CN209946631U - 涂胶单元以及涂胶显影系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种涂胶单元以及涂胶显影系统，所述涂胶单元包括工艺箱体、载片台、压力监测装置和通风系统，所述通风系统包括供风系统和排风系统，所述工艺箱体包括开口和排风口，所述工艺箱体内部设有所述压力监测装置。光阻在旋涂的过程中，所述压力监测装置对所述工艺箱体内部的压力进行实时监测，可以及时发现所述工艺箱体内部的压力异常，有助于提高光阻厚度的均匀性。

Description

涂胶单元以及涂胶显影系统

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，尤其涉及一种涂胶单元以及涂胶显影系统。

背景技术

在半导体制造工艺中，光刻工艺一直被认为是集成电路制造中最关键的步骤，在整个工艺过程中需要被多次使用，其稳定性、可靠性和工艺成品率对产品的质量、良率和成本有着重要的影响。光刻的本质是把临时电路结构以图形的形式复制到以后要进行刻蚀或离子注入的基底如晶圆上。光刻工艺是一个复杂的过程，通常可包括光阻涂布、曝光和显影，具体而言，首先在晶圆上覆盖一层感光材料即光阻(亦称为光刻胶)，再将平行光经过一掩膜版照射在光阻上使其曝光而变质，最后利用显影液进行显影完成图形转移。其中光阻的厚度和均匀度对光刻工艺的质量有很大的影响，只有光阻具有良好的附着性、抗刻蚀性及高分辨率才能实现完整的图形转移。所以对于半导体制造工艺而言，光阻的形成质量非常重要。

一般情况下，光阻的涂布工艺是在涂胶显影系统(CDS(Coat&DevelopmentSystem)，又称为Track设备)的涂胶单元(COT)中完成。但在实践中发现，利用涂胶单元所形成的光阻的均匀性不够理想，影响了产品的良率，甚至会导致产品报废。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种涂胶单元以及涂胶显影系统，以解决因工艺箱体内部压力变化所导致的光阻均匀性差的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种涂胶单元，包括工艺箱体、用于承载基底的载片台、压力监测装置和通风系统，所述载片台设置于所述工艺箱体内，所述工艺箱体具有可供所述基底进出的开口，所述通风系统通过所述开口向所述工艺箱体内通风，所述压力监测装置设置于所述工艺箱体上并用于监测所述工艺箱体内的压力。

可选的，在所述涂胶单元中，所述压力监测装置设置在所述开口处的工艺箱体内壁上。

可选的，在所述涂胶单元中，所述压力监测装置的数量为至少两个，至少两个压力监测装置均匀分布在所述开口处的工艺箱体内壁上。

可选的，在所述涂胶单元中，所述开口处的工艺箱体内壁上设有凹槽，所述压力监测装置嵌设在所述凹槽内。

可选的，在所述涂胶单元中，所述载片台包括一真空吸盘，所述真空吸盘处于涂胶状态时其边缘与所述压力监测装置的垂直距离范围小于3cm。

可选的，在所述涂胶单元中，所述工艺箱体的底部具有排风口，所述通风系统包括供风系统和排风系统，所述供风系统通过所述开口向所述工艺箱体内供风，所述排风系统通过所述排风口排风。

可选的，在所述涂胶单元中，所述涂胶单元还包括控制模块，所述供风系统中设有调节阀，所述控制模块分别与所述调节阀和压力监测装置电连接，所述控制模块根据所述压力监测装置侦测到的压力值通过所述调节阀调节所述供风系统的供风量。

可选的，在所述涂胶单元中，所述涂胶单元还包括控制模块，所述排风系统中设有调节阀，所述控制模块分别与所述调节阀和压力监测装置电连接，所述控制模块根据所述压力监测装置侦测到的压力值通过所述调节阀调节所述排风系统的排风量。

