一种显影喷淋装置及显影方法与流程

本发明属于半导体光刻设备，特别涉及一种显影喷淋装置及显影方法。

背景技术：

1、现今，光刻是半导体制造技术中的一道关键步骤，利用光化学反应将光掩膜版上的图形转移到晶圆衬底上。目前评价光刻工艺的关键指标包括图形线宽以及套刻误差。随着工艺节点的不断缩小，对晶圆表面不同区域曝光的线宽均匀性要求提高。但在光刻的显影步骤中由于离心旋转导致晶圆的边缘区域显影液覆盖率与晶圆的中心区域差异大（可达20%至30%）以及传统单区温度控制导致晶圆表面温差大（≥1.2℃），使得晶圆不同区域的线宽均匀性不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种显影喷淋装置及显影方法，以解决线宽均匀性不足的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种显影喷淋装置，包括：喷淋基座、同心环形喷淋组件及独立电控阀组；其中所述同心环形喷淋组件固定于所述喷淋基座上，所述同心环形喷淋组件沿径向由内至外依次包括内圈喷淋环、中圈喷淋环、外圈喷淋环；所述独立电控阀组分别与所述内圈喷淋环、所述中圈喷淋环以及所述外圈喷淋环独立连接，用于动态调节所述内圈喷淋环、中圈喷淋环和外圈喷淋环的喷淋参数。

3、可选地，所述内圈喷淋环、所述中圈喷淋环以及所述外圈喷淋环上均设有环形集液腔，所述环形集液腔内壁设置有耐腐蚀内衬。

4、可选地，所述显影喷淋装置还包括分流管路和独立供液支路，且所述环形集液腔与所述分流管路连通，且所述分流管路延伸至所述同心环形喷淋组件外部并与所述独立供液支路相连接。

5、可选地，各个喷淋环均为上下分体式环腔对合结构，各个喷淋环包括上环体和下环体，所述上环体和所述下环体通过端面焊接，并以螺栓压紧的方式拼接围合出封闭的环形中空腔,所述环形中空腔作为所述环形集液腔。

6、可选地，所述下环体的底面或侧面上设有多个喷嘴，所述喷嘴的密度沿着所述内圈喷淋环指向所述外圈喷淋环的方向呈梯度分布，且所述喷嘴与所述环形集液腔内部直接贯通。

7、可选地，所述内圈喷淋环的下环体的底面或侧面、中圈喷淋环的下环体的底面或侧面以及外圈喷淋环的下环体的底面或侧面上均设置有所述喷嘴，且所述外圈喷淋环上喷嘴的密度>所述中圈喷淋环上喷嘴的密度>所述内圈喷淋环上喷嘴的密度。

8、可选地，所述内圈喷淋环上的喷嘴包括直射式喷嘴，且所述内圈喷淋环上的喷嘴垂直向下喷射；所述中圈喷淋环上的喷嘴包括微扇形喷嘴，且所述中圈喷淋环上的喷嘴斜向下喷射；所述外圈喷淋环上的喷嘴包括广角扇形喷嘴，且所述外圈喷淋环上的喷嘴斜向下喷射，所述外圈喷淋环上的喷嘴的喷射角度大于所述中圈喷淋环上的喷嘴的喷射角度。

9、可选地，所述中圈喷淋环上的喷嘴的喷射角度为30°至45°；所述外圈喷淋环上的喷嘴的喷射角度为60°至90°。

10、可选地，所述同心环形喷淋组件的各个喷淋环与所述晶圆的各区相对应，所述晶圆沿着径向由内至外依次划分为晶圆中心区、晶圆过渡区以及晶圆边缘区，所述内圈喷淋环对应晶圆中心区，所述中圈喷淋环对应晶圆过渡区，所述外圈喷淋环对应晶圆边缘区。

11、可选地，所述显影喷淋装置还包括安装接口和监测组件，各个喷淋环上均设置有所述安装接口，所述监测组件通过所述安装接口可拆卸或固定装配于每个所述喷淋环的内环壁、外环壁或底部端面上，所述监测组件与各个喷淋环之间设置密封垫圈进行密封且所述监测组件沿各个喷淋环环形阵列均匀排布，用于记录所述内圈喷淋环、中圈喷淋环和外圈喷淋环的流量、温度和压力数据。

