CN112099313A - 光刻胶涂覆系统及光刻胶涂覆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光刻胶涂覆系统及光刻胶涂覆方法。该系统包括：注射泵；振动发生器；气泵；喷头，与注射泵、振动发生器和气泵连接；衬底，承载基片；其中，喷头内安装与振动发生器连接的振动件，振动件振动使光刻胶雾化；衬底包括加热板，加热板对基片加热；喷头与基片相对应，将光刻胶雾化分散于基片上。该方法包括：制备光刻胶稀释液，盛于注射泵中；基片安装于衬底上，调节喷头与基片的相对位置；衬底升温对基片加热；启动注射泵、气泵、振动发生器及喷头，喷头向基片喷涂，形成光刻胶薄膜。该系统及方法，其光刻胶薄膜涂覆的厚度易控制、均匀性好，后期易获得清晰完整的光刻图案；光刻胶浪费少，工艺过程易调节、易控制。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种光刻胶涂覆系统及光刻胶涂覆方法。
背景技术
近年随着晶片级封装、集成电路以及微机电系统器件的持续发展，光刻技术的应用越来越广泛，被称为推动半导体行业发展的关键性技术。而涂胶是光刻工艺中的重要环节，光刻胶涂覆的厚度和均匀性对后续光刻图形的精度有直接的影响。光刻胶具有高感度、高粘附性、高分辨率及良好的涂布性能，被广泛应用于IC、TP、CF、LED等产品生产中。
现如今，对光刻胶涂覆厚度和均匀性的要求越来越高，使得对涂覆方法的要求也越来越严格。传统光刻胶涂覆的方法大多采用离心旋转法，取一定量的光刻胶溶液滴在基片上，在匀胶机旋转的离心力作用下，将光刻胶溶液均匀的涂覆在基片表面上。例如，取一定量的光刻胶溶液滴在基片上，设置匀胶机转速为500～1000r/min，低速旋转5～10s，这样低速旋转使光刻胶溶液铺展到整个基片的表面；然后设置匀胶机转速为1500～6000r/min，高速旋转10～120s，这样高速旋转使多余的光刻胶甩出；最后让已涂胶的基片停留几分钟，使光刻胶中残余溶剂挥发出来，得到厚度均匀的光刻胶薄膜。这种离心旋转法可以得到厚度均匀的光刻胶薄膜，但是光刻胶薄膜的厚度都偏薄，且厚度范围调节不稳定；因此在后续曝光过程中，容易因曝光时间过长或掩膜版与光刻胶薄膜对准不齐，造成在显影过程中不需被清洗掉的光刻胶薄膜极易被清洗掉，无法光刻出预期的清晰完整的图案。此外，采用离心旋转法涂胶，在匀胶机旋转过程中基片上多余的光刻胶被甩出，存在光刻胶浪费的问题。
目前光刻胶涂覆的工艺研究还不成熟，操作人员往往凭借自己的工作经验或花大量的时间去调节光刻胶涂覆的各个工艺参数，生产效率较低，光刻胶浪费量大，污染环境，生产成本高。
发明内容
针对上述现有技术存在的光刻胶薄膜厚度偏薄、厚度范围调节不稳定及工艺参数调节难的问题，本发明提供了一种光刻胶涂覆系统及光刻胶涂覆方法，该系统及该方法生产的产品，其光刻胶薄膜的厚度易控制、均匀性好，后期易获得清晰完整的光刻图案；光刻胶浪费少，工艺过程易调节、易控制。
为实现上述目的，本发明提供了一种光刻胶涂覆系统：
包括：
注射泵，用于进给量光刻胶；
振动发生器，用于产生脉冲信号；
气泵，用于提供带压气流；
喷头，与所述注射泵、振动发生器和气泵连接，用于喷出雾化、分散的光刻胶液滴；
衬底，用于承载基片；
