JP2798792B2 - レジスト処理装置 - Google Patents

レジスト処理装置

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JP2798792B2
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信二 鈴木
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
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    • G03F7/70866Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of mask or workpiece
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、フォトレジストが塗布された半導体ウエハ
を加熱しながら紫外線を照射してレジスト処理する装置
に関するものである。
[従来の技術] 半導体素子の製造工程において、フォトレジストパタ
ーンの形成工程は大きく分けると、レジスト塗布、プレ
ベーク、露光、現象、ポストベークの順に行われる。こ
の後、このフォトレジストパターンを用いて、イオン注
入、あるいはレジスト塗布前にあらかじめ半導体ウエハ
の表面に形成されたシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、
アルミニウム薄膜などのプラズマエッチングなどが行わ
れる。このとき、イオン注入時にはフォトレジストが昇
温するので耐熱性が高い方が良く、プラズマエッチング
時では、「膜べり」が生じない耐久性が要求される。と
ころが、近年は半導体素子の高集積化、微細化などに伴
い、フォトレジストがより高分解能のものが使われるよ
うになったが、この場合フォトレジストはポジ型であ
り、一般的にネガ型より耐熱性が悪い。
フォトレジストの耐熱性や耐プラズマ性を高める方法
としてポストベークにおいて段階的に温度を上げ、充分
な時間加熱処理する方法や現像後のフォトレジストパタ
ーンに紫外線を照射する方法が検討されている。しか
し、前者の方法では十分な耐熱性や耐プラズマ性が得ら
れず、また処理時間が大幅に長くなるという欠点があ
る。そして、後者の方法においては、紫外線照射により
耐熱温度は上昇するものの、フォトレジスト膜が厚い場
合には、紫外線が内部まで到達せず、フォトレジストの
内部まで十分に耐熱性が向上しなかったり、処理時間が
長いという欠点がある。
そのため最近は、例えば特開昭60−45247号「フォト
レジストの硬化方法及び硬化装置」に開示されているよ
うに「加熱」と「紫外線照射」を組合せることが提案さ
れている。そこで、フォトレジストが塗布された半導体
ウエハを、発熱体を内蔵した金属性ホットプレート上に
載置し、このホットプレートによって加熱しながら紫外
線を照射している。
又、特開昭63−232331号等で知られているように、レ
ジストを短時間で硬化させるために減圧下で紫外線照射
する方法がある。
第2図は従来のレジスト処理装置の概略構成を示す図
である。第2図において、21は高圧水銀灯、22は楕円集
光鏡、23は処理室、24はこの処理室23の上部に設けられ
た照射窓、25は処理室23を真空にするために不図示の真
空ポンプに接続される排気口、26はウエハ処理台、27は
このウエハ処理台26の間隙28に設置されたヒータ、29は
このヒータ28へのリード線、10は表面にフォトレジスト
(以下レジストという)11を塗布したウエハで、ウエハ
処理台26に載置されて、楕円集光鏡22を介してランプ21
からの光照射を受ける。
第2図において、レジスト11が塗布されたウエハ10
は、ヒータ27を配設したウエハ処理台26を介して加熱さ
れながら、ランプ21からの紫外線が照射されてレジスト
処理が行われる。それによってレジストの耐熱性や耐プ
ラズマエッチング性が高められる。
第2図の装置では、処理室23はステンレスまたはアル
ミニウム等であるが、ヒータ27を有するウエハ処理台26
は熱伝導及び熱の均一性を高めるために銅、アルミニウ
ム等を用いる。
ところが、ステンレス製の処理室23に対して、銅やア
ルミニウムのウエハ処理台26はクリーニング、ヒータ交
換等のメンテナンスのため取外し可能とする必要があ
り、溶接することができないので、処理室23とウエハ処
理台26の間をパッキン等を介在させて封止することが必
