专利名称：用于改善衬底烘烤均匀性的可变表面热板的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及半导体制造，更具体地说，本发明涉及用于改进衬底烘烤均匀性的装置和方法。
背景技术：
随着半导体器件制造商继续生产更加小的器件，在制造这些器件时对所使用的光掩模的要求也越来越严格。光掩模也称为光栅或掩模，其一般是高纯度的石英板或玻璃板，用于把电路图像传递到半导体晶片例如硅晶片上。随着器件变小，在掩模上的图像也变小并且更加复杂。因而，在形成结实和可靠的半导体的制造工艺中，掩模的质量是最关键的因素之一。
在掩模生产中，最具有挑战性的要求之一是控制临界尺寸(CD)的均匀性。CD均匀性可以由写在掩模上的相同尺寸的线和间隔的测量的统计结果来确定。CD均匀性一般规定为一个范围，3个西格玛或两个西格玛。
在电子工业中，许多参与者受驱使来减少CD均匀性误差。这些参与者包括光刻工具、处理工具、光刻胶、X射线抗蚀剂和工具的制造者，以及深紫外线抗蚀剂和工具、相移掩模和CD测量工具的制造者。
在光掩模坯件中也努力减少CD均匀性误差。坯件一般由镀铬的并涂覆有选定的抗蚀剂的合成石英衬底构成。一般在掩模车间直接将电路图形写在坯件上。
一种最普通的光掩模坯件是6025-铬-895坯件。6025坯件一般是6英寸见方，1/4英寸厚的由Shin Etsu，Asahi和Chi Chi Bu玻璃制造公司提供的合成石英衬底。一般以类似于美国专利5230971所述的方式在坯件上涂覆铬。涂覆在所述衬底上的光刻胶是895型的。这种光刻胶是一种光学照相聚合物，一般呈液体形式，可以从不同的供应商获得，其中包括Arch Chemicals。光刻胶一般通过旋转涂覆方法涂覆在铬/石英衬底上，接着进行烘烤。
在为理解坯件中的CD均匀性误差而付出的努力中，进行过在烘烤的6025坯件表面上的温度均匀性的研究。所述的温度研究发现，衬底表面具有7℃的温度范围。引起衬底表面温度不均匀的一个问题被确定为和用于烘烤衬底的加热的表面与衬底的表面之间的距离有关，所述距离也称为接近间隙。
以前，接近间隙的控制是通过叠置几层薄带(一般是Kapton带)来实现，将所述带叠置在一起而获得所需的高度。使用所述的带在精确地控制接近间隙方面存在若干问题。例如，作为一种薄的塑料，所述带在叠置期间遭受变形。此外，通常所述带在烘烤温度下在其有效寿命期间变薄。此外，所述带需要被精确地放置，而一般所述带的放置达不到所需的精度。
除去和控制接近间隙有关的问题之外，还有一系列问题和通常用于烘烤衬底的一般的热板有关。首先，一般的热板由铝块构成。由于铝较软，铝热板的加热表面或表面一般不能加工成小于200微米的平面。由于铝的软度，使用最通常使用的研磨技术无法获得平整度或光滑度的较严格的允差，因为一般被加热的衬底是圆的，并且热板表面一般是方的，通常在热板的拐角周围的空气比热板的中心的空气吸收较多的热，这使得衬底边缘处的温度降低，因而影响坯件的CD均匀性。
在克服这些和其它缺点所作的尝试中，设计了一种热板，其使用具有单独的温度控制器的辐射状的加热线圈，用于加热热板的每个部分。为了使这种装置有效工作，所有的温度控制器必须被正确地校准和正确地操作。一个温度控制器中的的故障一般由另一个温度控制器补偿，以得到检测不到的温度误差。
发明概述按照本发明的教导，提供了用于改善在烘烤期间衬底温度均匀性的方法、系统和装置。
一方面，提供了一种用于加热衬底的方法，所述方法最好包括一个具有在其第一表面内设置的由一个底和至少一个壁限定的槽的热板。此外，所述方法还包括对所述热板的第二表面提供热量，并把衬底置于所述槽上，接近所述热板的第一表面，使得衬底的第一和第二表面基本上和热板的第一表面以及槽的底平行。此外，衬底的第一表面的外边沿最好保持接近限定所述槽的壁。
