JP2005150696A - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、被処理体の昇温（加熱）工程、冷却（冷却温調）工程における温度を管理し、被処理体の面内温度分布の均一化を図ることによって、製品歩留まりを向上させることができる熱処理装置及び熱処理方法を提供する。
【解決手段】 ウエハＷが、少なくとも、所定温度に加熱された載置台２２に載置された状態と、載置台２２から離れ、所定温度の被処理体温度制御手段２３に近接したあるいは接触した状態と、載置台２２に載置される共に被処理体温度制御手段２３に近接したあるいは接触した状態におかれる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、被処理体を加熱する前、所定温度に被処理体を温度調整する、あるいは（及び）被処理体を加熱した後、所定温度に被処理体を温度調整する熱処理装置及び熱処理方法に関するものである。

一般に、半導体デバイスの製造工程において、例えば半導体ウエハ（以下にウエハという）等の被処理体の表面にフォトリソグラフィー技術を用いて回路パターンを縮小してフォトレジストに転写し、これを現像処理している。

このフォトリソグラフィー工程において、まず、未処理のウエハ上のゴミ及び汚れを除去するためにウエハ表面を洗浄し、その後加熱乾燥処理を行う。そして、冷却後直ちに、ウエハをレジスト塗布装置に搬送して、例えばスピンコート法によりウエハ表面にレジスト膜を塗布形成する。
その後、ウエハは加熱装置に搬送されて、溶剤をレジスト膜から蒸発させるために所定時間、所定温度（８０℃前後）でプリベーク処理が施される。その後、例えば室温（２３℃）まで冷却され、露光装置に搬送されて露光処理が行われる。

露光処理後のウエハは、加熱装置に搬送され、所定時間、所定温度でベーク処理（現像前ベーク処理）が施される。このベーク処理が終了したウエハは、現像装置に搬送され、ここで現像処理が施された後、再び加熱装置に搬送され、所定時間、所定温度（５０〜１８０℃）でポストベーク処理（現像後ベーク処理）が施されて、現像後のフォトレジストに残留する現像液等を加熱蒸発させる。その後、ウエハは、冷却装置に搬送され、室温（２３℃）まで冷却すなわち温度調整された後、次の工程へ搬送される。

上記したように、例えば、露光処理後のウエハは、加熱装置に搬送され、所定時間、所定温度でベーク処理（現像前ベーク処理）が施されるが、熱処理を利用する化学増幅型レジストにあっては、面内温度が不均一なると、増幅反応の進み具合がウエハ表面において不均一となり、パターン形成された線幅等に悪影響を及ぼすという問題が生じる。同様に、加熱後の冷却を迅速に行なわないと、増幅反応が進みウエハ表面にパターン形成された線幅等に悪影響を及ぼすという問題が生じる。更に、上記ベーク処理を行った後、冷却処理までの時間が一定でないと、ウエハ毎に線幅が変動するという問題も生じる。
このように、レジスト塗布の前後、現像処理の前後において行われる熱処理工程は、重要な工程であり、ウエハにかかる熱履歴を厳密に管理する必要がある。

前記した問題を解決すべく、既に、本願出願人は特許文献１に示された熱処理装置を提案している。この熱処理装置の概略断面図を図８に示すと共に、この図に基づいて説明する。この熱処理装置１００は、加熱処理された後のウエハＷを受け取ると共に、所定の温度例えば室温（２３℃程度）まで冷却（冷却温調）する冷却温度調整手段としての冷却温度調整体１０２を具備している点に特徴がある。

この熱処理装置１００にあっては、ウエハＷを載置して所定温度に加熱する加熱手段としての発熱体１０１（ヒータ）を埋設して有する載置台１０３が設けられている。そして、この載置台１０３の外周側には、載置台１０３の周辺部を包囲すべく円筒状のシャッタ１０４が昇降シリンダ１０５によって上下移動可能に配設されており、また、載置台１０３の上方にはカバー１０６が配設されている。

前記シャッタ１０６が昇降シリンダ１０５の駆動によって上昇した際、カバー１０６と共に処理室（チャンバ）を形成し、シャッタ１０６が下降することにより、シャッタ１０４上端部とカバー１０６下側部との隙間を通して、冷却温度調整体１０２が位置する待機部以外の箇所から載置台１０３上へのウエハＷの搬入及び搬出が可能に構成されている。