要であるが、250℃〜300℃程度の高温ではよい封止方法
はない。
そこで、第3図に示すようにウエハ処理台26を処理室
23の内部に配置する方法がある。この場合、冷却水を流
すパイプ30やヒータリード線29がウエハ処理台26から処
理室23を貫通しているが、これらは、ヒータから十分離
れており温度が低いため、パッキン等のシール部材を使
うことができる。
[発明が解決しようとする課題] 上記のように、従来の装置におけるウエハ処理台の素
材として用いられる金属(銅、アルミニウム等)に対し
てヒータから熱を伝える際に、ウエハ処理台が大気中に
ある場合は空気の対流、伝導(処理台とヒータとの接
触)、放射の三つの伝達方法があるが、ウエハ処理台を
真空中に配設してしまった場合、ヒータとウエハ処理台
との間隙部も真空になってしまうので、空気の対流によ
る熱の伝達がなくなってしまう。
レジスト処理の方法としては、一般にウエハ処理台が
50℃〜300℃程度の範囲で急激な昇降温制御をするた
め、もし対流による熱の伝達方法がなくなってしまう
と、ヒータの加熱による熱の伝達は伝導と放射のみにな
ってしまい、ヒータからウエハ処理台への熱が伝わりに
くくなってしまう。その結果、ヒータとウエハ処理台と
の温度差が大きくなってしまう。このヒータとウエハ処
理台との温度差が大きいということは、ヒータ本体の加
熱温度を高くしないと、ウエハ処理台を所望の温度まで
加熱することができないことであり、結果としてヒータ
及びヒータ内部のヒータ線が高温となり、ヒータを短時
間に損傷する原因となり、ヒータの寿命を短くするとい
う欠点がある。
本発明はヒータの損傷を防止し、ウエハ処理台の急激
な昇降温制御をに行うことのできる、レジスト処理装置
を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記の目的を達成するために、この発明のレジスト処
理装置は処理室と、この処理室底面より伸びる保持部材
で保持された処理台と、この処理台の内部に間隙を有し
て挿入されたヒータと、該処理室外部より不活性ガスを
該処理台まで導く手段と、この不活性ガスを該処理台内
の間隙に流す手段とを具備したものである。
[作用] 上記の構成を有することにより、ヒータの熱がウエハ
処理台に効率良く伝わり、ヒータの温度を低くおさえる
ことができるため、熱によるヒータ破損の心配もない。
[実施例] 第1図は本発明の一実施例であるレジスト処理装置の
主要部の概略構成を示す図で、同図(a)は側面図、同
図(b)は同図(a)の線A−Aにおける平面断面図で
ある。
第1図において、1はランプ、2は楕円集光鏡、3は
処理室、4は照射窓、5は処理室3を不図示の真空ポン
プへ連結する排気口、6はウエハ処理台、7はヒータ、
8はこのヒータ7を配設するための間隙、9はヒータ7
のリード線、12は間隙8に不活性ガスを導入するための
ガスパイプ、13は冷却用のパイプ、14は処理室3とガス
パイプ12及び冷却水用のパイプとの間に介在させたパッ
キン、15は貫通継手、16は処理台6の保持部材であり、
また、第1図において、第2図と同一符号は同一のもの
である。
次に第1図の各構成要素についてさらに詳細に説明す
ると、ガスパイプ12内を流れるガスは窒素、アルゴン等
の不活性ガスで、流量10〜200CC/minであり、ヒータ7
は、定格電力500〜1000Wで、約50℃〜450℃の温度範囲
に加熱され、ウエハ処理台6は約30〜300℃まで昇温す
る。ヒータ7は、カートリッジヒータが適用される。
ウエハー処理台6は、銅あるいはアルミニウムで構成
される。ウエハ処理台6としては温度を均一にする必要
があり熱伝導度のすぐれたものがよい。また加熱処理は
温度が急激に昇降するので熱容量を小さくする必要があ
り、できるだけ小型のものがよい。
さらに、ウエハ処理台6でのガスの流路は、ヒータ7
の外周とウエハ処理台6の間には、約0.05〜0.1mmの微
小な間隙8があり、ここに上記ガスが流れてヒータ7の
熱を対流によってウエハ処理台6に伝える。ヒータ7
は、その端部等で止めネジによってウエハ処理台6の内
周面に押えつけられるような構造で保持、あるいは抜け
止めされている(図示略)。
ウエハ10及びレジスト11は、例えば6インチのシリコ
ンウエハにレジスト(例えば東京応化製OFPR−800)が
3μmの厚さでパターン化されている。このウエハ10は
図示略であるが処理台に載置されている。
ウエハ処理台6は、処理室3内で保持部材16で保持さ
れている。保持部材16のうち16aは断熱のためセラミッ
