JPH11510316A

JPH11510316A - ホトレジスト硬化方法及び装置

Info

Publication number: JPH11510316A
Application number: JP9507634A
Authority: JP
Inventors: ティー．バチェルダー，ウイリアム; エル．パロディ，マイケル; アール．ビチェ，マイケル
Original assignee: セミコンダクタシステムズ，インコーポレイテッド
Priority date: 1995-07-27
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1999-09-07
Also published as: WO1997005527A1; US5766824A

Abstract

(57)【要約】基板ホトリソグラフィシステム（１０）は基板取扱いロボット（１３，１６）を有しており、それは、固定点周りに回動し、且つ該ロボットの周りにクラスター状に配置されているホトレジストコーター（５１）と、現像器（５２）と、加熱／冷却ユニットとの間で基板を転送する。該ロボットの端部エフェクターは垂直方向及び横方向の両方の運動が可能であり、従って加熱／冷却ユニットの個別的なモジュールを積層させることが可能である。加熱／冷却の場合には、基板をホットプレート／冷却プレートに近接して加熱／冷却ユニット内に配置させ且つ例えばヘリウム等の熱伝導性ガスを基板とホットプレート／冷却プレートとの間の空間内へ導入させる。該熱伝導性で非反応性のガスは、それがホットプレート／冷却プレートにおけるボアを介して通過する場合に、基板とホットプレート／冷却プレートとの間の空間内へ導入される前に予備的に加熱／予備的に冷却される。更に、更なる取扱いを行なうためにホットプレート表面内にミリングした凹所内に基板が自動的に整合される。

Description

【発明の詳細な説明】ホトレジスト硬化方法及び装置関連出願に対する交互参照本発明は、１９９３年１１月１２日付で出願した出願番号第０８／１５２，０３７号の「半導体ウエハ等のベーキング及び冷却方法及び装置」という名称の米国特許出願、及び現在放棄されている１９９３年７月１６日付で出願した出願番号第０８／０９３，５０５号の「クラスター型半導体ウエハホトリソグラフィシステム」という名称の米国特許出願の継続出願である１９９５年３月２９日付で出願した出願番号第０８／４１２，６５０号の「クラスター型ホトリソグラフィシステム」という名称の米国特許出願の両方の一部継続出願である。更に、本願出願の譲受人は、同時係属中であり且つ関連する特許出願、１．１９９３年７月１６日付で出願した出願番号第０８／０９３，２５０号の「基板コート／現像システム用の熱処理モジュール」という名称、及び２．１９９３年７月１６日付で出願した出願番号第０８／０９２，８４２号で現在米国特許第５，４４３，３４８号である「半導体処理システム用のカセット入力／出力ユニット」という名称の、特許出願を所有している。上述した文書は全て引用により本明細書に取込む。発明の分野本発明はホトリソグラフィシステムに関するものであって、更に詳細には、例えばホトレジスト、ポリイミド又はスピン・オン・ガラス等の液状物質からなる層を付与し且つ該層を現像して基板の表面上にマスクを形成する過程において基板を取扱うシステムに関するものである。発明の背景半導体ウエハ上にホトレジストマスクを形成するプロセスでは、最初に、該ウエハをホトレジストの薄い層でコーティングし、次いで、該ホトレジストを所望のパターンに露光させる。次いで、該ホトレジスト層を現像する。この場合には、多数の加熱ステップ及び冷却ステップが関与する。典型的なプロセスにおいては、クリーンなウエハを１００−１５０℃での脱水化ベーキングに露呈させて蓄積されている湿気を除去し、且つ、その際に、ウエハに対するホトレジストの接着性を促進させる。更に、例えば、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）等の化学物質を使用して、ホトレジストとウエハとの間の接着性を改善させることが可能である。次いで、スピニングによって薄い層のホトレジストをウエハへ付与する。該ウエハを９０−１２０℃において「ソフト」ベーキングへ露呈させてホトレジストとの強力な結合を形成させ且つホトレジスト溶媒を追い出すことによりホトレジストを乾燥させる。次いで、該ウエハを露光システムへ転送させることが可能である。ホトレジストを露光させた後に、該ウエハを６０−１２０℃において露光後のベーキングへ露呈させて該パターンを固化させ、且つ次いで、該ホトレジストを現像し、ウエハの表面上にパターンを形成する。現像ステップに続いて、該ウエハは、しばしば、１３０−１６０℃において「ハード」ベークへ露呈させて該レジストを架橋させ、その際に該ホトレジストのエッチングに対する耐久性及びシリコン表面に対する接着性を増加させる。前述した各ベーキングステップの後に、ウエハを１８−２５℃で冷却させて一様な処理を確保する。これら全てのステップは、温度及び湿度が制御されており且つ塵埃及びその他の粒子状物質が実質的に存在しないクリーンルーム内において実施されねばならない。現在のところ、この処理を実施するための最も一般的なシステムでは、ウエハを該処理の相次ぐステージへ搬送するためにトラックを使用している。トラックシステムは、柔軟性が制限されている。何故ならば、ウエハが固定した順番にロックされるからである。一般性がより少ないタイプの装置においては、種々の処理モジュールが中央トラックの両側に位置され、且つウエハは、中央トラックに沿って往復運動するロボットによってモジュールからモジュールへ搬送される。このような構成は、中央トラック区域において何等処理が行なわれないので、床面積が極端に浪費されることとなる。更に、この構成の処理能力は、ロボットがシステムの一端部から他端部へ移動することが可能な速度によって制限される。別の処理能力（即ち、速度）上の制限は、ウエハを加熱し且つ冷却するのに必要とされる時間によって課される。従来技術においては、ウエハをベーキングするためにホットプレートが使用されていた。