包含低热质量导热烘烤盘的合成烘烤/冷却装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术部分基于在烘烤和冷却操作期间利用低热容的导热加热元件（２０）支撑工件，例如微电子器件，这一原理。把工件支撑在一个表面上的同时，可以使加热元件的另一个表面与相对大热质量的冷却元件热接触或脱离热接触，以便很容易地在烘烤和冷却之间转换。简单的机制在于既可以将加热元件（２０）和冷却盘（２６）分开以实现最迅速地加热，也可以把加热元件和冷却盘结合在一起以实现最快的冷却。这种方法完全消除了对依赖于工件处理机构以便把微电子器件从加热元件举递到分开的冷却盘的需要。这种方法还可以在微电子期间之下从一个方向进行冷却和烘烤。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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，本专利技术涉及一种烘烤/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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的系统和方法最好用于处理微电子装置。在这方面，本专利技术以/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。本专利技术使得温度特性、烘烤的平衡温度和冷却的平衡温度有精细、灵活的规定。例如，当系统用于处理形成在半导体薄片衬底(也称作“半导体器件”)上的集成电路时，可以把整个工件的温度均匀性控制在0.2℃的平衡状态，并且整个时间的平均工件温度控制在0.01℃。本系统显著地简化，同时在烘烤/冷却能力和性能方面提出了实质性的改进。本专利技术的部分以这一原理为基础在烘烤和冷却操作器件用低热质量热导盘支撑工件，如半导体器件。盘的一个表面支撑工件，另一个表面可以进入或脱离与较热的大型冷却盘的接触，从而很容易地在烘烤和冷却操作之间转换。简单的机构都是需要物理地分开烘烤盘和冷却盘以实现最快的加热，或者简单的机构邻接烘烤盘和冷却盘以实现最快的冷却。这种方法完全消除对依赖工件处理机构以便把工件从一个烘烤盘举递到分离的冷却盘的需要。这种方法还使得能够在半导体器件以下的方向产生冷却和烘烤。在优选实施例中，冷却器件烘烤盘放在冷却盘的顶部，并在烘烤器件按照情况的许可升高或降低一个或两个这种组件以将其分开。烘烤和冷却结构的转换可以很迅速地完成，速度最快达到几分之一秒至两秒。烘烤盘最好是较薄的片状加热元件的形式，有相对的主表面并且热输出量可以控制。这类低热质量的烘烤盘在烘烤和冷却期间具有优势。在冷却期间，当烘烤盘放置成与冷却盘热接触时，冷却盘的冷却效果迅速通过经烘烤盘的导热作用到半导体器件。因而工件通过烘烤盘适当地冷却，不用向曾经必须将工件移开烘烤盘并传递到冷却盘那样。在烘烤期间，低热质量也能使加热率快达1℃/s～50℃/s，最好是5℃/s～15℃/s。不仅温度响应如此之快，而且烘烤期间的温度曲线也可以是具有除了灵活性和精确性以外的任何所需数目的温度阶段和温度斜坡的形状。在优选实施例中，本专利技术采用动态的“冷却推进”法把工件迅速地冷却或加热到所需的冷却或加热平衡温度。根据与冷却相关的本专利技术的一个具体的优选实施模式，“冷却推进”包括停止进一步的冷却并通过在保持烘烤盘与冷却盘热接触的同时给烘烤盘增加足够的热量而将工件非常容易和简单地保持在所需的平衡温度。根据与烘烤相关的本专利技术的一个具体的优选实施模式，“冷却推进”包括停止进一步的烘烤并通过在保持烘烤盘与冷却盘热接触的同时减少烘烤盘的功率输出而将工件非常容易和简单地保持在所需的平衡温度。在烘烤和冷却期间，根据实际情况动态监测工件温度，使得当达到所需的平衡温度时停止额外的冷却或加热。冷却推进法与常规的方法相比不仅减少加工时间多达33％，而且还在精确的已知温度下停止工件加工。在优选实施例中，烘烤盘可以与一个框架元件结合，例如，在半导体器件的加工中该框架元件是环形框架，在烘烤和冷却时框架保温工件。框架元件拥有很多优点。首先，工件装配到框架元件的内部空间，这有助于确保与设置在烘烤盘中的底下的加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于控制工件温度的装置，包括：（ａ）一个低热质量、导热的加热元件，该加热元件有一个适于支撑与加热元件热接触的工件的支撑表面，烘烤期间热能可以从加热元件传递到工件；和（ｂ）一个高热质量的冷却元件；和其特征在于该装置至少在冷却元 件与加热元件保持热接触的第一结构中有效地支撑加热元件和冷却元件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：基思H阿姆斯特朗，克芬G坎普，法奎弗朗克良，纳塔拉詹拉曼南，
申请(专利权)人：FSI国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]