特表 2024-544596 ベーキング後に基板を冷却するチャンバおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-03

(54)【発明の名称】ベーキング後に基板を冷却するチャンバおよび方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/027 20060101AFI20241126BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20241126BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20241126BHJP

【ＦＩ】

H01L21/30 568

H01L21/302 105A

G03F7/20 521

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024530532

(86)(22)【出願日】2022-10-06

(85)【翻訳文提出日】2024-05-22

(86)【国際出願番号】 US2022045938

(87)【国際公開番号】W WO2023096705

(87)【国際公開日】2023-06-01

(31)【優先権主張番号】63/264,548

(32)【優先日】2021-11-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100119013

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 一夫

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141553

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 信彦

(74)【代理人】

【識別番号】100176418

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 嘉晃

(72)【発明者】

【氏名】ルボミルスキー ドミトリー

(72)【発明者】

【氏名】ブッフバーガー ジュニア ダグラス エー

(72)【発明者】

【氏名】キム ヒュンジュン

(72)【発明者】

【氏名】ツォ アラン エル

(72)【発明者】

【氏名】アタニ シェカール

(72)【発明者】

【氏名】リアン キウェイ

(72)【発明者】

【氏名】イェー エリー ワイ

【テーマコード（参考）】

2H197

5F004

5F146

【Ｆターム（参考）】

2H197HA03

2H197JA13

5F004BA04

5F004BB18

5F004BB25

5F004BB26

5F004CA04

5F146KA04

5F146KA10

(57)【要約】

露光後ベーク冷却動作を実行するための方法および装置が本明細書に記載される。本方法は、シャワーヘッドを有するプロセスチャンバにおいて、加熱された基板支持体上に配置された基板を露光後ベーキングすることによって開始する。加熱された基板支持体を移動させて、加熱された基板支持体とシャワーヘッドの冷却プレートとの間の距離を増加させる。基板は、基板昇降装置を使用して、加熱された基板支持体から分離される。基板を冷却されたシャワーヘッドの近くに移動させる。基板は、基板が摂氏約７０度未満になるまで冷却される。基板は、基板昇降装置を使用して冷却されたシャワーヘッドから離間され、ロボットによる除去のために基板を処理チャンバの基板移送通路と位置合わせする。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理チャンバにおいて露光後ベーキングするための方法であって、
シャワーヘッドを有するプロセスチャンバにおいて、加熱された基板支持体上に配置された基板を露光後ベーキングするステップと、
前記加熱された基板支持体を移動させて、前記加熱された基板支持体と前記シャワーヘッドの冷却プレートとの間の距離を増加させるステップと、
基板昇降装置を使用して、前記加熱された基板支持体から前記基板を分離するステップと、
前記基板を前記冷却されたシャワーヘッドの近くに移動させるステップと、
前記基板が摂氏約７０度未満になるまで前記基板を冷却するステップと、
前記基板昇降装置を使用して、前記基板を前記冷却されたシャワーヘッドから離間させ、ロボットによる除去のために、前記基板を前記処理チャンバの基板移送通路と位置合わせするステップと
を含む、方法。

【請求項2】

前記基板を前記冷却されたシャワーヘッドの近くに移動させるステップが、
前記基板を前記冷却されたシャワーヘッドの２ｍｍ以内に移動させるステップ
を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記基板を冷却するステップが、
前記処理チャンバ内で前記基板を冷却しながら、前記冷却されたシャワーヘッドを通してガスを流すステップ
をさらに含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記ガスが前記基板の前記露光後ベーキング中に使用されるガスとは異なる、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

露光後ベーキングするステップが、
前記冷却されたシャワーヘッドの第１のプラズマ形成領域に第１のガスを流すステップと、
前記第１のプラズマ形成領域内で前記第１のガスから第１のイオン密度を有する第１のプラズマを形成するステップと、
前記第１のプラズマをイオン遮断プレートを通して流して、前記第１のイオン密度よりも低い第２のイオン密度を形成するステップと、
前記基板のベーキング中に、前記加熱された基板支持体の上方のプロセス領域に前記第２のイオン密度を流すステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記基板がインシトゥ冷却のために、前記ベーキング動作よりも前記冷却されたシャワーヘッドに近い、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記冷却されたシャワーヘッドが、
前記基板に直接露出した底面を有する冷却されたイオン遮断プレートであって、冷却流体および／または熱電装置によって温度制御される、冷却されたイオン遮断プレート
を備える、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

命令を含む非一過性コンピュータ可読媒体であって、前記命令が、複数のデバイスを同時に支持することができるデバイスドライバを有するコンピュータシステムの処理ユニットによって実行されると、前記処理ユニットに、
シャワーヘッドを有するプロセスチャンバにおいて、加熱された基板支持体上に配置された基板を露光後ベーキングするステップと、
前記加熱された基板支持体を移動させて、前記加熱された基板支持体と前記シャワーヘッドの冷却プレートとの間の距離を増加させるステップと、
基板昇降装置を使用して、前記加熱された基板支持体から前記基板を分離するステップと、
前記基板を前記冷却されたシャワーヘッドの近くに移動させるステップと、
前記基板が摂氏約７０度未満になるまで前記基板を冷却するステップと、
前記基板昇降装置を使用して、前記基板を前記冷却されたシャワーヘッドから離間させ、ロボットによる除去のために、前記基板を前記処理チャンバの基板移送通路と位置合わせするステップと
を実行することによって、処理チャンバにおいて露光後ベーキング後の基板のインシトゥ冷却を実行させる、非一過性コンピュータ可読媒体。

