CN115502048A - 改善匀胶趋势和均匀性的光刻胶匀胶装置、方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善匀胶趋势和均匀性的光刻胶匀胶装置、方法及应用。所述光刻胶匀胶装置包括承载结构以及稳流结构，所述承载结构能够进行匀胶处理，所述稳流结构至少包括盖板；还包括扰流结构，所述扰流结构设置于所述盖板面向所述承载结构的一面，且与所述胶液膜层无接触；当所述基底旋转时，所述扰流结构产生湍流，所述湍流至少能够作用于所述胶液膜层的待改善区域。本发明所提供的光刻胶匀胶装置及方法在保证整体匀胶均匀性的基础上，能够可控地产生胶膜厚度的趋势性分布，使所形成的光刻胶膜层能够准确地匹配后续制程的反应速率差异，进而能够带来整体制程的优异加工精度和良率。

Description

改善匀胶趋势和均匀性的光刻胶匀胶装置、方法及应用

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种改善匀胶趋势和均匀性的光刻胶匀胶装置、方法及应用。

背景技术

光刻与刻蚀是半导体加工工艺中不可或缺的一部分，但由于刻蚀机台本身性能的限制，中心区域的刻蚀速率往往与边缘区域的刻蚀速率具有一定的差异，这对高精密器件和微纳结构的加工精度和产品良率的影响是致命的且难以改变。

并且，现有技术中，常规匀胶工艺的匀胶趋势一般较为混乱，如图1所示；为提高匀胶均匀性，一些现有技术提出了在匀胶的同时施加盖板的技术方案，然而，这种方法仅仅改善了匀胶的均匀性，并未带来可控的匀胶趋势，无法准确匹配后续刻蚀制程里的刻蚀速率差异。

因此，基于上述问题，现有技术所提供的技术方案的匀胶效果均不理想。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种改善匀胶趋势和均匀性的光刻胶匀胶装置、方法及应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

第一方面，本发明提供一种改善匀胶趋势和均匀性的光刻胶匀胶装置，包括承载结构以及稳流结构，所述承载结构能够使负载有胶液膜层的基底旋转，以对所述胶液膜层进行匀胶处理，所述稳流结构至少包括能够盖设于所述基底负载有胶液膜层的涂胶面的盖板，且盖设后，所述盖板与胶液膜层无接触；还包括扰流结构，所述扰流结构设置于所述盖板面向所述承载结构的一面，且与所述胶液膜层无接触；当所述基底旋转时，所述扰流结构产生湍流，所述湍流至少能够作用于所述胶液膜层的待改善区域。

第二方面，本发明还提供一种光刻胶匀胶方法，包括：

使基底表面涂覆形成胶液膜层，所述基底设置于承载结构上；

将盖板盖设于所述基底的涂胶面，且所述盖板面向所述基体的一面设置有扰流结构，所述盖板以及扰流结构与所述胶液膜层无接触；

通过所述承载结构使所述基底旋转，对所述胶液膜层进行匀胶处理。

第三方面，本发明还提供上述光刻胶匀胶方法于器件制备、大规模集成电路制备或微纳加工领域中的应用。

基于上述技术方案，本发明所提供的技术方案通过设置扰流结构，与稳流结构相互配合，在稳定胶液膜层整体的表面气流的同时，还在特定位置引入特定大小的湍流，从而在保持整体匀胶均匀性的基础上，可定制化的改善胶膜厚度的趋势性分布，该趋势性分布可以通过调节所述扰流结构的形状及尺寸进行特异性调整，从而能够实现对后续制程，尤其是刻蚀制程中不同区域的刻蚀速率差异的准确匹配，进而可以显著提升高精密器件或微纳结构的加工精度以及良率。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

本发明所提供的光刻胶匀胶装置及方法在保证整体匀胶均匀性的基础上，能够可控地产生胶膜厚度的趋势性分布，使所形成的光刻胶膜层能够准确地匹配后续制程的反应速率差异，进而能够带来整体制程的优异加工精度和良率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。

附图说明

图1是本发明背景技术提供的现有技术中的光刻胶匀胶方法的匀胶厚度测试结果；

图2是本发明一典型实施案例提供的光刻胶匀胶方法的匀胶厚度测试结果；

图3是本发明一典型实施案例提供的光刻胶匀胶装置的结构示意图。

附图标记说明：1、承载结构；2、基底；3、胶液膜层；4、扰流结构；5、稳流结构；6、容置体。

具体实施方式

光刻工艺常用于微纳加工、光电子器件和IC制造等领域中。光刻工艺的首要工艺就是匀胶工艺，它将直接影响后续工艺的成功率。但是，本发明的发明人在长期实践中发现，如图1所示，现有技术中，一些传统的匀胶方法匀胶趋势非常混乱，没有一个显著的方向性集中趋势，同时，为了改善匀胶的均匀性，出现了一种通过盖板改善胶液膜层表面的气流稳定度的方法，最终实现了匀胶均匀性的改善。

