专利名称：防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶 的方法。
背景技术：
光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面层上所规定的特定区域的基本操作。该工艺是 半导体工艺过程中非常重要的一道工序，它是用来在不同的器件和电路表面上建立图形的 工艺过程。该工艺过程的目标有两个首先是在晶圆表面建立尽可能接近设计规则所要求 尺寸的图形；第二个目标是在晶圆表面正确定位图形。整个电路图形必须被正确地定位于 晶圆表面，电路图形上单独的每一部分之间的相对位置也必须是正确的。半导体器件最终 的图形是由多个掩膜版按照特定的顺序在晶圆表面一层一层叠加建立起来的。在光刻工艺之前，首先要在掩膜版上形成所需的图形，之后通过光刻工艺把所需 要的图形转移到晶圆表面的每一层。图形转移是通过两步来完成的。首先，图形被转移到 光刻胶涂层。光刻胶是一种感光物质，在曝光后会导致其自身性质和结构的变化。被曝光 的部分由非溶性物质变为可溶性物质(正胶)或者由可溶性物质变为非溶性物质(负胶)。 通过显影剂可以把可溶性物质去掉，从而在光刻胶涂层留下所需要的图形。第二次图形转 移是从光刻胶涂层到晶圆表面层的转移。当通过刻蚀方法将晶圆表面层没有被光刻胶覆盖 的部分去掉的时候，图形转移就发生了。通常，光刻胶里包括四种基本的成分聚合物、溶剂、感光剂和添加剂。对光刻胶的 光敏性有影响的成分是一些对光和能量敏感的特殊聚合物。在负胶中，聚合物经曝光后由 非聚合状态变为聚合状态，聚合状态的聚合物是一种抗刻蚀的物质。在正胶中，聚合物是相 对不可溶的，在用适当的能量曝光后，聚合物转换为可溶状态。溶剂是光刻胶中容量最大的 成分，溶剂使得光刻胶处于液态，并且使光刻胶能够通过旋转的方式涂在晶圆表面。光敏剂 用来产生或控制聚合物的特定反应，具体用于限制反应能量的波谱范围或者把反应能量限 制到某一特定波长，使得聚合物仅与该特定波长的能量发生反应。添加剂与光刻胶混合在 一起来达到特定的结果。一些负胶包含有染色剂，它在光刻胶薄涂层中用来吸收和控制光 线。正胶可能会有化学的抗溶解系统。这些添加剂可以阻止光刻胶没有被曝光的部分在显 影过程中被溶解。光刻工艺通常包括在晶圆表面涂胶、曝光和显影等主要工序。旋涂光刻胶时，首先进行空喷，将与空气反应的胶液从喷嘴内喷出，如图IA所示； 然后如图IB所示在晶圆的中心喷洒光刻胶，并以一定的转速旋转晶圆，从而在晶圆表面建 立薄、均勻并且没有缺陷的光刻胶涂层。旋涂过程中胶量的控制精度直接影响生产企业的 经济效益，也是影响胶膜质量的重要因素。由于粘度较低的光刻胶在喷洒后渚留在喷嘴内 的胶液有时会漏滴，造成供胶量不准或基片粘污。因此在如图IC所示完成设定的喷胶操作 后，回吸光刻胶，从而避免漏滴，如图ID所示。曝光是通过曝光灯或者其它辐射源作为曝光光源照射光刻胶涂层，从而将图形转移到光刻胶涂层上。曝光能量照射到光刻胶上时，使光刻胶曝光，但同时也在光刻胶涂层的 上下表面产生反射，从而产生切口效应和驻波效应，使得不希望曝光的光刻胶被曝光，或者 在光刻胶的侧壁产生波浪状的不平整。为了减少曝光时能量在光刻胶涂层下表面的反射， 尽可能地增加光刻胶涂层对曝光能量的吸收，避免切口效应和驻波效应，在旋涂光刻胶之 前会在晶圆表面形成底部抗反射涂层(BARC，Bottom Anti-Reflective Coating)。如果所 使用的抗反射涂层是直接吸收入射光的有机材料，则使用与旋涂光刻胶类似的方式在晶圆 表面旋涂。同时，为了减少曝光时能量在光刻胶涂层上表面的反射，尽可能地增加光刻胶涂 层对曝光能量的吸收，避免切口效应和驻波效应，在旋涂光刻胶之后会在光刻胶表面旋涂 形成顶部抗反射涂层(TARC，Top Anti-Reflective Coating)。该涂层并不会吸收光，而是 通过光线之间的相位相消来消除反射。在浸没式光刻技术中，光刻胶必须在一种液态水溶液中进行曝光。由于传统光刻 胶的成分在水溶液中表现出可溶性并由此发生析出行为，从而污染了水溶液并降低了光刻 工艺的整体性能，受污染的水溶液还可能进一步玷污光刻机的前端透镜和硅片承载台，水 溶液还会渗进光刻胶涂层，导致光刻胶发生膨胀并且改变其光化学性能，因而传统的光刻 胶并不能直接适用于浸没式曝光。