其中，所述喷头内安装有与所述振动发生器连接的振动件，所述振动件振动使光刻胶雾化；所述衬底包括加热板，所述加热板可对基片进行加热；所述喷头与安装于所述衬底上的基片相对应，将光刻胶雾化分散于所述基片表面上。
上述方案中，还包括调节支架，所述调节支架连接所述衬底和/或喷头，用于调节所述喷头与基片之间的相对位置。
上述方案中，还包括厚度检测仪，用于检测所述基片上光刻胶薄膜的厚度和均匀性。
为实现上述目的，本发明还提供了一种光刻胶涂覆方法：
该涂覆方法采用以上所述的涂覆系统，其步骤包括：
制备光刻胶稀释液，并将光刻胶稀释液盛装于所述注射泵的储液桶中；
将基片定位安装于所述衬底上，并调节喷头与所述基片的相对位置；
衬底升温对所述基片进行加热；
启动注射泵、气泵、振动发生器及喷头，通过喷头向所述基片表面喷涂光刻胶稀释液，形成光刻胶薄膜。
上述方案中，所述步骤还包括：
采用厚度检测仪测量分析所述基片上光刻胶薄膜的厚度和均匀性，并根据测量分析结果进行判定：
a、光刻胶薄膜的厚度和均匀性符合要求，基片进入下一工序进行加工；
b、光刻胶薄膜的厚度偏薄，且均匀性良好，继续进行光刻胶涂覆加工；
c、光刻胶薄膜的厚度偏厚，和/或均匀性不符合要求，基片被剔除。
上述方案中，还包括：
将带有图案的掩膜版对准已涂覆好光刻胶薄膜的基片；
将基片及掩膜版在适当波长光照下进行曝光；
将曝光后的基片经显影液进行清洗，获得具有光刻图案的基片。
上述方案中，所述掩膜版为菲林掩膜版，其上的图案为图形或文字，所述图案部分是可透光、非镂空的透明部。
上述方案中，所述光刻胶稀释液包括稀释剂和光刻胶，所述稀释剂包括丁酮、丙酮、丙二醇甲醚乙酸酯、二甲苯中的一种或多种。
上述方案中，所述稀释剂为丙酮，所述丙酮与所述光刻胶的体积比为1～16：1。
上述方案中，设置：
所述注射泵的进给流量范围为0.1～0.3ml/min；
所述气泵的供给气压范围为5～10kpa；
所述振动发生器运行功率为1.0～3.5w；
所述喷头与基片的距离设置为56～86mm；
所述衬底运行温度为40℃～65℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的光刻胶涂覆系统，通过注射泵准确控制光刻胶的进给量(流量、流速)，并对流经喷嘴的光刻胶进行雾化分散，经带压气流导向，直接分散喷射于对应的已加热基片表面上，使基片表面形成厚度可控的光刻胶薄膜，无需进行旋转分散。即该系统可获得较厚的光刻胶薄膜，光刻胶薄膜的厚度易于控制，且光刻胶薄膜的均匀性好；涂覆过程易于调节和控制，涂覆速度快。
2、本发明的光刻胶涂覆方法，采用超声雾化喷涂的方式，通过控制光刻胶浓度、进给量、雾化程度、喷射速度、喷头与基片的距离、基片的温度等参数实现光刻胶薄膜厚度和均匀度的控制，以获得均匀性好，且厚度较厚的光刻胶薄膜，保证后期易获得清晰完整的光刻图案。且该方法的光刻胶浪费少，工艺过程易于控制和调节，可有效保证产品质量的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中光刻胶涂覆系统的结构示意图。
图2为具有光刻图案的基片的结构示意图。
附图标记：
1、注射泵；2、振动发生器；3、气泵；4、喷头；5、衬底；6、基片。
具体实施方式
