CN209962094U - 一种显影装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及半导体器件制造技术领域，公开了一种显影装置，包括：承载晶圆的可旋转承载台、设置于可旋转承载台下方的加热丝、与可旋转承载台下方连接的抽气管、设置于可旋转承载台上方的温度检测器、及连接加热丝与温度检测器的控制器；可旋转承载台带动晶圆旋转，以使显影处理所用的显影液涂覆整个晶圆并进行反应；抽气管用于抽取在显影处理过程中生成的气体；温度检测器用于检测在显影处理过程中晶圆的表面温度值；控制器用于提供基准温度值，并依据检测的晶圆的表面温度值与基准温度值的差值控制加热丝对晶圆进行温度补偿。本实用新型实施方式提供的显影装置，能够改善光刻胶层的线宽的均匀性。

Description

一种显影装置

技术领域

本实用新型实施例涉及半导体器件制造技术领域，特别涉及一种显影装置。

背景技术

半导体器件制造的光刻工序包括在晶片上依次进行例如涂布处理工序、曝光工序、热处理工序、显影处理工序等多个工序，在晶片上形成规定的抗蚀剂图案，即形成图形化的光刻胶层。在涂布处理工序中，在晶片上涂布抗蚀液来形成抗蚀剂膜；在曝光工序中，对抗蚀剂膜进行曝光；在显影处理工序中，将曝光后的抗蚀剂膜进行显影。这一系列的工序，相应在搭载有涂布处理装置、热处理装置和显影处理装置等各种处理装置和晶片的搬送装置等的涂布显影处理系统中进行。

随着晶圆尺寸变小和对显影分辨率要求的提高，对于工艺中的光刻胶层的线宽均匀性的要求也在提高。

实用新型内容

本实用新型实施方式的目的在于提供一种显影装置，能够改善光刻胶层的线宽的均匀性。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种显影装置，包括：承载晶圆的可旋转承载台、设置于可旋转承载台下方的加热丝、与可旋转承载台下方连接的抽气管、设置于可旋转承载台上方的温度检测器、及连接加热丝与温度检测器的控制器；可旋转承载台带动晶圆旋转，以使显影处理所用的显影液涂覆整个晶圆并进行反应；抽气管用于抽取在显影处理过程中生成的气体；温度检测器用于检测在显影处理过程中晶圆的表面温度值；控制器用于提供基准温度值，并依据检测的晶圆的表面温度值与基准温度值的差值控制加热丝对晶圆进行温度补偿。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，由于在显影处理过程中，抽气管在抽取显影处理生成的气体时，承载台上各处气体流速不同，使得承载台上晶圆的表面各处的温度值不同；而本实用新型实施方式中提供了一种显影装置，在承载台上方设置温度检测器，在承载台下方设置加热丝，并设置一连接温度检测器与加热丝的控制器，控制器依据温度检测器检测到的晶圆表面的温度值与基准温度值的差值来控制加热丝对晶圆进行温度补偿，使得晶圆表面温度值均趋近于基准温度值，因而在抽气管抽取气体的过程中晶圆表面各处温度趋于一致，从而避免了显影处理抽气时所造成的温度差异对线宽均匀性的影响，提高了在显影处理过程中晶圆表面线宽的均匀性。

另外，加热丝为多个，每个加热丝为环形加热丝，多个环形加热丝自远离可旋转承载台的中心的方向呈环形放射状排列。

另外，温度检测器为多个，每个温度检测器与一环形加热丝对应，温度检测器的投影落在对应的环形加热丝上。该方案中温度检测器如此设置能够很好地反映出对应环形加热丝的温度补偿效果。

另外，控制器具体用于获取每个温度检测器检测的晶圆的表面温度值与基准温度值的差值，依据差值控制与温度检测器对应的环形加热丝加热。该方案中每个温度检测器、对应的加热丝以及控制器组成一组独立的温控子系统，使得对晶圆表面温度的调节更加的精准。

另外，还包括一固定于承载台的中心正上方的基准温度检测器，用于在显影处理过程中检测承载台上晶圆的圆心的温度值，并以检测的温度值作为基准温度值。

另外，多个环形加热丝中相邻环形加热丝的间距自远离可旋转承载台的中心的方向逐渐变窄。

另外，多个环形加热丝的加热功率一致。该方案中无需设置功率转换器便可控制多个环形加热丝实现不同的温度补偿，易于实现。

另外，还包括：设置于可旋转承载台上方的喷嘴，喷嘴用于向可旋转承载台上的晶圆上喷洒显影液。该方案中显影装置可以无需依赖外部喷洒装置而独立使用。

另外，加热丝与可旋转承载台的下表面接触，通过可旋转承载台为晶圆加热。

另外，可旋转承载台周围设有挡板。该方案中为可旋转承载台周围设置挡板，避免可旋转承载台带动晶圆旋转时显影液溅出、或晶圆未固定好被甩出。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本实用新型第一实施方式的显影装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型第二实施方式的显影装置的结构示意图；

