[发明专利]包含低热质量导热烘烤盘的合成烘烤/冷却装置

说明书

本发明涉及一种通过温度特性加工工件的系统和方法，其中温度特性最好至少包括一个加热阶段和/或至少一个冷却阶段。具体地说，本发明涉及一种烘烤/冷却装置，该装置通过温度特性加工工件，温度特性主要包括在温度从一个平衡温度变到另一个平衡温度时以迅速地响应将工件保持在一个或多个精确的平衡温度。

许多产品的制造需要对温度和温度范围做精确地控制。例如，诸如集成电路、平板显示器、薄膜头等微电子装置的制造包括把一些材料层如光阻材料层施加到衬底(如集成电路中的半导体薄片)的表面。具体地说，在加工过程中必须先烘烤再冷却光阻材料以凝固或固化光阻材料的选取部分。烘烤和冷却必须精确地控制在准确的温度限度之内以确保光阻材料的选取部分以较好的分辨度恰当地设置。其它含有准确地温度限度的生产和加工包括医学产品的生产和加工，包括药品的制备、设备的消毒和生物工程；加速的生物活体测试法；注模操作；压电装置、摄影胶片的加工；诸如溅射和镀膜加工的材料沉积加工；微机械制造；喷墨打印；燃料喷射等等。

微电子装置的烘烤和冷却操作主要包括通过理想的温度特性循环工件，工件保持在升高的平衡温度、再冷却到较低的平衡温度，并/或经过平衡温度之间变斜率(以℃/s为单位)的温度斜线。为了达到烘烤和冷却，已知的烘烤/冷却操作包括单独的烘烤和冷却盘，单独的烘烤和冷却盘需要利用工件传输机构以便从一个盘向另一个盘举递工件。这种方法存在一些缺点。首先，在烘烤和冷却盘之间传递时的工件温度不能控制。第二，不能精确地控制完成烘烤/冷却过程所需的整个时间，因为向各个盘移来送往所需的时间是变化的。第三，所需的移动花费时间并因而降低制造过程的产量。第四，因为从一个盘向另一个盘传输工件期间需要额外的组件处理工件，所以设备的成本比实际必需的高。第五，从一个盘向另一个盘的机械运动导致工件可能被污染。所以希望能够不需要从一个烘烤盘向分离的冷却盘或从冷却盘向分离的烘烤盘举递工件就能够达到工件的烘烤和冷却。

烘烤主要包括把工件加热到一个特定升高的平衡温度并再在特定的平衡温度下保持确定的时间。制造加工的产量受工件可被加热到平衡温度的速率影响。较慢的温度等变率需要较长的时间达到温度平衡并因此导致较低的制造产量。类似地，冷却主要包括把工件从较高的温度降温到较低的冷却平衡温度。另外，较低的冷却率需要较长的时间完全冷却并因而还导致较低的制造产量。因此，为了提高产量，希望提高工件温度在烘烤/冷却期间的变化速率，使得工件可以较快地到达加热或冷却温度。还希望能够精确地控制工件温度在烘烤和冷却期间的变化速率。

既使烘烤和冷却速率提高，仍需要精确度控制工件在整个/冷却过程中的温度，以确保满足工件制造所规定的精确温度。例如，如果冷却和/或烘烤速率高达1℃/s～50℃/s，尤其是5℃/s～15℃/s时，则需要控制方法足够灵活以能够控制与这种迅速的温度变化匹配的工件温度。当前用于加热器控制的常规的控制方法总的缺乏依据需求的灵活性，不能够保持具有这种能力的烘烤/冷却状态。

关于微电子装置的制造，通行的方法包括使用较大型的烘烤盘。大型烘烤盘一般需要较长的时间周期，如高达30分钟，以便从一个温度变到一个新的平衡温度。因此，为了避免必需要等如此之长的时间来改变烘烤温度，通行的方法通常包括使用多个设置在不同的平衡温度的烘烤盘、把工件从一个烘烤盘传递到下一个的工件处理器和固定的慢的温度等变率。

本发明提供的系统和方法使得能够在宽的温度范围如0℃～350℃的温度曲线上迅速地轮转工件而无需在分离的烘烤和冷却机构之间举递工件。本发明的系统和方法有利于处理加工微电子装置，如平板显示器，用于计算机盘驱动器的薄膜头，和半导体器件；包括药品的制备、设备的消毒和生物工程、加速的生物活体测试法的医学产品的生产和加工；注模操作；压电装置、摄影胶片的加工；诸如溅射和镀膜加工的材料沉积加工；微机械制造；喷墨打印；燃料喷射等等。

本发明的系统和方法最好用于处理微电子装置。在这方面，本发明以/冷却系统形式的实施例具体地用做一个组合到Chaska,Minnesota的FSI国际有限公司制造的POLARIS微刻簇中的组件。POLARIS微刻簇是一种包括多个工作站的工具簇，用于制作形成在半导体薄片衬底上的集成电路。POLARIS微刻簇的特点在1996年11月1日的“POLARIS2100/2200微刻簇产品规格506026-001Rev.A”中做了描述，该公开的内容在此引为参考。