图形化装置和形成抗刻蚀图形的方法 |
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| 申请号 | CN201410025114.1 | 申请日 | 2014-01-20 | 公开(公告)号 | CN104793468B | 公开(公告)日 | 2017-07-14 |
| 申请人 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司; | 发明人 | 伍强; 胡华勇; 刘畅; 居建华; 李国锋; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种图形化装置和形成抗 刻蚀 图形的方法，其中，所述图形化装置包括：一个或多个喷射单元，所述喷射单元适于沿扫描方向喷射抗刻蚀液体至 晶圆 表面；一个或多个光照单元，所述光照单元适于沿扫描方向照射晶圆表面的抗刻蚀液体，使得晶圆表面的抗刻蚀液体 固化 ，形成抗刻蚀图形；控 制模 块 ，所述 控制模块 适于控制所述一个或多个喷射单元的运动和喷射状态、以及控制所述一个或多个光照单元的运动和照射状态。本发明图形化装置和形成抗刻蚀图形的方法的成本低，产量高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种图形化装置，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 图形化装置和形成抗刻蚀图形的方法技术领域背景技术[0003] 但随着半导体技术向更小尺寸发展，光学曝光设备以及高精度掩膜版的成本成为了制约半导体技术发展的重要因素之一。目前，半导体制造过程中，与曝光工艺相关的成本占到了半导体制造总成本的35%～40%。随着晶圆尺寸向450mm迈进，曝光设备的成本将会占到半导体制造总成本的50%～60%。 [0004] 现有技术中提出了多种替代的图形制备技术，例如，多电子束曝光技术和纳米压印技术等。但是多电子束曝光技术受限于电子枪产生电子束的产率和昂贵的设备价格；而纳米压印技术则受限于较高的缺陷密度，其缺陷密度通常是光学曝光方式的50～100倍。 [0005] 因此，需要一种低成本的图形化装置。 发明内容[0006] 本发明解决的问题是现有技术的图形化装置成本高。 [0007] 为解决上述问题，本发明提供了一种图形化装置，所述图形化装置包括：一个或多个喷射单元，所述喷射单元适于沿扫描方向喷射抗刻蚀液体至晶圆表面；一个或多个光照单元，所述光照单元适于照射晶圆表面的抗刻蚀液体，使得晶圆表面的抗刻蚀液体固化，形成抗刻蚀图形；控制模块，所述控制模块适于控制所述一个或多个喷射单元的运动和喷射状态、以及控制所述一个或多个光照单元的运动和照射状态。 [0008] 可选的，所述喷射单元包括：抗刻蚀液体槽、喷头、压缩单元、第一电极和第二电极，其中，所述抗刻蚀液体槽适于容纳抗刻蚀液体；所述喷头与所述抗刻蚀液体槽连通；所述压缩单元适于压缩所述抗刻蚀液体槽，使得抗刻蚀液体槽中的抗刻蚀液体通过所述喷头喷出；所述第一电极和第二电极位于所述压缩单元两侧，通过在第一电极和第二电极上施加电压，控制所述压缩单元的压缩状态。 [0009] 可选的，所述第一电极与所述抗刻蚀液体槽相邻，且所述第一电极的厚度小于所述第二电极的厚度。 [0010] 可选的，所述压缩单元为压电材料或电热材料。 [0012] 可选的，所述喷头为圆柱形管子，所述圆柱形管子的内径为所述抗刻蚀图形的线宽的80%～120%。 [0013] 可选的，所述光照单元采用红外光照射。 [0014] 可选的，所述抗刻蚀液体包括底部抗反射材料或者光刻胶材料。 [0015] 可选的，所述抗刻蚀液体包括无光敏成分的光刻胶材料。 [0016] 可选的，还包括抗刻蚀液体池，所述抗刻蚀液体池与多个抗刻蚀液体槽连通。 [0017] 可选的，还包括绝缘层，所述绝缘层位于所述抗刻蚀液体池和所述多个喷射单元之间，用于隔离所述抗刻蚀液体池和所述多个喷射单元，且所述绝缘层上具有多个开口，用于连通所述抗刻蚀液体池和多个喷射单元中的抗刻蚀液体槽。 [0018] 可选的，当所述喷射单元为多个时，所述多个喷射单元构成多个喷射组，所述多个喷射组构成喷射模块。 [0019] 可选的，每个喷射组内的多个喷射单元按行列方式排布，所述列垂直于扫描方向，所述行与扫描方向具有夹角。 [0020] 可选的，所述多个光照单元位于所述喷射单元的列之间。 [0021] 可选的，不同喷射组中的对应喷射单元沿垂直于扫描方向的列距不同。 [0022] 可选的，所述多个喷射单元沿平行于扫描方向的行距为50μm～100μm，沿垂直于扫描方向的列距为0.3μm～10μm。 [0023] 对应的，本发明实施例还提供了一种形成抗刻蚀图形的方法，所述方法包括：一个或多个喷射单元沿扫描方向喷射抗刻蚀液体至晶圆表面；一个或多个光照单元沿扫描方向照射晶圆表面的抗刻蚀液体，使得晶圆表面的抗刻蚀液体固化，形成抗刻蚀图形；其中，所述一个或多个喷射单元的运动和喷射状态、以及所述一个或多个光照单元的运动和照射状态通过控制单元控制。 [0024] 可选的，所述喷射单元包括：抗刻蚀液体槽、喷头、压缩单元、第一电极和第二电极，其中，所述抗刻蚀液体槽适于容纳抗刻蚀液体；所述喷头与所述抗刻蚀液体槽连通；所述压缩单元适于压缩所述抗刻蚀液体槽，使得抗刻蚀液体槽中的抗刻蚀液体通过所述喷头喷出；所述第一电极和第二电极位于所述压缩单元两侧，且所述第一电极与所述抗刻蚀液体槽相邻，所述第一电极的厚度小于所述第二电极的厚度。 [0025] 可选的，所述控制单元控制在所述第一电极和所述第二电极上施加的电压，以控制所述压缩单元的压缩状态。 [0026] 与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点： [0027] 本发明实施例的图形化装置包括一个或多个喷射单元，所述喷射单元用于沿扫描方向喷射抗刻蚀液体至晶圆表面；一个或多个光照单元，所述光照单元用于沿扫描方向照射晶圆表面的抗刻蚀液体，使得晶圆表面的抗刻蚀液体固化，形成抗刻蚀图形；控制模块，所述控制模块用于控制所述一个或多个喷射单元的运动和喷射状态、以及控制所述一个或多个光照单元的运动和照射状态。本发明的实施例的图形化装置通过控制喷射模块在晶圆表面喷射抗刻蚀液体，然后通过控制光照单元照射晶圆表面的抗刻蚀液体，对其加热，使其固化，形成抗刻蚀图形。由于本发明实施例的图形化装置不包含镜头和掩膜版的昂贵成本，因此其成本低廉。 [0028] 进一步的，本发明实施例的图形化装置可以将多个喷射单元组成喷射组，喷射组中多个喷射单元按行列排布，且沿平行于喷射扫描方向的行与喷射扫描方向具有夹角，即同行不同列的喷射单元之间沿垂直于喷射扫描方向具有间距，相互错开，多列喷射单元同时沿喷射扫描方向喷射抗刻蚀液体，可以减小在晶圆表面形成抗刻蚀图形的节距。 [0029] 进一步的，本发明实施例的图形化装置可以将多个喷射组组成喷射模块，而每个喷射组沿垂直于喷射扫描方向的周期间距各不相同，即各组喷射单元沿垂直于喷射扫描方向的节距不同，图形放大率不同，因此可以通过选择具有不同放大率的喷头组来实现套刻过程中的放大率补偿。 [0031] 图1是本发明实施例中喷射单元的立体结构示意图； [0032] 图2是本发明实施例中多个喷射单元排成一列的立体结构示意图； [0033] 图3是图2中多个喷射单元的俯视图； [0034] 图4是本发明实施例中光照单元对晶圆表面的抗刻蚀液体照射的原理示意图； [0035] 图5是本发明实施例中喷射组的示意图； [0036] 图6是本发明实施例中喷射模块的示意图； [0037] 图7是本发明实施例中绝缘层和抗刻蚀液体池的示意图； [0038] 图8是本发明实施例中联装的喷射模块对晶圆进行扫描的原理示意图。 具体实施方式[0039] 本发明的发明人通过研究发现，现有技术中半导体图形制备过程中，尤其是在存储器件及鳍式场效应晶体管（FinFET）的制备过程中，常常需要形成大量的规则图形，如条形阵列，而这些条形阵列包含的空间频率信息量较少，仅包含如线宽（linewidth）、节距（pitch）、阵列长度和阵列宽度等信息。另外，本发明的发明人还发现，现有技术的液体喷射技术达到了较高的分辨率，如在非喷射扫描方向上的分辨率可以达到9600dpi。 [0040] 基于以上研究，本发明的发明人提出了一种图形化装置，所述图形化装置包括：一个或多个喷射单元，所述喷射单元用于喷射抗刻蚀液体至晶圆表面；一个或多个光照单元，所述光照单元用于照射晶圆表面的抗刻蚀液体，使得晶圆表面的抗刻蚀液体固化，形成抗刻蚀图形；控制模块，所述控制模块用于控制所述一个或多个喷射单元的运动和喷射状态、以及控制所述一个或多个光照单元的运动和照射状态。本发明实施例的图形化装置采用液体喷射装置将抗刻蚀液体喷射至晶圆表面，经过加热固化后可以形成抗刻蚀图形，用于对晶圆上薄膜材料的图形化。本发明实施例的图形化装置产量高，成本低。 [0041] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。 [0042] 需要说明的是，提供这些附图的目的是有助于理解本发明的实施例，而不应解释为对本发明的不当的限制。为了更清楚起见，图中所示尺寸并未按比例绘制，可能会做放大、缩小或其他改变。 [0043] 请参考图1，图1为本发明实施例的喷射单元100的立体结构图。所述喷射单元100包括抗刻蚀液体槽101、喷头102、压缩单元103、第一电极104和第二电极105。 [0044] 所述抗刻蚀液体槽101用于容纳抗刻蚀液体，与所述喷头102连通，为喷头102提供抗刻蚀液体源。所述抗刻蚀液体在红外光线加热下可以固化，形成抗刻蚀图形。在一些实施例中，所述抗刻蚀液体可以包括底部抗反射层（BARC）材料或者光刻胶材料。在一些实施例中，所述抗刻蚀液体还可以包括无光敏材料的光刻胶。所述抗刻蚀液体可以为任意的具备刻蚀阻挡功能的可旋涂或者喷涂的材料，本发明对抗刻蚀液体的材料不做限定。在一些实施例中，所述喷头102为圆柱形管子，所述圆柱形管子的内径为所述抗刻蚀图形的线宽的80%～120%。 [0045] 所述压缩单元103用于压缩所述抗刻蚀液体槽101，使得抗刻蚀液体槽101中的抗刻蚀液体通过所述喷头102喷出。所述第一电极104和所述第二电极105位于所述压缩单元103两侧，通过在第一电极104和第二电极105上施加电压，可以控制所述压缩单元103的压缩状态。在一些实施例中，所述压缩单元103为压电材料或电热材料，所述第一电极104和第二电极105的材料为多晶硅。图1中还示出了部分绝缘层400，位于所述第一电极104和第二电极105板之间，用于物理隔离和电学隔离所述第一电极104和第二电极105。 [0046] 如图1所示，所述抗刻蚀液体槽101的长度大于所述压缩单元103、第一电极104和第二电极105的长度，此处长度均指沿图1中y轴方向的长度，因此所述抗刻蚀液体槽101凸出于整体喷射单元100，所述喷头102位于所述抗刻蚀液体槽101的凸出位置。在一具体实施例中，所述抗刻蚀液体槽101的宽度为50nm，所述喷头102的内径为50nm，所述压缩单元103的厚度为50nm，所述第一电极104的宽度为50nm，所述第二电极105的厚度为150nm。此处厚度均指沿图1中x轴方向的宽度。 [0047] 参考图2和图3，图2为一实施例中多个喷射单元100按喷头排成一列的立体结构示意图，图3为图2中多个喷射单元100的俯视图。 [0048] 如图2和图3所示，由于所述抗刻蚀液体槽101的厚度小于所述喷射单元100的整体厚度，而所述喷头102位于所述抗刻蚀液体槽101的凸出位置，可以将多个喷射单元100以喷头102（参考图1）为中心线分两侧排布，构成一列，喷头102之间的间隙采用绝缘层400填充。采用此种排列方式可以增加喷头102的排列密度，有利于提高后续形成抗刻蚀图形的密度。 [0049] 请继续参考图3，所述第一电极104与所述抗刻蚀液体槽101相邻，且所述第一电极104的厚度小于所述第二电极105的厚度。当在所述第一电极104和所述第二电极105上施加电压时，位于第一电极104和第二电极105之间的压电材料，即压缩单元103，产生形变挤压第一电极104和第二电极105。而由于第一电极104的厚度小于所述第二电极105的厚度，（通常，第一电极104的厚度应小于等于所述第二电极105的厚度的三分之一），所述第一电极 104的产生的形变远大于第二电极105的形变，第一电极104进而压缩其另一侧的抗刻蚀液体槽101，将存储于抗刻蚀液体槽101中的抗刻蚀液体通过喷头102喷射出喷射单元100。 [0050] 参考图4，图4示出了光照单元110对晶圆200表面的抗刻蚀液体照射，使其固化形成抗刻蚀图形210的原理图。如图所示，光照单元110位于喷头102两侧，当存储于抗刻蚀液体槽101中的抗刻蚀液体通过喷头102喷射出，沉积至晶圆200表面之后，立即被光照单元110单元产生的光线照射并加热，固化形成抗刻蚀图形210。在一些实施例中，所述光照单元 110采用红外光，红外光的加热效率更高。 [0051] 在一具体实施例中，假设所述喷头102的内径为50nm，最多喷射长度为400nm，压缩单元103的侧壁面积为100μm×150nm。压缩单元103的侧壁面积约为喷头102面积的6000倍，即同样的体积，压缩单元103的侧壁只需运动0.07nm就可以使喷头102的喷射长度达到400nm。通常，压电陶瓷的膨胀比例为0.2%，如果压缩单元103采用压电陶瓷材料，50nm厚度的压电陶瓷材料的膨胀量可以达到0.1nm，即可以使喷头102的最大喷射长度达到400nm。而对于50nm分辨率的图形化工艺，光刻胶的厚度通常只有100nm左右，本实施例中，喷头102的喷射长度达到400nm，可以满足工艺要求。 [0052] 需要说明的是，通过控制喷头102喷射抗刻蚀液体的量，可以控制后续形成于晶圆200表面的抗刻蚀图形210的线宽。而喷射抗刻蚀液体的量可以通过控制喷头102的大小，抗刻蚀液体槽101的侧壁面积、压缩单元103的侧壁面积等参数来实现。另外，形成于晶圆200表面的抗刻蚀图形210的厚度可以通过控制喷头102喷射抗刻蚀液体的量、以及选择具有不同表面张力系数的抗刻蚀液体来控制，表面张力大的抗刻蚀液体可以形成较厚的抗刻蚀图形210，表面张力小的抗刻蚀液体形成的抗刻蚀图形210较薄。 [0053] 请参考图5，多个喷射单元100可以组成一个喷射组300，所述喷射组300内的多个喷射单元100按照行列方式排布，所述列垂直于喷射扫描方向，所述行与喷射扫描方向具有夹角，所述喷射扫描方向即图5中x轴方向。 [0054] 在具体实施例中，所述喷射单元100，或所述喷头102沿喷射扫描方向（x轴方向）的周期间距d1为50μm～300μm，沿垂直于喷射扫描方向（y轴方向）的周期间距d2为300nm～10000nm。 [0055] 需要说明的是，所述喷射单元100的行与喷射扫描方向具有夹角是指，如图5所示，同行不同列的喷射单元100之间沿垂直于喷射扫描方向具有间距d3，即相互错开。采用这种排列方式，在形成抗刻蚀图形210过程中，多列喷射单元100同时沿喷射扫描方向喷射抗刻蚀液体，可以在晶圆200表面形成节距（pitch）小于喷射单元100空间周期的抗刻蚀图形210。 [0056] 所述喷射组300中列的数量可以根据待形成抗刻蚀图形的节距（pitch）来选择。在一实施例中，所述喷射组300中每列喷射单元100按照图2或图3所示的排列方式排列，当所述抗刻蚀液体槽101的宽度为50nm，所述压缩单元103的厚度为50nm，所述第一电极104的宽度为50nm，所述第二电极105的厚度为250nm时，则喷头102沿垂直喷射扫描方向的空间周期为200nm。若待形成抗刻蚀图形的线宽为50nm，节距为100nm，则采用两列空间周期为200nm且沿垂直于喷射扫描方向具有间距d3=100nm的喷射单元100同时喷射扫描，就可以获得节距为100nm的抗刻蚀图形。在其他实施例中，当喷头102沿垂直喷射扫描方向的空间周期为200nm，而待形成抗刻蚀图形的节距小于100nm，可以使用多余两列的喷射单元100来达到所需抗刻蚀图形节距。 [0057] 继续参考图5，多个光照单元110位于所述多个喷射单元100沿垂直于扫描方向的列之间。由于多个喷射单元100沿垂直于扫描方向的间距d2与后续形成的抗刻蚀图形的节距有关，而多个喷射单元100沿平行于扫描方向的间距d1较大，将多个光照单元110置于多个喷射单元100沿垂直于扫描方向的列之间，有利于较小后续形成的抗刻蚀图形的节距。且所述多个光照单元110沿垂直于扫描方向组成的列与多个喷射单元100组成的列间隔排列，可以使得任一列的喷射单元100喷射抗刻蚀液体至晶圆表面后，抗刻蚀液体能够立即被所述光照单元110照射，加热后固化。 [0058] 在一些实施例中，多个喷射组构成一个喷射模块。请参考图6，图6中仅示出了喷射模块中的第一喷射组300a，第二喷射组300b和第三喷射组300c。 [0059] 所述第一喷射组300a，第二喷射组300b和第三喷射组300c的沿垂直于喷射扫描方向（y轴方向）的周期间距d2a，d2b和d2c各不相同，即各组喷射单元100沿垂直于喷射扫描方向的节距不同，图形放大率不同。因此，所述喷射模块可以覆盖在图形化过程中出现的套刻误差，例如基底在形成抗刻蚀图形的过程中受到加热而引起的套刻偏差 [0060] 在一些实施例中，在形成抗刻蚀图形的过程中需要对基底加热造成的基底表面膨胀做出放大率补偿（Overlay-Magnification），可以通过选择喷射模块中预先设定的具有不同图形放大率的喷头组来实现。在具体实施例中，一个喷射模块中不同喷射组的放大率差别可以在±0.1ppm到±1ppm之间。 [0061] 需要说明的是，在一些实施例中，放大率补偿还可以通过调整在扫描方向上的扫描速度和喷射时间来实现。 [0062] 本发明实施例的图形化装置还包括绝缘层和抗刻蚀液体池。请参考图7，图7中示出了一实施例中绝缘层400和抗刻蚀液体池500的立体拆分结构示意图。 [0063] 所述绝缘层400位于多个喷射单元100（参考图2）之上，且包覆所述多个喷射单元100，用于隔离位于绝缘层400上的抗刻蚀液体池500和所述多个喷射单元100。且所述绝缘层400上具有多个开口，用于连通所述抗刻蚀液体池500和多个喷射单元100中的抗刻蚀液体槽101。所述抗刻蚀液体池500与多个抗刻蚀液体槽101连通，为所述多个抗刻蚀液体槽 101供给抗刻蚀液体。需要说明的是，如图1和图3所示，所述绝缘层400还填充了第一电极 104和第二电极105之间的间隙，以及多个喷头102之间的间隙。 [0064] 本发明实施例的图形化装置的控制模块，用于提供扫描数据，控制一个或多个喷射单元、喷射组或喷射模块的运动和喷射状态、以及控制一个或多个光照单元的运动和照射状态，以在晶圆表面形成目标抗刻蚀图形。在一些实施例中，所述控制单元可以采用与现有多电子束曝光系统类似或改进的控制模块，具体可参考现有技术，在此不再赘述。 [0065] 另外，本发明实施例的喷射模块还可以进行联装。如图8所示，对于300mm的晶圆200，其上具有12×9个曝光区域，可以采用将12个喷射模块沿垂直于扫描方向进行联装，构成联装喷射模块600。采用联装模块600可以大大提高在晶圆200上形成抗刻蚀图形的效率。 其对晶圆200上所有曝光区域进行曝光的时间大约为3秒，即使加上换片和对准时间，其每小时的产能依然可以达到300片以上，远超过现有的浸没式光刻机200片每小时的产能。而且因为其没有镜头和掩膜板的昂贵成本，喷射单元可以采用现有与打印机喷头类似的工艺制造，成本低廉。因此本发明实施例的图形化装置的产能高，成本低廉。 [0066] 对应的，本发明实施例还提供了一种采用上述图形化装置形成抗刻蚀图形的方法，所述方法包括：一个或多个喷射单元沿扫描方向喷射抗刻蚀液体至晶圆表面；一个或多个光照单元沿扫描方向照射晶圆表面的抗刻蚀液体，使得晶圆表面的抗刻蚀液体固化，形成抗刻蚀图形；其中，所述一个或多个喷射单元的运动和喷射状态、以及所述一个或多个光照单元的运动和照射状态通过控制单元控制。 [0067] 在一些实施例中，所述喷射单元包括：抗刻蚀液体槽、喷头、压缩单元、第一电极和第二电极，其中，所述抗刻蚀液体槽适于容纳抗刻蚀液体；所述喷头与所述抗刻蚀液体槽连通；所述压缩单元适于压缩所述抗刻蚀液体槽，使得抗刻蚀液体槽中的抗刻蚀液体通过所述喷头喷出；所述第一电极和第二电极位于所述压缩单元两侧，且所述第一电极与所述抗刻蚀液体槽相邻，所述第一电极的厚度小于所述第二电极的厚度。 [0068] 在一些实施例中，所述控制单元控制在所述第一电极和所述第二电极上施加的电压，以控制所述压缩单元的压缩状态。 [0069] 所述形成抗刻蚀图形的方法具体可参考对上述图形化装置的描述，在此不再赘述。 |
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