また、載置台１０３の下方には、ウエハＷを支持して載置台１０３上及び載置台１０３の上方位置に移動する支持部材としての３本の支持ピン１０７が昇降板１０８上に設けられている。これら支持ピン１０７は、昇降板１０８に連結するボールねじ機構からなる昇降機構１０９の駆動によって載置台１０３に設けられた貫通孔１０３ａを介して載置台１０３の上方に出没移動し得るように構成されている。

一方、冷却温度調整体１０２は、支持ピン１０７によって載置台１０３の上方位置に移動されたウエハＷの上下面を覆うサンドイッチ形に配置された上部冷却片１１０及び下部冷却片１１１を備えている。
この上部冷却片１１０又は下部冷却片１１１又は両者には冷媒としてのペルチェ素子が埋設され、図示しない電源からの通電によって上部冷却片１１０の下面側及び下部冷却片１１１の上面側が吸熱されて温度が低下し、ウエハＷを所定の温度例えば室温（２３℃程度）に冷却し得るように構成されている。

また前記冷却温度調整体１０２には、ロッド１１２を介して水平移動用の空気シリンダ１１３に連結されており、この空気シリンダ１１３の駆動によって冷却温度調整体１０２が載置台１０３の上方位置のウエハＷに向かって進退移動し得るように構成されている。

次に、この従来の熱処理装置を用いた熱処理方法について説明する。
まず、載置台１０３に埋設されたヒータ１０１を発熱させ又は予め発熱させておき、図示しない搬送手段にて載置台１０３にウエハＷを載置する。
そして、図９（ａ）に示すように、載置台１０３上にウエハＷを載置した状態で、所定時間、所定温度（５０〜１８０℃）の下でウエハＷに加熱処理を施す（加熱工程）。尚、このとき隙間１１４から処理室内に流入する空気が排気口１０６ａから排気される。

そして所定の加熱工程が終了すると、図９（ｂ）に示すように、支持ピン１０７を上昇してウエハＷを載置台１０３の上方位置へ移動（離間）する（移動工程）。このとき、シャッタ１０４を下降させて載置台１０３の上部側方を開放させる。
その後、図９（ｃ）に示すように、待機していた冷却温度調整体１０２を支持ピン１０７にて支持されているウエハＷの方向に向かって移動して、上部冷却片１１０と下部冷却片１１１との間にウエハＷを位置させて（受け取って）ウエハＷの上下面を覆い、ペルチェ素子に通電し又は予め通電しておき、所定時間、所定温度（室温：２３℃）になるまでウエハＷを冷却処理する（冷却温調工程）。

そして、ウエハＷの冷却温調すなわち熱処理が終了した後、支持ピン１０７にて支持されているウエハＷの下方に、図示しない搬送手段を挿入して、ウエハＷを次の処理工程へ搬送する。

特開２００１−８５３２３号公報（第５頁第７欄第１７行乃至第６頁第９欄第２０行）

ところで、前記加熱装置を用いて、ウエハの温度と加熱時間（処理時間）の関係、及び面内温度分布の変動範囲を求めた。その結果を図１０に示す。尚、室温（ウエハ温度）は２３℃とし、載置台の温度を１２５℃とし、ウエハ温度の変化を丸印で示す。また、ウエハ表面における最高温度と最低温度の差、いわゆる変動温度範囲を実線で示す。
この図１０から明らかなように、室温２３℃に置かれたウエハは、載置板上に置かれると徐々に温度が上昇し（Ａ領域）、そして、１２５℃に達する（Ｂ領域）。その後、１２５℃の温度が維持され（Ｃ領域）、ウエハが載置台から上昇すると温度が低下し始め（Ｄ領域）、冷却温度調整体にウエハが載置されると急激に温度が低下し、常温まで温度が低下する（Ｅ領域）。

一方、ウエハの面内温度分布の変動範囲を見ると、Ａ領域にあっては５℃程度のバラツキがあり、温度の上昇と共に徐々に低下する。そして、Ｃ領域において面内温度は均一になるが、Ｄ，Ｅ工程において２０℃を超えるバラツキがあることが認められた。
このように、常温から定常温度に移行する工程（Ａ、Ｂ領域）、及び定常温度から常温に移行する工程（Ｃ、Ｄ領域）において、面内温度分布が不均一となることは、化学増幅反応を行う処理時間が面内において異なることを意味する。
したがって、冷却温度調整体を用いた熱処理装置にあっても、依然として、面内温度分布が不均一となることに起因する、ウエハ表面にパターン形成された線幅等への悪影響をうける虞があった。

