JP7014303B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents
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Description
このような方法によれば、基板の熱処理温度に応じて期待される疎水化度を基板に対して十分安定的に付与できる。
表面を上に向けた状態で基板の裏面を支持部により支持し、当該基板の裏面全体と、当該裏面全体と対向するガイド面と、の間に隙間を形成する工程と、
前記支持部に支持された基板よりも外側から排気するように前記処理容器の周方向に沿って形成された排気口から処理容器内を排気する工程と、
前記基板の裏面に対向するガス吐出口を介して前記隙間に原料ガスを供給すると共に当該原料ガスを加熱して、前記基板の裏面全体に薄膜を蒸着により成膜する工程と、を含み、
(条件a)前記成膜する工程は、前記隙間の高さを第1の値に設定して前記隙間に原料ガスを供給する工程、及び前記隙間の高さを第1の値よりも小さい第2の値に設定して前記隙間に原料ガスを供給する工程を含むこと、
(条件b)前記成膜する工程は、基板の径方向の位置が互に異なる第1のガス吐出口及び第2のガス吐出口の各吐出流量の流量比を成膜途中で変更させる工程を含むこと、
のうち、少なくとも一方の条件を備えた基板処理方法である。
熱板3は、板状部31とこの板状部31内に設けられた加熱部をなす抵抗発熱体からなるヒータ32とを備えている。ヒータ32は、例えば熱板3の中心を中心とする同心円状に複数分割され、熱板3の表面を高い均熱性をもって加熱できるように構成されている。図1では抵抗発熱ヒータ32は、便宜上2つに分割されているものとして記載してある。
熱板3におけるギャップピン33よりも中央寄りには、熱板3の中心を中心とする円に沿って周方向に3本の昇降ピン34が当該熱板3を貫通して設けられている。3本の昇降ピン34は昇降部材35を介して例えばエアシリンダにより構成される昇降機構36に接続されている。図1では、便宜上2本のギャップピン33及び2本の昇降ピン34を図示している。
液体原料供給管51には、バルブV2、流量調整部511、液体原料供給源512が下流側からこの順に接続されている。キャリアガス供給管52には、バルブV3、流量調整部521、キャリアガス供給源522が下流側からこの順に接続されている。
液体原料は、フッ素樹脂であるポリテトラフロオロエチレン(PTFE)、例えばテフロン(登録商標)が使用される。
蓋部21には、当該蓋部21の周壁部22で囲まれる空間を上下に区画するようにガス分散板23が設けられ、ガス分散板23の上方側及び下方側は夫々ガスの拡散空間及び処理空間をなしている。ガス分散板23は、この例では処理空間を平面で見たとき全体に亘ってガス噴出孔24が設けられている。
蓋部21の上面板の中心部にはガス流路25が貫通して形成され、ガス流路25の下端は、既述の拡散空間に開口している。ガス流路25の上端はパージガス供給管26に接続され、パージガス供給管26には、バルブV4、流量調整部27、パージガス供給源28が下流側からこの順に接続されている。パージガスとしてこの例では窒素ガスが使用される。またガス分散板23及びガス流路25はパージガス供給部を構成している。
熱板3は、一例ではウエハWが昇降ピン34に受け渡される前にヒータ32により原料ガスが結露する温度よりも高い温度であって、液体原料であるテフロンが分解する温度よりも低い温度、例えば50~180℃に加熱されている。
この状態において、図4に示すように熱板3の中心部のガス吐出口40からテフロンガス(蒸気)とキャリアガスである窒素ガスとの混合ガスである原料ガスが例えば2.0リットル/分の流量でウエハWの裏面と熱板3との間の隙間Gに供給される。
ガス吐出口40から吐出した原料ガスは、ウエハWの裏面と熱板3との間の隙間Gを全周に亘って広がり、ウエハWの外方側に流出し、ガス分散板23から流れてくるパージガスと共に蓋部22の下部の段部61を介して排気路6内に流れ込み、処理雰囲気から排気される。
蓋部22の周壁部22に沿って複数形成されている排気路6の下端は、段部61に開口しており、段部61は周壁部22の全周に亘って形成されている。従って互に隣接する排気路6の間の段部61は、排気流路のいわば緩衝領域の役割りを有し、原料ガス及びパージガスは周方向に高い均一性をもって排気される。
仮に2段目のステップのみでウエハWの裏面にテフロン膜を成膜しようとすると、隙間Gが狭いため、原料ガスの流量を多くするとウエハWが浮き上がってしまうことから、原料ガスをいわば小流量で流さざるを得ないので、テフロンの蒸着速度が遅くなる。
