专利名称：加热干胶片及在干胶片上烘烤光致抗蚀剂膜的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加热干胶片的方法、在干胶片上烘烤光致抗蚀剂膜的方法、加热干胶片的设备和在干胶片上烘烤光致抗蚀剂膜的设备。具体地说，本发明涉及一种在光刻法中均匀加热干胶片以形成光致抗蚀剂图形的方法、在干胶片上均匀烘烤光致抗蚀剂膜以形成光致抗蚀剂图形的方法、实施该加热方法的设备和实施该烘烤方法的设备。
制造半导体装置一般包括光刻法，其中干胶片被液体光致抗蚀剂(PR)涂敷，形成PR膜。PR膜被由光源产生的并通过遮蔽物或分划板的光曝光形成图形。然后将图形显影，通过这些步骤将干胶片加热至预定温度几次。
由此实施该光刻法的设备需要PR涂敷机、曝光装置、显影剂和烘烤单元。该技术的目前趋势是使用该系统，其中PR涂敷机、显影剂和烘烤单元组合在一起，由此移动装置间的干胶片所需的距离和时间被减少到最小。换句话说，该组合系统能够高效率地实施常规的光刻法。
PR涂敷机一般是实施自旋涂布方法的类型，其中干胶片以预定的速度旋转，将光致抗蚀剂溶液喷在旋转的干胶片上。结果，通过离心力，光致抗蚀剂均匀地分散在干胶片上。
一般认为在制造半导体装置过程中的干胶片的加热包括4个步骤。第一个步骤是在预定温度下加热干胶片以从干胶片的表面蒸发有机材料或杂质的预烘烤步骤。第二步是在用光致抗蚀剂涂敷干胶片后，立刻加热干胶片以便干燥光致抗蚀剂，和将光致抗蚀剂膜牢固附在干胶片表面上的软烘烤步骤。第三步是加热已经曝光的光致抗蚀剂的曝光后烘烤(PEB)步骤(后述)。第四步是在光致抗蚀剂膜显影后立刻加热干胶片，以便将得到的光致抗蚀剂图形牢固附在干胶片表面上的硬烘烤步骤。
当曝光装置包括紫外线(UV)和深紫外线(DUV)光源时，根据基质如干胶片的反射率和折射率和用光照射的光致抗蚀剂膜的光吸收率，光衍射和产生干涉。反过来，干涉现象造成光致抗蚀剂的图形的轮廓反常和图形的临界尺寸不均匀。进行PEB步骤以补偿这些问题。在PEB步骤中，在预定的温度下加热曝光的光致抗蚀剂膜，重新排列由于热扩散光学分解的树脂，由此清洁曝光图形的轮廓截面。当曝光源是DUV光时，化学加强的抗蚀剂用作光致抗蚀剂。通过热处理曝光的化学加强的抗蚀剂部分变为溶于显影溶液中的酸。另外，由于链反应，发生化学加强的抗蚀剂的改变，这样在PEB中的用在整个干胶片上的热平衡，对光致抗蚀剂图形的临界尺寸的均匀性有很大影响。
因此，均匀加热整个干胶片表面在增加产率方面是很重要的。如在
图1中所示的常规烘烤单元的加热装置包括下层板2，其中装有电热源即加热器21。加热器21正好位于支撑有干胶片100的上层板1的下表面的下面。参照图2和3，在下层板2的上表面中形成螺旋状的槽22，加热器21位于槽22中。在该结构中，通过加热器21产生的热从下层板2转移至上层板1以加热上层板1的干胶片100。另外，通过使用装在下层板2上的温度传感器(未显示)检测上层板1的温度，反馈控制加热器21的功率，以使温度保持在预定的范围内。在常规的加热装置中，通过上层板和下层板1和2的板体分别进行加热。结果，如下所讨论的，在上层板1的表面产生非均匀的热分布。
图4是说明在通过常规加热装置加热的干胶片表面温度的温度分布图表，其中相邻的等温线间的温度差是0．02℃。如图4所示，温度分布不规则和反常地扭曲，最冷和最热区域间的温度差约1．76℃。在该图中，越过干胶片中心的粗等温线A表示的温度是145．31℃，等温线B表示的温度是146．28℃，等温线C表示的温度是144．32℃。从该温度分布可以看出，干胶片的表面温度逐渐在粗等温线A的一侧增加，在干胶片的外围部分达到146．28℃，逐渐在粗等温线A的另一侧下降，在干胶片的另一外围部分达到144．32℃。该不规则的温度分布和宽的温度差对如上所述的产率有很大的影响。因此，无论如何必须改善通过加热干胶片产生的温度分布。
图5是表示当用常规的加热设备加热干胶片时干胶片的温度区域的变化的温度-时间图，图6表示测量干胶片表面温度的位置。这些位置包括干胶片表面的中心和与干胶片表面中心同心的在2个圆周上的各个点。
参照通过读取上述各点处的温度获得的温度变化，如图5所示，温度在任何给定的时间处的测量值非常不同。而且，在预定时间过后，温度急剧下降(图中的D区)。这样大的温度差不但给予干胶片而且给予干胶片上的光致抗蚀剂膜严重的热冲击。该热冲击对光致抗蚀剂膜的物理化学特性有负面影响。
因此，上述常规的加热设备妨碍了光刻法在干胶片上成功形成具有正常轮廓和均匀临界尺寸的光致抗蚀剂。这个问题特别严重，因为图形设计规则越来越细(例如0．25μm，0．18μm和0．15μm)以响应提高集成电路水平的需要。因此，常规的加热设备对提高产率是个阻碍。
如前所述，本发明的第一个目的是提供均匀加热物体如干胶片的方法和设备。
本发明的另一个目的是提供均匀加热干胶片的方法和设备，以便避免将对干胶片和在干胶片上形成的光致抗蚀剂膜施加的热冲击或将其减小到最小。
本发明的再一个目的是提供均匀烘烤在干胶片上的光致抗蚀剂膜的方法和设备，以便避免或至少将施加的热冲击减小到最小，以减少由此招致的临界尺寸的差别。
