[发明专利]晶圆烘焙热板系统及其温度控制方法

说明书

本发明为一种晶圆烘焙热板系统及其温度控制方法，包括一板体、一测温模块、一升温模块、一降温模块。由此，通过热电效应材料的制冷装置，该制冷装置结构简单、无需任何传动部件、可靠性高、体积较小的、与热板的平面板状匹配，实现了该热板温度的快速、精准调节，提高热板表面的温度均匀性和热板的温控速率，从而提高了曝光后线条宽度的均匀性，并提升了机台在生产过程中的产出能力。

技术领域

本发明涉及集成电路制造的光刻工艺，特别是用于集成电路晶圆烘焙的热板。

背景技术

光刻是集成电路制造中的一道至关重要的工艺，它利用光化学反应原理把掩模上的图形转印到晶圆上，使选择性刻蚀和离子注入成为可能。光刻工艺的基本流程大致由晶圆表面预处理、涂胶、曝光前烘焙（简称“软烘”）、曝光、曝光后烘焙（简称“后烘”）、显影和显影后烘焙（简称“坚膜烘焙”）构成。软烘用于将光刻胶中的溶剂驱赶走，从而实现改善光刻胶的黏性，提高光刻胶的均匀性，以及在刻蚀过程中控制线宽的均匀性；对于化学放大的光刻胶，软烘还可以一定程度上用来改变光酸的扩散长度，以调整工艺窗口的参数；典型的软烘温度的大致范围在90 ~ 100℃左右。后烘的目的是通过加热的方式使光化学反应得以充分完成，特别是对于化学放大胶，后烘还能产生更多的酸，使光化学反应被放大，因此其对光刻胶的性能影响很大，后烘的温度是影响线条宽度的均匀性（CDU，CD uniformity）的主要因素之一，典型的后烘温度在80 ~ 200℃左右。坚膜烘焙用于将光刻胶在显影后吸收的过多的水分驱赶出光刻胶，以利于后续刻蚀工艺的进行。

所有的烘焙工序都是在匀胶显影机内的热板（Hot Plate）上进行的。参阅图1所示，热板的结构主要包括：热板100，晶圆顶针101，热板腔体102，冷臂103。晶圆烘焙的大致过程为：涂好光刻胶的晶圆由机械手传送到热板100附近的冷臂103上，再由冷臂103把晶圆传送到热板100的正上方，同时热板内置的三个晶圆顶针101升起来承载晶圆，冷臂103退出后，顶针101下降，使晶圆和热板100接触，开始进行烘焙。

热板的温度均匀性会直接影响到曝光后线条宽度的均匀性（CDU，CDuniformity），因此对任何一道光刻工艺，热板表面的温度均匀性都是一个至关重要的技术指标。目前用于晶圆烘焙的传统热板，当温度低于目标温度时，可利用电热丝等加热器来加热进行热量补偿，而当温度高于目标温度时，只能通过停止加热、自然冷却的方式实现温度的平衡，因此温控过程十分缓慢，尤其是在光刻胶最常使用的温度区间80~150℃左右，热板降温补偿速度会变得更加缓慢，由于热板表面温差无法得到迅速补偿，使热板温度的均匀一致性以及热板的温控速率受到严重影响。

发明内容

本发明提供一种晶圆烘焙热板系统及其温度控制方法，其目的在于能够快速、精确地将热板温度提升并维持在一设定的温度，并能够减小在该设定温度上的温度波动幅度，提高热板表面的温度均匀性；并且温度控制系统结构简单、噪声低、无震动。

为达前述目的，本发明提供一种晶圆烘焙热板系统，包括：

一板体，该热板系统设定一晶圆烘焙目标温度，该板体提供一板体温度，使得该板体温度在目标温度附近用以对晶圆进行烘焙；

一测温模块，该测温模块实时监测并反馈该板体温度，并将该板体温度与该目标温度比较；

一升温模块，该升温模块加热该板体，使该板体温度升至该目标温度，且持续工作用以抵消热量散失，使该板体温度保持在该目标温度附近；

一降温模块，该降温模块用以在该板体温度高于该目标温度时迅速降低该板体温度至该目标温度附近。

优选地，该板体为表面平整的陶瓷平板。

优选地，该陶瓷平板为大比热容材料，该陶瓷平板的面积不小于晶圆的面积。

优选地，该测温模块包括一温度传感器，该温度传感器为且不限于K型热电偶，该温度传感器的前端嵌入并接触于该板体下表面。