CN117991592A - 旋涂方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋涂方法，包括：提供晶圆；将所述晶圆以第一转速转动时，向所述晶圆表面的中心滴入光刻胶，并在滴入光刻胶后，使所述晶圆以所述第一转速转动第一时间段；控制所述晶圆以第二转速转动第二时间段后，控制所述晶圆以第三转速转动第三时间段，所述第三转速大于所述第二转速；控制所述晶圆由所述第三转速转变到第四转速转动后，再从所述第四转速转变到第五转速并转动第五时间段，在所述晶圆的表面形成光刻胶层；解决高粘度光刻胶在转速过大或者过小情况下，晶圆表面堆积光刻胶引起的膜厚和均匀性差等问题，提高光刻工艺的质量。

Description

旋涂方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及旋涂方法。

背景技术

光刻胶旋涂是光刻工艺关键的一步，光刻胶旋涂是指在沉积过程中的将光刻胶层涂敷在晶圆表面。通常情况下，晶圆放置在具有真空吸盘的转轴上，吸盘在高速旋转时可以吸住晶圆。光刻胶溶液滴落在晶圆表面，晶圆旋转时形成的离心力将光刻胶溶液从晶圆中心向外均匀分散。当光刻胶溶液中的溶剂蒸发后，使光刻胶材料涂敷在整个晶圆的表面上。

目前，传统的光刻胶涂胶方法，包括四个基本步骤(1)当晶圆片静止(0rpm)或者在低速旋转时，将光刻胶溶液滴在晶圆上。(2)晶圆加速到一定速度后，使光刻胶溶液在该速度下铺展到整个表面，使之成膜。(3)将转速稳定要(一般在2000～8000r/min)大约10s，甩掉多余的光刻胶溶液，从而在晶圆上得到厚度均匀的薄膜。(4)以固定的转速旋涂已涂胶的硅片，直到溶剂全部挥发。然而，在静止或低速度滴入高粘度光刻胶，导致晶圆离心力不足的，不足以将光刻胶甩离晶圆表面，容易将光刻胶堆在晶圆中心。如将转速设置为过大，在离心力的作用下将光刻胶堆积在晶圆边缘，在整个旋涂结束后，导致光刻胶膜厚和均匀性差。

所以如何提升光刻胶膜厚的均匀性和分布的均匀性，这是目前急需解决的技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种旋涂方法，解决高粘度光刻胶在转速过大或者过小情况下，晶圆表面堆积光刻胶引起的膜厚和均匀性差等问题，提高光刻工艺的质量。

为解决上述问题，本发明提供一种旋涂方法，包括：提供晶圆；将所述晶圆以第一转速转动时，向所述晶圆表面的中心滴入光刻胶，并在滴入光刻胶后，使所述晶圆以所述第一转速转动第一时间段；控制所述晶圆以第二转速转动第二时间段后，控制所述晶圆以第三转速转动第三时间段，所述第三转速大于所述第二转速；控制所述晶圆由所述第三转速转变到第四转速转动后，再从所述第四转速转变到第五转速并转动第五时间段，在所述晶圆的表面形成光刻胶层。

可选的，所述第一转速大于所述第五转速，所述第五转速大于所述第三转速，所述第三转速大于所述第四转速，所述第四转速大于所述第二转速。

可选的，所述第一转速的范围为2500rpm～3000rpm，所述第一时间段为1s～3s。

可选的，所述第二转速的范围为500rpm～800rpm，所述第二时间段为1.8s～2.6s。

可选的，所述第三转速的范围为1250rpm～1750rpm，所述第三时间段为2.6s～29.8s。

可选的，所述第四转速为1000rpm，所述第五转速为2000rpm，所述第五时间段为3s～5s。

本发明还提供一种旋涂方法，包括：提供晶圆；在所述晶圆的表面涂覆有机溶剂；涂覆所述有机溶剂之后，控制所述晶圆自静止提高到以第一转速转动后，再从所述第一转速转变到第二转速，所述第二转速小于所述第一转速，在所述晶圆的表面形成有机溶剂膜；控制所述晶圆从所述第二转速转变到第三转速后，向所述晶圆表面的中心滴入第一体积的光刻胶，并持续第一时间段；控制所述晶圆从所述第三转速转变到第四转速，并持续第二时间段，所述第三转速大于所述第四转速；在所述晶圆以所述第四转速转动时，向所述晶圆表面的中心滴入第二体积的光刻胶后，控制所述晶圆从所述第四转速转变到第五转速，并持续第三时间段，所述第五转速大于所述第四转速；控制所述晶圆从所述第五转速转变到第六转速，再从所述第六转速转变到第七转速，并持续第四时间段，所述第五转速大于所述第六转速，所述第七转速大于所述第五转速。

