CN221303816U - 一种显影液涂布系统及半导体制造设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及半导体技术领域,特别是涉及一种显影液涂布系统及半导体制造设备,所述显影液涂布系统包括:载台,设有转动机构,所述转动机构承载晶圆;主喷头,位于所述晶圆的圆心顶部;辅助喷头,位于所述主喷头的侧边;传感器组,朝向所述晶圆的表面;控制器,电性连接所述载台、所述主喷头、所述辅助喷头以及所述传感器组。本实用新型可改善晶圆显影过程中表面显影液浓度梯度逐渐降低的问题,有利于提高显影均匀性和效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域,特别是涉及一种显影液涂布系统及半导体制造设备。
背景技术
在Wafer(晶圆)上制作集成电路的过程中,显影是光刻工艺中将曝光后的光刻胶图案化去除的步骤,其动作顺序为喷洒显影液、去离子水冲洗以及甩干三个过程。
然而,现有技术中,晶圆表面的显影液浓度有不均匀情况,导致外围区域容易产生显影缺陷,例如晶圆显影不均、过度显影以及显影不足等。因此,存在待改进之处。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本实用新型的目的在于提供一种显影液涂布系统及半导体制造设备,用于解决现有技术显影过程中晶圆表面显影液浓度有不均匀情况,容易产生显影缺陷等问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本实用新型提供一种显影液涂布系统,包括:
载台,设有转动机构,所述转动机构用以承载晶圆;
主喷头,位于所述晶圆的圆心顶部;
辅助喷头,位于所述主喷头的侧边;
传感器组,朝向所述晶圆的表面;以及
控制器,电性连接所述载台、所述主喷头、所述辅助喷头以及所述传感器组。
在本实用新型一实施例中,所述传感器组包括厚度传感器和浓度传感器,其中所述浓度传感器包括至少两个浓度探针。
在本实用新型一实施例中,所述晶圆划分为内侧开发区和外侧开发区,所述外侧开发区位于所述内侧开发区的径向外侧,至少一个所述浓度探针朝向所述内侧开发区,至少一个所述浓度探针朝向所述外侧开发区。
在本实用新型一实施例中,所述厚度传感器朝向所述内侧开发区或所述外侧开发区。
在本实用新型一实施例中,在喷洒显影液时,所述辅助喷头的喷嘴朝向所述外侧开发区,在喷洒去离子水时,所述辅助喷头沿所述晶圆的径向做往复运动。
在本实用新型一实施例中,所述显影液涂布系统还包括振动器,所述振动器连接于所述转动机构和所述晶圆之间,所述振动器电性连接所述控制器。
在本实用新型一实施例中,所述振动器为环形超声发生器。
在本实用新型一实施例中,所述辅助喷头设有多个喷嘴,多个所述喷嘴呈阵列分布。
在本实用新型一实施例中,所述喷嘴的开孔处设有调节片。
本实用新型还提供一种半导体制造设备,包括如上述任一项所述的显影液涂布系统。
如上所述,本实用新型的一种显影液涂布系统及半导体制造设备,意想不到的效果是:可改善晶圆显影过程中表面显影液浓度梯度逐渐降低的问题,有利于提高显影均匀性和效率。
附图说明
图1显示为本实用新型的一种显影液涂布系统的结构示意图。
图2显示为本实用新型一实施例中显影液涂布系统的俯视图。
图3显示为本实用新型一实施例中辅助喷头的结构示意图。
图4显示为本实用新型一实施例中调节片部分开启的示意图。
图5显示为本实用新型一实施例中调节片完全开启的示意图。
元件标号说明
100、载台;110、转动机构;200、主喷头;
300、辅助喷头;310、辅助喷嘴;320、调节片;
400、传感器组;410、厚度传感器;420、浓度传感器;421、内侧浓度探针;422、外侧浓度探针;
500、控制器;600、晶圆;610、内侧开发区;620、外侧开发区;700、振动器。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解,本实用新型实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案,而不是为了限制本实用新型的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法,通常按照常规条件,或者按照各制造商所建议的条件。
