CN104391435B - 一种光阻胶边缘清洗装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光阻胶边缘清洗装置，包括溶剂管4，用于输送溶剂；其特征在于：溶剂管4连接一刮刀8。以及一种光阻胶边缘清洗方法，该方法包括以下步骤：对晶圆上的光阻胶进行物理去除；对晶圆上的光阻胶进行化学去除。刮刀8向下移动刮除晶圆3上的光阻胶之后，位于刮刀8之上或者之内的针头喷出溶剂，晶圆3底层剩余的光阻和所述溶剂药剂的反应。与现有技术相比，本发明可以大幅提升边缘光阻的去除时间，在提高效率的同时减少了化学溶剂的用量，起到降本增效的作用。

Description

一种光阻胶边缘清洗装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体光刻技术领域，尤其涉及一种光阻胶边缘清洗装置及方法。

背景技术

光刻是一种图象复印的技术，是集成电路制程中一项关键的工艺技术。简单的说，光刻就是用照相复印的方法，将掩膜版上之图形精确地复印到涂在硅片表面的光致抗蚀剂(下面统称光刻胶)上面，然后在光刻胶的保护下对硅片进行离子注入，刻蚀(干，湿法)，金属蒸镀等。在晶圆的制造过程中，晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成。这且部件是每次在一个掩膜层上生成的，并且结合生成薄膜及去除特定部分，通过光刻工艺过程，最终在晶圆上保留特征图形的部分。光刻生产的目标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形，并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件的关联正确。光刻过程中的错误可造成图形歪曲或套准不好，最终可转化为对器件的电特性产生影响。图形的错位也会导致类似的不良结果。

一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。硅片清洗烘干目的是除去表面的污染物，涂底目的是使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。旋转涂胶包括静态涂胶和动态涂胶；目的是将光刻胶均匀涂敷在晶圆表面；软烘目的是除去溶剂；光刻胶涂覆后，在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离而影响其它部分的图形，因此需要去除边缘光刻胶(EBR，Edge Bead Removal)。

如附图1所示，传统的半导体光刻技术中的EBR是采用solvent(溶剂)液管+针头，再配以由伺服马达控制的手臂来完成边缘光阻的去除。其包括不锈钢碗1，真空吸盘2，晶圆3，溶剂管4，针头5，溶剂6经溶剂管4后从针头5喷出，达到对晶圆3边缘清洗的目的，7为漏液口。

此外，申请号为CN 200780016056.4的中国专利公开了一种改进的清洗沉积在基板边缘的斜角聚合物的设备，该设备包含可接收基板边缘的外框。具有多个向外延伸的叶片的硬毛刷单元位于该外框内，该硬毛刷单元设置在外框内的旋转轴上且排列成使向外延伸的叶片在旋转时接触到基板边缘。其通过硬毛刷来增加清洗效率和效果，硬毛刷由尼龙等材料构成，需要更换而不易维护，此外，由于尼龙材料已发生形变，因此清洗的精细度不易控制。同样的设置也出现在申请号为美国专利US5976267公开的技术方案中。

但在EBR产线上，由于产品的需求，一般光阻厚度都在50um～100um左右，最薄的也是15um、20um，尤其在晶圆边缘部份，可能厚达其它较均匀部份的光阻3倍以上。另外，为了确保光阻全然涂布到整片晶圆，通常注入光阻的剂量，是真正涂布粘着在晶圆上之数十甚至数百倍。因此，需要去除的光阻很多，一片晶圆的去边往往耗时约3～5min，导致产能受影响，溶剂材料的耗费也很多。

发明内容

为克服现有技术中存在的溶剂耗费量大、清洗时间长等一系列技术问题，本发明提供了一种光阻胶边缘清洗装置，包括溶剂管4，用于输送溶剂；其特征在于：溶剂管4连接一刮刀8。优选地，所述刮刀8为扁平状，刀面垂直于晶圆表面。或者所述刮刀8刀片呈一定弧度。

