JPH06132209A - 処理方法及びその装置 - Google Patents

処理方法及びその装置

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JPH06132209A
JPH06132209A JP4302998A JP30299892A JPH06132209A JP H06132209 A JPH06132209 A JP H06132209A JP 4302998 A JP4302998 A JP 4302998A JP 30299892 A JP30299892 A JP 30299892A JP H06132209 A JPH06132209 A JP H06132209A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 処理部において処理液の濃度を微細な精度に
制御すると共に、歩留の向上を図る。 【構成】 HMDS6をN2 ガスにより気化し、その気
化されたHMDSガスを処理容器3内に導入して半導体
ウエハWを処理する処理装置において、処理容器3内に
配設される載置台21に加熱・冷却機構20を設ける。
処理容器3からの排気管24に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4を設け
る。この処理液濃度検出手段4からの測定信号をCPU
5に伝達し、CPU5から加熱・冷却機構20又は三方
弁10、電磁開閉弁13に伝達する。これにより、処理
容器3内において処理液の濃度を微細な精度に制御する
ことができると共に、歩留の向上を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば半導体ウエハ
等の被処理体を気化された処理液ガスによって処理する
処理方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体製造におけるフォトレジ
スト処理工程においては、被処理体例えば半導体ウエハ
(以下にウエハという)は表面が大気中の水分と結合し
て表面にOH基が存在し親水性となっている。この状態
で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
する虞れがある。
【0003】このため、レジストの密着性を強化するた
めに、レジスト塗布前のウエハ表面にヘキサメチルジシ
ラザン(HMDS)ガスを付着させて表面のOH基をS
i(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。
【0004】従来のアドヒージョン処理においてはキャ
リアガス中に含有するHMDSの濃度をレジストの膜剥
離の防止に最適な状態にする必要があるため、例えばH
MDSの希釈率や液温を変える方法、あるいはHMDS
の液量を変える方法、HMDSの気化用キャリアガス
(N2 ガス)の流量を変える方法や例えば毛細管現象を
利用してHMDSの蒸発面積を変える方法等が行われて
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、HMD
Sの希釈率や液温を変える方法においては、制御部と処
理部とが比較的離れた位置に置かれているため、処理部
での適正な状態を維持するのが難しいという問題があ
り、また、HMDSの液温を制御する方法においては制
御部が大掛りとなって複雑となると共に、制御が面倒で
あるという問題があった。また、HMDSの液量を変え
る方法、HMDSの気化用N2 ガスの流量を変える方法
やHMDSの蒸発面積を変える方法等においては、微細
な精度を得ることができず、レジストの膜剥離防止処理
を十分に行うことができなかった。
【0006】この発明は上記事情に鑑みなされたもの
で、処理部において処理液の濃度を微細な精度に制御で
きるようにした処理方法及びその装置を提供するもので
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第1の処理方法は、処理液をキャリアガ
スにより気化し、その気化された処理液を含有するキャ
リアガスを被処理体に作用させて被処理体を処理する処
理方法において、上記キャリアガス中に含有する処理液
の濃度を測定し、この測定によって求められた測定値に
基いて被処理体の処理温度を制御することを特徴とする
処理方法である。
【0008】この発明の第2の処理方法は、上記第1の
処理方法と同様に、処理液をキャリアガスにより気化
し、その気化された処理液を含有するキャリアガスを被
処理体に作用させて被処理体を処理する処理方法におい
て、上記キャリアガス中に含有する処理液の濃度を測定
し、この測定によって求められた測定値に基いて被処理
体の処理時間を制御することを特徴とする処理方法であ
る。
【0009】この発明の第1の処理装置は、上記第1の
処理方法を実現化するもので、処理液をキャリアガスに
より気化し、その気化された処理液を含有するキャリア
ガスを処理容器内に導入して被処理体を処理する処理装
置において、上記処理容器内に配設される被処理体載置
台に加熱及び冷却手段を設け、上記キャリアガスの流路
に、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、上記処理液濃度検出手段か
