CN105618352A - 用于涂覆有含溶剂涂层的晶圆的烘烤装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于涂覆有含溶剂涂层(15)的晶圆(14)的烘烤装置(10)，其具有烘烤室(16)，用于晶圆(14)的支持件(12)，用于吹扫气体的入口(30)，和用于带有从涂层(15)蒸发的溶剂的吹扫气体的排出口(40)。所述入口的形式为布置在晶圆(14)之上的扩散元件(30)，以便使吹扫气体均匀地达到晶圆(14)的基本上整个表面上，所述排出口的形式为径向围绕扩散元件(30)的排出环(40)并且被布置在烘烤室(16)的顶部(22)。

Description

用于涂覆有含溶剂涂层的晶圆的烘烤装置
技术领域
本发明涉及一种用于涂覆有含溶剂涂层的晶圆的烘烤装置，其具有烘烤室，用于晶圆的支持件，用于吹扫气体的入口，和用于带有从涂层蒸发的溶剂的吹扫气体的排出口。
背景技术
在用于制造微结构化装置，例如半导体芯片的工艺中，最初步骤之一是用含溶剂(在某些应用中为光刻胶)的涂层涂覆晶圆。这可通过旋涂，喷涂或其他涂覆工艺来完成。
在涂覆步骤之后，预烘烤或软烘烤(softbaked)带有涂层的晶圆以从涂层除去过量的溶剂。例如，在晶圆被放置在热的支持件上时，将其暴露于90至100℃的温度下30至60秒。如果需要，进行软烘烤的室中的压力可略微降低到大气压力以下。
在软烘烤步骤中，溶剂从涂层蒸发。溶剂必须从进行软烘烤的室中被除去，因为不然的话它可能在室内凝结。这可能导致溶剂的液滴落到晶圆表面上，这将导致涂层均匀性的扰乱或甚至破坏晶圆上所设的三维结构。
然而，简单地以避免凝结的方式从室中除去溶剂是不够的。此外，还必须使即刻在晶圆上溶剂的浓度尽可能地均匀，因为这里溶剂的量对溶剂的蒸发速度有影响。因此，沿着晶圆表面即刻在其表面上的溶剂浓度的梯度将导致软烘烤步骤之后涂层厚度的局部偏差。
已知的是在烘烤室中用吹扫气体(通常是空气或N2)建立流，其将与溶剂混合并且将它朝向排出开口运送。然而，现有技术的装置在建立晶圆上蒸发溶剂的均匀浓度中存在某些缺陷。
当然烘烤过程也可以经过较长时间和/或在较高温度下进行，这样它不再被称为“软烘烤”而是“烘烤”。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于涂覆有含溶剂涂层的晶圆的烘烤装置，这确保了溶剂从涂层中以均匀一致的方式蒸发并且这避免了溶剂凝结的问题。
为了达到上述目的，本发明提供一种上述类型的烘烤装置，其中入口的形式为布置在晶圆之上的扩散元件，以便吹扫气体均匀地达到晶圆的基本上整个表面上，并且排出口的形式为径向围绕扩散元件的排出环并且被布置在烘烤室的顶部。本发明是基于使吹扫气体进入在其被排出的室的同一侧(即在室的上面)的原理。因此，建立了吹扫气体流，其首先通常向下且径向向外然后向上朝向排出口。这种吹扫气体流的第一个优点是，它可以在接近晶圆的表面上建立均匀的溶剂浓度。第二个优点是，与所述室的外壁隔开地排出含溶剂的吹扫气体，使得没有凝结的风险。更进一步地，在晶圆上的顶部，溶剂的浓度最小，因为在此处引入了新鲜的吹扫气体，从而避免了该处溶剂凝结的有关问题。
根据一个优选的实施方案，扩散元件具有大量分布在扩散元件的表面上的入口开口。这确保了吹扫气体以均匀的方式进入到室中。
扩散元件可为具有限定的气体孔隙度的烧结板。这样的板对于吹扫气体具有均匀的渗透性，这允许建立进入室的均匀吹扫气体流。
