CN112859555A - 一种光刻胶显影残渣去除方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体芯片加工制造领域。本发明提供一种光刻胶显影残渣去除方法，在常规显影装置机械臂上增加一套二流体喷嘴，所述二流体喷嘴将去离子水和高纯氮气同时喷洒到硅片表面，并通过机械臂带动所述二流体喷嘴移动，实现对整个硅片的扫描式清洗。与加大显影液用量和延长显影时间相比，本发明提出的方案仅仅需要简单的设备改造和程式修改，可以将光刻胶残渣彻底去除，而不影响图案的关键尺寸和形貌，从而节约成本、提高产能。

Description

一种光刻胶显影残渣去除方法

技术领域

本发明涉及半导体芯片加工制造领域，具体涉及一种光刻胶显影残渣去除方法。

背景技术

在半导体光刻工序中，完成硅片对准、曝光和曝光后烘焙(PEB)后，即可通过显影液与光刻胶的反应将掩膜版的图案完全转移到硅片上的光刻胶上。对正胶而言，被曝光的光刻胶变得可溶解，没有被曝光的光刻胶不可溶解，负胶则刚好相反。显影除去了由曝光造成的可溶解光刻胶，因此在光刻胶中获得了准确的掩膜版图案的复制。

光刻胶显影的方法主要分为连续喷雾显影(continuous spray)和旋覆浸没显影(puddle)两种。连续喷雾显影法以雾的形式持续喷洒显影液，同时硅片低速旋转，在完成显影程序后，以常压去离子水清洗硅片表面。旋覆浸没显影法将少量显影液喷到硅片表面形成水坑状，显影液停留一段时间后略微旋转硅片以促进反应，之后硅片高速旋转甩掉显影液，然后再次将显影液喷到硅片表面，完成几个循环后同样使用常压去离子水清洗硅片表面。在显影结束后往往需要进行热烘，称为坚膜烘焙(Hard Bake)。这一步的目的是蒸发掉光刻胶中残存的溶剂，不仅固化光刻胶的形貌，同时也增强了光刻胶与硅衬底的粘附性。

彩色滤光片(color filter)是CMOS图像传感器的关键器件之一，它可以实现彩色图像的输出。在彩色滤光片及类似产品的制造过程中往往采用负性光刻胶，而常规的连续喷雾法和旋覆浸没法无法将待去除的光刻胶彻底去除，会在图形内部留下光刻胶残渣，即光刻胶的剩余残膜，如图1所示。这种缺陷对于后续制程和产品的最终性能会产生不良影响。这些缺陷可以通过加大显影液用量和显影时间来改善，但是这种方法不仅会增加化学药品的用量，降低产能，而且不能彻底解决残渣问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种光刻胶显影残渣去除方法，通过简单的设备改造和程式修改，将光刻胶残渣彻底去除，而不影响图案的关键尺寸和形貌。

本发明提供一种光刻胶显影残渣去除方法，在显影装置机械臂上安装二流体喷嘴，所述二流体喷嘴将去离子水和高纯氮气同时喷洒到硅片表面，并通过机械臂带动所述二流体喷嘴移动，实现对整个硅片的扫描式清洗。

优选地，温度控制在23±1℃，所述去离子水的流量为0.6-1.5L/min，所述高纯氮气的流量为15-25L/min。

优选地，所述二流体喷嘴通过管路分别接入去离子水和高纯氮气，混合后的去离子水和高纯氮气同时通过所述二流体喷嘴喷出；且在去离子水和高纯氮气管路中段安装流量计及相应的电磁阀来控制通断和流量。

优选地，所述二流体喷嘴随机械手臂进行左右移动从而实现扫描式清洗。

一种光刻胶显影方法，包括如下步骤：

S1：将曝光-冷却完毕的硅片传送到显影单元吸盘上，显影液喷洒；

S2：使用权利要求1-4中任意一项所述的光刻胶显影残渣去除方法，进行二流体清洗。

优选地，将所述S1-S2步骤循环2-4次，以实现光刻胶残渣的去除。

优选地，S2之后还包括如下步骤：

S3：去离子水清洗；

S4：坚膜烘烤。

优选地，显影液喷嘴、所述二流体喷嘴以及去离子水喷嘴均采用连续喷雾的方法，并且所有喷嘴都随着机械臂进行往复扫描式运动；移动范围为从硅片中心到硅片的边缘的半边扫描。

优选地，所述显影液喷嘴、所述二流体喷嘴以及所述去离子水喷嘴的移动速度可以根据实际情况进行调节，范围在20-100mm/s。

本发明能够得到以下有益效果：

与加大显影液用量与延长显影时间相比，本发明提出的方案仅仅需要简单的设备改造和程式修改，可以将光刻胶残渣彻底去除，而不影响图案的关键尺寸和形貌，从而节约成本、提高产能。