らの測定信号を受けてその信号に基いて上記加熱及び冷
却手段を制御する制御手段を設けたことを特徴とする処
理装置である。
【0010】また、この発明の第2の処理装置は、上記
第2の処理方法を実現化するもので、処理液をキャリア
ガスにより気化し、その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に導入して被処理体を処理する
処理装置において、上記処理容器の上流側のキャリアガ
スの流路にキャリアガス開閉弁と、上記キャリアガスの
流路に、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、上記処理液濃度検出手
段からの測定信号を受けてその信号に基いて上記キャリ
アガス開閉弁の開放時間を制御する制御手段を設けたこ
とを特徴とする処理装置である。
【0011】この発明において、上記処理液濃度検出手
段はキャリアガス中に含有する処理液の濃度を測定する
ものであれば任意のものでよく、例えば処理液濃度検出
手段を水晶振動子を合成2分子膜により被覆することに
より形成される合成2分子膜センサにて形成することが
できる。
【0012】上記制御手段は処理液濃度検出手段からの
測定信号を受けて、その信号に基く制御信号を加熱及び
冷却機構あるいはキャリアガス開閉弁に伝達するもので
あれば任意のものでよく、例えば中央演算処理装置(C
PU)にて形成することができる。
【0013】また、上記加熱及び冷却手段は処理容器内
に配設される被処理体載置台を所定の温度に維持するも
のであれば任意のものでよく、例えば加熱用ヒーターと
冷却水等の冷却通路とを並設して設けた構造、あるいは
電流の方向を正逆に切換えることによって熱の発生と吸
収を行うペルチェ素子を利用したもの等任意の構造のも
のを使用することができる。
【0014】加えて、上記開閉弁は処理容器の上流側の
キャリアガスの流路に配設されるものであれば、処理液
とキャリアガスとを混合して処理液を気化する気化部の
キャリアガスの流路あるいは処理液とキャリアガスの気
化部と処理容器との間のキャリアガスの流路のいずれに
配設してもよい。
【0015】
【作用】上記のように構成されるこの発明によれば、処
理液はキャリアガスにより気化され、その気化された処
理液を含有するキャリアガスすなわち処理液ガスが処理
容器内に導入され、処理容器内で被処理体に作用して被
処理体の表面処理を施す。処理後の処理液ガスはキャリ
アガスの流路を流れて排出され、この際、処理液濃度検
出手段によってキャリアガス中に含有する処理液の濃度
を測定する。そして、処理液濃度検出手段によって求め
られた測定値の信号が制御手段に伝達され、この制御手
段からの信号によって加熱及び冷却手段が制御され、被
処理体の処理温度を適正状態に制御することができる。
【0016】また、上記のようにして処理液濃度検出手
段によって求められた測定値の信号を制御手段に伝達
し、この制御手段からの信号によってキャリアガス開閉
弁の開放時間を制御して、被処理体の処理時間を適正状
態に制御することができる。
【0017】
【実施例】以下に、この発明の実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。
【0018】◎第一実施例 図1はこの発明に係る処理装置の第一実施例の概略構成
図が示されている。この実施例では処理装置としてHM
DS処理装置が示されている。
【0019】HMDS処理装置は、処理液を貯留するタ
ンク2と、このタンク2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W(以下にウエハとい
う)の表面に供給して表面処理する処理容器3と、この
処理容器3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4と、この処理液濃度検出手段4からの
信号を受けてその検出された測定値を温度制御信号に変
換する制御手段5とで主要部が構成されている。
【0020】上記タンク2は処理液としてHMDS6を
貯留するための有底筒状体に形成されており、このタン
ク2は貯留されるHMDS6への不純物溶出等を防止す
るために例えば石英ガラス等により形成されている。こ
のタンク2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バブラ
ー7が配設されている。このバブラー7は例えば多孔質
の部材により形成され、このバブラー7にはN2 ガスボ
ンベ等のN2 ガス源(図示せず)からN2 ガスを供給す
るN2 ガス供給管8が接続されている。
【0021】上記N2 ガス供給管8には、フロート式の
流量計9及びN2 ガスの流通、切換え又は遮断を行う開
閉機能を有する電磁式の三方弁10が順次配設されてお
り、この三方弁10からは上記処理液濃度検出手段4に
向けてパージ用ガス供給管11が配管されている。
【0022】また、上記三方弁10の下流側のガス供給
管8からは希釈用ガス供給管12が分岐されると共に、
この希釈用ガス供給管12には途中に電磁開閉弁13が
配設され、その先端部はタンク2の頂部に挿入接続され
ている。
【0023】また、上記タンク2の頂部と上記処理容器
