JP2005129698A - 半導体装置の製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レジストを塗布した半導体基板を加熱する際に生じ、ベーク装置内部に付着する、レジスト起因の昇華物の洗浄装置と洗浄方法を提示する。
【解決手段】 レジストを塗布した半導体基板を加熱するベークプレート２０１と、半導体基板を囲むベークプレートカバー２０２，２０３と、ベークプレートカバー２０２，２０３の内側に設置された吸気ノズル２０４および排気ノズル２０５とを備えたベーク装置からなり、ベーク装置に付着したレジストの昇華物を除去するための溶媒を噴射する溶媒噴射口２０７を設けた。これにより、ベーク装置内に堆積した昇華物の洗浄が可能である。また、昇華物を溶解させる溶媒を選択することで、あらゆる昇華物に対してベーク装置の洗浄が可能である。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体プロセスにおいて、微細レジストパターンの形成に用いるベーク装置の改良についての半導体装置の製造装置および製造方法に関する。

図３を参照しながら、従来の技術について説明する。

図示されたベーク装置は半導体基板をベークするベークプレート１０１、および、ベーク装置の外壁を構成するベーク炉カバー（天板）１０２、ベーク炉カバー（側壁）１０３で囲繞される。ベーク装置内には外気の吸気用ノズル１０４および排気用ノズル１０５を有し、吸気用ノズル１０４は外気の供給用として、排気ノズル１０５は半導体基板をベークするときに発生するレジスト溶剤の蒸気の排気用としてそれぞれ用いられる。レジスト昇華物の排気ノズル１０５内への付着に対し、前記排気ノズル１０５に熱線を配し、ヒータ１０６で加熱を行うことで、排気ノズル１０５内ではレジスト昇華物を含むレジスト溶剤の蒸気が冷却することなく、すなわち昇華物が析出することなく排気することが可能である。また、ベーク装置内のベーク炉カバーの天板部１０２および側壁部１０３にも熱線を配する、もしくはベークプレートを導入する複数のベークユニットを設けることで、ベーク炉カバーを加熱することにより、前述の効果から、レジスト昇華物の付着防止効果を有する（例えば特許文献１，２参照）。
特開平６−８４７８２号公報 特開昭６３−１８１３２１号公報

しかしながら、上述のような昇華物付着防止技術では、（ｉ）ベークプレート以外にベークプレートカバー部の加熱や排気ノズル部の加熱により生じる熱流により、ベークプレートの温度が面内で不均一になるためレジストパターン寸法が不均一になる、（ii）昇華物の昇華温度はベークプレートで加温する温度よりも高く、昇華物付着に対する防止効果が乏しい、さらに（iii）ベーク炉内に複数のベークユニットを設けるため高価である、という課題があった。

したがって、この発明の目的は、レジストを塗布した半導体基板を加熱する際に生じ、ベーク装置内部に付着する、レジスト起因の昇華物の洗浄装置と洗浄方法を提示し、基板上に形成された回路パターンに付着することを防止し、生産時の歩留まりを向上させる半導体装置の製造装置および製造方法を提供することである。

上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載の半導体装置の製造装置は、レジストを塗布した半導体基板を加熱するベークプレートと、前記半導体基板を囲むベークプレートカバーと、前記ベークプレートカバーの内側に設置された吸気ノズルおよび排気ノズルとを備えたベーク装置からなる半導体装置の製造装置であって、前記ベーク装置に付着した前記レジストの昇華物を除去するための溶媒を噴射する溶媒噴射口を設けた。

請求項２記載の半導体装置の製造装置は、請求項１記載の半導体装置の製造装置において、前記昇華物は非イオン系酸発生剤またはフェノール系樹脂の低分子量成分からなり、前記溶媒はアルコール系溶媒、ＴＨＦ、ハロゲン系溶媒からなる。

請求項３記載の半導体装置の製造装置は、請求項２記載の半導体装置の製造装置において、前記フェノール系樹脂はクレゾールノボラックまたはポリヒドロキシスチレンである。

請求項４記載の半導体装置の製造装置は、請求項１記載の半導体装置の製造装置において、前記溶媒は沸点が１００℃以下である。

請求項５記載の半導体装置の製造装置は、請求項１記載の半導体装置の製造装置において、前記吸気ノズルおよび前記排気ノズルに、外部信号により開閉が自在な弁を取り付けた。

請求項６記載の半導体装置の製造装置は、請求項１記載の半導体装置の製造装置において、前記ベークプレート内に流入した前記溶媒を外部へ排出するための排出ユニットを備えた。

