JP4319756B2 - 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、基板例えばレジストが塗布された半導体ウェハを加熱処理する、或いは冷却処理する処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造プロセスでは、フォトリソグラフィー技術が利用されている。フォトリソグラフィー技術においては、半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」と呼ぶ。）の表面にレジストを塗布し、この塗布レジストを所定パターンに露光処理し、さらに現像処理する。これによりウェハ上に所定パターンのレジスト膜が形成され、さらに成膜及びエッチング処理することにより所定パターンの回路が形成される。
【０００３】
このようなレジスト膜を形成する工程では、ウェハ上にレジスト膜を均一な厚さに形成することが重要な課題の１つとなっている。ウェハ上にレジスト膜を均一な厚さに形成するためには、レジストが塗布されたウェハを加熱処理する際の温度を正確に制御することが重要である。
【０００４】
化学増幅型レジストの場合、レジストパターンは現像前の熱処理の間に増幅する。このパターンを均一かつ一定にするためには、現像前のウェハの温度（熱処理温度）正確に制御することが重要である。
【０００５】
一般に、ウェハを加熱処理する加熱処理装置は、ウェハを保持する保持板の裏面に発熱素子を配置したホットプレートを有する。このような加熱処理装置では、保持板の温度を正確に制御するために、保持板表面、即ち処理位置の温度の検出する必要がある。一般には、処理位置の温度を直接検出することがきでないため、保持板内に温度センサを埋め込み、温度センサにより検出された温度に応じて処理位置の温度を固定されたオフセット値として推定している。そして、この推定された温度に基づいて保持板の裏面に配置された発熱素子の発熱量を制御している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の加熱処理装置では、処理位置と温度センサが埋め込まれた位置との間に、保持板を構成する材料あるいはプロキシミティーの空間が介在する物理的距離があり、しかも加熱処理装置に搬入されるウェハの温度履歴が一様でないため、正確に温度制御ができない、という問題がある。
【０００７】
例えば、あるウェハは加熱処理装置内へすぐに搬入されるが、別のウェハは加熱処理装置の直前で長時間待たされてから加熱処理装置内へ搬入される。このような場合、それぞれのウェハの温度履歴が異なることになる。本発明者等の考察によると、ウェハの温度履歴が異なると、保持板内に埋め込まれた温度センサが同じ温度を検出した場合でも、保持板表面の実際の温度が異なる。このため、ある温度履歴の場合には、所望の処理温度に達するまでに長時間を要し、このことはウェハを所望の処理温度で処理する時間を短くすることになる。このようにウェハを所望の処理温度で処理する時間が短いと、レジストの膜厚が安定せず、ウェハ上にレジスト膜を均一な厚さに形成することはできない。
【０００８】
本発明の目的は、基板を保持する保持板表面の温度をより正確に推定することができる処理装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の目的は、基板の温度履歴とは無関係に、短時間で保持板表面が所望の処理温度に達し、基板を所望の処理温度で処理する時間を長くすることができる処理装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、保持板内に配置された温度センサが基板の熱処理に対して悪影響を与えることが少ない処理装置を提供することにある。
【００１１】
かかる課題を解決するため、本発明の第１の観点は、基板を熱処理する装置において、第１の面及び第２の面を有し、第１の面又はその近くで前記基板を保持する保持板と、前記第２の面側から熱エネルギを供給する供給部と、前記保持板内の、前記第１の面から第１の深さの第１の位置に配置され、前記第１の位置の第１の温度を検出する第１の温度センサと、前記保持板内の、前記第１の面から第１の深さとは異なる第２の深さの第２の位置に配置され、前記第２の位置の第２の温度を検出する第２の温度センサと、前記検出された第１の温度及び前記検出された第２の温度に基づいて、前記保持板内の温度カーブを推定すると共に、前記温度カーブに基づく前記第１の面の推定温度が前記基板の処理温度となるように、前記供給部から前記第１の面へ供給される熱エネルギを制御する制御部とを具備する。
【００１２】
本発明の第２の観点は、基板を冷却処理する装置において、第１の面及び第２の面を有し、第１の面又はその近くで前記基板を保持する保持板と、前記第２の面側から冷却エネルギを供給する供給部と、前記保持板内の、前記第１の面から第１の深さの第１の位置に配置され、前記第１の位置の第１の温度を検出する第１の温度センサと、前記保持板内の、前記第１の面から第１の深さとは異なる第２の深さの第２の位置に配置され、前記第２の位置の第２の温度を検出する第２の温度センサと、前記検出された第１の温度及び前記検出された第２の温度に基づいて、前記保持板内の温度カーブを推定すると共に、前記温度カーブに基づく前記第１の面の推定温度が前記基板の処理温度となるように、前記供給部から前記第１の面へ供給される冷却エネルギを制御する制御部とを具備する。
【００１３】
本発明の第３の観点は、基板を熱処理する装置において、第１の面及び第２の面を有し、第１の面又はその近くで前記基板を保持し、前記第２の面から前記第１の面に向けて所定の深さの穴が設けられた保持板と、前記第２の面側から熱エネルギを供給する供給部と、前記穴内の第１の位置に配置され、前記第１の位置の第１の温度を検出する第１の温度センサと、前記穴内の前記第１の位置とは異なる第２の位置に配置され、前記第２の位置の第２の温度を検出する第２の温度センサと、前記検出された第１の温度及び前記検出された第２の温度に基づいて、前記保持板内の温度カーブを推定すると共に、前記温度カーブに基づく前記第１の面の推定温度が前記基板の処理温度となるように、前記供給部から前記第１の面へ供給される熱エネルギを制御する制御部とを具備する。
【００１４】
本発明の第４の観点は、基板を処理する装置において、第１の面及び第２の面を有し、第１の面又はその近くで前記基板を保持する保持板と、前記第２の面側からエネルギを供給する手段と、前記保持板内の、前記第１の面からそれぞれ異なる深さの位置の温度を検出する手段と、前記検出された温度に基づいて、前記保持板内の温度カーブを推定すると共に、前記温度カーブに基づく前記第１の面の推定温度が前記基板の処理温度となるように、前記供給する手段から前記第１の面へ供給されるエネルギを制御する制御手段とを具備し、前記制御手段が、第１の期間の間、前記異なる深さの位置で検出された各温度に基づいて前記供給されるエネルギを制御し、前記第１の期間の後は、前記異なる深さの位置で検出された各温度のうち１つの位置で検出された温度に基づいて前記供給されるエネルギを制御する。
【００１５】
本発明の第５の観点は、保持板の裏面側から熱エネルギを供給し、前記保持板の表面に保持された基板を熱処理する方法において、前記保持板の表面から第１の深さの第１の位置の第１の温度を検出する工程と、前記保持板の表面から前記第１の深さとは異なる第２の深さの第２の位置の第２の温度を検出する工程と、前記検出された第１の温度及び前記検出された第２の温度に基づいて、前記保持板内の温度カーブを推定すると共に、前記温度カーブに基づく前記表面の推定温度が前記基板の処理温度となるように、前記保持板の裏面側から前記表面へ供給される熱エネルギを制御する工程とを具備する。
【００１６】
本発明では、保持板内の異なる深さの位置における温度を検出し、これらの検出された温度に基づいて保持板表面の温度を推定しているので、より正確に保持板表面の温度を推定することができる。さらに、このようなに正確に推定された温度に基づいて保持板に供給される熱または冷却エネルギを制御しているので、基板の熱履歴とは無関係に、保持板表面が短時間で所望の処理温度に達し、基板を所望の処理温度で処理する時間を長くすることができる。これにより、例えばウェハ上にレジスト膜を均一な厚さに形成することができる。
