TWI546376B - 晶圓處理液及使用其移除並平坦晶圓邊緣塗佈薄膜及平坦化光阻表面的設備和方法 - Google Patents

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Description

晶圓處理液及使用其移除並平坦晶圓邊緣塗佈薄膜及平坦化光阻表面的設備和方法
本發明係關於一種晶圓清洗、處理液，特別是關於一種具有含氟成分的晶圓清洗、處理液，以及使用此晶圓清洗、處理液移除並平坦化晶圓邊緣光阻塗佈凸起(hump)，及平坦化光阻薄膜表面(surface roughness smoothing)的設備和方法。
半導體元件的製造過程通常會在晶圓上形成多層結構。在這些多層結構的形成過程中，光阻層常應用於晶圓上，以進行晶圓的多個圖案化步驟。其中，此光阻層通常係經由旋轉塗佈法形成於晶圓上。
當晶圓被旋轉的同時，適量的光阻劑會噴灑於靠近晶圓中心的表面，再藉由旋轉的離心力將光阻劑由晶圓中心朝向晶圓邊緣向外散開，令使晶圓表面形成一光阻層。 然而，旋轉塗佈的光阻劑經常在晶圓邊緣靠近邊緣壁及晶圓的背面處，形成大小不一的球狀堆積(Edge resist bead)。
目前常用來移除晶圓邊緣球狀物的處理液(EBR,edge bead removal)多半係利用由醇類、醚類或醚酯類所配製的有機溶液來溶解晶圓邊緣球狀物，但是傳統有機溶液在去除晶圓邊緣球狀物的同時，卻在晶圓邊緣光阻薄膜接觸有機溶液的介面處產生光阻薄膜凸起物于光阻薄膜最邊緣處，該光阻薄膜凸起物會影響黃光製程之曝光對焦準確度，造成成像失真，該光阻薄膜凸起物也會造成蝕刻及蝕刻後去除不完全，這些凸起物殘留會在後續製程中造成脫落或形成於上的其他薄膜吸附不良，形成後續製程中不良粒子的汙染來源，對於形成在晶圓上的半導體元件造成極大的損害。
因此，目前亟需一種新的晶圓處理液及使用其移除晶圓邊緣球狀物的方法，以解決傳統晶圓處理液所產生的問題。
本發明係提供一種晶圓處理液及使用其移除晶圓邊緣薄膜球狀物的設備及方法，用以解決傳統晶圓處理液的缺失，並且提升晶圓邊緣球狀物的移除效率，以減少半導體元件的損害。該晶圓處理液亦可用於處理薄膜表面，使薄膜表面之粗糙度改善。
本發明之一態樣在於提供一種晶圓處理液。此晶圓 處理液包含一溶液及一含氟添加物混合於溶液中，含氟添加物具有如下化學式(I)之化合物：Rf-X-(CH2CH2O)m-R1(I)，其中，Rf為C1~C6的含氟烷基，R1為氫、C1~C3的烷基或胺基(-NH2)，X為-O-、-NH-、-COO-、-CH2O-或-CO-，以及m為1~6的整數；或如下化學式(II)之化合物： 其中，Rf為C1~C6的含氟烷基，R2為-CH2-，R3為C1~C3的烷基、C1~C3的烷氧基、C1~C3的烷醇基、胺基(-NH2)或羥基(-OH)，R4為-CH2O-或-CH2-，Y為，L為無原子或-(CH2)n-，當L為無原子時C-L-O等於C=O，n為1~3的整數，o及q為1~8的整數，p為1~3的整數，以及T為-OH、-OSO3 -NH4 +、-OSO3 -Na+、-OSO3 -K+、-NH2或-COOH。
根據本發明之一實施例，上述含氟添加物為具有如下化學式(I)，其Rf為C6的全氟烷基，R1為氫，X為氧，及m為2，則含氟添加物之化學結構為化學式(III)：CF3CF2CF2CF2CF2CF2OCH2CH2OCH2CH2OH (III)。
根據本發明之一實施例，上述含氟添加物為具有如下化學式(II)，其Rf為C1~C6的含氟烷基，R2為-CH2-，R3為-CH3，R4為-CH2O-，Y為，L為-CH2-，n為1，o及q為1~8的整數，p為1~3的整數，則T為-OH、 -OSO3 -NH4 +、-OSO3 -Na+、-OSO3 -K+、-NH2或-COOH，則含氟添加物之化學結構為化學式(IV)：
根據本發明之一實施例，上述含氟添加物於晶圓處理液中的重量百分濃度為0.05~5%。
根據本發明之一實施例，上述含氟添加物於晶圓處理液中的重量百分濃度為0.1~1%。
根據本發明之一實施例，上述晶圓處理液之溶液係選自由丙二醇單甲基醚(PGME)、丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)、環己醇、環己酮、γ-丁內酯(GBL)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞碸(DMSO)、水、乙醇、丙醇、丁醇、異丁醇(IPA)、4-甲基-2-戊醇(4-Methyl-2-pentanol,MIBC)及其組合所組成之群組。
根據本發明之一實施例，上述晶圓處理液之溶液係為丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的混合溶液，且丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的重量比為70：30。
