顯影方法

2023-12-08 17:48:26 2

專利名稱：顯影方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造技術領域，更具體地說，涉及一種顯影方法。
背景技術：
在半導體製造過程中，光刻工藝一般包括如下幾個步驟氣相成底膜、旋轉塗膠、 軟烘、對準和曝光、曝光後烘焙、顯影、堅膜烘焙和顯影檢查。其中，顯影是在光刻膠中產生三維的物理圖像，這一步決定光刻膠圖形是否是掩膜版圖形的真實再現。在深亞微米半導體製造工藝中，顯影對隨後的工藝加工是很關鍵的一步。早期的顯影方法是將晶片固定浸沒在顯影液中，這種方法需要消耗大量的顯影液。為了節省顯影液，現在一般採用連續噴霧顯影或旋覆浸沒顯影。連續噴霧顯影是通過噴嘴將顯影液以霧的形式噴灑到晶片上，旋覆浸沒顯影與連續噴霧顯影使用相同的基本設備，所不同的是將顯影液以液體形式噴到晶片上。無論是連續噴霧顯影還是旋覆浸沒顯影，在將顯影液噴到晶片上後，由於晶片表面存在較大的表面張力，因此，晶片邊緣的顯影液常會由於張力的原因而收縮，進而使得晶片邊緣的局部區域呈現顯影液覆蓋不全的現象，最終造成嚴重的顯影不良。參考圖1，圖1 示出了晶片1邊緣沒有被顯影液覆蓋住的區域2和3。為了解決晶片邊緣顯影不良的問題，一般可通過增加噴塗顯影液的時間或加大顯影液劑量的方法來加以改善。通過增加噴塗顯影液的時間或加大顯影液的劑量雖然可以解決晶片邊緣顯影液覆蓋不全的問題，但容易造成晶片上不同位置的圖形顯影不均，從而導致器件關鍵尺寸(⑶)的均勻性變差。

發明內容
有鑑於此，本發明提供一種顯影方法，該方法能解決顯影后晶片上不同位置的圖形顯影不均的問題，進而改善器件關鍵尺寸的均勻性。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案一種顯影方法，該方法包括在旋轉的晶片表面進行第一次噴塗顯影液；在晶片表面進行第二次噴塗顯影液。優選的，上述顯影方法中，在晶片表面進行第一次噴塗顯影液的劑量小於第二次噴塗顯影液的劑量。優選的，上述顯影方法中，在晶片表面進行第一次噴塗顯影液的劑量為30 50ml。優選的，上述顯影方法中，在晶片表面進行第一次噴塗顯影液時，晶片的轉速為 400r/min 600r/mino優選的，上述顯影方法中，在晶片表面進行第一次噴塗顯影液的時間為20s 40s。
優選的，上述顯影方法中，在晶片表面進行第二次噴塗顯影液時，晶片固定不動。優選的，上述顯影方法中，在晶片表面進行第二次噴塗顯影液時，晶片的轉速為 40r/min 60r/mino優選的，上述顯影方法中，在晶片表面進行第一次噴塗顯影液採用連續噴霧顯影方式。優選的，上述顯影方法中，在晶片表面進行第二次噴塗顯影液採用旋覆浸沒顯影方式。優選的，上述顯影方法中，在晶片表面進行第二次噴塗顯影液之後還包括清洗所述晶片並甩幹。從上述技術方案可以看出，本發明所提供的顯影方法包括在旋轉的晶片表面進行第一次噴塗顯影液；在晶片表面進行第二次噴塗顯影液。在旋轉的晶片表面進行第一次噴塗顯影液後，晶片表面將會被均勻地潤溼，進而有效地降低了晶片表面的張力，從而使得在晶片表面進行第二次噴塗顯影液後，第二次所噴塗的顯影液能均勻地塗布於晶片上，不會出現晶片邊緣顯影不良的現象，也不會造成晶片上不同位置的圖形顯影不均的問題，進而可有效地提高器件關鍵尺寸的均勻性。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現有技術中晶片邊緣顯影不良的示意圖；圖2為本發明實施例所提供的一種顯影方法流程圖；圖3為本發明實施例所提供的另一種顯影方法流程圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。實施例一正如背景技術部分所述，由於晶片表面存在較大的表面張力，因此，晶片邊緣的顯影液常會由於張力的原因而收縮，進而使得晶片邊緣顯影不良。而通過增加噴塗顯影液的時間或加大顯影液的劑量雖然可以解決晶片邊緣顯影不良的問題，但同時又會造成晶片上不同位置的圖形顯影不均，進而使得器件關鍵尺寸的均勻性變差。基於此，本發明提供了一種顯影方法，參考圖2，該方法包括步驟Sl 在旋轉的晶片表面進行第一次噴塗顯影液。此步驟中，將晶片置於真空吸盤上後，控制連接真空吸盤的旋轉電機，使得所述真空吸盤連同其上的晶片一起進行旋轉。通過控制旋轉電機的轉速，可使所述晶片具有較高的轉速。在具有較高轉速的晶片表面進行第一次噴塗顯影液，第一次所噴塗的顯影液應該為小劑量的顯影液。該步驟的目的是通過在旋轉的晶片表面噴塗小劑量的顯影液，可實現晶片表面被均勻地潤溼，進而可降低晶片表面的張力，為後續噴塗大量顯影液做準備。