CN108080220B - 一种单片硅晶圆气相hmds涂布装置 - Google Patents

Abstract

一种单片硅晶圆气相HMDS涂布装置，涉及一种半导体制造技术，包括盘体组件和上盖组件，所述的盘体组件和上盖组件相互开合，所述的盘体组件与所述的上盖组件闭合时两者之间形成涂布腔且两者密封，所述的上盖组件与所述的盘体组件之间采用气体密封结构，所述气体密封结构内气体压力大于所述涂布腔内压力，所述的上盖组件内设置有与所述涂布腔连通的HMDS进气道和HMDS出气道。能够在常压情况下对晶圆进行涂布，涂布时HMDS流速低，每片晶圆HMDS涂布消耗量仅需1.125 L~1.67L，同时涂布的均匀性好。解决以往真空涂布时对设备结构和加工精度要求高，HMDS流速快消耗量多，同时涂布不均匀的问题。

Description

一种单片硅晶圆气相HMDS涂布装置

技术领域

本发明涉及一种半导体制造技术，尤其是一种HMDS涂布技术。

背景技术

在半导体生产工艺中，光刻是最为重要的一个环节。光刻前涂胶工艺均匀性的好坏将直接影响光刻的质量。在涂胶工艺中，多数光刻胶是疏水性的，而硅片表面的羟基和残留的水分子是亲水的。因此需要在涂胶前涂覆增粘剂，增粘剂的作用是将硅片的亲水性改为疏水性，从而增加光刻胶与硅晶圆表面的粘附力。HMDS(六甲基二硅胺)是常用的增粘剂。常温下HMDS为无色透明液体，似胺味。HMDS有生殖毒性，而且极易挥发，使用时必须做好防护。

目前常见的HMDS涂布方式分别为整盒涂覆和单片涂覆。整盒涂覆主要采用HMDS烘箱进行整体涂抹，这种涂抹方法具有极大的局限性，不仅对硅片的形状和大小有严格的要求，涂抹的均匀度也不佳。单片涂覆主要是以功能单元的形式集成在涂胶设备中，最常见的是制作一个密闭的腔室，腔室内抽真空，同时注入大量的HMDS蒸汽已达到涂布HMDS的目的。目前主流设备中均采用这种真空腔室的涂覆方法，但是这种方法存在以下几种问题：1、HMDS用量大，约30～40L/片，腔室内要一直处于真空环境(<-50kPa)，需要注入大量的HMDS蒸汽才能达到全部涂覆的效果；2、装置的结构和加工精度要求高，腔体密封要求，运动机构的密封等对腔体的真空度影响大；3、涂抹的均匀性差，由于HMDS一直处于快速的流动状态，无法保证硅晶圆全部面积上得到均匀的涂覆。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种单片硅晶圆气相HMDS涂布装置，能够在常压情况下对晶圆进行涂布，涂布时HMDS流速低，每片晶圆HMDS涂布消耗量仅需1.125L～1.67L，同时涂布的均匀性好。解决以往真空涂布时对设备结构和加工精度要求高，HMDS流速快消耗量多，同时涂布不均匀的问题。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种单片硅晶圆气相HMDS涂布装置，包括盘体组件和上盖组件，所述的盘体组件和上盖组件相互开合，所述的盘体组件与所述的上盖组件闭合时两者之间形成涂布腔且两者密封，所述的上盖组件与所述的盘体组件之间采用气体密封结构，所述气体密封结构内气体压力大于所述涂布腔内压力，所述的上盖组件内设置有与所述涂布腔连通的HMDS进气道和HMDS出气道。

上述技术方案中，优选的，所述的上盖组件包括上盘盖，所述的盘体组件包括底托护罩，所述的底托护罩和所述的上盘盖之间设置有内层密封件和外层密封件，所述的内层密封件和所述的外层密封件之间具有缝隙，所述的底托护罩上设置有与缝隙相连的密封气体进气口。

