CN113156769A - 用于在衬底之上涂覆光致抗蚀剂的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于在衬底之上涂覆光致抗蚀剂的方法和装置。在一种在晶圆之上涂覆光致抗蚀剂的方法中，在旋转晶圆时开始从喷嘴在晶圆之上分配光致抗蚀剂，并在旋转晶圆时停止分配光致抗蚀剂。在开始分配光致抗蚀剂之后并且停止分配光致抗蚀剂之前，改变晶圆旋转速度至少4次。在分配期间，保持喷嘴的臂可水平移动。喷嘴的尖端可位于距晶圆的2.5mm至3.5mm的高度处。

Description

用于在衬底之上涂覆光致抗蚀剂的方法和装置
技术领域
本公开总体涉及用于在衬底之上涂覆光致抗蚀剂的方法和装置。
背景技术
光刻操作是半导体制造工艺中的关键操作之一。光刻技术包括紫外光刻、深紫外光刻和极紫外光刻(EUVL)。光刻操作通常是高成本工艺，并且降低成本是要解决的问题之一。具体地，在EUV光刻中，光致抗蚀剂的成本比深UV光致抗蚀剂的成本高得多。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供了一种在晶圆之上涂覆光致抗蚀剂的方法，包括：在旋转所述晶圆时开始从喷嘴在所述晶圆之上分配所述光致抗蚀剂；在旋转所述晶圆时停止分配所述光致抗蚀剂；以及在开始分配所述光致抗蚀剂之后并且停止分配所述光致抗蚀剂之前，改变晶圆旋转速度至少4次。
根据本公开的第二方面，提供了一种在晶圆之上涂覆光致抗蚀剂的方法，包括：在以第一速度旋转所述晶圆时开始从喷嘴分配所述光致抗蚀剂；在以与所述第一速度不同的第二速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂达第二持续时间T2；在以与所述第二速度不同的第三速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂达第三持续时间T3；在以与所述第三速度不同的第四速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂达第四持续时间T4；在以第五速度旋转所述晶圆并将所述喷嘴从所述晶圆的中心向所述晶圆的边缘水平移动时持续分配所述光致抗蚀剂；以及在停止所述喷嘴的移动之后，在以与所述第五速度不同的第六速度旋转所述晶圆时停止分配所述光致抗蚀剂。
根据本公开的第三方面，提供了一种光致抗蚀剂涂覆装置，包括：晶圆保持器，被配置为支撑晶圆并旋转所述晶圆；喷嘴，被配置为分配光致抗蚀剂；臂，耦合至所述喷嘴并被配置为水平地和垂直地移动所述喷嘴；以及控制***，包括处理器以及存储程序和涂覆配方的存储器，并被配置为根据所述涂覆配方来控制所述晶圆保持器、所述喷嘴和所述臂，其中：所述程序在由所述处理器执行时使所述控制***执行以下操作：在以第一速度旋转所述晶圆时开始从所述喷嘴分配所述光致抗蚀剂；在以与所述第一速度不同的第二速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；在以与所述第二速度不同的第三速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；在以与所述第三速度不同的第四速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；在以第五速度旋转所述晶圆并将所述喷嘴从所述晶圆的中心向所述晶圆的边缘水平移动时持续分配所述光致抗蚀剂；以及在停止所述喷嘴的移动之后，在以与所述第五速度不同的第六速度旋转所述晶圆时停止分配所述光致抗蚀剂。
附图说明
图1A和图1B是根据本公开实施例的光致抗蚀剂涂覆装置的示意图。
图2A、图2B、图2C、图2D、图2E和图2F示出了根据本公开实施例的用于在晶圆/衬底上涂覆光致抗蚀剂的序列工艺的各个阶段。图2G示出了根据本公开实施例的抗蚀剂涂覆序列(配方)。
图3示出了根据本公开实施例的喷嘴高度效应。
图4A、图4B和图4C示出了根据本公开实施例的各种喷嘴配置。
图5A、图5B和图5C示出了根据本公开实施例的各种喷嘴配置。
图6A和图6B示出根据本公开实施例的喷嘴高度和喷嘴尺寸的效应。
图7A和图7B示出了根据本公开实施例的抗蚀剂分配量的减少效应。
具体实施方式
应理解，下面的公开内容提供了用于实现本发明的不同特征的许多不同的实施例或示例。下文描述了组件和布置的具体实施例和示例以简化本公开。当然，这些仅是示例而不意图是限制性的。例如，元件的尺寸不限于所公开的范围或值，而是可以取决于器件的工艺条件和/或期望特性。此外，在下面的说明中，在第二特征上方或之上形成第一特征可以包括以直接接触的方式形成第一特征和第二特征的实施例，并且还可以包括可以在第一特征和第二特征之间形成附加特征，使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。为了简单和清楚起见，可以以不同比例任意绘制各种特征。在附图中，为了简化，可以省略一些层/特征。
此外，为了易于描述，在本文中可以使用空间相关术语(例如“下方”、“之下”、“低于”、“以上”、“上部”等)以描述图中所示的一个元件或特征相对于另外(一个或多个)元件或(一个或多个)特征的关系。这些空间相关术语意在涵盖器件在使用或操作中除了图中所示朝向之外的不同朝向。器件可以以其他方式定向(旋转90度或处于其他朝向)，并且本文中所用的空间相关描述符同样可被相应地解释。此外，术语“由...制成”可以表示“包括”或“由...组成”。此外，在后续制造工艺中，在所描述的操作之中/之间可存在一个或多个附加操作，并且操作顺序可以改变。在本公开中，短语“A、B和C之一”是指“A、B和/或C”(A；B；C；A和B；A和C；B和C；或A、B和C)，并且不表示来自A的一个元素、来自B的一个元素和来自C的一个元素，除非另有说明。
