CN101044599A

CN101044599A - 形成光刻胶图案的方法

Info

Publication number: CN101044599A
Application number: CNA2004800442533A
Authority: CN
Inventors: C·J·史密斯; S·M·休斯; C·M·J·霍克; A·M·克罗尔; A·G·纳吉; P·M·瓦恩巴杰
Original assignee: Freescale Semiconductor Inc
Current assignee: NXP USA Inc
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2024-11-30
Also published as: CN100468642C; TW200625405A; WO2006060015A1; TWI383431B; JP2008522403A

Abstract

形成光刻胶图案的方法，包括将带有可冷凝类物质的半导体晶片放置在化学过滤的光刻系统中和在该化学过滤的光刻系统中从该半导体晶片上解吸该化学类物质。在解吸该化学类物质之后，在该化学过滤的光刻系统中将光刻胶施涂到该半导体晶片上。接下来，在该化学过滤的光刻系统中将该光刻胶暴露在能量下以形成光刻胶图案。

Description

形成光刻胶图案的方法

发明领域

本发明一般性涉及形成光刻胶图案，更具体地说，涉及除去可冷凝类物质以形成光刻胶图案。

发明背景

形成半导体器件的特征的一种常用方法是在半导体器件上形成光刻胶图案并且在底层中复制该图案。在该光刻胶图案中的任何缺陷都将转移至该底层并可能导致降低的产率。因此，光刻胶图案在包括所需图案的同时具有最少的缺陷是重要的。可能发生的一种缺陷是在大型密集线路的排列中线路或部分线路的缺失，这会不希望地降低产率。

通常，缺陷是由于加工中的污染形成的。为了降低这种污染，在沉积光刻胶之前，通常进行灰分处理以清洁半导体晶片。然而，仍然经常缺失全部和部分线路。因此，有必要防止在大型密集线路的排列中缺失线路以提高产率。

附图描述

本发明通过举例进行了说明且不限于附图，这些附图中同样的标记表示同样的元件。

附图说明根据本发明实施方案形成光刻胶图案的生产流程。

本领域技术人员将领会，为简化和清楚起见示出了附图中的元件，并且没有必要按比例绘制。例如，相对于其它的元件，可能将附图中的一些元件的尺寸放大以帮助促进对本发明实施方案的理解。

附图详细描述

本发明人已经发现，由于在线路位置由分子气载污染引起的抗蚀剂中毒，部分线路或整个线路自身从大型密集排列中缺失。存在的可冷凝类物质将酸中和，并且当光刻胶暴露在辐射下时，通过降低光化学反应的放大，其引起抗蚀剂中毒。虽然现有技术利用灰分处理将有机类物质和可冷凝类物质从半导体晶片上清除出来，但是本发明人已经发现该灰分处理是不充分的。另外，本发明人相信将半导体晶片容纳在容器中，例如Standard Mechanical Interface(SMIF Pod)中，将不足以防止在密集区域中缺失全部或部分线路，因为引起抗蚀剂中毒的非所需的可冷凝类物质可能会泄漏进入该容器。若该半导体晶片(一个或多个)保留在容器中并没有被处理以施涂光刻胶层的时间越长，则这一问题将变得越来越严重。

为了防止线路的可印刷性，在化学过滤的环境内解吸可冷凝类物质并且不将半导体晶片暴露在能够形成可冷凝类物质的环境下，将光刻胶沉积在该半导体晶片上。通过借助于图1中示出的本发明一个实施方案可以更好地理解该方法的更加详细的情况。

首先，将半导体晶片12暴露在等离子体环境下，在一个实施方案中该步骤是灰分处理14。该半导体晶片12可以是任何尺寸的晶片(例如，200或300毫米的晶片)并且可以是任何类型的晶片，例如单晶硅、镓锗、绝缘体上的硅(SOI)等，以及上述类型的结合。另外，在其中使用光刻胶层的半导体器件的制造流程中，该半导体晶片12可以处于任何一个阶段。例如，该半导体晶片12可以处于其中需要光刻胶层以形成线路或栅极的阶段。因此，该半导体晶片12可以具有许多层并且甚至可能使半导体器件在其上和其内形成。

在灰分阶段14，使用氧等离子体以除去有机和可冷凝类物质。现有技术认为这一处理防止了分子气载污染，然而，本发明人已经发现当将半导体晶片转移到光刻设备中时，可冷凝类物质表现出再沉积到半导体晶片上。另外，即使该灰分设备是该光刻设备的一部分，可冷凝类物质仍然可能在半导体晶片上形成，因此将此类物质解吸仍然可能是所需的。如果灰分阶段14和随后的第一加热过程16之间的时间间隔太长(例如，大于大约六小时或大于大约四小时)，那么由于在灰分阶段14之后，在半导体晶片12等待的期间内，半导体晶片12上可能形成太多的污染物，所以重复该灰分阶段14可能是所需的。