步驟S2 在晶片表面進行第二次噴塗顯影液。在對晶片表面進行第二次噴塗顯影液時，所述晶片可以為固定不動的，也可以為旋轉的。但第二次噴塗時所噴塗顯影液的劑量比第一次有明顯的增加，具體的可以有一到兩個數量級的增加。此步驟中通過噴塗大劑量的顯影液，可在晶片表面均勻地塗布上顯影液，進而使顯影液和光刻膠進行化學反應，最終在晶片上再現出所需的光刻膠圖形。由上可知，本發明所提供的顯影方法，首先在旋轉的晶片表面進行第一次噴塗顯影液，第一次所噴塗的顯影液到達旋轉的晶片表面上後會被均勻地散開，進而可使得晶片表面被均勻地潤溼，從而減小了晶片表面所特有的張力，當在晶片表面進行第二次噴塗顯影液後，第二次所噴塗的顯影液不會因晶片表面具有張力而在晶片邊緣發生收縮現象；而且，由於晶片表面已經具有了第一次所噴塗的顯影液，故第二次所噴塗的顯影液會均勻地塗布在晶片表面，不會造成晶片上不同位置的圖形顯影不均，進而可提高器件關鍵尺寸的均勻性。下面以一具體實施例詳細描述本發明所提供的顯影方法。實施例二參考圖3，圖3為本發明實施例所提供的另一種顯影方法流程圖，該方法具體包括如下步驟步驟Sll 在旋轉的晶片表面進行第一次噴塗顯影液。此步驟之前還包括預處理步驟採用去離子水清洗晶片表面並甩幹，確保晶片表面無任何雜質、汙染物或水源等。之後對晶片進行顯影，顯影過程可在同一晶片軌道系統中實現。對晶片進行預處理後將其置於自動晶片軌道系統中的真空吸盤上，確保晶片被放置得很平穩，且確保晶片和所述真空吸盤相對靜止。所述真空吸盤通過一個連接杆(或支柱)連接旋轉電機，通過控制旋轉電機是否開啟可控制真空吸盤為靜止或旋轉狀態，進而達到控制晶片靜止或旋轉的目的；通過旋轉電機還可控制晶片旋轉速度的大小。本步驟中在旋轉的晶片表面進行第一次噴塗顯影液，可控制晶片的轉速為400r/ min 600r/min，優選的，控制晶片以500r/min的速度高速旋轉。對晶片表面進行第一次噴塗顯影液，可採用連續噴霧顯影方式或旋覆浸沒顯影方式，優選的，選擇前者。採用連續噴霧方式進行顯影時，由一個或者多個噴嘴將顯影液以霧的形式(可通過超聲波霧化)噴灑到晶片表面。顯影液從高壓區域膨脹進入低壓區域會有引起溫度下降的絕熱冷卻效應，而通過控制晶片旋轉可減小絕熱冷卻效應。除此之外，還可在噴嘴設計上添加一個顯影加熱系統，也能夠減小絕熱冷卻效應。本步驟中在晶片表面所噴塗的顯影液的劑量比較小，一般為30 50ml。由於晶片以500r/min的速度進行高速旋轉，故小劑量的顯影液到達晶片表面上後，依靠離心力的作用均勻地散布在晶片表面，進而對晶片表面起到潤溼作用。本實施例中在晶片表面進行第一次噴塗顯影液的時間可控制在20s 40s之間，優選的，可為30s。鑑於第一次所噴塗的顯影液劑量小，且噴塗時間短，因此，本步驟中所噴塗的顯影液僅對晶片表面起到潤溼作用，而不會因顯影液過多引起顯影液與曝光過的光刻膠發生化學反應。步驟S12 在晶片表面進行第二次噴塗顯影液。本步驟中優選地採用旋覆浸沒顯影方式在晶片表面進行第二次噴塗顯影液。旋覆浸沒顯影與連續噴霧顯影使用相同的基本設備。所不同的是採用旋覆浸沒顯影方式進行顯影時，顯影液以液體的形式到達晶片表面，且在晶片表面形成水坑形狀。為在整個晶片表面形成一個似水坑狀的彎月面，則需要足夠的顯影液，但同時又要避免過量的顯影液，以期最小化晶片背面的溼度。本步驟中採用旋覆浸沒顯影方式在晶片表面進行第二次噴塗顯影液時，置於真空吸盤上的晶片可以固定不動，也可以以一定的速度旋轉。控制晶片旋轉可利於其上的顯影液散開，但旋轉速度過高則易於將顯影液甩出，進而造成浪費。當晶片以一定速度旋轉時， 應控制晶片旋轉的速度低於步驟Sll中晶片的旋轉速度，優選的，可控制晶片的旋轉速度為 40r/min 60r/mino噴灑在晶片上的顯影液的劑量是影響光刻膠顯影成功與否的關鍵因素。顯影不充分將會導致殘渣，即如果顯影不足或清洗不適當，晶片表面就會有光刻膠的剩餘殘膜。本步驟的主要目的是使顯影液和光刻膠進行反應，故本步驟中所噴塗顯影液的劑量應明顯大於步驟Sll中所噴塗顯影液的劑量。一般可控制第二次噴塗顯影液的劑量相對第一次來說， 增加一到兩個數量級。考慮到晶片表面已被第一次所噴塗的顯影液均勻潤溼了，故大劑量的顯影液到達晶片表面上後，即使所述晶片為固定不動的，所述大劑量的顯影液也能夠均勻地塗布於晶片表面。為了讓光刻膠可溶解的區域變得完全溶解，須保證第二次噴塗的顯影液在光刻膠上停留足夠的時間。但停留時間過長，將會造成光刻膠的過腐蝕，導致不能接受的CD值。通過對同批中晶片樣品的最小光刻膠線寬的離線分析，可以決定最優的顯影時間，但這種方法僅能提供有限的信息，且費用較高。