如上所述，降低光致抗蚀剂的成本是光刻操作中的关键问题之一。降低光致抗蚀剂成本的方法之一是减少光致抗蚀剂对每个晶圆或衬底的使用(分配)量。然而，简单地减少光致抗蚀剂的分配量将导致光致抗蚀剂在晶圆上的不均匀涂覆，这将增加光致抗蚀剂在曝光之后的显影后的缺陷图案。
在本公开中，提供了一种用于在晶圆或衬底之上涂覆光致抗蚀剂的方法和装置，其可以减少光致抗蚀剂浆料的使用而不会降低所涂覆的光致抗蚀剂的厚度的均匀性。
例如，根据一个或多个实施例，抗蚀剂分配量可以减小到每300mm晶圆为0.35-0.65cc(cm3)，并且对于约30-50nm的平均抗蚀剂厚度，厚度变化(范围)小于2nm(大于零)。在其他实施例中，对于约30-50nm的平均抗蚀剂厚度，厚度变化大于0.5nm至小于约1.0nm。在一些实施例中，在平均抗蚀剂厚度为约T0(nm)时，厚度变化为T0的约1％至约2％。在一些实施例中，目标抗蚀剂厚度在约10nm至约120nm的范围内。
图1A和图1B是根据本公开实施例的光致抗蚀剂涂覆装置的示意图。本领域普通技术人员将理解，图1A和图1B所示的装置利用一个或多个附加特征。
光致抗蚀剂涂覆装置1000包括壳体或外壳1001，衬底保持器(holder)1003布置在其中，如图1A所示。衬底保持器被配置为通过真空(真空吸盘)保持晶圆或衬底1010，并包括用于以各种速度旋转晶圆的电机。衬底保持器1003还被配置为上下移动晶圆。装置1000包括若干流体喷嘴，其包括光致抗蚀剂分配喷嘴1021和边缘切割溶液喷嘴1023，该光致抗蚀剂分配喷嘴1021被配置为分配光致抗蚀剂，并且该边缘切割溶液喷嘴1023被配置为分配溶剂以从晶圆的边缘部分去除所涂覆的光致抗蚀剂。在一些实施例中，提供用于不同光致抗蚀剂的多个喷嘴。喷嘴分别耦合到可动臂，并且在一些实施例中可在横向(水平)方向和垂直方向上运动。可移动臂包括电机、齿轮、动力传输带、或其他已知组件中的一者或多者，以使喷嘴水平和/或垂直移动。流体喷嘴1021流体地连接至存储光致抗蚀剂的光致抗蚀剂源(例如瓶或罐)1015，并且流体喷嘴1023流体地连接至存储溶剂的溶剂源1050。具有一个或多个过滤器和一个或多个阀的一个或多个泵1040被设置在从光致抗蚀剂源1015到喷嘴1021的流体路径上，并且具有一个或多个过滤器和一个或多个阀的一个或多个泵1042被设置在从溶剂源1050到喷嘴1023的流体路径上。
在一些实施例中，溶剂是选自下列项的一项或多项：丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇单甲醚(PGME)、1-乙氧基-2-丙醇(PGEE)、γ-丁内酯(GBL)、环己酮(CHN)、乳酸乙酯(EL)、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)、异丙醇(IPA)、四氢呋喃(THF)、甲基异丁基甲醇(MIBC)、乙酸正丁酯(nBA)、以及2-庚酮(MAK)。
光致抗蚀剂涂覆装置1000的至少一部分操作由一个或多个控制***900控制，如图1B所示，该控制***900可通信地连接到光致抗蚀剂涂覆装置1000或包括在光致抗蚀剂涂覆装置1000中。
当控制程序由计算机执行时，控制***900根据所选择的涂覆配方来控制耦合至喷嘴1021和1023和/或泵***1040、1042的臂的操作，例如，衬底保持器1003的旋转。图1B还示出了根据一个或多个实施例的执行对光致抗蚀剂涂覆装置1000的控制的控制***900的示意图。可以使用计算机硬件以及在其上执行的计算机程序来实现光致抗蚀剂涂覆装置1000的过程、方法和/或操作的全部或一部分。控制***900配备有计算机901，该计算机901包括光盘只读存储器(例如CD-ROM或DVD-ROM)驱动器905和磁盘驱动器906、键盘902、鼠标903和监视器904。除了光盘驱动器905和磁盘驱动器906之外，计算机901还配备有一个或多个处理器911(例如微处理单元(MPU))、ROM 912(在其中存储诸如启动程序之类的程序)、随机存取存储器(RAM)913(连接到MPU 911，并且在其中临时存储应用程序的命令并提供临时存储区)、硬盘914(在其中存储应用程序、***程序和数据)、以及总线915(连接MPU 911、ROM912等)。注意，计算机901可以包括用于提供到LAN的连接的网卡(未示出)。用于使计算机***900执行光致抗蚀剂涂覆装置1000的功能的程序可以存储在***到光盘驱动器905或磁盘驱动器906中的光盘921或磁盘922中，并传输到硬盘914。具体地，一个或多个涂覆配方被存储在一个或多个前述存储器中。
替代地，配方可经由网络(未示出)传输到计算机901并存储在硬盘914中。在执行时，配方被加载到RAM 913中。程序可以从光盘921或磁盘922、或直接从网络加载。程序不一定必须包括例如操作***(OS)或第三方程序来使计算机901执行抗蚀剂涂覆装置1000的功能。程序可仅包括在受控模式下调用适当功能(模块)并获得期望结果的命令部分。
图2A-2F示出了抗蚀剂涂覆操作，并且图2G示出了根据本公开的抗蚀剂涂覆操作的详细步骤(配方)。在一些实施例中，用于涂覆光致抗蚀剂的配方被存储在光致抗蚀剂涂覆装置的存储器中。在一些实施例中，配方被存储在诸如闪存、CD-ROM或DVD-ROM之类的存储器中，并且可以从一个装置复制到另一装置。此外，在一些实施例中，配方被从服务器分发到多个光致抗蚀剂涂覆装置。