扩散元件也可为在其中通过蚀刻、激光钻孔或机械钻孔形成入口开口的板。这样的板可以由金属板形成，并且入口开口可根据所期望的图案和/或具有预定的横截面布置，从而可以以期望的方式建立进入室的吹扫气体流。
根据一个优选实施方案，分配室可配置在扩散元件的后面。所述分配室建立一个容积，其中由吹扫气体源提供的吹扫气体的压力均衡，以便通过扩散元件建立均匀的吹扫气体流。“后面”在此指的是扩散元件背离晶圆支持件的一侧。
优选地，晶圆的径向朝向排出环的外侧，从而确保在吹扫气体在室的顶部被排出之前在整个晶圆之上径向流动。
排出环的直径可大约与晶圆支持件的直径一致。这导致了紧凑的设计。
根据一个优选的实施方案，在排出环后面形成环形排出通道。排出通道用作建立排出环后面的低压，其沿着排出环的整个圆周上是均匀的，从而确保含溶剂的吹扫气体的排出速度沿着晶圆支持件的周长是均匀的。“后面”在此指的是排出环背离晶圆支持件的一侧。
优选地，排放系统将排出通道与排气系统连接，排放系统包括多个在均匀分布的位置处连接到排出通道的排放通道。在此，术语“排放”指的是将含溶剂的吹扫气体从排出通道运送到排气系统的系统，并且其包括管道，通道和可能的泵。
在多个位置将排气系统连接到排出通道确保了朝向最近的排放通道的排出通道内的流动路径的最大长度相当小，防止沿着从朝向最近的排放通道的排出环的某个开口的流动路径形成压力梯度。
根据本发明的一个实施方案，沿着晶圆支持件的周长设置额外的向烘烤室的吹扫气体入口。额外的吹扫气体的入口在带有来自涂层的溶剂的吹扫气体与所述室的壁之间形成从吹扫气体形成的“帘”，从而防止溶剂在壁上的凝结。
如果期望进一步降低溶剂在烘烤室表面处凝结的风险，有可能提供一种用于烘烤室的至少一个表面的加热系统。这样的加热用于加热排出环是特别有利的，因为这部分被暴露于烘烤室内溶剂的最高浓度并且因此溶剂凝结的风险最高。
为了加快溶剂从涂层的蒸发，可将加热系统并入到晶圆支持件中。
附图说明
现在将参考示出在附图中的实施方案描述本发明，在图中，
-图1以横截面的形式示意性地示出根据本发明的烘烤装置；
-图2以透视横截面的形式示意性地示出图1的烘烤装置的烘烤室；
-图3示意性地示出图1的烘烤装置的烘烤室中的吹扫气体和溶剂的流；和
-图4示意性地示出图1的烘烤装置的顶部元件的部分的透视图。
具体实施方案
在图1中，示出烘烤设备10，其具有用于晶圆14的支持件12。晶圆可为半导体薄片并且设有含溶剂的薄涂层15。为了引用简便，含溶剂的涂层15在下面称为“抗蚀层”，虽然烘烤设备10也可用于烘烤其他涂层。
支持件12被布置在烘烤室16内，烘烤室16由底部18，侧壁20和顶部22界定。加热装置24结合到支持件12中以使放置在支持件12上的晶圆可被均匀地加热。
可选地，额外的加热装置25与侧壁20相连。
烘烤设备10的目的通常是在抗蚀层被应用于晶圆的表面后蒸发一部分含在抗蚀层中的溶剂。通过除去一部分的溶剂，抗蚀层的粘度从适于将抗蚀层应用于晶圆的值增加至较好地用于后续工艺的值。
为了在烘烤步骤之后，达到抗蚀层均匀一致的条件，必要的是在整个晶圆的表面上溶剂的蒸发速度是均匀的。否则，溶剂在抗蚀层中的浓度将不同，并且因此抗蚀层的性质将不同。
从抗蚀层15蒸发出的溶剂通过吹扫气体(通常是空气或N2)被从室16除去，吹扫气体被引入烘烤室16，与蒸发的溶剂混合并且随后从室16蒸发出来。
为了引入吹扫气体，配有入口，其包括布置在室16的顶部22的扩散元件30。由于晶圆14通常为圆盘形，扩散元件30具有圆形并且与支持件12同中心地布置。