图3是根据本实用新型第二实施方式的温度检测器与加热丝相对应的结构示意图；

图4是根据本实用新型第三实施方式的显影装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种显影装置，包括：承载晶圆10的可旋转承载台1、设置于可旋转承载台1下方的加热丝2、与可旋转承载台1下方连接的抽气管3、设置于可旋转承载台1上方的温度检测器4、及连接加热丝2与温度检测器4的控制器5。

可旋转承载台1带动晶圆10旋转，以使显影处理所用的显影液涂覆整个晶圆10并进行反应；抽气管3用于抽取在显影处理过程中生成的气体；温度检测器4用于检测在显影处理过程中晶圆10的表面温度值；控制器5用于提供基准温度值，并依据温度检测器4检测的晶圆10的表面温度值与基准温度值的差值控制加热丝对晶圆10进行温度补偿。

具体地说，显影处理过程中，显影液与晶圆10表面经曝光的光刻胶层的可溶解区进行反应，从而使得可溶解区的光刻胶被去除，本实施方式中所说的“线宽”指的是显影处理后去除的光刻胶层的宽度。由于光刻胶与显影液发生的反应为放热反应，因此，晶圆表面的温度越低，反应越快，线宽越宽；而温度越高，反应越慢，线宽越窄。在显影处理中抽气管3需要抽取反应装置内的气体，以避免旋涂过程中显影液甩到反应装置内壁并反溅到晶圆10表面造成缺陷。而在显影处理抽气时导致晶圆10中间区域上方与边缘区域上方气体流速不同，导致晶圆10中间区域与边缘区域表面的温度分布不均，反应速率也不相同，从而会影响到晶圆10表面线宽的均匀性。本实施方式中认定：在整张晶圆表面最大线宽和最小线宽的差值小于目标线宽的7.5％即可认为整张晶圆表面线宽均匀。

需要说明的是，在其他实施方式中，线宽还可以指，显影处理后保留的光刻胶层的宽度。

以下结合显影装置的使用方法对显影装置进行说明，可旋转承载台1承载有晶圆10。

显影处理过程包括：在晶圆10表面喷洒显影液；之后，可旋转承载台1带动其上的晶圆10旋转，从而使得喷洒在晶圆10表面的显影液涂覆整个晶圆10并进行显影处理；在显影处理过程中，显影液与光刻胶材料发生化学反应会生成反应气体，抽气管3将反应生成的反应气体抽取出去。

本实施方式中还包括设置于可旋转承载台1上方的温度检测器4，用于检测在显影处理过程中晶圆10的表面温度值，控制器5依据温度检测器4检测的晶圆10的表面温度值与基准温度值的差值控制加热丝对晶圆10进行温度补偿，从而使得晶圆10各区域的表面温度值趋近于同一基准温度值，从而避免了显影处理抽气时所造成的温度差异对线宽均匀性的影响，进一步提高了显影处理过程中线宽的均匀性。

需要说明的是，控制器5提供的基准温度值为一定值，一般取值为28°，当然，基准温度值也可以根据实际需要进行调整。

进一步地，由于晶圆10形状一般呈圆形，因此在固定晶圆10时，将可旋转承载台1的中心与所承载的晶圆10的圆心固定，如此设置，使得可旋转承载台1在匀速旋转时其上的晶圆10的各个切线的线速度相同，显影液可以在晶圆10上均匀涂覆，从而进一步确保线宽的均匀性。本实施方式中可旋转承载台1可设为圆形，其周围可设挡板，从而避免可旋转承载台1带动晶圆10旋转时显影液溅出、或晶圆10未固定好被甩出。当然，本领域技术人员可以理解，可旋转承载台1的形状并不限于圆形，还可以为方形等其他形状，但无论可旋转承载台1为何种形状，晶圆10都与可旋转承载台1的中心固定，从而确保晶圆10在随可旋转承载台1旋转时，其上的晶圆10的各个切线的线速度保持一致。

与现有技术相比，由于在显影处理过程中，抽气管3在抽取显影处理生成的气体时，承载台1上各处气体流速不同，使得承载台1上晶圆10的表面各处的温度值不同；而本实用新型实施方式中提供了一种显影装置，在承载台10上方设置温度检测器，在承载台10下方设置加热丝，并设置一连接温度检测器4与加热丝2的控制器5，控制器5依据温度检测器4检测到的晶圆10表面的温度值与基准温度值的差值来控制加热丝2对晶圆10进行温度补偿，使得晶圆10表面温度值均趋近于基准温度值，因而在抽气管3抽取气体的过程中晶圆10表面各处温度趋于一致，从而避免了显影处理抽气时所造成的温度差异对线宽均匀性的影响，提高了在显影处理过程中晶圆10表面线宽的均匀性。

