JP5041009B2

JP5041009B2 - 熱処理装置、熱処理方法及び記憶媒体

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Publication number: JP5041009B2
Application number: JP2010006263A
Authority: JP
Inventors: 泰大坂本
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2030-01-14
Also published as: JP2011146542A; KR101197170B1; KR20110083473A

Description

本発明は、容器内の熱板に基板を載置し、当該基板に形成された塗布膜を加熱処理する熱処理装置及び熱処理方法に関するものである。

半導体製造工程の一つであるフォトレジスト工程においては、基板例えば半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と省略する）の表面にレジストを塗布し、このレジストを所定のパターンで露光した後に現像してレジストパターンを形成処理している。このような処理は、一般にレジストの塗布、現像装置に、露光装置を接続したレジストパターン形成システムを用いて行われており、この塗布、現像装置には、ウエハの加熱を行うための熱処理装置が組み込まれている。この熱処理装置では、表面にレジスト膜（塗布膜）を形成したウエハを容器の内部に収容した後、容器の内部に設けた加熱板上にウエハを載置して加熱処理を行う。この際、容器の内部には例えば窒素ガスを供給するとともに、容器の内部の気体を排気路を通じて排出する。

このような熱処理装置においては、排気流量を監視することが重要である。例えば排気路を工場内の排気ダクトに接続する場合には、設計値通りの排気流量で排気されているか否かを判断する必要があるし、また排気路に詰まりが生じているか否かの目安にもなる。更に排気路に流量調整部を設けて排気流量を調整する場合には、排気流量の検出値が必要になってくる。そこで従来では排気路の途中に絞りを設け、絞りの上流側の圧力と、絞りを設けた部位の圧力との差によって、容器からの気体の排気量を検出していた。しかし絞りを設けた部位に、塗布膜からの昇華物が付着した場合、排気路を詰まらせるおそれがあり、そのためにメンテナンスの頻度が高くなる傾向にある。特に、熱処理装置から離れるにしたがって気体の温度が低下するため、熱処理装置と絞りとが離れているものでは、このような懸念が大きい。
なお、特許文献１の段落００３４には、塗布膜からの昇華物が排気路に付着することを防止するため、熱処理装置の下流側の通気路の長さを２０ｍｍ程度の短い長さにすることが記載されている。また、この特許文献１の段落０００８には、塗布膜からの昇華物が排気路に固着すると、排気路に目詰まりが生じ、排気流量が低下することも記載されている。しかしながら、特許文献１には、排気流量を測定することについては、具体的な説明がされていない。
また、特許文献２の段落０００３には、供給系にマスフローコントローラを設けることが記載されているが、排気流量を測定することについては記載されていない。

特開２００８−１６６６０４号公報特開２００３−３０３０２３号公報

本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、
基板に形成された塗布膜を容器内にて熱板により加熱処理する熱処理装置において、排気流量を安定して監視することができる技術を提供することにある。

本発明の熱処理装置は、容器内の熱板に基板を載置し、当該基板に形成された塗布膜を加熱処理する熱処理装置において、
前記容器内の雰囲気を排気する排気路と、
前記排気路に設けられ、この排気路を通過する気体を、前記塗布膜からの昇華物の昇華温度以上に加熱する加熱部と、
前記排気路における前記加熱部の上流側の温度を検出する第１の温度検出部と、
前記排気路における前記加熱部の下流側の温度を検出する第２の温度検出部と、
前記第１の温度検出部及び前記第２の温度検出部の各温度検出値の差と前記排気路の排気流量とについて予め取得した関係と、前記第１の温度検出部及び前記第２の温度検出部の各温度検出値の差と、に基づいて前記排気路の排気流量を求める流量測定部と、を備えることを特徴とする。

本発明の具体例として例えば次の構成を挙げることができる。
（１）前記第１の温度検出部、及び前記第２の温度検出部は、いずれも前記排気路の周方向に複数設けられている。
（２）複数の第２の温度検出部は、第１の温度検出部に対応した位置に設けられている。
（３）前記流量測定部は、互いに対応する第１の温度検出部及び第２の温度検出部の組により検出した排気流量を、各組に対して平均化した値を排気路の排気流量の検出値とする。
（４）前記流量測定部は、前記複数の第１の温度検出部により検出した温度の平均値と前記複数の第２の温度検出部により検出した温度の平均値との差に基づいて排気流量を測定する。
（５）容器からの排気流量を調節する排気流量調節部と、予め設定した排気流量と前記流量測定部で測定した排気流量とに基づいて前記排気流量調整部を制御するための制御信号を出力する手段と、を備えた構成。