进一步，所述溶剂管4与移动手臂9相连，所述移动手臂在伺服机构的带动下水平或者上下移动。刮刀8的刀头部分位于晶圆3之上，移动手臂9在伺服机构的带动下沿水平方向向晶圆3移动，刮刀8的刀头靠近晶圆3的边缘时，移动手臂9停止水平移动，在伺服机构的带动下向下移动，从而带动刮刀8向下移动。或者，移动手臂9之上设置有上下位移滑块10，上下位移滑块10在伺服机构的带动下向下移动，从而带动刮刀8向下移动。

更进一步，所述刮刀8上设置有一感应器13。

非限制性地，刮刀8内部具有与溶剂管4相连的针头导管11。或者，刮刀8的背面面具有与溶剂管4相连的针头导管11。或者，刮刀8的正面面具有与溶剂管4相连的针头导管11。或者，刮刀8上有与刀头分离设置的针头12。

在另一个实施方式中，所述旋转台在多级马达带动下旋转；所述多级马达具有第一转速，所述刮刀8在第一转速时向下移动。在刮刀8刮除一部分光阻胶之后，位于刮刀之上或者之内的针头12喷出溶剂进行EBR化学去除。

更为优选地，所述刮刀8刀头厚度为1～2mm。

本发明还提供了一种光阻胶边缘清洗方法，该方法包括以下步骤：对晶圆上的光阻胶进行物理去除；对晶圆上的光阻胶进行化学去除。优选地，所述物理去除的步骤之前还包括：旋转所述晶圆。

进一步，所述物理去除的步骤为：使刮刀8的刀头部分位于晶圆3之上，刮刀8向下移动刮除晶圆3上的光阻胶。此外，可预先设置刮刀8向下移动的距离，刮刀8在设置在其上的感应器13的监测下向下移动，当刀头与晶圆3下沿的距离为d时，停止刮刀8的移动。

更进一步，所化学去除为：位于刮刀8之上或者之内的针头喷出溶剂，晶圆3底层剩余的光阻和所述溶剂药剂的反应。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于光阻的成份大部分是树脂基板，相对金属来说，是软性材料，采用物理切割过程，可以大幅提升边缘光阻的去除时间，粗略统计可提升产能约6倍，而传统的(溶剂药液方式，单纯采用化学反应，需要较多的溶剂量去参加化学反应，同时也需要更多的时间保证化学反应完成，因此新的设计方案采用物理+化学的两种方式，两种的优点相结合，将工艺过程优化，提高效率的同时，化学溶剂的用量也相应的减少，起到降本增效的作用。

附图说明

图1为传统的EBR技术方案示意图

图2为本发明带有刮刀的EBR结构示意图

图3为本发明刮刀结构的第一示意图

图4为本发明刮刀结构的第二示意图

图5为本发明感应器设置方式的示意图

图6为本发明通过感应器控制刮刀运动距离的示意图

图7为本发明刮刀横截面的结构之一的示意图

图8为本发明刮刀横截面的结构之二的示意图

图9为本发明刮刀横截面的结构之三的示意图

图10为本发明刮刀的一种实施方式示意图

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的第一实施方式中，提供了一种光阻胶边缘清洗装置，该装置包括：旋转台2，其可以是真空吸盘，工作时，旋转台2绕中心轴线旋转以产生离心力使得光刻胶或光阻胶逐步均匀地分布在晶圆3上。所述旋转台2由一台多级马达(图中未示出)带动。一个溶剂管4，用于输送溶剂，该溶剂管为一中空管状结构，溶剂管4连接一刮刀8，所述溶剂管与EBR移动手臂9相连，所述EBR移动手臂在伺服机构(图中未示出)的带动下水平或者上下移动。工作时，刮刀8的刀头部分位于晶圆3之上，移动手臂9在伺服机构的带动下沿水平方向向晶圆3移动，刮刀8的刀头靠近晶圆3的边缘时，移动手臂9停止水平移动，在伺服机构的带动下向下移动，从而带动刮刀8向下移动，用于刮除晶圆3上的光阻胶。