3との間には、タンク2内で生成された処理液蒸気すな
わちHMDS蒸気を含有するN2 ガスを送給するための
給気系としてのHMDSガス供給管14が連続して接続
されている。そして、このHMDSガス供給管14に
は、必要に応じて処理容器3内を大気に開放するために
途中に開放弁15を配設した大気開放管16が分岐して
接続されている。
【0024】一方、上記処理容器3は、例えば石英ガラ
ス等により箱状に形成され、その開口部に開閉可能な蓋
体3aが設けられている。この処理容器3内には、上記
HMDSガス供給管14に接続すると共に、下方に向っ
て拡開開口する案内通路17が挿入され、この案内通路
17の開口部に多数の拡散孔18を有する拡散板19が
配設されている。また、案内通路17の開口部の下方に
は、加熱及び冷却手段である加熱・冷却機構20を具備
したウエハWを載置する載置台21が配設されている。
この場合、加熱・冷却機構20は、ウエハWの加熱用ヒ
ーター22と冷却用水を通水する冷却通路23とで構成
されており、加熱用ヒーター22には図示しない電源が
接続され、冷却通路23には図示しない冷却水源が接続
されている。そして、加熱・冷却機構20は後述する制
御手段5からの信号を受けて制御されるようになってい
る。なおこの場合、加熱・冷却機構20が加熱用ヒータ
ー22と冷却通路23とを並設した構造の場合について
説明したが、必ずしもこのような構造である必要はな
く、例えば電流の方向を正逆に切換えることによって熱
の発生と吸収を行うペルチェ素子を利用することも可能
である。
【0025】また、処理容器3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24が接続され
ており、図示しないエゼクタ(空気圧式真空装置)等に
より処理容器3内を負圧に吸引するようになっている。
排気管24には処理液濃度検出手段4が設けられてい
る。この場合、処理液濃度検出手段4は、例えば石英ガ
ラス等により形成された検出容器25を有しており、こ
の検出容器25の上部に排気管24の流入端を接続する
と共に、下部に下流側排気管24の流出端を接続してい
る。そして、この検出容器25内には、側壁より挿入さ
せて合成2分子膜センサ26が設けられており、この検
出容器25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26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26はコード2
7を介してモニタ28に接続されており、その振動数を
モニタし得るようになっている。例えば、吸着量が多く
なると、振動数は減少(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H
MDS蒸気の濃度を測定することができる。この測定は
制御手段であるCPU5等によって容易に算出すること
ができる。CPU5は上記加熱・冷却機構20に接続さ
れているので、CPU5で測定された測定信号が加熱・
冷却機構20に伝達されて加熱・冷却機構20が制御さ
れる。
【0026】なお、上記センサ26は、ある程度のHM
DS蒸気を吸着すると、吸着量が飽和状態となるため、
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25の上部には、上記パ
ージ用ガス供給管11が連通接続されており、必要時に
この検出容器25内にパージガス、すなわちN2 ガスを
供給し得るように構成されている。また、合成2分子膜
センサ26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60℃に達する処理容器3内に設ける
ことは不適切であり、また、この処理容器3の上流側の
HMDSガス供給管14に設けることも可能であるが、
この場合には、パージ用N2 ガスが処理容器3内へ混入
してしまう虞れがある。したがって、上述のように、排
気管24にセンサ26を設けるのが好ましい。
【0027】次に、上記のように構成されたHMDS処
理装置の動作について説明する。まず、処理容器3の蓋
体3aを開けて、前工程より搬送してきたウエハWを載
置台21上に載置し、蓋体3aを閉じると共に、減圧を
開始する。そして、処理容器3内が所定圧になったなら
ばN2 ガスをN2 ガス供給管8を介してバブラー7より
タンク2内に導入すると共に、所定量のN2 ガスも希釈
用ガス供給管12を介してタンク内上部空間部へ導入し
て希釈する。すると、バブラー7から発生する泡により
液体HMDS6は蒸気化されて希釈された後、HMDS
ガス供給管14を介して処理容器3内に導入され、処理
容器3内の案内通路17中の拡散板19の拡散孔18を
通ってウエハWの表面に均一に散布されてウエハWの表
面に疎水化処理を施すことになる。
【0028】処理後のガスは排気管24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4の検出容器25内を通過し、この検出容器25内
に設けた合成2分子膜センサ26により排ガス中のHM
DS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って求めることができる。
【0029】この時のHMDS濃度の検出値は、モニタ
