CN109270794A - 光刻预湿设备以及光刻预湿方法 - Google Patents

Abstract

一种光刻预湿设备以及光刻预湿方法，所述光刻预湿设备包括：晶圆基座，用于放置晶圆；预湿溶剂容器，用于放置预湿溶剂；预湿溶剂管路，所述预湿溶剂管路与所述预湿溶剂容器连接，所述预湿溶剂管路用于将所述预湿溶剂引导至所述晶圆的表面；微纳气泡发生装置，所述微纳气泡发生装置与所述预湿溶剂管路连接，所述微纳气泡发生装置用于生成微纳气泡，并将所述微纳气泡传输至所述预湿溶剂管路内的预湿溶剂中。本发明方案有助于减少晶圆表面的缺陷以及后续工艺中的胶膜缺陷。

Description

光刻预湿设备以及光刻预湿方法

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，尤其是涉及一种光刻预湿设备以及光刻预湿方法。

背景技术

在现有的半导体制造工艺中，光刻作为一种精密的微细加工技术，具有极其重要的地位。

在光刻工艺中，需要采用光刻胶涂布工艺，将掩膜版图案转移到晶圆表面，为了使光刻胶更顺畅地涂布于晶圆表面，可以在光刻胶涂布前，先向晶圆表面输入溶剂，进行预湿(Pre-wet)，以使晶圆表面在存在水分的情况下，更容易实现均匀性涂布光刻胶。

然而在现有的预湿工艺中，溶剂消耗较多，且晶圆表面存在有颗粒(Particle)缺陷时，容易在涂布光刻胶后产生胶膜缺陷。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种光刻预湿设备以及光刻预湿方法，有助于减少晶圆表面的缺陷以及后续工艺中的胶膜缺陷。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种光刻预湿设备，包括：晶圆基座，用于放置晶圆；预湿溶剂容器，用于放置预湿溶剂；预湿溶剂管路，所述预湿溶剂管路与所述预湿溶剂容器连接，所述预湿溶剂管路用于将所述预湿溶剂引导至所述晶圆的表面；微纳气泡发生装置，所述微纳气泡发生装置与所述预湿溶剂管路连接，所述微纳气泡发生装置用于生成微纳气泡，并将所述微纳气泡传输至所述预湿溶剂管路内的预湿溶剂中。

可选的，所述光刻预湿设备还包括：第一过滤器，安装于所述预湿溶剂管路上，且位于连接点与所述预湿溶剂管路的出口之间，所述第一过滤器用于对所述预湿溶剂管路内的预湿溶剂进行过滤，所述微纳气泡发生装置在所述连接点与所述预湿溶剂管路连接。

可选的，当所述微纳气泡的粒径超过预设粒径时，被所述第一过滤器过滤。

可选的，所述的光刻预湿设备还包括：第二过滤器，安装于所述预湿溶剂管路上，且位于所述预湿溶剂管路的入口与所述连接点之间，所述第二过滤器用于对所述预湿溶剂管路内的预湿溶剂进行过滤。

可选的，所述第二过滤器的过滤精度大于所述第一过滤器的过滤精度。

可选的，所述的光刻预湿设备还包括：流量计，安装于所述预湿溶剂管路上，用于检测所述预湿溶剂管路的流量。

可选的，所述微纳气泡发生装置选自：加压溶气式装置、射流析出气泡装置以及电解析出气泡装置。

可选的，所述预湿溶剂管路的出口具有喷嘴。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于上述光刻预湿设备的光刻预湿方法，包括：将晶圆放置于所述晶圆基座；通过所述预湿溶剂管路将预湿溶剂引导至所述晶圆的表面；开启所述微纳气泡发生装置，以将所述微纳气泡发生装置生成的微纳气泡输至所述预湿溶剂管路内的预湿溶剂中。

可选的，通过所述预湿溶剂管路的第二端向所述晶圆的表面输入所述预湿溶剂包括：将所述预湿溶剂管路的第二端悬于所述晶圆的中心上方；向所述晶圆的表面的中心区域输入所述预湿溶剂并控制所述晶圆绕中心旋转。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