蒸着処理の時間について一例を挙げると、1段目のステップは180秒であり、2段目のステップは120秒である。
広ギャップにおける隙間Gの高さ即ち第1の値は、2mmに限られるものではなく、例えば0.5mmよりも大きく、7mm以下の範囲から選択される値に設定される。また狭ギャップにおける隙間Gの高さ即ち第2の値は、0.3mmに限られるものではなく、例えば0.1mm以上、0.5mm以下の範囲から選択される値に設定される。
昇降ピン34及びギャップピン33は、ウエハWを熱板3の上方にて支持するための支持部に相当する。ウエハWの高さ位置を変更するにあたって、ギャップピン33は昇降しないが、昇降ピン34が昇降することから、制御部100は、成膜途中で熱板3に対するウエハWの高さ位置を変更させるように支持部を制御するものであるということができる。
また熱板3は原料ガスを加熱する役割りの他、ウエハWの裏面との間に原料ガスを通流させる隙間Gを形成し、原料ガスをウエハWの裏面に沿ってウエハWの外縁までガイドする役割りを有している。つまり熱板3の表面は原料ガスのガイド面としての役割りを有している。従って本実施形態では、熱板3はガイド面形成部材の一態様である。
本発明においては、上述の例とは逆に、狭ギャップにて1段目のステップを行い、次に広ギャップにて2段目のステップを行うようにしてもよい。この場合、隙間Gを途中で変更せずに一定に維持した状態(広ギャップのままあるいは狭ギャップのまま)でウエハWのテフロン膜の成膜を行う場合に比べて、膜厚の面内均一性及び処理時間全体の短縮化を図るための原料ガス流量などのパラメータの設定の自由度が大きい。従って装置を運用しやすくなり、結局、膜厚の面内均一性及び処理時間の短縮化を図ることができる。
図6は、表面側が凸状に湾曲したウエハWがステージSに吸着される様子を模式的に示す図であり、ステージSに吸着されたウエハWの外縁付近に大きなストレスが発生し、パターンのオーバレイが悪化する要因の一つになる場合がある。
本開示のようにウエハWの裏面にテフロン膜を成膜することにより、ステージSとウエハWとの間の摩擦が小さくなることから、ウエハWがステージSに吸着されるときに円滑に広げられ、このためウエハWのストレスが抑えられ、オーバレイの悪化が抑えられる。
なお、本開示においては、広ギャップで1段目のステップを行った後、狭ギャップで2段目のステップを行うことに代えて、狭ギャップで1段目のステップを行い、次いで広ギャップで2段目のステップを行うようにしてもよい。この場合、原料ガスの流量の大小も逆になり、1段目のステップにおける原料ガスの流量は例えば1.0リットル/分、2段目のステップにおける原料ガスの流量は例えば2.0リットル/分に設定される。
そして所定時間蒸着処理を行った後、原料ガスの供給が停止され、既述したようにウエハWが基板処理装置の外へ搬出される。
前記他の実施形態では、1段目のステップにて、狭ギャップで第1のガス吐出口40から原料ガスを吐出しているが、1段目のステップを図11に示すように広ギャップで行うようにしてもよい。この場合1段目のステップにおいては、昇降ピン34を上昇させてギャップピン33上のウエハWを突き上げ、隙間Gの高さが例えば2mmに設定され、原料ガスの流量は例えば2.0リットル/分に設定される。
従って図7に示した基板処理装置を用いて蒸着処理を行う場合、既述の説明をまとめると、1段目のステップ、2段目のステップは次のような組み合わせとすることができる。
1段目のステップ 2段目のステップ
図9の状態 図10の状態
図11の状態 図10の状態
図9の状態 図12の状態
図11の状態 図12の状態
1段目のステップ 2段目のステップ
図10の状態 図9の状態
図10の状態 図11の状態
図12の状態 図9の状態
図12の状態 図11の状態
なお、1段目のステップと2段目のスッテプとにおいて第1のガス吐出口40及び第2のガス吐出口70の流量の比率を変更しない場合には、次の不利益がある。即ち、ウエハWの周縁領域にテフロンを確実に蒸着させ、かつウエハWの表面への原料ガスの回り込みを防止し、更にウエハWの浮きを防止することを同時に満足させることが至難である。
またウエハWの中央領域の蒸着を行うための原料ガスの吐出口である第1のガス吐出口40は、熱板3の中心部に設けることに限定されず、例えば当該中心部の近傍に周方向に複数設ける構成であってもよい。第2のガス吐出口70は、3個に限らず、2個あるいは4個以上設けてもよい。
また図7の基板処理装置を用いた成膜手法は、原料ガスのガス吐出口としてウエハWの径方向の位置が互に異なる第1のガス吐出口40及び第2のガス吐出口70を用い、第1のガス吐出口40及び第2のガス吐出口70の各吐出流量の流量比を成膜途中で変更する方法の一態様である。更に図7の基板処理装置を用いた成膜手法は、第1のガス吐出口40及び第2のガス吐出口70の各吐出流量の流量比を変更することと、隙間Gの高さを変更することと、を組み合わせた例も含まれている。
