专利名称：对于高粘度光刻胶涂层的无条纹涂敷方法
技术领域：
本发明总的涉及一种使用涂层材料于表面的方法，具体讲为有关于制造半导体装置时使用光敏光刻胶于晶片的方法。
半导体装置是用众所周知的技术在硅基质上制成数个区域，这些区域被精确地界定。同样地在包含有金属线的硅基质上的其他区域也精确地界定，这些金属线连接如此形成装置的区域以制成超大规模集成电路(VLSI)。界定这些区域的图形是由光刻法制成。最普通的方法为包括首先将光敏光刻胶材料转动涂敷于晶片表面上，接着将此光刻胶层选择地曝光于诸如紫外光、电子或X-射线中的一种形式辐射中。用曝光工具和光罩来影响所要选择的曝光。当曝光区显影后，即按照所使用的光刻胶层被溶解或定影于位置上，而在光刻胶层上形成图形。在每一情况，这时已露出开口的各区域可按照任何一种已知的技术而在其上形成图形。最重要的是光敏光刻胶材料的厚度，此光敏光刻胶材料的厚度决定了所形成图形大小的精确度，这是光敏光刻胶的本性。精确度是依据曝光于辐射能的光敏光刻胶材料的体积，而通过该精确度可以经由曝光于辐射能而制成各图形。因此对于同样的辐射能和同样的图形，图形侧边的尺寸将根据呈现在辐射区下的光敏光刻胶的厚度而改变。这样的大小改变通常引起了已知的在此方面的缺点部分。因此最重要的是要控制涂层的厚度，尤其是在目前的亚微米光刻技术上。
由配送涂层材料到转动晶片上而完成晶片的转动涂敷。如
图1所示，通常晶片10安装在具有稍小于该晶片直径的真空夹头12上。在圆形的夹头上具有孔洞，这些孔洞连接到真空泵(未示出)，因此当经由孔洞抽真空时可将晶片保持在其表面。真空夹头依序固定在中心轴14上，此中心轴由马达机构(未示出)所旋转。通常，夹头和晶片是在水平方向面朝上，如图1所示。
在实际上，晶片的不作用面或称为底面保持为对着旋转夹头的表面，而所需数量的液态光敏光刻胶材料经由晶片的上表面的中心的配送器16而施加。在离心力作用下，光敏光刻胶材料然后由晶片中心向外朝四周缘分散，因此可涂布整个表面。在旋转过程中，过量的光敏光刻胶会飞溅离此晶片。对于不同的方法和不同的应用方式，可调整晶片的旋转速度、涂层材料的数量和性质，以达到所要的均匀厚度。
然而，使用不同的方法会使涂层材料产生不同的厚度。对于会产生不同厚度的原因，是由于三种影响因素所造成在材料自转表面上的表面形状、流体的流体动力学和自转材料的性质。
引到晶片表面上的材料层的表面形状由已经呈现在晶片表面上的特征形状而决定。因此，在图2中，显示了图1中的晶片10，但其有较大的横断面。在该横断面上，金属线15形成在沉积在硅基质11的绝缘层13上。还设有相一致的内层电介质层17，如图2所示。在此图中可以观察到相对应呈现有金属线的地方，即“山丘”01，和没有呈现金属线的地方，即“山谷”02。结果，当诸如光敏光刻胶的涂层材料被转动涂布在该山丘和山谷构成的表面形状时，光敏光刻胶19的厚度将依照如图2所示的情形变化。因此，山丘上的厚度03将小于山谷上的厚度04。如美国专利第5,498,449号所述，当光敏光刻胶19为了在晶片面上形成图形而辐射涂布时，由光敏光刻胶层吸收的能量因为其各部分有不同的厚度而不均匀。因此，造成了完成的光敏光刻胶图形彼此有不同的大小，而导致减少了临界尺寸的一致性。因此，因为最后图形彼此并不相似，则半导体装置的产品优良率和可靠度会降低。为解决此问题，在同样的美国专利第5,498,449号提出了将晶片10、中心轴14和所有的装置都转朝下(此处未示出)，并将晶片以高速旋转，从而借助地心引力向下的帮助，迫使光敏光刻胶19流过在下方的晶片表面山峰和山谷形状，因而使得在所有部分的光敏光刻胶层的厚度几乎相等，也就是使经过山峰和山谷处有同样的厚度。