上述技术方案中，优选的，所述的内层密封件密封压力大于外层密封件的密封压力。

上述技术方案中，优选的，所述的底托护罩内设置有环形密封气道，所述的环形密封气道连接所述的缝隙，所述的密封气体进气口连通所述环形密封气道底部。

上述技术方案中，优选的，所述的上盖组件包括进气盖、进气上盖和进气内盖，所述的进气盖设置在所述的进气上盖上，所述的HMDS进气道和所述的HMDS出气道设置在所述的进气盖内，所述的进气内盖设置在所述的进气盖下方且所述的进气内盖上设置有与所述HMDS出气道连通的出气口，所述的进气上盖与所述的进气内盖之间设置有出气通道，所述的出气通道连通所述的HMDS出气道。

上述技术方案中，优选的，所述的进气上盖与所述的上盘盖之间通过上盖压环固定，所述的上盖压环还连接有运动装置。

上述技术方案中，优选的，所述的盘体组件包括上盘面和下盘面，所述的上盘面设置在所述下盘面上方，所述的上盘面用于固定晶圆，所述的下盘面内设置有用于加热晶圆的加热装置。

上述技术方案中，优选的，所述的上盘面设置在所述进气内盖正下方。

上述技术方案中，优选的，所述的进气内盖与所述的上盖压环密封连接，所述的进气内盖靠近所述上盖压环的边缘均匀设置有若干个排气口。

上述技术方案中，优选的，进行气体密封的气体为氮气。

公知的HMDS是一种半导体工业中光致刻蚀剂的粘结助剂，HMDS易燃有毒且沸点低，在进行HMDS涂布时需要对整个装置进行良好的密封，防止HMDS泄露。但是每片晶圆在涂布完成后需要将旧晶圆取出，新晶圆放入，这加大了HMDS涂布装置密封的难度。现有的HMDS涂布装置采用真空涂布法，既先将涂布腔先抽真空，确保涂布腔密封安全，然后快速向涂布腔内充入HMDS气体，这样就保证HMDS气体无法泄露。但是这种涂布模式中HMDS气体的流速快，需要大致20L的HMDS才能完成涂布工作，而且由于HMDS气体流速快晶圆表面的涂布并不能保证均匀，晶圆涂布的废品率高。

本发明则是一种常压环境下HMDS涂布装置，相比现有的涂布装置本发明则在密封结构上作出了改进，采用气体密封与密封件结合的结构。本发明在底托护罩和上盘盖之间设置有内层密封件和外层密封件，在内层密封件和外层密封件之间设置气道密封结构，气道密封结构可以为气体墙，这样即使HMDS气体从内层密封件泄露，也能被保持一定压力的气体墙挡住，防止HMDS泄露。不仅如此，本发明内层密封件密封压力大于外层密封件的密封压力，这种设置可以保证气体墙高压力的同时又能防止气体墙破坏内层密封件，因为气体墙压力过高后可以通过外层密封件泄压，不影响内层密封件的性能，同时气体墙对内层密封件的压力又能阻止HMDS气体的泄露。即使底托护罩和上盘盖之间的开合出现瑕疵，内层密封件和外层密封件没有完全密封，但本装置涂布腔内为常压，气体墙的压力大于涂布腔内压力，即使出现泄漏点，也是气体墙的气体充入到涂布腔内，并且工作人员可以根据气体墙气体的消耗量判定涂布腔是否泄露，快速做出反应。又因为本装置涂布腔内可以设置成常压，相比现有的涂布装置，本装置内的HMDS气体的流速可以大大的降低，因此本装置还设置有进气内盖，进气内盖主要起到对涂布腔内HMDS气体导流的作用，使得HMDS气体可以完全覆盖晶圆表面，提高晶圆涂布的均匀率，同样由于低流速的作用，对于单个晶圆的涂布仅需要1.125L～1.67L，比现有装置至少节约了10多倍。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够在常压情况下对晶圆进行涂布，涂布时HMDS流速低，每片晶圆HMDS涂布消耗量仅需1.125L～1.67L，同时涂布的均匀性好。解决以往真空涂布时对设备结构和加工精度要求高，HMDS流速快消耗量多，同时涂布不均匀的问题。

