-
Hintergrund der Erfindung
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Erhitzen eines Wafers, ein Verfahren zum Ausheizen
oder Backen eines Photoresistfilms auf einem Wafer, ein Gerät zum Erhitzen
eines Wafers und ein Gerät
zum Ausheizen oder Backen eines Photoresistfilms auf dem Wafer.
Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum
einheitlichen Aufheizen eines Wafers während eines Photolithographieprozesses
zum Ausbilden eines Photoresistmusters, ein Verfahren zum einheitlichen
Ausheizen eines Photoresistfilms auf einem Wafer, um ein Photoresistmuster
auszubilden, ein Gerät
zur Durchführung
dieses Ausheizverfahrens und ein Gerät zur Durchführung des
Ausheizverfahrens.
-
Aus der
US 58 17 178 A ist ein Halbleitersubstrat
mit einer Photomaske bekannt, welche in einer rechteckförmigen Gestalt
ausgebildet ist und auf deren Oberfläche eine Photoreistmaterialschicht
aufgebracht ist. dieses Halbleitersubstrat wird über einer unteren Heizplatte
angeordnet, so daß sie
in einem gewissen Abstand von der unteren Heizplatte gelegen ist.
Die untere Heizplatte ist mit einem Heizring ausgestattet, so daß das Photomasken-Substrat
von diesem Heizring umgeben ist. Der Umfang des Heizringes ist mit
einem konischen Abschnitt ausgestattet, der zu dem Umfang hin in
einem vorbestimmten Winkel konisch zu verläuft. Der die Wärme vereinheitlichende
Ring besitzt einen Behälter
zur Aufnahme des Photomaskensubstrats an dem zentralen Abschnitt
desselben. Eine obere Heizplatte wird über der unteren Heizplatte
angeordnet. die obere Heizplatte ist mit einer darüber befindlichen
Backkammer ausgestattet, die den gesamten Abschnitt überdeckt,
so daß der
Backkammerabschnitt nach außen
hin abgeschirmt werden kann und frei von einem Einfluß von der Außenseite
her gehalten ist.
-
Aus der
US 50 25 133 ist eine Heizvorrichtung
für einen
Halbleiterwafer bekannt, die eine hohle Heizstufe enthält. Ein
Halbleiterwafer wird auf eine Oberfläche der Heizstufe gelegt und
es wird eine Heizvorrichtung über
der anderen Oberfläche
angeordnet. Ein Strömungsmittel
mit einer ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit,
welches in den hohlen Raum der Heizstufe gefüllt ist, wird gleichmäßig umgerührt. Dadurch
kann die Oberflächentemperatur
der Heizstufe einheitlich gestaltet werden, ohne daß dabei
eine dicke Heizstufe verwendet werden muß und es läßt sich eine ausgezeichnete
Temperatursteuerung der Heizstufe erreichen.
-
Die Herstellung von Halbleitervorrichtungen
umfaßt
in typischer Weise einen Photolithographieprozeß, bei dem ein Wafer mit einem
flüssigen
Photoresistmaterial (PR) beschichtet wird, um einen PR-Film zu bilden. Der
PR-Film wird dadurch in ein Muster gebracht, indem dieser mit Licht
belichtet wird, welches von einer optischen Quelle erzeugt wird
und durch eine Maske oder Gitter hindurchgeleitet wird. Das Muster
wird dann entwickelt und der Wafer wird auf eine vorbestimmte Temperatur
mehrere Male im Verlauf dieser Schritte aufgeheizt.
-
Das Gerät zur Durchführung dieses
photolithographischen Prozesses erfordert somit einen PR-Beschichter,
eine Belichtungsvorrichtung, einen Entwickler und eine Back- oder Ausheizeinheit.
Der gegenwärtige
Trend bei solch einer Technologie besteht aus der Verwendung eines
Systems, in welchem der PR-Beschichter, der Entwickler und die Ausheizeinheit
an einer Stelle gedrängt
sind, wodurch der Abstand, der zum Bewegen des Wafers zwischen den
Vorrichtungen erforderlich ist und damit die Zeit, die zum Bewegen
des Wafers zwischen diesen erforderlich ist, minimiert werden. Mit
anderen Worten ist das gedrängte
System dazu befähigt,
den herkömmlichen
Photolithographieprozeß mit
einem hohen Wirkungsgrad durchzuführen.
-
Der PR-Beschichter besteht in typischer
Weise aus einem Typ, der ein Schleuderbeschichtungsverfahren ausführt, bei
welchem der Wafer mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit gedreht
wird und wobei die Photoresistlösung
auf den sich drehenden Wafer gesprüht wird. Als ein Ergebnis wird
das Photoresistmaterial einheitlich über den Wafer durch die Zentrifugalkraft
verteilt.
-
Das Aufheizen des Wafers während der
Herstellung einer Halbleitervorrichtung wird allgemein so betrachtet,
daß es
vier Schritte umfaßt.
Der erste Schritt besteht aus einem Vor-Heiz- oder -Backschritt
der Erhitzung eines Wafers auf eine vorbestimmte Temperatur, um
organische Materialien oder Fremdstoffmaterialien von der Oberfläche des
Wafers zu verdampfen. Der zweite Schritt besteht aus einem Soft-Backschritt
zum Aufheizen des Wafers unmittelbar, nachdem der Wafer mit dem
Photoresistmaterial beschichtet wurde, um das Photoresistmaterial
zu trocknen und den Film aus dem Resistmaterial fest an der Oberfläche des
Wafers zu befestigen. Der dritte Schritt besteht aus einem Nachbelichtungsback-(PEB)-Schritt
(der im folgenden beschrieben wird) gemäß dem Aufheizen des Photoresistmaterials,
welches belichtet worden ist. Der vierte Schritt besteht aus einem
Hartbackschritt gemäß einem
Erhitzen eines Wafers unmittelbar, nachdem der Photoresistfilm entwickelt
worden ist, um dadurch das resultierende Photoresistmuster auf der
Waferoberfläche festzubinden.
-
Wenn die Belichtungsvorrichtung eine
Quelle mit Ultraviolett-(UV)-Licht und tiefem Ultraviolett-(DUV)-Licht
aufweist, wird das Licht gebeugt und erzeugt eine Interferenz entsprechend
der Reflexionseigenschaft und dem Brechungsindex des Substrats,
wie beispielsweise eines Wafers, und entsprechend der optischen
Absorptionsfähigkeit
des Photoresistfilms, der mit dem Licht bestrahlt wird. Die Interferenzerscheinung
bewirkt ihrerseits, daß sowohl
das Profil des Musters des Photoresistmaterials anormal wird und die
kritischen Abmaße
des Musters nicht einheitlich werden. Der PEB-Schritt wird für den Zweck
ausgeführt,
um diese Probleme zu kompensieren. Bei dem PEB-Schritt wird der
belichtete Photoresistfilm auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt,
um die Harze (resins) wieder anzuordnen, die optisch zerlegt wurden,
und zwar auf Grund der thermischen Diffusion, wodurch der Querschnitt
eines Profils des belichteten Musters gereinigt wird. Wenn das Belichtungslicht
aus einem DUV-Licht besteht, wird ein chemisch verstärktes Resistmaterial
als das Photoresistmaterial verwendet. Ein Abschnitt des chemisch
verstärkten
Resistmaterials, welches durch Wärmebehandlung
belichtet wird, ändert
sich in eine Säure,
die in einer Entwicklungslösung
lösbar
ist. Auch die Änderung
des chemisch verstärkten
Resistmaterials erfolgt auf Grund einer Kettenreaktion, so daß der Abgleich
der Hitze, die auf den gesamten Wafer bei dem PEB-Schritt aufgebracht
wird, die größte Wirkung
auf die Einheitlichkeit der kritischen Abmaße des Photoresistmusters hat.
-
Damit ist eine einheitliche Erhitzung
der gesamten Oberfläche
des Wafers zur Erhöhung
des Austrags sehr wichtig. Eine Heizvorrichtung einer herkömmlichen
Backeinheit, wie in 1 gezeigt
ist, enthält
eine untere Platte 2, in der eine elektrische Heizquelle,
das heißt
eine Heizvorrichtung 21, installiert ist. Die Heizvorrichtung 21 ist
unmittelbar unter der unteren Oberfläche einer oberen Platte 1 gelegen,
auf der ein Wafer 100 abgestützt wird. Gemäß den 2 und 3 ist eine Spiralnut 22 in der
oberen Fläche
der unteren Platte 2 ausgebildet und die Heizvorrichtung 21 ist
in die Nut 22 eingesetzt. Bei dieser Konstruktion wird
Hitze, die durch die Heizvorrichtung 21 erzeugt wird, von
der unteren Platte 2 zu der oberen Platte 1 übertragen,
um den Wafer 100 auf der oberen Platte 1 zu erhitzen.
Auch wird die Energie der Heizvorrichtung 21 rückkopplungsmäßig geregelt,
indem die Temperatur der oberen Platte 1 unter Verwendung
eines Temperatursensors (nicht gezeigt) detektiert wird, der an
der unteren Platte 2 installiert ist, so daß die Temperatur
innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gehalten wird. Bei der herkömmlichen
Heizvorrichtung wird die Hitze über
die Körper
der oberen und unteren Platten 1 und 2 jeweils
geleitet. Demzufolge ergibt sich, wie dies unten erläutert wird,
eine ungleichmäßige thermische
Verteilung an der Oberfläche
der oberen Platte 1.
-
4 zeigt
ein Temperaturverteilungsdiagramm, welches die Temperatur an der
Oberfläche
eines Wafers veranschaulicht, der durch die herkömmliche Heizvorrichtung aufgeheizt
wird, wobei die Temperaturdifferenz zwischen benachbarten Isothermen
0,02°C beträgt. Wie
in 4 gezeigt ist, ist
die Temperaturverteilung irregulär
und anormal verzerrt und der Unterschied in der Temperatur zwischen
den kältesten
und den wärmsten
Zonen beträgt
ca. 1,76°C.
