用于旋转涂布中的缺陷控制的盖板制造技术

本发明专利技术公开的技术提供一种如下的旋转涂布设备和旋转涂布方法：其抑制湍流流动导致的风痕和其他缺陷的形成，从而允许较高的旋转速度和减少的干燥时间，同时保持膜均匀性。本发明专利技术公开的技术包括定位在或悬吊在晶片或其他衬底的表面的上方的流体流动构件，如环或盖。该流体流动构件的径向曲率能够防止在晶片的涂布和旋转干燥处理期间的旋转过程中形成风痕。

Cover plate for defect control in rotary coating

The invention discloses a technology provides a spin coating equipment and coating method are as follows: the formation of the rotating turbulent flow leads to the inhibition of wind marks and other defects, thus allowing a higher rotation speed and reduce the drying time, while maintaining the uniformity of film. The disclosed techniques include fluid flow elements positioned or suspended above a surface of a wafer or other substrate, such as a ring or cover. The radial curvature of the fluid flow member can prevent the formation of a wind mark during the rotation of the wafer and the rotation drying process.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文所公开的技术涉及包括半导体衬底的旋转涂布的旋转涂布系统和旋转涂布处理。
技术介绍
几十年来，旋转涂布被用作对平面涂布聚合物、光刻胶或其他复合物的薄层的方法。旋转涂布一般通过在平整的衬底上沉积溶剂溶液、聚合物溶液或其他液体材料来实施。该衬底以足以建立使溶液朝向衬底的边缘向外流动的离心力的角速度旋转，从而涂布衬底的整个表面。过量的溶液从衬底的边缘被排出，并且剩余的溶液随着溶剂的蒸发而变薄且变硬，最终形成薄的聚合物膜。这种旋转涂布是半导体器件制造中所使用的光刻法中的常规步骤。在光刻处理示例中，实施光刻胶旋转涂布步骤以在半导体晶片上形成均匀的光刻胶膜。然后，曝光处理一般包括将光刻胶膜透过遮蔽罩而暴露于光或其他辐射，该遮蔽罩用以形成潜在的线条图样。最后，显影步骤包括在曝光处理之后对光刻胶涂布后的晶片进行显影以使得该线条图样显示。这一系列的处理阶段一般在涂布-显影系统中进行。在一般的旋转涂布处理中，半导体晶片或其他衬底通过旋转驱动机构随着旋转卡盘一起旋转。晶片可以被真空固定在旋转卡盘上或者以其他方式被保持。设置在半导体晶片上方的光刻胶喷嘴将光刻胶溶液滴落在晶片表面的中央。滴落的光刻胶溶液通过晶片旋转时的离心力而沿径向向外蔓延朝向半导体晶片的周边。尽管光刻胶相对较快地蔓延整个晶片表面，然而半导体晶片会继续旋转(通常以减小的旋转速度旋转)持续一段时间以甩掉并且干燥蔓延遍及晶片表面的光刻胶溶液。这种旋转涂布已被广泛应用于半导体工业中，主要用以在晶片的表面上形成光刻胶聚合物的薄的、均匀的层来作为进一步的晶片处理的预备步骤。
技术实现思路
