CN102621828A

CN102621828A - 一种二次显影方法

Info

Publication number: CN102621828A
Application number: CN2011100371718A
Authority: CN
Inventors: 钱志浩; 燕丽林
Original assignee: CSMC Technologies Corp; Wuxi CSMC Semiconductor Co Ltd
Current assignee: CSMC Technologies Corp; Wuxi CSMC Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2012-08-01

Abstract

本发明提供一种二次显影方法，属于半导体制造的光刻技术领域。该二次显影方法，用于对同一层已曝光的光刻胶进行湿法显影，其包括步骤：(1)在所述光刻胶上第一次涂覆显影液；(2)第一次浸润所述光刻胶以初步显影；(3)基本去除所述光刻胶表面的显影生成物和残余的所述显影液；(4)在所述光刻胶上第二次涂覆显影液；以及(5)第二次浸润所述光刻胶以全部显影。该显影方法成本低、显影效果好的优点，并不会整体增加显影时间。

Description

一种二次显影方法

技术领域

本发明属于半导体制造的光刻技术领域，涉及光刻工艺的显影方法，尤其涉及对同一层已曝光的光刻胶采用二次显影的湿法显影方法。

背景技术

半导体制造技术中，为对薄膜构图以形成芯片，光刻技术被广泛应用。光刻过程中，必然包括曝光和显影的过程。其中，湿法显影是常见的一种显影方式，其利用显影液与已曝光或未曝光(根据光刻胶是正胶还是负胶来判断)的光刻胶化学反应、使部分光刻胶溶解于显影液中从而实现在光刻胶上形成图案。

图1所示为现有的显影方法流程示意图。如图1所示，湿法显影过程中，其主要包括显影液喷涂覆盖步骤、浸润步骤以及残余物和显影生成物的去除步骤，该显影方法通过一次喷涂覆盖、一次浸润显影来完成。在覆盖步骤中，常常将硅片置于离心旋转的硅片台上，硅片台带动覆盖已构图曝光的光刻胶的硅片旋转，同时显影液喷洒于已曝光的光刻胶的表面，利用离心力将大量的光刻胶涂覆于光刻胶表面。在此涂覆过程中，为显影充分、需涂覆足够量的显影液，同时为显影完全、需均匀涂覆全部光刻胶表面。为实现以上要求，需加快离心旋转速度以及喷洒的光刻胶的量，这同时也会出现大量显影液被离心力作用下而甩出去，造成显影液的浪费。

以上现象在低端的显影设备中尤其明显，低端的显影设备中采用简易的喷嘴(Nozzle)来实现显影液的喷液方式。在该发明中，低端设备主要是指采用的显影液喷嘴的结构相对简单以致无法从硬件本身解决喷液过程中产生气泡、显影液无法充分覆盖的问题。图2所示为现有技术的流式喷嘴(Stream Nozzle)的显影设备，图3所示为现有技术的喷洒式喷嘴(Spray Nozzle)的显影设备。两者均为常见的低端显影设备，它们通常都具有两个喷嘴。两个喷嘴同时喷射显影液以涂覆显影液，往往长时间喷洒大量显影液也无法很好地覆盖硅片表面的光刻胶，从而造成难以实现显影充分和显影液严重浪费的问题。进一步，两个喷嘴所喷洒的显影液也可能会因相互冲击而带来饶流，局部覆盖不均匀，这会进一步加重上述问题。因此，现有技术的显影过程中显影效果难以保证并且显影液浪费严重。

有鉴于此，有必要提出一种新型的显影方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提高显影效果并减少显影液的浪费。

