(57)【要約】【課題】熱処理ステーションの加熱プラテン上で処理される加工物の温度均一性を改善する方法および装置を提供する。【解決手段】ハウジング31は、加熱プラテン38が配置された処理チャンバー34に均一に熱エネルギーを出力する追加の熱源68が組み込まれている。好ましくは、この熱源68は、ハウジング31の蓋体46内に配置されている。さらに好ましくは、加熱蓋体46は、処理チャンバー34にガスを吸排気するための流路をなす構造体116、130を含んでいる。フォトレジストの特性に関して言えば、ハウジング31、例えば蓋体46中の追加の熱源68を使用することで熱的均一性を向上することにより、線幅の制御性およびウエハ全体に渡る線の均一性が向上する。
2005538564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物を熱処理するための熱処理ステーションであって、
熱処理の間に前記加工物が載置される面を有する加熱プラテンが配置される、密閉された処理チャンバーと、蓋体アセンブリとを含み、
該蓋体アセンブリは、
前記処理チャンバーと熱伝導性接触する追加熱源を含む第１段と、
前記処理チャンバーに供給されるガスが通過する吸気前室システムの少なくとも一部、および、前記処理チャンバーから排出されるガスが通過する排気前室システムの少なくとも一部を含み、かつ前記吸気前室システムおよび前記排気前室システムの少なくとも一方が複数の放射状流路を含んでいる第２段と、を含むことを特徴とする熱処理ステーション。
【請求項２】
前記吸気前室システムは、複数の放射状流路を含むことを特徴とする請求項１に記載の熱処理ステーション。
【請求項３】
前記追加熱源は、平板状の加熱素子を含み、前記第１段は、前記平板状の加熱素子の上部にさらに上部空間を含むことを特徴とする請求項１に記載の熱処理ステーション。
【請求項４】
前記平板状の加熱素子は、前記第１段の床面に近接していることを特徴とする請求項３に記載の熱処理ステーション。
【請求項５】
前記第１段は、前記追加熱源が配置される蓋体チャンバーを含むことを特徴とする請求項１に記載の熱処理ステーション。
【請求項６】
前記追加熱源は、前記密閉された処理チャンバーから離れて配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱処理ステーション。
【請求項７】
前記追加熱源は、複数の放射状壁により前記密閉された処理チャンバーに熱結合することを特徴とする請求項１に記載の熱処理ステーション。
【請求項８】
前記追加熱源の加熱面は、前記加熱プラテンの面に対向することを特徴とする請求項１に記載の熱処理ステーション。
【請求項９】
加工物を熱処理するための熱処理ステーションであって、
加熱蓋体アセンブリおよび該加熱蓋体アセンブリに密閉的に嵌合する底部ハウジングアセンブリを含むハウジングと、
前記加熱蓋体アセンブリおよび前記底部ハウジングアンセブリによって少なくとも部分的に形成された、前記ハウジング内の処理チャンバーと、
前記加熱蓋体アセンブリ内の蓋体チャンバーと、
前記処理チャンバーと熱接触するように前記蓋体チャンバー内に配置された熱源と、
熱処理の間に前記加工物が支持される、前記処理チャンバー内の加熱プラテンと、
を含むことを特徴とする熱処理ステーション。
【請求項１０】
前記加熱蓋体アセンブリは、さらに、前記蓋体チャンバーを含む第１段と、該第１段と前記処理チャンバーとの間の第２段とを含み、該第２段は、吸気前室システムの少なくとも一部および排気前室システムの少なくとも一部を含むことを特徴とする請求項９に記載の熱処理ステーション。
【請求項１１】
前記加熱蓋体アセンブリは、さらに、前記蓋体チャンバーを含みかつ該蓋体チャンバー内に配置された前記熱源が前記蓋体チャンバーの床面に熱結合している上段と、該上段の前記処理チャンバーへの熱結合に役立つ１つまたは複数の壁を含む下段と、を含むことを特徴とする請求項９に記載の熱処理ステーション。
【請求項１２】
前記熱源は、前記処理チャンバーから離れて配置されていることを特徴とする請求項９に記載の熱処理ステーション。
【請求項１３】
前記熱源は、複数の放射状壁によって前記処理チャンバーに熱結合することを特徴とする請求項１２に記載の熱処理ステーション。
【請求項１４】
加工物を熱処理するための熱処理ステーションであって、
底部ハウジングアセンブリに密閉的に嵌合する加熱蓋体アセンブリと、
前記底部ハウジングアセンブリによって少なくとも部分的に形成された処理チャンバーと、
前記処理チャンバーと流体的に連通するガス流路を含む、前記加熱蓋体アセンブリ内の吸気前室システムの少なくとも一部と、
前記処理チャンバーと流体的に連通するガス流路を含む、前記加熱蓋体アセンブリ内の排気前室システムの少なくとも一部と、を含み、
前記吸気前室システムおよび前記排気前室システムの少なくとも一方は、複数の放射状流路を含むことを特徴とする熱処理ステーション。
【請求項１５】
前記放射状流路の少なくとも一部は、互いに異なる寸法を有していることを特徴とする請求項１４に記載の熱処理ステーション。
【請求項１６】
前記加熱蓋体アセンブリは、さらに、蓋体チャンバーを含み、該蓋体チャンバーは、該蓋体チャンバー内に配置された熱源と、該熱源の上面の上方の上部空間と、を含むことを特徴とする請求項１４に記載の熱処理ステーション。
【請求項１７】
熱処理の間に加工物の熱的均一性を改善するための方法であって、