28を介してCPU5へ導入され、この測定値に基いて
加熱・冷却機構20を制御して、載置台21の温度を所
定の処理温度例えば50〜150度程度に維持する。し
たがって、載置台21上に載置されるウエハWは所定温
度に維持され、表面が均一に疎水化処理される。
【0030】このようにして、所定の時間処理を行った
後、N2 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3内に残留する有害な
HMDS蒸気を排出する。そして、HMDS蒸気をある
程度排出した後、大気開放管16に設けた開放弁15を
開放状態にして処理容器3内を大気圧にし、処理済みの
ウエハWと未処理のウエハとを交換して再度同じ処理を
行う。
【0031】なお、ウエハ交換中において、センサ26
の感度を保持するためにセンサ26に付着したHMDS
蒸気をパージする必要がある場合、N2 ガス供給管8に
設けた三方弁10を切換えて、N2 ガスをパージ用ガス
供給管11を介して検出容器25内に導入してセンサ2
6に付着しているHMDS蒸気をパージする。このパー
ジは、ウエハ処理毎、所定枚数処理毎、ロットの初め、
ロットの終りなど、実際の処理プロセスに対応して行
う。
【0032】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3内への搬入処理が終了した後、再度上
記三方弁10を切換えてタンク2側へN2 ガスを供給
し、上記した処理を繰り返して行う。このようにウエハ
W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Wと
の密着性、固着性が向上する。
【0033】◎第二実施例 図2はこの発明に係るHMDS処理装置の第二実施例の
概略構成図が示されている。
【0034】第二実施例におけるHMDS処理装置は、
処理液濃度検出手段4によって測定された測定値に基い
て処理容器3内での処理時間を制御して疎水化処理を行
う場合である。すなわち、上記第一実施例と同様に形成
された処理液濃度検出手段4の合成2分子膜センサ26
にモニタ28を介して接続されるCPU5からの信号を
上記三方弁10及び電磁開閉弁13に伝達し得るように
形成して、処理液濃度検出手段4によって検出されたH
MDSガス濃度に基いて三方弁10及び電磁開閉弁13
の開放時間を制御し、処理容器3内のウエハWの処理時
間を制御するようにした場合である。
【0035】なお、第二実施例において、その他の部分
は上記第一実施例と同じであるので、同一部分には同一
符号を付してその説明は省略する。
【0036】このように構成される第二実施例のHMD
S処理装置において、ウエハWの疎水性化処理を行うに
は、上記第一実施例と同様に、まず、処理容器3の蓋体
3aを開けて、前工程より搬送してきたウエハWを載置
台21上に載置し、蓋体3aを閉じると共に、減圧を開
始する。そして、処理容器3内を所定圧にした後、N2
ガスをN2 ガス供給管8を介してバブラー7よりタンク
2内に導入すると共に、所定量のN2 ガスを希釈用ガス
供給管12を介してタンク内上部空間部へ導入して、バ
ブラー7から発生する泡により液体HMDS6を蒸気化
する。そして、蒸気化されたHMDSガスはHMDSガ
ス供給管14を介して処理容器3内に導入され、処理容
器3内の案内通路17中の拡散板19の拡散孔18を通
ってウエハWの表面に均一に散布されてウエハWの表面
に疎水化処理を施すことになる。
【0037】処理後のガスは排気管24を介して排ガス
として排気される際、処理液濃度検出手段4の検出容器
25内を通過し、この検出容器25内に設けた合成2分
子膜センサ26により排ガス中のHMDS濃度が検出さ
れる。そして、この時のHMDS濃度の検出値は、モニ
タ28を介してCPU5へ導入され、この測定値に基い
て三方弁10及び電磁開閉弁13の開放時間を制御し
て、ウエハWに供給されるHMDSガスの処理時間を所
定時間例えば20〜80秒程度に維持する。したがっ
て、載置台21上に載置されるウエハWは所定時間HM
DSガス雰囲気に晒され、表面が均一に疎水化処理され
る。
【0038】上記のように構成されるHMDS処理装置
は具体的には、図3に示す半導体ウエハ処理装置の一部
に組込まれて使用される。すなわち、この処理装置は、
ウエハWに種々の処理を施す処理機構が配設された処理
機構ユニット30と、処理機構ユニット30にウエハW
を搬入・搬出するための搬入・搬出機構31とから主に
構成されている。
【0039】搬入・搬出機構31は、処理前のウエハW
を収納するウエハキャリア32と、処理後のウエハWを
収納するウエハキャリア33と、ウエハWを吸着保持す
るアーム34と、このアーム34を水平のX方向、Y方
向及びθ(回転)方向にそれぞれ移動させるためのX方
向移動機構35、Y方向移動機構36及びθ方向移動機
構37と、処理機構ユニット30との間でウエハWの受
け渡しがなされる載置台38とを備えている。また、処
理機構ユニット30には、ウエハWとレジスト膜との密
着性を向上させるため、レジスト液をウエハWに塗布す
る前に行う前処理を行うこの発明の処理装置であるHM
DS処理機構1(具体的には被処理体処理部)と、ウエ
ハWの上面にレジスト液を塗布する塗布機構39a,3