附图说明

图1是本发明的一种光刻胶显影残渣去除方法的二流体喷嘴装置正视图；

图2是本发明的一种光刻胶显影残渣去除方法的二流体喷嘴装置侧视图；

图3是本发明的一种光刻胶显影残渣去除方法的二流体喷嘴装置俯视图；

图4是本发明的一种光刻胶显影残渣去除方法的二流体喷嘴GP nozzle喷洒效果图；

图5是未优化的硅片显影结果图；

图6是本发明的一种光刻胶显影残渣去除方法的优化后的硅片显影结果图；

图7是本发明的一种光刻胶显影残渣去除方法的工艺流程图。

其中附图标记为：

1、去离子水喷嘴，2、二流体喷嘴，3、显影液喷嘴，4、机械臂。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

下面将结合实施例对本发明提供的一种光刻胶显影残渣去除方法进行详细说明。

参见图1-图3，本发明提供一种光刻胶显影残渣去除方法，在显影装置机械臂4上安装一套二流体喷嘴2，所述二流体喷嘴2将去离子水和高纯氮气同时喷洒到硅片表面，并通过机械臂4的带动所述二流体喷嘴2移动，实现对整个硅片的扫描式清洗。加长显影时间会使硅片表面的光刻胶显影过度，导致图案化的图形形成缺失，二是用二流体喷嘴2进行扫描清洗，即减少了显影液在硅片表面的停留时间，又在喷洒去离子清洗的同时，高纯氮气将去离子水和显影液同时吹掉吹干，保证显影完整，又使光刻胶图案化图形完整。

如图1所示，从左到右依次通过螺钉在机械臂4上固定安装去离子水喷嘴1、二流体喷嘴2以及显影液喷嘴3，其中显影程序的一个循环为显影液喷洒和二流体喷洒，工作时保证二流体清洗步骤增加在喷洒显影液和常压去离子水清洗之间。

二流体喷嘴2通过管路分别接入去离子水和高纯氮气，混合后的去离子水和高纯氮气同时通过所述二流体喷嘴2喷出；且在去离子水和高纯氮气管路中段安装流量计及相应的电磁阀来控制通断和流量。

图4为本发明的一种光刻胶显影残渣去除方法的二流体喷嘴GP nozzle喷洒效果图。

如图4所示，机械臂4带动二流体喷嘴2对硅片进行扫描式清洗，移动范围为从硅片中心到硅片的边缘的半边扫描。

图7为本发明的一种光刻胶显影残渣去除方法的工艺流程图。

下面结合图7通过实施例对本发明的显影程序以及整体流程进行详细说明。

实施例

首先使用自动硅片轨道系统将曝光完毕的硅片传送到热板上，进行曝光后烘烤(PEB)，烘烤温度为90-110℃，烘烤时间为60-120秒。

在PEB完成后的硅片会进入冷板并被冷却至室温。冷板温度为23±1℃，工艺时间为20-60秒。

硅片冷却后即进入显影单元，准备进行显影程序。程序如下：

显影程序如下：

S1：将曝光-冷却完毕的硅片传送到显影单元吸盘(chuck)上，进行显影液喷洒；

S2：进行二流体清洗。

显影程序的一个循环为显影液喷洒和二流体喷洒，一个完整的显影程序可以包括2-4次上述循环以实现光刻胶残渣的去除。

需要注意的是，显影液喷嘴3、所述二流体喷嘴2以及去离子水喷嘴1均采用连续喷雾的方法，并且所有喷嘴都随着机械臂4进行往复扫描式运动，即喷嘴一边移动一边喷洒化学药品(依次为：显影液、去离子水和氮气、去离子水)；移动范围为从硅片中心到硅片的边缘(半边扫描)。

