JP2017112182A - 基板処理装置及び基板処理装置の調整方法 - Google Patents

基板処理装置及び基板処理装置の調整方法 Download PDF

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Abstract

【課題】基板の面内においても基板間においても、均一性が良好な加熱処理を行うことができる技術を提供すること。
【解決手段】各々基板を載置台に載置して加熱する複数の加熱モジュールを備えた基板処理装置において、前記載置台に複数設けられ、互いに独立して発熱量が制御されるヒータと、前記複数のヒータの各々に対応する基板の被加熱部位について、予め決められた第１の時点から第２の時点に至るまでの間の積算熱量が１台の載置台の中で揃いかつ複数の加熱モジュールの間で揃うように制御信号を出力する制御部と、を備えるように装置を構成する。前記第１の時点は、ヒータの発熱量が安定している状態で載置台に基板が載置された後の基板の温度推移プロファイルにおいて、基板のプロセス温度に向かう昇温途中の時点であり、前記第２の時点は前記温度推移プロファイルにおいて基板が処理温度に達した後の時点である。
【選択図】図６

Description

本発明は、基板を載置台に載置して加熱する複数の加熱モジュールを備えた基板処理装置及び基板処理装置の調整方法に関する。
半導体製造プロセスにおいては、半導体ウエハなどの基板（以下「ウエハ」という）に塗布膜を形成した後に、ヒータが設けられている載置台に基板を載せて加熱処理を行うことが行われている。加熱処理としては、基板に形成されたレジスト膜に対して露光前後に例えば１００℃前後の温度で行う処理が挙げられる。レジストパターンの線幅は、種々の要因に左右されるが、その要因の一つとして加熱処理時の加熱温度が挙げられる。
そして薬液の熱処理温度依存性が高くなる傾向にあることから、加熱処理時のウエハの熱履歴におけるウエハの面内間の差及びウエハ間(面間)の差がレジストパターンの線幅におけるウエハの面内均一性及びウエハ間均一性に及ぼす影響が大きくなっている。
加熱処理を行う加熱モジュールは、ウエハの被加熱領域を複数に分割し、各分割領域ごとにヒータを設けて、各ヒータを独立して発熱制御するように構成されている。ヒータの制御系のパラメータの調整手法としては、特許文献１に記載されているように、載置台（熱板）の温度を複数の計測点で計測した際の各計測温度が、各目標温度に一致するように制御する手法が知られている。しかしながらパターンの線幅の均一性についてより厳しいスペックを要求されるプロセスに対しては、今後調整手法を改善していくことが必要になってきている。
またレジストパターンを形成する装置は、複数枚のウエハを並行して処理することから、複数の加熱モジュールを備えている。このため各加熱モジュールにおいてウエハの面内の熱履歴を揃えるだけでなく、加熱モジュール間において、ウエハの熱履歴を高い精度で揃える必要に迫られている。
特許第４３９１５１８号
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、基板の面内においても基板間においても、均一性が良好な加熱処理を行うことができる技術を提供することである。
本発明の基板処理装置は、各々基板を載置台に載置して加熱する複数の加熱モジュールを備えた基板処理装置において、
前記載置台に複数設けられ、互いに独立して発熱量が制御されるヒータと、
前記複数のヒータの各々に対応する基板の被加熱部位について、予め決められた第１の時点から第２の時点に至るまでの間の積算熱量が１台の載置台の中で揃いかつ複数の加熱モジュールの間で揃うように制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記第１の時点は、ヒータの発熱量が安定している状態で載置台に基板が載置された後の基板の温度推移プロファイルにおいて、基板のプロセス温度に向かう昇温途中の時点であり、前記第２の時点は前記温度推移プロファイルにおいて基板が処理温度に達した後の時点であることを特徴とする。
本発明の基板処理装置の調整方法は、
各々基板を載置台に載置して加熱する複数の加熱モジュールと、
前記載置台に複数設けられ、互いに独立して発熱量が制御されるヒータと、
各ヒータごとに設けられ、設定温度と前記温度検出部の検出温度との偏差を演算してヒータの供給電力の制御信号を出力する調節部と、
目標温度とオフセット値とを加算して前記設定温度を得る加算部と、を備えた基板処理装置におけるヒータの発熱量を調整する方法において、
各加熱モジュールごとにオフセット値をゼロにして、ヒータの発熱量が安定した状態で調整用基板を載置台に載置し、複数のヒータの各々に対応する調整用基板の被加熱部位の温度を当該調整用基板に設けられた温度検出部にて検出して、調整用基板の温度推移プロファイルを取得する第１の工程と、
前記調整用基板の温度推移プロファイルに基づいて、基板のプロセス温度に向かう昇温途中の第１の時点から調整用基板がプロセス温度に達した後の第２の時点までを複数に分割した複数の時間区間の各々において被加熱部位ごとに積算熱量を求め、各時間区間ごとに複数の被加熱部位の平均積算熱量を求めて、各時間区間ごとの平均積算熱量と各被加熱部位の積算熱量との差分に対応する値を、各被加熱部位のオフセット値として決定する第２の工程と、
前記第２の工程で決定されたオフセット値を用いて、前記第１の工程及び第２の工程を繰り返して各被加熱部位のオフセット値を求める工程を、１回以上行う第３の工程と、