本發明之另一態樣在於提供一種移除晶圓邊緣的方法。此方法包含形成光阻層於半導體晶圓上，半導體晶圓係設置且接觸於旋轉式晶圓吸盤上；以及旋轉半導體晶圓時，噴灑上述之晶圓處理液於半導體晶圓的上表面邊緣及相對於上表面邊緣的下表面邊緣。
根據本發明之一實施例，上述方法更包含在噴灑晶圓處理液時，同時噴灑一溶液於半導體晶圓的上表面邊緣。
根據本發明之一實施例，上述方法更包含在噴灑晶圓處理液之前，先噴灑一溶液於半導體晶圓的上表面邊緣。
根據本發明之一實施例，上述方法更包含在噴灑晶圓處理液之後，再噴灑上述溶液於半導體晶圓的上表面邊緣。
根據本發明之一實施例，上述溶液係選自由丙二醇單甲基醚(PGME)、丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)、環己醇、環己酮、γ-丁內酯(GBL)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞碸(DMSO)、水、乙醇、丙醇、丁醇、異丁醇(IPA)、4-甲基-2-戊醇(4-Methyl-2-pentanol,MIBC)及其組合所組成之群組。
根據本發明之一實施例，上述溶液係為丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的混合溶液，且丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的重量比為70：30。
根據本發明之一實施例，上述方法更包含在噴灑晶圓處理液後，旋乾半導體晶圓，以及烘烤半導體晶圓。
根據本發明之一實施例，上述烘烤半導體晶圓的溫度為約60~300℃。
根據本發明之一實施例，上述烘烤半導體晶圓的溫度為約80~120℃。
根據本發明之一實施例，上述方法更包含藉由晶圓 處理液降低半導體晶圓上至少一邊緣凸起物之厚度。
根據本發明之一實施例，上述邊緣凸起物之厚度減少至少50%。
本發明之再一態樣在於提供一種移除晶圓邊緣球狀物的設備。此設備包含旋轉式晶圓吸盤、第一噴嘴及第二噴嘴。
第一噴嘴設置於旋轉式晶圓吸盤上方，且靠近旋轉式晶圓吸盤上的半導體晶圓的上表面邊緣。其中，第一噴嘴係用以向半導體晶圓的上表面邊緣噴灑上述之晶圓處理液。
第二噴嘴設置於旋轉式晶圓吸盤下方，且靠近旋轉式晶圓吸盤上的半導體晶圓相對於上表面邊緣的下表面邊緣。其中，第二噴嘴係用以向半導體晶圓的下表面邊緣噴灑上述之晶圓處理液。
根據本發明之一實施例，上述設備更包含第三噴嘴設置於旋轉式晶圓吸盤上方，且靠近旋轉式晶圓吸盤上的半導體晶圓的上表面邊緣。其中，第三噴嘴係用以向半導體晶圓的上表面邊緣噴灑一溶液。
根據本發明之一實施例，上述溶液係選自由丙二醇單甲基醚(PGME)、丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)、環己醇、環己酮、γ-丁內酯(GBL)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞碸(DMSO)、水、乙醇、丙醇、丁醇、異丁醇(IPA)、4-甲基-2-戊醇(4-Methyl-2-pentanol,MIBC)及其組合所組成之群組。
根據本發明之一實施例，上述溶液係為丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的混合溶液，且丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的重量比為70：30。
本發明之又一態樣在於提供一種晶圓光阻表面平坦化的方法。此方法包含形成一光阻層於一半導體晶圓上，以及形成一溶劑薄膜於該光阻層上，該溶劑薄膜係由如請求項1~5任一項所述之晶圓處理液所形成。
根據本發明之一實施例，上述方法更包含進行一加熱步驟在形成該溶劑薄膜於該光阻層上之後。
根據本發明之一實施例，其中該加熱步驟之一加熱溫度為90至140度，且一加熱時間為60至90秒。
110‧‧‧半導體晶圓
120‧‧‧半導體元件
130、130’‧‧‧邊緣凸起物
132、532‧‧‧光阻層
210‧‧‧第一噴嘴
220‧‧‧第二噴嘴
230‧‧‧晶圓處理液
240‧‧‧第三噴嘴
250‧‧‧溶液
300‧‧‧設備
310‧‧‧旋轉馬達
320‧‧‧旋轉式晶圓吸盤
530‧‧‧邊緣球狀物
610、620、710、720、810、820‧‧‧步驟
A-A’‧‧‧剖面線
H1、H2‧‧‧厚度
