JP2006245505A - 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 リソグラフィ工程における大口径半導体ウエハの面内温度均一性を向上させ、より高精度なパターン形成が可能な半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供する。
【解決手段】 半導体ウエハ１を、所定の間隙を介してホットプレート２上に載置する工程と、前記ホットプレート２を所定温度に制御する工程と、前記ホットプレート２の前記半導体ウエハ１載置面に設けられた複数の開口部４より、熱伝導ガスを前記半導体ウエハ１裏面に導入する工程を備え、間隙を狭小化する及び／又は熱伝導ガスの供給流量を面内で制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばレジストを塗布した半導体ウエハを加熱する工程を備える半導体装置の製造方法と、これに用いられる半導体製造装置に関する。

一般に、半導体装置の配線パターン等を転写するリソグラフィ工程において、レジスト寸法のウエハ面内均一性は、ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）におけるウエハ温度の均一性に依存している。ＰＥＢは、通常ホットプレート上に半導体ウエハを載置、加熱する手法が用いられているが、半導体ウエハ裏面からの汚染を防止するため、図５に示すような直接ホットプレートに接触させないＰｒｏｘｉｍｉｔｙ構造が採用されている。さらに、熱伝導性を向上させるために、ホットプレートと５ｍｍの間隔で載置した半導体ウエハとの間に、加熱した非反応性ガスを供給する手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開平７−２５４５５７号公報

近年、電子機器の高性能化、小型化、低価格化等の要求に伴い、半導体装置の微細化及び半導体ウエハの大口径化が要求されている。しかしながら、リソグラフィ工程において、パターン寸法の微細化により高精度の制御が必要となる一方、半導体ウエハの大口径化により半導体ウエハ温度の面内均一性が悪化し、半導体ウエハ中心部と周辺部でパターン寸法のばらつきが生じるという問題が生じた。

例えば、半導体ウエハが大口径化（例えば１２インチ）するため、加熱などのストレスにより、半導体ウエハに１００μｍ程度の大きな凸状又は凹状の反りを生じる。従って、ＰＥＢ時に半導体ウエハ裏面とホットプレート間の距離が半導体ウエハ面内で変動し、その距離のばらつきにより、半導体ウエハ面内で温度もばらついてしまう。そして、例えば、凸状に反りが生じた場合、中心部と比較して周辺部の温度が上昇するため、感度が向上し、配線幅が細るという現象が生じる。このとき、温度が１度変わると、実際数ｎｍのパターン寸法の変動があり、配線幅９０ｎｍ以上に微細化が進むと、素子特性や信頼性、歩留まりに大きく影響してしまう。

そこで、距離のばらつきを抑えるには、上述の手法のように半導体ウエハ裏面とホットプレート間の距離を５ｍｍ程度と、反りに対して十分大きくすれば良いが、実際に温度の制御されるホットプレートとの距離が大きくなるため、半導体ウエハ温度自体の高精度の制御は困難となる。

そこで、本発明は、従来の問題を取り除き、リソグラフィ工程における大口径半導体ウエハの面内温度均一性を向上させ、より高精度なパターン形成が可能な半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供することを目的とするものである。

本発明の一態様によれば、半導体ウエハを、所定の間隙を介してホットプレート上に載置する工程と、前記ホットプレートを所定温度に制御する工程と、前記ホットプレートの前記半導体ウエハ載置面に設けられた開口部より、熱伝導ガスを前記半導体ウエハ裏面に導入する工程を備え、前記間隙は、０．０５〜０．３ｍｍであることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

また、本発明の一態様によれば、半導体ウエハを、所定の間隙を介してホットプレート上に載置する工程と、前記ホットプレートを所定温度に制御する工程と、前記ホットプレートの前記半導体ウエハ載置面に設けられた複数の開口部より、熱伝導ガスを前記半導体ウエハ裏面に導入する工程を備え、前記複数の開口部から導入される熱伝導ガスは、前記半導体ウエハ中心部からの距離に応じて異なる流量に制御されていることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

また、本発明の一態様によれば、温度制御手段を備えたホットプレートと、前記ホットプレート上に設けられ、半導体ウエハを点保持する複数のピンと、前記ホットプレートの前記半導体ウエハ載置面に設けられる開口部と、熱伝導ガスを、前記複数の開口部より、前記半導体ウエハの裏面に供給するガス供給手段を備え、前記半導体ウエハと前記ホットプレートの間に形成された複数のギャップの高さは、０．０５〜０．３ｍｍであることを特徴とする半導体製造装置が提供される。

