JP2876072B2

JP2876072B2 - 処理装置

Info

Publication number: JP2876072B2
Application number: JP30981191A
Authority: JP
Inventors: 知子濱田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1991-10-29
Filing date: 1991-10-29
Publication date: 1999-03-31
Anticipated expiration: 2014-03-31
Also published as: JPH05121306A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造におけるフォトレジ
スト処理工程にあっては、ウエハ上に堆積された、例え
ばＳｉＯ₂ 等の薄膜上にレジストを塗布し、この薄膜上
に所望のパターンを露光、現像してパターンを形成して
いる。この場合、レジスト塗布前の半導体ウエハにあっ
ては、その表面が大気中の水分と結合して表面にＯＨ基
が存在して親水性となっている。このような親水性の表
面に対してレジストを塗布すると、レジストのウエハ表
面に対する密着性が弱いために現像処理中等にレジスト
が剥離する恐れがある。このために、レジストの密着性
を強化するために、レジスト塗布前の半導体ウエハ表面
にＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）を作用させて表
面のＯＨ基をＳｉ（ＣＨ₃ ）₃ 基に置換して、疎水性化
処理（アドヒージョン処理）が行われている。

【０００３】図３は上述のようにウエハの表面処理を行
うＨＭＤＳ処理装置を示す。図示するように処理液とし
てのＨＭＤＳ２はタンク４内に貯留されており、タンク
４内の底部に設けられるバブラー６にはキャリアガスと
して窒素（Ｎ₂ ）ガスが供給され、この窒素ガスの泡８
によりＨＭＤＳ２が気化される。この時の供給ガス量
は、ガス導入側に設けたフロート式の流量計１０により
測定される。そして、気化されたＨＭＤＳ２は窒素ガス
と共にＨＭＤＳガス供給管１２を通って処理容器１４へ
と送られ、処理容器１４内に設けられる半導体ウエハ１
６に吹き付けられる。これによりウエハ１６の表面処理
がなされ、処理後のガスは排気管１８を介して排出され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ウエハ表面
の疎水性処理を確実に行うためには処理容器１４内へＨ
ＭＤＳ蒸気が確実に供給されているか否か、或いは供給
されているならばその濃度はどの程度なのかを知る必要
があるが、従来にあってはＨＭＤＳの濃度を検出するた
めの好適なセンサがなかったので流量計１０の示す流量
を観察することにより間接的に濃度等を推定していた。
しかしながら、上記したＨＭＤＳの蒸気は無色透明であ
るために、ＨＭＤＳ蒸気が実際に供給されたのか否か、
或いは供給されているのであれば実際に何時処理容器１
４内へＨＭＤＳ蒸気が流入したのであるか精度よく知る
ことができない。特に、処理時間は、例えば４５秒程度
と短いので処理の開始時期を精度よく知る必要がある
が、従来装置にあってはそれを精度よく知ることができ
なかった。

【０００５】また、ウエハの表面処理結果は、処理時の
ＨＭＤＳの蒸気濃度に大きく依存するのであるが、上述
した装置にあっては直接濃度を知ることができずキャリ
アガスの供給量を変えることにより間接的に濃度を変え
るようにしていたので、ＨＭＤＳの蒸気濃度が正確でな
く、特に、ＨＭＤＳ蒸気の発生量はタンク４内のＨＭＤ
Ｓ２の量にも左右されるので蒸気濃度の不正確度が一層
助長され、表面処理を安定的に行うことができないとい
う改善点を有していた。更に、ＨＭＤＳの蒸気濃度が過
剰になると、例えば周囲の環境温度の変化によりガス供
給管１２の途中にて結露が発生してしまい、このために
蒸気濃度が変動したり或いは結露液がウエハ上に落下し
て処理の均一性が悪くなったり、また、パーティクルの
原因となるなどの改善点もあった。本発明は、以上のよ
うな問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案され
たものである。本発明の目的は、処理液の蒸気濃度を正
確に知って安定した表面処理を行うことができる処理装
置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、水晶振動子に
合成２分子膜を被覆したものをセンサとして利用するこ
とによりＨＭＤＳ蒸気の濃度を正確に得ることができ
る、という知見を得ることによりなされたものである。
本発明は、上記問題点を解決するために、処理液をキャ
リアガスにより気化し、該気化された処理液を含有する
キャリアガスを処理容器内へ導入して被処理体を処理す
る処理装置において、前記キャリアガスの流路に、前記
キャリアガス中に含有する処理液の濃度を測定する処理
液濃度検出手段を設けるように構成したものである。

