CN1444740B

CN1444740B - 晶片光刻法中显影工艺的改进方法

Info

Publication number: CN1444740B
Application number: CN018134122A
Authority: CN
Inventors: 朴在贤; 方仲右
Original assignee: ASML US Inc
Current assignee: ASML US Inc
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2021-07-25
Also published as: US6746826B1; KR100558019B1; KR20030079912A; WO2002008832A3; CN1444740A; AU2001277183A1; EP1303794A2; WO2002008832A2; JP2004505301A; EP1303794B1

Abstract

本发明描述了对液体聚合物及其它材料的产率和线宽性能进行改进的方法和装置。通过降低pH的突然变化而减少显影反应试剂的沉淀的方法包括：开始加入显影剂流体使基底上至少一部分聚合物层显影；然后用另外加入的显影剂流体漂洗所述聚合物，控制性地使随后pH的突然变化最小化；然后用加入的另一种流体漂洗所述聚合物。本发明还描述了一种从在晶片表面上加入显影剂化学物质至将其除去的均匀的准平衡的连续状态的方法。该方法能够减少工艺造成的缺陷，并且能够改进临界尺寸(CD)控制。

Description

晶片光刻法中显影工艺的改进方法

发明领域

一般来说，本发明涉及微电子的生产领域。更具体地说，本发明涉及对液体聚合物的产率和线宽性能的改进。

发明背景

石印法在半导体工业中是在改进产率的条件下不断取得更小形体尺寸的主要驱动力之一。更具体地说，需要同时改进临界尺寸(CD)控制、减少工艺造成的缺陷和颗粒数目。

“显影”流体模件工艺(fluid module process)在形成线宽日益减小的图案中起着非常重要的作用。显影前顺序进行石印工艺步骤的结果是在保护膜上产生高溶解度和低溶解度的区域。在显影工艺中用湿法将转移至保护膜上的图像显影成三维结构。随后的蚀刻工艺(主要是干燥)将该图像转移至基底上(Si、SiO₂、聚合硅等)。

目前在好的显影工艺中有很多变化。典型的显影工艺一般有两个主要部分。在第一部分中，显影剂流体分配在低速旋转的晶片上，然后形成静态泥浆，然后是长时间的静态或振动步骤，在该步骤中，高溶解度的区域被蚀刻掉，在膜上形成三维图像。形成的图像质量、侧壁的角度和CD控制都强烈地受到显影工艺中第一部分的影响。化学湿蚀步骤后紧跟的是去离子(DI)水漂洗步骤，该步骤的主要作用是洗去溶解的蚀刻剂和显影剂流体混合物，以使形成图案的晶片上有最少的颗粒和缺陷数目。当然，漂洗步骤对于改进石印工艺的产率极其重要。

目前对于改进上述临界尺寸控制、减少工艺造成的缺陷数目和减少工艺造成的颗粒数目的要求尚未完全满足。现在需要解决的问题是同时满足所有这些要求。

发明概述

本发明的主要目的是提高产率。本发明的另一个主要目的是改进CD控制能力。本发明提供一种在晶片径迹工具(wafer track tool)的显影剂流体模件中同时解决这两个问题的方法。

1、一种方法，其包括：

将第一量的基本上是惰性的材料分配在晶片表面上以形成基本上是惰性的材料的层；

将第一批显影剂流体分配到晶片的表面上，使得第一批显影剂流体对晶片表面上的微结构的冲量通过基本上是惰性的材料的层而得以减小；

使显影剂流体在晶片表面上搅动预定的驻留时间以允许基本上完全发生显影化学反应，通过显影剂流体扩散透过惰性材料而减少了显影化学反应的不均匀性；

将第二批显影剂流体分配到所述晶片表面上；和

将第二量的基本上是惰性的材料分配到所述晶片表面上。

2、根据方面1的方法，其还包括如下步骤：

在分配第二批显影剂流体之后将一定量的基本上是惰性的材料分配在所述晶片表面上，同时旋转所述晶片表面。

3、根据方面2的方法，还包括如下步骤：

旋转所述晶片表面以实现预定程度的干燥。

4、根据方面1的方法，其中所述基本上是惰性的材料包括去离子水。

5、根据方面1的方法，其中通过由显影剂流体朝所述晶片表面的扩散产生的流量来控制所述显影化学反应。

6、根据方面1的方法，还包括：提供从所述显影剂流体的pH到所述基本上是惰性的材料的pH的平稳瞬时过渡。

7、根据方面6的方法，其中所述pH的平稳瞬时过渡在晶片表面上提供了最小微颗粒和缺陷数目。

本发明的第一个方面是基于下述方法进行的一个实施方案：通过降低pH的突然变化而使显影反应试剂的沉淀最小化，该方法包括：加入显影剂流体使基底上至少一部分聚合物层显影；然后使加入的显影剂流体的至少一部分驻留在所述聚合物上，以控制性地使随后pH的突然变化最小化；然后加入另一种流体漂洗所述聚合物。

本发明的第二个方面是基于下述方法进行的一个实施方案：通过降低pH的突然变化而使显影反应试剂的沉淀最小化，该方法包括：开始时加入显影剂流体使基底上至少一部分聚合物层显影；然后再另外加入该显影剂流体以漂洗该聚合物，以控制性地使随后pH的突然变化最小化；然后加入另一种流体漂洗所述聚合物。

本发明的第三个方面是基于下述方法进行的一个实施方案：通过降低pH的突然变化而使显影反应试剂的沉淀最小化，该方法包括：加入显影剂流体使基底上至少一部分聚合物层显影；然后使该基底与加入的缓冲剂接触，从而使所述显影剂流体的至少一部分与加入的所述缓冲剂的至少一部分混合，以控制性地使随后pH的突然变化最小化；然后加入另一种流体漂洗所述聚合物。

