JP2004104069A

JP2004104069A - 半導体デバイス製造のためのベーク装置

Info

Publication number: JP2004104069A
Application number: JP2003017747A
Authority: JP
Inventors: Chang-Ju Yun; 尹　昌　株
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2004-04-02
Also published as: US20040048219A1; KR100475737B1; KR20040023231A; US6808391B2

Abstract

【課題】チャンバ内部の温度雰囲気が迅速に形成されると共にウェハのＣＤ均一性を改善することができる半導体デバイス製造のためのベーク装置を提供する。
【解決手段】ウェハＷの装着されるホットプレート１１が内部に具備されるチャンバ１０と、チャンバ１０の上部を閉じるためのカバー２０と、カバー２０の内側面に具備される垂直放射率係数の低い材質の薄膜３０と、からなる。
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、半導体デバイス製造のためのベーク装置に係るものであり、詳しくは、チャンバにおいてホットプレートに対向する内側上部面に垂直放射率係数が低く且つ研磨により鏡面処理された薄膜を形成することにより、チャンバ内部の温度雰囲気、即ち、工程雰囲気が迅速に形成されると共に、ウェハのＣＤ（クリティカルディメンション）の均一性（ＣＤ散布）を改善することができる半導体デバイス製造のためのベーク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体装置が高集積化され回路パターンのサイズが一層微細化されるに従い微細パターンのサイズに影響する各種パラメーターの管理がさらに厳しくなっている。特に、半導体デバイス製造工程中でもフォト工程は微細パターンのサイズに直接的に影響する。このようなフォト工程では、ウェハ上に微細パターンを形成するためにウェハ上にフォトレジストを塗布し、レチクル（ステッパーなどの露光装置に用いられるフォトマスク）に形成された回路パターンを伝写するために、塗布されたフォトレジストを露光し、露光されたフォトレジストを現像する一連の工程が実行される。
【０００３】
ここで現像工程では、フォトレジストの露光されたウェハに現像液を撒布し、フォトレジストの性質に従って、露光された部分を除去し露光されていない部分をパターンとして残すか、反対に露光された部分をパターンとして残し露光されていない部分を除去する。次に、ウェハに純水を撒布して、残存する現像液をリンスした後にポストベークユニットにウェハを移送してウェハを所定の温度（ベーク温度）でベーキング処理する。以下、説明のために、このようなベーキングを行う装置をベーク装置といい、ベーキングを行う工程をベーク工程という。
【０００４】
このようなベーク工程においては、通常チャンバ内のホットプレート上にフォトレジストが塗布されたウェハを装着して所定の温度でフォトレジストをベークするチャンバ式ベーク装置（ベークチャンバ）を用いる。
【０００５】
このようなベーク装置を用いて微細パターンをパターニングする場合、フォトレジストのベーク温度の均一性が写真工程及び食刻工程のときに大きな影響を与えるため、最近では、フォトレジストのベーク温度を面内方向で均一に維持することが求められている。
【０００６】
即ち、ウェハがチャンバ内に実装されたときに、ウェハの温度を一定温度（ベーク温度）まで短時間で達することができる点と、温度の誤差が少なく面内方向で均一な温度分布をもつように所定のベーク温度にウェハを維持することができる点とが半導体素子の収率に直接的な影響を与えるため、精密な温度調節と、より速い温度補償とがなされるベーク装置が求められている。
【０００７】
しかし、現在のベークチャンバは図５に示すようにチャンバ１０の内部に具備されるホットプレート１１の上部面にウェハＷを装着して所定の温度で加熱することによってパターンを形成している。したがって、一般のパターンを形成する場合には特別な問題が発生しないが、微細な直径のコンタクトホールを形成する場合又は特に熱に敏感なフォトレジストを用いる場合には、ＣＤ不良が招来されるという問題点があった。
【０００８】
又、現在、ホットプレート１１と相対するように置かれてチャンバの上部を閉じるためのカバー２０の内側面は、通常では酸化処理されており、その表面が粗く形成されている。このような表面処理によって、ホットプレート１１の面内での均一な温度分布がなされるようにしている。
【０００９】
