(57)【要約】本発明は、半導体ウェハ加工のための非常に動的な加熱および／または冷却チャンバを提供する。チャンバは、ウェハの異なる点における温度勾配を最小にするために、均一な熱およびガスの流れ分布をもつ。
2005521260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハの温度を変えるためのシステムにおいて、
第１の温度制御されたプレートと、
近接ピンを含む第２の温度制御されたプレートであって、ウェハが第１および第２の温度制御されたプレートの間に置かれ、第２の温度制御されたプレートから近接ピン分の距離をおいて置かれるものである第２の温度制御されたプレートと、
第１および第２の温度制御されたプレートならびにウェハを取り囲む外囲であって、前記外囲はガス入口および出口を含み、ガスは入口からウェハを通り過ぎて出口に流れるものである外囲と、
を含むウェハの温度を変えるためのシステム。
【請求項２】
前記第１の温度制御されたプレートが近接ピンをさらに含み、第１の温度制御されたプレートから距離をおいてウェハを配置するために前記近接ピンが構成される請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記第１および第２の温度制御されたプレートのウェハからの距離を変えられるように、前記近接ピンが可動式である請求項２記載のシステム。
【請求項４】
ウェハ上にガスを分配するために構成されたフロー分配マニホールドをさらに含む請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記フロー分配マニホールドが層流経路を含み、前記層流経路の各々が前記層流経路の流量を制御する層流素子を含む請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記層流素子が基板中に形成されたチャネルを含む請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記外囲中に存在し、流れ経路に入り込む任意の汚染物または溶媒が、層流素子中にではなく空洞中に溜まるように、各層流経路が空洞をさらに含む請求項５記載のシステム。
【請求項８】
前記フロー分配マニホールドが前記第１の温度制御されたプレートと接触し、分配されたガスが前記第１の温度制御されたプレートと実質的に同じ温度である請求項４記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の温度制御されたプレートが流れチャネルを含み、ガスがマニホールドからチャネルを通ってウェハへ流れる請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
ガス出口がフローレギュレータをさらに含む請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
ウェハの温度を制御するための装置において、
温度制御素子と、
種々の点においてウェハの表面の周囲にガスを分配するために構成され、複数の流れ経路を含むガス分配システムであって、前記複数の流れ経路の各々が層流素子を含むものであるガス分配システムと、を含み、
ウェハが、前記ガス分配システムと温度制御素子との間に配置されるウェハの温度を制御するための装置。
【請求項１２】
前記ガス分配システムが温度制御され、それによってウェハの表面全体に実質的に均一な温度分布およびガスの流れの分布を供給する請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
ガスの排気流量を制御するために構成された排気システムをさらに含む請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
前記ガス分配システムが、一つ以上の加熱および冷却素子を含む請求項１１記載の装置。
【請求項１５】
前記ガス分配システムおよび温度制御素子が、装置内の温度勾配を変えるために種々の温度に調節できる請求項１２記載の装置。
【請求項１６】
