CN110941143A - 光阻旋涂装置以及光阻旋涂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光阻旋涂方法和光阻旋涂装置。光阻旋涂装置包括：旋转驱动装置；位于旋转驱动装置之上的晶圆托盘；以及位于晶圆托盘之上的盖板，盖板和晶圆托盘由旋转装置驱动转动。通过在内腔体和晶圆托盘之上设置盖板，在执行光阻旋涂工艺期间，在旋涂光阻层成膜的主旋转阶段前后，分别关闭和开启盖板，能够有效降低主旋转期间气流流动对光阻层的湍流影响，提高光阻层厚度的均匀性，提高生产率和降低制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造工艺以及制造装置，更具体地涉及一种光阻旋涂装置以及光阻旋涂方法。
背景技术
为了在晶圆上形成各种功能层，通常需要在晶圆上形成功能层之后旋涂光阻，并通过曝光、显影以及蚀刻的方式形成需要的功能层图案。
然而，随着大规模集成电路的高集成化和高速化的发展，随晶圆尺寸的增大，对于8英寸及其以上尺寸的晶圆的加工制造过程中，在使用光阻进行旋涂时，通常会导致旋涂的光阻层的表面出现凹凸不平的粗糙图案，如图1所示，例如现有技术中公开了一种图案化功能层的方法，包括在晶圆上旋涂光阻层，通过曝光显影在晶圆上形成图案化结构。涂覆液体表面溶液的蒸发是薄膜褶皱形成的主要因素之一。如图1所示，在溶液蒸发区域A，涂覆液体的表面张力会发生变化。例如表面张力较高的区域在成膜后会形成凸起，而表面张力较低的区域在成膜后会呈现凹陷，从整体上看就会呈现褶皱状，如图3所示。这种旋涂在晶圆上的光阻层表面张力不稳定，引起光阻表面出现褶皱现象，导致光阻表面呈现出凹凸不平的粗糙结构，这导致所形成的晶圆也呈现出凹凸不平的粗糙结构。
参见图2，对于不同尺寸的晶圆，示出了在其处于不同转速时，现有的光阻旋涂装置的湍流现象对旋涂在晶圆表面的光阻层的影响。随着晶圆尺寸变大以及晶圆转速的提高，湍流现象对光阻层的影响越来越大，就会形成图3所示的褶皱，即光阻层的表面均匀性越来越差。
上述粗糙结构不利于后续功能层的生长，降低了器件制造良率和生产率，由此提高了制造成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种光阻旋涂方法和光阻旋涂装置，以解决现有技术中出现的光阻表面褶皱现象，提高光阻涂布的均匀性、制造良率从而降低半导体器件的制造成本。
根据第一方面，本发明提供了一种光阻旋涂装置，包括：
旋转驱动装置；
位于旋转驱动装置上方的晶圆托盘；以及
位于晶圆托盘之上的盖板，盖板和晶圆托盘转动由所述旋转驱动装置驱动。
可选地，光阻旋涂装置还包括位于晶圆托盘四周的内腔体，内腔体由驱动装置驱动转动，并且盖板通过内腔体连动转动。
可选地，光阻旋涂装置的盖板通过第二转动轴旋转。
可选地，内腔体设置有排液口
可选地，盖板与内腔体上表面之间的距离介于0～5mm。
可选地，光阻旋涂装置还包括位于所述内腔体四周的外腔体。
可选地，盖板的直径介于150mm～550mm。
可选地，盖板上设置有排气孔。
可选地，内腔体通过旋转驱动装置与晶圆托盘共轴转动。
光阻旋涂装置通过设置盖板，当盖板关闭时，内腔体转动时能够带动盖板连动转动，使得晶圆在密闭的空间内转动，能够极大地降低晶圆上部的气流流动对晶圆的影响，消除湍流影响。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种光阻旋涂装置的光阻旋涂方法，包括如下步骤：
将晶圆放置在晶圆托盘上；
将光阻旋涂在晶圆表面上；
对光阻进行回流；
关闭盖板，使其盖板覆盖在晶圆之上；
利用旋转驱动装置驱动晶圆托盘带动晶圆旋转；
打开盖板；
执行边缘光刻胶去除(EBR)工序。
可选地，在旋涂所述光阻层之前，还包括以下步骤：在晶圆上旋涂湿润溶剂进行预湿；然后将溶剂旋出。
