于此。
步骤S200：在第一介质中对光刻胶结构进行曝光处理，在光刻胶层形成曝光图像，光波传输层用于提升光刻胶层的光刻分辨率。
如图10、图13所示，对光刻胶结构1进行曝光处理时，将覆盖了光刻胶结构1的目标层2置于第一介质3中，在第一介质3向目标层2发射入射光束，入射光束穿过光波传输层20后转换为波长更小的光束入射至射至光刻胶层10中，在光刻胶层10中形成曝光图像30。
光刻工艺中光刻分辨率影响曝光图像质量，光刻分辨率越高则形成的曝光图像精度越高。光刻分辨率遵循瑞利公式：
其中，R为光刻分辨率；k1是工艺常数；λ是曝光波长；NA是发射入射光束的投影透镜的数值孔径(numerical aperture，NA)。
光刻分辨率用于表征光刻工艺中可达到的最小线宽，根据瑞利公式可知，入射光波的波长越小，工艺常数越小，则可以得到更小的线宽，即光刻精度越高。
一些实施例的光刻胶图案的形成方法，可以通过光波传输层减小入射到光刻胶层中的曝光波长，提高光刻分辨率，因此在光刻胶层上形成的曝光图像的精度更高，从而能够用于形成光刻特征尺寸更小、结构更加复杂多样的曝光过程。
一些实施例的光刻胶图案的形成方法，可以通过采用具有高吸光率的光刻胶形成光波传输层，例如，可以通过在光刻胶中引入金属氧化物以提高光波传输层的吸光率，还可以采用包含加入了吸色基团的聚合物键合光致酸产生剂以提高光波传输层的吸光率。通过提升光波传输层的感光速度，减小光致酸产生剂分布不均导致的显影不均对光刻胶层分辨率的影响，以提升光刻胶层的光刻分辨率。
根据一个示例性实施例，对上述步骤S100的实现方式的说明，在实施过程中，在目标层上形成光刻胶结构，如图2所示，包括以下步骤：
步骤S110：在目标层上涂覆光刻胶溶液，光刻胶溶液包括光刻胶组合物以及离子型聚合物。
在一些实施例中，光刻胶溶液的主要成分包括光刻胶组合物以及离子型聚合物和溶剂，其中，光刻胶组合物包括聚合物树脂、光致酸产生剂以及相应的添加剂。如图7所示，在光刻胶溶液中添加用于形成光刻胶转换层的离子型聚合物，光刻胶溶液中离子型聚合物的质量百分含量为5％～20％。示例性的，光刻胶溶液中离子型聚合物的质量百分含量可以为8％、10％、13％、16％或18％。光刻胶溶液涂覆在目标层上形成光刻胶薄膜11，光刻胶薄膜11中包括离子型聚合物。
步骤S120：对涂覆了光刻胶溶液的目标层进行软烘焙，蒸发光刻胶溶液中的溶剂。
参照图9，软烘焙加热涂覆了光刻胶溶液的目标层2，光刻胶溶液在加热处理过程中，部分溶剂向远离目标层2的方向扩散从光刻胶薄膜11中逸出。溶剂分子逸出时，光刻胶组合物向目标层2扩散在目标层2的顶面形成光刻胶层10，离子型聚合物和溶剂分子远离目标层2的方向扩散，离子型聚合物在光刻胶层10的顶面形成光波传输层20。
在一些实施例中，软烘焙的温度和时间根据目标层2、光刻胶组合物的成分以及后续曝光处理的入射光束的类型设定。例如，软烘焙的温度可以为80℃～110℃，例如可以为85℃、90℃、95℃或105℃；软烘焙的时间可以为50秒～80秒。在一些实施例中，将涂覆了光刻胶溶液的目标层2置于100℃环境中软烘60秒。
一些实施例形成光刻胶结构的方法，在光刻胶溶液中添加离子型聚合物，在软烘焙过程中，离子型聚合物和溶剂分子一起向远离目标层的方向扩散，溶剂分子从光刻胶溶液中逸出，而离子型聚合物汇集在光刻胶溶液的顶面形成光波传输层，以使光刻胶溶液分层形成了光刻胶层和设置在光刻胶层上光波传输层；一些实施例的形成方法，制程工序少，节约制程时间。
根据一个示例性实施例，本实施例是对上述步骤S100的实现方式的说明，在实施过程中，在目标层上形成光刻胶结构，如图3所示，包括以下步骤：
