CN115097702A - 半导体制造方法 - Google Patents

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CN115097702A CN202210524087.7A CN202210524087A CN115097702A CN 115097702 A CN115097702 A CN 115097702A CN 202210524087 A CN202210524087 A CN 202210524087A CN 115097702 A CN115097702 A CN 115097702A
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曾楷伦
罗元彦
李培诰
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Abstract

本申请涉及一种半导体制造方法。在半导体制造中，去离子水或其他工艺流体流过非金属管道并流到半导体晶圆上。经由设置在非金属管道的外侧的导电材料释放流过非金属管道的去离子水或其他工艺流体中的静电荷。设置在非金属管道的外侧的导电材料是电接地。非金属管道可包括基于含氟聚合物的管子。在一些实施例中，非金属管道包括：与容纳晶圆的腔室或壳体连接的含氟聚合物‑防爆管道，以及通过管道接头与含氟聚合物‑防爆管道连接的第二管道，其中第二管道比含氟聚合物‑防爆管道更电绝缘。

Description

半导体制造方法
技术领域
本发明实施例涉及一种半导体制造技术，特别涉及一种半导体制造方法及相关的工艺设备，可以避免或减少显影工艺时工艺流体将电子沉积到半导体晶圆上。
背景技术
以下涉及微影显影工艺，更一般地涉及类似的半导体制造工艺，以及用于执行相同工艺的设备，以及相关技术。
发明内容
本公开一些实施例提供一种半导体制造方法，操作于一半导体晶圆上。所述半导体制造方法包括：通过使一去离子水流过一非金属管道并流到半导体晶圆上，以对半导体晶圆进行一去离子水冲洗。所述半导体制造方法还包括在去离子水冲洗过程中，经由设置在非金属管道的外侧的一导电材料释放流过非金属管道的去离子水中的静电荷。其中，设置在非金属管道的外侧的导电材料是电接地。
本公开一些实施例提供一种半导体制造方法，操作于一半导体晶圆上。所述半导体制造方法包括：施加一工艺流体到半导体晶圆上。所述半导体制造方法还包括在工艺流体的施加过程中，供应经由一非金属管道施加的工艺流体。此外，所述半导体制造方法包括在工艺流体的施加过程中，经由设置在非金属管道的外侧的一电接地导电材料释放非金属管道中的静电。
本公开一些实施例提供一种半导体制造方法。所述半导体制造方法包括使一工艺流体通过一非金属管道流到设置在一腔室或壳体中的一半导体晶圆上。所述半导体制造方法还包括经由设置在非金属管道的外侧并与腔室或壳体电接触的一导电材料将非金属管道中的工艺流体中的电荷释放到腔室或壳体。
附图说明
根据以下的详细说明并配合附图做完整公开。应被强调的是，根据本产业的一般作业，图示并未必按照比例绘制。事实上，可能任意的放大或缩小元件的尺寸，以做清楚的说明。
图1示意性地示出根据一实施例的用于执行微影显影工艺的设备。
图2示意性地示出根据一实施例的微影显影工艺，包括图解描述：(a)未使用接地去离子水输送管道时发生静电荷积聚，以及(b)使用接地去离子水输送管道时没有静电荷积聚。
图3显示在图2的微影显影工艺的去离子水冲洗之前测量的300毫米硅晶圆的静电荷数据，包括静电荷直方图及晶圆的电荷图(charge map)。
图4显示在图2的微影显影工艺的去离子水冲洗之后测量的300毫米硅晶圆的静电荷数据，包括静电荷直方图及晶圆的电荷图。
图5示意性地示出在未使用接地去离子水输送管道的情况下执行图2的微影显影工艺时发生的静电荷积聚，其中左图显示去离子水冲洗步骤，右图显示显影剂施加步骤。
符号说明
10：半导体微影显影工艺设备/显影系统
12：腔室或壳体
12a：阀盒
14：半导体晶圆
16：光刻胶剂
18：电接地
20：晶圆固定座
22：电加热器/加热器
24：驱动轴
30：去离子水源/流体源
32：(第一)管道/非金属管道
32-1：第一管道部分
32-2：第二管道部分
34：显影剂源/流体源
36：(第二)管道/非金属管道
40：电子工艺控制器
42：阀
44：喷嘴
50：导电材料/金属箔
52：导电材料/金属箔
54：接地带
56：直接电流连接/直接连接
58：管道接头
60,62,64,66：方块/操作
70：电荷图
72：电荷直方图
74：中心区域
