CN115036208A - 一种晶圆旋转涂布方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶圆旋转涂布方法，当晶圆的转速达到第一转速时，在第一预设时间内将晶圆的转速从第一转速提升至第二转速，同时向晶圆的中心滴液，以使液体从晶圆的中心扩散至晶圆边缘，并第一预设时间结束后停止滴液；在第二预设时间内，将晶圆的转速再次从第二转速降低至第一转速进行旋转，以使液体从晶圆边缘向中心移动。本发明中的晶圆旋转涂布方法，通过在第一预设时间内将第一转速提升至第二转速，使液体产生向心力，将液体产生延展性更容易布满晶圆表面，从而节省液体成膜所需使用量，在第二预设时间内第二转速降低至第一转速，减速使液体产生离心力并向晶圆中心移动，避免晶圆边缘堆积液体。

Description

一种晶圆旋转涂布方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶圆旋转涂布方法。
背景技术
在半导体制备工艺中常应用PSS制程技术，PSS即图形化蓝宝石基板，PSS制程技术能够明显减少外延生长缺陷，提升外延片生长质量。
PSS制程技术包括制作掩膜层、制作掩膜层图形、掩膜层图形向蓝宝石衬底转移与掩膜层去除四个步骤。其中制作掩膜层主要为在蓝宝石衬底上形成一层光刻胶或SiO2等材料作为掩膜层材料。
现有技术中，通常使用匀胶机在蓝宝石晶圆上形成一层掩膜层。匀胶机真空吸住蓝宝石晶圆背面，达到稳定转速后，滴入光阻使光阻均匀分布整面蓝宝石晶圆，再加速转动成膜，根据工艺膜厚需求选择需要的转速。但使用匀胶机旋转滴胶形成的掩膜需要大量的光刻胶，且在旋转转动成膜的过程中容易在晶圆的边缘堆胶，影响后续的PSS制程技术。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种，解决背景技术中旋转滴胶过程使用大量光刻胶以及容易在晶圆边缘堆胶的问题。
本发明提供一种晶圆旋转涂布方法，应用于晶圆旋转涂布设备上，设备包括驱动机构以及与驱动机构连接的转轴，方法包括：
获取一晶圆，并将晶圆固定于转轴的中心，以使晶圆与转轴同步转动，控制驱动机构转动转轴，以使转轴带动晶圆进行旋转；
当晶圆的转速达到第一转速时，在第一预设时间内将晶圆的转速从第一转速提升至第二转速，同时向晶圆的中心滴液，以使液体从晶圆的中心扩散至晶圆边缘，并第一预设时间结束后停止滴液；
在第二预设时间内，将晶圆的转速再次从第二转速降低至第一转速进行旋转，以使液体从晶圆边缘向中心移动。
本发明中的晶圆旋转涂布方法，通过控制晶圆的转速为第一转速，向晶圆中心滴液，并在第一预设时间内将晶圆的转速从第一转速提升至第二转速并向晶圆中心滴液，借由提速产生加速度，使液体产生向心力，利用此向心力将液体产生延展性，能够拉开液体向外扩散，使液体更容易布满晶圆表面并，从而节省液体成膜所需使用量，进而在第二预设时间内第二转速降低至第一转速，此时减速使液体产生离心力并向晶圆中心移动，避免晶圆边缘堆积液体，从而解决了背景技术中旋转滴胶过程使用大量光刻胶以及容易在晶圆边缘堆胶的问题。
进一步的，在第一预设时间内将转轴的转速从第一转速提升至第二转速的步骤后及所述将所述晶圆的转速再次从所述第二转速降低至所述第一转速进行旋转的步骤之前还包括：
保持晶圆以第二转速进行旋转5-8s。
进一步的，将晶圆的转速再次从第二转速降低至第一转速进行旋转，以使液体从晶圆边缘向中心移动的步骤后还包括：
将晶圆的转速从第一转速提升至第三转速，第三转速大于第一转速以及第二转速，并在第三预设时间内保持晶圆以第三转速进行旋转，以使液体在晶圆表面成膜。
