JP4788610B2 - 加熱装置、塗布、現像装置、加熱方法及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、例えばレジスト膜等の塗布膜の形成された基板を加熱するための加熱装置、加熱方法、前記加熱装置を用いた塗布、現像装置及び前記加熱方法を実施するためのコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体に関する。

半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）や、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用のガラス基板に対してレジストパターンを形成する装置として、ウエハに対してレジストを塗布し、また露光後のウエハを現像する塗布、現像装置が用いられている。この装置内には、ベーク装置等と呼ばれている加熱装置が組み込まれており、例えばレジスト液を塗布した後のウエハを加熱して、レジスト液中の溶剤を乾燥させたりしている。

特に、例えば化学増幅型のレジスト液では、露光によってレジスト膜内に発生させた酸を、ＰＥＢ（ポストエクスポージャベーク）と呼ばれる加熱処理にてレジスト膜内に拡散させ、次いでウエハを冷却することにより酸の拡散を停止させて現像液に対するレジスト膜の可溶、不可溶を制御している。このとき、ＰＥＢ処理とその後の冷却とをウエハ面内で均一に行わないと、現像後のレジストパターンの線幅がウエハ面内で不均一になってしまうおそれがある。

そこで、塗布、現像装置内でウエハを搬送するメインアームと、加熱処理の行われる加熱室との間に冷却機能を備えた専用アームを設け、この専用アームによって加熱室内の熱板にウエハを載置するタイプの加熱装置が採用されている。これにより加熱処理を終えたウエハを専用アームに受け取って均一に冷却することが可能となり、精度の高いレジストパターンを現像することができる。

ところが、このようなタイプの加熱装置は、専用アームと熱板との間でウエハを受け渡す昇降ピンやその昇降機構、受け渡し動作を行うためのクリアランスを必要とするため、加熱装置の高さをコンパクトにすることができず、塗布、現像装置をより多段化してスループット向上を図る際の制約となってしまう。また、専用アームと熱板との間のウエハの受け渡し動作に要する時間も、加熱処理とは直接関係のないオーバーヘッドタイム（作業時間）となりスループットの低下を招いている。

従来の加熱装置のこのうような課題に対して、本発明者らは、加熱室の前に冷却プレートを設け、ワイヤを使ってこの冷却プレートと加熱室との間でウエハを搬送するタイプの加熱装置を開発している。図１６は、このような加熱装置１００の内部を模式的に示した縦断面図である。加熱装置１００内には、側面に開口部１０１ａを有する扁平な筐体状の加熱室１０１が設置され、この加熱装置１００の手前に加熱処理後のウエハＷを冷却する冷却プレート１０５を設けてある。

加熱装置１００内に搬入されたウエハＷは、図１６（ａ）に示すように外部のウエハ搬送機構によって冷却プレート１０５上に載置される。この冷却プレート１０５は、例えば２つの溝部１０５ａを備えており、夫々の溝部１０５ａ内には、ウエハＷの搬送路と交差する方向に２本のワイヤ１０４Ａ、１０４Ｂが張設されている。そして冷却プレート１０５を降下させてワイヤ１０４Ａ、１０４ＢにウエハＷを受け渡し、ワイヤの支持部に設けられた不図示の移動機構によりこれらのワイヤ１０４Ａ、１０４Ｂをスライドさせて、開口部１０１ａより加熱室１０１内にウエハＷを搬入する。

加熱室１０１内は、上部側及び下部側に設置された熱板１０２Ａ、１０２Ｂによって予め加熱されている。そして図１６（ｂ）に示すように、開口部１０１ａ近傍に設けられたガス吐出部１０３ａより加熱されたガスを供給し、反対側に設けられたガス排気部１０３ｂよりこれを排気して、加熱室１０１内に加熱ガスの一方向流を形成することにより、熱板上に直接載置せずにウエハＷを加熱する。加熱処理を終えたウエハＷはこれまでとは逆の経路で冷却プレート１０５上に載置され、ここで急冷されレジスト膜の変化を停止させてから加熱装置１００より搬出される。

発明者らの開発しているタイプの加熱装置１００によれば、ワイヤ１０４Ａ、１０４Ｂ上に載置したままの状態でウエハＷの加熱処理を行うので、従来装置のように加熱室内で専用アームと熱板との間でウエハＷを受け渡す必要がなく、昇降ピンやその昇降機構、受け渡し時のクリアランスが不要となって加熱装置１００の高さをコンパクトにできる。また、この受け渡し動作を省略したことにより、オーバーヘッドタイムが削減されてスループットの低下を防止することができる。

ところがこの加熱装置１００は、予め加熱された加熱室１０１内にウエハＷをスライドさせながら搬入する構成となっているため、ウエハＷの先端側と後端側とでは加熱室１０１内に搬入されるタイミングが例えば１〜３秒程度ずれてしまう。この結果、ウエハＷ全体を加熱室１０１内に搬入した時点で、ウエハＷ表面にはその先端と後端とで例えば３℃程度の温度差を有する初期温度分布を生じてしまうことが分かった。

このような初期温度分布のある状態でＰＥＢ処理を行うと、ウエハＷの先端側と後端側とでレジスト膜が不均一に加熱されて、例えばウエハＷの先端側と後端側とでレジストパターンの線幅が異なってしまうおそれがある。

なお、特許文献１、特許文献２には、実施の形態中で使用する加熱ランプによりウエハを加熱する構成の装置が記載されているが、特許文献１に記載にされている技術は、加熱ランプを用いて基板を加熱することにより加熱室内に生じる結露を防止するためのものであり、また特許文献２に記載されている技術は、加熱ランプを使った基板の加熱効率を向上させるためのものであって、初期温度分布により生じる既述の不具合の解決を目的とする本発明とは課題が異なり、いずれの技術も適用することはできない。
特開平７−１８３２９１号公報：第００５３段落 特開平１０−２５６１７０号公報：第００１９〜００２１段落、

