CN110908252B - 显影方法和显影装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一显影方法和显影装置。其中，显影方法包括使曝光后的晶圆以第一速度旋转，辅助液喷头沿径向从晶圆的边缘区域处向晶圆的中心移动，辅助液喷头在移动过程中喷出辅助液；使晶圆提高旋转速度，显影液喷头在晶圆的中心区域喷出预湿显影液；使晶圆的旋转速度提高到第二速度，保持第二速度旋转第一时间段，扩展预湿显影液和辅助液以均匀润湿晶圆表面的光刻胶；对晶圆进行显影。显影装置包括旋转机构、显影液喷头、辅助液喷头以及用于输出控制信号的控制系统，控制信号用于控制旋转机构、显影液喷头和辅助液喷头执行显影方法。本发明通过预湿过程解决相关技术中显影过程中显影图案缺陷的问题。

Description

显影方法和显影装置

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种半导体制造过程中的显影方法和显影装置。

背景技术

在作为集成电路制造工序之一的光刻工艺中，通过对半导体晶圆表面涂覆光刻胶，以预设图案对光刻胶进行曝光后，再向晶圆喷涂显影液进行显影。

作为进行显影处理的过程，先使得晶圆保持在旋转吸盘上，通过辅助液喷头在晶圆中心喷出辅助液，通过显影液喷头喷出显影液。在辅助液的辅助下，显影液能够扩展在光刻胶整个表面，以溶解附着在图案部位的光刻胶，最后冲洗表面以显影图案。

然而，由于晶圆经过曝光后，其上的光刻胶会出现应力分布不均匀的情况，从而难以保证显影液能够均匀地扩展到晶圆各处，尤其是晶圆中心和边缘区域，进而会造成图案部位的光刻胶残留，导致显影图案缺陷。

发明内容

本发明提供了一种显影方法和显影装置，可以解决相关技术中显影过程中显影图案缺陷的问题。

作为本发明的第一方面，提供一种显影方法，作为其中一种实施例包括：

使曝光后的晶圆以第一速度旋转，辅助液喷头沿径向从所述晶圆的边缘区域处向所述晶圆的中心移动，所述辅助液喷头在移动过程中喷出辅助液；

使所述晶圆提高旋转速度，显影液喷头在所述晶圆的中心区域喷出预湿显影液；

使所述晶圆的旋转速度提高到第二速度，保持所述第二速度旋转第一时间段，扩展预湿显影液和辅助液以均匀润湿晶圆表面的光刻胶；

对所述晶圆进行显影。

可选的，所述晶圆的边缘区域包括以晶圆中心为圆心，外径为所述晶圆的半径，内径范围为70～90mm的圆环。

可选的，在所述辅助液喷头沿径向从所述晶圆的边缘区域处向所述晶圆的中心移动的过程中，所述辅助液喷头的移动速度为17～23mm/s。

可选的，所述晶圆的中心区域包括以所述晶圆的中心为圆心，半径范围为15～35mm的圆。

可选的，所述在辅助液喷头移动过程中喷出辅助液中，所述辅助液喷头喷出辅助液的流速为350～450ml/min，流量为16.60～16.70ml。

可选的，所述显影液喷头在晶圆中心区域喷出预湿显影液中，所述显影液喷头喷出预湿显影液的流速为200～300ml/min，流量为11.60～12.70ml。

可选的，所述对所述晶圆进行显影，包括：

使所述辅助液喷头在所述晶圆的中心喷出辅助液；

使所述显影液喷头在所述晶圆的中心喷出显影液；

使所述晶圆的旋转速度由第二速度提高到第四速度，保持第四速度旋转第三时间段，扩展显影液和辅助液以均匀润湿所述晶圆表面的光刻胶。

可选的，在对所述晶圆进行显影之前，还包括：

使所述晶圆静止第二时间段，预湿显影液溶解所述晶圆表面图案部位的光刻胶。

可选的，所述使所述晶圆静止第二时间段之后，还包括：

使所述辅助液喷头在所述晶圆的中心喷出辅助液；

使所述晶圆的旋转速度由静止提高至第三速度；

使所述显影液喷头在所述晶圆的中心喷出显影液；

使所述晶圆的旋转速度由第三速度提高到第四速度，保持第四速度旋转第三时间段，扩展显影液和辅助液以均匀润湿所述晶圆表面的光刻胶。

可选的，在所述显影过程之后还进行清洗显影过程，所述清洗显影过程包括：

使所述辅助液喷头向所述晶圆喷出辅助液，以清洗已溶解的图案部分的光刻胶。

作为本发明的第二方面，提供一种显影装置，一种实施例包括：

旋转机构，用于使得放置在所述旋转机构上的晶圆水平旋转；

显影液喷头，用于向所述晶圆上喷射出显影液；

辅助液喷头，用于向所述晶圆上喷射辅助液；

控制系统，用于输出控制信号，所述控制信号用于控制所述旋转机构、显影液喷头和辅助液喷头执行如本发明第一方面所述的显影方法。

本发明技术方案，至少包括如下优点：在显影过程之前进行预湿过程，预湿过程使得较少量的预湿显影液和图案部分的光刻胶预先发生反应，从而溶解图案部分光刻胶的表面层，为操作人员根据预湿过程的效果调整显影过程提供条件，并且能够缩短显影过程的反应时间，降低对显影过程有关显影液的要求，进而降低操作难度，使得产品良率提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一方面一种实施例的时序图；