另一方面，一种用于烘烤衬底的方法可以包括对热板提供热量，把衬底的第一表面定位在距离所述热板一定距离处，并改变衬底的第一表面和热板之间的距离，以便基本上均匀地把热量施加到衬底的第一表面上，使得衬底的第一表面上的温度更加均匀。
在本发明的另一个方面，提供一种用于烘烤衬底的装置。所述装置最好包括具有在其第一表面上限定的槽的热板。所述槽可以由至少一个壁限定，并最好具有基本上均匀的深度。此外，所述槽的尺寸最好这样选择，使得当所述衬底被设置盖住所述槽时，衬底的外边沿的至少一部分接触所述热板的第一表面的一部分。
在另一个实施例中，提供一种用于烘烤衬底的系统。所述系统最好包括具有第一槽的热板，所述第一槽被设置在所述热板的第一表面上，并具有基本上均匀的深度。所述槽最好由一个底和至少一个壁限定。在所述系统中包括的热板最好还包括第二槽，所述第二槽被设置在热板的第二表面上，并具有基本上均匀的深度。和第一槽类似，所述第二槽最好由一个底和至少一个壁限定。为了有助于烘烤，所述系统最好还包括热源，所述热源最好和第二槽相连。在所述系统中，所述热板最好可以操作，以使所述衬底保持接近热板的第一表面，从而盖住所述第一槽，并且所述衬底的第一表面的一部分和所述热板的第一表面接触。所述热板最好是能够操作的，以在烘烤期间在衬底上建立基本上均匀的温度。
本发明提供的一个技术优点是减少了由于不均匀的烘烤而引起的临界尺寸均匀性误差。
本发明提供的另一个额外的技术优点是减少了Kapton带磨损而可能在坯件上发生的背面缺陷。
本发明提供的另一个技术优点是能够利用改进的坯件制造更临界的掩模层。
通过结合附图参阅以下的说明可以更完整地理解本发明的实施例和本发明的优点，在所述附图中，相同的标号表示相同的特征，其中图1是表示包括本发明的教导的一种处理系统的示意图，其中的一部分被除去了；图2是一个透视图，表示按照本发明的教导的热板和衬底装置之间的关系的一个实施例；
图3是一个具有切除的部分的示意图，表示包括本发明的教导的热板的顶视图；图4是一个具有切除的部分的示意图，表示包括本发明的教导的热板的底视图；图5是一个具有切除的部分的示意图，表示包括本发明的教导的热板的侧视图；图6是一个具有切除部分的示意图，表示按照本发明的教导的自动装置进入切口的顶视图；以及图7是一个部分剖开的并具有切除的部分的示意图，表示按照本发明的教导的图6的自动装置进入切口的侧视图。
本发明的详细说明通过参看图1到图7能够更好地理解本发明的优选实施例及其优点，在所有附图中，使用相同的标号表示相同或者相应的部分。
图1表示包括本发明的教导的一种处理系统的一个实施例，在总体上用标号10表示。最好在系统10中包括热源12，以便在烘烤期间对热板14提供热量。热板14可以设置在热源12上，使得衬底16，例如6025铬895光掩模坯件、半导体衬底(未示出)或者其它类型的衬底可以被支撑和烘烤。
在处理期间，自动装置机构18利用机械手20把衬底16设置在热板14上。在系统10完成衬底16的烘烤之后，机械手20，最好使用抓持机构22和24，利用自动装置进入切口(图2所示)除去衬底16。也可以按照本发明的教导使用另外的热源，衬底和自动装置机构而不脱离本发明的范围和构思。
现在参看图2，图2示出了热板14和衬底16的组件的透视图。按照本发明的教导，热板14的第一表面26包括设置在其中的槽28。所述槽28可以由一个或几个壁30和底32限定。
在热板14的另一个实施例中，槽28可以是渐进的或者具有可变的深度。如图2所示，在槽28内可以包括另一个槽33。槽33最好设置在底32的中心区域。不过，在本发明的范围和构思内，也可以考虑另外的布置。如同下面详细说明的，可以使用槽33来实现烘烤期间的更大的温度均匀性。
