(57)【要約】【課題】改善された温度均一性で半導体ウェハを加熱する装置及び方法を提供する。【解決手段】高い温度均一性で半導体ウェハを加熱する装置及び方法が開示される。特に、露光後ベーク（ＰＥＢ）のような加熱処理の間のホットプレート及び／又はウェハの回転は、炉室内部の気流のランダムな発生及び他の不均一な環境状態により生じる非同心円的温度勾配を補償することができる。これらの影響により生じる温度ばらつきは、ゾーン・ヒーターの調節だけでは容易に修正されないが、限界加工寸法制御そしてその結果半導体の総合品質の主な決定要因である。【選択図】図３
2008112980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハを加熱する装置であって、
ヒーターと、
前記ヒーターの上方に配置され、前記ヒーターから当該ホットプレートの上面へ熱を伝達するために構成された回転可能なホットプレートと
を具備することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記回転可能なホットプレートは、前記ヒーターから離間していることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項３】
前記回転可能なホットプレートの上方に前記半導体ウェハを位置決めして置くために前記回転可能なホットプレート上に１又は複数のホルダをさらに具備することを特徴とする、請求項１の装置。
【請求項４】
前記１又は複数のホルダは、前記回転可能なホットプレートを前記半導体ウェハから離間させることを特徴とする、請求項３の装置。
【請求項５】
前記回転可能なホットプレートと前記半導体ウェハとの間の温度を測定するための温度センサをさらに具備することを特徴とする、請求項４の装置。
【請求項６】
閉じられたときに、前記半導体ウェハの設置位置を決めるために炉室の上面を画定する取り外し可能な蓋をさらに具備することを特徴とする、請求項１の装置。
【請求項７】
前記取り外し可能な蓋が閉じられているとき、処理中に前記ヒーターにより発生される熱の大部分は、前記上面を通り散逸することを特徴とする、請求項６の装置。
【請求項８】
前記上面は、前記回転可能なホットプレートの上方約１０ｍｍから約２０ｍｍであることを特徴とする、請求項６の装置。
【請求項９】
前記取り外し可能な蓋を開くと又は閉じると前記ホットプレートと嵌合し、前記ホットプレートの回転位置を固定する１又は複数のピンをさらに具備することを特徴とする、請求項６の装置。
【請求項１０】
前記ヒーターは、複数の独立に回転可能な加熱エレメントを具備することを特徴とする、請求項１の装置。
【請求項１１】
半導体ウェハを加熱する方法であって、
（ａ）ホットプレートの上方に前記半導体ウェハを位置決めして置く工程と、
（ｂ）前記ホットプレート及び前記半導体ウェハを昇温された温度で維持しつつ、前記ホットプレートを回転させる工程と
を具備することを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記工程（ｂ）は、前記ホットプレートとともに前記半導体ウェハを回転させることをさらに具備することを特徴とする、請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記半導体ウェハ及び前記ホットプレートの両者は、毎分約１回転から約３回転の回転速度で回転されることを特徴とする、請求項１２の方法。
【請求項１４】
工程（ａ）の前に、前記ホットプレートを昇温された温度で維持しつつ該ホットプレートを回転させかつ加熱することをさらに具備することを特徴とする、請求項１１の方法。
【請求項１５】
前記半導体ウェハは、前記半導体ウェハの露光後ベークを有効に行うために十分な期間にわたり前記昇温された温度で維持されることを特徴とする、請求項１１の方法。
【請求項１６】
前記昇温された温度は、約６５℃から約１５０℃であり、かつ前記期間は約３０秒から約５分であることを特徴とする、請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記期間の終わりに、前記半導体ウェハは、実質的に均一な温度を有することを特徴とする、請求項１５の方法。
【請求項１８】
前記期間は、前記半導体ウェハの回転速度を決定する、又はその回転速度により決定されることを特徴とする、請求項１５の方法。
【請求項１９】
工程（ｂ）の後で、工程（ａ）において前記半導体ウェハが前記ホットプレートの上方で位置決めして設置された場所と同じ回転位置で前記半導体ウェハを前記ホットプレートから取り出すことを特徴とする、請求項１１の方法。
【請求項２０】
半導体チップを製作する方法であって、
（ａ）半導体ウェハ上を被覆するフォトレジストを放射光の選択されたパターンで露光する工程と、
（ｂ）ホットプレートの上方に前記半導体ウェハを位置決めして置く工程と、
