CN117501409A - 一种显影装置、显影方法及涂胶显影系统 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种显影装置、显影方法及涂胶显影系统。涉及半导体制造设备技术领域。主要提供一种克服关键尺寸不均匀的显影装置。该显影装置包括喷淋盘、控制器和多个显影液控制开关；喷淋盘内形成有显影液喷淋腔和去离子水喷淋腔，喷淋盘形成有与显影液喷淋腔连通的多个显影液喷淋孔，和与去离子水喷淋腔相连通的多个去离子水喷淋孔，每一个显影液喷淋孔的外围为去离子水喷淋孔，每一个去离子水的外围为显影液喷淋孔；多个显影液控制开关均与控制器电连接，多个显影液喷淋孔中的任一显影液喷淋孔处均设置有显影液控制开关，控制器用于调节显影液喷淋孔的喷淋流量和/或喷淋时间。也就是，可以通过分区域控制显影液，以使得关键尺寸均匀化。
Description
本申请涉及半导体制造设备技术领域，尤其涉及一种显影装置、采用该显影装置的显影方法，以及包含该显影装置的涂胶显影系统。
光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一，主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。
图1a和图1b示出了光刻工艺中其中关键的曝光(exposure)和显影(development)两个步骤。具体工艺包括：如图1a，在衬底10上依次堆叠介质层20、刻蚀掩膜层30和光刻胶层40，对光刻胶层40的待曝光区域进行曝光，再如图1b，采用显影装置向光刻胶层40喷淋显影液，使得显影液与待曝光区域的光刻胶进行反应，从而在光刻胶层40上形成目标图形。
随着半导体工艺的发展，光刻工艺所实现的图形关键尺寸(critical dimension，CD)越来越小，并且，对图形的关键尺寸均匀性(critical dimension uniformity，CDU)、线边粗糙度(Line edge roughness，LER)和线宽粗糙度(Line width roughness，LWR)等要求越来越高，其中，曝光工艺和显影工艺是对上述指标起着关键作用的重要步骤。
目前，在半导体技术领域，基本具有两种显影装置，其中一种为线性显影喷头(Liner develop nozzle，LD nozzle)装置，另一种为多组件工艺显影喷头(multi good process nozzle，MGP nozzle)装置。
图2a示出了采用线性显影喷头装置51在光刻胶层40喷淋显影液的简单结构图，图2b示出了采用多组件工艺显影喷头装置52在光刻胶层40喷淋显影液的简单结构图。如图2a，采用线性显影喷头装置51时，线性显影喷头装置51是沿着一个方向(比如，沿图2a中的P1方向)从衬底的一端移动到另一端，如图2b，采用多组件工艺显影喷头装置52时，多组件工艺显影喷头装置52在衬底的中心区域进行喷淋，衬底旋转(比如，沿图2b中的P2方向转动)，利用离心力将显影液从中心甩到四周。
不论是图2a展示的显影方式，还是图2b展出的显影方式，都存在关键尺寸不均匀的问题。可以这样讲，沿着图2a所示的P1方向，左端的显影液相比右端的显影液，在光刻胶层40上滞留的时间更长一些，或者，如图2b所示，中心区域的显影液相比四周的显影液，在光刻胶层40上滞留的时间更长一些，这样的话，就会造成关键尺寸呈现梯度分布(critical dimension uniformity map，CDU map)，即出现关键尺寸不均匀的问题。
发明内容
本申请提供一种显影装置、采用该显影装置的显影方法，以及包含该显影装置的涂胶显影系统。主要目的提供一种对芯片进行显影时，可以提升关键尺寸均匀性的显 影装置。
为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本申请提供了一种显影装置，该显影装置用于对芯片制备工艺中的光刻胶进行显影。
本申请给出的显影装置，包括喷淋盘、控制器和多个显影液控制开关；喷淋盘内形成有显影液喷淋腔和去离子水喷淋腔，以及喷淋盘形成有与显影液喷淋腔连通的多个显影液喷淋孔，和与去离子水喷淋腔相连通的多个去离子水喷淋孔，每一个显影液喷淋孔的外围为去离子水喷淋孔，每一个去离子水喷淋孔的外围为显影液喷淋孔；另外，多个显影液控制开关均与控制器电连接，多个显影液喷淋孔中的任一显影液喷淋孔处均设置有显影液控制开关，控制器用于控制显影液控制开关，以调节显影液喷淋孔的喷淋流量和/或喷淋时间。
本申请给出的显影装置被应用到芯片制造过程中的显影工艺时，在进行显影前，可以采用作为清洗介质的去离子水，喷淋到光刻胶层上，实现清洗、去污的目的；然后再执行显影，通过设置的多个显影液喷淋孔朝光刻胶层喷射显影液，完成显影工作。在一些场景下，在完成显影后，也可以通过去离子水喷淋孔继续向显影后的光刻胶层喷射去离子水，以清洗显影后留下的残留物。