請求項７記載の半導体装置の製造方法は、ベークプレートカバーで囲まれたベークプレートを有するベーク装置内で、レジストを塗布した半導体基板を加熱する半導体装置の製造方法であって、前記ベークプレート上に前記半導体基板を配置して加熱する工程と、前記ベークプレート上に前記半導体基板を配置して加熱する工程と、前記加熱した半導体基板上のレジストから昇華して前記ベーク装置に付着した昇華物を溶媒により除去する工程とを含む。

請求項８記載の半導体装置の製造方法は、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、前記溶媒は前記ベークプレートカバーの内側に設置された溶液噴射口から前記ベークプレートカバーに向けて噴射される。

請求項９記載の半導体装置の製造方法は、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、前記昇華物は非イオン系酸発生剤またはフェノール系樹脂の低分子量成分からなり、前記溶媒はアルコール系溶媒、ＴＨＦ、ハロゲン系溶媒からなる。

請求項１０記載の半導体装置の製造方法は、請求項９記載の半導体装置の製造方法において、前記フェノール系樹脂はクレゾールノボラックまたはポリヒドロキシスチレンである。

請求項１１記載の半導体装置の製造方法は、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、前記溶媒は沸点が１００℃以下である。

この発明の請求項１記載の半導体装置の製造装置によれば、ベーク装置に付着したレジストの昇華物を除去するための溶媒を噴射する溶媒噴射口を設けたので、ベーク装置内に堆積した昇華物の洗浄が可能である。また、昇華物を溶解させる溶媒を選択することで、あらゆる昇華物に対してベーク装置の洗浄が可能である。その結果、これまで不完全であったベーク装置に付着した昇華物の除去を完全に行うことができ、半導体微細パターンの形成の際の生産時の歩留りを向上させる効果を有する。

請求項２では、昇華物は非イオン系酸発生剤またはフェノール系樹脂の低分子量成分からなり、溶媒はアルコール系溶媒、ＴＨＦ、ハロゲン系溶媒からなるので、前記溶媒は前記昇華物に対して溶解性が高く、ベーク装置に付着した昇華物の除去効果が高い。また、ベーク装置内部のベークにより装置内部に残存した溶媒の除去が容易である。

請求項３では、フェノール系樹脂はクレゾールノボラックまたはポリヒドロキシスチレンであるので、アルコール系溶媒、ＴＨＦ、ハロゲン系溶媒による溶解性が高い。

請求項４では、溶媒は沸点が１００℃以下であるので、吐出・洗浄時には溶液状態であっても、排出時はベークにより完全にベーク装置内部に残る溶媒を気化させることができる。

請求項５では、吸気ノズルおよび排気ノズルに、外部信号により開閉が自在な弁を取り付けたので、溶媒を噴射する場合は弁を閉じ、吸気ノズルおよび排気ノズルに溶媒が流入することを防止することができる。

請求項６では、ベークプレート内に流入した溶媒を外部へ排出するための排出ユニットを備えたので、洗浄後の溶液状態にある溶媒を回収することができる。

この発明の請求項７記載の半導体装置の製造方法によれば、ベークプレート上に半導体基板を配置して加熱する工程と、ベークプレート上に半導体基板を配置して加熱する工程と、加熱した半導体基板上のレジストから昇華してベーク装置に付着した昇華物を溶媒により除去する工程とを含むので、ベーク装置内に堆積した昇華物の洗浄が可能である。また、昇華物を溶解させる溶媒を選択することで、あらゆる昇華物に対してベーク装置の洗浄が可能である。その結果、これまで不完全であったベーク装置に付着した昇華物の除去を完全に行うことができ、半導体微細パターンの形成の際の生産時の歩留りを向上させる効果を有する。

請求項８では、溶媒はベークプレートカバーの内側に設置された溶液噴射口からベークプレートカバーに向けて噴射されるので、ベークプレートカバーで結晶化し、析出した昇華物を溶解させることにより除去することができる。

請求項９では、昇華物は非イオン系酸発生剤またはフェノール系樹脂の低分子量成分からなり、溶媒はアルコール系溶媒、ＴＨＦ、ハロゲン系溶媒からなるので、前記溶媒は前記昇華物に対して溶解性が高く、ベーク装置に付着した昇華物の除去効果が高い。また、ベーク装置内部のベークにより装置内部に残存した溶媒の除去が容易である。

請求項１０では、フェノール系樹脂はクレゾールノボラックまたはポリヒドロキシスチレンであるので、アルコール系溶媒、ＴＨＦ、ハロゲン系溶媒による溶解性が高い。

請求項１１では、溶媒は沸点が１００℃以下であるので、吐出・洗浄時には溶液状態であっても、排出時はベークにより完全にベーク装置内部に残る溶媒を気化させることができる。

この発明の第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態の昇華物防止用のベーク装置の断面図である。

