JP3910791B2 - 基板の熱処理方法及び基板の熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，基板の熱処理方法及び熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造におけるフォトリソグラフィー工程においては，半導体ウエハ（以下，「ウエハ」）の表面にレジスト液を塗布して塗布膜を形成した後に，前記塗布膜内の溶剤を蒸発させる加熱処理（プリベーキング）や，パターンの露光を行った後に，前記塗布膜の化学反応を促進させるための加熱処理（ポストエクスポージャーベーキング），各加熱処理後の冷却処理等の種々の熱処理が行われている。
【０００３】
例えば，上述のポストエクスポージャーベーキング処理では，露光によって塗布膜内に発生した触媒としての酸を活性化させるため，当該酸の活性化する反応温度，例えば８０℃を越えるように，ウェハを１２０℃〜１６０℃程度の温度に一気に昇温し，その温度で所定時間ウェハを加熱するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，発明者等による実験によって，ウェハを昇温させた場合，図９に示すようにその初期段階においてウェハ面内の温度がばらつき，ウェハ面内において均一に昇温されないことが分かった。
【０００５】
したがって，上述したようにウェハを一気に昇温させた場合には，ウェハ面内の温度がばらついている間に反応温度を超えてしまうので，ウェハ面内の各部分において，反応温度に達するタイミングがずれて，反応が開始される時期が異なってしまう。その結果，反応が起こっている時間がウェハ面内において異なってしまい，最終的には，ウェハ上に形成されるパターンの線幅がばらつき，歩留まりの低下に繋がる。
【０００６】
本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，ウェハ等の基板が昇温され，反応温度を越える際に，基板面内の温度が均一になるように基板を昇温する基板の熱処理方法と当該熱処理方法を実施する熱処理装置を提供することをその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば，基板上に所定の塗布液を供給し，塗布膜を形成する工程と，当該基板を所定の高温度で加熱する工程とを有する基板の熱処理方法であって，前記基板の加熱工程の前に，所定の低温度から前記塗布膜の反応する所定の反応温度よりも低い所定の中間温度まで前記基板を昇温する第１の工程と，前記所定の中間温度に当該基板を所定時間維持する第２の工程と，その後，前記所定の反応温度よりも高い前記所定の高温度まで当該基板を昇温する第３の工程とを有し，前記基板の加熱工程後に，当該基板を降温する工程を有し，前記基板を降温する工程は，前記基板を前記所定の中間温度まで降温する第４の工程と，当該基板を前記所定の中間温度から所定の温度に降温する第５の工程とを有することを特徴とする基板の熱処理方法が提供される。なお，前記反応温度とは，基板を昇温することによって，塗布膜内で化学的な反応が開始される温度をいう。
【０００８】
このように，基板を昇温する際に，一旦前記反応温度よりも低い中間温度に基板を昇温し，当該中間温度を所定時間維持し，その後に前記反応温度を越える高温度に基板を昇温することによって，基板が反応温度に達するときに，基板面内の温度を均一にすることができる。それによって，基板面内の各部分の温度が同時期に反応温度に達するため，その反応の開始されるタイミングが基板面内において均一になり，基板面内の塗布膜の化学反応が均一に行われる。
【０００９】
また，前記加熱工程後の当該基板を降温することによって，基板上の塗布膜の反応を停止させ，塗布膜の反応期間を好適に制御することができる。
【００１０】
また，基板を降温する場合においても，基板を昇温した場合と同様に，その初期段階において基板面内での温度のばらつきが生じる。そのため，本発明のように基板を段階的に降温させることによって，基板面内の温度のばらつきを抑制しながら基板を降温させることができる。したがって，基板の熱履歴を基板面内においてより均一にすることができるため，基板面内において均一な熱処理が行われる。
【００１２】
さらに，本発明のように，基板を降温する際に，２段階に分けて降温することによって，前記中間温度で一旦基板面内の温度を均すことができる。そのため，降温時の基板面内のばらつきが抑制され，基板の熱履歴を基板面内において均一にすることができる。また，基板の昇温時における前記中間温度と同じ温度に一旦降温するため，例えば，昇温時に使用された熱板等の昇温手段をそのままの状態で利用することができるので，降温手段の温度を変更する必要がない。
【００１３】
なお，前記第１の工程，前記第２の工程及び前記第３の工程は，同じ処理装置内で行われ，前記第１の工程と前記第２の工程は，基板を載置して加熱する第１の熱板上で行われ，前記第３の工程は，基板を載置して加熱する第２の熱板上で行われてもよい。
【００１４】
このように，基板を前記所定の高温度に昇温する工程を同じ処理装置内で行うことにより，前記第１〜３の各工程を迅速に行うことができる。また，第１，第２の工程と第３の工程を異なった熱板で分業して行うことによって，熱板の温度を熱処理の途中で変更する必要が無くなり，その分熱処理を迅速化することができる。
【００１５】
また，前記第１の工程，前記第２の工程，前記第３の工程及び前記基板を降温する工程は，同じ処理装置内で行われ，前記第１の工程と前記第２の工程は，基板を載置して加熱する第１の熱板上で行われ，前記第３の工程は，基板を載置して加熱する第２の熱板上で行われ，前記基板を降温する工程は，基板を載置して降温する降温板上で行われてもよい。
【００１６】
このように，加熱後の基板の降温工程も同じ処理装置内で行うことにより，他の処理装置に搬送して行う場合に比べて，搬送時間が短縮できる。また，降温専用の降温板を備え，そこで降温工程を行うことによって，降温工程を好適に実施することができる。
【００１７】
本発明において，前記第１の工程，前記第２の工程，第３の工程，前記第４の工程及び前記第５の工程は，同じ処理装置内で行われ，前記第１の工程と前記第２の工程は，基板を載置して加熱する第１の熱板上で行われ，前記第３の工程は，基板を載置して加熱する第２の熱板上で行われ，前記第４の工程は，前記第１の熱板上で行われ，前記第５の工程は，基板を載置して降温する降温板上で行われるようにしてもよい。このように，前記第１〜第５の各工程を同じ処理装置内で行うことにより，搬送時間等が短縮され，前記第１の工程〜前記第５の工程の作業効率を向上させることができる。また，前記加熱工程の終了した基板を前記中間温度まで一旦降温させる第４の工程を，前記第１及び第２の工程と同じ第１の熱板上で行うことによって，第４の工程を行うための降温手段，例えば降温板を別途設ける必要が無いため，装置の複雑化，大型化を防止することができる。
【００１８】
別の観点による本発明によれば，所定の塗布膜が形成された基板の熱処理を行う熱処理装置であって，前記基板を載置し前記所定の塗布膜の反応温度よりも低い第１の所定温度で加熱する第１の熱板と，前記基板を載置し前記反応温度よりも高い第２の所定温度で加熱する第２の熱板と，前記基板を載置し降温する降温板とを有し，前記第２の熱板上で前記第２の所定温度で加熱した基板を降温するときに，前記基板を前記第１の熱板上で前記第１の所定温度まで降温し，その後前記降温板上でさらに降温していることを特徴とする基板の熱処理装置が提供される。
【００１９】
このように，第１の熱板と第２の熱板と降温板を備えることによって，上述した請求項１〜７の基板の熱処理方法を実施することができる。したがって，基板の塗布膜の温度が反応温度に達する前に，基板面内の温度を均一化させ，その後に基板の塗布膜を反応温度にすることができるため，基板面内の塗布膜の化学反応が同時に開始され，基板の均一な熱処理を行うことができる。
【００２０】
かかる発明において，前記第１の熱板と前記第２の熱板間及び第２の熱板と前記降温板間の基板の搬送を行う搬送手段を有するようにしてもよい。請求項９によれば，第１の熱板で一次的な昇温が行われた基板を第２の熱板上に搬送し，その第２の熱板で二次的な昇温と加熱が行われた基板を降温板上に搬送することができる。したがって，基板を昇温させ，加熱し，降温させるという一連の熱処理を好適に行うことができる。
【００２１】
一方，少なくとも前記第１の熱板と前記第２の熱板間及び前記第１の熱板と前記降温板間の基板の搬送を行う搬送手段を有するようにしてもよい。この発明によれば，第１の熱板で一次的な昇温が行われた基板を第２の熱板に搬送し，第２の熱板で二次的な昇温と本格的な加熱が行われた基板を再び第１の熱板上に搬送し，そこで第１の所定温度に降温された基板をさらに降温板に搬送することができるので，上述した熱処理方法を好適に実施することができる。
【００２２】
