【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばフォトリソグラフィー工程において、フォトレジスト塗布後、露光後、あるいは現像後のウエハを加熱する加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体集積回路の製造に用いられるウエハは、フォトレジストを塗布後、露光後、あるいは現像後において、フォトレジスト表層および内部に残った溶媒を揮発させるために所定の温度に加熱する場合がある。このようなウエハの加熱は、従来、図９に示すような加熱装置で行われていた。この装置においてはピン状のウエハ支持部材１１とホットプレート９とヒータ８と温度測定器１０で構成され、加熱器７の内部にウエハ２を固定して加熱を行う。ここでヒータ８は通常板状の広い面積をもつもので、下部ホットプレート９内に設置されている。また、温度測定器（熱電対）１０は、温度制御回路１４に接続されており、ホットプレート９を一定温度に設定する。
【０００３】
近年、半導体集積回路の微細化が進み、パターン加工線幅についてウエハ面内均一性の向上に対する要求は強くなる一方である。更に、ウエハ２が直径２００ｍｍ〜３００ｍｍと大口径化に伴い、ウエハ２を加熱する加熱器７も大口径化される。このとき加熱器７を構成するヒータ８は、図９のように単一のヒータ８で構成することは適切ではない。そのようにすると、ホットプレート９の熱容量が大口径化によって大きくなるため、短時間に加熱器７の温度を上げることが困難となるからである。
【０００４】
そこで、図１０に示すような加熱装置が用いられる。この装置では、複数の独立したヒータ８ａ〜８ｄを備え、それぞれが温度測定器１０ａ〜１０ｄ、温度制御回路１４ａ〜１４ｄに接続されて加熱器７全体を一定の温度に制御している。ホットプレート９はウエハに対応して円状であり、ヒータ８ａ〜８ｄも円環状であり、しかも平面で見て円環が例えば４分割されているような配置になっている。そのようにすると、ホットプレート９の、それぞれのヒータに対する熱容量を小さくできるため、短時間に加熱器７の温度を上げることが可能となるからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図１０に示された構成では、複数のヒータ８ａ〜８ｄにおいて、各ヒータはそれぞれ固有に制御されるため固有の温度を持ち、この分割されたヒータで加熱されるウエハ２の面内温度は、加熱するヒータのそれぞれの温度に依存する。分割された個々のヒータ８ａ〜８ｄはそれぞれ独立に、ある一定の温度範囲内を変動しながらそのヒータが設置された部分のホットプレート９を温度制御する。従って隣接する他のヒータが設置されたホットプレート部分との間にわずかな温度差が常にでき、ウエハ２には面内温度分布が１℃以下の範囲ではあるが生じることになる。このようなわずかな加熱温度分布にも最近の０．２５μｍ以下というような微細パターンでは、フォトレジストにおいて加工寸法が大きく左右されウエハ面内分布が生じ、半導体集積回路の製造歩留りに影響するという問題があった。
【０００６】
近年、半導体集積回路の微細化に伴いフォトリソグラフィー工程用レジストとしては、化学増幅形レジストが用いられるようになった。これは、レジストを構成する感光剤として酸発生剤を用い、その酸が触媒となって加熱によりレジストを構成する樹脂の架橋や分解を連鎖反応的に促進し、パターンを形成するものである。ここで、加熱とは、現像の前に行う９０〜１５０℃、９０秒程度の加熱であり、ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）といわれる。ＰＥＢの条件は、レジストの感度、解像力、レジストプロファイル、安定性など、レジスト性能全般にわたりきわめて大きな影響を及ぼす。例えば、図３に、ポジ形化学増幅形レジスト（東京応化工業株式会社製 ＴＤＵＲ‐Ｐ５４０）の現像寸法のＰＥＢ温度依存性のグラフを表す。ＰＥＢ温度が１℃上昇すると、レジスト現像寸法は、９ｎｍ細くなる。ここで、ウエハ２に±０．４℃の面内温度分布が生じたとき、レジスト現像寸法は同一ウエハ内で±３．６ｎｍ変動することになる。
【０００７】
本発明は、ウエハ面内温度が均一になるように加熱できる加熱装置を提供することを主たる目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の加熱装置は、基板を加熱するホットプレートと、ホットプレートに近接して基板を支持し回転させる支持回転機構部と、ホットプレート内に配列されそれぞれ独立にホットプレートを同一の所定の温度に加熱する複数のヒータとを備えたものである。
【０００９】
この請求項１の構成によれば、支持回転機構部を設けて基板（ウエハ）を回転させるようにしたことにより、大口径のウエハに対応した大口径のホットプレートを有効に加熱するために複数個のヒータを備え、それぞれが独立に温度制御されていても、ウエハ面内温度分布の影響を抑制することが可能となり、ウエハを均一に加熱することが可能となる。
【００１０】
請求項２記載の加熱装置は、請求項１記載の加熱装置において、支持回転機構部は、基板をホットプレートの上部に近接させホットプレートを貫通して基板を下側から支持するピン形状をした少なくとも３個の支持部材と、支持部材を周回運動させることにより基板を回転させる回転機構部とからなり、ホットプレートは、ピン形状をした支持部材が周回運動できるようにホットプレートを貫通する溝が形成されたことを特徴とする。
【００１１】
この請求項２の構成によれば、加熱するホットプレートの上部に基板が支持される構成において基板を回転させる構成を実現でき、請求項１と同様の効果が得られる。
【００１２】
請求項３記載の加熱装置は、請求項１記載の加熱装置において、支持回転機構部は、基板をホットプレートの下部に近接して支持することを特徴とする。
【００１３】
この請求項３の構成によれば、加熱するホットプレートの下部に基板が支持される構成であり、請求項１と同様の効果が得られる。
【００１４】
請求項４記載の加熱装置は、請求項１、２または３記載の加熱装置において、基板の温度を直接測定する第１の温度測定器と、ホットプレートの温度を測定する第２の温度測定器と、第１および第２の温度測定器による測定温度差が設定値を超えたときに検出信号を発する検出手段と、検出信号に応答して第１および第２の温度測定器による測定温度差が設定値以下になるようにヒータを制御するヒータ制御手段とを設けたことを特徴とする。