【０００７】

【作用】本発明は、以上のように構成されたので、処理
液の蒸気を含有するキャリアガスが給気系を介して処理
容器内へ導入され、ここで被処理体に表面処理を施すこ
とになる。処理後のガスはキャリアガスの流路、例えば
排気系を流れて排出され、この時、例えば水晶振動子を
合成２分子膜により被覆することにより形成される合成
２分子膜センサよりなる処理液濃度検出手段により排ガ
スに含まれるＨＭＤＳの濃度を知ることができる。そし
て、この検出濃度値に基づいてキャリアガスを増減する
ことにより適正な濃度を保持する。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明に係る処理装置の一実施例を
添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る処理
装置を示す概略構成図である。従来装置と同一部分には
同一符号を付す。本実施例においては、処理装置として
ＨＭＤＳ処理装置が示される。図示するようにこのＨＭ
ＤＳ処理装置は、処理液を貯留するタンク４と、このタ
ンク４から供給される処理液の蒸気を被処理体、例えば
半導体ウエハ１６の表面に当てて表面処理する処理容器
１４と、この容器１４からの排ガス中の処理液濃度を検
出する処理液濃度検出手段２４とにより主に構成されて
いる。

【０００９】上記タンク４は処理液としてのＨＭＤＳ２
を貯留するための有底筒体状に形成されており、このタ
ンク４は貯留されるＨＭＤＳ２への不純物溶出等を防止
するために石英ガラス等により形成されている。このタ
ンク４内の底部には、キャリアガスとしての例えば窒素
（Ｎ₂ ）ガスの細かな気泡を発生させるための例えば多
孔質の部材よりなるバブラー６が設けられており、この
バブラー６には窒素ガスボンベ等の窒素ガス源（図示せ
ず）から窒素ガスを供給する窒素ガス供給管２０が接続
されている。この窒素ガス供給管２０には、フロート式
の流量計１０及び三方弁２６が順次介設されており、こ
の三方弁２６からは上記処理液濃度検出手段２４に向け
てパージ用ガス供給管２８が形成されている。

【００１０】また、この三方弁２６の下流側のガス供給
管２０からは希釈用ガス供給管３０が分岐されると共
に、この供給管３０には途中に流量調整弁３２が介設さ
れその先端部は上記タンク４の頂部に挿入されている。
また、上記タンク４の頂部と上記処理容器１４との間に
は、タンク４内で生成されたＨＭＤＳ蒸気を含有する窒
素ガスを送給するための給気系としてのＨＭＤＳガス供
給管１２が連通して接続されている。そして、このガス
供給管１２には、必要に応じて上記処理容器１４内を大
気開放するために途中に開放弁３４を介設した大気開放
管３６が分岐して接続されている。

【００１１】一方、上記処理容器１４は、例えば石英ガ
ラス等により構成されて開閉可能な蓋体（図示せず）が
設けられている。この処理容器１４内には被処理体とし
ての半導体ウエハ１６が加熱機構（図示せず）を内蔵し
た載置台３８に載置されて収容されている。また、この
処理容器１４の底部には処理後のガスを排気するための
排気系としての排気管１８が接続されており、図示しな
いエゼクタ等により処理容器１４内を負圧に吸引するよ
うになっている。従って、キャリアガスは、ＨＭＤＳガ
ス供給管１２、処理容器１４、排気管１８等からなる流
路を流通する。そして、この排気管１８には本発明の特
長とする処理液濃度検出手段２４が設けられている。具
体的には、この検出手段２４は、例えば石英ガラス等に
より形成された検出容器４０を有しており、この検出容
器４０の上部に上記排気管１８の流入端を接続すると共
に、下部に下流側排気管１８の流出端を接続している。
そして、この検出容器４０内には、側壁より延出させて
合成２分子膜センサ４２（市販品）が設けられており、
この容器４０内を流れる排ガス中のＨＭＤＳ蒸気の濃度
を検出し得るように構成されている。この合成２分子膜
センサ４２は、水晶振動子の表面に、臭気を吸着する脂
質２分子膜と極めて類似の構造を持つ合成２分子膜を被
覆することにより形成されるものであり、ＨＭＤＳ分子
が吸着すると吸着した物質の量に応じて水晶振動子の振
動、すなわち水晶振動子を利用した水晶発振器の発振周
波数（振動数）が変化する。このセンサ４２はコード４
４を介してモニタ４６に接続されており、その振動数を
モニタし得るようになされている。例えば吸着量が多く
なると振動数は減少（発振周波数が低下）するので、そ
の時の振動数又は振動数の変化によって、吸着量すなわ
ちＨＭＤＳ蒸気の濃度を算出することができる。この算
出は、ＣＰＵ、コンピュータ等の手段により容易に実現
できる。

