CN112748646A - 一种厚膜光刻胶显影工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厚膜光刻胶显影工艺，属于光刻胶显影工艺技术领域。该工艺首先在转动的晶圆表面用单个显影喷头喷显影液；去离子水冲洗后旋转甩去多余的去离子水；然后采用扫描式显影喷头喷洒显影液；采用动态显影方式进行显影；用去离子水冲洗显影液及反应残留物后甩干。该工艺可以让显影液与厚膜光刻胶进行充分的反应，使晶圆无光刻胶残留，并完全去除显影过程中产生的残渣，以有效地减少线宽中的缺陷，该方法能够改善显影线宽不均匀现象，减少显影过程中的缺陷数量。
Description
技术领域
本发明涉及光刻胶显影工艺技术领域，具体涉及一种厚膜光刻胶显影工艺。
背景技术
光刻工艺是整个微电子集成电路制造工艺流程中最重要的工艺步骤，光刻工艺主要包括涂胶、曝光与显影等，随着晶圆尺寸变大和对显影分辨率要求的提高，对于显影工艺中的线宽均匀性及显影缺陷的要求也在提高。
其中，在MEMS、存储器等领域往往会用到粘度系数较大、膜厚旋涂较厚(2～4μm)的光刻胶，此时线宽的显影效果对后序其他工艺影响很大。
大量研究表明，线条的不均匀及缺陷主要来自于显影后的反应物的残留，其产生的原因如下：开始的剧烈反应产生了大块的反应产物不易溶于显影液，晶圆在显影液中长时间静止使得残留物沉积在晶圆表面，部分残留在线宽边缘，随着浸润时间加长，粘附在线条边缘上的残留物越紧密，不易在后续的清洗步骤冲洗掉。
除此之外，残留物下面已曝光光刻胶难以接触到显影液，造成线宽被堵塞。采用缺陷设备测量时就会出现线宽不均匀或线条之间被残留物阻断的情况。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种厚膜光刻胶显影工艺，该工艺可以让显影液与厚膜光刻胶进行充分的反应，使晶圆无光刻胶残留，并完全去除显影过程中产生的残渣，以有效地减少线宽中的缺陷，该方法能够改善显影线宽不均匀现象，减少显影过程中的缺陷数量。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种厚膜光刻胶显影工艺，该显影工艺具体包括如下步骤：
(1)采用单个显影喷嘴的动态喷淋方式将显影液喷洒于晶圆上的光刻胶表面，显影喷头(喷嘴)的移动方式为从晶圆中心正上方平移到晶圆边缘正上方停止，使显影液完全覆盖在光刻胶表面；
(2)采用去离子水喷嘴喷洒去离子水，由晶圆中心开始至晶圆边缘处停止，以冲洗掉显影液及反应残留物；
(3)晶圆采用一定的转速旋转，以将大部分残留的去离子水甩出晶圆表面，并保证晶圆表面湿润；
(4)采用扫描式显影喷嘴在静止的晶圆表面喷洒显影液，显影喷头(喷嘴)的移动方式为从晶圆一侧的初始位置正上方平移到晶圆另一侧的结束位置正上方，使显影液完全涂布于晶圆上；
(5)通过步骤(4)将显影液涂布于晶圆后，采用间歇式动态显影方式进行显影；所述间歇式动态显影方式是指：晶圆间歇式转动；
(6)采用去离子水喷嘴喷洒去离子水，由晶圆中心开始至晶圆边缘处停止，以冲洗掉显影液及反应残留物。
(7)将晶圆甩干。
所述厚膜光刻胶是指晶圆上涂布的膜厚为2～4μm的光刻胶。
上述步骤(1)中，显影液涂布过程中，显影喷嘴移动速度为5～10mm/s，喷洒流量为600ml/min，晶圆(承片台)转速300～500r/min。
上述步骤(2)中，去离子水喷嘴移动速度为10～15mm/s，去离子水流量为800～1200ml/min，晶圆转动速度为200r/min。
上述步骤(3)中，晶圆转动速度1500～2000r/min，转动时间2～4s。
上述步骤(4)中，扫描式显影喷嘴移动速度为20～40mm/min，显影液喷洒流量为1800ml/min。
上述步骤(5)中，间歇式动态显影方式中，晶圆循环进行静止-旋转的过程，其中，单次静止的时间为5s，单次旋转的时间为2s，单次旋转的转速为30r/min，共循环7次，显影反应时间共49s。
上述步骤(6)中去离子水冲洗的时间为步骤(2)中去离子水冲洗时间的1.5～2.5倍。
上述步骤(7)中，晶圆转动速度为2000r/min，转动时间20s。
本发明的优点和有益效果如下：
