底部抗反射涂层的涂布方法.pdf

本发明提供一种底部抗反射涂层的涂布方法，至少包括以下步骤：S1：提供一基板，将所述基板放置于涂布设备腔体内的旋转台上；S2：在所述腔体内通入异丙醇蒸汽；S3：在所述基板上形成一底部抗反射涂层。本发明的底部抗反射涂层的涂布方法通过在涂布设备腔体内通入异丙醇蒸汽，可以有效防止形成的底部抗反射涂层表面发生相分离，提高后续曝光图形质量，减少缺陷。

1.  一种底部抗反射涂层的涂布方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
S1：提供一基板，将所述基板放置于涂布设备腔体内的旋转台上；
S2：在所述腔体内通入异丙醇蒸汽；
S3：在所述基板上形成一底部抗反射涂层。

2.  根据权利要求1所述的底部抗反射涂层的涂布方法，其特征在于：所述异丙醇蒸汽在所述腔体内气氛中的分子含量范围是2%～5%。

3.  根据权利要求1所述的底部抗反射涂层的涂布方法，其特征在于：所述异丙醇蒸汽在所述腔体内的分子含量范围是2.1%～3%。

4.  根据权利要求1所述的底部抗反射涂层的涂布方法，其特征在于：在形成所述底部抗反射涂层的过程中，所述腔体内为气体动态平衡状态。

5.  根据权利要求1所述的底部抗反射涂层的涂布方法，其特征在于：于所述步骤S2中，通过喷雾的方式在所述腔体内通入异丙醇蒸汽。

6.  根据权利要求1所述的底部抗反射涂层的涂布方法，其特征在于：于所述步骤S2中，将异丙醇液体汽化并将汽化得到的异丙醇蒸汽通过导管直接通入所述腔体内。

7.  根据权利要求1所述的底部抗反射涂层的涂布方法，其特征在于：于所述步骤S2中，通过通入含有异丙醇蒸汽的惰性气体的方式在所述腔体内通入异丙醇蒸汽。

8.  根据权利要求1所述的底部抗反射涂层的涂布方法，其特征在于：于所述步骤S3中，所述底部抗反射涂层中溶解有部分所述异丙醇蒸汽。

底部抗反射涂层的涂布方法
技术领域
本发明属于半导体制造领域，特别是涉及一种底部抗反射涂层的涂布方法。
背景技术
光刻通常包括8个步骤：1）气相成底膜，即对晶圆进行清洗、脱水和晶圆表面成底膜处理，以增强晶圆和光刻胶之间的粘附性；2）涂覆光刻胶，即在晶圆上涂覆光刻胶材料；3）软烘，即在光刻胶涂到晶圆表面后用于去除光刻胶中的溶剂；4）对准和曝光，用以将掩膜板图形转移到涂胶的晶圆上；5）曝光后烘焙(PEB)，即在100度到110度的热板上进行曝光后的烘焙；6）显影，即用化学显影剂将光刻胶的可溶解区域溶解，而将图形留在晶圆表面；7）坚膜烘焙，即显影后的热烘；8）显影检查。
抗反射涂层（Bottom Anti Reflective Coating，BARC）用于光刻工艺以改善光刻胶轮廓并降低散射和反射光造成的线宽变化，通常包括底部抗反射涂层和顶部抗反射涂层。其中，底部抗反射涂层采用旋涂式有机聚合物配方，专门用于特定的光刻波长工艺，包括i-线、248nm、193nm和193nm浸没，它们先于光刻胶涂敷在晶圆上，且必须与光刻胶在性能方面兼容；顶部抗反射涂层为水溶性聚合物，用在光刻胶上方作为复合层以在曝光期间降低光反射，从而实现更佳的线宽控制，也可用作降低抗光阻侵蚀/气体挥发/缺陷的保护层。
底部抗反射涂层的质量将会影响到光刻性能、刻蚀稳定性及良率，因此对其质量的控制非常重要。通常，底部抗反射涂层涂布腔体内的湿度为45%，但是由于器材的变化，有时候腔体内的湿度可达50%甚至更高。对于一些底部抗反射涂料来说，其溶剂具有很高的蒸汽压或相对较高的亲水性，在高湿度条件下，涂布底部抗反射涂层时，底部抗反射涂层表面很容易发生聚合物相分离，导致涂布均匀性很差。
图1a、图1b及图1c分别显示为在腔体内湿度分别为40%、45%及50%的情况下涂布底部抗反射涂层并经后续成像曝光后所呈现的图案，图2a、图2b及图2c分别显示为图1a、图1b及图1c所呈现图案中的细节部分的扫描电镜图，可看出，当湿度增加到50%，发生底部抗反射涂层聚合物分离的现象，最终在曝光后形成线状桥缺陷（line bridge defect）。
底部抗反射涂层聚合物的结构通常包括两部分：交联部分及疏水基团，而高亲水性的BARC溶剂会吸收水汽，在高湿度环境下会导致BARC表面出现聚合物分离现象，从而影响后续光刻胶曝光图形质量，进而影响刻蚀效果。