下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明的原理是：配置一定稀释体积比的光刻胶稀释液，把盛光刻胶稀释液的注射器固定在注射泵1上，调节工艺参数，如注射泵1的流量、气泵3的气压、超声发生器的功率、喷头4与基片6的距离、基片6的衬底5温度，调节工艺参数完后，注射泵1以一定的进给量使光刻胶稀释液注射到喷头4中，而超声发生器持续发送脉冲激励喷头中压电陶瓷振动，喷头4中光刻胶稀释液会被震碎成液滴，在载荷气体导向作用下，光刻胶液滴雾化分散在距喷头一定距离且已加热的基片6表面上，而基片6表面上的光刻胶厚度和均匀性可以用台阶仪测试出来。
通过保持其它工艺参数不变，只改变一种工艺参数的方法来研究每种工艺参数对光刻胶厚度和均匀性的影响规律，可获得较佳工艺参数。在较佳的工艺参数下，得到的光刻胶薄膜厚度符合要求且均匀性好，并用已加工具有图案的菲林掩膜版对准在基片上，通过曝光、显影，最终在基片上得到清晰完整的光刻图案。
实施例一
参阅图1，本发明的实施例提供了一种光刻胶涂覆系统，该涂覆系统用于基片6表面的光刻胶薄膜涂覆。包括注射泵1、振动发生器2、气泵3、喷头4和衬底5等。
注射泵1为精密注射泵，与喷头4连接，用于向喷头4进给量光刻胶，可调节控制光刻胶供给的流量和流速，以使喷头4稳定的喷出光刻胶。
振动发生器2与喷头4连接，用于产生脉冲信号，传递给喷头4，使喷头4振动雾化光刻胶。
气泵3与喷头4连接，用于向喷头4提供带压的气流，使雾化后的光刻胶液滴在压缩气体的导向作用下分散喷出。
喷头4与注射泵1、振动发生器2和气泵3连接，接收注射泵1稳定供给的光刻胶液体，并使光刻胶液体雾化分散，然后在气泵3提供的带压气流作用下将雾化分散后的光刻胶由喷嘴处喷出。
衬底5，用于承载基片6。
其中，喷头4内安装有振动件，振动件与振动发生器3相连接，接收振动发生器3产生的脉冲信号，将脉冲信号转化成脉冲振动，并将接触流经喷头4的光刻胶液体雾化分散。衬底5内包括加热板，加热板可对安装于衬底5上的基片6进行加热。喷头4与安装于衬底5上的基片6位置相对应，喷头4的喷嘴可将雾化分散后的光刻胶液滴喷至基片6表面上，使基片6表面形成光刻胶薄膜。
该光刻胶涂覆系统中还包括有调节支架(图中未示出)，调节支架连接衬底5和喷头4，用于调节喷头4与基片6之间的相对位置，如调节喷头4相对于基片6的距离、角度、方位等位置关系。一种实施方式是，喷头4以扫描的方式线性往复运动于基片6上方，其喷涂的雾化光刻胶液滴可完全均匀的覆盖基片6表面。
还包括厚度检测仪(图中未示出)，厚度检测仪用于检测基片6上光刻胶薄膜的厚度和均匀性。厚度检测仪可为台阶仪或扫描电子显微镜等，其中，台阶仪的测量方法可以是接触式测量法或光学测量法。
一种实施方式是，振动发生器2为超声发生器；相应的喷头4内安装的振动件为压电陶瓷，压电陶瓷可实现机械能和电能的互相转换。即压电陶瓷可将超声发生器产生的脉冲信号转化成脉冲振动，将接触的光刻胶液体雾化分散；同时还可以起到防止光刻胶堵塞喷头4的作用。
综上，该系统可通过注射泵1将光刻胶液体进给量运输至喷头4；光刻胶液体在喷头4内，经振动发生器2产生的脉冲信号转换成的脉冲振动雾化分散；然后经气泵3产生的压缩气体导向喷出，喷至基片6表面上；基片6定位安装在衬底5上，并提前进行加热，光刻胶喷至加热后的基片6表面，可快速干燥形成光刻胶薄膜，缩短涂覆加工时间，提高生产效率。喷头4相对基片6的位置可进行适应性调整，可通过厚度检测仪快速、准确的检测基片6表面的光刻胶薄膜厚度和均匀性。使得该系统涂覆生产出的光刻胶薄膜厚度达到要求、且均匀性良好的。