本实用新型的第二实施方式涉及一种显影装置。如图2所示，第二实施方式是对第一实施方式的改进，主要改进之处在于，本实施方式中加热丝2为多个，每个加热丝2为环形加热丝2，多个环形加热丝2自远离可旋转承载台1的中心的方向呈环形放射状排列。

具体地说，由于发明人发现在显影处理中抽气时，晶圆10中间区域与边缘区域表面的温度分布不均，晶圆10表面温度大致呈自圆心向边缘递减趋势，针对与此，本实施方式中加热丝2为多个，且均呈环形，多个环形加热丝2自远离可旋转承载台1的中心的方向呈环形放射状排列，符合抽气时的温度分布规律。

值得说明的是，多个环形加热丝2中相邻两个环形加热丝2的间距相等，多个环形加热丝2可等间距排列。可选地，多个环形加热丝2中相邻两个环形加热丝2的间距也可自远离可旋转承载台1的中心的方向逐渐变窄，呈越靠近可旋转承载台1边缘相邻两个环形加热丝2的间距越窄的趋势排布，从而使得在利用加热丝2加热时，晶圆10边缘温度上升较快，提高了温度补偿的速度。

相应地，温度检测器4为多个，每个温度检测器4与一环形加热丝2对应，温度检测器4的投影落在对应的环形加热丝2上。

具体地说，如图3所示，本实施方式中每个温度检测器4与一环形加热丝2对应，且其投影落在对应的环形加热丝2上。当可旋转承载台1带动其上的晶圆10旋转时，温度检测器4便能够检测到与其对应的环形加热丝2所加热的晶圆10的环形区域上的不同点的温度值，能够更好地反映出该环形加热丝2的温度补偿效果。值得说明的是，此处所说的“投影”是指自温度检测器4上方向环形加热丝2的垂直方向上的正投影，以确保温度检测器4的检测效果。

值得说明的是，本实施方式中温度检测器具体可为红外温度检测器。红外温度检测器距离可旋转承载台1上方的晶圆10表面距离可设为5-10cm，以便保证温度检测器的检测效果。进一步地，为了避免温度检测器4对于晶圆10取出和放入可旋转承载台1的影响，可将温度检测器4可移动地设置在可旋转承载台1上方，当需要取出或放入晶圆10时，移动温度检测器4使得其远离可旋转承载台1，方便晶圆10的取出和放入；待晶圆10放入后，移动温度检测器4以靠近晶圆10，确保检测效果。

本实施方式中控制器5具体用于获取每个温度检测器4检测的晶圆10的表面温度值与基准温度值的差值，依据差值控制与温度检测器4对应的环形加热丝2加热。

具体地说，每个温度检测器4、与温度检测器4对应的环形加热丝2、以及控制器5组成一组独立的温控子系统，整个显影装置包括共用控制器5的多套独立的温控子系统。控制器5根据每组温控子系统中温度检测器4测取的晶圆10表面的温度值的不同，从而控制每组温控子系统中的环形加热丝2补偿不同的温度差值，从而实现对晶圆10表面不同区域温度的精准调节。

需要说明的是，多个环形加热丝2在进行加热时，每个环形加热丝2的加热功率可以一致。例如，环形加热丝2在加热时其加热功率可以设定为2000W，对于不同的区域，控制器5可通过控制各个环形加热丝2的加热时长来实现不同的温度补偿。无需设置功率转换器便可控制多个环形加热丝2实现不同的温度补偿，易于实现。

可选地，控制器5内还可设置功率转换器，对于不同的区域，可根据各个环形加热丝2实现不同的温度补偿时，可根据所需补偿的温度差值调整加热功率，从而使得各个环形加热丝2所加热的晶圆10表面区域的温度快速升温至基准温度值。本实施方式中控制器5可控制各环形加热丝2的加热温度可在20℃至100℃之间进行调节，调节精度为0.1℃，从而实现精准调温。

本实施方式的显影装置还包括：一固定于可旋转承载台1的圆心正上方的基准温度检测器41，用于在显影处理过程中检测可旋转承载台1上晶圆10的圆心的温度值，并以检测的温度值作为基准温度值。由于在显影处理过程中，晶圆10表面中心的气体流速一般最低，晶圆10表面中心的温度值一般能够表征正常的反应温度值，以晶圆10中心的实际温度值作为基准温度值，则无需调节晶圆10中心区域的温度值，简化了操作流程。

