涂敷和显影系统 本发明涉及一种用于基片的涂敷和显影系统。
在半导体器件制作过程中的光刻(photolithography)工艺中，例如，执行在晶片的顶面上形成一层保护膜(resist film)的保护层涂敷处理、在晶片以某种图案曝光后进行显影的显影处理、在涂敷处理之前和在曝光处理之前和之后以及在显影处理之后进行的热处理和冷处理等。上述处理在每一个单独提供的处理单元内进行，这些处理单元构成涂敷和显影系统，从而使上述一系列处理可以连续地进行。对某种图案的曝光本身通常在邻近该涂敷和显影系统的曝光处理单元内进行。
上述涂敷和显影系统包括用于将基片运入和运出该涂敷和显影系统的加载/卸载部分，具有涂敷单元、显影单元和热处理单元等的处理区，和用于将晶片传送到处理区和上述系统外侧的曝光单元或者传送来自处理区和曝光单元的晶片的接口部分，其中在处理区进行大多数的上述晶片处理。
当在涂敷和显影系统中对晶片进行处理时，由空气清洁器等清洁的空气作为下冲气流供入上述涂敷和显影系统中，以便防止杂质比如非常小地颗粒附着在晶片上，然后涂敷和显影系统内的气氛被排出，从而可以在清洁状态下对晶片进行处理。
而且，在晶片上形成的保护膜上曝光了预定的电路图案后，晶片被传送到热处理单元，在此进行曝光后加热的PEB(曝光后焙烘)，从而用于改善图案的形成。
然而，最近研制了利用更短波长(例如157nm)的光进行曝光的技术，以便形成更精细、更精确的电路图案。当利用更短波长的光时，担心迄今为止不成为问题的分子水平的杂质比如氧气、臭氧、水蒸气对曝光处理有不利影响，而不能形成精确的电路图案。
因此，至少当晶片进行曝光处理时，必须防止杂质比如氧气附着在晶片上，但因为杂质比如氧气包含在空气中，所以仅供应常规的清洁空气不能有效地防止杂质附着到晶片上，或者不能去除已经附着在晶片上的杂质。
如果上述杂质附着到晶片上而晶片从曝光处理单元运出而运入热处理单元，那么对电路图案的形成产生不利影响。此外，当使用化学增强的保护膜时，如果在曝光处理之后将晶片传送到PEB需要较长时间，那么就会担心在这一时间内的酸的增强反应继续进行，这导致电路图案的线宽变化。此外，因为在涂敷和显影系统内对一组晶片进行处理，所以如果在曝光处理之后将每一晶片传送到PEB的传送时间不同，即如果PED(曝光后延迟)不同，那么每一晶片的线宽就发生变化。
当需要更精确的电路图案时，常规上可以忽略程度的图案变形在当前就存在着改进的余地，且采用清洁空气与涂敷和显影系统的常规配置不能满足需求。
本发明鉴于上述问题而作出，且其目的是提供一种涂敷和显影系统，其中分子水平的非常小的杂质不会附着到比如晶片的基片上，从而可以获得更精确的电路图案。
为了实现上述目的，本发明的涂敷和显影系统具有处理区，该处理区有在基片上形成涂层薄膜的涂敷单元、用于显影基片的显影单元、用于对基片进行热处理的热处理单元、用于将基片从涂敷单元、显影单元和热处理单元传送或传送到这些单元的第一传送装置，该系统还有接口部分，在该接口部分中基片至少沿上述处理区和该系统外侧的对基片进行曝光处理的曝光单元之间的路径上传送，该系统还有用于容纳上述处理区和接口部分的壳体，用于给上述接口部分供应惰性气体的供气装置，以及排出上述接口部分内的气氛的排气部分，还有所述的热处理单元，和用于将基片在该热处理单元和曝光处理单元之间的路径上传送的、位于上述接口部分内的第二传送装置。
在本发明中，位于接口部分内的热处理单元能在紧接曝光之前进行热处理，且还能在紧接曝光之后进行热处理。
