JP5875759B2 - 熱処理方法および熱処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等の薄板状の精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）に対して露光後ベーク処理を行う熱処理方法および熱処理装置に関する。
半導体デバイスや液晶ディスプレイなどの製品は、上記基板に対して洗浄、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、層間絶縁膜の形成、熱処理、ダイシングなどの一連の諸処理を施すことにより製造されている。これらの諸処理のうち、基板にレジスト塗布処理を行ってその基板を露光ユニットに渡すとともに、該露光ユニットから露光後の基板を受け取って現像処理を行う基板処理装置がいわゆるコータ＆デベロッパとして広く使用されている。特許文献１には、このような基板処理装置の一例が開示されている。
ＡｒＦやＫｒＦなどのエキシマレーザを用いる露光ユニットに対応したコータ＆デベロッパでは、基板上に化学増幅型レジストの膜を形成して露光ユニットに渡すとともに、露光後の基板に対しては露光後ベーク処理(Post Exposure Bake)を行うことが必須である。特許文献１には、露光時の光化学反応によって生じた生成物を酸触媒としてレジストの樹脂の架橋・重合等の反応を進行させ、現像液に対する溶解度を露光部分のみ局所的に変化させるための露光後ベーク処理を行うことが記載されている。また、特許文献２には、レーザを基板上でスキャンさせて露光後ベーク処理を行うことが記載されている。
特開２００８−２３５５３５号公報 特開２００４−１３４６７４号公報
従来より、露光後ベーク処理は、特許文献１にも記載されているように、所定の加熱温度に管理されたホットプレート上に露光後の基板を所定時間載置することによって行われてきた。一般的な露光後ベーク処理におけるホットプレートの加熱温度は１３０℃程度である。
一方、近年のパターン寸法の微細化にともない、パターン露光時にレジスト膜中に発生した酸が露光後ベーク処理のときに拡散する拡散長をなるべく短く制御することが検討されている。このための一般的な手法としては、露光後ベーク処理の処理温度の低温化や処理時間の短縮が考えられる。しかし、処理温度を低温化した場合には、露光後ベーク処理自体が環境の影響を受けやすくなり、基板の温度均一性の悪化が懸念される。
このため、露光後ベーク処理の処理時間の短縮が望まれているが、ホットプレートに載置して基板を加熱する場合には、その基板の温度が目標の加熱温度にまで到達するのに少なくとも３０秒以上を要していた。従って、処理時間の短縮にも限界があり、無理に短縮を試みると、レジスト感度をも低下させるという問題があった。
また、特許文献２に開示されるような、レーザを用いた露光後ベーク処理では、レーザの照射領域が限定されるため、基板全面を一括処理することは困難であり、レーザを基板上でスキャンさせる必要があった。このため、露光後ベーク処理の開始位置と終了位置とで時間差が発生し、パターン寸法が不均一となる問題があった。また、スキャンが必要なために、処理時間が増大してスループットが低下するおそれもあった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、露光後ベーク処理時における酸の拡散長を短く抑制することができる熱処理方法および熱処理装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、露光後の基板に対して露光後ベーク処理を行う熱処理方法において、基板の表面に形成された化学増幅型レジスト膜を露光処理した後に当該基板をチャンバー内に収容する収容工程と、前記チャンバー内に収容された前記基板の表面にフラッシュ光を照射することによって当該表面の温度を昇温して露光後ベーク処理を行うフラッシュ照射工程と、を備え、冷却機構によって常温に温調された冷却プレート上に前記基板を保持してフラッシュ光の照射の前および後に前記基板を常温に温調しつつフラッシュ光の照射を行うことを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記チャンバーから排気を行う排気工程と、前記チャンバー内に加湿空気を供給する加湿空気供給工程と、を備えることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記フラッシュ照射工程でのフラッシュ光照射による加熱処理時間は１秒以下であることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記基板の表面に照射されるフラッシュ光より波長３００ｎｍ未満の光を除去することを特徴とする。
また、請求項５の発明は、露光後の基板に対して露光後ベーク処理を行う熱処理装置において、表面に形成された化学増幅型レジスト膜に露光処理が施された基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて前記基板を載置して保持する冷却プレートと、前記チャンバーから排気を行う排気手段と、前記チャンバー内に加湿空気を供給する加湿空気供給手段と、前記冷却プレートに保持されている前記基板にフラッシュ光を照射することによって前記基板の表面の温度を昇温して露光後ベーク処理を行うフラッシュランプと、前記フラッシュランプから前記基板に照射されるフラッシュ光から波長３００ｎｍ未満の光を除去するフィルターと、を備え、冷却機構によって常温に温調された前記冷却プレート上に前記基板を保持して前記フラッシュランプによるフラッシュ光の照射の前および後に前記基板を常温に温調しつつフラッシュ光の照射を行うことを特徴とする。
請求項１から請求項４の発明によれば、基板の表面にフラッシュ光を照射して露光後ベーク処理を行うため、露光後ベーク処理に要する時間を著しく短時間化することができ、露光後ベーク処理時における酸の拡散長を短く抑制することができる。
特に、請求項４の発明によれば、基板の表面に照射されるフラッシュ光より波長３００ｎｍ未満の光を除去するため、露光後ベーク処理時にフラッシュ光によって化学増幅型レジスト膜が感光されるのを防止することができる。
また、請求項５の発明によれば、冷却プレートに保持されている基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプを備えており、短時間のフラッシュ光照射によって露光後ベーク処理が実行されるため、露光後ベーク処理時における酸の拡散長を短く抑制することができる。また、フラッシュ光から波長３００ｎｍ未満の光を除去するフィルターを備えるため、露光後ベーク処理時にフラッシュ光によって化学増幅型レジスト膜が感光されるのを防止することができる。
本発明に係る熱処理装置を組み込んだ基板処理装置の平面図である。 図１の基板処理装置の液処理部の正面図である。 図１の基板処理装置の熱処理部の正面図である。 図１の基板処理装置の搬送ロボットおよび基板載置部の配置構成を示す図である。 図１の基板処理装置のインターフェイスブロックの側面図である。 フラッシュベークユニットの要部構成を示す図である。 フラッシュベークユニットにおける基板の処理手順を示すフローチャートである。 基板の表面温度の変化を示す図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
まず、本発明に係る熱処理装置を組み込んだ基板処理装置の全体構成について説明する。図１は、本発明に係る熱処理装置を組み込んだ基板処理装置１の平面図である。また、図２は基板処理装置１の液処理部の正面図であり、図３は熱処理部の正面図であり、図４は搬送ロボットおよび基板載置部の配置構成を示す図である。なお、図１および以降の各図にはそれらの方向関係を明確にするためＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を適宜付している。また、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