例えば、片側が例えばホトレジスト等の化学物質でコーティングされたウエハをホットプレート上に載置させ、その場合に該ウエハのコーティングしていない側はホット・プレートと直接接触状態にある。ホットプレートに穿設したボアを介してウエハの下側へ真空を付与することによってウエハを所定位置に維持させていた。次いで、ホットプレートを１００℃へ加熱させて該ウエハをベーキングし、該ウエハを５秒程度で１００℃へ昇温させていた。ウエハとホットプレートとの間において直接的な接触を使用する従来技術のベーキングシステムは幾つかの利用により問題を有している。第一に、より高い温度が使用される場合には、加熱されたホットプレートが比較的温度の低いウエハと急に接触されることによって熱衝撃が発生する場合があり、それは、時折、ウエハを湾曲させるか又は破損させる場合がある。第二に、ウエハのコーティングしていない側、即ち「背面側」とホットプレートとの間で汚染が容易に転移される。しばしば起こることであるが、ウエハの背面側が汚染されている場合には、その汚染されているウエハと直接接触状態にあるホットプレートも同様に汚染されることとなる。汚染されたホットプレートは、その汚染をその後のウエハの背面側へ転移させる場合がある。このようなウエハの背面側の汚染は、レジスト露光処理期間中にフォーカスエラー即ち焦点ずれを発生させる場合がある。従って、汚染を取除くために、ホットプレートはしばしばクリーニングすることが必要であり、そのことは半導体製造プロセスにおいて頻繁な中断が発生することを必要とする。これらの理由のために、半導体製造は「近接ベーク」の方向へ向かっており、その場合に、ウエハは３個の支持支柱によってホットプレートから離隔されており、ウエハとホットプレートとの間に５ミルのギャップを介在させる。このことはウエハの背面側とホットプレートとの間の直接的な接触を回避することにより背面汚染を防止している。背面汚染の防止は、焦点ずれ及び熱衝撃の蓋然性を減少させる。然しながら、従来公知の近接ベークシステムによって２つの問題が提起されている。第一に、ホットプレートの上方にウエハを支持する支持支柱は、支持支柱と接触状態にあるウエハ上の点において不均一なベーキングを発生させることによりベーキングプロセスと干渉する。第二に、ウエハを所望の温度へ加熱するためにかなり多くの時間が必要となる。例えば、１００℃にあるホットプレートから５ミル離隔されている場合には、ウエハを１００℃とさせるのに典型的に４５秒必要となる。更に、ウエハとホットプレートとの間の空気が加熱される結果膨脹するので、対流がウエハ端部において不均一な加熱を発生させる場合がある。近接ベーキングにおいて付加的に必要とされるベーキング時間の問題に対する１つの公知の解決方法は、ホットプレートを例えば１５０℃等のより高い温度に加熱させることである。このより高い温度はウエハをより迅速に所望の温度、例えば１００℃へ昇温させる。然しながら、温度が増加されると、ホットプレートの熱一様性が劣化する。更に、妥当な処理時間において真の熱平衡が完全に達成されることはない。その結果、ウエハ全体にわたっての温度の一様性はより低く且つベーキングプロセス全体にわたり変化する。換言すると、化学的コーティングの均一な硬化を適切に行なわせるためにはウエハのある部分の温度が低過ぎ且つウエハの他の部分の温度が高過ぎる。ベーキング時間が増加すると与えられた時間期間、例えば１日において生産することの可能な半導体ウエハ又はその他の基板の数が減少するので、近接ベーキングプロセスに関連してベーキング時間が実質的に増加することは特に好ましくないことである。同様に、上述した従来技術の接触ベーキングに関連するウエハの背面又はホットプレートの化学的汚染によって発生される遅延及びレジスト露光エラーは、与えらた時間期間において精算することの可能な半導体ウエハの数を実質的に減少させ且つ有用な製品歩留まりを減少させる場合がある。ベーキング中のウエハがわずかな湾曲を有する場合には、ウエハの近接ベーキング期間中に第三の問題が発生する。ウエハが湾曲していると、ウエハのある部分は他の部分よりもホットプレートから更に離れている。従って、ホットプレートから更に離れているウエハの部分はホットプレートにより近いウエハの部分よりもゆっくりと加熱されることとなる。従って、湾曲したウエハは、従来技術の近接ベーキングシステムによって一様に加熱されることはない。上述した問題はウエハがその後のホトレジストの露光のために冷却される処理に対しても同様に発生する。典型的に、ウエハを冷却プレート上に載置させ、該冷却プレートはウエハから熱を吸収し且つウエハの温度を迅速に室温とさせる。然しながら、ウエハを冷却プレート上に直接的に載置させることは、ホットプレートに関して上述したウエハの背面汚染と同一の問題を提起することとなる。背面汚染を防止するために、近接冷却が使用され、その場合に、ウエハは多数の支持支柱によって冷却プレートの上方に支持される。近接冷却は、近接ベーキング方法に関して上述したのと同一の伝熱が遅滞化するという問題に遭遇する。従来のトラックホトリソグラフィシステム及び従来のウエハ加熱及び冷却装置の上述した制限のために、より高速でより空間効率的なホトリソグラフィシステムに対する必要性が存在している。要約本発明に基づくホトリソグラフィシステムにおいては、ウエハ取扱いロボットが固定位置に装着されており且つ加熱／冷却ユニットを包含するクラスター状に配置した一群のウエハ処理モジュールによって取り囲まれている。該ロボットは固定点周りに回動し且つ任意の方向において横方向に及び垂直方向に（即ち、自由度３）ウエハを搬送させることが可能である。この構成はシステムの柔軟性を増加させている。何故ならば、各ウエハは、別のウエハの処理が完了するのを待機することなしに、１つのモジュールへ又は１つのモジュールから移動させることが可能だからである。更に、該ロボットはウエハを垂直方向に搬送することが可能であるので、該モジュールは上下に積層させることが可能であり、それによりシステムによって占有される床面積を最小とさせることが可能である。