均匀涂布基片的方法技术

一种利用聚合物溶液涂布基片以产生均匀厚度的膜的方法和装置，其包括将基片安装在封闭式箱体内，以及使控制气体通过入口进入箱体，控制气体可以是含溶剂蒸汽气体。聚合物溶液沉积到箱体内的基片表面上，然后旋转基片。控制气体以及控制气体中悬浮的任何溶剂蒸汽和颗粒杂质通过出口从箱体排出，并通过控制箱体和溶剂的温度而控制溶剂蒸汽浓度，含溶剂蒸汽气体从溶剂中产生。也可以通过混合不同溶剂浓度的气体来控制浓度。还可以控制气体的湿度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及涂布基片表面的装置，更具体地，本申请涉及用含溶剂溶液涂布基片表面的装置。
技术介绍
集成电路的制造包括将掩模上的几何形状转移到半导体晶片的表面上。之后，蚀刻与几何形状相对应或几何形状之间的区域相对应的半导体晶片。几何形状从掩模到半导体晶片的转移通常涉及平板印刷方法。该方法包括将光敏预聚合物溶液施用于半导体晶片。预聚合物溶液中的溶剂通过蒸发除去，然后烘烤形成的聚合物薄膜。膜通过支撑理想几何图案的光掩模而被辐射曝光，例如紫外光。然后通过将晶片浸泡在显影液中将光敏材料的图像显影。根据光敏材料的特性，在显影过程中除去曝光或未曝光区域。之后，晶片放置于蚀刻溶液中，该溶液将没有被光敏材料保护的区域蚀刻掉。由于它们对蚀刻过程的抵抗，因此光敏材料也被称为光致抗蚀剂。这些材料可以例如是对紫外光，电子束，x-射线，或者离子束敏感的材料。光致抗蚀剂预聚合物溶液的高成本使得它希望设计出提高涂布过程的效率从而使聚合物溶液消耗量降为最少的方法。此外，光致抗蚀剂层的厚度均匀性在集成电路的制造中是重要的标准。它确保半导体晶片上几何图案令人满意地重现。光致抗蚀剂中的溶剂在应用过程中易于蒸发，提高了聚合物溶液的粘度，并抑制了最后形成的膜的均匀化。这导致厚度不均匀。因此，希望能够控制溶剂从聚合物溶液中蒸发的速度。环境湿度是影响光致抗蚀剂层厚度的一个因素。通常需要一个晶片内15至20埃以及一个晶片一个晶片地，一批一批地，一天一天地20至25埃数量级的光致抗蚀剂涂层均匀度。这小于1％的相对湿度差带来的影响。此外，在通常所用的采用光敏重氮醌化合物的正性光致抗蚀剂中，需要一定的水分与光分解反应的产物发生反应，生成所需要的水溶性羧酸。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种改善聚合物溶液的厚度均匀性的方法和装置，该聚合物溶液施用于诸如半导体晶片的基片的表面。本专利技术的另一个目的是改善用于基片涂布的聚合物溶液的消耗量，聚合物溶液如光致抗蚀剂预聚合物溶液。根据本专利技术，提供一种利用聚合物溶液涂布基片表面的方法，包括将基片安装在封闭式箱体内，使控制气体通过入口进入箱体，将聚合物溶液沉积在箱体内的基片表面上，使基片自旋，以及通过出口从箱体排出控制气体以及控制气体中悬浮的任何溶剂蒸汽和颗粒杂质。控制气体可以是含溶剂蒸汽的气体或者无溶剂气体。排出控制气体以及任何溶剂蒸汽和杂质的步骤可以在沉积步骤之前，过程中，或之后进行。含溶剂蒸汽的气体通常由气体通过溶剂起泡而产生，并包括以下步骤通过控制溶剂的温度而控制含溶剂蒸汽的气体的溶剂蒸汽浓度。含溶剂蒸汽的气体的溶剂蒸汽浓度还可以通过控制箱体的温度或通过将含溶剂蒸汽气体与具有不同溶剂蒸汽浓度的第二种气体混合而进行控制。含溶剂蒸汽气体通常包括空气或惰性气体，如氮气。控制气体可以通过直接位于基片上方的喷头分配器进入箱体，从而保证在晶片上方持续的，可控的层状气流。聚合物溶液可包含光致抗蚀剂聚合物，例如，深紫外光致抗蚀剂聚合物。该方法可以包括以下步骤将温度控制的无溶剂，干燥，经过滤的气体传递到涂布基片上方。该方法还可以包括以下步骤将无溶剂的湿气体传递到涂布基片上方；可以控制湿气体的湿度使其具有聚合物溶液所需的相对湿度。相对湿度通常保持在40％至50％的范围内。湿气体的温度还可以利用温度和湿度控制器进行控制。将基片安装在箱体内的步骤可以包括将基片固定到可旋转的卡盘，例如通过在基片和卡盘之间形成真空。基片通常包括半导体晶片，聚合物溶液中的溶质含量通常是10wt％至50wt％。此外，根据本专利技术，提供一种利用聚合物溶液涂布基片表面的涂布装置，该装置包括封闭式箱体，安装于箱体内用于支撑基片的可旋转卡盘，将聚合物溶液沉积到箱体内基片表面上的沉积装置，与箱体流动连接用于向箱体供应控制气体的控制气体供应装置，以及与箱体相连的排出装置，用于从箱体中排出控制气体以及任何溶剂蒸汽和颗粒杂质。