光刻胶气泡消除装置及光刻系统的制作方法

1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种光刻胶气泡消除装置及光刻系统。


背景技术：

2.自从半导体发明以来，图形的转换是通过光刻技术实现的。光刻技术成为当今科学技术制备微电子器件、光电子器件的关键技术。遵循moore定律，半导体器件的尺寸不断缩小，密度不断增加，目前的半导体光刻工艺已进入了5nm时代。光刻的本质是图形转移，首先将光刻胶涂布到晶圆表面形成感光材料，通过光刻机照射紫外光将光罩预先设计的电路图形投影到感光材料表面，经过光化学反应后，利用显影液进行显影，完成图形转移。随着集成电路尺寸不断缩小，光刻工艺挑战也越来越大，如果光刻胶涂布稍有偏差，就会直接影响光化学反应，干扰图形转移，最终在硅片上形成大量缺陷。因此，保证光刻胶的高质量供应及涂布显得至关重要。
3.一般的光刻胶供应流程为：将供应商提供的光刻胶瓶打开，插入机台管路并装上机台，通过氮气加压，经过滤膜后，光刻胶进入机台的缓冲瓶中，随后通过压力泵将光刻胶压入输送管路，到达机台端的喷嘴，进行光刻胶涂布。在实际过程中，光刻胶经过长时间运输以及氮气加压，不可避免的会在内部形成细微的气泡，气泡经过管路涂布到晶圆表面，光刻显影后在表面形成缺陷，造成晶圆大面积良率下降甚至报废。
4.在现有技术中，为解决光刻胶内的气泡问题，采取了多种方式，比如下三种方式：
5.1、首先将光刻胶存于稳定存储柜内12小时以上，通过静置尽量减少内部气泡，通过此方法只能减少因运输过程中产生的大气泡，对微小气泡的去除效果不甚理想。
6.2、在装上机台后，通过氮气加压，将光刻胶压入滤膜，通过小孔径滤膜，减少光刻胶内微小气泡，由于内外的压差较大且滤膜效率较低，只能去除少量气泡，仍无法去除全部气泡。气泡跟随光刻胶进入缓冲瓶中，随时触发缓冲瓶内的气泡探测器报警。当触发气泡报警后，需要设备工程师进行光刻胶清除，将含有气泡的光刻胶喷出管路，以线上实际操作为例，管路的清除工作至少需要一个小时，这样不仅造成大量光刻胶浪费，而且影响机台正常作业，造成大量机时浪费。
7.3、目前已有部分专利公开了清除光刻胶的气泡的技术方案，原理通常是降压处理。降低压力在一定程度上有助于脱除气泡，但效率不高，且降压容易造成液体饱和蒸汽压下降，导致液体快速蒸发，使光刻材料变质，造成更大影响。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种光刻胶气泡消除装置及光刻系统，旨在防止光刻胶在涂胶显影过程中因内部细微的气泡导致大量光刻缺陷。
9.基于本发明的一个方面，本发明提供一种光刻胶气泡消除装置，其包括：
10.超声波发生器，其具有一腔体，所述腔体具有进液口和出液口，用于供所述超纯水自所述进液口进入所述腔体，并自所述出液口排出所述腔体；
11.管路，其用于输送光刻胶；
12.缓冲瓶，其设于所述管路上且与所述管路连通，并用于容纳所述光刻胶，所述缓冲瓶的至少一部分位于所述腔体的范围之内。
13.可选的，所述光刻胶气泡消除装置还包括排气缓冲室，所述排气缓冲室通过电磁阀与所述缓冲瓶连接；所述排气缓冲室可被通入氮气。
14.可选的，所述光刻胶气泡消除装置还包括第一压力表和第一真空泵；所述第一压力表用于检测所述排气缓冲室内的压力值；当所述第一压力表检测的压力值在第一预设范围之外时，所述第一真空泵对所述排气缓冲室抽真空。