第１および第２の面をもつウェハをチャンバ内で調整する方法において、
第１の面からウェハを加熱または冷却するステップと、
第２の面からウェハを加熱または冷却するステップと、
ウェハの第１の面へガスを供給し、ガスの流れが実質的に薄層をなすように、複数の通路を通してガスを分配するステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
ガスがウェハの前記第１の面と実質的に同じ温度に加熱または冷却されるように、ガスを加熱または冷却するステップをさらに含む請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
露光後加熱チャンバにおいて、
第１の加熱プレートと、
第２の加熱プレートと、を含み、
前記第１および第２の加熱プレートはプレートの間に置かれたウェハを加熱するために構成され、前記ウェハは第１および第２の加熱プレートから近接ピン分の間隔をおいて配置される露光後加熱チャンバ。
【請求項１９】
分配されたガスの流れの経路と、ガスの流れの経路中のガス流量を制御する一つ以上の流量制御素子とをもつ流量制御システムをさらに含む請求項１８記載の露光後加熱チャンバ。
【請求項２０】
ガスが前記第１の加熱プレートによって加熱されるように、前記流量制御システムが前記第１の加熱プレートと接触する請求項１９記載の露光後加熱チャンバ。
【請求項２１】
ガスが前記流量制御システムから前記第１の加熱プレート中の通路をウェハまで通り抜ける請求項１９記載の露光後加熱チャンバ。
【請求項２２】
前記流量制御システムが、フローチャネルプレートと、前記フローチャネルプレート内に形成された一つ以上の流量制御素子とを含む請求項１９記載の露光後加熱チャンバ。
【請求項２３】
ウェハ調整チャンバにおいて、
ウェハの第１の面でウェハの温度を変える第１の手段と、
ウェハの第２の面でウェハの温度を変える第２の手段と、
複数の位置においてウェハの第１または第２の面上に、制御された流量でガスを分配するガス分配手段と、
を含むウェハ調整チャンバ。
【請求項２４】
ガス温度が、ウェハの温度を変える前記第１または第２の手段によって操作できる請求項２３記載のウェハ調整チャンバ。
【請求項２５】
前記ガス分配手段が、ガスの流量を制御する流れ制御手段を含む請求項２４記載のウェハ調整チャンバ。
【請求項２６】
ウェハの温度を変えるためのシステムにおいて、
第１の温度変更装置と、
第２の温度変更装置であって、ウェハは第１の温度変更装置と第２の温度変更装置との間に配置されるものである第２の温度変更装置と、
第１および第２の温度変更装置ならびにウェハを取り囲む外囲であって、前記外囲はガス入口および出口を含み、ガスは入口からウェハを通り過ぎて出口に流れるものである外囲と、を含み、
前記システムが、ウェハの温度を調節するために前記第１または第２の温度変更装置または外囲の任意のものの閉止の割合を変える操作が可能であるウェハの温度を変えるためのシステム。
【請求項２７】
前記システムが、閉止の割合の調節によって、ウェハの温度の変化速度を変えるためにさらに操作可能である請求項２６記載のシステム。
【請求項２８】
前記外囲が上部部分および下部部分を含み、前記システムが前記上部部分または下部部分の閉止の割合を変えるために操作可能である請求項２６記載のシステム。
【請求項２９】
第１および第２の閉じ込め用構造物をもつ外囲内でウェハの温度を制御する装置において、
温度制御素子と、
種々の点においてウェハの表面の周囲にガスを分配するために構成され、複数の流れ経路および層流素子を含むガス分配システムと、を含み、
ウェハが、前記ガス分配システムと温度制御素子との間に配置され、
