CN208298786U - 光刻胶涂布工艺中的晶圆清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光刻胶涂布工艺中的晶圆清洗装置，该装置包括，基座、旋杯及工作平台，工作平台内对应晶圆的上表面处设置有上边缘清洗喷嘴、对应晶圆的侧缘处设置有第一侧缘清洗喷嘴及对应晶圆的下表面处设置有第一下边缘清洗喷嘴，第一侧缘清洗喷嘴工作时与晶圆保持同一水平高度，第一侧缘清洗喷嘴的喷洗方向斜向于晶圆的中心点。本实用新型提供的晶圆清洗装置能够较好的去除晶圆表面的污染物，避免了污染物的残留对后续半导体器件性能的影响，提高了半导体器件的良率。

Description

光刻胶涂布工艺中的晶圆清洗装置

技术领域

本实用新型属于半导体集成电路制造领域，特别涉及晶圆表面清洗，尤其涉及一种光刻胶涂布工艺中的晶圆清洗装置。

背景技术

在半导体制程过程中，光刻是其中的一个非常重要的步骤。光刻的本质就是将电路结构复制到以后要进行刻蚀步骤及离子注入步骤的晶圆底层薄膜上。在进行光刻过程中，在晶圆衬底上涂敷抗反射涂层，用于防止晶圆衬底的光反射；然后再涂敷光刻胶层后，进行曝光，在光刻胶层形成图案后，按照该图案对晶圆衬底进行刻蚀或离子注入。

但是，这种光刻技术随着半导体器件的特征尺寸减小，在曝光后对晶圆衬底进行刻蚀或离子注入时在光刻胶层形成的图案会倒坍，及刻蚀选择比达不到半导体器件的特征尺寸的要求，导致所制作的半导体器件性能下降。

为了提高对晶圆的光刻精度，可以采用浸没式光刻方法，浸没式光刻方法就是使扫描头和晶圆边缘表面之间通过浸没液进行相互作用，进行光刻。

为了采用浸没式光刻方法对晶圆进行光刻，晶圆衬底上涂覆有底部防反射涂层、含硅的底部防反射涂层、光刻胶涂层及顶部涂层。

其中，晶圆衬底上的底部防反射涂层采用的涂层材料为有机绝缘材料，该底部防反射涂层作为吸光层，减小晶圆衬底的光反射；含硅的底部防反射涂层为掺杂硅的有机绝缘材料，覆盖在底部防反射涂层上，用于提高底部防反射涂层对于光刻胶涂层的刻蚀选择比；光刻胶涂层覆盖在含硅的底部防反射涂层上，用于通过曝光进行图案化；顶部涂层覆盖在光刻胶涂层上，用于在采用浸没式光刻的过程中，对光刻胶涂层进行图案化时防止光刻胶涂层出现残留颗粒而随着浸没液在晶圆表面移动，造成晶圆缺陷。

由于晶圆衬底上面几个涂层都是分别采用旋涂敷工艺形成的，所以在形成晶圆衬底上面几个涂层的过程中，旋转晶圆的离心力会使上面几个涂层在旋转涂敷时的涂层材料流动并流到晶圆衬底边缘及背面，即在晶圆衬底边缘及背面形成隆起。在后续浸没式光刻步骤时，晶圆衬底的边缘及背面隆起的涂层材料就会脱落并产生颗粒，这些颗粒可能随着浸没液落在最终形成器件的有源区、硅片传送系统和工艺设备中，导致晶圆缺陷密度增加，最终导致形成器件的缺陷。

为了克服上述问题，需要进行光刻胶(PR)的边缘去除(edge bead removal，EBR)工艺，从而能够尽可能的清洁晶圆边缘。晶圆边缘清洗工艺，是使用喷嘴在晶圆边缘喷洒溶剂，用以去除在晶圆背面清洗时溶剂从背面侵蚀到晶圆上表面边缘所产生的缺陷(defect)。具体地，EBR方法可以分为化学EBR方法及光学EBR方法。

其中，化学EBR方法的过程为：在晶圆衬底上旋转涂敷某一涂层时，装配一喷嘴，在旋转的晶圆衬底边缘侧喷出少量去边溶剂，由去边溶剂去除晶圆衬底边缘及背面隆起的涂层材料。