本発明はこのような事情に基づいて行われたものであり、その目的は、加熱室に搬入した際に基板表面に生じる初期温度分布の影響を低減して、基板の面内均一性の高い加熱処理をすることの可能な加熱装置、この加熱装置を備えた塗布、現像装置、加熱方法及びこの加熱方法を記憶した記憶媒体を提供することにある。

本発明に係る加熱装置は、処理容器内に設けられ、基板を熱板により加熱するための加熱室と、
前記処理容器内にて、待機位置に置かれた基板を前記加熱室にその側方から搬入するための搬送手段と、
前記待機位置にて待機する基板の表面に、加熱室に搬入されたときに当該基板の表面に生じる初期温度分布を緩和するための搬入前温度分布を付与する温度分布付与手段と、を備えたことを特徴とする。
なお初期温度分布の緩和とは、このような温度分布により基板表面に生じる温度差を小さくすることである。

ここで前記温度分布付与手段は、前記加熱室内への搬入方向に対して基板の後端側を加熱し、基板の先端側よりも後端側の方が温度の高い搬入前温度分布を付与するように、例えば加熱ランプや、この加熱ランプと待機位置との間に設けられ基板上の配光パターンを規制するための配光パターン規制部材等により搬入前温度分布を付与するように構成するとよい。また、前記基板の搬入方向から見て前記加熱室の手前に、当該基板の待機位置となる載置プレートを更に備え、当該載置プレートに例えば抵抗発熱体等からなる温度分布付与手段を設けるように構成してもよい。

この他、前記温度分布付与手段は、前記加熱室内への搬入方向に対して基板の先端側を冷却することにより、基板の先端側よりも後端側の方が温度の高い搬入前温度分布を付与するように、例えば前記基板の搬入方向から見て前記加熱室の手前に、当該基板の待機位置となる載置プレートを更に備え、前記温度分布付与手段を、当該載置プレートに設けるように構成してもよい。

また前記加熱室から搬出された加熱処理後の基板を冷却するための冷却プレート上に、前記待機位置を設けたり、前記載置プレートに冷却プレートとしての機能を兼ね備えるように構成したりしてもよい。更にまた前記搬送手段を、前記基板の搬送路と交差する方向に張設された、または搬送路に沿って張設された複数本のワイヤにより構成することが好適である。

本発明に係る塗布、現像装置は、基板を収納しキャリアが搬入されるキャリアブロックと、
前記キャリアから取り出された基板の表面に化学増幅型のレジストを塗布する塗布部と、露光後の基板を加熱処理する加熱装置と、加熱処理後の基板を現像する現像処理部と、を含む処理ブロックと、
この処理ブロックと露光装置との間で基板の受け渡しを行うインターフェイス部と、を備えた塗布、現像装置において、
前記加熱装置として、前述の加熱装置を用いたことを特徴とする。

また、本発明に係る加熱方法は、処理容器内に設けられた加熱室にて基板を熱板により加熱する工程と、
前記処理容器内にて、待機位置に置かれた基板を前記加熱室にその側方から搬入する工程と、
前記待機位置にて待機する基板の表面に、加熱室に搬入されたときに当該基板の表面に生じる初期温度分布を緩和するための搬入前温度分布を付与する工程と、を含むことを特徴とする。

ここで前記搬入前温度分布を付与する工程では、前記加熱室内への搬入方向に対して基板の後端側を例えば加熱ランプで加熱することにより、基板の先端側よりも後端側の温度の高い搬入前温度分布を付与するようにしてもよいし、加熱ランプと待機位置との間で、基板上の配光パターンを規制する工程を更に含むことにより同様の搬入前温度分布を付与するように構成してもよい。また、前記基板の搬入方向から見て前記加熱室の手前に、当該基板の待機位置となる載置プレートを更に備え、前記搬入前温度分布は、この載置に設けられた加熱手段により付与されるように構成してもよい。

この他、前記搬入前温度分布を付与する工程では、前記加熱室内への搬入方向に対して基板の先端側を冷却することにより、基板の先端側よりも後端側の温度の高い搬入前温度分布を付与するように、例えば前記基板の搬入方向から見て前記加熱室の手前に、当該基板の待機位置となる載置プレートを更に備え、この載置プレートに設けられた冷却手段により前記搬入前温度分布を付与するように構成してもよい。

また加熱室から搬出された加熱処理後の基板を冷却する工程を更に含み、前記待機位置はこの基板を冷却する工程と同じ位置にて行われるように構成することが好ましい。更にまた前記基板を搬送する工程は、前記基板の搬送路と交差する方向に張設された、または搬送路に沿って張設された複数本のワイヤを用いて行うことが好適である。

本発明に係る記憶媒体は、基板を熱板により加熱する加熱装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、既述の加熱方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。

本発明によれば、予め搬入前温度分布の付与された状態の基板を加熱室に搬入して基板全体の加熱を開始するので、基板の先端側と後端側とが夫々加熱室内に搬入されるタイミングの違いにより生じる初期温度分布を緩和し、加熱処理の面内均一性を高めることができる。この結果、例えば化学増幅型のレジスト膜のＰＥＢ処理を行う加熱装置にこの技術を適用した場合には、均一な線幅のレジストパターンを現像することが可能となり製品の品質や歩留まりの向上に寄与することができる。

以下に本発明に係る加熱装置の実施の形態の一例として、例えば既述のＰＥＢを実行するタイプの加熱装置を図１〜図７を参照しながら説明する。図１は加熱装置１の外観斜視図であり、図２はその内部構造を示した斜視図、図３は縦断面図である。

図１に示すように加熱装置１は、一方側の側壁にウエハＷを搬入出するための搬入出口１０ａを備えた筐体状の処理容器１０内に収められており、処理容器１０の天井部には、加熱装置１内に搬入されたウエハＷに所定の温度分布を付与するための温度分布付与手段としての役割を果たす加熱ランプ２が配設されている。以下、ウエハＷの搬入される方向から見て、搬入出口１０ａの形成されている処理容器１０の側面を手前側として説明をする。