第1圖係繪示一般半導體晶圓110上視圖；第2A~2B圖係沿第1圖的A-A’剖面線所繪示的半導體晶圓110剖面圖，且將半導體晶圓110置於移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的設備中；第3圖係根據本發明之一實施例所繪示的移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的設備300示意圖；第4圖係根據本發明之一實施例所繪示的半導體晶圓110剖面圖，且將半導體晶圓110置於移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的設備中；第5A~5B圖係根據本發明之一實施例所繪示的半導體晶圓110剖面圖，且將半導體晶圓110置於移除晶圓 邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的設備中；第6圖係根據本發明之一實施例所繪示的移除晶圓邊緣凸起物的方法流程圖；第7圖係根據本發明之一實施例所繪示的移除晶圓邊緣凸起物的方法流程圖；以及第8圖係根據本發明之一實施例所繪示的晶圓光阻表面平坦化的方法流程圖。
接著以實施例並配合圖式以詳細說明本發明，在圖式或描述中，相似或相同的部分係使用相同之符號或編號。在圖式中，實施例之形狀或厚度可能擴大，以簡化或方便標示，而圖式中元件之部分將以文字描述之。可瞭解的是，未繪示或未描述之元件可為熟習該項技藝者所知之各種樣式。
本文所使用之術語僅是用於描述特定一實施例之目的且不意欲限制本發明。如本文所使用，單數形式"一"(a、an)及"該"(the)意欲亦包括複數形式，除非本文另有清楚地指示。應進一步瞭解，當在本說明書中使用時，術語"包含"(comprises及/或comprising)指定存在所述之特徵、整數、步驟、運作、元件及/或組份，但並不排除存在或添加一或多個其它特徵、整數、步驟、運作、元件、組份及/或其群組。本文參照為本發明之理想化一實施例(及中間結構)之示意性說明的橫截面說明來描述本發明之一實施例。如 此，吾人將預期偏離該等說明之形狀之由於(例如)製造技術及/或容差的改變。因此，不應將本發明之一實施例理解為限於本文所說明之特定區域形狀，而將包括起因於(例如)製造之形狀改變，且該等圖中所說明之區域本質上為示意性的，且其形狀不意欲說明設備之區域的實際形狀且不意欲限制本發明之範疇。
一般光阻劑大多會藉由分子間的非共價作用力固著於半導體晶圓表面，然而當半導體晶圓光阻塗佈旋轉時，過量的光阻劑會堆積在半導體晶圓的邊緣上，甚至有部分光阻劑在光阻塗佈旋轉時會因毛細作用力的關係流至晶圓的邊緣的背面上，晶圓的邊緣上所形成的圓珠形狀光阻殘留，如第5A~5B圖所示。
當利用機械裝置傳送晶圓時，很可能會因機械裝置接觸晶圓邊緣光阻圓珠狀殘留物，造成機械裝置汙染。因此，一般會採用光阻溶劑，如丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的混合溶液，來做為晶圓邊緣光阻圓珠狀殘留的去除，以達到預防機械裝置汙染之目的。然而在去除晶圓邊緣光阻圓珠狀殘留物時，卻時常在晶圓邊緣光阻薄膜接觸有機溶液的介面處，產生光阻薄膜凸起物。請參考第1圖，第1圖係繪示一般半導體晶圓110上視圖。在第1圖中，半導體晶圓110包含形成於半導體晶圓110上的半導體元件120以及散佈於半導體晶圓110上的邊緣薄膜凸起物130。
傳統的晶圓處理液係利用溶解方式移除晶圓邊緣 光阻圓珠狀殘留。此傳統晶圓處理液會吸收進入晶圓邊緣的光阻內，造成晶圓處理液之光阻最邊緣介面因吸收部分清洗溶劑，而造成光阻高分子間因溶劑濕潤，形成最小表面張力之晶圓邊緣光阻凸起物130。以至於在後續半導體製程中造成曝光失焦，脫落或形成於上的其他薄膜吸附不良，形成後續製程中不良粒子的汙染來源，造成半導體元件的潛在危害。為解決傳統晶圓處理液所發生的問題，本發明之實施方式係提供一種具有含氟添加物的晶圓處理液，以及使用此晶圓處理液移除晶圓邊緣球狀物的設備和方法。
本發明之一實施例所提供晶圓處理液具有一溶液及一含氟添加劑混合於溶液中。此含氟添加劑具有一極性官能基及一非極性官能基。藉由含氟添加劑的非極性官能基破壞光阻薄膜因吸收溶劑、造成微潤狀態下強大的分子間作用力，達到抑制晶圓邊緣薄膜凸起的目的。
本發明之另一實施例所提供晶圓處理液具有一溶液及一含氟添加劑混合於溶液中。此含氟添加劑具有一極性官能基及一非極性官能基。藉由含氟添加劑的非極性官能基破壞光阻高分子的分子間作用力，使光阻表面的高分子因作用力下降，進而在加熱的狀態下使高分子在表面流動，達到抑制晶圓光阻薄膜表面粗糙凸起，使光阻薄膜表面平坦化，改善光阻薄膜表面粗糙度(Surface roughness)的目的。此晶圓處理液可利用塗佈、噴霧、或氣化等方式，實施在晶圓表面的光阻圖案上。接著，可再進行一加熱步 驟處理，使光阻高分子進一步流動。其中，加熱溫度可為80至150度且加熱時間為30至90秒。
舉例來說，一種含氟添加劑具有如下化學式(I)之化合物：Rf-X-(CH2CH2O)m-R1(I)，其中Rf為C1~C6的含氟烷基，R1為氫、C1~C3的烷基或胺基(-NH2)，X為-O-、-NH-、-COO-、-CH2O-或-CO-，以及m為1~6的整數。在化學式(I)中，(CH2CH2O)m-R1基團為極性官能基；而Rf基團為非極性官能基。
