JPH0484413A - 熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、熱処理方法に関する。

（従来の技術） 例えば、半導体製造工程におけるフォトリソグラフィ工
程では、半導体ウェハに対して例えばスピンコード方式
によりレジストを塗布し、レジスト塗布後に溶媒をレジ
スト膜から蒸発させるためにベータ（加熱処理）し、そ
の後露光工程、現像工程を実施するようにしている。

ここで、ベーキング方法としては、直接ホットプレート
方式、バッチ式熱風加熱方式、マイクロ波方式などがあ
るが、コンパクト化、効率化、サイクルタイム短縮及び
再現性の向上の要求により、直接ホットプレート方式が
主流となっている。

しかし、ホットプレート方式ではウェハをホットプレー
トに吸着させて全面をコンタクトして直接加熱するため
、ホットプレートとウェハとの密着状態によって熱の均
一性に大きく影響する。さらに、一般にホットプレート
がＡＩ等の金属より成るため、ウェハの重金属汚染ある
いはウェハ裏面へのパーティクルの付着等の問題が発生
していた。特に、レジスト塗布後のベーキング工程にお
いては、プレート上に多数のパーティクルが付着してい
ることが判明している。パーティクルがウェハの裏面に
付着すると、その後の露光工程の際の各位置でのフォー
カスずれにより不良が発生する確率が大きくなってしま
う。

このような問題を除去するため、ホットプレートとウェ
ハとの間にわずかな隙間が設けられる如く、３点支持に
より直接ウェハをホットプレートに密着させずにベーク
を行うプロキンミティベーク方式がある。

（発明が解決しようとする課題） 特にプロキシミティベーク方式によれば、３本の支持部
のいずれかが傾いていたり、あるいはその高さが相違し
ていると、ウェハとホットプレーとの間のギャップがウ
ェハの各位置で異なってしまう。このようなギャップの
相違によりウェハに温度分布が生ずる傾向が強い。この
ような温度分布は、他のベーク方式を採用した場合にも
同様に生じる。

このような温度分布の形成により、ウェハのレジスト膜
の膜厚が各位置で異なってしまう。すなわち、ギャップ
が少ないところは揮発量が多いためレジスト膜厚が薄く
なり、ギャップが多いところは揮発量が少ないためレジ
スト膜厚が厚くなる。

そして、このようなウェハ面内での膜厚の偏りの傾向を
解明することが必要となっている。

また、連続して処理されるウェハ間の膜厚傾向の均一性
もシステムのトータル評価として重要である。特に、半
導体ウェハなどのようにオリエンテーションフラットを
有した方向性のある基板の場合には、ある方向を基準に
した場合の各位置にて、ウェハ間で膜厚の共通性がある
ことが、システムとしての再現性あるいは繰り返し精度
を向上する意味で必要である。

ところが、従来装置では、ウェハ面内の膜厚傾向の解明
が困難であり、システムとしての処理の再現性、繰り返
し精度の点で劣っていた。

そこで、本発明の目的とするところは、熱処理に起因す
る基板面内の膜厚傾向の解明を容易とし、かつ、処理シ
ステムの再現性ないしは繰り返し精度を向上できる熱処
理方法を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、方向性を有する基板上に膜を形成した後、こ
の基板を加熱板により熱処理するにあたり、 少なくとも上記加熱板による熱処理前に、基板の方向を
一定にすることを特徴とする。

（作　用） 基板の方向性が予め一定とされて熱処理部に載置される
と、ある温度分布傾向を持つ熱処理部にて熱処理を行な
っても、熱処理部に対する基板の位置が常に一定となっ
ていることから、基板の膜厚傾向は常に一定となる。こ
の結果、膜厚傾向を容易に解明でき、しかもシステムと
しての再現性、繰り返し精度を向上できる。