第１加熱面を有する第１熱源を設けるステップと、
前記第１熱源と第２熱源との間の空間の少なくとも一部が処理チャンバーを形成するように前記第１加熱面と第２加熱面とを互いに対向させて、前記第２加熱面を有する前記第２熱源を設けるステップと、
吸気前室システムおよび排気前室システムの少なくとも一方が複数の放射状流路を含むように、前記処理チャンバーに流体的に連通するガス流路を含む前記吸気前室システムおよび前記処理チャンバーに流体的に連通するガス流路を含む前記排気前室システムを設けるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記加熱プラテンから前記加工物の第１主面へと熱流束が横断して流れる、前記加熱プラテンの主面と前記加工物の第１主面との間の第１間隙と、
前記追加熱源から前記加工物の第２主面へと熱流束が横断して流れる、前記追加熱源のの主面と前記加工物の第２主面との間の第２間隙と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の熱処理ステーション。
【請求項１９】
前記加熱プラテンから前記加工物の第１主面へと熱流束が横断して流れる、前記加熱プラテンの主面と前記加工物の第１主面との間の第１間隙と、
前記熱源から前記加工物の第２主面へと熱流束が横断して流れる、前記熱源の主面と前記加工物の第２主面との間の第２間隙と、をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の熱処理ステーション。
【請求項２０】
熱処理の間に前記加工物が支持される、前記処理チャンバー内の加熱プラテンと、
前記加熱プラテンから前記加工物の第１主面へと熱流束が横断して流れる、前記加熱プラテンの主面と前記加工物の第１主面との間の第１間隙と、
前記熱源から前記加工物の第２主面へと熱流束が横断して流れる、前記熱源の主面と前記加工物の第２主面との間の第２間隙と、をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の熱処理ステーション。
【請求項２１】
加工物を熱処理するための熱処理ステーションであって、
熱処理の間に前記加工物が載置される面を有する加熱プラテンが配置される、密閉された処理チャンバーと、蓋体アセンブリとを含み、
該蓋体アセンブリは、
前記処理チャンバーと熱伝導性接触する追加熱源が配置される蓋体チャンバーを含む第１段と、
前記処理チャンバーに供給されるガスが通過する吸気前室システムの少なくとも一部、および、前記処理チャンバーから排出されるガスが通過する排気前室システムの少なくとも一部を含み、かつ前記第１段と前記密閉された処理チャンバーとの間に配置される第２段と、を含み、
前記吸気前室システムおよび前記排気前室システムの少なくとも一方が複数の放射状流路を含んでおり、該放射状流路は、互いに異なる寸法を有していることを特徴とする熱処理ステーション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にマイクロエレクトロニックデバイスの製造で使用され、加工物を載置して熱処理するための加熱プラテンが組み込まれた熱処理ステーションに関する。さらに詳しくは、本発明は、加熱プラテンおよび追加的な他の熱源が組み込まれた熱処理ステーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの製品の製造において、温度および温度変化の正確な制御が要求される。例えば、集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜ヘッド等のマイクロエレクトロニックデバイスの製造には、基板（例えば、集積回路の場合には半導体ウエハ）の表面に、フォトレジストのような特定の材料の層を付加する工程が含まれる。特に、フォトレジストは、選択された部分を硬化するために、その処理の間に、焼成してその後冷却する必要がある。フォトレジストの選択された部分を良好な解像度で適切かつ確実に硬化するためには、加熱工程および冷却工程を厳密な温度条件の範囲内で正確に制御しなければならない。厳密な温度条件を要する他の製品および処理には、調薬、機器の殺菌、および生体工学を含む医薬品およびその処理、加速寿命試験技術、射出成形作業、圧電素子、写真フィルムの処理、スパッタリングやメッキのような材料付着処理、マイクロマシンの製造、インクジェット印刷、燃料射出などがある。
【０００３】
焼成工程は、通常、加工物を加熱して特定の平衡温度まで上昇させ、次いで、その特定の平衡温度に所定の時間だけ維持することが含まれる。
【０００４】
通常、熱処理は、加熱プラテン（ベークプレートともいう）上にウエハを配置することにより達成される。加熱プラテンは密閉容器内に収容され、熱処理は、周囲から遮断された保護環境下で実施される。熱処理は、ウエハの表面全体に渡って可能な限り均一であることが非常に重要である。ウエハ表面に渡る温度変動が大き過ぎると、焼成されたフォトレジストの特性、および、その結果として製造されるデバイスの品質を悪化させるおそれがある。
【０００５】
