CN109416517A - 用于曝光后烘烤的设备 - Google Patents

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Abstract

本文描述的实施方式涉及用于进行浸没场引导的曝光后烘烤工艺的方法和设备。本文描述的设备的实施方式包括界定处理容积的腔室主体。电极可被设置为与处理容积相邻，并且经由多个流体导管而将处理流体提供到处理容积以促进浸没场引导的曝光后烘烤工艺。亦提供了用于冲洗基板、使基板显影和使基板干燥的后处理腔室。

Description

用于曝光后烘烤的设备
技术领域
本公开内容大体涉及用于处理基板的方法和设备，且更特别地涉及用于执行浸没场引导的曝光后烘烤工艺的方法和设备。
背景技术
集成电路已发展成复杂装置，其可在单个芯片上包括数百万个部件(例如晶体管、电容器和电阻)。光刻是可用于在芯片上形成部件的工艺。通常，光刻的工艺涉及几个基本阶段。最初，在基板上形成光刻胶层。化学放大光刻胶可包括抗蚀剂树脂(resist resin)和光酸产生剂。在随后的曝光阶段中曝露于电磁辐射后，光酸产生剂改变光刻胶在显影处理中的溶解度。电磁辐射可具有任何合适的波长，例如，193nm ArF激光、电子束、离子束或其他合适的来源。
在曝光阶段，可使用光掩模或掩模版(reticle)来选择性地将基板的某些区域曝露于电磁辐射。其他曝光方法可为无掩模曝光方法。曝露于光可分解光酸产生剂，产生酸并在抗蚀剂树脂中产生潜酸图像(latent acid image)。在曝光之后，可在曝光后烘烤工艺中加热基板。在曝光后烘烤工艺期间，由光酸产生剂产生的酸与抗蚀剂树脂反应，从而改变在随后的显影工艺期间抗蚀剂(resist)的溶解度。
在曝光后烘烤之后，基板(特别是光刻胶层)可被显影和冲洗。根据所使用的光刻胶的类型，暴露于电磁辐射的基板的区域可抗移除或更容易移除。在显影和冲洗后，使用湿式或干式蚀刻工艺将掩模的图案转印到基板上。
晶片设计的发展持续需要更快的电路和更大的电路密度。对更大电路密度的需求需要减小集成电路部件的尺寸。随着集成电路部件的尺寸减小，需要将更多元件放置在半导体集成电路的给定面积中。因此，光刻工艺必须将甚至更小的特征转印到基板上，且光刻必须精确地、准确地及没有损坏地这样做。为了将特征精确地和准确地转印到基板上，高分辨率光刻可使用提供小波长辐射的光源。小波长有助于降低基板或晶片上的最小可印刷尺寸。然而，小波长光刻存在诸如低产量、增加的线边缘粗糙度及/或降低的抗蚀剂灵敏度的问题。
在最近的发展中，电极组件被用来在曝光工艺之前或之后向设置在基板上的光刻胶层产生电场，以便改变光刻胶层的一部分的化学性质，以改善光刻曝光/显影分辨率，其中电磁辐射被传送到光刻胶层的所述部分。然而，实现此种系统的挑战尚未被充分克服。
因此，存在对用于改进浸没场引导的曝光后烘烤工艺的改进的方法和设备的需求。
发明内容
在一个实施方式中，提供一种基板处理设备。所述设备包括界定处理容积的腔室主体。处理容积的长轴线垂直地定向，且处理容积的短轴线水平地定向。可移动的门耦接到腔室主体且第一电极耦接到门。第一电极被配置为在其上支撑基板。第二电极耦接到腔室主体，且第二电极至少部分地界定处理容积。多个第一流体口形成在与处理容积相邻的腔室主体的侧壁中，且多个第二流体口形成在与处理容积相邻的腔室主体的侧壁中并与多个第一流体口相对。
在另一个实施方式中，提供一种基板处理设备。所述设备包括：腔室主体，界定处理容积；及可旋转基座，设置在处理容积内。流体输送臂被配置为将清洁流体输送到处理容积。所述设备还包括：屏蔽件，能够通过马达而升高和降低，且屏蔽件设置在可旋转基座的径向外侧。
在又另一个实施方式中，提供一种处理基板的方法。所述方法包括：将基板定位成与处理腔室中的处理容积相邻；以及以第一流率向处理容积输送处理流体。在用处理流体填充处理容积的一部分之后，以大于第一流率的第二流率将处理流体输送到处理容积。在用处理流体完全填充处理容积之后，以小于第二流率的第三流率将处理流体输送到处理容积。在以第三流率向处理容积输送处理流体期间，在处理容积中产生电场。
