JP6900146B2 - 溶媒含有コーティングでコーティングされたウエハのためのベーキングデバイス - Google Patents
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Description
本発明は、ベーキングチャンバ、ウエハのためのサポート、パージガスのための導入口、およびコーティングから蒸発した溶媒が加えられたパージガスのための排気を有する、溶媒含有コーティングでコーティングされたウエハのためのベーキングデバイスに関する。
半導体チップのような微細構造デバイスの製造プロセスでは、最初の工程の１つは、溶媒を含むコーティング（幾つかの応用ではフォトレジスト）でウエハをコーティングすることである。これは、スピンコーティング、スプレーコーティング、または他のコーティングプロセスで行われる。
コーティング工程の後に、コーティングを有するウエハがプリベークまたはソフトベークされて、コーティングから過剰な溶媒を除去する。例として、ウエハは、加熱されたサポートの上に配置されて、９０℃から１００℃の温度に、３０〜６０分間曝される。必要であれば、ソフトベークが行われるチャンバ中の圧力は、大気圧より僅かに下げられる。
ソフトベーキング工程中に、コーティングから溶媒が蒸発する。溶媒は、ソフトベーキングが行われるチャンバ中から除去しなければならない。そうでなければ、溶媒がチャンバ中に凝集するからである。これは、ウエハ表面上への溶媒の液滴の落下につながり、コーティングの均一性を妨げたり、ウエハの上に形成される３次元構造にダメージを与えることにさえなりうる。
しかしながら、凝集を避ける方法でチャンバから溶媒を単に除去するだけでは十分ではない。ウエハの直上の溶媒の濃度が可能な限り均一であることがまた本質である。なぜならば、その溶媒の量が溶媒の蒸発速度に影響するからである。それゆえに、ウエハの表面直上の、ウエハの表面に沿った溶媒濃度の勾配は、ソフトベーキング工程後に、コーティングの膜厚の部分的な偏差をもたらす。
溶媒と混合して排気開口部に向けてそれを運ぶパージガス（一般には空気またはＮ２）を有する流れがベーキングチャンバ中で形成されることが知られている。しかしながら、従来技術のデバイスは、ウエハ上の蒸発した溶媒の均一な濃度を形成するのに欠点を有する。
ベーキングプロセスは、もちろんより長い期間および／またはより高い温度で実施され、「ソフトベーキング」ではなく「ベーキング」と呼ばれても良い。
本発明の目的は、溶媒を含むコーティングでコーティングされたウエハをベーキングするためのデバイスを提供し、これにより、溶媒がコーティングから均一で一様な方法で蒸発することを確実にし、溶媒の凝集の問題を避けることである。
この目的を達成するために、本発明は上述のようなタイプのベーキングデバイスを提供し、このデバイスでは、導入口がウエハの上に配置された拡散要素として形成され、ウエハの実質的に全表面の上にパージガスが均一に入り、排出口は、拡散要素を半径方向に囲み、ベーキングの天井に配置された排気リングとして形成される。本発明は、チャージガスが排出されるのと同じ側で、即ちチャンバの上側で、チャンバ中にパージガスを導入するとの原理に基づく。これにより、最初は全体に下方に、そして半径方向に外方に、続いて排気に向かって上方への、パージガス流が形成される。このパージガス流の第１の長所は、ウエハの表面近傍で均一な濃度の溶媒を形成できることである。第２の長所は、溶媒が加えられたパージガスはチャンバの外壁から間隔をあけて排気され、凝集の危険性が無いことである。更に、ウエハの上方の天井での溶媒濃度は、そこには新鮮なパージガスが導入されるために、最小となり、これにより、そこでの溶媒の凝集の問題が避けられる。
好適な具体例では、拡散要素は、拡散要素の表面上に分布した多くの導入開口部を有する。これは、パージガスが均一な方法でチャンバ中に入るのを可能にする。
拡散要素は、所定のガス多孔性を有する焼結プレートでも良い。そのようなプレートは、パージガスに対して均一な透過性を有し、チャンバ中への均一なパージガス流を形成できる。
拡散要素は、また、エッチング、レーザドリル、または機械的ドリルにより導入開口部が形成されたプレートでも良い。そのようなプレートはシート状の金属から形成され、導入開口部は、所望のパターンにより配置され、および／または所定の断面を有し、チャンバ中へのパージガス流は所望の方法により形成される。
