JP2004304104A - 熱処理装置および熱処理装置内温度制御方法 - Google Patents
熱処理装置および熱処理装置内温度制御方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】熱処理装置内の温度制御を行なうことにより、被処理基板上に形成されたパターンの現像処理の精度を向上させ、安定したパターン現像処理をすることのできる熱処理装置および熱処理装置内温度制御方法を提供する。
【解決手段】前記被処理基板を加熱する熱板２と、前記熱板２の加熱によって形成される加熱空間３０と、前記加熱空間３０の上方に設けられ、前記加熱空間３０より温度の低い気体が流動する流動空間３１とを備え、前記熱板２の温度よりこの熱板２に載置された被処理基板Ｗの上面温度が低く、また前記被処理基板Ｗの上面温度より前記加熱空間３０の温度が低く、更に前記加熱空間３０の温度よりも流動空間の温度が低く形成される。
【選択図】 図２
【解決手段】前記被処理基板を加熱する熱板２と、前記熱板２の加熱によって形成される加熱空間３０と、前記加熱空間３０の上方に設けられ、前記加熱空間３０より温度の低い気体が流動する流動空間３１とを備え、前記熱板２の温度よりこの熱板２に載置された被処理基板Ｗの上面温度が低く、また前記被処理基板Ｗの上面温度より前記加熱空間３０の温度が低く、更に前記加熱空間３０の温度よりも流動空間の温度が低く形成される。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板に対して加熱処理を行なう熱処理装置および熱処理装置内温度制御方法に関し、熱処理装置内の温度制御を行なうことにより、被処理基板上に形成されたパターンの現像処理の精度を向上させ、安定したパターン現像処理をする熱処理装置および熱処理装置内温度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、例えば半導体や液晶ディスプレイ等の電子デバイスの高集積化・高速化を図るため、その製造工程においてはプロセスの微細化が求められている。そのため前記製造工程のうち、フォトリソグラフィ工程においては、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）あるいはＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）等の短波長のエキシマレーザが露光装置の光源として広く使用されている。
【０００３】
このフォトリソグラフィ工程のうち、被処理基板へのレジスト液の塗布および現像処理を行なう塗布現像装置において、被処理基板である半導体ウエハ（以下ウエハと呼ぶ）に対して加熱処理を行なう工程がある。
この加熱処理工程のうち、パターン露光後に行なわれるＰＥＢ（ポスト・エクスポージャ・ベーキング）は、露光後に現像処理の進行を促すために行なわれる。よりパターンの微細化を求めることができるＡｒＦレジストをレジスト液として用いる場合、ＫｒＦレジスト使用時の約３〜４ｎｍ／℃の感度に比べて約１０ｎｍ／℃という感度でＰＥＢ工程が進行する。
即ち、処理するウエハによって熱処理装置内の温度が異なれば、パターン幅が大きく異なり、ばらつきが生じる。そのため、従来から、熱処理装置内に設けられた、ウエハを加熱する熱板の厳密な温度管理がなされている。
【０００４】
また、一方、ウエハに対する加熱処理のレシピ変更を行なう場合には、通常、現在の加熱処理を一旦終了し、その後新しいレシピに沿って熱処理装置内の温度を新たな設定値にまで上昇させている。
このとき、熱処理装置内は、その床部に設置された熱板により加熱されるが、熱処理装置の蓋部も熱板の輻射熱により時間をかけて加熱されている。このため、蓋部の温度は熱板の輻射熱によって自然にゆっくりと変動し、この間にウエハ処理が再開されると、最初に処理されるウエハ数枚がその影響を受け、パターン幅等に影響が出ることが知られている。
【０００５】
このような課題に対して、特許文献１（特開２００２−２２８３７５号公報）において、図１１に示すように蓋部にヒートパイプを取り付けることが提案されている。なお、図１１は熱処理装置の蓋部である蓋体２００の構成の概略を示す平面図である。
この蓋体２００は、アルミニウムまたはステンレス鋼で作られ、略円筒状の形態を有している。この蓋体上部２００ａには、熱伝導性及び熱応答性に優れた伝熱素子であるヒートパイプ２０１が内蔵され、蓋体２００の温度が周辺温度の変動、例えば熱板温度の変動に素早く応答し、熱伝導により迅速に蓋体温度を安定させることができるように構成されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２２８３７５号公報（第４頁右欄第４行乃至第５頁左欄第５行、第４図乃至第７図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記したように、熱処理装置内に設けられた、ウエハを加熱する熱板の厳密な温度管理をしても、熱板から常に熱が放出されるため、略密閉空間である熱処理装置内部には熱がこもり、内部に乱流が生じる虞があった。
このような現象は、パターンの線幅を増幅させ、またウエハから生じた昇華物が乱流によって再びウエハに落ちてしまう等のトラブルの原因となることが知られている。
【０００８】
また、前記した特許文献１においては、蓋部にヒートパイプを取り付け、蓋部を冷却する技術が示されているが、この特許文献１に示されている技術は、熱処理開始に際し、熱処理装置の蓋体を熱板からの熱に素早く反応させ、熱処理装置内の温度を早く安定させようというものであり、熱処理中については何ら考慮されていない。
また、前記特許文献１の技術を熱処理中に使用し、蓋体を含めた熱処理装置内の温度を素早く熱板の温度まで追従させ、一定温度に保っていたとしても、熱板から常に熱が放出されるため、前記した場合と同様に、略密閉空間である熱処理装置内部には熱がこもり、乱流が生じる虞がある。
【０００９】
本願発明者らは、熱処理装置内部の温度を、より均一、即ちより同一温度になすという従来の考え方と異なる、新たな考えに基づいて本発明を想到するに至ったものである。即ち、本願発明者らが、鋭意研究した結果、熱処理装置内部全体を均一、同一の温度にせず、下方向から上方向に向かって徐々に温度が低下するように内部温度を制御する方が熱がこもり難く、乱流が生じ難く、パターンの線幅を的確に制御できることを知見した。
【００１０】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、熱処理装置内の温度制御を行なうことにより、被処理基板上に形成されたパターンの現像処理の精度を向上させ、安定したパターン現像処理をすることのできる熱処理装置および熱処理装置内温度制御方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明にかかる熱処理装置は、被処理基板に対して加熱処理を行なう熱処理装置において、前記被処理基板を加熱する熱板と、前記熱板の加熱によって形成される加熱空間と、前記加熱空間の上方に設けられ、前記加熱空間より温度の低い気体が流動する流動空間とを備え、前記熱板の温度よりこの熱板に載置された被処理基板の上面温度が低く、また前記被処理基板の上面温度より前記加熱空間の温度が低く、更に前記加熱空間の温度よりも流動空間の温度が低く形成されることを特徴とする。
【００１２】
このように、本発明にかかる熱処理装置は、熱処理装置内部に、熱板の加熱によって形成される加熱空間と、前記加熱空間の上方であって、加熱空間より温度の低い気体が流動する流動空間とを設け、前記被処理基板の上面温度より前記加熱空間の温度が低く、更に前記加熱空間の温度よりも流動空間の温度が低くなるように形成されている。
この結果、熱処理装置内部に極わずかな上昇気流が生じ、内部に熱がこもることも無く、乱流も抑制され、適正なパターンの線幅を得ることができる。
【００１３】
ここで、前記加熱空間と流動空間とは、フィルタによって区分されることが望ましい。このように、フィルタによって加熱空間と流動空間とに区分されるため、ウエハに塗布されたレジスト液、現像液中の物質が加熱により昇華し、流動空間で冷却し固化した場合にも、固化物のウエハ上の落下を防止できる。
【００１４】
前記加熱空間の温度は、前記被処理基板の上面温度から、上方になるにしたがって徐々に温度が低下し、流動空間の温度となることが望ましい。
このように、加熱空間の温度は、前記被処理基板の上面温度から、上方になるにしたがって徐々に温度が低下し、流動空間の温度となるため、大きな上昇気流は抑制され、極わずかな上昇気流が生じ、適正なパターンの線幅を得ることができる。
【００１５】