（実施例） 以下、本発明を半導体ウェハのレジスト塗布装置に適用
した一実施例について、図面を参照して具体的に説明す
る。

このレジスト塗布装置は、第３図に示すようにセンダー
用カセット１０およびレシーバ用カセット１２を備えて
いる。これらのカセット１０゜１２に収容されるウェハ
Ｗは、はぼ円形状を呈しており、その一部が直線状に切
断されたオリエンテーションフラット（以下、オリフラ
と略記する）Ｆを有している。センダー用カセット１０
に収納されるウェハＷは、このオリフラＦの方向が定ま
っていないが、レシーバ用カセット１２に戻されるウェ
ハＷは、後述するようにしてオリフラＦの方向が一定と
なっている。この両力セット１０゜１２と後述する処理
部とを結ぶ領域には、ウェハアーム搬送路１４が形成さ
れている。このウェハアームは図示してはいないが、ハ
ンドリングアームを回転でき、かつ、その長手方向に沿
って伸縮自在とすることで、前記カセット１０．１２お
よび後述する各処理部の間で、ウェハＷの受渡しを可能
としている。

レジスト塗布のための処理部として、冷却部１６、加熱
部１８およびコータ装置２０が設けられている。前記セ
ンダー用カセット１０からのウェハＷの搬送は、第３図
に示す数字の順序に従って実施され、最終的にレシーバ
用カセット１２に戻し搬送される。前記冷却部１６は、
ウェハＷに対してレジスト膜形成を行う前に、ウェハＷ
を所定温度に冷却するものであり、ウェハＷを載置可能
な冷却板１６ａを有している。加熱部１８は、レジスト
塗布がなされたウェハＷを加熱することで、レジスト膜
中に存在する溶媒を蒸発させるものである。この加熱部
１８は、プロキシミテイベーク方式によりウニｌ＼Ｗを
加熱するもので、第４図（Ａ）、（Ｂ）に示すように、
ホットプレート１、８　ａ上の３カ所にて、その表面よ
り突出する３本の支持ピン１８ｂを有している。この結
果、ウェハＷとホットプレート１８ａの表面との間には
ギャップδが形成され、このギャップδは例えば０．１
〜０．５ｍ＋ｉ程度に設定されている。このように、ホ
ットプレート１８ａの表面に対してギャップδを形成す
ることで、ホットプレート１８ａ上のパーティクルが、
ウェハＷの裏面に付着することを防止でき、その後の露
光工程の際の各位置でのフォーカスずれ等の不良を防止
することができる。

さらに、本実施例では３本の支持用ビン１８ｂに載置さ
れるウェハＷのオリフラＦの方向が、第４図（Ｂ）に示
すように常に一定方向を向くようになっている。このオ
リフラＦを一定方向にする動作は、例えば次に説明する
コータ装置２０にて行われる。

コータ装置２０は、その基本的構成として、ウェハＷを
真空吸着して回転するスピンチャック２２と、このスピ
ンチャック２２に載置されたウェハＷの中央上方部より
所定量のレジスト液を滴下するレジスト塗布時２４と、
スピンチャック２２の回転時にレジスト液の飛散を防止
するためのカップ２２とを有している。前記カップ２６
は、レジスト塗布時にあっては第１図の鎖線の位置に設
定されるが、ウェハＷの搬入８時にあっては、同図の実
線位置まで下降移動され、ノ＼ンドリングアームとの干
渉を防止できるようにしている。また、このコータ装置
２０には、スピンチャ、ツク２２上に載置されたウェハ
ＷのオリフラＦの位置を検出するための、オリフラ検出
部２８が設けられている。本実施例の場合、このオリフ
ラ検出部２８は非接触検出方式例えば光電検出方式を採
用している。すなわち、ウェハＷの周縁部の上下にそれ
ぞれ対向配置された発光部２８ａ、受光部２８ｂを複数
箇所に有している。これは、オリフラ検出を２カ所で検
出することにより、１カ所より全てのウェハについてよ
り正確に整列できるためである。また、このオリフラ検
出部２８は、前記カップ２６がＺ方向の上方位置に設置
される際に、このオリフラ検出部２８との干渉を防止す
る必要があるため、同図の矢印Ｘ方向に退避移動が可能
となっている。オリフラ検出時の前記発光部２８ａ、受
光部２８ｂの設定位置は、第２図に示す位置Ａとなって
いる。この位置Ａでは、オリフラＦ以外の位置のウェハ
Ｗの周縁が存在する場合には、必ず発光部２８ａからの
光が遮られるが、オリフラＦがその位置Ａに来た場合に
は、発光部２８ａの光出力が受光部２８ｂで検出される
ことになる。

発光部２８ａ、受光部２８ｂを有するるオリフラ検出部
２８の移動機構としては、第５図に示すように、エアシ
リンダ３０のシリンダロッド３２に前記オリフラ検出部
２８を固定し、シリンダ３０のＩＮ、ＯＵＴにエアを導
入することで、オリフラ検出部２８をＸ方向に移動でき
る。