上述した各熱処理装置において，前記第１の熱板と前記第２の熱板とを，同じ一の処理室内に設け，前記降温板は，他の処理室に設けて，前記一の処理室と前記他の処理室との間に熱雰囲気を遮断する仕切板を設けるようにしてもよい。このように，第１の熱板と第２の熱板を有する一の処理室と降温板を有する他の処理室とを仕切板によって仕切ることによって，熱雰囲気を遮断することができるため，処理温度の異なる各処理室間の熱の干渉が抑制され，各処理室において好適に熱処理を行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，本発明にかかる熱処理装置を有する塗布現像処理システム１の平面図であり，図２は，塗布現像処理システム１の正面図であり，図３は，塗布現像処理システム１の背面図である。
【００２４】
塗布現像処理システム１は，図１に示すように，例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から塗布現像処理システム１に対して搬入出したり，カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と，塗布現像処理工程の中で枚葉式に所定の処理を施す各種処理装置を多段配置してなる処理ステーション３と，この処理ステーション３に隣接して設けられている図示しない露光装置との間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイス部４とを一体に接続した構成を有している。
【００２５】
カセットステーション２では，載置部となるカセット載置台５上の所定の位置に，複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在となっている。そして，このカセット配列方向（Ｘ方向）とカセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）に対して移送可能なウェハ搬送体７が搬送路８に沿って移動自在に設けられており，各カセットＣに対して選択的にアクセスできるようになっている。
【００２６】
ウェハ搬送体７は，ウェハＷの位置合わせを行うアライメント機能を備えている。このウェハ搬送体７は後述するように処理ステーション３側の第３の処理装置群G３に属するエクステンション装置３２に対してもアクセスできるように構成されている。
【００２７】
処理ステーション３では，その中心部に主搬送装置１３が設けられており，この主搬送装置１３の周辺には各種処理装置が多段に配置されて処理装置群を構成している。該塗布現像処理システム１においては，４つの処理装置群G1，G2，G3，G4が配置されており，第１及び第２の処理装置群G1，G2は現像処理システム１の正面側に配置され，第３の処理装置群G3は，カセットステーション２に隣接して配置され，第４の処理装置群G4は，インターフェイス部４に隣接して配置されている。さらにオプションとして破線で示した第５の処理装置群G5を背面側に別途配置可能となっている。前記主搬送装置１３は，これらの処理装置群Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５に配置されている後述する各種処理装置に対して，ウェハＷを搬入出可能である。なお，処理装置群の数や配置は，ウェハＷに施される処理の種類によって異なり，処理装置群の数は，１以上であれば４つで無くてもよい。
【００２８】
第１の処理装置群G1では，例えば図２に示すように，ウェハＷにレジスト液を塗布するレジスト塗布装置１７と，露光後のウェハＷを現像処理する現像処理装置１８とが下から順に２段に配置されている。処理装置群G2の場合も同様に，レジスト塗布装置１９と，現像処理装置２０とが下から順に２段に積み重ねられている。
【００２９】
第３の処理装置群G3では，例えば図３に示すように，ウェハＷを冷却処理するクーリング装置３０，レジスト液とウェハＷとの定着性を高めるためのアドヒージョン装置３１，ウェハＷを待機させるエクステンション装置３２，レジスト液中の溶剤を乾燥させるプリベーキング装置３３，３４及び現像処理後の加熱処理を施すポストベーキング装置３５，３６等が下から順に例えば７段に重ねられている。
【００３０】
第４の処理装置群G4では，例えばクーリング装置４０，載置したウェハＷを自然冷却させるエクステンション・クーリング装置４１，エクステンション装置４２，クーリング装置４３，本実施の形態にかかる熱処理装置としてのポストエクスポージャーベーキング・クーリング装置（以下「ＰＥＢ・ＣＯＬ装置」とする）４４，４５，ポストベーキング装置４６，４７等が下から順に例えば８段に積み重ねられている。
【００３１】
インターフェイス部４の中央部にはウェハ搬送体５０が設けられている。このウェハ搬送体５０はＸ方向（図１中の上下方向），Ｚ方向（垂直方向）の移動とθ方向（Ｚ軸を中心とする回転方向）の回転が自在にできるように構成されており，第４の処理装置群G4に属するエクステンション・クーリング装置４１，エクステンション装置４２，周辺露光装置５１及び図示しない露光装置に対してアクセスして，各々に対してウェハＷを搬送できるように構成されている。
【００３２】
次に，上述したＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４の構成について詳しく説明する。図４は，ＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４の概略を示す縦断面の説明図であり，図５は，同ＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４の横断面の説明図である。
【００３３】
ＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４のケーシング４４ａ内には，図４，図５に示すように厚みのある板状の基台６０が設けられている。この基台６０上には，筐体であるケーシング４４ａ内を２つの処理室，すなわちウェハＷの加熱処理を行う一の処理室としての加熱室６１とウェハＷの降温処理を行う他の処理室としての冷却室６２とに仕切る仕切板６３が設けられており，各処理室の熱雰囲気が遮断されるように構成されている。
【００３４】
加熱室６１の基台６０上には，ウェハＷを載置し加熱する円盤状の二つの熱板，第１の熱板６５と第２の熱板６６とがＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４の長手方向（図４中に示すＸ方向）に並べられて設けられている。
【００３５】
仕切板６３から遠い側（図４中に示すＸ方向負方向側）の第１の熱板６５には，熱源となるヒータ６７が内蔵されており，ヒータ６７は，温度制御装置６８によってその発熱量が制御されるようになっている。したがって，温度制御装置６８に設定された，例えば設定温度Ｔ１に基づいてヒータ６７の発熱量が制御され，第１の熱板６５の温度を前記設定温度Ｔ１に維持できるように構成されている。
【００３６】
第１の熱板６５の下方には，ウェハＷを搬入出する際に，ウェハＷを支持し昇降させるための昇降ピン６９が複数設けられている。この昇降ピン６９は，昇降駆動機構７０により上下に移動自在であり，第１の熱板６５の下方から第１の熱板６５を貫通し，第１の熱板６５上に突出できるように構成されている。
【００３７】
第１の熱板６５の上方には，上下に移動可能で第１の熱板６５と一体となって一次昇温室Ｓ１を形成する，下面が開口した蓋体７１が設けられており，ウェハＷが昇温される際の雰囲気を所定の雰囲気に維持できるようになっている。
【００３８】
蓋体７１の上部には，一次昇温室Ｓ１内に不活性ガスを供給する供給口７２が設けられており，第１の熱板６５の外周部には，一次昇温室Ｓ１内の雰囲気をＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４外に排気する排気口７３が設けられている。これによって，供給口７２から一次昇温室Ｓ１内に不活性ガスを供給し，一次昇温室Ｓ１内の雰囲気を排気口７３から排気することによって，一次昇温室Ｓ１内に下降気流を形成し，一次昇温室Ｓ１内をパージできるように構成されている。なお，不活性ガスには，窒素ガス，ヘリウムガス，大気である空気等が含まれる。
【００３９】
仕切板６３側（図４中に示すＸ方向正方向側）の第２の熱板６６の構成は，第１の熱板６５と全く同様で，第２の熱板６６には，温度制御装置７５によって制御されるヒータ７６が内蔵されており，第２の熱板６６の温度を，例えば前記設定温度Ｔ１よりも高い所定の設定温度Ｔ２に維持できるようになっている。
【００４０】
また，第２の熱板６６の下方には，昇降ピン７７とその駆動を行う昇降駆動機構７８が設けられており，ウェハＷが第２の熱板６６上に載置自在になっている。さらに第２の熱板６６の上方には，上下動して第２の熱板６６と一体となって二次昇温室Ｓ２を形成する蓋体７９が設けられている。その蓋体７９には，不活性ガスを供給する供給口８０が設けられ，第２の熱板６６の外周部には，二次昇温室Ｓ２内の雰囲気を排気する排気口８１が設けられている。
【００４１】
一方，冷却室６２の基台６０上には，ウェハＷを載置し降温する円盤状の降温板８５が設けられている。降温板８５には，ペルチェ素子８６が埋め込まれており，このペルチェ素子８６によってウェハＷの降温及び温調が実現されている。また，このペルチェ素子８６は，温度制御装置８７によって制御されており，降温板８５の温度を例えば，前記所定温度Ｔ２よりも低い所定温度Ｔ３に設定できるようになっている。