进一步地，加热丝2与可旋转承载台1的下表面接触，通过可旋转承载台1为晶圆10加热。采用接触式加热方式为晶圆10加热，加热丝2在可旋转承载台1旋转时，跟随可旋转承载台1一起旋转，从而避免了采用非接触式加热方式为晶圆10加热时，加热速度慢、在晶圆旋转时容易产生误差的弊端。

由于发明人发现在显影处理中抽气时，晶圆10中间区域与边缘区域表面的温度分布不均，晶圆10表面温度大致呈自圆心向边缘递减趋势，针对与此，本实施方式中加热丝2为多个，且均呈环形，多个环形加热丝2自远离可旋转承载台1的中心的方向呈环形放射状排列，符合抽气时的温度分布规律。

本实用新型的第三实施方式涉及一种显影装置。如图4所示，第三实施方式是对第一施方式的进一步改进，主要改进之处在于：本实施方式中显影装置还包括：设置于可旋转承载台1上方的喷嘴6，喷嘴6用于向可旋转承载台1上的晶圆10上喷洒显影液。

具体地说，本实施方式中显影装置还包括设置于可旋转承载台1上方的喷嘴6，本实施方式中的显影装置包括可喷洒显影液的喷嘴6，可以无需依赖外部喷洒装置而独立使用。

可选地，喷嘴6可设置在固定的位置处，例如可以设置在正对于晶圆10圆心的位置处，喷嘴6在喷洒显影液时能够喷洒在晶圆10的中心位置处；喷嘴6还可设置在任意位置处，在喷洒显影液时，喷嘴6沿晶圆10的一条直径移动并均匀喷洒显影液。上述两种喷嘴6的设置方式，使得可旋转承载台1带动晶圆10旋转时，能够均匀匀开显影液，实现显影液均匀涂覆晶圆10表面。其他喷嘴6的设置方式在本实施方式中不进行过多说明，但本领域技术人员可以理解，其他设置方式也在本实施方式的保护范围之内。

本实施方式中，显影装置还包括：设置于可旋转承载台1上方的喷嘴6，喷嘴6向可旋转承载台1上的晶圆10上喷洒显影液，使得显影装置无需依赖外部喷洒装置。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种显影装置，其特征在于，包括：承载晶圆的可旋转承载台、设置于所述可旋转承载台下方的加热丝、与所述可旋转承载台下方连接的抽气管、设置于所述可旋转承载台上方的温度检测器、及连接所述加热丝与所述温度检测器的控制器；

所述可旋转承载台带动所述晶圆旋转，以使显影处理所用的显影液涂覆整个晶圆并进行反应；

所述抽气管用于抽取在显影处理过程中生成的气体；

所述温度检测器用于检测在显影处理过程中所述晶圆的表面温度值；

所述控制器用于提供基准温度值，并依据检测的所述晶圆的表面温度值与所述基准温度值的差值，控制所述加热丝对所述晶圆进行温度补偿。

2.根据权利要求1所述的显影装置，其特征在于，所述加热丝为多个，每个所述加热丝为环形加热丝，多个所述环形加热丝自远离所述可旋转承载台的中心的方向呈环形放射状排列。

3.根据权利要求2所述的显影装置，其特征在于，所述温度检测器为多个，每个所述温度检测器与一所述环形加热丝对应，所述温度检测器的投影落在对应的所述环形加热丝上。

4.根据权利要求3所述的显影装置，其特征在于，所述控制器具体用于获取每个所述温度检测器检测的所述晶圆的表面温度值与基准温度值的差值，依据所述差值控制与所述温度检测器对应的所述环形加热丝加热。

5.根据权利要求1所述的显影装置，其特征在于，还包括一固定于所述可旋转承载台的中心正上方的基准温度检测器，用于在显影处理过程中检测所述可旋转承载台上所述晶圆的圆心的温度值，并以检测的温度值作为所述基准温度值。

6.根据权利要求2所述的显影装置，其特征在于，多个所述环形加热丝中相邻环形加热丝的间距自远离所述可旋转承载台的中心的方向逐渐变窄。

7.根据权利要求2所述的显影装置，其特征在于，多个所述环形加热丝的加热功率一致。

8.根据权利要求1所述的显影装置，其特征在于，还包括：设置于所述可旋转承载台上方的喷嘴，所述喷嘴用于向所述可旋转承载台上的晶圆上喷洒显影液。

9.根据权利要求1所述的显影装置，其特征在于，所述加热丝与所述可旋转承载台的下表面接触，通过所述可旋转承载台为所述晶圆加热。

10.根据权利要求1所述的显影装置，其特征在于，所述可旋转承载台周围设有挡板。

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