还有，由于每一个显影液喷淋孔的外围为去离子水喷淋孔，每一个去离子水喷淋孔的外围为显影液喷淋孔。也可以这样讲，多个显影液喷淋孔和多个去离子水喷淋孔是间隔排布的，如此设计的话，可以使得去离子水和显影液都能够均匀的喷洒在光刻胶层上，为提升关键尺寸均匀性做铺垫。
另外，本申请给出的显影装置中，由于多个显影液喷淋孔中的任一显影液喷淋孔处均设置有显影液控制开关，这样的话，可以根据形成的光刻胶层的形貌特征，通过控制器控制喷淋流量和喷淋时间中的至少一种，比如，当一些位置的光刻胶层厚度比较大时，就可以增大喷淋流量，再比如，当另一些位置的光刻胶层厚度比较小时，可以减小喷淋流量，以使得图案化的光刻胶层的尺寸基本一致，最终提升关键尺寸均匀性。
除此之外，本申请的显影装置中，并未设置可以驱动喷淋盘转动的驱动结构，这样，可以简化整个显影装置的结构。
在第一方面可能的实现方式中，显影装置还包括：温度检测元件和加热元件；温度检测元件用于检测显影液的温度，加热元件用于对显影液加热；且温度检测元件和加热元件均与控制器电连接；控制器用于在温度检测元件检测的显影液温度小于预设温度时，控制加热元件向显影液加热，直至检测的显影液温度等于预设温度。
也就是说，本申请给出的显影装置中，通过温度检测元件检测显影液温度，并通过加热元件对显影液加热，以保障喷射在光刻胶层上的显影液在预设范围内，进一步提升显影效果。
在第一方面可能的实现方式中，温度检测元件包括电子温度计，加热元件包括电阻加热丝，电子温度计和电阻加热丝均设置在显影液喷淋腔内。
采用电子温度计作为温度检测元件，以及采用电阻加热丝作为加热元件，结构简单，实施也方便；另外，由于电子温度计和电阻加热丝设置在显影液喷淋腔内，可以 比较精准的测量显影液的温度，以及快速提升显影液的温度。
在第一方面可能的实现方式中，显影装置还包括缓冲结构；缓冲结构设置在显影液喷淋腔内，缓冲结构用于降低从显影液喷淋孔喷出的显影液的冲击力。
若在显影液喷淋腔内设置缓冲结构，可以降低显影液的冲击力，从而，避免具有较大冲击的显影液对光刻胶层造成破坏，降低产品合格率。
在第一方面可能的实现方式中，缓冲结构包括多个石英棒，多个石英棒间隔排布在显影液喷淋腔内。
首先石英棒的表面具有均匀的小颗粒状结构或者条纹结构，可对显影液起到很好的缓冲作用，还有，石英棒的化学性质稳定，以及，石英棒的热膨胀系数小、机械强度高，在重复的显影过程中，几乎不会发生变形，对显影液的导流影响一致，稳定性高。
在第一方面可能的实现方式中，显影装置还包括用于对显影液加热的电阻加热丝，且电阻加热丝沿石英棒的轴向缠绕在石英棒上。
当采用石英棒作为缓冲结构，以及采用电阻加热丝作为加热元件时，可以将电阻加热丝缠绕在石英棒上，这样一来，在实现对显影液有效加热的基础上，还可以进一步增加显影液与石英棒的接触面积，提升缓冲效果。
在第一方面可能的实现方式中，显影装置还包括多个去离子水控制开关；多个去离子水喷淋孔中的任一去离子水喷淋孔处均设置有去离子水控制开关，多个去离子水控制开关均与控制器电连接，控制器用于控制去离子水控制开关，以调节去离子水喷淋孔的喷淋流量和/或喷淋时间。
通过在每一个去离子水喷淋孔处设置控制开关，可以精准的控制每一个去离子水喷淋孔的流量和时间中的至少一个，从而，提升对光刻胶层的清洗程度。
在第一方面可能的实现方式中，喷淋盘包括：相扣合的底板和盖板、多个引流管、第一控制开关和第二控制开关；相扣合的底板和盖板之间形成有显影液喷淋腔，盖板内形成有流体腔，盖板还形成有与流体腔相连通的第一出液口和第二出液口，底板内形成有去离子水喷淋腔，第一出液口与去离子水喷淋腔相连通，第二出液口与显影液喷淋腔相连通，多个去离子水喷淋孔和多个显影液喷淋孔均开设在底板上，且多个去离子水喷淋孔与去离子水喷淋腔相连通；多个显影液喷淋孔和多个引流管一一对应设置，引流管穿过去离子水喷淋腔连通显影液喷淋孔和显影液喷淋腔；第一控制开关设置在第一出液口处；第二控制开关设置在第二出液口处；第一控制开关和第二控制开关均与控制器电连接，控制器控制第一控制开关和第二控制开关中的其中一个关闭时，控制另一个打开。
在对光刻胶层进行清洗时，可以向流体腔内输送去离子水，并通过控制器打开第一控制开关，关闭第二控制开关，去离子水就会流经第一出液口进入去离子水喷淋腔内，再通过多个去离子水喷淋孔将去离子水喷向光刻胶层；在对清洗后的光刻胶层进行显影时，可以向流体腔内输送显影液，并通过控制器打开第二控制开关，关闭第一控制开关，显影液会流经第二出液口进入显影液喷淋腔内，再通过引流管和多个显影液喷淋孔将显影液喷淋到光刻胶层上，完成显影步骤。
在第一方面可能的实现方式中，喷淋盘为圆盘形结构，多个显影液喷淋孔包括多 组显影液喷淋孔，多个去离子水喷淋孔包括多组去离子水喷淋孔，多组显影液喷淋孔和多组去离子水喷淋孔均沿喷淋盘的径向布设，且位于喷淋盘的同一圆环上的多个显影液喷淋孔和多个去离子水喷淋孔间隔排布。
在第一方面可能的实现方式中，圆盘形结构的喷淋盘在光刻胶层的正投影覆盖光刻胶层的边缘。
在第一方面可能的实现方式中，显影装置还包括显影液输送管和去离子水输送管；其中，显影液输送管与显影液喷淋腔相连通，去离子水输送管与去离子水喷淋腔相连通。