【００４２】
また，降温板８５の下方には，第１の熱板６５と同様に昇降駆動機構８８によって上下に駆動する昇降ピン８９が設けられており，ウェハＷを降温板８５上に載置できるようになっている。
【００４３】
降温板８５の上方には，上下動して降温板８５と一体となって昇温室Ｓ３を形成する蓋体９０が設けられている。また，蓋体９０には，昇温室Ｓ３内に不活性ガスを供給する供給口９１が設けられており，降温板８５の外周部には，昇温室Ｓ３内の雰囲気を排気する排気口９２が設けられている。これによって，昇温室Ｓ３内に不活性ガスの下降気流を発生させ，昇温室Ｓ３内をパージできるようになっている。
【００４４】
図５に示すように，第１の熱板６５のＸ方向負方向側であって，ケーシング４４ａの側壁近くの待機位置Ｔには，ウェハＷの裏面を支持してウェハＷを搬送する搬送手段９５が待機している。この搬送手段９５は，図６に示すように，ウェハＷの裏面を下方から支持する２つの支持部９６，９７とその支持部９６，９７を吊り下げるようにして支持するアーム部９８を有している。２つの支持部９６，９７は，アーム部９８から下方に延伸する垂直部９６ａ，９７ａと，その垂直部９６ａ，９７ａから互いが向き合うようにして水平方向に延伸する水平部９６ｂ，９７ｂとで構成されている。そして，水平部９６ｂ，９７ｂには，ウェハＷを支持する支持ピン９９が設けられており，ウェハＷを搬送する際には，水平部９６ｂ，９７ｂの支持ピン９９上にウェハＷを水平に支持できるようになっている。
【００４５】
搬送手段９５は，図５に示すようなケーシング４４ａの側壁に沿ってＸ方向に伸びるレール１００上を移動自在に構成されており，搬送手段９５のアーム部９８が，第１の熱板６５のＸ方向負方向の待機位置Ｔから降温板８５上までの間を移動できるようになっている。また，アーム部９８は，シリンダ等によって上下に移動自在に構成されており，ウェハＷの裏面の下方に前記支持部９６，９７の水平部９６ｂ，９７ｂが移動し，その水平部９６ｂ，９７ｂが上昇することによって，支持ピン９９がウェハＷの裏面を支持し，搬送手段９５がウェハＷを搬送できるようになっている。したがって，かかる構成の搬送手段９５により，第１の熱板６５，第２の熱板６６及び降温板８５間のウェハＷの搬送が可能になる。
【００４６】
ケーシング４４ａの第１の熱板６５に対向する位置には，図５に示すようにウェハＷをＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４内に搬入するための搬送口１０５が設けられている。搬送口１０５には，シャッタ１０６が設けられており，ウェハＷの搬入時以外は，シャッタ１０６が閉鎖され，ＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４内の熱雰囲気が外部に流出しないようになっている。
【００４７】
また，ケーシング４４ａの降温板８５に対向する位置には，ウェハＷを搬出するための搬送口１０７が設けられており，この搬送口１０７にも搬送口１０７を開閉自在とするシャッタ１０８が設けられている。
【００４８】
上述した加熱室６１と冷却室６２を仕切る仕切板６３は，図示しない昇降手段である，例えばエアシリンダやモータにより昇降自在に構成されており，仕切板６３が昇降することによって仕切板６３自体を開閉自在となっている。これによって加熱室６１と冷却室６２との間で前記搬送手段９５が移動する場合に限り仕切板６３が開放され，それ以外の時は，熱雰囲気を遮断するために閉鎖されるようになっている。
【００４９】
次に，以上のように構成されているＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４の作用について，塗布現像処理システム１で行われるフォトリソグラフィー工程のプロセスと共に説明する。
【００５０】
先ず，ウェハ搬送体７がカセットＣから未処理のウェハＷを１枚取りだし，第３の処理装置群G3に属するアドヒージョン装置３１に搬入する。このアドヒージョン装置３１において，レジスト液との密着性を向上させるHMDSなどの密着強化剤を塗布されたウェハＷは，主搬送装置１３によって，クーリング装置３０搬送され，所定の温度に冷却される。その後，ウェハＷはレジスト塗布装置１７又１９に搬送され，レジスト液が供給され，ウェハＷ上にレジスト膜が形成される。レジスト膜が形成されたウェハＷは，再び主搬送装置１３によってプリベーキング装置３３又は３４，エクステンション・クーリング装置４１に順次搬送され，所定の処理が施される。
【００５１】
次いで，ウェハＷはエクステンション・クーリング装置４１からウェハ搬送体５０によって取り出され，周辺露光装置５１を経て露光装置（図示せず）に搬送される。露光処理の終了したウェハＷは，ウェハ搬送体５０によりエクステンション装置４２に搬送され，さらに主搬送装置１３によって，ポストエクスポージャーベーキング処理及びクーリング処理である昇温，加熱及び降温処理が行われるＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４又は４５に搬送される。
【００５２】
そして，ポストエクスポージャーベーキング処理及びクーリング処理の終了したウェハＷは，主搬送装置１３により現像処理装置１８又は２０，ポストベーキング装置３５，３６，４６又は４７，クーリング装置３０と順次搬送され，各装置において所定の処理が施される。その後，ウェハＷは，エクステンション装置３２を介して，ウェハ搬送体７によってカセットＣに戻され，一連の所定の塗布現像処理が終了する。
【００５３】
次に上述したＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４の作用について詳しく説明する。先ず，ウェハＷの熱処理が開始される前に，第１の熱板６５を第１の所定温度（請求項１中の所定の中間温度に相当する）としての設定温度Ｔ１，例えば８０℃に維持し，第２の熱板６６を第２の所定温度（請求項１中の所定の高温度に相当する）としての設定温度Ｔ２，例えば１４０℃に維持し，降温板８５を設定温度Ｔ３，例えば２３℃になるように調節しておく。
【００５４】
そして，ウェハＷの熱処理が開始されると，蓋体７１が図示しない駆動機構により上昇され，主搬送装置１３によってウェハＷが搬送口１０５からＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４内に搬入される。そして，第１の熱板６５上方まで移動されたウェハＷは，予め第１の熱板６５上方の所定の位置で待機していた昇降ピン６９上に支持される。なお，このときのウェハＷの温度は，所定の低温度としての，前工程である露光工程時の温度，例えば２３℃である。
【００５５】
次いで，蓋体７１が下降され，第１の熱板６５と一体となって一次昇温室Ｓ１が形成される。このとき，蓋体７１の供給口７２から不活性ガスの供給が開始される。この不活性ガスが一次昇降室Ｓ１を通って排気口７３から排気されることにより下降気流が発生し，以後，この第１の熱板６５上でのウェハＷの昇温が終了するまで一次昇温室Ｓ１内の雰囲気がパージされる。
【００５６】
その後，ウェハＷは昇降駆動機構７０によって昇降ピン６９と共に下降され，第１の熱板６５上に載置される。そして，ウェハＷが載置されると同時にウェハＷの昇温が開始され，ウェハＷの温度は，図７に示すように２３℃から６０℃に昇温される。そして，ウェハＷが６０℃に達した状態で所定時間維持される。
【００５７】
所定時間経過すると，ウェハＷは昇降ピン６９によって再び上昇されて，第１の熱板６５によるウェハＷの昇温が終了する。次いで，蓋体７１が上昇され，一次昇温室Ｓ１が開放される。
【００５８】
次に，搬送手段９５が待機位置Ｔから移動し，搬送手段９５の水平部９６ｂ，９７ｂをウェハＷの下方に位置させる。そして，水平部９６ｂ，９７ｂを上昇させ，支持ピン９９上にウェハＷを支持させる。その後，搬送手段９５は，第２の熱板６６上方まで移動する。第２の熱板６６上方まで移動されたウェハＷは，昇降ピン７７に受け渡され，第１の熱板６５の場合と同様にして，蓋体７９によって２次昇温室Ｓ２が形成され，供給口８０からの不活性ガスの供給が開始された後，第２の熱板６６上に載置される。
【００５９】
第２の熱板６６上にウェハＷが載置されると，図７に示すようにウェハＷの温度は６０℃から１４０℃に昇温される。このとき，ウェハＷ上のレジスト膜の反応温度Ｔ０である８０℃を越えたところでレジスト膜の反応が開始される。なお，反応温度Ｔ０は，レジスト膜の種類によって定まる。
【００６０】
その後，ウェハＷが１４０℃で所定時間加熱され，所定時間経過後に昇降ピン７７によって再び上昇されてウェハＷの加熱処理，すなわちポストエクスポージャーべーキング処理が終了する。
【００６１】
次いで，蓋体７９が上昇し，２次昇温室Ｓ２が開放される。そして，仕切板６３が開放された後，搬送手段９５によって，上述した第１の熱板６５上から第２の熱板６６上へのウェハＷの搬送と同様にして，ウェハＷが第２の熱板６６上から降温板８５上に搬送される。
【００６２】
