[发明专利]防止光刻工艺中喷嘴内胶液结晶的方法

说明书

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1A所示；然后如图1B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、均匀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1C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1D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。