JP4840168B2 - 加熱装置、加熱方法及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、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。

半導体ウエハや、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用のガラス基板等の基板に対してレジストパターンを形成する装置として、基板に対してレジストを塗布し、また露光後の基板を現像する塗布、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基板を加熱して、レジスト液中の溶剤を乾燥させたり、また露光後の基板を現像処理前に加熱したりするため等に用いられている。

こうした加熱装置は、高い面内均一性をもって基板を加熱処理できることを要求され、また露光後のレジスト液中に酸を拡散させる加熱処理（ＰＥＢ：ポストエクスポージャーベーク）は、加熱時間を厳密に管理する必要があることから、冷却機能を備えた専用アームを設け、加熱後の基板を速やかに専用アームに移載して酸の拡散（酸反応）を停止するタイプの加熱装置が採用されている。この加熱装置によれば、加熱装置内で基板の粗熱取りを行うので冷却プレートの設置数を低減できる利点もあり、レジスト塗布後の加熱装置にも利用されている。

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基板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、加熱装置の高さがその分大きくなってしまう。一方、塗布、現像装置の設置面積を小さくするためには各モジュールを多段化することが望ましいが、加熱装置の高さが大きいと積層段数が制約されてしまう。また、専用アームと熱板との間の基板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基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）を搬送するタイプの加熱装置を開発している。図１４は、このような加熱処理装置１００の内部を模式的に示した縦断面図である。加熱処理装置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、この加熱処理装置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。

加熱処理装置１００内に搬入されたウエハＷは、図１４（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、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１４（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処理装置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処理装置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処理装置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。

ところがこの加熱処理装置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℃を超える温度差を生じてしまうことが分かった。

このためウエハＷの先端側と後端側との間で図７（ａ）に示すように、昇温時に大きな温度分布が生じて、酸の拡散の程度が異なってしまい、レジストパターンの線幅における面内のばらつきの要因となるおそれがある。なおレジスト塗布後の加熱処理時においてもこのように昇温時において温度分布が発生すると、基板面内における加熱処理が不均一となり、膜厚のばらつきの要因になる。

ここで、特許文献１、特許文献２には、裏面に冷媒を通流させて強制冷却することの可能な、後述する本発明の実施の形態と似たタイプの熱板が記載されている。しかしながらこれらの技術はいずれもスループットの向上や熱板の応力割れ防止等を目的として、基板の加熱処理を終えた後の熱板を短時間かつ均一に冷却するための技術である。このため、これらの特許文献に係る熱板を既述の加熱室に設けても、加熱室に搬入された基板の先端と後端とで温度差を生じてしまう問題を解決することはできない。
特開２００１−３０８０８１号公報：段落０００７〜０００９、段落００３３〜００３５ 特開２００１−５２９８５号公報：段落０００５、段落００３１

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温度差の影響を低減して、基板全体を均一に加熱することの可能な加熱装置、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。

本発明に係る加熱処理装置は、処理容器内に設けられ、側方側の開口部よりほぼ水平に搬入された基板の表面に形成されたレジスト膜に対し、露光後の加熱処理をするための加熱室と、
この加熱室内に、基板と対向するように設けられた加熱処理用の熱板と、
この熱板を加熱するための加熱手段と、
前記熱板を冷却するための冷却手段と、
前記処理容器内に設けられ、前記加熱室の開口部と隣接する待機位置と、前記熱板に対向する加熱処理位置と、の間で基板を搬送する搬送手段と、
一の基板の加熱処理を終えた後、次の基板が前記加熱室内に搬入される前に熱板を降温させるように前記冷却手段を制御し、次の基板を前記加熱室内に搬入した後、加熱処理温度まで熱板を昇温するように前記加熱手段を制御する動作を、加熱処理される基板毎に繰り返す制御手段と、を備えたことを特徴とする。