根据本发明的一个方面，在均匀加热物体的方法中，给第一个固体热转移介质供热。热从第一个固体热转移介质传输到流体热转移介质，该介质被划分为多个互相连接的蒸发腔，每个腔含有液体。热量造成在多个相应的蒸发腔内液体蒸发成为多个蒸汽部分，多个蒸汽部分被平行导向上方的物体。蒸汽部分接触第二个固体热转移介质，以加热第二个固体热转移介质，由此将热传输至第二个固体热转移介质。第二个固体热转移介质和物体热接触，以把热从第二个固体热转移介质传输至物体。
根据本发明的另一个方面，在烘烤干胶片上光致抗蚀剂膜的方法中，将光致抗蚀剂溶液涂敷在干胶片上以形成光致抗蚀剂膜。光致抗蚀剂膜被曝光后，干胶片被转移到热板上。在热板上，给第一个固体热转移介质供热。热从第一个固体热转移介质传输至流体热转移介质，该介质被划分为多个互相连接的蒸发腔，每个腔含有液体。热造成在多个相应的蒸发腔内液体蒸发成为多个蒸汽部分，多个蒸汽部分被平行导向上方的物体。蒸汽部分接触第二个固体热转移介质，以加热第二个固体热转移介质，由此将热传输至第二个固体热转移介质。第二个固体热转移介质和物体热接触，以把热从第二个固体热转移介质传输至物体。
根据本发明的另一方面，可以使用加热干胶片的上述方法来形成光致抗蚀剂图形。在干胶片上涂敷光致抗蚀剂溶液以形成光致抗蚀剂膜后，光致抗蚀剂膜被曝光，如通过深紫外线曝光。曝光的光致抗蚀剂膜被显影，以形成第一个具有第一尺寸的第一开口的光致抗蚀剂图形。在预定的温度下通过上述加热方法加热干胶片，以便回流第一个光致抗蚀剂图形，形成具有尺寸比第一尺寸小的第二尺寸的第二开口的第二个光致抗蚀剂图形。
根据本发明的再一个方面，加热物体的设备包括第一固体热转移介质，和热结合至第一固体热转移介质的流体热转移介质，该流体热转移介质被划分成多个互相连接的蒸发腔。设备还包括热结合至流体热转移介质的第二固体热转移介质，用于和物体热接触。多个蒸发腔在第一和第二固体热转移介质间以相同的平面延伸。
根据本发明的再另一方面，干胶片加热设备包括加热元件、热结合至加热元件的底部的固体热转移介质、热结合至下面固体热介质的上表面的第一固体热转移介质和第二固体热转移介质，第二介质具有放置干胶片的表面，并且热结合至与所述放置干胶片的表面相对的所述的第一固体热转移介质。设备进一步包括流体热转移介质，其由多个放在所述第一和第二固体热转移介质间的互相连接的蒸发腔限定。
参照附图详细描述发明的实施方案，本发明的上述目的和其它优点将变得更显而易见，其中图1是常规烘烤单元的加热干胶片设备的截面示意图；图2是常规干胶片加热设备的热源的平面图；图3是常规干胶片加热设备的热源部分的放大图；图4是用常规干胶片加热设备加热的干胶片的表面温度分布图；图5是表示当用常规干胶片加热设备加热干胶片时，干胶片的温度区域相对时间变化的曲线图；图6表示测量通过常规干胶片加热设备加热的干胶片的表面温度，以产生图5所示的温度分布图的位置点；图7是本发明的干胶片加热设备的第一实施方案的侧视图；图8是本发明的干胶片加热设备的热源的截面示意图；图9是热源部分的放大图；图10是本发明的干胶片加热设备的第二实施方案的侧视图；图11A是在本发明的干胶片加热设备的第二实施方案中采用的网格的透视图；图11B是适合用于本发明干胶片加热设备的第二实施方案中另一形式的网格透视图；图12是本发明的干胶片加热设备的第三实施方案的侧视图；图13是本发明的干胶片加热设备的第四实施方案的侧视图；图14是本发明的干胶片加热设备的第五实施方案的截面示意图；图15是在本发明的干胶片加热设备的第五实施方案中采用的固体加热介质的底视图；图16是本发明的干胶片加热设备的第六实施方案的截面示意图；图17是本发明的干胶片加热设备的第七实施方案的截面示意图；图18是在本发明的干胶片加热设备的第七实施方案中采用的冠状体的截面示意图；图19是通过本发明的干胶片加热设备加热的干胶片的表面温度分布图；图20是通过本发明的干胶片加热设备的另一干胶片的表面温度分布图；图21表示当通过本发明的干胶片加热设备加热干胶片时，在干胶片的温度区域相对时间变化的曲线图；图22是表示本发明的加热干胶片设备的第八实施方案的透视图；图23是沿着如图22所示的E-E′的干胶片加热设备的剖视图；图24是图23的F部分的放大图；图25是主要热转移体的一个实施方案的内部划分壁的设计平面剖视示意图；图26是主要热转移体的另一个实施方案的内部划分壁的设计平面剖视示意图；图27是底部固体热转移介质的底部透视图；图28是热单元(heat block)连在其下面的常规热转移介质的剖视图，包括说明温度分布的等温线图；图29是根据本发明的一个实施方案，热单元(heat block)连在其下面的热转移介质的剖视图，包括说明温度分布的等温线图；图30是根据本发明的另一个实施方案，热单元(heat block)连在其下面的热转移介质的剖视图，包括说明温度分布的等温线图；图31是说明如图28-30所示的主要热转移体的最高表面温度的曲线图；图32A-32D是说明根据本发明的一个实施方案，利用本发明的加热设备，形成光致抗蚀剂图形的方法的剖视图；图33是表示用如图25所示的主要热转移加热的干胶片表面温度分布的等温线图；图34是表示用如图26所示的主要热转移加热的干胶片表面温度分布的等温线图；图35是在使曝光的光致抗蚀剂膜显影后获得的第一开口的临界尺寸(CD)分布图，利用如图22和26所示的主要热转移介质，该光致抗蚀剂膜已经被后烘烤(post-baked)；图36是通过如图1和2所示的主要热转移介质获得的第二开口的临界尺寸分布图；和图37是通过如图22和26所示的主要热转移介质获得的第二开口的临界尺寸分布图。
