CN1776531B - 湿浸式光刻系统中用于清洗半导体衬底的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种方法和设备，用于减少和防止残留物的形成，并移去在湿浸式光刻工具中形成的残留物。该设备包括在湿浸式光刻系统的湿浸头内引入清洗机制，或包括在湿浸式光刻系统的清洗台中引入清洗机制。

Description

湿浸式光刻系统中用于清洗半导体衬底的方法和设备
技术领域
本发明涉及半导体制造工艺的领域，更具体地说，涉及在湿浸式光刻系统用于清洗半导体衬底的方法和设备。
背景技术
湿浸式光刻的出现，使得光学光刻技术延伸到了比目前利用常规光学光刻工具所印刷的图像尺寸小的尺寸。湿浸式光刻工具放置湿浸液体与待曝光的光刻胶层直接接触，以及将湿浸式光刻系统的最终图像调焦透镜或者湿浸在液体中，或者放置到非常接近于湿浸液体的位置。通过应用斯奈尔(Snell)折射定律，湿浸液体使分辨率的瑞莱(Raleigh)准则的捕获角增加(由此增加分辨率)，并因此能比在光刻胶层和最终图像调焦透镜之间只有空气的光刻系统，形成更小的图像。
然而，湿浸式光刻中一个显著问题是，在光刻胶表面上产生杂质残留物，以及在其中随后显影去除光刻胶的区域中的半导体衬底的表面上产生杂质残留物。这些残留物会引起物理产物和可靠性缺陷，以及所制造的集成电路器件的电气参数恶化。
因此，需要一种方法和设备，用于防止或减少杂质残留物的形成，以及用于移去在湿浸式光刻期间形成的杂质残留物。
发明内容
本发明针对减少或防止杂质残留物的形成以及移去在湿浸式光刻工具中形成的杂质残留物的问题，通过在湿浸式光刻系统的湿浸头内引入清洗机制，或通过在湿浸式光刻系统的清洗台中引入清洗机制，由此在原位上清洗半导体衬底。
本发明的第一方面在于一种设备，该设备包括：一个腔室，具有顶部、侧壁和底部开口，该顶部对于所选择的光波长透明；入口和出口，在该腔室的侧壁中；一个板，从该腔室的底部边缘向外延伸；一组同心沟槽，形成在该板的底表面中，该沟槽以腔室为中心，用于向该组沟槽的第一沟槽和第四沟槽施加真空的装置，第一沟槽最接近腔室的底部开口；用于向该组沟槽的第二沟槽和第五沟槽供给惰性气体或惰性气体和溶剂蒸汽混合物，第二沟槽在第一和第四沟槽之间，而第五沟槽在第四沟槽的外侧；以及用于向该组沟槽的第三沟槽供给清洗流体的装置，第三沟槽在第二沟槽和第四沟槽之间。
本发明的第二方面在于一种设备，该设备包括：圆形板，和形成在该板的底表面中的开口；一组同心沟槽，形成在该板的底表面中，该沟槽以开口为中心；用于向该开口供给清洗流体的装置；用于向该组沟槽的第一沟槽施加真空的装置，第一沟槽最靠近该开口；以及用于向该组沟槽的第二沟槽供给惰性气体或惰性气体和溶剂蒸汽混合物的装置，第二沟槽在第一沟槽的外侧。
本发明的第三方面在于一种湿浸式曝光系统，用于曝光晶片的顶表面上的光刻胶层，该系统包括：光源、一个或多个调焦透镜、掩模架、狭缝、湿浸头和晶片平台，该光源、一个或多个调焦透镜、掩模架、狭缝、和湿浸头沿光轴对准，晶片平台可在两个不同的正交方向上移动，每个正交方向都与光轴正交，掩模架和狭缝可在两个正交方向的一个方向上移动，湿浸头具有一个腔室，该腔室具有顶部、侧壁和底部开口，该顶部对所选择的光波长透明；用于利用湿浸液体填充湿浸头的腔室的装置，该腔室沿光轴对准；以及用于清洗光刻胶层的顶表面的装置。
本发明的第四方面在于一种方法，用于曝光晶片的顶表面上的光刻胶层，该方法包括：(a)放置光刻胶层的顶表面的部分与湿浸液体相接触，并在光刻胶层的部分中形成曝光和未曝光的光刻胶的区域；在(a)之后，(b)移去留在光刻胶层的部分的顶表面上的任何湿浸液体；在(b)之后，(c)用惰性气体或惰性气体和溶剂蒸汽混合物漂洗光刻胶层的部分的顶表面；在(c)之后，(d)用清洗流体清洗光刻胶层的部分的顶表面；在(d)之后，(e)移去清洗流体；以及在(e)之后，(f)用附加的惰性气体或附加的惰性气体和附加的溶剂蒸汽混合物漂洗光刻胶层的部分的顶表面。
附图说明
本发明的特征在所附权利要求中阐明。然而，通过结合附图阅读以下对说明性实施方式的详细描述，将最好地理解发明本身，在附图中：
图1是根据本发明的第一实施方式的示例性湿浸式光刻系统的图示表示；
图2是在根据本发明的图1的湿浸式光刻系统中使用的第一湿浸头的顶视图；
图3是通过图2的线3-3的横截面图；
图4是在根据本发明的图1的湿浸式光刻系统中使用的第二湿浸头的横截面图；
图5是在根据本发明的图1的湿浸式光刻系统中使用的第三湿浸头的横截面图；
图6是在根据本发明的图1的湿浸式光刻系统中使用的第四湿浸头的横截面图；
图7是在根据本发明的图1的湿浸式光刻系统中使用的第五湿浸头的横截面图；
图8和图9是根据本发明的第二实施方式的湿浸式光刻系统的图示表示；
图10是在根据本发明的图8和图9的湿浸式光刻系统中使用的第一湿浸头的横截面图；
图11是在根据本发明的第一实施方式的湿浸式光刻系统中清洗半导体衬底的方法的流程图；以及
图12是在根据本发明的第二实施方式的湿浸式光刻系统中清洗半导体衬底的方法的流程图。
具体实施方式
