(57)【要約】【課題】リソ後のレジスト寸法のウェハ間、ウェハ内の寸法のばらつきを抑える為にウェハと熱板との間隔を揃える。【解決手段】熱板２０とウェハＷとの間隔を測定するギャップセンサ８が設けられており、基板を支持する各ギャップスペーサと各ガイド部材の位置を熱板の半径方向に任意に変えることができる駆動部分を持つことを特徴とし、前記ギャップセンサよって測定されたデータの演算結果から、ガイド部材にウェハが乗りあげたと判断した場合に、半径方向にガイド部材を移動させウェハを所定の位置に調整することに特徴を有している。【選択図】図５
2005057180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を所定位置に載置して、所定温度で加熱する熱板を有する半導体処理装置において、前記熱板の表面の平面度が数十μｍ以下の鏡面処理をしたことを特徴とする半導体処理装置。
【請求項２】
基板を所定位置に載置して、所定温度で加熱する熱板を有する半導体処理装置において、前記熱板と基板との間隔を測定するギャップセンサと、前記ギャップセンサにより得られたデータを処理する手段とを有すること特徴とする半導体処理装置。
【請求項３】
基板を所定位置に載置して、所定温度で加熱する熱板を有する半導体処理装置において、基板を支持するギャップスペーサとガイド部材の位置を熱板の半径方向に任意に変えることができる駆動部分を持つことを特徴とし、前記ギャップセンサによって測定されたデータの演算結果から、ガイド部材にウェハが乗りあげたと判断した場合に、半径方向にガイド部材を移動させウェハを所定の位置に調整することを特徴とする半導体処理装置。
【請求項４】
基板を所定位置に載置して、所定温度で加熱する熱板を有する半導体処理装置において、基板を支持するギャップスペーサの高さを任意に変えることができる駆動部分を持つことを特徴とし、前記ギャップセンサによって測定されたデータの演算結果から、目標のギャップ値になるようにギャップスペーサの高さを変えることができることを特徴とする半導体処理装置。
【請求項５】
前記駆動部分は、熱板上に複数設けられており、各ギャップスペーサの駆動量は、前記各ギャップセンサ毎の測定データから演算処理の結果に基づいて行うように構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の半導体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジストパターンを形成するリソグラフィ技術の半導体処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造におけるフォトリソグラフィー工程においては、半導体ウエハ（以下、「ウエハ」）の表面にレジスト液を塗布した後の加熱処理（プリベーキング）や、パターンの露光を行った後の加熱処理（ポストエクスポージャーベーキング）等、種々の加熱処理が行われている。
【０００３】
前記加熱処理は、通常加熱処理装置によって行われる。
【０００４】
通常、ウエハ面に対する加熱処理の均一性と、ウエハ裏面のパーティクルの付着防止のため、ウエハと熱板との間は僅かな隙間を設けて加熱処理（プロキシミティー加熱処理）が行われる。本発明に関連する従来技術について特許文献１に記載されている。
【０００５】
図８は従来の半導体処理装置の熱板であるＰＥＢユニットの縦断面を示すものであり、その構成について説明をする。
【０００６】
図８において、この熱板であるＰＥＢユニットは、上側に位置して上下動自在な蓋１０と下側に位置して蓋１０と一体となり処理室Ｒを形成する熱板収容部１２とを有している。蓋１０は中心部に排気部１１が設けられている。そして、処理室Ｒ内の雰囲気は排気部１１から均一排気されるようになっている。
【０００７】
一方、熱板収容部１２には、中央の所定の位置にウエハＷを載置して厚みのある円盤状の熱板２０が設けられている。
【０００８】
図９（Ａ）に示すように、この加熱処理装置１００には、ウエハＷを所定の位置に載置して加熱するための厚みのある円盤状の熱板１０１が設けられている。熱板１０１上の前記載置位置には、ウエハＷを支持するためのギャップスペーサ１０２が設けられており、ウエハＷを載置した際にウエハＷと熱板１０１とが直接接触することを防止している。また、熱板１０１下方には、ウエハＷを熱板１０１上に載置する際にウエハＷを昇降させるための昇降ピン１０３が熱板１０１を貫通するようにして設けられている。更に、ウエハＷの載置位置に向けて傾斜面１０４を有する複数のガイド部材１０５が、熱板１０１上にウエハＷの前記載置位置を取り囲むようにして設けられている。