可选的，所述有机溶剂包括N-甲基-2-吡咯烷酮、丙二醇单甲基醚醋酸酯和甲基乙基酮中的一种或者多种组合。

可选的，所述第一转速范围为1500rpm～2000rpm，所述第二转速为500rpm。

可选的，所述第三转速范围为2000rpm～2950rpm，所述第一时间段为1.1s～2s。

可选的，所述第四转速为100rpm，所述第二时间段为1s。

可选的，所述第五转速范围为1000rpm-1600rpm，所述第三时间段为30s。

可选的，所述第六转速为1000rpm，所述第七转速为2000rpm，所述第四时间段为3s。

可选的，所述第三转速大于所述第七转速，所述第六转速大于所述第四转速。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本技术方案一种旋涂方法中，在晶圆第一转速的过程中向晶圆表面的中心滴入光刻胶，并在滴入光刻胶之后以第一转速转动第一时间段，该步骤迅速将光刻胶从晶圆表面铺开形成薄膜层，降低晶圆表面的张力；之后控制所述晶圆以第二转速转动第二时间段后，控制所述晶圆以第三转速转动第三时间段，所述第三转速大于所述第二转速，实现将光刻胶覆盖整个晶圆表面，再控制所述晶圆由所述第三转速转变到第四转速转动后，再从所述第四转速转变到第五转速并转动第五时间段，在所述晶圆的表面形成光刻胶层，使得形成的光刻胶层的厚度满足实际的需求，能够有效减少晶圆边缘发生光刻胶堆积的现象，提升光刻胶层膜厚的均匀性，具有较广泛的适用范围。

本技术方案另一种旋涂方法中，在晶圆静止的状态下，在晶圆的表面涂覆有机溶剂，经过第一转速和第二转速的转动，在晶圆的表面形成有机溶剂膜；形成有机膜层之后，分别两次向晶圆的中心滴入不同体积的光刻胶，经过不同转速的旋转，使得光刻胶在受到不同离心力的作用下，能够在晶圆的表面形成厚度均匀的光刻胶层，工艺流程简单，适用性广。

附图说明

图1至图4是本发明一实施例中旋涂方法中光刻胶层形成的过程示意图；

图5为本发明一实施例中旋涂过程中晶圆表面光刻胶层膜厚的分布图；

图6为本发明一实施例中旋涂过程结束之后晶圆表面光刻胶层膜厚的分布图；

图7至图12是本发明另一实施例中旋涂方法中光刻胶层形成的过程示意图；

图13为本发明另一实施例中旋涂过程结束之后晶圆表面光刻胶层膜厚的分布图。

具体实施方式

正如背景技术，现有在晶圆表面旋涂光刻胶之后，光刻胶膜层容易在晶圆表面堆积引发膜厚和均匀性差的问题。

在此基础上，本发明提供一种旋涂方法中，在晶圆第一转速的过程中向晶圆表面的中心滴入光刻胶，并在滴入光刻胶之后以第一转速转动第一时间段，该步骤迅速将光刻胶从晶圆表面铺开形成薄膜层，降低晶圆表面的张力；之后控制所述晶圆以第二转速转动第二时间段后，控制所述晶圆以第三转速转动第三时间段，所述第三转速大于所述第二转速，实现将光刻胶覆盖整个晶圆表面，再控制所述晶圆由所述第三转速转变到第四转速转动后，再从所述第四转速转变到第五转速并转动第五时间段，在所述晶圆的表面形成光刻胶层，使得形成的光刻胶层的厚度满足实际的需求，能够有效减少晶圆边缘发生光刻胶堆积的现象，提升光刻胶层膜厚的均匀性，具有较广泛的适用范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细地说明。

