JP2005019593A - 熱処理方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】加熱処理ユニットにおいては、フォトレジスト膜から発生する昇華物や揮発物が加熱処理ユニット内部に付着・堆積し、基板の加熱処理時に基板上に落下しレジストパターンの形成不良を生じるという問題を有している。この昇華物の付着を防止するため、熱処理ユニットの側壁および上面を加熱することが考えられるが、ユニット体積が増大し、また装置自身も複雑かつ大掛かりなものになってしまうという問題点がある。
【解決手段】被処理基板１００が配置される加熱処理空間１１３を囲繞可能に設けた囲繞部材１０１、１０２と、被処理基板１００を加熱する熱板１０３と、吸気配管１０５と、排気配管１０６を備え、囲繞部材１０１、１０２に被処理基板１００から発生する不純物の付着防止膜１０７、１０８を設けている。
【選択図】 図１
【解決手段】被処理基板１００が配置される加熱処理空間１１３を囲繞可能に設けた囲繞部材１０１、１０２と、被処理基板１００を加熱する熱板１０３と、吸気配管１０５と、排気配管１０６を備え、囲繞部材１０１、１０２に被処理基板１００から発生する不純物の付着防止膜１０７、１０８を設けている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に回路パターンを形成する基板にフォトレジストを塗布する装置や基板の現像を行なう装置などに適用される熱処理方法および装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
システムＬＳＩチップの製造においては、半導体基板にフォトレジスト液を塗布してレジスト膜を形成し、回路パターンに対応してレジスト膜を露光し、これを現像処理するという、いわゆるフォトリソグラフィー技術により回路パターンが形成される。従来から、このような一連の工程を実施するための複数の処理ユニットを備えたレジスト塗布・現像処理システムが用いられている。
【０００３】
このレジスト塗布・現像処理システムにおいては、基板にフォトレジストを塗布した後、あるいは現像の前後において、加熱処理ユニットにより基板に加熱処理を施している。このような加熱処理は、フォトレジストソフトベーク、反応促進、ドライエッチ耐性向上等の様々な目的で利用されているが、レジストパターンの寸法均一性を実現するため、基板温度の面内均一性が重要となってくる。
【０００４】
このような加熱処理ユニットには、一般的に、熱板上に基板を直接載置するコンタクトベーク方式、または熱板と基板との間にわずかなギャップを設けて加熱するプロキシミティベーク方式が採用されている。ところが、構造上、基板や熱板の面内温度が均一になりにくいという問題点もあり、特に、上記プロキシミティベークの場合に、面内温度分布の均一性が悪化しやすい傾向がある。
【０００５】
この問題を解決するために、密閉気密構造にして温度分布均一性を向上させた加熱処理装置を加熱処理ユニットとして使用することが考えられるが、加熱処理装置を密閉気密構造にすると、フォトレジスト膜からの昇華物や揮発物が溜まり易くなり、かつ、装置のメンテナンスが困難になるため、実用には適さない。
【０００６】
そこで、熱板と天井部との間になされる加熱処理空間をシャッターによって開閉可能に構成し、シャッターと熱板との間に若干の隙間を設けた状態で排気を行なう加熱処理装置が加熱処理ユニットとして用いられている。この加熱処理装置では、シャッターと熱板との隙間から外気を導入しながら排気を行ってレジスト昇華物等が加熱処理空間に溜まることを防止し、さらに、開閉可能な囲繞部材によってメンテナンスを容易に行なえるように構成されている。
【０００７】
このような構成の一例を図８に示す。図８において、１００は被処理基板、１０１は下部囲繞部材、１０２は上部囲繞部材、１０３は熱板、１０４は上下に移動可能な支持ピン、１０５は吸気配管、１０６は排気配管、１０９、１１０、１１１は気流である。
【０００８】
また、さらに、シャッターと熱板との間の隙間から導入された外気が熱板や基板の熱を奪って、これらの温度均一性を悪化させやすいという問題を解決するために、特許文献１によれば、加熱処理装置内における気流を制御することにより更なる温度移均一性向上の手法が提案されている。
【０００９】
一方、加熱処理装置においては、温度均一性の他に、基板に塗布されたフォトレジストから熱板により加熱されることにより発生する昇華物や揮発物が問題になってくる。このようなフォトレジスト膜から発生する昇華物や揮発物が、加熱処理ユニット内部に付着・堆積し、基板の加熱処理時に基板上に落下することによりレジストパターンの形成不良を生じるという問題がある。
このような問題を解決するため、特許文献２によれば、加熱処理装置の囲繞部材をベークすることにより、ユニット内への昇華物の付着を防止する手法が紹介されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１９６２９９
【特許文献２】
特許第２５６４２８８号（公開昭６３−１８１３２１：日立製作所）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置においては、上記のような昇華物の付着を防止するため、熱処理ユニットの側壁および上面を加熱するための複雑かつ大掛かりなユニットが必要となってしまう。そのため、ユニット自身も大きな体積が必要の上、加熱のための余分なエネルギー消費の必要が発生する。また、ユニット体積の増大に伴い、装置自身も複雑かつ大掛かりなものになってしまうという問題点がある。
【００１２】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、昇華物や揮発物の加熱ユニット内における付着防止を、このような大掛かりなユニットを必要とせず容易に実現することができる熱処理方法および装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の熱処理装置は、被処理物が配置される加熱処理空間を囲繞可能に設けた囲繞部材と、被処理物を加熱する加熱手段とを備え、囲繞部材に被処理物から発生する不純物の付着防止膜を設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項１記載の熱処理装置によれば、囲繞部材の周辺に特別な加熱ユニットを新規に設置することなく、現状のユニット構成を保持したまま、昇華物の付着を低減することが可能となる。また、現状使用の加熱処理装置に比較的簡単な方法で付着防止膜の追加コーティング処理を行なうことができる。このように、新規に特別な外部装置を取り付けることなく比較的簡単な付着防止膜の追加コーティング処理のみにより、フォトレジスト加熱時に発生する昇華物のユニットへの付着を低減し、微細パターンの形成された基板への最付着を低減することにより、製品の歩留り向上を実現する。特に、昇華物の発生しやすいレジストにおいては、その改善効果によりユニットのメンテナンス作業性が容易であり、かつメンテナンス周期を拡大することが可能となり、管理コストの低減が図れる。
【００１５】
請求項２記載の熱処理装置は、被処理物が配置される加熱処理空間を囲繞可能に設けた囲繞部材と、被処理物を加熱する加熱手段と、加熱処理空間に外気を導入する吸気配管と、加熱処理空間の不純物を含む気体を外部に排気する排気配管とを備え、吸気配管の吸引部に、気体を加熱するユニットを有するものである。
【００１６】
請求項２記載の熱処理装置によれば、吸気部上流に設置された加熱ヒータにより予め加熱された高温気体を加熱処理空間に充填し、素早く被処理物を載置し、常に高温に保たれた外気を充填・排気することにより、加熱手段により加熱されることにより被処理物から発生する昇華物や揮発物を気体状態で保持したまま排気気流と共に処理装置外へ排気することが可能となり、囲繞部材の周辺に特別な加熱ユニットを新規に設置することなく、囲繞部材によって冷却され固体付着することを防止する効果が期待できる。