附图说明

图1是本发明示意图。

图2是本发明HMDS气体在涂布内腔流动路径示意图。

图3是本发明气体密封结构示意图。

图4是本发明HMDS气体浓度调节系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1，如图1至图4所示，一种单片硅晶圆气相HMDS涂布装置，包括盘体组件1和上盖组件2，所述的盘体组件1和上盖组件2相互开合，所述的盘体组件1与所述的上盖组件2闭合时两者之间形成涂布腔10且两者密封。所述的上盖组件2包括上盘盖21，所述的盘体组件1包括底托护罩11，所述的上盖组件2与所述的盘体组件1之间采用气体密封结构，气体密封结构包括在所述底托护罩11和所述上盘盖21之间设置的内层密封件4和外层密封件3，所述的内层密封件4和所述的外层密封件3之间具有缝隙，所述的底托护罩11内设置有环形密封气道112，所述的环形密封气道112连接所述的缝隙，所述环形密封气道112底部连通所述的密封气体进气口111，进行气体密封的气体为氮气。所述的内层密封件密封4压力大于外层密封件3的密封压力。

所述的上盖组件2内设置有与所述涂布腔10连通的HMDS进气道221和HMDS出气道222。所述的上盖组件2包括进气盖22、进气上盖23和进气内盖24，所述的进气盖22设置在所述的进气上盖23上，所述的HMDS进气道221和所述的HMDS出气道222设置在所述的进气盖22内，所述的进气内盖24设置在所述的进气盖22下方且所述的进气内盖24上设置有与所述HMDS出气道221连通的出气口241，所述的进气上盖23与所述的进气内盖24之间设置有出气通道232，所述的出气通道232连通所述的HMDS出气道222。所述的进气上盖23与所述的上盘盖21之间通过上盖压环25固定，所述的上盖压环25还连接有运动装置。所述的盘体组件1包括上盘面12和下盘面13，所述的上盘面12设置在所述下盘面13上方，所述的上盘面12用于固定晶圆，所述的下盘面13内设置有用于加热晶圆的加热装置，其中加热装置还可以包括加热丝、传感器、保护器等。所述的上盘面12设置在所述进气内盖24正下方。所述的进气内盖24与所述的上盖压环25密封连接，所述的进气内盖24靠近所述上盖压环25的边缘均匀设置有若干个排气口242。

HMDS气体的浓度需要在HMDS气体进入涂布腔10前确定，一般通过HMDS气体浓度调节系统进行设定。HMDS气体浓度调节系统包括压力调节组件92，随后压力调节组件92分两路，第一路通过气体过滤器93、流量计94进入三通阀96，第二路通过气体过滤器93、流量计94、通断阀95、HMDS箱91进入三通阀96。调节时，高纯度且具有常温的N₂通过压力调节组件92进入管路，N₂进入管路后使其稳定在适合的压力。其中部分N₂流入第一路，另一部分N₂流入第二路，第二路的N₂在通断阀95的控制下有序的进入HMDS箱91带出HMDS气体，随后在三通阀96与第一路的N₂混合后连通HMDS进气道221流向涂布腔10，只需要配比第一路和第二路的N₂就能调节HMDS气体的浓度。

涂布时，通过上盖压环25上的运动装置打开闭合盘体组件1和上盖组件2进行晶圆的放置，一般而言盘体组件1为固定设置，具体情况需根据工作环境具体设置。晶圆放置在上盘面12上，下盘面13内的加热装置可以一直启动，或者每次放置晶圆时启动，加热装置主要为保持晶圆本身的温度，使其一直达到涂布所需温度。晶圆放置结束后，通过运动装置关闭盘体组件1和上盖组件2，让底托护罩11和上盘盖21之间通过内层密封件4和外层密封件3进行密封，然后通过密封气体进气口111向环形密封气道112注入N₂，使得N₂在环形密封气道112以及内层密封件4和外层密封件3之间的缝隙形成气体墙，气体墙具有一定压力，此压力需要大于闭合后的涂布腔10内部压力，也需要大于整个装置的外部压力，因为在本实施例中涂布腔10内无需抽压，在涂布时的涂布腔10内可为常压，外部气压环境也无需特殊设置，因此本实施例中气体墙的压力大于常压即可。完全密封后，HMDS出气道221以1.5L～2L/min的速率喷出HMDS气体，HMDS气体通过HMDS进气道221进入涂布腔10，然后在进气内盖24的导流下，从进气内盖24边缘的排气口242进入出气通道232，再然后从出气通道232进入HMDS出气道222排出到专门的废气处理系统，进行统一处理。在HMDS气体流动期间会相对缓慢的经过晶圆整个表面，每个晶圆经过45s～50s后就能完全均匀涂布。涂布完成后，HMDS进气道221停止供HMDS气体并且喷入N₂气体，随后HMDS出气道222将涂布腔10内所有HMDS气体吸完。然后停止密封气体进气口111的工作，用运动装置打开盘体组件1和上盖组件2，此时只有少量N₂气体逸出，N₂气体为大气主要气体，对人体无害。随后就可以进行下一步步骤。