因此，提供一种高质量的底部抗反射涂层的涂布方法实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种底部抗反射涂层的涂布方法，用于解决现有技术中由于涂布设备腔体内湿度高导致底部抗反射涂层发生相分离的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种底部抗反射涂层的涂布方法，至少包括以下步骤：
S1：提供一基板，将所述基板放置于涂布设备腔体内的旋转台上；
S2：在所述腔体内通入异丙醇蒸汽；
S3：在所述基板上形成一底部抗反射涂层。
可选地，所述异丙醇蒸汽在所述腔体内气氛中的分子含量范围是2%～5%。
可选地，所述异丙醇蒸汽在所述腔体内的分子含量范围是2.1%～3%。
可选地，在形成所述底部抗反射涂层的过程中，所述腔体内为气体动态平衡状态。
可选地，于所述步骤S2中，通过喷雾的方式在所述腔体内通入异丙醇蒸汽。
可选地，于所述步骤S2中，将异丙醇液体汽化并将汽化得到的异丙醇蒸汽通过导管直接通入所述腔体内。
可选地，于所述步骤S2中，通过通入含有异丙醇蒸汽的惰性气体的方式在所述腔体内通入异丙醇蒸汽。
可选地，于所述步骤S3中，所述底部抗反射涂层中溶解有部分所述异丙醇蒸汽。
如上所述，本发明的底部抗反射涂层的涂布方法，具有以下有益效果：通过在涂布设备腔体内通入异丙醇蒸汽，有效防止形成的底部抗反射涂层表面发生相分离。由于水为极性分子，底部抗反射涂料为非极性分子，二者不相溶，当腔体内湿度过高（超过45%）时，腔体内的水汽会导致底部抗反射涂层表面发生相分离，使后续曝光效果不理想，而在腔体内存在异丙醇蒸汽的情况下，由于异丙醇含有极性分子，与水及底部抗反射涂料均相溶，在形成底部抗反射涂层的过程中，底部抗反射涂层与部分异丙醇蒸汽分子及水汽分子很好的相溶，从而避免了底部抗反射涂层表面相分离的发生，提高后续曝光效果。
附图说明
图1a显示为现有技术中腔体内湿度为40%的情况下涂布底部抗反射涂层并经后续成像曝光后所呈现的图案。
图1b显示为现有技术中腔体内湿度为45%的情况下涂布底部抗反射涂层并经后续成像曝光后所呈现的图案。
图1c显示为现有技术中腔体内湿度为50%的情况下涂布底部抗反射涂层并经后续成像曝 光后所呈现的图案。
图2a显示为图1a所呈现图案中的细节部分的扫描电镜图。
图2b显示为图1b所呈现图案中的细节部分的扫描电镜图。
图2c显示为图1c所呈现图案中的细节部分的扫描电镜图。
图3显示为本发明的底部抗反射涂层的涂布方法的工艺流程图。
图4显示为本发明的底部抗反射涂层的涂布方法中将基板放置于旋转台上的示意图。
图5显示为本发明的底部抗反射涂层的涂布方法中在腔体内通入异丙醇蒸汽的示意图。
图6显示为本发明的底部抗反射涂层的涂布方法中在基板上形成底部抗反射涂层的示意图。
图7a显示为本发明的底部抗反射涂层的涂布方法中在腔体内湿度为50%、异丙醇蒸汽分子含量为1%时涂布底部抗反射涂层并经后续曝光后所呈现的图案。
图7b显示为本发明的底部抗反射涂层的涂布方法中在腔体内湿度为50%、异丙醇蒸汽分子含量为3%时涂布底部抗反射涂层并经后续曝光后所呈现的图案。
元件标号说明
S1～S3    步骤
1         基板
2         旋转台
3         异丙醇蒸汽
4         导管
5         底部抗反射涂层
6         底部抗反射涂料
7         注入口
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图3至图7b。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状 及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种底部抗反射涂层的涂布方法，请参阅图3，显示为本发明的底部抗反射涂层的涂布方法的工艺流程图，包括以下步骤：
步骤S1：提供一基板，将所述基板放置于涂布设备腔体内的旋转台上；
步骤S2：在所述腔体内通入异丙醇蒸汽；
步骤S3：在所述基板上形成一底部抗反射涂层。
图4至图7b为本发明一个实施例的底部抗反射涂层的涂布方法的示意图，所述示意图只是实例，在此不应过度限制本发明保护的范围。
