JP2021184451A - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の熱処理を行うことができる場合を増やすことが可能な技術を提供すること。【解決手段】半導体製造装置は、その上面に載置された基板３００を加熱処理または冷却処理する処理板１２と、処理板上の基板載置位置を取り囲むように処理板に設けられた案内部材２０と、その上端に載置された基板を昇降する複数の昇降部材１５と、処理板に基板が載置される際に、案内部材を基板と所定の距離を隔てて配置させ、処理板に基板が載置された後、案内部材を基板の方向に作動するように構成される制御ユニット１１２と、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は半導体製造装置に関し、例えば、リソグラフィ工程において基板を加熱処理または冷却処理（以下、「熱処理」ともいう。）を行う半導体製造装置に適用可能である。

半導体装置の製造におけるリソグラフィ工程では半導体ウェハ（以下、「基板」という。）の加熱処理を行うステップが多数存在する。例えば、脱水ベーク、プリベーク、ＰＥＢ（Post Exposure Bake）、ポストベークが挙げられる。また、加熱処理後に冷却処理を行うステップも存在する。

基板の熱処理はホットプレートまたはクーリングプレート（以下、単に「プレート」ともいう。）を用いて行われる。プレートには真空チャック等の基板を固定する機構がないため、基板の滑り防止としてガイドピンが設けられている。

特開２０００−３０６８２５号公報

基板は搬送アーム等の搬送装置によってプレートに載置されるが、搬送装置がプレートに基板を載置する際に位置がずれる場合がある。基板とガイドピンとの隙間は約１〜２ｍｍであり、基板が載置される位置のずれが大きくなると基板がガイドピン上に乗り上げてしまい、所望の熱処理が行われなくなることがある。

本開示の一態様では、プレートに可動式の案内部材としてのガイドピンを設ける。基板をプレートに載置するときにガイドピンを基板よりも広く開き、基板がプレートに載置された後にガイドピンを基板側に移動させる。

本開示の一態様によれば、所望の熱処理を行うことができる場合を増やすことが可能である。

図１は実施形態における塗布現像システムの概念図である。 図２は図１に示した塗布現像システムにおける処理を示すフローチャートである。 図３は実施形態における熱処理装置の平面図である。 図４は基板が正常に載置された場合の図３のＡ−Ａ線における断面図である。 図５（ａ）から図５（ｃ）は図３のガイドピンの構成を示す平面図である。 図６は図５（ａ）から図５（ｃ）のガイドピンの動作を示す図である。 図７は基板がリフトピン上に載置された状態の図３のＡ−Ａ線における断面図である。 図８は基板の載置が異常の場合の図３のＡ−Ａ線における断面図である。 図９はガイドピンの回転量または移動距離の時間推移を示す図である。 図１０は電動モータのトルクの時間推移を示す図である。 図１１は比較例における熱処理装置の平面図である。 図１２は基板が正常載置された場合の図１１のＡ−Ａ線における断面図である。 図１３は基板が異常載置された場合の図１１のＡ−Ａ線における断面図である。 図１４は加熱処理の際に図１１の温度センサにより検出されるプレートの温度変化を示す図である。 図１５は図１１の熱処理装置の問題点を説明する図である。 図１６は第一変形例における熱処理装置の平面図である。 図１７は熱処理装置への基板搬入時の図１６のＡ−Ａ線における断面図である。 図１８は基板が正常載置された場合の図１６のＡ−Ａ線における断面図である。 図１９は図１６の熱処理装置におけるリフトピンの荷重時間推移を示す図である。 図２０は第二変形例における熱処理装置に基板が正常載置された場合の図１６のＡ−Ａ線相当の断面図である。 図２１は図２０の熱処理装置におけるリフトピンの荷重時間推移を示す図面である。 図２２は第三変形例における熱処理装置に基板が正常載置された場合の図１６のＡ−Ａ線相当の断面図である。 図２３は図２２の熱処理装置におけるリフトピンの荷重時間推移を示す図面である。

以下、実施形態、比較例および変形例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。

以下、基板にフォトレジストを塗布し、現像する塗布現像装置に本開示を適用した実施形態について図１および図２を用いて説明する。

図１は実施形態における塗布現像装置の概念図である。図２は図１に示した塗布現像装置における処理を示すフローチャートである。

図１に示すように、半導体製造装置としての塗布現像装置１００は、搬入搬出ユニット（ＩＯ）１０１，１０５および処理ユニット１１０を一体に接続した構成を有している。

処理ユニット１１０は、加熱処理装置としての脱水ベークユニット（ＤＨＢＫ）１０２、塗布ユニット（ＣＯＴ）１０３、プリベークユニット（ＰＲＢＫ）１０４、ＰＥＢユニット１０６、現像ユニット（ＤＥＶ）１０７およびポストベークユニット（ＰＳＢＫ）１０８を備えている。処理ユニット１１０は、さらに、冷却装置としての四つの冷却ユニット１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ、基板３００を搬送する搬送装置（ＷＣＤ）１１１および制御ユニット（ＣＮＴ）１１２を備えている。制御ユニット１１２は中央処理装置（ＣＰＵ）、ＣＰＵが実行する制御プログラムやデータを格納する記憶装置等を備え、搬入搬出ユニット１０１，１０５および処理ユニット１１０内の各ユニットを制御するよう構成されている。塗布現像装置１００は、並列処理を可能とするため、搬送装置１１１を複数備えてもよい。なお、基板表面状態により脱水ベークに続けて疎水化処理も必要であるので、処理ユニット１１０は、図示していない疎水化処理ユニットも備える。