第二方面，本申请还提供了一种涂胶显影系统，包括涂胶装置和上述第一方面任一实现方式中的显影装置；其中，涂胶装置用于对半导体器件上涂覆光刻胶，显影装置用于对光刻胶进行显影。
本申请实施例提供的涂胶显影系统包括第一方面实施例的显影装置，因此本申请实施例提供的涂胶显影系统与上述技术方案的显影装置能够解决相同的技术问题，并达到相同的预期效果。
第三方面，本申请还提供了一种显影装置的显影方法，该显影装置包括喷淋盘、控制器和多个显影液控制开关；喷淋盘内形成有显影液喷淋腔和去离子水喷淋腔，以及喷淋盘形成有与显影液喷淋腔连通的多个显影液喷淋孔，和与去离子水喷淋腔相连通的多个去离子水喷淋孔，每一个显影液喷淋孔的外围为去离子水喷淋孔，每一个去离子水喷淋孔的外围为显影液喷淋孔；另外，多个显影液控制开关均与控制器电连接，多个显影液喷淋孔中的任一显影液喷淋孔处均设置有显影液控制开关；
显影方法包括：
通过多个去离子水喷淋孔，将去离子水喷淋腔内的去离子水喷淋至光刻胶层；
通过多个显影液喷淋孔，将显影液喷淋腔内的显影液喷淋至光刻胶层，以及，控制器控制显影液控制开关，以调节显影液喷淋孔的喷淋流量和/或喷淋时间。
本申请给出的显影方法中，由于采用的显影装置中的每一个显影液喷淋孔处分别设置控制开关，进而，在进行显影工艺时，可以根据光刻胶层的形貌，通过控制器控制控制开关，以调节显影液喷淋孔所喷射的显影液的流量或者时间中的至少一个，这样的话，就可以根据光刻胶层的形貌特征，进行分区域控制，使得不同区域所喷射的显影液的容量不一样，以优化关键尺寸。
在第三方面可能的实现方式中，显影装置还包括：温度检测元件和加热元件，且温度检测元件和加热元件均与控制器电连接；将显影液喷淋腔内的显影液喷淋至光刻胶层时，还包括：采用温度检测元件检测显影液的温度，检测到的显影液的温度小于预设温度时，控制器控制加热元件加热显影液，直至显影液温度等于预设温度。
通过温度检测元件可以实时检测显影液的温度，并通过加热元件可以对不符合设计要求的显影液进行升温，以提升显影效果。
在第三方面可能的实现方式中，显影装置还包括多个去离子水控制开关；多个去离子水喷淋孔中的任一去离子水喷淋孔处均设置有去离子水控制开关，多个去离子水控制开关均与控制器电连接；将去离子水喷淋腔内的去离子水喷淋至光刻胶层时还包括：控制器控制去离子水控制开关，以调节去离子水喷淋孔的喷淋流量和/或喷淋时间。
通过在每一个去离子水喷淋孔处设置控制开关，可以精准的控制每一个去离子水喷淋孔的流量和时间中的至少一个，提升对光刻胶层的清洗程度。
在第三方面可能的实现方式中，当光刻胶层包含具有凹陷结构的第一区域，以及具有凸起结构的第二区域时；
控制器控制显影液控制开关时，包括：控制器控制与第一区域相对的第一显影液控制开关，以及控制与第二区域相对的第二显影液控制开关，以使得第一显影液喷淋孔的流量小于第二显影液喷淋孔的流量，第一显影液喷淋孔的喷淋时间等于第二显影液喷淋孔的喷淋时间；或者，使得第一显影液喷淋孔的流量等于第二显影液喷淋孔的流量，第一显影液喷淋孔的喷淋时间小于第二显影液喷淋孔的喷淋时间；或者，使得第一显影液喷淋孔的流量小于第二显影液喷淋孔的流量，第一显影液喷淋孔的喷淋时间大于或小于第二显影液喷淋孔的喷淋时间；
其中，第一显影液喷淋孔为设置在第一显影液控制开关的显影液喷淋孔，第二显影液喷淋孔为设置在第二显影液控制开关的显影液喷淋孔。
通过上述的分区域控制，可以精准的对不同形貌的光刻胶层进行显影，即使光刻胶层厚度尺寸不均匀，出现凹凸的不平整，也可以使得最终形成的图案尺寸均匀化。
图1a为现有技术中对光刻胶层曝光的结构图；
图1b为现有技术中对光刻胶层显影后的结构图；
图2a为现有技术中采用线性显影喷头装置对光刻胶层显影的结构图；
图2b为现有技术中采用多组件工艺显影喷头装置对光刻胶层显影的结构图；
图3为一种芯片的结构图；
图4a至图4i为一种在制备芯片时的部分工艺结构图；
图5为一种在制备芯片时具有缺陷层结构的结构图；
图6为图5所示结构完成显影后的结构图；
图7为在图6所示结构制得金属走线后的结构图；
图8为本申请实施例提供的一种显影装置的结构图；
图9为本申请实施例提供的一种显影装置中的喷淋盘的结构图；
图10为本申请实施例提供的多个显影液喷淋孔和多个去离子水喷淋孔的布设图；
图11为本申请实施例提供的一种显影装置的电路图；
图12为本申请实施例提供的一种显影装置的剖面结构图；
图13为一种光刻胶层具有缺陷的结构图；
图14为本申请实施例提供的一种显影装置的剖面结构图；
图15为本申请实施例提供的一种显影装置的剖面结构图；
图16为本申请实施例提供的一种显影装置的电路图；
图17为本申请实施例提供的一种显影装置的剖面结构图；
图18为本申请实施例提供的一种显影装置的剖面结构图；
图19为本申请实施例提供的一种显影装置的电路图。
附图标记：
10-衬底；20-介质层；30-刻蚀掩膜层；40-光刻胶层；51-线性显影喷头装置；52-多组件工艺显影喷头装置；60-金属走线；
