一种显影模块及显影方法与流程

1.本发明属于半导体芯片加工制造技术领域，具体涉及一种显影模块和减少显影残留的显影方法。


背景技术：

2.在进行光刻工艺中，涂覆光刻胶的硅片经过紫外线曝光，使光刻胶的曝光位置发生了光化学变化，在光刻胶中形成了掩膜版图案的精确规范映像，为下一步的光刻胶显影做好了准备。显影是在光刻胶中产生三维的物理图形，这一步决定光刻胶图形是否是掩膜版图形的真实再现。在深亚微米硅片制造工艺中，显影对随后的工艺加工是极为关键的一步。
3.光刻胶显影的早期方法是将一盒硅片固定浸没在显影液中。在大规模生产的今天，此方案已不再适用。自动硅片轨道系统在光学光刻操作中可同时有效地传递单个硅片，而成批生产的方式是不适用的。固定浸没的方式消耗了大量的显影液，而且对于大尺寸硅片的高密度集成电路，成批浸没的方式很难实现显影的均匀性。现在用于旋覆硅片显影的显影技术主要有两种，一种是连续喷雾显影真空吸盘上的单个硅片以很慢的速度旋转，显影液以雾的形式喷洒，有些工艺使用超声波雾化以获得低速弥散。另一种是旋覆浸没显影，将显影液喷涂在硅片上停留预定的时间后除去，然后喷涂新的显影液，再在硅片上停留设定的时间，反复进行，最后使用去离子水清洗甩干。两种方法都有各自的有点与不足，关键在于不同的工艺选择。


技术实现要素：

4.本发明为了解决光刻胶残留导致掩膜版的三维图形没有精确的转移至光刻胶上，直接影响后续的刻蚀工艺或者离子注入工艺，最终导致产品良率降低甚至报废的缺陷，提出了一种显影模块及显影方法，该算法快速高效解决了这两类算法单独使用时精度不够和收敛速度慢的问题能够实现高效且准确的相位恢复。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
5.一种显影模块，包括依次设置在摆臂支架上的去离子水喷嘴、二流体喷嘴和显影液喷嘴，其特征在于，
6.摆臂支架包括第一摆臂、第二摆臂和第三摆臂，第一摆臂和第三摆臂平行设置；第二摆臂的一端与第三摆臂的一端转动连接，第二摆臂的另一端与第一摆臂滑动连接；
7.二流体喷嘴和显影液喷嘴均设置在第三摆臂上，去离子水喷嘴设置在第一摆臂上；
8.显影液喷嘴的喷面具有喷洒角，喷洒角的范围为50
°‑
90
°
。
9.优选地，显影模块还包括驱动单元，驱动单元用于驱动摆臂支架做往复运动。
10.优选地，显影液喷嘴的喷洒压力不低于0.1kpa。
11.一种显影方法，利用上述的显影模块进行显影，包括以下步骤：
12.s1、旋转晶圆，驱动摆臂支架在第一移动范围内做往复运动，使显影液喷嘴喷洒的显影液均匀喷洒到晶圆上后，再利用去离子水喷嘴喷洒去离子水，完成对晶圆的初步显影；第一移动范围包括使显影液的喷洒面的边界至少到达晶圆的中心和晶圆的边缘；
13.s2、完成对晶圆的初步显影后，驱动摆臂支架在第一移动范围内做往复运动的同时匀速喷洒显影液，完成扫描式显影；
14.s3、驱动摆臂支架在第二移动范围内做往复运动，利用二流体喷嘴对晶圆进行清洗后，再利用去离子水喷嘴喷洒去离子水完成对晶圆的冲洗；第二移动范围包括使去离子水的喷洒面的边界至少到达晶圆的中心和晶圆的边缘。
15.优选地，显影方法还包括步骤s4：旋转晶圆进行甩干。
16.优选地，去离子水喷嘴的喷洒面和显影液喷嘴的喷洒面均垂直于晶圆的显影面。
17.优选地，步骤s1包括以下步骤：
18.s101、设置晶圆以第一转速旋转，摆臂支架带动显影液喷嘴进行喷洒，第一转速用于确保显影液停留在晶圆上，溶解光刻胶；
19.s102、将晶圆提高至第二转速旋转，第二转速用于使溶解的光刻胶在离心力的作用下甩出；
20.s103、停止显影液的喷洒，将晶圆静置或以第三转速旋转，第三转速为0
‑
70rpm；
21.s104、设置晶圆以第二转速旋转的同时开启二流体喷嘴对晶圆进行第一次冲洗；