搬入搬出ユニット１０１では、複数枚、例えば２５枚の基板３００がカセット（ＣＳ）２０１に格納されて外部から塗布現像装置１００に搬入され、また塗布現像装置１００から外部に搬出される。また、カセット（ＣＳ）２０１に対して基板３００が搬出・搬入される。処理ユニット１１０では、塗布現像処理工程の中で１枚ずつ基板３００に所定の処理が施される。搬入搬出ユニット１０５では、塗布現像装置１００に隣接して設けられる露光装置２０２との間で基板３００が受け渡される。

塗布ユニット（ＣＯＴ）１０３および現像ユニット（ＤＥＶ）１０７はカップ内で基板３００をスピンチャックに載せて所定の処理を行う。

脱水ベークユニット１０２はフォトレジスト塗布前に水分を除去するため、熱処理装置を用いて基板３００を加熱処理する。プリベークユニット１０４はフォトレジスト塗布後に熱処理装置を用いて基板３００を加熱処理する。ＰＥＢユニット１０６はフォトレジスト露光後に熱処理装置を用いて基板３００を加熱処理する。ポストベークユニット１０８は現像後に熱処理装置を用いて基板３００を加熱処理する。脱水ベークユニット１０２、プリベークユニット１０４、ＰＥＢユニット１０６およびポストベークユニット１０８は例えば８０〜１４０℃で加熱処理を行う。冷却ユニット１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄは熱処理装置を用いて基板３００を冷却処理する。冷却ユニット１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄは例えば２２〜２４℃で冷却処理を行う。ここで、熱処理装置は、加熱処理装置および冷却処理装置の総称である。

塗布現像装置１００を用いた半導体装置の製造方法について図２を用いて説明する。

搬入工程（ステップＳ１）：
カセット２０１を搬入搬出ユニット１０１に搬入する。

脱水ベーク工程（ステップＳ２）：
制御ユニット１１２は、搬送装置１１１を用いて搬入搬出ユニット１０１のカセット２０１から基板３００を取り出して脱水ベークユニット１０２の熱処理装置１０に載置する。制御ユニット１１２は熱処理装置に載置した基板３００の加熱処理を所定の温度および所定の時間で行い、洗浄などにより付着／吸着した水を除去する。

冷却工程（ステップＳ３）：
制御ユニット１１２は、搬送装置１１１を用いて脱水ベークユニット１０２から基板３００を取り出して冷却ユニット１０９ａの熱処理装置１０に載置する。制御ユニット１１２は載置された基板３００の冷却処理を所定の温度および所定の時間で行う。

塗布工程（ステップＳ４）：
制御ユニット１１２は、搬送装置１１１を用いて冷却ユニット１０９ａから基板３００を取り出して塗布ユニット１０３のスピンチャックに載置する。制御ユニット１１２は塗布ユニット１０３により基板３００にフォトレジストを塗布する。

プリベーク工程（ステップＳ５）：
制御ユニット１１２は、搬送装置１１１を用いて塗布ユニット１０３から基板３００を取り出してプリベークユニット１０４の熱処理装置に載置する。制御ユニット１１２は載置された基板３００の加熱処理を所定の温度および所定の時間で行って塗布されたレジスト膜から溶媒を除去する。加熱温度はフォトレジストが熱分解しない程度に設定される。

冷却工程（ステップＳ６）：
制御ユニット１１２は、搬送装置１１１を用いてプリベークユニット１０４から基板３００を取り出して冷却ユニット１０９ｂの熱処理装置に載置する。制御ユニット１１２は載置された基板３００の冷却処理を所定の温度および所定の時間で行う。制御ユニット１１２は、搬送装置１１１を用いて冷却ユニット１０９ｂから基板３００を取り出して搬入搬出ユニット１０５に引き渡す。

露光工程（ステップＳ７）：
露光装置２０２は、搬入搬出ユニット１０５からフォトレジストが塗布された基板３００を受け取り、レチクルおよびＫｒＦ等のエキシマレーザを用いて縮小投影露光する。搬入搬出ユニット１０５は露光装置２０２から露光された基板３００を受け取る。

ＰＥＢ工程（ステップＳ８）：
制御ユニット１１２は、搬送装置１１１を用いて搬入搬出ユニット１０５から基板３００を取り出してＰＥＢユニット１０６の熱処理装置に載置する。制御ユニット１１２は載置された基板３００の加熱処理を所定の温度および所定の時間で行って感光反応を完結させる。

冷却工程（ステップＳ９）：
制御ユニット１１２は、搬送装置１１１を用いてＰＥＢユニット１０６から基板３００を取り出して冷却ユニット１０９ｃの熱処理装置に載置する。制御ユニット１１２は載置された基板３００の冷却処理を所定の温度および所定の時間で行う。

現像工程（ステップＳＡ）：
制御ユニット１１２は、搬送装置１１１を用いて冷却ユニット１０９ｃから基板３００を取り出して現像ユニット１０７のスピンチャックに載置する。制御ユニット１１２は現像ユニット１０７により露光した基板３００を現像液に浸し、余分な部分のフォトレジストを除去する。また、リンス液（主に超純水）で数回すすぎ、不要部分を完全に除去する。

ポストベーク工程（ステップＳＢ）：
制御ユニット１１２は、搬送装置１１１を用いて現像ユニット１０７から基板３００を取り出してポストベークユニット１０８の熱処理装置に載置する。制御ユニット１１２は載置された基板３００の加熱処理を所定の温度および所定の時間で行って付着したリンス液を加熱によって除去する。この加熱処理により、基板との密着性を高めたり、フォトリソグラフィ工程終了後に行なわれるエッチングやイオン打込みに対する耐性を上げたりする。フォトレジスト像の形が崩れない範囲でできるだけ高い温度で行うのが好ましい。