100-芯片；
200-显影装置；
201-喷淋盘；201a-盖板；201b-底板；201c-流体腔；201d-去离子水喷淋腔；201e-显影液喷淋腔；201f-第一出液口；201g-第二出液口；
202-显影液输送管；
203-去离子水输送管；
301-第一控制开关；
302-第二控制开关；
401-显影液控制开关；
402-去离子水控制开关；
500-引流管；
600-缓冲结构；601-石英棒；
700-电阻加热丝。
在一些电子设备中，比如，手机(mobile phone)、平板电脑(pad)、智能穿戴产品(例如，智能手表、智能手环)、虚拟现实(virtual reality，VR)设备、增强现实(augmented reality，AR)，家用电器、汽车、人工智能等设备中，都包括芯片，例如，包括存储器芯片、处理器芯片等不同功能的芯片。
如图3示出的是上述电子设备中可能包括的一种芯片结构，该芯片结构是通过前道工艺FEOL制得各种电子元器件，比如，晶体管；然后再通过后道工艺BEOL制得互连线，以将不同的电子元器件电连接，形成电路结构。
需要说明的是，本申请涉及的芯片可以是晶粒(也可以称为颗粒或裸芯片)(die)，也可以是晶圆(wafer)。可以理解的是，对晶圆(wafer)进行切割后得到裸芯片(die)。
图4a至图4i给出了在进行图3所示的后道工艺FEOL时，可能所涉及的一些工艺步骤，具体的，如下所述：
如图4a所示，在包含电子元器件的衬底10上形成介电层20。
如图4b所示，在介电层20上形成刻蚀掩膜层30。
如图4c所示，在刻蚀掩膜层30上形成光刻胶层40。
如图4d所示，采用光刻机对光刻胶层40进行曝光。图4d示例性的给出了光刻胶层40的两处曝光位置。在具体实施时，可能会包括更多的曝光位置，使得光刻胶层40形成曝光区和非曝光区。
完成对光刻胶层40的曝光后，需要进行显影工艺，如图4e所示的，向光刻胶层40喷淋显影液，使得显影液与曝光区的光刻胶层40发生化学反应，进而在光刻胶层40上呈现出如图4e所示的目标图案。
如图4f所示，将光刻胶层40上的图案转换至刻蚀掩膜板30上。
如图4g所示，去除光刻胶层40。
如图4h所示，利用具有图案的刻蚀掩膜板30在介电层20上进行构图。
如图4i所示，在图案化的介电层20上形成金属层，以形成金属走线。
在上述各种不同功能或者不同结构的芯片制造过程中，基本都包括光刻工艺。例如，包括上述图4d所示的曝光工艺，和图4e所示的显影工艺。
在执行上述的曝光、显影工艺之前，可能会存在一些工艺缺陷，例如，如图5所示的，在介电层20上形成刻蚀掩膜层30时，可能会出现沉积的刻蚀掩膜层30厚度不均匀的现象，示例的，如图5所示的A区相比B区，刻蚀掩膜层30的厚度较小，也就是说，在沉积制得刻蚀掩膜层30后，刻蚀掩膜层30的表面会出现凹凸不平的现象。之后，继续在凹凸不平的刻蚀掩膜层30上形成光刻胶层40，同样的，沉积的光刻胶层40的表面也会出现凹凸不平的现象，如图5，光刻胶层40的A区形成有凹腔，B区形成有凸起。
若对图5所示结构的光刻胶层40进行曝光、显影后，就会出现图6所示的位于A区的图案的宽度尺寸d1大于B区的图案的宽度d2，在完成后续一些工艺后，如图7所示的，在介电层20的位于A区的金属走线的宽度尺寸D1大于B区的金属走线的宽度尺寸D2，从而，就出现了制得的芯片的关键尺寸不均匀的问题，这样会影响该芯片的使用性能，甚至使得该芯片为不合格产品，降低产品合格率。
为了克服图7所示的关键尺寸不均匀的问题，在一些实施方式中，使用光刻机执行曝光工艺时，根据光刻胶层40的形貌特征，改变光刻机发射的光束的能量强度，以缓解关键尺寸不均匀的现象。
另外，为了克服图7所示的关键尺寸不均匀的问题，本申请还给出了另外一种技术手段，本申请给出的技术手段是从显影工艺角度出发，提供了一种新型的显影装置，来缓解关键尺寸不均匀。下述详细介绍所涉及的显影装置的可实现结构。
图8是本申请实施例给出的一种显影装置200对芯片100显影时的结构图。如图8，该显影装置200包括喷淋盘201和显影液输送管202，显影液输送管202用于向喷淋盘201内输送显影液，输送至喷淋盘201中的显影液可以喷淋至芯片100的光刻胶层上，以负责显影作业。
在一些可选择的实施方式中，见图8，显影装置200还包括去离子水输送管203，去离子水输送管203用于向喷淋盘201输送去离子水，输送至喷淋盘201中的去离子水可以喷淋至芯片100的光刻胶层上。在芯片制造过程中，例如，在执行显影作业之前，可以采用去离子水对待显影的光刻胶层进行清洗，去除光刻胶层上的污渍，提升显影效果；或者，在完成显影作业之后，也可以再采用去离子水对显影后的光刻胶层清洗，去除显影后遗留的残物。
另外，为了存储输送至喷淋盘201中的显影液和去离子水，喷淋盘201内形成有显影液喷淋腔和去离子水喷淋腔，显影液喷淋腔和去离子水喷淋腔可以为相互独立的、分离的腔室。并且，显影液输送管202与显影液喷淋腔相连通，去离子水输送管203与去离子水喷淋腔相连通。
