一种螺旋式光阻涂布结构及其制备装置与方法与流程

本发明属于半导体封装制造业领域，特别涉及一种螺旋式光阻涂布结构及其制备装置与方法。

背景技术：

现有技术中，光刻技术是指在光照作用下，借助光致抗蚀剂将掩膜版上的图形转移到基片上的技术。其主要过程为：首先紫外光通过掩膜版照射到附有一层光刻胶薄膜的基片表面，引起曝光区域的光刻胶发生化学反应；再通过显影技术溶解去除曝光区域或未曝光区域的光刻胶，使掩膜版上的图形被复制到光刻胶薄膜上；最后利用刻蚀技术将图形转移到基片上。

在半导体封装制造业光刻领域中，有一种常规光阻涂布工艺方式：通过喷胶装置将光阻全部喷于芯片中心，芯片中心积聚较多光阻后，接着旋转芯片，将光阻渐渐匀开，使位于芯片中心的光阻均匀覆盖在芯片表面，达到所需的光阻厚度。其不足之处在于：光阻的价格较高，该工艺耗用的光阻量较大，成本过高；喷胶装置的喷胶口部位光阻暴露在空气中易形成硬胶块，涂布时会导致局部区域的光阻厚度不均匀；空气微溶于光阻，喷胶口部位光阻微溶于空气后，在涂布中受热爆开，易导致局部区域缺胶。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种螺旋式光阻涂布结构，能够降低光阻用量，使得光阻更合理分布在晶圆表面，提高晶圆光阻涂布的合格率。

本发明的目的是这样实现的：一种螺旋式光阻涂布结构，包括晶圆，所述晶圆表面覆盖设置有处理溶剂层，所述处理溶剂层上方设置有光阻层，所述光阻层呈螺旋形，螺旋形光阻层包括若干首尾相连的单元段，相邻的外层单元段尾端与内层单元段首端相连，外侧的相邻两个单元段之间的间距大于内侧的相邻两个单元段之间的间距。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过处理溶剂降低晶圆表面的光阻粘度，以达到光阻能更快扩散的目的；晶圆表面形成的处理溶剂层起到保护薄膜的作用，可以降低晶圆表面凹凸线路的高度差，更便于光阻的推移；晶圆表面的非等间距式螺旋形光阻层分布更加合理，可以降低光阻用量，降低成本，同时可以保证晶圆表面的光阻分布合格率，成功进行后续的光刻工艺。

作为本发明的进一步改进，每个所述单元段的首端与尾端位于晶圆的同一直径上。每个单元段呈一个完整的圆周。

作为本发明的进一步改进，内侧的所述单元段尾端位于晶圆的中心位置，晶圆直径为195~205mm。本技术方案可以保证晶圆中心覆盖有光阻。

作为本发明的进一步改进，所述处理溶剂层的处理溶剂的组成及含量为：丙二醇甲醚为69~71wt%；丙二醇单甲醚乙酸脂为29~31wt%。光阻的组成成分中也含有溶剂，溶剂的含量多少决定光阻的粘度，晶圆表面形成薄膜状处理溶剂层后与光阻接触，可降低光阻层底部粘度，减少晶圆表面凹凸线路的高度差，在转动状态下光阻更容易往晶圆表面推移。

本发明的目的之二是提供一种螺旋式光阻涂布结构的制备装置，能够在晶圆转动时，对晶圆表面依次喷上处理溶剂和光阻。

本发明的目的是这样实现的：一种螺旋式光阻涂布结构的制备装置，包括机身，机身上侧可转动地设置有圆形旋转台，机身内部设置有旋转驱动机构，所述旋转台上设置有若干真空吸盘，所述旋转台上方设置有移动涂胶机构，所述移动涂胶机构包括固定顶架，固定顶架上设置有至少2条导轨，其中1条导轨侧面轴向设置有齿条，导轨下侧活动连接有移动座，移动座上对应旋转台设置有喷胶手臂，喷胶手臂的喷出口轴线与旋转台表面垂直，移动座上对应齿条一体设置有电机座，电机座上安装有电机一，电机一的输出轴向上穿过电机座并传动连接有齿轮，齿轮与所述齿条相啮合。

本发明工作时，真空吸盘将晶圆固定，旋转台带动晶圆转动，电机一带动齿轮沿着齿条转动，移动座实现带动喷胶手臂在晶圆上方来回径向移动；在晶圆转动时，喷胶手臂沿晶圆径向移动并对晶圆喷光阻，可以在晶圆表面形成螺旋状光阻。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本装置能够在晶圆转动时，对晶圆表面依次喷上处理溶剂和光阻。

