CN106132564B - 用于旋转涂布中的缺陷控制的盖板 - Google Patents

Abstract

本发明公开的技术提供一种如下的旋转涂布设备和旋转涂布方法：其抑制湍流流动导致的风痕和其他缺陷的形成，从而允许较高的旋转速度和减少的干燥时间，同时保持膜均匀性。本发明公开的技术包括定位在或悬吊在晶片或其他衬底的表面的上方的流体流动构件，如环或盖。该流体流动构件的径向曲率能够防止在晶片的涂布和旋转干燥处理期间的旋转过程中形成风痕。

Description

用于旋转涂布中的缺陷控制的盖板

技术领域

本文所公开的技术涉及包括半导体衬底的旋转涂布的旋转涂布系统和旋转涂布处理。

背景技术

几十年来，旋转涂布被用作对平面涂布聚合物、光刻胶或其他复合物的薄层的方法。旋转涂布一般通过在平整的衬底上沉积溶剂溶液、聚合物溶液或其他液体材料来实施。该衬底以足以建立使溶液朝向衬底的边缘向外流动的离心力的角速度旋转，从而涂布衬底的整个表面。过量的溶液从衬底的边缘被排出，并且剩余的溶液随着溶剂的蒸发而变薄且变硬，最终形成薄的聚合物膜。

这种旋转涂布是半导体器件制造中所使用的光刻法中的常规步骤。在光刻处理示例中，实施光刻胶旋转涂布步骤以在半导体晶片上形成均匀的光刻胶膜。然后，曝光处理一般包括将光刻胶膜透过遮蔽罩而暴露于光或其他辐射，该遮蔽罩用以形成潜在的线条图样。最后，显影步骤包括在曝光处理之后对光刻胶涂布后的晶片进行显影以使得该线条图样显示。这一系列的处理阶段一般在涂布-显影系统中进行。

在一般的旋转涂布处理中，半导体晶片或其他衬底通过旋转驱动机构随着旋转卡盘一起旋转。晶片可以被真空固定在旋转卡盘上或者以其他方式被保持。设置在半导体晶片上方的光刻胶喷嘴将光刻胶溶液滴落在晶片表面的中央。滴落的光刻胶溶液通过晶片旋转时的离心力而沿径向向外蔓延朝向半导体晶片的周边。尽管光刻胶相对较快地蔓延整个晶片表面，然而半导体晶片会继续旋转(通常以减小的旋转速度旋转)持续一段时间以甩掉并且干燥蔓延遍及晶片表面的光刻胶溶液。这种旋转涂布已被广泛应用于半导体工业中，主要用以在晶片的表面上形成光刻胶聚合物的薄的、均匀的层来作为进一步的晶片处理的预备步骤。

发明内容

半导体制造业和旋转涂布中的共同愿景是具有高生产量。在半导体制造过程中，晶片会经历多重涂布和显影步骤。因此，使完成晶片的每次旋转涂布的处理时间最小化能够提高生产量。也就是说，期望以尽可能短的时间来完成旋转涂布或旋转处理以增加单位时间内能够处理的晶片的数量。提高生产量的挑战在于均匀度和质量要求。在一般的旋转涂布处理中利用旋转来使液体材料蔓延跨越晶片并且使液体材料干燥，其中，干燥持续的时间远远长于蔓延时间。存在能够用于加速干燥的多种技术。一种基本技术是增大晶片的旋转速度，进而增大跨越晶片的表面的流体流动速度，即，晶片旋转得越快，液体光刻胶或其他液体化学物质干燥(溶剂蒸发)得越快。

然而，衬底的较高的旋转速度会导致涂层中的不均匀性和/或缺陷。这些缺陷一般是由相对较快的旋转速度引起的穿过晶片的表面的湍流气流导致的。衬底的较高的旋转速度的一个具体问题是形成风痕——已知也称作埃克曼螺线。这是当晶片以持续较高的角速度旋转直到晶片上的流体流动(空气和溶剂)从层流转变为湍流时导致的现象。在彻底发生湍流之前，存在强烈的二次流以引起光刻胶表面上的螺旋状图样。该图样(风痕)导致在随后的处理步骤期间由于缺乏光刻胶厚度的均匀性而形成的缺陷。

对于给定的衬底直径，存在一最大速度，晶片能够在空气流达到阈值并开始在光刻胶中形成风痕之前以该最大速度进行旋转。形成风痕的阈值是基于直径和角速度的组合。风痕的起始与雷诺数的具体值有关。用于旋转涂布的雷诺数使用晶片上方的空气的密度、晶片的角速度、相对于晶片的中心的径向位置以及空气的粘度以量化惯性力和粘滞力。临界雷诺数表示发生不稳定的点。由于风痕，临界雷诺数基于给定的晶片W的刃口半径来限制角速度。随着衬底直径增大，由于离旋转轴线较远的径向距离处的切向速度增大，因此需要减小最大角速度。也就是说，在旋转涂布较大的盘时，需要减小旋转速度以防止晶片的边缘附近形成风痕。

这对于半导体工业中处理具有300mm直径的晶片至具有450mm直径的晶片来说是特别有挑战性的。例如，一些用于涂布300mm的晶片的常规的旋转涂布系统能够使晶片旋转最高达约1800转每分(rpm)，液体在数秒内则分散和蔓延开，并且溶剂约不到一分钟则完全蒸发(依据化学物质)。然而，当衬底直径增大到450mm时，则需要将旋转速度减小至约900rpm以避免风痕。速度的这一减小具有两个重要的挑战。一个挑战是，在这种相对较低的旋转速度下，液体不会均匀地蔓延跨越晶片表面(较低的离心力)。与较低的旋转速度有关的另一挑战是干燥时间的急剧增加。在较低的旋转速度下，溶剂蒸发会占用高达三分钟或四分钟或者更多时间，这意味着每单位的晶片表面面积的生产时间实际上降低——尽管450mm晶片的面积是300mm晶片的面积的两倍还多。