好適な具体例では、分配チャンバが拡散要素の背後に設けられる。分配チャンバは、パージガス源により供給されるパージガスの圧力が平均にされて、拡散要素を通る均一なパージガス流がその中で形成される体積を形成する。この「背後」は、ウエハサポートとは反対方向に面する拡散要素の側をいう。
好適には、排気リングは、ウエハの半径方向に外方に配置され、これにより、チャンバの天井で排気される前に、パージガスがウエハ全体の上に半径方向に流れる。
排気リングの直径は、ウエハサポートの直径にほぼ対応しても良い。この結果、設計が小型になる。
好適な具体例では、排気リングの背後に、環状の排気チャネルが形成される。排気チャネルは、排気リングの外周全体に沿って均一に排気リングの背後に低い圧力を形成するために提供され、これにより、溶媒が加えられたパージガスの排気速度が、ウエハサポートの外周に沿って均一になるのを確実にする。この「背後」は、ウエハサポートとは反対方向に面する拡散要素の側をいう。
好適には、放出システムは、排出システムを備えた排気チャネルに接続され、放出システムは、均一に分布した場所で排気チャネルに接続された複数の放出チャネルを含む。この「放出」は、溶媒が加えらたパージガスを、排気チャネルから排出システムに移動させるシステムをいい、チューブ、チャネル、および可能であればポンプを含む。
排出システムを複数の位置で排気チャネルに接続することにより、最も近くの放出チャネルに向かう排気チャネル中の流路の最大長さを比較的小さくすることができ、最も近くの排出チャネルに向かう排気リング中で、特定の開口部からの流路に沿って圧力勾配が形成されるのを防止する。
本発明の具体例では、ベーキングチャンバへの追加のパージガス導入口が、ウエハサポートの周辺に沿って形成される。パージガスのための追加の導入口は、一方のコーティングからの溶媒が加えられたパージガスと、他方のチャンバの壁との間に、パージガスの「カーテン」を形成し、これにより壁での溶媒の凝集を防止する。
もし必要であれば、ベーキングチャンバの表面で溶媒が凝集する危険性を更に減らすために、ベーキングチャンバの少なくとも１つの表面に加熱システムを設けることが可能である。そのようなヒータは、排気リングの加熱に特に有利である。なぜならば、この部分はベーキングチャンバ中で最も高い濃度の溶媒に曝されて、これにより溶媒の凝集の最も高い危険性に曝されるからである。
コーティングからの溶媒の蒸発を加速するために、加熱システムがウエハサポートに組み込まれても良い。
本発明は、添付された図面で示される具体例を参照にして記載される。
図１において、ウエハ１４のためのサポート１２を有するベーキングデバイス１０が示される。ウエハは、半導体ウエハでも良く、溶媒を含む薄いコーティング１５を備える。参照を容易にするために、例えベーキングデバイス１０が他のコーティングのベーキングについても同様に用いることができるとしても、以下においては溶媒を含むコーティング１５を「レジスト」と呼ぶ。
底１８、側壁２０、および天井２２により定められるベーキングチャンバ１６中に、サポート１２が配置される。ヒータ２４はサポート１２に組み込まれて、サポート１２の上に配置されたウエハが均一に加熱されても良い。
選択的に、追加のヒータ２５が側壁２０に設けられても良い。
ベーキングデバイス１０の目的は、一般に、ウエハの表面に適用された後に、レジスト中に含まれる溶媒の一部を蒸発させることである。溶媒の一部を蒸発させることにより、レジストの粘度が、レジストをウエハに提供するのに好ましい値から、続く処理に好ましい値まで増加する。
ベーキング工程後に、均一で一様なレジストの状態を得るためには、溶媒の蒸発速度が、ウエハの全表面上で一様であることが本質である。そうでなければ、レジスト中の溶媒の濃度がばらつき、レジストの特性もばらつくであろう。
レジスト１５から蒸発した溶媒は、ベーキングチャンバ１６に導入され、蒸発した溶媒と混合し、次にチャンバ１６から排気されるパージガス（一般には空気またはＮ２）の手段により、チャンバ１６から除去される。
パージガスを導入するために、ベーキングチャンバ１６の天井２２に配置された拡散要素３０を含む導入口が設けられる。通常はディスク形状のウエハ１４の観点では、拡散要素３０は、円形で、サポート１２と同軸に配置される。
拡散要素３０の目的は、天井からベーキングチャンバ１６中への一様な流れとして、均一に分散したパージガスを導入することである。この目的のために、拡散要素３０は、それぞれが小さな断面を有する多数の入口開口部（図示せず）を有するプレートとして形成される。