【００１５】
この請求項４の構成によれば、請求項１、２または３の効果に加え、ホットプレートと基板との温度差をなくし、実質的に同一の温度に保つことができる。
【００１６】
請求項５記載の加熱装置は、請求項１、２、３または４記載の加熱装置において、基板の回転中に基板の位置ずれを検出する検出手段を設けたことを特徴とする。
【００１７】
この請求項５の構成によれば、請求項１、２、３または４の効果に加え、基板の位置ずれが検出されたときに、位置ずれを補正することにより、基板温度の良好な面内均一性を確保できるだけでなく、基板を１枚ずつ複数枚加熱するときに再現性よく加熱することが可能となる。
【００１８】
請求項６記載の加熱装置は、請求項５記載の加熱装置において、基板の位置ずれを検出する検出手段は、基板が正しい位置での基板の周端部に向けて光を出射する発光部と、発光部と基板を挟んで上下に配置され、かつ発光部から基板の周端部に向けて出射される光の光路上に配置された受光部とを有することを特徴とする。
【００１９】
この請求項６の構成によれば、請求項５における検出手段を具体的に構成することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態による加熱装置について説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る加熱装置の一例を示す概略図であり、加熱装置の断面を示す図である。また、図２は本加熱装置のホットプレート部を平面的に見た構造図である。
【００２２】
本実施の形態では、ウエハ２は、ピン状のウエハ支持部材６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの上に４点支持されており、下部ホットプレート５２、５４の表面に数ミリと近接して置かれ、主として熱輻射と間の空気による伝導・対流によって加熱されるようになっている。ウエハ支持部材の本数は少なくとも３本あればよいし、また４本以上あってもよい。図１ではウエハ支持部材６ｃ、６ｄは見えない。ウエハ２の上面側にはホットプレート５０が配置され、ウエハ２の下面側には、ヒータを内蔵したホットプレート５２、５４が配置されている。これら上下２つのホットプレートはウエハ２上に形成されたレジスト膜などを外気からできるだけ遮断する役目も果たす。
【００２３】
下部ホットプレート５２、５４の内部には、円環を４つに切断した形状の８個のヒータ８ａ〜８ｈが内蔵されており、それぞれのヒータすべてにそれぞれ実質的に熱電対である温度測定器１０ａ〜１０ｈ（１０ｅ〜１０ｈは図示されていない）が組み込まれ、またヒータそれぞれは温度制御回路１４ａ〜１４ｈ（１４ｅ〜１４ｈは図示されていない）に接続されており、この構成によってヒータ８ａ〜８ｈはそれぞれ独立に温度制御され、ホットプレートを含む加熱器全体が一定温度に保たれるようになっている。このようにヒータを８個に分割し、それぞれのヒータによって加熱することで、大口径化し、熱容量が大きくなったホットプレート５２、５４を短時間に効率よく加熱する。
【００２４】
ウエハ支持部材６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、ウエハ支持ブロック１８を介してモータ１２に接続されており、モータ１２でウエハ支持ブロック１８を回転させることにより、ウエハ支持部材６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを回転させるが、ウエハ支持部材６ａ〜６ｄが自由に下部ホットプレート５２、５４を突き抜けて自由に回転するようにウエハ支持部材溝２０が設けられている。モータ１２は、モータ制御回路１６に接続されており、これにより外部からの電気制御によりウエハ支持部材６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを自動的に回転させるため、ウエハ２を自動的に回転させることが可能となっており、これが本発明の一つの特徴となっている。下部ホットプレート（５２、５４）を貫通するウエハ支持部材６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと、それらを支持するウエハ支持ブロック１８と、モータ１２と、モータ制御回路１６とで、ウエハ回転機構５を構成している。また、ウエハ回転機構５を設けるために下部ホットプレートにウエハ支持部材溝２０が設けられている。図２では、ウエハ支持部材溝２０は１つであるが、ウエハ支持部材溝２０は、複数個設けても良い。そのようにすれば、ウエハ支持部材６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの本数を必要に応じてさらに増やすことが可能となる。
【００２５】
図１、図２に示す加熱装置によれば、ウエハ２を回転しながら加熱するので特に円状に分割して置かれたヒータ８ａ，８ｄ，８ｈ，８ｅによるホットプレート５４上の位置による温度分布、および同じくヒータ８ｂ，８ｃ，８ｇ，８ｆによるホットプレート５２上の位置による温度分布が平均化され、ウエハ２全体として温度面内分布が減少し、均一性が向上する。
【００２６】
図４は、図３に示す特性の化学増幅型レジストを用いてＰＥＢ加熱処理を行った後パターン露光・現像した後のレジストパターン寸法において、そのウエハ面内現像寸法平均値のウエハ毎の変動測定結果を示すグラフである。この図におけるＰＥＢは２ヘッドの異なるホットプレートを備えた装置で行ったものであり、奇数番号のウエハと偶数番号のウエハとは互いに別のホットプレートでＰＥＢ処理されている。図４中、Ａは全ウエハ２５枚の現像寸法の平均値を示す線、Ｃは従来のウエハを回転しない場合の熱処理による寸法変動幅、Ｂは本実施の形態のウエハを回転した場合の寸法変動幅を示す。ホットプレートが異なると分割ヒータによる温度制御均一性が異なるので測定寸法で見ても平均値が奇数および偶数番号のウエハ間で異なる。
【００２７】
従来のウエハを回転しない場合（ウエハＮｏ．１〜１３）、ウエハ面内温度分布が±０．４℃で、現像寸法の変動幅Ｃが±３．６ｎｍであるのに対し、本実施の形態のウエハ回転機構を用いて、例えば、３０ｒｐｍのウエハ回転を導入した場合（ウエハＮｏ．１４〜２５）、ウエハ面内温度分布を±０．２℃に抑えることが可能で、このとき現像寸法の変動幅Ｂは±１．８ｎｍとなるため、より高い精度でレジスト現像寸法を制御することが可能となる。
【００２８】
以上のように本実施の形態によれば、ウエハ回転機構５を設けて、加熱されるホットプレート（５２、５４）に対してウエハ２を回転させるようにしたことにより、大口径のウエハ２に対応した大口径のホットプレート（５２、５４）を有効に加熱するために複数個のヒータ８ａ〜８ｈを備え、それぞれが独立に温度制御されていても、ウエハ面内温度分布の影響を抑制することが可能となり、ウエハ２を均一に加熱することが可能となり、ウエハ２上に形成されたレジストのパターン寸法のばらつきを小さくすることができる。従って８インチ径以上のウエハの加熱に適用して特にその効果が大きい。
【００２９】
図１、図２に示した加熱装置においては分割ヒータを下部ホットプレート５２、５４の内部に設け、ウエハ２を回転させたがこの配置以外も可能である。
【００３０】
（第２の実施の形態）
図５は本発明の第２の実施の形態による加熱装置の概略断面図である。図１の加熱装置では複数のヒータを下部ホットプレート５２、５４に内蔵するようにしていたのに対し、図５の加熱装置では複数のヒータをウエハ２の上方の上部ホットプレート５０に内蔵するようにした構成である。すなわち上部ホットプレート５０の内部に複数（この例では図１と同じ８個）のヒータ８ａ’〜８ｈ’（８ａ’〜８ｄ’は図示されていない）および温度測定器１０ａ’〜１０ｈ’（１０ａ’〜１０ｄ’は図示されていない）を設置した構造となっている。これに伴いウエハ２と上部ホットプレート５０表面とは非常に近接して配置されており、輻射や伝導、対流によってウエハ２が加熱される。本実施の形態におけるヒータ８ａ’〜８ｈ’、温度測定器１０ａ’〜１０ｈ’および温度制御回路１４ａ’〜１４ｈ’（１４ａ’〜１４ｄ’は図示されていない）は、それぞれ第１の実施の形態の場合のヒータ８ａ〜８ｈ、温度測定器１０ａ〜１０ｈおよび温度制御回路１４ａ〜１４ｈと設置場所が異なる以外は同じ構成であり、ヒータの平面的な形状、配置も下部ホットプレート５２、５４を上部ホットプレート５０に替えれば図２と同じである。他の部分の構成は図１、図２と同様であるから同一部分には同一符号を付し、説明は省略する。
【００３１】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様、ウエハ２を回転しながら熱処理するので第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３２】
（第３の実施の形態）
図６は本発明の第３の実施の形態による加熱装置の概略断面図である。図１、図５と同一部分には同一符号を付している。
【００３３】
図６は、下部ホットプレート５２、５４と上部ホットプレート５０の内部の両方にヒータを内蔵させた構造の加熱装置であり、各ヒータ８ａ〜８ｈを、温度測定器１０ａ〜１０ｈ、温度制御回路１４ａ〜１４ｈによって所定の温度に制御するとともに、各ヒータ８ａ’〜８ｈ’を、温度測定器１０ａ’〜１０ｈ’、温度制御回路１４ａ’〜１４ｈ’によって所定の温度に制御しながらウエハ支持部材６ａ、６ｂに保持されたウエハ２を回転させ加熱できるようになっている。ヒータは図２と同様な円環を４分割した形状および配列で上部および下部ホットプレート５０、５２・５４にそれぞれ８個、合計１６個設けられており、しかも上部および下部ホットプレート５０、５２・５４がウエハ２に近接して設けられているので、これによって第１、第２の実施の形態の加熱装置よりも短時間に効率的に加熱することが可能となる。そして言うまでもなく、ウエハ２を回転することによってウエハ面内温度分布の均一性を向上させることができる。
【００３４】
（第４の実施の形態）
上記第１〜第３の実施の形態による加熱装置では、温度制御されたホットプレートから微小距離離して置かれたウエハに対して、熱を輻射、伝導、対流の形で輸送しウエハ上の温度均一性を確保するものであった。したがって実際のホットプレートの温度とウエハ上の実際の温度とは微小な差が存在する。図７は、本発明の第４の実施の形態による加熱装置を示す概略断面図であり、実際のウエハ上の温度をも制御することを可能とするものである。
【００３５】
図７において、ホットプレート５０，５２，５４、ヒータ８ａ〜８ｄ、温度測定器１０ａ〜１０ｄ、温度制御回路１４ａ〜１４ｄ、ウエハ回転機構５の配置構成は図１と同様である。この装置ではさらにウエハ支持部材６ａ、６ｂの先端にウエハ２の表面温度を計測する温度計測器２８ａ、２８ｂを配置している。温度計測器２８ａ、２８ｂで計測される温度Ｉａ、Ｉｂは、ウエハ支持部材６ａ、６ｂを介して接続された比較器３０ａ・３０ｂ、３０ｃ・３０ｄに入力される。
【００３６】
比較器３０ａ、３０ｂは、温度計測器２８ａで計測される温度Ｉａと温度測定器１０ａ、１０ｂで測定された温度Ｒａ、Ｒｂとを比較して、温度差Ｉａ−Ｒａ、Ｉａ−Ｒｂがあらかじめ設定した所定の値（設定値）を超えたときに検出信号Ｓａ、Ｓｂを出力する。検出信号Ｓａ、Ｓｂは温度制御回路１４ａ、１４ｂにフィードバックされ、温度制御回路１４ａ、１４ｂはヒータ８ａ、８ｂの電力などを制御して温度差Ｉａ−Ｒａ、Ｉａ−Ｒｂが設定値以下となるようにする。同様に比較器３０ｃ、３０ｄは、温度計測器２８ｂで計測される温度Ｉｂと温度測定器１０ｃ、１０ｄで測定された温度Ｒｃ、Ｒｄとを比較して、温度差Ｉｂ−Ｒｃ、Ｉｂ−Ｒｄが設定値を超えたときに検出信号Ｓｃ、Ｓｄを出力する。検出信号Ｓｃ、Ｓｄは温度制御回路１４ｃ、１４ｄにフィードバックされ、温度制御回路１４ｃ、１４ｄはヒータ８ｃ、８ｄの電力などを制御して温度差Ｉｂ−Ｒｃ、Ｉｂ−Ｒｄが設定値以下となるようにする。
【００３７】
なお、上記では、図７で示された部分についてのみ説明しているが、第１の実施の形態同様、図２のようにウエハ支持部材が４本、ヒータ等が８個配置されており、図示されていない部分についても同様に構成している。すなわち、図示されていないウエハ支持部材６ｃ、６ｄ（図２参照）の先端にウエハ２の表面温度を計測する温度計測器２８ｃ、２８ｄ（図示せず）を配置し、温度計測器２８ｃ、２８ｄで計測される温度Ｉｃ、Ｉｄは、ウエハ支持部材６ｃ、６ｄを介して接続された比較器３０ｅ・３０ｆ、３０ｇ・３０ｈ（図示せず）に入力される。そして、比較器３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈおよび温度制御回路１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈ（図示せず）は、前述の比較器３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄおよび温度制御回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄと同様の構成である。
【００３８】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、上述のようにウエハ２とヒータ内蔵のホットプレート（５２，５４）との測定温度差が設定値以下となるようにヒータを制御することで、ウエハ２とホットプレートとの温度差を実質的になくし、実質的に同一温度に保つことができる。
【００３９】
さらに、比較器３０ａ〜３０ｈの検出信号（Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ等）を図に示さないインターロック回路に入力すれば、前記温度差が所定の値を超えたときに、例えば図に示さない異常音発生器から異常音を発生させることが可能となる。これにより、加熱装置で発生した異常を速やかに知ることが可能となる。
【００４０】
なお、本実施の形態の特徴とする構成、すなわち第１の実施の形態の構成に対し追加された構成を、第２，第３の実施の形態にも同様に適用できることは言うまでもない。
【００４１】
（第５の実施の形態）
図８は、本発明の第５の実施の形態による加熱装置を示す概略断面図である。本実施の形態では、ウエハ２の外周部にレーザ光２６を照射するレーザ光源２４と、レーザ光２６を検出するレーザ検出器２２とを設けたことが特徴であり、他の構成は第１の実施の形態と同じ（その構成のよる効果も同じ）であり、説明を省略する。
【００４２】
レーザ光源２４からはレーザ光２６が放射され、ウエハ２が回転加熱されているときにウエハ２の端部に設けられた切欠き部（ノッチ）がレーザ光２６照射位置を通過する瞬間、レーザ光２６がレーザ検出器２２で検出される。
【００４３】
これに対してウエハ２が回転加熱されているとき、レーザ光２６がレーザ検出器２２で瞬間ではなく長い時間検出されたときは、ウエハ２の中心がモータ１２の回転中心から外れているときで、これによりウエハ２が円形状のホットプレート５０，５２，５４の中心とほぼ一致して対象に回転しているかどうかを検出させることが可能である。このときウエハ２の中心の位置をホットプレートの中心位置に一致するように補正すれば、ウエハ温度の良好な面内均一性を確保できるだけでなく、ウエハ２を１枚ずつ複数枚加熱するときに再現性良く加熱することが可能となる。なお、この例では、ウエハ２のノッチを検出することを示したが、ウエハ２によってはオリフラを検出することも可能である。
【００４４】
また、ウエハにノッチやオリフラがなくてもレーザ光照射位置をウエハ２の極端部でかつ、レーザ光２６が常にさえぎられる位置に設定することで、ウエハ２の中心がずれていると回転中にレーザ光２６がレーザ検出器２２で検出されるときがあるので、ウエハ２の位置ずれを検出することができる。
【００４５】
本実施の形態では、第１の実施の形態の構成に対しレーザ光源２４とレーザ検出器２２とを設けたが、第２〜第４の実施の形態に対しても同様に適用できることは言うまでもない。
【００４６】
以上に述べた第１〜第５の実施の形態による加熱装置では、ホットプレートに内蔵した分割ヒータの平面内配列は、すべて図２に示したように、４分割されているが、内外２つの同心環状（８ａ、８ｄ、８ｈ、８ｅのグループと８ｂ、８ｃ、８ｇ、８ｆのグループ）に配列されている。ウエハを回転したとき、８ａ、８ｄ、８ｈ、８ｅ間に温度ばらつきがあった場合や、８ｂ、８ｃ、８ｇ、８ｆ間に温度ばらつきがあった場合にはウエハ回転によって温度は平均化されるが、内部と外部との環状配列ヒータグループ間に温度ばらつきがあった場合は、環形状と回転方向が平行であるから温度が平均化されにくい可能性がある。従ってヒータ形状を直線状とし、複数のヒータをホットプレートの中心から放射状に配列する、すなわちヒータの長手方向を回転方向と直角、あるいは少なくとも角度を持つように配列することによってホットプレート全面に渡ってウエハに与える温度分布を平均化し、ばらつきを解消することが望ましい。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、支持回転機構部を設けて基板（ウエハ）を回転させるようにしたことにより、大口径のウエハに対応した大口径のホットプレートを有効に加熱するために複数個のヒータを備え、それぞれが独立に温度制御されていても、ウエハ面内温度分布の影響を抑制することが可能となり、ウエハを均一に加熱することが可能となる。従って８インチ径以上のウエハの加熱に適用して特にその効果が大きく、フォトリソ工程のレジストベーキングなどで、大口径ウエハを均一に加熱し、レジストパターン寸法ばらつきを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による加熱装置を示す概略断面図
【図２】図１の加熱装置のホットプレート部を示す平面図
【図３】レジスト現像寸法のＰＥＢ温度依存性を示す図
【図４】ウエハ回転の有無によるレジスト現像寸法の変動を示す図
【図５】本発明の第２の実施の形態による加熱装置を示す概略断面図
【図６】本発明の第３の実施の形態による加熱装置を示す概略断面図
【図７】本発明の第４の実施の形態による加熱装置を示す概略断面図
【図８】本発明の第５の実施の形態による加熱装置を示す概略断面図
【図９】第１の従来例の加熱装置を示す概略断面図
【図１０】第２の従来例の加熱装置を示す概略断面図
【符号の説明】
２ ウエハ
３、７ 加熱器
５ ウエハ回転機構
６ａ〜６ｄ、１１ ウエハ支持部材
８、８ａ〜８ｈ、８ｅ’〜８ｈ’ ヒータ
９、５０、５２、５４ ホットプレート
１０ａ〜１０ｄ、１０ｅ’〜１０ｈ’ 温度測定器
１２ モータ
１４ａ〜１４ｄ、１４ｅ’〜１４ｈ’ 温度制御回路
１６ モータ制御回路
１８ ウエハ支持ブロック
２０ ウエハ支持部材溝
２２ レーザ検出器
２４ レーザ光源
２６ レーザ光[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heating device that heats a wafer after a photoresist is applied, exposed, or developed, for example, in a photolithography process.
[0002]
[Prior art]
For example, a wafer used for manufacturing a semiconductor integrated circuit may be heated to a predetermined temperature after application of a photoresist, after exposure, or after development, to volatilize a solvent remaining on the photoresist surface layer and inside. . Such heating of the wafer has been conventionally performed by a heating device as shown in FIG. This apparatus comprises a pin-shaped wafer support member 11, a hot plate 9, a heater 8, and a temperature measuring device 10. The wafer 2 is fixed inside the heater 7 and heated. Here, the heater 8 has a generally plate-shaped large area, and is installed in the lower hot plate 9. The temperature measuring device (thermocouple) 10 is connected to the temperature control circuit 14 and sets the hot plate 9 at a constant temperature.
[0003]
In recent years, the miniaturization of semiconductor integrated circuits has progressed, and the demand for improving the uniformity of the pattern processing line width within the wafer surface is increasing. Further, as the diameter of the wafer 2 increases to 200 mm to 300 mm, the diameter of the heater 7 for heating the wafer 2 also increases. At this time, it is not appropriate for the heater 8 constituting the heater 7 to be constituted by a single heater 8 as shown in FIG. In such a case, the heat capacity of the hot plate 9 increases due to the increase in the diameter, so that it becomes difficult to raise the temperature of the heater 7 in a short time.
[0004]
Therefore, a heating device as shown in FIG. 10 is used. In this apparatus, a plurality of independent heaters 8a to 8d are provided, each of which is connected to temperature measuring devices 10a to 10d and temperature control circuits 14a to 14d to control the entire heater 7 at a constant temperature. The hot plate 9 has a circular shape corresponding to the wafer, and the heaters 8a to 8d are also annular, and are arranged such that the annular shape is divided into, for example, four when viewed in plan. This is because the heat capacity of the hot plate 9 with respect to each heater can be reduced, so that the temperature of the heater 7 can be increased in a short time.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the configuration shown in FIG. 10, among the plurality of heaters 8a to 8d, each heater has a unique temperature because it is uniquely controlled, and the in-plane temperature of the wafer 2 heated by the divided heaters is , The temperature of the heater to be heated. Each of the divided heaters 8a to 8d independently controls the temperature of the hot plate 9 where the heater is installed, while varying within a certain temperature range. Therefore, there is always a slight temperature difference between the adjacent hot plate portion and another heater, and the wafer 2 has an in-plane temperature distribution of 1 ° C. or less. Even with such a slight heating temperature distribution, a recent fine pattern having a size of 0.25 μm or less has a problem that the processing dimension is greatly influenced by the photoresist, and a distribution within a wafer surface occurs, which affects the manufacturing yield of the semiconductor integrated circuit. was there.
[0006]
In recent years, with the miniaturization of semiconductor integrated circuits, chemically amplified resists have been used as resists for photolithography processes. In this method, an acid generator is used as a photosensitive agent constituting a resist, and the acid serves as a catalyst to promote crosslinking and decomposition of the resin constituting the resist in a chain reaction by heating to form a pattern. Here, the heating is heating performed at 90 to 150 ° C. for about 90 seconds before development, and is referred to as PEB (Post Exposure Bake). PEB conditions have a very large effect on overall resist performance, such as resist sensitivity, resolution, resist profile, and stability. For example, FIG. 3 shows a graph of the PEB temperature dependence of the development dimension of a positive chemically amplified resist (TDUR-P540 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). When the PEB temperature rises by 1 ° C., the resist development dimension becomes thinner by 9 nm. Here, when an in-plane temperature distribution of ± 0.4 ° C. occurs on the wafer 2, the resist development dimension fluctuates ± 3.6 nm within the same wafer.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a heating apparatus capable of heating a wafer so as to have a uniform in-plane temperature.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The heating device according to claim 1 of the present invention includes a hot plate that heats a substrate, a support rotation mechanism that supports and rotates the substrate in proximity to the hot plate, and a hot plate that is arranged in the hot plate and is independently provided. And a plurality of heaters for heating to the same predetermined temperature.
[0009]
According to the configuration of the first aspect, the support rotation mechanism is provided to rotate the substrate (wafer), so that a large-diameter hot plate corresponding to a large-diameter wafer is effectively heated. Even if a plurality of heaters are provided and each of them is independently controlled in temperature, the influence of the temperature distribution in the wafer surface can be suppressed, and the wafer can be heated uniformly.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the heating apparatus of the first aspect, the supporting and rotating mechanism has a pin shape for bringing the substrate close to the upper portion of the hot plate, penetrating the hot plate and supporting the substrate from below. The hot plate includes at least three support members and a rotation mechanism that rotates the substrate by orbiting the support member. The hot plate has a groove penetrating the hot plate so that the pin-shaped support member can orbit. It is characterized by being formed.
[0011]
According to the configuration of the second aspect, a configuration in which the substrate is rotated in a configuration in which the substrate is supported above the hot plate to be heated can be realized, and the same effect as that of the first aspect can be obtained.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the heating device of the first aspect, the supporting and rotating mechanism supports the substrate close to a lower portion of the hot plate.
[0013]
According to the configuration of the third aspect, the substrate is supported under the hot plate to be heated, and the same effect as that of the first aspect is obtained.
[0014]
The heating device according to claim 4, wherein the first temperature measuring device directly measures the temperature of the substrate and the second temperature measuring device that measures the temperature of the hot plate in the heating device according to claim 1, 2, or 3. Detecting means for generating a detection signal when a temperature difference between the first and second temperature measuring devices exceeds a set value; and a temperature difference between the first and second temperature measuring devices in response to the detection signal. And a heater control means for controlling the heater so that the value is equal to or less than a set value.
[0015]
According to the configuration of the fourth aspect, in addition to the effects of the first, second, or third aspect, the temperature difference between the hot plate and the substrate can be eliminated, and the temperature can be kept substantially the same.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, in the heating apparatus of the first, second, third, or fourth aspect, a detecting unit for detecting a displacement of the substrate during rotation of the substrate is provided.
[0017]
According to the configuration of the fifth aspect, in addition to the effects of the first, second, third, or fourth aspect, by correcting the positional deviation when the positional deviation of the substrate is detected, the in-plane temperature of the substrate can be improved. In addition to ensuring uniformity, it becomes possible to heat the substrate with good reproducibility when heating a plurality of substrates one by one.
[0018]
According to a sixth aspect of the present invention, in the heating apparatus according to the fifth aspect, the detecting means for detecting the displacement of the substrate includes a light emitting unit for emitting light toward a peripheral end of the substrate at a correct position of the substrate. , A light-emitting unit and a light-receiving unit disposed vertically above and below the substrate, and a light-receiving unit disposed on an optical path of light emitted from the light-emitting unit toward the peripheral end of the substrate.
[0019]
According to the configuration of claim 6, it is possible to specifically configure the detecting means in claim 5.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a heating device according to an embodiment of the present invention will be described.
[0021]
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a heating device according to the first embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a cross section of the heating device. FIG. 2 is a structural view of a hot plate portion of the present heating device as viewed in plan.
[0022]
In the present embodiment, the wafer 2 is supported at four points on pin-shaped wafer support members 6a, 6b, 6c, and 6d, and is placed close to the surface of the lower hot plates 52 and 54 with a few millimeters. The heat is mainly heated by conduction and convection by air between heat radiation. The number of wafer support members may be at least three, or may be four or more. In FIG. 1, the wafer support members 6c and 6d are not visible. A hot plate 50 is arranged on the upper surface side of the wafer 2, and hot plates 52 and 54 having a built-in heater are arranged on the lower surface side of the wafer 2. These two upper and lower hot plates also serve to shield the resist film and the like formed on the wafer 2 from the outside air as much as possible.
[0023]
Inside the lower hot plates 52 and 54, eight heaters 8a to 8h each having a shape obtained by cutting a ring into four are built in, and each of the heaters is a thermometer substantially a thermocouple. 10a to 10h (10e to 10h are not shown) are incorporated, and each of the heaters is connected to a temperature control circuit 14a to 14h (14e to 14h is not shown). With this configuration, the heaters 8a to 8h are provided. Are independently controlled in temperature so that the entire heater including the hot plate is kept at a constant temperature. As described above, the heaters are divided into eight, and the hot plates 52 and 54 having a large diameter and a large heat capacity are efficiently heated in a short time by heating by the respective heaters.
[0024]
The wafer supporting members 6a, 6b, 6c, 6d are connected to the motor 12 via the wafer supporting block 18, and the wafer supporting members 6a, 6b, 6c, 6d are rotated by the motor 12 to rotate the wafer supporting block 18. Is rotated, but the wafer support member grooves 20 are provided so that the wafer support members 6a to 6d can freely rotate through the lower hot plates 52 and 54 freely. The motor 12 is connected to a motor control circuit 16, which automatically rotates the wafer support members 6 a, 6 b, 6 c, 6 d by external electric control. This is one of the features of the present invention. The wafer rotation mechanism 5 is composed of the wafer support members 6a, 6b, 6c, 6d penetrating the lower hot plates (52, 54), the wafer support block 18 for supporting them, the motor 12, and the motor control circuit 16. are doing. In addition, a wafer support member groove 20 is provided on the lower hot plate in order to provide the wafer rotation mechanism 5. In FIG. 2, there is one wafer support member groove 20, but a plurality of wafer support member grooves 20 may be provided. By doing so, it is possible to further increase the number of wafer support members 6a, 6b, 6c, 6d as required.
[0025]
According to the heating apparatus shown in FIGS. 1 and 2, since the wafer 2 is heated while being rotated, the temperature distribution depending on the position on the hot plate 54 by the heaters 8a, 8d, 8h and 8e which are divided in a circular shape. , And similarly, the temperature distribution depending on the position on the hot plate 52 by the heaters 8b, 8c, 8g, 8f is averaged, so that the temperature in-plane distribution of the entire wafer 2 is reduced, and the uniformity is improved.
[0026]
FIG. 4 is a graph showing a variation measurement of the average value of the in-plane development dimension of the resist pattern dimension after pattern exposure and development after performing PEB heat treatment using the chemically amplified resist having the characteristics shown in FIG. It is a graph which shows a result. In this figure, PEB is performed by an apparatus having two different hot plates, and the odd-numbered wafers and the even-numbered wafers are subjected to PEB processing using different hot plates. In FIG. 4, A is a line indicating an average value of developed dimensions of all 25 wafers, C is a dimension variation width due to heat treatment when the conventional wafer is not rotated, and B is a dimension when the wafer of the present embodiment is rotated. Indicates the fluctuation range. If the hot plates are different, the uniformity of the temperature control by the divided heaters is different, so that the average value is different between odd-numbered and even-numbered wafers in terms of measured dimensions.
[0027]
In the case where the conventional wafer is not rotated (wafer Nos. 1 to 13), the temperature distribution in the wafer surface is ± 0.4 ° C. and the variation width C of the development dimension is ± 3.6 nm. For example, when wafer rotation of 30 rpm is introduced using the wafer rotation mechanism (wafer No. 14 to 25), the temperature distribution in the wafer surface can be suppressed to ± 0.2 ° C. Since the variation width B is ± 1.8 nm, it is possible to control the resist development dimension with higher accuracy.
[0028]
As described above, according to the present embodiment, the wafer rotating mechanism 5 is provided to rotate the wafer 2 with respect to the hot plate (52, 54) to be heated. A plurality of heaters 8a to 8h are provided for effectively heating the corresponding large-diameter hot plates (52, 54), and even if each of them is independently controlled in temperature, the influence of the temperature distribution in the wafer surface is suppressed. This makes it possible to uniformly heat the wafer 2 and reduce the variation in the pattern size of the resist formed on the wafer 2. Therefore, the present invention is particularly effective when applied to heating a wafer having a diameter of 8 inches or more.
[0029]
In the heating apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the divided heater is provided inside the lower hot plates 52 and 54 and the wafer 2 is rotated, but other arrangements are also possible.
[0030]
(Second embodiment)
FIG. 5 is a schematic sectional view of a heating device according to the second embodiment of the present invention. In the heating device of FIG. 1, a plurality of heaters are built in the lower hot plates 52 and 54, whereas in the heating device of FIG. 5, a plurality of heaters are built in the upper hot plate 50 above the wafer 2. This is the configuration. That is, a plurality (eight in this example, the same as in FIG. 1) of heaters 8a 'to 8h' (8a 'to 8d' are not shown) and temperature measuring devices 10a 'to 10h' (10a) are provided inside the upper hot plate 50. ('-10d' is not shown). Accordingly, the wafer 2 and the surface of the upper hot plate 50 are disposed very close to each other, and the wafer 2 is heated by radiation, conduction, and convection. The heaters 8a 'to 8h', the temperature measuring devices 10a 'to 10h', and the temperature control circuits 14a 'to 14h' (14a 'to 14d' are not shown) according to the first embodiment are respectively provided in the first embodiment. In this case, the heaters 8a to 8h, the temperature measuring devices 10a to 10h, and the temperature control circuits 14a to 14h have the same configuration except that they are installed at different locations. It is the same as FIG. 2 if the hot plate 50 is replaced. Since the configuration of the other parts is the same as in FIGS. 1 and 2, the same parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0031]
According to the present embodiment, as in the first embodiment, since the heat treatment is performed while rotating the wafer 2, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0032]
(Third embodiment)
FIG. 6 is a schematic sectional view of a heating device according to the third embodiment of the present invention. 1 and 5 are denoted by the same reference numerals.
[0033]
FIG. 6 shows a heating device having a structure in which heaters are built in both inside of the lower hot plates 52 and 54 and the upper hot plate 50. Each heater 8a to 8h is connected to a temperature measuring device 10a to 10h and a temperature control circuit 14a. To 14h, while controlling the heaters 8a 'to 8h' to predetermined temperatures by the temperature measuring devices 10a 'to 10h' and the temperature control circuits 14a 'to 14h', the wafer support member 6a, The wafer 2 held by 6b can be rotated and heated. The upper and lower hot plates 50, 52 and 54 each have a total of 16 heaters in the shape and arrangement of the ring divided into four as in FIG. 2, and a total of 16 heaters are provided. Since the wafer 54 is provided close to the wafer 2, it becomes possible to heat more efficiently in a shorter time than the heating devices of the first and second embodiments. And, needless to say, by rotating the wafer 2, the uniformity of the temperature distribution within the wafer surface can be improved.
[0034]
(Fourth embodiment)
In the heating apparatuses according to the first to third embodiments, heat is transferred in a form of radiation, conduction, or convection to a wafer placed at a minute distance from a temperature-controlled hot plate, and the temperature on the wafer is controlled. This was to ensure uniformity. Therefore, there is a small difference between the actual temperature of the hot plate and the actual temperature on the wafer. FIG. 7 is a schematic sectional view showing a heating device according to the fourth embodiment of the present invention, which makes it possible to control the actual temperature on the wafer.
[0035]
7, the arrangement of the hot plates 50, 52, 54, the heaters 8a to 8d, the temperature measuring devices 10a to 10d, the temperature control circuits 14a to 14d, and the wafer rotating mechanism 5 is the same as that of FIG. In this apparatus, temperature measuring devices 28a and 28b for measuring the surface temperature of the wafer 2 are arranged at the tips of the wafer supporting members 6a and 6b. The temperatures Ia, Ib measured by the temperature measuring devices 28a, 28b are input to comparators 30a, 30b, 30c, 30d connected via the wafer supporting members 6a, 6b.
[0036]
The comparators 30a and 30b compare the temperature Ia measured by the temperature measuring device 28a with the temperatures Ra and Rb measured by the temperature measuring devices 10a and 10b, and set the temperature differences Ia-Ra and Ia-Rb in advance. The detection signals Sa and Sb are output when the values exceed a predetermined value (set value). The detection signals Sa and Sb are fed back to the temperature control circuits 14a and 14b, and the temperature control circuits 14a and 14b control the power of the heaters 8a and 8b so that the temperature differences Ia-Ra and Ia-Rb become equal to or smaller than the set values. To Similarly, the comparators 30c and 30d compare the temperature Ib measured by the temperature measuring device 28b with the temperatures Rc and Rd measured by the temperature measuring devices 10c and 10d, and determine the temperature differences Ib-Rc and Ib-Rd. When the set value is exceeded, detection signals Sc and Sd are output. The detection signals Sc and Sd are fed back to the temperature control circuits 14c and 14d, and the temperature control circuits 14c and 14d control the electric power of the heaters 8c and 8d so that the temperature differences Ib-Rc and Ib-Rd become equal to or less than the set values. To
[0037]
Although only the portion shown in FIG. 7 is described above, four wafer support members and eight heaters and the like are arranged as shown in FIG. 2, as in the first embodiment. Parts not shown are similarly configured. That is, temperature measuring devices 28c and 28d (not shown) for measuring the surface temperature of the wafer 2 are arranged at the tips of the wafer supporting members 6c and 6d (not shown) (see FIG. 2), and the temperature measuring devices 28c and 28d are used. The measured temperatures Ic and Id are input to comparators 30e and 30f, 30g and 30h (not shown) connected via the wafer support members 6c and 6d. The comparators 30e, 30f, 30g, 30h and the temperature control circuits 14e, 14f, 14g, 14h (not shown) are provided with the comparators 30a, 30b, 30c, 30d and the temperature control circuits 14a, 14b, 14c, It has the same configuration as 14d.
