JP5334908B2 - HMDS processor - Google Patents
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本発明はHMDS処理装置に関し、特に、半導体製造プロセスにおけるウエハ表面を疎水化するためのHMDS処理装置に関する。 The present invention relates to an HMDS processing apparatus, and more particularly to an HMDS processing apparatus for hydrophobizing a wafer surface in a semiconductor manufacturing process.
一般に半導体製造プロセスにおけるフォトレジスト塗布処理では、フォトレジストとウエハとの密着性を向上させるために、レジスト塗布する前にウエハ表面の水分(OH基)とHMDS(ヘキサメチルジシラザン)とを置換することで、ウエハ表面を疎水化するHMDS処理が行われている。 In general, in a photoresist coating process in a semiconductor manufacturing process, moisture (OH group) and HMDS (hexamethyldisilazane) on the wafer surface are replaced before resist coating in order to improve the adhesion between the photoresist and the wafer. Thus, the HMDS process for hydrophobizing the wafer surface is performed.
このような処理を行う従来のHMDS処理装置は、ウエハ表面を疎水化するためのHMDS処理室と、HMDS処理室内においてウエハを載置するホットプレートと、HMDS処理室にHMDS蒸気を導入するためのHMDS液を、蒸気に気化するバブリングタンクと、これらを接続するガス配管とで構成されている。 A conventional HMDS processing apparatus that performs such processing is a HMDS processing chamber for hydrophobizing the wafer surface, a hot plate for placing a wafer in the HMDS processing chamber, and a HMDS steam for introducing HMDS vapor into the HMDS processing chamber. It is composed of a bubbling tank that vaporizes the HMDS liquid into steam and a gas pipe that connects these.
窒素ガスをバブリングタンク内に導入し、その窒素ガスによってHMDS液をバブリングし、HMDS蒸気を生成する。生成されたHMDS蒸気は、ガス配管を通じてHMDS処理室へ流れ、HMDS処理室内に設置されたウエハの表面に塗布される。ウエハの表面に塗布されなかった残りのHMDS蒸気は、さらにガス配管を通じてHMDS処理室から排気される(特許文献1参照)。 Nitrogen gas is introduced into the bubbling tank, and the HMDS liquid is bubbled with the nitrogen gas to generate HMDS vapor. The generated HMDS vapor flows to the HMDS processing chamber through the gas pipe and is applied to the surface of the wafer installed in the HMDS processing chamber. The remaining HMDS vapor that has not been applied to the surface of the wafer is further exhausted from the HMDS processing chamber through a gas pipe (see Patent Document 1).
ウエハ表面の疎水化を行うHMDS処理の結果は、バブリングタンク内のHMDS液量、ウエハに塗布されるHMDS蒸気の濃度、ホットプレートの温度、疎水化処理の時間等、プロセス条件に大きく影響を受けるため、プロセス条件が変動した場合にはウエハ表面の疎水化ができずに、フォトレジストとウエハとの密着性が低下して露光・現像後にフォトレジストパターンが剥がれる場合があるという問題があった。 The results of the HMDS process for hydrophobizing the wafer surface are greatly affected by process conditions such as the amount of HMDS liquid in the bubbling tank, the concentration of HMDS vapor applied to the wafer, the temperature of the hot plate, the time for the hydrophobization process, etc. Therefore, when the process conditions fluctuate, there is a problem that the wafer surface cannot be hydrophobized, the adhesion between the photoresist and the wafer is lowered, and the photoresist pattern may be peeled off after exposure and development.
また、安定的にHMDS処理を行うためには、HMDS液量、HMDS蒸気の濃度、流量、ホットプレートの温度等の様々な管理が必要となり、それぞれの条件を最適化して安定化させるためには大変な手間と時間が掛かっていた。 In addition, in order to stably perform HMDS processing, various managements such as the amount of HMDS liquid, the concentration of HMDS vapor, the flow rate, the temperature of the hot plate, etc. are necessary. In order to optimize and stabilize each condition It took a lot of time and effort.
