CN1322969A - 涂覆及显影的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对基片进行涂覆和显影处理的方法,这种方法包括如下步骤:在基片上涂覆感光胶并在其上形成涂覆膜;对形成涂覆膜的基片进行加热处理;在加热处理之后冷却基片;对基片上的涂覆层进行曝光处理;在曝光处理之后对基片进行显影处理。还包括如下步骤:在所述形成涂覆层步骤之后所述基片曝光处理步骤之前,对基片施放工艺气体,在涂覆层表面形成工艺膜。因此,工艺膜使得基片免于受大气中氧,水蒸汽之类杂质的影响。

Description

涂覆及显影的方法及其系统

本发明涉及到对基片进行涂覆及显影处理的方法和系统。

在制造半导体产品的光刻工艺中，有如下一些处理过程，比如说在晶片表面涂覆上抗蚀层的抗蚀涂覆处理，在图案感光之后的显影处理，在涂覆处理之前的和曝光过程前后的以及显影之后的加热和冷却处理等等。这些处理和加工过程分别在各自的处理装置中进行，将这些处理装置作为一个涂覆显影处理系统集中起来，以便连续地执行前面所述相继处理步骤。图案的曝光处理通常是在靠近涂覆显影系统中的光刻机中进行。

当晶片在涂覆显影系统中进行处理时，将空气净化装置等净化过的空气作为下降气流引入涂覆显影系统中，用来防止杂质粘附在晶片上，而在此之前，系统内的空气早已被排净，所以，晶片是在一个洁净的环境中得到处理。

不过近年来，使用短波长(如，157纳米)光束的曝光技术正在得到研究和发展，以便用来制作微细而精确的电路图。在使用短波长光束时，有一点值得考虑，那就是分子级的杂质如氧，臭氧，水蒸汽对曝光处理会产生不良影响，使得精确的电路图无法形成，而那些杂质在现有波长技术中影响还是微不足道的。

因此，至少在将晶片送去进行曝光处理时要求不能有氧之类的杂质粘附在晶片表面。在现有技术中，由于空气中含有氧，即使引入的是洁净的空气，杂质的粘附也不能有效地克服，而且，也没有手段对粘附在表面的杂质进行清除。

基于此点，本发明的目标是提供一种防止分子级的微小杂质粘附在晶片之类的基片表面上的涂覆显影方法和涂覆显影系统。

为达到此目的，本发明的涂覆显影方法是对基片进行涂覆和显影的一种方法，这种方法包括如下步骤：使涂覆胶在基片上形成涂覆膜层；对形成涂覆层之后的基片进行加热处理；热处理之后进行冷却处理；对基片上的涂覆层进行曝光处理；曝光处理之后对基片进行显影处理；此方法还包括下面一个步骤：在形成涂覆层之后曝光处理之前，引入气体，在涂覆层表面形成工艺膜层。

引入气体在涂覆层表面形成工艺膜层这一步骤可放在加热处理后的基片冷却处理之后进行，也可在加热处理后的基片冷却处理过程当中进行，也可放在加热处理之后进行，还可在加热处理过程当中进行。

本发明的涂覆显影系统是对基片进行涂覆和显影处理的一种系统，该系统包括：用来对基片进行涂覆的涂覆处理单元；对基片进行显影的显影处理单元；对基片进行热处理的热处理单元；对基片上的涂覆层进行处理在基片膜层上形成工艺膜层的工艺气体供应单元。

值得注意的是本发明中的热处理单元包括一个加热处理单元，一个冷却处理单元以及一个加热冷却处理单元。

根据本发明，基片在形成涂覆层之后曝光之前引入气体进行处理，这样在涂覆层上又覆盖上一层工艺膜层，这层工艺膜层就防止了大气中氧，水蒸汽等杂质粘附在基片表面上。在基片曝光之前，如果有杂质粘附在上面，杂质在曝光过程中就有可能吸收一定的激光束能量，这样就使得曝光过程不能很好地完成。而上面所述的工艺膜层就能使得曝光很好地进行。而且，由工艺气体形成的工艺膜层具有很好的透光性，允许波长为157纳米的短波光束通过。相应地，这就防止了在基片涂覆层上的杂质粘附，设定的电路图就可以精确地曝光在涂覆层上。