80：电荷图
82：电荷直方图
84：中心区域
90：硅基板
92：底层
94：中间层
96：去离子水
100：静电荷
102：区域
98,104,106,108：解释
e-：电子流
具体实施方式
以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本公开的不同特征。以下描述具体的构件及其排列方式的实施例以阐述本公开。当然，这些实施例仅作为范例，而不该以此限定本公开的范围。例如，在说明书中叙述了一第一特征形成于一第二特征的上或上方，其可能包含第一特征与第二特征是直接接触的实施例，亦可能包含了有附加特征形成于第一特征与第二特征之间，而使得第一特征与第二特征可能未直接接触的实施例。另外，在本公开不同范例中可能使用重复的参考符号及/或标记，此重复为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的各个实施例及/或结构之间有特定的关系。
再者，空间相关用语，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“在…上方”、“较高的”及类似的用语，是为了便于描述附图中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中示出的方位外，这些空间相关用语意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。设备可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，则在此使用的空间相关词也可依此相同解释。
作为集成电路(integrated circuit，IC)制造工艺的一部分，在半导体制造设施中执行的典型微影显影工艺包括将一光刻胶剂沉积到晶圆上，使用遮罩将光刻胶剂曝光以控制曝光，以及显影光刻胶剂。显影步骤包括施加显影液到光刻胶剂上，以溶解暴露于光线下的区域中的光刻胶剂(在正光刻胶剂的情况下)或溶解未暴露于光线下的区域中的光刻胶剂(在负光刻胶剂的情况下)。显影剂可以通过浸没(immersion)、喷洒(spray)、浸置(puddle)、湿纺(wet spin)或其他技术施加到半导体晶圆。对于深紫外光(deepultraviolet，DUV)或极紫外光(extreme ultraviolet，EUV)微影以实现小特征尺寸，可以执行附加的步骤，例如曝光后烘烤(post-exposure bake，PEB)以提供化学放大(chemicalamplification，CA)，以及在施加显影剂之前对半导体晶圆执行去离子水(deionizedwater，DI)预冲洗。在使用化学放大(CA)光刻胶剂的深紫外光或极紫外光微影的情况下，光酸(photo-acids)在曝光步骤过程中由化学放大光刻胶剂的光酸产生剂成分产生。显影之后可以执行硬烘烤以提高显影的光刻胶剂图案的结构稳定性。
然而，在本文报导的实验中，已经观察到在某些集成电路制造工艺中，装置合格率低于预期。在显影工艺的不同阶段进行的鉴识检查发现，显影工艺中发生的一些失败模式与显影步骤中的微影图案失败有关。在微影图案失败时，会发生图案熔化(patternmelting)。这会导致桥接缺陷、电弧缺陷及/或其类似的缺陷。本文公开的鉴识检查还发现，图案失败往往大多发生在晶圆的中心处。
如本文所进一步公开的，并且不限于任何特定的操作理论，据信观察到的微影图案失败事件中的至少一些与半导体晶圆的中心区域中的静电荷积聚(buildup)有关。微影图案失败，例如桥接和电弧缺陷是由用于输送工艺流体的非金属管道(nonmetallicpipes)的充电(charging)所引起的。举例来说，由于摩擦，静电荷会在非二氧化碳(non-CO2)去离子水管道、显影剂(例如四甲基氢氧化铵(tetramethylammonium hydroxide)，即TMAH)管道及/或显影工艺中使用的其他管道中产生并累积。在操作过程中，相信来自这些非金属管道的流体会在晶圆表面上沉积电子。这会导致静电累积在晶圆表面上。已经观察到，在输送显影液之前执行非二氧化碳去离子水预冲洗之后，会在晶圆的中心区域(在喷洒输送的清况下输送流体的地方)处发生静电荷积聚。由于这种在晶圆的中心区域积聚的静电荷，显影剂不能中和光刻胶剂的光酸，因此会在晶圆的中心区域处发生微影图案失败(例如图案熔化)。
尽管是在去离子水预冲洗的情况下特别观察到，但据信这种静电荷积聚也可能发生在化学放大光刻胶剂的显影的其他步骤期间，例如在显影液本身的输送过程中，或在光刻胶稀释剂的输送过程中。