12、可选地，所述安装接口还包括螺纹安装孔，且所述监测组件还设有外螺纹结构，所述安装接口和所述监测组件通过螺纹连接，所述监测组件的外螺纹结构装配于所述螺纹安装孔内。

13、可选地，所述内圈喷淋环、中圈喷淋环和外圈喷淋环采用统一流量供液方式。

14、可选地，所述同心环形喷淋组件还包括恒温夹套，所述恒温夹套包覆在所述内圈喷淋环、中圈喷淋环和外圈喷淋环的环体外部以形成内层为各所述喷淋环且外层为所述恒温夹套的双层同轴嵌套结构。

15、可选地，所述恒温夹套内流通温控介质以保证喷淋的显影液温度恒定，且温控介质包括恒温去离子水。

16、可选地，所述独立电控阀组用于分别控制各个喷淋环的喷淋开启顺序、喷淋关闭顺序及喷淋流量；所述喷淋开启顺序依次为：所述外圈喷淋环、所述中圈喷淋环以及所述内圈喷淋环；所述喷淋关闭顺序依次为：所述内圈喷淋环、所述中圈喷淋环以及所述外圈喷淋环。

17、可选地，所述独立电控阀组包括比例电磁阀，可实现流量调节。

18、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种显影方法，该方法适用于上述的显影喷淋装置，该方法步骤如下所示：

19、将晶圆固定于旋转载台并启动旋转；

20、依次开启所述外圈喷淋环、所述中圈喷淋环以及所述内圈喷淋环的喷淋；

21、在显影结束时依次关闭所述内圈喷淋环、所述中圈喷淋环以及所述外圈喷淋环的喷淋；

22、将所述晶圆旋转甩干。

23、可选地，在显影过程中，所述晶圆的旋转速度与喷淋时序联动，所述内圈喷淋环喷淋时所述晶圆的旋转速度大于所述外圈喷淋环喷淋时所述晶圆的旋转速度。

24、本发明提供的显影喷淋装置及显影方法通过采用所述同心环形喷淋组件及独立电控阀组对喷淋参数进行动态调整，控制喷淋流量和所述晶圆与显影液的接触时间，从而达到消除区域线宽差异，提升晶圆不同区域线宽的均匀性。

25、另外，本发明还通过动态的将所述晶圆进行分区，把所述晶圆分成三个区，然后时序精准调控喷淋的顺序，并通过监测组件控制喷淋流量，使得所述晶圆上的显影液分布均匀，针对性地补偿因离心力造成的显影液分布不均；同时设置不同喷淋环的开启时间和关闭时间，平衡所述晶圆中心与边缘的显影接触时间。

26、此外，本发明还通过所述同心环形喷淋组件中内置的恒温夹套，所述恒温夹套内流通温控介质，保证喷淋显影液温度恒定，从而解决了温度梯度失控的问题。

1.一种显影喷淋装置，其特征在于，包括：喷淋基座、同心环形喷淋组件及独立电控阀组；其中所述同心环形喷淋组件固定于所述喷淋基座上，所述同心环形喷淋组件沿径向由内至外依次包括内圈喷淋环、中圈喷淋环、外圈喷淋环；所述独立电控阀组分别与所述内圈喷淋环、所述中圈喷淋环以及所述外圈喷淋环独立连接，用于动态调节所述内圈喷淋环、中圈喷淋环和外圈喷淋环的喷淋参数。

2.如权利要求1所述的显影喷淋装置，其特征在于，所述内圈喷淋环、所述中圈喷淋环以及所述外圈喷淋环上均设有环形集液腔，所述环形集液腔内壁设置有耐腐蚀内衬。

3.如权利要求2所述的显影喷淋装置，其特征在于，所述显影喷淋装置还包括分流管路和独立供液支路，且所述环形集液腔与所述分流管路连通，且所述分流管路延伸至所述同心环形喷淋组件外部并与所述独立供液支路相连接。

4.如权利要求2所述的显影喷淋装置，其特征在于，各个喷淋环均为上下分体式环腔对合结构，各个喷淋环包括上环体和下环体，所述上环体和所述下环体通过端面焊接，并以螺栓压紧的方式拼接围合出封闭的环形中空腔,所述环形中空腔作为所述环形集液腔。