加熱装置１の処理容器１０の内部は、図３に示すように、基台１１を挟んで上部側と下部側の空間に仕切られており、上部側の空間には、図２に示すようにウエハＷを加熱処理するための扁平な加熱室３と、加熱処理前のウエハＷの待機位置と加熱処理後のウエハＷを冷却する手段とを兼ねる冷却プレート４と、これら冷却プレート４と加熱室３との間でウエハＷを搬送するための搬送手段５とが設けられている。なお図３中の１０ｃは、搬入出口１０ａを開閉するためのシャッタである。

初めに冷却プレート４の構成から説明すると、冷却プレート４は例えば１２インチのウエハＷとほぼ同じ直径を有するほぼ円形板状のアルミニウム等により構成され、後述する溝部以外の領域では、４ｍｍ程度の厚さに形成されている。またその裏面側に、例えば温度調節水を流すための図示しない冷却機構を備えており、当該冷却プレート４上に載置されたウエハＷを粗冷却できるようになっている。

次に搬送手段５の構成について説明する。搬送手段５は、ウエハＷを載置して搬送する複数本のワイヤ５１と、これらのワイヤ５１を支持するワイヤ支持部５２と、ワイヤ支持部５２を移動させる移動機構５３と、を備えている。複数本例えば２本のワイヤ５１（５１Ａ、５１Ｂ）は、ウエハＷの搬送方向（図２、図３中Ｙ方向）に対して交差する方向（図２、図３中Ｘ方向）に伸び、夫々のワイヤ５１の両端部をワイヤ支持部５２に固定された状態で張設されている。夫々のワイヤ５１は、例えば直径が０．５ｍｍ程度、長さがウエハＷや冷却プレート４の直径よりも長尺であって、例えばアラミド繊維や炭化ケイ素繊維等の耐熱性を備えた材料により構成されている。

ワイヤ支持部５２Ａ、５２Ｂは、夫々のワイヤ５１Ａ、５１Ｂを張設するために、冷却プレート４を挟んで対向するように設置されている。これらのワイヤ支持部５２は、移動機構５３により、冷却プレート４の上方位置と加熱室３内との間でウエハＷを搬送できるように構成されている。以下、図１〜図３に示すように、ワイヤ５１が冷却プレート４側に位置する位置をホーム位置とする。

移動機構５３の構成について簡単に説明すると、夫々のワイヤ支持部５２は基部にて例えば共通の基体５４に固定されており、この基体５４は駆動部５６からの動力を受けて、ウエハＷの搬送方向に平行に設置された２本のガイドレール５５Ａ、５５Ｂに沿って移動するように構成されている。なお５８は、後述する加熱室３に設けられたワイヤ５１の通り抜ける隙間から、加熱室３内の気流が外部に漏れ出してしまうことを防止するための遮蔽板である。

ウエハＷを搬送するワイヤ５１には、図４に示すように、ウエハＷの載置位置を規制するためのビーズ部材５７が設けられている。ビーズ部材５７は、ウエハＷの周縁の４ヵ所の位置に対応するように例えば各ワイヤ５１Ａ、５１Ｂに夫々２個づつ設けられており、ウエハＷをビーズ部材５７の内側に位置決めすることにより、移動中のウエハＷの載置位置がずれないようになっている。なお図４以外の各図面では、便宜上ビーズ部材５７の記載は省略してある。

更に前述の冷却プレート４には、図２、図３に示すように、ワイヤ５１を潜り込ませるための溝部４１が形成されている。溝部４１は、ホーム位置にある２本のワイヤ５１Ａ、５１Ｂに対応する位置にウエハＷの搬送方向と交差するように形成され、各ワイヤ５１に設けられたビーズ部材５７も潜り込める幅を備えている。

既述の基台１１を介して冷却プレート４の下方には、図３に示すように当該冷却プレート４を昇降させるための昇降機構４２が設けられている。昇降機構４２は例えば複数本の支持ピン４３を備えており、これらの支持ピン４３は基台１１に穿設された孔を介して昇降機構４２によって垂直に突没できるように構成されている。

そしてこの昇降機構４２の作用により、冷却プレート４はワイヤ５１に対して相対的に昇降し、各ワイヤ５１が対応する溝部４１内に潜り込んだり、溝部４１の上方に抜け出したりすることによって、ワイヤ５１と冷却プレート４との間でウエハＷを受け渡すことができる。なお、図２中の４４は、図示しない外部のウエハ搬送機構と冷却プレート４との間でウエハＷの受け渡しを行う際に、ウエハ搬送機構の馬蹄形状のアーム内縁に設けられたウエハＷの支持爪が、冷却プレート４と干渉せずに冷却プレート４の上方側と下方側とを昇降可能なように設けられた切り欠き部である。

次に加熱室３の構成について説明する。加熱室３は、冷却プレート４に対向する手前側の側面にウエハＷを搬入出するための、例えば上下方向に６ｍｍ以下の幅を有する開口部３１を備え、ウエハＷより大きな内部空間を有している。この加熱室３は、図３に示すように例えば厚さが３ｍｍ程度のアルミニウム(Ａｌ)やステンレス等の伝熱性の材料により形成され、その縦断面がコ字状となっている。図３に示すように、この開口部３１の両側の側壁部３２には、夫々例えば３ｍｍ程度の隙間部３３が形成され、この隙間部３３には既述のワイヤ支持部５２間に張設されたワイヤ５１が進入できるようになっている。

加熱室３の上面側及び下面側には、図２、図３に示すように、加熱室３内部を加熱するための、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）製の熱板３４、３５が設けられている。これらの熱板３４、３５は、例えばウエハＷとほぼ同じ大きさの円板状に形成されており、熱坂３４、３５内には例えば抵抗発熱体よりなる不図示のヒータが埋め込まれている。

また図３に示すように、加熱室３の手前側の基台１１上にはガス吐出部１２が設けられ、加熱室３の内部の奥側には排気部６１が設けられている。ガス吐出部１２は、図５に示すように、加熱室３の開口部３１に対向する斜面部を備えており、この斜面部には例えば多数の小孔が吐出口１２ａとして処理容器１０の幅方向（図２中Ｘ方向）に沿って夫々一定の間隔をおいて設けられている。この吐出口１２ａの一端から他端までの長さは加熱室３内に載置されるウエハＷの直径をカバーするように構成されている。なお図５に示すように、ガス吐出部１２の内部にはヒートパイプ１４ａを介して熱板３５と接続された伝熱板１４が設けられており、この伝熱板１４によりウエハＷの加熱温度（加熱時のウエハＷの表面温度）と同じ温度に温調したガスを吐出できるようになっている。