进一步的，在第三预设时间内保持晶圆以第三转速进行旋转，以使液体在晶圆表面成膜的步骤后包括：
将晶圆的转速从第三转速降低至第四转速，保持晶圆以第四转速进行旋转，向晶圆背面持续喷射溶剂5-8s。
进一步的，保持晶圆以第四转速进行旋转，并向晶圆背面持续喷射溶剂5-8s的步骤后还包括：
将晶圆的转速从第四转速降至第五转速，保持晶圆以第五转速进行旋转，并向晶圆背面持续喷射溶剂10-13s，以使溶剂蔓延至晶圆正面的边缘。
进一步的，第一转速为100rpm。
进一步的，第二转速为1000-1200rpm。
进一步的，第三转速为3000-4000rpm。
进一步的，第一预设时间及第二预设时间均为1-2s。
进一步的，第三预设时间为20-30s。
附图说明
图1为本发明实施例中晶圆旋转涂布方法流程示意图；
图2为本发明实施例中匀胶机结构示意图；
图3为本发明实施例中旋转机构结构示意图；
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本实施例中晶圆旋转涂布方法通过一匀交机实现，如图2所示为匀交机基本架构，包括旋转机构和机械手臂，旋转机构包括平台、设于平台中间的转轴和连接在转轴下方的驱动机构，平台上设有真空吸盘，真空吸盘下方连接一真空泵，通过真空吸盘和真空泵将晶圆片吸附固定与平台上，驱动机构中包括驱动电机，用于驱动转轴转动。首先利用机械手臂取放料盒中的晶圆，将晶圆平摊放置于旋转机构上，并将晶圆的中心与转轴中心重合，使得晶圆能够与转轴同步转动。旋转机构可设置转轴旋转速度和时间等步骤。
如图3所示，晶圆放置于转轴上后开启真空吸附，晶圆被吸附在旋转机构上，转轴及晶圆的上方设有一摆臂，摆臂上设有导管，通过导管可向晶圆中心滴入光阻等液体，旋转机构上，转轴的两侧设有背洗喷射头，可向晶圆的背面喷洒清洗剂。通过设置可控制摆臂向晶圆滴液的时间和流速。
实施例
如图1所示，本实施例提供一种晶圆旋转涂布方法，包括以下步骤S11-S16。
S11、获取一晶圆，并将晶圆固定于转轴的中心，以使晶圆与转轴同步转动，控制驱动机构转动转轴，以使转轴带动晶圆进行旋转。
将晶圆片固定在转轴中心，使得晶圆与转轴能够同步转动，达到相同的转速，再控制驱动机构转动转轴，使得转轴和晶圆的转速提升，首先控制晶圆的转速为第一转速，其中第一转速为100rpm。
S12、当晶圆的转速达到第一转速时，在第一预设时间内将晶圆的转速从第一转速提升至第二转速，同时向晶圆的中心滴液，以使液体从晶圆的中心扩散至晶圆边缘，并第一预设时间结束后停止滴液。
转轴转动后带动晶圆以相同的转速同步转动。当转轴达到第一转速后，在第一预设时间内，控制晶圆的转速从第一转速提升至第二转速，并同时控制摆臂移动至晶圆中心正上方，在第一预设时间控制摆臂的导管向晶圆中心进行滴液，其中第一预设时间为1-2s，摆臂滴液时间也为1-2s，第一预设时间结束后停止滴液。进一步可根据晶圆的尺寸大小进行调整滴液时间，保证在第一预设时间内将成膜所需液体滴入晶圆中心。其中第二转速为1000rpm左右，可根据晶圆的尺寸大小进行设定。
在第一预设时间内，控制晶圆的转速上升，由于转速提升因此晶圆上液体将同时产生加速度，加速度中的液体会产生向心力，液体因向心力可增加液体之间的延展力，从而将液体拉开使其更容易布满整个晶圆表面，晶圆中心的液体将向晶圆边缘进行扩散，达到分布更均匀的效果，可减少布满整个晶圆表面的液体用量。
液体布满晶圆表面后，控制晶圆的转速保持在第二转速进行缓冲，缓冲时间为5s左右，在缓冲时间内以第二转速高速旋转晶圆，能够使得液体流动分布更均匀。
