CN111123663A - 光刻胶设备 - Google Patents

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CN111123663A CN201910232318.5A CN201910232318A CN111123663A CN 111123663 A CN111123663 A CN 111123663A CN 201910232318 A CN201910232318 A CN 201910232318A CN 111123663 A CN111123663 A CN 111123663A
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郭宏瑞
余振华
陆德源
李明潭
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Abstract

一种光刻胶设备及一种方法。所述光刻胶设备包括预烘烤设备。所述预烘烤设备包括：热板；第一盖体，位于所述热板之上；第二盖体，位于所述第一盖体之上；第一加热元件，沿所述第一盖体的最顶表面延伸；以及第二加热元件，沿所述第二盖体的最顶表面延伸。

Description

光刻胶设备
技术领域
本发明实施例涉及一种光刻胶设备。
背景技术
随着消费者装置因应于消费者需求而变得越来越小，这些装置的各别组件的大小也需要减小。构成装置(例如，移动电话、计算机平板等)的主要组件的半导体装置面临需要变得越来越小的压力，与此对应地，半导体装置内各别装置(例如，晶体管、电阻器、电容器等)也面临大小需要减小的压力。
在半导体装置的制造工艺中使用的一种使能技术(enabling technology)是使用光刻材料。这种材料被涂敷到表面且接着被曝光于自身已被图案化的能量。这种曝光会改变光刻材料被曝光的区域的化学性质及物理性质。由于发生这种改变而且光刻材料未被曝光的区域未发生改变，可由此将一个区域移除而不移除另一个区域。
然而，随着各别装置的大小减小，用于光刻处理的工艺容忍度(process window)变得越来越紧绷。由此，需要在光刻处理领域中取得进步以保持使装置按比例缩小的能力，且需要进一步的改善来满足所期望的设计准则以使得组件越来越小的发展趋势可得到维持。
发明内容
根据本发明的实施例，一种光刻胶设备包括预烘烤设备。预烘烤设备包括热板、第一盖体、第二盖体、第一加热元件以及第二加热元件。第一盖体位于所述热板之上。第二盖体位于所述第一盖体之上。第一加热元件沿所述第一盖体的最顶表面延伸。第二加热元件沿所述第二盖体的最顶表面延伸。
根据本发明的实施例，一种光刻胶设备包括预烘烤设备。预烘烤设备包括热板、第一盖体、第二盖体、第一加热元件、第二加热元件、排出管以及第三加热元件。热板被配置成将晶片的温度升高到第一温度。第一盖体位于所述热板之上。第二盖体位于所述第一盖体之上。第一加热元件沿所述第一盖体的最顶表面延伸，所述第一加热元件被配置成将所述第一盖体的温度升高到第二温度。第二加热元件沿所述第二盖体的最顶表面延伸，所述第二加热元件被配置成将所述第二盖体的温度升高到第三温度。排出管连接到所述第二盖体。第三加热元件沿所述排出管的外表面延伸，所述第三加热元件被配置成将所述排出管的温度升高到第四温度。
根据本发明的实施例，一种光刻胶设备的操作方法包括：将上面形成有光刻胶层的衬底转移到预烘烤设备内以及使用所述预烘烤设备对所述光刻胶层执行预烘烤工艺。预烘烤设备包括热板、第一盖体、第二盖体、第一加热元件、第二加热元件、排出管以及第三加热元件。所述衬底放置在所述热板上。第一盖体位于所述热板之上。第二盖体位于所述第一盖体之上。第一加热元件沿所述第一盖体的最顶表面延伸。第二加热元件沿所述第二盖体的最顶表面延伸。排出管连接到所述第二盖体。第三加热元件沿所述排出管的外表面延伸。所述预烘烤工艺包括：使用所述热板将所述光刻胶层的温度升高到第一温度；使用所述第一加热元件将所述第一盖体的温度升高到第二温度；使用所述第二加热元件将所述第二盖体的温度升高到第三温度；以及使用所述第三加热元件将所述排出管的温度升高到第四温度。
附图说明
结合附图阅读以下详细说明，会最好地理解本公开的各个方面。应注意，根据本行业中的标准惯例，各种特征并非按比例绘制。事实上，为使论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。
图1示出根据一些实施例的光刻胶轨道(photoresist track)系统。
图2A及图2B示出根据一些实施例对光刻胶进行的涂敷。
图3到图8示出根据一些实施例对光刻胶进行的显影前烘烤(pre-developmentbaking)。
图9示出根据一些实施例对光刻胶进行的曝光。
图10示出根据一些实施例对光刻胶进行的曝光后烘烤(post-exposure baking)。
图11A到图11D示出根据一些实施例对光刻胶进行的显影。
图12是示出根据一些实施例的形成光刻胶层的方法的流程图。
[符号的说明]
100：光刻胶轨道系统；
101：涂布站；
102、114：加载互锁腔室；
103：预烘烤站；
104：转移室；
105：曝光站；
107：后烘烤站；
109：显影机站；
111：硬烘烤站；
200：半导体装置；
201：衬底；
202：旋转夹盘；
203：装置；
204：分配手臂；
205：层间介电层；
206：轨道；
207：金属化层；
208：喷嘴；
209：靶层；
211：光刻胶；
301：热板；
305：加热元件；
307：突出部；
309：第一盖体；
311：第二盖体；
313、317、333、337：孔；
315：凹槽；
319：引入管；
321：排出管；
323：空气；
325：汽化的溶剂成分；
327：阻尼器；
329：环形闸门；
331：第一加热元件；
335：第二加热元件；
339：第三加热元件；
341：第四加热元件；
901：经曝光的区域；
903：未经曝光的区域；
905：支撑板；
907：能量源；
909：经图案化的掩模；
911：能量；
913：光学器件；
915：经图案化的能量；
