專利名稱：均勻涂布基片的方法
背景技術(shù)：
集成電路的制造包括將掩模上的幾何形狀轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體晶片的表面上。之后，蝕刻與幾何形狀相對應(yīng)或幾何形狀之間的區(qū)域相對應(yīng)的半導(dǎo)體晶片。幾何形狀從掩模到半導(dǎo)體晶片的轉(zhuǎn)移通常涉及平板印刷方法。該方法包括將光敏預(yù)聚合物溶液施用于半導(dǎo)體晶片。預(yù)聚合物溶液中的溶劑通過蒸發(fā)除去，然后烘烤形成的聚合物薄膜。膜通過支撐理想幾何圖案的光掩模而被輻射曝光，例如紫外光。然后通過將晶片浸泡在顯影液中將光敏材料的圖像顯影。根據(jù)光敏材料的特性，在顯影過程中除去曝光或未曝光區(qū)域。之后，晶片放置于蝕刻溶液中，該溶液將沒有被光敏材料保護(hù)的區(qū)域蝕刻掉。由于它們對蝕刻過程的抵抗，因此光敏材料也被稱為光致抗蝕劑。這些材料可以例如是對紫外光，電子束，x-射線，或者離子束敏感的材料。
光致抗蝕劑預(yù)聚合物溶液的高成本使得它希望設(shè)計(jì)出提高涂布過程的效率從而使聚合物溶液消耗量降為最少的方法。此外，光致抗蝕劑層的厚度均勻性在集成電路的制造中是重要的標(biāo)準(zhǔn)。它確保半導(dǎo)體晶片上幾何圖案令人滿意地重現(xiàn)。
光致抗蝕劑中的溶劑在應(yīng)用過程中易于蒸發(fā)，提高了聚合物溶液的粘度，并抑制了最后形成的膜的均勻化。這導(dǎo)致厚度不均勻。因此，希望能夠控制溶劑從聚合物溶液中蒸發(fā)的速度。
環(huán)境濕度是影響光致抗蝕劑層厚度的一個因素。通常需要一個晶片內(nèi)15至20埃以及一個晶片一個晶片地，一批一批地，一天一天地20至25埃數(shù)量級的光致抗蝕劑涂層均勻度。這小于1％的相對濕度差帶來的影響。此外，在通常所用的采用光敏重氮醌化合物的正性光致抗蝕劑中，需要一定的水分與光分解反應(yīng)的產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，生成所需要的水溶性羧酸。
本發(fā)明的目的和概述本發(fā)明的目的是提供一種改善聚合物溶液的厚度均勻性的方法和裝置，該聚合物溶液施用于諸如半導(dǎo)體晶片的基片的表面。
本發(fā)明的另一個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蝕劑預(yù)聚合物溶液。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種利用聚合物溶液涂布基片表面的方法，包括將基片安裝在封閉式箱體內(nèi)，使控制氣體通過入口進(jìn)入箱體，將聚合物溶液沉積在箱體內(nèi)的基片表面上，使基片自旋，以及通過出口從箱體排出控制氣體以及控制氣體中懸浮的任何溶劑蒸汽和粒子雜質(zhì)。
控制氣體可以是含溶劑蒸汽的氣體或者無溶劑氣體。
排出控制氣體以及任何溶劑蒸汽和雜質(zhì)的步驟可以在沉積步驟之前，過程中，或之后進(jìn)行。
含溶劑蒸汽的氣體通常由氣體通過溶劑起泡而產(chǎn)生，并包括以下步驟通過控制溶劑的溫度而控制含溶劑蒸汽的氣體的溶劑蒸汽濃度。含溶劑蒸汽的氣體的溶劑蒸汽濃度還可以通過控制箱體的溫度或通過將含溶劑蒸汽氣體與具有不同溶劑蒸汽濃度的第二種氣體混合而進(jìn)行控制。
含溶劑蒸汽氣體通常包括空氣或惰性氣體，如氮?dú)狻?br> 控制氣體可以通過直接位于基片上方的噴頭分配器進(jìn)入箱體，從而保證在晶片上方持續(xù)的，可控的層狀氣流。
聚合物溶液可包含光致抗蝕劑聚合物，例如，深紫外光致抗蝕劑聚合物。
該方法可以包括以下步驟將溫度控制的無溶劑，干燥，經(jīng)過濾的氣體傳遞到涂布基片上方。該方法還可以包括以下步驟將無溶劑的濕氣體傳遞到涂布涂布基片上方；可以控制濕氣體的濕度使其具有聚合物溶液所需的相對濕度。相對濕度通常保持在40％至50％的范圍內(nèi)。濕氣體的溫度還可以利用溫度和濕度控制器進(jìn)行控制。
將基片安裝在箱體內(nèi)的步驟可以包括將基片固定到可旋轉(zhuǎn)的卡盤，例如通過在基片和卡盤之間形成真空。
基片通常包括半導(dǎo)體晶片，聚合物溶液中的溶質(zhì)含量通常是10wt％至50wt％。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種利用聚合物溶液涂布基片表面的涂布裝置，該裝置包括封閉式箱體，安裝于箱體內(nèi)用于支撐基片的可旋轉(zhuǎn)卡盤，將聚合物溶液沉積到箱體內(nèi)基片表面上的沉積裝置，與箱體流動連接用于向箱體供應(yīng)控制氣體的控制氣體供應(yīng)裝置，以及與箱體相連的排出裝置，用于從箱體中排出控制氣體以及任何溶劑蒸汽和粒子雜質(zhì)。
沉積裝置可以包括安裝于卡盤上方用于將聚合物溶液流分配到基片表面上的分配頭裝置，該裝置可以相對于基片移動。如果基片具有基本上呈圓形的形狀，那么分配頭裝置通?；旧峡裳貜较蛞苿訖M穿過基片表面。
沉積裝置也可以包括膜擠壓裝置，該裝置具有安裝于卡盤上方用于將聚合物溶液流分配到基片表面上的擠壓頭。在這種情況下，如果基片基本上呈圓形形狀，那么擠壓頭通常安裝于卡盤上方用于將徑向延伸的聚合物溶液流分配到基片表面上。
采用擠壓方法和裝置的具體實(shí)施例記載在美國專利6,191,053和Sanjun Han的“擠壓旋涂的模型化和分析微刻中有效的和決定性的光致抗蝕劑涂布方法”(Ph.D.Thesis，Massachusetts Institute ofTechnology，Department of Mechanical Engineering(2001))中，該兩篇文獻(xiàn)在此全部引入作為參考。在這些實(shí)施例中，材料帶按螺旋形圖案擠出，覆蓋晶片的整個頂面。晶片安裝于卡盤上，水平對準(zhǔn)，并向上定位。由于擠壓槽相對于晶片徑向?qū)?zhǔn)，擠壓頭被設(shè)置在鄰近晶片外緣并位于晶片頂面上方。當(dāng)材料擠出擠壓槽時(shí)，旋轉(zhuǎn)晶片，并使擠壓頭朝晶片中心徑向移動。控制晶片的轉(zhuǎn)速和擠壓頭的徑向速度，使擠壓頭相對于旋轉(zhuǎn)晶片的切線速度恒定。
如上所述，可旋轉(zhuǎn)的卡盤與變速電動機(jī)相連，涂布裝置可以包括控制變速電動機(jī)速度的控制裝置。箱體可以具有上游側(cè)和下游側(cè)；含溶劑蒸汽的氣體供應(yīng)裝置可以包括安裝于箱體上游側(cè)的箱體入口，排出裝置可以包括安裝于箱體下游側(cè)的出口?？刂茪怏w供應(yīng)裝置可以包括與箱體流動連接的管道，以及在至少一個管道中用于對流入箱體的控制氣體的速度和控制氣體各成分進(jìn)行控制的電控閥。排出裝置還可以包括控制從箱體中排出氣體和任何雜質(zhì)的閥裝置。含溶劑蒸汽的氣體供應(yīng)裝置可以包括清潔，干燥，經(jīng)過濾的氣體源和與箱體流動連接的起泡器。
涂布裝置可以進(jìn)一步包括與箱體流動連接的溫度和濕度控制氣體源。溫度和濕度控制氣體源可以包括溫度控制裝置和濕度控制裝置，用于控制由溫度和濕度控制氣體源所供應(yīng)的氣體的溫度和濕度。
附圖簡述

圖1示出依照本發(fā)明旋涂裝置的一個實(shí)施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D；以及圖2示出依照本發(fā)明旋涂裝置的另一個實(shí)施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。
