涂胶曝光显影测量一体化装置及涂胶曝光显影测量方法

摘要

本发明提供一种涂胶曝光显影测量一体化装置及基于该装置的涂胶曝光显影测量方法，所述涂胶曝光显影测量一体化装置包括：主腔体，包括涂胶室、曝光室、显影室、测量室；所述涂胶室用于执行涂胶工序，所述曝光室用于执行曝光工序，所述显影室用于执行显影工序，所述测量室用于测量关键尺寸；晶圆卸载台，用于放置加工完成的晶圆，位于所述主腔体的出口处；机械手臂，用于晶圆的夹取与传送；控制单元，控制所述涂胶曝光显影测量一体化装置的运行。本实施例提供的涂胶曝光显影测量一体化装置及基于该装置的涂胶曝光显影测量方法，使曝光机能够和涂胶机、显影机两种有污染气体的设备，有效的结合在一起，提供高效的产出，节约净化厂房空间布局，人力投入，使生产成本大幅降低。

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种涂胶曝光显影测量一体化装置及涂胶曝光显影测量方法。

背景技术

目前，在半导体晶片的光刻工艺制程中，包括涂胶-曝光-显影-CD测量等几道工序。如CD测量不合格，则需要返回至涂胶工艺，重新进行光刻工艺。所以，在光刻制程中，一般需要多次进行涂胶、曝光、显影的工艺操作，而每一次涂胶、曝光、显影的工艺操作需要由涂胶机、曝光机、显影机配合完成。

涂胶机和显影机主要需要完成涂胶前增粘处理、涂胶、涂胶后软烘、曝光后烘烤、显影、显影后硬烘等主要工艺处理过程；而曝光的制程包括对准和曝光两个步骤，具体过程是：紫外光透过光罩板上的图形照射到涂有光刻胶的晶片表面，受紫外光照射后光刻胶变性，光刻胶被显影也腐蚀，经过清洗后，留下和光罩板上一致或互补的图形，从而完成光刻的步骤。

CD(critical dimension，关键尺寸)测量是检测光刻工艺是否合格的必要测试手段，目前，大都通过测量关键尺寸的扫描电子显微镜(CDSEM)对图案的关键尺寸进行测量。

目前的涂胶、、曝光、显影、测量制程，都是单片独立机台作业，每次操作一片晶片，生产效率低；并且单独机台作业占用厂房面积大；晶片转移过程中，容易造成污染、破片等导致产品良率降低；另外，许多人操作，浪费人力。

因此，设计一台能够提高半导体芯片的生产效率和自动化程度的涂胶、曝光、显影、测量为一体的多功能机台很有必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种涂胶曝光显影测量一体化装置及基于该装置的涂胶曝光显影测量方法，用于解决现有技术中的单片式机台作业占地面积大、良率低、效率低的不足问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种涂胶曝光显影测量一体化装置，至少包括：主腔体，包括涂胶室、曝光室、显影室、测量室；所述涂胶室用于执行涂胶工序，所述曝光室用于执行曝光工序，所述显影室用于执行显影工序，所述测量室用于测量关键尺寸；

晶圆卸载台，用于放置加工完成的晶圆，位于所述主腔体的出口处；

机械手臂，用于晶圆的夹取与传送；

控制单元，控制所述涂胶曝光显影测量一体化装置的运行。

可选地，所述主腔体内的涂胶室、曝光室、显影室以及测量室呈线性依次排布。

可选地，所述主腔体内还包括气体缓冲室，位于所述主腔体内的各腔室之间。

可选地，所述主腔体内的涂胶室、曝光室、显影室以及测量室呈环形按顺时针或逆时针依次排布。

可选地，所述主腔体内包括气体缓冲室，位于所述主腔体内各腔室之间。

可选地，所述气体缓冲室包括位于所述涂胶室与所述曝光室之间的第一气体缓冲室以及位于所述曝光室与所述显影室之间的第二气体缓冲室，分别用于吹扫涂胶后残留于所述晶圆上的有害气体与曝光后残留于所述晶圆上的有害气体。

可选地，所述气体缓冲室包括位于所述涂胶室、曝光室、显影室以及测量室围绕的环形中间的中心气体缓冲室，用于吹扫涂胶后残留于所述晶圆上的有害气体与曝光后残留于所述晶圆上的有害气体。