冷却工程（ステップＳＣ）：
制御ユニット１１２は、搬送装置１１１を用いてポストベークユニット１０８から基板３００を取り出して冷却ユニット１０９ｄの熱処理装置に載置する。制御ユニット１１２は載置された基板３００の冷却処理を所定の温度および所定の時間で行う。

搬出工程（ステップＳＤ）：
制御ユニット１１２は、搬送装置１１１を用いて冷却ユニット１０９ｄから基板３００を取り出して搬入搬出ユニット１０１のカセット２０１に格納する。カセット２０１を搬入搬出ユニット１０１から搬出する。

実施形態における熱処理装置の構成について図３、図４および図５（ａ）から図５（ｃ）を用いて説明する。図３は実施形態における熱処理装置の平面図である。図４は基板が正常に載置された場合の図３のＡ−Ａ線における断面図である。図５（ａ）から図５（ｃ）は図３のガイドピンの構成を示す平面図である。

実施形態における熱処理装置１０は、基板３００を熱処理するためのプレート１２を備えている。ここで、熱処理装置を半導体製造装置ともいう。処理板としてのプレート１２は、例えば平面視で基板３００より少し大きな直径で円形状であり、熱素子１３を備えている。熱素子１３は、例えば、ペルチェ素子等である。熱素子１３は、電流が流されることで発熱または吸熱する。制御ユニット１１２は熱素子１３に流す電流値を制御することで熱処理のための温度を制御するように構成されている。

プレート１２は、その上面と下面との間に、複数カ所、例えば三カ所に孔１４を有している。これらの孔１４には、それぞれ、基板３００の受け渡しのための複数本、例えば三本のリフトピン１５が昇降自在に挿入されている。これらの昇降部材としてのリフトピン１５は、プレート１２の下面側に配置された結合部材１６により、プレート１２の下面側で一体に結合されている。結合部材１６は、プレート１２の下面側に配置された昇降装置１７に接続されている。制御ユニット１１２に制御された昇降装置１７の昇降動作により、リフトピン１５はプレート１２の上面から突き出たり、プレート１２の上面よりも下降したりする。リフトピン１５は、プレート１２の上面から突き出た状態で、搬送装置１１１との間で基板３００の受け渡しを行う。搬送装置１１１から基板３００を受け取ったリフトピン１５は、下降してプレート１２の上面よりも下降する。これにより、基板３００がプレート１２の上面の載置位置３０１に密着し、基板３００の熱処理が行われる。

プレート１２には、その上面側に六個のガイドピン２０が載置位置３０１を取り囲むように設けられている。案内部材としてのガイドピン２０は例えば断面が円形で、プレート１２の上面からの高さは基板３００の厚さよりも大きい。また、基板３００の外周部が上に反った場合でも、ガイドピン２０の高さは基板３００の端部の高さよりも高いことが好ましい。例えば、ガイドピン２０の高さは１ｍｍを越え、３ｍｍ前後がより好ましい。

ガイドピン２０はプレート１２に固定されておらず、回動自在または移動自在の可動式である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、ガイドピン２０は所定の動作可能範囲ＯＲ内をプレート１２の上面に対して垂直方向に延在する回転軸２１を中心にプレート１２の上面に沿って回転する。図５（ａ）に示すように、ガイドピン２０は回転軸２１とガイドピン２０を連結する部材２２により回転軸２１から所定距離離れて回転したり、図５（ｂ）に示すように、ガイドピン２０は回転軸２１上に位置して回転したりする。ガイドピン２０が回転軸２１上に位置して回転する場合は、ガイドピン２０は平面で円形ではなく、円周から外側に突出した突出部２３を有する。回転軸２１には動作可能範囲ＯＲを規制するための部材が取り付けられている。

図５（ｃ）に示すように、ガイドピン２０は所定の動作可能範囲ＯＲ内をプレート１２に設けられた長孔２４にガイドされてプレート１２の半径方向にプレート１２の上面に沿って移動（水平移動）するようにしてもよい。

ガイドピン２０または回転軸２１は電動モータや電動モータを用いたアクチュエータ（以下、「電動アクチュエータ」という。）２５により駆動されて、回転したり水平移動したりする。制御ユニット１１２は回転軸２１の回転量（θ）、ガイドピン２０の移動距離（Ｄ）、または電動アクチュエータ２５の電動モータのトルク（ＴＲＱ）をモニタするようになっている。ここで、回転軸２１の回転量（θ）およびガイドピン２０の移動距離（Ｄ）をガイドピン２０の作動量という。ガイドピン２０は上述した形状に限られるものではない。

また、載置位置３０１の中央から所定距離離れた位置、例えば載置位置３０１の外周に近い位置には、例えば熱伝対である温度センサ１８が配置されている。この温度センサ１８による検出結果は制御ユニット１１２に送られるようになっており、制御ユニット１１２ではこの検出結果に基づき熱素子１３に対する電流の制御が行われる。

次に、このように構成された熱処理装置の動作を図４、図５（ａ）〜図５（ｃ）、図６〜図８を用いて説明する。図６は図５（ａ）〜図５（ｃ）のガイドピンの動作を示す図である。図７は基板がリフトピン上に載置された状態の図３のＡ−Ａ線における断面図である。図８は基板の載置が異常の場合の図３のＡ−Ａ線における断面図である。

