CN113851370A - 一种用于控制晶圆上的涂层厚度的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种用于控制晶圆上的涂层厚度的方法。该方法包括如下的步骤：首先获取晶圆上涂层厚度与排气压力的关系，其次根据涂层厚度与排气压力的关系设定涂胶设备的排气压力，最后再控制涂胶设备在设定的排气压力下工作，同时在晶圆上涂布涂层。与现有技术完全不同，本公开的一个或多个实施例能够通过改变涂胶设备的排气压力的方式调整晶圆表面涂层的厚度，进而精准地控制晶圆边缘涂层厚度，使晶圆边缘涂层厚度按需设置；为后续刻蚀等加工工艺提供有效地支持，进而显著地提升晶圆边缘范围内半导体器件的良率，能够极大地降低半导体器件加工的成本；所以本公开适用范围很广，便于大面积的推广和应用。

Description

一种用于控制晶圆上的涂层厚度的方法
技术领域
本公开涉及半导体器件加工技术领域，更为具体来说，本公开为一种用于控制晶圆上的涂层厚度的方法。
背景技术
随着半导体器件设计的尺寸不断地缩小，对晶圆边缘(wafer edge)的涂层厚度要求越来越高。例如晶圆边缘一定范围内的光刻胶厚度差异，很可能会导致后续刻蚀工艺后的光刻胶图案异常问题，光刻胶图案异常进而导致晶圆边缘的半导体器件良率较低，目前，晶圆边缘的半导体器件良率在5％左右，然而现有技术还没有很好地控制晶圆边缘涂层厚度的方案，所以传统方案无法采用精准控制晶圆边缘涂层厚度的方式提升晶圆边缘的半导体器件良率。
发明内容
为了解决现有技术无法较好地控制晶圆表面涂层厚度的问题，本公开创新地提供了一种用于控制晶圆上的涂层厚度的方法，可以通过改变涂胶设备的排气压力的方式调整晶圆表面的涂层厚度，能够实现采用精准控制晶圆表面涂层厚度的方式提升晶圆边缘范围(比如3mm～10mm范围)半导体器件的良率。
为实现上述技术目的，本公开提供了一种用于控制晶圆上的涂层厚度的方法，该方法包括如下的步骤：首先获取晶圆上涂层厚度与排气压力的关系，其次根据涂层厚度与排气压力的关系设定涂胶设备的排气压力，最后控制涂胶设备在设定的排气压力下工作，同时在晶圆上涂布涂层。
本公开的一个或多个实施例的涂胶设备具有用于控制排气的自动校准阀，本公开能够通过控制自动校准阀开度的方式使涂胶设备在设定的排气压力下工作。
本公开的有益效果为：
与现有技术不同，本公开的一个或多个实施例能够通过改变涂胶设备的排气压力的方式调整晶圆表面的涂层厚度，以精准地控制晶圆边缘涂层厚度，进而显著地提升在晶圆边缘范围内制作半导体器件的良率。
本公开能够使晶圆表面涂层厚度按需设置，比如使晶圆表面涂层表面尽可能地平坦，可以为后续的加工工艺提供有效地支持。从而显著提高半导体芯片良率，提高半导体加工工艺的成品率，极大地降低半导体器件加工的成本。所以本公开提出的技术方案适于大面积地推广和应用，具有非常大的市场价值。
附图说明
图1示出了本公开一些实施例中用于控制晶圆上的涂层厚度的方法。
图2示出了本公开一些实施例中卡盘转速不变的条件下排气压力与晶圆表面涂层厚度分布的关系曲线示意图。
图3示出了本公开一些实施例中涂胶设备的自动校准阀的工作状态示意图。
图中，
100、自动校准阀。
200、卡盘。
300、涂层。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
如图1所示，本公开的一些实施例提供了一种用于控制晶圆上的涂层厚度的方法。本公开可通过改变涂胶设备的排气压力的方式调整晶圆表面的涂层厚度，从而使晶圆表面的涂层(如光刻胶层等)厚度能够符合半导体后续工艺的需要。进而彻底解决了现有技术存在的诸多问题，达到降低半导体器件加工的成本、提高半导体器件良率等目的。
具体地，用于控制晶圆上的涂层厚度的方法可以包括如下的步骤。
