(57)【要約】【課題】半導体基板の昇降温時の温度過渡特性および、基板面内の温度均一性を向上させた半導体基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１を加熱する台座４にヒータ６を内蔵し、また、この台座４の表面上に接触して設置された熱伝導板５にはヒータ６と対向する位置に温度計９を内蔵させる。そして、半導体基板１と熱伝導板５との対向面を支持体７によって一定の微小距離をおいて平行に保持した状態で、温度制御ユニット１０によって温度計９で測定された測定温度と予め設定された設定温度とに基づき、測定温度が設定温度となるようにヒータ６の温度制御とともに、固定ネジ２とモータ３を制御して台座４と熱伝導板５との接触圧を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に所定のパターンを露光する工程と、
前記露光後の半導体基板を、ヒータを内蔵した台座の表面に設置された熱伝導板と一定の距離をおいて、前記熱伝導板の表面に対して平行に配置する工程と、
前記ヒータに対応する位置の前記熱伝導板の温度に基づいて前記熱伝導板と前記台座との接触圧を調整することにより、前記ヒータから前記半導体基板へ伝わる熱量を調整するとともに前記半導体基板を加熱する工程と、
前記加熱後に前記レジスト膜を現像し、レジストパターンを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記加熱工程において、前記測定された温度が予め設定された温度となる状態に前記台座と前記熱伝導板との接触圧を調整する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記加熱工程において、前記測定された温度から算出される測定温度の時間的な変化速度が一定となる状態に前記台座と前記熱伝導板との接触圧を調整する請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記熱伝導板の温度が、前記半導体基板と平行な面内の互いに異なる複数個所で計測され、測定された各温度に応じて、それぞれの温度測定箇所に対応する位置の前記台座と前記熱伝導板との接触圧を調整する請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体基板の表面にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に所定のパターンを露光する工程と、
前記露光後の半導体基板を、ヒータを内蔵した加熱ブロックの表面から一定の距離をおいて、前記加熱ブロックの表面に対して平行に配置する工程と、
前記ヒータに対応する位置の、前記半導体基板と前記ヒータとの間の前記加熱ブロックの温度に基づいて、前記加熱ブロックを移動させて前記半導体基板と前記加熱ブロックとの間の距離を調整することにより、前記ヒータから前記半導体基板へ伝わる熱量を調整するとともに前記半導体基板を加熱する工程と、
前記加熱後に前記レジスト膜を現像し、レジストパターンを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記加熱工程において、前記測定された温度が予め設定された温度となる状態に前記半導体基板と前記加熱ブロックとの間の距離を調整する請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記加熱工程において、前記測定された温度から算出される測定温度の時間的な変化速度が一定となる状態に前記半導体基板と前記加熱ブロックとの間の距離を調整する請求項５または６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記加熱ブロックが前記半導体基板と対向する位置に複数配置され、各加熱ブロックにおいて測定された各温度に応じて、前記半導体基板と各加熱ブロックとの間の距離を調整する請求項５から７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記レジスト膜が化学増幅型レジスト膜である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
半導体基板を加熱して熱処理する半導体基板処理装置であって、
半導体基板を加熱するヒータを内蔵した台座と、
前記台座の表面に設置された熱伝導板と、
前記ヒータに対応して前記熱伝導板に内蔵された温度測定手段と、
前記熱伝導板の表面から一定の距離をおいて、前記半導体基板を前記熱伝導板の表面に対して平行に保持する支持体と、
前記台座と前記熱伝導板との接触圧を調整する接触圧調整手段と、
前記温度測定手段により測定された温度に基づいて前記接触圧調整手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする半導体基板処理装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記温度測定手段により測定された温度が、予め設定された温度となる状態に前記台座と前記熱伝導板との接触圧を調整する請求項１０記載の半導体基板処理装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記温度測定手段により測定された温度から算出される測定温度の時間的な変化速度が一定となる状態に前記台座と前記熱伝導板との接触圧を調整する請求項１０または１１記載の半導体基板処理装置。
【請求項１３】