为了本发明的目的，术语晶片将用来表示任何的半导体衬底，其实施例包括但不局限于体硅衬底、绝缘体上覆硅(SOI)衬底、锗硅衬底、蓝宝石衬底以及其他用于制造集成电路的半导体衬底。
图1是根据本发明的第一实施方式的示例性湿浸式光刻系统的图示表示。在图1中，湿浸式光刻系统100包括受控环境腔室105和控制器110。受控环境腔室105内包含的是调焦镜115、光源120、第一调焦透镜(或透镜组)125、掩模130、曝光狭缝135、第二调焦透镜(或透镜组)140、最终调焦透镜145、湿浸头150和晶片夹具155。湿浸头150包括透明窗口160、中央腔室部分165、围绕板部分170、湿浸液体入口175A和湿浸液体出口175B。湿浸液体185充满中央腔室部分165，并与晶片190的顶表面188上的光刻胶层186相接触。板部分170被置于足够接近光刻胶层186，以在板部分170下方形成弯月面192。窗口160必须对所选择用以曝光光刻胶层186的光波长透明。在一个实施例中，窗口160对约190nm或更短的波长透明。
调焦镜115、光源120、第一调焦透镜125、掩模130、曝光狭缝135、第二调焦透镜140、最终调焦透镜145、湿浸头150都沿着光轴200对准，该光轴200还定义了Z方向。X方向定义为与Z方向正交的方向，并且朝向该图的平面。Y方向定义为与X和Z方向二者都正交的方向。在控制器110的指导下，晶片夹具155可以在X和Y方向上移动，以使得在光刻胶层186中形成曝光和未曝光的区域。在XY-平台移动时，使光刻胶层186的新的部分与湿浸液体185相接触，并且将光刻胶层的先前湿浸部分移去，使其不与湿浸液体接触。在控制器110的控制下，掩模130和狭缝135可以在Y方向上移动，以将掩模130上的图像(未示出)扫描到光刻胶层186上。在一个实施例中，掩模130上的图像是待印刷图像的1倍至10倍的放大版本，并且包括一个或多个集成电路芯片图像。
当曝光完成时，必须将晶片190从受控环境腔室105移去而不能泄漏湿浸液体185。为此，受控环境腔室105还包括盖板195，首先可以移动盖板195以与晶片夹具155邻接，然后在将晶片夹具从湿浸头150下方移出时，盖板195与晶片夹具一起移动，以使该盖板取代在湿浸头150下方的晶片夹具。
图2是在根据本发明的图1的湿浸式光刻系统中使用的第一湿浸头的顶视图。在图2中，湿浸头150的板部分170包含同心圆形沟槽210、215、220、225和230，这些沟槽形成在板部分的底表面中。各圆形沟槽向沿着该沟槽均匀定位的多个入口或出口开放。沟槽210连接到出口235。沟槽215连接到入口240。沟槽220连接到入口245。沟槽225连接到出口250。沟槽230连接到入口255。
图3是通过图2的线3-3的横截面图。在图3中，窗口160、湿浸头150的腔室部分165的例壁260以及光刻胶层186定义了具有高度H1的湿浸腔室265，该腔室265中包含大量湿浸液体185。湿浸头150的板部分170位于光刻胶层186之上的高度H2处。在一个实施例中，H1约为1至5毫米。在一个实施例中，H2约为5至100微米。少部分的湿浸流体185包含在弯月面192中，该弯月面192在板部分170、光刻胶层186和沟槽210之间。
相对于腔室部分165，沟槽210是沟槽210、215、220、225和230的最内侧的沟槽，并且出口235连接到真空源。相对于腔室部分165，沟槽215位于沟槽210的外侧，并且入口240向沟槽215供给诸如氮气的惰性气体，或诸如氮气和甲醇蒸汽混合物、氮气和乙醇蒸汽混合物、或氮气和丙醇或异丙醇蒸汽混合物的惰性气体/溶剂蒸汽混合物，该气体散布在光刻胶层186上。可以用其他惰性气体代替氮气，并且可以用其他有机溶剂代替甲醇、乙醇和丙醇或异丙醇。沟槽210收集漏出弯月面192或留在光刻胶层186上的所有湿浸液体185，以及从沟槽215散布在光刻胶层186上的惰性气体或惰性气体/溶剂蒸汽混合物。
相对于腔室部分165，沟槽220位于沟槽215的外侧，并且入口245向沟槽220供给清洗流体，然后该流体散布到光刻胶层186上。因此可以将沟槽220看作“清洗”沟槽。该清洗流体可以基于湿浸液体185和光刻胶层186的成分来选择。在第一实施例中，如果湿浸液体185是水或水基物质，那么清洗流体可以包括极性溶剂、螯合剂、羟胺、链烷醇胺及其组合。螯合剂的实例包括但不限于有机酸、苯硫酚、乙二胺四羧酸、乙二胺四乙酸、羟基苯及其衍生物。极性溶剂的实例包括但不限于水、醇、乙二醇和乙二醇醚。
在第二实施例中，如果湿浸液体185是丙三醇，那么清洗流体可以包括酒精。酒精的实施例包括但不限于甲醇、乙醇和丙醇或异丙醇。
在第三实施例中，如果湿浸液体185是油基的，那么清洗流体可以包括非极性溶剂。非极性溶剂包括但不限于烷、环烷和烯，酮，以及氯化的溶剂。
相对于腔室部分165，沟槽225位于沟槽220的外侧，并且出口250连接到真空源。相对于腔室部分165，沟槽230位于沟槽225的外侧，并且入口255向沟槽230供给诸如氮气的惰性气体或诸如氮气和甲醇蒸汽混合物、氮气和乙醇蒸汽混合物、或氮气和丙醇或异丙醇蒸汽混合物的惰性气体/溶剂蒸汽混合物，该气体接触光刻胶层186。可以用其他惰性气体代替氮气，并且可以用其他有机溶剂代替甲醇、乙醇和丙醇或异丙醇。沟槽225收集从沟槽220散布到光刻胶层186上的清洗流体，以及从沟槽230散布在光刻胶层186上的惰性气体或惰性气体/溶剂蒸汽混合物。