转动流体的流体动力还将使得该流体无关于晶片的表面形状而厚度不同。例如，在晶片中央的涂层厚度可以远大于在边缘的涂层厚度，因此如图3a所示在中央部位形成一隆起20。或者，横越表面的涂层材料的分布可以诸如形成“碟形”22，配置成在晶片的边缘比在中央有较高的厚度(图3b)。研究表明，光敏光刻胶材料的这种行为(定分子量、溶液浓度等)只由转动参数而决定。已发展出各种的数学上关系来预测光刻胶厚度，应是依赖于诸如百分浓度、转动速度等因素。然而，现有技术中已充分提供了对于特定方法应用的实验数据。某些数据包括诸如光刻胶公式、转动型式、晶片大小、转动参数等等特定参数。横跨整个晶片厚度变化以作为函数的研究，此函数包括有许多参数，如光刻胶配送的体积、晶片直径、光刻胶粘度、配送期间的晶片自转速、晶片加速和最后自转速等，揭示于由S.Wolf所发表的“对于VLSI时代的硅处理方法(Silicon Processing for the VLSI Era，)”第1册，第433页，1990年版，出版社为加利福尼亚Sunset Beach的Lattice Press。
在美国专利第5,405,813号中揭示了光刻胶流的动力可通过在特定时间改变晶片的旋转速度的方式而处理。在此相同时间，配送的光刻胶量改变。在此方式中，均匀厚度的光敏光刻胶形成遍于整个晶片表面，而且同时减少了用于涂层处理的光敏光刻胶材料的数量。尤其是，晶片绕一中心轴而旋转而使其能达到第一旋转速度。接着，在该专利中还进一步述及，当极小量的光敏光刻胶材料同时配送至半导体晶片的上表面时，则半导体晶片将由第一旋转速度减速至第二旋转速度。当晶片达到第二旋转速度时，则停止把光敏光刻胶材料配送到半导体晶片的上表面。然后半导体晶片从第二旋转速度加速至第三旋转速度。当达到第三旋转速度时，半导体晶片将维持于第三旋转速度以使光敏光刻胶材料遍布于半导体晶片的上表面为一均匀层。接着，半导体晶片从第三旋转速度加速至第四旋转速度，然后维持于第四旋转速度从而使在半导体晶片的上表面的光敏光刻胶材料均匀层干燥。
当在该美国专利第5,405,813号的这些步骤指出如何减少因朝向晶片的边缘形成“碟形”，或因朝向晶片的中心而形成“隆起”而引起的厚度变化时，现有技术仍须控制另外一种型式的变量，这种变量是由光刻胶层在旋转时在离心力影响下在辐射方向的起皱现象所引起。该起皱现象叠置在下方的光敏光刻胶层上，而导致有波浪状的厚度变化，如图3c所示。此波浪状的起皱为厚度条纹，不同于标称光刻胶层厚度，有时称之为条纹(striation)。通常，条纹的程度会因增加地形阶层的高度和光刻胶层的粘度而增加。本发明所提出的方法因此如图3a-3c所示，使型式的厚度变化实质地减少。这可通过用光敏光刻胶预润湿晶片而达成，但是仍会有不同的物理性质，即粘度，其具有不同于以特定旋转速度转动于晶片上的最后光敏光刻胶层的粘度。下文将以优选实施例的光敏光刻胶具有相对较高粘度的某些不希望的行为结果而得以证明。
本发明的目的在于提供一种无条纹涂敷高粘度光敏光刻胶在半导体晶片的阶状高度表面形状的方法。
本发明的另一目的在于提供一种减少在涂敷光敏光刻胶层时因晶片表面形状所引起的厚度变化的方法。
本发明的又一目的在于提供一种减少用于涂敷半导体晶片时的光敏光刻胶数量的方法。
本发明的这些目的首先是当晶片以预定的旋转速度自转时，连续地预润湿晶片而达成。在停止配送预润湿的媒介后，晶片被加速至第二旋转速度。接着，当晶片被加速至第三旋转速度时，高粘度光敏光刻胶被配送。为了达到尽可能减少厚度变化的目的，将第三旋转速度和配送率设定为与高粘度光敏光刻胶所预期之值相比较为想不到的低值。光敏光刻胶的减少数量现减少光敏光刻胶的配送率而达成，而不会引进任何不良的效果于涂敷层上。
本发明提供一种半导体晶片的光敏光刻胶涂层方法，包括以下步骤提供一夹头；提供所述夹头的中心轴；提供光敏光刻胶配送器；安装所述晶片于所述夹头上；将在所述中心轴上的所述真空夹头自转至第一旋转速度；配送预湿剂至所述夹头上的所述晶片；稳定所述第一旋转速度；加速所述晶片至第二旋转速度；稳定所述第二旋转速度；加速所述晶片至第三旋转速度；配送光敏光刻胶至所述晶片上的所述预湿剂上；加速所述晶片至第四旋转速度；稳定所述第四旋转速度。