前記接触圧調整手段が、
前記台座に螺合された固定ネジと、
前記固定ネジを回転駆動するモータと、
を備える請求項１０から１２のいずれか１項に記載の半導体基板処理装置。
【請求項１４】
前記温度測定手段が前記半導体基板と対向する面内の複数個所に分散して配置され、前記ヒータおよび前記接触圧調整手段が前記複数の温度測定手段のそれぞれに対応して設けられた請求項１０から１３のいずれか１項に記載の半導体基板処理装置。
【請求項１５】
半導体基板を加熱して熱処理する半導体基板処理装置であって、
半導体基板を加熱するヒータを内蔵した加熱ブロックと、
前記加熱ブロックの表面から一定の距離をおいて、前記半導体基板を前記加熱ブロックの表面に対して平行に保持する支持体と、
前記ヒータに対応して、前記支持体に保持された半導体基板と前記ヒータとの間の前記加熱ブロックに内蔵された温度測定手段と、
前記加熱ブロックの位置を移動させることにより、前記支持体に保持された半導体基板と前記加熱ブロックとの間の距離を変更する位置調整手段と、
前記温度測定手段により測定された温度に基づいて前記位置調整手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする半導体基板処理装置。
【請求項１６】
前記制御手段は、前記温度測定手段により測定された温度が、予め設定された温度となる状態に前記支持体に保持された半導体基板と前記加熱ブロックとの間の距離を調整する請求項１５記載の半導体基板処理装置。
【請求項１７】
前記制御手段は、前記温度測定手段により測定された温度に基づいて算出される測定温度の時間的な変化速度が一定となる状態に前記支持体に保持された半導体基板と前記加熱ブロックとの間の距離を調整する請求項１５または１６記載の半導体基板処理装置。
【請求項１８】
前記位置調整手段が、
加熱ブロックに固定された固定ネジと、
前記固定ネジを回転駆動するモータと、
を備える請求項１５から１７のいずれか１項に記載の半導体基板処理装置。
【請求項１９】
前記加熱ブロックが、前記半導体基板に対向する位置に複数配置され、前記複数の加熱ブロックのそれぞれが、前記ヒータ、前記温度測定手段および前記位置調整手段を備える請求項１５から１８のいずれか１項に記載の半導体基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体基板処理装置に関し、例えば、パターン形成工程において半導体基板のベーキング処理を行う場合に適用される半導体装置の製造方法および半導体基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板処理のパターン形成工程においては、設計された回路パターンレイアウト情報を微細加工に必要なレジストパターンに変換するリソグラフィ技術が用いられている。このリソグラフィ技術では、半導体基板（ウエハ）上に感光性樹脂であるレジストを塗布する工程、化学増幅型レジストを用いる場合にはウエハ上のレジストに回路パターンを露光後、ウエハをベーキング処理してレジスト内部の反応を促進させる工程、露光されたレジストを現像する工程等のサブ工程が含まれている。
【０００３】
上記のようなサブ工程のうち、レジストを塗布した後、あるいはレジスト膜にパターンを露光した後のウエハにベーキングを施すベーキング工程では、ウエハ加温装置が使用されている（例えば、特許文献１等参照。）。図５は、従来のウエハ加温装置を示す概略断面図である。
【０００４】
図５に示すウエハ加温装置は、最近の２５０ｎｍノード〜４５ｎｍノードの半導体製造プロセスにおけるフォトリソグラフィ工程（以下、フォトリソ工程という）で用いられる。このような半導体製造プロセスのフォトリソ工程では、ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマリソグラフィ用の化学増幅型レジストが採用され、露光後に、このウエハ加温装置によってウエハをベーキングする。当該ベーキングにより、露光された部分のレジスト膜中に発生した酸と、レジスト基材である樹脂の水酸基部分との脱水反応が促進される。脱水反応が生じた部分は、現像液に可溶になる。
【０００５】
図５に示すように、従来のウエハ加温装置は、ウエハ１が載置される台座４を備える。台座４の内部には、ウエハ１を加熱するためのヒータ６および熱電対や抵抗測温体などからなる温度計９が埋め込み配置されている。温度制御ユニット１０は、温度計９からの温度情報に基づいてヒータ６に与える電圧を変化させて、台座４の温度を制御する。
【０００６】
また、台座４の周囲には、ステンレスやアルミニウム等の材料からなる熱板カバー８が設けられている。そして、熱板カバー８は、台座４（ヒータ６）で発生し、伝播された熱を、輻射熱によりウエハ１に伝える機能を有している。また、ウエハ１は、台座４上面の周縁部に配置された複数個のギャップピン７の上に載置されており、ウエハ１の裏面と台座４の表面との間に介在する非常に狭いギャップを介して、ウエハ１は間接的に台座４から加熱される。
【０００７】
このように、ウエハ１は、温度制御ユニット１０による温度制御の下で熱板カバー８からの輻射と台座４からの熱供給を受ける。また、このウエハ加温装置では、エアーが台座４と熱板カバー８との間隙部１１から供給され、熱板カバー８の中央部に設けられた排気口１２からエアーが排気されるようになっている。