22.s105、驱动摆臂支架使去离子水喷嘴位于晶圆的中心上方时，开启去离子水喷嘴，对晶圆进行第二次冲洗，完成初步显影。
23.优选地，步骤s2包括以下步骤：
24.s201、开启显影液喷嘴，驱动摆臂支架使显影液喷嘴运动至晶圆的中心上方的同时，将晶圆的转速由第三转速提高至第二转速；
25.s202、将显影液喷嘴停滞在晶圆的中心上方；
26.s203、将晶圆降低至第三转速，同时驱动摆臂支架返回至开始执行步骤s201时摆臂支架的位置；
27.s204、重复步骤s201
‑
203。
28.优选地，步骤s3包括以下步骤：
29.s301、设置晶圆以第二转速旋转，驱动摆臂支架带动二流体喷嘴在第二移动范围内做往复运动，并开启二流体喷嘴对晶圆进行清洗；
30.s302、当去离子水喷嘴停止在晶圆的中心上方时，关闭二流体喷嘴，开启去离子水喷嘴，分别使晶圆以第一转速和第二转速旋转，对晶圆进行冲洗；
31.s303、将晶圆静置。
32.本发明能够取得以下技术效果：
33.1、本发明通过喷洒角度、压力调整以及扫描式喷洒，提高了光刻胶在显影过程中的去除效率和完成质量。
34.2、从制造成本上看，本发明的方法与原本的显影方法相比，降低显影液使用量，降低成本。
附图说明
35.图1是本发明一个实施例的一种显影模块的主视图；
36.图2是图1的俯视图；
37.图3是图1的左视图；
38.图4是本发明一个实施例的一种显影方法的流程图；
39.图5是本发明一个实施例的显影液喷嘴喷洒效果的示意图；
40.图6是传统显影液喷嘴喷洒效果的示意图；
41.图7是本发明另一个实施例的一种显影方法的流程图。
42.附图标记：
43.摆臂支架1、去离子水喷嘴2、二流体喷嘴3、显影液喷嘴4。
具体实施方式
44.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
45.本发明的目的是提供一种显影模块及显影方法。下面将对本发明提供的一种显影模块及显影方法，通过具体实施例来进行详细说明。
46.图1
‑
图3示出了本发明的一种显影模块的结构，包括摆臂支架1、去离子水喷嘴2、二流体喷嘴3、显影液喷嘴4，初始状态各喷嘴的位置如图1所示，二流体喷嘴3设置在离子水喷嘴2和显影液喷嘴4中间。
47.摆臂支架1包括第一摆臂11、第二摆臂12和第三摆臂13，第一摆臂11和第三摆臂13平行设置；第二摆臂12的一端与第三摆臂13的一端转动连接，使第三摆臂13能够绕第二摆臂水平方向旋转一周；第二摆臂12的另一端与第一摆臂11滑动连接；第一摆臂11的一端与其他驱动设备连接，使摆臂支架1能够运动。
48.将去离子水喷嘴2安装在第一摆臂11上，将二流体喷嘴3和显影液喷嘴4安装在第三摆臂13上，且去离子水喷嘴2、二流体喷嘴3和显影液喷嘴4的位置可以根据使用情况进行调整。
49.参照图5示出了本发明中改进后的显影液喷嘴的喷洒效果图，传统的显影液喷嘴为连续喷雾显影喷嘴，如图6所示，其喷洒面的形成扫描区域与喷嘴预置结构有关，无法针对晶圆显影所需的显影液喷洒要求进行设置，因此本发明将显影液喷嘴4改造为可产生喷洒角为θ的喷面的带压喷嘴，其中，50
°
＜θ＜90
°
。通过对显影液喷嘴4的改进避免了因喷洒角过大引起的喷洒面变形、变差而导致的显影液到达晶圆表面时的压力不够的问题，也避免了因喷洒角过小，导致晶圆上的扫描区域过小，喷洒效率过低的问题。在本发明的一个优选实施例中，显影模块还包括用于驱动摆臂支架1做往复运动(半边扫描)的驱动单元。
50.图4为利用本发明的一种显影模块进行显影的方法的流程图，参照图4，包括以下步骤：
51.s1、旋转晶圆，驱动摆臂支架在第一移动范围内做往复运动，使显影液喷嘴喷洒的显影液均匀喷洒到晶圆上后，再利用去离子水喷嘴喷洒去离子水，完成对晶圆的初步显影；
