CN103182359A - 微波匀胶设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波匀胶设备，包括：托盘(10)，安装于腔室内部，用于吸附基片(9)；喷嘴(7)，延伸入腔室内部，用于将去离子水、有机溶剂或光刻胶喷射到基片上；微波发生装置(11)，安装于腔室侧壁，用于产生微波对基片提供热量；温控系统(12)，安装于腔室上壁，用于控制微波发生装置(11)以设定微波加热的功率、频率、时间。依照本发明的微波匀胶设备及其方法，采用微波加热脱水，快速蒸发基片内水分，降低涂胶工艺的时间成本、减小环境污染。此外微波干燥施加的热量是从基片内部逐渐扩散到基片外部，从而减小干燥应力，使薄膜涂层既具有低的孔隙度又有较好的强度，避免干凝胶的开裂。

Description

微波匀胶设备及其方法

技术领域

本发明涉及一种半导体工艺设备及其方法，特别是涉及一种微波匀胶设备及其方法。

背景技术

由于光刻工艺流程中涂胶前要经过清洁处理，清洁处理后的基片表面会含有一定的水分，形成亲水性表面，降低了光刻胶与基片表面的粘附能力。在光刻显影过程中为避免脱胶现象，必须将其表面烘烤干燥，使得干燥的表面成为疏水性表面，以便增加光刻胶和基片表面的粘附能力。保持疏水性表面一般要求严格的室内温度和/或湿度，例如湿度保持在50％以下，并且在基片完成前一步工艺之后尽可能快地对基片进行涂胶。或者把基片存放在用干燥且干净的氮气净化过的干燥器中。此外，加热温度超过750℃(高温)，晶圆表面从化学性质上将恢复到疏水性条件。

目前采用的且效果较好的脱水处理方式是低温烘烤，例如采用如图1所示的匀胶装置，其主要组成部件有腔室25内的喷嘴24和匀胶机旋转台21、以及腔室25外的存贮罐26。将硅片22放在匀胶机旋转台21上，打开真空将硅片吸住，从存贮罐将溶胶23吸出来通过喷嘴24，滴到硅片22中央，然后进行旋转。将旋涂好薄膜的硅片从匀胶机上取下，然后再拿到烘箱中进行干燥。升温速率慢，一般需要20-30分钟。上述脱水烘烤时间较长，导致整体流程时间的浪费，环境温度湿度要求达不到，容易发生脱胶，不耐刻蚀。

另外，对于亲水表面还要进行增粘处理，增粘的作用是增强基片与光刻胶之间的粘着力。原因是绝大多数光刻胶所含的高分子聚合物是疏水的，而氧化物表面的羟基是亲水的，亲水性表面与胶的粘附性不好，因此需要利用增粘剂HMDS(六甲基二硅胺烷)。亲水的带羟基的硅烷醇→疏水的硅氧烷结构，既易与晶圆表面结合，又易与光刻胶粘合。

由于湿凝胶内包裹着大量溶剂和水，需要干燥后才能得到干凝胶膜，也即通过前烘固化光刻胶。一般干燥热量总是从基片外部逐渐进入基片内部的，干燥过程中将会逸出许多气体及有机物，上述添加的增粘剂HM DS可能在前烘过程中从胶体内逸出，这不但造成了环境的污染，而且对操作人员的身心健康有害。此外，烘培加热将使得胶体产生收缩，因而很容易导致干凝胶膜的开裂，最终影响涂层的完整性、使得曝光/光刻工艺精确度降低，影响所形成器件的性能。

综上所述，现有的涂胶方法和设备存在耗时长、成本高、环境污染大、涂层可靠性差等缺点。

发明内容

本发明目的在于克服上述缺点，降低涂胶工艺的时间成本、减小环境污染以及提高涂层可靠性。

为此，本发明提供了一种微波匀胶设备，包括：托盘(10)，安装于腔室内部，用于吸附基片(9)；喷嘴(7)，延伸入腔室内部，用于将去离子水、有机溶剂或光刻胶喷射到基片上；微波发生装置(11)，安装于腔室侧壁，用于产生微波对基片提供热量；温控系统(12)，安装于腔室上壁，用于控制微波发生装置(11)以设定微波加热的功率、频率、时间。