附图说明
为了能详细了解本公开内容的以上所记载的特征的方式，可通过参考实施方式获得简要概述于上的本公开内容的更特定的描述，其中一些实施方式绘示于附图中。然而，应注意附图仅绘示示例性实施方式，且因此不被认为是对其范围的限制，可允许其他等效的实施方式。
图1绘示根据本文描述的实施方式的处理腔室的示意性截面图。
图2绘示根据本文描述的实施方式的图1的处理腔室的一部分的详细视图。
图3绘示根据本文描述的实施方式的图1的处理腔室的各种部件的示意性侧视图。
图4绘示根据本文描述的实施方式的后处理腔室。
图5绘示根据本文描述的实施方式的用于处理基板的方法的操作。
为促进理解，已尽可能使用相同的标号来表示各图共用的相同元件。可预期的是一个实施方式的元件和特征可有益地并入其它实施方式中，而无需进一步详述。
具体实施方式
图1绘示根据本文描述的实施方式的处理腔室100的示意性截面图。在一个实施方式中，处理腔室100被配置为用于执行浸没场引导的曝光后烘烤(iFGPEB)工艺。腔室100定位于垂直定向，使得当处理基板时，基板的长轴线垂直地定向，且基板的短轴线水平地定向。腔室100包括腔室主体102，由金属材料制成，诸如铝、不锈钢、及其合金和组合。替代地，腔室主体102由聚合物材料(诸如聚四氟乙烯(PTFE))或高温塑料(诸如聚醚醚酮(PEEK))制造。
主体102中至少部分地界定处理容积104。例如，主体102的侧壁148界定处理容积104的直径。处理容积104的长轴线垂直地定向，且处理容积104的短轴线水平地定向。多个第一流体口126穿过侧壁148而形成在腔室主体102中。多个第二流体口128亦形成在腔室主体102的侧壁148中而与多个第一流体口126相对。多个第一流体口126经由第一导管134与处理流体源132流体连通。多个第二流体口128经由第二导管138与流体出口136流体连通。处理流体源132(单独或与其他设备结合)被配置为在流体进入处理容积104之前将处理流体预热到在约70℃与约130℃之间的温度，诸如约110℃。
在一个实施方式中，净化气体源150亦经由第一流体导管134和多个第一流体口126与处理容积104流体连通。由净化气体源150提供的气体可包括氮、氢、惰性气体及类似者，以在iFGPEB处理期间或之后净化处理容积104。当需要时，净化气体可经由流体出口136从处理容积104排出。
门106被可操作地耦接到腔室主体102。在所示的实施方式中，门106被定向在处理位置，使得门106被设置为邻近并邻接腔室主体102。门106由与为腔室主体102选择的材料类似的材料形成。替代地，腔室主体可由第一材料(诸如聚合物材料)形成，且门106可由不同于第一材料的第二材料(诸如金属材料)形成。轴107延伸穿过门106并提供轴线(即Z轴线)，门106绕着所述轴线旋转以开启和关闭门106。
门106可耦接到轨道(未图示)，且门106被配置为沿X轴线沿着轨道平移。马达(未图示)可耦接到门106和/或轨道，以促进门106沿着X轴线的移动。尽管门106被绘示为处于关闭的处理位置，但门106的开启和关闭可通过在绕Z轴线旋转门106之前将门106沿着X轴线移动离开腔室主体02来执行。例如，门106可从所示的处理位置旋转约90°到装载位置，使得可在装载期间以降低的基板破裂的可能性来执行基板110在第一电极108上的定位。
背板112耦接到门106，且第一电极108耦接到背板112。根据所欲的实现方式，背板112由类似于门106或腔室主体102的材料形成。第一电极108可由导电金属材料形成。此外，用于第一电极108的材料可为非氧化材料。被选择以用于第一电极108的材料在第一电极108的整个表面提供所欲的电流均匀性和低电阻。在某些实施方式中，第一电极108是分段电极，被配置为在第一电极108的整个表面引入电压不均匀性。在此实施方式中，使用多个电源来为第一电极108的不同区段供电。