ここで前記制御手段は、基板が前記加熱室内へ搬入された後、前記熱板を加熱処理温度より高い温度まで昇温し、次いで加熱処理温度に維持するように前記加熱手段を制御するように構成すことが好ましく、このとき前記制御手段は、加熱室内の基板の温度が前記処理温度より低い予め設定した温度に到達するタイミングにて、前記加熱手段により熱板を加熱する温度を加熱処理温度より高い温度から加熱処理温度に切り替えるとよい。この他、前記熱板とその加熱手段及び冷却手段とは、前記加熱室内の基板の上面側及び下面側に対向する位置に各々設けられていることが好ましい。また前記熱板は、例えばカーボン製であり、前記搬送手段は、複数本のワイヤであることが好適である。この他、基板は、前記搬送装置により前記加熱室内に搬入された高さ位置のまま加熱処理されるようにするとよい。

また本発明に係る基板の加熱処理方法は、処理容器内に設けられた加熱室の側方側の開口部よりほぼ水平に基板を搬入する工程と、
前記加熱室に設けられた熱板により、前記加熱室に搬入された基板の表面に形成されたレジスト膜に対し、露光後の加熱処理をする工程と、
一の基板の加熱処理を終えた後、次の基板が前記加熱室に搬入される前に熱板を降温させる工程と、
次の基板を前記加熱室内に搬入した後、加熱処理温度まで熱板を昇温する工程と、を含み、これら熱板を降温させる工程、及び熱板を昇温する工程を、加熱処理される基板毎に繰り返すことを特徴とする。

ここで基板を前記加熱室内に搬入する工程の後、この基板を加熱処理する工程の前に、前記熱板を加熱処理温度より高い温度まで昇温し、次いで加熱処理温度に維持する工程を更に含むように構成するとよく、前記熱板の設定温度は、加熱室内の基板の温度が前記処理温度より低い予め設定した温度に到達するタイミングにて、加熱処理温度より高い温度から加熱処理温度に切り替えられることが好ましい。また、基板を加熱処理する工程は、当該基板を前記加熱室内に搬入した高さ位置のままで行うようにすることが好ましい。

更に本発明に係る記憶媒体は、処理容器内に設けられ、側方側から基板を搬入出するための開口部と、この基板を下方側から加熱するように設けられた熱板と、を有する加熱室を備えた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、上述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。

本発明によれば、扁平な加熱室の側方側の開口部より水平に基板を搬入する際に、この加熱室内を加熱処理温度よりも低い温度に冷却しているので、搬入時における基板の先端側と後端側とに生じていた温度差を小さくすることができる。この結果、例えば基板の加熱処理時に基板の面内を均一に加熱することが可能となり、面内均一性の良好なレジストパターンを得られ、製品の歩留まり向上に貢献できる。

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６を参照しながら説明する。図１は加熱処理装置１の内部構造を示した斜視図であり、図２はその縦断面図である。

加熱処理装置１は、図２に示すように処理容器１０内に収められており、この処理容器１０の内部は基台１１を挟んで上部側と下部側の空間に仕切られている。上部側の空間には、図１に示すように基板であるウエハＷを加熱処理するための扁平な加熱室３と、処理容器１０内に搬入された加熱処理前後のウエハＷを載置し、加熱処理後のウエハＷを冷却する冷却プレートと、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２中の１０ｃは、搬入出口１０ａを開閉するためのシャッタである。

前記冷却プレート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を粗冷却できる機能を備え、また加熱室３内に搬入される前のウエハＷを載置する待機位置としての機能を兼ね備えている。