1、本发明提供了一种针对粘度系数大、膜厚较厚的光刻胶的显影工艺，采用单个显影喷头和扫描式显影喷头相配合的方式，第一次单个显影喷头可以有效的去除大块残留物，两次显影之间良好的光刻胶表面润湿效果极大的改善可光刻胶的亲水性，扫描式间歇动态显影避免了残留物的粘附，整个显影过程最终极大的改善了厚胶中光刻胶的线宽不均匀、线条堵塞以及缺陷数量等问题。
2、本发明采取了通过将单个喷嘴显影和扫描式显影喷嘴显影两种方式相配合的显影方法，一方面解决了第一次显影过程中大量残留物冲洗问题，同时改变了光刻胶表面亲水性，使得第二次显影时显影液与曝光的光刻胶充分接触；另一方面第二次显影过程中采用间歇悬浮方式使得显影过程反应更充分。
附图说明
图1是本发明所用显影单元示意图。
图2是单个显影喷嘴显影示意图。
图3是去离子水冲洗示意图。
图4是扫描式显影示意图。
图5为实施例1显影缺陷数量。
图6为对比例1显影缺陷数量。
具体实施方式
以下结合附图与实施例详述本发明。
本发明提供一种厚膜光刻胶显影工艺，图1给出该工艺中所用显影单元示意图。12英寸的晶圆被放置在承片台上，承片台可带动晶圆沿顺时针方向转动；扫描式喷嘴和单个显影喷嘴可在晶圆上方进行平移并喷洒显影液。去离子水喷嘴在单元另一侧，同样可在晶圆表面进行平移动作并喷涂去离子水。
以下实施例中的厚膜光刻胶显影工艺，是针对涂有2～4μm厚光刻胶的12英寸的晶圆进行，包括如下步骤：
1.采用单个喷嘴的动态喷淋方式由晶圆中心开始喷洒显影液至晶圆边缘处停止，承片台采用一定的速度。一方面通过单个喷嘴产生的较大的冲洗力可以将大块残留物冲散或冲离所曝光线条外，同时承片台的转动使得这部分残留物在离心力的作用下甩出晶圆表面。
2.用去离子水喷洒去离子水，由晶圆中心开始至晶圆边缘处停止；其主要目的是冲洗显影液及反应残留物。
3.采用一定的转速旋转，将大部分残留的去离子水甩出晶圆表面，但是要保证晶圆表面湿润，其目的在于避免了大量水的残留影响下一次显影液的浓度并保证了光刻胶表面的亲水性。因此此步骤采用高转速，短时间的实验条件。
4.紧接步骤3，采用扫描式显影喷嘴在静止的晶圆表面喷洒显影液。扫描式喷嘴可喷洒大量的显影液以保证显影液足够量与已曝光的光刻胶进行反应。
5.采用间歇式动态显影方式进行显影，间歇式动态显影可使得显影过程更充分，不断的液面震荡避免了残留物在晶圆表面的粘附作用。为保证足够的反应时间内多次重复震荡效果，间歇转动时转速不宜过高，避免显影液甩出晶圆表面。
6.用去离子水喷洒去离子水，由晶圆中心开始至晶圆边缘处停止；其主要目的是冲洗显影液及反应残留物。为保证冲洗效果，一般设置时间为第一次(步骤2)冲洗时间的1.5～2.5倍。
7.采用高转速长时间将晶圆甩干。
实施例1：
第一步：晶圆随承片台进行转动，采用单个喷嘴的显影喷头从晶圆中心位置正上方移动到晶圆另一侧的结束位置正上方，显影液涂布于晶圆上；移动速度为8mm/s，喷洒流量为600ml/min，承片台转速450r/min，此时，显影液可完全覆盖在光刻胶表面，如图2所示。
第二步：使用去离子水进行冲洗，去离子水喷嘴先移动到晶圆中心，然后采取扫描方式从中心移动到晶圆边缘并喷洒去离子水，去离子水喷嘴移动速度为12mm/s，流量为1000ml/min，晶圆转动速度为200r/min；如图3所示。
第三步：去离子水冲洗完后采用高转速将晶圆表面大量的残留液及残留物甩出晶圆表面，但是需保持光刻胶湿润，晶圆转动速度1500～2000r/min，转动时间2～4s。
第四步：晶圆在承片台上保持静止状态，采用扫描式显影喷嘴从晶圆一侧的初始位置正上方移动到晶圆另一侧的结束位置正上方，显影液涂布于晶圆上；移动速度为25mm/min，喷洒流量为1800ml/min，此时，显影液可完全覆盖在光刻胶表面，如图4所示。
第五步：显影液反应过程采取承片台间歇性转动性方式，但是要保证已经涂覆的显影液不被旋转时掉落。本步骤中承片台先静止5s(0r/min)，然后旋转2s(30r/min)；再静止5s(0r/min)，然后再旋转2s(30r/min)；如此方式循环7次，显影反应时间共49s。
第六步：使用去离子水进行冲洗，去离子水喷嘴先移动到晶圆中心，然后采取扫描方式从中心移动到晶圆边缘并喷洒去离子水，去离子水喷嘴移动速度为5mm/s，流量为1000ml/min，晶圆转动速度为200r/min。