在热板14的第一表面26最好还包括自动装置进入切口34、36和38。热板14将在下面详细说明。
在正常处理期间，衬底16最好包括设置在其第一表面42上的涂层40，例如铬。涂层40可以利用例如喷镀、化学蒸汽淀积、旋转涂覆以及其它方法设置。在一个实施例中，可以在涂层40的第一表面44上设置防反射层(未示出)。一旦涂层40被设置在衬底16的第一表面42上，涂层40最好被清洁和检查。在清洁和检查涂层40之后，在涂层40的第一表面44上设置光刻胶层46。光刻胶层46最好是一种液体聚合物。
如图2所示，衬底16在烘烤期间被置于上述的基本上平行于底表面32的槽28和槽33的上方。此外，如图所示，未涂覆的衬底16的表面47在烘烤期间最好和热板14的第一表面26接合。下面说明关于衬底16和热板14之间的关系的其它细节。
在烘烤期间，可以由加热器12产生热量。按照本发明的教导，热板14以基本上均匀的方式把来自热源12的热量提供给衬底16的未涂覆表面47。此时所述的热量被衬底16、涂层40以及最后的光刻胶层44吸收。在一个实施例中，涂层40和光刻胶层16的厚度小于1微米。
图3说明按照本发明的的教导的热板的实施例，其能够通过操作减少引起衬底(例如衬底16)的不均匀烘烤的CD(临界尺寸)均匀性误差。热板14具有基本上成方形的构型。根据被烘烤的衬底16以及用于烘烤的热源12的构型，热板14可以具有不同的构型，例如矩形、椭圆形、圆形等。
如上所述，在热板的第一表面26上，设置有自动装置进入切口34、36和38。自动装置进入切口34、36和38最好形成在和侧壁52、54相邻的侧壁48和50上，并且使得自动装置机构(例如自动装置机构18)能够放置被热板14加热的衬底16。热板14的另外的实施例可以不设置自动装置进入切口，可以包括6个自动装置进入切口，以及可以以其它的构型被设置。
如上所述，在热板14的第一表面26中设置有由一个或几个壁30和底32限定的槽28。所述槽28与包括于其中的槽33结合，可以通过操作使得在和其贴近的衬底的表面获得均匀的烘烤温度，以减小CD均匀性误差，并且可以实现其它优点。按照本发明的教导，和热板14的设计类似，槽28可以取圆形、椭圆形、矩形等形状，使得槽28和要被烘烤的相关的衬底的形状一致。形成圆形的或椭圆形的槽28是两个实施例，其中槽28可以由一个壁30限定。此外，和槽28类似，按照和要被烘烤的衬底相关的各种参数，槽33可以由一个或几个壁34构成。
按照本发明的教导，热板14的底面56基本上如图4所示。在底面56内，设置有由一个或几个壁58限定的槽60。
此外，在热板14上，最好包括定位孔62和64。定位孔62和64可以通过底面56进入，并且位于和侧壁48、50邻接的侧壁52和54的中部。定位孔62和64使得一个定位装置(未示出)在处理期间能够固定热板14。
按照本发明的教导的热板14的侧部52如图5所示。在侧部52上设置有保持孔66和68。热板14上包括保持孔66和68，使得能够在热板上固定一个或几个旋钮(未示出)，所述旋钮用于帮助把热板14从热源12上除去，以便进行维护。除去旋钮之外，例如螺栓，也可以用于帮助除去热板14。虽然没有示出，在一个或几个侧壁48，50和54上也可以设置维护孔66和68。
图5还示出了槽28和槽33。槽28和槽33一起形成具有多个台阶69的多个槽。一般的说，槽28的一个或几个壁30和槽33的一个或几个壁34组合而形成多个台阶69。