第一电极108经调整尺寸以适于在其上附接基板110。第一电极108亦经调整尺寸以允许与腔室主体102和处理容积104相邻而定位。在一个实施方式中，第一电极108被可固定地耦接到背板112和门106。在另一个实施方式中，第一电极108被可旋转地耦接到背板112和门106。在此实施方式中，马达109耦接到门106且被配置为在背板112或第一电极108上赋予旋转运动。在一个实施方式中，第一电极108被配置为接地电极。
真空源116与第一电极108的基板接收表面流体连通。真空源116耦接到导管114，导管114从真空源116延伸穿过门106、背板112和第一电极108。通常，真空源116被配置为将基板110真空吸附到第一电极108。
热源118、温度感测设备120、电源122和感测设备124耦接到第一电极108。热源118向设置在第一电极108内的一或更多个加热元件(诸如电阻式加热器)提供功率。亦设想到热源118可向设置在背板112内的加热元件提供功率。热源118通常被配置为加热第一电极108和/或或背板112，以促进在iFGPEB工艺期间预热流体。除了预热处理流体之外或不同于预热处理流体，热源118亦可用于在基板处理期间维持处理流体的所欲温度。在一个实施方式中，热源118被配置为将第一电极108加热到约70℃与约130℃之间的温度，诸如约110℃。
温度感测设备120(诸如热电偶或类似者)通信地耦接到热源118，以提供温度反馈并促进对第一电极108的加热。电源122被配置为例如向第一电极108供应约1V与约20kV之间。根据所使用的处理流体的类型，由电源122产生的电流可在数十纳安至数百毫安的数量级。在一个实施方式中，电源122被配置为产生范围从约1kV/m到约2MV/m的电场。在一些实施方式中，电源122被配置为以电压受控或电流受控的模式而操作。在此两种模式下，电源可输出AC、DC和/或脉冲DC波形。若需要的话，可使用方波或正弦波。电源122可被配置为提供约0.1Hz与约1MHz之间(诸如约5kHz)的频率的功率。脉冲DC功率或AC功率的占空比可在约5％与约95％之间，诸如在约20％与约60％之间。
脉冲DC功率或AC功率的上升和下降时间可在约1ns与约1000ns之间，诸如在约10ns与约500ns之间。感测设备124(诸如电压计或类似者)通信地耦接到电源122，以提供电反馈并促进控制施加到第一电极108的功率。感测设备124亦可被配置为感测经由电源122而施加到第一电极108的电流。
第二电极130与处理容积104相邻而耦接到腔室主体102，并部分地界定处理容积104。类似于第一电极108，第二电极130耦接到热源140、温度感测设备142、电源144和感测设备146。热源140、温度感测设备142、电源144和感测设备146可类似于热源118、温度感测设备120、电源122和感测设备124而运作。在一个实施方式中，第二电极130是被主动供电的电极，而第一电极108是接地电极。作为上述电极布置的结果，在iFGPEB处理期间可调制在基板110上设置的抗蚀剂在曝光时所产生的酸，以改进图案化及抗蚀剂去保护特性。
图2绘示根据本文描述的实施方式的图1的处理腔室100的一部分的详细视图。处理容积104具有界定在基板110和第二电极130之间的宽度214。在一个实施方式中，处理容积104的宽度214在约1.0mm和约10mm之间，诸如在约4.0mm和约4.5mm之间。在基板110和第二电极130之间的相对小的间隙减小了处理容积104的容积，这使得能够在iFGPEB处理期间利用减少量的处理流体。此外，界定第二电极130和基板之间的距离的宽度214被配置为在基板110的整个表面提供实质均匀的电场。实质均匀的场提供由iFGPEB处理产生的改进的图案化特征。具有宽度214的间隙的另一个优点是降低用于产生所欲电场的电压。
在操作中，在iFGPEB处理期间，处理容积104填充有处理流体。为了减小处理流体泄漏出处理容积的可能性，使用多个O形环来维持处理容积的流体密闭完整性。第一O形环202设置在第一电极108中，在第一电极108的基板接收表面上。第一O形环202可从基板110的外径径向向内定位在第一电极上。
