涂胶显影机及涂胶方法与流程

1.本发明涉及半导体设备技术领域，尤其涉及一种涂胶显影机及涂胶方法。


背景技术：

2.现有半导体加工的光刻工艺中，涂胶设备、光刻设备和显影设备分别完成光刻胶涂布工艺流程、光刻工艺流程以及显影工艺流程。随着半导体加工工艺水平的提升，市场主流将涂胶显影设备与光刻设备连接在一起从而完成整套光刻工艺流程，其中通常把涂胶工艺流程和显影工艺流程集成在同一设备上，同时需要涂胶显影设备的产能大于光刻设备的产能。
3.目前，通常采用线式(inline)架构的流片(flow)方式，适应流水线式的工艺流程。现有的流水线式的工艺流程多是采用多组模块组装而成，相邻的模块之间需增设穿墙单元，以利于晶圆的相互传输，但是这样既会增大模块的体积，不利于装配和运输，同时又会增加晶圆的传输路径，不利于提升产能。因此，亟需一种新型的涂胶显影机及涂胶显影方法以改善上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种涂胶显影机及涂胶显影方法，通过缩减片盒模块和工艺模块之间的层间工艺模块，从而无需在片盒模块和工艺模块之间设置双向穿墙传动系统，进而缩短了该涂胶显影机的长度，减小了占地面积，利于设备的装配和运输，同时，缩短了晶圆的传输路径，有利于产能的提升。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种涂胶显影机，包括相连接的片盒模块和工艺模块组，所述片盒模块包括在竖直方向上设置的层间机械手组，所述层间机械手组用于装载晶圆在所述片盒模块和所述工艺模块组之间传输，所述工艺模块组包括在竖直方向上设置的n个加工工艺层，n为正整数，以及与所述加工工艺层数相匹配的层内机械手组和m个接口单元，m为正整数。
6.可选的，所述片盒模块还包括用于缓存片盒的片盒缓存位、用于开启或闭合所述片盒的片盒装载单元，以及用于所述片盒在所述片盒装载单元和所述片盒缓存位之间传输的片盒机械手。
7.可选的，所述工艺模块组包括第一工艺模块和第二工艺模块，其中，所述第一工艺模块和所述第二工艺模块在水平方向上对称设置，所述层内机械手组设置在所述第一工艺模块和所述第二工艺模块之间，所述第一工艺模块和第二工艺模块均包括n个加工工艺层。
8.可选的，所述加工工艺层的数量为三个，即从下往上依次为第一加工工艺层、第二加工工艺层和第三加工工艺层，所述层内机械手的数量为三个，为与所述第一加工工艺层、第二加工工艺层和第三加工工艺层相对应的第一层内机械手、第二层内机械手和第三层内机械手。
9.可选的，所述层间机械手的数量为两个，且为第一层间机械手和第二层间机械手，
所述第一层间机械手和所述第二层间机械手分别与所述第一工艺模块和所述第二工艺模块相对应设置，且所述第一层间机械手和第二层间机械手与所述第一层间机械手、第二层内机械手和第三层内机械手交互，用于晶圆在所述片盒模块和工艺模块组之间传输。
10.可选的，所述第一工艺模块和第二工艺模块在水平方向上均包括若干列热处理单元和若干列液处理单元，其中，若干列所述热处理单元分为两组，并分别设置在若干列所述液处理单元的两侧。
11.可选的，所述层间机械手包括若干个朝向相同的末端执行器。
12.可选的，所述层内机械手包括若干个双向的末端执行器。
13.可选的，所述涂胶显影机还包括控制单元，用于控制所述层间机械手组和所述层内机械手组的工作状态，以使晶圆在所述涂胶显影机内先后进行不同的处理工艺。
14.为实现上述目的，本发明还提供了一种涂胶显影方法，包括：
15.s1，控制片盒机械手取出片盒缓存位内的片盒传入到片盒装载单元，所述片盒装载单元打开所述片盒；层间机械手组装载所述片盒内的晶圆传入接口单元，并传入到加工工艺层；
16.s2，层内机械手组装载s1内的所述晶圆，在所述加工工艺层内进行工艺处理，所述层内机械手将经过加工处理后的所述晶圆传回所述接口单元；
17.s3，所述层间机械手组装载位于s2所述接口单元处经过加工处理后的所述晶圆，并传回到片盒模块内。
18.可选的，所述晶圆的加工处理过程如下：
19.s21，第一层内机械手带着所述晶圆在第一加工工艺层内做第一次工艺处理；
20.s22，所述第一层内机械手将经过所述第一次工艺处理后的晶圆传回到与所述第一加工工艺层相对应的所述接口单元内；
