CN102043329A - 整合式光刻机台及光刻工艺 - Google Patents

Abstract

本发明披露一种整合式光刻机台及光刻工艺，该整合式光刻机台包含晶片输入/输出区、涂布与显影区、曝光区以及设于该涂布与显影区及该曝光区之间的等待与传送区。其中等待与传送区维持传送到该涂布与显影区及该曝光区之间的晶片于固定温度或使该晶片与其他元件维持热绝缘。本发明改良了目前机台容易因散热而影响到晶片叠对精准度的问题。

Description

整合式光刻机台及光刻工艺

技术领域

本发明涉及一种整合式光刻机台，尤指一种在晶片等待时可维持晶片于固定温度的光刻机台。

背景技术

在半导体工艺中，光刻工艺是将集成电路布局图转移至半导体晶片上的重要步骤，其主要通过曝光显影技术将光掩模(photomask)上的图案以一定的比例转移(transfer)到半导体晶片表面的光致抗蚀剂层上。以目前的光刻工艺为例，晶片在光刻机台的涂布区进行光致抗蚀剂涂布后通常会先进行预烘烤工艺，利用90℃至120℃的温度使光致抗蚀剂由原本的液态转换为固态的薄膜，并由此提升光致抗蚀剂层对芯片表面的附着力。烘烤后的晶片在进行曝光工艺前则会先放置于等待区并冷却至约略室温的温度。由于冷却晶片需一定的时间，因此晶片在进入曝光区进行曝光前需于光刻机台中等待一段时间。

发明内容

因此本发明的主要目的是提供一种整合式光刻机台，以改良目前机台容易因散热而影响到晶片叠对精准度的问题。

本发明优选实施例披露一种整合式光刻机台，包含晶片输入/输出区、涂布与显影区、曝光区以及设于该涂布与显影区及该曝光区之间的等待与传送区。其中等待与传送区维持传送到该涂布与显影区及该曝光区之间的晶片于固定温度或使该晶片与其他元件维持热绝缘。

本发明另一实施例披露一种光刻工艺，包含有下列步骤：提供晶片；在第一工艺区对该晶片进行第一工艺以取得处理过的晶片；以及将该处理过的晶片由等待与传送区运送至第二工艺区以对该晶片进行第二工艺，其中该晶片在等待及运送过程中维持固定温度或与其他元件形成热隔绝。

