JPS62296212A - 半導体ウエハ用の処理台温度制御方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば、紫外線硬化型の接着剤による被接着
物を載置する処理台の湿度制御や半導体ウェハに塗布さ
れたフォトレジストの処理方法における処理台の温度制
御に係り、加熱処理と紫外線照射処理とを組合せた種々
の処理方法における処理台の温度制御に関するものであ
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、例えば、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、ボ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ェハの
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ツチングなどが行わ
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、プラズマエツチング
時では、「）摸べり」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Ｔ　Ｓ　Ｍ　Ｒ−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ツチン
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、被処理物が光照射を受けて
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、昇温速度を雰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し、もって、レジス
ト処理方法を始めとする各種の光照射処理を適正に実施
できるようにすることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、加熱手段と少なくとも２個以上の冷却手段と
温度センサーを具えた処理台に載置された被処理物に光
を照射しながら該処理台の湿度を制御する処理台温度制
御方法において、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、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が、
もしくは昇温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ところの、被処理物が光照射を受け
ている状態で昇温速度を途中から大ＩＩＩに変更する制
御方法は、光照射による加熱量が大夛いので、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。しがしながら、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、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、力１可能となる。

〔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
たし°シスト処理装置の一例を示す。

パターン化されたフォトレジスト４が半導体ウェハ５の
上に形成されており、半導体ウェハ５はウェハ処理台６
に載置される。ウェハ処理台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
ェハ処理台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、ウェハ処理台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
けられた補助水冷手段１３が付加され、主冷却手段と補
助水冷手段の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、ウェハ処理台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、ウェハ処理台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ェハ処理台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
、ウェハ処理台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、半導体ウェハ５をウェハ処理台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
ウェハ５に塗布されたフォトレジスト４上しこ照射され
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
た半導体ウェハ５を、予めフォトレジスト４の耐熱湿度
であるフロ一温度より少し高く加熱されたウェハ処理台
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、半導体ウェハ５をウェハ処理台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。

この照射によりフオトレジス１−４のフロ一温度が上昇
するが、これに合わせてウェハ処理台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湿度より少し
高い状態になるようにウェハ処理台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、補助水冷手段１
３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、補助水冷手段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、その差を加熱手段しこよっ
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。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
ェハ処理台６を冷却し、真空吸着を解除して半導体ウェ
ハ５をウェハ処理台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□（
Ｗ−５ｅｃ）の熱が処理台に与えられ、処理台はＣ、（
”Ｃ／　５ｅｅ）で昇温するとする。もし。

昇温速度ＣをＣ２Ｏ４に設定するときは、補助水冷手段
の水冷を遮断し、ヒータの０Ｎ−ＯＦＦ制御により昇温
させる。次に、Ｃ５０工に設定するときは、補助水冷手
段の除熱量Ｑｔ（Ｗ−ｓｅｃ）をＱ２≧Ｑ工となるよう
に水冷し、余分に除熱した分をヒータの０Ｎ−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。

重連の装置を使用して、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す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ェハを
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、補助水冷手段と加
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ツチングに対する耐久
性が著しく向上するので、線ｃｌ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２５
０℃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、加熱年次と少なくとも２個以上の
冷却手段と温度センサーを具えた処理台に載置された被
処理物に光を照射しながら処理台の温度を制御する処理
台温度制御方法において、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、
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、もしくは昇温する工程を含むようにしたので、被
処理物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
制御方法とすることができ、これをレジスト処理方法に
適用すれば、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。

そして、この処理台温度制御方法は１例えば、紫外線洗
浄装置、紫外線硬化型のインキや塗料、接着剤などを対
象とした処理装置における処理台にも適用できる。

【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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加熱手段と少なくとも２個以上の冷却手段と温度センサ
   ーを具えた処理台に載置された被処理物に光を照射しな
   がら該処理台の温度を制御する処理台温度制御方法にお
   いて、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、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、もしくは昇
   温する工程を含むことを特徴とする処理台温度制御方法
   。