在曝光期间，当晶片190在湿浸头150下方移动时，湿浸流体185不断地从入口175A到出口175B循环通过湿浸腔室265。同时，通过入口240和255，将惰性气体或惰性气体/溶剂蒸汽混合物分别供给到沟槽215和230，并散布在光刻胶层186上，通过入口245，将清洗流体供给到沟槽220，并散布在光刻胶层186上，以及通过出口235和250，将真空分别供给到沟槽210和225，以移去清洗流体和惰性气体或惰性气体和溶剂蒸汽混合物。因此，在光刻胶层的湿浸和曝光前后，新的清洗流体和惰性气体或惰性气体/溶剂蒸汽混合物不断地供给到光刻胶层186以及从光刻胶层186移去。因此，由湿浸流体清洗掉附着到光刻胶表面的任何杂质，并且在对湿浸流体曝光后的非常短的时段内移去了杂质。另外，通过在光刻胶层186的表面与湿浸流体185接触之前清洗光刻胶层186的表面，可以减少或消除湿浸流体的潜在杂质。
湿浸式光刻系统中的温度控制是重要的。因此，受控环境腔室105的周围气氛、湿浸流体185、所有惰性气体或惰性气体/溶剂蒸汽混合物以及供给到湿浸头150的板部分170中的沟槽210、215、225和230的所有清洗流体，都受温度控制。在一个实施例中，通过本领域公知的多种装置，将受控环境腔室105的周围气氛、湿浸流体185、所有惰性气体或惰性气体/溶剂蒸汽混合物，控制到室温(约18℃至约24℃)±约0.1℃。另外，可以将受控环境腔室105的湿度控制到约40％的相对湿度或更小。并且，可以选择或处理所有非水的惰性气体/溶剂混合物和清洗流体，以包含少于约1％重量的水。
图4是在根据本发明的图1的湿浸式光刻系统中使用的第二湿浸头的横截面图。在图4中，除了将附加的沟槽270、275和280及对应的一组入口285、出口290和入口295添加到板部分170之外，湿浸头150A类似于图2和图3的湿浸头150。
相对于腔室部分165，沟槽270位于沟槽230的外侧，并且入口285向沟槽270供给第二清洗流体，该流体散布在光刻胶层186上。因此，可以将沟槽270看作“清洗”沟槽。该清洗流体可以基于湿浸液体185和通过入口245供给到沟槽220的第一清洗流体的成分来选择。第二清洗流体可以包括在前面参照沟槽220所述的任何一种清洗流体，或可以包括在前面参照沟槽215和230所述的任何一种惰性气体或惰性气体/溶剂蒸汽混合物。相对于腔室部分165，沟槽275位于沟槽270的外侧，并且出口290连接到真空源。相对于腔室部分165，沟槽280位于沟槽275的外侧，并且入口295供给前述的任何一种惰性气体或惰性气体/溶剂蒸汽混合物。
图5是在根据本发明的图1的湿浸式光刻系统中使用的第三湿浸头的横截面图。在图5中，除了沟槽230和275以及对应的入口255和出口290被除去之外，湿浸头150B类似于图4的湿浸头150A。当通过入口245和285供给的第一和第二清洗流体没有形成有害的反应产物，并且都能在沟槽225中被捕获并通过出口250移去时，本发明的该实施方式是有用的。
在操作的第一模式下，曝光光刻胶层186期间，一直将清洗流体供给到用于湿浸头150(见图3)、湿浸头150A(见图4)和湿浸头150B(见图5)的沟槽220，以及供给到用于湿浸头150A和150B的沟槽270。在操作的第二模式下，根据具体情况，仅当晶片190相对于湿浸头150、150A或150B移动时，将清洗流体供给到用于湿浸头150(见图3)、湿浸头150A(见图4)和湿浸头150B(见图5)的沟槽220，以及供给到用于湿浸头150A和150B的沟槽270。
图6是在根据本发明的图1的湿浸式光刻系统中使用的第四湿浸头的横截面图。在图6中，除了将一组超声波发生器300位于沟槽220和225之间，湿浸头150C类似于图2和图3的湿浸头150。通过射频电缆305将射频(RF)功率供给各超声波发生器300。从沟槽220散布到光刻胶层186上的清洗流体，在由沟槽225捕获并移去之前，在超声波发生器300下方经过。由超声波发生器供给的超声波能量有助于将杂质从光刻胶层186移去。在操作的第三模式下，无论何时向沟槽220供给清洗流体，都对超声波发生器供电。在操作的第四模式下，仅当向沟槽220供给清洗流体以及晶片190相对于湿浸头150C移动时，供给超声波能量。在操作的第五模式下，不使用超声波发生器300。
图7是在根据本发明的图1的湿浸式光刻系统中使用的第五湿浸头的横截面图。在图7中，除了将第二组超声波发生器310位于沟槽270和275之间，湿浸头150D类似于图6的湿浸头150C。通过RF电缆315将RF功率供给到各超声波发生器310。从沟槽270散布到光刻胶层186上的清洗流体，在由沟槽275捕获并移去之前，在超声波发生器310下方经过。由超声波发生器供给的超声波能量有助于将杂质从光刻胶层186移去。在操作的第六模式下，无论何时向沟槽270供给清洗流体，都对超声波发生器供电。在操作的第七模式下，仅当向沟槽270供给清洗流体以及晶片190相对于湿浸头150D移动时，供给超声波能量。在操作的第八模式下，不使用超声波发生器310。