圖3a示出固定自旋速度時(shí)，膜厚度作為溶劑流速的函數(shù)。
圖3b示出膜厚度作為溶劑流動時(shí)間的函數(shù)。
圖4示出跨過晶片的通常的膜厚度外形。
圖5示出在本發(fā)明和在先技術(shù)之間膜均勻度的比較。
圖6示出在本發(fā)明和在先技術(shù)之間抗蝕劑溫度范圍的比較。
圖7示出在本發(fā)明和在先技術(shù)之間急冷板溫度范圍的比較。
圖8是本發(fā)明擠壓頭側(cè)視圖的裝配圖。
圖9是本發(fā)明擠壓頭的前板的正視圖。
圖10是本發(fā)明擠壓頭的后板的正視圖。
圖11是本發(fā)明擠壓頭的墊片的正視圖。
圖12是墊片靠著后板的正視圖。
圖13是本發(fā)明裝配的擠壓頭的橫截面視圖。
圖14是本發(fā)明裝配的擠壓頭的透視圖。
圖15是帶有基片的擠壓頭兩個邊的橫截面視圖，基片在擠壓頭兩個邊的下面移動。
圖16，17和18分別是本發(fā)明擠壓旋涂裝置的正視圖，頂視圖和后視圖。
圖19是本發(fā)明擠壓旋涂裝置中控制系統(tǒng)的一個實(shí)施例的框圖。
圖20，21，22和23示出在本發(fā)明擠壓旋涂方法的幾個步驟中擠壓旋涂裝置的結(jié)構(gòu)。
圖24是示出依照本發(fā)明擠壓旋涂運(yùn)動的一些參數(shù)的圖示。
圖25示出依照本發(fā)明的擠壓旋涂的螺旋形圖案。
圖26示出最終涂層均勻度隨溶劑蒸汽濃度的變化。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及一種將溶液沉積在基片上時(shí)改善所形成的涂層厚度均勻性的方法。進(jìn)一步涉及降低這種溶液損耗的方法。尤其是，該方法參考用于集成電路制造中的半導(dǎo)體晶片和光致抗蝕劑預(yù)聚合物溶液對半導(dǎo)體晶片表面的應(yīng)用來進(jìn)行說明?？梢岳斫?，用于集成電路制造中的膜或涂層不限于光致抗蝕劑層，例如可以包括如有機(jī)平面膜，抗反射膜，硅氧烷旋裝玻璃膜，聚酰亞胺薄膜，以及聚酰亞胺硅氧烷膜等材料。
在涂布過程之前，這些材料中的上述溶質(zhì)含量通常為10wt％至50wt％。
需要在箱體或室中進(jìn)行半導(dǎo)體晶片的涂布工藝，所述室允許其中的氣氛至少部分地用溶劑分子中飽和，這從下面的討論中可以更清楚。其具有通過在基片表面上形成溶劑的單層涂層而具有改善流延薄膜(cast film)濕潤性的優(yōu)點(diǎn)。此外，通過控制室內(nèi)氣體的溶劑濃度，可以改善基片上聚合物溶液薄膜的厚度均勻性。這是采用旋轉(zhuǎn)鑄塑薄膜(spin-cast film)，噴涂薄膜(spray-coated film)或任何其它類似涂布方法的情況。
在旋轉(zhuǎn)鑄塑方法中，當(dāng)基片靜止，線性移動，或旋轉(zhuǎn)時(shí)，將溶液涂敷于基片上。之后基片自旋將溶液在其表面散開。溶液在基片表面上散開之后，溶液中的溶劑通過蒸發(fā)除去，在基片表面上留下一層溶質(zhì)。當(dāng)基片尺寸增大，或者嘗試通過使施用于基片表面的流體量減為最小而降低成本時(shí)，通常導(dǎo)致基片上溶質(zhì)層的厚度不均勻。在某種程度上，這部分是基片邊緣和中心之間的切線速度不同的結(jié)果。沿著邊緣的不均勻氣流導(dǎo)致溶劑的不均勻蒸發(fā)，由此產(chǎn)生涂層厚度的不均勻。由于較大的基片需要更高的自旋速度來獲得在中心附近的均勻度，因此與基片邊緣附近的溶液相接觸的空氣進(jìn)行不均勻反應(yīng)會引起基片邊緣附近的螺旋線和條紋。這些特征被稱為Ekman螺旋線。
當(dāng)使用不充分的涂層溶液時(shí)也會遇到問題。當(dāng)在旋轉(zhuǎn)鑄塑過程中試圖通過將施用于基片表面的涂層溶液量減為最小而降低成本時(shí)，因?yàn)槿軇┝啃《鴮?dǎo)致不均勻。在涂布過程中，溶劑的蒸發(fā)導(dǎo)致各種缺陷和不規(guī)則性(irregularity)。同樣，在噴涂薄膜中，在應(yīng)用過程中溶劑易于蒸發(fā)，這樣增大了粘度并抑制了形成膜的均勻化，因此導(dǎo)致厚度不均勻。
如上所述，一些光致抗蝕劑需要一定的水分與光分解反應(yīng)的產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)。出于這些原因，希望能夠控制室中空氣的濕度。
現(xiàn)在參考使用旋涂方法的實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。在這些實(shí)施例中，基片是半導(dǎo)體晶片，施用于半導(dǎo)體晶片的溶液是光致抗蝕劑預(yù)聚合物溶液。
圖1示出依照本發(fā)明的方法所用的旋涂(spin-coating)裝置10的實(shí)施例。裝置10包括安裝在封閉式箱體14中的可旋轉(zhuǎn)支撐卡盤12?？ūP12延伸到軸16，該軸穿過箱體14中的開口18。箱體14包括以噴頭型分配器(shower-head-1ike dispenser)20的形式的輸入端。這允許控制氣體，包括一種氣體和一定濃度的溶劑穿過而進(jìn)入箱體14?？刂茪怏w可以是無溶劑氣體或者含溶劑氣體，并且可以包括空氣或惰性氣體，如氮?dú)?。分配?0直接設(shè)置在安放于卡盤12上的基片上方。輸入管道24延伸到噴頭型分配器20的一端。溫度和濕度控制氣體源(未示出)供應(yīng)溫度和濕度控制空氣或氮?dú)?，并通過管道26與管道24相連。第二管道28將清潔、干燥、經(jīng)過濾的氣體源引入起泡器21。起泡器21容納于裝有溶劑15的溶劑罐13中。清潔、干燥、經(jīng)過濾的氣體，通常包括空氣或氮?dú)?，穿過起泡器21形成含溶劑氣體，該氣體通過管道3引向管道24。閥9安裝于管道26中，閥11安裝于管道3中。閥9，11使溫度和濕度控制氣體以及含溶劑氣體中的一種或兩種流向箱體14。閥9，11通常是用于自動控制氣體流速和成分的電控閥。由起泡器21供應(yīng)的含溶劑氣體的溫度通過加熱/冷卻盤管控制，該盤管控制由管道28或由溶液15或由兩者供應(yīng)的氣體的溫度。通常必須加熱溶劑15，來補(bǔ)償因蒸發(fā)引起的熱損失。溫度和濕度控制氣體的溫度和濕度也利用專用的溫度和濕度控制器進(jìn)行控制，該溫度和濕度控制器包括制冷機(jī)組，鍋爐，以及溫度和濕度傳感器。也可以通過采用起泡器裝置的溫度和濕度控制器對溫度和濕度控制氣體的溫度和濕度進(jìn)行控制。在優(yōu)選實(shí)施例中，管道26由兩個支管(未示出)提供。這允許其與起泡器或濕度控制源相連。起泡器通常安裝于包括裝置10其余部件的外殼中。與此相反，上面提到的專用濕度調(diào)節(jié)器包括獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。當(dāng)提供濕氣體時(shí)，相對濕度保持在聚合物溶液所需的水平通常在40％和45％之間。顯而易見地，濕度在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下可以保持為零。
裝置10進(jìn)一步包括分配頭4，該分配頭用于將溶液(在這種情況下，溶液是光致抗蝕劑預(yù)聚合物溶液)滴到安裝于卡盤12之上的晶片7上。
箱體14的底部確定了一個環(huán)形通道6，該通道具有用于氣體，如空氣或氮?dú)獾呐艢庋b置22，以及用于液體的排水管27。