可选的，在所述涂胶单元中，所述压力监测装置为压力传感器。

为实现上述目的以及其它相关目的，本实用新型还提供了一种涂胶显影系统，包括如上任一项所述的涂胶单元。

综上所述，本实用新型提供了一种涂胶单元，包括工艺箱体、载片台、压力监测装置和通风系统，所述工艺箱体具有可供基底进出的开口，所述通风系统可通过所述开口向所述工艺箱体内通风，所述压力监测装置可以对工艺箱体内部的压力进行实时监控，以及时发现所述工艺箱体内部的压力异常，有助于所述工艺箱体内部的压力得到及时调节，防止因工艺箱体内部的压力异常所导致的光阻涂布不均现象。

附图说明

图1为一种涂布显影系统的结构示意图；

图2为图1中涂胶单元的结构俯视图；

图3为图1中工艺箱体模块的结构示意图；

图4为涂覆光阻时的示意图；

图5为排风静压力对光阻厚度均匀性影响示意图；

图6为本实用新型一实施例中的涂胶单元的结构示意图；

图1～5中：

01-涂胶单元(COT)，02-显影单元(DEV)，03-超高效过滤器(ULPA)，04-烘炉单元(OVEN)；

10-工艺箱体模块，20-晶圆边缘清洗器，30-喷嘴，40-第一机械手臂，50-第二机械手臂；

11-马达，12-载片台，121-支撑杆，122-真空吸盘，13-排风口，14-工艺箱体，60-基底，70-光阻；

图6中：

140-工艺箱体，1401-开口，150-压力监测装置，120-载片台，1201-支撑杆，1202-真空吸盘，1402-排风口，600-基底，130-供风系统。

具体实施方式

光阻涂布通常是通过涂胶显影系统中的涂胶单元(COT)实现的。一般情况下，涂胶显影系统是完全密闭的，以防止外部干扰影响制程，同时能使系统内保持恒定的气流以及能提供更洁净的环境。

图1为一种涂胶显影系统的结构示意图，如图1所示，所述涂胶显影系统主要包括涂胶单元(COT)01、显影单元(DEV)02、超高效过滤器(ULPA)03以及烘炉单元(OVEN)04。所述涂胶单元(COT)01用于给待曝光的晶圆涂覆光阻。所述显影单元(DEV)02用于对曝光后的晶圆进行显影。所述烘炉单元(OVEN)04在所述涂胶显影系统的工作过程中起到烘焙的作用。所述超高效过滤器(ULPA)03用于过滤去除通入涂胶显影系统的气流量中的颗粒物或者污染物，提高涂胶显影系统的洁净度。

图2为图1中的涂胶单元(COT)的结构俯视图，如图2所示，所述涂胶单元01包括工艺箱体模块10、晶圆边缘清洗器20、喷嘴30、第一机械手臂40和第二机械手臂50。所述晶圆边缘清洗器20与所述第一机械手臂40连接，并通过所述第一机械手臂40的控制来实现移动。所述喷嘴30与所述第二机械手臂50连接，并通过所述第二机械手臂50的控制来实现移动。在非工作状态(闲置状态)下，所述第一机械手臂40和所述第二机械手臂50停留在所述工艺箱体模块10的外围。

图3为图2中的工艺箱体模块的结构示意图，图4为涂覆光阻时的示意图。如图3和图4所示，所述工艺箱体模块10包括工艺箱体(cup)14、排风口13、马达11以及载片台12，所述排风口13设置于所述工艺箱体14的底部，所述马达11以及载片台12设置于工艺箱体14内部。所述排风口13可以对所述工艺箱体14进行排风，调整所述工艺箱体14内部的气流量，所述载片台12例如是包括真空吸盘122和与所述真空吸盘122连接的支撑杆121，所述真空吸盘122用以支撑并吸附基底60，所述马达11用于驱动支撑杆121旋转进而带动真空吸盘122旋转，所述真空吸盘122旋转时带动基底60旋转。

