专利名称：光刻胶涂覆装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光刻工艺中的光刻胶涂覆装置，特别涉及一种在光刻工艺过程中，光刻胶喷头与晶片之间的位置能够被精确定位的光刻胶涂覆装置及方法。
背景技术：
光刻工艺是芯片制造技术中用得最频繁、最关键的技术之一，凡是半导体元件、光电器件等，都需要用光刻工艺将所需元件的基本组成单元和线路的掩膜图形转移到衬底表面的光刻胶图形上，例如晶片或玻璃基板上。通常光刻的基本工艺包括涂胶、曝光和显影等三大步骤。涂胶工艺的目的是在晶片表面建立薄而均匀、并且没有缺陷的光刻胶膜。目前常用的涂胶工艺是采用动态喷涂的方法，先将晶片置于光刻胶涂覆装置的晶片承载台上，然后承载台以低速旋转，此时光刻胶喷嘴将光刻胶喷涂于晶片表面。低速旋转的作用是帮助光刻胶最初的扩散。用这种方法可以用较少量的光刻胶达到均匀的光刻胶膜。光刻胶扩展开之后，承载台加速至高速甩开光刻胶使光刻胶扩展得到光刻胶膜。
光刻胶膜最终的厚度和均匀性由光刻胶黏度、表面张力、光刻胶的干燥属性等决定。专利号为ZL98101653.7的韩国专利公开了一种光刻胶喷涂的装置和方法，其光刻胶以扫描方式进行喷涂，如图1所示，晶片11的转速相对于晶片上被喷涂光刻胶的位置不同而不同，从而减少用于涂层的光刻胶的用量。其喷涂的方式是在喷嘴10对所述晶片11从边缘向其中心扫描的同时喷涂光刻胶，在扫描过程中，晶片的旋转速度随着喷嘴自边缘向中心的移动而逐渐增加。这种喷涂方式的光刻胶膜厚度的均匀性与晶片上每一点的速度、离心力、表面张力、喷头移动速度、晶片旋转的加速度等因素存在复杂的力学关系，难以精确控制。光刻胶膜最终的厚度和均匀性是很重要的，若是利用膜厚不均匀的光刻胶膜进行光刻工艺，会严重影响到半导体元件线条的临界尺寸(critical dimension，CD)，进而降低产品的良品率。在实践中，光刻胶黏度、表面张力、光刻胶的干燥属性等决定是光刻胶的自身性质，而光刻胶液是否由晶片的圆心开始扩展对光刻胶膜最终的厚度和均匀性起着至关重要的作用。也就是说，光刻胶喷嘴要准确地与晶片同心且位于晶片上方确定高度，这样喷胶时胶液能够滴落在晶片的中心，晶片高速旋转后才能使其表面形成厚度均匀的光刻胶膜。现有技术的光刻胶涂覆装置中没有提供调整光刻胶喷头与晶片的同心度和光刻胶喷头距离晶片的高度的手段，只能靠工程师目测调整，结果很不准确，而且每次光刻前都需要进行调整，十分不便且不利于提高生产效率。因此需要能够精确定位光刻胶喷头与晶片的同心度和高度且使用方便的的光刻胶涂覆装置和方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够精确校准光刻胶喷嘴与晶片表面的同心度和高度且使用方便的光刻胶涂覆装置及其方法。
为达到上述目的，本发明提供的一种光刻胶喷涂装置包括喷涂光刻胶的喷嘴；放置至少一个光刻胶喷嘴的喷嘴卡槽；抓取光刻胶喷嘴并可带动喷嘴移动和升降的喷嘴抓取臂；承载需要喷涂光刻胶的晶片的晶片承载台；带动晶片承载台进行旋转的旋转机构；置于喷嘴卡槽、校准喷嘴与晶片表面的同心度和高度的伪喷嘴；以及控制系统，控制喷嘴抓取臂的移动并记忆喷嘴抓取臂抓取喷嘴的起始位置，和旋转机构带动晶片承载台旋转的速度；供胶系统，为所述喷嘴供应光刻胶的。