本发明的第四个方面是基于用于使流体对基底上待显影的聚合物层的冲击力最小化从而改进产率和线宽控制性能的装置进行的一个实施方案，该装置包括：包括适合供应流体的歧管；所述歧管耦合的多个流体导管；和位于所述多个流体导管内的多个管状插件的喷嘴。

本发明的第五个方面是基于用于使流体对基底上待显影的聚合物层的冲击力最小化从而改进产率和线宽控制性能的装置进行的一个实施方案，该装置包括：包括适合供应显影剂流体的显影剂歧管；和所述显影剂歧管耦合的多个显影剂流体孔；适合供应漂洗流体的漂洗歧管；和所述显影剂歧管耦合的多个漂洗流体孔的喷嘴，其中，所述的显影剂歧管和所述的漂洗歧管交错布置以减小所述喷嘴的外部宽度。

本发明的第六个方面是基于用于使流体对基底上待显影的聚合物层的冲击力最小化从而改进产率和线宽控制性能的装置进行的一个实施方案，该装置包括：包括适合供应显影剂流体的显影剂歧管；和所述显影剂歧管耦合的多个显影剂流体孔；适合供应漂洗流体的漂洗歧管；和所述漂洗歧管耦合的多个漂洗流体孔的喷嘴，并且所述的多个漂洗流体孔的排列方式是至少定义一个漂洗流体轴，其中，所述喷嘴与一个托架相连，该托架能够适于相对于所述基底升高或降低所述喷嘴，并能使所述至少一个漂洗轴复位，使该轴与所述基底中心线的垂直线基本共面。

本发明的另一个方面是提供一种从在晶片表面上加入显影剂化学物质至将其除去的均匀的准平衡的连续状态的方法。这一方面及其它方面是通过下述实施方案提供的：在分配显影剂流体前将基本上是惰性的材料分配在晶片表面上，每隔一定的时间间隔导入一定量的显影剂流体，使其流过晶片的一部分表面，该时间间隔大于切换时间，使流体元(fluidelement)达到外晶片的边缘，时间间隔是在显影化学反应基本完成之前，在显影化学反应基本完成后将新加入的显影剂流体分配在晶片上，新加入的显影剂流体分配后将基本上是惰性的材料分配在晶片上。

当结合下述说明及附图考虑时，本发明的这些目的和方面及其它目的和方面将更容易理解。但是，应当理解的是，下述说明虽然涉及本发明的优选实施方案及许多具体细节，但是，这些都是例示性的，而非限定性的。在不背离本发明精神的情况下可以在本发明的保护范围内作出许多变化和改进，本发明包括所有这些变化和改进。

附图简述

参考例示性而非限定性的实施方案时，构成本发明的许多优点和特征及本发明提供的模型系统的组件和操作都会更加显而易见，这些实施方案例示在附图中，并形成说明书的一部分，在附图中，类似的符号(如果它们出现在多个图中)表示相同的零件。应当注意的是，附图中出现的特征不一定按比例绘出。

图1是表示本发明的一个实施方案的多端口喷嘴的底部透视图。

图2是表示本发明的一个实施方案的多端口喷嘴的顶部透视图。

图3是图2中所示的多端口喷嘴的剖视图。

图4是表示本发明的一个实施方案的多端口喷嘴的顶视图。

图5是图4中所示的多端口喷嘴的端视图。

图6是图4中所示的多端口喷嘴沿A-A剖面线的剖视图。

图7是图4中所示的多端口喷嘴的底视图。

图8是图4中所示的多端口喷嘴的顶部透视图。

图9是图4中所示的多端口喷嘴沿B-B剖面线的剖视图。

图10是图4中所示的多端口喷嘴沿C-C剖面线的剖视图。

图11是图4中所示的多端口喷嘴沿D-D剖面线的剖视图。

图12A是表示本发明的一个实施方案的喷嘴插件的端视图。

图12B是图12A中所示的喷嘴插件沿F-F剖面线的剖视图。

图13A是表示本发明的一个实施方案的喷嘴插件的端视图。

图13B是图13A中所示的喷嘴插件沿E-E剖面线的剖视图。

图14是图4中所示的多端口喷嘴沿A-A剖面线的透视剖面图。

图15示出表示本发明的一个实施方案的作为与显影剂轴偏移量为0mm的基底中心的距离成函数关系的显影速率。

图16示出表示本发明的一个实施方案的作为与显影剂轴偏移量为5mm的基底中心的距离成函数关系的显影速率。

图17示出表示本发明的一个实施方案的作为与显影剂轴偏移量为10mm的基底中心的距离成函数关系的显影速率。

图18示出表示本发明的一个实施方案的作为与显影剂轴偏移量为20mm的基底中心的距离成函数关系的显影速率。

图19A-19D示出表示本发明的一个实施方案的作为与显影剂轴偏移量为0mm的基底上的空间位置成函数关系的显影速率。

图20A-20D示出表示本发明的一个实施方案的作为与显影剂轴偏移量为5mm的基底上的空间位置成函数关系的显影速率。

图21A-21D示出表示本发明的一个实施方案的作为与显影剂轴偏移量为10mm的基底上的空间位置成函数关系的显影速率。

图22A-22D示出表示本发明的一个实施方案的作为与显影剂轴偏移量为20mm的基底上的空间位置成函数关系的显影速率。

图23A-23B是示出相关技术的显影工艺和本发明的一个实施方案的显影工艺的流程图。

优选实施方案的说明

参考非限定性实施方案可以更全面地说明本发明及其各种特征和优点，这些实施方案例示在附图中，并详述在下面对优选实施方案的说明中。为了防止不必要地混淆本发明的细节，本申请中将略去对公知组件和工艺技术的说明。