前記装置が、第１または第２の閉じ込め用構造物の動きの一つ以上の速度を変えることによって、外囲の開閉速度を調節するために操作可能である装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として半導体加工に関し、より詳しくは集積回路をつくるために用いられるウェハの加熱および冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロエレクトロニクス素子は、適当な担体または基板上に形成される多層の材料を使用して作製される。マイクロエレクトロニクス材料の層の多くは、微細な寸法をつくりだすために、正確にパターン化し、かつ位置合せしなければならない。回路密度および性能に対する要求が増大するにつれ、パターンの許容誤差および寸法も対応してさらに小さくなってきた。通常は、フォトリソグラフィを使用して、マイクロエレクトロニクス材料の層にパターンを形成する。フォトリソグラフィにおいては、パターン化される材料の層は、感光性ラッカー、またはフォトレジスト材料でコーティングされ、次いで、光放射のパターンに露光して、フォトレジスト材料中にパターンの潜像をつくる。それから、潜像を化学的に現像して、パターンのフォトレジストエッチングマスクを作製する。次に、エッチングまたは他の類似したプロセス等のアディティブ法またはサブトラクティブ法プロセスによって、パターンを下の材料層へ移す。
【０００３】
集積回路の製造における特徴寸法が１００ｎｍに近づくにつれ、実装密度の問題はますます克服し難くなる。主な問題は、フォトレジストの露光用のリソグラフィ法露光ツール解像度である。フォトレジストおよびフォトレジストの取扱いは、当業者にとっては周知であるが、いくつかの重要な問題点について、以下簡単に説明する。フォトレジストは、適当な基板に薄膜コーティングとして塗布される。コーティングされた基板を光化学放射で画像露光すると、露光区域と非露光区域との間の溶解速度の差によって、現像後、基板上に像が形成される。被覆を取り去った基板は、その後エッチングプロセスに委ねられる。多くの場合、このプロセスはプラズマエッチングを含み、レジストコーティングは、プラズマエッチングに対して十分に安定でなければならない。ポジ調フォトレジストの場合、コーティングは、露光の間に被覆されたまま残った基板の区域をエッチング液から保護し、したがって、エッチング液は被覆されていない区域しかエッチングできない。フォトレジストコーティングは、被覆されている基板の区域をエッチング液から保護し、したがって、エッチング液は、被覆されていない基板の区域しかエッチングできない。したがって、現像に先立って、コーティングされた基板上に選択的露光パターンをつくるために用いられたマスクまたはテンプレートのパターンに対応するパターンを、基板上に形成できる。
【０００４】
非常に小さな寸法を再現する能力は、シリコンチップおよび類似の部品上の大規模集積回路の製造において極めて重要である。半導体デバイスの集積度がより高くなるにつれて、より微細なフォトレジスト膜パターンが要求される。そのようなチップ上の回路密度を増大する一つの方法は、レジストの解像度能力の増大によるものである。
【０００５】
最適に利用可能なマイクロリソグラフィ法の解像度は、基本的に、選択的照射のために用いられる放射波長によって決まる。しかし、従来の深紫外線（すなわち、２４８ｎｍ）マイクロリソグラフィで得ることができる解像度能力には、限界がある。小さな構造要素、例えば、０．１３ミクロンおよびそれより小さい特徴を、光学的に十分に解像するために、さらに短い波長（特に、１９３ｎｍ）の放射が、新世代の化学増幅レジスト膜とともに使用されつつある。
【０００６】
代表的な化学増幅フォトレジスト膜は、ポリマー、光酸発生剤、および他の任意の添加剤を含む。ポリマーは、優れたエッチング耐性をもつことに加えて、選ばれる現像溶液に可溶であり、高い熱安定性、および露光波長に対する低い吸光度をもつことを要求される。化学増幅フォトレジストは、化学増幅デブロッキング (deblocking) にもとづく。この機構では、光によって発生した酸分子が、ポリマーの保護基中の結合の開裂を触媒する。デブロッキングプロセスの間、副生物として同じ酸のもう一つの分子がつくられ、酸触媒デブロッキングサイクルを続ける。
【０００７】