下面详细描述本发明的优选实施方案。
首先参照图7，根据本发明的第一实施方案的干胶片加热设备包括直接和其接触的支撑干胶片100的固体热转移介质10，热源20和放在固体介质10和热源20间的流体热转移介质30。通过用热源20加热介质和让介质冷却，流体介质30的状态在蒸汽状态和液体状态间可以改变。这里，固体热转移介质10和热源20中的箭头说明热移动的方向，流体热转移介质30中的箭头说明流体介质的移动方向。和固体热转移介质10相邻的流体热转移介质30的部分处于蒸汽状态，和热源20相邻的流体热转移介质30的部分处于液体状态。流体热转移介质30从热源20吸收热，并朝固体热转移介质10方向移动同时蒸发。当流体热转移介质30的蒸汽接触固体热转移介质10时，它将热传输至固体热转移介质10。热的转移冷却蒸汽，造成蒸汽冷凝，由此得到的液体向热源20移动。通过流体热转移介质30从热源20吸收热和将热转移至固体介质10是连续循环的，在此期间流体热转移介质30的相变连续发生。流体热转移介质的相变取决于流体介质的临界温度和压力。
热转移的循环发生在本发明的封闭空间，与发生在常规加热设备中的热转移循环相比非常快。本发明的流体介质快速均匀地将热转移至固体热转移介质10的表面，在此，热均匀地转移至在固体介质10上支撑的干胶片100。因此，干胶片100的表面被热快速和均匀地被加热，热量均匀地分布在整个固体热转移介质10上。
如图8和9所示，热源20包括含有电加热线圈的加热器203，含有加热器203的上和下加热单元201和202。更具体地说，加热器203包含形成在上加热器单元201的下表面或形成在下加热器单元202的上表面形成的槽204内。
根据本发明的第二个实施方案，如图10所示，包含流体热转移介质30在内的空间可被划分为多个区域。
现在参照图10，多个隔板301设在固体热转移介质10和热源20之间。因此，流体热转移介质30存在于被多个隔板301划分的区域内，相变发生在由多个隔板301划界的独立的空间中。
隔板301可构成具有矩形或蜂巢状单元的网格302，如图11A和11B所示。优选网格302单元的截面这样设计，以便对流体热转移介质30来说单元相当于毛细管。
参照图12，根据本发明的第三个实施方案，在网格302的单元内提供具有分散区的耐火多孔体303，与热源20接触。因此流体热转移介质30填充多孔体303的腔。包含在耐火多孔体303腔内的流体热转移介质30被快速加热和蒸发。另外，腔作为毛细管，促进流体热转移介质30的移动性。
或者，如图13所示，本发明第四个实施方案的耐火多孔体303是放在固体热转移介质10和热源20间的单一物体。在此情况下，耐火多孔体303紧密地附着在热源20和固体热转移介质10两者的内表面，或附着在热源20的内表面或固体热转移介质的内表面。
图14和15表示本发明的加热设备的第五个实施方案。在该实施方案中，固体热转移介质10附着于热源20，在固体热转移介质10和热源20间的界面形成含流体热转移介质30的槽101。
特别地，槽101在固体热转移介质10的底表面形成，但在某些情况下在热源20的表面形成。槽101在固体热转移介质10和热源20间的界面形成封闭的环，流体热转移介质30可通过该环循环。槽101的末端101a在固体热转移介质10或热源20的侧面打开，以使流体热转移介质30可以放入槽101内。塞子10a封闭槽101的打开端101a。
在该结构中，当流体热转移介质30沿着槽101循环时，由于上述的热吸收和热传输，流体热转移介质30的相发生改变。流体热转移介质30的环离开固体热转移介质10和热源20直接互相接触的部分。因此，热也通过固体热传输介质10和热源20的接触部分从热源20传输至固体热转移介质10。
但是，通过流体介质30在槽101内循环的热转移速率，比通过固体介质10和热源20的接触部分的直接热转移的流速快。
同时，槽101可具有除了单一封闭的环以外的形状。即在固体热转移介质10的下表面或热源20的表面中形成多个槽101。多个槽101以固定的间隔穿过固体热转移介质10和热源20间的界面布置。各个独立的槽形成不连续的封闭空间，在其中流体热转移介质30发生相变。
图16表示本发明的第六个实施方案，其中槽101形成多个上述独立的空间。现参照图16，多个槽101在热源20的上表面形成。使槽101相互分离的壁104具有三角形的形状。每个三角形壁104的顶点和固体热转移介质10的下表面接触。壁104和固体热转移介质10间的最小接触将从前者到后者的热转移减小到最小。
图17表示本发明的第七个实施方案，其中冠状(管状)体102在槽101中延伸。流体热转移介质包含在冠状体102中。在该结构中，槽101在固体热转移介质10和热源20间的界面处的封闭环内延伸。
参照图18，冠状体102包括和流体热转移介质30接触的鳍状物103，以便促进流体热转移介质30的相变。鳍状物103沿着冠状体102以流体转移介质30的移动方向轴向延伸。作为鳍状物103的替代物，预定厚度的多孔层可在冠状体102的内壁形成。
根据如上所述的本发明，流体热转移介质必须是其相发生变化的，相变发生在半导体生产过程中如光刻法中，预定的加热干胶片的温度范围内的蒸汽和液体间。当考虑将干胶片加热至预定温度为200℃至300℃之间时，流体热转移介质可以是但不限于水、乙醇、甲醇、丙酮、氨水或氟利昂。