前記第３の工程で求められたオフセット値を用いる他は同様にして、前記第１の工程を実施し、得られた基板の温度推移プロファイルに基づいて、前記調整用基板を載置台に載置した後において予め設定した時点から当該調整用基板を載置台から搬出するまでの積算熱量を被加熱部位ごとに求め、予め決められた複数の加熱モジュールに共通の基準積算熱量と各被加熱部位の積算熱量との差分に対応する値を、各被加熱部位のオフセット値として決定する第４の工程と、
を含むことを特徴とする。
本発明は、複数の加熱モジュールの各々にて、加熱処理される基板における複数のヒータに対応する被加熱部位の加熱処理時の積算熱量を、１台の加熱モジュールの中で揃えかつ複数の加熱モジュールの間で揃えている。従って、基板の面内においても基板間においても、均一性が良好な加熱処理を行うことができる。
前記塗布、現像装置の斜視図である。 前記塗布、現像装置の処理ブロックの斜視図である。 前記処理ブロックに設けられる加熱モジュールの縦断側面図である。 前記加熱モジュールに設けられる熱板の平面図である。 前記加熱モジュールに設けられる温調器を構成する制御系のブロック図である。 前記加熱モジュールに設けられるコントローラのブロック図である。 前記熱板の温度のオフセット値の設定工程を示すフローチャートである。 前記設定工程において温度センサにより取得される温度推移プロファイルを示すグラフ図である。 前記熱板の温度の第２の調整用オフセット値群が格納されたテーブルを示す模式図である。 前記設定工程において温度センサにより取得される温度推移プロファイルを示すグラフ図である。 前記第２の調整用オフセット値から処理用オフセット値を算出するためのデータを表すグラフ図である。 前記熱板の温度を調整するためのパラメータである第２の調整用オフセット値が格納されたテーブルを示す模式図である。 前記処理用オフセット値を用いて取得される温度推移プロファイルを示すグラフ図である。 前記処理用オフセット値を用いて取得される温度推移プロファイルを示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。
本発明の基板処理装置の実施の形態に係る塗布、現像装置１について、図１の概略斜視図を参照しながら説明する。塗布、現像装置１は、キャリアブロックＤ１と、処理ブロックＤ２と、インターフェイスブロックＤ３とをこの順番で、水平に直線状に接続して構成されている。ブロックＤ１〜Ｄ３の配列方向を前後方向とする。また、インターフェイスブロックＤ３には露光装置Ｄ４が、処理ブロックＤ２と反対側に接続されている。
キャリアブロックＤ１には、円形の基板であるウエハＷが複数枚格納されたキャリア１１が載置される載置台１２が設けられる。処理ブロックＤ２は、単位ブロックＥ１、Ｅ２、Ｅ３を２つずつ備えており、単位ブロックＥ１〜Ｅ３は、互いに積層されている。２つの同じ単位ブロックＥについては、いずれか一方へウエハＷが搬送されて処理される。
単位ブロックＥ１はウエハＷへの反射防止膜形成用の薬液の塗布と、当該薬液塗布後のウエハＷの加熱処理とを行い、反射防止膜を形成するためのブロックである。単位ブロックＥ２は、ウエハＷへのレジストの塗布と、当該レジスト塗布後のウエハＷの加熱処理とを行い、レジスト膜を形成するためのブロックである。単位ブロックＥ３は、露光装置Ｄ４によって所定のパターンに沿ってレジスト膜が露光された後のウエハＷの加熱処理と、加熱処理後のウエハＷへの現像液の供給とを行い、ウエハＷにレジストパターンを形成するためのブロックである。単位ブロックＥ３の加熱処理は、ポストエクスポージャベーク（ＰＥＢ）と呼ばれる露光後の定在波の除去や、レジストが化学増幅型で有る場合に露光された箇所での化学反応を行うためのものである。
各ブロックＤ１〜Ｄ３にはウエハＷの搬送機構が各々設けられており、キャリア１１内のウエハＷは、キャリアブロックＤ１→単位ブロックＥ１→単位ブロックＥ２→インターフェイスブロックＤ３→露光装置Ｄ４→インターフェイスブロックＤ３→単位ブロックＥ３の順で搬送されて、上記の各処理が行われ、ウエハＷにレジストパターンが形成される。その後、ウエハＷは、キャリアブロックＤ１に搬送されて、キャリアＣに戻される。
図２は、単位ブロックＥ３を示す斜視図である。図中１２は前後方向に伸びるウエハＷの搬送路１３である。搬送路１３の左右の一方側には、上記したＰＥＢを行う加熱モジュール２が設けられている。加熱モジュール２は、前後方向、上下方向に夫々沿ったマトリクス状に多数配置されている。搬送路１３の左右の他方側には、上記のようにＰＥＢを受けたウエハＷに現像液を供給する現像モジュール１４が設けられている。図中１５は、キャリアブロックＤ１へウエハＷを受け渡すためにウエハＷが載置される受け渡しモジュールである。
図中１６はウエハＷの搬送機構であり、受け渡しモジュール１５と、現像モジュール１４と、加熱モジュール２と、インターフェイスブロックＤ３との間でウエハＷを搬送する。搬送機構１６によりインターフェイスブロックＤ３から単位ブロックＥ３に搬入されたウエハＷは、多数の加熱モジュール２のうちのいずれかに搬送されて処理される。各加熱モジュール２は、後述のようにパラメータが設定されることで、ウエハＷの面内において形成されるレジストパターンの均一性が高く、且つウエハＷ間で形成されるレジストパターンの均一性が高くなるように構成されている。
図３は、加熱モジュール２の縦断側面図である。加熱モジュール２は筐体２１を備えており、図中２２は筐体２１に設けられるウエハＷの搬送口である。図中２３は表面が加熱される水平な熱板であり、図中２４は熱板２３の表面に複数設けられる支持ピンである。ウエハＷは支持ピン２４上に載置され、熱板２３の表面から若干浮いた状態で加熱される。図中２５は、加熱後のウエハＷを載置して冷却するための冷却プレートであり、移動機構２６によって図３に示す熱板２３の外側の待機位置と熱板２３上との間で水平に移動し、単位ブロックＥ３の搬送機構１６と熱板２３との受け渡しを仲介する。待機位置における冷却プレート２５に対して搬送機構１６が昇降して、当該搬送機構１６と冷却プレート２５との間でウエハＷが受け渡される。また、熱板２３に設けられる図示しない昇降ピンの昇降と冷却プレート１６の移動との協働で熱板２３と冷却プレート２５との間でウエハＷが受け渡される。
