CN208271844U - 晶圆处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆处理装置。所述晶圆处理装置，包括输入管、热板、分隔板、第一腔体和第二腔体；所述输入管与所述第一腔体连通，用于向所述第一腔体传输换热气体；所述第二腔体，包括相对设置的第一开口和第二开口；所述分隔板，位于所述第一腔体与所述第一开口之间，包括均匀分布的多个输入孔，所述第一腔体内的换热气体经所述输入孔进入所述第二腔体；所述热板，封闭所述第二开口，用于加热其表面承载的晶圆；所述换热气体于所述第二开口均匀加热所述热板。本实用新型使得热板表面的温度分布均匀，确保了晶圆产品的质量，提高了机台产能。

Description

晶圆处理装置

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆处理装置。

背景技术

目前，半导体集成电路(IC)产业已经经历了指数式增长。IC材料和设计中的技术进步已经产生了数代IC，其中，每代IC都比前一代IC具有更小和更复杂的电路。在IC发展的过程中，功能密度(即每一芯片面积上互连器件的数量)已普遍增加，而几何尺寸(即使用制造工艺可以产生的最小部件)却已减小。除了IC部件变得更小和更复杂之外，在其上制造IC的晶圆变得越来越大，这就对晶圆的质量要求越来越高。

随着半导体制程的不断推进，涂胶显影工艺对各个腔室的温度控制精度以及产能的要求都在不断提高。涂胶显影装置内部的热板对于整个光刻流程的顺利进行有着至关重要的作用。所述热板应用于每次涂胶、曝光及显影后的烘烤过程，即所谓的软烤、曝光后烘烤及硬烤。然而，目前的热板加热方式为导电线圈加热。线圈加热的原理是通过电流流过线圈使得线圈产生热能。这就使得热板在线圈处的温度较高，而相邻线圈之间的间隙区域则依靠介质传热，这就导致热板温度不均匀，且工作人员不能根据需要对热板的不同区域进行温度调节。

线圈加热导致的热板温度不均匀性，会带来如下弊端：(1)影响最终显影后图形的线宽均匀性；(2)对于软烤过程，影响光阻与衬底的黏附性能；(3)对于曝光后烘烤过程，影响DUV(Deep Ultraviolet，深紫外光)光阻的化学放大效应；(4)对于硬烤过程，影响光阻抗刻蚀能力。上述弊端都会影响半导体制程的顺利进行，降低半导体生产的效率。

因此，如何提高热板烘烤过程中温度的均匀性，确保晶圆产品的质量，并提高机台产能，是目前亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种晶圆处理装置，用以解决在现有的光刻工艺中易出现烘烤温度不均匀的问题，改善光刻效果。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种晶圆处理装置，包括输入管、热板、分隔板、第一腔体和第二腔体；所述输入管与所述第一腔体连通，用于向所述第一腔体传输换热气体；所述第二腔体，包括相对设置的第一开口和第二开口；所述分隔板，位于所述第一腔体与所述第一开口之间，包括均匀分布的多个输入孔，所述第一腔体内的换热气体经所述输入孔进入所述第二腔体；所述热板，封闭所述第二开口，用于加热其表面承载的晶圆；所述换热气体于所述第二开口均匀加热所述热板。

优选的，所述分隔板还包括与多个输入孔一一对应的多个控制器，所述热板包括多个传感器；每一所述传感器与一个或者多个所述控制器对应连接；所述传感器，用于检测热板温度并传输至与其连接的控制器；所述控制器，用于根据所述温度调整与其对应的输入孔中换热气体的传输状态。

优选的，所述传输状态包括换热气体的流速和/或传输角度。

优选的，所述分隔板的边缘设置有多个排出孔；所述换热气体与所述热板进行热交换后经所述排出孔排出。

优选的，还包括与多个排出孔一一对应连通的多个排出管，所述排出管用于将热交换后的换热气体排出；所述分隔板的直径大于所述第一腔体的外径，多个所述排出孔沿竖直方向的投影环绕于所述第一腔体的外周。