本実施形態の基板処理装置１は、半導体ウェハー等の基板Ｗにフォトレジスト膜を塗布形成するとともに、パターン露光後の基板Ｗに現像処理を行う装置（いわゆるコータ＆デベロッパ）である。なお、本発明に係る基板処理装置１の処理対象となる基板Ｗは半導体ウェハに限定されるものではなく、液晶表示装置用ガラス基板やフォトマスク用ガラス基板等であっても良い。
本実施形態の基板処理装置１は、インデクサブロック１０、バークブロック２０、レジスト塗布ブロック３０、現像処理ブロック４０およびインターフェイスブロック５０の５つの処理ブロックを一方向（Ｘ方向）に連設して構成されている。インターフェイスブロック５０には基板処理装置１とは別体の外部装置である露光ユニット（ステッパ）ＥＸＰが接続配置されている。
インデクサブロック１０は、装置外から受け取った未処理基板を装置内に搬入するとともに、現像処理の終了した処理済み基板を装置外に搬出するための処理ブロックである。インデクサブロック１０は、複数のキャリアＣ（本実施形態では４個）を並べて載置する載置台１１と、各キャリアＣから未処理の基板Ｗを取り出すとともに、各キャリアＣに処理済みの基板Ｗを収納するインデクサロボットＩＲと、を備えている。
インデクサロボットＩＲは、載置台１１に沿って（Ｙ軸方向に沿って）水平移動可能であるとともに昇降（Ｚ軸方向）移動および鉛直方向に沿った軸心周りの回転動作が可能である可動台１２を備えている。可動台１２には、基板Ｗを水平姿勢で保持する２つの保持アーム１３ａ，１３ｂが搭載されている。保持アーム１３ａ，１３ｂは相互に独立して前後にスライド移動可能とされている。よって、保持アーム１３ａ，１３ｂのそれぞれは、Ｙ軸方向に沿った水平移動、昇降移動、水平面内の旋回動作および旋回半径方向に沿った進退移動を行う。これにより、インデクサロボットＩＲは、保持アーム１３ａ，１３ｂを個別に各キャリアＣにアクセスさせて未処理の基板Ｗの取り出しおよび処理済みの基板Ｗの収納を行うことができる。なお、キャリアＣの形態としては、基板Ｗを密閉空間に収納するＦＯＵＰ(front opening unified pod)の他に、ＳＭＩＦ(Standard Mechanical Inter Face)ポッドや収納基板Ｗを外気に曝すＯＣ(open cassette)であっても良い。
インデクサブロック１０に隣接してバークブロック２０が設けられている。インデクサブロック１０とバークブロック２０との間には、雰囲気遮断用の隔壁１５が設けられている。この隔壁１５にインデクサブロック１０とバークブロック２０との間で基板Ｗの受け渡しを行うために基板Ｗを載置する２つの基板載置部ＰＡＳＳ１，ＰＡＳＳ２が上下に積層して設けられている。
上側の基板載置部ＰＡＳＳ１は、インデクサブロック１０からバークブロック２０へ基板Ｗを搬送するために使用される。基板載置部ＰＡＳＳ１は３本の支持ピンを備えており、インデクサブロック１０のインデクサロボットＩＲはキャリアＣから取り出した未処理の基板Ｗを基板載置部ＰＡＳＳ１の３本の支持ピン上に載置する。そして、基板載置部ＰＡＳＳ１に載置された基板Ｗを後述するバークブロック２０の搬送ロボットＴＲ１が受け取る。一方、下側の基板載置部ＰＡＳＳ２は、バークブロック２０からインデクサブロック１０へ基板Ｗを搬送するために使用される。基板載置部ＰＡＳＳ２も３本の支持ピンを備えており、バークブロック２０の搬送ロボットＴＲ１は処理済みの基板Ｗを基板載置部ＰＡＳＳ２の３本の支持ピン上に載置する。そして、基板載置部ＰＡＳＳ２に載置された基板ＷをインデクサロボットＩＲが受け取ってキャリアＣに収納する。なお、後述する基板載置部ＰＡＳＳ３〜ＰＡＳＳ１０の構成も基板載置部ＰＡＳＳ１，ＰＡＳＳ２と同じである。
基板載置部ＰＡＳＳ１，ＰＡＳＳ２は、隔壁１５の一部に部分的に貫通して設けられている。また、基板載置部ＰＡＳＳ１，ＰＡＳＳ２には、基板Ｗの有無を検出する光学式のセンサ（図示省略）が設けられており、各センサの検出信号に基づいて、インデクサロボットＩＲや搬送ロボットＴＲ１が基板載置部ＰＡＳＳ１，ＰＡＳＳ２に対して基板Ｗを受け渡しできる状態にあるか否かが判断される。
次に、バークブロック２０について説明する。バークブロック２０は、露光時に発生する定在波やハレーションを減少させるために、フォトレジスト膜の下地に反射防止膜を塗布形成するための処理ブロックである。バークブロック２０は、基板Ｗの表面に反射防止膜を塗布形成するための下地塗布処理部２１と、反射防止膜の塗布形成に付随する熱処理を行う２つの熱処理タワー２２，２３と、下地塗布処理部２１および熱処理タワー２２，２３に対して基板Ｗの受け渡しを行う搬送ロボットＴＲ１とを備える。
バークブロック２０においては、搬送ロボットＴＲ１を挟んで下地塗布処理部２１と熱処理タワー２２，２３とが対向して配置されている。具体的には、下地塗布処理部２１が装置正面側（（−Ｙ）側）に、２つの熱処理タワー２２，２３が装置背面側（（＋Ｙ）側）に、それぞれ位置している。また、熱処理タワー２２，２３の正面側には図示しない熱隔壁を設けている。下地塗布処理部２１と熱処理タワー２２，２３とを隔てて配置するとともに熱隔壁を設けることにより、熱処理タワー２２，２３から下地塗布処理部２１に熱的影響を与えることを回避しているのである。
図２に示すように、下地塗布処理部２１は同様の構成を備えた４つの塗布処理ユニットＢＲＣを上下に積層配置して構成されている。それぞれの塗布処理ユニットＢＲＣは、基板Ｗを略水平姿勢で吸着保持して略水平面内にて回転させるスピンチャック２６、このスピンチャック２６上に保持された基板Ｗ上に反射防止膜用の塗布液を吐出する塗布ノズル２７、スピンチャック２６を回転駆動させるスピンモータ（図示省略）およびスピンチャック２６上に保持された基板Ｗの周囲を囲繞するカップ（図示省略）等を備えている。
図３に示すように、熱処理タワー２２には、基板Ｗを所定の温度にまで加熱する２個の加熱ユニットＨＰ、加熱された基板Ｗを冷却して所定の温度にまで降温するとともに基板Ｗを当該所定の温度に維持する２個の冷却ユニットＣＰおよびレジスト膜と基板Ｗとの密着性を向上させるためにＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）の蒸気雰囲気中で基板Ｗを熱処理する３個の密着強化処理ユニットＡＨＬが上下に積層配置されている。一方、熱処理タワー２３にも２個の加熱ユニットＨＰおよび２個の冷却ユニットＣＰが上下に積層配置されている。加熱ユニットＨＰおよび密着強化処理ＡＨＬは基板Ｗを載置して加熱するホットプレートを備え、冷却ユニットＣＰは基板Ｗを載置して冷却するクーリングプレートを備えている。なお、図３において「×」印で示した箇所には配管配線部や、予備の空きスペースが割り当てられている（後述する他の熱処理タワーについても同じ）。
図４に示すように、搬送ロボットＴＲ１は、基板Ｗを略水平姿勢で保持する搬送アーム２４ａ，２４ｂを上下２段に近接させて備えている。搬送アーム２４ａ，２４ｂのそれぞれは、先端部が平面視で「Ｃ」字形状になっており、この「Ｃ」字形状のアームの内側から内方に突き出た複数本のピンで基板Ｗの周縁を下方から支持するようになっている。搬送アーム２４ａ，２４ｂは搬送ヘッド２８に搭載されている。搬送ヘッド２８は、図示省略の駆動機構によって鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿った昇降移動および鉛直方向に沿った軸心周りの回転動作が可能である。また、搬送ヘッド２８は、図示省略のスライド機構によって搬送アーム２４ａ，２４ｂを互いに独立して水平方向に進退移動させることができる。よって、搬送アーム２４ａ，２４ｂのそれぞれは、昇降移動、水平面内の旋回動作および旋回半径方向に沿った進退移動を行う。これにより、搬送ロボットＴＲ１は、２個の搬送アーム２４ａ，２４ｂをそれぞれ個別に基板載置部ＰＡＳＳ１，ＰＡＳＳ２、熱処理タワー２２，２３に設けられた熱処理ユニット（加熱ユニットＨＰ、冷却ユニットＣＰおよび密着強化処理ユニットＡＨＬ）、下地塗布処理部２１に設けられた４つの塗布処理ユニットＢＲＣおよび後述する基板載置部ＰＡＳＳ３，ＰＡＳＳ４に対してアクセスさせて、それらとの間で基板Ｗの授受を行うことができる。
