JP3589939B2 - 加熱処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、レジスト膜等の塗布膜が表面に形成された半導体ウエハ等の基板を加熱処理する際に用いられる加熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体デバイスのフォトリソグラフィー工程においては、半導体ウエハにレジストを塗布し、形成されたレジスト膜に所定の回路パターンを露光し、この露光パターンを現像処理することにより、レジスト膜に回路パターンが形成される。
【０００３】
近年の半導体デバイスの集積化の進展にはめざましいものがあり、レジスト膜への露光パターンが複雑化かつ微細化していることは周知の通りである。レジスト膜に微細な回路パターンを形成するためには、レジスト自体の高性能化も必要とされており、このような特性を満足するレジストとして、光反応性と熱反応性とを組み合わせた化学増幅型レジスト（ＣＡＲ：chemically amplified resist）が用いられるようになってきている。
【０００４】
一般的に、フォトリソグラフィー工程においては、レジスト塗布後の加熱処理（プリベーク）、露光後の加熱処理（ポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ））、現像後の加熱処理（ポストベーク）等の種々の加熱処理が行われており、このようなレジストの加熱処理は、通常、ケーシング内にヒータによって加熱される加熱プレート（ホットプレート）を配置してなるホットプレートユニットを用いて行われている。すなわち、ウエハの加熱処理は、ウエハを加熱プレートの表面に近接または載置し、所定温度で所定時間保持することによって行われる。
【０００５】
ＣＡＲの特性を発揮させるためには、これらの加熱処理のうち、特にＰＥＢの条件を厳しく管理することが必要とされる。これは、ＰＥＢにおいてレジスト膜の各部に与えられる熱量の差が、最終的な製品における回路パターン形成に極めて大きな影響を与えるためである。
【０００６】
熱処理に用いられるホットプレートとしては、従来より、厚い金属アルミニウム製のもの（アルミプレート）が多く用いられているが、これは熱応答性がよいものとは言い難く、ホットプレート自体を短時間で冷却することが困難である。従って、ホットプレートから所定の熱量をレジストやウエハに与えた後には、ＣＡＲの熱反応が進行しないように、ウエハを冷却ユニットへ搬送して冷却し、次工程処理の開始まで待機させる必要があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、ホットプレートとして、例えば、熱応答性に優れる窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス製の薄いプレートを用い、所定時間のベーク処理（熱処理）後に、ガス等によりセラミックスプレートを冷却してウエハの温度上昇を抑え、またはウエハを冷却して、ＣＡＲの過度の反応の進行を停止させる方法が提案されているが、このような熱応答性に優れたセラミックスプレートを用いてベーク処理を行う場合には、従来のアルミプレートを用いた場合と同様のベーク処理パターンを用いると、ウエハの中央部と周辺部とで、得られる回路パターンの精度に差が生じる問題が生ずる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題の検討を重ねた結果、ベーク処理においてウエハの中央部と周辺部とで与えられる熱量が異なることに起因して、ＣＡＲの反応進行の程度がウエハの中央部と周辺部で異なるものとなり、これにより、得られる回路パターンの精度が不均一となることを見出した。
【０００９】
つまり、ホットプレート上にウエハを載置してベーク処理を行う場合には、ホットプレートを構成する材質に関係なく、最初はウエハの中央部よりも周辺部でより多くの熱量が与えられるが、従来用いられていたアルミプレートは、比較的厚く、また、熱応答性が悪いことから、その後にウエハがアルミプレートの温度に達した時点以降は、周辺部よりも中央部で与えられる熱量の方が大きくなる。このため、初期にウエハの周辺部に多く与えられていた熱量とバランスする熱量がウエハの中央部に与えられるように保持時間を設定すれば、上記ベーク処理初期におけるウエハの熱的不均一を相殺して、ウエハ全体、つまりレジスト膜全体にわたって、均一な熱量を与えることが可能であった。
【００１０】
ところが、例えば、ＡｌＮプレート等のセラミックスプレートを用いた場合には、プレート厚みを薄くでき、また熱応答性も優れるために、ベーク処理の初期には、ウエハの周辺部で中央部よりも多くの熱量が与えられるという熱的不均一が生ずるが、ウエハがＡｌＮプレートの温度に達した後には、ウエハの中央部と周辺部で同等の熱量が供給されるようになる。そのためにウエハの中央部には、初期の熱的不均一を相殺するための熱量が供給されず、初期の熱的不均一が解消されない。こうして生ずる熱的不均一が、ＣＡＲの反応進行度に大きく影響し、形成される回路パターンに精度の不均一が生ずることが明らかとなった。
【００１１】
本発明は上述した課題を解決するものであり、ウエハ等の基板に生ずる熱的不均一を極小化させて、形成される回路パターンの精度を均一化し、ひいては製品の品質を向上させる加熱処理方法を提供することを目的とする。
【００１２】
すなわち、本発明によれば、基板に化学増幅型レジストを塗布して露光した後に前記基板を加熱する加熱処理方法であって、化学増幅型レジストの反応が始まる反応開始温度以下の所定の温度に設定された加熱媒体に前記基板を近接または載置して前記基板を加熱する工程と、この後、前記加熱媒体を目標温度に昇温して、前記基板を前記目標温度に到達させることを特徴とする加熱処理方法、が提供される。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、基板に化学増幅型レジストを塗布して露光した後に前記基板を加熱して、前記基板に所定の回路パターンを形成するための加熱処理方法であって、化学増幅型レジストの反応が始まる反応開始温度と目標温度との間の温度で、かつ前記回路パターンが要求される精度を得られる限り高い所定の温度に設定された加熱媒体に前記基板を近接または載置して前記基板を加熱する工程と、この後、前記加熱媒体を目標温度に昇温して、前記基板を前記目標温度に到達させることを特徴とする加熱処理方法、が提供される。
【００１４】
このような、加熱媒体の温度を段階的に上昇させる本発明の加熱処理方法によれば、加熱初期に基板に生ずる熱的不均一の程度が低減されることから、ＣＡＲのように熱反応を必要とするレジストの反応を均一ならしめて、基板全体に均一な回路パターンを形成することが可能となる。
【００１５】
また、本発明の加熱処理方法においては、所定温度に到達した後の昇温過程では、基板に供給される熱量は基板全体で均一となることから、最終到達温度を目標温度よりも高い温度として、熱処理時間を短縮することも可能となる。
【００１６】
なお、本発明の加熱処理方法は、従来の加熱媒体として従来の熱応答性があまり良好ではないホットプレート、例えば、肉厚の厚いアルミプレートを用いた場合にも適用することができ、この場合にも最終処理温度を従来の目標温度よりも高くすることにより、処理時間の短縮を図ることも可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は、特に、半導体ウエハ（ウエハ）にレジストを塗布、露光した後にウエハを加熱するＰＥＢ工程に好適に採用されることを踏まえ、先ず、本発明が好適に用いられる加熱処理装置および加熱処理装置を備えたレジスト塗布・現像処理システムについて概説することとする。
【００１８】
図１は、レジスト塗布・現像処理システムを示す概略平面図、図２はその正面図、図３はその背面図である。このレジスト塗布・現像処理システム１は、搬送ステーションであるカセットステーション１０と、複数の処理ユニットを有する処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接して設けられる露光装置（図示せず。）との間でウエハＷを受け渡すためのインターフェイス部１２と、を具備している。
【００１９】
カセットステーション１０は、被処理体としてのウエハＷを複数枚、例えば２５枚単位でウエハカセットＣＲに搭載された状態で、他のシステムから本レジスト塗布・現像処理システム１へ搬入し、または本レジスト塗布・現像処理システム１から他のシステムへ搬出する等、ウエハカセットＣＲと処理ステーション１１との間でウエハＷの搬送を行うためのものである。
【００２０】