进一步包括，去离子水储罐(1)以及有机溶剂储罐(4)，设置在腔室外部，用于向喷嘴(7)提供去离子水、有机溶剂。进一步包括，第一组阀门(3，5)以及流量计(6)，设置在去离子水储罐(1)和/或有机溶剂储罐(4)与喷嘴(7)之间，用于控制喷射到基片表面的去离子水或有机溶剂的液体流量。进一步包括，压缩氮气源(1)，连接至去离子水储罐(1)和/或有机溶剂储罐(4)，用于对去离子水或有机溶剂加压，推动液体喷入喷嘴(7)。

进一步包括，滴胶管(8)，安装于腔室上壁，用于容纳光刻胶并向喷嘴(7)提供光刻胶。

进一步包括，排液口(16)，通过安装于腔室下壁的第二组阀门(14)将腔室中的废液排出。进一步包括，真空泵(15)，安装于腔室外，连接于托盘(10)以产生吸附基片的吸附力从而吸附基片，或者连接于排液口(16)以抽出腔室内的废液和/或废胶。

进一步包括，电机(13)，安装于腔室外，驱动托盘(10)旋转。

此外，本发明还提供了一种采用上述设备的微波匀胶方法，包括步骤：步骤A，采用微波加热对基片脱水；步骤B，通过旋转法在基片上涂敷光刻胶；以及步骤C，采用微波加热对基片干燥。

其中，步骤A具体包括，将基片(9)水平固定于托盘(10)上，关闭腔室，通过温控系统(12)设置加热温度和时间，打开微波发生装置(11)对基片进行微波加热脱水。

步骤B具体包括，开真空泵(15)将基片吸住，滴管垂直基片并固定在基片正上方，将光刻胶通过滴胶管(8)滴在匀速旋转的基片上，在托盘旋转产生的离心力作用下，溶胶迅速均匀铺展在基片表面形成薄膜。

步骤C具体包括，关闭腔室，再次通过温控系统(12)设置加热温度和时间(可以不同于步骤A中的温度和时间)，对基片进行加热，使薄膜受热均匀。

依照本发明的微波匀胶设备及其方法，采用微波加热脱水，快速蒸发基片内水分，降低涂胶工艺的时间成本、减小环境污染。此外微波干燥施加的热量是从基片内部逐渐扩散到基片外部，从而减小干燥应力，使薄膜涂层既具有低的孔隙度又有较好的强度，避免干凝胶的开裂。

本发明所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申请独立权利要求的范围内得以满足。本发明的实施例限定在独立权利要求中，具体特征限定在其从属权利要求中。

附图说明

以下参照附图来详细说明本发明的技术方案，其中：

图1为现有技术的匀胶设备的示意结构图；以及

图2为依照本发明方法的匀胶设备的示意结构图。

附图标记

1去离子水储罐  2压缩氮气源3阀门I

4有机溶剂储罐  5阀门II    6流量计  7喷嘴

8滴胶管  9基片 10托盘     11微波发生装置

12温控系统    13电机  14阀门III

15真空泵      16排液口

21匀胶机旋转台22基板  23溶胶

24喷嘴        25腔室  26存储罐

具体实施方式

以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本发明技术方案的特征及其技术效果，公开了可以降低涂胶工艺的时间成本、减小环境污染以及提高涂层可靠性的微波匀胶设备以及方法。需要指出的是，类似的附图标记表示类似的结构，本申请中所用的术语“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修饰各种器件结构或制造工序。这些修饰除非特别说明并非暗示所修饰器件结构或制造工序的空间、次序或层级关系。

