阅读说明：本技术 一种改善聚酰亚胺材料涂覆效果的工艺 (Process for improving coating effect of polyimide material ) 是由 孙会权 邢栗 张龙彪 孙元斌 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种改善聚酰亚胺材料涂覆效果的工艺,属于半导体行业光刻技术领域。该方法步骤：(1)将晶圆送入涂胶单元,喷涂光阻稀释剂RRC,以增加光刻胶流动性；(2)使晶圆旋转,在晶圆表面形成一层RRC膜；(3)使光刻胶喷嘴喷涂光刻胶,喷涂光刻胶后,先使晶圆在转速V1时高速旋转T1时间,使晶圆上光刻胶铺展,该步骤决定了胶膜的厚度；然后降低晶圆转速至V2并旋转T2时间,使晶圆边缘光刻胶迅速回流；涂覆完后,晶圆边缘胶膜厚度均匀性良好；(4)晶圆传入热盘中进行烘烤,再经曝光、显影和冷盘冷却后,传回片盒。本发明在保证标准SPEC的前提下,提高了工艺质量,并减少了生产中的缺陷,在实际生产中实用效果显著。(The invention discloses a process for improving the coating effect of a polyimide material, and belongs to the technical field of photoetching in the semiconductor industry. The method comprises the following steps: (1) sending the wafer into a gluing unit, and spraying a light resistance diluent RRC to increase the mobility of the photoresist; (2) rotating the wafer to form a RRC film on the surface of the wafer; (3) spraying a photoresist on a photoresist nozzle, and after the photoresist is sprayed, firstly, rotating the wafer at a high speed for T1 time at a rotating speed of V1 to spread the photoresist on the wafer, wherein the thickness of the photoresist film is determined by the step; then, reducing the rotation speed of the wafer to V2 and rotating for T2 time to enable the photoresist on the edge of the wafer to rapidly reflow; after coating, the thickness uniformity of the glue film at the edge of the wafer is good; (4) the wafer is transferred into a hot plate for baking, and then is subjected to exposure, development and cooling by a cold plate and then is transferred back to the wafer box. The invention improves the process quality and reduces the defects in production on the premise of ensuring the standard SPEC, and has obvious practical effect in actual production.)

一种改善聚酰亚胺材料涂覆效果的工艺

技术领域

本发明涉及半导体光刻技术领域，具体涉及一种改善聚酰亚胺材料涂覆效果的工艺。

背景技术

聚酰亚胺(PI)材料被广泛应用于半导体领域，特别是半导体器件封装领域。聚酰亚胺材料相对A1₂O₃和SiO₂有诸多优异性能，它可以有效地控制芯片的软错误和信号延迟，同时还可以降低制造成本等。聚酰亚胺的典型应用主要包括芯片的表面一级钝化层膜或二级钝化层膜、塑封器件的应力缓冲层膜、多层互连金属电路的层间介电绝缘层等。可被应用于各种半导体器件，如存储器、微处理器、逻辑器件、功率器件、ASIC和传感器等。

在半导体领域中，聚酰亚胺材料是通过涂胶显影机涂覆于晶圆表面的，涂胶喷嘴在晶圆中心打胶，通过高速旋转以及其他外部环境条件使聚酰亚胺材料均匀的涂覆在晶圆表面，在以往的设备与工艺中，使用传统工艺配方涂覆的晶圆表面会存在均匀性问题，晶圆边缘均匀性差，且膜厚较厚，影响后续产品工艺与产品良率。

因此，需要对聚酰亚胺涂覆工艺进行有效改善，以期可有效改善聚酰亚胺材料涂覆的均匀性，提高产品良率。

发明内容

为了解决现有聚酰亚胺材料涂覆工艺均匀性差，后续工艺缺陷较多，工艺良品率较低的问题；本发明的目的在于提供一种改善聚酰亚胺PI材料涂覆效果的工艺方法，通过优化工艺配方结构与优化部分硬件结构相结合，在常规的工艺配方中加入合理的步骤并选择合适工艺参数，在main speed步骤后加一步slow speed使其边缘迅速回流，减低边缘厚度，再结合改善CUP排风与热板排风等因素，提高PI材料膜厚均匀性与工艺成本降低，提高工艺良品率。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种改善聚酰亚胺材料涂覆效果的工艺，该工艺是采用旋涂方法在晶圆表面形成均匀的光刻胶层，具体包括如下步骤：