カセットステーション１０においては、図１に示すように、カセット載置台２０上に図中Ｘ方向に沿って複数（図では４個）の位置決め突起２０ａが形成されており、この突起２０ａの位置にウエハカセットＣＲがそれぞれのウエハ出入口を処理ステーション１１側に向けて一列に載置可能となっている。ウエハカセットＣＲにおいてはウエハＷが垂直方向（Ｚ方向）に配列されている。また、カセットステーション１０は、ウエハカセット載置台２０と処理ステーション１１との間に位置するウエハ搬送機構２１を有している。
【００２１】
ウエハ搬送機構２１は、カセット配列方向（Ｘ方向）およびその中のウエハＷの配列方向（Ｚ方向）に移動可能なウエハ搬送用アーム２１ａを有しており、このウエハ搬送用アーム２１ａにより、いずれかのウエハカセットＣＲに対して選択的にアクセス可能となっている。また、ウエハ搬送用アーム２１ａは、図１中に示されるθ方向に回転可能に構成されており、後述する処理ステーション１１側の第３の処理部Ｇ３に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）およびエクステンションユニット（ＥＸＴ）にもアクセスできるようになっている。
【００２２】
一方、処理ステーション１１は、ウエハＷへ対して塗布・現象を行う際の一連の工程を実施するための複数の処理ユニットを備え、これらが所定位置に多段に配置されており、これらによりウエハＷが１枚ずつ処理される。この処理ステーション１１は、図１に示すように、中心部に搬送路２２ａを有しており、この中に主ウエハ搬送機構２２が設けられ、ウエハ搬送路２２ａの周りに全ての処理ユニットが配置された構成となっている。これら複数の処理ユニットは、複数の処理部に分かれており、各処理部は複数の処理ユニットが垂直方向（Ｚ方向）に沿って多段に配置されている。
【００２３】
主ウエハ搬送機構２２は、図３に示すように、筒状支持体４９の内側に、ウエハ搬送装置４６を上下方向（Ｚ方向）に昇降自在に装備している。筒状支持体４９はモータ（図示せず。）の回転駆動力によって回転可能となっており、それに伴ってウエハ搬送装置４６も一体的に回転可能となっている。ウエハ搬送装置４６は、搬送基台４７の前後方向に移動自在な複数本の保持部材４８を備え、これらの保持部材４８によって各処理ユニット間でのウエハＷの受け渡しを実現している。
【００２４】
また、図１に示すように、この実施の形態においては、４個の処理部Ｇ１・Ｇ２・Ｇ３・Ｇ４がウエハ搬送路２２ａの周囲に実際に配置されており、第５の処理部Ｇ５は必要に応じて配置可能となっている。これらのうち、第１および第２の処理部Ｇ１・Ｇ２はレジスト塗布・現像処理システム１正面（図１において手前）側に並列に配置され、第３の処理部Ｇ３はカセットステーション１０に隣接して配置され、第４の処理部Ｇ４はインターフェイス部１２に隣接して配置されている。また、第５の処理部Ｇ５は背面部に配置可能となっている。
【００２５】
第１の処理部Ｇ１では、コータカップ（ＣＰ）内でウエハＷをスピンチャック（図示せず。）に乗せて所定の処理を行う２台のスピナ型処理ユニットであるレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）およびレジストのパターンを現像する現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。第２の処理部Ｇ２も同様に、２台のスピナ型処理ユニットとしてレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）および現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。
【００２６】
第３の処理部Ｇ３においては、図３に示すように、ウエハＷを載置台ＳＰに載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、冷却処理を行うクーリングユニット（ＣＯＬ）、レジストの定着性を高めるためのいわゆる疎水化処理を行うアドヒージョンユニット（ＡＤ）、位置合わせを行うアライメントユニット（ＡＬＩＭ）、ウエハＷの搬入出を行うエクステンションユニット（ＥＸＴ）、露光処理前や露光処理後、さらには現像処理後にウエハＷに対して加熱処理を行う４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。なお、アライメントユニット（ＡＬＩＭ）の代わりにクーリングユニット（ＣＯＬ）を設け、クーリングユニット（ＣＯＬ）にアライメント機能を持たせてもよい。
【００２７】
第４の処理部Ｇ４も、オーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、クーリングユニット（ＣＯＬ）、クーリングプレートを備えたウエハ搬入出部であるエクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、エクステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングユニット（ＣＯＬ）、２つの急冷機能を有するホットプレートユニット（ＰＣＨ）および２つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。
【００２８】
主ウエハ搬送機構２２の背部側に第５の処理部Ｇ５を設ける場合には、第５の処理部Ｇ５は、案内レール２５に沿って主ウエハ搬送機構２２から見て側方へ移動できるようになっている。従って、第５の処理部Ｇ５を設けた場合でも、これを案内レール２５に沿ってスライドすることにより空間部が確保されるので、主ウエハ搬送機構２２に対して背後からメンテナンス作業を容易に行うことができる。
【００２９】
インターフェイス部１２は、奥行方向（Ｘ方向）については、処理ステーション１１と同じ長さを有している。図１、図２に示すように、このインターフェイス部１２の正面部には、可搬性のピックアップカセットＣＲと定置型のバッファカセットＢＲが２段に配置され、背面部には周辺露光装置２３が配設され、中央部にはウエハ搬送機構２４が配設されている。このウエハ搬送機構２４はウエハ搬送用アーム２４ａを有しており、このウエハ搬送用アーム２４ａは、Ｘ方向、Ｚ方向に移動して両カセットＣＲ・ＢＲおよび周辺露光装置２３にアクセス可能となっている。
【００３０】
なお、ウエハ搬送用アーム２４ａは、θ方向に回転可能であり、処理ステーション１１の第４の処理部Ｇ４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）や、更には隣接する露光装置側のウエハ受け渡し台（図示せず）にもアクセス可能となっている。
【００３１】
上述したレジスト塗布・現像処理システム１においては、先ず、カセットステーション１０において、ウエハ搬送機構２１のウエハ搬送用アーム２１ａがカセット載置台２０上の未処理のウエハＷを収容しているウエハカセットＣＲにアクセスして１枚のウエハＷを取り出し、第３の処理部Ｇ３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送する。
【００３２】
ウエハＷは、エクステンションユニット（ＥＸＴ）から、主ウエハ搬送機構２２のウエハ搬送装置４６により、処理ステーション１１に搬入される。そして、第３の処理部Ｇ３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）によりアライメントされた後、アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）に搬送され、そこでレジストの定着性を高めるための疎水化処理（ＨＭＤＳ処理）が施される。この処理は加熱を伴うため、その後ウエハＷは、ウエハ搬送装置４６によりクーリングユニット（ＣＯＬ）に搬送されて冷却される。
【００３３】
アドヒージョン処理が終了し、クーリングユニット（ＣＯＬ）で冷却さたウエハＷは、引き続き、ウエハ搬送装置４６によりレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）に搬送され、そこでレジストが塗布され、塗布膜が形成される。塗布処理終了後、ウエハＷは、第３または第４の処理部Ｇ３・Ｇ４のいずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）内でプリベーク処理され、その後いずれかのクーリングユニット（ＣＯＬ）にて冷却される。
【００３４】
冷却されたウエハＷは、第３の処理部Ｇ３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）に搬送され、そこでアライメントされた後、第４の処理部Ｇ４のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してインターフェイス部１２に搬送される。
