专利名称：涂胶机的排气控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种涂胶机的排气控制装置。
技术背景半导体制造工艺中，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晶片上。光刻工艺是一个复 杂的过程，首先在晶片上覆盖一层感光材料--光刻胶，再将平行光经过一 掩膜版照射在光刻胶上使其曝光而变质，最后利用显影液进行显影完成图形 转移。其中光刻胶的均匀度对光刻工艺的质量有很大的影响，只有光刻胶具 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，光刻胶的形成质量非常重要。申请号为97111875.2的中国专利公开了一种形成光刻胶膜的方法，该方法 在旋涂光刻胶后，用高压氮气分散在晶片上消除胶膜上的微波紋、针孔和脱 皮部分，再用高温干燥的氮气除去胶膜内的溶剂，改善了光刻胶膜中出现的 一些缺陷，但是该方法不能防止这类缺陷的产生，只能是在一定程度上降低 其危害性。此外，该方法对涂胶机的改动也较多，实现较为困难；其还需增 加N2下对晶片的加热处理，不利于器件性能的提高。若能在光刻胶的形成过程中防止缺陷产生，对于提高光刻胶的形成质量 而言，是更为理想的方法，为此需要对光刻胶的形成过程进行分析，对可能 51起缺陷的过程进行改进。光刻中 一般是利用旋转涂胶的方法在晶片表面涂 上一层均匀的液相光刻胶材料。涂胶时所用的设备称为涂胶机(SpinCoater) 或匀胶机，其工作原理是高速旋转晶片，利用离心力使滴在晶片上的胶液均 勻地涂在晶片上。图l为现有涂胶机的结构示意图，如图l所示，为了进行旋 转涂胶，首先将晶片101吸附在一个载片台102上，该载片台表面有很多真空 孔，并与真空管103相联，以便当其在电机104带动下进行旋转时能吸住晶片 101;然后，将一定数量的液体光刻胶通过喷嘴105滴在晶片上，该喷嘴具有 一回吸部件，以防止残胶滴在晶片表面；接着，旋转晶片，得到一层均匀的
光刻胶涂层。此外，将涂胶机的腔室106与排气管107相连，以便在光刻胶的 涂胶过程中对腔室进行排气处理。在涂胶过程中，涂胶机的排气速率一定要 准确控制，其控制不良会影响直接到光刻胶的形成质量，在胶膜中形成微波 紋、针孔和脱皮等缺陷。如，若涂胶过程中排气过强，会产生太大的气流导 致光刻胶过于干燥，引起光刻胶脱皮；若排气不良则可能导致杂质颗粒不能 被气流带走，而是沉积在晶片上造成玷污，形成针孔缺陷。为此，若能准确控制涂胶机的排气量，对于减少光刻胶中的缺陷，提高 光刻胶的形成质量是很有利的。图2为现有的涂胶机排气控制装置的示意图。对于涂胶机，其载片台静止 时所需的排气量与旋转涂胶时所需的排气量是不同的，前者在50Pa左右时， 后者可能需要在1 OOPa左右，因而现有的排气控制装置一般由两个控制阀组 成。如图2所示，现有的涂胶机的排气控制装置由与总排气管201相连的第一 控制阀202和与涂胶机排气管205相连的第二控制阀203组成。其中，第一控制 阀202—般按所需排气量较大的旋转涂胶时的排气量进行手动设置，如设置排 气量为100Pa;第二控制阀203是由电磁开关阀204控制开、关的控制阀，其设 置值按所需流量较小的静止时的排气量设置。当涂胶机处于旋涂状态时，所 需的排气量较大，涂胶机设置程序给电磁阀一个"关"信号，控制第二控制 阀处于关的状态，涂胶机的排气量仅受第一控制阀限制，即排气量可达100Pa; 当涂胶机处于静止状态时，所需的排气量较小，涂胶机设置程序给电磁阀一 个"开"信号，控制第二控制阀处于开的状态，此时涂胶机的排气量还会受 到第二控制阀所设置的排气量大小的限制，涂胶机的排气量减小，如为50Pa。现有的涂胶机的排气控制装置中虽然通过对第二控制阀的自动开关控制，实 现了对排气量的双档位的自动控制，满足了涂胶工艺的基本排气要求，但其 对双档位的排气量大小仍均停留在通过手动调节实现的阶段，给实际操作带 来了一些不便之处。在实际工艺中，涂胶机的排气量时常会偏离设置值，引起这一现象的原 因主要有两个 一是因工厂的总排气量的变化引起的涂胶机排气量的波动； 二是在排气过程中，常有一些细小的杂质颗粒被带到排气管中，在排气管壁 上附着，这也会引起涂胶机的排气量偏离设置值。而现有涂胶机的两个控制
