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一种晶圆上厚胶边缘的去除方法与流程

文档序号:24940692发布日期:2021-05-04 11:33
一种晶圆上厚胶边缘的去除方法与流程

本发明涉及半导体光刻技术领域,具体涉及一种晶圆上厚胶边缘的去除方法。



背景技术:

半导体光刻工艺随着器件关键尺寸越来越小,晶圆边缘的清洁也变得更加重要,原因包括但不限于以下三点:1.在涂胶过程中的光刻胶由于受到离心力,在涂胶过程中会流向晶圆边缘,由于其表面张力会导致形成一圈边缘胶滴残留,如果不去掉,这些胶滴会剥离形成颗粒,对设备及晶圆本身造成污染,更严重可能会污染光刻机,造成曝光聚焦不良、套刻误差增大,使缺陷率增高;2.涂胶过程中光刻胶易在靠近晶圆边缘区域发生堆积,这些堆积对后续的刻蚀等工艺会造成影响;3.由于光刻胶不导电,因此在封装电镀工艺之前也需要将晶圆边缘的光刻胶去除。由以上原因可知边缘光阻去除是必要且重要的,又因为这些问题反映在厚胶的涂覆上会比薄胶更加的严重,因此如何通过方法改变及参数调整来提升厚胶的边缘去除效率效果是非常具有意义的。

目前晶圆边缘光刻胶去除的方法分为化学去除和边缘曝光两种方式,各有优缺点:

边缘曝光的优点是生产效率高、装置成本低、过程易于控制、边缘轮廓整齐,缺点是由于光的散射会导致轮廓存在斜坡(slope,见图1)较大的问题。边缘曝光单元主要由晶圆承载台、预对准系统、光源(有遮光板)、光强计构成。晶圆进入后真空吸附在承载台上,先由预对准系统找到曝光起始位置,再有光源经过遮光板形成的光斑照射在晶圆边缘,通过承载台的旋转及系统的计算控制来实现可控宽度、位置的边缘曝光。

化学去除较边缘曝光的优点是没有斜坡,缺点是去边时间长、溶剂耗材成本高、有残留区域很难洗干净,去除区域的轮廓不平滑齐整。带有化学去除的涂胶单元中,化学去边针头与晶圆表面呈现一定角度。当晶圆进入单元后,通过真空吸附在承载台上并进行旋转涂胶,化学去边针头移至指定位置喷洒化学液冲洗边缘。

常用的去边宽度为0.5mm-1.5mm,但对于7μm-20μm厚度的光刻胶,采用化学去除方式会出现边缘参差不齐、时间长、化学品耗费量大的问题,采用边缘曝光方式会出现slope难以控制、时间长的问题。



技术实现要素:

为了解决现有技术中去除厚胶(7μm-20μm)边缘出现的上述不足之处,本发明的目的在于提供一种晶圆上厚胶边缘的去除方法,通过采用特定工艺并选择合适工艺参数,实现产能提高,去除效果加强,化学品消耗减少的目的。

为实现上述目的,本发明所采用的技术方案如下:

一种晶圆上厚胶边缘的去除方法,该方法是针对晶圆上已涂覆的光刻胶进行处理,所涂覆光刻胶的厚度为7μm-20μm;该方法具体包括如下步骤:

一种晶圆上厚胶边缘的去除方法,该方法是针对晶圆上涂覆的光刻胶进行边缘去除,具体包括如下步骤:

(1)晶圆传送至涂胶单元涂覆光刻胶并形成胶膜;

(2)在涂胶单元内采用化学方式进行晶圆边缘区域胶膜的部分去除,即减薄晶圆边缘区域胶膜厚度,并控制减薄区域的大小;

(3)边缘光刻胶减薄的晶圆传送至热板进行后烘处理;

(4)经后烘处理后的晶圆传送至边缘曝光单元,通过硅片边缘曝光彻底去除晶圆边缘的剩余胶膜,硅片边缘曝光需控制曝光区域大小;

(5)晶圆经硅片边缘曝光后送入光刻机进行图形曝光,然后传送至热板进行曝光后烘,再传送至冷板冷却,最后传送至显影单元进行显影,实现晶圆边缘光刻胶的彻底去除,最终传送回硅片存储单元。

