用于使经光刻胶涂布的衬底显影的设备和方法与流程

本发明的实施例涉及一种用于制造光掩模的设备和方法。确切地说，本发明的实施例涉及一种用于使形成于光掩模上的图案显影的设备和一种使形成于光掩模上的光刻胶图案显影的方法。

背景技术：

由于消费者装置响应于消费者需求已变得越来越小，这些装置的个别组件的尺寸也必须减小。构成例如行动电话、平板计算机等等的装置的主要组件的半导体装置已经被迫变得越来越小，并对半导体装置内的个别装置(例如晶体管、电阻器、电容器等)加诸尺寸亦缩减的对应压力。例如光刻的半导体制造技术的进展已满足装置尺寸的减小。

由于半导体行业为追求更高装置密度、更高效能以及更低成本已发展到纳米技术工艺节点，所以在缩减半导体特征尺寸方面存在挑战。

技术实现要素：

根据本发明的一些实施例，提供一种用于使经光刻胶涂布的衬底显影的设备，包括：显影槽；在所述显影槽的底部中的流体歧管，其中所述流体歧管包括：多个孔，显影剂流经所述多个孔；以及对应于所述多个孔的多个阀，其中所述阀在打开时允许所述显影剂流经所述孔且在关闭时防止所述显影剂流经所述孔；包围所述流体歧管的沟槽，显影剂通过所述沟槽从显影槽排出；以及控制器，配置成控制所述阀的打开及关闭。

根据本发明的一些实施例，提供一种用于使经光刻胶涂布的衬底显影的设备，包括：显影槽，具有侧壁和底部，其中所述底部具有形成于所述底部的内表面中的多个孔；多个阀，其中所述多个阀中的每一个配置成打开及关闭所述多个孔中的一个；多个流体入口，连接到所述多个孔中的每一个；以及控制器，配置成单独地控制所述多个阀中的每一个，由此在所述孔打开时允许流体流经所述孔，且在所述孔关闭时阻挡所述流体流动。

根据本发明的一些实施例，提供一种用于使经光刻胶涂布的衬底显影的方法，包括：将逐图案暴露的经光刻胶涂布的衬底插入显影槽中的显影剂中，其中所述光刻胶涂布在所述衬底的第一主表面上；其中所述显影槽在所述槽的底部内表面中具有多个孔，所述显影剂流经所述多个孔，以及其中所述衬底的所述经光刻胶涂布的第一主表面在显影期间面向所述多个孔；以及使所述光刻胶显影以在所述光刻胶中形成图案。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下实施方式最佳地理解本公开。强调的是，根据行业中的标准惯例，各种特征并非按比例绘制且仅用于说明的目的。实际上，为了论述清楚起见，可任意增大或减小各个特征的尺度。

图1示出根据本公开的实施例的制造光掩模的工艺流程。

图2示出根据本公开的实施例的使衬底上的光刻胶图案显影的工艺流程。

图3绘示根据本公开的实施例的依序操作的工艺阶段。

图4绘示根据本公开的实施例的依序操作的工艺阶段。

图5a、图5b以及图5c绘示根据本公开的实施例的依序操作的工艺阶段。

图6a和图6b示出根据本公开的实施例的显影平台。图6a是显影平台的平面图，且图6b是显影平台的等距视图。

图7a、图7b、图7c以及图7d是示出根据本公开的实施例的显影平台的平面图。

图8a绘示根据本公开的实施例的依序操作的工艺阶段。图8b、图8c以及图8d是夹持机构的详细视图。

图9绘示根据本公开的实施例的依序操作的工艺阶段。

图10示出根据本公开的实施例的使衬底上的光刻胶图案显影的工艺流程。

图11绘示根据本公开的实施例的依序操作的工艺阶段。

图12绘示根据本公开的实施例的依序操作的工艺阶段。

图13绘示根据本公开的实施例的依序操作的工艺阶段。

附图标号说明

10：透明衬底；

15：光刻胶层；

20：辐射阻挡层/光阻挡层；

25、65：光掩模坯料；

30：可移动平台；

40：辐射源；

45：光化辐射；

50：暴露区；

55：未暴露区；

60、60'：图案；

65：经选择性暴露的光刻胶涂布的衬底；

67：经图案化的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料；

70：夹持机构；

75、77：夹持臂；

80：显影槽；

85：显影平台；

90：底部表面；

93：沟槽；

95：孔/穿孔；

97：排放孔；

100、200：工艺流程；

110、120、130、210、220、230、240、250、410、420、430、440、450、460、470、480：操作；

305：电可致动元件；

310：控制器；

315：显影剂存储容器；

320：显影剂入口；

325：间隙；

330：显影剂；

335：阀；

340：冲洗流体存储容器；

345：冲洗入口；

350：电动机；

355：旋转机构；

400：显影工艺；

d1：距离；

t1、t3：厚度；

t2：长度；

t4：竖直长度。

具体实施方式

应理解，以下揭示内容提供用于实施本公开的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述组件及布置的具体实施例或实例以简化本公开。当然，这些只是实例且并不意图为限制性的。举例来说，元件的尺寸并不限于所公开的范围或值，但可取决于处理条件及/或装置的所需性质。此外，在以下描述中，第一特征在第二特征上或上方的形成可包含其中第一特征和第二特征直接接触形成的实施例，并且还可包含其中额外特征可形成为插入第一特征和第二特征中使得第一特征和第二特征可不直接接触的实施例。为简单及清楚起见，各种特征可按不同比例任意拉伸。