然而，上述现有技术要么具有混乱的匀胶趋势，不可控，要么为了均匀性而丧失了匀胶趋势，无法匹配后续制程中的反应速率差异，进而无法达成优异的加工精度和良率。

在一些具体的实践案例中，本发明人发现，由于集成电路中的光刻胶常用于做刻蚀阻挡层，而根据刻蚀机的原理，中心区域的刻蚀速率是高于四周区域的(常规刻蚀机刻蚀速率差异普遍在2-10％左右)，此现象会导致不同区域器件结构不一致，进而导致产品可靠性问题。因此，本发明所优选设置的凸起弧面型的扰流结构可以形成对应匹配的匀胶趋势，调节上述差值，很好的拟补此问题，实现晶圆内刻蚀效果的一致。

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。拟采用匀胶工艺来弥补后续工艺中不可改变的缺陷，进而提升后续工艺良率。

如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明提出用匀胶胶厚趋势来弥补上述问题的技术方案，主要构思在于，经过刻蚀比例与光刻胶层厚度的换算，确定厚度的变化趋势，然后根据该变化趋势，通过人为地主动改变局部的匀胶环境，使光刻胶有趋势地均匀分布到整个晶圆上的同时，形成特定的匀胶厚度的变化趋势，简称为匀胶趋势，如图2所示。

上述技术构思可以被广泛应用于各种半导体工艺和大规模集成电路的制作流程中。

基于上述构思，本发明示例性地提供了相应的技术方案，参见图3，本发明实施例提供一种改善匀胶趋势和均匀性的光刻胶匀胶装置，包括承载结构1以及稳流结构5，所述承载结构1能够使负载有胶液膜层3的基底2旋转，以对所述胶液膜层3进行匀胶处理，所述稳流结构5至少包括能够盖设于所述基底2负载有胶液膜层3的涂胶面的盖板，且盖设后，所述盖板与胶液膜层3无接触；还包括扰流结构4，所述扰流结构4设置于所述盖板面向所述承载结构1的一面，且与所述胶液膜层3无接触；当所述基底2旋转时，所述扰流结构4产生湍流，所述湍流至少能够作用于所述胶液膜层3的待改善区域。

由此，本发明实施例所提供的光刻胶匀胶装置在现有技术的基础上，额外设置了扰流结构4，与稳流结构5相互配合，在稳定胶液膜层3整体的表面气流的同时，还在特定位置引入特定大小的湍流，从而在保持整体匀胶均匀性的基础上，人为地引入了胶膜厚度的趋势性分布，该趋势性分布可以通过调节所述扰流结构4的形状及尺寸进行特异性调整，从而通过人为干预气流的方式，形成了可控的匀胶趋势。

在一些实施方案中，所述扰流结构4在所述基底2表面的正投影可以与所述待改善区域相匹配。

在一些实施方案中，所述扰流结构4优选可以正对于所述基底2的中心区域设置。

在一些实施方案中，所述扰流结构4在所述基底2表面的正投影可以与所述胶液膜层3的待改善区域重合。

在一些实施方案中，所述扰流结构4的高度可以与所述胶液膜层3的待改善厚度差正相关。

其中，所述待改善厚度差是指期望的匀胶趋势中，待改善区域的光刻胶层的平均厚度与其他区域的光刻胶厚度的差值，例如，当期望中心区域的光刻胶层的厚度比周围高出0.5μm时，所述待改善厚度差等于0.5μm。

本发明的发明人发现，常规的后续制程中，往往基底2的中心部位的反应速率与周围部位有差异，因此，优选为将扰流结构4正对于基底2的中心区域设置，且该扰流结构4的宽度尺寸或面积优选为正好匹配期望进行改变厚度的匀胶区域的面积及形状；同时，由于可以根据后续的刻蚀速率等反应速率的差异，来特异性拟定光刻胶膜层的厚度趋势，例如，待改善厚度应当正比于或直接等于后续刻蚀工艺产生的中间区域与周围区域的刻蚀深度的差值，因此，待改善厚度差例如可以等于刻蚀工艺产生的刻蚀深度差值。