步骤S130：在目标层上涂覆光刻胶溶液，光刻胶溶液包括光刻胶组合物。
在一些实施例中，光刻胶溶液的主要成分包括光刻胶组合物和溶剂，其中，光刻胶组合物包括聚合物树脂、光致酸产生剂以及相应的添加剂。参照图8，光刻胶溶液涂覆在目标层2上，光刻胶溶液中溶剂的质量百分含量为10％～30％。
步骤S140：对涂覆了光刻胶溶液的目标层进行软烘焙，蒸发光刻胶溶液中的溶剂，光刻胶组合物附着在目标层上形成光刻胶层。
参照图8，软烘焙加热涂覆了光刻胶溶液的目标层2，光刻胶溶液中的部分溶剂受热逸出，降低了光刻胶溶液中溶剂的含量，被保留的光刻胶溶液在目标层2表面形成光刻胶层10，光刻胶层10中光刻胶组合物的浓度更高，光刻胶层10的感光能力更高。在一些实施例中，可以将涂覆了光刻胶溶液的目标层2置于100℃环境中软烘60秒。
步骤S150：在光刻胶层的表面涂覆光波传输材料形成光波传输层。
参照图9，将光波传输材料涂覆在光刻胶层10的表面，形成光波传输层20。在一些实施例中，光波传输层的材料为透光材料，以使入射光束能够通光波传输层20入射至光刻胶层10中，保证曝光处理能够实现。
在一些实施例中，光波传输材料包括但不限于水、化学放大型光刻胶、分子玻璃型光刻胶、离子型聚合物等。
在一些实施例中，分别形成光刻胶层和光波传输层，减小了工艺难度，形成的光刻胶结构的良品率高。
根据一个示例性实施例，一些实施例是对上述步骤S200的实现方式的说明，在实施过程中，曝光处理在曝光装置中进行，在第一介质中对光刻胶结构进行曝光处理，在光刻胶层形成曝光图像，如图4所示，包括以下步骤：
步骤S210：调整曝光装置成像的焦平面，使曝光装置成像的焦平面位于光刻胶层。
如图11所示，参照图9，待曝光的光刻胶结构1包括层叠设置的光刻胶层10和光波传输层20，为了保证曝光图像能够形成在光刻胶层10中，在对光刻胶结构1曝光前预先调整曝光装置4将成像的焦平面F-F调整至光刻胶层10中，以保证曝光图像30形成在光刻胶层10中。
在一些实施例中，曝光装置4射出的入射光束穿过光波传输层20波长会发生改变，因此，在一些实施例根据经过光波传输层20前的波长和经过光波传输层20后的波长，调整曝光装置4成像的焦平面F-F，以确保穿过光波传输层20的入射光束能够入射至光刻胶层10中，在光刻胶层10中形成曝光图像30。
步骤S220：向光刻胶结构发射第一入射光束，第一入射光束穿过第一介质入射至光波传输层，第一入射光束被光波传输层折射为第二入射光束。
如图12所示，参照图10，第一入射光束5具有第一波长λ1，第二入射光束6具有第二波长λ2，其中，第二波长小于第一波长，即λ2＜λ1。
在一些实施例中，第一介质3的折射率为n1，光波传输层20的折射率为n2，n2＞n1。也即，光波传输层20的折射率n2大于第一介质3的折射率n1。例如，当第一介质3为空气时，光波传输层20的折射率n2大于1，当第一介质3为水时，光波传输层20的折射率n2大于1.44。
光在两种不同折射率的传播介质层传播，波长和折射率之间关系为：
在一些实施例中，光波传输层20的折射率n2大于第一介质3的折射率n1，第一入射光束5从第一介质3进入光波传输层20，也即，第一入射光束5从折射率较小的传播介质进入到折射率较大的传播介质的过程，第一入射光束5变为第二入射光束6。
其中，在一些实施例中的第一介质3的折射率、光波传输层20的折射率分别是指第一介质3和光波传输层20对入射光束的光波折射率，例如，入射光束为深紫外光(deepultraviolet，DUV时)，折射率是指对深紫外光的折射率。
步骤S230：第二入射光束入射至光刻胶层，第二入射光束在光刻胶层形成曝光图像。
