光刻曝光设备的制作方法

本实用新型涉及光刻曝光设备组件装置构造，具体为一种光刻曝光设备。

背景技术：

光刻机(Mask Aligner)又名：掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等。常用的光刻机采用掩膜对准光刻，所以英文名叫Mask Alignment System。一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀等工序。光刻(Photolithography)意思是用光来制作一个图形；具体的，就是在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移到光刻胶上的过程；通过光刻可以将器件或电路结构“复制”到硅片上。

高端的投影式光刻机可分为步进投影和扫描投影光刻机两种，分辨率通常在十几纳米至几微米之间，高端光刻机号称世界上最精密的仪器，世界上已有7000万美金的光刻机。高端光刻机堪称现代光学工业之花，其制造难度之大，全世界只有少数几家公司能够制造。国外品牌主要以荷兰ASML，日本Nikon和日本Canon三大品牌为主。

半导体光刻工艺中起到至关重要的部件是光刻曝光设备组件，目前，在光刻过程中，晶圆从等待区搬移至曝光区会产生20mK左右的温度差，由于半导体器件是由很多层电路重叠而成，需要数十次的光刻步骤，必须保证每一层与前层以及后层相对准，即叠对(Overlay)。通过实验可知，温度对叠对(Overlay)影响很大，通过较小的温度改变可以实现1nm的overlay改善。因此由于光刻过程中等待区与曝光区之间温度差的存在，导致叠对误差大，这将直接影响半导体器件的性能，甚至导致短路而使器件失效。

中国发明专利CN101900945B公布了一种叠对误差补充方法，用于双平台曝光机台中，包括：利用曝光机台的两个工作平台的叠对补偿值之差补偿其中叠对误差较大的工作平台，其中，曝光机台的两个工作平台的叠对补偿值之差是通过线上测量晶圆叠对情况，获得原始数据；根据原始数据，计算得到叠对误差建模数据；将叠对误差建模数据分为分别对应于两个工作平台的两组数据；根据上述两组数据得到两个工作平台的叠对补偿值之差，这种方法比较复杂，也不能解决曝光机台各区域温度差对晶圆叠对误差的影响。

因此，目前急需研究一种简单有效的方法来解决光刻曝光设备中温度差对晶圆叠对误差的影响。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，减少晶圆产品缺陷，本实用新型提供一种光刻曝光设备。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的具体的技术方案为，一种光刻曝光设备，包括依次设置的用于暂储晶圆的等待区、用于搬移晶圆的机械手臂与用于曝光晶圆的曝光区，在所述等待区和所述曝光区之间设置有供所述机械手臂通行的过渡区风淋室，所述过渡区风淋室上方设置有风管组，所述风管组包括进风口、出风口一与出风口二；所述出风口一通过第一支管与所述等待区相连通，所述出风口二通过第二支管与所述过渡区风淋室相连通；所述进风口通入用于维持所述等待区与所述过渡区风淋室温度的热风，以使晶圆由所述等待区加载至所述曝光区的过程中保持恒温。

作为本实用新型改进的技术方案，所述风管组提供清洁干燥空气形成的热风至所述过渡区风淋室。

作为本实用新型改进的技术方案，所述过渡区风淋室的框架材质为不锈钢，所述过渡区风淋室框架材质的密度与所述机械手臂材质的密度一致。

作为本实用新型改进的技术方案，所述过渡区风淋室与所述等待区的温度一致。

作为本实用新型改进的技术方案，所述等待区与所述第一支管连接处设有空气过滤网一，所述风管组传送的清洁干燥空气经过所述空气过滤网一进入所述等待区；所述过渡区风淋室与所述第二支管连接处设有空气过滤网二，所述风管组传送的清洁干燥空气经过所述空气过滤网二进入所述过渡区风淋室；所述空气过滤网一和所述空气过滤网二均采用无尘材质。

作为本实用新型改进的技术方案，所述过渡区风淋室包含顶部、长边和短边，所述顶部的厚度A介于18～22mm，所述长边的内边长4a1介于580～620mm，所述长边外边长介于620～660mm，所述长边的厚度B介于18～22mm，所述短边4b的内边长介于480～520mm，所述短边的外边长介于520～560mm，所述长边和顶部交接处的对角线与顶部水平线形成的夹角C介于43～47度。

