(57)【要約】【課題】基板の反りによる処理の影響を抑制し、精度の高い半導体素子を製造すること。【解決手段】本発明は、半導体素子を形成するウエハ２を載置面に載置する加熱ステージ１と、加熱ステージ１に載置したウエハ２と載置面との間に所定の隙間を形成するスペーサ１１と、加熱ステージ１の載置面とウエハ２との隙間を気体圧力によって調整するダイアフラム４とを備える半導体製造装置である。また、本発明は、加熱ステージ１の載置面にウエハ２を載置して半導体素子を形成する方法において、加熱ステージ１の載置面とウエハ２との間に所定の隙間を形成しておいた状態で、この隙間を気体圧力によって調整する半導体製造方法である。【選択図】図１
2006210372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を形成する基板を載置面側に載置するステージと、
前記ステージに載置した前記基板と前記載置面との間に所定の隙間を形成するスペーサと、
前記ステージの前記載置面と前記基板との隙間を調整する隙間調整機構と
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記隙間調整機構は、気体圧力によって前記ステージの前記載置面を湾曲させる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記隙間調整機構は、機械的な圧力によって前記ステージの前記載置面を湾曲させる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記隙間調整機構は、気体圧力によって前記基板を湾曲させる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記ステージに載置された前記基板の反りを測定する測定器を備えている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記ステージには前記基板を加熱する加熱手段が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記ステージに載置された前記基板の反りを測定する測定器と、
前記測定器によって測定した前記基板の反りの大きさに応じて前記ステージの前記載置面と前記基板との隙間が一定になるよう前記隙間調整機構を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項８】
ステージの載置面側に基板を載置して半導体素子を形成する方法において、
前記ステージの載置面と前記基板との間に所定の隙間を形成しておいた状態で、前記隙間を調整する
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項９】
前記隙間を調整するにあたり、気体圧力によって前記ステージの前記載置面を湾曲させる
ことを特徴とする請求項８記載の半導体製造方法。
【請求項１０】
前記隙間を調整するにあたり、機械的な圧力によって前記ステージの前記載置面を湾曲させる
ことを特徴とする請求項８記載の半導体製造方法。
【請求項１１】
前記隙間を調整するにあたり、気体圧力によって前記基板を湾曲させる
ことを特徴とする請求項８記載の半導体製造方法。
【請求項１２】
前記ステージに載置した前記基板の反りを測定し、この測定した前記基板の反りの大きさに応じて前記ステージの前記載置面と前記基板との隙間が一定になるよう制御する
ことを特徴とする請求項８記載の半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステージの載置面側に基板を載置して半導体素子を形成する半導体製造装置および半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体のプロセスにおいては、主としてフォトリソグラフィおよびドライエッチング工程により構造が形成される。特にフォトリソグラフィ工程はその形成するパターンが微細化するにしたがい、高精度の制御が要求される。
【０００３】
フォトリソグラフィ工程において主な工程は、（１）レジストの塗布、（２）露光、（３）現像の３つの工程からなる。さらに（２）の露光工程は大きく分けて３つの工程からなる。
【０００４】
（３−１）プリベーク
レジスト塗布溶液は、プリベークによって溶剤成分が揮発すると同時にアルカリ可溶性基がブロックされ、全面架橋構造が生成し、アルカリ現像液に対して完全に不溶となる。
【０００５】
（３−２）露光
光照射することにより光酸発生剤が分解し強力な酸を発生する。
【０００６】
（３−３）露光後ベーク(Post Exposure Bake：PEB)
光照射部では、発生した酸を触媒とする酸加水分解反応によって架橋構造が切断され、同時にアルカリ可溶性基が再生し、現像処理によって露光部が溶解する。
【０００７】
近年、レジストの感度を向上させるためにこの３番目のステップが重要となっている。すなわち、加熱をすることにより発生した酸を触媒とする酸加水分解反応が加速されるためこの加熱温度によりレジストを感光する感度を変化させることができる。逆に半導体ウエハの露光後ベークの温度が均一で無い場合、同様の露光量で露光したにもかかわらず、一定の加工形状に保つことができなくなってしまう。