图1是根据本发明实施例的涂覆显影系统的说明性平面图；

图2是图1中的涂覆显影系统的正视图；

图3是图1中的涂覆显影系统的后视图；

图4是图1中涂覆显影系统中气体供应单元的说明性垂直剖视图；

图5是显示保护气体供应到晶片上状态的俯视图；

图6是说明性的放大垂直剖视图，显示保护气体供应到晶片上的状态；

图7是图1涂覆显影系统中加热和冷却处理单元的示意性水平剖视图；

图8是表示从保护层涂覆到曝光处理过程的流程图；

图9是表示有气体喷嘴时的加热和冷却处理单元的示意性水平剖视图；

图10是表示在加热和冷却处理单元中有气体喷嘴时从保护层涂覆到曝光处理过程的流程图；

图11是表示在加热和冷却处理单元中有气体喷嘴时从保护层涂覆到曝光处理过程的一修正的流程图；

图12是表示在加热和冷却处理单元中有气体喷嘴时从保护层涂覆过程到曝光处理过程的又一修正的流程图；

图13是表示图1中涂覆显影系统每个区域的顶上都装有供气装置，每个区域的底部都装有排气管时的示意图。

下面对本发明的一种优选实施例加以说明。图1是根据本发明实施例的涂覆显影系统1的说明性平面图。图2是涂覆显影系统1的正视图。图3是涂覆显影系统1的后视图。

如图1所示，涂覆显影系统1有这样的结构，盒站2，处理站3以及接口部分4呈整体连接在箱体a1里。其中，盒站2用来将晶片W从涂覆显影系统1中运出或运进(比如说，25块晶片/盒为运输单位)以及将晶片W从盒子C中运出或运进；处理站3是个处理中心，各种各样的处理装置呈多层堆叠在一起，其中，每一处理单元都可逐个地对晶片W进行在涂覆和显影过程中的予定的处理；接口部分4用来从/向光刻机5接受/派送晶片W，光刻机5位于涂覆显影系统1的附近。

在盒站2中，很多盒子C沿X方向(在图1中是从顶部到底部方向)在盒子安装工作台6上按设定位置排成一行，其中，盒子安装工作台6是安装部分。晶片运载装置7可以在盒子排列方向(X方向)，盒子内晶片排列方向(Z方向，垂直方向)沿运载装置轨道8自由移动并选择性地靠近每一个盒子C。

晶片运载装置7具有调整晶片W的调整功能。晶片运载装置7的结构被设计成为能靠近延迟单元32和粘接单元31，其中，延迟单元32和粘接单元31在下面将要讲到的处理站3边上的第三处理单元组G3中。

在处理站3中，主运载单元13位于中部，其周围是不同的处理单元，这些处理单元呈多层堆叠，组成了处理单元组。在涂覆显影系统1中，共有四个处理单元组：G1,G2,G3和G4。G1和G2分布在涂覆显影系统1的前边，G3在盒站2的临近区域，G4布置在接口部分4的附近。用虚线示出的第五个处理单元组G5作为可选件可以附加地布置在后边。主运载装置13可装运晶片W进出各个位于这些处理单元组G1,G2,G3,G4和G5的处理单元，这将在下面加以介绍。

比如说在第一个处理单元组G1中，如图2所示，保护层涂覆单元17与显影单元18按从下至上顺序堆叠成两层。其中，单元17使用抗蚀胶对晶片进行涂覆，单元18对晶片进行显影处理。同样地，在第二个处理单元组G2中，抗蚀涂覆单元19与显影单元20按从下至上顺序堆叠成两层。