【００１７】
また、予め熱処理装置内を加熱気体で保持しておくことにより、装置内の温度変動を低減し、短時間での処理を行なうことが可能である。また、基板などの被処理物における温度変動を少なくすることが可能なため、被処理基板上に塗布されたフォトレジストの均一性を向上する効果も期待できる。
【００１８】
請求項３記載の熱処理装置は、請求項２において、吸気配管が、保温性のある配管で形成されているものである。
【００１９】
請求項３記載の熱処理装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、配管に熱が奪われることがないので温度変動を少なくでき加熱効率がよい。
【００２０】
請求項４記載の熱処理装置は、請求項１において、排気配管から気体を排出する排出口にフィルタを有するものである。
【００２１】
請求項４記載の熱処理装置によれば、請求項１と同様な効果のほか、不純物を装置内で収集できる。
【００２２】
請求項５記載の熱処理装置は、請求項１において、付着防止膜が、フッ素系樹脂を主成分とするものである。
【００２３】
請求項５記載の熱処理装置によれば、請求項１と同様な効果のほか、付着防止膜として、密着性の低いフッ素系樹脂を使うことが有用である。特にこの付着防止膜として、例えば、テフロン（Ｒ）（商標名）等を使用することにより、昇華物の付着防止を低減することができる。
【００２４】
請求項６記載の熱処理装置は、請求項５において、被処理物がウェハであり、ウェハ上に形成されたパターンは、フォトレジスト材料として非イオン系酸発生材を使用して形成されたものである。
【００２５】
請求項６記載の熱処理装置によれば、請求項５と同様な効果のほか、昇華物の付着を低減する効果が大きい。
【００２６】
請求項７記載の熱処理方法は、被処理物を、囲繞部材を有する加熱処理空間へ設置する工程と、
前記加熱処理空間へ吸気配管から気体を導入する工程と、
前記加熱処理空間で前記被処理物を加熱する工程と、
前記加熱処理空間内の気体を排気配管から排気する工程とを備え、
前記被処理物を加熱する工程において、加熱時に被処理物から発生した不純物を、前記吸気配管から前記排気配管へ気体を流すことによって除去することを特徴とするものである。
【００２７】
請求項７記載の熱処理方法によれば、請求項１と同様な効果がある。
【００２８】
請求項８記載の熱処理方法は、請求項７において、吸気配管から加熱処理空間を経て排気配管へ気体を流す際に、吸気配管から熱処理空間に供給される気体を加熱しているものである。
【００２９】
請求項８記載の熱処理方法によれば、請求項１および請求項２と同様な効果がある。
【００３０】
請求項９記載の熱処理方法は、加熱処理空間に被処理物を設置し加熱処理空間を閉じた状態にする工程と、加熱処理空間に吸気配管より外気を導入し被処理物を加熱し加熱処理空間の気体および被処理物からの不純物を排気配管より外部に排気する工程とを含み、吸気配管から加熱処理空間を経て排気配管へ気体を流す際に、吸気配管から熱処理空間に供給される気体を加熱していることを特徴とするものである。
【００３１】
請求項９記載の熱処理方法によれば、請求項２と同様な効果がある。
【００３２】
請求項１０記載の熱処理方法は、請求項７、請求項８または請求項９において、熱処理空間の被処理物上にある気体の温度が、被処理物を加熱する加熱温度とほぼ同じである。
【００３３】
請求項１０記載の処理方法によれば、請求項７、請求項８または請求項９と同様な効果のほか、被処理物の均一加熱が可能である。
【００３４】
請求項１１記載の処理方法は、請求項７において、被処理物がウェハであり、パターンを形成する際のフォトレジスト材料として、非イオン系酸発生材を使用しているものである。
【００３５】
請求項１１記載の処理方法によれば、請求項６と同様な効果がある。
【００３６】
請求項１２記載の処理方法は、請求項８または請求項９において、加熱処理空間は被処理物を設置する際に、あらかじめ加熱された気体を連続給排気状態にしているものである。
【００３７】
請求項１２記載の処理方法によれば、請求項８または請求項９と同様な効果のほか、被処理物の設置段階で高温気体により被処理物が加熱されるので温度安定までの時間を短縮できるとともに温度均一性が向上する。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
【００３９】
まず、本発明の第１の実施形態について、図１を参照しながら説明する。図示したように本発明における熱処理装置は、図８に示している従来と同様の構造を有している。具体的には、その上またはその上方に被処理物である例えばウェハなどの被処理基板１００が載置され、被処理基板１００を加熱する加熱手段である熱板１０３と、被処理基板１００をユニット間で受け渡しを行なうための受け渡し手段として上下に移動可能な支持ピン１０４と、熱板１０３の上方に規定される被処理基板１００を加熱処理する加熱処理空間１１３を囲繞可能に設けられた例えばベークプレートなどの下部囲繞部材１０１と、加熱処理空間１１３を開閉可能に密閉するために上下移動可能な例えばベークカバーなどの上部囲繞部材１０２により構成されている。また、下部囲繞部材１０１には、加熱処理空間１１３に気流を発生させるための例えば吸気ノズルなどの吸気配管１０５が具備されており、気流１０９のように気流を流すための流路となっている。この吸気配管１０５は吸気配管１０５からの気体が被処理基板１００の周辺に沿って多数方向より供給されるように設けられることが理想的であり、被処理基板１００に塗布されたフォトレジストの均一性に関し影響することが知られている。
【００４０】
また、熱板１０３は、例えばアルミニウム合金等で構成されており、被処理基板１００より少し大きめに形成されている。熱板１０３の裏面側には、図示しないが熱ヒータおよび温度センサが埋設されており、温度センサにより検出した温度を図示しない制御部に伝達し、これに応じてヒータの発熱量を調節することで、熱板１０３の温度を使用する有機材料に応じた例えば１００〜２５０℃の温度に調節することが可能となっている。
【００４１】
また、上部囲繞部材１０２においては、一般的に、中心部に例えば排気ノズルなどの排気配管１０６を設置し、加熱処理空間１１３における気流１１０を気流１１１のように排気する構成となっている。これにより、加熱処理空間１１３における気流１１０を安定的に制御し、被処理基板１００に塗布されたフォトレジストの面内均一性の向上を実現している。一般的に、排気配管１０６は目的の効果を実現するには１本で十分であるが、取り付け位置および取り付け本数を最適化することで、加熱空間における気流１１０を精度よく制御可能となり、被処理基板１００に塗布されたフォトレジストの均一性向上および昇華物付着の低減効果に効果がある。なお、気流１０９、１１０、１１１を起こすための気流発生手段は吸気配管１０５、熱処理空間１１３、排気配管１０６などいずれに設けてもよい。
【００４２】
被処理基板１００に塗布されたフォトレジストのさらなる均一性向上の手法として、特開２００１−１９６２９９に加熱処理空間における気流１１０をコントロールする手法が提案されている。
【００４３】
本発明の第１の実施形態に関しては、上記説明済みの熱処理装置の加熱処理空間を囲繞可能に設けられた下部囲繞部材１０１と、加熱処理空間１１３を密閉するために上下移動可能な上部囲繞部材１０２とに、付着防止膜例えば囲繞部材１０１、１０２より密着性の低いようなフッ素系樹脂１０７、１０８を予めコーティングしておくことを特徴としている。ただし、囲繞部材１０１、１０２の全体である必要はなく、昇華物の付着物が被処理基板１００上に落下するのを防止するため一部のみに設けてもよい。