また、処理後のウエハ表面が実際に疎水化されているかどうかの判定を行うためには、ウエハ表面に水滴を滴下してその接触角を測定する方法があるが、全自動のレジスト塗布装置においては、処理後に続けてレジスト塗布を行われるために、事実上、疎水化されているかどうかの判定はできず、塗布されたフォトレジストを実際に露光、現像した後にフォトレジストのパターンが剥がれていないかどうかを確認するしか無かった。 In addition, in order to determine whether or not the processed wafer surface is actually hydrophobized, there is a method of dropping water droplets on the wafer surface and measuring the contact angle, but in a fully automatic resist coating apparatus, Since the resist coating is performed after the processing, it is virtually impossible to determine whether or not it is hydrophobized, and the photoresist pattern is not peeled off after the applied photoresist is actually exposed and developed. There was no choice but to check.
本発明はこれらの課題を解決しようとするものであって、安定したウエハ表面の疎水化を行うHMDS処理を容易に行うことができるHMDS処理装置を提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve these problems, and an object of the present invention is to provide an HMDS processing apparatus that can easily perform HMDS processing for making a hydrophobic surface of a wafer stable.
本発明にかかるHMDS処理装置は、HMDSガスが導入されるHMDS処理室と、前記HMDS処理室内に設置され、被処理半導体基板を載置するホットプレートと、前記HMDS処理室内において前記HMDSガスと前記被処理半導体基板との反応によって発生するアンモニアガスの濃度を検出するセンサーと、前記センサーにおける検出値に応じて、前記ホットプレートの出力熱の上げ下げを制御する制御部とを備える。 The HMDS processing apparatus according to the present invention includes an HMDS processing chamber into which HMDS gas is introduced, a hot plate that is installed in the HMDS processing chamber and on which a semiconductor substrate to be processed is placed, the HMDS gas and the HMDS gas in the HMDS processing chamber. A sensor that detects the concentration of ammonia gas generated by the reaction with the semiconductor substrate to be processed, and a controller that controls the increase and decrease of the output heat of the hot plate according to the detection value of the sensor.
本発明にかかるHMDS処理装置によれば、HMDSガスが導入されるHMDS処理室と、前記HMDS処理室内に設置され、被処理半導体基板を載置するホットプレートと、前記HMDS処理室内において前記HMDSガスと前記被処理半導体基板との反応によって発生するアンモニアガスの濃度を検出するセンサーと、前記センサーにおける検出値に応じて、前記ホットプレートの出力熱の上げ下げを制御する制御部とを備えることにより、処理時間内においてアンモニアガスを確実に飽和させ、安定したHMDS処理が可能となる。 According to the HMDS processing apparatus of the present invention, a HMDS processing chamber into which HMDS gas is introduced, a hot plate that is installed in the HMDS processing chamber and on which a semiconductor substrate to be processed is placed, and the HMDS gas in the HMDS processing chamber. And a sensor that detects the concentration of ammonia gas generated by the reaction between the semiconductor substrate and the semiconductor substrate to be processed, and a controller that controls the increase and decrease of the output heat of the hot plate according to the detection value of the sensor. Stable HMDS treatment is possible by reliably saturating ammonia gas within the treatment time.
<前提技術>
図3は、前提技術によるHMDS処理装置の構成を示す図である。図に示すように前提のHMDS処理装置は、窒素ガスが導入される配管6と、配管6の流量を制御するためのバルブ9と、配管6の圧力を測定する圧力計11と、配管6から供給される窒素ガスがバブリングされるバブリングタンク2と、バブリングタンク2内に充填されたHMDS液3と、バブリングタンク2内においてバブリングすることによって発生したHMDS蒸気が導入される配管7と、配管7の流量と測定する流量計12と、配管7を介して、HMDS蒸気が供給されるHMDS処理室1と、HMDS処理室1内に配置されたホットプレート4と、ホットプレート4上に配置されたウエハ5と、HMDS処理室1内のガスを排気する配管8と、配管8の流量を制御するためのバルブ10とを備える。
<Prerequisite technology>
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the HMDS processing apparatus according to the base technology. As shown in the figure, the premise HMDS treatment apparatus includes a
気化したHMDS蒸気は配管7を通じてHMDS処理室1へ流れ、ウエハ5の表面に塗布される。ウエハ5表面に塗布されなかった残りのHMDS蒸気は、配管8を通じてHMDS処理室1から排気される。
The vaporized HMDS vapor flows to the HMDS
図4は、ウエハ5表面に塗布されたHMDS蒸気と、ウエハ5表面に付着している水分等のOH基とが結合して疎水化される様子を、反応式で示している。ウエハ5表面に塗布されたHMDS蒸気は、ホットプレート4の熱エネルギーによってウエハ5表面のOH基と置換され、アンモニアガスを発生する。この反応により、ウエハ5表面には有機化合物が形成されるため、有機材料であるフォトレジストとの密着性が向上する。
FIG. 4 is a reaction formula showing how HMDS vapor applied to the surface of the
図3のHMDS処理装置において、より安定したHMDS処理を可能とする技術について、以下に詳述する。 A technique that enables more stable HMDS processing in the HMDS processing apparatus of FIG. 3 will be described in detail below.