优选的，还包括热板腔体，所述热板、所述分隔板、所述第一腔体和所述第二腔体位于所述热板腔体内；所述输入管自外界延伸至所述热板腔体内部。

优选的，还包括冷板腔体和绝热组件；所述冷板腔体用于冷却经所述热板腔体烘烤后的晶圆；所述绝热组件，置于所述热板腔体与所述冷板腔体之间，用于控制所述热板腔体与所述冷板腔体是否连通。

优选的，所述绝热组件包括绝热板和处理器；所述绝热板，用于物理隔离所述热板腔体与所述冷板腔体；所述处理器，连接所述绝热板，用于调整所述绝热板的状态，以控制所述热板腔体与所述冷板腔体是否连通。

优选的，所述热板包括多个第一顶针；所述第一顶针，用于承载晶圆，且能够沿垂直于所述热板的方向伸缩运动，以将所述晶圆传输至所述冷板腔体。

优选的，所述冷板腔体包括冷板、驱动器和轨道；所述驱动器，连接所述冷板，用于驱动所述冷板沿所述轨道运动；所述冷板，用于冷却其表面承载的晶圆；所述冷板表面设置有多个第二顶针；所述第二顶针，能够沿垂直于所述冷板的方向伸缩运动，用于接收所述热板传输的晶圆。

本实用新型提供的晶圆处理装置，通过分隔板上均匀分布的的输入孔，将存储于第一腔体中的换热气体传输至第二腔体，从而对位于所述第二腔体上部的热板加热，一方面减缓了换热气体对热板局部的冲击，另一方面有助于热板与换热气体的均匀接触，这两方面都使得热板表面的温度分布更加均匀，确保了晶圆产品的质量，提高了机台产能。

附图说明

附图1是本实用新型具体实施方式中晶圆处理装置的爆炸图；

附图2是本实用新型具体实施方式中热板腔体的内部爆炸图；

附图3是本实用新型具体实施方式中分隔板的俯视结构示意图；

附图4是本实用新型具体实施方式中分隔板的截面示意图；

附图5是本实用新型具体实施方式中热板的结构示意图；

附图6是本实用新型具体实施方式中冷板的结构示意图；

附图7是本实用新型具体实施方式中热板腔体与冷板腔体连通后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的晶圆处理装置的具体实施方式做详细说明。

本具体实施方式提供了一种晶圆处理装置，附图1是本实用新型具体实施方式中晶圆处理装置的爆炸图，附图2是本实用新型具体实施方式中热板腔体的内部爆炸图，附图3是本实用新型具体实施方式中分隔板的俯视结构示意图。如图1-3所示，本具体实施方式提供的晶圆处理装置，包括输入管10、热板14、分隔板12、第一腔体11和第二腔体13；所述输入管10与所述第一腔体11连通，用于向所述第一腔体11传输换热气体；所述第二腔体13，包括相对设置的第一开口131和第二开口132；所述分隔板12，位于所述第一腔体11与所述第一开口131之间，包括均匀分布的多个输入孔121，所述第一腔体11内的换热气体经所述输入孔121进入所述第二腔体13；所述热板14，封闭所述第二开口132，用于加热其表面承载的晶圆；所述换热气体于所述第二开口132均匀加热所述热板14。

具体来说，换热气体经所述输入管10进入所述第一腔体11，使得所述第一腔体11构成换热气体的存储区域。存储于所述第一腔体11中的换热气体经所述分隔板12上的输入孔121进入所述第二腔体13。由于多个所述输入孔121在所述分隔板12上均匀分布，从而使得进入所述第二腔体13的换热气体也均匀分布，从而实现对位于所述第二开口132处的所述热板14均匀加热，最终使得位于所述热板14表面的晶圆受热均匀，改善了晶圆产品的质量。同时，相较于现有技术中线圈加热热板的方式，换热气体的流动性及热交换效率都较高，从而在确保所述热板14均匀受热的同时，也缩短了烘烤时间，提高了机台产能。