本发明的内容包括用光刻法加工微观结构(如：微电子结构)。这些结构一般要蚀刻而成，相关的聚合物作为掩模用于保护这些结构中至少要使其不会受到蚀刻剂很大影响的部分。将要显影的聚合物可以是负性和/或正性光致抗蚀剂。本发明还可利用数据处理方法，将表征聚合物处理状态的信号进行转换，以驱动互联的离散硬件元件，例如：复位喷嘴或改变转速。

本发明包括通过使用新的多端口释放装置(喷嘴)减小在光刻步骤中使用的液体聚合物在显影过程中的缺陷密度。多端口释放装置的一个重要方面是减少液滴撞击。该释放装置位于其中优选存在有均匀层流气流场的显影剂流体模件内。该装置因为具有超级漂洗功能而能够大幅降低缺陷密度。另外，这种多端口喷嘴系统支持两种不同的显影剂流体化学品(除漂洗化学品外)，而没有任何交叉污染。用于显影剂流体和去离子水的释放系统能够减小液体的撞击力，从而能够防止图案倒塌破坏，这对于小形体尺寸的器件来说是非常大的产率管理问题。

本发明可以是晶片径迹工具的显影剂流体模件的一部分，在本申请中，本发明可以分类为：1)能够无任何交扰地分配两种不同显影剂流体的多端口喷嘴系统，2)在漂洗步骤中用于分配去离子水的具有相同或近似几何形状的第二个多端口喷嘴系统，3)在整个显影过程中实施1)或2)部分以支持双重化学性质的显影剂流体并达到降低撞击力的要求。本发明包括通过在曝光晶片上均匀分布显影剂流体降低显影剂流体模件的临界尺寸(CD)变化基值(variation contribution)。当晶片径迹系统在其显影剂流体模件中包括这样的装置时，这能够改善晶片径迹系统的总CD控制能力。径迹系统可以和分档器耦合。本申请中使用的术语“耦合”的意思是连接，尽管不一定是直接连接，也不一定是机械连接。

本发明包括帮助防止显影后保护结构受到破坏，体发明包括减少pH的突然变化。在本申请中用于表示pH变化的术语“突然”定义为随时间变化的pH中有两个转折点，这两个点被约小于1秒的时间段隔开，优选被约小于0.1秒的时间段隔开，更优选被约小于0.01秒的时间段隔开。这种几乎同时发生的两个转折点可以命名为阶跃函数。

本发明包括能够将显影剂流体和去离子水释放到待显影在基底上的聚合物层上的多端口喷嘴的多种设计。该喷嘴中排列的出口的几何形状是在减少滴漏的同时能够产生最佳的空间液体流速。本发明包括通过减小液体对膜的撞击力帮助防止显影后保护结构受到破坏。本发明包括提供在至少一个端口中带有喷嘴插件的多端口喷嘴。这些插件可以由对于喷嘴的工作流体来说具有低摩擦系数(静摩擦系数或动摩擦系数)的材料制成。

本发明包括将插件延伸到其中固定有插件的材料外面。这种延伸可以是内部延伸，从而使插件伸入输入歧管。这种延伸可以是外部延伸，从而使插件延伸到喷嘴本体的底部外面。

延伸插件的一个优点是使内部歧管作为平衡气压的槽，从而影响端口静压的平衡。外部延伸插件的一个优点是防止剩余的工作流体在喷嘴本体的底面上的集聚，尽管所有的操作都尝试通过倒转工作流体压力以产生倒吸的方法减少这种剩余物的集聚。

本发明包括交错排列工作流体歧管。通过交错排列工作流体歧管，与不交错排列时的径向膛孔的内部部分相比能够使这些歧管的主轴更接近。交错排列歧管的一个优点是多端口喷嘴的总宽度更小。即使只有两个歧管，交错排列歧管也是有用的，当由于端口间静压平衡的功能要求而需要增加歧管宽度所定义的体积时，交错排列歧管特别有用。

本发明包括能够通过多排孔分配两种不同化学性质的显影剂流体和一种漂洗用去离子水(DI)化学品的单喷嘴头，这些孔的排列是精心布置的，所有的分配都可以用一个喷嘴头位置完成。可以用转缸式传动装置使喷嘴头从排泄位置移动到单分配位置。不需要伺服定位控制。DI排的孔位于中心物质，用于漂洗整个晶片。显影剂化学品排优选以5mm的偏移布置，因为下面详述的处理数据说明5mm的显影剂化学品偏移实际上能够改善工艺效果。分配孔挤压在具有小半径端部的管道中。这些管道至少有两个有益性能。首先，小半径端部不会使液体粘附在其表面上。粘附在底面上的任何液体都会使分配物流脱离中心部位。另外，底面和水平面上的液体能够使两个物流汇聚成更大的物流。当要求端部的两种不同的化学品不能相互污染时，这特别成问题。其次，形成的尖顶是放射状边缘或端部，并挤压管道，这样能够形成非常光滑的内表面，能够消除将造成流体粘附的畸变。很小的表面畸变就能够造成物流误导。粗糙的表面会造成不受控制的液体粘附，这将导致化学品干燥和污染。因为很好地控制了气液界面的形状，所以能够降低气泡倒吸的机会。“充气(plenum)”孔的位置交错排列以保持5mm的显影剂偏移，并使得在1.5”宽的喷嘴头上有三种化学品排孔。精心布置所有的孔，使分配头是一个整体。