上述步骤(1)中,晶圆上所形成胶膜的厚度为7μm-20μm。

上述步骤(2)中,采用化学方式进行晶圆边缘区域胶膜的部分去除的过程中:去除宽度为w1,w1为晶圆上圆环线pos1到晶圆外边缘的距离,设置pos2为晶圆边缘外的圆环线(pos2在晶圆边缘外,且pos1、pos2与晶圆同心),喷洒化学品(去除液)的针头在pos1和pos2之间进行往复扫描,通过控制化学品流量、扫描速度和扫描时间,使晶圆边缘上的光刻胶减薄其厚度的70~80%。

上述步骤(2)中,去除宽度w1根据实际需求确定,pos2距离晶圆边缘的距离为2-4mm;ebr中化学品流量、扫面速度以及扫描时间,需要根据晶圆上的胶的厚度、特性等确定。

上述步骤(3)中,所述后烘处理的温度需要根据晶圆上所旋涂胶的厚度、特性等确定。

上述步骤(4)中,曝光区域的宽度w2是指晶圆上圆环线pos1到晶圆外边缘的距离,w2=w1。

上述步骤(4)中,曝光功率和曝光时间需要根据晶圆上所旋涂胶的厚度、特性等确定。

本发明方法利用胶膜边缘去除装置进行,所述胶膜边缘去除装置包括硅片存储单元、涂胶单元、热板、边缘曝光单元和显影单元,其中:硅片存储单元用于储存硅片,涂胶单元用于光刻胶的旋涂,热板用于硅片的后烘处理,边缘曝光单元用于硅片边缘曝光,显影单元用于显影。

本发明的优点和有益效果如下:

1、本发明方法化学品使用量减小:改变化学去除方式,将化学去除方式从针头固定在pos1位置进行长时间喷洒冲洗改变为针头在pos1-pos2-pos1-pos2进行短时间来回扫描,pos1、pos2位置见图2。因为本发明中化学去除步骤的目的已经从现有技术中的彻底清洗变为均匀减薄边缘区域胶膜,不要求完全去除(通过控制工艺参数达到所要求的减薄量),再通过调试流量及pos1、pos2的位置参数、针头的扫描速度等参数,可以达到缩短工艺时间、减少化学品消耗的目的。

2、产能提升:经过化学去边后晶圆边缘区域的胶膜得到减薄,对于同种材料来说,胶膜厚度越厚需要的曝光时间越长,因此,经过减薄后的边缘区域需要的曝光时间会相应减少,还可以产生减少slope宽度的附加效果。

3、边缘去除效果加强:采用化学去除和边缘曝光结合的方式进行边缘去除,除了可以将二者的优势结合外还会产生新的优势:化学去除过程中,pos2位置要求超出晶圆最边缘处,这样通过扫描可以彻底清除最边缘胶滴残留并顺带清洗bevel区域;边缘曝光过程中,因需要曝光的区域胶膜变薄,曝光时长减短,曝光后产生的slope宽度降低。因此这种方法的工艺效果可以边缘清洗干净、轮廓整齐、slope宽度更窄,同时生产效率高、化学品使用量低。

4、针对不同组分、不同厚度的光刻胶,可以通过化学去除时长、流量,边缘曝光时长、光强等参数的调整,相互配合,寻找实现最佳清除效果和更高产能的搭配。

附图说明

图1为边缘曝光示意图。

图2为化学去边示意图。

图3为本发明的光刻胶边缘去除过程示意图。

图4为只有化学去边的边缘去除过程示意图。

图5为只有边缘曝光的过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详述本发明。

本发明提供的晶圆上厚胶边缘的去除方法其流程见图3,该方法具体过程如下:

第一步,晶圆进入冷板冷却,再传送至涂胶单元,旋涂形成胶膜;

第二步,在涂胶单元内进行化学去除,去除宽度w1设置为晶圆上内环线pos1距离晶圆边缘的距离,晶圆边缘外环线pos2位置要求超出晶圆最外缘处。去除过程中针头在pos1-pos2之间反复扫描喷洒化学品,扫描速度及化学品流量视具体情况进行调整;化学去除后将晶圆边缘胶膜减薄。