为解决以上技术问题，本发明提供一种二次显影方法，用于对同一层已曝光的光刻胶进行湿法显影，其包括步骤：

(1)在所述光刻胶上第一次涂覆显影液；

(2)第一次浸润所述光刻胶以初步显影；

(3)基本去除所述光刻胶表面的显影生成物和残余的所述

显影液；

(4)在所述光刻胶上第二次涂覆显影液；以及

(5)第二次浸润所述光刻胶以全部显影。

按照本发明提供的显影方法的实施例，其中，所述已曝光的光刻胶形成于硅片上，所述步骤(1)和(4)中，通过离心旋转的方式涂覆所述显影液。

较佳地，所述步骤(1)和(4)中，所述离心旋转的速度逐步下降。

较佳地，所述步骤(1)中，所述第一次涂覆的显影液喷涂与所述离心旋转同步进行，所述离心旋转的时间长于所述第一次涂覆显影液的显影液喷涂时间。

较佳地，所述步骤(4)中，所述第二次涂覆显影液的显影液喷涂与所述离心旋转同步进行，所述离心旋转的时间长于所述第二次涂覆显影液的显影液喷涂时间。

较佳地，所述步骤(1)中，初始的所述离心旋转的速度范围为100-200转/分钟；所述步骤(4)中，初始的所述离心旋转的速度范围为80-150转/分钟、并且其小于步骤(1)中的初始的所述离心旋转的速度。

按照本发明提供的显影方法的实施例，优选地，所述第二次涂覆显影液的涂覆时间短于所述第一次涂覆显影液的涂覆时间。

所述第二次涂覆的显影液的量少于所述第一次涂覆的显影液的量。

所述第二次浸润的时间短于所述第一次浸润的时间。

较佳地，所述方法用于使用流式喷嘴或喷洒式喷嘴的低端显影设备中。。

较佳地，所述步骤(3)中，通过离心旋转方式去除所述光刻胶表面的显影生成物和残余的所述显影液。

较佳地，还包括在所述步骤(1)之前的步骤：

(a1)去离子水清洗步骤；

并且还包括在所述步骤(5)之后的步骤：

(5a)去离子水清洗步骤。

本发明的技术效果是，通过两次显影，尤其是第二次显影过程的涂覆中，更容易良好地覆盖光刻胶的表面，可以防止大量显影液在涂覆过程中被浪费，减少显影液的使用量；同时第二次显影的显影液为相对新鲜的显影液，容易保证显影充分而完全。因此，该显影方法成本低、显影效果好的优点，并不会整体增加显影时间。

附图说明

图1是现有的显影方法流程示意图；

图2是现有技术的流式喷嘴的显影设备；

图3是现有技术的喷洒式喷嘴的显影设备；

图4是按照本发明实施例的显影方法的流程示意图。

具体实施方式

下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解。并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其它实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

图4所示为按照本发明实施例提供的显影方法的流程示意图。图4所示的显影方法可以应用于各种光刻胶的湿法显影过程中，光刻胶的具体类型以及显影液的具体类型不是限制性的。该显影方法用于对同一层已经曝光的光刻胶进行显影。以下结合图4对显影方法过程进行详细说明。

首先，硅片上的光刻胶被曝光后，准备开始进行湿法显影。

在步骤S10中，对光刻胶进行去离子水清洗。

在该步骤中，通过去离子水对硅片表面进行处理。具体地，可以将硅片固定于硅片台上，硅片高速旋转(例如1200转/分钟)，同时在高速旋转的其中一段时间内通过喷嘴喷洒去离子水于光刻胶表面上，去离子水然后被离心力甩去并带走硅片表面颗粒。

通过该步骤，还可以使欲涂覆显影液的光刻胶的表面被湿润，这可以减小显影液与光刻胶的之间的表面张力，使显影液与光刻胶更易融合、有利于下一步中显影液迅速铺开在硅片表面。

进一步，在步骤S20中，第一次涂覆显影液。

在该步骤中，显影液涂覆满所有光刻胶表面。具体地，硅片同样固定于硅片台上旋转，从喷嘴上向硅片表面喷显影液，显影液在离心力作用下实现离心旋转方式涂覆。在该步骤中，仅需要初步显影所需的显影液的量，因此可以相对较短时间地喷洒显影液。较佳地，在步骤S10中，硅片台的转速下降至一定转速时(例如130转/分)开始涂覆显影液，并且同时硅片台的旋转速度逐步下降，这样是由于刚开始显影液向光刻胶表面四周扩张时，显影液与光刻胶之间的融合较难，显影液的表面张力较大，初始较快的转速有利于显影液迅速铺满硅片表面、并防止气泡产生；然后降低硅片台的转速，有利于防止大量的显影液被甩出硅片的光刻胶表面，使后续浸润过程中显影更充分。例如，在初始涂覆显影液时其初始转速为150转/分钟，每一秒钟转速下降50转/分钟，3秒钟后停止涂覆，硅片台继续慢速旋转，直至基本停止。需要说明的是，此阶段硅片台旋转速度的逐步下降方式并不受本实施例限制，例如可以先快速下降，然后再以较慢速度下降。