其中，所述输入孔121的孔径及数量，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，例如在确保所述换热气体顺利流入所述第二腔体13的同时、尽量减小所述输入孔121的孔径，以进一步提高所述换热气体在所述第二腔体13内的分布均匀性。

为了进一步提高进入所述第二腔体13内的换热气体温度分布的均匀性，优选的，所述第一腔体11内部还设置有保温组件和/或加热组件，所述保温组件用于保持所述第一腔体11内部的换热气体温度恒定在预设值，以弥补所述换热气体在所述输入管10内传输过程中的热损失；所述加热组件，用于对所述第一腔体11内部的换热气体加热，使得所述换热气体的温度达到预设值，从而高效的对所述热板14加热。

优选的，所述换热气体为压力高于预设压力的水蒸汽。采用水蒸汽作为换热气体，可以减少对所述晶圆处理装置内各部件的磨损，且价格低廉，从而有效降低晶圆生产成本。将所述换热气体的压力设置为高于所述预设压力，还有利于所述第一腔体11中的换热气体快速的朝向所述分隔板12方向运动，并穿过所述输入孔121进入所述第二腔体13。更优选的，所述预设压力为4MPa。

为了将所述第一腔体11中的换热气体更加快速的传输至所述第二腔体13，所述分隔板12中还可以包括真空泵。通过所述真空泵使得所述第一腔体11中的换热气体更加快速的朝向所述分隔板12方向运动，并穿过所述输入孔121进入所述第二腔体13。

附图4是本实用新型具体实施方式中分隔板的截面示意图，附图5是本实用新型具体实施方式中热板的结构示意图。优选的，如图4、5所示，所述分隔板12还包括与多个输入孔121一一对应的多个控制器41，所述热板14包括多个传感器141；每一所述传感器141与一个或者多个所述控制器41对应连接；所述传感器141，用于检测热板14温度并传输至与其连接的控制器41；所述控制器41，用于根据所述温度调整与其对应的输入孔121中换热气体的传输状态。更优选的，所述传输状态包括换热气体的流速和/或传输角度。

举例来说，位于所述热板14上的传感器141实时检测其所在位置的热板温度，并将检测到的温度传输至与其连接的控制器41，所述控制器41判断所述温度是否低于预设温度，若是，则增大与其对应的输入孔121中换热气体的流速和/或调整所述换热气体进入所述第二腔体13的角度，以使得与所述传感器141对应区域的温度升高，以确保所述热板14整体温度的均匀性；若所述控制器41判断所述温度高于预设温度，则减小与其对应的输入孔121中换热气体的流速和/或调整所述换热气体进入所述第二腔体13的角度，以使得与所述传感器141对应区域的温度降低，以确保所述热板14整体温度的均匀性。

优选的，所述分隔板12的边缘设置有多个排出孔122；所述换热气体与所述热板14进行热交换后经所述排出孔122排出。更优选的，所述晶圆处理装置还包括与多个排出孔122一一对应连通的多个排出管，所述排出管用于将热交换后的换热气体排出；所述分隔板12的直径大于所述第一腔体，多个所述排出孔122沿竖直方向的投影环绕于所述第一腔体11的外周。

具体来说，所述换热气体与所述热板14进行热交换之后，温度降低，发生相变，由气体变为液体并回落至所述分隔板12表面，最终依次经所述分隔板12表面的排出孔122、所述排出管排出至外界。所述液体经加热后可再次通过所述输入管10输入所述第一腔体11，实现循环利用，从而进一步降低了晶圆的生产成本。不仅如此，所述第二腔体13内部多余的换热气体也可经所述排出孔122排出。其中，为了便于排出多余的换热气体和/或热交换后生成的液体，所述排出孔122朝向所述分隔板12内部凹陷。