また、本発明の一態様によれば、温度制御手段を備えたホットプレートと、前記ホットプレート上に設けられ、半導体ウエハを点保持する複数のピンと、前記ホットプレートの前記半導体ウエハ載置面に設けられる複数の開口部と、熱伝導ガスを、前記複数の開口部より、前記半導体ウエハの裏面に供給するガス供給手段と、前記複数の開口部より供給される熱伝導ガスを、前記半導体ウエハ中心部からの距離に応じて異なる流量に制御する手段を備えることを特徴とする半導体製造装置が提供される。

本発明の一実施態様によれば、リソグラフィ工程における大口径半導体ウエハの面内温度均一性を向上させ、より高精度なパターン形成が可能となる。

以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。

（実施形態１）
図１に本実施形態の半導体製造装置の断面図を、図２にホットプレートの上面図を示す。図に示すように、１２インチ径の半導体ウエハ１を載置するホットプレート２上には、半導体ウエハ１とホットプレート２との間に所定の間隙を形成するための高さ約０．１ｍｍの複数のピン３が設けられている。そして、ホットプレート２の半導体ウエハ１載置面には、半導体ウエハ１の裏面に熱伝導性に優れたＨｅガスを供給する環状の開口部４が複数設けられており、流量制御手段５を介してＨｅガス供給手段６と接続されている。ホットプレート内部には、ホットプレート２を均一に加熱するためのヒータ７が備えられており、ホットプレートの少なくとも上部及び側面は、ヒーターカバー８により被覆され、ヒーターカバー８上方には排気孔９が形成されている。

このような半導体製造装置は、例えば以下のように用いられる。先ず、ホットプレート２上にレジストが塗布、露光された半導体ウエハ１を載置する。このとき、ホットプレート１上に設置された複数のピン３により、半導体ウエハ１は点保持されるとともに、半導体ウエハ１とホットプレート２の間にはギャップが形成されるが、そのギャップはピンの高さである約０．１ｍｍ以上で反りを考慮しても約０．２ｍｍ程度までに抑えられている。

次に、ホットプレート２を加熱するとともに、Ｈｅガス供給手段６から供給され、ホットプレート２内を通る際に十分加熱されたＨｅガスを、８〜１６ｍｌ／ｍｉｎの流量で開口部４から半導体ウエハ１の裏面に供給する。この程度の流量であれば、半導体ウエハ１が浮かび上がらせることなく半導体ウエハ１とホットプレート２とのギャップにＨｅガスの層を形成することができる。このようにして、半導体ウエハ１を均一に所定の温度（例えば１００℃）とすることができる。

このとき、半導体ウエハ１側面下方から上方にエアが供給され、排気孔９よりレジスト、染料等の昇華物とともに排出される。

本実施形態において、ギャップを約０．１ｍｍ以上で０．２ｍｍ程度までとしたが、半導体ウエハがホットプレートに接触することなく、半導体ウエハとホットプレートとのギャップに熱伝導ガスの層を形成するためには０．０５ｍｍ以上であることが必要である。一方、面内に大きなタイムラグを発生させることなく温度を均一に上昇させるためには、０．３ｍｍ以下であることが必要である。従って、ピンの高さは反り量にも依存するが、０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下が適当である。

本実施形態によると、例えば、配線幅９０ｎｍのときのばらつきが、反りによるばらつきを緩和するためにギャップを大きくすると３σが１０ｎｍを越え、また加熱したＨｅガスを流さない場合３σ＝８ｎｍであったのに対し、本実施例によると、３σ＝２ｎｍに抑えることが可能となる。

このように、ＰＥＢ工程において、半導体ウエハをホットプレートに接触させることなく、半導体ウエハとホットプレート間をできるだけ近接させ、半導体ウエハ裏面に加熱した熱伝導ガスを供給して、半導体ウエハとホットプレートとのギャップに熱伝導ガスの層を形成することにより、大口径半導体ウエハの面内温度均一性を向上させることができ、より高精度なパターン形成が可能となる。

（実施形態２）
本実施形態は、実施形態１と同様の半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法であるが、半導体ウエハ裏面に供給される熱伝導ガスの流量を、半導体ウエハの面内位置により制御する点で異なっている。

図３に本実施形態の半導体製造装置を示す。構成は図１と同様であるが、開口部を２箇所に設けており、３５ｍｍ程度の間隔で形成される内側、外側の開口部１４ａ、１４ｂは、夫々独立した流量制御手段１５ａ、１５ｂを介してＨｅガス供給手段１６ａ、１６ｂと接続されている。

このような半導体製造装置は、実施形態１と同様に用いられるが、例えば、半導体ウエハが凸状に反る場合、内側の開口部１４ａにおけるＨｅガスの流量が、外側の開口部１４ｂにおけるＨｅガスの流量より５〜１０％大きくなるように制御している。