本発明の熱処理方法は、基板に形成された塗布膜を加熱処理する加熱処理方法において、
前記基板を容器に搬入する工程と、
この容器内の熱板上に基板を載置して加熱する工程と、
前記容器内の雰囲気を排気路を介して排気する工程と、
前記排気路を通過する気体を、加熱部により、前記塗布膜からの昇華物の昇華温度以上に加熱する工程と、
第１の温度検出部及び第２の検出部により前記排気路における前記加熱部の上流側及び下流側の温度を夫々検出する工程と、
前記第１の温度検出部及び前記第２の温度検出部の各温度検出値の差と前記排気路の排気流量とについて予め取得した関係と、前記第１の温度検出部及び前記第２の温度検出部の各温度検出値の差と、に基づいて前記排気路の排気流量を求める工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、第１の温度検出部および第２の温度検出部の検出結果に基づいて排気流量を測定するため、排気路の途中に絞りを入れる必要がなく、排気路に詰まりが発生する虞を低減することができる。しかも、排気路を通過する気体を、塗布膜の昇華温度以上に加熱するため、排気路に詰まりが発生することを確実に防止することができる。よって、排気流量を安定して監視することができる。

本発明の熱処理装置の実施の形態を示す縦断側面図である。前記熱処理装置の横断平面図である。前記熱処理装置に用いられる排気流量測定部において排気管に取り付けられた部分を示す斜視図である。図3に示す排気管とヒータとを示す断面図である。図3に示す排気管と温度センサとを示す断面図である。排気流量測定部を示す構成図である。

以下に本発明に係る熱処理装置の実施の形態の一例として、例えば塗布膜であるレジスト膜が表面に形成された基板である半導体ウエハ（以下ウエハと略す）を加熱処理する熱処理装置について図１及び図２を用いて説明する。先ず、熱処理装置の本体部分２について簡単に説明しておく。本体部分２は偏平な角形の筺体２０を備えており、筺体２０の側壁にはシャッタ２１ａにより開閉されるウエハの搬送口２１が形成されている。

筺体２０内の下部には基台２２が設けられており、搬送口２１に向かう側を手前側とすると、この基台２２に沿って図示しないガイド機構により手前側位置（図１の位置）と奥側の後述の熱板４１の上方位置との間で移動自在な冷却プレート２５が設けられている。この冷却プレート２５は、搬送口２１を介して搬入された外部の搬送アームとの間で、３本の昇降ピン２３ａの昇降動作を介してウエハの受け渡しを行い、熱板４１との間で３本の昇降ピン２４ａの昇降動作を介してウエハの受け渡しを行う。図中、Ｗはウエハであり、２３及び２４は、昇降機構である。筐体２０内の奥側には、ガス吐出部３１が設けられている。ガス吐出部３１は図２に示すように奥側上方に向いた多数の小孔からなる吐出口３３がウエハの直径をカバーするように配列して構成されている。ガス吐出部３１は、ガス供給管３４を介してパージ用ガス例えば窒素ガスなどの不活性ガスが供給され、ガス吐出部３１内でウエハの加熱温度（加熱時のウエハの表面温度）と同じ温度に温調されて吐出口３３から吐出されるようになっている。

当該熱板４１は内部には図示しないヒータを有し、例えば円形状に構成されている。前記熱板４１を挟んで前記ガス吐出部３１と対向するように排気部５１が設けられている。排気部５１は図3に示すように手前側上方に向いた多数の小孔からなる排気口５３がウエハの直径をカバーするように配列して構成されている。排気部５１は排気路６６を構成する例えば断面が真円の排気管５４を介して例えば工場の排気路に接続されている。また排気管５４には排気流量調整部であるファン５５が介設されており、当該ファン５５の回転数が制御されることで排気流量が制御される。なお図１中Ｖ１、Ｖ２はバルブである。
筐体２０内には、前記熱板４１に対向するように天板６２が設けられており、手前側のガス吐出部３１から吐出された不活性ガスは、この天板６２と熱板４１との間を通って奥側の吐出部５１に向けて流れ、こうして一方向流が形成される。

前記排気管５４におけるファン５５の下流側には、図１、図３及び図４に示すように加熱部であるヒータ７１が設けられている。このヒータ７１は例えばラバーヒータからなり、排気管５４の外周に巻装されており、排気管５４の内面を、ウエハ表面の塗布膜からの昇華物が付着しない温度つまり昇華温度以上に加熱するように後述の装置コントローラにより発熱制御されている。