将所述分隔板12的直径设置为大于所述第一腔体11的外径，且多个所述排出孔122沿竖直方向的投影环绕于所述第一腔体11的外周，以便于在排出所述第二腔体13内部的多余换热气体和/或热交换后生产的液体时，不对所述第一腔体11内部存储的换热气体造成影响。

为了避免晶圆烘烤过程中受到外界环境的干扰，优选的，所述晶圆处理装置还包括热板腔体15，所述热板14、所述分隔板12、所述第一腔体11和所述第二腔体13位于所述热板腔体15内；所述输入管10自外界延伸至所述热板腔体15内部。更优选的，所述热板腔体15底部设置有开口151，所述排出管穿过所述开口151，以将所述第二腔体13内部的多余换热气体和/或热交换后生产的液体排出所述热板腔体15。

优选的，所述晶圆处理装置还包括冷板腔体17和绝热组件16。所述冷板腔体17用于冷却经所述热板腔体15烘烤后的晶圆；所述绝热组件16，置于所述热板腔体15与所述冷板腔体17之间，用于控制所述热板腔体15与所述冷板腔体17是否连通。本具体实施方式将用于晶圆烘烤的所述热板腔体15与用于晶圆冷却的冷板腔体17分隔为两个相互独立的腔体，使得前一片晶圆烘烤结束并在进行冷却的过程中，后一片晶圆可以直接进行烘烤，减少了晶圆等待时间，提高了机台产能。

为了进一步提高光刻过程的自动化程度，优选的，所述绝热组件15包括绝热板和处理器；所述绝热板，用于物理隔离所述热板腔体15与所述冷板腔体17；所述处理器，连接所述绝热板，用于调整所述绝热板的状态，以控制所述热板腔体15与所述冷板腔体17是否连通。

具体来说，在对所述晶圆进行烘烤的过程中，为了保持烘烤温度的恒定，避免外界环境的干扰，所述绝热组件15中的所述处理器控制所述绝热板闭合，以隔绝所述热板腔体15与所述冷板腔体17；当烘烤工艺结束后，所述绝热组件15中的所述处理器控制所述绝热板打开，以连通所述热板腔体15与所述冷板腔体17，使得所述热板14表面承载的晶圆能够传递至所述冷板腔体17。附图7是本实用新型具体实施方式中热板腔体与冷板腔体连通后的结构示意图。

附图6是本实用新型具体实施方式中冷板的结构示意图。优选的，所述热板14包括多个第一顶针143；所述第一顶针143，用于承载晶圆，且能够沿垂直于所述热板14的方向伸缩运动，以将所述晶圆传输至所述冷板腔体17。更优选的，所述冷板腔体17包括冷板19、驱动器和轨道18；所述驱动器，连接所述冷板19，用于驱动所述冷板19沿所述轨道18运动；所述冷板19，用于冷却其表面承载的晶圆；所述冷板19表面设置有多个第二顶针193；所述第二顶针193，能够沿垂直于所述冷板19的方向伸缩运动，用于接收所述热板14传输的晶圆。

具体来说，当所述晶圆在所述热板腔体15完成烘烤过程后，所述热板14表面的第一顶针143沿垂直于所述热板的方向伸出，以将所述晶圆传输至所述冷板腔体17；同时，所述冷板19在所述驱动器的驱动下沿所述轨道18运动，直至所述晶圆下方，且所述第二顶针193沿垂直于所述冷板19的方向伸出，以接收所述热板14传输的晶圆，进而开始晶圆冷却过程。现有技术中通过机械手臂将晶圆自热板转移至冷板的过程中，由于温度较低的机械手臂与温度较高的晶圆直接接触，极易在晶圆表面产生温差，从而对晶圆产品的质量造成一定的影响。然而，本具体实施方式直接通过所述热板14上的第一顶针143将晶圆传输至所述冷板19，避免了晶圆在转移过程中温差的产生，提高了晶圆产品的质量。