可选地，所述机械手臂包括设置于所述第一气体缓冲室内的第一机械手臂、设置于所述第二气体缓冲室内的第二机械手臂以及设置于所述测量室内的第三机械手臂。

可选地，还包括一设置于所述测量室与所述涂胶室之间的第四机械手臂，用于将测量后的不合格晶圆返回至所述涂胶室。

可选地，所述机械手臂设于所述中心气体缓冲室内，用于晶圆的夹取与传送。

本发明还提供一种如上任意一项所述的涂胶曝光显影测量一体化装置的涂胶曝光显影测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将晶圆放置于所述涂胶室的晶圆承载台上；

2)将光刻胶均匀涂覆至所述晶圆表面，执行涂胶；

3)将涂胶后的晶圆传送至所述曝光室，执行曝光；

4)将曝光后的晶圆传送至所述显影室，执行显影；

5)将显影后的晶圆传送至测量室，进行关键尺寸测量，

6)测量后合格的晶圆将卸载至晶圆卸载台上，以进行后续工艺；测量后不合格的晶圆将返回至所述涂胶室，重新进入涂胶曝光显影测量工艺流程。

可选地，还包括步骤2)之后将所述晶圆传送至气体缓冲室进行吹扫的步骤，以及步骤3)之后将所述晶圆传送至气体缓冲室进行吹扫的步骤。

可选地，所述步骤6)依次通过位于所述测量室内的第三机械手臂、位于所述第二气体缓冲室内的第二机械手臂以及位于所述第一气体缓冲室内第一机械手臂将不合格的晶圆传送至涂胶室。

可选地，所述步骤6)通过位于所述测量室与所述涂胶室之间的第四机械手臂传送至涂胶室。

可选地，所述步骤6)通过位于中心气体缓冲室中的机械手臂传将不合格晶圆直接传送至涂胶室。

本发明提供的涂胶曝光显影测量一体化装置及基于该装置的涂胶曝光显影测量方法，具体以下有益效果：

气体缓冲室中含有氮气气帘,能够有效隔绝化学材料挥发气体进入曝光机污染镜头,延长镜头及曝光机使用寿命；

可以在一台设备上完成涂胶、显影、曝光及测量作业，提升工作效率；

显影完成后自动进行CD量测，不合格晶圆将自动进行返工；

结合控制单元有助于晶圆级封装自动化生产。

附图说明

图1显示为实施例一提供的涂胶曝光显影测量一体化装置的结构示意图。

图2显示为实施例二提供的涂胶曝光显影测量一体化装置的结构示意图。

元件标号说明

11 主腔体

12 晶圆卸载台

111 涂胶室

112 曝光室

113 显影室

114 测量室

115 第一气体缓冲室

116 第二气体缓冲室

21 主腔体

22 晶圆卸载台

211 涂胶室

212 曝光室

213 显影室

214 测量室

215 中心气体缓冲室

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种涂胶曝光显影测量一体化装置，该装置包括主腔体11，包括涂胶室111、曝光室112、显影室113、测量室114；涂胶室111用于执行涂胶工序，曝光室112用于执行曝光工序，显影室113用于执行显影工序，测量室114用于测量关键尺寸；晶圆卸载台12，用于放置加工完成的晶圆，位于主腔体11的出口处；机械手臂(未示出)，用于晶圆的夹取与传送；控制单元，控制所述涂胶曝光显影测量一体化装置的运行。

作为示例，如图1所示，涂胶室111与曝光室112之间还具有第一气体缓冲室115；曝光室112与显影室113之间还具有第二气体缓冲室116。第一气体缓冲室115与第二气体缓冲室116中含有氮气气帘，能够有效隔绝化学材料挥发气体进入曝光机污染镜头，延长镜头和曝光机使用寿命，使曝光机能够和涂胶机显影机两种有污染气体的设备有效的结合在一起，提供高效的产出。当然，在其他实施例中，也可包含有其他的气体缓冲室，可根据实际需要进行设置。

作为示例，如图1所示，主腔体11内的涂胶室111、第一气体缓冲室115、曝光室112、第二气体缓冲室116、显影室113、测量室114呈线形依次排布。

作为示例，本实施例中的机械手臂(未示出)包括分别位于第一气体缓冲室115的第一机械手臂，位于第二气体缓冲室116内的第二机械手臂以及位于测量室114内的第三机械手臂。第一机械手臂用于将晶圆从涂胶室111传送曝光室112，第二机械手臂用于将晶圆从曝光室112传送至显影室113，第三机械手臂用于将晶圆从显影室113传送至测量室114，三个机械手臂配合夹取与传送晶圆，使得晶圆完成涂胶-曝光-显影-测量工艺。

