JP2005011852A - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板を加熱プレートの上に載置して加熱処理例えば塗布膜に対するベーク処理を行うにあたって、基板を速やかに目標温度まで昇温し、また昇温工程中における基板の表面温度について高い面内均一性を確保する。
【解決手段】基板の表面の温度を検出する放射温度測定部からの温度測定値とそのときの基板表面の温度目標値との温度差と、そのときの温度測定値又は加熱プレートに基板を載置したときを基準とした時間と、供給電力の補正量と、を対応づけたデータを記憶部に記憶しておく。そして基板表面温度が予め設定した昇温パターンで昇温するように加熱手段の供給電力の指令値を出力すると共に、前記温度差を求め、その温度差と温度測定値または時間とを元に前記データから供給電力の補正量を読み出し、この補正量により供給電力の指令値を補正する。
【選択図】 図４
【解決手段】基板の表面の温度を検出する放射温度測定部からの温度測定値とそのときの基板表面の温度目標値との温度差と、そのときの温度測定値又は加熱プレートに基板を載置したときを基準とした時間と、供給電力の補正量と、を対応づけたデータを記憶部に記憶しておく。そして基板表面温度が予め設定した昇温パターンで昇温するように加熱手段の供給電力の指令値を出力すると共に、前記温度差を求め、その温度差と温度測定値または時間とを元に前記データから供給電力の補正量を読み出し、この補正量により供給電力の指令値を補正する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジストパターンを形成するための露光時に用いられるマスク基板（レチクル基板）あるいは半導体ウエハや液晶ディスプレイ用ガラス基板などの基板を例えばベーク処理するための熱処理装置及び熱処理方法に関し、より詳細には当該基板表面の温度制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の熱処理装置例えばベーク処理装置は、例えばレジスト液を塗布した後や、露光後の基板に現象液を塗布する前後に行われ、この場合通常塗布、現像装置の中に組み込まれている。
【０００３】
従来の熱処理装置は例えば図１２に示すように、抵抗発熱体からなるヒータ１１を内蔵した例えばセラミックスからなる加熱プレート１２を備え、この加熱プレート１２の表面にプロキシミティーピン１３を介して載置された基板Ｇを加熱するように構成されている。プロキシミティーピン１３は基板Ｇの裏面側にパーティクルが付着するのを避けるために用いられ、この基板Ｇは加熱プレート１２から微小距離例えば０．５ｍｍ程度浮上した状態にある。このベーク装置における基板Ｇの温度制御は、一般的には、加熱プレート１２の表面部の温度を温度センサ１４により検出し、目標温度と検出温度との偏差に基づいてＰＩＤ制御器１５によりヒータ１１の電力を制御している。
【０００４】
また最近では、基板の温度について面内均一性を確保するために熱プレートとは対向して基板の上方側の位置に温度センサ例えば赤外線カメラを設けて基板の表面部の温度分布を検出し、その温度分布に基づいて各ヒータの温度目標値を求め、加熱プレートの表面部の温度測定値と各ヒータの温度目標値とに基づいて各ヒータの電力をＰＩＤ制御する熱処理装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、ウエハに塗布されたレジスト膜の膜表面上方に、レジスト膜の表面全域の温度分布状態を検出する赤外線温度分布センサを設置し、赤外線温度センサらの温度分布情報に基づいてウエハを加熱するヒータブロックによってウエハの加熱制御を行うベーキング装置もある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特表２０００２−５３８５０１（請求項１、請求項１３、段落００２１、段落００２２、段落００２３、図３参照）
【特許文献２】
特開平１１−８１８０（請求項１、請求項２、段落００２８、図１参照）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱プレート及び基板を含めた制御対象においては、ヒータの温度変化に対して熱移動に時間の遅れがあり、特にマスク基板など厚さが大きい場合には遅れ時間が長く、このため特許文献１のようにＰＩＤ制御を行う手法では、昇温速度を早くしようとすると基板表面の温度がオーバーシュートしてしまうので基板の昇温速度を遅くしなければならない。昇温時にはどうしても昇温後よりも基板表面の温度ばらつきは大きいが、昇温が遅いと面内での温度履歴の時間積分の差が大きくなり、ベーク処理の面内均一性が悪くなる。また基板表面の温度分布に基づいて各加熱エレメントの目標温度を修正すれば、昇温後における面内温度均一性の確保のためには有効であるが、基板の温度が予定通りに目標温度に収束しなくなる。何故なら昇温開始直後の昇温速度は速いが、プロセス温度に近づくにつれて昇温速度は遅くなるので、基板表面の温度分布だけで目標温度を決めてしまうと、例えばプロセス温度に近い温度領域において、加熱エレメントの目標値を大きく変更してしまうと基板表面の温度が不安定になり、温度のばたつきが起こってしまう。この結果加熱エレメントの間で昇温カーブが大きくばらついてしまい、基板の温度について面内均一性が悪くなり、膜厚、膜質の均一性あるいはレジストパターンの線幅の均一性が悪くなる。つまり特許文献１の手法は、昇温工程に適用するには不向きである。近年、半導体デバイスの膜厚が薄くなり、またパターンの線幅が狭くなる傾向にあることから、今後は基板を昇温する段階においても基板表面の高い面内温度均一性が要求される。
【０００８】
また特許文献２でも、温度分布データに基づいて加熱状態を制御しており、これも昇温後には有効であるが、昇温途中では上記と同様の問題がある。
【０００９】
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、加熱手段を備えた加熱プレートに基板を載置して熱処理するにあたり、基板を目標温度まで速やかに昇温させることのできる技術を提供することにある。本発明の他の目的は、複数の加熱手段により加熱プレートを加熱する場合に、基板の昇温時において高い面内温度均一性が得られる技術を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、加熱手段を備えた加熱プレートに基板を載置して熱処理する熱処理装置において、
前記加熱プレートに基板が載置されたときに、当該基板の表面が予め設定した昇温パターンで昇温するように加熱手段の供給電力指令値を出力する第１の調節部と、
前記加熱プレートに載置された基板の表面の温度を測定する非接触温度測定部と、
前記非接触温度測定部からの温度測定値とそのときの基板表面の温度目標値との温度差を求める手段と、
前記温度差と、そのときの温度測定値または加熱プレートに基板を載置したときを基準とした時間と、前記供給電力の補正量と、を対応づけたデータを記憶する記憶部と、
前記温度差と、そのときの温度測定値または加熱プレートに基板を載置したときを基準とした時間と、に基づいて前記記憶部に記憶されたデータから前記供給電力の補正量を読み出し、この補正量により前記供給電力の指令値を補正する手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
「前記加熱プレートに基板が載置されたときに、当該基板の表面が予め設定した昇温パターンで昇温するように加熱手段の供給電力指令値を出力する」とは、加熱プレートに基板が載置された時点で、予め設定した昇温パターンで昇温するように供給電力指令値の出力を開始する場合に限らず、加熱プレートに基板が載置された時点の直前または直後も含む意味である。記憶部内のデータ例えばテーブルにおける「加熱プレートに基板を載置したときを基準とした時間」とは、その時の基板の温度目標値と実質同じである。何故なら、前者と後者とは一対一に対応しているからである。つまり補正量を決めるにあたって、前記温度差だけでなく、そのときの基板の温度がどれくらいなのかということを決定因子の一つとしているのである。
【００１２】
この発明によれば、基板の表面が予め設定した昇温パターンで昇温するように加熱手段の供給電力指令値を出力しているので、ＰＩＤ制御などを行う場合に比べて昇温に要する時間が短い。そして非接触温度測定部からの温度測定値とそのときの基板表面の温度目標値との温度差と、そのときの温度測定値（あるいは温度目標値）とに基づいて加熱手段への供給電力を補正しているので、その状態に見合った適切な補正がされる、基板の温度が速やかに目標温度に安定する。
【００１３】