根据本发明，当惰性气体从供气装置供应给接口部分时，接口部分内的气氛从排气部分排出，从而可以从接口部分去除杂质比如氧气和水蒸气，保持接口部分处于清洁状态。因此，当基片从紧接曝光处理之前的热处理出来通过曝光处理而到达紧接曝光之后的热处理时，基片可以在惰性气体的清洁气氛中传送，可以防止杂质附着。在具有涂层薄膜的基片热处理之后，尤其是处于杂质很容易附着到基片上的状态。如果在曝光处理时杂质附着到基片上，那么杂质吸收用于曝光的能量比如激光，这导致担心不适于进行曝光处理。然而，通过将热处理单元置于接口部分内且保持基片在紧接曝光处理之前的路径处于本发明的惰性气体的清洁气氛中，可以适于进行基片的处理和加工。
上述的惰性气体意味着针对在涂敷和显影系统中所用的处理溶液的惰性气体，例如涂敷溶液和显影溶液，惰性气体例如是氮气、氩气、氖气等，它们不含有氧气、水和有机物质。
图1是从根据本发明实施例的涂敷和显影系统的平面看到的示意图；
图2是图1中的涂敷和显影系统的正视图；
图3是图1中的涂敷和显影系统的后视图；
图4是示出了接口部分内部的放大型貌的平面图；
图5是示出了图1中的涂敷和显影系统中的加热冷却处理单元的轮廓的水平剖面图；
图6是沿该涂敷和显影系统的侧向看到的供给接口部分的惰性气体的流动状态示意图；
图7是示出了供应给接口部分传送区域和热处理区域的惰性气体的流动状态的垂直剖面示意图。
在下文中将说明本发明的优选实施例。图1是根据本发明实施例的涂敷和显影系统1的平面图，图2是涂敷和显影系统1的正视图，而图3是涂敷和显影系统1的后视图。
如图1所示，涂敷和显影系统1具有暗盒站2、处理站3和接口部分整体地连接在壳体1a上这样的结构，其中暗盒站2用于在暗盒单元中传送例如25个晶片W从外部到涂敷和显影系统1或从涂敷和显影系统1到外部，且用于传送晶片W进入暗盒C或从暗盒C出来，处理站3作为加工区，在该区设有各种多层排列的加工处理单元，用于在涂敷和显影工艺中逐次地对晶片进行预定的加工处理，接口部分4用于从邻近涂敷和显影系统1的曝光处理单元5接收晶片W或将晶片W输送到曝光处理单元。
在暗盒站2中，一组暗盒C可以预定的位置安放在沿X方向(图1中的垂直方向)直线排列的作为安放部分的暗盒安放台6上。而且，提供有一晶片运送器7，可沿运送路径8移动且可有选择地接近各暗盒C，且可沿与暗盒对齐的方向(X方向)和与暗盒C中的晶片W对齐的方向(Z方向；垂直方向)移动。
晶片运送器7有与晶片W对齐的对齐功能。晶片运送器7的结构使其还可以接近扩展单元32和包含在处理站3侧的第三处理单元组G3中的粘着单元31，这将在后面进行描述。
在处理站3中，在其中心部分有作为第一传送装置的主传送装置13，且各处理单元多层地布置在主传送装置13的周围，组成处理单元组。在涂敷和显影系统1中，设有四个处理单元组G1、G2、G3和G4，且第一和第二处理单元组G1和G2位于涂敷和显影系统1的前侧，而第三处理单元组G3邻近暗盒站2布置，第四处理单元组G4邻近接口部分4布置。而且，作为选项，用虚线表示的第五处理单元组G5可以附加布置在其后侧。上述主运送单元13可将晶片W传送到这些处理单元组G1、G2、G3、G4和G5中后面将描述的各处理单元或传送来自这些处理单元的晶片W。
在第一处理单元组G1中，用于给晶片W施加保护溶液的保护层涂敷单元17和在曝光处理之后对晶片W进行显影处理的显影单元18按从底部的顺序分两层排列，例如如图2所示。至于第二处理单元组G2，保护层涂敷单元19和显影单元20类似地按从底部的顺序分两层排列。
在第三处理单元组G3中，用于冷却晶片W的冷却单元30、用于增加保护溶液和晶片W之间的粘着力的粘着单元31、用于使晶片W等待的扩展单元32、用于在显影处理之后冷却晶片W的冷却单元33和34、用于在显影处理之后进行热处理的后焙烘单元35和36等等例如按从底部的顺序分7层排列。
在第四处理单元组G4中，用于冷却晶片W的冷却单元40、扩展单元41和42、冷却单元43和44、用于当在曝光处理过程中抑制驻波的抗反射层形成时在形成抗反射层之后对晶片W进行热处理的热处理单元(焙烘)45、46和47等等例如按从底部的顺序分8层排列。