如图2A所示，晶圆100以预定速度旋转。然后，在晶圆顺时针旋转的同时从喷嘴120分配光致抗蚀剂，如图2B所示。在一些实施例中，喷嘴120位于晶圆100的中心上方。在晶圆100旋转的同时持续分配光致抗蚀剂，如图2C所示。然后，喷嘴120沿着晶圆的直径水平移动，同时分配光致抗蚀剂并旋转晶圆，如图2D所示。在旋转晶圆120的同时在移位位置处持续从喷嘴120进行分配，如图2E所示，然而如图2F所示，分配停止。在一些实施例中，晶圆100时直径为150mm、200mm或300mm的半导体晶圆(例如Si晶圆)。在一些实施例中，在半导体晶圆100上形成一个或多个层或特征。
如图2G所示，晶圆的旋转速度在分配光致抗蚀剂期间改变至少四次。在一些实施例中，晶圆的旋转速度在分配光致抗蚀剂期间改变五次或六次。在一些实施例中，光致抗蚀剂涂覆序列包括具有不同条件的6个步骤。步骤0是预分配序列，其包括对应于图2A的多个步骤，并且步骤7是后分配步骤，其也包括对应于图2F的多个步骤。在一些实施例中，用抗蚀剂涂底材料(例如六甲基二硅氮烷(HMDS))处理晶圆，以改善晶圆表面与光致抗蚀剂之间的粘附性。
在一些实施例中，预分配序列包括施加用于抗蚀剂还原消耗的化合物，这是用于改善晶圆的表面状况的预湿法工艺。在一些实施例中，化合物包括在后分配序列中用于边缘切割操作和/或背侧清洁操作的溶剂。在一些实施例中，以约100rpm至约500rpm的晶圆旋转速度将溶剂施加至晶圆约10秒至约30秒。在一些实施例中，在施加溶剂以用于抗蚀剂还原消耗之后，晶圆以约100rpm至约500rpm旋转约0.5秒至约2秒。
在一些实施例中，在步骤1，光致抗蚀剂的分配开始。在一些实施例中，步骤1中的晶圆旋转速度S1在约50rpm到约1000rpm的范围内。在其他实施例中，步骤1中的晶圆旋转速度S1在约50rpm到约150rpm的范围内。在一些实施例中，从预分配序列的最后步骤的速度S0到速度S1的加速度A1在约1000rpm/sec2到约30000rpm/sec2的范围内，并且在其他实施例中，在约5000rpm/sec2到15000rpm/sec2的范围内。在一些实施例中，步骤1的持续时间T1在约0.6秒至约1.0秒的范围内，并且在其他实施例中，在约0.7秒至0.9秒的范围内。在步骤S1中，所分配的光致抗蚀剂在相对较低的晶圆旋转速度的晶圆上形成坑(puddle)。在一些实施例中，喷嘴位置在晶圆的中心处。
在一些实施例中，在步骤2，光致抗蚀剂的坑以较高速度散布在晶圆之上，这对应于图2C。在一些实施例中，步骤2中的晶圆旋转速度S2在约2500rpm到约4000rpm的范围内。在其他实施例中，步骤2中的晶圆旋转速度S2在约3000rpm至约4000rpm的范围内。在一些实施例中，从步骤1的速度S1到速度S2的加速度A2在约15000rpm/sec2到约30000rpm/sec2的范围内，并且在其他实施例中，在约20000rpm/sec2到25000rpm/sec2的范围内。步骤2的持续时间T2小于T1，并且在一些实施例中在约0.1秒至约0.3秒的范围内，并且在其他实施例中在约0.15秒至0.25秒的范围内。在一些实施例中，喷嘴位置在晶圆的中心处。
在一些实施例中，在步骤3，通过降低速度使扩散的光致抗蚀剂回流。在一些实施例中，步骤3中的晶圆旋转速度S3低于速度S2且高于速度S1，并且在约100rpm到约2500rpm的范围内。在其他实施例中，步骤3中的晶圆旋转速度S3在约1500rpm至约1900rpm的范围内。在一些实施例中，从步骤2的速度S2到速度S3的加速度A3在约1000rpm/sec2至约30000rpm/sec2的范围内，并且在其他实施例中在约5000rpm/sec2至15000rpm/sec2的范围内。在一些实施例中，步骤3的持续时间T3在约0.1秒至约0.3秒的范围内，并且在其他实施例中在约0.15秒至0.25秒的范围内。在一些实施例中，喷嘴位置在晶圆的中心处。
在一些实施例中，在步骤4，通过提高速度来调节扩散的光致抗蚀剂的厚度。在一些实施例中，步骤4中的晶圆旋转速度S4高于速度S3和S1且低于速度S2，并且在约1000rpm到约3000rpm的范围内。在其他实施例中，步骤4中的晶圆旋转速度S4在约2000rpm至约2500rpm的范围内。在一些实施例中，从步骤3的速度S3到速度S4的加速度A4在约10000rpm/sec2至约30000rpm/sec2的范围内，并且在其他实施例中在约15000rpm/sec2至25000rpm/sec2的范围内。步骤4的持续时间T4比T3更长，并且在一些实施例中在约0.3秒至约0.7秒的范围内，并且在其他实施例中在约0.4秒至0.6秒的范围内。在一些实施例中，喷嘴位置在晶圆的中心处。
在一些实施例中，在步骤5，喷嘴位置在分配的同时移动以进一步调整光致抗蚀剂的厚度，这对应于图2D。在一些实施例中，在300mm晶圆的情况下，总喷嘴移动距离M1在约1mm至约15mm的范围内，并且在其他实施例中在约5mm至约10mm的范围内。在一些实施例中，根据晶圆的直径成比例地调整喷嘴移动距离M1。在一些实施例中，喷嘴移动的速度S15在约25mm/sec至约294mm/sec的范围内，并且在其他实施例中在约100mm/sec至约200mm/sec的范围内。当喷嘴比以上范围更快或更慢地移动时，所涂覆的光致抗蚀剂的厚度变化增加而超过所需变化。
在一些实施例中，步骤5中的晶圆旋转速度S5高于速度S3和S1且低于速度S2，并且在约1000rpm到约3000rpm的范围内。在其他实施例中，步骤5中的晶圆旋转速度S5在约2000rpm到约2500rpm的范围内。在一些实施例中，从步骤4的速度S4到速度S5的加速度A5在约10000rpm/sec2至约30000rpm/sec2的范围内，并且在其他实施例中在约20000rpm/sec2至25000rpm/sec2的范围内。在一些实施例中，速度S5等于速度S4，因此加速度A5为零。步骤5的持续时间T5比T4更短，并且在一些实施例中在约0.1秒至约0.3秒的范围内，并且在其他实施例中在约0.15秒至0.25秒的范围内。在一些实施例中，喷嘴运动在持续时间T5内开始和/或结束。