【００１７】
また、本発明では、保持板内に第２の面から第１の面に向けて設けられた穴内に２つの温度センサを配置するようにしたので、保持板内に配置されたこれらの温度センサが基板の熱処理に対して悪影響を与えることが少なくなる。
【００１８】
本発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは、以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１に示すように、このレジスト塗布現像システム１は、半導体ウェハに化学増幅型レジストを塗布し、現像するシステムシステムにおいて、カセットステーション１０、処理ステーション１１及びインターフェイス部１２を一体に接続した構成を有している。カセットステーション１０では、ウエハＷが（カセットＣ単位で複数枚、たとえば２５枚単位で）外部からレジスト塗布現像システム１に搬入され、またレジスト塗布現像システム１から外部に搬出される。また、カセットＣに対してウエハＷが搬出・搬入される。処理ステーション１１では、塗布現像処理工程の中で１枚ずつウエハＷに所定の処理を施す枚葉式の各種処理ユニットが所定位置に多段に配置されている。インターフェイス部１２では、このレジスト塗布現像システム１に隣接して設けられる露光装置１３との間でウエハＷが受け渡される。
【００２０】
カセットステーション１０では、図１に示すように、載置部となるカセット載置台２０上の位置決め突起２０ａの位置に複数個（たとえば４個）のカセットＣが、それぞれのウエハＷ出入口を処理ステーション１１側に向けてＸ方向（図１中の上下方向）一列に載置される。このカセットＣ配列方向（Ｘ方向）およびカセットＣ内に収容されたウエハＷのウエハＷ配列方向（Ｚ方向；垂直方向）に移動可能なウエハ搬送装置２１が、搬送路２１ａに沿って移動自在であり、各カセットＣに選択的にアクセスする。
【００２１】
ウエハ搬送装置２１は、θ方向に回転自在に構成されており、後述するように処理ステーション１１側の第３の処理装置群Ｇ３の多段ユニット部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】
処理ステーション１１では、図１に示すように、その中心部には垂直搬送型の搬送装置２２が設けられ、その周りに処理室としての各種処理装置が１組または複数の組に亙って多段集積配置されて処理装置群を構成している。このレジスト塗布現像システム１においては、５つの処理装置群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５が配置可能な構成であり、第１および第２の処理装置群Ｇ１、Ｇ２はシステム正面側に配置され、第３の処理装置群Ｇ３はカセットステーション１０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１２に隣接して配置され、さらに破線で示した第５の処理装置群Ｇ５を背面側に配置することが可能となっている。搬送装置２２は、θ方向に回転自在でＺ方向に移動可能に構成されており、各処理装置との間でウエハＷの受け渡しが可能とされている。
【００２３】
第１の処理装置群Ｇ１では、図２に示すように、カップＣＰ内でウエハＷをスピンチャックに載せて所定の処理を行う２台のスピンナ型処理装置、たとえばレジスト液塗布装置（ＣＯＴ）および現像処理装置（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。そして第１の処理装置群Ｇ１と同様に、第２の処理装置群Ｇ２においても、２台のスピンナ型処理装置、たとえばレジスト液塗布装置（ＣＯＴ）および現像処理装置（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。
【００２４】
第３の処理装置群Ｇ３では、図３に示すように、ウエハＷを載置台（図示せず）に載せて所定の処理を行うオーブン型の処理装置、たとえば冷却処理を行う冷却処理装置（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装置（ＡＤ）、位置合わせを行うアライメント装置（ＡＬＩＭ）、エクステンション装置（ＥＸＴ）、露光処理前の加熱処理を行うプリベークを行う加熱処理装置（ＰＲＥＢＡＫＥ）およびポストベークを行う加熱処理装置（ＰＯＢＡＫＥ）が下から順に、たとえば８段に重ねられている。
【００２５】
同様に、第４の処理装置群Ｇ４では、ウエハＷを載置台に載せて所定の処理を行うオーブン型の処理装置、たとえば冷却処理を行う冷却処理装置（ＣＯＬ）、冷却処理も兼ねたエクステンション・冷却処理装置（ＥＸＴＣＯＬ）、エクステンション装置（ＥＸＴ）、アドヒージョン装置（ＡＤ）、プリベークを行う加熱処理装置（ＰＲＥＢＡＫＥ）およびポストベークを行う加熱処理装置（ＰＯＢＡＫＥ）が下から順に、たとえば８段に重ねられている。
【００２６】
インターフェイス部１２では、図１に示すように、奥行き方向（Ｘ方向）については、上記処理ステーション１１と同じ寸法を有するが、幅方向についてはより小さなサイズに設定されている。図１および図２に示すように、このインターフェイス部１２の正面側には、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、他方背面部には周辺露光装置２４が配設されている。
【００２７】
インターフェイス部１２の中央部には、ウエハ搬送装置２５が設けられている。ウエハ搬送装置２５は、Ｘ方向、Ｚ方向（垂直方向）に移動して両カセットＣＲ、ＢＲおよび周辺露光装置２４にアクセスできるようになっている。ウエハ搬送装置２５は、θ方向にも回転自在となるように構成されており、処理ステーション１１側の第４の処理装置群Ｇ４に属するエクステンション装置（ＥＸＴ）や、さらには隣接する露光装置側のウエハ受け渡し台（図示せず）にもアクセスできるようになっている。
【００２８】
図４に示すように、カセットステーション１０の上部にはフィルタ２６が、処理ステーション１１の上部にはフィルタ２７が、インタフェース部１２の上部にはフィルタ２８がそれぞれ取り付けられている。これらのフィルタは上部空間２９を共有している。この上部空間２９はダクト（図示を省略）を介して下方の空調装置（図示を省略）に連通し、アンモニアを除去し、湿度及び温度が制御された清浄空気が空調装置から上部空間２９に供給されるようになっている。清浄空気は、上部空間２９から各フィルタを通って下方に向けて吹き出され、これにより清浄空気のダウンフローが各部１０、１１、１２に形成されるようになっている。
【００２９】
図５及び図６に示すように、上記の加熱処理装置（ＰＲＥＢＡＫＥ）のほぼ中央には、ウェハＷを加熱処理するためのホットプレート３１が配置されている。このホットプレート３１では、例えばウェハＷより少し大きな直径で円形状の保持板３２の裏面側に、例えばこの保持板３２とほぼ同形状の発熱素子３３が保持板３２と密着するように配置されている。発熱素子３３は、例えば電流が流されることで発熱する抵抗体により構成され、後述する制御部によりこの電流値が制御されることで加熱処理のための温度が制御されるようになっている。
【００３０】
ホットプレート３１の表面と裏面との間に、複数カ所、例えば３カ所に貫通穴３４が設けられている。これら貫通穴３４には、それぞれ、ウェハＷの受け渡しのための複数本、例えば３本の支持ピン３５が出没可能に介挿されている。これら支持ピン３５は、保持板３２の裏面側に配置された結合部材３６により、保持板３２の裏面側で一体に結合されている。結合部材３６は、保持板３２の裏面側に配置された昇降機構３７に接続されている。昇降機構３７の昇降動作により、支持ピン３５は保持板３２の表面から突き出たり、没したりする。支持ピン３５は、保持板３２の表面から突き出た状態で、搬送装置２２との間でウェハＷの受け渡しを行う。搬送装置２２からウェハＷを受け取った支持ピン３５は、下降して保持板３２内に没し、これによりウェハＷが保持板３２の表面に密着し、ウェハＷの加熱処理が行われるようになっている。
【００３１】