半导体制造业和旋转涂布中的共同愿景是具有高生产量。在半导体制造过程中，晶片会经历多重涂布和显影步骤。因此，使完成晶片的每次旋转涂布的处理时间最小化能够提高生产量。也就是说，期望以尽可能短的时间来完成旋转涂布或旋转处理以增加单位时间内能够处理的晶片的数量。提高生产量的挑战在于均匀度和质量要求。在一般的旋转涂布处理中利用旋转来使液体材料蔓延跨越晶片并且使液体材料干燥，其中，干燥持续的时间远远长于蔓延时间。存在能够用于加速干燥的多种技术。一种基本技术是增大晶片的旋转速度，进而增大跨越晶片的表面的流体流动速度，即，晶片旋转得越快，液体光刻胶或其他液体化学物质干燥(溶剂蒸发)得越快。然而，衬底的较高的旋转速度会导致涂层中的不均匀性和/或缺陷。这些缺陷一般是由相对较快的旋转速度引起的穿过晶片的表面的湍流气流导致的。衬底的较高的旋转速度的一个具体问题是形成风痕——已知也称作埃克曼螺线。这是当晶片以持续较高的角速度旋转直到晶片上的流体流动(空气和溶剂)从层流转变为湍流时导致的现象。在彻底发生湍流之前，存在强烈的二次流以引起光刻胶表面上的螺旋状图样。该图样(风痕)导致在随后的处理步骤期间由于缺乏光刻胶厚度的均匀性而形成的缺陷。对于给定的衬底直径，存在一最大速度，晶片能够在空气流达到阈值并开始在光刻胶中形成风痕之前以该最大速度进行旋转。形成风痕的阈值是基于直径和角速度的组合。风痕的起始与雷诺数的具体值有关。用于旋转涂布的雷诺数使用晶片上方的空气的密度、晶片的角速度、相对于晶片的中心的径向位置以及空气的粘度以量化惯性力和粘滞力。临界雷诺数表示发生不稳定的点。由于风痕，临界雷诺数基于给定的晶片W的刃口半径来限制角速度。随着衬底直径增大，由于离旋转轴线较远的径向距离处的切向速度增大，因此需要减小最大角速度。也就是说，在旋转涂布较大的盘时，需要减小旋转速度以防止晶片的边缘附近形成风痕。这对于半导体工业中处理具有300mm直径的晶片至具有450mm直径的晶片来说是特别有挑战性的。例如，一些用于涂布300mm的晶片的常规的旋转涂布系统能够使晶片旋转最高达约1800转每分(rpm)，液体在数秒内则分散和蔓延开，并且溶剂约不到一分钟则完全蒸发(依据化学物质)。然而，当衬底直径增大到450mm时，则需要将旋转速度减小至约900rpm以避免风痕。速度的这一减小具有两个重要的挑战。一个挑战是，在这种相对较低的旋转速度下，液体不会均匀地蔓延跨越晶片表面(较低的离心力)。与较低的旋转速度有关的另一挑战是干燥时间的急剧增加。在较低的旋转速度下，溶剂蒸发会占用高达三分钟或四分钟或者更多时间，这意味着每单位的晶片表面面积的生产时间实际上降低——尽管450mm晶片的面积是300mm晶片的面积的两倍还多。在此公开的技术提供一种如下的旋转涂布设备和旋转涂布方法：其抑制由湍流流动导致的风痕和其他缺陷的形成，从而提供较高的旋转速度和减少的干燥时间，同时保持膜均匀性。在此公开的技术包括设置在或悬吊在衬底保持件上方或者晶片或其他衬底的上表面上方的流体流动构件，如盖或环。该流体流动构件具有防止在晶片或其他衬底的旋转过程中形成风痕的曲率半径。一个实施方式包括具有衬底保持件的旋转涂布设备，该衬底保持件构造成在旋转涂布处理期间保持衬底水平，如通过使用真空卡盘。旋转机构——如马达——连接至衬底保持件。该旋转机构构造成使得衬底保持件围绕旋转轴线旋转。该设备包括液体分配器，该液体分配器构造成在衬底被设置在衬底保持件上时将液体材料分配至衬底的加工表面上。该加工表面为大致平面的并且定位成与衬底的与衬底保持件接触的下表面相反。该设备包括具有面向衬底的表面的流体流动构件。该流体流动构件构造成被定位成使得当衬底被设置在衬底保持件上时该面向衬底的表面被定位在衬底的加工表面的竖直上方。该面向衬底的表面的至少一部分弯曲成使得面向衬底的表面与加工表面之间的给定的竖向距离相对于离旋转轴线的给定的径向距离沿径向变化。