显影装置及显影方法与流程

1.本发明涉及半导体制造工艺领域，尤其涉及一种显影装置及显影方法。


背景技术：

2.在半导体工艺制程中，通常涉及对光刻胶的显影操作。将晶圆置于显影腔室的载物台上进行显影时，需要实时进行抽气，以及时抽出显影过程产生的废气。目前，抽气的常规做法是在晶圆正上方设置一送气管道，在显影腔室底部设置一抽气管道，送气管道持续对准晶圆送气，抽气管道持续将腔室气体排出室外。在抽气过程中，由于流经晶圆表面各区域的气体流速不一致，造成晶圆表面的蒸发速率不同，晶圆表面的温度呈梯度变化，而不同温度下的显影速率不同，由此影响实际图形尺寸的均匀性。


技术实现要素：

3.基于此，本技术针对上述技术问题，提出一种显影装置和基于该显影装置的显影方法。
4.一种显影装置，包括：
5.显影腔室，所述显影腔室设有用于将所述显影腔室内的气体抽出显影腔室外的抽气管道；
6.载物台，设于所述显影腔室内，用于支撑晶圆；
7.多个温度传感器，设于所述载物台上，用于检测多个目标区域的温度；
8.多个相互独立的送气管道，用于向所述显影腔室输入气体，每个送气管道具有朝向所述载物台的喷嘴，每个所述目标区域对应至少一个所述送气管道；
9.控制单元，用于获取各所述温度传感器的测量温度并根据所述测量温度计算各对应目标区域的当前温度，以及根据所述目标区域的当前温度调节对应送气管道的气体参数，以使对应目标区域的温度处于预设温度范围内。
10.在其中一个实施例中，所述载物台具有多个呈同心圆环的目标区域，每个呈同心圆环的目标区域内设有多个均匀分布的温度传感器，所述控制单元用于获取所述目标区域内的温度传感器的测量温度并计算所述目标区域内的所有温度传感器的平均温度作为对应目标区域的当前温度；
11.所述显影装置还包括：
12.转盘，设于所述载物台和所有喷嘴之间，所述转盘具有多个呈同心圆环的送风区域，所述送风区域与所述目标区域一一对应以向对应的所述目标区域吹气，每个呈同心圆环的送风区域开设有多个均匀分布的通孔，每个呈同心圆环的送风区域上方具有多个均匀分布的喷嘴，所述转盘能够在平行于所述载物台的平面内旋转，所述通孔在旋转过程中能够使各所述喷嘴的气流通过。
13.在其中一个实施例中，各所述喷嘴处于平行于所述载物台上表面的同一平面内，所述转盘位于所述喷嘴下方并贴近所述喷嘴。
14.在其中一个实施例中，每个呈同心圆环的送风区域内开设的通孔的数量相同。
15.在其中一个实施例中，每个呈同心圆环的送风区域开设有四个均匀分布的通孔，且每个通孔对应一个所述喷嘴。
16.在其中一个实施例中，单个所述通孔的长度随着对应呈同心圆环的送风区域的环径的增大而增大。
17.在其中一个实施例中，开设于各个送风区域内的通孔的宽度等于对应送风区域的宽度。
18.在其中一个实施例中，相邻所述送风区域间隔设置，且相邻所述送风区域之间的间距相等。
19.在其中一个实施例中，相邻送风区域之间的间距与所述通孔的宽度相等。
20.在其中一个实施例中，所述送气管道内安装有调温器件，所述控制单元通过控制所述调温器件以改变对应送气管道内气体的温度。
21.一种显影方法，基于上述显影装置进行显影，所述显影方法包括：
22.在载物台上倒入显影液并将表面涂覆有光刻胶的晶圆置于所述载物台上；
23.通过多个送气管道向所述晶圆表面喷射气流，并通过抽气管道实时将显影腔室内的气体抽出所述显影腔室外；
24.通过载物台上的温度传感器检测不同目标区域的温度，获取各所述温度传感器的测量温度并根据测量温度计算各对应目标区域的当前温度，根据所述目标区域的当前温度调节对应送气管道的气体参数，以使对应所述目标区域的温度处于预设温度范围内。
25.在其中一个实施例中，所述气体参数为气体温度，
26.所述通过多个送气管道向所述晶圆表面喷射气流，包括：调整各送气管道的气流流速，使晶圆表面各处的风速相同；