次に、レジスト塗布ブロック３０について説明する。バークブロック２０と現像処理ブロック４０との間に挟み込まれるようにしてレジスト塗布ブロック３０が設けられている。このレジスト塗布ブロック３０とバークブロック２０との間にも、雰囲気遮断用の隔壁２５が設けられている。この隔壁２５にバークブロック２０とレジスト塗布ブロック３０との間で基板Ｗの受け渡しを行うために基板Ｗを載置する２つの基板載置部ＰＡＳＳ３，ＰＡＳＳ４が上下に積層して設けられている。基板載置部ＰＡＳＳ３，ＰＡＳＳ４は、上述した基板載置部ＰＡＳＳ１，ＰＡＳＳ２と同様の構成を備えている。
上側の基板載置部ＰＡＳＳ３は、バークブロック２０からレジスト塗布ブロック３０へ基板Ｗを搬送するために使用される。すなわち、バークブロック２０の搬送ロボットＴＲ１が基板載置部ＰＡＳＳ３に載置した基板Ｗをレジスト塗布ブロック３０の搬送ロボットＴＲ２が受け取る。一方、下側の基板載置部ＰＡＳＳ４は、レジスト塗布ブロック３０からバークブロック２０へ基板Ｗを搬送するために使用される。すなわち、レジスト塗布ブロック３０の搬送ロボットＴＲ２が基板載置部ＰＡＳＳ４に載置した基板Ｗをバークブロック２０の搬送ロボットＴＲ１が受け取る。
基板載置部ＰＡＳＳ３，ＰＡＳＳ４は、隔壁２５の一部に部分的に貫通して設けられている。また、基板載置部ＰＡＳＳ３，ＰＡＳＳ４には、基板Ｗの有無を検出する光学式のセンサ（図示省略）が設けられており、各センサの検出信号に基づいて、搬送ロボットＴＲ１，ＴＲ２が基板載置部ＰＡＳＳ３，ＰＡＳＳ４に対して基板Ｗを受け渡しできる状態にあるか否かが判断される。
レジスト塗布ブロック３０は、反射防止膜が塗布形成された基板Ｗ上にレジストを塗布してレジスト膜を形成するための処理ブロックである。なお、本実施形態では、フォトレジストとして化学増幅型レジストを用いている。レジスト塗布ブロック３０は、下地塗布された反射防止膜の上にレジストを塗布するレジスト塗布処理部３１と、レジスト塗布処理に付随する熱処理を行う２つの熱処理タワー３２，３３と、レジスト塗布処理部３１および熱処理タワー３２，３３に対して基板Ｗの受け渡しを行う搬送ロボットＴＲ２とを備える。
レジスト塗布ブロック３０においては、搬送ロボットＴＲ２を挟んでレジスト塗布処理部３１と熱処理タワー３２，３３とが対向して配置されている。具体的には、レジスト塗布処理部３１が装置正面側に、２つの熱処理タワー３２，３３が装置背面側に、それぞれ位置している。また、熱処理タワー３２，３３の正面側には図示しない熱隔壁を設けている。レジスト塗布処理部３１と熱処理タワー３２，３３とを隔てて配置するとともに熱隔壁を設けることにより、熱処理タワー３２，３３からレジスト塗布処理部３１に熱的影響を与えることを回避しているのである。
図２に示すように、レジスト塗布処理部３１は同様の構成を備えた４つの塗布処理ユニットＳＣを上下に積層配置して構成されている。それぞれの塗布処理ユニットＳＣは、基板Ｗを略水平姿勢で吸着保持して略水平面内にて回転させるスピンチャック３６、このスピンチャック３６上に保持された基板Ｗ上にフォトレジストの塗布液を吐出する塗布ノズル３７、スピンチャック３６を回転駆動させるスピンモータ（図示省略）およびスピンチャック３６上に保持された基板Ｗの周囲を囲繞するカップ（図示省略）等を備えている。
図３に示すように、熱処理タワー３２には、基板Ｗを所定の温度にまで加熱するホットプレートを備えた２個の加熱ユニットＨＰおよび加熱された基板Ｗを冷却して所定の温度にまで降温するとともに基板Ｗを当該所定の温度に維持するクーリングプレートを備えた２個の冷却ユニットＣＰが上下に積層配置されている。一方、熱処理タワー３３にも２個の加熱ユニットＨＰおよび２個の冷却ユニットＣＰが上下に積層配置されている。
図４に示すように、搬送ロボットＴＲ２は、搬送ロボットＴＲ１と同様の構成を備えており、基板Ｗを略水平姿勢で保持する搬送アーム３４ａ，３４ｂを上下２段に近接させて備えている。搬送アーム３４ａ，３４ｂは、「Ｃ」字形状のアームの内側から内方に突き出た複数本のピンで基板Ｗの周縁を下方から支持する。搬送アーム３４ａ，３４ｂは搬送ヘッド３８に搭載されている。搬送ヘッド３８は、図示省略の駆動機構によって鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿った昇降移動および鉛直方向に沿った軸心周りの回転動作が可能である。また、搬送ヘッド３８は、図示省略のスライド機構によって搬送アーム３４ａ，３４ｂを互いに独立して水平方向に進退移動させることができる。よって、搬送アーム３４ａ，３４ｂのそれぞれは、昇降移動、水平面内の旋回動作および旋回半径方向に沿った進退移動を行う。これにより、搬送ロボットＴＲ２は、２個の搬送アーム３４ａ，３４ｂをそれぞれ個別に基板載置部ＰＡＳＳ３，ＰＡＳＳ４、熱処理タワー３２，３３に設けられた熱処理ユニット、レジスト塗布処理部３１に設けられた４つの塗布処理ユニットＳＣおよび後述する基板載置部ＰＡＳＳ５，ＰＡＳＳ６に対してアクセスさせて、それらとの間で基板Ｗの授受を行うことができる。
次に、現像処理ブロック４０について説明する。レジスト塗布ブロック３０とインターフェイスブロック５０との間に挟み込まれるようにして現像処理ブロック４０が設けられている。この現像処理ブロック４０とレジスト塗布ブロック３０との間にも、雰囲気遮断用の隔壁３５が設けられている。この隔壁３５にレジスト塗布ブロック３０と現像処理ブロック４０との間で基板Ｗの受け渡しを行うために基板Ｗを載置する２つの基板載置部ＰＡＳＳ５，ＰＡＳＳ６が上下に積層して設けられている。基板載置部ＰＡＳＳ５，ＰＡＳＳ６は、上述した基板載置部ＰＡＳＳ１，ＰＡＳＳ２と同様の構成を備えている。
上側の基板載置部ＰＡＳＳ５は、レジスト塗布ブロック３０から現像処理ブロック４０へ基板Ｗを搬送するために使用される。すなわち、レジスト塗布ブロック３０の搬送ロボットＴＲ２が基板載置部ＰＡＳＳ５に載置した基板Ｗを現像処理ブロック４０の搬送ロボットＴＲ３が受け取る。一方、下側の基板載置部ＰＡＳＳ６は、現像処理ブロック４０からレジスト塗布ブロック３０へ基板Ｗを搬送するために使用される。すなわち、現像処理ブロック４０の搬送ロボットＴＲ３が基板載置部ＰＡＳＳ６に載置した基板Ｗをレジスト塗布ブロック３０の搬送ロボットＴＲ２が受け取る。
基板載置部ＰＡＳＳ５，ＰＡＳＳ６は、隔壁３５の一部に部分的に貫通して設けられている。また、基板載置部ＰＡＳＳ５，ＰＡＳＳ６には、基板Ｗの有無を検出する光学式のセンサ（図示省略）が設けられており、各センサの検出信号に基づいて、搬送ロボットＴＲ２，ＴＲ３が基板載置部ＰＡＳＳ５，ＰＡＳＳ６に対して基板Ｗを受け渡しできる状態にあるか否かが判断される。
現像処理ブロック４０は、露光処理後の基板Ｗに対して現像処理を行うための処理ブロックである。現像処理ブロック４０は、パターンが露光された基板Ｗに対して現像液を供給して現像処理を行う現像処理部４１と、現像処理後の熱処理を行う熱処理タワー４２、４３と、現像処理部４１および熱処理タワー４２，４３に対して基板Ｗの受け渡しを行う搬送ロボットＴＲ３とを備える。
図２に示すように、現像処理部４１は、同様の構成を備えた５つの現像処理ユニットＳＤを上下に積層配置して構成されている。各現像処理ユニットＳＤは、基板Ｗを略水平姿勢で吸着保持して略水平面内にて回転させるスピンチャック４６、このスピンチャック４６上に保持された基板Ｗ上に現像液を供給するノズル４７、スピンチャック４６を回転駆動させるスピンモータ（図示省略）およびスピンチャック４６上に保持された基板Ｗの周囲を囲繞するカップ（図示省略）等を備えている。
図３に示すように、熱処理タワー４２には、基板Ｗを所定の温度にまで加熱するホットプレートを備えた２個の加熱ユニットＨＰおよび加熱された基板Ｗを冷却して所定の温度にまで降温するとともに基板Ｗを当該所定の温度に維持するクーリングプレートを備えた２個の冷却ユニットＣＰが上下に積層配置されている。一方、熱処理タワー４３にも２個の加熱ユニットＨＰおよび２個の冷却ユニットＣＰが上下に積層配置されている。