在第三个处理单元组G3中，对晶片W进行冷却处理的冷却单元30，增强抗蚀胶附着力的粘附单元31，使晶片W等待的延迟单元32，在显影处理之后对晶片W进行冷却的冷却单元33和34，在显影处理之后对晶片W进行加热的后烘干单元35和36等等按从下至上顺序堆叠成七层。

在第四个处理单元组G4中，对晶片W进行冷却处理的冷却单元40，延迟单元41和42，作为本发明中工艺气体供应装置的带有气体喷嘴55的供气单元43(图3中的GAS)，在曝光处理之后将晶片W加热(曝光后烘干)然后再冷却到设定温度的加热和冷却处理单元44和45(图3中的PEB/COL)以及加热和冷却处理单元46和47(图3中的PRE/COL)等按从下至上顺序堆叠成八层。其中，作为曝光前热处理单元的单元46和47在曝光前对晶片W加热，蒸发掉涂覆胶中的溶剂，然后再将晶片W冷却到设定的温度。

如图4所示，气体供应单元43的箱体43a中有一容器50，碟形安装板51靠在容器50上，安装板51上分布有三个通孔52，三个通孔52里各有一根升降针53，升降针靠升降机构54驱动并能在通孔52中自由升降，因而能够将晶片W顶起或放落，从而将晶片W安放在安装板51上，也能够从主运载装置13和晶片运载装置65上将晶片W卸下或搁放上去，晶片运载装置65在下面将会讲到。

在安装板51上方有一气体喷嘴55，气体喷嘴55用来喷出作为工艺气体的保护性气体。气体喷嘴55的横向宽度和晶片W的直径几乎相等，保护性气体从气体喷嘴55下端面的许多喷气孔喷出。如图5所示，气体喷嘴55由臂57支撑，臂57由一驱动机构(未示出)驱动，在晶片W上方沿θ方向转动。因此，气体喷嘴55可以向整个晶片W供气。箱体43中用来排气的排气管58与箱体43底部相通。

比如说，氟(F₂)系列气体就可以作为保护性气体，这些气体有：含降冰片烷和四氟乙烯共聚物的气体，含以六氟醇代替降冰片烷的聚合物的气体。也可以使用含聚硅氧烷或其系列之类高分子的气体，在聚硅氧烷或其系列物中，脂环族附着在聚丙烯酸上。

如图6所示，供应保护性气体后，晶片W抗蚀膜60表面上就会形成很薄一层的保护膜61，保护膜61覆盖住抗蚀膜60。保护膜61将杂质与抗蚀膜60隔离开，使得抗蚀膜60不会受到大气中的氧，臭氧，水蒸汽等的影响。而且，保护膜61有很高的光透性，能让短波长的光束通过，因此就能将设定的电路图曝光在抗蚀膜60上。

如图7所示，在加热冷却处理单元44的箱体44a内的基座62上，有个碟形热盘63和冷盘64。热盘63用来加热晶片W，冷盘64可以移动到热盘63上去将晶片W接过来并使之冷却。加热冷却处理单元44可在同一个单元里对晶片W进行不间断的加热和冷却处理，因此晶片W由加热带来的热预算总是保持常值。另外的加热冷却处理单元45到47有着同样的结构。

晶片运载装置65位于接口部分4的中部。晶片运载装置65的结构设计成能使其在X方向(图1中上下方向)，Z方向(垂直方向)自由移动，并能沿θ方向(绕Z轴的旋转方向)转动。所以，晶片运载装置65可以进到位于第四处理单元组G4中的延迟单元41和42以及供气单元43中，还可进到外围曝光单元66和光刻机5中，将晶片W传送给每一单元。

对晶片W进行曝光处理的光刻机5位于接口部分4的附近，并被光刻机5的箱体5a密封，因此，光刻机5内的气体能够得到很好的控制。在接口部分4边上箱体5a上开有运输孔67，晶片W通过该运输孔67向接口部分4被运出和运进，在运输孔67旁边有个能自由打开和关闭运输孔67的挡片68。