加熱／冷却ユニットにおいては、従来技術の接触ベーキングシステム及び近接ベーキングの欠点は、ウエハとホットプレートとの「空隙」内に熱伝導性で非反応性のガスを導入することによって解消されている。「非反応性」ガスは、硬化処理期間中に、ウエハの化学的コーティングと容易に反応することのないガスである。ヘリウムは特に良好な熱伝導性で非反応性のガスであり且つ容易に入手可能であると共に廉価である。ウエハとホットプレートとの間の空隙内のヘリウムは、従来技術のホトリソグラフィシステムの近接ベーキングシステムよりもウエハのより一様な加熱を発生させ、支持支柱と接触している点近くのウエハの加熱における異常を減少させ且つウエハにおける湾曲のためにホットプレートからより離れた距離にあるウエハの区域に対して熱を伝達させる。更に、ヘリウムは特に効率的なエネルギ伝達媒体であるので、ウエハを所望温度へ加熱するのに必要な時間、及びウエハを冷却するのに必要な時間は３分の２以上減少される。１実施例においては、ウエハとホットプレートとの間の空隙内に導入させる前に、ヘリウムを例えば１００℃の所望の温度へ加熱させる。特定の実施例においては、このヘリウムの予備的な加熱はヘリウムをホットプレートを介して通過するボアを介して強制的に流すことによって達成される。図面の簡単な説明図１は本発明に基づくクラスター型半導体ウエハホトリソグラフィシステムの平面図を示している。図２は加熱／冷却ユニットの正面図を示している。図３はウエハカセットの正面図を例示している。図４は加熱／冷却ユニット及びロボットの側面図を例示している。図５Ａ−５Ｄは本発明に基づく別の実施例の平面図を例示している。図６は本発明に基づく近接ベーキングシステムの断面図である。図７は本発明の１実施例に基づくヘリウム供給源の概略図及びホットプレートの断面図である。図８は図７のホットプレートの平面図である。図９Ａ及び９Ｂは本発明の２番目に説明する実施例に基づいて形成されたホットプレートの断面図である。図１０は本発明の３番目に説明する実施例に基づいて形成されたホットプレートの断面図である。図１１Ａ及び１１Ｂは本発明の４番目に説明する実施例に基づいて形成されたホットプレートの断面図である。図１１Ｃは図１１Ａ及び１１Ｂのホットプレートの平面図である。詳細な説明本発明を半導体ウエハホトリソグラフィシステムに関連して説明するが、任意のタイプの基板ホトリソグラフィシステム（例えば、フラットパネルディスプレイガラス基板用のホトリソグラフィシステム）に対して広範な適用可能性を有している。図１は本発明に基づく半導体ウエハホトリソグラフィシステム１０の平面図を示している。システム１０は、ウエハコーティングセクション１１とウエハ現像セクシション１２とを包含している。コーティングセクション１１の中央にはウエハ取扱いロボット１３が設けられている。ロボット１３は、カリフォリニア州マウンテンビューのイクイップテクノロジーズ（ＥｑｕｉｐｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）によって製造されているモデルＡＴＭ１００とすることが可能であり、それは円筒座標系における任意の位置へウエハを配置させる能力を有する自由度３のロボットである。それは、２つのウエハを同時的に取扱うことの可能な端部エフェクタ１４を有している。それは、コーティングセクション１１のほぼ中心にある軸１５周りに回動する。同様のロボット１６が、現像セクション１２の中心に位置されている。このような構成においては、ロボットアームは加熱された表面の上を通過することが必要とされることはない。このことはロボットアームへの伝熱が発生する可能性を減少させる。然しながら、このような構成は、冷却処理がベーキング期間中に必要とされる時間の半分未満を必要とする場合に最大の効率で動作することが可能であるに過ぎない。オーブンは冷却プレートの２倍の数存在しているので、冷却効率は最大のシステム効率とするためには高いものでなければならない。ロボット１３及び１６の周りに一連の処理モジュールがクラスター状に配置されている。コーティングセクション１１においては、加熱／冷却ユニット１７が３段に積層されたモジュール１７０Ａ，１７０Ｂ，１７０Ｃを有している。図２は加熱／冷却ユニット１７の正面を示している。図１及び２に示したようにモジュール１７０Ａ−１７０Ｃの各々は２つのオーブンの間に位置されている中央冷却プレートを有している。モジュール１７０Ａ−１７０Ｃの各々は、前述した「基板コート／現像システム用熱処理モジュール」という名称の出願において記載された種類のものとすることが可能である。同様の加熱／冷却ユニット１８が現像セクション１２内に位置されている。コーティングセクション１１はカセット入力／出力（Ｉ／Ｏ）ユニット１９及び２０を有している。各カセットＩ／Ｏユニットは、図３の正面図に示したように、複数個のウエハを収容するカセットを保持しており、且つウエハをホトリソグラフィシステム１０へ導入し且つそれから引出す手段を提供している。カセットＩ／Ｏユニット１９及び２０は後退位置（ユニット１９参照）と動作位置（ユニット２０参照）との間に移動させることが可能であり、後者の位置において、該カセットはロボット１３の軸に対面する。両方のユニットはシステム１０の正面からアクセスされる。カセットＩ／Ｏユニット１９及び２０の各々は、「半導体処理システム用カセット入力／出力ユニット」という名称の前述した出願に記載されている種類のものとすることが可能である。コーティングセクション１１はスピンコーティングユニット２１を有しており、且つ現像セクション１２は２つの現像ユニット２２及び２３を有している。中央ウエハ通過バッファ２４が、コーティングセクション１１と現像セクション１２との間でウエハを転送するために設けられており、且つオプションとしてのステッパーバッファ２５をウエハを隣接する露光システム（不図示）へパスするために設けることが可能である。ホトリソグラフィシステム１０のコンポーネントは主システム制御器２６によって制御される。加熱／冷却モジュール１７０Ａ−１７０Ｃは個別的のマイクロコントローラ（不図示）を有している。同様に、コーティングユニット２１はマイクロコントローラ２１Ｃを有しており、且つ現像ユニット２２及び２３は、夫々、マイクロコントローラ２２Ｃ及び２３Ｃを有している。