(57)【要約】【課題】  レジスト膜の膜厚均一性の観点から許容される範囲内で、ウエハを吸着するウエハ保持手段の温度と、ウエハ保持手段に保持されるウエハのウエハ温度との温度差を抑制する。【解決手段】  スピンモータ１２のモータフランジ１３内を温調水配管１６、温調水配管１６内に通す給気配管１７とで二重配管構造とする。温調水配管１６内にシャフト１２ａの冷却用の温調水を流し、かかる温調水により給気配管１７内の通過気体を温調する。かかる温調通過気体をスピンチャック１１内の温調空間１９内に流し、スピンチャック１１の温度を、レジスト膜形成に最適なウエハ温度に設定する。かかる温度設定を行ったスピンチャック１１にウエハＷを保持させてレジスト膜の形成を行うことで、形成するレジスト膜の膜厚均一性の向上を図る。【選択図】  図１
2005217251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法；
（ａ）ウエハ上に形成する膜の膜厚均一性の制御を、前記ウエハを保持させるウエハ保持手段の温度制御に基づき行う工程。
【請求項２】
以下の工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法；
（ａ）ウエハ保持手段の温度を、前記ウエハ保持手段に保持させた状態のウエハにレジスト膜を形成させる際のウエハ温度に合わせる工程、
（ｂ）前記ウエハ温度に合わせた前記ウエハ保持手段に前記ウエハを保持させて、前記レジスト膜を形成する工程。
【請求項３】
以下の工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法；
（ａ）ウエハ保持手段の温度を、前記ウエハ保持手段の内部に通す流体の温度制御に基づき、前記ウエハ保持手段に保持させた状態のウエハにレジスト膜を形成させる際のウエハ温度に合わせる工程、
（ｂ）前記ウエハ温度に合わせた前記ウエハ保持手段に前記ウエハを保持させて、前記レジスト膜を形成する工程。
【請求項４】
以下の手段を有することを特徴とする半導体製造装置；
（ａ）ウエハを保持するウエハ保持手段、
（ｂ）前記ウエハ保持手段の温度を、前記ウエハ保持手段に前記ウエハを保持させた状態で前記ウエハに処理を行う際のウエハ温度に管理するウエハ保持温度管理手段。
【請求項５】
以下の手段を有することを特徴とする半導体製造装置；
（ａ）レジスト膜の形成に必要なウエハ温度で、ウエハを保持するウエハ保持手段、
（ｂ）前記ウエハ保持手段の内部に、前記ウエハ保持手段の温度制御を行う流体を流す流体供給手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体製造プロセスのフォトリソグラフィー工程におけるレジスト塗布に際してレジスト膜厚を均一に塗布するのに適用して有効な技術である。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣ（半導体集積回路）等の半導体装置を搭載する製品の小型化、高機能化が急速に進められている。これに合わせて、半導体装置の分野においてもその小型化、高集積化が求められている。半導体装置の小型化、高集積化に際しては、より一層の回路パターンの微細化形成技術が必要となる。
【０００３】
半導体装置における回路パターンは、例えば、一連のフォトリソグラフィー工程で形成される。フォトリソグラフィー工程では、先ず、ウエハ上に感光性のレジスト膜を所定層厚で形成する。かかるレジスト膜を、所望の回路パターンを形成したフォトマスクを用いて露光し、その後現像することで、ウエハ上にフォトマスクの回路パターンに合わせたレジストパターンを形成する。形成されたレジストパターンに合わせて、ウエハをエッチング処理することで、所定の回路パターンをウエハ上に形成する。
【０００４】
このようにしてエッチング処理により形成される微細な回路パターンでは、その寸法精度は、エッチング処理に際して使用するレジストパターンの良否に大きな影響を受ける。レジストパターンの良否は、ウエハ上に形成されるレジスト膜の膜厚均一性に大きく左右される。
【０００５】
レジスト膜は、一般に、スピンコーター法により形成される。スピンコーター法では、ウエハ裏面の中央部をスピンチャックにより吸着保持し、その状態でウエハ上にレジストを滴下する。レジストの滴下に合わせてスピンチャックを高速回転させ、レジストを遠心力によりウエハ上に薄く広げて所定層厚のレジスト膜を形成する。
【０００６】
レジスト膜の膜厚に関しては、特に、回路パターンの寸法精度との関係において、ウエハ面内の膜厚均一性の管理が極めて重要である。レジスト膜の膜厚均一性に影響を及ぼすファクターとしては種々のものが挙げられているが、その一つとして、スピンチャックに保持される際のウエハ面内の温度分布の不均一性が指摘されている。
【０００７】
スピンコーター法において、ウエハ面内のかかる温度バラツキに基づくレジスト膜厚の不均一性を解消させる技術としては、スピンチャックを囲むレジストカップを温調することで対処する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００８】
スピンチャックに吸着保持されたウエハは、装置の発熱によりウエハ回りの温度がわずかに異なり、その結果、ウエハが全面均一に加熱され難く均一なレジスト膜の形成ができないという課題に対して、上記特許文献１に提案の技術は、スピンチャックに保持されたウエハを囲むように設けたレジストカップを温調水を用いて温調することで、レジストカップ内の気流を所定精度で温調し、その結果、レジスト膜の膜厚均一性の向上を図ることができるとする技術である。
【特許文献１】特開平６−１６８８７３号公報（段落０００４、０００９、図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者は、フォトリソグラフィー工程におけるレジスト膜の膜形成技術においては、以下の課題があることを見出した。
【００１０】
すなわち、前述の如く、回路パターンの寸法精度の向上には、レジスト膜のウエハ面内における膜厚均一性が重要である。これまでも、膜厚均一性を図るべく、ウエハのレジスト膜形成に際して必要なウエハ温度の管理、レジスト温度の管理等を行ってきた。
【００１１】
ウエハ温度の管理としては、例えば、塗布前クーリングステップを設けることで、レジスト塗布前にウエハを所定温度のプレート上に載せ、ウエハ面内の温度が所定温度で均一になるように管理している。レジスト温度の管理としては、レジスト種毎に塗布時の膜厚均一性が得られ易い最適温度範囲を求め、その最適塗布温度でスピンコーター法に基づく塗布を行うように管理している。
【００１２】
しかし、かかる処理を施しても、依然として、レジスト膜の膜厚は、ウエハ周辺部とウエハ中央部とでその差が大きい。かかるウエハ面内の膜厚差は、回路パターンの寸法精度としてその影響が現れる。
【００１３】
現在、半導体装置の製造分野では、前述の如く、その小型化、高集積化が急ピッチで進められ、それに伴う回路パターンの微細化、寸法精度の高精度化が強く求められている。現行は、０．１８μｍのデザインルールでその寸法規格は±２０ｎｍとして半導体装置の製造が行われている。しかし、将来的には０．１８μｍ以下のデザインルールでの半導体装置の量産化が求められるようになることは想像に難くない。かかる場合には、より寸法精度の高精度化が求められ、例えば、±１０ｎｍの寸法精度が求められることも容易に想像できる。
【００１４】
しかし、現行のレジスト膜の形成技術では、上記の如く、塗布前クーリングによるウエハ温度管理、レジスト温度管理を適用しても、依然として、レジスト膜の膜厚差が発生する状況では、半導体装置の製品寸法規格を±１０ｎｍに抑え込むことができる程にはレジスト膜の膜厚均一性を確保することは難しい。
【００１５】
さらに、現行の半導体装置の製造分野では、一部を除いて、２００ｍｍ径のウエハを用いた生産が主流であるが、将来的には、高生産性を達成すべく、３００ｍｍ径の大口径ウエハを用いた生産に代わられようとしている。３００ｍｍ径の大口径ウエハは、２００ｍｍ径のウエハに比べてウエハ面積が飛躍的に増大し、その分、レジスト膜の膜厚面内不均一性が発生し易い。そのため、現行のレジスト膜形成技術を３００ｍｍ径の大口径ウエハにそのまま適用したのでは、３００ｍｍ径ウエハを用いた半導体装置の寸法精度は現状より悪化する虞が十分にある。
【００１６】
かかる現状に鑑み、本発明者は、ウエハのウエハチャック吸着保持部側と周辺部側とで依然として発生する膜厚差の解消技術の開発は急務であると考えた。
【００１７】
かかる膜厚差が発生する原因としては、レジスト塗布に際してウエハをスピンチャックで吸着保持するときに、ウエハの吸着保持部側とウエハ周辺部側とで温度差が発生するためと考えられる。
【００１８】
スピンコーター法で用いるスピンチャックは、モータのシャフトと接続され、レジスト塗布時に高速回転されるように構成されている。そのため、かかるシャフトを通して熱がスピンチャックに伝わり、スピンチャックに吸着保持されるウエハ温度に影響を与えるものと考えられる。シャフトを通じてのかかる伝熱の影響に関しては、これまでも、スピンチャックを高速回転させるモータシャフトを冷却用の温調水で冷やすことで、スピンチャックの吸着保持部側への伝熱を抑える対策が施されている。
【００１９】
しかし、かかる伝熱防止対策では、レジスト膜の膜厚差を発生させない程には、ウエハの吸着保持部側と周辺部側とでの温度差を十分に解消することができないものと考えられる。
【００２０】
本発明者は、かかる対策でも十分な効果が得られない原因の一つが、ウエハを吸着保持するウエハ保持手段としてのスピンチャックの温度と、スピンチャックに保持されるウエハのウエハ温度との温度差が大きいためと考えた。すなわち、両者の温度差に基づく温度勾配が大きい程、レジスト膜の膜厚均一性に影響を及ぼすウエハ温度の面内不均一性が大きくなるのではと考えた。
【００２１】
そこで、本発明者は、かかる両者の温度差に基づく温度勾配の大きさを、レジスト膜の膜厚均一性に影響を及ぼさない程度に抑制することができれば、膜厚均一性をこれまでよりも向上させることができると考えた。
【００２２】
本発明の目的は、レジスト膜の膜厚均一性の観点から許容される範囲内で、ウエハを吸着するウエハ保持手段の温度と、ウエハ保持手段に保持されるウエハのウエハ温度との温度差を抑制することにある。
【００２３】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２５】
すなわち、本発明では、ウエハを保持した状態でレジスト塗布等の処理を行うウエハ保持手段の温度を制御する。
【発明の効果】
【００２６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２７】
ウエハ保持手段の温度を制御することで、ウエハ保持手段に保持させるウエハ温度とウエハ保持手段の温度との温度差を小さくしてレジスト膜のウエハ面内での膜厚均一性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する場合がある。
【００２９】
図１は、スピンコーターに構成した本発明に係る半導体製造装置の全体構成の概略を模式的に示す断面図である。図２は、これまでのスピンコーターの全体構成の概略を模式的に示す断面図である。
【００３０】
半導体製造装置１０としてのスピンコーター１０ａには、図１に示すように、ウエハＷの裏面を吸着保持した状態で高速回転するスピンチャック１１に構成したウエハ保持手段と、スピンチャック１１を高速回転させるスピンモータ１２とが設けられている。スピンモータ１２には、モータフランジ１３が設けられている。
【００３１】
モータフランジ１３は、内側の軸中心にシャフト１２ａを通す立ち上げ部１３ａが設けられ、立ち上げ部１３ａの周囲にカップベース１４が略リング状に設けられている。カップベース１４上に、バックリンス１５が設けられている。さらに、図示はしないが、スピンチャック１１の上方には、スピンチャック１１にウエハＷを保持した状態で、ウエハＷ上にレジストを滴下するレジスト供給ノズルが設けられている。
【００３２】
モータフランジ１３は、その内部が二重配管構造に構成され、かかる二重配管構造がスピンチャック１１の温度制御をする流体を流す流体供給手段として機能している。すなわち、モータフランジ１３の内部は、シャフト１２ａを冷却する温調水を流す温調水配管１６に構成され、かかる温調水配管１６内に、空気を流す給気配管１７が二重筒状に通されて二重配管構造が形成されている。
【００３３】
給気配管１７は、立ち上げ部１３ａの上端で排気口１７ａとして開口されている。給気配管１７の周囲に設けられた温調水配管１６（図中、薄い網掛け表示）は、給水口１６ａから導入した温調水が、温調水配管１６内を満たすように流れて、排水口１６ｂから外部に排水されるように構成されている。
【００３４】
温調水配管１６は、図示はしない温調水管理手段に接続されている。温調水管理手段は、例えば、コンピュータ制御により加熱、冷却が自在に行える熱交換手段と、所定流量で給水する給水ポンプ等から構成されている。熱交換手段により所定温度に設定した温調水が、所定流量で温調水配管１６に供給される。
【００３５】
給気配管１７も、図示はしない給気手段に接続され、給気手段を構成するポンプから所定流量で空気が供給されるようになっている。そのため、給気配管１７に通す気体は、給気配管１７の周囲を囲むようにして設けた温調水配管１６内を流れる温調水により所定の温度に制御され、所定温度に制御された気体が排気口１７ａから吹出すこととなる。尚、温調水はシャフト１２ａを冷却する役目をも果たしている。
【００３６】
一方、ウエハ保持手段としてのスピンチャック１１は、図１に示すように、その上面にウエハＷを吸着保持するウエハ吸着部１１ａと、スピンモータ１２のシャフト１２ａと接続する胴体部１１ｂとから構成されている。ウエハ吸着部１１ａは、図示はしないが、その上面に吸引ポンプ等の吸引機構に接続した開口部が設けられ、開口部から吸引することによりウエハ吸着部１１ａの上面にウエハＷの裏面を吸着して、ウエハＷを保持することができるようになっている。
【００３７】
胴体部１１ｂでは、図１に示すように、軸中心に沿って軸受け部１８が設けられ、その凹部にモータフランジ１３の立ち上げ部１３ａから突出したシャフト１２ａが挿入され接続されている。また、軸受け部１８の周囲には、胴体部１１ｂの外壁１１ｃとの間に、リング状に温調空間１９が設けられている。
【００３８】
このように軸受け部１８をシャフト１２ａに接続させて、スピンチャック１１を立ち上げ部１３ａに被せるように設けた状態では、立ち上げ部１３ａの上端に開口させた給気配管１７の排気口１７ａが、温調空間１９内に向けて開口されることとなる。また、温調空間１９は、立ち上げ部１３ａから側方に突設させた仕切板１３ｂにより外部と仕切られ、仕切板１３ｂと外壁１１ｃとの間に排気口１９ａが形成されている。
【００３９】
かかる構成のスピンコーター１０ａでは、上記説明の温調水管理手段、温調水配管１６、給気配管１７から構成されるウエハ保持温度管理手段により、ウエハ保持手段としてのスピンチャック１１を所定温度に設定することができる。すなわち、温調水管理手段により所定温度に設定された温調水を温調水配管１６内に流し、温調水配管１６内を通る給気配管１７を流れる気体を所定温度に設定する。かかる気体を温調空間１９内に通すことでスピンチャック１１を、例えばウエハ温度に合わせる等の所定温度に制御することができる。
【００４０】
レジスト膜の形成に際しては、上記説明のスピンコーター１０ａは次のようにして用いる。すなわち、スピンコーター１０ａを用いてウエハＷにレジスト膜を塗布するに際して、レジスト膜形成に際して最適のウエハ温度に、スピンチャック１１の温度を制御する。スピンチャック１１の温度制御は、前述の如く、給気配管１７を通して温調空間１９内に排気される気体の温度を、温調水配管１６を通す温調水の温度制御に基づき行う。温調水の温度制御は、前記説明の温調水管理手段により行えばよい。
【００４１】
このようにしてレジスト膜形成に際して最適なウエハ温度に設定された気体を、給気配管１７を通して、排気口１７ａからスピンチャック１１の胴体部１１ｂの温調空間１９内に吹出す。吹出した空気は、図１に示すように、温調空間１９内を軸受け部１８に沿ってウエハ吸着部１１ａの裏面側に当接するまで上昇し、ウエハ吸着部１１ａの裏面に沿って流れ、さらに、外壁１１ｃに沿って排気口１９ａから外部に排気される。温調空間１９内をレジスト膜の形成に最適な温度に設定された気体が流れることにより、ウエハ吸着部１１ａ等のスピンチャック１１がウエハ温度に設定されることとなる。
【００４２】
スピンチャック１１が最適なウエハ温度になった状態で、塗布前クーリング工程で最適温度に予め設定しておいたウエハＷをスピンチャック１１上に搬送し、吸着保持させる。吸着保持させた状態では、ウエハＷのウエハ温度と、スピンチャック１１の温度とが共にレジスト膜形成に際して必要な最適温度に設定されているため、両者には温度勾配が発生しない。そのためウエハＷの吸着保持部側と周辺側とでは、その後のレジスト膜の膜厚不均一性を大きくする程の温度差が生じない。
【００４３】
このようにしてウエハ面内の温度不均一性を十分に小さく抑制した状態で、ウエハＷ上にレジストを最適レジスト温度で滴下し、併せてスピンモータ１２を所定の高速回転で回転させてレジストを所定層厚に回転塗布することができる。このようにして形成されたレジスト膜では、これまでのスピンチャック１１の温度制御を行わない場合に比べて、その膜厚均一性が向上している。
【００４４】
因みに、スピンチャック１１の温度制御を考慮しないこれまでのスピンコーター３０の全体構成を図２に示した。図２に示すように、これまでのスピンコーター３０では、モータフランジ１３内は、単に温調水配管１６に構成されているため、シャフト１２ａを温調水により冷却して伝熱防止を図る機能は発揮するものの、スピンチャック１１の温度制御は行うことができない。
【００４５】
そのため、スピンチャック１１のウエハ吸着部１１ａに吸着保持させたウエハＷでは、塗布前クーリング工程で、ウエハＷのレジスト膜形成に際して最適なウエハ温度にウエハ面内の温度均一性を整えても、スピンチャック１１に吸着保持させた際に、ウエハＷとスピンチャック１１との温度差が大きいため、この温度差に基づく温度勾配に従ってウエハ面内に温度差が発生し、この結果、膜厚の不均一なレジスト膜が形成されることとなる。
【００４６】
以上に説明のスピンコーター１０ａに構成した半導体製造装置を用いて、これまでの場合よりも膜厚の均一なレジスト膜を形成する方法について、以下説明する。
【００４７】
先ず、本発明の半導体装置の製造方法で採用するレジスト膜の形成方法では、図３のフロー図に示す一連のステップを採用することで、高精度の寸法精度で微細な回路パターンを形成するのに必要なレジスト膜を形成することができる。
【００４８】
図３に示すように、ステップＳ１０で、ウエハＷのウエハ温度管理を行う。レジスト塗布前のウエハＷを、レジスト膜形成に際しての最適温度（以下、説明を簡単にするため、かかる最適温度を「レジスト膜形成最適温度」と言う場合がある）に予め温度設定したプレート上に載せ、ウエハＷの面内温度が上記レジスト膜形成最適温度に均一になるまで放置する。
【００４９】
かかるステップＳ１０における塗布前クーリングステップで、ウエハ温度をレジスト膜形成最適温度に予め設定しておくことで、その後のステップにおけるレジスト膜の形成に際しての膜厚均一性の向上を図ることができる。かかる点は、図４（ａ）に示す実験から確認することができる。
【００５０】
図４（ａ）には、レジスト種、レジスト膜形成条件を一定にした状態で、塗布前クーリングステップにおけるウエハ温度のみを種々変えて、スピンコーター法で形成されたレジスト膜の膜厚均一性を調べた結果を示す。図４（ａ）では、ウエハ面内に設定した各々の膜厚測定ポイント（横軸）における膜厚（縦軸）を示した。測定ポイントは、ウエハの直径上の一端の測定ポイント１から、他端の測定ポイント１１に向けて、均等間隔で測定ポイントを設定した。測定ポイント６がウエハの直径上の中心位置に相当する。
【００５１】
図４（ａ）からは、塗布前クーリング温度が２２．０℃の場合が、他の温度の場合よりも複数の測定ポイントにおける膜厚が平均化されていることが確認される。すなわち、レジスト種毎に膜厚均一性が得られ易い最適温度が存在することが分かる。そのため、かかる最適温度にウエハ温度を設定しておくことが膜厚均一性を向上させるためにはより有効であることが確認される。
【００５２】
このようにステップＳ１０でウエハＷのウエハ温度をレジスト膜形成最適温度に設定しておく一方で、本発明では、ウエハＷをレジスト膜形成に際してウエハ保持手段にセットすることで折角設定したウエハ温度が変化しないように、ウエハ保持手段の温度制御を行う。
【００５３】
すなわち、ステップＳ２０で、スピンコーター１０ａのウエハ保持手段としてのスピンチャック１１の温度制御を行う。前記説明の如く、モータフランジ１３内の温調水配管１６に、レジスト膜形成最適温度に温度設定した温調水を流す。これにより、温調水配管１６に対して二重配管に通した給気配管１７内を流れる気体の温度を、レジスト膜形成最適温度に制御する。かかるレジスト膜形成最適温度に温度設定した気体をスピンチャック１１内の温調空間１９内に流して、スピンチャック１１の温度をレジスト膜形成最適温度にする。
【００５４】
このようにしてステップＳ２０でウエハ保持手段のスピンチャック１１をレジスト膜形成最適温度に設定し終えた段階で、ステップＳ３０に移行して、ステップＳ１０の塗布前クーリングステップを終了したウエハＷを、スピンチャック１１にセットして保持させる。かかるステップＳ３０のウエハ保持手段にウエハＷをセットする段階では、ウエハ保持手段のスピンチャック１１とウエハＷとは、共にレジスト膜形成最適温度にそれぞれステップＳ１０、Ｓ２０で設定されているため、両者に温度差は発生しない。そのため、スピンチャック１１に保持されたウエハＷは、ステップＳ１０で設定されたウエハＷ内のレジスト膜形成最適温度の面内均一性が維持されている。
【００５５】
その後、ステップＳ４０で予め膜厚の均一塗布に最適な温度（以下、説明を簡単にするため、かかる最適な温度を「最適レジスト温度」と言う場合がある）に温度管理を行ったレジストを、ステップＳ５０でウエハＷ上に滴下する。
【００５６】
予めステップＳ４０で、滴下するレジストの温度を最適レジスト温度に設定しておくことで、その後のレジスト膜の形成に際しての膜厚均一性の向上を図ることができる。かかる点は、図４（ｂ）に示す実験から確認することができる。
【００５７】
図４（ｂ）には、レジスト種、レジスト膜形成条件を一定にした状態で、滴下するレジストの温度のみを種々変えて、スピンコーター法で形成されたレジスト膜の膜厚均一性を調べた結果を示す。図４（ｂ）では、ウエハ面内に設定した各々の膜厚測定ポイント（横軸）における膜厚（縦軸）を示した。測定ポイントの設定は、図４（ａ）に示す場合と同様である。
【００５８】
図４（ｂ）からは、レジスト温度が２２．０℃の場合が、他の温度の場合よりも複数の測定ポイントにおける膜厚が平均化されていることが確認される。すなわち、レジスト種毎に膜厚均一性が得られ易い塗布時のレジストの最適温度が存在しており、かかる最適温度にレジストの温度を設定しておくことの有用性が確認される。
【００５９】
このようにステップＳ４０でレジスト温度の管理がなされた状態のレジストをウエハＷ上に滴下した状態では、レジスト膜形成最適温度に温度設定されたスピンチャック１１上に保持されたレジスト膜形成最適温度のウエハＷ上に、最適レジスト温度のレジストが滴下されていることとなる。すなわち、図３に示す手順では、レジスト膜の膜厚均一性の向上を図る処理として、ステップＳ１０の塗布前クーリングによるウエハ温度管理と、Ｓ２０のウエハ保持手段によるウエハ温度管理と、ステップＳ４０のレジスト温度管理とが重畳併用されていることとなる。
【００６０】
かかる状態で、ステップＳ６０により、スピンチャック１１を高速回転させて滴下したレジストをウエハＷ上に広げれば、面内の膜厚均一性がこれまでには得られなかった程に良好なレジスト膜が形成される。
【００６１】
このように本発明に係る半導体装置の製造方法では、ウエハ保持手段の温度制御を行うことで、ウエハ保持手段に保持されたウエハＷのウエハ温度を管理し、ウエハＷの面内温度の均一性を維持させて、かかるウエハＷ上に形成されるレジスト膜のウエハ面内における膜厚の均一性を向上させている。
【００６２】
かかる効果を有する本発明は、システムＬＳＩ（ large scale integration ）等で使用されるＭＯＳ（ metal oxide semiconductor ）のフォトリソグラフィー工程に有効に使用することができる。特に、デザインルールが０．１８μｍ以下で、要求寸法精度が±１０ｎｍの半導体装置の製造に際して有効に使用することが期待される。
【００６３】
因みに、図５に、現行のレジスト形成技術を適用する場合におけるレジスト膜の膜厚と半導体装置の寸法精度との関係を示した。縦軸に寸法（μｍ）、横軸に膜厚（ｎｍ）を示している。現行の膜厚形成技術を適用すると、目標膜厚に対して±５ｎｍの膜厚要求精度で膜厚形成ができる。
【００６４】
そこで、図５に示すように、現状の膜厚狙い目を目標膜厚Ｐで示し、かかる目標膜厚Ｐに合わせるべく現行のレジスト膜形成技術を使用してレジスト膜を形成した場合に、現行の膜厚要求精度±５ｎｍの許容限界の膜厚Ｑでレジスト膜が形成されたとする。
【００６５】
かかる膜厚Ｑに対しては、さらに、塗布前クーリングによるウエハ温度の設定振れに基づく膜厚レンジｄが発生している。例えば、ウエハ温度を塗布前クーリングにより２３．０℃に管理した場合は、図５に示す程度の膜厚レンジｄが発生している。かかる膜厚レンジｄの両限界点をそれぞれ膜厚限界Ａ、Ｂで示すと、両膜厚限界Ａ、Ｂの膜厚レンジｄに対応する半導体装置の寸法差ｅは、２０ｎｍの範囲には入っても、１０ｎｍの範囲には入らない。このように本発明を適用する前の現状のレジスト膜形成技術を適用したのでは、将来的に求められるであろう±１０ｎｍの要求寸法精度を確保するレジスト膜の形成は行えない。
【００６６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６７】
例えば、上記実施の形態の説明では、スピンコーター法に基づくレジスト膜形成ステップを例に挙げたので、本発明を適用するウエハ保持手段をスピンチャックに構成した場合を例示したが、ウエハ上に形成する膜厚均一性にウエハ温度の管理が求められ場合に使用されるウエハ保持手段であれば、スピンチャック以外の構成のウエハ保持手段に対しても本発明は当然に適用できるものである。
【００６８】
また、本発明の説明を、ウエハ上にレジスト膜を形成する工程を例に挙げて説明したが、ウエハ上に塗布材料を用いて均一に膜形成を行う工程であれば、レジスト膜の形成工程以外の塗布工程でも本発明は適用することができる。