1001：曝光后烘烤(PEB)；
1101：旋转显影机夹盘；
1103：旋转主轴；
1105：显影剂分配手臂；
1107：显影剂喷嘴；
1109：显影机轨道；
1111：显影剂储存罐；
1113：显影剂；
1200：方法；
1201、1203、1205、1207、1209、1211：步骤。
具体实施方式
以下公开内容提供用于实施本发明的不同特征的许多不同的实施例或实例。以下阐述组件及配置形式的具体实例以简化本公开内容。当然，这些仅为实例而并非旨在进行限制。例如，在以下说明中将第一特征形成在第二特征“之上”或第二特征“上”可包括其中第一特征与第二特征被形成为直接接触的实施例，且也可包括其中第一特征与第二特征之间可形成有附加特征以使得所述第一特征与所述第二特征可能不直接接触的实施例。另外，本公开内容可能在各种实例中重复使用参考编号和/或字母。这种重复使用是出于简洁及清晰的目的，而并非自身表示所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。
此外，为易于说明，本文中可能使用例如“在...之下(beneath)”、“在...下面(below)”、“下部的(lower)”、“上方(above)”、“上部的(upper)”等空间相对性用语来阐述图中所示的一个元件或特征与另一(其他)元件或特征的关系。所述空间相对性用语旨在除图中所绘示的取向外还囊括装置在使用或操作中的不同取向。装置可具有其他取向(旋转90度或处于其他取向)，且本文中所用的空间相对性描述语可同样相应地进行解释。
将针对具体内容(即，在制造半导体装置时利用的光刻胶系统及光刻胶工艺)来阐述实施例。然而，亦可对其他制造工艺应用其他实施例。本文中所提出的各种实施例提供一种显影前烘烤站/设备，所述显影前烘烤站/设备会避免光刻胶溶剂蒸气在显影前烘烤站/设备的壁上凝结。在一些实施例中，通过消除显影前烘烤站/设备中的冷区(cold region)来避免光刻胶溶剂蒸气的凝结。各种实施例允许由于溶剂凝结而在光刻胶中造成的缺陷可被减少或避免，并允许清洁显影前烘烤站/设备以从显影前烘烤站/设备的壁和其他组件移除凝结的溶剂的需要可被消除。因此，晶片良率提高且显影前烘烤站/设备的(因清洁显影前烘烤站/设备而造成的)空闲时间可缩短或被消除。
现参照图1，图1示出光刻胶轨道系统100，光刻胶轨道系统100具有第一加载互锁腔室(loadlock chamber)102、涂布站101、预烘烤站103、曝光站105、后烘烤站107、显影机站(developer station)109、选择性的硬烘烤站111、多个转移腔室(transfer chamber)104及第二加载互锁腔室114。在一些实施例中，光刻胶轨道系统100是用于对衬底201(未在图1中示出，而是在以下针对图2B进行示出及论述)进行处理的轨道系统，且光刻胶轨道系统100是自封闭的完全自含式系统(self-enclosed,fully contained system)，衬底201可在开始时被放置到所述系统中。一旦位于光刻胶轨道系统100内，衬底201便可在站与站之间移动且在不破内部环境的条件下进行处理，由此将衬底201与可能会对衬底201的处理造成污染或干扰的周围环境隔离开。
在一些实施例中，光刻胶轨道系统100通过例如第一加载互锁腔室102将半导体衬底接收到光刻胶轨道系统100内。第一加载互锁腔室102对外部空气敞开且接收衬底201。一旦衬底201位于第一加载互锁腔室102内，第一加载互锁腔室102便可关闭，从而将衬底201与外部空气隔离。一旦被隔离，第一加载互锁腔室102便可接着将剩余的外部空气抽离，以准备将衬底201通过例如转移室104移动到光刻胶轨道系统100的其余部分中。
转移室104可为一个或多个机械手臂(robotic arm)(未在图1中单独示出)，所述一个或多个机械手臂可抓握衬底201、移动衬底201以及将衬底201从第一加载互锁腔室102转移到例如涂布站101。在一些实施例中，机械手臂可伸到加载互锁腔室102中，抓握衬底201，并将衬底201转移到转移室104内。一旦进入内部，转移室104便可将门关闭以将转移室104与加载互锁腔室102隔离，从而使加载互锁腔室102可再次对外部空气敞开而不会污染光刻胶轨道系统100的其余部分。一旦与加载互锁腔室102隔离，转移室104便可对下一站(例如，涂布站101)敞开，且仍抓持住衬底201的机械手臂可伸到下一站中并对衬底201进行沉积以进行进一步处理。
在一些实施例中，位于第一加载互锁腔室102与涂布站101之间的转移室104将衬底201从第一加载互锁腔室102直接转移到涂布站101内。然而，其他处理站也可位于加载互锁腔室102与涂布站101之间。举例来说，作为另外一种选择，可包括可用于使衬底201准备接收光刻胶211(未在图1中示出，而是在以下针对图2B进行示出及论述)的清洁站、温度控制站或任何其他类型的站。可使用任何合适类型或数目的站，且所有这些站均旨在包含于实施例的范围内。
另外，转移室104在图1中被示出为位于处理站中的每一个处理站之间(例如，第一加载互锁腔室102与涂布站101之间、涂布站101与曝光站105之间，等等)的单独的转移室104。然而，此旨在为示例性的而不旨在对实施例进行限制。转移室104的确切数目将至少部分地取决于各个工艺站的总体结构布局。举例来说，如果工艺站以线性方式排列(如在图1中所示)，则可在每一站之间均存在转移室104。然而，在其中各个工艺站或各组工艺站排列成例如一个或多个圆形的其他实施例中，则可利用单个转移室104来将所处理的衬底(例如，衬底201)移动到各个工艺站中以及从所述各个处理站移出。所有这些排列均旨在包含于实施例的范围内。
图2A示出涂布站101的俯视图，转移室104将衬底201放置到涂布站101中，且图2B示出根据一些实施例的在涂布站101内进行处理之后的衬底201的剖视图。在一些实施例中，涂布站101是旋涂站且包括旋转夹盘(rotating chuck)202、分配手臂(dispensingarm)204及轨道206。旋转夹盘202从转移室104接收衬底201并在处理期间抓持衬底201。在一些实施例中，旋转夹盘202可为真空夹盘、静电夹盘或类似夹盘。
