CN106033713A - 一种区域隔离装置、区域隔离系统和刻蚀方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种区域隔离装置、区域隔离系统和刻蚀方法，所述刻蚀方法中，采用区域隔离系统在待刻蚀的基板上形成气帘，所述气帘将基板的隔离成待刻蚀区域与其他区域相隔离，从而在向所述待刻蚀区域上喷涂刻蚀液过程中，所述气帘可阻挡所述刻蚀液进入基板上无需刻蚀的区域，从而保护基板，避免基板无需刻蚀的区域被刻蚀液腐蚀；而且采用所述区域隔离装置在基板上方形成气帘的方式以隔离所述基板的待刻蚀区域，可避免基板与区域隔离装置的直接接触，进而降低在刻蚀过程中基板的损伤。

Description

一种区域隔离装置、区域隔离系统和刻蚀方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种区域隔离装置、区域隔离系统和刻蚀方法。

背景技术

在半导体制备工艺中，光刻步骤的作用将掩模板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻步骤是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。

在光刻工艺中，掩模板用于提供后续形成与硅片上电路元件图形，因此，掩模板的质量在对于后续光刻步骤的效果有着重要影响。

掩模板包括具有较高光学透射能力的基材(如熔融石英材料)，以及位于基材上的光透射能力较弱的遮蔽层(如金属铬)组成。

掩模板的制造流程包括：在基材上形成遮蔽材料(如铬)；并在将设计完成的电路设计方案经过计算机处理，转换成设计图案后，采用电子束曝光机等设备，将设计图案曝光至涂有感光材料(如光刻胶)的遮蔽材料上；然后经由显影、干法刻蚀去除部分遮蔽材料以形成遮蔽图形，进而形成掩模图案精确地定像在基材上。

为了提高掩模板的图案精度，在干法刻蚀所述遮蔽材料后，会根据需要进一步进行湿法刻蚀步骤，以去除干法刻蚀遮蔽材料后形成的遮蔽材料残留，并对图案的瑕疵进行优化。而在该湿法刻蚀步骤中，为了避免湿法刻蚀液致使遮蔽图形受损，需要在基材上进一步形成光刻胶掩模，以保护遮蔽图形；并在湿法刻蚀步骤后，再去除所述光刻胶掩模等步骤。上述湿法刻蚀步骤工序繁琐，且耗时长。

尤其随着半导体技术发展，对于掩模板的精度不断增加，现今光刻步骤多采用相移掩模板(Phase Shift Mask，简称PSM)技术，在PSM形成工艺中，需要进行数次曝光、显影和刻蚀等工序，多次刻蚀需要进行多次湿法刻蚀步骤，从而增减了整个PSM形成工艺难度。

为此，如何降低掩膜板的形成工艺难度是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种区域隔离装置、区域隔离系统和刻蚀方法，以降低掩模板的形成工艺难度。

为解决上述问题，本发明提供的区域隔离装置，包括：

主体部，所述主体部包括第一端面、与所述第一端面相对的第二端面以及第一端面和第二端面之间的侧面；

在所述第一端面上开设有凹槽；

输气部，设置在所述侧面上，与所述凹槽相通，用于向所述凹槽输送气体，从而在凹槽的开口处形成气帘。

可选地，所述凹槽的宽度为0.5～2mm。

可选地，所述主体部为两端开口的筒状结构，包括第一环形端面、与所述第一环形端面相对的第二环形端面以及位于第一环形端面和第二环形端面之间的侧面；所述凹槽设置在所述第一环形端面上。