ウエハＷの載置台をなす熱板２３について、図４の平面図を参照してさらに詳しく説明する。熱板２３には、平面で見て互いに異なる領域に各々ヒータ３が埋設されている。図４では一例として、１１個の領域に各々ヒータ３が設けられる構成を示している。各ヒータ３については、１チャンネル（１ｃｈ）〜１１チャンネル（１１ｃｈ）のヒータ３として、チャンネル番号を付すことで互いに区別して記載する場合が有る。１ｃｈ〜１１ｃｈのヒータ３の発熱量が互いに独立して制御されることで、熱板２３の各ヒータ３が設けられる領域が、独立して温度制御される。言い換えれば、熱板２３の表面が１１分割されるように設定されており、分割された各領域の温度が個別に制御されるように、分割領域毎にヒータ３が設けられている。このような熱板２３の構成によって、熱板２３に載置されるウエハＷの温度は、熱板２３の分割領域に対応する領域ごとにヒータ３の温度となるように制御される。つまり、１ｃｈ〜１１ｃｈのヒータ３の各々に対応する１１個のウエハＷの被加熱領域が、各ヒータ３によって個別に加熱される。
熱板２３には上記の分割領域ごとに、ヒータ３の温度を検出して検出信号を出力する温度センサ４が設けられている。従って、温度センサ４はウエハＷの被加熱部位毎に設けられている。１つのチャンネルのヒータ３と当該ヒータ３に対応する温度センサ４とは、当該ヒータ３が設けられる領域に対応するウエハＷの被加熱領域の温度を制御する温度制御機構５を構成する。つまり、１つの熱板２３に対して１１チャンネル分の温度制御機構５が設けられる。以下では、温度制御機構５、温度制御機構５に含まれる各構成要素及び熱板２３の分割領域についてもヒータ３と同様に、チャンネル番号を付して表記する場合がある。
図５は、各温度制御機構５の構成を示すブロック図である。ヒータ、温度センサ、制御系については、これらの要素を表す符号３〜５の後ろに付したハイフンの後ろの数字で、チャンネル番号を示している。従って、例えば１ｃｈの温度制御機構５は５−１、１１ｃｈの温度制御機構５は５−１１と表記している。ただし、温度制御機構５を構成する後述の加算部や調節部などについては、便宜上、チャンネル番号の表記を省いている。１ｃｈ〜１１ｃｈの温度制御機構５には、コンピュータであるコントローラ６が接続されており、コントローラ６から各温度制御機構５に制御信号として、ウエハＷの目標値、目標値に対するオフセット値を夫々表す信号が送信される。
１ｃｈ〜１１ｃｈの温度制御機構５は、互いに同様に構成されている。代表して１ｃｈの温度制御機構５について説明する。温度制御機構５は、上記のヒータ３及び温度センサ４の他に、目標値出力部５１、オフセット値出力部５２、第１の加算部５３、第２の加算部５４、調節部５５により構成されている。目標値出力部５１は、コントローラ６から送信されたウエハＷの温度の目標値が入力されるレジスタを備え、このレジスタへの入力値に対応する信号を後段に出力する。オフセット値出力部５２は、コントローラ６から送信されたオフセット値が入力されるレジスタを備え、このレジスタへの入力値に対応する信号を後段に出力する。
第１の加算部５３は、目標値出力部５１からの出力値とオフセット値出力部５２からの出力値とを加算し、ヒータ３の設定温度に対応する当該加算値を後段に出力する。第２の加算部５４は、第１の加算部５３からの出力値と、温度センサ４からの出力値に−を乗算した値とを加算し、つまり第１の加算部５３の出力値と温度センサ４の出力値との偏差を算出し、この演算値を調節部５５へ出力する。調節部５５は、第２の加算部５４からの出力値と、当該調節部５５に含まれるメモリに記憶された伝達関数に基づき、ヒータ３へ供給する電力を算出して、ヒータ３に供給する。ヒータ３の発熱量は、このように供給された電力に対応する。
コントローラ６から温度制御機構５へ送信されるウエハＷの温度の目標値については、例えば各チャンネル間で共通とされる。コントローラ６から温度制御機構５へ送信されるオフセット値については、チャンネル毎に個別に設定されている。また、詳しくは後述するが、このオフセット値はウエハＷに加熱処理を行う時間帯における所定の区間（時間区間）Δｔごとに設定される。つまり、ウエハＷの加熱処理中において、各チャンネルの温度制御機構５に送信されるオフセット値は、時間に応じて変化する。
各チャンネルの温度制御機構５に含まれる目標値出力部５１、オフセット値出力部５２、第１の加算部５３、第２の加算部５４及び調節部５５は、図６に示す温調器５６を構成する。また、コントローラ６及び温調器５６は、制御部を構成する。図６中Ｗ１は、パラメータである上記のオフセット値を設定するための熱板の調整工程に用いられる検査用ウエハであり、当該調整工程においては図に示すようにウエハＷの代わりに熱板２３に載置される。この調整用ウエハＷ１についてはウエハＷと略同様に構成されているが、差異点として、熱板２３の各分割領域（各ヒータ３が設けられる領域）に対応する領域に図示しない温度センサを備えている。