根據本發明之一實施例，上述含氟添加物為具有如下化學式(I)，其Rf為C6的全氟烷基，R1為氫，X為氧，及m為2，則含氟添加物之化學結構為化學式(III)：CF3CF2CF2CF2CF2CF2OCH2CH2OCH2CH2OH(III)。由化學式(III)的結構可知，CF3CF2CF2CF2CF2CF2為非極性官能基；而OCH2CH2OCH2CH2OH則為極性官能基。
另一種含氟添加劑具有如下化學式(II)之化合物 其中，Rf為C1~C6的含氟烷基，R2為-CH2-，R3為C1~C3的烷基、C1~C3的烷氧基、C1~C3的烷醇基、胺基(-NH2)或羥基(-OH)，R4為-CH2O-或-CH2-，Y為，L為無原子或-(CH2)n-，當L為無原子時C-L-O等於C=O，n為1~3的整數，o及q為1~8的整數，p為1~3的整數，以及 T為-OH、-OSO3 -NH4 +、-OSO3 -Na+、-OSO3 -K+、-NH2或-COOH。在化學式(II)中，-O-L-,T及R4基團為極性官能基；而Rf基團為非極性官能基。
根據本發明之一實施例，上述含氟添加物為具有如下化學式(II)，其Rf為C6~C18的含氟烷基，R2為-CH2-，R3為-CH3，R4為-CH2O-，Y為，L為-CH2-，n為1，o及q為1~8的整數，及p為1~3的整數，以及T為-OH、-OSO3 -NH4 +、-OSO3 -Na+、-OSO3 -K+、-NH2或-COOH，則含氟添加物之化學結構為化學式(IV)：。由化學式(IV)的結構可知，Rf為非極性官能基；而-CH2O-及-OH則為極性官能基。
根據本發明之一實施例，上述晶圓處理液之溶液係選自由丙二醇單甲基醚(PGME)、丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)、環己醇、環己酮、γ-丁內酯(GBL)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞碸(DMSO)、水、乙醇、丙醇、丁醇、異丁醇(IPA)、4-甲基-2-戊醇(4-Methyl-2-pentanol,MIBC)及其組合所組成之群組。
根據本發明之一實施例，上述晶圓處理液之溶液係為丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的混合溶液，且丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚 酯(PGMEA)的重量比為70：30。
根據本發明之一實施例，上述含氟添加物於晶圓處理液中的重量百分濃度為0.05~5%，較佳為0.1~1%。
本發明之實施方式更提供一種使用上述晶圓處理液移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的設備。請參考第2A圖，第2A圖係沿第1圖的A-A’剖面線所繪示的半導體晶圓110剖面圖，且將半導體晶圓110置於移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的設備中。在第2A圖中，半導體晶圓110上形成有一光阻層132，且光阻層132在半導體晶圓110邊緣形成一邊緣凸起物130，其中邊緣凸起物130厚度為H1。
在移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的設備中，第一噴嘴210係用以向半導體晶圓110的上表面邊緣噴灑晶圓處理液230；而第二噴嘴220係用以向半導體晶圓110的下表面邊緣噴灑晶圓處理液230。其中，晶圓處理液230為具有含氟添加物的晶圓處理液，且含氟添加物具有如化學式(I)~(IV)所示之化合物。
第2B圖係繪示移除晶圓邊緣凸起物後的半導體晶圓110剖面圖，且將半導體晶圓110置於移除晶圓邊緣凸起物及抑制晶圓邊緣凸起物的設備中。經由晶圓處理液230清洗第2A圖的半導體晶圓110後，半導體晶圓110上由光阻層132形成的邊緣凸起物130’之厚度(H2)明顯降低。根據本發明之一實施例，相較於第2A圖的邊緣凸起物130之厚度(H1)，邊緣凸起物130’之厚度(H2)減少至少50%。
接著請參考第3圖，第3圖係根據本發明之一實施例所繪示的移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的設備300示意圖。在第3圖中，設備300包含旋轉式晶圓吸盤320、第一噴嘴210及第二噴嘴220。旋轉式晶圓吸盤320係藉由旋轉馬達310驅動旋轉，且可吸住半導體晶圓110，使半導體晶圓110不滑落。
第一噴嘴210設置於旋轉式晶圓吸盤320上方，且靠近旋轉式晶圓吸盤320上的半導體晶圓110的上表面邊緣。其中，第一噴嘴210係用以向半導體晶圓110的上表面邊緣噴灑晶圓處理液230。