在此公开的技术提供一种如下的旋转涂布设备和旋转涂布方法：其抑制由湍流流动导致的风痕和其他缺陷的形成，从而提供较高的旋转速度和减少的干燥时间，同时保持膜均匀性。在此公开的技术包括设置在或悬吊在衬底保持件上方或者晶片或其他衬底的上表面上方的流体流动构件，如盖或环。该流体流动构件具有防止在晶片或其他衬底的旋转过程中形成风痕的曲率半径。

一个实施方式包括具有衬底保持件的旋转涂布设备，该衬底保持件构造成在旋转涂布处理期间保持衬底水平，如通过使用真空卡盘。旋转机构——如马达——连接至衬底保持件。该旋转机构构造成使得衬底保持件围绕旋转轴线旋转。该设备包括液体分配器，该液体分配器构造成在衬底被设置在衬底保持件上时将液体材料分配至衬底的加工表面上。该加工表面为大致平面的并且定位成与衬底的与衬底保持件接触的下表面相反。该设备包括具有面向衬底的表面的流体流动构件。该流体流动构件构造成被定位成使得当衬底被设置在衬底保持件上时该面向衬底的表面被定位在衬底的加工表面的竖直上方。该面向衬底的表面的至少一部分弯曲成使得面向衬底的表面与加工表面之间的给定的竖向距离相对于离旋转轴线的给定的径向距离沿径向变化。也就是说，在衬底的加工表面是大致平面的同时，悬吊在上方的流体流动构件是弯曲的并且因此面向衬底的表面在加工表面上方的给定的高度取决于衬底的给定的半径。

另一实施方式包括用于制造半导体器件的方法。该方法具有多个步骤，包括将衬底设置在衬底保持件上。该衬底保持件保持衬底水平并且具有旋转轴线。该衬底具有与衬底保持件接触的下表面以及与下表面相反的加工表面。在另一步骤中，流体流动构件被定位在衬底保持件上方。流体流动构件具有面向衬底的表面，该面向衬底的表面以相对于加工表面的上方的预定平均竖向距离或平均高度被定位在加工表面的竖直上方。面向衬底的表面的至少一部分弯曲成使得面向衬底的表面与加工表面之间的给定的竖向距离相对于离旋转轴线的给定的径向距离沿径向变化。液体材料经由定位在衬底上方的液体分配器而被分配至衬底的加工表面上。衬底和衬底保持件经由联接至衬底保持件的旋转机构而一起旋转，使得液体材料蔓延跨越衬底的加工表面并且随后通过旋转运动而干燥。

当然，为了清楚起见而呈现了在此描述的不同的步骤的描述顺序。通常，这些步骤能够以任意合适的顺序来实施。此外，尽管不同的特征、技术、构造等之中的每一者在此可以与本公开的不同位置进行描述，但是，倾向于各个概念能够彼此独立地实施或彼此组合来实施。因此，本发明能够以许多不同的方式被实现和观察。

需指出的是，本发明内容部分并未列举本公开或要求保护的发明的每一个实施方式和/或增加的新颖性方面。相反，本发明内容仅提供对不同的实施方式以及相对于常规技术的相应的新颖点的初步描述。对于本发明和实施方式的额外的细节和/或可能的展望，读者可以着眼于下文的作为进一步的描述的本公开的具体实施方式部分以及相应的附图。

附图说明

通过参照结合附图进行的以下详细描述，对本发明的各种实施方式以及本发明的许多的相应优势的更加完整的评述将变得更加清楚。附图不一定按照比例绘制，其在图示实施方式、原理和概念的基础上突出重点。

图1为示出旋转涂布设备的总体结构的截面图；

图2为图1的旋转涂布设备的俯视平面图；

图3为根据本文的实施方式的流体流动构件的放大的截面图；

图4为根据本文的实施方式的流体流动构件的放大的截面图；

图5为本文描述的流体流动构件的替代性实施方式的截面图；

图6A至6C为本文描述的流体流动构件的替代性实施方式的俯视图；

图7为本文描述的流体流动构件的替代性实施方式的俯视图；

图8A至8B为本文描述的流体流动构件的替代性实施方式的俯视图；

图9为本文描述的具有可调节的开口的流体流动构件的替代性实施方式的俯视图；

图10为本文描述的具有可调节的开口的流体流动构件的替代性实施方式的侧视图；

图11为本文描述的具有可调节的开口的流体流动构件的替代性实施方式的分解的透视图。

具体实施方式

出于说明和非限制性目的，以下描述阐述具体细节，如处理系统的具体的几何结构、在此使用的各种部件以及处理过程的描述。然而，应当理解的是，本发明可以以不同于这些具体细节的其他实施方式来实施。

类似地，出于说明目的，阐述了特定的数目、材料和构造以便于对本发明的全面理解。然而，本发明可以以不采用特定的细节的方式来实施。此外，应当理解的是，图中所示的各种实施方式为示例性说明并且不一定按照比例绘制。

多种操作将作为多个单独的操作以最有利于理解本发明的方式被依次描述。然而，描述的顺序不应被理解为表示这些操作必要地依赖于顺序。特别地，这些操作不需要按照所呈现的顺序来实施。所描述的操作可以以与所描述的实施方式不同的顺序来实施。在其他实施方式中可以实施多种其他的操作和/或可以省略所描述的操作。

在此使用的“衬底”通常涉及根据本发明处理的物体。该衬底可以包括器件的任何材料部分或结构，特别是半导体器件或其他电子器件，并且可以是例如基体衬底结构，如半导体晶片或位于基体衬底结构上的或覆盖基体衬底结构的层——如薄膜。因此，衬底不倾向于局限于任何有图案的或无图案的特定的基体结构、下层或覆盖层，而是预期包括任何这种层或基体结构以及层和/或基体结构的任意组合。以下描述可以涉及衬底的具体类型，但是这仅仅用作示例性目的而不是限制性的。

因此，本文公开的技术提供如下的旋转涂布设备和旋转涂布方法：其抑制由湍流流动导致的风痕和其他缺陷的形成，从而提供较高的旋转速度和减少的干燥时间，同时保持膜均匀性。本文公开的技术包括定位在或悬吊在衬底保持件的上方或者衬底保持件上的衬底的上方的流体流动构件，如盖、环或其他空气流动结构。该流体流动构件具有选择用以防止在晶片或其他衬底的旋转过程中风痕的形成以及湍流空气流动的其他效应的曲率半径。该流体流动构件紧邻定位在衬底的附近。该流体流动构件的形状、尺寸和位置有助于保持跨越涂布有液体材料的晶片的表面的层流流体流动(一般为溶剂和空气)，并且加快干燥时间，同时保持涂层的厚度和覆盖面的均匀性。