本発明の具体的な例としては、加熱プレートの温度を検出する温度検出部と、予め設定された温度設定値と前記温度検出部にて検出された温度検出値とに基づいて加熱手段の供給電力指令値を出力する第２の調節部と、第１の調節部と第２の調節部との間で切り替える切替え手段と、を備え、基板の表面の温度が所定の温度に達した後に、第１の調節部から第２の調節部に切り替わるように構成される。ここでいう所定の温度とは、基板のプロセス温度に限らず、そのプロセス温度（目標温度）より低い温度も含まれる。より具体的な例としては、第１の調節部により制御が行われる前は、第２の調節部により制御が行われ、その切り替わりのタイミングは加熱プレートに基板が載置された時点に限らずその直前または直後であってもよい。なお、非接触温度測定部は例えば放射温度計が用いられる。
【００１４】
本発明は、加熱手段が互いに独立して電力供給が制御される複数の加熱手段（加熱要素）からなる場合に、特に優れた効果を発揮する。この場合これら複数の加熱手段により温度制御される基板の表面領域の温度を夫々測定するように複数の非接触温度測定部が設けられ、各加熱手段により温度制御される領域の昇温パターンが揃うので、昇温工程における基板の面内温度均一性が高い。また前記記憶部に記憶された供給電力の補正量は、例えば供給電力に加算される補正量または供給電力の倍率である。更にはまた記憶部に記憶された供給電力の補正量は、今までの供給電力の不足分を取り戻すために所定時間だけ供給電力を補正するための補正量と、前記所定時間経過後に、今後の供給電力の不足分を補償するための補正量と、を含むようにしてもよい。
【００１５】
他の発明は、加熱手段を備えた加熱プレートに基板を載置して熱処理する熱処理方法において、
前記加熱プレートに基板が載置されたときに、当該基板の表面が予め設定した昇温パターンで昇温するように第１の調節部から加熱手段の供給電力指令値を出力する工程と、
前記加熱プレートに載置された基板の表面の温度を非接触温度測定部により測定する工程と、
前記非接触温度測定部からの温度測定値とそのときの基板表面の温度目標値との温度差を求める工程と、
前記温度差と、そのときの温度測定値または加熱プレートに基板を載置したときを基準とした時間と、に基づいて予め作成したデータから前記供給電力の補正量を読み出し、この補正量により前記供給電力の指令値を補正する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の熱処理装置をレジスト液を塗布したマスク基板（レチクル基板）に対してベーク処理するベーク装置に適用した一実施の形態について説明する。この実施の形態は熱処理装置の温度制御系に特徴があるが、先ず熱処理装置の構造について図１を参照しなが説明する。
【００１７】
この熱処理装置２では、基板Ｇにレジスト塗布した後に、レジスト液に含まれる溶剤を除去する処理が行われる。図１において、図中２１は処理容器であり、その側面には、周方向に基板搬送口である開口部２１ａが形成され、この開口部２１ａを介して処理容器２１の内部に図示されない搬送アームがアクセスできるように構成され、処理容器２１の天井部のほぼ中央領域には排気口２２ａが形成され、この排気口２２ａには図示しない排気手段が接続されて、処理空間内の雰囲気を外部に排気できるようになっている。前記処理容器２１の開口部２１ａは、筒状のシャッタ２３により開閉自在に構成されている。このシャッタ２３は後述の加熱プレート３の外側に設けられる筒状の本体２３ａの上端に内向きの水平片２３ｂを設けた形状からなる。このシャッタ２３は、例えばエアシリンダよりなる昇降機構２４により、前記水平片２３ｂが開口部２１ａの上方側近傍に位置し、当該開口部２１ａをほぼ塞ぐ位置との間で僅かな隙間Ｅを形成する位置で停止するためのストッパーである。
【００１８】
前記処理容器２１の内部には例えば加熱プレート３が、開口部２１ａを介して図示されない搬送アームとの間で基板Ｇの受け渡しを行うことができる位置に設けられている。基板Ｇはこの加熱プレート３上に例えばプロキシミティーピン３１を介して、例えば加熱プレート３から僅かに例えば０．５ｍｍ程度浮上した状態で載置され、加熱プレート３により加熱されるようになっている。
【００１９】
この加熱プレート３には、図示されない搬送アームとの間に基板Ｇの受け渡しを行うための、例えば４本の支持ピン３３が設けられている。この支持ピン３３は加熱プレート３の下方に設けられた保持プレート３４ａを介して昇降機構３４に連結され、これにより支持ピン３３の先端が加熱プレート３の表面に対して出没できるように昇降自在に構成されている。
【００２０】
前記加熱プレート３は、例えばアルミニウム合金やステンレス鋼等の熱伝導性を備えた材質或いは窒化アルミニウム、炭化珪素などのセラミックスなどにより構成されている。この加熱プレート３の内部には加熱手段をなす抵抗発熱体であるヒータ３２が設けられている。この例ではヒータ３２は複数のヒータ例えば図２に示すように縦横３個ずつ合計９個のヒータを含む。このため図１では３個のヒータが示されることになるが、これらヒータに対して便宜上符号３２ａ、３２ｂ、３２ｃを割り当てることにする。更に前記ヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）の近傍（各ヒータの加熱制御の受け持ち領域）に加熱プレート３の温度を検出する例えば熱電対からなる温度検出部３６（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ）が設けられている。なお前記ヒータ３２の分割パターンはこれに限定されるものではなく例えば基板Ｇよりも一回り小さい内側ヒータと、基板Ｇの載置領域を囲むようにリング状に設けられた外側ヒータとを設けるようにしてもよい。
【００２１】
前記処理容器２１内には前記加熱プレート３とは対向して基板Ｇの上方側の位置に基板Ｇの表面の温度を測定する非接触温度測定部４、例えば放射温度計、赤外線カメラ、熱流計があり、この例では放射温度計が設けられている。より詳しくは、９個のヒータ３２により夫々温度制御される基板Ｇの表面領域に対向して９個の非接触温度測定部４が設けられるが、図においては、３個にヒータ３２ａ〜３２ｃに対応する３個の非接触温度測定部４２ａ〜４２ｃを記載してある。前記非接触温度測定部４は、対象物からの輻射熱の放射量を検出し、その検出値と予め求められた放射率とに基づいて対象物の表面温度を測定するものである。
【００２２】
図３は図１中のヒータ３２、非接触温度測定部４の制御系について示す説明図である。図３中５（５ａ、５ｂ、５ｃ）は加熱手段をなす抵抗発熱体であるヒータ３（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）に電力を供給する電源部である。図３中６０ａ〜６０ｃは、制御部６の一部をなすものであって、電源部５（５ａ、５ｂ、５ｃ）からヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）に供給される電力を制御する温度コントローラであり、温度検出部３６（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ）からの温度検出値（加熱プレート３の温度）と非接触温度測定部４からの温度測定値（基板Ｇの表面の温度）とを取り込んでいる。なお図３に示した３個の非接触温度測定部４ａ〜４ｃ以外の非接触温度測定部及び３個のヒータ３２ａ〜３２ｃ以外のヒータ等についても同様の制御系が構成される。
【００２３】
次に温度コントローラ６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）について図４を参照しながら説明する。前記温度コントローラ６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）の構成は夫々同じなので、そのうち一つについて説明する。
【００２４】
６１は温度目標値出力部であり、温度目標値出力部６１には、図５に示すように予め設定された昇温時における基板Ｇ表面の目標温度の時系列データ（昇温パターン）が記録されている。図５中のｔ０は加熱プレート３に基板Ｇが載置されたときの時間であり、ｔ１は昇温工程の終了時間である。また、ｔ０は加熱プレート３に基板Ｇが載置されたときの時間に限らず、加熱プレート３に基板Ｇが載置された時点の直前または直後でもよい。この例では、基板Ｇの表面の目標温度が１２０℃、昇温時間は２００秒に設定されており、前記温度目標値出力部６１は、この昇温パターンを基にして温度目標値Ｔ０が出力される。前記比較演算部（加算部）６３は、前記温度目標値出力部６１の出力値である温度目標値Ｔ０と非接触温度測定部４で測定された基板Ｇ表面の温度測定値Ｔ１との差分（ΔＴ＝Ｔ０−Ｔ１）を取り出す機能を有している。前記記憶部６２には、図６に示すように前記温度測定値Ｔ１と前記温度差ΔＴとを基にして電力指令値の補正量Ｅ１を決定するデータを記憶したテーブルが組み込まれている。この例では補正量Ｅ１は、後述の第１の調節部６４からの電力指令値Ｅ０の倍率として決められている。なお、図６の数値は本発明の実施の形態の理解を容易にするための便宜上の値である。この記憶部６２のデータに基づいて電力指令値の補正量Ｅ１が読み出される。例えば、温度測定値Ｔ１が７９℃における温度差ΔＴが−０．１℃の場合、電力の補正量Ｅ１はａｂである。