S13、在第二预设时间内，将晶圆的转速再次从第二转速降低至第一转速进行旋转，以使液体从晶圆边缘向中心移动。
经过缓冲时间后，继续在第二预设时间内控制转速从第二转速降低至第一转速，第二预设时间为1-2s.此时，转速下降的时间内，由于减速，晶圆表面的液体将产生离心力，因此液体因离心力将从晶圆的边缘向圆心运动，从而避免了边缘堆积过多的液体，使得液体分布更均匀，晶圆片的质量也能够得到提升。
S14、将晶圆的转速从第一转速提升至第三转速，第三转速大于第一转速以及第二转速，并在第三预设时间内保持晶圆为第三转速进行旋转，以使液体在晶圆表面成膜。
将第一转速提升到成膜工艺所需的第三转速，在第三转速下液体可在晶圆上成膜，根据依照液体的粘度系数可选择不同的成膜转速，其中光阻粘度系数的成膜转速为3000～4000rpm。提速后，在第三预设时间内保持第三转速旋转，第三预设时间为20-30s，直至晶圆表面成膜，达到所需膜厚约为1um～3um。其中，在本实施例中第三转速为3000rpm，第三预设时间为20s。
通过上述S11-S14的步骤，能够在晶圆表面形成所需的厚度均一的膜层，液体质量越大产生的向心力以及离心力越大，且液体粘度值越高延展性提升更高，效果越明显，能够更能明细的节省液体以及避免边缘堆积的现象。
S15、将晶圆的转速从第三转速降低至第四转速，保持晶圆以第四转速进行旋转，并向晶圆背面持续喷射溶剂5-8s。
晶圆表面成膜后，将晶圆的转速从第三转速降低至第四转速，控制旋转机构上的背洗喷射头向晶圆背面喷射液体溶剂，液体溶剂能够清洗、溶解晶圆背面多余的液体，避免影响晶圆的后续工艺和质量。其中第四转速为200rpm，清洗时间为5-8s，可根据晶圆的尺寸以及背面污染情况进行调整。
S16、将晶圆的转速从第四转速降至第五转速，保持晶圆以第五转速进行旋转，并向晶圆背面持续喷射溶剂10-13s，以使溶剂蔓延至晶圆正面的边缘。
继续将晶圆的转速从第四转速降至第五转速，持续喷射溶剂10-13s，其中第五转速为50rpm，由于转速低，溶剂将扩散至晶圆边缘时，且会因溶剂的表面张力，溶剂将沿着晶圆侧边些微往上蔓延至晶圆正边最外围约0.2mm处，达到背面清洗与去毛边的目的，控制晶圆保持低速转速与以及稳定的喷射溶剂流量，避免污染晶圆正面。
晶圆正面洗边会因为晶圆边缘的些微不平整导致洗边液溅射到晶圆正面造成晶圆的报废，背面清洗利用转速使溶剂借由表面张力的效果，使晶圆边缘清洗时避免喷溅到晶圆正面，保持成膜质量。
如下表一和表二所示为根据本实施例技术方案在晶圆表面制作光阻。
第一转速(RPM) 第二转速(RPM) 用时(S) 光阻减少量
100 300 1 10％
100 500 1 25％
100 700 1 35％
100 1000 1 40％
100 1200 1 40％
表一
如表一所示，在预设时间内(1s)，在初始速度为低速的情况下，第二转速越高，光阻使用量越少，当达到1000-1200RPM，使光阻用量在cp7的光阻下从原有需要1cc/片降低至0.6cc/片，可节省40％光阻用量。
第一转速(RPM) 第二转速(RPM) 用时(S) 堆胶厚度
1000 1000 0 2um
100 300 1 1.8um
100 500 1 1.5um
100 700 1 1.3um
100 1000 1 1.1um
100 1200 1 1.1um
表二
如上表二所示，在预设时间内将晶圆的转速从第二转速降速第一转速时，第二转速与第一转速之间降速越大，边缘0.2mm处，边缘堆胶越少。当二转速到达1000以上时，再次降速至第一转速时，随着降速差距越大，堆胶从厚度2um降低至1.1um，与晶圆中心1um的厚度相比改善边缘堆胶问题。