分配手臂204具有喷嘴(nozzle)208，以将光刻胶211(参见图2B)分配到衬底201上。在一些实施例中，分配手臂204可相对于旋转夹盘202为可移动的，以使分配手臂204可在衬底201之上移动(在图2A中由箭头示出且分配手臂以虚线示出)来均匀地分配光刻胶211。分配手臂204可借助轨道206来回移动，轨道206提供固定基准以辅助分配手臂204进行自身移动。
在操作期间，抓持衬底201的旋转夹盘202可以约10rpm到约4000rpm的速度旋转，但是也可利用任何合适的速度。在旋转夹盘202旋转的同时，分配手臂204可在衬底201之上移动且开始通过喷嘴208来将光刻胶211分配到衬底201上。衬底201的旋转会帮助光刻胶211在衬底201上均匀地散布到例如介于约10nm与约100,000nm之间(例如，约30,000nm)的厚度。
然而，如所属领域中的一般技术人员将认识到，以上在图2A中示出及阐述的旋涂配置旨在仅为示例性的而不旨在对实施例进行限制。而是，作为另外一种选择，也可利用可用于涂敷光刻胶211的涂布站101的任何合适的配置，例如浸渍涂布配置(dip coatingconfiguration)、气刀涂布配置(air-knife coating configuration)、幕帘涂布配置(curtain coating configuration)、线棒涂布配置(wire-bar coating configuration)、凹版涂布配置(gravure coating configuration)、叠层配置(laminationconfiguration)、挤压涂布配置(extrusion coating configuration)、其组合或类似配置。涂布站101的所有这些合适的配置均旨在包含于实施例的范围内。
图2B示出在衬底201之上分配光刻胶211之后的具有衬底201的半导体装置200。以下组件也被示出为形成在衬底201上(在涂敷光刻胶211之前)：位于衬底201上的装置203、位于装置203之上的层间介电(interlayer dielectric，ILD)层205、位于层间介电层205之上的金属化层207以及位于层间介电层205之上的靶层(target layer)209。在一些实施例中，使用光刻胶211来将靶层209图案化或者以其他方式对靶层209进行处理。衬底201可包含经掺杂或未经掺杂的块状硅、或绝缘体上硅(silicon-on-insulator，SOI)衬底的有源层。一般来说，SOI衬底包含一层半导体材料，例如硅、锗、硅锗、SOI、绝缘体上硅锗(silicongermanium on insulator，SGOI)或其组合。可使用的其他衬底包括多层式衬底、梯度衬底(gradient substrate)或混合取向衬底(hybrid orientation substrate)。
装置203在图2B中被表示为单个晶体管。然而，所属领域中的技术人员将认识到，可使用各种各样的装置(例如，电容器、电阻器、电感器、二极管、光二极管、熔丝(fuse)等)来满足半导体装置200的设计的所期望结构要求及功能要求。装置203可在衬底201的表面内或表面上使用任何合适的方法形成。
层间介电层205可包含低介电常数介电材料，例如磷硅酸盐玻璃(phosphosilicate glass，PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(borophosphosilicate glass，BPSG)、氟硅酸盐玻璃(fluorosilicate glass，FSG)、SiOxCy、旋涂玻璃、旋涂聚合物、碳化硅材料、其化合物、其复合物、其组合或类似材料。层间介电层205可通过例如以下所属领域中已知的任何合适的方法来形成：旋涂涂布方法(spin-on coating method)、化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)、等离子体增强型CVD(plasma enhanced CVD，PECVD)、低压CVD(low pressure CVD，LPCVD)、其组合或类似方法。可将层间介电层205形成到介于约
Figure BDA0002007103100000071
与约
Figure BDA0002007103100000072
之间的厚度。
金属化层207形成在衬底201、装置203及层间介电层205之上，且被设计成对各种装置203进行电连接以形成功能电路系统。尽管在图2B中被示出为单个层，然而金属化层207是由交替的介电质层与导电材料层形成，且可通过任何合适的工艺(例如，沉积、镶嵌、双镶嵌等)形成。金属化层207的数目取决于半导体装置200的设计。
靶层209形成在金属化层207之上。靶层209可为半导体装置200的旨在使用光刻胶211而被图案化或者以其他方式进行处理的任何层。在一些实施例中，靶层209可为金属化层207的上部金属化层的介电层。在这种实施例中，为了金属化层207的上部金属化层的导电特征(例如，导电线及通孔)而将靶层209图案化以形成开口。在其他实施例中，靶层209可为层间介电层，例如(举例来说)层间介电层205。在这种实施例中，省略金属化层207，在衬底201上直接形成靶层209并为了导电触点而将靶层209图案化以形成开口，所述导电触点提供与装置203的电连接。
使用涂布站101(参见图1)将光刻胶211分配到靶层209。在一些实施例中，光刻胶211在溶剂中包含聚合物树脂以及一种或多种光活性化合物(photoactive compound，PAC)。可将光刻胶211的各别成分放置到溶剂中来帮助混合及放置光刻胶211。为帮助混合及放置光刻胶211，至少部分地基于被选择用于聚合物树脂以及PAC的材料来选择溶剂。具体来说，将溶剂选择成使聚合物树脂及PAC可均匀地溶解到溶剂中并分配到靶层209上。可选地，也可向光刻胶211添加交联剂(cross-linking agent)。交联剂在曝光之后与光刻胶211内的聚合物树脂发生反应，从而帮助增大光刻胶的交联密度，此有助于改善光刻胶图案以及耐干刻蚀性。