またガス吐出部１２にはガス供給管１３ａ、バルブＶ１を介して、例えば処理容器１０の外部に設けられたガス供給源１３に接続されており、このガス供給源１３にはクリーンなパージ用ガス例えば窒素ガス等の不活性ガスが貯留されている。一方、排気部６１は、加熱室３の下部側に設けられた熱板３５を挟んでガス吐出部１２と対向するように設けられ加熱室３内に向かう斜面部を備えている。この斜面部には例えば多数の小孔状の排気口６１ａが加熱室３の幅方向に列設されており、排気部６１の一端から他端までの長さは例えばウエハＷの直径をカバーするように構成されている。排気部６１はファン６２やバルブＶ２の介設された排気管６３を介して例えば工場の排気路に接続されている。排気部６１からの排気量は、例えばファン６２の回転数やバルブＶ２の開度を変更することにより調整される。

また図３に示すように、加熱装置１は例えばコンピュータからなる制御部７を備えており、この制御部７は、昇降機構４２やガス供給源１３、ファン６２等の動作を制御する機能を有している。制御部７は、ウエハＷの搬送タイミングやパージ用のガスの給断タイミング等を制御するために、処理パラメータ及び処理手順を実行するためのプログラムを格納した不図示の記憶媒体からこれらのプログラムを読み出して各部に実行させる役割を果たす。記憶媒体は、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶手段により構成されている。

以上に説明した構成を有する加熱装置１においては、背景技術にて説明したように、ウエハＷを加熱室３に搬入した際にその表面に初期温度分布を生じてしまう。そこで、本実施の形態に係る加熱装置１では、冷却プレート４上の待機位置にて待機している加熱処理前のウエハＷに対して温度分布を付与しておくことによって、加熱室３へ搬入されるタイミングの違いにより生じる初期温度分布を緩和するための温度分布付与手段としての加熱ランプ２が設置されている。以下、加熱ランプ２の構成について説明する。

図１、図３に示すように、加熱装置１の処理容器１０天井部には固定台２２に固定された状態で、複数の加熱ランプ２が配設されている。各加熱ランプ２は、例えば赤外線を放射可能なランプやＬＥＤによって構成され、冷却プレート４上にて待機するウエハＷに対して、処理容器１０に穿設された穴部１０ｂを介して熱線を放射可能なように、冷却プレート４と対向した状態で固定台２２に固定されている。また加熱ランプ２の放射部２ａは、放射された熱線を基板に向けて反射させるために、反射部材として機能する、例えば金メッキによる反射加工の施された筒状の反射ケース２１によって覆われている。図３中の２４は、穴部１０ｂに嵌め込まれた透過板である。透過板２４は、加熱ランプ２より放射される熱線を透過可能な石英ガラス板等により構成され、処理容器１０にパーティクルが進入してウエハＷ上に付着するのを防止する役割を果たす。

次に、処理容器１０天井部における加熱ランプ２の配置状態について図６を参照しながら説明する。図６は、処理容器１０の天井部における各加熱ランプ２の配置状態を模式的に示す平面図である。図中、破線で示した円は冷却プレート４上に載置されたウエハＷの処理容器１０天井部への投影面を示し、小さな２重円の内円は加熱ランプ２の放射部２ａ、外円は反射ケース２１を夫々示している。図示の便宜上、固定台２２等の記載は省略してある。

図６に示すように、本実施の形態では冷却プレート４上に載置されたウエハＷの例えば後端側半分の形状に対応するように、例えば１７個の加熱ランプ２が４列に配置されている。各列の加熱ランプ２は、後端側ほど左右の間隔が小さくなるように配置されており、３列目と４列目とでは列同士の間隔も小さくなっている。このような構成により冷却プレート４上で待機している加熱処理前のウエハＷに対して加熱ランプ２より熱線を所定時間放射すると、ウエハＷの概ね後端側半分の領域に熱線が照射され、また照射されている領域の後端側へ行くほどエネルギー密度の高い熱線が照射されるので、先端側は温度が低く、後端側へ行くほど温度の高い温度分布（以下、搬入前温度分布という）を付与することができる。なお、図３及び後述する図７の加熱ランプ２の表示は、これらの間隔が後端側へ行くほど小さくなっていることを模式的に表現したものであって図６に示した配列を厳密に表現したものではない。

ここでウエハＷに付与する搬入前温度分布は、加熱室３内へのウエハＷ先端部と後端部との搬入タイミングの違いによる吸収熱量の差を打ち消して、初期温度分布が緩和されていることが好ましい。そこで、加熱ランプ２の配置を設計するにあたっては、加熱ランプ２の無い状態で加熱室３への搬入によりウエハＷの各部位に吸収される熱量や初期温度分布を実験やシミュレーション等によって予め求めておき、この初期温度分布を緩和し、フラットにするためにウエハＷに予め付与すべき熱量を算出して、この算出結果に基づいて加熱ランプ２の配置領域や設置間隔、各加熱ランプ２の出力等を決定するとよい。なお、図６ではウエハＷの半分より後端側に相当する領域にのみ加熱ランプ２を配置しているが、上述の設計結果に基づいてウエハＷの半分よりも先端側にも例えば出力のより小さな加熱ランプ２を設置する等してもよいことは勿論である。

また図３に示すように、各電力供給部２３は電力供給部２３に接続されており、この電力供給部２３は既述の制御部７からの指示に基づいて各加熱ランプ２への電力の給断タイミングが制御されるように構成されている。以下、上述の加熱ランプ２の作用について説明する。