具体而言，光阻涂布的工艺过程一般包括：首先，将基底60放置于所述载片台12的真空吸盘122上；然后，所述马达11带动载片台12高速旋转进而带动所述基底60高速旋转，并通过所述喷嘴30向所述基底60中心喷涂光阻70，利用所述基底60旋转产生的离心力以及通风系统对所述工艺箱体14通风产生的气流作用，将所述基底60上的光阻70均匀的涂布到所述基底60的整个表面；最后，采用所述晶圆边缘清洗器20对所述基底60的边缘进行清洗。由于基底边缘的涂布情况比较差，而且基底本身边缘也容易存在翘曲等等因素，因此通过清洗晶圆边缘去除基底边缘的不期望存在的光阻，以免这部分光阻在后道经烘烤等环节中形成颗粒污染物,从而影响下道工序产品的品质。

发明人研究发现，在光阻涂布过程中，工艺箱体内的通风量是影响光阻涂布非常重要的因素，一旦通风量控制不当，会导致光阻膜厚度不均匀或者达不到理想的厚度。图5为排风静压力(也可以为排风风速)对光阻厚度均匀性影响的示意图，其中纵坐标为光阻厚度(Thickness of photoresist)，横坐标为晶圆位置，A和C表示晶圆的边缘位置，B表示晶圆的中心位置，a、b、c、d、e曲线分别表示排风静压力值为30mmAq、20mmAq、10mmAq、5mmAq、0mmAq时晶圆上光阻厚度分布情况。由图5可知，不同的排风静压力对光阻厚度均匀性的影响不同，排风静压力适中时，所形成的光阻厚度均匀性相对偏好，反之，排风静压力太高或者太低均会造成晶圆边缘位置的光阻厚度异常。发明人进一步研究发现，主要的原因是排风静压力会影响光阻溶剂的蒸汽浓度，排风静压力太大或者太小会造成所述光阻溶剂的蒸汽浓度不均匀，从而造成晶圆中心和边缘之间的厚度失去平衡，影响晶圆表面涂布的光阻均匀性。因此排风静压力需控制在合适的范围才能使光阻涂布更均匀。但是，在传统的涂胶显影系统的涂胶单元中并没有在工艺箱体内部设置通风量监测装置，因此即使工艺箱体内部气流(主要受通风量影响)异常也不能及时发现，自然也就无法及时对工艺箱体内部的气流量进行调整，这势必导致造成光阻厚度均匀性差，影响下道工序和产品的质量，甚至因光阻厚度异常需要进行重复作业，增加成本。

基于上述发现，本实施例提供一种涂胶单元，所述涂胶单元内部配置有压力监测装置，能够对工艺箱体内部压力进行实时监测，从而可判断出所述工艺箱体内的通风量是否符合工艺要求，有助于在工艺箱体内部的压力异常时得到及时调节，有利于得到预定厚度的光阻，并可改善光阻厚度的均匀性。

为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图6对本实用新型实施例提出的涂胶单元作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

参阅图6所示，一种涂胶单元，包括工艺箱体140、用于承载基底600的载片台120、压力监测装置150和通风系统。

所述工艺箱体140用于收集光阻涂覆过程中所产生的废液，防止污染涂胶单元的其它部件。所述工艺箱体140例如为圆形筒状结构、方形筒状结构或者其它可容纳承载基底600的形状，此处优选圆形筒状结构，可与载片台120的形状相匹配，在载片台120采用圆形的真空吸盘的情况下，在满足所述基底600旋转时占有的空间条件下，所述圆形筒状结构所占体积最小且光阻收集效果较佳。其中，所述工艺箱体140的一端(此处是指顶端)设有可供基底600进出的开口1401，所述开口1401可以为圆形、方形或者其它适宜的形状。当所述基底600为晶圆时，所述开口1401优选为圆形开口。所述工艺箱体140的另一端(此处是指与所述顶端相对的底端)设有排风口1402。

所述通风系统包括供风系统130和排风系统(图中未标号)。所述供风系统130可通过所述开口1401向所述工艺箱体140内通风。所述供风系统130的出风口例如是设置在工艺箱体140的开口1401的正上方。所述排风系统与所述排风口1402连通，所述排风系统可通过所述排风口1402对所述工艺箱体140进行排风。