In dieser Figur zeigt die dick gezeichnete Isotherme A, die das
Zentrum eines Wafers kreuzt, eine Temperatur von 145,31°C an, die
Isotherme B zeigt eine Temperatur von 146,28°C an und die Isotherme C zeigt
eine Temperatur von 144,32°C
an. Wie aus dieser Temperaturverteilung ersehen werden kann, steigt
die Temperatur der Oberfläche
des Wafers allmählich
auf einer Seite der dick gezeichneten Isotherme A an und erreicht
146,28°C
an einem Umfangsabschnitt des Wafers, nimmt allmählich zu der anderen Seite
der fett gezeichneten Isotherme A ab und erreicht 144,32°C an dem
anderen Umfangsabschnitt des Wafers. Diese irreguläre Temperaturverteilung
und diese weitreichende Temperaturdifferenz beeinflußt in großem Ausmaß die Ausbeute,
wie oben beschrieben wurde. Daher muß die Temperaturverteilung,
die durch das Erhitzen des Wafers hervorgerufen wird, mit allen
Mitteln verbessert werden.
-
5 zeigt
einen Temperaturzeitgraphen, der Variationen in der Temperatur der
Zonen eines Wafers zeigt, während
der Wafer durch die herkömmliche
Heizvorrichtung erhitzt wird, und 6 zeigt
die Stellen, bei denen die Temperatur der Waferoberfläche gemessen
wird. Diese Stellen enthalten das Zentrum der Waferoberfläche und
vielfältige
Punkte auf zwei Kreisen, die konzentrisch zu dem Zentrum der Waferoberfläche sind.
-
Gemäß den Variationen in der Temperatur,
die erhalten werden, wenn die Temperaturablesungen an den oben beschriebenen
Stellen vorgenommen werden, wie dies in 5 gezeigt ist, weicht die Temperatur unter
den Meßpunkten
zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt sehr stark ab. Darüber hinaus
fällt die
Temperatur, nachdem eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, scharf
ab (Zone D in der Figur). Solche großen Temperaturdifferenzen erteilen
nicht nur dem Wafer einen schwerwiegenden Thermalschock, sondern
auch dem Photoresistfilm, der auf dem Wafer ausgebildet ist. Solch
ein Thermalschock beeinflußt
nachteilig die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Photoresistfilms.
-
Daher verhindert das oben beschriebene
herkömmliche
Heizgerät
einen Erfolg, daß der
Photolithographieprozeß so
ausgeführt
wird, daß ein
Photoresistmaterial mit einem normalen Profil und mit einheitlichen
kritischen Abmessungen auf dem Wafer ausgebildet wird. Dieses Problem
wird speziell akut, wenn die Konstruktionsregel und die Muster feiner
und feiner werden (beispielsweise 0,25 μm, 0,18 μm und 0,15 μm) entsprechend der Forderung
nach erhöhten
Werten der Schaltungsintegration. Somit stellt die herkömmliche
Heizvorrichtung ein Hindernis zur Erhöhung der Ausbeute dar.
-
Im Hinblick auf das vorangegangen
gesagte besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren
und ein Gerät
für ein
einheitliches Aufheizen eines Wafers anzugeben.
-
Ein anderes Ziel der vorliegenden
Erfindung besteht darin, ein Verfahren und ein Gerät für ein einheitliches
Aufheizen eines Wafers anzugeben, um das Anlegen des thermischen
Schocks an den Wafer und an einen Photoresistfilm, der auf dem Wafer
ausgebildet ist, zu vermeiden oder zumindest zu minimieren.
-
Ein noch anderes Ziel der vorliegenden
Erfindung besteht darin, ein Verfahren und ein Gerät zu schaffen,
um einen Photoresistfilm auf einem Wafer einheitlich auszuheizen
(baking), um das Aufbringen oder Anlegen eines thermischen Schocks
zu vermeiden oder wenigstens zu minimieren, um die kritische Abmaßschwankung,
die daraus induziert wird, zu reduzieren.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird bei einem Verfahren zum einheitlichen Erhitzen eines
Wafers ein erstes festes Wärmeübertragungsmedium
mit Wärme
beschickt. Die Wärme
wird von dem ersten festen Wärmeübertragungsmedium
zu einem flüssigen
Wärmeübertragungsmedium übertragen,
welches in eine Vielzahl von miteinander verbundenen Verdampfungshohlräumen partitioniert
ist, von denen jeder eine Flüssigkeit
enthält.
Die Hitze bewirkt, daß die
Flüssigkeit
in einer Vielzahl von Dampfteilen oder Dampfabschnitten in den jeweiligen
vielen Verdampfungshohlräumen
verdampft und es werden die Vielzahl der Dampfteile oder -abschnitte
zueinander parallel in einer Aufwärtsrichtung zu dem Wafer hingeführt. Die
Verdampfungsteile kontaktieren ein zweites festes Wärmeübertragungsmedium,
um das zweite feste Wärmeübertragungsmedium
aufzuheizen, wodurch die Wärme
auf das zweite feste Wärmeübertragungsmedium übertragen
wird. Das zweite feste Wärmeübertragungsmedium
ist thermisch mit dem Wafer in Kontakt, um die Wärme von dem zweiten festen
Wärmeübertragungsmedium
auf den Wafer zu übertragen.
-
Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird bei einem Verfahren zum Ausheizen eines
Photoresistfilms auf einem Wafer eine Photoresistlösung auf
einem Wafer aufgeschichtet, um den Photoresistfilm zu bilden. Nachdem
der Photoresistfilm durch Licht belichtet worden ist, wird der Wafer
auf eine heiße
Platte transportiert. In der heißen Platte wird ein erstes
festes Wärmeübertragungsmedium
mit Wärme beschickt.
Die Wärme
wird von dem ersten festen Wärmeübertragungsmedium
zu einem flüssigen
Wärmeübertragungsmedium übertragen,
welches in eine Vielzahl von miteinander verbundenen Verdampfungshohlräumen aufgeteilt
ist, von denen jeder eine Flüssigkeit
enthält.
Die Hitze bewirkt, daß die
Flüssigkeit
in Form einer Vielzahl von Dampfabschnitten in der jeweiligen Vielzahl
der Verdampfungshohlräume
verdampft und die Vielzahl der Dampfteile oder Dampfabschnitte wird
in einer parallelen Form in einer nach oben verlaufenden Richtung
zu dem Wafer hingeführt.
Die Dampfteile kontaktieren ein zweites festes Wärmeübertragungsmedium, um das zweite
feste Wärmeübertragungsmedium
zu erhitzen, wodurch die Wärme
auf das zweite feste Wärmeübertragungsmedium übertragen
wird. Das zweite feste Wärmeübertragungsmedium
steht thermisch in Berührung
mit dem Gegenstand, um die Wärme
von dem zweiten festen Wärmeübertragungsmedium
auf den Wafer zu übertragen.
-
Gemäß einem anderen Aspekt der
Erfindung kann das oben beschriebene Verfahren zum Erhitzen eines
Wafers dazu verwendet werden, um ein Photoresistmuster auszubilden.
Nach dem Aufschichten einer Photoresistlösung auf einen Wafer, um einen
Photoresistfilm zu bilden, wird der Photoresistfilm mit Licht belichtet,
wie beispielsweise mit tiefem Ultraviolettlicht. Der belichtete
Photoresistfilm wird entwickelt, um ein erstes Photoresistmuster
auszubilden, mit einer ersten Öffnung
einer ersten Größe. Der
Wafer wird mit Hilfe des oben beschriebenen Aufheizverfahrens auf
eine vorbestimmte Temperatur erhitzt, um das erste Photoresistmuster
rückfließen zu lassen
(reflow), um ein zweites Photoresistmuster mit einer zweiten Öffnung einer
zweiten Größe auszubilden,
die kleiner ist als die erste Größe.
-
Gemäß einem noch anderen Aspekt
der vorliegenden Erfindung enthält
ein Gerät
zum Erhitzen eines Wafers ein erstes festes Wärmeübertragungsmedium und ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium,
welches thermisch an das erste feste Wärmeübertragungsmedium gekoppelt
ist, welches in eine Vielzahl von miteinander verbundenen Verdampfungshohlräumen aufteilt
ist. Das Gerät
enthält
ferner ein zweites festes Wärmeübertragungsmedium,
welches thermisch mit dem flüssigen
Wärmeübertragungsmedium
gekoppelt ist, um einen thermischen Kontakt mit dem Wafer herzustellen.
Die Vielzahl der Verdampfungshohlräume erstreckt sich in einer
gleichen Ebene zwischen dem ersten und dem zweiten festen Wärmeübertragungsmedium.
-
Gemäß einem noch anderen Aspekt
der vorliegenden Erfindung enthält
ein Gerät
zum Erhitzen eines Wafers ein Heizelement, ein unteres festes Wärmeübertragungsmedium,
welches thermische mit dem Heizelement gekoppelt ist, ein erstes
festes Wärmeübertragungsmedium,
welches thermisch mit einer oberen Fläche des unteren festen Wärmeübertragungsmediums
gekoppelt ist, und ein zweites festes Wärmeübertragungsmedium, welches
eine Wafermontagefläche
besitzt und welches thermisch an das erste feste Wärmeübertragungsmedium
gegenüber
der Wafermontagefläche
gekoppelt ist. Das Gerät
enthält
ferner ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium,
welches durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen Verdampfungshohlräumen definiert
ist, die zwischen dem ersten und dem zweiten festen Wärmeübertragungsmedium
zwischengefügt
sind.
