JP4939850B2

JP4939850B2 - 基板処理方法

Info

Publication number: JP4939850B2
Application number: JP2006167786A
Authority: JP
Inventors: 圭早崎; 英志塩原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: US20080003837A1; TWI351583B; TW200815931A; JP2007335752A

Description

この発明は、半導体製造方法においてリソグラフィー工程に使用される塗布現像処理装置による基板処理方法に関するものである。

半導体集積回路の製造におけるフォトリソグラフィー工程では、塗布現像処理装置により、被処理基板に対して反射防止膜の塗布処理・ベーク処理、レジストの塗布処理・ベーク処理を施す。次に、露光装置により、被処理基板上に形成されたレジスト膜に、マスクを介してパターンを露光する処理を施す。さらに、塗布現像処理装置により、露光後のベーク処理、現像処理を順に施す。

このうち、反射防止膜の塗布工程、レジストの塗布工程の後に行われるベーク処理では、主に塗布された薬液の溶媒が加熱処理装置中に放出され、排気によって加熱処理装置内から除去される。しかし、ベーク温度が高い反射防止膜では、溶媒だけでなく、昇華物が加熱処理装置内に放出される。放出された昇華物は、排気が十分でない場合、被処理基板上に再付着し、欠陥となる場合があった。そこで従来は、加熱処理装置内の排気を十分にとることでこれらの問題を回避してきた。

しかし、近年、パターンサイズの微細化により、キラー欠陥サイズも相対的に小さくなり、十分に排気をとっても、加熱終了直前に被処理基板から放出され、回収されなかった昇華物が被処理基板の交換時に微細なパーティクルとなり、被処理基板上に付着し、欠陥となる問題が生じている。

なお、本発明に関する従来技術として特許文献１には、チャンバー内に導入されたガスが、ガス吹き出し板に形成された開口を通って基板に均一に吹き付けられる基板処理装置が開示されている。
特開２００３−１５８０５４号公報

この発明は、被処理基板上に付着するパーティクルを減少させることができる基板処理方法を提供することを目的とする。

一実施態様の半導体記憶装置は、有機反射防止膜を塗布した被処理基板を枚葉で加熱処理する基板処理方法であって、前記被処理基板上に所定流量の気体を流しながら、加熱された熱板と前記被処理基板を近接して配置することにより所定時間、前記被処理基板を加熱する工程と、前記被処理基板を加熱する工程の後、前記被処理基板上に塗布された前記有機反射防止膜に含まれる物質の昇華温度以上に加熱した気体を前記被処理基板上に流しながら、前記有機反射防止膜に含まれる物質の昇華温度より低い温度に前記被処理基板を冷却する工程とを具備することを特徴とする。

この発明によれば、被処理基板上に付着するパーティクルを減少させることができ、半導体装置製造における歩留まりを向上させることがきる。

以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。

半導体集積回路の製造におけるフォトリソグラフィー工程では、塗布現像処理装置により、被処理基板に対して反射防止膜の塗布処理・ベーク処理、レジストの塗布処理・ベーク処理を施す。次に、露光装置により、被処理基板上に形成されたレジスト膜に、マスクを介してパターンを露光する処理を施す。さらに、塗布現像処理装置により、露光後のベーク処理、現像処理を順に施す。この実施形態では、被処理基板上に塗布された有機反射防止膜をベーク処理する例を示す。

図１は、この発明の実施形態の基板処理方法に用いる加熱処理装置の構成を示す側断面図である。チャンバー１０の上部には、蓋１１が設けられており、チャンバー１０内の上方には天板１２が配置されている。蓋１１の中央には給気口１３が形成されており、この給気口１３には給気手段１４が接続されている。天板１２には、複数の開孔１２Ａが例えば放射状に形成されている。チャンバー１０の下部には、ウエハ（半導体基板）１５が載置される熱板１６が設けられており、この熱板１６には複数の支持ピン１７が上昇／下降可能なように埋め込まれている。ウエハ１５の下方には、ウエハ１５を搬送するための搬送アーム１８が配置されている。さらに、チャンバー１０下部の端部には、複数の排気口１９が形成され、この排気口１９には排気手段２０が接続されている。

本発明の実施形態の基板処理方法を説明する前に、一般的なベーク処理について説明する。図２は、図１に示した加熱処理装置を用いて行われる、一般的なベーク処理の手順を示すフローチャートである。