所述热板14表面还具有多个第一凸起142，用于承载所述晶圆，使得所述晶圆在烘烤过程中均匀受热；所述冷板19的表面还具有多个第二凸起192，用于承载晶圆，使得所述晶圆均匀冷却。其中，所述第一凸起142与所述第二凸起193的高度优选为0.5～2mm，更优选为1mm。所述冷板19表面还设置有多个感应器191，用于检测所述冷板19表面的温度，以确保所述晶圆均匀冷却。

本具体实施方式提供的晶圆处理装置，通过分隔板上均匀分布的的输入孔，将存储于第一腔体中的换热气体传输至第二腔体，从而对位于所述第二腔体上部的热板加热，一方面减缓了换热气体对热板局部的冲击，另一方面有助于热板与换热气体的均匀接触，这两方面都使得热板表面的温度分布更加均匀，确保了晶圆产品的质量，提高了机台产能。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆处理装置，其特征在于，包括输入管、热板、分隔板、第一腔体和第二腔体；所述输入管与所述第一腔体连通，用于向所述第一腔体传输换热气体；所述第二腔体，包括相对设置的第一开口和第二开口；所述分隔板，位于所述第一腔体与所述第一开口之间，包括均匀分布的多个输入孔，所述第一腔体内的换热气体经所述输入孔进入所述第二腔体；所述热板，封闭所述第二开口，用于加热其表面承载的晶圆；所述换热气体于所述第二开口均匀加热所述热板。

2.根据权利要求1所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述分隔板还包括与多个输入孔一一对应的多个控制器，所述热板包括多个传感器；每一所述传感器与一个或者多个所述控制器对应连接；所述传感器，用于检测热板温度并传输至与其连接的控制器；所述控制器，用于根据所述温度调整与其对应的输入孔中换热气体的传输状态。

3.根据权利要求2所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述传输状态包括换热气体的流速和/或传输角度。

4.根据权利要求1所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述分隔板的边缘设置有多个排出孔；所述换热气体与所述热板进行热交换后经所述排出孔排出。

5.根据权利要求4所述的晶圆处理装置，其特征在于，还包括与多个排出孔一一对应连通的多个排出管，所述排出管用于将热交换后的换热气体排出；所述分隔板的直径大于所述第一腔体的外径，多个所述排出孔沿竖直方向的投影环绕于所述第一腔体的外周。

6.根据权利要求1所述的晶圆处理装置，其特征在于，还包括热板腔体，所述热板、所述分隔板、所述第一腔体和所述第二腔体位于所述热板腔体内；所述输入管自外界延伸至所述热板腔体内部。

7.根据权利要求6所述的晶圆处理装置，其特征在于，还包括冷板腔体和绝热组件；所述冷板腔体用于冷却经所述热板腔体烘烤后的晶圆；所述绝热组件，置于所述热板腔体与所述冷板腔体之间，用于控制所述热板腔体与所述冷板腔体是否连通。

8.根据权利要求7所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述绝热组件包括绝热板和处理器；所述绝热板，用于物理隔离所述热板腔体与所述冷板腔体；所述处理器，连接所述绝热板，用于调整所述绝热板的状态，以控制所述热板腔体与所述冷板腔体是否连通。

9.根据权利要求7所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述热板包括多个第一顶针；所述第一顶针，用于承载晶圆，且能够沿垂直于所述热板的方向伸缩运动，以将所述晶圆传输至所述冷板腔体。

10.根据权利要求9所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述冷板腔体包括冷板、驱动器和轨道；所述驱动器，连接所述冷板，用于驱动所述冷板沿所述轨道运动；所述冷板，用于冷却其表面承载的晶圆；所述冷板表面设置有多个第二顶针；所述第二顶针，能够沿垂直于所述冷板的方向伸缩运动，用于接收所述热板传输的晶圆。