在本发明实施例中，提供一种光刻预湿设备，包括：晶圆基座，用于放置晶圆；预湿溶剂容器，用于放置预湿溶剂；预湿溶剂管路，所述预湿溶剂管路与所述预湿溶剂容器连接，所述预湿溶剂管路用于将所述预湿溶剂引导至所述晶圆的表面；微纳气泡发生装置，所述微纳气泡发生装置与所述预湿溶剂管路连接，所述微纳气泡发生装置用于生成微纳气泡，并将所述微纳气泡传输至所述预湿溶剂管路内的预湿溶剂中。采用上述方案，通过设置微纳气泡发生装置，可以生成微纳气泡，并将所述微纳气泡传输至所述预湿溶剂管路内的预湿溶剂中，从而可以利用微纳气泡破裂时减小晶圆表面张力的特性，使得光刻胶更顺畅地涂布于晶圆表面，减少溶剂消耗；进一步地，在微纳气泡破裂时，还可以利用微纳气泡的吸附性将晶圆上的颗粒带走，有助于减少晶圆表面的缺陷以及后续工艺中的胶膜缺陷。

进一步，通过设置第一过滤器，可以对预湿溶剂进行过滤，从而去除预湿溶剂中的杂质以及粒径较大的微纳气泡，有助于实现对预湿溶剂进行复用，并且避免预湿溶剂管路内的杂质对光刻预湿工艺产生影响。

进一步，通过设置第二过滤器，可以在输入微纳气泡之前，对预湿溶剂进行过滤，有助于降低经过连接点处以及第一过滤器处的杂质。

进一步，所述第二过滤器的过滤精度大于所述第一过滤器的过滤精度，可以过滤掉粒径较小的杂质，以免所述粒径较小的杂质在后续经过第一过滤器时，由于粒径小于预湿工艺需要的微纳气泡的粒径而到达晶圆表面，有助于提高光刻预湿工艺的洁净度。

进一步，将所述预湿溶剂管路的第二端悬于所述晶圆的中心上方，向所述晶圆的表面的中心区域输入所述预湿溶剂并控制所述晶圆绕中心旋转，可以使溶剂更均匀地涂布在晶圆表面，并且更容易带走将微纳气泡吸附的颗粒，进一步提高光刻预湿工艺的洁净度。

附图说明

图1是现有技术中一种光刻预湿设备的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种光刻预湿设备的结构示意图；

图3是本发明实施例中一种光刻预湿设备的光刻预湿方法的流程图。

具体实施方式

在现有的光刻工艺中，为了使光刻胶更顺畅地涂布于晶圆表面，可以在光刻胶涂布前，先向晶圆表面输入溶剂，进行预湿，以使晶圆表面在存在水分的情况下，更容易实现均匀性涂布光刻胶。

参照图1，图1是现有技术中一种光刻预湿设备的结构示意图。

所述光刻预湿设备可以包括晶圆基座100，预湿溶剂管路110以及预湿溶剂容器130。

其中，所述晶圆基座100可以用于放置晶圆102，所述预湿溶剂容器130可以用于放置预湿溶剂。

所述预湿溶剂管路110可以与所述预湿溶剂容器130连接，所述预湿溶剂管路110可以用于将所述预湿溶剂引导至所述晶圆102的表面。

进一步地，所述光刻预湿设备还可以包括过滤器120以及流量计140。

其中，所述过滤器120可以安装于所述预湿溶剂管路110上，用于对预湿溶剂进行过滤，从而去除预湿溶剂中的杂质，有助于避免预湿溶剂管路110内的杂质对光刻预湿工艺产生影响。

所述流量计140可以安装于所述预湿溶剂管路110上，用于检测所述预湿溶剂管路110的流量，以确定预湿溶剂的消耗量。

然而在光刻预湿设备中，溶剂消耗较多，且晶圆102表面存在有颗粒缺陷时，容易在涂布光刻胶后产生胶膜缺陷。

本发明的发明人经过研究发现，在现有技术中，使预湿溶剂流至晶圆102表面(例如中心区域)并向晶圆102的其他区域流动，直至流满整个晶圆102的表面，需要的溶剂消耗较大；并且预湿溶剂仅起到使晶圆102的表面从干转变为湿的作用，当晶圆102表面存在有颗粒缺陷时，预湿溶剂反而会包裹颗粒，导致在后续工艺中涂布光刻胶后产生胶膜缺陷。

在本发明实施例中，提供一种光刻预湿设备，包括：晶圆基座，用于放置晶圆；预湿溶剂容器，用于放置预湿溶剂；预湿溶剂管路，所述预湿溶剂管路与所述预湿溶剂容器连接，所述预湿溶剂管路用于将所述预湿溶剂引导至所述晶圆的表面；微纳气泡发生装置，所述微纳气泡发生装置与所述预湿溶剂管路连接，所述微纳气泡发生装置用于生成微纳气泡，并将所述微纳气泡传输至所述预湿溶剂管路内的预湿溶剂中。采用上述方案，通通过设置微纳气泡发生装置，可以生成微纳气泡，并将所述微纳气泡传输至所述预湿溶剂管路内的预湿溶剂中，从而可以利用微纳气泡破裂时减小晶圆表面张力的特性，使得光刻胶更顺畅地涂布于晶圆表面，减少溶剂消耗；进一步地，在微纳气泡破裂时，还可以利用微纳气泡的吸附性将晶圆上的颗粒带走，有助于减少晶圆表面的缺陷以及后续工艺中的胶膜缺陷。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参照图2，图2是本发明实施例中一种光刻预湿设备的结构示意图。所述光刻预湿设备可以包括晶圆基座200、预湿溶剂管路210、预湿溶剂容器230以及微纳气泡发生装置225。