须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本实用新型可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本实用新型可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本实用新型可实施的范畴。
请参阅图1至图5,本实用新型提供一种显影液涂布系统及半导体制造设备,可具体应用于半导体芯片光刻显影工艺中。本实用新型对晶圆表面显影液的浓度进行动态补偿,可改善晶圆显影过程中表面显影液浓度分布均匀性,从而提升了晶圆显影以及清洗的效率。下面通过具体的实施例进行详细的描述。
请参阅图1,图1显示为本实用新型的一种显影液涂布系统的结构示意图。在本实用新型一实施例中,显影液涂布系统可包括载台100、主喷头200、辅助喷头300、传感器组400以及控制器500。其中,载台100可设有转动机构110,转动机构110可用于承载晶圆600。在显影过程中,转动机构110可带动晶圆600绕圆心进行转动。主喷头200可为中心显影nozzle(喷嘴),其可位于晶圆600的圆心顶部。主喷头200可用以向晶圆600的表面喷洒显影液。辅助喷头300可位于主喷头200的侧边,其可用以向晶圆600的表面喷洒显影液以及去离子水。传感器组400可设置于晶圆600的顶部,其可朝向晶圆600的表面。控制器500可电性连接载台100、主喷头200、辅助喷头300以及传感器组400,以控制上述各元器件。
请参阅图2,图2显示为本实用新型显影液涂布系统的俯视图。在本实用新型一实施例中,晶圆600可划分为两个区域,内侧开发区610和外侧开发区620。其中,外侧开发区620可位于内侧开发区610的径向外侧,具体的,外侧开发区620为与内侧开发区610相同圆心的圆环,且外侧开发区620的内圆与内侧开发区610的边重合。本实施例中,可设置内侧开发区610为半径r的圆,外侧开发区620为内径r,外径R的圆环。
请参阅图1,在本实用新型一实施例中,显影液涂布系统还可包括振动器700。振动器700可连接于转动机构110和晶圆600之间,且振动器700可电性连接控制器500。本实施例中,振动器700可为环形超声发生器。在晶圆600显影与清洗的过程中,控制器500可启动振动器700,以使晶圆600进行高频振动。振动器700产生的高频振动有利于显影液与光刻胶充分接触,同时还可改善显影液分子分散的均匀性,促进显影效率。
请参阅图1、图2,在本实用新型一实施例中,传感器组400可包括厚度传感器410和浓度传感器420。其中,厚度传感器410可用以测量晶圆600表面的显影液的高度。浓度传感器420可用以测量晶圆600表面的显影液的浓度。本实施例中,厚度传感器410可包括至少一个厚度探针,厚度探针可朝向内侧开发区610或外侧开发区620。厚度传感器410可用以测量未显影时晶圆600的高度、显影稳定时的内侧开发区610内显影液边缘高度以及外侧开发区620内显影液边缘高度。其中,内侧开发区610内显影液边缘高度表征晶圆600上半径为r处的显影液高度,外侧开发区620内显影液边缘高度表征晶圆600上半径为R处的显影液高度。厚度传感器410可为光干涉传感器。浓度传感器420可包括至少两个浓度探针,例如,浓度传感器420可具体包括内侧浓度探针421和外侧浓度探针422。其中,内侧浓度探针421可朝向晶圆600的内侧开发区610,以测量内侧开发区610内显影液浓度;外侧浓度探针422可朝向晶圆600的外侧开发区620,以测量外侧开发区620内显影液浓度。浓度传感器420可为光折射离子传感器。
请参阅图3,图3显示为本实用新型辅助喷头300的结构示意图。在本实用新型一实施例中,辅助喷头300可为弧形多孔喷头,辅助喷头300上设置有多个辅助喷嘴310。多个辅助喷嘴310呈阵列分布于辅助喷头300的底部表面。辅助喷头300可用以向晶圆600的表面喷洒显影液以及去离子水。具体的,在喷洒显影液时,辅助喷头300的辅助喷嘴310朝向外侧开发区620。在喷洒去离子水时,辅助喷头300沿晶圆600的径向做往复运动,即辅助喷头300可向内侧开发区610和外侧开发区620喷洒去离子水以对整个晶圆600进行清洗。