附图说明

图1为本发明第一实施例的整合式光刻机台的方块示意图。

图2为本发明整合式光刻机台的实际俯视图。

图3为本发明整合式光刻机台内部的电子机匣及隔热系统示意图。

图4为本发明设置冷却与加热系统于电子机匣或晶片盒的方块示意图。

图5为本发明设置冷却与加热系统于电子机匣或晶片盒的方块示意图。

图6为本发明另一实施例的整合式光刻机台的方块示意图。

图7为本发明另一实施例的整合式光刻机台的方块示意图。

附图标记说明

12：整合式光刻机台            14：晶片输入/输出区

16：涂布与显影区              18：等待与传送区

20：曝光区                    22：轨道

24：轨道等待区                26：曝光等待区

28：晶片承座                  30：载入口

32：载出口                    34：曝光口

36：电子机匣                  38：隔离系统

40：隔热掩模                  42：热

44：冷却与加热系统            46：晶片

48：晶片盒                    64：晶片输入/输出区

66：涂布与显影区              68：等待与传送区

70：曝光区                    74：轨道等待区

76：曝光等待区                78：缓冲区

80：距离

具体实施方式

现今的光刻机台内部装设有多种电子元件，包括用来控制机台的电路板与管线等。由于晶片在等待时放置于光刻机台上，即上述装设于光刻机台内的电子元件相对上方，因此电路板、功能模块与管线在运作时所产生的热(thermal stress)容易影响到涂布完的晶片。举例来说，热仍可直接蒸发光致抗蚀剂材料中的溶剂或使晶片本身膨胀并造成弯曲，进而导致对准误差(mis-alignment)并严重影响图案化过程中的叠对精准度(overlay accuracy)。叠对精准度为控制光刻技术的关键准则之一。由于每一层电路图案皆是利用光刻技术将光掩模图案转移至光致抗蚀剂上，再利用蚀刻工艺将光致抗蚀剂上的图案转移至半导体晶片表面的膜层上，因此在进行各层电路图案的光刻工艺时，光掩模图案都必须具有非常准确的相对位置，否则电路图案将可能无法与前层图案连贯，进而造成其所对应的电路失效。本发明人在进行光刻叠对的量测时，发现叠对误差值在整片晶片上有类似向量场分布(vector field distribution)的图样“及”光刻叠对的准确度会对高压元件的栅极长度、接触电阻等有很大的影响，因此，如何控制光刻叠对的精准度为当下的一大课题。

请参照图1与图2，图1为本发明第一实施例的整合式光刻机台的方块示意图，图2则为实际整合式光刻机台12的俯视图。如图中所示，本发明的整合式光刻机台12主要包含晶片输入/输出区(input/output area)14、涂布与显影区(coating and developing area)16、等待与传送区(idle and transport area)18以及曝光区(exposure processing area)20。其中，晶片输入/输出区14设于整合式光刻机台12的入口处，且此区域是用来放置将要进入机台进行光致抗蚀剂涂布的晶片以及已完成整个光刻工艺的晶片。涂布与显影区16紧接于晶片输入区14之后，可设有多个用来传送晶片的轨道22，且晶片由晶片输入区14运送至涂布与显影区16之后会依序进行光致抗蚀剂涂布与软烤等工艺。

等待与传送区18设于涂布与显影区16与曝光区20之间，其上可设有晶片承座(wafer chuck)28，用来置放准备进入曝光区20进行曝光或已曝光完等待进行显影工艺的晶片。本实施例中的等待与传送区18可再划分为轨道等待区24与曝光等待区26，其中轨道等待区24为靠近涂布与显影区16的区域而曝光等待区26为靠近曝光区20的区域。

如图2所示，曝光区20设有载入口30、载出口32以及曝光口34，其中载入口30及载出口32设于约略靠近等待与传送区18的位置，使晶片可迅速载入曝光口34进行曝光或曝光完之后由载出口32传送回等待与传送区18。在本实施例中，曝光区20直接连接等待与传送区18，因此晶片在完成光致抗蚀剂涂布且运送至等待与传送区18之后可直接送达曝光区20进行曝光，而不需经由其他器具，例如机械手臂等将晶片由等待与传送区18运送至曝光区20。完成曝光后的晶片可由曝光区20直接传送回等待与传送区18，然后再传送至涂布与显影区16进行后续的显影工艺。

如图3所示，整合式光刻机台12的内部设有许多承载电子元件或功能模块的电子机匣(electronic rack)36，但本图中仅以绘示机匣来代表众多机匣。电子机匣36中安插有多种散发热能的电子元件或功能模块，例如用来控制机台的电路板与管线等。这些承载电子元件或功能模块的电子机匣36主要依据机台中不同区块的功能而设置，因此可同时分布在涂布与显影区16、等待与传送区18以及曝光区20中。为了使晶片在等待时不受到上述电子元件或功能模块运作时所产生的热(heat)42的影响，本发明利用隔离系统38来使晶片与周边散发热的电子元件或功能模块达到热隔离，或更可主动以冷却与加热系统(图未示)来移除晶片受到的热或调整晶片的温度。

