专利名称：一种烘烤光刻胶的方法及使用该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体光刻工艺，特别是涉及一种烘烤光刻胶的方法及使用该方法的
装置O
背景技术：
目前在半导体制造领域，光刻工艺是十分重要的工艺过程。以光酸放大型正性光 刻胶(PAG光刻胶，以下简称光刻胶)的光刻工艺为例光刻工艺过程主要是利用光刻装置， 将光子能量按照掩模图形形状分布到光刻胶的相应区域。光刻胶具有光敏性，被光照射到 的光刻胶会发生化学反应，产生少量光酸；没有被光照射到的光刻胶化学性质不变。接着将 附着光刻胶的硅片送入烘盘加热，这就是后烘烤工艺(PEB)，适宜的温度使已经曝光区域的 光酸数量快速增加，同时增大光酸的扩散速率。通过后烘烤，曝光区域内的光酸数量达到一 定的数值，使该区域的光刻胶满足显影的需求。使用与该光刻胶相匹配的显影液浸润光刻 胶。含有光酸的光刻胶将与显影液反应生成小颗粒物体，通过水冲洗将其去除。不含或者 含有微量光酸的光刻胶仍然存在，留在硅片上，最后形成与掩模图形相似的图形。可见，PEB 工艺直接影响设计所要求的硅片上光刻胶图形。硅片曝光过程是将硅片划分成若干相似的区域(即曝光场，shot)，每个区域按照 既定的顺序，独立执行曝光工艺。例如，将硅片划分成η个相似区域，一个区域曝光消耗的 时间为t。当一片硅片上所有区域曝光完成时，第一个曝光区域和第η个曝光区域之间的时 间差为(n_l)*t。由于该时间差的存在，不同曝光区域内产生光酸的生存时间不同。光酸始 终处于衍生和扩散之中，寿命较长(即产生较早)的曝光区域产生更多的光酸并且扩散到 其它的非曝光区域，引起串扰。目前业内广为使用的烘烤工艺是将经过曝光的硅片平放到热板上烘烤，同时给各 曝光场加热。烘盘具有较高的温度精度和温度均勻性。不同寿命(即产生时刻不同)的曝 光区域被同时加热，在寿命长的曝光区域内，光酸的数量大，扩散的区域大，引起图形增大 的趋势；寿命短的曝光区域反之。同一硅片上不同曝光区域显影后图形的相似性降低，影响 了整片上图形的均勻性。尤其在进入45纳米或者更高工艺节点(如32nm节点)，以及硅片尺寸越来越大的 状况下(18英寸直径硅片)，传统烘烤工艺的不足越发突出。
发明内容
本发明的目的是为了解决曝光时间差所导致的硅片关键尺寸均勻性变差的问题， 提高光刻工艺中硅片关键尺寸的均勻性CDU。本发明公开一种烘烤光刻胶的方法，在烘烤光刻胶的过程中，根据每个曝光区域 曝光时间的差异，在烘烤工艺环节添加差额时间，使得硅片各个曝光区域在曝光和烘烤之 间有相同的时间间隔。其中，不同的烘烤时间是通过改变烘烤所用的热板与硅片之间的相对位置来实现的。其中，采用与对各曝光区域进行曝光相同的顺序对硅片的各个区域进行烘烤。使用本发明烘烤光刻胶的方法的烘烤装置，包括热板，对光刻胶进行加热，具有 较高的温度均勻性和温度精度，温度值根据不同光刻胶的需求而定；冷板，位于硅片进出热 板的边缘与热板连接，具有较高的温度均勻性和温度精度，温度值为室温；运动驱动系统， 控制硅片与热板间的相对位置；以及硅片支撑系统，支撑硅片，具有良好的隔热性能。其中，热板可以是两块可以相对运动的热板。其中，既可以用一组烘烤模块对硅片进行单面加热，也可以用两组烘烤模块对硅 片进行双面加热。通过本发明的光刻胶烘烤工艺方法及装置，可以使硅片上不同曝光区域(shot) 内的图形拥有更高的相似性，能够提高整个硅片上光刻胶图形的均勻性。
下面结合说明书附图对本发明进行进一步的说明，其中图1所示为本发明烘烤装置与硅片位置示意图；图2-16所示为本发明的一个优选实施例的烘烤过程中烘烤装置与硅片位置示意 图；图17所示为本发明烘烤装置结构示意图；图18所示为本发明冷板结构示意图。
具体实施例方式下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。图1所示为本发明烘烤装置与硅片位置示意图，其中，A是涂覆光刻胶并且经过曝 光的硅片。B是热板，用于加热硅片A。D是支撑硅片用的支柱。C是冷板，用于冷却硅片。 硅片上的数字大小代表各自曝光区域(shot)曝光先后顺序。硅片上数字1表示该shot最 先曝光，数字9表示该shot最后曝光。热板B具有较高的温度均勻性和温度精度，温度值 根据不同光刻胶的需求而定。冷板C具有较高的温度均勻性和温度精度，温度值为室温。图2-16所示为本发明的一个优选实施例的烘烤过程中烘烤装置与硅片位置示意 图。图2显示硅片在进入烘烤工艺前与热板B和冷板C的位置对应关系。实际应用中不限 于这一种位置对应关系。图2中的硅片A沿X轴正方向移动一个shot宽度的距离后停止， 使shot 1进入热板B2下方，shot 6进入冷板C4下方。移动后位置如图3所示。经过一 个shot的曝光时间t后，硅片继续沿着X轴正方向移动一个shot宽度距离，使shot 2也 进入热板B2下方，shot5进入C4下方。重复上述移动步骤，将shot 3移到B2下方，shot4 移到C4下方。