図７にも示すように、保持板３２及び発熱素子３３のほほ中央には、保持板３２の裏面から表面に向けて所定の深さの有底の穴３８が設けられている。穴３８の底部と保持板３２の表面との間の距離は、例えば３ｍｍ〜５ｍｍ程度とされている。この穴３８の底部（穴３８内で保持板３２の表面に最も近い位置）には、例えば熱電対である第１の温度センサ３９が配置されている。この穴３８内の第１の温度センサ３９から３ｍｍ〜５ｍｍ程度離れた位置には、例えば熱電対である第２の温度センサ４０が配置されている。従って、第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０は、保持板３２の表面及び裏面とほぼ垂直な一線上に位置するように、保持板３２内に配置されている。また、第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０は、例えば穴３８内の側壁に取り付けられている。これにより、より正確に保持板３２の温度を計測できるようになる。また、例えば、穴３８の底部に配置された第１の温度センサ３９と保持板３２の表面との間の距離と、第１の温度センサ３９と第２の温度センサ４０と距離とをほぼ等しくすることで、後述する保持板３２の表面の温度の推定をより簡単に行うことができる。
【００３２】
保持板３２の上方には、保持板３２により保持されるウェハＷを覆うように、蓋体４１が配置されている。蓋体４１は、図示を省略した昇降機構により昇降可能とされている。該装置内では、蓋体４１が上昇し蓋体４１が開いた状態で、搬送装置２２との間でウェハＷの受け渡しを行い、蓋体４１が下降し蓋体４１が閉じた状態で、密閉空間を形成し、ウェハＷの加熱処理が行われるようになっている。
【００３３】
蓋体４１は、そのほぼ中央に向かって上向きに傾斜する構造を有し、そのほぼ中央、つまり保持板３２により保持されたウェハＷのほほ中央に対応する位置に排気口４２が設けられている。排気口４２には、真空ポンプ等の排気装置４３が接続され、密閉空間内の排気が行われるようになっている。
【００３４】
また、ホットプレート３１の周囲には、ホットプレート３１を取り囲むようにシャッター部材４４が出没可能に配置されている。シャッター部材４４は、ホットプレート３１の裏面に配置された昇降機構４５により昇降されるようになっている。さらに、シャッター部材４４の内壁には、例えば高温の不活性ガスを噴出するための噴出孔４６が多数設けられている。噴出孔４６は噴出孔４６へ高温ガスを供給する高温ガス供給装置４７に接続されている。保持板３２上にウェハＷを保持し、ウェハＷを加熱処理するとき、シャッター部材４４がホットプレート３１表面から突き出て、噴出孔４６から保持板３２上に保持されたウェハＷの表面に向けて高温ガスが噴出されるようになっている。
【００３５】
図８に示すように、第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０は、制御部４８に電気的に接続され、第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０による検出結果としての電気信号が制御部４８へ送出されるようになっている。発熱素子３３と電源４９との間には、電流調整部５０が介挿されており、電流調節部５０は制御部４８に電気的に接続されている。制御部４８は、第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０による検出結果に基づいて、保持板３２表面の温度を推定し、この推定した温度に基づいて、電流調節部５０を介して発熱素子３３へ流れる電流を制御することで、保持板３２に供給される熱エネルギを制御し、保持板３２上のウェハＷの加熱処理温度を制御している。
【００３６】
ここで、従来の加熱処理装置では、図９に示すように、裏面に発熱素子１０２が埋め込まれた保持板１０１内に温度センサ１００が埋め込まれている。ウェハＷが保持される保持板１０１表面の処理位置と温度センサ１００が埋め込まれた位置（コントロールポイント）とでは、温度差を生じる。
【００３７】
静的なシステムでは、このような温度差は容易に補償可能である。しかし、加熱処理装置に搬入されるウェハの温度履歴が一様でない動的なシステムでは、このような温度差の補償は困難である。図１０に示すように、例えばウェハＷが加熱処理装置の直前で長時間待たされてから加熱処理装置内へ搬入された場合には保持板１０１内でカーブ”Ａ”のような温度勾配となる。即ち、処理位置とコントロールポイントとの間の温度差は僅かである。一方、ウェハＷが冷えたまま加熱処理装置内へすぐに搬入された場合には保持板１０１内でカーブ”Ｂ”のような温度勾配となる。
【００３８】
つまり、実際にはユーザ側では何の認識もないまま、ウェハＷの熱履歴に応じて温度のカーブがコントロールポイントを中心として回転している。従って、処理位置とコントロールポイントとの間の温度差を補償するためのオフセットが一定でないにもかかわらず、実際に温度を検出しているコントロールポイントではこの点は認識されず、結局、カーブ”Ｂ”から”カーブ”Ａ”の状態になるまで発熱素子１０２から特別のエネルギが供給されず、カーブ”Ｂ”から”カーブ”Ａ”の状態になるまでに長時間を要することになる。
【００３９】
これに対して、本発明では、図７に示したように、保持板３２内の異なる深さの位置にそれぞれ第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０を配置したので、処理位置の温度をほぼ正確に推定することが可能となる。制御部４８では、図１１に示すように、第１の温度センサ３９により検出される第１のコントロールポイントの温度と第２の温度センサ４０により検出される第２のコントロールポイントの温度とを使うことにより、処理位置の温度を推定している。このような処理位置の推定は、様々な方法により算出可能であり、例えばソフトウェアを使って予め作成されている温度表を参照する方法を用いることができる。このように推定される温度のカーブ（例えばカーブ”Ａ”から”カーブ”Ｂ”）は、ウェハＷの熱履歴に応じて処理位置を中心として回転している。従って、処理位置の温度をほぼ正確に推定することが可能となり、所望の処理温度に迅速に到達することが可能となる。
【００４０】
従って、図１２に示すように、従来の加熱処理装置では、ウェハが保持板に載置されてから所定時間後に、保持板表面が推定される所望の処理温度（セットポイント）に達し、発熱素子による加熱が非常に弱まる。しかし、実際には図１２の実線で示すように、保持板表面はセットポイントに達していないため、保持板が実際のセットポイントに達するまでに相当の時間を要することになる。よって、ウェハを所望の処理温度で加熱処理する時間が短くなり、レジストの膜厚が安定しない。
【００４１】
これに対して、本発明の加熱処理装置では、ウェハが保持板に載置されてから所定時間後に、図１２の点線で示すように、保持板表面がほぼ正確に推定される所望の処理温度（セットポイント）に達するので、ウェハを所望の処理温度で加熱処理する時間が長くなり、レジストの膜厚が安定する。
【００４２】
また、本発明の加熱処理装置では、このようにオフセットを可変する制御を行わない場合でも、オペレータやプロセスエンジニアが保持板表面の温度をほぼ正確に観測できる、という効果を得ることができる。
【００４３】
更に、上述した実施形態では、ホットプレート３１を取り囲むように配置されたシャッター部材４４から保持板３２により保持されたウェハＷの表面に向けて高圧ガスを噴出し、保持板３２により保持されたウェハＷのほほ中央に対応する位置に排気口４２を設け、全ての高圧ガスがウェハＷのほぼ中央を通って排気されるように構成したので、ウェハＷのほぼ中央付近が熱的な平均点となる。そして、第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０を保持板３２により保持されるウェハＷのほぼ中心に位置するように、保持板３２内に配置したので、第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０は系内の平均的な温度を検出することが可能となる。
【００４４】
本発明は加熱処理装置ばかりでなく、例えば図３に示した冷却処理を行う冷却処理装置（ＣＯＬ）にも適用可能である。以下に、その適用例を示す。
【００４５】
図１３に示すように、上記の冷却処理装置（ＣＯＬ）のほぼ中央には、ウェハＷを冷却処理するためのクーリングプレート５１が配置されている。このクーリングプレート５１では、例えばウェハＷより少し大きな直径で円形状の保持板５２の裏面側に、例えばこの保持板５２とほぼ同形状の冷却素子５３が保持板５２と密着するように配置されている。冷却素子５３は、例えば素子内にベルチェ素子を縦横に配置して構成される。この冷却素子５３では、例えばベルチェ素子に流れる電流値を制御することで温度制御が可能である。
【００４６】
クーリングプレート５１の表面と裏面との間に、複数カ所、例えば３カ所に貫通穴５４が設けられている。これら貫通穴５４には、それぞれ、ウェハＷの受け渡しのための複数本、例えば３本の支持ピン５５が出没可能に介挿されている。これら支持ピン５５は、保持板５２の裏面側に配置された結合部材５６により、保持板５２の裏面側で一体に結合されている。結合部材５６は、保持板５２の裏面側に配置された昇降機構５７に接続されている。
【００４７】
クーリングプレート５１の一方側には、保持板５２表面に保持されたウェハＷに向けて冷却ガスを噴出する噴出孔が多数設けられた噴出部材５９が配置されている。一方、クーリングプレート５１の他方側には、冷却ガスを排気する排気孔が多数設けられた排気部材６１が配置されている。従って、冷却ガスは保持板５２表面に保持されたウェハＷ上を、クーリングプレート５１の一方側から他方側へ流れる。
【００４８】
図１４にも示すように、保持板５２の中央から噴出部材５９側にずれた位置には、保持板５２の裏面から表面に向けて所定の深さの有底の穴６２が設けられている。この穴６２の底部には、例えば熱電対である第１の温度センサ６３が配置されている。この穴６２内の第１の温度センサ６３から図中下方向へ離れた位置には、例えば熱電対である第２の温度センサ６４が配置されている。
【００４９】
図１５に示すように、第１の温度センサ６３及び第２の温度センサ６４は、制御部４８に電気的に接続され、第１の温度センサ６３及び第２の温度センサ６４による検出結果としての電気信号が制御部４８へ送出されるようになっている。冷却素子５３と電源４９との間には、電流調整部６５が介挿されており、電流調節部６５は制御部４８に電気的に接続されている。制御部４８は、第１の温度センサ６３及び第２の温度センサ６４による検出結果に基づいて、保持板５２表面の温度を推定し、この推定した温度に基づいて、電流調節部６５を介して冷却素子５３へ流れる電流を制御することで、保持板５２に供給される熱エネルギを制御し、保持板５２上のウェハＷの冷却処理温度を制御している。
【００５０】
このように構成された冷却処理装置では、上述した本発明に係る加熱処理装置と同様に、制御部４８が第１の温度センサ６３及び第２の温度センサ６４による検出結果に基づいて、保持板５２上のウェハＷの冷却処理温度を制御している。従って、図１６に示すように、従来の冷却処理装置では、ウェハが保持板に載置されてから所定時間後に、保持板表面が推定される所望の処理温度（セットポイント）まで下降し、冷却素子による冷却が非常に弱まる。しかし、実際には図１６の実線で示すように、保持板表面はセットポイントに達していないため、保持板が実際のセットポイントまで下降するのに相当の時間を要することになる。よって、ウェハを冷却処理する時間が長くなり、スループットが悪化する。
【００５１】
これに対して、本発明の冷却処理装置では、ウェハが保持板に載置されてから所定時間後に、図１６の点線で示すように、保持板表面がほぼ正確に推定される所望の処理温度（セットポイント）まで下降するので、ウェハを冷却処理する時間が短くなり、スループットの向上を図ることができる。
【００５２】
上述した実施形態では、温度センサーを２つ設けた例を示したが、図１７に示すように、第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０に加えてこれらとは異なる高さの位置に第３の温度センサ６６を設けてもよい。これにより、更に正確に保持板３２の表面の温度を推定することが可能となる。温度センサは、４つ以上設けても勿論よい。しかし、このように温度センサが複数になると、制御部による制御の負担が増大する。そこで、図１８に示すように、制御部４８が、例えば保持板３２表面が所望の処理温度に達すと予想される期間を少なくとも越える第１の期間の間（ステップ１８０１）、複数の温度センサ３９、４０で検出された各温度に基づいて保持板３２へ供給される熱エネルギを制御し（ステップ１８０２）、第１の期間の後は、１つの温度センサ、好ましくは第１の温度センサ３９により検出された温度に基づいて保持板へ供給される熱エネルギを制御する（ステップ１８０３）ようにしてもよい。
【００５３】
また、図１９に示すように、保持板３２内に第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０を配置するために設けられた穴３８内に、好ましくは保持板３２と同一の材料の装填部材６７を装填するようにしてもよい。これにより、保持板３２に設けられた穴３８がウェハＷの熱処理に対して悪影響を与えることが少なくなる。
【００５４】
更に、上記の実施の形態においては、基板にウェハＷを用いた例について説明したが、本発明はかかる例には限定されず、例えばＬＣＤ基板を使用する例についても適用が可能である。
【００５５】
以上説明した実施形態は、あくまでも本発明の技術的内容を明らかにする意図のものにおいて、本発明はそうした具体例にのみ限定して狭義に解釈されるものではなく、本発明の精神と請求項に述べる範囲で、いろいろと変更して実施することができるものである。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、基板の熱履歴とは無関係に、保持板表面が短時間で所望の処理温度に達し、基板を所望の処理温度で処理する時間を長くすることができる。また、保持板内に配置された温度センサが基板の熱処理に対して悪影響を与えることが少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るレジスト塗布現像システムを示す平面図である。
【図２】 図１に示したレジスト塗布現像システムの正面図である。
【図３】 図１に示したレジスト塗布現像システムの背面図である。
【図４】 図１に示したレジスト塗布現像システムにおける空気の流れを示す正面図である。
【図５】 図３に示した加熱処理装置を示す正面図である。
【図６】 図５に示した加熱処理装置の平面図である。
【図７】 図５に示した加熱処理装置の一部拡大正面図である。
【図８】 図５に示した加熱処理装置の制御系を示すブロック図である。
【図９】 従来の加熱処理装置の一部拡大正面図である。
【図１０】 従来の加熱処理装置における保持板内の温度勾配を示す図である。
【図１１】 加熱処理装置における保持板内の温度勾配を示す図である。
【図１２】 加熱処理装置における保持板表面の温度の経時的変化を示す図である。
【図１３】 図３に示した冷却処理装置を示す正面図である。
【図１４】 図１３に示した冷却処理装置の一部拡大正面図である。
【図１５】 図１３に示した冷却処理装置の制御系を示すブロック図である。
【図１６】 冷却処理装置における保持板内の温度勾配を示す図である。
【図１７】 他の実施形態に係る加熱処理装置の一部拡大正面図である。
【図１８】 別の実施形態に係る加熱処理装置における制御系の動作を示すフローチャートである。
【図１９】 更に別の実施形態に係る加熱処理装置の一部拡大正面図である。
【符号の説明】
ＰＲＥＢＡＫＥ 加熱処理装置
３１ ホットプレート
３２ 保持板
３３ 発熱素子
３４ 貫通穴
３５ 支持ピン
３６ 結合部材
３７ 昇降機構
３８ 穴
３９ 第１の温度センサ
４０ 第２の温度センサ
４１ 蓋体
４２ 排気口
４３ 排気装置
４４ シャッター部材
４５ 昇降機構
４６ 噴出孔
４７ 高温ガス供給装置
４８ 制御部
４９ 電源
５０ 電流調整部
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板例えばレジストが塗布された半導体ウェハを加熱処理する、或いは冷却処理する処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造プロセスでは、フォトリソグラフィー技術が利用されている。フォトリソグラフィー技術においては、半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」と呼ぶ。）の表面にレジストを塗布し、この塗布レジストを所定パターンに露光処理し、さらに現像処理する。これによりウェハ上に所定パターンのレジスト膜が形成され、さらに成膜及びエッチング処理することにより所定パターンの回路が形成される。
【０００３】
このようなレジスト膜を形成する工程では、ウェハ上にレジスト膜を均一な厚さに形成することが重要な課題の１つとなっている。ウェハ上にレジスト膜を均一な厚さに形成するためには、レジストが塗布されたウェハを加熱処理する際の温度を正確に制御することが重要である。
【０００４】
化学増幅型レジストの場合、レジストパターンは現像前の熱処理の間に増幅する。このパターンを均一かつ一定にするためには、現像前のウェハの温度（熱処理温度）正確に制御することが重要である。
【０００５】
一般に、ウェハを加熱処理する加熱処理装置は、ウェハを保持する保持板の裏面に発熱素子を配置したホットプレートを有する。このような加熱処理装置では、保持板の温度を正確に制御するために、保持板表面、即ち処理位置の温度の検出する必要がある。一般には、処理位置の温度を直接検出することがきでないため、保持板内に温度センサを埋め込み、温度センサにより検出された温度に応じて処理位置の温度を固定されたオフセット値として推定している。そして、この推定された温度に基づいて保持板の裏面に配置された発熱素子の発熱量を制御している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の加熱処理装置では、処理位置と温度センサが埋め込まれた位置との間に、保持板を構成する材料あるいはプロキシミティーの空間が介在する物理的距離があり、しかも加熱処理装置に搬入されるウェハの温度履歴が一様でないため、正確に温度制御ができない、という問題がある。
【０００７】
例えば、あるウェハは加熱処理装置内へすぐに搬入されるが、別のウェハは加熱処理装置の直前で長時間待たされてから加熱処理装置内へ搬入される。このような場合、それぞれのウェハの温度履歴が異なることになる。本発明者等の考察によると、ウェハの温度履歴が異なると、保持板内に埋め込まれた温度センサが同じ温度を検出した場合でも、保持板表面の実際の温度が異なる。このため、ある温度履歴の場合には、所望の処理温度に達するまでに長時間を要し、このことはウェハを所望の処理温度で処理する時間を短くすることになる。このようにウェハを所望の処理温度で処理する時間が短いと、レジストの膜厚が安定せず、ウェハ上にレジスト膜を均一な厚さに形成することはできない。
【０００８】
本発明の目的は、基板を保持する保持板表面の温度をより正確に推定することができる処理装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の目的は、基板の温度履歴とは無関係に、短時間で保持板表面が所望の処理温度に達し、基板を所望の処理温度で処理する時間を長くすることができる処理装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、保持板内に配置された温度センサが基板の熱処理に対して悪影響を与えることが少ない処理装置を提供することにある。
【００１１】
かかる課題を解決するため、本発明の第１の観点は、基板を熱処理する装置において、第１の面及び第２の面を有し、第１の面又はその近くで前記基板を保持する保持板と、前記第２の面側から熱エネルギを供給する供給部と、前記保持板内の、前記第１の面から第１の深さの第１の位置に配置され、前記第１の位置の第１の温度を検出する第１の温度センサと、前記保持板内の、前記第１の面から第１の深さとは異なる第２の深さの第２の位置に配置され、前記第２の位置の第２の温度を検出する第２の温度センサと、前記検出された第１の温度及び前記検出された第２の温度に基づいて、前記保持板内の温度カーブを推定すると共に、前記温度カーブに基づく前記第１の面の推定温度が前記基板の処理温度となるように、前記供給部から前記第１の面へ供給される熱エネルギを制御する制御部とを具備する。
【００１２】
本発明の第２の観点は、基板を冷却処理する装置において、第１の面及び第２の面を有し、第１の面又はその近くで前記基板を保持する保持板と、前記第２の面側から冷却エネルギを供給する供給部と、前記保持板内の、前記第１の面から第１の深さの第１の位置に配置され、前記第１の位置の第１の温度を検出する第１の温度センサと、前記保持板内の、前記第１の面から第１の深さとは異なる第２の深さの第２の位置に配置され、前記第２の位置の第２の温度を検出する第２の温度センサと、前記検出された第１の温度及び前記検出された第２の温度に基づいて、前記保持板内の温度カーブを推定すると共に、前記温度カーブに基づく前記第１の面の推定温度が前記基板の処理温度となるように、前記供給部から前記第１の面へ供給される冷却エネルギを制御する制御部とを具備する。
【００１３】
本発明の第３の観点は、基板を熱処理する装置において、第１の面及び第２の面を有し、第１の面又はその近くで前記基板を保持し、前記第２の面から前記第１の面に向けて所定の深さの穴が設けられた保持板と、前記第２の面側から熱エネルギを供給する供給部と、前記穴内の第１の位置に配置され、前記第１の位置の第１の温度を検出する第１の温度センサと、前記穴内の前記第１の位置とは異なる第２の位置に配置され、前記第２の位置の第２の温度を検出する第２の温度センサと、前記検出された第１の温度及び前記検出された第２の温度に基づいて、前記保持板内の温度カーブを推定すると共に、前記温度カーブに基づく前記第１の面の推定温度が前記基板の処理温度となるように、前記供給部から前記第１の面へ供給される熱エネルギを制御する制御部とを具備する。
【００１４】
本発明の第４の観点は、基板を処理する装置において、第１の面及び第２の面を有し、第１の面又はその近くで前記基板を保持する保持板と、前記第２の面側からエネルギを供給する手段と、前記保持板内の、前記第１の面からそれぞれ異なる深さの位置の温度を検出する手段と、前記検出された温度に基づいて、前記保持板内の温度カーブを推定すると共に、前記温度カーブに基づく前記第１の面の推定温度が前記基板の処理温度となるように、前記供給する手段から前記第１の面へ供給されるエネルギを制御する制御手段とを具備し、前記制御手段が、第１の期間の間、前記異なる深さの位置で検出された各温度に基づいて前記供給されるエネルギを制御し、前記第１の期間の後は、前記異なる深さの位置で検出された各温度のうち１つの位置で検出された温度に基づいて前記供給されるエネルギを制御する。
【００１５】
本発明の第５の観点は、保持板の裏面側から熱エネルギを供給し、前記保持板の表面に保持された基板を熱処理する方法において、前記保持板の表面から第１の深さの第１の位置の第１の温度を検出する工程と、前記保持板の表面から前記第１の深さとは異なる第２の深さの第２の位置の第２の温度を検出する工程と、前記検出された第１の温度及び前記検出された第２の温度に基づいて、前記保持板内の温度カーブを推定すると共に、前記温度カーブに基づく前記表面の推定温度が前記基板の処理温度となるように、前記保持板の裏面側から前記表面へ供給される熱エネルギを制御する工程とを具備する。
【００１６】
本発明では、保持板内の異なる深さの位置における温度を検出し、これらの検出された温度に基づいて保持板表面の温度を推定しているので、より正確に保持板表面の温度を推定することができる。さらに、このようなに正確に推定された温度に基づいて保持板に供給される熱または冷却エネルギを制御しているので、基板の熱履歴とは無関係に、保持板表面が短時間で所望の処理温度に達し、基板を所望の処理温度で処理する時間を長くすることができる。これにより、例えばウェハ上にレジスト膜を均一な厚さに形成することができる。
【００１７】
また、本発明では、保持板内に第２の面から第１の面に向けて設けられた穴内に２つの温度センサを配置するようにしたので、保持板内に配置されたこれらの温度センサが基板の熱処理に対して悪影響を与えることが少なくなる。
【００１８】