熱的均一性は、様々な方法で定量化することができる。１つの適切な方法には、まず、場合に応じて、ウエハまたは加熱プラテンの表面温度を、その領域全体に渡るいくつかの代表点で測定することが含まれる。次いで、熱的均一性は、測定温度の最大値と最小値の差として算出することができる。典型的な仕様において、この温度変動は、例えば１°Ｃの数分の１を超えないことが要求される場合もある。さらなる小型化に対する強い要望により、マイクロエレクトロニックデバイスが微小化するにつれて、温度の均一性の仕様は、ますます厳しいものとなっている。したがって、熱的均一性の改善に対する継続した要望がある。
【０００６】
従来、熱的均一性を改善するために、多くの特徴が組み込まれた熱処理ステーションが提供されてきた。１つの方法には、加熱プラテンおよび関連する構成要素の構造および／または機能を改善することが含まれる。別の方法には、プラテン温度を監視および／または調整するための温度センサおよび制御システムの改善が含まれる。さらに別の方法には、処理チャンバーを周囲から熱絶縁するために、熱処理ステーションのハウジングおよび他の構成要素の熱絶縁特性を改善することが含まれる。
【０００７】
熱的均一性を改善するためのこのような方法は、すべて有益なものであるが、熱的均一性をさらに改善する要求がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、加熱素子は、ハウジングを加熱して処理用蒸気が処理チャンバーの内面上で凝縮することを防止するために、熱処理ステーションのハウジングの上面、例えば、ハウジングの蓋体の外側に積層されていた。例えば、エフエスアイ・インターナショナル社（ＦＳＩ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．）は、ＰＯＬＡＲＩＳシリーズ・クラスターツールに関連して、加熱蓋体を備えた熱処理ステーションを市販している。しかしながら、蓋体を加熱するために使用されるこの加熱素子は、平坦な加熱シートであり、蓋体の外側表面に積層されるものであった。加えて、この蓋体の構造には、環状構造体によって分離された、交互に連続する４つの比較的平坦なパネルが含まれている。これによって、実際には、蓋体上面の加熱面の全表面と蓋体の下方の処理チャンバーとの間に、少なくとも３つの連続するエアーギャップを構成する３つの積層された空洞を有する蓋体構造が形成されることになる。したがって、この蓋体構造が備えている、加熱面から加熱素子の下方の処理チャンバーに均一に熱エネルギーを伝導するための直接かつ中実（solid）な経路は、仮に存在したとしても、ごく僅かなものである。加熱素子から処理チャンバーに熱エネルギーを伝導するための直接的かつ中実な経路は、加熱素子の外縁部付近に配置されたハウジングの外部側壁のみであった。さらに、加熱素子は、処理チャンバー内での蒸気の凝縮を防止するために使用されるものであり、チャンバー内で処理されるウエハの熱的均一性を向上するために使用されるものではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、加熱プラテン上で処理される加工物の温度均一性を改善する方法および装置を提供するものである。本発明は、追加の熱源が組み込まれたハウジング内に加熱プラテンを密閉することに基づくものであり、この追加の熱源は、加熱プラテンが配置された処理チャンバーに均一に熱エネルギーを出力するものである。好適な実施形態では、この熱源は、ハウジングの蓋体内に配置される。さらに好ましくは、加熱蓋体には、処理チャンバーへガスを導入する流路、または、処理チャンバーからガスをパージする流路、あるいはそれらの両方が含まれる。フォトレジストの特性に関して言えば、ハウジング、例えば蓋体、中の追加の熱源を使用することで熱的均一性を向上することにより、線幅の制御性およびウエハ全体に渡る線の均一性が向上する。
【００１０】
本発明の一態様では、熱処理ステーションは、密閉された処理チャンバーと追加の密閉されたチャンバーを含んでいる。加熱プラテンは、典型的には、密閉された処理チャンバーの内部に配置することができ、熱処理の間に加工物が載置される面を有している。追加の密閉されたチャンバーには、処理チャンバーと熱伝導性接触するように、追加の熱源を配置することができる。
【００１１】
本発明の別の態様では、熱処理ステーションは、加熱蓋体アセンブリと、この加熱蓋体アセンブリに密閉的に嵌合する底部ハウジングアセンブリとを含んでいる。加熱蓋体アセンブリには、蓋体チャンバー内に配置された熱源が含まれる。この熱源は、典型的には、加熱面を有しており、その加熱面が処理チャンバーと熱接触するように、蓋体チャンバー内に配置することができる。ハウジング内の処理チャンバーは、典型的には、加熱蓋体アセンブリおよび底部ハウジングアセンブリによって少なくとも部分的に形成されている。加熱プラテンは、処理チャンバー内に配置することができ、熱処理の間に、その加熱プラテン上に加工物を支持することができる。
【００１２】
本発明のさらに別の態様では、熱処理ステーションは、加熱蓋体アセンブリ、底部ハウジングアセンブリ、処理チャンバー、吸気前室システム、および排気前室システムを含んでいる。加熱蓋体アセンブリは、底部ハウジングアセンブリを覆うことができ、処理チャンバーは、典型的には、底部ハウジングアセンブリによって少なくとも部分的に形成されている。加熱蓋体アセンブリ内の吸気前室システムおよび排気前室システムの少なくとも一部は、処理チャンバーと流体的に連通するガス流路を含んでいてもよい。吸気前室システムおよび排気前室システムの少なくとも一方は、複数の放射状流路を有していてもよい。一実施形態では、放射状流路は互いに異なる寸法を有しており、それによって、加熱蓋体アセンブリから処理チャンバーへの熱エネルギー伝達特性の均一性が向上する。