【００４４】
フッ素系樹脂１０７、１０８としては、一般的にはテフロン（Ｒ）（商標名：ポリフッ化エチレン（または、ポリテトラフルオロエチレン））が良く知られているが、その他、ＰＴＦＥ＝ポリテトラフルオロエチレン（４フッ化）、ＰＦＡ＝テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ＦＥＰ＝テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（４．６フッ化）、ＥＴＦＥ＝テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ＰＶＤＦ＝ポリビニリデンフルオライド（２フッ化）、ＰＣＴＦＥ＝ポリクロロトリフルオロエチレン（３フッ化）などがあげられる。このようなフッ素系樹脂１０７、１０８は、耐薬品性・耐熱性・帯摩耗性・すべり性・非粘着性・非濡性等の様々な特性を有している。
【００４５】
図２に代表的にテフロン（Ｒ）の分子構造概念図を示す。図示されている通り、ポリエチレン（図２（ａ））と、テフロン（Ｒ）（図２（ｂ））の違いは見かけ上水素（Ｈ）とフッ素（Ｆ）であり、ポリエチレンでは、水素が小さく炭素原子にくっついても凸凹状になるが、大きな原子であるフッ素が炭素原子にくっつくことで図２（ｃ）のように緻密でなめらかな表面になる。 また、原子結合力の強いＣ−Ｆ結合を有する上、分子間の凝集エネルギー（分子間を結合する力）もポリエチレンより小さいため、表面エネルギーが低く、凝着が起こりにくく、摩擦も小さくなる特性を有している。
【００４６】
また、テフロン（Ｒ）ＰＴＦＥ系、ＰＦＡ系およびＰＴＦＥ／ＰＦＡ複合系は耐熱性の他、低温特性にも優れ、短時間なら３００℃まで、一般的には２６０℃から−２４０℃まで広範囲にわたり使用できる。また、テフロン（Ｒ）ＦＥＰ系は２０４℃まで連続使用可能で、本発明の加熱処理装置等に十分使用可能である。
【００４７】
また、本発明の第１の特徴であるところのフッ素系樹脂１０７、１０８のコーティングに関しては、すべり性・非粘着性を重視している点で、特にテフロン（Ｒ）コーティングに関しては、非常に低い摩耗係数を持っており、荷重、摺動により摩擦係数は変化するが、一般に０．０２〜０．１０の間の値を示すことが知られている。また、このようなフッ素系樹脂においては、殆どの物質が固着しにくいという非粘着性も有しており、かつ非常に薄いコーティング被膜でも非粘着性を示すという特徴がある。ただし、エポキシ樹脂金型の離型用等、厳しい非粘着性を要求されるところや粘度の低い粘体に対する低非粘着性を得るためにはピンホール発生の少ないテフロン（Ｒ）ＦＥＰ系、ＰＦＡ系の塗膜を使うことが多くなっている。
【００４８】
本発明の実証として、半導体装置として利用されているコーターデベロッパにおけるホットプレートに上記テフロン（Ｒ）コーティングを行なった。次に図３に示す昇華物の発生しやすいレジストＢを使用し、テフロン（Ｒ）コーティング済みホットプレートにレジストＢを塗布した基板を連続的搬送・載置を繰り返した。熱板１０３の温度はこのレジストＢにおいて昇華物の発生する１２０℃にて実験を行なった。比較のため、テフロン（Ｒ）コーティングを行なわないホットプレートも同時に設置し、それぞれのホットプレートに同数のフォトレジスト付基板の搬送・載置を行なった。その結果、テフロン（Ｒ）コーティングを実施したホットプレートにおいては、テフロン（Ｒ）コーティングを行なわないホットプレートに対し、２〜３倍程度の付着防止効果が見られた。
【００４９】
このように、フッ素系樹脂１０７、１０８を被膜することにより、特別なユニットの増設を必要とせず、フォトレジストパターンの形成不良の原因となる昇華物や揮発物のユニット内への付着防止を実現することが可能となる。また、排気配管１０６等の昇華物を含む気流１１１の接触面にも同様のコーティングを行なうことで、メンテナンスの難しい配管等への付着防止効果を得ることも明らかである。
【００５０】
次に、図３に、一般的なレジストの５種類（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）において昇華物の発生度合いを比較したデータを示す。５種類のレジストＡ〜Ｅにおいて、１２０℃程度で加熱した時に発生する物質をＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換赤外分光法：Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）にて分析を行なった結果を示す。この分析の結果、５種類のレジストＡ〜ＥのうちＡ，Ｂの２種類のレジストにおいて昇華物の発生を確認することができた。このように昇華物の発生は使用するレジストにより発生の度合いが異なる傾向がある。
【００５１】
また、図４には、レジストＢおよび新規レジストＦにおける昇華物発生の温度依存性を示す。これに依れば、昇華物の発生するレジストにおいては、多少の温度変更に依存しないことが分かる。よって、フォトレジストより発生する昇華物を低減する手法として、熱処理温度を変更することはあまり効果がないことが分かる。
【００５２】
このような分析の結果、フォトレジスト膜より発生する昇華物としては、フォトレジストに含有される酸発生材例えばＰＡＧ（Ｐｈｏｔｏ ａｓｉｄ ｇｒａｉｎ）やレジストを構成する低分子樹脂であることが分かってきた。また、特に沸点が低い非イオン系酸発生材を使用しているフォトレジストにおいては、昇華物の発生が多く、熱処理装置における昇華物の付着を低減する効果として、テフロン（Ｒ）等の付着防止膜を利用することが有効であることが分かる。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施形態について、図５を参照にしながら説明する。
【００５４】
図示したように本発明のにおける熱処理装置は、図８に示している従来と同様の構造を有している。装置の主な構成に関しては、上記に記載ずみであり、以下には特徴となるところを説明する。本発明の第２の実施形態は、図２の熱処理装置において、吸気配管１０５の上流側の吸引部に加熱ユニットの加熱ヒータ２０７を設置することを特徴とする。吸気配管１０５の上流に、例えば熱電線等で気体を加熱するヒータ２０７を設置し、基本的には不純物を含まない吸気気体１０９を、例えば、１００℃〜２５０℃程度に加熱する。この加熱された吸気気体２１２は吸気配管１０５を通過し、加熱処理装置内に導入される。この導入された高温気体は２１０に示すように高温状態の気流を形成し、排気配管１０６を通過し気流２１１として排気される。特別に加熱ヒータ２０７を設けなくとも、吸気配管１０５を例えば熱電線等で、直接的に加熱することによっても同様の効果を得ることは可能である。
【００５５】
このように、加熱処理装置の吸気配管上流気体を加熱し、その高温気体を加熱処理空間１１３に保持することにより、熱板１０３により加熱されることにより被処理基板１００から発生する昇華物や揮発物を気体状態で保持したまま排気気流２１１と共に処理装置外へ排気することが可能となり、下部囲繞部材１０１や上部囲繞部材１０２によって冷却され固体付着することを防止する効果がある。この時、排気配管１０６も加熱手段を設けて高温加熱しておくことでさらに冷却による付着効果を低減することも可能である。
【００５６】
このヒータ２０７による気体の加熱温度は、被処理基板１００の加熱処理温度と相関を持たせることが望ましく、通常、被処理基板１００および熱板１０３の温度と同程度に設定する。
【００５７】
ヒータ２０７により加熱された気流２１２の温度を、被処理基板１００が処理される温度と同一に設定することにより、被処理基板１００に塗布されたフォトレジストを熱板１０３および気流２１０の両方により満遍なく加熱することが可能となり、フォトレジストの更なる均一性向上が可能となる。
