TWI559428B - 半導體裝置製造設備及微影設備及半導體裝置的製造方法 - Google Patents

半導體裝置製造設備及微影設備及半導體裝置的製造方法 Download PDF

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Description

半導體裝置製造設備及微影設備及半導體裝置的製造方法
本發明係有關一種微影技術，且特別是有關於一種用於微影設備的清潔噴嘴。
半導體積體電路產業已經歷急速的成長。在積體電路材料及設計方面的科技進展已創造出數個積體電路世代，而其中每個世代比起前個世代都具有更小且更複雜的電路。然而，這些進展增加了積體電路處理及製造的複雜度，因此為具體實現這些進步，在積體電路處理及製造中也需有類似程度的進展。在積體電路演化的過程中，功能密度(也就是內連接裝置的數目/晶片面積)一般來說增加了，而幾何尺寸(也就是可使用一製程所造出最小的元件(或走線))下降了。
先進的微影製程被發展出來以得到縮小的幾何尺寸。在微影製程中，使用一通用(general purpose,GP)噴嘴以發配顯影溶液(developer solution)於一半導體晶圓上。經過一段時間後，噴嘴的尖端可能會有累積的水滴或是水垢(water residue)，而這可對通用噴嘴的操作造成不良影響。因此可能降低半導體製程性能。
因此，即使現有微影製程通常對於所預期達到的目的來說為適當的，這些製程並非在每個層面都令人滿意。
本發明係有關一種半導體裝置製造設備，包括：一微影工具，包括：一第一噴嘴，用以發配一顯影溶液至 一晶圓；一第二噴嘴，用以發配一清潔溶液至該第一噴嘴；及一控制器，用以根據一預設程序操作該第二噴嘴。
本發明還有關一種微影設備，包括：一通用噴嘴，用以發配一顯影溶液至一晶圓，且該顯影溶液是經由該通用噴嘴的一尖端發配；一清潔噴嘴，被置於靠近該通用噴嘴，其中該清潔噴嘴以一清潔液體清潔該通用噴嘴的尖端；及一電腦化控制裝置，用以根據一個或更多的程序方案控制該通用噴嘴及該清潔噴嘴的操作，其中該一個或更多的程序方案各自定義一步驟序列，且在該步驟序列中該通用噴嘴及該清潔噴嘴能選擇性地被開啟及關閉。
本發明更有關一種半導體裝置的製造方法，包括：實施一顯影製程，其中該顯影製程的實施包括使用一第一噴嘴發配一顯影溶液至一晶圓上；及使用一第二噴嘴清潔該第一噴嘴，其中該清潔的實施是根據複數個程序方案的其中一個，其中每一個程序方案各自定義一序列及一時間長度，其中該時間長度為該第一噴嘴及該第二噴嘴被選擇性地啟動的時間長度。
可理解的是，以下提供許多不同實施例或範例，以實施本揭露的不同特徵。為簡化本揭露，將在以下敘述元件及設置的特定範例，然而這些僅為範例且並不意圖限定本揭露。再者，在以下敘述中第一特徵於一第二特徵上或上方的形成可包括其中第一、第二特徵直接接觸之實施例，或者其中可有額外特徵形成於第一、第二特 徵之間，使第一、第二特徵可不直接接觸之實施例。另外，在本揭露各種範例中，可能重複元件標號及/或字母，如此的目的僅在於簡單明瞭且並不表示討論的各種實施例及/或配置之間具有關係。
第1圖顯示製程10的流程圖，其中使用製程10對一半導體裝置實施微影製程。半導體裝置可為一積體電路晶片、系統晶片(SoC)、或上述的一部分，而其可包括各種被動及主動微電子裝置，例如電阻、電容、電感器、二極體、金氧半場效電晶體(MOSFET)、互補式金氧半(CMOS)電晶體、雙極接面電晶體(BJT)、橫向擴散型金氧半(LDMOS)電晶體、高功率金氧半電晶體、或其他電晶體。可理解的是，第2、3圖已被簡化以使讀者能更加理解本揭露之發明概念。因此，應注意的是可在第1圖所示製程10之前、之中、及之後提供額外製程，而一些其他製程可能僅在此簡要地被敘述。
參照第1圖，製程10始於步驟15，其中實施一顯影製程。顯影製程包括使用一第一噴嘴(nozzle)發配一顯影溶液至一晶圓上。顯影溶液是藉由第一噴嘴的發配尖端(dispensing tip)被發配。製程10接著進行步驟20，其中以一第二噴嘴清潔第一噴嘴。第一噴嘴的清潔是根據複數個程序方案(program recipes)的其中一個進行，其中每一個程序方案各自定義一序列(sequence)及選擇性啟動第一噴嘴及第二噴嘴的時間長度。第二噴嘴被置於一相對於第一噴嘴有一角度的位置。可理解的是，可在步驟15或20的之前或之後實施額外的微影製程。舉例來說， 在實施步驟15中的顯影製程之前，可實施一曝光製程。且在步驟15中的顯影製程之後，可實施一烘烤製程，例如一硬式烘烤製程。