此外，为易于描述，空间相对术语，例如“下方”、“在…下方”、“低于”、“上方”、“上部”等等在本文中可用于描述如图式中所示出的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除图中所描绘的定向以外，空间相关术语意图涵盖在使用或操作中的装置的不同定向。装置可以其它方式定向(旋转90度或处于其它定向)，且本文中所使用的空间相关描述词也可相应地进行解释。此外，术语“由…制成”可意味着“包括”或“由…组成”中的任一者。

图1示出根据本公开的实施例的制造光掩模的工艺流程100。如图3中所示，在操作110中，在光掩模坯料25的第一主表面上形成光刻胶层15。光掩模坯料25包含安置在透明衬底10的主表面上的辐射阻挡层20。在操作120中，光刻胶层15选择性地暴露于光化辐射45，如图4中所示。在操作130中，将带有选择性暴露的光刻胶层15的光掩模坯料25插入含有显影剂的显影槽80中，使得光掩模坯料25的第一主表面面向显影槽80的底部表面90，如图5a以及图5b中所示。

图2示出根据本公开的实施例的使衬底上的光刻胶图案显影的工艺流程200。在操作210中，经选择性暴露的光刻胶涂布的衬底65固持于夹持机构70中。在操作220中，经光刻胶涂布的衬底65在衬底的经光刻胶涂布侧面面向下的情况下插入显影剂330中，如图5a以及图5b中所示。在一些实施例中，在操作230中，显影槽80的底部90中的一或多个孔95打开或关闭以准许或防止显影剂330通过。在一些实施例中，穿孔95在显影操作期间打开及关闭。在一些实施例中，在操作240中，显影剂330在显影期间振动。在一些实施例中，在操作250中，衬底65在显影期间旋转。

在一些实施例中，显影槽的底部90的包含穿孔95的区域比衬底65经显影的区域大。因此，在一些实施例中，衬底65的经显影的整个表面直接暴露于流经穿孔95的显影剂。举例来说，如果衬底是对角线长度为x的矩形，那么显影槽的包含穿孔95的底部90将各自具有至少x的长度和宽度。举例来说，如果衬底具有约20厘米的对角线长度，那么显影槽的包含穿孔95的底部90将各自具有至少约20厘米的长度和宽度。

本文中将进一步详细论述用于制造光掩模及使光刻胶图案显影的所公开方法以及用于使光刻胶层显影的设备。

如图3中所示，提供光掩模坯料25。光掩模坯料25包含形成于衬底10上方的光阻挡层20。衬底10对紫外辐射是透明的。在一些实施例中，衬底10由石英、碱石灰玻璃或caf2制成。光阻挡层20由吸收或反射紫外辐射的材料形成。光阻挡层20并不允许紫外辐射穿过，由此限制穿过完整光掩模到光阻挡材料经去除的区的紫外辐射。在一些实施例中，光阻挡材料包含铬。在一些实施例中，光阻挡层20通过合适的沉积技术形成，包含化学气相沉积(chemicalvapordeposition,cvd)、原子层沉积(atomiclayerdeposition,ald)以及物理气相沉积(溅镀)。在一些实施例中，光阻挡层20的厚度在约20纳米到约100纳米范围内。

在一些实施例中，光刻胶层15是通过暴露于例如电子束(电子束(e-beam))的光化辐射而图案化的感光层。通常，受到入射辐射撞击的光刻胶区的化学性质以取决于所使用的光刻胶类型的方式改变。光刻胶层15通常为正性抗蚀剂或负性抗蚀剂。常规地，正性抗蚀剂指代在暴露于辐射时变得可溶于显影剂中，而未暴露(或较少暴露)的光刻胶的区不可溶于显影剂的光刻胶材料。另一方面，负性抗蚀剂常规上指代在暴露于辐射时变得不可溶于显影剂，而未暴露(或暴露较少)的光刻胶的区可溶于显影剂中的光刻胶材料。在暴露于辐射之后变得不可溶的负性抗蚀剂的区可归因于由暴露于辐射引起的交联反应变得不可溶。

抗蚀剂是正性抗蚀剂还是负性抗蚀剂可取决于用于使抗蚀剂显影的显影剂的类型。举例来说，当显影剂是水性显影剂，例如四甲基氢氧化铵(tetramethylammoniumhydroxide,tmah)溶液时，一些正性光刻胶提供正性图案(即暴露区通过显影剂去除)。另一方面，当显影剂是有机溶剂时，相同光刻胶提供负性图案(即未暴露区通过显影剂去除)。此外，在用tmah溶液显影的一些负性光刻胶中，光刻胶的未暴露区通过tmah去除，且在暴露于光化辐射之后经历交联的光刻胶的暴露区在显影之后保留在衬底上。

在一些实施例中，根据本公开的光刻胶包含聚合物树脂以及溶剂中的一或多个光敏性化合物(pac)。在一些实施例中，聚合物树脂包含烃结构(例如脂环烃结构)，所述烃结构含有在与酸、碱或通过pac产生的自由基混合时将分解(例如酸不稳定基团)或另外发生反应的一或多个基团(如下文进一步描述)。在一些实施例中，烃结构包含形成聚合物树脂的骨架主干的重复单元。此重复单元可包含丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、巴豆酸酯、乙烯基酯、马来酸二酯、富马酸二酯、衣康酸二酯、(甲基)丙烯腈、(甲基)丙烯酰胺、苯乙烯、乙烯基醚，这些的组合等等。

另外，光刻胶的一些实施例包含一或多个光敏性化合物(pac)。pac是光敏性组分，例如光酸产生剂、光碱产生剂、自由基产生剂等等。pac可以是正性作用或负性作用的。

在一些实施例中，将交联剂添加到光刻胶。交联剂与来自聚合物树脂中的烃结构中的一者的一个基团反应且还与来自烃结构中的另一者的第二基团反应，以便将两个烃结构交联且键结在一起。此键结和交联增加交联反应的聚合物产物的分子量且增加光刻胶的整体键联密度。密度和键联密度的这种增加有助于改进抗蚀剂图案。

