CN116931373A - 改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘气泡缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘气泡缺陷的方法，属于半导体制备工艺技术领域。包括：保持晶圆旋转，滴胶在已经涂覆有至少一层光刻胶的晶圆中心；对晶圆进行多段式光刻胶边缘修复药液清洗处理，以改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘产生气泡的缺陷；其中，多段式光刻胶边缘修复药液清洗处理包括多区域光刻胶边缘修复药液清洗处理和/或多时段光刻胶边缘修复药液清洗处理；停止光刻胶边缘修复药液清洗晶圆，提高晶圆旋转转速以将晶圆上多余液体去除。本发明的改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘气泡缺陷的方法无需对硬件进行改造，通过调整EBR药液对晶圆进行清洗的相关参数，可有效解决晶圆在进行多层涂胶过程中产生气泡问题，简单方便，可操作性高。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件制造工艺技术领域，特别涉及改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘气泡缺陷的方法。
背景技术
光刻是集成电路制造过程中最重要的工艺，它利用光化学反应原理把事先制备在掩模版上的图形转印到晶圆上。光刻工艺主要包括三个过程：涂胶、曝光、显影。
涂胶是指半导体制造光刻工艺中对晶圆表面涂覆光刻胶的工艺。常见的旋转涂胶法是将一定量的光刻胶滴在晶圆上形成初始薄膜，然后晶圆加速旋转到预定速度，在离心力的作用下光刻胶沿径向外流，液体薄膜厚度不断下降，最终在晶圆表面形成均匀膜。传统旋转涂胶工艺过程可简化为4步：滴胶、旋转铺开、甩掉多余胶、溶剂挥发。
滴胶是把光刻胶滴注到晶圆表面上。滴胶工艺分为静止滴胶和动态滴胶，即当晶圆静止或旋转速度非常缓慢时，将光致抗蚀剂溶液滴在晶圆上。旋转铺开是指当晶圆加速旋转到一定的转速，使光致抗蚀剂溶液铺展到整个晶圆表面。甩掉多余胶是指转速稳定在最后的速度(一般在2000～8000r/min之间)大约10s，甩出多余的光致抗蚀剂，从而在晶圆上得到厚度均匀的薄膜。溶剂挥发是指以固定转速继续旋转已涂胶的晶圆，直到溶剂全部挥发。
在光刻胶旋涂的过程中，多余的胶会被离心力推到晶圆的边缘，大部分被甩离晶圆，有一部分残留在晶圆边缘。由于晶圆边缘气流相对速度很大，导致残留的胶很快固化，形成隆起的边缘。在表面张力的作用下，少量的胶甚至沿着边缘流到晶圆背面，对晶圆背面造成污染，且这部分胶容易发生剥离而影响其他部分的图形，或者造成污染，需要在旋涂结束后立即去除。经常采用的方式包括：利用化学或光学的方法去除晶圆边缘处的光刻胶，称为光刻胶边缘修复EBR(Edge Bead Removal)，也叫光刻胶去边。
发明内容
本案发明人发现在涂胶工艺过程中，即使采用光刻胶边缘修复处理之后，晶圆上靠近边缘区域的光刻胶胶膜与光刻胶胶膜之间堆叠仍然容易产生气泡，造成边缘缺陷，特别是在传统厚胶旋转涂胶工艺进行二次涂胶时，光刻胶涂覆在非平整的晶圆表面，极其容易在两层光刻胶之间形成气泡,导致气泡在旋转铺开过程后始终存在晶圆上靠近边缘的区域中，而这些气泡会影响光刻胶膜厚的均匀性以及增加晶圆返工频率，降低晶圆良率。为了解决上述问题，本发明提出改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘气泡缺陷的方法。
本发明提出的一种改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘气泡缺陷的方法，包括如下步骤：
保持晶圆旋转，滴胶在已经涂覆有至少一层光刻胶的晶圆中心；
对所述晶圆进行多段式光刻胶边缘修复药液清洗处理，以改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘产生气泡的缺陷；其中，所述多段式光刻胶边缘修复药液清洗处理包括多区域光刻胶边缘修复药液清洗处理和/或多时段光刻胶边缘修复药液清洗处理；