在一个示例中，第一O形环202在从基板110的外径径向向内约1mm和约10mm之间的距离处定位在第一电极108上。第一O形环被定位为当基板被吸附到第一电极108时，接触基板110的背侧。当基板110处于所示的处理位置时，侧壁148的第一表面206经调整形状和尺寸以接触基板110的边缘区域。
在一个实施方式中，第一O形环202与侧壁148的第一表面206相对而设置在第一电极108中。设想到第一O形环202可防止处理流体从处理容积104泄漏到基板110后面的区域，诸如第一电极108的基板支撑表面。有利地，维持基板110的真空吸附并防止处理流体到达真空源116。
第一电极108具有设置在第一O形环的径向外侧的凸缘210。凸缘210从第一O形环202的位置径向向外设置。第二O形环204在凸缘210的径向外侧耦接到第一电极108。侧壁148的第二表面208经调整形状和尺寸以邻近于第一电极108的外径并从第一电极108的外径径向向内延伸而接触第一电极108。在一个实施方式中，当基板110设置在处理位置时，第二O形环204被设置成与侧壁148的第二表面208接触。设想到第二O形环204可防止处理流体从处理容积108泄漏超过第一电极108的外径。
第三O形环212沿着第二电极130的外径耦接到第二电极130。第三O形环212亦设置成与腔室主体102的侧壁148接触。第三O形环212被配置为防止处理流体流到第二电极130之后。每个O形环202、204、212由弹性材料(诸如聚合物或类似者)形成。在一个实施方式中，O形环202、204、212具有圆形横截面。在另一个实施方式中，O形环202、204、212具有非圆形横截面，诸如三角形横截面或类似者。亦设想到O形环202、204、212的每一个受到适于防止处理流体超过O形环202、204、212并适于流体地密封处理容积104的压缩力。
图3绘示根据本文描述的实施方式的图1的处理腔室100的各种部件的示意性侧视图。绘示了处理容积104，其中形成有多个第一流体口126和多个第二流体口128。多个第一通道302耦接在多个第一流体口126和第一导管134之间。多个第二通道304耦接在多个第二流体口128和第二导管138之间。
尽管绘示了多个第一通道302的10个通道，但是设想到可实现约5个通道与约30个通道之间，例如，约9个通道与约21个通道之间。类似地，可针对多个第二通道304使用约5个通道与约30个通道之间，例如，约9个通道与约21个通道之间。通道302、304的数量被选择以在填充处理容积104期间实现合适的流体流率。通道302、304亦被配置为当第一电极108和基板110抵住腔室主体102的第一表面206而定位时，维持处理容积104的刚性。在一个实施方式中，9个第一通道302和9个第二通道304耦接到处理容积104。在另一个实施方式中，21个第一通道302和21个第二通道304耦接到第一处理容积104。
多个第一通道302和多个第二通道304形成在处理腔室100的主体102中。多个第一和第二通道302、304的每一个分别在第一流体口126和第二流体口128处具有在约3.0mm与约3.5mm之间的直径，诸如约3.2mm。在另一个实施方式中，沿着处理容积104的直径的每个通道的直径是不同的。在一个实施方式中，多个第一通道302的通道跨处理容积104的直径均匀地间隔。类似地，多个第二通道304的通道跨处理容积104的直径均匀地间隔。亦应设想到多个第一和第二通道302、304的通道亦可跨处理容积104的直径不均匀地间隔。
多个第一和第二通道302、304的通道的间隔被配置为减少进入和离开处理容积104的处理流体的紊流。因为紊流在处理流体中产生气泡并且气泡在随后施加的电场中作为绝缘体，因此采取措施来减少气泡的形成。如下面详细描述的，处理流体的流率被调节而与多个第一和第二通道302、304的设计相结合来减少紊流。
处理流体的流动路径源自处理流体源132并行进通过第一导管134而进入多个第一通道302中。流体经由第一流体口126离开多个第一通道302进入处理容积104中。一旦处理容积104填充有处理流体，则处理流体经由第二流体口128离开处理容积104进入多个第二通道304中。处理流体继续进入第二导管138中，并最终在流体出口136中从处理腔室100移除。