本発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは、以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１に示すように、このレジスト塗布現像システム１は、半導体ウェハに化学増幅型レジストを塗布し、現像するシステムシステムにおいて、カセットステーション１０、処理ステーション１１及びインターフェイス部１２を一体に接続した構成を有している。カセットステーション１０では、ウエハＷが（カセットＣ単位で複数枚、たとえば２５枚単位で）外部からレジスト塗布現像システム１に搬入され、またレジスト塗布現像システム１から外部に搬出される。また、カセットＣに対してウエハＷが搬出・搬入される。処理ステーション１１では、塗布現像処理工程の中で１枚ずつウエハＷに所定の処理を施す枚葉式の各種処理ユニットが所定位置に多段に配置されている。インターフェイス部１２では、このレジスト塗布現像システム１に隣接して設けられる露光装置１３との間でウエハＷが受け渡される。
【００２０】
カセットステーション１０では、図１に示すように、載置部となるカセット載置台２０上の位置決め突起２０ａの位置に複数個（たとえば４個）のカセットＣが、それぞれのウエハＷ出入口を処理ステーション１１側に向けてＸ方向（図１中の上下方向）一列に載置される。このカセットＣ配列方向（Ｘ方向）およびカセットＣ内に収容されたウエハＷのウエハＷ配列方向（Ｚ方向；垂直方向）に移動可能なウエハ搬送装置２１が、搬送路２１ａに沿って移動自在であり、各カセットＣに選択的にアクセスする。
【００２１】
ウエハ搬送装置２１は、θ方向に回転自在に構成されており、後述するように処理ステーション１１側の第３の処理装置群Ｇ３の多段ユニット部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】
処理ステーション１１では、図１に示すように、その中心部には垂直搬送型の搬送装置２２が設けられ、その周りに処理室としての各種処理装置が１組または複数の組に亙って多段集積配置されて処理装置群を構成している。このレジスト塗布現像システム１においては、５つの処理装置群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５が配置可能な構成であり、第１および第２の処理装置群Ｇ１、Ｇ２はシステム正面側に配置され、第３の処理装置群Ｇ３はカセットステーション１０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１２に隣接して配置され、さらに破線で示した第５の処理装置群Ｇ５を背面側に配置することが可能となっている。搬送装置２２は、θ方向に回転自在でＺ方向に移動可能に構成されており、各処理装置との間でウエハＷの受け渡しが可能とされている。
【００２３】
第１の処理装置群Ｇ１では、図２に示すように、カップＣＰ内でウエハＷをスピンチャックに載せて所定の処理を行う２台のスピンナ型処理装置、たとえばレジスト液塗布装置（ＣＯＴ）および現像処理装置（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。そして第１の処理装置群Ｇ１と同様に、第２の処理装置群Ｇ２においても、２台のスピンナ型処理装置、たとえばレジスト液塗布装置（ＣＯＴ）および現像処理装置（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。
【００２４】
第３の処理装置群Ｇ３では、図３に示すように、ウエハＷを載置台（図示せず）に載せて所定の処理を行うオーブン型の処理装置、たとえば冷却処理を行う冷却処理装置（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装置（ＡＤ）、位置合わせを行うアライメント装置（ＡＬＩＭ）、エクステンション装置（ＥＸＴ）、露光処理前の加熱処理を行うプリベークを行う加熱処理装置（ＰＲＥＢＡＫＥ）およびポストベークを行う加熱処理装置（ＰＯＢＡＫＥ）が下から順に、たとえば８段に重ねられている。
【００２５】
同様に、第４の処理装置群Ｇ４では、ウエハＷを載置台に載せて所定の処理を行うオーブン型の処理装置、たとえば冷却処理を行う冷却処理装置（ＣＯＬ）、冷却処理も兼ねたエクステンション・冷却処理装置（ＥＸＴＣＯＬ）、エクステンション装置（ＥＸＴ）、アドヒージョン装置（ＡＤ）、プリベークを行う加熱処理装置（ＰＲＥＢＡＫＥ）およびポストベークを行う加熱処理装置（ＰＯＢＡＫＥ）が下から順に、たとえば８段に重ねられている。
【００２６】
インターフェイス部１２では、図１に示すように、奥行き方向（Ｘ方向）については、上記処理ステーション１１と同じ寸法を有するが、幅方向についてはより小さなサイズに設定されている。図１および図２に示すように、このインターフェイス部１２の正面側には、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、他方背面部には周辺露光装置２４が配設されている。
【００２７】
インターフェイス部１２の中央部には、ウエハ搬送装置２５が設けられている。ウエハ搬送装置２５は、Ｘ方向、Ｚ方向（垂直方向）に移動して両カセットＣＲ、ＢＲおよび周辺露光装置２４にアクセスできるようになっている。ウエハ搬送装置２５は、θ方向にも回転自在となるように構成されており、処理ステーション１１側の第４の処理装置群Ｇ４に属するエクステンション装置（ＥＸＴ）や、さらには隣接する露光装置側のウエハ受け渡し台（図示せず）にもアクセスできるようになっている。
【００２８】
図４に示すように、カセットステーション１０の上部にはフィルタ２６が、処理ステーション１１の上部にはフィルタ２７が、インタフェース部１２の上部にはフィルタ２８がそれぞれ取り付けられている。これらのフィルタは上部空間２９を共有している。この上部空間２９はダクト（図示を省略）を介して下方の空調装置（図示を省略）に連通し、アンモニアを除去し、湿度及び温度が制御された清浄空気が空調装置から上部空間２９に供給されるようになっている。清浄空気は、上部空間２９から各フィルタを通って下方に向けて吹き出され、これにより清浄空気のダウンフローが各部１０、１１、１２に形成されるようになっている。
【００２９】
図５及び図６に示すように、上記の加熱処理装置（ＰＲＥＢＡＫＥ）のほぼ中央には、ウェハＷを加熱処理するためのホットプレート３１が配置されている。このホットプレート３１では、例えばウェハＷより少し大きな直径で円形状の保持板３２の裏面側に、例えばこの保持板３２とほぼ同形状の発熱素子３３が保持板３２と密着するように配置されている。発熱素子３３は、例えば電流が流されることで発熱する抵抗体により構成され、後述する制御部によりこの電流値が制御されることで加熱処理のための温度が制御されるようになっている。
【００３０】
ホットプレート３１の表面と裏面との間に、複数カ所、例えば３カ所に貫通穴３４が設けられている。これら貫通穴３４には、それぞれ、ウェハＷの受け渡しのための複数本、例えば３本の支持ピン３５が出没可能に介挿されている。これら支持ピン３５は、保持板３２の裏面側に配置された結合部材３６により、保持板３２の裏面側で一体に結合されている。結合部材３６は、保持板３２の裏面側に配置された昇降機構３７に接続されている。昇降機構３７の昇降動作により、支持ピン３５は保持板３２の表面から突き出たり、没したりする。支持ピン３５は、保持板３２の表面から突き出た状態で、搬送装置２２との間でウェハＷの受け渡しを行う。搬送装置２２からウェハＷを受け取った支持ピン３５は、下降して保持板３２内に没し、これによりウェハＷが保持板３２の表面に密着し、ウェハＷの加熱処理が行われるようになっている。
【００３１】
図７にも示すように、保持板３２及び発熱素子３３のほほ中央には、保持板３２の裏面から表面に向けて所定の深さの有底の穴３８が設けられている。穴３８の底部と保持板３２の表面との間の距離は、例えば３ｍｍ〜５ｍｍ程度とされている。この穴３８の底部（穴３８内で保持板３２の表面に最も近い位置）には、例えば熱電対である第１の温度センサ３９が配置されている。この穴３８内の第１の温度センサ３９から３ｍｍ〜５ｍｍ程度離れた位置には、例えば熱電対である第２の温度センサ４０が配置されている。従って、第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０は、保持板３２の表面及び裏面とほぼ垂直な一線上に位置するように、保持板３２内に配置されている。また、第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０は、例えば穴３８内の側壁に取り付けられている。これにより、より正確に保持板３２の温度を計測できるようになる。また、例えば、穴３８の底部に配置された第１の温度センサ３９と保持板３２の表面との間の距離と、第１の温度センサ３９と第２の温度センサ４０と距離とをほぼ等しくすることで、後述する保持板３２の表面の温度の推定をより簡単に行うことができる。