替代地，在一些实施例中，代替将交联剂添加到光刻胶组成物或除了将交联剂添加到光刻胶组成物以外，添加偶合试剂，其中除了交联剂以外还添加偶合试剂。偶合试剂通过在交联试剂之前与聚合物树脂中的烃结构上的基团反应来辅助交联反应，从而允许减少交联反应的反应能量且提高反应速率。经键结的偶合试剂接着与交联剂反应，由此将交联剂偶合到聚合物树脂。

替代地，在将偶合试剂添加到不具有交联剂的光刻胶的一些实施例中，偶合试剂用于将来自聚合物树脂中的烃结构中的一者的一个基团偶合到来自烃结构中的另一者的第二基团，以便将两个聚合物交联且键结在一起。然而，在此类实施例中，与交联剂不同，偶合试剂并不保留作为聚合物的一部分，且仅辅助将一个烃结构直接键结到另一烃结构。

将光刻胶的个别组分放入溶剂中以便辅助光刻胶的混合和分配。为了辅助光刻胶的混合和分配，至少部分地基于针对聚合物树脂以及pac所选择的材料选择溶剂。在一些实施例中，溶剂经选择使得聚合物树脂(光刻胶聚合物和保护性聚合物)及pac可均匀溶解到溶剂中且分配在待图案化的层上。

除了聚合物树脂、pac，以及溶剂、交联剂以及偶合试剂之外，光刻胶的一些实施例还包含在一些实施例中辅助光刻胶获得高分辨率的多种其它添加剂。举例来说，光刻胶的一些实施例还包含界面活性剂，以有助于改进光刻胶涂布表面的能力，所述光刻胶涂覆于所述表面上。

添加到光刻胶的一些实施例的另一添加剂是淬灭剂，其抑制光刻胶内的产生的酸/碱/自由基的扩散。淬灭剂改进抗蚀剂图案构形以及光刻胶随时间推移的稳定性。在实施例中，淬灭剂为胺，例如第二低级脂族胺、第三低级脂族胺等等。在一些实施例中，将有机酸用作淬灭剂。

添加到光刻胶的一些实施例的其它添加剂包含：稳定剂，其辅助防止在光刻胶的暴露期间产生的酸的非所需扩散；溶解抑制剂，其辅助控制光刻胶在显影期间的溶解；塑化剂，其减少光刻胶与底层之间的分层和破裂；着色剂，其在进一步处理之前辅助观测者检查光刻胶以找到可能需要改进的任何缺陷；粘附添加剂，其促进光刻胶与其上已涂覆光刻胶的底层(例如待图案化的层)之间的粘附；以及表面流平剂，其辅助使光刻胶的顶部表面平整，使得入射光将并不由不平整表面不利地修改。

在一些实施例中，将聚合物树脂和pac以及任何所要添加剂或其它试剂添加到溶剂以供涂覆。在添加后，接着混合混合物以便获得遍及光刻胶的均匀组成物，以确保不存在由不均匀混合或光刻胶的不均匀组成物引起的缺陷。在混合在一起后，光刻胶可在其使用之前经存储或立即使用。

在就绪后，将光刻胶组成物涂覆到待图案化的衬底20上以形成光刻胶层15。在一些实施例中，光刻胶层15的厚度在约10纳米到约300纳米范围内。

在光刻胶层15已涂覆到待图案化的层20之后，在一些实施例中执行光刻胶层的预先烘烤以在辐射暴露之前固化和干燥光刻胶。在一些实施例中，在适于蒸发溶剂的温度(例如在约50℃与250℃之间)下执行预先烘烤，但精确温度取决于针对光刻胶所选择的材料。

图4示出光刻胶层15的选择性暴露以形成暴露区50和未暴露区55。在一些实施例中，通过将经光刻胶涂布的衬底放置于光刻工具(例如电子束(电子束)掩模写入器)来进行暴露于辐射。为了选择性地暴露经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65，用于暴露的辐射源40将暴露辐射45引导到光刻胶层15。经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65固定到可移动平台30以用于在暴露辐射下支撑和移动衬底65。

在一些实施例中，辐射源40将辐射45(例如电子束)供应到光刻胶层15，以便引起pac的反应，所述pac随后与聚合物树脂反应以化学地更改光刻胶层的经辐射45撞击的所述区。在一些实施例中，辐射45是远紫外辐射、极紫外辐射、x射线、电子束、离子束等等。

在光刻胶层15已暴露于暴露辐射45之后，在一些实施例中在约50℃到约160℃范围内的温度下执行暴露后烘烤，以辅助在暴露期间从辐射45对pac的撞击产生的酸/碱/自由基的产生、分散以及反应。

在选择性辐射暴露及/或暴露后烘烤操作之后，在一些实施例中光刻胶中的pac产生酸，且因此提高或降低其溶解度。溶解度可针对正性抗蚀剂提高(即，酸将分解酸可裂解聚合物，导致聚合物变得更具亲水性)且针对负性抗蚀剂降低(即，酸将催化酸催化可交联聚合物或使得聚合尖峰经历频哪醇重组，导致聚合物变得更具疏水性)。因此，当使用水性显影剂时，显影剂将溶解正性抗蚀剂的经暴露部分而非负性抗蚀剂的经暴露部分。