第二噴嘴220設置於旋轉式晶圓吸盤320下方，且靠近旋轉式晶圓吸盤320上的半導體晶圓110相對於上表面邊緣的下表面邊緣。其中，第二噴嘴220係用以向半導體晶圓110的下表面邊緣噴灑晶圓處理液230。
第4圖係根據本發明之一實施例所繪示的半導體晶圓110剖面圖，且將半導體晶圓110置於移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的設備中。在第4圖的設備中，更包含第三噴嘴240設置且靠近半導體晶圓110的上表面邊緣。第三噴嘴240係用以向半導體晶圓110的上表面邊緣噴灑一溶液250。
根據本發明之一實施例，溶液250及晶圓處理液230之溶液係選自由丙二醇單甲基醚(PGME)、丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)、環己醇、環己酮、γ-丁內酯(GBL)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞碸(DMSO)、水、乙醇、丙醇、 丁醇、異丁醇(IPA)、4-甲基-2-戊醇(4-Methyl-2-pentanol,MIBC)及其組合所組成之群組。
根據本發明之一實施例，晶圓處理液230之溶液係為丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)以及含氟添加劑的混合溶液，且丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的重量比為70：30。
根據本發明之一實施例，溶液250係為丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的混合溶液，且丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的重量比為70：30。
第5A~5B圖係根據本發明之一實施例所繪示的半導體晶圓110剖面圖，且將半導體晶圓110置於移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的設備中。在第5A圖中，半導體晶圓110上形成有一光阻層532，且光阻層532在半導體晶圓110邊緣形成一邊緣薄膜球狀物530。
在移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的設備中，第一噴嘴210係用以向半導體晶圓110的上表面邊緣噴灑晶圓處理液230；而第二噴嘴220係用以向半導體晶圓110的下表面邊緣噴灑晶圓處理液230。其中，晶圓處理液230為具有含氟添加物的晶圓處理液，且含氟添加物具有如化學式(I)~(IV)所示之化合物。藉由晶圓處理液中的含氟添加物破壞光阻高分子的分子間作用力，因分子間作用力下降，使光阻表面的高分子不會因強內聚力而產生晶圓邊緣光阻凸起物並達到移除晶圓邊緣球狀物的目的。
請參考第5B圖，根據本發明之一實施例，在移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的設備中，更包含第三噴嘴240設置且靠近半導體晶圓110的上表面邊緣。第三噴嘴240係用以向半導體晶圓110的上表面邊緣噴灑一溶液250。
根據本發明之一實施例，溶液250係選自由丙二醇單甲基醚(PGME)、丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)、環己醇、環己酮、γ-丁內酯(GBL)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞碸(DMSO)、水、乙醇、丙醇、丁醇、異丁醇(IPA)、4-甲基-2-戊醇(4-Methyl-2-pentanol,MIBC)及其組合所組成之群組。
根據本發明之一實施例，溶液250係為丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的混合溶液，且丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的重量比為70：30。
第6圖係根據本發明之一實施例所繪示的移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的方法流程圖。請一併參考步驟610、620及第2A圖，步驟610為形成光阻層132於半導體晶圓110上。在本發明之一實施例中，光阻層132可為KrF光阻、ArF光阻、EUV光阻、E-beam光阻、底層抗反射光阻(bottom anti-reflective coating,BARC)、頂層抗反射光阻(top anti-reflective coating,TARC)、光阻/無機抗蝕刻抗反射光阻/有機抗蝕刻抗反射光阻三層結構的底層有機抗反射光阻(trilayer under layer或trilayer bottom layer)、光阻/無機抗蝕刻抗反射光阻/有機抗蝕刻抗反射光阻三層結構的中層無機抗蝕刻抗反射光阻(trilayer middle layer或trilayer silicon hard mask layer)、自我組裝光阻(Direct self assembly PR,DSA)、旋轉塗佈玻璃(Spin on glass,SOG)或低介電係數材料(Low k material)。