在一些实施例中，如图12、图13所示，通过光波传输层20折射第一入射光束5，将第一入射光束5转换为波长更小的第二入射光束6，第二入射光束6入射在光刻胶层10中，在曝光装置4成像的焦平面F-F形成光刻分辨率更高的曝光图像。
在一些实施例中，在入射光束入射至光刻胶层的传播路径中设置光波传输层，光传播介质的折射率变化，将第一入射光束转换为波长更小的第二入射光束，减小入射至光刻胶层中的光波波长，克服了在光刻工艺中，受到设备和工艺发展的限制，光刻设备发射的光波波长难以继续减小的难题。
根据一个示例性实施例，光波传输层20对第三波长λ3的光波感光，对第一波长λ1和第二波长λ2的光不感光。一些实施例在光波传输层20将第一入射光束5转换为第二入射光束6过程中，光波传输层20不会被第一入射光束5或第二入射光束6曝光，保证曝光图像30只形成在光刻胶层10中。
根据一个示例性实施例，参照图8、图10，光刻胶层10的折射率为n3，光刻胶层10的折射率n3大于光波传输层20的折射率n3，n3＞n2，也即，光波传输层20的折射率n2介于光刻胶层10的折射率n3和第一介质3的折射率n1之间。
在一些实施例中，参照图10、图12、图13，从曝光装置4射出第一入射光束5至光刻胶层10中，形成曝光图像30。第一入射光束5从第一介质3入射到光波传输层20中，受到传播介质折射率增大的影响，第一入射光束5在第一介质3和光波传输层20的界面发生转换，第一入射光束5波长减小成为第二入射光束6，第二入射光束6从光波传输层20入射到光刻胶层10中，受到传播介质折射率增大的影响，第二入射光束6在光波传输层20和光刻胶层10的界面发生转换，第二入射光束6的波长减小，第二入射光束6在光刻胶层10中形成的曝光图像精度更高。
一些实施例，通过调整第一介质、光波传输层和光刻胶层的折射率，沿着入射光束的入射路径，形成了折射率逐渐增大的传播介质层，使得入射光束依次穿过第一介质和光波传输层入射到光刻胶层的过程中，入射光波发生两次转换，也即入射光波的波长减小两次，利用传播介质对光波波长的影响，减小在光刻胶层中曝光形成曝光图像的光波波长，进一步提高了分辨率，形成的光刻胶图案质量更好。
根据一个示例性实施例，如图9所示，光波传输层20的厚度h1小于光刻胶层10的厚度h2，以免光波传输层20吸收太多的光波，保证入射光束从光波传输层20入射至光刻胶层10的透过率。在一些实施例中，将光波传输层20的厚度h1设置的尽量小，以减小光波传输层20吸收的光波，提高入射光束的透过率，以使形成的曝光图像精度更高。
在一些实施例中，光波传输层20的厚度h1大于第一波长λ1的十分之一，以使第一入射光束5穿过光波传输层20时能够被光波传输层20折射。例如，光刻设备的光波波长包括但不限于G线(436nm)、I线(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)和极紫外光(EUV)(13.5nm)。相应的，举例来说，当采用KrF光刻设备时，可设置光波传输层20的厚度h1大于24.8nm，当采用ArF光刻设备时，可设置光波传输层20的厚度h1大于19.3nm，当采用EUV光刻设备时，可设置光波传输层20的厚度h1大于1.35nm。
根据一个示例性实施例，一些实施例是对上述步骤S210的实现方式的说明，在实施过程中，调整曝光装置成像的焦平面，使曝光装置成像的焦平面位于光刻胶层，如图5所示，包括以下步骤：
步骤S211：获取第一介质的折射率、光波传输层的折射率、光波传输层的厚度、光刻胶层的折射率以及光刻胶层的厚度。
参照图10，由于在光刻胶层10中形成曝光图像30前，光束波长发生了变化，为了波长变化后光束能在光刻胶层10中形成曝光图像30，需要获取第一介质3的折射率n1，光波传输层20的折射率n2，光刻胶层10的折射率n3、光波传输层20的厚度h1以及光刻胶层10的厚度h2。
