CN103257534B - 光刻返工去胶工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光刻返工去胶工艺包括提供待光刻返工的晶圆，该晶圆表面经过第一次光刻并具有残留的光刻胶；使用可产生使该光刻胶发生完全光化学反应的光束的光刻机，对整个晶圆表面曝光；对曝光后的晶圆表面显影，去除光刻胶。本发明不需要利用等离子干法灰化，不存在高温制程，也不需要用到强氧化性或强酸性的化学液，因而不会对晶圆表面的薄膜产生损伤或改性。本发明工艺简单，原料消耗少，可以提高整个制造工艺流程的稳定和可制造性能，并且能增大最大光刻返工次数的限制，为研究开发和大量生产提供更大的工艺容错度。

Description

光刻返工去胶工艺

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种图形光刻工艺领域中光刻返工的去胶工艺。

背景技术

光刻工艺作为半导体工艺中的一个重要工艺，其利用光刻机将投影掩膜版上的图形转移至晶圆上的光刻胶层内。为了保证所述光刻胶层内形成的图形的位置和形状与所述投影掩膜版上的位置和形状一致，光刻机首先进行对准步骤，即将晶圆上的对准标记与所述投影掩膜版上的对准标记对准；然后，进行聚焦步骤，即调整所述晶圆在所述光刻机中的高度，使得所述晶圆处于光刻机的光学系统的聚焦范围内。在对准步骤和聚焦步骤后，所述光刻机进行曝光步骤，即光刻机的快门打开，光刻机的光学系统的发射紫外光，对所述光刻胶层进行曝光。

伴随线宽的缩小，对于图形精度和均匀性以及套准精度的要求越来越严格，半导体制造业对于关键层次的图形的关键尺寸的控制精度要求在3%～10%左右。在光刻尺寸精度、套准精度或光阻形貌超出容许范围时，晶圆就必须进行光刻返工处理流程。返工的目的是去除光刻时的光刻胶，对晶圆表面清理，使其具备第二次光刻的条件。其中，最主要的部分就是去除光刻胶。

现有的光刻返工去胶工艺，最常见的有：干法灰化去胶或湿化学法去胶，以及二者的结合。但这些传统方法的去胶工艺都会对基底薄膜造成较大的材料损失或者性能改变，进而影响后续的二次光刻的图形质量，降低工艺的稳定性。

例如，干法灰化去胶工艺，通常是利用含氧的等离子将碳基的光刻胶燃烧成气体从而达到去除的目的，但是这种方法会使晶圆的表面薄膜接触到高温和高化学活性的等离子。高温制程和等离子会使晶圆的表面薄膜性质改变，甚至材料损失，造成薄膜厚度、反射率和吸收率等性能参数的变动，从而使第二次光刻工艺的参数便宜，图形表现变差。此外，对于一些特定的高刻蚀阻挡性能的光阻，干法去胶并不能完全去除所有光阻，可能会产生颗粒残留，也会对二次光刻的表现造成不利影响。

而纯湿法去胶的方式，通常采用的是硫酸和双氧水的混合液，通过化学反应和溶解来 达到去除参与光阻的目的。这种方式只能用于前段的特定层次，对于金属铝，金属铜，以及含碳的超低介电常数材料是不适用的。因为该去胶混合液会对上述材料造成影响。

而采用干法和湿法去胶结合的方法去除光刻胶复合方法，会有控制损伤和提高取出效率，减少缺陷残留的方面有一定的优势。但这种复合去胶方式，仍然存在两种方法各自的问题。具体来说，对于返工晶圆需要经过等离子灰化去胶和化学液清洗两个步骤：a.等离子体灰化工艺，会引入高反应活性的等离子体和高温，这些等离子会与晶圆基底的物质发生反应，从而形成一层改性层，造成二次光刻的条件改变，同时，会产生一些光阻或含碳的残留物；b.对灰化工艺产生的光阻或含碳的残留物，用化学液进行后清洗，这些强酸性或强碱性的化学液会对晶圆基底以及基底上的改性层有刻蚀作用，因此会使晶圆基底产生凹凸起伏的形貌和材料损失，不利于后续光刻的进行。

综上，随半导体特征尺寸的缩小，光刻的精度要求越来越高。而横向尺寸缩小的同时，纵向的薄膜厚度也不断减薄，材料损失由此越来越成为一个不可接受的因素。所以，如何找到一种光刻返工去胶工艺，使得在不增加成本投入和极大改动的前提下，能简单有效的解决上述现有光刻返工去胶的难题，使工艺简单，去除效果好，成为一个非常有意义的研究课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种利用原有光刻制程中的曝光和显影步骤，来实现无损去胶的光刻返工工艺。