21.s23，所述层间机械手组装载位于s22所述接口单元内的晶圆，并传入到第二加工工艺层，第二层内机械手带着所述晶圆在第二加工工艺层内做第二次工艺处理；
22.s24，所述第二层内机械手将经过所述第二次工艺处理后的所述晶圆传回到与所述第二加工工艺层相对应的所述接口单元内；
23.s25，所述层间机械手组装载位于s24所述接口单元内的所述晶圆，并传入到第三加工工艺层，第三层内机械手带着所述晶圆在第三加工工艺层内做第三次工艺处理；
24.s26，所述第三层内机械手经过所述第三次工艺处理的晶圆传回到与所述第三加工工艺层相对应的所述接口单元。
25.可选的，所述晶圆至少经过所述第一次工艺处理、所述第二次工艺处理和所述第三次工艺处理中的至少一个工艺进行处理，所述第一次工艺处理、所述第二次工艺处理和所述第三次工艺均能够使得所述晶圆至少经过涂胶、烘烤、冷却和光学对中的一种处理。
26.本发明的有益效果如下：
27.本发明在片盒模块和工艺模块组之间取消了层间工艺模块，大大缩短了设备的长度，减小了占地面积，利于设备的装配和运输；取消层间工艺模块后，同时取消了片盒模块和工艺模块组之间的双向穿墙传动系统，使得晶圆的传输效率更高、更稳定。
附图说明
28.图1为本发明中的涂胶显影机俯视结构示意图；
29.图2为本发明中加工工艺层为三层的结构示意图；
30.图3为本发明中涂胶显影机内层间机械手和层间机械手分布结构示意图；
31.图4为本发明中若干列热处理单元和若干列液处理单元第二种实施方式的结构示意图；
32.图5为本发明中片盒模块的结构示意图；
33.图6为本发明中涂胶显影方法的流程图。
34.附图标记：
35.1、片盒模块；11、层间机械手组；111、第一层间机械手；112、第二层间机械手；12、片盒缓存位；13、片盒机械手；14、片盒装载单元；
36.2、工艺模块组；21、第一工艺模块；22、第二工艺模块；23、层内机械手组；231、第一层内机械手；232、第二层内机械手；233、第三层内机械手；25、加工工艺层；251、第一加工工艺层；252、第二加工工艺层；253、第三加工工艺层；
37.3、热处理单元；
38.4、液处理单元。
具体实施方式
39.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
40.现有涂胶显影机的架构包括片盒模块和工艺模块，以及设置于片盒模块和工艺模块之间的层间工艺模块，层间工艺模块、片盒模块和工艺模块构成的涂胶显影机的架构较长，占地面积较大，装配和运输难度较大；由于层间工艺模块的存在，因此需要在片盒模块和工艺模块之间增设双向的穿墙传动系统，双向穿墙传动系统的存在，会降低晶圆在片盒模块和工艺模块之间传输的效率和稳定性。
41.针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种涂胶显影机。图1为本发明中的涂胶显影机俯视结构示意图，参照图1所示，所述涂胶显影机包括相连接的片盒模块1和工艺模块组2，所述片盒模块1包括在竖直方向上设置的层间机械手组11，所述层间机械手组11用于装载晶圆在所述片盒模块1和所述工艺模块组2之间传输，所述工艺模块组2包括在竖直方向上设置的n个加工工艺层25，n为正整数，以及与所述加工工艺层25数相匹配的层内机械手组23和m个接口单元，m为正整数。
42.本发明在片盒模块1和工艺模块组2之间取消了层间工艺模块，大大缩短了设备的长度，减小了占地面积，利于设备的装配和运输；取消层间工艺模块后，同时取消了片盒模块1和工艺模块组2之间的双向穿墙传动系统，使得晶圆的传输效率更高、更稳定。
43.使用时，所述层间机械手组11将所述片盒模块1内的晶圆之间传入到所述工艺模块组2，所述层内机械手组23带着所述晶圆在所述工艺模块组2内进行加工，所述层间机械手组11将加工后的所述晶圆传回到所述片盒模块1内，上述所述晶圆在所述片盒模块1和所述工艺模块组2之间传输均通过所述层间机械手组11直接完成，无需经过现有架构中处于层间工艺模块内的双向穿墙传动系统，这样通过缩短所述晶圆的传输路径，提到了所述晶圆传输效率和稳定性。同时，由于取消了层间工艺模块，因此也能够缩小整体架构的生产成本。