図７は、加熱室３内への搬入前後のウエハＷの位置と加熱装置１の動作との関係を模式的に示した縦断面図である。例えば馬蹄形状を備えた不図示のウエハ搬送機構によって搬送されてきたウエハＷは待機位置である冷却プレート４上に受け渡され、この待機位置にて待機する。次いで図７（ａ）に示すように冷却プレート４を下降させてウエハＷをワイヤ５１上に載置し、各加熱ランプ２を「ＯＮ」として所定時間例えば１秒〜３秒程度熱線を放射し、待機中のウエハＷに既述の搬入前温度分布を付与する。このように本実施の形態ではウエハＷに付与した熱の損失を抑えるためウエハＷを冷却プレート４からワイヤ５１に受け渡した後に搬入前温度分布を付与しているが、この動作を冷却プレート４上で行ってもよいことは勿論である。

次いで図７（ｂ）に示すように加熱ランプ２を「ＯＦＦ」とする共に、ワイヤ５１を移動させてウエハＷを先端部より加熱室３内に搬入する。このとき、ウエハＷには先端側から後端側へ向けて温度の高くなっていく搬入前温度分布が付与されており、この分布は搬入タイミングの違いによるウエハＷ各部の吸収熱量の差を打ち消すように調整されているので、加熱室３内への搬入が完了した際に、比較的大きな熱量を吸収した先端部と小さな熱量を吸収した後端部との間に生じる温度差を小さくし、緩和することができる。

このとき加熱室３内は上下に設置された熱板３４、３５により例えば１３０℃に加熱されている。そして、加熱室３内に搬入されたウエハＷはワイヤ５１上に載置されたまま、いずれの熱板３４、３５にも接触しない状態でこれらの熱板３４、３５間に停止する。ウエハＷ搬入の完了後、バルブＶ１を開としてガス吐出部１２より加熱室３内に加熱室３内と同じ温度に加熱されたパージ用のガスを供給すると共に、バルブＶ２を開とし、ファン６２を作動させてガスを排気する。これによりウエハＷの上下面には図５中、矢印で示す一方向流が形成される。このような熱板３４、３５からの熱放射やガスからの対流伝熱等により、初期温度分布のフラットな状態でウエハＷに塗布された露光後の化学増幅型のレジスト膜が加熱されてＰＥＢ処理が開始される。このときウエハＷへのＰＥＢ処理は、既述のように初期温度分布のフラットな状態で開始されることとなる。そしてウエハＷへのパージ用ガスの供給が例えば一定時間行われた後に、パージ用ガスの供給と排気とが停止されて加熱室３内におけるＰＥＢ処理を終了する。

そしてＰＥＢ処理が終了すると、図７（ｃ）に示すようにウエハＷは搬入時とは逆の順序でワイヤ５１から冷却プレート４に受け渡され粗熱を取り除かれ、冷却される。冷却後、ウエハＷは冷却プレート４より外部の搬送機構に受け渡されて、処理容器１０の外に搬出され加熱装置１における処理が終了する。

本実施の形態によれば以下のような効果がある。予め搬入前温度分布の付与された状態のウエハＷを加熱室３に搬入してウエハＷ全体の加熱を開始するので、先端側と後端側とが夫々加熱室３内に搬入されるタイミングの違いにより生じる初期温度分布を緩和し、ウエハＷに対する加熱処理の面内均一性を高めることができる。この結果、例えば既述のＰＥＢ処理において、均一な線幅のレジストパターンを現像することが可能となり製品の品質や歩留まりの向上に寄与することができる。

また、温度分布付与手段として加熱ランプ２を採用することにより、短時間でウエハＷを加熱することができるので、搬入前温度分布を付与するプロセスを加えても、加熱装置１内での全体の処理時間にはさほど影響を与えずに済む。更にまた、先端部よりも後端側のウエハＷ形状に対応するように複数の加熱ランプ２を配置したり、加熱ランプ２の回りを反射ケース２１で覆ったりしているので、ウエハＷの他の部分や加熱装置１内の他の機器等の不必要な部分に熱線を放射するロスを抑えて、必要な搬入前温度分布を効率的に付与することができる。

なお、加熱ランプ２を使って所望の搬入前温度分布を得る手法は、図６で説明したように加熱ランプ２同士の配置間隔により調整する場合に限定されない。例えば、加熱ランプ２からウエハＷへの配光パターンを規制する配光パターン規制部材を設けてもよい。具体例としては、例えば図８（ａ）に示すように、ウエハＷの後端側から先端側にかけて段々小さくなるような穴部１０ｂの穿設された配光パターン規制部材（本例では処理容器１０の天井部に相当する）を、加熱ランプ２と加熱室３内のウエハＷとの間に設ける場合等が考えられる。このとき固定台２２全体を反射部材で覆い、この中に例えば図８（ｂ）の平面図中に破線で示すように加熱ランプ２を例えば３つだけ配設する構成としてもよい。この場合には、これらの加熱ランプ２全体より放射された熱線の配光パターンを径の異なる穴部１０ｂにより規制して、後端側へ行くほどエネルギー密度の高い熱線を照射することができる。これにより加熱ランプ２の配置間隔を調整する場合に比べてより柔軟な初期温度分布の調整が可能となる。

このほか、図６で説明した構成の加熱ランプ２において、配設された各加熱ランプ２の熱線の出力が、先端側から後端側へかけて大きくなるように夫々出力の異なる加熱ランプ２を配置してもよいし、後端側よりも先端側の熱線の放射時間が小さくなるように各加熱ランプ２の「ＯＮ／ＯＦＦ」のタイミングをずらしてもよい。また、配光パターン規制部材の構成も図８に例示したものに限定されず、例えば放射された熱線の一部を透過するブラインドを透過板２４の替わりに設け、このブラインドの透過率を変化させることによって先端側から後端側へかけて熱線の放射量が大きくなるようにしてもよい。また、既述の各手法を２つ以上組み合わせてもよい。