また、吸気配管１０５および排気配管１０６は保温性を有することが望ましくとくに吸気配管１０５は熱効率上好ましい。また排気配管１０６の排出口には揮発物や昇華物等の不純物のフィルタ（図示せず）を設けて装置内で不純物を収集するのが好ましい。
【００５８】
次に、本発明の第２の実施形態の実施方法に関し、図６に実際の処理フローを参照しながら説明する。前述した図５の装置を使用する。まず、加熱ヒータ２０７において気流を加熱し（３０１）、加熱処理装置の加熱処理空間１１３を被処理基板１００を載置しない状態で密閉する（３０２）。その後、加熱された高温気体を加熱処理空間１１３に導入し（３０３）、加熱処理空間１１３を高温気流２１０で安定させる（３０４）。十分な安定の後、密閉状態を素早く解除し基板１００を素早く載置する（３０５）。その後、常に高温気体の連続吸排気を行ないながら、基板１００を加熱する（３０６）。この基板加熱中において発生する昇華物は、加熱処理空間における高温気体２１０とともに、加熱処理空間より連続排気され、ユニット内への付着を防止できる。最後に、加熱を終了し、基板１００を取り出す（３０７）。
【００５９】
ここで、ステップ３０３において予め高温気体を導入しておくことによる効果を、図７を見ながら説明する。図７は上記の手法を用いた処理を行なうことによる被処理基板温度の推移のグラフである。代表的な加熱処理装置として、熱処理装置Ａのような装置がある。熱処理装置Ａにおいては、ユニットの初期状態６０１は常温（例えば２３℃）であり、まず初期状態６０１において被処理基板１００をユニットに載置し、ついで熱板１０３の加熱を行ない加熱処理６０２を一定時間実施した後、一定時間被処理基板１００のクーリング６０３を行ない、常温待機状態６０４となる。このような装置においては、加熱処理状態６０２における安定性がフォトレジストの均一性に大きく影響する。
【００６０】
一方、本発明の第２の実施形態を適用した加熱処理装置Ｂにおいては、ユニットの加熱処理空間１１３が予め高温保持されているため、高温気体より均一な加熱を受けることにより基板載置の初期状態６０１の段階で既に高温状態となる。そのため、基板１００の温度安定までの時間が短縮されると共に、基板１００の両面からの加熱が行なわれることにより、温度均一性が向上する。
【００６１】
その他の実施の形態として、第２の実施の形態の加熱処理装置の囲繞部材に、第１の実施の形態の囲繞部材に設けた付着防止膜を形成してもよい。これにより、より一層の昇華物付着低減効果が期待できる。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１記載の熱処理装置によれば、囲繞部材の周辺に特別な加熱ユニットを新規に設置することなく、現状のユニット構成を保持したまま、昇華物の付着を低減することが可能となる。また、現状使用の加熱処理装置に比較的簡単な方法で付着防止膜の追加コーティング処理を行なうことができる。このように、新規に特別な外部装置を取り付けることなく比較的簡単な付着防止膜の追加コーティング処理のみにより、フォトレジスト加熱時に発生する昇華物のユニットへの付着を低減し、微細パターンの形成された基板への最付着を低減することにより、製品の歩留り向上を実現する。特に、昇華物の発生しやすいレジストにおいては、その改善効果によりユニットのメンテナンス作業性が容易であり、かつメンテナンス周期を拡大することが可能となり、管理コストの低減が図れる。
【００６３】
請求項２記載の熱処理装置によれば、吸気部上流に設置された加熱ヒータにより予め過熱された高温気体を加熱処理空間に充填し、素早く被処理物を載置し、常に高温に保たれた外気を充填・排気することにより、加熱手段により加熱されることにより被処理物から発生する昇華物や揮発物を気体状態で保持したまま排気気流と共に処理装置外へ排気することが可能となり、囲繞部材の周辺に特別な加熱ユニットを新規に設置することなく、囲繞部材によって冷却され固体付着することを防止する効果が期待できる。
【００６４】
また、予め熱処理装置内を加熱気体で保持しておくことにより、装置内の温度変動を低減し、短時間での処理を行なうことが可能である。また、基板などの被処理物における温度変動を少なくすることが可能なため、被処理基板上に塗布されたフォトレジストの均一性を向上する効果も期待できる。
【００６５】
請求項３記載の熱処理装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、配管に熱が奪われることがないので温度変動を少なくでき加熱効率がよい。
【００６６】
請求項４記載の熱処理装置によれば、請求項１と同様な効果のほか、不純物を装置内で収集できる。
【００６７】
請求項５記載の熱処理装置によれば、請求項１と同様な効果のほか、付着防止膜として、密着性の低いフッ素系樹脂を使うことが有用である。特にこの付着防止膜として、例えば、テフロン（Ｒ）（商標名）等を使用することにより、昇華物の付着防止を低減することができる。
【００６８】
請求項６記載の熱処理装置によれば、請求項５と同様な効果のほか、昇華物の付着を低減する効果が大きい。
【００６９】
請求項７記載の熱処理方法によれば、請求項１と同様な効果がある。
【００７０】
請求項８記載の熱処理方法によれば、請求項１および請求項２と同様な効果がある。
請求項９記載の熱処理方法によれば、請求項２と同様な効果がある。
【００７１】
請求項１０記載の処理方法によれば、請求項７、請求項８または請求項９と同様な効果のほか、被処理物の均一加熱が可能である。
【００７２】
請求項１１記載の処理方法によれば、請求項６と同様な効果がある。
【００７３】
請求項１２記載の処理方法によれば、請求項８または請求項９と同様な効果のほか、被処理物の設置段階で高温気体により被処理物が加熱されるので温度安定までの時間を短縮できるとともに温度均一性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に関わる熱処理装置の概念を示す断面図である。
【図２】テフロン（Ｒ）の分子構造の概念図である。
【図３】各種レジストＡ〜Ｅにおける昇華物発生状況を説明するための比較図であり、横軸は波数（ｃｍ−１）、縦軸は吸光度である。
【図４】レジストＢ、Ｆの温度依存による昇華物発生状況の比較図であり、横軸は波数（ｃｍ−１）、縦軸は吸光度である。
【図５】本発明の第２の実施形態に関わる熱処理装置の概念を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に関わる処理手法を示すフロー図である。
【図７】半導体の加熱処理装置Ａ、Ｂにおける内部温度の昇温・降温傾向の比較図である。
【図８】従来の熱処理装置の概念を示す断面図である。
【符号の説明】
１００ 被処理基板
１０１ 下部囲繞部材
１０２ 上部囲繞部材
１０３ 熱板
１０５ 吸気配管
１０６ 排気配管
１０７ 付着防止膜
１０８ 付着防止膜
１１３ 加熱処理空間
２０７ 加熱ヒータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に回路パターンを形成する基板にフォトレジストを塗布する装置や基板の現像を行なう装置などに適用される熱処理方法および装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
システムＬＳＩチップの製造においては、半導体基板にフォトレジスト液を塗布してレジスト膜を形成し、回路パターンに対応してレジスト膜を露光し、これを現像処理するという、いわゆるフォトリソグラフィー技術により回路パターンが形成される。従来から、このような一連の工程を実施するための複数の処理ユニットを備えたレジスト塗布・現像処理システムが用いられている。