所述载片台120用于承载基底600，其设置于所述工艺箱体140内。所述载片台120可以为托盘和支撑杆组合或者吸盘和支撑杆组合。本实施例中，所述载片台120包括真空吸盘1201和与真空吸盘1201固定连接的支撑杆1202，真空吸盘1201可利用真空吸附基底600，避免所述基底600在旋转过程中掉落。所述真空吸盘1201的形状例如是圆形。所述涂胶单元还包括一驱动结构(图6中未示出)，所述驱动机构例如是马达，所述支撑杆1202与所述马达连接，因此可在马达的驱动下旋转，从而带动所述真空吸盘1201旋转，进而带动所述基底600旋转。所述基底600可以为晶圆、显示屏的基底(例如玻璃基板)或者LED芯片的基底等等，即所述基底600可以是任意的需要采用光阻涂布过程的基底。

所述压力监测装置150设置于所述工艺箱体140上，所述压力监测装置150可用于在基底600涂胶过程中，对所述工艺箱体140内部的压力进行实时监控。所述压力监测装置150例如为压力传感器或者压力计等等，优选采用压力传感器，压力传感器具有工作可靠、性能稳定、安装使用方便、体积小、重量轻、性能价格比高等优点。

所述压力监测装置150可以固定在所述工艺箱体140内部的任意位置，只要能够侦测工艺箱体140内部的压力即可，从而根据侦测到压力值判断工艺箱体内的通风量是否在规定范围内。由于光阻是涂覆在基底的上方(基底背离载片台的那个表面上)，因此，优选将压力监测装置150固定在所述载片台120的上方(这也就意味着其位于基底600的上方)，例如是固定在工艺箱体140的开口处。可以理解的是，压力监测装置距离基底的位置越近，越有利于准确的判定出基底处的通风量是否符合工艺要求，因此，所述压力监测装置150与载片台120的真空吸盘122的距离越近则效果越佳，故在较佳方案中，真空吸盘122处于涂胶位置时其边缘与所述压力监测装置150的纵向直线距离h的范围小于3cm，以及，真空吸盘122处于涂胶位置时其边缘与所述压力监测装置150的横向直线距离小于3cm，此时，所述的压力监测装置150能够更及时和精准的反馈出所述基底600在涂布过程中的光阻周围的压力变化。

所述压力监测装置150可以通过粘贴或者铆接等方式直接固定在所述工艺箱体140的内壁上，也可以通过支架等方式固定在所述工艺箱体140的内部任意空间点上。本实施例中，所述压力监测装置150设置在所述工艺箱体140的开口1401处，更具体的说，所述压力监测装置150固定在工艺箱体140的开口处的箱体内壁上，所述工艺箱体140的开口处可设有恰好容纳压力监测装置150的凹槽，压力监测装置150嵌设在所述凹槽内，并不影响基底600自开口1401进出工艺箱体。

所述压力监测装置150的数量可以为一个，也可以为两个以上，数量越多则侦测的精度越高。当所述压力监测装置150的数量为至少两个时，这些压力监测装置优选是均匀分布在所述载片台120的周围，例如是以所述载片台120的中心为中心呈圆环状均匀排列，有利于检测到各个位置处的压力值，可以根据出现异常值的所述压力监测装置150所在位置判断出异常区域范围。

所述涂胶单元还可以配有警报装置，所述警报装置与所述压力监测装置150信号连接，当所述压力监测装置150检测到所述工艺箱体140内部的压力值异常时，所述警报装置可以直接发出警报，以便操作人员发现异常，并及时调整。