また、前記流動空間の上部に、該流動空間を流れる気体を冷却する冷却部が形成されていることが望ましい。このように、冷却部が設けられているため、流動空間内の温度を適性に制御することできる。
なお、前記加熱空間の温度を検出し、前記冷却部の温度を制御するのが好ましい。具体的には、前記被処理基板の上面温度が８０℃以下、前記流動空間の温度が略２３℃に制御されるのが好ましい。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明にかかる熱処理装置は、被処理基板に対して加熱処理を行なう熱処理装置において、前記被処理基板を加熱する熱板と、前記熱板の加熱によって形成される加熱空間と、前記加熱空間の上方に設けられ、気体供給口と気体排気口とを備えた流動空間と、前記気体供給口から供給された気体を前記気体排気口から排気することによって、前記流動空間に所定温度の気体の流れを生成する気流生成手段と、前記流動空間の上方に設けられ、冷却水供給口と冷却水排出口とを備えた冷却部と、前記冷却水供給口から供給された冷却水を前記冷却水排出口から排水することによって、前記冷却部に所定温度の水の流れを生成する水流生成手段とを少なくとも備えることを特徴としている。
このように構成されているため、前記被処理基板の上面温度より前記加熱空間の温度を低く、かつ前記加熱空間の温度よりも流動空間の温度を低くなすことができる。この結果、熱処理装置内部に極わずかな上昇気流が生じ、内部に熱がこもることも無く、乱流も抑制され、適正なパターンの線幅を得ることができる。
【００１７】
また、前記加熱空間の上方に、フィルタが設けられていることが望ましく、また、前記フィルタには、前記フィルタと前記被処理基板との間の距離を変えるフィルタ昇降手段が設けられていることが望ましい。
このように、加熱空間と流動空間との間にフィルタが設けられているため、ウエハに塗布されたレジスト液、現像液中の物質が加熱により昇華し、流動空間で冷却し固化した場合にも、該昇華物（固化物）のウエハ上の落下を防止できる。
また、フィルタ昇降手段が設けられているため、フィルタを適正な位置に配置することができる。また、例えば処理レシピ変更による前記熱処理装置内の温度設定が変わったときに、それに合わせてフィルタの高さ調整を行なうことができる。なお、前記フィルタは、流動空間を流れる気体が不必要に下降し、加熱空間内の流れを乱さないように、いわゆる整流作用をなす機能も有する。
【００１８】
また、前記フィルタの温度を検出することにより、該フィルタの温度変化を監視するフィルタ温度監視手段を備え、前記フィルタ温度監視手段によって、検出されたフィルタ温度またはフィルタ温度の変化を参照することにより、該フィルタと前記被処理基板との間の距離が調整されることが望ましい。
このように構成されているため、例えば、前記フィルタ昇降手段に被処理基板からの昇華物（固化物）発生温度を予め設定しておき、前記フィルタ昇降手段が、前記フィルタ温度監視手段の検出したフィルタ温度と、前記昇華物（固化物）発生温度とを比較することによって、フィルタと被処理基板間の距離を自動調整すれば、昇華物（固化物）を確実に捕集することができる。
【００１９】
また、前記気流生成手段は、気体の温度を所定の温度に調整する気体温度調整部と、気体の流量を所定の流量に調整する送風部とを少なくとも備えることが望ましい。このように構成されているため、流動空間の温度を制御することができる。
また、前記水流生成手段は、冷却水の温度を所定の温度に調整する水温度調整部と、水の流量を所定の流量に調整する送水部とを少なくとも備えることが望ましい。このように構成されているため、流動空間の温度を制御することができる。
【００２０】
また、上記課題を解決するために、本発明にかかる熱処理装置内温度制御方法は、被処理基板を加熱する熱板と、前記熱板の加熱によって形成される加熱空間と、前記加熱空間の上方に設けられ、気体が流動する流動空間とを備えた熱処理装置内温度制御方法において、前記熱板の温度よりこの熱板に載置された被処理基板の上面温度が低く、また前記被処理基板の上面温度より前記加熱空間の温度が低く、更に前記加熱空間の温度よりも流動空間の温度が低くなるように、該流動空間の温度が制御されることを特徴としている。
このように制御されるため、熱処理装置内部に極わずかな上昇気流が生じ、内部に熱がこもることも無く、乱流も抑制され、適正なパターンの線幅を得ることができる。
【００２１】
また、前記流動空間の上部に、該流動空間を冷却する冷却部が形成されていることが望ましい。また、前記加熱空間の温度を検出し、前記流動空間を流れる気体温度または、及び前記流動空間の上部に設けられた冷却部の温度を制御することによって、該流動空間の温度を制御することが望ましい。
具体的には、前記前記流動空間の温度が略２３℃に、かつ前記被処理基板の上面温度が８０℃以下に制御される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる熱処理装置および熱処理装置内温度制御方法につき、図１乃至図７に示す一実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明にかかる熱処理装置が適用されるＰＥＢ（ポスト・エクスポージャ・ベーキング）装置が含まれたパターン形成装置の概略平面図である。図２はＰＥＢ装置の概略側面図、図３は概略平面図である。そして、図４はＰＥＢ装置内の加熱空間の概略平面図、図５は冷却部の概略平面図、図６は流動空間の概略平面図、図７は、熱板の変形例を示す断面図である。
【００２３】
先ず本発明にかかる熱処理装置が適用されるＰＥＢ装置が含まれたパターン形成装置について、図１を用いて説明する。図１の平面図に符号１００で示すパターン形成装置は、塗布現像装置５０と、これに接続された露光装置９０により構成される。
塗布現像装置５０は、被処理基板である複数枚のウエハＷを収納したカセットＣＳが搬入出される搬入出部６０と、露光前においてはウエハＷにＡｒＦレジストを塗布し、且つ露光後においては現像を行なう塗布現像部７０と、塗布現像部７０と露光装置９０との間でウエハＷの受け渡しを行なうインタフェイス部８０とからなる。
そして、塗布現像装置５０は、ウエハＷに塗布されたレジストに対しＡｒＦエキシマレーザを光源として露光する露光装置９０とインライン接続されている。
【００２４】
また、前記塗布現像装置５０の搬入出部６０は、カセットＣＳと塗布現像部７０との間でウエハＷを搬送する搬送手段６１を備えている。
また塗布現像部７０は、塗布部７６と、現像部７７と、２つまたは３つの処理ユニット７１、７３、７５とを備えている。図示しないが、処理ユニット７１，７３，７５には夫々プリ・ベーキング装置、ＰＥＢ装置、ポスト・ベーキング装置、疎水化処理装置そして冷却装置等が多段に構成されている。
なお、破線で示した処理ユニット７３は着脱自在であり、装着時には案内レール７４に沿って移動可能に形成されている。
【００２５】
また、塗布現像部７０は、搬入出部６０、塗布部７６、現像部７７、処理ユニット７１，７３，７５及びインタフェイス部８０との間でウエハＷを搬送する搬送手段７２を備えている。
この搬送手段７２は図示しない駆動機構により例えば昇降自在、左右、前後に移動自在かつ鉛直軸まわりに回転自在に構成されている。
【００２６】
またインタフェイス部８０には、露光装置９０から戻ってきたウエハＷの周縁部のみを露光する周縁露光装置８１と、ウエハＷの載置部８３と、載置部８３、周縁露光装置８１、露光装置９０との間でウエハＷを搬送する搬送手段８２とを備えている。
なお、インタフェイス部８０の載置部８３は、例えばバッファ用の保持棚を２段に積み重ねてできている。
【００２７】
また、露光装置９０は、露光前のウエハＷを載置する処理前ステージ９１と、露光を行なう真空室９５と、露光用の光源９４と、露光後のウエハＷを載置する処理後ステージ９２、各ステージ９１，９２、真空室９５との間でウエハＷを搬送する搬送アーム９３とを備えている。
【００２８】
以上のように構成されたパターン形成装置１００におけるウエハＷの処理は次のように行なわれる。
先ず、外部からウエハＷが収納されたウエハカセットＣＳが搬入出部６０に搬入され、そこで搬送手段６１によりカセットＣＳ内からウエハＷが取り出される。そのウエハＷは、搬送手段７２を介して、処理ユニット７１に渡されて、そこで疎水化処理される。
次いで、ウエハＷは塗布部７６に送られ、そこでレジスト液を塗布されてレジスト膜が形成される。それからウエハＷは処理ユニット７１内のプリ・ベーキング装置においてプリ・ベーク処理された後、搬送手段７２、８２を介してインタフェイス部８０に送られる。
【００２９】
