CN112859548A - 显影装置及其显影方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种显影装置及其显影方法，所述显影装置包括晶圆载台、喷涂模块和第一旋转电机，所述晶圆载台用于承载待显影的晶圆，并带动所述晶圆转动；所述喷涂模块包括液体涂布单元和气体吹扫单元；所述第一旋转电机的旋转轴与所述气体吹扫单元固定连接，用于带动所述气体吹扫单元转动，所述第一旋转电机的转动方向包括顺时针方向和逆时针方向。通过改变所述第一旋转电机的转动方向，可以使所述晶圆载台和气体吹扫单元相对反向转动，从而实现比一个旋转电机更快的相对旋转角速度，对晶圆表面进行更快的吹扫，避免了晶圆表面部分区域由于吹扫速度过慢，液体挥发导致的水渍缺陷或固体残留的问题。

Description

显影装置及其显影方法

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，特别是涉及一种显影装置及其显影方法。

背景技术

光刻是半导体器件制造中必不可少的一道工艺制程，尤其是随着特征尺寸越来越小，对光刻的要求也越来越高。在晶圆表面涂布光刻胶并进行曝光后，需要通过显影去除部分光刻胶，以形成晶圆表面部分露出、部分遮盖的光刻胶图形，传统工艺中常用整盒晶圆浸没式的显影方法进行显影，但是显影液中的有效成分会随着显影次数不断减少，因此需要不断调节显影参数并更换显影液，操作较为繁复。

而且在对晶圆进行显影后，需要对晶圆表面进行吹扫以去除残留的液体，并在液体的带动下将残留的固体吹离晶圆表面，但是当对晶圆表面吹扫的速度较慢时，晶圆表面尚未被吹扫到的液体会迅速挥发并在晶圆表面留下水渍，同时残留的固体也会附着在晶圆表面而无法吹离。残留的水渍或固体可能影响后续膜层的成膜均匀性，也有可能影响膜层间的导电性，导致整体的器件失效。

发明内容

基于此，有必要针对现有显影装置吹扫速度慢，容易产生水渍缺陷或残留固体的问题，提供一种可以快速吹干晶圆并去除残留固体的显影装置及其显影方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种显影装置，包括：

晶圆载台，用于承载待显影的晶圆，并带动所述晶圆转动；

喷涂模块，包括液体涂布单元和气体吹扫单元，所述液体涂布单元用于在晶圆表面涂布液体，所述气体吹扫单元用于去除晶圆表面的液体和固体；

第一旋转电机，所述第一旋转电机的旋转轴与所述气体吹扫单元固定连接，用于带动所述气体吹扫单元转动，所述第一旋转电机的转动方向包括顺时针方向和逆时针方向。

在其中一个实施例中，所述气体吹扫单元包括至少两个气体喷管，所述至少两个气体喷管形成一端固定另一端张开的爪形结构，所述气体喷管的固定端与第一旋转电机的旋转轴固定连接。

在其中一个实施例中，所述气体喷管的中部设有伸缩件，用于调节所述气体喷管的工作长度。

在其中一个实施例中，所述气体吹扫单元还包括喷管连接件，所述喷管连接件包括：

固定部，所述固定部的一端与所述第一旋转电机的旋转轴连接，另一端与所述气体喷管的固定端连接；

旋转臂，所述旋转臂与气体喷管一一对应，所述旋转臂的一端与所述固定部连接，另一端与相应的所述气体喷管活动连接。

在其中一个实施例中，所述旋转臂与气体喷管连接的一端设有弹性固定环，所述气体喷管穿过弹性固定环与所述旋转臂活动连接。

在其中一个实施例中，所述第一旋转电机和固定部的内部设有气体管路，用于连通所述气体喷管和气源。

在其中一个实施例中，所述气体吹扫单元还包括：

第二旋转电机，所述第二旋转电机与气体喷管一一对应，所述第二旋转电机的外壳与所述旋转臂固定连接；

传动件，与所述第二旋转电机的旋转轴固定连接，所述传动件为圆柱形，所述传动件的弧面与相应的气体喷管贴合设置，用于控制所述气体喷管的伸缩件延伸和收缩。

在其中一个实施例中，所述传动件的弧面上均匀设有多个第一齿状凸起；所述气体喷管靠近所述传动件的表面上均匀设有多个第二齿状凸起，所述第二齿状凸起与第一齿状凸起相互啮合形成同步转动。