在一些可选择的设计中，喷淋盘201可以选择图8示出的圆盘形结构。因为被显影的芯片一般为圆盘形结构，所以，可以将喷淋盘201设计为与芯片形状相同的形状。
还有，在本申请给出的显影装置中，并未设置用于驱动喷淋盘201转动或者移动 的驱动结构，这样一来，可以简化该显影装置的结构。
为了使得该喷淋盘201能够对芯片的各个位置进行喷淋，如图8所示，可以使得喷淋盘201在芯片100上的正投影覆盖芯片100的边缘。也可以这样理解，圆盘形结构的喷淋盘201的面积大于芯片100的面积。
喷淋盘201上开设有与显影液喷淋腔相连通的多个显影液喷淋孔，以及，还开设有与去离子水喷淋腔相连通的多个去离子水喷淋孔。即通过多个显影液喷淋孔向光刻胶层喷淋显影液，同理的，通过多个去离子水喷淋孔向光刻胶层喷淋去离子水。
如图9，给出了包含有多个显影液喷淋孔M1和多个去离子水喷淋孔M2的喷淋盘201的结构图，如图10，给出了多个显影液喷淋孔M1和多个去离子水喷淋孔M2的其中一种布设方式。一并结合图9和图10，每一个显影液喷淋孔M1的外围为去离子水喷淋孔M2，每一个去离子水喷淋孔M2的外围为显影液喷淋孔M1。这样设计的话，可以使得多个显影液喷淋孔M1比较均匀的分布在喷淋盘201上，以及，可以使得多个去离子水喷淋孔M2也比较均匀的分布在喷淋盘201上，从而，使得显影液或者去离子水均匀的喷洒在芯片的光刻胶层上，提升显影效果。
当喷淋盘201为图8所示的圆盘状结构时，多个显影液喷淋孔M1包括多组显影液喷淋孔，多个去离子水喷淋孔M2包括多组去离子水喷淋孔，多组显影液喷淋孔M1和多组去离子水喷淋孔M2均沿喷淋盘201的径向布设，且位于喷淋盘201的同一圆环上的多个显影液喷淋孔M1和多个去离子水喷淋孔M2间隔排布。
除此之外，本申请给出的显影装置中还包括多个显影液控制开关，且多个显影液喷淋孔M1中的任一显影液喷淋孔M1处均设置有显影液控制开关。也就是说，多个显影液控制开关和多个显影液喷淋孔M1呈一一对应设置。
这里的显影液控制开关可以使得显影液喷淋孔M1处于关闭状态，或者处于打开状态，又或者可以改变显影液喷淋孔M1的开口大小。在一些实施方式中，可以采用电磁阀作为显影液控制开关。
如图11所示，这里的多个显影液控制开关均可以与控制器电连接，控制器可以控制每一个显影液控制开关，以调节相对应的显影液喷淋孔M1的喷淋流量和喷淋时间中的至少一个。比如，可以仅调节显影液喷淋孔M1的喷淋流量，或者，仅调节显影液喷淋孔M1的喷淋时间，又或者，同时调节显影液喷淋孔M1的喷淋流量和喷淋时间。
在一些实施方式中，当采用同时调节显影液喷淋孔M1的喷淋流量和喷淋时间时，不仅可以提升显影效率，还可以提高显影质量，例如，可以提高线边粗糙度(Line edge roughness，LER)和线宽粗糙度(Line width roughness，LWR)等。
当采用本申请给出的显影装置对图5所示的光刻胶层40进行显影时，可以根据光刻胶层40的A区和B区的不同形貌特征，调节对A区喷淋显影液的显影液喷淋孔的喷淋流量和/或喷淋时间，以及调节对B区喷淋显影液的显影液喷淋孔的喷淋流量和/或喷淋时间，使得对A区和B区的显影强度、显影时长不一样，进而，使得图6所示的位于A区的图案的宽度尺寸d1等于B区的图案的宽度d2，最终使得图7中的A区的线宽D1等于B区的线宽D2。
也可以这样理解本申请给出的显影装置，在进行显影工艺时，可以根据光刻胶层 的形状特征，对多个显影液喷淋孔M1分区域控制，通过分区域控制显影强度和显影时长，提高金属走线的线宽均匀性，提升产品良率。
喷淋盘201可实现的结构具有多种情况，图12示例性的给出了多种喷淋盘201中的其中一种结构。见图12，喷淋盘201包括相扣合的盖板201a和底板201b，相扣合的底板201b和盖板201a之间形成有显影液喷淋腔201e，为了防止储存在显影液喷淋腔201e中的显影液泄漏，可以将盖板201a和底板201b密封连接。或者，在一些其他可选择的实施方式中，可以将盖板201a和底板201b呈一体化结构设计。
另外，继续结合图12，盖板201a内形成有流体腔201c，并且，显影液输送管202和去离子水输送管203均与流体腔201c相连通。这样的话，显影液输送管202输送的显影液可以流入流体腔201c内，以及去离子水输送管203输送的去离子水也可以流入流体腔201c内。
再结合图12，底板201b内形成有去离子水喷淋腔201d，盖板201a还形成有与流体腔201c相连通的第一出液口201f和第二出液口201g，第一出液口201f与去离子水喷淋腔相连通201d，进而，储存在流体腔201c内的去离子水可以通过第一出液口201f流入底板201b中的去离子水喷淋腔201d；还有，第二出液口201g与显影液喷淋腔201e相连通，这样，储存在流体腔201c内的显影液可以通过第二出液口201g流入显影液喷淋腔201e内。
本申请对第一出液口201f和第二出液口201g的数量不做特殊限定，如图12，示例性的给出了包含两个第一出液口201f和两个第二出液口201g的显影装置。