（ｃ）前記ホットプレート及び前記半導体ウェハを昇温された温度に維持しつつ前記ホットプレートを回転させる工程と
を具備する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の複数の態様は、フォトリソグラフィによる半導体チップの製造において使用され、加熱処理の間に半導体ウェハの温度均一性を改善する装置及び方法を記載する。そのような加熱処理は、露光後ベーク（ＰＥＢ）を含む。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（半導体）は、最新のコンピュータ、通信システム、大衆消費電子機器、新世代の高性能機械及び機器の鍵となる構成要素である。マイクロリソグラフィは、半導体製造プロセスにおける最もクリティカルな要素の１つであり、その理由は、それが半導体の最小加工寸法及び機能的な性能を決定するためである。マイクロリソグラフィ・プロセスの品質は、しかも半導体の歩留り及びコストに大きな影響を与え、そしてそれゆえ、電子産業の競争力に大きく影響を及ぼす。マイクロリソグラフィ画像化技術及び材料の進歩は、半導体デバイス及び半導体回路の著しい発展において重要な役割を果たしてきている。
【０００３】
性能の改善及びコストの低減に導く微細化を継続させる主な駆動力は、限界加工寸法（ＣＤ）制御である。ＣＤは、所定の技術を使用して半導体デバイス／回路の製造の間に形成されることが可能な最小の幾何学的寸法（配線、コンタクト、トレンチ、等の幅）の大きさを呼ぶ。感光材料、すなわちレジスト、の最近の進歩は、半導体製造における露光後ベーク（ＰＥＢ）熱工程をＣＤ制御の主な決定要因に持ち上げてきている。ＰＥＢは、露光、例えば、遠紫外線（ＤＵＶ）照射の後にレジストに残されている“定在波”として知られる表面形状を平滑化するために使用される。ＰＥＢは、同様に別の重要な方面においてもレジスト・プロファイルに影響を及ぼす。
【０００４】
化学増幅型レジストとして知られるレジストの種類に対して、ＰＥＢは、ＤＵＶにより導入された潜像を増幅するために、レジストの露光部と非露光部との間の溶解度差を生成する化学反応を開始させる。特に、これらのレジストを用いると、最初の露光は、一般的に少量の酸を発生させる。ＰＥＢの間に、この照射により生成された酸は、レジスト中のポリマ樹脂の溶解度を変化させる反応の触媒作用を引き起こすために使用される。したがって、ＰＥＢの制御は、化学増幅型レジストにとって極めて重要である。
【０００５】
ＰＥＢは、通常、リソグラフィの露光の後で炉モジュール中に半導体リソグラフィ・ウェハを置くことにより実行される。炉は、一般にウェハの全ての領域を可能な範囲で最大限に一定温度に加熱するために大面積のホットプレートを含む。そのような温度均一性は、上記のより狭い仕上がりＣＤ均一性要求へと導くレジストの改善の観点において半導体製造における主要な考察から生じてきている。ＰＥＢの間に現れる温度ばらつきが仕上がりＣＤばらつきと直接的かつ重大な相関を有することが認識されているという理由で、多くの場合に標準的なＰＥＢ処理温度ばらつき許容範囲は、これまでの値の０．５−１．０℃（０．９−１．８°Ｆ）から０．２５℃（０．４５°Ｆ）未満へと劇的に減少してきている。ＰＥＢの間のわずかと見做される温度ばらつきでさえも、レジストの硬化を実質的に変化させることがあり、結果として像の線幅制御及びＣＤ制御の低下になる。
【０００６】
理論的には、同じ温度で同じ時間だけ処理される場合に、ウェハの全ての部分は、正確に同じ速度でベークされそして硬化されるはずである。しかしながら、実際には、そのような正確な均一性を実現することは困難である。厳密な温度均一性要求に対処する努力は、主に多ゾーンの及び／又は複数のコントローラのホットプレートの使用に集中されている。これは、半導体ウェハのＰＥＢの間に実現される温度均一性のある程度の改善を引き出している。しかしながら、これらの改善は、加熱の間にウェハの任意の所定の半径に沿って一様である、いわゆる“同心円的な（円形の）”温度ばらつき、すなわち半径方向の温度ばらつきに主に向けられている。それに付随する温度制御方式は、しかも多くの場合複雑であり、そして炉環境内にある又はその周囲にある高価な検出器、例えば、赤外線カメラ、線幅画像測定装置、パイロ電気検出器、等、に依存する。
【０００７】