化学増幅レジストには、潜在的な酸および像を発生させるための露光量と、現像液へのレジストの溶解度の変化をもたらすデブロッキング反応を推進する加熱量とが、ともに要求される。光発生した酸は、デブロッキング反応を触媒するとき、レジスト中を拡散するため、酸は非露光区域に拡散して、レジスト中につくられる像の品質に対して、顕著に影響する可能性がある。露光後加熱プロセス（ＰＥＢ）の重要な判定基準は、拡散と反応過程との相対速度間のバランスの最適化である。拡散前反応過程は、環境中への光酸損失を含むことがある。拡散後反応過程は、より詳しくは、増幅反応および酸損失反応である。拡散係数および反応速度はともに温度に依存するため、集積回路の最終的な寸法にとって、慎重な取扱いおよびレジストの熱的履歴の監視が重要である。拡散過程、増幅反応過程および酸損失反応は、それぞれ異なる活性化エネルギーをもつ。比較すると、拡散および増幅反応の活性化エネルギーはともに高く、一方、酸損失反応の活性化エネルギーは低い。
【０００８】
このような事情により、密度の高い特徴の形成にとって、移行または立ち上り時間は重大である。高密度に配置された線または他の特徴が、スカミングとして知られる過程でつながることがある一方で、同じ加熱量にさらされた孤立した線または特徴が直線的に増加し、十分に解像されることもある。加熱の初期には、デブロッキング反応を推進するために十分熱い温度にウェハが到達する前に、酸損失反応が酸を取り除く。加熱プレート温度に達した後は、酸損失、拡散および増幅が同時に起る。加熱温度への到達が遅れると、デブロッキングが始まる前に、かなりの酸損失が起り、前述したスカミングプロセスに貢献する。詳細については、マーク・Ｄ・スミスによる「化学増幅レジストのリソグラフィ性能に対する露光後加熱時の熱的履歴の影響のモデル化」（ＳＰＩＥ予稿集，４３４５巻，１０１３〜１０２１ページ，２００１年，レジスト技術および加工における進歩  ＸＶＩＩＩ）（非特許文献１）という論文を参照されたい。この論文は、その全体が本願明細書において参照により援用されている。
【０００９】
図１〜３は、シリコンウェハの露光後加熱に用いられる従来技術の炉を例示する。図１は、従来技術の炉の分解図であり、上部外囲２０、ガス入口２２、シャワーヘッド２４、ウェハ２８、近接ピン３４をもつ加熱プレート３２、リフトオフピン３６、および下部外囲４０を例示する。図２は、図１に示される従来技術の炉の開位置での断面図であり、ウェハ２８は加熱プレート３２および近接ピン３４の表面からもち上げられている。図３は、図１に示される従来技術の炉の閉位置での断面図であり、ウェハ２８は加熱プレート３２の近接ピン３４上にある。シャワーヘッド２４は、ガス入口２２から到着するガスを分配する通路をもつ。そのような炉の一つの具体例は、日本の熊本にある東京エレクトロン株式会社（ＴＥＬ）によって製造されている。
【００１０】
一般的に、近接ピンは、ウェハ２８を加熱プレート３２の表面から約１００〜１５０ミクロン高くもち上げる。実際問題として、ウェハ２８を完全な平面にすることも、前の処理の間完全な平面に維持することもできないし、ウェハによって平面度に差がある。炉内の垂直温度勾配のため、平面度の小さな変動さえ、ウェハ２８上の種々の点における温度に比較的大きな相違を生じ得る。例えば、もしウェハが凹形であり、中央よりも末端が加熱プレート３２から遠ければ、中央部分は末端より熱くなる。従来技術の設計では、この変動のために、ウェハの別々の区域で二倍も異なる立ち上がり時間が生じることがあり、したがって、拡散および反応過程の精密な活性化および制御に不利益である。
【特許文献１】米国特許第４，６８５，３３１号
【非特許文献１】マーク・Ｄ・スミス著，「化学増幅レジストのリソグラフィ性能に対する露光後加熱時の熱的履歴の影響のモデル化」（ＳＰＩＥ予稿集，４３４５巻，１０１３〜１０２１ページ，２００１年，レジスト技術および加工における進歩  ＸＶＩＩＩ）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一つの態様は、第１の温度制御されたプレートを含むウェハの温度を変えるためのシステムである。第２の温度制御されたプレートは近接ピンをもち、ウェハは第１の温度制御されたプレートと第２の温度制御されたプレートとの間に配置される。第１の温度制御されたプレートからウェハまでの距離は、近接ピンによって維持される。第２の温度制御されたプレートからウェハまでの距離は、種々の方法で維持できるが、好ましくは、第２の加熱プレートの近接ピンによって維持される。第１の温度制御されたプレートおよび第２の温度制御されたプレートならびにウェハの周囲を外囲が囲み、外囲はガス入口および出口を含む。熱伝導性のガスが入口からウェハを通り過ぎて出口に流れる。