鉴于本文公开的这些见解，本文公开的各种实施例提供了用于抑制静电荷从工艺流体管道输送到晶圆表面的方法。值得注意的是，向显影剂系统提供这种流体的管道是电接地，以减少或消除管道中产生的静电荷。可以通过多种方式来实现管道的电接地。在一种方法中，铝箔或另一种金属箔设置在管道的至少一部分之上，并且金属箔连接到电接地。如果在其中执行显影工艺的腔室或壳体是电接地的腔室或壳体，则金属箔可以通过将金属箔连接到腔室或壳体的一接地带(grounding strap)来接地。或者，金属箔可以在管道连接到腔室或壳体的点处直接接触接地腔室，以提供电接地。
在另一实施例中，管道通过设置在管道上的导电涂层电接地。在此情况下，接地带通常适用于将导电涂层接地到接地的腔室或壳体或其他的电接地点。
参照图1，示意性地显示用于执行微影显影工艺的设备。用于执行此工艺的半导体微影显影工艺设备10，在本文中也称为显影系统10，包括一腔室或壳体12，其配置为容纳一半导体晶圆14，在半导体晶圆14上布置有光刻胶剂16。图示的腔室或壳体12为电接地的腔室或壳体。腔室或壳体12的电接地18被示意性地示出，并且例如可以通过满足电性安全规定及为执行显影工艺提供足够的电接地的任何类型的电性设备接地布置来物理地实现。图示的电接地的腔室或壳体12配置为容纳半导体晶圆14，其通过合适的晶圆固定座20固定在腔室或壳体12中，晶圆固定座20可使用真空吸座、静电吸座等来固定半导体晶圆14。晶圆固定座20可选地包括用于加热安装在晶圆固定座20上的半导体晶圆14的电加热器22，以便对半导体晶圆14进行曝光后烘烤(post-exposure bake，PEB)、硬烘烤及/或其他热处理，视光刻胶剂16的类型和正在实施的显影工艺而定。在一些实施例中，晶圆固定座20包括连接到马达(未示出)的可旋转的驱动轴24，以使得半导体晶圆14能够在一些或所有处理步骤期间旋转，例如执行旋转涂布操作或均匀地施加工艺流体等。
作为半导体微影显影工艺设备10用于显影半导体晶圆14上的光刻胶剂16的说明性范例，假设光刻胶剂16已经经历了先前的曝光步骤，其中通过光罩将光刻胶剂16曝光以在光刻胶剂16中形成潜像。曝光通常在不同的设备(未示出)中进行，例如极紫外光(EUV)或深紫外光(DUV)微影系统(未示出)。在一非限制性说明性实施例中，极紫外光微影系统采用13纳米的EUV光和反射性遮罩来进行曝光。在另一非限制性说明性范例中，曝光可以使用深紫外光微影系统来完成，例如使用采用193纳米的紫外光的DUV浸没式微影系统。显影工艺的目的是然后对光刻胶剂16中的潜像进行显影，以去除暴露于光线下的那些区域(在正光刻胶剂的情况下)或未暴露于光线下的那些区域(在负光刻胶剂的情况下)中的光刻胶剂部分，从而在半导体晶圆14上产生图案化的光刻胶。在一些非限制性说明性实施例中，光刻胶剂16是化学放大(CA)光刻胶剂。如前所述，化学放大光刻胶剂对半导体晶圆14上的静电荷特别敏感，因为静电荷会干扰显影剂中和化学放大光刻胶剂16的光酸的能力，而导致微影图案失败。
图示的显影系统10还包括或通过一第一管道32与一去离子水源30连接，并通过一第二管道36进一步与一显影剂源34连接。第一管道32被连接以将去离子水(或在其他实施例中，除显影液之外的另一种工艺流体)输送至显影系统10，更具体地，输送至配置为容纳半导体晶圆14的腔室或壳体12。第二管道36被连接以将显影液输送至显影系统10(更具体地，输送至配置为容纳半导体晶圆14的腔室或壳体12)。管道32、36中的一者或两者通常为非金属管道。使用非金属管道32、36代替金属管道是有利的，因为流过金属管道的去离子水、显影液或其他工艺流体可能会拾取(pick up)金属或其他污染物，这些污染物可能会沉积在半导体晶圆14的表面上，而对显影工艺产生不利的影响。在一些实施例中，非金属管道32、36可以是含氟聚合物(fluoropolymer，PFA)管道。在其他实施例中，非金属管道可以由其他类型的非金属材料制成，例如聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)。“非金属”是指管道32、36不是不锈钢管道、铜或铜合金管道或其他金属管道。在一些实施例中，非金属管道32、36的导电性与含氟聚合物的导电性大致相同。也应了解的是，虽然分别示出用于去离子水和显影液的两个工艺流体源30、34，但预期显影系统10可以包括或连接附加的或其他的工艺流体，例如光刻胶稀释剂源等等。