本実施形態によると、中心部におけるＨｅガスの流量を、周辺部より大きくすることにより、タイムラグが生じることなく半導体ウエハの温度を均一に上昇させることができ、さらにパターン寸法のばらつきを抑えることが可能となる。尚、凹状に反る場合は、中心部の流量が小さくなるように制御すればよい。また、ギャップも実施形態１と同様の範囲に設定することが好ましい。

このように、反りに応じて半導体ウエハの面内位置により熱伝導ガスの流量を変動させることにより、タイムラグが生じることなく半導体ウエハの温度を均一に上昇させることができ、より高精度なパターン形成が可能となる。

これら実施形態において、開口部４、１４は、ホットプレート２、１２において、ウエハ載置面の法線方向に貫通するように形成されているが、図４に示すように、開口部２４は傾斜していても良い。特に、流量分布を制御しない場合に有効であるが、半導体ウエハとホットプレート２２との距離が大きい方向（例えば中心部）に傾斜させることにより、半導体ウエハの温度をより均一に上昇させることが可能となる。このとき、傾斜角が大きすぎると、半導体ウエハ裏面に到達する前に熱伝導ガス流が収束してしまうので、半導体ウエハ裏面に直線的に到達するとして、その到達位置が基板中心を越えないように傾斜角を設定する必要がある。

また、熱伝導ガスを供給する開口部を環状としたが、特に限定されるものではない。また、実施形態1のように一つの環であっても、実施形態2にように二つの環、或いはそれ以上であっても良い。そして、必ずしも連続していなくても、ドット状、破線状等、分割して開口していても良い。

また、熱伝導ガスとしてＨｅガスを用いているが、熱伝導性が良く、反応性の低いガスであれば特に限定されるものではない。例えば、Ｎ_２やＮｅ、Ａｒ等の不活性ガスを用いることができる。また、反応性の低い被膜が形成されている場合等においては、エアを用いることも可能である。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一態様における半導体製造装置の断面を示す図。 本発明の一態様におけるホットプレートの上面図。 本発明の一態様における半導体製造装置の断面を示す図。 本発明の一態様におけるホットプレートの断面を示す図。 従来の半導体製造装置の断面を示す図。

符号の説明

１、１１、１０１ 半導体ウエハ
２、１２、２２、１０２ ホットプレート
３、１３、１０３ ピン
４、１４、２４ 開口部
５、１５ 流量制御手段
６、１６ ガス供給手段
７、１７、２７、１０７ ヒータ
８、１８、１０８ ヒーターカバー
９、１９、１０９ 排気孔

Claims (5)

1. 半導体ウエハを、所定の間隙を介してホットプレート上に載置する工程と、
   前記ホットプレートを所定温度に制御する工程と、
   前記ホットプレートの前記半導体ウエハ載置面に設けられた開口部より、熱伝導ガスを前記半導体ウエハ裏面に導入する工程を備え、
   前記間隙は、０．０５〜０．３ｍｍであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 半導体ウエハを、所定の間隙を介してホットプレート上に載置する工程と、
   前記ホットプレートを所定温度に制御する工程と、
   前記ホットプレートの前記半導体ウエハ載置面に設けられた複数の開口部より、熱伝導ガスを前記半導体ウエハ裏面に導入する工程を備え、
   前記複数の開口部から導入される前記熱伝導ガスは、前記半導体ウエハ中心部からの距離に応じて異なる流量に制御されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 温度制御手段を備えたホットプレートと、
   前記ホットプレート上に設けられ、半導体ウエハを点保持する複数のピンと、
   前記ホットプレートの前記半導体ウエハ載置面に設けられる開口部と、
   熱伝導ガスを、前記複数の開口部より、前記半導体ウエハの裏面に供給するガス供給手段を備え、
   前記半導体ウエハと前記ホットプレートの間に形成された複数のギャップの高さは、０．０５〜０．３ｍｍであることを特徴とする半導体製造装置。
4. 温度制御手段を備えたホットプレートと、
   前記ホットプレート上に設けられ、半導体ウエハを点保持する複数のピンと、
   前記ホットプレートの前記半導体ウエハ載置面に設けられる複数の開口部と、
   熱伝導ガスを、前記複数の開口部より、前記半導体ウエハの裏面に供給するガス供給手段と、
   前記複数の開口部より供給される熱伝導ガスを、前記半導体ウエハ中心部からの距離に応じて異なる流量に制御する手段を備えることを特徴とする半導体製造装置。
5. 前記複数の開口部は、前記ホットプレートの前記半導体ウエハ載置面の法線方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体製造装置。

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