堆叠式涂胶显影系统的制作方法

本发明涉及半导体加工领域，具体地说是一种堆叠式涂胶显影系统。

背景技术：

现有技术中，半导体晶片加工中的光刻工艺制程是由涂胶机、光刻机、显影机分别对晶片完成光刻胶涂布、光刻以及显影作业，随着半导体晶片加工工艺水平的提升，出现了将涂胶显影设备与光刻机连接在一起以实现整个光刻工艺过程，由于光刻机的价格远高于涂胶显影设备，因此该种方式中的涂胶显影设备必须要尽量匹配或高于光刻机的产能，而涂胶显影设备的产能则是由单元工艺瓶颈产能与机器人传输瓶颈产能决定。在特定的工艺时间下，工艺单元瓶颈产能的提升只能通过增加单元数量来实现，而机器人传输瓶颈产能的提升则可以通过提升机器人传输速度和增加机器人数量来实现。然而随着光刻机产能的提升，涂胶显影设备的单元数和机器人数也随之不断增多，这也意味着涂胶显影设备要做得越来越大，然而涂胶显影设备的占地面积毕竟有限，相同产能配置前提下较小的设备占地面积无疑是更具有市场竞争力的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种堆叠式涂胶显影系统，其具有单一机器人服务工艺单元数少、晶片在设备内传递方向唯一、相同配置产能前提下设备占地面积小等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种堆叠式涂胶显影系统，包括片盒站、增粘工艺站、第一工艺站组、第二工艺站组、接口站、光刻机和多个传输机器人，其中片盒站设有片盒和片盒卸装料机器人，增粘工艺站设有第一上下层传输机器人和增粘工艺塔，且所述增粘工艺塔上设有增粘单元和中转单元，第一工艺站组设有第一涂胶工艺机器人、第一显影工艺机器人、第一热处理工艺塔和第一涂胶显影工艺塔，且所述第一显影工艺机器人与第一涂胶工艺机器人叠置，晶圆通过所述片盒卸装料机器人在所述片盒、增粘工艺塔和第一热处理工艺塔间传送，晶圆通过所述第一上下层传输机器人在所述增粘工艺塔中的增粘单元和中转单元间传送，晶圆通过所述第一显影工艺机器人与第一涂胶工艺机器人在所述第一热处理工艺塔和第一涂胶显影工艺塔间传送，所述第二工艺站组设有第二涂胶工艺机器人、第二显影工艺机器人、第二热处理工艺塔和第二涂胶显影工艺塔，且第二显影工艺机器人和第二涂胶工艺机器人叠置，在所述第一热处理工艺塔和第二热处理工艺塔上设有传递晶圆的传片单元，晶圆通过所述第二涂胶工艺机器人和第二显影工艺机器人在所述第二热处理工艺塔和第二涂胶显影工艺塔间传送，接口站设有第二上下层运输机器人、边缘曝光单元、接口站传送机器人和晶圆中转站塔，晶圆通过所述第二上下层运输机器人在第二显影工艺机器人、第二涂胶工艺机器人以及晶圆中转站塔间传送，并且晶圆还通过所述第二上下层运输机器人在所述晶圆中转站塔和边缘曝光单元间传送，晶圆通过所述接口站传送机器人在所述晶圆中转站塔和光刻机间传送。

所述片盒站和增粘工艺站设置于系统的前端，第一工艺站组和第二工艺站组依次设置于系统的中部，接口站和光刻机设置于系统的后端；所述第一显影工艺机器人与第一涂胶工艺机器人叠置，且所述第一显影工艺机器人与第一涂胶工艺机器人设置于第一热处理工艺塔和第一涂胶显影工艺塔之间靠近所述增粘工艺站的一端；第二显影工艺机器人和第二涂胶工艺机器人叠置，且所述第二涂胶工艺机器人和第二显影工艺机器人设置于第二热处理工艺塔和第二涂胶显影工艺塔之间靠近所述接口站的一端。