【０００８】
ウエハを一定の高温に保つためにウエハは加熱ステージの上にある程度のギャップ例えば０．１mm保ちつつ加熱される。ウエハをステージ上に直に設置した場合ウエハの反り等により部分的な過熱がされるため、前述したようにある程度のギャップを保つ必要がある。
【０００９】
なお、真空吸着によりステージに密着させることもできるが、真空吸着するための溝形状等による温度ムラが生じてしまう。ウエハ内の温度をムラ無く安定させるためにはステージとウエハの間の距離を離せばいいが熱の伝導効率が悪くなり、スループットに影響を与える。
【００１０】
また、意図的にウエハの中心部と端のエリアの温度を変えるためにステージに内蔵されているヒータを分割し異なる温度にする技術も採用されるようになり、そのため距離が遠くなればコントロール性が悪くなり、所望の温度分布を形成することができなくなってしまう。
【００１１】
ウエハに反りがあった場合、上記のヒータ分割方式によりウエハの温度をコントロールすることも考えられるが、ウエハの反り量は一定でないため、その反り量により温度を調整する必要があり、コントロール性、安定性に問題が生じてしまう（例えば、特許文献１参照。）。
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−３７０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のようなウエハ等の基板の反りは、製造プロセスを経ることによりその基板上に形成された膜の特性および加熱工程などによる歪によって生じる。また、近年ウエハ等の基板の大口径化が加速されているが、基板が大口径化するほど基板の反り量は大きくなる。この反り量が大きくなると基板と加熱ステージ間の距離に差が生じてしまい基板の中央部と端部とで温度差が生じ、その結果としてフォトリソグラフィにおける寸法バラツキが生じてしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、半導体素子を形成する基板を載置面に載置するステージと、ステージに載置した基板と載置面との間に所定の隙間を形成するスペーサと、ステージの載置面と基板との隙間を調整する隙間調整機構とを備える半導体製造装置である。
【００１５】
また、本発明は、ステージの載置面に基板を載置して半導体素子を形成する方法において、ステージの載置面と基板との間に所定の隙間を形成しておいた状態で、この隙間を調整する半導体製造方法である。
【００１６】
このような本発明では、ステージの載置面と基板と間に設けられている隙間に気体圧力や機械的な圧力を与えることで隙間を調整できることから、基板とステージとの隙間のばらつきを修正したり、基板の反りを修正した状態で基板に対する処理を施すことができるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
したがって、このような本発明によれば、ステージの載置面と基板との間隔を調整することによって、基板の反りによる影響を抑制し、精度の高い半導体素子を形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。なお、以下の説明では、半導体製造装置および半導体製造方法として露光後ベーク時の装置構成および動作を例とするが、この発明の使用される範囲はこの露光後ベークだけではなく、レジスト塗布後ベーク（プリベーク）や現像後ベーク（ポストベーク）、さらにはステージと基板（例えば、ウエハ）と隙間を制御して行う処理装置および処理方法にも適用することが可能である。
【００１９】
図１は、第１実施形態に係る半導体製造装置を説明する模式図である。この半導体製造装置はレジストベーク装置である。図１には加熱ステージ1およびその周辺機器しか示していないが、実際の装置には図示されていない外気との遮断をするチャンバおよびシャッタ、加熱ステージの温度を測定する温度センサなどが設置されている。
【００２０】
加熱ステージ１には加熱のためのヒータ３が埋め込まれており、このヒータ３によりウエハ２を加熱する。ヒータ３が埋め込まれた加熱ステージ１の表面側はウエハ２の載置面となっており、ウエハ２は載置面にスペーサ１１を介して搭載される。これにより、ウエハ２と載置面との間には所定の間隔が形成される。
【００２１】
一方、加熱ステージ１の裏面側には隙間調整機構としてのダイアフラム４を構成するためのチャンバ５が設けられており、このチャンバ５を正圧あるいは負圧にすることでダイアフラム４を変形させることができる。
【００２２】
また、ウエハ２を加熱ステージ１に載置した時のウエハ２の反り量を測定するため、ウエハ２の上方には位置センサ６１および６２が設置されている。このセンサ６１、６２より出力された信号はシステムコントローラ７に入力され、チャンバ５を加圧するエアー圧力を計算する。この計算結果は圧力コントローラ８に出力され、所定の圧力でチャンバ５を加圧することができる。
【００２３】
なお、図１に示す例ではウエハ２の反り量を測定するためセンサ６１、６２を設置しているが、予めウエハ２の反り量が別工程で分かっている場合にはセンサ６１、６２を設けずに、その分かっている反り量を用いるようにしてもよい。
【００２４】
図２は、本実施形態に係る半導体製造装置による半導体製造方法（レジストベーク方法）を説明する模式図である。先ず、図２（ａ）に示すように、加熱ステージ１上に露光後のウエハ２を設置する。
【００２５】
次に、ウエハ２の反りの状況を測定するため設置されたウエハのセンサ６１、６２によりそれぞれウエハ２の中央部および周辺部の高さを測定する。センサは図に示したように２個設置してもよいが、さらに多くあるいは可動式のセンサにして１個のセンサで測定しても構わない。また、加熱ステージ１の中にセンサを組み込んだり（図３参照）、加熱ステージに搬送してくる前の別のステージで測定しておくことも可能である。
【００２６】
次いで、図２（ｂ）に示すように、前述したウエハ２の反り量の測定結果を元に加熱ステージ１のチャンバ５にエアー圧を掛ける。チャンバ５にエアー圧を掛けられたヒータ３を含むダイアフラム４は加圧または真空圧のエアー圧に応じ凸または凹形状となる。
【００２７】
一般的には加圧力の方がコントロールしやすいため、予めダイアフラム４の基板載置面が凹になるようにしておき（図４（ａ）参照）、加圧力を掛けることにより凹状態より平面状態を経て（図４（ｂ）参照）、凸状態（図４（ｃ）参照）になるようコントロールすることもできる。
【００２８】
ここではエアー圧によりダイアフラム４の形状をコントロールしたが、図５に示すように機械的な圧力、例えば圧電素子１０などによる伸縮する素子により応力をコントロールし、ダイアフラム４の形状を調整することも可能である。
【００２９】
チャンバ５に掛けるエアー圧力は前述したウエハ２の反り量の測定結果を元に図１に示すシステムコントローラ７にその値を入力し、その結果を持ってウエハ２の反りと同様の反り量となる様なダイアフラム４の形状が得られる圧力をあらかじめ求めておくことが必要である。
【００３０】
また、図３に示すように加熱ステージ１にセンサ６１、６２が組み込まれている場合、チャンバ５にエアー圧力を掛ける間、このセンサ６１、６２によってウエハ２の高さ（載置面との隙間）を逐次測定し、その値をシステムコントローラ７に与えることでフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００３１】
このようなダイアフラム４の形状調整によってウエハ２の反りによって生じているウエハ２と加熱ステージ１との間隔の不均一をウエハ面内でほぼ一定にでき、加熱ステージ１のヒータ３によるウエハ２の加熱を均一に行うことが可能となる。
【００３２】
なお、ウエハ２を設置してからダイアフラム４の形状コントロール完了までの時間が長く、その間の過熱により温度ムラが発生する場合は、ダイアフラム４の形状コントロールとしてウエハ２の反りと同じ形状ではなく、さらに大きな反りにして平均した場合に温度が均一になるようコントロールすることもできる。
【００３３】
例えば、加熱時間が１２０秒の場合で図６（ａ）に示すようにウエハ２の初期形状が１００μｍの凸になっていて、ダイアフラム４の形状を変形させるために３０秒かかった場合、ダイアフラム形状を１００μｍの凸形状で６０秒（図６（ｂ）参照）、さらに２００μｍの凸形状で３０秒（図６（ｃ）参照）加熱することにより、平均でウエハ２と加熱ステージ１との距離を一定に保つことができる。
【００３４】
次に、第２実施形態を説明する。図７は、第２実施形態に係る半導体製造装置を説明する模式図である。図７には加熱ステージ１およびその周辺機器しか示していないが、実際の装置には図示されていない外気との遮断をするチャンバおよびシャッタ、加熱ステージの温度を測定する温度センサなどが設置されている。
【００３５】
加熱ステージ１には加熱をするためのヒータ３が埋め込まれており、このヒータ３によりウエハ２を加熱する。ヒータ３が埋め込まれた加熱ステージ１の表面側はウエハ２の載置面となっており、ウエハ２は載置面にスペーサ兼気密封止のためのシール１２を介して搭載される。また、ウエハ２を載置した状態でウエハ２の下面側をチャンバとして構成するため、ウエハクランプ９が設置されている。これにより、ウエハ２と載置面との間に所定の間隔が形成されるとともに、ウエハ２の下面側にチャンバが構成される。
【００３６】
また、この加熱ステージ１の一部にはポート５１が設けられ、形成されたチャンバの圧力をコントロールするための気体の導入口として用いられる。このようなチャンバおよびポート５１によってウエハ２と載置面との間の間隔を調整する間隔調整機構が構成される。
【００３７】
また、ウエハ２を加熱ステージ１に載置した時のウエハ２の反り量を測定するため、ウエハ２の上方には位置センサ６１および６２が設置されている。このセンサ６１、６２より出力された信号はシステムコントローラ７に入力され、チャンバを加圧するエアー圧力を計算する。この計算結果は圧力コントローラ８に出力され、所定の圧力でチャンバを加圧することができる。
【００３８】
なお、図７に示す例ではウエハ２の反り量を測定するためセンサ６１、６２を設置しているが、予めウエハ２の反り量が別工程で分かっている場合にはセンサ６１、６２を設けずに、その分かっている反り量を用いるようにしてもよい。
【００３９】
図８は、本実施形態に係る半導体製造装置による半導体製造方法（レジストベーク方法）を説明する模式図である。先ず、図８（ａ）に示すように、加熱ステージ１上に露光後のウエハ２を設置する。この時点ではウエハクランプ９は外れた状態になっており、ウエハ２が設置されるのを妨げない状態となっている。
【００４０】
次に、図８（ｂ）に示すように、ウエハ２を１面としたチャンバを形成するために、ウエハクランプ９によりウエハ２を押さえ、シール１２によって気密を保てるようにする。
【００４１】
次いで、ウエハ２の反りの状況を測定するため設置されたウエハ２のセンサ６１、６２によりそれぞれウエハ２の中心および周辺の高さを測定する。センサは図に示したように２個設置してもいいが、さらに多くあるいは可動式のセンサにして１個のセンサで測定しても構わない。また、加熱ステージ１の中にセンサを組み込んだり（図９参照）、加熱ステージに搬送してくる前の別のステージで測定をすることも可能である。
【００４２】
続いて、図８（ｃ）に示すように、前述したウエハ２の反り量の測定結果を元に加熱ステージ１のポート５１にエアー圧を掛ける。ポート５１にエアー圧を掛けられることによりウエハ２は加圧または真空圧のエアー圧に応じ凸または凹形状となる。
【００４３】
ポート５１に掛けるエアー圧力は前述したウエハ２の反り量の測定結果を元に図７に示すシステムコントローラ７にその値を入力し、その結果を持ってそのウエハ２が平坦な形状が得られる圧力をあらかじめ求めておくことが必要である。
【００４４】
また、ポート５１からエアー圧力を掛ける間、センサ６１、６２によってウエハ２の高さを逐次測定し、その値をシステムコントローラ７に与えることでフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００４５】
このようなウエハ２の形状調整によってウエハ２の反りによって生じているウエハ２と加熱ステージ１との間隔の不均一をウエハ面内でほぼ一定にでき、加熱ステージ１のヒータ３によるウエハ２の加熱を均一に行うことが可能となる。また、ポート５１からのエアー圧力によってウエハ２の反りを修正できるため、ウエハ２の表面を平坦にすることができ、ウエハ２の表面に対する処理の均一化を図ることも可能となる。
【００４６】
なお、ウエハ２を設置してから平坦な形状のコントロール完了までの時間が長く、その間の過熱により温度ムラが発生する場合は、コントロールする形状は平坦な形状ではなく、最初のウエハ２の反りの状態と反対の反り形状にして、平均した場合に均一になるようコントロールすることもできる。
【００４７】
例えば加熱時間が１２０秒の場合で図１０（ａ）に示すようにウエハ２の初期形状が１００μｍの凸になっていてウエハ２を平坦な形状に変形させるために３０秒かかった場合、ポート５１からの負圧（低真空）によってウエハ形状を平坦な状態で６０秒（図１０（ｂ）参照）、さらにポート５１からの負圧（高真空）によって１００μｍの凹形状で３０秒（図１０（ｃ）参照）加熱することにより、平均でウエハ２と加熱ステージ１との距離を一定に保つことができる。
【００４８】
ここで、ウエハ２を反らせることで加熱ステージ１とウエハ２との間隔が調整される、その結果、熱の伝導効率が変わることも考えられる。この場合はこの熱伝導の効率を考えた反り形状にすることが必要である。
【００４９】
なお、上記実施形態では、ステージにヒータ３が設けられた加熱ステージ１を用いる例を説明したが、本発明はヒータを持たない一般的なステージであっても適用することが可能である。また、隙間調整機構としてエアー圧力を利用したが、不活性ガス等の気体圧力を用いてもよい。また、基板としてウエハを用いる例を示したが、ガラス基板等の半導体以外の基板であっても適用可能である。特に平面型ディスプレイで用いられるガラス基板を用いた各種処理で本発明を適用すれば、生産歩留まりおよび品質向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第１実施形態に係る半導体製造装置を説明する模式図である。
【図２】第１実施形態に係る半導体製造装置による半導体製造方法を説明する模式図である。
【図３】加熱ステージ中にセンサを組み込んだ例を示す模式図である。
【図４】ダイアフラムの形状変化を説明する模式図である。
【図５】圧電素子を用いる例を示す模式図である。
【図６】具体的なダイアフラムの形状制御を説明する模式図である。
【図７】第２実施形態に係る半導体製造装置を説明する模式図である。
【図８】第２実施形態に係る半導体製造装置による半導体製造方法を説明する模式図である。
【図９】加熱ステージ中にセンサを組み込んだ例を示す模式図である。
【図１０】具体的なウエハの形状制御を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…加熱ステージ、２…ウエハ、３…ヒータ、４…ダイアフラム、５…チャンバ、７…システムコントローラ、８…圧力コントローラ、１１…スペーサ
【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】
2006210372.tif 000008
【図７】
2006210372.tif 000009
【図８】
2006210372.tif 000010
【図９】
2006210372.tif 000011
【図１０】
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