参照附图2，本发明提供一种微波匀胶设备，包括：

托盘(10)，安装于腔室内部，用于吸附基片(9)；

喷嘴(7)，延伸入腔室内部，用于将去离子水、有机溶剂或光刻胶喷射到基片上；

微波发生装置(11)，安装于腔室侧壁，用于产生微波对基片提供热量；

温控系统(12)，安装于腔室上壁，用于控制微波发生装置(11)以设定微波加热的功率、频率、时间。

其中，微波匀胶装置的核心器件是微波发生装置(11)，由磁控管构成。磁控管能产生每秒钟振动频率为2.45亿次的微波，把能量传播到基片内部，其热传导方向与水分扩散方向相同。微波一碰到金属就发生反射，因此金属根本没有办法吸收或传导它。微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量。而含有水分的基片，微波不但能透过，而且其能量会被吸收。因此这种肉眼看不见的微波，能穿透基片，并使基片中的水分子也随之运动，剧烈的运动产生了大量的热能，于是基片水分被蒸发了。由此，与现有技术的长时间热辐射或热传导的方式加热不同，微波加热能够快速蒸发水分，可以节约整体流程时间，保证步骤的连贯性，增加了光刻胶的粘附性，排除受环境温度湿度的影响，增加了光刻胶的均匀性，避免了脱胶，不耐刻蚀，减少了HMDS对环境及工作人员的污染，节约了成本。

其中，温控系统(12)通过设置在腔室内部的传感器(未示出)，实时监测腔室内温度，根据测得的温度与预先设定或存储的温度、时间参数对此，反馈控制微波发生装置(11)，调节其输出的微波功率、频率，以合理调整腔室内温度。

设备还包括，去离子水储罐(1)以及有机溶剂储罐(4)，设置在腔室外部，用于向多个喷嘴(7)提供去离子水、有机溶剂。其中，去离子水储罐(1)和/或有机溶剂储罐(4)与多个喷嘴(7)之间还设置有第一组阀门(3，5)以及流量计(6)，用于控制喷射到基片表面的去离子水或有机溶剂的液体流量。优选地，设备还包括，压缩氮气源(1)，连接至去离子水储罐(1)和/或有机溶剂储罐(4)，用于对去离子水或有机溶剂加压，推动液体喷入喷嘴。

设备进一步包括，滴胶管(8)，安装于腔室上壁，用于容纳光刻胶并向喷嘴(7)提供光刻胶。滴胶管(8)可以如图2所示的单独位于腔室上壁，也可以与去离子水储罐(1)以及有机溶剂储罐(4)类似地设置在腔室外部，同理地通过多个阀门以及流量计连接至喷嘴。相应地，喷嘴(7)可以如图2所示为两个或更多个，也可以是仅为一个，通过分时控制系统或集管(未示出)来交替地喷射上述三种液体。

设备进一步包括，排液口(16)，通过安装于腔室下壁的第二组阀门(14)将腔室中的废液排出。

设备进一步包括，真空泵(15)，安装于腔室外，连接于托盘(10)以产生吸附基片的吸附力从而吸附基片，或者连接于排液口(16)以抽出腔室内的废液和/或废胶。

设备进一步包括，电机(13)，安装于腔室外，驱动托盘(10)旋转。

以下描述采用上述设备的微波匀胶方法，包括步骤：

步骤A，采用微波加热对基片脱水。将基片(9)水平固定于托盘(10)上，关闭腔室，通过温控系统(12)设置加热温度和时间，打开微波发生装置(11)对基片进行微波加热脱水。本发明在腔室内壁嵌入了微波发生装置，不需要移出基片，可以快速达到设定的温度。用微波加热脱水，热量则是直接深入基片内部，所以脱水速度此其它快4至10倍，热效率高达80％以上，提高了蒸发速度，节省了时间。

步骤B，通过旋转法在基片上涂敷光刻胶。旋转涂覆法是在托盘上进行的，打开真空泵(15)将基片吸住，滴管垂直基片并固定在基片正上方，将预先准备好的溶胶溶液例如光刻胶通过滴胶管(8)滴在匀速旋转的基片上，在托盘旋转产生的离心力作用下，溶胶迅速均匀铺展在基片表面形成薄膜。匀胶转速的选择主要取决于基片的尺寸，还需考虑溶胶的基片表面的流动性能(与粘度有关)。根据实际经验，薄膜的厚度取决于溶胶的浓度和匀胶的转速。