停止光刻胶边缘修复药液清洗晶圆，提高晶圆旋转转速以将晶圆上多余液体去除。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述多段式光刻胶边缘修复药液清洗处理包括：
用光刻胶边缘修复药液清洗第一区域并持续第一时间段，以减薄第一区域内的膜厚至一定厚度，同时保持第一区域内的光刻胶胶膜表面湿润；
用光刻胶边缘修复药液清洗第二区域并持续第二时间段，用光刻胶边缘修复药液清洗第三区域并持续第三时间段,以保持第二区域和第三区域的膜厚为所述一定厚度，同时保持第二区域以及第三区域内的光刻胶胶膜表面的湿润；
用光刻胶边缘修复药液清洗第四区域并持续第四时间段，以保持第四区域内光刻胶胶膜表面的湿润，同时维持膜厚不变；
其中，所述第一区域为距离晶圆边缘第一距离的圆环与晶圆边缘之间的区域，
所述第二区域为距离晶圆边缘第二距离的圆环与晶圆边缘之间的区域，
所述第三区域为距离晶圆边缘第三距离的圆环与晶圆边缘之间的区域，
所述第四区域为距离晶圆边缘第四距离的圆环与晶圆边缘之间的区域。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述第一距离为1.5-4.5mm、第二距离为1.0-3.5mm，第三距离为2.4-2.6mm，第四距离为0.5-3.5mm。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述第一时间段为14-16s、第二时间段为4-6s、第三时间段为4-6s、第四时间段为2-4s。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述一定厚度为80-90um。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述将晶圆上多余液体去除时晶圆的转速为1100-1300Rpm。
本发明的改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘气泡缺陷的方法无需对涂胶硬件进行改造，通过调整光刻胶边缘修复药液对晶圆进行清洗的相关参数，即可有效解决晶圆在进行多层涂胶过程中产生的气泡问题，简单方便，可操作性高。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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示出了本发明实施例的改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘气泡缺陷的方法流程示意图。
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、完整地说明，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。
在对晶圆进行涂胶工艺过程中，第一次涂胶前会使用药液对具有特征图案结构的晶圆进行预湿，使晶圆表面保持微微湿润状态，而且用于预湿的药液可以溶解光刻胶，溶解的过程中，预湿药液会与光刻胶反应，同时稀释光刻胶，提高光刻胶的流动性，使光刻胶更好的填充进特征图案结构中。因此第一次涂胶后晶圆的表面无气泡，但是在第一层胶匀胶过程中，光刻胶到晶圆边缘的时间不同，导致光刻胶在靠近晶圆周边的范围内没有晶圆中心的光刻胶表面均匀，靠近晶圆周边的光刻胶层会有不同的高度差，略显不平整。而第二次涂胶及第二次以后涂胶时，由于晶圆上已经有至少一层光刻胶涂层，此时无法再使用药液预湿，而且在晶圆上再次涂胶，此过程中的光刻胶因为光刻胶的表面是干燥的，重新涂的光刻胶流动性没有第一次涂胶时候的光刻胶的流动性强，光刻胶匀开时阻力较在晶圆表面有所增加，因此需要更高转速将光刻胶匀开，但是在高速旋转的状态下，光刻胶在靠近晶圆周边区域处时，因前一次的光刻胶表面不平整不光滑，新的光刻胶涂层与前次涂的光刻胶涂层接触不充分，导致具有高度差的位置的光刻胶处易产生气泡。
所产生的气泡会影响光刻胶膜厚的均匀性，进而影响晶圆加工质量,降低晶圆良率。为解决该问题，本发明提出一种改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘气泡缺陷的方法，请参照图1，图1示出了本发明实施例的改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘气泡缺陷的方法流程示意图，如图1所示，所述方法包括如下步骤：