在一些实施例中，由于暴露于光化辐射发生交联反应。交联反应增加聚合物的分子量。借由通过交联反应增加聚合物的分子量，新的交联聚合物变得不太可溶于有机溶剂负性抗蚀剂显影剂中。

在选择性暴露于辐射和任何暴露后烘烤之后，经暴露光刻胶层15经显影以形成光刻胶图案。使用溶剂执行显影。在期望正型显影的一些实施例中，例如碱性水溶液的正型显影剂用于去除暴露于辐射的光刻胶层的区50。在一些实施例中，正型显影剂包含由以下中选出的一或多个：四甲基氢氧化铵(tmah)、四丁基氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸钠、偏硅酸钠、氨水、单甲胺、二甲胺、三甲胺、单乙胺、二乙胺、三乙胺、单异丙胺、二异丙胺、三异丙胺、单丁胺、二丁胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基氨基乙醇、二乙基氨基乙醇、氨、苛性钠、苛性钾、偏硅酸钠、偏硅酸钾、碳酸钠、四乙基氢氧化铵，这些的组合等等。

在期望负型显影的一些实施例中，有机溶剂或临界流体用于去除光刻胶层的未暴露区55。在一些实施例中，负型显影剂包含由以下中选出的一或多个：己烷、庚烷、辛烷、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯以及相似烃类溶剂；临界二氧化碳、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇以及相似醇溶剂；二乙醚、二丙醚、二丁醚、乙基乙烯基醚、二恶烷、环氧丙烷、四氢呋喃、溶纤剂、甲基溶纤剂、丁基溶纤剂、甲基卡必醇、二甘醇单乙醚以及相似醚溶剂；丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、异佛尔酮、环己酮以及相似酮溶剂；乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯以及相似酯溶剂；吡啶、甲酰胺以及n,n-二甲基甲酰胺等等。

如图5a、图5b以及图5c中所示，经暴露的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65在一些实施例中固定到夹持机构70且引入到显影槽80中。图5a是绘示用于使光刻胶层显影的设备的等距视图，所述设备包含夹持机构70和显影平台85。经暴露的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65附接到夹持机构以待降入显影槽80中。图5b和图5c是绘示浸入显影槽80中的显影剂330中的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65的简化横截面图。

夹持机构70包含附接到经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65的侧壁的夹持臂75。将经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65插入夹持机构70中，使得衬底或光掩模坯料65的经光刻胶涂布的主表面面向显影平台85或显影槽80的底部。在一些实施例中，经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65与显影平台85的上表面之间的距离d1为约2毫米到约10毫米。如果距离d1小于约2毫米，那么存在刮擦衬底或光掩模坯料65的表面的风险。如果距离d1过大，例如大于约10毫米，那么显影操作的效率明显降低。在一些实施例中，夹持臂75并不覆盖光刻胶层15的前表面。因此，夹持臂75并不干扰显影操作。在一些实施例中，夹持机构70在竖直方向上通过电动机350移动以使经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65降入显影槽80中且将其提升到槽80之外。在一些实施例中，夹持机构70包含在显影操作期间还旋转显影槽80中的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65的旋转机构355。

在一些实施例中，显影平台85位于显影槽80的底部。在一些实施例中，显影平台85包含显影剂歧管90和沟槽93，所述显影剂歧管90包含用于将显影剂330从显影剂存储容器315引入到显影槽80中的一或多个孔95，所述沟槽93具有用于将显影剂330从显影槽80排出的排放孔97。在一些实施例中，阀335打开和关闭以允许显影剂330流入显影槽80中或从显影槽80排放。在一些实施例中，阀335是电磁阀。

在一些实施例中，显影剂330以在约5毫升/分钟与约800毫升/分钟之间的速率经由显影剂入口320从显影剂存储容器315供应穿过孔95，同时经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65以在约50转/分钟与约2000转/分钟之间的速度旋转。在一些实施例中，显影剂330在约10℃与约80℃之间的温度下。显影在更高显影剂流速、温度以及旋转速度下更高效，然而，在过高流速、温度以及旋转速度下，光刻胶或光掩模坯料可能受损。在低于本文中所公开的范围的流速、温度或旋转速度下，显影可能进行得极缓慢。在一些实施例中，显影操作持续约30秒与约10分钟之间。

在一些实施例中，在显影期间振动显影剂330。图5b中绘示的显影槽80更包含在显影剂流体330中产生干扰的电可致动元件305。在一些实施例中，电可致动元件305是向显影剂流体330施加振动的压电致动器。在一些实施例中，电可致动元件305是超声波(ultrasonic)换能器或兆频声波(megasonic)换能器。在一些实施例中，兆频声波(megasonicwaves)在显影期间施加到显影剂330。

在一些实施例中，显影设备包含控制器310。控制器310配置成控制夹持机构70、电可致动元件305以及流体阀335中的至少一个或所有。如图5b和图5c中所示，在一些实施例中，控制器310单独地控制流体阀335中的每一个。为了简化图式，图5b和图5c绘示控制两个流体阀335的控制器，然而，应了解，每个阀335可由控制器310单独地控制。在一些实施例中，控制器310控制电动机350以用于提升和降低夹持机构70且控制旋转机构355以用于旋转夹持机构70。在一些实施例中，控制器310控制流体阀335的打开和关闭以允许流体流动或排空显影槽80。在一些实施例中，控制器310接通或断开电可致动元件305且调节电可致动元件305的振动频率。

在光刻胶图案显影之后，用冲洗流体冲洗经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65。冲洗流体存储在冲洗流体存储容器340中。在一些实施例中，冲洗流体通过冲洗入口345提供到穿孔95。