【００３５】
インターフェイス部１２では、周辺露光装置２３により周辺露光されて余分なレジストが除去された後、インターフェイス部１２に隣接して設けられた露光装置（図示せず）により所定のパターンに従ってウエハＷのレジスト膜に露光処理が施される。
【００３６】
露光後のウエハＷは、再びインターフェイス部１２に戻され、ウエハ搬送機構２４により、第４の処理部Ｇ４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送される。そして、ウエハＷは、ウエハ搬送装置４６により、後述する急冷機能のを有するホットプレート（ＰＣＨ）に搬送されて、ポストエクスポージャーベーク処理が施される。
【００３７】
その後、ウエハＷは現像ユニット（ＤＥＶ）に搬送され、そこで露光パターンの現像が行われる。現像終了後、ウエハＷはいずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）に搬送されてポストベーク処理が施され、次いで、クーリングユニット（ＣＯＬ）により冷却される。このような一連の処理が終了した後、第３の処理部Ｇ３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してカセットステーション１０に戻され、いずれかのウエハカセットＣＲに収容される。
【００３８】
次に、本発明の加熱処理方法が好適に用いられる急冷機能を備えた加熱処理装置の一実施形態であるホットプレートユニット（ＰＣＨ）について、図４の断面図を参照しながら説明する。
【００３９】
ホットプレートユニット（ＰＣＨ）は、ケーシング５０を有し、その内部の下側には例えば円盤状をなす加熱プレート５１が配置されている。加熱プレート５１は、例えば、アルミニウムや、窒化アルミニウムや窒化ホウ素、窒化珪素、炭化珪素等の熱伝導性に優れたセラミックスで構成されており、その表面にはプロキシミティピン５２が設けられている。このプロキシミティピン５２上に、加熱プレート５１に近接した状態でウエハＷが載置されるようになっており、加熱プレート５１の裏面には所定パターンを有する電気ヒータ５３が配置されている。
【００４０】
加熱プレート５１の適宜箇所には、複数の温度センサ８０が設けられ、これにより加熱プレート５１の温度が計測されるようになっている。例えば、この温度センサ８０からの検出信号に基づいて、各温度センサ８０の直下に備えられた電気ヒータ５３が通電され、また、後述するようにノズル７４から冷却ガスが排出されて、加熱プレート５１の温度調節を行うことができる。
【００４１】
加熱プレート５１の周囲には断熱リング５４が設けられており、この断熱リング５４は支持部材５５により支持されており、支持部材５５内は冷却室Ｃとなっている。この支持部材５５の底板５６は、例えば、パンチングメタルのように、多数の通気部が形成された孔空きのプレートから構成されている。
【００４２】
加熱プレート５１には、その中央部に３つ（２つのみ図示）の貫通孔５７が形成されており、これら貫通孔５７にはウエハＷを昇降させるための３本（２本のみ図示）の昇降ピン５８が昇降自在に設けられている。加熱プレート５１と底板５６との間には、貫通孔５７に連通する筒状のガイド部材５９が設けられている。これらガイド部材５９によって加熱プレート５１の下のヒータ配線等に妨げられることなく昇降ピン５８を移動させることが可能となる。これら昇降ピン５８は、支持板６１に支持されており、この支持板６１を介してシリンダー６２により昇降されるようになっている。
【００４３】
断熱リング５４および支持部材５５の周囲には、それらを包囲するサポートリング６３が設けられており、このサポートリング６３の上には、蓋体６４が上下動自在に設けられている。この蓋体６４がサポートリング６３の上面まで降下した状態でウエハＷの加熱処理室Ｓが形成される。また、蓋体６４の下端には、シール部材６５が設けられ、蓋体６４の下端が密閉される。さらに、蓋体６４は、外側から中心部に向かって次第に高くなるような円錐状をなし、中央の頂上部には排気管６７に接続された排気口６６を有している。
【００４４】
サポートリング６３の上端には加熱プレート５１に沿って、加熱処理室ＳにＮ２ガス、アルゴン等の不活性ガスからなる熱雰囲気の気流を発生させるパージガスを供給するための供給口７１が設けられている。供給口は加熱プレート５１の外周に沿って多数設けられていてもよく、リング状であってもよい。供給口７１には、パージガスを供給するための供給管７２が接続され、この供給管７２には、パージガスの流量を調整するための電磁弁７３が介装されている。
【００４５】
底板５６には、加熱プレート５１の裏面に空気、窒素ガス等の冷却ガスを供給するための複数のノズル７４が設けられている。これらのノズル７４には、冷却ガスを供給するための供給管７５が接続され、この供給管７５には、冷却ガスの流量を調整するための電磁弁７６が介装されている。また、支持部材５５およびサポートリング６３には、ノズル７４から噴出された冷却ガスを側方に排出するための複数の排出孔７７が形成されている。
【００４６】
以上のように構成された急冷機能を有するホットプレートユニット（ＰＣＨ）においては、以下のようにしてウエハＷの加熱処理が行われる。
まず、露光処理後のウエハＷがウエハ搬送装置４６により、ケーシング５０内に搬入されて、昇降ピン５８に受け渡され、この昇降ピン５８が降下されて、ウエハＷが加熱プレート５１のプロキシミティピン５２に載置される。次いで、蓋体６４がサポートリング６３の上面まで降下されてシール部材６５によりシールされ、ウエハＷの加熱処理室Ｓが形成される。
【００４７】
この状態で、電磁弁７３により流量が調節されたパージガスが供給口７１から加熱処理室Ｓ内に供給され、かつ排気口６６から排気管６７を介して排気されてウエハＷの外周から中央に向かうパージガスの流れが形成されるとともに、電気ヒータ５３により加熱プレート５１が加熱されて、ウエハＷが所定温度でＰＥＢ処理される。ウエハＷの加熱処理終了後には、蓋体６４が上方に移動されて、ウエハＷが昇降ピン５８により持ち上げられ、ウエハ搬送装置４６に受け渡されて、ホットプレートユニット（ＰＣＨ）から次工程のユニットに搬送される。
【００４８】
上述したホットプレートユニット（ＰＣＨ）を用いた場合に、図７（ａ）に示すように、従来の方法と同様に目標温度ηａに保持された加熱プレート上にウエハＷを載置した場合には、ウエハＷの平均温度は曲線Ａで示されるように徐々に上昇して、最終的に加熱プレートと同じ温度となる。しかしながら、その昇温過程の初期には、ウエハＷの周辺部の温度が先に上昇し、経時的に周辺部と中央部との温度差が徐々に狭まるようにして、ウエハＷ全体としての温度が上昇する。そして、ウエハＷの周辺部と中央部が、ある温度ηｂで同じ温度となり、それ以降は、ウエハＷの温度は均一な分布を保った状態で上昇する。
【００４９】
従って、ウエハＷを加熱プレート上に載置してからウエハＷが温度ηｂに達するまでには、図７（ｂ）に示すように、領域Ｐで表される部分に相当する熱量だけ、ウエハＷの周辺部がその中央部よりも、多くの熱量を受けることとなる。
【００５０】
ＣＡＲは、ある一定の温度ηｃ（反応開始温度）以下では化学反応が進行しないという特性を有することから、領域Ｐの全ての熱量がＣＡＲの反応進行度の不均一性に影響する訳ではない。つまり、図７（ｃ）に示すように、反応開始温度ηｃに到達するまでにウエハＷの周辺部に中央部よりも多く与えられた領域Ｐ１で示される部分に相当する熱量は、ＣＡＲの反応の進行に寄与せず、結果的に、反応開始温度ηｃから温度ηｂに至る間にウエハＷの周辺部に多く与えられた領域Ｐ２で示される熱量が、ウエハＷに場所によって異なる熱履歴を生じさせ、ＣＡＲの反応を場所によって不均一なものとする。
【００５１】
そこで、本実施形態では、この領域Ｐ２で示される部分の面積を低減することにより、ＣＡＲの反応の進行度を、ウエハＷ全体で均一となる状態へ近付ける。このために、図５（ａ）に示すように、例えば、反応開始温度ηｃと目標温度ηａの間の任意の温度ηｄ（所定温度）を定め、最初に加熱プレートを所定温度ηｄとした状態においてウエハＷを加熱プレート上に載置し、ウエハＷの温度を所定温度ηｄに到達せしめた後、さらに加熱プレートの温度を目標温度ηａへ上昇させる。
【００５２】