【００１２】このセンサ４２は、ある程度のＨＭＤＳ蒸
気を吸着すると吸着量が飽和状態となるために、濃度検
出感度を良好に維持するためには吸着した物質をある程
度のインターバルをもってパージする必要がある。その
ために、上記検出容器４０の上部には、前記パージ用ガ
ス供給管２８が連通接続されており、必要時にこの容器
内にパージガス、すなわち窒素ガスを供給し得るように
構成されている。また、この合成２分子膜センサ４２
は、一般に耐熱性が良好でないので、これを通常処理温
度が約６０℃に達する処理容器１４内に設けることは不
適切であり、また、この処理容器１４の上流側のＨＭＤ
Ｓガス供給管１２に設けることも可能であるが、この場
合にはパージ用窒素ガスが処理容器１４内へ混入してし
まう恐れがあり、混入を防止するためにはその構成が複
雑化するので好ましくはない。従って、上述のように排
気管１８にセンサ４２を設けるのが好ましい。一方、上
記モニタ４６には、例えばコンピュータ等よりなる制御
器５０が接続されており、モニタ４６を介して入力され
るＨＭＤＳ濃度値に応じてこれが所定の値を示すように
流量調整弁３２の開度を調整し得るように構成されてい
る。

【００１３】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、処理容器１４の図示しな
い蓋を開けて、前工程より搬送してきたウエハ１６を載
置台３８上に載置し、蓋を閉じると共に減圧を開始す
る。そして、容器１４内圧力が所定圧になったならば窒
素ガスを供給管２０を介してバブラー６よりタンク４０
内へ導入すると共に、所定量の窒素ガスも希釈用ガス供
給管３０を介してタンク４内上部空間部へ導入して希釈
する。上記バブラー６から発生する泡により液体ＨＭＤ
Ｓ２は蒸気化され、希釈化された後、ＨＭＤＳガス供給
管１２を介して処理容器１４内へ導入され、この容器１
４内に保持されているウエハ１６の表面に疎水化処理を
施すことになる。

【００１４】処理後のガスは排気管１８を介して排ガス
として排気され、この時、この排ガスは処理液濃度検出
手段２４の検出容器４０内を通過し、この容器４０内に
設けた合成２分子膜センサ４２により排ガス中のＨＭＤ
Ｓ濃度が水晶振動子の振動数として間接的に検出され
る。この水晶振動子の振動数とＨＭＤＳ濃度との相関関
係は、予め実験等により求めることができる。この時の
ＨＭＤＳ濃度の検出値は、モニタ４６を介して制御器５
０へ導入され、この検出値に基づいてこれが所定の濃度
を一定に維持するように希釈用ガス供給管３０に設けた
流量調整弁３２の開度を自動的に調整して希釈用窒素ガ
スの供給量を増減する。この場合、制御器５０を設ける
ことなく、モニタ４６を監視する操作員が手動により上
記流量調整弁３２の開度を調整して希釈用窒素ガスの供
給量を調整するようにしてもよい。

【００１５】このように、合成２分子膜センサ４２の作
用によりＨＭＤＳ蒸気によるウエハに対する疎水化処理
の開始時間及びその濃度を正確に自動的に認識すること
が可能となる。このようにして、所定の時間処理を行っ
たならば窒素ガス及びＨＭＤＳ蒸気の供給を停止すると
共に排気操作は続行して処理容器１４内に残留する有害
なＨＭＤＳ蒸気を排出し、これをある程度排出したなら
ば大気開放管３６に設けた開放弁３４を開状態として処
理容器１４内を大気圧にし、処理済みのウエハ１６と未
処理のウエハとを交換して再度同じ処理を行うことにな
る。このウエハ交換中においては、センサ４２の感度を
保持するためにこれに付着したＨＭＤＳ蒸気をパージす
る必要があるので、窒素ガス供給管２０に介設した三方
弁２６を切換えて、窒素ガスをパージ用ガス供給管２８
を介して検出容器４０内に導入してセンサ４２に付着し
ているＨＭＤＳ蒸気をパージする。

【００１６】このようにして、パージ処理及び未処理ウ
エハの処理容器１４内への搬入処理が終了したならば、
再度上記三方弁２６を切換えてタンク４側へ窒素ガスを
供給し、前記した処理を繰り返して行う。このようにウ
エハ６の表面に疎水化処理を施すことにより、後続のフ
ォトレジスト塗布工程におけるフォトレジストとウエハ
６との密着性、固着性が向上する。本実施例においては
タンク４の容量は例えば５リットル程度のを用い、この
中に２〜３リットルの液体ＨＭＤＳ２を収容し、疎水化
処理時には圧力０．５ｋｇ／ｃｍ² にて約７リットル／
ｍｉｎの流量で窒素ガスを供給した。そして、ウエハを
約６０℃に加熱した状態で約４５秒間疎水化処理を行っ
た。また、処理前の処理容器１４内の減圧操作は約５秒
間行い、処理後の残留ＨＭＤＳガスの排気操作は約７秒
間行った。

【００１７】また、センサ４２に付着したＨＭＤＳのパ
ージ時には、パージ時間にもよるが処理時よりも少ない
量、例えば３リットル／ｍｉｎの窒素ガスを検出容器４
０内へ導入した。上記実施例においては、ウエハ１枚処
理毎にＨＭＤＳの蒸気濃度を検出するようにしたが、こ
れを数枚毎に或いはタンク内のＨＭＤＳ量や周囲温度等
が変化したときに測定するようにしてもよい。また、１
枚のウエハを処理する毎にＨＭＤＳ蒸気をパージするこ
となく所定の複数枚数のウエハを処理したときＨＭＤＳ
蒸気のパージ操作を行うようにしてもよい。この場合に
は、処理を開始する前に窒素供給量、処理温度、タンク
内への液体ＨＭＤＳ２の収容量等との相関関係を実験等
により求めておき、この相関関係より処理中のＨＭＤＳ
蒸気の濃度を求めるようにしてもよいし、また、１枚の
ウエハの処理を完了するたびにモニタ４６の検出値をリ
セットするようにしてもよい。例えば、前記パージをす
ることなく処理を続けると、センサ４２に付着するＨＭ
ＤＳ量が増加し続けるので、その増加の程度から濃度を
算出するようにしてもよいし、また、モニタ４６の検出
値を、次の検出のための基準値とすべくゼロリセット状
態とし、この基準値からの増加量を算出して濃度を求め
るようにしてもよい。

【００１８】以上のように、本実施例にあっては、排気
管１４に設けた処理液濃度検出手段２４により、蒸気乃
至ガス状の処理液の処理容器１４内への導入開始時間及
びその濃度を確実に認識することができ、また、この検
出値に基づいて希釈用ガスの供給量を増減するようにし
たので疎水化処理の間このガス状処理液濃度を一定に保
つように制御することが可能となる。従って、ＨＭＤＳ
蒸気の濃度過剰に伴う結露現象の発生及びこの濃度不足
に伴う疎水化の不完全処理の発生を未然に防止すること
が可能となり、半導体ウエハの歩留まり向上に大幅に寄
与することが可能となる。