-
Die oben erläuterten Ziele und andere Vorteile
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von
detaillierten Ausführungsformen
unter Hinweis auf die beigefügten
Zeichnungen, in welchen:
-
1 eine
schematische Querschnittsansicht eines Waferheizgerätes einer
herkömmlichen
Backeinheit ist;
-
2 eine
Draufsicht einer Heizquelle des herkömmlichen Waferheizgerätes ist;
-
3 eine
vergrößerte Ansicht
des Teiles der Heizquelle des herkömmlichen Waferheizgerätes zeigt;
-
4 ein
Temperaturverteilungsdiagramm einer Waferoberfläche ist, die durch das herkömmliche Waferheizgerät aufgeheizt
wurde;
-
5 einen
Graphen zeigt, der Variationen in den Temperaturen der Zonen eines
Wafers veranschaulicht, und zwar in bezug auf die Zeit, während der
Wafer durch das herkömmliche
Waferheizgerät
aufgeheizt wird;
-
6 die
Stellen zeigt, an denen die Oberflächentemperatur eines Wafers,
der durch das herkömmliche
Waferheizgerät
erhitzt wurde, gemessen wurde, um das Temperaturverteilungsdiagramm
zu liefern, welches in 5 gezeigt
ist;
-
7 eine
schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des Waferheizgerätes gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
-
8 eine
schematische Querschnittsansicht der Heizquelle des Waferheizgerätes gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
-
9 eine
vergrößerte Ansicht
des Teiles der Heizquelle zeigt;
-
10 eine
schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Waferheizgerätes gemäß der vorliegenden
Erfindung wiedergibt;
-
11A eine
schematische perspektivische Ansicht eines Gitters (lattice) ist,
welches bei der zweiten Ausführungsform
des Waferheizgerätes
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann;
-
11B eine
schematische perspektivische Ansicht einer anderen Form des Gitters
(lattice) zeigt, welches für
die Verwendung bei der zweiten Ausführungsform des Waferheizgerätes nach
der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
-
12 eine
schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform des Waferheizgerätes nach der
vorliegenden Erfindung ist;
-
13 eine
schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform des Waferheizgerätes nach der
vorliegenden Erfindung zeigt;
-
14 eine
schematische Querschnittsansicht einer fünften Ausführungsform des Waferheizgerätes nach
der vorliegenden Erfindung ist;
-
15 eine
Bodenansicht eines festen Heizmediums zeigt, welches bei der fünften Ausführungsform des
Waferheizgerätes
nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
-
16 eine
schematische Querschnittsansicht einer sechsten Ausführungsform
des Waferheizgerätes
nach der vorliegenden Erfindung ist;
-
17 eine
Querschnittsansicht eines Teiles einer siebten Ausführungsform
des Waferheizgerätes nach
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
-
18 eine
schematische Querschnittsansicht eines Kranzkörpers zeigt, der bei der siebten
Ausführungsform
des Waferheizgerätes
nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
-
19 ein
Oberflächentemperaturverteilungsdiagramm
eines Wafers zeigt, der durch das Waferheizgerät nach der vorliegenden Erfindung
aufgeheizt wurde;
-
20 ein
Oberflächentemperaturverteilungsdiagramm
eines anderen Wafers zeigt, der durch das Waferheizgerät nach der
vorliegenden Erfindung aufgeheizt wurde;
-
21 einen
Graphen zeigt, der Variationen in den Temperaturen von Zonen eines
Wafers in bezug auf die Zeit wiedergibt, während der Wafer durch das Waferheizgerät nach der
vorliegenden Erfindung aufgeheizt wird;
-
22 eine
schematische perspektivische Ansicht ist, die eine achte Ausführungsform
eines Gerätes zum
Aufheizen eines Wafers nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
-
23 eine
Querschnittsansicht des Waferheizgerätes ist, und zwar entlang der
Linie E-E', wie
in 22 gezeigt ist;
-
24 eine
vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts F von 23 ist;
-
25 eine
Schnittdraufsicht auf ein Layout von inneren Trennwänden einer
Ausführungsform
des Haupt-Wärmeübertragungskörpers ist;
-
26 eine
Querschnittsansicht eines Layouts der inneren Trennwände einer
anderen Ausführungsform
des Haupt-Wärmeübertragungskörpers ist;
-
27 eine
perspektivische Bodenansicht des unteren festen Wärmeübertragungsmediums
zeigt;
-
28 eine
Schnittdarstellung eines herkömmlichen
Wärmeübertragungsmediums
ist, an welchem ein Heizblock darunter befestigt ist, mit Isothermen-Diagrammen
zur Veranschaulichung der Temperaturverteilung;
-
29 eine
Querschnittsansicht eines Wärmeübertragungsmediums
gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt, an welchem ein Heizblock darunter
angebracht ist, mit Isothermen-Diagrammen zur Veranschaulichung
der Temperaturverteilung;
-
30 eine
Schnittdarstellung eines Wärmeübertragungsmediums
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, an welchem ein Heizblock darunter
befestigt ist, mit Isothermen-Diagrammen zur Veranschaulichung der
Temperaturverteilung;
-
31 einen
Graphen zeigt, der die Temperatur einer oberen Oberfläche des
Haupt-Wärmeübertragungskörpers veranschaulicht,
wie in den 28 bis 30 gezeigt ist;
-
32A bis 32D Schnittansichten zeigen,
die ein Verfahren zur Ausbildung eines Photoresistmusters in Einklang
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulichen unter Verwendung des Heizgerätes der
vorliegenden Erfindung;
-
33 ein
Isothermen-Diagramm ist, welches die Verteilung der Oberflächentemperatur
eines Wafers zeigt, der unter Verwendung der Haupt-Wärmeübertragung,
wie in 25 dargestellt
ist, aufgeheizt wurde;
-
34 ein
Isothermen-Diagramm ist, welches die Verteilung der Oberflächentemperatur
eines Wafers zeigt, der unter Verwendung der Haupt-Wärmeübertragung
gemäß 26 aufgeheizt wurde;
-
35 ein
kritisches Abmaß-(CD)-Verteilungsdiagramm
einer ersten Öffnung
ist, welche nach Entwickeln des belichteten Photoresistfilms erhalten
wurde, welches nachgebacken wurde, und zwar unter Verwendung des
Haupt-Wärmeübertragungsmediums,
wie in den 22 und 26 gezeigt ist;
-
36 ein
kritisches Abmaß-Verteilungsdiagramm
der zweiten Öffnung
ist, die unter Verwendung des Haupt-Wärmeübertragungsmediums, wie in
den 1 und 2 gezeigt ist, erhalten wird;
und
-
37 ein
kritisches Abmaß-Verteilungsdiagramm
der zweiten Öffnung
ist, welches unter Verwendung des Haupt-Wärmeübertragungsmediums, wie in
den 22 und 26 dargestellt ist, erhalten
wird.
-
Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
-
Die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun in Einzelheiten weiter unten
beschrieben.
-
Um zuerst auf 7 einzugehen, so enthält ein Waferheizgerät gemäß einer
ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ein festes Wärmeübertragungsmedium 10,
welches einen Wafer 100 abstützt, der in direkter Berührung damit
steht, eine Heizquelle 20 und ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium 30,
welches zwischen dem festen Medium 10 und der Heizquelle 20 zwischengefügt ist.
Der Zustand des flüssigen Mediums 30 ist
veränderbar,
und zwar zwischen einem Dampfzustand und einem Flüssigzustand
durch Erhitzen des Mediums mit Hilfe der Heizquelle 20 und
indem das Medium die Möglichkeit
erhält,
sich abzukühlen. Hierbei
zeigen Pfeile in dem festen Wärmeübertragungsmedium 10 und
der Heizquelle 20 die Richtung der Bewegung der Wärme oder
Hitze an und Pfeile in dem flüssigen
Wärmeübertragungsmedium 30 zeigen
die Bewegungsrichtung des flüssigen
Mediums an. Ein Abschnitt des flüssigen
Wärmeübertragungsmediums 30 benachbart
dem festen Wärmeübertragungsmedium 10 befindet
sich in einem Dampfzustand und ein Abschnitt des flüssigen Wärmeübertragungsmediums 30 benachbart
der Heizquelle 20 befindet sich in einem flüssigen Zustand.
Das flüssige
Wärmeübertragungsmedium 30 absorbiert
Wärme oder
Hitze von der Heizquelle 20 und bewegt sich zu dem festen
Wärmeübertragungsmedium 10 hin,
während
es verdampft. Wenn der Dampf des flüssigen Wärmeübertragungsmediums 30 das
feste Wärmeübertragungsmedium 10 kontaktiert, überträgt es Wärme auf
das feste Wärmeübertragungsmedium 10.
Die Übertragung
der Wärme
kühlt den Dampf
ab, wodurch dessen Kondensation bewirkt wird, wodurch sich die resultierende
Flüssigkeit
zu der Heizquelle 20 hin bewegt. Die Absorption der Wärme von
der Heizquelle 20 durch das flüssige Wärmeübertragungsmedium 30 und
die Übertragung
der Hitze oder Wärme
auf das feste Medium 10 bildet einen kontinuierlichen Zyklus,
während
welchem eine Phasenänderung
des flüssigen
Wärmeübertragungsmediums 30 fortlaufend
auftritt. Die Phasenänderung
des flüssigen
Wärmeübertragungsmediums
hängt von
der kritischen Temperatur und dem Druck des flüssigen Mediums ab.
-
Der Zyklus der Wärmeübertragung erfolgt innerhalb
eines geschlossenen Raumes gemäß der vorliegenden
Erfindung und ist sehr schnell verglichen mit dem Zyklus der Wärmeübertragung,
wie er bei dem herkömmlichen
Heizgerät
auftritt. Das flüssige
Medium nach der vorliegenden Erfindung überträgt die Wärme auf die Oberfläche des
festen Wärmeübertragungsmediums 10 schnell
und gleichmäßig, woraufhin
die Wärme einheitlich
auf den Wafer 100 übertragen
wird, der auf dem festen Medium 10 abgestützt ist.
Daher wird die Oberfläche
des Wafers 100 schnell und einheitlich durch die Hitze
aufgeheizt, die gleichmäßig über das
gesamte feste Wärmeübertragungsmedium 10 verteilt
ist.