第一实施例

首先，请参考图1，提供晶圆100。

在本实施例中，所述晶圆100指硅半导体电路所用的硅晶片。

请参考图2，将所述晶圆100以第一转速转动时，向所述晶圆100表面的中心滴入光刻胶，并在滴入光刻胶后，使所述晶圆100以所述第一转速转动第一时间段。

在本实施例中，图中带箭头的曲线表示晶圆100转动。

在本实施例中，所述第一转速的范围为2500rpm～3000rpm，所述第一时间段为1s～3s；当所述第一转速小于2500rpm时，此时由于转速小于，光刻胶所受到的离心力小，不足以从所述晶圆100的中心铺展到所述晶圆100的边缘处，那么就容易造成所述光刻胶在所述晶圆100的中心堆积；当所述第一转速大于3000rpm时，此时所述第一转速太大，那么所述光刻胶所受到的离心力就越大，那么堆积在所述晶圆100的边缘处，造成边缘层处的光刻胶的堆积。

在本实施例中，所述第一时间段为1s～3s，当所述第一时间段小于1s时，没有足够的时候预留给所述光刻胶从所述晶圆100100的中心铺展到所述晶圆100100的边缘，从而造成所述晶圆100100边缘处的所述光刻胶的堆积；当所述第一时间段大于3s，那么所述第一转速持续的时间太长，但是一直以所述第一转速继续转动对所述光刻胶的铺展没有任何作用，增加工艺时间，降低生产效率。

在本实施例中，经过所述第一转速的范围为2500rpm～3000rpm，所述第一时间段为1s～3s之后，在所述晶圆100的表面形成第一薄膜层101。

在本实施例中，请参考图5，在滴入光刻胶后所述晶圆100以所述第一转速转动第一时间段后，所述晶圆100表面的光刻胶薄膜的厚度分布，其中图5中横轴距离中心点的晶圆100位置，纵轴为晶圆100上光刻胶薄膜的厚度也叫液膜厚度。

图5为3s后所述晶圆100表面的所述光刻胶的膜厚分布情况。

从图5中可以看出滴入的光刻胶在较快的转速下从晶圆100的中心向晶圆100边缘铺展形成薄膜层，降低了晶圆100的表面张力。

请参考图3，控制所述晶圆100以第二转速转动第二时间段后，控制所述晶圆100以第三转速转动第三时间段，所述第三转速大于所述第二转速。

在本实施例中，所述第二转速的范围为500rpm～800rpm，所述第二时间段为1.8s～2.6s。

在本实施例中，所述第三转速的范围为1250rpm～1750rpm，所述第三时间段为2.6s～29.8s。

在本实施例中，在所述晶圆100的表面形成第一薄膜层101之后，降低转速至所述第二转速，维持所述第二时间段，使得所述第一薄膜层101能够覆盖整个所述晶圆100的表面，再以转为高转速的所述第三转速，保持所述第三时间段，使得所述第一薄膜层101在一慢和一快的转速结合下受到不同离心力的作用，不容易在所述晶圆100的边缘使得所述第一薄膜层101发生堆积，有助于形成保证最终形成的光刻胶层的厚度均匀性。

在本实施例中，控制所述晶圆100以第二转速转动第二时间段后，控制所述晶圆100以第三转速转动第三时间段之后，在所述晶圆100的表面形成第二薄膜层102。

请参考图4，控制所述晶圆100由所述第三转速转变到第四转速转动后，再从所述第四转速转变到第五转速并转动第五时间段，在所述晶圆100的表面形成光刻胶层103。

在本实施例中，所述第四转速为1000rpm，所述第五转速为2000rpm，所述第五时间段为3s～5s。

在本实施例中，所述第四转速小于所述第三转速，所述第四转速小于所述第五转速，通过在所述第四转速下受到较小离心力后再经过在所述第五转速下受到较大离心力之后，所述第二薄膜层102中膜层较厚的地方在离心力的作用下，慢慢的平铺均匀，形成符合要求的所述光刻胶层103。