27.所述根据测量温度计算各对应目标区域的当前温度，根据所述目标区域的当前温度调节对应送气管道的气体参数，以使对应所述目标区域的温度处于预设温度范围内，包括：根据所述目标区域的当前温度调节对应送气管道的气体温度，以使对应所述目标区域的温度处于预设温度范围内。
28.上述显影装置和基于该显影装置的显影方法，在载物台上的不同区域设置多个温度传感器，以测量对个不同的目标区域的温度，当晶圆置于载物台上时，通过温度传感器可以监控晶圆各个目标区域的温度。同时，在载物台上方设置多个独立的送气管道，送气管道的喷嘴正对载物台进行送气，且每个目标区域对应至少一个送气管道，通过调节送气管道的气体参数可以调节对应目标区域的晶圆温度。控制单元分别与各温度传感器和各送气管道连接，用于获取各温度传感器的测量温度，并根据测量温度计算目标区域的当前温度，再根据目标区域的当前温度调节对应送气管道的气体参数，以使对应目标区域的温度恢复至预设温度范围内。当目标区域的当前温度高于预设温度范围，则通过调节对应送气管道的气体参数，降低该目标区域的温度，直至目标区域的温度下降至预设温度范围内；当目标区域的温度低于预设温度范围，则通过调节对应送气管道的气体参数，升高该目标区域的温度，直至目标区域的温度升高至预设温度范围内，由此使得晶圆各区域的温度仅处于预设范围内，避免晶圆各区域温度的差较大，从而保证了刻蚀线宽的均匀性。
附图说明
29.图1为一实施例的显影装置结构立体示意图；
30.图2为一实施例的控制单元与温度传感器和送气管道的电气连接关系图；
31.图3为另一实施例的加入转盘的显影装置结构立体示意图；
32.图4为一实施例的目标区域和送风区域的对应关系图；
33.图5为一实施例的转盘通孔和喷嘴的对应关系图；
34.图6为一实施例的调温器件的示意图；
35.图7为一实施例的显影方法的步骤流程图。
36.元件标号说明：
37.显影腔室：100；抽气管道：110；通风滤网：120；载物台：200；温度传感器：210；转盘：300；通孔：310；喷嘴：400；调温器件：410；控制单元：500；第一目标区域：201；第二目标区域：202；第三目标区域：203；第四目标区域：204；第一送风区域：301；第二送风区域：302；第三送风区域：303；第四送风区域：304；管道外壳：411；加热组件：412；温度监控组件：413。
具体实施方式
38.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
39.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
40.如图1所示，显影装置包括：
41.显影腔室100，显影腔室100设有抽气管道110，该抽气管道110用于将显影腔室100内的气体抽出显影腔室100外；
42.载物台200，设于显影腔室100内，用于支撑晶圆；
43.多个温度传感器210，设于载物台200上，具体设于载物台200的上表面，用于检测多个目标区域(如图1虚线框所示)的温度，当晶圆置于载物台200上时，温度传感器210可以检测晶圆的多个目标区域的温度；
44.多个相互独立的送气管道，用于向显影腔室100内输入气体，每个送气管道具有朝向载物台200的喷嘴400，通过喷嘴400向载物台200上的晶圆表面进行吹气，且每个目标区域对应至少一个送气管道的喷嘴400，通过改变送气管道的气体参数，可以调节对应目标区域的温度。需要说明的是，为了使视图更加清楚，图1中仅示出了其中部分送气管道的喷嘴400。对于送气管道位于喷嘴400后端的管道的形态以及管道的分布，可根据实际情况进行调整，在此不做限定，只需要保证各送气管道的喷嘴400具有上述特征即可。