首先请参阅图4，执行步骤S1：提供一基板1，将所述基板1放置于涂布设备腔体内的旋转台2上。
具体的，所述基板1可以是单晶、多晶、或非晶结构的硅或硅锗，也可以是其它材料，例如砷化镓等III-V族化合物等，其上可形成有部分器件。所述基板1可同通过真空吸附的方式固定于所述旋转台2上，也可以卡固方式固定于所述旋转台2上。所述旋转台2的旋转速度及加速度可设置。
然后请参阅图5，执行步骤S2：在所述腔体内通入异丙醇蒸汽3。
具体的，异丙醇（Isopropyl alcohol）是一种有机化合物，其分子式为C₃H₈O，别名二甲基甲醇、2-丙醇，行业中也叫做IPA，它是正丙醇的同分异构体，无色透明液体，有似乙醇和丙酮混合物的气味，溶于水、醇、醚、苯、氯仿等多数有机溶剂。
可通过喷雾的方式在所述腔体内通入异丙醇蒸汽，由于异丙醇液体很容易挥发，雾化的异丙醇液体很快将转变为异丙醇蒸汽并分布于所述腔体内。也可以通过通入含有异丙醇蒸汽的惰性气体的方式在所述腔体内通入异丙醇蒸汽，所述惰性气体可以为氮气、氩气等。此外，还可以将异丙醇液体汽化并将汽化得到的异丙醇蒸汽通过导管直接通入所述腔体内。如图5所示，显示为通过导管4直接在所述腔体内通入异丙醇蒸汽3的情形，其中所述导管4设置于腔体壁上，其位置可改变，优选为设置于所述腔体上方区域。
具体的，所述导管4的通路上可设置节流阀及流量计，根据腔体的大小设置相应的流量，使所述异丙醇蒸汽在所述腔体内气氛中的分子含量达到2%～5%。本实施例中，所述异丙醇蒸汽在所述腔体内的分子含量范围优选为2.1%～3%，能够更有效抑制底部抗反射涂层表面的相分离，有利于得到高质量的图形。
再请参阅图6，执行步骤S3：在所述基板1上形成一底部抗反射涂层5。
具体的，将底部抗反射涂料6通过注入口7喷淋或滴注在所述基板1上表面，在所述旋 转台2的旋转作用下，所述底部抗反射涂料6被均匀甩开，在所述基板1上表面形成所述底部抗反射涂层5。底部抗反射涂层可采用有机聚合物等配方，可以改善光刻胶轮廓并降低散射和反射光造成的线宽变化。所述底部抗反射涂层的配方中含有疏水基团，与水不相溶。
具体的，在形成所述底部抗反射涂层5的过程中，所述腔体内为气体动态平衡状态，即所述异丙醇蒸汽在所述腔体内的分子含量始终保持在一个定值或一个小范围，可通过反馈元件及节流阀、流量计等实现，此为本领域的公知常识，此处不再赘述。
由于异丙醇中含有极性分子，与极性的水及非极性的底部抗反射涂料均相溶，在形成所述底部抗反射涂层5的过程中，所述底部抗反射涂层5与部分异丙醇蒸汽分子3及水汽分子很好的相溶，从而避免了所述底部抗反射涂层5发生表面相分离的情况。
在形成底部抗反射涂层后，可以进行后续工艺步骤，如涂布光刻胶、顶部抗反射涂层、曝光、显影、刻蚀等。
本实施例中采用了两种条件进行试验，第一种条件是在涂布设备腔体内湿度为50%时，通入1%的异丙醇蒸汽；第二种条件是在涂布设备腔体内湿度为50%时，通入3%的异丙醇蒸汽。此处的1%及3%均指的是腔体内气氛中异丙醇蒸汽的分子百分比。图7a及图7b分别显示了上述两种情况下涂布底部抗反射涂层后，经后续曝光所呈现的图案。可看出，相对于图1c所示图案，当异丙醇蒸汽浓度为1%时，底部抗反射涂层的相分离现象有所减轻但仍然比较明显，而当异丙醇蒸汽浓度为3%时，底部抗反射涂层无相分离现象。以上结果说明本发明能够有效抑制底部抗反射涂层的相分离，提高后续曝光的效果，有利于得到高质量的图形，得到良好的刻蚀效果，减少缺陷。
综上所述，本发明的底部抗反射涂层的涂布方法通过在涂布设备腔体内通入异丙醇蒸汽，可以有效防止形成的底部抗反射涂层表面发生相分离。由于水为极性分子，底部抗反射涂料为非极性分子，二者不相溶，当腔体内湿度过高（超过45%）时，腔体内的水汽会导致底部抗反射涂层表面发生相分离，使后续曝光效果不理想，而在腔体内存在异丙醇蒸汽的情况下，由于异丙醇含有极性分子，与水及底部抗反射涂料均相溶，在形成底部抗反射涂层的过程中，底部抗反射涂层与部分异丙醇蒸汽分子及水汽分子很好的相溶，从而避免了底部抗反射涂层表面相分离的发生，提高后续曝光图形的质量。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。