在图6和图7中，示出超声波发生器300和310埋入板170中。超声波发生器300和310可以放置在板170的底表面中形成的狭槽中、板170的顶表面中形成的狭槽中、或简单地位于顶表面170上。
假若安装到湿浸式光刻系统的实际湿浸头支持所选择的模式，则在根据本发明的湿浸头的操作中，可以采用模式1或2、和/或模式3，4或5、和/或模式6，7或8中的任一组合。
返回图5，可以在沟槽220和225之间、沟槽270和280之间、或既在沟槽220和225之间又在沟槽270和280之间，将超声波发生器(未示出)添加到湿浸头150B。
图8和图9是根据本发明的第二实施方式的湿浸式光刻系统的图示表示。在图8中，光刻(photolithography)曝光工具350包括装/卸台355、晶片传送台360、湿浸式光刻台365和清洗台370。湿浸式光刻台365包括湿浸式光刻系统100A。湿浸式光刻系统100A类似于前述图1的湿浸式光刻系统100，除了湿浸式光刻系统100A的湿浸头是常规的湿浸头之外。可选择地，湿浸式光刻系统100A的湿浸头可以是根据本发明的湿浸头。清洗台370包括图10中所示的且在下文描述的清洗头400。在图9中，光刻曝光工具380包括装/卸台385、清洗台390和湿浸式光刻台395。湿浸式光刻台395包括湿浸式光刻系统100A。
图10是在根据本发明的图8和图9的湿浸式光刻系统中使用的第一湿浸头的横截面图。在图10中，清洗头400不包含湿浸腔室，而是包括圆形板405，该圆形板405关于纵轴407对称，并具有与轴407对准的中心开口410，并且包含同心圆形沟槽415和420以及可选的沟槽425、430和435，这些沟槽形成在该板的底表面中。各圆形沟槽对沿着沟槽均匀定位的多个入口或出口开放。沟槽415连接到出口445。沟槽420连接到入口450。沟槽425连接到入口455。沟槽430连接到出口460。沟槽435是可选的。在中心开口410和沟槽415之间，将一组超声波发生器475设置在板405中。由RF电缆480将RF功率供给到各超声波发生器475。在沟槽425和沟槽430之间，将可选的第二组超声波发生器485设置在板405中。由RF电缆490将RF功率供给到各超声波发生器485。
中心开口410通过入口470供给第一清洗流体。因此，可以将中心开口410看作“清洗”开口。在第一实施例中，第一清洗流体包括极性溶剂、螯合剂、羟胺、链烷醇胺及其组合。螯合剂的实例包括但不限于乙二胺、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二醇-双-(2-氨乙基)-N，N，N′N′-四乙酸(EGTA)、三羧甲胺、次氮基乙酸、次氮基乙酸酯、柠檬酸酯、酒石酸酯、三乙醇胺、水杨酸、二巯基丙醇、磷酸酯、多糖、以及碳水化合物。极性溶剂的实例包括但不限于水、醇、乙二醇和乙二醇醚。在第二实施例中，第一清洗流体包括醇。醇的实例包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇和异丙醇。在第三实施例中，第一清洗流体包括非极性溶剂。非极性溶剂的实例包括但不限于诸如烷、环烷以及烯的非极性溶剂、酮、以及氯化的溶剂。
相对于中心开口410，沟槽415是沟槽415、420、425、430和435的最内侧的沟槽，并且出口445连接到真空源。从中心开口410散布到光刻胶层186上的清洗流体，在由沟槽415捕获并移去之前，在超声波发生器475下方经过。相对于中心开口410，沟槽420位于沟槽415的外侧，并且入口450向沟槽420供给诸如前面所述那些的惰性气体或惰性气体/溶剂蒸汽混合物，上述气体散布在光刻胶层186上。    
相对于中心开口410，沟槽425位于沟槽420的外侧，并且入口455向沟槽425供给第二清洗流体，该流体散布在光刻胶层186上。因此，可以将沟槽425看作“清洗”沟槽。在一个实施例中，第二清洗流体可以包括前面所述的任何一种清洗流体，或可以包括前面所述的任何一种惰性气体或惰性气体/溶剂蒸汽混合物。相对于中心开口410，沟槽430位于沟槽425的外侧，并且出口460连接到真空源。从沟槽425散布到光刻胶层186上的清洗流体，在被沟槽430捕获并移去之前，在超声波发生器485下方经过。相对于中心开口410，沟槽435位于沟槽430的外侧，并且入口465向沟槽435供给诸如前面所述那些的惰性气体或惰性气体/溶剂蒸汽混合物，该气体散布在光刻胶层186上。
超声波发生器475和485是可选的，并且在根据本发明的可选择的清洗头中，可以不存在一组或两组超声波发生器。类似地，在根据本发明的可选择的清洗头中，可以不存在沟槽425、430和435，以及入口455和465，以及出口460。
在操作的第一模式下，无论何时将清洗流体分别供给到中心开口410或沟槽425，都对超声波发生器475和485供电。在操作的第二模式下，仅当将清洗流体分别供给到中心开口410或沟槽425，并且晶片190相对于清洗头400移动时，供给超声波能量。在操作的第三模式下，不使用超声波发生器475。在操作的第四模式下，不使用超声波发生器485。在操作的第五模式下，不使用超声波发生器475和485。