阀都是通过手动调节排气量的大小，不具备按实际排气量自动调节的能力， 即不具备抗排气量波动的能力，不能实现涂胶机排气量的准确控制。除上述所说的需对涂胶机排气量进行的被动调节外，现有涂胶机的涂胶 工艺中还需要对排气量的大小进行一些主动调节实-险表明，不同的光刻胶， 因组成成份的不同，在涂胶过程中需要去除的胶膜中的溶胶量也不同，导致 各种光刻胶在得到最优的涂胶质量时所适用的排气量大小也不相同，为此常 需要根据所用光刻胶的类型对涂胶机的排气量进行微调。而现有涂胶机的手 动调节方式对于这一要求而言，实现起来很不方便，需要操作人员进行反复 手动调节，易引起人为失误。 发明内容本发明提供了 一种涂胶机的排气控制装置，可以准确地对涂胶机的排气 量进行自动调节控制，改善了光刻胶的形成质量。本发明提供了一种涂胶机的排气控制装置，包括涂胶机排气管、总排气管和感应器、控制器、调节阀；且所述感应器位于所述涂胶机排气管内，用 于感应所述涂胶机的排气量；所述控制器与所述感应器和所述调节阀相连， 用于设置目标排气量值和接收所述感应器的感应信号，并向所述调节阀发出 调节控制信号；所述调节阀位于所述涂胶机排气管与所述总排气管之间，用 于根据接收到的所述调节控制信号，调节所述涂胶机的排气量。 其中，所述调节阀为比例控制阀或可连续调节的电磁阀。 其中，所述控制器根据所述目标排气量值与所述感应信号的比较结果向 调节阀发出调节信号；所述调节阀向控制器发送本身的状态信息；所述控制 器根据所述目标排气量值与所述感应信号的比较结果，和调节阀发送的自身 状态信号，向调节阀发出调节信号。 其中，所述感应器为流量探测器。本发明具有相同或相应技术特征的另一种涂胶机的排气控制装置，包括 涂胶机排气管、总排气管、位于涂胶机排气管和总排气管之间的总控制阀； 以及感应器、控制器和调节阀；且所述感应器位于所述涂胶机排气管内，用 于感应所述涂胶机的排气量；所述控制器与所述感应器和所述调节阀相连， 用于设置目标排气量值和接收所述感应器的感应信号，并向所述调节阀发出 调节控制信号；所述调节阀位于所述涂胶机的排气管与所述总控制阀之间，
用于根据接收到的所述调节控制信号，调节所述涂胶机的排气量；所述总控 制阀位于所述调节阀和所述总排气管之间，用于限制所述涂胶机的最大排气量。其中，所述调节阀为比例控制阀或可连续调节的电磁阀。其中，所述控制器根据所述目标排气量值与所述感应信号的比较结果向 调节阀发出调节信号；所述调节阀向控制器发送本身的状态信息；所述控制 器根据所述目标排气量值与所述感应信号的比较结果，和调节阀发送的自身 状态信号，向调节阀发出调节信号。其中，所述感应器为流量探测器。与现有4支术相比，本发明具有以下优点本发明的涂胶机排气控制装置，用具有反馈及自动调节能力的排气控制 装置代替了现有涂胶机中的手动排气控制装置，改善了因总排气量波动及管 道有附着物而导致的涂胶机排气量发生波动的问题，可以较为准确地对涂胶 机的排气量进行自动调节，改善了光刻胶旋涂工艺的质量及重复性，提高了 产品的成品率。本发明的涂胶机排气控制装置，还可以通过程序设置自动根据所用光刻 胶的类型对涂胶机的排气量进行微调，进一步提高光刻胶的形成质量。本发明的涂胶机排气控制装置，对涂胶机的改动较少，实现较为简单。