本发明还提供一种在半导体晶片的表面构形上涂敷高粘度光敏光刻胶形成无条纹涂层的方法，包括以下步骤将所述晶片的底表面安装到光敏光刻胶涂敷系统的真空夹头上，从而使得晶片呈水平指向并面朝上；使所述真空夹头绕一中心轴旋转，以使得所述晶片获得大约0-200rpm之间范围的第一旋转速度；同时加速所述第一旋转速度，以每秒大约2-5立方厘米(cc)之间的一定速率配送预湿剂，期间为大约1-3秒；停止配送所述预湿剂，并稳定所述第一旋转速度大约1-2秒期间；加速所述晶片以达到第二旋转速度，加速所述晶片以达到大约1500rpm至3000rpm之间的第三旋转速度，而同时以大约0.6-1cc/秒之间的速率配送光敏光刻胶，持续4-8秒的期间；加速所述晶片以达到大约2000rpm至3800rpm之间的第四旋转速度，并稳定所述第四旋转速度大约20-30秒的期间。
本发明的目的和特征将由以下详细的说明并结合附图而变得更清楚。
图1为显示安装在现有技术真空夹头上并定位在中央定位光敏光刻胶材料配送器下方的晶片的横剖面图。
图2为显示现有技术自转涂敷光敏光刻胶的横剖面图。
图3a，3b和3c为显示所熟知的有非均匀光敏光刻胶层形成在其上的半导体晶片的横剖面图。
图4a为显示依照本发明的从晶片的中央发散辐射线的晶片的平面示图。
图4b为显示沿着图4a的其中之一辐射线的横剖面的熟知的光敏光刻胶厚度变化的示意图。
图4c为显示沿着图4a的其中之一辐射线的横剖面的本发明的光敏光刻胶厚度变化的示意图。
现在参照附图，再参照现有技术的图3a，3b，和3c所示具有非均匀，即可变光敏光刻胶层的半导体晶片的横剖面图。参照图3a，光敏光刻胶20的“碟形”层在半导体晶片10的中央比在晶片10的周缘有较厚的厚度。图3b中，转动于晶片10上的光敏光刻胶层在半导体晶片10的周缘比在该晶片的中央有较厚的厚度。而在光敏光刻胶层厚度的另外一种变化为如图3c所示的由辐射光刻胶条纹所引起的波浪状24性质。在所有上述情况中，光敏光刻胶层厚度的变化对于其后的该晶片将照着处理的步骤都将有不利的影响。其结果，在相同晶片上由于光敏光刻胶层厚度的变化，而使得譬如金属层线宽的临界尺寸将改变。
在本发明的优选实施例中，实施数种实验以实质地减少如图3c所示的辐射条纹(即，在整个晶片表面上不同于标称光刻胶层厚度的厚度的辐射条纹)。首先，将可观察到已知性质的光敏光刻胶比如由东芝公司(Mitsubishi)所制造的MCPRi 7010N-转动于图4a的晶片10上，沿着其中一条辐射线32的横剖面的厚度变化为介于大于1900埃()至2000埃之间。最好厚度变化为不超过大约50埃至100埃之间。因此当配送光敏光刻胶时，实验实施改变粘度、光敏光刻胶的配送率和晶片的旋转速度。能够发现到已知的粘度范围大约为4cp(centipoise，厘泊)至16cp，几乎不能见到条纹。可是，当使用较高粘度的光敏光刻胶时，可观察到条纹。以大约35cp至50cp之间较高粘度光刻胶作实验，显示了实质的改进如下列表1所示表1粘度 旋转速度 配送率 条纹35cp-50cp 2000-40000rpm 0.85-1.0cc/s1900-200035cp-50cp 1500-30000rpm 0.60-0.9cc/s50-100
与表1第一行的数据状况相对应的情况见图4b，而相对于该表第二行数据的改进状况见图4c。还可有趣地可从上表中观察到，预想不到的，越高粘度的光敏光刻胶需要越低的旋转速度，以达到减少的条纹厚度变化。
因此，在本发明中，上述的实验结果可归结陈述于下列说明的优选实施例中。然而，为了使能对本发明有完全的了解，在此说明书中，提出了诸如特定材料、处理参数等的详细数据。然而本领域技术人员应了解到，这些特定的详细数据，不是一定要使用在本发明的实际使用中。
因此，将半导体晶片的底面放置在真空夹头上用以施加光敏光刻胶于晶片的上表面。将晶片以上表面朝上的方向而将晶片定向于水平面方向。接着，以粘度1cp-5cp的AZEBR预湿剂将晶片润湿，旋转从0-200rpm(转/分)大约0-3秒，并配送以大约2-5立方厘米(cc)的预湿剂量。虽然本发明中采用这些速度和配送率，但是本发明改变这些参数也是可以的。