【請求項9】

前記基板を前記冷却されたシャワーヘッドの近くに移動させるステップが、
前記基板を前記冷却されたシャワーヘッドの２ｍｍ以内に移動させるステップ
を含む、請求項８に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。

【請求項10】

前記冷却されたシャワーヘッドを通して前記処理チャンバ内の前記基板上にガスを流すステップ
をさらに含む、請求項９に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。

【請求項11】

前記ガスがヘリウムである、請求項１０に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。

【請求項12】

ベーキング動作をさらに含み、前記ベーキング動作が、
前記冷却されたシャワーヘッドの第１のプラズマ形成領域に第１のガスを流すことと、
前記第１のプラズマ形成領域内で前記第１のガスから第１のイオン密度を有する第１のプラズマを形成することと、
前記第１のプラズマをイオン遮断プレートを通して流して、前記第１のイオン密度よりも低い第２のイオン密度を形成することと、
前記基板のベーキング中に、前記加熱された基板支持体の上方のプロセス領域に前記第２のイオン密度を流すことと
を含む、請求項８に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。

【請求項13】

前記基板が前記インシトゥ冷却のために、前記ベーキング動作よりも前記冷却されたシャワーヘッドに近い、請求項１２に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。

【請求項14】

前記冷却されたシャワーヘッドが、
前記基板に直接露出した底面を有する冷却されたイオン遮断プレートであって、冷却流体および／またはペルチェデバイスによって温度制御される、冷却されたイオン遮断プレート
を備える、請求項８に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。

【請求項15】

プロセッサと、
命令が記憶されたメモリであって、前記命令が前記プロセッサによって実行されると、処理チャンバにおいて露光後ベーキング後に基板をインシトゥ冷却するための動作を実行する、メモリとを備え、前記動作が、
シャワーヘッドを有するプロセスチャンバにおいて、加熱された基板支持体上に配置された基板を露光後ベーキングすることと、
前記加熱された基板支持体を移動させて、前記加熱された基板支持体と前記シャワーヘッドの冷却プレートとの間の距離を増加させることと、
基板昇降装置を使用して、前記加熱された基板支持体から前記基板を分離することと、
前記基板を前記冷却されたシャワーヘッドの近くに移動させることと、
前記基板が摂氏約７０度未満になるまで前記基板を冷却することと、
前記基板昇降装置を使用して、前記基板を前記冷却されたシャワーヘッドから離間させ、ロボットによる除去のために、前記基板を前記処理チャンバの基板移送通路と位置合わせすることと
を含む、システム。

【請求項16】

前記基板を前記冷却されたシャワーヘッドの近くに移動させることが、
前記基板を前記冷却されたシャワーヘッドの２ｍｍ以内に移動させること
を含む、請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記冷却されたシャワーヘッドを通して前記処理チャンバ内の前記基板上にガスを流すこと
をさらに含む、請求項１６に記載のシステム。

【請求項18】

前記ガスがヘリウムである、請求項１７に記載のシステム。

【請求項19】

ベーキング動作をさらに含み、前記ベーキング動作が、
前記冷却されたシャワーヘッドの第１のプラズマ形成領域に第１のガスを流すことと、
前記第１のプラズマ形成領域内で前記第１のガスから第１のイオン密度を有する第１のプラズマを形成することと、
前記第１のプラズマをイオン遮断プレートを通して流して、前記第１のイオン密度よりも低い第２のイオン密度を形成することと、
前記基板のベーキング中に、前記加熱された基板支持体の上方のプロセス領域に前記第２のイオン密度を流すことであって、前記基板が前記インシトゥ冷却のために、前記ベーキング動作よりも前記冷却されたシャワーヘッドに近い、前記第２のイオン密度を流すことと
を含む、請求項１５に記載のシステム。

【請求項20】

前記冷却されたシャワーヘッドが、
前記基板に直接露出した底面を有する冷却されたイオン遮断プレートであって、冷却流体および／またはペルチェデバイスによって温度制御される、冷却されたイオン遮断プレート
を備える、請求項１５に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、一般に、基板を処理するための方法および装置に関する。より詳細には、本開示は、基板を放射線に曝露した後に冷却するための方法および装置を対象とする。

【背景技術】

【0002】

集積回路は、単一のチップ上に何百万もの部品（例えば、トランジスタ、キャパシタ、および抵抗器）を含み得る複雑なデバイスへと進化した。フォトリソグラフィは、チップ上に部品を形成するために使用され得るプロセスである。一般に、フォトリソグラフィのプロセスは、いくつかの段階を含む。最初に、基板上にフォトレジスト層が形成される。化学増幅型フォトレジストは、典型的には、レジスト樹脂と光酸発生剤とを含む。光酸発生剤は、その後の露光段階で電磁放射線に曝されると、現像プロセスにおいてフォトレジストの溶解度を変化させる。電磁放射線は、任意の適切な放射線源、例えば、レーザ、電子ビーム、イオンビーム、または他の適切な電磁放射線源によって生成され得る。電磁放射線はまた、任意の望ましい波長、例えば、１９３ｎｍまたは他の適切な波長で選択される。