实施例二
本发明实施例提供了一种光刻胶涂覆方法，该方法采用实施例一中所描述的光刻胶涂覆系统进行生产。
该方法的步骤包括：
制备光刻胶稀释液，并将制备好的光刻胶稀释液盛装于注射泵1的储液桶中，供注射泵1源源不断泵往喷头4。
待涂覆的基片6，清洁后定位安装于衬底5上；调整调节支架使喷头4与衬底5上的基片6位置相对应。
控制衬底5内加热板升温至一定温度范围内，对安装于其上的基片6进行加热，使基片6的温度达到所需要的温度。
启动运行注射泵1、振动发生器2、气泵3及喷头4，向喷头4稳定泵送光刻胶稀释液，并按一定的脉冲振动对光刻胶稀释液进行雾化分散，然后由具有一定压强的压缩气体导向喷出雾化的光刻胶稀释液，喷至加热后的基片6表面上，使基片6表面上快速形成光刻胶薄膜，获得涂覆有光刻胶薄膜的基片6。
进一步的，其步骤还包括，采用厚度检测仪测量分析基片6上光刻胶薄膜的厚度和均匀性，并进行判定。
具体根据测量分析结果进行判定：
a、光刻胶薄膜的厚度和均匀性符合要求的，基片6进入下一工序继续进行加工；
b、光刻胶薄膜的厚度偏薄，且均匀性良好的，基片6继续进行光刻胶稀释液的涂覆加工，然后在进行检测、判定；
c、光刻胶薄膜的厚度偏厚，和/或均匀性不符合要求的，基片6被剔除。
光刻胶涂覆加工后，对厚度和均匀性符合要求的基片6进行光刻加工。光刻加工步骤包括：
将带有图案的掩膜版与涂覆有光刻胶薄膜的基片6进行对准；
然后将对位后的基片6及掩膜版放置于适当波长的光源下进行曝光；
最后，将曝光后的基片6用显影液进行清洗，即获得具有光刻图案的基片6，如图2所示。
其中，光源可为紫外光(UV)、深紫外光(DUV)、极紫外光(EDV)、X射线、电子束或离子束等。光刻胶为对光敏感的高分子化合物，在受到适当波长的光照射时会发生光化学反应，而易溶于有机溶剂。因此基片曝光后经显影液进行清洗，可将曝光部位的光刻胶清洗掉，未曝光部位的光刻胶保留，形成与掩膜版上一致的图案。
在该光刻胶涂覆方法中，具体工艺参数调节方法包括：
(1)光刻胶、稀释剂选择，稀释体积配比
光刻胶稀释液包括稀释剂和光刻胶等。其中，光刻胶通常选用市售成品光刻胶溶液，如选用苏州瑞红RZJ-304光刻胶溶液。稀释剂的选择包括但不限于丁酮、丙酮、丙二醇甲醚乙酸酯、二甲苯等有机溶剂。依据现市场传统的稀释剂，优选丙酮作为RZJ-304光刻胶溶液的稀释剂。根据RZJ-304光刻胶溶液的粘度以及丙酮稀释能力的情况，丙酮与RZJ-304光刻胶溶液的稀释体积比范围为1～16:1，稀释体积比值包括但不限于该稀释体积比范围内的某个具体的比例值。
稀释体积比参数研究：保持其它工艺参数不变，配置丙酮溶液与RZJ-304光刻胶溶液的稀释体积比分别为1:1、2:1、4:1，利用超声雾化喷涂法在基片上分别涂覆不同稀释体积比下的光刻胶。涂完后，在每个基片上选取若干点，用台阶仪分别测出其厚度值，从而找出不同稀释体积比与薄膜厚度、均匀性的关系。
(2)注射泵的流量调节
根据精密注射泵的流量可调节范围以及光刻胶溶液用量的情况，精密注射泵的流量调节范围为0.1～0.3ml/min，精密注射泵的流量值调节范围包括但不限于该流量调节范围内的某个具体的值。
流量参数研究：保持其它工艺参数不变，调节精密注射泵的流量分别为0.1ml/min、0.15ml/min、0.2ml/min、0.25ml/min、0.3ml/min，利用超声雾化喷涂法在基片上分别涂覆不同流量下的光刻胶。涂完后，在每个基片上选取若干点，用台阶仪分别测出其厚度值，从而找出不同流量与薄膜厚度、均匀性的关系。