图1示出用于分配一种化学品流体的多端口喷嘴100的一个实施方案。喷嘴100可以有等于接受流体的晶片半径的从正面105至背面的最大宽度。喷嘴100包括主臂110，主臂110上有沿相对于喷嘴100的底面115的垂直轴排列的多个导管。入口歧管130接受吸入流体，流体然后通过喷嘴进行分配，通过多个出口101分配在旋转晶片上。在该实施方案中所示的出口101在主臂110的宽度上线性排列。喷嘴100的宽度使被分配的流体在晶片的一次全程旋转中覆盖该晶片。因此，喷嘴100能够均匀而快速地分布流体，对于改善CD控制来说，这是使用显影剂流体时很重要的要求。

图2示出本发明的另一个实施方案，多部件喷嘴200包括用于接受一种流体或两种不同化学性质的流体的吸入歧管230。来自入口歧管的流体可以分布在第一个臂210和第二个臂220之间。每一个臂210、220可以有不同或相同布置的出口301(示于图3)，这取决于喷嘴200的应用领域。喷嘴200还可以有等于晶片直径的正面205和背面之间的宽度。从而使分配流体在晶片的一次全程旋转中能够覆盖该晶片。

图3是喷嘴200的横剖面图，该图示出入口歧管230优选被隔开以接受两种不同化学性质的流体，如显影剂流体和去离子水。隔板335将入口歧管230中的流体物流分开。图2示出入口歧管230将一种流体物流导入第一个入口通道340。第一个入口通道340包括和第一个臂210中的导管345熔并在一起的弯头342。该歧管将另一种流体物流导入第二个入口通道360。第二个入口通道360包括和第二个臂220中的第二个管状插件365熔并在一起的弯头362。喷嘴200的底面380上的出口301优选在喷嘴200的宽度上线性排列，尽管其它排列方案也可以并将在下面说明。这种结构的喷嘴200能够应用两种不同化学性质的显影剂流体，可以进行温度控制，在分配过程中不会产生任何交叉污染。可以将喷嘴200改造以分配去离子水，去离子水分配和显影剂流体分配可以合并进行，也可以分开进行。但是，对喷嘴200的一个类似改动是还可以集成为显影剂流体的单一或两种化学性质的形式。

本发明的另一个重要特征是因为其具有多端口的性质而使得该喷嘴与单孔喷嘴相比能够大幅降低喷嘴的撞击力。对于将具有高纵横比的小CD尺寸来说，减小撞击力很重要。这就能够使它们避免由于流体的撞击而导致的图案破坏。本发明的实施方案能够同时降低显影剂流体和去离子水的撞击力。因此能够减小整个显影工艺的撞击力，从而确保该方法能够形成更小形体尺寸的图案，其产率比现有技术的高。同时用于显影剂流体和去离子水的多端口喷嘴的另一个重要优点是能够扩大工艺范围。另外，改进的多端口喷嘴的液体释放和分布性能确保整个工艺能够更好地适应机械工艺变量如转速和流体分配速度。因此，本发明的另一个优点是能够减少总显影工艺时间，同时能够保持CD控制，并具有良好的降低缺陷和颗粒的性能。

图4示出本发明的另一个实施方案，其中，多端口喷嘴400可以分配一种或两种显影剂流体和/或去离子水。喷嘴400优选能够分配两种显影剂流体和去离子水，使得仅在一个位置处通过定位喷嘴400就可以完成所有的分配。喷嘴400的头420包括顶面425，顶面425有三个用于接受分配流体和/或去离子水的入口或入口歧管。在图4中，一种优选的布置是，第一个入口405用于第一种显影剂流体，第二个入口410用于去离子水，第三个入口415用于第二种显影剂流体。优选地是，两个或多个入口相对于顶面425交错排列以节约空间，并且减小喷嘴400的总体大小。在图4中，第一个入口405可以与第三个入口415交错排列，第二个入口410位于第一个入口405和第三个入口415的中点处和/或有所偏移。图5示出头420的端面520，端面520中有示为相当于入口的钻孔腔室的内歧管。端面520优选包括：用于第一种显影剂流体的与第一个入口405并在一起的第一个歧管505、用于去离子水的与第二个入口410并在一起的第二个歧管510、用于第二种显影剂流体的与第三个入口415并在一起的第三个歧管515。为了进一步减小喷嘴尺寸，两个或多个歧管在端面上可以相互交错排列。优选地是，第一个歧管510位于端面520的中心处，第二个歧管510和第三个歧管515对称地分布在第一个歧管505的一侧，三者成三角形。

图6是沿图4的A-A线切开的剖面图。该图示出作为一个例子的第三个歧管515，第三个歧管515包括沿垂直轴垂直穿过底面680打孔的多个导管670。第三个歧管515的结构优选与第一个和/或第二个歧管505、510的结构相同，下面将作为整个实施方案的代表详述之。以第三个歧管515为例，每一个导管670都可包括具有内端部660和外端部655的管状插件650。优选地是，每一个管状插件650的内端部660都向第三个歧管515的里面延伸一定高度。进入第三个歧管515的流体不会泄漏，除非第三个歧管515内集聚的流体高度超过了内端部660的高度。因此，内端部660限定了一个深度为从管状插件650的内端部660至歧管底面665的储液器。还可以用内端部660的高度使第三个歧管515内的静压保持恒定或等于相应的流体导管670内的压力。同样，插管650的外端部655可以延伸到喷嘴400的底面680外面。

形成的管状插件650可以有非常光滑的内表面，用于减少或消除表面裂隙，否则会误导显影剂流体或去离子水物流。管状插件650的光滑表面还能够避免气泡倒吸，因为管状插件650内的气液界面可以控制。管状插件650还在歧管内侧和喷嘴外侧都有细径向边缘以减少和经过的流体接触的管状插件面积。这就能够使喷嘴400避免与接触导管的显影剂流体和/或去离子水物流相关的问题，如流体粘附或使物流向中心拖拽的其它问题。另外，外端部655充分延伸到喷嘴400外面以免这些物流在底面680上会聚。