45.结合图2所示，还包括控制单元500，控制单元500分别与各温度传感器210和各送气管道连接，用于获取各温度传感器210的测量温度并计算对应目标区域的当前温度，以及根据目标区域的当前温度调节对应送气管道的气体参数，以使对应目标区域的当前温度处于预设温度范围内。具体的，当某目标区域的当前温度高于预设温度范围，则通过调节对应
送气管道的气体参数，降低该目标区域的温度，直至目标区域的温度下降至预设温度范围内；当某一目标区域的当前温度低于预设温度范围，则通过调节对应送气管道的气体参数，升高该目标区域的温度，直至目标区域的温度升高至预设温度范围内。例如，载物台上划分为第一至第n个目标区域，每个目标区域设有至少一个温度传感器，每个目标区域对应一组送气管道，每组送气管道包括至少一个送气管道，第一目标区域与第一组送气管道对应，第二目标区域与第二组送气管道对应，依次类推，第n目标区域与第n组送气管道对应。当第n目标区域的当前温度超出预设温度范围，控制单元500控制第n组送气管道的气体参数，直至第n目标区域的温度恢复至预设温度范围内。
46.上述显影装置，在载物台200上的不同目标区域设置温度传感器210，当晶圆置于载物台200上时，通过温度传感器210可以监控晶圆多个区域的温度。同时，在载物台200上方设置多个独立的送气管道，送气管道的喷嘴400正对载物台200进行送气，且每个目标区域对应至少一个送气管道，通过调节送气管道的气体参数可以调节对应目标区域的晶圆温度。控制单元500分别与各温度传感器210和各送气管道连接，用于获取各温度传感器210的测量温度，并根据测量温度计算目标区域的当前温度，再根据目标区域的当前温度调节对应送气管道的气体参数，以使对应温度传感器210的测量温度恢复至预设温度范围内。当目标区域的当前温度高于预设温度范围，则通过调节对应送气管道的气体参数，降低目标区域的温度，直至目标区域的温度下降至预设温度范围内；当目标区域的温度低于预设温度范围，则通过调节对应送气管道的气体参数，升高该目标区域的温度，直至目标区域的温度升高至预设温度范围内，由此使得晶圆各区域的温度仅处于预设范围内，避免晶圆各区域温度的差较大，从而保证了刻蚀线宽的均匀性。
47.在一实施例中，如图1所示，上述抽气管道110设置于显影腔室100的底面，载物台200位于显影腔室100的底部且位于抽气管道110上方，载物台200上方的送气管道的喷嘴400向载物台200吹气时，保证气流自上而下吹向晶圆表面。进一步的，在显影腔室100的顶部还设有通风滤网120。在一实施例中，各喷嘴400正对载物台200的上表面，由喷嘴400喷出的气体垂直向下吹向晶圆表面，由此能够更好地调节对应目标区域的温度。在一实施例中，温度传感器210均匀分布于载物台200上，每个温度传感器210对应一处目标区域，每个目标区域对应一个送气管道的喷嘴400，通过多个送气管道调节各温度传感器210所在目标区域的晶圆温度，由此使得晶圆整个表面的温度分布更加均匀。在其他实施例中，一个目标区域内可以设置多个温度传感器210，通过计算多个温度传感器210的平均温度作为对应目标区域的温度，且一个温度区域可以对应多个送气管道的喷嘴400，通过多个喷嘴400共同调节同一目标区域的温度。
48.在一实施例中，上述调节送气管道的气体参数，具体可以调节气体的流速和气体的温度，气体流速越大，晶圆表面液体蒸发的速度越快，对应区域的晶圆温度越低；气体温度越低，气体与晶圆表面之间的温差越大，热传导越快，对应区域的晶圆温度越低。在本实施例中，可以使从各喷嘴400到达晶圆表面的气体流速相同，仅调节气体的温度。在其他实施例中，也可以仅调节气体的流速或者同时调节气体的流速和气体的温度。