晶片承载台具有中心孔和吸盘。
所述伪喷嘴包括外罩和标尺轴，标尺轴置于外罩内，所述外罩的外形尺寸与喷嘴的外形尺寸相同，所述标尺轴包括轴体和止动帽，止动帽位于轴体顶部。
所述外罩内沿轴向设有台阶状通孔，台阶状通孔上部的直径大于台阶状通孔下部的直径；所述标尺轴的轴体的直径与所述台阶状通孔下部的直径相配合，所述标尺轴的止动帽的直径与所述外罩的上部通孔的内径相配合。
所述标尺轴伸出所述外罩的下端表面特定长度。
在所述外罩外表侧面的特定位置设有一个螺纹通孔。
所述标尺轴的下部设有刻度线。
所述标尺轴刻度线的最小分辨率为0.5mm。
相应地，本发明还提供了一种利用上述光刻胶喷涂装置喷涂光刻胶的方法，包括步骤a.喷嘴抓取臂抓取伪喷嘴校准喷嘴与晶片表面的同心度和高度；b.喷嘴抓取臂抓取喷嘴移动到需要喷涂光刻胶的晶片表面；c.向晶片表面喷涂光刻胶。
所述步骤a进一步包括a1.将伪喷嘴的标尺轴的轴体穿过外罩的下部通孔并伸出所述外罩的下端特定长度；a2.用螺钉旋入外表面的特定位置的螺纹通孔固定外罩内的标尺轴；a3.喷嘴抓取臂移动到喷嘴卡槽抓取伪喷嘴，将伪喷嘴移动到晶片承载台上方；a4.喷嘴抓取臂带动伪喷嘴下降，使伸出外罩下端的标尺轴穿过晶片承载台的中心孔；a5.喷嘴抓取臂提升伪喷嘴，将试片放在晶片承载台的表面；a6.喷嘴抓取臂带动伪喷嘴下降，使标尺轴的下端面贴于试片表面；a7.控制系统记忆此刻的喷嘴抓取臂抓取喷嘴的位置。
所述步骤b进一步包括b1.喷嘴抓取臂将伪喷嘴放入喷嘴卡槽，抓取实际使用的喷嘴；b2.移去试片，将需要进行喷涂光刻胶的晶片放在晶片承载台上；所述步骤c进一步包括c1.喷嘴抓取臂将喷嘴移动到记忆位置；c2.旋转机构带动晶片承载台开始低速旋转，喷嘴开始向晶片表面喷涂光刻胶；c3.晶片承载台以高速旋转得到均匀的光刻胶膜。
由控制系统控制喷嘴抓取臂的移动，并记忆喷嘴抓取臂抓取喷嘴的起始位置，以及晶片承载台的转速。
由供胶系统为喷嘴供应光刻胶。
所述标尺轴的下部设有刻度线。
所述标尺轴刻度线的最小分辨率为0.5mm。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下优点(1)本发明采用了与喷嘴外形尺寸完全相同的伪喷嘴，在进行光刻工艺正式喷涂光刻胶之前，首先由控制系统控制喷嘴抓取臂抓取伪喷嘴，通过令伪喷嘴中的标尺轴穿过晶片承载台的中心孔来定位喷嘴与晶片承载台的同心度，由于晶片的放置是以晶片的圆心与晶片承载台中心通孔同心的方式，所以伪喷嘴与晶片承载台同心也就保证了喷嘴与晶片的同心。用试片来校准光刻胶喷嘴距晶片表面的高度，通过令伪喷嘴中的标尺轴伸出伪喷嘴下端面预定长度，当令标尺轴的底面接触到试片时，伪喷嘴的下端面距试片表面的高度就是标尺轴伸出伪喷嘴下端面的预定长度，这一长度就是伪喷嘴的下端面距试片表面的高度。由于试片与晶片的厚度一致，所以一旦准确定位了伪喷嘴的下端面距试片表面的高度，喷嘴距晶片的高度也就精确定位了。由控制系统控制喷嘴抓取臂的移动并记忆喷嘴抓取臂在晶片承载台上方的位置，在更换喷嘴时也能够精确地定位喷嘴与晶片表面调整好的同心度和高度。这样，在喷涂的过程中，喷嘴喷出的光刻胶液就能够准确地落在晶片的圆心，经承载台高速旋转便在晶片表面形成了均匀的光刻胶膜。