【0003】

露光段階では、フォトマスクまたはレチクルを使用して、基板の特定の領域を電磁放射線に選択的に曝露する。他の露光方法には、マスクレス露光方法などが含まれる。光への曝露により光酸発生剤が分解され、これにより酸が生成され、レジスト樹脂に酸の潜像が生じる。露光後、基板はペデスタル上に配置され、プロセスチャンバ内の露光後ベークプロセスで加熱される。露光後ベークプロセス中に、光酸発生剤によって生成された酸がレジスト樹脂と反応し、その後の現像プロセス中にレジストの溶解度を変化させる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ポストベークプロセス中に、フォトレジスト層は、最高摂氏４００度（℃）の温度に達することがある。レジスト樹脂の温度制御された反応は、約７０℃以下の温度になるまでレジスト樹脂中で続く。露光後ベークの後、基板をプロセスチャンバから取り出し、別の場所で冷却してレジスト樹脂中の反応を停止させる。しかしながら、冷却のために基板を離れた場所に移動させると時間がかかり、樹脂が思った以上に長く反応する可能性がある。

【0005】

したがって、基板上にレジストをパターニングするための改善された方法が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

露光後ベーク冷却動作を実行するための方法および装置が本明細書に記載される。本方法は、シャワーヘッドを有するプロセスチャンバにおいて、加熱された基板支持体上に配置された基板を露光後ベーキングすることによって開始する。加熱された基板支持体を移動させて、加熱された基板支持体とシャワーヘッドの冷却プレートとの間の距離を増加させる。基板は、基板昇降装置を使用して、加熱された基板支持体から分離される。基板を冷却されたシャワーヘッドの近くに移動させる。基板は、基板が約７０℃未満になるまで冷却される。基板は、基板昇降装置を使用して、冷却されたシャワーヘッドから離間され、ロボットによる除去のために基板を処理チャンバの基板移送通路と位置合わせする。

【0007】

本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を、実施形態を参照することによって得ることができ、実施形態のいくつかは添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は、例示的な実施形態のみを示しており、したがって、その範囲を限定するものと見なされるべきではなく、他の等しく有効な実施形態を認め得ることに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態による、処理チャンバの概略断面図である。

【図2】図１の処理チャンバ内で基板を処理する方法の流れ図である。

【図3A】図２に示す方法の冷却動作中に使用するのに適したペデスタルおよび基板の位置を示す図である。

【図3B】図２に示す方法の冷却動作中に使用するのに適したペデスタルおよび基板の位置を示す図である。

【図3C】図２に示す方法の冷却動作中に使用するのに適したペデスタルおよび基板の位置を示す図である。

【図3D】図２に示す方法の冷却動作中に使用するのに適したペデスタルおよび基板の位置を示す図である。

【図4】図３Ａ～図３Ｄに示すペデスタルおよび基板の位置を利用した、図２に示す方法の冷却動作の一例の流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指定するために同一の参照番号が使用されている。一実施形態の要素および特徴は、さらなる説明なしに他の実施形態に有益に組み込まれ得ることが企図される。

【0010】

本開示は、一般に、半導体基板の露光後ベーク中に使用するための装置および方法を対象とする。本明細書に開示される方法および装置は、基板の冷却に必要な時間を短縮することによって、半導体処理用途のフォトリソグラフィプロセスにおける露光解像度の向上を支援する。本明細書に記載の装置により、基板上のレジスト層の電界誘導ベーク後に基板をインシトゥで急冷することができる。本方法および装置により、基板を最高摂氏約４００度（℃）の温度から約７０℃以下の温度まで急速に（典型的には３０秒未満で）冷却することができる。

【0011】

本明細書に記載される「基板」または「基板表面」とは、一般に、処理が実行される任意の基板表面を指す。処理は、堆積、エッチング、パターニング、および半導体処理中に利用される他の方法を含む。処理され得る基板または基板表面は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、有機ケイ酸塩、および炭素ドープされた酸化ケイ素または窒化物材料などの誘電体材料も含む。特定の実施形態において、基板または基板表面は、フォトレジスト材料、ハードマスク材料、または基板のパターニングに利用される他の膜もしくは層を含む。基板自体は、いかなる特定のサイズまたは形状にも限定されない。本明細書に記載の実施形態は、一般的に円形の２００ｍｍまたは３００ｍｍの基板を参照して作製されるが、本明細書に記載の実施形態によると、多角形、正方形、長方形、曲線、さもなければ非円形の基板などの他の形状を利用することができる。

【0012】

図１は、一実施形態による、プロセスチャンバ１００の概略断面図を示す。プロセスチャンバ１００は、フォトレジストまたは化学的に改質されたレジスト層が配置された基板１５０に対して、電界誘導露光後ベーク動作を実行するように構成されている。しかしながら、他の適切に構成されたプロセスチャンバが、本明細書に記載の実施形態から利益を得ることができることが企図される。

【0013】

プロセスチャンバ１００は、下部チャンバ本体１２０に結合された上部チャンバ本体１１６を含む。上部チャンバ本体１１６と下部チャンバ本体１２０とは、互いに結合されて、プロセス容積１７０の少なくとも一部を画定する。基板支持体１３０は、プロセス容積１７０内に配置され、処理中に基板１５０を支持するために利用される。シャワーヘッドアセンブリ１１０は、基板支持体１３０の上方の上部チャンバ本体１１６の上に配置される。シャワーヘッドアセンブリ１１０は、他のガスが流れるプロセスが可能となるように構成された１つまたは複数の冷却プレートを含む。図１の例では、シャワーヘッドアセンブリ１１０は、複数の積層されたプレートを含み、そのうちの１つは、熱伝達流体を流す、および／または熱電装置を介するなどの温度制御技術を使用して冷却される。