图2是本发明第一方面S1步骤中辅助液喷头起始位置的示意图；

图3是本发明第一方面S1步骤中辅助液喷头移动喷射过程的示意图；

图4是本发明第一方面S2步骤的示意图；

图5是本发明第一方面S3步骤的示意图；

图6是本发明第二方面的结构框图。

100.旋转机构，200.显影液喷头，300.辅助液喷头，400.控制系统，410.CPU，420.程序存储部，430.存储器，440.数据总线。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

作为本发明的第一方面，提供一种显影方法，如图1～图5所示，其中一种实施例包括以下步骤：

S1：如图2和图3所示，使曝光后的晶圆W以第一速度V1旋转，使得辅助液喷头300沿径向从晶圆W的边缘区域处向晶圆W的中心移动，使得辅助液喷头300在移动过程中喷出辅助液；

S2：如图4所示，使晶圆W提高旋转速度，使得显影液喷头200在晶圆W的中心区域喷出预湿显影液；

S3：如图5所示，使晶圆W的旋转速度提高到第二速度V2，保持第二速度V2旋转第一时间段，扩展预湿显影液和辅助液以均匀润湿晶圆W表面的光刻胶；

S4：如图1所示，对晶圆W进行显影。

其中，曝光的一种实施方式是采用紫外线通过掩模版照射在晶圆W表面的光刻胶上，被紫外线照射到的光刻胶会发生有机聚合反应，实现将掩模版上的图形投射到光刻胶上；在显影过程中显影液能够溶解发生有机聚合反应的光刻胶，从而显现出晶圆W上的图案部分，非图案部分仍然被光刻胶遮盖。

由于在S4：对晶圆W进行显影的显影过程中产生显影缺陷的概率较大，显影液的流量偏少或者显影液停留时间过短都会导致显影液与光刻胶之间发生不完全化学反应，进到导致不完全反应的光刻胶残留；显影液的流量偏多或者停留时间过长也都会导致过度显影的问题，因此只通过显影过程完成晶圆W光刻图案的显影需要对显影液的流量和喷射速度等条件进行很精准地控制，不仅操作难度大，且工作效率较低。本发明在S4显影过程之前还进行预湿过程，即S1至S3所描述的步骤，预湿过程使得较少量的预湿显影液和图案部分的光刻胶预先发生反应，从而溶解图案部分光刻胶的表面层，为操作人员根据预湿过程的效果调整显影过程提供条件，并且能够缩短S4显影过程的反应时间，降低对S4显影过程有关显影液的要求，进而降低操作难度，使得产品良率提高。

如图1所示对于S1阶段，曝光后的晶圆W以第一速度V1旋转，第一速度V1优选100rpm，辅助液喷头300边移动边向曝光后的晶圆W表面喷射辅助液，以较低的第一速度V1旋转的晶圆W能够提供离心力使得辅助液均匀扩展在晶圆W表面的光刻胶上，从而为后续步骤中显影液能够均匀扩展提供良好条件，晶圆W的边缘区域包括以晶圆W中心为圆心，外径为晶圆W的半径，内径范围D1为70～90mm的圆环。对于图1中的S2阶段，在此阶段中晶圆W提高旋转速度，显影液喷头200在晶圆W的中心区域喷出预湿显影液，晶圆W较高旋转速度提供给显影液较大的离心力，从而使得显影液顺着已经均匀扩展的辅助液进一步均匀扩展到晶圆W光刻胶的表面；至于显影液喷头200不在晶圆W的中心区域喷射预湿显影液，而是在晶圆W的中心区域喷射，是由于后续S4显影过程中显影液喷头200会在晶圆W的中心区域喷射显影液，而且显影液喷头200喷射显影液的过程中，显影液的流速会对晶圆W表面的光刻胶造成一定程度的冲击力，在一定程度上影响反应的均匀性，因此对于预湿过程为了避免再次对在晶圆W的中心区域造成冲击力，且保证预湿显影液均匀扩展，采用了在晶圆W的中心区域喷射证预湿显影液的技术方案，晶圆W的中心区域包括以晶圆W的中心为圆心，半径范围D2为15～35mm的圆。对于S3阶段，使晶圆W的旋转速度提高到第二速度V2，第二速度V2范围为100～400rpm，第二速度V2优选100rpm，保持第二速度V2旋转第一时间段0.5s～1.5s，以保证扩展预湿显影液和辅助液以均匀润湿晶圆W表面的光刻胶。