44.一种示例中，所述层间机械手包括若干个朝向相同的末端执行器，并且所述层间机械手的结构为公知常识，此处不在赘述。
45.一种示例中，所述层内机械手包括若干个双向的末端执行器，并且所述层内机械手的结构为公知常识，此处不在赘述。
46.在一种实施例中，所述工艺模块组2还包括增粘单元和缺陷检测模块，其中，所述增粘单元用于多所述晶圆进行增粘处理，同时，优选地，本发明中采用六甲基二硅氮烷作为增粘剂，但又不仅限于六甲基二硅氮烷。所述缺陷检测模块用于对晶圆进行检测，具体地，所述缺陷检测模块在晶圆传入到设备，以及在设备进行加工处理的过程中，均会对晶圆进行检测。
47.在一种实施例中，图2为本发明中加工工艺层为三层的结构示意图。参照图1和图2所示，所述工艺模块组2包括第一工艺模块21和第二工艺模块22，其中，所述第一工艺模块21和所述第二工艺模块22在水平方向上对称设置，所述层内机械手组23设置在所述第一工艺模块21和所述第二工艺模块22之间，所述第一工艺模块21和第二工艺模块22均包括n个加工工艺层25。所述第一工艺模块21或所述第二工艺模块22均能够实现晶圆的加工，并且所述第一工艺模块21和所述第二工艺模块22在水平方向上对称设置，能够保证该设备同时进行多个晶圆的同时加工，从而提高产能。
48.在一种实施例中，所述涂胶显影机还包括控制单元，用于控制所述层间机械手组11和所述层内机械手组23的工作状态，以使晶圆在所述涂胶显影机内先后进行不同的处理工艺。
49.图3为本发明中涂胶显影机内层间机械手和层间机械手分布结构示意图；参照图2和图3所示，所述加工工艺层25的数量为三个，即从下往上依次为第一加工工艺层251、第二加工工艺层252和第三加工工艺层253，所述层内机械手的数量为三个，为与所述第一加工工艺层251、第二加工工艺层252和第三加工工艺层253相对应的第一层内机械手231、第二层内机械手232和第三层内机械手233。
50.在一种实施例中，所述层间机械手组11的数量为两个，且为第一层间机械手111和第二层间机械手112，所述第一层间机械手111和所述第二层间机械手112分别与所述第一工艺模块21和所述第二工艺模块22相对应设置，且所述第一层间机械手111和第二层间机械手112与所述第一层间机械手111、第二层内机械手232和第三层内机械手233交互，用于晶圆在所述片盒模块1和工艺模块组2之间传输，如图1和图3所示。使用时，所述第一层间机械手111与所述第一工艺模块21相对应，所述第二层间机械手112与所述第二工艺模块22相对应，这样通过所述第一层间机械手111和第二层间机械手112能够使得两个所述晶圆同时分别在所述第一工艺模块21和所述第二工艺模块22进行加工，从而能够提高设备的产能。
值得注意的是，由于所述第一层间机械手111和所述第二层间机械手112单独设置，因此在进行所述晶圆加工时，所述第一层间机械手111和所述第二层间机械手112可以同时进行晶圆的传输加工，也可以单一的进行晶圆传输加工，具体可以根据实际晶圆加工的需要进行调整。
51.在一种实施例中，所述第一工艺模块21和第二工艺模块22在水平方向上均包括若干列热处理单元3和若干列液处理单元4，其中，若干列所述热处理单元3分为两组，并分别设置在若干列所述液处理单元4的两侧。在图1示例中，所述第一工艺模块21和第二工艺模块22内的若干列热处理单元3和若干列液处理单元4在水平方向上，按照1列热处理单元3、2列液处理单元4和2列热处理单元3排布。图4为本发明中若干列热处理单元和若干列液处理单元第二种实施方式的结构示意图，参照图4所示，在所述第一工艺模块21内，若干列热处理单元3和若干列液处理单元4按照2列热处理单元3、3列液处理单元4和1列热处理单元3排布；在所述第二工艺模块22内，若干列热处理单元3和若干列液处理单元4按照2列热处理单元3、3列液处理单元4和2列热处理单元3排布。因此本发明中的所述第一工艺模块21和第二工艺模块22结构设计合理，内部的若干列热处理单元3和若干列液处理单元4可以灵活的根据需要调整排布方式，从而使得该设备的适用范围更广。