图11是在根据本发明的第一实施方式的湿浸式光刻系统中清洗半导体衬底的方法的流程图。在步骤500中，对湿浸头打开入口的惰性气体或惰性气体/溶剂蒸汽混合物。在步骤505中，对湿浸头打开出口的真空。在步骤510中，对湿浸头打开湿浸流体。在步骤515中，将涂有光刻胶的晶片装在湿浸头下方。在步骤520中，选择操作模式，并基于所选模式和用于本发明的第一实施方式的如前面所述的湿浸头的物理容量，打开清洗流体和超声波发生器。在步骤525中，在执行根据所选模式的清洗的同时，在湿浸头下方移动晶片并曝光光刻胶层。在步骤530中，关闭清洗流体，以及在步骤535中，将晶片从湿浸头下方卸下。对于要曝光的各晶片重复步骤515至535。
图12是在根据本发明的第二实施方式的湿浸式光刻系统中清洗半导体衬底的方法的流程图。以下列出的步骤可以按下列次序执行：1)步骤540、545、550、555、560、565、570、575和580(开始1至结束2)；或2)步骤540、545、550、555、560和565(开始1至结束1)；或3)步骤555、560、565、570、575和5 80(开始2至结束2)。换句话说，可以在曝光之前、曝光之后执行清洗，或在曝光前后均执行清洗。
在步骤540中，将晶片装到清洗台中，并位于清洗头下方。在步骤545中，选择操作模式，并基于所选模式和用于本发明的第二实施方式的如前面所述的清洗头的物理容量，打开清洗流体和超声波发生器。在步骤550中，关闭清洗流体，并将晶片从清洗头下方卸下。
在步骤555中，在湿浸头下方移动涂有光刻胶的晶片(或如果没有执行步骤540、545和550，则装入晶片)。在步骤560中，曝光晶片上的光刻胶层。在步骤565中，将晶片从曝光台卸下。
在步骤570中，将所曝光的晶片移动到清洗台，并位于清洗头下方(或如果不再执行步骤570、575和5 80，则将晶片从工具中移出)。在步骤575中，选择操作模式，并基于所选模式和用于本发明的第二实施方式的如前面所述的清洗头的物理容量，打开清洗流体和超声波发生器。在步骤580中，关闭清洗流体，并将晶片从清洗台卸下。
在本发明的第一实施方式中，当提供两个清洗沟槽时，可以将光刻胶显影剂代替清洗流体供给到这两个“清洗”沟槽的最内侧的一    个，以便使通过曝光工艺在光刻胶层中形成的潜像显影，并且可以将漂洗溶剂供给到这两个“清洗”沟槽的最外面一个，以漂洗掉显影剂和溶解的光刻胶。
在本发明的第二实施方式中，当提供中心开口和清洗沟槽二者时，可以将光刻胶显影剂代替清洗流体供给到中心开口，以便使通过曝光工艺在光刻胶层中形成的潜像显影，并且可以将漂洗溶剂供给到“清洗”沟槽，以漂洗掉显影剂和溶解的光刻胶。
因此，本发明提供一种方法和设备，用于防止或减少杂质残留物的形成，并用于移去在湿浸式光刻期间形成的杂质残留物。
以上给出本发明的实施方式的描述，用于理解本发明。应理解到，本发明不限于这里所描述的具体实施方式，而是在不脱离本发明的范围内，能够进行如本领域技术人员所明白的那样的各种修改、重新配置和替换。例如，尽管在本发明中所描述的晶片是圆盘状，但本发明可应用于具有其他几何形状诸如正方形和长方形的晶片。因此，意图在于下列权利要求覆盖所有落入本发明的真实精神和范围内的这种修改和变化。

Claims (62)

1.一种用于在湿浸式光刻系统中清洗半导体衬底的设备，包括：
一个腔室，具有顶部和侧壁及底部开口，所述顶部对选择的光波长透明；
入口和出口，在所述腔室的所述侧壁中；
一个板，从所述腔室的底部边缘向外延伸；
一组同心沟槽，形成在所述板的底表面中，所述沟槽以所述腔室为中心，
用于向所述一组沟槽的第一沟槽和第四沟槽施加真空的装置，所述第一沟槽最接近所述腔室的所述底部开口；
用于向所述一组沟槽的第二沟槽和第五沟槽供给惰性气体或所述惰性气体和溶剂蒸汽混合物的装置，所述第二沟槽在所述第一和所述第四沟槽之间，而所述第五沟槽在所述第四沟槽的外侧；和
用于向所述一组沟槽的第三沟槽供给清洗流体的装置，所述第三沟槽在所述第二沟槽和所述第四沟槽之间。
2.根据权利要求1的设备，还包括：
在所述第三和第四沟槽之间的至少一个超声波发生器。
3.根据权利要求1的设备，还包括：
在所述第五沟槽的外侧的所述一组沟槽的第六沟槽，以及用于向所述第六沟槽供给附加的清洗流体的装置；
在所述第六沟槽的外侧的所述一组沟槽的第七沟槽，以及用于向所述第七沟槽供给附加的真空的装置；和
在所述第七沟槽的外侧的所述一组沟槽的第八沟槽，以及用于向所述第八沟槽供给附加的惰性气体或所述附加的惰性气体和附加的溶剂蒸汽混合物的装置。
4.根据权利要求3的设备，还包括：
在所述第三和第四沟槽之间的至少一个超声波发生器。
5.根据权利要求4的设备，还包括：
在所述第六和第七沟槽之间的一个或多个附加的超声波发生器。
6.根据权利要求3的设备，还包括：
在所述第六和第七沟槽之间的至少一个超声波发生器。
7.根据权利要求1的设备，还包括：
位于所述第四沟槽和所述第五沟槽之间的所述一组沟槽的第六沟槽，以及用于向所述第六沟槽供给附加的清洗流体的装置。