当晶片到达200rpm的第一旋转速度，和该预湿剂的量经配送后，晶片则维持在该速度大约1-2秒之间，其长度为刚足以使该晶片稳定于第一旋转速度。然后晶片被加速至大约500-2000rpm之间的第二旋转速度，并保持该速度稳定大约2-5秒之间。
本发明的主要特征和关键精神，是在下一步骤中要配送相对高浓度的光敏光刻胶。在优选实施例中，使用MCPRi 7010N型式光敏光刻胶，其粘度范围大约在35cp-50cp。在本发明中，光敏光刻胶大约以0.6-1.0cc/秒范围之间的一定速率配送大约4-8秒时间。该光敏光刻胶经由全加速从第二旋转速度至第三旋转速度大约1500-3000rpm之间而配送。光敏光刻胶配送完后，然后将晶片加速至大约2000-3800rpm的第四旋转速度，并稳定于该速度大约20-30秒时间，以获得所需的光敏光刻胶厚度。
因此，本领域技术人员应了解到，当以低至0.6cc/秒的该配送速率配送时，有实质上减少所需涂敷在晶片上的光敏光刻胶材料量的额外好处。本发明的更进一步优点是，由实验观察可知在各晶片之间有减少厚度变化的重复性。这就是说，使用上述的方法，可减少分离的半导体晶片之间的平均厚度变化。在一般的现有技术光敏光刻胶涂层方法中，涂敷以相同的时间，在分离的半导体晶片上光敏光刻胶层的平均厚度之间的变化，将高达几百埃()(请参阅美国专利第5,405,813号)。可是，用本发明的实验结果可得一般约50-100之间的范围。
因此，本发明的方法提供在阶状高度表面形状的半导体晶片的上表面上形成无条纹效果的光敏光刻胶层，还可减少光敏光刻胶材料的量。此外，本发明的方法提供在不同时间，处理在不同晶片上的光敏光刻胶材料层，可提高平均厚度间的再现的程度。本发明所提供的各种改进优点，可以应用在半导体产品制造方面的全部改进事项中。
虽然本发明已参照优选实施例而作了详细的显示和说明，但本领域技术人员应了解到，本发明可在形式和细节上作不同的改变，而不偏离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种半导体晶片的光敏光刻胶涂层方法，包括以下步骤提供一夹头；提供所述夹头的中心轴；提供光敏光刻胶配送器；安装所述晶片于所述夹头上；将在所述中心轴上的所述真空夹头自转至第一旋转速度；配送预湿剂至所述夹头上的所述晶片；稳定所述第一旋转速度；加速所述晶片至第二旋转速度；稳定所述第二旋转速度；加速所述晶片至第三旋转速度；配送光敏光刻胶至所述晶片上的所述预湿剂上；加速所述晶片至第四旋转速度；稳定所述第四旋转速度。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述夹头具有多个真空孔洞。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述孔洞连接至真空泵。
4如权利要求1所述的方法，其中所述夹头安装在所述中心轴上。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述晶片安装在所述夹头上，所述夹头的直径稍小于所述晶片的直径。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述中心轴由马达机构所旋转。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一旋转速度介大约0rpm至200rpm之间。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述配送器位于在所述夹头上所述晶片的表面的中央位置。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述预湿剂为一种称之稀释剂的化学溶液，其具有大约1cp-5cp之间的粘度。