【００１２】
本発明のもう一つの態様は、第１の面および第２の面をもつウェハのチャンバ内での調整方法を含む。この方法は、第１の面からウェハを加熱または冷却するステップと、第２の面からウェハを加熱または冷却するステップと、およびウェハへガスを供給するステップを含み、ガスの流れが制御され、実質的に層流であって空間的に分配されるように、ガスは温度制御素子の一つを通る複数の通路を通って分配される。
【００１３】
発明のさらにもう一つの態様は、温度制御素子、およびウェハの表面の周囲にガスを分配するために構成されたガス分配システムを含むウェハの温度を制御するための装置であり、ガス分配システムは、複数の流れ経路を含み、複数の流れ経路のそれぞれは層流素子を含む。装置内におけるウェハはガス分配システムと二つの温度制御素子との間に配置される。
【００１４】
本発明の他の態様および利点は、以下の説明および添付の図面から明らかになる。
【００１５】
添付の図面を参照することにより、本発明はさらによく理解され、本発明の数多くの特長および利点が明らかになる。異なる図であるが、使用されている構成要素が同じものである場合には、理解の簡単さおよび容易さのために、図面において共通する構成要素には同じ番号が付されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下は、本発明の例示的な実施形態の詳細な説明である。本発明のこれらの実施形態は、当該図面を参照して説明されるため、説明された方法およびまたは特定の構造のさまざまな修正あるいは適応は、当業者には明らかである。本発明の教示に依存し、それらを通じてこれらの教示が当分野を進歩させる、そのような修正、適応、または変化形は、すべて本発明の範囲内にあると考えられる。それゆえに、本発明は、例示された実施形態に決して限定されないと理解され、また、これらの説明および図面は、限定的な意味で考慮されるべきではない。
【００１７】
図４は、半導体加工チャンバ（「ＳＰＣ」）１００の分解図を例示する。ＳＰＣ１００は、ガス分配および蒸気除去等のプロセス上の他の必要に応えることに加えて、シリコンウェハまたは他の基板を加熱または冷却するために用いられる。ＳＰＣ１００には、シリコンウェハ加工の分野で多くの用途がある。そのような用途の一つが、前述した露光後加熱プロセスである。他の用途は、当業者にとっては自明であろう。
【００１８】
シリコンウェハ１２６は、上部ハウジング１０４および下部ハウジング１３４の範囲内で調整される。ＳＰＣ１００はウェハを加熱し調整するのと同様に、ウェハを冷却するためにも用いられることがあるが、それでも炉と呼ばれる。
【００１９】
機械的組体１０２はＳＰＣ１００の開放および閉止を駆動する。すなわち、上部ハウジング１０４および下部ハウジング１３４を一緒に、あるいは、別々にＳＰＣ１００を閉じたりまたは開けたりする。上部ハウジング１０４および下部ハウジングｌ３４の閉止および開放の速度は、機械的組体１０２および他の要素（図示せず）によって変えられる。ガス輸送管１０６ａおよび１０６ｂは、上部ハウジング１０４およびカバープレート１１０にそれぞれつけられる。ガス輸送管１０６は、調整プロセスで用いられる流入ガスを、カバープレート１１０およびフローチャネルプレート１１２によって形成されるフローマニホールド１１１に導く。ガスはマニホールド１１１中を通り、ガス分配システムの一部として機能する上部加熱（または冷却）プレート１２４を通って流れる。利用されるガスは一般的に窒素であるが、ガス分配システムは、もちろん、任意のガスをウェハ１２６に輸送できる。ばね１０８は、ウェハ１２６を含むいろいろな構成部分の動きおよび寸法の変化の自由を許容する一方で、ＳＰＣ１００のいろいろな要素を圧縮する。