在通常的過程中，利用任何標(biāo)準(zhǔn)方法，如在卡盤12和晶片7之間形成真空的方法將半導(dǎo)體晶片7緊固于卡盤12上。之后關(guān)閉箱體14的晶片輸送門2。利用干燥的無溶劑氣體凈化箱體14。然后將控制氣體送入箱體。在將涂層溶液分配到基片之前，過程中，及之后，對控制氣體的溶劑濃度進(jìn)行控制，通過對閥9和11進(jìn)行操縱，溶劑沿著管道3穿過閥11，沿著管道24進(jìn)入箱體14。通過起泡器21將包括氮?dú)饣蚩諝獾臍怏w起泡可以實(shí)現(xiàn)溶劑的可控制分壓。在該實(shí)施例中的起泡器21包括多孔玻璃料(porous glass frit)，氣體從多孔玻璃料通過液態(tài)溶劑15，溶劑保持適當(dāng)?shù)脑O(shè)定溫度。在涂布工藝之前和過程中，包含適當(dāng)溶劑濃度的最終形成的含溶劑氣體在半導(dǎo)體晶片上方通過。顯而易見地，溶劑罐13必須容納或供應(yīng)充足的溶劑，以保持含溶劑氣體中理想的溶劑濃度。
為了將光致抗蝕劑層沉積在晶片7上，聚合物溶液經(jīng)分配頭4涂布于晶片7的表面。這通過在晶片7以相對較低的速度自旋或者靜止時(shí)從噴嘴5分配連續(xù)流的聚合物溶液而得以實(shí)現(xiàn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，噴嘴5基本上徑向地移動跨過晶片7。另外，溶液也可以分配在基片中心，或者可以使用多個噴嘴。通過調(diào)整晶片7的自旋速度，噴嘴5的運(yùn)動以及聚合物溶液分配的速度，可以獲得適當(dāng)?shù)娜芤悍植?。在另一?shí)施例中，如圖2所示，當(dāng)晶片以一個旋轉(zhuǎn)體(one full turn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過薄膜擠壓機(jī)23將聚合物溶液沉積在晶片上，這種薄膜擠壓機(jī)是本領(lǐng)域公知的普通擠壓機(jī)。擠壓機(jī)23，將聚合物溶液的薄膜沉積在晶片25上。如果待涂布的晶片基本上不呈圓形，那么在聚合物溶液沉積步驟中晶片通常縱向移動。
由于擠壓機(jī)方法在其他方面與圖1實(shí)施例相同，因此參考圖1說明該方法。在溶液沉積在晶片7之后，晶片7的自旋速度增大，以便將溶液分散而越過晶片7的上表面。將含溶劑氣體以及含溶劑氣體中懸浮的任何粒子雜質(zhì)經(jīng)排氣裝置22排出，在涂布晶片7之前和過程中，可以在晶片7的上表面形成均勻的一層光致抗蝕劑預(yù)聚合物溶液。之后，經(jīng)管道24進(jìn)入室的氣體通過閥9和11轉(zhuǎn)變?yōu)闇囟群蜐穸瓤刂频臒o溶劑氣體，如空氣或氮?dú)?。閥9和11通常由微處理器(未示出)控制。然后降低控制氣體中的溶劑濃度，或者升高控制氣體的溫度，從而除去沉積在晶片7上的聚合物溶液中的更多溶劑。通常，向箱體供應(yīng)無溶劑氣體，以加強(qiáng)溶劑從聚合物溶液中的蒸發(fā)。當(dāng)產(chǎn)生理想的蒸發(fā)量而形成足夠硬的光致抗蝕劑層時(shí)，使晶片7停止，晶片輸送門打開，涂布的晶片從箱體14移出。如上所述，在不同的階段中，氣體經(jīng)排氣裝置22從箱體14中排出，所述氣體可以是干燥的或者潮濕的，無溶劑或含溶劑氣體。這樣，引導(dǎo)氣體越過晶片7，從位于噴頭分配器20的上游端到位于排氣裝置22的下游端。廢氣流通過閥8進(jìn)行控制，由此控制箱體7中的氣體壓力。閥8通常用微處理器(未示出)控制。拋出的任何聚合物溶液，包括粒子雜質(zhì)，收集在環(huán)形管道6中，經(jīng)排水管27排出。
如上所述，供給起泡器21的液態(tài)溶劑或氣體的溫度是可調(diào)節(jié)的。這樣，能夠調(diào)節(jié)含溶劑氣體中溶劑的分壓。這通過使用上述加熱/冷卻盤管來實(shí)現(xiàn)。另外濃度可通過增加含不同溶劑濃度的氣體來進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種氣體可經(jīng)過與管道3相連的管道(未示出)來提供。顯而易見地，如果起泡器和箱體14的溫度相同，那么含溶劑氣體在溶劑中飽和。如果起泡器的溫度稍高，那么箱體14中的含溶劑氣體過飽和，如果起泡器的溫度稍低，那么箱體14中的含溶劑氣體不飽和。通常含溶劑氣體由起泡器21提供，箱體14保持相同的溫度以保持溶劑飽和。如上所述，裝置10通常安裝于外殼(未示出)中。外殼是溫度控制的，用以將外殼和裝置10的部件維持在通常22℃的溫度。
通常，起泡器中包含的溶劑和氣體含有的溶劑與沉積在晶片上的溶液中所含溶劑相同。同樣，如果溶液含有多于一種溶劑，那么起泡器可以包含相同比例的類似溶劑。然而，在起泡器中使用的溶劑與沉積在晶片上的溶液中的溶劑不相同在一定情況下是所希望的。
已經(jīng)知道，可以利用不同于起泡器的技術(shù)來產(chǎn)生含溶劑氣體。
利用蒸氣壓力計(jì)可以精確地確定溶劑的蒸氣壓力。另外，通過將惰性氣體穿過溶液樣品并測量按重量分析時(shí)除去的作為時(shí)間函數(shù)的溶劑量，可以精確地確定蒸氣壓力?？梢哉{(diào)節(jié)管道3供應(yīng)的氣體中的溶劑分壓，最好調(diào)整為對應(yīng)于聚合物溶液中溶劑產(chǎn)生的平衡蒸氣壓。這樣確保溶劑從沉積膜或涂層蒸發(fā)的速度等于膜從氣體環(huán)境中吸收溶劑的速度。
如上所述，箱體14中的溶劑分壓可以通過控制起泡器或氣體的溫度來調(diào)節(jié)。另外，含有不同溶劑濃度的氣體可以與溶劑飽和氣體混合。箱體大氣壓中溶劑分壓在涂布工藝中作為時(shí)間函數(shù)的最優(yōu)曲線根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。
在涂布工藝中，通過排氣裝置22連續(xù)排出含溶劑氣體或濕氣體，可以很容易地調(diào)節(jié)箱體中的濕度和溶劑分壓，從而確保在半導(dǎo)體晶片表面上均勻的溶液層厚度。同樣，可以消除溶劑從沉積在晶片7上的聚合物溶液過早蒸發(fā)的影響。這允許使用更少的聚合物溶液，由此降低成本。
工作實(shí)例I.旋涂機(jī)(spin coater)旋涂裝置按適用于200mm直徑晶片的尺寸裝配并安裝于晶片軌跡(track)機(jī)器中。在晶片加工過程中，進(jìn)行原位氣壓，氣溫，相對濕度和容積濃度的測量。乳酸乙酯用作光致抗蝕劑的鑄塑溶劑(castingsolvent)。處理腔中的溶劑濃度在飽和值的0-40％之間變化。
圖3a和3b示出通過實(shí)施本發(fā)明的方法得到的結(jié)果。如圖3a和3b所示，最終的薄膜厚度的改變是通過控制溶劑蒸發(fā)而不是依賴于自旋速度。在零溶劑流速的極限，蒸發(fā)速度最高，因?qū)α骱驼舭l(fā)物質(zhì)傳遞機(jī)理的成對特性而產(chǎn)生最厚的膜。當(dāng)溶劑流速增大時(shí)，蒸發(fā)速度減小，使抗蝕劑膜經(jīng)一段較長的時(shí)間的對流擴(kuò)散而繼續(xù)變薄。因此，實(shí)施本發(fā)明可以在固定的自旋速度2000rpm時(shí)將最終薄膜厚度改變4000，如圖3a所示。類似地，溶劑流動時(shí)間也可以影響最終薄膜厚度，如圖3b所示。這些數(shù)據(jù)清楚地表明，發(fā)明為300mm基片的紊流障礙(turbulence wall)問題提供一種溶液。通過實(shí)施本發(fā)明，自旋速度可以保持在2000rpm以下，并且通過優(yōu)化兩個新的工藝參數(shù)，溶劑濃度和溶劑流動時(shí)間，可以獲得更大范圍的有用的厚度。