除了聚合物树脂、PAC、溶剂及交联剂之外，光刻胶211还可包含将会帮助光刻胶211获得最高分辨率的许多其他添加剂。在一些实施例中，所述添加剂可包括表面活性剂(surfactant)、猝灭剂(quencher)、稳定剂(stabilizer)、溶解抑制剂(dissolutioninhibitor)、增塑剂(plasticizer)、着色剂(coloring agent)、粘合添加剂(adhesionadditive)、表面整平剂(surface leveling agent)、其组合或类似添加剂。可添加表面活性剂来帮助改善光刻胶211对将涂敷有光刻胶211的表面进行涂布的能力。可添加猝灭剂来抑制所产生的酸/碱/自由基在光刻胶211内的扩散，此有助于光刻胶图案配置并且提高光刻胶211随着时间的稳定性。可添加稳定剂来帮助防止在光刻胶211的曝光期间所产生的酸发生不期望的扩散。可添加溶解抑制剂来帮助控制光刻胶211在显影期间的溶解。可添加增塑剂来减少光刻胶211与下伏的层(例如，靶层209)之间的分层及破裂。可添加着色剂来帮助观察者检查光刻胶211并找到可能需要在进一步处理之前进行补救的任何缺陷。可添加粘合添加剂来促进光刻胶211与上面已涂敷有光刻胶211的下伏的层(例如，靶层209)之间的粘合。可添加表面整平剂来帮助对光刻胶211的顶表面进行整平以使得入射光将不会因不平整的表面而产生不利地变化。
在一些实施例中，将聚合物树脂及PAC以及任何期望的添加剂或其他试剂一起添加到溶剂来进行涂敷。一旦添加之后，便接着对混合物进行混合以在整个光刻胶211中得到均匀的组成从而确保不存在由光刻胶211混合不均匀或组成不一致造成的缺陷。一旦混合在一起，则光刻胶211既可在使用之前被储存也可由涂布站101通过喷嘴208分配到靶层209上。
图3示出预烘烤站103的剖视图，一旦已向衬底201涂敷了光刻胶211，便可(通过转移室104)将包括上面形成有光刻胶211的衬底201的半导体装置200转移到预烘烤站103内。在一些实施例中，预烘烤站103可包括热板301，可将衬底201放置到热板301上以进行处理。热板301可具有圆形的平面图形状，如图4所示。热板301可包括加热元件305(例如，电阻式加热元件)，加热元件305将热板301的温度升高，且因此将衬底201及光刻胶211的温度升高以在曝光之前将光刻胶211固化及干燥来完成光刻胶211的涂敷。热板301可包括突出部307，在处理期间可将衬底搁置在突出部307上。在这种实施例中，衬底201可不直接接触热板的顶表面且热板301的热量可通过预烘烤站103内的周围空气进行传递。在一些实施例中，热板301可具有介于约20cm与约45cm之间的直径。
预烘烤站103还包括位于热板301之上的第一盖体309以及位于第一盖体309之上的第二盖体311，以使得带有光刻胶211的衬底201设置在热板301与第一盖体309之间。第一盖体309可具有圆形的平面图形状，如图5所示。第一盖体309可包括延伸穿过第一盖体309的多个孔313。在一些实施例中，所述多个孔313可排列成放射状图案。在其他实施例中，所述多个孔313可基于第一盖体309的功能要求而排列成任何期望的图案。在一些实施例中，第一盖体309可具有介于约180mm与约320mm之间的直径。在一些实施例中，所述多个孔313中的每一者可具有介于约1mm与约20mm之间的直径。
第二盖体311可具有圆形的平面图形状，如图6所示。在一些实施例中，第二盖体311的直径可实质上等于第一盖体309的直径。第二盖体311在面对第一盖体309的表面上可包括多个凹槽315。在一些实施例中，所述多个凹槽315形成放射状图案。在一些实施例中，所述多个凹槽315的放射状图案与第一盖体309的所述多个孔313的放射状图案对准。在这种实施例中，所述多个凹槽315中的每一者与第一盖体309的所述多个孔313中的相应的孔313对准。第二盖体311还可包括延伸穿过第二盖体311的一个或多个孔317。在一些实施例中，所述一个或多个孔317位于第二盖体311的中心处。在图6所示实施例中，第二盖体311包括四个孔317。在其他实施例中，孔317的确切数目可取决于第二盖体311的功能要求。在一些实施例中，凹槽315在预烘烤工艺期间可引导汽化的光刻胶成分从第一盖体309的所述多个孔313流到所述一个或多个孔317。在一些实施例中，第二盖体311可具有介于约180mm与约320mm之间的直径。在一些实施例中，所述多个孔317中的每一者可具有介于约5mm与约50mm之间的直径。
预烘烤站103还包括一个或多个引入管(intake pipe)319及一个或多个排出管(exhaust pipe)321。所述一个或多个引入管319将空气323(在图3中由实线箭头示出)引入到预烘烤站103中。所述一个或多个排出管321被配置成将预烘烤工艺的挥发性副产物(例如，汽化的溶剂成分325(在图3中由虚线箭头示出))从预烘烤站103抽离。所述一个或多个排出管321可包括阻尼器(damper)327，阻尼器327被配置成改变通过所述一个或多个排出管321的汽化的溶剂成分325的流动速率。预烘烤站103还包括环形闸门(ring shutter)329。环形闸门329可在垂直方向上上下移动以使带有光刻胶211的衬底201能够转移到预烘烤站103内以及在将带有光刻胶211的衬底201转移到预烘烤站103之后将预烘烤站103相对于外部环境密封。
在一些实施例中，预烘烤站103还包括：第一加热元件331，沿着第一盖体309的上表面；第二加热元件335，沿着第二盖体311的上表面；第三加热元件339，衬在(line)所述一个或多个引入管319的外表面上；以及第四加热元件341，衬在所述一个或多个排出管321的外表面上。在一些实施例中，第一加热元件331、第二加热元件335、第三加热元件339及第四加热元件341可为电阻式加热元件且可包括由合适的电阻材料(例如，云母(mica)、石英(quartz)、聚酰亚胺、硅酮橡胶、半导体加热器、其组合或类似材料)形成的一个或多个层。第一加热元件331、第二加热元件335、第三加热元件339及第四加热元件341分别升高第一盖体309的温度、第二盖体311的温度、所述一个或多个引入管319的温度及所述一个或多个排出管321的温度。