5.如权利要求4所述的显影喷淋装置，其特征在于，所述下环体的底面或侧面上设有多个喷嘴，所述喷嘴的密度沿着所述内圈喷淋环指向所述外圈喷淋环的方向呈梯度分布，且所述喷嘴与所述环形集液腔内部直接贯通。

6.如权利要求5所述的显影喷淋装置，其特征在于，所述内圈喷淋环的下环体的底面或侧面、中圈喷淋环的下环体的底面或侧面以及外圈喷淋环的下环体的底面或侧面上均设置有所述喷嘴，且所述外圈喷淋环上喷嘴的密度>所述中圈喷淋环上喷嘴的密度>所述内圈喷淋环上喷嘴的密度。

7.如权利要求6所述的显影喷淋装置，其特征在于，所述内圈喷淋环上的喷嘴包括直射式喷嘴，且所述内圈喷淋环上的喷嘴垂直向下喷射；所述中圈喷淋环上的喷嘴包括微扇形喷嘴，且所述中圈喷淋环上的喷嘴斜向下喷射；所述外圈喷淋环上的喷嘴包括广角扇形喷嘴，且所述外圈喷淋环上的喷嘴斜向下喷射，所述外圈喷淋环上的喷嘴的喷射角度大于所述中圈喷淋环上的喷嘴的喷射角度。

8.如权利要求7所述的显影喷淋装置，其特征在于，所述中圈喷淋环上的喷嘴的喷射角度为30°至45°；所述外圈喷淋环上的喷嘴的喷射角度为60°至90°。

9.如权利要求1所述的显影喷淋装置，其特征在于，所述同心环形喷淋组件的各个喷淋环与所述晶圆的各区相对应，所述晶圆沿着径向由内至外依次划分为晶圆中心区、晶圆过渡区以及晶圆边缘区，所述内圈喷淋环对应晶圆中心区，所述中圈喷淋环对应晶圆过渡区，所述外圈喷淋环对应晶圆边缘区。

10.如权利要求1所述的显影喷淋装置，其特征在于，所述显影喷淋装置还包括安装接口和监测组件，各个喷淋环上均设置有所述安装接口，所述监测组件通过所述安装接口可拆卸或固定装配于每个所述喷淋环的内环壁、外环壁或底部端面上，所述监测组件与各个喷淋环之间设置密封垫圈进行密封且所述监测组件沿各个喷淋环环形阵列均匀排布，用于记录所述内圈喷淋环、中圈喷淋环和外圈喷淋环的流量、温度和压力数据。

11.如权利要求10所述的显影喷淋装置，其特征在于，所述安装接口还包括螺纹安装孔，且所述监测组件还设有外螺纹结构，所述安装接口和所述监测组件通过螺纹连接，所述监测组件的外螺纹结构装配于所述螺纹安装孔内。

12.如权利要求1所述的显影喷淋装置，其特征在于，所述内圈喷淋环、中圈喷淋环和外圈喷淋环采用统一流量供液方式。

13.如权利要求1所述的显影喷淋装置，其特征在于，所述同心环形喷淋组件还包括恒温夹套，所述恒温夹套包覆在所述内圈喷淋环、中圈喷淋环和外圈喷淋环的环体外部以形成内层为各所述喷淋环且外层为所述恒温夹套的双层同轴嵌套结构。

14.如权利要求13所述的显影喷淋装置，其特征在于，所述恒温夹套内流通温控介质以保证喷淋的显影液温度恒定，且温控介质包括恒温去离子水。

15.如权利要求1所述的显影喷淋装置，其特征在于，所述独立电控阀组用于分别控制各个喷淋环的喷淋开启顺序、喷淋关闭顺序及喷淋流量；所述喷淋开启顺序依次为：所述外圈喷淋环、所述中圈喷淋环以及所述内圈喷淋环；所述喷淋关闭顺序依次为：所述内圈喷淋环、所述中圈喷淋环以及所述外圈喷淋环。

16.如权利要求1所述的显影喷淋装置，其特征在于，所述独立电控阀组包括比例电磁阀，可实现流量调节。

17.一种显影方法，其特征在于，采用权利要求1至16中任一项权利要求所述的显影喷淋装置实现，包括以下步骤：

18.如权利要求17所述的显影方法，其特征在于，在显影过程中，所述晶圆的旋转速度与喷淋时序联动，所述内圈喷淋环喷淋时所述晶圆的旋转速度大于所述外圈喷淋环喷淋时所述晶圆的旋转速度。