15.可选的，所述光刻胶装置还包括设于所述管路上的至少一个滤除组件，所述缓冲瓶和所述滤除组件按照光刻胶的输送方向依次排布；所述滤除组件包括设于所述管路中的脱气滤膜，所述脱气滤膜具有多个滤孔，所述滤孔用于过滤所述光刻胶的气泡。
16.可选的，所述脱气滤膜呈管状，且所述脱气滤膜与所述管路的内壁具有间隙以形成夹层；所述滤除组件还包括第二压力表和第二真空泵；所述第二压力表用于检测所述夹层内的压力值；当所述第二压力表检测的压力值在第二预设范围之外时，所述第二真空泵对所述夹层抽真空。
17.可选的，所述管路远离所述缓冲瓶的管段上设有第三压力表和压力泵；所述第一压力表用于检测所述管路中的压力值；所述压力泵用于驱使所述光刻胶沿所述管路移动。
18.可选的，所述管路远离缓冲瓶的一端设有喷嘴。
19.可选的，所述缓冲瓶内和所述管路上分别设有至少一个气泡探测器，用于探测所述光刻胶的气泡含量，并在检测到所述光刻胶的气泡含量超过阈值时发出报警信号。
20.可选的，所述进液口靠近所述腔体的底部，所述排液口靠近所述腔体的顶部。
21.基于本发明的另一个方面，本发明还提供一种光刻系统，其包括如上所述的光刻胶气泡消除装置。
22.综上所述，在本发明提供的光刻胶气泡消除装置及光刻系统中，光刻胶气泡消除装置包括管路、缓冲瓶和超声波发生器；超声波发生器具有一腔体，所述腔体具有进液口和出液口，用于供所述超纯水自所述进液口进入所述腔体，并自所述出液口排出所述腔体；管路用于输送光刻胶；缓冲瓶设于所述管路上且与所述管路连通，并用于容纳所述光刻胶，所述缓冲瓶的至少一部分位于所述腔体的范围之内。如上配置，可通过超声波发生器和超纯水的配合对缓冲瓶中的光刻胶内的气泡进行超声波脱气处理，相较于现有技术，本发明消除光刻胶内的细微气泡的效果显著，可以防止光刻胶在涂胶显影过程中因内部细微的气泡导致大量光刻缺陷。进一步地，还可在管路中设置脱起滤膜，排出可能还剩余的少量气泡，以进一步滤除光刻胶内的气泡，保证光刻胶的质量。
附图说明
23.本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
24.图1是本发明一实施例的光刻胶气泡消除装置的示意图；
25.图2是本发明一实施例的超声波发生器的示意图；
26.图3是本发明一实施例的管路与脱气滤膜相配合的示意图。
27.附图中：
28.10-超声波发生器；100-腔体；101-进液口；102-出液口；20-管路；200-夹层；30-缓冲瓶；40-排气缓冲室；50-脱气滤膜；a2-第二压力表；b2-第二真空泵；a3-第三压力表；60-压力泵；70-喷嘴；80-气泡探测器；90-光刻胶瓶；a1-第一压力表；a2-第二压力表；a3-第三压力表；a3-第三压力表；b1第一真空泵；b2-第二真空泵。
具体实施方式
29.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
30.如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，“一端”与“另一端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。此外，如在本发明中所使用的，一元件设置于另一元件，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.本发明一实施例提供一种光刻胶气泡消除装置及光刻系统，旨在防止光刻胶在涂胶显影过程中因内部细微的气泡导致大量光刻缺陷。
32.下面请结合附图对本实施例的光刻胶气泡消除装置及光刻系统进行详细地描述。