また、温度分布付与手段は、熱線を放射するタイプの加熱ランプ２等に限定されるものではない。例えば、図９（ａ）に示すようにウエハＷの後端側に対応する冷却プレート４内に伝熱ヒータ４５を埋め込み、この部分を加熱してウエハＷの先端側よりも後端側の方が温度の高い搬入前温度分布を付与するように構成してもよいし、図９（ｂ）に示すように、ウエハＷの先端側に対応する冷却プレート４内にペルチェ素子４６を埋め込みこの部分を冷却して、ウエハＷの先端側よりも後端側の方が温度の高い搬入前温度分布を付与するように構成してもよい。これらの手法によれば加熱装置１の高さをコンパクトにできる利点がある。また、ウエハＷの後端側に熱風を吹き付けたり、先端側に冷風を吹き付けたりすることにより、夫々同様の搬入前温度分布を付与する構成としてもよい。

なお、実施の形態中においてはウエハＷを搬送する搬送手段をウエハＷの搬送路と交差する方向に張設されたワイヤ５１Ａ、５１Ｂにより構成しているが、例えばウエハＷの搬送路の両端にプーリを設け、これらのプーリを介して複数本のワイヤをウエハＷの搬送方向に張設し、これらのワイヤによってウエハＷを搬送するように構成してもよい。この場合には、冷却プレート４の溝部はワイヤに沿ってウエハＷの搬送方向に設ける。

次に塗布、現像装置に上述した加熱装置１を適用した一例について簡単に説明する。図１０は塗布、現像装置に露光装置が接続されたシステムの平面図であり、図１１は同システムの斜視図である。図中Ｓ１はキャリアブロックであり、ウエハＷが例えば１３枚密閉収納されたキャリアＣ１を搬入出するための載置部１２１を備えたキャリアステーション１２０と、このキャリアステーション１２０から見て前方の壁面に設けられる開閉部１２２と、開閉部１２２を介してキャリアＣ１からウエハＷを取り出すためのトランスファーアームＣとが設けられている。

キャリアブロックＳ１の奥側には筐体１２４にて周囲を囲まれる処理ブロックＳ２が接続されており、処理ブロックＳ２には手前側から順に加熱・冷却系のユニットを多段化した棚ユニットＰ１、Ｐ２、Ｐ３及び液処理ユニットＰ４、Ｐ５と、搬送手段（メインアーム）Ａ１、Ａ２とが交互に設けられている。搬送手段Ａ１、Ａ２はこれら各ユニット間のウエハＷの受け渡しを行う役割を果たす。搬送手段Ａ１、Ａ２は、キャリアブロックＳ１から見て前後方向に配置される棚ユニットＰ１、Ｐ２、Ｐ３の一面側と、右側の液処理ユニットＰ４、Ｐ５側の一面側と、左側の一面側をなす背面部とで構成される区画壁により囲まれる空間１２３内に置かれている。

棚ユニットＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、液処理ユニットＰ４、Ｐ５にて行われる処理の前処理及び後処理を行うための各種ユニットを複数段積層した構成とされている。積層された各種ユニットにはウエハＷを加熱(ベーク)する複数の加熱ユニット(ＰＡＢ)や、ウエハＷを冷却する冷却ユニット等が含まれる。ここで本実施の形態に係る加熱装置１は、棚ユニットＰ３に組み込まれている。

また液処理ユニットＰ４、Ｐ５は、レジスト液や現像液等の薬液収納部の上に下部反射防止膜塗布ユニット１３３、レジスト塗布ユニット１３４、ウエハＷに現像液を供給して現像処理する現像ユニット１３１等を複数段、例えば５段に積層して構成されている。

インターフェイスブロックＳ３は、処理ブロックＳ２と露光装置Ｓ４との間に前後に設けられる第１の搬送室３Ａ及び第２の搬送室３Ｂにより構成されており、夫々に昇降自在、鉛直軸回りに回転自在かつ進退自在なウエハ搬送機構１３１Ａ、１３１Ｂを備えている。

第１の搬送室３Ａには、棚ユニットＰ６及びバッファカセットＣＯが設けられている。棚ユニットＰ６にはウエハ搬送機構１３１Ａとウエハ搬送機構１３１Ｂとの間でウエハＷの受け渡しを行うための受け渡しステージ（ＴＲＳ）及び露光装置に受け渡す前にウエハＷの温調を行う冷却プレートを有する高精度温調ユニット等が上下に積層された構成となっている。

続いて、この塗布、現像装置におけるウエハＷの流れについて説明する。先ず外部からウエハＷの収納されたキャリアＣ１がキャリアブロックＳ１に搬入されると、ウエハＷは、トランスファーアームＣ→棚ユニットＰ１の受け渡しユニット（ＴＲＳ）→搬送手段Ａ１→下部反射防止膜形成ユニット（ＢＡＲＣ）１３３→搬送手段Ａ１（Ａ２）→加熱ユニット→搬送手段Ａ１（Ａ２）→冷却ユニット→搬送手段Ａ１（Ａ２）→レジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）１３４→搬送手段Ａ１（Ａ２）→加熱ユニット→搬送手段Ａ１（Ａ２）→冷却ユニット→搬送手段Ａ２→棚ユニットＰ３の受け渡しユニット（ＴＲＳ）→ウエハ搬送機構１３１Ｂ→棚ユニットＰ６の受け渡しユニット（ＴＲＳ）→棚ユニットＰ６の温調ユニット→ウエハ搬送機構１３１Ｂ→露光装置Ｓ４の順に搬送される。

露光処理を受けたウエハＷは、ウエハ搬送機構１３１Ｂ→棚ユニットＰ６の受け渡しステージ（ＴＲＳ）→ウエハ搬送機構１３１Ａ→棚ユニットＰ３の受け渡しユニット（ＴＲＳ）→棚ユニットＰ３の加熱装置１（ＰＥＢ）→搬送手段Ａ２→現像ユニット１３１→搬送手段Ａ１→棚ユニットＰ１の受け渡しユニット（ＴＲＳ）→トランスファーアームＣの順で搬送され、キャリアＣ１に戻されて塗布、現像処理が完了する。