光学EBR方法的过程为：采用激光曝光晶圆衬底的边缘后，软化了光刻胶涂层并使光刻胶涂层的边缘及晶圆衬底背面隆起的光刻胶涂层的涂层材料在正常显影步骤中或设置的喷嘴在旋转的晶圆衬底边缘侧喷出的去边溶剂去除。典型的去边溶剂为丙烯乙二醇一甲胺以太醋酸盐(PGMEA)或者乙烯二醇一甲胺以太醋酸盐(EGMEA)。

在光刻胶旋涂过程中，还可以进行背面光刻胶去除工艺(backside rinse，BSR)，以去除晶圆背部边缘的光刻胶，其主要通过化学方法和光学方法进行去除，但是，对于一些特殊的光刻胶涂覆层，如底部抗反射层(BARC)很难通过现有的方式去除，对此，也进行了大量的研究与实践，如有的通过改变光刻胶的组成(Replace resist content)来解决上述清洗不干净的问题，但这种做法会导致关键工艺制程发生改变；还有的通过改变清洗液的材料来解决上述问题，但这种做法又会使清洗液的设备发生改变。

因此，提供一种对其他设备改变最小且能最大效果地改善晶圆边缘光刻胶残留的设备及方法，用于解决光刻胶涂覆过程中的晶边缺陷的问题实属必要。

专利(公开号：CN104078352B)公开了一种晶圆清洗方法以及晶圆清洗装置，该发明使用硫酸与双氧水容易引起环境污染，影响操作人身体健康，不利于大规模推广。

专利(公开号：CN102569010A)公开了一种晶圆清洗装置，该晶圆清洗装置包括清洗槽、晶圆固定架、多个内侧喷嘴和多个外侧喷嘴，该晶圆固定架设置在该清洗槽中用于支撑待清洗的晶圆，该多个内侧喷嘴和该多个外侧喷嘴设置在该清洗槽的底部，该多个内侧喷嘴和该多个外侧喷嘴的方向与该晶圆表面不平行，该发明结构复杂，操作繁琐，不利于大规模推广。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：现有技术中，晶圆涂覆光刻胶后进行晶圆边缘清洗，晶圆边缘部分清洁的不彻底，存在较严重缺陷，影响产品良率及后续制程。为实现上述技术目的，本实用新型采取的具体的技术方案为：

一种光刻胶涂布工艺中的晶圆清洗装置，包括：

基座，所述基座上连接旋转臂，所述旋转臂上设置有支撑盘，所述支撑盘用于承载并固定晶圆；

工作平台，所述工作平台内对应所述晶圆的上表面处设置有上边缘清洗喷嘴、对应所述晶圆的侧缘处设置有第一侧缘清洗喷嘴及对应所述晶圆的下表面处设置有第一下边缘清洗喷嘴，所述第一侧缘清洗喷嘴的喷洗方向斜向于所述上边缘清洗喷嘴的喷洗方向和所述第一下边缘清洗喷嘴的喷洗方向之间的内夹角间，用于清洗所述晶圆的侧缘；

旋杯，用于回收由所述晶圆上溅出的光刻胶，所述旋杯环绕所述支撑盘，且不与所述支撑盘接触，所述第一侧缘清洗喷嘴设置在所述旋杯的顶部内侧，所述第一侧缘清洗喷嘴工作时与所述晶圆保持同一水平高度，所述第一侧缘清洗喷嘴的喷洗方向斜向于所述晶圆的中心点。

作为改进的技术方案，所述工作平台内对应所述晶圆的另一侧缘处设置有第二侧缘清洗喷嘴及对应所述晶圆的另一下表面处设置有第二下边缘清洗喷嘴。

作为改进的技术方案，所述第一侧缘清洗喷嘴和所述第二侧缘清洗喷嘴的喷嘴口直径介于0.3毫米～5毫米，所述第一侧缘清洗喷嘴和所述第二侧缘清洗喷嘴的喷嘴长度介于1毫米～100毫米。

作为改进的技术方案，所述第一侧缘清洗喷嘴和所述第二侧缘清洗喷嘴喷出的液体流量介于20毫升/分钟～50毫升/分钟。

作为改进的技术方案，所述第一下边缘清洗喷嘴和所述第二下边缘清洗喷嘴用于从下向上斜向冲洗所述晶圆的下表面边缘。

作为改进的技术方案，所述第一下边缘清洗喷嘴和所述第二下边缘清洗喷嘴与所述晶圆的下表面边缘之间的距离介于0.1毫米～10毫米，所述第一下边缘清洗喷嘴和所述第二下边缘清洗喷嘴与所述晶圆下表面之间的夹角介于45度～60度。