これらのマイクロコントローラの各々は、マスター・スレーブ関係でシステム制御器２６へ接続しており、且つそれらは、空気シリンダーの動作、モータの制御、センサーのモニタ、化学物質の配給等の機能を実行する。システム制御器２６は個々のマイクロコントローラに対してハイレベルのコマンドを与え且つ該マイクロコントローラからハイレベルのステータス情報を受取る。システム１０の動作態様は、使用される特定の処理シーケンスに依存し且つ当業者にとって自明なものである。例えば、ロボット１３は、最初に、カセットＩ／Ｏユニット１９からウエハを取出し且つそれを最初の脱水化加熱のためにモジュール１７０Ａにおけるオーブン内へ転送させることが可能である。脱水化加熱が完了すると、モジュール１７０Ａにおけるマイクロコントローラが制御器２６に命令を与え、且つロボット１３が該ウエハを該オーブンからモジュール１７０Ａの冷却プレートへ転送させる。冷却処理が完了すると、制御器２６に再度命令が与えられて、且つロボット１３は該ウエハをスピンコーティングユニット２１へ転送し、そこでホトレジストが付与される。次いで、ロボット１３は該ウエハをスピンコーティングユニット２１から加熱／冷却ユニット１７におけるオーブンへ戻してソフトベーキングを行ない且つ冷却プレートへ転送させて冷却を行なう。コーティング処理が完了し且つウエハがソフトベーキングが行なわれ且つ冷却が行なわれた後に、ロボット１３は該ウエハを通過バッファ２４へ転送し、そこでロボット１６が該ウエハを受取る。ロボット１６は該ウエハを外部露光ユニットへ転送するためにステッパーバッファ２５へ送給し、露光後のベーキングを行なうために加熱／冷却ユニット１８におけるオーブンへ戻し、次いでユニット１８における冷却プレートへ送給する。このことはユニット１８におけるマイクロコントローラ及びシステム制御器２６の制御下において行なわれる。該ウエハが適切に冷却されると、それは現像ユニット２２又は２３のうちの一方へ転送される。それが現像された後に、該ウエハは「ハード」ベーキングを行なうために加熱／冷却ユニット１８におけるオーブンへ転送され、次いで加熱／冷却ユニット１８における冷却プレートへ転送される。該ウエハが冷却された後に、それは通過バッファ２４及びロボット１３を介してカセットＩ／Ｏユニット１９又は２０のうちの一方へ転送させることが可能である。以上説明したものは、ウエハのコーティング及び現像を行なうための非常にコンパクトでコストが効率的なシステムである。ロボット１３及び１６はある従来技術のシステムにおいて使用されていた比較的複雑な自由度６のロボットの代わりに自由度３のロボットである。図４の側面図に示されるように、ロボット１３は加熱／冷却ユニット１７における積層されているモジュール１７０Ａ−１７０Ｃのいずれかの冷却セクションへウエハを送給するか又はそれからウエハを取出すことが可能である。ロボット１６は、同様に、加熱／冷却ユニット１８におけるモジュールのいずれかへアクセスすることが可能である。ロボット１３及び１６の周りの「無駄空間」の量は最小とされており、且つ加熱及び冷却モジュールによって占有される空間もそれらを積層させることによって同様に最小とされている。実際に、システム１０の１実施例では単に２９．５平方フィートの全占有面積を有するに過ぎない。本発明の原理に基づいて多数の変形実施例が可能である。これらの変形実施例のうちの幾つかを図５Ａ−５Ｄに示してある。図５Ａはコーター（塗布器）又は現像器のいずれかとすることの可能なユニット５２及び５３及び単一の加熱／冷却ユニット５１を具備するホトリソグラフィシステムを示している。この実施例の好適な態様においては、加熱／冷却ユニット５１が単一のモジュール（モジュール１７０Ｃと同様なもの）のみを包含している。一対のカセットＩ／Ｏユニット５４及び５５も包含されている。この実施例の占有面積は１７．１平方フィート程度とすることが可能である。図５ＢはカセットＩ／Ｏユニット５５を省略した点を除いて、図５Ａに示したものと同様のシステムを示している。この場合の占有面積は１５．２平方フィート程度とすることが可能である。図５Ｃは、カセットＩ／Ｏユニット５４及び５５がシステムに対し正面からアクセスするために位置決めされており、一方コーター／現像器ユニット５２及び５３が側部に位置されている点を除いて、図５Ａにおけるものと同一のコンポーネントを有するシステムを示している。この場合の占有面積は１７．１平方フィート程度とすることが可能である。図５Ｄは、カセットＩ／Ｏユニット２０を第二スピンコーティングユニット５６で置換させた点を除いて、図１に示したシステムと同様のシステムを示している。この場合の占有面積は２９．５平方フィート程度とすることが可能である。図６はホットプレート組立体２００を示している。ホットプレート組立体２００は、以下に説明する幾つかの修正を施すことにより、図２のモジュール１７０Ａ，１７０Ｂ，１７０Ｃにおけるウエハ加熱を与えるために使用することが可能である。ホットプレート組立体２００の以下の説明は図２のモジュール１７０Ａ，１７０Ｂ，１７０Ｃにおける冷却プレートに対しても同様に適用可能である。図６において、ウエハ２０２は支持支柱２０６によって約５ミルだけホットプレート２０４から離隔されている。当該技術において一般的に行なわれるように、ホットプレート２０４は１００℃へ加熱される。ホットプレート２０４からウエハ２０２への伝熱を容易なものとさせるために、ヘリウムガスがウエハ２０２とホットプレート２０４との間の「空隙」２１０内に導入される。開示した実施例においてはヘリウムを使用しているが、そのガスがエネルギ伝達媒体として特に効率的なものであり且つウエハ２０２上の化学的コーティングと反応するものでない限り、任意のガスを使用することが可能である。そのガスが１００°Ｆ（即ち、３７．８℃）の温度において１００ｃａｌ／（ｓａｃ）（ｃｍ²）（℃／ｃｍ）×１０^-6以上の熱伝導率を有する場合には、ガスはエネルギ伝達媒体として特に効率的なものである。このようなガスは、本明細書においては、「熱的に伝導性のガス」と呼ぶこととする。ヘリウムは１００°Ｆの温度において３６８．