此时有效的解决办法是叠加一层额外的顶面涂层，以防 止光刻胶成分析出进入水溶液以及防止水溶液渗入光刻胶涂层中。该顶面涂层也可以旋涂 方式形成于光刻胶涂层之上。以上所有涂层的形成过程均与光刻胶的形成方式一样，即旋涂形成。在完成设定 的喷胶操作后，回吸胶液，从而避免漏滴。回吸功能在避免漏滴的同时还减少了喷嘴中胶 液的暴露表面，尽管如此，喷嘴处回吸的胶液表面还是会与空气直接接触，使胶液与空气发 生反应，从而使得胶液结晶，形成硬球。在下次使用时就会落到晶圆表面，使得旋涂形成的 光刻胶不均勻，影响刻蚀工艺的良品率，甚至最终影响到器件的性能。因此，现有技术中，为 了减少胶液的结晶，需要周期性地进行空喷。通常空喷的周期是每1800秒或3600秒或者 7200秒空喷lcc。在下次使用之前还要进行一次空喷，以避免可能的结晶落到晶圆表面。正如以上所述，在一次光刻工艺中，需要旋涂的涂层可能包括底胶、底部抗反射涂 层、光刻胶涂层、顶部抗反射涂层或顶面涂层。如果按照现有技术中的方法进行空喷，则会 造成大量的胶液浪费，从而增加了半导体器件的制造成本。
发明内容
本发明提供一种防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法，减少空喷次数，降低半 导体器件的制造成本。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法，该方法包括在空喷之后喷胶；喷 胶结束后回吸胶液；将用于喷胶的喷嘴置于溶剂中。在本发明的优选实施例中，所述溶剂与所述胶液相溶。优选地，所述胶液为有机材料时，所述溶剂为丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯或者 丙二醇甲醚和丙二醇甲醚醋酸酯混合得到的溶剂，例如以7 3的比例混合得到的溶剂。其 中，所述有机材料是用于形成光刻胶涂层、底部抗反射涂层、顶部涂层、含硅的底部抗反射 涂层的有机材料。
优选地，所述胶液为亲水材料时，所述溶剂为去离子水。其中，所述亲水材料是用 于形成顶部抗反射涂层的亲水材料。与现有技术相比，本发明所提供的技术方案，首先在空喷之后喷胶，并在喷胶结束 之后回吸胶液；然后将用于喷胶的喷嘴置于溶剂中。由于使用溶剂将喷嘴中回吸的胶液与 大气环境隔离开，减少了与胶液反应的空气量，因而可以延长空喷的周期，或者在理想情况 下，只需要在下次使用之前进行空喷去掉结晶的胶液，从而减少了空喷的次数，降低了光刻 工艺的成本，结果降低了半导体器件的制造成本。
图1A-1D为现有技术中喷嘴的使用过程；图2为根据本发明的防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法流程图；图3A-3E为根据本发明的防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法中喷嘴的使用 过程。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。本发明提供的防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法，在空喷之后喷胶；并在喷 胶结束后回吸胶液；然后将用于喷胶的喷嘴置于溶剂中。由于使用溶剂将喷嘴中回吸的胶 液与大气环境隔离开，减少了与胶液反映的空气量，因而可以延长空喷的周期，或者在理想 情况下，只需要在下次使用之前进行空喷去掉结晶的胶液，从而减少了空喷的次数，降低了 光刻工艺的成本，结果降低了半导体器件的制造成本。下面结合图2和图3详细描述根据本发明的防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法。图2为根据本发明的防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法流程图，图3A-3E为 根据本发明的防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法中喷嘴的使用过程。如图2所示，该 方法包括以下步骤步骤200，在空喷之后喷胶(如图3A-;3B所示)。