【００２５】
６３は温度目標値出力部６１から出力された温度目標値Ｔ０と非接触温度測定部４で測定した温度測定値Ｔ１との偏差を取り出す比較演算部（加算部）であり、記憶部６２においては、温度測定値Ｔ１と比較演算部（加算部）６３で求められた温度差とに基づいて図６に示したテーブルからそのときの補正量Ｅ１が読み出される。６４は第１の調節部であり、例えば図７に示すように予め設定された昇温時におけるヒータ３２への供給電力（定格出力に対する割合：％）を記録した時系列データを基にして電力指令値Ｅ０が出力される。この電力指令値Ｅ０の時系列データは、基板Ｇの表面温度が図５に示した昇温パターンで昇温するように設定されている。６５は第１の調節部からの電力指令値Ｅ０を補正量Ｅ１（倍率）により補正する手段をなす掛算部であり、補正量Ｅ１と電力指令値Ｅ０との掛算を行う。６６は第２の調節部であり、予め設定された加熱プレート３の温度と温度検出部３６によって検出された温度検出値Ｔ２との偏差分をＰＩＤ演算して演算出力を電源部５に出力する。６７は掛算部６５からの電力指令値と第２の調節部６６からの演算出力との一方を選択する切り替え手段である。温度コントローラ６０は、実際には例えばＣＰＵ、プログラムを格納したＲＯＭ、及び温度設定値を記録したメモリなどにより構成され、また各演算はプログラムにより行われるが、図４はイメージ構成をブロック化して記載してある。
【００２６】
次に上述の作用について説明する。前記熱処理装置２では、先ずシャッタ２３を下降させ、開口部２１ａを介して図示されない搬送アームを処理容器２１の内部に進入させて、この図示されない搬送アームと支持ピン３３との協働作業により加熱プレート３に対して基板Ｇの受け渡しが行われる。こうして加熱プレート３の所定の位置に基板Ｇを載置した後、図示されない搬送アームを退避させ、シャッタ２３を上昇させて、排気部２２及びシャッタ２３の間に隙間Ｅを残して不完全に遮断する、いわゆるセミクローズ状態として排気を行いながら、温度コントローラ６０から送られる制御信号を基に電源部５が加熱プレート３の内のヒータ３２の供給電力を制御して基板Ｇに対し所定の加熱処理が行われる。
【００２７】
ここで温度コントローラ６０に記憶されている昇温パターン及び第１の調節部６４に記憶されている供給電力の出力パターンに係る時間軸は、基板Ｇが加熱プレート３の所定の位置に載置された時点を基準にしている。
【００２８】
基板Ｇが加熱プレート３に載置されると、例えば支持ピン３３の下降完了信号が発せられると、切り替え手段６７が第２の調節部６６側から第１の調節部６４側に切り替わる。即ち基板Ｇが加熱プレート３に載置される前には切り替え手段６７は第２の調節部６６側に切り替わっていてヒータ３２はＰＩＤ制御されている。そして基板Ｇが加熱プレート３に載置されると、切り替え手段６７が第１の調節部６４に切り替わり、第１の調節部６４から電力指令値Ｅ０が出力される（供給電力の指令値が読み出される）と共に温度目標値出力部６１が作動し（温度目標値出力部６１内の昇温パターンの時系列データが順次読み出され）、ここから出力された温度目標値Ｔ０と非接触温度測定部４からの温度測定値Ｔ１とが比較演算部（加算部）６３にて比較されてその差分が取り出される。記憶部６２からは、図６のテーブルから温度測定値Ｔ１及び温度目標値Ｔ０に対応する電力補正値Ｅ１が読み出され、第１の調節部６４からの電力指令値Ｅ０が電力補正量Ｅ１により補正されてＥ０×Ｅ１の値が演算される。この補正された電力指令値により、電源部５からヒータ３２に供給される電力が制御され、以ってヒータ３２の発熱量が調整される。図４では、所定のタイミングで記憶部６２から補正量Ｅ１を読み出して電力補正を行っているが、比較演算部（加算部）６３にて取り出された温度差ΔＴが予め設定された温度差ΔＴよりも大きいか否かを判定手段で判定し（具体的には判定プログラムを用意し）、大きい場合にのみ記憶部６２から補正量を読み出して電力補正を行うようにしてもよい。
【００２９】
ここで基板Ｇの昇温工程について図８を参照しながら説明する。図８中Ｍで示す実線は予め設定された昇温パターン（昇温モデル）を示しており、時刻ｔ１にて基板Ｇの表面温度が昇温モデルＭから外れて例えばΔＴ１だけ低くなると、記憶部６２のテーブルから温度差ΔＴ及びそのときの非接触温度測定器４の温度測定値Ｔ１（或いは時刻）に対応した電力補正量Ｅ１が読み出され、この補正量により電力指令値Ｅ０が大きくなり、この結果基板Ｇの表面温度は昇温モデルＭに一致するように上昇する。
【００３０】
更に時刻ｔ２にて基板Ｇの表面温度が昇温モデルＭから外れて例えばΔＴ２だけ低くなると、同様にして記憶部６２のテーブルから電力補正量Ｅ１が読み出されて電力指令値Ｅ０が大きくなり、基板Ｇの表面の温度が昇温モデルＭに一致するように上昇する。時刻ｔ２においては目標温度に近い状態にあるため、ΔＴ２がΔＴ１と同じ値であったとしても、補正量Ｅ１は時刻ｔ１とは異なる値になっている。その理由は基板温度によって投入熱量と逃げていく熱量とが両方変わるため、補正量Ｅ１が同じに設定されていると基板Ｇの表面温度が昇温モデルＭからはずれてしまい、温度ばらつきが生じて目標温度に安定するまでの時間が予定よりも遅れてしまうからである。即ち前記記憶部６２に書き込まれている補正量Ｅ１は、そのときまで不足していた電力量と今後不足する電力とを昇温終了までの電力指令値に均等に乗せるための値として設定されている。仮にそのときまで不足していた電力量のみを補正量とすると、昇温モデルＭの外れたポイントから、当該昇温モデルＭと同じ傾きで昇温し、温度差が残ってしまう。
【００３１】
基板Ｇの表面温度が目標温度に達した後は、切り替え手段６７が第２の調節部６６側に切り替わり、ＰＩＤ制御によってヒータ３２への供給電力が制御される。この切り替わりのタイミングは、時間によって管理してもよいし、非接触温度測定部４からの温度測定値Ｔ１が目標値に達した時点でもよいが、ヒータ３２が複数分割されている場合は、時間の管理の方が容易である。図９は基板Ｇが加熱プレート３の上に載置される前の状態及び載置された後の状態において、加熱プレート３の温度と基板Ｇの表面温度との推移を示している。なお、第１の調節部６４から第２の調節部６６側に切り替わるタイミングは、基板Ｇの表面温度が目標温度に達した後、例えば目標温度に安定した後であってもよいが、目標温度に安定する前であってもよいし、或いは目標温度よりも低い所定の温度に達した後であってもよい。この場合の所定の温度とは、あまり低いと昇温に長い時間がかかってしまうので、昇温モデルに基づいて昇温させることにより速やかに昇温させることができる効果が得られる程度の温度であることが必要である。
【００３２】
上述の実施の形態によれば、基板Ｇの昇温工程においてＰＩＤ制御を行うのではなく、予め設定された昇温パターン（Ｍ）となるように電力指令値（Ｅ０）を出力してヒータ３２を発熱させているため、速やかに目標温度まで昇温し、スループットの向上を図ることができる。また基板Ｇのサイズ誤差により熱容量の差異や処理容器２１内の気流の変動などにより基板Ｇの実際の温度が予定している昇温パターン（Ｍ）から外れてもそのときの温度及び温度差に見合った補正量によりヒータ３２への供給電力が補正されるので、面内温度ばらつきが起こらないか或いは起こったとしてもその程度が小さく、従って速やかに目標温度に安定する。
【００３３】
そして上述の例ではヒータ３２が複数に分割されて、各ヒータ３２ａ〜３２ｃ等により、対応する領域が制御されるが、各ヒータ３２に対応する基板Ｇの表面温度の昇温パターンＭが揃うように第１の調節部６４が設定されており、換言すれば各温度コントローラ６０における第１の調節部６４にて設定された昇温パターンＭが互いに揃っており、しかも既述のように電力補正を行うことで基板Ｇの各領域が、予め設定された昇温パターンＭに精度よく追随して昇温するようにコントロールされることから、結果として昇温工程における基板Ｇの面内温度均一性が高く、更に昇温が速いことから、残存する面内温度ばらつきの時間積分も抑えることができ、従って均一な加熱処理ができて例えば塗布膜の面内均一性が向上する。なお、本発明はヒータが複数に分割されていない場合にも適用することができ、その場合においても基板Ｇの温度が速やかに目標温度に安定するという効果が得られる。
【００３４】
また温度測定値Ｔ１と温度目標値Ｔ０との温度差ΔＴが予め設定した異常温度差よりも大きくなったときは、アラーム発生手段によりアラームを発生させ、更に後続の基板Ｇの搬送の停止及び熱処理装置２の停止を行うようにしてもよく、このようにすれば基板Ｇが予定位置から大きく外れて加熱プレート３に載置された場合や気流に異常が生じた場合などの異常を検出し、その後のトラブルに逸早く対処することができる。