第2、3圖為在製程不同階段中半導體裝置的一部分的片段剖面示意圖。參見第2圖，半導體裝置包括一晶圓60，其也可被稱為一基板。晶圓60可包括一矽材料。或者，晶圓60可為其他合適元素半導體材料製成，例如鑽石或鍺；一合適化合物半導體，例如碳化矽、砷化銦、或磷化銦；或一合適合金半導體，例如矽鍺碳(silicon germanium carbide)、磷砷化鎵(gallium arsenic phosphide)、或磷銦化鎵(gallium indium phosphide)。在一實施例中，晶圓60包括用在各種微電子元件的各種摻雜元件，例如金氧半場效電晶體、影像感測器(imaging sensor)、記憶單元、電容元件、電感元件、及電阻元件。
在半導體製程中，可在晶圓60上實施複數個微影製程，例如在其中形成各類元件。一微影製程包括複數個步驟。舉例來說，可先藉由已知的旋轉塗佈製程在晶圓60上形成一光阻材料70。可接著對晶圓60(及其上形成之光阻材料70)進行一曝光製程80，其中曝光製程80使用一光罩90以圖案化晶圓60上的光阻材料70。光罩90包括需被圖案化至光阻材料70上的元件的圖案。光罩90被置於晶圓60上，且可使用一影像系統以轉移圖案至光阻材料。影像系統可包括一光源、複數個透鏡、及其他元件，然而為簡化起見，並不在此說明。
參見第3圖，在實施曝光製程80後，可對晶圓60 及光阻材料70進行一曝光後軟烘烤製程(post-exposure soft baking process)。之後，實施一顯影製程100以顯影(develop)光阻材料70上的圖案。使用一顯影模組110以實施一顯影製程100。舉例來說，可操作顯影模組110以發配一顯影溶液(developer solution或developing solution)至光阻材料70上以顯影圖案。以下將更詳細討論顯影模組110。
參見第4圖，其顯示顯影模組110的簡化方塊圖。顯影模組110包括一具有良好性能的噴嘴(通用噴嘴)120。通用噴嘴120具有良好的製程能力(processing capabilities)及高產率(productivity)。可操作通用噴嘴120來發配一顯影溶液至例如晶圓60的晶圓上。在一實施例中，顯影溶液包括四甲基氫氧化銨(tetramethylammonium hydroxide,TMAH)。在替代實施例中，可使用其他合適的顯影溶液。
顯影模組110也包括一用來清潔通用噴嘴120的清潔噴嘴130。在通用噴嘴120的操作中，液態殘留物(liquid residue)(例如一水滴或水垢)可累積在、或靠近通用噴嘴120發配出顯影溶液的尖端附近。液態殘留物的累積可能干擾通用噴嘴120預期中的操作(且因此干擾顯影模組110的操作)。因此，可能降低微影製程的性能，其可進而造成晶圓上的缺陷。這是現有微影製程中一個常見的問題。在此，顯影模組110使用清潔噴嘴130以發配一清潔流體(例如離子水(de-ionized water,DIW))於通用噴嘴120的尖端上以清潔通用噴嘴120的尖端。清潔通用 噴嘴120尖端可避免液態殘留物累積或者從尖端移除殘留物。可根據程序指示(programmed instructions)(或預設方案(predetermined recipes))啟動通用噴嘴120及清潔噴嘴130。
顯影模組110可更包括一控制器140。控制器140可包括一個或更多個電腦處理器及/或記憶元件且可儲存及執行軟體程序指示。可操作控制器140以控制通用噴嘴120什麼時候發配顯影溶液於晶圓上、及如何發配顯影溶液於晶圓上。控制器140也可控制清潔噴嘴130清潔通用噴嘴120尖端的方式。舉例來說，在一實施例中，控制器140可指示清潔噴嘴130在預先設定的時間間隔發配清潔流體。之後將對清潔噴嘴130與此相關之層面做更詳細的討論。在替代實施例中，控制器140可包括一個或更多感測器，其可偵測何時通用噴嘴120已經發配顯影溶液及/或通用噴嘴120的尖端是否髒了且需要清潔。控制器140可接著根據感測器回傳的資訊判定清潔噴嘴130是否需要發配清潔流體於通用噴嘴120上。
