CN103977947B - 高粘度光刻胶的涂布方法、光刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高粘度光刻胶的涂布方法，通过在预润湿半导体衬底的表面之后，依次采用三个不同的旋转速度和不同的旋转时间来涂布光刻胶，首先，第一转速小于第二转速，而第一旋转时间大于第二旋转时间；其次，第三转速小于第一转速，而第三旋转时间大于第一旋转时间。由此，在向半导体衬底表面输送光刻胶之后，提高第一转速，并且在很短的时间内旋转半导体衬底，它的作用是均匀涂布光刻胶，避免产生‘风旋’缺陷。采用第二转速的过程中，半导体衬底中心位置的高粘度光刻胶向半导体衬底边缘转移，经过第二旋转时间后，降低转速至第三转速，从而使得形成的光刻胶层在半导体衬底的各个位置的厚度均相同，从而提高光刻工艺的精度和质量。

Description

高粘度光刻胶的涂布方法、光刻方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种高粘度光刻胶的涂布方法，以及采用此涂布方法进行的光刻工艺。

背景技术

随着集成电路制造工艺的不断进步，线宽的不断减小，半导体器件的面积变得越来越小，而半导体的布局也已经从普通的单一功能分离器件，演变成整合高密度多功能的集成电路。由最初的集成电路(IC)随后到大规模集成电路(LSI)，超大规模集成电路(VLSI)，直至今天的特大规模集成电路(ULSI)，器件的面积进一步减小，功能更为全面、强大。考虑到工艺研发的复杂性、长期性和高昂的成本等等不利因素的制约，如何在现有技术水平的基础上进一步提高器件的集成密度、缩小芯片的面积、在同一枚硅片上尽可能多的得到有效的芯片数，从而提高整体利益，将越来越受到芯片设计者、制造商的重视。

在各种半导体工艺中，光刻工艺是半导体制造技术中最频繁使用、最关键的技术之一，凡是半导体元件、光电器件等，都需要用光刻工艺将所需元件的基本组成单元和线路的掩膜图形转移到衬底表面的光刻胶上。因此，光刻工艺的稳定性、可靠性和工艺成品率对产品的质量、良率和成本有着重要的影响。通常，光刻的基本工艺包括涂胶、曝光和显影等三大步骤。

目前，通常采用旋转涂胶方法在半导体晶片表面形成光刻胶层，旋涂光刻胶的具体步骤包括：

提供一个半导体衬底；

在半导体衬底表面旋涂光刻胶层；

通过旋转半导体衬底将多余的光刻胶甩出半导体衬底的表面之外，并使得半导体衬底表面不同位置的光刻胶厚度尽可能一致，并使光刻胶层中的溶剂挥发；

进行边洗工艺(EBR)去除半导体衬底边缘和背面的光刻胶边圈。

上述的涂胶工艺需保证在半导体晶片表面形成厚度均匀、并且没有缺陷的光刻胶层。然而，随着集成电路制造技术的发展，半导体衬底的尺寸不断增大，半导体衬底的转速则需要不断下降，涂布机在安全转速的范围(通常为900rpm～1800rpm)很难得到高粘度光刻胶的需求膜厚，若转速过大光刻胶层的边缘易因应力过大而破裂，出现“风旋”现象，必然影响产品良率，请参阅图1和图2，图1为带有‘风旋’缺陷的光刻胶层的俯视结构示意图，图2为带有‘风旋’缺陷的光刻胶层的主视截面结构示意图；其中，在图1中，G表示光刻胶层，在光刻胶层G的边缘位置的短实线表示‘风旋’缺陷；图2中，光刻胶层G表面边缘的凹陷为‘风旋’缺陷。

因此，需要改进现有的高粘度光刻胶的涂布方法，不仅能够在半导体衬底表面形成厚度均匀的光刻胶层，还能够避免‘风旋’缺陷的发生。

发明内容

为了克服以上问题，本发明的目的是：改进现有的高粘度光刻胶的涂布方法，在半导体衬底表面形成厚度均匀的光刻胶层的同时，不会导致光刻胶层的边缘产生‘风旋’缺陷，从而提高光刻工艺的精度和质量。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种高粘度光刻胶的涂布方法，其包括：