排気管５４におけるヒータ７１の上流側及び下流側には夫々第１の温度検出部である第１の温度センサ７２及び第２の温度検出部である第２の温度センサ７３が設けられている。これら温度センサ７２、７３は、排気管５４内を流れる排気流の温度を検出するためのものであり、この例では排気管５４の管壁を介して排気流の温度を検出している。これら温度センサ７２、７３は例えば熱電対が用いられるが、サーミスタなどであってもよい。第１の温度センサ７２は排気管５４の周方向に沿って複数例えば等間隔に４個配置されている。図５は第１の温度センサ７２が配置された部位の排気管５４の断面図であり、この図５に示してあるように第１の温度センサ７２の各々は、排気管５４の外周面に形成された凹部７０内に嵌合され、更に接着剤７０ａにより固定されている。

第２の温度センサ７３は、ヒータ７１に対して第１の温度センサ７２と対称に設けられている。即ちこの第２の温度センサ７３についても排気管５４の周方向に沿って等間隔に４個配置され、各温度センサ７３の位置は第１の温度センサ７２の各々から見て排気管５４が伸びていく方向つまり排気管５４の軸線の方向に位置している。言い換えれば第２の温度センサ７３の各々は第１の温度センサ７２の各々と対応した位置に設けられているといえる。また第２の温度センサ７３の設置構造は第１の温度センサ７２と同じであり、ヒータ７１からの距離についても第１の温度センサ７２と同じである。

この熱処理装置は、図６に示すように装置コントローラ８を備えている。装置コントローラ８は、記憶部８１、排気流量制御部８２、電力制御部８３を備えている。記憶部８１には、装置本体２にて実施される加熱処理の処理レシピが格納されている。この処理レシピは、ウエハの種別（塗布膜の種別）に応じて各動作部分の動作、熱板４１の温度などのプロセスパラメータの値が時系列に記載されているものである。排気流量制御部８２には流量設定値が入力されるが、この設定値は塗布膜の種別に応じた値として処理レシピに書き込まれている場合や、塗布膜の種別とは関係なく一律に決められている場合がある。排気流量制御部８２には、排気流量の測定値が入力され、流量設定値との偏差に基づいて例えばＰＩＤ演算によりファン５５の制御信号が出力される。なおこの測定値に関しては後述する。

電力制御部８３は、ヒータ７１の温度を検出する温度センサ７４の温度検出値と温度設定値とに基づいて、ヒータ７１に電力を制御するための電力供給部７５を介してヒータ７１の温度をコントロールするためのものである。温度センサ７４は、例えば熱電対などから構成され、排気管５４におけるヒータ７1の配置領域の外周面に取り付けてある。温度設定値に対応する排気管５４の温度は、ウエハ上の塗布膜からの昇華物が排気管５４の内壁に付着しない温度であり、昇華温度以上の温度である。従ってこの温度設定値は、処理レシピに書かれており、処理が行われている塗布膜の種別に応じた値が処理レシピから読み出されて電力制御部８３に入力される。

また第１の温度センサ７２及び第２の温度センサ７３の温度検出値は図６に示すように流量測定部８４に入力される。以下にこの流量測定部８４の機能について説明する。第１の温度センサ７２及び第２の温度センサ７３は、排気管５４におけるヒータ７１の加熱領域を挟んで上流側及び下流側に等距離だけ離れて設けられているため、仮に、排気管５４に気体が流れていなければ、第１の温度センサ７２の温度検出値と、第２の温度センサ７３の温度検出値との間で温度差が生じない。一方、排気管５４に気体が流れていれば、第１の温度センサ７２よりも第２の温度センサ７３の方が、ヒータ７１からより多くの熱が与えられるため、第１の温度センサ７２の温度検出値と、第２の温度センサ７３の温度検出値との間で温度差が生じ、この温度差から排気管５４に気体が流れていることが分かる。

そして、これらの温度センサ７２、７３に検出された温度差と、排気管５４を流れる気体の排気流量とは、一定の関係があることから、この関係をアルゴリズムとしてプログラムに書き込んでおき、前記温度差とアルゴリズムとに基づいて、排気管５４を流れる気体の排気流量を検出することができる。またアルゴリズムを用いる代わりに温度差と排気流量との対応関係をテーブルに記載しておき、温度差に対応する排気流量をこのテーブルから読み出してもよい。ここで温度センサ７２、７３はいずれも４個用いられていて、両者の組は４組であることから、各組毎の温度差を平均化した値を、排気流量の測定に用いる温度差としている。
流量測定部８４はＣＰＵやメモリから構成され、このメモリには上記のプログラムやテーブルを含むソフトウエアがコンパクトディスクやメモリーカード等の記憶媒体からロードされる。

