專利名稱：一種改進(jìn)的晶圓顯影方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種改進(jìn)的晶圓顯影方法。
背景技術(shù)：
光刻使用光敏光刻膠(PR)材料和可控制的曝光在晶圓表面形成三維圖形。光刻處于晶圓加工過程的核心，通常被認(rèn)為是集成電路制造中最關(guān)鍵的步驟，需要獲得高性能的光刻產(chǎn)品以便結(jié)合其他工藝獲得高成品率。據(jù)估計(jì)，光刻成本在整個(gè)晶圓加工成本中幾乎占到三分之一。光刻工藝是一個(gè)復(fù)雜的過程，具有很多影響其工藝寬容度的工藝變量。為方便器件，可以將光刻的圖形形成過程分為八個(gè)步驟，分別是1、氣相成底膜首先對(duì)晶圓進(jìn)行清洗去除沾污物，然后進(jìn)行脫水致干烘培，然后即可進(jìn)行成膜處理，在硅基底的表面生成顯影底部抗反射涂層(BARC)。BARC的作用增強(qiáng)晶圓和光刻膠之間的粘附性，以及防止紫外線反射。2、旋轉(zhuǎn)涂膠成膜處理后，立即采用旋轉(zhuǎn)涂膠的方法在底膜表面均勻涂上液相光刻膠材料。3、軟烘將晶圓溫度提高到90攝氏度至100攝氏度烘30秒左右，然后降溫，以去除光刻膠的溶劑，使得光刻膠變?yōu)楣虘B(tài)。4、對(duì)準(zhǔn)和曝光在晶圓表面覆蓋具有預(yù)先設(shè)置的圖樣的掩膜版，掩膜版和晶圓精確對(duì)準(zhǔn)后，用紫外線自上方照射晶圓，未被掩膜版遮擋的光刻膠發(fā)生光敏反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)曝光， 掩膜版上的圖樣就被轉(zhuǎn)印到光刻膠上。5、曝光后烘培該步驟對(duì)于深紫外光刻膠是必要的，對(duì)于非深紫外光刻膠是可選步驟。6、顯影光刻膠的可溶解區(qū)域被化學(xué)顯影劑溶解，將島狀或窗口狀圖形留在晶圓表面；顯影后，使晶圓高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)用去離子水對(duì)晶圓進(jìn)行沖洗，停止沖洗后晶圓繼續(xù)高速旋轉(zhuǎn)，使晶圓甩干。7、堅(jiān)膜烘培該步驟的作用是揮發(fā)掉殘留的光刻膠溶劑，提高光刻膠對(duì)晶圓表面的粘附性。8、顯影后檢查用于找出光刻膠有質(zhì)量問題的晶圓?，F(xiàn)有技術(shù)的光刻工藝在顯影后檢查這一步驟中，往往會(huì)在晶圓表面發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星狀缺陷(Satellite Defect)。如圖1所示為在顯影后檢查步驟中觀察到的晶圓表面的局部照片示意圖。在晶圓表面101中可以發(fā)現(xiàn)明顯的較大突起缺陷102，而在較大突起缺陷102周圍可以發(fā)現(xiàn)一定數(shù)量的較小突起缺陷103。晶圓一旦出現(xiàn)了上述缺陷，則必須進(jìn)行返工，這樣就會(huì)對(duì)生產(chǎn)效率造成不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的晶圓顯影方法，可以有效避免晶圓表面衛(wèi)星狀缺陷的出現(xiàn)。本發(fā)明實(shí)施例提出的一種改進(jìn)的晶圓顯影方法，包括如下步驟A、對(duì)曝光后的晶圓上表面噴灑去離子水，去離子水完全覆蓋住晶圓的上表面；B、將顯影液均勻噴灑在晶圓上表面；C、使晶圓高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，向晶圓噴灑去離子水，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的清洗。較佳地，所述顯影液為四甲基氫氧化氨的去離子水溶液，濃度為0. 1 %至2. 3 %。較佳地，步驟A所述去離子水的噴灑速率為50毫升/秒至3000毫升/秒。較佳地，步驟A所述去離子水的噴灑時(shí)間為1秒至50秒。較佳地，步驟A所述去離子水溫度為0攝氏度至60攝氏度。從以上技術(shù)方案可以看出，在顯影液噴灑前將去離子水覆蓋在晶圓表面，可以有效避免光刻膠界面上產(chǎn)生空氣氣泡，從而可以使光刻膠被溶解得更為完全，并且避免光刻膠微粒被吸附在晶圓表面，進(jìn)而避免衛(wèi)星狀缺陷的出現(xiàn)。