(1)将晶圆送入涂胶单元，在晶圆静止状态下喷涂光阻稀释剂RRC，以增加光刻胶流动性；

(2)将光刻胶喷嘴移到晶圆中心正上方，并使晶圆旋转，在晶圆表面形成一层RRC膜；

(3)使光刻胶喷嘴喷涂光刻胶，喷涂光刻胶后，先使晶圆在转速V1时高速旋转T1时间，使晶圆上光刻胶铺展，该步骤决定了胶膜的厚度；然后降低晶圆转速至V2并旋转T2时间，使晶圆边缘光刻胶迅速回流；涂覆完后，晶圆边缘胶膜厚度均匀性良好；

(4)经步骤(3)涂覆后的晶圆传入热盘中进行烘烤，再经曝光、显影和冷盘冷却后，最终将晶圆传送回片盒。

上述步骤(1)中，所述涂胶单元包括承片台和CUP结构，晶圆放置于承片台上，所述CUP结构为三层CUP结构，与四层CUP结构相比，改变了其内部的风流，四层CUP中，从下至上第三层上沿距承片台2.5-3.0mm，其水平高度在承片台之上，而三层CUP结构中从下往上数第二层上沿，水平高度在承片台之下，距承片台2.0-2.5mm，从而加大了与顶层CUP之间的空隙，从而加大了风流。

上述步骤(1)-(3)中，所述CUP排风参数为2.0-6.0kpa。

上述步骤(2)中，喷涂光刻胶的喷嘴采用tip喷嘴(优化原有喷嘴，采用tip喷嘴，喷嘴出胶状态更好，可提高膜厚均匀性)。

上述步骤(3)中，根据膜厚的要求与PI的特性，转速V1为500-4000rpm，转速V2为100-1000rpm；转速V2小于转速V1；同时该步骤加速度应为10000-30000r/s²；T1为5-40s，T2为1-3s。

步骤(3)中，转速V2越小，回流范围越大，可根据实际要求进行设定。

上述步骤(4)中，所述热盘的盘盖上设有排风管，排风管内径为25-35mm。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明针对晶圆进行光刻胶涂覆时，首先进行常规的高速旋转，使光阻旋转铺开，再将晶圆转速调慢旋转一段时间，使晶圆边缘光刻胶迅速回流；通过控制高速旋转和慢速旋转的速度及时间，能够有效改善晶圆边缘膜厚较厚的问题。

2、本发明对涂胶所用设备的CUP结构进行了优化，优化后的CUP结构中wafer边缘距离顶层与内层CUP边缘较远，能有效保证排风量的提供，将CUP排风值设置为可满足工艺要求的数值，旋转涂胶时，通过排风的控制，边缘流动性变强，均匀性变好。

3、本发明将热盘上的排风管优化为大孔径不锈钢排风管，将排风管的内径增到25-30mm，并通过与之相连的调速阀调节排风量的大小。能有效保证晶圆上方的排风量的提供，将热盘排风值设置为可满足工艺要求的数值，当晶圆在热盘上烘烤时，可加速溶剂的蒸发，均匀性变好。

4、本发明调试简单，硬件改造后，在后续的生产中，根据实际需求，只需调整工艺配方，即可解决目前边缘涂覆不均匀的问题，达到工艺要求。

5、本发明实现了聚酰亚胺材料的均匀涂覆，为实际生产带来了很大的便利，提高了产品的良率。

附图说明

图1为热盘排风管结构示意图；其中：(a)现有小管径波纹管；(b)大管径不锈钢方管。

图2为现有四层CUP结构；

图3为本发明中三层CUP结构。

图4为本发明所用喷嘴结构。

具体实施方式

以下结合附图及实施例详述本发明。

本发明提供一种改善聚酰亚胺PI材料涂覆效果的工艺该工艺是采用旋涂方法在晶圆表面形成均匀的光刻胶层，具体包括如下步骤：

(1)将晶圆送入涂胶单元，在晶圆静止状态下喷涂光阻稀释剂RRC，以增加光刻胶流动性；

(2)将光刻胶喷嘴移到晶圆中心正上方，并使晶圆旋转，在晶圆表面形成一层RRC膜；

(3)使光刻胶喷嘴喷涂光刻胶，喷涂光刻胶后，先使晶圆在转速V1时高速旋转T1时间，使晶圆上光刻胶铺展，该步骤决定了胶膜的厚度；然后降低晶圆转速至V2并旋转T2时间，使晶圆边缘光刻胶迅速回流；涂覆完后，晶圆边缘胶膜厚度均匀性良好；