如图4所示，接口部分4被分成传送区域50、热处理区域51和发送区域52。在传送区域50中，设有作为第三传送装置的晶片传送机构54。该晶片传送机构54的结构使其可以在X和Y方向(上下方向和在图1中的左右方向)以及Z方向(垂直方向)上移动，且可沿方向θ转动(绕轴线Z的转动方向)，从而它可将晶片W传送到将在下文描述的第六处理单元组G6中包括的各处理单元。
在热处理区域51，设有上述的第六处理单元组G6。在第六处理单元组G6中，如图3所示，例如，冷却单元60、扩展单元61和62、用于在曝光处理后加热(曝光后焙烘)晶片W并随后冷却到预定温度的加热和冷却处理单元63、64和65(在图3中的PEB/COL)、用于在曝光处理前加热晶片而使保护溶液的溶剂蒸发且此后冷却到预定温度的加热冷却处理单元66和67(图3中的PREBAKE/COL)等等例如按从底部的顺序分8层排列。
上述加热和冷却处理单元63在壳体63a内部的基座70上有用于加热晶片W的盘状加热板71，和在加热板71上方移动的冷却板72，用于从加热板71上接收晶片W并使之冷却。因此，在加热和冷却处理单元63中，对晶片W的加热和冷却处理是在同一单元中连续进行的，所以由于加热而给晶片W造成的热历史可以总保持恒定。其他的加热和冷却处理单元64至67也有与加热和冷却处理单元63同样的构造。
在发送区域52中，设有作为第二传送装置的晶片运送器80。该晶片运送器80的结构使其可沿X方向(图1中的上下方向)和Z方向(垂直方向)移动，且可沿θ方向(绕轴线Z的转动方向)转动，能将晶片W传送到上述处理单元组G6中包含的周边光刻器(aligner)81和该系统外侧的曝光处理单元5。
在传送区域50和热处理区域51与发送区域52之间有第一隔板82。第一隔板82切断了传送区域50和热处理区域51与发送区域52之间的气氛。第一隔板82具有第一通道口83，藉此上述的晶片运送器80可接近在上述第六处理单元组G6中包含的各处理单元，且将晶片W从热处理区域51传送到发送区域52或从发送区域52传送到热处理区域51。而且，第一通道口83有自由开关的第一挡板84，第一挡板84仅在当晶片W通过第一通道口83时打开，而在其他时间内第一挡板84是关闭的。
在传送区域50和热处理区域51之间设有第二隔板85。第二隔板85切断了传送区域50和热处理区域51之间的气氛。第二隔板85具有第二通道口86，藉此上述的晶片传送机构54可接近在上述第六处理单元组G6中包含的各处理单元，且将晶片W从传送区域50传送到热处理区域51或从热处理区域51传送到传送区域50。而且，第二通道口86有第二挡板87，第二挡板87仅在当晶片W通过第二通道口86时打开，而在其他时间内第二挡板87是关闭的。
在处理站3和接口部分4之间设有第三隔板90。第三隔板90切断了处理站3与接口部分4之间的气氛。第三隔板90在与上述第四处理单元组G4中包含的扩展单元41和42相对的位置处有第三通道口91，藉此上述晶片传送机构54可接近扩展单元41和42，并将晶片从处理站3传送到接口部分4或从接口部分4传送到处理站3。
第三通道口91有用于打开关闭第三通道口91的第三挡板92，使得第三挡板92仅在晶片W通过第三通道口91时打开，而在其他时间内第三挡板92关闭。
用于对晶片W进行曝光处理的的曝光处理单元5邻近接口部分4。曝光处理单元5通过曝光处理单元5的壳体5a气密密封，使得曝光单元5内部的气氛可以得到严格控制。在壳体5a的接口部分4一侧有通道口95，晶片W可穿过该通道口从接口部分4传送出或传送到接口部分4，且该通道口95有用于打开和关闭通道口95的挡板96。