このウエハＷはインタフェイス部８０内の載置部８３に一旦収納され、そこで露光装置９０内の雰囲気温度と同じ温度に設定された後、露光装置９０に送られる。露光後、ウエハＷは再びインタフェイス部８０に戻され、周縁露光装置８１にてその周縁部のみを露光された後、現像部７７に空きがない場合には一旦インタフェイス部８０内の載置部８３に収納される。
次いでウエハＷは、図示しない受け渡し部を経由して処理ユニット７５内のＰＥＢ装置に送られ、そこでポスト・エクスポージャ・ベーキング処理された後に、さらに処理ユニット７５内の冷却装置で冷却される。冷却後、ウエハＷは現像部７７にて現像処理され、レジストマスクが形成される。
【００３０】
その後、ウエハＷは、処理ユニット７１あるいは７５内のポスト・ベーキング装置に搬送されてポスト・ベーキング処理される。その処理の後、処理ユニット７１あるいは７５内の冷却装置で冷却される。そして図示しない受け渡し部を経由して搬入出部６０上のカセットＣＳ内に戻され、一連の所定の塗布現像処理が終了する。
【００３１】
続いて、本発明にかかる加熱処理装置が適用される前記ＰＥＢ装置について詳細に説明する。ＰＥＢ装置は、内部に載置されたウエハＷを加熱することにより、露光後にレジストに発生した酸を増幅させて反応を速めるために設けられている。
このＰＥＢ装置は、図２および図３の符号１に示すように略直方体形状の熱処理装置である。図２の側面図に示すように、装置内は略３つのエリアに分けられ、下から加熱空間３０、流動空間３１、そして冷却部３２に分けられる。
【００３２】
先ず、加熱空間３０は、被処理基板であるウエハＷを加熱するために、熱処理装置１の下方に設けられている。この加熱空間３０においては、図２の側面図および図４の熱板の平面図に示すように、底部に熱板２が設けられている。そして、この熱板２上には、例えば４つの支持ピン４が設けられ、この支持ピン４によって、ウエハＷを保持するように構成されている。
なお、支持ピン４は、ウエハＷを熱板２の上に直接載置することを回避することによって、ウエハＷの上下面から略均一に熱を加えると共に、埃等の付着を防ぐために設けられている。前記熱板２を図７に示すように、その外周囲を囲む突起部２ａを形成し、その突起部２ａによって形成される凹部内にウエハを収納しても良い。このように形成することによって、外気の回り込みを抑制することができ、ウエハ面内の均一性を向上させることができる。
また、熱板２には熱板温度調整部３が接続されており、その温度が設定された温度に保持されるように構成されている。
【００３３】
次に加熱空間３０の上方である流動空間３１は、加熱空間３０内の雰囲気を浄化（パージ）するために設けられている。この流動空間３１においては、図２の側面図および図６の流動空間の平面図に示すように、相対向する側面部に気体供給口であるエア供給口８が設けられている。
このエア供給口８から成分、温度および流量調整されたエアが供給され、流動空間３１の中心部の上に設けられた気体排気口である吸気口９ａから吸引部１０によって吸引されて排気口１１から排気されるように構成されている。
また、エア供給口８から供給されるエアはエア供給源２０によって生成され、気流生成手段である送風部１８、温度調整部（気体温度調整部）１９によって供給される。そして、前記気体温度調整部１９と送風部１８とにより、流動空間の温度を制御することができる。
【００３４】
そして、流動空間３１の上方に設けられ、ＰＥＢ装置１の天井部に位置する冷却部３２は、熱板２からの加熱によって必要以上に温度上昇しようとする加熱空間３０（流動空間３１）の雰囲気温度を冷却水によって下げ、被処理基板の上面温度から、上方になるにしたがって徐々に温度を低下させるために設けられている。
この冷却部３２においては、図２の平面図および図５の冷却部３２の平面図に示すように、冷却水供給口１３と冷却水排出口１４とが相対向する側面に備えられている。冷却水供給口１３には、冷却水供給源１５によって生成された冷却水が、水流生成手段である温度調整部（水温度調整部）１６および送水部１７によって温度調整された流水として供給され、冷却部３２内を流れて冷却水排出口１４から排出されるように構成されている。
また、冷却部３２の中央部には流動空間の吸気口９ａから吸引部１０までを連通した吸気管９が貫通されているが、冷却部を流れる冷却水はこの吸気管９を迂回して流れるように構成されている。
【００３５】
また、加熱空間３０の上方であって加熱空間３０と流動空間３１の略境界面には、例えば２層のメッシュ構造に形成されたアルミニウム製のフィルタ６が壁材５の内壁面に接して取り付けられている。このフィルタ６は図６の流動空間部３１の平面図に示すようにＰＥＢ装置１の内部平面形状に合わせて矩形形状に形成されている。
このフィルタ６は、熱板２によって加熱されたウエハＷから発生する昇華物（固化物）を捕集する役目を担っている。すなわち、熱板２からの加熱によってウエハＷから生じた気化物は流動空間３１の気流によって吸気口９ａから吸い出されるが、その一部は冷却部３２による冷却作用により固体化し、再びウエハＷの表面上に落下して付着する虞がある。そのため、フィルタ６によって固体化した昇華物（固化物）を捕集し、ウエハＷの表面上に落下しないように構成されている。
【００３６】
また、流動空間部には前記したように気体が供給されているため、流動空間を流れる気体が不必要に下降して、加熱空間内の流れ（温度差に基づく僅かの上昇気流）を乱す虞がある。前記フィルタ６は、流動空間を流れる気体の不必要な下降を抑制する、いわゆる整流作用をなす機能も有する。
【００３７】
なお、このフィルタ６の相対向する両端部には当該フィルタ６の温度変化を監視する、例えば温度センサー等のフィルタ温度監視手段およびフィルタ６の高さ調整を行なうフィルタ昇降手段の機能を備えたフィルタ調整機構７が取り付けられている。
このフィルタ調整機構７はフィルタ６の温度を検出することによって温度変化を監視し、その温度変化に従ってフィルタ６の高さ調整（ウエハＷとフィルタ６との間の距離の調整）を自動的に行なうように構成されている。
例えば処理レシピが異なり、ウエハＷからの昇華物が固体化する温度が異なる場合等に、フィルタ調整機構７にはその処理レシピにおける昇華物（固化物）発生温度が予め設定される。そして、検出したフィルタ温度と、前記昇華物（固化物）発生温度とを比較することによってフィルタの高さが自動調整され、自動的に昇華物（固化物）が捕集できるようにされている。
また、このフィルタ６は取り外し可能に構成されているため定期的にフィルタ６を交換することができ、また、使用済みのフィルタ６は取り外して洗浄処理することにより再度使用できるように構成されており、メンテナンスが容易となっている。
【００３８】
更に、図示しないが、前記加熱空間には温度センサー等の加熱空間温度監視手段が設けられている。そして、前記加熱空間温度監視手段によって、検出された加熱空間温度または加熱空間温度の変化を参照することにより、前記水流生成手段の水温度調整部、気流生成手段の気体温度調整部を制御するように構成されている。
【００３９】
以上のように構成されたＰＥＢ装置１の処理時の内部温度状況について説明する。なお、供給される気体としてエアである場合を例に説明するが、例えば、このエアーの代わりに窒素ガスを用いても良い。
予め、ＰＥＢ装置１においては内部の温度調整がなされた状態となっている。即ち、先ず、熱板２は熱板温度調整部３によって、例えば１４０℃に設定され、１４０℃まで熱せられた後、その温度が保持される。
そして、エア供給源２０によって、例えば湿度４５％のエアが生成され、温度調整部１９によって、例えば２３℃に調整されたエアが送風部１８により、例えば流量１０Ｌ／ｍｉｎでエア供給口８からＰＥＢ装置１内に供給される。
また、吸引部１０が稼動することにより、流動空間３１にはエア供給口８から吸気口９ａに向かう気流が生成される。同時に加熱空間３０には僅かの上昇気流が生じ、吸引部９ａから吸引されて排気口１１から排気される。
なお、加熱空間３０においては、エア供給口８から供給されたエアが微量に流れ込むことによって、僅かな下降気流が形成されるが、前記した上昇流の流れを大きく乱すものではない。この結果、加熱空間３０内の気体が常に浄化（パージ）される。
【００４０】
一方、冷却水供給源１５によって冷却水が生成され、該冷却水は、温度調整部によって例えば２３℃に温度調整されて、送水部１７によって例えば１Ｌ／ｍｉｎの流量で冷却水供給口１３から冷却部３２内に供給される。
この冷却水供給口１３から供給された冷却水は冷却水排出口１４から外部に排出されることによって、冷却部３２には水流が形成される。これによって下方に位置する流動空間３１を常に一定の温度（例えば２３℃）に冷却することができる。
【００４１】
このように、熱板２は常に一定の温度（例えば１４０℃）で加熱するため、加熱空間３０内には熱が籠もり、それによって温度がさらに上昇しようとする。