本願発明者は、この問題について鋭意研究した結果、Ａ、Ｂ領域にあっては温度制御（温度管理）なされていない点、またＤ、Ｅ領域にあっては熱処理装置のシャッタを開放すると外気が流入し、ウエハの面内温度分布が不均一になること究明し、本発明を完成するに至った。

本発明は、被処理体の昇温（加熱）工程、冷却（冷却温調）工程における温度を管理し、被処理体の面内温度分布の均一化を図ることによって、製品歩留まりを向上させることができる熱処理装置及び熱処理方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、板状の被処理体を載置して所定温度に加熱する発熱体を有する、固定された載置台と、前記載置台の上方に相対向して配置された上下方向に移動可能に構成された被処理体温度制御手段と、被処理体を載置台から載置あるいは離間すべく載置台に対して相対移動する支持部材とを備え、前記被処理体が、少なくとも、載置台に載置された状態と、載置台から離れ、被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態と、載置台に載置される共に被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態におかれることを特徴としている。

また、本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、板状の被処理体を載置して所定温度に加熱する発熱体を有する、上下方向に移動可能に形成された載置台と、前記載置台の上方に配置された被処理体温度制御手段と、被処理体を載置台から離間すべく載置台に対して相対移動する支持部材とを備え、前記被処理体が、少なくとも、載置台に載置された状態と、載置台から離れ、被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態と、載置台に載置される共に被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態におかれることを特徴としている。

更に、また、本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、板状の被処理体を載置して所定温度に加熱する発熱体を有する、上下方向に移動可能に形成された載置台と、前記載置台の上方に相対向して配置された上下方向に移動可能に構成された被処理体温度制御手段と、被処理体を載置台から離間すべく載置台に対して相対移動する支持部材とを備え、前記被処理体が、少なくとも、載置台に載置された状態と、載置台から離れ、被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態と、載置台に載置される共に被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態におかれることを特徴としている。

このように、上記したいずれの発明においても、被処理体は、載置台に載置された状態と、載置台から離れ、被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態と、載置台に載置される共に被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態におかれる。
したがって、従来の場合のような、載置台から離れ、しかも冷却温度調整体に搭載されてない状態（温度制御がなされていない状態）を排除でき、被処理体の熱履歴を厳密に管理することができる。その結果、冷却工程における被処理体の面内温度分布の均一化を図ることができる。
また、加熱工程（昇温工程）においても、被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態で、被処理体を予備加熱でき、その状態を維持しつつ、載置台に被処理体を載置できる。その結果、加熱工程における被処理体の面内温度分布の均一化を図ることができる。
したがって、例えば露光後のベーク処理等にこの熱処理装置を用いることにより、被処理体の表面に良好なパターン（線幅等）を形成することができる。

ここで、前記被処理体温度制御手段は、前記被処理体の温度を降下させる冷却板であることが望ましい。また、前記被処理体温度制御手段は、前記被処理体の温度を昇温させる熱板であることが望ましい。更に、前記前記被処理体温度制御手段が、気体の流通が可能な多孔質体で構成されていても良い。また、前記前記被処理体温度制御手段が、チャンバを構成する蓋体であっても良い。

また、本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、板状の被処理体を載置して所定温度に加熱する発熱体を有する載置台と、前記載置台の上方に配置された被処理体温度制御手段と、被処理体を載置台から離間あるいは載置すべく載置台に対して相対移動する支持部材とを備えた熱処理装置の熱処理方法において、載置台の発熱体によって被処理体を加熱する加熱工程と、前記加熱工程後、載置台に載置された被処理体と被処理体温度制御手段とを近接あるいは接触させる工程と、前記工程後、前記被処理体と載置台とを離間させる工程とを含むことを特徴としている。

このように、前記加熱工程後、載置台に載置された被処理体と被処理体温度制御手段を近接あるいは接触させる工程を設け、前記工程後、前記被処理体と載置台とを離間させるようになしているため、従来の場合のような、載置台から離れ、しかも冷却温度調整体に搭載されたてない状態（温度制御がなされていない状態）を排除でき、被処理体の熱履歴を厳密に管理することができる。
その結果、被処理体の面内温度分布の均一化を図ることができる。したがって、例えば、露光後のベーク処理等にこの熱処理装置を用いることにより、被処理体の表面に良好なパターン（線幅等）を形成することができる。

また、本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、板状の被処理体を載置して所定温度に加熱する発熱体を有する載置台と、前記載置台の上方に配置された被処理体温度制御手段と、被処理体を載置台から離間あるいは載置すべく載置台に対して相対移動する支持部材とを備えた熱処理装置の熱処理方法において、前記載置台と被処理体温度制御手段の略中間位置において、被処理体を支持部材上に載置する工程と、前記支持部材によって、被処理体を被処理体温度制御手段に近接あるいは接触させて、被処理体を加熱する予備加熱工程と、前記予備加熱工程の後、被処理体を載置台に載置し、載置台の発熱体によって被処理体を加熱する加熱工程とを含むことを特徴としている。