49.在一实施例中，如图3和图4所示，载物台200具有多个呈同心圆环的目标区域，每个呈同心圆环的目标区域内设有多个温度传感器210，控制单元500用于获取目标区域内的温度传感器的测量温度并计算目标区域内的所有温度传感器的平均温度作为对应目标区
域的当前温度。进一步的，同一呈同心圆环的目标区域内的温度传感器210均匀分布。具体的，单个呈同心圆环的目标区域内设置的温度传感器的数量可灵活选择，在本实施例中，一个目标区域内的温度传感器210的数量可大于或等于4个，温度传感器210的数量越多，计算得到的目标区域的温度越精确。上述显影装置还包括转盘300，转盘300设于载物台200和送气管道的喷嘴400之间，即转盘300位于载物台200的上方并位于各送气管道的喷嘴400的下方。转盘300具体处于与载物台200上表面平行的平面内。转盘300具有多个呈同心圆环的送风区域，送风区域与目标区域一一对应以向对应的目标区域吹气，每个呈同心圆环的送风区域开设有多个均匀分布的通孔310，每个呈同心圆环的送风区域上方具有多个均匀分布的喷嘴400。为了使视图更加清楚，图3中仅示出了其中一个同心圆环送风区域上方的喷嘴400，可以理解的，其他送风区域也设有喷嘴。转盘300能够在平行于载物台200上表面的平面内旋转，通孔310在旋转过程中能够使各喷嘴400的气流通过。在本实施例中，在喷嘴400下方设置带通孔310的转盘300，且通孔310呈同心圆环分布，有利于控制喷嘴的气流旋转并送至对应呈同心圆环的目标区域内，且同一目标区域内各处气流的流速基本相同，在显影过程中，只需调节送气管道中气体的温度来保证晶圆各区域温度均匀。
50.结合图4，对上述设置进行示例性说明。载物台200由内至外依次划分为第一目标区域201、第二目标区域202、第三目标区域203和第四目标区域204。其中，第一目标区域201位于载物台400的中心位置且呈圆型，第二目标区域202、第三目标区域203和第四目标区域204分别呈同心圆环状。在转盘300上由内至外依次划分为第一送风区域301、第二送风区域302和第三送风区域303和第四送风区域304。其中，第一送风区域301位于转盘300的中心位置且呈圆型，第二送风区域302、第三送风区域303和第四送风区域304分别呈同心圆环状。其中，第一送风区域301对应第一目标区域201，第二送风区域302对应第二目标区域202，第三送风区域303对应第三目标区域203，第四送风区域304对应第四目标区域204。在转盘300上，每个送风区域均开设有多个均匀分布的通孔310，且每个送风区域上方设有多个均匀分布的喷嘴400。第四送风区域304上方的喷嘴通过第四送风区域上的通孔310向第四目标区域204吹气，第三送风区域303上方的喷嘴400通过第三送风区域303上的通孔310向第三目标区域203吹气，第二送风区域302上方的喷嘴400通过第二送风区域302上的通孔310向第二目标区域202吹气，第一送风区域301上方的喷嘴400通过第一送风区域301上的通孔310向第一目标区域201吹气。需要说明的是，上述第一至第四送风区域仅作为示例进行说明，温度传感器210和通孔310可分别围成更多的同心圆环。在本实施例中，由于转盘300在工作时需要旋转，转盘300上的通孔310呈同心圆环分布，载物台200上的温度传感器210也呈同心圆环分布，可以保证旋转过程中，通孔310旋转至不同位置时可以使不同位置的气流通过，从而保证转盘300上方的气流尽量通过通孔310吹向晶圆表面。
51.进一步的，各喷嘴400处于平行于载物台200上表面的同一平面内，即，各喷嘴400与转盘300之间的间距相等，转盘300位于喷嘴400下方并贴近喷嘴400，例如，喷嘴400与转盘300之间的间距小于1cm。使喷嘴400贴近转盘300，能够保证更多喷嘴400中喷出的更多的气流通过通孔310到达晶圆表面，具有较好的调控效果。