在一些实施例中，显影剂330提供到特定孔95，且冲洗流体提供到其它孔95，如图5b中所示。在其它实施例中，冲洗流体提供到与显影剂流体相同的孔95，如图5c中所示。如图5c中所示，在一些实施例中，显影剂入口320与冲洗流体入口345连接。

图6a和图6b示出根据本公开的实施例的显影平台。图6a是显影平台的平面图，且图6b是显影平台的等距视图。显影平台85包含具有多个孔95的显影剂歧管90，在显影期间显影剂330流经所述多个孔95。在一些实施例中，多个孔95以列(c)和行(r)布置排列。尽管绘示孔95的列和行布置，但本公开不限于列/孔布置。在其它实施例中使用其它孔布置，包含圆形和螺旋模式。在一些实施例中，孔95可打开或关闭以允许或阻挡显影剂330流动。在图6a和图6b中所说明的实施例中，所有孔95打开，从而允许显影剂流动且使经暴露光刻胶层15中的潜在图案显影。显影剂通过包围显影剂歧管90的沟槽93中的排放孔97从显影槽80排出。

图7a、图7b、图7c以及图7d是示出根据本公开的实施例的显影平台的平面图。在图7a、图7b、图7c、图7d中，示出孔和公开平台歧管孔95的不同布置。打开和关闭孔95的布置可改变以优化显影操作。可执行测试以确定用于显影特定图案的最优孔布置。在一些实施例中，孔95的打开和关闭通过控制器310控制。在一些实施例中，通过在每个孔95处打开或关闭闸门、隔膜或阀335来打开或关闭孔95。在一些实施例中，显影剂330存储在显影剂存储容器315中且通过显影剂入口320供应到显影平台85。在一些实施例中，冲洗流体存储在冲洗流体存储容器340中且通过入口345供应到显影平台。在一些实施例中使用泵(未绘示)将显影剂和流体传送到显影槽，且在一些实施例中从显影槽80排放显影剂和冲洗流体。

图7a示出实施例，其中孔r1,c1；孔r1,c2；孔r1,c4；孔r1,c5；孔r2,c1；孔r2,c2；孔r2,c4；孔r2,c5；孔r4,c1；孔r4,c2；孔r4,c4；孔r4,c5；孔r5,c1；孔r5,c2；孔r5,c4；以及孔r5,c5打开；且孔r1,c3；孔r2,c3；孔r3,c1；孔r3,c2；孔r3,c3；孔r3,c4；孔r3,c5；孔r4,c3；以及孔r5,c3关闭。

图7b示出实施例，其为图7a的实施例的反相，其中孔r1,c1；孔r1,c2；r1,c4；孔r1,c5；孔r2,c1孔；r2,c2；孔r2,c4；孔r2,c5；孔r4,c1；孔r4,c2；孔r4,c4；孔r4,c5；孔r5,c1；孔r5,c2；孔r5,c4；以及孔r5,c5关闭；且孔r1,c3；孔r2,c3；孔r3,c1；孔r3,c2；孔r3,c3；孔r3,c4；孔r3,c5；孔r4,c3；以及孔r5,c3打开。

在图7c的实施例中，孔r1,c1；孔r1,c3；孔r1,c5；孔r2,c2；孔r2,c4；孔r3,c1；孔r3,c3；孔r3,c5；孔r4,c2；孔r4,c4；孔r5,c1；孔r5,c3；以及孔r5,c5打开；且孔r1,c2；孔r1,c4；孔r2,c1；孔r2,c3；孔r2,c5；孔r3,c2；孔r3,c4；孔r4,c1；孔r4,c3；孔r4,c5；孔r5,c2；以及孔r5,c4关闭。

在另一实施例中，如图7d中所示，孔r1,c1；孔r1,c5；孔r2,c2；孔r2,c3；孔r2,c4；孔r3,c2；孔r3,c4；孔r4,c2；孔r4,c3；孔r4,c4；孔r5,c1；以及孔r5,c5打开；且孔r1,c2；孔r1,c3；孔r1,c4；孔r2,c1；孔r2,c5；孔r3,c1；孔r3,c3；孔r3,c5；孔r4,c1；孔r4,c5；孔r5,c2；孔r5,c3；以及孔r5,c4关闭。

打开和关闭孔95的布置不限于所示出的那些布置，且其它布置在本公开的范围内。孔95的布置不限于五行和五列，且在一些实施例中，存在一行、两行、三行、四行或大于六行。在一些实施例中，存在一列、两列、三列、四列或大于五列。在一些实施例中，打开和关闭孔95的布置在显影工艺期间改变以优化图案均匀性。影响孔95的布置的参数包含显影剂的流量和孔的横截面积。在一些实施例中凭经验确定孔95的最优布置。

图8a绘示由夹持机构70固持的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65。在衬底或光掩模坯料65为矩形的实施例中，夹持机构70包含四个夹持臂75，所述四个夹持臂75在距相邻夹持臂75约90°的角度的方向上从夹持机构的中心部分向外延伸。在一些实施例中，夹持臂75可伸缩，例如，其延伸和收缩，以使得能够夹持衬底或光掩模坯料65。在一些实施例中，夹持臂75的长度在约15厘米到约19厘米范围内。在显影期间，夹持臂75延伸到比衬底或光掩模坯料65的长度和宽度更大，且接着收缩以固持衬底或光掩模坯料65。在显影之后，夹持臂75延伸以释放衬底或光掩模坯料65。在其它实施例中，夹持臂75的不同布置用于夹持具有不同形状的衬底。