前記搬送手段５は、ウエハＷを載置して搬送する複数本のワイヤ５１Ａ、５１Ｂと、これらのワイヤ５１Ａ、５１Ｂを支持するワイヤ支持部５２Ａ、５２Ｂと、このワイヤ支持部５２Ａ、５２Ｂ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５１Ａ、５１Ｂは、ウエハＷの搬送方向（図１、図２中Ｙ方向）に対して交差する方向（図１、図３中Ｘ方向）に伸び、夫々のワイヤ５１Ａ、５１Ｂの両端部をワイヤ支持部５２Ａ、５２Ｂに固定された状態で張設されている。夫々のワイヤ５１Ａ、５１Ｂ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５２Ａ、５２Ｂ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２に示すように、ワイヤ５１Ａ、５１Ｂ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５２Ａ、５２Ｂ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５１Ａ、５１Ｂ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５１Ａ、５１Ｂには、図３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３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１、図２に示すように、ワイヤ５１Ａ、５１Ｂ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５１Ａ、５１Ｂ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２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５１Ａ、５１Ｂに対して相対的に昇降し、各ワイヤ５１Ａ、５１Ｂ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５１Ａ、５１Ｂ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１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、冷却プレート４の上方と下方との間で干渉せずにウエハ搬送機構を昇降させることができる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、例えば上下方向に例えば６ｍｍ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２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１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５２Ａ、５２Ｂ間に張設されたワイヤ５１Ａ、５１Ｂが進入できるようになっている。

また図４に示すように、加熱室３の上面側及び下面側には、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、例えば厚さが２ｍｍ程度で熱容量の小さく、熱伝導率の高いカーボン製の薄板（密度１．９ｇ／ｃｍ^３、熱伝導率２００Ｗ／ｍＫ）により構成されている。熱板３４、３５の内部には加熱手段を成し、例えば抵抗発熱体等よりなるヒータ３４ａ、３５ａが埋め込まれている。これらのヒータ３４ａ、３５ａはヒータコントローラ３６と接続されており、抵抗発熱体に供給する電力を変化させることによりヒータ３４ａ、３５ａの温度を変更することができるようになっている。なお便宜上、図２、図５では熱板３４、３５と加熱室３とを一体に図示してある。

また図２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４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１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４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の加熱処理温度と同じ温度に調温され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など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。この斜面部には図４に示すように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。

また本実施の形態に係る加熱処理装置１は、ウエハＷの加熱処理を終えた後の熱板３４、３５を強制冷却する冷却手段としての冷却機構２を備えている。冷却機構２は、図２に示すように加熱室３の天板側と底板側とに夫々設けられた冷却室２１ａ、２１ｂとこれら冷却室２１ａ、２１ｂに冷媒として例えば室温のエアを供給する冷媒供給管２２ａ、２２ｂと、この冷媒を排気する冷媒排気管２３ａ、２３ｂと、を備えている。

各冷却室２１ａ、２１ｂは、図１、図４に示すようにウエハＷと同程度の直径を有する扁平な円筒より構成されている。各円筒の内部は例えば高さが３ｍｍ程度の空洞となっていて、天板側と底板側との熱板３４、３５を外側から覆うように加熱室３に取り付けられている。各冷却室２１ａ、２１ｂ構成は、ほぼ同様なので、以下天板側の冷却室２１ａについて説明する。

冷却室２１ａの熱板３４と対向する天井部には、図４に示すように複数の噴出し口２４が設けられている。夫々の噴出し口２４は、図２に示すようにバルブＶ３の介設された冷媒供給管２２ａを介して、例えばエアコンプレッサーより供給されるドライエアの冷媒供給源２６に接続されており、冷媒供給源２６から冷却室２１ａ内に冷媒を供給し、この冷媒と熱板３４とを接触させることにより熱板３４を強制冷却できるようになっている。また図４に示すように冷却室２１ａの側壁には排気口２５が設けられており、冷媒排気管２３ａを介して工場の排気路に冷媒を排気できるようになっている。ここでＶ４、Ｖ５は冷媒の排気量を調整するためのバルブである。

また図２に示すように、加熱処理装置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、冷媒供給源２６やヒータコントローラ３６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冷却室２１ａ、２１ｂへの冷媒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。

次に本実施の形態に係る加熱処理装置１の作用について、図４〜図６を参照しながら説明する。図５は、加熱室３内への搬入前後のウエハＷの位置と加熱処理装置１の動作との関係を模式的に示した縦断面図であり、図６はヒータ３４ａ、３５ａの設定温度とこれに対応する熱板３４、３５及び加熱室３内に搬入されたウエハＷの温度とを示した説明図である。なおこれらの図においてはガス吐出部１２や排気部６１等の記載を省略してある。