S100、保持晶圆旋转，滴胶在已经涂覆有至少一层光刻胶的晶圆中心；
S200、对所述晶圆进行多段式EBR药液清洗处理，以改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘产生气泡的缺陷；其中，所述多段式EBR药液清洗处理包括多区域光刻胶边缘修复药液清洗处理和/或多时段光刻胶边缘修复药液清洗处理；
S300、停止EBR药液清洗晶圆，提高晶圆旋转转速以将晶圆上多余液体去除。
更进一步地，上述的多段式EBR药液清洗处理包括：
用EBR药液清洗第一区域并持续第一时间段，以减薄第一区域内的光刻胶膜厚至一定厚度，同时保持第一区域内的光刻胶胶膜表面湿润；用EBR药液清洗第二区域并持续第二时间段，用EBR药液清洗第三区域并持续第三时间段,以保持第二区域处的膜厚以及第三区域处的膜厚为所述一定厚度，同时保持第二区域以及第三区域内的光刻胶胶膜表面的湿润；用EBR药液清洗第四区域并持续第四时间段，以保持第四区域内光刻胶胶膜表面的湿润，同时维持膜厚不变。
在第一区域、第二区域与第三区域进行EBR药液清洗的过程中，因为光刻胶的流动性较强、固化的程度较低，因此向边缘移动的光刻胶较多，在第一区域、第二区域与第三区域清洗的过程中，主要目的是将第一区域、第二区域与第三区域内的光刻胶减薄维持在一定的厚度，该厚度为晶圆中心区域的光刻胶膜厚；其次是保持光刻胶表面的湿润，以保证新的光刻胶从中心移动至第一区域、第二区域与第三区域上时，上述区域的光刻胶表面为湿润的状态；当在第四区域内进行清洗时，此时的光刻胶已经逐渐开始固化，流动性已经很弱，移动到靠近边缘区域的光刻胶没有在第一区域、第二区域与第三区域内清洗的时候多，此种状态下，光刻胶的膜厚已经不会发生很大的改变，此时清洗的主要目的是保持第四区域内的光刻胶表面为湿润状态，以便于少量的光刻胶运过来时能够更好的与之前的光刻胶相融合，避免气泡的产生。
其中，所述第一区域为距离晶圆边缘第一距离的区域，第一距离为1.5-4.5mm，示例性的，本发明实施例中的第一距离为3mm；
所述第二区域为距离晶圆边缘第二距离的区域，第二距离为1.0-3.5mm，示例性的，本发明实施例中的第二距离为2mm，
所述第三区域为距离晶圆边缘第三距离的区域，第三距离为2.4-2.6mm，示例性的，本发明实施例中的第三距离为2.5mm；
所述第四区域为距离晶圆边缘第四距离的区域，第四距离为0.5-3.5mm，示例性的，本发明实施例中的第四距离为2mm。
示例性的，针对常用的JSR151N光刻胶，涂布115um时，需使用两次涂胶，第一次涂胶后膜厚在45-50um,第二次涂胶后膜厚在112-118um之间。由于JSR151粘度CP值在3900，粘度较高，第二次涂胶时，由于晶圆上已经有一层光刻胶，此时第一层光刻胶的表面是干燥的，因为没有预湿，第二次涂的光刻胶流动性没有第一次涂胶时候的光刻胶的流动性强，光刻胶匀开时阻力较在晶圆表面有所增加，因此需要更高转速将光刻胶匀开，但是在高速旋转的状态下，光刻胶在靠近晶圆边缘区域处时，因前一次的光刻胶表面不平整光滑，新的光刻胶与第一次涂的光刻胶接触不充分，导致具有高度差的位置的光刻胶处易产生气泡。气泡会影响光刻胶膜厚的均匀性，进而影响晶圆加工质量,降低晶圆良率。本发明通过在旋转涂胶工艺过程中旋转铺开步骤后，通过调整EBR药液的清洗位置及清洗时间，达到对晶圆边缘区域容易产生气泡的问题进行改善。
具体为，第二次涂胶后，保持晶圆旋转，调整EBR药液清洗第一区域并持续第一时间段，第一区域为距离晶圆边缘第一距离的圆环与晶圆边缘之间的区域，本实施例中，第一距离为3mm，第一时间段为14-16s，将第一区域内的胶膜减薄膜厚至80-90um。因为晶圆一直在旋转，晶圆中心区域的光刻胶会继续向晶圆边缘移动，然后调整EBR药液清洗第二区域并持续第二时间段，第二区域为距离晶圆边缘第二距离的圆环与晶圆边缘之间的区域，本实施例中，第二距离为2mm，第二时间段为4-6s，调整EBR药液清洗第三区域并持续第三时间段，第三区域为距离晶圆边缘第三距离的圆环与晶圆边缘之间的区域，本实施例中，第三距离为2.5mm，第三时间段为4-6s，以达到维持第二区域与第三区域内的胶膜膜厚在80-90um之间的目的的同时保持晶圆边缘区域湿润。然后调整EBR药液清洗第四区域并持续第四时间段，第四区域为距离晶圆边缘第四距离的圆环与晶圆边缘之间的区域，本实施例中，第四距离为2mm，第四时间段为2-4s，保证第四区域处于湿润的状态的同时维持膜厚不变。最后提高晶圆旋转转速以将晶圆上多余液体去除，本发明实施例中晶圆的转速可以为1100-1300rpm。