在一些实施例中，在步骤6，通过降低速度来使散布的光致抗蚀剂回流，如图2E所示。在一些实施例中，步骤6中的晶圆旋转速度S6低于速度S4和S5且高于速度S1，并且在约500rpm到约2500rpm的范围内。在其他实施例中，步骤6中的晶圆旋转速度S6在约500rpm至约1500rpm的范围内。在一些实施例中，从步骤5的速度S5到速度S6的加速度A6在约1000rpm/sec2至约30000rpm/sec2的范围内，并且在其他实施例中在约5000rpm/sec2至15000rpm/sec2的范围内。步骤6的持续时间T6比T5更长，并且在一些实施例中在约0.3秒至约0.7秒的范围内，并且在其他实施例中在约0.4秒至0.6秒的范围内。在一些实施例中，喷嘴位置在移位位置处。在一些实施例中，在步骤6期间或结束时，抗蚀剂分配停止。在一些实施例中，分配在步骤6开始之后约0.08秒至0.12秒停止。
在步骤6之后，执行后分配序列步骤7，如图2F所示。后分配序列包括各种步骤，例如，干燥旋转、边缘切割操作(用于去除晶圆的边缘(例如3-5毫米)处的所涂覆的光致抗蚀剂)、以及背侧漂洗操作(用于清洁晶圆100的背侧)。后分配序列步骤7中的旋转速度S7根据操作而变化，并且在一些实施例中在约500rpm至1500rpm的范围内。在一些实施例中，从步骤6的速度S6到速度S7的加速度A7在约1000rpm/sec2至约30000rpm/sec2的范围内，并且在其他实施例中在约5000rpm/sec2至15000rpm/sec2的范围内。
在前述实施例中，在一些实施例中，泵以约0.1cc/sec至约0.3cc/sec的速率供应光致抗蚀剂，并且在其他实施例中，该速率为约0.15cc/sec至约0.25cc/sec。在一些实施例中，光致抗蚀剂的总分配量在约0.35cc至约0.6cc的范围内，并且在其他实施例中在约0.4cc至0.5cc的范围内。根据光致抗蚀剂的粘度来调整上述序列。总分配量可以通过调整步骤1-6中的持续时间中的一者或多者和/或通过调整泵速度来调整。
在一些实施例中，光致抗蚀剂是EUV光致抗蚀剂、DUV光致抗蚀剂，UV光致抗蚀剂、或电子束光致抗蚀剂。根据本公开的光致抗蚀剂是化学放大抗蚀剂，其包括聚合物树脂、光敏化合物(PAC)和溶剂。在一些实施例中，聚合物树脂包括含有一个或多个基团的烃结构(例如脂环族烃结构)，该一个或多个基团在与由PAC(如下所述)产生的酸、碱或自由基混合时将分解(例如酸不稳定基团)或以其他方式反应。在一些实施例中，烃结构包括形成聚合物树脂的骨架主链(skeletal backbone)的重复单元。该重复单元可包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、巴豆酸酯(crotonic esters)、乙烯基酯、马来酸二酯(maleic diesters)、富马酸二酯(fumaric diesters)、衣康酸二酯(itaconic diesters)、(甲基)丙烯腈、(甲基)丙烯酰胺、苯乙烯、乙烯基醚、它们的组合等。在一些实施例中，烃结构的重复单元还具有取代入其中的单环或多环烃结构，或者单环或多环烃结构是重复单元，以便形成脂环族烃结构。
PAC是光敏组分，例如光酸产生剂、光碱产生剂、自由基产生剂等。PAC可以是正作用(positive-acting)或负作用(negative-acting)的。在其中PAC是光酸产生剂的一些实施例中，PAC包括卤代三嗪(halogenated triazines,)、鎓盐、重氮盐、芳族重氮盐、鏻盐、锍盐、碘鎓盐、酰亚胺磺酸盐、肟磺酸盐、重氮二砜(diazodisulfone)、二砜(disulfone)、邻硝基苄基磺酸盐(o-nitrobenzylsulfonate)、磺酸酯、卤代磺酰氧基二羧酰亚胺(halogenated sulfonyloxy dicarboximides)、重氮二砜、α-氰氧基氧胺磺酸酯(α-cyanooxyamine-sulfonates)、酰亚胺磺酸酯、酮重氮砜(ketodiazosulfones)、磺酰基重氮酸酯(sulfonyldiazoesters)、1,2-二(芳基磺酰基)肼(1,2-di(arylsulfonyl)hydrazines)、硝基苄基酯和s-三嗪衍生物、这些项的组合等。在其中PAC是光碱产生剂的一些实施例中，PAC包括二硫代氨基甲酸季铵盐(quaternary ammonium dithiocarbamates)、α氨基酮、含肟-氨基甲酸酯的分子(如二苯甲酮肟六亚甲基二脲(dibenzophenoneoximehexamethylene diurethan))、四有机硼酸铵盐(ammonium tetraorganylborate salts)和N-(2-硝基苄氧基羰基)环胺(N-(2-nitrobenzyloxycarbonyl)cyclic amines)、这些项的组合等。
在一些实施例中，交联剂(cross-linking agent)被添加到光致抗蚀剂中。交联剂与聚合物树脂中的烃结构之一的一个基团反应，并且还与另一烃结构的第二基团反应，以使两个烃结构交联并键合在一起。这种键合和交联增加了交联反应的聚合物产物的分子量，并增加了光致抗蚀剂的总连接密度。密度和连接密度的这种增加有助于改善抗蚀剂图案。