在另一个可选的技术方案中，上述移动手臂9的上下移动可以由设置在移动手臂9之上的上下位移滑块10的上下移动来替代。即，工作时刮刀8的刀头部分位于晶圆3之上，移动手臂9在伺服机构的带动下沿水平方向向晶圆3移动，刮刀8的刀头靠近晶圆3的边缘时，移动手臂9停止水平移动，上下位移滑块10在伺服机构的带动下向下移动，从而带动刮刀8向下移动，用于刮除晶圆3上的光阻胶。

在本发明的第二实施方式中，对第一实施方式进行了改进，如图3所示，该改进主要体现在：所述刮刀为扁平状，刀面垂直于晶圆表面。

在本发明的第三实施方式中，对第一实施方式进行了改进，该改进可以作为第二实施方式的替代。如图4所示，该改进主要体现在：所述刮刀8为扁平状，刀面垂直于晶圆表面，刮刀8刀片呈一定弧度，其作用为在切割光阻过程中，去除的光阻残渣可以沿此弧度掉落在硅片外侧，免除硅片被沾污。

在本发明的第四实施方式中，对第一、二、三实施方式进行了改进。如图5所示，该改进主要体现在：所述刮刀8上设置有一自动聚焦的感应器13。可选地，所述感应器13为一微位移传感器，将位移量转化为电压信号输出以实现刮胶厚度的控制。具体而言，参见附图6，感应器13与晶圆3下沿之间的距离为d，因为覆盖在晶圆3之上的光阻胶的厚度不均匀高而是分布在一定的范围内，因此刮刀8的初始位置(主要是垂直高度)并不确定，因此刮刀8在向下移动进行刮胶的过程中所行进的距离也并不确定。但是EBR的结果对每一晶圆3而言是确定的，也就是说，去除光阻胶之后，晶圆3的边缘厚度(含残留的光阻胶)是确定的，因此通过感应器13来实时监测刮刀8和晶圆下沿之间的厚度d(如图6)可以精确控制刀头8行进的距离，从而可以避免刮胶的过量或者不足。

在其他可选的实施方式中，感应器13可以是激光测距传感器、脉冲激光测距传感器电容测距传感器。经过精确测距后，可以精确移动刮刀8，使得刀头和晶圆3下沿的距离得到精确控制，原则上刮去一圈后，在纵向上仅保留2～3um厚度的光阻，再进行后续EBR溶剂洗边即可。

在本发明的第五实施方式中，对第一、二、三、四实施方式进行了改进。如图7所示，图7为所述刮刀8的横截面结构图，刮刀8内部具有与溶剂管4相连的针头导管11，针头导管11连通到刮刀8的刀头部，并在刀头部形成针头12。所述针头导管11的形状可以是管状(图7左图所示)，也可以是上粗下细的锥管状(图7右图所示)。

在本发明的第六实施方式中，对第一、二、三、四实施方式进行了改进，该实施方式可以作为第五实施方式的替代或者补充。如图8所示，图8为所述刮刀8的横截面结构图，刮刀8的背面面具有与溶剂管4相连的针头导管11，针头导管11连通到刮刀8的刀头部，并在刀头部形成针头12。所述针头导管11的形状可以是管状(图8左图所示)，也可以是上粗下细的锥管状(图8右图所示)。

在本发明的第七实施方式中，对第一、二、三、四实施方式进行了改进，该实施方式可以作为第五或六实施方式的替代或者补充。如图9所示，图9为所述刮刀8的横截面结构图，刮刀8的正面面具有与溶剂管4相连的针头导管11，针头导管11连通到刮刀8的刀头部，并在刀头部形成针头12。所述针头导管11的形状可以是管状(图9左图所示)，也可以是上粗下细的锥管状(图9右图所示)。