降温板８５上に搬送されたウェハＷは昇降ピン８９に受け渡され，その後蓋体９０が下降して降温室Ｓ３が形成される。そしてウェハＷが下降されて，降温板８５上に載置される。このとき，ウェハＷの降温が開始され，ウェハＷの温度は，図７に示すように１４０℃から２３℃に降温される。このとき，レジスト膜の温度が低下するためレジスト膜の反応が停止される。
【００６３】
ウェハＷが２３℃の降温されると，ウェハＷは昇降ピン８９によって上昇され，ウェハＷの降温が終了する。次いで，蓋体９０が上昇し，降温室Ｓ３が開放される。そして，主搬送装置１３が搬送口１０７からＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４内に進入し，ウェハＷを昇降ピン８９から受け取って，ウェハＷをＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４外に搬出し，一連のポストエクスポージャーベーキング処理及びクーリング処理が終了する。
【００６４】
以上の実施の形態によれば，第１の熱板６５においてウェハＷを一旦レジスト膜の反応温度Ｔ０より低い設定温度Ｔ１に昇温させ，その状態で所定時間維持するようにしたため，ウェハＷのレジスト膜が反応温度Ｔ０に達する前に，ウェハＷ面内の温度を均一化することができる。そして，その後，第２の熱板６６において反応温度Ｔ０を越える設定温度Ｔ２にウェハＷを昇温させたため，ウェハＷ面内の温度が均一な状態でレジスト膜の反応を開始することができる。したがって，ウェハＷ面内のレジスト膜の反応が均一に行われ，最終的に形成されるパターンの線幅をウェハＷ面内において均一化することができる。
【００６５】
また，加熱室６２での加熱処理の終了したウェハＷを，同じＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４内にある降温板８５で降温するようにしたため，搬送時間を短縮することができ，ポストエクスポージャーベーキング処理の終了したウェハＷを迅速に降温し，レジスト膜の反応を停止させることができる。
【００６６】
更に，加熱室６１と冷却室６２との間に仕切り板６３を設けたため，加熱室６１と冷却室６２との熱雰囲気を遮断することができるため，各処理室での熱処理を他の処理室からの熱の影響を受けずに好適に行うことができる。
【００６７】
以上の実施の形態では，１４０℃に熱せされたウェハＷを，冷却室６２において２３℃に一気に降温していたが，段階的に降温するようにしてもよい。このような場合，例えばウェハＷを降温する際に，温度制御装置８７によって降温板８５の温度を制御して変更することが提案される。例えば，降温板８５の温度を初め６０℃に設定しておき，ウェハＷが載置され，所定時間経過してから降温板８５の温度を２３℃に変更する。こうすることによって，ウェハＷを降温する際に，ウェハＷ面内の温度が一旦６０℃で均一化され，降温時に起こるウェハＷ面内の温度のばらつきが抑制されるため，この熱処理におけるウェハＷの熱履歴がウェハＷ面内においてより均一化される。
【００６８】
また，第１の熱板６５を用いてウェハＷを段階的に降温させてもよい。このような場合，例えば上述したように第２の熱板６６で１４０℃で加熱され，ポストエクスポージャーベーキングの終了したウェハＷを，搬送手段９５によって再び第１の熱板６５に搬送する。そして，ウェハＷが第１の熱板６５上に載置され，設定温度Ｔ１である６０℃に降温される。６０℃に降温されたウェハＷは，搬送手段９５によって再び降温板８５に搬送され，そこで２３℃に降温される。こうすることによって，降温板８５の温度を変更することなく，ウェハＷを段階的に降温することができる。
【００６９】
また，以上の実施の形態では，第１の熱板６５，第２の熱板６６及び降温板８５間を移動自在な搬送手段９５を用いていたが，必要に応じて，例えば第１の熱板６５と第２の熱板６６間においてウェハＷを搬送する搬送手段と，第２の熱板６６と降温板８５間においてウェハＷを搬送する搬送手段とを別々に設けるようにしてもよい。
【００７０】
なお，本実施の形態では，ウェハＷの昇温・加熱処理と降温処理とを同じ処理装置内で行っていたが，ウェハＷの昇温・加熱処理と降温処理とを異なる処理装置で行うようにしてもよい。このような場合，例えば図８に示すように，上述した実施の形態にかかるＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４において降温板８５の無い，第１の熱板６５と第２の熱板６６のみを有するＰＥＢ装置１１５と，既存のクーリング装置４３とを用いて行うことが提案される。クーリング装置４３には，上述した降温板８５と同じ構成を有する降温板４３ａが設けられており，上述したＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４と同様にしてウェハＷを降温できるようになっている。
【００７１】
そして，上述した実施の形態と同様にして，例えばＰＥＢ装置１１５の第１の熱板６５においてウェハＷを２３℃から６０℃に昇温し，所定時間その温度を維持した後，第２の熱板６６おいて６０℃から１４０℃に昇温し，加熱する。その後，そのウェハＷを主搬送装置１３によってクーリング装置４３に搬送し，クーリング装置４３の降温板４３ａにおいて１４０℃から２３℃に昇温する。このような場合においても，ウェハＷを昇温する際に，一旦反応温度Ｔ０よりも低い６０℃にウェハＷを維持するため，ウェハＷのレジスト膜の反応が開始される前に，ウェハＷ面内の温度を均すことができ，その後の昇温によってウェハＷの反応を同時期に開始させることができる。
【００７２】
以上の実施の形態にかかる基板処理装置は，ＰＥＢ装置４４又は４５についてであったが，他の加熱処理装置，例えばプリベーク装置３３又は３４，ポストベーク装置３５，３６，４６又は４７においても応用できる。
【００７３】
また，以上で説明した実施の形態は，半導体ウェハデバイス製造プロセスのフォトリソグラフィー工程におけるウェハＷの処理装置についてであったが，本発明は半導体ウェハ以外の基板例えばＬＣＤ基板の処理装置においても応用できる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば，基板を昇温する際に，基板上の塗布膜が基板面内のおいて同時期に反応温度に達するため，塗布膜の反応時間を基板面内において均一化することができる。したがって，最終的に形成されるパターンの線幅が均一化され，歩留まりの向上が図られる。
【００７５】
特に，本発明によれば，基板を昇温した後に，基板を段階的に降温するので，基板面内の温度のばらつきをより抑制しながら降温することができる。したがって，基板面内の熱履歴等を均一にすることができ，歩留まりの向上が図られる。
【００７６】
本発明によれば，基板を昇温する際に用いられる第１の熱板を用いて段階的な降温が行われるため，基板を降温している最中に，降温板等の温度を変更する必要が無く，基板を迅速に降温することができるため，スループットの向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるＰＥＢ・ＣＯＬ装置を有する塗布現像処理システムの構成の概略を示す平面図である。
【図２】図１の塗布現像処理システムの正面図である。
【図３】図１の塗布現像処理システムの背面図である。
【図４】本実施の形態にかかるＰＥＢ・ＣＯＬ装置の縦断面の説明図である。
【図５】図４のＰＥＢ・ＣＯＬ装置の横断面の説明図である。
【図６】ＰＥＢ・ＣＯＬ装置の搬送手段の説明図である。
【図７】本実施の形態における熱処理のウェハ温度の時間変化を示すグラフである。
【図８】ウェハの降温を他の装置で行う場合の装置構成を模式的に示した説明図である。
【図９】ウェハを昇温させた場合に生じるウェハ面内のばらつきを現すグラフである。
【符号の説明】
１ 塗布現像処理システム
４４ ＰＥＢ・ＣＯＬ装置
６１ 加熱室
６２ 冷却室
６５ 第１の熱板
６６ 第２の熱板
８５ 降温板
Ｔ 待機位置
Ｗ ウェハ
【発明の属する技術分野】
本発明は，基板の熱処理方法及び熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造におけるフォトリソグラフィー工程においては，半導体ウエハ（以下，「ウエハ」）の表面にレジスト液を塗布して塗布膜を形成した後に，前記塗布膜内の溶剤を蒸発させる加熱処理（プリベーキング）や，パターンの露光を行った後に，前記塗布膜の化学反応を促進させるための加熱処理（ポストエクスポージャーベーキング），各加熱処理後の冷却処理等の種々の熱処理が行われている。
【０００３】
例えば，上述のポストエクスポージャーベーキング処理では，露光によって塗布膜内に発生した触媒としての酸を活性化させるため，当該酸の活性化する反応温度，例えば８０℃を越えるように，ウェハを１２０℃〜１６０℃程度の温度に一気に昇温し，その温度で所定時間ウェハを加熱するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，発明者等による実験によって，ウェハを昇温させた場合，図９に示すようにその初期段階においてウェハ面内の温度がばらつき，ウェハ面内において均一に昇温されないことが分かった。
