CN102043353B - 用于在晶圆上喷涂显影液的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在晶圆上喷涂显影液的方法，所述方法利用喷头在晶圆上喷涂显影液，所述喷头位于所述晶圆表面的上方，且所述喷头在平行于晶圆表面方向上的长度大于所述晶圆的直径，所述喷头在所述晶圆一侧的初始位置和所述晶圆另一侧的结束位置之间移动，所述方法包括下列步骤：当所述喷头从所述初始位置向所述结束位置移动期间在所述晶圆表面上喷涂一次所述显影液；当所述喷头从所述结束位置移动回所述初始位置期间，所述喷头在所述晶圆上再次喷涂显影液。利用本发明的方法，能有效地解决显影液回缩的问题。

Description

用于在晶圆上喷涂显影液的方法

技术领域

本发明涉及半导体工艺，尤其涉及用于在晶圆上喷涂显影液的方法。

背景技术

在半导体制造中，采用光刻工艺在晶圆上形成所需的各种图案。光刻工艺包括多个步骤，例如清洁晶圆表面、在晶圆表面上涂光刻胶、涂覆显影液、曝光和显影等。

在这些工艺步骤中，涂光刻胶的步骤需要精确的控制。在涂光刻胶时，需要在晶圆的整个表面上形成一层均匀的、厚度一致的光刻胶。通常所知的在晶圆上涂抹光刻胶的方法有扫描法、旋转法、滴法和喷涂法。在涂覆光刻胶后，覆盖具有图案的掩模，然后对光刻胶层进行曝光显影。此时需要涂覆一层均匀的且厚度一致的显影液。然后将曝光后的晶圆浸在显影液中几十秒钟，这样正型光刻胶的曝光部分(或负型光刻胶的未曝光部分)被溶解，从而在晶圆上形成所需要的图形。

在晶圆上喷涂显影液时，在现有技术中常用的方法之一是利用喷头使用扫描法在晶圆上涂覆显影液。该喷头设置在晶圆上方的位置，在晶圆的两侧之间来回移动，以便在整个晶圆上喷涂显影液。如图1所示，示出了本领域中常用的喷头100的内部结构剖面示意图。在喷头100的内部设置有显影液存储部110，显影液通过如图所示的三个供应通道121、122、123进入到显影液存储部110中。在喷头100的下表面(即在工作时面对晶圆的表面上)上设置有多个显影液喷射口130，其用于将显影液喷射到晶圆上。这些喷射口130均匀分布在喷头100的整个长度方向(即图1中X方向)上，该喷头在X方向上的总长度稍大于晶圆的直径，这样可以使得整个晶圆表面完全覆盖喷涂的显影液。现有技术中另一种喷射口的设置是将喷头100的下表面上形成一条窄的缝隙，以该缝隙来代替多个喷射口。另外，该喷头100设置在移动杆(未示出)上，移动杆上设置有夹具用于夹持喷头100。该喷头100上还设置有气孔141、142，用于排出显影液中的气体。

参考图2，示出利用如图1所示的喷头在晶圆上喷涂显影液的示意图。如图所示，喷头100在晶圆200的上方沿着如图所示的箭头方向平行于晶片表面移动，以便通过喷射口130将将显影液喷涂在晶圆表面上。该喷头100的其他部件及其设置方法均属于本领域中的现有技术，在此不做更加详细描述。

在向晶圆上喷涂显影液时，为了保证取得更好的喷涂效果，除了需要控制好显影液的浓度、温度以及显影的时间等因素外，还要尽量保证显影液在晶圆上的均匀性和一致性。也就是说，显影液在晶圆的表面上要尽量具有相同的厚度，以此保证显影后图形的精度。但是，在向晶圆上喷涂显影液时，可能会产生显影液的回缩现象。回缩现象是指在晶圆表面上显影液的分布不均匀，部分区域的显影液的厚度会比其周围区域的显影液的厚度小，即在该显影液厚度小的区域发生了回缩现象。造成这种回缩现象的原因大致有以下几个方面：1.喷头喷涂的流速过低。在这种情况下，从喷头中喷出的显影液的量会不足，从而造成显影液的回缩；2.喷头移动速度过快；3.喷头和晶片之间的距离太大，造成显影液喷射的量不足；4.喷头喷出的显影液与晶圆之间的接触角太大。显影液的这种回缩现象会导致回缩区域光刻胶去除的不彻底，从而会影响到最终在晶圆上形成的图形的精度。