【００３２】
保持板３２の上方には、保持板３２により保持されるウェハＷを覆うように、蓋体４１が配置されている。蓋体４１は、図示を省略した昇降機構により昇降可能とされている。該装置内では、蓋体４１が上昇し蓋体４１が開いた状態で、搬送装置２２との間でウェハＷの受け渡しを行い、蓋体４１が下降し蓋体４１が閉じた状態で、密閉空間を形成し、ウェハＷの加熱処理が行われるようになっている。
【００３３】
蓋体４１は、そのほぼ中央に向かって上向きに傾斜する構造を有し、そのほぼ中央、つまり保持板３２により保持されたウェハＷのほほ中央に対応する位置に排気口４２が設けられている。排気口４２には、真空ポンプ等の排気装置４３が接続され、密閉空間内の排気が行われるようになっている。
【００３４】
また、ホットプレート３１の周囲には、ホットプレート３１を取り囲むようにシャッター部材４４が出没可能に配置されている。シャッター部材４４は、ホットプレート３１の裏面に配置された昇降機構４５により昇降されるようになっている。さらに、シャッター部材４４の内壁には、例えば高温の不活性ガスを噴出するための噴出孔４６が多数設けられている。噴出孔４６は噴出孔４６へ高温ガスを供給する高温ガス供給装置４７に接続されている。保持板３２上にウェハＷを保持し、ウェハＷを加熱処理するとき、シャッター部材４４がホットプレート３１表面から突き出て、噴出孔４６から保持板３２上に保持されたウェハＷの表面に向けて高温ガスが噴出されるようになっている。
【００３５】
図８に示すように、第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０は、制御部４８に電気的に接続され、第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０による検出結果としての電気信号が制御部４８へ送出されるようになっている。発熱素子３３と電源４９との間には、電流調整部５０が介挿されており、電流調節部５０は制御部４８に電気的に接続されている。制御部４８は、第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０による検出結果に基づいて、保持板３２表面の温度を推定し、この推定した温度に基づいて、電流調節部５０を介して発熱素子３３へ流れる電流を制御することで、保持板３２に供給される熱エネルギを制御し、保持板３２上のウェハＷの加熱処理温度を制御している。
【００３６】
ここで、従来の加熱処理装置では、図９に示すように、裏面に発熱素子１０２が埋め込まれた保持板１０１内に温度センサ１００が埋め込まれている。ウェハＷが保持される保持板１０１表面の処理位置と温度センサ１００が埋め込まれた位置（コントロールポイント）とでは、温度差を生じる。
【００３７】
静的なシステムでは、このような温度差は容易に補償可能である。しかし、加熱処理装置に搬入されるウェハの温度履歴が一様でない動的なシステムでは、このような温度差の補償は困難である。図１０に示すように、例えばウェハＷが加熱処理装置の直前で長時間待たされてから加熱処理装置内へ搬入された場合には保持板１０１内でカーブ”Ａ”のような温度勾配となる。即ち、処理位置とコントロールポイントとの間の温度差は僅かである。一方、ウェハＷが冷えたまま加熱処理装置内へすぐに搬入された場合には保持板１０１内でカーブ”Ｂ”のような温度勾配となる。
【００３８】
つまり、実際にはユーザ側では何の認識もないまま、ウェハＷの熱履歴に応じて温度のカーブがコントロールポイントを中心として回転している。従って、処理位置とコントロールポイントとの間の温度差を補償するためのオフセットが一定でないにもかかわらず、実際に温度を検出しているコントロールポイントではこの点は認識されず、結局、カーブ”Ｂ”から”カーブ”Ａ”の状態になるまで発熱素子１０２から特別のエネルギが供給されず、カーブ”Ｂ”から”カーブ”Ａ”の状態になるまでに長時間を要することになる。
【００３９】
これに対して、本発明では、図７に示したように、保持板３２内の異なる深さの位置にそれぞれ第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０を配置したので、処理位置の温度をほぼ正確に推定することが可能となる。制御部４８では、図１１に示すように、第１の温度センサ３９により検出される第１のコントロールポイントの温度と第２の温度センサ４０により検出される第２のコントロールポイントの温度とを使うことにより、処理位置の温度を推定している。このような処理位置の推定は、様々な方法により算出可能であり、例えばソフトウェアを使って予め作成されている温度表を参照する方法を用いることができる。このように推定される温度のカーブ（例えばカーブ”Ａ”から”カーブ”Ｂ”）は、ウェハＷの熱履歴に応じて処理位置を中心として回転している。従って、処理位置の温度をほぼ正確に推定することが可能となり、所望の処理温度に迅速に到達することが可能となる。
【００４０】
従って、図１２に示すように、従来の加熱処理装置では、ウェハが保持板に載置されてから所定時間後に、保持板表面が推定される所望の処理温度（セットポイント）に達し、発熱素子による加熱が非常に弱まる。しかし、実際には図１２の実線で示すように、保持板表面はセットポイントに達していないため、保持板が実際のセットポイントに達するまでに相当の時間を要することになる。よって、ウェハを所望の処理温度で加熱処理する時間が短くなり、レジストの膜厚が安定しない。
【００４１】
これに対して、本発明の加熱処理装置では、ウェハが保持板に載置されてから所定時間後に、図１２の点線で示すように、保持板表面がほぼ正確に推定される所望の処理温度（セットポイント）に達するので、ウェハを所望の処理温度で加熱処理する時間が長くなり、レジストの膜厚が安定する。
【００４２】
また、本発明の加熱処理装置では、このようにオフセットを可変する制御を行わない場合でも、オペレータやプロセスエンジニアが保持板表面の温度をほぼ正確に観測できる、という効果を得ることができる。
【００４３】
更に、上述した実施形態では、ホットプレート３１を取り囲むように配置されたシャッター部材４４から保持板３２により保持されたウェハＷの表面に向けて高圧ガスを噴出し、保持板３２により保持されたウェハＷのほほ中央に対応する位置に排気口４２を設け、全ての高圧ガスがウェハＷのほぼ中央を通って排気されるように構成したので、ウェハＷのほぼ中央付近が熱的な平均点となる。そして、第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０を保持板３２により保持されるウェハＷのほぼ中心に位置するように、保持板３２内に配置したので、第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０は系内の平均的な温度を検出することが可能となる。
【００４４】
本発明は加熱処理装置ばかりでなく、例えば図３に示した冷却処理を行う冷却処理装置（ＣＯＬ）にも適用可能である。以下に、その適用例を示す。
【００４５】
図１３に示すように、上記の冷却処理装置（ＣＯＬ）のほぼ中央には、ウェハＷを冷却処理するためのクーリングプレート５１が配置されている。このクーリングプレート５１では、例えばウェハＷより少し大きな直径で円形状の保持板５２の裏面側に、例えばこの保持板５２とほぼ同形状の冷却素子５３が保持板５２と密着するように配置されている。冷却素子５３は、例えば素子内にベルチェ素子を縦横に配置して構成される。この冷却素子５３では、例えばベルチェ素子に流れる電流値を制御することで温度制御が可能である。
【００４６】