顯影模組110也包括一排出元件(exhaust component)150。可操作排出元件150以從顯影模組110內部移除濕氣。舉例來說，排出元件150可包括一真空幫浦或一風扇。可藉由控制器140控制排出元件150的操作。
第5圖為顯影模組200的一部分的透視圖，其中顯影模組200為第4圖顯影模組110的一實施例。顯影模組220包括一槽組件(bath assembly)210、一繩組件(airope assembly)220、及一沖洗元件(rinsing component)230。在一實施例中，槽組件210是由一金屬材料所製成。通用噴嘴120的一部分可被安置在槽組件210之中，且在第5圖中未顯示通用噴嘴120。清潔噴嘴130被***槽組件210的一插槽(slot)之中。如上所述，清潔噴嘴130藉由一清潔流體或溶液(例如去離子水)清洗通用噴嘴120以進行通用噴嘴120的清潔。
沖洗元件230可提供清潔溶液或液體。在第5圖所示之實施例中，槽組件210(特別是***其中的清潔噴嘴130)與藉由一管250與繩組件220及沖洗元件230連接。管250從沖洗元件230輸送清潔流體至清潔噴嘴130。在實施微影製程中，清潔噴嘴130可根據預設程序輸送清潔流體至通用噴嘴。通用噴嘴120可根據方案在通用噴嘴槽組件中設定虛設或者批次頭間隔(lot head interval)，而繩組件可提供乾淨的去離子水以清潔通用噴嘴。
可理解的是，第5圖僅顯示顯影模組200的一範例，且不意圖具有限定性。舉例來說，在其他實施例中，可使用其他合適機制提供一清潔流體至清潔噴嘴130，而不需要有沖洗元件230及/或繩組件220。並且，可使用去離子水之外的溶液當作清潔噴嘴130發配的清潔流體。再者，可理解的是第5圖所示之顯影模組200的各種元件可藉由一合適方法連接至一控制器元件及由該控制器元件操作，使得控制器元件可控制例如通用噴嘴噴嘴120或清潔噴嘴130之元件的操作。為簡單起見，並未在第5 圖中顯示這些形式。
第6A及6B圖分別為第5圖所示槽組件210之透視圖及上視圖。如第6B圖所示，槽組件210包括一插槽260(或開口)。在一實施例中，通用噴嘴120可在操作時被***插槽260中，且未顯示於此。清潔噴嘴130的一尖端朝向插槽260。清潔噴嘴130的設置方式是使其可以有效地發配一清潔流體於通用噴嘴120上。
第7、8圖更清楚顯示通用噴嘴120及清潔噴嘴130之間的設置，其中第7、8圖分別顯示通用噴嘴120、清潔噴嘴130、及槽組件210的兩種不同的位置配置(positional configuration)之剖面示意圖。第7A圖顯示當通用噴嘴120在一「朝上」位置時，通用噴嘴120、清潔噴嘴130、及槽組件210的剖面示意圖，亦即通用噴嘴120的一尖端280未完全***槽組件210之中。第7B圖顯示當通用噴嘴120在一「朝下」位置時，通用噴嘴120、清潔噴嘴130、及槽組件210的剖面示意圖，亦即通用噴嘴120的尖端280至少部分***槽組件210之中。在一實施例中，通用噴嘴120通常是在「朝下」位置。在製程中，通用噴嘴會「朝上」移動且移出，接著「朝下」，以施行製程。
如第7B圖所示，清潔噴嘴130與通用噴嘴120的尖端280形成一***角度300。在一實施例中，***角度300約為10-20度。可調整***角度300以促進從清潔噴嘴130至通用噴嘴120的清潔流體的發配及最佳化清洗通用噴嘴120的效率。如此一來，可避免液態殘留物產 生、或在液態殘留物在尖端280上累積過多之前將液態殘留物洗掉。在清洗時，清潔噴嘴130可直接接觸或可不直接接觸到通用噴嘴120。
如上所述，可根據程序指示控制在微影製程的顯影階段(或步驟)中通用噴嘴120及清潔溶液130的操作。程序指示也可被稱為方案。兩個方案的範例如以下表1及2所示：