显影液为浓度1.20％或2.38％的四甲基氢氧化铵(TMAH)，温度控制在23±1℃，流量为0.3-1.0L/min，喷洒显影液时硅片旋转速度为300-1500rpm。另外，喷嘴随机械臂4移动的速度为20mm/s，喷嘴单程移动距离为100mm，即喷嘴往返一次时喷洒显影液时间为10秒。一个循环内，需要显影液进行3-5次的往返运动，即一次循环显影液喷洒30-50秒。

二流体喷嘴2喷淋去离子水和高纯氮气，温度控制在23±1℃，去离子水流量为0.6-1.5L/min，高纯氮气流量为15-25L/min，喷洒二流体时硅片旋转速度为300-1000rpm。这个喷嘴随机械臂4移动的速度为20mm/s，喷嘴单程移动距离为100mm，即喷嘴往返一次时喷洒显影液时间为10秒。一个循环内，需要显影液进行2-4次的往返运动，即一次循环显影液喷洒20-40秒。

显影程序还包括：

S3：常压去离子水清洗；

S4：坚膜烘烤。

按照上述方式进行2-4次显影液和二流体交替喷洒后，使用去离子水进行清洗即可。去离子水温度为23±1℃，流量为1.0-1.5L/min，喷洒去离子水时硅片转速为300-1000rpm。这个喷嘴随机械臂4移动的速度为20-100mm/s，单程移动距离为100mm，往复运动2-5次即可。

清洗完毕后，硅片以1500-2500rpm旋转30-60秒以去掉表面的水。

需要注意的是，以上三个喷嘴的移动速度可以根据实际情况进行调节，范围一般在20-100mm/s。

显影完毕后，硅片进入热板进行坚膜烘烤。烘烤温度为150-250℃，烘烤时间为120-240秒。

坚膜烘烤后，硅片进入冷板冷却。冷板温度为23±1℃，工艺时间为30-60秒。

硅片冷却至室温后，机械手自动将硅片取出。整个工艺流程结束。

如图5为常规方法显影后的硅片，光刻胶残渣留存明显，而本发明的显影后的硅片如图6所示，明显的将光刻胶残渣彻底去除，而不影响图案的关键尺寸和形貌。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种光刻胶显影残渣去除方法，其特征在于，在显影装置机械臂(4)上安装二流体喷嘴(2)，所述二流体喷嘴(2)将去离子水和高纯氮气同时喷洒到硅片表面，并通过机械臂(4)带动所述二流体喷嘴(2)移动，实现对整个硅片的扫描式清洗。

2.如权利要求1所述的光刻胶显影残渣去除方法，其特征在于，温度控制在23±1℃，所述去离子水的流量为0.6-1.5L/min，所述高纯氮气的流量为15-25L/min。

3.如权利要求1所述的光刻胶显影残渣去除方法，其特征在于，所述二流体喷嘴(2)通过管路分别接入去离子水和高纯氮气，混合后的去离子水和高纯氮气同时通过所述二流体喷嘴(2)喷出；且在去离子水和高纯氮气管路中段安装流量计及相应的电磁阀来控制通断和流量。

4.如权利要求1所述的光刻胶显影残渣去除方法，其特征在于，所述二流体喷嘴(2)随机械手臂进行左右移动从而实现扫描式清洗。

5.一种光刻胶显影方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将曝光-冷却完毕的硅片传送到显影单元吸盘上，显影液喷洒；

S2：使用权利要求1-4中任意一项所述的光刻胶显影残渣去除方法，进行二流体清洗。

6.如权利要求5所述的光刻胶显影方法，其特征在于，将所述S1-S2步骤循环2-4次，以实现光刻胶残渣的去除。

7.如权利要求5所述的光刻胶显影方法，其特征在于，S2之后还包括如下步骤：

S3：去离子水清洗；

S4：坚膜烘烤。

8.如权利要求7所述的光刻胶显影方法，其特征在于，显影液喷嘴(3)、所述二流体喷嘴(2)以及去离子水喷嘴(1)均采用连续喷雾的方法，并且所有喷嘴都随着机械臂(4)进行往复扫描式运动；移动范围为从硅片中心到硅片的边缘的半边扫描。

9.如权利要求7所述的光刻胶显影方法，其特征在于，所述显影液喷嘴(3)、所述二流体喷嘴(2)以及所述去离子水喷嘴(1)的移动速度可以根据实际情况进行调节，范围在20-100mm/s。

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