この所定温度ηｄから目標温度ηａへの昇温過程では、ウエハＷは全体が均一な温度の状態で昇温されるために、ウエハＷの周辺部と中央部とでは、ＣＡＲの反応の促進に寄与する熱量に差は生じない。また、ウエハＷの温度は所定温度ηｄに到達する前にある温度ηｅで全体的に均一となり、この温度ηｅから所定温度ηｄへの昇温過程でも、ウエハＷの周辺部と中央部とで、供給される熱量に差は生じない。従って、図５（ｂ）に示すように、ウエハＷの周辺部と中央部との間に生ずる熱量差は、最初の所定温度ηｄへの昇温過程において、ウエハＷの温度が温度ηｅに至るまでに現れる領域Ｑで示されることとなる。
【００５３】
この領域Ｑについて、図５（ｃ）を参照しながらさらに詳しく説明する。図５（ｃ）は、ウエハＷの初期温度から反応開始温度ηｃに至るまでの温度変化が、加熱プレートの加熱温度が目標温度ηａに設定してある場合と、所定温度ηｄに設定してある場合で同等として示してある。また、図５（ｃ）は、所定温度ηｄが、図７（ａ）における温度ηｂよりも高い温度であり、しかも、加熱プレートの加熱温度が所定温度ηｄとされている場合に、ウエハＷが均一な温度となる温度ηｅが温度ηｂと同等であるとして示されている。なお、図５（ｃ）中の点線で示した曲線Ｃは、加熱プレートの加熱温度が目標温度ηａに設定してある場合に、ウエハＷの周辺部が中央部よりも多く受ける熱量の変化を示している。
【００５４】
前述の通り、ウエハＷの温度が初期温度から反応開始温度ηｃに到達するまでに、ウエハＷにおいてその周辺部にその中央部よりも多く与えられる領域Ｑ１で示される部分に相当する熱量は、ＣＡＲの反応進行に寄与しない。一方、反応開始温度ηｃから温度ηｅに到達するまでの温度上昇勾配は、従来のウエハＷを初期温度から目標温度ηａへ昇温する場合の温度上昇勾配よりも緩やかなものとなるため、ウエハＷの外周部が中央部よりも多く受け取る熱量は低減する。
【００５５】
この状態は図５（ｃ）の曲線Ｂで表され、曲線Ｂで示されるように、反応開始温度ηｃを過ぎた後にウエハＷの周辺部がその中央部よりも多く受け取る熱量は大きく減少し、ウエハＷの周辺部がその中央部よりも多く受け取る熱量の差は、曲線Ｂによって形成される領域Ｑ２で示されることとなる。曲線Ｃは、前述した図７（ｃ）における領域Ｐ２に相当する熱量を与えるものであるから、図７（ｃ）と図５（ｃ）とを比較すると明らかなように、図５（ｃ）で示される本実施形態では、領域Ｐ２と領域Ｑ２との差に相当する熱量の分だけ、ウエハＷの外周部にその中心部よりも多く供給される熱量が減少する。こうして、ウエハＷ全体でみたときに、ＣＡＲの反応の進行度がウエハＷ内で平坦化されることとなる。
【００５６】
以上の説明から、本実施形態のように、加熱プレートの昇温を段階的に行った場合には、最初の設定温度である所定温度ηｄを、ＣＡＲの反応が始まる反応開始温度ηｃ以下とすることにより、ウエハＷ内に熱的不均一を生じさせることなく、ウエハＷを昇温させることも可能と考えられる。しかしながら、その場合には反応開始温度ηｃから目標温度ηａへの昇温時間が長くなること、昇温過程でウエハＷに供給される熱量が少なくなることから目標温度ηａでの保持時間を長くしなければならないこと等、生産性の低下を招くこととなる。一方、ＣＡＲの反応の均一性は、得られる回路パターンに所定の精度が確保される範囲であれば、ウエハＷ内で完全に熱的均一性を確保することは必要ではない。
【００５７】
つまり、所定温度ηｄを目標温度ηａに近付けた場合には、処理時間が長くなることの不利益は大きくならないが、ＣＡＲの反応均一性の確保が困難となり所定の回路パターンの精度が得られ難くなる。一方、所定温度ηｄをレジストの反応開始温度ηｃに近付けた場合には、処理時間は長くなるが、ＣＡＲの反応均一性の確保は容易となる。従って、要求される形状等の精度を有する回路パターンを得るために必要とされる最小限のＣＡＲの反応均一性が得られる限り、所定温度ηｄを高い温度に設定し、生産性の確保を図ることが好ましい。こうして、ウエハＷ上に溝形状等の形態の整った高精度な回路パターンを形成することが可能となり、回路パターン内短絡を防止する等、製品の信頼性の確保等も図られる。
【００５８】
さて、上述した本発明の段階的な昇温を行った場合には、図６に示すように、加熱プレートの温度を最初から目標温度ηａとした場合（曲線Ｍ）と、所定温度ηｄへ昇温した後に目標温度ηａとする場合（曲線Ｎ）の場合とでは、所定時間ｔ１に達するまでに、領域Ｖ１で示される部分に相当する熱量ほど、曲線Ｎを描く本実施形態の加熱処理方法の方が、昇温過程でウエハＷに与える熱量が少なくなる。
【００５９】
従って、この場合には、領域Ｖ１に相当する熱量分だけ、処理時間をｔ１＋αまで延長して領域Ｖ２に相当する熱量を供給することによって補充しなければならなくなる。こうして処理時間が長くなることは、生産性を低下させることとなるため、できるだけ段階的な昇温によりＣＡＲの熱的均一性を確保しつつ、処理時間を短縮することが好ましい。
【００６０】
このような観点から、図６の曲線Ｌで示すように、加熱プレートを所定温度ηｄへ昇温した後に、当初の目標温度ηａよりも若干高い処理温度ηｆへ加熱プレートおよびウエハＷを加熱し、領域Ｖ１の熱量を、領域Ｖ３で示される熱量によって補充することにより、処理時間を従来と同等とすることが可能となる。また、領域Ｖ３により与えられる熱量を、領域Ｖ１により与えられる熱量よりも多くした場合には、処理時間を従来よりも短縮することも可能であり、生産効率の向上が図られる。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態について、基板として半導体ウエハを例として説明してきたが、基板はこれに限定されるものではなく、ＬＣＤ基板やＣＤ基板を用いることもできる。また、加熱プレートについては、熱応答性に優れ、冷却機能を有するホットプレートを例としたが、従来の肉厚の厚いホットプレートについても、本発明の段階的昇温手段を用いることが可能であり、最終処理温度を従来の処理温度よりも高く設定することにより、処理時間の短縮を図ることができる。さらに、ＣＡＲの熱反応性の均一化に着目して説明をしたが、本発明は部分的な熱供給量の違い等に基づく特性のばらつきが問題となる種々の処理、例えば、半導体ウエハの現像処理後のポストベークについても好適に用いることができ、半導体ウエハの処理装置に限定されず、ＬＣＤ基板の加熱処理装置についても、有効に用いることができる。
【００６２】
【発明の効果】
上述の通り、本発明の加熱処理方法によれば、基板の加熱処理時に基板の周辺部と中央部との間に生ずる熱的不均一性を低減することができることから、特にＣＡＲ等の加熱処理に適用した場合に、熱反応の進行度が基板全体で均一なものに近付けられる。これにより、得られる回路パターンが形状等の整った高精度なものとなり、製品の信頼性の向上が図られるという顕著な効果が得られる。また、基板の最終処理温度の高温化が容易であることから、基板の加熱処理時間の短縮が図られ、生産性の向上、ひいては処理コストの低減が図られるという効果をも得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱処理方法が適用される加熱処理装置を備えたレジスト塗布・現像処理システムの一実施形態を示す平面図。
【図２】本発明の加熱処理方法が適用される加熱処理装置を備えたレジスト塗布・現像処理システムの一実施形態を示す正面図。
【図３】本発明の加熱処理方法が適用される加熱処理装置を備えたレジスト塗布・現像処理システムの一実施形態を示す背面図。
【図４】本発明の加熱処理方法が適用される加熱処理装置の一実施形態を示す断面図。
【図５】本発明の加熱処理方法を用いた場合の基板の温度変化および基板の周辺部と中央部との間に生ずる熱量差を示す説明図。
【図６】本発明の加熱処理方法と従来の加熱処理方法を用いた場合の基板に与える熱量の比較を示す説明図。
【図７】従来の加熱処理方法を用いた場合の基板の温度変化および基板の周辺部と中央部との間に生ずる熱量差を示す説明図。
【符号の説明】
５０；ケーシング
５１；加熱プレート
５２；プロキシミティピン
５３；電気ヒータ
５４；断熱リング
５５；支持部材
５６；底板
５７；貫通孔
５８；昇降ピン
５９；ガイド部材
６１；支持板
６２；シリンダー
６３；サポートリング
６４；蓋体
６７；排気管
７４；ノズル
８０；温度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、レジスト膜等の塗布膜が表面に形成された半導体ウエハ等の基板を加熱処理する際に用いられる加熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体デバイスのフォトリソグラフィー工程においては、半導体ウエハにレジストを塗布し、形成されたレジスト膜に所定の回路パターンを露光し、この露光パターンを現像処理することにより、レジスト膜に回路パターンが形成される。
【０００３】