-
Wie in den 8 und 9 gezeigt
ist, umfaßt
die Heizquelle 20 eine Heizvorrichtung 203 mit
einer elektrischen Heizwicklung und oberen und unteren Heizblöcken 201 und 202,
die die Heizvorrichtung 203 enthalten. Spezifischer gesagt,
ist die Heizvorrichtung 203 innerhalb einer Nut 204 enthalten,
die in der unteren Oberfläche
des oberen Heizblockes 201 oder in der oberen Oberfläche des
unteren Heizblockes 202 ausgebildet ist.
-
Gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann der Raum, in welchem das flüssige Wärmeübertragungsmedium 30 enthalten
ist, in eine Vielzahl von Bereichen partitioniert sein, wie dies in 10 gezeigt ist.
-
Um nun auf 10 einzugehen, so ist eine Vielzahl von
Trennwänden 301 zwischen
dem festen Wärmeübertragungsmedium 10 und
der Heizquelle 20 installiert. Demzufolge existiert das
flüssige
Wärmeübertragungsmedium 30 innerhalb
der Bereiche, die durch die Vielzahl der Trennwände 301 aufgeteilt
sind und eine Phasenänderung
erfolgt in unabhängigen
Räumen,
die durch die Vielzahl der Trennwände 301 abgegrenzt sind.
-
Die Trennwände 301 können ein
Gitter 302 (lattice) bilden, mit rechteckförmigen oder
honigwabengestalteten Einheiten, wie dies in den 11A und 11B gezeigt
ist. In bevorzugter Weise sind die Querschnitte der Einheiten des
Gitters 302 so ausgelegt, daß die Einheiten als Kapillarrohre
für das
flüssige
Wärmeübertragungsmedium 30 wirken.
-
Gemäß 12 ist gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein poröser Brechungskörper 303 mit
diskreten Abschnitten innerhalb der Einheiten des Gitters 302 in
Berührung
mit der Heizquelle 20 vorgesehen. Das flüssige Wärmeübertragungsmedium 30 füllt somit
die Hohlräume
des porösen Körpers 303.
Das flüssige
Wärmeübertragungsmedium 30,
welches auf diese Weise in den Hohlräumen des porösen Brechungskörpers 303 enthalten
ist, wird schnell erhitzt und verdampft. Auch wirken die Hohlräume als
Kapillarröhren,
welche die Mobilität
des flüssigen
Wärmeübertragungsmediums 30 fördern.
-
Alternativ besteht, wie in 13 gezeigt ist, der poröse Brechungskörper 303 einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aus einem einzelnen Körper, der zwischen dem festen
Wärmeübertragungsmedium 10 und
der Heizquelle 20 eingefügt ist. In diesem Fall haftet
der poröse
Brechungskörper 303 (refractory
porous body) dicht an den Innenfläche von sowohl der Heizquelle 20 als
auch dem festen Wärmeübertragungsmedium 10 an
oder an der Innenfläche
von entweder der Heizquelle 20 oder dem festen Wärmeübertragungsmedium.
-
Die 14 und 15 zeigen eine fünfte Ausführungsform
des Heizgerätes
nach der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform haftet das feste
Wärmeübertragungsmedium 10 an
der Heizquelle 20 an und eine Nut 101, die das
flüssige
Wärmeübertragungsmedium 30 enthält, ist
an der Zwischenschicht zwischen dem festen Wärmeübertragungsmedium 10 und
der Heizquelle 20 ausgebildet.
-
Speziell gesagt, ist die Nut 101 in
der Bodenfläche
des festen Wärmeübertragungsmediums 10 ausgebildet,
kann jedoch auch in der Fläche
der Heizquelle 20 bei einigen Umständen ausgebildet werden. Die Nut 101 bildet
eine geschlossene Schleife an der Zwischenschicht zwischen dem festen
Wärmeübertragungsmedium 10 und
der Heizquelle 20, durch die das flüssige Wärmeübertragungsmedium 30 zirkulieren
kann. Das Ende 101a der Nut 101 ist an der Seitenfläche des
festen Wärmeübertragungsmediums 10 oder
der Heizquelle 20 offen, so daß das flüssige Wärmeübertragungsmedium 30 in
die Nut 101 plaziert werden kann. Ein Stopfen 10a verschließt das offene
Ende 101a der Nut 101.
-
Während
bei dieser Konstruktion das flüssige
Wärmeübertragungsmedium 30 entlang
der Nut 101 zirkuliert, ändert sich die Phase des flüssigen Wärmeübertragungsmediums 30 auf
Grund der Wärmeabsorption und
der Wärmeübertragung,
wie dies oben beschrieben wurde. Die Schleife des flüssigen Wärmeübertragungsmediums 30 verläßt Abschnitte,
an denen das feste Wärmeübertragungsmedium 10 und
die Heizquelle 20 direkt in Kontakt miteinander stehen.
Demzufolge wird die Wärme
auch von der Heizquelle 20 auf das feste Wärmeübertragungsmedium 10 über die
Kontaktierungsabschnitte des festen Wärmeübertragungsmediums 10 und
der Heizquelle 20 übertragen.
-
Jedoch erfolgt die Wärmeübertragung über das
flüssige
Medium 30, welches in der Nut 101 zirkuliert, in
einer schnelleren Rate als die direkte Wärmeübertragung vermittels der Kontaktabschnitte
des festen Mediums 10 und der Heizquelle 20.
-
Mittlerweile kann die Nut 101 eine
Gestalt haben, anders als diejenige einer einzelnen geschlossenen Schleife.
Das heißt
es können
eine Vielzahl von Nuten 101 in der unteren Fläche des
festen Wärmeübertragungsmediums 10 oder
in der Fläche
der Heizquelle 20 ausgebildet sein. Die Vielzahl der Nuten 101 ist
in regulären
Intervallen über
die Zwischenschicht zwischen dem festen Wärmeübertragungsmedium 10 und
der Heizquelle 20 ausgelegt. Die unabhängigen Nuten bilden diskrete
geschlossene Räume,
in denen sich die Phase des flüssigen
Wärmeübertragungsmediums 30 ändert.
-
16 zeigt
eine sechste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der die Nuten 101 eine Vielzahl
von unabhängigen
Räumen
bilden, wie oben angegeben ist.
-
Gemäß 16 ist eine Vielzahl von Nuten 101 in
der oberen Fläche
der Heizquelle 20 ausgebildet. Wände 104, welche die
Nuten 101 voneinander isolieren, besitzen dreieckförmige Profile.
Eine Spitze von jeder Dreieckswand 104 kontaktiert die
untere Fläche
des festen Wärmeübertragungsmediums 10.
Dieser minimale Kontakt zwischen der Wand 104 und dem festen
Wärmeübertragungsmedium 10 minimiert
die Wärmeübertragung
von ersterem zu letzterem.
-
17 zeigt
eine siebte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der ein Kranz-(Rohr-)Körper 102 sich
in der Nut 101 erstreckt. Das flüssige Wärmeübertragungsmedium ist in dem
Kranzkörper 102 enthalten.
Bei dieser Konstruktion erstreckt sich die Nut 101 in einer
engen Schleife an der Zwischenschicht zwischen dem festen Wärmeübertragungsmedium 10 und
der Heizquelle 20.
-
Gemäß 18 enthält der Kranzkörper 102 Flossen 103,
die das flüssige
Wärmeübertragungsmedium 30 kontaktieren,
um die Phasenänderung
des flüssigen
Wärmeübertragungsmediums 30 zu
fördern.
Die Flossen 103 erstrecken sich axial in der Richtung der
Bewegung des flüssigen Übertragungsmediums 30 entlang
dem Kranzkörper 102.
Als eine Alternative zu den Flossen 103 kann eine poröse Schicht
mit einer vorbestimmten Dicke an der inneren Wand des Kranzkörpers 102 ausgebildet
sein.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung,
wie sie oben beschrieben ist, muß das flüssige Wärmeübertragungsmedium ein solches
sein, dessen Phase zwischen Dampf und Flüssig innerhalb eines vorbestimmten Bereiches
von Temperaturen geändert
werden kann, und zwar ausgelegt zum Erhitzen eines Wafers während eines
Halbleiterherstellungsprozesses, z.B. bei einem Photolithographieprozeß. Wenn
man in Betracht zieht, daß die
angestrebte Temperatur, auf die der Wafer erhitzt wird, zwischen
200°C und
300°C liegt,
so kann das flüssige
Wärmeübertragungsmedium
aus Wasser, Ethanol, Methanol, Aceton, Ammoniak oder Freon bestehen,
ist darauf jedoch nicht beschränkt.
-
Speziell hängt die Wahl der Flüssigkeit,
die bei den verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwendet wird, stark von den Temperaturbereichen
ab, auf die ein Wafer erhitzt werden soll. Obwohl die Erfindung
nicht in dieser Weise eingeschränkt
ist, zeigt die unten angegebene Tabelle Beispiele von vielfältigen Flüssigkeiten,
die innerhalb der angegebenen Temperaturbereiche verwendet werden
können.
-
-
In ähnlicher Weise hängt die
Wahl des Materials für
das feste Wärmeübertragungsmedium
stark von der verwendeten Flüssigkeit
ab. Obwohl die Erfindung nicht in dieser Weise eingeschränkt ist,
zeigt die unten angegebene Tabelle Beispiele von Materialien, die
für die
angegebenen Flüssigkeiten
empfohlen werden können
und nicht empfohlen werden können.
-
-
Oberflächentemperaturverteilung
I
-
Die 19 und 20 sind Isothermen-Diagramme,
welche die Verteilung der Oberflächentemperaturen eines
Wafers zeigen, der durch das Heizgerät gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgeheizt wurde. Wie aus diesen Figuren
ersehen werden kann, sind die Isotherme ringförmig, das Zentrum des Wafers
besitzt die höchste
Temperatur und die Temperatur fällt
in einem einheitlichen Muster, beginnend vom Zentrum aus, ab, und
zwar nach außen
hin zum Umfang des Wafers. Es ist auch offensichtlich, daß die Isothermenverteilung,
die in 20 gezeigt ist,
zu bevorzugen ist gegenüber
derjenigen, die in 19 gezeigt
ist.