【0014】

下部チャンバ本体１２０は、そこを貫通して配置された少なくとも１つの基板移送通路１６０を含む。移送通路１６０は、基板１５０をプロセス容積１７０の内外に移動させる移送ロボットがプロセス容積１７０にアクセスできるように構成されたスリットバルブドアを有してもよい。ポンピングライナが下部チャンバ本体１２０の半径方向内側に配置されてもよい。ポンピングライナは、ガスがポンプによって排気プレナムを介して除去されるように、排気プレナムとプロセス容積１７０とを接続する複数の開口部を含む。

【0015】

シャワーヘッドアセンブリ１１０は、基板支持体１３０の最も近くに配置された少なくとも１つの冷却プレートを含む。基板１５０は、ポストベークプロセス後の基板の調整、例えば冷却を支援するために、冷却プレートのすぐ隣に移動させることができる。

【0016】

図１に示す例では、シャワーヘッドアセンブリ１１０は、混合ブロック１０２、ガスボックス１０３、ガスディフューザー１０４、面板１０６、絶縁体１０８、および冷却されたイオン遮断プレート１１４を含む。混合ブロック１０２、ガスボックス１０３、ガスディフューザー１０４、面板１０６、およびイオン遮断プレート１１４のそれぞれには、それらを貫通して複数の孔が配置され、プロセスガスがプレートスタックを通して流れることができるようにしている。イオン遮断プレート１１４は、プロセス容積１７０に面する底面１４１を有する。図１に示す例では、イオン遮断プレート１０４は冷却され、基板支持体１３０のすぐ隣にあるが、他のシャワーヘッドでは、他のタイプの冷却プレートが基板支持体１３０の最も近くに配置されてもよい。

【0017】

混合ブロック１０２は、ＲＦ電極および／またはガスマニホルドとして機能することができる。プロセスガスは、ガス源１３６から混合ブロック１０２に供給される。混合ブロック１０２は、ガス流が均一になるようにソースガスの流れを方向転換する役割を果たすガスディフューザー１０４および面板１０６に電気的に結合されてもよい。本明細書のディフューザーまたはスクリーンのすべては、そのようなディフューザーまたはスクリーンがいずれも特定の電位に結合され得るため、電極として特徴付けられ得ることに留意されたい。絶縁体１０８は、混合ブロック１０２および面板１０６をイオン遮断プレート１１４から電気的に絶縁する。

【0018】

面板１０６、イオン遮断プレート１１４、および絶縁体１０８の表面は、ガス源１３６からのガスが存在し、混合ブロック１０２を介して面板１０６にエネルギーが供給されると、第１のプラズマが生成されるプラズマ生成領域１１１を画定する。面板１０６およびイオン遮断プレート１１４は、それらの間に形成されるプラズマのイオン密度を制御するために、異なる電圧電位に保持されてもよい。イオン遮断プレート１１４は、プラズマが通過する際にプラズマをフィルタリングして、イオンの濃度を低減する。

【0019】

プラズマに直接曝されるイオン遮断プレート１１４の部分は、セラミック（例えば、アルミナまたはイットリア）でコーティングされていてもよく、一方、プラズマに直接曝されない表面もセラミックでコーティングされていてもよく、有利には、反応性ガスおよび活性化核種に対する化学的耐性のために不動態化層で少なくともコーティングされる。

【0020】

イオン遮断プレート１１４は、本明細書に記載されるプレートスタックの底部プレートを構成する。イオン遮断プレート１１４は、プラズマがプロセス容積１７０からプレートスタックを逆流するのを防止するように構成されたシャワーヘッドである。イオン遮断プレート１１４はまた、イオン遮断プレート１１４を通過してプロセス容積１７０に入るプラズマ内のイオンの数を減少させるように構成される。イオン遮断プレート１１４の底面１４１は、プロセス容積１７０内に配置された基板支持体１３０の上面１３２に面している。

【0021】

イオン遮断プレート１１４は、イオンフィルタリングを行う選択性調節装置（ＳＭＤ）としての役割を果たす。プラズマが処理容積１７０に入るのを遮断しながら、制御された量のラジカルがイオン遮断プレート１１４を通過する。イオン遮断プレート１１４は冷却されている。イオン遮断プレート１１４は、冷却剤源１９０に接続された一体型チャネル１９２を有する。一体型チャネル１９２は、イオン遮断プレート１１４を螺旋状に貫通してもよい。冷却剤源１９０は、イオンが除去された水、グリコール、不活性で高性能のフッ素化熱伝達流体、または冷却剤として適した他の流体を提供することができる。交互にまたは追加的に、イオン遮断プレート１１４は、ペルチェ冷却素子などの熱電冷却デバイスを有してもよい。熱電冷却デバイスは、電気的に駆動され、イオン遮断プレート１１４に冷却（または加熱さえも）を提供することができる。

【0022】

イオン遮断プレート１１４（または基板支持体１３０に最も近いシャワーヘッドアセンブリ１１０の他の冷却プレート）の冷却は、イオン遮断プレート１１４を一定の温度に保つことによってイオン再結合効率を制御する。イオン遮断プレート１１４の上方のプラズマキャビティ内のプラズマは、イオン遮断プレート１１４の温度を上昇させる。この温度上昇により、再結合効率にばらつきが生じる。イオン遮断プレート１１４の温度制御により、実質的にこのばらつきがなくなる。