調整工程において、検査用ウエハＷ１の各温度センサはコントローラ６に接続され、ディジタル信号である温度検出信号をコントローラ６に送信する。この温度検出信号によって、コントローラ６は、調整用ウエハＷ１における熱板２３の各分割領域に対応する各領域の温度を検出し、温度推移のプロファイルを取得することができる。従って、１１チャンネル分の温度推移プロファイルを取得することができる。この温度推移プロファイルについてもチャンネル番号を付して表す場合がある。つまり、例えば１ｃｈの温度推移プロファイルと記載する場合、調整用ウエハＷ１において１ｃｈのヒータ３で加熱される領域に設けられる温度センサから取得される温度推移プロファイルであることを意味する。また、ここでは調整用ウエハＷ１の温度推移プロファイルは、ウエハＷの温度推移プロファイルと同様になるものとする。
コントローラ６はバス６１に各々接続された、ＣＰＵ６２、メモリ（記憶部）６３、入力部６４、温度推移プロファイル検出部６５、積算熱量算出部６６及び第１のオフセット値算出部６７、第２のオフセット値算出部６８を備えている。また、このバス６１には、上記の調整用ウエハＷ１の温度センサが接続されている。ＣＰＵ６２により後述する熱板の調整工程のフローを実行するための各種の演算が行われる。メモリ６３には、上記の温度制御機構５に送信される、ヒータ３毎に且つ時間区間毎に設定されたオフセット値が記憶される。入力部６４はマウスやキーボードやタッチパネルなどによって構成され、熱板の調整工程のフローを進行させるために、装置のユーザーが各種の操作を行えるように設けられている。
温度推移プロファイル検出部６５、積算熱量算出部６６、第１のオフセット値算出部６７、第２のオフセット値算出部６８は、夫々例えばコンピュータプログラムによって構成されており、後述のフローを実行できるようにステップ群が組まれている。このプログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体からコントローラ６にインストールされる。
続いて図７のフローチャートを参照して、１つの加熱モジュール２の熱板の調整工程について説明する。装置のユーザーは、図６で説明したように熱板２３上に調整用ウエハＷ１を載置し、例えば１ｃｈ〜１１ｃｈのヒータ３について各々ステップ入力をして、調整用ウエハＷ１の各温度センサからの出力に基づいて、１ｃｈ〜１１ｃｈの温度推移プロファイルを取得する。ユーザーは、取得された温度推移プロファイルから、ウエハＷを加熱処理するにあたって処理を行う時間帯内を所定の時間間隔をおいて見たときにチャンネル間で温度が揃うように、温度制御機構５の調節部５５に格納される伝達関数を構成する時定数やゲインなどの適切なパラメータを算出して、当該伝達関数を設定する（ステップＳ１）。補足すると、加熱処理を行う時間帯において、例えばウエハＷが昇温する途中の所定の温度（例えば４５℃）となる時刻と、この時刻以降の所定の時間毎のウエハＷの温度とが、チャンネル間で合わせこまれるように、伝達関数が設定される。
然る後、コントローラ６から各チャンネルの温度制御機構５に、目標値としてウエハＷを加熱処理する際における当該ウエハＷのプロセス温度を、オフセット値を０として夫々入力し、各ヒータ３の温度が上昇して、当該ヒータ３の発熱量が安定した状態になった後、ウエハＷに対して加熱処理を行う場合と同様に調整用ウエハＷ１を熱板２３に載置して加熱し、１ｃｈ〜１１ｃｈの温度推移プロファイルを取得する。図８は、一例として１ｃｈの温度推移プロファイルのグラフを示している。グラフの横軸は調整用ウエハＷ１を熱板２３に載置して加熱を開始してからの経過時間を示している。グラフの縦軸は、調整用ウエハＷ１の温度センサによって検出される温度を示している。
１ｃｈ〜１１ｃｈの温度推移プロファイルについて、例えば調整用ウエハＷ１の加熱を開始してから所定の時間経過後で、温度がプロセス温度に向けて昇温途中の所定の温度となる時刻、例えば５５℃になる時刻をｔ０とし、この時刻ｔ０（第１の時点）から区間Δｔ刻みで時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３・・・ｔｎ（ｎ＝整数）を設定する。時刻ｔ０〜時刻ｔｎの各々については、１ｃｈ〜１１ｃｈの温度推移プロファイル間で互いに一致している。第２の時点である時刻ｔｎは、温度推移プロファイルにおいて、ウエハＷがプロセス温度に達した後の時点であり、例えばウエハＷを降温させるために昇降ピンにより熱板２３から突き上げて加熱処理を終了する時刻である。このようにウエハＷが熱板２３から上昇した時点が、当該熱板２３からウエハＷが搬出された時点である。上記の区間Δｔについて、時刻ｔ０〜時刻ｔ１間を区間Δｔ１、時刻ｔ１〜時刻ｔ２間を区間Δｔ２、時刻ｔ２〜時刻ｔ３間を区間Δｔ３、時刻ｔ３〜時刻ｔ４間を区間Δｔ４・・・時刻ｔｎ−１〜時刻ｔｎを区間Δｔｎとする。そして、１ｃｈ〜１１ｃｈの各温度推移プロファイルについて夫々、区間Δｔ毎の積算熱量が算出される（ステップＳ２）。
１つのチャンネルにおける区間Δｔｄ（ｄは任意の数）の積算熱量について、具体的な算出方法を示す。この積算熱量は、例えば図８に示すように温度推移プロファイルのグラフを作成したものとして、区間Δｔｄ内において時刻ｔ０における温度を示す線分と、温度推移プロファイルのグラフ線とに囲まれる領域の面積として取得される。図８中では一例として、Δｔ３の積算熱量に対応する領域に斜線を付して示している。
続いて、区間Δｔ毎に１ｃｈ〜１１ｃｈの積算熱量の平均値が算出され、この平均値は当該平均値を算出した区間Δｔにおける積算熱量の基準値として設定される（ステップＳ３）。つまり、このステップＳ３では、区間Δｔ１における１ｃｈ〜１１ｃｈの積算熱量の平均値、区間Δｔ２における１ｃｈ〜１１ｃｈの積算熱量の平均値・・・区間Δｔｎにおける１ｃｈ〜１１ｃｈの積算熱量の平均値が、各々算出される。