将参照附图描述示例实施方式。方便起见，本文将在使用光刻胶作为半导体制造的一部分的情况下描述实施方式。然而，需要注意的是，其他液体材料也可以用于半导体晶片或任何其他大致平的衬底的旋转涂布。图1为示出光刻胶涂布单元(COT)100(旋转涂布设备)的总体结构的截面图。图2为示出根据本发明的一个实施方式的光刻胶涂布单元(COT)100的总体结构的截面俯视图。

一圆形杯(CP)设置在光刻胶涂布单元100的中心处。衬底保持件102(旋转卡盘)设置在杯CP内，废液在流出衬底的边缘时被杯CP捕获并且随后向下流至排水道中。衬底——如半导体晶片(下文称作“晶片”)W——被真空吸附在衬底保持件102上，同时，衬底保持件102通过旋转机构——如驱动马达103——而旋转。也可以使用其他的衬底保持机构。驱动马达103可以设置在CP中的开口中，并且可以选择性地包括提升机构，该提升机构使得衬底保持件102上下移动。该提升机构可以为例如空气汽缸并且包括上下导引单元。该马达可以包括冷却单元并且由对于旋转涂布处理有利的材料构成。

晶片W可以通过保持构件109而被递送至衬底保持件102，保持构件109为晶片传送机构(未示出)的一部分。上下驱动单元可以将驱动马达103和/或衬底保持件102向上提升以接纳晶片W。替代性地，杯CP上下移动或分开且变宽以允许晶片W被放置在衬底保持件102上。

液体分配器包括光刻胶喷嘴110，该光刻胶喷嘴110用于将光刻胶溶液供给至晶片W的表面上并且通过光刻胶供给管道111而连接至光刻胶供给器。光刻胶喷嘴110可以通过喷嘴保持件113以可拆卸的方式附接至光刻胶喷嘴扫掠臂112的前端。光刻胶喷嘴扫掠臂112安装在竖向支承构件115的上端部处，竖向支承构件115可以在导引轨114上沿一个方向(Y方向)水平移动。因此，光刻胶喷嘴扫掠臂112与竖向支承构件115通过Y方向驱动机构(未示出)而一起沿Y方向移动。可以使用其他机构来使光刻胶喷嘴110沿Z方向和/或X方向移动。光刻胶喷嘴110可以与不同类型或不同尺寸的其他光刻胶喷嘴互换。可以使用溶剂气氛来防止光刻胶溶液在喷嘴的前端处凝固或变质。

光刻胶应用可以包括将溶剂用作稀释剂的功能以用于在将光刻胶溶液供给至晶片表面之前润湿晶片表面。可以用光刻胶喷嘴110或临近安装的喷嘴来施用初始溶剂。可以经由一个或多个连接的供给管道(未示出)以及一个或多个扫掠臂组件来供给溶剂和光刻胶。

高效灰尘收集过滤器141设置在晶片W的上方。温度和湿度控制器142调节空气的温度和湿度，该空气穿过高效灰尘收集过滤器141以移除灰尘，使得清洁的空气被供给至光刻胶涂布单元(COT)100中。需指出的是，可以引入含有例如用于光刻胶溶液的溶剂的气体来取代空气。

光刻胶涂布单元(COT)100的控制系统或控制器(未示出)可以用于控制和操控多种旋转涂布操作。该控制器可以包括具有CPU、用户界面和存储单元的处理控制器。该用户界面连接至该处理控制器并且包括输入装置，该输入装置用于允许处理控制人员如经由显示光刻胶涂布单元100的可视化操作状态的显示器来实施命令输入操作或类似操作以控制光刻胶涂布单元100。连接至处理控制器的存储单元储存用于实现多种处理的控制程序(软件)以及具有多条处理条件数据等的方案，该多种处理待在处理控制器的控制下通过光刻胶涂布单元(COT)100来实施。

当通过指令或经由用户界面的类似输入而采用给定的方案时，光刻胶涂布单元(COT)100在处理控制器的控制下执行预期的处理。控制器控制例如驱动马达103、光刻胶供给器和溶剂供给器的驱动。具体地，控制器控制驱动马达103以增大或减小驱动马达103的旋转速度。控制器还控制将光刻胶溶液从光刻胶供给器供给至光刻胶喷嘴110的时机、将类似于稀释剂的溶剂从溶剂供给器供给至溶剂喷嘴的时机以及待供给的光刻胶溶液和溶剂的量和类型。

控制程序和针对处理条件数据的方案可以是被储存在计算机可读存储介质——如CD-ROM、硬盘、软盘或闪速存储器——中的那些，或者可以从另一设备经由需要使用的专用线来联机传送。

光刻胶涂布单元100还包括流体流动构件150。在图1和图2的实施方式中，流体流动构件150呈现为与杯CP接合为相对薄的结构构件。然而，这种接合仅为一个示例实施方式。在其他实施方式中，流体流动构件150可以附接至光刻胶涂布单元100内的上部结构构件，如附接至光刻胶喷嘴扫掠臂112。在流体流动构件150附接至扫掠臂的实施方式中，流体流动构件150可以在晶片W被放置在衬底保持件102上或从衬底保持件102移除时移动至旁边。在其他实施方式中，流体流动构件可以以邻接杯CP的方式附接并且可以包括独立的竖向移动机构。

通常，流体流动构件150具有面向衬底的表面155，并且该面向衬底的表面的至少一部分沿径向方向相对于衬底保持件102的旋转轴线180弯曲。当晶片W设置在衬底保持件102上时，形成定位在晶片W(衬底)上方的弯曲的板或环。该曲率设置成使得流体流动构件150在晶片W的外边缘121处比在沿半径更接近旋转轴线的位置处距离晶片W更近。此外，流体流动构件150与晶片W之间的高度或竖向距离随着移向旋转轴线180而增大。

