JP2006191032A - 半導体ウェーハのベーキング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェーハのベーキング装置を提供する。
【解決手段】ホットプレート、ホットプレートが設置されるものであって、上部が開放された容器及び容器の上部を覆うカバーを備える半導体ウェーハのベーキング装置において、カバーは、相互対向し、それら間にガス流動空間を設ける上部プレートと下部プレート及びこれら間のエッジに設けられる所定高さの側壁を備え、側壁には、少なくとも一つのガス流入口が設けられ、下部プレートの中央領域には、複数のガス供給孔が設けられ、カバーの下部エッジには、ガス排出部が設けられた所定高さのスカートが結合されている半導体ウェーハのベーキング装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハのベーキング装置に関する。

一般的に、半導体素子は、イオン注入工程、薄膜蒸着工程、拡散工程、ホトリソグラフィ工程、エッチング工程のような複数の工程を経て製造される。このような工程のうち、所望のパターンを形成するためのホトリソグラフィ工程は、半導体素子の製造に必須的に要求される工程である。ホトリソグラフィ工程は、露光システムを利用して、フォトマスクに形成されている所定のパターンを、基板上に塗布されたホトレジスト（Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｉｓｔ：ＰＲ）に形成し、前記ＰＲをエッチングマスクとして利用して、基板上に所定パターンの物質膜を形成する工程である。ここで、ＰＲは、感光性樹脂を称し、ＰＲの代表的成分は、ポリマー、溶媒、感光剤である。

前記ホトリソグラフィ工程は、ベーキング工程を含む。具体的に、前記ホトリソグラフィ工程で、ＰＲを基板上に塗布する前または後に、基板を加熱する工程が含まれるが、これをベーキング工程という。前記ベーキング工程で、前記ＰＲ内に含まれている有機溶媒、例えば、溶媒が蒸気状態やガス状態などのヒューム状になって除去される。
ベーキング工程は、一般的に、次の４つの工程を含む。第１には、ＰＲを基板上に塗布する前に、基板を所定の温度に加熱して、基板表面の有機物や水分を除去するプリベーキング工程である。第２には、ＰＲを基板上に塗布した直後に行うソフトベーキング工程である。第３には、ＰＲを露光させた後に行う露光後ベーキング工程である。最後である第４には、ＰＲを現像した後に行うハードベーキング工程である。

前記のようなベーキング工程が行われるベーキング装置は、一般的に、ＰＲが塗布されたウェーハを加熱するホットプレート及び前記ホットプレートが設置されるチャンバを備える。このとき、前記チャンバの内部にパージングガス、例えば、Ｎ₂ガスが供給され、ベーキング時にＰＲから発生する蒸気やガスなどのヒュームをチャンバの外部に排出する。

このとき、前記パージングガスは、ウェーハの温度偏差を発生させる要素として作用する。その結果、前記ウェーハ上に集積される半導体素子の臨界寸法などに大きい影響を及ぼす。ベーキング工程において、ベーキング装置の熱的安定度は、非常に重要な要素として作用する。ベーキング装置の熱的安定度が劣る場合、半導体技術の高集積化が要求する精度を充足させられない。つまり、ベーキング工程においてウェーハを均一に加熱できないために、微細なトランジスタや配線等を精度良く形成できず、高集積化が困難となっている。

そこで、本発明が解決しようとする目的は、ベーキング工程時、ウェーハ上で温度分布の均一性が維持され、パージング効率が向上した半導体ウェーハのベーキング装置を提供することである。

前記目的を達成するために、本願第１発明は、ホットプレート、前記ホットプレートが設置されるものであって、上部が開放された容器及び前記容器の上部を覆うカバーを備える半導体ウェーハのベーキング装置において、前記カバーは、相互対向して、それら間にガス流動空間を設ける上部プレートと下部プレート及びこれら間のエッジに設けられる所定高さの側壁を備え、前記側壁には、少なくとも一つのガス流入口が設けられ、前記下部プレートの中央領域には、複数のガス供給孔が設けられ、前記カバーの下部エッジには、ガス排出部が設けられた所定高さのスカートが結合されている半導体ウェーハのベーキング装置が提供される。

ガス流入口を通じて流入されるパージングガスは、上部プレートと下部プレートとの間のガス流動空間を通過しつつあらかじめ予熱される。そして、余熱後に、下部プレートに設けられた複数のガス供給孔を通過してホットプレート上に供給される。よって、ホットプレートに装着されるウェーハの全面にパージングガスが均一に供給され、パージング時に、ウェーハの表面での温度偏差が小さい。

さらに、カバーの下部エッジには、ガス排出部の孔が設けられた所定高さのスカートが設置されているため、パージングガス及びヒュームの排出が遅くなる。したがって、前記ウェーハ１０の表面に低速の均一なパージングガスのフローが形成されて渦流発生が減少し、安定したフローの排気がなされる。
また、本発明によれば、ウェーハ上に塗布されたＰＲのベーキング時に、前記ＰＲから発生するガス（フューム：fume）が、カバーに結合されたスカートのガス排出部を通じて、容器の外部に容易に排出される。したがって、前記ヒュームの残留パーチクルが前記ウェーハにおよぼす影響が小さい。