在一些实施例中，第一加热元件331可具有圆形的平面图形状，如图7所示。第一加热元件331可包括延伸穿过第一加热元件331的多个孔333。所述多个孔333可排列成放射状图案。在一些实施例中，第一加热元件331与第一盖体309可具有实质上相同的直径。在一些实施例中，第一加热元件331的所述多个孔333与第一盖体309的所述多个孔313可具有实质上相同的直径。在一些实施例中，第一加热元件331的所述多个孔333与第一盖体309的所述多个孔313可排列成实质上相似的放射状图案。在一些实施例中，第一加热元件331的所述多个孔333中的每一者与第一盖体309的所述多个孔313中的相应的孔313对准。
在一些实施例中，第二加热元件335可具有圆形的平面图形状，如图8所示。第二加热元件335可包括在第二加热元件335的中心处延伸穿过第二加热元件335的孔337。在一些实施例中，所述一个或多个排出管321的垂直部分延伸穿过第二加热元件335中的孔337。在一些实施例中，第二加热元件335与第二盖体311可具有实质上相同的直径。在一些实施例中，第二加热元件335可包括比第一加热元件331更多数量的电阻层。
在将带有光刻胶的衬底201引入到预烘烤站103中且将衬底201放置在热板301上之后，通过热板301来升高衬底201及光刻胶211的温度以在曝光之前将光刻胶211固化及干燥来完成光刻胶211的涂敷。光刻胶211的固化及干燥会移除溶剂成分，同时留下聚合物树脂、PAC、交联剂及其他所选择的添加剂。在一些实施例中，可在适于使光刻胶211的溶剂汽化的衬底温度(例如，介于约100℃与200℃之间，例如约150℃)下执行预烘烤，但确切的温度取决于为光刻胶211所选择的材料。在一些实施例中，第一加热元件331、第二加热元件335、第三加热元件339及第四加热元件341分别将第一盖体309的温度、第二盖体311的温度、所述一个或多个引入管319的温度及所述一个或多个排出管321的温度升高到介于约150℃与250℃之间(例如，约200℃)的温度。在一些实施例中，在预烘烤工艺期间，第一加热元件331、第二加热元件335、第三加热元件339及第四加热元件341可具有相同的温度。在其他实施例中，在预烘烤工艺期间，第一加热元件331、第二加热元件335、第三加热元件339及第四加热元件341可具有不同的温度。在一些实施例中，在预烘烤工艺期间，第一加热元件331的温度、第二加热元件335的温度、第三加热元件339的温度或第四加热元件341的温度高于衬底201及光刻胶211的温度。所述预烘烤工艺被执行达足以固化及干燥光刻胶211的时间，例如介于约10秒到约10分钟之间(例如，约300秒)。
在一些实施例中，汽化的溶剂成分325流过第一盖体309的孔313、第一加热元件331的孔333以及第二盖体311的孔317，且通过所述一个或多个排出管321从预烘烤站103被抽离。通过升高第一盖体309的温度、第二盖体311的温度、所述一个或多个引入管319的温度或所述一个或多个排出管321的温度，预烘烤站103的冷区得到减少或消除。因此，会减少或避免汽化的溶剂成分325在第一盖体309、第二盖体311、所述一个或多个引入管319或所述一个或多个排出管321上凝固。
图9示出根据一些实施例的曝光站105。在一些实施例中，在预烘烤站103(参见图3)中将光刻胶211固化及干燥之后，(例如，通过转移室104)将上面形成有光刻胶211的衬底201转移到曝光站105内。曝光站105将对光刻胶211进行曝光以在光刻胶211内形成经曝光的区域901及未经曝光的区域903。在一些实施例中，曝光站105可包括支撑板905、能量源907、位于支撑板905与能量源907之间的经图案化的掩模909、及光学器件913。在一些实施例中，支撑板905是可供放置或贴合带有光刻胶211的衬底201的表面，且所述表面在光刻胶211的曝光期间对衬底201提供支撑及控制。另外，支撑板905可沿一个或多个轴移动，以及对衬底201及光刻胶211提供任何期望的加热或冷却以防止温度梯度影响曝光工艺。
在一些实施例中，能量源907向光刻胶211供应能量911(例如，光)以引发PAC的反应，PAC继而与聚合物树脂反应以使光刻胶211被能量911入射的那些部分发生化学变化。在一些实施例中，能量911可为电磁辐射(例如，g-射线(具有约436nm的波长)、i-射线(具有约365nm的波长))、紫外辐射、远紫外辐射、x-射线、电子束或类似辐射。能量源907可为电磁辐射源，且可为KrF准分子(excimer)激光(具有248nm的波长)、ArF准分子激光(具有193nm的波长)、F2准分子激光(具有157nm的波长)或类似辐射源，但是作为另外一种选择，也可利用任何其他合适的能量911源，例如汞蒸气灯(mercury vapor lamp)、氙气灯(xenon lamp)、碳弧灯(carbon arc lamp)或类似能量源。
经图案化的掩模909位于能量源907与光刻胶211之间以阻挡能量911的一些部分并形成实际上入射在光刻胶211上的经图案化的能量915。在一些实施例中，经图案化的掩模909可包括一系列层(例如，衬底、吸收层、抗反射涂层、屏蔽层等)以反射、吸收或以其他方式阻挡能量911的一些部分到达光刻胶211的不期望被照射的那些部分。通过以期望的照射形状来形成穿过经图案化的掩模909的开口，而在经图案化的掩模909中形成期望的图案。
光学器件(在图9中由被标记为913的梯形表示)可用于在能量911离开能量源907、被经图案化的掩模909图案化以及被朝向光刻胶211引导时对能量911进行聚集、扩展、反射或以其他方式控制能量911。在一些实施例中，光学器件913包括一个或多个透镜、反射镜、滤光器、其组合或类似器件，以沿着能量911的路径来控制能量911。另外，尽管光学器件913在图9中被示出为位于经图案化的掩模909与光刻胶211之间，然而光学器件913的元件(例如，各别透镜、镜子等)也可位于能量源907(能量911的产生位置)与光刻胶211之间的任何位置处。