作为本发明的进一步改进，所述旋转驱动机构包括电机二，电机二竖直设置，电机二的输出端经减速器与旋转台的转轴传动连接。电机二经减速器减速后带动旋转台的转轴转动，旋转台实现转动。

本发明的目的之三是提供一种螺旋式光阻涂布结构的制备方法，能够快速制备出上述螺旋式光阻涂布结构，减少光阻涂布时间，提高光阻涂布效率，并降低光阻用量，节省时间。

本发明的目的是这样实现的：一种螺旋式光阻涂布结构的制备方法，包括如下步骤：

先将晶圆放置在旋转台中心位置，真空吸盘将晶圆吸紧，喷胶手臂再移动到晶圆中心上方1~2cm处，喷胶手臂的喷出口横截面积为8~12mm²，喷胶手臂在晶圆上喷上处理溶剂，同时旋转台以190~210rpm的转速转动50~60s，使得处理溶剂在晶圆表面均匀铺开形成10~50μm厚的处理溶剂层；控制旋转台以90~110rpm的转速保持转动，喷胶手臂移动至距离晶圆边缘20~40mm处开始喷光阻，先在初始的前2s内以14~16mm/s的速度径向朝晶圆中心移动，然后在后2s内以11~14mm/s的速度径向朝晶圆中心移动，最后以6~9mm/s的速度径向朝晶圆中心移动，直到喷胶手臂移动到晶圆中心上方停止喷光阻。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本方法在晶圆表面喷洒处理溶剂后转动晶圆，可对晶圆表面做一个微清洗，去除表面的脏污，防止杂质影响光阻的涂布；喷胶手臂以变速式从晶圆边缘往中心移动喷光阻，与传统方法相比可减少光阻从晶圆中心往边缘推移的路程，光阻在空气中易形成硬块，因而光阻喷头处若有硬块，会优先喷于晶圆边缘，在转动过程中硬块会被甩出晶圆表面，减少异常发生；因光阻具有一定粘度，喷头先从晶圆边缘喷光阻，光阻先与空气接触时，空气微融入光阻喷头处光阻易产生气泡，，在后续转动过程中气泡会被甩出晶圆表面。本方法可以减少光阻涂布用量，并缩短光阻涂布时间。

作为本发明的进一步改进，喷完光阻后，旋转台先以90~110rpm的转速转动18~22s，再以700~900rpm的转速转动26~34s，最后以1900~2100rpm的转速转动1~2s，使得晶圆上的螺旋形光阻层均匀铺开。通过旋转，将光阻层均匀铺开在晶圆上。

附图说明

图1为螺旋式光阻涂布结构的示意图。

图2为螺旋式光阻涂布结构的制备装置的结构示意图。

图3为图2的局部放大图。

图4为图2的a向视图。

图5为图4的bb向剖视图。

其中，1晶圆，1a处理溶剂层，2光阻层，2a单元段，3机身，4旋转台，4a真空吸盘，4b转轴，5固定顶架，6导轨，7齿条，8移动座，9喷胶手臂，10电机座，10a电机一，11电机二，12减速器。

具体实施方式

实施例1

如图1-5所示，为一种螺旋式光阻涂布结构，包括晶圆1，晶圆1表面覆盖设置有处理溶剂层1a，处理溶剂层1a上方设置有光阻层2，光阻层2呈螺旋形，螺旋形光阻层2包括若干首尾相连的单元段2a，相邻的外层单元段2a尾端与内层单元段2a首端相连，外侧的相邻两个单元段2a之间的间距大于内侧的相邻两个单元段2a之间的间距。每个单元段2a的首端与尾端位于晶圆1的同一直径上。内侧的单元段2a尾端位于晶圆1的中心位置，晶圆1直径为200mm。处理溶剂层1a的处理溶剂的组成及含量为：丙二醇甲醚为70wt%；丙二醇单甲醚乙酸脂为30wt%。

一种上述螺旋式光阻涂布结构的制备装置，包括机身3，机身3上侧可转动地设置有圆形旋转台4，机身3内部设置有旋转驱动机构，旋转台4上设置有若干真空吸盘4a，旋转台4上方设置有移动涂胶机构，所述移动涂胶机构包括固定顶架5，固定顶架5上设置有至少2条导轨6，其中1条导轨6侧面轴向设置有齿条7，导轨6下侧活动连接有移动座8，移动座8上对应旋转台4设置有喷胶手臂9，喷胶手臂9的喷出口轴线与旋转台4表面垂直，移动座8上对应齿条7一体设置有电机座10，电机座10上安装有电机一10a，电机一10a的输出轴向上穿过电机座10并传动连接有齿轮，齿轮与齿条7相啮合。所述旋转驱动机构包括电机二11，电机二11竖直设置，电机二11的输出端经减速器12与旋转台4的转轴4b传动连接。电机二11经减速器12减速后带动旋转台4的转轴4b转动，旋转台4实现转动。