在本發明之一實施例中，形成光阻層132於半導體晶圓110上時，可先塗佈一層溶液250於晶圓110上，再塗佈光阻層132於半導體晶圓110上。在本發明之一實施例中，上述塗佈製程可為旋轉塗佈法。此旋轉塗佈法係於晶圓110上塗佈材料時，以不等轉速旋轉，以達到均勻膜厚的目的。在本發明之一實施例中，塗佈時旋轉晶圓的轉速可為500~3000rpm，最佳化之轉速可為1000~2000rpm。
在本發明之一實施例中，塗佈光阻層132時，係藉由類似第一噴嘴210及第三噴嘴240的另一噴嘴在晶圓中心附近，噴灑0.4~3毫升的光阻材料。接著旋轉半導體晶圓110時，噴灑晶圓處理液230於半導體晶圓110的上表面邊緣或進一步包含相對於上表面邊緣的下表面邊緣。在本發明之一實施例中，噴灑晶圓處理液230時，旋轉晶圓的轉速可為500~3500rpm，最佳化之轉速可為1500~2500rpm。在本發明之一實施例中，噴灑晶圓處理液230時，可於第一噴嘴210以不同流速噴灑1~30毫升之晶圓處理液230。在本發明之一實施例中，上述晶圓處理液230之最佳化用量可為2~10毫升。
在本發明之一實施例中，第一噴嘴210可依需要調 整不同角度以達到不同的清洗目的。在本發明之一實施例中，第一噴嘴210與晶圓表面之間的夾角可為90度到15度，最佳化的角度係30至45度。
噴灑晶圓處理液230於半導體晶圓110的上表面邊緣距離可從晶圓邊緣處洗至向內8公厘處。在本發明之一實施例中，為考量能於晶圓表面形成最多有效晶粒切割，噴灑晶圓處理液230於半導體晶圓110的上表面邊緣的最佳化的距離係小於3公厘。
噴灑晶圓處理液230於半導體晶圓110的下表面邊緣距離可從晶圓邊緣處洗至向內任何處，以達到清洗晶圓背面汙染及去除晶圓邊緣球狀的目的。為考量清洗晶圓背面汙染及去除晶圓邊緣球狀的有效性，噴灑晶圓處理液230於半導體晶圓110的下表面邊緣的最佳化的距離係小於5公分。根據本發明之一實施例，半導體晶圓110係設置且接觸於旋轉式晶圓吸盤320上，如第3圖所示。其中，晶圓處理液230為具有含氟添加物的晶圓處理液，且含氟添加物具有如化學式(I)~(IV)所示之化合物。
請參考第5圖及第6圖的步驟610、620。根據本發明之一實施例，移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的方法更包含在噴灑晶圓處理液230之前，先噴灑溶液250於半導體晶圓110的上表面邊緣。根據本發明之一實施例，移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的方法更包含在噴灑晶圓處理液230時，同時噴灑溶液250於半導體晶圓110的上表面邊緣。根據本發明之一實施例， 移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的方法更包含在噴灑晶圓處理液230之後，再噴灑溶液250於半導體晶圓110的上表面邊緣。
根據本發明之一實施例，上述溶液250係選自由丙二醇單甲基醚(PGME)、丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)、環己醇、環己酮、γ-丁內酯(GBL)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞碸(DMSO)、水、乙醇、丙醇、丁醇、異丁醇(IPA)、4-甲基-2-戊醇(4-Methyl-2-pentanol,MIBC)及其組合所組成之群組。
根據本發明之一實施例，上述溶液250係為丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的混合溶液，且丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的重量比為70：30。
第7圖係根據本發明之一實施例所繪示的移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的方法流程圖。請參考步驟620、710、720，移除晶圓邊緣球狀物及抑制晶圓邊緣凸起物的方法更包含在噴灑晶圓處理液230後，旋乾半導體晶圓110，以及烘烤半導體晶圓110。根據本發明之一實施例，上述旋乾半導體晶圓的轉速約1000~3000rpm，較佳為約2000~2500rpm，上述烘烤半導體晶圓的溫度為約60~300℃，較佳為約80~120℃。