以隔离系统38来隔离晶片与周围的热源为例，本发明又可选择完全包覆、单面遮覆、多面遮覆承载电子元件或功能模块的电子机匣36，或直接完全包覆、单面遮覆、多面遮覆晶片或承载晶片的晶片盒等多种方式，来使晶片本身达到热隔绝。举例来说，隔离系统38可包括由铝箔或塑胶等隔热材料所构成的隔热掩模(themal shield)40，其可设置于晶片与电子机匣36之间以阻绝晶片与电子机匣间的大部分热传递，使晶片在等待与传送区18等待曝光或显影时不至因电子机匣36中电子元件或功能模块所散发出的热而导致光致抗蚀剂材料中的溶剂继续蒸发或使晶片产生膨胀。除此之外，又可同样以相同或不同隔热材料所构成的隔热掩模40包覆晶片或承载晶片的晶片盒，使晶片在等待的过程中不致因放热元件或功能模块所产生的热而导致涂布的光致抗蚀剂溶剂继续迅速蒸发。本实施例虽优选以隔热掩模40单面遮覆电子机匣36与晶片之间的界面来确保晶片不受到周围热应力的影响，但不局限于此，又可同时完全覆盖、单面遮覆、多面遮覆隔热掩模40在电子机匣36及晶片或承载晶片的晶片盒上，此皆属本发明所涵盖的范围。依据遮覆的程度或是否完全覆盖，可改变隔热掩模40的形状与维度。例如，单面遮覆时隔热掩模40可为单片式，但完全覆盖时隔热掩模40的形状为壳式。

以图4所示利用冷却与加热系统来移除晶片本身的热为例，本发明可设置冷却与加热系统44于电子机匣36中或承载晶片46的晶片盒48内，由此移除晶片盒48中或晶片46周遭多余的热，使晶片46维持在固定的温度。其中，冷却与加热系统44可依据工艺需求由液态或气体式的冷却与加热装置所构成。除了直接移除晶片周遭的热，本发明又可将上述的冷却与加热系统44设置于电子机匣36内，并由此导出电子机匣36中因电路板、功能模块或管线所产生的热能，使晶片不至因电子机匣36中的热而产生光致抗蚀剂溶剂蒸发或形变的情形。例如，可使用压缩空气或气流直接朝向电子机栅中的发热元件吹气，并选择性地利用抽气系统将已吸收热能的空气抽出；亦可使用此方式冷却晶片。此外，如图5所示，本发明的冷却与加热系统44又可为一种热交换系统，因此需要在晶片盒48(或电子机匣)的盒壁(或机匣壁)中设置流体管道，以使加热或冷却用的介质(气体或液体)通过加热或冷却盒壁(或机匣壁)，提供晶片盒中的晶片(电子机匣中的电子元件或模块)热量或带走晶片盒48中晶片(电子机匣中的电子元件或模块)的热量。本实施例中两种设置冷却与加热系统的方式均可个别实施或同时实施，此皆属本发明所涵盖的范围。

请参照图6，图6为本发明另一实施例的整合式光刻机台的方块示意图。如同上述的实施例，本实施例的整合式光刻机台包含晶片输入/输出区64、涂布与显影区66、等待与传送区68以及曝光区70。其中，晶片输入/输出区64设于整合式光刻机台的入口处，且此区域用来放置将要进行光致抗蚀剂涂布或已完成光刻工艺的晶片。涂布与显影区66紧接于晶片输入/输出区64之后，可设有多个用来传送晶片的轨道(图未示)，且晶片由晶片输入/输出区64运送至涂布与显影区66之后会依序进行光致抗蚀剂涂布与软烤等工艺。

等待与传送区68设于涂布与显影区66及曝光区70之间，其上可设有晶片承座，用来置放准备进入曝光区70进行曝光或曝完光等待进行显影工艺的晶片，且等待与传送区68可再划分为轨道等待区74与曝光等待区76。在本实施例中，轨道等待区74与曝光等待区76之间具有距离80。换句话说，光刻机台中的轨道等待区74与曝光等待区76实体分离，因此晶片于等轨道等待区74等待曝光时需通过机械手臂、传送装置或人工携带的方式将晶片由轨道等待区74运送至曝光等待区76，然后再进入曝光区70进行曝光。同样地，晶片完成曝光后会先送至曝光等待区76，由机械手臂、传送装置或人工携带的方式将晶片传递至轨道等待区74后再进行后续的显影工艺。

