CN103676470B

CN103676470B - 一种形成光刻胶图案的方法及装置

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Publication number: CN103676470B
Application number: CN201210337284.4A
Authority: CN
Inventors: 丁丽华; 林益世; 胡华勇
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2032-09-12
Also published as: CN103676470A

Abstract

本发明提供一种形成光刻胶图案的方法及装置，涉及光刻技术领域。该形成光刻胶图案的方法包括：步骤S201：提供形成有待构图薄膜的衬底，在所述待构图薄膜上涂布一层光刻胶；步骤S202：对所述光刻胶进行曝光处理；步骤S203：对所述光刻胶进行显影处理；步骤S204：对所述显影后的光刻胶进行清洗处理；步骤S205：对所述清洗后的光刻胶进行低速旋转干燥处理；步骤S206：将所述光刻胶送入蒸发室进行干燥处理。该形成光刻胶图案的装置包括：腔体，设置于所述腔体上的密封结构和排气系统，还包括设置于该腔体内的支撑结构和加热板。本发明提供的形成光刻胶图案的方法及装置，可以防止光刻胶图案发生坍塌，能够实现更好的光刻胶图案。

Description

一种形成光刻胶图案的方法及装置

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，具体而言涉及一种形成光刻胶图案的方法及装置。

背景技术

光刻技术是半导体制造领域的关键技术，一般包括形成光刻胶（Photo Resist，简称PR）图案和进行刻蚀处理两个步骤。如何形成符合制程要求的没有缺陷的光刻胶图案，是保证最终制造的半导体器件的良率的关键因素之一。

传统的形成光刻胶图案的方法，一般包括涂胶（PR coating）、前烘（PAB）、曝光（Exposure）、后烘（PEB）、显影（Develop）、去离子水清洗（DIW rinse）、旋转干燥（spin dry）等步骤，其中，旋转干燥的目的是为了去除清洗用的去离子水（DIW，即Deionized Water），现有技术中采用的方法为高速旋转干燥（DIW high speed spin dry）。

在现有技术中，对光刻胶进行显影后，在进行旋转干燥的过程中，很容易出现光刻胶图案的坍塌现象。以下结合图1对该现象及原因进行说明，如图1所示，对显影后的光刻胶进行清洗的过程中，相邻的不同光刻胶图案11、12等之间的狭窄空间13内的清洗液会形成一个毛细弯液面（capillary meniscus）14，毛细弯液面14具有表面张力（surfacetension）。在清洗液高速旋转干燥（即去除清洗液）的过程中，毛细弯液面14本身会产生毛细力（capillary force），于是，毛细弯液面14的表面张力和毛细力同时作用在光刻胶图案（比如图案11、12）之上，将很容易造成尺寸较小的光刻胶图案（比如图案12）的坍塌（collapse），如图1所示。器件上对应光刻胶图案坍塌的位置，将无法形成预定的图形，于是，就造成了器件不良的产生。

一般而言，旋转干燥的旋转速度越高，坍塌会越严重；光刻胶图案的尺寸越小，其发生坍塌的概率就越大而且坍塌也会相对更严重。随着半导体制造工艺中器件关键尺寸（CD）的减小，尤其当半导体制造技术发展到32纳米节点及以下，为制造相应器件需要形成的光刻胶图案的尺寸也越来越小，因而光刻胶图案发生坍塌的概率也就越来越大。

为了解决上述问题，现有技术中一般采用使用性能更好的光刻胶、或者通过额外增加工艺使得曝光后的光刻胶图案的底部发生类似环氧交联的改变、或者使用表面活性清洗剂（如FIRM或CO₂）进行清洗等方案，但这些技术方案要么效果不理想，要不成本太高，均不是非常理想。因此，有必要提出一种新的方案，来解决上述的光刻胶图案坍塌问题。

发明内容

为了解决现有技术中的光刻胶坍塌问题，本发明提供了一种形成光刻胶图案的方法及装置。具体如下：

本发明一方面提供一种形成光刻胶图案的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S201：提供形成有待构图薄膜的衬底，在所述待构图薄膜上涂布一层光刻胶；