在晶圆边缘0.2mm处，堆胶从厚度2um降低至1.1um-1um，相比现有技术能够改善边缘堆胶问题；
综上，本发明上述实施例当中的晶圆旋转涂布方法，通过控制晶圆的转速为第一转速，向晶圆中心滴液，并在第一预设时间内将晶圆的转速从第一转速提升至第二转速并向晶圆中心滴液，借由提速产生加速度，使液体产生向心力，利用此向心力将液体产生延展性，能够拉开液体向外扩散，使液体更容易布满晶圆表面并，从而节省液体成膜所需使用量，进而在第二预设时间内第二转速降低至第一转速，此时减速使液体产生离心力并向晶圆中心移动，避免晶圆边缘堆积液体，从而解决了背景技术中旋转滴胶过程使用大量光刻胶以及容易在晶圆边缘堆胶的问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种晶圆旋转涂布方法，其特征在于，应用于晶圆旋转涂布设备上，所述设备包括驱动机构以及与所述驱动机构连接的转轴，所述方法包括：
获取一晶圆，并将所述晶圆固定于所述转轴的中心，以使所述晶圆与所述转轴同步转动，控制所述驱动机构转动所述转轴，以使所述转轴带动所述晶圆进行旋转；
当所述晶圆的转速达到第一转速时，在第一预设时间内将所述晶圆的转速从所述第一转速提升至第二转速，同时向晶圆的中心滴液，以使液体从晶圆的中心扩散至晶圆边缘，并在所述第一预设时间结束后停止滴液；
在第二预设时间内，将所述晶圆的转速再次从所述第二转速降低至所述第一转速进行旋转，以使液体从晶圆边缘向中心移动。
2.根据权利要求1所述的晶圆旋转涂布方法，其特征在于，所述在第一预设时间内将所述转轴的转速从所述第一转速提升至第二转速的步骤后及所述将所述晶圆的转速再次从所述第二转速降低至所述第一转速进行旋转的步骤之前还包括：
保持所述晶圆以所述第二转速进行旋转5-8s。
3.根据权利要求1所述的晶圆旋转涂布方法，其特征在于，所述将所述晶圆的转速再次从所述第二转速降低至所述第一转速进行旋转，以使液体从晶圆边缘向中心移动的步骤后包括：
将所述晶圆的转速从所述第一转速提升至第三转速，所述第三转速大于所述第一转速以及所述第二转速，并在第三预设时间内保持所述晶圆以所述第三转速进行旋转，以使液体在晶圆表面成膜。
4.根据权利要求3所述的晶圆旋转涂布方法，其特征在于，所述在第三预设时间内保持所述晶圆以所述第三转速进行旋转，以使液体在晶圆表面成膜的步骤后包括：
将所述晶圆的转速从所述第三转速降低至第四转速，保持所述晶圆以所述第四转速进行旋转，并向晶圆背面持续喷射溶剂5-8s。
5.根据权利要求4所述的晶圆旋转涂布方法，其特征在于，所述保持所述晶圆以所述第四转速进行旋转，向晶圆背面持续喷射溶剂5-8s的步骤后还包括：
将所述晶圆的转速从所述第四转速降至第五转速，保持所述晶圆以所述第五转速进行旋转，并向晶圆背面持续喷射溶剂10-13s，以使所述溶剂蔓延至晶圆正面的边缘。
6.根据权利要求1所述的晶圆旋转涂布方法，其特征在于，所述第一转速为100rpm。
7.根据权利要求1所述的晶圆旋转涂布方法，其特征在于，所述第二转速为1000-1200rpm。
8.根据权利要求3所述的晶圆旋转涂布方法，其特征在于，所述第三转速为3000-4000rpm。
9.根据权利要求1所述的晶圆旋转涂布方法，其特征在于，所述第一预设时间及所述第二预设时间均为1-2s。
10.根据权利要求3所述的晶圆旋转涂布方法，其特征在于，所述第三预设时间为20-30s。
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