特别地，用于本发明的各个实施方案中的液体的选择很大程度上取决于物体要加热到的温度范围。尽管本发明不受此限制，下表显示出在指出的温度范围内的所采用的各个液体的实例。
同样，固体热转移介质材料的选择在很大程度上取决于所采用的液体。尽管本发明不限于此，下表显示出对所指出流体的建议的和不建议的材料的实例。
表面温度分布Ⅰ图19和20是表示由本发明实施方案的加热设备加热的干胶片表面温度分布的等温线图。从这些图中可以看出，等温线是环形的，干胶片的中心具有最高的温度，温度以均匀的方式从中心开始并朝干胶片的外围移动而下降。也可以清楚地看出图20所示等温线分布优于图19所示的分布。
在图19的等温线图中，最高温度和最低温度的差是0．73℃，粗等温线指示出的温度是155．63℃，干胶片中心的温度是156．00℃，干胶片外围的最低温度是155．26℃。在图20的等温线图中，最高温度和最低温度的差是0．72℃，粗等温线指示出的温度是155．63℃，干胶片中心的温度是156．96℃，干胶片外围的最低温度是155．32℃。
从图19和20可以看出，干胶片的温度在干胶片的表面上具有均匀的分布，特别地，最高和最低温度间的偏差0．73℃和0．72℃是不能从常规干胶片加热设备中获得的优良结果。
图21是表示当通过本发明的一个实施方案的加热设备加热干胶片时，从多个测量点得到的温度-时间变化曲线图。如图21所示，加热开始后，温度急剧升高，热振动即相对一段时间温度的变化是平缓的。特别地，当使用常规加热设备而产生的温度突然下降在实施本发明的实施方案时不会发生。这种在干胶片上很小的温度变化和小的热振动，显示出施加在干胶片和在干胶片上形成的光致抗蚀剂膜上的热震动非常微弱。
根据上述的本发明的实施方案，具有非常小的温度偏差的干胶片的稳定加热，显著降低了在干胶片上和在干胶片上形成的光致抗蚀剂膜上的热震动的强度，特别地，可以用正常的和均匀的温度分布来加热干胶片。因此，本发明能够成功地形成较细的图形，即使当临界尺寸的设计要求是0．25μm、0．18μm或0．15μm也是一样，随着集成电路水平的提高，产量也显著增加。
图22是表示本发明干胶片加热设备的第八个实施方案的透视图。
参照图22，起干胶片加热设备作用的热板500包括主要热转移体510和底部固体热转移介质520，使每个构形成为相同大小的但比要加热的干胶片大的环状板。底部固体热转移介质520放在主要热转移体510的下表面。
在主要热转移体510的上表面部分，形成圆的和浅的沟512来接收要加热的干胶片。另外，在上表面部分的外围区域提供多个干胶片的导向器513。当把干胶片放在沟512上时，干胶片导向器513引导干胶片。沟512减少了干胶片上空气的引入，因此降低了不需要的空气的影响。
图23是沿如图22所示的E-E’的热板500的剖视图。图24是图23的F部分的放大图。
参照图23，主要热转移体510包括第一固体热转移介质514和第二固体热转移介质516。最好整体形成介质514和516，并使其成形为尺寸比干胶片大的圆形板。在主要热转移体510的底部提供第一固体热转移介质514，在主要热转移体510的上部提供第二固体热转移介质516。如上所述，在第二固体热转移介质516的上部形成接收干胶片的沟512。
从这些图形可以看出，在第一固体热转移介质514和第二固体热转移介质516的外圆周形成环形的外侧壁518。也就是说，通过外侧壁518整体形成第一固体热转移介质514和第二固体热转移介质516。另外，形成流体热转移介质的腔515被确定在第一和第二固体热转移介质514和516之间。
腔515位于沟512的下面，其外部区域一般也具有环形构型。当腔515的直径2r小于主要热转移体510(或第一和第二固体热转移介质514和516)的直径2R0约0．9倍时，在烘烤干胶片上涂敷的光致抗蚀剂膜时发生不需要的热转移。当腔515的直径2r超过主要热转移体510的直径2R00．98倍时，具有腔515的主要热转移体510的制造将变得困难。因此，腔515的直径2r优选是主要热转移体510的直径2R0的约0．9-0．98倍，更优选是约0．94-0．98倍。特别地，当加热8英寸干胶片的主要热转移体510的直径2R0是240mm时，腔515的直径2r约225-235mm，更具体地是约230mm。
在腔515中，提供多个内部隔离壁530将腔515分成多个互相连接的小的蒸发腔515a、515b、515c等，由此多个蒸汽部分被从第一固体热转移介质514平行导向第二固体热转移介质516。
如图24所示，将液体540放在腔515内。形成腔515的每个蒸发腔515a、515b、515c等在其上部有弯曲的截面形状。在从第一固体热转移介质514吸收热时，液体540蒸发。蒸发的液体即蒸汽542朝着第二固体热转移介质516被平行导入蒸发腔515a、515b、515c等。在每个腔的顶部，蒸汽542和第二固体热转移介质516接触，以部分冷凝成为液体状，同时将蒸汽542的潜热转移至第二固体热转移介质516。冷凝的液体544沿着在内隔离壁530的内表面(弯曲的顶和侧壁)形成的路径返回至第一固体热转移介质514。
从第一固体热转移介质514至第二固体热转移介质516的热转移连续进行，同时液体540蒸发和蒸汽542冷凝，由此热从第一固体热转移介质514均匀地转移至第二固体热转移介质516。
如上所述，通过多个内隔离壁530，腔515被分成多个较小的蒸发腔515a、515b、515c等，将蒸汽542平行导向第二固体热转移介质516。