可选地，所述筒状结构为圆筒结构，所述第一环形端面为第一圆环形端面，所述第二环形端面为第二圆环形端面，所述侧面为圆周侧面。

可选地，所述凹槽为设置在所述第一圆环形端面上、且以所述筒状结构轴线为中心的圆环形凹槽。

可选地，所述侧面包括朝向圆筒结构中心的内圆周侧面以及与所述内圆周侧面相对的外圆周侧面，所述输气部为垂直于所述外圆周侧面设置且与所述凹槽相通的输气管。

本发明还提供了一种区域隔离系统，包括：如上所述的区域隔离装置，以及，

输气装置，所述输气装置连接所述输气部，用于通过所述输气部向所述主体部输送气体。

可选地，所述输气装置为气泵。

可选地，所述输气装置为用于提供氮气的输气装置。

可选地，所述输气装置用于提供气压大于1个大气压的气体。

此外，本发明又提供了一种刻蚀方法，包括：

提供待刻蚀的基板；

提供上述的区域隔离系统，将所述区域隔离装置置于所述基板上方，且所述凹槽朝向所述基板；

通过输气装置向所述输气部提供气体，并由所述输气部向所述主体部的凹槽输送气体，从而在所述凹槽的开口处形成气帘，以将所述基板隔离为待刻蚀区域以及基板的其他区域；

向所述待刻蚀区域喷涂刻蚀液，以刻蚀所述基板。

可选地，所述凹槽与基板间的距离为1～5mm。

可选地，当所述凹槽为圆环形凹槽时，所述圆环形凹槽所环绕的基板区域为所述待刻蚀区域。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明区域隔离装置的使用时，通过输气部向主体部输送气体后，气体由主体部的第一端面上的凹槽喷出，从而在所述凹槽的开口处形成气帘，所述气帘将基体表面隔离成不同区域，进而在对基体气帘两侧的区域分别进行不同工艺时，减少不同工艺间的干扰；而且，采用形成气帘的方式将基体隔离成不同区域时，区域隔离装置不与基体接触，从而降低基体损伤。

本发明提供的刻蚀方法中，采用区域隔离系统在待刻蚀的基板上形成气帘后，气帘将所述基板隔离为待刻蚀区域以及基板的其他区域，从而在向所述待刻蚀区域上喷涂刻蚀液过程中，所述气帘可阻挡所述刻蚀液进入基板上的其他区域内，从而保护基板，避免基板无需刻蚀的其他区域被刻蚀液腐蚀；而且采用所述区域隔离系统在基板上方形成气帘的方式将所述基板隔离为待刻蚀区域以及基板的其他区域，可避免基板与区域隔离装置的直接接触，进而降低基板的损伤。

附图说明

图1～图4是本发明区域隔离装置一实施例的结构示意图；

图5是本发明区域隔离装置另一实施例的结构示意图；

图6～图10是本发明刻蚀方法一实施例的示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，在半导体制备工艺的光刻工艺中，诸如掩模板的制造过程中，在对遮蔽材料进行刻蚀形成掩模图案后，需要进行湿法刻蚀步骤，以去除刻蚀所述遮蔽材料时形成的遮蔽材料残留，以对形成的掩模图案进行优化。但在上述湿法刻蚀步骤中，为了避免湿法刻蚀液致使遮蔽图形受损，需要在基材上进一步形成光刻胶掩模，以保护遮蔽图形。

上述光刻胶掩模的形成以及去除步骤工序繁琐，且耗时长，增加了工艺难度。为此，本发明提供了一种区域隔离装置、包括所述区域隔离装置的区域隔离系统，以及采用上述区域隔离系统进行的刻蚀方法。

所述区域隔离装置包括：

主体部，所述主体部包括第一端面、与所述第一端面相对的第二端面以及第一端面和第二端面之间的侧面；

在所述第一端面上开设有凹槽；

输气部，设置在所述侧面上，与所述凹槽相通，用于向所述凹槽输送气体，从而在凹槽的开口处形成气帘。

在所述刻蚀方法中，采用区域隔离系统在待刻蚀的基板上形成气帘后，气帘将所述基板隔离为待刻蚀区域以及基板的其他区域，从而在向所述待刻蚀区域上喷涂刻蚀液过程中，所述气帘可阻挡所述刻蚀液进入基板上的其他区域内，从而保护基板，避免基板无需刻蚀的其他区域被刻蚀液腐蚀；而且采用所述区域隔离系统在基板上方形成气帘的方式将所述基板隔离为待刻蚀区域以及基板的其他区域，可避免基板与区域隔离装置的直接接触，进而降低基板的损伤。

本发明刻蚀方法中，免除了现有刻蚀方法中，需要在除待刻蚀区域外的其他区域(如在基材上形成掩模图形工艺中，对基板的湿法刻蚀步骤中，基材上所形成有遮蔽图形区域)上形成掩模的步骤，从而简化刻蚀的工序，提高刻蚀的效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图1～图4是本发明区域隔离装置一实施例的结构示意图。

参考图1～图4，其中，图1和图2为本实施例区域隔离装置不同角度的结构示意图；图3为图1中区域隔离装置沿A-A’向的剖面结构示意图。图4为所述区域隔离装置使用时的示意图。