(2)由于利用喷嘴抓取臂抓取伪喷嘴来校准光刻胶喷嘴与晶片表面的同心度和高度并由控制系统记忆校准后的位置，再由喷嘴抓取臂抓取喷嘴运行到记忆的位置，喷嘴就与晶片表面准确地同心并位于预定高度，使得只要通过一次校准就可以使后续抓取的喷嘴精确定位于晶片上方，不必反复调整，提高了光刻工艺中光刻胶喷涂的效率。
图1为现有技术的光刻胶喷涂装置示意图；图2为本发明光刻胶喷涂装置的结构示意图；
图3为本发明的伪喷嘴外形图；图4为本发明的伪喷嘴的剖面图；图5为本发明夹装伪喷嘴校准光刻胶喷嘴与晶片表面的同心度和高度的说明图；图6为本发明光刻胶喷涂装置夹装喷嘴喷涂光刻胶的状态图；图7为本发明喷涂光刻胶的方法流程图。
符号说明10、喷嘴 11、晶片、20、光刻胶喷涂装置21、晶片承载台、22、伪喷嘴23、喷嘴24、喷嘴卡槽 25、喷嘴抓取臂26、旋转机构 31、外罩32、标尺轴33、螺纹通孔41、外罩 42、标尺轴43、止动帽51、外罩52、标尺轴53、喷嘴抓取臂54、试片 55、晶片承载台56、旋转机构 57、伪喷嘴58、晶片承载台中心孔 59、螺纹通孔61、喷嘴抓取臂62、喷嘴63、晶片 64、晶片承载台65、旋转机构具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细说明。
本发明光刻胶喷涂装置在光刻工艺过程中起着将光刻胶喷涂在晶片表面以便在晶片表面形成均匀的光刻胶膜的关键作用。本发明利用伪喷嘴校准喷嘴和晶片的同心度以及喷嘴距晶片表面的高度。在优选实施例中，将伪喷嘴中的标尺轴伸出外罩下端面5±0.1mm，亦即将喷嘴距晶片表面的高度调整为5±0.1mm。用优选实施例来说明本发明的实现过程和本质内容所在。
图2为本发明光刻胶喷涂装置的结构示意图。如图2所示，本发明的光刻胶喷涂装置包括晶片承载台21、旋转机构26、喷嘴卡槽24、喷涂光刻胶的喷嘴23、校准用伪喷嘴22、喷嘴抓取臂25、控制系统和供胶系统。晶片承载台21用于承载需要喷涂光刻胶的晶片，旋转机构26用于带动晶片承载台进行旋转。在晶片承载台21的表面具有吸盘，其与气路系统连接，气路系统在晶片承载台的表面形成负压，从而可将晶片吸附在晶片承载台21的表面。晶片承载台21的中心设有中心孔，晶片以其圆心与中心孔同心的方式放置在晶片承载台21上。在晶片承载台21的旁边布置有喷嘴卡槽24，用于放置至少一个喷涂光刻胶的喷嘴23。喷嘴卡槽24上通常放置若干个喷嘴23，喷嘴23的连接管路与不同的光刻胶储存容器连接，以配合不同的光刻工艺提供不同的光刻胶。喷嘴卡槽24上通常会有空闲的位置，本发明的伪喷嘴22即与实际使用的喷嘴并排置于喷嘴卡槽24的空闲的位置上。伪喷嘴22用于校准喷嘴与晶片表面的同心度和高度，与实际使用的喷嘴并排放置的目的是为了便于喷嘴抓取臂25抓取并可带动喷嘴移动和升降。本发明光刻胶喷涂装置还包括控制系统，借助光刻系统本身的控制软件来控制喷嘴抓取臂25抓取喷嘴的移动方向并记忆喷嘴抓取臂抓取喷嘴停留的起始位置。此外还包括供胶系统，用于为喷嘴23供应所需的光刻胶。由控制系统控制喷嘴抓取臂25抓取喷嘴23移动到晶片上方时光刻胶的喷涂。