近年の半導体デバイスの集積化の進展にはめざましいものがあり、レジスト膜への露光パターンが複雑化かつ微細化していることは周知の通りである。レジスト膜に微細な回路パターンを形成するためには、レジスト自体の高性能化も必要とされており、このような特性を満足するレジストとして、光反応性と熱反応性とを組み合わせた化学増幅型レジスト（ＣＡＲ：chemically amplified resist）が用いられるようになってきている。
【０００４】
一般的に、フォトリソグラフィー工程においては、レジスト塗布後の加熱処理（プリベーク）、露光後の加熱処理（ポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ））、現像後の加熱処理（ポストベーク）等の種々の加熱処理が行われており、このようなレジストの加熱処理は、通常、ケーシング内にヒータによって加熱される加熱プレート（ホットプレート）を配置してなるホットプレートユニットを用いて行われている。すなわち、ウエハの加熱処理は、ウエハを加熱プレートの表面に近接または載置し、所定温度で所定時間保持することによって行われる。
【０００５】
ＣＡＲの特性を発揮させるためには、これらの加熱処理のうち、特にＰＥＢの条件を厳しく管理することが必要とされる。これは、ＰＥＢにおいてレジスト膜の各部に与えられる熱量の差が、最終的な製品における回路パターン形成に極めて大きな影響を与えるためである。
【０００６】
熱処理に用いられるホットプレートとしては、従来より、厚い金属アルミニウム製のもの（アルミプレート）が多く用いられているが、これは熱応答性がよいものとは言い難く、ホットプレート自体を短時間で冷却することが困難である。従って、ホットプレートから所定の熱量をレジストやウエハに与えた後には、ＣＡＲの熱反応が進行しないように、ウエハを冷却ユニットへ搬送して冷却し、次工程処理の開始まで待機させる必要があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、ホットプレートとして、例えば、熱応答性に優れる窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス製の薄いプレートを用い、所定時間のベーク処理（熱処理）後に、ガス等によりセラミックスプレートを冷却してウエハの温度上昇を抑え、またはウエハを冷却して、ＣＡＲの過度の反応の進行を停止させる方法が提案されているが、このような熱応答性に優れたセラミックスプレートを用いてベーク処理を行う場合には、従来のアルミプレートを用いた場合と同様のベーク処理パターンを用いると、ウエハの中央部と周辺部とで、得られる回路パターンの精度に差が生じる問題が生ずる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題の検討を重ねた結果、ベーク処理においてウエハの中央部と周辺部とで与えられる熱量が異なることに起因して、ＣＡＲの反応進行の程度がウエハの中央部と周辺部で異なるものとなり、これにより、得られる回路パターンの精度が不均一となることを見出した。
【０００９】
つまり、ホットプレート上にウエハを載置してベーク処理を行う場合には、ホットプレートを構成する材質に関係なく、最初はウエハの中央部よりも周辺部でより多くの熱量が与えられるが、従来用いられていたアルミプレートは、比較的厚く、また、熱応答性が悪いことから、その後にウエハがアルミプレートの温度に達した時点以降は、周辺部よりも中央部で与えられる熱量の方が大きくなる。このため、初期にウエハの周辺部に多く与えられていた熱量とバランスする熱量がウエハの中央部に与えられるように保持時間を設定すれば、上記ベーク処理初期におけるウエハの熱的不均一を相殺して、ウエハ全体、つまりレジスト膜全体にわたって、均一な熱量を与えることが可能であった。
【００１０】
ところが、例えば、ＡｌＮプレート等のセラミックスプレートを用いた場合には、プレート厚みを薄くでき、また熱応答性も優れるために、ベーク処理の初期には、ウエハの周辺部で中央部よりも多くの熱量が与えられるという熱的不均一が生ずるが、ウエハがＡｌＮプレートの温度に達した後には、ウエハの中央部と周辺部で同等の熱量が供給されるようになる。そのためにウエハの中央部には、初期の熱的不均一を相殺するための熱量が供給されず、初期の熱的不均一が解消されない。こうして生ずる熱的不均一が、ＣＡＲの反応進行度に大きく影響し、形成される回路パターンに精度の不均一が生ずることが明らかとなった。
【００１１】
本発明は上述した課題を解決するものであり、ウエハ等の基板に生ずる熱的不均一を極小化させて、形成される回路パターンの精度を均一化し、ひいては製品の品質を向上させる加熱処理方法を提供することを目的とする。
【００１２】
すなわち、本発明によれば、基板に化学増幅型レジストを塗布して露光した後に前記基板を加熱する加熱処理方法であって、化学増幅型レジストの反応が始まる反応開始温度以下の所定の温度に設定された加熱媒体に前記基板を近接または載置して前記基板を加熱する工程と、この後、前記加熱媒体を目標温度に昇温して、前記基板を前記目標温度に到達させることを特徴とする加熱処理方法、が提供される。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、基板に化学増幅型レジストを塗布して露光した後に前記基板を加熱して、前記基板に所定の回路パターンを形成するための加熱処理方法であって、化学増幅型レジストの反応が始まる反応開始温度と目標温度との間の温度で、かつ前記回路パターンが要求される精度を得られる限り高い所定の温度に設定された加熱媒体に前記基板を近接または載置して前記基板を加熱する工程と、この後、前記加熱媒体を目標温度に昇温して、前記基板を前記目標温度に到達させることを特徴とする加熱処理方法、が提供される。
【００１４】
このような、加熱媒体の温度を段階的に上昇させる本発明の加熱処理方法によれば、加熱初期に基板に生ずる熱的不均一の程度が低減されることから、ＣＡＲのように熱反応を必要とするレジストの反応を均一ならしめて、基板全体に均一な回路パターンを形成することが可能となる。
【００１５】
また、本発明の加熱処理方法においては、所定温度に到達した後の昇温過程では、基板に供給される熱量は基板全体で均一となることから、最終到達温度を目標温度よりも高い温度として、熱処理時間を短縮することも可能となる。
【００１６】
なお、本発明の加熱処理方法は、従来の加熱媒体として従来の熱応答性があまり良好ではないホットプレート、例えば、肉厚の厚いアルミプレートを用いた場合にも適用することができ、この場合にも最終処理温度を従来の目標温度よりも高くすることにより、処理時間の短縮を図ることも可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は、特に、半導体ウエハ（ウエハ）にレジストを塗布、露光した後にウエハを加熱するＰＥＢ工程に好適に採用されることを踏まえ、先ず、本発明が好適に用いられる加熱処理装置および加熱処理装置を備えたレジスト塗布・現像処理システムについて概説することとする。
【００１８】
図１は、レジスト塗布・現像処理システムを示す概略平面図、図２はその正面図、図３はその背面図である。このレジスト塗布・現像処理システム１は、搬送ステーションであるカセットステーション１０と、複数の処理ユニットを有する処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接して設けられる露光装置（図示せず。）との間でウエハＷを受け渡すためのインターフェイス部１２と、を具備している。
【００１９】
カセットステーション１０は、被処理体としてのウエハＷを複数枚、例えば２５枚単位でウエハカセットＣＲに搭載された状態で、他のシステムから本レジスト塗布・現像処理システム１へ搬入し、または本レジスト塗布・現像処理システム１から他のシステムへ搬出する等、ウエハカセットＣＲと処理ステーション１１との間でウエハＷの搬送を行うためのものである。
【００２０】
カセットステーション１０においては、図１に示すように、カセット載置台２０上に図中Ｘ方向に沿って複数（図では４個）の位置決め突起２０ａが形成されており、この突起２０ａの位置にウエハカセットＣＲがそれぞれのウエハ出入口を処理ステーション１１側に向けて一列に載置可能となっている。ウエハカセットＣＲにおいてはウエハＷが垂直方向（Ｚ方向）に配列されている。また、カセットステーション１０は、ウエハカセット載置台２０と処理ステーション１１との間に位置するウエハ搬送機構２１を有している。
【００２１】