52.s2、驱动摆臂支架在第一移动范围内做往复运动的同时匀速喷洒显影液，完成扫
描式显影；
53.s3、驱动摆臂支架在第二移动范围内做往复运动，利用二流体喷嘴对晶圆进行清洗后，再利用去离子水喷嘴喷洒去离子水，完成对晶圆的冲洗；
54.s4：旋转晶圆进行甩干，完成晶圆的显影。
55.通过使用改进后的显影液喷嘴，降低了显影液的使用量，进一步降低成本。
56.在本发明的一个优选实施例中，将显影液喷嘴的喷洒压力设置为不低于0.1kpa，显影液喷嘴形成的扇形喷洒角θ设置为60
°
，显影液喷嘴4与待显影的晶圆的垂直距离设为不大于180mm，对附着有一定粘度的光刻胶的晶圆进行显影。
57.在晶圆进入显影模块后，真空吸附固定晶圆，调节去离子水喷嘴、二流体喷嘴和显影液喷嘴在摆臂支架上的位置，并且保证去离子水喷嘴的喷洒面和显影液喷嘴的喷洒面均垂直于晶圆的表面。
58.设置晶圆以300rpm为第一转速开始旋转，显影液喷嘴以1.0l/min的流量进行喷洒；驱动摆臂支架至开始位置后，以1.0m/min的速度向晶圆的中心移动，此时摆臂支架移动的范围，即第一移动范围为使显影液的喷洒面的两个边界至少分别到达晶圆的中心和边缘，即使喷洒面与晶圆相交的直线至少为一个晶圆的半径的长度。
59.当摆臂支架以1.0m/min的速度带动显影液喷嘴移动至晶圆的中心上方时，将晶圆提高到2000rpm的第二转速旋转，显影液持续喷洒3s。
60.关闭显影液喷嘴，将晶圆静置5s，或设置晶圆在0
‑
70rpm的第三转速旋转5s。
61.驱动摆臂支架返回开始位置后，设置晶圆以2000rpm的第二转速旋转，驱动摆臂支架向晶圆的中心移动，同时开启二流体喷嘴对晶圆进行第一次冲洗。
62.当二流体喷嘴移动至晶圆的中心上方时，同时开启去离子水喷嘴和位于晶圆背面的背去离子水喷嘴(现有技术，图中未示出)对晶圆进行第二次冲洗，完成对晶圆的初步显影，此时去离子水喷嘴的流量为1.3l/min，背去离子水喷嘴的流量为100ml/min。
63.在完成对晶圆的初步显影后，利用摆臂支架带动显影液喷嘴移动，对晶圆进行扫描式显影：
64.在本发明的一个优选实施例中，保持显影液以1l/min的流量稳定喷洒，摆臂支架以40mm/s的移动速度从开始位置向晶圆中心移动的过程中，将晶圆的转速相应的从30rpm提高至2000rpm；
65.当显影液的喷嘴移动至晶圆的中心上方时，将摆臂支架停滞3s，然后再将晶圆的转速降低至70rpm的第三转速旋转3s，此时摆臂支架移动回开始位置；
66.重复上述步骤4次，完成扫描式显影。
67.完成扫描式显影后，利用摆臂支架带动二流体喷嘴、去离子水喷嘴对晶圆进行清洗：
68.在本发明的一个优选实施例中，将完成扫描式显影后的晶圆静置4s，使滞留在晶圆表面的显影液能够与残存的光刻胶浸泡接触，使残存的光刻胶进一步溶解；
69.设置晶圆以2000rpm的第二转速旋转，二流体喷嘴以40mm/s的速度移动(二流体喷嘴喷淋去离子水和高纯氮气，其中高纯氮气的喷量为17l/min，去离子水的流量为1.0l/min)，驱动摆臂支架以40mm/s的速度带动二流体喷嘴驱动摆臂支架从晶圆开始位置向晶圆的中心往复移动，此时摆臂支架移动的范围，即第二移动范围为使去离子水的喷洒面的两
个边界至少分别到达晶圆的中心和边缘，即使喷洒面与晶圆相交的直线至少为一个晶圆的半径的长度。
70.在本发明的另一个实施例中，由于选用的二流体喷嘴的喷面同样具有一定的喷洒角，因此从提高效率以及节约的原则考虑，可以驱动摆臂支架从晶圆的偏心位置向晶圆的中心往复移动，此时的偏心位置为距晶圆的边缘10mm的距离。