不同工艺站组中的热处理工艺塔设置于系统的同一侧，不同工艺站组中的涂胶显影工艺塔设置于系统的另一侧。

所述第一热处理工艺塔和第二热处理工艺塔的结构相同，均阵列均布有多个单元装载空间，每个单元装载空间中设有加热单元、精密制冷单元或传片单元。

所述传片单元包括传片水平移动轴座和真空吸盘，其中所述传片水平移动轴座前后两部分分别设置在不同的热处理工艺塔上，真空吸盘可移动地设置于所述传片水平移动轴座上。

所述第一涂胶显影工艺塔和第二涂胶显影工艺塔结构相同，均为多层垂直结构，其中下部各层设有涂胶单元，上部各层均设有显影单元。

所述涂胶单元为三个涂胶腔体共用一个胶臂的单元结构；所述显影单元为三个显影腔体共用两个显影臂的单元结构。

所述增粘工艺塔为层叠结构，各层增粘单元设置于增粘工艺塔中部，增粘工艺塔的顶端和底端各层则分别设有中转单元。

沿着垂直方向看去，所述晶圆中转站塔设置于所述第二显影工艺机器人、第二上下层运输机器人以及接口站传送机器人之间，所述片盒设置于片盒站外侧，所述光刻机设置于接口站外侧。

所述第一工艺站组包括第一热处理工艺站和第一涂胶显影工艺站，所述第一热处理工艺站上设有第一涂胶工艺机器人、第一显影工艺机器人和第一热处理工艺塔，所述第一涂胶显影工艺站上设有第一涂胶显影工艺塔；所述第二工艺站组包括第二热处理工艺站和第二涂胶显影工艺站，其中所述第二热处理工艺站上设有第二涂胶工艺机器人、第二显影工艺机器人和第二热处理工艺塔，所述第二涂胶显影工艺站上设有第二涂胶显影工艺塔。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明中的各个机器人单一工作循环内传递步骤都小于或等于3步，较现有各工艺站内采用单一机器人的传输的涂胶显影设备而言，相同产能前提下，每个机器人服务工艺单元数减少，从而降低了对机器人的传输速度的要求，使机器人传输速度的瓶颈时间可以适应更高产能的设备配置要求。

2、本发明将负责涂胶显影单元和热处理单元间晶圆传递的机器人堆叠放置，以节省机台的占地面积，并且在机台上设计有上下层运输机器人，完成上下层机器人间的相互晶圆传递，保证传输速度。

3、本发明将涂胶显影单元堆叠至多层，且涂胶单元采用三个涂胶腔体共用同一胶臂的结构、显影单元采用三个显影腔体共用两个显影臂的结构，在缩小单元占地面积的同时，节约了管路元件的使用数量。