このように、被処理体を被処理体温度制御手段に近接あるいは接触させて、被処理体を加熱する予備加熱工程を設け、前記予備加熱工程の後、被処理体を載置台に載置し、載置台の発熱体によって被処理体を加熱するようになしているため、被処理体の昇温工程（加熱工程）において被処理体の熱履歴を厳密に管理することができる。その結果、被処理体の面内温度分布の均一化を図ることができる。

ここで、前記加熱工程後、載置台に載置された被処理体と被処理体温度制御手段とを近接あるいは接触させる工程と、前記工程後、前記被処理体と載置台とを離間させる工程とを含むことが望ましい。

被処理体の昇温工程（加熱工程）、冷却工程（冷却温調工程）における温度管理し、被処理体の面内温度分布の均一化を図ることによって、製品歩留まりを向上させることができる。

以下にこの発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、この発明に係る熱処理装置を半導体ウエハの塗布・現像処理システムに組み込んだ場合について説明する。
上記半導体ウエハの塗布・現像処理システム１は、図１に示すように、その一端側に被処理体として例えば多数枚の半導体ウエハＷ（以下にウエハという）を収容する複数のカセット２を例えば４個載置可能に構成したカセットブロック３を有し、このカセットブロック３の中央部にはウエハＷの搬入・搬出及びウエハＷの位置決めを行う補助アーム４が設けられている。
また、塗布・現像処理システム１のカセットブロック３側の側方にはプロセスブロック６が配置されている。
更に、その中央部にて、その垂直方向に移動可能に設けられると共に、補助アーム４からウエハＷを受け渡される搬送手段としてのメインアーム５が設けられている。このメインアーム５は、図１に示すように、ウエハＷの周辺部を保持するように略馬蹄状に形成されている。

なお、メインアーム５の周囲には、略円周状に各種処理機構が配置されている。具体的には、これら処理機構として、例えばフォトレジストを塗布処理するレジスト塗布機構７と、露光されたウエハＷのフォトレジストを現像処理する現像機構８とが前方に積み重ねられている。また、メインアーム５の側方および後方には、処理装置群９が配置されている。

処理装置群９では、ウエハＷを冷却処理するクーリング装置（図示せず）、フォトレジスト液とウエハＷとの定着性を高めるためのアドヒージョン装置（図示せず）、ウエハＷを待機させるエクステンション装置（図示せず）、フォトレジスト膜中に残存している溶剤揮発のための加熱処理、露光後の加熱処理、現像後の加熱処理等を目的として熱処理装置１０等が下から順に、例えば８段に積み重ねられている。

なお、プロセスブロック６の側方には、インターフェースブロック１１を介して、フォトレジスト膜に所定の微細パターンを露光する露光装置１２等が設けられている。

次に、熱処理装置の一実施形態について、図２に基づいて詳細に説明する。尚、図２は、この発明に係る熱処理装置１０の概略断面図である。
前記熱処理装置１０は、被処理体であるウエハＷを載置して所定温度に加熱する発熱体２１（ヒータ）を埋設して有する、固定された載置台２２と、前記載置台２２の上方に相対向して配置された上下方向に移動可能に構成され、載置台２２に近接した第一の位置と載置台２２から遠ざかった第二の位置を取る被処理体温度制御手段２３と、ウエハＷを載置台２２から載置あるいは離間すべく載置台２２に対して相対移動する支持ピン２４とを備えている。

上記載置台２２は保持部材２５にて保持され、その外周側には、載置台２２の周辺部を包囲すべく円筒状のシャッタ２６が昇降シリンダ２７によって上下移動可能に配設されている。また、載置台２２の上方には、前記シャッタ２６が閉じた際、チャンバを構成する蓋体であるカバー２８が設けられ、その中央に、図示しない排気装置に接続する排気口２８ａが配設されている。

前記カバー２８の下面には、前記した被処理体温度制御手段２３が取り付けられている。この被処理体温度制御手段２３は、カバー２８に設けられた昇降シリンダ２９によって、カバー２８と共に上下方向に移動可能に構成され、載置台２２に近接した第一の位置と載置台２２から遠ざかった第二の位置をとるように構成されている。