-
Bei dem Isothermen-Diagramm von 19 beträgt die Differenz zwischen der
höchsten
und der niedrigsten Temperatur gleich 0,73°C, die fett ausgezogenen Thermen
zeigen eine Temperatur von 155,63°C
an, die Temperatur des Zentrums des Wafers liegt bei 156,00°C und die
niedrigste Temperatur des Waferumfangs beträgt 155,26°C. Bei dem Isothermen-Diagram
von 20 beträgt die Differenz
zwischen der höchsten
und der niedrigsten Temperatur gleich 0,72°C, die fett ausgezogene Isotherme
zeigt eine Temperatur von 155,63°C,
die Temperatur des Zentrums des Wafers liegt bei 155,96°C und die
niedrigste Temperatur des Waferumfangs beträgt 155,32°C.
-
Wie aus den 19 und 20 ersehen
werden kann, besitzt die Temperatur eines Wafers eine gleichmäßige Verteilung über die
Oberfläche
des Wafers und speziell die Abweichungen zwischen der höchsten und der
niedrigsten Temperatur von 0,73°C
und 0,72°C
stellen ausgezeichnete Ergebnisse dar, die mit Hilfe des herkömmlichen
Waferheizgerätes
nicht erhalten werden können.
-
21 ist
ein Graph, der Temperatur-Zeit-Schwankungen zeigt, die aus einer
Vielzahl von Meßpunkten
erhalten wurden, während
der Wafer durch das Heizgerät
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgeheizt wurde. Wie in 21 gezeigt ist, nimmt die Temperatur,
nachdem das Aufheizen begonnen wurde, scharf zu und die thermische
Vibration, das heißt
eine Temperaturvariation in Bezug auf die verstrichene Zeit, ist
sanft oder geringfügig.
Insbesondere tritt ein plötzlicher
Abfall in der Temperatur, wie dieser auftritt, wenn das herkömmliche
Heizgerät
verwendet wird, nicht auf, wenn die Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung praktiziert wird. Diese geringfügige Temperaturvariation über den
Wafer hinweg und die geringe thermische Vibration zeigen, daß ein sehr
schwacher thermischer Schock auf den Wafer und den Photoresistfilm,
der auf diesem ausgebildet ist, aufgebracht wird.
-
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung, wie sie oben beschrieben wurden, reduziert ein stabiles
Aufheizen eines Wafers bei einer sehr kleinen Temperaturabweichung
stark die Intensität
des thermischen Schocks, der auf den Wafer und den Photoresistfilm
wirkt, welcher auf dem Wafer ausgebildet ist, und es kann speziell
der Wafer mit einer regulären
und einheitlichen Temperaturverteilung aufgeheizt werden. Demzufolge
ermöglicht
die vorliegende Erfindung, erfolgreich feinere Muster auszubilden,
selbst wenn die Konstruktionsregel hinsichtlich einer kritischen
Abmessung bei 0,25 μm,
0,18 μm
oder 0,15 μm
liegt, bei einer Erhöhung
des Wertes der Integration der Schaltungen, wodurch der Ausstoß stark
erhöht
wird.
-
22 zeigt
eine schematische perspektivische Ansicht, die eine achte Ausführungsform
eines Gerätes
zum Erhitzen eines Wafers nach der vorliegenden Erfindung wiedergibt.
-
Gemäß 22 funktioniert eine heiße Platte 500 als
ein Waferheizgerät
und enthält
einen Haupt-Wärmeübertragungskörper 510 und
ein unteres festes Wärmeübertragungsmedium 520,
von denen jedes als eine kreisförmige
Platte mit der gleichen Größe und größer als
ein zu erhitzender Wafer konfiguriert ist. Das untere feste Wärmeübertragungsmedium 520 wird
unter der unteren Oberfläche
des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510 plaziert.
-
An dem oberen Flächenabschnitt des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510 ist
ein runder und seichter Graben 512 für die Aufnahme eines zu erhitzenden
Wafers ausgebildet. Auch ist eine Vielzahl von Waferführungen 513 an
einer Umfangszone des oberen Flächenabschnitts
vorgesehen. Die Waferführungen 513 führen einen
Wafer, wenn er in den Graben 512 plaziert wird. Der Graben 512 reduziert
das Eintreten von Umgebungsluft auf den Wafer, wodurch der unerwünschte Einfluß der Umgebungsluft
abgesenkt wird.
-
23 ist
eine Schnittansicht der heißen
Platte 500, und zwar entlang der Linie E-E', wie in 22 gezeigt ist. 24 ist eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts F von 23.
-
Gemäß 23 enthält der Haupt-Wärmeübertragungskörper 510 ein
erstes festes Wärmeübertragungsmedium 514 und
ein zweites festes Wärmeübertragungsmedium 516.
In bevorzugter Weise sind die Medien 514 und 516 integral
ausgebildet und sind als eine kreisförmige Platte konfiguriert,
die größer ist
als eine Größe eines
Wafers. Das erste feste Wärmeübertragungsmedium 514 ist
an einem unteren Abschnitt des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510 vorgesehen,
und das zweite feste Wärmeübertragungsmedium 516 ist an
einem oberen Abschnitt des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510 vorgesehen.
Wie an früherer
Stelle erwähnt
worden ist, ist der Graben 512 für die Aufnahme des Wafers an
einem oberen Abschnitt des zweiten festen Wärmeübertragungsmediums 516 ausgebildet.
-
Wie in den Figuren gezeigt ist, ist
eine äußere Seitenwand 518 mit
einer Ringgestalt an einem Außenumfang
des ersten festen Wärmeübertragungsmediums 514 und
dem zweiten festen Wärmeübertragungsmedium 516 ausgebildet.
Das heißt,
das erste feste Wärmeübertragungsmedium 514 und
das zweite feste Wärmeübertragungsmedium 516 sind
vermittels der äußeren Seitenwand 518 integral
ausgebildet. Auch ist ein Hohlraum 515, der ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium
aufnimmt, zwischen dem ersten und dem zweiten festen Wärmeübertragungsmedium 514 und 516 festgelegt.
-
Der Hohlraum 515 ist unter
dem Graben 512 gelegen und eine äußere Zone desselben besitzt
auch eine allgemein kreisförmige
Konfiguration. Wenn der Durchmesser 2r des Hohlraumes 515 kleiner
ist als etwa das 0,9-fache des Durchmessers 2R0 des
Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510 (oder
des ersten und des zweiten festen Wärmeübertragungsmediums 514 und 516),
kann ein unerwünschter
Wärmetransfer
auftreten, wenn ein Photoresistfilm, der auf einem Wafer aufgeschichtet
ist, gebacken oder ausgeheizt wird. Wenn der Durchmesser 2r des
Hohlraumes 515 das 0,98-fache des Durchmessers 2R0 des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510 überschreitet,
wird die Herstellung des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510 mit
dem Hohlraum 515 schwierig. Daher liegt der Durchmesser
2r des Hohlraumes 515 in bevorzugter Weise bei etwa dem
0,9- bis 0,98-fachen und bevorzugter bei etwa dem 0,94- bis 0,98-fachen
des Durchmessers 2R0 des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510.
Speziell dann, wenn der Haupt-Wärmeübertragungskörper 510
zum Aufheizen eines Acht-Inch-Wafers einen Durchmesser 2R0 von 240 mm aufweist, liegt der Durchmesser
2r des Hohlraumes 515 bei etwa 225 bis 235 mm und spezifischer
bei etwa 230 mm.
-
In dem Hohlraum 515 sind
eine Vielzahl von inneren Trennwänden 530 vorgesehen,
um den Hohlraum 515 in eine verbundene Vielzahl von kleineren
Verdampfungshohlräumen 515a, 515b, 515c usw.
aufzuteilen, wodurch eine Vielzahl von Dampfteilen in paralleler
Form von der ersten festen Wärmeübetragung 514 zu
dem zweiten festen Wärmeübertragungsmedium 516 geleitet
oder geführt
werden.
-
Wie in 24 gezeigt
ist, ist eine Flüssigkeit 540 in
den Hohlraum 515 gefüllt.
Jeder der Verdampfungshohlräume 515a, 515b, 515c usw.,
welche den Hohlraum 515 bilden, besitzt eine gekrümmte Querschnittsgestalt
an einem oberen Abschnitt desselben. Die Flüssigkeit 540 wird
verdampft, nach dem Empfang von Hitze von dem ersten festen Medium 514.
Die verdampfte Flüssigkeit,
das heißt
der Dampf 542, wird in paralleler Form in den Verdampfungshohlräumen 515a, 515b, 515c usw.
zu dem zweiten festen Wärmeübertragungsmedium 516 geführt. Am
oberen Ende von jedem Hohlraum gelangt der Dampf 542 in
Berührung
mit dem zweiten festen Wärmeübertragungsmedium 516,
wobei dieser teilweise in einen Flüssigzustand kondensiert, während die
latente Wärme
des Dampfes 542 auf das zweite feste Wärmeübertragungsmedium 516 übertragen
wird. Die kondensierte Flüssigkeit 544 kehrt
zu dem ersten festen Wärmeübertragungsmedium 514 entlang
einer Bahn zurück,
die an der Innenfläche
(der gekrümmten
Dicke und der Seitenwand) der inneren Zwischenwände 530 ausgebildet
ist.
-
Der Wärmetransfer von dem ersten
festen Wärmeübertragungsmedium 514 auf
das zweite feste Wärmeübertragungsmedium 516 wird
kontinuierlich durchgeführt,
während
die Flüssigkeit 540 verdampft
wird und der Dampf 542 kondensiert, wodurch eine einheitliche
Wärmeübertragung
von dem ersten festen Wärmeübertragungsmedium 514 auf
das zweite feste Wärmeübertragungsmedium 516 erfolgt.
-
Wie oben dargelegt wurde, ist der
Hohlraum 515 in eine Vielzahl von kleinen Verdampfungshohlräumen 515a, 515b, 515c usw.
durch eine Vielzahl von inneren Zwischenwänden 530 aufgeteilt,
um den Dampf 542 in paralleler Form zu dem zweiten festen
Wärmeübertragungsmedium 516 zu
führen.
