200837837 r 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係係有關一種具有熱均勻性之熱處理裝置，尤 指有關-種半導體元件之製程中所用之熱處理裝置，藉由 控制熱氣流動來控制溫度的均勻化。 【先前技術】 在半導體製程中，光刻技術係應用於將各種型式之薄 膜予以刻以圖案，其中各種型式之薄膜包括例如形成於半 鲁㈣基板上之二氧化石夕膜或氮化石夕膜之絕緣膜，與例如銘 合金膜或銅合金膜之導電膜。 傳統上’在光刻技術中，對紫外線輕射有感光性之光 阻，係被塗佈至-薄膜以形成一光阻膜，然後，紫外線幸畐 射係經由-光罩圖案而照射(曝光)至光阻膜；接著光阻膜 顯影’且溶解的區域係被一溶劑移除，以形成一光阻圖 案，：、、丨後，藉由使用光阻圖案作為光罩，而對薄膜作選擇 馨 性地蝕刻出圖案。 蚁著積體電路集積度的增加，需要更細微的光刻技 術例如一種化學增強型光阻已被揭露，其能應用於更細 微處理之光刻技術。化學增強型光阻係一種應用酸催化反 應之光阻，其被塗佈至一個半導體基板，且受遠紫外線照 射，然後其内的光學酸產生劑產生氫離子，以作為化學增 強之觸發物質。在執行於曝光後之曝光後烘烤(PEB)處理 期間’氮離子替代原本連接至鹼基樹脂之保護基，俾能使 保護基解除’不可溶於鹼之光阻係因此改變成可溶解於 5 200837837 驗。此種反應破稱為—種酸催化感光反應， ，光反應增強光阻之可溶解性，心實現 徵三因在曝先之後，如果此種光阻係以一種驗顯影液 進灯則可獲得―種期望細微光阻圖案。 第1圖」係為以工序步驟之順序顯示一種使用上述 化學增強型光阻以形成—光阻圖案之流程圖。如步驟A所 示’將有待形成-光阻圖案之半導體基板之表面，進行一 癱種疏水處理，俾能増加光阻之黏著性。如步驟B所示，將 化學增強型光阻旋轉塗佈至半導體基板之表面，藉以形成 -光阻膜。接著如步驟c所示，光阻膜係被鼓烘烤以從 .該處移除溶劑。半導體基板係被冷卻至室溫，如步驟〇所 不。而光阻膜係經由一種以期望圖案晝出之鮮圖案，以 來自如KrF準分子雷射之遠紫外線輻射照射曝露，如步驟 E所示。光阻膜接著受到一種PEB(曝光後烘烤）處理，以 促進從光阻膜肩除保護基之消去反應（酸催化感光反 ⑩ 應）’如步驟F所不。 然後，半導體基板再次冷卻至室溫，如「第丨圖」之 步驟G所示。而光阻膜係以鹼顯影液顯影以形成一光阻圖 案，如步驟Η所示。形成光阻圖案之光阻膜係受到後烘烤， 以移除由顯影所產生之水汽，如步驟j所示。接著，於半 導體基板上之薄臈，係藉由使用上述光阻圖案作為光罩以 對薄膜刻以圖案，而選擇性地被#刻。 化學增強型光阻具有解像性優異之優點，但另一方面 卻對環境敏感。亦即與大氣中的鹼性物質反應，酸失效， 6 200837837 *弓巧圖案形狀或解像度劣化等問題。為了防止此劣化而進 ‘行裒兄控制，般而5 ’每境控制係於曝光裝置及進行光 阻塗佈或,等處理之塗佈顯影機内，設置化學渡網等而 進行m此化學增_級需於曝光進行peb之 加熱處理工序，咖係為了使曝光工序中所發生的酸擴散 而進行者。所以，化學增強型光阻除了前述酸之失活外， 還因為PEB處理中之酸的蒸發而消失。 自先前即提出數種方法作為減低化學增強型光阻因 PEB處理巾之酸的蒸發*消失的方法。例如：可舉例使光 =塗佈後、使公劑揮發為目的所進行之預烤溫度比通常 高’PEB溫度比通常還低，以減低酸的蒸發的方法。或者 可舉例’在比通常氣壓高的壓力下進行舰處理，以減少 酸之蒸發的方法。 、、“、;而由於PEB工序溫度比通常還低的作法，雖然可 X減低PEB時之g夂的蒸發量，但由於大幅離開最適化的溫 書度條件（通常條件）的條件下進行預烤處理及ρΕβ處理，故 …法使本來光阻所具有之曝光量或對焦幅度充分發揮成 =知在細微光阻圖案的要求下，使賴處理裝置行熱 处理程序k摘別注意半導體晶圓上被處理膜的溫度控 制，因為溫度變化會對半導體晶圓表面被處理膜的控制性 造成問題，及抑制其表面的變化。 