【０００９】
図１０は上記の状態を真上から見たものである。昇降ピン１０３が熱板１０１の中央付近に３個配置されているのがわかる。また、６個のガイド部材１０５が、熱板１０１上にウエハＷの前記載置位置を取り囲むようにして設けられているのがわかる。また、熱板１０１上に７個の温度センサ１０７が配置されている。
【００１０】
かかる構成から、ウエハＷが加熱される際には、図９（Ｂ）に示すように、他の処理装置から搬送されたウエハＷが、予め熱板１０１上に突出して待機していた昇降ピン１０３上に支持され、その昇降ピン１０３が下降されると共にウエハＷも下降され、熱板１０１上のギャップスペーサ１０２に載置される。ウエハＷが載置される際に、ウエハＷが多少所定の載置位置からずれて載置された場合にも、上述したガイド部材１０５の傾斜部１０４によってウエハＷは正確な位置に導かれるようになっている。
【００１１】
一方で、微細化が進むに連れて、解像度を得るためレジストは熱の影響を大きく受けるようになった。ＰＥＢ（Post  Exposure  Bake）処理には、数十秒の処理時間以内で処理し、ユニット間差０．２℃の温度差、ウエハＷ面内０．３℃になるように加熱する必要性が出てきている。ウエハ全体を精度良く加熱処理する中で、ウエハＷが熱板１０１上に載置される際のウエハＷと熱板１０１の間のギャップ間隔Ｈが重要となっている。ここで、熱板１０１上のギャップスペーサ１０２の高さ（ギャップ間隔Ｈ）とその時のウエハＷが加熱された温度推移の関係を図１１に示す。
【００１２】
通常の標準スペース０．１ｍｍから０．５ｍｍまでギャップスペーサ１０２の高さを変えた。図１１からウエハの温度が、定常状態に達した時の温度の低下と、ウエハの温度上昇（規定温度に到達する時間）が遅くなる傾向が見られた。
【００１３】
この時のギャップスペーサ１０２の高さ（ギャップ間隔Ｈ）とウエハ到達温度と規定温度に到達するまでの時間の詳細な関係を図１２に示す。ウエハの到達温度は−１℃／０．１ｍｍ（ギャップ高さ）下がる傾向にある。また規定温度に到達する時間ウエハ到達温度より−０．１℃低い温度に到達した時間）も２０ｓｅｃ／０．１ｍｍ（ギャップ高さ）が遅くなっている。
【００１４】
またこの時のギャップスペーサ高さとレジストパターンのライン幅を図１３に示す。図１２に示したウエハの温度特性の影響からギャップスペーサ高さと実際のレジストパターンのライン寸法の関係は１７ｎｍ（面内平均）／０．１ｍｍ（ギャップ高さ）となった。
【００１５】
上記に示したように、熱処理特にＰＥＢ処理をする時、熱板内でのウエハＷと熱板１０１との間隔が重要となっている。このようにギャップスペーサ高さの僅かな差により、レジストパターンのライン寸法が変わってくる。レジストパターン寸法は言い替えると熱板個体差（ギャップスペース等）の影響を大きく受けやすくなる。
【特許文献１】特開２００２−５０５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、現在ギャップスペーサの高さは１００±１０μｍの規格が設けられており、また熱板の平面度は５０μｍ以下に抑えられているが、熱板個体間を比べた場合、部分的ではあるがギャップスペースは、最大１１０μｍ、最小４０μｍとなり、ギャップスペースの個体差は、最大７０μｍと成りうる。前述のギャップスペーサ高さとレジストパターンのライン寸法の関係から１２ｎｍの寸法差が部分的に生じる可能性がある。
【００１７】
現在、ＰＥＢ処理はタクトの関係から２ユニット使用しているが、最悪の場合１２ｎｍのライン寸法差がでる可能性がある。この場合、作り込みによりライン寸法差をなるべく抑える事ができるが、ギャップスペーサ上にパーティクルが乗った場合、ウエハ裏面にパーティクルが付着した場合やウエハＷの載置位置が大幅にずれる場合、例えばウエハＷがガイド部材１０５上に乗りあげて載置された場合には、ライン寸法に大きな影響を与え、製品不良が発生する。そして、このような不良の発生は、通常、後に行われる検出工程で発見される。しかし、前記不良は連続的に発生する場合が多いため、前記検出工程で不良の発生が検出されたときには、既に多量の不良製品が製造されている場合が多く、被害が大きくなる前の早い段階で前記不良の発生を検出することが望まれている。
【００１８】