また、前記被処理体温度制御手段２３には管状の流路が形成され、所定温度に維持された恒温水が循環することによって、前記被処理体温度制御手段２３が所定温度を維持できるように構成されている。なお、恒温水の代わりに、ガス等を循環させて被処理体温度制御手段２３を所定の温度に維持しても良い。

また、前記シャッタ２６の下端部には内向きフランジ２６ａが設けられており、昇降シリンダ２７の駆動によってシャッタ２６が上昇した際、内向きフランジ２６ａが載置台保持部材２５の下面に装着されたシールパッキング３０に密接した状態でシャッタ２６が載置台２５を包囲してカバー２８と共に処理室（チャンバ）３１を形成する。
一方、シャッタ２６が下降することにより、ウエハＷを、メインアーム５によって取り出し可能にしている。

なお、処理室３１を形成する際、シャッタ２６の上端とカバー２８との間には約１ｍｍ程度の隙間３２が設けられ、この隙間３２から処理室内に流入する空気が排気口２８ａから排気されるようになっている。このように、ウエハＷの上方の周囲から処理室３１内に流入される空気を上方の排気口２８ａから排出することにより、流入した空気が直接ウエハＷに触れることを防止できるため、ウエハＷの加熱処理の加熱温度を均一にすることができ、ウエハＷの加熱処理を均一にすることができる。

また、載置台２２の下方には、ウエハＷを支持して載置台２２上及び載置台２２の上方位置に移動、すなわちウエハＷを、ヒータ２１が埋設された載置台２２上に離間すべく載置台２２に対して相対移動する支持部材としての３本の支持ピン２４が昇降板３３上に同心円状に起立して設けられている。
これら支持ピン２４は、例えばセラミックス，フッ素樹脂あるいは合成ゴム等の断熱性部材にて形成されており、昇降板３３に連結するボールねじ機構からなる昇降機構３４の駆動によって載置台２２に設けられた貫通孔２２ａを介して載置台２２の上方に出没移動し得るように構成されている。

更に、熱処理装置１０の第二の実施形態について、図３乃至図５に基づいて説明する。なお、図３は概略断面図、図４は被処理体温度制御手段の平面図、図５は要部断面図である。また、図２に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を付することにより、その詳細な説明は省略する。
この熱処理装置１０にあっては、カバー２８の上部中央部に設けられた気体導入装置（図示せず）に接続する気体導入口２８ｂと、導入された気体を分散させる分散プレート３５と、この分散プレート３５の下方に設けられた被処理体温度制御手段２３とを備えている点に特徴がある。

また、この第二の実施形態にあっては、第一の実施形態におけるシャッタ２６は設けられていない。そのため、カバー２８がシリンダ２９によって上下動可能に構成され、カバー２８が下降し、カバー２８の下端に設けられているＯ（オー）リングが保持部材２５に密着することにより、処理室が形成されるように構成されている。なお、図中の符号２８は、気体排出口である。

前記被処理体温度制御手段２３は、その中央部に上下に貫通した孔２３ｆと、同様に上下に貫通しかつ放射方向に延在する複数のスリット２３ｃと、放射方向に延在する複数のヒートパイプ２３ｂとを有している。
また、被処理体温度制御手段２３の周縁部上部外側には、カバーに覆われた加熱手段としてのヒータ２３ｅが配設されている。また、同様にカバー２８に覆われた温度センサ２３ｄが配設され、この温度センサ２３ｄの検出に基づいて、図示しないコントローラにより、前記ヒータ２３ｅの温度制御がなされるように構成されている。
このように、この熱処理装置にあっても、被処理体温度制御手段２３を所定の温度に維持することができる。
尚、この被処理体温度制御手段２３には、前記したスリット２３ｃが形成されているため、導入された気体を均一に分散させる機能を併せ持つものである。また、この実施形態にあっては、ヒータ２３ｅを用いる代わりに恒温水を用いても良い。

なお、図２、図３に、冷却温度調整体１０２を設けた場合を示したが、この冷却温度調整体１０２は必ずしも必要ではなく、しかも、図８に示した冷却温度調整体１０２と同一の構成であるため、ここでの構成の説明は省略する。
また、上記いずれの実施形態においても、前記カバー２８の下面（内面）に前記した被処理体温度制御手段２３を設け、カバー２８と共に上下方向に移動するように構成した場合を示したが、被処理体温度制御手段２３のみ上下方向に移動するように構成しても良い。
また、上記いずれの実施形態においても、載置台２２を固定し、被処理体温度制御手段２３を上下方向に移動するように構成した場合を示したが、被処理体温度制御手段２３を固定し、載置台２２を上下方向に移動可能に構成しても良い。また、被処理体温度制御手段２３と載置台２２とを共に、上下方向に移動可能に構成しても良い。
即ち、被処理体温度制御手段２３と載置台２２との関係は、前記ウエハＷが、少なくとも、載置台２２に載置された状態と、載置台２２から離れ、被処理体温度制御手段２３に近接したあるいは接触した状態と、載置台２２に載置される共に被処理体温度制御手段２３に近接したあるいは接触した状態におくことができる構成であれば良い。