为了解决上述的显影液回缩的问题，针对造成这种现象产生的原因提出了一些解决方案。例如可以增大喷头喷涂液体的速度、降低喷头的移动速度、减小喷头和晶片之间的距离以及减小显影液与晶圆之间的接触角等。这些方法在一定程度上缓解了上述的显影液回缩现象。但是，在有些应用中仍会产生比较严重的显影液回缩现象。例如，随着集成电路的尺寸越来越小，对于光刻的关键尺寸要求会越来越高，在向光刻胶上涂覆显影液之前，通常会先在光刻胶上涂覆一层顶部抗反射涂层(TARC)，利用TARC来减少光的反射，以得到更细微的关键尺寸。然而，这种TARC材料通常是强酸性物质，而在TARC上层涂覆的显影液则是具有强碱性。因此如果此时再向晶圆表面上涂覆显影液，TARC和显影液之间会发生化学反应。这种反应加剧了回缩现象。此时应用上述现有技术中的解决显影液回缩现象的方案效果均不是很理想。

图3示出了现有技术中利用上述的喷头100在晶圆200上喷涂显影液的方法步骤示意图。在步骤A，喷头100处于初始位置，即位于晶圆200上方一侧的位置。此时喷头100准备开始喷涂显影液300。当开始喷涂显影液300时，喷头100沿着如图所示与晶圆200的表面平行的方向向晶圆200的另一侧移动，移动的同时喷涂显影液300。接着如步骤B所示，为喷头100从晶圆200的一侧向另一侧移动的中间过程。在从初始位置向晶圆200另一侧移动的整个过程中，喷头100持续喷涂显影液300。在步骤C，喷头100移动到了晶圆200的另一侧的结束位置。此时喷头100在整个晶圆200上完成了喷涂，准备停止喷涂。在步骤D，喷头100停止喷涂。此时喷头100向上移动一定距离，通常是10毫米，并从该结束位置往初始位置移动。然后，喷头100移动经过步骤E所示的中间位置移动回到如步骤F所示的初始位置。在从步骤D到步骤E，喷头100只进行移动而不再喷涂显影液300。

图3所示的步骤C中，在喷头100完成喷涂后，由于TARC和显影液300会很快发生化学反应，因此在晶圆200表面上形成了显影液的回缩现象，造成了在晶圆200表面上显影液分布的不均匀，产生了回缩区域400。因此，晶圆200上的显影液300保持该不均匀的状态进入下一步的处理工艺。这样就造成了光刻胶去除的不彻底，影响所形成的图形的精度。

因此，本领域需要一种能解决显影液回缩问题以便在晶圆上均匀喷涂显影液的方法。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决上述问题，本发明提出了一种用于在晶圆上喷涂显影液的方法，所述方法利用喷头在晶圆上喷涂显影液，所述喷头位于所述晶圆表面的上方，且所述喷头在平行于晶圆表面方向上的长度大于所述晶圆的直径，所述喷头在所述晶圆一侧的初始位置和所述晶圆另一侧的结束位置之间移动，所述方法包括下列步骤：当所述喷头从所述初始位置向所述结束位置移动期间在所述晶圆表面上喷涂一次所述显影液；当所述喷头从所述结束位置移动回所述初始位置期间，所述喷头在所述晶圆上再次喷涂显影液。

进一步地，上述晶圆的表面上涂覆有顶部抗反射涂层。

进一步地，当喷头移动到结束位置时，喷头沿垂直于晶圆表面的方向移开晶圆表面移动一距离，然后再移动回初始位置。该距离可以在0.2毫米至1.5毫米之间选择。优选地，该距离选择1毫米。

利用本发明的方法，能有效地解决当光刻胶上涂覆有TARC层时，现有技术中不能解决显影液回缩的技术问题。而且本发明的这种方法，可以采用现有技术中的生产设备，并没有增加新的设备，也没有增加额外的工艺步骤，对于产量也不会产生影响。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1是现有技术中常用的用于喷涂显影液的喷头内部结构剖面示意图；

