CN108089410A - 曝光设备及其保护治具、曝光方法 - Google Patents

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Abstract

一种曝光设备及其保护治具、曝光方法，所述保护治具包括：治具主体，所述治具主体在工作状态下提供圆形开口，所述圆形开口的中心与所述晶圆的中心重合，所述治具主体遮挡所述晶圆的边缘区域且暴露出所述晶圆的中心区域，所述边缘区域环绕所述中心区域；固定部件，适于将所述治具主体固定于所述晶圆基座。本发明方案可以有效地节省光刻工艺的作业时间，降低生产成本且提高生产效率。

Description

曝光设备及其保护治具、曝光方法
技术领域
本发明涉及半导体设备领域，尤其是涉及一种曝光设备及其保护治具、曝光方法。
背景技术
半导体制造技术需要在半导体衬底上进行多种不同的物理和化学工艺，光刻工艺则是半导体制造技术最重要的工艺之一，并且占据总生产成本的较大比例，对光刻工艺的改进能够有效地降低生产成本且提高生产效率。
在现有的光刻工艺中，由于生产工艺的限制，晶圆边缘区域的图形的均匀性很差，容易发生边缘区域的半导体材料大小不规则且粘附性差等问题，进而会脱落并飘散至晶圆的中心区域，产生缺陷。
在现有的一种光刻工艺的改进方案中，在曝光、显影工艺后，增加一道晶圆边缘光阻涂布，通过涂覆一层胶，使边缘区域的半导体材料在后续刻蚀等工艺中得到保护，从而避免脱落。然而额外添加的边缘光阻涂布步骤导致光刻工艺的作业时间增加，进而导致生产效率降低，生产成本增加。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种曝光设备及其保护治具、曝光方法，可以有效地节省光刻工艺的作业时间，降低生产成本且提高生产效率。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种曝光设备的保护治具，所述曝光设备包括用于放置晶圆的晶圆基座，包括：治具主体，所述治具主体在工作状态下提供圆形开口，所述圆形开口的中心与所述晶圆的中心重合，所述治具主体遮挡所述晶圆的边缘区域且暴露出所述晶圆的中心区域，所述边缘区域环绕所述中心区域；固定部件，适于将所述治具主体固定于所述晶圆基座。
可选的，所述治具主体具有开口，所述开口的形状和尺寸与所述圆形开口相同；其中，在工作状态下，所述治具主体经由所述固定部件转移至所述晶圆基座上方；在非工作状态下，所述治具主体经由所述固定部件转移离开所述晶圆基座上方。
可选的，所述固定部件包括第一固定部和第一旋转部，所述第一固定部的第一端固定连接于所述晶圆基座，所述第一旋转部的第一端固定连接于所述治具主体，所述第一固定部的第二端可转动地连接于所述第一旋转部的第二端。
可选的，所述治具主体为环状。
可选的，所述治具主体包括多个部分，所述固定部件包括多个子部件；其中，所述治具主体的每一部分分别与一个所述子部件固定连接，在使用状态下，所述治具主体的多个部分拼接形成所述圆形开口，在非使用状态下，所述治具主体的每一部分分别经由连接的子部件转移离开所述晶圆基座上方。
可选的，所述治具主体包括两个子部件，每个子部件具有半圆形开口，在使用状态下，所述两个子部件拼接形成所述圆形开口。
可选的，所述子部件包括第二固定部和第二旋转部，所述第二固定部的第一端固定连接于所述晶圆基座，所述第二旋转部的第一端固定连接于所述治具主体的一部分，所述第二固定部的第二端可转动地连接于所述第二旋转部的第二端。
可选的，所述治具主体由不透光材料制成。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种曝光设备，包括上述的曝光设备的保护治具。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种曝光设备的曝光方法，所述曝光设备包括用于放置晶圆的晶圆基座，包括：提供晶圆，并将所述晶圆设置于所述晶圆基座；通过保护治具的治具主体提供圆形开口，所述圆形开口的中心与所述晶圆的中心重合，所述治具主体遮挡所述晶圆的边缘区域且暴露出所述晶圆的中心区域，所述边缘区域环绕所述中心区域；在所述保护治具的保护下，对所述晶圆进行曝光。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