【０００５】
したがって，上述したようにウェハを一気に昇温させた場合には，ウェハ面内の温度がばらついている間に反応温度を超えてしまうので，ウェハ面内の各部分において，反応温度に達するタイミングがずれて，反応が開始される時期が異なってしまう。その結果，反応が起こっている時間がウェハ面内において異なってしまい，最終的には，ウェハ上に形成されるパターンの線幅がばらつき，歩留まりの低下に繋がる。
【０００６】
本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，ウェハ等の基板が昇温され，反応温度を越える際に，基板面内の温度が均一になるように基板を昇温する基板の熱処理方法と当該熱処理方法を実施する熱処理装置を提供することをその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば，基板上に所定の塗布液を供給し，塗布膜を形成する工程と，当該基板を所定の高温度で加熱する工程とを有する基板の熱処理方法であって，前記基板の加熱工程の前に，所定の低温度から前記塗布膜の反応する所定の反応温度よりも低い所定の中間温度まで前記基板を昇温する第１の工程と，前記所定の中間温度に当該基板を所定時間維持する第２の工程と，その後，前記所定の反応温度よりも高い前記所定の高温度まで当該基板を昇温する第３の工程とを有し，前記基板の加熱工程後に，当該基板を降温する工程を有し，前記基板を降温する工程は，前記基板を前記所定の中間温度まで降温する第４の工程と，当該基板を前記所定の中間温度から所定の温度に降温する第５の工程とを有することを特徴とする基板の熱処理方法が提供される。なお，前記反応温度とは，基板を昇温することによって，塗布膜内で化学的な反応が開始される温度をいう。
【０００８】
このように，基板を昇温する際に，一旦前記反応温度よりも低い中間温度に基板を昇温し，当該中間温度を所定時間維持し，その後に前記反応温度を越える高温度に基板を昇温することによって，基板が反応温度に達するときに，基板面内の温度を均一にすることができる。それによって，基板面内の各部分の温度が同時期に反応温度に達するため，その反応の開始されるタイミングが基板面内において均一になり，基板面内の塗布膜の化学反応が均一に行われる。
【０００９】
また，前記加熱工程後の当該基板を降温することによって，基板上の塗布膜の反応を停止させ，塗布膜の反応期間を好適に制御することができる。
【００１０】
また，基板を降温する場合においても，基板を昇温した場合と同様に，その初期段階において基板面内での温度のばらつきが生じる。そのため，本発明のように基板を段階的に降温させることによって，基板面内の温度のばらつきを抑制しながら基板を降温させることができる。したがって，基板の熱履歴を基板面内においてより均一にすることができるため，基板面内において均一な熱処理が行われる。
【００１２】
さらに，本発明のように，基板を降温する際に，２段階に分けて降温することによって，前記中間温度で一旦基板面内の温度を均すことができる。そのため，降温時の基板面内のばらつきが抑制され，基板の熱履歴を基板面内において均一にすることができる。また，基板の昇温時における前記中間温度と同じ温度に一旦降温するため，例えば，昇温時に使用された熱板等の昇温手段をそのままの状態で利用することができるので，降温手段の温度を変更する必要がない。
【００１３】
なお，前記第１の工程，前記第２の工程及び前記第３の工程は，同じ処理装置内で行われ，前記第１の工程と前記第２の工程は，基板を載置して加熱する第１の熱板上で行われ，前記第３の工程は，基板を載置して加熱する第２の熱板上で行われてもよい。
【００１４】
このように，基板を前記所定の高温度に昇温する工程を同じ処理装置内で行うことにより，前記第１〜３の各工程を迅速に行うことができる。また，第１，第２の工程と第３の工程を異なった熱板で分業して行うことによって，熱板の温度を熱処理の途中で変更する必要が無くなり，その分熱処理を迅速化することができる。
【００１５】
また，前記第１の工程，前記第２の工程，前記第３の工程及び前記基板を降温する工程は，同じ処理装置内で行われ，前記第１の工程と前記第２の工程は，基板を載置して加熱する第１の熱板上で行われ，前記第３の工程は，基板を載置して加熱する第２の熱板上で行われ，前記基板を降温する工程は，基板を載置して降温する降温板上で行われてもよい。
【００１６】
このように，加熱後の基板の降温工程も同じ処理装置内で行うことにより，他の処理装置に搬送して行う場合に比べて，搬送時間が短縮できる。また，降温専用の降温板を備え，そこで降温工程を行うことによって，降温工程を好適に実施することができる。
【００１７】
本発明において，前記第１の工程，前記第２の工程，第３の工程，前記第４の工程及び前記第５の工程は，同じ処理装置内で行われ，前記第１の工程と前記第２の工程は，基板を載置して加熱する第１の熱板上で行われ，前記第３の工程は，基板を載置して加熱する第２の熱板上で行われ，前記第４の工程は，前記第１の熱板上で行われ，前記第５の工程は，基板を載置して降温する降温板上で行われるようにしてもよい。このように，前記第１〜第５の各工程を同じ処理装置内で行うことにより，搬送時間等が短縮され，前記第１の工程〜前記第５の工程の作業効率を向上させることができる。また，前記加熱工程の終了した基板を前記中間温度まで一旦降温させる第４の工程を，前記第１及び第２の工程と同じ第１の熱板上で行うことによって，第４の工程を行うための降温手段，例えば降温板を別途設ける必要が無いため，装置の複雑化，大型化を防止することができる。
【００１８】
別の観点による本発明によれば，所定の塗布膜が形成された基板の熱処理を行う熱処理装置であって，前記基板を載置し前記所定の塗布膜の反応温度よりも低い第１の所定温度で加熱する第１の熱板と，前記基板を載置し前記反応温度よりも高い第２の所定温度で加熱する第２の熱板と，前記基板を載置し降温する降温板とを有し，前記第２の熱板上で前記第２の所定温度で加熱した基板を降温するときに，前記基板を前記第１の熱板上で前記第１の所定温度まで降温し，その後前記降温板上でさらに降温していることを特徴とする基板の熱処理装置が提供される。
【００１９】
このように，第１の熱板と第２の熱板と降温板を備えることによって，上述した請求項１〜７の基板の熱処理方法を実施することができる。したがって，基板の塗布膜の温度が反応温度に達する前に，基板面内の温度を均一化させ，その後に基板の塗布膜を反応温度にすることができるため，基板面内の塗布膜の化学反応が同時に開始され，基板の均一な熱処理を行うことができる。
【００２０】
かかる発明において，前記第１の熱板と前記第２の熱板間及び第２の熱板と前記降温板間の基板の搬送を行う搬送手段を有するようにしてもよい。請求項９によれば，第１の熱板で一次的な昇温が行われた基板を第２の熱板上に搬送し，その第２の熱板で二次的な昇温と加熱が行われた基板を降温板上に搬送することができる。したがって，基板を昇温させ，加熱し，降温させるという一連の熱処理を好適に行うことができる。
【００２１】
一方，少なくとも前記第１の熱板と前記第２の熱板間及び前記第１の熱板と前記降温板間の基板の搬送を行う搬送手段を有するようにしてもよい。この発明によれば，第１の熱板で一次的な昇温が行われた基板を第２の熱板に搬送し，第２の熱板で二次的な昇温と本格的な加熱が行われた基板を再び第１の熱板上に搬送し，そこで第１の所定温度に降温された基板をさらに降温板に搬送することができるので，上述した熱処理方法を好適に実施することができる。
【００２２】
上述した各熱処理装置において，前記第１の熱板と前記第２の熱板とを，同じ一の処理室内に設け，前記降温板は，他の処理室に設けて，前記一の処理室と前記他の処理室との間に熱雰囲気を遮断する仕切板を設けるようにしてもよい。このように，第１の熱板と第２の熱板を有する一の処理室と降温板を有する他の処理室とを仕切板によって仕切ることによって，熱雰囲気を遮断することができるため，処理温度の異なる各処理室間の熱の干渉が抑制され，各処理室において好適に熱処理を行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，本発明にかかる熱処理装置を有する塗布現像処理システム１の平面図であり，図２は，塗布現像処理システム１の正面図であり，図３は，塗布現像処理システム１の背面図である。
【００２４】
塗布現像処理システム１は，図１に示すように，例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から塗布現像処理システム１に対して搬入出したり，カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と，塗布現像処理工程の中で枚葉式に所定の処理を施す各種処理装置を多段配置してなる処理ステーション３と，この処理ステーション３に隣接して設けられている図示しない露光装置との間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイス部４とを一体に接続した構成を有している。