当液体540所占的体积小于腔515的体积约15％时，蒸汽的产生将变得不充分。另一方面，当液体540所占的体积超过腔515的体积约25％时，由于从液体540到第二固体热转移介质516的距离短，产生的蒸汽的混合不充分，由此造成非均匀热转移。因此，液体540所占的体积优选是腔515体积的约15-25％，但更优选是20％。
作为液体介质，在本发明的实施方案中优选使用全氟碳型惰性溶剂。全氟碳型惰性溶剂的实例包括FC-72、FC-40、FC-43、FC-70(由3MKorea Co．Ltd生产的商标名)等。其中，优选的溶剂具有比预定温度加100℃之和更高的临界温度(在大气压下)。例如，FC-40溶剂的沸点是155℃，临界点是270℃。
主要转移体500的厚度约10-12mm，优选11mm。当主要转移体500的厚度是11mm时，由内隔离壁530限定的蒸发腔515a、515b、515c等的宽度W是5-7mm，优选是6mm，高度H是5-6mm，优选是5．5mm。
由于蒸发腔515a、515b、515c等的存在，第一固体热转移介质514的厚度在2-4mm范围内变化，第二固体热转移介质516的厚度在1-2mm范围内变化，优选的是在沟512处为1．5mm。另外，内隔离壁530的厚度Wp在约2-3mm范围内变化。
在该实施方案中，第一和第二固体热转移介质514和516的厚度没有上述限制，只要主要热转移体510能够制造就行。隔离的空间515的高度H优选的是主要热转移体510厚度T的0．4-0．6倍。
图25是主要热转移体510的实施方案的剖示示意图，特别显示了内隔离壁530的布置。
参照图25，腔515的水平面是由如外侧壁518限定的圆形。另外，在腔515中提供多个内隔离壁530，以便快速和呈螺旋形地(或环形地)将腔515分成多个蒸发腔515a、515b、515c等。
特别地，内隔离壁530首先在腔515内以螺旋构型形成。然后，径向分割内隔离壁530，以便从中心至主要热转移体510的圆周形成5个径向混合路径。因此，如图25所示，每个螺旋形被分成5个径向扇面，每个的角度θ1约72度。
参考数505指的是用来将主要热转移体510和底部固体热转移介质520结合在一起的螺旋孔。
图26是主要热转移体510的另一个实施方案的剖视示意图，特别显示了内隔离壁530的另一个布置图。
参照图26，内隔离壁530以同心环的形式设置，并且在腔515内比图25所示的实施方案设置得更密集。即，在该实施方案中，蒸发腔515a、515b、515c等的每个环被分成24个径向扇面，每个的角度θ2约15度。
更具体地说，腔515以环形方向被分成多个同心环形状的蒸发腔515ca、515cb、515cc等。而且，每个环形蒸发腔515ca、515cb、515cc以径向方向被进一步分成多个弧形蒸发腔515ca1、515ca2、…515cb1、515cb2、...515cc1、515cc2…等。
图27是底部固体热转移介质520的透视底视图。如图所示，在底部固体热转移介质的下表面形成螺旋槽522。在该螺旋槽522中，装有加热器524如加热圈。加热器524和电源(未显示出)连接。当电流加到加热器524上时，产生热量，首先加热底部热转移介质520。
在主要热转移体510的圆周区域，由于和空气接触，产生大量的热损失。因此，在本发明优选的实施方案中，在底部固体热转移介质520的底表面的外圆周区域的间距Po(其中半径r大于约0．75Ro，Ro是主要热转移体510的半径)比在中心部位的间距Pc短。该构型补偿了在圆周区域的热损失。根据本发明人的实验，优选的是在外圆周区域的间距Po是中心部位的间距Pc的0．1-0．5倍。
下面详细说明干胶片的加热原理。
首先，给装在位于底部固体热转移介质520底表面处的螺旋槽522中的加热器524提供电流，由此产生热。热转移至与第一固体热转移介质514接触的底部固体热转移介质520。
接着热从底部固体热转移介质510转移到第一固体热转移介质514。
在第一固体热转移介质514上，腔515含有液体540，并装有外侧壁518和多个内隔离壁530。
从第一固体热转移介质514，通过从侧壁518和内隔离壁530的传导，热被转移至第二固体介质516。但是，当与通过包含在腔515中的液体540进行的热转移相比，该热传导非常小。
即，第一固体热转移介质514的大部分热量用于加热液体540，由此液体540蒸发成为蒸汽。蒸汽以向上的方向被平行导向第二固体热转移介质516，由此将热转移至第二固体热转移介质516，该介质具有接收干胶片的沟512。
参照图25和26，形成内隔离壁530以便具有弧形。内隔离壁530在径向和环形(或螺旋)方向将腔515分成多个蒸发腔515a、515b、515c等。因此，当蒸汽向上移动时，蒸发腔515a、515b、515c等中的蒸汽和从相邻的蒸发腔中的蒸汽部分混合，因此有利于均匀的温度分布，并且均匀地将热量转移至第二固体热转移介质516。
另外，每个蒸发腔515a、515b、515c等具有截面弯曲(或环状)的上表面。当每个被内隔离壁530导向的蒸汽部分达到蒸发腔515a、515b、515c等的上表面，并与第二固体热转移介质516接触时，蒸汽部分冷凝成液体，以对第二固体热转移介质516产生潜热，由此加热第二固体热转移介质516。然后，冷凝液体544返回到第一固体热转移介质514并从第一固体热转移介质514吸收热量。