可选地，在边缘光刻胶去除(EBR)步骤之后，还依次包括如下步骤：后冲洗工艺和甩干工艺。
可选地，光阻旋涂装置包括位于晶圆托盘四周的内腔体，内腔体由驱动装置驱动转动，并且盖板通过内腔体连动转动。
可选地，盖板通过第二转动轴旋转。
可选地，内腔体设置有排液口。
可选地，光阻旋涂装置的盖板与内腔体上表面之间的距离介于0～5mm。
光阻旋涂装置通过设置盖板，盖板关闭时，内腔体转动时能够带动盖板同轴连动转动，使得晶圆在密闭的空间内转动，能够极大地降低晶圆上部的气流流动对晶圆的影响，消除湍流影响。
可选地，光阻旋涂装置还包括位于内腔体四周的外腔体。
可选地，光阻旋涂装置的内腔体通过旋转驱动装置与晶圆托盘共轴转动。
通过在晶圆上方设置盖板，并在旋涂光阻层成膜的主转速期间关闭所述晶圆上方的盖板，可以极大地降低晶圆上部的气流流动对晶圆的影响，消除湍流影响，提高光阻层厚度的均匀性，降低制造成本。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1显示为现有技术中因涂覆液体表面张力变化导致的光阻层的皱褶的示意图。
图2显示为现有技术中不同尺寸晶圆在不同转速下稳流层的示意图。
图3显示为图1和图2所示的现有技术导致的光阻层的皱褶的示意图。
图4显示为本发明的光阻旋涂装置的示意图。
图5显示为本发明的光阻旋涂装置的盖板的背面示意图。
图6显示为本发明的光阻旋涂装置的盖板的正面示意图。
图7显示为本发明的光阻层的制造方法流程图。
附图标记
100 光阻旋涂装置
10 旋转驱动装置
20 外腔体
30 排液口
40 内腔体
50 盖板
51 同心圆
52 排气孔
60 第二转动轴
70 晶圆托盘
80 晶圆
A 溶液蒸发区域
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例就本发明的光阻旋涂装置进行说明。
如图4所示，本实施例的光阻旋涂装置100包括：旋转驱动装置10；位于旋转驱动装置10之上的晶圆托盘70；以及位于晶圆托盘之上的盖板50，盖板和晶圆托盘由所述旋转驱动装置10驱动转动。
旋转驱动装置10由第一旋转轴带动晶圆托盘70旋转。晶圆托盘70用于放置晶圆80。
如图4所示，在晶圆托盘70的四周设置有内腔体40。内腔体40的外端下部设置有排液口30。内腔体40的外侧设置有外腔体20。外腔体20的下部设置有液体排出口(未图示)。可选地，内腔体40与外腔体20的上部高于晶圆托盘70，同时高于晶圆80的上表面。可选地，内腔体40的上部低于外腔体20的上部，外腔体20以包覆方式环绕内腔体40。这种方式，就能够使排出的光阻层由内腔体40进行收集，通过排液口30溢流到外腔体20的排出口。可选地，内腔体40随着驱动装置10的旋转轴一起旋转。当内腔体40随着驱动装置10的旋转轴一起旋转时，就能够减少晶圆80上表面的湍流，使晶圆80表面上的光阻不会形成皱褶，形成厚度均匀的光阻。
如图4所示，在晶圆托盘70以及内腔体40、外腔体20之上设置有盖板50。盖板50与第二转动轴60相连，当盖板打开时，由第二转动轴60带动盖板50旋转。可选地，光阻旋涂装置100的盖板50与内腔体40为连动转动。第二转动轴60由电机(未图示)驱动。可选地，旋转驱动装置10的第一转轴、内腔体40、盖板50、第二转动轴60为同轴旋转。其中旋转驱动装置10的第一转轴为动力转轴。内腔体40和盖板50与旋转驱动装置10的第一转轴、第二转动轴60之间连动。
可选地，当盖板50为关闭状态时，盖板50通过内腔体40连动转动，盖板50与内腔体40的接触缝隙高度在0～5mm之间可调节。盖板50与内腔体40的接触缝隙高度0mm为完全接触，盖板50与内腔体40之间属于机械带动转动。盖板50与内腔体40的接触缝隙高度大于0mm时，盖板50与内腔体40之间属于压力带动，在此，缝隙越大，被带动速度越小。可选地，盖板50与内腔体40的接触缝隙高度为0mm、1.2mm、3mm、5mm。这种结构的优点在于，可以调节晶圆80表面气体流动的速度，改善边缘光刻胶去除速率。