【００６９】
上記説明では、ウエハ保持手段の温度をウエハ温度に等しく合わせる場合を説明したが、ウエハ温度とは異なる温度に設定しても構わない。例えば、ウエハ保持手段に保持させるウエハのウエハ温度が、ウエハ保持手段に保持させるウエハ中央部側と、ウエハ周辺部側とで既に温度差が発生している場合には、かかる温度差を抑制する方向にウエハ保持手段の温度をウエハ温度に対して高く、あるいは低く設定しても構わない。
【００７０】
また、上記説明では、塗布前クーリングによるウエハ温度管理と、ウエハ保持手段に基づくウエハ温度管理と、レジスト温度管理とを併用する場合を例示したが、形成する膜厚の許容寸法精度に合わせて、上記管理の少なくともいずれか一つを外すようにしても構わない。
【００７１】
スピンチャックの温度制御を行う説明では、シャフトの冷却用の温調水により温度制御した気体を用いる構成を例に挙げて説明したが、温調水以外の手段で所定温度に設定した気体を温調空間内に導入するようにして行っても構わない。かかる場合には、モータフランジ内の温調水配管と給気配管とを、図１に示すような二重配管構造とすることなく、互いの温度が影響を及ばさないように独立して敷設しておけばよく、温調水温度と気体温度とを異なる温度に設定することも可能となる。
【００７２】
ウエハ保持手段の温度制御をスピンチャックの温調空間に流す気体により行う場合を示したが、止水処理を施すことで、シャフト冷却用の温調水を直接用いて、スピンチャックの温度制御を行うようにしても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、スピンコーター法によるレジスト膜の形成工程等のウエハ上への塗布膜形成工程における膜厚均一性の向上技術等の半導体装置の製造技術に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施の形態であるスピンコーターに構成した半導体製造装置の全体構成の概略を模式的に示す断面図である。
【図２】これまでのスピンコーターの全体構成の概略を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明に係る半導体装置の製造方法におけるレジスト膜形成手順の一例を示すフロー図である。
【図４】（ａ）は塗布前クーリングにおけるクーリング温度とレジスト膜の膜厚均一性との関係を示す図であり、（ｂ）は塗布するレジスト温度のウエハ温度とレジスト膜の膜厚均一性との関係を示す図である。
【図５】レジスト膜の膜厚と半導体装置の寸法精度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０      半導体製造装置
１０ａ    スピンコーター
１１      スピンチャック
１１ａ    ウエハ吸着部
１１ｂ    胴体部
１１ｃ    外壁
１２      スピンモータ
１２ａ    シャフト
１３      モータフランジ
１３ａ    立ち上げ部
１３ｂ    仕切板
１４      カップベース
１５      バックリンス
１６      温調水配管
１６ａ    給水口
１６ｂ    排水口
１７      給気配管
１７ａ    排気口
１８      軸受け部
１９      温調空間
１９ａ    排気口
Ａ        膜厚限界
Ｂ        膜厚限界
ｄ        膜厚レンジ
ｅ        寸法差
Ｐ        目標膜厚
Ｑ        膜厚
【図３】
2005217251.tif 000003
【図４】
2005217251.tif 000004
【図５】
2005217251.tif 000005
【図１】
2005217251.tif 000006
【図２】
2005217251.tif 000007