8.根据权利要求7的设备，还包括：
在所述第三和第四沟槽之间的至少一个超声波发生器、在所述第四和第六沟槽之间的至少一个超声波发生器。
9.一种用于在湿浸式光刻系统中清洗半导体衬底的设备，包括：
圆形板，和形成在所述板的底表面中的开口；
一组同心沟槽，形成在所述板的所述底表面中，所述沟槽以所述开口为中心；
用于向所述开口供给清洗流体的装置；
用于向所述一组沟槽的第一沟槽施加真空的装置，所述第一沟槽最靠近所述开口；和
用于向所述一组沟槽的第二沟槽供给惰性气体或所述惰性气体和溶剂蒸汽混合物的装置，所述第二沟槽在所述第一沟槽的外侧。
10.根据权利要求9的设备，还包括：
在所述第二沟槽的外侧的所述一组沟槽的第三沟槽，以及用于向所述第三沟槽供给附加的清洗流体的装置；
在所述第三沟槽的外侧的所述一组沟槽的第四沟槽，以及用于向所述第四沟槽施加附加的真空的装置；和
在所述第四沟槽的外侧的所述一组沟槽的第五沟槽，以及用于向所述第五沟槽供给附加的惰性气体或所述附加的惰性气体和附加的溶剂蒸汽混合物的装置。
11.根据权利要求10的设备，还包括：
在所述开口和所述第一沟槽之间的至少一个超声波发生器、在所述第三和第四沟槽之间的至少一个超声波发生器、或者在所述开口和所述第一沟槽之间的至少一个超声波发生器、以及在所述第三和第四沟槽之间的至少一个超声波发生器。
12.根据权利要求9的设备，还包括：
在所述第一和第二沟槽之间的所述一组沟槽的第三沟槽，以及用于向所述第三沟槽供给附加的清洗流体的装置。
13.根据权利要求12的设备，还包括：
在所述开口和所述第一沟槽之间的至少一个超声波发生器、在所述第二和第三沟槽之间的至少一个超声波发生器。
14.一种湿浸式曝光系统，用于曝光晶片的顶表面上的光刻胶层，该系统包括：
光源、一个或多个调焦透镜、掩模架、狭缝、湿浸头和晶片平台，所述光源、所述一个或多个调焦透镜、所述掩模架、所述狭缝、和所述湿浸头沿光轴对准，所述晶片平台可在两个不同的正交方向上移动，每个所述正交方向与所述光轴正交，所述掩模架和所述狭缝可在所述两个正交方向的一个方向上移动，所述湿浸头具有一个腔室，该腔室具有顶部、侧壁和底部开口，所述顶部对所选择的光波长透明；
用于利用湿浸液体填充所述湿浸头的所述腔室的装置，所述腔室沿所述光轴对准；和
用于清洗所述光刻胶层的顶表面的装置，其包括：
一个板，沿所述腔室的底部边缘向外延伸；
一组同心沟槽，形成在所述板的底表面中，所述沟槽以所述腔室为中心，
用于向所述一组沟槽的第一沟槽和第四沟槽施加真空的装置，所述第一沟槽最接近所述腔室的所述底部开口；
用于向所述一组沟槽的第二沟槽和第五沟槽供给惰性气体或所述惰性气体和溶剂蒸汽混合物的装置，所述第二沟槽在所述第一和所述第四沟槽之间，而所述第五沟槽在所述第四沟槽的外侧；和
用于向所述一组沟槽的第三沟槽供给清洗流体的装置，所述第三沟槽在所述第二沟槽和第四沟槽之间。
15.根据权利要求14的系统，还包括：
在所述第三和第四沟槽之间的至少一个超声波发生器。
16.根据权利要求14的系统，还包括：
在所述第五沟槽的外侧的所述一组沟槽的第六沟槽，以及用于向所述第六沟槽供给附加的清洗流体的装置；
在所述第六沟槽的外侧的所述一组沟槽的第七沟槽，以及用于向所述第七沟槽施加附加的真空的装置；
在所述第七沟槽的外侧的所述一组沟槽的第八沟槽，以及用于向所述第八沟槽供给附加的惰性气体或所述附加的惰性气体和附加的溶剂蒸汽混合物的装置。
17.根据权利要求16的系统，还包括：
在所述第三和第四沟槽之间的至少一个超声波发生器。
18.根据权利要求17的系统，还包括：
在所述第六和第七沟槽之间的一个或多个附加的超声波发生器。
19.根据权利要求16的系统，还包括：
在所述第六和第七沟槽之间的至少一个超声波发生器。
20.根据权利要求14的系统，还包括：
位于所述第四沟槽和所述第五沟槽之间的所述一组沟槽的第六沟槽，以及用于向所述第六沟槽供给附加的清洗流体的装置。
21.根据权利要求20的系统，还包括：
在所述第三和第四沟槽之间的至少一个超声波发生器、在所述第四和第六沟槽之间的至少一个超声波发生器。
22.一种湿浸式曝光系统，用于曝光晶片的顶表面上的光刻胶层，该系统包括：
光源、一个或多个调焦透镜、掩模架、狭缝、湿浸头和晶片平台，所述光源、所述一个或多个调焦透镜、所述掩模架、所述狭缝、和所述湿浸头沿光轴对准，所述晶片平台可在两个不同的正交方向上移动，每个所述正交方向与所述光轴正交，所述掩模架和所述狭缝可在所述两个正交方向的一个方向上移动，所述湿浸头具有一个腔室，该腔室具有顶部、侧壁和底部开口，所述顶部对所选择的光波长透明；
用于利用湿浸液体填充所述湿浸头的所述腔室的装置，所述腔室沿所述光轴对准；和
用于清洗所述光刻胶层的顶表面的装置，其包括：
圆形板，和形成在所述板的底表面中的开口；
一组同心沟槽，形成在所述板的所述底表面中，所述沟槽以所述开口为中心；
用于向所述开口供给清洗流体的装置；
用于向所述一组沟槽的第一沟槽施加真空的装置，所述第一沟槽最靠近所述开口；和
用于向所述一组沟槽的第二沟槽供给惰性气体或所述惰性气体和溶剂蒸汽混合物的装置，所述第二沟槽在所述第一沟槽的外侧。