圖4示出晶片均勻度。4.0的1σ均勻度可以常規(guī)地獲得，如通過高空間分辨率薄膜厚度測量工具測得。
圖5將根據(jù)本發(fā)明加工的一盒晶片的均勻度結(jié)果與常規(guī)涂布機(jī)的均勻度結(jié)果作比較。這些結(jié)果表明，本發(fā)明將紊流障礙的影響減至最小，并且能生產(chǎn)比常規(guī)涂布機(jī)更緊密均勻度控制的晶片。
圖6將根據(jù)本發(fā)明的涂布機(jī)的抗蝕劑溫度加工范圍與常規(guī)涂布機(jī)的相比較。與根據(jù)本發(fā)明的16/C相比較，用于常規(guī)涂布機(jī)的1σ均勻度的抗蝕劑溫度靈敏度是25/C(兩者均使用SPR508抗蝕劑)。這表示抗蝕劑溫度范圍提高了36％。
圖7示出常規(guī)涂布機(jī)的1σ均勻度的急冷板(晶片)溫度靈敏度是7/C，本發(fā)明降低為4/C，CP溫度范圍增大43％。
總之，上述結(jié)果表明在實(shí)施本發(fā)明的時(shí)候，薄膜外形對于蒸汽相關(guān)的工藝參數(shù)的依賴性降低。這是在旋涂的臨界相(critical phases)中抑制蒸發(fā)作用的直接結(jié)果，并且這表示實(shí)施本發(fā)明解決了與300mm基片相關(guān)的兩個主要問題。
盡管特定實(shí)施例提供了上述優(yōu)點(diǎn)，但是顯而易見，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。例如，管道28可以直接與管道3相連。這樣，由溫度和濕度控制源供應(yīng)的氣體也可以供應(yīng)起泡器21。在供應(yīng)起泡器21時(shí)，溫度和濕度控制源的濕度可以簡單地降低為零。當(dāng)干燥或潮濕的氣體向箱體14供應(yīng)時(shí)，可以關(guān)閉管道28中的閥，從而保證沒有溶劑吸到管道28中。
應(yīng)該注意，當(dāng)使用一些先進(jìn)的深紫外線光致抗蝕劑材料時(shí)，可以使用無水鑄塑環(huán)境。因此，溫度和濕度控制氣體的濕度保持為零。
II.擠壓涂布機(jī)(extrusion coater)
本發(fā)明不限于旋涂實(shí)施例。例如，許多實(shí)施例采用擠壓涂布。一組特定的實(shí)施例使用擠壓槽涂覆將光致抗蝕劑薄帶分配在晶片的整個表面上。擠壓槽的非限制性實(shí)例記載在美國專利6,191,053和SanjunHan的“擠壓旋涂的模型化和分析微刻中有效的和決定性的光致抗蝕劑涂布方法”(Ph.D.Thesis，Massachusetts Institute of Technology，Department of Mechanical Engineering(2001))中，該兩篇文獻(xiàn)在此全部引入作為參考。擠壓槽涂布是預(yù)計(jì)量涂層這類方法中的一種。利用擠壓槽涂布，涂層厚度可通過光致抗蝕劑分配速度進(jìn)行控制，效率可接近100％，且厚度均勻度非常好。
在擠壓槽涂布中，光致抗蝕劑通過窄槽擠壓到晶片上。圖8-15示出可用于本發(fā)明中的擠壓頭30的實(shí)施例。擠壓頭30也可以稱為擠壓模頭。圖8示出擠壓頭30的側(cè)裝配圖，擠壓頭30由不銹鋼U形墊片31構(gòu)成，該墊片31夾在不銹鋼前板32和不銹鋼后板33中間。圖9，10和11分別示出前板32，后板33，和墊片31的正視圖。圖12示出墊片31靠著后板33的正視圖。參考圖8，放置前板32和后板33，并拋光其面向墊片31的內(nèi)緣，以提供與墊片31良好的密封，以及用于擠壓的平滑表面。光致抗蝕劑通過后板33頂部的端口34進(jìn)入擠壓頭30。端口34將光致抗蝕劑通過管35引導(dǎo)至流動通道36(圖8，10)。流動通道36和墊片31的“U”形的開口37一樣寬(圖11，12)。
圖13是圖8所示擠壓頭30的截面圖。墊片31的u形所產(chǎn)生的孔隙在前板32和后板33之間留下一個狹窄間隙38，光致抗蝕劑通過該狹窄間隙流出。在擠壓頭30的底部，間隙38在兩個窄“邊”41，42之間繼續(xù)向下，這兩個邊使前板32和后板33的內(nèi)表面伸長。
圖14是圖8所示擠壓頭的透視圖。間隙38越過墊片31的“U”形開口37(圖11，12)，從而在擠壓頭30內(nèi)形成擠壓槽39。
圖15是擠壓頭30的兩個邊41，42和基片50的橫截面視圖，基片50在擠壓邊41，42之下移動。光致抗蝕劑從兩個邊41，42底部的槽39擠出到基片50的頂面51上。前板32和后板33之間的間隙38的寬度，用d表示，等于墊片31的厚度(圖8，13)。邊41，42和基片50之間的涂覆間隙充滿了來自槽39的涂布液的小珠。當(dāng)基片50垂直于槽39移動時(shí)，保持涂覆間隙不變，流體拉出小珠46，作為薄膜保留在基片50上。擠塑薄膜的寬度w(圖23，24)約等于擠壓槽39的長度，即，墊片31的“U”形的開口(圖11，12)。擠塑薄膜的平均厚度h為h=Qwv]]>其中v是涂布速度，Q是流體分配速度。在涂布珠46前沿和后沿處的彎液面(meniscus)44，45固定到擠壓頭兩個邊41，42的拐角。擠壓頭兩個邊41，42的拐角應(yīng)該具有小于約50m的曲率半徑，從而保持彎液面44，45固定。涂布珠46中的毛細(xì)管的，粘性的，入口壓力必須平衡外部壓力，以保持涂布珠46的穩(wěn)定性。當(dāng)涂布更薄的膜或以更高的涂布速度涂布時(shí)，涂布珠46前沿的低度真空可用于使涂布珠46穩(wěn)定。擠壓頭兩個邊41，42通常具有相等的長度(G1＝G2)，擠壓頭30垂直于基片50。然而對于非常薄的涂層，有時(shí)候使兩個邊中之一延伸超過另一邊(G1#G2)，或者使擠壓頭30稍稍傾斜偏離垂直于基片50的方向是有益的，由此使涂布槽39相對于基片50傾斜。
參考圖16，17和18描述擠壓旋涂裝置100，圖16，17和18分別示出根據(jù)本發(fā)明的擠壓旋涂裝置100的正視圖，頂視圖和后視圖。圖16，17和18示出的擠壓旋涂裝置100的部件包括涂布模塊110和定位系統(tǒng)130。控制系統(tǒng)210在圖16，17和18中未示出，但是可參考圖19進(jìn)行說明，該控制系統(tǒng)210包括定位控制器220和旋轉(zhuǎn)器控制器280。
涂布模塊110包括旋轉(zhuǎn)器裝置111，該裝置包括與立軸112相連的旋轉(zhuǎn)器伺服電動機(jī)(未示出，圖19中的參考數(shù)字113)。立軸112支撐聚四氟乙烯真空卡盤114。利用卡盤升降機(jī)伺服電動機(jī)(未示出，圖19中的參考數(shù)字115)，旋轉(zhuǎn)器裝置111可以垂直移動?？ūP升降機(jī)伺服電動機(jī)配有升降機(jī)電動機(jī)閘(未示出，圖19中的參考數(shù)字135)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)器裝置111位于其最低位置，卡盤114由收集杯(catch cup)116(橫截面示出)環(huán)繞。收集杯116是具有頂部開口117的圓形杯。杯壁118的上部120向內(nèi)傾斜，容易保留收集杯116中多余的光致抗蝕劑。收集杯116具有三個功能。收集杯116容納并將多余的光致抗蝕劑排出到廢液排水管122外面。收集杯有一個排氣孔118，蒸發(fā)的溶劑從該排氣孔排出。收集杯116引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)晶片上的氣流以避免出現(xiàn)紊流。排氣孔118和廢液排水管122伸出收集杯116的底部124。用于排出多余光致抗蝕劑和用過的蒸汽的裝置對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是公知的，因此不再舉例說明。