步骤S202：对所述光刻胶进行曝光处理；

步骤S203：对所述光刻胶进行显影处理；

步骤S204：对所述显影后的光刻胶进行清洗处理；

步骤S205：对所述清洗后的光刻胶进行低速旋转干燥处理；

步骤S206：将所述光刻胶送入蒸发室进行干燥处理。

进一步的，在所述步骤S204中，对所述显影后的光刻胶进行清洗处理采用的清洗液为去离子水。

进一步的，在所述步骤S205中，对所述清洗后的光刻胶进行低速旋转干燥处理时，所采用的转速为100-1000rpm。

进一步的，在所述步骤S201和步骤S202之间，还包括对所述光刻胶进行前烘处理的步骤。

进一步的，所述对所述光刻胶进行前烘处理的步骤，包括：利用真空热板在85～120℃的温度下对所述光刻胶烘烤30～60秒。

进一步的，在所述步骤S202和步骤S203之间，还包括对所述曝光后的光刻胶进行后烘处理的步骤。

进一步的，所述对所述曝光后的光刻胶进行后烘处理的步骤，包括：利用热板，在110～130℃的温度下，对所述曝光后的光刻胶烘烤1分钟。

进一步的，其特征在于，所述蒸发室为真空蒸发室。

进一步的，在所述步骤S206中，所述蒸发室内的气压为1-20Pa，温度为10~40℃。

进一步的，在所述步骤S206中，所述蒸发室内被充入少量的不与所述衬底、所述待构图薄膜以及所述光刻胶反应的气体。

本发明另一方面提供一种形成光刻胶图案的装置，用于对清洗后的光刻胶进行干燥处理，该装置包括腔体，设置于所述腔体上的密封结构和排气系统，还包括设置于该腔体内的支撑结构和加热板；

其中，所述密封结构用于在待干燥的的光刻胶进入所述腔体后实现对所述腔体的密封；所述排气系统用于排出所述腔体内的气体；所述支撑结构用于支撑形成有待干燥的光刻胶的衬底；所述加热板用于对所述待干燥的光刻胶进行加热。

进一步的，所述支撑结构为由三个支撑针组成的支撑结构。

进一步的，所述装置还包括设置于所述腔体上的进气装置。

本发明提供的形成光刻胶图案的方法，通过低速旋转干燥结合蒸发室干燥处理的方式去除光刻胶清洗液，尤其是去离子水，由于衬底的转速较小，因而光刻胶图案间的毛细弯液面产生的毛细力（capillary force）会比较小，不容易造成光刻胶图案的坍塌现象发生，保证了形成的图案符合实际工艺要求。因此，也在一定程度上保证了利用该光刻胶图案形成的器件图形的良率。本发明实施例提供的形成光刻胶图案的装置，可以对光刻胶进行干燥处理，防止光刻胶图案的坍塌现象，实现更好的光刻胶图案。

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。

附图中：

图1为现有技术中形成光刻胶图案的方法形成的光刻胶图案的示意性图；

图2为本发明提出的形成光刻胶图案的方法的流程图；

图3为根据本发明提出的形成光刻胶图案的方法形成的光刻胶图案的示意图；

图4为本发明提出的形成光刻胶图案的装置的示意图。

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而言显而易见的是，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。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的形成光刻胶图案的方法及装置。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

实施例1

下面，参照图2和图3来描述本发明提出的形成光刻胶图案的方法一个示例性方法的详细步骤。其中，图2为本发明提出的形成光刻胶图案的方法的流程图；图3为根据本发明提出的形成光刻胶图案的方法形成的光刻胶图案的示意图。本发明实施例的内容具体如下：

步骤S101：提供形成有待构图薄膜的衬底，在所述待构图的薄膜上涂布一层光刻胶。

具体地，提供形成有待构图薄膜（film to pattern）的衬底（比如半导体沉底），在待构图薄膜上涂布一层光刻胶。具体的涂布光刻胶的方法，可以采用旋转涂胶（Spin-on PRCoating）等方式。上述涂布光刻胶的工艺已经为本领域技术人员所熟习，在此不再详细加以描述。

步骤S102：对所述光刻胶进行前烘。

具体地，在形成光刻胶后，对所述光刻胶进行前烘处理（PAB）。前烘的方式可以为：利用真空热板在85～120℃的温度下对所述光刻胶烘烤30～60秒。进行前烘的目的在于：除去光刻胶中的溶剂，增强黏附性和释放光刻胶内的应力。

步骤S103：对所述光刻胶进行曝光处理。

对光刻胶进行曝光处理，所采用的曝光方法可以为、接触式曝光（ContactPrinting）、接近式曝光（Proximity Printing）和投影式曝光（Projection Printing）等，具体工艺方法与现有技术相同，此处不再赘述。

步骤S104：对曝光后的光刻胶进行后烘处理。

在对光刻胶曝光后，可以对光刻胶进行后烘（PEB，Post Exposure Baking）处理，具体的处理方法可以为：利用热板，在110～130℃的温度下对所述曝光后的光刻胶烘烤1分钟。进行后烘的可以实现如下技术效果：a、减少驻波效应；b、激发化学增强光刻胶的PAG产生的酸与光刻胶上的保护基团发生反应并移除基团使之能溶解于显影液。