第三步,晶圆进入热板进行后烘处理,再传送至边缘曝光单元进行曝光,曝光区域设置为宽度w2,w2为晶圆上内环线pos1距离晶圆边缘的距离,w2=w1。曝光时间视具体情况进行调整;

第四步,将晶圆送入光刻机曝光后传送至热板进行曝光后烘,再传送至冷板冷却,后传送至显影单元进行显影,至此边缘去除完成。

对比例1:

采用某种光刻胶pi,涂胶厚度为7.7μm,边缘去除目标为w1=w2=1±0.1mm,化学去除液为ok73,晶圆为直径300mm硅片。如图4所示,在光刻胶成膜后仅使用化学去除方式(图2),调试各项参数得到此种方式最佳的去除效果,记录如下:仅化学去除时,涂胶单元的成膜时间为95.5s,化学去边用时40s,总时间为135.5s,所需化学液用量为13.3ml,边缘去除基本达到spec,slope宽度约0.02mm,但边缘轮廓参差不齐,呈现不规则锯齿状或波浪状;

对比例2:

采用某种光刻胶pi(同对比例1),涂胶厚度为7.7μm,边缘去除目标为w1=w2=1±0.1mm,晶圆为直径300mm硅片。如图5所示,在成膜后仅使用边缘曝光方式(图1),调试各项参数得到此种方式的最佳去除效果,记录如下:仅边缘曝光时,涂胶单元的成膜时间为106.5s,边缘曝光用时120s,总时间为226.5s,边缘去除基本达到spec,但slope较宽,约0.09mm。

实施例1:

采用某种光刻胶pi(同对比例1),涂胶厚度为7.7μm,边缘去除目标为w1=w2=1±0.1mm,化学去除液为ok73,晶圆为直径300mm硅片。如图3所示,将化学去除与边缘曝光结合,调试各项参数并尝试多种时间搭配,得到此种方式的最佳去除效果,记录如下:两者结合,涂胶单元的成膜时间为95.5s,化学去边用时11s,边缘曝光用时42s,总时间为148.5s,所需化学液用量为3.6ml,边缘去除效果更好,达到spec,slope宽度约0.02mm。

通过记录数据可以发现,针对本实施例,采用本发明方法的效果最佳,从时长、化学品用量、去除效果综合考虑,本方法实现了发明目的。

对比例3:

采用某种正性光刻胶,涂胶厚度为15μm,边缘去除目标为w1=w2=1.3±0.15mm,化学去除液为ok73,晶圆为直径300mm硅片。如图4所示,在成膜后仅使用化学去除方式,调试各项参数得到此种方式最佳的去除效果,记录如下:仅化学去除时,涂胶单元的成膜时间为78s,化学去边用时25s,总时间为103s,所需化学液用量为8.3ml,边缘去除基本达到spec,slope宽度约0.01mm,但边缘轮廓参差不齐,呈现不规则锯齿状或波浪状。

对比例4:

采用某种正性光刻胶(同对比例3),涂胶厚度为15μm,边缘去除目标为w1=w2=1.3±0.15mm,晶圆为直径300mm硅片。如图5所示,在成膜后仅使用边缘曝光方式,调试各项参数得到此种方式的最佳去除效果,记录如下:仅边缘曝光时,涂胶单元的成膜时间为86s,边缘曝光用时40s,总时间为126s,边缘去除基本达到spec,但slope较宽,约0.08mm。

实施例2:

采用某种正性光刻胶(同对比例3),涂胶厚度为15μm,边缘去除目标为w1=w2=1.3±0.15mm,化学去除液为ok73,晶圆为直径300mm硅片。如图3所示,将化学去除与边缘曝光结合,调试各项参数并尝试多种时间搭配,得到此种方式的最佳去除效果,记录如下:两者结合,涂胶单元的成膜时间为78s,化学去边用时8s,边缘曝光用时15s,总时间为101s,所需化学液用量为2.6ml,边缘去除效果更好,达到spec,slope宽度约0.02mm。

通过记录数据可以发现,针对本实施例,采用本发明方法的效果最佳,从时长、化学品用量、去除效果综合考虑,本方法实现了发明目的。

通过上述实施例,可证明本发明方法适用于7μm-20μm的厚胶边缘去除,效果良好,且有节省化学品、减小slope、提高产能的附加效果。

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