しかしながら、流動空間３１内へのエアの供給、前記した冷却部３２による冷却によって、前記加熱空間３０から放熱され、熱のこもりが抑制される。その結果、加熱空間３０の下方に位置するウエハＷ載置部周辺は、処理に最適な温度に保持される。具体的には、ウエハの上面温度が例えば８０℃以下に制御される。
【００４２】
なお、前記の熱板２の設定温度および前記気流生成手段による気流の温度、さらには前記水流生成手段による冷却水の温度等は、処理レシピに従って加熱空間３０内のウエハＷへの加熱処理が行なえるように夫々設定される。
特に、前記気流生成手段による気流の温度は、前記水流生成手段による冷却水の温度と等しくすることによって、より効果的に加熱空間３０（流動空間３１）を冷却することができる。
【００４３】
このように予め温度管理されたＰＥＢ装置１に対して、ウエハＷに対する処理は次のように行なわれる。
露光装置９０における露光処理終了後、ウエハＷは搬送手段７２によって処理ステーション７５内のＰＥＢ装置１に搬入される（図１、図２参照）。
このときＰＥＢ装置１の壁面に設けられた図示しない搬入口からウエハＷは搬入されて、熱板２上の支持ピン４上にレジスト塗布面を上にして載置される。
前記支持ピン４上に載置されたウエハＷに対しては、その下面側から熱板２により略１４０℃の熱が加えられ、ここで所定時間、加熱によるポスト・エクスポージャ・ベーキング処理が行なわれる。
このとき、ウエハＷが加熱されることによって、ウエハＷから気化物が生じ、その多くは吸気口９ａから吸引され、排気口１１から排出される。但し、気化物の一部は流動空間３１の冷却作用によって温度が低下し、固体化するが、それら昇華物（固化物）はフィルタ６上に落下し、捕集される。
【００４４】
【実施例】
次に、図１に示した本発明にかかるＰＥＢ装置（実施例１）と、従来の熱板のみで本発明にかかるエア供給手段、冷却水供給手段を有しないＰＥＢ装置（比較例１）を用いて、ウエハに塗布されたレジスト上層部の温度測定した。測定ポイントとして５つのポイントで測定した。
そのときの条件は、両者の熱板２の温度を１４０℃とし、実施例にあっては、湿度４５％、２３℃のエアを毎分２リットルで供給した。また、２３℃の冷却水を毎分１リットルで冷却部内に供給した。
その測定結果を図８に示す。この測定結果から明らかなように、実施例１にあっては、全ての測定ポイントで８０℃以下であった。これに対して、比較例１では、略９５℃であった。
【００４５】
次に、ウエハ上層部の温度がパターン線幅、線幅の均一性に与える影響について、実験した。
この実験にあっては、図１に示した本発明にかかるＰＥＢ装置（実施例）と、熱板及び図１１に示すヒ−トパイプを有するＰＥＢ装置（比較例）を用いて、ウエハ上層部の温度を測定した。そのときの条件は、両者の熱板２の温度を１３０℃とし、純粋にウエハ上層部の温度影響を検証するため、両者の装置内部へのエアパージを行わないこととした。
また、実施例にあっては、２３℃の冷却水を毎分１リットルで冷却部内に供給した場合（実施例２）と、４０℃の冷却水を毎分１リットルで冷却部内に供給した場合（実施例３）について、ウエハ上層部の温度を測定した。一方、比較例にあっては、ヒ−トパイプが形成された蓋部の温度が１００℃の場合（比較例２）と、前記蓋部の温度が１２５℃の場合（比較例３）について、ウエハ上層部の温度を測定した。
その結果を図９および図１０に示す。
【００４６】
図９のグラフから明らかなように、ウエハ上層部の温度が冷却されて低いほど、パターンの線幅が細くなっていることがわかる。一般的に、パターンの線幅は露光量が多くなると細くなり、露光量が少ないと太くなる。
このことから、前記ウエハ上層部の温度を冷却して調整すれば、露光量を少なくしても必要な細さの線幅にすることができる。その結果、露光時間を短縮することができるという効果も得ることができる。即ち、全体の処理時間の短縮につながり、生産性を向上することができる。
【００４７】
また、図１０のグラフから、ウエハ上層部の温度が冷却されて低いほど、ウエハ面内のパターン線幅のばらつきが少なく均一性が向上していることがわかる。
即ち、前記ウエハ上層部の温度を冷却して調整すれば、塗布現像処理における不良を減少し、歩留まりを向上することができる。
以上の実験結果からも、本発明者等は、本発明にかかる熱処理装置および熱処理装置内温度制御方法の有効性を確認することができた。
特に、ウエハ上層部の温度が８０℃以下になると、９５℃以上の温度の場合に比べて、線幅、線幅均一性が急激に改善されることが確認された。
【００４８】
なお、前記一実施の形態においては、本発明にかかる熱処理装置を塗布現像処理装置におけるＰＥＢ装置に適用したが、これは他の熱処理装置、すなわちプリ・ベーキング装置やポスト・ベーキング装置に適用してもよい。
また、前記した本発明にかかる熱処理装置を適用したＰＥＢ装置が含まれる塗布現像装置の構成および動作は一例であって、これに限るものではない。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなとおり、熱処理装置内の温度制御を行なうことにより、被処理基板上に形成されたパターンの現像処理の精度を向上させ、安定したパターン現像処理をすることのできる熱処理装置および熱処理装置内温度制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明にかかる熱処理装置が適用されたＰＥＢ装置が含まれたパターン形成装置の平面図である。
【図２】図２は、ＰＥＢ装置の側面図である。
【図３】図３は、ＰＥＢ装置の平面図である。
【図４】図４は、ＰＥＢ装置内の加熱空間の平面図である。
【図５】図５は、ＰＥＢ装置内の冷却部の平面図である。
【図６】図６は、ＰＥＢ装置内の流動空間の平面図である。
【図７】図７は、熱板の変形例を示す断面図である。
【図８】図８は、ＰＥＢ装置のレジスト上層部の温度を示した図である。
【図９】図９は、ウエハ上層部の温度とパターン線幅の関係を示したグラフである。
【図１０】図１０は、ＰＥＢ装置のウエハ上層部の温度と処理されたウエハ面内のパターン線幅均一性の関係を示したグラフである。
【図１１】従来技術における熱処理装置の蓋体の平面図である。
【符号の説明】
１ ＰＥＢ装置
２ 熱板
３ 熱板温度調整部
４ 支持ピン
５ 壁材
６ フィルタ
７ フィルタ調整機構
８ エア供給口
９ 吸気管
９ａ 吸気口
１０ 吸引部
１１ 排気口
１３ 冷却水供給口
１４ 冷却水排出口
１５ 冷却水供給源
１６ 温度調整部
１７ 送水部
１８ 送風部
１９ 温度調整部
２０ エア供給源
３０ 加熱空間
３１ 流動空間
３２ 冷却部
５０ 塗布現像装置
１００ パターン形成装置
Ｗ ウエハ
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板に対して加熱処理を行なう熱処理装置および熱処理装置内温度制御方法に関し、熱処理装置内の温度制御を行なうことにより、被処理基板上に形成されたパターンの現像処理の精度を向上させ、安定したパターン現像処理をする熱処理装置および熱処理装置内温度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、例えば半導体や液晶ディスプレイ等の電子デバイスの高集積化・高速化を図るため、その製造工程においてはプロセスの微細化が求められている。そのため前記製造工程のうち、フォトリソグラフィ工程においては、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）あるいはＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）等の短波長のエキシマレーザが露光装置の光源として広く使用されている。
【０００３】
このフォトリソグラフィ工程のうち、被処理基板へのレジスト液の塗布および現像処理を行なう塗布現像装置において、被処理基板である半導体ウエハ（以下ウエハと呼ぶ）に対して加熱処理を行なう工程がある。
この加熱処理工程のうち、パターン露光後に行なわれるＰＥＢ（ポスト・エクスポージャ・ベーキング）は、露光後に現像処理の進行を促すために行なわれる。よりパターンの微細化を求めることができるＡｒＦレジストをレジスト液として用いる場合、ＫｒＦレジスト使用時の約３〜４ｎｍ／℃の感度に比べて約１０ｎｍ／℃という感度でＰＥＢ工程が進行する。
即ち、処理するウエハによって熱処理装置内の温度が異なれば、パターン幅が大きく異なり、ばらつきが生じる。そのため、従来から、熱処理装置内に設けられた、ウエハを加熱する熱板の厳密な温度管理がなされている。
【０００４】