ホットプレート１１での温度分布では、センター部位の温度が一番低い値を示す。したがって、ウェハＷでも図６に示すように他の部位Ｔ，Ｌ，Ｒ，Ｆに比べセンター部位ＣでのＣＤが過度に低く現れて、ＣＤ均一性が悪化して、微細パターンの形成時に不良が発生するといった問題点があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、ホットプレートの直上部側で、チャンバの内壁面を垂直放射率の低い材質で構成することによって、ベーク工程を実行するときにチャンバ内部の工程雰囲気を安定させ、且つＣＤの線幅のばらつきを減少させてＣＤ均一性を高めることにある。
【００１１】
又、本発明の目的は、チャンバの内部雰囲気を短い時間に安定化させて工程実行時間を短縮させることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため本発明は、ウェハの装着されるホットプレートが内部に備えられるチャンバと、前記チャンバの上部を閉じるためのカバーと、前記カバーの内側面に具備される垂直放射率係数の低い材質の薄膜と、から構成される。
【００１３】
前記薄膜は、前記チャンバの内部に具備されるホットプレートの直上部側で、前記カバーの内側上部面に形成される。
【００１４】
又、前記薄膜の表面は、研磨により鏡面処理されている。そして、前記薄膜は垂直放射率係数が０．０２乃至０．０５になるようにし、このような垂直放射率係数を有する金属であることが望ましい。特に、薄膜は、有機物による腐食に強い材質、すなわち有機物による腐食に耐性を有する材質からなることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて詳しく説明する。
【００１６】
フォト装備として、ウェハを搬送する搬送路の周りに多数の処理ユニットが配置される。前記搬送路にそってウェハを各ユニットに搬送することにより、各ユニットにおいて必要な工程が実行される。
【００１７】
即ち、ウェハはキャリアに収納されて裁置台上にローディングされ、ローディングされるウェハはメインアーム機構により搬送路にそってＨＭＤＳ（Ｈｅｘａ−Ｍｅｔｈｙｌ　Ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ：（ＣＨ_３）_３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ_３）_３）ユニットに提供され、ＨＭＤＳユニットでウェハはアドヒージョン（ａｄｈｉｓｉｏｎ）処理される。ここで、ＨＭＤＳユニットでのアドヒージョン処理とは、たとえば、ＨＭＤＳを蒸気状に塗布してレジスト膜とウェハとの密着性の向上を目的とした処理であり、密着性強化材塗布処理と呼ばれる。
【００１８】
次いで、ウェハはクーリングユニットで常温に冷却された後、塗布ユニットに移送され、塗布ユニットでウェハをスピンチャックに固定して回転しながらウェハ表面にフォトレジスト溶液を撒布して、均一な厚さにフォトレジストが塗布されるように処理が実行される。
【００１９】
ウェハは再びフリーベークユニットに移送されて、略１００℃程度に所定時間置かれて、ソフトベークされる。この過程でフォトレジスト膜に含められた溶剤を揮発させて膜質を安定化させる。ウェハは再びクーリングユニットに移送されて常温で冷却され、ステッパーに移送され、ステッパーでフォトレジスト膜は露光処理される。
【００２０】
その後、ウェハはＷＥＥ（Ｗａｆｅｒ　Ｅｄｇｅ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ：ウエハエッジ露光）ユニットに移送されてウェハのエッジ部位を露光した後、露光されたウェハはＰＥＢ（Ｐｏｓｔ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ　Ｂａｋｅ）ユニットに移送されて所定温度で所定時間置かれて、この間にベーキング処理される。
【００２１】
ベーキングされたウェハはクーリングユニットに移送されて常温で冷却した後、現像ユニットに移送されて、フォトレジストの露光されたウェハに現像液を撒布して、フォトレジストの性質に従って、露光された部分を除去し露光されていない部分をパターンとして残すか、或いは反対に露光された部分をパターンとして残し露光されていない部分を除去する。次いで、ウェハに純水を撒布してウェハ上に残存する現像液をリンスした後にポストベークユニットにウェハを移送する。
【００２２】
そして、ベークユニット（ベーク装置）ではウェハを所定温度でベーキング処理する。このようなベーキング処理は残されたフォトレジストを硬化させて、耐薬品性を向上させるためのものである。ベーキング処理されたウェハはクーリングユニットに移送されて常温で冷却された後に裁置台のウェハキャリアにアンローディングされる。