【００１３】
好ましくは、本発明に係る熱処理ステーションの蓋体チャンバーに熱源を配置する際に、蓋体チャンバーは、熱源の上面の上方に上部空間を有するものである。
【００１４】
本発明のさらに別の態様では、熱処理の間に加工物の熱的均一性を改善する方法が提供される。この方法は、１）第１加熱面を有する第１熱源を設けるステップと、２）第１加熱面と第２加熱面とが互いに対向するように、第２加熱面を有する第２熱源を設けるステップと、３）熱処理の少なくとも一部の間に、互いに対向する第１加熱面と第２加熱面との間に加工物を配置するステップと、を含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の下記実施形態を、添付図面に関連させて参照することによって、本発明の上述した利点および他の利点、およびそれらを得る方法がより明らかになると共に、本発明自体をより良く理解されるであろう。
【００１６】
本発明の実施形態についての以下の記載は、完全を期すものではなく、また、以下の詳細な説明によって開示された正確な形態に本発明を限定するものでもない。これらの実施形態は、当業者が本発明の原理と実践を理解できるように選択および記述されたものである。
【００１７】
本発明の原理は、様々な種類の加熱ユニットに組み込むことができ、それらの加熱ユニットは、マイクロエレクトロニックデバイス製造の１つまたは複数の工程において、１つまたは複数の加工物を均一に熱処理することが望ましい。例えば、本発明の原理は、そのような加工物上に、パターン化されたフォトレジスト膜またはパターン化されていないフォトレジスト膜を形成する工程で使用される任意の種類のプライムステーションまたはベークステーションに、容易に組み込むことができる。
【００１８】
説明のために、図１〜図５に示す好適な熱処理ステーション１０に関連させて、さらに例示する。
このステーション１０およびその加熱ユニット１２は、有利には、広範なサイズの加工物を取扱うサイズに形成されており、２００ｍｍおよび３００ｍｍの半導体ウエハ基板上に形成された加工物が含まれる。例示されたステーション１０は、スライダ１８を含む支持プレート１６上に支持されているため、米国ミネソタ州チャスカ（Ｃｈａｓｋａ，ＭＮ）および米国テキサス州アレン（Ａｌｌｅｎ，ＴＸ）のエフエスアイ・インターナショナル社（ＦＳＩ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．）から市販されているＰＯＬＡＲＩＳ  ２５００シリーズ・クラスターツールまたはＰＯＬＡＲＩＳ  ３０００シリーズ・クラスターツールのような、マイクロエレクトロニックデバイスを製造するために使用されるクラスター型装置のモジュール化されたキャビネットに、容易に据え付けることができる。ステーション１０は、このようなクラスター型装置中のステーションとして有利に使用されるものであるが、独立型システムとして備えることもでき、その際、支持プレート１６およびスライダ１８は、適切なハウジング（図示せず）内に支持および収容するものであってもよい。
【００１９】
加熱ユニット１２自体およびスライダ１８に加えて、追加的な専用のステーション部品も支持プレート１６上に支持されている。これら部品には、例えば、リフトモータ２０および対応するギヤボックス２２が含まれており、処理中に、ロード、アンロード、較正、および作動等のに応じて、加熱ユニット１２を開放するかまたは閉鎖するために使用される。専用のステーション電子装置２６も備えられている。これらの電子装置２６には、ハードウエア部品およびソフトウェアコンポーネントの両方が含まれる。ステーション１０で使用可能なこの種の支持用部品の代表例には、現在ＰＯＬＡＲＩＳという商標名のクラスターツールとして市販されているプライムステーション（priming station）およびベークステーション（baking station）に含まれる専用のステーション部品がある。ステーション１０に組み込まれているステーション部品には、ステーション１０で使用される負圧（vacuum）、処理ガス、および処理用蒸気の供給および／または除去の制御に有用なマニホールドアセンブリ２８等が含まれる。
【００２０】
加熱ユニット１２は、底部ハウジングアセンブリ３２と加熱蓋体アセンブリからなるハウジング３１を有している。底部ハウジングアセンブリ３２と加熱蓋体アセンブリ４６により少なくとも部分的に形成される内部の容積によって、処理チャンバー３４が形成される。ハウジング３１は、開放配置（図示せず）および閉鎖配置（図１および図５に最も分かり易く示されている）を有している。閉鎖配置において、底部ハウジングアセンブリ３２のリム３６は、加熱蓋体アセンブリ４６のリム４７と嵌合してシールを形成し、処理チャンバー３４を周囲環境から遮断する。この環境シールの増大するため、加熱蓋体アセンブリ４６は、下向きに傾けられ、リム３６とリム４７の嵌合が増大される。開放配置では、底部ハウジングアセンブリ３２と加熱蓋体アセンブリ４６は、十分に分離されており、処理チャンバー３４へのおよび処理チャンバー３４からのアクセスが提供される。
【００２１】