与此同时，没有冷凝但简单冷却的蒸汽也朝向第一固体热转移介质514循环。然后，返回的蒸汽和第一固体热转移介质514接触以再吸收热量，并向上导向第二固体热转移介质516。即，通过对流也进行热转移。
如图25和26所示，从中心至圆周以径向方式和以环形方向形成蒸汽混合路径。因为从主要热转移体510的中心向外至圆周可以发生径向的蒸汽直接混合，所以主要热转移体510的中心部分的蒸汽和主要热转移体510的圆周部分的蒸汽温度差显著减小。
如上所述，第二固体热转移介质516通过蒸发腔从第一固体热转移介质514接收热量。因此加热的固体热转移介质516和位于沟512的干胶片接触。如此，热从均匀加热的固体热转移介质516转移至干胶片，将干胶片均匀加热至所需温度。
图28至30是在其下连有热单元的热转移介质的剖视图，特别是说明温度分布的等温线图。
图28说明如图1和2所示的常规热转移介质。如图28所示，观察到的最高温度是152．447℃，最低温度是151．566℃。
图29说明本发明的一个实施方案，其中在沟下面形成腔，在具有规则间距的槽中提供加热圈。如该图所示，观察到的最高温度是152．769℃，最低温度是151．259℃。
图30说明本发明的另一个实施方案，其中形成的腔的直径约等于主要热转移体的直径的0．96倍，并且在槽中提供加热圈，其中在圆周区域的间距比在中心区域的间距小。如该图所示，观察到的最高温度是152．765℃，最低温度是151．492℃。
从这些图中可以看出，图30的热板的温度分布是最均匀的，其次是图29的热板，最后是图28的热板。
图31是说明图28-30的主要热转移体的最高表面温度分布的曲线图。在图31中，从图28的主要热转移体获得由三角形相互连接的线。从图29的主要热转移体获得由圆圈相互连接的线。从图30的主要热转移体获得由矩形相互连接的线。
从图31中可以看出，在本发明中可以获得主要热转移体的最高表面的更均匀的温度分布。另外，通过增加腔和减少圆周区域的加热元件的间距，最高表面的温度分布可进一步改善。光致抗蚀剂图形的形成图32A-32D是说明根据本发明的一个实施方案、利用上述加热设备形成光致抗蚀剂图形方法的剖视图。
参照图32A，用自旋涂布机将含酚醛树脂的正型光致抗蚀剂组合物涂敷在硅干胶片610上，形成光致抗蚀剂膜612。然后，利用90-120℃的常规热板软烘烤光致抗蚀剂膜612达60秒。光致抗蚀剂膜612的厚度是0．8-0．9μm。
参照图32B，利用步进器和光遮蔽物(未示出)，使光致抗蚀剂膜612选择性地经受深紫外线614的曝光。之后，利用本发明加热方法和包括如图22和26所示的主要热转移体510的热板，后烘烤曝光了的光致抗蚀剂膜612。在140℃-150℃的温度下进行后烘烤30-90秒。
参照图32C，用显影剂使曝光的光致抗蚀剂膜612显影1分钟，用水洗涤约30秒，然后干燥以除去光致抗蚀剂膜的曝光部分。形成具有第一尺寸的开口部分616的第一光致抗蚀剂图形612a，以曝光硅干胶片610部分。
参照图32D，在约140-160℃的温度下加热第一光致抗蚀剂图形612a约1-3分钟。在此时，也可使用本发明的加热方法和包括如图22和26所示的主要热转移体510的热板。然后，回流第一光致抗蚀剂膜612a，形成尺寸比第一光致抗蚀剂图形612a的第一开口尺寸小的、具有第二尺寸的第二开口部分616a的最终的光致抗蚀剂图形612b(由虚线显示)。干胶片表面温度的测量图33是表示通过使用图25所示的主要热转移体加热的干胶片表面温度分布的等温线图。在图33中，在一个等温线和与其相邻的等温线间的温度差是0．04℃。在该图中，干胶片的中心部分的最高温度是155．02℃，干胶片圆周区域的最低温度是153．91℃。温度范围(最高温度和最低温度间的温度差)是0．97℃。由粗等温线表示的平均温度是154．65℃，表面温度的标准偏差是0．31℃。
图34是表示通过使用图26所示的主要热转移体加热的干胶片表面温度分布的等温线图。在图34中，在一个等温线和与其相邻的等温线间的温度差是0．03℃。在该图中，干胶片的中心部分的最高温度是137．97℃，干胶片圆周区域的最低温度是137．42℃。温度范围(最高温度和最低温度间的温度差)是0．55℃。由粗等温线表示的平均温度是137．68℃，表面温度的标准偏差是0．15℃。
从图33和34的对比可以看出，当腔515被如图26所示的内隔离壁以径向方向非常致密地分割时，可获得更均匀的温度分布。多个实验的结果，已明确蒸发腔515a、515b、515c等被径向分成18-36个具有10-20度角的径向扇面，更优选的是15度角，温度范围小于0．6℃，因此获得更均匀的温度分布。后曝光烘烤光致抗蚀剂图形后临界尺寸的测量再参照图32A，将光致抗蚀剂溶液涂敷在干胶片610上，形成光致抗蚀剂层612，由此获得的光致抗蚀剂层612在110℃的温度下预烘烤约60秒。
然后如图32B所示，光致抗蚀剂层612被深紫外线614曝光。此时，使用具有图形以形成135nm(预定尺寸)接触孔的遮蔽物。曝光的光致抗蚀剂层612进行后烘烤。此时，使用包括如图22和26所示的主要热转移体510的热板。为了制造主要热转移体510，通过使用铝合金制造第一和第二固体热转移介质514和516，外侧壁518和内隔离壁530。作为液体540，选择沸点和临界温度分别约155℃和270℃的FC-40(从3M Korea LTD购买的商标名)。形成主要热转移体510后，腔515抽真空至107Torr，然后用液体540填充腔515约20％的体积。然后密封腔515。