也就是说，在衬底的加工表面是大致平面的同时，悬吊在上方的流体流动构件是弯曲的并且因此面向衬底的表面在加工表面上方的给定的高度取决于衬底的给定的半径。另一实施方式包括用于制造半导体器件的方法。该方法具有多个步骤，包括将衬底设置在衬底保持件上。该衬底保持件保持衬底水平并且具有旋转轴线。该衬底具有与衬底保持件接触的下表面以及与下表面相反的加工表面。在另一步骤中，流体流动构件被定位在衬底保持件上方。流体流动构件具有面向衬底的表面，该面向衬底的表面以相对于加工表面的上方的预定平均竖向距离或平均高度被定位在加工表面的竖直上方。面向衬底的表面的至少一部分弯曲成使得面向衬底的表面与加工表面之间的给定的竖向距离相对于离旋转轴线的给定的径向距离沿径向变化。液体材料经由定位在衬底上方的液体分配器而被分配至衬底的加工表面上。衬底和衬底保持件经由联接至衬底保持件的旋转机构而一起旋转，使得液体材料蔓延跨越衬底的加工表面并且随后通过旋转运动而干燥。当然，为了清楚起见而呈现了在此描述的不同的步骤的描述顺序。通常，这些步骤能够以任意合适的顺序来实施。此外，尽管不同的特征、技术、构造等之中的每一者在此可以与本公开的不同位置进行描述，但是，倾向于各个概念能够彼此独立地实施或彼此组合来实施。因此，本专利技术能够以许多不同的方式被实现和观察。需指出的是，本
技术实现思路
部分并未列举本公开或要求保护的专利技术的每一个实施方式和/或增加的新颖性方面。相反，本
技术实现思路
仅提供对不同的实施方式以及相对于常规技术的相应的新颖点的初步描述。对于本专利技术和实施方式的额外的细节和/或可能的展望，读者可以着眼于下文的作为进一步的描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于涂布衬底的旋转涂布设备，所述旋转涂布设备包括：衬底保持件，所述衬底保持件构造成在旋转涂布处理期间水平地保持所述衬底；旋转机构，所述旋转机构连接至所述衬底保持件，所述旋转机构构造成使所述衬底保持件绕旋转轴线旋转；液体分配器，所述液体分配器构造成在所述衬底被设置在所述衬底保持件上时将液体材料分配至所述衬底的加工表面上，所述加工表面为平面并且与所述衬底的与所述衬底保持件接触的下表面相反；以及流体流动构件，所述流体流动构件具有面向衬底的表面，所述流体流动构件构造成当所述衬底被设置在所述衬底保持件上时所述流体流动构件被定位成使得所述面向衬底的表面被定位在所述衬底的所述加工表面的竖直上方，所述面向衬底的表面的至少一部分弯曲成使得所述面向衬底的表面与所述加工表面之间的给定的竖向距离沿径向相对于离所述旋转轴线的给定的径向距离变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于涂布衬底的旋转涂布设备，所述旋转涂布设备包括：衬底保持件，所述衬底保持件构造成在旋转涂布处理期间水平地保持所述衬底；旋转机构，所述旋转机构连接至所述衬底保持件，所述旋转机构构造成使所述衬底保持件绕旋转轴线旋转；液体分配器，所述液体分配器构造成在所述衬底被设置在所述衬底保持件上时将液体材料分配至所述衬底的加工表面上，所述加工表面为平面并且与所述衬底的与所述衬底保持件接触的下表面相反；以及流体流动构件，所述流体流动构件具有面向衬底的表面，所述流体流动构件构造成当所述衬底被设置在所述衬底保持件上时所述流体流动构件被定位成使得所述面向衬底的表面被定位在所述衬底的所述加工表面的竖直上方，所述面向衬底的表面的至少一部分弯曲成使得所述面向衬底的表面与所述加工表面之间的给定的竖向距离沿径向相对于离所述旋转轴线的给定的径向距离变化。2.根据权利要求1所述的旋转涂布设备，其中，所述面向衬底的表面与所述加工表面之间的所述给定的竖向距离变化以使得所述给定的竖向距离随着离所述旋转轴线的径向距离的增大而减小。