６３ｃａｌ／（ｓａｃ）（ｃｍ²）（℃／ｃｍ）×１０^-6の熱伝導率を有するものであるので、ヘリウムは特に効率的なエネルギ伝達媒体である。（対照的に空気は１００°Ｆの温度において単に６４．２２ｃａｌ／（ｓａｃ）（ｃｍ²）（℃／ｃｍ）×１０^-6の熱伝導率を有するに過ぎない）。更に、ヘリウムは不活性ガスであるので、ヘリウムは２０２上の化学的コーティングと反応することはない。ウエハ２０２の化学的コーティングと容易に反応することのないガスは、本明細書においては「非反応性ガス」と呼ぶこととする。更に、ヘリウムは容易に入手可能であり且つ廉価なものである。幾つかの熱的に伝導性のガスを以下の表Ａに掲載してある。（注）¹：熱伝導率は１００°Ｆ（３７．８℃）の温度に対しｃａｌ／（ｓａｃ）（ｃｍ²）（℃／ｃｍ）×１０^-6の単位である。ヘリウムは特に高い熱伝導率を有しているので、ホットプレート２０４とウエハ２０２との間の空隙２１０内におけるヘリウムガスは、ホットプレート２０４とウエハ２０２との間の特に効率的なエネルギ伝達媒体として作用する。その結果、本発明の１実施例においては、ウエハ２０２を室温から１００℃へ昇温させるのに必要な時間は空隙２１０内にヘリウムが存在しない場合の４５秒から空隙２１０内にヘリウムが存在する場合の１３秒へ減少される。同様な減少は冷却プレート（不図示）に近接させた場合にウエハを冷却させるのに必要な時間においても観察される。従って、従来の近接ベーキングシステムで処理する場合と比較して、本発明のこの開示した実施例に従って処理した場合には３倍の数のウエハを処理することが可能である。業界における慣行は、一般的に、処理モジュールにおいて同数のホットプレートと冷却プレートとを設けることである。然しながら、本発明の原理を使用した場合には、ウエハを冷却するのに必要な時間は、必要とされるベーキング時間（典型的に、約１分）の半分未満へ減少させることが可能である。従って２つのホットプレートに対し１つの冷却プレートとする比が可能であり、それは処理モジュールの寸法を著しく減少させる。更に、ヘリウムは特に効率的なエネルギ伝達媒体であるので、空隙２１０におけるヘリウムは従来技術の近接ベーキングシステムよりも、ウエハ２０２のより一層一様な加熱を発生させる。空隙２１０におけるヘリウムは支持支柱２０６と接触している点近くのウエハ２０２の一様な加熱における異常を減少させる。更に、ヘリウムガスは、通常、上昇し、それによりウエハ２０２における湾曲の結果としてホットプレート２０４から遠くに離れた距離にあるウエハ２０２の区域へ自然に流れることとなる。従来公知の近接ベーキングシステムにおいて典型的に充分に加熱されることのなかったウエハ２０２の区域は、ヘリウムの伝熱特性によって充分に且つ効率的に加熱される。従って、空隙２１０内のヘリウムはウエハ２０２の加熱の一様性及び効率において、公知のベーキングシステムと比較して実質的な改善を提供している。１実施例において、ウエハ２０２をホットプレート２０４に近接した状態でベーキングしている間に蓋２０８Ａを下降させて支持構成体２０８Ｂと共に密封したチャンバを形成し、その際にヘリウムガス及びホットプレート２０４の熱を閉じ込める。図２の実施例においては、蓋２０８Ａ及び支持構成体１０８Ｂは必要ではない。何故ならば、ホットプレート２０４はモジュール１７０Ａ，１７０Ｂ，１７０Ｃの内部に位置されているからである。ホットプレート２０４を図７及び８においてより詳細に示してある。ホットプレート２０４はその端部からその中心へ向けて穿孔されており半径方向のボア３１０を形成している。同様に、半径方向のボア３１０Ａ及び３１０Ｂ（図８）が穿孔されている。プラグ３１１，３１１Ａ，３１１Ｂが、夫々、半径方向のボア３１０，３１０Ａ，３１０Ｂの端部を密封している。中央のボア３１４がホットプレート２０４の底部を貫通して穿孔されており、ヘリウムを半径方向ボア３１０，３１０Ａ，３１０Ｂ内へ導入させることを可能としている。上部ボア３１２（図７）がホットプレート２０４の上部を貫通して半径方向ボア３１０内へ穿孔されている。上部ボア３１２は距離３１６だけ中央ボア３１４から離隔されており、従って中央ボア３１４を介して導入されるヘリウムは少なくとも距離３１６の距離だけ半径方向ボア３１０に沿って移動する。ヘリウムは中央ボア３１４から半径方向ボア３１０の距離３１６に沿って上部ボア３１２へ流動するので、該ヘリウムはホットプレート２０４の温度へ加熱される。従って、上部ボア３１２を介して空隙２１０（図６）内へ流れるヘリウムはホットプレート２０４の温度と同一の温度である。１実施例においては、距離３１６（図７）は少なくとも２インチであり且つ上部ボア３１２の直径は２ミルである。上部ボア３１２Ａ及び３１２Ｂ（図８）は、ホットプレート２０４の上部を貫通して、夫々、上部ボア３１２に関して上述した態様で、半径方向ボア３１０Ａ及び３１０Ｂ内へ穿孔されている。別の実施例においては、付加的な上部ボア（不図示）が中央ボア３１４の直接上側に穿孔されている。この中央の上部ボアを介して流れるヘリウムは上部ボア３１２，３１２Ａ，３１２Ｂを介して流れるヘリウムほど完全に予備的に加熱されるものではない。従来技術において使用されている幾つかのホットプレートでは、半径方向ボア３１０，３１０Ａ，３１０Ｂ、上部ボア３１２，３１２Ａ，３１２Ｂ及び中央ボア３１４に関して上述した如く穿孔されている半形方向ボア、上部ボア及び中央ボアを使用して真空保持を付与する。このようなホットプレートにおいては、従来技術において真空が付与されているボアを介してヘリウムが導入される。多数の上部ボアを有するホットプレートにおいては、ヘリウムが単に１個又は数個の上部ボアを介して流れる場合があり、ウエハ２０２の加熱を非一様なものとさせる場合がある。空隙２１０をヘリウムで一様に充填させるべく充分に分布された上部ボアを介してヘリウムが流れるようにこのようなホットプレートの充分な数の上部ボアを閉栓させることが好適である。ヘリウムはヘリウム供給源３２６（図７）からホットプレート２０４へ導入される。ヘリウム供給源３２６はカリフォルニア州サンリュアンドロのエアコプロダクツ（ＡｉｒｃｏＰｒｏｄｕｃｔｓ）から入手可能な加圧ヘリウムの通常のボトルとすることが可能である。