在本发明实施例中，提供一种曝光设备的保护治具，包括：治具主体，所述治具主体在工作状态下提供圆形开口，所述圆形开口的中心与所述晶圆的中心重合，所述治具主体遮挡所述晶圆的边缘区域且暴露出所述晶圆的中心区域，所述边缘区域环绕所述中心区域；固定部件，适于将所述治具主体固定于所述晶圆基座。采用上述方案，通过采用遮挡所述晶圆的边缘区域且暴露出所述晶圆的中心区域的保护治具，可以在曝光过程中，仅能曝光未被治具主体覆盖的中心区域，从而避免晶圆边缘的半导体材料被图案化，有助于提高在后续刻蚀等工艺中形状的规则性以及材料的粘附性，减少缺陷发生，并且相比于现有技术中添加边缘光阻涂布的步骤，可以有效地节省光刻工艺的作业时间，降低生产成本且提高生产效率。
进一步，在本发明实施例中，在工作状态下，所述治具主体经由所述固定部件转移至所述晶圆基座上方；在非工作状态下，所述治具主体经由所述固定部件转移离开所述晶圆基座上方，通过在非工作状态下将治具主体放置在离开所述晶圆基座上方的位置，有助于避免对常规的晶圆制造工艺造成影响。
进一步，在本发明实施例中，所述固定部件包括第一固定部和第一旋转部，所述第一固定部的第二端可转动地连接于所述第一旋转部的第二端，可以采用转动的方式移动治具主体，相比于拆卸等移动治具主体的其他方式，有助于提高位置控制精度。
进一步，所述治具主体包括多个部分，所述固定部件包括多个子部件，所述治具主体的每一部分分别与一个所述子部件固定连接，由于每个子部件占用的面积较小，可以提高曝光设备内的空间利用率。
附图说明
图1至图2是现有技术中一种曝光方法中各步骤对应的器件的剖面结构示意图；
图3是本发明实施例中一种曝光设备及其保护治具的结构示意图；
图4至图5是本发明实施例中一种曝光方法中各步骤对应的器件的剖面结构示意图；
图6是本发明实施例中另一种曝光设备及其保护治具在非工作状态下的结构示意图；
图7是本发明实施例中另一种曝光设备及其保护治具在工作状态下的结构示意图；
图8是本发明实施例中一种曝光设备的曝光方法的流程图。
具体实施方式
在现有的光刻工艺中，由于生产工艺的限制，晶圆边缘区域的图形的均匀性很差，容易发生边缘区域的半导体材料大小不规则且粘附性差等问题，进而会脱落并飘散至晶圆的中心区域，产生缺陷。
图1至图2是现有技术中一种曝光方法中各步骤对应的器件的剖面结构示意图。
参照图1，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100包括中心区域A区以及边缘区域B区，所述半导体衬底100的表面具有待刻蚀层110，通过曝光、显影等光刻工艺，在所述待刻蚀层110的表面形成图案化的光刻胶层120。
进一步地，如图2所示，以所述图形化的光刻胶层120(参照图1)为掩膜刻蚀所述待刻蚀层110(参照图1)，然后去除所述光刻胶层120，以得到图形化的待刻蚀层111。
由于半导体衬底100的边缘并不平坦，往往是斜坡、弧形等形貌，因此使得晶圆边缘区域B区的图形的均匀性很差，容易发生边缘区域B区的图形化的待刻蚀层111材料大小不规则且粘附性差等问题，进而会脱落并飘散至晶圆的中心区域A区，产生缺陷。
在现有的一种光刻工艺的改进方案中，在曝光、显影工艺后，增加一道晶圆边缘光阻涂布，然而会导致光刻工艺的作业时间增加，进而导致生产效率降低，生产成本增加。
本发明的发明人经过研究发现，在现有技术中，边缘区域B区为无效区域，本就无需对此区域进行图案化，通过不曝光边缘区域B区的光刻胶层，也即在显影之后保留边缘区域B区的光刻胶层，就可以在去除光刻胶层后，形成面积更大的未被图案化的半导体材料，从而难以在后续刻蚀等工艺中发生大小不规则且粘附性差的问题。