用于供应惰性气体的供气装置独立地位于如上构成的接口部分4的各区域上部。特别是，如图6和图7所示，第三供气装置100位于传送区域50的上部，第一供气装置101位于热处理区域51的上部，而第二供气装置102位于发送区域52的上部。惰性气体例如氮气(N2)可以从第三供气装置100供应到传送区域50，从第一供气装置101供应到热处理区域51，从第二供气装置102供应到发送区域52。
这些供气装置100至102都具有控制从供应源等(未示出)供应的惰性气体处于预定的温度和湿度的功能，且分别具有ULPA过滤器100a、101a和102a，用于去除惰性气体中非常小的颗粒，从而对于每一区域来说温度和湿度得到控制的清洁惰性气体可以供应到传送区域50、热处理区域51和发送区域52。
在传送区域50的下部设有作为第三排气部分的第三排气管105，在热处理区域51的下部设有作为第一排气部分的第一排气管106，而在传送区域52的下部设有作为第二排气部分的第二排气管107，所以在每一区域的气氛被排出。因此，从上述的供气装置100至102供应给上述区域的惰性气体用来穿过各区域从各排气管105至107排放，所以在每一区域内的杂质例如氧气、臭氧、水蒸汽等被清除掉，而在每一区域内的气氛可以保持清洁。
在传送区域50内的压力可以通过控制第三供气装置100的惰性气体供应量来控制，而热处理区域51内的压力可以通过控制供气装置101的惰性气体供应量来控制。第二排气管107通向例如由涡轮分子泵等构成的减压装置110。减压装置110抽吸传送区域52内部的真空而使压力减小到预定的压力。
下面将阐述在如上构成的涂敷和显影系统1中进行的光刻工艺。
首先，在开始处理晶片W之前，温度和湿度得到控制的，例如23℃和45％，且去除了非常小的颗粒的惰性气体例如氮气通过每一供气装置100、101和102供应到每一区域，也就是，接口部分4内的传送区域50、热处理区域51和发送区域52。在每一区域内的气氛被清洁的气氛所代替，清洁的气氛中不含有非常小的颗粒和杂质比如氧气、碱性物质等等，且在下面将保持这种状态。
通过减压装置110的真空抽吸，发送区域52内的压力减小到例如200至300Pa。在这种状态，发送区域52内的压力P1和曝光处理单元5内的压力P2设为P2＞P1的关系，从而防止了发送区域52内的气氛进入曝光处理单元5中。
涂敷和显影系统1所处的清洁室内的压力P0设为低于涂敷和显影系统1内的暗盒站2、处理站3等内的压力，从而防止清洁室内含有非常小的颗粒等杂质的气氛、非常小的颗粒等直接流入涂敷和显影系统1内。应指出的是，供应给每一区域的惰性气体的温度、湿度或浓度可以与如上所述相同，或者视需要而不同。
当开始对晶片W进行处理时，首先在暗盒站2中，晶片运送器7从暗盒C中取出一个未处理的晶片W，将其运送到处理站3的粘着单元31。
接着，在粘着单元31内涂敷有用于增加对保护溶液的粘着力的粘着增强剂比如HMDS的晶片W被主传送装置13传送到冷却单元30而冷却到预定温度。此后，晶片W被传送到保护层涂敷单元17或19，进行保护层涂敷处理。随后，具有保护膜的晶片W被主传送装置13传送到扩展单元41或42。此后，晶片W被晶片传送机构54从扩展单元41或42传送到传送区域50。此时，第三挡板92临时打开，且当晶片W进入传送区域50后，第三挡板92再次关闭。
传送到气氛保持清洁的传送区域50的晶片W被晶片传送机构54传送到气氛同样保持清洁的热处理区域51的加热和冷却处理单元66或67。此时，第二挡板87临时打开，且在晶片W进入加热和冷却处理单元66或67之后，第二挡板87再次关闭。在这种情况下，惰性气体例如氮气供应到传送区域50、热处理区域51和发送区域52，以保持这些区域有氮气气氛，藉此可防止氧气和水分附着到晶片W顶面的保护膜上，且在热处理过程中在这样的氮气气氛中也可进行适当的热处理。