従って本開示は、
(条件a)成膜途中で前記ガイド面に対する基板の高さ位置を変更する工程を含むこと、
(条件b)基板の径方向の位置が互に異なる第1のガス吐出口及び第2のガス吐出口の各吐出流量の流量比を成膜途中で変更させる工程を含むこと、
のうち、少なくとも一方の条件を備えた基板処理方法である。
本開示にて成膜する薄膜は、フッ素樹脂に限られるものではなく、他の樹脂膜であってもよいし、樹脂膜以外の膜であってもよい。また上述の例では、薄膜はウエハの露光時におけるステージとウエハとの摩擦の低減化の役割りを有する膜として使用されるものであるが、半導体装置の製造時における他の補助的役割を有する補助膜、例えばウエハの裏面を保護する保護膜であってもよい。
ウエハWの上方から供給されるパージガスについては、1段目のステップにおける流量と2段目のステップにおける流量とを同じとしてもよいが、各ステップ毎に適切な流量に設定するようにしてもよい。例えば狭ギャップで成膜するときの原料ガスの流量よりも広ギャップで成膜するときの原料ガスの流量が多い場合、原料ガスのウエハWの表面への回り込み防止及びウエハWの浮き防止のために狭ギャップ時に比較して広ギャップ時のパージガス流量を多くするといった手法を採用してもよい。
本開示の基板処理方法においては、ウエハWの上方側からパージガスを供給することに限定されるものではない。例えば排気口の配置、排気流量、ウエハWの外方側の構造などを調製して、パージガスを供給することなく原料ガスの気流の適正化を図るようにしてもよい。
ウエハWの向きを変更する他の手法として、成膜途中で一旦原料ガスの供給を停止し、ウエハWを処理容器3の外に搬出してウエハWの向きを変え、ウエハWを処理容器3内に戻して原料ガスの供給を再開する例を挙げることができる。この場合、処理容器3の外部にウエハWの回転ステージを設けて、当該回転ステージによりウエハWの向きを変えるようにしてもよい。あるいは回転機能を備えない保持ステージを設置しておき、この保持ステージにウエハWを載せた後、搬送機構の向きを変えてウエハWを保持ステージから受け取り、これによりウエハWの向きを変えるようにしてもよい。
また隙間Gの高さの変更は、ウエハWの高さ位置を固定し、熱板3を昇降させるようにしてもよい。
更にまた、熱板3を用いずに、ウエハWの裏面と対向する原料ガスのガイド面を有する板状体例えば石英製の板状体を用い、この板状体の下方に加熱部をなす加熱ランプを設けて、加熱ランプから板状体を透過した赤外線により原料ガスを加熱するようにしてもよい。
キャリアCに収納されているウエハWは、ウエハ搬送機構により取り出され、レジスト膜の形成、露光、現像処理が行われた後、キャリアCに戻される。
隙間Gの高さを0.3mmに設定し、原料ガスを1.0リットル/分の流量で300秒ウエハの裏面に供給した結果を図14に示す。図14は、ウエハ上の位置を横軸にとり、ウエハの裏面の水の接触角を縦軸にとったグラフである。横軸において、ゼロはウエハの中心の位置に相当する。
<比較例2>
隙間Gの高さを2.0mmに設定し、原料ガスを2.0リットル/分の流量で300秒ウエハの裏面に供給した結果を図15の実線(1)により示す。
<比較例3>
隙間Gの高さを5.0mmに設定し、原料ガスを2.0リットル/分の流量で300秒ウエハの裏面に供給した結果を図15の鎖線(2)により示す。
<実施例1>
隙間Gの高さを2.0mmに設定し、原料ガスを2.0リットル/分の流量で180秒ウエハの裏面に供給し、続いて隙間Gの高さを0.3mmに変更し、原料ガスを1.0リットル/分の流量で120秒ウエハの裏面に供給した結果を図16に示す。
図14~図16は、ウエハの裏面の複数点について水の接触角を計測し、その計測値の並びを模式化して、接触角の面内分布の傾向を示したものである。テフロン膜の膜厚が大きいほど接触角も大きくなり、従って図14~図16は、ウエハの裏面におけるテフロン膜の膜厚分布を示したものである。
この結果から分かるように隙間Gを狭くすると、ウエハの裏面の周縁部における蒸着速度が遅い。ウエハWの中央寄りの領域では単分子膜が成膜されていても、周縁部ではテフロンの分子単位での蒸着が確立されておらず、単分子に至らない、炭素及びフッ素の化合物が付着している状態が続いている。