在其中一个实施例中，所述气体吹扫单元还包括中心喷管，所述中心喷管垂直朝向所述晶圆载台。

在其中一个实施例中，所述液体涂布单元设有多个液体喷口，用于喷涂不同的液体。

在其中一个实施例中，所述晶圆载台包括第三旋转电机，用于带动所述晶圆转动。

本发明的技术方案还提供了一种显影方法，包括：

提供一已曝光晶圆，调节气体喷管至与所述晶圆匹配的长度；

在所述晶圆表面旋涂显影液；

吹扫所述晶圆，以去除晶圆表面的全部显影液。

上述显影装置，包括晶圆载台、喷涂模块和第一旋转电机，所述晶圆载台用于承载待显影的晶圆，并带动所述晶圆转动；所述喷涂模块包括液体涂布单元和气体吹扫单元，所述液体涂布单元用于在晶圆表面涂布液体，所述气体吹扫单元用于去除晶圆表面的液体和固体；所述第一旋转电机的旋转轴与所述气体吹扫单元固定连接，用于带动所述气体吹扫单元转动，所述第一旋转电机的转动方向包括顺时针方向和逆时针方向。通过改变所述第一旋转电机的转动方向，可以使所述晶圆载台和气体吹扫单元相对反向转动，从而实现比一个旋转电机更快的相对旋转角速度，对晶圆表面进行更快的吹扫，避免了晶圆表面部分区域由于吹扫速度过慢，液体挥发导致的水渍缺陷或固体残留的问题。

附图说明

图1为一实施例中的显影装置的结构示意图；

图2为一实施例中的包含第三旋转电机的显影装置的结构示意图；

图3为一实施例中的液体涂布单元的径向截面示意图；

图4为一实施例中的包含伸缩件的显影装置的结构示意图；

图5为一示例中的气体吹扫单元的工作状态的示意图；

图6为图5示例中的气体吹扫单元的工作状态的俯视示意图；

图7为另一示例中的气体吹扫单元的工作状态的示意图；

图8为图7示例中的气体吹扫单元的工作状态的俯视示意图；

图9为再一示例中的气体吹扫单元的工作状态的示意图；

图10为图9示例中的气体吹扫单元的工作状态的俯视示意图；

图11为一实施例中的包含喷管连接件的显影装置的结构示意图；

图12为一实施例中的显影装置的固定结构的示意图；

图13为一实施例中的显影装置的气体管路的示意图；

图14为一实施例中的显影装置的传动件的工作原理的示意图；

图15为一实施例中的工作长度不同的气体喷管的俯视示意图；

图16为一实施例中的包含中心喷管的显影装置的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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法或位置关系，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。

图1为一实施例中的显影装置的结构示意图，如图1所示，所述显影装置包括晶圆载台100、喷涂模块200和第一旋转电机300。

所述晶圆载台100用于承载待显影的晶圆，并带动所述晶圆转动，所述晶圆载台100的晶圆承载面与水平面平行，以确保在晶圆表面涂布液体时的成膜均匀性。

所述喷涂模块200包括液体涂布单元210和气体吹扫单元220，所述液体涂布单元210用于在所述晶圆表面涂布液体，所述气体吹扫单元220用于去除晶圆表面的液体和固体。通过设置所述液体涂布单元210，实现了简便、易操作的旋覆浸没式显影，从而提高了显影液涂布的均匀性，使晶圆表面不同区域获得均一、稳定的显影效果；所述气体吹扫单元220可以去除晶圆表面残留的液体和固体，防止造成水渍缺陷或固体残留，从而提高了器件的稳定性和良率。

所述第一旋转电机300用于带动气体吹扫单元220转动，所述第一旋转电机300的旋转轴与所述气体吹扫单元220固定连接，所述第一旋转电机300的转动方向包括顺时针方向和逆时针方向。通过改变所述第一旋转电机300的转动方向，可以使所述晶圆载台100和气体吹扫单元220相对反向转动，从而实现比一个旋转电机更快的相对旋转角速度，对晶圆表面进行更快的吹扫，避免了晶圆表面的部分区域由于吹扫速度过慢，液体挥发导致的水渍缺陷或固体残留的问题。在一示例中，所述气体吹扫单元220和晶圆载台100的旋转方向和转动角速度均相同，则固体在晶圆表面的移动路径最短，从而减小了固体在晶圆表面残留的概率。

在一示例中，所述晶圆载台100内设有多个通孔，所述通孔一端的开口在所述晶圆承载面上，另一端的开口连接真空抽吸系统，所述通孔用于真空吸附所述晶圆，避免晶圆在喷涂时发生晃动，防止晶圆的部分区域没有覆盖显影液或没有被吹扫到，从而提高显影和吹干处理的均匀性。进一步地，所述晶圆承载面内设有多个深度不同、尺寸不同的同心圆形凹槽，所述凹槽的直径为300mm、450mm等，所述凹槽可以保证晶圆放置时晶圆圆心与晶圆承载面的圆心重合，从而提高晶圆放置时位置的准确性。