ウエハ搬送機構２１は、カセット配列方向（Ｘ方向）およびその中のウエハＷの配列方向（Ｚ方向）に移動可能なウエハ搬送用アーム２１ａを有しており、このウエハ搬送用アーム２１ａにより、いずれかのウエハカセットＣＲに対して選択的にアクセス可能となっている。また、ウエハ搬送用アーム２１ａは、図１中に示されるθ方向に回転可能に構成されており、後述する処理ステーション１１側の第３の処理部Ｇ３に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）およびエクステンションユニット（ＥＸＴ）にもアクセスできるようになっている。
【００２２】
一方、処理ステーション１１は、ウエハＷへ対して塗布・現象を行う際の一連の工程を実施するための複数の処理ユニットを備え、これらが所定位置に多段に配置されており、これらによりウエハＷが１枚ずつ処理される。この処理ステーション１１は、図１に示すように、中心部に搬送路２２ａを有しており、この中に主ウエハ搬送機構２２が設けられ、ウエハ搬送路２２ａの周りに全ての処理ユニットが配置された構成となっている。これら複数の処理ユニットは、複数の処理部に分かれており、各処理部は複数の処理ユニットが垂直方向（Ｚ方向）に沿って多段に配置されている。
【００２３】
主ウエハ搬送機構２２は、図３に示すように、筒状支持体４９の内側に、ウエハ搬送装置４６を上下方向（Ｚ方向）に昇降自在に装備している。筒状支持体４９はモータ（図示せず。）の回転駆動力によって回転可能となっており、それに伴ってウエハ搬送装置４６も一体的に回転可能となっている。ウエハ搬送装置４６は、搬送基台４７の前後方向に移動自在な複数本の保持部材４８を備え、これらの保持部材４８によって各処理ユニット間でのウエハＷの受け渡しを実現している。
【００２４】
また、図１に示すように、この実施の形態においては、４個の処理部Ｇ１・Ｇ２・Ｇ３・Ｇ４がウエハ搬送路２２ａの周囲に実際に配置されており、第５の処理部Ｇ５は必要に応じて配置可能となっている。これらのうち、第１および第２の処理部Ｇ１・Ｇ２はレジスト塗布・現像処理システム１正面（図１において手前）側に並列に配置され、第３の処理部Ｇ３はカセットステーション１０に隣接して配置され、第４の処理部Ｇ４はインターフェイス部１２に隣接して配置されている。また、第５の処理部Ｇ５は背面部に配置可能となっている。
【００２５】
第１の処理部Ｇ１では、コータカップ（ＣＰ）内でウエハＷをスピンチャック（図示せず。）に乗せて所定の処理を行う２台のスピナ型処理ユニットであるレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）およびレジストのパターンを現像する現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。第２の処理部Ｇ２も同様に、２台のスピナ型処理ユニットとしてレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）および現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。
【００２６】
第３の処理部Ｇ３においては、図３に示すように、ウエハＷを載置台ＳＰに載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、冷却処理を行うクーリングユニット（ＣＯＬ）、レジストの定着性を高めるためのいわゆる疎水化処理を行うアドヒージョンユニット（ＡＤ）、位置合わせを行うアライメントユニット（ＡＬＩＭ）、ウエハＷの搬入出を行うエクステンションユニット（ＥＸＴ）、露光処理前や露光処理後、さらには現像処理後にウエハＷに対して加熱処理を行う４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。なお、アライメントユニット（ＡＬＩＭ）の代わりにクーリングユニット（ＣＯＬ）を設け、クーリングユニット（ＣＯＬ）にアライメント機能を持たせてもよい。
【００２７】
第４の処理部Ｇ４も、オーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、クーリングユニット（ＣＯＬ）、クーリングプレートを備えたウエハ搬入出部であるエクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、エクステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングユニット（ＣＯＬ）、２つの急冷機能を有するホットプレートユニット（ＰＣＨ）および２つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。
【００２８】
主ウエハ搬送機構２２の背部側に第５の処理部Ｇ５を設ける場合には、第５の処理部Ｇ５は、案内レール２５に沿って主ウエハ搬送機構２２から見て側方へ移動できるようになっている。従って、第５の処理部Ｇ５を設けた場合でも、これを案内レール２５に沿ってスライドすることにより空間部が確保されるので、主ウエハ搬送機構２２に対して背後からメンテナンス作業を容易に行うことができる。
【００２９】
インターフェイス部１２は、奥行方向（Ｘ方向）については、処理ステーション１１と同じ長さを有している。図１、図２に示すように、このインターフェイス部１２の正面部には、可搬性のピックアップカセットＣＲと定置型のバッファカセットＢＲが２段に配置され、背面部には周辺露光装置２３が配設され、中央部にはウエハ搬送機構２４が配設されている。このウエハ搬送機構２４はウエハ搬送用アーム２４ａを有しており、このウエハ搬送用アーム２４ａは、Ｘ方向、Ｚ方向に移動して両カセットＣＲ・ＢＲおよび周辺露光装置２３にアクセス可能となっている。
【００３０】
なお、ウエハ搬送用アーム２４ａは、θ方向に回転可能であり、処理ステーション１１の第４の処理部Ｇ４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）や、更には隣接する露光装置側のウエハ受け渡し台（図示せず）にもアクセス可能となっている。
【００３１】
上述したレジスト塗布・現像処理システム１においては、先ず、カセットステーション１０において、ウエハ搬送機構２１のウエハ搬送用アーム２１ａがカセット載置台２０上の未処理のウエハＷを収容しているウエハカセットＣＲにアクセスして１枚のウエハＷを取り出し、第３の処理部Ｇ３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送する。
【００３２】
ウエハＷは、エクステンションユニット（ＥＸＴ）から、主ウエハ搬送機構２２のウエハ搬送装置４６により、処理ステーション１１に搬入される。そして、第３の処理部Ｇ３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）によりアライメントされた後、アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）に搬送され、そこでレジストの定着性を高めるための疎水化処理（ＨＭＤＳ処理）が施される。この処理は加熱を伴うため、その後ウエハＷは、ウエハ搬送装置４６によりクーリングユニット（ＣＯＬ）に搬送されて冷却される。
【００３３】
アドヒージョン処理が終了し、クーリングユニット（ＣＯＬ）で冷却さたウエハＷは、引き続き、ウエハ搬送装置４６によりレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）に搬送され、そこでレジストが塗布され、塗布膜が形成される。塗布処理終了後、ウエハＷは、第３または第４の処理部Ｇ３・Ｇ４のいずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）内でプリベーク処理され、その後いずれかのクーリングユニット（ＣＯＬ）にて冷却される。
【００３４】
冷却されたウエハＷは、第３の処理部Ｇ３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）に搬送され、そこでアライメントされた後、第４の処理部Ｇ４のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してインターフェイス部１２に搬送される。
【００３５】
インターフェイス部１２では、周辺露光装置２３により周辺露光されて余分なレジストが除去された後、インターフェイス部１２に隣接して設けられた露光装置（図示せず）により所定のパターンに従ってウエハＷのレジスト膜に露光処理が施される。
【００３６】