フィードバック制御のために使用される測定品質に無関係に、炉のヒーター・ゾーン設定の調節は、残念ながら、制御不可能な影響及び多くの場合ランダムな影響、例えば、炉の環境内で発生する気流の流速及び方向により引き起こされる“非同心円的な（非円形の）”温度ばらつきを修正する際の有効性に限界がある。これらの要因は、全体の加熱処理の間一般に一定ではなく、そして様々な形で炉室の異なる領域（例えば、ウェハの異なる側に近接する領域）に影響を及ぼすことがある。その上、これらの要因は、ＰＥＢに対する工業規格を超える温度ばらつきをウェハの表面全体にわたり生じさせることがあり、最終的に、半導体ウェハ品質の劣化を生じさせることがある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の複数の態様は、高い温度均一性で半導体ウェハを加熱するための例示的な装置及び方法を記載する。ウェハ上の同心円的温度勾配及び非同心円的温度勾配の両者を少なくとも部分的に補償することができる技術が、見出されている。非同心円的温度勾配は、加熱の間の炉室内部の気体の流れのランダムな発生及び他の不均一な環境条件によって引き起こされることがある。そのような条件は、ホットプレートの端及び／又はウェハの端での変動する熱損失、（特に端における）ホットプレートとウェハとの間の熱伝達速度の変動、蓋の内表面及び／又は外表面の温度ばらつきに起因する加熱装置の蓋を通る熱散逸速度の変動、等に由来する。したがて、ゾーン・ヒーターの調節だけでは容易に修正できないＰＥＢの間の温度ばらつき及び／又は他のウェハ加熱処理（例えば、露光前のソフト・ベーク）の温度ばらつきが、本明細書では取り扱われる。
【０００９】
化学増幅型レジストを有するウェハのＰＥＢの場合には、本明細書中で説明される技術及び装置は、クリティカルな加熱の初期の１０−２０秒の間のウェハ温度均一性を実現するためそして維持するために特に適している。この時間の間に、レジスト中の樹脂の溶解度を変化させそして最終的に半導体の寸法を制御する上記の触媒化学反応は、実質的に終了する。上記のように、ゾーン・ホットプレート温度を調節するために使用する複雑なフィードバック制御ループの多くと比較して、本発明は、ＰＥＢ及び他のウェハ加熱処理の間の温度制御に関連するますます厳しくなる許容範囲への比較的単純でかつ非常に有効な解を提供する。半導体産業において認識されているように、温度均一性は、ＣＤ制御の主要な決定要因であり、そしてそれゆえ総合半導体品質の主要な決定要因である。
【００１０】
本発明は、加熱の間に半導体ウェハを加熱するために使用するホットプレートを回転させることによって、上記の非同心円的温度勾配を大幅に低減することができる、又は取り除くことさえもできることを実現することに基づいている。ホットプレートの回転は、ウェハの全ての部分が炉内部の同じ加熱条件に一様に曝されることを実効的に可能にする。これらの条件は、ホットプレート温度及びウェハ温度を制御するために使用する１又は複数のヒーターの設定からだけでなく、一般的にウェハ環境の一方の面を他方の面とは異ならせるように影響する非定常的な気流の流れ及び／又は渦にも由来し、非同心円的温度ばらつきを生じさせる。代表的な半導体ウェハ加熱装置では、回転可能なホットプレートは、ヒーター表面のわずかに上方に間隔を空けて置かれることができる。
【００１１】
ＰＥＢのような半導体加熱処理は、ホットプレートだけでなく半導体ウェハ自身を回転させることもさらに含むことができる。１つの実施形態では、例えば、ウェハホルダは、ホットプレート上に直接搭載されることができ、その結果、ホットプレートの回転は同じ速度でのウェハの回転という結果に自動的になる。これらのウェハホルダは、しかもホットプレート表面上に直接ウェハを設置するため、又はホットプレートの上方の所望の距離のところにウェハを設置するためのいずれかに使用されることができる。別の実施形態では、ホットプレートは、ウェハを静止して保持しつつ回転されることができる、又はホットプレートとウェハは、異なる速度で又は別の方向にさえ回転されることができる。ウェハ温度均一性を維持する際に本明細書中に記述される様々な実施形態の有効性及び他の付随する利点は、本明細書を考慮して当業者には明らかになるであろう。
【００１２】
それゆえ、１つの実施形態では、半導体ウェハを加熱するための装置が説明される。本装置は、ヒーターの上方に配置された回転可能なホットプレートを具備する。別の１つの実施形態では、その回転可能なホットプレートは、ヒーターから離れて間を空けられており、そのヒーターは、複数の独立に制御可能な加熱エレメントを備えることができる。別の１つの実施形態では、本装置は、回転可能なホットプレートの上方に半導体ウェハを設置するために、回転可能なホットプレート上に１又は複数のホルダをさらに具備する。別の１つの実施形態では、１又は複数のホルダは、回転可能なホットプレートを半導体ウェハから離間させる。別の１つの実施形態では、本装置は、回転可能なホットプレートと半導体ウェハとの間の温度を測定するための温度センサをさらに具備する。別の１つの実施形態では、本装置は、閉じられたときに、半導体ウェハの設置位置を決めるために炉室の上面を画定する取り外し可能な蓋をさらに具備する。別の１つの実施形態では、処理中にヒーターにより発生される熱の大部分は、閉じられているとき、取り外し可能な蓋の上面を通り散逸する。別の１つの実施形態では、該上面は、回転可能なホットプレートの上方約１０ｍｍから約２０ｍｍにある。別の１つの実施形態では、本装置は、取り外し可能な蓋を開くと又は閉じるとホットプレートと嵌合し、そしてホットプレートの回転位置を固定する１又は複数のピンをさらに具備する。