【００３５】
更にまた記憶部６２から読み出した補正量Ｅ１により電力指令値Ｅ０を補正する手段は、掛算部とする代わりに加算部とし、基板Ｇの表面温度が低くなった場合には、電力指令値Ｅ０に補正を加算し（正の値の補正量を加え）、基板Ｇの表面温度が高くなった場合には、電力指令値Ｅ０から補正量Ｅ１を差し引く（負の値の補正を加え）ようにしてもよい。この場合記憶部６２には、加算すべき補正量Ｅ１が書き込まれることになる。
【００３６】
上述の例の電力補正は、今まで不足していた電力と今後不足する電力とを昇温終了までの間に均等に乗せる手法であったが、補正量Ｅ１として、今までの不足分を短い時間で取り戻すための値と、今後不足する分を取り出すための値とに分けるようにしてもよい。具体的には記憶部６２の補正量Ｅ１の欄に、今までの不足分を取り出すための大きな補正量Ｅ１とその補正量Ｅ１を出力する時間（短い時間）と、今後不足する分を取り出すための補正量Ｅ１とが書き込まれ、例えばある温度差ΔＴを検出した後、掛算部６５に対してある短い時間だけ倍率１．２が出力され、その後倍率０．８が出力されるといった補正が行われることになる。
【００３７】
本発明は、レジスト液を塗布した後の基板の加熱のみならず、洗浄後の加熱乾燥や、露光後のポストエクスポージャーベークや現象後のポストベーク等の熱処理に適用することができる。
【００３８】
以下に上述の熱処理装置を組み込んだ塗布、現像の全体構成について図１０及び図１１を参照しながら簡単に説明しておく。図１０及び図１１においてＢ１は例えば５枚の基板例えばマスク基板Ｇが収納されたキャリヤＣを搬入出するためのキャリヤブロックであり、このキャリヤブロックＢ１は、前記キャリヤＣを載置するキャリヤ載置部８１と受け渡し手段８２とを備えている。
【００３９】
前記受け渡し手段８２はキャリヤＣから基板Ｇを取り出し、取り出した基板ＧをキャリヤブロックＢ１の奥側に設けられている処理部Ｂ２へと受け渡すように、左右、前後に移動自在、昇降自在、鉛直軸回りに回転自在に構成されている。
【００４０】
処理部Ｂ２の中央には搬送アーム８３が設けられており、これを取り囲むように例えばキャリヤブロックＢ１から奥を見て例えば右側には塗布ユニット８４及び現象ユニット８５が、左側には洗浄ユニット８６が、手前側、奥側には加熱・冷却系のユニット等を多段に積み重ねた棚ユニットＵ１、Ｕ２が夫々配置されている。塗布ユニット８４は、基板Ｇにレジスト液を塗布する処理を行うユニット、現象ユニット８５は、露光後の基板に現象液を液盛りして所定時間そのままの状態にして現象処理を行うユニット、洗浄ユニット８６はレジスト液を塗布する前に基板を洗浄するためのユニットである。
【００４１】
前記棚ユニットＵ１、Ｕ２は、複数のユニットが積み上げられて構成され、例えば図１１に示すように、熱処理装置２や、冷却ユニット８７のほか、基板Ｇの受け渡しユニット８８等が上下に割り当てられている。前記搬送アーム８３は、昇降自在、進退自在及び鉛直軸まわりに回転自在に構成され、棚ユニットＵ１、Ｕ２及び塗布ユニット８４、現象ユニット８５並びに洗浄ユニット８６の間で基板Ｇを搬送する役割を持っている。但し図１１では便宜上受け渡し手段８２及び搬送アーム８３は描いていない。
【００４２】
前記処理部Ｂ２はインターフェイス部Ｂ３を介して露光装置Ｂ４と接続されている。インターフェイス部Ｂ３は受け渡し手段８９を備えており、この受け渡し手段８９は、例えば昇降自在、左右、前後に移動自在かつ鉛直軸回りに回転自在に構成され、前記処理ブロックＢ２と露光装置Ｂ４との間で基板Ｇの受け渡しを行うようになっている。
【００４３】
このような塗布膜形成装置における基板Ｇの流れについて述べておくと、先ず外部からキャリヤＣがキャリヤ載置部８１に搬入され、受け渡し手段８２によりこのキャリヤＣ内から基板Ｇが取り出される。基板Ｇは、受け渡し手段８２から棚ユニットＵ１の受け渡しユニット８８を介して搬送アーム８３に受け渡され、所定のユニットに順次搬送される。例えば洗浄ユニット８６にて所定の洗浄処理が行われ、熱処理ユニット２の一つにて加熱乾燥が行われた後、冷却ユニット８７にて所定の温度に調整され、塗布ユニット８４にて塗布膜の成分が溶剤に溶解されたレジスト液の塗布処理が行われる。
【００４４】
続いて基板Ｇは熱処理装置２の一つにて、所定温度に加熱されてレジスト液中の溶剤を蒸発させて除去するプリベーク処理が行われた後、冷却ユニット８７の一つにて所定の温度に調整され、次いで搬送アーム８３により棚ユニットＵ２の受け渡しユニット８８を介してインターフェイス部Ｂ３の受け渡し手段８９に受け渡され、この受け渡し手段８９により露光装置Ｂ４に搬送されて、所定の露光処理が行われる。この後基板Ｇは、インターフェイス部Ｂ３を介して処理部Ｂ２に搬送され、熱処理装置２の一つにて所定の温度に加熱されて、ポストエクスポージャーベーク処理が行われる。次いで冷却ユニット８５にて現象液が液盛りされ、所定の現象処理が行われる。こうして所定の回路パターンが形成された基板Ｇは搬送アーム８３、キャリヤブロックＢ１の受け渡し手段８２を介して、例えば元のキャリヤＣ内に戻される。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱手段を備えた加熱プレートに基板を載置して熱処理するにあたり、基板を目標温度に速やかに安定させることができる。また複数の加熱手段により加熱プレートを加熱する場合には、基板の昇温時において高い面内温度均一性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】塗布膜形成装置に設けられる熱処理装置の一例を示す断面図である。
【図２】前記熱処理装置に設けられたヒータを説明する概略図である
【図３】前記ヒータへの電力供給について説明する概略図である。
【図４】前記熱処理装置の温度制御を説明する概略図である。
【図５】本発明に係る予め設定された昇温時の基板温度を表すグラフである。
【図６】本発明に係る予め設定された昇温時の基板温度の補正値が書き込まれたテーブルである。
【図７】本発明に係る予め設定されたヒータの供給電力を記録した時系列データである。
【図８】本発明に係る温度制御を用いた昇温時の基板温度を表すグラフである。
【図９】本発明に係る加熱プレートの温度と基板の表面温度との推移を表したグラフである。
【図１０】本発明に係る塗布膜形成装置の一実施の形態の全体構成を示す平面図である。
【図１１】前記塗布膜装置の全体構成を示す概略斜視図である。
【図１２】従来の熱処理装置を説明する概略図である。
【符号の簡単な説明】
Ｇ 基板
Ｓ スイッチ部
２ 熱処理装置
２１ 処理容器
２２ 排気部
２３ シャッタ
３ 加熱プレート
３１ プロキシミティーピン
３２ ヒータ
４ 非接触温度測定部
５ 電源部
６ 制御部
６１ 温度目標値出力部
６２ 記憶部
６３ 比較演算部（加算部）
６４ 第１の調節部
６５ 掛算部
６６ 第２の調節部
６７ 切り替え手段
Ｔ０ 温度目標値
Ｔ１ 表面温度測定値
Ｔ２ プレート温度検出値
Ｅ０ 電力指令値
Ｅ１ 電力補正量
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジストパターンを形成するための露光時に用いられるマスク基板（レチクル基板）あるいは半導体ウエハや液晶ディスプレイ用ガラス基板などの基板を例えばベーク処理するための熱処理装置及び熱処理方法に関し、より詳細には当該基板表面の温度制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の熱処理装置例えばベーク処理装置は、例えばレジスト液を塗布した後や、露光後の基板に現象液を塗布する前後に行われ、この場合通常塗布、現像装置の中に組み込まれている。
【０００３】
従来の熱処理装置は例えば図１２に示すように、抵抗発熱体からなるヒータ１１を内蔵した例えばセラミックスからなる加熱プレート１２を備え、この加熱プレート１２の表面にプロキシミティーピン１３を介して載置された基板Ｇを加熱するように構成されている。プロキシミティーピン１３は基板Ｇの裏面側にパーティクルが付着するのを避けるために用いられ、この基板Ｇは加熱プレート１２から微小距離例えば０．５ｍｍ程度浮上した状態にある。このベーク装置における基板Ｇの温度制御は、一般的には、加熱プレート１２の表面部の温度を温度センサ１４により検出し、目標温度と検出温度との偏差に基づいてＰＩＤ制御器１５によりヒータ１１の電力を制御している。
【０００４】