步骤S212：根据第一介质的折射率、光波传输层的折射率、光波传输层的厚度、光刻胶层的折射率以及光刻胶层的厚度，调整曝光装置成像的焦平面，将焦平面调整到光刻胶层中。
调整曝光装置4成像的焦平面F-F，参照图10、图11，包括：根据第一介质3的折射率n1，光波传输层20的折射率n2，光刻胶层10的折射率n3、光波传输层20的厚度h1以及光刻胶层20的厚度h2，综合考虑获取到的上述信息，调整曝光装置4成像的焦平面F-F。
在一些实施例中，通过获取第一介质、光波传输层、光刻胶层的信息以及曝光装置的信息调整曝光装置成像的焦平面，以使调整结果更加精确，曝光装置成像的焦平面位于光刻胶层中，确保曝光光束能够在光刻胶层中形成曝光图像。
根据一个示例性实施例，参照图11、图12，沿叠置方向，曝光装置4成像的焦平面F-F形成于光刻胶层10的中心线A-A所在的平面，光刻胶层10位于曝光装置4成像的前焦深D1和后焦深D2之间。
一些实施例将曝光装置4成像的焦平面F-F形成于光刻胶层10的中心线A-A所在的平面，确保在光刻胶层10中形成的曝光图像30精度更高，形成的光刻胶图案的尺寸精度更高。
曝光装置成像的前焦深和后焦深之间的区域为曝光区域，光刻胶层位于曝光装置成像的前焦深和后焦深之间，也即，沿光刻胶层的厚度方向，光刻胶层位于曝光区域中，以确保光刻胶层的顶面到底面之间的区域都能被曝光，以免出现光刻胶层局部没有形成曝光图像，造成光刻胶图案不完整的问题。
在一些实施例中，参照图9，光刻胶层10的厚度为h2，参照图11，曝光装置4成像的前焦深D1大于等于光刻胶层10的厚度的一半，也即曝光装置4成像的前焦深D1大于等于h2/2，参照图11，曝光装置4成像的后焦深D2的大于等于h2/2，以使通过曝光处理能够在光刻胶层10的整个厚度上形成曝光图像30。
一些实施例，光刻胶层的厚度即为形成曝光图像的区域，曝光图像完全形成在光刻胶层中，减小了对曝光光束的浪费，提高了光照利用率。
如图6所示，本公开一示例性的实施例提供的一种光刻胶图案的形成方法，包括如下的步骤：
步骤S10：在目标层上形成光刻胶结构，光刻胶结构包括设置在目标层上的光刻胶层、以及设置在光刻胶层上的光波传输层。
一些实施例的步骤S10和上述实施例的步骤S100的实现方式相同，在此，不再赘述。
步骤S20：提供掩膜版，掩膜版上形成有掩膜图案。
如图10所示，提供曝光装置4，曝光装置4包括曝光光源41和投影透镜42，提供掩膜版7，掩膜版7上包括掩膜图案，将掩膜版7设置在曝光光源41和投影透镜42之间。将光刻胶结构1置于曝光装置4的投影透镜42的下方，调整曝光装置4以使投影透镜42对准光刻胶结构1。
其中，曝光装置4可以为光刻机，如干式光刻机或浸没式光刻机，曝光光源41可以为深紫外光源或极紫外光源，不限于此。投影透镜42和光刻胶结构1之间为第一介质3，第一介质3可以为气体或液体。第一介质3为液体时，投影透镜42和光刻胶结构1浸没在第一介质3中。示例性的，第一介质3可以为空气和水。当第一介质3为空气时，光波传输层20的折射率n2大于1，当第一介质3为水时，光波传输层20的折射率n2大于1.44。
步骤S30：基于掩膜版，对光刻胶结构进行曝光处理，在光刻胶层形成曝光图像。
如图10所示，在第一介质3中对光刻胶结构1进行曝光处理，光波传输层20用于减小从第一介质3入射至光刻胶层10的光波的波长。