当获得了上述待改善区域的位置及面积，以及待改善厚度差以后，可以根据两者来定制扰流结构4的设置方式，尤其是需要调整其宽度和高度。

因此，本发明人在实践中总结得出：在一些实施方案中，所述扰流结构4的高度与所述胶液膜层3的待改善厚度差的相关关系可以为：

待改善厚度差＝(0.055-0.065)×所述扰流结构的高度，其中，所述待改善厚度差的单位为μm，所述扰流结构的高度的单位为mm。

最优选的实施方式为待改善厚度差＝0.06*所述扰流结构的高度。

在上述相关关系中，基于本发明人所发现的，扰流结构4的高度与最终能够形成的匀胶趋势的厚度差是最相关的参数，因此，通过定制化扰流结构4的高度，来形成弥补刻蚀速率差异的特定匀胶趋势的厚度差，并且，经过长期的大量摸索，本发明人得出了上述相关关系，采用上述相关关系，能够迅速地根据所需匀胶趋势来定制调整扰流结构4，且准确性和匹配度均较高。

在一些实施方案中，所述盖板可以与基底2平行设置，且所述盖板与基底2之间的间距可以为35-65mm。

在一些实施方案中，所述扰流结构4的形状可以包括弧面型、凸台型、锥形中的任意一种，优选可以为朝向所述基底2凹陷或凸起的弧面型。

其中，所述扰流结构优选为中心点向下凸起的弧面型，由于集成电路中的光刻胶常用于做刻蚀阻挡层，而根据刻蚀机的原理，中心区域的刻蚀速率是高于四周区域的，所以会导致晶圆中心点于四周区域刻蚀效果差异，这种凸起弧面型可以调节差值很好的拟补此问题，实现晶圆内刻蚀效果一致

作为本发明实施例的一些典型的应用实例，定制的扰流结构4尺寸需要根据不同的需求来确定，所需改变匀胶趋势的面积与扰流结构4面积一致，高度与胶厚差值关系一致。上述扰流结构4优选为透镜形状，因为通常期望的匀胶趋势是具有渐进式的分布的，因此最常用的对应的扰流结构4的形状也应当是非棱角型的，但本发明的所有实施方式中，并不局限于透镜形状，它可以是任何东西，主要有用一定高度的物体即可，都可以引发湍流效应。

继续参见图3所示，在一些实施方案中，所述的光刻胶匀胶装置还可以包括容置体6，所述盖板盖设于所述容置体6上形成闭合的容置空间，所述承载结构1设置于所述容置空间内部。

所述容置体6一方面可以起到减少光刻胶的溶剂挥发至外界以及收集旋转过程中甩出的多余光刻胶的作用，另一方面，还具有形成稳定的内部气流的进而稳定匀胶过程的作用。所述的闭合空间，是指大致上形成一个独立的闭合空间，而非完全封闭的空间，例如一些不影响应用效果的缝隙、拍液口、进液口、管线等等，均是允许存在的。