拡散要素３０は、レーザドリル、機械的ドリル、またはエッチングで導入開口部がその中に形成された板状の金属プレートとして形成されても良い。代わりに、ガスのための形成された多孔質を有する焼結プレートとして拡散要素３０を形成し、焼結プロセス後に残るキャビティを通ってパージガスを流すことも可能である。
拡散要素３０の上方（またはサポートから見た場合は拡散要素の「背後」）に、パージガス源３４からパージガスが供給される分配チャンバ３２が形成される。パージガス源３４は、制御された圧力を有するパージガスを分配チャンバ３２中に導入し、分配チャンバ３２中では、パージガスが一様な圧力を形成し、拡散要素３０を通って一様に流れる。
ベーキングチャンバ１６への追加のパージガスの導入口３６は、ウエハサポート１２の周囲に沿って形成される。追加のパージガス導入口３６は、また、パージガス源３４に接続され、上方に向かう環状の流れの形態で、パージガスをベーキングチャンバ１６中に導入する。
蒸発した溶媒が加えられたパージガスを排気するために、排気リング４０を含む排気システムが形成される。排気リング４０は天井２２に配置され、拡散要素３０の周囲全体に延びる。換言すれが、排気リング４０は、拡散要素３０の半径方向の外方に、それと同軸に配置される。
ヒータ２５は、また、排気リング４０に組み込まれて、ここに溶媒が凝集する危険性を除去しても良い。例として、電気抵抗ヒータが、排気リング４０の内部表面上に配置されて、所望の程度まで排気リング４０の温度を上げても良い。
図１に見られるように、拡散要素３０の直径は、サポート１２の上に配置された（最も大きい）ウエハ１４の直径に実質的に対応する。
排気リング４０の直径は、実質的にサポート１２の直径に対応する。
排気リング４０は、排気リング４０の上方に形成された環状の排気チャネル４２に繋がる複数の小さな排気開口部４１（図２、３参照）を含む。換言すれば、排気チャネル４２は、排気リング４０の背後の、サポート１２とは反対方向に面する側の上に形成される。
図２に示すように、排気リング４０は、拡散要素３０を天井２２に固定するために使用されても良い。
排気チャネル４２から、蒸発した溶媒が加えられたパージガスが、排出チャネル４４に僅かな真空を与える放出ユニット４６に接続された複数の排出チャネル４４を含む排出システムの手段により、排気される。
排気チャネル４２の目的は、個々の場所で排出チャネル４４が排気チャネル４２からパージガスを引っ張るという事実にもかかわらず、放出ユニット４６により形成された部分的な真空がその中に均一に分配されるのを確実にすることである。このように、排気チャネル４２の断面は十分に大きくて、排気チャネル中の圧力低下を防止する。なぜならば、パージガスはその中を、最も近い排出チャネル４４に向かって流れるからである。
排気チャネル４２中の一様な圧力は、更に、複数の場所４８（図４参照）で、即ち、排気チャネルの周囲に沿って等間隔に配置された４つの場所で、排出チャネル４４が排気チャネル４２に接続されることにより促進される。これは、排気チャネル４２に入るパージガスが、排出チャネルに向かって排気される前に流れなければならない最長の距離を、排気チャネルの外周に沿って４５℃になるのを確実にする。
明らかに、より多くの数の排出チャネル４４が、同じように使用できる。
更に、ベーキングチャンバ１６の天井２２を形成する天井要素５０の上面図を示す図４から分かるように、排気チャネル４２と排出チャネル４４は、拡散要素３０を中央に含む天井要素５０と一体化される。排出チャネル４４は、ベーキングチャンバ１６とは反対方向に面する側の上の拡散要素３０の「上方」に配置される。
排出チャネル４４の特別な形状は、２つの目的を有する。１つは、放出ユニット４６の吸引効果が、一様な方法で排気チャネル４２中に配置されるように形成されることである。これは、排気チャネルが排気チャネル４２に接続された場所４８の間の排出チャネルの長さ、および放出ユニット４６に向かう接続の長さが均一であることを必要とする。他は、放出ユニット４６に向かう接続が、必要な場所に便利に配置されて、ベーキングデバイスの全体のレイアウトの大きな変更の必要無しに、天井要素５０に対して、従来技術の設計を有する天井要素で天井要素を置き換えられるようにすることである。
記載された範囲で、ベーキングデバイス１０は、以下の方法で操作される。
レジスト１５のコーティングを有するウエハ１４は、ベーキングチャンバ１６中に導入される。ベーキングチャンバ１６は閉じられ、ベーキングタイマーが動かされる。ヒータ２４は、常に一定レベルで動作する。
パージガス源３４が動かされ、分配チャンバに向かってパージガスの流れを形成する。分配チャンバ３２から、パージガスが均一に分布されて流れ、一様な方法で下方にベーキングチャンバ１６中に流れる（図１、３の矢印Ｐ参照）。