弁３２４がヘリウム供給源３２６から流れるヘリウムの割合を制御する。１実施例において、弁３２４は以下に説明するようにウエハ２０２の下側に空気ベアリングが形成されることを防止するのに丁度充分な流量を与えるように手作業により調節される。公知であり且つ入手可能な電子的に制御される弁を弁３２４として使用することが可能であることは勿論である。ヘリウム供給源３２６からのヘリウムの流れは、ソレノイド弁３２２によって制御され、且つヘリウムがヘリウム供給源３２６から流れる流量はフローメーター３２０によってモニタされる。ヘリウムはヘリウム供給源３２６から弁３２４、ソレノイド弁３２２、フローメーター３２０、及び管３１８を介して流れ、且つ中央ボア３１４を介してホットプレート２０４の半径方向ボア３１０，３１０Ａ，３１０Ｂ内へ流れる。１実施例においては、ソレノイド弁３２２は制御ユニット３２８によって制御される。ソレノイド弁３２２は、１実施例においては、オハイオ州シンシナチのクリッパードラボラトリーズ（ＣｌｉｐｐａｒｄＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）によって供給されているＥＶＯ−３−１２ＤＶＣソレノイド弁である。フローメーター３２０はペンシルバニア州ハットフィールドのポーターインストルメントカンパニー（ＰｏｒｔｅｒＩｎｓｔｕｒｕｍｅｎｔＣｏｍｐａｎｙ）から入手可能なＢ−４３３フローメーターとすることが可能である。該Ｂ−４３３フローメーターは、０乃至３２ｃｃ／ｍｉｎの範囲内の流量を測定することが可能である。該Ｂ−４３３フローメーターはヘリウムで使用するために設計されているものではなく且つ、フローメーター３２２として使用される場合に、幾らかのヘリウムがＢ−４３３フローメーターからリークする。然しながら、多くの従来のフローメーターはヘリウムで使用するために設計されており且つフローメーター３２０として使用することが可能である。ソレノイド弁３２２を制御するための制御ユニット３２８の使用は公知であり且つソレノイド弁を制御することの可能な制御ユニットはカリフォルニア州フレモントのセミコンダクタシステムズインコーポレイテッド（ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＳｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なオービトラック（Ｏｒｂｉｔｒａｃｋ）システムにおいて使用されている。１実施例において、ヘリウムは約３ｃｃ／ｍｉｎの割合でヘリウム供給源３２６から流れる。この実施例においては、ヘリウムはウエハ２０２の下側に空気ベアリングを形成する割合より僅かに低い割合で流動する。適宜の流量はウエハ２０２の下側に「空気」ベアリングを形成し（典型的に、２−４ｃｃ／ｍｉｎ）、ウエハ２０２をホットプレート２０４に関して移動させるまで、ヘリウムの流量を増加させることによって決定する。従って、ヘリウムの流量は、ウエハ２０２が支持支柱２０６上に安定するまで減少させる。上部ボア３１２，３１２Ａ，３１２Ｂ（図８）の直上のウエハ２０２の化学的コーティング区域は、ウエハ２０２の化学的コーティングのその他の区域よりも一層迅速に硬化する傾向がある。従って、その他の実施例においては、ある時間期間に亘ってヘリウムの流れをターンオンさせ、次いである時間期間に亘ってヘリウムの流れをターンオフさせることを繰り返し行なうことにより空隙２１０へのヘリウムの流れをパルス動作させる。空隙２１０内へのヘリウムの流れを周期的に停止させることによって、該ヘリウムは空隙２１０全体にわたって分散されウエハ２０２のより均一な加熱を与える。１実施例においては、ヘリウムを２秒の期間の間１５乃至２０ｃｃ／ｍｉｎの割合で空隙２１０内へ導入し、次いで、２秒の期間にわたり遮断させる。幾つかの実施例においては、ウエハ２０２を支持支柱２０６上に載置する前に、上部ボア３１２，３１２Ａ，３１２Ｂを介してヘリウムを導入させる。このヘリウムの早期の導入は、前のベーキングの結果として高温状態にある可能性のある支持支柱２０６と接触状態とされる結果、ウエハ２０２の加熱を高速化させ且つウエハ２０２の時期尚早な非一様な加熱を最小とさせる。本発明の原理に基づくホットプレートの別の実施例を図９Ａ及び９Ｂに示してある。ホットプレート２０４Ｂはウエハ２０２の周辺部周りにリップ２０４Ｂ− Ｌを有しており、ウエハ２０２が着座される凹所を形成している。リップ２０４Ｂ−Ｌはウエハ２０２とホットプレート２０４Ｂとの間の空隙２１０からのヘリウムのリークを減少させる。ウエハ２０２（図９Ｂ）はリフトピン５０２によって近接ベーキングの後にリップ２０４Ｂ−Ｌの上方に上昇されており、リフトピン５０２はホットプレート２０４Ｂを貫通する孔（不図示）内に位置されており且つ垂直方向に摺動的に移動可能である。このようなリフトピンは現在入手可能な近接ベーキングシステムにおいて通常使用されているものであり、例えば、カリフォルニア州フリモントのセミコンダクタシステムズインコーポレイテッドから入手可能なオービトラックシステムにおいて使用されている。同様に、ウエハ２０２は、リフトピン５０２によって、近接ベーキングの前に、図９Ａに示した位置にリップ２０４Ｂ −Ｌ下側に下降される。図１０は本発明の原理に基づくホットプレートの別の実施例を示している。ホットプレート２０４Ｃの半径方向ボア３１０Ｃ、上部ボア３１２Ｃ、プラグ３１１Ｃは、概略、図７に関して上述したように形成されている。ホットプレート２０４Ｃの上表面６０１は深さ６０２だけミリングされており、従ってウエハ２０２はウエハ２０２の周辺部周りと表面６０１のミリングされていない部分との距離６０３のギャップを有してミリングされた区域内に着座される。１実施例においては、深さ６０２は５ミルであり且つ距離６０３は１０ミルである。ホットプレート２０４Ｃは、更に、深さ６０４へミリングされており、ウエハ２０２を支持するベンチ６０６を形成すると共にホットプレート２０４Ｃとウエハ２０２との間に空隙２１０Ｃを形成している。