【００１３】
別の１つの実施形態では、半導体ウェハを加熱するための方法が説明される。本方法は、ホットプレートの上方に前記半導体ウェハを位置決めして置くことと、ホットプレート及び半導体ウェハを昇温された温度で維持しつつ、ホットプレートを回転させることとを具備する。別の１つの実施形態では、ホットプレートを回転させる工程は、ホットプレートとともに半導体ウェハを回転させることをさらに具備する。別の１つの実施形態では、半導体ウェハ及びホットプレートの両者は、毎分約１回転から約３回転の回転速度で回転される。別の１つの実施形態では、本方法は、ホットプレートの上方に半導体ウェハを位置決めして置くことの前に、ホットプレートを昇温された温度で維持しつつホットプレートを回転させかつ加熱することをさらに具備する。別の１つの実施形態では、半導体ウェハは、該半導体ウェハの露光後ベークを行うために十分な期間のあいだ昇温された温度で維持される。別の１つの実施形態では、昇温された温度は、約６５℃から約１５０℃であり、かつ期間は約３０秒から約５分である。別の１つの実施形態では、その期間の終わりに、半導体ウェハは、実質的に均一な温度を有する。別の１つの実施形態では、本方法は、ホットプレートを昇温された温度で維持しつつ半導体ウェハを回転させた後で、前記半導体ウェハが初めにホットプレートの上方に設置された場所と同じ回転位置で前記半導体ウェハを前記ホットプレートから取り出すことをさらに具備する。そのような実施形態では、位置検知システムが、ホットプレート１の回転位置を検出するため、そして加熱プロセスが開始するときと同じになるように回転位置を調節するために採用されることができる。例えば、電子式検知システムが、ホットプレート１の回転位置を検出しそして調節するために使用されることができる。又は、例えば、ホットプレート１のノッチ又は穴２０とそのノッチ又は穴２０を介して合わせるように構成された加熱装置１０の本体中のバネを装填したピン２１のような機械的なシステムを使用することができ、それによってピン２１がノッチ又は穴と嵌合したままでホットプレート１の回転位置を一定にする。そのような場合には、ピン２１は、例えば、所定の加熱工程の間のホットプレート１の最後の回転の間だけノッチ又は穴２０と嵌合するように構成されることができ、それによって半導体ウェハ５のアンローディング及びローディングのために正しい回転位置にホットプレート１を固定する。
【００１４】
別の１つの実施形態では、半導体チップを製作するための方法が説明される。本方法は、半導体ウェハ上を被覆するフォトレジストを放射光の選択されたパターンに露光することを具備する。本方法は、半導体ウェハの露光後ベークを行うために上記のいずれかの方法にしたがって半導体ウェハを加熱することをさらに具備する。
【００１５】
別の１つの実施形態では、上記の方法のいずれかにしたがって製作される半導体チップそれ自身が説明される。
【００１６】
これらの実施形態及びその他の実施形態は、下記の例示された実施形態の詳細な説明から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本明細書中で使用されるように、“同心円的温度ばらつき”は、ウェハの任意の所定の半径に沿って実質的に一様である温度ばらつきを呼ぶ。同心円的温度ばらつきだけを有するウェハに関して、ウェハに対して同心円的であるウェハ上の所定の円の任意の点における温度は、実質的に一定である。図１は、同心円的温度ばらつきを有するウェハを図示し、そこでは、シェーディングのより濃いレベルが、より高いウェハ表面温度を表すように使用されている。
【００１８】
対照的に、“非同心円的温度ばらつき”は、ウェハの任意の所定の半径に沿って一様でなく、その結果、ウェハの同心円上の任意の点における温度は、必ずしも一定であるとは限らない。図２は、非同心円的温度ばらつきを有するウェハを図示する。
【００１９】
上に論じられたように、ホットプレートのヒーター設定（すなわち、炉の出力）調節は、ＰＥＢのような半導体加熱処理の間に直面する主に同心円的温度ばらつきを克服するために使用されることができる。この目的では、その技術は、複数の測定された量に基づいて、多ゾーン・ヒーター設定の制御に焦点を当ててきた。しかしながら、これまでよりさらに小さな最小加工寸法の制御のために必要とされるより狭い温度均一性許容範囲は、同心円的温度ばらつきと非同心円的温度ばらつきの両方の厳密な調整を要求する。そのために、ホットプレート及び／又は半導体ウェハの回転が、この要求を取り扱うために採用される。
【００２０】