其中，所述晶圆基座200可以用于放置晶圆202。

具体地，所述晶圆基座200可以采用静电吸附的方式放置所述晶圆202，还可以以卡扣的方式放置晶圆202，还可以以其他适当的放置方式。

其中，所述预湿溶剂容器230可以用于放置预湿溶剂。

具体地，所述预湿溶剂的材料可以为丙二醇甲醚乙酸酯(propylene glycolmonomethyl ether acetate，PGMEA)和丙二醇一甲醚(propylene glycol monomethylether，PGME)以一定比例混合(一般是3:7的比例)。

需要指出的是，在一种半导体制造工艺中，还可以采用PGMEA和PGME作为光刻胶涂布后的洗边(Edge Bead Removal，EBR)材料，用于去除晶圆的边缘光刻胶；还可以在晶圆背面清洗工艺中采用PGMEA和PGME进行晶圆背面冲洗(Back rinse)处理，以洗去晶圆背面喷的光阻或者其他环节留下的污染物。

在本发明实施例中，通过选择PGMEA和PGME作为所述预湿溶剂，可以复用已有工艺中的材料，有助于降低生产成本以及提高工艺可控性。具体而言，在一种具体实施方式中，可以对洗边工艺或晶圆背面冲洗工艺之后的溶剂进行过滤后循环使用。

所述预湿溶剂管路210可以与所述预湿溶剂容器230连接，所述预湿溶剂管路210用于将所述预湿溶剂引导至所述晶圆202的表面。

具体地，所述预湿溶剂管路210的材料可以为不锈钢，以降低管路材料与所述预湿溶剂发生反应的可能性，并且减少因管路材料导致的杂质。

进一步地，所述预湿溶剂管路210的出口可以具有喷嘴212。

其中，喷嘴212可以选择不同的形状，可以对预湿溶剂的水流运动产生影响，例如用于调节流量以及流动方向，所述喷嘴212的形状可以选自圆柱形以及圆锥形，还可以是其他适当的形状。

所述微纳气泡发生装置225可以与所述预湿溶剂管路210连接，所述微纳气泡发生装置225用于生成微纳气泡，并将所述微纳气泡传输至所述预湿溶剂管路210内的预湿溶剂中。

其中，所述微纳气泡用于指示气泡发生时产生直径在五十微米(μm)以下的微小气泡，也可以根据其直径范围叫微纳米气泡、微米气泡或纳米气泡。

进一步地，所述微纳气泡发生装置225可以选自：加压溶气式装置、射流析出气泡装置以及电解析出气泡装置。

其中，所述加压溶气式装置可以包括空气压缩机、循环水泵、压力溶气罐以及释放器。

具体地，所述加压溶气式装置可以利用水泵提供有一定压力的循环水流至压力溶气罐中，同时利用空气压缩机将空气压入溶气罐中，同时利用空气压缩机将空气压入溶气罐中，在压力溶气罐内形成高压气水混合状态使气体过饱和溶解，之后通过释放器突然减压使气体以微纳米气泡的形式从水中析出。

所述射流析出气泡装置可以包括空气压缩机注入式射流析出气泡装置以及自吸式射流析出气泡装置。

其中，所述空气压缩机注入式射流析出气泡装置可以利用空气压缩机将空气强制送入吸入室供气；所述自吸式射流析出气泡装置可以利用高速射流在吸入室形成负压将空气吸入供气。

进一步地，以自吸式射流析出气泡装置为例，可以包括喷嘴、吸气室、混合管、扩散管。

具体地，液体由喷嘴射入，在吸气室形成负压，气体被吸入与液体一起进入混合管；在混合管内高速运动的液滴与气体相互碰撞，气体被加速、分散；进入扩散管段后，流速减慢，压力增大，气体被压缩成微气泡，气液两相以泡沫流形式流出。

需要指出的是，与射流析出气泡装置原理相近的还可以有机械力高速剪切装置与金属微孔管装置。

具体地，所述机械力高速剪切装置可以使用高速旋转的叶轮，由叶轮旋转产生的剪切作用将液体中较大的气泡分割成微纳米气泡。所述金属微孔管装置可以利用空气压缩机使有压气体从金属管壁上的微孔流出形成微气泡，由管外高速流过的剪切液流将气泡带走进入液相中形成微纳米气泡。