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、図５（ａ）に示すように冷却プレート４上に受け渡され待機する。ここでウエハＷのＰＥＢ処理は例えば１３０℃にて行われるが、加熱室３内にウエハＷを搬入する前の時点においては、例えば図６の時刻ｔ_０に示すように各ヒータ３４ａ、３５ａは加熱処理温度よりも低い例えば１００℃に設定されており、熱板３４、３５や加熱室３内も同じ温度になっている。

このような状態で冷却プレート４を下降させて、図５（ｂ）に示すようにウエハＷをワイヤ５１Ａ、５１Ｂ上に受け渡し、ワイヤ５１Ａ、５１Ｂ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。ここで、側方にある開口部３１より扁平な加熱室３内に、ほぼ水平に保持された状態でウエハＷを搬入すると、ウエハＷの先端が加熱室３に搬入される時刻（搬入開始時刻）ｔ_１とその後端が搬入される時刻（搬入完了時刻）ｔ_２との間には、図６に示すように例えば１〜３秒程度のずれが生じる。このためウエハＷの先端側と後端側とで搬入のタイミングが異なると、加熱室３内で熱を吸収する時間が両部位の間で異なり、搬入を完了した時点におけるウエハＷの表面には先端側の温度が高く、後端側の温度の低い温度差（温度分布）を生じることとなる。

このような温度分布を生じる原理をもう少し詳しく説明すると、図７（ａ）は、既述の冷却機構２を持たない、従来の加熱室にウエハＷを搬入した場合におけるウエハＷ先端部、後端部夫々の温度変化の様子を示した模式図である。実線はウエハＷ先端部の温度変化を示し、破線は高端部の温度変化を示している。既に処理温度まで加熱されている加熱室内にウエハＷの先端部が搬入されると、先端部の温度は処理温度となるまで図７（ａ）に実線で示す曲線を描いて上昇する。このとき、ウエハＷの後端部は、ウエハＷの先端側からの熱伝導により徐々に加熱されるが、熱板や加熱室内は既に処理温度となっているため、ウエハＷの後端部が搬入された時点においては、既述のように３℃以上の例えば５℃という大きな温度分布を生じてしまう。このため、加熱室に搬入されたウエハＷの後端側が先端側と同じペースで加熱されても、しばらくの間は温度分布の大きな状態が継続して、この間にウエハＷ面内におけるレジストパターンのばらつきを生じてしまう。

これに対して本実施の形態では、既述のようにヒータ３４ａ、３５ｂの設定温度を低く設定してあるため、この加熱室３内を加熱処理温度に維持した場合と比較して搬入されたウエハＷの単位時間当たりの吸収熱量が小さくなる。この結果、搬入タイミングのずれにより生じる温度差を小さくすることができる。本実施の形態では、既述のように熱板３４、３５や加熱室３内の温度を１００℃まで下げておくことにより、搬入完了時の時刻ｔ_２においてウエハＷ内に生じる温度差を３℃以下に抑えることが可能となっている。すなわちウエハＷの後端部が搬入された時点における先端部後端部間の温度分布が小さいことにより、図７（ｂ）に示すように温度分布の小さい状態のままウエハＷ全体を昇温して、ウエハＷ面内のレジストパターンのばらつきを小さくすることができる。

一方、ウエハＷ搬入時にヒータ３４ａ、３５ｂの設定温度を低く設定しておくことは、搬入完了後に熱板３４、３５を加熱処理温度まで昇温する工程を必要とし、ウエハＷの搬入を完了してから加熱処理を終えるまでの加熱処理に要する時間が長くなってしまう場合が多い。そこで本実施の形態では、この昇温工程に要する時間を短縮するため、加熱室３へのウエハＷの搬入を完了した状態において熱板３４、３５の急速昇温を行うようになっている。