相较于现有技术中公开的常规旋涂装置，本实施例的光阻旋涂装置100通过设置盖板50，盖板50关闭时，内腔体40在转动时能够带动盖板50同轴连动转动，使得晶圆80在密闭的空间内转动，能够极大地降低晶圆80上部的气流流动对晶圆80的影响，消除湍流影响。
如图5所示，盖板50的背面设置有非规则同心圆51，用于进行转动识别。盖板50的正面设置有排气孔52。排气孔52可以是均匀分布的圆孔，也可以是各种形状的排气孔52。可选地，排气孔52可以为圆形，也可为方形、矩形或任意形状。可选地，排气孔52为以环绕中心均匀分布的排气孔52组成。可选地，排气孔52为以环绕中心均匀分布的3个圆环形状、5个圆环形状或多个圆环形状。每个圆环形状为若干个排气孔52组成。如图6所示，排气孔52组成的圆环形状，其内圆环的排气孔52要小于外圆环的排气孔52的数量。可选地，与可以设置不同大小的排气孔52。当盖板50处于关闭状态时，就能够通过排气孔52，调节腔体内挥发溶剂浓度，改善膜厚。
盖板35直径为150mm～550mm。可选地，盖板35直径为150mm、200mm、300mm、550mm。
本实施例的光阻旋涂装置100通过设置盖板50，盖板50关闭时，内腔体40在转动时能够带动盖板50同轴连动转动，使得晶圆80在密闭的空间内转动，能够极大地降低晶圆80上部的气流流动对晶圆80的影响，消除湍流影响，避免了光阻层表面形成皱褶，从而获得均匀厚度的光阻层表面。
实施例二
参见图7，本实施例提供一种光阻层的制造方法流程图。光阻旋涂装置100包括旋转驱动装置10；位于旋转驱动装置10之上的晶圆托盘70；以及位于晶圆托盘之上的盖板50，盖板50和晶圆托盘70由所述旋转驱动装置10驱动转动。
光阻旋涂装置100的光阻旋涂方法包括如下步骤：
将晶圆80放置在晶圆托盘70上；
利用喷头(未图示)将光阻层旋涂在晶圆80表面上；
对光阻层进行回流；
将盖板50关闭，使其覆盖在晶圆80之上；
利用旋转驱动装置10驱动晶圆托盘70带动晶圆80旋转；旋转速率为500～5000转/分钟(500～5000rpm)。可选地，晶圆托盘70的转速为800转/分钟(800rpm)、1200转/分钟(1200rpm)、2200转/分钟(2200rpm)、3000转/分钟(/3000rpm)、4000转/分钟(4000rpm)、5000转/分钟(5000rpm)。这里，随着晶圆80的尺寸增加，其转速将适度降低。
打开盖板；执行边缘光刻胶去除(EBR)工序。
可选地，在旋涂所述光阻层之前，还包括以下步骤：在晶圆80上旋涂湿润溶剂进行预湿；然后将溶剂旋出。
可选地，在边缘光刻胶去除(EBR)步骤之后，还依次包括如下步骤：后冲洗工艺和甩干工艺。
在本实施例中，光阻旋涂装置100还包括位于晶圆托盘70四周的内腔体40，内腔体40由所述驱动装置10驱动转动，并且盖板50通过内腔体40连动转动。
可选地，光阻旋涂装置100的盖板50通过第二转动轴旋转。
可选地，内腔体40设置有排液口30。
在本实施例中，由于设置了盖板50，盖板50关闭时，内腔体40由旋转驱动装置10驱动转动时能够带动盖板50同轴连动转动，同时旋转驱动装置10驱动晶圆托盘70带动晶圆80旋转，使得晶圆80在密闭的空间内转动，能够极大地降低晶圆80上部的气流流动对晶圆的影响，消除湍流影响，提高光阻层厚度的均匀性，降低制造成本。
也就是说，本实施例中的光阻旋涂装置100的光阻旋涂方法可选择地在旋涂光阻层成膜时的主转速时，关闭盖板50，使内腔体40旋转时带动盖板50旋转。打开盖板50，然后执行边缘光刻胶去除(EBR)工序、后冲洗工艺和甩干工艺。
可选地，光阻旋涂装置100的内腔体40通过旋转驱动装置10与晶圆托盘70共轴转动。