图7示出喷嘴400的底面680上的出口的优选布置图。出口可以如图所示进行线性布置，也可以交错排列以节约空间。在一个实施方案中，中间排705的出口701分配去离子水，这样可以漂洗处理后的整个晶片。第二和第三排710和715和出口701可以分别与第二个歧管510和第三个歧管515耦合以分配至少一种，但优选两种显影剂流体。

图8示出加入交错或偏移的入口405、410、415的喷嘴400的透视图。喷嘴400可以包括位于第一个纵向端820上的可转动装配架810，用于将喷嘴固定在臂上或站立在晶片上。该喷嘴也是紧凑性的，优选的从顶面425延伸至底面680的垂直高度是1.5英寸。

图9是沿图4的B-B线切开的喷嘴400的剖面图。图9中所示的喷嘴400包括与第一个多管插件650a耦合的第一个歧管505。同样，第二个歧管510与第二个多管插件650b耦合，第三个歧管515与第三个多管插件650c耦合。第一、第二和第三个管状插件650a、650b、650c都优选分别在第一、第二和第三个歧管505、510、515内部延伸，使每一个管状插件的向内延伸段660a、660b、660c和相应的歧管一起限定一个储液器。歧管505、510和515内每一个储液器的高度可以通过各个向内延伸段660a、660b、660c的长度单独设定，这描述在图12和13及相应的文字中。

图10是沿图4的B-B线切开的喷嘴400的剖面图。如图10所示，每一个入口可以与使用一个或多个和一部分歧管相关或形成一部分歧管的腔室的歧管耦合。具体来说，图10示出第一个入口405与带有第一个入口腔室1005的第一个歧管505耦合，第三个入口与带有第三个入口腔室1015的第三个歧管515耦合。图11是沿图4的B-B线切开的喷嘴400的剖面图。与其它入口和歧管一样，图11示出第二个入口410可以与带有第二个入口腔室1110的第二个歧管510耦合。在其它实施方案中，其它入口可以与使用类似结构(包括腔室)的相应歧管耦合。图10和11还给出了从喷嘴400的底面680延伸的管状插件650a、650b、650的另一种透视图，这样可以避免来自不同歧管的物流会聚。

图12A和12B示出本发明中使用的管状插件650的一个实施方案。如图12A所示，管状插件可以包括圆形截面1210。但是，本发明的其它实施方案可以使用非圆形截面，可以包括方形或多边形截面。管状插件650的高度可以通过夹持管状插件的歧管的垂直位置确定，也可以通过管状插件的内端部660限定的储液器所需要的深度确定。图12A示出的用于更接近底面680的歧管的管状插件650有更低的高度，这种歧管的例子是第一个歧管505或第三个歧管515。也可以用图12A的管状插件在第二个歧管510内限定浅的储液器。，

图13A和13B示出管状插件的另一个实施方案。和前一个实施方案一样，图13A的管状插件包括圆形截面。优选将图13B所示的较长的管状插件用于与其它歧管相比距底面680更远的歧管。因此，图13A的管状插件650优选用于第二个歧管510。也可以用图13B的管状插件在第一个歧管505或第三个歧管515内形成更深的储液器。如图12B和13B所示，对于深度为1.5英寸的最佳喷嘴来说，管状插件650的长度范围为0.352英寸至0.665英寸。

图14是喷嘴400的透视剖面图。所示的第一个入口405和第二个入口410在喷嘴400的顶面425上的布置是偏离中心或交错排列的。端面520包括第一个歧管505和第二个歧管510。在该实施方案中，第二个歧管510可以看作该实施方案中其它歧管的例示，下面将作为代表详述。第二个歧管510包括扩容腔室1410。扩容腔室1410和钻孔部分1420熔并，形成第二个歧管510的余部。第二个入口腔室1010和带有第二个歧管510的第二个入口410耦合。管状插件650b通过导管670延伸，使外端部655延伸到底面680的外面。同样，内端部660形成高于第二个歧管底面665的高度1430，当第二个歧管510接受流体时，该高度限定了储液器的深度。因此，流体如去离子水可以通过第二个入口410接受并通过第二个歧管510的钻孔部分1420展开。流体高度超过高度1430前，流体在第二个歧管510内形成液库。一旦流体高于高度1430，则流体通过内端部660进入管状插件650b并穿过和流出外端部655。在流体是去离子水的情况下，喷嘴400的流出物能够很好地分配漂洗流体。

虽然没有限定任何特定的性能指标或诊断指示剂，但是在一定时间内可以通过测试在晶片表面内是否存在基本均匀的显影速度来鉴定本发明的优选实施方案。使用简单的传统IPEC Awmap速度图或转速试验就可以测试是否存在有基本均匀的显影速度，而不需要过多的试验。进行转速试验以确定在显影剂分配过程中允许旋转晶片中心与最近的显影剂物流之间有多大的偏移。使用的标准是增加偏移量直到损及显影均匀性为止。这一点很重要，因为在显影剂模块中偏移量是设计分配喷嘴时最需要考虑的。

图15-18是在分配过程中在60-2500rpm之间改变转速的同时用偏移量为0、5、10和20mm的喷嘴在晶片上测定的结果。该试验发现：至少5mm大的偏移量对晶片的显影均匀性没有负影响。可以推断：偏移量为5mm或更小的喷嘴结构不会造成晶片中心处的显影不均匀性。在5-10mm的一些点处，流体不再润湿晶片中心，显影受到很大抑制。晶片转速与偏移在一定程度上相互作用，这在10mm的边缘偏移量处最明显。