次に、この熱処理装置を用いた熱処理方法について、図６及び図７を参照して説明する。
なお、図２，３に示したいずれの熱処理装置であっても、同一の熱処理方法によるため、ここでは図２に示された熱処理装置に基づいて説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、載置台２２から突出し被処理体温度制御手段２３と載置台２２との間に位置する支持ピン２４上に、メインアーム５によって、ウエハＷを載せる。このとき、載置台２２に埋設されたヒータ２１を予め発熱させておき、載置台２２の温度は所定温度（５０〜１８０℃）、例えば１２５℃に維持されている。一方、被処理体温度制御手段２３には恒温水が供給され、載置台２２の温度よりも低い所定温度、例えば、５０℃に維持されている。

そして、支持ピン２４上に、メインアーム５によってウエハＷを載せた後、図６（ｂ）に示すように、支持ピン２４を上昇させ、ウエハＷを被処理体温度制御手段２３に近接した状態あるいは接触した状態になす。
このようにして、ウエハは被処理体温度制御手段２３から熱を受け、室温の例えば２３℃から５０℃まで予備加熱される。この際、昇温範囲が２３℃から５０℃と、一度に１２５℃まで昇温させる場合に比べて狭いため、面内分布の変動温度範囲を小さく抑えることができる。
しかも、被処理体温度制御手段２３は一定の温度に維持されているため、ウエハの面内温度の不均一性を除去でき、ウエハの面内温度を均一な一定の温度、５０℃になすことができる。

その後、図６（ｃ）に示すように、支持ピン２４を下方向に移動させ、ウエハＷを載置台２２上に載せ、加熱処理する。このとき、載置台２２は、既に１２５℃に維持されているため、載置台２２上に載せられたウエハは、５０℃〜１２５℃に昇温され、加熱処理される。この際、昇温範囲が５０℃から１２５℃と、２３℃から一度に昇温させる場合に比べて狭いため、面内分布の変動温度範囲を小さく抑えることができる。しかも、面内温度の不均一性が除去されたウエハが載置台２２上に載せられるため、１２５℃に昇温するまでの間、ウエハの面内温度の不均一性を抑制できる。
なお、図６（ｃ）において、支持ピン２４を下方向に移動させ、ウエハＷを載置台２２上に載せると説明したが、より厳密に温度管理をなすには、図６（ｂ）に示した状態（ウエハＷと被処理体温度制御手段２３とが近接あるいは接触した状態）を維持しつつ、支持ピン２４と共に被処理体温度制御手段２３を共に下方向に移動させ、ウエハＷを載置台２２上に載せると良い。

次に、所定時間の加熱処理が終了すると、図７（ａ）に示すように、昇降シリンダ２９によってカバー２８と共に被処理体温度制御手段２３が下降し、被処理体温度制御手段２３を載置台２２のウエハＷに近接したあるいは接触した状態におく。
被処理体温度制御手段２３を載置台２２のウエハＷに近接したあるいは接触した状態においた後、直ちに図７（ｂ）に示すように、ウエハＷと被処理体温度制御手段２３とを近接したあるいは接触した状態を維持しつつ、ウエハＷを上方位置へ移動（載置台２２から離間）させる。
このとき、ウエハＷは、被処理体温度制御手段２３とを近接したあるいは接触した状態を維持されるため、ウエハＷの面内温度分布を一定に維持されながら、迅速に冷却がなされる。

そして、図７（ｃ）に示すように、シャッタ２６を下降させて載置台２２の上部側方を開放すると共に、支持ピン２４を載置台２２とカバー２８の略中間位置まで下降させる。
そして、待機していた冷却温度調整体１０２を支持ピン２４にて支持されているウエハＷの方向に向かって移動させ、上部冷却片１１０と下部冷却片１１１との間にウエハＷを位置させて（受け取って）ウエハＷの上下面を覆い、ペルチェ素子に通電し又は予め通電しておき、室温の２３℃になるまでウエハＷを冷却処理する。
このように、加熱終了後、直ちにウエハＷを被処理体温度制御手段２３に近接したあるいは接触した状態におくため、面内温度分布の均一性を維持できる。また、ウエハＷは１２５℃から５０℃まで面内温度文の均一性を維持しながら冷却され、その後冷却温度調整体１０２によって５０℃から２３℃まで冷却されるため、冷却工程（冷却温調工程）の全工程において面内温度文の均一性が維持される。なお、前記冷却処理は、上部冷却片１１０がない下部冷却片１１１のみの構成からなる冷却温度調整体１０２であってもよい。