図３は、代表例を図示し、半導体ウェハ５を加熱するために本発明にしたがった非限定的な加熱装置１０が図３に図示されている。半導体ウェハ５は、加熱装置１０の機能をより良く説明するために示され、それは加熱装置１０それ自身の要素ではない。半導体ウェハ５は、任意の大きさ又は形状、例えば、従来の直径３００ｍｍの円形ウェハであり得るが、より小さな直径のウェハ又はより大きな直径のウェハが使用されることができる。加熱装置１０は、ヒーター２の上方に配置された回転可能なホットプレート１を具備する。ホットプレート１は、半導体ウェハ５を支持するため、そしてヒーター２からホットプレート１の上側表面へ、そしてその上側表面上に又はその上方に配置された半導体ウェハ５に又はそれに向けて熱を伝達するためのプラットフォームとして機能のために適した、円形、長方形、又はいずれかの他の形であっても良い。例えば、ホットプレート１は、円形でよく、そして直径が約３００ｍｍ又はそれより大きくても良い（例えば、直径で約３００ｍｍから約５００ｍｍ）。ヒーター２は、異なる位置又は異なるゾーンを加熱するために、１又は複数の独立に制御可能な加熱エレメント（図示されず）を装備することができる。例えば、複数の円形の加熱エレメントは、ヒーターの中心から異なる半径でヒーター２の内部に位置を決めて設置されることができる。加熱エレメントの出力は、炉環境内部の様々な場所で１又は複数の温度センサ（図示されず）からの測定値によって、１又は複数のフィードバック制御ループを使用して管理されることができる。そのような場所は、（もし存在するならば）回転可能なホットプレート１との間の空間、ホットプレートと蓋７及び／又は半導体ウェハ５との間の空間、及び／又はヒーター２の表面と回転可能なホットプレート１との間を含むことができる。
【００２１】
ヒーター２は、回転可能なホットプレート１の表面上に直接配置されているように示されている、その場合には、高温潤滑剤、例えば、グラファイト製品、シリコン製品、石油製品、鉱油ベースの材料、又は合成油ベースの材料、を採用することが多くの場合に望まれている。ボール・ベアリング又は別の従来手段も、同様にヒーター２に対して回転可能なホットプレート１の回転を容易にするために使用されることができる。別の実施形態では、回転可能なホットプレート１は、所望の間隔で電気的なモーター又は別の回転装置４の軸３上に置かれることによってヒーターから離れて（例えば、約１０μｍから約１ｍｍそして代表的には約２０μｍから約２００μｍの距離で）間を空けられることができる。
【００２２】
図３に示されたように、１又は複数のホルダ６が、加熱処理の間に（例えば、ＰＥＢの間に）回転可能なホットプレート１の上方に半導体ウェハ５を位置決めして置くために回転可能なホットプレート１の表面に取り付けられることができる。回転装置４の軸３（又は、回転可能なホットプレート１の表面上の軸の小さな延長）も、同様にホルダ６とともに使用されることができ、その外側の端と同様にその中心で半導体ウェハ５の位置合せを容易にする。半導体ウェハ５は、回転可能なホットプレート１の表面上に直接位置を決めて置かれることができる、又は図３に示されたように、この表面から離れて（例えば、約１０μｍから約５ｍｍそして代表的には約２０μｍから約５００μｍの距離で）間を空けられることができる。
【００２３】
図３に示された実施形態では、半導体ウェハ５は、回転可能なホットプレート１の表面の上に位置を決めて置かれることによって、ホットプレート１と同じ速度で回転する。別の実施形態では、半導体ウェハ５を回転させるがホットプレート１を回転させないことが望ましいことがある。これは、例えば、軸３を延ばすことによって及び／又は別の位置決め素子（図示されず）によって実現されることができる。その位置決め素子は、ホットプレートを通り回転装置４によって動かされ、その結果、軸及び／又は位置決め素子はホットプレート上ではなく半導体ウェハ５上で動作する。そのような実施形態では、実際に、ホットプレート１は、全くなくなることがある。別の実施形態では、半導体ウェハ５は、回転可能なホットプレート１の上方の一定の位置に留まることができる。さらに別の実施形態では、１より多くの回転装置が、半導体ウェハ５と回転可能なホットプレート１とを異なる速度で、又は反対方向にさえ回転させるために採用されることができる。そのうえにさらなる実施形態では、半導体ウェハ５及び／又はホットプレート１を固定したままにして、ヒーターが、回転することがある。
【００２４】
加熱装置１０は、しかも蓋７を一般に含み、その蓋は、半導体ウェハ５がその中で加熱される炉室の上面とおそらく周辺の（又は横の）表面を完全に、又は少なくとも実質的に完全に囲むことができる。蓋７は、丈夫でありそして気密である、又は熱い気体を加熱装置１０の外へ通すように排出することができる。蓋７は、いずれかの従来手段によって取り外し可能であり、全体の半導体製造プロセスにおいて必要とされるように、加熱装置１０からウェハの取り出し／再設置の繰り返しを容易にする。蓋７は、例えば、開位置と閉位置との間で回転できるヒンジ（図示されず）により取り外し可能である。蓋７は、しかも完全に切り離されることができる。一般に、半導体ウェハ５の加熱の間に発生される熱の実質的な部分（例えば、大部分）は、取り外し可能な蓋７の表面を通して散逸する。蓋７は、一般的に炉室から外部環境へと熱を良く伝導させ、その結果、一般に一定かつ一方向の熱の流れを作り出し、その流れは加熱処理の全体を通してウェハ温度均一性を維持することに役立つ。一般に、蓋の上面は、回転可能なホットプレート１及び半導体ウェハ５の近く（例えば、約１ｍｍから約５０ｍｍ上方）である。多くの場合、取り外し可能な蓋７は、回転可能なホットプレート１の上方約１０ｍｍから約２０ｍｍである。しかしながら、任意の寸法が、可能である。