在本发明的第八实施方式中，提供了另一种刮刀实现方案，如图10所示，图10为所述刮刀8的立体图，针头12与刮刀8分离设置，及针头12不与刮刀8的刀头贴合。

在上述各种实施方式中，针头12可以是一个，也可以是多个，均匀分布在刮刀的刀头部分。

在上述第五、六、七、八涉及的技术方案中，对晶圆进行光刻胶边缘清洗时，先进行物理去除过程，即，刮刀8的刀头部分位于晶圆3之上，移动手臂9在伺服机构的带动下沿水平方向向晶圆3移动，刮刀8的刀头靠近晶圆3的边缘时，移动手臂9停止水平移动，在伺服机构的带动下移动手臂9或者上下位移滑块10向下移动，或者二者一起向下移动，从而带动刮刀8向下移动，用于刮除晶圆3上的光阻胶。在这一过程中，将大量的多余光阻刮除，刮刀的扁平设计或者弧形设计可以使去掉的光阻屑沿弧形掉落在晶圆之外，而不会掉落在晶圆上。此过程无需太高转速，只需保证晶圆旋转水平稳定，程序编辑刮刀进行一圈即可；也就是说，所述多级马达具有第一转速，所述第一转速不大于3000RPM，优选地，不大于800RPM，当低于800RPM时，旋转台旋转的离心力不够强，按照传统的方法不足以移除足够多的光阻胶，由于光阻的成份大部分是树脂基板，相对金属来说，是软性材料，而采用了刮刀设计之后，可以大幅提升边缘光阻的去除时间。

在刮刀刮除一部分光阻胶之后，位于刮刀之上或者之内的针头(出液口)喷出溶剂进行EBR化学去除，即，将底层剩余的光阻再利用化学药剂的反应来去除，同时也起到精细调整光阻边缘形貌的作用。在这一过程当中，所述多级马达具有第二转速，所述第二转速大于第一转速，例如在3000RPM以上。

如此，本发明采用物理去除和化学去除的方案，可将工艺时间缩短至30s左右，提升产能约6倍，而溶剂药液的用量也相应的减少，粗略统计可提升产能约6倍，一定程度上节约了能耗。

在上述各种实施方式中，刮刀8刀头一般厚度较薄，优选在1～2mm，较薄的刀片可以使光阻的切割去除较顺畅且形貌整齐；同时此刮刀刀片呈一定弧度，其作用为在切割光阻过程中，去除的光阻残渣可以沿此弧度掉落在硅片外侧，免除硅片被沾污。

在本发明的第九实施方式中，提供了一种光阻胶边缘清洗方法，该方法包括以下步骤：

对晶圆上的光阻胶进行物理去除；

对晶圆上的光阻胶进行化学去除。

所述物理去除的步骤之前还包括：旋转所述晶圆。

所述物理去除的步骤为：使刮刀8的刀头部分位于晶圆3之上，刮刀8向下移动刮除晶圆3上的光阻胶。

进一步，预先设置刮刀8向下移动的距离。刮刀8在设置在其上的自动聚焦的感应器13的监测下向下移动，当刀头与晶圆3下沿的距离为d时，停止刮刀8的移动。如此可以精确控制刀头8行进的距离，从而可以避免刮胶的过量或者不足。

在所述物理去除之后，进行化学去除。优选方案为：位于刮刀之上或者之内的针头(出液口)喷出溶剂，底层剩余的光阻和化学溶剂药剂的反应进行去除。

本发明的有益效果在于：由于光阻的成份大部分是树脂基板，相对金属来说，是软性材料，采用物理切割过程，可以大幅提升边缘光阻的去除时间，粗略统计可提升产能约6倍，而传统的(溶剂药液方式，单纯采用化学反应，需要较多的溶剂量去参加化学反应，同时也需要更多的时间保证化学反应完成，因此新的设计方案采用物理+化学的两种方式，两种的优点相结合，将工艺过程优化，提高效率的同时，化学溶剂的用量也相应的减少，起到降本增效的作用。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (14)