图2是利用图1中所示的喷头在晶圆上喷涂显影液的示意图；

图3是现有技术中喷涂显影液的方法步骤示意图；

图4是根据本发明实施例的喷涂显影液的方法步骤示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

如图4所示，是根据本发明实施例的在晶圆200上涂覆显影液300的方法步骤示意图。

在图4的步骤A中，喷头100处于初始位置，喷头100位于晶圆200上方一侧的初始位置。此时喷头100准备开始喷涂显影液300。当喷头100开始喷涂显影液300时，喷头100一边喷涂显影液300，一边沿着如图中箭头所示的方向，即平行于晶圆200表面的方向，向晶圆200另一侧的结束位置移动。步骤B所示为喷头100从晶圆200的一侧向另一侧移动的中间过程。在从初始位置向晶圆200另一侧移动的整个过程中，喷头100持续喷涂显影液300。在步骤C，喷头100移动到了晶圆200的另一侧的结束位置。从图中可以看出，在完成了步骤A到步骤C的喷涂过程后，由于喷涂的显影液量不足、喷头移动速度过快、或喷涂的显影液与光刻胶表面的顶部抗反射涂层发生反应等原因，在晶圆200上产生了回缩区域400。在回缩区域400中的显影液厚度小于其他未发生回缩现象的区域，因此在回缩区域400中的显影液量不足，会造成之后的显影效果变差。

根据本发明的方法，如图4所示在步骤D，喷头100在到达晶圆200另一侧的结束位置之后，并不像现有技术中所示的步骤D那样直接提升一定高度并返回初始位置，同时停止喷射显影液300，而是在返回初始位置的途中继续喷射显影液300。在步骤D，在从该结束位置向初始位置移动的过程中，喷头100始终持续喷涂显影液。步骤E是喷头100从结束位置向初始位置移动过程中经过回缩区域400后到达的一个中间位置。从步骤E的图中可以看出，在喷头100返回初始位置的移动期间，由于喷头100持续喷涂显影液，因此能将上次形成的显影液回缩区域400重新填补上显影液。这样就可以消除产生的回缩区域400，弥补回缩区域400中显影液的不足。继续进行到步骤F，喷头100移动回到初始位置，此时喷头100停止喷涂显影液，并等待命令进行下一次的喷涂。完成了如上所述的喷涂过程后，晶圆200上的显影液300能均匀分布在晶圆200表面上，解决了晶圆表面单次喷涂显影液造成的回缩问题。

在根据本发明的步骤D中，喷头100在到达结束位置并准备返回初始位置之前，需沿着垂直于晶圆表面的方向向上提升离开晶圆200表面一定的距离d。这个距离小于现有技术中喷头100向上提升的距离。本发明的喷头100向上提升的距离d可以在0.2毫米至1.5毫米之间变化。优选地，该距离选择为1毫米。提升的距离是根据显影液回缩的严重程度所决定的。喷头100距离晶圆表面的高度越高，喷涂的显影液约分散；相反，喷头100距离晶圆表面的高度越低，喷涂的显影液约集中。因此，如果在步骤C喷涂第一遍显影液之后发现回缩现象只是发生在晶圆表面局部很小的地方，则可以将喷头提升较小的高度，以便集中弥补回缩区域中不足的显影液。

通过本发明的这种在晶圆上喷涂两次显影液的方法，能有效地解决显影液喷涂量不足或当光刻胶上涂覆有TARC层时产生的显影液回缩问题。而且本发明的这种方法利用了现有的生产设备和工艺步骤，即在将喷头移回初始位置的同时进行第二次喷涂，因此并没有增加新的设备，也没有增加额外的工艺步骤。在有效提高显影液喷涂均匀性的同时不会使得工艺变得更加复杂。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (5)

1.一种用于在晶圆上喷涂显影液的方法，所述方法利用喷头在晶圆上喷涂显影液，所述喷头位于所述晶圆表面的上方，且所述喷头在平行于晶圆表面方向上的长度大于所述晶圆的直径，所述喷头在所述晶圆一侧的初始位置和所述晶圆另一侧的结束位置之间移动，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

当所述喷头从所述初始位置向所述结束位置移动期间在所述晶圆表面上喷涂一次所述显影液；

根据所述显影液回缩的程度，将所述喷头沿垂直于所述晶圆表面的方向移开所述晶圆表面一定距离，所述距离大于0.2毫米且小于1.5毫米，其中，当所述回缩只是发生在所述晶圆表面局部很小的地方，所述距离具有较小的数值；

将所述喷头从所述结束位置移动回所述初始位置，在此期间，所述喷头在所述晶圆上再次喷涂显影液。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述喷头沿平行于所述晶圆表面的方向上分布有多个喷射口，所述多个喷射口用于将所述喷头内部的所述显影液喷射到所述晶圆上。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷头中设置有显影液存储部，用于存储并提供所述显影液。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶圆的表面上涂覆有顶部抗反射涂层。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述距离等于1毫米。

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