次に上述実施の形態の作用について説明する。図１に戻って、例えば塗布膜であるレジスト膜が形成されたウエハが本体部分２の外部の搬送機構により、搬送口２１を介して筐体２０内に搬入されると、支持ピン２３ａを介して当該ウエハは冷却プレート２５に受け渡される。冷却プレート２５が熱板４１上へ移動するまでに熱板４１の表面はヒータ４２により例えば１３０℃に均一に加熱されている。そして昇降機構２４により支持ピン２４ａが上昇して、冷却プレート２５により熱板４１上に搬送されたウエハの裏面を支持する。冷却プレート２５が後退すると昇降機構２４により支持ピン２４ａは下降し、熱板４１上にウエハが受け渡される。

ウエハは熱板４１上にて例えば１００度前後の設定温度により加熱処理される。この際、バルブＶ１が開かれ、ガス供給源３６からガス供給管３４にパージ用ガスが供給される。このパージ用ガスは吐出部３１で加熱処理の設定温度に加熱されて、吐出口３３から天板６２へ向けて吐出され、天板６２と熱板４１との間を手前側から奥側に流れる。ウエハの周囲を通過したパージガスは排気管５４に流入し、筐体２０の外部へ除去されることとなる。このときファン５５が駆動されており、排気管５１から所定の流量、この例ではパージ用ガスの供給流量よりも若干多い流量で排気が行われる。

ウエハが加熱処理されると、ウエハ上の塗布膜からの昇華物がパージガスとともに排気管５４を通じて排気される。また、排気管５４の加熱領域の温度が処理レシピに応じた温度となるように、即ちレジスト膜からの昇華物の昇華温度以上になるように電力制御部８３によりヒータ７１を制御する。この結果、塗布膜からの昇華物がその内壁に付着せずに排気管５４を通過する。そして既述のように排気流量が大きいと、ヒータ７１の下流側の気体の温度が高くなることから、温度センサ７２、７３の温度差が大きくなって、流量測定部８４における流量測定値が大きくなり、排気流量制御部８２の制御動作によりファン（排気流量調節部）５５の回転数を低くする。一方、排気流量が小さいと温度センサ７２、７３の温度差が小さくなって、流量測定部８４における流量測定値が大きくなりファン５５の回転数を高くする。

ここで流量流量測定部７６においては、既述のように第１の温度センサ７２及び第２の温度センサ７３の組（排気管５４の軸方向に並ぶ温度センサ７２、７３の組）ごとに温度差を求め、得られた４つの組の温度差を平均化し、平均温度差をアルゴリズムに適用して排気流量を算出している。この算出方法は、各組の温度差ごとに排気流量を求め、それら排気流量を平均化してもよい。

本実施形態の熱処理装置７によれば、第１の温度センサ７２及び第２の温度センサ７３の検出結果に基づいて排気流量を出力するため、排気管５４の途中に絞りを入れる必要がなく、排気管５４に詰まりが発生する虞を低減することができる。しかも、排気管５４を通過する気体を、レジストからの昇華温度以上に加熱するため、排気管５４に詰まりが発生することを確実に防止することができる。よって、排気流量を継続的に監視することができる。
また、各温度センサ７２、７３が、排気管５４の周方向に複数設けられ、互いに対応する各温度センサ７２、７３の組により求めた温度差を用いて流量を検出しているため、排気管５４を通過する気体が層流を形成していない場合でも、周方向の複数箇所の流量を平均化した値が求まるため、排気流量を高い正確性をもって測定することができる。

上述の実施の形態では流量調整部である排気用のファン５５は、ヒータ７１の上流側に設けられているが、下流側に設けられていてもよい。また本発明は、流量測定部で得られた排気流量（推定排気流量）の値を流量調整部におけるフィードバック信号として用いることに限られない。例えばファン５５による流量設定値は一定としておく装置、あるいはファン５５を用いずにダンパを設けて排気流量を一定とした装置において、排気路の目詰まりの目安として排気流量測定値を利用する場合であってもよい。そして排気管５４の周方向に配置される温度センサ７２、７３の個数は４つに限られず、２個あるいは３個であってもよいし、５個以上であってもよく、あるいは１個であってもよい。