33.图1是本发明一实施例的光刻胶气泡消除装置的示意图。如图1所示，光刻胶气泡消除装置包括超声波发生器10、管路20及缓冲瓶30。图2是本发明一实施例的超声波发生器10的示意图，结合参阅图2，超声波发生器10具有一腔体100，所述腔体100具有进液口101和出液口102，用于供所述超纯水自所述进液口101进入所述腔体100，并自所述出液口102排出所述腔体100。管路20用于输送光刻胶。缓冲瓶30，其设于所述管路20上且与所述管路20连通，并用于容纳所述光刻胶，所述缓冲瓶30的至少一部分位于所述腔体100的范围之内，并可被超纯水浸没。进一步地，所述缓冲瓶30内和所述管路20上分别设有至少一个气泡探测器80，用于探测所述光刻胶的气泡含量，并在检测到所述光刻胶的气泡含量超过阈值时发出报警信号。比如缓冲瓶30沿竖向依次设置三个气泡探测器80，管路20上可以设置两个气泡探测器80。报警信号比如可以是声音信号，提示操作人员气泡含量是否超标。
34.具体地，管路20的一端连接供应商提供的光刻胶瓶90，管路20的另一端连接喷嘴
70，管路20上设于缓冲瓶30，且缓冲瓶30位于超声波发生装置的腔体100内。可通过向光刻胶瓶90中通入氮气，以氮气加压的方式将光刻胶压入管路20中，从而经过进入缓冲瓶30中，通过超声波发生装置和超纯水的配合将缓冲瓶30中的光刻胶内的气泡消除，当缓冲瓶30内的气泡探测装置不再发出报警信号后，将光刻胶继续压入管路20中，当管路20中设置的气泡探测装置也不再发出报警信号后，随后将光刻胶通过管路20设置的喷嘴70喷出而进行光刻胶涂布。
35.可理解的，超声波发生器10可以发出超声波，超声波指的是频率高于20000hz的声波，超声波的方向性较好，有较强的反射能力，在液体中传播较快(本实施在腔体100中通入超纯水)，可以获得较高的集中能量。当超声波在液体中进行传播时，会产生交替的压力，在正压相位时超声波对介质分子进行挤压，增加介质密度；在负压相位时使介质分子疏松，介质密度减小。当有足够大的声波振幅作用于介质时，介质分子之间平均距离改变，介质之间发生断裂，即形成微泡，当张力继续存在时，这些微泡会进行扩张生长，并发生猛烈碰撞。溶液中气体成分会通过气-液界面与这些空化气泡进行扩散，当达到一定尺寸后，空化气泡在溶液表面崩溃逸出，这就形成了超声波脱气作用。相较于现有技术，本发明消除光刻胶内的细微气泡的效果显著，可以防止光刻胶在涂胶显影过程中因内部细微的气泡导致大量光刻缺陷。一方面，超纯水可为超声波发生器10提供声波传播介质，另一方面，超纯水是依次从进液口101和排液口经过腔体100，保证超纯水处于流动状态，避免超声波长时间工作后超纯水的温度上升而导致缓冲瓶30的温度上升，并最终影响光刻胶性能，流动的超纯水可以使缓冲瓶30保持在光刻机台的温度范围内。优选地，进液口101靠近所述腔体100的底部，排液口靠近所述腔体100的顶部，使得超纯水从腔体100的下方进入，从腔体100的上方排出。在一实施例中，超纯水保持22℃恒温，流速为10～50ml/min。
36.进一步地，所述光刻胶气泡消除装置还包括排气缓冲室40，所述排气缓冲室40通过电磁阀(未图示)与所述缓冲瓶30连接；所述排气缓冲室40可被通入氮气。电磁阀打开时，氮气从缓冲室进入缓冲瓶30中，将已经超声波脱气的光刻胶压入管路20中进行输送。所述光刻胶气泡消除装置还包括第一压力表a1和第一真空泵b1；所述第一压力表a1用于检测所述排气缓冲室40内的压力值；当所述第一压力表a1检测的压力值在第一预设范围之外时，所述第一真空泵b1对所述排气缓冲室40抽真空。关闭电磁阀，当第一压力表a1检测到压力超过第一预设范围时(通常是气压上升)，第一真空泵b1工作，气压下降则会通过通入氮气来补充，保证缓冲瓶30内的气压稳定至常压。