扩散元件30的目的是将作为均匀流从顶部至烘烤室16分布的吹扫气体均匀地引入。为了这个目的，扩散元件30形成为配有大量入口开口(在图中不可见)的板，每个入口开口具有小的横截面。
扩散元件30可形成为薄金属板，通过激光钻孔、机械钻孔或蚀刻在其中形成入口开口。作为选择，扩散元件30有可能形成为具有限定的气体孔隙度的烧结板，使得吹扫气体流过烧结后剩余的洞。
扩散元件30之上(或当从支持件观察时在扩散元件“后面”)，形成分配室，其从吹扫气体供给装置34供给吹扫气体。吹扫气体供给装置34将具有控制的压力的吹扫气体引入分配室32中，在其中吹扫气体建立均匀的压力使得它均匀地流过扩散元件30。
沿着晶圆支持件12的周长配有额外的向烘烤室16的吹扫气体入口36。额外的吹扫气体入口36还连接到吹扫气体供给装置34，并且将吹扫气体以环流的形式向上方向引入到烘烤室16中。
为了排出含蒸发的溶剂的吹扫气体，配有包括排出环40的排出系统。排出环40被布置在顶部并且沿扩散元件30的周围完全延伸。换言之，排出环40相对于扩散元件30被径向向外地布置并且与扩散元件30同中心。
加热装置25还可与排出环40连接，以便消除溶剂在此凝结的风险。例如，可在排出环40的内表面上布置电阻加热装置以便将排出环40的温度升高至期望的水平。
如在图1中看到的，扩散元件30的直径基本与放置在支持件12上的(最大的)晶圆14的直径一致。
排出环40的直径基本与支持件12的直径一致。
排出环40包括多个小的排出开口41(请参见图2和图3)，其通到在排出环40上形成的环形排出通道42中。换言之，排出通道42在背离支持件12的一侧形成在排出环40的后面。
如在图2中看到的，排出环40可用于将扩散元件30夹到顶部22。
含蒸发的溶剂的吹扫气体通过包括多个排气通道44的排气系统从排出通道42排出，排气通道44连接到排放单元46，排放单元46将微真空应用到排放通道44。
排出通道42的目的是确保由排放单元46建立的部分真空在其中均匀分布，尽管事实是，排气通道44将吹扫气体在离散位置从排出通道42抽出。因此，排出通道42的横截面必须足够大，以便防止由于吹扫气体在其中流动朝向最近的排气通道44引起的在排出通道内的压力下降。
排出通道42内均匀的压力进一步通过在多个位置48(即四个，其沿着排出通道的圆周均匀分布)处将排气通道44连接到排出通道42促进(请参见图4)。这确保进入排出通道42的吹扫气体在被朝向排气通道排放之前必须流动的最大距离沿着排出通道的周长为45°。
显然，也可以使用更多数量的排气通道44。
如在图4中进一步看到的，图4示出形成烘烤室16的顶部的顶部元件50的顶视图，排出通道42和排气通道44结合到顶部元件50中，顶部元件50在中心包括扩散元件30。排气通道44在扩散元件30“之上”在其背离烘烤室16的侧面上布置。
排气通道44的具体形状有两个目的：一方面，排放单元46的吸入作用将以均匀的方式配置在排出通道42内。这需要在位置48与朝向排放单元46的连接之间的排气通道的长度相等，排气通道在位置48处连接到排出通道42。另一方面，朝向排放单元46的连接可便利地位于所需的地方，以便可以将顶部元件用现有技术设计靠着顶部元件50替换，而不需要烘烤设备总体布置的重大改变。
烘烤设备10迄今以以下的方式操作：
将配有抗蚀层15涂层的晶圆14引入到烘烤室16中。关闭烘烤室16，并且激活烘烤时间。加热装置24通常在恒定水平下操作。
激活的还有吹扫气体供给装置34，其产生朝向分配室32的吹扫气体的流。从分配室32，吹扫气体均匀地分布并以均匀的方式向下流动入烘烤室16(请参见图1和3中的箭头P)中。