【特許文献１】特開２００６−２４５５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、化学増幅型レジストを塗布したウエハに回路パターンを露光した後にベーキング処理を施し、その後に現像処理を行った場合の現像後のパターン寸法は、露光後のレジスト中の反応機構を考慮すると、ベーキング処理でどれだけ熱を受けたか、すなわち温度の時間積分である積算温度で決定される。最近の６５ｎｍや４５ｎｍといった微細なパターン寸法の半導体集積回路を安定して製造するためには、レジスト寸法の安定形成が一層厳しく要求されてきており、そのためには上記のベーキング温度自体だけでなく積算温度も精密に制御することが必要となる。
【０００９】
しかしながら、図５のような従来のウエハ加温装置では、温度制御に用いるパラメータは、ヒータ６に供給される電力（電圧または電流）のみである。そのため、ウエハ１が温度制御によって昇温、降温される際の過渡特性、すなわち昇降温の変化速度まで制御することは困難であるという問題がある。その理由は、温度計９で検出した温度を温度制御ユニット１０に入力し、温度制御ユニット１０が検出温度に基づいてヒータ６の電力を制御して所定の温度にするときの温度レスポンスがそれほど速くなく、また、温度計９の個体差などの要因もあるためである。
【００１０】
このように、従来装置において、昇温、降温される際の過渡特性の制御性が悪いことは、最終的に設定温度自体の制御性も悪いことを意味する。したがって、化学増幅型レジストのような温度依存性の高いレジストを使用する６５ｎｍ、４５ｎｍノードの半導体集積回路のパターンを安定に形成するために必要とされる温度均一性のレンジ幅を±０．０５℃以下とする温度制御を従来のウエハ加温装置で実現することは困難である。
【００１１】
例えば、温度制御を受けているウエハ１の中心部の昇温速度が２．５℃／秒であるときに、ウエハ１の外周部の昇温速度は、熱板カバー８内のエアーの流速や、ヒータ６、温度計９の特性などに起因する温度制御のばらつきや、熱板カバー８からの熱輻射量の違いによる影響を受けて２．０℃／秒程度になる。また、ヒータ６を電力のみで制御する場合は、上述のようにウエハ１の全面を温度均一に制御することは困難であり、例えばウエハ面内の温度均一性のレンジ幅は±０．２℃程度である。このような昇温速度の違いや、ウエハ面内の温度ばらつきによって、例えば温度依存性の高いレジストにおける現像後の寸法ばらつきは±０．４ｎｍにも達する。このばらつきがＭＯＳトランジスタのゲート電極などに発生した場合には、ウエハ面内において均一なトランジスタ性能を満たすことができなくなる。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、半導体基板の昇降温時の温度過渡特性および基板面内の温度均一性を向上させることにより、従来よりも半導体基板処理時の品質を高めることが可能な半導体装置の製造方法および半導体基板処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するため本発明は、以下の技術的手段を採用している。すなわち、本発明に係る半導体装置の製造方法では、まず、半導体基板の表面にレジスト膜が形成される。次いで、半導体基板上のレジスト膜に所定のパターンが露光される。露光後の半導体基板は、ヒータを内蔵した台座の表面に設置された熱伝導板と一定の距離をおいて、熱伝導板の表面に対して平行に配置される。そして、半導体基板が加熱される。このとき、上記ヒータに対応する位置の熱伝導板の温度に基づいて、熱伝導板と台座との接触圧が調整することにより、ヒータから半導体基板へ伝わる熱量が調整される。レジスト膜は、加熱後に現像され、レジストパターンが形成される。
【００１４】
本構成によれば、半導体基板の加熱処理時において、ヒータの温度制御だけでなく台座と熱伝導板との接触圧を調整することができるため、半導体基板に対する昇降温時に、ヒータから半導体基板へ伝わる熱量（温度伝達速度）を極めて短時間で調整することができる。また、従来よりも温度制御項目が増えるため、半導体基板の面内の温度均一性をより高めることができる。その結果、半導体装置の品質を向上させることが可能となる。
【００１５】
上記加熱工程では、台座と熱伝導板との接触圧は、例えば、測定された温度が予め設定された温度となる状態に調整される。また、台座と熱伝導板との接触圧は、測定された温度から算出される測定温度の時間的な変化速度が一定となる状態に調整されてもよい。この場合、半導体基板の昇降温時の温度過渡特性も一定にすることができるため、積算温度も精密に制御することが可能となり、回路パターンの寸法精度をより高めることができる。
【００１６】
さらに、上記熱伝導板の温度は、半導体基板と平行な面内の互いに異なる複数個所で計測され、測定された各温度に応じて、それぞれの温度測定箇所に対応する位置の台座と熱伝導板との接触圧を調整する構成を採用することが好ましい。これにより、半導体基板の温度制御が一層容易となり、温度制御精度をより高めることができる。
【００１７】
また、本発明に係る他の半導体装置の製造方法では、まず、半導体基板の表面にレジスト膜が形成される。次いで、半導体基板上のレジスト膜に所定のパターンが露光される。露光後の半導体基板は、ヒータを内蔵した加熱ブロックの表面から一定の距離をおいて、前記加熱ブロックの表面に対して平行に配置される。そして、半導体基板が加熱される。このとき、上記ヒータに対応する位置の、半導体基板とヒータとの間の加熱ブロックの温度に基づいて、加熱ブロックを移動させて半導体基板と加熱ブロックとの間の距離を調整することにより、ヒータから半導体基板へ伝わる熱量が調整される。レジスト膜は、加熱後に現像され、レジストパターンが形成される。