まず、図７に示すように、制御ユニット１１２は、プレート１２の上面からリフトピン１５が突き出た状態で、搬送装置１１１からリフトピン１５上に基板３００を受け渡す。
次に、図４に示すように、制御ユニット１１２は、搬送装置１１１から基板３００を受け取ったリフトピン１５を下降させてプレート１２のガイドピン２０の間に基板３００を没入させる。これにより、基板３００がプレート１２の上に載置される。このとき、ガイドピン２０は、図６の破線で示すように、基板３００から所定の距離外側に開いた状態になっている。その後、制御ユニット１１２は、ガイドピン２０を基板３００側に回動または移動して基板３００に接触させて、基板３００を載置位置３０１に移動させる。すなわち、基板３００のセンタリングが行われる。

最終的に、制御ユニット１１２は、図６の実線で示されるガイドピン４０で基板３００を挟み込んで保持する。制御部１１２はガイドピン２０で基板３００を挟み込む際に、ガイドピン２０の回転量、移動距離または電動モータのトルクのモニタを行う。そして、制御ユニット１１２は、モニタの結果、基板３００の載置が正常に行われたと判断した場合、基板３００の熱処理を行う。なお、熱処理を行うとき、ガイドピン２０は基板３００に接触させた状態ではなく、基板３００から少し離れた位置（例えば、１ｍｍ程度）に移動させる。

その後、基板３００の熱処理が終了すると、再び、制御ユニット１１２は、電動アクチュエータ２５によりガイドピン２０を図６の破線で示される開いた状態にし、昇降装置１７によりリフトピン１５を突き出す。そして、制御ユニット１１２は、搬送装置１１１によりリフトピン１５の上に載置された基板３００を取り出す。

搬送装置１１１の部材摩耗や変形もしくは搬送アームベルトの伸びなどが原因で、搬送装置１１１のアームがプレート１２に基板３００を載置する際の位置が経時的にずれる場合がある。上述したセンタリング機能により、搬送装置１１１がプレート１２に基板３００を載置する際の位置が大きくずれても問題ない。

しかし、搬送装置１１１からリフトピン１５へ基板３００が受け渡される際に、基板３００がリフトピン１５上の所望の位置から相当大きくずれた位置に受け渡される場合がある。その後、制御ユニット１１２がリフトピン１５を下降させたときに、図８に示すように、基板３００は載置位置３０１内に正確に載置されずにガイドピン２０の上に乗り上げてしまうことがある。ここで、基板３００がガイドピン２０への乗り上げが無い状態でプレート１２の載置位置３０１に載置されることも正常載置という。また、基板３００が載置位置３０１内に載置されずにガイドピン２０の上に乗り上げることを異常載置という。

次に、ガイドピン４０の回転量または移動距離のモニタによる基板３００のガイドピン４０への乗り上げの検出について図９を用いて説明する。図９はガイドピンの回転量または移動距離の時間推移を示す図である。

制御ユニット１１２は、搬送装置１１１により基板３００をリフトピン１５の上に搬入し、昇降装置１７によりリフトピン１５を下降して基板３００をプレート１２に載置する。その後、図９に示すように、制御ユニット１１２が時刻ｔ１でガイドピン２０の作動を開始すると、時間と共に回転量（θ）または移動距離（Ｄ）の作動量が増加する。基板３００が正常載置された場合は、時刻ｔ２でガイドピン２０が基板３００に接触する。この時点で、ガイドピン２０が停止するので、すべてのガイドピン２０の作動量は実線Ａで示すように推移する。

一方、基板３００がガイドピン２０に乗り上げた場合は、基板３００は、乗り上げが発生した部分のガイドピン２０のストッパではなくなり、ガイドピン２０が停止せず、動作可能範囲ＯＲの基板３００側の限界まで動作する。このため、乗り上げ発生個所のガイドピン２０の作動量のみが破線Ｂに示すように推移する。よって、一点破線Ｃに示すように実線Ａと破線Ｂの間に乗り上げ検知の作動量の閾値の設定を行うことで、乗り上げ検知が可能となる。

次に、電動モータのトルクのモニタによる基板３００のガイドピン２０への乗り上げの検出について図１０を用いて説明する。図１０は電動モータのトルクの時間推移を示す図である。

制御ユニット１１２は、搬送装置１１１により基板３００をリフトピン１５の上に搬入し、昇降装置１７によりリフトピン１５を下降して基板３００をプレート１２に載置する。その後、図１０に示すように、制御ユニット１１２が時刻ｔ１でガイドピン２０の作動を開始すると、電動モータの負荷である回転軸２１またはガイドピン２０を駆動する力であるトルク（ＴＲＱ）は一定値を推移する。基板３００が正常載置された場合は、時刻ｔ２でガイドピン２０が基板３００に接触する。この時点でトルクが上がるため、すべてのガイドピン２０のトルクは実線Ａで示すように推移する。

一方、基板３００がガイドピン２０に乗り上げた場合は、ガイドピン２０と基板３００の接触がなくなる。このため、ガイドピン２０が停止せず動作可能範囲ＯＲの基板３００側の限界まで動作する時刻ｔ３までトルクが上がらず、乗り上げ発生個所のガイドピン２０のトルクのみ破線Ｂに示すように推移する。時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間で、一点破線Ｃに示すように実線Ａと破線Ｂの間に乗り上げ検知のトルクの閾値の設定を行うことで、乗り上げ検知が可能となる。

制御ユニット１１２は、基板３００の異常載置を検知した場合、熱処理を中断して回転表示灯（不図示）を点灯したり、表示部（不図示）に表示したりして作業者に警報等を発する。

（比較例）
次に、本開示者が本開示に先立って検討した技術（比較例）について図１１〜図１５を用いて説明する。図１１は比較例における熱処理装置の平面図である。図１２は基板の載置が正常の場合の図１１のＡ−Ａ線における断面図である。図１３は基板の載置が異常の場合の図１１のＡ−Ａ線における断面図である。図１４は加熱処理の際に温度センサにより検出されるプレートの温度変化を示す図である。