本实施例区域隔离装置包括：

主体部10，所述主体部10包括第一端面、与所述第一端面相对的第二端面以及位于第一端面和第二端面之间的侧面；在所述第一端面上开设有凹槽20。

输气部13，所述输气部13设置在所述主体部10的所述侧面上，且与所述凹槽20相通，用于向所述凹槽20输送气体，从而在所述凹槽20的开口处形成气帘(参考图4)。

使用时，将所述区域隔离装置于基体40上方，将所述凹槽20朝向所述基体40的表面；之后，通过所述输气部13向所述主体部10输送气体，所述气体由主体部10的第一端面的凹槽20输出，从而在所述凹槽20的开口处形成气帘30。所述气帘30将基体40的表面分割成第I区域和第II区域。在对所述基体40的I区域或是II区域进行不同工艺操作时，可减小减少不同工艺对于不同区域的干扰。如刻蚀等工艺中，在所述第一区域I内滴刻蚀液后，所述气帘30可阻挡刻蚀液流入第二区域II。

继续参考图1～图3。本实施例中，所述主体部10为两端开口的筒状结构。

所述筒状结构包括第一环形端面12、第二环形端面11以及位于所述第一环形端面12和第二环形端面11之间的侧面，所述凹槽20开设在所述第一环形端面12上。

本实施例中，所述输气部13位于所述筒状结构的侧面上。

本实施例中，所述筒状结构的侧壁为中空结构，所述输气部13与所述筒状结构内部相通，并通过所述筒状结构内部与所述凹槽20相通。

使用时，输气部13将气体输入所述筒状结构侧壁内，之后由所述凹槽20喷出，从而在所述凹槽20的开口处形成气帘。

可选地，所述输气部13为垂直于所述侧面设置、且与所述凹槽20相通的输气管。所述输气部13垂直于所述侧面，从而可提高由所输气部13向所述筒状结构侧壁内输送气体后，气体在所述筒状结构内的分步均匀度，从而提高由所述凹槽20各部分喷出的气体均匀度，进而提高气帘的质量。

本实施例中，所述凹槽20为设置在所述第一环形端面12上的环形结构。

使用时，通过所述输气部13向所述主体部10内输送气体后，在所述第一环形端面12上形成环状结构气帘30。所述环状结构的气帘30将所述基体40朝向所述凹槽20的表面隔离成：与筒状结构内部的对应的区域和与筒状结构外部对应的区域相隔离。如图4中，所述基体40表面被气帘30隔离成位于筒状结构的主体部10内且呈封闭状的第一区域I，以及位于所述主体部10外的第二区域II，从而在所述第一区域I或是第二区域II进行操作时，降低对于两个区域间之间的互相影响；

而且，呈筒状结构的主体部10上端暴露所述第一区域I，便于对于所述第一区域I进行操作。

可选地，所述筒状结构为圆筒结构，所述第一环形端面12为第一圆环形端面，所述第二环形端面11为第二圆环形端面，所述侧面为圆周侧面。

所述圆周侧面包括朝向圆筒结构中心的内圆周侧面，以及与所述内圆周侧面相对的外圆周侧面14。本实施例中，所述输气部13设置在所述外圆周侧面14上，且所述输气部13垂直于所述外圆周侧面14。

进一步可选地，所述凹槽20为以所述筒状结构轴线为中心的圆环形凹槽。

使用时，所述凹槽20为圆环形凹槽，所述在所述凹槽20开口处形成的气帘30为圆环状结构。在使用过程中，如在向所述第一区域I进行滴液体处理时，所述气帘30可阻挡第一区域I内的液体进入第二区域II；而且所述气帘30为圆环状结构，没有明显的棱角，从而可避免液体在棱角处积聚，提高液体在气帘周边分步的均匀度，避免液体在气帘30某一点积聚而冲破气帘进入所述第二区域II，进而提高气帘30对于液体的阻挡效果。

在使用过程中，由所述输气部13向主体部10内输送的气体流量一定的条件下，所述凹槽20的宽度d越小，由凹槽20喷出的气流越大，形成的气帘30的阻挡力越大；但所述凹槽20的宽度d过小，形成的气帘30过薄也会降低气帘30的阻挡力。

本实施例中，所述凹槽20的宽度d为0.5～2毫米(mm)。

本实施例中，所述主体部10为圆筒结构，除本实施例外的其他结构中，如图5所示，所述凹槽51可以条形结构，所述主体部50也可以是条形板状结构，或是其他结构。

使用时，气体由输气部52进入主体部10后，由凹槽51输出，形成条状结构的气帘(图中为标示)，从而可将基体(图中未显示)表面隔离层位于气帘两侧的两个区域。这些简单的改变均在本发明的保护范围内。