所述电解析出气泡装置可以包括正负极板。

具体地，所述电解析出气泡装置可以采用水中通电的方式，分别在正负极板产生微纳米气泡。

需要指出的是，在本发明实施例中，还可以采用其他微纳气泡产生技术相关的设备形成所述微纳气泡，例如可以包括微管道技术、高温技术、超声波技术、化学反应技术等。

在本发明实施例中，通过设置微纳气泡发生装置225，可以生成微纳气泡，并将所述微纳气泡传输至所述预湿溶剂管路210内的预湿溶剂中，从而可以利用微纳气泡破裂时减小晶圆202表面张力的特性，使得光刻胶更顺畅地涂布于晶圆202表面，减少预湿溶剂消耗；进一步地，在微纳气泡破裂时，还可以利用微纳气泡的吸附性将晶圆202上的颗粒带走，有助于减少晶圆202表面的缺陷以及后续工艺中的胶膜缺陷。其中，由于微纳米气泡尺寸小，因此相比于尺寸大的气泡，比表面积更大，具有吸附效率更高的特性。

进一步地，所述光刻预湿设备还可以包括：第一过滤器221。

其中，所述第一过滤器221可以安装于所述预湿溶剂管路210上，且位于连接点214与所述预湿溶剂管路210的出口之间，所述第一过滤器221可以用于对所述预湿溶剂管路210内的预湿溶剂进行过滤，所述微纳气泡发生装置在所述连接点214与所述预湿溶剂管路210连接。

具体地，所述第一过滤器221可以具有滤网结构，以通过所述滤网结构对所述预湿溶剂管路210内的预湿溶剂进行过滤。

在本发明实施例中，通过设置第一过滤器221，可以对预湿溶剂进行过滤，从而去除预湿溶剂中的杂质，从而有助于实现对预湿溶剂进行复用，并且避免预湿溶剂管路210内的杂质对光刻预湿工艺产生影响。

进一步地，当所述微纳气泡的粒径超过预设粒径时，所述微纳气泡可以被所述第一过滤器221过滤。

在本发明实施例中，通过设置第一过滤器221，可以对预湿溶剂进行过滤，从而去除预湿溶剂中的杂质以及粒径较大的气泡，可以避免粒径过大的气泡落在晶圆202表面时，不易破裂且被后续形成的光刻胶覆盖，影响光刻效果。

更具体而言，与普通尺寸的气泡相比，微纳气泡的直径较小，微纳气泡界面处的表面张力对气泡特性的影响表现得较为显著。这时表面张力对内部气体产生了压缩作用，使得微纳气泡不断收缩并表现出自身增压效应。随着气泡直径的进一步缩小，微纳气泡界面的比表面积也随之进一步增大，最终由于自身增压效应可导致内部气压增大到无限大。从而破裂最终消失。

进一步地，所述光刻预湿设备还可以包括：第二过滤器222。

其中，所述第二过滤器222可以安装于所述预湿溶剂管路210上，且位于所述预湿溶剂管路210的入口与所述连接点214之间，所述第二过滤器222用于对所述预湿溶剂管路210内的预湿溶剂进行过滤。

具体地，所述第二过滤器222可以具有滤网结构，以通过所述滤网结构对所述预湿溶剂管路210内的预湿溶剂进行过滤。

在本发明实施例中，通过设置第二过滤器222，可以在输入微纳气泡之前，对预湿溶剂进行过滤，有助于降低经过连接点214处以及第一过滤器221处的杂质。

进一步地，所述第二过滤器222的过滤精度可以大于所述第一过滤器221的过滤精度。所述过滤精度又称为过滤度，可以用于指示能够通过过滤器的颗粒的最大尺寸。

在本发明实施例中，通过设置所述第二过滤器222的过滤精度可以大于所述第一过滤器221的过滤精度，可以过滤掉粒径较小的杂质，以免所述粒径较小的杂质在后续经过第一过滤器221时，由于粒径小于预湿工艺需要的微纳气泡的粒径而到达晶圆表面，通过第二过滤器222的过滤，有助于提高光刻预湿工艺的洁净度。

进一步地，所述光刻预湿设备还可以包括流量计240。

其中，所述流量计240可以安装于所述预湿溶剂管路210上，用于检测所述预湿溶剂管路210的流量，以确定预湿溶剂的消耗量。

在本发明实施例中，由于微纳气泡破裂时可以减小晶圆表面张力，使得光刻胶更顺畅地涂布于晶圆表面，因此采用本发明实施例的方案，可以减少溶剂消耗，通过设置流量计240，可以对预湿溶剂的消耗量进行更精准的控制。