下面，将对上面所述结构的涂覆显影系统1的光刻工艺过程加以描述。

对晶片W的处理首先是从盒站2开始，未经处理的晶片W被晶片运载装置7从盒子中取出，然后送进处理站3中的粘接单元31。

在粘接单元31中，晶片W被涂覆，其中使用了增粘剂，如六甲基二硅胺，这种增粘剂能提高抗蚀胶的附着能力。然后，晶片W被主运载装置13传送到冷却单元30中被冷却至设定温度。

接下来，按照流程图8，晶片W被处理直至曝光处理。也就是说，如图8所示，晶片W被传送到抗蚀涂覆单元17或18中进行抗蚀涂覆(图8中的S1)。被涂覆上抗蚀膜的晶片W再被传送到加热和冷却处理单元46或47(图3中的PRE/COL)中。在加热和冷却处理单元46或47内，晶片W由热盘63(图8中的S2)进行加热处理，再由冷盘64(图8中的S3)进行冷却处理。

在这种场合，加热处理和冷却处理无须相继在分开的单元中进行，而只是在单独的一个如加热和冷却处理单元46或47的单元中进行，这样，晶片W从加热处理到冷却处理所需时间总能保持常值，相应地，对所有晶片W进行加热的热预算也都相同。还有，在此实施例中，在抗蚀涂覆处理和显影处理之间的加热和冷却处理都是在单元46或47中进行，因此对于所有的晶片W，在抗蚀涂覆处理和显影处理之间的所需要的时间都相等。

然后，晶片W被送到供气单元43中。如图6所示，保护性气体被施放到晶片W上，在抗蚀膜60(图8中的S4)表面上就会形成保护膜61。

然后晶片W被送到延迟单元41中，晶片运载装置65从延迟单元41取走晶片W再将其送到接口部分4里的外围曝光单元66中。外围部分经曝光的晶片W经过运输孔67再被送到光刻机5中。此时，挡片68被打开，在晶片W被送入光刻机5后，挡片68又被关上。

当晶片W从供气单元43被送往光刻机5时，保护膜61不仅保护抗蚀膜60同时也保护晶片W本身，不让诸如氧，臭氧，水蒸汽，颗粒等杂质粘附在其表面。因此，晶片W可以在很洁净的状况下被送往光刻机5，在光刻机5里，设定的电路图会被感光到晶片W上(图8中的S5)。

曝过光的晶片W被晶片运载装置65经由接口部分4送往处理站3中的延迟单元42，然后再被主运载装置送到加热和冷却处理单元44或45中依次进行曝光后的加热和冷却处理。

再接下来，晶片W被送到显影处理单元18或20中进行显影处理。经过显影处理的晶片W被送到后烘干单元35或36中被烘干，然后再被送到冷却单元33或34中被冷却到一设定的温度，然后再被送到延迟单元32中，再由晶片运载装置7从那里回送到盒站2中的盒子C中去。这样，通过以上步骤一个连续的照相印刷过程就完成了。

根据上面所述实施例，通过施加保护性气体在抗蚀膜60上形成保护膜61，保护膜61可以保护晶片W不受诸如氧、臭氧、以及水蒸汽等大气中的杂质的影响。尤其是当粘附有杂质的晶片W在作曝光处理时，就有如下可能：杂质吸收用于曝光的激光等的能量，妨碍了设定电路图在抗蚀膜60上的精确感光。而上面所述保护膜61就使得适当的曝光处理成为可能。而且，由保护性气体形成的保护膜61具有很好的光透性，允许波长短如157纳米的光束通过。相应地，因为晶片W抗蚀膜上的杂质粘附能够被避免并且设定电路图可以很精确地感光在抗蚀膜上，所以晶片W的产量就可大大提高。用在光刻机5中的激光波长越短，杂质的影响就越大。因此，在使用短波长光束时，这种方法和系统的效果就非常明显。