附图说明

图1为本发明的俯视图，

图2为图1中的A-A视图，

图3为图1中的增粘工艺塔示意图，

图4为图3中的增粘单元示意图，

图5为图3中的中转单元示意图，

图6为图1中的热处理工艺塔示意图，

图7为图6中热处理工艺塔上设置的加热单元示意图，

图8为图6中热处理工艺塔上设置的冷却单元示意图，

图9为图1中两个热处理工艺塔之间的传片单元示意图，

图10为图1中涂胶显影工艺塔中的涂胶单元示意图，

图11为图1中涂胶显影工艺塔中的显影单元示意图，

图12为图1中第一上下层传输机器人、第二上下层运输机器人以及接口站传送机器人的示意图，

图13为图1中片盒卸装料机器人、第一显影工艺机器人、第二显影工艺机器人、第一涂胶工艺机器人以及第二涂胶工艺机器人的示意图。

其中，1为片盒站，2为增粘工艺站，3为第一涂胶显影工艺站，4为第二涂胶显影工艺站，5为接口站，6为光刻机，7为第二热处理工艺站，8为第一热处理工艺站，9为片盒，10为片盒卸装料机器人，11为第一上下层运输机器人，12为增粘工艺塔，13为第一涂胶显影工艺塔，14为第二涂胶显影工艺塔，15为晶圆中转站塔，16为接口站传送机器人，17为边缘曝光单元，18为第二上下层运输机器人，19为第二显影工艺机器人，20为第二热处理工艺塔，21为第一热处理工艺塔，22为第一显影工艺机器人，23为第一涂胶工艺机器人，24为第二涂胶工艺机器人，25为增粘单元，251为喷头，252为盘盖，253为加热盘，254为PIN针，26为中转单元，261为真空吸盘，262为盘座，263为真空流道，27为加热单元，271为热盘盖，272为加热盘，273为PIN针，274为冷却传送盘，28为精密制冷单元，281为PIN针，282为精密制冷盘，29为单元装载空间，30为传片单元，301为传片水平移动轴座，302为真空吸盘，31为涂胶单元，311为胶臂，312为涂胶腔体，313为涂胶水平移动轴座，32为显影单元，321为显影臂，322为显影腔体，323为显影水平移动轴座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～2所示，本发明包括片盒站1、增粘工艺站2、第一工艺站组、第二工艺站组、接口站5、光刻机6和多个传输机器人，所述片盒站1和增粘工艺站2设置于系统的前端，第一工艺站组和第二工艺站组依次设置于系统的中部，接口站5和光刻机6设置于系统的后端。所述第一工艺站组紧邻增粘工艺站2设置，包括第一涂胶显影工艺站3和第一热处理工艺站8，所述第二工艺站组紧邻接口站5设置，包括第二涂胶显影工艺站4和第二热处理工艺站7，且不同工艺站组中的涂胶显影工艺站设置于系统的同一侧，不同工艺站组中的热处理工艺站设置于系统的另一侧。

如图1所示，所述片盒站1包括多个片盒9和一个片盒卸装料机器人10，所述片盒站1具有片盒9存储以及自行搬运片盒9功能，片盒9设置在片盒站1外侧，负责与工厂自动化系统完成晶圆的装载与卸载工作，所述片盒9为本领域公知技术，片盒卸装料机器人10设置在片盒9与增粘工艺站2之间，负责完成片盒9内待加工晶圆向整机传输，并接已加工晶圆传输回片盒9。

如图1所示，所述增粘工艺站2包括第一上下层传输机器人11和增粘工艺塔12，其中增粘工艺塔12用于完成晶圆的增粘工艺。如图3所示，所述增粘工艺塔12为层叠结构布置，装载有多个增粘单元25和多个中转单元26，本实施例中，所述增粘工艺塔12设置有六个增粘单元25和六个中转单元26，其中四个中转单元26布置在增粘单元25下侧，两个中转单元26布置在增粘单元25上侧。

如图4所示，所述增粘单元25包括喷头251、盘盖252、加热盘253和PIN针254，其中加热盘253固装于增粘单元25的单元盒体内，PIN针254可升降地设置于加热盘253中部，盘盖252可升降地设置于加热盘253上，在所述盘盖252中部设有喷头251，本实施例中，所述PIN针254和盘盖252均通过气缸驱动升降。机构工作时，晶圆被传送到PIN针254上，PIN针254下降使晶圆落到加热盘253上，同时盘盖252下降与加热盘253贴合，使所述盘盖252与加热盘253之间腔体形成密封空间，然后从喷头251中喷洒六甲基二硅胺和氮气的混合气体完成晶圆的增粘工艺。所述增粘单元为本领域公知技术。

如图5所示，所述中转单元26包括真空吸盘261和盘座262，所述真空吸盘261安装在盘座262上，在所述盘座262内设有真空流道263。机构工作时，真空开启，晶圆被吸附在真空吸盘261上，当晶圆要被取走时，真空关闭，晶圆被真空吸盘261释放。所述中转单元为本领域公知技术。

系统工作时，片盒9由天车送至片盒站1处，并由片盒卸装料机器人10将晶圆从片盒1中取出传送至增粘工艺塔12上的中转单元26中，然后通过所述第一上下层传输机器人11将中转单元26上的晶圆送至增粘单元25中，完成增粘工艺后，片盒卸装料机器人10将晶圆从增粘单元25传送至所述第一工艺站组中的第一热处理工艺站8中。

