CN116721910A - 一种改善lift-off制程中显影截面光刻胶结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善lift‑off制程中显影截面光刻胶结构的方法，属于半导体光刻技术领域。该方法针对晶圆上涂敷负胶并曝光显影后的截面光刻胶结构改善，在曝光后烘烤工序中，采用的烘烤装置在保留原有盘面加热的基础上增加盘盖加热功能，通过改变盘面及盘盖温度可改善光刻胶结构，再进行显影工艺得到要求的截面结构，与现有技术相比，该方法在曝光后烘烤工艺中，保留盘面加热基础上增加盘盖加热功能；盘盖和盘面同时进行加热，通过控制盘面温度及盘盖温度来控制显影后光刻胶的线宽、光刻胶膜厚及截面形貌，在保证线宽、光刻胶膜厚及形貌的前提下增强了光刻胶顶端结构强度。

Description

一种改善lift-off制程中显影截面光刻胶结构的方法

技术领域

本发明涉及半导体光刻技术领域，具体涉及一种改善lift-off制程中显影截面光刻胶结构的方法。

背景技术

在半导体光刻工艺中，随着器件尺寸的不断缩小和制程的多样化，在lift-off工艺(光刻中剥离工艺)中显影截面光刻胶结构(Profile)变得越来越重要。lift-off制程的工艺流程与传统晶圆加工工艺有一定区别，其流程是涂胶、曝光、显影、镀膜、lift-off光阻剥离，若截面光刻胶结构不佳，会导致后续镀膜时金属间断层不明显，在lift-off光阻剥离时光阻剥离残留，甚至会续出现导线间短路。例如在显影过程中截面光刻胶结构强度不够有可能导致光刻胶塌陷，造成大量缺陷，在镀膜过程中截面光刻胶结构强度不够有可能在镀膜过程中光阻塌陷，造成光阻与金属交联，使缺陷率增高。若截面光刻胶结构强度过大，在剥离时光刻胶会难以剥离，间接导致金属残留。因此在lift-off制程控制截面光刻胶结构是十分必要的。

现有方法主要有改变曝光后烘烤(HAEB or PEB)温度和显影工艺调整两种方式，对于5μm-15μm厚度的光刻胶，改变曝光后烘烤温度的优点是方式简单、装置成本低、过程易于控制，缺点是由于单一改变曝光后烘烤温度会改变光阻性质，导致显影后CD(线宽)变化较大，甚至需重新调整显影配方。例如增加曝光后烘烤时盘面温度会导致线宽偏小需增加显影时间达到所需线宽，会降低产能；降低曝光后烘烤时盘面温度，显影后截面光刻胶结构强度会减弱，在后续lift-off制程会产生缺陷。而调整显影工艺的对截面光刻胶结构的影响相对较小，对截面光刻胶结构调整改善有限，对复杂光刻胶结构改善调整周期较长。

发明内容

为了解决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改善lift-off制程中显影截面光刻胶结构的方法，在曝光后烘烤工艺中，保留盘面加热基础上增加盘盖加热功能，使盘盖和盘面同时进行加热，通过对盘盖和盘面温度的调控实现对显影截面光刻胶结构的改善。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种改善lift-off制程中显影截面光刻胶结构的方法，该方法针对晶圆上涂敷负胶并曝光显影后的光刻胶结构进行改善，包括如下步骤：

(1)晶圆涂覆光刻胶；

(2)晶圆前烘处理；

(3)晶圆图形曝光；

(4)晶圆边缘曝光；

(5)曝光后烘烤：采用烘烤装置对晶圆进行加热，所述烘烤装置包括用于容纳晶圆的烘烤腔室，所述烘烤腔室包括盘面和盘盖，所述盘面和盘盖分别设于晶圆下方和晶圆上方并同时对晶圆进行加热；