比較例における熱処理装置３０は、基板３００を熱処理するためのプレート３２を備えている。プレート３２は、実施形態とは異なり、載置位置３０１を取り囲むように六個のガイドピン４０を固定されて備えている。基板３００とガイドピン４０との隙間は約１〜２ｍｍである。比較例の熱処理装置３０の他の構成は第一実施形態と同様である。

次に、熱処理装置３０が加熱処理行う場合を例にプレート３２の温度推移について図１４を用いて説明する。

図１４の期間Ｐ１，Ｐ２は図１２に示すように基板３００がプレート３２に正常載置されたときの温度変化を示している。図１４の期間Ｐ３は図１３に示すように基板３００がプレート３２に異常載置されたときの温度変化を示している。

図１４に示すように、基板３００がプレート３２に正常載置されたときと、基板３００が異常載置されたときとでは、温度変化が異なる。具体的には、正常載置された場合は異常載置された場合と比べて設定温度（Ｔｓｔ）に対して温度が一旦より大きく下がる。これは、基板３００が正常載置された方が基板３００との接触面積が大きくプレート１２から奪う熱量が大きいからである。なお、熱処理装置１０が冷却処理を行う場合は、正常載置された場合は異常載置された場合と比べて設定温度（Ｔｓｔ）に対して温度が一旦より大きく上がる。

そこで、比較例では、制御部１１２がこのような温度変化の差異に基づき図１３に示すような基板３００の異常載置の検出を行う。すなわち、制御ユニット１１２は、まず、温度センサ１８からプレート３２の温度検出結果を取り込む。熱処理装置３０が加熱処理を行う場合は、制御ユニット１１２は、プレート３２の上に基板３００が載置されたときに温度が所定の閾値（Ｔｔｈ）以下になったときに、図１２に示すように正常載置されたものとみなす。制御ユニット１１２は、プレート３２の上に基板３００が載置されたときに温度が所定の閾値（Ｔｔｈ）超になったときに、図１３に示すように異常載置されたものとみなす。

熱処理装置３０が冷却処理を行う場合は、制御ユニット１１２は、プレート３２の上に基板３００が載置されたときに温度が所定の閾値（Ｔｔｈ）以上になったときに、図１２に示すように正常載置されたものとみなす。制御ユニット１１２は、プレート３２の上に基板３００が載置されたときに温度が所定の閾値（Ｔｔｈ）未満になったときに、図１３に示すように異常載置されたものとみなす。

次に、比較例における熱処理装置の問題点について図１５を用いて説明する。図１５は図１１の熱処理装置におけるロット間で異なる処理温度の基板を連続で作業する場合の温度変化を示す図である。

ＫｒＦ以降のレジストでは化学増幅型フォトレジストと呼ばれるものが多く使用されており、各レジストで熱処理温度を変更して使用する場合がある。ロット間で異なる熱処理温度の基板を連続で作業する場合、前ロットの最終基板が熱処理装置３０の外へ搬出された後に熱処理装置１０の温度変更が行われ、次ロットの最初の基板が処理される。熱処理装置１０の温度管理は基板の搬入出時の熱処理装置３０の温度低下でエラーを発生させないよう、設定温度（Ｔｓｔ）±αで制御される。ここで、設定温度およびαは作業者が設定する。

図１５の期間Ｐ４は高温処理が行われる基板が図１２に示すように正常載置されたときの温度変化を示している。温度センサ１８により検出した温度が所定の閾値（ＴｔｈＨ）よりも下がっているので正常載置と判定されている。図１５の期間Ｐ５は温度静定時の温度変化を示している。図１５の期間Ｐ６は低温処理が行われる基板が正常載置されたときの温度変化を示している。

図１５に示すように、基板が高温で加熱処理（高温処理）された後、基板が低温で加熱処理（低温処理）される場合、高温処理された基板が搬出された後に図１５の期間Ｐ５に示すように熱処理装置３０の温度静定が行われる。その後、低温処理の設定温度（ＴｓｔＬ）には±αの幅があるため、ＴｓｔＬより高い温度（Ｔｓ）の段階で低温処理される基板が搬入される場合がある。ここで、Ｔｓ≦ＴｓｔＬ＋αである。この場合、正常載置された基板であっても、処理開始温度（Ｔｓ）が高いため低温処理における所定の閾値（ＴｔｈＬ）までプレート３２の温度（プレート温度）が降下せず虚報となる。ここで、虚報とは、基板３００が正常載置にもかかわらず、基板３００がガイドピン４０に乗り上げた異常載置と検知することをいう。閾値（ＴｔｈＬ）を絞る（高めに設定する）とオーバシュートなどのわずかなプレート３２の温度変化でも虚報となり正常載置／異常載置の判断が困難となる。また、基板３００に反りがある場合も基板３００の外周部との距離が大きくなり、温度降下が十分でなく虚報となる場合がある。

本実施形態では、ガイドピン２０を可動にしてガイドピン２０の作動量（ガイドピン２０の移動距離や回転軸２１の回転量）またはガイドピン２０または回転軸２１を駆動する電動モータのトルクのモニタを行う。これにより、比較例のような温度検出を行わないで乗り上げ検知を行うことが可能となり、プレート温度を変更して使用する場合に虚報が発生しない安定した乗り上げ検知が可能となる。