3.根据权利要求1所述的旋转涂布设备，其中，当所述加工表面具有圆形形状时，所述面向衬底的表面被定位在所述加工表面的环形部分的上方，所述环形部分从所述加工表面的外边缘延伸至离所述旋转轴线预定的径向距离处。4.根据权利要求3所述的旋转涂布设备，其中，所述流体流动构件限定位于所述加工表面的圆形部分的竖直上方的圆形开口，所述圆形部分从所述旋转轴线延伸至所述预定的径向距离处。5.根据权利要求1所述的旋转涂布设备，其中，所述面向衬底的表面具有外环形部分和内环形部分，所述内环形部分比所述外环形部分离所述旋转轴线更近，所述面向衬底的表面的所述内环形部分沿径向弯曲，而所述面向衬底的表面的所述外环形部分具有大致线性的径向倾斜。6.根据权利要求1所述的旋转涂布设备，其中，所述面向衬底的表面具有外环形部分和内环形部分，所述内环形部分比所述外环形部分离所述旋转轴线更近，所述面向衬底的表面的所述内环形部分沿径向弯曲，而所述面向衬底的表面的所述外环形部分是平的，使得当所述流体流动构件被定位在所述衬底的所述加工表面的竖直上方时，在所述加工表面与所述面向衬底的表面的所述外环形部分之间存在大致恒定的竖向距离。7.根据权利要求6所述的旋转涂布设备，还包括竖向移动机构，所述竖向移动机构构造成当所述衬底设置在所述衬底保持件上时增大或减小所述面向衬底的表面与所述加工表面之间的平均竖向距离。8.根据权利要求7所述的旋转涂布设备，其中，所述竖向移动机构构造成将所述外环形部分与所述加工表面之间的垂直距离设定成小于约5毫米。9.根据权利要求6所述的旋转涂布设备，其中，所述面向衬底的表面的所述内环形部分具有在约20毫米至90毫米之间的第一曲率半径。10.根据权利要求1所述的旋转涂布设备，其中，所述面向衬底的表面具有外环形部分和内环形部分，所述内环形部分比所述外环形部分离所述旋转轴线更近，所述面向衬底的表面的所述内环形部分具有第一曲率半径，所述面向衬底的表面的所述外环形部分具有第二曲率半径，所述第二曲率半径不同于所述第一曲率半径，所述面向衬底的表面相对于所述加工表面为凸的。11.根据权利要求10所述的旋转涂布设备，其中，所述第一曲率半径在约20毫米至90毫米之间，并且其中，所述第二曲率半径在约1000毫米至2000毫米之间。12.根据权利要求11所述的旋转涂布设备，其中，所述第一曲率半径在约50毫米至70毫米之间，并且其中，所述第二曲率半径在约1300毫米至1500毫米之间。13.根据权利要求1所述的旋转涂布设备，其中，所述面向衬底的表面限定截头锥形状，所述截头锥形状相对于所述加工表面为凸的，使得所述面向衬底的表面与所述加工表面之间的距离沿径向方向朝向所述加工表面的外边缘而减小。14.根据权利要求13所述的旋转涂布设备，其中，所述面向衬底的表面具有被选择用以提高旋转涂布处理期间的干燥均匀度的曲率。15.根据权利要求14所述的旋转涂布设备，其中，所述面向衬底的表面与所述加工表面之间的变化的给定的竖向距离被选择以使所述加工表面上的湍流流动最小化。16.根据权利要求1所述的旋转涂布设备，其中，所述流体流动构件包括两个或更多个部段，使得至少一个部段构造成移动远离临近的部段。17.根据权利要求16所述的旋转涂布设备，其中，所述流体流动构件包括四个部段，使得每个部段构造成被机械地移动远离临近的部段。18.根据权利要求1所述的旋转涂布设备，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：德里克·W·巴塞特，华莱士·P·普林茨，乔舒亚·S·霍格，一野克宪，寺下裕一，吉原孝介，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP