JPH0679162B2 - 半導体ウエハ用の処理台温度制御方法 - Google Patents

半導体ウエハ用の処理台温度制御方法

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JPH0679162B2
JPH0679162B2 JP61138277A JP13827786A JPH0679162B2 JP H0679162 B2 JPH0679162 B2 JP H0679162B2 JP 61138277 A JP61138277 A JP 61138277A JP 13827786 A JP13827786 A JP 13827786A JP H0679162 B2 JPH0679162 B2 JP H0679162B2
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徹治 荒井
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウエハに塗布されたフォトレジストの
光照射処理に使用される処理台の温度制御方法に係り、
加熱処理と紫外線照射処理とを組合せた半導体ウエハの
処理方法における処理台の温度制御方法に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
本発明は、前述のとおり、加熱処理と紫外線照射処理と
を組合せた種々の処理方法に応用できるが、半導体素子
の製造工程において、フォトレジストパターンの形成工
程は大きく分けると、レジスト塗布、プレベーク、露
光、現像、ポストベークの順に行われる。この後、この
フォトレジストパターンを用いて、イオン注入、あるい
はレジスト塗布前にあらかじめ半導体ウエハの表面に形
成されたシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミニウ
ム薄膜などのプラズマエッチングなどが行われる。この
とき、イオン注入時にはフォトレジストが昇温するので
耐熱性が高い方が良く、プラズマエッチング時では、
「膜べり」が生じない耐久性が要求される。ところが、
近年は半導体素子の高集積化、微細化などに伴い、フォ
トレジストがより高分解能のものが使われるようになっ
たが、この場合フォトレジストはポジ型であり、一般的
にネガ型より耐熱性が悪い。
フォトレジストの耐熱性や耐プラズマ性を高める方法と
してポストベークにおいて段階的に温度を上げ、充分な
時間加熱処理する方法や現像後のフォトレジストパター
ンに紫外線を照射する方法が検討されている。しかし、
前者の方法では十分な耐熱性や耐プラズマ性が得られ
ず、また処理時間が大巾に長くなるという欠点がある。
そして、後者の方法においては、紫外線照射により耐熱
温度は上昇するものの、フォトレジスト膜が厚い場合に
は、紫外線が内部まで到達せず、フォトレジストの内部
まで十分に耐熱性が向上しなかったり、処理時間が長い
という欠点がある。
そのため最近は、例えば特開昭60−45247号「フォトレ
ジストの硬化方法及び硬化装置」に開示されているよう
に、「加熱」と「紫外線照射」を組合せることが提案さ
れ、一部では実用化されてそれなりの成果を上げてい
る。しかしながら、フォトレジストの種類や膜厚、更に
は、紫外線の照射強度などに応じて硬化速度や硬化状態
が微妙に異なるものであり、適正に処理するには、昇温
方法が重要である。
例えば、東京応化工業社製TSMR−8800を塗布して成形し
たフォトレジストは、通常は1.7μm程度の膜厚で使用
するが、2.0μm程度の少し厚い膜を作り、紫外線強度
を大きくして高分子化を促進し、それに応じて処理台の
昇温速度を大きくし、これによって照射処理時間を短縮
しようとすると次のような問題点が生じる。即ち、フォ
トレジストはもともと紫外線の透過率は良い方ではない
ので、紫外線強度を大きくして照射処理時間を短縮する
と、膜の表層と内部とで到達する紫外線強度に大きな差
があるために高分子化の進行の程度に差ができ、表層部
は耐熱性や耐プラズマエッチング性が向上するが、内部
は十分には向上しない。従って、最初は表層部の耐熱性
向上を考慮して早い昇温速度で加熱し、途中より昇温速
度を小さくするか、もしくは、昇温速度を零にしてその
温度に保持するのが良い。
このため、処理台の温度を制御するにあたって、昇温速
度を途中で小さくしたり、所定の温度に保持する必要が
ある。しかしながら、半導体ウエハが光照射を受けてい
る状態で、昇温速度を途中で所定どおりに変更したり、
昇温速度を零にして所定の温度に保持することが意外と
困難であることが判明した。
〔発明が解決しようとする問題点〕
そこで本発明は、被処理物である半導体ウエハが光照射
を受けている状態で、確実かつ容易に、昇温速度を途中
で所定どおりに変更したり、昇温速度を零にして所定の
温度に保持することが可能な処理台温度制御方法を提供