又，PEB處理中必須具有可以防止加熱時所產生之氣 體或微粒子附著於反應室内，成為污染粒子(Partide)之發 生源之熱處理衣置’因此，一般係於熱處理裝置的反應室 200837837 内形成淨化氣流，用以將加 、 蒸發物載走排出，抑制過程中半導體晶ϋ表面中的 市〇蒸發物對表 然而’現有熱處理袭置 欠化心曰。 栌、、拉洚供而店梦八札+产 乂運氧排風系統卻常因為氣 !:= =Γ排放σ遇冷凝結變成液態，甚 A'm造成執行熱處理 一……… 疋所以，該熱處理裝置操作 旦匕^ 仃慝理至的清潔，且淨化氣流流 罝的不穩疋也將會使光阻表面的溫度不均，進而導致光阻 表面的酸濃度不同，使得顯影處理後之光阻尺寸產生變 動。 、根據上C為了避免溫度不均，減少熱處理程序時， 為/JBL度不句&成半導體晶圓表面被處理膜的控制性問 題，因此需改良現有的熱處理裝置。 【發明内容】 羑疋本發明之主要目的係揭露一種熱處理裝置，藉 _ 由…、工氣/Μ動使加熱過程均勻化，且調節排氣之流量，控 制排出該處理室内之氣體流量，形成一具有熱均勻性之熱 處理裝置。藉此降低淨化氣流造成光阻表面溫度不均之情 况’使光阻表面的酸濃度變化相同，使得顯影處理後可獲 得一種期望細微光阻圖案。 本發明係一種具有熱均勻性之熱處理裝置，同一般熱 處理裝置，其裝置包括一底部及-蓋體，及該底部與蓋體 所失設形成之一處理室；一加熱平台設置於該處理室，用 以加熱半導體晶圓；一氣體供給口設於該蓋體中央處，且 8 200837837 — 該氣體供給口接入一氣體供給管；以及一位於該底部侧邊 且在該蓋體内之排氣管，且該排氣管延伸至一氣體排放 管’用以排出處理室内之氣體。本發明之特徵在於該加熱 平台轉動該半導體晶圓，使該半導體晶圓上下的熱空氣流 動’使加熱過程均勻化；且該氣體排放管設有一流量控制 裝置’用以調節該氣體排放管内之排放口大小，控制排出 該處理室内之氣體流量；以及一設置於該流量控制裝置前 •之流1計’該流量計用於量測該氣體排放管内之排氣流 曰 里且回授仏號給該流量控制裝置，使該流量控制裝置機 動5周整該氣體排放管内之排放口大小，藉此降低淨化氣流 k成BEI圓上待處理膜表面溫度不均之情況，使光阻表面的 酸濃度變化相同，使得顯影處理後可獲得一種期望細微光 阻圖案。 其中，該半導體晶圓的轉動方式係藉由該加熱平台自 我旋轉，帶動該半導體晶圓轉動，利用轉動方式形成熱空 #氣流動使加熱過程均勻化；或該加熱平台中央區域設有複 數個頂氣孔’該些頂氣孔用m氡體頂住該半導體晶 圓，且中央區域外圍設有複數個轉動氣孔，藉由該些轉動 氣孔噴出氣體使該半導體晶圓轉動。 又’該氣體絲管上設有魏始I魏㈣供給管之 加熱元件，用以加熱流通於該氣體供給管之氣體，而使氣 體本身溫度升高，該被升溫之氣體再由該氣體供給 口進入 到該處理室，再由該排氣管排出。 另’該蓋體外表面係設有-絕熱層，用以減少該蓋體 9 200837837 ，·本身的熱韓射，使該蓋體具有保持溫度之效果。 r 【實施方式】 為俾使責審查純對本發明之目的、特徵及功效， 得獲致更深-層之瞭解與認同，兹列舉實施例並配合圖式 說明如后： 明參閱「第2圖」，本發明之熱處理裝置之剖面示意 圖。本發明係一種具有熱均勻性之熱處理裝置1〇〇，熱處 理裝置100係用於加熱半導體晶圓w(其上已具待處理之 春 化學增強型光阻膜）進行溫度控制，同時施行熱處理之處理 裝置。同一般熱處理裝置100，其包括一底部n〇及一蓋 體120，及該底部110與蓋體12〇所夾設形成之一處理室 200，且該處理室200内用以放置欲加熱之半導體晶圓w 至一預定溫度之加熱平台130。一氣體供給口 121設於該 蓋體120中央處，且該氣體供給口 121接入一氣體供給管 140;以及一位於該底部110侧邊且在該蓋體内之排氣管 150,且該排氣管15〇延伸至一氣體排放管160,用以排出 參 處理室200内之淨化氣體(如氮氣）。 該氣體排放管160設有一流量控制裝置161，用以調 節該氣體排放管内160排放口之大小，控制排出該處理室 200内之氣體流量·，以及一設置於該流量控制裝置前之流 量計162，該流量計162用於量測該氣體排放管160内之 排氣流量，且回授信號給該流量控制裝置161，使該流量 控制裝置161機動調整該氣體排放管160内之排放口大 小。本發明藉由可控制與改變之排放口大小，使執行熱處 200837837 理程序時淨化氣流流量穩定，形成一具有熱均勾性之熱處 理裝置100，降低淨化氣流因為不穩定的流速造成在晶圓 W上光阻膜表面所產生溫度不均之情況，使光陴表面的酸 濃度變化更穩定，使得顯影處理後可獲得一種期望細微光 阻圖案。