在一些实施例中，将包括上面形成有光刻胶211的衬底201的半导体装置200放置在支撑板905上。一旦已将经图案化的掩模909对准半导体装置200，能量源907便会产生期望的能量911(例如，光)，能量911在往光刻胶211的途中穿过经图案化的掩模909及光学器件913。入射在光刻胶211的一些部分上的经图案化的能量915在光刻胶211内引发PAC的反应。PAC在吸收经图案化的能量915后的化学反应产物(例如，酸/碱/自由基)接着与聚合物树脂反应，从而使光刻胶211在经由经图案化的掩模909而被照射的那些部分发生化学改变。
可选地，光刻胶211的曝光可使用浸没式微影技术(immersion lithographytechnique)进行。在这种技术中，可在能量源907与光刻胶211之间(且特别是在光学器件913的最末透镜与光刻胶211之间)放置浸没介质(在图9中未单独示出)。利用放置在适当位置的这种浸没介质，可利用穿过浸没介质的经图案化的能量915来对光刻胶211进行图案化。
在这种实施例中，可在光刻胶211之上形成保护层(也未在图9中单独示出)以防止浸没介质直接接触光刻胶211以及淋溶光刻胶211或以其他方式对光刻胶211造成不利影响。在一些实施例中，保护层在浸没介质内不可溶，此使得浸没介质将不会溶解保护层；且保护层在光刻胶211中不能混溶，从而使得保护层将不会对光刻胶211造成不利影响。另外，保护层是透明的，以使经图案化的能量915可不受阻碍地穿过保护层。
在一些实施例中，保护层包含保护层溶剂内的保护层树脂。用于保护层溶剂的材料至少部分地取决于为光刻胶211所选择的成分，这是由于保护层溶剂不应使光刻胶211的材料溶解以避免在涂敷及使用保护层期间光刻胶211劣化(degradation)。保护层也可包含额外的添加剂以帮助进行例如粘合、表面整平、涂布等。
在将保护层涂敷到光刻胶211上之前，首先向保护层溶剂添加保护层树脂及期望的添加剂以形成保护层组合物。接着将保护层溶剂混合以确保保护层组合物在整个保护层组合物中具有一致的浓度。
一旦保护层组合物准备好进行涂敷，便可将保护层组合物涂敷在光刻胶211之上。在一些实施例中，所述涂敷可使用例如以下工艺执行：旋涂涂布工艺、浸渍涂布方法、气刀涂布方法、幕帘涂布方法、线棒涂布方法、凹版涂布方法、叠层方法、挤压涂布方法、其组合或类似方法。在一些实施例中，可将保护层涂敷成使保护层在光刻胶211的表面之上具有介于约1000nm到约50,000nm范围内的厚度。
在已向光刻胶211涂敷保护层组合物之后，可执行保护层预烘烤以移除保护层溶剂。在一些实施例中，可在适于使保护层溶剂汽化的温度(例如，介于约60℃与200℃之间(例如，约140℃))下执行保护层预烘烤，但是确切的温度取决于为保护层组合物所选择的材料。所述保护层预烘烤被执行达足以将保护层组合物固化及干燥的时间，例如介于约10秒到约10分钟之间(例如，约300秒)。
一旦已将保护层放置在光刻胶211之上，便将带有光刻胶211及保护层的衬底201放置在支撑板905上，且可在保护层与光学器件913之间放置浸没介质。在一些实施例中，浸没介质是折射率比四周空气的折射率大(例如，折射率大于1)的液体。
在保护层与光学器件913之间放置浸没介质可使用例如曝光站105的空气刀配置来完成，由此将新鲜的浸没介质涂敷到保护层与光学器件913之间的区域并使用朝保护层引导的加压气体来控制所述新鲜的浸没介质以形成障壁并阻止浸没介质扩散。在这种实施例中，可涂敷、使用浸没介质并从保护层移除浸没介质以进行再循环，从而有新鲜的浸没介质用于实际成像工艺。
然而，上述曝光站105的空气刀配置不是可用于使用浸没方法对光刻胶211进行曝光的唯一配置。还可利用使用浸没介质的任何其他合适的配置，例如与光刻胶211及保护层一起浸没整个衬底201或者使用固态障壁代替气态障壁。可使用任何合适的方法来通过浸没介质曝光光刻胶211，且这些均旨在包含于实施例的范围内。
图10示出在已将光刻胶211于曝光站105(参见图9)中暴露到经图案化的能量915之后，可使用例如转移室104将带有光刻胶211的衬底201从曝光站105移动到后烘烤站107(参见图1)。在一些实施例中，后烘烤站107可相似于以上参照图3到图8阐述的预烘烤站103，且在本文中不再对其予以赘述。在其他实施例中，后烘烤站107可相似于以上参照图3到图8阐述的预烘烤站103，其中省略了第一加热元件331、第二加热元件335、第三加热元件339或第四加热元件341。然而，作为另外一种选择，可利用任何其他合适类型的加热系统，包括熔炉或基于蒸汽的加热系统(steam-based heating system)。
一旦位于后烘烤站107中，便可使用曝光后烘烤(post-exposure bake，PEB)(在图10中由被标记为1001的波浪线表示)来帮助产生、分配及反应在曝光站105(参见图9)中进行曝光期间通过能量911入射在PAC上而产生的酸/碱/自由基。这种帮助有助于生成或增强化学反应，所述化学反应会在光刻胶211内的经曝光的区域901与未经曝光的区域903之间产生化学差异及不同的极性。这些化学差异也会造成经曝光的区域901与未经曝光的区域903之间的溶解性差异。在一些实施例中，可将带有光刻胶211的衬底201放置在后烘烤站107中，且可将光刻胶211的温度升高到介于约60℃与约200℃之间达介于约10秒与约600秒之间的时间段。
现返回图1，光刻胶轨道系统100还可包括显影机站109，显影机站109可视需要用于对光刻胶211进行显影。在一些实施例中，显影机站109可为负型显影机，其包括专用于负型显影工艺的装备及化学物质。在其他实施例中，显影机站109可为正型显影机，其包括专用于正型显影工艺的装备及化学物质。在一些实施例中，显影机站109可通过例如转移室104连接到后烘烤站107，以使得带有光刻胶211的衬底201在PEB 1001(参见图10)之后可立刻转移到显影机站109，而不破光刻胶轨道系统100的内部环境。