图示的显影系统10通过包括一电子工艺控制器40而自动化，电子工艺控制器40可控制阀42以控制在任何给定时间将哪个流体源30、34输送到喷嘴44。图示的喷嘴44是用于将工艺流体喷洒到半导体晶圆14的表面上、或用于结合驱动轴24对半导体晶圆14的旋转以进行湿纺(wet spin)应用的喷洒喷嘴。在变型实施例中，腔室或壳体12可被设计成通过另一应用工艺例如浸没(immersion)或浸置(puddle)应用(变型未示出)来施加工艺流体。电子工艺控制器40还电连接以控制可选的加热器22及驱动可选的驱动轴24的马达(未示出)的操作。电子工艺控制器40适当地包括基于微处理器或微控制器的工艺控制器(例如，电脑或专用的基于微处理器的可编程电子控制器)，其可编程以至少控制阀42、可选的加热器22以及可选的驱动轴马达，以执行针对特定类型的光刻胶剂16和正在执行的特定集成电路制造工艺微影图案化步骤定制的显影工艺配方。电子工艺控制器40可以通过存储可由电子工艺控制器40的微处理器或微控制器读取或执行的指令的合适的非暂态存储媒介(例如，快闪存储器、CMOS存储器、磁盘等)来编程，以执行所需的显影工艺配方。
继续参照图1，如本文所公开的，一导电材料50设置在第一管道32的外侧，且类似地，一导电材料52设置在第二管道36的外侧。设置在第一管道32外侧的导电材料50通过使用接地带54连接到电接地的腔室或壳体12而接地。设置在第二管道36外侧的导电材料52通过导电材料52到电接地的腔室或壳体12的直接电流连接(direct galvanic connection)56而接地到电接地的腔室或壳体12。如图1中通过表示导电材料50的电子流(e-)的虚线箭头所示意性地表示，设置在第一管道32外侧的导电材料50与接地带54可一起用作静电荷的放电路径，否则静电荷可能会在流过第一管道32的去离子水(或其他工艺流体)中累积。值得注意的是，尽管非金属管道32的导电性比金属管道低得多，但非金属管道32适当地包括含氟聚合物-防爆(PFA-NE)管(例如，
Figure BDA0003643317240000082
No.9003-NE NAFLON PFA-NE管，可从中国台湾地区Sunrise Valve Ltd.取得)或另一种类型的基于含氟聚合物的管子或其他稍微导电的非金属管，其具有足够的导电性以允许累积的电子通过非金属管道32逐渐放电到导电材料50和接地带54。如此一来，静电荷被转移掉且不会沉积到半导体晶圆14的表面上。类似地(虽然未在图1中示意性地表示)，设置在第二管道36外侧的导电材料52连同到电接地的腔室或壳体12的直接电流连接56可用作静电荷的放电路径，否则静电荷可能会在流过第二管道36的显影液中累积。如此一来，静电荷被转移掉且不会沉积到半导体晶圆14的表面上。
进一步参照图1中的插图A，在一变型实施例中，第一管道32包括与腔室或壳体12连接的第一管道部分32-1以及与去离子水源30连接的第二管道部分32-2。第一管道部分32-1和第二管道部分32-2通过一阀或其他管道接头58串联连接而形成第一管道32。在此实施例中，与腔室或壳体12连接的第一管道部分32-1包括具有足够导电性的PFA-NE或另一种非金属管道，以将电子从管道内的流体转移到设置在第一管道32外侧的导电材料50。远离腔室或壳体12的第二管道部分32-2比第一管道部分32-1更电绝缘。因此，第二管道部分32-2可以包括更电绝缘的材料，例如高纯度的含氟聚合物-高级(PFA HG)管(例如，
Figure BDA0003643317240000081
No.9003-PFA HG NAFLON PFA-HG管，可从中国台湾地区Sunrise Valve Ltd.取得)，且选择性地可以是不导电的。尽管插图A示出了缠绕并接触第一管道部分32-1和第二管道部分32-2两者的导电材料50，但在其他实施例中，导电材料50可以缠绕或以其他方式仅接触较导电的第一管道部分32-1。此外，虽然插图A示意性地绘出第一管道32的变型实施例，但应了解的是，此布置可以附加地或替代地用于第二管道36。
设置在第一管道32外侧的导电材料50和设置在第二管道36外侧的导电材料52可以被不同地体现。在一实施例中，导电材料50、52包括金属箔，例如铝箔，缠绕在个别的非金属管道32、36周围。金属箔应包裹在管道周围，以在金属箔与非金属管道之间提供良好的电性接触。在此实施例中，缠绕于第二管道36的金属箔52到电接地的腔室或壳体12的直接电流连接56，是通过将位于第二管道36到腔室或壳体12的连接附近的金属箔52压靠在第二管道36所连接的腔室或壳体12的法兰或阀盒12a上来适当地实现。如果腔室或壳体12没有电接地，则金属箔50、52可以接地到另一个合适的电接地点，例如去离子水源30及/或显影剂源34的接地壳体、或附近电线的接地线等等。