沉积装置可以包括安装于卡盘上方用于将聚合物溶液流分配到基片表面上的分配头装置，该装置可以相对于基片移动。如果基片具有基本上呈圆形的形状，那么分配头装置通常基本上可沿径向移动横穿过基片表面。沉积装置也可以包括膜挤压装置，该装置具有安装于卡盘上方用于将聚合物溶液流分配到基片表面上的挤压头。在这种情况下，如果基片基本上呈圆形形状，那么挤压头通常安装于卡盘上方用于将径向延伸的聚合物溶液流分配到基片表面上。采用挤压方法和装置的具体实施例记载在美国专利6,191,053中，该文在此全部引入作为参考。在这些实施例中，材料带按螺旋形图案挤出，覆盖晶片的整个顶面。晶片安装于卡盘上，水平对准，向上定位。由于挤压槽相对于晶片径向对准，挤压头被设置在邻近晶片外缘并位于晶片顶面上方。当材料挤出挤压槽时，旋转晶片，并使挤压头朝晶片中心径向移动。控制晶片的转速和挤压头的径向速度，使挤压头相对于旋转晶片的切线速度恒定。如上所述，可旋转的卡盘与变速电动机相连，涂布装置可以包括控制变速电动机速度的控制装置。箱体可以具有上游侧和下游侧；含溶剂蒸汽的气体供应装置可以包括安装于箱体上游侧的箱体入口，排出装置可以包括安装于箱体下游侧的出口。控制气体供应装置可以包括与箱体流动连接的管道，以及在至少一个管道中用于对流入箱体的控制气体的速度和控制气体各成分进行控制的电控阀。排出装置还可以包括控制从箱体中排出气体和任何杂质的阀装置。含溶剂蒸汽的气体供应装置可以包括清洁，干燥，经过滤的气体源和与箱体流动连接的起泡器。涂布装置可以进一步包括与箱体流动连接的温度和湿度控制气体源。温度和湿度控制气体源可以包括温度控制装置和湿度控制装置，用于控制由温度和湿度控制气体源所供应的气体的温度和湿度。附图说明图1示出依照本专利技术旋涂装置的一个实施例的示意性横截面侧视图；以及图2示出依照本专利技术旋涂装置的另一个实施例的示意性横截面侧视图。图3a示出固定自旋速度时，膜厚度作为溶剂流速的函数。图3b示出膜厚度作为溶剂流动时间的函数。图4示出跨过晶片的通常的膜厚度外形。图5示出在本专利技术和在先技术之间膜均匀度的比较。图6示出在本专利技术和在先技术之间抗蚀剂温度范围的比较。图7示出在本专利技术和在先技术之间急冷板温度范围的比较。图8是本专利技术挤压头侧视图的装配图。图9是本专利技术挤压头的前板的正视图。图10是本专利技术挤压头的后板的正视图。图11是本专利技术挤压头的垫片的正视图。图12是垫片靠着后板的正视图。图13是本专利技术装配的挤压头的横截面视图。图14是本专利技术装配的挤压头的透视图。图15是带有基片的挤压头两个边的横截面视图，基片在挤压头两个边的下面移动。图16，17和18分别是本专利技术挤压旋涂装置的正视图，顶视图和后视图。图19是本专利技术挤压旋涂装置中控制系统的一个实施例的框图。图20，21，22和23示出在本专利技术挤压旋涂方法的几个步骤中挤压旋涂装置的结构。图24是示出依照本专利技术挤压旋涂运动的一些参数的图示。图25示出依照本专利技术的挤压旋涂的螺旋形图案。具体实施例方式本专利技术涉及一种将溶液沉积在基片上时改善所形成的涂层厚度均匀性的方法。进一步涉及降低这种溶液损耗的方法。尤其是，该方法参考用于集成电路制造中的半导体晶片和光致抗蚀剂预聚合物溶液对半导体晶片表面的应用来进行说明。可以理解，用于集成电路制造中的膜或涂层不限于光致抗蚀剂层，例如可以包括如有机平面膜，抗反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用聚合物溶液涂布基片表面的方法，该方法包括：将基片安装在封闭式箱体内；通过将第一含溶剂蒸汽气体与具有不同溶剂蒸汽浓度的第二气体混合，对控制气体的溶剂蒸汽浓度进行控制；使控制气体通过入口进入箱体；将聚合物溶液挤出在箱体内的基片表面上；使基片自旋；以及通过出口从箱体排出控制气体以及控制气体中悬浮的任何溶剂蒸汽和粒子杂质。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：E古勒，T钟，J刘易冷，EC李，RP曼达尔，JC格拉姆博，TC贝特斯，DR绍尔，ER沃德，
申请(专利权)人：ASML控股公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]