【０００３】
このレジスト塗布・現像処理システムにおいては、基板にフォトレジストを塗布した後、あるいは現像の前後において、加熱処理ユニットにより基板に加熱処理を施している。このような加熱処理は、フォトレジストソフトベーク、反応促進、ドライエッチ耐性向上等の様々な目的で利用されているが、レジストパターンの寸法均一性を実現するため、基板温度の面内均一性が重要となってくる。
【０００４】
このような加熱処理ユニットには、一般的に、熱板上に基板を直接載置するコンタクトベーク方式、または熱板と基板との間にわずかなギャップを設けて加熱するプロキシミティベーク方式が採用されている。ところが、構造上、基板や熱板の面内温度が均一になりにくいという問題点もあり、特に、上記プロキシミティベークの場合に、面内温度分布の均一性が悪化しやすい傾向がある。
【０００５】
この問題を解決するために、密閉気密構造にして温度分布均一性を向上させた加熱処理装置を加熱処理ユニットとして使用することが考えられるが、加熱処理装置を密閉気密構造にすると、フォトレジスト膜からの昇華物や揮発物が溜まり易くなり、かつ、装置のメンテナンスが困難になるため、実用には適さない。
【０００６】
そこで、熱板と天井部との間になされる加熱処理空間をシャッターによって開閉可能に構成し、シャッターと熱板との間に若干の隙間を設けた状態で排気を行なう加熱処理装置が加熱処理ユニットとして用いられている。この加熱処理装置では、シャッターと熱板との隙間から外気を導入しながら排気を行ってレジスト昇華物等が加熱処理空間に溜まることを防止し、さらに、開閉可能な囲繞部材によってメンテナンスを容易に行なえるように構成されている。
【０００７】
このような構成の一例を図８に示す。図８において、１００は被処理基板、１０１は下部囲繞部材、１０２は上部囲繞部材、１０３は熱板、１０４は上下に移動可能な支持ピン、１０５は吸気配管、１０６は排気配管、１０９、１１０、１１１は気流である。
【０００８】
また、さらに、シャッターと熱板との間の隙間から導入された外気が熱板や基板の熱を奪って、これらの温度均一性を悪化させやすいという問題を解決するために、特許文献１によれば、加熱処理装置内における気流を制御することにより更なる温度移均一性向上の手法が提案されている。
【０００９】
一方、加熱処理装置においては、温度均一性の他に、基板に塗布されたフォトレジストから熱板により加熱されることにより発生する昇華物や揮発物が問題になってくる。このようなフォトレジスト膜から発生する昇華物や揮発物が、加熱処理ユニット内部に付着・堆積し、基板の加熱処理時に基板上に落下することによりレジストパターンの形成不良を生じるという問題がある。
このような問題を解決するため、特許文献２によれば、加熱処理装置の囲繞部材をベークすることにより、ユニット内への昇華物の付着を防止する手法が紹介されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１９６２９９
【特許文献２】
特許第２５６４２８８号（公開昭６３−１８１３２１：日立製作所）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置においては、上記のような昇華物の付着を防止するため、熱処理ユニットの側壁および上面を加熱するための複雑かつ大掛かりなユニットが必要となってしまう。そのため、ユニット自身も大きな体積が必要の上、加熱のための余分なエネルギー消費の必要が発生する。また、ユニット体積の増大に伴い、装置自身も複雑かつ大掛かりなものになってしまうという問題点がある。
【００１２】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、昇華物や揮発物の加熱ユニット内における付着防止を、このような大掛かりなユニットを必要とせず容易に実現することができる熱処理方法および装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の熱処理装置は、被処理物が配置される加熱処理空間を囲繞可能に設けた囲繞部材と、被処理物を加熱する加熱手段とを備え、囲繞部材に被処理物から発生する不純物の付着防止膜を設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項１記載の熱処理装置によれば、囲繞部材の周辺に特別な加熱ユニットを新規に設置することなく、現状のユニット構成を保持したまま、昇華物の付着を低減することが可能となる。また、現状使用の加熱処理装置に比較的簡単な方法で付着防止膜の追加コーティング処理を行なうことができる。このように、新規に特別な外部装置を取り付けることなく比較的簡単な付着防止膜の追加コーティング処理のみにより、フォトレジスト加熱時に発生する昇華物のユニットへの付着を低減し、微細パターンの形成された基板への最付着を低減することにより、製品の歩留り向上を実現する。特に、昇華物の発生しやすいレジストにおいては、その改善効果によりユニットのメンテナンス作業性が容易であり、かつメンテナンス周期を拡大することが可能となり、管理コストの低減が図れる。
【００１５】
請求項２記載の熱処理装置は、被処理物が配置される加熱処理空間を囲繞可能に設けた囲繞部材と、被処理物を加熱する加熱手段と、加熱処理空間に外気を導入する吸気配管と、加熱処理空間の不純物を含む気体を外部に排気する排気配管とを備え、吸気配管の吸引部に、気体を加熱するユニットを有するものである。
【００１６】
請求項２記載の熱処理装置によれば、吸気部上流に設置された加熱ヒータにより予め加熱された高温気体を加熱処理空間に充填し、素早く被処理物を載置し、常に高温に保たれた外気を充填・排気することにより、加熱手段により加熱されることにより被処理物から発生する昇華物や揮発物を気体状態で保持したまま排気気流と共に処理装置外へ排気することが可能となり、囲繞部材の周辺に特別な加熱ユニットを新規に設置することなく、囲繞部材によって冷却され固体付着することを防止する効果が期待できる。
【００１７】
また、予め熱処理装置内を加熱気体で保持しておくことにより、装置内の温度変動を低減し、短時間での処理を行なうことが可能である。また、基板などの被処理物における温度変動を少なくすることが可能なため、被処理基板上に塗布されたフォトレジストの均一性を向上する効果も期待できる。
【００１８】
請求項３記載の熱処理装置は、請求項２において、吸気配管が、保温性のある配管で形成されているものである。
【００１９】
請求項３記載の熱処理装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、配管に熱が奪われることがないので温度変動を少なくでき加熱効率がよい。
【００２０】
請求項４記載の熱処理装置は、請求項１において、排気配管から気体を排出する排出口にフィルタを有するものである。
【００２１】
請求項４記載の熱処理装置によれば、請求項１と同様な効果のほか、不純物を装置内で収集できる。
【００２２】
請求項５記載の熱処理装置は、請求項１において、付着防止膜が、フッ素系樹脂を主成分とするものである。
【００２３】
請求項５記載の熱処理装置によれば、請求項１と同様な効果のほか、付着防止膜として、密着性の低いフッ素系樹脂を使うことが有用である。特にこの付着防止膜として、例えば、テフロン（Ｒ）（商標名）等を使用することにより、昇華物の付着防止を低減することができる。
【００２４】
請求項６記載の熱処理装置は、請求項５において、被処理物がウェハであり、ウェハ上に形成されたパターンは、フォトレジスト材料として非イオン系酸発生材を使用して形成されたものである。
【００２５】
請求項６記載の熱処理装置によれば、請求項５と同様な効果のほか、昇華物の付着を低減する効果が大きい。