在另一实施例中，设置在第一管道32外侧的导电材料50和设置在第二管道36外侧的导电材料52可以包括施加到个别的第一管道32和第二管道36的导电涂层。例如，导电涂层可以是金属涂层。在这种情况下，图示的设置在第二管道36外侧的导电涂层52的直接连接56适当地由与用于将设置在第一管道32外侧的导电材料50接地的接地带54类似的一接地带代替。
需要说明的是，导电材料50不一定要覆盖第一管道32的整个长度；同样地，导电材料52不一定要覆盖第二管道36的整个长度。如果管道的整个长度没有被覆盖，则导电材料应该覆盖管道连接到腔室或壳体12的部分，如图1所示。这确保了期望的静电放电(e-)(至少)发生在管道32、36与腔室或壳体12连接的端部。如图1所示，连接到去离子水源30的第一管道32的端部可选地保持未被覆盖；同样地，连接到显影剂源34的第二管道36的端部可选地保持未被覆盖。这是因为在流过连接到去离子水源30的第一管道32的端部的去离子水或其他工艺流体中所产生的任何静电荷都会流向腔室或壳体12，并因此通过第一管道32被导电材料50覆盖的部分，使得静电荷可以通过导电材料50和接地带54释放。同样地，在流过连接到显影剂源34的第二管道36的端部的显影剂中所产生的任何静电荷都会流向腔室或壳体12，并因此通过第二管道36被导电材料52覆盖的部分，使得静电荷可以通过导电材料52及其直接电流连接56释放到接地的腔室或壳体12。
继续参照图1并进一步参照图2，示出了典型的显影工艺。图2示出了作为时间(纵轴)的函数的显影工艺。需要说明的是，时间方向不一定按比例绘制，即代表各个工艺步骤的方块60、62、64、66的垂直尺寸不一定代表执行这些个别的工艺步骤所需的实际时间。还要强调的是，图2中描绘的显影工艺仅仅是一个非限制性说明性范例。此外，在图2所示的显影工艺之前，假设半导体晶圆14上的光刻胶剂16已经经历了先前的曝光步骤以在光刻胶剂16中形成潜像，并且图2的显影工艺操作以对由曝光形成的潜像进行显影，例如通过去除暴露于光线下的那些区域(在正光刻胶剂的情况下)或未暴露于光线下的那些区域(在负光刻胶剂的情况下)中的光刻胶剂部分。如前所述，在一些实施例中，光刻胶剂16是化学放大(CA)光刻胶剂。取决于光刻胶剂的类型和其他因素，可以可选地执行曝光后烘烤(PEB)(操作60)。这可以在将半导体晶圆14放入显影系统腔室或壳体12之前在专用的曝光后烘烤炉(未示出)中完成，或者可以在将半导体晶圆14放入显影系统腔室或壳体12之后使用图示的可选的一体式(integral)加热器22完成(可选地，在电子工艺控制器40的自动控制下)。在某些类型的化学放大光刻胶剂的情况下，可选的操作60可以操作以继续由曝光引发的光酸催化。
在操作62中，在输送显影液之前执行去离子水预冲洗。去离子水预冲洗是通过在电子工艺控制器40的控制下打开阀42的阀门(或者，在手动显影系统的情况下，通过手动打开阀门)以使去离子水从去离子水源30流出、通过第一管道32进入腔室或壳体12、然后从喷嘴44流出到半导体晶圆14的表面上来执行。在典型的方法中，喷嘴44将去离子水引导到半导体晶圆14的中心区域上，在去离子水冲洗步骤期间，半导体晶圆14经由驱动轴24同时产生旋转，以使去离子水从半导体晶圆14的中心径向向外流动，以提供去离子水的层流越过半导体晶圆14的表面，从而将任何微粒或污染物从半导体晶圆14的表面向外冲洗掉。在一些实施例中，去离子水源30供应非二氧化碳去离子水(即，去离子水中溶解二氧化碳的水平低于指定的阈值水平)以避免碳氢化合物污染半导体晶圆14的表面。
在操作64中，将显影剂施加到半导体晶圆14的表面。为此，电子工艺控制器40控制阀42以关闭去离子水的阀门，并打开阀门使显影液从显影剂源34流出、通过第二管道36进入腔室或壳体12、然后从喷嘴44流出到半导体晶圆14的表面上。在典型的方法中，喷嘴44将显影液引导到半导体晶圆14的中心区域上，在显影液的施加期间，半导体晶圆14经由驱动轴24同时产生旋转，以使显影液从半导体晶圆14的中心径向向外流动，以提供显影液的层流越过半导体晶圆14的表面，从而均匀地显影光刻胶剂16中的潜像。基于已经涂覆在半导体晶圆14上的光刻胶剂16的类型和正在执行的特定的光微影图案化，适当地选择显影液及其施加时间。作为非限制性说明性范例，在光刻胶剂为化学放大光刻胶剂的一些实施例中，显影液包括四甲基氢氧化铵(TMAH)，并旨在通过中和化学放大光刻胶剂16的光酸从而稳定显影的光刻胶剂图案来部分地操作。