图6是按照本发明的的教导的自动装置进入切口38的顶视图。如上所述，在热板14中具有自动装置进入切口34、36和38，以便使得自动装置机构18能够借助于热板14固定衬底16进行烘烤。在一个实施例中，和自动装置进入切口34、36类似，自动装置进入切口38具有第一层70和第二层72。在本发明的范围内也可以采用自动装置进入切口34，36和38的其它实施例。
沿图6的线7-7取的自动装置进入切口38的截面图如图7所示。在图7中进一步表示自动装置进入切口38的第一层70和第二层72。如上所述，自动装置进入切口34和36的配置最好和自动装置进入切口38类似。
一般地说，为了在烘烤期间在衬底的表面上提供基本上均匀的热量，具有许多需要控制的变量。一般说来，在每种介质(例如衬底和热板)中的热导率是恒定的。热能通过每种介质必须行进的距离基本上决定了热能在被烘烤的衬底的临界表面或顶面上的均匀性。为在衬底的临界表面上达到均匀的温度，首先涉及的距离是衬底的厚度、从热源内的热元件到所用的热源的顶面的距离、从热源的顶面到热板的下表面的距离、热板的厚度和从热板的顶面到距离热板最近的衬底的表面的距离。
按照本发明的教导，热板14基本上控制从热源12的顶面到槽60的第二表面56以及底74的距离。热板14也基本上控制热板14的厚度、从槽28以及槽33的顶面26和底面32到和热板14接触的衬底16的表面47的距离。
热板14，如图1到图7所示，可以用于6025铬895光掩模坯件(未示出)或具有相同特性的衬底。6025铬光掩模一般是方形的，并且4个边的长度基本上是6英寸。一般的6025铬895光掩模坯件的厚度大约是1/4英寸。热板14可以被设计成用于更大或更厚的以及具有其它形状的衬底、坯件等。
在被设计用于6025铬895光掩模坯件的热板14的实施例中，边48，50，52和54的长度大约是7.7英寸。在第一表面26和第二表面56之间的距离，热板14的厚度大约是0.8英寸。
为了控制热板的第一表面26和衬底16的第一表面47之间的距离，在热板14中包括槽28。槽28基本上位于热板14的第一表面26的中心，并具有4个大约5.8英寸厚的壁30。为了说明本发明的各个特征，壁30被标以标号30a，30b，30c和30d。根据要被烘烤的坯件衬底或其它物体的特性、尺寸和形状，所用的热源的尺寸和形状，以及在烘烤处理中使用的其它元件，可以采用其它尺寸和形状的槽28。
槽28最后在热板14的表面26内进行加工。，在被设计用于烘烤6英寸见方，0.25英寸厚的6025铬895光掩模坯件的实施例中，槽28的深度大约是0.006英寸。这个深度在由壁30a、30b、30c和30d限定区域内最最好基本上是均匀的。直到0.008英寸的深度已经表明在一般的光掩模坯件的烘烤期间能够产生所需的温度均匀性。
如上所述，槽28可以包括由槽33或者其它方法形成的多个台阶69。通过增加槽33，在衬底16的表面47和热板14的第一表面26之间的距离可以被进一步控制。按照本发明的教导，槽33的尺寸可以这样选择，使得克服在热板14的中心部分热量的增加并克服其它的引起不均匀性的因素。如上所述，槽33的尺寸和形状的以及形成方法等的选择和槽28的相同。
在一个实施例中，热板14由碳化硅构成。碳化硅或者具有类似性质的材料使得能够在0.0002英寸的允差内在热板14内加工其中包括的槽28、槽33和槽60。不过，可以利用能够在0.001英寸的允差内加工的各种材料实现按照本发明的教导而获得的优点。