(4)经步骤(3)涂覆后的晶圆传入热盘中进行烘烤，再经曝光、显影和冷盘冷却后，最终将晶圆传送回片盒。

所述涂胶单元包括承片台和CUP结构，晶圆放置于承片台上，所述CUP结构为三层CUP结构，与四层CUP结构(图3)相比，改变了其内部的风流，四层CUP中，从下至上第三层上沿距承片台2.5-3.0mm，其水平高度在承片台之上，而三层CUP结构中从下往上数第二层上沿，水平高度在承片台之下，距承片台2.0-2.5mm，从而加大了与顶层CUP之间的空隙，从而加大了风流(图2)。

本发明工艺中喷涂光刻胶的喷嘴采用tip喷嘴，采用上宽下窄的结构(图4)，能有效改善出胶状态，改善了原有PFA塑料管喷嘴的出胶不均匀的现象，使nozzle出液更加稳定均匀。

本发明所述热盘的盘盖上设有排风管，热盘盘盖排风由以往的小管径波纹管(图1(a))，改为采用大管径不锈钢方管(图1(b))，排风管内径为25-35mm。配合单元前端调节阀可实现排风压力的调节；不设有热盘盘盖进气流量；热盘盘盖新增加热功能。

实施例1：

某PI涂覆工艺要求：THK(膜厚)80000±8000A；range(上下波动范围)＜2000A

在PI材料涂覆中，采用12寸硅片光片，在原始条件下实验很难满足工艺要求，range>2000A。

本实施例工艺过程如下：

(1)调节好CUP排风量与热盘排风量，CUP排风量为2.0-6.0kpa；将晶圆送入涂胶单元，在晶圆静止状态下喷涂光阻稀释剂RRC，以增加光刻胶流动性；

(2)将光刻胶喷嘴移到晶圆中心正上方，并使晶圆旋转，在晶圆表面形成一层RRC膜；

(3)使光刻胶喷嘴喷涂光刻胶，喷涂光刻胶后，先使晶圆在转速V1＝2000rpm时高速旋转20s，使晶圆上光刻胶铺展，该步骤决定了胶膜的厚度；然后降低晶圆转速至V2＝500rpm并旋转2s，使晶圆边缘光刻胶迅速回流；该步骤加速度应为10000-30000r/s²；涂覆完后，晶圆边缘胶膜厚度均匀性良好；

(4)经步骤(3)涂覆后的晶圆传入热盘中进行烘烤，再经曝光、显影和冷盘冷却后，最终将晶圆传送回片盒。

连下5pcs测量结果显示

mean值分别为：80702.21、79253.34、78791.90、78882.88、79041.71；

range分别为：1527.70、1074.97、1207.38、1392.75、1147.53；

STD(3ε)值分别为：336.20、308.30、289.70、421.46、306.04。

mean值、STD值、range均符合要求。

实例2：

某PI涂覆工艺要求：THK 78000±5000A；range＜1500A

在PI材料涂覆中，采用12寸硅片光片，在原始条件下实验很难满足工艺要求，range>1500A。

本实施例涂胶过程也实施例1相同。

连续收集三天数据测量结果显示，mean值、STD值、range均符合要求。

mean值分别为：78285.7、78332.0、78333.6、78088.3、77672.7、77894.4、78049.5、78367.5、78068.5；

range分别为：921.7、838.4、804.6、724.1、715.8、765.9、957.0、935.9、905.9；

STD值分别为：285.2、243.1、239.9、202.0、201.2、190.4、220.1、230.8、209.4；

mean值、STD值、range均符合要求。