クで構成され、その他の部分は金属でできている。この
保持部材16によってウエハ処理台6は処理室底面より10
0mmぐらい離間されている。
ガスパイプ12は、ステンレスまたは銅製(熱伝導性の
悪いものがより好適)で、外径約7mmである。
冷却水用のパイプ13は、ステンレスまたは銅製で外径
10mmのものが用いられ、ウエハ処理台6の冷却に使用し
ており、上記両パイプの接合部は貫通継手15とフッソゴ
ム系のパッキンで図のように密閉されている。
また、処理室3はステンレス製で内部を排気口に接続
された不図示の真空ポンプによって、例えば10-1torrに
減圧させる。
ランプ1は定格消費電力4KWの高圧放電灯等、あるい
は低圧放電灯や金属蒸気放電灯で220〜320nmの範囲の波
長を強く発光するものが用いられる。そして楕円集光鏡
2は紫外線を効率よくかつ均一に照射するために高反射
率のアルミニウムミラーを用いる。
その他、図示略であるがウエハ処理台6の温度制御機
構、あるいはウエハ搬送機構等がある。
また、加熱処理、紫外線照射処理の動作については、
第2図と同様であるので説明は省略する。
第1図においては、処理室3の外部よりガスパイプ12
にてウエハ処理台6までガスを供給する。このガスがウ
エハ処理台6内でヒータ7の周囲を沿うように流れる。
このためヒータ7からの熱がガスの対流によってウエハ
処理台6に伝達されて、ウエハ10の加熱処理が行なわれ
る。
第4図(a)は、この発明の他の実施例であるリング
状ヒータを設けたウエハ処理台の主要部を示す断面図、
同図(b)は同図(a)に用いられたリング状ヒータの
斜視図である。
第4図においてはガスパイプ32から導入されたガスに
よって、ウエハ処理台36と底板40に囲まれた間隙38内の
リング状のヒータ37の熱が対流によってウエハ処理台36
に伝えられる。
従来は、ヒータの熱を、放射とわずかな点接触による
伝導とによってウエハ処理台に伝えなければならなかっ
たので、ヒータが800℃位迄昇温していたが、第1図の
装置では不活性ガスによる対流によってヒータ7の熱の
大部分がウエハ処理台6に伝わるので、ヒータ7の加熱
温度も450℃程度までとなり、熱によるヒータの損傷も
少くなった。
また、特開昭58−32410号公報には、処理室内でのプ
ラズマエッチングによるウエハの温度上昇を抑える目的
でガスを流入することが開示されているが、この装置は
ヒータを設けたものではなく、本発明のようにヒータか
らの熱によりウエハを加熱する装置において、ヒータを
保護するためにガスを導入することにより熱を対流させ
て温度の上昇、均一化を促進させる点は、新規でありヒ
ータ保護の目的を充分に達せられるものである。
[発明の効果] 以上説明したとおり、本発明によればヒータとウエハ
処理台との温度差は少く、そのためウエハ処理台の加熱
速度は早く、その上ヒータを不必要に加熱することがな
いのでヒータの損傷は少い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例であるレジスト処理装置の主
要部の概略構成を示す図で、同図(a)は側面図、同図
(b)は同図(a)の線A−Aにおける平面断面図、第
2図は従来のレジスト処理装置の概略構成を示す図、第
3図は従来の他のレジスト処理装置の概略説明図、第4
図(a)はこの発明の他の実施例であるリング状ヒータ
を設けた、ウエハ処理台の主要部を示す断面図、同図
(b)は同図(a)に用いられたリング状ヒータの斜視
図である。 図中. 1:ランプ、2:楕円集光鏡 3:処理室、4:照射窓 5:排気口、6:ウエハ処理台 7:ヒータ、8:間隙 9:リード線、10:ウエハ 11:レジスト、12:ガスパイプ 13:冷却水用パイプ、14:パッキン 15:貫通継手
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 521

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】減圧雰囲気下で光照射及び/又は加熱によ
    り処理するレジスト処理装置において、 処理室と、この処理室底面より伸びる保持部材で保持さ
    れた処理台と、この処理台の内部に間隙を有して挿入さ
    れたヒータと、該処理室外部より不活性ガスを該処理台
    まで導く手段と、この不活性ガスを該処理台内の間隙に
    流す手段とを具備したことを特徴とするレジスト処理装
    置。
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