本发明的光刻返工去胶工艺包括以下步骤：

步骤S01，提供待光刻返工的晶圆，该晶圆表面经过第一次光刻并具有残留的光刻胶，该光刻胶为正性光刻胶；

步骤S02，使用可产生使该光刻胶发生完全光化学反应的光束的光刻机，对整个晶圆表面曝光；

步骤S03，对曝光后的晶圆表面显影，去除光刻胶。

进一步地，该光刻机与第一次光刻所用光刻机相同。

进一步地，该光束与第一次光刻所用光束相同。

进一步地，该光束是单一波长或广谱光。

进一步地，该光刻胶是存在于40纳米节点的多晶硅栅极层表面上，该光刻的光束为氟化氩193纳米紫外光。

进一步地，该显影所用显影液是碱性混合溶液。

进一步地，该显影液含有四甲基氢氧化铵(TMAH)。

进一步地，还包括步骤S04，对显影后的晶圆表面进行清洗。其中，该清洗包括水洗浸润、喷雾清洗、刷洗、冲洗或超声波震荡。

进一步地，还包括步骤S05，干燥清洗后的晶圆表面。其中，该干燥包括甩干、吹干、烘干或异丙醇表面张力干燥。

由于本发明的方法，不需要利用等离子干法灰化，不存在高温制程，也不需要用到强氧化性或强酸性的化学液，因而不会对晶圆表面的薄膜产生损伤或改性。光照和显影液对接触的薄膜表面影响非常小，使得后续的二次光刻工艺相对稳定，参数易于控制，提高二次光刻的成功率和重复性。本发明工艺简单，原料消耗少，可以提高整个制造工艺流程的稳定和可制造性能，并且能增大最大光刻返工次数的限制，为研究开发和大量生产提供更大的工艺容错度。

附图说明

为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：

图1是本发明光刻返工去胶工艺第一实施例步骤S01的示意图；

图2是本发明光刻返工去胶工艺第一实施例步骤S02的示意图；

图3是本发明光刻返工去胶工艺第一实施例步骤S03的示意图。

具体实施方式

第一实施例

现已40纳米技术节点的多晶硅栅极光刻返工为例。

总所周知，栅极层的光刻是集成电路芯片制造流程中最重要的步骤之一，精度要求也最高。此外灰化过程的等离子会造成多晶硅的损失以及离子注入的杂质的分布状况，因此希望有低温和无损的去胶方式。

请参阅图1至图3，晶圆制程工序完成40纳米节点多晶硅栅极层1的制备，需要对该多晶硅栅极层进行光刻，使用氟化氩193纳米紫外光进行第一次光刻之后，出现不良光 刻工艺，导致光刻胶2孔槽的尺寸、套准和形状不合格，需要进行光刻返工，以去除表面全部光刻胶。具体地：

步骤S01，提供待光刻返工的晶圆，该晶圆表面经过第一次光刻并具有残留的光刻胶2，该光刻胶为正性光刻胶。

步骤S02，使用与第一次光刻相同的光刻机和光刻光束，用氟化氩193纳米紫外光对整个晶圆表面曝光，使未感光的光刻胶2在其敏感波长的光源照射下，发生光化学反应，使得光刻胶高分子聚合体被打散形成较小的分子结构，从而使其可以被显影液溶解。实际使用中，可以采用任意可以使对应光刻胶发生光化学反应的波长，而不仅仅局限于单一波长，甚至为了可以支持多种光刻胶而采用包含可以使光刻胶显影的光波的广谱光源照射。照射光路较为简单，只需保障单位面积的受光量和整个晶圆全部被照射到即可。

步骤S03，对曝光后的多晶硅栅极层1表面用显影液溶解，去除光刻胶。其中，本实施例所用显影液是以四甲基氢氧化铵(TMAH)为主要成分的碱性混合溶液。显影所用的工艺参数可以使与第一次光刻工序时所用的显影工艺同样的显影液、温度、时间设定，也可以单独设置，只需实现被曝光的光胶可以被显影溶解去除即可。

光刻胶溶解后，还可包括去除可能的残余颗粒的水洗浸润、喷雾清洗、刷洗、冲洗、超声波震荡等清洗步骤，以及干燥步骤。其中，清洗所用液体可以是去离子水或常规的去除颗粒的溶液；干燥包括甩干、吹干、烘干或异丙醇表面张力干燥等。

经过上述步骤，我们可以获得无损的、表面材料性质极少改变的去除光刻胶后的晶圆表面，为第二次光刻的顺利进行提供良好的基底条件。

Claims (10)

1.一种光刻返工去胶工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S01，提供待光刻返工的晶圆，该晶圆表面经过第一次光刻并具有残留的光刻胶，该光刻胶为正性光刻胶；

步骤S02，使用可产生使该光刻胶发生完全光化学反应的光束的光刻机，对整个晶圆表面曝光；

步骤S03，对曝光后的晶圆表面显影，去除光刻胶。

2.根据权利要求1所述的光刻返工去胶工艺，其特征在于：该光刻机与第一次光刻所用光刻机相同。

3.根据权利要求2所述的光刻返工去胶工艺，其特征在于：该光束与第一次光刻所用光束相同。

4.根据权利要求3所述的光刻返工去胶工艺，其特征在于：该光束是单一波长或广谱光。

5.根据权利要求4所述的光刻返工去胶工艺，其特征在于：该光刻胶是存在于40纳米节点的多晶硅栅极层表面上，该光刻的光束为氟化氩193纳米紫外光。

6.根据权利要求5所述的光刻返工去胶工艺，其特征在于：该显影所用显影液是碱性混合溶液。

7.根据权利要求6所述的光刻返工去胶工艺，其特征在于：该显影液含有四甲基氢氧化铵。

8.根据权利要求1至7任一项所述的光刻返工去胶工艺，其特征在于：还包括步骤S04，对显影后的晶圆表面进行清洗；步骤S05，干燥清洗后的晶圆表面。

9.根据权利要求8所述的光刻返工去胶工艺，其特征在于：该清洗包括水洗浸润、喷雾清洗、刷洗、冲洗或超声波震荡。

10.根据权利要求8所述的光刻返工去胶工艺，其特征在于：该干燥包括甩干、吹干、烘干或异丙醇表面张力干燥。