(57)【要約】【課題】基板加熱工程において、基板へのパーティクル付着を低減するとともにインデックスを向上させる。【解決手段】チャンバー２内に設置した熱板６に、溶媒を含む膜が塗布により形成されたウェハWを膜面を下向きにして近接配置して背面側から所定時間加熱する工程と、前記ウェハWの下方となる位置に配置した排気用ノズル７をウェハWの膜面に沿う方向に移動させながら、当該排気用ノズル７によってチャンバー２内を排気する工程と、を有する基板処理方法とする。【選択図】図１
2010182893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒を含む膜を塗布により形成した基板を加熱処理する基板処理方法であって、
チャンバー内に設置した熱板に膜面を下向きにした前記基板を近接配置して背面側から所定時間加熱する工程と、
チャンバー内に配置した排気用ノズルを前記基板の膜面の下方で前記膜面に沿う方向に移動させながら、当該排気用ノズルによってチャンバー内を排気する工程と、を有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
溶媒を含む膜を塗布により形成した基板を加熱処理する基板処理方法であって、
チャンバー内に設置した熱板に膜面を下向きにした前記基板を近接配置して背面側から所定時間加熱する工程と、
前記基板の下方となる位置に配置した吸着材により、前記基板の加熱による発生ガスを吸着する工程と、を有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項３】
チャンバーと、
前記チャンバー内に設置された熱板と、
溶媒を含む膜が塗布により形成された基板を膜面を下向きにして保持し、前記熱板の下面に所定時間近接配置する基板ホルダと、
前記基板の下方となる位置に前記基板の膜面に沿う方向に移動自在に配置された排気用ノズルと、を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
チャンバーと、
前記チャンバー内に設置された熱板と、
溶媒を含む膜が塗布により形成された基板を膜面を下向きにして保持し、前記熱板の下面に所定時間近接配置する基板ホルダと、
前記基板の下方となる位置に配置された吸着材と、を有することを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造に用いられる基板処理方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路を製造する際のフォトリソグラフィー工程では、処理対象の基板（以下、ウェハという）に塗布現像処理装置によりレジストを塗布し加熱処理を施し、それによりウェハ上に形成されたレジスト膜を露光装置によりマスクを介して所望パターンにて露光し、露光後のレジスト膜に塗布現像処理装置により加熱処理と現像処理を順に施した後、さらに加熱処理を施す。
【０００３】
レジスト塗布後、露光後、現像後にそれぞれ行われる加熱処理においては、主にレジスト膜（ほかに反射防止膜など）に含まれている溶媒、酸、その拡散を制御するクエンチャーが放出されるので、排気によってチャンバーから除去されている。しかしこれらの成分が昇華物として放出された場合、排気を十分に行ったとしても、ウェハ上やチャンバーの排気口などに凝縮して再付着するほか、パーティクルとなってウェハ上へ落下して、欠陥となることがある。これを防止するために従来、チャンバー内などを頻度高くメンテナンスしてきた。
【０００４】
しかし、近年、パターンサイズの微細化に伴ってキラー欠陥サイズも相対的に小さくなってきており、十分に排気し且つメンテナンスを頻度高く行っても、加熱処理の終了直前にウェハから放出され排出されなかった昇華物がウェハ処理面へ微細なパーティクルとして付着し、欠陥となる問題が生じている。
【０００５】
これに対処するべく、たとえば、塗布により膜が形成されたウェハ上に所定流量の気体を流しながら当該ウェハを加熱する工程と、前記ウェハ上に当該膜に含まれる溶媒などの物質の昇華温度以上に加熱した気体を流しながら、当該ウェハを前記昇華温度よりも低い温度に冷却する工程とを行って、パーティクルを減少させる方法が提案されている（特許文献１参照）。加熱した気体を流すことによって、膜が形成されたウェハを加熱する方法も提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００７-３３５７５２号公報
【特許文献２】特開２００８-１６６６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の方法では、ウェハの温度が膜から放出される溶媒などの昇華温度よりも低い温度になるまでに１０秒から２０秒程度の時間を要し、ウェハ１枚あたりの処理時間が長くなるため、インデックスすなわち半導体装置の製造効率が低下するという問題があった。つまり従来の方法では、パーティクル付着防止とインデックス低下防止とは両立し得なかった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、パーティクル付着防止とインデックス低下防止とを両立できる基板処理方法および基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するために、本発明の基板処理方法は、溶媒を含む膜を塗布により形成した基板を加熱処理する基板処理方法において、チャンバー内に設置した熱板に膜面を下向きにした前記基板を近接配置して背面側から所定時間加熱する工程と、チャンバー内に配置した排気用ノズルを前記基板の膜面の下方で前記膜面に沿う方向に移動させながら、当該排気用ノズルによってチャンバー内を排気する工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、基板を膜面を下向きにして加熱するので、当該膜面へのパーティクルの重力落下を回避できる。また基板の下方で排気用ノズルを移動させながら排気するので、ウェハ加熱後の雰囲気を清浄化する排気を短時間で完了できる。
【００１０】
また、溶媒を含む膜を塗布により形成した基板を加熱処理する基板処理方法において、チャンバー内に設置した熱板に膜面を下向きにした前記基板を近接配置して背面側から所定時間加熱する工程と、前記基板の下方となる位置に配置した吸着材により、前記基板の加熱による発生ガスを吸着する工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、基板を膜面を下向きにして加熱するので、当該膜面へのパーティクルの重力落下を回避できる。また基板の加熱による発生ガスを吸着材により吸着するので、ウェハ加熱後の雰囲気の清浄化を短時間で完了できる。
【００１２】
本発明の基板処理装置は、チャンバーと、前記チャンバー内に設置された熱板と、溶媒を含む膜が塗布により形成された基板を膜面を下向きにして保持し、前記熱板の下面に所定時間近接配置する基板ホルダと、前記基板の下方となる位置に前記基板の膜面に沿う方向に移動自在に配置された排気用ノズルと、を有することを特徴とする。
【００１３】
この構成により、ウェハの膜面への重力によるパーティクルの落下を回避でき、かつチャンバー内を効率よく排気する基板処理装置を実現できる。
また、チャンバーと、前記チャンバー内に設置された熱板と、溶媒を含む膜が塗布により形成された基板を膜面を下向きにして保持し、前記熱板の下面に所定時間近接配置する基板ホルダと、前記基板の下方となる位置に配置された吸着材と、を有することを特徴とする。
【００１４】
この構成により、ウェハの膜面への重力によるパーティクルの落下を回避でき、かつチャンバー内の雰囲気の清浄化を排気なくして効率よく行う基板処理装置を実現できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ウェハの膜面へのパーティクルの重力落下を回避できるとともに、ウェハ加熱による発生ガス中に含まれる有機物、酸または塩基成分など、パーティクルとなる昇華物を抑えるべく行う排気を数秒以内という短時間で完了できるか、あるいは排気が不要となり、インデックスを向上できる。よって、パーティクル付着防止とインデックス低下防止とを両立できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の基板加熱装置の構成を示す。図１（ｂ）は同基板加熱装置の平面図、図１（ａ）は図１（ｂ）におけるＢ−Ｂ横断面図である。
【００１７】
基板加熱装置１は、筐体をなすチャンバー２に、ウェハＷの出入り口としての開口３と、開口３を開閉するためのシャッター４と、ウェハＷを保持するためのチャック５と、ウェハＷを加熱するための熱板６と、排気用ノズル７と、排気用ノズル７を移動させるためのレール８と、給気装置９とを備え、ウェハＷを搬送するための搬送アーム１０を近傍に備えている。
【００１８】
ウェハＷは、あらかじめフォトレジストを塗布されており、塗布面を下向きにして設置される。
チャンバー２の開口３は、ウェハＷの直径よりも広い幅（この紙面と直交する方向の寸法）および高さ（この紙面に沿う上下方向の寸法）５ｃｍにて設けられている。シャッター４は、図示を省略した駆動系により上下方向への駆動が可能であり、開口３を覆ってチャンバー２を密閉することができる。搬送アーム１０は、図示を省略した駆動系により、ウェハＷを反転させることが可能であり、かつウェハＷを水平方向（ほぼ水平方向を含む）に沿って保持して開口３を通じてチャンバー２内に搬入することができる。
【００１９】
チャック５は、チャンバー２に固定された駆動部５１を上部に有し、真空ライン５２に接続された少なくとも１本以上の中空のピン５３を下部に有しており、ピン５３によりウェハＷを真空吸着して保持したままで、駆動部５１により上下移動が可能である（図は下位にある状態）。
【００２０】
熱板６は、チャンバー２内に水平方向に沿って配置され、チャンバー２の上部にブロックを介して固定されており、図示を省略したヒーターが内部に少なくとも１つ以上埋め込まれていて、下方のウェハＷを任意の温度まで均一に加熱することが可能である。熱板６には、チャック５のピン５３を通す開口がピン５３と同数設けられている。
【００２１】
レール８は、チャンバー２の底面に少なくとも１本以上、水平なＸ方向あるいはそれに直交するＹ方向、またはその両方向に沿うように設置される。ここでは、２本のレール８が互いに平行に且つチャンバー２の内壁に沿うようにＸ方向に延びている。各レール８は、チャンバー２の内壁とほぼ同等の長さであることが望ましい。
【００２２】
排気用ノズル７は、レール８上に取付けられてチャンバー２内に１個（複数個でもよい）設置されている。この排気用ノズル７は、ウェハＷの径よりも長い任意の長さＬ、ウェハＷの径よりも短い任意の幅Ｄ、ウェハＷに触れない任意の高さＨを有し、表面に排気口が少なくとも１箇所以上設けられており、図示を省略した排気ラインと駆動用シリンダーとが端部に接続されている。これにより、排気用ノズル７をレール８に沿って移動させながら、当該排気用ノズル７を通じて任意の流量でチャンバー２内を排気することが可能である。排気用ノズル７に、それ自体の温度を任意に調節できる図示を省略したヒーターが内蔵されることもある。
【００２３】
給気装置９は、図示を省略したヒーターを内蔵しており、任意の温度の気体を少なくとも１箇所以上から供給することができる。
図２は上記基板加熱装置におけるウェハＷの処理方法を説明するフローチャートである。
【００２４】
シャッター４が開かれ（ステップS１）、ウェハＷが搬送アーム１０によりフォトレジスト塗布面を下方に向けた状態でチャンバー２内に搬入され、チャック５に保持される（ステップS２）。
【００２５】
次いで、シャッター４が閉じられ、チャック５によりウェハＷが所定温度に調整された熱板６に近接され（ステップS３）、それによりウェハＷの加熱処理が開始され、所定の時間継続される（ステップS４）。
【００２６】
所定の時間の経過直後に、排気用ノズル７が排気しつつレール８に沿ってその端部まで、ここではシャッター側の端部まで任意の速度で移動（走査）し、それにより、チャンバー２内の雰囲気がムラ無く排気され、ウェハＷから発生した有機物等を含む気体も排気される（ステップS５）。
【００２７】
次いで、チャック５によりウェハＷが熱板６から離間されることでウェハＷの温度が下げられると同時に、排気用ノズル７が排気しつつレール８に沿って元の位置まで移動し、それにより、残存する有機物等を含む気体が排気される（ステップS６）。
【００２８】
その後にシャッター４が開かれ、搬送アーム１０によってウェハＷがチャンバー２から搬出される（ステップS７）。
続いて処理すべきウェハＷがあるときは、ステップS２からステップS７の手順で同様に処理され、処理すべきウェハＷがないときはシャッター４が閉じられる。
【００２９】
以上の処理手順にてウェハＷを処理した具体例を説明する。
処理条件は標準的なもので、加熱温度１１０℃、加熱時間９０秒の加熱処理を、チャンバー２（容積２．５リットル、チャンバー長さ（図１でのＸ方向）３５ｃｍ）にて行った。排気用ノズル７は、温度１１０℃、排気流量２リットル／分、走査距離３０ｃｍ、走査スピード１５ｃｍ／秒とし、給気装置９は、４０℃の乾燥気体を排気流量と同等の給気量で供給した。
【００３０】
このときの加熱処理終了後の経過時間とウェハ温度との関係を図３に示す。ウェハは約５秒で１００℃以下、つまりフォトレジストに含まれる材料の昇華温度よりも低い温度に冷却されている。従来方法ではウェハの冷却および排気に１０秒以上必要であったのに比べて時間が短縮される結果となった。これは、ウェハＷに触れない高さで且つウェハＷの径よりも長い排気用ノズル７を用いて、チャンバー２の奥側からシャッター４側まで排気しながら走査するようにしたことで、効率的に排気できたためである。
【００３１】
さらにこのウェハでは、パーティクル増加数、つまり加熱処理前に比較しての加熱処理後のパーティクルの増加数が５個以下で、従来方法と同等であった。これは、上記のようにウェハが短時間で冷却され昇華物の放出が抑えられることに加えて、ウェハＷがフォトレジスト塗布面を下方に向けた状態で処理されるため、重力によるパーティクルの落下を回避できたためである。
【００３２】
なお、フォトレジストに含まれる材料とは、加熱処理終了後も昇華してパーティクルの原因となるものを言い、有機物・酸・塩基など、ここでの処理ではたとえばＰＧＭＥＡ(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)が該当する。冷却時間はウェハ温度が昇華物の昇華温度よりも低くなるまでの時間を言い、ウェハ温度は熱伝対付きの温度測定用ウェハ（Onwafer社製）を用いて測定した。排気時間は気体状の昇華物を含むウェハ近傍およびチャンバ内の空気を全て排気するまでの時間を言う。パーティクル数は、光散乱法を用いた異物検査装置（KLA-Tencor社製のSurfscan 6200（商標））により、加熱処理前、加熱処理後のウェハについて測定した。
【００３３】
ここで言う従来方法は、チャンバー自体、排気を行う点、および、ウェハを熱板に近接させることで加熱を行う点では本発明方法と同じであるが、次の点で異なっている。すなわち、本発明方法ではウェハ表面が下方を向いているのに対し、従来方法ではウェハ表面(フォトレジストが塗布されている面)は上方を向いている。本発明方法では加熱処理完了後にウェハを熱板から離して冷却のみを行うのに対し、従来方法では、ウェハ表面に昇華物の昇華温度よりも高い温度の気体を流しており（つまり熱板から離して冷却している一方で、ウェハ上を加熱している）、そのためウェハ温度が昇華物の昇華温度以下になるのに時間がかかる。本発明方法では、排気用ノズルを用いて排気しながら走査することでウェハ近傍およびチャンバー内を排気しているのに対し、従来方法では、チャンバー上面あるいは側面の排気口を通じて排気を行っており、そのため、局所的に排気が不十分になりやすく、それを補うために十分な時間をかける必要がある。
【００３４】
以上のように、実施形態１の方法は、ウェハＷの温度がフォトレジストに含まれる材料の昇華温度よりも低い温度（１００℃以下）になるまで、約５秒という従来よりも短い時間でよく、ウェハＷの一枚あたりの処理時間が短くなり、パーティクル増加数は従来と同等に抑えられるので、パーティクル付着防止とインデックス低下防止とを両立できる方法である。
（実施形態２）
図４は本発明の実施形態２の基板加熱装置の構成を示す。図１（ａ）は同基板加熱装置の縦断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ横断面図である。
【００３５】
基板加熱装置１１は、実施形態１の基板加熱装置１と同様に、筐体をなすチャンバー２に、ウェハＷの出入り口としての開口３と、開口３を開閉するためのシャッター４と、ウェハＷを保持するためのチャック５と、ウェハＷを加熱するための熱板６と、ウェハＷを搬送するための搬送アーム１０を近傍に備えている。ウェハＷは、あらかじめフォトレジストを塗布されており、塗布面を下向きにして設置される。
【００３６】
ただし、実施形態１の基板加熱装置１とは異なって、排気用ノズル７とレール８と給気装置９とを備えず、チャンバー２の底部に吸着材１２が配置されている。
吸着材１２は、粉末ではない任意の形状で、チャンバー底面に敷き詰められている。吸着材１２としては、疎水性ゼオライト、活性炭、活性アルミナなど、一般に吸着目的で使用されているものを、吸着対象に合わせて任意に選択可能であり、またチャンバー２の容量や吸着対象たる有機物等の発生量に応じて任意に設置量を選択可能である。粉末ではない吸着材１２を用いるのは、排気やウェハＷの搬送時に発生する気流による巻き上げが起こらず、吸着材１２自体がパーティクルとなる不都合を避けられるからである。
【００３７】
図５は上記基板加熱装置におけるウェハＷの処理方法を説明するフローチャートである。
シャッター４が開かれ（ステップS８）、ウェハＷが搬送アーム１０によりフォトレジスト塗布面を下方に向けた状態でチャンバー２内に搬入され、チャック５に保持される（ステップS９）。
【００３８】
次いで、シャッター４が閉じられ、チャック５によりウェハＷが所定温度に調整された熱板６に近接され（ステップS１０）、それによりウェハＷの加熱処理が開始され、所定の時間継続され、発生する有機物等は吸着材１２に吸着される（ステップS１１）。
【００３９】
所定の時間の加熱処理の後に、チャック５によりウェハＷが熱板６から離間されることでウェハＷの温度が下げられる（ステップS１２）。
その後にシャッター４が開かれ、搬送アーム１０によってウェハＷがチャンバー２から搬出される（ステップS１３）。
【００４０】
続いて処理すべきウェハＷがあるときは、ステップS９からステップS１３の手順で同様に処理され、処理すべきウェハＷがないときはシャッター４が閉じられる。
以上の処理手順にてウェハＷを処理した具体例を説明する。
【００４１】
処理条件は標準的なもので、加熱温度１１０℃、加熱時間９０秒の加熱処理を、チャンバー２（容積２．５リットル）にて行った。チャンバー２の底部には、吸着材１２を１２８ｇ、面積４５２.１６cm2、厚み１cmにて敷き詰めた。排気は必要ではない。
【００４２】
吸着材１２としては、一般に使用されている疎水性ゼオライト（株式会社オーデン製  疎水性ゼオライトハニカムZ-01）を用いた。この疎水性ゼオライトの有機物除去性能の評価の一例を図６に示す。内径２０ｍｍの石英管に、管軸方向の高さが６０ｍｍになるように疎水性ゼオライト５.２ｇを充填し、トルエンを含む乾燥気体（トルエン濃度３０ｐｐｍ）を２．０Ｌ／ｍｉｎで流したとき、吸着材領域での乾燥気体の滞留時間は０.５７秒、トルエンの除去率は９０％以上となった。トルエンを除去対象としたのは、パーティクルはＰＥＧＭＥＡなどの有機物が昇華したものであるため、代表的な有機物であるトルエンを指標として用いたものである。
【００４３】
処理後のウェハＷにおいては、パーティクル増加数は従来方法と同等で６個以下となった。これは、上記のようにチャンバー２内の雰囲気の清浄化を排気なくして効率よく行えることに加えて、ウェハＷがフォトレジスト塗布面を下方に向けた状態で処理されるため、重力によるパーティクルの落下を回避できたためである。
【００４４】
以上のように、実施形態２の方法は、実施形態１の方法とも異なって排気時間は必要でなく、ウェハＷの一枚あたりに必要な処理時間が短くなり、パーティクル増加数は従来と同等に抑えられるので、パーティクル付着防止とインデックス低下防止とを両立できる方法である。
【００４５】
なお、本発明は上記の実施形態１、２に限られるものではなく、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の基板加熱方法及び基板加熱方法は、パーティクル付着防止とインデックス低下防止とを両立できるので、半導体製造における基板加熱工程、特に大口径の基板処理の用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態１の基板加熱装置を示す図
【図２】図１の基板加熱装置における基板処理のフローチャート
【図３】図１の基板加熱装置におけるウェハ温度の時間経過を示す図
【図４】本発明の実施形態２の基板加熱装置を示す図
【図５】図４の基板加熱装置における基板処理のフローチャート
【図６】図４の基板加熱装置で用いる吸着材の有機物除去性能の評価結果を示す図
【符号の説明】
【００４８】
Ｗ    ウェハ
１    基板加熱装置
２    チャンバー
５    チャック
６    熱板
８    レール
７    排気用ノズル
９    給気装置
１１  基板加熱装置
１２  吸着材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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