52.在一实施例中，如图4和图5所示，每个呈同心圆环的送风区域内开设的通孔310数量相同，具体的，每个呈同心圆环的送风区域内开设有四个均匀分布的通孔。进一步的，每个通孔对应一个送气管道的喷嘴400。在其他实施例中，单个送风区域内开设的通孔数量也
可为其他数量，只要保证单个呈同心圆环的送风区域内的通孔数量大于或等于2即可，由此可保证送至同一目标区域内的气体流速相同。
53.在一实施例中，结合图4和图5所示，单个通孔310的长度随着对应呈同心圆环的送风区域的环径的增大而增大。由于转盘300靠近外围的同心圆环的内径较大，增大单个通孔310的长度，将通孔310设置为长条形，可以增大通孔310的面积，使得转盘300上方更多的气流通过转盘300并吹向晶圆表面。
54.在一实施例中，如图5所示，各通孔310的宽度d1相等。进一步的，通孔310的宽度等于对应送风区域的宽度，即通孔310本身呈同心圆环分布，相邻送风区域之间的间距d2相等。进一步的，d1＝d2。在一实施例中，18mm≤d1≤22mm。在本实施例中，d1＝20mm。在一实施例中，如图5所示，各呈同心圆环的送风区域上的通孔310数目相等，位于同一同心圆环上的通孔310的长度相等。需要说明的是，通孔310的数量和分布并不以此为限，在其他实施例中，通孔310也可以以其他方式分布。在本实施例中，限定转盘300上通孔310的分布方式，一方面可以尽量增大通孔310的面积，使喷嘴400喷出的气流尽量吹向晶圆表面，另一方面，上述转盘300在旋转过程中，也有利于控制到达晶圆同一目标区域的气体流速趋近相同。
55.在一实施例中，如图6所示，送气管道内安装有调温器件410，控制单元500具体是通过控制调温器件410的温度来改变对应送气管道内气体的温度，从而调整对应温度传感器210所处区域晶圆的温度。具体的，调温器件410包括管道外壳411和置于管道内的加热组件412和温度监控组件413，加热组件412用于对所经过的气流(如图6虚线所述)进行加热，温度监控组件413用于监控管道内的气流温度，控制单元500根据温度传感器210所反馈的测量温度控制加热组件412升温或者降温，加热组件412通过热传导控制对应送气管道的气流温度，通过温度监控组件413则可以实时反馈气流的当前温度。
56.上述显影装置，在载物台200上的不同区域设置多个温度传感器210，以测量对个不同的目标区域的温度，当晶圆置于载物台200上时，通过温度传感器210可以监控晶圆各个目标区域的温度。同时，在载物台200上方设置多个独立的送气管道，送气管道的喷嘴400正对载物台200进行送气，且每个目标区域对应至少一个送气管道，通过调节送气管道的气体参数可以调节对应目标区域的晶圆温度。控制单元500分别与各温度传感器210和各送气管道连接，用于获取各温度传感器210的测量温度，并根据测量温度计算目标区域的当前温度，再根据目标区域的当前温度调节对应送气管道的气体参数，以使对应目标区域的温度恢复至预设温度范围内。当目标区域的温度高于预设温度范围，则通过调节对应送气管道的气体参数，降低该目标区域的温度，直至目标区域的温度下降至预设温度范围内；当某一目标区域的温度低于预设温度范围，则通过调节对应送气管道的气体参数，升高该目标区域的温度，直至目标区域的温度升高至预设温度范围内，由此使得晶圆各区域的温度仅处于预设范围内，避免晶圆各区域温度的差较大，从而保证了刻蚀线宽的均匀性。
57.本技术还涉及一种基于上述显影装置的显影方法，如图7所示，该显影方法包括：
58.步骤s100：在载物台上倒入显影液并将表面涂覆有光刻胶的晶圆置于所述载物台上。
59.步骤s200：通过多个送气管道向所述晶圆表面喷射气体，并通过抽气管道实时将显影腔室内的气体抽出所述显影腔室外。