空喷的目的在于将与空气反应的胶液从喷嘴中喷出，从而避免结晶的胶液掉落到 晶圆表面上影响后续光刻胶涂层的均勻性，从而影响后续的各个工艺步骤。本步骤中，喷洒的胶液除各种类型的光刻胶之外，还包括用于形成底部抗反射涂 层、顶部抗反射涂层、顶部涂层等等的胶液。步骤202，喷胶结束后回吸胶液(图3C-3D)。本步骤的目的在于防止胶液漏滴，造成供胶量不准或基片粘污。步骤204，将用于喷胶的喷嘴置于溶剂中(如图3E所示)。本步骤中，对于溶剂的选择没有特别限制，但是为了避免喷胶时喷嘴上沾有的溶 剂对所使用的胶液产生影响，溶剂优选与所使用的胶液相溶的溶剂。当使用的胶液是有机材料时，溶剂可以是0K73，即使用光刻胶中的溶剂丙二醇甲 醚(PGME)和丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)以7 3的比例混合得到的溶剂，也可以是PGME 和PGMEA以其它比例混合得到的溶剂，或者是单一的PGME或PGMEA。其中，有机材料可以是光刻胶、用于形成底部抗反射涂层、顶部涂层或者含硅的底部抗反射涂层等的有机材料。当使用的胶液是亲水材料时，溶剂可以是去离子水。亲水材料例如可以是用于形 成顶部抗反射涂层等的亲水材料。由于步骤204中将喷嘴置于溶剂中，使得回吸的光刻胶仅与喷嘴中的少量空气发 生反应，因此可以延长空喷的周期，或者在理想情况下，只需要在下次使用之前进行空喷去 掉结晶的胶液就可以直接使用。下面以形成底胶和光刻胶涂层为例，详细说明本发明的防止光刻工艺中喷嘴内胶 液结晶的方法。首先，为了获得平坦而均勻的光刻胶涂层并且使光刻胶与晶圆之间有良好的粘附 性，通常在涂胶之前对晶圆进行预处理。预处理的第一步通常是一次脱水烘烤，在真空或干 燥氮气的气氛中，以一定的高温对晶圆进行烘烤。该步的目的是除去晶圆表面吸附的水分。紧接在烘烤之后的通常是旋涂底胶。旋涂底胶的目的是为了增强光刻胶在晶圆表 面的附着力。通常所使用的底胶是六甲基乙硅烷(HMDQ。具体来说，从放置底胶器喷嘴的 溶剂中取出底胶器，进行空喷，将结晶的底胶从喷嘴中喷出，之后使用底胶器在经清洗的晶 圆表面喷洒底胶，喷胶结束后回吸底胶，并将底胶器的喷嘴再次置于该溶剂中。该溶剂可以 是是0K73，即PGME和PGMEA以7 3的比例混合得到的溶剂，也可以是PGME和PGMEA以其 它比例混合得到的溶剂，或者是单一的PGME或PGMEA。接着以一定的转速旋转晶圆，使底胶 均勻地铺展在整个晶圆表面，然后提高晶圆的转速以便使底胶干燥。接着在晶圆表面涂胶。首先用真空吸盘将晶圆固定，吸盘是一个平的、与真空管线 相连的空心金属盘。吸盘表面有许多小孔，当晶圆放在上面时，真空的吸力使晶圆与吸盘紧 密接触。接着，从放置光刻胶喷嘴的溶剂中取出喷嘴，进行空喷，将结晶的光刻胶从喷嘴中 喷出，之后将预先确定的胶量喷洒在晶圆表面，喷胶结束后回吸光刻胶，并再次将喷嘴置于 该溶剂中，以便将回吸的光刻胶与空气隔离。之后，吸盘上施加的转矩使其按一个受控的速 率迅速上升到最大旋转速度。当晶圆以最大旋转速度旋转一预定时间段之后，以受控的方 式减速至停止，从而形成平坦并且均勻的光刻胶涂层。旋涂光刻胶之后，晶圆必须经历一次软烘，或称前烘。软烘是一种以蒸发光刻胶中 的一部分溶剂为目的的加热过程。蒸发溶剂有两个原因。溶剂的主要作用是能够让光刻胶 在晶圆表面涂一薄层，在这个作用完成后，溶剂的存在会干扰后续工艺过程。光刻胶里的溶 剂会吸收光，进而干扰光敏感聚合物中正常的化学变化，因此需要尽量减小溶剂对曝光过 程的影响。第二个原因是光刻胶的烘干会帮助光刻胶与晶圆表面更好的黏结。时间和温度 是软烘的参数。软烘之后的晶圆被曝光。曝光的第一步是将所需图形在晶圆表面上定位或对准， 第二步是通过曝光灯或其它辐射源将图形转移到光刻胶涂层上。曝光之后的晶圆需要进行 后烘，其目的在于减小驻波效应。后烘的时间和温度是由烘焙方法、曝光条件以及光刻胶化 学所决定的。后烘之后的晶圆上记录有器件或电路图案的曝光和未曝光区域。通过对未聚合 光刻胶的化学分解来使图案显影。在光刻胶上成功地使图案显影要依赖于光刻胶的曝光 机理。对于负胶来说，光刻胶的聚合区域在显影液中分解。例如，可以使用显影二甲苯作 为负胶的显影液。而对于正胶来说，聚合区域和未聚合区域在显影液中有不同溶解率，约为1 4，也就是说在显影中总会从聚合区域溶解掉一些光刻胶。