以下將作更詳細的說明，表1為一「固定間隔虛設(regular interval dummy)」方案，而表2為一「PJ前虛設(pre-PJ dummy)」方案。在一實施例中，「PJ」指的是一「清除閒置(purge idle)」顯影溶液。當通用噴嘴已閒置一 預設的(或可程序調整的)時間長度時，使用「固定間隔虛設」方案。在一實施例中，預設時間長度為3600秒，也就表示如果通用噴嘴已經閒置3600秒之後，清洗噴嘴及槽組件會自動被啟動(開啟)且會進行表1的步驟1-4。舉例來說，在「固定間隔虛設」方案的步驟1中，通用噴嘴及(槽組件的)槽排出元件會同時被啟動。通用噴嘴發配一例如TMAH的顯影溶液到一晶圓。槽排出元件從槽組件內部移除濕氣。步驟1持續約3秒。在步驟2中，排出元件保持啟動以繼續從槽組件內部移除濕氣，但通用噴嘴被停用(關閉)。步驟2持續約5秒。在步驟3中，清潔噴嘴及槽排出元件同時被啟動。清潔噴嘴是用以發配一清潔流體(例如去離子水)至通用噴嘴的尖端。同時，槽排出元件保持啟動以繼續從槽組件內部移除濕氣。步驟3持續約5秒。在步驟4中，排出元件保持啟動以繼續從槽組件內部移除濕氣，但停用清洗噴嘴。步驟4持續約5秒。
參見表2，在緊接著一微影製程(例如發配一顯影溶液)之前實施「PJ前虛設」方案。在「PJ前虛設」方案的步驟1中，清潔噴嘴及槽排出元件同時被啟動。清潔噴嘴是用以發配一清潔流體(例如去離子水)至通用噴嘴的尖端。啟動槽排出元件以從槽組件內部移除濕氣。步驟1持續約5秒。在步驟2中，排出元件保持啟動以繼續從槽組件內部移除濕氣，但清潔噴嘴被停用(關閉)。步驟2持續約5秒。在步驟3中，通用噴嘴及槽排出元件同時被啟動。通用噴嘴發配一例如TMAH的顯影溶液到一晶 圓。槽排出元件繼續從槽組件內部移除濕氣。步驟3持續約3秒。在步驟4中，排出元件保持啟動以繼續從槽組件內部移除濕氣，但停用通用噴嘴。步驟4持續約5秒。「PJ前虛設」方案的執行重設通用噴嘴的閒置時間。例如，如果在通用噴嘴已經閒置1200秒後執行「PJ前虛設」方案，則通用噴嘴的閒置時間被重設為零。
可理解的是，可以迴圈方式重複「固定間隔虛設」方案與「PJ前虛設」方案其中的每一個步驟數次。並且，在替代實施例中，每一步驟的長度可不同。再者，在不同實施例中，可以適當方式改變實施步驟的確切順序。也可了解的是，可在顯影步驟後對晶圓實施額外的顯影步驟。例如，可在顯影後實施一硬烘烤步驟。也可在微影製程中任何不同的階段實施一個或更多的製程。為簡明起見，在此不詳細討論後顯影步驟(post-developing processes)。
在此揭露的實施例提供現有微影製程沒有的優點。然而，可理解的是，其他實施例可提供額外的優點，且並不是所有實施例皆需具備特定的優點。優點之一是在此揭露的實施例可有效率地清洗通用噴嘴，使液體殘留物不能產生於通用噴嘴之尖端。舉例來說，在通用噴嘴閒置一段時間後，清潔噴嘴能根據預設的程序指示自動被啟動以使用一清潔溶液清洗通用噴嘴的尖端。另一優點是根據本揭露實施清潔噴嘴為簡單的，且不需對現有顯影模組作過多的改良。例如，可將一清潔噴嘴以相對於通用噴嘴有一合適***角度的方式設置於一槽組件 上，且可使用一管以輸送一清潔溶液到清洗噴嘴。可從顯影模组上的一現有元件提供清潔溶液，其中現有元件為例如用以發配一沖洗溶液(例如去離子水)的現有沖洗元件(實施於顯影模組上)。
本揭露之較廣形式係關於一半導體裝置製造設備。該半導體裝置製造設備包括一微影工具，包括：一第一噴嘴，用以發配一顯影溶液至一晶圓；一第二噴嘴，用以發配一清潔溶液至該第一噴嘴；及一控制器，用以根據一預設程序操作該第二噴嘴。
本揭露之另一較廣形式係關於一種微影設備。該微影設備包括：一通用噴嘴，用以發配一顯影溶液至一晶圓，且該顯影溶液是經由該通用噴嘴的一尖端發配；一清潔噴嘴，被置於靠近該通用噴嘴，其中該清潔噴嘴以一清潔液體清潔該通用噴嘴的尖端；及一電腦化控制裝置，用以根據一個或更多的程序方案控制該通用噴嘴及該清潔噴嘴的操作，其中該一個或更多的程序方案各自定義一步驟序列，且在該步驟序列中該通用噴嘴及該清潔噴嘴能選擇性地被開啟及關閉。
本揭露之又一較廣形式係關於一種半導體裝置的製造方法。該製造方法包括：實施一顯影製程，其中該顯影製程的實施包括使用一第一噴嘴發配一顯影溶液至一晶圓上；及使用一第二噴嘴清潔該第一噴嘴，其中該清潔的實施是根據複數個程序方案的其中一個，其中每一個程序方案各自定義一序列及一時間長度，其中該時間長度為該第一噴嘴及該第二噴嘴被選擇性地啟動的時間 長度。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧製程