进一步地，可以将所述预湿溶剂管路210的第二端悬于所述晶圆202的中心上方，向所述晶圆202的表面的中心区域输入所述预湿溶剂并控制所述晶圆202绕中心旋转。

在本发明实施例中，通过将所述预湿溶剂管路210的第二端悬于所述晶圆202的中心上方，向所述晶圆202的表面的中心区域输入所述预湿溶剂并控制所述晶圆202绕中心旋转，可以使溶剂更均匀地涂布在晶圆202表面，并且更容易带走将微纳气泡吸附的颗粒，进一步提高光刻预湿工艺的洁净度。

在本发明实施例中，还提供一种基于上述光刻预湿设备的光刻预湿方法。

参照图3，图3是本发明实施例中一种光刻预湿设备的光刻预湿方法的流程图。所述光刻预湿方法可以包括步骤S21至步骤S23：

步骤S21：将晶圆放置于所述晶圆基座；

步骤S22：通过所述预湿溶剂管路将预湿溶剂引导至所述晶圆的表面；

步骤S23：开启所述微纳气泡发生装置，以将所述微纳气泡发生装置生成的微纳气泡输至所述预湿溶剂管路内的预湿溶剂中。

进一步地，通过所述预湿溶剂管路的第二端向所述晶圆的表面输入所述预湿溶剂的步骤可以包括：将所述预湿溶剂管路的第二端悬于所述晶圆的中心上方；向所述晶圆的表面的中心区域输入所述预湿溶剂并控制所述晶圆绕中心旋转。

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 (10)

1.一种光刻预湿设备，其特征在于，包括：

晶圆基座，用于放置晶圆；

预湿溶剂容器，用于放置预湿溶剂；

预湿溶剂管路，所述预湿溶剂管路与所述预湿溶剂容器连接，所述预湿溶剂管路用于将所述预湿溶剂引导至所述晶圆的表面；

微纳气泡发生装置，所述微纳气泡发生装置与所述预湿溶剂管路连接，所述微纳气泡发生装置用于生成微纳气泡，并将所述微纳气泡传输至所述预湿溶剂管路内的预湿溶剂中。

2.根据权利要求1所述的光刻预湿设备，其特征在于，所述光刻预湿设备还包括：

第一过滤器，安装于所述预湿溶剂管路上，且位于连接点与所述预湿溶剂管路的出口之间，所述第一过滤器用于对所述预湿溶剂管路内的预湿溶剂进行过滤，所述微纳气泡发生装置在所述连接点与所述预湿溶剂管路连接。

3.根据权利要求2所述的光刻预湿设备，其特征在于，当所述微纳气泡的粒径超过预设粒径时，被所述第一过滤器过滤。

4.根据权利要求2所述的光刻预湿设备，其特征在于，还包括：

第二过滤器，安装于所述预湿溶剂管路上，且位于所述预湿溶剂管路的入口与所述连接点之间，所述第二过滤器用于对所述预湿溶剂管路内的预湿溶剂进行过滤。

5.根据权利要求4所述的光刻预湿设备，其特征在于，所述第二过滤器的过滤精度大于所述第一过滤器的过滤精度。

6.根据权利要求1所述的光刻预湿设备，其特征在于，还包括：

流量计，安装于所述预湿溶剂管路上，用于检测所述预湿溶剂管路的流量。

7.根据权利要求1所述的光刻预湿设备，其特征在于，

所述微纳气泡发生装置选自：加压溶气式装置、射流析出气泡装置以及电解析出气泡装置。

8.根据权利要求1所述的光刻预湿设备，其特征在于，所述预湿溶剂管路的出口具有喷嘴。

9.一种基于权利要求1至8任一项所述光刻预湿设备的光刻预湿方法，其特征在于，包括：

将晶圆放置于所述晶圆基座；

通过所述预湿溶剂管路将预湿溶剂引导至所述晶圆的表面；

开启所述微纳气泡发生装置，以将所述微纳气泡发生装置生成的微纳气泡输至所述预湿溶剂管路内的预湿溶剂中。

10.根据权利要求9所述的光刻预湿设备的光刻预湿方法，其特征在于，通过所述预湿溶剂管路的第二端向所述晶圆的表面输入所述预湿溶剂包括：

将所述预湿溶剂管路的第二端悬于所述晶圆的中心上方；

向所述晶圆的表面的中心区域输入所述预湿溶剂并控制所述晶圆绕中心旋转。