图11A及图11B分别示出根据一些实施例的显影机站109的俯视图及代表性剖视图。在一些实施例中，显影机站109包括附装到旋转主轴(rotating spindle)1103的旋转显影机夹盘1101。具有显影剂喷嘴1107的显影剂分配手臂1105(位于显影机轨道1109上)可操作地连接到显影剂储存罐1111以使得显影剂储存罐1111向显影剂分配手臂1105及显影剂喷嘴1107供应新鲜的显影剂1113。
在一些实施例中，将包括衬底201的半导体装置200放置到旋转显影机夹盘1101上，所述衬底201上面形成有光刻胶211，且在旋转显影机夹盘1101是真空夹盘的实施例中使用例如真空压力来将半导体装置200抓持在适当的位置。启用附装有旋转显影机夹盘1101的旋转主轴1103，从而以介于约10rpm与约3000rpm之间的速度来对旋转显影机夹盘1101、衬底201及光刻胶211进行旋转。一旦以期望的速度对带有光刻胶211的衬底201进行旋转，显影剂分配手臂1105便在旋转的光刻胶211之上移动且开始在介于约20℃与约35℃之间(例如约23℃)的温度下以介于约0.5cc/sec与约20cc/sec之间的速率从显影剂喷嘴1107分配显影剂1113达介于约10秒与约10分钟之间(例如，约2分钟)的时间段。
在显影机站109是负型显影机的一些实施例中，显影剂分配手臂1105分配负型显影剂1113(例如，合适的有机溶剂或临界流体)以移除光刻胶211的未被暴露到能量的那些部分且由此保持其原始溶解性。在其中显影机站109是正型显影机的一些实施例中，显影剂分配手臂1105分配正型显影剂1113(例如，合适的有机溶剂或临界流体(critical fluid))以移除光刻胶211的被暴露到能量的那些部分。在其中利用浸没微影来对光刻胶211进行曝光且利用保护层来保护光刻胶211不受浸没介质影响的一些实施例中，显影剂1113可被选择成不仅移除光刻胶211的期望被移除的那些部分，而且还可被选择成在同一显影步骤中将保护层移除。作为另外一种选择，可在单独的工艺中将保护层移除，例如通过与显影剂1113分开的溶剂或者甚至通过刻蚀工艺来在显影之前将保护层从光刻胶211移除。
然而，尽管本文所述显影机站109的旋涂方法及配置是一种适于在显影机站109中对光刻胶211进行显影的方法，然而其旨在为例示性的而不旨在对实施例进行限制。而是，显影机站109可采用用于任何类型的显影工艺的任何配置形式(包括，浸渍(dip)工艺配置、混拌(puddle)工艺配置、其组合或类似配置)来包括任何机构及化学物质。显影机站109的所有这些显影工艺及配置均旨在包含于实施例的范围内。
图11C示出在执行以上参照图11A及图11B论述的显影工艺之后的半导体装置200的剖视图，其中显影机站109是负型显影机。在一些实施例中，负型显影剂1113将会使光刻胶211的未暴露到经图案化的能量915(参见图9)的未经曝光的区域903溶解。这种溶解将会使光刻胶211的已被暴露到经图案化的能量915的经曝光的区域901留下，由此将经图案化的能量915的图案转移到光刻胶211(参见图9)。一旦完成之后，便可通过在停止分配负型显影剂1113的同时，保持衬底201旋转以移除负型显影剂1113以及利用例如去离子水执行可选的冲洗(rinse)来将负型显影剂1113移除。
图11D示出在执行以上参照图11A及图11B论述的显影工艺之后半导体装置200的剖视图，其中显影机站109是正型显影机。在一些实施例中，正型显影剂1113将会使光刻胶211的已暴露到经图案化的能量915(参见图9)的经曝光的区域901溶解。这种溶解将会使光刻胶211的未被暴露到经图案化的能量915的未经曝光的区域903留下，由此将经图案化的能量915的图案转移到光刻胶211(参见图9)。一旦完成之后，便可通过在停止分配正型显影剂1113的同时，保持衬底201旋转以移除正型显影剂1113以及利用例如去离子水执行可选的冲洗来将正型显影剂1113移除。
现返回图1，在对光刻胶211于显影机站109中进行显影之后，可使用例如转移室104将衬底201及光刻胶211从显影机站109移动到硬烘烤站111。一旦带有光刻胶211的衬底201就位，便可可选地使用硬烘烤站111来帮助在显影工艺之后将光刻胶211聚合及稳定化，且也帮助改善光刻胶211与靶层209的粘合。在一些实施例中，硬烘烤站111可相似于以上参照图3到图8阐述的预烘烤站103，且在此处不再对其予以赘述。在其他实施例中，硬烘烤站111可相似于以上参照图3到图8阐述的预烘烤站103，其中省略了第一加热元件331、第二加热元件335、第三加热元件339或第四加热元件341。然而，作为另外一种选择，可利用任何其他合适类型的加热系统，包括熔炉或基于蒸汽的加热系统。
在一些实施例中，可将带有光刻胶211的衬底201放置在硬烘烤站111中，且可将光刻胶211的温度升高到介于约60℃与约150℃之间达介于约0.5分钟与约5分钟之间的时间段。一旦已对光刻胶211执行了硬烘烤以及可能期望的任何其他工艺(例如，冲洗或干燥)，便可通过第二加载互锁腔室114来将带有光刻胶211的衬底201从光刻胶轨道系统100移出。相似于第一加载互锁腔室102，第二加载互锁腔室114使衬底201能够从光刻胶轨道系统100移出而不使光刻胶轨道系统100的内部站暴露到外部空气。接着，可对半导体装置200执行一个或多个处理步骤。在一些实施例中，可使用经图案化的光刻胶层211(参见图11C及图11D)作为刻蚀掩模来对靶层209进行刻蚀。在这种实施例中，将经图案化的光刻胶层211的图案转移到靶层209。