步骤S105：对所述光刻胶进行显影（development）处理。

对光刻胶进行显影（development）处理，以形成预定的光刻胶图案。具体选用的显影方式，可以为：整盒硅片浸没式显影（Batch Development）、连续喷雾显影（ContinuousSpray Development）、水坑（旋覆浸没）式显影（Puddle Development）等。

步骤S106：对所述衬底进行清洗（rinse）处理。

在光刻胶显影后，对衬底进行清洗处理，以去除衬底上的包括显影液在内的可能影响后续工艺制程的无关的化学品。

进行清洗的方法，可以为使用去离子水（Deionized Water；即DIW）进行清洗，或者使用表面活性剂进行清洗等。本发明实施例优选为使用去离子水清洗。

步骤S107：对所述清洗后的光刻胶进行低速旋转干燥处理。

完成清洗后，对所述显影后的光刻胶进行低速旋转干燥处理，以去除清洗液，获得干燥的光刻胶图案。其中，低速旋转干燥处理，是相对于现有技术中的高速旋转干燥处理而言，在本发明实施例中，进行旋转干燥处理时，固定衬底的机台的转速低于现有技术中的高速旋转干燥处理的转速。即，所述低速，是指转速低于现有技术中的高速旋转干燥处理的转速。

具体而言，本发明实施优选采用的转速为100-1000rpm。而现有技术中，进行高速旋转干燥处理，一般选用的转速为2500-4500rpm。

如图3所示，使用本发明实施例的低速旋转干燥的方式去除清洗液时，由于衬底的转速较小，因而光刻胶图案（比如图案21、22）间的狭窄空间23内的毛细弯液面24产生的毛细力（capillary force）会比较小，于是，不容易造成光刻胶图案（比如图案21、22等）的坍塌（collapse）现象，形成的图案比较符合工艺要求。因此，也在一定程度上保证了利用该光刻胶图案形成的器件图形的良率。

步骤S108：将所述光刻胶送入蒸发室进行干燥处理。

为了取得更好的干燥效果，可以进一步的，将完成步骤S 107的光刻胶（连同衬底）送入蒸发室（evaporate chamber）继续进行干燥处理，因为在完成步骤S 107之后清洗光刻胶所使用的去离子水（Deionized Water；即DIW）可能有残留。并且，蒸发室对于残留的少量的去离子水的干燥效果，要优于低速旋转干燥的效果。

其中，本发明实施例的蒸发室，是指可以进行液体蒸发的一个密封腔体。

优选的，所述蒸发室的环境为真空或接近真空的环境。实际工业生产中，实现纯真空环境有一定难度且成本较高。故优选的，所述蒸发室的气压被设定为1-20Pa，即接近真空环境。

进一步优选的，所述蒸发室的温度为10~40℃。因为在该温度范围内，可以使残留的清洗光刻胶所使用的去离子水（Deionized Water；即DIW）被较快地干燥去除，但不会发生沸腾现象。

优选的，在本发明实施例中，可以在所述蒸发室中充入一定的（少量的）不与光刻胶、衬底及待构图薄膜发生反应的气体，如氮气或惰性气体，来增强残留的清洗光刻胶所使用的去离子水（DIW）的布朗运动，达到快速去除去离子水的目的。进一步优选的，严格控制气体的充入量，仍将蒸发室内的气压控制在接近真空的状态。

通过增加步骤S108，可以进一步干燥光刻胶，且不会发生光刻胶坍塌的现象。完成步骤S108后，形成的光刻胶的图案如图4所示。

至此，完成了根据本发明示例性实施例的方法实施的全部工艺步骤。其中，步骤S102和步骤S104，可以省略。

本发明实施例的形成光刻胶图案的方法，通过低速旋转干燥的方式去除光刻胶清洗液，尤其是去离子水，由于衬底的转速较小，因而光刻胶图案间的毛细弯液面产生的毛细力（capillary force）会比较小，不容易造成光刻胶图案的坍塌现象发生，保证了形成的图案符合实际工艺要求。因此，也在一定程度上保证了利用该光刻胶图案形成的器件图形的良率。