また、熱処理タワー４３には、現像処理ブロック４０とインターフェイスブロック５０との間で基板Ｗの受け渡しを行うための２つの基板載置部ＰＡＳＳ７，ＰＡＳＳ８が上下に近接して組み込まれている。上側の基板載置部ＰＡＳＳ７は、現像処理ブロック４０からインターフェイスブロック５０へ基板Ｗを搬送するために使用される。すなわち、現像処理ブロック４０の搬送ロボットＴＲ３が基板載置部ＰＡＳＳ７に載置した基板Ｗをインターフェイスブロック５０の搬送ロボットＴＲ４が受け取る。一方、下側の基板載置部ＰＡＳＳ８は、インターフェイスブロック５０から現像処理ブロック４０へ基板Ｗを搬送するために使用される。すなわち、インターフェイスブロック５０の搬送ロボットＴＲ４が基板載置部ＰＡＳＳ８に載置した基板Ｗを現像処理ブロック４０の搬送ロボットＴＲ３が受け取る。なお、基板載置部ＰＡＳＳ７，ＰＡＳＳ８は、現像処理ブロック４０の搬送ロボットＴＲ３およびインターフェイスブロック５０の搬送ロボットＴＲ４の両側に対して開口している。
搬送ロボットＴＲ３は、基板Ｗを略水平姿勢で保持する搬送アーム４４ａ，４４ｂを上下に近接させて備えている。搬送アーム４４ａ，４４ｂは、「Ｃ」字形状のアームの内側から内方に突き出た複数本のピンで基板Ｗの周縁を下方から支持する。搬送アーム４４ａ，４４ｂは搬送ヘッド４８に搭載されている。搬送ヘッド４８は、図示省略の駆動機構によって鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿った昇降移動および鉛直方向に沿った軸心周りの回転動作が可能である。また、搬送ヘッド４８は、図示省略のスライド機構によって搬送アーム４４ａ，４４ｂを互いに独立して水平方向に進退移動させることができる。よって、搬送アーム４４ａ，４４ｂのそれぞれは、昇降移動、水平面内の旋回動作および旋回半径方向に沿った進退移動を行う。これにより、搬送ロボットＴＲ３は、２個の搬送アーム４４ａ，４４ｂをそれぞれ個別に基板載置部ＰＡＳＳ５，ＰＡＳＳ６、熱処理タワー４２，４３に設けられた熱処理ユニット、現像処理部４１に設けられた５つの現像処理ユニットＳＤおよび熱処理タワー４３の基板載置部ＰＡＳＳ７，ＰＡＳＳ８に対してアクセスさせて、それらとの間で基板Ｗの授受を行うことができる。
次に、インターフェイスブロック５０について説明する。インターフェイスブロック５０は、現像処理ブロック４０に隣接して配置され、レジスト膜が塗布形成された未露光の基板Ｗを基板処理装置１とは別体の外部装置である露光ユニットＥＸＰに渡すとともに、露光済みの基板Ｗを露光ユニットＥＸＰから受け取って現像処理ブロック４０に渡す処理ブロックである。
図５は、インターフェイスブロック５０の側面図である。インターフェイスブロック５０は、露光ユニットＥＸＰとの間で基板Ｗの受け渡しを行うための搬送機構ＩＦＲと、現像処理ブロック４０の熱処理タワー４３との間で基板Ｗの受け渡しを行うための搬送ロボットＴＲ４と、を備える。また、インターフェイスブロック５０は、レジスト膜が形成された基板Ｗの周縁部を露光するエッジ露光ユニットＥＥＷと、フラッシュ光を照射して基板Ｗの表面を瞬間的に加熱する１個のフラッシュベークユニットＦＬＢと、を備える。
エッジ露光ユニットＥＥＷは、図２に示すように、基板Ｗを略水平姿勢で吸着保持して略水平面内にて回転させるスピンチャック５６およびスピンチャック５６に保持された基板Ｗの周縁に光を照射して露光する光照射器５７などを備えている。エッジ露光ユニットＥＥＷは、インターフェイスブロック５０の最上部に配置されており、この処理ユニットに対しては搬送ロボットＴＲ４が基板Ｗの受け渡しを行う。
エッジ露光ユニットＥＥＷの下方スペースであって、搬送機構ＩＦＲのアクセス範囲にフラッシュベークユニットＦＬＢが配置されている。このフラッシュベークユニットＦＬＢの詳細な構成についてはさらに後述する。フラッシュベークユニットＦＬＢに対しては搬送機構ＩＦＲが基板Ｗの受け渡しを行う。
また、エッジ露光ユニットＥＥＷの下方スペースであって、搬送ロボットＴＲ４と搬送機構ＩＦＲとの間には、基板送り用のセンドバッファＳＢＦ、基板戻し用のリターンバッファＲＢＦ、および、２つの基板載置部ＰＡＳＳ９，ＰＡＳＳ１０、が上下に積層配置されている。上側の基板載置部ＰＡＳＳ９は搬送ロボットＴＲ４から搬送機構ＩＦＲに基板Ｗを渡すために使用するものであり、下側の基板載置部ＰＡＳＳ１０は搬送機構ＩＦＲから搬送ロボットＴＲ４に基板Ｗを渡すために使用するものである。
リターンバッファＲＢＦは、何らかの障害によって現像処理ブロック４０が露光済みの基板Ｗの現像処理を行うことができない場合に、フラッシュベークユニットＦＬＢにて露光後ベーク処理を行った後に、その基板Ｗを一時的に収納保管しておくものである。一方、センドバッファＳＢＦは、露光ユニットＥＸＰが未露光の基板Ｗの受け入れをできないときに、露光処理前の基板Ｗを一時的に収納保管するものである。リターンバッファＲＢＦおよびセンドバッファＳＢＦはいずれも複数枚の基板Ｗを多段に収納できる収納棚によって構成されている。なお、リターンバッファＲＢＦに対しては搬送ロボットＴＲ４がアクセスを行い、センドバッファＳＢＦに対しては搬送機構ＩＦＲがアクセスを行う。
現像処理ブロック４０の熱処理タワー４３に隣接して配置されている搬送ロボットＴＲ４は、搬送ロボットＴＲ１〜ＴＲ３と同様の構成を備えており、基板Ｗを略水平姿勢で保持する搬送アーム５４ａ，５４ｂを上下に近接させて備えている。搬送アーム５４ａ，５４ｂは、「Ｃ」字形状のアームの内側から内方に突き出た複数本のピンで基板Ｗの周縁を下方から支持する。搬送アーム５４ａ，５４ｂは搬送ヘッド５８に搭載されている。搬送ヘッド５８は、図示省略の駆動機構によって鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿った昇降移動および鉛直方向に沿った軸心周りの回転動作が可能である。また、搬送ヘッド５８は、図示省略のスライド機構によって搬送アーム５４ａ，５４ｂを互いに独立して水平方向に進退移動させることができる。
また、搬送機構ＩＦＲは、昇降移動および鉛直方向に沿った軸心周りの回転動作が可能な可動台５２を備え、その可動台５２に基板Ｗを水平姿勢で保持する２つの保持アーム５３ａ，５３ｂを搭載している。保持アーム５３ａ，５３ｂは相互に独立して前後にスライド移動可能とされている。よって、保持アーム５３ａ，５３ｂのそれぞれは、昇降移動、水平面内の旋回動作および旋回半径方向に沿った進退移動を行う。
露光ユニットＥＸＰは、基板処理装置１にてレジスト塗布された露光前の基板Ｗを搬送機構ＩＦＲから受け取って露光処理を行う。露光ユニットＥＸＰにて露光処理の行われた基板Ｗは搬送機構ＩＦＲによって受け取られる。本実施形態の露光ユニットＥＸＰは、化学増幅型レジスト膜が形成された基板Ｗに対してエキシマレーザを用いて露光処理を行う。なお、露光ユニットＥＸＰは、投影光学系と基板Ｗとの間に屈折率の大きな液体（例えば、屈折率ｎ＝１．４４の純水）を満たした状態で露光処理を行う、いわゆる「液浸露光処理」に対応したものであっても良い。また、露光ユニットＥＸＰは、電子線露光やＥＵＶ(Extreme Ultra Violet)露光など真空中で露光処理を行うものであっても良い。
次に、インターフェイスブロック５０に設けられているフラッシュベークユニットＦＬＢについて説明する。図６は、フラッシュベークユニットＦＬＢの要部構成を示す図である。フラッシュベークユニットＦＬＢは、露光後の基板Ｗに対してフラッシュ光照射による露光後ベーク処理を行う熱処理ユニットである。
フラッシュベークユニットＦＬＢは、基板Ｗを収容するチャンバー７０と、チャンバー７０内にて基板Ｗを載置して保持する冷却プレート（クーリングプレート）８１と、チャンバー７０から排気を行う排気部７７と、チャンバー７０内に加湿空気を供給する加湿空気供給部７４と、基板Ｗにフラッシュ光を照射するフラッシュ照射部６０と、を備えている。また、フラッシュベークユニットＦＬＢは、これらの各部を制御して露光後ベーク処理を実行させるユニットコントローラ９０を備える。
チャンバー７０は、フラッシュ照射部６０の下方に設けられており、基板Ｗを収容可能な筐体である。チャンバー７０の上部開口にはチャンバー窓６９が装着されて閉塞されている。チャンバー７０の側壁および底壁とチャンバー窓６９とによって囲まれる空間が熱処理空間６５として規定される。チャンバー７０の天井部を構成するチャンバー窓６９は、石英により形成された板状部材であり、フラッシュ照射部６０から出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５に透過する石英窓として機能する。石英の透過スペクトルは、波長３００ｎｍ未満において急激に低下する。よって、石英のチャンバー窓６９は、フラッシュランプＦＬから熱処理空間６５の基板Ｗに照射されるフラッシュ光から波長３００ｎｍ未満の光を除去するフィルターとしても機能する。