本实施例还提供了一种区域隔离系统，所述区域隔离系统包括上述区域隔离装置，以及输气装置。

所述输气装置连接所述区域隔离装置的输气部，用于通过所述输气部向所述主体部输送气体。

本实施例中，所述输气装置可选为气泵(图中未显示)。

可选地，所述输气装置为用于提供氮气的输气装置，从而可避免气体与基板基体上的结构反应。

在使用过程中，所述输气装置在向所述主体部内输送气体过程中，输送气体的气压越大，形成的气帘的阻挡力越强，若输送气体的气压过小，无法形成具有足够阻挡力的气帘。

本实施例中，所述输气装置向所述主体部70输送的气体的气压大于或等于1个大气压。

但所述输气装置向所述主体部内输送气体的气压过大，由凹槽喷出的气体会对基体形成过大的冲击力，从而会造成基板60损伤。

本实施例中，所述输气装置向所述主体部70输送的气体的气压小于或等于2个大气压，从而减小由所述凹槽72喷出的气体对于基板60造成的损伤。

此外，本发明还提供了一种刻蚀方法。参考图6～图10为本实施例刻蚀方法一实施例的示意图。本实施例中，刻蚀方法包括步骤：

参考图6，提供待刻蚀的基板60。

本实施例中，所述待刻蚀的基板60为用于形成掩模的基材，所述基板60的材料可选为石英。

在所述基板60上形成有采用金属铬为材料的遮蔽图形61。所述遮蔽图形61的形成工艺包括：先在所述基板60上形成金属铬，并在金属铬上涂覆感光材料(如光刻胶)，之后经由曝光显影工艺，形成光刻胶掩模，并以所述掩模为掩模采用干法刻蚀工艺去除部分的金属铬至露出部分基板62，形成所述遮蔽图形61。

但在实际干法刻蚀工艺后，在去除金属铬后，露出的部分基板62表面会残留有部分的铬，形成残留63。所述残留63会影响了掩模的精度，本实施例刻蚀方法用以去除所述残留63。

参考图7，提供区域隔离系统，将区域隔离装置置于所述基板60上方，并使凹槽72朝向所述基板60。所述区域隔离系统的结构如上所述，在此不再赘述。

本实施例中，所述区域隔离装置的主体部70为两端开口的圆筒结构，所述第一圆环形端面朝向所述基板60，所述第一圆环形端面上的圆环形凹槽在所述基板60上的投影环绕所述残留63，且所述遮蔽图形61位于投影在基板60上形成的封闭区域的外部。

之后，以气泵(图中未显示)作为输气装置，通过设置在所述主体部70上的输气部71向所述主体部70输送气体；进入所述主体部70内的气体由所述凹槽72喷出，在所述基板60的上，形成环绕所述残留63的气帘73，所述气帘73将所述残留63与遮蔽图形61相隔离；而被所述气帘73环绕的基板60表面为封闭待刻蚀区域，位于气帘外侧的基板60为基板的其他区域。

值得注意的是，为便于描述，图7中所显示的是所述区域隔离装置的剖面结构示意图，但图7中所示的结构并不影响本发明的保护范围。

本实施例中，向所述主体部70内的储气腔内输送的气体为氮气，以避免气体与基板60上的结构反应。

接着参考图8，向所述残留63所在处喷涂刻蚀液，以去除所述残留63，刻蚀所述基板60。

本实施例中，向所述残留63喷涂刻蚀液的步骤包括：

先以滴管80由所述圆筒结构的主体部70上端开口伸入主体部70内，向待刻蚀区域内的残留63滴加刻蚀液64，以去除所述残留63，基于在所述残留63周边形成有气帘73，所述气帘73可阻挡所述刻蚀液64流入所述气帘73外的其他区域，从而腐蚀遮蔽图形61。

可选地，参考图9，本实施例中，在以刻蚀液64腐蚀所述残留63后，向所述气帘73内的基板60上滴加去离子水65，以稀释所述刻蚀液，在上述滴加去离子水以稀释刻蚀液的过程中，所述气帘73阻挡气帘73所环绕区域内的液体流出气帘73外，以造成所述基板60上的其他区域腐蚀。

之后，在滴加足够量的去离子水，以降低刻蚀液的腐蚀性后，停止向主体部70内输送气体，撤消气帘73；参考图10，移除所述区域隔离装置；之后再以大量的去离子水清洗所述基板60。