尤其是，如果保护性气体属于氟系列，便可防止水等物质的粘附，而且保护膜61可以得到很好的透光性。

顺便提及的是，虽然本发明只是描述了一个实施例，但本发明并不局限于此实施例，可以有多种变化。比如说，可以根据不同的情形灵活地确定形成晶片W保护膜的时机。也就是说，如图9，可以在加热和冷却处理单元43中加入气体喷嘴55和支撑臂57，如图9中的实线所示，也可以在冷盘边上放置气体喷嘴55和支撑臂57。

根据这样一种结构，如前面所述图8中S4所示，气体喷嘴55被移到刚经过冷却处理的晶片W的上方位置，保护膜61就会立即形成。另外，还有一种比较合适的方式，如图10所示，在加热处理之后(图10中的S2)，气体喷嘴55被移过来，在晶片W的冷却过程中，保护膜61在抗蚀膜60的表面上形成(图10中的S3)。

另外，如图9中双点画线55’和57’所示，气体喷嘴55和支撑臂57也可以放置在热盘边上。在这种情况下，如下步骤比较合适，如图11所示，在加热处理之后(图11中的S2)，气体喷嘴55被移过来，保护膜61在抗蚀膜60的表面上形成(图11中的S3)，然后，冷却处理和曝光处理相继进行。

还有一种合适的方式，如图12所示，在加热处理过程中(图12中的S2)，气体喷嘴55被移过来，保护膜61在抗蚀膜60的表面上形成。这样，早一点施放保护性气体就可以在诸如氧，臭氧之类的杂质粘附之前在晶体W上形成保护膜61。基本上说，在抗蚀胶被加热完全蒸发之后，在抗蚀膜60表面上形成保护膜61比较合适。

为了更加可靠地防止杂质附着，举例说，如图13所示，可以将供应氮气之类惰性气体的供气单元80,81和82各自对应地布置在盒站2，处理站3和接口部分4上面，并且将排气管83,84和85布置在各个区域的底部。

在供气单元80,81和82中装有超微过滤装置80a,81a和82a，分别用来除掉惰性气体中的微粒。根据这种结构，各个区域中的氧，臭氧，水蒸汽之类的杂质被清除，因此每一区域内的空气都得以净化。

顺便说明，尽管上面所述实施例只涉及到半导体晶片器件制造过程光刻工艺中的晶片W的涂覆显影系统，但本发明也可施用于半导体晶片之外的其他基片的涂覆显影系统，比如液晶显示基片。

Claims (10)

1．对基片进行涂覆和显影处理的一种方法，包括如下步骤：

在基片上涂覆感光胶并在其上形成涂覆层；

对形成涂覆层的基片进行加热处理；

在加热处理之后冷却基片；

对基片上的涂覆层进行曝光处理；

在曝光处理之后对基片进行显影处理；

所述方法还包括如下步骤：

在所述形成涂覆层步骤之后所述基片曝光处理步骤之前，对基片释放工艺气体，在涂覆层表面形成工艺膜。

2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对基片释放工艺气体并在涂覆层表面形成工艺膜的步骤是在所述加热处理之后冷却基片这一步骤之后进行。

3．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述对基片释放工艺气体并在涂覆层表面形成工艺膜的步骤是在所述加热处理之后冷却基片这一步骤当中进行。

4．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述对基片释放工艺气体并在涂覆层表面形成工艺膜的步骤是在所述加热处理步骤之后进行。

5．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述对基片释放工艺气体并在涂覆层表面形成工艺膜的步骤是在所述加热处理步骤当中进行。

6．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述气体能降低涂覆层的表面能。

7．根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述气体使得涂覆层表面具有疏水性。

8．根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述气体是氟系列气体。

9．一种对基片进行涂覆和显影处理的涂覆及显影系统，这种系统包括：

在基片上形成涂覆层的涂覆处理单元；

对基片进行显影处理的显影处理单元；

对基片进行热处理的热处理单元；

供气单元，该单元用来对基片涂覆层释放工艺气体，在涂覆层表面形成工艺膜。

10．根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述热处理单元包括所述工艺气体供应单元。

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