【００２６】
請求項７記載の熱処理方法は、被処理物を、囲繞部材を有する加熱処理空間へ設置する工程と、
前記加熱処理空間へ吸気配管から気体を導入する工程と、
前記加熱処理空間で前記被処理物を加熱する工程と、
前記加熱処理空間内の気体を排気配管から排気する工程とを備え、
前記被処理物を加熱する工程において、加熱時に被処理物から発生した不純物を、前記吸気配管から前記排気配管へ気体を流すことによって除去することを特徴とするものである。
【００２７】
請求項７記載の熱処理方法によれば、請求項１と同様な効果がある。
【００２８】
請求項８記載の熱処理方法は、請求項７において、吸気配管から加熱処理空間を経て排気配管へ気体を流す際に、吸気配管から熱処理空間に供給される気体を加熱しているものである。
【００２９】
請求項８記載の熱処理方法によれば、請求項１および請求項２と同様な効果がある。
【００３０】
請求項９記載の熱処理方法は、加熱処理空間に被処理物を設置し加熱処理空間を閉じた状態にする工程と、加熱処理空間に吸気配管より外気を導入し被処理物を加熱し加熱処理空間の気体および被処理物からの不純物を排気配管より外部に排気する工程とを含み、吸気配管から加熱処理空間を経て排気配管へ気体を流す際に、吸気配管から熱処理空間に供給される気体を加熱していることを特徴とするものである。
【００３１】
請求項９記載の熱処理方法によれば、請求項２と同様な効果がある。
【００３２】
請求項１０記載の熱処理方法は、請求項７、請求項８または請求項９において、熱処理空間の被処理物上にある気体の温度が、被処理物を加熱する加熱温度とほぼ同じである。
【００３３】
請求項１０記載の処理方法によれば、請求項７、請求項８または請求項９と同様な効果のほか、被処理物の均一加熱が可能である。
【００３４】
請求項１１記載の処理方法は、請求項７において、被処理物がウェハであり、パターンを形成する際のフォトレジスト材料として、非イオン系酸発生材を使用しているものである。
【００３５】
請求項１１記載の処理方法によれば、請求項６と同様な効果がある。
【００３６】
請求項１２記載の処理方法は、請求項８または請求項９において、加熱処理空間は被処理物を設置する際に、あらかじめ加熱された気体を連続給排気状態にしているものである。
【００３７】
請求項１２記載の処理方法によれば、請求項８または請求項９と同様な効果のほか、被処理物の設置段階で高温気体により被処理物が加熱されるので温度安定までの時間を短縮できるとともに温度均一性が向上する。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
【００３９】
まず、本発明の第１の実施形態について、図１を参照しながら説明する。図示したように本発明における熱処理装置は、図８に示している従来と同様の構造を有している。具体的には、その上またはその上方に被処理物である例えばウェハなどの被処理基板１００が載置され、被処理基板１００を加熱する加熱手段である熱板１０３と、被処理基板１００をユニット間で受け渡しを行なうための受け渡し手段として上下に移動可能な支持ピン１０４と、熱板１０３の上方に規定される被処理基板１００を加熱処理する加熱処理空間１１３を囲繞可能に設けられた例えばベークプレートなどの下部囲繞部材１０１と、加熱処理空間１１３を開閉可能に密閉するために上下移動可能な例えばベークカバーなどの上部囲繞部材１０２により構成されている。また、下部囲繞部材１０１には、加熱処理空間１１３に気流を発生させるための例えば吸気ノズルなどの吸気配管１０５が具備されており、気流１０９のように気流を流すための流路となっている。この吸気配管１０５は吸気配管１０５からの気体が被処理基板１００の周辺に沿って多数方向より供給されるように設けられることが理想的であり、被処理基板１００に塗布されたフォトレジストの均一性に関し影響することが知られている。
【００４０】
また、熱板１０３は、例えばアルミニウム合金等で構成されており、被処理基板１００より少し大きめに形成されている。熱板１０３の裏面側には、図示しないが熱ヒータおよび温度センサが埋設されており、温度センサにより検出した温度を図示しない制御部に伝達し、これに応じてヒータの発熱量を調節することで、熱板１０３の温度を使用する有機材料に応じた例えば１００〜２５０℃の温度に調節することが可能となっている。
【００４１】
また、上部囲繞部材１０２においては、一般的に、中心部に例えば排気ノズルなどの排気配管１０６を設置し、加熱処理空間１１３における気流１１０を気流１１１のように排気する構成となっている。これにより、加熱処理空間１１３における気流１１０を安定的に制御し、被処理基板１００に塗布されたフォトレジストの面内均一性の向上を実現している。一般的に、排気配管１０６は目的の効果を実現するには１本で十分であるが、取り付け位置および取り付け本数を最適化することで、加熱空間における気流１１０を精度よく制御可能となり、被処理基板１００に塗布されたフォトレジストの均一性向上および昇華物付着の低減効果に効果がある。なお、気流１０９、１１０、１１１を起こすための気流発生手段は吸気配管１０５、熱処理空間１１３、排気配管１０６などいずれに設けてもよい。
【００４２】
被処理基板１００に塗布されたフォトレジストのさらなる均一性向上の手法として、特開２００１−１９６２９９に加熱処理空間における気流１１０をコントロールする手法が提案されている。
【００４３】
本発明の第１の実施形態に関しては、上記説明済みの熱処理装置の加熱処理空間を囲繞可能に設けられた下部囲繞部材１０１と、加熱処理空間１１３を密閉するために上下移動可能な上部囲繞部材１０２とに、付着防止膜例えば囲繞部材１０１、１０２より密着性の低いようなフッ素系樹脂１０７、１０８を予めコーティングしておくことを特徴としている。ただし、囲繞部材１０１、１０２の全体である必要はなく、昇華物の付着物が被処理基板１００上に落下するのを防止するため一部のみに設けてもよい。
【００４４】
フッ素系樹脂１０７、１０８としては、一般的にはテフロン（Ｒ）（商標名：ポリフッ化エチレン（または、ポリテトラフルオロエチレン））が良く知られているが、その他、ＰＴＦＥ＝ポリテトラフルオロエチレン（４フッ化）、ＰＦＡ＝テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ＦＥＰ＝テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（４．６フッ化）、ＥＴＦＥ＝テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ＰＶＤＦ＝ポリビニリデンフルオライド（２フッ化）、ＰＣＴＦＥ＝ポリクロロトリフルオロエチレン（３フッ化）などがあげられる。このようなフッ素系樹脂１０７、１０８は、耐薬品性・耐熱性・帯摩耗性・すべり性・非粘着性・非濡性等の様々な特性を有している。
【００４５】
図２に代表的にテフロン（Ｒ）の分子構造概念図を示す。図示されている通り、ポリエチレン（図２（ａ））と、テフロン（Ｒ）（図２（ｂ））の違いは見かけ上水素（Ｈ）とフッ素（Ｆ）であり、ポリエチレンでは、水素が小さく炭素原子にくっついても凸凹状になるが、大きな原子であるフッ素が炭素原子にくっつくことで図２（ｃ）のように緻密でなめらかな表面になる。 また、原子結合力の強いＣ−Ｆ結合を有する上、分子間の凝集エネルギー（分子間を結合する力）もポリエチレンより小さいため、表面エネルギーが低く、凝着が起こりにくく、摩擦も小さくなる特性を有している。
【００４６】
また、テフロン（Ｒ）ＰＴＦＥ系、ＰＦＡ系およびＰＴＦＥ／ＰＦＡ複合系は耐熱性の他、低温特性にも優れ、短時間なら３００℃まで、一般的には２６０℃から−２４０℃まで広範囲にわたり使用できる。また、テフロン（Ｒ）ＦＥＰ系は２０４℃まで連続使用可能で、本発明の加熱処理装置等に十分使用可能である。