<A.実施の形態1>
<A−1.構成>
以下、図1を参照して本発明の実施の形態1のHMDS処理装置について詳細に説明する。図に示すように本発明によるHMDS処理装置は、窒素ガスが導入される配管6と、配管6の流量を制御するためのバルブ9と、配管6の圧力を測定する圧力計11と、配管6から供給される窒素ガスがバブリングされるバブリングタンク2と、バブリングタンク2内に充填されたHMDS液3と、バブリングタンク2内においてバブリングすることによって発生したHMDS蒸気が導入される配管7と、配管7の流量と測定する流量計12と、配管7を介して、HMDS蒸気が供給されるHMDS処理室1と、HMDS処理室1内に配置されたホットプレート4と、ホットプレート4上に配置された被処理半導体基板であるウエハ5と、ホットプレート4の温度の上げ下げを制御するホットプレート温度制御ユニット16と、HMDSガスとウエハ5との反応によってHMDS処理室1内で発生するアンモニアガスを検知するガスセンサー13と、ガスセンサー13において検知されたアンモニアガスの濃度を測定するガス濃度計14と、ガス濃度計14の出力に応じて、バルブ9、10およびホットプレート温度制御ユニット16を制御するバルブ制御ユニット15と、HMDS処理室1内のガスを排気する配管8と、配管8の流量を制御するためのバルブ10とを備える。
<A.
<A-1. Configuration>
Hereinafter, the HMDS processing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. As shown in the figure, the HMDS processing apparatus according to the present invention includes a
<A−2.動作>
以下、具体的にHMDS処理装置の動作について説明する。HMDS液3が充填されたバブリングタンク2内に、配管6を通じて窒素ガスを加える。このとき、バルブ9の開度の初期状態として、窒素ガスの流量が0.1〜0.5L/minに設定しておく。
<A-2. Operation>
Hereinafter, the operation of the HMDS processing apparatus will be specifically described. Nitrogen gas is added through the
バブリングタンク2内において、HMDS液3が導入された窒素ガスによってバブリングされ、HMDS蒸気となって配管7を通じる。バルブ9とバルブ10とを開けると、発生したHMDS蒸気は、HMDS処理室1へ流れてウエハ5表面に塗布される。
In the
ウエハ5表面に塗布されたHMDS蒸気は、ホットプレート4の熱エネルギーによってウエハ5表面のOH基と置換され、アンモニアガスを発生させる。このときの初期のホットプレート4の設定温度は、HMDS材料の沸点付近である110〜125℃に設定しておく。
The HMDS vapor applied to the surface of the
ここで発生したアンモニアガスをガスセンサー13で検知し、その濃度をガス濃度計14で計測する。バルブ制御ユニット15は、その計測値に応じて、ホットプレート温度制御ユニット16を制御して、ホットプレート4の温度を調整し、また、バルブ9、10の開度を制御する。
The ammonia gas generated here is detected by the
具体的には、図2に示すように、ガス濃度計14で計測されたアンモニアガスの濃度が高い場合は、ホットプレート4の温度を下げ、また、バルブ9、10の開度を閉じるように制御する。一方、ガス濃度計14で計測されたアンモニアガスの濃度が低い場合は、ホットプレート4の温度を上げ、また、バルブ9、10の開度を開けるように制御する。さらに、アンモニアガスの濃度の値に応じて、ホットプレート4の温度の上げ下げの程度も制御する。これらの制御により、処理時間内にアンモニアガスを確実に飽和させることができるため、安定したHMDS処理が可能となり、確実にウエハ5表面の疎水化ができる。
Specifically, as shown in FIG. 2, when the concentration of ammonia gas measured by the
<A−3.効果>
本発明にかかる実施の形態1によれば、HMDS処理装置において、HMDSガスが導入されるHMDS処理室1と、HMDS処理室1内に設置され、被処理半導体基板であるウエハ5を載置するホットプレート4と、HMDS処理室1内においてHMDSガスとウエハ5との反応によって発生するアンモニアガスの濃度を検出するセンサーであるガスセンサー13、ガス濃度計14と、ガスセンサー13、ガス濃度計14における検出値に応じて、ホットプレート4の出力熱の上げ下げを制御する制御部であるバルブ制御ユニット15、ホットプレート温度制御ユニット16とを備えることで、処理時間内においてアンモニアガスを確実に飽和させ、安定したHMDS処理が可能となる。
<A-3. Effect>
According to the first embodiment of the present invention, in the HMDS processing apparatus, the