【００２５】
１つの実施形態では、加熱処理（例えば、ＰＥＢ）は、同じ回転位置における、加熱前の半導体ウェハ５の挿入と加熱後の半導体ウェハ５の取り出しにより特徴付けられる。すなわち、半導体ウェハ５は、ＰＥＢ又は他の加熱処理の間に実質的に整数の完全な回転（例えば、１，２，３，４又は５完全回転）を受ける。これは、実質的に同じ時間のあいだに炉室内部の全ての領域（すなわち、温度環境）にウェハの全ての部分が完全に曝されることを可能にする。例えば、ウェハは、８０秒の期間のあいだ毎分１．５回転（ＲＰＭ）の回転速度で加熱の間回転されることができ、その結果、完全な２回転が加熱期間の終わりまでに完了する。このようにして、加熱期間は、１つの実施形態では、整数の回転が加熱の間に終わるようにウェハ回転速度（又はその逆）を決定する。そのようなモードの処理にしたがって、加熱装置は、回転速度、ベーク時間、全回転数、及びベーク温度を含む１又は複数の変数を（例えば、手動で又はコンピュータを経由して）入力するためのインターフェースを装備できる。これらの変数のサブセット（例えば、ベーク時間と全回転数）は、しかも他の変数（例えば、回転速度とベーク温度）の決定のために入力されることもでき、それによって加熱処理が所望のパラメータにしたがって実行されることを確実にする。
【００２６】
ウェハは、例えば、約０．５ＲＰＭから約５ＲＰＭの、又は約１ＲＰＭから約３ＲＰＭの回転速度で回転されることができる。任意の回転速度が使用されることができるとはいえ、これらの特定の回転速度は、示された実施形態において加熱の間にウェハ温度均一性に悪影響を及ぼすはずである何らかの実質的に余分な気体の流れを導入するほど大きくない。そのような回転速度は、ホットプレート１と半導体ウェハ５の両者が一緒に回転される図３に図示された特定の実施形態では、ホットプレート１と半導体ウェハ５の両者に適用される。これらの回転速度は、一般に別の実施形態では、ホットプレート及び／又はウェハに同様に適用され、その実施形態ではホットプレート１だけが回転される、又はウェハ５だけが回転される、又はヒーター２だけが回転される、又はホットプレート１とウェハ５とが異なる回転速度で及び／又は別の方向に回転される。
【００２７】
別の１つの特定の実施形態では、（例えば、１つの加熱処理の終わりに又は次の加熱処理の始めにそれぞれ）蓋７が開けられる又は閉じられると、ウェハ５及び／又はホットプレート１の回転位置は、１又は複数のピン又は別の位置合わせ素子（図示されず）の使用によって固定される。例えば、（図３に図示されたように、ホットプレート１とウェハ５の両方が回転するとき）ホットプレート１とウェハ５の回転位置を固定するためにホットプレート１と嵌合するピンの使用は、ホットプレート１とウェハ５が加熱処理の間に一定の整数の回転を受けさせることをさらに確実にすることが可能である。同様な方法で、別の実施形態では、ホットプレート１単独の回転位置又はウェハ５単独の回転位置は、取り外し可能な蓋７を開くと又は閉じると確定されることができる。
【００２８】
処理では、半導体ウェハ５は、ホットプレート１の上方に（例えば、ホットプレート１の表面の直接上に、又はそれから離れて間を空けて）位置を決めて置かれることができ、そしてホットプレート１と半導体ウェハ５を昇温された温度に維持しつつ、ホットプレート１は、回転されることができる。上で論じたように、半導体ウェハ５とホットプレート１の両者は、例えば、ホルダ６を使用してホットプレート１の上方にウェハ５を位置決めして置くことによって一緒に回転されることができる。１つの実施形態では、（例えば、蓋７を開けた後で）加熱装置１０の中へとウェハ５を導入する前でさえも、（例えば、蓋７を閉じて）ホットプレート１は、昇温された温度で回転される。この“事前回転”は、加熱処理が始められる前にホットプレート１上の温度勾配を低減でき、そしてホットプレート１単独で又は直前の加熱処理で使用した半導体ウェハ５とともに実行されることができる。ロボットのような自動化された製造技術の使用は、およそ数秒以内で、そして多くの場合に２秒以下で加熱装置１０の中へとそしてそれから外へと半導体ウェハの搬送を可能にする。
【００２９】