在具体实施时，由于显影液和去离子水不是同时喷淋到光刻胶层上，所以，见图12，在第一出液口201f处设置有第一控制开关301，第二出液口201g处设置有第二控制开关302，并且第一控制开关301和第二控制开关302均与控制器电连接，控制器控制第一控制开关301打开时，控制第二控制开关302关闭；或者控制器控制第二控制开关302打开时，控制第一控制开关301关闭。也就是，控制器控制第一控制开关301和第二控制开关302中的一个打开时，另一个关闭。如此的话，可以使得显影液和去离子水先后对光刻胶层进行作业。
再结合图12，多个去离子水喷淋孔M2和多个显影液喷淋孔M1均开设在底板201b上，且多个去离子水喷淋孔M2与去离子水喷淋腔201d相连通。进而，位于去离子水喷淋腔201d内的去离子水可以通过多个去离子水喷淋孔M2喷淋至光刻胶层上。
为了使得显影液喷淋腔201e内的显影液通过开设在底板201b上的多个显影液喷淋孔M1，那么，见图12，显影装置还包括多个引流管500，多个显影液喷淋孔M1和多个引流管500一一对应设置，引流管500穿过去离子水喷淋腔201d连通显影液喷淋孔M1和显影液喷淋腔201e。具体使用时，位于显影液喷淋腔201e内的显影液可以依次流经引流管500和显影液喷淋孔M1喷淋到光刻胶层上。
下面结合图12和图13，介绍采用图12所示显影装置对图13所示光刻胶层40进行显影时的具体过程。其具体过程包括第一次清洗作业和显影作业，以及第二次清洗作业。
第一次清洗作业：控制器控制第一控制开关301打开，控制第二控制开关302关闭；通过去离子水输送管203向流体腔201c内输送去离子水，流体腔201c内的去离 子水通过打开的第一控制开关301进入去离子水喷淋腔201d，再通过多个去离子水喷淋孔M2喷洒在光刻胶层40上，实现对光刻胶层40的清洗。
显影作业：由于光刻胶层40的C区具有凹腔，D区具有凸起，控制器控制与C区对应的显影液控制开关，以减小与C区对应的显影液喷淋孔M1的开口，还有，控制器控制与D区对应的显影液控制开关，以增大与D区对应的显影液喷淋孔M1的开口；并且，控制器控制第一控制开关301关闭，控制第二控制开关302打开；通过显影液输送管202向流体腔201c内输送显影液，流体腔201c内的显影液通过打开第二控制开关302进入显影液喷淋腔201e，再依次通过多个引流管和多个显影液喷淋孔M1喷洒在光刻胶层上，另外，控制对C区和D区的显影时间，使得对C区的显影时间小于对D区的显影时间，进而，实现对光刻胶层40的C区和D区的显影，使得对C区和D区形成的凹槽的宽度基本一样。
第二次清洗作业：控制器控制第一控制开关301打开，控制第二控制开关302关闭；通过去离子水输送管203向流体腔201c内输送去离子水，流体腔201c内的去离子水通过打开的第一控制开关301进入去离子水喷淋腔201d，再通过多个去离子水喷淋孔M2喷洒在光刻胶层40上，实现对显影后的光刻胶层40的清洗。
在一些场景中，光刻胶层40可能会出现比图13所示的更多的凹腔和凸起，那么，在显影时，可以根据凹腔程度和凸起程度，分区域控制不同位置的显影液控制开关的开合大小，以及显影时长。
需要说明的是，一并结合图5和图13，在图5中，是由于光刻胶层40之前的功能层结构出现缺陷，导致光刻胶层40也出现缺陷，而在图13中，光刻胶层40之前的功能层制作平整，只是在制备光刻胶层40时出现了缺陷。采用本申请显影装置显影时，不论是光刻胶层40自身层具有缺陷，还是前层结构具有缺陷，都可以克服最终的关键尺寸不均匀的现象。
在进行显影作业时，对喷淋到光刻胶层上的显影液的冲击力具有要求，比如，当冲击力过大时，可能会对光刻胶层40造成破坏。所以，如图14所示的显影装置中，还包括缓冲结构600，该缓冲结构600设置在显影液喷淋腔201e内。即进入显影液喷淋腔201e内的显影液在缓冲结构600的作用下，可以降低显影液的流速，以降低冲击力。
缓冲结构600可实现的方式具有多种。示例的，可以在显影液喷淋腔201e内设置缓冲板，且在缓冲板上开设多个孔，也就是通过这些孔，来降低液体流速，降低冲击力。再示例的，如图15所示，给出了另外一种缓冲结构，该缓冲结构包括多个石英棒601，多个石英棒601间隔排布在显影液喷淋腔201e内。
石英棒601的主要成分为二氧化硅，通常显影液的主要成分为碱性的四甲基氢氧化铵，二氧化硅化学性质稳定，基本不与四甲基氢氧化铵发生化学反应，这样，既可以保障显影液的化学稳定性，也可以保障石英棒的缓冲性能。另外，由于石英棒501的表面具有均匀的小颗粒结构或者均匀的条纹结构，可以对显影液起到很好的缓冲作用；除此之外，石英棒的热膨胀系数较小，机械强度高，在重复的显影过程中几乎不发生形变，对显影液的导流影响基本一致。
在进行显影时，对显影液的温度也是有要求的，若显影液温度过低，显影液不会充分的与光刻胶层发生化学反应，从而可能影响显影效果。为了促使喷淋到光刻胶层上的显影液在预设温度范围内，本申请给出的显影装置中，还包括温度检测元件和加热元件。其中，温度检测元件用于检测显影液的温度，加热元件用于对显影液加热。