他の方式としては、第６図（Ａ）、（Ｂ）に示すように
オリフラ検出部２８を揺動することでも良い。この場合
には、ロータリーシリンダ３４の回転ロッド３６にオリ
フラ検出部２８を固定すれば良い。

次に、作用について説明する。

ウェハアーム搬送路１４上に存在するハンドリングアー
ムが、センダー用カセット１０の前方位置にて停止し、
ハンドリングアームの進退駆動等によりセンダー用カセ
ット１０に収容されている状態のままウェハＷがハンド
リングアーム上に載置される。従って、この時には、ハ
ンドリングアーム上に載置されるウェハＷのオリフラＦ
の位置は、一定方向とはなっていない。

ハンドリングアームをウェハアーム搬送路１４上で移動
させることで、このウェハＷをまず冷却部１６にセット
する。この冷却部１６では、所定冷却温度に位置された
冷却板１６ａを介して、ウェハＷを所定時間冷却処理す
ることになる。その後、このウェハＷはハンドリングア
ームの動作により、コータ装置２０の上方位置に設定さ
れる。

このとき、カップ２６およびオリフラ検出部２８は、共
に退避位置に設定されている。スピンチャック２２の上
方にてハンドリングアームに保持されたウェハＷに対し
て、スピンチャック２２より例えば３本の突き上げピン
（図示せず）が移動し、この突き上げビン上にウニ／’
Ｗが支持され、その後この突き上げピンの下降移動によ
り、スピンチャック２２上にウェハＷが載置される。こ
の後、スピンチャック２２にてウエノ＼Ｗを真空吸着し
、かつ、カップ２６が第１図の鎖線位置まで移動する。

さらに、レジストノズル２４より所定量のレジスト液が
滴下され、その後スピンチャック２２が所定の回転速度
にて一方向に回転駆動される。

この結果、ウェハＷのほぼ中央位置に滴下されたレジス
ト液は、遠心力の作用ににより、中心から周縁に向って
移動し、均一厚さのレジスト膜をウェハＷの表面上に形
成することができる。

その後、ウェハＷ上のレジスト膜の乾燥工程等必要工程
が実施された後に、カップ２６が下降移動される。そし
て、オリフラ検出部２８がウエノ１Ｗに向って前進移動
し、その発光部２８ａ、受光部２８ｂの水平位置が、第
２図に示す位ｆｆ１Ａまで到達した後に、その移動が停
止される。このとき、スピンチャック２２上に支持され
ているウェハＷのオリフラＦの位置は不明であり、かつ
、処理の度にそのオリフラＦの位置が様々となっている
。

そこで、スピンチャック２２を低速回転させ、その際の
受光部２８ｂからの信号をモニターすることで、オリフ
ラＦの位置検出を行う。そして、発光部２８ａ、受光部
２８ｂ間の光路がウニ／ＸＷによって遮らないとき、す
なわちそれはこの位［ＡにオリフラＦが設定されたこと
を意味するので、オリフラＦが検出された時、あるいは
オリフラＦの検出役所定時間（ステップモータの場合に
は所定パルスのカウント）経過した後にスピンチャック
２２の回転駆動を停止する。このようにして、ウェハＷ
のオリフラＦの位置が、常に一定方向を向く位置にて、
スピンチャック２２の駆動を停止できる。

オリフラＦの位置合せが終了した後に、ハンドリングア
ームが再度駆動され、その状態のままウェハＷを加熱部
１８に移行させることになる。このため、加熱部１８の
ホットプレート１８ａ上にて、オリフラＦの位置か常に
一定方向を向いた状態にてウェハＷを載置することが可
能となる。

この加熱部１８では、プロキシミティベーク方式により
ウェハＷの加熱処理を実現している。すなわち、ウェハ
Ｗはホットプレート１８ａ上にて、これより突出した３
本の支持用ビン１８ｂにて３点支持されているので、ウ
ェハＷの裏面とホットプレート１８ａの表面との間には
、常にギャップδが存在している。このギャップδは、
ウェハＷの各位置にてミクロ的に観察すると、わずかな
がらその寸法が異なっている。これは、３本の支持用ビ
ン１８ｂの傾き、あるいはその高さの違いに起因して生
じる。このギャップδの各位置での違いは、温度分布と
して現れ、すなわちギャップが大きい場所程ウェハＷの
温度が低く、ギャップが小さい程ウェハＷの温度が高く
なっている。この温度分布は、ウェハＷ上のレジスト膜
中の溶媒の揮発量に関係し、ウェハＷ上にてレジスト膜
の膜厚変化が生ずることになる。