そしてチャンネル毎に区間Δｔにおける積算熱量と、当該区間Δｔの積算熱量の基準値との差分が演算され、この演算値に対応する値が各チャンネルについての当該区間Δｔのオフセット値として算出される。具体的に説明すると、例えば区間Δｔ１において、１ｃｈの積算熱量がＸ１、２ｃｈの積算熱量がＸ２であり、区間Δｔ１の基準値がＹとすると、Ｘ１−Ｙ、Ｘ２−Ｙが演算される。そして、Ｘ１−Ｙに対応する値が区間Δｔ１において１ｃｈの温度制御機構５に出力するオフセット値とされ、Ｘ２−Ｙに対応する値が区間Δｔ１において２ｃｈの温度制御機構５に出力するオフセット値とされる。各区間Δｔ毎且つ各チャンネル毎に、このようにオフセット値が設定され、各チャンネル番号と区間Δｔの番号とオフセット値とが互いに対応付けられたテーブルが作成されて、コントローラ６のメモリ６３に記憶される（ステップＳ４）。
このステップＳ４で取得されるオフセット値は、ウエハＷに加熱処理を行うにあたり、区間Δｔ毎に１ｃｈ〜１１ｃｈのヒータ３により加熱される各領域の積算熱量を大まかに揃えるためのオフセット値であり、後のステップで取得されるオフセット値と区別するために第１の調整用オフセット値として記載する。以下のステップは、第１の調整用オフセット値を用いて、各チャンネル間で区間Δｔ毎の積算熱量をさらに精度高く揃えるためのオフセット値を算出するステップである。
当該第１の調整用オフセット値の取得後、上記したステップＳ２と同様に調整用ウエハＷ１をヒータ３の発熱量が安定した熱板２３に載置して加熱し、１ｃｈ〜１１ｃｈの温度推移プロファイルを取得して、チャンネル毎且つ区間Δｔ毎の積算熱量を算出する。ただし、この調整用ウエハＷ１の加熱時には、ステップＳ４で取得した第１の調整用オフセット値が用いられる。つまり、区間Δｔ毎に各チャンネルについて設定された第１の調整用オフセット値がコントローラ６のメモリ６３から読み出されて各チャンネルの温度制御機構５に送信され、ヒータ３の出力がチャンネル毎且つ区間Δｔ毎に制御されて、調整用ウエハＷ１の加熱が行われる。
そして、取得された各積算熱量から、上記のステップＳ３と同様に区間Δｔ毎に１ｃｈ〜１１ｃｈの積算熱量の平均値が基準値として算出される。続いて、ステップＳ４と同様に、チャンネル毎に区間Δｔにおける積算熱量と、当該区間Δｔの積算熱量の基準値との差分が演算され、この演算値に対応する値が各チャンネルについての当該区間Δｔのオフセット値（便宜上、第２の調整用オフセット値と記載する）として算出される。そして、例えば図９に示すように、各チャンネル番号と区間Δｔの番号と第２の調整用オフセット値とが対応付けられたテーブルが作成され、コントローラ６のメモリ６３に記憶される（ステップＳ５）。つまり、ステップＳ４で取得された第１の調整用オフセット値は、このステップＳ５で算出された第２の調整用オフセット値に更新される。
上記したように第２の調整用オフセット値は、区間Δｔ毎に１ｃｈ〜１１ｃｈのヒータ３により加熱されるウエハＷの各領域の積算熱量を高精度に揃えるためのオフセット値であり、従って第２の調整用オフセット値を用いてウエハＷに加熱処理を行うことで、ウエハＷを均一性高く加熱することができる。言い換えると、ウエハＷの面内でレジストパターンのＣＤ（Critical Dimension）の均一性が高くなるように加熱処理を行うことができる。しかし、上記のように単位ブロックＥ３に加熱モジュール２は多数設けられており、モジュール間でその特性に差が存在し得る。以降のステップは、この特性の差をキャンセルし、加熱モジュール２間で均一性高くウエハＷを加熱処理を行えるようにするために行うステップである。言い換えると、各加熱モジュール２において処理されるウエハＷ間でＣＤを揃えるために行うステップである。
当該第２の調整用オフセット値の取得後、上記したステップＳ４と同様に調整用ウエハＷ１を加熱し、１ｃｈ〜１１ｃｈの温度推移プロファイルを取得する。ただし、この調整用ウエハＷ１の加熱時には、ステップＳ５で取得した第２の調整用オフセット値が用いられる。そして、１ｃｈ〜１１ｃｈの温度推移プロファイルについて、予め設定した時刻ｔｍ（０＜ｍ＜ｎ）から時刻ｔｎに至るまでの積算熱量が取得される。一例として、図１０には１ｃｈの温度推移プロファイルを示している。そして、このプロファイルにおいて、その面積が積算熱量として取得される領域に斜線を付してＰ０として表示している。例えば時刻ｔｍは、調整用ウエハＷ１の昇温が終了し、温度が安定化するタイミング付近の時刻として設定される。
このように各チャンネルについて時刻ｔｍ〜時刻ｔｎの積算熱量が各々取得されると、例えば図１１に示すグラフに基づいて、各チャンネル毎にオフセット値の補正量が決定される。このグラフの縦軸は時刻ｔｍ〜時刻ｔｎの積算熱量を、横軸はオフセット値の補正量を夫々示している。このグラフでは、時刻ｔｍ〜時刻ｔｎの積算熱量が基準積算熱量（５１０２）であるときの補正量を０とし、取得された積算熱量の基準積算熱量との偏差に応じて、オフセット値の補正量が決まる。つまり、オフセット値の補正量が、基準積算熱量と取得された積算熱量との差分に基づいて決定される。なお、後述の評価試験により、時刻ｔｍ〜時刻ｔｎの積算熱量と、パターンのＣＤとの間には相関関係が有ることが確認されているため、予め実験を行うことでこのグラフのような時刻ｔｍ〜時刻ｔｎの積算熱量とオフセット値の補正量との相関関係を取得することができる。
そのように各チャンネル毎にオフセット値の補正量が取得されると、この補正量が例えばΔｔ１〜Δｔｎの各第２の調整用オフセット値に夫々加算される。つまり、一のチャンネルについて取得された補正量が、当該チャンネルのΔｔ１〜Δｔｎの各第２の調整用オフセット値に加算される。即ち、図９のテーブルに記憶された各第２の調整用オフセット値が、図１２に示すように更新される。このように補正量が加算されることで補正された第２の調整用オフセット値は、処理用オフセット値とする（ステップＳ６）。