60.具体的，通过多个送气管道向所述晶圆表面喷射气体时，调整各送气管道的气流
流速，使晶圆表面各处的风速相同。
61.具体的，在载物台200和喷嘴400之间还设置有转盘300，转盘300上开设有使喷嘴400气流通过的通孔310。在抽气期间，控制转盘300在平行于载物台200上表面的平面内旋转，一方面喷嘴400的气流可以通过通孔310吹向晶圆表面，一方面，通过控制转盘300旋转，可以控制到达晶圆表面各区域的风速相同。
62.步骤s300：通过载物台上的温度传感器检测不同目标区域的温度，获取各所述温度传感器的测量温度并根据测量温度计算各对应目标区域的当前温度，根据所述目标区域的当前温度调节对应送气管道的气体参数，以使对应所述目标区域的温度处于预设温度范围内。
63.在一实施例中，上述调节送气管道的气体参数，具体可以调节气体的流速和气体的温度，气体流速越大，晶圆表面液体蒸发的速度越快，对应区域的晶圆温度越低；气体温度越低，气体与晶圆表面之间的温差越大，热传导越快，对应区域的晶圆温度越低。在本实施例中，可以使从各喷嘴400到达晶圆表面的气体流速相同，仅通过调节气体的温度来调节晶圆表面的温度，即，通过多个送气管道向晶圆表面喷射气流，包括：调整各送气管道的气流流速，使晶圆表面各处的风速相同；根据测量温度计算各对应目标区域的当前温度，根据所述目标区域的当前温度调节对应送气管道的气体参数，以使对应目标区域的温度处于预设温度范围内，包括：根据目标区域的当前温度调节对应送气管道的气体温度，以使对应目标区域的温度处于预设温度范围内。在其他实施例中，也可以仅调节气体的流速或者同时调节气体的流速和气体的温度。具体的，送气管道内安装有调温器件410，上述控调节对应是通过控制调温器件410的温度来改变对应送气管道内气体的温度，从而调整对应温度传感器210所处区域晶圆的温度。
64.在一实施例中，到达晶圆表面各区域的气体流速相同，调节对应送气管道的气体参数，以使对应目标区域的温度处于预设温度范围内，具体包括：根据目标区域的当前温度调节对应送气管道的气体温度，以使对应目标区域的温度处于预设温度范围内。
65.应该理解的是，虽然图7的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序，其可以以其他的顺序执行。而且，图7中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
66.上述显影方法，在载物台200上的不同区域设置多个温度传感器210，以测量对个不同的目标区域的温度，当晶圆置于载物台200上时，通过温度传感器210可以监控晶圆各个目标区域的温度。同时，在载物台200上方设置多个独立的送气管道，送气管道的喷嘴400正对载物台200进行送气，且每个目标区域对应至少一个送气管道，通过调节送气管道的气体参数可以调节对应目标区域的晶圆温度。控制单元500分别与各温度传感器210和各送气管道连接，用于获取各温度传感器210的测量温度，并根据测量温度计算目标区域的当前温度，再根据目标区域的当前温度调节对应送气管道的气体参数，以使对应目标区域的温度恢复至预设温度范围内。当目标区域的温度高于预设温度范围，则通过调节对应送气管道的气体参数，降低该目标区域的温度，直至目标区域的温度下降至预设温度范围内；当某一
目标区域的温度低于预设温度范围，则通过调节对应送气管道的气体参数，升高该目标区域的温度，直至目标区域的温度升高至预设温度范围内，由此使得晶圆各区域的温度仅处于预设范围内，避免晶圆各区域温度的差较大，从而保证了刻蚀线宽的均匀性。
67.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。