在操作66中，在施加显影剂之后可以进行硬烘烤。硬烘烤，如果要进行的话，可以在从显影系统腔室或壳体12中取出半导体晶圆14并放入专用的硬烘烤炉之后在该炉中完成；或者，硬烘烤可以在带有显影的光刻胶剂的半导体晶圆14仍在显影系统腔室或壳体12中时使用图示的可选的一体式加热器22完成(可选地，在电子工艺控制器40的自动控制下)。可选的操作66可以操作以增加显影的光刻胶剂图案的稳定性。是否进行可选的(硬烘烤)操作66的选择取决于光刻胶剂16的类型。
图2的说明性显影工艺仅是非限制性范例。给定的显影工艺可以省略操作60(曝光后烘烤)、操作62(去离子水预冲洗)或操作66(硬烘烤)中的一者或多者；及/或可以包括未示出的附加工艺操作，例如附加的一或多个工艺步骤以帮助稳定显影的光刻胶剂图案。
一些光刻胶剂显影工艺实际上是在工艺流体管道上没有设置导电材料的情况下进行的。即，实际执行的显影工艺是在第一管道32的外侧没有设置导电材料50，且类似地在第二管道36的外侧没有设置导电材料52的情况下进行的。实际执行的显影工艺包括参照图2描述的去离子水预冲洗操作62及显影剂施加操作64，其中喷嘴44在晶圆旋转的同时在半导体晶圆14的中心处先沉积去离子水然后显影剂。操作62中使用的去离子水为非二氧化碳去离子水，操作64中施加的显影液为四甲基氢氧化铵。在随后对显影的光刻胶剂图案的鉴识检查中，显影的光刻胶剂的扫描电子显微镜(scanning electron microscopy，SEM)影像公开在显影步骤期间发生了微影图案失败。在显影工艺之后执行的晶圆的SEM影像中观察到微影图案失败，因为存在图案熔化的缺陷和缺陷区域，例如桥接缺陷、电弧缺陷及/或其类似的缺陷。SEM影像还发现，图案失败主要发生在晶圆的中心区域。
已经确定观察到的微影图案失败事件与半导体晶圆的中心区域中的静电荷积聚有关。由于这种在晶圆的中心区域积聚的静电荷，显影剂不能中和光刻胶剂(在实际执行的显影工艺中为一种化学放大光刻胶剂)的光酸，因此微影图案失败发生在晶圆的中心区域。
参照图3及图4，为了确立半导体晶圆14的中心区域中的表面电荷沉积是发生于去离子水预冲洗操作62期间，使用表面电荷映射(mapping)来验证在图2的显影工艺的去离子水预冲洗操作62之后电荷积聚的存在。图3呈现了在去离子水预冲洗操作62之前半导体晶圆的电荷图(charge map)70和相应的电荷直方图(charge histogram)72。可以看出，静电荷图在整个晶圆表面上表现出相当大的均匀性，在晶圆的中心区域74中只有少量的多余静电荷。在电荷直方图72的窄峰(narrow peak)中也可以看出晶圆表面上的电荷基本上为均匀的。作为比较，图4呈现了在去离子水预冲洗操作62之后半导体晶圆的电荷图80和相应的电荷直方图82。可以看出，电荷图80确实在晶圆的中心区域84中表现出大量的静电荷积聚，并且如电荷直方图82的宽峰(broad peak)所展示的，静电荷在整个晶圆表面上是不均匀的。
返回参照图2并进一步参照图5，并且不限于任何特定的操作理论，在没有将导电材料50设置在第一管道32的外侧时所进行的预冲洗期间静电荷的累积及其导致微影图案失败的影响在图5中被示意性地示出，且其影响如图2的(a)栏所示。图示的范例显示半导体晶圆14包括硅基板90，在其上设置有底层92及中间层94，且光刻胶剂16设置在中间层94的顶部。这种结构通常用于某些类型的微影控制工艺中，例如以能够使用不被光刻胶剂16单独遮蔽的蚀刻来形成开口。举例来说，在通过曝光图案化光刻胶剂和图2的显影工艺之后，可以使用第一蚀刻剂将图案化的光刻胶剂16中的开口延伸穿过中间层94，该图案化的中间层然后用作用于将开口延伸穿过底层92的不同蚀刻的遮罩。这再次仅仅是一个非限制性说明性范例。
图5的左图示意性地绘出图2的工艺的去离子水预冲洗操作62。此操作使去离子水96流过半导体晶圆14的表面以在显影之前冲洗光刻胶剂16。然而，如图2中的解释98所示，在不使用设置在第一管道32外侧的导电材料50的情况下，在去离子水预冲洗操作62期间，通过沿着第一管道32的摩擦所产生的电荷被转移到半导体晶圆14，并在半导体晶圆14的中心区域产生静电荷100。因此，去离子水预冲洗操作62将静电荷100沉积到半导体晶圆14的表面上，更具体地在光刻胶剂16之上或之中。值得注意的是，静电荷100沉积在半导体晶圆14的中心区域和在光刻胶剂16中形成的潜像的区域102中，这些区域102将被随后的显影操作64去除。在随后的显影剂施加操作64(图5的右图)期间，静电荷100阻止显影液中和光刻胶剂16(在此范例中其再次被认为是化学放大光刻胶剂)的光酸，因此在这些区域102中发生微影图案失败，也如图2中的解释104所描述的那样。即，半导体晶圆14的中心区域的静电荷100导致光刻胶剂图案失败。