相较于传统的EBR药液清洗晶圆边缘区域进行晶圆边缘的修复的方法，本发明的多段式EBR药液清洗处理晶圆边缘区域的方法能够达到传统的去除晶圆边缘多余光刻胶的基础上，进一步去除晶圆边缘产生气泡缺陷的问题。在多段式EBR药液清洗处理晶圆边缘的过程中，从距离晶圆边缘第一距离的第一区域到距离晶圆边缘第二距离的第二区域再到距离晶圆边缘第三距离的第三区域最后到达距离晶圆边缘第四距离的第四区域，各个区域的设置与传统的EBR药液清洗过程中的直接从距离晶圆边缘某一距离逐渐向晶圆边缘扫射清洗的过程不同。本发明的清洗方法中各个区域具有一定的重叠，在清洗地时候喷射药液的喷嘴会有往复移动的过程，能够保证晶圆边缘的光刻胶去除，同时较大程度的保证晶圆边缘的光刻胶表面湿润，进而保证不停地从晶圆中心匀过来的光刻胶与之前的光刻胶更好的融合在一起，从而避免了气泡的产生。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘气泡缺陷的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
保持晶圆旋转，滴胶在已经涂覆有至少一层光刻胶的晶圆中心；
对所述晶圆进行多段式光刻胶边缘修复药液清洗处理，以改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘产生气泡的缺陷；其中，所述多段式光刻胶边缘修复药液清洗处理包括多区域光刻胶边缘修复药液清洗处理和/或多时段光刻胶边缘修复药液清洗处理；
停止光刻胶边缘修复药液清洗晶圆，提高晶圆旋转转速以将晶圆上多余液体去除。
2.根据权利要求1所述的改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘气泡缺陷的方法，其特征在于：
所述多段式光刻胶边缘修复药液清洗处理包括：
用光刻胶边缘修复药液清洗第一区域并持续第一时间段，以减薄第一区域内的光刻胶膜厚至一定厚度，同时保持第一区域内的光刻胶胶膜表面湿润；
用光刻胶边缘修复药液清洗第二区域并持续第二时间段，用光刻胶边缘修复药液清洗第三区域并持续第三时间段,以保持第二区域和第三区域的膜厚为所述一定厚度，同时保持第二区域以及第三区域内的光刻胶胶膜表面的湿润；
用光刻胶边缘修复药液清洗第四区域并持续第四时间段，以保持第四区域内光刻胶胶膜表面的湿润，同时维持膜厚不变；
其中，所述第一区域为距离晶圆边缘第一距离的圆环与晶圆边缘之间的区域，
所述第二区域为距离晶圆边缘第二距离的圆环与晶圆边缘之间的区域，
所述第三区域为距离晶圆边缘第三距离的圆环与晶圆边缘之间的区域，
所述第四区域为距离晶圆边缘第四距离的圆环与晶圆边缘之间的区域。
3.根据权利要求2所述的改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘气泡缺陷的方法，其特征在于：
所述第一距离为1.5-4.5mm、第二距离为1.0-3.5mm，第三距离为2.4-2.6mm，第四距离为0.5-3.5mm。
4.根据权利要求2所述的改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘气泡缺陷的方法，其特征在于：
所述第一时间段为14-16s、第二时间段为4-6s、第三时间段为4-6s、第四时间段为2-4s。
5.根据权利要求2所述的改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘气泡缺陷的方法，其特征在于：
所述一定厚度为80-90um。
6.根据权利要求1所述的改善光刻胶涂覆过程中晶圆边缘气泡缺陷的方法，其特征在于：
所述将晶圆上多余液体去除时晶圆的转速为1100-1300Rpm。
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