【0023】

低イオン密度プラズマに曝されている間、基板１５０は、基板支持アセンブリ１２６の基板支持体１３０部分に載置されている。基板支持体１３０は、基板の温度を制御するように構成された加熱ペデスタルである。基板支持アセンブリ１２６は、基板支持アセンブリ１２６を下部チャンバ本体１２０に接続するシャフト１２８およびベローズをさらに含む。ベローズは、プロセス容積１７０と外部環境との間にシールを形成する。１つまたは複数の裏側ガス源を基板支持アセンブリ１２６に結合して、裏側ガスを基板支持体１３０の上面１３２に供給することができる。

【0024】

電源および運動装置も、基板支持アセンブリ１２６に結合されている。電源は、ＡＣ電源またはＤＣ電源であってもよい。電源は、基板支持体１３０内の運動装置１４８および／または加熱デバイス１２９に電力を供給するように構成される。運動装置１４８は、基板支持アセンブリ１２６を上昇または下降させること、基板支持アセンブリを中心軸の周りで回転させること、または基板支持体１３０を傾斜させることなど、基板支持アセンブリ１２６の運動を可能にするように構成される。

【0025】

基板支持アセンブリ１２６は、基板昇降装置１３７をさらに有する。基板昇降装置１３７は、基板昇降装置１３７を上昇および下降させるための移動アセンブリ１３５に結合されている。基板昇降装置１３７は、移送ロボットから基板１５０を受け取るために上方位置まで上昇する。基板昇降装置１３７は、処理のために基板１５０を基板支持体１３０の上面１３２上に配置するために下降する。基板昇降装置１３７は、ロボットブレードから基板１５０を受け取り、基板を基板支持体１３０の上面１３２から基板支持体１３０の上方の上昇位置に移動させるためのリフトピン、フープ、エッジ支持リング、または任意の適切な装置であってもよい。一例では、基板昇降装置１３７は、複数のリフトピンである。リフトピンは、高い位置に移動して基板１５０を取り上げ、ピン上で基板１５０のバランスをとることができる。リフトピンは、処理中に基板１５０が加熱された基板支持体１３０と係合している間に、基板支持体１３０の上面１３２の下方へとリフトピン孔内に移動することができる。別の例では、基板昇降装置１３７は、ロボットブレード用の開口部を有するフープである。フープは、高い位置に移動して、基板１５０を取り上げ、基板１５０をその縁部に沿って保持することができる。フープは、処理中に基板１５０が加熱された基板支持体１３０と係合している間に、基板支持体１３０の上面１３２の溝内に移動することができる。

【0026】

上述の処理チャンバ１００は、制御装置１７８などのプロセッサベースのシステム制御装置によって制御され得る。例えば、制御装置１７８は、ガス源１３６を介して様々な前駆体ガスの流れを制御し、処理チャンバ１００内のプラズマ生成および流れを調整するように構成されてもよい。制御装置１７８はまた、プロセス容積１７０内に電界を生成するために、シャワーヘッドアセンブリ１１０および基板支持アセンブリ１２６の構成要素のうちの１つまたは複数への電圧の印加を変調および制御することによって、処理チャンバ１００内の電界生成のすべての態様を制御するように構成されてもよい。制御装置１７８は、基板プロセスシーケンスの様々な段階を制御するようにさらに動作する。

【0027】

制御装置１７８は、基板処理の制御を容易にするために処理チャンバ１００の様々な構成要素に結合された、電力供給装置、クロック、キャッシュ、入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路などの、メモリ１７４および大容量ストレージ装置、入力制御ユニット、および表示ユニット（図示せず）と共に動作可能なプログラマブル中央処理ユニット（ＣＰＵ）１７２を含む。制御装置１７８はまた、流れ、ＲＦ電力、電位などを監視するセンサを含む、処理チャンバ１００内のセンサを通して基板処理を監視するためのハードウェアを含む。基板温度、チャンバ雰囲気圧力などのシステムパラメータを測定する他のセンサも、制御装置１７８に情報を提供することができる。

【0028】

処理チャンバ１００ならびに関連付けられたプラズマおよび電界形成プロセスの制御を容易にするために、ＣＰＵ１７２は、様々なチャンバおよびサブプロセッサを制御するための、プログラム可能な論理制御装置（ＰＬＣ）などの産業環境で使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサのうちの１つであってもよい。メモリ１７４は、ＣＰＵ１７２に結合され、メモリ１７４は、非一過性であり、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスクドライブ、ハードディスク、またはローカルもしくはリモートの任意の他の形態のデジタルストレージなどの容易に入手可能なメモリのうちの１つまたは複数であってもよい。支持回路１７６は、従来のやり方でプロセッサを支持するためにＣＰＵ１７２に結合される。プラズマおよび電界形成ならびに他のプロセスは、一般に、典型的にはソフトウェアルーチンとしてメモリ１７４に記憶されている。ソフトウェアルーチンはまた、ＣＰＵ１７２によって制御されているハードウェアから遠隔に位置する第２のＣＰＵ（図示せず）によって記憶および／または実行されてもよい。