本发明的一个优选实施方案包括在晶片半径长的条杆上有三排平行的孔。这一个喷嘴同时分配去离子(DI)水和显影剂。因为臂在晶片上的径向位置是由气压缸确定的，所以不管分配的是什么流体，喷嘴相对于晶片只有一个位置。因此，只有一组孔能够正好处在晶片中心上面，希望是DI分配孔优先，以使该孔内的流体最接近晶片中心。典型的显影工艺是将流体分配在旋转的晶片上，所以如果分配孔太远，则离心力将阻止流体到达中心处。进行该试验的目的是确定在晶片的显影速度均匀性受到影响之前显影剂分配孔距中心的偏移量是多大。

在距中心为0、5、10和20mm的固定偏移量条件下分配显影剂。也可以改变分配过程中的初始转速，因为不同的离心力能够和中心偏移相互作用，影响显影剂到达晶片中心。使用60、600、1200(标准)和2500rmp的速度。

参看图19A-22D，选择次显影技术作为显影质量的亮度有几个原因，包括：(1)次显影技术比线宽测量快；(2)次显影技术比线宽或E°测量的分辨率高，比E°测量的主观性低；(3)可以使用整个晶片面积，这不同于使用几个离散点；和(4)曝光和显影速度高于E°，显影工艺的作用与影响显影速度的因素如摆动曲线、微观扫描强度均匀性、PEB均匀性等相比起更大的作用。当保护膜接近完全失去保护性时，显影将成为一个简单的蚀刻工艺。除定性测量显影后晶片的色彩均匀性外，还要用IPEC Acumap厚度测量系统定量分析晶片上保护膜脱除的差别。尽管该系统在整个晶片上每隔1mm的厚度测量一次(超过30000个位置)，实际上在这个报告中只有121个曝光区的中心处厚度用于计算。

该试验使用基线化学品TOK9及工艺。改变显影配方使臂在显影和DI分配过程中不能移动。用一个优选实施方案的喷嘴分配显影剂。调节喷嘴，使最中心的孔处于晶片中心上面，在臂的程序表中偏移为0。显影工艺的混搅段时间由60.5秒缩短为5.5秒。使用的曝光剂量为12mJ/cm。(E°剂量约为6.5-7.0mJ/cm)。将显影剂流量计设定为约3.8。尽管没有检测体积，但是从该流量计过去的使用经验知道其体积约为50mL。通过PEB同时处理所有晶片，然后分别浸入显影剂，无规律地改变每一个晶片的参数。

将就要显影之前测定的两个晶片的厚度减去显影后在121个位置处测定的保护膜厚度就可确定显影速度。在该方法中假定显影前晶片与晶片之间的厚度差相对来说可以忽略不计，代表性晶片可以是用于所有显影速度计算的“显影前”晶片。用去除的保护膜除以显影时间(分配+混搅+补充)，在该试验中所有晶片的显影时间都是10秒。

在PEB和显影之间测量初始厚度很重要，这有两个原因。首先，许多现有技术中显影速度的计算都是用曝光前的厚度计算的。因为厚度是从原始的

损失到

所以这样应当能够更精确地测量显影速度。其次，曝光区域清晰可见，在每一个晶片上都可看见晶片上的特征性图案。这可以用作晶片上保护膜去除量的一个相对量度，一些论文也提及了这一点。其具有独立于显影工艺的所需性能。

显影部分使用的条件如下：

操作时间(秒) 速度(rmp) 臂X(mm)

旋转 1.0 60-2500 0-20

显影剂分配 1.0 相同相同

显影剂分配 2.0 20 相同

旋转 6.5 0 相同

旋转 0.5 1200 相同

试验结果归总在下表中：

臂X 速度平均速度％均匀％均匀最大最低临近

Mm rpm 速度的标性性速度速度速度

准偏 (σ/ave) (mg/ave)