相比之下，如图2的(b)栏的解释106和解释108所示，当在导电材料50设置在第一管道32外侧的情况下执行去离子水预冲洗操作62时，沿着第一管道32的摩擦再次产生电荷，但是电荷经由设置在第一管道32上的导电材料50接地而被释放(参见解释106)。因此，在随后的显影剂施加操作64中，静电荷不在半导体晶圆14上，因此不会发生光刻胶剂图案失败(参见解释108)。
图3和图4的结果与去离子水预冲洗操作62期间半导体晶圆14表面的中心区域中的电荷积聚有关。然而，预计这种电荷积聚也可能发生在显影剂施加操作64期间，这是由于显影液的流动而在第二管道36中摩擦产生的电荷被沉积到半导体晶圆14的表面上。为了解决这个问题，设置在承载显影液的第二管道36上的导电材料52与设置在第一管道32上的导电材料50类似地运行，以将显影液中产生的电荷经由导电材料52及(在图1的范例中)其与电接地的腔室或壳体12的直接连接56释放到电接地。
甚至更一般地，预期所述方法可用于半导体微影工艺设备(其中显影系统10为一范例)，其中至少一个非金属管道与半导体微影工艺设备连接(其中第一管道32和第二管道36为范例)。在这种一般情况下，导电材料被适当地设置在所述至少一个非金属管道的外侧(对应于图1的导电材料50、52)，并且被连接以从所述至少一个非金属管道释放电荷到电接地(例如，经由图1的范例中的接地带54和直接连接56)。
在下文中，描述一些进一步的实施例。
在一非限制性说明性实施例中，公开了一种半导体制造方法，其操作于一半导体晶圆上。所述半导体制造方法包括：通过使一去离子水流过一非金属管道并流到半导体晶圆上，以对半导体晶圆进行一去离子水冲洗；以及在去离子水冲洗过程中，经由设置在非金属管道的外侧的一导电材料释放流过非金属管道的去离子水中的静电荷。其中，设置在非金属管道的外侧的导电材料是电接地(electrically grounded)。在一些实施例中，非金属管道包括基于含氟聚合物(PFA)的管子。在一些实施例中，使去离子水流过非金属管道并流到半导体晶圆上包括：使非二氧化碳(non-CO2)去离子水流过非金属管道并流到半导体晶圆上。在一些实施例中，所述半导体制造方法还包括：在去离子水冲洗之前，将半导体晶圆安装在一电接地的腔室或壳体中的一晶圆固定座上。其中，一接地带将设置在非金属管道的外侧的导电材料电连接到电接地的腔室或壳体，从而使设置在非金属管道的外侧的导电材料电接地。在一些实施例中，所述半导体制造方法还包括：在去离子水冲洗之前，将半导体晶圆安装在一电接地的腔室或壳体中的一晶圆固定座上。其中，设置在非金属管道的外侧的导电材料直接接触电接地的腔室或壳体，从而使设置在非金属管道的外侧的导电材料电接地。在一些实施例中，去离子水冲洗使去离子水流过非金属管道并流到设置在半导体晶圆上的一光刻胶剂上，且所述半导体制造方法还包括：在去离子水冲洗之后，通过使一显影液流过一第二非金属管道并流到光刻胶剂上，以显影光刻胶剂；以及在显影过程中，经由设置在第二非金属管道的外侧的一第二导电材料释放流过第二非金属管道的显影液中的静电荷。其中，设置在第二非金属管道的外侧的第二导电材料是电接地。在一些实施例中，显影液包括四甲基氢氧化铵(TMAH)。在一些实施例中，设置在非金属管道的外侧的导电材料包括缠绕在非金属管道的外侧的一金属箔。
在一非限制性说明性实施例中，公开了一种半导体制造方法，其操作于一半导体晶圆上。所述半导体制造方法包括：施加一工艺流体到半导体晶圆上；在工艺流体的施加过程中，供应经由一非金属管道施加的工艺流体；以及在工艺流体的施加过程中，经由设置在非金属管道的外侧的一电接地导电材料释放非金属管道中的静电。在一些实施例中，工艺流体包括去离子水。在一些实施例中，所述半导体制造方法还包括：在施加工艺流体之后，施加一显影液到半导体晶圆上；在显影液的施加过程中，供应经由一第二非金属管道施加的显影液；以及在显影液的施加过程中，经由设置在第二非金属管道的外侧的一第二电接地导电材料释放第二非金属管道中的静电。在一些实施例中，施加工艺流体到半导体晶圆上包括将工艺流体喷洒到半导体晶圆上，以及施加显影液包括将显影液喷洒到半导体晶圆上。在一些实施例中，半导体晶圆设置在一腔室或壳体中，且非金属管道包括：一第一管道部分，与腔室或壳体连接；以及一第二管道部分，远离腔室或壳体并通过一管道接头与第一管道部分连接。其中，第二管道部分比第一管道部分更电绝缘。在一些实施例中，经由设置在非金属管道的外侧的电接地导电材料释放非金属管道中的静电包括：经由连接到电接地的一接地带而将导电材料接地。在一些实施例中，经由设置在非金属管道的外侧的电接地导电材料释放非金属管道中的静电包括：经由将导电材料直接接触到与非金属管道连接的一电接地的腔室或壳体而将导电材料接地。