图8b、图8c以及图8d是夹持机构70的详细视图，其绘示夹持臂75如何固持经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65。在一些实施例中，夹持臂75的末端部分在经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65的边缘处接触经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65。图8c是图8b的更详细视图。如所示出，横跨经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65的大部分背表面(并未涂布有光刻胶且与涂布有光刻胶的主表面相对的主表面)的夹持臂75之间存在间隙325。间隙325限制衬底或光掩模坯料65的由夹持臂75接触的表面积，由此限制夹持臂75对衬底或光掩模坯料65的可能的损伤，例如刮擦。在一些实施例中，在经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65的边缘处，夹持臂75接触经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65的背表面和侧表面。在一些实施例中，夹持臂75并不接触经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65的前侧(涂布有光刻胶的与背表面相对的主表面)面向下的表面。

图8d是绘示在一些实施例中的夹持臂75和经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65的前侧的详细横截面视图。在一些实施例中，夹持臂77的下端在经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65的前侧前方以约45°的角度向下倾斜。角度不限于约45°，且只要衬底或光掩模坯料固定，可使用其它角度。在一些实施例中，衬底或光掩模坯料65具有约0.635厘米的厚度t1，但其它厚度包含在本公开的范围内。在一些实施例中，夹持臂75的端部具有约2厘米的长度t2，夹持臂接触衬底或光掩模坯料65的夹持臂75的厚度t3为约1厘米，且夹持臂75延伸经过衬底或光掩模坯料的竖直长度t4为约1厘米，但本公开不限于这些尺寸。

在一些实施例中，在显影工艺期间，显影剂330溶解正型光刻胶层15的辐射暴露区50，使辐射未暴露区55保留在光掩模坯料25上，由此在光刻胶层15中形成图案60，以提供经图案化的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料67，如图9中所示。

在一些实施例中，在显影工艺之后，经图案化的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65经受冲洗操作以去除任何显影碎片和残留显影剂。在一些实施例中，冲洗操作执行于显影槽80中。在显影之后，显影流体通过排放孔97排出，且在一些实施例中，将例如去离子水的冲洗流体引入到显影槽80中。在一些实施例中，冲洗流体通过用于引入显影剂330的相同孔95引入，且冲洗流体随后通过排放孔97排出。在一些实施例中，流体歧管90配置成使得显影剂和冲洗流体流经流体歧管中的相同孔95。在一些实施例中，流体歧管90配置成使得显影剂和冲洗流体流经流体歧管90的不同孔95。

在冲洗操作之后，干燥经图案化抗蚀剂层。在一些实施例中，通过将经图案化的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65提升到冲洗或显影剂流体之外且通过旋转夹持机构70使经图案化的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料67自旋来执行干燥。在一些实施例中，经图案化的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料通过加热干燥。

图10中绘示根据本公开的一些实施例的显影工艺400的工艺流程。在操作410中，经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65固定到夹持机构70。在操作420中，将经光刻胶涂布的衬底65降入显影槽80中。衬底或光掩模坯料65的经光刻胶涂布的侧面面向显影平台85。在操作430中，通过显影平台85中的孔95供应显影剂330以使经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料65显影。在显影完成之后，在一些实施例中，在操作440中，停止显影剂流经孔95。在操作450中，通过孔95供应例如去离子水的冲洗流体以从光刻胶图案去除显影碎片。在冲洗完成之后在操作460中停止冲洗流体流动。接着，在操作470中，经图案化的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料67通过提升夹持机构70从显影槽升高。在经图案化的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料67升高之后，在操作480中干燥经图案化光刻胶。在一些实施例中，通过旋转夹持机构70使经图案化的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料67自旋来干燥经图案化光刻胶。在一些实施例中，加热用于干燥经图案化的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料67。在一些实施例中，红外加热器用于干燥经图案化的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料67。在其它实施例中，使用经加热干燥空气或惰性气体(例如氮气或氩气)干燥经图案化的经光刻胶涂布的衬底或光掩模坯料67。

接着，如图11中所示，使用合适的干燥或湿式蚀刻操作将光刻胶层15中的图案60转印到光阻挡层20，且去除光刻胶层以在光阻挡层20中形成图案60'，由此形成光掩模。光阻挡层20具有与光刻胶层15不同的抗蚀刻性。在一些实施例中，蚀刻剂对衬底光阻挡层20比光刻胶层15更具选择性。在一些实施例中，通过合适的剥离或灰化操作去除任何剩余光刻胶层15。

在其它实施例中，在显影工艺期间，显影剂330溶解交联负型光阻层15的辐射未暴露区55，暴露衬底光阻挡层20的表面，且使辐射暴露区50保留在光掩模坯料上，由此在光刻胶层15中形成图案60，如图12中所示。

接着，如图13中所示，使用合适的湿式或干式蚀刻操作将光刻胶层15中的图案60转印到光阻挡层20，且去除光刻胶层以在光阻挡层20中形成图案60'，由此形成光掩模。光阻挡层20具有与光刻胶层15不同的抗蚀刻性。在一些实施例中，蚀刻剂对衬底光阻挡层20比光刻胶层15更具选择性。在一些实施例中，通过合适的剥离或灰化操作去除任何剩余光刻胶层15。

本文中所公开的方法及设备可用于制造半导体装置而非光掩模。在形成半导体装置的实施例中，衬底10包含在至少其表面部分上的单个结晶半导体层。衬底10可包含单晶半导体材料，例如但不限于si、ge、sige、gaas、insb、gap、gasb、inalas、ingaas、gasbp、gaassb以及inp。在一些实施例中，衬底10是soi(绝缘体上硅)衬底的硅层。在某些实施例中，衬底10由结晶si制成。