请参阅图3,在本实用新型一实施例中,辅助喷头300的弧形长度可为0.125~0.15倍的晶圆600周长。辅助喷头300弧形的长度和宽度的比值可在4~10的范围之间,其对应的弧度可在45°~90°的范围之间。本实施例中,辅助喷嘴310的孔径类型包括但不限于圆孔、椭圆孔。辅助喷嘴310的最大孔径宽度可为0.02~0.1倍的辅助喷头300的弧形宽度。多个辅助喷嘴310之间均匀等间隙分布。
请参阅图4、图5,图4显示为本实用新型调节片320部分开启的示意图,图5显示为本实用新型调节片320完全开启的示意图。在本实用新型一实施例中,辅助喷头300还包括多个调节片320,调节片320可设置于辅助喷嘴310的开孔处,用以调节辅助喷嘴310的开孔率,进而控制喷洒溶液的流量。本实施例中,如图4所示,在进行显影液喷洒时,可控制调节片320部分开启,以精确控制显影液的喷洒体积;如图5所示,在进行晶圆600清洗时,可控制调节片320完全开启,以增大去离子水的喷洒流量,提高显影后清洗效率。
请参阅图4、图5,在本实用新型一实施例中,调节片320可采用密封性高、摩擦系数小的拨片结构件,其宽度可为1.3~1.8倍辅助喷头300的最大孔径宽度。调节片320可均匀分布在相邻辅助喷嘴310的间隙内。具体的,调节片320的设置位置包括但不限于辅助喷头300内底部、辅助喷头300内底部夹层或辅助喷头300外部滑轨结构等。全部的调节片320均可由电机统一控制其在辅助喷头300宽度方向的位移量,以保证每个辅助喷头300开孔率一致。
请参阅图1至图5,在本实用新型一实施例中,在进行晶圆600显影之前,将晶圆600固定于载台100上,并通过厚度传感器410对未显影时晶圆600的高度h1进行测量。在进行晶圆600显影过程中,首先,由控制器500开启主喷头200进行显影液旋涂。具体的,主喷头200向晶圆600的圆心处喷洒显影液,转动机构110带动晶圆600绕圆心旋转,依靠离心力使显影液自圆心向外扩散到整个晶圆600的表面。在主喷头200进行显影液旋涂的同时,控制器500启动振动器700,带动晶圆600进行超声振动,以促进显影液与晶圆600表面的光刻胶充分接触并发生显影反应。当显影反应开始后达到预设时间后,晶圆600表面的显影液将进入稳定状态。然后,可通过浓度传感器420测量晶圆600中内侧开发区610内显影液浓度C(1stion)和外侧开发区620内显影液浓度C(2ndion),以及通过厚度传感器410测量内侧开发区610内显影液边缘高度h2和外侧开发区620内显影液边缘高度h3。最后,再由控制器500根据上述测量数据,对外侧开发区620进行动态补偿,即控制辅助喷头300向外侧开发区620喷洒标准浓度显影液,以提高外侧开发区620内的显影液浓度。
请参阅图1至图5,在本实用新型一实施例中,可按照预设显影液浓度动态调控机制对外侧开发区620进行动态补偿,以实现辅助二级显影。具体的,显影液浓度动态调控机制可为向外侧开发区620内补偿喷洒标准浓度的显影液,以增加外侧开发区620内的显影液浓度直至与内侧开发区610的显影液浓度相同。其中,向外侧开发区620内补偿喷洒的显影液的浓度为C(标准ion),体积为V2。显影液浓度动态调控机制可满足以下公式:
其中,V1为补偿喷洒前外侧开发区620内显影液的体积。当晶圆600的转速一定时,外侧开发区620内显影液的体积V1满足以下公式:
V1=π(R2-r2)×H
其中,H表示外侧开发区620上的显影液的平均液面高度。本实施例中,晶圆600上的显影液的液面高度与转速相关。根据厚度传感器410所测量的未显影时晶圆600的高度h1,显影稳定时的内侧开发区610内显影液边缘高度h2以及外侧开发区620内显影液边缘高度h3,可计算出晶圆600上的显影液的平均液面高度H。平均液面高度H可满足以下公式:
由此可知,根据浓度传感器420所探测的内侧开发区610内显影液浓度C(1stion)和外侧开发区620内显影液浓度C(2ndion),以内侧开发区610内显影液浓度C(1stion)为目标值,可计算出向外侧开发区620内补充喷洒的显影液体积。向外侧开发区620内补偿喷洒的显影液的体积V2可满足以下公式:
其中,V2表示辅助喷头300补偿喷洒的显影液的体积,C(1stion)表示内侧开发区610内显影液浓度,C(2ndion)表示外侧开发区620内显影液浓度,C(标准ion)表示显影液标准浓度,V1表示外侧开发区620内显影液体积。本实施例中,可由控制器500根据上述计算方法,通过辅助喷头300向外侧开发区620补充喷洒标准浓度的显影液,以使外侧开发区620内的显影液浓度增加至与内侧开发区610的显影液浓度相同。
在本实用新型一实施例中,在完成晶圆600显影之后,还需对晶圆600表面进行清洗。具体的,首先,由控制器500关闭主喷头200,并调节辅助喷头300的调节片320,以使每个辅助喷嘴310处于最大开孔率。然后,向辅助喷头300导入去离子水(DI water),并由控制器500控制辅助喷头300沿晶圆600的径向做往复运动,即自晶圆600的圆心向外做定向往复运动,从而实现对晶圆600表面的快速高效冲洗。进一步的,还可同时开启振动器700,以提高清洗效率。
本实用新型还提供一种半导体制造设备,可包括上述任一实施例中所述的显影液涂布系统。该半导体制造设备可用以进行晶圆的光刻工艺,且上述半导体制造设备可采用本实用新型所提供的显影液涂布系统进行晶圆的显影工艺,以去除晶圆表面曝光后的光刻胶。
综上所述,本实用新型提出一种显影液涂布系统及半导体制造设备,具有结构简单,易于工业化量产应用的优点。本实用新型意想不到的效果是通过动态浓度计算补偿进行辅助二级显影,有效改善了晶圆表面显影液的均匀性。所以,本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效,而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
因此,可以进行许多修改,以使特定环境或材料适应本实用新型的实质范围和精神。本实用新型并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本实用新型的最佳方式公开的具体实施例,但是本实用新型将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而,本实用新型的范围将只由所附的权利要求书进行确定。
Claims (10)
1.一种显影液涂布系统,其特征在于,包括:
载台,设有转动机构,所述转动机构用以承载晶圆;
主喷头,位于所述晶圆的圆心顶部;
辅助喷头,位于所述主喷头的侧边;
传感器组,朝向所述晶圆的表面;以及
控制器,电性连接所述载台、所述主喷头、所述辅助喷头以及所述传感器组。
2.根据权利要求1所述的显影液涂布系统,其特征在于,所述传感器组包括厚度传感器和浓度传感器。
3.根据权利要求2所述的显影液涂布系统,其特征在于,所述晶圆划分为内侧开发区和外侧开发区,所述外侧开发区位于所述内侧开发区的径向外侧,所述浓度传感器包括至少两个浓度探针,其中,至少一个所述浓度探针朝向所述内侧开发区,至少一个所述浓度探针朝向所述外侧开发区。
4.根据权利要求3所述的显影液涂布系统,其特征在于,所述厚度传感器朝向所述内侧开发区或所述外侧开发区。
5.根据权利要求3所述的显影液涂布系统,其特征在于,在喷洒显影液时,所述辅助喷头的喷嘴朝向所述外侧开发区,在喷洒去离子水时,所述辅助喷头沿所述晶圆的径向做往复运动。
6.根据权利要求1所述的显影液涂布系统,其特征在于,所述显影液涂布系统还包括振动器,所述振动器连接于所述转动机构和所述晶圆之间,所述振动器电性连接所述控制器。
7.根据权利要求6所述的显影液涂布系统,其特征在于,所述振动器为环形超声发生器。
8.根据权利要求1所述的显影液涂布系统,其特征在于,所述辅助喷头设有多个喷嘴,多个所述喷嘴呈阵列分布。
9.根据权利要求8所述的显影液涂布系统,其特征在于,所述喷嘴的开孔处设有调节片。
10.一种半导体制造设备,其特征在于,包括如权利要求1至权利要求9任一项所述的显影液涂布系统。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GR01 | Patent grant |