チャンバー７０の側壁には、基板Ｗの搬入および搬出を行うための搬送開口部６８が設けられている。搬送開口部６８は、図示を省略するシャッターによって開閉可能とされている。搬送開口部６８が開放されると、搬送ロボットＴＲ１によってチャンバー７０に対する基板Ｗの搬入および搬出が可能となる。また、搬送開口部６８が閉鎖されると、熱処理空間６５が外部との通気が遮断された密閉空間となる。
冷却プレート８１は、冷却機構８２を内蔵した金属製（例えば、アルミニウム）の略円板形状の部材であり、チャンバー７０内にて基板Ｗを載置して水平姿勢（主面の法線方向が鉛直方向に沿う姿勢）に保持する。冷却機構８２としては、水冷管やペルチェ素子などを用いることができる。冷却機構８２は、少なくとも冷却プレート８１のうちの載置する基板Ｗに対向する領域には均一な配設密度にて設けられている。このため冷却機構８２は、当該領域を均一に冷却することができる。冷却機構８２による冷却温度はユニットコントローラ９０によって制御されており、本実施形態では半導体製造技術分野における常温である２３℃を維持するように制御されている。
また、冷却プレート８１の内部には熱電対を用いて構成された温度センサ８３が配設されている。温度センサ８３は冷却プレート８１の上面近傍の温度を測定する。温度センサ８３による測定結果はユニットコントローラ９０に伝達される。温度センサ８３によって測定される冷却プレート８１の温度が予め設定された所定温度（本実施形態では２３℃）となるように、冷却機構８２がユニットコントローラ９０によって制御される。すなわち、ユニットコントローラ９０は、温度センサ８３の測定結果に基づいて、冷却プレート８１の温度をフィードバック制御する。なお、温度センサ８３は、冷却プレート８１が載置する基板Ｗが対向する領域に複数設けるようにしても良い。
冷却プレート８１の上面には、図示を省略する複数個（３個以上）のプロキシミティボールが配設されている。プロキシミティボールは、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の部材によって構成され、その上端が冷却プレート８１の上面から微少量だけ突出する状態で配設される。このため、複数個のプロキシミティボールによって基板Ｗを支持したときには、基板Ｗの裏面と冷却プレート８１の上面との間にいわゆるプロキシミティギャップと称される微小間隔が形成される。なお、冷却プレート８１の上面にサセプタを設置し、そのサセプタを介して基板Ｗを支持するようにしても良い。
複数個のプロキシミティボールを介して冷却プレート８１に載置された基板Ｗは、冷却プレート８１によって常温（２３℃）に温調される。すなわち、基板Ｗの温度が常温よりも高温であれば、常温にまで冷却される。また、常温近傍の基板Ｗについては、そのまま基板Ｗを安定して常温に維持する。
冷却プレート８１には、その上面に出没する複数本（本実施の形態では３本）のリフトピン８４が設けられている。３本のリフトピン８４の上端高さ位置は同一水平面内に含まれる。３本のリフトピン８４はエアシリンダ８５によって一括して鉛直方向に沿って昇降される。各リフトピン８４は、冷却プレート８１に上下に貫通して設けられた挿通孔の内側に沿って昇降する。エアシリンダ８５が３本のリフトピン８４を上昇させると、各リフトピン８４の先端が冷却プレート８１の上面から突出する。また、エアシリンダ８５が３本のリフトピン８４を下降させると、各リフトピン８４の先端が冷却プレート８１の挿通孔の内部に埋入する。
加湿空気供給部７４は、チャンバー７０内に加湿された空気を供給する。加湿空気供給部７４は、加湿空気供給源７５とバルブ７６とを備えており、バルブ７６を開放することによってチャンバー７０内の熱処理空間６５に加湿された空気を供給する。なお、加湿空気供給源７５は、冷凍器、加熱器、加湿器、ケミカルフィルター等を内部に備え、温度と湿度とが調節され、かつ、アンモニア成分が除去された加湿空気を供給できる構造となっている。
排気部７７は、排気装置７８およびバルブ７９を備えており、バルブ７９を開放することによってチャンバー７０内の雰囲気を排気する。排気装置７８としては、基板処理装置１が設置される工場の排気ユーティリティを用いることができる。
フラッシュ照射部６０は、チャンバー７０の上方に設けられている。フラッシュ照射部６０は、複数本のフラッシュランプＦＬからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ６２と、を備えて構成される。フラッシュ照射部６０は、チャンバー７０内にて冷却プレート８１に保持される基板Ｗに石英のチャンバー窓６９を介してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射する。
複数のフラッシュランプＦＬは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が冷却プレート８１に保持される基板Ｗの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプＦＬの配列によって形成される平面も水平面である。
フラッシュ照射部６０には電源ユニット６３が接続されており、この電源ユニット６３から複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれに電力供給がなされる。電源ユニット６３は、フラッシュ発光のための電荷を蓄積するコンデンサー、フラッシュランプＦＬに流れる電流波形を調整するコイルなどを備えている。
本実施形態では、フラッシュランプＦＬとしてキセノンフラッシュランプを用いている。キセノンフラッシュランプＦＬは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部に電源ユニット６３のコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）と、該ガラス管の外周面上に付設されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気が両端電極間の放電によってガラス管内に瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。
また、リフレクタ６２は、複数のフラッシュランプＦＬの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ６２の基本的な機能は、複数のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５の側に反射するというものである。リフレクタ６２はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面（フラッシュランプＦＬに臨む側の面）はブラスト処理により粗面化加工が施されて梨地模様を呈する。
ユニットコントローラ９０は、フラッシュベークユニットＦＬＢに設けられた上記の種々の動作機構を制御する。ユニットコントローラ９０のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、ユニットコントローラ９０は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用アプリケーションやデータなどを記憶しておく磁気ディスク等を備えて構成される。ユニットコントローラ９０のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによってフラッシュベークユニットＦＬＢにおける処理が進行する。なお、ユニットコントローラ９０は、基板処理装置１の全体を管理するメインコントローラの下位コントローラとして設けられていても良い。
次に、上記の構成を有する基板処理装置１における基板処理の手順について説明する。ここでは、まず、基板処理装置１における全体の処理手順を簡単に説明した後、フラッシュベークユニットＦＬＢでの処理について説明する。
装置外部から未処理の基板ＷがキャリアＣに収納された状態でＡＧＶ等によってインデクサブロック１０に搬入される。続いて、インデクサブロック１０から未処理の基板Ｗの払い出しが行われる。具体的には、インデクサロボットＩＲが所定のキャリアＣから未処理の基板Ｗを取り出し、上側の基板載置部ＰＡＳＳ１に載置する。基板載置部ＰＡＳＳ１に未処理の基板Ｗが載置されると、バークブロック２０の搬送ロボットＴＲ１がその基板Ｗを受け取って熱処理タワー２２のいずれかの密着強化処理ユニットＡＨＬに搬送する。密着強化処理ユニットＡＨＬでは、ＨＭＤＳの蒸気雰囲気で基板Ｗを熱処理して基板Ｗの密着性を向上させる。密着強化処理の終了した基板Ｗは搬送ロボットＴＲ１によって取り出され、熱処理タワー２２，２３のいずれかの冷却ユニットＣＰに搬送されて冷却される。
冷却された基板Ｗは搬送ロボットＴＲ１によって冷却ユニットＣＰから下地塗布処理部２１のいずれかの塗布処理ユニットＢＲＣに搬送される。塗布処理ユニットＢＲＣでは、基板Ｗの表面に反射防止膜の塗布液が供給されて回転塗布される。
塗布処理が終了した後、基板Ｗは搬送ロボットＴＲ１によって熱処理タワー２２，２３のいずれかの加熱ユニットＨＰに搬送される。加熱ユニットＨＰにて基板Ｗが加熱されることによって、塗布液が乾燥されて基板Ｗ上に下地の反射防止膜が焼成される。その後、搬送ロボットＴＲ１によって加熱ユニットＨＰから取り出された基板Ｗは熱処理タワー２２，２３のいずれかの冷却ユニットＣＰに搬送されて冷却される。冷却後の基板Ｗは搬送ロボットＴＲ１によって基板載置部ＰＡＳＳ３に載置される。
次に、反射防止膜が形成された基板Ｗが基板載置部ＰＡＳＳ３に載置されると、レジスト塗布ブロック３０の搬送ロボットＴＲ２がその基板Ｗを受け取って熱処理タワー３２，３３のいずれかの冷却ユニットＣＰに搬送して所定温度に温調する。続いて、搬送ロボットＴＲ２が温調済みの基板Ｗをレジスト塗布処理部３１のいずれかの塗布処理ユニットＳＣに搬送する。塗布処理ユニットＳＣでは、基板Ｗにレジスト膜の塗布液が回転塗布される。本実施形態においては、レジストとして化学増幅型レジストが使用される。
レジスト塗布処理が終了した後、塗布処理ユニットＳＣから搬出された基板Ｗは搬送ロボットＴＲ２によって熱処理タワー３２，３３のいずれかの加熱ユニットＨＰに搬送される。加熱ユニットＨＰにて基板Ｗが加熱(Post Applied Bake)されることによって、塗布液が乾燥されて基板Ｗ上にレジスト膜が形成される。その後、搬送ロボットＴＲ２によって加熱ユニットＨＰから取り出された基板Ｗは熱処理タワー３２，３３のいずれかの冷却ユニットＣＰに搬送されて冷却される。冷却後の基板Ｗは搬送ロボットＴＲ２によって基板載置部ＰＡＳＳ５に載置される。
レジスト膜が形成された基板Ｗが基板載置部ＰＡＳＳ５に載置されると、現像処理ブロック４０の搬送ロボットＴＲ３がその基板Ｗを受け取ってそのまま基板載置部ＰＡＳＳ７に載置する。そして、基板載置部ＰＡＳＳ７に載置された基板Ｗはインターフェイスブロック５０の搬送ロボットＴＲ４によって受け取られ、エッジ露光ユニットＥＥＷに搬入される。エッジ露光ユニットＥＥＷにおいては、基板Ｗの端縁部の露光処理（エッジ露光処理）が行われる。エッジ露光処理が終了した基板Ｗは搬送ロボットＴＲ４によって基板載置部ＰＡＳＳ９に載置される。そして、基板載置部ＰＡＳＳ９に載置された基板Ｗは搬送機構ＩＦＲによって受け取られ、露光ユニットＥＸＰに搬入され、パターン露光処理に供される。本実施形態では化学増幅型レジストを使用しているため、基板Ｗ上に形成されたレジスト膜のうち露光された部分では光化学反応によって酸が生成する。
パターン露光処理が終了した露光済みの基板Ｗは露光ユニットＥＸＰから再びインターフェイスブロック５０に戻され、搬送機構ＩＦＲによってフラッシュベークユニットＦＬＢに搬送される。詳細は後述するが、フラッシュベークユニットＦＬＢでは、露光時の光化学反応によって生じた生成物を酸触媒としてレジストの樹脂の架橋・重合等の反応を進行させ、現像液に対する溶解度を露光部分のみ局所的に変化させるための露光後ベーク処理(Post Exposure Bake)が行われる。
露光後ベーク処理が終了した基板Ｗは、フラッシュベークユニットＦＬＢの冷却プレート８１によって冷却されることにより上記化学反応が停止する。続いて基板Ｗは、搬送機構ＩＦＲによってフラッシュベークユニットＦＬＢから取り出され、基板載置部ＰＡＳＳ１０に載置される。露光後ベーク処理後の基板Ｗが基板載置部ＰＡＳＳ１０に載置されると、搬送ロボットＴＲ４がその基板Ｗを受け取って熱処理タワー４３の基板載置部ＰＡＳＳ８に載置する。
基板載置部ＰＡＳＳ８に基板Ｗが載置されると、現像処理ブロック４０の搬送ロボットＴＲ３がその基板Ｗを受け取って熱処理タワー４２，４３のいずれかの冷却ユニットＣＰに搬送する。冷却ユニットＣＰにおいては、露光後ベーク処理が終了した基板Ｗがさらに冷却され、所定温度に正確に温調される。その後、搬送ロボットＴＲ３は、冷却ユニットＣＰから基板Ｗを取り出して現像処理部４１のいずれかの現像処理ユニットＳＤに搬送する。現像処理ユニットＳＤでは、基板Ｗに現像液を供給して現像処理を進行させる。やがて現像処理が終了した後、基板Ｗは搬送ロボットＴＲ３によって熱処理タワー４２，４３のいずれかの加熱ユニットＨＰに搬送され、さらにその後いずれかの冷却ユニットＣＰに搬送される。
その後、基板Ｗは搬送ロボットＴＲ３によって基板載置部ＰＡＳＳ６に載置される。基板載置部ＰＡＳＳ６に載置された基板Ｗは、レジスト塗布ブロック３０の搬送ロボットＴＲ２によってそのまま基板載置部ＰＡＳＳ４に載置される。さらに、基板載置部ＰＡＳＳ４に載置された基板Ｗは、バークブロック２０の搬送ロボットＴＲ１によってそのまま基板載置部ＰＡＳＳ２に載置されることにより、インデクサブロック１０に格納される。基板載置部ＰＡＳＳ２に載置された処理済みの基板ＷはインデクサロボットＩＲによって所定のキャリアＣに収納される。その後、所定枚数の処理済み基板Ｗが収納されたキャリアＣが装置外部に搬出されて一連のフォトリソグラフィー処理が完了する。
フラッシュベークユニットＦＬＢでの処理についてさらに説明を続ける。図７は、フラッシュベークユニットＦＬＢにおける基板Ｗの処理手順を示すフローチャートである。また、図８は、基板Ｗの表面温度の変化を示す図である。以下に説明するフラッシュベークユニットＦＬＢの処理手順は、ユニットコントローラ９０がフラッシュベークユニットＦＬＢの各動作機構を制御することにより進行する。
まず、熱処理空間６５が密閉空間とされてチャンバー７０内が加湿空気雰囲気に置換される（ステップＳ１）。すなわち、加湿空気供給部７４からチャンバー７０内に加湿された空気を供給するとともに、排気部７７によるチャンバー７０からの排気を行う。これにより、チャンバー７０内の空気が所定の温度と湿度に調節された空気に置き換わり、熱処理空間６５が加湿空気雰囲気となる。
次に、図示省略のシャッターが開いて搬送開口部６８が開放され、搬送機構ＩＦＲにより搬送開口部６８を介してパターン露光直後の基板Ｗがチャンバー７０内に搬入される（ステップＳ２）。具体的には、パターン露光が終了した基板Ｗを露光ユニットＥＸＰから受け取った搬送機構ＩＦＲの保持アーム５３ａ（または５３ｂ）が搬送開口部６８からチャンバー７０内に進入し、冷却プレート８１の直上にて停止する。続いて、３本のリフトピン８４が上昇して保持アーム５３ａから基板Ｗを受け取る。その後、搬送機構ＩＦＲの保持アーム５３ａがチャンバー７０から退出するとともに、搬送開口部６８が閉鎖される。
搬送機構ＩＦＲの保持アーム５３ａが退出した後、露光後の基板Ｗを支持する３本のリフトピン８４が下降して冷却プレート８１の挿通孔の内部に埋入する。リフトピン８４が下降する過程において、時刻ｔ１にて基板Ｗはリフトピン８４から冷却プレート８１の上面に渡され、その上面に水平姿勢にて載置・保持される。冷却プレート８１に受け渡された時刻ｔ１の時点での基板Ｗの温度は基板処理装置１が設置されている雰囲気の温度と同じであり、概ね常温である。
また、冷却プレート８１は冷却機構８２によって予め常温（２３℃）に温調されている。ユニットコントローラ９０は、温度センサ８３の測定結果に基づいて、冷却プレート８１の温度が２３℃となるように冷却機構８２を制御している。リフトピン８４が下降して基板Ｗが常温に温調された冷却プレート８１に載置されることにより、時刻ｔ１から基板Ｗに対する冷却プレート８１による温調が開始される。これにより、基板Ｗは正確に２３℃に温調されることとなり、その結果ロットに含まれる複数の基板Ｗ間での温度履歴均一性を向上させることができる。
チャンバー７０内の熱処理空間６５が加湿空気雰囲気とされ、基板Ｗが冷却プレート８１に保持されて２３℃に温調された後、時刻ｔ２にてユニットコントローラ９０の制御によりフラッシュ照射部６０のフラッシュランプＦＬから冷却プレート８１に保持された基板Ｗの表面に向けてフラッシュ光が照射される（ステップＳ３）。フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光の一部は直接にチャンバー７０内の熱処理空間６５へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ６２により反射されてから熱処理空間６５へと向かう。このようなフラッシュ光の照射によって、基板Ｗの表面がフラッシュ加熱される。
フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、予め蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下程度の極めて短く強い閃光である。フラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射された基板Ｗの表面温度は、瞬間的に処理温度Ｔ１にまで上昇し、その後急速に常温にまで下降する。このようなフラッシュ加熱によって、パターン露光時の光化学反応によって化学増幅型レジストの膜中に生じた活性種を酸触媒としてレジスト樹脂の架橋・重合等の連鎖反応を進行させる。これにより、レジスト膜の現像液に対する溶解度を露光部分のみ局所的に変化させる露光後ベーク処理が行われる。すなわち、本実施形態においては、フラッシュ光照射によって基板Ｗの表面温度を瞬間的に昇温して露光後ベーク処理を行っている。
フラッシュ光が照射されて基板Ｗの表面温度が昇温を開始した時刻ｔ２から常温にまで降温した時刻ｔ３までの時間は１秒以下である。このような１秒以下の短時間であっても、フラッシュランプＦＬから強度の大きなフラッシュ光を照射することによって、触媒反応を利用した化学反応を確実に実行させることができる。
フラッシュ光照射による露光後ベーク処理が終了した後においても、基板Ｗは冷却プレート８１に保持され続けることによって冷却され、常温に維持される（ステップＳ４）。また、フラッシュ光照射の前後にわたって、加湿空気供給部７４からチャンバー７０内に加湿空気を供給するとともに、排気部７７によるチャンバー７０からの排気を継続して行っている。これにより、フラッシュ加熱時およびその前後の基板Ｗを常温に維持しているときは、チャンバー７０内が継続して加湿空気雰囲気とされている。
やがて、所定時間が経過して時刻ｔ４に到達した時点にて、３本のリフトピン８４が上昇し、冷却プレート８１に載置されていた基板Ｗを突き上げて冷却プレート８１から離間させる。その後、搬送開口部６８が再び開放され、搬送機構ＩＦＲの保持アーム５３ａ（または５３ｂ）が搬送開口部６８からチャンバー７０内に進入して基板Ｗの直下で停止する。続いて、リフトピン８４が下降することによって、基板Ｗがリフトピン８４から保持アーム５３ａに渡される。そして、基板Ｗを受け取った搬送機構ＩＦＲの保持アーム５３ａがチャンバー７０から退出することにより、基板Ｗがチャンバー７０から搬出され、フラッシュベークユニットＦＬＢにおける露光後ベーク処理が完了する（ステップＳ５）。
本実施形態においては、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によってパターン露光後の基板Ｗに対する露光後ベーク処理を行っている。フラッシュ光照射によるフラッシュ加熱処理は処理時間が１秒以下の極めて短時間の処理である。ここで、露光後ベーク処理時における酸触媒の拡散長は２（Ｄ・ｔ）1/2で表される。ｔは露光後ベーク処理時間である。Ｄはレジスト膜中における酸触媒の拡散係数であり、化学増幅型レジストの種類によって決まる定数である。従って、同一種の化学増幅型レジストであれば、酸触媒の拡散長は露光後ベーク処理の時間ｔに依存し、露光後ベーク処理時間ｔが長くなるほど酸触媒の拡散長も長くなる。
ホットプレートに載置して加熱する従来の露光後ベーク処理では、基板Ｗが目標温度に到達するまでに少なくとも３０秒以上を要していた。これと比較して、フラッシュ光照射による露光後ベーク処理に要する時間は１秒以下と極めて短時間であり、露光後ベーク処理時における酸の拡散長を従来よりも顕著に短く抑制することができる。酸の拡散長を短く抑制することができれば、パターン露光の寸法精度が向上し、またパターンラフネスの低減化を図ることができ、近年の急速なパターン寸法の微細化にも対応することができる。
また、フラッシュ光照射による露光後ベーク処理に要する時間は極めて短くて足りるため、フラッシュベークユニットＦＬＢでの処理時間を著しく短時間とすることができ、その結果として基板処理装置１におけるスループットを向上させることができる。
さらに、露光後ベーク処理に要する時間が短時間であれば、基板処理装置１に１つのフラッシュベークユニットＦＬＢを搭載するだけでも、露光後ベーク処理が基板処理装置１全体を律速することはない。従って、従来と同等のスループットを得るために、基板処理装置１に搭載するユニット数は著しく少なくなり、装置サイズをコンパクトにできるとともに、消費電力の増加を抑制することもできる。
ところで、化学増幅型レジストの種類によっては露光後ベーク処理の温度が異なることもある。よって、異なる種類のレジスト膜を形成した基板Ｗを続けて処理する場合、従来のホットプレートを用いた露光後ベーク処理では、プレート温度を所望の温度に変更するのに相応の時間を必要とし、その時間待機しなければならないためにスループット低下を招いていた。本実施形態のフラッシュベークユニットＦＬＢであれば、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射の強度を変化させることによって容易に基板Ｗの加熱温度も変更することができるため、異なる種類のレジスト膜を形成した基板Ｗであっても温度変更のための待機時間無しに連続して露光後ベーク処理を行うことができる。その結果、異なる種類のレジスト膜を形成した基板Ｗを連続して処理する場合であっても、基板処理装置１のスループット低下を防止することができる。なお、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射の強度は、例えば電源ユニット６３のコンデンサーへの充電電圧を変化させることによって変えることができる。
また、本実施形態のフラッシュベークユニットＦＬＢは冷却プレート８１を備えており、この冷却プレート８１によってフラッシュ光照射前の基板Ｗを正確に常温に温調している。このため、連続して処理する複数の基板Ｗ間での温度履歴を均一にすることができ、露光後ベーク処理後のパターン寸法精度の向上、および、パターンラフネスの低減化を図ることができる。
冷却プレート８１は、フラッシュ光照射直後の基板Ｗを冷却することによって酸触媒を利用した化学反応を確実に停止させる役割も担っている。フラッシュ光照射直後の基板Ｗを冷却プレート８１によって冷却することにより、基板Ｗの表面温度がフラッシュ光照射により昇温を開始する時刻ｔ２から常温にまで降温する時刻ｔ３までの時間を一定にすることができ、温度履歴を一定にして露光後ベーク処理後のパターン寸法精度を向上させることができる。また、フラッシュベークユニットＦＬＢに冷却プレート８１を備えることによって、基板Ｗを保持する部材への蓄熱を防止して、複数の基板Ｗ間における温度履歴を均一にすることができる。
また、本実施形態においては、フラッシュ光照射によって基板Ｗの露光後ベーク処理を行っているため、基板Ｗの全面を同時に一括処理することが可能である。このため、処理時間差に起因したパターン寸法の均一性低下を防止することができる。