【００４７】
また、本発明の第１の特徴であるところのフッ素系樹脂１０７、１０８のコーティングに関しては、すべり性・非粘着性を重視している点で、特にテフロン（Ｒ）コーティングに関しては、非常に低い摩耗係数を持っており、荷重、摺動により摩擦係数は変化するが、一般に０．０２〜０．１０の間の値を示すことが知られている。また、このようなフッ素系樹脂においては、殆どの物質が固着しにくいという非粘着性も有しており、かつ非常に薄いコーティング被膜でも非粘着性を示すという特徴がある。ただし、エポキシ樹脂金型の離型用等、厳しい非粘着性を要求されるところや粘度の低い粘体に対する低非粘着性を得るためにはピンホール発生の少ないテフロン（Ｒ）ＦＥＰ系、ＰＦＡ系の塗膜を使うことが多くなっている。
【００４８】
本発明の実証として、半導体装置として利用されているコーターデベロッパにおけるホットプレートに上記テフロン（Ｒ）コーティングを行なった。次に図３に示す昇華物の発生しやすいレジストＢを使用し、テフロン（Ｒ）コーティング済みホットプレートにレジストＢを塗布した基板を連続的搬送・載置を繰り返した。熱板１０３の温度はこのレジストＢにおいて昇華物の発生する１２０℃にて実験を行なった。比較のため、テフロン（Ｒ）コーティングを行なわないホットプレートも同時に設置し、それぞれのホットプレートに同数のフォトレジスト付基板の搬送・載置を行なった。その結果、テフロン（Ｒ）コーティングを実施したホットプレートにおいては、テフロン（Ｒ）コーティングを行なわないホットプレートに対し、２〜３倍程度の付着防止効果が見られた。
【００４９】
このように、フッ素系樹脂１０７、１０８を被膜することにより、特別なユニットの増設を必要とせず、フォトレジストパターンの形成不良の原因となる昇華物や揮発物のユニット内への付着防止を実現することが可能となる。また、排気配管１０６等の昇華物を含む気流１１１の接触面にも同様のコーティングを行なうことで、メンテナンスの難しい配管等への付着防止効果を得ることも明らかである。
【００５０】
次に、図３に、一般的なレジストの５種類（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）において昇華物の発生度合いを比較したデータを示す。５種類のレジストＡ〜Ｅにおいて、１２０℃程度で加熱した時に発生する物質をＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換赤外分光法：Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）にて分析を行なった結果を示す。この分析の結果、５種類のレジストＡ〜ＥのうちＡ，Ｂの２種類のレジストにおいて昇華物の発生を確認することができた。このように昇華物の発生は使用するレジストにより発生の度合いが異なる傾向がある。
【００５１】
また、図４には、レジストＢおよび新規レジストＦにおける昇華物発生の温度依存性を示す。これに依れば、昇華物の発生するレジストにおいては、多少の温度変更に依存しないことが分かる。よって、フォトレジストより発生する昇華物を低減する手法として、熱処理温度を変更することはあまり効果がないことが分かる。
【００５２】
このような分析の結果、フォトレジスト膜より発生する昇華物としては、フォトレジストに含有される酸発生材例えばＰＡＧ（Ｐｈｏｔｏ ａｓｉｄ ｇｒａｉｎ）やレジストを構成する低分子樹脂であることが分かってきた。また、特に沸点が低い非イオン系酸発生材を使用しているフォトレジストにおいては、昇華物の発生が多く、熱処理装置における昇華物の付着を低減する効果として、テフロン（Ｒ）等の付着防止膜を利用することが有効であることが分かる。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施形態について、図５を参照にしながら説明する。
【００５４】
図示したように本発明のにおける熱処理装置は、図８に示している従来と同様の構造を有している。装置の主な構成に関しては、上記に記載ずみであり、以下には特徴となるところを説明する。本発明の第２の実施形態は、図２の熱処理装置において、吸気配管１０５の上流側の吸引部に加熱ユニットの加熱ヒータ２０７を設置することを特徴とする。吸気配管１０５の上流に、例えば熱電線等で気体を加熱するヒータ２０７を設置し、基本的には不純物を含まない吸気気体１０９を、例えば、１００℃〜２５０℃程度に加熱する。この加熱された吸気気体２１２は吸気配管１０５を通過し、加熱処理装置内に導入される。この導入された高温気体は２１０に示すように高温状態の気流を形成し、排気配管１０６を通過し気流２１１として排気される。特別に加熱ヒータ２０７を設けなくとも、吸気配管１０５を例えば熱電線等で、直接的に加熱することによっても同様の効果を得ることは可能である。
【００５５】
このように、加熱処理装置の吸気配管上流気体を加熱し、その高温気体を加熱処理空間１１３に保持することにより、熱板１０３により加熱されることにより被処理基板１００から発生する昇華物や揮発物を気体状態で保持したまま排気気流２１１と共に処理装置外へ排気することが可能となり、下部囲繞部材１０１や上部囲繞部材１０２によって冷却され固体付着することを防止する効果がある。この時、排気配管１０６も加熱手段を設けて高温加熱しておくことでさらに冷却による付着効果を低減することも可能である。
【００５６】
このヒータ２０７による気体の加熱温度は、被処理基板１００の加熱処理温度と相関を持たせることが望ましく、通常、被処理基板１００および熱板１０３の温度と同程度に設定する。
【００５７】
ヒータ２０７により加熱された気流２１２の温度を、被処理基板１００が処理される温度と同一に設定することにより、被処理基板１００に塗布されたフォトレジストを熱板１０３および気流２１０の両方により満遍なく加熱することが可能となり、フォトレジストの更なる均一性向上が可能となる。
また、吸気配管１０５および排気配管１０６は保温性を有することが望ましくとくに吸気配管１０５は熱効率上好ましい。また排気配管１０６の排出口には揮発物や昇華物等の不純物のフィルタ（図示せず）を設けて装置内で不純物を収集するのが好ましい。
【００５８】
次に、本発明の第２の実施形態の実施方法に関し、図６に実際の処理フローを参照しながら説明する。前述した図５の装置を使用する。まず、加熱ヒータ２０７において気流を加熱し（３０１）、加熱処理装置の加熱処理空間１１３を被処理基板１００を載置しない状態で密閉する（３０２）。その後、加熱された高温気体を加熱処理空間１１３に導入し（３０３）、加熱処理空間１１３を高温気流２１０で安定させる（３０４）。十分な安定の後、密閉状態を素早く解除し基板１００を素早く載置する（３０５）。その後、常に高温気体の連続吸排気を行ないながら、基板１００を加熱する（３０６）。この基板加熱中において発生する昇華物は、加熱処理空間における高温気体２１０とともに、加熱処理空間より連続排気され、ユニット内への付着を防止できる。最後に、加熱を終了し、基板１００を取り出す（３０７）。
【００５９】
ここで、ステップ３０３において予め高温気体を導入しておくことによる効果を、図７を見ながら説明する。図７は上記の手法を用いた処理を行なうことによる被処理基板温度の推移のグラフである。代表的な加熱処理装置として、熱処理装置Ａのような装置がある。熱処理装置Ａにおいては、ユニットの初期状態６０１は常温（例えば２３℃）であり、まず初期状態６０１において被処理基板１００をユニットに載置し、ついで熱板１０３の加熱を行ない加熱処理６０２を一定時間実施した後、一定時間被処理基板１００のクーリング６０３を行ない、常温待機状態６０４となる。このような装置においては、加熱処理状態６０２における安定性がフォトレジストの均一性に大きく影響する。