ハウジング３１の開放および閉鎖のために、所望に応じて、任意の適切な部品群を使用することができる。説明のために、ハウジングアセンブリ３２と加熱蓋体アセンブリ４６との間の相対的な移動は、リフトモータ２０およびギヤボックス２２によって提供され、これらは、例えばドライブチェーンまたはドライブベルト等の適切な駆動機構（図示せず）によって、リフト機構２４に結合されている。ハウジング３１を閉鎖するには、リフトモータ２０、ギヤボックス２２、および駆動機構を使用してリフト機構２４を作動させ、底部ハウジングアセンブリ３２を上昇させてリム３６とリム４７を嵌合させる。ハウジング３１を開放するには、リフトモータ２０、ギヤボックス２２、および駆動機構を使用してリフト機構２４を作動させ、処理チャンバー３４への所望の出入口（egress）が形成さるように、底部ハウジングアセンブリ３２を下降させてリム３６とリム４７とを十分に分離する。
【００２２】
加熱プラテン３８は、処理チャンバー３４内に配置されている。ウエハ３３は、処理中に、加熱プラテン３８からの熱エネルギーがウエハ３３に効率的に伝達させるように、加熱プラテン３８上に支持される。加熱プラテン３８は、底部ハウジングアセンブリ３２が下降したとき（すなわち、ハウジング３１の開放時）に、ウエハ用リフトピン４３が貫通して突出する従来のリフトピン通路４２を含んでいる。リフトピン４３は、底部ハウジングアセンブリ３２が上昇したとき（すなわち、ハウジング３２の閉鎖時）に、リフトピン通路４２の内部に引き入れられる。
【００２３】
加熱プラテン３８の上面３９上には、突起４４（近接ピンともいう）が設けられており、これによって、ウエハ３３の下面４５と加熱プラテン３８の上面３９との間には、小さな間隙４１が形成されている。この間隙４１は、仮にウエハ３３と加熱プラテン３８とが完全に面接触していたとすれば発生したであろう、ウエハ３３の下面４５の汚染を低減するために有用である。しかし、間隙４１は、ウエハ３３と加熱プラテン３８との熱接触が維持される程度には、十分小さいものである。処理チャンバー３４内のウエハ３３と加熱蓋体アセンブリ４６との間には、上部空間４０が存在する。加熱蓋体アセンブリ４６からの熱エネルギーは、以下に詳述するように、通常、加熱蓋体アセンブリ４６によって、蓋体アセンブリ構造体を介してこの上部空間４０に伝導される。
【００２４】
本発明の加熱蓋体アセンブリ４６の１つの好適な実施形態には、図１から図５に示すように、少なくとも２つの段が組み込まれている。これらの段は、代表的な実施形態に、上段４８および下段５０として示されているが、所望の場合、２つの段の相対的な位置を交換するか、または、部分的もしくは全体的に一体化するか、あるいは、それらの両方を実施するものであってもよい。上段４８は、好ましくは、加熱ガスおよび／または加熱素子のような１つまたは複数の熱源を収容し、一方、下段５０は、１つまたは複数の処理用ガスを、処理の間に処理チャンバー３４からまたは処理チャンバー３４へと集合的にまたは独立に移送する吸排気通路を備えている。下段５０は、熱源からの熱エネルギーを処理チャンバー３４の上部空間４０へと直接的に伝導するために有用な中実構造体（solid structures）も含んでいる。これらの中実構造体は、下段５０内に空間および通路を形成するためにも有用であり、処理の間に、それらの空間または通路を通過して、１つまたは複数の処理ガスを移送することができる。
【００２５】
さらに詳細には、加熱蓋体アセンブリ４６のカバー部材５２は、面パネル５６から下方に延びる周縁部側壁５４を含んでいる。周縁部側壁５４から、追加的な周縁部カバー構造体５７が、加熱蓋体アセンブリ４６の他の構造体の対応する設置面積に一致するように外方に延び、その上部に装着される。カバー部材５２は、固着孔５５を含み、それによって、カバー部材５２は加熱蓋体アセンブリ４６の他の部品群に固定される。
【００２６】
加熱蓋体アセンブリ４６の中間カバー部材５８は、上面６４および下面６６を有する面パネル６２上に配置された、隆起した周縁フランジ６０を有している。平板状、電気抵抗性、積層された加熱素子６８の形態をとった熱源は、周縁フランジ６０内の上面６４に装着されるような大きさを有している。加熱素子６８の面積は、所望の大きさにすることができるが、好ましくは、周縁フランジ６０内の窪んだ上面６４の面積とほぼ同一の空間を占めるサイズを有するものであり、それによって、加熱素子６８から処理チャンバー３４へ熱を（好ましくは、主に熱伝導によって）より均一に伝達することができる。
【００２７】
加熱素子６８は、好ましくは、１つ以上の独立した加熱素子からなるものであってもよく、その際、加熱素子６８の下面７２の全体または少なくともほぼ全体から、制御可能で均一な熱エネルギーを出力するように形成されていることが好ましい。加熱素子６８には、独立に制御可能な２つ以上の加熱領域が組み込まれていてもよい。そのような実施形態では、各領域の熱出力は、領域の下面の少なくともほぼ全面からの均一かつ制御可能なものであることが好ましい。好適な加熱素子６８には、ポリイミドの絶縁層の間に挟まれた、１つまたは複数のエッチング形成された金属箔が組み込まれている。電気エネルギーを、タブ部６９においてコネクタ１５８を介して加熱素子６８に出入りする配線１５６を介して、加熱素子６８へおよび加熱素子６８から電気エネルギーを伝達することができる。加熱素子６８は、機械的固着具、接着剤、またはこれらの組合せ等の任意の適切な方法を使用して、底部カバー部材８０に固定されていてもよい。加熱素子６８を底部カバー部材８０に固定することによって、加熱素子６８と底部カバー部材８０との間の良好な熱伝達が実施される。説明のため、加熱素子６８は、機械的固着具７４を含み、それによって、加熱素子６８は底部カバー部材６８に固定されている。