この急速昇温工程の作用について説明すると、加熱室３内に搬入されたウエハＷは、図５（ｃ）に示すようにワイヤ５１Ａ、５１Ｂ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と対向する加熱処理位置に停止する。そして加熱処理装置１のバルブＶ１を開とし、加熱室３内と同じ温度に加熱されたパージ用のガスをガス吐出部１２より加熱室３内に供給すると共に、バルブＶ２を開としてファン６２を作動させガスを排気する。これによりウエハＷの上下面には図４中に矢印で示す一方向流が形成され、熱板３４、３５からの熱放射やガスからの対流伝熱等により、ウエハＷは搬入された高さ位置のままで加熱処理される。

このような動作と平行して加熱処理装置１は、図６に示すようにウエハＷの搬入を完了したタイミングでヒータ３４ａ、３５ａの設定温度を加熱処理温度よりも高い温度に昇温し、この状態を一定時間維持することにより、各熱板３４、３５及び加熱室３内を急速に昇温する。この結果ウエハＷ昇温速度が大きくなり、昇温工程に要する時間を短縮することができる。

本実施の形態においては、急速昇温時のヒータ３４ａ、３５ａの設定温度を例えば１５０℃とし、この状態を例えば１５秒間維持している。このような急速昇温によって、ウエハＷの搬入完了時刻ｔ_２から加熱処理を終えてウエハＷの搬出を開始する時刻ｔ_４までに要する加熱処理時間を、加熱室３内の温度を変化させない従来の加熱処理に要する時間とほぼ同程度とすることができている。

次いで加熱処理装置１は、図６に示すように急速昇温の開始時刻ｔ_２より予め定めた時間を経過した時刻ｔ_３のタイミングにて急速昇温を終え、ヒータ３４ａ、３５ａの設定値を加熱処理温度としてからこの状態を所定時間維持しウエハＷの加熱処理を実行する。ここで時刻ｔ_２〜ｔ_３までの時間はウエハＷの温度が加熱処理温度近くまで昇温されるタイミングに設定されている。以上に説明した工程によりウエハ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処理が行われる。

こうしてウエハＷの加熱処理を終える時刻ｔ_４となったら、パージ用ガスの供給と排気とを停止すると共に、搬入時とは逆の順序でウエハＷを加熱室３より搬出する。そして図５（ｄ）に示すようにワイヤ５１Ａ、５１Ｂから冷却プレート４へと処理後のウエハＷを受け渡して粗熱を取り除き、レジスト膜の酸反応を停止させた後、このウエハＷを冷却プレート４より外部の搬送機構に受け渡して処理容器１０外に搬出し、加熱処理装置１における処理を終了する。なお上述の例では、ウエハＷの搬入、搬出のタイミングに合わせてパージ用のガスを供給、停止する場合について示したが、パージ用のガスは加熱処理装置１の稼動中、流したままの状態としておいてもよい。

このように加熱処理を終えたウエハＷを冷却、搬出する動作と平行して、加熱室３においては次のウエハＷの搬入に備えて熱板３４、３５を冷却する作業が行われる。即ち、加熱室３からのウエハＷの搬出を完了した時刻ｔ_５よりも後の時刻ｔ_６にて、ヒータ３４ａ、３５ａの設定温度をウエハＷ搬入時の１００℃まで低下させる降温操作を行う。なお、この急速冷却はウエハＷの加熱処理を終了した時刻ｔ_４より開始するように構成してもよい。

ここで、設定温度を変更するだけでは温度の低下する速度が遅いと、次のウエハＷが搬入可能となる時刻までに熱板３４、３５や加熱室３内の温度が１００℃に達しない場合も起こりうる。このような場合にはウエハＷを加熱室３内に搬入できない待ち時間が発生してしまうため、本実施の形態では既述の冷却機構２を利用し、熱板３４、３５及び加熱室３内を急速冷却することにより、この待ち時間を生じさせないようになっている。