一种上述螺旋式光阻涂布结构的制备方法，包括如下步骤：

先将晶圆1放置在旋转台4中心位置，真空吸盘4a将晶圆1吸紧，喷胶手臂9再移动到晶圆1中心上方1.5cm处，喷胶手臂9的喷出口横截面积为10mm²，喷胶手臂9在晶圆1上喷上处理溶剂，同时旋转台4以200rpm的转速转动55s，使得处理溶剂在晶圆1表面均匀铺开形成30μm厚的处理溶剂层1a；控制旋转台4以100rpm的转速保持转动，喷胶手臂9移动至距离晶圆1边缘30mm处开始喷光阻，先在初始的前2s内以15mm/s的速度径向朝晶圆1中心移动，然后在后2s内以12.5mm/s的速度径向朝晶圆1中心移动，最后以7.5mm/s的速度径向朝晶圆1中心移动，直到喷胶手臂9移动到晶圆1中心上方停止喷光阻。喷完光阻后，旋转台4先以100rpm的转速转动20s，再以800rpm的转速转动30s，最后以2000rpm的转速转动1.5s，使得晶圆1上的螺旋形光阻层2均匀铺开。

经过测量，本实施例的光阻涂布用量为3.3g，光阻涂布时间为210s。

实施例2

如图1-5所示，为一种螺旋式光阻涂布结构，包括晶圆1，晶圆1表面覆盖设置有处理溶剂层1a，处理溶剂层1a上方设置有光阻层2，光阻层2呈螺旋形，螺旋形光阻层2包括若干首尾相连的单元段2a，相邻的外层单元段2a尾端与内层单元段2a首端相连，外侧的相邻两个单元段2a之间的间距大于内侧的相邻两个单元段2a之间的间距。每个单元段2a的首端与尾端位于晶圆1的同一直径上。内侧的单元段2a尾端位于晶圆1的中心位置，晶圆1直径为195mm。处理溶剂层1a的处理溶剂的组成及含量为：丙二醇甲醚为71wt%；丙二醇单甲醚乙酸脂为29wt%。

一种上述螺旋式光阻涂布结构的制备装置，包括机身3，机身3上侧可转动地设置有圆形旋转台4，机身3内部设置有旋转驱动机构，旋转台4上设置有若干真空吸盘4a，旋转台4上方设置有移动涂胶机构，所述移动涂胶机构包括固定顶架5，固定顶架5上设置有至少2条导轨6，其中1条导轨6侧面轴向设置有齿条7，导轨6下侧活动连接有移动座8，移动座8上对应旋转台4设置有喷胶手臂9，喷胶手臂9的喷出口轴线与旋转台4表面垂直，移动座8上对应齿条7一体设置有电机座10，电机座10上安装有电机一10a，电机一10a的输出轴向上穿过电机座10并传动连接有齿轮，齿轮与齿条7相啮合。所述旋转驱动机构包括电机二11，电机二11竖直设置，电机二11的输出端经减速器12与旋转台4的转轴4b传动连接。电机二11经减速器12减速后带动旋转台4的转轴4b转动，旋转台4实现转动。

一种上述螺旋式光阻涂布结构的制备方法，包括如下步骤：

先将晶圆1放置在旋转台4中心位置，真空吸盘4a将晶圆1吸紧，喷胶手臂9再移动到晶圆1中心上方2cm处，喷胶手臂9的喷出口横截面积为12mm²，喷胶手臂9在晶圆1上喷上处理溶剂，同时旋转台4以190rpm的转速转动50s，使得处理溶剂在晶圆1表面均匀铺开形成10μm厚的处理溶剂层1a；控制旋转台4以110rpm的转速保持转动，喷胶手臂9移动至距离晶圆1边缘20mm处开始喷光阻，先在初始的前2s内以16mm/s的速度径向朝晶圆1中心移动，然后在后2s内以14mm/s的速度径向朝晶圆1中心移动，最后以9mm/s的速度径向朝晶圆1中心移动，直到喷胶手臂9移动到晶圆1中心上方停止喷光阻。喷完光阻后，旋转台4先以90rpm的转速转动22s，再以700rpm的转速转动34s，最后以1900rpm的转速转动2s，使得晶圆1上的螺旋形光阻层2均匀铺开。