また最近では、基板の温度について面内均一性を確保するために熱プレートとは対向して基板の上方側の位置に温度センサ例えば赤外線カメラを設けて基板の表面部の温度分布を検出し、その温度分布に基づいて各ヒータの温度目標値を求め、加熱プレートの表面部の温度測定値と各ヒータの温度目標値とに基づいて各ヒータの電力をＰＩＤ制御する熱処理装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、ウエハに塗布されたレジスト膜の膜表面上方に、レジスト膜の表面全域の温度分布状態を検出する赤外線温度分布センサを設置し、赤外線温度センサらの温度分布情報に基づいてウエハを加熱するヒータブロックによってウエハの加熱制御を行うベーキング装置もある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特表２０００２−５３８５０１（請求項１、請求項１３、段落００２１、段落００２２、段落００２３、図３参照）
【特許文献２】
特開平１１−８１８０（請求項１、請求項２、段落００２８、図１参照）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱プレート及び基板を含めた制御対象においては、ヒータの温度変化に対して熱移動に時間の遅れがあり、特にマスク基板など厚さが大きい場合には遅れ時間が長く、このため特許文献１のようにＰＩＤ制御を行う手法では、昇温速度を早くしようとすると基板表面の温度がオーバーシュートしてしまうので基板の昇温速度を遅くしなければならない。昇温時にはどうしても昇温後よりも基板表面の温度ばらつきは大きいが、昇温が遅いと面内での温度履歴の時間積分の差が大きくなり、ベーク処理の面内均一性が悪くなる。また基板表面の温度分布に基づいて各加熱エレメントの目標温度を修正すれば、昇温後における面内温度均一性の確保のためには有効であるが、基板の温度が予定通りに目標温度に収束しなくなる。何故なら昇温開始直後の昇温速度は速いが、プロセス温度に近づくにつれて昇温速度は遅くなるので、基板表面の温度分布だけで目標温度を決めてしまうと、例えばプロセス温度に近い温度領域において、加熱エレメントの目標値を大きく変更してしまうと基板表面の温度が不安定になり、温度のばたつきが起こってしまう。この結果加熱エレメントの間で昇温カーブが大きくばらついてしまい、基板の温度について面内均一性が悪くなり、膜厚、膜質の均一性あるいはレジストパターンの線幅の均一性が悪くなる。つまり特許文献１の手法は、昇温工程に適用するには不向きである。近年、半導体デバイスの膜厚が薄くなり、またパターンの線幅が狭くなる傾向にあることから、今後は基板を昇温する段階においても基板表面の高い面内温度均一性が要求される。
【０００８】
また特許文献２でも、温度分布データに基づいて加熱状態を制御しており、これも昇温後には有効であるが、昇温途中では上記と同様の問題がある。
【０００９】
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、加熱手段を備えた加熱プレートに基板を載置して熱処理するにあたり、基板を目標温度まで速やかに昇温させることのできる技術を提供することにある。本発明の他の目的は、複数の加熱手段により加熱プレートを加熱する場合に、基板の昇温時において高い面内温度均一性が得られる技術を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、加熱手段を備えた加熱プレートに基板を載置して熱処理する熱処理装置において、
前記加熱プレートに基板が載置されたときに、当該基板の表面が予め設定した昇温パターンで昇温するように加熱手段の供給電力指令値を出力する第１の調節部と、
前記加熱プレートに載置された基板の表面の温度を測定する非接触温度測定部と、
前記非接触温度測定部からの温度測定値とそのときの基板表面の温度目標値との温度差を求める手段と、
前記温度差と、そのときの温度測定値または加熱プレートに基板を載置したときを基準とした時間と、前記供給電力の補正量と、を対応づけたデータを記憶する記憶部と、
前記温度差と、そのときの温度測定値または加熱プレートに基板を載置したときを基準とした時間と、に基づいて前記記憶部に記憶されたデータから前記供給電力の補正量を読み出し、この補正量により前記供給電力の指令値を補正する手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
「前記加熱プレートに基板が載置されたときに、当該基板の表面が予め設定した昇温パターンで昇温するように加熱手段の供給電力指令値を出力する」とは、加熱プレートに基板が載置された時点で、予め設定した昇温パターンで昇温するように供給電力指令値の出力を開始する場合に限らず、加熱プレートに基板が載置された時点の直前または直後も含む意味である。記憶部内のデータ例えばテーブルにおける「加熱プレートに基板を載置したときを基準とした時間」とは、その時の基板の温度目標値と実質同じである。何故なら、前者と後者とは一対一に対応しているからである。つまり補正量を決めるにあたって、前記温度差だけでなく、そのときの基板の温度がどれくらいなのかということを決定因子の一つとしているのである。
【００１２】
この発明によれば、基板の表面が予め設定した昇温パターンで昇温するように加熱手段の供給電力指令値を出力しているので、ＰＩＤ制御などを行う場合に比べて昇温に要する時間が短い。そして非接触温度測定部からの温度測定値とそのときの基板表面の温度目標値との温度差と、そのときの温度測定値（あるいは温度目標値）とに基づいて加熱手段への供給電力を補正しているので、その状態に見合った適切な補正がされる、基板の温度が速やかに目標温度に安定する。
【００１３】
本発明の具体的な例としては、加熱プレートの温度を検出する温度検出部と、予め設定された温度設定値と前記温度検出部にて検出された温度検出値とに基づいて加熱手段の供給電力指令値を出力する第２の調節部と、第１の調節部と第２の調節部との間で切り替える切替え手段と、を備え、基板の表面の温度が所定の温度に達した後に、第１の調節部から第２の調節部に切り替わるように構成される。ここでいう所定の温度とは、基板のプロセス温度に限らず、そのプロセス温度（目標温度）より低い温度も含まれる。より具体的な例としては、第１の調節部により制御が行われる前は、第２の調節部により制御が行われ、その切り替わりのタイミングは加熱プレートに基板が載置された時点に限らずその直前または直後であってもよい。なお、非接触温度測定部は例えば放射温度計が用いられる。
【００１４】
本発明は、加熱手段が互いに独立して電力供給が制御される複数の加熱手段（加熱要素）からなる場合に、特に優れた効果を発揮する。この場合これら複数の加熱手段により温度制御される基板の表面領域の温度を夫々測定するように複数の非接触温度測定部が設けられ、各加熱手段により温度制御される領域の昇温パターンが揃うので、昇温工程における基板の面内温度均一性が高い。また前記記憶部に記憶された供給電力の補正量は、例えば供給電力に加算される補正量または供給電力の倍率である。更にはまた記憶部に記憶された供給電力の補正量は、今までの供給電力の不足分を取り戻すために所定時間だけ供給電力を補正するための補正量と、前記所定時間経過後に、今後の供給電力の不足分を補償するための補正量と、を含むようにしてもよい。
【００１５】
他の発明は、加熱手段を備えた加熱プレートに基板を載置して熱処理する熱処理方法において、
前記加熱プレートに基板が載置されたときに、当該基板の表面が予め設定した昇温パターンで昇温するように第１の調節部から加熱手段の供給電力指令値を出力する工程と、
前記加熱プレートに載置された基板の表面の温度を非接触温度測定部により測定する工程と、
前記非接触温度測定部からの温度測定値とそのときの基板表面の温度目標値との温度差を求める工程と、
前記温度差と、そのときの温度測定値または加熱プレートに基板を載置したときを基準とした時間と、に基づいて予め作成したデータから前記供給電力の補正量を読み出し、この補正量により前記供給電力の指令値を補正する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の熱処理装置をレジスト液を塗布したマスク基板（レチクル基板）に対してベーク処理するベーク装置に適用した一実施の形態について説明する。この実施の形態は熱処理装置の温度制御系に特徴があるが、先ず熱処理装置の構造について図１を参照しなが説明する。
【００１７】
この熱処理装置２では、基板Ｇにレジスト塗布した後に、レジスト液に含まれる溶剤を除去する処理が行われる。図１において、図中２１は処理容器であり、その側面には、周方向に基板搬送口である開口部２１ａが形成され、この開口部２１ａを介して処理容器２１の内部に図示されない搬送アームがアクセスできるように構成され、処理容器２１の天井部のほぼ中央領域には排気口２２ａが形成され、この排気口２２ａには図示しない排気手段が接続されて、処理空間内の雰囲気を外部に排気できるようになっている。前記処理容器２１の開口部２１ａは、筒状のシャッタ２３により開閉自在に構成されている。このシャッタ２３は後述の加熱プレート３の外側に設けられる筒状の本体２３ａの上端に内向きの水平片２３ｂを設けた形状からなる。このシャッタ２３は、例えばエアシリンダよりなる昇降機構２４により、前記水平片２３ｂが開口部２１ａの上方側近傍に位置し、当該開口部２１ａをほぼ塞ぐ位置との間で僅かな隙間Ｅを形成する位置で停止するためのストッパーである。