-
Wenn das von der Flüssigkeit 540 besetzte
Volumen kleiner ist als etwa 15% des Volumens des Hohlraumes 515,
kann die Erzeugung des Dampfes unzureichend werden. Andererseits,
wenn das Volumen, welches durch die Flüssigkeit 540 eingenommen
wird, etwa 25% des Volumens des Hohlraumes 515 überschreitet,
kann das Vermischen des erzeugten Dampfes unzureichend sein, auf
Grund der kurzen Strecke von der Flüssigkeit 540 zu dem
zweiten festen Wärmeübertragungsmedium 516,
wodurch ein nicht einheitlicher Wärmetransfer verursacht wird.
Das von der Flüssigkeit 540 belegte
Volumen liegt somit in bevorzugter Weise bei ca. 14 bis 25%, bevorzugter
jedoch bei 20% des Volumens des Hohlraumes 515.
-
Als flüssiges Medium wird in bevorzugter
Weise einer Perfluorkohlenstoff-Inertlösungsmittel
bei der gegenwärtigen
Ausführungsform
verwendet. Beispiele des Perfluorkohlenstoff-Inertlösungsmittels
umfassen FC-72, FC-40, FC-43, FC-70 (Markennamen, hergestellt von
3M Korea Co. Ltd.) usw. Unter diesen wird ein Lösungsmittel bevorzugt, welches
eine höhere
kritische Temperatur (unter einer Atmosphäre) hat als die Summe aus der
Ziel-Temperatur + 100°C.
Beispielsweise hat das FC-40-Lösungsmittel
einen Siedepunkt von 155°C
und einen kritischen Punkt von 270°C.
-
Die Dicke des Haupt-Übertragungskörpers 500 liegt
bei ca. 10 bis 12 mm, bevorzugt bei 11 mm. Wenn die Dicke des Haupt-Übertragungskörpers 500 gleich
ist 11 mm, besitzen die Verdampfungshohlräume 515a, 515b, 515c usw.,
die durch die inneren Zwischenwände 530 definiert
sind, eine Weite W von 5 bis 7 mm, bevorzugt 6 mm, und eine Höhe H von
5 bis 6 mm, bevorzugt 5,5 mm.
-
Auf Grund des Vorhandenseins der
Verdampfungshohlräume 515a, 515b, 515c usw.
kann die Dicke des ersten festen Wärmeübertragungsmediums 514 innerhalb
eines Bereiches von 2 bis 4 mm variieren und die Dicke des zweiten
festen Wärmeübertragungsmediums 516 kann
in einem Bereich von 1 bis 2 mm variieren, bevorzugt bei 1,5 mm,
bei einem Graben 512 betragen. Ebenso kann die Dicke Wp
der inneren Zwischenwände 530 in
einem Bereich von ca. 2 bis 3 mm variieren.
-
Bei dieser Ausführungsform sind die Dicken
des ersten und des zweiten festen Wärmeübertragungsmediums 514 und 516 nicht
auf die obigen Angaben begrenzt, solange als der Haupt-Wärmeübertragungskörper 510 hergestellt
werden kann. Die Höhe
H des isolierten Raumes 515 beträgt in bevorzugter Weise das
0,4- bis 0,6-fache der Dicke T des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510.
-
Die 25 zeigt
eine Querschnittsdraufsicht einer Ausführungsform des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510,
wobei speziell ein Layout der inneren Zwischenwände 530 gezeigt ist.
-
Gemäß 25 ist der horizontale Bereich des Hohlraumes 515 kreisförmig, wie
dies durch die äußere Seitenwand 518 festgelegt
ist. Auch eine Vielzahl von inneren Zwischenwänden 530 sind in dem
Hohlraum 515 vorgesehen, um auf diese Weise sowohl radial
als auch spiralförmig
(oder kreisförmig)
den Hohlraum 515 in eine Vielzahl von Verdampfungshohlräumen 515a, 515b, 515c usw.
aufzuteilen.
-
Speziell sind die inneren Zwischenwände 530 zuerst
in eine Spiralgestalt innerhalb des Hohlraumes 515 geformt.
Dann werden die inneren Zwischenwände 530 in einer radialen
Richtung geschnitten, um fünf radiale
Mischpfade vom Zentrum zum Umfang des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510 auszubilden.
Somit ist, wie in 25 dargestellt
ist, jede Spirale in fünf
radiale Sektoren aufgeteilt, von denen jeder einen Winkel θ1 von etwa 72 Grad hat.
-
Das Bezugszeichen 505 bezeichnet
Schraubenlöcher,
die zum Ankoppeln des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510 an
das untere feste Wärmeübertragungsmedium 520 vorgesehen
sein können.
-
26 ist
eine Schnittdraufsicht einer anderen Ausführungsform des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510,
wobei speziell ein anderes Layout der inneren Zwischenwände 530 gezeigt
ist.
-
Gemäß 26 sind die inneren Zwischenwände 530 in
Form von konzentrischen Kreisen angeordnet und sind dichter in dem
Hohlraum 515 als diejenigen der Ausführungsform angeordnet, welche
in 25 gezeigt ist. Das
heißt
bei dieser Ausführungsform
ist jeder Kreis der Verdampfungshohlräume 515a, 515b, 515c usw.
in vierundzwanzig Radialsektoren aufgeteilt, von denen jeder einen
Winkel θ,
von ca. 15 Grad einnimmt.
-
Spezieller gesagt, ist der Hohlraum 515 in
einer kreisförmigen
Richtung in eine Vielzahl von konzentrischen, kreisförmig gestalteten
Verdampfungshohlräumen 515ca, 515cb, 515cc usw.
aufgeteilt. Ferner ist jeder der kreisförmig gestalteten Verdampfungshohlräume 515ca, 515cb, 515cc weiter
in einer radialen Richtung in eine Vielzahl von bogenförmig gestalteten
Verdampfungshohlräumen 515ca1, 515ca2,
... 515cb1, 515cb2, ... 515cc1, 515cc2,
... usw. aufgeteilt.
-
27 ist
eine perspektivische Bodenansicht des unteren festen Wärmeübertragungsmediums 520. Wie
in der Figur gezeigt ist, ist eine spiralförmige Nut 522 an der
unteren Fläche
des unteren festen Wärmeübertragungsmediums
ausgebildet. Die Spiralnut 522, eine Heizvorrichtung 524,
wie beispielsweise eine Heizspule, sind vorgesehen. Die Heizvorrichtung 524 ist
mit einer elektrischen Quelle (nicht gezeigt) verbunden. Wenn elektrischer
Strom an die Heizvorrichtung 524 angelegt wird, wird Wärme erzeugt,
um zuerst das untere feste Wärmeübertragungsmedium 520 aufzuheizen.
-
An der peripheren Zone des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510 tritt
eine große
Menge an Wärmeverlust
auf, und zwar auf Grund der Berührung
mit der Umgebungsluft. Daher ist bei einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Steigung (pitch) Po an einer äußeren Umfangszone
(dort, wo der Radius r größer ist
als ca. 0,75 Ro und dort, wo Ro der Radius des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510 ist) der
Bodenfläche
des unteren festen Wärmeübertragungsmediums 520 kürzer als
die Steigung (pitch) Pc an einem zentralen Abschnitt. Diese Konfiguration
kompensiert den Wärmeverlust
an der peripheren Zone. In Einklang mit Experimenten des Erfinders
beträgt
die Steigung Po an der äußeren Umfangszone
in bevorzugter Weise das 0,1- bis 0,5-fache der Steigung Pc an dem
zentralen Abschnitt.
-
Im folgenden wird der Heizmechanismus
eines Wafers in Einzelheiten erläutert.
-
Zuerst wird ein elektrischer Strom
zu der Heizvorrichtung 524 zugeführt, die in der Spiralnut 522 an der
Bodenfläche
des unteren festen Wärmeübertragungsmediums 520 vorgesehen
ist, um dadurch Hitze zu erzeugen. Die Hitze wird auf das untere
feste Wärmeübertragungsmedium 520 übertragen,
welches in Berührung
mit dem ersten festen Wärmeübertragungsmedium 514 steht.
-
Dann wird die Hitze von dem unteren
festen Wärmeübertragungsmedium 510 zu
dem ersten festen Wärmeübertragungsmedium 514 übertragen.
-
An dem ersten festen Wärmeübertragungsmedium 514 ist
ein Hohlraum 515, der eine Flüssigkeit 540 enthält, eine äußere Seitenwand 518 und
eine Vielzahl von inneren Trennwänden 530 vorgesehen.
-
Von dem ersten festen Übertragungsmedium 514 können die
Wärme oder
Hitze zu dem zweiten festen Medium 516 durch Leitung über die äußere Seitenwand 518 und
die inneren Zwischenwände 530 übertragen werden.
Jedoch ist diese Wärmeleitung
sehr klein, und zwar im Vergleich zu dem Wärmetransfer vermittels der Flüssigkeit 540,
die in dem Hohlraum 515 enthalten ist.
-
Das heißt, der größte Teil der Wärme oder
Hitze des ersten festen Wärmeübertragungsmediums 514 wird
dazu verwendet, um die Flüssigkeit 540 aufzuheizen,
wodurch die Flüssigkeit 540 in
einen Dampf verdampft. Der Dampf wird parallel in einer Aufwärtsrichtung
zu dem zweiten festen Wärmeübertragungsmedium 516 hingeführt, wodurch
die Wärme
auf das zweite feste Wärmeübertragungsmedium 516 übertragen
wird, welches den Graben 512 für die Aufnahme eines Wafers
enthält.