所述第一工艺站组包括第一热处理工艺站8和第一涂胶显影工艺站3，如图1～2所示，所述第一热处理工艺站8上设有第一涂胶工艺机器人23、第一显影工艺机器人22和第一热处理工艺塔21，所述第一涂胶显影工艺站3上设有第一涂胶显影工艺塔13。如图2所示，所述第一显影工艺机器人22与第一涂胶工艺机器人23上下层叠排布，并且如图1所示，所述第一显影工艺机器人22与第一涂胶工艺机器人23设置于第一热处理工艺塔21和第一涂胶显影工艺塔13之间靠近所述增粘工艺站2的一端。

所述第二工艺站组与所述第一工艺站组对称设置，所述第二工艺站组包括第二热处理工艺站7和第二涂胶显影工艺站4，其中所述第二热处理工艺站7上设有第二涂胶工艺机器人24、第二显影工艺机器人19和第二热处理工艺塔20，所述第二涂胶显影工艺站4上设有第二涂胶显影工艺塔14。如图2所示，所述第二显影工艺机器人19和第二涂胶工艺机器人24上下层叠排布，并且如图1所示，所述第二显影工艺机器人19和第二涂胶工艺机器人24设置于第二热处理工艺塔20和第二涂胶显影工艺塔14之间靠近所述接口站5的一端。本实施例中，不同工艺站组中的涂胶工艺机器人均处于下层，不同工艺站组中的显影工艺机器人均处于上层。

所述第一热处理工艺塔21和第二热处理工艺塔20的结构相同，如图6所示，所述第一热处理工艺塔21和第二热处理工艺塔20上阵列均布有多个单元装载空间29，每个单元装载空间29均可以装载加热单元27、精密制冷单元28或传片单元30中的一种，实际使用时可根据机台配置需要进行各个单元的排列组合。本实施例中，每个热处理工艺塔设计有四列八层的单元装载空间29。

如图7所示，所述加热单元27包括热盘盖271、加热盘272、PIN针273和冷却传送盘274，加热盘272固装于所述单元装载空间29中，PIN针273可升降地设置于加热盘272中部，热盘盖271可升降地设置于加热盘253上，所述冷却传送盘274可水平移动。本实施例中，所述PIN针273和热盘盖271通过气缸驱动升降，所述冷却传送盘274通过电机和丝杠丝母机构驱动移动，其中丝杠通过电机驱动旋转，丝母与所述冷却传送盘274固连。机构工作时，晶圆被传递到冷却传送盘274上，再由冷却传送盘274水平运动传递到所述PIN针273上，然后PIN针273落下，使晶圆与加热盘接触，同时热盘盖271落下完成加热工艺。所述加热单元27为本领域公知技术。

如图8所示，所述精密制冷单元28包括PIN针281和精密制冷盘282，所述PIN针281可升降地设置于精密制冷盘282中部，本实施中，所述PIN针281通过气缸驱动升降。机构工作时，晶圆被传送到所述PIN针281上，然后PIN针281落下，使晶圆与精密制冷盘282接触，完成精密制冷工艺。所述精密制冷单元28为本领域公知技术。

如图9所示，所述传片单元30包括传片水平移动轴座301和真空吸盘302，其中所述传片水平移动轴座301前后两部分分别设置在不同的热处理工艺塔上，真空吸盘302可移动地设置于所述传片水平移动轴座301上。机构工作时，晶圆被吸附在所述真空吸盘302上，并通过所述真空吸盘302带动水平运动在所述第一热处理工艺塔21上和第二热处理工艺塔20之间传送。本实施例中，所述真空吸盘302通过电机和丝杠丝母机构驱动移动，其中丝杠通过电机驱动旋转，丝母与所述真空吸盘302固连，所述电机和丝杠丝母机构均安装在所述传片水平移动轴座301上。