その後、上記したステップＳ５と同様に調整用ウエハＷ１を加熱し、１ｃｈ〜１１ｃｈの温度推移プロファイルを取得する。ただし、この調整用ウエハＷ１の加熱時には、ステップＳ６で取得した処理用オフセット値が用いられる。そして、温度推移プロファイルから各チャンネル毎に、時刻ｔｍ〜時刻ｔｎの積算熱量が取得され、この積算熱量が許容範囲に収まっているか否かが判定される（ステップＳ７）。許容範囲に収まっていると判定された場合は、設定された処理用オフセット値が適切であるものとして、熱板の調整工程を終了する。不適切と判定した場合は、設定された処理用オフセット値が不適切であるものとして、例えば既述の任意のステップから調整工程をやり直す。
なお、上記の工程において、調整用ウエハＷ１からの温度検出信号による温度推移プロファイルの作成は、温度推移プロファイル取得部によって行われる。温度推移プロファイルに基づく各区間Δｔの積算熱量の算出及び時刻ｔｍ〜時刻ｔｎの積算熱量の算出は、積算熱量算出部６６により行われる。また、区間Δｔ毎の積算熱量の平均値の算出、及び区間Δｔ毎の当該平均値に対する各チャンネルの積算熱量の偏差の算出は、第１のオフセット値算出部６７により行われる。上記の図１１のグラフからの処理用オフセット値の算出は、第２のオフセット値算出部６８により行われる。
１つの加熱モジュール２の熱板２３の調整工程について説明したが、他の加熱モジュール２の熱板２３についても同様の調整工程を行う。即ち、処理用オフセット値が、加熱モジュール２毎に設定される。モジュール間で積算熱量を揃えるために、既述のステップＳ６で用いた時刻ｔｍ〜時刻ｔｎの積算熱量とオフセット値の補正量との相関関係（図１１のグラフ）は、各モジュールの熱板の調整工程において、共通のものが用いられる。つまり補正量を求めるための基準積算熱量（図１１では５１０２）としては、各モジュールの熱板の調整工程で共通の値が用いられる。
また、上記のステップＳ１〜Ｓ７及び各加熱モジュール２で使用される調整用ウエハＷ１は、積算熱量をウエハＷの面内且つウエハＷ間で揃えるという目的から、同様の温度特性を有するものが用いられることが好ましい。従って、例えば、上記のステップＳ１〜Ｓ７では共通の調整用ウエハＷ１を用い、且つ各モジュールの熱板の調整工程で共通の調整用ウエハＷ１を用いることが好ましい。ところで、調整用ウエハＷ１でｃｈ１〜ｃｈ１１のヒータ３で各々加熱される各領域の面積は同じであり、材質も同じである。そのため、上記の熱板の調整工程においては、調整用ウエハＷ１からの温度検出信号のディジタル値を積算熱量として取り扱っている。
このように調整が行われた加熱モジュール２によるウエハＷの加熱処理は、調整用ウエハＷ１の代わりにウエハＷが加熱されることを除いて、上記の調整工程におけるステップＳ７の調整用ウエハＷ１の加熱と同様に行われる。つまり、区間Δｔ毎に各チャンネルについて設定された処理用オフセット値が、コントローラ６のメモリ６３のテーブルから読み出されて温度制御機構５に送信され、ヒータ３の出力がチャンネル毎、且つ区間Δｔ毎に制御されてウエハＷが加熱される。
ところで図１３は、上記のステップＳ１〜Ｓ７の調整工程が行われた一の加熱モジュール２で加熱される検査用ウエハＷ１から取得される、任意の一つのチャンネルの温度推移プロファイルである。上記のように検査用ウエハＷ１は、ウエハＷと略同様に構成されるのでウエハＷの温度推移プロファイルであるとも言える。なお、上記のようにチャンネル間で区間Δｔごとに積算熱量が揃えられているので、他の１０個のチャンネルの温度推移プロファイルも図１０に示すものと略同様である。図中、時刻ｔ０〜時刻ｔｎにおける積算熱量に対応する領域をＰ１として示している。便宜上、この領域Ｐ１を積算熱量Ｐ１とする。
図１４は、上記のステップＳ１〜Ｓ７の調整工程が行われた他の加熱モジュール２で加熱される検査用ウエハＷ１から取得される、任意の一つのチャンネルの温度推移プロファイルである。図中、時刻ｔ０〜ｔｎにおける積算熱量に対応する領域をＰ２として示している。便宜上、この領域Ｐ２を積算熱量Ｐ２とする。既述したように、積算熱量Ｐ１、Ｐ２は互いに揃うように各加熱モジュール２でオフセット値の設定が行われている。より具体的に、例えば積算熱量Ｐ１、Ｐ２の平均値を基準積算熱量としたとき、基準積算熱量に対して±０．５％以内に積算熱量Ｐ１、Ｐ２は各々収まっていることが好ましく、±０．２％以内に収まっていればより好ましい。なお、基準積算熱量は、Ｐ１、Ｐ２と無関係に予め設定された値であってもよい。
上記の塗布、現像装置１によれば、ＰＥＢを行う複数の加熱モジュール２について、加熱処理されるウエハＷにおける複数のヒータ３に対応する被加熱部位の加熱処理時の積算熱量を、１台の加熱モジュール２の中で揃え、かつ複数の加熱モジュール２の間で揃えている。従って、ウエハＷの面内においてもウエハＷ間においても、均一性が良好な加熱処理を行うことができる。
上記の塗布、現像装置１の単位ブロックＥ２は、現像モジュール１４の代わりにレジスト塗布モジュールが設けられることを除いて、単位ブロックＥ３と同様に構成されている。そして、レジスト塗布モジュールでレジストが塗布されたウエハＷは、単位ブロックＥ２に設けられる多数の加熱モジュールのうちの一つに搬送されて加熱処理されて、塗布されたレジストが乾燥してレジスト膜が形成される。この単位ブロックＥ２の多数の加熱モジュールについても、既述の熱板の調整工程を行うようにすることで、ウエハＷの面内及びウエハＷ間で均一性高くレジスト膜を形成することができ、ウエハＷの面内及びウエハＷ間でＣＤの均一性を向上させることができる。また、単位ブロックＥ１についてもレジスト塗布モジュールの代わりに反射防止膜形成用の薬液塗布モジュールが設けられることを除いて、単位ブロックＥ２と同様の構成である。この単位ブロックＥ１の多数の加熱モジュールについても同様に、熱板の調整工程を行うようにしてもよい。