旋轉(zhuǎn)器裝置111有定心裝置，包括八個聚四氟乙烯銷138，用于將晶片定位于卡盤114的中心，旋轉(zhuǎn)器裝置111還有三個垂直銷(未示出)，用于支撐加工前后未緊固的晶片。定心銷138由定心螺線管(未示出，圖19中的參考數(shù)字119)控制。涂布模塊110上的傳感器表明卡盤114垂直的原位置(未示出，圖19中的參考數(shù)字121)，真空狀態(tài)(開/關(guān))(未示出，圖19中的參考數(shù)字123)，定心銷位置(未示出，圖19中的參考數(shù)字125)。涂布模塊110的這些特征對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是公知的，因此不再舉例說明。
適合與本發(fā)明一起使用的涂布模塊110是90SE涂布模塊，在市場上可從Silicon Valley Group，Inc獲得。90SE涂布模塊是90SE晶片加工軌跡(track)的一個部件，在市場上也可從Silicon Valley Group，Inc獲得。
定位系統(tǒng)130由鋁底板132支撐，底板安裝在涂布模塊110上方。底板132有一個位于涂布模塊110上的中心切口134。第一和第二垂直支承板134，136安裝在底板上，支撐交叉支件(cross-support)137，兩軸定位系統(tǒng)150安裝在交叉支件137上。定位系統(tǒng)150包括x軸定位工作臺152和z軸定位工作臺162。x軸定位工作臺152包括x軸工作臺電動機(jī)154和x軸工作臺底座156。同樣，z軸定位工作臺162包括z軸工作臺電動機(jī)164和z軸工作臺底座166。z軸定位工作臺162還包括z軸制動器(未示出，圖19中的參考數(shù)字133)。z軸定位工作臺162安裝在x軸定位工作臺152的支架158上。x軸定位工作臺152在水平面內(nèi)移動，平行于安裝在卡盤114上的晶片50的表面51，z軸定位工作臺162沿著垂直于晶片50的表面51所在平面的垂直方向移動，所述晶片50安裝在卡盤114上。適合用于本發(fā)明的x軸和z軸定位工作臺152，162的定位系統(tǒng)是5齒距滾珠絲杠驅(qū)動的Parker DaedalMotion Table。
擠壓頭30安裝在鋁制擠壓頭支架172的底部，而支架172安裝在z軸定位工作臺162上。z軸定位工作臺162有足夠的運(yùn)動范圍，移動擠壓頭30從底板132上方的位置向下穿過底板132上的中心切口134，到達(dá)卡盤114上的晶片50的附近。
光學(xué)傳感器174安裝在擠壓頭支架172上。光學(xué)傳感器174用于測量擠壓頭30和安裝在卡盤114上的晶片50之間的間隙。適用于本發(fā)明實(shí)施例中的傳感器是Philtec RC140L反射比補(bǔ)償光學(xué)位移傳感器。光學(xué)傳感器174將光照射在晶片50表面，測量反射光，并產(chǎn)生與被測量光的強(qiáng)度成比例的電壓。Philtec傳感器的光斑尺寸是6mm，其直流電DC的帶寬為100Hz。Philtec傳感器的電壓-距離曲線通常是非線性的，但是當(dāng)傳感器-晶片距離在例如5.51和6.17mm(0.217和0.243英寸)之間時(shí)曲線具有線性范圍。光學(xué)傳感器174放置于擠壓頭支架172上，使得所有的測量值落在光學(xué)傳感器174的線性范圍中。
控制光致抗蝕劑流動的裝置包括光致抗蝕劑泵(未示出)和光致抗蝕劑截流閥129。這些裝置對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是公知的，因此在圖16，17或18中沒有全部示出。然而，擠壓旋涂裝置100的控制系統(tǒng)210的下列描述參考光致抗蝕劑泵(未示出，圖19中的參考數(shù)字127)和光致抗蝕劑截流閥129。
圖19是一個框圖，它示出適于控制本發(fā)明的擠壓旋涂裝置100的控制系統(tǒng)210的實(shí)施例?？刂葡到y(tǒng)210包括計(jì)算機(jī)212，定位控制器220和旋轉(zhuǎn)器控制器280。計(jì)算機(jī)212經(jīng)串行接口213，214，215將程序下載到定位控制器220，旋轉(zhuǎn)器控制器280和光致抗蝕劑分配泵127。定位控制器220發(fā)送命令到光致抗蝕劑分配泵127，來使光致抗蝕劑流動(photoresist flow)開始和停止，并控制光致抗蝕劑截流閥129。定位控制器220還通過x軸電動機(jī)154控制x軸定位工作臺152的位置，通過z軸電動機(jī)164控制z軸定位工作臺162的位置，以及卡盤升降機(jī)伺服電動機(jī)115。定位控制器220接收光學(xué)傳感器174的輸出，計(jì)算擠壓頭30和晶片50之間的距離，并利用結(jié)果通過z軸電動機(jī)164控制z軸定位工作臺162。
適合用于控制系統(tǒng)210的計(jì)算機(jī)是IBM兼容PC。適合用作定位控制器220的是Parker Compumotor AT6450 Servo控制器，包括可選擇的ANI模擬輸入PC卡合AUX板。適合用作旋轉(zhuǎn)器控制器280的是Pacific Scientific SC 755。盡管在包括Parker Compumotor AT6450和Pacific Scientific SC 755控制器的實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)212，定位控制器220和旋轉(zhuǎn)器控制器280在圖19的框圖中分別示出，但是CompumotorAT6450也可以把插頭插入到PC的母板中。本發(fā)明還考慮這樣一個實(shí)施例，在該實(shí)施例中，定位控制器220和旋轉(zhuǎn)器控制器280的功能由一個單獨(dú)的綜合控制器來提供。
定位控制器220包括定位控制器處理器以及幾個輸入和輸出。輸入和輸出包括14位模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，幾個離散的數(shù)字輸入和輸出，以及伺服電動機(jī)輸出(處理器以及輸入和輸出對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是公知的，不再單獨(dú)舉例說明)。光學(xué)傳感器174的輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器輸入224。定位控制器220離散的數(shù)字輸入是光學(xué)隔離的接口，包括與卡盤位置內(nèi)部傳感器121相連的卡盤位置呼叫指示器輸入242；與真空卡盤114上的真空開/關(guān)傳感器123相連的真空開/關(guān)狀態(tài)指示器輸入244；與定心銷位置傳感器125相連的定心銷入/出位置指示器輸入246；以及與操作者人工定位開關(guān)126相連的一個或多個人工定位命令輸入248。
定位控制器220輸出包括與x軸伺服電動機(jī)154相連的x軸伺服電動機(jī)輸出226；與z軸伺服電動機(jī)164相連的z軸伺服電動機(jī)輸出228；以及與升降機(jī)伺服電動機(jī)115相連的升降機(jī)電動機(jī)輸出230。