所述第一涂胶显影工艺塔13和第二涂胶显影工艺塔14结构相同，均设有多个涂胶单元31和显影单元32。本实施例中，所述第一涂胶显影工艺塔13和第二涂胶显影工艺塔14均为四层垂直结构，其中第一层和第二层设有涂胶单元31，第三层和第四层均设有显影单元32。

如图10所示，所述涂胶单元31均采用三个涂胶腔体312共用一个胶臂311的单元结构。所述涂胶单元31包括胶臂311、涂胶腔体312和涂胶水平移动轴座313，三个涂胶腔体312设置于单元底座上，涂胶水平移动轴座313设置于单元底座一侧，一个胶臂311可移动地设置于所述涂胶水平移动轴座313上，且所述胶臂311与所述涂胶水平移动轴座313垂直，在所述胶臂311端部设有涂胶喷头。所述涂胶单元31为本领域公知技术。

如图11所示，所述显影单元32采用三个显影腔体322共用两个显影臂321的单元结构。所述显影单元32包括显影臂321、显影腔体322和显影水平移动轴座323，三个显影腔体322设置于单元底座上，显影水平移动轴座323设置于单元底座一侧，两个显影臂321可移动地设置于所述显影水平移动轴座323上，且所述显影臂321与所述显影水平移动轴座323垂直，在所述显影臂321端部设有显影液喷头。所述显影单元32为本领域公知技术。

系统工作时，所述第一涂胶工艺机器人23和第一显影工艺机器人22完成晶圆在所述第一热处理工艺塔21和第一涂胶显影工艺塔13间的传输工作，所述第二显影工艺机器人19和第二涂胶工艺机器人24完成晶圆在所述第二热处理工艺塔20和第二涂胶显影工艺塔14间的传输工作，所述两个热处理工艺塔相连接，所述传片单元30完成晶圆在所述第一热处理工艺塔21和第二热处理工艺塔20间的传输工作。

如图1所示，所述接口站5包括第二上下层运输机器人18、边缘曝光单元17、接口站传送机器人16和晶圆中转站塔15，其中第二上下层运输机器人18负责第二涂胶工艺机器人24和第二显影工艺机器人19间的晶圆传输工作，并且所述第二上下层运输机器人18还负责晶圆向边缘曝光单元17的传输工作，所述边缘曝光单元17为本领域公知技术，在所述接口站5外侧设有光刻机6，所述接口站传送机器人16负责整机与光刻机6间的晶圆相互传输工作，所述光刻机6为本领域公知技术。如图1所示，所述晶圆中转站塔15设置于所述第二显影工艺机器人19(与第二涂胶工艺机器人24上下叠放)、第二上下层运输机器人18以及接口站传送机器人16之间，所述晶圆中转站塔15上配置有多个中转单元26，且所述晶圆中转站塔15上的中转单元26结构与增粘工艺塔12上的中转单元26结构相同，所述晶圆中转站塔15起到使晶圆在所述接口站传送机器人16、第二涂胶工艺机器人24和第二显影工艺机器人19之间相互传递的中转作用。

本发明中的各个传输机器人均为本领域技术，可在市场上外购。其中如图12所示，所述第一上下层传输机器人11、第二上下层运输机器人18和接口站传送机器人16结构形式相同，可使晶圆沿着竖直方向(Z轴)上下运动、绕旋转轴(α轴)旋转运动、沿着机器人臂伸缩轴(S轴)伸缩运动，所述第一上下层传输机器人11、第二上下层运输机器人18和接口站传送机器人16仅在Z轴上下运动行程上有所区别。如图13所示，所述片盒卸装料机器人10、第一显影工艺机器人22、第二显影工艺机器人19、第一涂胶工艺机器人23、第二涂胶工艺机器人24结构形式相同，可使晶圆沿着水平方向(X轴)平移运动、沿着竖直方向(Z轴)上下运动、随机器人转盘的旋转运动、机器人臂伸缩轴(R轴)伸缩运动，所述片盒卸装料机器人10、第一显影工艺机器人22、第二显影工艺机器人19、第一涂胶工艺机器人23、第二涂胶工艺机器人24仅Z轴行程和X轴行程存在差异。