在一些实施例中，如图10、图12所示，曝光光源41向光刻胶结构1垂直发射光源光束，部分光源光束通过掩膜版7入射至投影透镜42，投影透镜42聚焦光源光束将光源光束折射为第一入射光束5，第一入射光束5的波长为λ1。第一入射光束5通过光波传输层20被光波传输层20折射成第二入射光束6，第二入射光束6的波长为λ2，λ2小于λ1。如图13所示，第二入射光束6入射至光刻胶层10，被第二入射光束6照射的光刻胶层10感光后发生光敏化学反应，形成曝光图像30，曝光图像30为掩膜图案的微缩图案。光刻胶层10的光刻胶一般可分为正型胶和负型胶两种，就光敏化学反应而言，光刻胶组合物中的聚合物的长链分子因光照而截断成短链分子的为正型胶，光刻胶组合物中的聚合物的短链分子因光照而交联成长链分子的为负型胶。短链分子聚合物可以被显影液溶解掉，因此正型胶的曝光部分被去除，而负型胶的曝光部分被保留。
步骤S40：去除光波传输层。
如图14所示，参照图13，将光波传输层20从光刻胶层10上剥离，以便对光刻胶层10显影处理。
在一些实施例中，可以采用去胶机利用氧气进行干法去胶工艺将光波传输层20从光刻胶层10上剥离，也可以采用显影机利用显影工艺将光波传输层20从光刻胶层10上剥离。
步骤S50：对光刻胶层进行显影处理，以图案化光刻胶层为光刻胶图案。
如图15所示，参照图14，向光刻胶层10喷洒显影液，使显影液布满整个光刻胶层10表面，以使显影液能够完全浸没光刻胶层10。显影液与光刻胶层10中的可溶解区域反应，使可溶解区域的光刻胶层10溶解，从而使曝光图像30在光刻胶层显现出来，形成光刻胶图案。针对负型胶，通常采用有机溶剂显影液，针对正型胶，通常采用水溶性碱显影液，比如TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide，氢氧化四甲铵)，也可以对正型胶采用负显影工艺。
一些实施例的光刻胶图案形成方法中，通过在去除光波传输层20之后再对光刻胶层10进行显影，降低了光波传输层20对光刻胶层10的分辨率的影响。
在一些实施例中，根据光刻胶层10的成分、显影液的浓度调整显影时间，以使可溶解的光刻胶层10能够充分溶解在显影液中，但又不会造成过度显影，影响形成的光刻胶图案轮廓。
对光刻胶层10进行显影处理处理后，对光刻胶层10进行清洗，去除溶解有光刻胶的显影液和多余的显影液。可以向光刻胶层10喷洒去离子水，去离子水流动带走溶解有光刻胶的显影液和多余的显影液。
步骤S60：对光刻胶层进行硬烘焙处理。
在130℃～200℃温度下硬烘焙处理未被去除的光刻胶层10，硬烘焙时间为20～40分钟，以使光刻胶层10中的溶剂完全逸出，同时使光刻胶层10进一步聚合，从而增强了其耐刻蚀性。
一些实施例的形成方法，通过光波传输层提高了光刻胶图案的光刻分辨率，光刻胶图案为掩膜图案的微缩图像，形成的光刻胶图案的边界粗糙度降低，光刻胶图案的尺寸精度高。
本公开一示例性的实施例提供了一种光刻胶结构，如图9所示，光刻胶结构包括：光刻胶层10和光波传输层20，光刻胶层10设置在目标层2上，光波传输层20设置光刻胶层10上，光波传输层20用于减小从第一介质3(参照图10)入射至光刻胶层10的光波的波长。
一些实施例光刻胶结构，在光刻胶层10上设置了光波传输层20，光波传输层20能够减小从第一介质3入射至光刻胶层10的光波的波长，提高了光刻分辨率，因此光刻胶结构能够形成精度更高结构更加复杂多样的光刻胶图案。
根据一个示例性实施例，如图9所示，光波传输层20的折射率n2大于第一介质3(参照图10)的折射率n1，光波传输层20的折射率n2小于光刻胶层10的折射率n3。
在一些实施例中，光刻胶结构设置在第一介质3中，第一介质3、光波传输层20、光刻胶层10形成了折射率逐渐增大的传播介质层，使得入射光束依次穿过第一介质3和光波传输层20入射到光刻胶层10的，入射光刻胶层10的光波的波长减小，提高了光刻分辨率。