71.摆臂支架完成两次往复运动后，使去离子水喷嘴停止在晶圆的中心上方，关闭二流体喷嘴，开启去离子水喷嘴和位于晶圆背面的背去离子水喷嘴(现有技术，图中未示出)对晶圆进行冲洗，此时设置晶圆以2000rpm的第二转速旋转10s后，以300rpm的第一转速旋转20s。清洗完成后，驱动摆臂支架回到开始位置，将晶圆静置5s。
72.s4将晶圆以2000rpm的旋转速度进行甩干，完成显影单元内的工艺。
73.图7示出了本发明另一个实施例的一种显影方法的流程，具体方法如下：
74.步骤1、将显影液喷嘴4的喷洒压力设置为0.2kpa，显影液喷嘴形成的扇形喷洒角θ设置为60
°
，真空吸附固定晶圆，离子水喷嘴的喷洒面和显影液喷嘴的喷洒面均垂直于晶圆的表面，同时将显影液喷嘴与待显影的晶圆的垂直距离设为150mm；
75.步骤2、以300rpm的速度旋转晶圆，同时开启显影液喷嘴，使其以1.0l/min的流量进行喷洒；
76.将摆臂支架置于开始位置，此时显影液的喷洒面到达晶圆的边缘，驱动摆臂支架以1.0m/min的速度向晶圆的中心移动，直至显影液的喷洒面到达晶圆的中心；
77.步骤3、当摆臂支架以1.0m/min的速度带动显影液喷嘴移动至晶圆的中心上方时，将晶圆提高到2000rpm旋转，持续喷洒显影液3s；
78.步骤4、关闭显影液喷嘴，将晶圆静置5s后，驱动摆臂支架返回开始位置；
79.步骤5、抵达开始位置后，以2000rpm的速度旋转晶圆，再次驱动摆臂支架向晶圆的中心移动，同时开启二流体喷嘴对晶圆进行第一次冲洗；
80.步骤6、当二流体喷嘴移动至晶圆的中心上方时，同时开启去离子水喷嘴和位于晶圆背面的背去离子水喷嘴对晶圆进行第二次冲洗，完成初步显影，此时离子水喷嘴以1.3l/min流量喷洒，背去离子水喷嘴以100ml/min的流量喷洒；
81.步骤7、保持显影液以1l/min的流量稳定喷洒，摆臂支架以40mm/s的移动速度从开始位置向晶圆中心移动的同时，将晶圆的转速从30rpm提高至2000rpm；
82.步骤8、当显影液的喷嘴移动至晶圆的中心上方时，使摆臂支架停滞3s，再将晶圆的转速降低至70rpm旋转3s，完成上述动作后摆臂支架移动回开始位置；以上过程重复4次。
83.步骤9、将晶圆静置4s，驱动摆臂支架返回至距离晶圆边缘10mm处后，再次驱动摆臂支架以40mm/s的速度向晶圆中心移动，移动的同时二流体喷嘴以17l/min的流量喷淋去离子水、以1.0l/min的流量喷淋高纯氮气；
84.步骤10、往返两次后，摆臂支架停止在晶圆中心，关闭二流体喷嘴，开启去离子水喷嘴和背去离子水喷嘴，此时设置晶圆以2000rpm的第二转速旋转10s后，以300rpm的第一转速旋转20s；
85.步骤11、清洗完成后，驱动摆臂支架回到开始位置，将晶圆静置5s；
86.最后将晶圆以2000rpm的旋转速度进行甩干，完成显影单元内的工艺。
87.在利用本发明的显影方法对晶圆进行显影时，设置晶圆以较低的第一速度旋转的
目的是使显影液能够更多停留在晶圆上，从而使光刻胶能够与显影液较长时间浸泡接触，有利于光刻胶的溶解；设置晶圆以较高的第二速度旋转的目的是使晶圆上停留较少的显影液，以保证残留的光刻胶能够时刻接触新喷洒出的显影液，并由于转速高、离心力大，使得溶解的光刻胶及时排出。
88.因此本发明通过喷洒角度、压力调整以及扫描式喷洒，提高了光刻胶在显影过程中的去除效率和完成质量。从制造成本上看，本发明的显影方法与原本的显影方法相比，显影液使用量有所降低，从而降低成本。
89.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
90.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
91.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。