请参考图6，所述晶圆100经过所述第五转速并转动所述第五时间段后，在所述晶圆100的表面形成的光刻胶层103的膜厚的分布情况图，其中图6中横轴距离中心点的晶圆100位置，纵轴为晶圆100上光刻胶薄膜的厚度。

结合图5和图6的对比可以看出所述晶圆100的边缘处的光刻胶层103的厚度与所述晶圆100的中心处的光刻胶层103的厚度差距变小，得到的所述光刻胶层103的厚度更加均匀，利用该涂胶方法，可以有效减少所述晶圆100的边缘发生光刻胶堆积的现象，提高膜厚的均匀性。

第二实施例

首先，请参考图7，提供晶圆200。

请参考图8，在所述晶圆200的表面涂覆有机溶剂201。

在本实施例中，所述有机溶剂201包括N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、丙二醇单甲基醚醋酸酯(PGMEA)和甲基乙基酮(MEK)。

请参考图9，涂覆所述有机溶剂201之后，控制所述晶圆200自静止提高到以第一转速转动后，再从所述第一转速转变到第二转速，所述第二转速小于所述第一转速，在所述晶圆200的表面形成有机溶剂膜202。

在本实施例中，所述第一转速范围为1500rpm～2000rpm，所述第二转速为500rpm，利用所述第一转速使得所述有机溶剂201受到较大的离心力从而迅速从所述晶圆200的中心铺展到所述晶圆200的边缘，此时再转换到所述第二转速，所述第二转速小于所述第一转速，所述有机溶剂201受到的较小的离心力后，将堆积在所述晶圆200中心处所述有机溶剂201慢慢铺展到所述晶圆200的边缘处，缩小所述晶圆200中心处和边缘处的所述有机溶剂膜202的厚度差，提升所述有机溶剂膜202的厚度均匀性。

在本实施例中，所述有机溶剂膜202增加了所述晶圆200表面的润湿性，从而降低了所述晶圆200的表面张力，增加后续滴入的光刻胶在所述晶圆200表面更具有流动性，有助于形成厚度均匀的光刻胶层。

请参考图10，控制所述晶圆200从所述第二转速转变到第三转速后，向所述晶圆200表面的中心滴入第一体积的光刻胶，并持续第一时间段，在所述晶圆200的表面形成第一薄膜层203。

在本实施例中，所述第三转速范围为2000rpm～2950rpm，所述第一时间段为1.1s～2s，利用较大的转速提供较大的离心力，使得滴入第一体积的光刻胶迅速铺展形成所述第一薄膜层203。

请参考图11，控制所述晶圆200从所述第三转速转变到第四转速，并持续第二时间段，所述第三转速大于所述第四转速，在所述晶圆200的表面形成第二薄膜层204。

在本实施例中，所述第四转速小于所述第三转速，目的是为了消除所述第一薄膜层230在所述晶圆200的边缘发生堆积，从而提升所述晶圆的边缘的均匀性。

在本实施例中，所述第四转速为100rpm，所述第二时间段为1s。

请参考图12，在所述晶圆200以所述第四转速转动时，向所述晶圆200表面的中心滴入第二体积的光刻胶后，控制所述晶圆200从所述第四转速转变到第五转速，并持续第三时间段，所述第五转速大于所述第四转速。

在本实施例中，所述第五转速范围为1000rpm-1600rpm，所述第三时间段为30s。

在本实施例中，最终形成的膜厚由所述第五转速和所述第三时间段决定，此时若所述第五转速太小，小于1000rpm那么此时所能提供的离心力又太小，不能使得滴入第二体积的光刻胶能够完成铺展开；若所述第五转速太大，大于1600rpm，那么此时所能提供的离心力又太大，容易使得滴入第二体积的光刻胶在所述晶圆200的边缘堆积。

请继续参考图12，控制所述晶圆200从所述第五转速转变到第六转速，再从所述第六转速转变到第七转速，并持续第四时间段，所述第五转速大于所述第六转速，所述第七转速大于所述第五转速。