在本发明实施例中，提供一种曝光设备的保护治具，包括：治具主体，所述治具主体在工作状态下提供圆形开口，所述圆形开口的中心与所述晶圆的中心重合，所述治具主体遮挡所述晶圆的边缘区域且暴露出所述晶圆的中心区域，所述边缘区域环绕所述中心区域；固定部件，适于将所述治具主体固定于所述晶圆基座。采用上述方案，通过采用遮挡所述晶圆的边缘区域且暴露出所述晶圆的中心区域的保护治具，可以在曝光过程中，仅能曝光未被治具主体覆盖的中心区域，从而避免晶圆边缘的半导体材料被图案化，有助于提高在后续刻蚀等工艺中形状的规则性以及材料的粘附性，减少缺陷发生，并且相比于现有技术中添加边缘光阻涂布的步骤，可以有效地节省光刻工艺的作业时间，降低生产成本且提高生产效率。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图3是本发明实施例中一种曝光设备及其保护治具的结构示意图。所述保护治具可以包括治具主体21以及固定部件22，所述曝光设备23包括用于放置晶圆的晶圆基座231。
其中，所述治具主体21在工作状态下提供圆形开口211，所述圆形开口211的中心与放置在晶圆基座231上的晶圆的中心重合，所述治具主体21遮挡所述晶圆的边缘区域且暴露出所述晶圆的中心区域，所述边缘区域环绕所述中心区域。所述固定部件22适于将所述治具主体21固定于所述晶圆基座231。
具体地，所述治具主体21可以为一体化结构，其具有开口212，所述开口212的形状和尺寸与所述圆形开口211相同。
进一步地，所述治具主体21可以设置为可拆卸的，从而可以根据实际生产中对不同尺寸(例如不同半径)的治具主体21的需求，通过拆卸换为不同尺寸的治具主体21。
在工作状态下，所述治具主体21可以经由所述固定部件22转移至所述晶圆基座231上方，由开口212作为所述圆形开口211；在非工作状态下，所述治具主体21可以经由所述固定部件22转移离开所述晶圆基座231上方，也即开口212移开晶圆基座231上方，不再提供圆形开口211。其中，工作状态指的是进行曝光或准备进行曝光时的状态，非工作状态指的是工作状态以外的状态。
在本发明实施例中，通过在非工作状态下将治具主体21放置在离开所述晶圆基座231上方的位置，有助于避免对常规的晶圆制造工艺造成影响，例如在放入或取出晶圆时对晶圆表面形成擦碰。
进一步地，所述固定部件22可以包括第一固定部221和第一旋转部222，所述第一固定部221的第一端固定连接于所述晶圆基座231，所述第一旋转部222的第一端固定连接于所述治具主体21，所述第一固定部221的第二端可转动地连接于所述第一旋转部222的第二端。例如，第一固定部221可以通过转轴的方式与第一旋转部222连接，第一固定部221可以绕该转轴转动，以带动治具主体21移动至晶圆基座231上方以进入工作状态，或者带动治具主体21离开晶圆基座231上方以进入非工作状态。
在本发明实施例中，可以采用转动的方式移动治具主体21，相比于拆卸等移动治具主体21的其他方式，有助于提高位置控制精度。
进一步地，所述治具主体21可以为环状，有助于采用较少的材料即可覆盖所述晶圆的边缘区域。
进一步地，可以根据具体的半导体器件的制造工艺中容易形成材料大小不规则且粘附性差等问题的区域面积，确定所述治具主体21覆盖所述晶圆的边缘区域的覆盖尺寸，作为一个非限制性的例子，所述治具主体21覆盖所述晶圆的边缘区域的覆盖尺寸可以为1mm至5mm。优选地，可以设置所述治具主体21覆盖所述晶圆的边缘区域的覆盖尺寸为3.7mm。
所述治具主体21的宽度需要能够遮挡住所述晶圆的边缘区域，例如当所述治具主体21覆盖所述晶圆的边缘区域的覆盖尺寸为1mm时，可以设置所述治具主体21的宽度为1.5mm至3mm。作为一个非限制性的例子，可以设置所述治具主体21的宽度为3mm。