在一些实施方式中，如在图5中，流体流动构件150可以延续曲率并且延伸至旋转轴线180，从而导致流体流动构件具有圆锥形状。在其他实施方式中，如在图2中，流体流动构件150可以限定位于晶片W上方的开口157用以接纳光刻胶和空气。这允许更好地控制晶片边缘处的风痕的形成，同时允许更多的空气流入或穿过中心或开口157。

现在参照图3，这种位于衬底(晶片)的上方的弯曲的构件增大被涂布的衬底的上方的空气和溶剂的层流，而不会在流体流动构件起始覆盖衬底的位置的光刻胶中形成隆起，这对于完全平的环形盖或太大的曲率或太小的曲率来说同样如此。这种隆起形成源自加快的蒸发导致的局部膜厚度增加。流体流动构件的曲率具有从显著弯曲的内环形部分150-2至大致线性倾斜的或平的外环形部分150-2的渐变。

该流体流动构件所使用的技术可以包括进行使该流体流动构件上下移动以防止缺陷的过程。例如，使流体流动构件150处于在晶片附近的最佳高度处可以减少湍流，而在液体材料(光刻胶)蔓延阶段期间使流体流动构件接近晶片则会导致缺陷。当液体材料最初被分配置衬底上时，随着液体蔓延至衬底的边缘可能存在一些飞溅。如果颗粒飞溅并落在流体流动构件(最初太接近晶片)上，则该颗粒会随后落回衬底上并且形成缺陷。通过最初使流体流动构件于液体材料的分配期间保持在晶片W上方的足够高的位置，流体流动构件可避免任何可能的飞溅并且可以随后在颗粒飞溅的时间段完成之后降低至最佳高度。随后，晶片W可以继续旋转干燥液体材料，且同时流体流动构件促进晶片W上的液体材料的表面上方的流体的层流。所得产物防止在光刻胶表面中形成风痕，从而保持晶片上形成的层中的均匀性。

现在对一些示例实施方式进行说明，一个实施方式包括用于涂布衬底——如晶片W，也可以使用如LCD(液晶显示器)衬底的其他衬底——的旋转涂布设备。该设备包括衬底保持件，该衬底保持件构造成在旋转涂布处理期间保持衬底水平。真空吸引器为通常的保持机构，但也可以使用夹具、利用凹部接纳衬底或其他保持机构。旋转机构连接至衬底保持件。该旋转机构构造成使衬底保持件绕旋转轴线旋转，从而同时使位于衬底保持件上的衬底旋转。该设备包括液体分配器，该液体分配器构造成在衬底设置在衬底保持件上时将液体材料(如光刻胶)分配至衬底的加工表面上。图3示出示例加工表面125。该加工表面为平面并且与衬底的下表面相反，该下表面与衬底保持件接触。也就是说，衬底保持件保持衬底水平，并且该加工表面为上表面。

该设备包括具有面向衬底的表面155的流体流动构件。该流体流动构件构造为被定位成或被悬吊成使得：当衬底设置在衬底保持件上时面向衬底的表面定位在衬底的加工表面的竖直上方。面向衬底的表面的至少一部分弯曲成使得面向衬底的表面与加工表面之间的给定的竖向距离相对于离旋转轴线的给定的径向距离而沿径向变化。也就是说，该流体流动构件的曲率从边缘121朝向与旋转轴线180同心的衬底中心变化。

在一些实施方式中，面向衬底的表面与加工表面之间的给定的竖向距离可以变化以使得该给定的竖向距离随着离旋转轴线的径向距离的增大而减小。也就是说，在朝向衬底的中心处，流体流动构件较高，而在衬底的边缘处，流体流动构件较低。当加工表面具有圆形形状时，该面向衬底的表面可以定位在加工表面的环形部分的上方。该环形部分从加工表面的外边缘延伸至离旋转轴线一预定的径向距离处。该流体流动构件可以限定位于加工表面的圆形部分的竖直上方的圆形开口，并且该圆形部分从旋转轴线延伸至该预定的径向距离处。因此，该流体流动构件悬吊在衬底的外围部分的上方，并且中心开口允许来自上方——如来自灰尘收集过滤器141——的空气流。

在另一实施方式中，该面向衬底的表面具有如部分150-1的外环形部分以及如部分150-2的内环形部分。该内环形部分比该外环形部分离旋转轴线180更近。该面向衬底的表面的内环形部分沿径向弯曲，而该面向衬底的表面的外环形部分具有大致线性的径向倾斜。因此，该流体流动构件的显著弯曲的部分更接近衬底的中心，而流体流动构件的位于衬底的边缘部分的上方的部分为大致平的并且可以具有相当大的半径以看起来为大致线性的。

在一个替代性实施方式中，该面向衬底的表面的内环形部分沿径向弯曲，而该面向衬底的表面的外环形部分是平的，使得当该流体流动构件设置在衬底的加工表面的竖直上方时，在加工表面与面向衬底的表面的外环形部分之间存在大致恒定的竖向距离。也就是说，流体流动构件的内部分是弯曲的，而流体流动构件的外部分在衬底上方具有恒定的高度。

实施方式可以包括竖向移动机构，该竖向移动机构构造成当衬底设置在衬底保持件上时增大或减小面向衬底的表面155与加工表面125之间的平均竖向距离。由于该面向衬底的表面为至少部分弯曲的，因此可在任意给定的径向距离处存在可变的高度(但是在流体流动构件周围的相同的特定径向距离处存在相同的高度)。因此，可以用平均竖向距离来表示流体流动构件在面向衬底的表面的上方的竖向移动/位置，也就是平均悬吊距离。竖向移动机构可以构造成将外环形部分与加工表面之间的竖向距离设定至小于约5毫米或小于约10毫米。将外环形部分悬吊在约10毫米处与没有覆盖物的情况相比可以提高层流，并且使外环形部分处于低于约5毫米处或者甚至低于约3毫米或4毫米处可产生极好的层流。该面向衬底的表面的内环形部分可以具有在约20毫米与90毫米之间的第一曲率半径。