在一些实施例中，淬灭剂(quencher)被添加至光致抗蚀剂。淬灭剂抑制所产生的酸/碱/自由基的在光致抗蚀剂内的扩散。淬灭剂改善了抗蚀剂图案配置以及光致抗蚀剂随时间的稳定性。
在一些实施例中，有机金属化合物被添加到光致抗蚀剂以增加EUV的吸收。在一些实施例中，有机金属化合物包括选自由下列项组成的组的一种或多种金属氧化物纳米颗粒：二氧化钛、氧化锌、二氧化锆、氧化镍、氧化钴、氧化锰、氧化铜、氧化铁、钛酸锶、氧化钨、氧化钒、氧化铬、氧化锡、氧化铪、氧化铟、氧化镉、氧化钼、氧化钽、氧化铌、氧化铝、及其组合。如本文所用，纳米颗粒是具有约1nm和约20nm之间的平均颗粒大小的颗粒。在一些实施例中，金属氧化物纳米颗粒具有约2nm和约5nm之间的平均颗粒大小。在一些实施例中，基于溶剂的重量，光致抗蚀剂组合物中的金属氧化物纳米颗粒的量在约1wt.％至约15wt.％的范围内。在一些实施例中，基于溶剂的重量，光致抗蚀剂组合物中的纳米颗粒的量在约5wt.％至约10wt.％的范围内。
在一些实施例中，溶剂是选自下列项的一项或多项：丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇单甲醚(PGME)、1-乙氧基-2-丙醇(PGEE)、γ-丁内酯(GBL)、环己酮(CHN)、乳酸乙酯(EL)、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)、异丙醇(IPA)、四氢呋喃(THF)、甲基异丁基甲醇(MIBC)、乙酸正丁酯(nBA)、以及2-庚酮(MAK)。
在一些实施例中，光致抗蚀剂的粘度被调整至约1.0厘泊(mPa·s)至约2.5厘泊的范围。当光致抗蚀剂的粘度较高时，总分配量被设置得较高。在一些实施例中，取决于工艺要求(例如干法刻蚀选择性)，光致抗蚀剂的厚度在约20nm至约500nm的范围内，并且在约30nm至约120nm的范围内。可以通过调整下列项中的一项或多项来调整厚度：旋转速度、步骤1-6中的持续时间、总分配量、步骤5中的喷嘴移动速度和/或喷嘴移动量。在一些实施例中，喷嘴移动量被设置得较长(例如8mm至12mm)以获得等于或大于100nm的抗蚀剂厚度。在一些实施例中，喷嘴移动量被设置得较短(例如4mm至6mm)以获得小于100nm的抗蚀剂厚度。在一些实施例中，步骤2的旋转速度被设置得较低(例如2800rpm至3200rpm)以获得等于或大于100nm的抗蚀剂厚度。在一些实施例中，步骤2的旋转速度被设置得较高(例如3300rpm至3700rpm)以获得小于100nm的抗蚀剂厚度。
图3示出了根据本公开实施例的喷嘴尖端高度效应。在一些实施例中，在分配期间，喷嘴120的喷嘴尖端(分配开口)被设置在距晶圆100的表面的高度H1处。在一些实施例中，高度H1在约2.0mm至约4.0mm的范围内，并且在其他实施例中在约2.5mm至约3.5mm的范围内。
喷嘴尖端的较低高度可减小抗蚀剂分配动量，这防止抗蚀剂飞溅在晶圆上，并且使得能够连续分配而不是液滴(droplets)。具体地，当步骤1的晶圆旋转速度较低时，喷嘴尖端的较低高度更有效地防止抗蚀剂飞溅。当高度小于所公开的范围时，会损害光致抗蚀剂的平滑分配，这将导致不均匀的抗蚀剂厚度。当高度大于这些范围时，可能发生抗蚀剂飞溅。
图4A是根据本公开实施例的抗蚀剂分配喷嘴120的示意图。在一些实施例中，喷嘴的端部开口具有圆形形状，如图4C所示，直径D1(内径)在约0.4mm至约0.6mm的范围内。在其他实施例中，直径在约0.45mm至约0.55mm的范围内。当直径小于这些范围时，会损害光致抗蚀剂的平滑分配，这将导致不均匀的抗蚀剂厚度。当直径大于这些范围时，抗蚀剂消耗较大并且每晶圆的光致抗蚀剂操作的成本增加。
在一些实施例中，如图4A所示，喷嘴120的内径在一定距离L2内从尖端是恒定的，例如至少约0.5cm至约3cm。在其他实施例中，喷嘴的内径朝着尖端从直径D2减小，如图4B所示。在一些实施例中，直径D2在从约1mm到约3mm的范围内。在一些实施例中，喷嘴具有锥形形状(内部)，该锥形形状以恒定速率将直径从D2减小到D1。在一些实施例中，锥形部分L2在约0.5cm至约3cm的范围内。高度H1与直径D2之比在约3.3到约10的范围内。
在一些实施例中，喷嘴120的端部开口的形状为椭圆形，如图4C所示，在这种情况下，直径D1是椭圆形的短直径(短轴)和长直径(长轴)的平均值。
在一些实施例中，喷嘴120相对于晶圆100的法线方向倾斜，如图5A所示。在一些实施例中，倾斜角θ1大于零度并且等于或小于约10度。在一些实施例中，如图5B和图5C所示，喷嘴120在移位位置处沿旋转方向(旋转的切线方向)倾斜，使得抗蚀剂分配方向与晶圆旋转方向一致。如图5B和图5C所示，当喷嘴120倾斜时，喷嘴在步骤5移动，使得抗蚀剂分配方向和旋转方向之间的角度不变。在其他实施例中，在喷嘴在步骤5移动期间，抗蚀剂分配方向与旋转方向之间的角度改变。
在一些实施例中，倾斜角θ1在抗蚀剂分配期间是固定的。在其他实施例中，倾斜角θ1在抗蚀剂分配期间变化。在一些实施例中，在喷嘴在步骤5移动的开始、期间或结束时，倾斜角改变。在某些实施例中，在步骤5(步骤1-4)之前，倾斜角θ1设置为零度，并且在步骤5中，倾斜角θ1被设置为大于零度。在一些实施例中，倾斜角θ1在步骤5中逐渐变化，在其他实施例中，倾斜角θ1以步进(step-wise)方式变化。在一些实施例中，当喷嘴的开口形状具有如图4B所示的椭圆形时，长轴平行于晶圆100。