（実験）
図１〜図６にて説明したものとほぼ同様の構成の加熱装置１を用いてウエハＷの加熱を行い、搬入前温度分布を付与することによる効果を確認した。加熱装置１に配設した加熱ランプ２は、出力５４Ｗ（６０Ｖ）、色温度が３０００Ｋの赤外ランプを使用した。図１２は、この赤外ランプの波長の相対強度分布図である。加熱ランプ２の個数及び配置は、図６で説明したものと同様であり、各ランプから冷却プレート４上に載置されたウエハＷまでの距離は２５ｍｍである。各穴部１０ｂの径は３０ｍｍと一定であり、穴部１０ｂには透過板２４を嵌め込まなかった。
（実施例）
１２インチのウエハＷに対して３秒間加熱ランプ２より熱戦を照射して搬入前温度分布を付与し、次いでこのウエハＷを１３０℃の加熱室３内に搬入してパージ用のガスを供給したときのウエハＷ表面の初期温度分布や温度変化を測定した。
（比較例）
搬入前温度分布を付与せずに同様の実験を行った。

図１３（ａ）は、加熱室３へのウエハＷ搬入の際に均一な初期温度分布を得るために付与すべき搬入前温度分布をシミュレーションした結果である。図中、加熱室３への搬入方向に対して先端側を上、後端側を下とし、レジスト膜の形成されている上面側の温度分布を等温線により表した。各等温線は基準温度Ｔに対する相対的な温度差を０．４℃刻みで示した。したがって各等温線で囲まれた領域は図中右側に記載した温度範囲にあることを示している。シミュレーションの結果によれば、初期温度分布を一様にするためには、ウエハＷの先端側から後端側へかけて徐々に温度の高くなっていく搬入前温度分布を付与しておくことが好ましいといえる。

図１３（ｂ）は、実施例にて加熱ランプ２により搬入前温度分布を付与した結果を示している。１７個の加熱ランプ２によるトータルの放射束は９１８Ｗであり、１２インチのウエハＷに対する放射照度は２．６Ｗ／ｃｍ^２、３秒間に照射したエネルギーは７．８Ｊ／ｃｍ^２であった。ウエハＷの方向やその温度分布等の表示については図１３（ａ）と同様である。実施例の結果によれば、実施の形態に示した加熱ランプ２を使用してウエハＷの先端側から後端側へかけて温度の高くなっていく搬入前温度分布を付与できていることが分かる。図１３（ａ）のシミュレーション結果と比較してウエハＷ先端部の低温領域及び後端部の高温領域の面積が広くなっているのは、図６に示すようにウエハＷの後端側半分のみの形状に対応させ、先端側から後端側へかけて配置間隔が概ね小さくなっていくように加熱ランプ２を配置した影響によるものと考えられる。

図１４、図１５は実施例、比較例の実験の結果を示している。図１４は実施例、比較例におけるウエハＷの初期温度分布であり、図１５はこれらのウエハＷを加熱室３内で加熱した場合におけるウエハＷ表面の最大温度差、ウエハＷの平均温度の経時変化を示したトレンド図である。

図１４（ａ）は実施例における初期温度分布である。ウエハＷの方向の表示については図１３（ａ）と同様であるが、各等温線は実温度を表示している。実施例の結果によれば、図１３（ｂ）に示した搬入前温度分布を予め付与したウエハＷを加熱室３に搬入することによって、最先端部を除くウエハＷの大部分が約１．３℃の温度差に収まっており、フラットな初期温度分布を得ることができた。

一方で予め搬入前温度分布を付与しなかった比較例においては、図１４（ｂ）に示すようにウエハＷの先端側から後端側へかけて徐々に温度の低くなっていく初期温度分布が得られた。また初期温度分布における温度差も約４．７℃と実施例に比較して大きくなった。これらの結果から、ウエハＷに適切な搬入前温度分布を付与しておくことにより、初期温度分布を緩和する効果が得られるといえる。

図１５（ａ）は実施例、比較例における各ウエハＷ表面の最大温度差の経時変化を示したトレンド図である。実施例を実線、比較例を破線で示してある。実施例においては、加熱室３への搬入が開始される直前の時間「０」においてウエハＷは約２．５℃の温度差を有しているが、ウエハＷ全体の搬入が完了した時点ではこの範囲が約１．３℃まで小さくなり、例えば８０秒後にはこの範囲は１℃以下まで小さくなっている。これに対して比較例では、ウエハＷを加熱室３内に搬入することにより温度差が約４．７℃まで跳ね上がってから徐々に小さくなってきているが、８０秒後においてもこの温度差は１℃以下とならなかった。即ち、実施例においては比較例に対して初期温度分布を約３℃程度緩和することができた。

また図１５（ｂ）は、は実施例、比較例における各ウエハＷ内の平均温度の経時変化を示したトレンド図であるが、例えば８０秒後の時点において実施例と比較例との間にはウエハＷ平均温度の顕著な温度差は見られない。このことから、搬入前温度分布を付与する構成においても、ウエハＷ全体は従来どおり必要な温度にまで加熱することができるといえる。

実施の形態に係る加熱装置の外観斜視図である。 上記加熱装置の内部構造を示す斜視図である。 上記加熱装置の縦断面図である。 ウエハの搬送手段の構成例を示す斜視図である。 上記加熱装置内の加熱室の作用を示す縦断面図である。 温度分布付与手段である加熱ランプの配置状態を示した平面図である。 上記加熱装置の作用を示す説明図である。 加熱ランプの配設方法における他の実施の形態を示す説明図である。 温度分布付与手段の他の実施の形態を示す説明図である。 本発明に係る加熱装置が適用される塗布、現像装置の平面図である。 上記塗布、現像装置の斜視図である。 実施例にて使用した加熱ランプの波長の相対強度分布を示す分布図である。 搬入前温度分布のシミュレーション結果と実験結果とを示す特性図である。 実施例と比較例とにおけるウエハの初期温度分布を示す特性図である。 実施例と比較例とにおけるウエハ表面の温度差、ウエハ平均温度の経時変化を示すトレンド図である。 従来の加熱装置の作用を示す縦断面図である。