ウエハ１５に回転塗布により塗布膜、例えば有機反射防止膜が形成され、搬送アーム１８によりウエハ１５が加熱処理装置の近傍に搬送される。すると、加熱処理装置のチャンバー１０の蓋１１が開き（ステップＳ１１）、ウエハ１５がチャンバー１０内に搬入される（ステップＳ１２）。続いて、ウエハ１５を支持する支持ピン１７が下降し、チャンバー１０の蓋１１が閉じられる（ステップＳ１３）。その後、チャンバー１０内においてウエハ１５のベーク処理が開始される（ステップＳ１４）。

ベーク処理中は、給気手段１４により空気（またはＮ_２）がチャンバー１０上部の給気口１３からチャンバー内へ給気される。チャンバー内に給気された空気は、ウエハ１５上を通ってチャンバー１０下部の複数の排気孔から排気される。ベーク処理を所定時間行った後、チャンバー１０の蓋１１が開き、支持ピン１７が上昇する（ステップＳ１５）。そして、ウエハ１５が搬送アーム１８に載置されてチャンバー内から搬出される（ステップＳ１６）。

次のウエハが加熱処理装置に到着している場合には（ステップＳ１７）、処理済みのウエハの搬出と同時に次のウエハがチャンバー内に搬入され、前記ステップＳ１２以降の処理が繰り返される。一方、ステップＳ１７で、次のウエハが加熱処理装置に到着していない場合は、次のウエハが来るまでチャンバー１０を閉じた状態で待機する（ステップＳ１８）。その後、次のウエハが到着したとき、ウエハに対して前記ステップＳ１１以降の処理が行われる。

図２に示したベーク処理の手順により、標準的な条件として、ベーク温度が２０５℃、ベーク時間が６０秒で有機反射防止膜を処理した例を以下に述べる。チャンバー１０内への空気の給気流量を２L/min、チャンバー内からの排気流量を２L/minで処理した結果、有機反射防止膜上に０.１３μｍ以上の大きさのパーティクルが１０００個以上検出された。次に、前記給気及び排気流量では排気能力が十分でないと判断して、給気流量を１０L/min、排気流量を１０L/minとして処理したところ、０.１３μｍ以上の大きさのパーティクルは１０個以下となった。しかし、０.１から０.１３μｍの大きさのパーティクルが５０個検出された。これらより、排気能力が十分な加熱処理装置を用いても、有機反射防止膜上にパーティクルが発生していることがわかる。

以下に、排気能力が十分な加熱処理装置を用いても、パーティクルが発生した理由について述べる。被処理基板に有機反射防止膜を塗布した後、有機反射防止膜の上方に石英ガラスを対向するように配置した。このような状態でベーク処理を行い、有機反射防止膜から発生した昇華物が石英ガラスに付着するようにした。そして、昇華物がＵＶ光を吸収することを利用し、石英ガラスにＵＶ光を照射して、石英ガラスに付着した昇華物によるＵＶ光の吸収量を測定した。

ベーク温度は２０５℃で、石英ガラスを対向させた時間（加熱時間に相当）をパラメータにして、ＵＶ光の吸収量を測定した結果を図３に示す。ＵＶ光の吸収量が加熱時間とともに増加し、加熱時間６０秒の前後でも増加していることから、６０秒後でも有機反射防止膜から昇華物が生じていることがわかる。このことから、ベーク処理を終了させる直前のチャンバー１０内の様子は図４に示すように、十分に排気をとっていても、昇華物が浮遊している状態にあると考えられる。このため、チャンバー１０を開けてウエハ１５を交換する際に、チャンバー内の温度が急冷され、微小なパーティクルが発生し（図５に示す）、ウエハ１５上に付着したものと考えられる。

以下に、前述したパーティクルの付着を防止するための本発明の実施形態の基板処理方法について説明する。図６は、図１に示した加熱処理装置を用いて行われる、この発明の実施形態のベーク処理の手順を示すフローチャートである。

ウエハ１５に回転塗布により塗布膜、例えば有機反射防止膜が形成され、搬送アーム１８によりウエハ１５が加熱処理装置の近傍に搬送される。すると、加熱処理装置のチャンバー１０の蓋１１が開き（ステップＳ１１）、搬送アーム１８によりウエハ１５がチャンバー１０内に搬入される（ステップＳ１２）。