定位控制器220離散數(shù)字輸出包括與光致抗蝕劑截流閥129相連的光致抗蝕劑閥開/關(guān)輸出254；與控制定心銷138的定心螺線管119相連的定心螺線管輸出256；與真空螺線管131相連的真空螺線管輸出258；與z軸定位工作臺162中的z軸制動器133相連的z軸電動機(jī)制動器輸出260；與升降機(jī)電動機(jī)制動器135相連的升降機(jī)電動機(jī)制動器輸出262；光致抗蝕劑分配泵127的觸發(fā)器輸出264；以及旋轉(zhuǎn)器控制器280的邏輯輸出266。
旋轉(zhuǎn)器控制器280對定位控制器220接收到的信號作出響應(yīng)而運(yùn)行涂布和自旋周期。旋轉(zhuǎn)器控制器280包括旋轉(zhuǎn)器控制器處理器，伺服電動機(jī)輸出，以及編碼器(處理器和編碼器對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是公知的，不再分別舉例說明)。旋轉(zhuǎn)器控制器280的輸出包括與旋轉(zhuǎn)器電動機(jī)113相連的旋轉(zhuǎn)器電動機(jī)輸出286。旋轉(zhuǎn)器控制器280的輸出還包括與定位控制器相連的模擬編碼器信號288。模擬編碼器信號288使旋轉(zhuǎn)器電動機(jī)113速度的電子傳動裝置控制由定位控制器220執(zhí)行的擠壓頭30的x軸定位。
擠壓頭30和定位工作臺152，162必須相對于安裝在卡盤114上的晶片50對準(zhǔn)，以獲得可靠的涂布。需要三個對準(zhǔn)。這三個對準(zhǔn)參考圖16，17和18進(jìn)行說明。第一個對準(zhǔn)調(diào)整擠壓槽39的路徑，使擠壓槽39直接穿過安裝于卡盤114上的晶片50的中心。這一對準(zhǔn)需要完全覆蓋晶片50的中心區(qū)域。通過在底板132上前后滑動垂直支承板134，136而將擠壓頭30定位于晶片50的中心上方。垂直支承板134，136的運(yùn)動受底板132上導(dǎo)軌的限制。在垂直支承板134，136緊固到適當(dāng)位置之前，每個垂直支承板134，136后部的調(diào)整螺栓對它們的位置進(jìn)行精調(diào)。
第二個對準(zhǔn)調(diào)整x軸相對于晶片表面51的角度。這一對準(zhǔn)在x軸定位工作臺152改變位置時(shí)保持晶片50和擠壓頭30之間的間隙不變。通過繞交叉支件137一端的第一樞軸179轉(zhuǎn)動交叉支件138可以改變x軸相對于晶片表面51的角度。精調(diào)和粗調(diào)螺栓184，186允許精調(diào)螺栓184每轉(zhuǎn)一周時(shí)，x軸和晶片表面51之間的角度調(diào)整為1.64×10-5弧度。x軸相對于晶片表面51的角度可以用光學(xué)傳感器174掃描晶片表面51而確定。在掃描過程中，z軸固定，輸出光學(xué)傳感器174的測量值，并記錄x位置。這些數(shù)據(jù)對的線性回歸提供了晶片表面51和x軸之間的角度。
第三個對準(zhǔn)調(diào)整擠壓頭30的下緣，即擠壓槽39，直到其與x軸和晶片表面51平行。這一對準(zhǔn)對于保持跨過擠壓頭30寬度的間隙不變是至關(guān)重要的。擠壓頭30的下緣和x軸之間的角度利用晶片擠壓機(jī)平行度調(diào)整螺栓176來調(diào)整。晶片擠壓機(jī)平行度調(diào)整螺栓176相對于z軸定位工作臺162底部的晶片擠壓機(jī)平行度調(diào)整樞軸178旋轉(zhuǎn)地安裝于擠壓頭支架172。x軸和擠壓頭30底部之間的角度可以利用線性可變差動變壓器(LVDT)傳感器來測量。LVDT傳感器固定于晶片表面51，且測量尖端垂直指向上方。接著，擠壓頭30下降，直到擠壓頭30的兩個邊41，42移動LVTD傳感器到達(dá)基準(zhǔn)位置。在記錄x軸和z軸定位工作臺152，162的位置之后，對于沿著擠壓頭兩個邊41，42的幾個其它位置重復(fù)該程序。擠壓頭30相對于x軸的斜率利用這些數(shù)據(jù)對的線性回歸來確定。
光學(xué)傳感器174可以按兩步過程來校正。首先，通過利用位于擠壓頭30和晶片表面51之間的精密墊片，測量在幾個小的間隙距離處光學(xué)傳感器174的輸出電壓來確定電壓偏移(即零間隙偏移)電壓。間隙距離和傳感器電壓數(shù)據(jù)的線性回歸分析用于計(jì)算電壓偏移(即，零間隙處的傳感器電壓)。其次，在光學(xué)傳感器174的線性范圍中，傳感器電壓和擠壓槽39高度的關(guān)系，通過按選定的增量(例如，10個編碼器計(jì)數(shù)等于12.7μm)提高擠壓槽39并記錄每個位置的傳感器電壓來確定。數(shù)據(jù)對的線性回歸提供了曲線的斜率，所述曲線代表傳感器電壓對擠壓槽39的z軸位置。如上所述，在校準(zhǔn)光學(xué)傳感器174之前，擠壓頭30必須相對于x軸和晶片表面對準(zhǔn)，從而使擠壓頭30和晶片表面51之間的角度不會引起誤差。
參考圖20-23說明擠壓旋涂方法。上述對準(zhǔn)和校正程序可以周期性地進(jìn)行，或者在必須確定并且基于所用設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)的一系列流程之前。
參考圖20，升高真空卡盤114穿過底板132的切口134，晶片50放置于卡盤114上。利用定心銷138(圖17)將晶片50定位于卡盤114的中心。打開卡盤真空(未示出)以固定晶片50。降低卡盤114，將晶片50下降到涂布位置，擠壓頭下降到晶片50邊緣的位置，如圖21所示在晶片50和擠壓頭兩個邊41，42之間形成理想間隙。然后卡盤按初始轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所述初始轉(zhuǎn)速是理想的涂布速度。打開光致抗蝕劑截流閥129，并觸發(fā)光致抗蝕劑泵127從而開始分配光致抗蝕劑。擠壓頭30相對于晶片50徑向移動。當(dāng)擠壓頭30朝晶片50中心移動時(shí)，提高卡盤114的轉(zhuǎn)速，為了保持?jǐn)D壓頭30上方的晶片50的涂布速度恒定，擠壓頭速度按照與轉(zhuǎn)速增長成比例的比率提高。當(dāng)擠壓頭30的前沿到達(dá)晶片50的中心，如圖22所示，晶片30的轉(zhuǎn)速保持恒定，直到擠壓頭30的后沿到達(dá)晶片50的中心。當(dāng)整個晶片50被涂布光致抗蝕劑時(shí)，觸發(fā)光致抗蝕劑泵127以停止分配光致抗蝕劑，并關(guān)閉光致抗蝕劑截流閥129。通常，為了將整個晶片50覆蓋光致抗蝕劑，需要繼續(xù)擠壓光致抗蝕劑，并繼續(xù)移動擠壓頭30，直到擠壓頭30的后沿到達(dá)晶片50的中心。當(dāng)觸發(fā)光致抗蝕劑泵127和截流閥129來停止分配光致抗蝕劑時(shí)，已經(jīng)在擠壓頭30(可能還在通向擠壓頭30的管道中)中的光致抗蝕劑剩余量可以繼續(xù)流出并沉積在晶片50上。在這種情況下，可以在覆蓋整個晶片50之前觸發(fā)光致抗蝕劑泵127和截流閥129，用以短時(shí)間停止分配光致抗蝕劑，由此使這種剩余光致抗蝕劑停止覆蓋晶片50。
然后卡盤114將晶片50降低到收集杯116中，擠壓頭30從涂布區(qū)域上升，如圖23所示。然后晶片50高速自旋以除去過量的光致抗蝕劑，實(shí)現(xiàn)理想的涂布均勻度?？ūP114停止自旋，上升穿過底板132的中心切口134。關(guān)閉真空，將晶片50從卡盤114移開。