(6)显影。

上述步骤(1)中，晶圆上所涂覆光刻胶形成胶膜的厚度为5-15μm。

上述步骤(2)中，晶圆前烘处理的温度需要根据晶圆上所旋涂胶的厚度、特性确定。

上述步骤(3)中，曝光Dose量和曝光时间需要根据晶圆上所旋涂胶的厚度、特性及所需的线宽确定。

上述步骤(4)中，晶圆边缘曝光时间、照度、长度、宽度需要根据晶圆上所旋涂胶的厚度、Product ID大小确定。

上述步骤(5)中，曝光后烘烤时盘盖和盘面同时进行加热，盘盖加热温度为90-130℃，盘面加热温度为90-130℃。

上述步骤(5)烘烤装置中，所述盘盖盖合在盘面上以形成加热空间，所述盘盖的下端面与晶圆的上端面的距离为15-35mm。

上述步骤(6)中，晶圆显影时间及冲洗时间需要根据晶圆上所旋涂胶的厚度、特性及所需要的线宽决定。

本发明方法中晶圆直径可以根据实际需求进行选择。

本发明的优点和有益效果如下：

1、本发明对曝光后烘烤(HAEB or PEB)工艺做出改进，在保留盘面加热的基础上增加盘盖加热功能，使盘盖和盘面同时进行加热，并通过控制盘面温度来控制显影后光刻胶的线宽(CD)、光刻胶膜厚(THK)及截面结构；通过控制盘盖温度加热功能控制光刻胶顶端形貌及强度，保证晶圆线宽(CD)、光刻胶膜厚(THK)及形貌前提下增强了显影截面的光刻胶顶端结构强度。能够防止lift-off工艺后续制程中光刻胶顶部发生塌陷，降低了后续制程中缺陷，避免晶圆在制造过程中出现损失，能够满足制程要求。

2、制程多样化：通过对盘面温度和盘盖温度进行调整，以及与不同的显影时间，相互配合，可以使负性光阻产生不同截面光刻胶形貌，可以实现制程多样化。

附图说明

图1为对比例1中仅盘面加热的光刻胶结构示意图；其中：(a)第一组；(b)第二组；(c)第三组；(d)第四组。

图2为显影配方不变盘盖盘面同时加热的光刻胶结构示意图；其中：(a)第一组；(b)第二组；(c)第三组；(d)第四组。

图3为显影配方改变盘盖盘面同时加热的光刻胶结构示意图；其中：(a)第一组；(b)第二组；(c)第三组；(d)第四组。

图4为曝光后烘烤结构单元示意图；图中：1-盘盖；2-盘面。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详述本发明。

本发明提供一种改善lift-off制程中显影截面光刻胶结构的方法，该方法针对晶圆上涂敷负胶(厚度为5-15μm)并曝光显影后的截面Profile改善，具体包括如下步骤：

第一步：晶圆传送至涂胶单元涂覆光刻胶并形成胶膜；

第二步：完成涂布的晶圆传送至热板进行前烘处理；

第三步：冷却后的晶圆送入光刻机进行图形曝光；

第四步：晶圆完成曝光后传送至边缘曝光单元，通过硅片边缘曝光彻底去除晶圆边缘的剩余胶膜，硅片边缘曝光需控制曝光区域大小；

第五步：曝光后烘烤：通过在原有盘面加热的方式前提下通过增加盘盖加热功能进行烘烤，通过改变盘面及盘盖温度可改善显影后光刻胶结构；

第六步：晶圆经冷板冷却后，最后传送至显影单元进行显影，得到理想的截面Profile，最终传送回硅片存储单元。

以下实施例和对比例中，在曝光后烘烤工序中，采用烘烤装置对晶圆进行加热，如图4所示，所述烘烤装置包括用于容纳晶圆的烘烤腔室，所述烘烤腔室包括盘面2和盘盖1，所述盘面和盘盖分别设于晶圆下方和晶圆上方；该烘烤装置中，所述盘盖盖合在盘面上以形成加热空间，所述盘盖的下端面与晶圆的上端面的距离为25mm。