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述预湿剂以大约2-5立方厘米(cc)之间的速率配送。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述预湿剂以大约1-3秒的期间配送。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述第一旋转速度呈稳态大约1-2秒的期间。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述第二旋转速度介于大约500rpm至2000rpm之间。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述第二旋转速度呈稳态大约2-5秒的期间。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述第三旋转速度介于大约1500rpm至3000rpm之间。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述光敏光刻胶为MCPRi 7010N。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述光敏光刻胶的粘度为介于大约35cp-50cp之间。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述光敏光刻胶以大约0.6cc-1.0cc之间的速率配送。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述光敏光刻胶以大约4-8秒的期间配送。
20.如权利要求1所述的方法，其中所述第四旋转速度介于大约2000rpm至3800rpm之间。
21.如权利要求1所述的方法，其中所述第四旋转速度呈稳态大约20-30秒的期间。
22.一种在半导体晶片的表面构形上涂敷高粘度光敏光刻胶形成无条纹涂层的方法，包括以下步骤将所述晶片的底表面安装到光敏光刻胶涂敷系统的真空夹头上，从而使得晶片呈水平指向并面朝上；使所述真空夹头绕一中心轴旋转，以使得所述晶片获得大约0-200rpm之间范围的第一旋转速度；同时加速所述第一旋转速度，以每秒大约2-5立方厘米(cc)之间的一定速率配送预湿剂，期间为大约1-3秒；停止配送所述预湿剂，并稳定所述第一旋转速度大约1-2秒期间；加速所述晶片以达到第二旋转速度，加速所述晶片以达到大约1500rpm至3000rpm之间的第三旋转速度，而同时以大约0.6-1cc/秒之间的速率配送光敏光刻胶，持续4-8秒的期间；加速所述晶片以达到大约2000rpm至3800rpm之间的第四旋转速度，并稳定所述第四旋转速度大约20-30秒的期间。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述预湿剂为AZEBR，具有粘度大约1cp-5cp之间。
24.如权利要求22所述的方法，其中所述光敏光刻胶涂料为MCPRi7010N，具有粘度大约35cp-50cp之间。
全文摘要
一种可以在晶片上无条纹涂敷光敏光刻胶层的方法。此方法可以下列方式达成,首先以某一特定速率,以某种特定媒剂或溶液预润湿晶片,而将此晶片加速至一预定之旋转速度。然后停止供应此预润湿溶液,接着将晶片加速至第二旋转速度。再接着将晶片加速至第三旋转速度时,把相对高浓度的光敏光刻胶配送至晶片。为了达成比现有技术所知的有更减少的厚度变化,该第三旋转速度和配送率设定得为比较期望的高粘度光敏光刻胶者有想象不到的低值。采用本发明可保持线宽的临界尺寸,和产品的优良率可获得改进。
文档编号G03F7/16GK1206850SQ97104658
公开日1999年2月3日 申请日期1997年7月30日 优先权日1997年7月30日
发明者王立铭, 萧国裕 申请人:世界先进积体电路股份有限公司