また本発明に係る熱処理装置は、レジスト膜を形成したウエハに熱処理を行う装置に限られず、現像後、又は露光後のウエハに熱処理を行う熱処理装置にも適用することができる。更にまたウエハなどの基板上に形成される塗布膜としては、シリコン酸化膜などの絶縁膜であってもよい。

２本体部分
２０筐体
４１熱板
５４排気管
５５ファン（排気流量調節部）
７１ヒータ
７２第１の温度センサ（第１の温度検出部）
７３第２の温度センサ（第２の温度検出部）
８装置コントローラ
８４流量測定部

Claims

容器内の熱板に基板を載置し、当該基板に形成された塗布膜を加熱処理する熱処理装置において、
前記容器内の雰囲気を排気する排気路と、
前記排気路に設けられ、この排気路を通過する気体を、前記塗布膜からの昇華物の昇華温度以上に加熱する加熱部と、
前記排気路における前記加熱部の上流側の温度を検出する第１の温度検出部と、
前記排気路における前記加熱部の下流側の温度を検出する第２の温度検出部と、
前記第１の温度検出部及び前記第２の温度検出部の各温度検出値の差と前記排気路の排気流量とについて予め取得した関係と、前記第１の温度検出部及び前記第２の温度検出部の各温度検出値の差と、に基づいて前記排気路の排気流量を求める流量測定部と、を備えることを特徴とする熱処理装置。
前記第１の温度検出部、及び前記第２の温度検出部は、いずれも前記排気路の周方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
複数の第２の温度検出部は、夫々第１の温度検出部に対応した位置に設けられていることを特徴とする請求項２記載の熱処理装置。
前記流量測定部は、互いに対応する第１の温度検出部及び第２の温度検出部の組に基づいて測定した排気流量を各組に対して平均化した値を、排気路の排気流量の測定値とすることを特徴とする請求項３記載の熱処理装置。
前記流量測定部は、前記複数の第１の温度検出部により検出した温度の平均値と前記複数の第２の温度検出部により検出した温度の平均値との差に基づいて排気流量を測定することを特徴とする請求項２または３記載の熱処理装置。
前記塗布膜の種別と前記加熱部の加熱温度とを対応付けたデータを記憶する記憶部と、塗布膜の種別に応じた加熱温度を記憶部から読み出して当該加熱部を制御する手段と、を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
前記容器からの排気流量を調節する排気流量調節部と、
予め設定した排気流量と前記流量測定部で測定した排気流量とに基づいて前記排気流量調整部を制御するための制御信号を出力する手段と、を備えた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熱処理装置。
本発明の熱処理方法は、基板に形成された塗布膜を加熱処理する加熱処理方法において、
前記基板を容器に搬入する工程と、
この容器内の熱板上に基板を載置して加熱する工程と、
前記容器内の雰囲気を排気路を介して排気する工程と、
前記排気路を通過する気体を、加熱部により、前記塗布膜からの昇華物の昇華温度以上に加熱する工程と、
第１の温度検出部及び第２の検出部により前記排気路における前記加熱部の上流側及び下流側の温度を夫々検出する工程と、
前記第１の温度検出部及び前記第２の温度検出部の各温度検出値の差と前記排気路の排気流量とについて予め取得した関係と、前記第１の温度検出部及び前記第２の温度検出部の各温度検出値の差と、に基づいて前記排気路の排気流量を求める工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。
前記第１の温度検出部、及び前記第２の温度検出部は、いずれも前記排気路の周方向に複数設けられていることを特徴とする請求項８記載の熱処理方法。
複数の第２の温度検出部は、夫々第１の温度検出部に対応した位置に設けられていることを特徴とする請求項９記載の熱処理方法。
前記排気流量を検出する工程は、互いに対応する第１の温度検出部及び第２の温度検出部の組に基づいて測定した排気流量を各組に対して平均化した値を、排気路の排気流量の測定値とする工程であることを特徴とする請求項１０記載の熱処理方法。
前記排気流量を検出する工程は、前記複数の第１の温度検出部により検出した温度の平均値と前記複数の第２の温度検出部により検出した温度の平均値との差に基づいて排気流量の測定値とする工程であることを特徴とする請求項９または１０に記載の熱処理方法。
排気流量調節部で前記容器からの排気流量を調節する工程と、
予め設定した排気流量と測定した排気流量とに基づいて前記排気流量調整部を制御する工程と、を含むことを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか一項に記載の熱処理方法。
容器内の熱板に基板を載置し、当該基板に形成された塗布膜を加熱処理する熱処理装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項８ないし１３のいずれか一項に記載の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。