因此，使用过度的显影液或 显影时间过长会导致光刻胶太薄而不能使用。结果有可能导致在刻蚀中翘起或断裂。正胶 的显影液有两种碱-水溶液和非离子溶液。碱-水溶液可以是氢氧化钠或氢氧化钾。软 烘时间和温度、曝光度、显影液浓度、时间、温度以及显影方法都会对显影结果产生影响。在显影之后需要对晶圆进行硬烘，其目的实质上与软烘一样，就是通过溶剂的蒸 发来固化光刻胶。另外，硬烘的特别目的在于使光刻胶与晶圆表面有良好的黏结性。该步 骤的参数也是烘焙时间和温度。在显影和烘焙之后就是要完成光刻掩膜工艺的第一次质检，即显影后检视。其目 的在于区分那些有很低可能性通过最终掩膜检验的晶圆，提供工艺性能和工艺控制数据； 以及分拣出需要重做的晶圆。对通过显影后检视的晶圆进行刻蚀，去除残留的光刻胶，然后进行刻蚀后检视，对 于刻蚀后检视合格的晶圆进行其它工艺处理。由以上所述可以看出，本发明所提供的技术方案，首先在空喷之后喷胶，并在喷胶 结束后回吸胶液；然后将用于喷胶的喷嘴置于溶剂中。由于使用溶剂将喷嘴中回吸的胶液 与大气环境隔离开，减少了与胶液反应的空气量，因而可以延长空喷的周期，或者在理想情 况下，只需要在下次使用之前进行空喷去掉结晶的胶液，从而减少了空喷的次数，降低了光 刻工艺的成本，结果降低了半导体器件的制造成本。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。权利要求
1.一种防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法，该方法包括在空喷之后喷胶；喷胶结束后回吸胶液；将用于喷胶的喷嘴置于溶剂中。
2.如权利要求1所述的防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法，其特征在于，所述溶 剂与所述胶液相溶。
3.如权利要求2所述的防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法，其特征在于，所述胶 液为有机材料，所述溶剂为丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯或者丙二醇甲醚和丙二醇甲醚 醋酸酯混合得到的溶剂。
4.如权利要求3所述的防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法，其特征在于，所述溶 剂为丙二醇甲醚和丙二醇甲醚醋酸酯以73的比例混合得到的溶剂。
5.如权利要求3所述的防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法，其特征在于，所述有 机材料是用于形成光刻胶涂层、底部抗反射涂层、顶部涂层或含硅的底部抗反射涂层的有 机材料。
6.如权利要求2所述的防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法，其特征在于，所述胶 液为亲水材料，所述溶剂为去离子水。
7.如权利要求6所述的防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法，其特征在于，所述亲 水材料是用于形成顶部抗反射涂层的亲水材料。
全文摘要
本发明公开了一种防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法，该方法在空喷之后喷胶；在喷胶结束之后回吸胶液；然后将用于喷胶的喷嘴置于溶剂中。由于使用溶剂将喷嘴中回吸的胶液与大气环境隔离开，减少了与胶液反应的空气量，因而可以延长空喷的周期，或者在理想情况下，只需要在下次使用之前进行空喷去掉结晶的胶液，从而减少了空喷的次数，降低了光刻工艺的成本，结果降低了半导体器件的制造成本。
文档编号G03F7/16GK102053500SQ20091019849
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月5日 优先权日2009年11月5日
发明者安辉 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司