【００２０】
ウェハ１２６は、下部加熱（または冷却）プレート１３２上で近接ピン１３３によって支えられる。近接ピンｌ３３は、ウェハ１２６を下部加熱プレート１３２の上面から一様な距離に保つために位置決めされる。近接ピンは、加熱、冷却および調整プロセスの間、ウェハの反りを最小にするために、下部加熱プレート１３２の表面上に、同心円状または、他の任意のパターンで配置される。ウェハ１２６の正確な位置決めは、ウェハ１２６を一様に加熱、冷却または他の方法で調整するために重要である。下部加熱プレート１３２または上部加熱プレート１２４のいずれかからのウェハ１２６の位置決め不良または不適切な距離によって、ウェハ１２６の別々の区域は、別々の温度プロフィールまたは勾配にさらされることになる。調整プロセスの間にウェハがさらされる温度プロフィールの最小限の差でさえも、ウェハ１２６の上および／または中に作製される集積回路の線幅および回路形成に対して、大きな影響をもつことがある。加熱プレート１３２は、ウェハを加熱するために用いられる場合には、はめ込まれた電気加熱素子をもつ。ウェハを冷却するために、加熱プレート１３２が冷却プレートとして用いられる場合には、熱電式冷却器、あるいは冷却液を通す等の任意の他のよく知られている手段が用いられる。したがって、加熱プレートという用語は、その周囲を加熱または冷却する温度制御プレートとして定義される。
【００２１】
リフトピン組体１３０は、ウェハが挿入されるときには、ウェハ１２６を近接ピン１３３の上に置くために用いられ、ウェハがＳＰＣ１００から取出されるときには、ウェハ１２６を近接ピン１３３からもち上げるためにも用いられる。
【００２２】
排気リング１２８は、ＳＰＣ１００内の加熱プレート１３２の縁から出る排気の流れを制限し制御する。種々の処理用途に合うように排気制限の種々のレベルが調整される。排気リング１２８は、排気リング１２８と加熱プレート１３２との間につくられる環状の排気用開口部のまわりから一様に流体が流れることを確実にする。ＳＰＣ１００は、流入および排気速度を制御して、ウェハ１２６の表面上のガスの流れの半径方向の調整および流量の制御を提供する。ガスの分配については、図５に関連して、ここでさらに詳細に説明する。
【００２３】
図５は、マニホールド１１１のフローチャネルプレート（「ＦＣＰ」）１１２を示す。カバープレート１１０（図示せず）は、ＦＣＰ１１２の上面を密閉する。具体的には、カバープレート１１０は、シールリング１１３および平らな接触区域１２２と直接接触する。あるいは、ＦＣＰ１１２とカバープレート１１０との間に、さらにガスケットが含まれることがある。ガスは、ガス輸送管１０６からカバープレート１１０を通って分配リング１１４によって形成される環状のチャネルに到着する。環状のチャネルは、ＦＣＰ１１２およびカバープレート１１０の凹んだ部分である。多くの他のよく知られた金属加工法が使用できるが、ＦＣＰ１１２は、好ましくは、金属または金属箔のエッチングによってつくられる。代わりに、カバープレート１１０が、ガス分配リングを提供するようにつくられることもある。さらに、ウェハの汚染を避けるためには、ニッケルまたはステンレス鋼等の金属が好ましいが、当該分野で知られている他の任意の材料がマニホールド１１１を形成するのに使用されることがある。分配リング１１４は、シールリング１１３に対して凹んでいる。ガスは分配リング１１４上の環状のチャネルを通り、さまざまな分配チャネル１１６を通って、ウェハ１２６（図示せず）の表面の種々の区域へ流れる。環状のチャネル１１４の幅は２ｍｍ〜２ｃｍ、深さは０．２ｍｍ〜５ｍｍの範囲にある。分配チャネル１１６はそれぞれ送り通路１１７および層流通路（「ＬＦＰ」）１１８をもつ。層流通路１１８は、ウェハ表面への流れが一定で均一に分配されるのを確実にするものである。ＬＦＰ１１８は、広い範囲の用途に対して、流れの分配を最適化するために調整される。一般的に言って、分配チャネル１１６の深さは、約５０ミクロン〜約８００ミクロンの範囲にあり、好ましくは、１５０ミクロンである。層流通路の詳細については、レンケンらによる「熱性マスフローメーターおよびコントローラ」という米国特許第４，６８５，３３１号（特許文献１）を参照されたい。この特許は、その全体が本願明細書において参照により援用されている。送り通路１１７は、分配リング１１４からＬＦＰ１１８までガスを輸送する。各分配チャネルの終端にはガス吐出孔１２０がある。各ガス吐出孔１２０は、上部加熱プレート１２４中のガス通路に位置合わせされる。