结合图16，温度检测元件和加热元件均与控制器电连接；控制器用于在温度检测元件所检测的显影液温度小于预设温度时，控制加热元件向显影液加热。比如，预设温度为25℃时，当温度检测元件检测到显影液温度低于25℃时，控制器就可以控制加热元件，使得加热元件工作负责对显影液加热，直至显影液温度达到预设温度25℃，从而使得显影液在合适的温度下与光刻胶进行充分的、有效的反应。
温度检测元件的设置位置具有至少两种，比如，可以将温度检测元件设置在显影液输送管202中；再比如，也可以将温度检测元件设置在显影液喷淋腔内。
温度检测元件可选择的结构也是多样化的，例如，可以选择电子温度计，示例的，电阻温度计或者电偶温度计。
加热元件的设置位置和温度检测元件的设置位置类似，可以设置在显影液输送管202中，或者，可以设置在显影液喷淋腔内。
加热元件具有多种实现结构，示例的，可以是电阻加热丝；再示例的，可以采用水浴加热，比如，在显影液输送管202的外壁上包覆一层水膜结构，通过热传递的方式，将水膜的温度传递至显影液输送管202中；又示例的，可以采用电磁加热结构。
图17给出了显影装置的另一种结构图。在该实施例中，缓冲结构采用的是多个排布在显影液喷淋腔201e中的石英棒601，加热组件采用的是电阻加热丝700，并且，电阻加热丝700沿石英棒601的轴向缠绕在石英棒601上。如此设计的话，沿石英棒601的轴向，相邻两圈电阻加热丝700之间形成有凹腔，该结构在实现对显影液加热升温的前提下，通过凹腔还可以进一步提升缓冲效果。
为了提升对光刻胶层的清洗效果，如图18，图18给出了显影装置的又一种结构图。其中，在该实施例中，显影装置除包括控制显影液的显影液控制开关401以外，还包括多个去离子水控制开关402，且每一个去离子水喷淋孔M2处均设置有去离子水控制开关402。另外，如图19，这些多个去离子水控制开关402均与控制器电连接，控制器用于控制去离子水控制开关402，以调节去离子水喷淋孔M2的喷淋流量和喷淋时间中的至少一种。
在图19所示的显影装置的控制电路中，控制多个显影液控制开关、控制温度检测元件、控制多个去离子水控制开关、控制第一控制开关、控制第二控制开关、控制加热元件的控制器可以被集成在一个控制芯片中，也可以是多个控制芯片。
当采用图18所示的显影装置对图13所示的光刻胶层40进行显影时，在执行第二次清洗作业时，控制器控制与C区对应的去离子水控制开关402，以减小与C区对应的去离子水喷淋孔M2的开口，还有，控制器控制与D区对应的去离子水控制开关402，以增大与D区对应的去离子水喷淋孔M2的开口。因为在完成显影后，D区位置相比C区位置可能会产生较多的显影残渣，从而，通过增加D区的去离子水含量，提升清洗效果。
在一些实施方式中，可以将上述给出的各种不同结构的显影装置与涂胶装置集成 在一个设备，形成一种涂胶显影系统。利用该涂胶显影系统作业时，可以先采用涂胶装置形成光刻胶层，再利用光刻机曝光，然后再利用涂胶显影系统中的显影装置进行显影。对于显影过程可以参照上述描述，在此不再赘述。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (15)
- 一种显影装置，其特征在于，包括：喷淋盘，所述喷淋盘内形成有显影液喷淋腔和去离子水喷淋腔，以及所述喷淋盘形成有与所述显影液喷淋腔连通的多个显影液喷淋孔，和与所述去离子水喷淋腔相连通的多个去离子水喷淋孔，每一个所述显影液喷淋孔的外围为所述去离子水喷淋孔，每一个所述去离子水喷淋孔的外围为所述显影液喷淋孔；控制器；多个显影液控制开关，所述多个显影液控制开关均与所述控制器电连接；其中，所述多个显影液喷淋孔中的任一显影液喷淋孔处均设置有所述显影液控制开关，所述控制器用于控制所述显影液控制开关，以调节所述显影液喷淋孔的喷淋流量和/或喷淋时间。
- 根据权利要求1所述的显影装置，其特征在于，所述显影装置还包括：温度检测元件和加热元件；所述温度检测元件用于检测显影液的温度，所述加热元件用于对显影液加热；且所述温度检测元件和所述加热元件均与所述控制器电连接；所述控制器用于在所述温度检测元件检测的显影液温度小于预设温度时，控制所述加热元件向所述显影液加热，直至检测的显影液温度等于所述预设温度。
- 根据权利要求2所述的显影装置，其特征在于，所述温度检测元件包括电子温度计，所述加热元件包括电阻加热丝，所述电子温度计和所述电阻加热丝均设置在所述显影液喷淋腔内。
- 根据权利要求1-3中任一项所述的显影装置，其特征在于，所述显影装置还包括：缓冲结构；所述缓冲结构设置在所述显影液喷淋腔内，所述缓冲结构用于降低从所述显影液喷淋孔喷出的显影液的冲击力。
- 根据权利要求4所述的显影装置，其特征在于，所述缓冲结构包括多个石英棒，所述多个石英棒间隔排布在所述显影液喷淋腔内。