(3)气泵的气压调节
根据气泵的气压可调节范围以及提高光刻胶雾化清晰度的情况，气泵的气压可调节范围为5～10kpa，气泵的气压值包括但不限于该气压调节范围内的某个具体的值。
气压参数研究：保持其它工艺参数不变，调节气泵的气压分别为5kpa、6kpa、7kpa、8kpa、9kpa，利用超声雾化喷涂法在基片上分别涂覆不同气压下的光刻胶。涂覆完后，在每个基片上选取若干点，用台阶仪分别测出其厚度值，从而找出不同气压与薄膜厚度、均匀性的关系。
(4)振动发生器的功率调节
振动发生器为超声发生器，根据超声发生器的功率可调节范围以及光刻胶堵塞喷头难易程度的情况，超声发生器的功率可调节范围为1.0～1.5w，超声发生器的功率包括但不限于该功率调节范围内的某个具体的值。
功率参数研究：保持其它工艺参数不变，调节超声发生器的功率分别为1.0w、1.1w、1.2w、1.3w、1.4w，利用超声雾化喷涂法在基片上分别涂覆不同功率下的光刻胶。涂完后，在每个基片上选取若干点，用台阶仪分别测出其厚度值，从而找出不同功率与薄膜厚度、均匀性的关系。
(5)喷头与基片的距离调节
根据喷头与基片在竖直方向上的可调节范围以及光刻胶喷在基片上的难易程度的情况，喷头与基片的距离可调节范围为56～86mm，喷头与基片的距离值包括但不限于该距离调节范围内的某个具体的值。
距离参数研究：保持其它工艺参数不变，调节喷头与基片的距离分别为56mm、61mm、66mm、71mm、76mm，利用超声雾化喷涂法在基片上分别涂覆不同距离下的光刻胶。涂完后，在每个基片上选取若干点，用台阶仪分别测出其厚度值，从而找出不同距离与薄膜厚度、均匀性的关系。
(6)基片的衬底温度调节
根据衬底内加热板的加热温度可调节范围以及基片受热发生变化程度的情况，衬底温度可调节范围为40℃～65℃，衬底温度值包括但不限于该温度可调节范围内的某个具体的值。
衬底温度参数研究：保持其它工艺参数不变，调节基片的衬底温度分别为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃，利用超声雾化喷涂法在基片上分别涂覆不同衬底温度下的光刻胶。涂完后，在每个基片上选取若干点，用台阶仪分别测出其厚度值，从而找出不同衬底温度与薄膜厚度、均匀性的关系。
(7)厚度检测仪选择、掩膜版设计
厚度检测仪采用的测量方法包括但不限于偏振光学法、光潜反射法等光学测量方法以及台阶仪法、扫描电子显微镜等非光学测量方法。依据现市场传统的测量方法，选择台阶仪法作为RZJ-304光刻胶薄膜的测量方法。掩膜版选择菲林掩膜版，根据生产厂家的菲林掩膜版可制作能力，可以设计制造出具有不同种类图案的菲林掩膜版，图案的设计制造包括但不限于图形、文字、数字、字母等，具体根据基片产品需要选择图案类型。菲林掩膜版上的图案是透明的，可以透光的，但不是镂空的。
由此，采用该光刻胶涂覆方法进行生产时，设置：注射泵的进给流量范围在0.1～0.3ml/min之间；气泵的供给气压范围在5～10kpa之间；振动发生器的运行功率在1.0～3.5w之间；喷头与衬底上安装的基片的距离为56～86mm；衬底中加热板的加热温度在40℃～65℃之间。根据上述工艺参数范围进行调节，可较快获得较佳的生产工艺参数，从而获得厚度和均匀性符合要求的光刻胶薄膜基片。