【００２４】
ＳＰＣ１００中に存在する任意の溶媒または汚染物、例えば、露光後加熱中にウェハ１２６から生じ、または蒸発し、上部加熱プレート１２４中の通路を通って移動するものは、ガス吐出口ｌ２０中で凝縮するか、および／または溜まる。したがって、凝縮した汚染物を受け入れられるように、層流通路よりもはるかに大きな深さに作製されたガス吐出口１２０は、汚染物および結果として生じる詰まりまたは流れ阻害から層流通路１１８を保護する。
【００２５】
ＦＣＰ１１２は、上部加熱プレート１２４と直接接触し、かつ密着している。したがって、ＦＣＰ１１２は、上部加熱プレート１２４とほとんど同じ温度である。上部加熱（冷却）プレートが、ウェハを加熱するために機能しているか冷却するために機能しているかに依存して、マニホールド１１１を通るガスの流れは、ウェハとおおよそ同じ温度に加熱されるか、冷却される。さらに、ガスも上部加熱プレート１２４中の通路を直接通るので、ウェハ１２６の表面または近くにおける温度に非常に近いＳＰＣ１００の温度に、ガスの温度が到着することをさらに確実にする。ガス輸送のために用いられる温度制御された表面積が大きいためと、温度制御された要素と接触するガスの滞留時間が比較的長いため、および温度制御された要素中をガスが直接通過するため、熱は効率的にガスへ移される。例えば、０．１８ミクロンおよびそれ以下の線幅をもつ非常に小さい集積回路の作製においては、ウェハの表面での温度の精密な制御は拡散および反応過程の相対速度、ひいては集積回路の線幅に直接影響するため、これは、従来技術に対して、明らかな長所である。
【００２６】
図６〜８は、運転のいろいろな段階におけるＳＰＣ１００の断面図である。図６は、高い位置にウェハ１２６をもつ開いたＳＰＣ１００を示す。ウェハ１２６は、上位置にあるリフトピン組体１３０の上へ挿入される。図７では、リフトピン組体１３０は、下部加熱プレート１３２上の近接ピン１３３の上に下げられたウェハ１２６をもつ。上部加熱プレート１２４は、フローチャネルプレート１１２およびマニホールド１１１のカバープレート１１０と同じく上位置にある。加熱（冷却）プレート１２４および１３２の一方または両方は、ウェハ１２６を加熱または冷却するために、この段階で使われていることがある。また、ガスは流れていても、あるいは切られていてもよい。上部加熱プレート１２４とウェハ１２６との間のギャップに留意されたい。
【００２７】
図８では、上部近接ピン１２５が下部加熱プレート１３２と接触するように、上部加熱プレート１２４が下位置に下げられている。ウェハ１２６の温度はさまざまな方法で制御され、またＳＰＣ１００内の温度勾配も、加熱プレート１２４および１３２を一緒にまたは独立に調整することによって調節される。上部および下部加熱プレートの移動（降下または上昇）の速度は、温度プロフィールを調整するために、運転の間、システムによって変えられる。これは、ウェハの時間／温度プロフィールの完全な制御のために、外囲の開放および閉止と連動して制御されることがある。上部加熱プレート１２４および下部加熱プレート１３２をともに作動させることによって、ＳＰＣ１００内の勾配は、下部加熱プレートしかもたない従来技術の設計と比較して、大いに最小化される。さらに、拡張された上部近接ピン１２５の使用により、上部加熱プレートと下部加熱プレートとの間の距離をプロセス中に変更でき、温度プロフィールに最大のフレキシビリティと調整力が提供される。また、加熱プレートの温度スケジュールも、任意の与えられた温度サイクルまたはプロフィールの間、時間によって個々に変化するようにプログラムすることができる。一般的に言って、この発明のデュアル加熱プレート設計を用いると、与えられた温度への立ち上がり時間を、従来技術の設計と比較して、半分に縮小することができる。また、立ち上がり速度も、従来の設計と比較して、はるかに精密に制御することができる。