衬底10可包含在其表面区中的一或多个缓冲层(未绘示)。缓冲层可用于将晶格常数从衬底的晶格常数逐渐改变成随后形成的源极区/漏极区的晶格常数。缓冲层可由外延生长的单晶半导体材料形成，例如但不限于si、ge、gesn、sige、gaas、insb、gap、gasb、inalas、ingaas、gasbp、gaassb、gan、gap以及inp。在实施例中，硅锗(sige)缓冲层外延地生长在硅衬底10上。sige缓冲层的锗浓度可从最底部缓冲层的30原子％提高到最顶部缓冲层的70原子％。

在半导体装置形成于衬底上的实施例中，待图案化的层20在一些实施例中是金属化物层。待图案化的层20使用金属化制程和金属沉积技术(包含化学气相沉积、原子层沉积以及物理气相沉积(溅镀))由导电材料形成。在一些实施例中，待图案化的层20是介电层。当待图案化的层20是介电层时，待图案化的层20通过介电层形成技术形成，所述介电层形成技术包含热氧化、化学气相沉积、原子层沉积以及物理气相沉积。

根据本公开的新颖的显影设备和显影技术在光掩模中提供更多均匀性及减少的缺陷。通过在光刻胶层在显影槽中面向下的情况下使光刻胶显影，防止由颗粒落到光掩模上引起的缺陷。此外，在根据本公开的显影操作中光刻胶残留物的量减少。在本公开的一些实施例中，获得光掩模特征的经改进径向均匀性。在本公开的其它实施例中，通过无方向性显影获得光掩模特征的经改进均匀性。因此，本公开允许形成陡峭直壁式光掩模特征。

本公开的实施例是包含显影槽和在显影槽的底部中的流体歧管的设备。流体歧管包含多个孔及对应于多个孔的多个阀，显影剂流经所述多个孔。阀在打开时允许显影剂流经孔且在关闭时防止显影剂流经孔。沟槽包围流体歧管，显影剂通过所述沟槽从显影槽排出。控制器配置成控制阀的打开及关闭。在实施例中，设备包含配置成将衬底插入显影槽中且从显影槽移出衬底的夹持机构。在实施例中，夹持机构包含两对相对的臂。在实施例中，设备包含配置成旋转夹持机构的旋转机构和更配置成控制旋转机构的控制器。在实施例中，设备包含配置成提升和降低衬底的电动机和更配置成控制电动机的控制器。在实施例中，兆频声波换能器配置成向显影剂施加振动。在实施例中，设备包含显影剂入口以及冲洗流体入口，显影剂通过所述显影剂入口流动到流体歧管的孔，冲洗流体通过所述冲洗流体入口流动到流体歧管的孔。在实施例中，显影剂入口与冲洗流体入口连接。在实施例中，显影剂入口和冲洗流体入口连接到多个孔中的不同孔。在实施例中，控制器和多个阀中的每个阀配置成使得每个阀由控制器单独地控制。

本公开的另一实施例是包含具有侧壁和底部的显影槽的设备。底部具有形成于所述底部的内表面中的多个孔。设备包含多个阀，其中多个阀中的每一个配置成打开和关闭多个孔中的一个。将多个流体入口连接到多个孔中的每一个。控制器配置成单独地控制多个阀中的每一个，由此在孔打开时允许流体流经所述孔，且在所述孔关闭时阻挡流体流动。在实施例中，设备包含衬底夹持机构和降低和提升电动机的夹持机构。在实施例中，设备包含用于旋转夹持机构的旋转机构。在实施例中，设备包含连接到显影槽的兆频声波换能器。

本公开的另一实施例是包含将逐图案暴露的经光刻胶涂布的衬底插入显影槽中的显影剂中的方法。光刻胶涂布在衬底的第一主表面上。显影槽在所述槽的底部内表面中具有多个孔，显影剂流经所述多个孔。衬底的经光刻胶涂布的第一主表面在显影期间面向多个孔。使光刻胶显影以在所述光刻胶中形成图案。在实施例中，方法包含单独地打开或关闭多个孔中的每一个。在实施例中，方法包含在显影期间优化打开及关闭所述多个孔的次序。在实施例中，方法包含在将逐图案暴露的经光刻胶涂布的衬底插入显影剂中之前用夹持机构固持所述逐图案暴露的经光刻胶涂布的衬底。在实施例中，在显影期间，夹持机构接触在与第一主表面相对的第二主表面上的衬底。在实施例中，方法包含通过在显影期间向显影剂施加兆频声波来振动显影剂。

本公开的另一实施例为包含具有侧壁和底部的显影槽的设备。流体歧管邻近显影槽的底部。流体歧管包含多个孔和对应于所述多个孔的多个阀，显影剂和冲洗流体流经所述多个孔。设备更包含显影剂入口和冲洗流体入口，显影剂通过所述显影剂入口流动到流体歧管，冲洗流体通过所述冲洗流体入口流动到流体歧管。控制器配置成单独地控制多个阀中的每一个的打开和关闭。在实施例中，夹持机构配置成使衬底降入显影槽且从所述显影槽提升衬底。在实施例中，夹持机构配置成旋转衬底。在实施例中，控制器配置成控制衬底的提升和降低以及衬底的旋转。在实施例中，设备包含配置成向显影剂施加振动的兆频声波换能器。在实施例中，孔在流体歧管中以列和行布置排列。