圖24是示出根據(jù)本發(fā)明的擠壓旋涂運(yùn)動的一些參數(shù)的圖示。在圖24中，晶片50，半徑為R，繞其中心以角速度Ω旋轉(zhuǎn)。擠壓頭30在晶片50上方，擠壓槽39相對于晶片50徑向?qū)?zhǔn)。擠壓槽39具有寬度w，相對于晶片50以速度u徑向移動。晶片50中心和擠壓頭30后沿之間的距離是r。
如圖24所示的，晶片50表面上距離旋轉(zhuǎn)軸r處的任何點(diǎn)的切向速度是v＝Ωr由于擠壓頭30的后沿在距離旋轉(zhuǎn)軸r處，通過晶片50每轉(zhuǎn)一周擠壓頭向內(nèi)移動一個擠壓槽39的長度，可以形成螺旋形的擠壓圖案。那么擠壓頭30沿晶片50直徑的速度為u=Ωw2η]]>求出Ω并代入得到u=wv2πr]]>對于徑向向內(nèi)運(yùn)動，u＝-dr/dt，擠壓頭位置的微分方程可以得到下式drdt=-wv2πr]]>用t＝0時(shí)的初始條件r＝r0求該方程的積分得到r=(r02-wvtπ)1/2]]>晶片轉(zhuǎn)速可以表示為時(shí)間的函數(shù)
Ω=v(r02-wvtπ)1/2]]>擠壓頭速度可以表示為時(shí)間的函數(shù)u=wv2Π(r02-wvtπ)1/2]]>圖25示出根據(jù)本發(fā)明一個方面的擠壓旋涂螺旋形圖案202。螺旋形圖案202由擠壓頭30在晶片50的外緣52開始，朝晶片50的中心向內(nèi)徑向運(yùn)動而產(chǎn)生。第一陰影區(qū)域204表示晶片50外緣處多余的光致抗蝕劑，第二陰影區(qū)域206表示晶片50中心區(qū)域處壓出的雙重厚度的光致抗蝕劑。需要以擠壓頭50剛好離開晶片50的外緣52時(shí)開始該過程，以便用擠壓的螺旋形圖案202覆蓋整個外緣52，而不需要在晶片50的外緣52周圍疊加或具有雙重厚度。這產(chǎn)生多余的光致抗蝕劑的第一陰影區(qū)域204。同樣，在擠壓頭30的前沿到達(dá)晶片50中心之后需要繼續(xù)擠出光致抗蝕劑，直到覆蓋整個晶片50。通常，需要繼續(xù)該過程，直到擠壓頭30的后沿到達(dá)中心，從而覆蓋晶片50的整個中心區(qū)域。由于擠壓頭30的有限寬度，在晶片50中心處第二陰影區(qū)域206的疊加是不可避免的。然而，多余的和過量的光致抗蝕劑的量相對較小，擠壓旋涂方法的效率遠(yuǎn)勝于先前旋涂方法的效率。
圖25示出擠壓旋涂的螺旋形圖案，該圖案由晶片自旋時(shí)使擠壓頭在晶片外緣處開始，朝晶片中心向內(nèi)徑向移動而形成。本發(fā)明的方法和裝置也可以使擠壓頭在晶片的中心處開始，朝晶片外緣向外徑向移動。
一般來說，擠壓涂布產(chǎn)生的涂層材料初始層較薄(根據(jù)上述方法一般在20-40nm)。因?yàn)槌跏紝颖?，包含在該初始層中的溶劑濃度可以因蒸發(fā)而快速且顯著地變化。因此，在晶片上某點(diǎn)的涂層材料的粘度將隨時(shí)間而變化，因?yàn)檎扯热Q于溶劑的濃度。因?yàn)樾枰邢薜臅r(shí)間來將涂層擠出在晶片上，因此在晶片表面上方的涂料粘度是不均勻的。在后續(xù)的旋轉(zhuǎn)干燥之前的不均勻的條件增加了最終涂層厚度的不均勻性。
為了改進(jìn)最終涂層的均勻度，本發(fā)明的實(shí)施方案將圍繞在涂層周圍的氣態(tài)環(huán)境中的溶劑蒸汽的濃度控制在至少50％(飽和度)。在不同的實(shí)施方案中，溶劑蒸汽的濃度通過不同的技術(shù)控制，這些技術(shù)包括但不限于混合具有不同溶劑濃度的氣體流、使氣體通過液體溶劑鼓泡和用霧化器將液體溶劑的小微滴注入氣體流中。多種技術(shù)對技術(shù)人員來說是顯而易見的。
圖26示出了使用上述擠壓涂布方法和裝置，以1500-3000rpm的速度旋轉(zhuǎn)的實(shí)施方案的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果的實(shí)例。如圖26所示，當(dāng)氣態(tài)環(huán)境中溶劑濃度增加至飽和時(shí)涂層的均勻度提高。溶劑蒸汽濃度大于約50％的飽和度時(shí)為優(yōu)選。對晶片上涂層均勻度在約15埃時(shí)，優(yōu)選溶劑蒸汽濃度大于約80％的飽和度。
顯而易見，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例。不同的結(jié)構(gòu)和實(shí)施例可以推導(dǎo)出來，而不會脫離本發(fā)明的范圍，并包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用聚合物溶液涂布基片表面的方法，該方法包括將基片安裝在封閉式箱體內(nèi)；對控制氣體的溶劑蒸汽濃度進(jìn)行控制，使其大于約50％的飽和度；使控制氣體通過入口進(jìn)入箱體；將聚合物溶液擠出在箱體內(nèi)的基片表面上；使基片自旋；以及通過出口從箱體排出控制氣體以及控制氣體中懸浮的任何溶劑蒸汽和粒子雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述基片是具有頂面，中心和外緣的晶片；以及其中擠出聚合物溶液包括擠出光致抗蝕劑帶，所述帶具有寬度，所述帶以螺旋形圖案覆蓋基片的整個頂面，其中所述光致抗蝕劑以恒定的擠壓速度從擠壓槽擠出，所述基片以一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，擠壓頭以一徑向速度移動，相對于旋轉(zhuǎn)的基片而徑向移動的擠壓頭以恒定的切線速度運(yùn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述光致抗蝕劑帶以螺旋形圖案擠出，在所述晶片外緣開始，在所述晶片中心結(jié)束。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述光致抗蝕劑帶以螺旋形圖案擠出，在所述晶片中心開始，在所述晶片外緣結(jié)束。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述光致抗蝕劑帶的寬度在晶片直徑的約十分之一和約三分之一之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述基片是具有頂面，中心，直徑和外緣的晶片；將所述基片安裝在封閉式箱體中，包括將所述晶片安裝于卡盤上，所述晶片的頂面水平對準(zhǔn)并向上定位；以及擠出聚合物溶液包括將所述擠壓頭設(shè)置在鄰近所述晶片外緣并位于所述晶片頂面上方，所述擠壓頭被構(gòu)成為將所述光致抗蝕劑擠出擠壓槽，所述擠壓槽具有由第一端和第二端限定的長度，以所述擠壓槽相對于晶片徑向?qū)?zhǔn)的方式設(shè)置擠壓頭，所述擠壓槽的第一端設(shè)置在鄰近晶片外緣，擠壓槽的第二端在晶片外緣的外面，使所述晶片繞其中心旋轉(zhuǎn)，其中所述晶片以一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所述擠壓頭以一徑向速度移動，相對于所述旋轉(zhuǎn)的晶片而徑向移動的擠壓頭以恒定的切線速度運(yùn)動；從擠壓槽擠出所述光致抗蝕劑帶，所述帶的寬度基本上等于槽的長度，其中所述光致抗蝕劑以恒定的壓出速度從擠壓槽擠出，以及在從擠壓槽擠出光致抗蝕劑，并保持?jǐn)D壓槽相對于晶片徑向?qū)?zhǔn)的同時(shí)，從晶片外緣朝晶片中心向內(nèi)徑向移動擠壓頭，直到光致抗蝕劑覆蓋晶片的整個頂面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述擠壓槽的長度在半導(dǎo)體晶片直徑的約十分之一和三分之一之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中保持?jǐn)D壓槽相對于晶片徑向?qū)?zhǔn)進(jìn)一步包括同樣保持?jǐn)D壓槽在晶片頂面上方一定的距離。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中保持?jǐn)D壓槽相對于晶片徑向?qū)?zhǔn)進(jìn)一步包括確定擠壓槽和晶片頂面之間的距離，并調(diào)整擠壓槽的位置以保持該距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中保持?jǐn)D壓槽相對于晶片徑向?qū)?zhǔn)進(jìn)一步包括用光學(xué)傳感器確定擠壓槽和晶片頂面之間的距離。