- 根据权利要求5所述的显影装置，其特征在于，所述显影装置还包括用于对显影液加热的电阻加热丝，且所述电阻加热丝沿所述石英棒的轴向缠绕在所述石英棒上。
- 根据权利要求1-6中任一项所述的显影装置，其特征在于，所述显影装置还包括多个去离子水控制开关；所述多个去离子水喷淋孔中的任一去离子水喷淋孔处均设置有所述去离子水控制开关，所述多个去离子水控制开关均与所述控制器电连接，所述控制器用于控制所述去离子水控制开关，以调节所述去离子水喷淋孔的喷淋流量和/或喷淋时间。
- 根据权利要求1-7中任一项所述的显影装置，其特征在于，所述喷淋盘包括：相扣合的底板和盖板，相扣合的所述底板和所述盖板之间形成有所述显影液喷淋腔，所述盖板内形成有流体腔，所述盖板还形成有与所述流体腔相连通的第一出液口和第二出液口，所述底板内形成有所述去离子水喷淋腔，所述第一出液口与所述去离子水喷淋腔相连通，所述第二出液口与所述显影液喷淋腔相连通，所述多个去离子水喷淋孔和所述多个显影液喷淋孔均开设在所述底板上，且所述多个去离子水喷淋孔与 所述去离子水喷淋腔相连通；多个引流管，所述多个显影液喷淋孔和所述多个引流管一一对应设置，所述引流管穿过所述去离子水喷淋腔连通所述显影液喷淋孔和所述显影液喷淋腔；第一控制开关，设置在所述第一出液口处；第二控制开关，设置在所述第二出液口处；所述第一控制开关和所述第二控制开关均与所述控制器电连接，所述控制器控制所述第一控制开关和所述第二控制开关中的其中一个关闭时，控制另一个打开。
- 根据权利要求1-8中任一项所述的显影装置，其特征在于，所述喷淋盘为圆盘形结构，所述多个显影液喷淋孔包括多组显影液喷淋孔，所述多个去离子水喷淋孔包括多组去离子水喷淋孔，所述多组显影液喷淋孔和所述多组去离子水喷淋孔均沿所述喷淋盘的径向布设，且位于所述喷淋盘的同一圆环上的多个所述显影液喷淋孔和多个所述去离子水喷淋孔间隔排布。
- 根据权利要求1-9中任一项所述的显影装置，其特征在于，所述显影装置还包括：显影液输送管，与所述显影液喷淋腔相连通；去离子水输送管，与所述去离子水喷淋腔相连通。
- 一种涂胶显影系统，其特征在于，包括：涂胶装置，所述涂胶装置用于对半导体器件上涂覆光刻胶；和如权利要求1至10任一项所述的显影装置，所述显影装置用于对所述光刻胶进行显影。
- 一种显影装置的显影方法，其特征在于，所述显影装置包括：喷淋盘，所述喷淋盘内形成有显影液喷淋腔和去离子水喷淋腔，以及所述喷淋盘形成有与所述显影液喷淋腔连通的多个显影液喷淋孔，和与所述去离子水喷淋腔相连通的多个去离子水喷淋孔，每一个所述显影液喷淋孔的外围为所述去离子水喷淋孔，每一个所述去离子水喷淋孔的外围为所述显影液喷淋孔；控制器；多个显影液控制开关，所述多个显影液控制开关均与所述控制器电连接；所述多个显影液喷淋孔中的任一显影液喷淋孔处均设置有所述显影液控制开关；所述显影方法包括：通过所述多个去离子水喷淋孔，将所述去离子水喷淋腔内的去离子水喷淋至光刻胶层上；通过所述多个显影液喷淋孔，将所述显影液喷淋腔内的显影液喷淋至所述光刻胶层上，以及，所述控制器控制所述显影液控制开关，以调节所述显影液喷淋孔的喷淋流量和/或喷淋时间。
- 根据权利要求12所述的显影方法，其特征在于，所述显影装置还包括：温度检测元件和加热元件，且所述温度检测元件和所述加热元件均与所述控制器电连接；将所述显影液喷淋腔内的显影液喷淋至所述光刻胶层时，还包括：采用所述温度检测元件检测显影液的温度，检测到的显影液温度小于预设温度时，所述控制器控制所述加热元件加热所述显影液，直至所述显影液温度等于所述预设温 度。
- 根据权利要求12或13所述的显影方法，其特征在于，所述显影装置还包括多个去离子水控制开关；所述多个去离子水喷淋孔中的任一去离子水喷淋孔处均设置有所述去离子水控制开关，所述多个去离子水控制开关均与所述控制器电连接；将所述去离子水喷淋腔内的去离子水喷淋至所述光刻胶层时，还包括：所述控制器控制所述去离子水控制开关，以调节所述去离子水喷淋孔的喷淋流量和/或喷淋时间。
- 根据权利要求12-14中任一项所述的显影方法，其特征在于，当所述光刻胶层包含具有凹陷结构的第一区域，以及具有凸起结构的第二区域时；所述控制器控制所述显影液控制开关时，包括：所述控制器控制与所述第一区域相对的第一显影液控制开关，以及控制与所述第二区域相对的第二显影液控制开关，以使得第一显影液喷淋孔的流量小于第二显影液喷淋孔的流量，所述第一显影液喷淋孔的喷淋时间等于所述第二显影液喷淋孔的喷淋时间；或者，使得所述第一显影液喷淋孔的流量等于所述第二显影液喷淋孔的流量，所述第一显影液喷淋孔的喷淋时间小于所述第二显影液喷淋孔的喷淋时间；或者，使得所述第一显影液喷淋孔的流量小于所述第二显影液喷淋孔的流量，所述第一显影液喷淋孔的喷淋时间大于或小于所述第二显影液喷淋孔的喷淋时间；其中，所述第一显影液喷淋孔为设置在所述第一显影液控制开关的显影液喷淋孔，所述第二显影液喷淋孔为设置在所述第二显影液控制开关的显影液喷淋孔。
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