-
Gemäß den 25 und 26 sind
die inneren Zwischenwände 530 so
ausgebildet, daß sie
eine Bogengestalt haben. Die inneren Zwischenwände 530 teilen den
Hohlraum 515 in eine Vielzahl von Verdampfungshohlräumen 515a, 515b, 515c usw.
sowohl in radialer als auch in Kreisrichtung (oder Spiralrichtung)
auf. Wenn sich somit der Dampf in einer Richtung nach oben bewegt,
wird der Dampf in den Verdampfungshohlräumen 515a, 515b, 515c usw.
teilweise mit dem Dampf aus den benachbarten Verdampfungshohlräumen gemischt, was
dann zu einer einheitlichen Temperaturverteilung beiträgt und wodurch
in einheitlicher Form die Wärme oder
Hitze auf das zweite feste Wärmeübertragungsmedium 516 übertragen
wird.
-
Auch besitzt jeder der Verdampfungshohlräume 515a, 515b, 515c usw.
eine obere Fläche,
die im Querschnitt gekrümmt
ist (oder kreisförmig
ist). Wenn jeder Verdampfungsteil, der durch die inneren Zwischenwände 530 geführt wird,
die obere Fläche
der Verdampfungshohlräume 515a, 515b, 515c usw.
erreicht und in Berührung
mit dem zweiten festen Wärmeübertragungsmedium 516 gelangt,
kondensiert der Dampf teilweise in Flüssigkeit, um eine latente Hitze
für das
zweite feste Wärmeübertragungsmedium 516 zu
erzeugen, wodurch das zweite feste Wärmeübertragungsmedium 516 aufgeheizt
wird. Dann kehrt die kondensierte Flüssigkeit 544 zu dem
ersten festen Wärmeübertragungsmedium 514 zurück und empfängt Wärme oder
Hitze von dem erste festen Wärmeübertragungsmedium 514.
-
In der Zwischenzeit wird der Dampf,
der nicht kondensiert ist, sondern sich lediglich abgekühlt hat,
zu dem ersten festen Wärmeübertragungsmedium 514 hin
zirkuliert. Dann kontaktiert der zurückgeleitete Dampf das erste
feste Wärmeübertragungsmedium 514,
um erneut Hitze zu absorbieren, und wird dann nach oben hin zu dem
zweiten festen Wärmeübertragungsmedium 516 geführt. Das
heißt,
der Wärmetransfer
wird auch durch Konvektion durchgeführt.
-
Wie in den 25 und 26 gezeigt
ist, sind Dampfmischpfade in einem radialen Muster von dem Zentrum
zum Umfang und in einer kreisförmigen
Richtung ausgebildet. Da die direkte Mischung des Dampfes in der
radialen Richtung von dem Zentrum nach außen hin zum Umfang des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510 erfolgen
kann, wird die Temperaturdifferenz des Dampfes an dem zentralen
Abschnitt des Haupt- Wärmeübertragungskörpers 510 und
an dem Umfangsabschnitt des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510 stark
reduziert.
-
Wie oben beschrieben wurde, empfängt das
zweite feste Wärmeübertragungsmedium 516 Wärme oder
Hitze über
die Verdampfungshohlräume
von dem ersten festen Wärmeübertragungsmedium 514.
Das auf diese Weise aufgeheizte feste Wärmeübertragungsmedium 516 steht
in Berührung
mit einem Wafer, der in dem Graben 512 liegt. In solcher
Weise wird dann die Wärme
von dem in einheitlicher Weise aufgeheizten festen Wärmeübertragungsmedium 516 auf
den Wafer übertragen,
um den Wafer auf eine gewünschte
Temperatur gleichmäßig zu erhitzen.
-
Die 28 bis 30 sind Schnittansichten
des Wärmeübertragungsmediums,
an welchem ein Heizblock darunter befestigt ist, und speziell von
Isothermen-Diagrammen zur Veranschaulichung der Temperaturverteilungen.
-
28 veranschaulicht
ein herkömmliches
Wärmeübertragungsmedium,
wie es in den 1 und 2 dargestellt ist. Wie in 28 gezeigt ist, betrug die
beobachtete maximale Temperatur 152,447°C und die minimale Temperatur
lag bei 151,566°C.
-
29 veranschaulicht
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der der Hohlraum unter dem Graben
ausgebildet ist und die Heizspule in einer Nut vorgesehen ist, die
eine reguläre
Teilung bzw. Steigung hat. Wie in dieser Figur gezeigt ist, betrug
die beobachtete maximale Temperatur 152,769°C und die minimale Temperatur
lag bei 151,259°C.
-
30 veranschaulicht
eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei der Hohlraum so ausgebildet ist,
daß ein
Durchmesser etwa gleich ist dem 0,96-fachen eines Durchmessers des Haupt-Wärmeübertragungskörpers und
wobei die Heizspule in einer Nut angeordnet ist, bei der die Steigung an
einer peripheren Zone kürzer
ist als an einer zentralen Zone. Wie in dieser Figur dargestellt
ist, lag die beobachtete maximale Temperatur bei 152,765°C und die
minimale Temperatur betrug 151,492°C.
-
Wie aus den Figuren ersehen werden
kann, ist die Temperaturverteilung der heißen Platte von 30 äußerst einheitlich,
gefolgt von der heißen
Platte von 29 und dann
der heißen
Platte von 28.
-
31 ist
ein Graph, der eine obere Oberflächentemperaturverteilung
der Haupt-Wärmeübertragungskörper von
den 28 bis 30 zeigt. In 31 wurde die Linie, die durch Dreiecke
verbunden ist, von dem Haupt-Wärmeübertragungskörper von 28 erhalten. Die Linie,
die mit Kreisen verbunden ist, wurde bei einem Haupt-Wärmeübertragungskörper von 29 erhalten. Die Linie,
die mit Rechtecken verbunden ist, wurde von einem Haupt-Wärmeübertragungskörper der 30 erhalten.
-
Wie aus 31 ersehen werden kann, kann eine einheitlichere
Temperaturverteilung auf der oberen Oberfläche des Haupt-Wärmeübertragungskörpers bei
der Erfindung erhalten werden. Auch wird durch Vergrößern des
Hohlraums und durch Reduzierung der Heizelementsteigung an einer
Umfangszone die Temperaturverteilung der oberen Oberfläche weiter
verbessert.
-
Photoresist-Musterausbildung
-
Die 32A bis 32D sind Schnittansichten,
die ein Verfahren zur Ausbildung eines Photoresistmusters in Einklang
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulichen unter Verwendung des
oben erläuterten
Heizgerätes.
-
Gemäß 32A wird eine positive Photoresistzusammensetzung,
die ein Novolak-Harz enthält,
auf einen Siliziumwafer 610 unter Verwendung einer Schleuderbeschichtungsvorrichtung
aufgeschichtet, um einen Photoresistfilm 612 auszubilden.
Dann wird der Photoresistfilm 612 soft-ausgeheizt unter
Verwendung einer herkömmlichen
heißen
Platte, und zwar bei 90-120°C
für 60
Sekunden. Die Dicke des Photoresistfilms 612 liegt bei
0,8 bis 0,9 μm.
-
Gemäß 32B wird der Photoresistfilm 612 selektiv
mit tiefem Ultraviolettlicht 614 belichtet unter Verwendung
eines Schrittschaltwerkes (stepper) und einer Photomaske (nicht
gezeigt). Danach wird der belichtete Photoresistfilm 612 nach-ausgeheizt
unter Verwendung eines Heizverfahrens nach der vorliegenden Erfindung
und unter Verwendung einer heißen
Platte, die einen Haupt-Wärmeübertragungskörper 510 enthält, wie
dieser in den 22 und 26 gezeigt ist. Das Nach-Ausheizen
oder -Backen wird bei einer Temperatur von 140°C bis 150°C für 30 bis 90 Sekunden durchgeführt.
-
Gemäß 32C wird der belichtete Photoresistfilm 612 unter
Verwendung eines Entwicklers für
eine Minute entwickelt, wird dann unter Verwendung von Wasser für ca. 30
Sekunden gewaschen und dann getrocknet, um den belichteten Abschnitt
des Photoresistfilms zu entfernen. Ein erstes Photoresistmuster 612a wurde
ausgebildet, welches einen Öffnungsabschnitt 616 einer
ersten Größe besitzt,
um einen Abschnitt des Siliziumwafers 610 freizulegen.
-
Gemäß 32D wird das erste Photoresistmuster 612a auf
eine Temperatur von ca. 140 bis ca. 160°C für eine bis drei Minuten erhitzt.
Zu diesem Zeitpunkt wird ein Heizverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
und auch eine heiße
Platte, die einen Haupt-Wärmeübertragungskörper 510,
wie er in den 22 und 26 gezeigt ist, enthält, ebenfalls
benutzt. Danach wird das erste Photoresistmuster 612a zum
Rückfluß gebracht
(reflowed), um ein endgültiges
Photoresistmuster 612b (welches durch eine strichlierte
Linie gezeigt ist) auszubilden, welches einen zweiten Öffnungsabschnitt 616a einer
zweiten Größe besitzt,
die kleiner ist als die erste Öffnungsgröße des ersten
Photoresistmusters 612a.
-
Oberflächentemperaturmessung eines
Wafers
-
33 ist
ein Isotherme-Diagramm, welches die Verteilung der Oberflächentemperatur
eines Wafers zeigt, der unter Verwendung des Haupt-Wärmeübertragungskörpers erhitzt
wurde, welcher in 25 gezeigt ist.
In 33 beträgt die Temperaturdifferenz
zwischen einer Isotherme und deren benachbarter Isotherme gleich
0,04°C.
In dieser Figur liegt die höchste
Temperatur bei 155,02°C
an einem zentralen Abschnitt des Wafers und die niedrigste Temperatur
liegt bei 153,91°C
an einer peripheren Zone des Wafers. Der Temperaturbereich (die
Temperaturdifferenz zwischen der höchsten Temperatur und der niedrigsten
Temperatur) entspricht 0,97°C.
Die mittlere Temperatur, die durch eine dick ausgezogene Isotherme
angezeigt ist, liegt bei 154,65°C
und die Standardabweichung der Oberflächentemperatur beträgt 0,31°C.
-
34 zeigt
ein Isotherme-Diagramm, welches die Verteilung der Oberflächentemperatur
eines Wafers zeigt, der unter Verwendung des Haupt-Wärmeübertragungskörpers, welcher
in 26 gezeigt ist, erhitzt wurde.