【００２３】
上述のような一連の工程実行過程は従来と同じである。
【００２４】
但し、ウェハ上に形成されたコンタクトホールの部分が漸次に小さいサイズをもつようにしつつ最終的に必要とされるサイズのコンタクトホールを具現するためには、何度にも亘って複数回のベーキング処理を実行することが必要となっている。
【００２５】
即ち、ベーキング処理を何度も実行すると、コンタクトホールの上段部外周縁部がベーキングによる効果によって漸次に陥没される。この結果、より小さい直径のコンタクトホールを形成させるのである。
【００２６】
このような一連のフォト工程において現像後にウェハをベーキング処理するベークユニットは通常、図１に示すような構成からなる。
【００２７】
図示したように本発明の図面では従来の構成と同一な構成に対しては同じ符号を付する。
【００２８】
図１に示されるとおり、本発明のベークユニット（ベーク装置）は大きくわけて、チャンバ１０とカバー２０からなる。ここで、チャンバ１０は内部にホットプレート１１を備え、該ホットプレート１１の上部面にウェハＷが装着（安着）される構成となっている。
【００２９】
チャンバ１０の内部に具備されるホットプレート１１は、ヒーター（図示せず）により加熱される構成をしており、そのホートプレート１１の上部面にウェハＷが装着される。このようにして、現像されたパターンをベーキング処理して必要なパターンが形成されることとなる。
【００３０】
そして、カバー２０はチャンバ１０の開放された上部（すなわち、ホートプレート１１の本体からみてウェハが置かれている方向の部分）を密閉する構成をしている。たとえば、該カバー２０は通常チャンバ１０と同じ材質で構成される。
【００３１】
このような構成は従来の構成と類似している。但し、本発明はこのような構成においてカバー２０の構成、特にカバー２０の内側面を改善させるのにその特徴がある。
【００３２】
言い換えれば、チャンバ１０でベーク工程が実行される内部空間中でカバー２０の内側面の表面に、垂直放射率係数εの低い材質の薄膜３０が具備されることを本発明の一番の特徴としている。
【００３３】
特に薄膜３０はホットプレート１１の直上部側で、ホットプレート１１に載置されたウェハＷと相対するように、チャンバ１０の内側上部面に形成されることが好ましい。そして、前記薄膜３０の垂直放射率係数εは０．０２乃至０．０５の範囲が適当であり、特に、垂直放射率係数εが０．０２乃至０．０５の金属であることが望ましい。また、この薄膜３０の表面は研磨により鏡面処理されていることが最も好ましい。
【００３４】
たとえば、薄膜３０として適当な材質はアルミニウムであり、鏡面処理されたアルミニウム薄膜（ホイル）をカバー３０の内側上部面に付着するのがよい。
【００３５】
図２は、本発明の薄膜３０に適用される金属材質の垂直放射率係数を図示している。
【００３６】
図２に示すように、アルミニウムであっても、酸化され、またはその表面が研磨されていなくて鈍くなったアルミニウムは、よく研磨され又は鏡面処理されたアルミニウムに比べて、垂直放射率が相対的に高く現れる性質をもつ。したがって、薄膜３０として、上述した適切な垂直放射率係数の材質を選択する見地からは、よく研磨されたものを使用するのがよい。また、薄膜３０として、アルミニウムのほかにも黄銅、銅、又は金などの材質を使用することができ、このような材質を用いる場合であっても、研磨されたものを使用するのが最も好ましい。
【００３７】
本発明の薄膜３０は、カバー２０の本体とは別途に製作および研磨されたものを用意し、この薄膜をカバー２０の内側面に付着してもよく、又はカバー２０に鍍金のような方式で成層させた後に研磨する方式により本発明の薄膜３０を形成することもできる。
【００３８】
なお、薄膜３０はフォトレジストのような有機物による腐食に強い材質で構成される。
【００３９】
以下、このように構成された本発明による作用を説明する。
【００４０】
上述のように本発明は、ベーク工程を実行するチャンバ１０に結合されたカバー２０において、ホットプレート１１又はホットプレート１１に装着されたウェハＷに対向される内側上部面に垂直放射率係数の低い材質の薄膜３０を備えて、ウェハＷでのＣＤ均一性（ＣＤ散布）を改善するものである。ここで、ＣＤ均一性（ＣＤ散布）とは、通常ＣＤ（クリティカルディメンション）を決め、その線幅が処理後にどれだけばらついているかを表す。
【００４１】
そして、以下に示されるように、ＣＤ均一性は、カバー２０の構造、すなわち形状や配置よりは、熱を放射するカバー２０での熱放射表面の材質と相関関係があることを試験を通じて確認することができる。