23.根据权利要求22的系统，还包括：
在所述第二沟槽的外侧的所述一组沟槽的第三沟槽，以及用于向所述第三沟槽供给附加的清洗流体的装置；
在所述第三沟槽的外侧的所述一组沟槽的第四沟槽，以及用于向所述第四沟槽施加附加的真空的装置；和
在所述第四沟槽的外侧的所述一组沟槽的第五沟槽，以及用于向所述第五沟槽供给附加的惰性气体或所述附加的惰性气体和附加的溶剂蒸汽混合物的装置。
24.根据权利要求23的系统，还包括：
在所述开口和所述第一沟槽之间的至少一个超声波发生器、在所述第三和第四沟槽之间的至少一个超声波发生器、或在所述开口和所述第一沟槽之间的至少一个超声波发生器、以及在所述第三和第四沟槽之间的至少一个超声波发生器。
25.根据权利要求22的系统，还包括：
在所述第一和所述第二沟槽之间的所述一组沟槽的第三沟槽，以及用于向所述第三沟槽供给附加的清洗流体的装置。
26.根据权利要求25的系统，还包括：
在所述开口和所述第一沟槽之间的至少一个超声波发生器、在所述第二和第三沟槽之间的至少一个超声波发生器。
27.一种利用权利要求14或22所述的湿浸式曝光系统来曝光晶片的顶表面上的光刻胶层的方法，该方法包括：
(a)放置所述光刻胶层的顶表面的部分与湿浸液体相接触，并在所述光刻胶层的所述部分中形成曝光和未曝光的光刻胶的区域；
在(a)之后，(b)移去留在所述光刻胶层的所述部分的所述顶表面上的湿浸液体；
在(b)之后，(c)用惰性气体或所述惰性气体和溶剂蒸汽混合物漂洗所述光刻胶层的所述部分的所述顶表面；
在(c)之后，(d)用清洗流体清洗所述光刻胶层的所述部分的所述顶表面；
在(d)之后，(e)移去所述清洗流体；以及
在(e)之后，(f)用附加的惰性气体或所述附加的惰性气体和附加的溶剂蒸汽混合物漂洗所述光刻胶层的所述部分的所述顶表面。
28.根据权利要求27的方法，还包括：
在步骤(a)之前，用所述惰性气体或所述惰性气体和所述溶剂蒸汽混合物漂洗所述光刻胶层的所述部分的所述顶表面，接着用所述清洗流体清洗所述光刻胶层的所述部分的所述顶表面，之后移去所述清洗流体，然后用所述附加的惰性气体或所述附加的惰性气体和所述附加的溶剂蒸汽混合物漂洗所述光刻胶层的所述部分的所述顶表面。
29.根据权利要求27的方法，其中，在所述晶片在单一晶片夹具上时，对所述光刻胶的所述顶表面的不同部分，同时地执行步骤(a)至(f)。
30.根据权利要求29的方法，其中，对于所述光刻胶层的所述顶表面的所有部分，重复步骤(a)至(f)。
31.根据权利要求29的方法，其中：
所述清洗流体选自包括极性溶剂、非极性溶剂、螯合剂以及氮气和醇蒸汽混合物的组中；
所述惰性气体包括氮气；以及
所述惰性气体和溶剂蒸汽混合物包括氮气和醇蒸汽混合物：氮气和甲醇蒸汽混合物、氮气和乙醇蒸汽混合物、氮气和丙醇蒸汽混合物、或氮气和异丙醇蒸汽混合物。
32.根据权利要求31的方法，其中：
所述清洗流体选自其中的组包括：水、醇、烷、烯、酮、氯化的溶剂，乙二醇醚、乙二胺、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二醇-双-(2-氨乙基)-N，N，N′N′-四乙酸(EGTA)、三羧甲胺、次氮基乙酸、次氮基乙酸酯、柠檬酸酯、酒石酸酯、三乙醇胺、水杨酸、二巯基丙醇、磷酸酯、碳水化合物、羟胺、链烷醇胺、氮气和甲醇蒸汽混合物、氮气和乙醇蒸汽混合物、氮气和丙醇蒸汽混合物、或氮气和异丙醇蒸汽混合物，及其组合。
33.根据权利要求32所述的方法，其中：
醇包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇；
烷包括环烷；
碳水化合物包括多糖。
34.根据权利要求29的方法，还包括在步骤(d)中，向所述清洗流体施加超声波能量。
35.根据权利要求34的方法，还包括仅当所述晶片移动时，在步骤(d)中向所述清洗流体施加超声波能量。
36.根据权利要求29的方法，其中，仅当所述晶片移动时，在步骤(d)中将所述清洗流体施加到所述光刻胶层的所述顶表面。
37.根据权利要求29的方法，还包括：
(g)用附加的清洗流体清洗所述光刻胶层的所述部分的所述顶表面；接着
(h)移去所述附加的清洗流体；以及接着
(i)用第二附加的惰性气体或第二附加的惰性气体和溶剂蒸汽混合物漂洗所述光刻胶层的所述部分的所述顶表面。
38.根据权利要求37的方法，其中，在所述晶片在单一晶片夹具上时，对所述光刻胶的所述顶表面的不同部分，同时地执行步骤(g)至(i)。
39.根据权利要求38的方法，其中，对于所述光刻胶层的所述顶表面的所有部分，重复步骤(g)至(i)。
40.根据权利要求37的方法，其中：
所述附加的清洗流体选自包括极性溶剂、非极性溶剂、螯合剂以及氮气和醇蒸汽混合物的组中；
所述附加的惰性气体包括氮气；以及
所述附加的惰性气体和所述溶剂蒸汽混合物包括氮气和醇蒸汽混合物：氮气和甲醇蒸汽混合物、氮气和乙醇蒸汽混合物、氮气和丙醇蒸汽混合物、或氮气和异丙醇蒸汽混合物。
41.根据权利要求40的方法，其中：