第8圖係根據本發明之一實施例所繪示的晶圓光阻表面平坦化的方法流程圖。請一併參考步驟810及820，形成光阻層或光阻圖案於半導體晶圓上，接著形成溶劑薄 膜於光阻層上，溶劑薄膜可用旋轉塗佈、霧化噴灑、或蒸氣噴灑方式為之。
在本發明之一實施例中，當以旋轉塗佈形成溶劑薄膜時，溶劑係藉由第一噴嘴210及第三噴嘴240類似之另一噴嘴在晶圓中心附近噴灑溶劑。在本發明之一實施例中，塗佈形成溶劑時，旋轉晶圓的轉速可為500~3000rpm，最佳化之轉速可為1000~2000rpm。在本發明之一實施例中，溶劑材料的噴灑量為約0.4~30毫升，較佳為約1~10毫升。
在本發明之一實施例中，當以霧化噴灑塗佈形成溶劑薄膜時，可利用氣體通過晶圓處理液以霧化晶圓處理液。接著，將霧化晶圓處理液送至晶圓表面以形成溶劑薄膜。在本發明之一實施例中，上述氣體可選自由乾淨空氣(clean dry air,CDA)、氮氣、氬氣及其組合所組成之群組。
在本發明之一實施例中，當以蒸氣噴灑方式形成溶劑薄膜時，可加熱晶圓處理液以形成晶圓處理液的蒸氣。接著，將晶圓處理液的蒸氣送至晶圓表面以形成溶劑薄膜。根據本發明之一實施例，溶劑薄膜係由一晶圓處理液所形成，此晶圓處理液為具有含氟添加物的晶圓處理液，且含氟添加物具有如化學式(I)~(IV)所示之化合物。根據本發明之一實施例，此晶圓處理液之溶液係為水溶液、醇類溶液或其他有機溶劑。溶液係選自由丙二醇單甲基醚(PGME)、丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)、環己醇、環己酮、γ-丁內酯(GBL)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞碸 (DMSO)、水、乙醇、丙醇、丁醇、異丁醇(IPA)、4-甲基-2-戊醇(4-Methyl-2-pentanol,MIBC)及其組合所組成之群組。
根據本發明之一實施例，晶圓光阻表面平坦化的方法，更包含進行一加熱步驟在形成該溶劑薄膜於該光阻層上之後。根據本發明之一實施例，上述加熱步驟之一加熱溫度為90至140度，且一加熱時間為60至90秒。
雖然本發明之實施例已揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當以後附之申請專利範圍所界定為準。
110‧‧‧半導體晶圓
530‧‧‧邊緣球狀物
532‧‧‧光阻層
210‧‧‧第一噴嘴
220‧‧‧第二噴嘴
230‧‧‧晶圓處理液

Claims (21)

  1. 一種晶圓處理液，包含：一溶液，其中該溶液係選自由丙二醇單甲基醚(PGME)、丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)、環己醇、環己酮、γ-丁內酯(GBL)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞碸(DMSO)、乙醇、丙醇、丁醇、異丙醇(IPA)、4-甲基-2-戊醇(4-Methyl-2-pentanol,MIBC)及其組合所組成之群組；以及一含氟添加物混合於該溶液中，具有如下化學式(I)之化合物：Rf-X-(CH2CH2O)m-R1 (I)，其中，Rf為C1~C6的含氟烷基，R1為氫、C1~C3的烷基或胺基(-NH2)，X為-O-、-NH-、-COO-、-CH2O-或-CO-，以及m為1~6的整數；或如下化學式(II)之化合物： 其中，Rf為C1~C6的含氟烷基，R2為-CH2-，R3為C1~C3的烷基、C1~C3的烷氧基、C1~C3的烷醇基、胺基(-NH2)或羥基(-OH)，R4為-CH2O-或-CH2-，Y為， L為無原子或-(CH2)n-，當L為無原子時C-L-O等於C=O，n為1~3的整數，o及q為1~8的整數，p為1~3的整數，以及T為-OH、-OSO3 -NH4 +、-OSO3 -Na+、-OSO3 -K+、-NH2或-COOH。
  2. 如請求項1所述之晶圓處理液，其中該含氟添加物為具有化學式(I)之結構，其Rf為C6的全氟烷基，R1為氫，X為氧，及m為2，則該含氟添加物之化學結構為化學式(III)：CF3CF2CF2CF2CF2CF2OCH2CH2OCH2CH2OH (III)。
  3. 如請求項1所述之晶圓處理液，其中該含氟添加物為具有化學式(II)之結構，其Rf為C1~C6的含氟烷基，R2為-CH2-， R3為-CH3，R4為-CH2O-，Y為，L為-CH2-，n為2，o與q為1~8的整數，p為1~3的整數，及T為-OH、-OSO3 -NH4 +、-OSO3 -Na+、-OSO3 -K+、-NH2或-COOH，則該含氟添加物之化學結構為化學式(IV)：