1.一种光阻胶边缘清洗装置，包括溶剂管(4)，用于输送溶剂；其特征在于：溶剂管(4)连接一刮刀(8)，所述刮刀(8)的内部或正面或背面具有与溶剂管(4)连接的针头导管(11)，所述针头导管(11)连通到刮刀(8)的刀头部，且在所述刀头部形成至少两个均匀分布的针头(12)；利用刮刀(8)对晶圆(3)上的一部分光阻胶进行物理去除之后，所述针头导管(11)连通的所述刀头部形成的至少两个均匀分布的所述针头(12)喷出溶剂对晶圆(3)上的剩余光阻胶进行化学去除，并同时精细调整光阻边缘形貌；

其中，进行物理去除时，所述晶圆(3)具有第一转速，进行化学去除时，所述晶圆(3)具有第二转速，所述第二转速大于所述第一转速。

2.如权利要求1所述的光阻胶边缘清洗装置，其特征在于：所述刮刀(8)为扁平状，刀面垂直于晶圆(3)表面。

3.如权利要求1所述的光阻胶边缘清洗装置，其特征在于：所述刮刀(8)刀片呈一定弧度。

4.如权利要求1所述的光阻胶边缘清洗装置，其特征在于：所述溶剂管(4)与移动手臂(9)相连，所述移动手臂(9)在伺服机构的带动下水平或者上下移动。

5.如权利要求4所述的光阻胶边缘清洗装置，其特征在于：刮刀(8)的刀头部分位于晶圆(3)之上，移动手臂(9)在伺服机构的带动下沿水平方向向晶圆(3)移动，刮刀(8)的刀头靠近晶圆(3)的边缘时，移动手臂(9)停止水平移动，在伺服机构的带动下向下移动，从而带动刮刀(8)向下移动。

6.如权利要求5所述的光阻胶边缘清洗装置，其特征在于：移动手臂(9)之上设置有上下位移滑块(10)，上下位移滑块(10)在伺服机构的带动下向下移动，从而带动刮刀(8)向下移动。

7.如权利要求1所述的光阻胶边缘清洗装置，其特征在于：所述刮刀(8)上设置有一感应器(13)。

8.如权利要求1所述的光阻胶边缘清洗装置，其特征在于：旋转台(2)在多级马达带动下旋转；所述多级马达具有第一转速，所述刮刀(8)在第一转速时向下移动。

9.如权利要求1所述的光阻胶边缘清洗装置，其特征在于：所述刮刀(8)刀头厚度为1～2mm。

10.一种光阻胶边缘清洗方法，其特征在于，所述方法利用上述1-9任一项所述的光阻胶边缘清洗装置进行光阻胶边缘清洗，该方法包括以下步骤：

利用所述刮刀(8)对晶圆(3)上的光阻胶进行物理去除；通过所述针头导管(11)连通的所述刀头部形成的至少两个均匀分布的所述针头(12)喷出溶剂对晶圆(3)上的光阻胶进行化学去除，并同时精细调整光阻边缘形貌；其中，进行物理去除时，所述晶圆(3)具有第一转速，进行化学去除时，所述晶圆(3)具有第二转速，所述第二转速大于所述第一转速。

11.如权利要求10所述的光阻胶边缘清洗方法，其特征在于，所述物理去除的步骤之前还包括：旋转所述晶圆(3)。

12.如权利要求11所述的光阻胶边缘清洗方法，其特征在于，所述物理去除的步骤为：使刮刀(8)的刀头部分位于晶圆(3)之上，刮刀(8)向下移动刮除晶圆(3)上的光阻胶。

13.如权利要求12所述的光阻胶边缘清洗方法，其特征在于，预先设置刮刀(8)向下移动的距离，刮刀(8)在设置在其上的感应器(13)的监测下向下移动，当刀头与晶圆(3)下沿的距离为d时，停止刮刀(8)的移动。

14.如权利要求10所述的光阻胶边缘清洗方法，其特征在于，所化学去除为：位于刮刀(8)之上或者之内的针头(12)喷出溶剂，晶圆(3)底层剩余的光阻和所述溶剂药剂的反应。