本発明は、装置、熱板間のレジストパターンのライン寸法のばらつきを最小限に抑え、また前記に示した不慮の出来事が起こる前に、ウエハＷと熱板との間のギャップを検出し、監視制御する装置を提供する事を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この目的を達成するために、本発明の半導体装置は、基板を所定位置に載置して、所定温度で加熱する熱板を有する処理装置において、前記熱板の表面の平面度が数μｍ以下の鏡面処理をしたことに特徴を有している。また一方で、基板を所定位置に載置して、所定温度で加熱する熱板を有する処理装置において、前記熱板と基板との間隔を計測するギャップセンサと、前記ギャップセンサによって測定されたデータを処理する手段とを有しており、前記ギャップセンサは、熱板上に複数設けられており、前記演算処理する手段は、前記各ギャップセンサ毎の測定結果に基づいて処理されるように構成されている。
【００２０】
また前記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、基板を所定位置に載置して、所定温度で加熱する熱板を有する処理装置において、基板を支持する各ギャップスペーサと各ガイド部材の位置を熱板の半径方向に任意に変えることができる駆動部分を持つことを特徴とし、前記ギャップセンサよって測定されたデータの演算結果から、ガイド部材にウエハが乗りあげたと判断した場合に、半径方向にガイド部材を移動させウエハを所定の位置に調整することに特徴を有している。
【００２１】
また、基板を支持するギャップスペーサの高さを任意に変えることができる駆動部分を持つことを特徴とし、前記ギャップセンサによって測定されたデータの演算結果から、目標のギャップ値になるようにギャップスペーサの高さを変えることができることに特徴を有している。
【００２２】
前記駆動部分は、熱板上に複数設けられており、各ギャップスペーサの駆動量は、前記各ギャップセンサ毎の測定データから演算処理の結果に基づいて行うように構成されていることを特徴とする。
【００２３】
以上の構成により、ギャップスペーサ上に僅かなパーティクルが乗った場合やウエハの載置位置が大幅にずれる場合、例えばウエハがガイド部材上に乗り上げて載置された場合などに対して、ウエハと熱板との間のギャップスペースを一定の値にすることができる為、ウエハの温度の立ち上がり時間と到達温度を一定にすることができ、ウエハに対して一定の熱量を与えることができる。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１の発明によれば、基板と熱板とのギャップスペースのばらつきを抑えることにより、熱板ユニット間によるレジストパターン後のライン寸法のばらつきを低減することができる。また、基板内での寸法のばらつきを低減することができる。
【００２５】
更に請求項２以降の発明によれば、基板がコンタミ等の影響を受けて、熱板上に正確に載置されなかった場合でも、ギャップスペースの間隔をある一定量になるように揃えて処理することにより、基板間でのレジストパターン後のライン寸法のばらつきを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下本発明の実施形態について図を参照にしながら説明する。本実施の形態にかかる処理装置は加熱処理装置として実施される。
【００２７】
図１は本発明の実施の形態にかかる半導体処理装置のＰＥＢユニットを示す図である。図１において、この熱板であるＰＥＢユニットは、上側に位置して上下動自在な蓋１０と下側に位置して蓋１０と一体となり処理室Ｒを形成する熱板収容部１２とを有している。蓋１０は中心部に排気部１１が設けられている。そして、処理室Ｒ内の雰囲気は排気部１１から均一排気されるようになっている。
【００２８】
一方、熱板収容部１２には、中央の所定の位置にウエハＷが載置して厚みのある円盤状の熱板２０が設けられている。次に、熱板収容部１２の熱板２０について説明する。
【００２９】
図２が本発明の実施の形態にかかる半導体処理装置のＰＥＢユニットの熱板を示す図である。この熱板２０上には、図２に示すようにウエハＷを所定の位置に載置する為の案内部材としてのガイド部材５が設けられている。このガイド部材５は、所定の位置を取り囲むようにして６箇所に設けられている。また、熱板２０上には、図２に示すようにウエハＷが載置された時にウエハＷを支持する昇降ピン３が複数箇所に設けられており、ウエハＷと熱板２０とが直接接触しないようになっている。また、熱板２０には図１に示すように、ヒータ制御回路１４により制御されたヒータ１３が内蔵されており、熱板２０はこのヒータ１３により熱せられ設定温度Ｔ０に加熱され、ウエハＷも所定の温度Ｔ０に加熱できるようになっている。
【００３０】
また、熱板２０の所定位置Ｐであって、例えば所定位置Ｐの外周部側の各所定位置には、図１、図２に示すように熱板２０の裏面から表面に向けて所定深さの有底の穴が内部のヒータの数だけ数箇所に設けられている。各穴の底部、すなわち熱板２０の上面に最も近い部分には、例えば熱電対である温度センサ７が設けられており、熱板２０の各所定位置の温度を随時測定できるようになっている。これらの温度センサ７による温度測定結果は、上述したヒータ制御装置１４に送られ、ヒータ制御装置１４では、それらの測定結果に基づいて熱板温度を所定温度になるようにヒータ１３の調節が行われる。一方、熱板２０の表面形状は鏡面加工が施され平面度が数十μｍ以下に抑えられている（平面度は２平面間の寸法差を表し、JIS  B0021で定義されているものである）。
【００３１】
次に、以上のように構成されている熱板であるＰＥＢユニットの動作について、説明して行く。解決する課題の中でも述べたが、図１１に示すように熱板とウエハとのギャップスペース間隔を変えるとウエハが加熱処理される到達温度と設定温度に到達するまでの時間が変わった。
【００３２】
ギャップスペース間隔が大きくなると、到達温度は−１℃／０．１ｍｍ（ギャップ高さ）下がり、設定温度に到達する到達時間も２０ｓｅｃ／０．１ｍｍ（ギャップ高さ）延びた。つまり、ギャップスぺーサが高くなれば、ウエハに塗布され露光された後のレジストに加えられる熱容量は少なくなる。
【００３３】
その影響を受けて、図１３に示すようにギャップスペース間隔が大きくなるとレジストパターン形成後のライン寸法が太る。また、その間の関係には、１７ｎｍ（面内平均）／０．１ｍｍ（ギャップ高さ）となる関係が得られた。
【００３４】
現状の熱板２０の平面度は５０μｍあり、ギャップスペーサ２の高さは１００±１０μｍの精度がある。熱板ユニット内、間で  最大１３ｎｍのレジストパターンのライン寸法差が表われる可能性がある。
【００３５】
しかし、図２の（Ｂ）に示すように、熱板２０の表面の加工精度を上げることにより、例えばセラミック材質を用いて鏡面加工を行い、平面度を２０μｍ以下にし、ギャップスペースＨを１００±２０μｍ以下に抑えることができる。
【００３６】
これにより、ウエハに塗布され露光された後のレジストに加えられる熱容量のばらつきが少なくなり、熱板ユニット間、熱板ユニット内で処理されたウエハのレジストパターンのライン寸法差を従来の半分以下の数ｎｍ以下に抑えることができる。
【００３７】
以下本発明の第２の実施形態についてについて、図面を参照にしながら説明する。
【００３８】
図３は第２の実施の形態を示す断面図であり、ウエハＷが所定位置Ｐよりずれた位置にある状態、図４は第２の実施の形態を示した上面から見た図である。図５は第２の実施の形態を示す断面図であり、ウエハＷが所定位置Ｐに位置調整が行われた後、ギャップスペースを調整している状態を示している。
【００３９】
この熱板２０上には、図３に示すようにウエハＷを所定の位置に載置する為の案内部材としてのガイド部材５が設けられている。このガイド部材５は、所定の位置を取り囲むようにして６箇所に設けられている。また、熱板２０上には、図３に示すようにウエハＷが載置された時にウエハＷを支持する昇降ピン３が３箇所に設けられており、ウエハＷと熱板２０とが直接接触しないようになっている。また、熱板２０には図８に示すように、ヒータ制御回路１４により制御されたヒータ１３が内蔵されており、熱板２０はこのヒータ１３により熱せられ設定温度Ｔ０に加熱され、ウエハＷも所定の温度Ｔ０に加熱できるようになっている。
【００４０】
また、熱板２０の所定位置Ｐであって、例えば所定位置Ｐの外周部側の各所定位置には、図８、図３、図４に示すように熱板２０の裏面から表面に向けて所定深さの有底の穴が内部のヒータの数だけ数箇所に設けられている。各穴の底部、すなわち熱板２０の上面に最も近い部分には、例えば熱電対である温度センサ７が設けられており、熱板２０の各所定位置の温度を随時測定できるようになっている。これらの温度センサ７による温度測定結果は、上述したヒータ制御装置１４に送られ、ヒータ制御装置１４では、それらの測定結果に基づいて熱板温度を所定温度になるようにヒータ１３の調節が行われる。
【００４１】
また、熱板２０上には、熱板２０上の裏面から表面にかけて、各複数個設けられたガイド部材５の数だけ、熱板２０の中心部側の近傍に貫通穴が設けられている。これらの穴からウエハＷと熱板２０間隔を測定するギャップセンサ８が設けられている。
【００４２】
このギャップセンサ８は例えば光学系、磁気系のセンサであり、μｍオーダーの精度で測定することができれば何でも良い。
【００４３】
更に、各ガイド部材５は熱板２０の中心方向にスライドしながら動く機能をもっている。この機能は、ウエハＷが所定位置Ｐよりずれて、ガイド部材５のどれかに乗り上げても、ガイド部材５が始めは熱板２０中心外側方向にスライドしながら動き、その後、中心内側方向にスライドすることにより、所定位置ＰにウエハＷを位置合わせすることができる。