差

下面每一排对应于单独的晶片

0 60 610.9 28.2 4.6％ 20.5％ 679.8 554.6 125.2

0 600 639.3 2406 3.8％ 16.6％ 698.7 592.6 106.1

0 1200 608.9 21.9 3.6％ 14.4％ 660.7 572.8 87.9

0 1200 611.2 24.1 3.9％ 17.6％ 677.0 569.6 107.4

0 2500 646.6 26.4 4.1％ 20.6％ 728.3 595.1 133.2

5 60 610.0 31.1 5.1％ 20.6％ 685.7 560.3 125.4

5 600 622.7 28.9 4.6％ 20.8％ 707.1 577.8 129.3

5 1200 638.8 24.4 3.8％ 16.8％ 698.0 590.8 107.2

5 2500 647.7 23.4 3.6％ 17.1％ 711.9 600.8 111.1

10 60 582.6 29.2 5.0％ 21.1％ 656.3 533.6 122.7

10 600 639.9 25.9 4.0％ 20.2％ 724.3 595.1 129.2

10 1200 606.3 30.7 5.1％ 42.0％ 690.4 435.9 254.5

10 2500 639.8 32.7 5.1％ 46.7％ 712.4 413.4 299.0

20 60 607.9 63.8 10.5％ 112.9％ 686.8 0.7 686.1

20 600 593.8 60.0 10.1％ 113.4％ 672.5 -1.0 673.4

20 1200 629.4 66.6 10.6％ 114.9％ 723.1 -0.3 723.4

20 2500 639.0 64.9 10.2％ 112.0％ 717.1 1.2 716.0

下面各排通过臂位置或旋转速度将先前数据分组

All 60 602.8 42.4 7.0％ 113.8％ 686.8 0.7 686.1

All 600 623.9 42.1 6.7％ 116.2％ 724.3 -1.0 725.2

All 1200 618.9 39.5 6.4％ 116.9％ 723.1 -0.3 723.4

All 2500 643.3 40.4 6.3％ 113.0％ 728.3 1.2 727.2

0 all 623.4 29.8 4.8％ 27.9％ 728.3 554.6 173.7

5 all 629.8 30.7 4.9％ 24.1％ 711.9 5603 151.6

10 all 617.2 38.3 6.2％ 50.4％ 724.3 413.4 310.9

20 all 617.5 66.1 10.7％ 117.2％ 723.1 -1.0 724.1

下面各排如前一段那样分组，但去掉了中心数据点

All 60 604.1 32.4 5.4％ 30.1％ 686.6 505.0 181.8

All 600 625.1 30.8 4.9％ 37.8％ 724.3 487.7 236.6

All 1200 620.3 29.6 4.8％ 33.7％ 723.1 5139 209.2

All 2500 645.1 26.0 4.0％ 33.26 728.3 514.0 214.3

0 all 623.4 29.9 4.8％ 27.9％ 728.3 554.6 173.7

5 all 629.9 30.8 4.9％ 24.1％ 711.9 560.3 151.6

10 all 617.9 35.9 5.8％ 30.9％ 724.3 533.6 190.7

20 all 622.7 34.6 5.6％ 37.8％ 723.1 487.7 235.4

其中“All”表示“所有”。

总的来说，在5-10偏移条件下数据有明显中断。5可能略好于0；20最差。主要影响是臂的位置，但是在分配过程中转速的影响也存在，特别是10mm偏移的条件下。可以预见：中心处的单点对不均匀性负很大责任，特别是10和20mm的条件下。为了收集中心与晶片其余部分之间的变量，范围是比标准偏差更有用的均匀性量度，其它120个点将冲淡中心点。

为了易于比较不同转速的情况，用三次多项式曲线与数据拟合，因为这些数据有一些分散。图15-18证实了表中所看到的趋势：在高速条件下主要的不均匀性存在于中心与其余部分之间的数据，0和5mm明显比更高偏移量均匀，10mm时存在偏移与速度的相互作用。

图19A-22D示出所有晶片的IPEC图，只是有一次重复。(在监测器上比打印出来看该图效果好。检测器还有一个优点是能够放大)。跨越不同色彩的速度范围保持恒定，因此能够比较多个晶片的相对均匀性。灰色和白色区域不在图示范围内。从图及晶片上都可以清楚地看到：从10mm偏移开始，在中心处形成的“洞”中很少或根本没有显影剂流体接触晶片，其显影速度很低。

该试验证实：与中心有一些偏移对于分配显影剂来说是允许的，至少最大偏移可达5mm。在从中心偏移5-10mm处至最近显影剂物流之间的一些点处，流体不能接触晶片中心，产生显影速度受到极大抑制的区域。毫无疑问，这将在用户晶片上产生致命性的产率损失。偏移越大，破坏越大。当流体开始接触晶片时其与使用的转速的相互反应较弱，主要在10mm偏移量的明显边缘条件下显现。5mm偏移时测定的均匀性实际上略好于0偏移，但是在该试验中可能不是很大的差别。

这些试验结果说明：只要最接近中心的物流与中心的偏移量不超过5mm，所说的喷嘴结构就不会造成晶片中心处显影速度的不均匀性。

本发明的优点

代表本发明实施方案的工艺和/或喷嘴具有节约成本及其它优点，这至少有下述原因：本发明能够改善显影剂流体模件的CD控制能力。本发明能够减少显影工艺过程中的缺陷和颗粒，从而改善最终器件的产率。本发明组合了用于显影和漂洗工艺部件的低撞击力喷嘴，减小了显影部件上的撞击力，这又能够减小图案的破坏性，从而改进了器件产率。本发明具有很宽的工艺范围，并降低了对工艺变量的敏感性。本发明改进了漂洗作业，减少了总的显影工艺时间，从而提高了产率。本发明的优点包括一体式设计：在三排孔中，两排用于两种显影剂化学品，一排孔用于去离子水，这三排孔都可以根据需要设计在一个喷嘴头上。本发明的优点包括紧凑化设计，一个三头喷嘴的宽度只有1-1/2英寸。喷嘴的优点包括成本低。喷嘴的优点包括易于生产的一体式设计。喷嘴的优点包括用于改善颗粒性能的带有光滑内表面的管状插件。

如上所述，本领域普通技术人员易于理解的是，一个典型的显影工艺包括显影剂分配步骤，在该步骤中将显影剂流体直接分配在晶片上。分配后，显影剂流体驻留在晶片上一段时间，在该时间段内，发生的化学反应在晶片上形成图案。然后通过后续的高速旋转和用DI水漂洗去除显影剂流体。

用侧壁角度、CD尺寸及晶片布局的其它性能系数(figures-of-merit)(如颗粒缺陷密度)的值所示的形成的图像质量量度的显影晶片的质量受工艺中涉及的机械和化学因素的影响很大。例如，显影剂流体物流对晶片上的微结构产生的动量可能足以物理性地损坏微结构。另外，当自由表面液体分布在晶片上时，可以观察到在气液界面附近形成的微泡在晶片表面上行进。这种微泡对形成的图像质量有负影响，并且能够产生颗粒缺陷。另外，当用于化学品的时标相对于转移时标为小时，化学“冲击”可能降低形成的图案质量，所述转移时标伴随由于化学反应引起的局部变化不能足够快速地消散以防止晶片微结构受损。相反，优选的是从在晶片表面上加入显影剂化学物质至将其除去的均匀的准平衡的连续状态。