また、基板３００の外周部にガイドピン２０の高さを越えない上向きの反りおよび下向きの反りがある場合でも、基板３００はガイドピン２０のストッパになる。よって、基板３００に反りがある場合でも、反りのない基板３００が正常載置された場合と同様に、ガイドピン２０が動作するので、正常載置と判定される。これにより、基板の反りによる虚報を防止することが可能となる。

なお、熱処理温度を変更しない場合は、比較例の熱処理装置１０にように温度検出により乗り上げ検知を行い、熱処理温度を変更する場合に温度検出を用いないで本実施形態により乗り上げ検知を行うようにしてもよい。

また、現像後のパターニング寸法に影響するため、基板全体を均一に加熱処理する必要があるプリベーク、ＰＥＢおよびポストベークの熱処理において温度検出を用いないで実施形態の熱処理装置の乗り上げ検知を行うのが好ましい。脱水ベークおよび冷却処理の熱処理においては実施形態の熱処理装置の乗り上げ検知を用いなくてもよい。実施形態のセンタリング機能のみを使用してもよいし、比較例の熱処理装置１０にように温度検出により乗り上げ検知を行うようにしてもよい。

＜変形例＞
以下、実施形態の代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成および機能を有する部分に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が適宜援用され得るものとする。また、上述の実施形態の一部、および、複数の変形例の全部または一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。

（第一変形例）
第一変形例における熱処理装置について図１６〜図１９を用いて説明する。図１６は第一変形例における熱処理装置の平面図である。図１７は熱処理装置への基板搬入時の図１６のＡ−Ａ線における断面図である。図１８は基板が正常載置された場合の図１６のＡ−Ａ線における断面図である。図１９は図１６の熱処理装置におけるリフトピンの荷重時間推移を示す図である。

第一変形例における熱処理装置５０は、基板３００を熱処理するためのプレート３２を備えている。プレート３２は、比較例と同様にガイドピン４０が固定されている点、リフトピン１５の下にロードセル等の荷重センサ５８を設置している点を除いて、実施形態の熱処理装置１０と同様な構成である。荷重センサ５８は三本のリフトピン１５のそれぞれの下端と結合部材１６との間に設けられている。これらの荷重センサ５８による検出結果は制御ユニット１１２に送られるようになっており、制御ユニット１１２ではこの検出結果に基づき異常載置の検出が行われる。以下、異常載置の検出について説明する。

まず、図１７に示すように、プレート３２の上面からリフトピン１５が突き出た状態で、制御ユニット１１２は搬送装置により基板３００をリフトピン１５に受け渡す。次に、図１８に示すように、制御部１１２は昇降装置１７によりリフトピン１５を下降して基板３００をプレート３２に載置する。制御ユニット１１２はリフトピン１５が下降する際にリフトピン１５に掛かる基板３００の荷重をモニタする。

次に、リフトピン１５の荷重のモニタによる基板３００のガイドピン４０への乗り上げの検出について図１９を用いて説明する。

図１９に示すように、制御ユニット１１２は、時刻ｔ１において搬送装置１１１により基板３００をリフトピン１５の上に搬入し、昇降装置１７によりリフトピン１５の下降を開始する。リフトピン１５の荷重（ＬＯＡＤ）は一定値を推移する。正常載置された場合は、時刻ｔ２で基板３００がプレート３２の上に載置された段階ですべてのリフトピン１５の荷重がなくなるので、すべてのリフトピン１５の荷重は実線Ａで示すように推移する。

一方、基板３００がガイドピン４０に乗り上げた場合は、乗り上げ発生個所付近のリフトピン１５の荷重が時刻ｔ３で先になくなるため、乗り上げ発生個所付近のリフトピン１５の荷重のみ破線Ｂに示すように推移する。一点破線Ｃに示すように、時刻ｔ３と時刻ｔ２の間の時刻ｔ４で荷重検知を行うように設定することで、乗り上げ検知が可能となる。

第一変形例では、プレートに基板が載置する際に基板を昇降するリフトピンごとに荷重センサを設け、各リフトピンにおける基板の荷重をモニタすることにより、基板のガイドピンへの乗り上げを検知する。これにより、実施形態と同様の効果が得られる。また、既設の装置の変更についても荷重センサを設置するのみとなり安価な改造が見込める。

（第二変形例）
図２０は第二変形例における熱処理装置に基板が正常載置された場合の図１６のＡ−Ａ線相当の断面図である。図２１は図２０の熱処理装置におけるリフトピンの荷重時間推移を示す図面である。

第一変形例では、リフトピン１５ごとに荷重センサ５８が設けられているが、第二変形例では、三本のリフトピン１５に共通に一つの荷重センサ７８が設けられている。すなわち、三本のリフトピン１５の下端と結合部材１６の上面との間に一つの荷重センサ７８が設けられて、三本のリフトピン１５は一つの荷重センサ７８で結合されている。第二変形例の熱処理装置７０のその他の構成は第一変形例の熱処理装置５０と同様である。

図２１に示すように、制御ユニット１１２は、時刻ｔ１において搬送装置１１１により基板３００をリフトピン１５の上に搬入し、リフトピン１５の下降を開始する。リフトピン１５の荷重（ＬＯＡＤ）は一定値を推移する。正常載置された場合は、時刻ｔ２において基板３００がプレート３２の上に載置された段階でリフトピン１５の荷重がなくなるので、リフトピン１５の荷重は実線Ａで示すように推移する。

一方、基板３００がガイドピン４０に乗り上げた場合は、乗り上げ発生個所付近のリフトピン１５の荷重が時刻ｔ３で先になくなる。このため、基板３００が乗り上げたガイドピン４０と残りのリフトピン１５で基板３００を保持することになり、リフトピン１５の荷重は破線Ｂで示すように推移する。一点破線Ｃに示すように時刻ｔ３と時刻ｔ２の間の時刻ｔ４で荷重検知を行うように設定することで、乗り上げ検知が可能となる。