[0038]
According to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, as described above, the heater is set so that the measured temperature difference between the wafer 2 and the hot plate (52, 54) with a built-in heater becomes equal to or less than the set value. , The temperature difference between the wafer 2 and the hot plate can be substantially eliminated, and the temperature can be kept substantially the same.
[0039]
Further, if the detection signals (Sa, Sb, Sc, Sd, etc.) of the comparators 30a to 30h are input to an interlock circuit (not shown), when the temperature difference exceeds a predetermined value, for example, the signal shown in FIG. It is possible to generate an abnormal sound from any abnormal sound generator. This makes it possible to quickly know the abnormality that has occurred in the heating device.
[0040]
It is needless to say that the configuration which is a feature of the present embodiment, that is, the configuration added to the configuration of the first embodiment can be similarly applied to the second and third embodiments.
[0041]
(Fifth embodiment)
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a heating device according to a fifth embodiment of the present invention. The present embodiment is characterized in that a laser light source 24 for irradiating a laser beam 26 to the outer peripheral portion of the wafer 2 and a laser detector 22 for detecting the laser beam 26 are provided. This is the same as the embodiment (the effect of the configuration is also the same), and the description is omitted.
[0042]
Laser light 26 is emitted from the laser light source 24, and at the moment when the notch (notch) provided at the end of the wafer 2 passes through the irradiation position of the laser light 26 while the wafer 2 is being rotationally heated, the laser light is emitted. 26 is detected by the laser detector 22.
[0043]
On the other hand, when the wafer 2 is being rotationally heated, when the laser beam 26 is detected by the laser detector 22 not for an instant but for a long time, when the center of the wafer 2 is out of the rotation center of the motor 12, Thus, it is possible to detect whether or not the wafer 2 is rotating to the target substantially coincident with the centers of the circular hot plates 50, 52, 54. At this time, if the position of the center of the wafer 2 is corrected so as to coincide with the center position of the hot plate, not only good in-plane uniformity of the wafer temperature can be ensured, but also when a plurality of wafers 2 are heated one by one. Heating can be performed with good reproducibility. In this example, the notch of the wafer 2 is detected, but the orientation flat can be detected depending on the wafer 2.
[0044]
Further, even if the wafer has no notch or orientation flat, the laser beam irradiation position is set at the extreme part of the wafer 2 and at a position where the laser beam 26 is always interrupted. Since the laser beam 26 is sometimes detected by the laser detector 22, the displacement of the wafer 2 can be detected.
[0045]
In the present embodiment, the laser light source 24 and the laser detector 22 are provided in the configuration of the first embodiment, but it goes without saying that the present invention can be similarly applied to the second to fourth embodiments. .
[0046]
In the heating devices according to the first to fifth embodiments described above, the in-plane arrangement of the divided heaters incorporated in the hot plate is divided into four as shown in FIG. They are arranged in concentric rings (groups of 8a, 8d, 8h, 8e and groups of 8b, 8c, 8g, 8f). When the wafer is rotated, if the temperature varies among 8a, 8d, 8h, and 8e, or if the temperature varies between 8b, 8c, 8g, and 8f, the temperature is averaged by the rotation of the wafer. If there is a temperature variation between the inner and outer annular heater groups, there is a possibility that the temperatures are difficult to average because the annular shape and the rotation direction are parallel. Therefore, the heater shape is linear, and a plurality of heaters are arranged radially from the center of the hot plate, that is, by arranging the longitudinal direction of the heater at right angles to the rotation direction, or at least at an angle, over the entire surface of the hot plate. It is desirable that the temperature distribution given to the wafer be averaged to eliminate variations.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the support rotation mechanism is provided to rotate the substrate (wafer), so that a large-diameter hot plate corresponding to a large-diameter wafer is effectively heated. Even if a plurality of heaters are provided and each of them is independently controlled in temperature, the influence of the temperature distribution in the wafer surface can be suppressed, and the wafer can be heated uniformly. Accordingly, the present invention is particularly effective when applied to the heating of a wafer having a diameter of 8 inches or more, and can uniformly heat a large-diameter wafer by resist baking in a photolithography process and reduce the variation in resist pattern dimension.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a heating device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing a hot plate portion of the heating device in FIG. 1. FIG. FIG. 4 is a diagram showing a change in resist development dimension depending on the presence or absence of wafer rotation. FIG. 5 is a schematic sectional view showing a heating device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic sectional view showing a heating device according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic sectional view showing a heating device according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic sectional view showing a heating device of a first conventional example. FIG. 10 is a schematic sectional view showing a heating device of a second conventional example.
2 Wafer 3, 7 Heater 5 Wafer rotating mechanism 6a to 6d, 11 Wafer support member 8, 8a to 8h, 8e 'to 8h' Heater 9, 50, 52, 54 Hot plate 10a to 10d, 10e 'to 10h' Temperature Measuring device 12 Motors 14a to 14d, 14e 'to 14h' Temperature control circuit 16 Motor control circuit 18 Wafer support block 20 Wafer support member groove 22 Laser detector 24 Laser light source 26 Laser light