选择槽28的尺寸使得每边大约为5.8英寸的一个目的是使得6025-铬-895光掩模坯件的表面的外边缘大约有0.1英寸和热板14的第一表面接触。槽28的尺寸可以这样选择，使得6025-铬-895坯件表面的外边缘沿着其4个边和热板14的第一表面26沿着在壁30附近的边48、50、52和54接触，也有助于控制在热板14的第一表面26和坯件的表面(例如衬底16的第二表面)之间的距离。按照本发明的教导，对于0.25英寸厚的衬底，例如6025-铬-895光掩模坯件，在第一表面26和位于其中心的6025-铬-895光掩模坯件之间的大约0.1英寸的接触能够在6025-铬-895光掩模坯件的表面区域实现所需的温度均匀性。
碳化硅的导热率一般比空气高得多。因此，提供给与热板14第一表面26接触的衬底16的第二表面47的外边沿的热能比提供给位于热板中的槽28和槽33上方或者盖住所述槽的衬底16的第二表面的中心部分的热能多得多。这是由于热能在进入衬底16的第二表面47的中心部分之前，必须通过衬底16和底部32之间驻留的空气，而衬底16的第二表面47的外边沿直接和热板14的第一表面26接触。
热板14的第二表面56最好包括槽60，以使得从热源12向热板14传递的热量更加均匀。所述热量传递的均匀性也可以减少在现有系统中可能发生的热点。在热板14的一个实施例中，槽60的每个壁58a、58b、58c和58d的长度大约是6.1英寸。槽60最好具有0.003英寸的基本上均匀的深度。槽60的底部74最好可以操作使得在使用期间和热源12的表面连续接触，以使得热源12向热板14的热传递更加均匀。如上所述，槽60有助于控制热源12的顶面和热板14的第二表面56之间的距离。
衬底16的一部分和热板14之间的接触、槽28和槽33的深度以及槽60的底部74的均匀深度的等几项因素的共同作用可以平衡传递给衬底16的热量和从衬底16损失的热量，使得实现基本上均匀的温度。
如上所述，热板14可被设计成用于除6025-铬-895光掩模坯件之外的其它的衬底和坯件等。当设计热板14用于其它的衬底和坯件时，需要对上面披露的实施例进行一些改变。例如，对于较厚的衬底，在衬底和热板的第一表面之间接触的数量可能需要增加，以便考虑到在衬底的边沿发生的损失。同样，对于较薄的衬底，所述接触的数量则需要减少。
虽然本发明结合其优选实施例进行了说明，但是，本领域的技术人员可以对所述的实施例进行许多改变和改型。这些改变和改型都落在本发明权利书要求的范围内。
权利要求
1.一种用于加热具有第一表面的衬底的方法，包括提供一个具有第一表面和第二表面的热板，所述热板具有在其第一表面内设置的由一个底和至少一个壁限定的第一槽；对所述热板的第二表面施加热量；以及把所述衬底的第一表面置于所述第一槽上，并接近所述热板的第一表面，使得所述衬底被设置成基本上平行于所述热板的第一表面，并且被设置的衬底的第一表面的外边沿接近限定第一槽的至少一个壁。
2.如权利要求1所述的方法，还包括把所述衬底设置在所述第一槽的上方并接近所述热板，使得衬底第一表面的外边沿的至少一部分与和限定所述第一槽的至少一个侧壁邻近的热板的第一表面接触。
3.如权利要求2所述的方法，还包括改变限定所述第一槽的至少一个壁的构型，从而改变和所述热板的第一表面接触的衬底第一表面的外边沿部分。
4.如权利要求2所述的方法，还包括按照所述衬底的至少一个特性改变和所述热板的第一表面保持接触的衬底的第一表面的外边沿部分。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述衬底的至少一个特性是衬底厚度。
6.如权利要求1所述的方法，提供设置在所述第一槽的中心区域附近的第二槽；所述第二槽由至少一个壁和一个底限定。
7.一种用于烘烤衬底的方法，包括把衬底的第一表面放置在热板的第一表面上，使衬底的第一表面被设置在热板的第一表面中的至少一个槽的上方，所述至少一个槽由至少一个壁和一个底面限定；把衬底第一表面保持在离开所述至少一个槽底面的一个选定距离处；对热板的第二表面提供热量；均匀地加热所述衬底。
