[发明专利]晶片加热装置以及使用其加热晶片的方法

说明书

本发明涉及一种用于在一制作半导体器件过程中加热一晶片的方法和装置。

制作半导体器件一般包括一照相制版过程，其中一晶片以液态光刻胶(RR)予以涂敷而形成一光刻胶薄膜，此PR薄膜通过曝光于由一光源生成的光线，并穿过一掩模或栅网而形成图案；图案予以显影；以及晶片在这些步骤的全部历程中几次被加热到一预定温度。

用于实现这一照相制版过程的装置因此需要一PR涂敷器、一曝光器、一显影器，以及一焙烧器。目前在这种技术方向的趋向是采用一种系统，其中PR涂敷器、显影器和焙烧器集束在一个地方，借此所需在各器具之间移动晶片的距离，并因而是所需在其间移动晶片的时间可减至最低限度。换言之，集束化的系统能够以高效实现传统的照相制版过程。

PR涂敷器一般属于以下类型，即可实现一旋转涂敷方法，其中晶片以预定的速度转动，而光刻胶溶液被喷涂到转动的晶片上面。结果，光刻胶由离心力均匀地散布在整个晶片上。

在制作一半导体器件期间加热晶片一般认为包括四个步骤。第一步是以一预定的温度加热一晶片的一预焙烧步骤，以使晶片表面上各种有机物质或异物气化。第二步是刚刚在晶片被涂以光刻胶之后的一加热晶片的一软焙烧步步骤，以便使光刻胶干燥并使光刻胶的薄膜牢固地附着于晶片的表面。第三步是一加热已经曝光的光刻胶的后曝光焙烧(PEB)步骤。第四步是刚刚在光刻胶已经显影之后加热一晶片的一硬焙烧步骤，以便使最终的光刻胶图案牢固地附着于晶面表面。

当曝光器包括一紫外(UV)和深紫外(DUV)光源时，光线按照由光线照射的诸如一晶片的基底的反射率和折射指数以及光刻胶的吸收率而衍射和生成干涉。干涉现象本身又造成光刻胶图案的轮廓不正常，以及图案的关键尺寸不均匀。实现PEB步骤可以补偿这些问题。在PEB步骤中，已经曝光的光刻胶薄膜以一预定温度予以加热以由于热扩散而重新整理受到光学离解的各种树脂，从而净化一曝光过的图案轮廓的截面。当曝照光是一种DUV光线时，一种化学增强的抗蚀剂用作光刻胶。一部分化学增强的抗蚀剂，经过热处理，可变成一种可溶于一显影溶液之中的酸。另外，由于一种链式反应，化学增强的抗蚀剂会发生改变，以致在PEB步骤中施加于整个晶片的热量平衡对于光刻胶图案关键尺寸的均匀性具有最大的影响。

因此，晶片整个表面的均匀加热对于提高产量是非常重要的。一种传统的焙烧器的加热装置，一如图1之中所示，包括一下部板件2，其中装设一电热源，即一加热器21。加热器21位于一晶片100安放所在的一上部板件1的下部表面的紧下面。参看图2和3，一涡卷形槽沟22制成在下部板件2的上部表面上，而加热器21座放在槽沟22之内。在此结构中，由加热器21生成的热量从下部板件2被传递给上部板件1以加热上部板件1上的晶片100。另外，加热器21的功率是通过使用装在下部板件2上的一温度传感器(未画出)来检测上部板件1的温度而予以反馈式控制的，以致温度保持在一预定范围之内。在传统的加热装置中，热量是经由上部和下部板件1和2的主体来传导的。因此，不均匀的热力分布在上部板件1的表面处。

图4是一温度分布图，表明在一由传统加热装置予以加热的晶片表面处的温度，其中各相邻等温线之间的温差是0.02°。一如图4之中所示，温度分布是不均匀的并具有不正常的畸变，而最冷与最暖区域之间的温差是大约1.76°。在此图中，粗黑等温线A，穿过一晶片的中心，表明一具有145.31°的温度；等温线B表明一具有146.28°的温度；以及等温线C表明一具有144.32°的温度。从这一温度分布中可以看出，晶片表面温度在粗黑等温线A的一侧上逐渐升高并在晶片的一周边部分处达到146.28°，而在粗黑等温线的另一侧上逐渐降低并在晶片的另一周边部分处达到144.32°。这一不规则的温度分布和较大的温差影响了产量，一如上述。因此，由于加热晶片而造成温度分布必须尽一切手段予以改进。

图5是一温度-时间图线，表明一晶片在晶片正在由传统的加热装置予以加热的同时各区域温度的变异，而图6表明晶片表面温度予以测定所在的各个部位。这些部位包括晶片表面的中心，以及与晶片表面中心同心的两个圆周上的多个地点。

参照通过在上述各地点处读取温度读数而获得的温度变异，一如图5之中所示，在任何给定时间上，各测定地点之间温度差别很大。此外，经过一预定的时间之后，温度急剧下降(图中D区)。温度上的这种巨大差别不仅给予晶片，而且也给予形成在晶片上的光刻胶薄膜以严重的热冲击。这样一种热冲击会不利地影响光刻胶薄膜的物化性质。