所述清洗流体选自其中的组包括：水、醇、烷、烯、酮、氯化的溶剂，乙二醇醚、乙二胺、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二醇-双-(2-氨乙基)-N，N，N′N′-四乙酸(EGTA)、三羧甲胺、次氮基乙酸、次氮基乙酸酯、柠檬酸酯、酒石酸酯、三乙醇胺、水杨酸、二巯基丙醇、磷酸酯、碳水化合物、羟胺、链烷醇胺、氮气和甲醇蒸汽混合物、氮气和乙醇蒸汽混合物、氮气和丙醇蒸汽混合物、或氮气和异丙醇蒸汽混合物，及其组合。
42.根据权利要求41所述的方法，其中：
醇包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇；
烷包括环烷；
碳水化合物包括多糖。
43.根据权利要求37的方法，还包括在步骤(g)中，向所述附加的清洗流体施加超声波能量。
44.根据权利要求38的方法，还包括仅当所述晶片移动时，在步骤(g)中向所述附加的清洗流体施加超声波能量。
45.根据权利要求37的方法，其中，仅当所述晶片移动时，在步骤(g)中将所述附加的清洗流体施加到所述光刻胶层的所述顶表面。
46.根据权利要求36的方法，其中，对所述光刻胶的所述顶表面的不同部分，同时地执行步骤(a)至(j)。
47.根据权利要求46的方法，其中，对于所述光刻胶层的所述顶表面的所有部分重复步骤(a)至(f)。
48.根据权利要求46的方法，其中：
所述清洗流体选自包括极性溶剂、非极性溶剂、螯合剂以及氮气和醇蒸汽混合物的组中；
所述惰性气体包括氮气；以及
所述惰性气体和所述溶剂蒸汽混合物包括氮气和醇蒸汽混合物：氮气和甲醇蒸汽混合物、氮气和乙醇蒸汽混合物、氮气和丙醇蒸汽混合物、或氮气和异丙醇蒸汽混合物。
49.根据权利要求48的方法，其中：
所述清洗流体选自其中的组包括：水、醇、烷、烯、酮、氯化的溶剂，乙二醇醚、乙二胺、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二醇-双-(2-氨乙基)-N，N，N′N′-四乙酸(EGTA)、三羧甲胺、次氮基乙酸、次氮基乙酸酯、柠檬酸酯、酒石酸酯、三乙醇胺、水杨酸、二巯基丙醇、磷酸酯、碳水化合物、羟胺、链烷醇胺、氮气和甲醇蒸汽混合物、氮气和乙醇蒸汽混合物、氮气和丙醇蒸汽混合物、或氮气和异丙醇蒸汽混合物，及其组合。
50.根据权利要求49所述的方法，其中：
醇包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇；
烷包括环烷；
碳水化合物包括多糖。
51.根据权利要求46的方法，还包括在步骤(d)中，向所述清洗流体施加超声波能量。
52.根据权利要求51的方法，还包括仅当所述晶片移动时，在步骤(d)中向所述清洗流体施加超声波能量。
53.根据权利要求46的方法，其中，仅当所述晶片移动时，在步骤(d)中将所述清洗流体施加到所述光刻胶层的所述顶表面。
54.根据权利要求47的方法，还包括：
(g)用附加的清洗流体清洗所述光刻胶层的所述部分的所述顶表面；接着
(h)移去所述附加的清洗流体；以及
(i)用第二附加的惰性气体或第二附加的惰性气体和溶剂蒸汽混合物，漂洗所述光刻胶层的所述部分的所述顶表面。
55.根据权利要求54的方法，其中，在所述晶片在所述第二晶片夹具上时，对所述光刻胶的所述顶表面的不同部分，同时地执行步骤(g)至(i)。
56.根据权利要求55的方法，其中，对于所述光刻胶层的所述顶表面的所有部分，重复步骤(g)至(i)。
57.根据权利要求54的方法，其中：
所述附加的清洗流体选自包括极性溶剂、非极性溶剂、螯合剂以及氮气和醇蒸汽混合物的组中；
所述附加的惰性气体包括氮气；以及
所述附加的惰性气体和所述附加的溶剂蒸汽混合物包括氮气和醇蒸汽混合物：氮气和甲醇蒸汽混合物、氮气和乙醇蒸汽混合物、氮气和丙醇蒸汽混合物、或氮气和异丙醇蒸汽混合物。
58.根据权利要求57的方法，其中：
所述清洗流体选自其中的组包括：水、醇、烷、烯、酮、氯化的溶剂，乙二醇醚、乙二胺、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二醇-双-(2-氨乙基)-N，N，N′N′-四乙酸(EGTA)、三羧甲胺、次氮基乙酸、次氮基乙酸酯、柠檬酸酯、酒石酸酯、三乙醇胺、水杨酸、二巯基丙醇、磷酸酯、碳水化合物、羟胺、链烷醇胺、氮气和甲醇蒸汽混合物、氮气和乙醇蒸汽混合物、氮气和丙醇蒸汽混合物、或氮气和异丙醇蒸汽混合物，及其组合。
59.根据权利要求58所述的方法，其中：
醇包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇；
烷包括环烷；
碳水化合物包括多糖。
60.根据权利要求54的方法，还包括在步骤(g)中，向所述附加的清洗流体施加超声波能量。
61.根据权利要求55的方法，还包括仅当所述晶片移动时，在步骤(g)中向所述附加的清洗流体施加超声波能量。
62.根据权利要求54的方法，其中，仅当所述晶片移动时，在步骤(g)中，将所述附加的清洗流体施加到所述光刻胶层的所述顶表面。
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