图1为现有涂胶机的结构示意图；图2为现有涂胶机排气控制装置连接示意图；图3为本发明涂胶机排气控制装置的第一具体实施例的连接示意图；图4为本发明涂胶机排气控制装置的第二具体实施例的连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图 对本发明的具体实施方式
做详细的说明。本发明的排气控制装置用具有反馈及自动调节能力的排气控制装置代替 了现有涂胶机中的手动排气控制装置，不仅可以对涂胶机排气量的波动作出 反应，还可以实现为优化工艺条件而进行的排气量的微调，实现了对排气量 的较为准确的自动控制。
图3为本发明涂胶机排气控制装置的第一具体实施例的连接示意图。如图3所示，本发明的排气控制装置由涂胶机排气管205、感应器301、控制器 302、调节阀303和总排气管201组成。其中，感应器301位于涂胶机排气管 内，用于感应涂胶机的实际排气量；控制器302与感应器301和调节阀303 相连，用于设置目标排气量值和接收感应器的感应信号，并向调节阀303发 出调节控制信号；调节阀303位于涂胶机的排气管205与总排气管201之间， 用于根据接收到的调节控制信号，调节涂胶机的排气量。
本实施例中，将目标排气量值设置在控制器中，再由控制器按这一设置 值向调节阀发送控制信号，本实施例中的调节阀为比例控制阀，该阀可按控 制器的控制信号调整打开比例，实现目标排气量。为防止偏差，再利用感应 器，本实施例中为流量探测器，对排气管中的实际排气量进行感应，并将感 应结果发到控制器内；控制器接收到该感应信号后，先将其转换为电信号， 再将其与设置的目标排气量值进行比较，并得到比较结果。同时，比例控制阀也将其自身的调节状态信号发送到控制器，控制器根据比较结果和比例控 制阀的状态信号再向比例控制阀发出调整信号，进一步控制比例控制阀的调 整比例，实现实际排气量与设置值之间的基本一致。
本实施例中，控制器与涂胶机的计算机控制系统相连，可以通过计算机 对其进行参数设置，在对涂胶机各工艺参数进行设置的同时，完成对排气量， 即控制器参数的设置。如在涂胶机的计算机程序中设置涂胶机在静止状态下 的排气量为50Pa，在旋转状态下的排气量为100Pa，则当涂胶机运行设置程 序到静止状态时，控制器向比例控制阀发出排气量为50Pa的控制信号，并通 过涂胶机排气管内安装的感应器对实际排气量进行检测，如果由于管道内的 阻塞，使得实际排气量比设置值要小，如为40Pa,则控制器会在收到感应信 号并比较后，向比例控制阀发出加大排气量的控制信号，使比例控制阀加大 打开比例以使实际排气量接近设置值；如果由于总排气量的波动，检测到的 排气量要大于设置值，如为60Pa,则控制器在收到感应信号后，再向控制阀 发出减小打开比例的控制信号，使排气量减小以接近设置值。当涂胶机运行 设置程序到旋转状态时，控制器向比例控制阀发出排气量为100Pa的控制信 号，调整比例控制阀的打开比例；并同样通过排气管内安装的感应器对实际 排气量进行检测，将检测得到的感应信号发送到控制器；再由控制器根据该
感应信号向比例控制阀发出调整信号，控制比例控制阀实现排气量大小的自 动调整。此外，本实施例还可以针对不同类型的光刻胶设置不同的操作程序，并 在每个程序中进行排气量的优化设置，这样，在操作时，只需调用对应的程 序就可以方便地实现不同光刻胶的不同的排气量设置，减少了由于操作工手动反复调节引起的一些人为误差。如对于适用于曝光波长为193nm的光刻 胶，其静止状态下的最佳排气量为60-70Pa,如为65Pa，而对于适用于曝光 波长为248nm的光刻胶，其静止状态下的最佳排气量为45 - 55Pa，如为50Pa， 将它们所适用的不同的参数分别设置在其所对应的程序中，就可以方便地实 现不同的光刻胶所对应的不同的优化排气量。