第二変形例では、プレートに基板が載置する際に基板を昇降するリフトピンに共通の荷重センサを設け、リフトピンにおける基板の荷重をモニタすることにより、基板のガイドピンへの乗り上げを検知する。これにより、第一変形例と同様の効果が得られる。

（第三変形例）
図２２は第三変形例における熱処理装置に基板が正常載置された場合の図１６のＡ−Ａ線相当の断面図である。図２３は図２２の熱処理装置におけるリフトピンの荷重時間推移を示す図面である。

第一変形例では、リフトピン１５ごとに荷重センサ５８が設けられているが、第三変形例では、ガイドピン４０ごとに荷重センサ９８が設けられている。すなわち、六本のガイドピン４０の下端とプレート３２の上面との間に荷重センサ９８が設けられている。第三変形例の熱処理装置９０のその他の構成は第一変形例の熱処理装置５０と同様である。

まず、プレート３２の表面からリフトピン１５が突き出た状態で、制御ユニット１１２は搬送装置１１１により基板３００をリフトピン１５に受け渡す。次に、図２２に示すように、制御ユニット１１２は昇降装置１７によりリフトピン１５を下降し基板３００をプレート３２に載置する。リフトピン１５が下降する際にガイドピン４０に掛かる基板３００の荷重をモニタする。

図２３に示すように、制御部１１２は、時刻ｔ１において搬送装置１１１により基板３００をリフトピン１５の上に搬入し、リフトピン１５の下降を開始する。ガイドピン４０の荷重（ＬＯＡＤ）は一定値を推移する。正常載置された場合は、時刻ｔ２で基板３００がプレート３２の上に載置されてもガイドピン４０に荷重がかからず、すべてのガイドピン４０の荷重が実線Ａに示すように推移する。

一方、基板３００が時刻ｔ３でガイドピン４０に乗り上げた場合は、乗り上げ発生個所のガイドピン４０に荷重がかかるため、乗り上げ発生個所のガイドピン４０のみが破線Ｂに示すように推移する。よって、一点破線Ｃに示すように実線Ａと破線Ｂの間に荷重の閾値の設定を行うことで、乗り上げ検知が可能となる。

第三変形例では、プレートに基板が載置する際にガイドピンに荷重センサを設け、ガイドピンにおける基板の荷重をモニタすることにより、基板のガイドピンへの乗り上げを検知する。これにより、第一変形例と同様の効果が得られる。

以上、本開示者によってなされた開示を実施形態および変形例に基づき具体的に説明したが、本開示は、上記実施形態および変形例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、実施形態では、制御部１１２で塗布現像システム全体を制御する例を説明したが、制御部１１２とは別に熱処理装置ごとに制御部を設けてもよい。

また、実施形態では、プレート１２の上面に基板全体を接して熱処理を行う例を説明したが、プレート１２上には基板３００を浮かせて保持するためのプロキシミティピンまたはプロキシミティシートを配置してもよい。

また、実施形態では、加熱処理装置の熱素子はペルチェ素子で構成する例を説明したが、加熱処理装置の熱素子は抵抗体により構成されたヒータであってもよい。

また、実施形態では、可動するガイドピン２０をプレート１２に設ける例を説明したが、ガイドピン２０に加えて比較例のように固定されたガイドピン４０を設けてもよい。

また、実施形態では、警報を発し処理を中断する例を説明したが、処理をそのまま続行するかどうかを作業者に提示し、作業者からはこの提示に応じて入力部を兼ねる表示部等から作業の続行を指示してもよい。そのまま処理を続行すればシステムにおけるスループットを落とさずに処理を行うことができる。ただし、この場合、ソフトウェア上で良品から区別できるように不良基板にマーキングするように構成するのが好ましい。

また、変形例では、ガイドピン４０が固定された例を説明したが、ガイドピン４０は実施形態と同様に可動するものであってもよい。この場合、ガイドピンは基板のセンタリングに利用し、基板のガイドピンに乗り上げは荷重センサで検出する。

１２：プレート（処理板）
２０：ガイドピン（案内部材）
１５：リフトピン（昇降部材）
１１２：制御ユニット

Claims (20)