在本实施例中，所述第六转速为1000rpm，所述第七转速为2000rpm，所述第四时间段为3s。

在本实施例中，所述第六转速小于等于所述第五转速，所述第七转速大于所述第六转速和所述第五转速，通过慢转速的所述第六转速和快转速的所述第七转速的切换，有助于消除所述晶圆200的中心处和边缘处的所述光刻胶层的厚度差，在所述晶圆200的表面得到需要厚度的所述光刻胶层205。

请参考图13，在所述晶圆200的表面形成的光刻胶层205的膜厚的分布情况图，其中图13中横轴距离中心点的晶圆200位置，纵轴为晶圆200上光刻胶薄膜的厚度也叫液膜厚度。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种旋涂方法，其特征在于，包括：

提供晶圆；

将所述晶圆以第一转速转动时，向所述晶圆表面的中心滴入光刻胶，并在滴入光刻胶后，使所述晶圆以所述第一转速转动第一时间段；

控制所述晶圆以第二转速转动第二时间段后，控制所述晶圆以第三转速转动第三时间段，所述第三转速大于所述第二转速；

控制所述晶圆由所述第三转速转变到第四转速转动后，再从所述第四转速转变到第五转速并转动第五时间段，在所述晶圆的表面形成光刻胶层。

2.如权利要求1所述的旋涂方法，其特征在于，所述第一转速大于所述第五转速，所述第五转速大于所述第三转速，所述第三转速大于所述第四转速，所述第四转速大于所述第二转速。

3.如权利要求1所述的旋涂方法，其特征在于，所述第一转速的范围为2500rpm～3000rpm，所述第一时间段为1s～3s。

4.如权利要求1所述的旋涂方法，其特征在于，所述第二转速的范围为500rpm～800rpm，所述第二时间段为1.8s～2.6s。

5.如权利要求1所述的旋涂方法，其特征在于，所述第三转速的范围为1250rpm～1750rpm，所述第三时间段为2.6s～29.8s。

6.如权利要求1所述的旋涂方法，其特征在于，所述第四转速为1000rpm，所述第五转速为2000rpm，所述第五时间段为3s～5s。

7.一种旋涂方法，其特征在于，包括：

提供晶圆；

在所述晶圆的表面涂覆有机溶剂；

涂覆所述有机溶剂之后，控制所述晶圆自静止提高到以第一转速转动后，再从所述第一转速转变到第二转速，所述第二转速小于所述第一转速，在所述晶圆的表面形成有机溶剂膜；

控制所述晶圆从所述第二转速转变到第三转速后，向所述晶圆表面的中心滴入第一体积的光刻胶，并持续第一时间段；

控制所述晶圆从所述第三转速转变到第四转速，并持续第二时间段，所述第三转速大于所述第四转速；

在所述晶圆以所述第四转速转动时，向所述晶圆表面的中心滴入第二体积的光刻胶后，控制所述晶圆从所述第四转速转变到第五转速，并持续第三时间段，所述第五转速大于所述第四转速；

控制所述晶圆从所述第五转速转变到第六转速，再从所述第六转速转变到第七转速，并持续第四时间段，所述第五转速大于所述第六转速，所述第七转速大于所述第五转速。

8.如权利要求7所述的旋涂方法，其特征在于，所述有机溶剂包括N-甲基-2-吡咯烷酮、丙二醇单甲基醚醋酸酯和甲基乙基酮中的一种或者多种组合。

9.如权利要求7所述的旋涂方法，其特征在于，所述第一转速范围为1500rpm～2000rpm，所述第二转速为500rpm。

10.如权利要求7所述的旋涂方法，其特征在于，所述第三转速范围为2000rpm～2950rpm，所述第一时间段为1.1s～2s。

11.如权利要求7所述的旋涂方法，其特征在于，所述第四转速为100rpm，所述第二时间段为1s。

12.如权利要求7所述的旋涂方法，其特征在于，所述第五转速范围为1000rpm-1600rpm，所述第三时间段为30s。

13.如权利要求7所述的旋涂方法，其特征在于，所述第六转速为1000rpm，所述第七转速为2000rpm，所述第四时间段为3s。

14.如权利要求7所述的旋涂方法，其特征在于，所述第三转速大于所述第七转速，所述第六转速大于所述第四转速。