在加热和冷却处理单元66或67中进行加热和冷却处理。在这种状态，热处理和冷处理不在分开且独立的单元内按顺序进行，而是加热和冷却处理在一个单元内进行，比如加热和冷却处理单元66或67，藉此对晶片W进行热处理和冷却的时间可以固定，这样由于加热给晶片W造成的热历史对于每一晶片W来说可以保持相同。
此后，晶片W被晶片运送器80从加热冷却处理单元66或67送出，而送到发送区域52，在此气氛保持清洁且减压。此时，第一挡板84临时打开，且当晶片W进入发送区域52时，第一挡板84再次关闭。
晶片运送器80将晶片W传送到周边光刻器81。由周边光刻器81对周边部分进行曝光的晶片W被晶片运送器80再次持有而通过通道口95传送到曝光处理单元5。此时，挡板96打开，且当晶片W进入曝光处理单元5后，挡板96再次关闭。
从在加热和冷却处理单元66或67的热处理时直到在曝光处理之前时，晶片W在清洁气氛中有利地传送。当发送区域52例如在真空气氛时，尤其处于几乎不存在杂质的状态。通过减压装置110的真空抽吸，在发送区域52内形成气流，气流去除粘着在晶片W上的附着物。通过减小气氛压力，保护溶液中的溶剂可以从晶片W上蒸发。
接着，在曝光处理单元5中，晶片W以预定的电路图案曝光。在曝光完成后晶片W由晶片运送器80通过通道口95传送入发送区域52。此时，挡板96打开，且当晶片W通过后，挡板96再次关闭。
此后，晶片W经过第一挡板84已打开的第一通道口83，而被晶片运送器80传送到加热和冷却处理单元63、64或65。
在加热和冷却处理单元63、64或65中进行加热和冷却处理。此时，加热和冷却处理不在分开的单独单元中按顺序进行，这样由于加热而给晶片W造成的热历史对于每一晶片W来说可以保持相同。
此后，晶片W经过第二挡板87已打开的第二通道口86，且从加热和冷却处理单元63、64或65传送出，然后由晶片传送机构54传送到传送区域50。接着，晶片W经过第三挡板92已打开的第三通道口91，而从传送区域50传送到处理站3的扩展单元41或42。如上所述，晶片传送机构54适于将晶片W从处理站3传送到热处理区域51或从热处理区域51传送到处理站3。
从紧接曝光处理之后的时刻到加热冷却处理单元63、64或65的热处理，晶片W也在清洁气氛例如惰性气体气氛中适当地传送。而且，在曝光处理单元5和加热和冷却处理单元63、64或65之间的距离比较短，因此可以在曝光处理之后在短时间内将晶片W传送到加热和冷却处理单元63、64或65。
此后，晶片W被主传送装置13传送到显影单元18或20而经受显影处理。在显影处理之后晶片W被传送到后焙烘单元35或36加热，然后传送到冷却单元33或34冷却到预定温度。晶片W被传送到第三处理单元组G3的延伸单元32，然后通过晶片运送器7返回到暗盒站2的暗盒C。根据上述处理步骤，一系列的光刻工艺就完成了。
根据上述的实施例，在接口部分4中，杂质和非常小的颗粒已经去除的惰性气体供应到传送区域50、热处理区域51和发送区域52，且每一区域保持清洁状态，所以可以在清洁气氛中传送晶片W，并在晶片W从曝光处理之前的热处理(前焙烘)经过曝光处理到曝光处理之后立即进行热处理(后焙烘)的期间防止杂质附着到晶片W上面。
在形成保护膜的晶片W经热处理之后，晶片W尤其处于杂质容易附着到晶片W上的状态，且如果当进行曝光处理时杂质附着到晶片W上，那么杂质吸收用于曝光的能量比如激光，这导致担心不适于进行曝光处理。然而，如果传送区域50、热处理区域51和发送区域52内如上所述保持清洁，那么可以适于进行对晶片W的曝光处理。在曝光处理单元5中使用的激光波长越短，杂质的影响变得越大，因此当使用更短波长的激光时，例如157nm时，就会有深远的影响。