作为一个非限制性的例子，所述治具主体21的厚度可以为0.5mm至15mm。可以理解的是，所述治具主体21的厚度不能过薄，否则挡光能力下降导致难以实现遮挡效果，并且过薄则易碎，且作为一个机台硬件装置，不利于长期使用；所述治具主体21的厚度不能过厚，否则容易碰触到曝光设备23的其他部件(例如曝光镜头)或碰触晶圆，对常规的晶圆制造工艺造成影响。优选地，可以设置所述治具主体21的厚度为5mm。
作为一个非限制性的例子，所述治具主体21距离所述晶圆的最小距离可以为0.5cm至10cm。可以理解的是，所述治具主体21距离所述晶圆的最小距离不能过远，否则由于光具有衍射性而难以实现遮挡效果；所述治具主体21距离所述晶圆的最小距离不能过近，否则容易碰触到晶圆，对常规的晶圆制造工艺造成影响。
图4至图5是本发明实施例中一种曝光方法中各步骤对应的器件的剖面结构示意图。
参照图4，提供半导体衬底300，所述半导体衬底300包括中心区域A区以及边缘区域B区，所述半导体衬底300的表面具有待刻蚀层310，通过曝光、显影等光刻工艺，在所述待刻蚀层310的表面形成图案化的光刻胶层320。其中，由于在工作状态下，治具主体21提供圆形开口，遮挡所述晶圆的边缘区域B区且暴露出所述晶圆的中心区域A区，因此在边缘区域B区，所述光刻胶层320难以被图案化。
进一步地，如图4所示，以所述图形化的光刻胶层320(参照图3)为掩膜刻蚀所述待刻蚀层310(参照图3)，然后去除所述光刻胶层120，以得到图5所示的图形化的待刻蚀层311。
在本发明实施例中，由于在边缘区域B区，所述光刻胶层320难以被图案化，有助于提高在后续刻蚀等工艺中形状的规则性以及材料的粘附性，减少缺陷发生，并且相比于现有技术中添加边缘光阻涂布的步骤，可以有效地节省光刻工艺的作业时间，降低生产成本且提高生产效率。
结合参照图6至图7示出的本发明实施例中另一种曝光设备及其保护治具。具体地，图6示出的是另一种曝光设备43及其保护治具在非工作状态下的结构示意图，图7示出的是另一种曝光设备43及其保护治具在工作状态下的结构示意图。
具体地，保护治具可以包括治具主体以及固定部件，所述曝光设备43可以包括用于放置晶圆的晶圆基座431。
具体地，所述治具主体并非是一体化结构而是包括多个部分，如图6所示包括第一部分51以及第二部分52。
其中，所述治具主体的多个部分可以在工作状态下拼接形成圆形开口511，所述圆形开口511的中心与所述晶圆的中心重合，所述治具主体的多个部分遮挡所述晶圆的边缘区域且暴露出所述晶圆的中心区域，所述边缘区域环绕所述中心区域。
具体地，所述固定部件可以包括多个子部件，如图6所示包括第一子部件41以及第二子部件42。
其中，所述治具主体的每一部分分别与一个所述子部件固定连接，在使用状态下，所述治具主体的多个部分可以如图6示出的虚线箭头方向移动，拼接形成图7示出的所述圆形开口511，在非使用状态下，所述治具主体的每一部分分别经由连接的子部件转移离开所述晶圆基座431上方。
更具体而言，所述第一部分51以及第二部分52具有半圆形开口，在使用状态下，所述第一部分51以及第二部分52拼接形成所述圆形开口511。或者，所述第一部分51以及第二部分52中的至少一个具有大于半圆形的弧形开口，在使用状态下，所述第一部分51以及第二部分52拼接形成所述圆形开口511，且第一部分51以及第二部分52有部分重叠，以避免两个半圆形拼接可能存在的接缝。
进一步地，所述固定部件的多个子部件适于分别将所述治具主体的多个部分固定于所述晶圆基座431。
具体而言，所述第一子部件41包括第二固定部411和第二旋转部412，所述第二固定部411的第一端固定连接于所述晶圆基座431，所述第二旋转部412的第一端固定连接于所述治具主体的第一部分51，所述第二固定部411的第二端可转动地连接于所述第二旋转部412的第二端。
所述第二子部件42包括第二固定部421和第二旋转部422，所述第二固定部421的第一端固定连接于所述晶圆基座431，所述第二旋转部422的第一端固定连接于所述治具主体的第二部分52，所述第二固定部421的第二端可转动地连接于所述第二旋转部422的第二端。