  4. 如請求項1~3任一項所述之晶圓處理液，其中該含氟添加物於該晶圓處理液中的重量百分濃度為0.05~5%。
  5. 如請求項1~3任一項所述之晶圓處理液，其中該含氟添加物於該晶圓處理液中的重量百分濃度為0.1~1%。
  6. 如請求項1所述之晶圓處理液，其中該溶液係為丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的混合溶液，且丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的重量比為70：30。
  7. 一種移除晶圓邊緣凸起物的方法，包含：形成一光阻層於一半導體晶圓上，該半導體晶圓係設置且接觸於一旋轉式晶圓吸盤上；以及旋轉該半導體晶圓時，噴灑如請求項1~5任一項所述之晶圓處理液於該半導體晶圓的一上表面邊緣或相對於該上表面邊緣的一下表面邊緣。
  8. 如請求項7所述之方法，更包含在噴灑該晶圓處理液時，同時噴灑一溶液於該半導體晶圓的該上表面邊緣。
  9. 如請求項7所述之方法，更包含在噴灑該晶圓處理液之前，先噴灑一溶液於該半導體晶圓的該上表面邊緣。
  10. 如請求項9所述之方法，更包含在噴灑該晶圓處理液之後，再噴灑該溶液於該半導體晶圓的該上表面邊緣。
  11. 如請求項8~10任一項所述之方法，其中該溶液及該晶圓處理液之溶液係選自由丙二醇單甲基醚(PGME)、丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)、環己醇、環己酮、γ-丁內酯(GBL)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞碸(DMSO)、水、乙醇、丙醇、丁醇、異丁醇(IPA)、4-甲基-2-戊醇(4-Methyl-2-pentanol,MIBC)及其組合所組成之群組。
  12. 如請求項11任一項所述之方法，其中該溶液及該晶圓處理液之溶液係為丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的混合溶液，且丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的重量比為70：30。
  13. 如請求項7所述之方法，更包含藉由該晶圓處理液降低該半導體晶圓上至少一邊緣凸起物之一厚度。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該邊緣凸起物之厚度減少至少50%。
  15. 一種移除晶圓邊緣球狀物的設備，包含：一旋轉式晶圓吸盤；一第一噴嘴，設置於該旋轉式晶圓吸盤上方，且靠近該旋轉式晶圓吸盤上的一半導體晶圓的一上表面邊緣，其中該 第一噴嘴係用以向該半導體晶圓的上表面邊緣噴灑如請求項1~5任一項所述之晶圓處理液；以及一第二噴嘴，設置於該旋轉式晶圓吸盤下方，且靠近該旋轉式晶圓吸盤上的該半導體晶圓相對於該上表面邊緣的一下表面邊緣，其中該第二噴嘴係用以向該半導體晶圓的下表面邊緣噴灑如請求項1~6任一項所述之晶圓處理液。
  16. 如請求項15所述之設備，更包含一第三噴嘴設置於該旋轉式晶圓吸盤上方，且靠近該旋轉式晶圓吸盤上的該半導體晶圓的該上表面邊緣，其中該第三噴嘴係用以向該半導體晶圓的上表面邊緣噴灑一溶液。
  17. 如請求項16所述之設備，其中該溶液及該晶圓處理液之溶液係選自由丙二醇單甲基醚(PGME)、丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)、環己醇、環己酮、γ-丁內酯(GBL)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞碸(DMSO)、水、乙醇、丙醇、丁醇、異丁醇(IPA)、4-甲基-2-戊醇(4-Methyl-2-pentanol,MIBC)及其組合所組成之群組。
  18. 如請求項17所述之設備，其中該溶液及該晶圓處理液之溶液係為丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的混合溶液，且丙二醇單甲基醚(PGME)與丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)的重量比為70：30。
  19. 一種晶圓光阻表面平坦化的方法，包含： 形成一光阻層於一半導體晶圓上；以及形成一溶劑薄膜於該光阻層上，該溶劑薄膜係由如請求項1~5任一項所述之晶圓處理液所形成。
  20. 如請求項19所述之方法，更包含進行一加熱步驟在形成該溶劑薄膜於該光阻層上之後。
  21. 如請求項20所述之方法，其中該加熱步驟之一加熱溫度為攝氏90至140度，且一加熱時間為60至90秒。
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