昇温された温度は、所望の加熱処理を行うために十分な期間のあいだ加熱装置１０の炉室中で維持される。ＰＥＢの場合には、半導体ウェハ５は、約６５℃（１５０°Ｆ）から約１５０℃（３００°Ｆ）の範囲、そして特に約９５℃（２０５°Ｆ）から約１２５℃（２５５°Ｆ）の範囲の昇温された温度で、約３０秒から約５分の期間、そして代表的には約６０秒から約９０秒の期間のあいだ維持されることができる。しかしながら、任意の時間の期間そして昇温された温度が使用されることができる。そのように、半導体ウェハ加熱（例えば、ＰＥＢ処理）は、ウェハ５の実質的に均一な温度が温度ランピングの間そして処置の終わりの両方で実現されるように、与えられることができる。上記したように、ＰＥＢの場合には、温度均一性は、ベークの最初の１０−２０秒の間特にクリティカルであり、その間に半導体ウェハ５の寸法の精度を最終的に支配する化学反応の大部分が生じる。半導体ウェハ５の表面の任意の所定の２点間の温度の実質的な均一性は、その２点の温度が約０．５℃（０．９°Ｆ）未満しか変らないことを意味する。しかしながら、半導体ウェハ５表面の全体にわたる温度均一性が約０．５℃（０．９°Ｆ）未満しか変らないとはいえ、温度は、もっと一様であり得て、例えば、半導体ウェハ５表面の全体にわたる変化が約０．２５℃（０．４５°Ｆ）未満である、又は約０．２０℃（０．３６°Ｆ）未満でさえあり得る。
【００３０】
本明細書中に記載された加熱装置及び方法は、全体の半導体製造プロセスにおいて採用されることができ、そのプロセスは、従来のフォトリソグラフィ工程のウェハ５の水蒸気下地処理（vapor priming）、レジストでのウェハ５のスピンコーティング、レジスト塗布したウェハ５の露光前のソフトベーキング、アライメント／露光、露光後ベーキング、現像後のハードベーキング、及び現像／検査を含む。使用されることができる特有の半導体加熱処理は、例えば、ソフトベーキング、露光後ベーキング、及び／又はハードベーキングを含む。本明細書中に記述したように、ここで説明された装置及び方法は、温度均一性が半導体品質にとって決定的に重要であるとして認識されている露光後ベーキングにおける使用に対して特に適している。そのように、本明細書中に記載された装置及び方法は、全体の半導体製造プロセスにおいて含まれることができ、そのプロセスは、半導体ウェハ５上を被覆したフォトレジストを放射光の選択されたパターンで露光すること、及び本明細書中で説明された方法にしたがって露光後ベークを行うために半導体ウェハ５を加熱することを含む。このようにして製造される半導体チップは、良い限界加工寸法制御及び他の重要な利点を有する。
【００３１】
本明細書全体を通して、様々な態様が範囲の形式で表されている。範囲の記載は、その範囲内の個々の数値と同様に具体的に開示された全ての可能性のある下位の範囲を含むように考えられるべきである。例えば、１から６までのような範囲の記述は、その範囲内の個々の整数及び分数（小数）、例えば、１，２，２．６，３，４，５及び６と同様に、具体的に開示された下位の範囲、例えば、１から３まで、１から４まで、１から５まで、２から４まで、２から６まで、３から６まで、等、を含むように考えられるべきである。これは、範囲の幅に無関係に適用される。
【００３２】
上記の観点から、複数の利点が実現されることができ、そして別の有益な結果が得られることが理解されるであろう。様々な変更が、本発明の範囲から逸脱することなく上記の装置及び方法になされるはずであるので、全ての理論的なメカニズム及び／又は上記の相互作用のモードを含む本出願に含まれている全ての事項が、例示としてのみ解釈されるべきであり、そして添えられた特許請求の範囲の意図をいずれのものにも限定しないように解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、同心円的温度ばらつきを有する例示の半導体ウェハの表示である。
【図２】図２は、非同心円的温度ばらつきを有する例示の半導体ウェハの表示である。
【図３】図３は、例示の半導体加熱装置の表示である。
【符号の説明】
【００３４】
１…ホットプレート，２…ヒーター，３…軸，４…回転装置，５…半導体ウェハ，６…ホルダ，７…蓋，１０…加熱装置，２０…ノッチ又は穴，２１…ピン。
【図１】
2008112980.tif 000003
【図２】
2008112980.tif 000004
【図３】
2008112980.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月7日(2007.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハを加熱する装置であって、
ヒーターと、
前記ヒーターの上方に配置され、前記ヒーターから当該ホットプレートの上面へ熱を伝達するために構成された回転可能なホットプレートと
を具備し、
前記回転可能なホットプレートは、前記ヒーターから離間している
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記回転可能なホットプレートの上方に前記半導体ウェハを位置決めして置くための前記回転可能なホットプレート上の１又は複数のホルダと、