In 34 liegt die Temperaturdifferenz
zwischen einer Isotherme und deren benachbarter Isotherme bei 0,03°C. In dieser
Figur liegt die höchste
Temperatur an einem zentralen Abschnitt des Wafers bei 137,97°C und die
niedrigste Temperatur bei einer peripheren Zone des Wafers liegt
bei 137,42°C.
Der Temperaturbereich (die Temperaturdifferenz zwischen der höchsten Temperatur
und der niedrigsten Temperatur) beträgt 0,55°C. Die mittlere Temperatur,
die durch eine fett ausgezogene Isotherme angezeigt ist, liegt bei
137,68°C und
die Standardabweichung der Oberflächentemperatur beträgt 0,15°C.
-
Wie aus einem Vergleich der 33 und 34 ersehen werden kann, wird dann, wenn
die Hohlräume 515 dichter
durch die inneren Zwischenwände
in einer radialen Richtung aufgeteilt sind, wie bei 26, eine einheitlichere Temperaturverteilung
erzielt. Als ein Ergebnis von vielen Experimenten konnte ermittelt
werden, daß die
Verdampfungshohlräume 515a, 515b, 515c usw:
radial aufgeteilt sein sollten in achtzehn bis sechsunddreißig radiale
Sektoren, von denen jeder einen Winkel von 10 bis 20 Grad einnimmt,
bevorzugter 15 Grad, wobei der Temperaturbereich kleiner als 0,6°C beträgt und somit
eine einheitlichere Temperaturverteilung erhalten wird.
-
Messung der
kritischen Abmessung nach einem nach der Belichtung erfolgenden
Backvorgang des Photoresistmusters
-
Um erneut auf 32A einzugehen, so wurde ein Photoresistlösung auf
einen Wafer 610 aufgeschichtet, um eine Photoresistschicht 612 auszubilden
und es wurde die auf diese Weise erhaltene Photoresistschicht 612 vor-ausgeheizt,
und zwar bei einer Temperatur von 110°C für ca. 60 Sekunden.
-
Dann wurde, wie in 32B gezeigt ist, die Photoresistschicht 612 durch
tiefe Ultraviolettstrahlen 614 belichtet. Zu diesem Zeitpunkt
wurde eine Maske verwendet mit einem Muster zur Ausbildung eines
135 nm (Zielabmaß)
Kontaktloches. Die belichtete Photoresistschicht 612 wurde
nachgebacken. Zu diesem Zeitpunkt wurde eine heiße Platte verwendet, die einen
Haupt-Wärmeübertragungskörper 510 gemäß den 22 und 26 enthielt. Zur Herstellung eines Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510 werden
das erste und das zweite feste Wärmeübertragungsmedium 514 und 516,
die äußeren Seitenwände 518 und
die inneren Zwischenwände 530 unter
Verwendung einer Aluminiumlegierung hergestellt. Als Flüssigkeit 540 wurde
FC-40 (ein von 3M Korea LTD erworbener Markenname) ausgewählt, welches
eine Siedetemperatur und eine kritische Temperatur von ca. 155°C bzw. 270°C besitzt.
Nach der Herstellung des Haupt-Wärmeübertragungskörpers 510 wurde der
Hohlraum 515 auf 107 Torr evakuiert
und es wurden dann etwa 20% des Volumens des Hohlraumes 515 mit
der Flüssigkeit 540 gefüllt. Der
Hohlraum 515 wurde dann versiegelt.
-
Danach wurde, wie dies in 32C gezeigt ist, die belichtete
Photoresistschicht 612 entwickelt, um ein erstes Photoresistmuster 612a mit
einem ersten Öffnungsabschnitt 616 auszubilden.
-
35 zeigt
ein kritisches Abmessungs-(CD)-Verteilungsdiagramm einer ersten Öffnung,
die nach dem Entwickeln des belichteten Photoresistfilms erhalten
wird, der unter Verwendung des Haupt-Wärmeübertragungsmediums, welches
in den 22 und 26 gezeigt ist, nachgebacken
wurde.
-
Wenn die heiße Platte gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wurde, betrugen das maximale und minimale CD
jeweils 140 nm und 129 nm. Auch lag das mittlere CD bei 135 nm und
der Abmessungsbereich betrug lediglich 11 nm. Wenn der annehmbare
Abmaßbereich
auf 120 bis 150 nm eingestellt wurde, hatten alle gemessenen Kontaktlöcher eine
Größe, die
innerhalb eines annehmbaren Abmessungsbereiches lagen.
-
Messung der
kritischen Abmessung eines Photoresistmusters nach dem Rückfluß des Photoresistmusters
-
Um nun erneut auf 32A einzugehen, so wurde eine Photoresistlösung auf
einen Wafer 610 aufgeschichtet, um eine Photoresistschicht 612 auszubilden
und es wurde die auf diese Weise erhaltene Photoresistschicht 612 vorgebacken,
und zwar bei einer Temperatur von 110°C für ca. 60 Sekunden.
-
Dann wurde, wie in 32B gezeigt ist, die Photoresistschicht 612 mit
tiefen Ultraviolettstrahlen 614 belichtet. Zu diesem Zeitpunkt
wurde eine Maske mit einem Muster zur Ausbildung eines 185 nm Kontaktloches
verwendet. Die belichtete Photoresistschicht 612 wurde
nachgebacken. Zu diesem Zeitpunkt wurde eine heiße Platte, die einen Haupt-Wärmeübertragungskörper, wie
er in den 22 und 26 gezeigt ist, enthielt,
verwendet. Diese heiße
Platte war die gleiche wie diejenige, die bei der oben beschriebenen
Messung von CD verwendet wurde, und zwar nach dem Backen des Photoresistmusters
nach der Belichtung.
-
Die belichtete Photoresistschicht 612 wurde
entwickelt, um ein erstes Photoresistmuster 612a mit einem
ersten Öffnungsabschnitt 616 herzustellen,
wie in 32C gezeigt ist.
Dann wurde das erste Photoresistmuster 612a auf eine Temperatur
von 150°C
für zwei
Minuten erhitzt. Zu diesem Zeitpunkt wurde die gleiche heiße Platte
verwendet. Als ein Ergebnis wurde, wie in 32D gezeigt ist, ein zweites Photoresistmuster 612b mit einem
zweiten Öffnungsabschnitt 616a erhalten,
der eine kleinere Größe besaß als der
erste Öffnungsabschnitt 616.
-
Zum Zwecke eines Vergleiches wurde
die gleiche Prozedur unter Verwendung einer herkömmlichen heißen Platte
durchgeführt,
und zwar sowohl in bezug auf die Nachbackschritt und Rückflußschritte.
Das heißt es
wurde die heiße
Platte nach den 1 und 2 anstelle der heißen Platte
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet.
-
Es wurde die kritische Abmessung
(Größe) der
zweiten Öffnung
pro einem Abbild (map) über
den gesamten Wafer gemessen.
-
36 zeigt
ein kritisches Abmessungs-(CD)-Verteilungsdiagramm der zweiten Öffnung,
welches durch die Verwendung des herkömmlichen Haupt-Wärmeübertragungsmediums erhalten
wurde, welches in den 1 und 2 gezeigt ist. 37 zeigt ein kritisches
Abmessungs-(CD)-Verteilungsdiagramm, welches unter Verwendung des
Haupt-Wärmeübertragungsmediums
der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, wie es in den 22 und 26 gezeigt ist.
-
Wie aus 36 entnommen werden kann, betrugen dann,
wenn die herkömmliche
heiße
Platte verwendet wurde, das maximale und das minimale CD 201 nm
bzw. 159 nm. Auch lag der Mittelwert von CD bei 177 nm und der Abmessungsbereich
lag bei 42 nm.
-
Wenn die heiße Platte nach der vorliegenden
Erfindung verwendet wurde, lagen das maximale und das minimale CD
bei 205 nm bzw. 182 nm. Auch lag das mittlere CD bei 194 nm und
der Abmessungsbereich betrug 23 nm, wie in 37 gezeigt ist.
-
Aus dem vorangegangenen kann auch
erkannt werden, daß der
kritische Abmessungsbereich von 42 nm auf 23 nm verbessert wurde.
-
Wie oben dargelegt wurde, kann dann,
wenn der Wafer durch das Heizverfahren der vorliegenden Erfindung
erhitzt wird, dieser einheitlich bei einer Temperaturabweichung
von weniger als 1°C
und ferner weniger als 0,6°C
erhitzt werden.
-
Somit wird der Thermalschock, der
auf den Wafer und auf den Photoresistfilm, der auf den Wafer aufgeschichtet
ist, stark reduziert. Demzufolge kann in einem Fall, bei dem das
Heizverfahren und das Gerät
der vorliegenden Erfindung bei dem nach der Belichtung erfolgenden
Backschritt verwendet werden, ein Photoresistmuster mit einer einheitlichen
Größe auf dem
Wafer ausgebildet werden. Auch kann das Heizverfahren und das Gerät der vorliegenden
Erfindung in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden, um das Photoresistmuster
zum Rückfließen zu bringen,
um ein feineres Photoresistmuster auszubilden.
-
Das Heizverfahren und -gerät der vorliegenden
Erfindung kann auf anderen Gebieten für eine einheitliche Aufheizung
eines Wafers verwendet werden, welches in bevorzugter Weise eine
Plattengestalt besitzt. Natürlich
können
auf dem Gebiet der Halbleiter, welches ein einheitliches Aufheizen
eines Wafers erfordert, das Heizverfahren und -gerät der vorliegenden
Erfindung vorteilhaft verwendet werden.
-
Während
die vorliegende Erfindung unter Hinweis auf spezielle Ausführungsformen
dargestellt und beschrieben wurde, sei darauf hingewiesen, daß für Fachleute
vielfältige Änderungen
in der Form und in Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne
jedoch dadurch den Rahmen und Umfang der Erfindung, wie er in den
anhängenden
Ansprüchen
festgelegt ist, zu verlassen.