この冷却機構２の作用について説明すると、図６に示したウエハＷの搬出を完了した時刻ｔ_５にてバルブＶ３〜Ｖ５を開とし、図４、図５（ｄ）に示すように冷媒供給源２６より各冷却室２１ａ、２１ｂ内に冷媒を供給する。これより熱板３４、３５や加熱室３内は急速冷却されて、次のウエハＷが搬入される前に降温操作を完了させることができる。次いで降温操作を完了したタイミングの時刻ｔ_７において冷媒の供給を停止し、次のウエハＷの搬入を待つ。これら図５（ａ）〜図５（ｄ）の各工程を繰り返し実行することにより複数のウエハＷに対するＰＥＢ処理が実行される。

以上に説明した加熱処理装置１によれば以下のような効果がある。扁平な加熱室３の側方側の開口部３１よりほぼ水平にウエハＷを搬入する際に、この加熱室３内を加熱処理温度よりも低い温度に冷却しているので、このような降温操作をしていなかった従来の加熱処理装置に比べて搬入されたウエハＷの先端側と後端側とに生じる温度差を小さくすることができる。この結果、例えばＰＥＢ処理時等にウエハＷ面内を均一に加熱することが可能となり、面内均一性の良好なレジストパターンを得られ、製品の歩留まり向上に貢献できる。

また、加熱室３内にウエハＷを搬入してから加熱処理を行う温度まで昇温する工程において急速昇温を行ったり、ウエハＷの熱処理を終えて加熱室３内を降温する工程において急速冷却を行ったりすることにより、これら昇温工程や降温工程に要する時間を短縮することが可能となる。この結果、加熱室３内の温度を変化させない従来法とほぼ同様の処理時間で各ウエハＷの加熱処理を終えられるので、新たな工程を加えたことによるスループットの低下を防止できる。

また、熱板３４、３５を熱容量の小さなカーボン製の薄板とすることにより、急速昇温や急速冷却時等の温度変化に対する追随性をよくすることができる。ここで冷却機構２に使用する冷媒は、エア等のガスに限定されず、熱容量の大きな水などの液体を採用してもよい。また当該冷却手段の構成自体も、実施の形態に示した、冷媒と熱板３４、３５とを接触させて急速冷却を行うタイプのものに限定されない。例えば熱板３４、３５内に埋め込んだペルチェ素子を冷却手段としてもよい。この他、例えばステンレススチールよりなるウエハＷと同程度の直径を有する熱容量の大きな厚板を加熱処理装置１内のウエハＷの搬出入動作と干渉しない位置に載置しておき、この厚板を吸熱体として加熱室３内に搬入し、加熱室３内及び熱板３４、３５の温度を急速冷却するように構成してもよい。

また熱板３４、３５の温度制御シーケンスは図６を用いて説明したパターンに限定されない。例えば図８（ａ）に示すように加熱処理を終えてから次のウエハＷが搬入されるまでの期間中はヒータ３４ａ、３５ａへの電力供給を停止して省エネルギーを図るようにしてもよい。また、ウエハＷの処理時間や搬入間隔に余裕のある場合には、図８（ｂ）に示すように急速昇温を行わない構成としてもよく、この反対に急速冷却を行わない構成としてもよい。更にまた、２枚の熱板３４、３５の一方だけを急速昇温、急速冷却するようにしてもよい。

更に、本実施の形態に係る加熱処理装置は熱板３４、３５の温度を運転中に変更可能に構成されているので、例えば図９に示すように製品ロットやレジストの種類の切り替え、運転条件の微調整等によりウエハＷの加熱処理温度を変更する必要の生じた場合であっても装置を停止する等の特別な調整を必要とせずに加熱処理温度の変更を行うことができる。

また加熱室３内に搬入されたウエハＷの表面温度を計測する温度計を設置し、この温度計の計測結果に基づいて急速昇温の終了タイミングを決定するように構成してもよい。

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。

次に上述した加熱処理装置１を塗布、現像装置に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)する本実施の形態に係る複数の加熱ユニット(ＰＡＢ、ＰＥＢ)や、ウエハＷを冷却する冷却ユニット等が含まれる。