【００２８】
加熱素子６８の上面７０とカバー部材５２の面パネル５６との間には、上部空間７８が存在する。上部空間７８は、加熱素子６８を面パネル５６から、したがって、周囲環境から分離絶縁するために有用である。結果として、加熱素子６８から、より均一でばらつきのない（consistent）制御可能な熱出力が生じる。さらに、上部空間７８は、凹壁部分８４を通じてガスが流入できる空間を与えるものである。このような処理チャンバー３４から凹壁部分８４を通じた上部空間７８への縁部通気は、加熱素子６８の温度を均一に制御するために使用することができる。
【００２９】
加熱素子６８は、実際には、固有のチャンバーに収容されており、面６４がチャンバーの床面を、パネル５６がチャンバーの天井面を、そして、側壁５４がチャンバー壁を形成している。中間カバー部材５８の周縁フランジ６０は、複数の開口部を含み、それを通じて、中間カバー部材５８を、適切な機械的固着具７６を使用して加熱蓋体アセンブリ４６の他の部品群に固定することができる。図示されるように、周縁フランジ６０は、これらの固着具７６によって底部カバー部材８０に固定され、それによって、フランジ６０と底部カバー部材８０との良好な熱接触が実現されている。
【００３０】
底部カバー部材８０は、隆起した周縁フランジ８２を含み、この周縁フランジは、面パネル９０の上面９２上に配置された上面８５を有している。面パネル９０は、処理チャンバー３４の一境界を形成する底面９４も有している。周縁フランジ８２の側壁８３は、凸壁部分８６を形成する凹壁部分８４を有している。凸壁部分８６は、カバー部材５２の周縁の側壁５４への取り付け面８８を有し、加熱蓋体アセンブリ４６の部品の組立時に装着される。したがって、側壁５４は、凹壁部分８４から離隔している。結果として生じる間隙は、側壁５４の対応する部分および面パネル５６を、上段４８および下段５０から熱的に分離するために有用であり、そのことは、今度は、上段４８および下段５０の内部を周囲環境から熱的に分離するために役立つ。その結果、加熱蓋体アセンブリ４６の内部のより均一でばらつきのない（consistent）制御可能な加熱が実施される。
【００３１】
周縁フランジ８２に加えて、面パネル９０の上面９２上に、追加的な隆起構造体が設けられている。これらの構造体には、面パネル９０の中央部に配置されたほぼ環状の壁９６が含まれている。環状壁９６は、間隙９７を有し、この間隙は、後述するように、環状壁９６の内側にガスを移送するための入口として機能する。環状壁９６は、上面９８を有している。放射状壁１００は、互いに離れて、間隙９７から外方の周縁フランジ８２へと延在する。面パネル９０の、各放射状壁１００の端部の間には、開口部１１２が設けられている。後述するように、好ましい動作態様において、開口部１１２は、１つまたは複数の外部のガス源から加熱蓋体アセンブリ４６内へ引き込まれる処理ガスが通過する入口として機能する。
【００３２】
放射状壁１０１は、それぞれの内側端部１０２から外側端部１０４へとほぼ半径方向に延在する。内側端部１０２は、環状壁９６から離れており、一方、外側端部１０４は、周縁フランジ８２から離れている。
【００３３】
放射状壁１０３は、互いに離れて、各内側端部１０５から外方に半径方向に延在し、周辺フランジ８２と接続している。面パネル９０の、各放射状壁１０３の外側端部の間には、開口部１１４が設けられている。後述するように、好ましい動作態様において、開口部１１２は、１つまたは複数の外部のガス源から加熱蓋体アセンブリ４６内へ引き込まれる処理ガスが通過する入口として機能する。後述するように、好ましい動作態様において、開口部１１４は、収集、再利用、廃棄、および引き続く処理等のために、加熱蓋体アセンブリ４６および加熱ユニット１２から排気される処理ガスが通過する出口として機能する。
【００３４】
面パネル９０の、環状壁９６の内側の中央領域には、複数の開口部１０８が形成されている。説明のため、開口部１０８は、面パネル９０の中心に対する複数の同心円状に配列されている。勿論、この特定の配列は一つの好ましい態様に過ぎず、所望の場合、同一または同様の目的のために、１つまたは複数の開口部からなる任意のパターンを使用することができる。好ましい動作態様において、開口部１０８の全体は、シャワーヘッドのような装置として機能し、ここを通過して、加熱蓋体アセンブリ４６の内部から加熱蓋体アセンブリ４６の下方の処理チャンバー３４へと処理ガスが移送される。同様に、周縁フランジ８２に近接する、面パネル９０の外周に沿って、複数の開口部１１０が形成されている。好ましい動作態様において、これらの開口部１１０の全体は、処理チャンバー３４から加熱蓋体アセンブリ３４へと引き込まれる処理ガスが通過するポートとして機能する。
【００３５】