在一个shot曝光时间t内，硅片沿着X轴正方向移动，使shotl、shot2和 shot3位于热板Bl下方。移动后位置如图4所示。在该时间t内，C3、B2和C4保持相对位 置不变，整体沿着Y轴负方向移动一个shot长度距离。移动后位置如图5所示。将硅片A 沿着X轴负方向，类似上述的移动方式，依次对硅片上shot4、shot5和shot6进行烘烤。移 动后位置如图6所示。C1、B1和C2保持相对位置不变，整体沿着Y轴负方向移动一个shot 长度距离。移动后位置如图7所示。将硅片A沿着X轴正方向，如上述移动，依次对硅片上shot7,shotS和shot9进行烘烤。移动后位置如图8所示。假设该类型光刻胶所需烘烤时 间为T，shotl的烘烤时间从进入热板B2下方时刻开始。在目前业内的光刻工艺中，光刻胶 额定烘烤时间T大于n*t。在完成上述动作后，硅片A移动至热板B2下方，移动后位置如 图9所示。假设shotl的总烘烤时间为tl，当tl等于T时，硅片A在图9所示位置，沿着X 轴正方向，移动一个shot宽度距离后停止，使shotl进入冷板Cl下方。每等待时间t，重复 上述移动方式。移动后位置如图10所示。重复上述的移动步骤，移动后位置如图11所示。 硅片A沿着X轴负方向，重复上述移动步骤。移动后位置如图12所示。重复上述的移动步 骤，移动后位置如图13所示。重复上述的移动步骤，移动后位置如图14所示。将硅片A移 出冷板Cl下方，移动后位置如图15所示。热板及冷板恢复到图16所示位置。将硅片移到 指定容器，一片硅片处理流程完成。每片待处理硅片按此方法处理。图17所示为本发明烘烤装置结构示意图。在图17中，B是电阻丝加热型热板。目 前电阻丝加热法是业内使用较广的方法。C是冷板。直流电机1用于驱动螺杆4旋转。把 手3和螺杆4连接处有螺纹。把手3和各自的热板冷板，或者硅片台相连接。当螺杆4在 电机1的驱动下旋转，带动把手3在Y和X方向移动。把手3带动各连接的热板冷板或者 硅片运动。在如图2的优选实施例中，C1、B1和C2连接在同一个把手上，C3、B2和C4连接 在同一个把手上。每个把手分别由独立的螺杆4和电机1驱动。可以利用软件编程和相关 电路实现“技术解决方案”中所述方式运动。支撑柱D用于承载硅片。主框架2用于固定 电机1和定位螺杆4，提供整个系统的支撑。冷板C结构如图18所示。冷板C是个中空的腔体，由若干个独立的腔体5结合而 成。每个小腔体向外连接一个进水口和一个出水口。腔体内部用一隔板6阻隔，隔板下部 与腔体内壁留有足够液体流动的空间。当常温的水流入小腔体后，流向腔体底部，吸收由硅 片表面传导过来的热量，使硅片表面保持常温。流出腔体的水被送往温度控制系统(TCU)， 将水温调节到设定温度，再将水送入腔体，循环使用。本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本 发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、 推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种烘烤光刻胶的方法，其特征在于在烘烤光刻胶的过程中，根据每个曝光区域 曝光时间的差异，在烘烤工艺环节添加差额时间，使得硅片各个曝光区域在曝光和烘烤之 间有相同的时间间隔。
2.如权利要求1所述的烘烤方法，其特征在于相同的时间间隔是通过改变烘烤所用 的热板与硅片之间的相对位置来实现的。
3.如权利要求1所述的烘烤方法，其特征在于采用与对各曝光区域进行曝光相同的 顺序对硅片的各个区域进行烘烤。
4.使用如权利要求1-3之一所述的烘烤方法的烘烤装置，其特征在于包括热板，对光刻胶进行加热，具有较高的温度均勻性和温度精度，温度值根据不同光刻胶 的需求而定；冷板，位于硅片进出热板的边缘与热板连接，具有较高的温度均勻性和温度精度，温度 值为室温；运动驱动系统，控制硅片与热板间的相对位置；以及硅片支撑系统，支撑硅片，具有良好的隔热性能。
5.如权利要求4所述的烘烤装置，其特征在于热板可以是两块可以相对运动的热板。
6.如权利要求4所述的烘烤装置，其特征在于既可以用一组烘烤模块对硅片进行单面 加热，也可以用两组烘烤模块对硅片进行双面加热。
全文摘要
本发明公开一种烘烤光刻胶的方法，根据每个曝光区域曝光时间的差异，在烘烤工艺环节添加差额时间，使每个曝光区域在曝光和烘烤之间有相同的时间间隔。同时公开了使用该方法的装置。使用本发明公开的烘烤光刻胶的方法及装置，可以有效地减小不同曝光区域之间由于不是同时曝光引起时间延误而造成的烘烤差异，有助于获得更优良的关键尺寸均匀性。
文档编号G03F7/38GK102103333SQ20091020129
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者卢士良, 段立峰, 蔡燕民 申请人:上海微电子装备有限公司