【0029】

メモリ１７４は、ＣＰＵ１７２によって実行されると処理チャンバ１００の動作を容易にする命令を含むコンピュータ可読ストレージ媒体の形態である。メモリ１７４内の命令は、本開示の方法を実施するプログラムなどのプログラム製品の形態である。プログラムコードは、いくつかの異なるプログラミング言語のうちのいずれか１つに準拠していてもよい。一例では、本開示は、コンピュータシステムと共に使用するためのコンピュータ可読ストレージ媒体上に記憶されたプログラム製品として実装されてもよい。プログラム製品のプログラムは、（本明細書に記載の方法を含む）実施形態の機能を定義する。

【0030】

特定の実施形態では、プログラムは、機械学習能力を具現化する。様々なデータ特徴には、処理時間、温度、圧力、電圧、極性、電力、ガス核種、前駆体流量などのプロセスパラメータが含まれる。特徴間の関係を識別し、定義することで、機械学習アルゴリズムによる分析が可能になり、データを取り込み、処理チャンバ１００によって実行されているプロセスを適合させることができる。機械学習アルゴリズムは、教師あり学習または教師なし学習技術を採用することができる。プログラムによって具現化される機械学習アルゴリズムの例としては、とりわけ、線形回帰、ロジスティック回帰、決定木、状態ベクトルマシン、ニューラルネットワーク、単純ベイズ、ｋ最近傍法、Ｋ平均法、ランダムフォレスト、次元削減アルゴリズム、および勾配ブースティングアルゴリズムが挙げられるが、これらに限定されない。一例では、機械学習アルゴリズムを利用して、ＲＦ電力および前駆体ガス流を変調してプラズマを形成し、次いで、イオンよりも高い濃度のラジカルを含む低イオン密度プラズマの維持を促進する。荷電核種のこのような形成は、荷電核種雲の成分（例えば、ラジカルおよび／またはイオン）を識別し、チャンバプロセスまたは装置特性を変更して、イオン遮断プレート１１４と基板支持体１３０との間の電界結合媒体として望ましい特性を示す荷電核種雲を形成および維持することによって、改良および改善されてもよい。

【0031】

例示的なコンピュータ可読ストレージ媒体には、（ｉ）情報が恒久的に記憶される書き込み不能ストレージ媒体（例えば、ＣＤ－ＲＯＭドライブによって読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭディスク、フラッシュメモリ、ＲＯＭチップ、または任意のタイプの固体不揮発性半導体メモリなどのコンピュータ内の読み取り専用メモリデバイス）、および（ｉｉ）変更可能な情報が記憶される書き込み可能なストレージ媒体（例えば、ディスケットドライブ内のフロッピーディスク、またはハードディスクドライブ、または任意のタイプの固体ランダムアクセス半導体メモリ）が含まれるが、これらに限定されない。このようなコンピュータ可読ストレージ媒体は、本明細書に記載の方法の機能を指示するコンピュータ可読命令を担持する場合、本開示の実施形態である。

【0032】

図２は、一実施形態による、図１の処理チャンバ内で基板を処理する方法２００の流れ図である。基板１５０は、ロボットブレード上で処理チャンバ１００の処理容積１７０内に導入される。冷却されたイオン遮断プレート１１４（または基板支持体１３０に最も近いシャワーヘッドアセンブリ１１０の他の冷却プレート）は、基板１５０が処理チャンバ１００に入ってきて、まだロボットブレード上に載置されているときに、基板１５０が過熱しないようにするのに役立つ。これは、フィールドオン遅延を低減または完全になくすための重要な利点であり、すなわち、基板１５０が基板支持体１３０と係合しているときに、基板１５０が所望の温度に達しているが、まだベーキング温度より低い場合に、ＡＣまたはＤＣあるいはその両方のフィールドが印加される。方法２００は、動作２０２中に、プラズマ生成領域１１１などの第１のプラズマ形成領域に第１のガスを流すステップを含む。第１のガスを第１のプラズマ形成領域に流した後、別の動作２０４中に、プラズマ生成領域１１１内に第１のプラズマが形成される。プラズマは、第１のイオン密度を有する。第１のイオン密度プラズマは、第１のプラズマ内のイオン密度が約１０⁵イオン／ｃｍ³～約１０¹⁰イオン／ｃｍ³であるような高イオン密度プラズマである。

【0033】

動作２０６中、第１のプラズマ内のイオンは、イオン遮断プレート１１４によって還元されて、第２のプラズマを形成する。第２のプラズマは、任意で、別の動作中に第２のガスと混合されてもよい。動作２０８中、第２のガスは、第２のプラズマと混合される。第２のプラズマは、第１のプラズマの第１のイオン密度よりも低い第２のイオン密度を有する。第２のプラズマは、低イオン密度プラズマとして記述され、約１０³イオン／ｃｍ³～約１０⁷イオン／ｃｍ³のイオン濃度を有する。動作２１０において、第２のプラズマがイオン遮断プレート１１４を通過すると、イオンが除去されて、第２のプラズマ内のイオンに対するラジカルの比率がより高くなる。第２のプラズマは、約１２０℃～約２５０℃の温度に加熱される。