图3示出了本发明提出的半导体器件的制造方法的流程图，用于简要示出整个制造工艺的流程。

在步骤S201中，提供形成有待构图薄膜的衬底，在所述待构图薄膜上涂布一层光刻胶；

在步骤S202中，对所述光刻胶进行曝光处理；

在步骤S203中，对所述光刻胶进行显影处理；

在步骤S204中，对所述显影后的光刻胶进行清洗处理；

在步骤S205中，对所述清洗后的光刻胶进行低速旋转干燥处理；

在步骤S206中，将所述光刻胶送入蒸发室进行干燥处理。

实施例2

本发明实施例提供一种形成光刻胶图案的装置40，该装置40用于完成本发明实施例1中的步骤S108，即用于对清洗后的光刻胶进行干燥处理。如图4所示，该装置40包括：腔体41，设置于该腔体41上的密封结构42和排气系统43，设置于该腔体41内的支撑结构44和加热板45。其中，所述密封结构42用于在形成有待干燥的光刻胶的衬底400（比如晶圆）进入腔体40后实现对腔体40的密封；所述排气系统43用于排出所述腔体41内的气体；所述支撑结构44用于支撑待干燥的物体400；所述加热板45用于对所述待干燥的光刻胶进行加热。

其中，所述支撑结构优选为采用支撑针结构。进一步的，该支撑针结构优选为采用三个支撑针的结构，该三个支撑针构成三角形以实现平稳支撑。

其中，加热板可以位于支撑结构的上方或下方以及侧面。

其中，排气系统可以位于腔体的上方、下方或侧面。

进一步优选的，本发明实施例的形成光刻胶图案的装置，还可以包括一个设置于所述腔体上的进气装置（图4中未示出），用于充入氮气或其他惰性气体。更进一步的，该进气装置可以与排气系统合二为一，即既可以实现进气也可以实现排气。

本发明实施例的形成光刻胶图案的装置，可以实现实施例1中步骤S108中的蒸发室的功能。通过该装置，可以进一步对光刻胶进行干燥处理，且不会发生光刻胶坍塌的现象。该装置可以与现有技术中实现涂胶、曝光、显影等的装置配合使用，以防止光刻胶图案的坍塌现象，实现更好的光刻胶图案。

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

1.一种形成光刻胶图案的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S202：对所述光刻胶进行曝光处理；

步骤S203：对所述光刻胶进行显影处理；

步骤S204：对所述显影后的光刻胶进行清洗处理；

步骤S205：对所述清洗后的光刻胶进行低速旋转干燥处理，其中，所采用的转速为100-1000rpm；

步骤S206：将所述光刻胶送入蒸发室进行干燥处理，所述蒸发室为真空蒸发室，或者，所述蒸发室内的气压为1-20Pa。

2.如权利要求1所述的形成光刻胶图案的方法，其特征在于，在所述步骤S204中，对所述显影后的光刻胶进行清洗处理采用的清洗液为去离子水。

3.如权利要求1所述的形成光刻胶图案的方法，其特征在于，在所述步骤S201和步骤S202之间，还包括对所述光刻胶进行前烘处理的步骤。

4.如权利要求3所述的形成光刻胶图案的方法，其特征在于，所述对所述光刻胶进行前烘处理的步骤，包括：利用真空热板在85～120℃的温度下对所述光刻胶烘烤30～60秒。

5.如权利要求1所述的形成光刻胶图案的方法，其特征在于，在所述步骤S202和步骤S203之间，还包括对所述曝光后的光刻胶进行后烘处理的步骤。

6.如权利要求5所述的形成光刻胶图案的方法，其特征在于，所述对所述曝光后的光刻胶进行后烘处理的步骤，包括：利用热板，在110～130℃的温度下，对所述曝光后的光刻胶烘烤1分钟。

7.如权利要求1所述的形成光刻胶图案的方法，其特征在于，在所述步骤S206中，所述蒸发室内的温度为10～40℃。

8.如权利要求1所述的形成光刻胶图案的方法，其特征在于，在所述步骤S206中，所述蒸发室内被充入少量的不与所述衬底、所述待构图薄膜以及所述光刻胶反应的气体。

9.一种实现权利要求1-8之一所述的形成光刻胶图案的方法的装置，用于对清洗后的光刻胶进行干燥处理，其特征在于，该装置包括腔体，设置于所述腔体上的密封结构和排气系统，还包括设置于该腔体内的支撑结构和加热板；

其中，所述密封结构用于在待干燥的光刻胶进入所述腔体后实现对所述腔体的密封；所述排气系统用于排出所述腔体内的气体；所述支撑结构用于支撑形成有待干燥的光刻胶的衬底；所述加热板用于对所述待干燥的光刻胶进行加热。

10.如权利要求9所述的形成光刻胶图案的装置，其特征在于，所述支撑结构为由三个支撑针组成的支撑结构。

11.如权利要求9所述的形成光刻胶图案的装置，其特征在于，所述装置还包括设置于所述腔体上的进气装置。