在一个实施方案中，操作上述装置使通过化学惰性材料层在分配显影剂步骤前覆盖晶片，后加入的显影剂可扩散或带到晶片表面上。优选的惰性材料是DI水。在提供惰性材料层的一个实施方案中，相对于对干燥晶片的冲击，显影剂流体物流对晶片上的微结构产生的动量减小，这就降低了物理性损坏微结构的可能性和形成微泡的可能性。另外，当显影剂随后分配在惰性层上时，扩散机理起作用，降低晶片上的不均匀性，并且能够改变化学时标与转移(扩散)时标的相对比。因为显影剂必须扩散到晶片表面上，所以与显影剂流体直接分配在晶片表面上的实施方案相比，其表面反应速度可以改变。在一个特定实施方案中，表面反应速度可以从由化学动力学控制(速度常数)转移为由转移控制(流体由于显影剂的扩散而流向晶片表面)。

在一个替代性的实施方案中，显影工艺流程包括基本上与分配显影剂同时的高速旋转步骤。旋转以足以快地将显影剂物流导向晶片外缘的角速度进行。在总的显影工艺的化学反应完成之前，在一定时间段内使显影剂流向晶片外缘，主流和副流能够洗去表面的微泡。副流是在由微结构形成的空穴内产生的，并由微结构上的主流所驱动。

在一个典型的显影工艺中，涉及显影剂流体的化学反应步骤后面是溶解保护膜的步骤和通过旋转和用DI水洗去显影剂流体混合物的步骤。最优选地是，这些步骤是在形成图案的晶片上形成最小微颗粒和缺陷数目的条件下进行。在这些去除步骤中，可能发生化学pH瞬时变化或空间不均匀性，例如是由突然加入DI水造成的。这些冲击可能降低晶片图案的质量。本发明的实施方案能够使显影剂的pH平稳地瞬时过渡到DI水的pH。

与用DI水突然洗除和漂洗相比，本发明能够保持均匀而缓慢变化的化学环境(特别是pH)，本发明的一个实施方案是在与混搅步骤相关的驻留时间后在晶片上分配新加入的显影剂溶液。在加入新显影剂溶液前的混搅步骤中显影剂反应基本上已经完成。在一个优选实施方案中，在旋转脱除步骤前，DI水随后加入新分配的显影剂中。

图23A-B示出一个实施方案及与之对比的相关技术的显影工艺中各个步骤的顺序。图23A示出相关技术中的方法。在图23A中，显影步骤2300包括次步骤2310-2360。在步骤2310中，旋转晶片，然后在方块2320中分配显影剂流体。在方块2330处，显影剂流体在晶片上混搅一定的驻留时间。化学反应基本完成以后，在方块2340处高速旋转晶片使流体流向晶片外缘，然后流出晶片。然后在方块2350处用DI水漂洗。最后，旋转晶片，将其旋干。

图23B示出一个实施方案的显影步骤2300，该实施方案与图23A所示的显影步骤相比还包括次步骤2315、2325、2332和2337。在方块2315处，将惰性材料如DI水分配在晶片上，然后在方块2320处分配显影剂流体。在分配显影剂流体的至少一部分时间段内，旋转晶片，使显影剂流体物流导向晶片外缘。显影剂溶液在晶片上驻留后，在方块2332处新加入显影剂，然后在方块2337处向新分配的显影剂中加入DI水。然后如图23A所示高速旋转晶片，并用附加的DI水漂洗。

本申请描述的本发明公开的所有实施方案都可实现，在实际生产中不需要进行过多试验。尽管本发明的发明人认为本发明的最佳实施方案已在前面公开，但实际上本发明并不局限于此。因此，本领域普通技术人员应当能够意识到本发明也可以用非本申请所述的其它方式实现。

例如，各个部件不一定是公开的形状，也不一定组装成公开的结构，而实际上可以是任何形状，实际上可以组装成任何结构。另外，各个部件不一定用公开的材料制成，实际上可以用任何合适的材料制成。另外，尽管本申请所述的多端口喷嘴可以是在实体上独立的组件，但是很明显该多端口喷嘴可以和与之相关的装置集成在一起。另外，每一个公开实施方案中公开的要素和特征可以结合，也可以取代其它每一个公开实施方案中公开的要素和特征，除非这些要素或特征相互排斥。

很明显，在不背离本发明基本概念的精神和保护范围的情况下可以对本发明的部件进行各种添加、改进和重排。附加的权利要求书及其等同物定义的本发明的保护范围覆盖所有这些添加、改进和重排。附加权利要求书不能解释为包括方法加功能的限定，除非在给定的权利要求中用术语“用于……方法”进行了明确限定。本发明适宜的实施方案由附加权利要求书区分出来。

Claims

1.一种为了减少晶片图案缺陷而将显影工艺排序的方法，其包括：

在至少一部分第一批显影剂流体分配期间，高速旋转所述晶片以产生朝向晶片外缘的显影剂流体流；

将第二批显影剂流体分配到所述晶片表面上；

将第二量的基本上是惰性的材料分配到所述晶片表面上，在分配第二量的基本上是惰性的材料的同时低速旋转所述晶片；和

提供在显影化学反应期间从所述基本上是惰性的材料的pH到所述显影剂流体的pH，然后回到所述基本上是惰性的材料的pH的晶片表面的pH的平稳瞬时过渡。

2.根据权利要求1的方法，还包括如下步骤：

旋转所述晶片表面以实现预定程度的干燥。

3.根据权利要求1的方法，其中所述基本上是惰性的材料包括去离子水。

4.根据权利要求1的方法，其中通过由显影剂流体朝所述晶片表面的扩散产生的流量来控制所述显影化学反应。

5.根据权利要求1的方法，其中所述pH的平稳瞬时过渡在晶片表面上提供了最小微颗粒和缺陷数目。