图3为本发明光刻胶喷涂装置的伪喷嘴的外形图。如图3所示，本发明的伪喷嘴由外罩31和标尺轴32两部分组成。标尺轴32伸出外罩31下端表面。外罩31的外形尺寸与实际使用的喷嘴完全相同，以便保证校准的一致性。外罩31的外表面具有螺纹，可螺设于喷嘴抓取臂。在外罩的外表面靠近下端的位置设有一个螺纹通孔33，通过将一个螺丝钉旋入螺纹孔可固定外罩31内的标尺轴32使之不致脱落。
图4为本发明光刻胶喷涂装置的伪喷嘴的剖面图。参见图4，伪喷嘴包括外罩41和标尺轴42两部分，标尺轴在使用时置于外罩内。外罩的外形尺寸被设计得与喷嘴的外形尺寸相同，上部为圆柱体，下部为锥体。在外罩内沿轴向设有台阶状通孔，台阶状通孔上半部分的直径大于台阶状通孔下半部分的直径。标尺轴的顶部具有止动帽43，标尺轴42的轴体直径被设计成与外罩内部台阶状通孔下半部分的直径相配合，使标尺轴42的轴体可穿过外罩内部台阶状通孔下半部分并伸出外罩的下端。标尺轴42的轴体顶部的止动帽43的直径被设计成与所述外罩的上部通孔的内径相配合。这样，在轴体穿过外罩内部台阶状通孔下半部分并伸出外罩的下端达到一定长度时，止动帽43便碰到台阶起道止动作用，使标尺轴42不会从外罩中掉出。本发明光刻胶喷涂装置的伪喷嘴的标尺轴42伸出外罩的下端表面特定长度，在优选实施例中的特定长度设为5±0.5mm。为了保证标尺轴伸出外罩的下端表面的长度准确，在标尺轴42的下部标有刻度线，且标尺轴刻度线的每根刻度线之间的距离为0.5mm。这样通过数算标尺轴伸出外罩的下端表面的刻度线就可计算出标尺轴伸出外罩的下端表面的准确长度。
图5为本发明夹装伪喷嘴校准光刻胶喷嘴与晶片表面的同心度和高度的说明图。如图5所示，通过将螺丝钉旋入外罩表面的螺纹孔59便可固定外罩内的标尺轴，从而将标尺轴伸出外罩的下端表面的长度固定。控制系统控制喷嘴抓取臂53抓取伪喷嘴57并将带动伪喷嘴移动到晶片承载台55上方，随后下降伪喷嘴57使得伸出外罩的下端表面的标尺轴52穿过晶片承载台上的中心孔58。通过令伪喷嘴57中的标尺轴52穿过晶片承载台的中心孔58来定位伪喷嘴57与晶片承载台55的同心度，由于晶片的放置是以晶片的圆心与晶片承载台55中心孔58同心的方式，伪喷嘴57外罩的外形尺寸与实际使用的喷嘴的外形尺寸完全相同，所以伪喷嘴57与晶片承载台55同心也就保证了喷嘴与晶片的同心。将试片54放在晶片承载台55上，用试片54来校准光刻胶喷嘴距晶片表面的高度，将伪喷嘴57中的标尺轴52伸出伪喷嘴下端面的长度设置为5mm，当令标尺轴52的底面接触到试片54时，由于伪喷嘴57的下端面距试片54表面的高度是标尺轴52伸出伪喷嘴57下端面的长度，这一长度也就是伪喷嘴57的下端面距试片54表面的高度。由于试片54与实际要喷涂光刻胶的晶片的厚度一致，所以一旦准确定位了伪喷嘴57的下端面距试片54表面的高度，喷嘴距晶片的5mm的高度也就确定了。