また、一方、ウエハに対する加熱処理のレシピ変更を行なう場合には、通常、現在の加熱処理を一旦終了し、その後新しいレシピに沿って熱処理装置内の温度を新たな設定値にまで上昇させている。
このとき、熱処理装置内は、その床部に設置された熱板により加熱されるが、熱処理装置の蓋部も熱板の輻射熱により時間をかけて加熱されている。このため、蓋部の温度は熱板の輻射熱によって自然にゆっくりと変動し、この間にウエハ処理が再開されると、最初に処理されるウエハ数枚がその影響を受け、パターン幅等に影響が出ることが知られている。
【０００５】
このような課題に対して、特許文献１（特開２００２−２２８３７５号公報）において、図１１に示すように蓋部にヒートパイプを取り付けることが提案されている。なお、図１１は熱処理装置の蓋部である蓋体２００の構成の概略を示す平面図である。
この蓋体２００は、アルミニウムまたはステンレス鋼で作られ、略円筒状の形態を有している。この蓋体上部２００ａには、熱伝導性及び熱応答性に優れた伝熱素子であるヒートパイプ２０１が内蔵され、蓋体２００の温度が周辺温度の変動、例えば熱板温度の変動に素早く応答し、熱伝導により迅速に蓋体温度を安定させることができるように構成されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２２８３７５号公報（第４頁右欄第４行乃至第５頁左欄第５行、第４図乃至第７図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記したように、熱処理装置内に設けられた、ウエハを加熱する熱板の厳密な温度管理をしても、熱板から常に熱が放出されるため、略密閉空間である熱処理装置内部には熱がこもり、内部に乱流が生じる虞があった。
このような現象は、パターンの線幅を増幅させ、またウエハから生じた昇華物が乱流によって再びウエハに落ちてしまう等のトラブルの原因となることが知られている。
【０００８】
また、前記した特許文献１においては、蓋部にヒートパイプを取り付け、蓋部を冷却する技術が示されているが、この特許文献１に示されている技術は、熱処理開始に際し、熱処理装置の蓋体を熱板からの熱に素早く反応させ、熱処理装置内の温度を早く安定させようというものであり、熱処理中については何ら考慮されていない。
また、前記特許文献１の技術を熱処理中に使用し、蓋体を含めた熱処理装置内の温度を素早く熱板の温度まで追従させ、一定温度に保っていたとしても、熱板から常に熱が放出されるため、前記した場合と同様に、略密閉空間である熱処理装置内部には熱がこもり、乱流が生じる虞がある。
【０００９】
本願発明者らは、熱処理装置内部の温度を、より均一、即ちより同一温度になすという従来の考え方と異なる、新たな考えに基づいて本発明を想到するに至ったものである。即ち、本願発明者らが、鋭意研究した結果、熱処理装置内部全体を均一、同一の温度にせず、下方向から上方向に向かって徐々に温度が低下するように内部温度を制御する方が熱がこもり難く、乱流が生じ難く、パターンの線幅を的確に制御できることを知見した。
【００１０】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、熱処理装置内の温度制御を行なうことにより、被処理基板上に形成されたパターンの現像処理の精度を向上させ、安定したパターン現像処理をすることのできる熱処理装置および熱処理装置内温度制御方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明にかかる熱処理装置は、被処理基板に対して加熱処理を行なう熱処理装置において、前記被処理基板を加熱する熱板と、前記熱板の加熱によって形成される加熱空間と、前記加熱空間の上方に設けられ、前記加熱空間より温度の低い気体が流動する流動空間とを備え、前記熱板の温度よりこの熱板に載置された被処理基板の上面温度が低く、また前記被処理基板の上面温度より前記加熱空間の温度が低く、更に前記加熱空間の温度よりも流動空間の温度が低く形成されることを特徴とする。
【００１２】
このように、本発明にかかる熱処理装置は、熱処理装置内部に、熱板の加熱によって形成される加熱空間と、前記加熱空間の上方であって、加熱空間より温度の低い気体が流動する流動空間とを設け、前記被処理基板の上面温度より前記加熱空間の温度が低く、更に前記加熱空間の温度よりも流動空間の温度が低くなるように形成されている。
この結果、熱処理装置内部に極わずかな上昇気流が生じ、内部に熱がこもることも無く、乱流も抑制され、適正なパターンの線幅を得ることができる。
【００１３】
ここで、前記加熱空間と流動空間とは、フィルタによって区分されることが望ましい。このように、フィルタによって加熱空間と流動空間とに区分されるため、ウエハに塗布されたレジスト液、現像液中の物質が加熱により昇華し、流動空間で冷却し固化した場合にも、固化物のウエハ上の落下を防止できる。
【００１４】
前記加熱空間の温度は、前記被処理基板の上面温度から、上方になるにしたがって徐々に温度が低下し、流動空間の温度となることが望ましい。
このように、加熱空間の温度は、前記被処理基板の上面温度から、上方になるにしたがって徐々に温度が低下し、流動空間の温度となるため、大きな上昇気流は抑制され、極わずかな上昇気流が生じ、適正なパターンの線幅を得ることができる。
【００１５】
また、前記流動空間の上部に、該流動空間を流れる気体を冷却する冷却部が形成されていることが望ましい。このように、冷却部が設けられているため、流動空間内の温度を適性に制御することできる。
なお、前記加熱空間の温度を検出し、前記冷却部の温度を制御するのが好ましい。具体的には、前記被処理基板の上面温度が８０℃以下、前記流動空間の温度が略２３℃に制御されるのが好ましい。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明にかかる熱処理装置は、被処理基板に対して加熱処理を行なう熱処理装置において、前記被処理基板を加熱する熱板と、前記熱板の加熱によって形成される加熱空間と、前記加熱空間の上方に設けられ、気体供給口と気体排気口とを備えた流動空間と、前記気体供給口から供給された気体を前記気体排気口から排気することによって、前記流動空間に所定温度の気体の流れを生成する気流生成手段と、前記流動空間の上方に設けられ、冷却水供給口と冷却水排出口とを備えた冷却部と、前記冷却水供給口から供給された冷却水を前記冷却水排出口から排水することによって、前記冷却部に所定温度の水の流れを生成する水流生成手段とを少なくとも備えることを特徴としている。
このように構成されているため、前記被処理基板の上面温度より前記加熱空間の温度を低く、かつ前記加熱空間の温度よりも流動空間の温度を低くなすことができる。この結果、熱処理装置内部に極わずかな上昇気流が生じ、内部に熱がこもることも無く、乱流も抑制され、適正なパターンの線幅を得ることができる。
【００１７】
また、前記加熱空間の上方に、フィルタが設けられていることが望ましく、また、前記フィルタには、前記フィルタと前記被処理基板との間の距離を変えるフィルタ昇降手段が設けられていることが望ましい。
このように、加熱空間と流動空間との間にフィルタが設けられているため、ウエハに塗布されたレジスト液、現像液中の物質が加熱により昇華し、流動空間で冷却し固化した場合にも、該昇華物（固化物）のウエハ上の落下を防止できる。
また、フィルタ昇降手段が設けられているため、フィルタを適正な位置に配置することができる。また、例えば処理レシピ変更による前記熱処理装置内の温度設定が変わったときに、それに合わせてフィルタの高さ調整を行なうことができる。なお、前記フィルタは、流動空間を流れる気体が不必要に下降し、加熱空間内の流れを乱さないように、いわゆる整流作用をなす機能も有する。
【００１８】
また、前記フィルタの温度を検出することにより、該フィルタの温度変化を監視するフィルタ温度監視手段を備え、前記フィルタ温度監視手段によって、検出されたフィルタ温度またはフィルタ温度の変化を参照することにより、該フィルタと前記被処理基板との間の距離が調整されることが望ましい。
このように構成されているため、例えば、前記フィルタ昇降手段に被処理基板からの昇華物（固化物）発生温度を予め設定しておき、前記フィルタ昇降手段が、前記フィルタ温度監視手段の検出したフィルタ温度と、前記昇華物（固化物）発生温度とを比較することによって、フィルタと被処理基板間の距離を自動調整すれば、昇華物（固化物）を確実に捕集することができる。
【００１９】
また、前記気流生成手段は、気体の温度を所定の温度に調整する気体温度調整部と、気体の流量を所定の流量に調整する送風部とを少なくとも備えることが望ましい。このように構成されているため、流動空間の温度を制御することができる。