在一个替代性实施方式中，在将液体材料分配至加工表面上之前，该面向衬底的表面于加工表面的上方保持在预定平均竖向距离处长达第一时间段。这可以是被选择用以避免颗粒在面向衬底的表面上飞溅的初始高度。该第一时间段与总的衬底旋转时间相比可以是相对短的。例如，该第一时间段可以是几分之一秒至一秒或数秒。在开始分配液体材料之后，该预定平均竖向距离经由竖向移动机构减小至第二预定平均竖向距离并保持长达第二时间段。该第二时间段可以比第一时间段相对更长。通过非限制性示例，该第二时间段可以是5秒、10秒、15秒或更长。在该第二时间段内，衬底的旋转速度可以加快。此外，该第二预定平均竖向距离可以相对接近衬底，使得最短竖向距离为约2mm。然后，衬底在衬底保持件上保持旋转的同时，该预定平均竖向距离增大至第三预定平均竖向距离并保持长达第三时间段。该第三时间段可以比第二时间段显著地更长，如长达两倍或三倍或更多倍。该第三预定平均竖向距离还可以具有较长时间的相对于衬底的最短距离，如约10mm或约15mm。随着面向衬底的表面于衬底的上方升高的更高，可以使衬底的旋转速度相应地减小以保持流动处于湍流阈值以下。该第三时间段期间的旋转可以持续至完成干燥或持续至晶片能够被移至热板。因此，可以在能够避免飞溅而又较早以足以避免湍流效应的时间点处使顶板或盖降低，可以升高该顶板或盖以助于保持膜的均匀性。需注意的是，本文给出的时间和距离为示例性的，并且实际的时间段、旋转速度和距离可以取决于给出的所使用的化学物质和/或方案步骤。

在另一实施方式中，该面向衬底的表面具有外环形部分和内环形部分。该内环形部分比该外环形部分更接近旋转轴线。该面向衬底的表面的内环形部分具有第一曲率半径，并且该面向衬底的表面的外环形部分具有第二曲率半径。该第二曲率半径不同于该第一曲率半径。该面向衬底的表面相对于加工表面为凸的，如图3中所示。该第一曲率半径可以在约20毫米与90毫米之间，同时该第二曲率半径可以在约1000毫米与2000毫米之间。替代性地，该第一曲率半径可以在约50毫米与70毫米之间，同时该第二曲率半径可以在约1300毫米与1500毫米之间。

在一些实施方式中，该面向衬底的表面限定截头锥形状，该截头锥形状相对于加工表面为凸的，使得该面向衬底的表面与该加工表面之间的距离沿径向方向朝向加工表面的外边缘减小。尽管该面向衬底的表面为弯曲的，但流体流动构件本身可以是相对平的——类似于板，或者可以是具有大的厚度的块。面向衬底的表面可以具有被选择用以提高旋转涂布处理期间的干燥均匀度的曲率，也就是说，可以选择特定的弯曲形状来提高旋转干燥衬底时的干燥均匀度。可以选择面向衬底的表面与加工表面之间的变化的给定的竖向距离以使加工表面上的湍流流动最小化。需注意的是，如果高度相对较大(如大于10厘米)，则几乎不存在益处。类似地，如果高度太小(如可能小于1毫米)，则会存在一些湍流和/或均匀度降低。因此，为了均匀度而优化曲率，并且选择高度来平衡均匀度与湍流。

图4示出与图3相似的示例流体流动构件的放大的截面图。需注意的是，虽然图4的流体流动构件具有近似的径向曲率，但是该截面图示出面向衬底的表面155由多个平面(线性)部段组成。因此，流体流动构件的面向衬底的表面可以由多个平面径向部段组成，使得该流体流动构件的截面曲率由多个线性部段组成，如可以被视作面向衬底的表面155的一部分的那些线性部段。

在其他实施方式中，面向衬底的表面可以构造成随着衬底保持件而旋转，如图5所示。根据具体的材料和处理条件，通过流体流动构件随着衬底旋转可以获得均匀度和流体流动益处。

图6为各种构造的流体流动构件的俯视图。在这些实施方式中，该流体流动构件限定开口以使得流体流动构件在衬底保持件上方形成部分环。通过非限制性实施方式，图6A示出流体流动构件限定角度开口。图6B示出流体流动构件为大致半圆形。图6C示出另一示例开口，该开口的直线边缘大致彼此垂直。

图7示出分解的流体流动构件或顶板的俯视图。本文实施方式中，该流体流动构件由多个部分组成，该多个部分可以从衬底保持件被机械地移动(竖向地或横向地)。这种移动对于允许将衬底安置在衬底保持件上、从衬底保持件上取回衬底以及允许喷嘴臂移动来说是有用的。在一个实施方式中，流体流动构件的各部分可以附接至能够移动的臂以使得不存在流体流动构件的一部分覆盖晶片的情况。每个臂可以随着其他的臂一致地移动以形成连续的流体流动构件。这些部分还可以移动分开一个相对较小的距离以更好地优化厚度均匀性与湍流控制之间的平衡。因此，一个实施方式包括流体流动构件，该流体流动构件包括两个或更多个部段(例如四个部段)，使得至少一个部段构造成移动远离临近的部段。需注意的是，这种部段可以具有以上描述的径向曲率，或者为形成大致平的面向衬底的表面的基本平面的部段。

图8至图11为示出具有动态变化的中心开口的流体流动构件的视图。图8A和8B示出具有给定直径的开口的流体流动构件的俯视图，并且该给定的直径增大以缩小流体流动构件的总的表面积。图9为这种限定以绕旋转轴线(衬底保持件/晶片的旋转轴线)为中心的大致圆形的开口的流体流动构件的一个示例实施方式的俯视图，并且图10示出了其侧视图。该流体流动构件构造成使得所限定的开口的直径可以增大和/或缩小。示例所示的将此技术具体实现为大致的隔膜型或百叶型开口。

