一种减少深亚微米光刻工艺球状缺陷的方法与流程

本发明属于半导体晶圆制造
技术领域：
，涉及一种减少深亚微米光刻工艺球状缺陷的方法。
背景技术：
：在半导体晶圆制造中，深亚微米光刻工艺过程中，经常会出现一种特殊的球状残留物，即所谓的“球状缺陷(balldefect)”，如图1所示。此缺陷产生于晶圆表面，在晶圆进行后续的刻蚀、淀积或者离子注入的过程中，球状缺陷会影响刻蚀后形貌和离子注入的深度，并导致淀积工艺发生目标质量的偏差。最终，影响到晶圆的良率。通过能量散射谱表征，球状缺陷的主要成分为c和o，在整个半导体晶圆制造涉及的物料中，与光刻胶的关系最大，而检查光刻胶喷涂的状态和流量都是正常的。针对球状缺陷，业界在光刻胶涂布单元做了大量的试验，包括调整光刻胶涂布单元的排风，调整光刻胶涂布单元与机械手臂单元的正压力，更换新的cup，这些试验结果显示球状缺陷的数量有所减少和改善，但是不能完全消除。通过实验发现，在底部抗反射涂层工艺腔，前5片晶圆由于下一步高温热板时间较长，当有一片在热板时，下一片晶圆需要在涂胶腔等待，并且每片等待的时间不一样，当晶圆工艺到第6片及后序的片数，这等待时间就趋于一样。而晶圆在等待时，旋转马达会将晶圆顶起，暴露在腔体上面；此时，腔体上部存在的光刻胶粉尘等物质来不及被排风抽走，而是落在顶起的晶圆上，从而形成球状缺陷。另外，在调研文献中的实验结果时发现，当涂胶转速小于一定值时，产生球状缺陷的数量将会降低。但是，因为光刻及后续工艺对光刻胶厚度的要求，为保证涂胶膜厚在一定的规范内，通过降低涂胶转速来减少球状缺陷的方法是不可行的。技术实现要素：本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种减少深亚微米光刻工艺球状缺陷的方法。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种减少深亚微米光刻工艺球状缺陷的方法，包括以下步骤：1)将晶圆置于涂胶腔内的冷板上进行涂胶前冷却，冷却至室温；2)将完成步骤1)的晶圆在涂胶腔内涂覆底部抗反射涂层，静置60～100s，然后传送至180℃高温热板上烘烤60s，接着传送至冷板冷却至室温；3)对冷却至室温的晶圆进行光刻胶涂覆，然后传送到90℃低温热板烘烤60s，接着传送至冷板冷却至室温，然后进行边缘曝光；4)将边缘曝光完成的晶圆转移至曝光机进行曝光，然后在112℃低温热板上烘焙90s，接着传送至冷板冷却至室温；5)完成步骤4)的晶圆转移至显影腔内进行显影，显影完成后在112℃低温热板上坚膜60s，接着传送至冷板冷却至室温。本发明进一步的改进在于：涂胶腔和显影腔为cleantrackact8涂胶显影一体机的涂胶腔和显影腔。曝光机为pas5500-750f型深紫外光刻机。边缘曝光的具体方式为：在cleantrackact8涂胶显影一体机wee工艺腔内，通过汞灯边缘曝光的方式将晶圆周边3mm以外的光刻胶曝光。涂胶显影一体机和曝光机内部腔体的腔体温度为21～23℃，腔体湿度为40％～50％rh。底部抗反射涂层采用ar10l光刻胶，光刻胶涂覆采用uv135光刻胶，显影中的显影液采用fhd-5显影液。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过使晶圆在涂胶腔内涂覆底部抗反射涂层后静置60～100s，既减少了深亚微米光刻工艺球状缺陷的产生，保证了产能；同时也保证了晶圆每步工艺状态的一致性。进一步通过汞灯边缘曝光的方式将晶圆周边3mm以外的光刻胶曝光，显影后边缘部分的光刻胶将被溶解，保证晶圆边缘处干净无残留；曝光完成的晶圆在112℃低温热板烘焙90s，消除驻波效应，保证光刻胶较好的形貌；显影完成的晶圆又在112℃低温热板坚膜60s，进一步将光刻胶中残余的溶剂等蒸发，使光刻胶硬化，便于进行后续的的刻蚀或注入工艺。现有方法作业深亚微米光刻后，每片晶圆缺陷数量在数十个以上，甚至达到102量级，缺陷扫描分布图如图3所示，球状缺陷的典型形貌参见图4(a)以及图4(b)；本方法作业深亚微米光刻后，对晶圆进行缺陷扫描，球状缺陷分布map如图5(a)以及图5(b)所示，通过缺陷逐一排查，未发现有球状缺陷，球状缺陷消失。