また液処理ユニットＰ４、Ｐ５は、化学増幅型の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）→加熱処理装置１（ＰＡＢ）→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）→加熱処理装置１（ＰＡＢ）→搬送手段Ａ１（Ａ２）→冷却ユニット→搬送手段Ａ１→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の加熱処理装置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１）
図１〜図４にて説明したものとほぼ同様の構成の加熱処理装置１を用いてウエハＷの加熱処理を行い、ウエハＷ平均温度及びウエハＷの先後端間の温度差の経時変化を確認した。実験１では、熱板３４、３５が１３０℃の一定温度に加熱された加熱室３内に、１２インチのウエハＷを３０ｃｍ／秒の速さで搬入し、上述の各温度の経時変化を計測した。

実験１の結果を図１２（ａ）に示す。図１２（ａ）において、実線はウエハＷ平均温度の経時変化を示し、破線はウエハＷの先後端間の温度差の経時変化を示している。図１２（ａ）によれば、ウエハＷの平均温度は加熱処理時間が長くなるにつれて漸増し、およそ１２０℃にてほぼ一定温度となっている。これに対してウエハＷの先後端間の温度差は、搬入した直後の時点で約５℃近くまで跳ね上がった。

図１２（ｂ）は、この温度差の跳ね上がった時点におけるウエハＷ表面の温度分布を計測した結果である。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。各等温線の温度差は０．４℃刻みとなっており、各等温線で囲まれた領域は図中右側に付記した温度範囲にあることを示している。図１２（ｂ）の温度分布図からもわかるように、加熱室３に搬入されたウエハＷの表面には、先に搬入されたウエハＷの先端側の温度が高く、後から搬入された後端側の温度の低い温度分布が形成されることが分かる。このようなウエハＷ先後端間の温度差は、図１２（ａ）の破線に示すように処理時間の経過と共に徐々に小さくなったが、ウエハＷを搬入してから３５秒程度の時間が経過するまでは１℃以下とならなかった。

（実験２）
実験１と同様の加熱処理装置１を用い、熱板３４、３５の温度を変化させて搬入直後のウエハＷの先後端間の温度差の変化を計測した。この他の条件は実験１と同様である。
（実施例） 熱板３４、３５の温度を１０５℃とした。
（比較例１）熱板３４、３５の温度を１１５℃とした。
（比較例２）熱板３４、３５の温度を１３０℃とした。

実験２の結果を図１３に示す。図１３は、ウエハＷ搬入時の熱板３４、３５の温度に対して、搬入直後のウエハＷ先後端間の温度差をプロットした結果と、これらのプロットをもとに描いた近似曲線とを示している。実施例では、ウエハＷの先後端間の温度差は約３℃であったのに対し、比較例１では約３．５℃、実施例２では約４．５℃となった。発明者らはウエハＷ面内で均一な線幅のレジストパターンを得るために、この温度差を３℃以下とすることを目標としている。図１３に示した近似曲線によれば、本実験で使用した加熱処理装置１では、ウエハＷ搬入時の熱板３４、３５及び加熱室３内の温度をおよそ１００℃以下としておくことで、搬入直後のウエハＷの温度差を３℃以下にできるといえる。

実施の形態に係る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。 上記加熱装置の作用を示す説明図である。 上記加熱室に設けられたヒータの設定温度、熱板温度並びに加熱室内に搬入されたウエハの温度の経時変化を示す説明図である。 加熱室に搬入されたウエハの先端部及び後端部の温度変化の様子を示した模式図である。 ヒータの設定温度の変形例に係る説明図である。 ヒータの設定温度の他の変形例に係わる説明図である。 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。 搬入されたウエハに対して、熱板の温度が与える影響を確認した実験の結果を示した説明図である。 加熱室内に搬入されたウエハの先後端間の温度差に対する熱板の温度の影響を示した特性図である。 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 加熱処理装置
２ 冷却機構
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
１０ｃ シャッタ
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
２１ａ、２１ｂ
冷却室
２２ａ、２２ｂ
冷媒供給管
２３ａ、２３ｂ
冷媒排気管
２４ 噴出し口
２５ 排気口
２６ 冷媒供給源
３１ 開口部
３２ 側壁部
３３ 隙間部
３４、３５ 熱板
３４ａ、３５ａ
ヒータ
３６ ヒータコントローラ
４１ 溝部
４２ 昇降機構
４３ 支持ピン
４４ 切り欠き部
５１Ａ、５１Ｂ
ワイヤ
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 (12)