如本文所使用的，可冷凝类物质可以是任何以化学方式干扰光刻处理的气载分子。可冷凝类物质可以区分于在此称为颗粒的物质。颗粒是以机械方式干扰光刻处理的物质。通常，颗粒是在半导体晶片上，因为它们从制造环境中的设备或其它装置掉落到半导体晶片上。可冷凝类物质包括邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，其化学式是C₆H₄(COOC₈H₁₇)₂，结构可以是如下所示：

此外，可冷凝类物质可以包括胺，例如氨(其化学式为NH₃)，或者N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)(其化学式为C₅H₉NO)，并且可以通过如下结构来表示：

此外，可冷凝类物质可以包括其它的化学物质例如硅氧烷，该硅氧烷具有交替的硅和氧原子的骨架。有机基团，例如甲基、苯基或乙烯基可以连接到硅上。例如，聚二乙基硅氧烷是一种硅氧烷。

为了热解吸该可冷凝类物质，将半导体晶片放入化学过滤的环境10中，该化学过滤的环境在一个实施方案中是光刻设备，该光刻设备以化学方式过滤设备内的空气，以使该设备内的空气比光刻设备外部的环境更纯净。当在化学过滤的环境10内时，将半导体晶片12暴露在第一加热过程16下，该过程可以称作预烘焙。在一个实施方案中，该加热过程16在大于或等于大约150℃，或者更具体地说，大于或等于大约170℃，或者甚至更具体地说，大于或等于大约180℃的温度下进行。然而，大于大约180℃的温度可能是不需要的，因为温度的提高可能不会提供任何的改进，反而可能非所需地需要更多能量，并因此可能提高制造成本。因此，在一个实施方案中，用于加热的温度为大约150到180℃，或者更具体地说，为大约170到180℃。在一个实施方案中，在此所有的加热阶段利用加热板加热该半导体晶片12，并且所规定的温度是在加热板处或加热板附近测量的温度。用于加热的时间长度可以基于该处理中的其它阶段的时间选择来进行选择。例如，如果在大约60秒之后将其它的半导体晶片转移到该处理中的另一个阶段，那么大约60秒是所需的。在一个实施方案中，这一60秒是腔室大致处于恒温下的时间；换言之，该60秒不包括温度的上升期和下降期。如果可能的话，将加热过程的时间调整到与其它处理阶段大约相等，这将使得半导体晶片12在加热阶段之后不用等待下一个阶段，此外还防止加热过程因为是过程中的瓶颈(即，最慢阶段)而减慢全过程。

在第一加热阶段16之后，可能需要冷却阶段17。所用的光刻设备可以具有能够用来在热室中取出或放置半导体晶片12的机器人臂(“热机器人臂”)，以及另一个能够用来在冷却室中取出或放置半导体晶片12的机器人臂(“冷机器人臂”)。虽然该热机器人臂能够进入用于加热阶段16的腔室，但是该光刻设备可以防止热机器人臂进入用于粘合阶段18的腔室，因为让热半导体晶片12处于用于粘合阶段18的腔室中可能是一种安全危险。(当沉积在热半导体晶片上时，该粘合层可能是挥发性的。)因此，冷却阶段17可用来冷却该半导体晶片12。热机器人臂应该能够将半导体晶片12从用于加热阶段16的腔室转移到用于冷却阶段17的腔室。然后，冷机器人臂能够将冷却的半导体晶片转移到粘合阶段18。在一个实施方案中，将被冷却的半导体晶片冷却直到它达到大约为室温(大约21℃)。在一个实施方案中，将半导体晶片12冷却大约45秒。在一个实施方案中，在此通过使用冷却板或激冷板进行所有的冷却阶段。然而，如同加热阶段16，可以选择时间以适应具体的全部光刻过程。

在将半导体晶片12冷却之后，在一个实施方案中，通过机器人臂(其很可能是冷机器人臂)将半导体晶片12转移到粘合阶段18。在粘合阶段18期间，将预抗蚀剂涂层或粘合层沉积在半导体晶片12上以提高粘合性。在一个实施方案中，该粘合层是硅烷化底涂剂(primingagent)，例如六甲基二硅氮烷(HMDS)。HMDS发生化学反应以除去任何表面OH基。由于热的存在，HMDS与氧反应以形成键接到半导体晶片12上的三甲基甲硅烷基(Si[CH₃]₃)。在一个实施方案中，粘合阶段18的温度大约为100℃或者更高，例如大约120℃。在一个实施方案中，该粘合阶段大约为50到70秒，或者优选大约60秒。