作为改进的技术方案，所述上边缘清洗喷嘴的喷洗边缘与所述晶圆的上表面边缘之间的距离介于40毫米～50毫米，所述上边缘清洗喷嘴的喷洗方向与所述晶圆的上表面边缘之间的夹角介于30度～40度。

作为改进的技术方案，所述上边缘清洗喷嘴的直径介于0.9毫米～1.2毫米，所述上边缘清洗喷嘴喷出的液体流量介于45毫升/分钟～85毫升/分钟。

有益效果

与现有技术相比，上述晶圆清洗装置具有以下优点：在本实用新型提供的晶圆清洗装置中在晶圆下方设置的第一下边缘清洗喷嘴和第二下边缘清洗喷嘴，晶圆的上方设置上边缘清洗喷嘴，晶圆侧面旋杯内设置第一侧缘清洗喷嘴和第二侧缘清洗喷嘴；通过调整第一侧缘清洗喷嘴和第二侧缘清洗喷嘴的喷洗方向及喷射液体的流量，有效去除晶圆侧边缘部分残留的光刻胶；通过调整第一下边缘清洗喷嘴和第二下边缘清洗喷嘴喷洗方向与晶圆之间夹角及喷射液体的流量，有效去除晶圆下边缘部分残留的光刻胶；通过调整上边缘清洗喷嘴的喷洗方向与晶圆之间夹角及喷射液体的流量，有效去除晶圆上边缘部分残留的光刻胶；

本实用新型通过第一下边缘清洗喷嘴、第二下边缘清洗喷嘴、上边缘清洗喷嘴、第一侧缘清洗喷嘴和第二侧缘清洗喷嘴，有效除去晶圆边缘上残留的光刻胶，不留清洁死角，此外通过各喷嘴的喷洗方向及喷射液体的流量的配合还可以有效避免对晶圆边缘的过度冲洗，避免影响晶圆的表面结构。本实用新型提供的晶圆清洗装置及方法能够较好的去除晶圆表面的污染物，避免了污染物的残留对后续半导体器件性能的影响，提高了生产的半导体器件的良率。

附图说明

图1绘示本实用新型提供的一种晶圆清洗装置的示意图。

图2绘示本实用新型提供的一种晶圆清洗装置的结构示意图。

图3绘示本实用新型提供的一种晶圆清洗装置的局部俯视图。

图4绘示采用本实用新型提供的一种晶圆清洗装置清洗后的效果图。

图5绘示传统晶圆清洗装置的结构示意图。

图中，1、晶圆；2、支撑盘；3、第一下边缘清洗喷嘴；4、第二下边缘清洗喷嘴；5、旋转臂；6、基座；7、上边缘清洗喷嘴；8、旋杯；9、工作平台；10、第一侧缘清洗喷嘴；11、第二侧缘清洗喷嘴；12、光刻胶。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本实用新型实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请人研究发现，传统晶圆1背面冲洗及边缘冲洗后，在晶圆1的侧边缘会有光刻胶12残留，残留的光刻胶12会对后续半导体器件性能的产生影响，降低了生产的半导体器件的良率。如图5所示，在晶圆1的下方设置有第一下边缘清洗喷嘴3和第二下边缘清洗喷嘴4，在晶圆1上方设置有上边缘清洗喷嘴7，第一下边缘清洗喷嘴3和第二下边缘清洗喷嘴4可清洗晶圆1下边缘部分残留的光刻胶12，上边缘清洗喷嘴7可清洗晶圆1上边缘部分残留的光刻胶12，但晶圆1侧边缘部分会残留有光刻胶12无法去除。为克服上述技术问题，本实用新型实施例提供一种光刻胶涂布工艺中的晶圆清洗装置。

如图1、2、3所示，本实用新型实施例提供一种光刻胶涂布工艺中的晶圆清洗装置，包括：

基座6，基座6上连接有旋转臂5，旋转臂5上设置有支撑盘2，支撑盘2用于承载并固定晶圆1；

工作平台9，工作平台9内对应晶圆1的上表面处设置有上边缘清洗喷嘴7、对应晶圆1的侧缘处设置有第一侧缘清洗喷嘴10及对应晶圆1的下表面处设置有第一下边缘清洗喷嘴3，第一侧缘清洗喷嘴10的喷洗方向斜向于上边缘清洗喷嘴7的喷洗方向和第一下边缘清洗喷嘴3的喷洗方向之间的内夹角间，用于清洗晶圆1的侧缘；