作为本实用新型改进的技术方案，所述等待区还包含温度稳定单元，所述温度稳定单元用来保持温度稳定单元内晶圆温度恒定。

作为本实用新型改进的技术方案，所述等待区还包含热交换器一，所述热交换器一用来保持所述等待区温度恒定；所述曝光区还包含热交换器二，所述热交换器二用来控制曝光区温度恒定。

有益效果

本实用新型通过对光刻曝光设备的改进，使得晶圆在运输过程中能保持温度波动很小，晶圆自身温度均匀性变好，大大减少了热效应对晶圆表面的影响，使得后续光刻曝光步骤中晶圆叠对误差进一步减少，从而大幅度地提升了晶圆良率，减少生产成本。

附图说明

图1绘示晶圆在现有的和本实用新型的光刻曝光设备各区的温度对比图。

图2绘示晶圆在现有的光刻曝光设备中的热效应图。

图3绘示晶圆在本实用新型光刻曝光设备中的热效应图。

图4绘示本实用新型光刻曝光设备的俯视图。

图5绘示本实用新型光刻曝光设备中风淋室的俯视剖面图。

图6绘示本实用新型光刻曝光设备中风淋室的局部侧面剖面图。

图7绘示本实用新型光刻曝光设备中温度控制系统的流程图。

图中，1、等待区；1a、温度稳定单元、1b、热交换器一；2、曝光区；2a、卡盘一；2b、卡盘二；2c、热交换器二；3、机械手臂；4、过渡区风淋室；4a、长边；4a1、长边内边长；4a2、长边外边长；4b、短边；4b1、短边内边长；4b2、短边外边长；4c、顶部；A、顶部厚度；B、长边厚度；C、夹角；5、晶圆；6、风管组；61、进风口；62、出风口一；63、出风口二；6a、第一支管；6a1、空气过滤网一；6b、第二支管；6b1、空气过滤网二；7、清洁干燥空气；8、冷却水。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本实用新型实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

实施例1

为了证明光刻曝光设备中温度差对叠对的影响，实用新型人将晶圆分别放置在等待区没有送风装置的光刻曝光设备中和等待区有送风装置的光刻曝光设备中，分别测试了这两种等待区环境中温度对单次覆盖叠对的影响，等待区没有送风装置的光刻曝光设备中晶圆叠对误差是5nm，等待区有送风装置的光刻曝光设备中晶圆叠对误差是4nm，两种环境中晶圆温度的波动幅度分别是源头温度(TLCW)±80mK和源头温度(TLCW)±50mK，两种环境中同一个晶圆上面不同位置温度波动范围分别为小于等于35mK和小于等于20mK，等待区有送风装置的光刻曝光设备中的晶圆上温度均匀性较好。从这个实验很直观的可以看出，光刻曝光设备中温度波动会引起晶圆温度波动，也会影响晶圆上温度的均匀性，从而导致晶圆受热不均匀，致使后续工艺叠对误差增大。

为了改善光刻曝光设备中温度变化对晶圆叠对误差的影响，本实用新型提供一种光刻曝光设备，从图4-6可以看出，该设备包括依次设置的用于暂储晶圆5的等待区1、用于搬移晶圆5的机械手臂3与用于曝光晶圆5的曝光区2，在等待区1和曝光区2之间设置有供机械手臂3通行的过渡区风淋室4，过渡区风淋室4的框架材质可以为不锈钢，该过渡区风淋室4框架材质的密度与机械手臂3材质的密度一致，有利于保持一致的热胀冷缩；该过渡区风淋室4可以包含顶部4c、长边4a和短边4b，顶部4c的厚度A介于18～22mm，长边4a的内边长4a1介于580～620mm，长边4a外边长4a2介于620～660mm，长边4a的厚度B介于18～22mm，短边4b的内边长4b14b1介于480～520mm，短边4b的外边长4b2介于520～560mm，长边4a和顶部4c交接处的对角线与顶部4c水平线形成的夹角C介于43～47度。

等待区1还可以包含温度稳定单元1a，该温度稳定单元1a用来保持温度稳定单元1a内晶圆5温度恒定；等待区1还可以包含热交换器一1b，热交换器一1b用来保持等待区1和过渡区风淋室4温度恒定；曝光区2还包含热交换器二2c，该热交换器二2c用来控制等待区1温度恒定。