流体流动构件可以包括隔膜构件和环形的基板162。该隔膜构件可以包括若干部件，如叶片164和棒条166。棒条166可以穿过叶片164的插槽165并经由紧固件167来保持叶片。棒条166还可以附接至安装环168。安装环168的运动使得该安装环的旋转引起叶片增大和/或减小所限定的开口的直径。当安装环168旋转时，棒条166可以移动穿过插槽165，从而引起叶片164自身重新定位，例如滑动跨过彼此。这进而增大或减小所限定的开口。因此，在此实施方式中，该流体流动构件可以作为具有可调节的内半径或内直径的环形物。通过这种可调节性，流体流动构件可以被动态调节以用于特定的应用。

其他实施方式可以包括用于制造半导体器件的方法，该方法包括若干步骤。如通过使用机械臂而将衬底定位在衬底保持件上。该衬底保持件保持衬底水平。该衬底保持件具有旋转轴线。该衬底具有与衬底保持件接触的下表面并且具有与该下表面相反的加工表面。流体流动构件定位在衬底保持件的上方。该流体流动构件具有面向衬底的表面，使得对流体流动构件定位包括将面向衬底的表面于加工表面的竖直上方定位在加工表面上方的预定平均竖向距离处。该面向衬底的表面的至少一部分弯曲成使得面向衬底的表面与加工表面之间的给定的竖向距离相对于离旋转轴线的给定的径向距离沿径向变化。液体材料——如光刻胶——经由设置在衬底上方的液体分配器被分配至衬底的加工表面上。衬底和衬底保持件随后经由联接至衬底保持件的旋转机构而旋转，使得液体材料蔓延跨越衬底的加工表面。

在另一实施方式中，在将液体材料分配至加工表面上之前，面向衬底的表面保持在加工表面上方的预定平均竖向距离处，并且随后开始分配液体材料，该预定平均竖向距离经由竖向移动机构而减小为第二预定平均竖向距离。该面向衬底的表面具有外环形部分和内环形部分，该内环形部分比该外环形部分更接近旋转轴线。该面向衬底的表面的内环形部分沿径向弯曲，该面向衬底的表面的外环形部分具有大致线性的径向倾斜，使得通过使预定平均竖向距离减小至第二预定平均竖向距离而导致面向衬底的表面的外部分被设置在距离加工表面小于约4毫米处。当该加工表面具有约300毫米的直径时，该外部分延伸超过始于旋转轴线的约80-120毫米的径向距离127。当该加工表面具有约450毫米的直径时，该外部分延伸超过始于旋转轴线的约100-170毫米的径向距离127。

需注意的是，在使用流体流动构件时存在若干变量能够影响最大角速度。例如，最佳气压能够有助于促进层流。当气压太低时，会形成回流条件从而引起湍流。其他变量包括衬底的类型和液体材料的类型。晶片通常为圆形或盘形，尽管这种形状不是必需的且旋转设备适用于矩形以及其他形状的衬底。存在许多不同类型的光刻胶和溶剂可供选择。各溶剂可具有各自的流动特性和蒸发特性。因此，应当理解的是，可以基于衬底特性和光刻胶特性来对流体流动构件、平均高度和旋转速度做出调节以获得最佳的干燥时间和膜均匀度。例如，对于在晶片上的半导体加工中普遍使用的光刻胶来说有利的是，外直径的相对较大的部分具有小于约3毫米的竖向距离——在加工表面与面向衬底的表面之间。通过非限制性示例，当处理具有150mm的半径的晶片时，将超过约110mm的竖向距离(对于225mm的半径的晶片，该竖向距离为约165mm)设定至小于约3mm，并且甚至递减至约1.5mm，从而使得较高的旋转速度——如高达2800rpms或以上——下的层流大大提高。

其他实施方式包括在始于开始将液体材料分配至加工表面上的预定时间内将第一预定平均竖向距离减小至第二预定平均竖向距离。通过非限制性示例，光刻胶沉积在衬底上，该衬底旋转并且在约一秒钟后光刻胶覆盖衬底，从而使面向衬底的表面被降低以在旋转干燥的同时促进层流流动。此外，在另一实施方式中，该面向衬底的表面可以沿与衬底保持件相同的旋转方向旋转，使得该面向衬底的表面以与加工表面大约相同的角速度旋转。

其他实施方式包括用于改变不同的方案步骤中的杯排放以在保持湍流控制的同时优化膜厚度均匀度与颗粒产生之间的平衡的方法。在使用顶板(流体流动构件)的情况下，相对较低的排放速率对于膜厚度均匀性来说通常是更好的，也就是说，相对较低的排放速率导致更均匀的膜厚度。然而，矛盾点在于，排放速率低于一定的值则会导致在被处理的晶片上落上颗粒。这一危险在特定的处理步骤中可能更高，因此，该方法可以包括在更可能发生颗粒污染的特定的处理步骤中增加排放。此外，如果排放太少，则可能在旋转涂布模块中形成气压并且该气压会迫使颗粒进入晶片加工系统的其他部分中。因此，较高的排放速率通常导致较少的缺陷，而较低的排放速率通常导致更好的均匀度。因此，该技术可以包括在使用流体流动构件的情况下调节排放速率以将缺陷保持在预定量以下并且将均匀度保持在预定值以上。

基于处理条件和液体材料性能，本文的流体流动构件和方法可以不同程度地提高均匀度。例如，基于特别选择的气压、温度和液体材料的类型，本文的技术可以使300mm的衬底的旋转高达约2800-3200rpm而无湍流效应，以及使450mm的衬底的旋转高达约1200-1400rpm或者更高而无湍流效应。

尽管以上的详细描述中仅描述了本发明的特定实施方式，然而，本领域普通技术人员将容易理解的是，实施方式的许多改型是可能的而不会实质上地背离本发明的新颖性教导和优势。因此，本发明的范围倾向于涵盖全部的这种改型。

Claims (27)

1.一种用于涂布衬底的旋转涂布设备，所述旋转涂布设备包括：

衬底保持件，所述衬底保持件构造成在旋转涂布处理期间水平地保持所述衬底；

旋转机构，所述旋转机构连接至所述衬底保持件，所述旋转机构构造成使所述衬底保持件绕旋转轴线旋转；

液体分配器，所述液体分配器构造成在所述衬底被设置在所述衬底保持件上时将液体材料分配至所述衬底的加工表面上，所述加工表面具有圆形形状并且所述加工表面为平面并且与所述衬底的与所述衬底保持件接触的下表面相反；