放射状壁１００、１０１、１０３は、それぞれ上面１０６を有している。中間カバー部材５８が底部カバー部材８０に固定される際に、これらの上面１０６は、上面８５、９８と共に面パネル６２の下面に気密に装着される。したがって、これらの隆起した構造物の間の凹部領域は、吸気前室システム１１６および排気前室システム１３０の流路および空室として機能する。吸気前室システム１１６は空室および流路を備え、それによって、１つまたは複数の処理ガスは、１つまたは複数の外部のガス源から加熱蓋体アセンブリ４６へと引き込まれ、次いで、処理チャンバー３４へと移送される。排気前室システム１３０は、処理チャンバー３４から加熱蓋体アセンブリ４６へと引き込まれる処理ガスが通過する空室および流路を備えている。
【００３６】
より詳しくは、吸気前室システムは開口部１１２を備え、１つまたは複数の処理ガスはは、この開口部を通じて、１つまたは複数の外部のガス源から加熱蓋体アセンブリ４６へと供給され、次いで、処理チャンバー３４へと移送される。開口部１１２には、接合具１２０のような器具を介して、適切な配管（チューブ、パイプ、または他の鉛管）（図１〜図５には、図示せず）が結合されている。開口部１１２は、周縁吸気室１２２に通じている。供給されたガスは、放射状吸気流路１２４を下って中央吸気室１２６へと移送される。次いで、このガスは、中央吸気室１２６から開口部１０８を通って放出される。吸気前室システム１１６を通じたこのようなガスの移送を促進するために、供給ガスを適切な圧力下に置くものであってもよい。図５に示すように、処理チャンバー３４に流入するガスは、ほぼウエハ３３の中央部に向かって流下する。次いで、ガスは、ほぼ放射状かつ対称的に処理チャンバー３４の周縁部に向かって外方に流れる。処理チャンバー３４の周縁部付近において、ガスは、処理チャンバー３４から排気前室システム１３０へと引き込まれる。システム１３０を通じたガスの流れを促進するために、排気前室システム１３０に対して負圧を適用してもよい。
【００３７】
図１から図５を参照すると、排気前室システム１３０は排気前室入口部１１０を含んでおり、これらの入口部を通じて、１つまたは複数の処理ガスは、処理チャンバー３４から加熱蓋体アセンブリ４６へと流入することができる。これらの入口部１１０は、底部カバー部材８０の外縁部付近に配置されており、排気ガスを、同様に底部カバー部材８０の外縁部付近に配置された外側排気室１３２に導入するものである。排気ガスは、外側排気室１３２から、複数の放射状排気流路１３６に沿って、内側の環状排気室１４２に移送される。各放射状排気流路１３６は、外側排気室１３２付近にそれぞれの入口部１３８を備え、また、内側の環状排気室１４２付近にそれぞれの出口部１４０を備えている。好ましくは、各入口部１３８の断面積は、対応する出口部１４０の断面積よりも大きいものである。すなわち、各流路１３６は、入口部から出口部に向かって先細りの形状を有している。
【００３８】
排気ガスは、放射状排気流路１４４によって、内側の環状排気室１４２から排気室１４６へと移送され、開口部１１４を通じて加熱ユニット１２から放出される。開口部１１４は、接合具１５０のような適切な器具を介して、適切な配管（チューブ、パイプ、または他の鉛管）に結合されている。
【００３９】
排気前室システム１３０を通じたガスの移送を補助するために、負圧等の適切な駆動力を適用してもよい。この目的のために負圧を適用する場合、放射状排気流路１４４に最も近接する放射状排気流路１３６（放射状排気流路１４４自体は、下流の負圧源により近接している）に最も強い負圧がかかる傾向を有することが観察された。その結果、この状況下においてすべての出口部１４０の断面積が同一であると、流路１４４に近い側の流路１３６を通じた排気ガスの流量が、遠い側の流路１３６を通じた排気ガスの流量よりも大きくなるおそれがある。このような非対称な流れは、熱エネルギーの、加熱蓋体アセンブリ１４６から処理チャンバー３４への伝達、および、その後のウエハ３３への伝達の均一性に影響を及ぼす可能性がある。
【００４０】
したがって、熱的均一性を向上させるためには、各流路１３６を通じた排気ガスの流量が実用上望ましい程度に均一であるように、必要に応じて各流路１３６の断面積を変化させることが好ましい。一般に、各流路１３６を通じた流れをより対称的にするためには、流路１４４から遠い側の出口部１４０を、流路１４４に近い側の出口部よりも大きくすればよい。
【００４１】
例えばサーミスタ１５２のような、１つまたは複数の温度センサを使用して、加熱蓋体アセンブリ４６の温度を監視することもできる。このような温度センサは、加熱素子６８の出力を所望の設定温度等に制御するために、適切な制御システムに結合されていてもよい。この目的のために、ＰＩＤフィードバックおよび／またはフィードバック制御が適切である。便利なことに、サーミスタ１５２が収容される溝部（図示せず）への出口となるスロット１５４が設けられている。このスロット１５４は、サーミスタ１５２を挿入、除去、および／または稼動する際に有用である。
【００４２】
処理ステーション１０の様々な部品、特に、ハウジング３１の部品は、金属（金属自体、金属間化合物、および合金等）、ポリマー材料、セラミックス、およびそれらの組合せ等を含む、任意の適切な耐熱材料から形成することができる。好ましくは、熱処理ユニット１２のハウジング部品自体は、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、およびそれらの組合せ等の金属材料から形成される。さらに好ましくは、それぞれの部品を互いに溶接する場合には、そのような溶接を容易にするために適合性の高い金属からなるものである。その結果、熱的および機械的にロバスト（robust）な構造体が形成される。勿論、他の用途のために、適切な他の材料および他の接合方法を使用することができる。例えば、十分に低い処理温度で実施される処理のためには、ポリマー材料を使用することができ、また、接着剤を使用して部品を接合することができる。ねじ、ボルト、およびリベット等の機械的固着具を使用するものであってもよい。