続いて、搬送アーム１８がチャンバー外に戻され、チャンバー１０の蓋１１が閉じられる。さらに、ウエハ１５を支持する支持ピン１７が下降し、ウエハ１５が熱板１６上に載置される（ステップＳ１３）。その後、チャンバー１０内において、熱板１６を加熱することによりウエハ１５のベーク処理が開始される（ステップＳ１４）。ベーク処理中は、給気手段１４により空気（またはＮ_２）がチャンバー１０上部の給気口１３からチャンバー内へ給気される。チャンバー内に給気された空気は、ウエハ１５上を通ってチャンバー１０下部の複数の排気口１９から排気される。

ベーク処理を所定時間行った後、支持ピン１７が上昇し、ウエハ１５が熱板１６から離され、ウエハ１５が冷却される。給気口１３から入り込んだ空気は、天板１２によって昇華物の昇華温度以上に加熱されて、ウエハ１５上を流れ、排気口から排気される（ステップＳ２１）。ウエハ１５の冷却は、前述したように、ウエハ１５を熱板１６から離すことで行ってもよいし、ウエハ１５の裏面（塗布膜が形成されていない面）に冷却した気体を当てることで行ってもよい。また、ウエハ１５の裏面に冷却した板を接触されることで行ってもよい。さらに、これらを組み合わせてもよい。給気口１３から導入された空気は、天板１２によって加熱したが、チャンバー１０内に導入する前に空気自体を加熱するようにしてもよい。

チャンバー１０内の昇華物がなくなるまで、昇華温度以上に加熱された空気でチャンバー内の排気を行った後、チャンバー１０の蓋１１が開き（ステップＳ１５）、ウエハ１５が搬送アーム１８に載置されてチャンバー内から搬出される（ステップＳ１６）。

次のウエハが加熱処理装置に到着している場合には（ステップＳ１７）、処理済みのウエハの搬出と同時に、次のウエハがチャンバー１０内に搬入されて前記ステップＳ１２以降の処理が繰り返される。一方、ステップＳ１７で、次のウエハが加熱処理装置に到着していない場合は、次のウエハが来るまでチャンバー１０を閉じた状態で待機する（ステップＳ１８）。その後、次のウエハが到着したとき、ウエハに対して前記ステップＳ１１以降の処理が行われる。

この発明の実施形態では、加熱処理工程におけるパーティクル（昇華物）の付着を防止するために、図６に示したように、ベーク処理終了後に、ウエハ上に所定流量の気体を流し昇華物を排気しながら、有機反射防止膜の昇華温度より低い温度にウエハを冷却して昇華物の発生を止める。さらに排気を続け、チャンバー内の昇華物が完全になくなったら、チャンバーを開いてウエハを交換する。このとき、ウエハ上には、昇華物の昇華温度以上に加熱した気体を流す。昇華温度以上に加熱した気体を流すことにより、昇華物が凝固し、ウエハ上に付着するのを防止する。

有機反射防止膜の昇華温度については、前述したように、被処理基板の上方に石英ガラスを対向させ、石英ガラスに昇華物を付着させて、ＵＶ光に対する吸収量を測定することで判断した。被処理基板の加熱温度を変化させた場合のＵＶ光の吸収量の変化を図７に示す。この結果より、被処理基板を１９０℃まで冷却すれば、昇華物が生じないことがわかった。

そこで、有機反射防止膜のベーク処理終了後に、被処理基板の温度は１９０℃以下になるようにし、さらに被処理基板上に流す気体の温度は１９０℃以下にならないようにして、排気を行った。具体的には、図８に示すように、支持ピン１７を上昇させて被処理基板１５を熱板１６から離し、かつ天板１２の温度を２００℃に保った状態で、チャンバー内の排気を１０秒間行った。このような処理により、被処理基板上のパーティクルは５個以下と大幅に減少した。

前記実施形態では、天板を加熱することでウエハ上に供給する気体を昇華温度以上に加熱したが、給気手段によりチャンバー内に導入する気体自体を加熱してもよい。また、昇華温度と凝集温度が異なる場合、ウエハ上に供給する気体の温度は凝集温度以上であってもよい。また、昇華物が凝集しても、被処理基板に付着しないように排気を行うことができれば、気体の温度が昇華温度あるいは凝集温度以下となってもよい。また、被処理基板の冷却は、支持ピンをアップし、熱板から被処理基板を離すことで行ったが、支持ピンをアップして被処理基板の裏側から冷却した気体を吹き付けたり、被処理基板に冷却板を接触させることで行ってもよい。