【００２８】
さらに、ウェハの両面から熱が供給されるため、図１〜３の設計のような従来の設計によるよりも、平面度の変化（反り）はより低く抑えられている。例えば、ウェハが反って、ウェハの端がウェハの中心部分より下部加熱プレート１３２から遠くなると、それらの同じ端が、上部加熱プレート１２４により近くなる。２００ｍｍのウェハの反りは、約７５ミクロンにまで達する。言い換えると、下部および上部加熱プレート１２４および１３２の間の熱勾配が小さくなり、そうでない場合に完成前のウェハがさらされたであろう温度差を最小にする。また、これは、より精密な集積回路の製作に通じる。
【００２９】
図７および８で見られるように、上部加熱プレート１２４を上または下の位置にして、ガスをウェハに供給することができる。また、図６〜８の断面図において、上部加熱プレート１２４を通るガス通路１２７が見られる。ガスはマニホールド１１１およびガス通路１２７中を流れるにつれて、上部加熱プレート１２４の温度に加熱される。前述したように、上部加熱プレート１２４の温度は独立に操作される。したがって、分配されるガスの温度も、望まれる効果を生み出すために、選ばれた温度にあるために加熱または冷却される。従来技術の設計と比較すると、ガスの比較的長い残留時間および熱伝達要素の大きな表面積は、ガス、ひいてはウェハの精密な温度調節を増す。さらに、ウェハの表面の周囲に一様な流れを提供するために分配される層流チャネルによってもたらされる制御は、ＳＰＣ１００内で温度のより良いコントロールを生み出す。
【００３０】
ＳＰＣ１００の精密な温度調節および速い動的応答は、多くの運転における長所である。特に、ＳＰＣ１００は、化学増幅型レジストの重要な変化をよりよく制御することができる。前述したように、化学増幅型レジストは、拡散、増幅反応および酸損失反応を促進するために、異なる熱プロファイルおよびエネルギーを必要とする。したがって、どれかの反応が不注意で始まったり、影響を受けたりしないように、精密な温度制御が最も重要である。光によって生成された酸は、デブロッキング反応を触媒するとき、レジスト中を拡散するので、酸は、そうでなければ未露光の区域に拡散し、レジストでつくられる像の品質に対して顕著に影響する可能性がある。露光後加熱プロセス（ＰＥＢ）の重要な判定基準は、拡散および反応過程の相対速度の間のバランスの最適化である。拡散係数および反応速度は、両方とも温度に依存するので、レジストの慎重な取扱いおよび熱的履歴の監視は、集積回路の最終的な寸法にとって重要である。本発明のデュアル加熱冷却システムおよび精密ガス分配システムは、これを可能にする。
【００３１】
本発明の実施形態が示され、説明されてきたが、これらの例示的な実施形態に対する変更および修正は、そのより幅広い態様において、本発明から逸脱することなく行われる。したがって、上記で明示的に説明されてはいないが、本発明の範囲内にある、本発明の他の実施形態があることは明らかである。したがって、添付の特許請求の範囲は、必然的に、そのような変更および修正をすべて、説明された発明の真の範囲内に含まれるとして包含すること、および、さらに、この範囲が、その範囲を示すために提示された例示的な実施形態に単に限定されないことが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来技術の炉の分解図である。
【図２】図１に示されている炉の断面図である。
【図３】図１に示されている炉の断面図である。
【図４】半導体加工チャンバ（「ＳＰＣ」）１００の分解図である。
【図５】フローチャネルプレート１１２の透視図である。
【図６】開位置でのＳＰＣ１００の断面図である。
【図７】閉位置でのＳＰＣ１００の断面図である。
【図８】閉位置でのＳＰＣ１００の断面図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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