【００４４】
また、図４、図５に示すように、ガイド部材５の下部に設けられたギャップスペーサ２のウエハＷを載置する一部にマイクロ駆動素子９が設けられている。マイクロ駆動素子９は一般的に電圧により長さが変わるピエゾ素子を用いる。
【００４５】
次に、図６にマイクロ駆動素子９を駆動するための簡単な制御ブロック図を示す。ウエハＷと熱板２０との間隔をギャップセンサ８により測定し、ギャップ間隔を規定値ｈになるように、マイクロ駆動素子９を動かす。マイクロ駆動素子９が駆動しない場合は、ギャップ間隔は規定値ｈより小さな値となっている。
【００４６】
例えば、あるガイド部材５のギャップスペーサ２に設けられたマイクロ駆動素子９とウエハＷとの間にパーティクル１０があったとする。そのガイド部材に近いギャップセンサ８の値は他のギャップセンサ８より大きな値を示すが、各々のマイクロ駆動素子９はΔｈ＝（規定値ｈ０−ギャップ測定値ｈ１）を縮めるように独立に駆動する。これにより各ギャップセンサ８を設定している箇所でのウエハＷと熱板２０との間隔は常に一定に保たれる。
【００４７】
次に、図７はウエハＷが所定位置Ｐにあり、ウエハＷと熱板２０とのギャップ間隔が規定値になるように制御するためのフローチャートを示している。
【００４８】
第１に各ガイド部材５の近傍に設けられた各ギャップセンサ８の間で測定値の比較を行う。各ギャップセンサ８のギャップ測定値ｈ１の最大間差が２００μｍ以上であると認識すれば、先のガイド部材５をスライドさせてウエハＷのセンタリングを行う。次に、各マイクロ駆動素子９によりギャップスペースの調整を行う。最初に戻り、各ギャップセンサ８の間で比較を行う。次に最大間差が１０μｍ〜２００μｍの間では、ウエハＷが位置ずれをおこしていないと判断して、各マイクロ駆動素子９によりギャップスペースの調整のみ行う。以上を繰り返し、最大間差が１０μｍ以下になるまで追い込む。
【００４９】
以上の実施形態により、ウエハＷと熱板２０との間でどの位置をとっても間隔は常に一定に保たれる。これによりウエハＷを熱板２０で加熱する時、常に面内均一に、またウエハ間による加熱差は減少し、ウエハ面内、ウエハ間のレジストパターン後のライン寸法は一定に保たれる。
【００５０】
以上の実施形態にかかる半導体処理装置は、ＰＥＢユニットについてであったが、他の熱処理ユニット、プリベークユニット、ポストベークユニットにおいても応用できる。また、ウエハＷを載置した冷却する板を有する冷却処理ユニットにも応用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る半導体処理装置は、レジストパターンを形成するリソグラフィ技術に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態にかかるＰＥＢユニットの縦断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかるＰＥＢユニットの熱板の縦断面とＰＥＢユニットの半径方向のギャップスペースの説明図
【図３】本発明の第２の実施の形態にかかるＰＥＢユニットの熱板の縦断面とウエハがガイド部材に乗り上げて載置された場合の状態を示す説明図
【図４】本発明の第２の実施の形態にかかるＰＥＢ装置の上面からの説明図
【図５】本発明の第２の実施の形態にかかるＰＥＢユニットの縦断面の説明図
【図６】本発明のギャップスペースを一定値に制御するシステムの概要図
【図７】本発明のウエハガイドの駆動を示したフローチャート
【図８】一般的な熱板の構成のＰＥＢユニットの縦断面の説明図
【図９】一般的な熱板の構成を模式的に示した縦断面の説明図
【図１０】一般的な熱板の構成を模式的に示した上面からの説明図
【図１１】ギャップスペーサの高さとウエハの昇温特性を表すグラフ
【図１２】ギャップスペーサの高さとウエハ到達温度と規定温度に到達するまでの時間の詳細な関係を表すグラフ
【図１３】ギャップスペーサの高さとレジストパターンのライン寸法の関係を表すグラフ
【符号の説明】
【００５３】
２  ギャップスペーサ
３  昇降ピン
５  ガイド部材
７  温度センサ
８  ギャップセンサ
９  マイクロ駆動素子
２０  熱板
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2005057180.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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