【００４３】
加熱プラテン３８と加熱蓋体アセンブリ４６との間の温度差が、ウエハ３３の処理温度の制御の容易性および正確性に影響を及ぼす可能性がある。詳しくは、特定の実施態様において、加熱蓋体アセンブリ４６が加熱プラテン３８よりも熱すぎる場合、処理温度の制御がより困難になることが分かった。実際には、加熱蓋体アセンブリ４６と加熱プラテン３８との間に「熱的クロストーク（thermal cross-talk）」が生じると考えられる。例えば、プラテンおよび／または蓋体アセンブリの温度制御の精度の悪化が発生したことにより、このような熱的クロストークが生じていると考えられる場合、このクロストークは、加熱蓋体アセンブリ４６の設定温度を、加熱プラテン３８の温度に対して低下させることによって軽減することができる。このクロストークを回避または軽減するためには、好ましくは、加熱蓋体アセンブリ４６の温度を、加熱プラテン３８の温度よりも約１°Ｃから約５０°Ｃ低く維持するものであり、さらに好ましくは約５°Ｃから約２０°Ｃ低く、最も好ましくは、約１０°Ｃ低く維持するものである。
【００４４】
本発明の目的のためには、加熱蓋体アセンブリ４６の温度は、面パネル９０と直接的かつ物理的に接触している温度センサによって測定される面パネル９０の温度と見なすことができる。したがって、図３を参照すると、サーミスタ１５２は面パネル９０に直接的かつ物理的に接触しており、それによって、加熱蓋体アセンブリ４６の温度を示す信号を出力するものである。
【００４５】
加熱蓋体アセンブリ４６、特に前室システム１１６、１３０の構成によって、性能上の多様な目的が達成される。第１に、この構成により、図５に模式的に示すように、処理チャンバー３４内に１つまたは複数の処理ガスの放射状の流れを確立することができる。ウエハ３３の表面上のガスの流れが対称的かつ放射状であることは、ウエハ３３表面のほぼ全体に渡るガスパージ処理の均一化を促進するために有用である。
【００４６】
第２に、加熱蓋体アンセブリ４６内における吸気ガスおよび排気ガスの流れは、それぞれほぼ完全に対称的である。加えて、加熱素子６８から下方の処理チャンバー３４に向かって、物質による中実な熱伝導路も、加熱蓋体アセンブリ内４６内の面パネル６２の全面に渡ってほぼ対称かつ均一に設けられている。ガスの流れおよび熱伝導路が対称的であることは、加熱素子６８から処理チャンバー３４に伝達される熱エネルギーの均一性を向上させるために有用である。驚くべきことに、均一に加熱された蓋体によって、処理チャンバー３４内で加熱されるウエハ３３の熱処理が劇的に向上する。
【００４７】
例えば、図６は、ベークプレート蓋体の能動的な加熱をした場合としない場合における、加熱プラテンの熱的均一性を測定したデータを示している。測定には、図１から図５に示すように構成された装置が使用された。一方の実験では、加熱蓋体への電力供給をオフにして（すなわち、蓋体は、加熱プラテン３８からの熱エネルギーにより受動的に加熱されるのみ）、加熱プラテンの温度範囲をその設定温度の関数として測定した。他方の実験では、加熱蓋体を、加熱プラテンの設定温度よりも１０°Ｃ低い設定温度で動作させて（すなわち、蓋体は、加熱蓋体アセンブリ４６内に配置された加熱素子からの熱エネルギーにより能動的に加熱される）、加熱プラテンの温度範囲をその設定温度の関数として測定した。図６のデータは、蓋体を能動的に加熱した場合、加熱プラテンの任意の所定の設定温度において、加熱プラテンの温度の均一性が少なくとも約２５％向上することを示している。
【００４８】
当業者にとって、本発明の他の実施形態は、本明細書を熟慮することにより、または、本明細書に開示された本発明の実施形態から明らかなものである。当業者であれば、添付請求項によって示される本発明の思想の真の範囲を逸脱することなく、本明細書に記載された原理および実施形態に対する様々な省略、修正、および変更を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、本発明に係る熱処理ステーションを、加熱ユニットの閉鎖状態であ示す透視図である。
【図２】図２は、加熱蓋体アセンブリを形成するために使用する部品をより良く示すために、図１に示す熱処理ステーションを展開して示す透視図である。
【図３】図１に示す熱処理ステーションで使用される加熱蓋体アセンブリを展開して示す透視図である。
【図４】図４は、図３に示す加熱蓋体アセンブリで使用される中間部材を示す上面図である。
【図５】図５は、加熱蓋体アセンブリおよび処理チャンバーを通じたガスの流れをより良く示すために、図１に示す熱処理ステーションで使用される加熱ユニットを模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、加熱蓋体アセンブリを能動的に加熱した際の、本発明に係る熱処理ステーションの熱的均一性の改善を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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