また、前記水流生成手段は、冷却水の温度を所定の温度に調整する水温度調整部と、水の流量を所定の流量に調整する送水部とを少なくとも備えることが望ましい。このように構成されているため、流動空間の温度を制御することができる。
【００２０】
また、上記課題を解決するために、本発明にかかる熱処理装置内温度制御方法は、被処理基板を加熱する熱板と、前記熱板の加熱によって形成される加熱空間と、前記加熱空間の上方に設けられ、気体が流動する流動空間とを備えた熱処理装置内温度制御方法において、前記熱板の温度よりこの熱板に載置された被処理基板の上面温度が低く、また前記被処理基板の上面温度より前記加熱空間の温度が低く、更に前記加熱空間の温度よりも流動空間の温度が低くなるように、該流動空間の温度が制御されることを特徴としている。
このように制御されるため、熱処理装置内部に極わずかな上昇気流が生じ、内部に熱がこもることも無く、乱流も抑制され、適正なパターンの線幅を得ることができる。
【００２１】
また、前記流動空間の上部に、該流動空間を冷却する冷却部が形成されていることが望ましい。また、前記加熱空間の温度を検出し、前記流動空間を流れる気体温度または、及び前記流動空間の上部に設けられた冷却部の温度を制御することによって、該流動空間の温度を制御することが望ましい。
具体的には、前記前記流動空間の温度が略２３℃に、かつ前記被処理基板の上面温度が８０℃以下に制御される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる熱処理装置および熱処理装置内温度制御方法につき、図１乃至図７に示す一実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明にかかる熱処理装置が適用されるＰＥＢ（ポスト・エクスポージャ・ベーキング）装置が含まれたパターン形成装置の概略平面図である。図２はＰＥＢ装置の概略側面図、図３は概略平面図である。そして、図４はＰＥＢ装置内の加熱空間の概略平面図、図５は冷却部の概略平面図、図６は流動空間の概略平面図、図７は、熱板の変形例を示す断面図である。
【００２３】
先ず本発明にかかる熱処理装置が適用されるＰＥＢ装置が含まれたパターン形成装置について、図１を用いて説明する。図１の平面図に符号１００で示すパターン形成装置は、塗布現像装置５０と、これに接続された露光装置９０により構成される。
塗布現像装置５０は、被処理基板である複数枚のウエハＷを収納したカセットＣＳが搬入出される搬入出部６０と、露光前においてはウエハＷにＡｒＦレジストを塗布し、且つ露光後においては現像を行なう塗布現像部７０と、塗布現像部７０と露光装置９０との間でウエハＷの受け渡しを行なうインタフェイス部８０とからなる。
そして、塗布現像装置５０は、ウエハＷに塗布されたレジストに対しＡｒＦエキシマレーザを光源として露光する露光装置９０とインライン接続されている。
【００２４】
また、前記塗布現像装置５０の搬入出部６０は、カセットＣＳと塗布現像部７０との間でウエハＷを搬送する搬送手段６１を備えている。
また塗布現像部７０は、塗布部７６と、現像部７７と、２つまたは３つの処理ユニット７１、７３、７５とを備えている。図示しないが、処理ユニット７１，７３，７５には夫々プリ・ベーキング装置、ＰＥＢ装置、ポスト・ベーキング装置、疎水化処理装置そして冷却装置等が多段に構成されている。
なお、破線で示した処理ユニット７３は着脱自在であり、装着時には案内レール７４に沿って移動可能に形成されている。
【００２５】
また、塗布現像部７０は、搬入出部６０、塗布部７６、現像部７７、処理ユニット７１，７３，７５及びインタフェイス部８０との間でウエハＷを搬送する搬送手段７２を備えている。
この搬送手段７２は図示しない駆動機構により例えば昇降自在、左右、前後に移動自在かつ鉛直軸まわりに回転自在に構成されている。
【００２６】
またインタフェイス部８０には、露光装置９０から戻ってきたウエハＷの周縁部のみを露光する周縁露光装置８１と、ウエハＷの載置部８３と、載置部８３、周縁露光装置８１、露光装置９０との間でウエハＷを搬送する搬送手段８２とを備えている。
なお、インタフェイス部８０の載置部８３は、例えばバッファ用の保持棚を２段に積み重ねてできている。
【００２７】
また、露光装置９０は、露光前のウエハＷを載置する処理前ステージ９１と、露光を行なう真空室９５と、露光用の光源９４と、露光後のウエハＷを載置する処理後ステージ９２、各ステージ９１，９２、真空室９５との間でウエハＷを搬送する搬送アーム９３とを備えている。
【００２８】
以上のように構成されたパターン形成装置１００におけるウエハＷの処理は次のように行なわれる。
先ず、外部からウエハＷが収納されたウエハカセットＣＳが搬入出部６０に搬入され、そこで搬送手段６１によりカセットＣＳ内からウエハＷが取り出される。そのウエハＷは、搬送手段７２を介して、処理ユニット７１に渡されて、そこで疎水化処理される。
次いで、ウエハＷは塗布部７６に送られ、そこでレジスト液を塗布されてレジスト膜が形成される。それからウエハＷは処理ユニット７１内のプリ・ベーキング装置においてプリ・ベーク処理された後、搬送手段７２、８２を介してインタフェイス部８０に送られる。
【００２９】
このウエハＷはインタフェイス部８０内の載置部８３に一旦収納され、そこで露光装置９０内の雰囲気温度と同じ温度に設定された後、露光装置９０に送られる。露光後、ウエハＷは再びインタフェイス部８０に戻され、周縁露光装置８１にてその周縁部のみを露光された後、現像部７７に空きがない場合には一旦インタフェイス部８０内の載置部８３に収納される。
次いでウエハＷは、図示しない受け渡し部を経由して処理ユニット７５内のＰＥＢ装置に送られ、そこでポスト・エクスポージャ・ベーキング処理された後に、さらに処理ユニット７５内の冷却装置で冷却される。冷却後、ウエハＷは現像部７７にて現像処理され、レジストマスクが形成される。
【００３０】
その後、ウエハＷは、処理ユニット７１あるいは７５内のポスト・ベーキング装置に搬送されてポスト・ベーキング処理される。その処理の後、処理ユニット７１あるいは７５内の冷却装置で冷却される。そして図示しない受け渡し部を経由して搬入出部６０上のカセットＣＳ内に戻され、一連の所定の塗布現像処理が終了する。
【００３１】
続いて、本発明にかかる加熱処理装置が適用される前記ＰＥＢ装置について詳細に説明する。ＰＥＢ装置は、内部に載置されたウエハＷを加熱することにより、露光後にレジストに発生した酸を増幅させて反応を速めるために設けられている。
このＰＥＢ装置は、図２および図３の符号１に示すように略直方体形状の熱処理装置である。図２の側面図に示すように、装置内は略３つのエリアに分けられ、下から加熱空間３０、流動空間３１、そして冷却部３２に分けられる。
【００３２】
先ず、加熱空間３０は、被処理基板であるウエハＷを加熱するために、熱処理装置１の下方に設けられている。この加熱空間３０においては、図２の側面図および図４の熱板の平面図に示すように、底部に熱板２が設けられている。そして、この熱板２上には、例えば４つの支持ピン４が設けられ、この支持ピン４によって、ウエハＷを保持するように構成されている。
なお、支持ピン４は、ウエハＷを熱板２の上に直接載置することを回避することによって、ウエハＷの上下面から略均一に熱を加えると共に、埃等の付着を防ぐために設けられている。前記熱板２を図７に示すように、その外周囲を囲む突起部２ａを形成し、その突起部２ａによって形成される凹部内にウエハを収納しても良い。このように形成することによって、外気の回り込みを抑制することができ、ウエハ面内の均一性を向上させることができる。
また、熱板２には熱板温度調整部３が接続されており、その温度が設定された温度に保持されるように構成されている。
【００３３】
次に加熱空間３０の上方である流動空間３１は、加熱空間３０内の雰囲気を浄化（パージ）するために設けられている。この流動空間３１においては、図２の側面図および図６の流動空間の平面図に示すように、相対向する側面部に気体供給口であるエア供給口８が設けられている。
このエア供給口８から成分、温度および流量調整されたエアが供給され、流動空間３１の中心部の上に設けられた気体排気口である吸気口９ａから吸引部１０によって吸引されて排気口１１から排気されるように構成されている。
また、エア供給口８から供給されるエアはエア供給源２０によって生成され、気流生成手段である送風部１８、温度調整部（気体温度調整部）１９によって供給される。そして、前記気体温度調整部１９と送風部１８とにより、流動空間の温度を制御することができる。
【００３４】