１実施例においては、ベンチ６０６は１インチの１０分の１の幅を有しており、且つ深さ６０４は１０ミルであって、ウエハ２０２とホットプレート２０４Ｃとの間に５ミルの距離を与えている。ホットプレート２０４Ｂに関して上述したように（図９Ａ及び９Ｂ）、リフトピン（図１０においては不図示）がウエハ２０２をホットプレート２０４Ｃのミリングした区域から外部へ上昇させ且つ該ミリングした区域内へウエハ２０２を硬化させる（図１０）。本発明の原理に基づくホットプレートの第４実施例を図１１Ａ−１１Ｃに示してある。ホットプレート２０４Ｄは穿孔した半径方向のボアを有するものではないが、その代わりに、ホットプレート２０４Ｄの内部に形成されており且つそれと同心状の円筒状のチャンバ３１０Ｄを有している。ヘリウムが中央ボア３１４Ｄを介してチャンバ３１０Ｄ内へ導入される。上部ボア３１２Ｄはホットプレート２０４Ｄの中心に向かって角度がつけられている。ウエハ２０２はベンチ６０６（図１０）に関して上述したように形成されているベンチ７０６の上に着座している。ベンチ７０６において（図１１Ａ）、環状溝７０４が形成されている。真空ボア７０２がホットプレート２０４Ｄを貫通して環状溝７０４内へ穿孔されている。相対的な真空が付与されて、真空ボア７０２を介して環状溝７０４内の空気圧力を減少させ、ウエハ２０２をホットプレート２０４Ｄのベンチ７０６に当接させて保持する。ホットプレート２０４Ｃ（図１０）の場合におけるように、ホットプレート２０４Ｄ（図１１Ｂ）は５ミルの深さ７５０へミリングされており、更に、付加的な５ミルの深さ７５２へミリングされてベンチ７０６を形成しており、ベンチ７０６の内側端部は該凹所の外側端部７６８から１インチの１０分の１（０．１）の距離７５４である。ホットプレート２０４Ｄは更にベンチ７０６の内側端部と該凹所の外側端部７６８との間の区域７７０においてもミリングされている。環状溝７０４がベンチ７０６の中心に位置されており、環状溝７０４の両側に約３０ミルの幅７５６のベンチ７０６の表面の狭い部分を形成している。距離７５６が狭すぎる場合には、ホットプレート２０４Ｄは物理的損傷及び摩耗が発生するようになる。環状溝７０４は約６０ミルの幅７６４を有している。ベンチ７０６と外側端部７６８との間、即ち区域７７０においてホットプレート２０４Ｄをミリングすることによって、ウエハ２０２の最も外側の端部においてのウエハ２０２との背面接触が減少される。ベンチ７０６がウエハ２０２の外側端部からある距離に位置されていることが重要である。何故ならば、環状溝７０４近くの接触位置におけるウエハ２０２の背面汚染は真空保持の効果性を減少させる可能性があり且つ背面汚染はウエハ２０２の外側端部において発生する蓋然性が高いからである。ウエハ２０２は図９Ａ及び９Ｂに関して上述した如く、リフトピン５０２によってベンチ７０６上へ載置され且つベンチ７０６から上昇される（図１１Ａ及び１１Ｂへ推移）。上部ボア３１２Ｄはベンチ７０６から約１ｃｍ即ち０．３９インチの距離７５８における位置において穿孔されている。上部ボア３１２Ｄはホットプレート２０４Ｄの表面に対して垂直な状態から約４５度の角度７６０で穿孔されている。上部ボア３１２Ｄはホットプレート２０４Ｄの中心に向かって角度が付けられている。上部ボア３１２Ｄの直径７６２は約２ミルである。図１１Ｃはホットプレート２０４Ｄの平面図である。ベンチ７０６における環状溝７０４が真空ボア７０２と共に示されている。全部で３個の上部ボア、即ち上部ボア３１２Ｄ，３１２Ｄ−２，３１２Ｄ−３がホットプレート２０４Ｄの中心に向かって角度が付けられている。（ｉ）ベンチ７０６からウエハ２０２をリフト即ち上昇させるために空隙２１０Ｄ（図１１Ａ）を充分なヘリウムで充填し且つ（ii）ウエハ２０２をベンチ７０６に対してしっかりと保持させるために真空ボア７０２へ相対的な真空を付与することによって、ウエハは自動的にベンチ７０６上に中心位置決めされる。ウエハ２０２をリフトさせ次いでしっかりと保持するシーケンスを５回繰返し行なうことによってウエハ２０２がベンチ７０６上に中心位置決めされることを確保する。環状溝７０４（図１１Ｃ）がウエハ２０２の全周辺部周りにウエハ２０２に対して相対的な真空を付与するので（図１１Ｃにおいて不図示）、ウエハ２０２における小さな湾曲はベーキング処理期間中に減少されるか又は取除かれる。更に、支持支柱を使用していないので、ウエハ２０２の中心近くの背面汚染が取除かれている。ウエハは、通常、周辺部よりも中心近くにおいてより良好なデバイスを発生させるものであるからこのような形態は効果的なものであり、周辺部よりもウエハの中心近くの背面汚染を取除くことをより重要なこととしている。支持支柱を除去することが望ましいものであるが、例えばフラットパネルディスプレイ用の大型のフラットパネル等のより大型のウエハは湾曲を防止し且つウエハ２０２を支持するためにホットプレート２０４Ｄの中心において支持支柱（不図示）を必要とする場合がある。本発明の原理はベーキングのすぐ後に続く半導体ウエハの冷却を改善するためにも同様に適用可能である。例えば、ホットプレート２０４Ｄ（図１１Ａ）は冷却プレートとして使用することが可能である。ホットプレート２０４Ｄを冷却プレートとして使用するために、ホットプレート２０４Ｄは室温に維持される。ウエハ２０２はホットプレート２０４Ｄ上に載置され且つ上述した如くに中心位置決めされる。ウエハ２０２は真空ボア７０２を介して環状溝７０４へ付与される相対的な真空によって所定位置に保持される。例えばヘリウム等の熱伝導性であり非反応性のガスを、中央ボア３１４Ｄを介し、チャンバ３１０Ｄを介し、且つ上部ボア３１２Ｄを介して、空隙２１０Ｄ内へ導入する。空隙２１０Ｄ内のヘリウムはウエハ２０２からホットプレート２０４Ｄへの伝熱を加速させる。従って、ウエハ２０２とホットプレート２０４Ｄとの間の熱伝導性ガスは加熱期間中及び冷却期間中の両方においてウエハ２０２とホットプレート２０４Ｄとの間の熱交換を促進させる。上の説明は例示的なものであって制限的なものではない。例えば、加熱／冷却ユニットにおけるモジュールは３段より少ないか又はより多い段数に積層させることが可能である。その他の修正例は本開示を参考に当業者にとって自明なものであり且つ添付の請求の範囲内に入るものとして意図されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ビチェ，マイケルアール. アメリカ合衆国，カリフォルニア 94587, ユニオンシティー，シーサイドコート 5153