如同上述实施例，本实施例可同样利用隔离系统使晶片与周边散发热的电子元件或功能模块达到热隔离，或主动以冷却与加热系统来移除晶片本身的热或调整晶片的温度。例如，可提供由铝箔或塑胶等隔热材料所构成的隔热掩模，并以此隔热掩模包覆承载电路板、功能模块或管线的电子机匣，或直接覆盖晶片，使晶片在等待与传送区68等待时不至因电子机匣中的电子元件或功能模块所散发出的热而导致光致抗蚀剂材料中的溶剂蒸发或使晶片产生膨胀。另需注意的是，由于本实施例中可额外以机械手臂来移动晶片，因此本发明在设置冷却与加热系统至光刻机台的时候可选择直接将冷却与加热系统设置在机械手臂上，使机械手臂接触晶片时可直接调控晶片的温度，以确保晶片可维持在固定温度。

请参照图7，图7为本发明另一实施例的整合式光刻机台的方块示意图。如同图6的实施例，本实施例的整合式光刻机台同样包含晶片输入/输出区64、涂布与显影区66、等待与传送区68以及曝光区70。其中，等待与传送区68可再划分为轨道等待区74与曝光等待区76。需注意的是，本实施例中的轨道等待区74与曝光等待区76之间另设有缓冲区78，其可作为额外控制晶片温度的温度调整区。举例来说，本发明可于缓冲区78中设置类似于先前所述的隔离系统或冷却与加热系统，并通过这两个系统来调节晶片在等待与传送区68等待时的温度。

以下搭配图1与图2并对本发明的光刻工艺进行说明。首先提供光刻机台，例如包含有晶片输入/输出区14、涂布与显影区16、等待与传送区18以及曝光区20的整合式光刻机台12。然后将晶片由晶片输入/输出区14经轨道22传送至涂布与显影区16以进行光致抗蚀剂涂布工艺。传送晶片时可依据工艺需求选择将晶片放置于晶片盒中，或直接以裸露的方式放置于轨道上。接着于涂布与显影区16利用旋转涂布或气相涂布的方式在晶片表面形成光致抗蚀剂层。然后对涂上光致抗蚀剂层的晶片进行曝光前软烤工艺，使光致抗蚀剂由原本的液态转换为固态的薄膜而提升对晶片表面的附着力。软烤工艺可选择以烤箱的热空气对流或红外线照射等方式来达成，且温度优选控制于90℃至120℃之间。

随后将晶片运送至等待与传送区18进行自然冷却步骤。值得注意的是，等待与传送区18可设置隔离系统38或冷却与加热系统，且操作人员可利用隔离系统38使晶片与周边散发热的电子元件或功能模块达到热隔离，或主动以冷却与加热系统来移除晶片本身的热或调整晶片的温度。

以上述的隔离系统38为例，隔离系统38可包括由铝箔或塑胶等隔热材料所构成的隔热掩模40，且操作人员可覆盖此隔热掩模40在电子机匣36上，使晶片在等待与传送区18等待曝光或显影时不至因电子机匣36中电子元件所散发出的热而导致光致抗蚀剂材料中的溶剂蒸发或使晶片产生膨胀。除此之外，操作人员又可直接将隔热掩模40包覆晶片或承载晶片的晶片盒，使晶片在等待的过程中不致因放热元件所产生的热而导致涂布的光致抗蚀剂溶剂迅速蒸发。

冷却与加热系统44可设于放置晶片的电子机匣36中或承载晶片46的晶片盒48内，由此移除晶片盒48中或晶片46周遭多余的热，使晶片46维持在固定的温度。除此之外，冷却与加热系统44又可设置于电子机匣36内，由此导出电子机匣36中因电路板、功能模块或管线所产生的热能，使晶片不至因电子机匣36散发的热而产生光致抗蚀剂溶剂蒸发或晶片变形的情形。通过上述两个系统，本发明可在晶片等待及运送过程中将晶片维持在固定温度，或确保晶片与其他放热元件达到热隔绝。例如以室温而言，本发明优选将晶片的温度控制在+/-5％以内。