9bと、塗布機構39a,39bでレジスト液を塗布す
る前のウエハWを冷却して、所定温度に調整するための
冷却機構40と、ウエハWに塗布されたレジスト膜中に
残存する溶剤を蒸発させるための加熱処理を行うベーク
機構41とからなる処理機構が設けられている。また、
処理機構ユニット30には、上記の各処理機構1,39
a〜41にウエハWの搬入及び搬出を行うためのアーム
42aを有する搬送機構42が搬送路43に沿って移動
可能に配設されている。
【0040】上記のように構成される処理装置におい
て、搬入・搬出機構31から搬入されたウエハWは、前
処理機構1で上述したように前処理された後、冷却処
理、塗布処理された後にベーク機構41で加熱処理さ
れ、その後、搬入・搬出機構31へ搬送され、そしてウ
エハキャリア33に収納されるのである。
【0041】なお、上記実施例では、被処理体が半導体
ウエハである場合について説明したが、半導体ウエハ以
外のガラス基板、CDあるいはLCD基板等についても
同様に適用できる。また、上記実施例では処理液として
HMDSを使用した場合について説明したが、この発明
は、現像装置、洗浄装置あるいはLCD装置にも適用で
きるもので、処理液濃度検出手段のセンサに付着し、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る。
【0042】
【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば以下のような効果を得ることができる。
【0043】1)請求項1及び3記載の処理方法及び処
理装置によれば、処理液蒸気の濃度を測定し、その測定
信号に基いて加熱及び冷却手段を制御して被処理体の処
理温度を適正状態に制御することができる。したがっ
て、処理部における温度不足に伴う不完全処理をなくす
ことができ、歩留を向上させることができる。
【0044】2)請求項2及び4記載の処理方法及び処
理装置によれば、処理液蒸気の濃度を測定し、その測定
信号に基いてキャリアガスの開閉弁の開放時間を制御し
て被処理体の処理時間を適正状態に制御することができ
る。したがって、処理時間の過不足に伴う不完全処理を
なくすことができ、歩留を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る処理装置の第一実施例を示す概
略構成図である。
【図2】この発明に係る処理装置の第二実施例を示す概
略構成図である。
【図3】この発明の処理装置を有する半導体ウエハ処理
装置を示す概略平面図である。
【符号の説明】
W 半導体ウエハ(被処理体) 3 処理容器 4 処理液濃度検出手段 5 CPU(制御手段) 6 HMDS(処理液) 8 N2 ガス供給管 10 三方弁(キャリアガス開閉弁) 12 希釈用ガス供給管 13 電磁開閉弁(キャリアガス開閉弁) 14 HMDSガス供給管 20 加熱・冷却機構(加熱及び冷却手段) 21 半導体ウエハ載置台 25 検出容器 26 合成2分子膜センサ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 処理液をキャリアガスにより気化し、そ
    の気化された処理液を含有するキャリアガスを被処理体
    に作用させて被処理体を処理する処理方法において、 上記キャリアガス中に含有する処理液の濃度を測定し、
    この測定によって求められた測定値に基いて被処理体の
    処理温度を制御することを特徴とする処理方法。
  2. 【請求項2】 処理液をキャリアガスにより気化し、そ
    の気化された処理液を含有するキャリアガスを被処理体
    に作用させて被処理体を処理する処理方法において、 上記キャリアガス中に含有する処理液の濃度を測定し、
    この測定によって求められた測定値に基いて被処理体の
    処理時間を制御することを特徴とする処理方法。
  3. 【請求項3】 処理液をキャリアガスにより気化し、そ
    の気化された処理液を含有するキャリアガスを処理容器
    内に導入して被処理体を処理する処理装置において、 上記処理容器内に配設される被処理体載置台に加熱及び
    冷却手段を設け、 上記キャリアガスの流路に、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、 上記処理液濃度検出手段からの測定信号を受けてその信
    号に基いて上記加熱及び冷却手段を制御する制御手段を
    設けたことを特徴とする処理装置。
  4. 【請求項4】 処理液をキャリアガスにより気化し、そ
    の気化された処理液を含有するキャリアガスを処理容器
    内に導入して被処理体を処理する処理装置において、 上記処理容器の上流側のキャリアガスの流路にキャリア
    ガス開閉弁と、上記キャリアガスの流路に、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、 上記処理液濃度検出手段からの測定信号を受けてその信
    号に基いて上記キャリアガス開閉弁の開放時間を制御す
    る制御手段を設けたことを特徴とする処理装置。
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