Claims

【特許請求の範囲】１．ホトリソグラフィシステムにおいて、基板の表面上にホトレジスト層を付与するためのレジストコーティングユニット、前記基板を加熱することの可能な熱処理モジュール、を有しており、前記熱処理モジュールが、上側を具備するホットプレートと、前記ホットプレートの前記上側上の支持体であって、前記基板と前記ホットプレートとの間に空間を形成するように前記ホットプレートに近接して前記基板を支持する支持体と、前記基板と前記ホットプレートとの間の前記空間内にガス供給源から熱伝導性で非反応性のガスを導通させるチャンネルと、を包含するホットプレート組立体を有している、システム。２．請求項１において、更に、前記基板を前記レジストコーティングユニットと前記熱処理モジュールとの間で転送するための基板取扱いロボットを有しているシステム。３．請求項２において、更に、前記ホトレジスト層を現像するためのホトレジスト現像ユニットを有しているシステム。４．請求項１において、更に、前記基板と前記ホットプレートとの間の前記空間内に導入する前に前記ガスを予備的に加熱するためのガス予備的加熱器を有するシステム。５．請求項４において、前記ガスが前記基板と前記ホットプレートとの間に導入される場合に、前記ガスの温度がほぼ前記ホットプレートの温度であるように、前記ガス予備的加熱器が前記ホットプレートの一部を介して延在しているボアを有しているシステム。６．請求項４において、更に、前記ガス予備的加熱器と直列的に結合しており前記ガスの流量を調節する第一弁、前記ガス予備的加熱器と直列に接続されており前記ガスの流れを選択的に制御する第二弁、を有しているシステム。７．請求項１において、前記熱導電性ガスがヘリウムであるシステム。８．請求項１において、前記支持体が前記基板の外側端部近くにおいて前記基板を支持する環状のベンチであるシステム。９．請求項８において、前記環状のベンチが環状の真空保持溝を有しているシステム。１０．請求項９において、更に、前記真空保持溝へ接続している真空供給源を有しており、前記真空供給源は前記環状溝へ真空を付与し、前記環状溝へ付与される真空が前記基板を前記ホットプレートに対して保持するように前記環状溝が前記基板の背面に隣接しているシステム。１１．請求項１０において、更に、（１）前記基板を上昇させるのに充分なガスで前記基板と前記ホットプレートとの間の前記空間を充填し、（２）前記真空環状溝へ真空を付与し、その際に前記基板を前記環状溝に対してしっかりと保持させる手段を有するシステム。１２．請求項１において、前記熱処理モジュールが前記基板を約１００℃へ加熱させるシステム。１３．請求項１において、前記ガスの幾らかが前記基板が前記支持体上に配置される前に、前記基板と前記ホットプレートとの間の前記空間内に導入されるシステム。１４．半導体基板の表面上に硬化させたホトレジスト層を与える方法において、前記基板を第一ホットプレート組立体内に配置させ、尚前記第一ホットプレート組立体は前記基板と前記ホットプレートとの間に第一空間を形成するために前記第一ホットプレートに対して近接して前記基板を支持する第一支持体を具備する第一ホットプレートを包含しており、前記基板と前記第一ホットプレートとの間に熱伝導性ガスを導入して前記第一ホットプレートと前記基板との間の伝熱率を増加させ、前記基板をベーキングしてその表面から湿気を取除き、前記基板を前記第一ホットプレート組立体から冷却プレート組立体へ転送し、尚前記冷却プレート組立体は前記基板と前記冷却プレートとの間に空間を形成するために前記冷却プレートに近接して前記基板を支持するための支持体を具備する冷却プレートを包含しており、前記基板と前記冷却プレートとの間に熱伝導性ガスを導入して前記基板と前記冷却プレートとの間の伝熱率を増加させ、前記基板を冷却させてホトレジスト層に対しその表面を準備させ、前記基板をコーティングユニットへ転送し、前記表面上にホトレジスト層を付与し、前記コーティングした基板を前記コーティングユニットから第二ホットプレート組立体へ転送し、尚前記第二ホットプレート組立体は前記コーティングした基板と前記第二ホットプレートとの間に第二空間を形成するために前記第二ホットプレートに近接して前記コーティングした基板を支持するための第二支持体を具備する第二ホットプレートを包含しており、前記第二ホットプレートと前記コーティングした基板との間の伝熱率を増加させるために前記コーティングした基板と前記第二ホットプレートとの間に熱伝導性ガスを導入し、前記コーティングした基板をベーキングする、上記各ステップを有する方法。１５．請求項１４において、第一及び第二ホットプレート組立体が単一のホットプレート組立体である方法。１６．半導体基板の表面上に硬化させたホトレジスト層を与える方法において、ホトレジストコーティングユニットにおいて基板を硬化させていないホトレジストでコーティングし、前記コーティングした基板を前記ホトレジストコーティングユニットからホットプレート組立体へ転送し、尚前記ホットプレート組立体は前記基板と前記ホットプレートとの間に空間を形成するために前記ホットプレートに近接して前記基板を支持するための支持体を具備するホットプレートを包含しており、前記基板と前記ホットプレートとの間に熱伝導性ガスを導入して前記ホットプレートと前記基板との間の伝熱率を増加させる、上記各ステップを有する方法。１７．請求項１６において、前記熱導電性ガスがヘリウムである方法。１８．請求項１６において、更に、前記導入するステップの前に前記ガスを予備的に加熱するステップを有している方法。１９．請求項１６において、更に、（１）前記基板を上昇させるのに充分なガスで前記基板と前記ホットプレートの間の空間を充填し、（２）前記基板の背面へ真空を付与し、その際にしっかりと前記基板を保持する上記各ステップを有する方法。２０．請求項１６において、前記ホットプレート組立体が前記基板を約１００℃へ加熱させる方法。