11.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述光致抗蝕劑帶以覆蓋晶片的整個頂面的螺旋形圖案涂布在晶片上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，包括以下步驟移開擠壓頭，以及高速旋轉(zhuǎn)晶片。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中基片是具有頂面，中心，直徑和外緣的晶片；將基片安裝在封閉式箱體中，包括將晶片安裝于卡盤上；并且擠出聚合物溶液包括將擠壓頭設(shè)置于晶片中心并位于晶片頂面上方，擠壓頭被構(gòu)成為將所述光致抗蝕劑擠出擠壓槽，所述擠壓槽具有由第一端和第二端限定的長度，以擠壓槽相對于晶片徑向?qū)?zhǔn)的方式設(shè)置擠壓頭，擠壓槽的第一端位于晶片中心，擠壓槽的第二端位于晶片中心和晶片外緣之間，使晶片繞其中心旋轉(zhuǎn)，其中晶片以一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，擠壓頭以一徑向速度移動，相對于旋轉(zhuǎn)的晶片徑向移動的擠壓頭以恒定的切線速度運(yùn)動；從擠壓槽擠出光致抗蝕劑帶，所述帶的寬度基本上等于槽的長度，其中光致抗蝕劑以恒定的壓出速度從擠壓槽擠出，以及在從擠壓槽擠出光致抗蝕劑，并保持?jǐn)D壓槽相對于晶片徑向?qū)?zhǔn)的同時(shí)，朝晶片外緣向外徑向移動擠壓頭，直到光致抗蝕劑覆蓋晶片的整個頂面。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中控制溶劑蒸汽濃度包括使第一含溶劑蒸汽氣體和第二氣體沿管道傳遞到箱體，電控閥安裝于所述管道中，所述閥控制進(jìn)入箱體的氣體流速和流入箱體的控制氣體的成分。
15.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中控制溶劑蒸汽濃度包括使第一含溶劑蒸汽氣體和第二氣體沿管道傳遞到箱體，電控閥安裝于所述管道中，所述閥控制進(jìn)入箱體的氣體流速和流入箱體的控制氣體的成分。
16.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中控制溶劑蒸汽濃度包括使第一含溶劑蒸汽氣體和第二氣體沿管道傳遞到箱體，電控閥安裝于所述管道中，所述閥控制進(jìn)入箱體的氣體流速和流入箱體的控制氣體的成分。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中控制溶劑蒸汽濃度包括使第一含溶劑蒸汽氣體和第二氣體沿管道傳遞到箱體，電控閥安裝于所述管道中，所述閥控制進(jìn)入箱體的氣體流速和流入箱體的控制氣體的成分。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述控制氣體包括選自空氣，氮?dú)夂投栊詺怏w中的至少一種。
19.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述控制氣體包括選自空氣，氮?dú)夂投栊詺怏w中的至少一種。
20.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述控制氣體包括選自空氣，氮?dú)夂投栊詺怏w中的至少一種。
21.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述控制氣體包括選自空氣，氮?dú)夂投栊詺怏w中的至少一種。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述聚合物溶液包含光致抗蝕劑聚合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述聚合物溶液包含光致抗蝕劑聚合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述聚合物溶液包含光致抗蝕劑聚合物。
25.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述聚合物溶液包含光致抗蝕劑聚合物。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在涂布的基片上方通過無溶劑的濕氣體。
27.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包括在涂布的基片上方通過無溶劑的濕氣體。
28.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，進(jìn)一步包括在涂布的基片上方通過無溶劑的濕氣體。
29.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括在涂布的基片上方通過無溶劑的濕氣體。
30.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中濕氣體的濕度利用溫度和濕度控制器進(jìn)行控制。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中控制濕氣體的濕度使其具有40％至50％范圍內(nèi)的相對濕度。
32.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中濕氣體的溫度利用溫度和濕度控制器進(jìn)行控制。
全文摘要
一種利用聚合物溶液涂布基片以產(chǎn)生均勻厚度的膜的方法和裝置，其包括將基片安裝在封閉式箱體內(nèi)，以及使控制氣體通過入口進(jìn)入箱體，控制氣體可以是含溶劑蒸汽氣體。聚合物溶液沉積到箱體內(nèi)的基片表面上，然后旋轉(zhuǎn)基片。控制氣體以及控制氣體中懸浮的任何溶劑蒸汽和粒子雜質(zhì)通過出口從箱體排出，并且通過控制箱體和溶劑的溫度而控制溶劑蒸汽濃度，含溶劑蒸汽氣體從溶劑中產(chǎn)生。也可以通過混合不同溶劑濃度的氣體來控制濃度。還可以控制氣體的濕度。
文檔編號G03F1/16GK1503929SQ02808303
公開日2004年6月9日 申請日期2002年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月28日
發(fā)明者E·古勒, T·鐘, J·劉易冷, E·C·李, R·P·曼達(dá)爾, J·C·格拉姆博, T·C·貝特斯, D·R·紹爾, E·R·沃德, J－H·純, S·韓, E 古勒, 曼達(dá)爾, 李, 格拉姆博, 桌, 沃德, 紹爾, 貝特斯 申請人:硅谷集團(tuán)公司