图4为本发明的涂胶机排气控制装置的第二具体实施例的连接示意图。 如图4所示，本发明的排气控制装置由涂胶机排气管205、感应器401、控制 器402、调节阀403、总控制阀404和总排气管201组成。其中，感应器401 位于涂胶机排气管内，用于感应涂胶机的排气量；控制器402与感应器401 和调节阀403相连，用于设置目标排气量值和接收感应器401的感应信号， 并向调节阀403发出调节控制信号；调节阀403位于涂胶机排气管205与总 控制阀404之间，用于根据接收到的调节控制信号，调节涂胶机的排气量； 总控制阀404位于调节阀403和总排气管201之间，用于限制涂胶机的最大 排气量。本实施例中，为了增大调节精度，将总控制阀和调节精度较高的调节阀 组合起来实现排气量的控制。先由总控制阀将通往调节阀的排气量限制在一 定值内，再由调节阀在该范围内进行调节，使得调节阀的流量范围可以较小， 增加了调节阀的调节精度。本实施例中的总控制阀可以采用手动调节的方式，将其设置为 一个较宽 的范围，如涂胶机中需要的最大排气量为100Pa，则在考虑到排气管侧壁上可 能会附着的颗粒以及总排气量可能会发生的波动，将总控制阀的排气量大小 设置为120Pa，该总控制阀可选择流量范围为300Pa的手动控制阀。然后，利 用范围较小的调节阀，如流量范围为150Pa的可连续调节的电磁阀对具体需 要的流量进行微调，对于流量范围较小的电磁阀，其调节的精度更高，控制 更为准确。
本实施例中，同样可以将目标排气量值设置在控制器中，再由控制器按该设置值发送电信号控制电磁阀调整开关大小；同时，利用流量探测器对排 气管中的实际排气量进行感应，并将感应结果发到控制器内；控制器将该感 应结果转换为电信号后，再将该感应电信号与设置的目标排气量值进行比较， 并根据比较结果调整发至电磁阀的控制电信号，控制电磁阀自动调整其开关 的程度，即控制了排气量的大小。本实施例中的控制器是通过计算机进行参数设置的，不同类型光刻胶对 排气量的不同要求，可以通过对各自程序的设置实现不同的排气量的控制。 对于涂胶机的不同状态对排气量的不同要求，则可以通过对程序中的不同阶 段的设置不同值而实现。控制器根据这些设置值对可连续调整的电磁阀发送 不同的控制电信号，使其能自动地实现按设置值进行排气量大小的控制。如 对于适用于曝光波长为193nm的光刻胶，在其涂胶程序中设置静止状态下的 排气量为65Pa,旋转状态下的排气量为100Pa，则当涂胶机的设置程序运行 到静止状态时，控制器向电磁阀发出排气量为65Pa的控制信号，并利用涂胶 机排气管内安装的感应器发回的对实际排气量的感应结果，向电磁阀发送调 整信号，最终使得涂胶机的实际排气量基本稳定在65Pa。当涂胶机的设置程 序运行到旋转状态时，控制器向电磁阀发出排气量为100Pa的控制信号，并 同样通过排气管内安装的感应器对实际排气量进行检测，再通过控制器发出 调整信号，控制电磁阀最终将涂胶机的排气量稳定在100Pa。而对于适用于曝光波长为248nm的光刻胶，可以在其涂胶程序中设置静 止状态下的排气量为50Pa,旋转状态下的排气量为90Pa，则当涂胶机的设置 程序运行到静止状态时，控制器向电磁阀发出排气量为50Pa的控制信号；当 涂胶机的设置程序运行到旋转状态时，控制器向电磁阀发出排气量为90Pa的 控制信号，并在各阶段均利用涂胶机排气管内安装的感应器发回的对实际排 气量的感应结果，与各阶段的设置值分别进行比较，再向电磁阀发送调整信 号，最终使得涂胶机的实际排气量可以分别稳定在不同阶段所设置的不同值 上。本发明的其他实施例中，感应器和控制器也可以利用具有流量探测头的 数据采集卡实现其功能。上述实施例中，将控制器与计算机系统相连，并通过对计算机程序的设