圖1為在顯影后檢查步驟中觀察到的晶圓表面的局部照片示意圖；圖2為光刻膠曝光后晶圓表面局部剖面示意圖；圖3為顯影過程開始階段的晶圓表面局部剖面示意圖；圖4為顯影過程進(jìn)行過程中的晶圓表面局部剖面示意圖；圖5為顯影步驟后用去離子水對(duì)晶圓進(jìn)行清洗時(shí)的晶圓表面局部剖面示意圖；圖6為甩干后的晶圓表面局部剖面示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例提出的改進(jìn)的晶圓顯影方法流程圖。
具體實(shí)施例方式發(fā)明人通過對(duì)光刻工藝進(jìn)行分析，認(rèn)為衛(wèi)星狀缺陷的成因是在于顯影步驟中，可溶解區(qū)域的光刻膠未被完全溶解，有少量光刻膠殘余。圖2至圖6為發(fā)明人分析的衛(wèi)星狀缺陷的生成機(jī)制示意圖。其中圖2為光刻膠曝光后晶圓表面局部剖面示意圖，硅基底201上表面覆蓋一層BARC202，BARC202的上表面則覆蓋光刻膠，光刻膠分為未曝光區(qū)域203和曝光區(qū)域204。圖3則示出了顯影過程開始階段的晶圓表面局部剖面示意圖。在顯影階段，化學(xué)顯影劑208被噴在晶圓表面，由于光刻膠具有疏水性，因此在化學(xué)顯影劑208與光刻膠的界面上會(huì)形成微小的空氣氣泡207。圖4示出了顯影過程進(jìn)行過程中的晶圓表面局部剖面示意圖。光刻膠的曝光區(qū)域203由于被化學(xué)顯影劑208溶解，厚度已經(jīng)比圖3中顯著減少，但由于氣泡207的影響，在氣泡207的下方出現(xiàn)了未被溶解的光刻膠殘余209。圖5示出了顯影步驟后用去離子水對(duì)晶圓進(jìn)行清洗時(shí)的晶圓表面局部剖面示意圖。在這一階段的初始，化學(xué)顯影液被去離子水極大稀釋導(dǎo)致晶圓表面覆蓋的化學(xué)溶液的PH值發(fā)生劇烈變化(PH Shock)，一些在顯影過程中本已被從晶圓表面剝離并溶解的光刻膠又從溶液中解析出來，形成光刻膠微粒210。光刻膠微粒210不能被去離子水211溶解，當(dāng)這些光刻膠微粒210處于氣泡207附近時(shí)，由于光刻膠的疏水性， 這些光刻膠微粒210向氣泡207聚集，并被吸附在氣泡207上。圖6示出了甩干后的晶圓表面局部剖面示意圖。可以看出，光刻膠殘余209和光刻膠微粒210殘留在BARC 202上，并且光刻膠微粒210環(huán)繞在光刻膠殘余209四周，形成了衛(wèi)星狀缺陷。通過上述衛(wèi)星狀缺陷的生成機(jī)制可以看出，顯影劑與光刻膠的界面上形成的微小的空氣氣泡以及PH值的劇烈變化(或稱為PH沖擊)是產(chǎn)生衛(wèi)星狀缺陷的重要原因。為了避免該問題的發(fā)生，一種可能的手段是對(duì)機(jī)臺(tái)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，將噴灑一次顯影液改成噴灑兩次顯影液在對(duì)晶圓噴灑正常濃度的顯影液之后，將晶圓甩干；用稀釋的顯影液再次噴灑晶圓，然后再用去離子水清洗晶圓并甩干晶圓，這樣就可以避免出現(xiàn)PH沖擊。但這種改進(jìn)方式對(duì)機(jī)臺(tái)設(shè)備的硬件要求很高，如果機(jī)臺(tái)硬件不支持上述功能則無法實(shí)現(xiàn)。并且，這種方法也無法杜絕顯影劑與光刻膠界面上形成微小空氣氣泡。本發(fā)明方案對(duì)顯影后晶圓的清洗工藝進(jìn)行了改進(jìn)，本發(fā)明實(shí)施例提出的在線晶圓清洗方法無需對(duì)機(jī)臺(tái)設(shè)備做硬件方面的改進(jìn)，也能衛(wèi)星狀缺陷的出現(xiàn)。本發(fā)明實(shí)施例提出的改進(jìn)的晶圓顯影方法應(yīng)用于光刻過程中的曝光步驟之后，以代替現(xiàn)有光刻工藝的顯影工藝，其流程如圖7所示，包括如下步驟步驟701 將去離子水噴頭置于曝光后的晶圓中心正上方；步驟702 去離子水噴頭對(duì)晶圓上表面噴淋去離子水，去離子水完全覆蓋住晶圓的上表面。步驟703 移開去離子水噴頭，將顯影液噴霧器置于初始位置。步驟704 使顯影液噴霧器從初始位置向結(jié)束位置移動(dòng)，移動(dòng)過程中顯影液噴霧器經(jīng)過晶圓的上表面，并將顯影液均勻噴灑在晶圓上表面。步驟705 將去離子水噴頭置于曝光后的晶圓中心正上方，使晶圓高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，去離子水噴頭向晶圓噴灑去離子水，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的清洗。