なお、前述した実施形態は唯一の実施形態ではなく、前記構成の変更あるいは各種構成の追加によって、様々な実施形態を形成することが可能である。また、前述した実施形態は、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施することができる。

この発明の実施形態の基板処理方法に用いる加熱処理装置の構成を示す側断面図である。一般的なベーク処理の手順を示すフローチャートである。一般的なベーク処理における加熱時間とＵＶ光の吸収量との関係を示す図である。一般的なベーク処理を終了させる直前のチャンバー内の様子を示す図である。一般的なベーク処理終了後にチャンバーが開けられパーティクルが発生した様子を示す図である。この発明の実施形態のベーク処理の手順を示すフローチャートである。実施形態における被処理基板の加熱温度とＵＶ光の吸収量との関係を示す図である。実施形態のベーク処理終了後におけるチャンバー内の状態を示す図である。

符号の説明

１０…チャンバー、１１…蓋、１２…天板、１２Ａ…開孔、１３…給気口、１４…給気手段、１５…ウエハ（半導体基板）、１６…熱板、１７…支持ピン、１８…搬送アーム、１９…排気口、２０…排気手段。

Claims

有機反射防止膜を塗布した被処理基板を枚葉で加熱処理する基板処理方法であって、
前記被処理基板上に所定流量の気体を流しながら、加熱された熱板と前記被処理基板を近接して配置することにより所定時間、前記被処理基板を加熱する工程と、
前記被処理基板を加熱する工程の後、前記被処理基板上に塗布された前記有機反射防止膜に含まれる物質の昇華温度以上に加熱した気体を前記被処理基板上に流しながら、前記有機反射防止膜に含まれる物質の昇華温度より低い温度に前記被処理基板を冷却する工程と、
を具備することを特徴とする基板処理方法。
有機反射防止膜を塗布した被処理基板を枚葉で加熱処理する基板処理方法であって、
前記被処理基板上に所定流量の気体を流しながら、加熱された熱板と前記被処理基板を近接して配置することにより所定時間、前記被処理基板を加熱する工程と、
前記被処理基板を加熱する工程の後、前記被処理基板上に所定流量の気体を流しながら、冷却された気体を前記被処理基板に裏面から当てることにより、前記有機反射防止膜に含まれる物質の昇華温度より低い温度に前記被処理基板を冷却する工程と、
を具備することを特徴とする基板処理方法。
有機反射防止膜を塗布した被処理基板を枚葉で加熱処理する基板処理方法であって、
前記被処理基板上に所定流量の気体を流しながら、加熱された熱板と前記被処理基板を近接して配置することにより所定時間、前記被処理基板を加熱する工程と、
前記被処理基板を加熱する工程の後、前記被処理基板上に塗布された前記有機反射防止膜に含まれる物質の昇華温度以上に加熱した気体を所定流量流しながら、冷却された板を前記被処理基板に接触させることにより、前記有機反射防止膜に含まれる物質の昇華温度より低い温度に前記被処理基板を冷却する工程と、
を具備することを特徴とする基板処理方法。
有機反射防止膜を塗布した被処理基板を枚葉で加熱処理する基板処理方法であって、
前記被処理基板を加熱処理装置に搬入する工程と、
前記被処理基板上に所定流量の気体を流しながら、加熱された熱板と前記被処理基板を近接して配置することにより所定時間、前記被処理基板を加熱する工程と、
前記被処理基板を加熱する工程の後、前記被処理基板上に塗布された前記有機反射防止膜に含まれる物質の昇華温度以上に加熱した気体を前記被処理基板上に流しながら、前記被処理基板と前記熱板との距離を離すことにより、前記有機反射防止膜に含まれる物質の昇華温度より低い温度に前記被処理基板を冷却する工程と、
前記被処理基板を前記加熱処理装置から搬出する工程と、
を具備することを特徴とする基板処理方法。
前記冷却する工程において、前記被処理基板上に流される前記気体の温度は、前記被処理基板上に塗布された、前記有機反射防止膜に含まれる物質の昇華温度以上であることを特徴とする請求項２に記載の基板処理方法。