本发明实施例还提供一种光刻胶匀胶方法，包括如下的步骤：

使基底2表面涂覆形成胶液膜层3，所述基底2设置于承载结构1上。

将盖板盖设于所述基底2的涂胶面，且所述盖板面向所述基体的一面设置有扰流结构4，所述盖板以及扰流结构4与所述胶液膜层3无接触。

通过所述承载结构1使所述基底2旋转，对所述胶液膜层3进行匀胶处理。

完成所述匀胶处理后，烘干所述胶液膜层3使其固化。

作为上述技术方案的一些典型的应用实例，可以采用如下的具体步骤得以实施：

1、根据工艺要求，需定制不同尺寸、高度和角度的凸透镜/凹透镜形状的扰流结构4。

2、匀胶前，在匀胶机盖子的下方安装定制的凸透镜/凹透镜形状的扰流结构4。

3、采用常规匀胶程序进行旋涂，滴胶结束后，快速盖上盖子即可。

4、前烘100℃3-5min蒸发溶剂，匀胶测试结果如图3所示。

在一些实施方案中，所述承载结构1的转速可以为2000-5000r/min，进一步优选为3000r/min左右，例如2500-3500r/min。

在一些实施方案中，所述基底2的尺寸可以为4-6寸。

在一些实施方案中，所述胶液膜层的厚度可以为4-60μm。

在一些实施方案中，所述方法具体可以包括：

获取所述胶液膜层3的待改善区域以及待改善厚度差。

基于所述待改善区域以及待改善厚度差，匹配所述扰流结构4的形状、宽度以及高度。

在一些实施方案中，所述待改善区域以及待改善厚度差可以基于后续制程中所述基底2的不同区域的反应速率差值确定。

在一些实施方案中，所述后续制程例如可以包括刻蚀制程，所述反应速率差值例如可以包括所述刻蚀制程中的刻蚀速率差值。

在一些实施方案中，所述刻蚀速率差值为所述基底2的中心区域与其余区域的刻蚀速率差值。

本发明实施例还提供上述光刻胶匀胶方法于器件制备、大规模集成电路制备或微纳加工领域中的应用。

上述数据说明，本发明实施例有效地在保证周向的匀胶均匀性的条件下，形成了径向的可控且连续变化的匀胶趋势，具有显著特点。

以下通过若干实施例并结合附图进一步详细说明本发明的技术方案。然而，所选的实施例仅用于说明本发明，而不限制本发明的范围。

实施例1

本实施例示例一光刻胶匀胶装置，以及利用该光刻胶匀胶装置进行微纳结构加工的过程，具体如下所示：

其结构如图3所示，具体包括容置体6、承载结构1以及稳流结构5和扰流结构4，承载结构1在容置体6的腔体内，在匀胶时，作为基底2的晶圆可以固定在承载结构1上，然后滴涂光刻胶液，承载结构1能够使负载有胶液膜层3的基底2旋转，以对所述胶液膜层3进行匀胶处理。

所述稳流结构5为能够在盖在容置体6开口的一个盖板，平行于晶圆，且盖好后，所述盖板与胶液膜层3无接触，并距离晶圆表面有35-65mm的可调间隙。

所述扰流结构4是一种凸透镜的形状，设置于所述盖板面向所述承载结构1的一面，且与所述胶液膜层3无接触。

利用上述装置进行微纳结构加工时，其步骤为：

首先，进行前置实验，当仅存在盖板而无扰流结构4时，进行涂覆并烘干光刻胶，然后进行图案化光刻，然后进行8um的SiO₂的生长，然后在刻蚀机中对生长的8um的SiO₂进行刻蚀，刻蚀后，发现，中心区域的刻蚀深度为6μm，周围区域的刻蚀深度为5.4μm，相差0.6μm，此时希望中心区域的光刻胶能够高出周围区域0.6μm以弥补上述不均匀趋势，刻蚀深度明显高于周围的中心圆形区域的直径为40mm。

然后，将上述刻蚀深度差作为待改善的厚度差，将上述直径为40mm的中心圆形作为待改善区域，定制凸透镜形状的扰流结构4，高度为10mm，直径与上述直径相同；将其固定在盖板下方，其凸出方向朝向晶圆。

匀胶时，先以500r/min的转速进行旋转滴胶，5秒后，滴胶形成完整胶液膜层3后，迅速盖上盖板，形成闭合的空间，然后以3000r/min的转速匀胶30s。

匀胶后，转移至烘干托盘中，以100℃烘干3min，即可得到周向均匀度极高，且径向具有显著的厚度趋势分布。

以上述步骤得到的具有匀胶趋势的晶圆进行同条件下的生长与刻蚀，刻蚀后，中心区域高度与四周区域无法测出明显差异。

实施例2

本实施例继续示例利用光刻胶匀胶装置进行微纳结构加工的过程，装置与实施例大体相同，区别仅在于：

生长SiN材料，然后刻蚀时间需要延长至原来的2倍，因此，待改善区域直径变为60mm，厚度差变为0.9μm，因此需要调整扰流结构4的直径等于上述直径，同时，高度为15mm。

由此制得的刻蚀后的微纳结构，其中心区域高度与四周区域无法测出明显差异。

实施例3

上述实施例1-2所示例的为深宽比在1-2之间的微纳米柱结构的制备，而超高深宽比微纳米柱结构对高度有着极为苛刻的要求。在本实施例中，基底材料为Si，SiO₂微纳米柱结构高度为10um，高宽比为5。采用常规匀胶方法，不同区域高度不同，经刻蚀后，由于高深宽比放大了刻蚀速率的差异，中心区域高度相比于上述实施例更加明显小于其他区域，且更重要的是在实际制备中，部分区域的光刻胶可能被提前刻蚀掉，有极高的风险会导致纳米柱结构变形(结构尺寸变化)。

采用本发明所提供的同样的匀胶方法进行匀胶，并设置于上述不平衡趋势相对应的扰流结构宽度和高度，光刻胶涂布均匀且趋势可补偿刻蚀机的弊端，更好的保证了高深宽比纳米柱的高度的精确性和结构的完整性。