在一非限制性说明性实施例中，公开了一种半导体制造方法。所述半导体制造方法包括：使一工艺流体通过一非金属管道流到设置在一腔室或壳体中的一半导体晶圆上；以及经由设置在非金属管道的外侧并与腔室或壳体电接触的一导电材料将非金属管道中的工艺流体中的电荷释放到腔室或壳体。在一些实施例中，非金属管道包括：一含氟聚合物-防爆管道(PFA-NE pipe)，与腔室或壳体连接；一第二管道，与含氟聚合物-防爆管道连接；以及一管道接头，串联连接含氟聚合物-防爆管道及第二管道。其中，第二管道比含氟聚合物-防爆管道更电绝缘。在一些实施例中，导电材料包括缠绕在靠近腔室或壳体的非金属管道的至少一部分上的一金属箔。在一些实施例中，腔室或壳体包括半导体微影工艺设备。在一些实施例中，使工艺流体通过非金属管道流到设置在腔室或壳体中的半导体晶圆上包括：使一去离子水通过非金属管道流到设置在腔室或壳体中的半导体晶圆上。
在一非限制性说明性实施例中，一种设备包括：一显影系统，配置以显影设置在一半导体晶圆上的光刻胶剂；一显影液输送管道，连接以将一显影液输送到显影系统；一含氟聚合物(PFA)管道，连接以将显影液除外的一工艺流体输送到显影系统；以及一导电材料，设置在含氟聚合物管道的外侧。显影系统配置为将显影液从显影液输送管道施加到半导体晶圆，并将工艺流体从含氟聚合物管道施加到半导体晶圆。设置在含氟聚合物管道外侧的导电材料电接地。在一些实施例中，含氟聚合物管道被连接以将包括去离子水的工艺流体输送到显影系统。在一些这样的实施例中，显影系统被配置为通过以下工艺操作对设置在半导体晶圆上的光刻胶剂进行显影，包括：将去离子水从含氟聚合物管道喷洒到半导体晶圆上，以及在喷洒去离子水之后，将显影液从显影液输送管道喷洒到半导体晶圆上。
在一非限制性说明性实施例中，一种在一半导体晶圆上显影光刻胶剂的方法包括：通过使一去离子水流过一非金属管道并流到设置在半导体晶圆上的光刻胶剂上，以对光刻胶剂进行一去离子水冲洗；在去离子水冲洗过程中，经由设置在非金属管道的外侧的一导电材料释放流过非金属管道的去离子水中的静电荷；以及在去离子水冲洗之后，通过使一显影液流过一第二管道并流到光刻胶剂上，以对光刻胶剂进行显影。其中，设置在非金属管道的外侧的导电材料电接地。
在一非限制性说明性实施例中，一种在一半导体晶圆上显影光刻胶剂的方法包括：施加一工艺流体到半导体晶圆上；在工艺流体的施加过程中，供应经由一非金属管道施加的工艺流体；还有在工艺流体的施加过程中，经由设置在非金属管道的外侧的一电接地导电材料释放非金属管道中的静电；以及在施加工艺流体之后，施加一显影液到半导体晶圆上。在一些实施例中，工艺流体包括去离子水。
在一非限制性说明性实施例中，一种在一半导体晶圆上显影光刻胶剂的方法包括：施加一工艺流体到半导体晶圆上；在工艺流体的施加过程中，供应经由一非金属管道施加的工艺流体；还有在工艺流体的施加过程中，经由设置在非金属管道的外侧的一电接地导电材料释放非金属管道中的静电；以及在施加工艺流体之后，施加一显影液到半导体晶圆上。其中，在施加显影液过程中，供应经由一第二非金属管道施加的显影液。还有在施加显影液过程中，经由设置在第二非金属管道的外侧的一第二电接地导电材料释放第二非金属管道中的静电。
在一非限制性说明性实施例中，一种设备包括：半导体微影工艺设备；至少一非金属管道，与半导体微影工艺设备连接；以及一导电材料，设置在所述至少一非金属管道的外侧，并连接以将电荷从所述至少一非金属管道释放到电接地。
前述内文概述了许多实施例的特征，使本技术领域中技术人员可以从各个方面更佳地了解本公开。本技术领域中技术人员应可理解，且可轻易地以本公开为基础来设计或修饰其他工艺及结构，并以此达到相同的目的及/或达到与在此介绍的实施例等相同的优点。本技术领域中技术人员也应了解这些相等的结构并未背离本公开的发明构思与范围。在不背离本公开的发明构思与范围的前提下，可对本公开进行各种改变、置换或修改。

Claims (1)

1.一种半导体制造方法，操作于一半导体晶圆上，该半导体制造方法包括：
通过使一去离子水流过一非金属管道并流到该半导体晶圆上，以对该半导体晶圆进行一去离子水冲洗；以及
在该去离子水冲洗过程中，经由设置在该非金属管道的一外侧的一导电材料释放流过该非金属管道的该去离子水中的静电荷；
其中，设置在该非金属管道的该外侧的该导电材料电接地。
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