首先，获取晶圆上涂层厚度与排气压力的关系。本实施例可获取晶圆上涂层厚度的分布与排气压力值之间的关系，以得到需求厚度的涂层均匀分布时的排气压力值。
如图2所示，在同一涂层厚度下，不同的排气压力会使晶圆上的不同区域的涂层厚度(涂层厚度分布)有所变化。比如，晶圆边缘区域的涂层厚度大于中央区域的涂层厚度，这不是我们期望的。我们期望晶圆表面的涂层厚度更均匀甚至相同，本公开即是通过排气压力值的方式实现该技术目的。
在具体实施时，本公开的晶圆表面涂层涂布工序可以为后续的工序做准备，例如待涂布的涂层厚度为适用于后续刻蚀工序的厚度，从而可按照设计需求完成刻蚀工序，此时的涂层可以是光刻胶层。应当理解的是，本公开涉及的涂层可包括但不限于光刻胶层、底部抗反射涂层(Bottom Anti-Reflective Coatings，BARC)及硬掩模层等中的一种或几种，光刻胶可以是g-line、I-line、KrF、ArF类型中的一种或几种。本公开涉及的晶圆可以是体硅衬底、绝缘体上硅(SOI)衬底、锗衬底、绝缘体上锗(GOI)衬底、硅锗衬底、III-V族化合物半导体衬底或通过执行选择性外延生长(SEG)获得的外延薄膜衬底中的一种或几种。
其次，具体实施时，本公开根据涂层厚度与排气压力的关系设定涂胶设备的排气压力。为了使晶圆表面不同位置的涂层表面具有一致性，在满足各区域涂层厚度一致的情况下，不同的涂层厚度的要求往往对应着不同的排气压力。本公开能够根据涂层厚度要求设置涂胶设备的排气压力，以力求在需求的涂层厚度下保证晶圆各区域的涂层厚度完全相同。为实现上述技术目的，本公开可将排气压力作为晶圆表面的涂层厚度的直接控制因子。本公开一些实施例的排气压力可以小于设定的最大工艺压力的50％，比如最大工艺压力可以为70pa，本公开设计的排气压力的范围可以为0～30pa。应当理解的是，本公开各个实施例中涉及的“多个”一般用于表示“两个”以及“两个以上”，除非另有明确的限定。
最后，控制涂胶设备在设定的排气压力下工作，并且同时在晶圆表面预设宽度范围内涂布涂层，以实现按需设置晶圆表面涂层厚度。利用涂胶设备涂布涂层时，本公开一些实施例能够使涂胶设备在当前待涂布的涂层厚度对应的排气压力下进行工作，从而满足晶圆表面的涂层厚度相一致的目的。在进行实验的过程中，本公开一些实施例甚至能够使晶圆表面的涂层厚度完全相同，彻底解决了现有技术存在的晶圆表面涂层厚度分布不均匀的问题。
如图3所示，本公开的一些实施例可对涂胶设备中的排气阀进行改进。与一般的涂胶设备内常规的开关式(on/off)阀门不同，本公开的一些实施例创新地在涂胶设备上设置了具有用于控制排气的自动校准阀100。具体实施时，本公开可以通过调节自动校准阀100开度大小控制排气压力的大小。为优化产品结构、降低对涂胶设备本身的改动，本公开一些实施例的自动校准阀100可设置在气流排出通道的总管路上。本公开可使用一个或多个自动校准阀，且在使用多个自动校准阀时，多个自动校准阀可呈串联关系或并联关系设置。
本领域技术人员知晓常规的开关式阀门只能实现阀门的打开和关闭功能，如开启时只能实现70pa排气压力、关闭时只能实现0pa排气压力，所以常规的开关式阀门只能在着两种工作方式(开启或关闭)下进行涂层涂布工作(只有两个“档位”)。但是，本申请采用了与常规开关式阀门完全不同的阀门，本公开一些实施例能够通过控制自动校准阀100开度的方式使涂胶设备在设定的排气压力下工作，开度的大小可以用来表示排气压力的大小。如图2所示，本公开可以根据晶圆表面涂层厚度均匀性的要求调整自动校准阀100开度，在合适的排气压力下可使晶圆表面涂层厚度更均匀。在涂层厚度要求确定的条件下，可见图2中示出的排气压力三能够使该涂层各区域厚度相一致、表面更平整。排气压力一和排气压力二时晶圆边缘涂层厚度高于中央涂层厚度，而排气压力四时晶圆边缘涂层厚度低于中央涂层厚度。