【0034】

動作２１０において、第２のプラズマは、イオン遮断プレート１１４の開孔を通って、イオン遮断プレート１１４と基板支持体１３０／基板１５０との間のプロセス容積１７０内に流れる。イオン遮断プレート１１４と基板支持体１３０との間の電圧差は、約０Ｖ～約２００Ｖ、例えば約１０Ｖ～約１５０Ｖである。電圧源２６０は、ＤＣ電圧、または約０ｋＨｚ～約７．５ｋＨｚのＡＣ電圧などの約７．５ｋＨｚ以下の周波数を有するＡＣ電圧が印加され得るように、ＡＣ／ＤＣ波形制御をさらに含むことができる。一部の実施形態では、ＡＣ波形は、信号ピークが約０Ｖを中心としないように、ＤＣオフセットを有してもよい。プロセス容積１７０内の圧力は、約０．５Ｔｏｒｒ～約１０Ｔｏｒｒ、例えば約０．５Ｔｏｒｒ～約８Ｔｏｒｒ、例えば約１Ｔｏｒｒ～約５Ｔｏｒｒである。

【0035】

第２のプラズマは、プロセス容積１７０内にある間は荷電核種雲であり、その結果、第２のプラズマ内のイオンの濃度は、イオン遮断プレート１１４を通過してプロセス容積１７０に入る間に低減される。荷電核種雲内のラジカルは、イオン遮断プレート１１４と基板支持体１３０との間に形成された電界によって制御される。電界は、イオンまたは電子密度が約１０⁴イオン／ｃｍ³～約１０⁶イオン／ｃｍ³となるように、第２のプラズマ内のイオン密度を制御するのを支援する。荷電核種雲内の荷電イオンは、それぞれ約１ｅＶ未満のイオン温度を有し、したがって、基板１５０上に配置されたフォトレジストへの影響が低減されるとともに、基板支持体１３０の上方にダークプラズマを形成する。ダークプラズマは、フォトレジストが露光後ベーク動作中に同時露光プロセスを受けないという点で有益である。第２のプラズマがプロセス容積１７０内に流されて荷電核種雲を形成するのと同時、またはその直後のいずれかに、上面１３２上の基板は、動作２１０中に約７５℃～約４００℃、例えば約１００℃～約２５０℃の温度でベーキングされる。

【0036】

動作２１２でのベーキング後、基板１５０は、約７０℃未満の温度まで急速に冷却され、ベーキングの継続がフォトレジストに悪影響を与えるのを遅らせるまたは軽減する。例えば、基板１５０は、約７０℃未満の温度に冷却されてもよい。別の例では、基板１５０は、３０秒以内に約７０℃未満の温度まで冷却される。冷却をプロセスチャンバ内でインシトゥで実行することによって、基板１５０をロボットによってプロセスチャンバ１００の外側の冷却位置に搬送する従来のプロセスと比較して、冷却をはるかに速く実行することができる。基板１５０の急速冷却は、プロセスチャンバ１００内に残したまま、基板を加熱された基板支持体１３０から除去することによって促進される。基板１５０を急速に冷却するための方法および装置は、図３Ａ～図３Ｄおよび図４に関して以下に開示される。

【0037】

図３Ａ～図３Ｄは、図２に示す方法２００の冷却動作２１２中に処理チャンバ内の基板を冷却するのに適した様々なペデスタルおよび基板の位置を示す。図４は、冷却動作２１２の一例の流れ図であり、この動作は、インシトゥ基板冷却が望ましい場合に、上述の方法２００に加えて、他のプロセスと共に代替として使用することもできる。図４の冷却動作２１２は、図３Ａ～図３Ｄに示すペデスタルおよび基板の位置を参照して説明される。

【0038】

図３Ａは、基板支持体１３０が下降位置（想像基準線３３０によって示される）にあり、基板昇降装置１３７がロード／アンロード位置（想像基準線３２０によって示される）にあることを示す。基板昇降装置１３７のロード／アンロード位置は、移送通路１６０と位置合わせされ、ロボット（図示せず）が基板を取り上げて、移送通路１６０を通して基板昇降装置１３７上に配置することができるようにする。基板１５０は、基板昇降装置１３７上にある間に、基板昇降装置１３７によって基板支持体１３０の上面１３２の上方に第１の距離３６２だけ持ち上げられる。

【0039】

図３Ａはまた、基板１５０が、基板昇降装置１３７によって基板支持体１３０の上面１３２から第１の距離３６２だけ上方に持ち上げられたことを示す。基板１５０は、イオン遮断プレート１１４（または基板支持体１３０の最も近くに配置されたシャワーヘッドスタックの他の冷却プレート）の底面１４１（想像基準線３１０で示す）から第２の距離３６４だけ下方に配置される。

【0040】

図３Ｂは、基板支持体１３０が上昇位置、すなわち処理位置（想像基準線３３２によって示される）にあることを示し、基板昇降装置１３７は、基板１５０が基板支持体１３０の上面１３２上に載置されるような後退位置にある。基板１５０は、ベーキングのための位置において、イオン遮断プレート１１４に近接している。イオン遮断プレート１１４の底面１４１と基板支持体１３０の上面１３２との間の第３の距離３６６は、約２ｍｍ～約２０ｍｍ、例えば約５ｍｍ～約１５ｍｍ、例えば約１０ｍｍ～約１５ｍｍである。