することを目的とするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、加熱手段、処理台に水冷管を埋設して構成さ
れた主冷却手段、処理台の冷却フィンに取り付けられた
補助冷却手段および温度センサーを具えた該処理台に載
置された半導体ウエハに光を照射しながら処理台の温度
を制御する半導体ウエハ用の処理台温度制御方法であっ
て、 先ず、半導体ウエハに塗布されたフォトレジストに光を
照射するとともに、加熱手段によって処理台を所定の温
度まで昇温させ、 次に、補助冷却手段による冷却を開始して光による加熱
量の値より大きい値の除熱を行いつつ、補助冷却手段に
よる除熱量と光による加熱量の差を補償する熱量を加熱
手段によって与え、処理台を所定の温度に保つか、もし
くは所定のパターンで昇温させ、 光照射処理が終了すると、加熱手段を停止するととも
に、主冷却手段を動作させて処理台を冷却する工程を含
むことにより、前述の目的を達成するものである。
〔作用〕
本発明が対象とする半導体ウエハが光照射を受けている
状態で昇温速度を途中から大巾に変更する制御方法は、
光照射による加熱量が大きいので、冷却手段が重要であ
り、昇温速度変更温度において除熱する必要がある。し
かしながら、水冷などによって除熱するとき、除熱量の
正確な制御はなかなか困難であり、冷却手段のみを動作
させて正確に昇温速度を変更することができない。これ
に対して、加熱手段によって温度を制御するとき、ヒー
ターへの電力供給量を調整することによって正確に制御
するのが容易である。
そこで本発明は、半導体ウエハに塗布されたフォトレジ
ストに光を照射するとともに、加熱手段によって処理台
を所定の温度まで昇温させた後に、補助冷却手段によっ
て、光照射による加熱量より大きい熱量を除熱しつつ、
余分に除熱した分を加熱手段によって補償するが、水冷
による除熱量によって直接温度制御するのではなく、ヒ
ーターへの電力供給量を調整することによって前述の補
償量を制御するので、被処理物が光照射を受けている状
態であっても、正確かつ容易に、昇温速度を途中で所定
どおりに大巾に変更したり、昇温速度を零にして所定の
温度に保持することが可能となる。そして、光照射処理
が終了すると、主冷却手段により冷却するので、迅速に
降温させることができる。
〔実施例〕
第1図は、この発明による処理台温度制御方法を応用し
たレジスト処理装置の一例を模式的に示す。
パターン化されたフォトレジスト4が半導体ウエハ5の
上に形成されており、半導体ウエハ5はウエハ処理台6
に載置される。ウエハ処理台6は、ヒータリード線9よ
り通電することによりヒータ10で加熱され、これらが加
熱手段を構成している。一方、ウエハ処理台6を穴ぐり
し、あるいは水冷管を埋設して形成した冷却孔11に冷却
水を流すことによって冷却され、これが主冷却手段であ
る。そして、ウエハ処理台6の裏面には多数の冷却フィ
ン12が取付けられており、この冷却フィン12に水冷管や
水冷管付冷却板が直接取付けられた補助冷却手段13が付
加され、主冷却手段と補助冷却手段の2個の冷却手段が
設けられている。冷却孔11に冷却水を流す主冷却手段の
みでは、冷却水のIN側とOUT側とで冷却能力に差があ
り、ウエハ処理台6を均一に冷却するのは困難である
が、水冷管や水冷管付冷却板により十分に除熱される冷
却フィン12により熱の流れが制限されるため、ウエハ処
理台6は均一に冷却される。なお、冷却フィンに代えて
多数のボルトなどで水冷管付冷却板をウエハ処理台6か
ら離間して取付けてもよく、ボルトが冷却フィンの役目
をして熱の流れを制限しながら冷却板に熱を伝達して冷
却する。
温度の検出は、温度センサー14によって行われ、この温
度センサー14の出力が、温度制御信号として使用され
る。また、ウエハ処理台6には、真空吸着孔7が付加さ
れており、真空ポンプによって連通孔8を通して真空引
きすることにより、半導体ウエハ5をウエハ処理台6上
に密着して固定する機能をも有する。照射部は、高圧水
銀灯1、凹面ミラー2、開閉可能なシャッター3から構
成されており、高圧水銀灯1から放射された紫外線を含
む放射光は、凹面ミラー2などにより反射されて、半導
体ウエハ5に塗布されたフォトレジスト4上に照射され
る。
次に、このレジスト処理装置を用いてレジスト処理する
方法について説明する。フォトレジスト4が塗布された
半導体ウエハ5を、予めフォトレジスト4の耐熱温度で
あるフロー温度より少し高く加熱されたウエハ処理台6
上に載置する。そして、真空吸着孔7を真空引きするこ
とにより、半導体ウエハ5をウエハ処理台6上に密着さ
せる。この状態でシャッター3を開き、フォトレジスト
4に高圧水銀灯1から放射される紫外線を含む光を照射
する。この照射によりフォトレジスト4のフロー温度が
上昇するが、これに合わせてウエハ処理台6のヒータ電
力を制御し、フォトレジスト温度を常にフロー温度より
少し高い状態になるようにウエハ処理台6を一定の昇温
速度で所定温度まで上昇させる。
しかる後、補助冷却手段13を動作させて除熱するととも
