(57)【要約】【課題】光リソグラフィ工程のレジスト膜に露光前後の加熱処理を行なう加熱処理装置において、加熱によって生じるレジスト膜の構造変化を直接的にモニタしながら、より正確かつ確実に制御できる加熱処理装置および加熱処理装置の温度制御方法を提供する。【解決手段】光リソグラフィ工程における露光前後のレジスト膜２ａが形成されたウェハ２を加熱可能とする加熱ステージ３を有し、前記レジスト膜２ａの加熱処理を行なう装置であって、レジスト膜２ａに光を照射する光源７と、光の照射に伴ってレジスト膜２ａから得られる光を分光する分光器８と、光源７からの光を加熱処理中のレジスト膜２ａまで導いて照射すると共にレジスト膜２ａからの光を分光器８まで導く光学系１０と、分光器８によって得られる分光スペクトルＳを検出する検出器９と、検出器９によって検出された分光スペクトルＳを用いてレジスト膜２ａの構造変化をモニタすることにより加熱ステージ３によって加える熱量の制御を行なう制御部６とを有する。【選択図】      図１
2004327848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光リソグラフィ工程における露光前後のレジスト膜が形成されたウェハを加熱可能とする加熱ステージを有し、前記レジスト膜の加熱処理を行なう装置であって、
レジスト膜に光を照射する光源と、
光の照射に伴ってレジスト膜から得られる光を分光する分光器と、
光源からの光を加熱処理中のレジスト膜まで導いて照射すると共にレジスト膜からの光を分光器まで導く光学系と、
分光器によって得られる分光スペクトルを検出する検出器と、
検出器によって検出された分光スペクトルを用いてレジスト膜の構造変化をモニタすることにより加熱ステージによって加える熱量の制御を行なう制御部とを有することを特徴とする加熱処理装置。
【請求項２】
前記加熱ステージが、その平面各部において加える熱量を調節可能とするものであり、
前記光学系が、光源からの光を前記平面各部に対応するレジスト膜の各部に照射すると共にこのレジスト膜の各部からの光を分光器に導くように構成されており、
前記制御部が、レジスト膜の各部の構造変化をモニタすることにより加熱ステージによって前記平面各部において加える熱量を制御可能に構成されてなる請求項１に記載の加熱処理装置。
【請求項３】
前記光学系が、
光源からの光を前記平面各部に対応するレジスト膜の各部にそれぞれ導く複数の光源側光ファイバと、
レジスト膜の各部からの光をそれぞれ分光器に導く複数の検出器側光ファイバとを有する請求項２に記載の加熱処理装置。
【請求項４】
前記光学系が、前記検出器側光ファイバを切換えて分光器に接続することでレジスト膜の各部からの光を択一的に分光器に導く切換器を有する請求項３に記載の加熱処理装置。
【請求項５】
前記光学系が、
前記平面各部に対応するレジスト膜の各部を走査する光学ヘッドと、
光源からの光をこの光学ヘッドに導いてレジスト膜の各部を照射する光源側光ファイバと、
レジスト膜の各部から光学ヘッドに入射した光を分光器に導く検出器側光ファイバとを有する請求項２に記載の加熱処理装置。
【請求項６】
前記制御部が、レジスト膜の構造変化によって変化する分光スペクトルを予め測定することで、前記分光スペクトルのうちレジスト膜の構造変化に起因してシフトするスペクトル、相対的な強度変化を示すスペクトル、消失または生成するスペクトルの少なくとも一つを構造検出スペクトルとして記憶する記憶部を有し、この構造検出スペクトルに基づいて前記分光スペクトルを用いたレジスト膜の構造変化をモニタする請求項１〜５の何れかに記載の加熱処理装置。
【請求項７】
前記検出器が、レジスト膜から放出されるラマン散乱光を検出するものであり、
前記制御部が、ラマン散乱光から求められるラマンスペクトルを用いてレジスト膜の構造変化をモニタするものである請求項１〜６に記載の加熱処理装置。
【請求項８】
前記光源が赤外光源であり、
前記検出器が、レジスト膜を透過した赤外光を検出するものであり、
前記制御部が、この赤外光から求められる吸光度スペクトルを用いてレジスト膜の構造変化をモニタするものである請求項１〜６に記載の加熱処理装置。
【請求項９】
光リソグラフィ工程における露光前後の加熱処理中のレジスト膜に光を照射することでレジスト膜から得られる光を測定してその分光スペクトルを求め、
この分光スペクトルを用いて加熱処理中のレジスト膜の構造変化をモニタすることにより、前記加熱処理の温度制御を行なうことを特徴とする加熱処理装置の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱処理装置および加熱処理装置の温度制御方法に関するものであって、より詳細には、光リソグラフィ工程におけるレジスト膜の露光前後の構造変化をモニタすることで、液相から固相への変化や分子結合状態の変化（すなわち構造変化）を制御し、最適なレジストパターンを作成する加熱処理装置および加熱処理装置の温度制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平１１−８１８０号公報
【特許文献２】特開２０００−８２６６１号公報
【特許文献３】特開平１０−５５０７２号公報
従来より、半導体デバイスの製造においては、回路パターンを形成するために光リソグラフィが用いられているが、近年の回路パターンは、最小線幅１００ｎｍ以下が実現されている。そして、この回路パターンの微細化に伴って露光に用いるレーザはＫｒＦ，ＡｒＦ，Ｆ２  レーザなどの波長が短いものであるが、これらのレーザはレジスト膜に与えるエネルギが小さい。
【０００３】
そこで、近年は半導体デバイスの高集積化に伴って超微細加工が可能な化学増幅型レジストが用いられるが、この化学増幅型レジストでは露光された部分の化学反応をＰＥＢ（Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ）と呼ばれる加熱処理によって進行させることが行われている。つまり、前記加熱処理工程では露光の前後にレジストを加熱処理することで、レジスト膜の構造変化を起こすことが行われている。このため、従来から加熱処理によって生じるレジスト膜の構造変化を適正に行うために、加熱処理する温度を的確に設定し、できるだけ正確に制御するための種々の方法が考えられている。
【０００４】
図４は、加熱処理の条件を適正に設定するための一つの方法として、熱伝対などの温度センサを組み込んでなる温度センサ付ウェハを用いる例を示す図である。図４において、３０は熱伝対温度センサを各部に埋め込んだ温度センサ付ウェハ、３１はこの温度センサ付ウェハ３０を加熱する加熱ステージ、３２は加熱ステージ３１の電源、３３は温度センサ付ウェハ３０に接続された配線、３４は温度測定部である。
【０００５】
図４に示す特殊な温度センサ付ウェハ３０を用いることで、加熱処理中の温度センサ付ウェハ３０の各部の温度をこれに組み込んだ温度センサを用いて測定することで、加熱処理の条件を設定することが行われている。すなわち、温度センサ付ウェハ３０で測定した結果を基に、加熱処理のために電源３２に供給させる電力を調節し、所定の温度パターンに保つことで加熱処理中に供給される熱量を一定であるとして、所定時間の加熱を行うことで加熱量（加熱温度や加熱時間などの温度プロファイル）を決めていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記加熱チャンバ中の温度プロファイルは加熱処理するウェハが前記温度センサ付ウェハ３０と全く同じ特性でないかぎり異なり、また加熱ステージ３１内のヒータその他各部の経時変化などによっても変化が生じるものである。さらに、ウェハの温度制御はこのウェハの表面に形成されたレジスト膜の構造変化を直接的に制御するものではないので、たとえウェハの温度を精度よく加熱できたとしても、レジスト膜の構造変化が適正に進行しているとは限られなかった。
【０００７】
したがって、前記従来の方法では、高精度なパターンを再現性良く作成することが困難であった。また、ウェハ面内の温度分布も異なることから、一枚のウェハにおいてもパターン寸法にばらつきなどが生じて、歩留りが悪いという問題があった。
【０００８】
これに対し、特許文献１では、加熱処理中の表面温度を加熱ユニット（加熱処理装置）内に組み込まれた赤外線温度センサ（赤外線サーモグラフィ法）で基板全域に渡って測定することで、得られた温度分布情報により各分割ヒータの温度制御を行なって、レジスト膜の構造変化を制御する方法が提案されている。しかし、赤外線センサを用いた温度計測値は、下地の膜構造や膜厚に大きく依存するために、十分な測定精度が得られないという問題があった。
【０００９】
また、特許文献１のようにレジスト膜の加熱処理を行なうときの制御を温度の測定値によって行なう場合には、加熱処理における温度１℃の変化がレジスト幅の数十ｎｍの差につながることがある。このため、１００ｎｍ程度の微細なレジストパターンを形成するレジスト膜の加熱処理を適切に制御するためには前記赤外線温度センサには０．１℃程度（望ましくは０．０１℃）の超高精度の温度測定を求められるようになってきているが、赤外線センサにおいて前記超高精度の温度測定は困難であった。ゆえに、このような加熱処理装置では回路パターンの微細化に対応することが難しかった。
【００１０】
一方、特許文献２は、加熱時に生じるレジストの構造変化に伴う膜厚変化を、レジスト表面に可視光または紫外光を照射して得られる反射光強度の変化として検出し、検出された反射光強度の値を基に正確な温度制御を設定することを提案している。しかし、この方法では、光強度が光学配置や光源の違いによって大きく変化するため、各装置、あるいは測定条件毎に厳密な校正を実施する必要があった。
【００１１】
また、特許文献３には露光および加熱処理を行った後のウェハ基板上に形成されているレジスト膜の偏析状況を赤外分光法やラマン分光法でウェハ毎に調べることで、所望のレジストパターンを形成するために最適な加熱処理の温度（ベーキング温度）、露光量、現像方法などのプロセス条件を定めることが示されている。ところが、このプロセス条件の設定を行っても加熱処理中の温度制御は温度測定値（取得した温度情報）を用いたフィードバック制御などにより行なうことには変わりなく、レジスト膜の偏析状況を温度測定値によって間接的にモニタしていた。ゆえに、ウェハやレジスト膜の僅かな性質の違いや、各部の経時的な変化などによって温度測定値とレジスト膜の偏析状況にずれが生じて、プロセス条件を適切に定めてもレジスト膜の偏析状況を正確に制御できなかった。
【００１２】
本発明は上述の事柄を考慮に入れてなされたものであって、その目的は、光リソグラフィ工程のレジスト膜に露光前後の加熱処理を行なう加熱処理装置において、加熱によって生じるレジスト膜の構造変化を直接的にモニタしながら、より正確かつ確実に制御できる加熱処理装置および加熱処理装置の温度制御方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の加熱処理装置は、光リソグラフィ工程における露光前後のレジスト膜が形成されたウェハを加熱可能とする加熱ステージを有し、前記レジスト膜の加熱処理を行なう装置であって、レジスト膜に光を照射する光源と、光の照射に伴ってレジスト膜から得られる光を分光する分光器と、光源からの光を加熱処理中のレジスト膜まで導いて照射すると共にレジスト膜からの光を分光器まで導く光学系と、分光器によって得られる分光スペクトルを検出する検出器と、検出器によって検出された分光スペクトルを用いてレジスト膜の構造変化をモニタすることにより加熱ステージによって加える熱量の制御を行なう制御部とを有することを特徴としている（請求項１）。
【００１４】
すなわち、本発明の加熱処理装置によれば、特許文献１，３に示すように温度をモニタすることによって間接的にレジスト膜の構造変化を推察するものではなく、光の照射に伴って加熱処理中のレジスト膜から得られる光の分光スペクトルに現れるレジスト膜の構造情報を直接的に監視し、この加熱処理中のレジスト膜の構造変化をモニタしているので、加熱によって生じるレジスト膜の構造変化を的確に検出でき、加熱ステージを用いて供給する熱量（加熱量）を的確に調節することができる。
【００１５】
つまり、加熱によって生じるレジスト膜の構造変化を常に一定に保つことができるのでレジストパターンの幅を厳密に調節することが可能となり、歩留りが良くなり、生産性が向上する。また、温度制御が温度測定に頼って行われるものではないので、超高精度の温度測定を行なう必要がなく、それだけ製造コストを削減できると共に信頼性が向上する。
【００１６】
なお、明細書におけるレジスト膜の構造変化にはレジスト膜の物理的変化や化学的変化が含まれる。
【００１７】
前記加熱ステージが、その平面各部において加える熱量を調節可能とするものであり、前記光学系が、光源からの光を前記平面各部に対応するレジスト膜の各部に照射すると共にこのレジスト膜の各部からの光を分光器に導くように構成されており、前記制御部が、レジスト膜の各部の構造変化をモニタすることにより加熱ステージによって前記平面各部において加える熱量を制御可能に構成されてなる場合（請求項２）には、平面各部の構造変化をモニタし、各部毎に加熱温度を制御することにより、加熱ステージに生じてしまう温度分布の影響を可及的に抑えることができ、レジスト膜の全面においてより均一な構造変化を起こして安定したレジストパターンを形成することができる。
【００１８】
前記光学系が、光源からの光を前記平面各部に対応するレジスト膜の各部にそれぞれ導く複数の光源側光ファイバと、レジスト膜の各部からの光をそれぞれ分光器に導く複数の検出器側光ファイバとを有する場合（請求項３）には、分光器を加熱ステージから物理的に離れた位置に設置可能であり、精密な分光器が加熱ステージからの熱の影響を受けることがないだけでなく、大型化せざるを得ない分光器を加熱ステージの近傍に配置する必要がなく、加熱処理中のレジスト膜の複数の部分に容易に光を照射できると共に各部からの光をそれぞれ導出することも可能となる。
【００１９】
なお、複数の検出器側光ファイバをそれぞれレジスト膜の各部に配置しているので、前記分光器を複数設けることで、複数の検出器側光ファイバによって導かれた光を同時に分光してその分光スペクトルを検出することが可能となり、リアルタイムかつ迅速なレジスト膜の各部における構造変化の検出を可能である。
【００２０】
前記光学系が、前記検出器側光ファイバを切換えて分光器に接続することでレジスト膜の各部からの光を択一的に分光器に導く切換器を有する場合（請求項４）には、レジスト膜の複数の部分からの光を選択的に分光してその分光スペクトルを検出可能であるから、分光器を検出器側光ファイバの数だけ設ける必要がなくそれだけ省スペースであると共に、製造コストを削減できる。
【００２１】
前記光学系が、前記平面各部に対応するレジスト膜の各部を走査する光学ヘッドと、光源からの光をこの光学ヘッドに導いてレジスト膜の各部を照射する光源側光ファイバと、レジスト膜の各部から光学ヘッドに入射した光を分光器に導く検出器側光ファイバとを有する場合（請求項５）には、前記光学ヘッドを走査しながらレジスト膜の複数の部分からの光を取得し、その分光スペクトルを検出可能であるから、光源側光ファイバと検出器側光ファイバは一対だけ設ければよく、光学系の構造が簡単になってその製造コストを削減できる。加えて、前記光学ヘッドを走査する間隔を変えることでより綿密な構造変化の発生状況をモニタすることができる。
【００２２】
前記制御部が、レジスト膜の構造変化によって変化する分光スペクトルを予め測定することで、前記分光スペクトルのうちレジスト膜の構造変化に起因してシフトするスペクトル、相対的な強度変化を示すスペクトル、消失または生成するスペクトルの少なくとも一つを構造検出スペクトルとして記憶する記憶部を有し、この構造検出スペクトルに基づいて前記分光スペクトルを用いたレジスト膜の構造変化をモニタする場合（請求項６）には、加熱対象となるレジスト膜の種類が変わっても、適切な構造検出スペクトルに基づいてその構造変化をモニタすることができる。
【００２３】
シフトするスペクトル、相対的な強度変化、および、消失または生成するスペクトルは、組み合わせて構造検出スペクトルとして用いてもよい。また、スペクトル強度の変化は２つ以上のスペクトルの強度の比較（強度比／強度差）によって求められるものであるから、各スペクトル単独の強度のふらつきに影響されることがない。一方、スペクトルの生成または消失は判断基準が明瞭であり、構造変化を容易にモニタすることができる。
【００２４】
前記検出器が、レジスト膜から放出されるラマン散乱光を検出するものであり、前記制御部が、ラマン散乱光から求められるラマンスペクトルを用いてレジスト膜の構造変化をモニタするものである場合（請求項７）には、レジスト膜の構造変化をあらゆる波長のレーザ光を用いてモニタすることが可能であるから、レジスト膜の露光に関わらない波長の光を任意に選択してその構造変化をモニタできる。
【００２５】
前記光源が赤外光源であり、前記検出器が、レジスト膜を透過した赤外光を検出するものであり、前記制御部が、この赤外光から求められる吸光度スペクトルを用いてレジスト膜の構造変化をモニタするものである場合（請求項８）には、ラマン分光分析を用いる場合に比べて赤外光としてレジスト膜に照射するエネルギを小さくすることが可能である。
【００２６】
また、本発明方法は、光リソグラフィ工程における露光前後の加熱処理中のレジスト膜に光を照射することでレジスト膜から得られる光を測定してその分光スペクトルを求め、この分光スペクトルを用いて加熱処理中のレジスト膜の構造変化をモニタすることにより、前記加熱処理の温度制御を行なうことを特徴としている。（請求項９）
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の加熱処理装置１の一例の全体構成を示す概念図である。以下に示す例は、光リソグラフィでレジスト膜を塗布した半導体ウェハを露光前または露光後に加熱処理するための加熱処理装置１を示し、レジスト膜に対してレーザ光を照射してレジスト膜からのラマン散乱光を検出する光学装置を搭載することで、加熱処理中のレジスト膜の構造変化に起因するラマンスペクトルの変化に基づいて加熱温度を制御する方法に関するものである。しかしながら、本発明はラマンスペクトルの変化に基づいてレジスト膜の構造変化をモニタすることだけに限定するものではなく、赤外吸光度スペクトルなど、その他の分光スペクトルの変化に基づく構造変化のモニタリングも含むものである。
【００２８】
図１において、２はレジスト膜２ａが形成されてなる半導体ウェハ、３はこの半導体ウェハ２を加熱する加熱ステージ、４は加熱ステージ３を収容するチャンバ、５は加熱ステージ３に制御された電力を供給する電源、６はこの電源５を含む加熱処理装置１の全体を制御可能とする制御部（コンピュータ）である。
【００２９】
７はチャンバ４内で加熱される半導体ウェハ２のレジスト膜２ａに照射するレーザ光を出射するレーザ光源、８は加熱処理中の半導体ウェハ２のレジスト膜２ａへのレーザ光の照射に伴ってレジスト膜２ａから得られる光を分光することで分光スペクトルを得る分光器、９は分光器８によって得られる分光スペクトルを検出する検出器、１０は光源７からの光をレジスト膜２ａまで導いて照射すると共にレジスト膜２ａからの光を分光器８まで導く光学系である。
【００３０】
また、光学系１０はレジスト膜２ａに対面する導光管１１と、この導光管１１を取り付けてなる光学ヘッド１２と、光源７からの光をこの光学ヘッド１２まで導く光源側光ファイバ１３と、レーザ光の照射に伴ってレジスト膜２ａから発散して導光管１１を介して光学ヘッド１２に入射する光を分光器８まで導く検出器側光ファイバ１４とを有している。
【００３１】
前記半導体ウェハ２は例えばシリコンウェハであり、その表面には例えばキシレンからなる固体化前のレジスト膜２ａが形成されている。前記加熱ステージ３は半導体ウェハ２を設置する試料台を兼ねており、その半導体ウェハ２の載置面において二次元方向における部分的な加熱を可能とする複数のヒータを備え各部の温度を調節可能に構成されている。
【００３２】
また、前記チャンバ４には溶剤などの揮発性物質が加熱処理を行なう際にチャンバ４に付着しないように、空気あるいは窒素などの不活性なガスＧで廃棄あるいはパージを行うためのガス導入口４ａとガス排気口４ｂとを設けている。上記構成の加熱処理装置１は制御部６が電源５を制御することにより、加熱ステージ３の二次元方向における任意の部分の加熱を行なうために制御された電力を供給可能であるから、ガスＧの流れによってガス導入口４ａ近傍の加熱ステージ３だけが常に低い温度になるといったような温度ムラが生じないように制御することが可能である。
【００３３】
光源７から供給される光はラマン散乱光の励起光となるものであり、レジスト膜２ａの露光に用いる光とは異なる単一波長の光（レーザ光）であれば、紫外・可視光など任意のものを用いることができる。そして、この光源７からの光が光源側光ファイバ１３を通して光学ヘッド１２に送られ、光学ヘッド１２に取り付けられた導光管１１によってレジスト膜２ａに照射される。
【００３４】
一方、前記励起光が照射されたレジスト膜２ａは励起されてラマン散乱光を放射する。そして、レジスト膜２ａから生じるラマン散乱光は導光管１１，光学ヘッド１２，検出器側光ファイバ１４を通して分光器８に導かれる。ここで、本例の場合はラマン散乱光を検出して、レジスト膜２ａの構造解析を行なうものであるから光源７からの励起光の波長は特に定められる必要はなく、形成されたレジストパターンに悪影響を与えることがない波長を任意に選択することが可能である。しかしながら、赤外吸光度スペクトルを用いてレジスト膜２ａの構造解析を行なうことも可能であり、この場合、ラマン散乱光を用いる場合に比べてレジスト膜２ａに照射する光のエネルギを低く抑えることが可能である。
【００３５】
また、光学ヘッド１２はレジスト膜２ａの二次元方向に走査可能に構成されており、この光学ヘッド１２の走査によってレジスト膜２ａの二次元方向の各部におけるラマン散乱光を検出することが可能となる。
【００３６】
加えて、本例のように光学系１０に光ファイバ１３，１４を組み込むことで、分光器８を加熱ステージ３等の熱源や光学ヘッド１２等の可動部分から物理的に離れた場所に安置することが可能であり、分光器８がその性能に悪影響を及ぼしかねない熱や振動の影響を受けないようにすることが可能である。また、光を導く手段として光ファイバ１３，１４を用いることで、光学ヘッド１２周りの構成を簡略化することができ、それだけ光学ヘッド１２が二次元方向に自在に移動できるようになる。
【００３７】
本例の光学ヘッド１２は図示を省略するが内部に光学フィルタを有しており、レジスト膜２ａからのレイリ光は光学ヘッド１２内で光学フィルタを用いて遮断され、分光器８にはラマン散乱光のみが送られる。そして、分光器８に送られたラマン散乱光は、波長毎に分光された後に検出器９によって検出される。
【００３８】
検出器９によって検出された電気信号はコンピュータ６によって分光スペクトル（ラマンスペクトル）として取り込まれる。ここで、正確なラマンスペクトルの位置、および強度は、スペクトルにガウシアン、ローレンツ、あるいはこれらを組み合わせた関数をフィッティングすることで求める。
【００３９】
コンピュータ６は求めた値を用いて、予め求められている最適なレジストパターンを形成するラマンスペクトルとの比較を行い、この結果を基に前記加熱ステージ３用の電源５に信号を送り、加熱ステージ３の温度、あるいは加熱処理時間を制御する。また、この最適なレジストパターンを形成するラマンスペクトルとの比較は、コンピュータ６内の記憶部１５に記憶された構造検出スペクトルによって行なうことが可能である。
【００４０】
図２は、代表的な例としてレジスト材（レジスト膜２ａの材料）に用いられるキシレンの固化前におけるラマンスペクトルを示すものである。図２から分かるように、キシレンには２００〜４０００ｃｍ−１の範囲で多数のラマンスペクトルが観測されることが分かる。
【００４１】
そこで、本発明の加熱処理装置１は、前記最適なレジストパターンを形成するためのラマンスペクトルを、以下の方法で予め求めることができる。すなわち、加熱前のレジスト膜２ａにレーザ光源７から光を照射し、これによってレジスト膜２ａから生じたラマンスペクトルを分光器８および検出器９を用いて測定し、これを加熱処理前のラマンスペクトルＳｂとして記憶部１５に記憶する。
【００４２】
次いで、ウェハ２に適宜の熱を加えることでレジスト膜２ａに構造変化を起こして、再びレジスト膜２ａにレーザ光源７から光を照射し、これによってレジスト膜２ａから生じたラマンスペクトルを分光器８および検出器９を用いて測定する。そして、これを加熱処理後のラマンスペクトルＳａとして記憶部１５に記憶する。
【００４３】
次いで、コンピュータ６は両ラマンスペクトルＳａ，Ｓｂを比較することにより、加熱によって生じたレジスト膜２ａの構造変化に起因するラマンスペクトルの変化を捉えることができる。本例では、両ラマンスペクトルＳａ，Ｓｂのうち、一例として最大強度を有するスペクトルを構造検出スペクトルＳ１  とし、これを記憶部１５に記憶する。そして、レジスト膜２ａの構造変化に起因する構造検出スペクトルＳ１  のシフト位置を用いて構造変化の進行状況をモニタ可能とする。また、この最大強度を有するスペクトルのシフト量を用いたレジスト膜２ａの構造変化状況のモニタはそのスペクトルの検出が簡単で実施しやすいという利点がある。
【００４４】
一方、前記コンピュータ６は別のスペクトルＳ２  にも注目し、このスペクトルを別の構造検出スペクトルＳ２  として記憶部１５に記憶する。そして、例えば、スペクトルＳ１  ，Ｓ２  間の相対的な強度（図２の例ではＩ１  ／Ｉ２  ）を用いてレジスト膜２ａの構造変化の進行状況をモニタ可能とする。このように、複数のスペクトルの相対的強度を用いた判断は室温変動等に起因する光学系の変動によるラマンスペクトルの強度変化の影響を受けることがなく、正確な判断を行える利点がある。
【００４５】
加えて、両ラマンスペクトルＳａ，Ｓｂの比較によって、レジスト膜２ａの構造変化に起因する、特定のラマンスペクトルの消失や新しいラマンスペクトルの生成などを予め調べることが可能であり、これらのラマンスペクトルを構造検出スペクトルＳ３  ，Ｓ４  …（図示省略）として記憶部１５に記憶する。つまり、これらのスペクトルＳ３  ，Ｓ４  …の消失または生成を確認することでレジスト膜２ａの構造変化の進行状況をモニタ可能とする。本例のように、スペクトルＳ３  ，Ｓ４  …の消失または生成による判断は、構造検出スペクトルＳ３  ，Ｓ４  …の有無による判断であるからレジスト膜２ａの構造変化の進行を機械的な判断で容易にモニタできる。
【００４６】
また、本例では加熱処理装置１は、レジスト膜２ａの構造変化によって変化する分光スペクトルＳａ，Ｓｂを予め求めておくことで、前記分光スペクトルＳａ，Ｓｂのうちレジスト膜２ａの加熱処理に起因してシフトする各スペクトルＳ１  …、相対的な強度変化が生じる各スペクトルＳ１  ，Ｓ２  …、消失または生成する各スペクトルＳ３  ，Ｓ４  …の少なくとも一つを構造検出スペクトルとして記憶する記憶部１５を制御部としてのコンピュータ６に設け、これら構造検出スペクトルＳ１  ，Ｓ２  …に基づいて加熱処理の際のレジスト膜２ａの構造変化をモニタする。
【００４７】
本発明の加熱処理装置１は、前記記憶部１５にレジスト膜２ａの種類にそれぞれ対応した構造検出スペクトルＳ１  ，Ｓ２  …を予め記憶しておくことで、レジスト膜２ａの種類が変わったとしてもレジスト膜２ａの構造変化をモニタすることができる。
【００４８】
次に、本発明の加熱処理装置１が、実際に加工対象となるレジスト膜２ａを実際に加熱処理するときの動作を説明する。
【００４９】
加工対象となるウェハ２が加熱ステージ３の上に載置されると、チャンバ４内にガスＧが充填された状態で、コンピュータ６は電源５を制御してウェハ２を予め定められた所定の加熱パターンになるように制御すると共に、レーザ光源７を用いて加熱処理中のレジスト膜２ａの各部にレーザ光を照射し、そのラマンスペクトルＳを検出する。
【００５０】
このとき、コンピュータ６は検出されたラマンスペクトルＳのうち、前記記憶部１５に記憶された複数の構造検出スペクトルＳ１  ，Ｓ２  …を３つの観点（スペクトルのシフト、強度変化、生成または消失）でモニタすることで、各部において測定したラマン分光スペクトルを機械的な処理によって判断し、各部におけるレジスト膜２ａの構造変化の進行状況を直接的かつ的確に捉えることができる。なお、本発明においてコンピュータ６が判断に用いる構造検出スペクトルの数は複数あることに限定されるものではない。
【００５１】
また、コンピュータ６によって求められる構造変化の進行状況は、最適な構造状態を所定の値とする数値として得られることが望ましく、これによって、レジスト膜２ａの各部における構造変化の進行状況を適正にモニタすることができる。そして、コンピュータ６は所定の加熱パターンによる加熱によって望まれる構造変化の進行状況とモニタした現在の構造変化の進行状況を比較して、これに遅れが生じている場合にはこの部分の温度を所定の加熱パターンよりも高めに設定する。逆に現在の構造変化の進行状況が速い場合にはこの部分の温度を所定の加熱パターンよりも低くなるように設定する。
【００５２】
そして、コンピュータ６はレジスト膜２ａの加熱処理中にその二次元方向において光学ヘッド１２を走査しながら各部における構造変化の進行状況をモニタし、各部における温度をその時の構造変化の進行状況に合わせて調整することにより、レジスト膜２ａは各部においてムラなく加熱処理することが可能となる。なお、光学ヘッド１２の走査は加熱ステージ３の各部に対応して設けられた各ヒータが制御可能な範囲毎に行なうことが望ましく、これによってレジスト膜２ａの各部毎に詳細な温度制御を効率的に行なうことができる。
【００５３】
とりわけ、本例の加熱処理装置１はウェハ２の温度を測定することでその表面に形成されたレジスト膜２ａにおける構造変化を推察したり間接的な制御を行なうのではなく、レジスト膜２ａにおける構造変化のモニタを、レジスト膜２ａ自体の構造に依存したパラメータとしての各構造検出スペクトルＳ１  ，Ｓ２  …を用いて直接的に行なうことで、このレジスト膜２ａの温度制御を動的に行うので、この構造変化をより的確に制御することができる。
【００５４】
なお、温度変化に伴うレジスト膜２ａのラマンスペクトルの変化が顕著であり、温度とラマンスペクトルのシフトあるいは強度比の変化等との関係がある数学的な表式で表わされる場合（検量線が作成できる場合）には、ラマンスペクトルからレジスト膜２ａの温度算出を行なうことも可能である。
【００５５】