【0041】

図３Ｃは、基板支持体１３０が（想像基準線３３０によって示されるような）下降位置にあることを示しており、基板昇降装置１３７は、ポストベーク冷却位置、すなわち、イオン遮断プレート１１４の底面１４１に最も近い位置にある。基板１５０は、基板昇降装置１３７によって基板支持体１３０の上面１３２から第４の距離３７２だけ上方に持ち上げられている。基板１５０は、イオン遮断プレート１１４の底面１４１から第４の距離３６８にある。第４の距離３６８は、イオン遮断プレート１１４（または基板支持体１３０に最も近いシャワーヘッドアセンブリ１１０の他の冷却プレート）によって提供される冷却機構で基板を冷却するのに適している。一例では、イオン遮断プレート１１４からの基板１５０の第４の距離３６８は、約２ｍｍ以下、例えば約１ｍｍである。

【0042】

図３Ｄは、基板１５０をロボットで移送通路１６０の外に移動させるために、基板支持体１３０が下降位置３３０に戻り、基板昇降装置１３７がロード／アンロード位置３２０にある状態を示す。

【0043】

図４の流れ図に示される冷却動作２１２は、方法２００または基板をベーキングする他の方法の動作２１０の完了後に（または一般に、プロセスチャンバ１００または他のチャンバ内で実行される別のプロセスの前、最中、または後に基板がインシトゥ冷却を必要とするときに）開始する。図３Ａに示されるように、方法２００の動作２０２の前に、基板支持体１３０は、基準線３３０によって示される下降位置にあり、基板昇降装置１３７は、基準線３２０によって示されるロード／アンロード位置にある。方法２００の動作２０２～２１０の間、基板支持体１３０は、図３Ｂに示されるように、基板１５０が基板支持体１３０の上面１３２上に載置されるように基板昇降装置１３７が後退した状態で、基準線３３２によって示される処理位置にある。動作２１０の完了後、基板１５０は動作２１２において冷却される。

【0044】

動作２１２において、加熱された基板支持体１３０は、加熱された基板支持体と冷却されたイオン遮断プレート１１４（または基板支持体１３０に最も近いシャワーヘッドアセンブリ１１０の他の冷却プレート）との間の間隙を増加させるように移動する。加熱された基板支持体１３０、したがってその上に配置された基板１５０は、最高約４００℃などの、７０℃を超える温度である場合がある。基板１５０は、曝露中に生じる化学反応を支援するために、ベーキング動作２１０中に７０℃を超える温度にある。

【0045】

動作４２０において、加熱された基板支持体１３０は、基板１５０から離間される。一例では、基板昇降装置１３７は、加熱された基板支持体１３０に対して伸長されて、基板１５０を加熱された基板支持体１３０から離間させる。基板を離間させると、一部の例では、基板１５０をシャワーヘッドスタックの冷却された最も下のプレート、この場合はイオン遮断プレート１１４に向かって移動させることができる。このようにして、基板支持体１３０から基板１５０への熱伝達が大幅に低減される。

【0046】

動作４３０において、基板１５０を冷却されたシャワーヘッドの近くに移動させ、冷却されたイオン遮断プレート１１４を通るガス流を任意で増加させる。一例では、基板１５０を冷却されたシャワーヘッドから約２ｍｍ未満の範囲内に移動させる。基板１５０は、ベーキング動作よりも冷却動作の方がイオン遮断プレート１１４に近い。一例では、基板は、ベーキング動作中よりも冷却動作中の方がイオン遮断プレート１１４に５倍近い。冷却されたイオン遮断プレート１１４の温度は、基板１５０を冷却するための冷却流体および／または熱電装置によって制御されてもよい。加えて、基板１５０の冷却を支援するために、シャワーヘッドアセンブリ１１０を通してガスまたは冷却されたガスさえも流すことができる。処理チャンバ１００内の基板１５０をより速く冷却するために、ガスの圧力およびまたは流れが調整されてもよい。一例では、基板を冷却するために利用されるガスは、ベーキング中に提供されるガスまたは混合ガスとは異なる。一例では、基板を冷却するために利用されるガスは、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、または不活性ガスであり、これらは、基板１５０の冷却を支援するために、冷却されたイオン遮断プレート１１４を通して圧力下で導入され得る。

【0047】

動作４４０において、基板１５０は、約５０℃～約７０℃などの、約７０℃未満の温度に冷却される。基板１５０は、加熱された基板支持体１３０から離れるように持ち上げられている間に、冷却されたイオン遮断プレート１１４によって冷却され、これにより、基板１５０を動作２１０におけるベーキング温度から約７０℃未満の温度まで冷却するのに必要な時間が短縮される。冷却プレートに対する離間と近接性とを組み合わせることにより、冷却ガスの存在と共に、従来の技術と比較して基板１５０の冷却が加速される。一実施形態では、基板は約２０秒で約４０℃まで冷却される。基板１５０は、温度センサによって、またはこの動作を完了するための方策によって監視されてもよい。

【0048】

動作４５０において、基板昇降装置１３７を使用して、基板１５０を、冷却されたシャワーヘッドから離れるように、移送ロボットによる除去のために処理チャンバ１００の移送通路１６０と位置合わせされた図３Ａに示すロード／アンロード位置３２０に移動させる。

【0049】

本明細書では、基板をベーキングするためにプロセス容積内で基板の上方に低イオン密度プラズマを形成し、ベーキングプロセスを停止するために基板をインシトゥで急速冷却するための装置および方法が記載されている。有利には、膜の完全性を確保にするために、ベーキングプロセスを迅速に停止することができる。さらに、本装置および方法により、基板移送時間に関する懸念や、プロセスチャンバの外側に冷却ペデスタルを配置する必要性がなくなる。

【0050】

上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他のおよびさらなる実施形態が考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【国際調査報告】