前記回転可能なホットプレートと前記半導体ウェハとの間の温度を測定するための温度センサと
をさらに具備し、
前記１又は複数のホルダは、前記回転可能なホットプレートを前記半導体ウェハから離間させる
ことを特徴とする、請求項１の装置。
【請求項３】
閉じられたときに、前記半導体ウェハの設置位置を決めるために炉室の上面を画定する取り外し可能な蓋をさらに具備することを特徴とする、請求項１の装置。
【請求項４】
半導体ウェハを加熱する方法であって、
（ａ）ホットプレートの上方に前記半導体ウェハを位置決めして置く工程と、
（ｂ）前記ホットプレート及び前記半導体ウェハを昇温された温度で維持しつつ、前記ホットプレートを回転させる工程と
を具備し、
前記工程（ｂ）は、前記ホットプレートとともに前記半導体ウェハを回転させることをさらに具備する
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
工程（ａ）の前に、前記ホットプレートを昇温された温度で維持しつつ該ホットプレートを回転させかつ加熱することをさらに具備することを特徴とする、請求項４の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
上記の観点から、複数の利点が実現されることができ、そして別の有益な結果が得られることが理解されるであろう。様々な変更が、本発明の範囲から逸脱することなく上記の装置及び方法になされるはずであるので、全ての理論的なメカニズム及び／又は上記の相互作用のモードを含む本出願に含まれている全ての事項が、例示としてのみ解釈されるべきであり、そして添えられた特許請求の範囲の意図をいずれのものにも限定しないように解釈されるべきである。
以下に、本願発明の種々の観点に基づく発明を付記する。
［１］半導体ウェハを加熱する装置であって、ヒーターと、前記ヒーターの上方に配置され、前記ヒーターから当該ホットプレートの上面へ熱を伝達するために構成された回転可能なホットプレートとを具備することを特徴とする装置。
［２］閉じられたときに、前記半導体ウェハの設置位置を決めるために炉室の上面を画定する取り外し可能な蓋をさらに具備することを特徴とする、［１］の装置。
［３］前記取り外し可能な蓋が閉じられているとき、処理中に前記ヒーターにより発生される熱の大部分は、前記上面を通り散逸することを特徴とする、［２］の装置。
［４］前記上面は、前記回転可能なホットプレートの上方約１０ｍｍから約２０ｍｍであることを特徴とする、［２］の装置。
［５］前記取り外し可能な蓋を開くと又は閉じると前記ホットプレートと嵌合し、前記ホットプレートの回転位置を固定する１又は複数のピンをさらに具備することを特徴とする、［２］の装置。
［６］前記ヒーターは、複数の独立に回転可能な加熱エレメントを具備することを特徴とする、［１］の装置。
［７］半導体ウェハを加熱する方法であって、（ａ）ホットプレートの上方に前記半導体ウェハを位置決めして置く工程と、（ｂ）前記ホットプレート及び前記半導体ウェハを昇温された温度で維持しつつ、前記ホットプレートを回転させる工程とを具備することを特徴とする方法。
［８］前記工程（ｂ）は、前記ホットプレートとともに前記半導体ウェハを回転させることをさらに具備し、前記半導体ウェハ及び前記ホットプレートの両者は、毎分約１回転から約３回転の回転速度で回転されることを特徴とする、［７］の方法。
［９］工程（ａ）の前に、前記ホットプレートを昇温された温度で維持しつつ該ホットプレートを回転させかつ加熱することをさらに具備することを特徴とする、［７］の方法。
［１０］前記半導体ウェハは、前記半導体ウェハの露光後ベークを有効に行うために十分な期間にわたり前記昇温された温度で維持されることを特徴とする、［７］の方法。
［１１］前記昇温された温度は、約６５℃から約１５０℃であり、かつ前記期間は約３０秒から約５分であることを特徴とする、［１０］の方法。
［１２］前記期間の終わりに、前記半導体ウェハは、実質的に均一な温度を有することを特徴とする、［１０］の方法。
［１３］前記期間は、前記半導体ウェハの回転速度を決定する、又はその回転速度により決定されることを特徴とする、［１０］の方法。
［１４］工程（ｂ）の後で、工程（ａ）において前記半導体ウェハが前記ホットプレートの上方で位置決めして設置された場所と同じ回転位置で前記半導体ウェハを前記ホットプレートから取り出すことを特徴とする、［７］の方法。
［１５］半導体チップを製作する方法であって、（ａ）半導体ウェハ上を被覆するフォトレジストを放射光の選択されたパターンで露光する工程と、（ｂ）ホットプレートの上方に前記半導体ウェハを位置決めして置く工程と、（ｃ）前記ホットプレート及び前記半導体ウェハを昇温された温度に維持しつつ前記ホットプレートを回転させる工程とを具備することを特徴とする方法。
【外国語明細書】
2008112980000001.pdf