また、レジスト中に溶剤が含有されている場合などは、加熱中にこの溶剤が蒸発し膜厚が変化するが、この溶剤のスペクトル変化（スペクトル強度の減少、あるいは消失）をモニタすることによって、レジスト膜の膜厚を推定することもできる。さらに、本例ではラマン用の光学ヘッド１２が１つのみ搭載されている例を示しているが、複数の光学ヘッドを搭載してもよい。
【００５６】
図３は本発明の別の加熱処理装置１’の構成を示す図である。図３において、２０は本例の加熱処理装置１’の光学系、１２ａａ，１２ａｂ…は個別に温度調節可能な加熱ステージの平面各部に対応したレジスト膜２ａの二次元方向の各部Ａａａ，Ａａｂ…に合わせてそれぞれ設置されてなる複数の光学ヘッド、２１はそれぞれ光学ヘッド１２ａａ，１２ａｂ…に接続された光ファイバ、２２は各光ファイバ２１を切り換えて前記光源側光ファイバ１３と検出器側光ファイバ１４に選択的に接続する切替器である。なお、図３中のその他の構成において、図１と同じ符号を付した部分は同一または同等の部分であるから、その詳細な説明を省略する。
【００５７】
本例のように構成することで、光学ヘッド１２ａａ，１２ａｂ…を固定的に設けることが可能であるから、走査駆動に伴う制御を無くすことで加熱処理装置１’の制御が容易となる。また、光学ヘッドの駆動よって粉塵が発生するおそれも一切なくすことができる。なお、前記光学ヘッド１２ａａ，１２ａｂ…を、加熱ステージ３各部に設けられた各ヒータが温度制御可能な範囲毎に設けるのが望ましく、これによって詳細な温度の制御を効率的に行なうことができる。
【００５８】
また、本例では切替器２２によって複数の光ファイバ２１を切り換えて前記光源側光ファイバ１３と検出器側光ファイバ１４に選択的に接続する例を示しており、これによって製造コストを抑えることが可能であるが、この切替器２２を省略して複数光ファイバ２１を介して導かれる光をそれぞれ分光できる分光器８を配置してもよい。この場合、各部のレジスト膜２ａの状態を同時にモニタして、面内の状態分布を測定することも可能である。
【００５９】
つまり、各部におけるレジスト膜２ａの構造変化をほゞ連続的にモニタすることで、その構造変化の進行状況に合わせたより的確な温度制御を行なうことが可能となり、さらに精度の高い加工を行うことが可能となる。
【００６０】
また、上述の各例では、ラマン分光を用いたレジスト膜２ａの構造変化をモニタする例を示しているが、本発明はこの点を限定するものではない。すなわち、前記光学系１０，２０をそのまま用いて、レジスト膜２ａに赤外光を照射し、レジスト膜２ａによる赤外光の吸収を、その吸光度スペクトルによってモニタすることで、レジスト膜２ａの構造変化をモニタすることも可能である。この場合、光源７は赤外光源であり、分光器８は干渉計である。
【００６１】
赤外光を用いたレジスト膜２ａの構造変化の監視は、ラマン分光を用いた監視に比べて弱い光を照射するだけで行なうことが可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の加熱処理装置および加熱処理装置の温度制御方法によれば、加熱処理中のレジスト膜の組織・組成の変化（構造変化）を監視しながらレジスト膜を加熱できるので、ウェハ毎に加熱チャンバ内の温度プロファイルの変化が生じたとしても、各ウェハのレジスト膜の状態を精度良く制御することが可能となり、寸法精度の高いレジストパターンを再現性良く作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱処理装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】代表的なレジスト膜から生じるラマンスペクトルの一例を示す図である。
【図３】前記加熱処理装置の変形例を示す図である。
【図４】従来の加熱処理における加熱パターンの設定方法を説明する図である。
【符号の説明】
１…加熱処理装置、２…ウェハ、２ａ…レジスト膜、３…加熱ステージ、６…制御部、７…光源、８…分光器、９…検出器、１０，２０…光学系、１３…光源側光ファイバ、１４…検出器側光ファイバ、１５…記憶部、２１…光ファイバ、２２…切替器、Ｓ…分光スペクトル、Ｓ１  ，Ｓ２  …構造検出スペクトル。
【図１】
2004327848.tif 000003
【図２】
2004327848.tif 000004
【図３】
2004327848.tif 000005
【図４】
2004327848.tif 000006