可选地，光阻旋涂装置100的光阻旋涂方法可选择地在旋涂光阻层成膜时的主转速时，关闭盖板50，使内腔体40旋转时带动盖板50旋转，此时内腔体40也与晶圆托盘70共轴旋转。而盖板50的旋转方式随着盖板50与内腔体40接触缝隙高度而定。也就是说，当盖板50为关闭状态时，盖板50与内腔体40的接触缝隙高度在0～5mm之间可调节。盖板50与内腔体40接触缝隙高度为0mm时，盖板50与内腔体40为完全接触，盖板50与内腔体40属于机械带动转动。盖板50与内腔体40的接触缝隙高度大于0mm时，盖板50与内腔体40之间属于压力带动，在此，缝隙越大，被带动速度越小。
在晶圆80上方设置盖板50，并在旋涂光阻层的主转速期间关闭盖板50，这样内腔体40由旋转驱动装置10驱动转动时能够带动盖板50同轴连动转动，同时旋转驱动装置10驱动晶圆托盘70带动晶圆80旋转，使得晶圆80在密闭的空间内转动，可以极大地降低晶圆80上部的气流流动对晶圆的影响，消除湍流影响，提高光阻层厚度的均匀性，降低制造成本。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (18)
1.一种光阻旋涂装置，其特征在于，包括：
旋转驱动装置；
位于所述旋转驱动装置上方的晶圆托盘；以及
位于所述晶圆托盘之上的盖板，所述盖板和所述晶圆托盘由所述旋转驱动装置驱动转动。
2.根据权利要求1所述的光阻旋涂装置，其特征在于，
所述光阻旋涂装置还包括位于所述晶圆托盘四周的内腔体，所述内腔体由所述驱动装置驱动转动，并且所述盖板通过所述内腔体连动转动。
3.根据权利要求1所述的光阻旋涂装置，其特征在于，
所述盖板通过第二转动轴(60)旋转。
4.根据权利要求2所述的光阻旋涂装置，其特征在于，
所述内腔体设置有排液口。
5.根据权利要求2所述的光阻旋涂装置，其特征在于，
所述盖板与所述内腔体上表面之间的距离介于0～5mm。
6.根据权利要求2所述的光阻旋涂装置，其特征在于，
所述光阻旋涂装置还包括位于所述内腔体四周的外腔体。
7.根据权利要求2所述的光阻旋涂装置，其特征在于，
所述盖板的直径介于150mm～550mm。
8.根据权利要求2所述的光阻旋涂装置，其特征在于，
所述盖板上设置有排气孔。
9.根据权利要求2所述的光阻旋涂装置，其特征在于，
所述内腔体通过所述旋转驱动装置与所述晶圆托盘共轴转动。
10.一种光阻旋涂装置的光阻旋涂方法，其特征在于，包括如下步骤：
将晶圆放置在晶圆托盘上；
将所述光阻旋涂在所述晶圆表面上；
对所述光阻进行回流；
关闭盖板，使其覆盖在所述晶圆之上；
利用旋转驱动装置驱动所述晶圆托盘带动所述晶圆旋转；
打开盖板；
执行边缘光刻胶去除工序。
11.根据权利要求10所述的光阻旋涂方法，其特征在于，
在旋涂所述光阻层之前，还包括以下步骤：在晶圆上旋涂湿润溶剂进行预湿；然后将所述溶剂旋出。
12.根据权利要求10或11所述的光阻旋涂方法，其特征在于，
在边缘光刻胶去除步骤之后，还依次包括如下步骤：后冲洗工艺和甩干工艺。
13.根据权利要求10或11所述的光阻旋涂方法，其特征在于，
所述光阻旋涂装置包括位于所述晶圆托盘四周的内腔体，所述内腔体由所述驱动装置驱动转动，并且所述盖板通过所述内腔体连动转动。
14.根据权利要求10或11所述的光阻旋涂方法，其特征在于，
所述盖板通过第二转动轴旋转。
15.根据权利要求13所述的光阻旋涂方法，其特征在于，
所述内腔体设置有排液口。
16.根据权利要求13所述的光阻旋涂方法，其特征在于，
所述盖板与所述内腔体上表面之间的距离介于0～5mm。
17.根据权利要求13所述的光阻旋涂方法，其特征在于，
所述光阻旋涂装置还包括位于所述内腔体四周的外腔体。
18.根据权利要求17所述的光阻旋涂方法，其特征在于，
所述内腔体通过所述旋转驱动装置与所述晶圆托盘共轴转动。
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