附图说明图1为晶圆表面球状缺陷示意图；图2为本发明深亚微米光刻工艺流程图；图3为原涂胶工艺后球状缺陷数量示意图；图4为原涂胶工艺后球状缺陷典型形貌图，(a)是球状缺陷的形貌示意图，(b)为球状缺陷在光刻后管芯内的通常位置示意图；图5为本发明光刻工艺球状缺陷分布图，(a)为一次光刻后球状缺陷分布示意图，(b)为另一次光刻后球状缺陷分布示意图；图6为本发明实施例1的球状缺陷分布图；图7为本发明实施例2的球状缺陷分布图；图8为本发明实施例3的球状缺陷分布图；图9为本发明实施例3重复实验的球状缺陷分布图，(a)为第1次实验的球状缺陷分布图，(b)为第8次实验的球状缺陷分布图；图10为本发明实施例4的球状缺陷分布图。具体实施方式为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。下面结合附图对本发明做进一步详细描述：参见图2，本发明减少深亚微米光刻工艺球状缺陷的方法，包括以下步骤：1)将晶圆置于涂胶显影一体机的涂胶腔内的23℃冷板进行涂胶前的冷却预处理，时间为60s；2)将晶圆在涂胶腔内涂覆底部抗反射涂层，静置60～100s；3)将静置完成的晶圆在180℃高温热板上烘烤60s，蒸发抗反射涂层中的溶剂；4)将晶圆传送到冷板，使温度降为室温为下一步工艺做好准备；5)对晶圆进行需要的光刻胶涂覆，便于曝光后将光刻版上的图形印制到胶膜中；6)将晶圆传送到90℃低温热板烘烤60s，将胶层中的水蒸气等液体排出；7)将晶圆传送到23℃冷板冷却到室温；8)通过汞灯边缘曝光的方式将晶圆周边3mm以外的光刻胶曝光，显影后边缘部分的光刻胶将被溶解，保证晶圆边缘处干净无残留；9)将晶圆转移至曝光机内进行曝光，将光刻版图形转移到晶圆上；10)将曝光完成的晶圆在112℃低温热板上烘焙90s，消除驻波效应，保证光刻胶较好的形貌；11)将晶圆传送至23℃冷板上进行冷却至室温；12)将晶圆转移至显影腔内进行显影，完成光刻版上图形最终的转移；13)将显影完成的晶圆在112℃低温热板上坚膜60s，进一步将光刻胶中残余的溶剂等蒸发，使光刻胶硬化，接着将晶圆传送到23℃冷板冷却到室温，为后续的刻蚀或注入工艺做好准备。其中，涂胶显影一体机为cleantrackact8涂胶显影一体机，曝光机为pas5500-750f型深紫外光刻机；过程中保证涂胶显影一体机和曝光机内部腔体的腔体温度为21～23℃，腔体湿度为40％～50％rh。本发明的涂胶工艺菜单(参见表1)与现有的涂胶工艺菜单(参见表2)相比，完成底部抗反射涂层匀胶后，需要静置60～100s。通过实验发现，当静置时间小于60秒时，在底部抗反射涂层工艺腔，前5片晶圆由于下一步高温热板时间较长，当有一片在热板时，下一片晶圆需要在涂胶腔等待，并且每片等待的时间不一样，当晶圆工艺到第6片及后序的片数，这等待时间就趋于一样。而晶圆在等待时，旋转马达会将晶圆顶起，暴露在腔体上面；此时，腔体上部存在的光刻胶粉尘等物质来不及被排风抽走，而是落在顶起的晶圆上，从而形成球状缺陷。通过静置，即使晶圆不能及时进入高温热板，但不会被顶起暴露在腔体上部，通过对晶圆每步工艺状态的一致性的分析结合具体的实验结果，静置时间在60～100s，此时间是通过分析连续作业时，晶圆在各个工艺腔体进入前及完成工艺后等待和静置的时间后，为保证晶圆每步工艺状态的一致性，所选择的最优工艺设置，时间少则球状不能消除；时间长则在不存在球状缺陷的情况下，导致产能降低。表1本发明的涂胶工艺菜单续表表2现有的涂胶工艺菜单续表现结合实施例，对应用本发明的方法进行详细说明：首先，准备好待使用的晶圆，无图形片或者衬底片均可，但要保证晶圆使用前的缺陷数量不能太多，以免进行缺陷分析时造成的干扰和缺陷分类的工作量。检查光刻胶的余量和保质期，深亚微米关键层次光刻工艺需要用到两种光刻胶，即底部抗反射涂层(型号：ar10l)和不同层次对应厚度的光刻胶(型号：uv135)。