旋杯8，用于回收由晶圆1上溅出的光刻胶12，旋杯8环绕支撑盘2，且不与支撑盘2接触，第一侧缘清洗喷嘴10设置在旋杯8的顶部内侧，第一侧缘清洗喷嘴10工作时与晶圆1保持同一水平高度，第一侧缘清洗喷嘴10的喷洗方向斜向于晶圆1的中心点。

工作平台9内对应晶圆1的另一侧缘处还可以设置有第二侧缘清洗喷嘴11及对应晶圆1的另一下表面处还可以设置有第二下边缘清洗喷嘴4。

第一侧缘清洗喷嘴10和第二侧缘清洗喷嘴11的喷嘴口直径可以介于0.3毫米～5毫米，第一侧缘清洗喷嘴10和第二侧缘清洗喷嘴11的喷嘴长度可以介于1毫米～100毫米，第一侧缘清洗喷嘴10和第二侧缘清洗喷嘴11喷出的液体流量可以介于20毫升/分钟～50毫升/分钟，在该条件下第一侧缘清洗喷嘴10和第二侧缘清洗喷嘴11喷出的液体既能够接触到晶圆1表面，清洗晶圆1表面，又不损坏晶圆1结构；

第一下边缘清洗喷嘴3和第二下边缘清洗喷嘴4用于从下向上斜向冲洗晶圆1的下表面边缘，第一下边缘清洗喷嘴3和第二下边缘清洗喷嘴4与晶圆1的下表面边缘之间的距离可以介于0.1毫米～10毫米，第一下边缘清洗喷嘴3和第二下边缘清洗喷嘴4与晶圆1下表面之间的夹角可以介于45度～60度，在上述设置参数下，第一下边缘清洗喷嘴3和第二下边缘清洗喷嘴4喷出的液体既能够接触到晶圆1表面，清洗晶圆1表面，又不损坏晶圆1。

上边缘清洗喷嘴7的喷洗边缘与晶圆1的上表面边缘之间的距离可以介于40毫米～50毫米，上边缘清洗喷嘴7的清洗喷射方向与晶圆1的上表面边缘之间的夹角可以介于30度～40度，上边缘清洗喷嘴7的直径可以介于0.9毫米～1.2毫米，上边缘清洗喷嘴7喷出的液体流量可以介于45毫升/分钟～85毫升/分钟。在这种参数设置下可以增加上边缘清洗喷嘴7所喷射的液体与晶圆1边缘之间的粘附力，以及降低位于晶圆1边缘的清洗液体的离心力，上边缘清洗喷嘴7可有效除去晶圆1上边缘部分残留的光刻胶12。

实际应用中，可以先将晶圆1载入光刻胶涂布设备中，在晶圆1上涂覆光刻胶12并旋转晶圆1，使得晶圆1上形成具有预设厚度的光刻胶涂覆层；然后将晶圆1放置于支撑盘2内，支撑盘2在旋转臂5的带动下匀速旋转，在旋转臂5的带动下，晶圆1匀速旋转，晶圆1的旋转速度可以介于100rpm(转/分钟)～5000rpm；接着，开启设置于晶圆1上方的上边缘清洗喷嘴7用于从上向下冲洗晶圆1的上表面边缘，上边缘清洗喷嘴7的喷洗边缘与晶圆1侧边缘之间的距离可以介于40毫米～50毫米，开启上边缘清洗喷嘴7后，上边缘清洗喷嘴7的清洗喷射方向与晶圆1表面之间的夹角可以介于30度～40度。上边缘清洗喷嘴7的直径可以介于0.9毫米～1.2毫米，上边缘清洗喷嘴7喷出的液体流量可以介于45毫升/分钟～85毫升/分钟，喷出的液体可以是OK73或PGMEA，在这种参数设置下可以增加上边缘清洗喷嘴7所喷射的液体与晶圆1边缘之间的粘附力，以及降低位于晶圆1边缘的清洗液体的离心力。上边缘清洗喷嘴7可有效除去晶圆1上边缘部分残留的光刻胶12。

开启第一侧缘清洗喷嘴10和第二侧缘清洗喷嘴11用于斜向于晶圆1的中心点方向冲洗晶圆1的侧边缘，第一侧缘清洗喷嘴10和第二侧缘清洗喷嘴11的直径可以介于0.3毫米～5毫米，第一侧缘清洗喷嘴10和第二侧缘清洗喷嘴11的长度可以介于1毫米～100毫米，开启第一侧缘清洗喷嘴10和第二侧缘清洗喷嘴11后，第一侧缘清洗喷嘴10和第二侧缘清洗喷嘴11喷出的液体流量可以介于20毫升/分钟～50毫升/分钟，喷出的液体可以是OK73或PGMEA，在该条件下第一侧缘清洗喷嘴10和第二侧缘清洗喷嘴11喷出的液体既能够接触到晶圆1表面，清洗晶圆1表面，又不损坏晶圆1结构。

