CN102540769A - 显影方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种显影方法，所述方法包括：在旋转的晶片表面进行第一次喷涂显影液；在晶片表面进行第二次喷涂显影液。本发明所提供的显影方法，在旋转的晶片表面进行第一次喷涂显影液后，晶片表面将会被均匀地润湿，进而有效地降低了晶片表面的张力，从而使得在晶片表面进行第二次喷涂显影液后，第二次所喷涂的显影液能均匀地涂布于晶片上，不会出现晶片边缘显影不良的现象，也不会造成晶片上不同位置的图形显影不均的问题，进而可有效地提高器件关键尺寸的均匀性。

Description

显影方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地说，涉及一种显影方法。

背景技术

在半导体制造过程中，光刻工艺一般包括如下几个步骤：气相成底膜、旋转涂胶、软烘、对准和曝光、曝光后烘焙、显影、坚膜烘焙和显影检查。其中，显影是在光刻胶中产生三维的物理图像，这一步决定光刻胶图形是否是掩膜版图形的真实再现。在深亚微米半导体制造工艺中，显影对随后的工艺加工是很关键的一步。

早期的显影方法是将晶片固定浸没在显影液中，这种方法需要消耗大量的显影液。为了节省显影液，现在一般采用连续喷雾显影或旋覆浸没显影。连续喷雾显影是通过喷嘴将显影液以雾的形式喷洒到晶片上，旋覆浸没显影与连续喷雾显影使用相同的基本设备，所不同的是：将显影液以液体形式喷到晶片上。

无论是连续喷雾显影还是旋覆浸没显影，在将显影液喷到晶片上后，由于晶片表面存在较大的表面张力，因此，晶片边缘的显影液常会由于张力的原因而收缩，进而使得晶片边缘的局部区域呈现显影液覆盖不全的现象，最终造成严重的显影不良。参考图1，图1示出了晶片1边缘没有被显影液覆盖住的区域2和3。

为了解决晶片边缘显影不良的问题，一般可通过增加喷涂显影液的时间或加大显影液剂量的方法来加以改善。通过增加喷涂显影液的时间或加大显影液的剂量虽然可以解决晶片边缘显影液覆盖不全的问题，但容易造成晶片上不同位置的图形显影不均，从而导致器件关键尺寸(CD)的均匀性变差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种显影方法，该方法能解决显影后晶片上不同位置的图形显影不均的问题，进而改善器件关键尺寸的均匀性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种显影方法，该方法包括：

在旋转的晶片表面进行第一次喷涂显影液；

在晶片表面进行第二次喷涂显影液。

优选的，上述显影方法中，在晶片表面进行第一次喷涂显影液的剂量小于第二次喷涂显影液的剂量。

优选的，上述显影方法中，在晶片表面进行第一次喷涂显影液的剂量为30～50ml。

优选的，上述显影方法中，在晶片表面进行第一次喷涂显影液时，晶片的转速为400r/min～600r/min。

优选的，上述显影方法中，在晶片表面进行第一次喷涂显影液的时间为20s～40s。

优选的，上述显影方法中，在晶片表面进行第二次喷涂显影液时，晶片固定不动。

优选的，上述显影方法中，在晶片表面进行第二次喷涂显影液时，晶片的转速为40r/min～60r/min。

优选的，上述显影方法中，在晶片表面进行第一次喷涂显影液采用连续喷雾显影方式。

优选的，上述显影方法中，在晶片表面进行第二次喷涂显影液采用旋覆浸没显影方式。

优选的，上述显影方法中，在晶片表面进行第二次喷涂显影液之后还包括：清洗所述晶片并甩干。

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的显影方法包括：在旋转的晶片表面进行第一次喷涂显影液；在晶片表面进行第二次喷涂显影液。在旋转的晶片表面进行第一次喷涂显影液后，晶片表面将会被均匀地润湿，进而有效地降低了晶片表面的张力，从而使得在晶片表面进行第二次喷涂显影液后，第二次所喷涂的显影液能均匀地涂布于晶片上，不会出现晶片边缘显影不良的现象，也不会造成晶片上不同位置的图形显影不均的问题，进而可有效地提高器件关键尺寸的均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中晶片边缘显影不良的示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种显影方法流程图；

图3为本发明实施例所提供的另一种显影方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。

实施例一

正如背景技术部分所述，由于晶片表面存在较大的表面张力，因此，晶片边缘的显影液常会由于张力的原因而收缩，进而使得晶片边缘显影不良。而通过增加喷涂显影液的时间或加大显影液的剂量虽然可以解决晶片边缘显影不良的问题，但同时又会造成晶片上不同位置的图形显影不均，进而使得器件关键尺寸的均匀性变差。