そして、流動空間３１の上方に設けられ、ＰＥＢ装置１の天井部に位置する冷却部３２は、熱板２からの加熱によって必要以上に温度上昇しようとする加熱空間３０（流動空間３１）の雰囲気温度を冷却水によって下げ、被処理基板の上面温度から、上方になるにしたがって徐々に温度を低下させるために設けられている。
この冷却部３２においては、図２の平面図および図５の冷却部３２の平面図に示すように、冷却水供給口１３と冷却水排出口１４とが相対向する側面に備えられている。冷却水供給口１３には、冷却水供給源１５によって生成された冷却水が、水流生成手段である温度調整部（水温度調整部）１６および送水部１７によって温度調整された流水として供給され、冷却部３２内を流れて冷却水排出口１４から排出されるように構成されている。
また、冷却部３２の中央部には流動空間の吸気口９ａから吸引部１０までを連通した吸気管９が貫通されているが、冷却部を流れる冷却水はこの吸気管９を迂回して流れるように構成されている。
【００３５】
また、加熱空間３０の上方であって加熱空間３０と流動空間３１の略境界面には、例えば２層のメッシュ構造に形成されたアルミニウム製のフィルタ６が壁材５の内壁面に接して取り付けられている。このフィルタ６は図６の流動空間部３１の平面図に示すようにＰＥＢ装置１の内部平面形状に合わせて矩形形状に形成されている。
このフィルタ６は、熱板２によって加熱されたウエハＷから発生する昇華物（固化物）を捕集する役目を担っている。すなわち、熱板２からの加熱によってウエハＷから生じた気化物は流動空間３１の気流によって吸気口９ａから吸い出されるが、その一部は冷却部３２による冷却作用により固体化し、再びウエハＷの表面上に落下して付着する虞がある。そのため、フィルタ６によって固体化した昇華物（固化物）を捕集し、ウエハＷの表面上に落下しないように構成されている。
【００３６】
また、流動空間部には前記したように気体が供給されているため、流動空間を流れる気体が不必要に下降して、加熱空間内の流れ（温度差に基づく僅かの上昇気流）を乱す虞がある。前記フィルタ６は、流動空間を流れる気体の不必要な下降を抑制する、いわゆる整流作用をなす機能も有する。
【００３７】
なお、このフィルタ６の相対向する両端部には当該フィルタ６の温度変化を監視する、例えば温度センサー等のフィルタ温度監視手段およびフィルタ６の高さ調整を行なうフィルタ昇降手段の機能を備えたフィルタ調整機構７が取り付けられている。
このフィルタ調整機構７はフィルタ６の温度を検出することによって温度変化を監視し、その温度変化に従ってフィルタ６の高さ調整（ウエハＷとフィルタ６との間の距離の調整）を自動的に行なうように構成されている。
例えば処理レシピが異なり、ウエハＷからの昇華物が固体化する温度が異なる場合等に、フィルタ調整機構７にはその処理レシピにおける昇華物（固化物）発生温度が予め設定される。そして、検出したフィルタ温度と、前記昇華物（固化物）発生温度とを比較することによってフィルタの高さが自動調整され、自動的に昇華物（固化物）が捕集できるようにされている。
また、このフィルタ６は取り外し可能に構成されているため定期的にフィルタ６を交換することができ、また、使用済みのフィルタ６は取り外して洗浄処理することにより再度使用できるように構成されており、メンテナンスが容易となっている。
【００３８】
更に、図示しないが、前記加熱空間には温度センサー等の加熱空間温度監視手段が設けられている。そして、前記加熱空間温度監視手段によって、検出された加熱空間温度または加熱空間温度の変化を参照することにより、前記水流生成手段の水温度調整部、気流生成手段の気体温度調整部を制御するように構成されている。
【００３９】
以上のように構成されたＰＥＢ装置１の処理時の内部温度状況について説明する。なお、供給される気体としてエアである場合を例に説明するが、例えば、このエアーの代わりに窒素ガスを用いても良い。
予め、ＰＥＢ装置１においては内部の温度調整がなされた状態となっている。即ち、先ず、熱板２は熱板温度調整部３によって、例えば１４０℃に設定され、１４０℃まで熱せられた後、その温度が保持される。
そして、エア供給源２０によって、例えば湿度４５％のエアが生成され、温度調整部１９によって、例えば２３℃に調整されたエアが送風部１８により、例えば流量１０Ｌ／ｍｉｎでエア供給口８からＰＥＢ装置１内に供給される。
また、吸引部１０が稼動することにより、流動空間３１にはエア供給口８から吸気口９ａに向かう気流が生成される。同時に加熱空間３０には僅かの上昇気流が生じ、吸引部９ａから吸引されて排気口１１から排気される。
なお、加熱空間３０においては、エア供給口８から供給されたエアが微量に流れ込むことによって、僅かな下降気流が形成されるが、前記した上昇流の流れを大きく乱すものではない。この結果、加熱空間３０内の気体が常に浄化（パージ）される。
【００４０】
一方、冷却水供給源１５によって冷却水が生成され、該冷却水は、温度調整部によって例えば２３℃に温度調整されて、送水部１７によって例えば１Ｌ／ｍｉｎの流量で冷却水供給口１３から冷却部３２内に供給される。
この冷却水供給口１３から供給された冷却水は冷却水排出口１４から外部に排出されることによって、冷却部３２には水流が形成される。これによって下方に位置する流動空間３１を常に一定の温度（例えば２３℃）に冷却することができる。
【００４１】
このように、熱板２は常に一定の温度（例えば１４０℃）で加熱するため、加熱空間３０内には熱が籠もり、それによって温度がさらに上昇しようとする。
しかしながら、流動空間３１内へのエアの供給、前記した冷却部３２による冷却によって、前記加熱空間３０から放熱され、熱のこもりが抑制される。その結果、加熱空間３０の下方に位置するウエハＷ載置部周辺は、処理に最適な温度に保持される。具体的には、ウエハの上面温度が例えば８０℃以下に制御される。
【００４２】
なお、前記の熱板２の設定温度および前記気流生成手段による気流の温度、さらには前記水流生成手段による冷却水の温度等は、処理レシピに従って加熱空間３０内のウエハＷへの加熱処理が行なえるように夫々設定される。
特に、前記気流生成手段による気流の温度は、前記水流生成手段による冷却水の温度と等しくすることによって、より効果的に加熱空間３０（流動空間３１）を冷却することができる。
【００４３】
このように予め温度管理されたＰＥＢ装置１に対して、ウエハＷに対する処理は次のように行なわれる。
露光装置９０における露光処理終了後、ウエハＷは搬送手段７２によって処理ステーション７５内のＰＥＢ装置１に搬入される（図１、図２参照）。
このときＰＥＢ装置１の壁面に設けられた図示しない搬入口からウエハＷは搬入されて、熱板２上の支持ピン４上にレジスト塗布面を上にして載置される。
前記支持ピン４上に載置されたウエハＷに対しては、その下面側から熱板２により略１４０℃の熱が加えられ、ここで所定時間、加熱によるポスト・エクスポージャ・ベーキング処理が行なわれる。
このとき、ウエハＷが加熱されることによって、ウエハＷから気化物が生じ、その多くは吸気口９ａから吸引され、排気口１１から排出される。但し、気化物の一部は流動空間３１の冷却作用によって温度が低下し、固体化するが、それら昇華物（固化物）はフィルタ６上に落下し、捕集される。
【００４４】
【実施例】
次に、図１に示した本発明にかかるＰＥＢ装置（実施例１）と、従来の熱板のみで本発明にかかるエア供給手段、冷却水供給手段を有しないＰＥＢ装置（比較例１）を用いて、ウエハに塗布されたレジスト上層部の温度測定した。測定ポイントとして５つのポイントで測定した。
そのときの条件は、両者の熱板２の温度を１４０℃とし、実施例にあっては、湿度４５％、２３℃のエアを毎分２リットルで供給した。また、２３℃の冷却水を毎分１リットルで冷却部内に供給した。
その測定結果を図８に示す。この測定結果から明らかなように、実施例１にあっては、全ての測定ポイントで８０℃以下であった。これに対して、比較例１では、略９５℃であった。
【００４５】
次に、ウエハ上層部の温度がパターン線幅、線幅の均一性に与える影響について、実験した。
この実験にあっては、図１に示した本発明にかかるＰＥＢ装置（実施例）と、熱板及び図１１に示すヒ−トパイプを有するＰＥＢ装置（比較例）を用いて、ウエハ上層部の温度を測定した。そのときの条件は、両者の熱板２の温度を１３０℃とし、純粋にウエハ上層部の温度影響を検証するため、両者の装置内部へのエアパージを行わないこととした。
また、実施例にあっては、２３℃の冷却水を毎分１リットルで冷却部内に供給した場合（実施例２）と、４０℃の冷却水を毎分１リットルで冷却部内に供給した場合（実施例３）について、ウエハ上層部の温度を測定した。一方、比較例にあっては、ヒ−トパイプが形成された蓋部の温度が１００℃の場合（比較例２）と、前記蓋部の温度が１２５℃の場合（比較例３）について、ウエハ上層部の温度を測定した。
その結果を図９および図１０に示す。