在一些实施例中，如图9所示，光波传输层20的厚度为h1，光刻胶层10的厚度为h2，参照图10，穿过第一介质3入射至光波传输层20的第一入射光束5具有第一波长λ1，其中，光波传输层20的厚度h1大于第一波长λ1的十分之一，即
且h1小于h2。
在一些实施例中，光波传输层20的厚度小于光刻胶层10的厚度为h2的五分之一，即
在保证光刻胶层10的厚度为h2满足显影要求的情况下，降低剥离光波传输层20的难度。
根据一个示例性实施例，光波传输层的材料为透光材料，以使入射光束能够通光波传输层入射至光刻胶层10中，保证曝光处理能够实现。
根据一个示例性实施例，如图9所示，光波传输层20的材料包括离子型聚合物。光波传输层20的材料和光刻胶层10的材料有不同的溶解特性，以便于将光波传输层20从光刻胶层10上去除。
一些实施例的光刻胶图案的形成方法和光刻胶结构中，通过光波传输层20减小了入射到光刻胶层10中的光波波长，提高了光刻分辨率，提高了光刻胶图案的精度。
本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例性的实施例”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施方式或示例中。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
可以理解的是，本公开所使用的术语“第一”、“第二”等可在本公开中用于描述各种结构，但这些结构不受这些术语的限制。这些术语仅用于将第一个结构与另一个结构区分。
在一个或多个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的多个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的结构。在下文中描述了本公开的许多特定的细节，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公开。但正如本领域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公开。
虽然图1-6流程图中的各个步骤依次连接，但是这些步骤并不是必然按照连接的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-6中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围。
Claims (18)
1.一种光刻胶图案的形成方法，其特征在于，所述形成方法包括：
在目标层上形成光刻胶结构，所述光刻胶结构包括设置在所述目标层上的光刻胶层、以及设置在所述光刻胶层上的光波传输层；
在第一介质中对所述光刻胶结构进行曝光处理，在所述光刻胶层形成曝光图像，所述光波传输层用于提升所述光刻胶层的光刻分辨率。
2.根据权利要求1所述的光刻胶图案的形成方法，其特征在于，所述在第一介质中对所述光刻胶结构进行曝光处理，在所述光刻胶层中形成曝光图像，包括：
向所述光刻胶结构发射第一入射光束，所述第一入射光束具有第一波长，所述第一入射光束穿过所述第一介质入射至所述光波传输层，所述第一入射光束被所述光波传输层折射为具有第二波长的第二入射光束，其中，所述第二波长小于所述第一波长；
所述第二入射光束入射至所述光刻胶层，所述第二入射光束在所述光刻胶层形成所述曝光图像。
3.根据权利要求2所述的光刻胶图案的形成方法，其特征在于，所述光波传输层的折射率大于所述第一介质的折射率，所述光波传输层的折射率小于所述光刻胶层的折射率。