【００１８】
前記処理容器２１の内部には例えば加熱プレート３が、開口部２１ａを介して図示されない搬送アームとの間で基板Ｇの受け渡しを行うことができる位置に設けられている。基板Ｇはこの加熱プレート３上に例えばプロキシミティーピン３１を介して、例えば加熱プレート３から僅かに例えば０．５ｍｍ程度浮上した状態で載置され、加熱プレート３により加熱されるようになっている。
【００１９】
この加熱プレート３には、図示されない搬送アームとの間に基板Ｇの受け渡しを行うための、例えば４本の支持ピン３３が設けられている。この支持ピン３３は加熱プレート３の下方に設けられた保持プレート３４ａを介して昇降機構３４に連結され、これにより支持ピン３３の先端が加熱プレート３の表面に対して出没できるように昇降自在に構成されている。
【００２０】
前記加熱プレート３は、例えばアルミニウム合金やステンレス鋼等の熱伝導性を備えた材質或いは窒化アルミニウム、炭化珪素などのセラミックスなどにより構成されている。この加熱プレート３の内部には加熱手段をなす抵抗発熱体であるヒータ３２が設けられている。この例ではヒータ３２は複数のヒータ例えば図２に示すように縦横３個ずつ合計９個のヒータを含む。このため図１では３個のヒータが示されることになるが、これらヒータに対して便宜上符号３２ａ、３２ｂ、３２ｃを割り当てることにする。更に前記ヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）の近傍（各ヒータの加熱制御の受け持ち領域）に加熱プレート３の温度を検出する例えば熱電対からなる温度検出部３６（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ）が設けられている。なお前記ヒータ３２の分割パターンはこれに限定されるものではなく例えば基板Ｇよりも一回り小さい内側ヒータと、基板Ｇの載置領域を囲むようにリング状に設けられた外側ヒータとを設けるようにしてもよい。
【００２１】
前記処理容器２１内には前記加熱プレート３とは対向して基板Ｇの上方側の位置に基板Ｇの表面の温度を測定する非接触温度測定部４、例えば放射温度計、赤外線カメラ、熱流計があり、この例では放射温度計が設けられている。より詳しくは、９個のヒータ３２により夫々温度制御される基板Ｇの表面領域に対向して９個の非接触温度測定部４が設けられるが、図においては、３個にヒータ３２ａ〜３２ｃに対応する３個の非接触温度測定部４２ａ〜４２ｃを記載してある。前記非接触温度測定部４は、対象物からの輻射熱の放射量を検出し、その検出値と予め求められた放射率とに基づいて対象物の表面温度を測定するものである。
【００２２】
図３は図１中のヒータ３２、非接触温度測定部４の制御系について示す説明図である。図３中５（５ａ、５ｂ、５ｃ）は加熱手段をなす抵抗発熱体であるヒータ３（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）に電力を供給する電源部である。図３中６０ａ〜６０ｃは、制御部６の一部をなすものであって、電源部５（５ａ、５ｂ、５ｃ）からヒータ３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）に供給される電力を制御する温度コントローラであり、温度検出部３６（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ）からの温度検出値（加熱プレート３の温度）と非接触温度測定部４からの温度測定値（基板Ｇの表面の温度）とを取り込んでいる。なお図３に示した３個の非接触温度測定部４ａ〜４ｃ以外の非接触温度測定部及び３個のヒータ３２ａ〜３２ｃ以外のヒータ等についても同様の制御系が構成される。
【００２３】
次に温度コントローラ６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）について図４を参照しながら説明する。前記温度コントローラ６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）の構成は夫々同じなので、そのうち一つについて説明する。
【００２４】
６１は温度目標値出力部であり、温度目標値出力部６１には、図５に示すように予め設定された昇温時における基板Ｇ表面の目標温度の時系列データ（昇温パターン）が記録されている。図５中のｔ０は加熱プレート３に基板Ｇが載置されたときの時間であり、ｔ１は昇温工程の終了時間である。また、ｔ０は加熱プレート３に基板Ｇが載置されたときの時間に限らず、加熱プレート３に基板Ｇが載置された時点の直前または直後でもよい。この例では、基板Ｇの表面の目標温度が１２０℃、昇温時間は２００秒に設定されており、前記温度目標値出力部６１は、この昇温パターンを基にして温度目標値Ｔ０が出力される。前記比較演算部（加算部）６３は、前記温度目標値出力部６１の出力値である温度目標値Ｔ０と非接触温度測定部４で測定された基板Ｇ表面の温度測定値Ｔ１との差分（ΔＴ＝Ｔ０−Ｔ１）を取り出す機能を有している。前記記憶部６２には、図６に示すように前記温度測定値Ｔ１と前記温度差ΔＴとを基にして電力指令値の補正量Ｅ１を決定するデータを記憶したテーブルが組み込まれている。この例では補正量Ｅ１は、後述の第１の調節部６４からの電力指令値Ｅ０の倍率として決められている。なお、図６の数値は本発明の実施の形態の理解を容易にするための便宜上の値である。この記憶部６２のデータに基づいて電力指令値の補正量Ｅ１が読み出される。例えば、温度測定値Ｔ１が７９℃における温度差ΔＴが−０．１℃の場合、電力の補正量Ｅ１はａｂである。
【００２５】
６３は温度目標値出力部６１から出力された温度目標値Ｔ０と非接触温度測定部４で測定した温度測定値Ｔ１との偏差を取り出す比較演算部（加算部）であり、記憶部６２においては、温度測定値Ｔ１と比較演算部（加算部）６３で求められた温度差とに基づいて図６に示したテーブルからそのときの補正量Ｅ１が読み出される。６４は第１の調節部であり、例えば図７に示すように予め設定された昇温時におけるヒータ３２への供給電力（定格出力に対する割合：％）を記録した時系列データを基にして電力指令値Ｅ０が出力される。この電力指令値Ｅ０の時系列データは、基板Ｇの表面温度が図５に示した昇温パターンで昇温するように設定されている。６５は第１の調節部からの電力指令値Ｅ０を補正量Ｅ１（倍率）により補正する手段をなす掛算部であり、補正量Ｅ１と電力指令値Ｅ０との掛算を行う。６６は第２の調節部であり、予め設定された加熱プレート３の温度と温度検出部３６によって検出された温度検出値Ｔ２との偏差分をＰＩＤ演算して演算出力を電源部５に出力する。６７は掛算部６５からの電力指令値と第２の調節部６６からの演算出力との一方を選択する切り替え手段である。温度コントローラ６０は、実際には例えばＣＰＵ、プログラムを格納したＲＯＭ、及び温度設定値を記録したメモリなどにより構成され、また各演算はプログラムにより行われるが、図４はイメージ構成をブロック化して記載してある。
【００２６】
次に上述の作用について説明する。前記熱処理装置２では、先ずシャッタ２３を下降させ、開口部２１ａを介して図示されない搬送アームを処理容器２１の内部に進入させて、この図示されない搬送アームと支持ピン３３との協働作業により加熱プレート３に対して基板Ｇの受け渡しが行われる。こうして加熱プレート３の所定の位置に基板Ｇを載置した後、図示されない搬送アームを退避させ、シャッタ２３を上昇させて、排気部２２及びシャッタ２３の間に隙間Ｅを残して不完全に遮断する、いわゆるセミクローズ状態として排気を行いながら、温度コントローラ６０から送られる制御信号を基に電源部５が加熱プレート３の内のヒータ３２の供給電力を制御して基板Ｇに対し所定の加熱処理が行われる。
【００２７】
ここで温度コントローラ６０に記憶されている昇温パターン及び第１の調節部６４に記憶されている供給電力の出力パターンに係る時間軸は、基板Ｇが加熱プレート３の所定の位置に載置された時点を基準にしている。
【００２８】