クーリングプレート５１の表面と裏面との間に、複数カ所、例えば３カ所に貫通穴５４が設けられている。これら貫通穴５４には、それぞれ、ウェハＷの受け渡しのための複数本、例えば３本の支持ピン５５が出没可能に介挿されている。これら支持ピン５５は、保持板５２の裏面側に配置された結合部材５６により、保持板５２の裏面側で一体に結合されている。結合部材５６は、保持板５２の裏面側に配置された昇降機構５７に接続されている。
【００４７】
クーリングプレート５１の一方側には、保持板５２表面に保持されたウェハＷに向けて冷却ガスを噴出する噴出孔が多数設けられた噴出部材５９が配置されている。一方、クーリングプレート５１の他方側には、冷却ガスを排気する排気孔が多数設けられた排気部材６１が配置されている。従って、冷却ガスは保持板５２表面に保持されたウェハＷ上を、クーリングプレート５１の一方側から他方側へ流れる。
【００４８】
図１４にも示すように、保持板５２の中央から噴出部材５９側にずれた位置には、保持板５２の裏面から表面に向けて所定の深さの有底の穴６２が設けられている。この穴６２の底部には、例えば熱電対である第１の温度センサ６３が配置されている。この穴６２内の第１の温度センサ６３から図中下方向へ離れた位置には、例えば熱電対である第２の温度センサ６４が配置されている。
【００４９】
図１５に示すように、第１の温度センサ６３及び第２の温度センサ６４は、制御部４８に電気的に接続され、第１の温度センサ６３及び第２の温度センサ６４による検出結果としての電気信号が制御部４８へ送出されるようになっている。冷却素子５３と電源４９との間には、電流調整部６５が介挿されており、電流調節部６５は制御部４８に電気的に接続されている。制御部４８は、第１の温度センサ６３及び第２の温度センサ６４による検出結果に基づいて、保持板５２表面の温度を推定し、この推定した温度に基づいて、電流調節部６５を介して冷却素子５３へ流れる電流を制御することで、保持板５２に供給される熱エネルギを制御し、保持板５２上のウェハＷの冷却処理温度を制御している。
【００５０】
このように構成された冷却処理装置では、上述した本発明に係る加熱処理装置と同様に、制御部４８が第１の温度センサ６３及び第２の温度センサ６４による検出結果に基づいて、保持板５２上のウェハＷの冷却処理温度を制御している。従って、図１６に示すように、従来の冷却処理装置では、ウェハが保持板に載置されてから所定時間後に、保持板表面が推定される所望の処理温度（セットポイント）まで下降し、冷却素子による冷却が非常に弱まる。しかし、実際には図１６の実線で示すように、保持板表面はセットポイントに達していないため、保持板が実際のセットポイントまで下降するのに相当の時間を要することになる。よって、ウェハを冷却処理する時間が長くなり、スループットが悪化する。
【００５１】
これに対して、本発明の冷却処理装置では、ウェハが保持板に載置されてから所定時間後に、図１６の点線で示すように、保持板表面がほぼ正確に推定される所望の処理温度（セットポイント）まで下降するので、ウェハを冷却処理する時間が短くなり、スループットの向上を図ることができる。
【００５２】
上述した実施形態では、温度センサーを２つ設けた例を示したが、図１７に示すように、第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０に加えてこれらとは異なる高さの位置に第３の温度センサ６６を設けてもよい。これにより、更に正確に保持板３２の表面の温度を推定することが可能となる。温度センサは、４つ以上設けても勿論よい。しかし、このように温度センサが複数になると、制御部による制御の負担が増大する。そこで、図１８に示すように、制御部４８が、例えば保持板３２表面が所望の処理温度に達すと予想される期間を少なくとも越える第１の期間の間（ステップ１８０１）、複数の温度センサ３９、４０で検出された各温度に基づいて保持板３２へ供給される熱エネルギを制御し（ステップ１８０２）、第１の期間の後は、１つの温度センサ、好ましくは第１の温度センサ３９により検出された温度に基づいて保持板へ供給される熱エネルギを制御する（ステップ１８０３）ようにしてもよい。
【００５３】
また、図１９に示すように、保持板３２内に第１の温度センサ３９及び第２の温度センサ４０を配置するために設けられた穴３８内に、好ましくは保持板３２と同一の材料の装填部材６７を装填するようにしてもよい。これにより、保持板３２に設けられた穴３８がウェハＷの熱処理に対して悪影響を与えることが少なくなる。
【００５４】
更に、上記の実施の形態においては、基板にウェハＷを用いた例について説明したが、本発明はかかる例には限定されず、例えばＬＣＤ基板を使用する例についても適用が可能である。
【００５５】
以上説明した実施形態は、あくまでも本発明の技術的内容を明らかにする意図のものにおいて、本発明はそうした具体例にのみ限定して狭義に解釈されるものではなく、本発明の精神と請求項に述べる範囲で、いろいろと変更して実施することができるものである。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、基板の熱履歴とは無関係に、保持板表面が短時間で所望の処理温度に達し、基板を所望の処理温度で処理する時間を長くすることができる。また、保持板内に配置された温度センサが基板の熱処理に対して悪影響を与えることが少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るレジスト塗布現像システムを示す平面図である。
【図２】 図１に示したレジスト塗布現像システムの正面図である。
【図３】 図１に示したレジスト塗布現像システムの背面図である。
【図４】 図１に示したレジスト塗布現像システムにおける空気の流れを示す正面図である。
【図５】 図３に示した加熱処理装置を示す正面図である。
【図６】 図５に示した加熱処理装置の平面図である。
【図７】 図５に示した加熱処理装置の一部拡大正面図である。
【図８】 図５に示した加熱処理装置の制御系を示すブロック図である。
【図９】 従来の加熱処理装置の一部拡大正面図である。
【図１０】 従来の加熱処理装置における保持板内の温度勾配を示す図である。
【図１１】 加熱処理装置における保持板内の温度勾配を示す図である。
【図１２】 加熱処理装置における保持板表面の温度の経時的変化を示す図である。
【図１３】 図３に示した冷却処理装置を示す正面図である。
【図１４】 図１３に示した冷却処理装置の一部拡大正面図である。
【図１５】 図１３に示した冷却処理装置の制御系を示すブロック図である。
【図１６】 冷却処理装置における保持板内の温度勾配を示す図である。
【図１７】 他の実施形態に係る加熱処理装置の一部拡大正面図である。
【図１８】 別の実施形態に係る加熱処理装置における制御系の動作を示すフローチャートである。
【図１９】 更に別の実施形態に係る加熱処理装置の一部拡大正面図である。
【符号の説明】
ＰＲＥＢＡＫＥ 加熱処理装置
３１ ホットプレート
３２ 保持板
３３ 発熱素子
３４ 貫通穴
３５ 支持ピン
３６ 結合部材
３７ 昇降機構
３８ 穴
３９ 第１の温度センサ
４０ 第２の温度センサ
４１ 蓋体
４２ 排気口
４３ 排気装置
４４ シャッター部材
４５ 昇降機構
４６ 噴出孔
４７ 高温ガス供給装置
４８ 制御部
４９ 電源
５０ 電流調整部
Claims (2)
- 基板を処理する装置において、
第１の面及び第２の面を有し、第１の面又はその近くで前記基板を保持する保持板と、
前記第２の面側からエネルギを供給する手段と、
前記保持板内の、前記第１の面からそれぞれ異なる深さの位置の温度を検出する手段と、
前記検出された温度に基づいて、前記保持板内の温度カーブを推定すると共に、前記温度カーブに基づく前記第１の面の推定温度が前記基板の処理温度となるように、前記供給する手段から前記第１の面へ供給されるエネルギを制御する制御手段とを具備し、
前記制御手段が、第１の期間の間、前記異なる深さの位置で検出された各温度に基づいて前記供給されるエネルギを制御し、前記第１の期間の後は、前記異なる深さの位置で検出された各温度のうち１つの位置で検出された温度に基づいて前記供給されるエネルギを制御することを特徴とする処理装置。 - 請求項１に記載の処理装置において、
前記第１の期間が、基板を熱処理するための所望の温度に達すると推定される期間を越える期間であることを特徴とする処理装置。
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