露光後のウエハＷは、再びインターフェイス部１２に戻され、ウエハ搬送機構２４により、第４の処理部Ｇ４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送される。そして、ウエハＷは、ウエハ搬送装置４６により、後述する急冷機能のを有するホットプレート（ＰＣＨ）に搬送されて、ポストエクスポージャーベーク処理が施される。
【００３７】
その後、ウエハＷは現像ユニット（ＤＥＶ）に搬送され、そこで露光パターンの現像が行われる。現像終了後、ウエハＷはいずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）に搬送されてポストベーク処理が施され、次いで、クーリングユニット（ＣＯＬ）により冷却される。このような一連の処理が終了した後、第３の処理部Ｇ３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してカセットステーション１０に戻され、いずれかのウエハカセットＣＲに収容される。
【００３８】
次に、本発明の加熱処理方法が好適に用いられる急冷機能を備えた加熱処理装置の一実施形態であるホットプレートユニット（ＰＣＨ）について、図４の断面図を参照しながら説明する。
【００３９】
ホットプレートユニット（ＰＣＨ）は、ケーシング５０を有し、その内部の下側には例えば円盤状をなす加熱プレート５１が配置されている。加熱プレート５１は、例えば、アルミニウムや、窒化アルミニウムや窒化ホウ素、窒化珪素、炭化珪素等の熱伝導性に優れたセラミックスで構成されており、その表面にはプロキシミティピン５２が設けられている。このプロキシミティピン５２上に、加熱プレート５１に近接した状態でウエハＷが載置されるようになっており、加熱プレート５１の裏面には所定パターンを有する電気ヒータ５３が配置されている。
【００４０】
加熱プレート５１の適宜箇所には、複数の温度センサ８０が設けられ、これにより加熱プレート５１の温度が計測されるようになっている。例えば、この温度センサ８０からの検出信号に基づいて、各温度センサ８０の直下に備えられた電気ヒータ５３が通電され、また、後述するようにノズル７４から冷却ガスが排出されて、加熱プレート５１の温度調節を行うことができる。
【００４１】
加熱プレート５１の周囲には断熱リング５４が設けられており、この断熱リング５４は支持部材５５により支持されており、支持部材５５内は冷却室Ｃとなっている。この支持部材５５の底板５６は、例えば、パンチングメタルのように、多数の通気部が形成された孔空きのプレートから構成されている。
【００４２】
加熱プレート５１には、その中央部に３つ（２つのみ図示）の貫通孔５７が形成されており、これら貫通孔５７にはウエハＷを昇降させるための３本（２本のみ図示）の昇降ピン５８が昇降自在に設けられている。加熱プレート５１と底板５６との間には、貫通孔５７に連通する筒状のガイド部材５９が設けられている。これらガイド部材５９によって加熱プレート５１の下のヒータ配線等に妨げられることなく昇降ピン５８を移動させることが可能となる。これら昇降ピン５８は、支持板６１に支持されており、この支持板６１を介してシリンダー６２により昇降されるようになっている。
【００４３】
断熱リング５４および支持部材５５の周囲には、それらを包囲するサポートリング６３が設けられており、このサポートリング６３の上には、蓋体６４が上下動自在に設けられている。この蓋体６４がサポートリング６３の上面まで降下した状態でウエハＷの加熱処理室Ｓが形成される。また、蓋体６４の下端には、シール部材６５が設けられ、蓋体６４の下端が密閉される。さらに、蓋体６４は、外側から中心部に向かって次第に高くなるような円錐状をなし、中央の頂上部には排気管６７に接続された排気口６６を有している。
【００４４】
サポートリング６３の上端には加熱プレート５１に沿って、加熱処理室ＳにＮ２ガス、アルゴン等の不活性ガスからなる熱雰囲気の気流を発生させるパージガスを供給するための供給口７１が設けられている。供給口は加熱プレート５１の外周に沿って多数設けられていてもよく、リング状であってもよい。供給口７１には、パージガスを供給するための供給管７２が接続され、この供給管７２には、パージガスの流量を調整するための電磁弁７３が介装されている。
【００４５】
底板５６には、加熱プレート５１の裏面に空気、窒素ガス等の冷却ガスを供給するための複数のノズル７４が設けられている。これらのノズル７４には、冷却ガスを供給するための供給管７５が接続され、この供給管７５には、冷却ガスの流量を調整するための電磁弁７６が介装されている。また、支持部材５５およびサポートリング６３には、ノズル７４から噴出された冷却ガスを側方に排出するための複数の排出孔７７が形成されている。
【００４６】
以上のように構成された急冷機能を有するホットプレートユニット（ＰＣＨ）においては、以下のようにしてウエハＷの加熱処理が行われる。
まず、露光処理後のウエハＷがウエハ搬送装置４６により、ケーシング５０内に搬入されて、昇降ピン５８に受け渡され、この昇降ピン５８が降下されて、ウエハＷが加熱プレート５１のプロキシミティピン５２に載置される。次いで、蓋体６４がサポートリング６３の上面まで降下されてシール部材６５によりシールされ、ウエハＷの加熱処理室Ｓが形成される。
【００４７】
この状態で、電磁弁７３により流量が調節されたパージガスが供給口７１から加熱処理室Ｓ内に供給され、かつ排気口６６から排気管６７を介して排気されてウエハＷの外周から中央に向かうパージガスの流れが形成されるとともに、電気ヒータ５３により加熱プレート５１が加熱されて、ウエハＷが所定温度でＰＥＢ処理される。ウエハＷの加熱処理終了後には、蓋体６４が上方に移動されて、ウエハＷが昇降ピン５８により持ち上げられ、ウエハ搬送装置４６に受け渡されて、ホットプレートユニット（ＰＣＨ）から次工程のユニットに搬送される。
【００４８】
上述したホットプレートユニット（ＰＣＨ）を用いた場合に、図７（ａ）に示すように、従来の方法と同様に目標温度ηａに保持された加熱プレート上にウエハＷを載置した場合には、ウエハＷの平均温度は曲線Ａで示されるように徐々に上昇して、最終的に加熱プレートと同じ温度となる。しかしながら、その昇温過程の初期には、ウエハＷの周辺部の温度が先に上昇し、経時的に周辺部と中央部との温度差が徐々に狭まるようにして、ウエハＷ全体としての温度が上昇する。そして、ウエハＷの周辺部と中央部が、ある温度ηｂで同じ温度となり、それ以降は、ウエハＷの温度は均一な分布を保った状態で上昇する。
【００４９】
従って、ウエハＷを加熱プレート上に載置してからウエハＷが温度ηｂに達するまでには、図７（ｂ）に示すように、領域Ｐで表される部分に相当する熱量だけ、ウエハＷの周辺部がその中央部よりも、多くの熱量を受けることとなる。
【００５０】
ＣＡＲは、ある一定の温度ηｃ（反応開始温度）以下では化学反応が進行しないという特性を有することから、領域Ｐの全ての熱量がＣＡＲの反応進行度の不均一性に影響する訳ではない。つまり、図７（ｃ）に示すように、反応開始温度ηｃに到達するまでにウエハＷの周辺部に中央部よりも多く与えられた領域Ｐ１で示される部分に相当する熱量は、ＣＡＲの反応の進行に寄与せず、結果的に、反応開始温度ηｃから温度ηｂに至る間にウエハＷの周辺部に多く与えられた領域Ｐ２で示される熱量が、ウエハＷに場所によって異なる熱履歴を生じさせ、ＣＡＲの反応を場所によって不均一なものとする。
【００５１】
そこで、本実施形態では、この領域Ｐ２で示される部分の面積を低減することにより、ＣＡＲの反応の進行度を、ウエハＷ全体で均一となる状態へ近付ける。このために、図５（ａ）に示すように、例えば、反応開始温度ηｃと目標温度ηａの間の任意の温度ηｄ（所定温度）を定め、最初に加熱プレートを所定温度ηｄとした状態においてウエハＷを加熱プレート上に載置し、ウエハＷの温度を所定温度ηｄに到達せしめた後、さらに加熱プレートの温度を目標温度ηａへ上昇させる。
【００５２】
この所定温度ηｄから目標温度ηａへの昇温過程では、ウエハＷは全体が均一な温度の状態で昇温されるために、ウエハＷの周辺部と中央部とでは、ＣＡＲの反応の促進に寄与する熱量に差は生じない。また、ウエハＷの温度は所定温度ηｄに到達する前にある温度ηｅで全体的に均一となり、この温度ηｅから所定温度ηｄへの昇温過程でも、ウエハＷの周辺部と中央部とで、供給される熱量に差は生じない。従って、図５（ｂ）に示すように、ウエハＷの周辺部と中央部との間に生ずる熱量差は、最初の所定温度ηｄへの昇温過程において、ウエハＷの温度が温度ηｅに至るまでに現れる領域Ｑで示されることとなる。
【００５３】