本发明的工作原理为：

本发明工作时，具体过程如下：

片盒9由天车送至片盒站1处，并由片盒卸装料机器人10将晶圆从片盒1中取出传送至增粘工艺塔12上的中转单元26中，然后通过所述第一上下层传输机器人11将中转单元26上的晶圆送至增粘工艺塔12上相应的增粘单元25中，晶圆完成增粘工艺。

晶圆完成增粘工艺后，片盒卸装料机器人10将晶圆从增粘单元25传送至第一热处理工艺塔21上的精密制冷单元28中制冷，晶圆冷却到标定温度后，第一涂胶工艺机器人23将晶圆从所述精密制冷单元28中取出，并传递到第一涂胶显影工艺塔13中的涂胶单元31内进行涂胶工艺，待晶圆完成抗反射层涂覆后，所述第一涂胶工艺机器人23将晶圆由第一涂胶显影工艺塔13中的涂胶单元31传送至第一热处理工艺塔21中的加热单元27，待晶圆加热到标定温度后，所述第一涂胶工艺机器人23将晶圆放入传片单元30，晶圆通过所述传片单元30由第一热处理工艺塔21传递到第二热处理工艺塔20上的精密制冷单元28中。

在第二热处理工艺塔20上的精密制冷单元28中，当晶圆冷却至标定温度时后，第二涂胶工艺机器人24将晶圆取出并传送至第二涂胶显影工艺塔14中的涂胶单元31中，待晶圆完成光刻胶涂覆工艺后，所述第二涂胶工艺机器人24将晶圆传送至第二热处理工艺塔20上的加热单元27中，待晶圆加热到标定温度后，所述第二涂胶工艺机器人24将晶圆取出并传送所述晶圆中转站塔15上的任一中转单元26中，再通过第二上下层运输机器人18将晶圆由所述中转单元26传送至边缘曝光单元17中，进行边缘曝光工艺。

晶圆完成边缘曝光工艺后，所述第二上下层运输机器人18将晶圆取出并放入所述晶圆中转站塔15上的任一中转单元26中，然后晶圆通过所述接口站传送机器人16由所述中转单元26传送至光刻机6中，进行光刻工艺。

晶圆完成光刻工艺后，所述接口站传送机器人16将晶圆由光刻机6传送至晶圆中转站塔15的下部任一中转单元26中，然后晶圆再通过所述第二上下层运输机器人18由晶圆中转站塔15下部的中转单元26传送至晶圆中转站塔15上部的任一中转单元26中，第二显影工艺机器人19将晶圆由晶圆中转站塔15上部的中转单元26中取出，并传送至第二热处理工艺塔20的加热单元27中。

待晶圆在所述第二热处理工艺塔20的加热单元27中加热到标定温度后，所述第二显影工艺机器人19将晶圆取出并传送至所述第二热处理工艺塔20的精密制冷单元28中，待晶圆冷却到标定温度后，所述第二显影工艺机器人19将晶圆取出并传送至第二涂胶显影工艺塔14中的显影单元32中进行显影工艺。

晶圆完成显影工艺后，所述第二显影工艺机器人19将晶圆取出并传送至第二热处理工艺塔20上的传片单元30中，晶圆通过所述传片单元30由第二热处理工艺塔20传送至第一热处理工艺塔21中，然后晶圆通过第一显影工艺机器人22由所述传片单元30中取出并传送至第一热处理工艺塔21上的加热单元27中，待晶圆加热到标定温度后，所述第一显影工艺机器人22将晶圆取出并放入增粘工艺塔12上部的任一中转单元26中，再通过所述第一上下层传输机器人11将晶圆由增粘工艺塔12上部的中转单元26传送至增粘工艺塔12下部的任一中转单元26中，最后通过片盒卸装料机器人10将晶圆传回片盒9中，完成单个晶圆的加工过程。

系统工作时，晶圆以固定的时间间隔进入涂胶显影设备完成上述晶圆加工过程，以实现连续批量的晶圆加工流程。