【００２５】
カセットステーション２では，載置部となるカセット載置台５上の所定の位置に，複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在となっている。そして，このカセット配列方向（Ｘ方向）とカセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）に対して移送可能なウェハ搬送体７が搬送路８に沿って移動自在に設けられており，各カセットＣに対して選択的にアクセスできるようになっている。
【００２６】
ウェハ搬送体７は，ウェハＷの位置合わせを行うアライメント機能を備えている。このウェハ搬送体７は後述するように処理ステーション３側の第３の処理装置群G３に属するエクステンション装置３２に対してもアクセスできるように構成されている。
【００２７】
処理ステーション３では，その中心部に主搬送装置１３が設けられており，この主搬送装置１３の周辺には各種処理装置が多段に配置されて処理装置群を構成している。該塗布現像処理システム１においては，４つの処理装置群G1，G2，G3，G4が配置されており，第１及び第２の処理装置群G1，G2は現像処理システム１の正面側に配置され，第３の処理装置群G3は，カセットステーション２に隣接して配置され，第４の処理装置群G4は，インターフェイス部４に隣接して配置されている。さらにオプションとして破線で示した第５の処理装置群G5を背面側に別途配置可能となっている。前記主搬送装置１３は，これらの処理装置群Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５に配置されている後述する各種処理装置に対して，ウェハＷを搬入出可能である。なお，処理装置群の数や配置は，ウェハＷに施される処理の種類によって異なり，処理装置群の数は，１以上であれば４つで無くてもよい。
【００２８】
第１の処理装置群G1では，例えば図２に示すように，ウェハＷにレジスト液を塗布するレジスト塗布装置１７と，露光後のウェハＷを現像処理する現像処理装置１８とが下から順に２段に配置されている。処理装置群G2の場合も同様に，レジスト塗布装置１９と，現像処理装置２０とが下から順に２段に積み重ねられている。
【００２９】
第３の処理装置群G3では，例えば図３に示すように，ウェハＷを冷却処理するクーリング装置３０，レジスト液とウェハＷとの定着性を高めるためのアドヒージョン装置３１，ウェハＷを待機させるエクステンション装置３２，レジスト液中の溶剤を乾燥させるプリベーキング装置３３，３４及び現像処理後の加熱処理を施すポストベーキング装置３５，３６等が下から順に例えば７段に重ねられている。
【００３０】
第４の処理装置群G4では，例えばクーリング装置４０，載置したウェハＷを自然冷却させるエクステンション・クーリング装置４１，エクステンション装置４２，クーリング装置４３，本実施の形態にかかる熱処理装置としてのポストエクスポージャーベーキング・クーリング装置（以下「ＰＥＢ・ＣＯＬ装置」とする）４４，４５，ポストベーキング装置４６，４７等が下から順に例えば８段に積み重ねられている。
【００３１】
インターフェイス部４の中央部にはウェハ搬送体５０が設けられている。このウェハ搬送体５０はＸ方向（図１中の上下方向），Ｚ方向（垂直方向）の移動とθ方向（Ｚ軸を中心とする回転方向）の回転が自在にできるように構成されており，第４の処理装置群G4に属するエクステンション・クーリング装置４１，エクステンション装置４２，周辺露光装置５１及び図示しない露光装置に対してアクセスして，各々に対してウェハＷを搬送できるように構成されている。
【００３２】
次に，上述したＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４の構成について詳しく説明する。図４は，ＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４の概略を示す縦断面の説明図であり，図５は，同ＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４の横断面の説明図である。
【００３３】
ＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４のケーシング４４ａ内には，図４，図５に示すように厚みのある板状の基台６０が設けられている。この基台６０上には，筐体であるケーシング４４ａ内を２つの処理室，すなわちウェハＷの加熱処理を行う一の処理室としての加熱室６１とウェハＷの降温処理を行う他の処理室としての冷却室６２とに仕切る仕切板６３が設けられており，各処理室の熱雰囲気が遮断されるように構成されている。
【００３４】
加熱室６１の基台６０上には，ウェハＷを載置し加熱する円盤状の二つの熱板，第１の熱板６５と第２の熱板６６とがＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４の長手方向（図４中に示すＸ方向）に並べられて設けられている。
【００３５】
仕切板６３から遠い側（図４中に示すＸ方向負方向側）の第１の熱板６５には，熱源となるヒータ６７が内蔵されており，ヒータ６７は，温度制御装置６８によってその発熱量が制御されるようになっている。したがって，温度制御装置６８に設定された，例えば設定温度Ｔ１に基づいてヒータ６７の発熱量が制御され，第１の熱板６５の温度を前記設定温度Ｔ１に維持できるように構成されている。
【００３６】
第１の熱板６５の下方には，ウェハＷを搬入出する際に，ウェハＷを支持し昇降させるための昇降ピン６９が複数設けられている。この昇降ピン６９は，昇降駆動機構７０により上下に移動自在であり，第１の熱板６５の下方から第１の熱板６５を貫通し，第１の熱板６５上に突出できるように構成されている。
【００３７】
第１の熱板６５の上方には，上下に移動可能で第１の熱板６５と一体となって一次昇温室Ｓ１を形成する，下面が開口した蓋体７１が設けられており，ウェハＷが昇温される際の雰囲気を所定の雰囲気に維持できるようになっている。
【００３８】
蓋体７１の上部には，一次昇温室Ｓ１内に不活性ガスを供給する供給口７２が設けられており，第１の熱板６５の外周部には，一次昇温室Ｓ１内の雰囲気をＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４外に排気する排気口７３が設けられている。これによって，供給口７２から一次昇温室Ｓ１内に不活性ガスを供給し，一次昇温室Ｓ１内の雰囲気を排気口７３から排気することによって，一次昇温室Ｓ１内に下降気流を形成し，一次昇温室Ｓ１内をパージできるように構成されている。なお，不活性ガスには，窒素ガス，ヘリウムガス，大気である空気等が含まれる。
【００３９】
仕切板６３側（図４中に示すＸ方向正方向側）の第２の熱板６６の構成は，第１の熱板６５と全く同様で，第２の熱板６６には，温度制御装置７５によって制御されるヒータ７６が内蔵されており，第２の熱板６６の温度を，例えば前記設定温度Ｔ１よりも高い所定の設定温度Ｔ２に維持できるようになっている。
【００４０】
また，第２の熱板６６の下方には，昇降ピン７７とその駆動を行う昇降駆動機構７８が設けられており，ウェハＷが第２の熱板６６上に載置自在になっている。さらに第２の熱板６６の上方には，上下動して第２の熱板６６と一体となって二次昇温室Ｓ２を形成する蓋体７９が設けられている。その蓋体７９には，不活性ガスを供給する供給口８０が設けられ，第２の熱板６６の外周部には，二次昇温室Ｓ２内の雰囲気を排気する排気口８１が設けられている。
【００４１】
一方，冷却室６２の基台６０上には，ウェハＷを載置し降温する円盤状の降温板８５が設けられている。降温板８５には，ペルチェ素子８６が埋め込まれており，このペルチェ素子８６によってウェハＷの降温及び温調が実現されている。また，このペルチェ素子８６は，温度制御装置８７によって制御されており，降温板８５の温度を例えば，前記所定温度Ｔ２よりも低い所定温度Ｔ３に設定できるようになっている。
【００４２】
また，降温板８５の下方には，第１の熱板６５と同様に昇降駆動機構８８によって上下に駆動する昇降ピン８９が設けられており，ウェハＷを降温板８５上に載置できるようになっている。
【００４３】
降温板８５の上方には，上下動して降温板８５と一体となって昇温室Ｓ３を形成する蓋体９０が設けられている。また，蓋体９０には，昇温室Ｓ３内に不活性ガスを供給する供給口９１が設けられており，降温板８５の外周部には，昇温室Ｓ３内の雰囲気を排気する排気口９２が設けられている。これによって，昇温室Ｓ３内に不活性ガスの下降気流を発生させ，昇温室Ｓ３内をパージできるようになっている。
【００４４】
図５に示すように，第１の熱板６５のＸ方向負方向側であって，ケーシング４４ａの側壁近くの待機位置Ｔには，ウェハＷの裏面を支持してウェハＷを搬送する搬送手段９５が待機している。この搬送手段９５は，図６に示すように，ウェハＷの裏面を下方から支持する２つの支持部９６，９７とその支持部９６，９７を吊り下げるようにして支持するアーム部９８を有している。２つの支持部９６，９７は，アーム部９８から下方に延伸する垂直部９６ａ，９７ａと，その垂直部９６ａ，９７ａから互いが向き合うようにして水平方向に延伸する水平部９６ｂ，９７ｂとで構成されている。そして，水平部９６ｂ，９７ｂには，ウェハＷを支持する支持ピン９９が設けられており，ウェハＷを搬送する際には，水平部９６ｂ，９７ｂの支持ピン９９上にウェハＷを水平に支持できるようになっている。