对于S1，在辅助液喷头300沿径向从晶圆W的边缘区域处向晶圆W的中心移动的过程中，辅助液喷头300的移动速度以及辅助液喷头300喷出辅助液的流速和流量，对辅助液是否能够均匀地扩展到光刻胶表面产生一定影响，确定辅助液喷头300的移动速度、辅助液的流量和流速从而在一定程度上能够保证辅助液扩展的均匀性，当辅助液喷头300的移动速度为17～23mm/s，辅助液喷头300喷出辅助液的流速为350～450ml/min，流量为16.60～16.70ml时辅助液扩展的均匀性最高。

同样地，对于S2，显影液喷头200喷出预湿显影液的流速和流量对预湿显影液是否能够均匀地扩展到光刻胶表面产生一定影响，确定显影液喷头200喷出预湿显影液的流速和流量从而在一定程度上能够保证预湿显影液与光刻胶反应的均匀性，当显影液喷头200喷出的预湿显影液的流速为200～300ml/min，流量为11.60～12.70ml时，预湿显影液与图案部分的光刻胶的反应程度最佳，且反应均匀性最高。

在上述步骤的基础上，为了进一步降低S4显影过程中的显影缺陷概率，对于S4：对晶圆W进行显影，其第一种实施例包括以下步骤：

S411：使辅助液喷头300在晶圆W的中心喷出辅助液；

S412：使显影液喷头200在晶圆W的中心喷出显影液；

S413：使晶圆W的旋转速度由第二速度V2提高到第四速度V4，保持第四速度V4旋转第三时间段，扩展显影液和辅助液以均匀润湿晶圆W表面的光刻胶。

由于在步骤S3之后，晶圆W上图案部分的光刻胶已经有了初步的溶解，因此在步骤S4中，所需要的用于与剩余图案部分光刻胶反应的显影液的量较少，且步骤S3之后晶圆W的旋转速度为第一速度V1，通过将晶圆W的旋转速度由第二速度V2提高到第四速度V4，第四速度V4优选1200rpm，从而进一步增大离心力，使得步骤S412中喷出的显影液能够均匀地扩展到整个晶圆W表面的光刻胶，将多余的显影液甩出，控制积留在光刻胶表面的显影液的量，从而降低显影过程中显影缺陷概率。

为了控制预湿过程中预湿显影液与光刻胶初步反应的程度，在S4：对晶圆W进行显影之前，还包括静置过程S5，静置过程S5包括：使晶圆W静止第二时间段，预湿显影液溶解晶圆W表面图案部位的光刻胶。通过静置过程并通过对静置时间的控制，能够使得预湿显影液在所需预湿程度内均匀地与图案部位光刻胶反应，进而为后续显影步骤的均匀进行提供良好的基础。

在上述静置过程S5之后进行的显影过程为S4的第二种具体实施例，如图1所示，包括以下步骤：

S421：使辅助液喷头300在晶圆W的中心喷出辅助液；

S422：使晶圆W的旋转速度由静止提高至第三速度V3；

S423：使显影液喷头200在晶圆W的中心喷出显影液；

S424：使晶圆W的旋转速度由第三速度V3提高到第四速度V4，保持第四速度V4旋转第三时间段，扩展显影液和辅助液以均匀润湿晶圆W表面的光刻胶。

由于在静置过程之后，晶圆W上图案部分的光刻胶已经有了初步的溶解，因此在步骤S4中，所需要的用于与剩余图案部分光刻胶反应的显影液的量较少，且静置过程之后晶圆W静止，通过将晶圆W的旋转速度提高至第三速度V3以使得辅助液先均匀扩展在光刻胶的表面，再在晶圆W的中心喷出显影液，通过将晶圆W的旋转速度由第三速度V3提高至第四速度V4，以进一步增大离心力，使得步骤S423中喷出的显影液能够均匀地扩展到整个晶圆W表面的光刻胶，将多余的显影液甩出，控制积留在光刻胶表面的显影液的量，从而降低显影过程中显影缺陷概率。所述第三速度V3的范围为1000～1200rpm，所述第四速度V4的范围为1000～1200rpm。