8.如权利要求7所述的方法，还包括使衬底第一表面的外边沿在所述至少一个槽的至少一个壁附近和热板的第一表面保持接触；以及把所述衬底定位，使得盖住所述至少一个槽。
9.如权利要求8所述的方法，还包括按照衬底的厚度改变衬底第一表面的外边沿和热板之间的接触。
10.如权利要求8所述的方法，还包括相对于热板第一表面移置所述至少一个槽的底表面的至少一部分。
11.如权利要求8所述的方法，还包括改变所述至少一个槽的至少一个壁，使得在衬底的第一表面的外边沿和热板之间的接触被改变。
12.一种用于烘烤衬底的装置，包括具有第一表面和第二表面的热板；在热板第一表面内限定的第一槽；所述第一槽部分地由至少一个壁和一个底限定；所述第一槽具有由第一槽的底和热板第一表面之间的距离限定的基本上均匀的深度；所述第一槽的尺寸被这样确定，使得当所述衬底被设置在所述第一槽的上方时，衬底的外边沿的至少一部分和热板的第一表面的至少一部分接触。
13.如权利要求12所述的装置，还包括其尺寸被这样确定的第一槽，使得当衬底被设置成盖住第一槽时，衬底外边沿的大约十分之一英寸接触热板的第一表面。
14.如权利要求12所述的装置，还包括具有在大约0.006英寸到0.008英寸之间的深度的第一槽。
15.如权利要求12所述的装置，还包括由具有基本上相等长度的4个壁限定的所述第一槽。
16.如权利要求12所述的装置，还包括被设置在热板的第二表面中的第二槽；由至少一个壁限定的并具有基本上均匀深度的第二槽。
17.如权利要求12所述的装置，还包括由碳化硅制成的热板。
18.如权利要求12所述的装置，还包括设置在所述热板第一边沿上的至少一个自动装置进入切口；以及设置在和第一边沿相对的热板第二边沿上的至少两个自动装置进入切口。
19.如权利要求12所述的装置，还包括热源，其可以操作使得和所述热板的第二表面相连。
20.如权利要求12所述的装置，还包括设置在第一槽的底部的中心区域的一个槽；以及所述设置在第一槽内的槽的尺寸这样确定，使得在第一槽的上方设置的衬底的第一表面上达到基本上均匀的温度。
21.一种用于烘烤衬底的系统，包括具有分别是第一表面和第二表面的热板；设置在热板的第一表面内的第一槽，其具有由一个底部和至少一个壁限定的基本上均匀的深度；设置在热板的第二表面中的第二槽，其具有由一个底部和至少一个壁限定的基本上均匀的深度；可以操作而和所述第二槽耦联的热源；所述热板可以操作，以使所述衬底保持在所述第一表面附近，使得第一槽被盖住，并且衬底的第一表面的一部分和在限定第一槽的壁附近的热板第一表面接触；所述热板还可以操作使得在烘烤期间，在衬底中建立基本上均匀的温度。
22.如权利要求21所述的系统，还包括自动装置机构，其可以操作用于把衬底固定在热板上。
23.如权利要求21所述的系统，还包括设置在第一槽底部中的一个槽；所述槽的尺寸使得在烘烤期间在衬底内能够达到基本上均匀的温度。
全文摘要
本发明披露了一种用于改善烘烤的衬底临界尺寸均匀性的系统、方法和装置。提供所述系统、方法和装置用于改变被烘烤的衬底和热板表面之间的距离，使得在烘烤期间在衬底内获得基本上均匀的温度。在一个实施例中，衬底被设置在一个具有位于其顶面的基本上中心位置上的槽的热板上。在和热板接触的衬底的边沿之间的距离与衬底的中心部分和槽的底部之间的距离的不同使得在衬底内能够获得基本上均匀的温度。
文档编号H01L21/027GK1428003SQ01808720
公开日2003年7月2日 申请日期2001年12月11日 优先权日2000年12月28日
发明者M·D·维布斯特 申请人:肖特石版印刷技术股份公司