52.图5为本发明中片盒模块的结构示意图，参照图5所示，所述片盒模块1还包括用于缓存片盒的片盒缓存位12、用于开启或闭合所述片盒的片盒装载单元14，以及用于所述片盒在所述片盒装载单元14和所述片盒缓存位12之间传输的片盒机械手13。
53.在一种实施例中，在所述涂胶显影机外设置有天车，所述天车用于将所述片盒从外界其他的设备中，传入到所述涂胶显影机内，具体传输到所述片盒缓存位12处。
54.本发明还提供了一种涂胶显影方法，图6为本发明中涂胶显影方法的流程图。参照图6所示，所述涂胶显影方法包括：
55.s1，控制片盒机械手13取出片盒缓存位12内的片盒传入到片盒装载单元14，所述片盒装载单元14打开所述片盒；层间机械手组11装载所述片盒内的晶圆传入接口单元，并传入到加工工艺层25；
56.s2，层内机械手组23装载s1内的所述晶圆，在所述加工工艺层25内进行工艺处理，所述层内机械手组23将经过加工处理后的所述晶圆传回所述接口单元；
57.s3，所述层间机械手组11装载位于s2所述接口单元处经过加工处理后的所述晶圆，并传回到所述片盒模块1内。
58.在一种实施例中，本发明提供了所述晶圆的其中一种加工处理方法，在该实施例中，所述晶圆经过三次加工工艺处理，即同一所述晶圆，需要依次通过所述第一加工工艺层251、所述第二加工工艺层252和所述第三加工工艺层253，具体地过程如下：
59.s21，第一层内机械手231带着所述晶圆在第一加工工艺层251内做第一次工艺处理；
60.s22，所述第一层内机械手231将经过所述第一次工艺处理后的晶圆传回到与所述第一加工工艺层251相对应的所述接口单元内；
61.s23，所述层间机械手组11装载位于s22所述接口单元内的晶圆，并传入到第二加工工艺层252，第二层内机械手232带着所述晶圆在第二加工工艺层252内做第二次工艺处理；
62.s24，所述第二层内机械手232将经过所述第二次工艺处理后的所述晶圆传回到与所述第二加工工艺层252相对应的所述接口单元内；
63.s25，所述层间机械手组11装载位于s24所述接口单元内的所述晶圆，并传入到第三加工工艺层253，第三层内机械手233带着所述晶圆在第三加工工艺层253内做第三次工艺处理；
64.s26，所述第三层内机械手233经过所述第三次工艺处理的晶圆传回到与所述第三加工工艺层253相对应的所述接口单元。
65.在一种实施例中，本发明中还提供了所述晶圆另外的加工处理方法，具体地，在所述晶圆被所述层间机械手组11从片盒模块1传入到所述工艺模块组2内时，所述晶圆可以单独传入到所述第一加工工艺层251或第二加工工艺层252或第三加工工艺层253内进行加工，也可以同时传入到所述第一加工工艺层251或第二加工工艺层252或第三加工工艺层253内进行加工，在该实施例中，所述晶圆经过一次加工工艺处理。当然，所述晶圆也可以先传入到所述第一加工工艺层251或第二加工工艺层252或第三加工工艺层253内进行第一次工艺处理，然后在装载进入到与所述第一次工艺处理不同的加工工艺层进行第二次工艺处理，在该实施例中，所述晶圆经过两次工艺处理。
66.在一种实施例中，所述晶圆至少经过所述第一次工艺处理、所述第二次工艺处理和所述第三次工艺处理中的至少一个工艺进行处理，所述第一次工艺处理、所述第二次工艺处理和所述第三次工艺均能够使得所述晶圆至少经过涂胶、烘烤、冷却和光学对中的一种处理。
67.虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

技术特征：
1.一种涂胶显影机，其特征在于，包括相连接的片盒模块和工艺模块组，其中，所述片盒模块包括在竖直方向上设置的层间机械手组，所述层间机械手组用于装载晶圆在所述片盒模块和所述工艺模块组之间传输，所述工艺模块组包括在竖直方向上设置的n个加工工艺层，n为正整数，以及与所述加工工艺层数相匹配的层内机械手组和m个接口单元，m为正整数。2.根据权利要求1所述的涂胶显影机，其特征在于，所述片盒模块还包括用于缓存片盒的片盒缓存位、用于开启或闭合所述片盒的片盒装载单元，以及用于所述片盒在所述片盒装载单元和所述片盒缓存位之间传输的片盒机械手。3.