此外，可以防止杂质在曝光处理之后附着到晶片W上，且可以适当地进行显影处理。特别是因为加热冷却处理单元63、64和65位于接口部分4内，所以晶片W可在曝光处理之后立即传送到加热冷却处理单元63、64和65，从而可以控制电路图案的线宽变化。从曝光处理之后到热处理(PEB)的传送时间，即PED(曝光后延迟)被良好地控制，且即使处理一组晶片W，每一晶片W的PED也可以保持恒定，且可以减小每一晶片W的线宽变化。因此，可以获得精确的电路图案。
接口部分4被分成传送区域50、热处理区域51和发送区域52，所以在每一区内惰性气体独立供应和排放，这样可以使传送区域50内的气氛最适于传送晶片W，可以使热处理区域51内的气氛最适于加热晶片W，且可以使发送区域52内的气氛最适于在曝光处理之前和之后立即传送晶片。
因为发送区域52内的压力显著地减小，以便在发送区域52内形成例如真空，所以晶片W可在几乎不存在杂质的气氛中在曝光之前和之后立即传送，从而可以有更大的可靠性防止杂质附着。即使杂质附着到晶片W上，由真空抽吸所产生的气流也可以去除杂质而清洁晶片W的顶面。此外，可以去除保护溶液中的残留溶剂。
第一隔板82将传送区域50和热处理区域51与发送区域52隔开，且仅当晶片从热处理区域51传送到发送区域52或从发送区域52传送到热处理区域51时，第一挡板84才打开而使晶片W通过。第二隔板85将传送区域50与热处理区域51隔开，且仅当晶片W从传送区域50传送到热处理区域51或从热处理区域51传送到传送区域50时，第二挡板87才打开而使晶片W通过。因此，可以防止在每一区域内的气氛互相影响，且传送区域50、热处理区域51和发送区域52对于各区域来说可以保持独有的气氛。当发送区域52的内部是在真空气氛下时，如上所述通过提供隔板82和85可以保持真空气氛。
因为第三隔板90将处理站3与接口部分4隔开，所以处理站3内的气氛可以防止流入接口部分4的传送区域50、热处理区域51和发送区域52，这些区域由于惰性气体的供应而保持清洁。第三挡板92仅在晶片W从处理站3传送到接口部分4或从接口部分4传送到处理站3时才打开，而使晶片W通过。因此，防止了处理站3和接口部分4的气氛互相影响，且传送区域50、热处理区域51和发送区域52内的气氛可以保持清洁。
而且，发送区域52内的压力P1低于曝光处理单元5内的压力P2，从而可以防止发送区域52内的气氛进入气氛被严格控制的曝光处理单元5内。
已经阐述了本发明实施例的一个示例，但本发明不限于这一示例，而是可以作出各种变化和改进。不仅每一供气装置100至102位于接口部分4的上部且每一排气管105至107位于下部以保持每一区域处于清洁状态，而且供气装置可以位于暗盒站2的上部和处理站3的上部，且排气管可以位于相应的下部，从而保持暗盒站2和处理站3内处于清洁状态。如果这样作，那么整个涂敷和显影系统1可以保持处于清洁状态，且可以适当地进行一系列光刻工艺。
为了减少惰性气体的消耗，可以适当地例如回收从每一区域排放的部分或全部惰性气体，然后进行清洁，送到每一供气装置100至102中作为惰性气体重新利用。
上述实施例涉及半导体晶片器件制作过程的光刻工艺中用于晶片W的涂敷和显影系统，但本发明适用于不是半导体晶片的基片的涂敷和显影系统，例如LCD基片。
根据本发明，从上述实施例可知，惰性气体供应给涂敷和显影系统，且可以防止分子水平的杂质比如氧气、碱性物质、臭氧、有机物等附着到基片上，从而可以适当地对基片进行处理，而不受杂质影响，因此可以提高成品率。因为从曝光处理后到热处理的传送时间可以更短且保持固定，所以可以控制电路图案的线宽变化，且可以控制每一基片的线宽变化。所以，可以获得精确的电路图案，例如，可以制造高质量的半导体器件。
而且，热处理区域和发送区域可以分别保持最适合的气氛，例如，发送区域内是真空气氛，从而更确定地防止杂质在紧接曝光处理之前和之后附着到基片上。
基片也可以在清洁的气氛中从处理区传送到热处理区域或从热处理区域传送到处理区。可以防止处理区内的气氛流入接口部分。