【００６０】
一方、本発明の第２の実施形態を適用した加熱処理装置Ｂにおいては、ユニットの加熱処理空間１１３が予め高温保持されているため、高温気体より均一な加熱を受けることにより基板載置の初期状態６０１の段階で既に高温状態となる。そのため、基板１００の温度安定までの時間が短縮されると共に、基板１００の両面からの加熱が行なわれることにより、温度均一性が向上する。
【００６１】
その他の実施の形態として、第２の実施の形態の加熱処理装置の囲繞部材に、第１の実施の形態の囲繞部材に設けた付着防止膜を形成してもよい。これにより、より一層の昇華物付着低減効果が期待できる。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１記載の熱処理装置によれば、囲繞部材の周辺に特別な加熱ユニットを新規に設置することなく、現状のユニット構成を保持したまま、昇華物の付着を低減することが可能となる。また、現状使用の加熱処理装置に比較的簡単な方法で付着防止膜の追加コーティング処理を行なうことができる。このように、新規に特別な外部装置を取り付けることなく比較的簡単な付着防止膜の追加コーティング処理のみにより、フォトレジスト加熱時に発生する昇華物のユニットへの付着を低減し、微細パターンの形成された基板への最付着を低減することにより、製品の歩留り向上を実現する。特に、昇華物の発生しやすいレジストにおいては、その改善効果によりユニットのメンテナンス作業性が容易であり、かつメンテナンス周期を拡大することが可能となり、管理コストの低減が図れる。
【００６３】
請求項２記載の熱処理装置によれば、吸気部上流に設置された加熱ヒータにより予め過熱された高温気体を加熱処理空間に充填し、素早く被処理物を載置し、常に高温に保たれた外気を充填・排気することにより、加熱手段により加熱されることにより被処理物から発生する昇華物や揮発物を気体状態で保持したまま排気気流と共に処理装置外へ排気することが可能となり、囲繞部材の周辺に特別な加熱ユニットを新規に設置することなく、囲繞部材によって冷却され固体付着することを防止する効果が期待できる。
【００６４】
また、予め熱処理装置内を加熱気体で保持しておくことにより、装置内の温度変動を低減し、短時間での処理を行なうことが可能である。また、基板などの被処理物における温度変動を少なくすることが可能なため、被処理基板上に塗布されたフォトレジストの均一性を向上する効果も期待できる。
【００６５】
請求項３記載の熱処理装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、配管に熱が奪われることがないので温度変動を少なくでき加熱効率がよい。
【００６６】
請求項４記載の熱処理装置によれば、請求項１と同様な効果のほか、不純物を装置内で収集できる。
【００６７】
請求項５記載の熱処理装置によれば、請求項１と同様な効果のほか、付着防止膜として、密着性の低いフッ素系樹脂を使うことが有用である。特にこの付着防止膜として、例えば、テフロン（Ｒ）（商標名）等を使用することにより、昇華物の付着防止を低減することができる。
【００６８】
請求項６記載の熱処理装置によれば、請求項５と同様な効果のほか、昇華物の付着を低減する効果が大きい。
【００６９】
請求項７記載の熱処理方法によれば、請求項１と同様な効果がある。
【００７０】
請求項８記載の熱処理方法によれば、請求項１および請求項２と同様な効果がある。
請求項９記載の熱処理方法によれば、請求項２と同様な効果がある。
【００７１】
請求項１０記載の処理方法によれば、請求項７、請求項８または請求項９と同様な効果のほか、被処理物の均一加熱が可能である。
【００７２】
請求項１１記載の処理方法によれば、請求項６と同様な効果がある。
【００７３】
請求項１２記載の処理方法によれば、請求項８または請求項９と同様な効果のほか、被処理物の設置段階で高温気体により被処理物が加熱されるので温度安定までの時間を短縮できるとともに温度均一性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に関わる熱処理装置の概念を示す断面図である。
【図２】テフロン（Ｒ）の分子構造の概念図である。
【図３】各種レジストＡ〜Ｅにおける昇華物発生状況を説明するための比較図であり、横軸は波数（ｃｍ−１）、縦軸は吸光度である。
【図４】レジストＢ、Ｆの温度依存による昇華物発生状況の比較図であり、横軸は波数（ｃｍ−１）、縦軸は吸光度である。
【図５】本発明の第２の実施形態に関わる熱処理装置の概念を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に関わる処理手法を示すフロー図である。
【図７】半導体の加熱処理装置Ａ、Ｂにおける内部温度の昇温・降温傾向の比較図である。
【図８】従来の熱処理装置の概念を示す断面図である。
【符号の説明】
１００ 被処理基板
１０１ 下部囲繞部材
１０２ 上部囲繞部材
１０３ 熱板
１０５ 吸気配管
１０６ 排気配管
１０７ 付着防止膜
１０８ 付着防止膜
１１３ 加熱処理空間
２０７ 加熱ヒータ
Claims (12)
- 被処理物が配置される加熱処理空間を囲繞可能に設けた囲繞部材と、前記被処理物を加熱する加熱手段とを備え、前記囲繞部材に前記被処理物から発生する不純物の付着防止膜を設けたことを特徴とする熱処理装置。
- 被処理物が配置される加熱処理空間を囲繞可能に設けた囲繞部材と、前記被処理物を加熱する加熱手段と、前記加熱処理空間に外気を導入する吸気配管と、前記加熱処理空間の不純物を含む気体を外部に排気する排気配管とを備え、前記吸気配管の吸引部に、前記気体を加熱するユニットを有する熱処理装置。
- 吸気配管は、保温性のある配管で形成されている請求項２記載の熱処理装置。
- 排気配管から気体を排出する排出口にフィルタを有する請求項１記載の熱処理装置。
- 付着防止膜は、フッ素系樹脂を主成分とする請求項１記載の熱処理装置。
- 被処理物はウェハであり、前記ウェハ上に形成されたパターンは、フォトレジスト材料として非イオン系酸発生材を使用して形成された請求項５記載の熱処理装置。
- 被処理物を、囲繞部材を有する加熱処理空間へ設置する工程と、
前記加熱処理空間へ吸気配管から気体を導入する工程と、
前記加熱処理空間で前記被処理物を加熱する工程と、
前記加熱処理空間内の気体を排気配管から排気する工程とを備え、
前記被処理物を加熱する工程において、加熱時に被処理物から発生した不純物を、前記吸気配管から前記排気配管へ気体を流すことによって除去することを特徴とする、熱処理方法。 - 吸気配管から加熱処理空間を経て排気配管へ気体を流す際に、前記吸気配管から前記熱処理空間に供給される気体を加熱している請求項７記載の熱処理方法。
- 加熱処理空間に被処理物を設置し前記加熱処理空間を閉じた状態にする工程と、前記加熱処理空間に吸気配管より外気を導入し前記被処理物を加熱し前記加熱処理空間の気体および前記被処理物からの不純物を排気配管より外部に排気する工程とを含み、前記吸気配管から前記加熱処理空間を経て前記排気配管へ気体を流す際に、前記吸気配管から前記熱処理空間に供給される気体を加熱していることを特徴とする熱処理方法。
- 熱処理空間の被処理物上にある気体の温度が、前記被処理物を加熱する加熱温度とほぼ同じである請求項７、請求項８または請求項９記載の加熱処理方法。
- 被処理物はウェハであり、パターンを形成する際のフォトレジスト材料として、非イオン系酸発生材を使用している請求項７記載の加熱処理方法。
- 加熱処理空間は被処理物を設置する際に、あらかじめ加熱された気体を連続給排気状態にしている請求項８または請求項９記載の加熱処理方法。
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