自動晶片軌道系統中的在線溶解率檢測(DRM)可以對顯影工藝的真實時間進行檢測。DRM通過光傳感器收集的幹涉測量信號數據對光刻膠表面和晶片表面反射光的相位差進行測量。隨著光刻膠的溶解，上述兩個表面之間的相位差逐漸減小，直到終點(EP)檢測的突變點變為零。本步驟中在晶片表面進行第二次噴塗顯影液可以包括多次旋覆浸沒顯影，即使每一次噴塗的顯影液在晶片上停留預定的時間(如IOs 30s，根據顯影液的類型確定)後除去，然後噴塗新的顯影液，再在晶片上停留設定的時間。後一次旋覆浸沒補充了顯影液的化學藥品，更新了顯影液和光刻膠之間的化學反應。採用多次旋覆浸沒顯影方法可保證可溶解區域的光刻膠和顯影液充分反應。除了顯影時間外，顯影液的溫度也對光刻膠的溶解率有直接的影響。對於正膠， 顯影液的溫度越低，光刻膠的溶解率越大；對於負膠，溶解率隨溫度的增加而增加。本實施例中所用顯影液的溫度應控制在15°C 25°C之間。在某一溫度確定後，誤差應被控制在士 1°C以內。步驟S13 清洗晶片並甩幹。可溶解區域的光刻膠被顯影液溶解後，採用去離子水清洗晶片表面並旋轉甩幹。清洗的主要目的是除去顯影后晶片上剩餘的顯影液。從上述實施例可以看出，本發明所提供的顯影方法，在晶片表面進行大量噴塗顯影液之前，先在晶片高速旋轉的情況下噴塗小劑量的顯影液，所述小劑量的顯影液使得晶片表面均勻地被潤溼，這樣，有效地降低了晶片的表面張力，使後續大量噴塗的顯影液能更均勻、更充分地塗布在晶片表面，從而解決了晶片邊緣顯影不良的問題，且由於顯影液能夠均勻地塗布在晶片表面，因此，提高了器件關鍵尺寸的均勻性。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，相關之處可互相參考。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求
1.一種顯影方法，其特徵在於，包括在旋轉的晶片表面進行第一次噴塗顯影液；在晶片表面進行第二次噴塗顯影液。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在晶片表面進行第一次噴塗顯影液的劑量小於第二次噴塗顯影液的劑量。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在晶片表面進行第一次噴塗顯影液的劑量為30 50ml ο
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在晶片表面進行第一次噴塗顯影液時，晶片的轉速為400r/min 600r/min。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在晶片表面進行第一次噴塗顯影液的時間為20s 40s。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在晶片表面進行第二次噴塗顯影液時，晶片固定不動。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在晶片表面進行第二次噴塗顯影液時，晶片的轉速為40r/min 60r/min。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在晶片表面進行第一次噴塗顯影液採用連續噴霧顯影方式。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在晶片表面進行第二次噴塗顯影液採用旋覆浸沒顯影方式。
10.根據權利要求1 9任一項所述的方法，其特徵在於，在晶片表面進行第二次噴塗顯影液之後還包括清洗所述晶片並甩幹。
全文摘要
本發明實施例公開了一種顯影方法，所述方法包括在旋轉的晶片表面進行第一次噴塗顯影液；在晶片表面進行第二次噴塗顯影液。本發明所提供的顯影方法，在旋轉的晶片表面進行第一次噴塗顯影液後，晶片表面將會被均勻地潤溼，進而有效地降低了晶片表面的張力，從而使得在晶片表面進行第二次噴塗顯影液後，第二次所噴塗的顯影液能均勻地塗布於晶片上，不會出現晶片邊緣顯影不良的現象，也不會造成晶片上不同位置的圖形顯影不均的問題，進而可有效地提高器件關鍵尺寸的均勻性。
文檔編號G03F7/30GK102540769SQ20101058918
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月15日 優先權日2010年12月15日
發明者李健, 胡駿 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司