【００４５】
搬送手段９５は，図５に示すようなケーシング４４ａの側壁に沿ってＸ方向に伸びるレール１００上を移動自在に構成されており，搬送手段９５のアーム部９８が，第１の熱板６５のＸ方向負方向の待機位置Ｔから降温板８５上までの間を移動できるようになっている。また，アーム部９８は，シリンダ等によって上下に移動自在に構成されており，ウェハＷの裏面の下方に前記支持部９６，９７の水平部９６ｂ，９７ｂが移動し，その水平部９６ｂ，９７ｂが上昇することによって，支持ピン９９がウェハＷの裏面を支持し，搬送手段９５がウェハＷを搬送できるようになっている。したがって，かかる構成の搬送手段９５により，第１の熱板６５，第２の熱板６６及び降温板８５間のウェハＷの搬送が可能になる。
【００４６】
ケーシング４４ａの第１の熱板６５に対向する位置には，図５に示すようにウェハＷをＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４内に搬入するための搬送口１０５が設けられている。搬送口１０５には，シャッタ１０６が設けられており，ウェハＷの搬入時以外は，シャッタ１０６が閉鎖され，ＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４内の熱雰囲気が外部に流出しないようになっている。
【００４７】
また，ケーシング４４ａの降温板８５に対向する位置には，ウェハＷを搬出するための搬送口１０７が設けられており，この搬送口１０７にも搬送口１０７を開閉自在とするシャッタ１０８が設けられている。
【００４８】
上述した加熱室６１と冷却室６２を仕切る仕切板６３は，図示しない昇降手段である，例えばエアシリンダやモータにより昇降自在に構成されており，仕切板６３が昇降することによって仕切板６３自体を開閉自在となっている。これによって加熱室６１と冷却室６２との間で前記搬送手段９５が移動する場合に限り仕切板６３が開放され，それ以外の時は，熱雰囲気を遮断するために閉鎖されるようになっている。
【００４９】
次に，以上のように構成されているＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４の作用について，塗布現像処理システム１で行われるフォトリソグラフィー工程のプロセスと共に説明する。
【００５０】
先ず，ウェハ搬送体７がカセットＣから未処理のウェハＷを１枚取りだし，第３の処理装置群G3に属するアドヒージョン装置３１に搬入する。このアドヒージョン装置３１において，レジスト液との密着性を向上させるHMDSなどの密着強化剤を塗布されたウェハＷは，主搬送装置１３によって，クーリング装置３０搬送され，所定の温度に冷却される。その後，ウェハＷはレジスト塗布装置１７又１９に搬送され，レジスト液が供給され，ウェハＷ上にレジスト膜が形成される。レジスト膜が形成されたウェハＷは，再び主搬送装置１３によってプリベーキング装置３３又は３４，エクステンション・クーリング装置４１に順次搬送され，所定の処理が施される。
【００５１】
次いで，ウェハＷはエクステンション・クーリング装置４１からウェハ搬送体５０によって取り出され，周辺露光装置５１を経て露光装置（図示せず）に搬送される。露光処理の終了したウェハＷは，ウェハ搬送体５０によりエクステンション装置４２に搬送され，さらに主搬送装置１３によって，ポストエクスポージャーベーキング処理及びクーリング処理である昇温，加熱及び降温処理が行われるＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４又は４５に搬送される。
【００５２】
そして，ポストエクスポージャーベーキング処理及びクーリング処理の終了したウェハＷは，主搬送装置１３により現像処理装置１８又は２０，ポストベーキング装置３５，３６，４６又は４７，クーリング装置３０と順次搬送され，各装置において所定の処理が施される。その後，ウェハＷは，エクステンション装置３２を介して，ウェハ搬送体７によってカセットＣに戻され，一連の所定の塗布現像処理が終了する。
【００５３】
次に上述したＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４の作用について詳しく説明する。先ず，ウェハＷの熱処理が開始される前に，第１の熱板６５を第１の所定温度（請求項１中の所定の中間温度に相当する）としての設定温度Ｔ１，例えば８０℃に維持し，第２の熱板６６を第２の所定温度（請求項１中の所定の高温度に相当する）としての設定温度Ｔ２，例えば１４０℃に維持し，降温板８５を設定温度Ｔ３，例えば２３℃になるように調節しておく。
【００５４】
そして，ウェハＷの熱処理が開始されると，蓋体７１が図示しない駆動機構により上昇され，主搬送装置１３によってウェハＷが搬送口１０５からＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４内に搬入される。そして，第１の熱板６５上方まで移動されたウェハＷは，予め第１の熱板６５上方の所定の位置で待機していた昇降ピン６９上に支持される。なお，このときのウェハＷの温度は，所定の低温度としての，前工程である露光工程時の温度，例えば２３℃である。
【００５５】
次いで，蓋体７１が下降され，第１の熱板６５と一体となって一次昇温室Ｓ１が形成される。このとき，蓋体７１の供給口７２から不活性ガスの供給が開始される。この不活性ガスが一次昇降室Ｓ１を通って排気口７３から排気されることにより下降気流が発生し，以後，この第１の熱板６５上でのウェハＷの昇温が終了するまで一次昇温室Ｓ１内の雰囲気がパージされる。
【００５６】
その後，ウェハＷは昇降駆動機構７０によって昇降ピン６９と共に下降され，第１の熱板６５上に載置される。そして，ウェハＷが載置されると同時にウェハＷの昇温が開始され，ウェハＷの温度は，図７に示すように２３℃から６０℃に昇温される。そして，ウェハＷが６０℃に達した状態で所定時間維持される。
【００５７】
所定時間経過すると，ウェハＷは昇降ピン６９によって再び上昇されて，第１の熱板６５によるウェハＷの昇温が終了する。次いで，蓋体７１が上昇され，一次昇温室Ｓ１が開放される。
【００５８】
次に，搬送手段９５が待機位置Ｔから移動し，搬送手段９５の水平部９６ｂ，９７ｂをウェハＷの下方に位置させる。そして，水平部９６ｂ，９７ｂを上昇させ，支持ピン９９上にウェハＷを支持させる。その後，搬送手段９５は，第２の熱板６６上方まで移動する。第２の熱板６６上方まで移動されたウェハＷは，昇降ピン７７に受け渡され，第１の熱板６５の場合と同様にして，蓋体７９によって２次昇温室Ｓ２が形成され，供給口８０からの不活性ガスの供給が開始された後，第２の熱板６６上に載置される。
【００５９】
第２の熱板６６上にウェハＷが載置されると，図７に示すようにウェハＷの温度は６０℃から１４０℃に昇温される。このとき，ウェハＷ上のレジスト膜の反応温度Ｔ０である８０℃を越えたところでレジスト膜の反応が開始される。なお，反応温度Ｔ０は，レジスト膜の種類によって定まる。
【００６０】
その後，ウェハＷが１４０℃で所定時間加熱され，所定時間経過後に昇降ピン７７によって再び上昇されてウェハＷの加熱処理，すなわちポストエクスポージャーべーキング処理が終了する。
【００６１】
次いで，蓋体７９が上昇し，２次昇温室Ｓ２が開放される。そして，仕切板６３が開放された後，搬送手段９５によって，上述した第１の熱板６５上から第２の熱板６６上へのウェハＷの搬送と同様にして，ウェハＷが第２の熱板６６上から降温板８５上に搬送される。
【００６２】
降温板８５上に搬送されたウェハＷは昇降ピン８９に受け渡され，その後蓋体９０が下降して降温室Ｓ３が形成される。そしてウェハＷが下降されて，降温板８５上に載置される。このとき，ウェハＷの降温が開始され，ウェハＷの温度は，図７に示すように１４０℃から２３℃に降温される。このとき，レジスト膜の温度が低下するためレジスト膜の反応が停止される。
【００６３】
ウェハＷが２３℃の降温されると，ウェハＷは昇降ピン８９によって上昇され，ウェハＷの降温が終了する。次いで，蓋体９０が上昇し，降温室Ｓ３が開放される。そして，主搬送装置１３が搬送口１０７からＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４内に進入し，ウェハＷを昇降ピン８９から受け取って，ウェハＷをＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４外に搬出し，一連のポストエクスポージャーベーキング処理及びクーリング処理が終了する。
【００６４】