如图3所示，在半导体晶圆表面涂层的涂布过程中，卡盘200不断地带动上方的晶圆旋转。气流可以自涂胶设备上方进入后、流过半导体晶圆表面，然后气流可以通过周围的气流排出通道排出。本公开一些实施例中的自动校准阀100具体可以设置在涂胶设备的气流排出通道上，图3中的虚线表示气流、虚线箭头表示气流流动的方向。本公开一些实施例中，在半导体晶圆表面涂布涂层300时，可使涂胶设备的卡盘200转速保持不变，通过卡盘200转速保持不变使晶圆旋转的速度保持不变；本公开通过控制自动校准阀100开度的方式调整流过晶圆表面的气流的大小和流量，进而在晶圆相同的转速的条件下对晶圆表面涂层的厚度进行有效地控制和调整。
在具体实施时，本公开的涂胶设备具有控制器，用于根据设定的至少一个涂层厚度参数生成排气压力控制命令，以及用于将排气压力控制命令发送至校准阀控制装置。校准阀控制装置用于执行排气压力控制命令以及在执行该控制命令时直接控制自动校准阀开启到相应的开度，以实现对半导体晶圆表面涂层厚度的控制。其中，本公开一些实施例的控制器可通过单片机等方式实现。
本公开创新地提供了通过改变涂胶设备的排气压力的方式调整晶圆表面的涂层厚度的方案。基于上述的方案，本公开能够显著提升晶圆表面的涂布统一性(coatinguniformity)，特别适用于晶圆表面的光刻胶等涂层的涂布，可改善晶圆表面涂层形貌，例如在晶圆表面厚度变化较大的情况下使晶圆表面涂层表面尽可能地平坦。
显而易见地，本公开可明显提高晶圆表面范围内半导体器件的良率，提高半导体加工工艺的成品率，所以本公开可极大地降低半导体器件加工工艺的成本。值得强调的是，本公开提供的技术方案还能够与现有半导体加工工艺兼容，对现有的加工工艺几乎没有改动；所以本公开提供的技术方案适用范围较广，适于大面积地推广和使用，具有非常大的市场价值。
在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于控制晶圆上的涂层厚度的方法，其特征在于，包括：
获取晶圆上涂层厚度与排气压力的关系；
根据涂层厚度与排气压力的关系设定涂胶设备的排气压力；
控制所述涂胶设备在设定的排气压力下工作，同时在晶圆上涂布涂层。
2.根据权利要求1所述的用于控制晶圆上的涂层厚度的方法，其特征在于，
所述涂胶设备具有用于控制排气的自动校准阀；
通过控制自动校准阀开度的方式使所述涂胶设备在所述设定的排气压力下工作。
3.根据权利要求2所述的用于控制晶圆上的涂层厚度的方法，其特征在于，
所述自动校准阀设置在所述涂胶设备的气流排出通道上。
4.根据权利要求2或3所述的用于控制晶圆上的涂层厚度的方法，其特征在于，
所述自动校准阀数量为一个或多个。
5.根据权利要求1所述的用于控制晶圆上的涂层厚度的方法，其特征在于，
待涂布的涂层厚度为适用于后续刻蚀工序的厚度。
6.根据权利要求1所述的用于控制晶圆上的涂层厚度的方法，其特征在于，
所述涂层为光刻胶层或底部抗反射涂层或硬掩模层。
7.根据权利要求1所述的用于控制晶圆上的涂层厚度的方法，其特征在于，
在晶圆边缘涂布所述涂层时，涂胶设备的卡盘转速保持不变。
8.根据权利要求1所述的用于控制晶圆上的涂层厚度的方法，其特征在于，
所述排气压力小于设定的最大工艺压力的50％。
9.根据权利要求8所述的用于控制晶圆上的涂层厚度的方法，其特征在于，
所述排气压力的范围为0～30pa。
10.根据权利要求1所述的用于控制晶圆上的涂层厚度的方法，其特征在于，
所述晶圆上涂层厚度与排气压力的关系为：晶圆上涂层厚度的分布与排气压力值之间的关系。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114798349A (zh) * 2022-03-01 2022-07-29 刘鹏祥 一种自动校准喷涂水性胶流量的方法和系统
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