步骤C，采用微波加热对基片干燥。关闭腔室，再次通过温控系统(12)设置加热温度和时间(可以不同于步骤A中的温度和时间)，对基片进行加热，使薄膜受热均匀。微波对基片软烘时，热量是从基片内部逐渐扩散到基片外部的，对薄膜进行恒温加热，最大程度降低薄膜表面应力，防止开裂，此装置升降温快，温度可调范围大。此外由于避免了高温长时间加热，因而解决了HMDS逸出污染环境的问题。

依照本发明的微波匀胶设备及其方法，采用微波加热脱水，快速蒸发基片内水分，降低涂胶工艺的时间成本、减小环境污染。此外微波干燥施加的热量是从基片内部逐渐扩散到基片外部，从而减小干燥应力，使薄膜涂层既具有低的孔隙度又有较好的强度，避免干凝胶的开裂。

尽管已参照一个或多个示例性实施例说明本发明，本领域技术人员可以知晓无需脱离本发明范围而对器件结构做出各种合适的改变和等价方式。此外，由所公开的教导可做出许多可能适于特定情形或材料的修改而不脱离本发明范围。因此，本发明的目的不在于限定在作为用于实现本发明的最佳实施方式而公开的特定实施例，而所公开的器件结构及其制造方法将包括落入本发明范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种微波匀胶设备，包括：

托盘(10)，安装于腔室内部，用于吸附基片(9)；

喷嘴(7)，延伸入腔室内部，用于将去离子水、有机溶剂或光刻胶喷射到基片上；

微波发生装置(11)，安装于腔室侧壁，用于产生微波对基片提供热量；

温控系统(12)，安装于腔室上壁，用于控制微波发生装置(11)以设定微波加热的功率、频率、时间。

2.如权利要求1所述的设备，进一步包括，去离子水储罐(1)以及有机溶剂储罐(4)，设置在腔室外部，用于向喷嘴(7)提供去离子水、有机溶剂。

3.如权利要求2所述的设备，进一步包括，第一组阀门(3，5)以及流量计(6)，设置在去离子水储罐(1)和/或有机溶剂储罐(4)与喷嘴(7)之间，用于控制喷射到基片表面的去离子水或有机溶剂的液体流量。

4.如权利要求2所述的设备，进一步包括，压缩氮气源(1)，连接至去离子水储罐(1)和/或有机溶剂储罐(4)，用于对去离子水或有机溶剂加压，推动液体喷入喷嘴(7)。

5.如权利要求1所述的设备，进一步包括，滴胶管(8)，安装于腔室上壁，用于容纳光刻胶并向喷嘴(7)提供光刻胶。

6.如权利要求1所述的设备，进一步包括，排液口(16)，通过安装于腔室下壁的第二组阀门(14)将腔室中的废液排出。

7.如权利要求6所述的设备，进一步包括，真空泵(15)，安装于腔室外，连接于托盘(10)以产生吸附基片的吸附力从而吸附基片，或者连接于排液口(16)以抽出腔室内的废液和/或废胶。

8.如权利要求1所述的设备，进一步包括，电机(13)，安装于腔室外，驱动托盘(10)旋转。

9.一种采用如权利要求1所述设备的微波匀胶方法，包括步骤：

步骤A，采用微波加热对基片脱水；

步骤B，通过旋转法在基片上涂敷光刻胶；以及

步骤C，采用微波加热对基片干燥。

10.如权利要求9的方法，其中，步骤A具体包括，将基片(9)水平固定于托盘(10)上，关闭腔室，通过温控系统(12)设置加热温度和时间，打开微波发生装置(11)对基片进行微波加热脱水；步骤B具体包括，开真空泵(15)将基片吸住，滴管垂直基片并固定在基片正上方，将光刻胶通过滴胶管(8)滴在匀速旋转的基片上，在托盘旋转产生的离心力作用下，溶胶迅速均匀铺展在基片表面形成薄膜；步骤C具体包括，关闭腔室，再次通过温控系统(12)设置加热温度和时间，对基片进行加热，使薄膜受热均匀。

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