提供一半导体衬底；

旋转所述半导体衬底，对所述半导体衬底进行预润湿；

在第一旋转时间内以第一转速旋转所述半导体衬底，并向所述半导体衬底上输送所述光刻胶；

在第二旋转时间内以第二转速旋转所述半导体衬底；

在第三旋转时间内以第三转速旋转所述半导体衬底，从而在所述半导体衬底上形成均匀的光刻胶层；

其中，所述第三转速小于所述第一转速和所述第二转速；所述第二旋转时间小于所述第一旋转时间；所述第一旋转时间小于所述第三旋转时间。

优选地，所述第二转速大于所述第一转速。

优选地，采用以下公式来计算所需的第二转速和第三转速：

N1*D^1.7～2＝N1’*D’^1.7～2

N2*D^1.7～2＝N2’*D’^1.7～2

其中，D表示已知膜厚，N1表示已知膜厚所对应的第二转速；N2表示已知膜厚所对应的第三转速；D’表示目标膜厚，N1’表示目标膜厚所对应的第二转速；N2’表示目标膜厚所对应的第三转速。

优选地，所述第一旋转时间为3-4秒，所述第一转速为2500-3500rpm。

优选地，所述第二旋转时间为1-2秒，所述第二转速为3000-3500rpm。

优选地，所述第三旋转时间为20-30秒，所述第三转速为1600-1700rpm。

优选地，所述预润湿的时间为1-3秒。

优选地，所述高粘度光刻胶的粘度为20-100cp。

优选地，所述预润湿包括：将所述半导体衬底旋转至预定转速，并在所述半导体衬底表面的中心位置或接近中心位置的区域喷涂润湿溶剂。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种光刻方法，其包括：

采用上述任意一项所述的涂布方法在半导体衬底上涂布光刻胶层；

对所述光刻胶层进行曝光、显影，从而图案化所述光刻胶层。

本发明的有益效果如下：

本发明的高粘度光刻胶的涂布方法，通过在预润湿半导体衬底的表面之后，依次采用三个不同的旋转速度和不同的旋转时间来涂布光刻胶，首先，在预润湿后，将半导体衬底加速至第一转速，然后，再加速至第二转速，第一旋转时间大于第二旋转时间，第一转速和第二转速相差不大；其次，将半导体衬底降速至第三转速，第三转速小于第一转速和第二转速，第三旋转时间大于第一旋转时间。由此，在向半导体衬底表面输送光刻胶之后，提高第一转速，并且在很短的时间内旋转半导体衬底，因为它的作用是均匀涂布光刻胶，如果时间过长，会适得其反，同样会产生‘风旋’缺陷。采用第二转速的过程中，半导体衬底中心位置的高粘度光刻胶向半导体衬底边缘转移，经过第二旋转时间后，降低转速至第三转速，从而使得形成的光刻胶层在半导体衬底的各个位置的厚度均相同，避免了‘风旋’缺陷的产生，从而提高光刻工艺的精度和质量。

附图说明

图1为带有‘风旋’缺陷的光刻胶层的俯视结构示意图

图2为带有‘风旋’缺陷的光刻胶层的主视截面结构示意图

图3为本发明的一个较佳实施例的高粘度光刻胶的涂布方法的流程示意图

图4为本发明的一个较佳实施例中所采用的旋涂系统的结构示意图

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

如前所述，在现有的涂布方法中，由于高粘度的光刻胶在低转速下不易从半导体衬底中心位置向边缘位置转移，则采用提高旋转速度的方式来使高粘度光刻胶涂布满整个半导体衬底，并且力求光刻胶层达到均匀分布；然而，提高旋转速度会使光刻胶层的边缘由于应力过大而产生‘风旋’缺陷，从而影响产品良率；为此，本发明特别针对光粘度光刻胶的涂布方法作了改进，在形成均匀的光刻胶层的同时，以求避免产生‘风旋’缺陷，提高产品良率。

以下将结合附图3-4和具体实施例对本发明的高粘度光刻胶的涂布方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

请参阅图3和图4，图3为本发明的一个较佳实施例中所采用的旋涂系统的结构示意图，图4为本发明的一个较佳实施例的高粘度光刻胶的涂布方法的流程示意图。本发明的高粘度光刻胶的涂布方法，包括：