所述涂胶单元还包括一控制模块，所述控制模块用以控制所述通风系统的通风量。在一种实施方案中，所述供风系统中设有调节阀，所述控制模块与所述调节阀电连接，所述控制模块可用于设置目标压力值，并向所述调节阀发出调节控制信号。所述压力监测装置150与所述控制模块电连接，其可将侦测到的所述工艺箱体140内部的压力实时监测值传输至所述控制模块，所述控制模块例如是具有计算控制单元，所述计算控制单元可以对各工艺参数进行设定，并且可以将所述压力监测装置150检测到的压力实时监测值转换成通风量值，完成对控制模块的设定。所述控制模块根据目标压力值与所述实时监测压力值进行对比，根据比较结果向所述供风系统中调节阀发出调节信号，通过改变通入所述工艺箱体140的供风量达到调节所述工艺箱体140内部压力的目的。在另一种实施方案中，所述排风系统中设有调节阀，所述控制模块将目标压力值与所述实时监测到的压力值进行对比，根据比较结果向所述排风系统中调节阀发出调节信号，通过改变所述工艺箱体140的排风量达到调节所述工艺箱体140内部压力的目的。当然，所述供风系统和排风系统中可以各自设有调节阀，分别用以调节排风系统的排风量和所述供风系统130的供风量，所述控制模块分别与两个调节阀和压力监测装置电连接，且所述控制模块可以设定所述两个调节阀调节通风量时的占比。具体实施时，所述控制单元根据目标压力值与所述实时监测压力值进行对比，然后按设定的比例对所述两个调节阀发出调节信号，通过同时调整所述工艺箱体140的排风量和供风量达到调节所述工艺箱体140内部压力的目的。

由上可知，采用所述压力监测装置150对所述工艺箱体140内部的压力进行实时监测，可以及时发现所述工艺箱体140内部压力的异常，并对所述工艺箱体140内部的压力进行及时的调整，有助于提高光阻厚度均匀性，减少因工艺箱体内部压力异常而造成的损失，降低成本。

本实施例还提供一种涂胶显影系统，所述涂胶显影系统包括上述的涂胶单元。由于所述涂胶单元能够实时监测工艺箱体内部的压力，并对所述工艺箱体内部的压力进行及时调整，因而有助于光阻厚度均匀性的提高，减少因为所述工艺箱体内部压力异常而造成的损失。因此所述涂胶显影系统也具有类似的优点。

最后所应说明的是，以上实施例仅为本实用新型较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本实用新型的技术范畴。

Claims (10)

1.一种涂胶单元，其特征在于，包括工艺箱体、用于承载基底的载片台、压力监测装置和通风系统，所述载片台设置于所述工艺箱体内，所述工艺箱体具有可供所述基底进出的开口，所述通风系统通过所述开口向所述工艺箱体内通风，所述压力监测装置设置于所述工艺箱体上并用于监测所述工艺箱体内的压力。

2.如权利要求1所述涂胶单元，其特征在于，所述压力监测装置设置在所述开口处的工艺箱体内壁上。

3.如权利要求1所述涂胶单元，其特征在于，所述压力监测装置的数量为至少两个，至少两个压力监测装置均匀分布在所述开口处的工艺箱体内壁上。

4.如权利要求2或3所述涂胶单元，其特征在于，所述开口处的工艺箱体内壁上设有凹槽，所述压力监测装置嵌设在所述凹槽内。

5.如权利要求1所述涂胶单元，其特征在于，所述载片台包括一真空吸盘，所述真空吸盘处于涂胶状态时其边缘与所述压力监测装置的垂直距离范围小于3cm。

6.如权利要求1所述涂胶单元，其特征在于，所述工艺箱体的底部具有排风口，所述通风系统包括供风系统和排风系统，所述供风系统通过所述开口向所述工艺箱体内供风，所述排风系统通过所述排风口排风。

7.如权利要求6所述涂胶单元，其特征在于，所述涂胶单元还包括控制模块，所述供风系统中设有调节阀，所述控制模块分别与所述调节阀和压力监测装置电连接，所述控制模块根据所述压力监测装置侦测到的压力值通过所述调节阀调节所述供风系统的供风量。

8.如权利要求6所述涂胶单元，其特征在于，所述涂胶单元还包括控制模块，所述排风系统中设有调节阀，所述控制模块分别与所述调节阀和压力监测装置电连接，所述控制模块根据所述压力监测装置侦测到的压力值通过所述调节阀调节所述排风系统的排风量。

9.如权利要求1所述涂胶单元，其特征在于，所述压力监测装置为压力传感器。

10.一种涂胶显影系统，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的涂胶单元。

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