图6A和图6B示出了喷嘴高度的效应。对于三种不同的目标厚度(36nm、40nm和43nm)，图6A示出了当喷嘴端部开口大小为0.8mm并且喷嘴高度为5mm时的抗蚀剂厚度变化，图6B示出了当喷嘴端部开口大小为0.5mm并且喷嘴高度为3mm时的抗蚀剂厚度变化。在300mm Si晶圆(裸Si)上测量五十五(55)个点。如图6A和图6B所示，通过减小喷嘴端部开口大小和距晶圆表面的喷嘴高度，抗蚀剂厚度的均匀性提高了约17％至约27％。
通常，取决于光致抗蚀剂的类型(例如粘度)，300mm晶圆的抗蚀剂分配量为约0.6cc至约1.5cc。通过使用前述实施例，可以将抗蚀剂分配量减少约20％至约75％。
图7A和图7B示出了根据本公开实施例的抗蚀剂分配量的减少效应。在图7A和图7B中，通过改变每晶圆的总抗蚀剂分配量，针对8个晶圆在225个点测量了300mm裸Si晶圆上的所涂覆的抗蚀剂厚度。在图7A和图7B中，喷嘴高度设置为3mm，并且喷嘴端部开口的直径为0.5mm。
在图7A中，光致抗蚀剂的粘度为1.5厘泊。尽管不能以0.3cc的分配量均匀地涂覆光致抗蚀剂，但可以以0.4cc或更大的分配量均匀地涂覆光致抗蚀剂。对于100nm的目标厚度，针对0.5cc情况的抗蚀剂厚度的变化为约1.1nm至约1.4nm。
在图7B中，光致抗蚀剂的粘度为2.445厘泊。尽管不能以0.4cc的分配量均匀地涂覆光致抗蚀剂，但可以以0.5cc或更大的分配量均匀地涂覆光致抗蚀剂。对于20nm的目标厚度，针对0.6cc情况的抗蚀剂厚度的变化为约0.6nm至约0.7nm。
当抗蚀剂涂覆配方包括三个步骤(以低速(例如200-300rpm)分配光致抗蚀剂，在持续分配光致抗蚀剂的情况下以高速(例如3000-3500rpm)分配光致抗蚀剂，以及在持续分配光致抗蚀剂的情况下以低速(例如500-1000rpm)回流光致抗蚀剂)时，光致抗蚀剂的分配量为约0.7cc，以获得小于1nm的所需厚度变化。相反，利用前述实施例的配方，抗蚀剂的分配量可以减少到0.4-0.6cc。
将理解，本文不一定讨论了所有优点，对于所有实施例或示例不需要特定优点，并且其他实施例或示例可以提供不同的优点。
例如，根据一个或多个前述实施例，分配抗蚀剂量减少到每300mm晶圆0.4-0.6cc，并且厚度变化(范围)小于1.5nm(大于零)或小于1nm，这比常规抗蚀剂涂覆方法减少了15％以上。这显著地将光刻工艺的成本减少了每年超过1000万美元。
根据本公开的一个方面，在一种在晶圆之上涂覆光致抗蚀剂的方法中，在旋转晶圆时开始从喷嘴在晶圆之上分配光致抗蚀剂，并且在旋转晶圆时停止分配光致抗蚀剂。在开始分配光致抗蚀剂之后并且停止分配光致抗蚀剂之前，晶圆旋转速度改变了至少4次。在前述或以下实施例中的一个或多个中，光致抗蚀剂在以第一速度旋转晶圆时被分配，分配光致抗蚀剂在以与第一速度不同的第二速度旋转晶圆时持续，分配光致抗蚀剂在以与第二速度不同的第三速度旋转晶圆时持续，分配光致抗蚀剂在以与第三速度不同的第四速度旋转晶圆时持续，分配光致抗蚀剂在以第五速度旋转晶圆时持续，并且分配光致抗蚀剂在以与第五速度不同的第六速度旋转晶圆时停止。在前述或以下实施例中的一个或多个中，第一速度低于第二速度至第六速度。在前述或以下实施例中的一个或多个中，第二速度高于第一速度以及第三速度至第六速度。在前述或以下实施例中的一个或多个中，第三速度低于第二速度。在前述或以下实施例中的一个或多个中，第四速度和第五速度高于第三速度。在前述或以下实施例中的一个或多个中，第六速度低于第五速度。在前述或以下实施例中的一个或多个中，第四速度等于第五速度。在前述或以下实施例中的一个或多个中，光致抗蚀剂的总分配量在0.35cc至0.65cc的范围内。在前述或以下实施例中的一个或多个中，喷嘴的尖端位于距晶圆的2.5mm至3.5mm的高度处。在前述或以下实施例中的一个或多个中，喷嘴相对于晶圆的法线倾斜。
根据本公开的另一方面，在一种在晶圆之上涂覆光致抗蚀剂的方法中，在以第一速度旋转晶圆时开始从喷嘴分配光致抗蚀剂，分配光致抗蚀剂在以与第一速度不同的第二速度旋转晶圆时持续持续时间T2，分配光致抗蚀剂在以与第二速度不同的第三速度旋转晶圆时持续持续时间T3，分配光致抗蚀剂在以与第三速度不同的第四速度旋转晶圆时持续持续时间T4，分配光致抗蚀剂在以第五速度旋转晶圆并将喷嘴从晶圆的中心向晶圆的边缘水平移动时持续，以及在停止喷嘴的移动之后，分配光致抗蚀剂在以与第五速度不同的第六速度旋转晶圆时停止。在前述或以下实施例中的一个或多个中，喷嘴以25mm/sec至294mm/sec的范围内的速度移动。在前述或以下实施例中的一个或多个中，喷嘴移动1mm至15mm的距离。在前述或以下实施例中的一个或多个中，在开始分配光致抗蚀剂之后从第一速度变为第二速度的持续时间T1在0.6sec到1.0sec的范围内，T2和T3比T1和T4更短，并且移动喷嘴的持续时间T5在0.15sec至0.25sec的范围内。在前述或以下实施例中的一个或多个中，喷嘴的尖端位于距晶圆的2.5mm至3.5mm的高度处。在前述或以下实施例中的一个或多个中，喷嘴相对于晶圆的法线倾斜。在前述或以下实施例中的一个或多个中，第一速度在100rpm至1000rpm的范围内，第二速度在2000rpm至4000rpm的范围内，第三速度在1500rpm至1900rpm的范围内，第四速度在1000rpm至3000rpm的范围内，并且第六速度在500rpm至1000rpm的范围内。在前述或以下实施例中的一个或多个中，所涂覆的光致抗蚀剂的平均厚度为T0，并且所涂覆的光致抗蚀剂的厚度变化在T0的1％至2％的范围内。