そして、ウエハＷの冷却温調すなわち熱処理が終了した後、支持ピン３２にて支持されているウエハＷの下方にメインアーム（図示せず）を挿入して、ウエハＷをメインアームが受け取って次の処理工程へ搬送する。

以上説明したように、ウエハは載置台に載置された状態と、載置台から離れ、被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態と、載置台に載置される共に被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態におかれ、従来の場合のような、載置台から離れ、しかも冷却温度調整体に搭載されたてない状態（温度制御がなされていない状態）を排除している。
このように本発明にあっては、被処理体の熱履歴を厳密に管理することができ、冷却工程における被処理体の面内温度分布の均一化を図ることができる。
また、加熱工程においても、被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態で、被処理体を予備加熱でき、その状態を維持しつつ、載置台に被処理体が載置されるため、加熱工程における被処理体の面内温度分布の均一化を図ることができる。
したがって、例えば露光後のベーク処理等にこの熱処理装置を用いることにより、被処理体の表面に良好なパターン（線幅等）を形成することができる。

尚、上記実施形態の説明において、説明の都合上、温度条件を入れて説明したが、この温度条件は一例であって、本発明はこれに限定されるものではない。また、上記実施形態では、ウエハの昇温工程（加熱工程）と降温工程（冷却工程）の両方においても、被処理体の熱履歴を管理する場合について説明したが、ウエハの昇温工程と降温工程のいずれかの工程において上記熱管理を行っても良い。
また、上記実施形態にあっては、所定温度に維持された恒温水が循環することによって、前記被処理体温度制御手段を所定温度に維持した場合を示した。しかし、ウエハの昇温工程（加熱工程）に用いるのであれば、ウエハの温度を昇温させるためのヒータを内蔵した熱板であっても良い。一方、ウエハの降温工程（冷却工程）に用いるのであれば、ペルチェ素子を内蔵した冷却板であっても良い。

また、被処理体温度制御手段が、気体の流通を阻害しないように気体が流通可能な多孔質体で構成されていても良い。また、前記、被処理体温度制御手段が、チャンバを構成する蓋体であっても良い。この場合、チャンバ内部の空間の有効利用、あるいは熱処理装置の小型化の観点から好ましい。

更に、図３に示した実施形態において、温度センサ２３ｄを用いてヒータ２３ｅの温度制御を行う場合について説明したが、予めサンプルのウエハＷにおけるレジストパターンの線幅を測定し、その測定結果に基づいて温度制御の温度補正を行うのが好ましい。
このように、サンプルのウエハＷにおけるレジストパターンの線幅を測定し、その測定結果に基づいて温度制御の温度補正を行うため、熱処理装置ごとに異なる熱特性の影響を抑制し、各熱処理装置において最適な条件下で熱処理を行うことができる。

また、図３に示した実施形態において、ヒータ２３ｅを分割し複数のヒータとなし、夫々に温度センサを設け、サンプルのウエハＷについて熱処理を行い、そのときの熱履歴を求めると共に、ウエハ面内の複数箇所について光学観察装置によってレジストパターンの線幅を測定する。そして、その測定結果に基づいてウエハＷの各部に対応したヒータ毎に、温度制御の温度補正を行うのが好ましい。
例えば、ウエハ面内全てにおいて目標線幅が１５０ｎｍである場合に、実際の線幅に大小のずれがあったとする。ここで、ウエハの加熱温度が高いほど線幅が小さくなる関係にあるため、線幅が大きい箇所に対応するヒータの温度が高くなるように温度制御の補正をし、線幅が小さい箇所に対応するヒータの温度が低くなるように温度制御の補正をするのが望ましい。
なお、サンプルのウエハＷについて熱処理を行い、そのときの線幅を求め、最適な線幅になるように気体（パージガス）の流量を制御しても良い。

上記実施形態では、半導体ウエハの塗布・現像処理システムに適用した場合について説明したが、その他の処理工程・処理システムの半導体ウエハの加熱及び冷却温調処理するものにも適用できることは勿論である。また、半導体ウエハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ），マスク基板等の板状の被処理体の熱処理にも適用できる。