在一个操作实施方式中，在激发电场之前用于以处理流体填充处理容积104的第一流率在约5L/min和约10L/min之间。一旦处理容积104填充有处理流体，则施加电场，且在iFGPEB处理期间利用在约0L/min和约5L/min之间的处理流体的第二流率。处理流体填充和处理时间在约30秒和约90秒之间，诸如约60秒。在一个实施方式中，处理流体在iFGPEB处理期间继续流动。在此实施方式中，处理容积104的容积在每个基板处理中更换约1次与约10次之间。在另一个实施方式中，处理流体在处理期间主要是静态的。在此实施方式中，处理容积104的容积在每个基板的基板处理期间不更换。
在另一个操作实施方式中，使用第一流率来初始填充处理容积104。在填充处理容积104的时间量中，第一流率小于5L/min，使得第一流体口126被淹没。接着使用大于5L/min的第二流率来填充处理容积104的剩余部分。在iFGPEB处理中施加电场期间，使用小于5L/min的第三流率。在第一和第二流率之间的流率调制被配置为减少在处理容积104内的流体的紊流，并减少或消除其中气泡的形成。然而，若形成气泡，气泡的浮力使得气泡能够经由第二流体口128从处理容积104逸出，从而使iFGPEB处理期间气泡对电场的绝缘效果最小化。因此，可实现更均匀的电场来改善iFGPEB处理。
图4绘示根据本文描述的实施方式的后处理腔室400。在处理腔室100中对基板进行iFGPEB处理之后，将基板传送到后处理腔室400。后处理腔室400包括界定处理容积404的腔室主体402和设置在处理容积404中的基座408。通过冷却和冲洗基板406来对定位在基座408上的基板406进行后处理。通过组合冷却和冲洗，基板处理中从烘烤至冷却的延迟降至最小。
当基板406定位在基座408上时，通过从真空源414施加真空来真空吸附基板。一旦基板406被吸附，则开始基板406的冷却。流体导管410形成在基座408中，且流体导管410与冷却流体源412流体连通。冷却流体流过流体导管410以冷却基板406。
在冷却期间，基板406亦被冲洗以移除仍存在于基板表面上的任何剩余的处理流体。冲洗流体从可包括流体输送喷嘴420的流体输送臂418分配到基板406的装置侧上。冲洗流体(诸如去离子水或类似者)经由臂418和喷嘴420从冲洗流体源422提供。
在冲洗和冷却之后，通过旋转基座408来旋转甩干(spin dry)基板406。基座408耦接到能够使基座408旋转的电源416。在旋转甩干基板406期间，升起屏蔽件424以收集从基板406旋出的流体。屏蔽件424的形状是环状的，且经调整尺寸而具有大于基座408的直径的内径。屏蔽件424亦设置在基座408的径向外侧。屏蔽件424耦接到马达428，马达428升高及降低屏蔽件424，使得屏蔽件424在旋转甩干期间在基板406之上延伸。在旋转甩干期间由屏蔽件424收集的流体经由排水管426而从处理容积404移除。应注意在基板406的冷却和冲洗期间，屏蔽件424可设置在降低的位置，且随后在基板406的旋转甩干期间升高。在基板406的装载和卸载期间，屏蔽件424亦可被降低。
一旦基板406已经干燥，则通过施加显影剂(诸如氢氧化四甲基铵(TMAH))来使基板406上的抗蚀剂显影。在一个实施方式中，从臂418和喷嘴420分配显影剂。在显影之后，可选择性地用去离子水冲洗基板406并使基板406再次干燥，以准备用于后续处理的基板406。
图5绘示根据本文描述的实施方式的用于处理基板的方法500的操作。在操作510，将基板定位在处理腔室(诸如处理腔室100)的处理容积附近或处理腔室的处理容积内。在操作520用处理流体填充处理容积，且在操作530进行iFGPEB处理。在操作540，从处理容积移除处理流体，且在操作550将基板传送到后处理腔室(诸如后处理腔室400)。选择性地，可在操作540期间旋转甩干基板，以防止在基板处理期间溢出处理流体。