15、20‧‧‧步驟
60‧‧‧晶圓
70‧‧‧光阻材料
80‧‧‧曝光製程
90‧‧‧光罩
100‧‧‧顯影製程
110、200‧‧‧顯影模組
120‧‧‧通用噴嘴
130‧‧‧清潔噴嘴
140‧‧‧控制器
150‧‧‧排出元件
210‧‧‧槽組件
220‧‧‧繩組件
230‧‧‧沖洗元件
250‧‧‧管
260‧‧‧插槽
280‧‧‧尖端
300‧‧‧***角度
第1圖為根據本揭露各形式實施一微影製程的方法之流程圖。
第2、3圖為在微影製程不同階段中半導體裝置的一部分的片段剖面示意圖。
第4圖為一顯影模組的簡化方塊圖。
第5圖為一顯影模組的簡化透視圖。
第6A、6B圖分別為一槽組件的透視及上視圖，其中槽組件為顯影模組的一部分。
第7A、7B圖為一通用噴嘴、一清潔噴嘴、及一槽組件的兩種不同的位置配置之剖面示意圖。
10‧‧‧製程
15、20‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種半導體裝置製造設備，包括：一微影工具，包括：一第一噴嘴，用以發配一顯影溶液至一晶圓，且該顯影溶液是經由該第一噴嘴的一尖端發配；一第二噴嘴，發配一清潔溶液至該第一噴嘴的該尖端以清洗該第一噴嘴的該尖端；及一控制器，用以根據一預設程序操作該第二噴嘴。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置製造設備，其中該第一噴嘴及該第二噴嘴被設置於一槽組件上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置製造設備，其中該第二噴嘴與該第一噴嘴的該尖端之間具有一約為10-20度的角度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置製造設備，其中該預設程序包括一方案，其定義一步驟序列，且該步驟序列中該第一噴嘴及該第二噴嘴能選擇性地被啟動及停用。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之半導體裝置製造設備，其中該方案在該第一噴嘴已經閒置一預設時間長度後及實施一微影製程前執行。
  6. 一種微影設備，包括：一通用噴嘴，用以發配一顯影溶液至一晶圓，且該顯影溶液是經由該通用噴嘴的一尖端發配；一清潔噴嘴，被置於靠近該通用噴嘴，其中該清潔噴嘴以一清潔液體清潔該通用噴嘴的尖端；及 一電腦化控制裝置，用以根據一個或更多的程序方案控制該通用噴嘴及該清潔噴嘴的操作，其中該一個或更多的程序方案各自定義一步驟序列，且在該步驟序列中該通用噴嘴及該清潔噴嘴能選擇性地被開啟及關閉。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之微影設備，其中該程序方案包括在該通用噴嘴已經閒置一預設時間長度後及在一微影製程前用以初始化該步驟序列的程序指令。
  8. 一種半導體裝置的製造方法，包括：實施一顯影製程，其中該顯影製程的實施包括使用一第一噴嘴發配一顯影溶液至一晶圓上；及使用一第二噴嘴清潔該第一噴嘴，其中該清潔的實施是根據複數個程序方案的其中一個，其中每一個程序方案各自定義一序列及一時間長度，其中該時間長度為該第一噴嘴及該第二噴嘴被選擇性地啟動的時間長度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之製造方法，其中該程序方案的其中一個定義下列步驟：一第一步驟，其中該第一噴嘴及一除濕元件被啟動；一第二步驟，其中該第一噴嘴被停用，且該除濕元件保持啟動；一第三步驟，其中該第二噴嘴及該除濕元件被啟動；及一第四步驟，其中該第二噴嘴被停用且該除濕元件保持啟動。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之製造方法，其中該程序方案的其中一個定義以下步驟： 一第一步驟，其中該第二噴嘴及一除濕元件被啟動；一第二步驟，其中該第二噴嘴被停用，且該除濕元件保持啟動；一第三步驟，其中該第一噴嘴及該除濕元件被啟動；及一第四步驟，其中該第一噴嘴被停用且該除濕元件保持啟動。
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