符号の説明

Ｗ ウエハ
１ 加熱装置
２ 加熱ランプ
２ａ 放射部
３ 加熱室
４ 冷却プレート
５ 搬送手段
７ 制御部
１０ 処理容器
１０ａ 搬入出口
１０ｂ 穴部
１１ 基台
１２ ガス吐出部
１２ａ 吐出口
１３ ガス供給源
１３ａ ガス供給管
１４ 伝熱板
１４ａ ヒートパイプ
２１ 反射ケース
２２ 固定台
２３ 電力供給部
２４ 透過板
３１ 開口部
３２ 側壁部
３３ 隙間部
３４、３５ 熱板
４１ 溝部
４２ 昇降機構
４３ 支持ピン
４４ 切り欠き部
４５ 伝熱ヒータ
４６ ペルチェ素子
５１、５１Ａ、５１Ｂ
ワイヤ
５２、５２Ａ、５２Ｂ
ワイヤ支持部
５３ 移動機構
５４ 基体
５５Ａ、５５Ｂ
ガイドレール
５６ 駆動部
５７ ビーズ部材
５８ 遮蔽板
６１ 排気部
６１ａ 排気口
６２ ファン
６３ 排気管

Claims (22)

1. 処理容器内に設けられ、基板を熱板により加熱するための加熱室と、
   前記処理容器内にて、待機位置に置かれた基板を前記加熱室にその側方から搬入するための搬送手段と、
   前記待機位置にて待機する基板の表面に、加熱室に搬入されたときに当該基板の表面に生じる初期温度分布を緩和するための搬入前温度分布を付与する温度分布付与手段と、を備えたことを特徴とする加熱装置。
2. 前記温度分布付与手段は、前記加熱室内への搬入方向に対して基板の後端側を加熱することにより、基板の先端側よりも後端側の方が温度の高い搬入前温度分布を付与することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記温度分布付与手段は、加熱ランプを含むことを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
4. 前記温度分布付与手段は、加熱ランプと待機位置との間に設けられ、基板上の配光パターンを規制するための配光パターン規制部材を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の加熱装置。
5. 前記基板の搬入方向から見て前記加熱室の手前に、当該基板の待機位置となる載置プレートを更に備え、前記温度分布付与手段は、当該載置プレートに設けられていることを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
6. 前記温度分布付与手段は抵抗発熱体であることを特徴とする請求項５に記載の加熱装置。
7. 前記温度分布付与手段は、前記加熱室内への搬入方向に対して基板の先端側を冷却することにより、基板の先端側よりも後端側の方が温度の高い搬入前温度分布を付与することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
8. 前記基板の搬入方向から見て前記加熱室の手前に、当該基板の待機位置となる載置プレートを更に備え、前記温度分布付与手段は、当該載置プレートに設けられていることを特徴とする請求項７に記載の加熱装置。
9. 前記加熱室から搬出された加熱処理後の基板を冷却するための冷却プレートを更に備え、前記待機位置はこの冷却プレート上であることを特徴とする請求項１、２、３、４、７のいずれか一つに記載の加熱装置。
10. 前記載置プレートは、前記加熱室から搬出された加熱処理後の基板を冷却するための冷却プレートとしての機能を兼ね備えることを特徴とする、請求項５、６、８のいずれか一つに記載の加熱装置。
11. 前記搬送手段は、前記基板の搬送路と交差する方向に張設された、または搬送路に沿って張設された複数本のワイヤであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の加熱装置。
12. 基板を収納しキャリアが搬入されるキャリアブロックと、
    前記キャリアから取り出された基板の表面に化学増幅型のレジストを塗布する塗布部と、露光後の基板を加熱処理する加熱装置と、加熱処理後の基板を現像する現像処理部と、を含む処理ブロックと、
    この処理ブロックと露光装置との間で基板の受け渡しを行うインターフェイス部と、を備えた塗布、現像装置において、
    前記加熱装置として、請求項１ないし１１のいずれか一つに記載の加熱装置を用いたことを特徴とする塗布、現像装置。
13. 処理容器内に設けられた加熱室にて基板を熱板により加熱する工程と、
    前記処理容器内にて、待機位置に置かれた基板を前記加熱室にその側方から搬入する工程と、
    前記待機位置にて待機する基板の表面に、加熱室に搬入されたときに当該基板の表面に生じる初期温度分布を緩和するための搬入前温度分布を付与する工程と、を含むことを特徴とする加熱方法。
14. 前記搬入前温度分布を付与する工程では、前記加熱室内への搬入方向に対して基板の後端側を加熱することにより、基板の先端側よりも後端側の温度の高い搬入前温度分布を付与することを特徴とする請求項１３に記載の加熱方法。
15. 基板を加熱ランプで照射することにより、前記搬入前温度分布を付与することを特徴とする請求項１４に記載の加熱方法。
16. 加熱ランプと待機位置との間で、基板上の配光パターンを規制する工程を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の加熱方法。
17. 前記基板の搬入方向から見て前記加熱室の手前に、当該基板の待機位置となる載置プレートを更に備え、前記搬入前温度分布は、この載置に設けられた加熱手段により付与されることを特徴とする請求項１３に記載の加熱方法。
18. 前記搬入前温度分布を付与する工程では、前記加熱室内への搬入方向に対して基板の先端側を冷却することにより、基板の先端側よりも後端側の温度の高い搬入前温度分布を付与することを特徴とする請求項１３に記載の加熱方法。
19. 前記基板の搬入方向から見て前記加熱室の手前に、当該基板の待機位置となる載置プレートを更に備え、前記搬入前温度分布は、この載置プレートに設けられた冷却手段により付与されることを特徴とする請求項１８に記載の加熱方法。
20. 前記加熱室から搬出された加熱処理後の基板を冷却する工程を更に含み、前記待機位置はこの基板を冷却する工程の行われる位置と同じ位置であることを特徴とする請求項１３ないし１９のいずれか一つに記載の加熱方法。
21. 前記基板を搬送する工程は、前記基板の搬送路と交差する方向に張設された、または搬送路に沿って張設された複数本のワイヤを用いて行うことを特徴とする請求項１３ないし２０のいずれか一つに記載の加熱方法。
22. 基板を熱板により加熱する加熱装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、請求項１３ないし２１の何れか一つに記載された加熱方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。

Images