之后，如图32C所示，曝光的光致抗蚀剂层612进行显影，形成具有第一开口部分616的第一光致抗蚀剂图形612a。
图35是使用如图22和26所示的主要热转移介质将已后烘烤的曝光的光致抗蚀剂膜进行显影后，获得的第一开口的临界尺寸(CD)分布图。
当使用本发明的热板时，最大和最小CD分别是140nm和129nm。另外，平均CD是135nm，尺寸范围仅11nm。当可接受的尺寸范围设定在120-150nm时，所有测量的接触孔都具有在可接受的尺寸范围内的尺寸。回流光致抗蚀剂图形后，光致抗蚀剂图形的临界尺寸的测量仍再参照图32A，将光致抗蚀剂溶液涂敷在干胶片610上，以形成光致抗蚀剂层612，由此得到的光致抗蚀剂层612在110℃的温度下预烘烤约60秒。
然后，如图32B所示，光致抗蚀剂层612被深紫外线614曝光。此时，使用具有图形以形成185nm接触孔的遮蔽物。曝光的光致抗蚀剂层612进行后烘烤。此时，使用包括如图22和26所示的主要热转移体的热板。该热板和上述在曝光后烘烤光致抗蚀剂图形后用于CD测量的热板一样。
使曝光的光致抗蚀剂层612显影，形成具有如图32C所示的第一开口部分616的第一光致抗蚀剂图形612a。然后，第一光致抗蚀剂图形612a在150℃的温度下加热2分钟。此时，使用相同的热板。结果，如图32D所示，获得具有尺寸比第一开口部分616小的第二开口部分616a的第二光致抗蚀剂图形612b。
为了比较，使用传统的热板在后烘烤和回流步骤中进行相同的操作。即用图1和2的热板代替本发明的热板。
测量整个干胶片上的每一个图的第二开口的临界尺寸(大小)。
图36是通过使用如图1和2所示的常规主要热转移介质获得的第二开口的临界尺寸(CD)分布图。图37是通过使用如图22和26所示的本发明的主要热转移介质获得的临界尺寸(CD)分布图。
从图36可以注意到，当使用常规热板时，最大和最小CD分别是201nm和159nm。另外，平均CD是177nm，尺寸范围是42nm。
当使用本发明的热板时，最大和最小CD分别是205nm和182nm。另外，平均CD是194nm，尺寸范围是23nm，如图37所示。
从以上可以看出，临界尺寸范围从42nm改善至23nm。
如上所述，当通过本发明的加热方法加热干胶片时，干胶片可被均匀加热，温度偏差小于1℃，或小于0．6℃。
因此，施加于干胶片和涂敷在干胶片上的光致抗蚀剂膜上的热震动可显著降低。结果，在本发明的加热方法和设备用于后曝光烘烤步骤的情况下，在干胶片上形成具有均匀尺寸的光致抗蚀剂图形。另外，本发明的加热方法和设备可有利地用于光致抗蚀剂图形的回流，以便形成较细的光致抗蚀剂图形。
本发明的加热方法和设备可用于均匀加热最好具有板形的物体的其它领域。当然，在需要均匀加热干胶片的半导体领域中，本发明的加热方法和设备可有利地使用。
参照本发明的具体实施方案已经详细地显示和描述了本发明，但本领域技术人员应该明白在不背离由所附的权利要求书限定的本发明的精神和范围的条件下，可对本发明在形式和细节上作各种改变。
权利要求
1．一种均匀加热物体的方法，包括给第一固体热转移介质供热；将热量从第一固体热转移介质传输至流体热转移介质，该介质被划分成多个互相连接的蒸发腔，每个腔含有液体，其中热量在各个相应蒸发腔使液体蒸发为多个蒸汽部分，多个蒸汽部分向上被平行导向物体；将蒸汽部分和第二固体热转移介质接触，以加热第二固体热转移介质，由此将热传输至第二固体热转移介质；和将第二固体热转移介质和物体热接触，以将热从第二固体热转移介质传输至物体。
2．如权利要求1所述的加热物体的方法，其中进一步包括产生热量；将热传输至底部固体热转移介质，以加热底部固体热转移介质；和将底部热转移介质和第一固体热转移介质热接触，以将热传输至第一固体热转移介质。
3．如权利要求1所述的加热物体的方法，其中每个蒸发腔的上部部分具有弯曲的截面构型，多个蒸汽部分在相应的蒸发腔的上部部分和第二固体热转移介质接触。
4．如权利要求3所述的加热物体的方法，其中多个蒸汽部分部分冷凝，以产生传输至第二固体热转移介质的潜热。
5．如权利要求1所述的加热物体的方法，其中进一步包括冷凝多个蒸汽部分，以重新形成液体，其中液体反复地蒸发成为蒸汽部分，蒸汽部分反复地冷凝成为液体，以便在每个流体热转移介质的蒸发腔内循环。
6．如权利要求1所述的加热物体的方法，其中每个蒸汽部分和包含在相邻的流体热转移介质的蒸发腔内的蒸汽部分混合，同时被导向物体。
7．如权利要求6所述的加热物体的方法，其中流体热转移介质具有环形外圆周，其中每个蒸汽部分与包含在径向或圆形相邻的蒸发腔中的蒸汽部分混合。
8．如权利要求1所述的加热物体的方法，其中流体热转移介质具有环形外圆周，其中多个蒸发腔被划分成多个分割成多个径向扇面的同心的或螺旋的圆。
9．如权利要求8所述的加热物体的方法，其中每个径向扇面的扇面角度是约10-20度。
10．如权利要求1所述的加热物体的方法，其中物体是涂敷在干胶片上的光致抗蚀剂膜。
11．如权利要求1所述的加热物体的方法，其中液体是惰性全氟碳型溶剂，该溶剂在大气压下具有比物体的预定温度加100℃之和高的临界温度。