在图6至图7示出的具体实施方式中，相比于图3所示的具体实施方式，由于每个子部件占用的面积较小，可以提高曝光设备内的空间利用率。
在本发明实施例中，所述治具主体可以由不透光材料制成，从而避免在曝光过程中难以实现遮挡功能。
优选地，还可以在不透光材料中选取热稳定性好且不易变形的材质，例如可以采用陶瓷或不锈钢。
本领域技术人员可以理解的是，采用图3至图7示出的曝光设备的保护治具，对于正性光阻的曝光更加适用。
本发明实施例还提供了一种曝光设备，所述曝光设备可以包括上述曝光设备的保护治具。
参照图8，图8是本发明实施例中一种曝光设备的曝光方法的流程图。所述曝光设备的曝光方法可以包括步骤S81至步骤S83：
步骤S81：提供晶圆，并将所述晶圆设置于所述晶圆基座；
步骤S82：通过保护治具的治具主体提供圆形开口，所述圆形开口的中心与所述晶圆的中心重合，所述治具主体遮挡所述晶圆的边缘区域且暴露出所述晶圆的中心区域，所述边缘区域环绕所述中心区域；
步骤S83：在所述保护治具的保护下，对所述晶圆进行曝光。
在具体实施中，关于该曝光设备的曝光方法的原理、具体实现和有益效果请参照前文及图3至图7示出的关于曝光设备的保护治具的相关描述，此处不再赘述。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种曝光设备的保护治具，所述曝光设备包括用于放置晶圆的晶圆基座，
其特征在于，包括：
治具主体，所述治具主体在工作状态下提供圆形开口，所述圆形开口的中心与所述晶圆的中心重合，所述治具主体遮挡所述晶圆的边缘区域且暴露出所述晶圆的中心区域，所述边缘区域环绕所述中心区域；
固定部件，适于将所述治具主体固定于所述晶圆基座。
2.根据权利要求1所述的曝光设备的保护治具，其特征在于，所述治具主体具有开口，所述开口的形状和尺寸与所述圆形开口相同；
其中，在工作状态下，所述治具主体经由所述固定部件转移至所述晶圆基座上方；在非工作状态下，所述治具主体经由所述固定部件转移离开所述晶圆基座上方。
3.根据权利要求2所述的曝光设备的保护治具，其特征在于，所述固定部件包括第一固定部和第一旋转部，所述第一固定部的第一端固定连接于所述晶圆基座，所述第一旋转部的第一端固定连接于所述治具主体，所述第一固定部的第二端可转动地连接于所述第一旋转部的第二端。
4.根据权利要求2所述的曝光设备的保护治具，其特征在于，所述治具主体为环状。
5.根据权利要求1所述的曝光设备的保护治具，其特征在于，所述治具主体包括多个部分，所述固定部件包括多个子部件；
其中，所述治具主体的每一部分分别与一个所述子部件固定连接，在使用状态下，所述治具主体的多个部分拼接形成所述圆形开口，在非使用状态下，所述治具主体的每一部分分别经由连接的子部件转移离开所述晶圆基座上方。
6.根据权利要求5所述的曝光设备的保护治具，其特征在于，所述治具主体包括两个子部件，每个子部件具有半圆形开口，在使用状态下，所述两个子部件拼接形成所述圆形开口。
7.根据权利要求6所述的曝光设备的保护治具，其特征在于，所述子部件包括第二固定部和第二旋转部，所述第二固定部的第一端固定连接于所述晶圆基座，所述第二旋转部的第一端固定连接于所述治具主体的一部分，所述第二固定部的第二端可转动地连接于所述第二旋转部的第二端。
8.根据权利要求1至7任一项所述的曝光设备的保护治具，其特征在于，所述治具主体由不透光材料制成。
9.一种曝光设备，包括如权利要求1至8任一项所述的曝光设备的保护治具。
10.一种曝光设备的曝光方法，所述曝光设备包括用于放置晶圆的晶圆基座，其特征在于，包括：
提供晶圆，并将所述晶圆设置于所述晶圆基座；
通过保护治具的治具主体提供圆形开口，所述圆形开口的中心与所述晶圆的中心重合，所述治具主体遮挡所述晶圆的边缘区域且暴露出所述晶圆的中心区域，所述边缘区域环绕所述中心区域；
在所述保护治具的保护下，对所述晶圆进行曝光。
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