环形的流体流动构件，所述流体流动构件具有面向衬底的表面，所述流体流动构件构造成当所述衬底被设置在所述衬底保持件上时所述流体流动构件被定位成使得所述面向衬底的表面被定位在所述衬底的所述加工表面的环形部分的竖直上方，所述加工表面的所述环形部分从所述加工表面的外边缘延伸至离所述旋转轴线预定的径向距离处，所述面向衬底的表面弯曲成使得所述面向衬底的表面与所述加工表面之间的给定的竖向距离沿径向相对于离所述旋转轴线的给定的径向距离变化；以及

竖向移动机构，所述竖向移动机构构造成当所述衬底设置在所述衬底保持件上时并且在所述旋转机构被致动以使所述衬底保持件旋转时增大或减小所述面向衬底的表面与所述加工表面之间的平均竖向距离，

其中，所述面向衬底的表面具有外环形部分和内环形部分，所述内环形部分比所述外环形部分离所述旋转轴线更近，所述面向衬底的表面的所述内环形部分被定位在所述加工表面的所述环形部分的内部分的上方并且具有第一曲率半径，并且所述面向衬底的表面的所述外环形部分被定位在所述加工表面的所述环形部分的边缘部分的上方并且具有第二曲率半径，所述第二曲率半径不同于所述第一曲率半径，所述面向衬底的表面相对于所述加工表面为凸的。

2.根据权利要求1所述的旋转涂布设备，其中，所述面向衬底的表面与所述加工表面之间的所述给定的竖向距离变化以使得所述给定的竖向距离随着离所述旋转轴线的径向距离的增大而减小。

3.根据权利要求1所述的旋转涂布设备，其中，所述流体流动构件限定位于所述加工表面的圆形部分的竖直上方的圆形开口，所述圆形部分从所述旋转轴线延伸至所述预定的径向距离处。

4.根据权利要求1所述的旋转涂布设备，其中，所述第一曲率半径在20毫米至90毫米之间，并且其中，所述第二曲率半径在1000毫米至2000毫米之间。

5.根据权利要求4所述的旋转涂布设备，其中，所述第一曲率半径在50毫米至70毫米之间，并且其中，所述第二曲率半径在1300毫米至1500毫米之间。

6.根据权利要求1所述的旋转涂布设备，其中，所述面向衬底的表面限定截头锥形状，所述截头锥形状相对于所述加工表面为凸的，使得所述面向衬底的表面与所述加工表面之间的距离沿径向方向朝向所述加工表面的外边缘而减小。

7.根据权利要求6所述的旋转涂布设备，其中，所述面向衬底的表面具有被选择用以提高旋转涂布处理期间的干燥均匀度的曲率。

8.根据权利要求7所述的旋转涂布设备，其中，所述面向衬底的表面与所述加工表面之间的变化的给定的竖向距离被选择以使所述加工表面上的湍流流动最小化。

9.根据权利要求1所述的旋转涂布设备，其中，所述流体流动构件包括两个或更多个部段，使得至少一个部段构造成移动远离临近的部段。

10.根据权利要求9所述的旋转涂布设备，其中，所述流体流动构件包括四个部段，使得每个部段构造成被机械地移动远离临近的部段。

11.根据权利要求1所述的旋转涂布设备，其中，所述流体流动构件的所述面向衬底的表面包括多个平面径向部段，使得所述流体流动构件的截面曲率由多个线性部段组成。

12.根据权利要求1所述的旋转涂布设备，其中，所述流体流动构件限定开口以使得所述流体流动构件在所述衬底保持件上方形成部分环。

13.一种用于制造半导体器件的方法，所述方法包括：

将衬底定位在衬底保持件上，所述衬底保持件水平地保持所述衬底并且具有旋转轴线，所述衬底具有与所述衬底保持件接触的下表面以及与所述下表面相反的加工表面；

将流体流动构件定位在所述衬底保持件上方，所述流体流动构件具有面向衬底的表面，定位所述流体流动构件包括将所述面向衬底的表面在所述加工表面上方的预定平均竖向距离处定位于所述加工表面的竖直上方，所述面向衬底的表面的至少一部分弯曲成使得所述面向衬底的表面与所述加工表面之间的给定的竖向距离沿径向相对于离所述旋转轴线的给定的径向距离而变化；

将液体材料经由定位在所述衬底上方的液体分配器分配至所述衬底的所述加工表面上；

经由联接至所述衬底保持件的旋转机构使所述衬底和所述衬底保持件旋转，使得所述液体材料蔓延跨越所述衬底的所述加工表面；

在将所述液体材料分配至所述加工表面上之前，将所述面向衬底的表面保持在所述加工表面上方的所述预定平均竖向距离处；以及

在开始分配所述液体材料之后，将所述预定平均竖向距离经由竖向移动机构减小至第二预定平均竖向距离。

14.根据权利要求13所述的方法，所述面向衬底的表面具有外环形部分和内环形部分，所述内环形部分比所述外环形部分离所述旋转轴线更近，所述面向衬底的表面的所述内环形部分沿径向弯曲，而所述面向衬底的表面的所述外环形部分具有线性的径向倾斜，其中，通过使所述预定平均竖向距离减小至所述第二预定平均竖向距离而使所述面向衬底的表面的外部分被定位在离所述加工表面小于4毫米处，当所述加工表面具有300毫米的直径时，所述外部分延伸超过离所述旋转轴线80毫米至120毫米的径向距离，当所述加工表面具有450毫米的直径时，所述外部分延伸超过离所述旋转轴线100毫米至170毫米的径向距离。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，在始于开始将所述液体材料分配至所述加工表面上的预定时间内将所述预定平均竖向距离减小至所述第二预定平均竖向距离。

16.根据权利要求13所述的方法，还包括：

使所述面向衬底的表面沿与所述衬底保持件相同的旋转方向旋转，使得所述面向衬底的表面以与所述加工表面相同的角速度旋转。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述流体流动构件定位在所述衬底保持件上方包括将多个流体流动构件部段机械地组合以形成所述流体流动构件。