に、温度センサー14の信号に基ずいてヒータ10への供給
電力を制御する。このとき、補助冷却手段13による除熱
量は、高圧水銀灯1からの加熱量より大きく、その差を
加熱手段によって補償し、処理台6の温度をこの所定温
度に保持する。もし、この所定温度に保持するのではな
く、更に、小さい速度で昇温するときは、ヒータ10への
供給電力をそれに応じて制御する。
光照射処理が終了すると加熱を停止し、シャッター3を
閉じて放射光照射を停止させるが、冷却孔11に冷却水を
流して主冷却手段を動作させてウエハ処理台6を冷却
し、真空吸着を解除して半導体ウエハ5をウエハ処理台
6から取り去る。処理が完了すると以上の操作を繰り返
して順次レジスト処理を実施すれば良い。
以上の実施例はレジスト処理に適用した例を説明した
が、一般的な制御方法を説明すると、光照射によりQ
1(W・sec)の熱が処理台に与えられ、処理台はC1(℃
/sec)で昇温するとする。もし、昇温速度CをC≧C1
設定するときは、補助冷却手段の水冷を遮断し、ヒータ
のON・OFF制御により昇温させる。次に、C≦C1に設定
するときは、補助冷却手段の除熱量Q2(W・sec)をQ2
≧Q1となるように水冷し、余分に除熱した分をヒータの
ON・OFF制御により補償する。そして、処理が終了する
と主冷却手段を動作させて所定温度まで急速に冷却す
る。
以下に更に具体的に説明する。
前述の装置を使用して、TSMR−8800を塗布して成形した
厚さが2.0μmのフォトレジストを第2図に示すタイム
チャートに基ずいて紫外線の照射処理を行った。即ち、
先ず、100℃に保持した処理台にウエハを載置し、0.78
℃/secの一定の昇温速度で90秒間で170℃まで昇温し、
しかる後、補助冷却手段と加熱手段を動作させて処理台
を170℃に30秒間保持する。そして、加熱手段を停止
し、主冷却手段を働かせて冷却する。
この結果、処理前は130℃であったフォトレジストの耐
熱温度は、250℃まで向上した。従って、イオン注入や
プラズマエッチングに対する耐久性が著しく向上するの
で、線巾の小さいパターンを製作するのに好適である。
因に、従来は、耐熱温度を250℃まで向上させた例は殆
どなく、もしこの温度まで耐熱性を向上させるとしても
非常に長時間処理する必要があるとされていた。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、光照射と加熱により所
定の温度に昇温した後に、補助冷却手段による冷却を開
始して光による加熱量の値より大きい値の除熱を行いつ
つ、補助冷却手段による除熱量と光による加熱量の差を
補償する熱量を加熱手段によって与え、処理台を所定の
温度に保つか、もしくは所定のパターンで昇温し、処理
終了後に主冷却手段で冷却する工程を含むようにしたの
で、半導体ウエハが光照射を受けている状態で、確実か
つ容易に、昇温速度を途中で所定どおりに変更したり、
昇温速度を零にして所定の温度に保持することが可能な
半導体ウエハ用の処理台温度制御方法とすることがで
き、これによってレジストを処理すれば、短時間の加熱
と紫外線照射で耐熱性と耐プラズマ性をともに向上させ
ることができ、生産性が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明によるレジスト処理方法を実施するた
めの装置の一例の説明図、第2図は処理方法のタイムチ
ャートである。 1……高圧水銀灯、2……凹面ミラー 3……シャッター、4……フォトレジスト 5……半導体ウエハ、6……ウエハ処理台 7……真空吸着孔、8……連通孔 9……ヒータリード線、10……ヒータ 11……冷却孔、12……冷却フィン 13……補助冷却手段、14……温度センサー

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加熱手段、処理台に水冷管を埋設して構成
    された主冷却手段、処理台の冷却フィンに取り付けられ
    た補助冷却手段および温度センサーを具えた該処理台に
    載置された半導体ウエハに光を照射しながら該処理台の
    温度を制御する半導体ウエハ用の処理台温度制御方法で
    あって、 先ず、半導体ウエハに塗布されたフォトレジストに光を
    照射するとともに、加熱手段によって処理台を所定の温
    度まで昇温させ、 次に、補助冷却手段による冷却を開始して光による加熱
    量の値より大きい値の除熱を行いつつ、補助冷却手段に
    よる除熱量と光による加熱量の差を補償する熱量を加熱
    手段によって与え、該処理台を所定の温度に保つか、も
    しくは所定のパターンで昇温させ、 光照射処理が終了すると、加熱手段を停止するととも
    に、主冷却手段を動作させて処理台を冷却する工程を含
    むことを特徴とする半導体ウエハ用の処理台温度制御方
    法。
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