以上より、本発明によれば、ホットプレート上に装着されるウェーハの全面にパージングガスが均一に供給されて、パージング時、ウェーハ表面での温度偏差が小さい。また、ウェーハ表面で低速の均一なパージングガスの気流が形成され、パージングガスの気流による渦流発生が少なく、かつ安定したフローの排気がなされる。さらに、ベーキング工程でパージングガスがウェーハにおよぼす影響が最小化され、ウェーハ上で温度分布の均一性が維持され、かつパージング効率が向上する。

よって、微細なトランジスタや配線等を精度良く形成でき、高集積化が可能となる。
本願第２発明は、第１発明において、前記スカートは、多重の側壁部材を備える。多重の側壁部材により、ウェーハ表面でなパージングガスの気流がさらに低速で均一となる。よって、パージングガスの気流による渦流発生をさらに少なくし、かつ安定したフローの排気を行うことができる。

本願第３発明は、第２発明において、前記側壁部材には、少なくとも一つのガス排出孔が設けられる。
本願第４発明は、第１発明において、前記下部プレートのガス供給孔から流入されるガスを、前記ホットプレート上に均一に拡散させるものとして、複数のガス拡散孔が設けられたガス拡散プレートが、前記下部プレートとホットプレートとの間にさらに設置されることができる。ガス拡散プレートを用いれば、ホットプレート上に装着されるウェーハの全面にパージングガスをさらに均一に提供することができ、パージング時におけるウェーハの表面での温度偏差をさらに小さくすることができる。

本発明によれば、ホットプレート上に装着されるウェーハの全面にパージングガスが均一に供給されて、パージング時、ウェーハ表面での温度偏差が小さい。また、ウェーハ表面で低速の均一なパージングガスの気流が形成され、パージングガスの気流による渦流発生が少なく、かつ安定したフローの排気がなされる。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明による半導体ウェーハのベーキング装置の望ましい実施例を詳細に説明する。
＜第１実施形態例＞
図１は、本発明の第１実施形態による半導体ウェーハのベーキング装置の概略的な断面図であり、図２は、図１において、カバーの分解斜視図である。

図１及び図２を共に参照すれば、本発明による半導体ウェーハのベーキング装置は、ホットプレート２２、上部が開放された容器２０、前記容器２０の上部を覆うカバー４０及び前記カバー４０の下部に結合されるスカート４４を備える。
前記ホットプレート２２上にＰＲ１２の塗布されたウェーハ１０が装着され、前記ホットプレート２２によって、前記ウェーハ１０が所定温度に加熱される。

前記容器２０の上部は、開口しており、その内部に前記ホットプレート２２が設置される。
前記カバー４０は、相互に対向する上部プレート４０ａ及び下部プレート４０ｂと、それら間のエッジに設けられた所定高さの側壁４０ｃとを備える。前記側壁４０ｃには、少なくとも一つのガス流入口４１が設けられ、前記下部プレート４０ｂの中央領域には、複数のガス供給孔４２が設けられる。このような構造を有する前記カバー４０は、前記上部プレート４０ａと下部プレート４０ｂとの間に所定幅のガス流動空間４６を有する。したがって、前記ガス流入口４１を通じて流入されるパージングガス、例えば、Ｎ₂ガスは、前記上部プレート４０ａと下部プレート４０ｂとの間のガス流動空間４６を通過しつつあらかじめ予熱される。そして、余熱後に、前記下部プレート４０ｂに設けられた複数のガス供給孔４２を通過して前記ホットプレート２２上に供給される。

また、前記カバー４０の下部エッジには、所定高さのスカート４４が結合されており、前記スカート４４には、ガス排出部４５が設けられている。前記ガス排出部４５は、前記容器２０内のパージングガス及び前記ＰＲ１２から発生するヒュームが、前記容器２０の外部に排出される経路を提供する。つまり、ウェーハ上に塗布されたＰＲのベーキング時に、ＰＲから発生するガス（フューム：fume）が、カバーに結合されたスカートのパーティクルがウェーハにおよぼす影響が小さい。望ましくは、前記スカート４４は、多重の側壁部材４４ａ，４４ｂ，４４ｃを備え、それぞれの側壁部材４４ａ，４４ｂ，４４ｃには、少なくとも一つのガス排出孔４５ａ，４５ｂ，４５ｃが設けられる。前記スカート４４が多重の側壁から形成され、前記パージングガス及びヒュームの排出が遅くなる。したがって、前記ウェーハ１０の表面に低速の均一なパージングガスのフローが形成されて渦流発生が減少しうる。特に、図１に示すように、それぞれの側壁部材４４ａ，４４ｂ，４４ｃに設けられるガス排出孔４５ａ，４５ｂ，４５ｃの位置が異なると、ガスの排出をより遅らせて渦流発生を減少させることができる。