1. その上面に載置された基板を加熱処理または冷却処理する処理板と、
   前記処理板の上面における基板の載置位置を取り囲むように前記処理板に設けられた案内部材と、
   その上端に載置された前記基板を昇降する複数の昇降部材と、
   前記処理板に前記基板が載置される際に、前記案内部材を前記基板と所定の距離を隔てて配置させ、前記処理板に前記基板が載置された後、前記案内部材を前記基板の方向に作動するように構成される制御ユニットと、
   を備える半導体製造装置。
2. 請求項１の半導体製造装置において、
   前記制御ユニットは、前記処理板に前記基板が載置された際、前記案内部材の動作に基づいて前記基板の載置が正常に行われたかどうかを判定するように構成される半導体製造装置。
3. 請求項２の半導体製造装置において、
   さらに、前記案内部材を駆動する電動アクチュエータを備え、
   前記制御ユニットは、前記案内部材を移動させて前記案内部材が停止または最大可動範囲まで移動するまでの前記案内部材の作動量または電動アクチュエータの電動モータのトルクに基づいて前記基板の載置が正常に行われたかどうかを判定するように構成される半導体製造装置。
4. 請求項３の半導体製造装置において、
   前記制御ユニットは、前記作動量が所定値以上であるとき、または前記トルクが所定値未満であるとき、前記処理板に載置された前記基板が前記載置位置に正確に載置されていないものとみなすよう構成される半導体製造装置。
5. 請求項４の半導体製造装置において、
   前記案内部材は前記処理板の表面に垂直な回転軸で回転可能であり、
   前記作動量は前記回転軸の回転量である半導体製造装置。
6. 請求項５の半導体製造装置において、
   さらに、前記案内部材と前記回転軸とを連結する部材を備える半導体製造装置。
7. 請求項４の半導体製造装置において、
   前記案内部材は前記基板の半径方向に移動可能であり、
   前記作動量は前記案内部材の水平方向の移動距離である半導体製造装置。
8. 請求項１の半導体製造装置において、
   さらに、前記基板の荷重を検出する荷重センサを備え、
   前記制御ユニットは、前記処理板に前記基板が載置される際、前記荷重センサの検出結果に基づいて前記基板の載置が正常に行われたかどうかを判定するように構成される半導体製造装置。
9. その上面に載置された基板を加熱処理または冷却処理する処理板と、
   前記処理板の上面における基板の載置位置を取り囲むように前記処理板に設けられた案内部材と、
   その上端に載置された前記基板を昇降する複数の昇降部材と、
   前記基板の荷重を検出する荷重センサと、
   前記処理板に前記基板が載置される際、前記荷重センサの検出結果に基づいて前記基板の載置が正常に行われたかどうかを判定するように構成される制御ユニットと、
   を備える半導体製造装置。
10. 請求項９の半導体製造装置において、
    さらに、前記昇降部材を連結する連結部材を備え、
    前記荷重センサは複数の前記昇降部材のそれぞれの下端と前記連結部材の上面とに挟まれて複数設けられ、
    前記制御ユニットは、前記昇降部材の上端が前記案内部材の上端より下であって、前記処理板の上面よりも上にあるときの前記荷重が所定値未満であるとき、前記処理板に搬送された前記基板が前記載置位置に正確に載置されていないものとみなすよう構成される半導体製造装置。
11. 請求項９の半導体製造装置において、
    さらに、前記昇降部材を連結する連結部材を備え、
    前記荷重センサは複数の前記昇降部材のそれぞれの下端と前記連結部材の上面とに挟まれて一つ設けられ、
    前記制御ユニットは、前記昇降部材の上端が前記案内部材の上端より下であって、前記処理板の上面よりも上にあるときの前記荷重が所定値未満であるとき、前記処理板に搬送された前記基板が前記載置位置に正確に載置されていないものとみなすよう構成される半導体製造装置。
12. 請求項９の半導体製造装置において、
    前記荷重センサは前記案内部材の下端と前記処理板の上面とに挟まれて複数設けられ、
    前記制御ユニットは、前記荷重が所定値以上であるとき、前記処理板に搬送された前記基板が前記載置位置に正確に載置されていないものとみなすよう構成される半導体製造装置。
13. その上面に載置された基板を加熱処理または冷却処理する処理板と、前記処理板の上面における基板の載置位置を取り囲むように前記処理板に設けられた案内部材と、その上端に載置された前記基板を昇降する複数の昇降部材と、を備える半導体製造装置に前記基板を搬入する搬入工程と、
    前記基板を熱処理する熱処理工程と、
    を含み、
    前記熱処理工程は、前記処理板に前記基板が載置される際に、前記案内部材を前記基板と所定の距離を隔てて配置させ、前記処理板に前記基板が載置された後、前記案内部材を前記基板の方向に作動する半導体装置の製造方法。
14. 請求項１３の半導体装置の製造方法において、
    前記熱処理工程は、前記処理板に前記基板が載置される際、前記案内部材の動作に基づいて前記基板の載置が正常に行われたかどうかを判定する半導体装置の製造方法。
15. 請求項１４の半導体装置の製造方法において、
    さらに、前記案内部材を駆動する電動アクチュエータを備え、
    前記熱処理工程は、前記案内部材を移動させて前記案内部材が停止または最大可動範囲まで移動するまでの前記案内部材の作動量または電動アクチュエータの電動モータのトルクに基づいて前記基板の載置が正常に行われたかどうかを判定する半導体装置の製造方法。
16. 請求項１５の半導体装置の製造方法において、
    前記熱処理工程は、前記作動量が所定値以上であるとき、または、前記トルクが所定値未満であるとき、前記処理板に搬送された前記基板が前記載置位置に正確に載置されていないものとみなす半導体装置の製造方法。
17. 請求項１３の半導体装置の製造方法において、
    前記半導体製造装置は、さらに、前記基板の荷重を検出する荷重センサを備え、
    前記熱処理工程は、前記処理板に前記基板が載置される際、前記荷重センサの検出結果に基づいて前記基板の載置が正常に行われたかどうかを判定する半導体装置の製造方法。
18. 請求項１４の半導体装置の製造方法において、
    さらに、前記基板にフォトレジストを塗布する塗布工程を含み、
    前記熱処理工程は、前記基板の載置が正常に行われたと判定したときは、前記フォトレジストが塗布された前記基板を加熱処理する半導体装置の製造方法。
19. 請求項１８の半導体装置の製造方法において、
    さらに、前記基板に塗布された前記フォトレジストを露光する露光工程を含み、
    前記熱処理工程は、前記基板の載置が正常に行われたと判定したときは、前記フォトレジストが露光された前記基板を加熱処理する半導体装置の製造方法。
20. 請求項１９の半導体装置の製造方法において、
    さらに、露光された前記フォトレジストを現像する現像工程を含み、
    前記熱処理工程は、前記基板の載置が正常に行われたと判定したときは、前記フォトレジストが現像された前記基板を加熱処理する半導体装置の製造方法。

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