また、HMDS蒸気の反応生成ガスを直接検知するため、HMDS処理後続けてレジスト塗布する場合でも、疎水化が確実になされているかを判定できる。結果として、レジスト剥がれを抑制できる。 Moreover, since the reaction product gas of HMDS vapor | steam is detected directly, even when resist application is continued after HMDS process, it can be determined whether hydrophobicity is made reliably. As a result, resist peeling can be suppressed.
また、アンモニア濃度を直接検知しながらHMDS処理を行うことができるため、容易にプロセス条件を最適化させることができ、プロセス開発期間の短縮が可能となる。 Moreover, since the HMDS process can be performed while directly detecting the ammonia concentration, the process conditions can be easily optimized, and the process development period can be shortened.
また、本発明にかかる実施の形態1によれば、HMDS処理装置において、制御部であるバルブ制御ユニット15、ホットプレート温度制御ユニット16は、センサーであるガスセンサー13、ガス濃度計14における検出値が高い場合にはホットプレート4の出力熱を下げ、ガスセンサー13、ガス濃度計14における検出値が低い場合にはホットプレート4の出力熱を上げる制御を行うことで、アンモニアガス濃度を安定させ確実に飽和させることができるので、HMDS処理が安定する。
Further, according to the first embodiment of the present invention, in the HMDS processing apparatus, the
1 HMDS処理室、2 バブリングタンク、3 HMDS液、4 ホットプレート、5 ウエハ、6,7,8 配管、9,10 バルブ、11 圧力計、12 流量計、13 ガスセンサー、14 ガス濃度計、15 バルブ制御ユニット、16 ホットプレート温度制御ユニット。 1 HMDS processing chamber, 2 bubbling tank, 3 HMDS liquid, 4 hot plate, 5 wafer, 6, 7, 8 piping, 9, 10 valve, 11 pressure gauge, 12 flow meter, 13 gas sensor, 14 gas concentration meter, 15 Valve control unit, 16 hot plate temperature control unit.
Claims (2)
前記HMDS処理室内に設置され、被処理半導体基板を載置するホットプレートと、
前記HMDS処理室内において前記HMDSガスと前記被処理半導体基板との反応によって発生するアンモニアガスの濃度を検出するセンサーと、
前記センサーにおける検出値に応じて、前記ホットプレートの出力熱の上げ下げを制御する制御部とを備える、
HMDS処理装置。 An HMDS processing chamber into which HMDS gas is introduced;
A hot plate installed in the HMDS processing chamber for mounting a semiconductor substrate to be processed;
A sensor for detecting a concentration of ammonia gas generated by a reaction between the HMDS gas and the semiconductor substrate to be processed in the HMDS processing chamber;
A control unit that controls the raising and lowering of the output heat of the hot plate according to the detection value in the sensor,
HMDS processor.
請求項1に記載のHMDS処理装置。 The control unit performs control to lower the output heat of the hot plate when the detection value in the sensor is high, and to increase the output heat of the hot plate when the detection value in the sensor is low.
The HMDS processing apparatus according to claim 1.
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