基于此，本发明提供了一种显影方法，参考图2，该方法包括：

步骤S1：在旋转的晶片表面进行第一次喷涂显影液。

此步骤中，将晶片置于真空吸盘上后，控制连接真空吸盘的旋转电机，使得所述真空吸盘连同其上的晶片一起进行旋转。通过控制旋转电机的转速，可使所述晶片具有较高的转速。在具有较高转速的晶片表面进行第一次喷涂显影液，第一次所喷涂的显影液应该为小剂量的显影液。该步骤的目的是：通过在旋转的晶片表面喷涂小剂量的显影液，可实现晶片表面被均匀地润湿，进而可降低晶片表面的张力，为后续喷涂大量显影液做准备。

步骤S2：在晶片表面进行第二次喷涂显影液。

在对晶片表面进行第二次喷涂显影液时，所述晶片可以为固定不动的，也可以为旋转的。但第二次喷涂时所喷涂显影液的剂量比第一次有明显的增加，具体的可以有一到两个数量级的增加。此步骤中通过喷涂大剂量的显影液，可在晶片表面均匀地涂布上显影液，进而使显影液和光刻胶进行化学反应，最终在晶片上再现出所需的光刻胶图形。

由上可知，本发明所提供的显影方法，首先在旋转的晶片表面进行第一次喷涂显影液，第一次所喷涂的显影液到达旋转的晶片表面上后会被均匀地散开，进而可使得晶片表面被均匀地润湿，从而减小了晶片表面所特有的张力，当在晶片表面进行第二次喷涂显影液后，第二次所喷涂的显影液不会因晶片表面具有张力而在晶片边缘发生收缩现象；而且，由于晶片表面已经具有了第一次所喷涂的显影液，故第二次所喷涂的显影液会均匀地涂布在晶片表面，不会造成晶片上不同位置的图形显影不均，进而可提高器件关键尺寸的均匀性。

下面以一具体实施例详细描述本发明所提供的显影方法。

实施例二

参考图3，图3为本发明实施例所提供的另一种显影方法流程图，该方法具体包括如下步骤：

步骤S11：在旋转的晶片表面进行第一次喷涂显影液。

此步骤之前还包括预处理步骤：采用去离子水清洗晶片表面并甩干，确保晶片表面无任何杂质、污染物或水源等。之后对晶片进行显影，显影过程可在同一晶片轨道系统中实现。

对晶片进行预处理后将其置于自动晶片轨道系统中的真空吸盘上，确保晶片被放置得很平稳，且确保晶片和所述真空吸盘相对静止。所述真空吸盘通过一个连接杆(或支柱)连接旋转电机，通过控制旋转电机是否开启可控制真空吸盘为静止或旋转状态，进而达到控制晶片静止或旋转的目的；通过旋转电机还可控制晶片旋转速度的大小。

本步骤中在旋转的晶片表面进行第一次喷涂显影液，可控制晶片的转速为400r/min～600r/min，优选的，控制晶片以500r/min的速度高速旋转。对晶片表面进行第一次喷涂显影液，可采用连续喷雾显影方式或旋覆浸没显影方式，优选的，选择前者。

采用连续喷雾方式进行显影时，由一个或者多个喷嘴将显影液以雾的形式(可通过超声波雾化)喷洒到晶片表面。显影液从高压区域膨胀进入低压区域会有引起温度下降的绝热冷却效应，而通过控制晶片旋转可减小绝热冷却效应。除此之外，还可在喷嘴设计上添加一个显影加热系统，也能够减小绝热冷却效应。

本步骤中在晶片表面所喷涂的显影液的剂量比较小，一般为30～50ml。由于晶片以500r/min的速度进行高速旋转，故小剂量的显影液到达晶片表面上后，依靠离心力的作用均匀地散布在晶片表面，进而对晶片表面起到润湿作用。本实施例中在晶片表面进行第一次喷涂显影液的时间可控制在20s～40s之间，优选的，可为30s。

鉴于第一次所喷涂的显影液剂量小，且喷涂时间短，因此，本步骤中所喷涂的显影液仅对晶片表面起到润湿作用，而不会因显影液过多引起显影液与曝光过的光刻胶发生化学反应。

步骤S12：在晶片表面进行第二次喷涂显影液。

本步骤中优选地采用旋覆浸没显影方式在晶片表面进行第二次喷涂显影液。

旋覆浸没显影与连续喷雾显影使用相同的基本设备。所不同的是：采用旋覆浸没显影方式进行显影时，显影液以液体的形式到达晶片表面，且在晶片表面形成水坑形状。为在整个晶片表面形成一个似水坑状的弯月面，则需要足够的显影液，但同时又要避免过量的显影液，以期最小化晶片背面的湿度。