综上，该方法采用超声雾化喷涂的方式，通过控制光刻胶浓度、进给量、雾化程度、喷射速度、喷头与基片的距离、基片的温度等参数实现光刻胶薄膜厚度和均匀度的控制，以获得均匀性好，且厚度较厚的光刻胶薄膜，保证后期易获得清晰完整的光刻图案。且该方法的光刻胶浪费少，工艺过程易于控制和调节，可有效保证产品质量的稳定性。
Claims (10)
1.光刻胶涂覆系统，其特征在于，包括：
注射泵，用于进给量光刻胶；
振动发生器，用于产生脉冲信号；
气泵，用于提供带压气流；
喷头，与所述注射泵、振动发生器和气泵连接，用于喷出雾化、分散的光刻胶液滴；
衬底，用于承载基片；
其中，所述喷头内安装有与所述振动发生器连接的振动件，所述振动件振动使光刻胶雾化；所述衬底包括加热板，所述加热板可对基片进行加热；所述喷头与安装于所述衬底上的基片相对应，将光刻胶雾化分散于所述基片表面上。
2.根据权利要求1所述的光刻胶涂覆系统，其特征在于，还包括调节支架，所述调节支架连接所述衬底和/或喷头，用于调节所述喷头与基片之间的相对位置。
3.根据权利要求2所述的光刻胶涂覆系统，其特征在于，还包括厚度检测仪，用于检测所述基片上光刻胶薄膜的厚度和均匀性。
4.光刻胶涂覆方法，其特征在于，采用权利要求3所述的涂覆系统，其步骤包括：
制备光刻胶稀释液，并将光刻胶稀释液盛装于所述注射泵的储液桶中；
将基片定位安装于所述衬底上，并调节喷头与所述基片的相对位置；
衬底升温对所述基片进行加热；
启动注射泵、气泵、振动发生器及喷头，通过喷头向所述基片表面喷涂光刻胶稀释液，形成光刻胶薄膜。
5.根据权利要求4所述的光刻胶涂覆方法，其特征在于，所述步骤还包括：
采用厚度检测仪测量分析所述基片上光刻胶薄膜的厚度和均匀性，并根据测量分析结果进行判定：
a、光刻胶薄膜的厚度和均匀性符合要求，基片进入下一工序进行加工；
b、光刻胶薄膜的厚度偏薄，且均匀性良好，继续进行光刻胶涂覆加工；
c、光刻胶薄膜的厚度偏厚，和/或均匀性不符合要求，基片被剔除。
6.根据权利要求5所述的光刻胶涂覆方法，其特征在于，还包括：
将带有图案的掩膜版对准已涂覆好光刻胶薄膜的基片；
将基片及掩膜版在适当波长光照下进行曝光；
将曝光后的基片经显影液进行清洗，获得具有光刻图案的基片。
7.根据权利要求6所述的光刻胶涂覆方法，其特征在于，所述掩膜版为菲林掩膜版，其上的图案为图形或文字，所述图案部分是可透光、非镂空的透明部。
8.根据权利要求4所述的光刻胶涂覆方法，其特征在于，所述光刻胶稀释液包括稀释剂和光刻胶，所述稀释剂包括丁酮、丙酮、丙二醇甲醚乙酸酯、二甲苯中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的光刻胶涂覆方法，其特征在于，所述稀释剂为丙酮，所述丙酮与所述光刻胶的体积比为1～16：1。
10.根据权利要求4至9任一项所述的光刻胶涂覆方法，其特征在于，设置：
所述注射泵的进给流量范围为0.1～0.3ml/min；
所述气泵的供给气压范围为5～10kpa；
所述振动发生器运行功率为1.0～3.5w；
所述喷头与基片的距离设置为56～86mm；
所述衬底运行温度为40℃～65℃。
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