また隙間Gを広くすると、ウエハの裏面の周縁部にテフロンが付かない領域が生じる。この実験において、隙間Gを広くした場合に、ウエハの周方向において薄膜が付いている個所と付いていない箇所が現れている。この理由は、排気圧の僅かな変動などから処理容器内の気流の流れが周方向で常に一定ではないこと、ウエハの反りの状態が周方向で一律ではないことなどの要因が考えられる。
これに対して隙間Gを変更すると、ウエハの裏面の全体に亘ってテフロン膜が成膜されていることが分かる。
Claims (13)
- 処理容器内にて、表面側に半導体装置が形成される基板をガスにより処理する方法において、
表面を上に向けた状態で基板の裏面を支持部により支持し、当該基板の裏面全体と、当該裏面全体と対向するガイド面と、の間に隙間を形成する工程と、
前記支持部に支持された基板よりも外側から排気するように前記処理容器の周方向に沿って形成された排気口から処理容器内を排気する工程と、
前記基板の裏面に対向するガス吐出口を介して前記隙間に原料ガスを供給すると共に当該原料ガスを加熱して、前記基板の裏面全体に薄膜を蒸着により成膜する工程と、を含み、
(条件a)前記成膜する工程は、前記隙間の高さを第1の値に設定して前記隙間に原料ガスを供給する工程、及び前記隙間の高さを第1の値よりも小さい第2の値に設定して前記隙間に原料ガスを供給する工程を含むこと、
(条件b)前記成膜する工程は、基板の径方向の位置が互に異なる第1のガス吐出口及び第2のガス吐出口の各吐出流量の流量比を成膜途中で変更させる工程を含むこと、
のうち、少なくとも一方の条件を備えた基板処理方法。 - 前記条件aを備え、
前記隙間の高さが第1の値に設定されているときの当該隙間に供給される原料ガスの流量は、前記隙間の高さが第2の値に設定されているときの当該隙間に供給される原料ガスの流量よりも多い請求項1記載の基板処理方法。 - 前記成膜する工程を行っている間、基板の表面側に上方からパージガスを供給する請求項1記載の基板処理方法。
- 前記条件aを備え、
前記第1の値が0.5mmよりも大きく、7mm以下であり、前記第2の値が0.1mm以上、0.5mm以下である請求項1記載の基板処理方法。 - 前記ガス吐出口は、上面が前記ガイド面として形成されるガイド面形成部材に設けられたガス流路の出口である請求項1記載の基板処理方法。
- 前記ガイド面は、加熱部を備えた熱板の表面である請求項1記載の基板処理方法。
- 前記薄膜は、単分子膜が形成された後は当該単分子膜の上に蒸着されない膜である請求項1記載の基板処理方法。
- 前記薄膜は、フッ素樹脂からなる薄膜である請求項1記載の基板処理方法。
- 処理容器内にて、表面側に半導体装置が形成される基板をガスにより処理する装置において、
表面が上側に向いている基板の裏面全体との間に、原料ガスを通流させる隙間を形成するための原料ガスのガイド面を備えたガイド面形成部材と、
前記隙間を流れる原料ガスを加熱するための加熱部と、
前記ガイド面の上方にて前記基板を支持するための支持部と、
前記基板の裏面に対向して設けられ、前記基板の裏面全体に薄膜を蒸着により成膜するための前記原料ガスを前記隙間に供給するためのガス吐出口と、
前記支持部に支持された基板よりも外側から排気するように前記処理容器の周方向に沿って形成された排気口と、
制御部と、を備え、
a)前記制御部は、前記隙間の高さを第1の値に設定して前記ガス吐出口から前記隙間に原料ガスを供給する工程、及び前記隙間の高さを第1の値よりも小さい第2の値に設定して前記ガス吐出口から前記隙間に原料ガスを供給する工程を実施するように制御するものであること、
b)前記ガス吐出口として基板の径方向の位置が互にことなる第1のガス吐出口及び第2のガス吐出口を備え、前記制御部は、基板の径方向の位置が互に異なる第1のガス吐出口及び第2のガス吐出口の各吐出流量の流量比を成膜途中で変更させるように制御するものであること、
のうち、少なくとも一方の条件を備えた基板処理装置。 - 前記条件aを備え、
前記制御部は、前記隙間の高さが第1の値に設定されているときの当該隙間に供給される原料ガスの流量を、前記隙間の高さが第2の値に設定されているときの当該隙間に供給される原料ガスの流量よりも多くなるように制御信号を出力するものである請求項9記載の基板処理装置。 - 前記基板の表面側にパージガスを供給するために当該基板の上方側に設けられたパージガス供給部を備え、
前記制御部は、少なくとも基板の裏面に蒸着により成膜しているときに前記パージガスの供給を行うように制御信号を出力するものである請求項9記載の基板処理装置。 - 前記ガス吐出口は、前記ガイド面形成部材に設けられたガス流路の出口である請求項9記載の基板処理装置。
- 前記薄膜は、フッ素樹脂膜である請求項9記載の基板処理装置。
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