在操作560，用清洁流体冲洗基板，以从基板移除处理流体。在某些实施方式中，操作560还可包括基板的旋转甩干。在操作570，使设置在基板上的抗蚀剂显影，且在操作580，再次用清洁流体冲洗基板。在操作590，旋转甩干基板并准备后续处理。
总之，提供了用于改进iFGPEB处理的设备和方法。本文描述的处理腔室能够有效地利用处理流体，并改进iFGPEB操作期间电场的施加。通过利用能够进行同时冷却和冲洗操作的设备，通过减少烘烤至冷却的延迟，亦改善基板的后处理。因此，可通过利用本文描述的设备和方法来改进iFGPEB处理操作。
尽管前述内容关于本公开内容的实施方式，但在不背离本公开内容的基本范围的情况下，可设计出本公开内容的其他和进一步的实施方式，且本公开内容的范围由随附的权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种基板处理设备，包含：
腔室主体，界定处理容积，其中所述处理容积的长轴线垂直地定向，且所述处理容积的短轴线水平地定向；
可移动的门，耦接到所述腔室主体；
第一电极，耦接到所述门，所述第一电极被配置为在其上支撑基板；
第二电极，耦接到所述腔室主体，所述第二电极至少部分地界定所述处理容积；
多个第一流体口，形成在与所述处理容积相邻的所述腔室主体的侧壁中；及
多个第二流体口，形成在与所述处理容积相邻的所述腔室主体的所述侧壁中并与所述多个第一流体口相对。
2.如权利要求1所述的设备，进一步包含：
背板，设置在所述第一电极与所述门之间。
3.如权利要求1所述的设备，进一步包含：
处理流体源，经由多个第一通道和所述多个第一流体口与所述处理容积流体连通。
4.如权利要求3所述的设备，进一步包含：
流体出口，经由多个第二通道和所述多个第二流体口与所述处理容积流体连通。
5.如权利要求3所述的设备，其中所述多个第一通道的21个通道形成在所述腔室主体中。
6.如权利要求4所述的设备，其中所述多个第二通道的21个通道形成在所述腔室主体中。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述第一电极被配置为在其上真空吸附基板。
8.如权利要求7所述的设备，其中真空源与所述第一电极流体连通。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述腔室主体由聚四氟乙烯形成。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述多个第一流体口跨所述处理容积的直径而均匀地分布。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述多个第二流体口跨所述处理容积的所述直径而均匀地分布。
12.如权利要求1所述的设备，其中所述处理容积的宽度在4.0mm与4.5mm之间。
13.如权利要求1所述的设备，进一步包含：
第一O形环，耦接到所述第一电极，其中所述第一O形环被定位为与所述基板的外径相邻而接触基板的背侧；
第二O形环，邻近所述第一电极的外径而耦接到所述第一电极，其中所述第二O形环接触所述腔室主体的侧壁的表面；及
第三O形环，耦接到所述第二电极的外径，其中所述第三O形环被定位为与所述腔室主体的侧壁接触。
14.一种基板处理设备，包含：
腔室主体，界定处理容积；
可旋转基座，设置在所述处理容积内；
流体输送臂，被配置为将清洁流体输送到所述处理容积；及
屏蔽件，能够通过马达而升高和降低，所述屏蔽件具有大于所述可旋转基座的直径的内径，其中所述屏蔽件设置在所述可旋转基座的径向外侧。
15.一种处理基板的方法，包含：
将基板定位成与处理腔室中的处理容积相邻；
以小于5L/min的第一流率向所述处理容积输送处理流体；
在以处理流体填充所述处理容积的一部分之后，以大于5L/min的第二流率向所述处理容积输送所述处理流体；
在以处理流体完全地填充所述处理容积之后，以小于5L/min的第三流率向所述处理容积输送所述处理流体；及
在以第三流率向所述处理容积输送所述处理流体期间，在所述处理容积中产生电场。
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