经过测量，本实施例的光阻涂布用量为3.4g，光阻涂布时间为212s。

实施例3

如图1-5所示，为一种螺旋式光阻涂布结构，包括晶圆1，晶圆1表面覆盖设置有处理溶剂层1a，处理溶剂层1a上方设置有光阻层2，光阻层2呈螺旋形，螺旋形光阻层2包括若干首尾相连的单元段2a，相邻的外层单元段2a尾端与内层单元段2a首端相连，外侧的相邻两个单元段2a之间的间距大于内侧的相邻两个单元段2a之间的间距。每个单元段2a的首端与尾端位于晶圆1的同一直径上。内侧的单元段2a尾端位于晶圆1的中心位置，晶圆1直径为205mm。处理溶剂层1a的处理溶剂的组成及含量为：丙二醇甲醚为69wt%；丙二醇单甲醚乙酸脂为31wt%。

一种上述螺旋式光阻涂布结构的制备装置，包括机身3，机身3上侧可转动地设置有圆形旋转台4，机身3内部设置有旋转驱动机构，旋转台4上设置有若干真空吸盘4a，旋转台4上方设置有移动涂胶机构，所述移动涂胶机构包括固定顶架5，固定顶架5上设置有至少2条导轨6，其中1条导轨6侧面轴向设置有齿条7，导轨6下侧活动连接有移动座8，移动座8上对应旋转台4设置有喷胶手臂9，喷胶手臂9的喷出口轴线与旋转台4表面垂直，移动座8上对应齿条7一体设置有电机座10，电机座10上安装有电机一10a，电机一10a的输出轴向上穿过电机座10并传动连接有齿轮，齿轮与齿条7相啮合。所述旋转驱动机构包括电机二11，电机二11竖直设置，电机二11的输出端经减速器12与旋转台4的转轴4b传动连接。电机二11经减速器12减速后带动旋转台4的转轴4b转动，旋转台4实现转动。

一种上述螺旋式光阻涂布结构的制备方法，包括如下步骤：

先将晶圆1放置在旋转台4中心位置，真空吸盘4a将晶圆1吸紧，喷胶手臂9再移动到晶圆1中心上方1cm处，喷胶手臂9的喷出口横截面积为8mm²，喷胶手臂9在晶圆1上喷上处理溶剂，同时旋转台4以210rpm的转速转动60s，使得处理溶剂在晶圆1表面均匀铺开形成50μm厚的处理溶剂层1a；控制旋转台4以90rpm的转速保持转动，喷胶手臂9移动至距离晶圆1边缘40mm处开始喷光阻，先在初始的前2s内以14mm/s的速度径向朝晶圆1中心移动，然后在后2s内以11mm/s的速度径向朝晶圆1中心移动，最后以6mm/s的速度径向朝晶圆1中心移动，直到喷胶手臂9移动到晶圆1中心上方停止喷光阻。喷完光阻后，旋转台4先以110rpm的转速转动18s，再以900rpm的转速转动26s，最后以2100rpm的转速转动1s，使得晶圆1上的螺旋形光阻层2均匀铺开。

经过测量，本实施例的光阻涂布用量为3.2g，光阻涂布时间为208s。

根据上述3个实施例，可以得出下表。

对比例：采用传统方法，通过喷胶装置将光阻全部喷于晶圆1中心，晶圆1中心积聚较多光阻后，接着旋转晶圆1，将光阻渐渐匀开，使位于晶圆1中心的光阻均匀覆盖在晶圆1表面，所用的光阻涂布用量为6g，光阻涂布制程时间为270s。

通过比较可以得出：本发明的制备方法可以大大减少光阻涂布用量，并缩短光阻涂布时间，降低成本，提高生产效率。

本发明的光阻涂布结构通过处理溶剂降低晶圆1表面的光阻粘度，以达到光阻能更快扩散的目的；晶圆1表面形成的处理溶剂层1a起到保护薄膜的作用，可以降低晶圆1表面凹凸线路的高度差，更便于光阻的推移；晶圆1表面的非等间距式螺旋形光阻层2分布更加合理，可以降低光阻用量，降低成本，同时可以保证晶圆1表面的光阻分布合格率，成功进行后续的光刻工艺。

本发明的制备方法在晶圆1表面喷洒处理溶剂后转动晶圆1，可对晶圆1表面做一个微清洗，去除表面的脏污，防止杂质影响光阻的涂布；喷胶手臂9以变速式从晶圆1边缘往中心移动喷光阻，与传统方法相比可减少光阻从晶圆1中心往边缘推移的路程，光阻在空气中易形成硬块，因而光阻喷头处若有硬块，会优先喷于晶圆1边缘，在转动过程中硬块会被甩出晶圆1表面，减少异常发生；因光阻具有一定粘度，喷头先从晶圆1边缘喷光阻，光阻先与空气接触时，空气微融入光阻喷头处光阻易产生气泡，，在后续转动过程中气泡会被甩出晶圆1表面。本方法可以减少光阻涂布用量，并缩短光阻涂布时间。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。