在半导体晶片12上形成粘合层之后，可以将半导体晶片12冷却以防止起泡以及随后施涂的光刻胶的熔融。因此，在一个实施方案中，通过冷机器人臂将半导体晶片12转移到用于第二冷却阶段20的腔室中。在一个实施方案中，将半导体晶片12冷却大约45秒到大约为室温。

在冷却之后，例如，通过该机器人臂的一种将半导体晶片12转移到抗蚀剂施涂阶段22。在一个实施方案中，在抗蚀剂施涂阶段22，将抗蚀剂旋涂到半导体晶片12上。在将抗蚀剂溶液从分配器23施涂到半导体晶片12上之后，旋转或转动半导体晶片12以将该抗蚀剂均匀地施涂到整个半导体晶片12上。可以继续旋转直到光刻胶基本上干燥。如果沿着该半导体晶片12的周边产生干燥光刻胶的珠粒，应该将该干燥的光刻胶除去以避免珠粒剥落并产生可能引起污染问题的颗粒。在一个实施方案中，可以使用化学放大的光刻胶，例如深紫外(DUV)抗蚀剂。此外，可以使用ESCAP(环境上安全/稳定的化学改变的光刻胶)；然而，可以使用任何光刻胶材料。

在施涂光刻胶之后，例如，通过机器人臂将半导体晶片12转移到第二加热阶段24，该阶段可以称作软烘焙或施涂后烘焙。进行软烘焙以使光刻胶中的分子交联。该软烘焙还可以将任何溶剂从光刻胶中除去，并且可以通过降低光刻胶中的应力来提高光刻胶的粘合性。在一个实施方案中，在大约130℃的温度下进行软烘焙大约60秒；然而，可以使用其它的温度和时间。

由于各种原因，例如容易处理，在软烘焙之后可以将半导体晶片12冷却以使它在随后的处理中温度不会过高。因此，可以将半导体晶片12转移到用于第三冷却阶段26的腔室中。在一个实施方案中，将半导体晶片12冷却大约45秒到大约为室温。

在一个实施方案中，使用步进光刻机或扫描式光刻机每次一个区域将半导体晶片12定位和曝光。例如，在特定区域(通常称作光罩(reticle)区域)中将半导体晶片12定位和曝光，然后步进光刻机阶段或扫描式光刻机阶段将移动半导体晶片12到设备的合适部分以便定位和曝光不同的区域。因此，一旦该步进光刻机已经将半导体晶片12定位，则随后将半导体晶片12曝光。

在定位和曝光阶段30中，将掩模31放置在半导体晶片12上方，基于该掩模31的图案，使用辐射将光刻胶曝光。辐射在光刻胶中产生光化学反应或转化。如果已经产生了抗蚀剂中毒，该反应的放大将降低。该辐射可以是任何所需的辐射，例如波长为248或193纳米的光。在步进光刻机中将半导体晶片12的一个区域曝光之后，然后该步进光刻机相对于半导体晶片12移动该掩模以将半导体晶片12的另一个(通常邻接的)部分曝光。在定位和曝光阶段30中重复使用步进光刻机以最终产生曝光的区域的栅格。

在将半导体晶片12的所有所需的区域曝光之后，进行第三加热阶段32，可以将该阶段称作曝光后烘焙。曝光后烘焙激发酸催化剂以在光刻胶内形成潜像。在一个实施方案中，曝光后烘焙在大约130℃的温度下进行大约60秒。

在曝光后烘焙中形成潜像之后，可以将半导体晶片12冷却。因此，可以将半导体晶片12转移到用于第四冷却阶段34的腔室中。在一个实施方案中，将半导体晶片12冷却大约45秒到大约为室温。

为了使潜像变成光刻胶中的最终图像，在第四冷却阶段34中被冷却之后，半导体晶片12经历显影阶段36。在一个实施方案中，使用喷射显影系统进行显影阶段36，其中喷嘴37将显影剂39喷射到旋转的半导体晶片12上。虽然没有示出，在显影阶段36之后可以进行随后的冲洗、干燥和加热过程以除去显影剂。

在光刻胶中形成最终图像之后，半导体晶片12可以离开化学过滤的环境10。在一个实施方案中，为了证实最终图像是符合要求的，进行显影后检查(ADI)40。在ADI40期间，可以使用设备例如光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)或激光系统来检查该光刻胶图案。可以在检查期间确定的光刻胶的特征包括薄膜的质量、图像质量和缺陷。例如，可以检查密集线路的排列以确定是否缺失任何线路或部分线路。如果该光刻过程的结果是可接受的(例如，所有的线路都存在于密集排列中)，则将半导体晶片12转送以便进行后续加工，在后续加工中将使用光刻胶图案来蚀刻底层。如果相反，图案是不可接受的，可以除去(剥离)该光刻胶层并且重复该光刻过程。