且光刻胶余量要满足使用，并在保质期内。其次，将需要使用的产品光刻版装入深亚微米曝光机中备用，为了检查发明的效果，尽量使用线宽较小的制程，如有源区或者多晶层次。保证显影液(型号：fhd-5)充足，且在保质期内。选择光刻工艺菜单，参见表3。新工艺菜单作业流程共21步，分别示意晶圆从开始工艺到完成整个光刻工艺所经过的工艺类型、执行的菜单(或工艺条件)、需要进入的机台工艺腔体。第13步中完成涂胶的晶圆从act8涂胶显影一体机进入750f光刻机等待曝光；完成光刻版图形转移后，晶圆又通过交换接口从750f光刻机传送到act8涂胶显影一体机进行显影。各部工艺从modulename可知，是典型的晶圆制造中光刻工艺标准流程，依次在相应机台选择对应菜单，并按照图2所示流程进行光刻。表3本发明的光刻工艺菜单作业流程表步骤工艺名称菜单名腔体1起始位1-*2传输2-83冷板0230152-114涂胶r0j2-25高温热板1700602-286冷板0230452-97涂胶n7j2-18低温热板1450902-279冷板0230452-1210传输2-1611边缘曝光tel-std3-412缓冲位3-213曝光接口3-514缓冲位3-315冷板0230032-1516低温热板1400902-2217冷板0230452-1918显影0e12-32-419低温热板1400902-2320传输冷板30sec2-721终止位1-*实施例11)将晶圆置于涂胶显影一体机的涂胶腔内的23℃冷板进行涂胶前的冷却预处理，时间为60s；2)将晶圆在涂胶腔内涂覆底部抗反射涂层，静置50s；3)将静置完成的晶圆在180℃高温热板上烘烤60s，蒸发抗反射涂层中的溶剂；4)将晶圆传送到冷板，使温度降为室温为下一步工艺做好准备；5)对晶圆进行需要的光刻胶涂覆，便于曝光后将光刻版上的图形印制到胶膜中；6)将晶圆传送到90℃低温热板烘烤60s，将胶层中的水蒸气等液体排出；7)将晶圆传送到23℃冷板冷却到室温；8)通过汞灯边缘曝光的方式将晶圆周边3mm以外的光刻胶曝光，显影后边缘部分的光刻胶将被溶解，保证晶圆边缘处干净无残留；9)将晶圆转移至曝光机内进行曝光，将光刻版图形转移到晶圆上；10)将曝光完成的晶圆在112℃低温热板上烘焙90s，消除驻波效应，保证光刻胶较好的形貌；11)将晶圆传送至23℃冷板上进行冷却至室温；12)将晶圆转移至显影腔内进行显影，完成光刻版上图形最终的转移；13)将显影完成的晶圆在112℃低温热板上坚膜60s，进一步将光刻胶中残余的溶剂等蒸发，使光刻胶硬化，接着将晶圆传送到23℃冷板冷却到室温，为后续的刻蚀或注入工艺做好准备。对本实施例光刻完成的晶圆进行球状缺陷分析，球状缺陷分布结果参见图6，通过缺陷逐一排查，球状缺陷相较于原有方式明显减少，球状缺陷的数量约为10个。实施例2本实施例除步骤2)外与实施例1相同，本实施例中步骤2)为：将晶圆在涂胶腔内涂覆底部抗反射涂层，静置60s。对本实施例光刻完成的晶圆进行球状缺陷分析，球状缺陷分布结果参见图7，通过缺陷逐一排查，球状缺陷相较于原有方式明显减少，缺陷数量约2到3个，对于一般的半导体晶圆制程这个数量的缺陷是可以接受的。实施例3本实施例除步骤2)外与实施例1相同，本实施例中步骤2)为：将晶圆在涂胶腔内涂覆底部抗反射涂层，静置70s。对本实施例光刻完成的晶圆进行球状缺陷分析，球状缺陷分布结果参见图8，通过缺陷逐一排查，未发现有球状缺陷。重复进行10次实验，对完成的晶圆进行缺陷扫描，并进行缺陷review，未发现球状缺陷的产生。其中，图9为抽取的其中两次的缺陷分布示意图，图9(a)为第1次实验结果球状缺陷分布示意图，图9(b)为第8次实验结果球状缺陷分布示意图。实施例4本实施例除步骤2)外与实施例1相同，本实施例中步骤2)为：将晶圆在涂胶腔内涂覆底部抗反射涂层，静置100s。对本实施例光刻完成的晶圆进行球状缺陷分析，球状缺陷分布结果参见图9，通过缺陷逐一排查，未发现有球状缺陷。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。当前第1页12