【００１８】
本構成によれば、半導体基板の加熱処理時において、ヒータの温度制御だけでなく半導体基板と加熱ブロックとの間の距離を調整することができるため、半導体基板に対する昇降温時に、ヒータから半導体基板へ伝わる熱量（温度伝達速度）を極めて短時間で調整することができる。また、従来よりも温度制御項目が増えるため、半導体基板の面内の温度均一性をより高めることができる。その結果、半導体装置の品質を向上させることが可能となる。
【００１９】
上記加熱工程では、半導体基板と加熱ブロックとの間の距離は、例えば、測定された温度が予め設定された温度となる状態に調整される。また、半導体基板と加熱ブロックとの間の距離は、測定された温度から算出される測定温度の時間的な変化速度が一定となる状態に調整されてもよい。この場合、半導体基板の昇降温時の温度過渡特性も一定にすることができるため、積算温度も精密に制御することが可能となり、回路パターンの寸法精度をより高めることができる。
【００２０】
さらに、上記加熱ブロックが半導体基板と対向する位置に複数配置され、各加熱ブロックにおいて測定された各温度に応じて、半導体基板と各加熱ブロックとの間の距離を調整する構成を採用することが好ましい。これにより、半導体基板の温度制御が一層容易となり、温度制御精度をより高めることができる。
【００２１】
なお、以上の半導体装置の製造方法は、半導体基板面内の温度のレンジ幅を±０．０５℃以下とした制御が実現できるため、レジスト膜が化学増幅型レジスト膜である場合に特に好適である。
【００２２】
一方、他の観点では、本発明は、半導体基板を加熱して熱処理する半導体基板処理装置を提供することができる。すなわち、本発明に係る半導体基板処理装置は、半導体基板を加熱するヒータを内蔵した台座を備える。当該台座の表面には、熱伝導板が設置されている。また、当該熱伝導板には、上記ヒータに対応する温度測定手段が内蔵されている。半導体基板は、支持体により、熱伝導板の表面から一定の距離をおいて、熱伝導板の表面に対して平行に保持される。さらに、本半導体基板処理装置は、上記台座と上記熱伝導板との接触圧を調整する接触圧調整手段と、上記温度測定手段により測定された温度に基づいて接触圧調整手段を制御する制御手段とを備える。
【００２３】
本半導体基板処理装置によれば、半導体基板の加熱処理時において、ヒータの温度制御だけでなく接触圧調整手段によって台座と熱伝導板との接触圧を調整できるので、半導体基板に対する昇降温時に、ヒータから半導体基板へ伝わる熱量（温度伝達速度）を極めて短時間で調整することができる。また、従来よりも温度制御項目が増えるため、半導体基板の面内の温度均一性をより高めることができ、半導体装置の品質を向上させることができる。
【００２４】
この半導体基板処理装置において、制御手段は、例えば、上記温度測定手段により測定された温度が、予め設定された温度となる状態に台座と熱伝導板との接触圧を調整する。また、制御手段は、温度測定手段により測定された温度から算出される測定温度の時間的な変化速度が一定となる状態に台座と熱伝導板との接触圧を調整してもよい。
【００２５】
また、上記接触圧調整手段として、例えば、上記台座に螺合された固定ネジと、当該固定ネジを回転駆動するモータとを備える構成を採用することにより、簡単かつ安価な構成で台座と熱伝導板との接触圧を調整することができる。さらに、上記温度測定手段は、半導体基板と対向する面内の複数個所に分散して配置され、ヒータおよび接触圧調整手段は、複数の温度測定手段のそれぞれに対応して設けられることが好ましい。
【００２６】
また、本発明に係る他の半導体基板処理装置は、半導体基板を加熱するヒータを内蔵した加熱ブロックを備える。半導体基板は、支持体により、加熱ブロックの表面から一定の距離をおいて、加熱ブロックの表面に対して平行に保持される。支持体に保持された半導体基板と上記ヒータとの間の加熱ブロックには、上記ヒータに対応する温度測定手段が内蔵されている。さらに、本半導体基板処理装置は、加熱ブロックの位置を移動させることにより、支持体に保持された半導体基板と加熱ブロックとの間の距離を変更する位置調整手段と、上記温度測定手段により測定された温度に基づいて位置調整手段を制御する制御手段とを備える。
【００２７】
本半導体基板処理装置によれば、半導体基板の加熱処理時において、ヒータの温度制御だけでなく位置調整手段によって支持体に保持された半導体基板と加熱ブロックとの間の距離を調整できるので、半導体基板に対する昇降温時に、ヒータから半導体基板へ伝わる熱量（温度伝達速度）を極めて短時間で調整することができる。また、従来よりも温度制御項目が増えるため、半導体基板の面内の温度均一性をより高めることができ、半導体装置の品質を向上させることができる。
【００２８】
この半導体基板処理装置において、制御手段は、例えば、上記温度測定手段により測定された温度が、予め設定された温度となる状態に支持体に保持された半導体基板と加熱ブロックとの間の距離を調整する。また、制御手段は、温度測定手段により測定された温度から算出される測定温度の時間的な変化速度が一定となる状態に支持体に保持された半導体基板と加熱ブロックとの間の距離を調整してもよい。
【００２９】
また、上記位置調整手段として、例えば、上記加熱ブロックに固定された固定ネジと、当該固定ネジを回転駆動するモータとを備える構成を採用することにより、簡単かつ安価な構成で台座と熱伝導板との接触圧を調整することができる。さらに、上記加熱ブロックは、半導体基板に対向する位置に複数配置され、複数の加熱ブロックのそれぞれが、上記ヒータ、上記温度測定手段および上記位置調整手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、温度の伝達速度を極めて短時間で制御できるため、半導体基板を熱処理する際の、半導体基板の温度上昇時および温度下降時の、面内温度分布を極めて均一にすることができる。また、従来よりも制御項目が増えることから、より高精度なウエハ面内温度均一性を実現できる。その結果、加熱処理時のベーキング温度だけでなく積算温度も精密に制御することが可能となり、半導体装置の品質を向上させることが可能となる。
【００３１】
特に、本発明によれば、半導体基板面内の温度均一性のレンジ幅を±０．０５℃以下に温度制御できるため、熱処理中の化学増幅型レジスト膜内での反応の進行を均一かつ一定にすることができる。したがって、現像後のパターン寸法精度を高めることができ、６５ｎｍノード、４５ｎｍノードの半導体製造プロセスにおいても、微細なレジストパターンを安定して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】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、本発明の半導体基板処理装置をウエハ加温装置として具体化している。
【００３３】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態におけるウエハ加温装置を示す縦断面図であり、図２は当該装置の台座部分を示す横断面図である。図１および図２において、図５に示した従来技術と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付している。
【００３４】
図１に示すように、本実施形態のウエハ加温装置は、被処理対象となる半導体基板１（以下、ウエハ１という。）よりも僅かに大きい外径を有する円板状の台座４と、台座４の上面に接して配置された、台座４とほぼ同じ外径を有する円板状の熱伝導板５とを備える。熱伝導板５と台座４とは、別体で構成されるが、共に、例えばアルミニウム、銅、ステンレスなどの材料により構成することができる。本実施形態では、台座４の厚さは１〜５ｃｍであり、熱伝導板５の厚さは、０．５〜３ｃｍ程度である。
【００３５】
台座４の内部にはウエハ１をベーキング処理（加熱処理）するためのニクロム線などで形成されるリング状のヒータ６が複数個内蔵されている。また、熱伝導板５の内部には、熱電対もしくは抵抗測温体からなる温度計９が各々のヒータ６と対向する位置に埋設されている。図２に示すように、本実施形態では、各ヒータ６は、台座４の軸心位置およびその軸心の周りに等間隔に９個配置されている。なお、図２は、図１のヒータ６を含む平面における横断面図であり、台座４は外形のみを示している。
【００３６】
図１に示すように、熱伝導板５の上面の周縁部には複数個の円柱状の支持体７（以下、ギャップピン７という。）が熱伝導板５と同心状に配置されている。ウエハ１は、ギャップピン７に裏面が実質的に点接触して載置される。また、ギャップピン７に支持されたウエハ１と熱伝導板５との間には０．１〜０．５ｍｍ程度のギャップが確保され、実質的に熱輻射とギャップに存在するエアーを介した熱伝導とによってウエハ１が加熱される。なお、ギャップピン７は、ウエハ１を熱伝導板５の表面と平行に支持可能であればよく、その数および形状は任意である。
【００３７】
台座４および熱伝導板５の周囲は、ステンレスやアルミニウムからなる熱板カバー８で覆われている。ウエハ１の表面と熱板カバー８の内面との距離は、１〜３ｃｍ程度である。また、本実施形態のウエハ加温装置では、台座４および熱伝導板５と熱板カバー８との間の間隙１１からエアーが供給されてウエハ１の表面上を通過し、熱板カバー８の中央部に形成された開口１２から外部にエアーが排出される。このエアーの流れは、熱板カバー８からウエハ１への輻射熱量の調節や、ウエハ加温装置の温度を低温に変更する際の冷却に用いられる。
【００３８】
さらに、このウエハ加温装置では、各ヒータ６に対応してモータ３およびモータ３の回転軸に接続された固定ネジ２が設けられている。そして、このモータ３および固定ネジ２によって、台座４と熱伝導板５との接触圧を調整する接触圧調整手段が構成されている。各固定ネジ２は、ヒータ６のリング中心および台座４をそれぞれ貫通して形成されたネジ穴に螺合されるとともに、熱伝導板５の内部へ達し、熱伝導板５の内部においてその先端に直径が広がった拡径部２ａが設けられている。この拡径部２ａが熱伝導板５内に遊嵌されている。これにより、固定ネジ２の拡径部２ａの熱伝導板５からの抜け出しが阻止されるとともに、各モータ３を回転させて固定ネジ２に一定のトルクを与えることで、台座４と熱伝導板５とを互いに締め付けることができる。また、固定ネジ２に与えるトルクを調整することで、台座４と熱伝導板５との接触圧が調整できるとともに、固定ネジ２のトルクを緩めると極端な場合は台座４と熱伝導板５との間にギャップを形成することも可能である。なお、本実施形態では、台座４およびモータ３は、図示しない固定部材により、その位置が固定されている。
【００３９】
上記構成のウエハ加温装置を用いたウエハ１のベーキング処理は、以下のようにして行われる。ギャップピン７上にウエハ１が載置され、ベーキング処理が開始されると、まず、温度制御ユニット１０が、ヒータ６に電力を投入する。そして、温度制御ユニット１０は、熱伝導板５の内部に配置された各温度計９により計測された温度を、例えば、予め設定されている所定の時間間隔で取得する。このとき、温度制御ユニット１０は内部の図示しないメモリに記憶されている設定温度と取得した測定温度との比較を行う。
【００４０】
その結果、熱伝導板５のある特定の箇所の測定温度が設定温度より低い場合には、温度制御ユニット１０はその温度計９に対応する位置にあるヒータ６に与える電力（電圧もしくは電流）を増加させ、台座４のその特定箇所の温度を上昇させる。それと同時に、温度制御ユニット１０は、その特定箇所にあるヒータ６に対応して設置されたモータ３を駆動させて固定ネジ２の締め付けを強め、その特定箇所における台座４と熱伝導板５との接触圧力を増加させる。これにより、ヒータ６からの熱がより効率的に熱伝導板５へ伝導するため、ウエハ１の温度がより速やかに上昇する。
【００４１】
一方、熱伝導板５のある特定の箇所の測定温度が設定温度より高い場合には、温度制御ユニット１０は、その温度計９に対応する位置にあるヒータ６に与える電力（電圧もしくは電流）を減少させるか遮断し、台座４のその特定箇所の温度を下降させる。それと同時に、その特定箇所にあるヒータ６に対応して設置されたモータ３を駆動させて固定ネジ２の締め付けを緩め、その特定箇所における台座４と熱伝導板５との接触圧力を減少させる。これにより、ヒータ６からの熱が熱伝導板５へより伝導し難くなり、ウエハ１の温度がより速やかに下降する。
【００４２】
こうして台座４と熱伝導板５の接触部分を介した熱伝導板５からの熱輻射およびギャップ中のエアーを介した熱伝導と、熱板カバー８からの輻射熱とによって、ギャップピン７上に載置されたウエハ１の温度が制御される。なお、特に限定されないが、本実施形態では、台座４と熱伝導板５との接触表面を、粗面（例えば、表面粗さＲａが２μｍ以上２０μｍ以下）により形成している。これにより、温度伝達速度の制御幅を広くすることができる。
【００４３】
以上のように、本実施形態では、ウエハ１の温度制御に際して、台座４に設けられたヒータ６への電力投入量の制御に加えて、モータ３で固定ネジ２の回転トルクを調整することによって台座４と熱伝導板５との間の接触圧を制御する。このため、ヒータ６への電力投入量の制御のみを行う場合に比べると、台座４から熱伝導板５へ伝達される熱量（台座４から熱伝導板５への熱伝達速度）を短時間の内に制御することが可能となる。これにより、昇温速度、降温速度のような温度制御における過渡特性までもウエハ面内で一定になる温度制御を実現することができ、従来と比較してウエハ１の温度均一性が向上するとともに、積算温度も精密に制御することが可能となる。
【００４４】
このウエハ加温装置により実施されたウエハの温度特性を調べた結果、例えば、ウエハ面内の温度均一性のレンジ幅は±０．０５℃であり、また、ウエハ中心部の昇温速度が２．５℃／秒であるときに、ウエハ外周部の昇温上昇速度は２．４℃／秒であった。このことから、本実施形態の構成によれば、図５に示した従来構成のものに比べて、昇降温時の過渡特性が改善されていることが理解できる。
【００４５】
本実施形態のウエハ加温装置を、ウエハ上に塗布された化学増幅型レジストを露光した後のベーキング処理に適用すれば、ベーキング中のレジスト内反応の進行は均一かつ一定となり、現像後の６５ｎｍ、４５ｎｍといった微細なレジストパターンが安定して得られる。すなわち、具体的なフォトリソ工程におけるプロセスステップとしては、まず、ウエハ上に、例えばＫｒＦあるいはＡｒＦエキシマリソグラフィ用等の露光光の波長に感光性を有する化学増幅型レジストを塗布し、所定の温度でベーキング（プリベーク）を行う。次に、このウエハに半導体集積回路パターンを露光する。そして露光後、本発明によるウエハ加温装置にウエハを設置し、上記の方法で温度制御しながら一定時間ベーキングを行い、露光された部分のレジスト中に発生した酸とレジストを構成する樹脂の水酸基部分と脱水反応を進行させる。そして、このベーキング後、現像処理を行い、レジストパターンを形成する。
【００４６】
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態におけるウエハ加温装置の縦断面図、図４は当該装置の加熱ブロックの横断面図である。図３および図４において、図１および図２に示した第１の実施形態と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付している。
【００４７】
図３および図４に示すように、本実施形態のウエハ加温装置は、中央に配置された平面視で円形状の一つの加熱ブロックと、この加熱ブロックの周囲に沿って均等に配置された平面視で扇形の８個の加熱ブロックからなる計９個の加熱ブロック１４を備えている。そして、各加熱ブロック１４は、後述のように、それぞれ上下動可能に構成されているので、各加熱ブロック１４の最外周部分には、これらの加熱ブロック１４を位置決め集結させるための円筒状の集結体１３が配置されている。なお、図４は、図３のヒータ６を含む平面における横断面図であり、加熱ブロック１４（台座４）および集結体１３は外形のみを示している。そして、集結体１３上に設けられたギャップピン７が、ウエハ１を一定の高さに支持するようになっている。なお、ギャップピン７は、ウエハ１を加熱ブロック１４の表面（熱伝導体５の表面）と平行に支持可能であればよく、その数および形状は任意である。
【００４８】
各加熱ブロック１４は、台座４とその上に接して設けられた熱伝導板５とが一体的に接合されている。各台座４の内部にはウエハ１をベーキング処理するためのニクロム線などで形成されるリング状のヒータ６が内蔵されている。また、各熱伝導板５の内部には、熱電対もしくは抵抗測温体からなる温度計９が各々のヒータ６と対向する位置に埋設されている。
【００４９】
さらに、各々の加熱ブロック１４に対して、モータ３およびモータ３の回転軸に接続された固定ネジ２が設けられている。そして、このモータ３および固定ネジ２によって、ウエハ１に対して加熱ブロック１４の位置を移動させる位置調整手段が構成されている。各固定ネジ２は、ヒータ６のリング中心および台座４をそれぞれ貫通して形成されたネジ穴に螺合されるとともに、熱伝導板５の内部へ達し、熱伝導板５の内部においてその先端に直径が広がった拡径部２ａが設けられている。各加熱ブロック１４を構成する、台座４と熱伝導板５とは、各固定ネジ２により、実質的に等しいトルクで締め付けられ機械的に固定されている。したがって、各モータ３を回転させることで、各加熱ブロック１４が全体として上下動し、ウエハ１に対する高さを微調整（例えば、０．１〜１ｍｍ程度）することができる。その他の構成は図１および図２に示した第１の実施形態のウエハ加温装置と同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。なお、本実施形態では、モータ３は、図示しない固定部材により、その位置が固定されている。また、特に限定されないが、本実施形態では、第１の実施形態とは異なり、台座４と熱伝導板５との接触表面を粗面化していない。
【００５０】
上記構成のウエハ加温装置を用いたウエハ１のベーキング処理は、以下のようにして行われる。ギャップピン７上にウエハ１が載置され、ベーキング処理が開始されると、まず、温度制御ユニット１０が、ヒータ６に電力を投入する。そして、温度制御ユニット１０は、熱伝導板５の内部に配置された各温度計９により計測された温度を、例えば、予め設定されている所定の時間間隔で取得する。このとき、温度制御ユニット１０は内部の図示しないメモリに記憶されている設定温度と取得した測定温度との比較を行う。
【００５１】
その結果、熱伝導板５のある特定箇所の測定温度が設定温度より低い場合には、温度制御ユニット１０は、その温度計９に対応する位置にあるヒータ６に与える電力（電圧もしくは電流）を増加させ、台座４の温度を上昇させる。それと同時に、その特定箇所にあるヒータ６に対応して設置されたモータ３を駆動して固定ネジ２を回転させて当該加熱ブロック１４を上昇させ、熱伝導板５の表面とウエハ１の裏面との距離を近づける。これにより、熱伝導板５からの熱輻射量が増加し、ウエハ１の温度がより速やかに上昇する。
【００５２】
一方、熱伝導板５のある特定箇所の測定温度が設定温度よりも高い場合には、温度制御ユニット１０は、その温度計９に対応する位置にあるヒータ６に与える電力（電圧もしくは電流）を減少させるか遮断し、台座４の温度を下降させる。それと同時に、その特定箇所にあるヒータ６に対応して設置されたモータ３を駆動して固定ネジ２を回転させて当該加熱ブロック１４を下降させ、熱伝導板５の表面とウエハ１の裏面との距離を増加させる。これにより、熱伝導板５からの熱輻射量が減少し、ウエハ１の温度がより速やかに下降する。なお、図３では、中央の加熱ブロック１４の温度を制御するために下降させた状態を示している。
【００５３】
以上のようにして、熱伝導板５からの熱輻射およびギャップ中のエアーを介した熱伝導と、熱板カバー８からの輻射熱とによってギャップピン７上に載置されたウエハ１の温度が制御される。
【００５４】
以上のように、本実施形態では、ウエハ１の温度制御に際して、加熱ブロック１４の台座４に設けられたヒータ６への電力投入量を調整する制御に加えて、モータ３の回転軸に接続された固定ネジ２を回転させて加熱ブロック１４の熱伝導板５の表面とウエハ１の裏面との間の距離を制御する。このため、ヒータ６への電力投入量の制御のみを行う場合に比べると、熱伝導板５からウエハ１へ伝達される熱量を短時間の内に制御することが可能となる。これにより、第１の実施形態の構成と同様、昇温速度、降温速度のような温度制御における過渡特性までもウエハ面内で一定になる温度制御を実現することができ、従来と比較してウエハ１の温度均一性が向上するとともに、積算温度も精密に制御することが可能となる。
【００５５】
このウエハ加温装置を使用して実施されたウエハ１の温度特性を調べた結果も、例えばウエハ面内の温度均一性のレンジ幅は±０．０５℃であり、また、ウエハ中心部の温度上昇速度が２．５℃／秒であるときに、ウエハ外周部の温度上昇速度は２．４℃／秒であった。このことから、本実施形態の構成によれば、図５に示した従来構成のものに比べて、昇降温時の過渡特性が改善されていることが理解できる。
【００５６】
なお、上記では、加熱ブロック１４を台座４と熱伝導板５とで構成したが、本実施形態では、加熱ブロック１４は、台座４と熱伝導板５とに分割されていることは必須ではなく、一体で形成されていてもよい。
【００５７】
（第３の実施形態）
上記第１および第２の実施形態では、ウエハ温度制御プロセス中に、特に熱伝導板５中の温度測定位置における昇温、降温時の変化速度を一定にすることができる構成を説明した。すなわち、第１の実施形態では台座４と熱伝導板５との接触圧を、第２の実施形態では加熱ブロック１４の熱伝導板５の表面とウエハ１の裏面との距離を、熱伝導板５に埋設された温度計９によって測定された温度に基づいて調整した。
【００５８】