步骤S01：提供一半导体衬底；

具体的，本发明中的半导体衬底可以为任意衬底，比如，单晶硅衬底、多晶硅衬底、锗硅衬底、SOI硅衬底、或者其它需要进行光刻工艺的半导体衬底等。在本发明的一个较佳实施例中，如图4所示，在光刻胶旋涂系统中进行涂布光刻胶过程，光刻胶旋涂系统中，采用真空吸盘1吸附半导体衬底2的背面，采用喷嘴3向半导体衬底表面喷射药液或光刻胶，这里，喷嘴3用于喷射药液，喷嘴4用于喷射光刻胶；将半导体衬底2置于光刻胶旋涂系统中的真空吸盘1上的同时，还包括可以对该光刻胶旋涂系统进行抽真空处理等。在本发明中，针对高粘度光刻胶的粘度可以为20～100cp。

步骤S02：旋转半导体衬底，对半导体衬底进行预润湿；

具体的，在本发明的一个较佳实施例中，高粘度光刻胶的粘度为55cp，预润湿可以包括：将半导体衬底2旋转至预定转速，喷嘴3以一定喷射速率向半导体衬底2表面的中心位置或接近中心位置的区域喷涂润湿溶剂；这里，预定转速可以为1000-2000rpm，比如，可以为1800rpm；预润湿的时间可以为1-3秒，比如，可以为2秒。

所选用的润湿溶剂可以为有机溶剂，其可以为乳酸乙酯、单乙基醚丙二醇、丙二醇单甲醚乙酸酯和N-甲基-2-砒咯酮中的一种或多种。

需要说明的是，在本发明中，可以采用现有的任何预润湿的方法，本发明在这里不再赘述。

步骤S03：在第一旋转时间内以第一转速旋转半导体衬底，并向半导体衬底上输送光刻胶；

具体的，在本发明的一个较佳实施例中，预润湿之后，停止输送有机溶剂，并加速旋转半导体衬底2至第一转速；并采用喷头4输送光刻胶，将喷头4转动到喷头3的位置，在第一旋转时间内以第一转速旋转半导体衬底，并使喷头4对准半导体衬底2的中心位置喷出光刻胶。在本发明的一个较佳实施例中，喷头4输送光刻胶的速率可以为0.8-1.2ml/s，第一转速可以为2500-3500rpm，第一旋转时间可以为3-4秒；第一转速为3000rpm，第一旋转时间为4秒。

步骤S04：在第二旋转时间内以第二转速旋转半导体衬底；

具体的，在本发明的一个较佳实施例中，光刻胶输送完毕后，可以停顿1秒，然后，继续加速旋转半导体衬底2至第二转速，保持第二转速旋转半导体衬底一定时间(第二旋转时间)，使得位于半导体衬底2中心的高粘度光刻胶向边缘转移；这里，第二旋转时间可以为1-2秒，第二转速可以为3000-3500rpm，例如，第二旋转时间为2秒，第二转速为3300rpm。

步骤S05：在第三旋转时间内以第三转速旋转半导体衬底，从而在半导体衬底上形成均匀的光刻胶层；

具体的，在本发明的一个较佳实施例中，在第二旋转时间结束之后，降低半导体衬底的旋转速度至第三转速，并保持一定的时间(第三旋转时间)，以获得所需要的光刻胶层的厚度；这里，第三旋转时间为20-30秒，第三转速为1600-1700rpm；比如，第三旋转时间为25秒，第三转速为1650rpm。

需要说明的是，本发明中，第一和第二转速的作用是将光刻胶布满整个半导体衬底，第三转速的作用是决定光刻胶的最终厚度。上述所说的第一、二、三转速，以及第一、二、三旋转时间的关系如下：第三转速均小于第一转速和第二转速，第二旋转时间小于第一旋转时间，第一旋转时间小于第三旋转时间；当需要的光刻胶层的厚度小于3500埃时，第二转速大于第一转速；当需要的光刻胶层的厚度大于3500埃时，第一转速大于第二转速；而且，在实际工艺中，第一转速和第二转速相差不大。

在实际工艺生产中，需要控制光刻胶层的厚度，本发明的发明人经过大量重复上述涂布过程，得到了第二转速、第三转速分别与所涂布的光刻胶层的厚度的关系，为：

N1*D^1.7～2＝N1’*D’^1.7～2

N2*D^1.7～2＝N2’*D’^1.7～2

其中，D表示已知膜厚，N1表示已知膜厚所对应的第二转速；N2表示已知膜厚所对应的第三转速；D’表示目标膜厚，N1’表示目标膜厚所对应的第二转速；N2’表示目标膜厚所对应的第三转速。