以上の実施の形態によれば，第１の熱板６５においてウェハＷを一旦レジスト膜の反応温度Ｔ０より低い設定温度Ｔ１に昇温させ，その状態で所定時間維持するようにしたため，ウェハＷのレジスト膜が反応温度Ｔ０に達する前に，ウェハＷ面内の温度を均一化することができる。そして，その後，第２の熱板６６において反応温度Ｔ０を越える設定温度Ｔ２にウェハＷを昇温させたため，ウェハＷ面内の温度が均一な状態でレジスト膜の反応を開始することができる。したがって，ウェハＷ面内のレジスト膜の反応が均一に行われ，最終的に形成されるパターンの線幅をウェハＷ面内において均一化することができる。
【００６５】
また，加熱室６２での加熱処理の終了したウェハＷを，同じＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４内にある降温板８５で降温するようにしたため，搬送時間を短縮することができ，ポストエクスポージャーベーキング処理の終了したウェハＷを迅速に降温し，レジスト膜の反応を停止させることができる。
【００６６】
更に，加熱室６１と冷却室６２との間に仕切り板６３を設けたため，加熱室６１と冷却室６２との熱雰囲気を遮断することができるため，各処理室での熱処理を他の処理室からの熱の影響を受けずに好適に行うことができる。
【００６７】
以上の実施の形態では，１４０℃に熱せされたウェハＷを，冷却室６２において２３℃に一気に降温していたが，段階的に降温するようにしてもよい。このような場合，例えばウェハＷを降温する際に，温度制御装置８７によって降温板８５の温度を制御して変更することが提案される。例えば，降温板８５の温度を初め６０℃に設定しておき，ウェハＷが載置され，所定時間経過してから降温板８５の温度を２３℃に変更する。こうすることによって，ウェハＷを降温する際に，ウェハＷ面内の温度が一旦６０℃で均一化され，降温時に起こるウェハＷ面内の温度のばらつきが抑制されるため，この熱処理におけるウェハＷの熱履歴がウェハＷ面内においてより均一化される。
【００６８】
また，第１の熱板６５を用いてウェハＷを段階的に降温させてもよい。このような場合，例えば上述したように第２の熱板６６で１４０℃で加熱され，ポストエクスポージャーベーキングの終了したウェハＷを，搬送手段９５によって再び第１の熱板６５に搬送する。そして，ウェハＷが第１の熱板６５上に載置され，設定温度Ｔ１である６０℃に降温される。６０℃に降温されたウェハＷは，搬送手段９５によって再び降温板８５に搬送され，そこで２３℃に降温される。こうすることによって，降温板８５の温度を変更することなく，ウェハＷを段階的に降温することができる。
【００６９】
また，以上の実施の形態では，第１の熱板６５，第２の熱板６６及び降温板８５間を移動自在な搬送手段９５を用いていたが，必要に応じて，例えば第１の熱板６５と第２の熱板６６間においてウェハＷを搬送する搬送手段と，第２の熱板６６と降温板８５間においてウェハＷを搬送する搬送手段とを別々に設けるようにしてもよい。
【００７０】
なお，本実施の形態では，ウェハＷの昇温・加熱処理と降温処理とを同じ処理装置内で行っていたが，ウェハＷの昇温・加熱処理と降温処理とを異なる処理装置で行うようにしてもよい。このような場合，例えば図８に示すように，上述した実施の形態にかかるＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４において降温板８５の無い，第１の熱板６５と第２の熱板６６のみを有するＰＥＢ装置１１５と，既存のクーリング装置４３とを用いて行うことが提案される。クーリング装置４３には，上述した降温板８５と同じ構成を有する降温板４３ａが設けられており，上述したＰＥＢ・ＣＯＬ装置４４と同様にしてウェハＷを降温できるようになっている。
【００７１】
そして，上述した実施の形態と同様にして，例えばＰＥＢ装置１１５の第１の熱板６５においてウェハＷを２３℃から６０℃に昇温し，所定時間その温度を維持した後，第２の熱板６６おいて６０℃から１４０℃に昇温し，加熱する。その後，そのウェハＷを主搬送装置１３によってクーリング装置４３に搬送し，クーリング装置４３の降温板４３ａにおいて１４０℃から２３℃に昇温する。このような場合においても，ウェハＷを昇温する際に，一旦反応温度Ｔ０よりも低い６０℃にウェハＷを維持するため，ウェハＷのレジスト膜の反応が開始される前に，ウェハＷ面内の温度を均すことができ，その後の昇温によってウェハＷの反応を同時期に開始させることができる。
【００７２】
以上の実施の形態にかかる基板処理装置は，ＰＥＢ装置４４又は４５についてであったが，他の加熱処理装置，例えばプリベーク装置３３又は３４，ポストベーク装置３５，３６，４６又は４７においても応用できる。
【００７３】
また，以上で説明した実施の形態は，半導体ウェハデバイス製造プロセスのフォトリソグラフィー工程におけるウェハＷの処理装置についてであったが，本発明は半導体ウェハ以外の基板例えばＬＣＤ基板の処理装置においても応用できる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば，基板を昇温する際に，基板上の塗布膜が基板面内のおいて同時期に反応温度に達するため，塗布膜の反応時間を基板面内において均一化することができる。したがって，最終的に形成されるパターンの線幅が均一化され，歩留まりの向上が図られる。
【００７５】
特に，本発明によれば，基板を昇温した後に，基板を段階的に降温するので，基板面内の温度のばらつきをより抑制しながら降温することができる。したがって，基板面内の熱履歴等を均一にすることができ，歩留まりの向上が図られる。
【００７６】
本発明によれば，基板を昇温する際に用いられる第１の熱板を用いて段階的な降温が行われるため，基板を降温している最中に，降温板等の温度を変更する必要が無く，基板を迅速に降温することができるため，スループットの向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるＰＥＢ・ＣＯＬ装置を有する塗布現像処理システムの構成の概略を示す平面図である。
【図２】図１の塗布現像処理システムの正面図である。
【図３】図１の塗布現像処理システムの背面図である。
【図４】本実施の形態にかかるＰＥＢ・ＣＯＬ装置の縦断面の説明図である。
【図５】図４のＰＥＢ・ＣＯＬ装置の横断面の説明図である。
【図６】ＰＥＢ・ＣＯＬ装置の搬送手段の説明図である。
【図７】本実施の形態における熱処理のウェハ温度の時間変化を示すグラフである。
【図８】ウェハの降温を他の装置で行う場合の装置構成を模式的に示した説明図である。
【図９】ウェハを昇温させた場合に生じるウェハ面内のばらつきを現すグラフである。
【符号の説明】
１ 塗布現像処理システム
４４ ＰＥＢ・ＣＯＬ装置
６１ 加熱室
６２ 冷却室
６５ 第１の熱板
６６ 第２の熱板
８５ 降温板
Ｔ 待機位置
Ｗ ウェハ
Claims (6)
- 基板上に所定の塗布液を供給し，塗布膜を形成する工程と，当該基板を所定の高温度で加熱する工程とを有する基板の熱処理方法であって，
前記基板の加熱工程の前に，所定の低温度から前記塗布膜の反応する所定の反応温度よりも低い所定の中間温度まで前記基板を昇温する第１の工程と，前記所定の中間温度に当該基板を所定時間維持する第２の工程と，その後，前記所定の反応温度よりも高い前記所定の高温度まで当該基板を昇温する第３の工程とを有し，
前記基板の加熱工程後に，当該基板を降温する工程を有し，
前記基板を降温する工程は，前記基板を前記所定の中間温度まで降温する第４の工程と，当該基板を前記所定の中間温度から所定の温度に降温する第５の工程とを有することを特徴とする，基板の熱処理方法。 - 前記第１の工程，前記第２の工程，第３の工程，前記第４の工程及び前記第５の工程は，同じ処理装置内で行われ，
前記第１の工程と前記第２の工程は，基板を載置して加熱する第１の熱板上で行われ，前記第３の工程は，基板を載置して加熱する第２の熱板上で行われ，前記第４の工程は，前記第１の熱板上で行われ，前記第５の工程は，基板を載置して降温する降温板上で行われることを特徴とする，請求項１に記載の基板の熱処理方法。 - 所定の塗布膜が形成された基板の熱処理を行う熱処理装置であって，
前記基板を載置し前記所定の塗布膜の反応温度よりも低い第１の所定温度で加熱する第１の熱板と，
前記基板を載置し前記反応温度よりも高い第２の所定温度で加熱する第２の熱板と，
前記基板を載置し降温する降温板とを有し，
前記第２の熱板上で第２の所定温度で加熱した基板を降温するときに，前記基板を前記第１の熱板上で前記第１の所定温度まで降温し，その後前記降温板上でさらに降温していることを特徴とする，基板の熱処理装置。 - 前記第１の熱板と前記第２の熱板間及び第２の熱板と前記降温板間の基板の搬送を行う搬送手段を有することを特徴とする，請求項３に記載の基板の熱処理装置。
- 少なくとも前記第１の熱板と前記第２の熱板間及び前記第１の熱板と前記降温板間の基板の搬送を行う搬送手段を有することを特徴とする，請求項３に記載の基板の熱処理装置。
- 前記第１の熱板と前記第２の熱板とは，同じ一の処理室内に設けられ，前記降温板は，他の処理室に設けられており，前記一の処理室と前記他の処理室との間に熱雰囲気を遮断する仕切板が設けられていることを特徴とする，請求項３，４又は５のいずれかに記載の基板の熱処理装置。
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