図１に示すように、ベーク装置は、ベークプレート２０１およびベークプレートカバーで囲繞される。ベークプレート２０１は、レジストを塗布した半導体基板を加熱する。ベークプレートカバーは、ベーク炉カバー天板部２０２、ベーク炉カバー側壁部２０３からなり、半導体基板を囲むように配置される。ベーク装置のベークプレートカバーの内側には吸気ノズル２０４と排気ノズル２０５が設置されている。前記ノズル２０４，２０５には外部信号により開閉が自由な弁２０６を設ける。

また、ベーク装置は溶媒噴射口２０７を具備し、ベーク装置に付着したレジストの昇華物を除去するための溶媒を噴射する。また、ベーク装置の下側にベークプレート２０１内に流入した溶媒を外部へ排出するための排出ユニットとして溶液回収トラップ２０８および前記トラップ２０８を介し、溶液を排出する溶液排出ノズル２０９を設ける。

次に、上記構成を有するベーク装置の働きを述べる。ベークプレート２０１上に、レジストを塗布した半導体基板を配置し、所定温度でレジストを塗布した半導体基板を加熱することで、レジスト溶剤を気化させ、レジストを硬化させる。そして、レジストの化学反応を促進させ、レジストとレジスト現像液の反応後、リンス液を気化させる。また、吸気ノズル２０４は外気の供給口として設けられ、排気ノズル２０５は吸気ノズル２０４から吸気した外気の排出口および、レジスト溶剤の気化成分およびリンス液の気化成分の排出口として設けられる。

レジストを塗布した半導体基板をベークするとレジストから蒸気と昇華物が発生する。蒸気は排出ノズルを経由して排出される。昇華物はベーク炉カバー天板部２０２、ベーク炉カバー側壁部２０３，排気ノズル２０５で結晶化し、析出する。この析出した昇華物を本構成の装置を用いて、溶媒に溶解させることにより除去する。具体的には、半導体基板がベークプレート２０１上に無い状態で、一定量の溶媒の噴射を噴射口２０７からベーク炉カバー２０２，２０３、ベークプレート２０１、排気ノズル２０５に行うことで、付着した昇華物を溶解させることが可能である。溶液はベークプレート２０１下の溶液回収トラップ２０８に回収される。ベークプレート２０１、ベーク炉カバー２０２，２０３、排気ノズル２０５に付着した溶液は各部の加熱により気化し、排気ノズル２０５により気体状で排出される。吸気ノズル２０４及び排気ノズル２０５には溶液の混入を防止するため開閉弁２０６を設け、溶媒を噴射する場合は、弁は閉じる。

レジスト昇華物を溶解させる溶媒は、吐出・洗浄時には溶液状態であり、排出時はベークにより完全にベーク装置内部に残る溶媒が気化していることが必要であることから、前述の溶媒は、常温では液体で、沸点が１００℃以下のものであることが求められる。特に、フェノール系樹脂の低分子量成分および非イオン系酸発生剤の昇華物に対しては、本装置に用いる溶媒として、アルコール系溶媒、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）、ハロゲン系溶媒が昇華物の溶解性が高く、ベーク装置に付着した昇華物の除去効果が高い。また、ベーク装置内部のベークにより装置内部に残存した溶媒の除去が容易である。

この発明の第２の実施の形態を図２に基づいて説明する。図２は本発明の第２実施形態の昇華物防止用のベーク装置の断面図である。

図２に示すように、ベークプレート３０１およびベークプレートカバーで囲繞される。ベークプレート３０１は、レジストを塗布した半導体基板を加熱する。ベークプレートカバーは、ベーク炉カバー天板部３０２、ベーク炉カバー側壁部３０３からなり、半導体基板を囲むように配置される。ベーク装置のベークプレートカバーの内側には吸気ノズル３０４と排気ノズル３０５が設置されている。前記ノズル３０４，３０５には弁を設ける。また、ベーク装置は溶媒吐出ノズル（溶媒噴射口）３０６を具備し、溶媒をヒータ３０７で気化させる。

次に、上記構成を有するベーク装置の働きを述べる。本構成の装置は、前述の実施の形態１と同様に、レジストを塗布した半導体基板を加熱する従来のベーク装置の性能を有する。

また、ベーク装置に付着したレジスト昇華物は、昇華物を溶解させる溶媒をヒータ３０７で加熱し、溶媒吐出ノズル３０６から高温の気体を吐出することで、昇華物が気体した溶媒に溶解し、排気ノズル３０５から排気される。このとき、ベークプレート３０１、ベーク炉カバー３０２および３０３、排気ノズル３０５をベークしている状態であれば、気体がベーク装置内で液化することなく、気体のまま排気ノズル３０５を経由して排出されるので、装置構成が実施の形態１に比べ簡易である。