12．一种在干胶片上烘烤光致抗蚀剂膜的方法，包括在干胶片上涂敷光致抗蚀剂溶液以形成光致抗蚀剂膜；使光致抗蚀剂膜曝光；给第一固体热转移介质供热；将热量从第一固体热转移介质传输至流体热转移介质，该介质被划分成多个互相连接的蒸发腔，每个腔含有液体，其中热量在各个相应蒸发腔使液体蒸发为多个蒸汽部分，多个蒸汽部分向上被平行导向干胶片；将蒸汽部分和第二固体热转移介质接触，以加热第二固体热转移介质，由此将热传输至第二固体热转移介质；和将第二固体热转移介质和干胶片热接触，以将热从第二固体热转移介质传输至干胶片，由此在干胶片上烘烤光致抗蚀剂膜。
13．如权利要求12所述的在干胶片上烘烤光致抗蚀剂膜的方法，其中光是深紫外线光。
14．如权利要求12所述的在干胶片上烘烤光致抗蚀剂膜的方法，其中光致抗蚀剂膜在约140-150℃的温度下烘烤0．5-1．5分钟。
15．一种形成光致抗蚀剂图形的方法，包括在干胶片上涂敷光致抗蚀剂溶液以形成光致抗蚀剂膜，使光致抗蚀剂膜曝光，显影曝光的光致抗蚀剂膜以形成第一光致抗蚀剂图形，该图形具有第一尺寸的第一开口，回流第一光致抗蚀剂图形以形成第二光致抗蚀剂图形，该图形具有比第一尺寸小的第二尺寸的第二开口，其中所述的第一光致抗蚀剂图形的回流包括给第一固体热转移介质供热；将热量从第一固体热转移介质传输至流体热转移介质，该介质被划分成多个互相连接的蒸发腔，每个腔含有液体，其中热量在各个相应蒸发腔使液体蒸发为多个蒸汽部分，多个蒸汽部分向上被平行导向干胶片；将蒸汽部分和第二固体热转移介质接触，以加热第二固体热转移介质，由此将热传输至第二固体热转移介质；和将第二固体热转移介质和干胶片热接触，以将热从第二固体热转移介质传输至干胶片，由此第一光致抗蚀剂图形被加热以回流。
16．加热物体的设备，所述设备包括第一固体热转移介质；热结合到第一固体热转移介质上的流体热转移介质，该介质被划分成多个互相连接的蒸发腔；热结合到流体热转移介质上的第二固体热转移介质，用来和物体热接触；其中多个蒸发腔在第一和第二固体热转移介质之间以相同平面延伸。
17．如权利要求16所述的加热物体的设备，其中进一步包括密封在流体热转移介质的多个蒸发腔内的液体。
18．如权利要求16所述的加热物体的设备，其中进一步包括加热元件，和在加热元件和第一固体热转移介质之间热结合的底部固体热转移介质。
19．如权利要求18所述的加热物体的设备，其中加热元件至少部分包含在底部固体热转移介质的下表面形成的槽中。
20．如权利要求19所述的加热物体的设备，其中槽具有螺旋构型，其中在外圆周区域的螺旋构型的间距比在下表面部分的中心区域的间距短。
21．如权利要求16所述的加热物体的设备，其中所述的第二固体热转移介质和所述的第一固体热转移介质整体形成。
22．如权利要求16所述的加热物体的设备，其中第一和第二固体热转移介质以及流体热转移介质都具有环形和平面构型。
23．如权利要求22所述的加热物体的设备，其中流体热转移介质的直径等于第一和第二固体热转移介质的直径的约0．9-0．98倍。
24．如权利要求22所述的加热物体的设备，其中流体热转移介质具有环形外圆周，其中多个蒸发腔被划分成多个分割成多个径向扇面的同心的或螺旋的圆。
25．如权利要求17所述的加热物体的设备，其中液体在流体热转移介质中占据的体积是流体热转移介质体积的约15-25％。
26．如权利要求16所述的加热物体的设备，其中流体热转移介质的厚度是第一和第二固体热转移介质以及流体热转移介质的总厚度的约40-60％。
27．如权利要求17所述的加热物体的设备，其中所述流体是惰性全氟碳型溶剂，该溶剂在大气压下具有比物体的预定温度加100℃之和高的临界温度。
28．加热干胶片的设备，所述设备包括加热元件；和加热元件热结合的底部固体热转移介质；和底部固体热转移介质的上表面热结合的第一固体热转移介质；第二固体热转移介质，该介质具有干胶片安装表面并与所述第一固体热转移介质热结合，所述第一固体热转移介质和所述干胶片安装表面相对；由安放在所述第一和第二固体热转移介质之间的多个相互连接的蒸发腔限定的流体热转移介质。
29．如权利要求28所述的加热干胶片的设备，其中多个蒸发腔划分成多个被径向分割成多个径向扇面的同心的或螺旋的圆。
30．如权利要求29所述的加热干胶片的设备，其中进一步包括密封在多个蒸发腔内的液体。
31．如权利要求29所述的加热干胶片的设备，其中第一和第二固体热转移介质是圆形的，并且直径比干胶片安装表面的直径大。
32．如权利要求31所述的加热干胶片的设备，其中第一和第二固体热转移介质整体形成。
33．如权利要求28所述的加热干胶片的设备，其中加热元件位于底部固体热转移介质的下表面中形成的螺旋槽中。
34．如权利要求28所述的加热干胶片的设备，其中每个蒸发腔的上部部分具有弯曲的截面构型。
全文摘要
为加热物体供热给第一固体热转移介质。热量从第一固体热转移介质传输至流体热转移介质,该介质划分成多个相互连接的蒸发腔,每个腔含有液体。热量使液体在相应的蒸发腔中蒸发成多个蒸汽部分,多个蒸汽部分向上平行导向物体。蒸汽部分和第二固体热转移介质接触,以加热第二固体热转移介质,由此将热量传输至第二固体热转移介质。第二固体热转移介质和物体热接触,将热量从第二固体热转移介质传输至物体。
文档编号H05B3/68GK1282005SQ0012413
公开日2001年1月31日 申请日期2000年7月26日 优先权日1999年7月26日
发明者朴赞勋 申请人:三星电子株式会社