本公开的另一实施例是用于制造光掩模的方法，所述方法包含在光掩模坯料的第一主表面上形成光刻胶层，其中光掩模坯料包括安置在透明衬底的主表面上的光阻挡层。光刻胶层选择性地暴露于光化辐射。将具有选择性暴露的光刻胶层的光掩模坯料插入含有显影剂的显影槽中，使得光掩模坯料的第一主表面面向显影槽的底部表面。在实施例中，用夹持机构固持具有选择性暴露的光刻胶层的光掩模坯料，其中夹持机构在主要衬底表面处或在光掩模坯料的外侧表面上接触光掩模坯料，所述主要衬底表面与其上形成有反射层的表面相对。在实施例中，显影槽的底表面包含多个孔，显影剂在显影期间流经所述多个孔。在实施例中，多个孔以列和行布置排列。在实施例中，多个孔中的每一个在显影期间单独地打开或关闭。在实施例中，显影剂在显影期间振动。在实施例中，通过向显影剂施加兆频声波来振动显影剂。在实施例中，光掩模坯料在显影期间旋转。在实施例中，光化辐射是电子束。在实施例中，显影剂是四甲基氢氧化铵溶液，且光刻胶是正性抗蚀剂。

本公开的另一实施例是使衬底上的光刻胶图案显影的方法。方法包含将经暴露的经光刻胶涂布的衬底固持到显影设备的夹持机构中。经暴露的经光刻胶涂布的衬底降入显影槽中，其中经暴露光刻胶面向显影槽的底部。通过显影槽的底部中的一或多个孔将显影剂供应到显影槽以使经暴露光刻胶显影且形成经图案化的经光刻胶涂布的衬底。在使光刻胶显影之后，显影剂停止流动到显影槽。通过显影槽的底部中的一或多个孔将冲洗流体供应到显影槽以冲洗经图案化的经光刻胶涂布的衬底。在冲洗经图案化的经光刻胶涂布的衬底之后，冲洗流体停止流动到显影槽。经图案化的经光刻胶涂布的衬底升高且经图案化的经光刻胶涂布的衬底干燥。在实施例中，显影剂和冲洗流体流经阀，且阀的打开和关闭由控制器控制。在实施例中，干燥经图案化的经光刻胶涂布的衬底包含离心干燥。在实施例中，降低经暴露的经光刻胶涂布的衬底、提升经图案化的经光刻胶涂布的衬底、供应显影剂、供应冲洗流体以及干燥经图案化的经光刻胶涂布的衬底由控制器控制。

根据一些实施例，所述设备更包括配置成将衬底插入所述显影槽中且从所述显影槽移出衬底的夹持机构。

根据一些实施例，所述夹持机构包含两对相对的臂。

根据一些实施例，所述设备更包括配置成旋转所述夹持机构的旋转机构，以及所述控制器更配置成控制所述旋转机构。

根据一些实施例，所述设备更包括配置成提升及降低衬底的电动机，以及所述控制器更配置成控制所述电动机。

根据一些实施例，所述设备更包括配置成向所述显影剂施加振动的兆频声波换能器。

根据一些实施例，所述设备更包括显影剂入口以及冲洗流体入口，所述显影剂通过所述显影剂入口流动到所述流体歧管的所述孔，所述冲洗流体通过所述冲洗流体入口流动到所述流体歧管的所述孔。

根据一些实施例，所述显影剂入口与所述冲洗流体入口连接。

根据一些实施例，所述显影剂入口及所述冲洗流体入口连接到所述多个孔中的不同孔。

根据一些实施例，所述控制器以及所述多个阀中的每个阀配置成使得每个阀由所述控制器单独地控制。

根据一些实施例，一种用于使经光刻胶涂布的衬底显影的设备，包括：显影槽，具有侧壁和底部，其中所述底部具有形成于所述底部的内表面中的多个孔；多个阀，其中所述多个阀中的每一个配置成打开及关闭所述多个孔中的一个；多个流体入口，连接到所述多个孔中的每一个；以及控制器，配置成单独地控制所述多个阀中的每一个，由此在所述孔打开时允许流体流经所述孔，且在所述孔关闭时阻挡所述流体流动。

根据一些实施例，所述设备更包括衬底夹持机构以及降低及提升电动机的夹持机构。

根据一些实施例，所述设备更包括用于旋转所述夹持机构的旋转机构。

根据一些实施例，所述设备更包括连接到所述显影槽的兆频声波换能器。

根据一些实施例，一种用于使经光刻胶涂布的衬底显影的方法，包括：将逐图案暴露的经光刻胶涂布的衬底插入显影槽中的显影剂中，其中所述光刻胶涂布在所述衬底的第一主表面上；其中所述显影槽在所述槽的底部内表面中具有多个孔，所述显影剂流经所述多个孔，以及其中所述衬底的所述经光刻胶涂布的第一主表面在显影期间面向所述多个孔；以及使所述光刻胶显影以在所述光刻胶中形成图案。

根据一些实施例，所述方法更包括单独地打开或关闭所述多个孔中的每一个。

根据一些实施例，所述方法更包括在所述显影期间优化打开及关闭所述多个孔的次序。

根据一些实施例，所述方法更包括在将所述逐图案暴露的经光刻胶涂布的衬底插入所述显影剂中之前用夹持机构固持所述逐图案暴露的经光刻胶涂布的衬底。

根据一些实施例，所述夹持机构在所述显影期间在与所述第一主表面相对的第二主表面上接触所述衬底。

根据一些实施例，所述方法更包括在所述显影期间通过向所述显影剂施加兆频声波来振动所述显影剂。

前文概述若干实施例或实例的特征以使本领域的技术人员可更好地理解本公开的各方面。所属领域的技术人员应了解，其可很容易地将本公开用作设计或修改用于实现本文引入的实施例或实例的相同目的和/或达成相同优势的其它工艺和结构的基础。所属领域的技术人员还应认识到，此类等效构造并不脱离本公开的精神和范围，且其可在不脱离本公开的精神和范围的情况下在本文中进行各种改变、替代和更改。