パージガスの追加の流れが、追加のパージガス導入口３６を通ってベーキングチャンバ１６に入る（図１、３の矢印Ａ参照）。
ウエハ１４が加熱された結果、レジスト１５の中に存在する溶媒のいくらかが蒸発する（図１、３の矢印Ｓ参照）。溶媒ＳはパージガスＰと混合し、パージガスと共に排気リング４０に向かって、一様な方法で、それがベーキングチャンバ１６から蒸発した場所から運ばれる（図１、３の矢印ＰＳ参照）。
必要であれば、レジストから溶媒が蒸発する速度を速くするために、ベーキングチャンバ１６中の圧力は、大気圧より少し低くしても良い。
一般的に言うと、パージガスの流れは、天井２２（意味：ベーキングチャンバ１６の上側）で始まるように形成され、溶媒が拾い上げられるウエハ１４に向かって下方に行き、次に半径方向に行き、それから排気リング４０を通ってベーキングチャンバ１６から放出される。
ベーキングチャンバ１６の天井からウエハ１４の全体の表面の上に、ベーキングチャンバ１６にパージガスを入れ、更に溶媒が加えられたパージガスを、ベーキングチャンバ１６の天井２２でウエハ１４の半径方向に外方に排気することにより、以下のような複数の長所が提供される。
ウエハ１４の上方のベーキングチャンバ１６の天井２２での溶媒の濃度が小さくなり、これにより、ウエハの上に水滴として落下するかも知れない位置での溶媒の凝集を回避できる。
パージガス中の溶媒の濃度が、ウエハ１４の表面全体の上で非常に大きな程度に一様になる。これは、例えばウエハ１４の中心上に、導入されたパージガスの仮想体積を考慮することにより理解できる。ウエハの表面に沿って、半径方向に外方に移動する場合、追加の溶媒が拾い上げられる、同時に、仮想体積は、半径方向に外方に移動するにつれて「拡張」し、拡散要素３０から追加のパージガスが加えられ、溶媒の濃度を一定レベルに保つ。
パージガスの流れＡは、ベーキングチャンバ１６の側壁２０と溶媒が加えられたパージガスとの間のバリアまたはカーテンとして機能し、これにより側壁における溶媒の凝集を防止する。
パージガスがウエハ１４の冷却効果を有する程度において、この効果は一様であり、これにより、ベーキング工程後に、レジストが一様な状態を有するようになる。
Claims (9)
- 溶媒を含むコーティング（１５）でコーティングされたウエハ（１４）のためのベーキングデバイス（１０）であって、
ベーキングチャンバ（１６）、ウエハ（１４）のためのサポート（１２）、パージガスのための導入口（３０）、およびコーティング（１５）から蒸発した溶媒が加えられたパージガスのための排気（４０）を有し、
導入口は、ウエハ（１４）の上方に配置された拡散要素（３０）として形成されて、実質的にウエハ（１４）の表面全体の上にパージガスを均一に供給し、
排気は、拡散要素（３０）を半径方向に囲み、ベーキングチャンバ（１６）の天井（２２）に配置された排気リング（４０）として形成され、
環状の排気チャネル（４２）は、排気リング（４０）の背後に形成され、
放出システムは、排気チャネルを排出システムに接続し、放出システムは、均等に分布した位置（４８）で排気チャネル（４２）に接続された複数の排出チャネル（４４）を含み、
排気チャネルと排出チャネルは、天井要素と一体化され、天井要素は、ベーキングチャンバの天井を形成し、拡散要素を中央に含むベーキングデバイス。 - 拡散要素（３０）は、その表面上に分布した多くの導入開口部を有する請求項１に記載のデバイス。
- 拡散要素（３０）は、所定のガス多孔性を有する焼結プレートである請求項２に記載のデバイス。
- 分配チャンバ（３２）は、拡散要素（３０）の背後に形成される請求項１〜３のいずれかに記載のデバイス。
- 排気リング（４０）は、ウエハ（１４）の半径方向に外方に配置される請求項１〜４のいずれかに記載のデバイス。
- 排気リング（４０）の直径は、ウエハサポート（１２）の直径にほぼ対応する請求項１〜５のいずれかに記載のデバイス。
- ベーキングチャンバ（１６）への追加のパージガス導入口（３６）は、ウエハサポート（１２）の外周に沿って形成される請求項１〜６のいずれかに記載のデバイス。
- 加熱システム（２５）は、ベーキングチャンバ（１６）の少なくとも１つの表面のために形成された請求項１〜７のいずれかに記載のデバイス。
- 加熱システム（２４）は、ウエハサポート（１２）に組み込まれた請求項１〜８のいずれかに記載のデバイス。
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