また、化学増幅型レジストは波長３００ｎｍ未満の光によって感光するものが多い。本実施形態のフラッシュベークユニットＦＬＢは石英のチャンバー窓６９を備えており、それによってフラッシュランプＦＬから熱処理空間６５の基板Ｗに照射されるフラッシュ光から波長３００ｎｍ未満の光を除去している。キセノンのフラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光には波長３００ｎｍ未満の光はあまり含まれていないのであるが、石英のチャンバー窓６９によって波長３００ｎｍ未満の光をフラッシュ光から除去することにより、露光後ベーク処理時にフラッシュ光によってレジスト膜が感光されるのを確実に防止している。
また、本実施形態においては、インターフェイスブロック５０に露光後ベーク処理を行うフラッシュベークユニットＦＬＢを配置し、そのフラッシュベークユニットＦＬＢに対して搬送機構ＩＦＲによって基板Ｗの受け渡しを行うようにしている。このため、パターン露光処理が終了した露光済みの基板Ｗは露光ユニットＥＸＰから搬送機構ＩＦＲによって受け取られた後、直ちにフラッシュベークユニットＦＬＢに搬送されて露光後ベーク処理が行われることとなる。その結果、パターン露光処理が完了してから露光後ベーク処理を行うまで時間（ＰＥＤ：Post Exposure Delay）はなるべく短くして露光後ベーク処理後のパターン寸法精度を向上させることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、基板処理装置１のインターフェイスブロック５０に１個のフラッシュベークユニットＦＬＢを搭載していたが、これに限定されるものではなく、複数のフラッシュベークユニットＦＬＢを搭載するようにしても良い。この場合、一部のフラッシュベークユニットＦＬＢを予備としても良い。
もっとも、フラッシュ光照射による露光後ベーク処理を行うフラッシュベークユニットＦＬＢでの処理時間は著しく短時間であるため、１個のフラッシュベークユニットＦＬＢであっても、露光後ベーク処理が基板処理装置１全体を律速することはない。搭載数が１個で足りれば、インターフェイスブロック５０の空きスペースが少ない場合であっても、フラッシュベークユニットＦＬＢをインターフェイスブロック５０に設置することができる。これにより、露光ユニットＥＸＰから受け取った露光済みの基板Ｗを搬送機構ＩＦＲが直ちにフラッシュベークユニットＦＬＢに搬送してＰＥＤを短縮することができる。
また、露光後ベーク処理を行うフラッシュベークユニットＦＬＢは、インターフェイスブロック５０に配置するのに代えて、現像処理ブロック４０の熱処理タワー４３に配置するようにしても良い。この場合、露光ユニットＥＸＰから搬送機構ＩＦＲが受け取った露光済みの基板Ｗは搬送ロボットＴＲ４によってフラッシュベークユニットＦＬＢに搬送される。すなわち、基板処理装置１の構成は図１から図５に示したような形態に限定されるものではなく、露光後の基板Ｗに対して露光後ベーク処理を行うフラッシュベークユニットＦＬＢをいずれかの位置に組み込んだ基板処理装置であれば、種々の配置構成を採用することが可能である。
また、上記実施形態においては、フラッシュベークユニットＦＬＢでの露光後ベーク処理が終了した基板Ｗを熱処理タワー４２，４３のいずれかの冷却ユニットＣＰに搬送して所定温度に正確に温調するようにしていたが、フラッシュベークユニットＦＬＢの冷却プレート８１によってもフラッシュ光照射後に温調しているため、冷却プレートＣＰでの温調処理を省略するようにしても良い。
また、電源ユニット６３に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのスイッチング素子を設け、そのスイッチング素子によってフラッシュランプＦＬに流れる電流を制御することにより、フラッシュ光照射の強度を変えてフラッシュ加熱時の処理温度Ｔ１を変更するようにしても良い。また、電源ユニット６３に容量の異なる２種類のコンデンサーを設け、これらを切り替えることによってフラッシュ光照射の強度を変えるようにしても良い。
また、上記実施形態においては、フラッシュ光照射によって露光後ベーク処理を行うようにしていたが、これに限定されるものではなく、基板処理装置１において行われる他の加熱処理をフラッシュ光照射によって実行するようにしても良い。例えば、反射防止膜或いはレジスト膜の塗布液が塗布された基板Ｗを加熱して膜を焼成する加熱処理(Post Applied Bake)をフラッシュベークユニットＦＬＢにてフラッシュ光照射により行うようにしても良い。また、現像処理が終了した基板Ｗにフラッシュ光を照射して乾燥のための加熱処理を行うようにしても良い。
また、本発明に係る熱処理技術によって処理対象となる基板Ｗは半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。
１ 基板処理装置
１０ インデクサブロック
２０ バークブロック
３０ レジスト塗布ブロック
４０ 現像処理ブロック
５０ インターフェイスブロック
６０ フラッシュ照射部
６５ 熱処理空間
６９ チャンバー窓
７０ チャンバー
７４ 加湿空気供給部
７７ 排気部
８１ 冷却プレート
８４ リフトピン
９０ ユニットコントローラ
ＢＲＣ，ＳＣ 塗布処理ユニット
ＣＰ 冷却ユニット
ＦＬ フラッシュランプ
ＦＬＢ フラッシュベークユニット
ＨＰ 加熱ユニット
ＩＦＲ 搬送機構
ＰＡＳＳ１〜ＰＡＳＳ１０ 基板載置部
ＳＤ 現像処理ユニット
ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３，ＴＲ４ 搬送ロボット
Ｗ 基板

Claims (5)

  1. 露光後の基板に対して露光後ベーク処理を行う熱処理方法であって、
    基板の表面に形成された化学増幅型レジスト膜を露光処理した後に当該基板をチャンバー内に収容する収容工程と、
    前記チャンバー内に収容された前記基板の表面にフラッシュ光を照射することによって当該表面の温度を昇温して露光後ベーク処理を行うフラッシュ照射工程と、
    を備え、
    冷却機構によって常温に温調された冷却プレート上に前記基板を保持してフラッシュ光の照射の前および後に前記基板を常温に温調しつつフラッシュ光の照射を行うことを特徴とする熱処理方法。
  2. 請求項１記載の熱処理方法において、
    前記チャンバーから排気を行う排気工程と、
    前記チャンバー内に加湿空気を供給する加湿空気供給工程と、
    を備えることを特徴とする熱処理方法。
  3. 請求項１または請求項２に記載の熱処理方法において、
    前記フラッシュ照射工程でのフラッシュ光照射による加熱処理時間は１秒以下であることを特徴とする熱処理方法。
  4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理方法において、
    前記基板の表面に照射されるフラッシュ光より波長３００ｎｍ未満の光を除去することを特徴とする熱処理方法。
  5. 露光後の基板に対して露光後ベーク処理を行う熱処理装置であって、
    表面に形成された化学増幅型レジスト膜に露光処理が施された基板を収容するチャンバーと、
    前記チャンバー内にて前記基板を載置して保持する冷却プレートと、
    前記チャンバーから排気を行う排気手段と、
    前記チャンバー内に加湿空気を供給する加湿空気供給手段と、
    前記冷却プレートに保持されている前記基板にフラッシュ光を照射することによって前記基板の表面の温度を昇温して露光後ベーク処理を行うフラッシュランプと、
    前記フラッシュランプから前記基板に照射されるフラッシュ光から波長３００ｎｍ未満の光を除去するフィルターと、
    を備え、
    冷却機構によって常温に温調された前記冷却プレート上に前記基板を保持して前記フラッシュランプによるフラッシュ光の照射の前および後に前記基板を常温に温調しつつフラッシュ光の照射を行うことを特徴とする熱処理装置。
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