在一实施例中，如图2所示，所述晶圆载台100包括第三旋转电机110，用于带动所述晶圆载台100和晶圆载台100上的晶圆转动，所述第三旋转电机110的旋转轴与晶圆承载面固定连接。当所述显影装置涂布液体时，晶圆载台100快速转动使液体在离心力的作用下均布在所述晶圆的表面；当所述显影装置进行气体吹扫时，晶圆载台100与气体吹扫单元220可以进行反向转动，从而扩大晶圆载台100和气体吹扫单元220之间的相对转动角速度的范围。在本实施例中，所述第三旋转电机110具有安装、维护简单等优势。在另一实施例中，所述晶圆载台100与其他旋转结构通过皮带连接，利用皮带传动的方式进行转动。

在一实施例中，如图3所示，所述液体涂布单元210设有多个液体喷口211，用于喷涂不同的液体，所述不同的液体喷口211连接不同的液体源，所述喷涂的液体包括TMAH(四甲基氢氧化铵)、二甲苯和去离子水等，TMAH为正性光刻胶的显影液，二甲苯为负性光刻胶的显影液，去离子水可用于清洗晶圆表面的固体杂质。进一步地，所述多个液体喷口211的口径不同，液体需求量多的液体使用口径较大的液体喷口211，液体需求量少的液体使用口径较小的液体喷口211，本示例通过设置多个液体源不同、口径不同的液体喷口211，提高液体涂布单元210的涂布效率。

在一实施例中，如图4所示，所述气体吹扫单元220包括至少两个气体喷管221，所述至少两个气体喷管221形成一端固定另一端张开的爪形结构，所述气体喷管221的固定端与第一旋转电机300的旋转轴固定连接。所述至少两个气体喷管221同时工作，来自气源的气体从所述气体喷管221的固定端流入，流经所述气体喷管221后，从气体喷管221的另一端排出并吹扫在晶圆的表面。本实施例中设置至少两个气体喷管221，不仅可以提升气体吹扫的效率，还可以使不同的气体喷管221吹扫晶圆的不同区域，从而提高气体吹扫的灵活性。

在一实施例中，所述气体喷管221的中部设有伸缩件222，用于调节所述气体喷管221的工作长度，所述伸缩件222将气体喷管221分为相断开的两部分，所述两部分气体喷管221通过伸缩件222连接，伸缩件222拉伸时，气体喷管221的总工作长度变长；伸缩件222压缩时，气体喷管221的总工作长度变短。图5～图10所示为气体吹扫单元220的三个不同工作状态的示例，每个示例分别有一个主视示意图和相应的俯视示例图，如图5～图10所示，可以通过调节所述气体喷管221的工作长度，改变气体喷管221的吹扫范围，当所述气体吹扫单元220用于吹扫不同尺寸的晶圆时，可以调整所述气体喷管221的工作长度，使气体喷管221的吹扫范围覆盖全部晶圆区域，且不会吹扫到晶圆以外的区域，从而避免气体浪费，使气体的使用效率最大化。

在一示例中，所述伸缩件222为波纹管，所述波纹管连接处的半径与相应的气体喷管221连接处的半径相匹配，所述波纹管的长度可以根据待处理晶圆的尺寸范围进行选择，如所述气体喷管221的长度为100mm，待处理的最大晶圆半径为150mm，则选用最大拉伸长度为50mm的波纹管，所述气体吹扫单元220即可处理直径不大于300mm的全部尺寸的晶圆，如150mm、200mm、300mm等直径的晶圆。波纹管的长度在设定的长度范围内连续可调，使所述气体吹扫单元220也可以用于非标准尺寸的晶圆，从而扩展了所述显影装置的适用范围。

可选地，所述波纹管与所述气体喷管221为可拆卸连接，如螺旋连接，所述气体喷管221连接处的外壁设有外螺纹，所述波纹管的相应连接处的内壁设有相同螺距的内螺纹；或所述气体喷管221连接处的内壁设有内螺纹，所述波纹管的相应连接处的外壁设有相同螺距的外螺纹，所述可拆卸连接使波纹管拆装方便、易于更换。进一步地，所述气体喷管221在与所述波纹管接触的表面上设有限位凸点，所述限位凸点增大了所述气体喷管221与波纹管的接触面积，同时所述限位凸点对波纹管进行限位，防止波纹管移动或脱落，使所述波纹管与气体喷管221稳定连接。