本发明气体密封结构的密封原理为：当底托护罩11和上盘盖12之间闭合后，两者对内层密封件4和外层密封件3共同施压，使得内层密封件4和外层密封件3获得密封效果，此后向内层密封件4和外层密封件3之间充入N₂气体得到N₂气体墙，只要密封气体进气口111喷入的N₂气体速率异常就能得出内层密封件4或者外层密封件3出现问题，此时就可以让工作人员进行检修。为了保证密封效果，充入的N₂气体具有一定的压力，此压力理论是小于内层密封件4密封压力和外层密封件3的密封压力，实际上N₂气体墙的压力必须小于内层密封件4密封压力，必要时可以略微大于等于外层密封件3的密封压力，这样主要是为了保证N₂气体在密封状态时始终保持高压力，对内层密封件4起到良好的密封作用，即使N₂气体墙一时压力过大也能从外层密封件3进行泄压，保证内层密封件4的效能。如果在涂布阶段出现泄漏，由于N₂气体墙的压力大于涂布腔10内的压力，既泄漏时N₂气体墙的N₂气体进入到涂布腔10内，而不是HMDS气体泄漏到外，在此阶段有足够的时间让工作人员进行HMDS气体的排气操作，避免HMDS气体污染。

Claims (7)

1.一种单片硅晶圆气相HMDS涂布装置，其特征为，包括盘体组件和上盖组件，所述的盘体组件和上盖组件相互开合，所述的盘体组件与所述的上盖组件闭合时两者之间形成涂布腔且两者密封，所述的上盖组件与所述的盘体组件之间采用气体密封结构，所述气体密封结构内气体压力大于所述涂布腔内压力，所述的上盖组件内设置有与所述涂布腔连通的HMDS进气道和HMDS出气道，所述的上盖组件包括上盘盖，所述的盘体组件包括底托护罩，所述的底托护罩和所述的上盘盖之间设置有内层密封件和外层密封件，所述的内层密封件和所述的外层密封件之间具有缝隙，所述的底托护罩上设置有与缝隙相连的密封气体进气口，所述的内层密封件密封压力大于外层密封件的密封压力，所述的底托护罩内设置有环形密封气道，所述的环形密封气道连接所述的缝隙，所述的密封气体进气口连通所述环形密封气道底部，所述内层密封件和外层密封件采用O型圈压住密封。

2.根据权利要求1所述的一种单片硅晶圆气相HMDS涂布装置，其特征为，所述的上盖组件包括进气盖、进气上盖和进气内盖，所述的进气盖设置在所述的进气上盖上，所述的HMDS进气道和所述的HMDS出气道设置在所述的进气盖内，所述的进气内盖设置在所述的进气盖下方且所述的进气内盖上设置有与所述HMDS出气道连通的出气口，所述的进气上盖与所述的进气内盖之间设置有出气通道，所述的出气通道连通所述的HMDS出气道。

3.根据权利要求2所述的一种单片硅晶圆气相HMDS涂布装置，其特征为，所述的进气上盖与所述的上盘盖之间通过上盖压环固定，所述的上盖压环还连接有运动装置。

4.根据权利要求3所述的一种单片硅晶圆气相HMDS涂布装置，其特征为，所述的盘体组件包括上盘面和下盘面，所述的上盘面设置在所述下盘面上方，所述的上盘面用于固定晶圆，所述的下盘面内设置有用于加热晶圆的加热装置。

5.根据权利要求4所述的一种单片硅晶圆气相HMDS涂布装置，其特征为，所述的上盘面设置在所述进气内盖正下方。

6.根据权利要求3或4所述的一种单片硅晶圆气相HMDS涂布装置，其特征为，所述的进气上盖与所述的上盖压环密封连接，所述的进气内盖靠近所述上盖压环的边缘均匀设置有若干个排气口。

7.根据权利要求1所述的一种单片硅晶圆气相HMDS涂布装置，其特征为，进行气体密封的气体为氮气。

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