本装置に用いる溶媒は実施の形態１と同様に、アルコール系溶媒、塩素系溶媒、ＴＨＦの溶媒の使用が可能である。前記溶媒に対しては、沸点が１００℃以下で、常温で気体もしくは液体で有れば良い。すなわち、ベーク装置の昇温により気体状であることが必須である。

前記溶媒をヒータ３０７で加熱し、高温の蒸気とすることで、ベーク装置各部への拡散が可能となり、ベーク装置内部全体に蒸気を充満させる。また、吸気ノズル３０４および排気ノズル３０５を閉弁することで、ベーク装置内は密封系にする。前記状態では、蒸気圧が増え、昇華物との接触回数が多くなることから、昇華物が溶媒蒸気に溶解しやすくなり、高効率での洗浄効果がある。また、洗浄後は吸気ノズル３０４からの外気供給および吐出ノズル３０６の蒸気状の溶媒供給をおこない、排気ノズル３０５から排気することで、ベーク装置内を汚染することなく、ベーク装置内を洗浄することが可能である。

従って、実施の形態２は実施の形態１に比べて、（１）ベーク装置内部全体の洗浄効果を有する、（２）洗浄溶液の排出が容易である、（３）溶媒吐出ノズルは複数箇所必要としないことから装置構成が簡易である、などの点で有用である。

本発明に係る半導体装置の製造装置および製造方法は、これまで不完全であったベーク装置に付着した昇華物の除去を完全に行うことができ、半導体微細パターンの形成の際の生産時の歩留りを向上させる効果を有し、半導体プロセスにおいて、微細レジストパターンの形成に用いるベーク装置として有用である。

本発明の第１実施形態の昇華物防止用のベーク装置の断面図である。 本発明の第２実施形態の昇華物防止用のベーク装置の断面図である。 従来例におけるベーク装置の断面図である。

符号の説明

１０１ ベークプレート
１０２ ベーク炉カバー（天板）
１０３ ベーク炉カバー（側壁）
１０４ 吸気ノズル
１０５ 排気ノズル
１０６ ヒータ
２０１ ベークプレート
２０２ ベーク炉カバー天板部
２０３ ベーク炉カバー側壁部
２０４ 吸気ノズル
２０５ 排気ノズル
２０６ 開閉弁
２０７ 溶媒噴射口
２０８ 溶液回収トラップ
２０９ 溶液排出ノズル
３０１ ベークプレート
３０２ ベーク炉カバー天板部
３０３ ベーク炉カバー側壁部
３０４ 吸気ノズル
３０５ 排気ノズル
３０６ 溶媒吐出ノズル
３０７ ヒータ

Claims (11)

1. レジストを塗布した半導体基板を加熱するベークプレートと、前記半導体基板を囲むベークプレートカバーと、前記ベークプレートカバーの内側に設置された吸気ノズルおよび排気ノズルとを備えたベーク装置からなる半導体装置の製造装置であって、前記ベーク装置に付着した前記レジストの昇華物を除去するための溶媒を噴射する溶媒噴射口を設けたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
2. 前記昇華物は非イオン系酸発生剤またはフェノール系樹脂の低分子量成分からなり、前記溶媒はアルコール系溶媒、ＴＨＦ、ハロゲン系溶媒からなる請求項１記載の半導体装置の製造装置。
3. 前記フェノール系樹脂はクレゾールノボラックまたはポリヒドロキシスチレンである請求項２記載の半導体装置の製造装置。
4. 前記溶媒は沸点が１００℃以下である請求項１記載の半導体装置の製造装置。
5. 前記吸気ノズルおよび前記排気ノズルに、外部信号により開閉が自在な弁を取り付けた請求項１記載の半導体装置の製造装置。
6. 前記ベークプレート内に流入した前記溶媒を外部へ排出するための排出ユニットを備えた請求項１記載の半導体装置の製造装置。
7. ベークプレートカバーで囲まれたベークプレートを有するベーク装置内で、レジストを塗布した半導体基板を加熱する半導体装置の製造方法であって、前記ベークプレート上に前記半導体基板を配置して加熱する工程と、前記加熱した半導体基板上のレジストから昇華して前記ベーク装置に付着した昇華物を溶媒により除去する工程とを含む半導体装置の製造方法。
8. 前記溶媒は前記ベークプレートカバーの内側に設置された溶液噴射口から前記ベークプレートカバーに向けて噴射される請求項７記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記昇華物は非イオン系酸発生剤またはフェノール系樹脂の低分子量成分からなり、前記溶媒はアルコール系溶媒、ＴＨＦ、ハロゲン系溶媒からなる請求項７記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記フェノール系樹脂はクレゾールノボラックまたはポリヒドロキシスチレンである請求項９記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記溶媒は沸点が１００℃以下である請求項７記載の半導体装置の製造方法。

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