开启第一下边缘清洗喷嘴3和第二下边缘清洗喷嘴4用于从下向上冲洗晶圆1的下表面边缘，第一下边缘清洗喷嘴3和第二下边缘清洗喷嘴4与晶圆1的下表面边缘之间的距离可以介于0.1毫米～10毫米，第一下边缘清洗喷嘴3和第二下边缘清洗喷嘴4的清洗喷射方向与晶圆1下表面之间的夹角可以介于45度～60度，在上述设置参数下，第一下边缘清洗喷嘴3和第二下边缘清洗喷嘴4喷出的液体既能够接触到晶圆1表面，清洗晶圆1表面，又不损坏晶圆1。

如图4所示，在本实施例中通过第一下边缘清洗喷嘴3、第二下边缘清洗喷嘴4、上边缘清洗喷嘴7、第一侧缘清洗喷嘴10及第二侧缘清洗喷嘴11，有效除去晶圆1边缘上残留的光刻胶12，不留清洁死角，此外通过各喷嘴的喷洗方向及喷射液体的流量的配合可以有效避免对晶圆1边缘的过度冲洗，避免损伤晶圆1的表面结构。本实用新型提供的晶圆清洗装置能够较好的去除晶圆1表面的污染物，避免了污染物的残留对后续半导体器件性能的影响，提高了生产的半导体器件的良率。

以上仅为本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种光刻胶涂布工艺中的晶圆清洗装置，其特征在于，包括：

基座，所述基座上连接旋转臂，所述旋转臂上设置有支撑盘，所述支撑盘用于承载并固定晶圆；

工作平台，所述工作平台内对应所述晶圆的上表面处设置有上边缘清洗喷嘴、对应所述晶圆的侧缘处设置有第一侧缘清洗喷嘴及对应所述晶圆的下表面处设置有第一下边缘清洗喷嘴，所述第一侧缘清洗喷嘴的喷洗方向斜向于所述上边缘清洗喷嘴的喷洗方向和所述第一下边缘清洗喷嘴的喷洗方向之间的内夹角间，用于清洗所述晶圆的侧缘；

旋杯，用于回收由所述晶圆上溅出的光刻胶，所述旋杯环绕所述支撑盘，且不与所述支撑盘接触，所述第一侧缘清洗喷嘴设置在所述旋杯的顶部内侧，所述第一侧缘清洗喷嘴工作时与所述晶圆保持同一水平高度，所述第一侧缘清洗喷嘴的喷洗方向斜向于所述晶圆的中心点。

2.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述工作平台内对应所述晶圆的另一侧缘处设置有第二侧缘清洗喷嘴及对应所述晶圆的另一下表面处设置有第二下边缘清洗喷嘴。

3.根据权利要求2所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述第一侧缘清洗喷嘴和所述第二侧缘清洗喷嘴的喷嘴口直径介于0.3毫米～5毫米，所述第一侧缘清洗喷嘴和所述第二侧缘清洗喷嘴的喷嘴长度介于1毫米～100毫米。

4.根据权利要求3所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述第一侧缘清洗喷嘴和所述第二侧缘清洗喷嘴喷出的液体流量介于20毫升/分钟～50毫升/分钟。

5.根据权利要求2所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述第一下边缘清洗喷嘴和所述第二下边缘清洗喷嘴用于从下向上斜向冲洗所述晶圆的下表面边缘。

6.根据权利要求5所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述第一下边缘清洗喷嘴和所述第二下边缘清洗喷嘴与所述晶圆的下表面边缘之间的距离介于0.1毫米～10毫米，所述第一下边缘清洗喷嘴和所述第二下边缘清洗喷嘴与所述晶圆下表面之间的夹角介于45度～60度。

7.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述上边缘清洗喷嘴的喷洗边缘与所述晶圆的上表面边缘之间的距离介于40毫米～50毫米，所述上边缘清洗喷嘴的喷洗方向与所述晶圆的上表面边缘之间的夹角介于30度～40度。

8.根据权利要求7所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述上边缘清洗喷嘴的直径介于0.9毫米～1.2毫米，所述上边缘清洗喷嘴喷出的液体流量介于45毫升/分钟～85毫升/分钟。