图12是示出根据一些实施例的形成光刻胶层的方法1200的流程图。所述方法首先进行步骤1201，在步骤1201中如以上参照图2A及图2B所述将衬底(例如，图2B所示衬底201)转移到光刻胶系统(例如，图1所示光刻胶轨道系统100)的涂布站(例如，图1及图2A所示涂布站101)内。在步骤1203中，如以上参照图3到图8所述将带有光刻胶层的衬底转移到预烘烤站(例如，图1以及图3到图8所示预烘烤站103)且对光刻胶层执行预烘烤工艺。在一些实施例中，预烘烤工艺包括：使用预烘烤站的热板(例如，图3及图4所示热板301)将光刻胶层的温度设定到第一温度；使用预烘烤站的第一加热元件(例如，图3及图7所示第一加热元件331)将预烘烤站的第一盖体(例如，图3及图5所示第一盖体309)的温度设定到第二温度；使用预烘烤站的第二加热元件(例如，图3及图8所示第二加热元件335)将预烘烤站的第二盖体(例如，图3及图6所示第二盖体311)的温度设定到第三温度；使用预烘烤站的第三加热元件(例如，图3所示第三加热元件339)将预烘烤站的引入管(例如，图3所示所述一个或多个引入管319)的温度设定到第四温度；以及使用预烘烤站的第四加热元件(例如，图3所示第四加热元件341)将预烘烤站的排出管(例如，图3所示所述一个或多个排出管321)的温度设定到第五温度。在一些实施例中，第二温度、第三温度、第四温度或第五温度高于第一温度。在步骤1205中，如以上参照图9所述将带有光刻胶层的衬底转移到光刻胶系统的曝光站(例如，图1及图9所示曝光站105)内且对光刻胶层进行曝光。在步骤1207中，如以上参照图10所述将带有光刻胶层的衬底转移到光刻胶系统的后烘烤站(例如，图1所示后烘烤站107)内且对光刻胶层执行后烘烤工艺。在步骤1209中，如以上参照图11A到图11D所述将带有光刻胶层的衬底转移到光刻胶系统的显影机站(例如，图1、图11A及图11B所示显影机站109)内且对光刻胶层执行显影工艺。在步骤1211中，如以上参照图1所述将带有光刻胶层的衬底转移到光刻胶系统的硬烘烤站(例如，图1所示硬烘烤站111)内且对光刻胶层执行硬烘烤工艺。在替代实施例中，则省略步骤1211。
通过如以上参照图3到图8所述利用预烘烤站103中的第一加热元件331、第二加热元件335、第三加热元件339及第四加热元件341，可减少或消除预烘烤站103的冷区。由此，可减少或消除光刻胶溶剂蒸气在预烘烤站103的壁或其他组件上的凝结，可减少或消除光刻胶中的缺陷，且可不再需要对预烘烤站103进行清洁来从预烘烤站103的壁或其他组件移除凝结的溶剂。此使得总体制造工艺的成本更低廉且更高效。
根据实施例，一种光刻胶设备包括预烘烤设备。所述预烘烤设备包括：热板；第一盖体，位于所述热板之上；第二盖体，位于所述第一盖体之上；第一加热元件，沿所述第一盖体的最顶表面延伸；以及第二加热元件，沿所述第二盖体的最顶表面延伸。在实施例中，所述预烘烤设备还包括：排出管，连接到所述第二盖体；以及第三加热元件，环绕所述排出管。在实施例中，所述预烘烤设备还包括：引入管；以及第四加热元件，环绕所述引入管。在实施例中，所述第一加热元件包括电阻材料。在实施例中，所述第一盖体包括多个第一孔。在实施例中，所述第一加热元件包括多个第二孔。在实施例中，所述多个第一孔对准所述多个第二孔。
根据另一个实施例，一种光刻胶设备包括预烘烤设备。所述预烘烤设备包括：热板，被配置成将晶片的温度升高到第一温度；第一盖体，位于所述热板之上；第二盖体，位于所述第一盖体之上；第一加热元件，沿所述第一盖体的最顶表面延伸，所述第一加热元件被配置成将所述第一盖体的温度升高到第二温度；第二加热元件，沿所述第二盖体的最顶表面延伸，所述第二加热元件被配置成将所述第二盖体的温度升高到第三温度；排出管，连接到所述第二盖体；以及第三加热元件，沿所述排出管的外表面延伸，所述第三加热元件被配置成将所述排出管的温度升高到第四温度。在实施例中，所述第二温度、所述第三温度或所述第四温度大于所述第一温度。在实施例中，所述预烘烤设备还包括：引入管；以及第四加热元件，沿所述引入管的外表面延伸，所述第四加热元件被配置成将所述引入管的温度升高到第五温度。在实施例中，所述第五温度高于所述第一温度。在实施例中，所述第一加热元件具有圆形的平面图形状。在实施例中，所述第二加热元件具有圆形的平面图形状。在实施例中，所述第二加热元件包括多个电阻层。
根据又一实施例，一种光刻胶设备的操作方法包括：将上面形成有光刻胶层的衬底转移到预烘烤设备内。所述预烘烤设备包括：热板，其中所述衬底放置在所述热板上；第一盖体，位于所述热板之上；第二盖体，位于所述第一盖体之上；第一加热元件，沿所述第一盖体的最顶表面延伸；第二加热元件，沿所述第二盖体的最顶表面延伸；排出管，连接到所述第二盖体；以及第三加热元件，沿所述排出管的外表面延伸。所述方法还包括使用所述预烘烤设备对所述光刻胶层执行预烘烤工艺。所述预烘烤工艺包括：使用所述热板将所述光刻胶层的温度升高到第一温度；使用所述第一加热元件将所述第一盖体的温度升高到第二温度；使用所述第二加热元件将所述第二盖体的温度升高到第三温度；以及使用所述第三加热元件将所述排出管的温度升高到第四温度。在实施例中，所述第二温度、所述第三温度或所述第四温度高于所述第一温度。在实施例中，所述第二加热元件包括比所述第一加热元件更多数量的电阻层。在实施例中，所述预烘烤设备还包括：引入管；以及第四加热元件，沿所述引入管的外表面延伸。在实施例中，所述预烘烤工艺还包括使用所述第四加热元件将所述引入管的温度升高到第五温度。在实施例中，所述第五温度高于所述第一温度。
上述先进微影工艺、方法及材料可用于包括鳍型场效应晶体管(fin-type fieldeffect transistor，FinFET)在内的许多应用中。举例来说，以上公开内容非常适合于：可将鳍图案化以在各特征之间形成相对紧密的间距。另外，在形成FinFET的鳍时使用的间隔物(也被称为芯轴(mandrel))可根据以上公开内容来加工。
以上概述了若干实施例的特征，以使所属领域中的技术人员可更好地理解本公开的各个方面。所属领域中的技术人员应理解，其可容易地使用本公开作为设计或修改其他工艺及结构的基础来施行与本文中所介绍的实施例相同的目的和/或实现与本文中所介绍的实施例相同的优点。所属领域中的技术人员还应认识到，这些等效构造并不背离本公开的精神及范围，且他们可在不背离本公开的精神及范围的条件下对其作出各种改变、代替及变更。

Claims (1)

1.一种光刻胶设备，其特征在于，包括：
预烘烤设备，所述预烘烤设备包括：
热板；
第一盖体，位于所述热板之上；
第二盖体，位于所述第一盖体之上；
第一加热元件，沿所述第一盖体的最顶表面延伸；以及
第二加热元件，沿所述第二盖体的最顶表面延伸。
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