4.根据权利要求2所述的光刻胶图案的形成方法，其特征在于，所述曝光处理在曝光装置中进行，所述对所述光刻胶结构进行曝光处理，还包括：
调整所述曝光装置，使所述曝光装置成像的焦平面位于所述光刻胶层。
5.根据权利要求4所述的光刻胶图案的形成方法，其特征在于，所述调整所述曝光装置成像的焦平面，使所述曝光装置成像的焦平面位于所述光刻胶层，包括：
获取所述第一介质的折射率、所述光波传输层的折射率、所述光波传输层的厚度、所述光刻胶层的折射率以及所述光刻胶层的厚度；
根据所述第一介质的折射率、所述光波传输层的折射率、所述光波传输层的厚度、所述光刻胶层的折射率以及所述光刻胶层的厚度，调整所述曝光装置成像的焦平面，将所述焦平面调整到所述光刻胶层中。
6.根据权利要求4所述的光刻胶图案的形成方法，其特征在于，沿叠置方向，所述曝光装置成像的焦平面形成于所述光刻胶层的中心线所在平面，所述光刻胶层位于所述曝光装置成像的前焦深和后焦深之间。
7.根据权利要求1所述的光刻胶图案的形成方法，其特征在于，所述在目标层上形成光刻胶结构，包括：
在所述目标层上涂覆光刻胶溶液，所述光刻胶溶液包括光刻胶组合物以及离子型聚合物；
对涂覆了所述光刻胶溶液的所述目标层进行软烘焙，蒸发所述光刻胶溶液中的溶剂；
所述光刻胶组合物向所述目标层扩散在所述目标层的顶面形成光刻胶层；
所述离子型聚合物向远离所述目标层的方向扩散，所述离子型聚合物在所述光刻胶层的顶面形成所述光波传输层。
8.根据权利要求7所述的光刻胶图案的形成方法，其特征在于，所述光刻胶溶液中所述离子型聚合物的质量百分含量为5％～20％。
9.根据权利要求1所述的光刻胶图案的形成方法，其特征在于，所述在目标层上形成光刻胶结构，包括：
在所述目标层上涂覆光刻胶溶液，所述光刻胶溶液包括光刻胶组合物；
对涂覆了所述光刻胶溶液的所述目标层进行软烘焙，蒸发所述光刻胶溶液中的溶剂，所述光刻胶组合物附着在所述目标层上形成所述光刻胶层；
在所述光刻胶层的表面涂覆光波传输材料形成所述光波传输层，所述光波传输层的材料为透光材料。
10.根据权利要求1所述的光刻胶图案的形成方法，其特征在于，所述形成方法，还包括：
去除所述光波传输层。
11.根据权利要求10所述的光刻胶图案的形成方法，其特征在于，所述形成方法，还包括：
对所述光刻胶层进行硬烘焙处理；
对所述光刻胶层进行显影处理，以图案化所述光刻胶层为光刻胶图案。
12.根据权利要求1所述的光刻胶图案的形成方法，其特征在于，所述形成方法，还包括：
提供掩膜版，所述掩膜版上形成有掩膜图案；
基于所述掩膜版，对所述光刻胶结构进行曝光处理。
13.一种光刻胶结构，其特征在于，所述光刻胶结构包括：
光刻胶层，所述光刻胶层设置在目标层上；
光波传输层，所述光波传输层设置于所述光刻胶层上，所述光波传输层用于提升所述光刻胶层的光刻分辨率。
14.根据权利要求13所述的光刻胶结构，其特征在于，所述光波传输层用于减小从第一介质入射至所述光刻胶层的光波的波长。
15.根据权利要求14所述的光刻胶结构，其特征在于，所述光波传输层的折射率大于所述第一介质的折射率，所述光波传输层的折射率小于所述光刻胶层的折射率。
16.根据权利要求13所述的光刻胶结构，其特征在于，所述光波传输层的材料为透光材料。
17.根据权利要求13所述的光刻胶结构，其特征在于，所述光波传输层的材料包括离子型聚合物。
18.根据权利要求14所述的光刻胶结构，其特征在于，所述光波传输层的厚度大于所述波长的十分之一。
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