在向所述主体部70内输送气体过程中，输送气体的气压越大，形成的气帘73的阻挡力越强，若输送气体的气压过小，无法形成具有足够阻挡力的气帘。

本实施例中，所述输气装置向所述主体部70输送的气体的气压大于或等于1个大气压。

可选地，所述输气装置向所述主体部70输送的气体的气压小于或等于2个大气压，从而减小由所述凹槽72喷出的气体对于基板60的冲击，降低基板60受到损伤。

本实施例中，在所述基板60上位于所述残留63周边形成气帘73，从而限制湿法刻蚀的流动范围，在去除所述残留63过程中，避免刻蚀剂造成所述基板60上诸如遮蔽图形61等结构受损；而且采用气帘73作为阻挡，可避免区域隔离装置与基板60直接接触，从而降低所述基板60损伤。

在形成的气帘73中，靠近所述凹槽72越近部分的气帘73阻挡力越强，而所述气帘73中靠近所述基板60部分的阻挡力最小。在所述凹槽72的开口尺寸，以及输入所述主体部70内的气体流量一定的条件下，若所述凹槽72距离所述基板60的距离过大，造成所述气帘73在所述基板60上的阻挡力过小，降低气帘73对于液体流动的阻挡力，使用时可能致使所述主体部70内的液体流入气帘73外，而造成遮蔽图形61受损。

本实施例中，所述凹槽72至所述基板60的距离小于或等于5微米(mm)，进一步可选地为1～5mm，具体的数据根据输气装置向所述主体部70的输送的气体的气压、凹槽72的尺寸，以及所述刻蚀液的成分和量决定。本发明对此并不做具体限定。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种区域隔离装置，其特征在于，包括：

主体部，所述主体部包括第一端面、与所述第一端面相对的第二端面以及第一端面和第二端面之间的侧面；

在所述第一端面上开设有凹槽；

输气部，设置在所述侧面上，与所述凹槽相通，用于向所述凹槽输送气体，从而在凹槽的开口处形成气帘。

2.如权利要求1所述的区域隔离装置，其特征在于，所述凹槽的宽度为0.5～2mm。

3.如权利要求1所述的区域隔离装置，其特征在于，所述主体部为两端开口的筒状结构，包括第一环形端面、与所述第一环形端面相对的第二环形端面以及位于第一环形端面和第二环形端面之间的侧面；所述凹槽设置在所述第一环形端面上。

4.如权利要求3所述的区域隔离装置，其特征在于，所述筒状结构为圆筒结构，所述第一环形端面为第一圆环形端面，所述第二环形端面为第二圆环形端面，所述侧面为圆周侧面。

5.如权利要求4所述的区域隔离装置，其特征在于，所述凹槽为设置在所述第一圆环形端面上、且以所述筒状结构轴线为中心的圆环形凹槽。

6.如权利要求4所述的区域隔离装置，其特征在于，所述侧面包括朝向圆筒结构中心的内圆周侧面以及与所述内圆周侧面相对的外圆周侧面，所述输气部为垂直于所述外圆周侧面设置且与所述凹槽相通的输气管。

7.一种区域隔离系统，其特征在于，包括：如权利要求1～6任一项所述的区域隔离装置，以及，

输气装置，所述输气装置连接所述输气部，用于通过所述输气部向所述主体部输送气体。

8.如权利要求7所述的区域隔离系统，其特征在于，所述输气装置为气泵。

9.如权利要求7所述的区域隔离系统，其特征在于，所述输气装置为用于提供氮气的输气装置。

10.如权利要求7所述的区域隔离系统，其特征在于，所述输气装置用于提供气压大于1个大气压的气体。

11.一种刻蚀方法，其特征在于，包括：

提供待刻蚀的基板；

提供权利要求7～10任一项所述的区域隔离系统，将所述区域隔离装置置于所述基板上方，且所述凹槽朝向所述基板；

通过输气装置向所述输气部提供气体，并由所述输气部向所述主体部的凹槽输送气体，从而在所述凹槽的开口处形成气帘，以将所述基板隔离为待刻蚀区域以及基板的其他区域；

向所述待刻蚀区域喷涂刻蚀液，以刻蚀所述基板。

12.如权利要求11所述的刻蚀方法，其特征在于，所述凹槽与基板间的距离为1～5mm。

13.如权利要求11所述的刻蚀方法，其特征在于，当所述凹槽为圆环形凹槽时，所述圆环形凹槽所环绕的基板区域为所述待刻蚀区域。