作为示例，本实施例中还具有位于测量室114与涂胶室111之间的第四机械手臂(未示出)，用于将测量后不合格的晶圆快速传送至涂胶室111进行返工。当然，在将测量后不合格的晶圆传送至涂胶室进行返工时，也可以依次通过利用第三机械手臂将不合格晶圆从测量室114传送至显影室113、第二机械手臂将不合格晶圆从显影室113传送至曝光室112和第一机械手臂将不合格晶圆从曝光室112传送至涂胶室111的方式，依次传递，但此过程较为繁琐，而利用位于测量室114与涂胶室111之间的第四机械手臂，可以将晶圆从测量室114快速传送至涂胶室111，加快工作效率。在其他实施例中，机械手臂不限于四个，还可以包括多个，以实现晶圆在各工艺腔之间的快速传送。

本实施例还提供了基于该装置的涂胶曝光显影测量方法，具体包括如下步骤：

1)将晶圆放置于所述涂胶室的晶圆承载台上；

2)将光刻胶均匀涂覆至所述晶圆表面，执行涂胶；

3)将涂胶后的晶圆传送至所述曝光室，执行曝光；

4)将曝光后的晶圆传送至所述显影室，执行显影；

5)将显影后的晶圆传送至测量室，进行关键尺寸测量，

6)测量后合格的晶圆将卸载至晶圆卸载台上，以进行后续工艺；测量后不合格的晶圆将返回至所述涂胶室，重新进入涂胶曝光显影测量工艺流程。

作为示例，本实施例提供的曝光显影测量方法还包括步骤2)之后将晶圆传送至第一气体缓冲室115进行吹扫的步骤以及步骤3)之后将晶圆传送至第二气体缓冲室116进行吹扫的步骤。通过第一气体缓冲室115与第二气体缓冲室116中的氮气气帘，能够有效隔绝化学材料挥发气体进入曝光机污染镜头，使曝光机能够和涂胶机显影机两种有污染气体的设备有效的结合在一起，提供高效的产出，并且能够节约净化厂房空间布局，人力投入，使生产成本大幅降低，延长镜头及曝光机使用寿命。

作为示例，步骤6)中将不合格晶圆传送至涂胶室进行返工的方法，以依次通过利用第三机械手臂将不合格晶圆从测量室114传送至显影室113、第二机械手臂将不合格晶圆从显影室113传送至曝光室112和第一机械手臂将不合格晶圆从曝光室112传送至涂胶室111的方式，依次传递；也可以采用利用第四机械手臂将晶圆从测量室传送至涂胶室进行快速传出。相比较而言，利用第四机械手臂可以将不合格晶圆从测量室快速传送至涂胶室，提高工作效率。

本实施例提供的涂胶曝光显影测量一体化装置及基于该装置的涂胶曝光显影测量方法，使曝光机能够和涂胶机显影机两种有污染气体的设备，有效的结合在一起，提供高效的产出，并且可以节约净化厂房空间布局，人力投入，使生产成本大幅降低。

实施例二

本实施例提供一种涂胶曝光显影测量一体化装置，如图2所示，所述装置包括主腔体21，包括涂胶室211、曝光室212、显影室213、测量室214；涂胶室211用于执行涂胶工序，曝光室212用于执行曝光工序，显影室213用于执行显影工序，测量室214用于测量关键尺寸；晶圆卸载台22，用于放置加工完成的晶圆，位于主腔体21的出口处；机械手臂(未示出)，用于晶圆的夹取与传送；控制单元，控制所述涂胶曝光显影测量一体化装置的运行。与实施例一不同的是，在本实施例中，主腔体21内的各腔室呈环形按顺时针或逆时针依次排布。

作为示例，如图2所示，涂胶室211与曝光室212、显影室213以及测量室214围绕呈环形，其中间设有一中心气体缓冲室215，机械手臂位于中心气体缓冲室内，以实现晶圆在各腔室之前的传递。气体缓冲室中设有氮气气帘，能够有效隔绝化学材料挥发气体进入曝光机污染镜头，延长镜头和曝光机使用寿命，使曝光机能够和涂胶机显影机两种有污染气体的设备有效的结合在一起，提供高效的产出。