【００４６】
図９のグラフから明らかなように、ウエハ上層部の温度が冷却されて低いほど、パターンの線幅が細くなっていることがわかる。一般的に、パターンの線幅は露光量が多くなると細くなり、露光量が少ないと太くなる。
このことから、前記ウエハ上層部の温度を冷却して調整すれば、露光量を少なくしても必要な細さの線幅にすることができる。その結果、露光時間を短縮することができるという効果も得ることができる。即ち、全体の処理時間の短縮につながり、生産性を向上することができる。
【００４７】
また、図１０のグラフから、ウエハ上層部の温度が冷却されて低いほど、ウエハ面内のパターン線幅のばらつきが少なく均一性が向上していることがわかる。
即ち、前記ウエハ上層部の温度を冷却して調整すれば、塗布現像処理における不良を減少し、歩留まりを向上することができる。
以上の実験結果からも、本発明者等は、本発明にかかる熱処理装置および熱処理装置内温度制御方法の有効性を確認することができた。
特に、ウエハ上層部の温度が８０℃以下になると、９５℃以上の温度の場合に比べて、線幅、線幅均一性が急激に改善されることが確認された。
【００４８】
なお、前記一実施の形態においては、本発明にかかる熱処理装置を塗布現像処理装置におけるＰＥＢ装置に適用したが、これは他の熱処理装置、すなわちプリ・ベーキング装置やポスト・ベーキング装置に適用してもよい。
また、前記した本発明にかかる熱処理装置を適用したＰＥＢ装置が含まれる塗布現像装置の構成および動作は一例であって、これに限るものではない。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなとおり、熱処理装置内の温度制御を行なうことにより、被処理基板上に形成されたパターンの現像処理の精度を向上させ、安定したパターン現像処理をすることのできる熱処理装置および熱処理装置内温度制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明にかかる熱処理装置が適用されたＰＥＢ装置が含まれたパターン形成装置の平面図である。
【図２】図２は、ＰＥＢ装置の側面図である。
【図３】図３は、ＰＥＢ装置の平面図である。
【図４】図４は、ＰＥＢ装置内の加熱空間の平面図である。
【図５】図５は、ＰＥＢ装置内の冷却部の平面図である。
【図６】図６は、ＰＥＢ装置内の流動空間の平面図である。
【図７】図７は、熱板の変形例を示す断面図である。
【図８】図８は、ＰＥＢ装置のレジスト上層部の温度を示した図である。
【図９】図９は、ウエハ上層部の温度とパターン線幅の関係を示したグラフである。
【図１０】図１０は、ＰＥＢ装置のウエハ上層部の温度と処理されたウエハ面内のパターン線幅均一性の関係を示したグラフである。
【図１１】従来技術における熱処理装置の蓋体の平面図である。
【符号の説明】
１ ＰＥＢ装置
２ 熱板
３ 熱板温度調整部
４ 支持ピン
５ 壁材
６ フィルタ
７ フィルタ調整機構
８ エア供給口
９ 吸気管
９ａ 吸気口
１０ 吸引部
１１ 排気口
１３ 冷却水供給口
１４ 冷却水排出口
１５ 冷却水供給源
１６ 温度調整部
１７ 送水部
１８ 送風部
１９ 温度調整部
２０ エア供給源
３０ 加熱空間
３１ 流動空間
３２ 冷却部
５０ 塗布現像装置
１００ パターン形成装置
Ｗ ウエハ
Claims (18)
- 被処理基板に対して加熱処理を行なう熱処理装置において、
前記被処理基板を加熱する熱板と、
前記熱板の加熱によって形成される加熱空間と、
前記加熱空間の上方に設けられ、前記加熱空間より温度の低い気体が流動する流動空間とを備え、
前記熱板の温度よりこの熱板に載置された被処理基板の上面温度が低く、また前記被処理基板の上面温度より前記加熱空間の温度が低く、更に前記加熱空間の温度よりも流動空間の温度が低く形成されることを特徴とする熱処理装置。 - 前記加熱空間と流動空間とは、フィルタによって区分されることを特徴とする請求項１に記載された熱処理装置。
- 前記加熱空間の温度は、前記被処理基板の上面温度から、上方になるにしたがって徐々に温度が低下し、流動空間の温度となることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された熱処理装置。
- 前記流動空間の上部に、該流動空間を流れる気体を冷却する冷却部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された熱処理装置。
- 前記加熱空間の温度を検出し、前記冷却部の温度を制御することを特徴とする請求項４に記載された熱処理装置。
- 前記被処理基板の上面温度が８０℃以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された熱処理装置。
- 前記流動空間の温度が略２３℃であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載された熱処理装置。
- 被処理基板に対して加熱処理を行なう熱処理装置において、
前記被処理基板を加熱する熱板と、
前記熱板の加熱によって形成される加熱空間と、
前記加熱空間の上方に設けられ、気体供給口と気体排気口とを備えた流動空間と、
前記気体供給口から供給された気体を前記気体排気口から排気することによって、前記流動空間に所定温度の気体の流れを生成する気流生成手段と、
前記流動空間の上方に設けられ、冷却水供給口と冷却水排出口とを備えた冷却部と、
前記冷却水供給口から供給された冷却水を前記冷却水排出口から排水することによって、前記冷却部に所定温度の水の流れを生成する水流生成手段と
を少なくとも備えることを特徴とする熱処理装置。 - 前記加熱空間の上方に、フィルタが設けられていることを特徴とする請求項８に記載された熱処理装置。
- 前記フィルタには、前記フィルタと前記被処理基板との間の距離を変えるフィルタ昇降手段が設けられていることを特徴とする請求項９に記載された熱処理装置。
- 前記フィルタの温度を検出することにより、該フィルタの温度変化を監視するフィルタ温度監視手段を備え、
前記フィルタ温度監視手段によって、検出されたフィルタ温度またはフィルタ温度の変化を参照することにより、該フィルタと前記被処理基板との間の距離が調整されることを特徴とする請求項１０に記載された熱処理装置。 - 前記気流生成手段は、気体の温度を所定の温度に調整する気体温度調整部と、
気体の流れを所定の流量に調整する送風部と
を少なくとも備えることを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載された熱処理装置。 - 前記水流生成手段は、冷却水の温度を所定の温度に調整する水温度調整部と、
水の流量を所定の流量に調整する送水部と
を少なくとも備えることを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれかに記載された熱処理装置。 - 前記加熱空間の温度を検出することより、該加熱空間の温度変化を監視する加熱空間温度監視手段を備え、
前記加熱空間温度監視手段によって、検出された加熱空間温度または加熱空間温度の変化を参照することにより、
前記水流生成手段の水温度調整部または、及び気流生成手段の気体温度調整部を制御することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載された熱処理装置。 - 被処理基板を加熱する熱板と、前記熱板の加熱によって形成される加熱空間と、前記加熱空間の上方に設けられ、気体が流動する流動空間とを備えた熱処理装置内温度制御方法において、
前記熱板の温度よりこの熱板に載置された被処理基板の上面温度が低く、また前記被処理基板の上面温度より前記加熱空間の温度が低く、更に前記加熱空間の温度よりも流動空間の温度が低くなるように、該流動空間の温度が制御されることを特徴とする熱処理装置内温度制御方法。 - 前記流動空間の上部に、該流動空間を冷却する冷却部が形成されていることを特徴とする請求項１５に記載された熱処理装置。
- 前記加熱空間の温度を検出し、前記流動空間を流れる気体温度または、及び前記流動空間の上部に設けられた冷却部の温度を制御することによって、該流動空間の温度を制御することを特徴とすることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載された熱処理装置内温度制御方法。
- 前記前記流動空間の温度が略２３℃に、かつ前記被処理基板の上面温度が８０℃以下に制御されることを特徴とする請求項１５乃至請求項１７のいずれかに記載された熱処理装置内温度制御方法。
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