最后再S4之后进行清洗显影过程S6，清洗显影过程包括：

使辅助液喷头300向晶圆W喷出辅助液，以清洗已溶解的图案部分的光刻胶。

作为本发明第二方面，提供一种显影装置，用于对经过曝光后的晶圆W供给显影液而进行显影的装置。其中一种实施例的显影装置，如图6所示，包括：

旋转机构100，用于使得放置在其上的晶圆W水平地旋转；

显影液喷头200，用于向晶圆W上喷射出显影液；

辅助液喷头300，用于向晶圆W上喷射辅助液，辅助液为对光刻胶没有显影作用，用于辅助显影液扩展到晶圆W整个表面的液体；

控制系统400，用于输出控制信号，其输出的控制信号用于控制旋转机构100、显影液喷头200和辅助液喷头300执行本发明第一方面说明的显影方法。

控制系统400包括：CPU410、程序存储部420、存储器430和数据总线440，CPU410、程序存储部420以及存储器430分别和数据总线440连接。旋转机构100、显影液喷头200和辅助液喷头300分别与数据总线440连接，程序存储部420中存储有工艺制程程序；通过CPU410调用工艺制程程序，从而输出用于控制旋转机构100、显影液喷头200和辅助液喷头300的控制信号。

通过控制系统输出的控制信号控制旋转机构100、显影液喷头200和辅助液喷头300执行本发明第一方面说明的显影方法，进而控制显影液喷头200和辅助液喷头300在显影过程之前进行预湿过程，预湿过程使得较少量的预湿显影液和图案部分的光刻胶预先发生反应，从而溶解图案部分光刻胶的表面层，为操作人员根据预湿过程的效果调整显影过程提供条件，并且能够缩短显影过程的反应时间，降低对显影过程有关显影液的要求，进而降低操作难度，使得产品良率提高。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种显影方法，其特征在于，包括：

使曝光后的晶圆以第一速度旋转，辅助液喷头沿径向从所述晶圆的边缘区域处向所述晶圆的中心移动，所述辅助液喷头在移动过程中喷出辅助液；

使所述晶圆提高旋转速度，显影液喷头在所述晶圆的中心区域喷出预湿显影液；

使所述晶圆的旋转速度提高到第二速度，保持所述第二速度旋转第一时间段，扩展预湿显影液和辅助液以均匀润湿晶圆表面的光刻胶；

使所述辅助液喷头在所述晶圆的中心喷出辅助液；

使所述显影液喷头在所述晶圆的中心喷出显影液；

使所述晶圆的旋转速度由第二速度提高到第四速度，保持第四速度旋转第三时间段，扩展显影液和辅助液以均匀润湿所述晶圆表面的光刻胶。

2.如权利要求1所述的显影方法，其特征在于，所述晶圆的边缘区域包括以晶圆中心为圆心，外径为所述晶圆的半径，内径范围为70~90mm的圆环。

3.如权利要求1所述的显影方法，其特征在于，在所述辅助液喷头沿径向从所述晶圆的边缘区域处向所述晶圆的中心移动的过程中，所述辅助液喷头的移动速度为17~23mm/s。

4.如权利要求1所述的显影方法，其特征在于，所述晶圆的中心区域包括以所述晶圆的中心为圆心，半径范围为15~35mm的圆。

5.如权利要求1所述的显影方法，其特征在于，所述在辅助液喷头移动过程中喷出辅助液中，所述辅助液喷头喷出辅助液的流速为350~450ml/min，流量为16.60~16.70ml。

6.如权利要求1所述的显影方法，其特征在于，所述显影液喷头在晶圆中心区域喷出预湿显影液中，所述显影液喷头喷出预湿显影液的流速为200~300ml/min，流量为11.60~12.70ml。

7.如权利要求1所述的显影方法，其特征在于，在对所述晶圆进行显影之前，还包括：

使所述晶圆静止第二时间段，预湿显影液溶解所述晶圆表面图案部位的光刻胶。

8.如权利要求7所述的显影方法，其特征在于，所述使所述晶圆静止第二时间段之后，还包括：

使所述辅助液喷头在所述晶圆的中心喷出辅助液；

使所述晶圆的旋转速度由静止提高至第三速度；

使所述显影液喷头在所述晶圆的中心喷出显影液；

使所述晶圆的旋转速度由第三速度提高到第四速度，保持第四速度旋转第三时间段，扩展显影液和辅助液以均匀润湿所述晶圆表面的光刻胶。

9.如权利要求1所述的显影方法，其特征在于，在所述显影过程之后还进行清洗显影过程，所述清洗显影过程包括：

使所述辅助液喷头向所述晶圆喷出辅助液，以清洗已溶解的图案部分的光刻胶。

10.一种显影装置，其特征在于，包括：

旋转机构，用于使得放置在所述旋转机构上的晶圆水平旋转；

显影液喷头，用于向所述晶圆上喷射出显影液；

辅助液喷头，用于向所述晶圆上喷射辅助液；

控制系统，用于输出控制信号，所述控制信号用于控制所述旋转机构、显影液喷头和辅助液喷头执行如权利要求1至9中任一权利要求所述的显影方法。