【００４２】
図３は、ホットプレート１１とホットプレート１１に対向するカバー２０の内側上部面の間の構造変更を行った場合におけるウェハＷでのＣＤデータを条件別に算出したものである。
【００４３】
図３において、「既存」の場合とはホットプレート１１に対向するカバー２０の上部面を酸化処理して表面を粗くした場合をいい、「構造変更」とは図４に示すようにホットプレート１１（あるいはホットプレート１１上のウェハの表面）とカバー２０の上部面との間の距離を改善した場合を意味し、「Ａｌテープ」とは、上述したとおり薄膜３０としてアルミニウムをカバー２０の上部面にテープで付着することによってカバー２０での熱放射表面の材質を変更した場合を意味する。
【００４４】
図示したように、条件別ＣＤデータを見ると、熱を放射するカバー２０の材質を変更する条件でＣＤ差が一番小さい値を示すことがわかり（ＲＡＮＧＥ欄参照）、単純な構造変更はＣＤに大きな影響を与えないことがわかる。
【００４５】
又、図示していないが、カバー２０の上部面の色変更による試験でもその表面色はＣＤにまったく影響を与えないことがわかる。
【００４６】
このように本発明は多様な試験を通じてＣＤに一番影響を与える条件はホットプレート１１と対向するカバー２０の内側上部面の表面材質と粗さであることに着目して、このカバー２０の内側上部面に、垂直放射率係数の低い材質、即ち、アルミニウム、銅、銀、および金などを用いて薄膜３０を形成し、さらに好ましくは前記薄膜３０の表面を研磨により鏡面処理することによって、ＣＤ均一性を大幅に改善する。
【００４７】
また、カバー２０において、ホットプレート１１と相対する表面に垂直放射率係数の低い材質で薄膜３０を形成して、チャンバ１０内での熱放出を最大限に防止して内部の工程雰囲気をより速く安定化させることができる。
【００４８】
即ち、内部の温度を迅速に安定化させると、工程進行速度が速くなるだけでなく、ＣＤを改善し製品の不良率を最大限に低めることができる。
【００４９】
一方、上記の説明において多くの事項が具体的に記載されたが、それらは発明の範囲を限定するものでなく、好ましい実施例の例示として解釈すべきである。
【００５０】
従って、本発明の範囲は説明された実施例により決められるべきものでなく、特許請求範囲に記載された技術的思想により決めるべきである。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、チャンバ１０内に具備されるホットプレート１１と相対するカバー２０の内側上部面に垂直放射率係数の非常に低い材質の薄膜３０を形成し、その薄膜３０の表面を鏡面処理することによって、チャンバ１０内部での工程温度を迅速に安定化させ、ウェハＷでのＣＤ均一性を大幅に改善させることができるという効果がある。
【００５２】
つまり、ウェハの生産性と製品の品質を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のベーク装置を示した側断面図である。
【図２】本発明による薄膜に適用する金属の垂直放射率を示した表である。
【図３】本発明による薄膜を適用した場合、および適用しない場合の各ＣＤデータを示した試験成績表である。
【図４】本発明による構造変更を例示した側断面図である。
【図５】一般のベーク装置を示した側断面図である。
【図６】一般のウェハのＣＤ分布状態を示すための平面図である。
【符号の説明】
１０…チャンバ、
１１…ホットプレート、
２０…カバー、
３０…薄膜、
Ｗ…ウェハ。

Claims

ウェハの装着されるホットプレートが内部に具備されるチャンバと、
前記チャンバの上部を閉じるためのカバーと、
前記カバーの内側面に具備される垂直放射率係数の低い材質の薄膜と、からなることを特徴とする半導体デバイス製造のためのベーク装置。
前記薄膜は、前記チャンバの内部に具備される前記ホットプレートの直上部側で、前記カバーの内側上部面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス製造のためのベーク装置。
前記薄膜は、前記ホットプレート側の表面が研磨により鏡面処理されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス製造のためのベーク装置。
前記薄膜は、垂直放射率係数が０．０２乃至０．０５の金属であることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス製造のためのベーク装置。
前記薄膜は、有機物による腐食に強い材質からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス製造のためのベーク装置。