このようなウェハＷの面内での膜厚の均一性を高めるこ
とも重要であるが、このためにはウェハＷ面内の膜厚傾
向を解明することが必要である。

この際、本実施例ではホットプレートコ−８ａ上にて、
ウェハＷのオリフラＦの方向が常に一定方向となってい
るので、このオリフラＦの位置を基準としてウェハＷ面
内の膜厚傾向の解明を容易に行うことが可能となる。従
って、この膜厚傾向を前記ギャップδの調整用情報とし
てフィードバックすることで、最終的にウェハＷの膜厚
の面内均一性を高めることが可能となる。

加熱部１８にてオリフラＦを常に一定方向に向けて加熱
処理することによる利点としては、システムとしての処
理の再現性および繰返し精度を向上できる点である。す
なわち、オリフラＦを基準としたある位置での素子の特
性について考察すると、この加熱部１８での熱処理に関
する特性に限り、同一の傾向を有する高い再現性があり
、一定精度の特性を繰返し得られることである。このよ
うな処理の再現性、繰返し精度を高めることにより、各
種の不良原因あるいは改良事項の解明に大きく寄与する
ことが可能となる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、現像液塗布後ＨＭＤＳ液塗布後のベーキング前
工程に適用することもてきる。

本発明が適用される被処理基板としての方向性のある基
板とは、上述したオリエンテーションフラット部を有す
る半導体基板等に限らず、例えば矩形状のＬＣＤ基板等
を挙げることができる。また、熱処理部とは、上記実施
例のようなプロキシミティベーク方式のものに限らず、
温度分布が形成され、この分布に起因して処理の特性の
原因究明を行う必要がある各種ベーキング方式、例えば
直接ホットプレート方式あるいはマイクロ波方式等各種
のものに適用できる。また、必ずしも加熱工程を行うも
のに限らず、冷却等の熱処理を行うものであれば、本発
明の効果を奏することができる。

また、基板の特定方向をある位置に設定するための位置
合せの機構としても、上述したオリフラ検出部２８およ
びスピンチャック２２を用いた方式に限らず他の種々の
方式を採用でき、基板上の特定位置たとえばオリフラＦ
の検出についても、光重外の手段を用いた非接触検出方
式の他、機械的な直接接触方式によるものであってもよ
い。

さらに、基板の特定位置の検出およびその位置合せは、
少なくとも熱処理部への載置前に行えばよく、必ずしも
コータ装置等の処理部で行う必要はなく、例えば位置決
め機能付の搬送アームを用いることもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、方向性のある基板
の特定の方向を一定にした状態にて、熱処理部に基板を
載置して熱処理することにより、熱処理に起因する基板
面内の各種処理特性の傾向の解明を容易とし、かつ、処
理システムの再現性ないしは繰返し精度を向上すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用したレジスト塗布装置における
コータ装置の概略説明図、 第２図は、第１図に示す装置におけるオリフラ検出部の
ウェハに対する設定位置を説明するための概略説明図、 第３図は、実施例装置の全体構成を概略的に示す説明図
、 第４図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ加熱部の正面図、平
面図、 第５図及び第６図（Ａ）、（Ｂ）は、オリフラ検出部の
移動機構を示す概略説明図である。 Ｗ・・・基板（ウェハ）、 Ｆ・・・オリエンテーションフラット、１８・・・加熱
部、２０・・・コータ装置、２８・・・オリフラ検出部
、 ２８ａ・・・発光部、２８ｂ・・・受光部。 第１図 第２図 第３図 代理人　弁理士　井　　上　　　−（他１名）第 図 （Ａ） （Ｂ） 第 図 第 図 （Ａ） （Ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）方向性を有する基板上に膜を形成した後、この基
   板を加熱板により熱処理するにあたり、少なくとも上記
   加熱板による熱処理前に、基板の方向を一定にすること
   を特徴とする熱処理方法。