在实际工艺生产中，可以根据上述式子来调整第二转速和第三转速，从而得到光刻胶层的目标厚度。

例如，采用以下公式：

N1*D^1.7＝N1’*D’^1.7

N2*D^1.7＝N2’*D’^1.7

已知光刻胶层的膜厚为3100，其所对应的第二转速为3380rpm，第三转速为1800rpm，当目标膜厚为3500时，可根据上述公式计算得到目标膜厚所对应的第二、三转速。

3380*3100^1.7＝N1’*3500^1.7

1800*3100^1.7＝N2’*3500^1.7

从而得到N1’＝2750rpm；N2’＝1465rpm。

基于上述高粘度光刻胶涂布方法，本发明还提供了一种光刻方法，其包括：

首先，采用上述的涂布方法在半导体衬底上涂布光刻胶层；

然后，对光刻胶层进行曝光、显影，从而图案化光刻胶层，也即是在光刻胶层中得到所需要的图案。这里，由于本领域的普通技术人员可以知晓常规光刻工艺的过程，本发明对此不再赘述。

综上所述，本发明的高粘度光刻胶的涂布方法，通过在预润湿半导体衬底的表面之后，依次采用三个不同的旋转速度和不同的旋转时间来涂布光刻胶，首先，在预润湿后，将半导体衬底加速至第一转速，然后，再加速至第二转速，第一旋转时间大于第二旋转时间，第一转速和第二转速相差不大；其次，将半导体衬底降速至第三转速，第三转速小于第一转速和第二转速，第三旋转时间大于第一旋转时间。由此，采用较高的第二转速和较短的第二旋转时间，半导体衬底中心位置的高粘度光刻胶向半导体衬底边缘转移，经过第二旋转时间后，降低转速至第三旋转速度，从而使得形成的光刻胶层在半导体衬底的各个位置的厚度均相同，避免了‘风旋’缺陷的产生，从而提高光刻工艺的精度和质量。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (9)

1.一种高粘度光刻胶的涂布方法，其特征在于，包括：

提供一半导体衬底；

旋转所述半导体衬底，对所述半导体衬底进行预润湿；

在第一旋转时间内以第一转速旋转所述半导体衬底，并向所述半导体衬底上输送所述光刻胶；

在第二旋转时间内以第二转速旋转所述半导体衬底，使得所述光刻胶向所述半导体衬底边缘继续转移；

在第三旋转时间内以第三转速旋转所述半导体衬底，从而在所述半导体衬底上形成均匀的光刻胶层；

其中，所述第三转速小于所述第一转速和所述第二转速，且所述第二转速大于所述第一转速；所述第二旋转时间小于所述第一旋转时间；所述第一旋转时间小于所述第三旋转时间。

2.根据权利要求1所述的涂布方法，其特征在于，采用以下公式来计算所需的第二转速和第三转速：

N1*D^1.7～2＝N1’*D’^1.7～2

N2*D^1.7～2＝N2’*D’^1.7～2

其中，D表示已知膜厚，N1表示已知膜厚所对应的第二转速；N2表示已知膜厚所对应的第三转速；D’表示目标膜厚，N1’表示目标膜厚所对应的第二转速；N2’表示目标膜厚所对应的第三转速。

3.根据权利要求1所述的涂布方法，其特征在于，所述第一旋转时间为3-4秒，所述第一转速为2500-3500rpm。

4.根据权利要求1所述的涂布方法，其特征在于，所述第二旋转时间为1-2秒，所述第二转速为3000-3500rpm。

5.根据权利要求1所述的涂布方法，其特征在于，所述第三旋转时间为20-30秒，所述第三转速为1600-1700rpm。

6.根据权利要求1所述的涂布方法，其特征在于，所述预润湿的时间为1-3秒。

7.根据权利要求1所述的涂布方法，其特征在于，所述高粘度光刻胶的粘度为20-100cp。

8.根据权利要求1所述的涂布方法，其特征在于，所述预润湿包括：将所述半导体衬底旋转至预定转速，并在所述半导体衬底表面的中心位置或接近中心位置的区域喷涂润湿溶剂。

9.一种光刻方法，其特征在于，包括：

采用权利要求1-8任意一项所述的涂布方法在半导体衬底上涂布光刻胶层；

对所述光刻胶层进行曝光、显影，从而图案化所述光刻胶层。