进一步地，所述硅片存储单元用于储存硅片，涂胶单元用于光刻胶的旋涂，热板用于硅片的前烘和曝光后烘烤处理，曝光单元用于硅片曝光，边缘曝光单元用于硅片边缘曝光，显影单元用于显影。

对比例1

采用某种负性PI光刻胶，涂胶厚度为5μm，晶圆为直径300mm硅片。

第一步：晶圆传送至涂胶单元涂覆光刻胶并形成胶膜，厚度为5μm；

第二步：完成涂布的晶圆传送至热板进行前烘处理；

第三步：冷却后的晶圆送入光刻机进行图形曝光；

第四步：晶圆完成曝光后传送至边缘曝光单元，通过硅片边缘曝光保护ProductID部分，硅片边缘曝光需控制曝光区域大小，本实施例曝光区域的长度4mm、宽度25mm；

第五步：在光刻胶曝光后盘盖不加热，仅调整盘面温度，具体如下：

第一组盘面温度：100℃；

第二组盘面温度：100℃+2℃；

第三组盘面温度：100℃+3℃；

第四组盘面温度：100℃+4℃。

第六步：晶圆经冷板冷却后，最后传送至显影单元进行显影。

显影结束截面光刻胶结构如图1所示，具体如下：

第一组：CD 4.43μm、THK 4.83μm，θ48.2°；

第二组：CD 2.47μm、THK 5.01μm，θ63.03°；

第三组：CD 1.52μm、THK 5.00μm，θ69.05°；

第四组：CD 0.993μm、THK 5.01μm，θ78.04°。

通过四组对比可以看出，盘面温度为100℃时条件最佳CD尚可，但THK偏薄，截面profile形貌顶部结构强度不够有塌陷风险且增加盘面温度改善无效；

实施例1

采用与对比例1相同的某种负性PI光刻胶，涂胶厚度为5μm，晶圆为直径300mm硅片。具体过程如下：

第一步：晶圆传送至涂胶单元涂覆光刻胶并形成胶膜，厚度为5μm；

第二步：完成涂布的晶圆传送至热板进行前烘处理；

第三步：冷却后的晶圆送入光刻机进行图形曝光。

第四步：晶圆完成曝光后传送至边缘曝光单元，通过硅片边缘曝光保护ProductID部分，硅片边缘曝光需控制曝光区域大小，长度4mm、宽度25mm；

第五步：在光刻胶曝光后使用盘面加热与盘面加热结合的方式，调试各项参数以得到此种方式最佳的截面光刻胶结构。

第一组：对照组盘面温度100℃，盘盖未加热；

第二组：盘面温度100℃，盘盖温度102℃；

第三组：盘面温度100℃+1℃，盘盖温度100℃；

第四组：盘面温度100℃+1℃，盘盖温度102℃；

第六步：晶圆经冷板冷却后传送到显影单元进行显影，显影后截面光刻胶结构如图2所示。

第一组：CD 4.52μm、THK 4.84μm，θ47.07°；

第二组：CD 3.23μm，THK 5.01μm，θ56.03°；

第三组：CD 2.83μm，THK 5.01μm，θ60.03°；

第四组：CD 2.73μm，THK 5.01μm，θ61.03°。

可以看出本实施例中第二、第三和第四组对截面光刻胶结构改善明显，光刻胶的形貌和顶部结构均加强，盘面温度100℃、盘盖温度102℃效果最佳。

实施例2

采用与对比例1相同的某种负性PI光刻胶，涂胶厚度为5μm，晶圆为直径300mm硅片。具体过程如下：

第一步：晶圆传送至涂胶单元涂覆光刻胶并形成胶膜，厚度为5μm；

第二步：完成涂布的晶圆传送至热板进行前烘处理；

第三步：冷却后的晶圆送入光刻机进行图形曝光。

第四步：晶圆完成曝光后传送至边缘曝光单元，通过硅片边缘曝光保护ProductID部分，硅片边缘曝光需控制曝光区域大小，长度4mm、宽度25mm；