可选地，所述波纹管的材料可以为不锈钢、铜或者其他金属材料；波纹管的材料还可以为多层金属材料制成，因此每个波纹管可为两层或多层结构，从而显著提高波纹管的使用寿命。

在一实施例中，所述气体吹扫单元220还包括喷管连接件223，如图11所示，所述喷管连接件223包括固定部2231和旋转臂2232。固定部2231的一端与所述第一旋转电机300的旋转轴连接，另一端与所述气体喷管221的固定端连接。旋转臂2232与所述气体喷管221一一对应，所述旋转臂2232的一端与所述固定部2231连接，另一端与相应的所述气体喷管221活动连接。所述固定部2231和旋转臂2232共同作用，用于固定所述气体喷管221，当所述气体喷管221中部设有伸缩件222时，伸缩件222沿径向的强度不足，存在发生弯折的风险，而且在所述气体吹扫单元220转动时，气体喷管221远离所述固定端的部分会在离心力的作用下向外伸展，导致伸缩件222变长，从而改变气体吹扫的范围，因此需要对所述气体喷管221进行固定，防止发生以上问题。在另一实施例中，通过刚性连接件限定所述气体喷管221的工作长度，所述刚性连接件的两端分别与所述气体喷管221的两个部分固定，也可达到上述效果，但调节长度时不如前述实施例便捷。

在一示例中，如图11所示，所述喷管连接件223还包括弹性固定环2233，所述弹性固定环2233设于所述旋转臂2232与气体喷管221的连接处，所述气体喷管221穿过弹性固定环2233与所述旋转臂2232活动连接，所述弹性固定环2233可以适配不同直径尺寸的气体喷管221，从而对所述气体喷管221进行灵活的固定。可选地，所述弹性固定环2233的材料可以为橡胶、塑料等。

在一实施例中，所述第一旋转电机300的外壳与外部结构固定连接，以实现所述气体吹扫单元220的固定。具体地，如图12所示，所述第一旋转电机300的外壳与固定臂410的一端固定连接，所述固定臂410的另一端与显影腔室的内壁固定连接。在一示例中，所述固定臂410的外部贴合设有气体管路420，所述第一旋转电机300和固定部2231的内部也设有气体管路(如图13所示)，所述外设的气体管路420与所述内设的气体管路连通，用于连通所述气体喷管221和气源，从而为所述气体吹扫单元220提供气体，所述内设的气体管路在第一旋转电机300的旋转轴旋转时无需转动，因此内设的气体管路不易发生弯折或损坏，使用寿命更长。进一步地，所述吹扫的气体可以为氮气。

在一实施例中，如图11所示，所述气体吹扫单元220还包括第二旋转电机224，所述第二旋转电机224与气体喷管221一一对应，所述第二旋转电机224的外壳与所述旋转臂2232固定连接。所述第二旋转电机通过带动如图14所示的传动件225调节气体喷管221的工作长度，所述传动件225与第二旋转电机224的旋转轴固定连接，所述传动件225为圆柱形，所述传动件225的弧面与相应的气体喷管221贴合设置，用于控制所述气体喷管221的伸缩件222延伸和收缩。所述气体喷管221的工作长度的调节精度与第二旋转电机224的转动精度相对应，因此可以通过选择恰当的第二旋转电机224，实现气体喷管221的工作长度的快速、准确调节。

在一示例中，如图14所示，所述传动件225的弧面上均匀设有多个第一齿状凸起2251；所述气体喷管221靠近所述传动件225的表面上均匀设有多个第二齿状凸起2211，所述第二齿状凸起2211与第一齿状凸起2251相互啮合形成同步转动。当要求气体喷管221的工作长度快速调节时，选择凸起尺寸和齿间间隔都较大的第一齿状凸起2251和第二齿状凸起2211；当要求气体喷管221的工作长度准确调节时，选择凸起尺寸和齿间间隔都较小的第一齿状凸起2251和第二齿状凸起2211。在本实施例中，可以通过选择恰当的凸起尺寸和齿间间隔，实现调节精度和调节速度之间的平衡。

在本实施例中，由于每个气体喷管221均具有各自的伸缩件222、第二旋转电机224和传动件225，因此可以实现气体喷管221工作长度的独立调节，即气体吹扫单元220的每个气体喷管221可以具有如图15所示的不同工作长度，从而进一步增强了所述气体吹扫单元220的工作灵活性。在所述气体吹扫单元220运行时，外部的控制系统接收到待处理晶圆的尺寸，根据预设的逻辑或操作人员的定义，确定每个气体喷管221的工作长度；再将所述工作长度转化为第二旋转电机224的转动圈数；最后根据所述转动圈数，分别控制所述第二旋转电机224对每个气体喷管221进行相应的长度调节。