この発明の熱処理装置を適用した半導体ウエハの塗布・現像処理システムの斜視図である。 この発明にかかる熱処理装置の一実施形態を示す概略断面図である。 この発明にかかる第二実施形態を示す概略断面図である。 図３に用いられている被処理体温度制御手段の平面図である。 図３に示した実施形態の要部断面図である。 この発明にかかる熱処理装置の実施形態の動作状態を示す概略断面図である。 この発明にかかる熱処理装置の実施形態の動作状態を示す概略断面図である。 従来の熱処理装置の概略断面図である。 従来の熱処理装置の動作状態を示す概略断面図である。 ウエハの温度状態を示す図である。

符号の説明

５ メインアーム（搬送手段）
１０ 熱処理装置
２１ ヒータ（発熱体）
２２ 載置台
２３ 被処理体温度制御手段
２３ｅ ヒータ
２４ 支持ピン（支持部材）
２８ カバー
２９ 昇降シリンダ
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (10)

1. 板状の被処理体を載置して所定温度に加熱する発熱体を有する、固定された載置台と、前記載置台の上方に相対向して配置された上下方向に移動可能に構成された被処理体温度制御手段と、被処理体を載置台から載置あるいは離間すべく載置台に対して相対移動する支持部材とを備え、
   前記被処理体が、少なくとも、載置台に載置された状態と、載置台から離れ、被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態と、載置台に載置される共に被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態におかれることを特徴とする熱処理装置。
2. 板状の被処理体を載置して所定温度に加熱する発熱体を有する、上下方向に移動可能に形成された載置台と、前記載置台の上方に配置された被処理体温度制御手段と、被処理体を載置台から離間すべく載置台に対して相対移動する支持部材とを備え、
   前記被処理体が、少なくとも、載置台に載置された状態と、載置台から離れ、被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態と、載置台に載置される共に被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態におかれることを特徴とする熱処理装置。
3. 板状の被処理体を載置して所定温度に加熱する発熱体を有する、上下方向に移動可能に形成された載置台と、前記載置台の上方に相対向して配置された上下方向に移動可能に構成された被処理体温度制御手段と、被処理体を載置台から離間すべく載置台に対して相対移動する支持部材とを備え、
   前記被処理体が、少なくとも、載置台に載置された状態と、載置台から離れ、被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態と、載置台に載置される共に被処理体温度制御手段に近接したあるいは接触した状態におかれることを特徴とする熱処理装置。
4. 前記被処理体温度制御手段は、前記被処理体の温度を降下させる冷却板であ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。
5. 前記被処理体温度制御手段は、前記被処理体の温度を昇温させる熱板であることを特徴する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された熱処理装置。
6. 前記被処理体温度制御手段が、気体の流通が可能な多孔質体で構成されてい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。
7. 前記被処理体温度制御手段が、チャンバを構成する蓋体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。
8. 板状の被処理体を載置して所定温度に加熱する発熱体を有する載置台と、前記載置台の上方に配置された被処理体温度制御手段と、被処理体を載置台から離間あるいは載置すべく載置台に対して相対移動する支持部材とを備えた熱処理装置の熱処理方法において、
   載置台の発熱体によって被処理体を加熱する加熱工程と、前記加熱工程後、載置台に載置された被処理体と被処理体温度制御手段とを近接あるいは接触させる工程と、前記工程後、前記被処理体と載置台とを離間させる工程とを含むことを特徴とする熱処理方法。
9. 板状の被処理体を載置して所定温度に加熱する発熱体を有する載置台と、前記載置台の上方に配置された被処理体温度制御手段と、被処理体を載置台から離間あるいは載置すべく載置台に対して相対移動する支持部材とを備えた熱処理装置の熱処理方法において、
   前記載置台と被処理体温度制御手段の略中間位置において、被処理体を支持部材上に載置する工程と、前記支持部材によって、被処理体を被処理体温度制御手段に近接あるいは接触させて、被処理体を加熱する予備加熱工程と、
   前記予備加熱工程の後、被処理体を載置台に載置し、載置台の発熱体によって被処理体を加熱する加熱工程とを含むことを特徴とする熱処理方法。
10. 前記加熱工程後、載置台に載置された被処理体と被処理体温度制御手段とを近接あるいは接触させる工程と、前記工程後、被処理体と載置台とを離間させる工程とを含むことを特徴とする請求項９に記載された熱処理方法。

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