第五步：使用盘面加热与盘面加热结合的方式，调试各项参数得到此种方式最佳的截面光刻胶结构。

第一组：盘面温度100℃、盘盖温度102℃；

第二组：盘面温度100℃+1℃盘盖温度100℃；

第三组：盘面温度100℃+1℃盘盖温度102℃；

第四组：显影时间加长盘面温度100℃+1℃、盘盖温度102℃。

第六步：晶圆经冷板冷却后传送到显影单元进行显影，显影后截面光刻胶结构如图3所示。

第一组：CD 3.23μm，THK 5.01μm，θ56.03°；

第二组：CD 2.83μm，THK 5.01μm，θ60.03°；

第三组：CD 2.73μm，THK 5.01μm，θ61.03°；

第四组：CD 5.03μm，THK 5.01μm，θ45.03°。

通过记录数据可以发现，不同的盘面温度和不同盘盖温度相互配合，可以实现一种负性光阻产生不同截面光刻胶结构效果，可以实现同种光阻liftoff制程多样化。

通过上述实施例，可证明本发明方法适用于liftoff制程5μm的负胶截面profile改善，效果良好，且有增强截面profile顶部结构强度、制程多样化的附加效果。另本发明对其他厚度如15μm负胶截面profile改善同样有效。

Claims (9)

1.一种改善lift-off制程中显影截面光刻胶结构的方法，其特征在于：该方法针对晶圆上涂敷负胶并曝光显影后的光刻胶结构进行改善，具体包括如下步骤：

(1)晶圆涂覆光刻胶；

(2)晶圆前烘处理；

(3)晶圆图形曝光；

(4)晶圆边缘曝光；

(5)曝光后烘烤：采用烘烤装置对晶圆进行加热，所述烘烤装置包括用于容纳晶圆的烘烤腔室，所述烘烤腔室包括盘面和盘盖，所述盘面和盘盖分别设于晶圆下方和晶圆上方并同时对晶圆进行加热；

(6)显影。

2.根据权利要求1所述的改善lift-off制程中显影截面光刻胶结构的方法，其特征在于：步骤(1)中，晶圆上所涂覆光刻胶形成胶膜的厚度为5-15μm。

3.根据权利要求1所述的改善lift-off制程中显影截面光刻胶结构的方法，其特征在于：步骤(2)中，晶圆前烘处理的温度需要根据晶圆上所旋涂胶的厚度、特性确定。

4.根据权利要求1所述的改善lift-off制程中显影截面光刻胶结构的方法，其特征在于：步骤(3)中，曝光Dose量和曝光时间需要根据晶圆上所旋涂胶的厚度、特性及所需的线宽确定。

5.根据权利要求1所述的改善lift-off制程中显影截面光刻胶结构的方法，其特征在于：步骤(4)中，晶圆边缘曝光时间、照度、长度、宽度需要根据晶圆上所旋涂胶的厚度、Product ID大小确定。

6.根据权利要求1所述的改善lift-off制程中显影截面光刻胶结构的方法，其特征在于：步骤(5)中，曝光后烘烤时盘盖和盘面同时进行加热，盘盖加热温度为90-130℃，盘面加热温度为90-130℃。

7.根据权利要求1或6所述的改善lift-off制程中显影截面光刻胶结构的方法，其特征在于：步骤(5)烘烤装置中，所述盘盖盖合在盘面上以形成加热空间，所述盘盖的下端面与晶圆的上端面的距离为15-35mm。

8.根据权利要求1所述的改善lift-off制程中显影截面光刻胶结构的方法，其特征在于：步骤(6)中，晶圆显影时间及冲洗时间需要根据晶圆上所旋涂胶的厚度、特性及所需要的线宽决定。

9.根据权利要求1所述的改善lift-off制程中显影截面光刻胶结构的方法，其特征在于：晶圆直径可以根据实际需求进行选择。