在一实施例中，如图16所示，所述气体吹扫单元220还包括中心喷管226，所述中心喷管226垂直朝向所述晶圆载台100，当所述爪形气体喷管221对晶圆进行吹扫时，晶圆的中心区域容易成为吹扫盲区，并在中心区域形成水渍缺陷或固体残留，本实施例通过设置所述中心喷管226，大大降低了所述中心区域水渍缺陷或固体残留的几率。

本发明的技术方案还提供了一种显影方法，包括：

S100：提供一已曝光晶圆，调节气体喷管221至与所述晶圆匹配的长度；

S200：在所述晶圆表面旋涂显影液；

S300：吹扫所述晶圆，以去除晶圆表面的全部显影液。

本实施例中的显影方法，先通过旋覆浸没式显影，提高了显影液涂布的均匀性，使晶圆表面不同区域获得均一、稳定的显影效果；再通过恰当长度的气体喷管221对晶圆进行吹扫，实现了晶圆表面液体的快速吹干，从而降低了水渍缺陷或固体残留的发生风险。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种显影装置，其特征在于，所述显影装置包括：

晶圆载台，用于承载待显影的晶圆，并带动所述晶圆转动；

喷涂模块，包括液体涂布单元和气体吹扫单元，所述液体涂布单元用于在晶圆表面涂布液体，所述气体吹扫单元用于去除晶圆表面的液体和固体；

第一旋转电机，所述第一旋转电机的旋转轴与所述气体吹扫单元固定连接，用于带动所述气体吹扫单元转动，所述第一旋转电机的转动方向包括顺时针方向和逆时针方向。

2.根据权利要求1所述的显影装置，其特征在于，所述气体吹扫单元包括至少两个气体喷管，所述至少两个气体喷管形成一端固定另一端张开的爪形结构，所述气体喷管的固定端与第一旋转电机的旋转轴固定连接。

3.根据权利要求2所述的显影装置，其特征在于，所述气体喷管的中部设有伸缩件，用于调节所述气体喷管的工作长度。

4.根据权利要求3所述的显影装置，其特征在于，所述气体吹扫单元还包括喷管连接件，所述喷管连接件包括：

固定部，所述固定部的一端与所述第一旋转电机的旋转轴连接，另一端与所述气体喷管的固定端连接；

旋转臂，所述旋转臂与气体喷管一一对应，所述旋转臂的一端与所述固定部连接，另一端与相应的所述气体喷管活动连接。

5.根据权利要求4所述的显影装置，其特征在于，所述旋转臂与气体喷管连接的一端设有弹性固定环，所述气体喷管穿过弹性固定环与所述旋转臂活动连接。

6.根据权利要求4所述的显影装置，其特征在于，所述第一旋转电机和固定部的内部设有气体管路，用于连通所述气体喷管和气源。

7.根据权利要求4所述的显影装置，其特征在于，所述气体吹扫单元还包括：

第二旋转电机，所述第二旋转电机与气体喷管一一对应，所述第二旋转电机的外壳与所述旋转臂固定连接；

传动件，与所述第二旋转电机的旋转轴固定连接，所述传动件为圆柱形，所述传动件的弧面与相应的气体喷管贴合设置，用于控制所述气体喷管的伸缩件延伸和收缩。

8.根据权利要求7所述的显影装置，其特征在于，所述传动件的弧面上均匀设有多个第一齿状凸起；所述气体喷管靠近所述传动件的表面上均匀设有多个第二齿状凸起，所述第二齿状凸起与第一齿状凸起相互啮合形成同步转动。

9.根据权利要求2所述的显影装置，其特征在于，所述气体吹扫单元还包括中心喷管，所述中心喷管垂直朝向所述晶圆载台。

10.根据权利要求1所述的显影装置，其特征在于，所述液体涂布单元设有多个液体喷口，用于喷涂不同的液体。

11.根据权利要求1所述的显影装置，其特征在于，所述晶圆载台包括第三旋转电机，用于带动所述晶圆转动。

12.一种显影方法，包括：

提供一已曝光晶圆，调节气体喷管至与所述晶圆匹配的长度；

在所述晶圆表面旋涂显影液；

吹扫所述晶圆，以去除晶圆表面的全部显影液。

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