37.优选地，所述光刻胶装置还包括设于所述管路20上的至少一个滤除组件(优选为设置至少两个)，所述缓冲瓶30和所述滤除组件按照光刻胶的输送方向依次排布；所述滤除组件包括设于所述管路20中的脱气滤膜50，所述脱气滤膜50具有多个滤孔，所述滤孔用于过滤所述光刻胶的气泡。脱气滤膜50上的滤孔的孔径较小，满足仅允许透过气体而不能透过液体，通过设置脱气滤膜50，可以排出可能还残留的少量细微气泡，以进一步滤除光刻胶内的气泡，保证光刻胶的质量。需说明的是，管路20和脱气滤膜50的材质可以是相同的，比如均为薄膜材质。
38.图3是本发明一实施例的管路与脱气滤膜相配合的示意图。进一步地，所述脱气滤膜50呈管状，参阅图3，所述脱气滤膜50与所述管路20的内壁具有间隙以形成夹层200；所述滤除组件还包括第二压力表a2和第二真空泵b2；所述第二压力表a2用于检测所述夹层200
内的压力值；当所述第二压力表a2检测的压力值在第二预设范围之外时，所述第二真空泵b2对所述夹层200抽真空。当脱气滤膜50过滤气泡后，夹层200内气压上升，第二压力表a2检测到压力值超过第二预设范围，第二真空泵b2从而对夹层200抽真空处理以降压。
39.进一步地，所述管路20远离所述缓冲瓶30的管段上设有第三压力表a3和压力泵60。所述压力泵60用于驱使所述光刻胶沿所述管路20移动，通过超声波发生器10和脱气滤膜50的处理，且管路20中的气泡探测器80没有发出报警信号，可利用压力泵60将光刻胶压入到喷嘴70处进行涂胶工作。所述第一压力表a1用于检测所述管路20中的压力值，保证管路20中的压力值在设定的范围内，从而确保光刻胶的输送速率在预定速率范围内，避免光刻胶输送过快或过慢，保证喷嘴70平稳喷出光刻胶，保证均匀涂胶。
40.基于上述的光刻胶气泡消除装置，本实施例还提供一种光刻系统，其包括如上所述的光刻胶气泡消除装置。进一步地，光刻系统包括机台和如上所述的光刻胶气泡消除装置，且光刻胶气泡消除装置设置于所述机台内。
41.本发明在不干扰机台主体的条件下，只需要替换机台内的部分零件，即可实现光刻胶内气泡消除，装置简单，操作风险小，无需改造机台，可以进行大规模推广。发明人通过实践发现，运用包括所述光刻胶气泡消除装置的光刻系统，每月可减少光刻胶损失1～3万美元，减少机台损失的作业时间20～40小时，并极大降低了因气泡造成的晶圆缺陷率。
42.综上所述，在本发明提供的光刻胶气泡消除装置及光刻系统中，光刻胶气泡消除装置包括管路、缓冲瓶和超声波发生器；超声波发生器具有一腔体，所述腔体具有进液口和出液口，用于供所述超纯水自所述进液口进入所述腔体，并自所述出液口排出所述腔体；管路用于输送光刻胶；缓冲瓶设于所述管路上且与所述管路连通，并用于容纳所述光刻胶，所述缓冲瓶的至少一部分位于所述腔体的范围之内。如上配置，可通过超声波发生器和超纯水的配合对缓冲瓶中的光刻胶内的气泡进行超声波脱气处理，相较于现有技术，本发明消除光刻胶内的细微气泡的效果显著，可以防止光刻胶在涂胶显影过程中因内部细微的气泡导致大量光刻缺陷。进一步地，还可在管路中设置脱起滤膜，排出可能还剩余的少量气泡，以进一步滤除光刻胶内的气泡，保证光刻胶的质量。
43.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。