18.根据权利要求13所述的方法，还包括：

将所述面向衬底的表面保持在所述加工表面上方的预定平均竖向距离处长达第一时间段；

将所述面向衬底的表面保持在所述加工表面上方的所述第二预定平均竖向距离处长达第二时间段；以及

当所述衬底在所述衬底保持件上保持旋转的同时，将所述预定平均竖向距离增大至第三预定平均竖向距离并持续长达第三时间段。

19.一种用于涂布衬底的旋转涂布设备，所述旋转涂布设备包括：

衬底保持件，所述衬底保持件构造成在旋转涂布处理期间水平地保持所述衬底；

旋转机构，所述旋转机构连接至所述衬底保持件，所述旋转机构构造成使所述衬底保持件绕旋转轴线旋转；

液体分配器，所述液体分配器构造成在所述衬底被设置在所述衬底保持件上时将液体材料分配至所述衬底的加工表面上，所述加工表面为平面并且与所述衬底的与所述衬底保持件接触的下表面相反；以及

流体流动构件，所述流体流动构件具有面向衬底的表面，所述流体流动构件构造成当所述衬底被设置在所述衬底保持件上时所述流体流动构件被定位成使得所述面向衬底的表面被定位在所述衬底的所述加工表面的竖直上方，所述流体流动构件限定以所述旋转轴线为中心的圆形的开口，所述流体流动构件构造成使得能够增大和减小所限定的所述开口的直径，

其中，所述流体流动构件包括隔膜构件和环形基板，其中，所述隔膜构件包括多个叶片，所述多个叶片构造成滑动跨越彼此以增大或减小所限定的所述开口的直径，并且其中，所述多个叶片经由多个棒条而附接至安装环，使得通过旋转所述安装环而引起所述叶片来增大或减小所限定的所述开口的直径。

20.一种用于涂布衬底的旋转涂布设备，所述旋转涂布设备包括：

衬底保持件，所述衬底保持件构造成在旋转涂布处理期间水平地保持所述衬底；

旋转机构，所述旋转机构连接至所述衬底保持件，所述旋转机构构造成使所述衬底保持件绕旋转轴线旋转；

液体分配器，所述液体分配器构造成在所述衬底被设置在所述衬底保持件上时将液体材料分配至所述衬底的加工表面上，所述加工表面具有圆形形状并且所述加工表面为平面并且与所述衬底的与所述衬底保持件接触的下表面相反；

环形的流体流动构件，所述流体流动构件具有面向衬底的表面，所述流体流动构件构造成当所述衬底被设置在所述衬底保持件上时所述流体流动构件被定位成使得所述面向衬底的表面被定位在所述衬底的所述加工表面的环形部分的竖直上方，所述加工表面的所述环形部分从所述加工表面的外边缘延伸至离所述旋转轴线预定的径向距离处，所述面向衬底的表面的一部分弯曲成使得所述面向衬底的表面与所述加工表面之间的给定的竖向距离沿径向相对于离所述旋转轴线的给定的径向距离变化；以及

竖向移动机构，所述竖向移动机构构造成当所述衬底设置在所述衬底保持件上时并且在所述旋转机构被致动以使所述衬底保持件旋转时增大或减小所述面向衬底的表面与所述加工表面之间的平均竖向距离，

其中，所述面向衬底的表面具有线性的外环形部分和弯曲的内环形部分，所述弯曲的内环形部分比所述线性的外环形部分离所述旋转轴线更近，所述面向衬底的表面的所述弯曲的内环形部分被定位在所述加工表面的所述环形部分的内部分的上方并且具有曲率半径，并且所述面向衬底的表面的所述线性的外环形部分被定位在所述加工表面的所述环形部分的边缘部分的上方。

21.根据权利要求20所述的旋转涂布设备，其中，所述面向衬底的表面与所述加工表面之间的所述给定的竖向距离变化以使得所述给定的竖向距离随着离所述旋转轴线的径向距离的增大而减小。

22.根据权利要求20所述的旋转涂布设备，其中，所述流体流动构件限定位于所述加工表面的圆形部分的竖直上方的圆形开口，所述圆形部分从所述旋转轴线延伸至所述预定的径向距离处。

23.根据权利要求20所述的旋转涂布设备，其中，所述面向衬底的表面的所述线性的外环形部分具有线性的径向倾斜。

24.根据权利要求20所述的旋转涂布设备，其中，所述面向衬底的表面的所述线性的外环形部分是平的，使得当所述流体流动构件被定位在所述衬底的所述加工表面的竖直上方时，在所述加工表面与所述面向衬底的表面的所述线性的外环形部分之间存在恒定的竖向距离。

25.根据权利要求20所述的旋转涂布设备，其中，所述竖向移动机构构造成将所述外环形部分与所述加工表面之间的垂直距离设定成小于5毫米。

26.根据权利要求24所述的旋转涂布设备，其中，所述面向衬底的表面的所述内环形部分的曲率半径在20毫米至90毫米之间。

27.一种用于涂布衬底的旋转涂布设备，所述旋转涂布设备包括：

衬底保持件，所述衬底保持件构造成在旋转涂布处理期间水平地保持所述衬底；

旋转机构，所述旋转机构连接至所述衬底保持件，所述旋转机构构造成使所述衬底保持件绕旋转轴线旋转；

液体分配器，所述液体分配器构造成在所述衬底被设置在所述衬底保持件上时将液体材料分配至所述衬底的加工表面上，所述加工表面为平面并且与所述衬底的与所述衬底保持件接触的下表面相反；以及

流体流动构件，所述流体流动构件具有面向衬底的表面，所述流体流动构件构造成当所述衬底被设置在所述衬底保持件上时所述流体流动构件被定位成使得所述面向衬底的表面被定位在所述衬底的所述加工表面的竖直上方，所述面向衬底的表面的至少一部分弯曲成使得所述面向衬底的表面与所述加工表面之间的给定的竖向距离沿径向相对于离所述旋转轴线的给定的径向距离变化，并且，所述面向衬底的表面包括多个平面径向部段，使得所述流体流动构件的截面曲率由多个线性部段组成。