过渡区风淋室4上方设置有风管组6，风管组6包括进风口61、出风口一62与出风口二63；出风口一62通过第一支管6a与等待区1相连通，出风口二63通过第二支管6b与过渡区风淋室4相连通；进风口61通入用于维持等待区1与过渡区风淋室4温度的热风，以使晶圆5由等待区1加载至曝光区2的过程中保持恒温。具体的，可以通过风管组6的进风口61通入温度为22摄氏度的清洁干燥空气7，等待区1与第一支管6a连接处设有无尘材质的空气过滤网一6a1，该风管组6传送的清洁干燥空气7经过空气过滤网一6a1进入等待区1。此外，在过渡区风淋室4与第二支管6b连接处设有无尘材质的空气过滤网二6b1，风管组6传送的清洁干燥空气7经过空气过滤网二6b1进入过渡区风淋室4，此时，等待区1的温度为22摄氏度，过渡区风淋室4温度与等待区1的温度一致。晶圆5光刻曝光的过程是先将晶圆5送入等待区1，再通过机械手臂3将晶圆5从等待区1运输到过渡区风淋室4，再由过渡区风淋室4运输到曝光区2进行光刻曝光处理，整个运输过程中温度不变，都维持在22摄氏度。

图1绘示晶圆5在现有的和本实用新型的光刻曝光设备各区的温度对比图，其中X1为晶圆5在现有的光刻曝光设备各区的温度曲线图，X2为晶圆5在本实用新型的光刻曝光设备各区的温度曲线图，从图1中可以看出，晶圆5在本实用新型的光刻曝光设备中各区域温度趋于一致，这使得晶圆5在整个运输过程中温度波动范围变小，晶圆5自身不同位置的温度均匀性变好，大大减少了晶圆5自身的热效应，从而大大改善了晶圆5光刻曝光后的叠对误差，具体效果见表1。

表1现有的和本实用新型的光刻曝光设备中的晶圆叠对误差及温度对比表

从上表1可以看出，在本实用新型的光刻曝光设备中，晶圆5在光刻曝光设备各区运输过程中温度波动范围从源头温度TLCW±50mk，大幅降低为TLCW±25mk，单个晶圆5不同位置的温度差从原来的≤20mk，变为≤10mk，单个晶圆5自身的温度均匀性变好，从而使得晶圆5各个位置的热效应趋于一致，如图3绘示的是12寸晶圆5(直径300mm)在本实用新型光刻曝光设备中的热效应图。而图2绘示的是12寸晶圆5(直径300mm)在现有的光刻曝光设备中的表面热效应图，从图2和图3可以看出，晶圆5表面的温度变化，直接导致晶圆5表面热效应变化。

在本实用新型的光刻曝光设备中，晶圆5表面温度均匀性变好，晶圆5各个位置的热效应几乎相同，随后在这样的晶圆5上面进行光刻曝光工艺，必然使得叠对误差变小，可以获得12.5％-25％叠对误差的改善，这大大提升了晶圆5产品的良率。

实施例2

本实用新型还涉及一种曝光前装载晶圆的温度控制方法，如图4和图7所示，包含如下步骤：

步骤1、通过风管组6送入的清洁干燥空气7，经过第一支管6a，穿过空气过滤网一6a1进入等待区1；通过风管组6送入的清洁干燥空气7，经过第二支管6b，穿过空气过滤网二6b1进入过渡区风淋室4；

步骤2、将冷却水8源头的冷气分别送至卡盘一2a和卡盘二2b，再分别回转至冷却水8源头处，形成冷却水循环一S1；

步骤3、将冷却水8处的冷气分别送至温度稳定单位1a、等待区1、过渡区风淋室4、以及曝光区2，再分别回转至冷却水8处，形成冷却水循环二S2；

步骤4、通过等待区1内设置的热交换器一1b同时对步骤1中经过第一支管6a通入的清洁干燥空气7和步骤3中输入的冷气进行调节，维持等待区1和过渡区风淋室4内温度恒定；

步骤5、通过曝光区2内设置的热交换器二2c对步骤1中经过第二支管6b通入的清洁干燥空气7进行控制，维持曝光区2内温度恒定。

本实用新型通过热交换器一1b调节等待区1和过渡区风淋室4内的温度；通过热交换器二2c调节曝光区2内的温度，致使等待区1、过渡区风淋室4和曝光区2的温度保持一致，使得晶圆5在光刻曝光设备各区运输过程中，保持晶圆5温度波动范围达到最小值，也使得晶圆5自身温度均匀性达到最好，从而减少晶圆5表面热效应对晶圆光刻曝光工艺中的叠对误差的影响，进而提升产品良率，减少生产成本。

以上仅为本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本实用新型的保护范围。