ところで、上記の調整工程においては、ステップＳ２以降のステップでオフセット値を新規に取得している。例えば、上記のステップＳ１が実行され、さらにステップＳ２以降のステップとは異なる手法によって、所定の時間刻みで見たときにウエハＷが昇温して例えば５５℃となる時刻以降の各時刻の温度がチャンネル間で合わせ込まれるように、既にオフセット値が設定されているものとする。その場合は、上記のステップＳ２以降のステップでは、既に設定されているオフセット値の増減量を算出するようにしてもよい。また、上記のステップＳ３、Ｓ５ではΔｔ毎に各チャンネルの積算熱量の平均値を算出して、それを基準値としているが、予め設定しておいた値を基準値として用いてもよい。
また、加熱モジュール２では１つのチャンネルのヒータ３に対して１つの温度センサ４が設けられることで、当該ヒータ３の発熱量の制御が行われているが、１つのチャンネルのヒータ３に対して複数の温度センサ４を配置し、例えば当該複数の温度センサ４の出力の平均値に基づいて、ヒータ３の発熱量の制御が行われるようにしてもよい。
ウエハＷの面内でより精度高く積算熱量を揃えるために、上記のステップＳ５は複数回、繰り返し行うようにしてもよい。具体的には、１回目のステップＳ５で取得されたオフセット値を用いて、２回目のステップＳ５を行い、オフセット値を新たに取得する。３回目のステップＳ５を行う場合には、２回目のステップＳ５で取得されたオフセット値を使用する。このように１つ前のステップＳ５で算出されたオフセット値を用いて次のステップＳ５を行うようにする。
上記のステップＳ６では、調整用ウエハＷ１を熱板２３に載置した後において、予め設定した時点である例えばプロセス温度に到達する時点から当該調整用ウエハＷ１を熱板２３から搬出するまでの積算熱量を被加熱部位ごとに求めている。ここで「調整用ウエハＷ１を熱板２３から搬出するまで」とは、調整用ウエハＷ１を熱板２３から搬出した時点に限らず、この時点よりも少し前の時点であっても、積算熱量の均一化という目的を達することができる時点であれば、当該時点も含まれる。
また、ステップＳ７における処理用オフセット値の適否の判定は、温度推移プロファイルを取得して用いることに限られない。例えば、露光済みのレジスト膜が形成されたウエハＷを加熱し、このウエハＷを現像してパターンを形成し、このパターンのＣＤを測定する。このＣＤが適切か否かを判定することで、処理用オフセット値の適否を判定することができる。
評価試験
以下、本発明に関連して行われた評価試験について説明する。
・評価試験１
上記のように塗布、現像装置１による処理を行い、複数のウエハＷにレジストパターンを形成した。この処理において、加熱モジュール２ではウエハＷごとに既述の時刻ｔｍ〜時刻ｔｎの積算熱量が、互いに異なる値となるように処理を行った。ウエハＷ毎にレジストパターンのＣＤを測定して平均値を算出し、当該平均値と積算熱量との対応関係を調べた。
図１５のグラフ中のプロットは、この評価試験１の結果を示している、グラフの縦軸、横軸はＣＤの平均値、積算熱量を夫々表している。プロットから近似直線を取得し、決定係数Ｒ２を算出したところ０．９８９４であり、時刻ｔｍ〜時刻ｔｎとレジストパターンのＣＤとの間の相関は高いことが確認された。従って、既述のステップＳ６で説明したように積算熱量に従ってオフセット値を補正することにより、加熱モジュール２間でＣＤを揃えることが可能であることが分かる。
・評価試験２
評価試験２−１として、発明の実施形態で説明した熱板の調整工程を行った。その後、調整を行った熱板２３で調整用ウエハＷ１を加熱し、温度推移プロファイルを取得して、各チャンネルの時刻ｔ０〜時刻ｔｎの積算熱量を算出した。評価試験２−２として、ステップＳ１を行い、さらに所定の時間刻みで見たときにウエハＷが昇温して所定の温度となる時刻以降の各時刻の温度がチャンネル間で合わせ込まれるようにオフセット値を設定した。つまり、評価試験２−２では既述の熱板の調整工程のような区間Δｔ毎且つ各チャンネル毎の積算熱量の取得を行わずにオフセット値を設定した。このオフセット値の設定後、評価試験２−１と同様に設定を行った熱板２３で調整用ウエハＷ１を加熱し、各チャンネルの時刻ｔ０〜時刻ｔｎの積算熱量を算出した。
図１６、図１７のグラフは、評価試験２−１、２−２の結果を夫々示している。各グラフの横軸はチャンネル番号を示しており、各グラフの縦軸は積算熱量を示している。評価試験２−２に比べて、評価試験２−１ではチャンネル間での積算熱量のばらつきが抑えられている。従って、この評価試験２の結果から、上記の熱板の調整工程を行うことで、ウエハＷの面内でレジストパターンのＣＤのばらつきをより大きく抑制できることが推測される。
・評価試験３
評価試験３−１として、評価試験２−１と同じく、発明の実施形態で説明した熱板の調整工程を行い、オフセット値を設定した。その後、調整を行った熱板２３で調整用ウエハＷ１を加熱し、温度推移プロファイルを取得し、この温度調整プロファイルから、時刻ｔ０〜時刻ｔｎで検出される温度の積算値を取得した。さらにこの熱板２３を用いて、レジスト膜が露光されたウエハＷにＰＥＢを行い、その後レジスト膜を現像してレジストパターンを形成した。そして、ウエハＷの面内各部でパターンのＣＤを測定し、３σを算出した。
評価試験３−２として、評価試験２−２と同じように発明の実施形態で説明した手法とは異なる手法でオフセット値を設定した。その後、評価試験３−１と同様に調整を行った熱板２３で調整用ウエハＷ１を加熱し、温度推移プロファイルを取得して、時刻ｔ０〜時刻ｔｎで検出される温度の積算値を取得した。また、評価試験３−１と同様に、この熱板２３を用いてＰＥＢを行い、レジストパターンを形成し、ウエハＷの面内各部でパターンのＣＤを測定し、３σを算出した。
図１８、図１９のグラフは、評価試験３−１、３−２の結果を夫々示している。グラフの横軸はチャンネル番号を、グラフの縦軸は温度の積算値を夫々示している。各グラフから明らかなように評価試験３−１では評価試験３−２に比べて、チャンネル間において検出温度の積算値の偏差が小さい。従って、評価試験３−１では、ウエハＷ面内をより均一性高く加熱することができると考えられる。また、３σについては、評価試験３−１が０．１７９ｎｍであり、評価試験３−２が０．３２１ｎｍであった。従って、この３σから評価試験３−１の方が、ＣＤのばらつきが抑えられていることが確認された。
Ｗ ウエハ
Ｗ１ 調整用ウエハ
１ 塗布、現像装置
２ 加熱モジュール
２３ 熱板
３ ヒータ
４ 温度センサ
５ 温度制御機構
５６ 温調器
６ コントローラ

Claims (7)

  1. 各々基板を載置台に載置して加熱する複数の加熱モジュールを備えた基板処理装置において、
    前記載置台に複数設けられ、互いに独立して発熱量が制御されるヒータと、
    前記複数のヒータの各々に対応する基板の被加熱部位について、予め決められた第１の時点から第２の時点に至るまでの間の積算熱量が１台の載置台の中で揃いかつ複数の加熱モジュールの間で揃うように制御信号を出力する制御部と、を備え、
    前記第１の時点は、ヒータの発熱量が安定している状態で載置台に基板が載置された後の基板の温度推移プロファイルにおいて、基板のプロセス温度に向かう昇温途中の時点であり、前記第２の時点は前記温度推移プロファイルにおいて基板がプロセス温度に達した後の時点であることを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記第１の時点から第２の時点までを複数に分割した複数の時間区間の各々において、前記被加熱部位の各々の積算熱量が１台の載置台の中で揃いかつ複数のモジュールの間で揃っていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記複数の加熱モジュールにおける前記被加熱部位の積算熱量が基準積算熱量に対して±０．５％以内に収まっていることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
  4. 前記被加熱部位ごとに温度を検出する温度検出部が設けられ、
    前記制御部は、
    各ヒータごとに設けられ、設定温度と前記温度検出部の検出温度との偏差を演算してヒータの供給電力の制御信号を出力する調節部と、
    プロセス温度である目標温度とオフセット値とを加算して前記設定温度を得る加算部と、
    各ヒータごとにかつ前記時間区間ごとに前記オフセット値が記憶されている記憶部と、
    を備えたことを特徴とする請求項２または３記載の基板処理装置。
  5. 各々基板を載置台に載置して加熱する複数の加熱モジュールと、
    前記載置台に複数設けられ、互いに独立して発熱量が制御されるヒータと、
    各ヒータごとに設けられ、設定温度と前記温度検出部の検出温度との偏差を演算してヒータの供給電力の制御信号を出力する調節部と、
    目標温度とオフセット値とを加算して前記設定温度を得る加算部と、を備えた基板処理装置におけるヒータの発熱量を調整する方法において、
    各加熱モジュールごとにオフセット値をゼロにして、ヒータの発熱量が安定した状態で調整用基板を載置台に載置し、複数のヒータの各々に対応する調整用基板の被加熱部位の温度を当該調整用基板に設けられた温度検出部にて検出して、調整用基板の温度推移プロファイルを取得する第１の工程と、
    前記調整用基板の温度推移プロファイルに基づいて、基板のプロセス温度に向かう昇温途中の第１の時点から調整用基板がプロセス温度に達した後の第２の時点までを複数に分割した複数の時間区間の各々において被加熱部位ごとに積算熱量を求め、各時間区間ごとに複数の被加熱部位の平均積算熱量を求めて、各時間区間ごとの平均積算熱量と各被加熱部位の積算熱量との差分に対応する値を、各被加熱部位のオフセット値として決定する第２の工程と、
    前記第２の工程で決定されたオフセット値を用いて、前記第１の工程及び第２の工程を繰り返して各被加熱部位のオフセット値を求める工程を、１回以上行う第３の工程と、
    前記第３の工程で求められたオフセット値を用いる他は同様にして、前記第１の工程を実施し、得られた基板の温度推移プロファイルに基づいて、前記調整用基板を載置台に載置した後において予め設定した時点から当該調整用基板を載置台から搬出するまでの積算熱量を被加熱部位ごとに求め、予め決められた複数の加熱モジュールに共通の基準積算熱量と各被加熱部位の積算熱量との差分に対応する値を、各被加熱部位のオフセット値として決定する第４の工程と、
    を含むことを特徴とする基板処理装置の調整方法。
  6. 前記第４の工程で決定されたオフセット値を用いる他は同様にして前記第４の工程を進めて前記基準積算熱量と各被加熱部位の積算熱量との差分を求め、この差分が許容範囲以内に収まっているか否かを判断し、許容範囲以内に収まっていれば、前記第４の工程で求めたオフセット値をプロセス時のオフセット値として決定する第５の工程を含むことを特徴とする請求項５記載の基板処理装置の調整方法。
  7. 前記調整用基板は、複数のモジュールの間で共通して使用されることを特徴とする請求項５または６記載の基板処理装置の調整方法。
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