较佳地，在该步骤中，离心旋转的初始转速范围为100-200转/分钟，其远远低于S10中的离心旋转速度，有利于防止过多显影液被甩出去。

进一步，在步骤S30中，第一次浸润以初步显影。

在该步骤中，通过所涂覆的显影液浸润光刻胶初步显影。在该实施例中，第一涂覆显影液于光刻胶后，硅片台停止旋转，实现静态初步显影，显影的时间相对较短，例如，如果传统显影过程中，显影时间为60秒，该步骤中则选择约30秒的时间进行显影。这样，在这段时间内显影液与光刻胶的溶解反应速度较快(前端时间内未反应的显影液的百分比大、溶解显影速度块)。通过该步骤，可以完成初步的显影，其直接影响光刻的关键尺寸(CD)以及光刻胶形貌。也为以后第二次充分显影打下基础。

进一步，在步骤S40中，基本去除残余显影液和显影生成物。

在该步骤中，具体地，通过高速选择硅片台(例如1000转/分钟)基本去除光刻胶表面所残余的显影、同时去除显影生成物。可以将硅片在短时间内(例如，1-4秒内)高速地旋转。需要说明的是，去除显影液时，总会残留一点显影液于光刻胶表面，从而经过第一次浸润后的光刻胶与显影液再次接触时，二者之间的融合更加容易，表面张力也更小，更易于全部覆盖硅片表面的光刻胶。因此，在离心旋转去除表面的残余显影液和显影生成物时，转速不宜太高(例如1500转/分钟以下)，旋转时间不宜太长(例如较佳地为2秒)。

进一步，在步骤S50中，第二次涂覆显影液。

在该步骤中，如上所述，由于第一次浸润后，仅为初步显影，例如有可能还有50％到10％厚度的光刻胶未被显影，因此需要第二次涂覆显影液来显影。此时，由于已经被第一次显影后的光刻胶与显影液更加容易融合、表面张力更小(如以上所述)，因此，硅片台可以以相对较低的旋转速度、将喷洒的显影液旋涂于光刻胶表面，较佳地，其初始旋转速度低于步骤S30中的初始旋转速度，同样地，旋转速度在离心旋转时间段内逐步下降。这样容易保证光刻胶被全部涂覆时，显影液的用量相对偏少，甩出硅片的显影液的量也更少。例如，在初始涂覆显影液时其初始转速为100转/分钟，每一秒钟转速下降40转/分钟，3秒钟内停止涂覆，硅片台继续慢速旋转，直至基本停止。需要说明的是，此阶段硅片台旋转速度的逐步下降方式并不受本实施例限制，例如可以先快速下降，然后再以较慢速度下降。较佳地，喷涂显影时，100转/分钟维持0.5秒钟、然后以30转/分钟维持一秒钟、然后以20转/分钟维持一秒钟，这样更加有利于节约显影液。因此，步骤S50的显影液的涂覆时间可以短于步骤S30的显影液的涂覆时间。另外，在显影液喷涂完以后，离心旋转继续低速旋转1秒钟左右。旋转的初始转速范围可以为100-200转/分钟，其远远低于S10和S40中的离心旋转速度。

进一步，在步骤S60中，第二次浸润以全部显影。

在该步骤中，主要是为了使被曝光的光刻胶全部被显影。由于此时显影液是新鲜的，并且能良好地全部覆盖光刻胶，从而其可以相对快速显影，显影化学反应充分，显影的光刻胶形貌良好。在该实施例中，第二涂覆显影液于光刻胶后，硅片台停止旋转，实现静态全部显影，显影的时间选择相对较短，例如，如果传统显影过程中，显影时间为60秒，该步骤中则选择约20秒的时间进行显影。该步骤中的显影时间可以短于步骤S30中的显影时间，例如相比于步骤S30的显影时间短1-10秒。因此，虽然采用两次显影的方法，相对于传统的一次显影，虽然步骤增多，但是由于第二次显影速度加快，整体显影时间并未明显增加。并且，由于第两次显影的过程相对一次显影更为充分完全，往往可以减小对光刻曝光过程中的曝光剂量的依赖，缩短曝光时间。因此还有利于提高光刻效率。