較佳地，本發(fā)明實(shí)施例中使用的顯影液為四甲基氫氧化氨(TMAH)的去離子水溶液，濃度為0. 至2. 3%。而現(xiàn)有技術(shù)中通常使用的顯影液的TMAH濃度為2. 38%。較佳地，本發(fā)明實(shí)施例中，步驟702的去離子水的噴灑速率為50毫升/秒至3000 毫升/秒，噴灑時(shí)間為1秒至50秒，溫度為0攝氏度至60攝氏度?，F(xiàn)有技術(shù)中，光刻膠與顯影液的界面上產(chǎn)生空氣氣泡的重要原因是顯影液噴霧器是以掃描的方式在晶圓表面噴灑一次顯影液，噴灑顯影液的持續(xù)時(shí)間較短，因此難以避免在光刻膠和顯影液的界面上產(chǎn)生空氣氣泡。本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案中，步驟702中是以去離子水噴頭對(duì)晶圓表面持續(xù)進(jìn)行噴灑，其持續(xù)時(shí)間要遠(yuǎn)大于現(xiàn)有技術(shù)中噴灑顯影液的持續(xù)時(shí)間，可以有效避免光刻膠與去離子水的界面上產(chǎn)生空氣氣泡。由于沒有空氣氣泡的阻擋，顯影液與光刻膠的反應(yīng)更加充分，可以避免出現(xiàn)光刻膠殘余；另外，即使后續(xù)步驟中出現(xiàn)了 PH沖擊并產(chǎn)生光刻膠微粒，由于沒有空氣氣泡的吸附作用，光刻膠微粒在去離子水的沖洗下也難以附著在晶圓表面。因此，本發(fā)明方案可以有效避免衛(wèi)星狀缺陷的生成。本發(fā)明實(shí)施例方案不同于其他任何晶圓預(yù)潤濕方案，所述晶圓預(yù)潤濕方案需要將晶圓甩干，并在顯影液噴灑前，保持晶圓表面干燥。本發(fā)明方案是在顯影液噴灑前將去離子水覆蓋在晶圓表面，噴灑顯影液時(shí)，晶圓表面覆蓋著去離子水。從原理上說，如果用顯影液對(duì)晶圓表面進(jìn)行持續(xù)噴灑，也可以達(dá)到避免出現(xiàn)空氣氣泡的效果，但由于顯影液的成本比去離子水高得多，這樣做顯然會(huì)使得生產(chǎn)成本上升。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的晶圓顯影方法，其特征在于，包括如下步驟A、對(duì)曝光后的晶圓上表面噴灑去離子水，去離子水完全覆蓋住晶圓的上表面；B、將顯影液均勻噴灑在晶圓上表面；C、使晶圓高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，向晶圓噴灑去離子水，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的清洗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述顯影液為四甲基氫氧化氨的去離子水溶液，濃度為0. 至2. 3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A所述去離子水的噴灑速率為50毫升/秒至3000毫升/秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A所述去離子水的噴灑時(shí)間為1秒至 50秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A所述去離子水溫度為0攝氏度至 60攝氏度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的晶圓顯影方法，包括如下步驟A、對(duì)曝光后的晶圓上表面噴灑去離子水，去離子水完全覆蓋住晶圓的上表面；B、將顯影液均勻噴灑在晶圓上表面；C、使晶圓高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，向晶圓噴灑去離子水，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的清洗。本發(fā)明方案可以有效避免晶圓表面衛(wèi)星狀缺陷的出現(xiàn)。
文檔編號(hào)H01L21/00GK102445862SQ20101050373
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者安輝, 林益世, 郝靜安 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司