根据本公开的另一方面，一种光致抗蚀剂涂覆装置包括：晶圆保持器，被配置为支撑晶圆并旋转晶圆；喷嘴，被配置为分配光致抗蚀剂；臂，耦合至喷嘴并被配置为水平地和垂直地移动喷嘴；以及控制***，包括处理器以及存储程序和涂覆配方的存储器，并被配置为根据涂覆配方来控制晶圆保持器、喷嘴和臂。该程序在由处理器执行时使控制***执行以下操作：在以第一速度旋转晶圆时开始从喷嘴分配光致抗蚀剂，在以与第一速度不同的第二速度旋转晶圆时持续分配光致抗蚀剂，在以与第二速度不同的第三速度旋转晶圆时持续分配光致抗蚀剂，在以与第三速度不同的第四速度旋转晶圆时持续分配光致抗蚀剂，在以第五速度旋转晶圆时持续分配光致抗蚀剂，以及在停止喷嘴的移动之后，在以与第五速度不同的第六速度旋转晶圆时停止分配光致抗蚀剂。在前述或以下实施例中的一个或多个中，在以第五速度旋转晶圆时持续分配光致抗蚀剂包括：从晶圆的中心向晶圆的边缘水平移动喷嘴。
以上概述了若干实施例或示例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本公开的各方面。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地使用本公开作为设计或修改其他工艺和结构以实现本文介绍的实施例或示例的相同目的和/或实现本文介绍的实施例或示例的相同优点的基础。本领域技术人员还应该认识到，这样的等同构造不脱离本公开的精神和范围，并且他们可以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、替换和变更。
示例1.一种在晶圆之上涂覆光致抗蚀剂的方法，包括：在旋转所述晶圆时开始从喷嘴在所述晶圆之上分配所述光致抗蚀剂；在旋转所述晶圆时停止分配所述光致抗蚀剂；以及在开始分配所述光致抗蚀剂之后并且停止分配所述光致抗蚀剂之前，改变晶圆旋转速度至少4次。
示例2.根据示例1所述的方法，包括：在以第一速度旋转所述晶圆时分配所述光致抗蚀剂；在以与所述第一速度不同的第二速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；在以与所述第二速度不同的第三速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；在以与所述第三速度不同的第四速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；在以第五速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；并且在以与所述第五速度不同的第六速度旋转所述晶圆时停止分配所述光致抗蚀剂。
示例3.根据示例2所述的方法，其中，所述第一速度低于所述第二速度至所述第六速度。
示例4.根据示例3所述的方法，其中，所述第二速度高于所述第一速度以及所述第三速度至所述第六速度。
示例5.根据示例4所述的方法，其中，所述第四速度和所述第五速度高于所述第三速度。
示例6.根据示例5所述的方法，其中，所述第六速度低于所述第五速度。
示例7.根据示例5所述的方法，其中，所述第四速度等于所述第五速度。
示例8.根据示例1所述的方法，其中，所述光致抗蚀剂的总分配量在0.35cc至0.65cc的范围内。
示例9.根据示例1所述的方法，其中，所述喷嘴的尖端位于距所述晶圆的2.5mm至3.5mm的高度处。
示例10.根据示例1所述的方法，其中，所述喷嘴相对于所述晶圆的法线倾斜。
示例11.一种在晶圆之上涂覆光致抗蚀剂的方法，包括：在以第一速度旋转所述晶圆时开始从喷嘴分配所述光致抗蚀剂；在以与所述第一速度不同的第二速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂达第二持续时间T2；在以与所述第二速度不同的第三速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂达第三持续时间T3；在以与所述第三速度不同的第四速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂达第四持续时间T4；在以第五速度旋转所述晶圆并将所述喷嘴从所述晶圆的中心向所述晶圆的边缘水平移动时持续分配所述光致抗蚀剂；以及在停止所述喷嘴的移动之后，在以与所述第五速度不同的第六速度旋转所述晶圆时停止分配所述光致抗蚀剂。
示例12.根据示例11所述的方法，其中，所述喷嘴以25mm/sec至294mm/sec的范围内的速度移动。
示例13.根据示例11所述的方法，其中，所述喷嘴移动1mm至15mm的距离。
示例14.根据示例11所述的方法，其中：在开始分配所述光致抗蚀剂之后从所述第一速度变为所述第二速度的第一持续时间T1在0.6sec到1.0sec的范围内，所述第二持续时间T2和所述第三持续时间T3比所述第一持续时间T1和所述第四持续时间T4更短，并且移动所述喷嘴的第五持续时间T5在0.15sec至0.25sec的范围内。
示例15.根据示例11所述的方法，其中，所述喷嘴的尖端位于距所述晶圆的2.5mm至3.5mm的高度处。
示例16.根据示例11所述的方法，其中，所述喷嘴相对于所述晶圆的法线倾斜。
示例17.根据示例11所述的方法，其中：所述第一速度在100rpm至1000rpm的范围内，所述第二速度在2000rpm至4000rpm的范围内，所述第三速度在1500rpm至1900rpm的范围内，所述第四速度在1000rpm至3000rpm的范围内，并且所述第六速度在500rpm至1000rpm的范围内。
示例18.根据示例11所述的方法，其中：所涂覆的光致抗蚀剂的平均厚度为T0，并且所涂覆的光致抗蚀剂的厚度变化在T0的1％至2％的范围内。