この領域Ｑについて、図５（ｃ）を参照しながらさらに詳しく説明する。図５（ｃ）は、ウエハＷの初期温度から反応開始温度ηｃに至るまでの温度変化が、加熱プレートの加熱温度が目標温度ηａに設定してある場合と、所定温度ηｄに設定してある場合で同等として示してある。また、図５（ｃ）は、所定温度ηｄが、図７（ａ）における温度ηｂよりも高い温度であり、しかも、加熱プレートの加熱温度が所定温度ηｄとされている場合に、ウエハＷが均一な温度となる温度ηｅが温度ηｂと同等であるとして示されている。なお、図５（ｃ）中の点線で示した曲線Ｃは、加熱プレートの加熱温度が目標温度ηａに設定してある場合に、ウエハＷの周辺部が中央部よりも多く受ける熱量の変化を示している。
【００５４】
前述の通り、ウエハＷの温度が初期温度から反応開始温度ηｃに到達するまでに、ウエハＷにおいてその周辺部にその中央部よりも多く与えられる領域Ｑ１で示される部分に相当する熱量は、ＣＡＲの反応進行に寄与しない。一方、反応開始温度ηｃから温度ηｅに到達するまでの温度上昇勾配は、従来のウエハＷを初期温度から目標温度ηａへ昇温する場合の温度上昇勾配よりも緩やかなものとなるため、ウエハＷの外周部が中央部よりも多く受け取る熱量は低減する。
【００５５】
この状態は図５（ｃ）の曲線Ｂで表され、曲線Ｂで示されるように、反応開始温度ηｃを過ぎた後にウエハＷの周辺部がその中央部よりも多く受け取る熱量は大きく減少し、ウエハＷの周辺部がその中央部よりも多く受け取る熱量の差は、曲線Ｂによって形成される領域Ｑ２で示されることとなる。曲線Ｃは、前述した図７（ｃ）における領域Ｐ２に相当する熱量を与えるものであるから、図７（ｃ）と図５（ｃ）とを比較すると明らかなように、図５（ｃ）で示される本実施形態では、領域Ｐ２と領域Ｑ２との差に相当する熱量の分だけ、ウエハＷの外周部にその中心部よりも多く供給される熱量が減少する。こうして、ウエハＷ全体でみたときに、ＣＡＲの反応の進行度がウエハＷ内で平坦化されることとなる。
【００５６】
以上の説明から、本実施形態のように、加熱プレートの昇温を段階的に行った場合には、最初の設定温度である所定温度ηｄを、ＣＡＲの反応が始まる反応開始温度ηｃ以下とすることにより、ウエハＷ内に熱的不均一を生じさせることなく、ウエハＷを昇温させることも可能と考えられる。しかしながら、その場合には反応開始温度ηｃから目標温度ηａへの昇温時間が長くなること、昇温過程でウエハＷに供給される熱量が少なくなることから目標温度ηａでの保持時間を長くしなければならないこと等、生産性の低下を招くこととなる。一方、ＣＡＲの反応の均一性は、得られる回路パターンに所定の精度が確保される範囲であれば、ウエハＷ内で完全に熱的均一性を確保することは必要ではない。
【００５７】
つまり、所定温度ηｄを目標温度ηａに近付けた場合には、処理時間が長くなることの不利益は大きくならないが、ＣＡＲの反応均一性の確保が困難となり所定の回路パターンの精度が得られ難くなる。一方、所定温度ηｄをレジストの反応開始温度ηｃに近付けた場合には、処理時間は長くなるが、ＣＡＲの反応均一性の確保は容易となる。従って、要求される形状等の精度を有する回路パターンを得るために必要とされる最小限のＣＡＲの反応均一性が得られる限り、所定温度ηｄを高い温度に設定し、生産性の確保を図ることが好ましい。こうして、ウエハＷ上に溝形状等の形態の整った高精度な回路パターンを形成することが可能となり、回路パターン内短絡を防止する等、製品の信頼性の確保等も図られる。
【００５８】
さて、上述した本発明の段階的な昇温を行った場合には、図６に示すように、加熱プレートの温度を最初から目標温度ηａとした場合（曲線Ｍ）と、所定温度ηｄへ昇温した後に目標温度ηａとする場合（曲線Ｎ）の場合とでは、所定時間ｔ１に達するまでに、領域Ｖ１で示される部分に相当する熱量ほど、曲線Ｎを描く本実施形態の加熱処理方法の方が、昇温過程でウエハＷに与える熱量が少なくなる。
【００５９】
従って、この場合には、領域Ｖ１に相当する熱量分だけ、処理時間をｔ１＋αまで延長して領域Ｖ２に相当する熱量を供給することによって補充しなければならなくなる。こうして処理時間が長くなることは、生産性を低下させることとなるため、できるだけ段階的な昇温によりＣＡＲの熱的均一性を確保しつつ、処理時間を短縮することが好ましい。
【００６０】
このような観点から、図６の曲線Ｌで示すように、加熱プレートを所定温度ηｄへ昇温した後に、当初の目標温度ηａよりも若干高い処理温度ηｆへ加熱プレートおよびウエハＷを加熱し、領域Ｖ１の熱量を、領域Ｖ３で示される熱量によって補充することにより、処理時間を従来と同等とすることが可能となる。また、領域Ｖ３により与えられる熱量を、領域Ｖ１により与えられる熱量よりも多くした場合には、処理時間を従来よりも短縮することも可能であり、生産効率の向上が図られる。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態について、基板として半導体ウエハを例として説明してきたが、基板はこれに限定されるものではなく、ＬＣＤ基板やＣＤ基板を用いることもできる。また、加熱プレートについては、熱応答性に優れ、冷却機能を有するホットプレートを例としたが、従来の肉厚の厚いホットプレートについても、本発明の段階的昇温手段を用いることが可能であり、最終処理温度を従来の処理温度よりも高く設定することにより、処理時間の短縮を図ることができる。さらに、ＣＡＲの熱反応性の均一化に着目して説明をしたが、本発明は部分的な熱供給量の違い等に基づく特性のばらつきが問題となる種々の処理、例えば、半導体ウエハの現像処理後のポストベークについても好適に用いることができ、半導体ウエハの処理装置に限定されず、ＬＣＤ基板の加熱処理装置についても、有効に用いることができる。
【００６２】
【発明の効果】
上述の通り、本発明の加熱処理方法によれば、基板の加熱処理時に基板の周辺部と中央部との間に生ずる熱的不均一性を低減することができることから、特にＣＡＲ等の加熱処理に適用した場合に、熱反応の進行度が基板全体で均一なものに近付けられる。これにより、得られる回路パターンが形状等の整った高精度なものとなり、製品の信頼性の向上が図られるという顕著な効果が得られる。また、基板の最終処理温度の高温化が容易であることから、基板の加熱処理時間の短縮が図られ、生産性の向上、ひいては処理コストの低減が図られるという効果をも得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱処理方法が適用される加熱処理装置を備えたレジスト塗布・現像処理システムの一実施形態を示す平面図。
【図２】本発明の加熱処理方法が適用される加熱処理装置を備えたレジスト塗布・現像処理システムの一実施形態を示す正面図。
【図３】本発明の加熱処理方法が適用される加熱処理装置を備えたレジスト塗布・現像処理システムの一実施形態を示す背面図。
【図４】本発明の加熱処理方法が適用される加熱処理装置の一実施形態を示す断面図。
【図５】本発明の加熱処理方法を用いた場合の基板の温度変化および基板の周辺部と中央部との間に生ずる熱量差を示す説明図。
【図６】本発明の加熱処理方法と従来の加熱処理方法を用いた場合の基板に与える熱量の比較を示す説明図。
【図７】従来の加熱処理方法を用いた場合の基板の温度変化および基板の周辺部と中央部との間に生ずる熱量差を示す説明図。
【符号の説明】
５０；ケーシング
５１；加熱プレート
５２；プロキシミティピン
５３；電気ヒータ
５４；断熱リング
５５；支持部材
５６；底板
５７；貫通孔
５８；昇降ピン
５９；ガイド部材
６１；支持板
６２；シリンダー
６３；サポートリング
６４；蓋体
６７；排気管
７４；ノズル
８０；温度センサ
Claims (3)
- 基板に化学増幅型レジストを塗布して露光した後に前記基板を加熱する加熱処理方法であって、
化学増幅型レジストの反応が始まる反応開始温度以下の所定の温度に設定された加熱媒体に前記基板を近接または載置して前記基板を加熱する工程と、
この後、前記加熱媒体を目標温度に昇温して、前記基板を前記目標温度に到達させることを特徴とする加熱処理方法。 - 基板に化学増幅型レジストを塗布して露光した後に前記基板を加熱して、前記基板に所定の回路パターンを形成するための加熱処理方法であって、
化学増幅型レジストの反応が始まる反応開始温度と目標温度との間の温度で、かつ前記回路パターンが要求される精度を得られる限り高い所定の温度に設定された加熱媒体に前記基板を近接または載置して前記基板を加熱する工程と、
この後、前記加熱媒体を目標温度に昇温して、前記基板を前記目標温度に到達させることを特徴とする加熱処理方法。 - 前記加熱媒体として、セラミックスからなる板状体を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱処理方法。
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