图6为本发明光刻胶喷涂装置夹装喷嘴喷涂光刻胶的状态图。如图6所示，由控制系统控制喷嘴抓取臂61的移动并记忆喷嘴抓取臂61在晶片承载台64上方的位置，在将伪喷嘴更换为实际使用的喷嘴62时也能够精确地定位喷嘴62与晶片63表面调整好的同心度和高度。这样，在喷涂的过程中，喷嘴62喷出的光刻胶液就能够准确地落在晶片63的圆心，经旋转机构65带动承载台64高速旋转便在晶片63表面形成了均匀的光刻胶膜。
图7为本发明喷涂光刻胶的方法流程图。本发明利用光刻胶喷涂装置喷涂光刻胶的方法主要包括三个步骤，即1.喷嘴抓取臂抓取伪喷嘴校准喷嘴与晶片表面的同心度和高度；2.喷嘴抓取臂抓取喷嘴移动到需要喷涂光刻胶的晶片表面；3.向晶片表面喷涂光刻胶。
其中，步骤1又具体包括如下几个步骤将伪喷嘴的标尺轴的轴体穿过外罩的下部通孔并伸出所述外罩的下端特定长度；用螺钉旋入外表面的特定位置的螺纹通孔固定外罩内的标尺轴；喷嘴抓取臂移动到喷嘴卡槽抓取伪喷嘴，将伪喷嘴移动到晶片承载台上方；喷嘴抓取臂带动伪喷嘴下降，使伸出外罩下端的标尺轴穿过晶片承载台的中心孔；喷嘴抓取臂提升伪喷嘴，将试片放在晶片承载台的表面；喷嘴抓取臂带动伪喷嘴下降，使标尺轴的下端面贴于试片表面；控制系统记忆此刻的喷嘴抓取臂抓取喷嘴的位置。
步骤2进一步包括喷嘴抓取臂将伪喷嘴放入喷嘴卡槽，抓取实际使用的喷嘴；移去试片，将需要进行喷涂光刻胶的晶片放在晶片承载台上。
步骤3还包括
喷嘴抓取臂将喷嘴移动到记忆位置；晶片承载台开始低速旋转，喷嘴开始向晶片表面喷涂光刻胶；晶片承载台高速旋转从而在晶片表面得到均匀的光刻胶膜。
通过上述过程，本发明光刻胶喷涂装置能够精确校准光刻胶喷嘴与晶片表面的同心度和高度。由于利用喷嘴抓取臂抓取伪喷嘴来校准光刻胶喷嘴与晶片表面的同心度和高度并由控制系统记忆校准后的位置，再由喷嘴抓取臂抓取喷嘴运行到记忆的位置，喷嘴就与晶片表面准确地同心并位于预定高度，使得只要通过一次校准就可以使后续抓取的喷嘴精确定位于晶片上方，不必反复调整，提高了光刻工艺中光刻胶喷涂的效率。
虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。
权利要求
1.一种光刻胶喷涂装置，所述装置包括喷涂光刻胶的喷嘴；放置至少一个光刻胶喷嘴的喷嘴卡槽；抓取光刻胶喷嘴并可带动喷嘴移动和升降的喷嘴抓取臂；承载需要喷涂光刻胶的晶片的晶片承载台；带动晶片承载台进行旋转的旋转机构；置于喷嘴卡槽、校准喷嘴与晶片表面的同心度和高度的伪喷嘴；以及控制系统，控制喷嘴抓取臂的移动并记忆喷嘴抓取臂抓取喷嘴的起始位置，和旋转机构带动晶片承载台旋转的速度；供胶系统，为所述喷嘴供应光刻胶的。
2.如权利要求1所述的光刻胶喷涂装置，其特征在于晶片承载台具有中心孔和吸盘。
3.如权利要求1所述的光刻胶喷涂装置，其特征在于所述伪喷嘴包括外罩和标尺轴，标尺轴置于外罩内，所述外罩的外形尺寸与喷嘴的外形尺寸相同，所述标尺轴包括轴体和止动帽，止动帽位于轴体顶部。
4.如权利要求3所述的光刻胶喷涂装置，其特征在于所述外罩内沿轴向设有台阶状通孔，台阶状通孔上部的直径大于台阶状通孔下部的直径；所述标尺轴的轴体的直径与所述台阶状通孔下部的直径相配合，所述标尺轴的止动帽的直径与所述外罩的上部通孔的内径相配合。
5.如权利要求4所述的光刻胶喷涂装置，其特征在于所述标尺轴伸出所述外罩的下端表面特定长度。