請參閱「第3圖」，為本發明之另一熱處理裝置之剖 面示意圖。該氣體供給管14〇上進一步可設置複數個環繞 於該氣體供給管140之加熱元件400，該加熱元件400用 以加熱流通於該氣體供給管14〇之淨化氣體-氮氣，而使氣 體本身溫度升高，該被升溫之氣體再由該氣體供給口 121 進入到該處理室200，再由該排氣管15〇排出，於該處理 至200内形成一熱氣體對流，利用熱氣體將半導體晶圓w 表面中的蒸發物載走排出，且也抑制蒸發物對半導體晶圓 W表面膜的變化影響’也控制熱處理裝置⑽之整個處理 至200内的’皿度平衡，減少該些因素對半導體晶圓w後續 製程的影響。且執行熱處理程序時，將不再有污染物該熱 置1〇0之^件如處理室200、排氣管150與氣體 S 160之/儿積物影響’所以’該熱處理裝置100可操 ，-段長時間而不須停機進行相㈣件清潔，節省作業程 序上的時間，本，也減少相關作業之成本。 你姑^ 體120外表面進-步可設置-絕熱層300， 溫具有絕熱功能’使該蓋體120具有保持 ::二+二絕熱層300可減少該蓋體120本身的熱輻 、’ 1使轉本發明之熱處理裝置刚之溫度不穩定 200837837 厂 之因素都被排除，降低溫度不均之情況。 : 本發明旋轉該半導體晶圓W的方式，請參閱「第4-1 圖」，可以利用旋轉該加熱平台130的方式帶動該半導體 晶圓W的轉動，使半導體晶圓W加熱過程均勻化。當該 半導體晶圓W放置於該加熱平台130時，藉由該加熱平台 130上的導引栓131限定半導體晶圓W的位置，且當該加 熱平台130旋轉自我旋轉時，將帶動該半導體晶圓W轉 動；且該半導體晶圓W也會因為加熱平台130上的頂針 ⑩ 132(如「第4-2圖」所示）而與加熱平台130間具有間隙， 所以利用轉動方式使半導體晶圓W上下都會形成熱空氣 流動，藉由熱空氣流動使加熱平台區域間溫度差減少，使 加熱過程均勻性最佳化。 請參閱「第5-1圖」，本發明也可以利用旋轉烘烤的半 導體晶圓W，使半導體晶圓W加熱過程均勻化。例如： 利用該加熱平台130中央區域設置的複數個頂氣孔133吹 φ 氣產生氣墊，使半導體晶圓W與加熱平台130間保持間隙 (如第5-2圖），再利用中央區域外圍設置的複數個轉動氣 孔134吹氣產生推力使半導體晶圓W轉動（如第5-1圖）， 該半導體晶圓W在加熱平台130上旋轉減少區域間溫度 差，使加熱過程均勻性最佳化。 惟上述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定 本發明實施之範圍。即凡依本發明申請專利範圍所做的均 等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。 12 200837837 ^ 【圖式簡單說明】 , 第1圖，為以步驟順序顯示一般光阻圖案形成方法之流程 圖。 第2圖，為本發明之熱處理裝置之剖面示意圖。 第3圖，為本發明之另一熱處理裝置之剖面示意圖。 第4-1圖，為加熱平台自我旋轉之示意圖。 第4-2圖，為第4-1圖之侧視示意圖。 第5-1圖，為加熱平台喷氣體使半導體晶圓旋轉之示意圖。 • 第5-2圖，為第5-1圖之剖面示意圖。 【主要元件符號說明】 100 ： 熱處理裝置 110 ： 底部 120 ： 蓋體 121 ： 氣體供給口 130 ： 加熱平台 131 ： 導引栓 132 ： 頂針 133 ： 頂氣孔 134 ： 轉動氣孔 140 ： 氣體供給管 150 ： 排氣管 160 ： 氣體排放管 200 ： 處理室 161 ： 流量控制裝置 13 200837837 162 :流量計 300 :絕熱層 400 :加熱元件