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技術 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

出願人 ズス・マイクロテック・リソグラフィ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
発明者 グレゴリー・ジョージアーロン・フォーリーオリバー・トレイチェル
出願日 2015年10月16日 (6年0ヶ月経過) 出願番号 2015-204572
公開日 2016年6月30日 (5年3ヶ月経過) 公開番号 2016-119452
状態 特許登録済
技術分野 半導体の露光(電子、イオン線露光を除く)
主要キーワード 天井要素 チャージガス 焼結プレート 分配チャンバ 電気抵抗ヒータ 排気チャネル ベーキングプロセス 放出ユニット
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年6月30日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

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課題

溶媒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、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技術を提供する。

解決手段

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が開示され、このデバイスは、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を有する。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として形成される。

概要

背景

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。

概要

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、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技術を提供する。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が開示され、このデバイスは、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を有する。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として形成される。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

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)として形成されるベーキングデバイス。

請求項2

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。

請求項3

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。

請求項4

拡散要素(30)は、エッチングレーザドリル、または機械ドリルにより導入開口部が形成されたプレートである請求項2に記載のデバイス。

請求項5

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1〜4のいずれかに記載のデバイス。

請求項6

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1〜5のいずれかに記載のデバイス。

請求項7

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1〜6のいずれかに記載のデバイス。

請求項8

環状の排気チャネル(42)は、排気リング(40)の背後に形成される請求項1〜7のいずれかに記載のデバイス。

請求項9

排気システムは、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放出チャネル(44)を含む請求項8に記載のデバイス。

請求項10

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1〜9のいずれかに記載のデバイス。

請求項11

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、特に排気リング(40)を加熱するために形成された請求項1〜10のいずれかに記載のデバイス。

請求項12

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1〜11のいずれかに記載のデバイス。

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

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。

0003

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。

0004

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次元構造ダメージを与えることにさえなりうる。

0005

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。

0006

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。

0007

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。

0008

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。

0009

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。

0010

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。

0011

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。

0012

拡散要素は、また、エッチングレーザドリル、または機械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。

0013

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。

0014

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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

図面の簡単な説明

0022

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。

0023

本発明にかかるベーキングデバイスの断面を模式的に示す。
図1のベーキングデバイスの斜視断面を模式的に示す。
図1のベーキングデバイスのベーキングチャンバ中のパージガスと溶媒の流れを模式的に示す。
図1に示すベーキングデバイスの天井要素の一部の斜視図を示す。

実施例

0024

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。

0025

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。

0026

選択的に、追加のヒータ25が側壁20に設けられても良い。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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。

0036

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。

0037

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。

0038

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。

0039

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。

0040

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。

0041

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。

0042

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。

0043

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。

0044

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。

0045

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。

0046

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。

0047

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。

0048

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。

0049

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)。

0050

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)。

0051

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)。

0052

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。

0053

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。

0054

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。

0055

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。

0056

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。

0057

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。

0058

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。

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