【００１９】尚、上記実施例にあっては、排気管１８に
１つの処理液濃度検出手段２４しか設けなかったが、こ
れを複数個、例えば図２に示すように２個の濃度検出手
段２４、２４を設ける用にしてもよい。すなわち、処理
容器１４からの排気管１８を２つに分岐してこれをそれ
ぞれの検出容器４０、４０へ連通させると共にパージ用
ガス供給管２８も２つに分岐してこれをそれぞれの検出
容器４０、４０へ連通させる。そして、上記各分岐管に
は開閉弁６０ａ、６０ｂ、６２ａ、６２ｂをそれぞれ介
設し、対応する開閉弁をウエハ１枚の処理毎に交互に切
換え得るように構成しておく。このように構成すること
により、一方の検出手段２４のセンサ４２が稼働中には
他方の検出手段２４のセンサ４２にＨＭＤＳ蒸気のパー
ジ処理を施すことが可能となり、各ウエハ毎に常に正確
なＨＭＤＳ濃度で疎水化処理を施すことが可能となる。
以上の実施例においては、処理液としてＨＭＤＳを用い
た場合について説明したが、本発明は、現像装置、洗浄
装置、ＬＣＤ装置等に使用されるもので前記センサに付
着し、その付着量を検出できるものであれば、他の処理
液についても適用することが可能であり、特に、無色透
明の気体濃度を検知する場合には特に有効である。ま
た、前記実施例では、処理液濃度検出手段として、水晶
振動子に合成２分子膜を被覆したものをセンサとして利
用する構成のものについて説明したが、分子の吸着量に
応じてセンサ出力が変化するものであれば他の構成でも
よい。例えば、水晶振動子の代わりに金属やセラミック
の振動子でもよく、変色するもの、電気抵抗、静電容
量、インダクタンスが変化するもの、光の反射率が変化
するもの等が利用できる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような優れた作用効果を発揮することができる。処理
液蒸気の存在及びその濃度を確実に認識することができ
るので、処理時間及び処理液蒸気を所定の値に一定に維
持することができる。従って、濃度不足に伴う不完全処
理をなくすことができ、歩留まりを向上させることがで
きる。また、処理液蒸気の濃度過剰に伴う結露の発生も
防止することができるので、この点からも歩留まりの向
上に寄与することができる。また、処理液濃度検出手段
のセンサに付着した処理液の蒸気をパージガスによりパ
ージすることにより、センサ感度を保持することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る処理装置を示す概略構成図であ
る。

【図２】本発明に係る処理装置の処理液濃度検出手段の
変形例を示す概略構成図である。

【図３】従来の処理装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

２ＨＭＤＳ（処理液）４タンク６バブラー８泡１４処理容器１６半導体ウエハ（被処理体）１８排気管（排気系）２０窒素ガス供給管２４処理液濃度検出手段２８パージ用ガス供給管３０希釈用ガス供給管４０検出容器４２合成２分子膜センサ４６モニタ５０制御器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】処理液をキャリアガスにより気化し、該
気化された処理液を含有するキャリアガスを処理容器内
へ導入して被処理体を処理する処理装置において、前記
キャリアガスの流路に、前記キャリアガス中に含有する
処理液の濃度を測定する処理液濃度検出手段を設けるよ
うに構成したことを特徴とする処理装置。
【請求項２】前記処理液濃度測定手段は、水晶振動子
を合成２分子膜により被覆することにより形成される合
成２分子膜センサを有することを特徴とする請求項１記
載の処理装置。
【請求項３】キャリアガス用のガス供給管から導入し
たキャリアガスによりタンク内に貯流されている処理液
をバブリングし、気化された処理液が含有されたキャリ
アガスを、被処理体に所定の処理を施す処理容器内へ導
入し、該処理容器内の雰囲気をこれに接続された排気系
を介して排出するようにした処理装置において、前記排
気系に介設されて前記処理容器から排出されるキャリア
ガス中に含まれる処理液の濃度を測定する処理液濃度検
出手段と、前記ガス供給管と前記タンクの上部とを連絡
して途中に流量調整弁が介設された希釈用ガス供給管
と、前記処理液濃度検出手段により得られた検出値に応
じて前記流量調整弁を制御してキャリアガス中の処理液
の濃度を所定の値に維持する制御器とを備えたことを特
徴とする処理装置。
【請求項４】前記処理液濃度測定手段は、水晶振動子を
合成２分子膜により被覆することにより形成される合成
２分子膜センサを有することを特徴とする請求項３記載
の処理装置。
【請求項５】前記ガス供給管と前記処理液濃度検出手
段との間には、パージ用ガス供給管が連絡されており、
前記センサに付着した処理液の蒸気をパージしてセンサ
感度を保持させるように構成したことを特徴とする請求
項４記載の処理装置。