对比例1

本对比例示例一种利用实施例1提供的光刻胶匀胶装置进行微纳结构加工的过程，与实施例1大体相同，区别仅在于：

去除盖板，然后利用单根机械臂将上述扰流结构4固定在同样的位置。

依照同样的方法，制备微纳器件，然而，由于缺失了盖板的稳流作用，即使存在扰流结构4的局部扰流作用，但是因此带来的杂乱气流过多，无法形成可控且显著的匀胶趋势。

这说明，单纯的扰流结构自身是无法取得产生可控均胶趋势的作用的，而需要与盖板等稳流结构的配合才可以实现。

对比例2

本对比例示例一种微纳结构加工的过程，与实施例2大体相同，区别仅在于：

继续延续实施例1中的扰流结构4的直径和高度，而未针对刻蚀条件的改变进行扰流结构4的尺寸的对应改变。

依照同样的方法，制备微纳器件，然而，由于没有适应性调整扰流结构4的尺寸，因此导致匀胶趋势不匹配刻蚀的不平衡性，由此，刻蚀获得的微纳器件的中心区域与四周区域仍然存在显著高度差3％。

基于上述实施例以及对比例，可以明确，本发明实施例所提供的光刻胶匀胶装置及方法在保证整体匀胶均匀性的基础上，能够可控地产生胶膜厚度的趋势性分布，使所形成的光刻胶膜层能够准确地匹配后续制程的反应速率差异，进而能够带来整体制程的优异加工精度和良率。

应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改善匀胶趋势和均匀性的光刻胶匀胶装置，包括承载结构以及稳流结构，所述承载结构能够使负载有胶液膜层的基底旋转，以对所述胶液膜层进行匀胶处理，所述稳流结构至少包括能够盖设于所述基底的涂胶面的盖板，且盖设后，所述盖板与胶液膜层无接触；

其特征在于，还包括扰流结构，所述扰流结构设置于所述盖板面向所述承载结构的一面，且与所述胶液膜层无接触；

当所述基底旋转时，所述扰流结构产生湍流，所述湍流至少能够作用于所述胶液膜层的待改善区域。

2.根据权利要求1所述的光刻胶匀胶装置，其特征在于，所述扰流结构在所述基底表面的正投影与所述待改善区域相匹配；

优选的，所述扰流结构正对于所述基底的中心区域设置；

和/或，所述扰流结构的高度与所述胶液膜层的待改善厚度差正相关。

3.根据权利要求2所述的光刻胶匀胶装置，其特征在于，所述扰流结构在所述基底表面的正投影与所述胶液膜层的待改善区域重合；

和/或，所述扰流结构的高度与所述胶液膜层的待改善厚度差的相关关系为：

待改善厚度差＝(0.055-0.065)×所述扰流结构的高度，其中，所述待改善厚度差的单位为μm，所述扰流结构的高度的单位为mm。

4.根据权利要求1所述的光刻胶匀胶装置，其特征在于，所述盖板与基底平行设置，且所述盖板与基底之间的间距为35-65mm；

所述扰流结构的形状包括弧面型、凸台型、锥形中的任意一种，优选为朝向所述基底凹陷或凸起的弧面型。

5.根据权利要求1所述的光刻胶匀胶装置，其特征在于，还包括容置体，所述盖板盖设于所述容置体上形成闭合的容置空间，所述承载结构设置于所述容置空间内。

6.一种光刻胶匀胶方法，其特征在于，包括：

使基底表面涂覆形成胶液膜层，所述基底设置于承载结构上；

将盖板盖设于所述基底的涂胶面，且所述盖板面向所述基体的一面设置有扰流结构，所述盖板以及扰流结构与所述胶液膜层无接触；

通过所述承载结构使所述基底旋转，对所述胶液膜层进行匀胶处理；

完成所述匀胶处理后，烘干所述胶液膜层使其固化。

7.根据权利要求6所述的光刻胶匀胶方法，其特征在于，所述承载结构的转速为2000-5000r/min；

和/或，所述基底的尺寸为4-6寸；

和/或，所述胶液膜层的厚度为4-60μm。

8.根据权利要求6所述的光刻胶匀胶方法，其特征在于，具体包括：

获取所述胶液膜层的待改善区域以及待改善厚度差；

基于所述待改善区域以及待改善厚度差，匹配所述扰流结构的形状、宽度以及高度。

9.根据权利要求8所述的光刻胶匀胶方法，其特征在于，所述待改善区域以及待改善厚度差基于后续制程中所述基底的不同区域的反应速率差值确定；

优选的，所述后续制程包括刻蚀制程，所述反应速率差值包括所述刻蚀制程中的刻蚀速率差值；

优选的，所述刻蚀速率差值为所述基底的中心区域与其余区域的刻蚀速率差值。

10.权利要求6-8中任意一项所述的光刻胶匀胶方法于器件制备、大规模集成电路制备或微纳加工领域中的应用。

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