1. 処理容器内に設けられ、側方側の開口部よりほぼ水平に搬入された基板の表面に形成されたレジスト膜に対し、露光後の加熱処理をするための加熱室と、
   この加熱室内に、基板と対向するように設けられた加熱処理用の熱板と、
   この熱板を加熱するための加熱手段と、
   前記熱板を冷却するための冷却手段と、
   前記処理容器内に設けられ、前記加熱室の開口部と隣接する待機位置と、前記熱板に対向する加熱処理位置と、の間で基板を搬送する搬送手段と、
   一の基板の加熱処理を終えた後、次の基板が前記加熱室内に搬入される前に熱板を降温させるように前記冷却手段を制御し、次の基板を前記加熱室内に搬入した後、加熱処理温度まで熱板を昇温するように前記加熱手段を制御する動作を、加熱処理される基板毎に繰り返す制御手段と、を備えたことを特徴とする加熱処理装置。
2. 前記制御手段は、基板が前記加熱室内へ搬入された後、前記熱板を加熱処理温度より高い温度まで昇温し、次いで加熱処理温度に維持するように前記加熱手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の加熱処理装置。
3. 前記制御手段は、加熱室内の基板の温度が前記処理温度より低い予め設定した温度に到達するタイミングにて、前記加熱手段により熱板を加熱する温度を加熱処理温度より高い温度から加熱処理温度に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の加熱処理装置。
4. 前記熱板とその加熱手段及び冷却手段とは、前記加熱室内の基板の上面側及び下面側に対向する位置に各々設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の加熱処理装置。
5. 前記熱板は、カーボン製であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の加熱処理装置。
6. 前記基板は、前記搬送装置により前記加熱室内に搬入された高さ位置のまま加熱処理されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の加熱処理装置。
7. 前記搬送手段は、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６のいずれか一つに記載の加熱処理装置。
8. 処理容器内に設けられた加熱室の側方側の開口部よりほぼ水平に基板を搬入する工程と、
   前記加熱室に設けられた熱板により、前記加熱室に搬入された基板の表面に形成されたレジスト膜に対し、露光後の加熱処理をする工程と、
   一の基板の加熱処理を終えた後、次の基板が前記加熱室に搬入される前に熱板を降温させる工程と、
   次の基板を前記加熱室内に搬入した後、加熱処理温度まで熱板を昇温する工程と、を含み、これら熱板を降温させる工程、及び熱板を昇温する工程を、加熱処理される基板毎に繰り返すことを特徴とする基板の加熱処理方法。
9. 基板を前記加熱室内に搬入する工程の後、この基板を加熱処理する工程の前に、前記熱板を加熱処理温度より高い温度まで昇温し、次いで加熱処理温度に維持する工程を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の基板の加熱処理方法。
10. 前記熱板の設定温度は、加熱室内の基板の温度が前記処理温度より低い予め設定した温度に到達するタイミングにて、加熱処理温度より高い温度から加熱処理温度に切り替えられることを特徴とする請求項９に記載の基板の加熱処理方法。
11. 前記基板を加熱処理する工程は、当該基板を前記加熱室内に搬入した高さ位置のままで行うことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか一つに記載の加熱処理方法。
12. 処理容器内に設けられ、側方側から基板を搬入出するための開口部と、この基板を下方側から加熱するように設けられた熱板と、を有する加熱室を備えた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８ないし１１の何れか一つに記載された加熱処理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。

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