需要说明的是，在其他的实施例中，气体缓冲室还可以设置于主腔体内的各腔室之间，与各腔室一同呈环形排布。例如，在涂胶室与曝光室之间设有第一气体缓冲室，在曝光室与显影室之间还设有第二气体缓冲室。涂胶室、第一气体缓冲室、曝光室、第二气体缓冲室、显影室、测量室一同呈环形按顺时针或逆时针依次排布。相应的，机械手臂包括分别设置于第一气体缓冲室的第一机械手臂、第二气体缓冲室内的第二机械手臂以及测量室内的第三机械手臂，第一机械手臂用于将晶圆从涂胶室传送曝光室，第二机械手臂用于将晶圆从曝光室传送至显影室，测量室内的第三机械手臂用于将晶圆从显影室传送至测量室，三个机械手臂配合夹取与传送晶圆，使得晶圆完成涂胶-曝光-显影-测量工艺。机械手臂还包括位于测量室与涂胶室之间的第四机械手臂(未示出)，用于将测量后不合格的晶圆快速传送至涂胶室进行返工。当然，在将测量后不合格的晶圆传送至涂胶室进行返工时，也可以依次通过第三机械手臂、第二机械手臂和第一机械手臂依次传递的方式进行传送，但直接利用第四机械手臂，可以将晶圆从测量室快速传送至涂胶室，加快工作效率。在其他实施例中，机械手臂不限于四个，还可以包括多个，以实现晶圆在各工艺腔之间的快速传送。

本实施例还提供了基于该装置的曝光显影测量方法，具体包括如下步骤：将晶圆放置于所述晶圆承载台上等待工艺；

2)将所述晶圆传送至所述涂胶室，将光刻胶均匀涂覆至所述晶圆表面；

3)将涂胶后的晶圆传送至所述曝光室，执行曝光；

4)将曝光后的晶圆传送至所述显影室，执行显影；

5)将显影后的晶圆传送至测量室，进行最小线宽测量，

6)测量合格的晶圆会通过机械手臂卸载至晶圆卸载台上，以进行后续工艺；测量不合格将返回至涂胶室，重新进入曝光显影测量工艺流程。

作为示例，本实施例提供的曝光显影测量方法还包括步骤2)之后以及步骤3)之后将晶圆传送至中心气体缓冲室进行吹扫的步骤。通过中心气体缓冲室中的氮气气帘，能够有效隔绝化学材料挥发气体进入曝光机污染镜头，使曝光机能够和涂胶机显影机两种有污染气体的设备有效的结合在一起，提供高效的产出。同时可以节约净化厂房空间布局，减少人力投入，使生产成本大幅降低.延长镜头及曝光机使用寿命。在其他实施例中，在步骤2)之后，将晶圆传送至第一缓冲室进行吹扫以及在步骤3)之后，将晶圆传送至第二缓冲室进行吹扫。

作为示例，步骤6)中将不合格晶圆传送至涂胶室进行返工的方法，可以利用位于中心气体缓冲室内的机械手臂直接将位于测量室内的不合格晶圆传送至涂胶室。当然，在涂胶室、第一气体缓冲室、曝光室、第二气体缓冲室、显影室、测量室一同呈环形按顺时针或逆时针依次排布的实施例中，可以采用依次通过第三机械手臂将晶圆从测量室传送至显影室、第二机械手臂将晶圆从显影室传送至曝光室，第一机械手臂将晶圆从曝光室传送至涂胶室的方法；也可以采用利用第四机械手臂将晶圆从测量室传送至涂胶室进行快速传出。相比较而言，利用第四机械手臂可以将不合格晶圆快速传出，提高工作效率。

需要说明的是，本发明提供的涂胶曝光显影测量一体化装置中的各腔室还可以按照其他形式排列，在此不做限制。

综上所述，本发明提供一种涂胶曝光显影测量一体化装置及基于该装置的涂胶曝光显影测量方法，所述涂胶曝光显影测量一体化装置包括：主腔体，包括涂胶室、曝光室、显影室、测量室；所述涂胶室用于执行涂胶工序，所述曝光室用于执行曝光工序，所述显影室用于执行显影工序，所述测量室用于测量关键尺寸；晶圆卸载台，用于放置加工完成的晶圆，位于所述主腔体的出口处；机械手臂，用于晶圆的夹取与传送；控制单元，控制所述涂胶曝光显影测量一体化装置的运行。本实施例提供的涂胶曝光显影测量一体化装置及基于该装置的涂胶曝光显影测量方法，通过气体缓冲室使曝光机能够和涂胶机、显影机两种种有污染气体的设备，有效的结合在一起，提供高效的产出，而且气体缓冲室中含有氮气气帘，能够有效隔绝化学材料挥发气体进入曝光机污染镜头，延长镜头及曝光机使用寿命。本发明的涂胶曝光显影测量一体化装置，能够在一台设备上完成涂胶、显影、曝光以及测量作业，显影后完成CD自动测量，不合格的晶圆能够自动进行返工，有助于晶圆级封装自动化，。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，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发明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，仍应由本发明的权利要求所涵盖。