本発明によれば、ホットプレート２２上に装着されるウェーハ１０の全面にパージングガスが均一に供給され、パージング時、ウェーハ１０の表面での温度偏差が小さい。また、ウェーハ１０の表面で低速の均一なパージングガスの気流が形成され、パージングガスの気流による渦流発生が少なく、安定したフローの排気がなされる。また、ベーキング工程でパージングガスがウェーハにおよぼす影響が最小化され、ウェーハ上で温度分布の均一性が維持され、かつパージング効率が向上する。

また、前記パージングガスは、上部４０ａと下部プレート４０ｂとの間のガス流動空間４６であらかじめ予熱され、前記パージングガスの流入にも拘わらず、前記ウェーハ１０の前面で温度分布の均一性が維持される。実験的に、このようなベーキング装置で、パージング時、直径３００ｍｍのウェーハから発生する最大温度偏差は、約０.１℃であり、熱的に非常に安定した状態を示す。このような半導体ウェーハのベーキング装置によれば、温度制御が容易であり、ベーキング工程で、パージングガスがウェーハにおよぼす影響が最小化され、ウェーハ上で温度分布の均一性が維持され、かつパージング効率が向上する。

以上より、本発明を用いれば、ベーキング工程においてウェーハを均一に加熱できるため、微細なトランジスタや配線等を精度良く形成でき、高集積化が可能となる。
なお、図１及び図２において、ガス供給孔４２は下部プレート４０ｂの中央部のみならず全体に設けられていても良いが、下部プレート４０ｂの中央部のみに設けられる場合には、ガス流動空間４６においてより均一に余熱されたパージングガスを提供できるので好ましい。例えば、ガス流入口４１に近接する領域に形成されたガス供給孔４２からは余熱が十分に行われていないパージングガスがウェーハ１０に提供され、ガス流入口４１から離れた領域に形成されたガス供給孔４２からは十分に余熱されたパージングガスがウェーハ１０に提供されるなどして不均一な温度のパージングガスが提供される可能性がある。しかし、このように下部プレート４０ｂの中央部にガス供給孔４２を形成することで、ガス流動空間４６内で十分に余熱され、かつガス流動空間４６内での対流により均一な温度になったパージングガスを提供することができる。

＜第２実施形態例＞
図３は、本発明の第２実施形態による半導体ウェーハのベーキング装置の概略的な断面図であり、図４は、図３において、カバーの分解斜視図である。前記第１実施形態と同じ構成要素については、同じ参照番号をそのまま使用し、同じ説明は、省略する。
図３及び図４を参照すれば、本発明の第２実施形態による半導体ウェーハのベーキング装置は、前記第１実施形態とほぼ同じ構成要素を有し、但し、前記下部プレート４０ｂとホットプレート２２との間にガス拡散プレート４３がさらに設置されるという点に差がある。前記ガス拡散プレート４３には、複数のガス拡散孔４３ａが設けられて、前記下部プレート４０ｂのガス供給孔４２から供給されるガスが前記ホットプレート２２上に均一に拡散される。したがって、ホットプレート２２上に装着されるウェーハ１０の全面にパージングガスが均一に供給されて、パージング時、ウェーハ１０の表面での温度偏差が小さい。

本発明は、添付された図面に示された一実施例を参考として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることが分かる。したがって、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されなければならない。

本発明は、半導体ウェーハのベーキング装置に関連した技術分野に適用可能である。

本発明の第１実施形態による半導体ウェーハのベーキング装置の概略的な断面図である。 図１において、カバーの分解斜視図である。 本発明の第２実施形態による半導体ウェーハのベーキング装置の概略的な断面図である。 図３において、カバーの分解斜視図である。

符号の説明

２０ 容器
２２ ホットプレート
４０ カバー
４０ａ 上部プレート
４０ｂ 下部プレート
４０ｃ 側壁
４１ ガス流入口
４２ ガス供給孔
４４ スカート
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ 側壁部材
４５ ガス排出口
４５ａ，４５ｂ，４５ｃ ガス排出孔
４６ ガス流動空間

Claims (4)

1. ホットプレート、前記ホットプレートが設置されるものであって、上部が開放された容器及び前記容器の上部を覆うカバーを備える半導体ウェーハのベーキング装置において、
   前記カバーは、相互に対向して、それらの間にガス流動空間を設ける上部プレート及び下部プレートと、前記上部プレート及び前記下部プレート間のエッジに設けられる所定高さの側壁とを備え、
   前記側壁には、少なくとも一つのガス流入口が設けられ、
   前記下部プレートの中央領域には、複数のガス供給孔が設けられ、
   前記カバーの下部エッジには、ガス排出部が設けられた所定高さのスカートが結合されていることを特徴とする半導体ウェーハのベーキング装置。
2. 前記スカートは、多重の側壁部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハのベーキング装置。
3. 前記側壁部材には、少なくとも一つのガス排出孔が設けられたことを特徴とする請求項２に記載の半導体ウェーハのベーキング装置。
4. 前記下部プレートのガス供給孔から流入されるガスを、前記ホットプレート上に均一に拡散させるものとして、複数のガス拡散孔が設けられたガス拡散プレートが、前記下部プレートとホットプレートとの間にさらに設置されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハのベーキング装置。

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