第七步：采用高转速长时间转动，将晶圆甩干。晶圆转动速度为2000r/min，时间20s。
本实施例中，对于2～4μm厚度的光刻胶，在显影分辨率、减少缺陷数量、改善线宽(nm)均匀性方面，具有优异的作用效果，相较于对比例，缺陷数量可降低一倍左右，线宽均匀性3σ在30nm以内，线宽Range在10％以内(图5)。
对比例1：
对比例中采用两次扫描式显影工艺方式，并进行了缺陷结果检测，其结果如图6所示，具体实施方式如下：
第一步：晶圆在承片台上保持静止状态，采用扫描式显影喷嘴从晶圆一侧的初始位置正上方移动到晶圆另一侧的结束位置正上方，显影液涂布于晶圆上；移动速度约为25mm/min左右，喷洒流量为1600～2000ml/min，此时，显影液可完全覆盖在光刻胶表面。
第二步：显影液反应过程采取静止显影方式显影反应时间共49s。
第三步：使用去离子水进行冲洗，去离子水喷嘴先移动到晶圆中心，然后采取扫描方式从中心移动到晶圆边缘并喷洒去离子水，去离子水喷嘴移动速度为5mm/s，流量为1000ml/min，晶圆转动速度为200r/min。
第四步：采用高转速长时间转动，将晶圆甩干。晶圆转动速度为2000r/min，时间20s。
第五步：重复步骤一、二、三、四。
另外，关于旋转速度及时间、显影液流量、显影喷嘴移动速度、间歇显影次数和时间，可根据晶圆或者光刻胶的粘性系数、膜厚等，存在与上述参数不同的情况，但在上述的本发明的技术框架范围内可以进行变更。
Claims (9)
1.一种厚膜光刻胶显影工艺，其特征在于：该显影工艺具体包括如下步骤：
(1)采用单个显影喷嘴的动态喷淋方式将显影液喷洒于晶圆上的光刻胶表面，显影喷头(喷嘴)的移动方式为从晶圆中心正上方平移到晶圆边缘正上方停止，使显影液完全覆盖在光刻胶表面；
(2)采用去离子水喷嘴喷洒去离子水，由晶圆中心开始至晶圆边缘处停止，以冲洗掉显影液及反应残留物；
(3)晶圆采用一定的转速旋转，以将大部分残留的去离子水甩出晶圆表面，并保证晶圆表面湿润；
(4)采用扫描式显影喷嘴在静止的晶圆表面喷洒显影液，显影喷头(喷嘴)的移动方式为从晶圆一侧的初始位置正上方平移到晶圆另一侧的结束位置正上方，使显影液完全涂布于晶圆上；
(5)通过步骤(4)将显影液涂布于晶圆后，采用间歇式动态显影方式进行显影；所述间歇式动态显影方式是指：晶圆间歇式转动；
(6)采用去离子水喷嘴喷洒去离子水，由晶圆中心开始至晶圆边缘处停止，以冲洗掉显影液及反应残留物。
(7)将晶圆甩干。
2.根据权利要求1所述的厚膜光刻胶显影工艺，其特征在于：所述厚膜光刻胶是指晶圆上涂布的膜厚为2～4μm的光刻胶。
3.根据权利要求1所述的厚膜光刻胶显影工艺，其特征在于：步骤(1)中，显影液涂布过程中，显影喷嘴移动速度为5～10mm/s，喷洒流量为600ml/min，晶圆(承片台)转速300～500r/min。
4.根据权利要求1所述的厚膜光刻胶显影工艺，其特征在于：步骤(2)中，去离子水喷嘴移动速度为10～15mm/s，去离子水流量为800～1200ml/min，晶圆转动速度为200r/min左右。
5.根据权利要求1所述的厚膜光刻胶显影工艺，其特征在于：步骤(3)中，晶圆转动速度1500～2000r/min，转动时间2～4s。
6.根据权利要求1所述的厚膜光刻胶显影工艺，其特征在于：步骤(4)中，扫描式显影喷嘴移动速度为20～40mm/min，显影液喷洒流量为1600～2000ml/min。
7.根据权利要求1所述的厚膜光刻胶显影工艺，其特征在于：步骤(5)中，间歇式动态显影方式中，晶圆循环进行静止-旋转的过程，其中，单次静止的时间为5s，单次旋转的时间为2s，单次旋转的转速为30r/min，共循环7次，显影反应时间共49s。
8.根据权利要求1所述的厚膜光刻胶显影工艺，其特征在于：步骤(6)中去离子水冲洗的时间为步骤(2)中去离子水冲洗时间的1.5～2.5倍。
9.根据权利要求1所述的厚膜光刻胶显影工艺，其特征在于：步骤(7)中，晶圆转动速度为2000r/min，转动时间20s。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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