根据权利要求1所述的涂胶显影机，其特征在于，所述工艺模块组包括第一工艺模块和第二工艺模块，其中，所述第一工艺模块和所述第二工艺模块在水平方向上对称设置，所述层内机械手组设置在所述第一工艺模块和所述第二工艺模块之间，所述第一工艺模块和第二工艺模块均包括n个加工工艺层。4.根据权利要求3所述的涂胶显影机，其特征在于，所述加工工艺层的数量为三个，即从下往上依次为第一加工工艺层、第二加工工艺层和第三加工工艺层，所述层内机械手的数量为三个，为与所述第一加工工艺层、第二加工工艺层和第三加工工艺层相对应的第一层内机械手、第二层内机械手和第三层内机械手。5.根据权利要求4所述的涂胶显影机，其特征在于，所述层间机械手的数量为两个，且为第一层间机械手和第二层间机械手，所述第一层间机械手和所述第二层间机械手分别与所述第一工艺模块和所述第二工艺模块相对应设置，且所述第一层间机械手和第二层间机械手与所述第一层间机械手、第二层内机械手和第三层内机械手交互，用于晶圆在所述片盒模块和工艺模块组之间传输。6.根据权利要求3所述的涂胶显影机，其特征在于，所述第一工艺模块和第二工艺模块在水平方向上均包括若干列热处理单元和若干列液处理单元，其中，若干列所述热处理单元分为两组，并分别设置在若干列所述液处理单元的两侧。7.根据权利要求1所述的涂胶显影机，其特征在于，所述层间机械手包括若干个朝向相同的末端执行器。8.根据权利要求1所述的涂胶显影机，其特征在于，所述层内机械手包括若干个双向的末端执行器。9.根据权利要求1所述的涂胶显影机，其特征在于，还包括控制单元，用于控制所述层间机械手组和所述层内机械手组的工作状态，以使晶圆在所述涂胶显影机内先后进行不同的处理工艺。10.一种涂胶显影方法，其特征在于，包括：s1，控制片盒机械手取出片盒缓存位内的片盒传入到片盒装载单元，所述片盒装载单元打开所述片盒；层间机械手组装载所述片盒内的晶圆传入接口单元，并传入到加工工艺层；s2，层内机械手组装载s1内的所述晶圆，在所述加工工艺层内进行工艺处理，所述层内机械手将经过加工处理后的所述晶圆传回所述接口单元；s3，所述层间机械手组装载位于s2所述接口单元处经过加工处理后的所述晶圆，并传回到片盒模块内。
11.根据权利要求10所述的涂胶显影方法，其特征在于，所述晶圆的加工处理过程如下：s21，第一层内机械手带着所述晶圆在第一加工工艺层内做第一次工艺处理；s22，所述第一层内机械手将经过所述第一次工艺处理后的晶圆传回到与所述第一加工工艺层相对应的所述接口单元内；s23，所述层间机械手组装载位于s22所述接口单元内的晶圆，并传入到第二加工工艺层，第二层内机械手带着所述晶圆在第二加工工艺层内做第二次工艺处理；s24，所述第二层内机械手将经过所述第二次工艺处理后的所述晶圆传回到与所述第二加工工艺层相对应的所述接口单元内；s25，所述层间机械手组装载位于s24所述接口单元内的所述晶圆，并传入到第三加工工艺层，第三层内机械手带着所述晶圆在第三加工工艺层内做第三次工艺处理；s26，所述第三层内机械手经过所述第三次工艺处理的晶圆传回到与所述第三加工工艺层相对应的所述接口单元。12.根据权利要求11所述的涂胶显影方法，其特征在于，所述晶圆至少经过所述第一次工艺处理、所述第二次工艺处理和所述第三次工艺处理中的至少一个工艺进行处理，所述第一次工艺处理、所述第二次工艺处理和所述第三次工艺均能够使得所述晶圆至少经过涂胶、烘烤、冷却和光学对中的一种处理。

技术总结
本发明提供了一种涂胶显影机及涂胶显影方法，包括相连接的片盒模块和工艺模块组，其中，所述片盒模块包括在竖直方向上设置的层间机械手组，所述层间机械手组用于装载晶圆在所述片盒模块和所述工艺模块组之间传输，所述工艺模块组包括在竖直方向上设置的N个加工工艺层，N为正整数，以及与所述加工工艺层数相匹配的层内机械手组和M个接口单元，M为正整数；本发明通过缩减片盒模块和工艺模块之间的层间工艺模块，从而无需在片盒模块和工艺模块之间设置双向穿墙传动系统，进而缩短了该涂胶显影机的长度，减小了占地面积，利于设备的装配和运输，同时，缩短了晶圆的传输路径，有利于产能的提升。的提升。的提升。


技术研发人员：张建 程虎 陈兴隆
受保护的技术使用者：上海芯源微企业发展有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/8/16