示例19.一种光致抗蚀剂涂覆装置，包括：晶圆保持器，被配置为支撑晶圆并旋转所述晶圆；喷嘴，被配置为分配光致抗蚀剂；臂，耦合至所述喷嘴并被配置为水平地和垂直地移动所述喷嘴；以及控制***，包括处理器以及存储程序和涂覆配方的存储器，并被配置为根据所述涂覆配方来控制所述晶圆保持器、所述喷嘴和所述臂，其中：所述程序在由所述处理器执行时使所述控制***执行以下操作：在以第一速度旋转所述晶圆时开始从所述喷嘴分配所述光致抗蚀剂；在以与所述第一速度不同的第二速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；在以与所述第二速度不同的第三速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；在以与所述第三速度不同的第四速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；在以第五速度旋转所述晶圆并将所述喷嘴从所述晶圆的中心向所述晶圆的边缘水平移动时持续分配所述光致抗蚀剂；以及在停止所述喷嘴的移动之后，在以与所述第五速度不同的第六速度旋转所述晶圆时停止分配所述光致抗蚀剂。
示例20.根据示例19所述的光致抗蚀剂涂覆装置，其中，在以所述第五速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂包括：从所述晶圆的中心向所述晶圆的边缘水平移动喷嘴。

Claims (10)

1.一种在晶圆之上涂覆光致抗蚀剂的方法，包括：
在旋转所述晶圆时开始从喷嘴在所述晶圆之上分配所述光致抗蚀剂；
在旋转所述晶圆时停止分配所述光致抗蚀剂；以及
在开始分配所述光致抗蚀剂之后并且停止分配所述光致抗蚀剂之前，改变晶圆旋转速度至少4次。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：
在以第一速度旋转所述晶圆时分配所述光致抗蚀剂；
在以与所述第一速度不同的第二速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；
在以与所述第二速度不同的第三速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；
在以与所述第三速度不同的第四速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；
在以第五速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；并且
在以与所述第五速度不同的第六速度旋转所述晶圆时停止分配所述光致抗蚀剂。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一速度低于所述第二速度至所述第六速度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二速度高于所述第一速度以及所述第三速度至所述第六速度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第四速度和所述第五速度高于所述第三速度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第六速度低于所述第五速度。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第四速度等于所述第五速度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光致抗蚀剂的总分配量在0.35cc至0.65cc的范围内。
9.一种在晶圆之上涂覆光致抗蚀剂的方法，包括：
在以第一速度旋转所述晶圆时开始从喷嘴分配所述光致抗蚀剂；
在以与所述第一速度不同的第二速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂达第二持续时间T2；
在以与所述第二速度不同的第三速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂达第三持续时间T3；
在以与所述第三速度不同的第四速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂达第四持续时间T4；
在以第五速度旋转所述晶圆并将所述喷嘴从所述晶圆的中心向所述晶圆的边缘水平移动时持续分配所述光致抗蚀剂；以及
在停止所述喷嘴的移动之后，在以与所述第五速度不同的第六速度旋转所述晶圆时停止分配所述光致抗蚀剂。
10.一种光致抗蚀剂涂覆装置，包括：
晶圆保持器，被配置为支撑晶圆并旋转所述晶圆；
喷嘴，被配置为分配光致抗蚀剂；
臂，耦合至所述喷嘴并被配置为水平地和垂直地移动所述喷嘴；以及
控制***，包括处理器以及存储程序和涂覆配方的存储器，并被配置为根据所述涂覆配方来控制所述晶圆保持器、所述喷嘴和所述臂，其中：
所述程序在由所述处理器执行时使所述控制***执行以下操作：
在以第一速度旋转所述晶圆时开始从所述喷嘴分配所述光致抗蚀剂；
在以与所述第一速度不同的第二速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；
在以与所述第二速度不同的第三速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；
在以与所述第三速度不同的第四速度旋转所述晶圆时持续分配所述光致抗蚀剂；
在以第五速度旋转所述晶圆并将所述喷嘴从所述晶圆的中心向所述晶圆的边缘水平移动时持续分配所述光致抗蚀剂；以及
在停止所述喷嘴的移动之后，在以与所述第五速度不同的第六速度旋转所述晶圆时停止分配所述光致抗蚀剂。
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