进一步，在步骤S70中，去离子水清洗。

在该步骤中，通过去离子水的物理清洗，可以去除第二次显影后的残余显影液以及显影生成物。具体地，可以将硅片固定于硅片台上，硅片高速旋转(例如500转/分钟)，同时在高速旋转的其中一段时间内通过喷嘴喷洒去离子水于光刻胶表面上，去离子水然后被离心甩去并带走残余显影液以及显影生成物。

最后，高速旋转进一步甩干去离子水，至此显影过程基本完成。

由上可知，通过两次显影的方式，不但可以提高显影效果(显影均匀而充分)，还可以防止大量显影被甩出而浪费，减少显影液的使用量，并且整体不影响光刻的时间周期。

需要说明的是，该实施例的显影方法尤其适用于图2和图3所示的低端显影设备上，将两个喷嘴所喷洒的显影液也可能会因相互冲击而带来饶流的影响降至最小。

需要说明的是，在本文中，低端设备主要是指采用的显影液喷嘴的结构相对简单以致无法从硬件本身解决喷液过程中产生气泡、显影液无法充分覆盖的问题，例如，图2中的使用流式喷嘴喷涂显影液的显影设备，图3中的使用喷洒式喷嘴喷涂显影液的显影设备。

以上例子主要说明了本发明的显影方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims

1.一种二次显影方法，用于对同一层已曝光的光刻胶进行湿法显影，其特征在于，包括步骤：

(1)在所述光刻胶上第一次涂覆显影液；

(2)第一次浸润所述光刻胶以初步显影；

(3)基本去除所述光刻胶表面的显影生成物和残余的所述显影液；

(4)在所述光刻胶上第二次涂覆显影液；以及

(5)第二次浸润所述光刻胶以全部显影。

2.如权利要求1所述的二次显影方法，其特征在于，所述已曝光的光刻胶形成于硅片上，所述步骤(1)和(4)中，通过离心旋转的方式涂覆所述显影液。

3.如权利要求2所述的二次显影方法，其特征在于，所述步骤(1)和(4)中，所述离心旋转的速度逐步下降。

4.如权利要求3所述的二次显影方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述第一次涂覆的显影液喷涂与所述离心旋转同步进行，所述离心旋转的时间长于所述第一次涂覆显影液的显影液喷涂时间。

5.如权利要求3所述的二次显影方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述第二次涂覆显影液的显影液喷涂与所述离心旋转同步进行，所述离心旋转的时间长于所述第二次涂覆显影液的显影液喷涂时间。

6.如权利要求3所述的二次显影方法，其特征在于，所述步骤(1)中，初始的所述离心旋转的速度范围为100-200转/分钟；所述步骤(4)中，初始的所述离心旋转的速度范围为80-150转/分钟、并且其小于步骤(1)中的初始的所述离心旋转的速度。

7.如权利要求1所述的二次显影方法，其特征在于，所述第二次涂覆的涂覆时间短于所述第一次涂覆的涂覆时间。

8.如权利要求1所述的二次显影方法，其特征在于，所述第二次涂覆显影液的量少于所述第一次涂覆显影液的量。

9.如权利要求1所述的二次显影方法，其特征在于，所述第二次浸润的时间短于所述第一次浸润的时间。

10.如权利要求1所述的二次显影方法，其特征在于，所述方法用于使用流式喷嘴或喷洒式喷嘴的低端显影设备中。

11.如权利要求1至10任一所述的二次显影方法，其特征在于，所述步骤(3)中，通过离心旋转方式去除所述光刻胶表面的显影生成物和残余的所述显影液。

12.如权利要求1至10任一所述的二次显影方法，其特征在于，还包括在所述步骤(1)之前的步骤：

(a1)去离子水清洗步骤；

并且还包括在所述步骤(5)之后的步骤：

(5a)去离子水清洗步骤。