置实现对控制器的排气量参数设置，本发明的其他实施例中，对控制器中的 排气量参数设置也可以通过对控制器的手动设置实现。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何 本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和 修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1、 一种涂胶机的排气控制装置，包括涂胶机排气管和总排气管；其特征 在于所述装置还包括感应器、控制器和调节阀；所述感应器位于所述涂胶 机排气管内，用于感应所述涂胶机的排气量；所述控制器与所述感应器和所 述调节阀相连，用于设置目标排气量值和接收所述感应器的感应信号，并向 所述调节阀发出调节控制信号；所述调节阀位于所述涂胶机排气管与所述总 排气管之间，用于根据接收到的所述调节控制信号，调节所述涂胶机的排气 量。
2、 如权利要求1所述的排气控制装置，其特征在于所述调节阀为比例 控制阀或可连续调节的电^f兹阀。
3、 如权利要求1所述的排气控制装置，其特征在于所述控制器根据所 述目标排气量值与所述感应信号的比较结果向调节阀发出调节信号。
4、 如权利要求1所述的排气控制装置，其特征在于所述调节阀向控制 器发送本身的状态信息。
5、 如权利要求4所述的排气控制装置，其特征在于所述控制器根据所 述目标排气量值与所述感应信号的比较结果，和调节阀发送的自身状态信号， 向调节阀发出调节信号。
6、 如权利要求1所述的排气控制装置，其特征在于所述感应器为流量 探测器。
7、 一种涂胶机的排气控制装置，包括涂胶机排气管、总排气管和位于涂 胶机排气管和总排气管之间的总控制阀；其特征在于所述装置还包括感应 器、控制器和调节阀；所述感应器位于所述涂胶机排气管内，用于感应所述 涂胶机的排气量；所述控制器与所述感应器和所述调节阀相连，用于设置目 标排气量值和接收所述感应器的感应信号，并向所述调节阀发出调节控制信 号；所述调节阀位于所述涂胶机的排气管与所述总控制阀之间，用于根据接 收到的所述调节控制信号，调节所述涂胶机的排气量；所述总控制阀位于所 述调节阀和所述总排气管之间，用于限制所述涂胶机的最大排气量。
8、 如权利要求7所述的排气控制装置，其特征在于所述调节阀为比例 控制阀或可连续调节的电磁阀。
9、 如权利要求7所述的排气控制装置，其特征在于所述控制器根据所 述目标排气量值与所述感应信号的比较结果向调节阀发出调节信号。
10、 如权利要求7所述的排气控制装置，其特征在于所述调节阀向控 制器发送本身的状态信息。
11、 如权利要求10所述的排气控制装置，其特征在于所述控制器根据 所述目标排气量值与所述感应信号的比较结果，和调节阀发送的自身状态信 号，向调节阀发出调节信号。
12、 如权利要求7所述的排气控制装置，其特征在于所述感应器为流 量探测器。
全文摘要
公开了一种涂胶机的排气控制装置，该装置包括涂胶机排气管、总排气管、感应器、控制器和调节阀；所述感应器位于所述涂胶机排气管内，用于感应所述涂胶机的排气量；所述调节阀位于所述涂胶机排气管与所述总排气管之间，用于控制所述涂胶机的排气量；所述控制器与所述感应器和所述调节阀相连，用于接收所述感应器的感应信号，并向调节阀发出控制信号。本发明的涂胶机排气控制装置，可实现对涂胶机排气量的准确的自动控制，改善了光刻胶旋涂工艺的质量及重复性。
文档编号G03F7/16GK101122801SQ20061002992
公开日2008年2月13日 申请日期2006年8月10日 优先权日2006年8月10日
发明者黄良志 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司