到现在为止，应该理解已经提供了用于就地热解吸气载污染物(例如，可冷凝类物质)的方法。另外，在无污染环境中处理该半导体晶片，这大大降低或消除了由污染引起的缺失线路的潜在可能性。缺失线路(或其它的光刻图案或部分图案)方面的下降提高了产率。

在上述说明书中，已经参照具体的实施方案对本发明进行了描述。然而，本领域普通技术人员能够领会的是，在不脱离下面权利要求中列出的本发明的范围的情况下，可以作出各种修改和改变。因此，应该认为本说明书和附图是说明性的而不是限制性的，并且所有这些修改都将包括在本发明范围内。关于具体的实施方案，上面已经对益处、其它的优点以及问题的解决方案进行了描述。然而，可能使得任何益处、优点或者解决方案成为或变得更显著的益处、优点、问题的解决方案、以及任何因素(一个或多个)都不能认为是任一项或所有权利要求的决定性的、需要的或者基本的要素或因素。

此外，说明书和权利要求中的术语“前面”、“背面”、“顶部”、“底部”、“在..之上”、“在...之下”等(如果有的话)用于描述性目的而不一定是用来描述固定的相对位置。应该理解的是，在合适的情形之下如此使用的术语是可互换的，从而使得在此描述的本发明实施方案是，例如，能够在本文中显示的或未描述的方向上进行操作。本文所使用的术语“包括”、“包含”或它们的任何其它变体旨在涵盖非唯一性的包含物，使得包括一系列元素的工艺、方法、制品或者装置不仅仅包括那些元素，而是可能包括没有特意列出或不是这些工艺、方法、制品或者装置固有的其它的元素。本文所使用的术语“a”或者“an”定义为一个或一个以上。

Claims

1.形成光刻胶图案的方法，其中该方法包括：

提供半导体晶片；

将该半导体晶片暴露在等离子体环境下；

在将该半导体晶片暴露在该等离子体环境下之后，从该半导体晶片的上表面解吸可冷凝类物质；

在解吸该可冷凝类物质之后，将光刻胶施涂到该半导体晶片的上表面；和

将该光刻胶暴露在能量下以形成光刻胶图案。

2.权利要求1的方法，其中解吸该可冷凝类物质包括将该半导体晶片加热。

3.权利要求2的方法，其中将该半导体晶片加热包括将该半导体晶片加热到大于大约150℃的温度。

4.权利要求2的方法，进一步包括在将该半导体晶片加热之后并且在将该光刻胶施涂到该半导体晶片上之前，将该半导体晶片冷却。

5.权利要求1的方法，进一步包括在将该半导体晶片加热之后并且在将该光刻胶施涂到该半导体晶片的上表面之前，沉积粘合层。

6.权利要求1的方法，其中在化学过滤的光刻系统内进行以下操作：解吸该可冷凝类物质；施涂该光刻胶，并将该半导体晶片暴露在能量下。

7.形成光刻胶图案的方法，其中该方法包括：

将带有可冷凝类物质的半导体晶片放置在化学过滤的光刻系统中；

在该化学过滤的光刻系统中从该半导体晶片上解吸该化学类物质；

在解吸该化学类物质之后在该化学过滤的光刻系统中将该光刻胶施涂到该半导体晶片上；和

在该化学过滤的光刻系统中将该光刻胶暴露在能量下以形成光刻胶图案。

8.权利要求7的方法，其中解吸该可冷凝类物质包括将该半导体晶片加热。

9.权利要求8的方法，其中将该半导体晶片加热包括将该半导体晶片加热到大于大约150℃的温度。

10.权利要求7的方法，进一步包括在将该半导体晶片加热之后并且在将该光刻胶施涂到该半导体晶片的上表面之前，沉积粘合层。

11.权利要求7的方法，进一步包括在解吸该化学类物质之前，将该半导体晶片暴露在等离子体环境下。

12.形成光刻胶图案的方法，该方法包括：

提供带有可冷凝类物质的半导体晶片；

将该半导体晶片加热以解吸该可冷凝类物质，其中加热在一种设备中进行；

在该设备中将光刻胶施涂到该半导体晶片上；和

将该光刻胶暴露在能量下以形成光刻胶图案。

13.权利要求12的方法，其中解吸该可冷凝类物质包括将该半导体晶片加热。

14.权利要求13的方法，其中将该半导体晶片加热包括将该半导体晶片加热到大于大约150℃的温度。

15.权利要求12的方法，进一步包括在将该半导体晶片加热之后并且在将该光刻胶施涂到该半导体晶片的上表面之前，沉积粘合层。

16.权利要求12的方法，进一步包括在解吸该化学类物质之前，将该半导体晶片暴露在等离子体环境下。