额外的吹扫气体流通过额外的吹扫气体入口36进入烘烤室16(请参见图1和3中的箭头A)。
作为晶圆被加热的结果，一些存在于抗蚀层15中的溶剂蒸发(请参见图1和3中的箭头S)。溶剂S与吹扫气体P混合并且被吹扫气体带向排出环40(请参见图1和3中的箭头PS)，吹扫气体从排出环40以均匀的方式蒸发出烘烤室16。
若需要，烘烤室16内的压力可略微降低到大气压力以下以提高溶剂从抗蚀层蒸发的速率。
一般而言，吹扫气体的流的形成开始于顶部22(意思是：烘烤室16的上面)，向下朝向晶圆14前进，在此溶剂被带走，然后迅速向外，然后通过排出环40从烘烤室16排放。
吹扫气体从烘烤室16的顶部进入烘烤室16遍于晶圆14的整个表面并且进一步在烘烤室16的顶部22将含溶剂的吹扫气体径向向外排出晶圆14提供了多个优势：
-晶圆14之上的烘烤室16的顶部22处溶剂的浓度最小，从而避免溶剂在它可以作为液滴下落到晶圆上的点处的凝结。
-吹扫气体中溶剂的浓度在很大程度上均匀地在晶圆14上的整个表面上。当考虑例如从中心引入晶圆14上的吹扫气体的虚拟体积时，这可被理解。当沿晶圆的表面径向向外行进时，其中额外的溶剂被收集。同时，当沿径向向外行进时，虚拟体积“膨胀”，并且从扩散元件30加入额外的吹扫气体，使溶剂的浓度保持在恒定水平。
-额外的吹扫气体A的流充当烘焙室16的侧壁20和带有溶剂的吹扫气体之间的屏障或帘，从而防止溶剂在侧壁的凝结。
-达到吹扫气体对晶圆14具有冷却作用的程度，这种效果是均匀的并依此施加到在烘烤步骤之后具有均匀条件的抗蚀层。

Claims (12)

1.用于涂覆有含溶剂涂层(15)的晶圆(14)的烘烤装置(10)，其具有烘烤室(16)，用于晶圆(14)的支持件(12)，用于吹扫气体的入口(30)，和用于带有从涂层(15)蒸发的溶剂的吹扫气体的排出口(40)，其特征在于，所述入口的形式为布置在晶圆(14)之上的扩散元件(30)，以便使吹扫气体均匀地达到晶圆(14)的基本上整个表面上，并且特征在于，所述排出口的形式为径向围绕扩散元件(30)的排出环(40)并且被布置在烘烤室(16)的顶部(22)。
2.权利要求1所述的装置，其中所述扩散元件(30)具有大量分布在其表面上的入口开口。
3.权利要求2所述的装置，其中所述扩散元件(30)为具有限定的气体孔隙度的烧结板。
4.权利要求2所述的装置，其中所述扩散元件(30)为在其中通过蚀刻、激光钻孔或机械钻孔形成入口开口的板。
5.前述权利要求任一项所述的装置，其中在所述扩散元件(30)的后面设置分配室(32)。
6.前述权利要求任一项所述的装置，其中所述排出环(40)径向朝向晶圆(14)的外侧。
7.前述权利要求任一项所述的装置，其中所述排出环(40)的直径大约与晶圆支持件(12)的直径一致。
8.前述权利要求任一项所述的装置，其中在排出环(40)后面形成环形排出通道(42)。
9.前述权利要求8所述的装置，其中排放系统将排出通道与排气系统连接，所述排放系统包括多个在均匀分布的位置(48)处连接到排出通道(42)的排放通道(44)。
10.前述权利要求任一项所述的装置，其中沿着晶圆支持件(12)的周边设置额外的向烘烤室(16)的吹扫气体入口(36)。
11.前述权利要求任一项所述的装置，其中配置用于烘烤室(16)的至少一个表面的加热系统(25)，特别用于加热排出环(40)。
12.前述权利要求任一项所述的装置，其中所述晶圆支持件(12)中包含加热系统(24)。
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