基板Ｇが加熱プレート３に載置されると、例えば支持ピン３３の下降完了信号が発せられると、切り替え手段６７が第２の調節部６６側から第１の調節部６４側に切り替わる。即ち基板Ｇが加熱プレート３に載置される前には切り替え手段６７は第２の調節部６６側に切り替わっていてヒータ３２はＰＩＤ制御されている。そして基板Ｇが加熱プレート３に載置されると、切り替え手段６７が第１の調節部６４に切り替わり、第１の調節部６４から電力指令値Ｅ０が出力される（供給電力の指令値が読み出される）と共に温度目標値出力部６１が作動し（温度目標値出力部６１内の昇温パターンの時系列データが順次読み出され）、ここから出力された温度目標値Ｔ０と非接触温度測定部４からの温度測定値Ｔ１とが比較演算部（加算部）６３にて比較されてその差分が取り出される。記憶部６２からは、図６のテーブルから温度測定値Ｔ１及び温度目標値Ｔ０に対応する電力補正値Ｅ１が読み出され、第１の調節部６４からの電力指令値Ｅ０が電力補正量Ｅ１により補正されてＥ０×Ｅ１の値が演算される。この補正された電力指令値により、電源部５からヒータ３２に供給される電力が制御され、以ってヒータ３２の発熱量が調整される。図４では、所定のタイミングで記憶部６２から補正量Ｅ１を読み出して電力補正を行っているが、比較演算部（加算部）６３にて取り出された温度差ΔＴが予め設定された温度差ΔＴよりも大きいか否かを判定手段で判定し（具体的には判定プログラムを用意し）、大きい場合にのみ記憶部６２から補正量を読み出して電力補正を行うようにしてもよい。
【００２９】
ここで基板Ｇの昇温工程について図８を参照しながら説明する。図８中Ｍで示す実線は予め設定された昇温パターン（昇温モデル）を示しており、時刻ｔ１にて基板Ｇの表面温度が昇温モデルＭから外れて例えばΔＴ１だけ低くなると、記憶部６２のテーブルから温度差ΔＴ及びそのときの非接触温度測定器４の温度測定値Ｔ１（或いは時刻）に対応した電力補正量Ｅ１が読み出され、この補正量により電力指令値Ｅ０が大きくなり、この結果基板Ｇの表面温度は昇温モデルＭに一致するように上昇する。
【００３０】
更に時刻ｔ２にて基板Ｇの表面温度が昇温モデルＭから外れて例えばΔＴ２だけ低くなると、同様にして記憶部６２のテーブルから電力補正量Ｅ１が読み出されて電力指令値Ｅ０が大きくなり、基板Ｇの表面の温度が昇温モデルＭに一致するように上昇する。時刻ｔ２においては目標温度に近い状態にあるため、ΔＴ２がΔＴ１と同じ値であったとしても、補正量Ｅ１は時刻ｔ１とは異なる値になっている。その理由は基板温度によって投入熱量と逃げていく熱量とが両方変わるため、補正量Ｅ１が同じに設定されていると基板Ｇの表面温度が昇温モデルＭからはずれてしまい、温度ばらつきが生じて目標温度に安定するまでの時間が予定よりも遅れてしまうからである。即ち前記記憶部６２に書き込まれている補正量Ｅ１は、そのときまで不足していた電力量と今後不足する電力とを昇温終了までの電力指令値に均等に乗せるための値として設定されている。仮にそのときまで不足していた電力量のみを補正量とすると、昇温モデルＭの外れたポイントから、当該昇温モデルＭと同じ傾きで昇温し、温度差が残ってしまう。
【００３１】
基板Ｇの表面温度が目標温度に達した後は、切り替え手段６７が第２の調節部６６側に切り替わり、ＰＩＤ制御によってヒータ３２への供給電力が制御される。この切り替わりのタイミングは、時間によって管理してもよいし、非接触温度測定部４からの温度測定値Ｔ１が目標値に達した時点でもよいが、ヒータ３２が複数分割されている場合は、時間の管理の方が容易である。図９は基板Ｇが加熱プレート３の上に載置される前の状態及び載置された後の状態において、加熱プレート３の温度と基板Ｇの表面温度との推移を示している。なお、第１の調節部６４から第２の調節部６６側に切り替わるタイミングは、基板Ｇの表面温度が目標温度に達した後、例えば目標温度に安定した後であってもよいが、目標温度に安定する前であってもよいし、或いは目標温度よりも低い所定の温度に達した後であってもよい。この場合の所定の温度とは、あまり低いと昇温に長い時間がかかってしまうので、昇温モデルに基づいて昇温させることにより速やかに昇温させることができる効果が得られる程度の温度であることが必要である。
【００３２】
上述の実施の形態によれば、基板Ｇの昇温工程においてＰＩＤ制御を行うのではなく、予め設定された昇温パターン（Ｍ）となるように電力指令値（Ｅ０）を出力してヒータ３２を発熱させているため、速やかに目標温度まで昇温し、スループットの向上を図ることができる。また基板Ｇのサイズ誤差により熱容量の差異や処理容器２１内の気流の変動などにより基板Ｇの実際の温度が予定している昇温パターン（Ｍ）から外れてもそのときの温度及び温度差に見合った補正量によりヒータ３２への供給電力が補正されるので、面内温度ばらつきが起こらないか或いは起こったとしてもその程度が小さく、従って速やかに目標温度に安定する。
【００３３】
そして上述の例ではヒータ３２が複数に分割されて、各ヒータ３２ａ〜３２ｃ等により、対応する領域が制御されるが、各ヒータ３２に対応する基板Ｇの表面温度の昇温パターンＭが揃うように第１の調節部６４が設定されており、換言すれば各温度コントローラ６０における第１の調節部６４にて設定された昇温パターンＭが互いに揃っており、しかも既述のように電力補正を行うことで基板Ｇの各領域が、予め設定された昇温パターンＭに精度よく追随して昇温するようにコントロールされることから、結果として昇温工程における基板Ｇの面内温度均一性が高く、更に昇温が速いことから、残存する面内温度ばらつきの時間積分も抑えることができ、従って均一な加熱処理ができて例えば塗布膜の面内均一性が向上する。なお、本発明はヒータが複数に分割されていない場合にも適用することができ、その場合においても基板Ｇの温度が速やかに目標温度に安定するという効果が得られる。
【００３４】
また温度測定値Ｔ１と温度目標値Ｔ０との温度差ΔＴが予め設定した異常温度差よりも大きくなったときは、アラーム発生手段によりアラームを発生させ、更に後続の基板Ｇの搬送の停止及び熱処理装置２の停止を行うようにしてもよく、このようにすれば基板Ｇが予定位置から大きく外れて加熱プレート３に載置された場合や気流に異常が生じた場合などの異常を検出し、その後のトラブルに逸早く対処することができる。
【００３５】
更にまた記憶部６２から読み出した補正量Ｅ１により電力指令値Ｅ０を補正する手段は、掛算部とする代わりに加算部とし、基板Ｇの表面温度が低くなった場合には、電力指令値Ｅ０に補正を加算し（正の値の補正量を加え）、基板Ｇの表面温度が高くなった場合には、電力指令値Ｅ０から補正量Ｅ１を差し引く（負の値の補正を加え）ようにしてもよい。この場合記憶部６２には、加算すべき補正量Ｅ１が書き込まれることになる。
【００３６】
上述の例の電力補正は、今まで不足していた電力と今後不足する電力とを昇温終了までの間に均等に乗せる手法であったが、補正量Ｅ１として、今までの不足分を短い時間で取り戻すための値と、今後不足する分を取り出すための値とに分けるようにしてもよい。具体的には記憶部６２の補正量Ｅ１の欄に、今までの不足分を取り出すための大きな補正量Ｅ１とその補正量Ｅ１を出力する時間（短い時間）と、今後不足する分を取り出すための補正量Ｅ１とが書き込まれ、例えばある温度差ΔＴを検出した後、掛算部６５に対してある短い時間だけ倍率１．２が出力され、その後倍率０．８が出力されるといった補正が行われることになる。
【００３７】
本発明は、レジスト液を塗布した後の基板の加熱のみならず、洗浄後の加熱乾燥や、露光後のポストエクスポージャーベークや現象後のポストベーク等の熱処理に適用することができる。
【００３８】
以下に上述の熱処理装置を組み込んだ塗布、現像の全体構成について図１０及び図１１を参照しながら簡単に説明しておく。図１０及び図１１においてＢ１は例えば５枚の基板例えばマスク基板Ｇが収納されたキャリヤＣを搬入出するためのキャリヤブロックであり、このキャリヤブロックＢ１は、前記キャリヤＣを載置するキャリヤ載置部８１と受け渡し手段８２とを備えている。
【００３９】
前記受け渡し手段８２はキャリヤＣから基板Ｇを取り出し、取り出した基板ＧをキャリヤブロックＢ１の奥側に設けられている処理部Ｂ２へと受け渡すように、左右、前後に移動自在、昇降自在、鉛直軸回りに回転自在に構成されている。
【００４０】
処理部Ｂ２の中央には搬送アーム８３が設けられており、これを取り囲むように例えばキャリヤブロックＢ１から奥を見て例えば右側には塗布ユニット８４及び現象ユニット８５が、左側には洗浄ユニット８６が、手前側、奥側には加熱・冷却系のユニット等を多段に積み重ねた棚ユニットＵ１、Ｕ２が夫々配置されている。塗布ユニット８４は、基板Ｇにレジスト液を塗布する処理を行うユニット、現象ユニット８５は、露光後の基板に現象液を液盛りして所定時間そのままの状態にして現象処理を行うユニット、洗浄ユニット８６はレジスト液を塗布する前に基板を洗浄するためのユニットである。
【００４１】
前記棚ユニットＵ１、Ｕ２は、複数のユニットが積み上げられて構成され、例えば図１１に示すように、熱処理装置２や、冷却ユニット８７のほか、基板Ｇの受け渡しユニット８８等が上下に割り当てられている。前記搬送アーム８３は、昇降自在、進退自在及び鉛直軸まわりに回転自在に構成され、棚ユニットＵ１、Ｕ２及び塗布ユニット８４、現象ユニット８５並びに洗浄ユニット８６の間で基板Ｇを搬送する役割を持っている。但し図１１では便宜上受け渡し手段８２及び搬送アーム８３は描いていない。
【００４２】