随后将晶片由等待与传送区18传递至曝光区20进行曝光。在曝光区20进行曝光后，可依据标准工艺对晶片进行空气清洁(clean dry air，CDA)步骤，例如以洁净的空气枪将晶片表面吹干。接着进行晶片测量(wafer measurement)及清洗晶片边缘(wafer edge exclusion)等步骤，然后将晶片传送回涂布与显影区16并进行显影工艺，以便将光致抗蚀剂层所转移的潜在图案显现出来。经由显影过的光致抗蚀剂会再进行硬烤(hard bake)工艺，利用100℃至130℃的温度进一步将光致抗蚀剂内所残留的溶剂含量降到最低，以加强光致抗蚀剂的附着性并同时提升光致抗蚀剂于后续工艺的选择性。至此即完成本发明优选实施例的光刻工艺。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (17)

1.一种整合式光刻机台，包含：

晶片输入/输出区，用来载入或载出至少一晶片；

涂布与显影区，用来对该晶片进行光致抗蚀剂涂布与显影工艺；

曝光区，用来对该晶片进行曝光工艺；以及

设于该涂布与显影区及该曝光区之间的等待与传送区，且该等待与传送区维持传送到该涂布与显影区及该曝光区之间的该晶片于固定温度或使该晶片与其他元件维持热绝缘。

2.如权利要求1所述的整合式光刻机台，其中该等待与传送区另包含使该晶片及其他放热元件之间维持热绝缘的隔离系统。

3.如权利要求2所述的整合式光刻机台，其中该隔离系统包含至少部分遮覆于该晶片与该其他放热元件之间的隔热掩模。

4.如权利要求2所述的整合式光刻机台，其中该隔离系统包含覆盖该晶片的隔热掩模。

5.如权利要求1所述的整合式光刻机台，其中该等待与传送区包含冷却与加热系统以维持该晶片的温度。

6.如权利要求1所述的整合式光刻机台，其中该等待与传送区包含冷却与加热系统以维持其他放热元件的温度。

7.如权利要求1所述的整合式光刻机台，其中该涂布与显影区及该曝光区之间具有距离。

8.如权利要求7所述的整合式光刻机台，另包含至少一承载该晶片的晶片盒，且该晶片盒包含冷却与加热系统。

9.一种光刻工艺，包含：

提供晶片；

在第一工艺区对该晶片进行第一工艺以取得处理过的晶片；以及

将该处理过的晶片由等待与传送区运送至第二工艺区以对该晶片进行第二工艺，其中该晶片在等待及运送过程中维持固定温度或与其他元件形成热隔绝。

10.如权利要求9的光刻工艺，其中该第一工艺为涂布工艺或显影工艺且该第二工艺为曝光工艺。

11.如权利要求9的光刻工艺，其中该第一工艺为曝光工艺且该第二工艺为涂布工艺或显影工艺。

12.如权利要求9的光刻工艺，其中该等待与传送区包含隔离系统使该晶片与其他放热元件维持热绝缘。

13.如权利要求12的光刻工艺，其中该隔离系统包含覆盖该晶片的隔热掩模。

14.如权利要求12的光刻工艺，其中该隔离系统包含至少部分遮覆于该晶片与该其他放热元件之间的隔热掩模。

15.如权利要求9的光刻工艺，其中该等待与传送区包含冷却与加热系统以维持该晶片的温度。

16.如权利要求9的光刻工艺，其中该等待与传送区包含冷却与加热系统以维持其他放热元件的温度。

17.如权利要求9的光刻工艺，其中该第一工艺区及该第二工艺区之间具有距离。

Images