6.如权利要求3所述的光刻胶喷涂装置，其特征在于在所述外罩外表侧面的特定位置设有一个螺纹通孔。
7.如权利要求3或4所述的光刻胶喷涂装置，其特征在于所述标尺轴的下部设有刻度线。
8.如权利要求7所述的光刻胶喷涂装置，其特征在于所述标尺轴刻度线的最小分辨率为0.5mm。
9.一种利用权利要求1所述光刻胶喷涂装置喷涂光刻胶的方法，包括步骤a.喷嘴抓取臂抓取伪喷嘴校准喷嘴与晶片表面的同心度和高度；b.喷嘴抓取臂抓取喷嘴移动到需要喷涂光刻胶的晶片表面；c.向晶片表面喷涂光刻胶。
10.如权利要求9所述的喷涂光刻胶的方法，其特征在于所述步骤a进一步包括a1.将伪喷嘴的标尺轴的轴体穿过外罩的下部通孔并伸出所述外罩的下端特定长度；a2.用螺钉旋入外表面的特定位置的螺纹通孔固定外罩内的标尺轴；a3.喷嘴抓取臂移动到喷嘴卡槽抓取伪喷嘴，将伪喷嘴移动到晶片承载台上方；a4.喷嘴抓取臂带动伪喷嘴下降，使伸出外罩下端的标尺轴穿过晶片承载台的中心孔；a5.喷嘴抓取臂提升伪喷嘴，将试片放在晶片承载台的表面；a6.喷嘴抓取臂带动伪喷嘴下降，使标尺轴的下端面贴于试片表面；a7.控制系统记忆此刻的喷嘴抓取臂抓取喷嘴的位置。
11.如权利要求9所述的喷涂光刻胶的方法，其特征在于所述步骤b进一步包括b1.喷嘴抓取臂将伪喷嘴放入喷嘴卡槽，抓取实际使用的喷嘴；b2.移去试片，将需要进行喷涂光刻胶的晶片放在晶片承载台上；
12.如权利要求9所述的喷涂光刻胶的方法，其特征在于所述步骤c进一步包括c1.喷嘴抓取臂将喷嘴移动到记忆位置；c2.旋转机构带动晶片承载台开始低速旋转，喷嘴开始向晶片表面喷涂光刻胶；c3.晶片承载台以高速旋转得到均匀的光刻胶膜。
13.如权利要求9或10所述的喷涂光刻胶的方法，其特征在于由控制系统控制喷嘴抓取臂的移动，并记忆喷嘴抓取臂抓取喷嘴的起始位置，以及晶片承载台的转速。
14.如权利要求12所述的喷涂光刻胶的方法，其特征在于由供胶系统为喷嘴供应光刻胶。
15.如权利要求10所述的喷涂光刻胶的方法，其特征在于所述标尺轴的下部设有刻度线。
16.如权利要求15所述的光刻胶喷涂装置，其特征在于所述标尺轴刻度线的最小分辨率为0.5mm。
全文摘要
本发明公开了一种光刻胶喷涂装置，所述装置包括喷涂光刻胶的喷嘴；放置至少一个光刻胶喷嘴的喷嘴卡槽；抓取光刻胶喷嘴并可带动喷嘴移动和升降的喷嘴抓取臂；承载需要喷涂光刻胶的晶片的晶片承载台；带动晶片承载台进行旋转的旋转机构；置于喷嘴卡槽、校准喷嘴与晶片表面的同心度和高度的伪喷嘴；控制喷嘴抓取臂的移动并记忆喷嘴抓取臂抓取喷嘴的位置的控制系统；以及为所述喷嘴供应光刻胶的光刻胶供应系统。本发明还相应提供了一种喷涂光刻胶的方法，包括喷嘴抓取臂抓取伪喷嘴校准喷嘴与晶片表面的同心度和高度；喷嘴抓取臂抓取喷嘴移动到需要喷涂光刻胶的晶片表面；向晶片表面喷涂光刻胶。
文档编号B05C11/08GK1987652SQ20051011167
公开日2007年6月27日 申请日期2005年12月19日 优先权日2005年12月19日
发明者陈林炯, 胡晓明, 张峻铭 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司