しかしながら、ウエハ１の温度制御のうち、昇温、降温の速度制御に限定すると、測定温度以外の物理量に基づいて上述の調整を行うことも可能である。そこで、本実施形態では、温度計９による測定温度の単位時間あたりの変化速度に基づいて、上述の調整を行う構成を説明する。
【００５９】
本実施形態では、例えば、図１および図２に示した構成を有するウエハ加温装置の測定ユニット１０が各々の温度計９から温度制御ユニット１０に対して連続的に入力される測定温度に基づいて単位時間あたりの温度の変化速度を算出し、各箇所における変化速度が同一になるように温度制御を行う。このような温度制御は、例えば温度制御ユニット１０に昇温、降温時の変化速度の設定値（温度勾配）を予め記憶しておき、設定値を基準として測定温度の変化速度を制御したり、あるいは、熱伝導板の中央部のような予め定められた位置における測定温度の時間的変化を基準として他の箇所の測定温度の時間的変化を制御したりすることで実現可能である。
【００６０】
具体的には、第１の実施形態（図１および図２）で示した構成のウエハ加温装置では、各温度計９を含む領域での温度の時間的変化速度が同一になるように、台座４と熱伝導板５との接触圧を調整する。例えば、温度制御ユニット１０により、ウエハ中央の温度上昇速度が２．５℃／秒、ウエハ外周の温度上昇速度が２．０℃／秒と算出されたとすると、ウエハ外周の温度上昇速度がウエハ中央よりも遅いので、温度制御ユニット１０は、ウエハ外周の締め付けトルクを１０Ｎ・ｍから１５Ｎ・ｍに変更して台座４と熱伝導板５との接触圧力を増加させ、ウエハ外周の温度上昇速度を増大させる。
【００６１】
この方法で温度の過渡特性をウエハ面内で一定に制御したウエハ１の温度特性を調べた結果は、例えば、ウエハ中心部の温度上昇速度が２．５℃／秒であるときに、ウエハ外周部の温度上昇速度は２．４℃／秒であった。また、ウエハ面内の温度均一性のレンジ幅は±０．０５℃であった。
【００６２】
また、第２の実施形態（図３および図４）で示した構成のウエハ加温装置では、熱伝導板５を含む各加熱ブロック１４における温度の時間的変化速度が同一になるように、各加熱ブロック１４の高さ位置、すなわちウエハ１の裏面と熱伝導板５表面との間の距離を調整する。例えば、温度制御ユニット１０により、ウエハ中央の温度上昇速度が２．５℃／秒、ウエハ外周の温度上昇速度が２．０℃／秒と算出されたとすると、ウエハ外周の温度上昇速度がウエハ中央よりも遅いので、ウエハ１の外周における熱伝導板５までの距離を０．２ｍｍから０．１ｍｍに変更してウエハ１の裏面と熱伝導板５表面との間の距離を短くし、ウエハ外周の温度上昇速度を増大させる。
【００６３】
この方法で温度の過渡特性をウエハ面内で一定に制御したウエハ１の温度特性を調べた結果は、例えば、ウエハ中心部の温度上昇速度が２．５℃／秒であるときに、ウエハ外周部の温度上昇速度は２．４℃／秒であった。また、ウエハ面内の温度均一性のレンジ幅は±０．０５℃であった。
【００６４】
以上説明したように、本発明によれば、温度の伝達速度を極めて短時間で制御できるため、半導体基板を熱処理する際の、半導体基板の温度上昇時および温度下降時の、面内温度分布を極めて均一にすることができる。また、従来よりも制御項目が増えることから、より高精度なウエハ面内温度均一性を実現できる。その結果、加熱処理時のベーキング温度だけでなく積算温度も精密に制御することが可能となり、半導体装置の品質を向上させることが可能となる。特に、本発明によれば、半導体基板面内の温度均一性のレンジ幅を±０．０５℃以下に温度制御できるため、熱処理中の化学増幅型レジスト膜内での反応の進行を均一かつ一定にすることができる。したがって、現像後のパターン寸法精度を高めることができ、６５ｎｍノード、４５ｎｍノードの半導体製造プロセスにおいても、微細なレジストパターンを安定して形成することが可能となる。
【００６５】
なお、以上で説明した各実施形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、上記各実施形態では、主にリソグラフィ技術の化学増幅型レジストを使用するレジストパターン形成技術に適用するウエハ加温装置について説明したが、本発明はこのようなリソグラフィ技術のみに限定されるものではなく、加温を目的とするヒータを具備する半導体基板処理装置、例えば熱処理炉にも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、半導体基板の昇降温時の温度過渡特性および基板面内の温度均一性を向上させることができ、半導体装置の製造方法および半導体基板処理装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるウエハ加温装置を示す縦断面図
【図２】本発明の第１の実施形態におけるウエハ加温装置の台座部分の横断面図
【図３】本発明の第２の実施形態におけるウエハ加温装置を示す縦断面図
【図４】本発明の第２の実施形態におけるウエハ加温装置の加熱ブロックの横断面図
【図５】従来のウエハ加温装置の縦断面図
【符号の説明】
【００６８】
１  ウエハ（半導体基板）
２  固定ネジ（接触圧調整手段、位置調整手段）
３  モータ（接触圧調整手段、位置調整手段）
４  台座
５  熱伝導板
６  ヒータ
７  ギャップピン（支持体）
８  熱板カバー
９  温度計
１０  温度制御ユニット（制御手段）
１４  加熱ブロック
【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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