前記処理部Ｂ２はインターフェイス部Ｂ３を介して露光装置Ｂ４と接続されている。インターフェイス部Ｂ３は受け渡し手段８９を備えており、この受け渡し手段８９は、例えば昇降自在、左右、前後に移動自在かつ鉛直軸回りに回転自在に構成され、前記処理ブロックＢ２と露光装置Ｂ４との間で基板Ｇの受け渡しを行うようになっている。
【００４３】
このような塗布膜形成装置における基板Ｇの流れについて述べておくと、先ず外部からキャリヤＣがキャリヤ載置部８１に搬入され、受け渡し手段８２によりこのキャリヤＣ内から基板Ｇが取り出される。基板Ｇは、受け渡し手段８２から棚ユニットＵ１の受け渡しユニット８８を介して搬送アーム８３に受け渡され、所定のユニットに順次搬送される。例えば洗浄ユニット８６にて所定の洗浄処理が行われ、熱処理ユニット２の一つにて加熱乾燥が行われた後、冷却ユニット８７にて所定の温度に調整され、塗布ユニット８４にて塗布膜の成分が溶剤に溶解されたレジスト液の塗布処理が行われる。
【００４４】
続いて基板Ｇは熱処理装置２の一つにて、所定温度に加熱されてレジスト液中の溶剤を蒸発させて除去するプリベーク処理が行われた後、冷却ユニット８７の一つにて所定の温度に調整され、次いで搬送アーム８３により棚ユニットＵ２の受け渡しユニット８８を介してインターフェイス部Ｂ３の受け渡し手段８９に受け渡され、この受け渡し手段８９により露光装置Ｂ４に搬送されて、所定の露光処理が行われる。この後基板Ｇは、インターフェイス部Ｂ３を介して処理部Ｂ２に搬送され、熱処理装置２の一つにて所定の温度に加熱されて、ポストエクスポージャーベーク処理が行われる。次いで冷却ユニット８５にて現象液が液盛りされ、所定の現象処理が行われる。こうして所定の回路パターンが形成された基板Ｇは搬送アーム８３、キャリヤブロックＢ１の受け渡し手段８２を介して、例えば元のキャリヤＣ内に戻される。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱手段を備えた加熱プレートに基板を載置して熱処理するにあたり、基板を目標温度に速やかに安定させることができる。また複数の加熱手段により加熱プレートを加熱する場合には、基板の昇温時において高い面内温度均一性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】塗布膜形成装置に設けられる熱処理装置の一例を示す断面図である。
【図２】前記熱処理装置に設けられたヒータを説明する概略図である
【図３】前記ヒータへの電力供給について説明する概略図である。
【図４】前記熱処理装置の温度制御を説明する概略図である。
【図５】本発明に係る予め設定された昇温時の基板温度を表すグラフである。
【図６】本発明に係る予め設定された昇温時の基板温度の補正値が書き込まれたテーブルである。
【図７】本発明に係る予め設定されたヒータの供給電力を記録した時系列データである。
【図８】本発明に係る温度制御を用いた昇温時の基板温度を表すグラフである。
【図９】本発明に係る加熱プレートの温度と基板の表面温度との推移を表したグラフである。
【図１０】本発明に係る塗布膜形成装置の一実施の形態の全体構成を示す平面図である。
【図１１】前記塗布膜装置の全体構成を示す概略斜視図である。
【図１２】従来の熱処理装置を説明する概略図である。
【符号の簡単な説明】
Ｇ 基板
Ｓ スイッチ部
２ 熱処理装置
２１ 処理容器
２２ 排気部
２３ シャッタ
３ 加熱プレート
３１ プロキシミティーピン
３２ ヒータ
４ 非接触温度測定部
５ 電源部
６ 制御部
６１ 温度目標値出力部
６２ 記憶部
６３ 比較演算部（加算部）
６４ 第１の調節部
６５ 掛算部
６６ 第２の調節部
６７ 切り替え手段
Ｔ０ 温度目標値
Ｔ１ 表面温度測定値
Ｔ２ プレート温度検出値
Ｅ０ 電力指令値
Ｅ１ 電力補正量
Claims (12)
- 加熱手段を備えた加熱プレートに基板を載置して熱処理する熱処理装置において、
前記加熱プレートに基板が載置されたときに、当該基板の表面が予め設定した昇温パターンで昇温するように加熱手段の供給電力指令値を出力する第１の調節部と、
前記加熱プレートに載置された基板の表面の温度を測定する非接触温度測定部と、
前記非接触温度測定部からの温度測定値とそのときの基板表面の温度目標値との温度差を求める手段と、
前記温度差と、そのときの温度測定値または加熱プレートに基板を載置したときを基準とした時間と、前記供給電力の補正量と、を対応づけたデータを記憶する記憶部と、
前記温度差と、そのときの温度測定値または加熱プレートに基板を載置したときを基準とした時間と、に基づいて前記記憶部に記憶されたデータから前記供給電力の補正量を読み出し、この補正量により前記供給電力の指令値を補正する手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置。 - 加熱プレートの温度を検出する温度検出部と、
予め設定された温度設定値と前記温度検出部にて検出された温度検出値とに基づいて加熱手段の供給電力指令値を出力する第２の調節部と、
第１の調節部と第２の調節部との間で切り替える切替え手段と、を備え、
基板の表面の温度が所定温度に達した後に、第１の調節部から第２の調節部に切り替わることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。 - 前記加熱プレートに基板が載置される前は、第２の調節部に切り替わっていることを特徴とする請求項２記載の熱処理装置。
- 加熱手段は、互いに独立して電力供給が制御される複数の加熱手段からなり、これら複数の加熱手段により温度制御される基板表面の領域の温度を夫々検出するように複数の非接触温度測定部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の熱処理装置。
- 記憶部に記憶された供給電力の補正量は、供給電力に加算される補正量または供給電力の倍率であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の熱処理装置。
- 記憶部に記憶された供給電力の補正量は、今までの供給電力の不足分を取り戻すために所定時間だけ供給電力を補正するための補正量と、前記所定時間経過後に、今後の供給電力の不足分を補償するための補正量と、を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の熱処理装置。
- 前記非接触温度測定部は、放射温度計で構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の熱処理装置。
- 加熱手段を備えた加熱プレートに基板を載置して熱処理する熱処理方法において、
前記加熱プレートに基板が載置されたときに、当該基板の表面が予め設定した昇温パターンで昇温するように第１の調節部から加熱手段の供給電力指令値を出力する工程と、
前記加熱プレートに載置された基板の表面の温度を非接触温度測定部により測定する工程と、
前記非接触温度測定部からの温度測定値とそのときの基板表面の温度目標値との温度差を求める工程と、
前記温度差と、そのときの温度測定値または加熱プレートに基板を載置したときを基準とした時間と、に基づいて予め作成したデータから前記供給電力の補正量を読み出し、この補正量により前記供給電力の指令値を補正する工程と、を備えたことを特徴とする熱処理方法。 - 加熱プレートに基板が載置される前において、第２の調節部により予め設定された温度設定値と加熱プレートの温度検出値とに基づいて加熱手段を制御する工程と、
加熱プレートに基板が載置されたときに、第１の調節部により加熱手段を制御する工程と、
基板の表面の温度が所定温度に達した後において、第２の調節部により予め設定された温度設定値と加熱プレートの温度検出値とに基づいて加熱手段を制御する工程と、を含むことを特徴とする請求項８記載の熱処理方法。 - 加熱手段は、互いに独立して電力供給が制御される複数の加熱手段からなり、これら複数の加熱手段により温度制御される基板の表面領域の温度を夫々複数の非接触温度測定部により測定することを特徴とする請求項８または９記載の熱処理方法。
- 補正量により前記供給電力の指令値を補正する工程は、供給電力の指令値に補正量を加算する工程または供給電力の指令値に補正量に対応する倍率を掛ける工程であることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の熱処理方法。
- 前記供給電力の指令値を補正する工程は、今までの供給電力の不足分を取り戻すために所定時間だけ供給電力の指令値を補正する工程と、前記所定時間経過後に、今後の供給電力の不足分を補償するために供給電力の指令値を補正する工程と、を含むことを特徴とする請求項８ないし１１のいずれかに記載の熱処理方法。
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