本步骤中采用旋覆浸没显影方式在晶片表面进行第二次喷涂显影液时，置于真空吸盘上的晶片可以固定不动，也可以以一定的速度旋转。控制晶片旋转可利于其上的显影液散开，但旋转速度过高则易于将显影液甩出，进而造成浪费。当晶片以一定速度旋转时，应控制晶片旋转的速度低于步骤S11中晶片的旋转速度，优选的，可控制晶片的旋转速度为40r/min～60r/min。

喷洒在晶片上的显影液的剂量是影响光刻胶显影成功与否的关键因素。显影不充分将会导致残渣，即如果显影不足或清洗不适当，晶片表面就会有光刻胶的剩余残膜。本步骤的主要目的是使显影液和光刻胶进行反应，故本步骤中所喷涂显影液的剂量应明显大于步骤S11中所喷涂显影液的剂量。一般可控制第二次喷涂显影液的剂量相对第一次来说，增加一到两个数量级。考虑到晶片表面已被第一次所喷涂的显影液均匀润湿了，故大剂量的显影液到达晶片表面上后，即使所述晶片为固定不动的，所述大剂量的显影液也能够均匀地涂布于晶片表面。

为了让光刻胶可溶解的区域变得完全溶解，须保证第二次喷涂的显影液在光刻胶上停留足够的时间。但停留时间过长，将会造成光刻胶的过腐蚀，导致不能接受的CD值。通过对同批中晶片样品的最小光刻胶线宽的离线分析，可以决定最优的显影时间，但这种方法仅能提供有限的信息，且费用较高。

自动晶片轨道系统中的在线溶解率检测(DRM)可以对显影工艺的真实时间进行检测。DRM通过光传感器收集的干涉测量信号数据对光刻胶表面和晶片表面反射光的相位差进行测量。随着光刻胶的溶解，上述两个表面之间的相位差逐渐减小，直到终点(EP)检测的突变点变为零。

本步骤中在晶片表面进行第二次喷涂显影液可以包括多次旋覆浸没显影，即：使每一次喷涂的显影液在晶片上停留预定的时间(如10s～30s，根据显影液的类型确定)后除去，然后喷涂新的显影液，再在晶片上停留设定的时间。后一次旋覆浸没补充了显影液的化学药品，更新了显影液和光刻胶之间的化学反应。采用多次旋覆浸没显影方法可保证可溶解区域的光刻胶和显影液充分反应。

除了显影时间外，显影液的温度也对光刻胶的溶解率有直接的影响。对于正胶，显影液的温度越低，光刻胶的溶解率越大；对于负胶，溶解率随温度的增加而增加。本实施例中所用显影液的温度应控制在15℃～25℃之间。在某一温度确定后，误差应被控制在±1℃以内。

步骤S13：清洗晶片并甩干。

可溶解区域的光刻胶被显影液溶解后，采用去离子水清洗晶片表面并旋转甩干。清洗的主要目的是除去显影后晶片上剩余的显影液。

从上述实施例可以看出，本发明所提供的显影方法，在晶片表面进行大量喷涂显影液之前，先在晶片高速旋转的情况下喷涂小剂量的显影液，所述小剂量的显影液使得晶片表面均匀地被润湿，这样，有效地降低了晶片的表面张力，使后续大量喷涂的显影液能更均匀、更充分地涂布在晶片表面，从而解决了晶片边缘显影不良的问题，且由于显影液能够均匀地涂布在晶片表面，因此，提高了器件关键尺寸的均匀性。

本说明书中各个实施例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，相关之处可互相参考。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种显影方法，其特征在于，包括：

在旋转的晶片表面进行第一次喷涂显影液；

在晶片表面进行第二次喷涂显影液。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在晶片表面进行第一次喷涂显影液的剂量小于第二次喷涂显影液的剂量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在晶片表面进行第一次喷涂显影液的剂量为30～50ml。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在晶片表面进行第一次喷涂显影液时，晶片的转速为400r/min～600r/min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在晶片表面进行第一次喷涂显影液的时间为20s～40s。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在晶片表面进行第二次喷涂显影液时，晶片固定不动。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在晶片表面进行第二次喷涂显影液时，晶片的转速为40r/min～60r/min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在晶片表面进行第一次喷涂显影液采用连续喷雾显影方式。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在晶片表面进行第二次喷涂显影液采用旋覆浸没显影方式。

10.根据权利要求1～9任一项所述的方法，其特征在于，在晶片表面进行第二次喷涂显影液之后还包括：清洗所述晶片并甩干。

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