JP5995892B2 - 基板を熱処理する方法、熱処理装置及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Description

本開示は、基板を熱処理する方法、熱処理装置及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。

特許文献１は、上方に配置された基板を加熱する熱板を備える熱処理装置を開示している。当該熱処理装置は、例えばフォトリソグラフィ技術を用いて基板を微細加工する際に、基板の表面に塗布されたレジスト液の溶剤を蒸発させるための加熱処理（プリベーキング）や、露光処理後に、基板上面の塗布膜の化学反応を促進させるための加熱処理（ポストエクスポージャーベーキング）や、現像処理後の加熱処理（ポストベーキング）などを実施する。

特開２００２−３５３１１１号公報

現在、フォトリソグラフィ技術を用いて凹凸パターン（例えば、レジストパターン）を基板（例えば、半導体ウエハ、ガラスウエハその他の各種ウエハ）の表面に形成するための微細加工プロセスが、広く一般に行われている。上記の熱処理装置においては、その構成上温度センサを処理対象の基板に直接取り付けることが困難なため、温度センサで熱板の温度を測定して熱板の温度を調節することで、間接的に基板の温度を管理している。

近年、凹凸パターンの更なる微細化に伴い、基板表面上に配置された各種材料を基板の表面内において均一に熱処理する要求が高まっている。そのため、基板の温度をより精度よく制御することが重要となっている。

そこで、本開示は、基板の温度をより精度よく制御することが可能な、基板を熱処理する方法、熱処理装置及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を説明する。

本開示の一つの観点に係る基板を熱処理する方法は、（Ａ）基板に熱を付与する熱板と、熱板よりも上方に配置された基板との離間距離を距離センサにより測定することと、（Ｂ）熱板の温度を温度センサにより測定することと、（Ｃ）上記Ａ項で測定された離間距離と上記Ｂ項で測定された熱板の温度とに基づいて、熱板よりも上方に配置された基板の推定温度を算出することと、（Ｄ）上記Ｃ項で算出された推定温度と、基板の目標温度との差に基づいて、熱板の温度を調節することとを含む。

本開示の一つの観点に係る基板を熱処理する方法では、熱板と基板との離間距離を距離センサにより測定している。そのため、熱板からの熱により基板において生ずる温度が、計算によってより正確に推定される。従って、基板の推定温度が目標温度に近づくように熱板の温度を調節することで、基板の温度をより精度よく制御することが可能となる。

上記Ａ〜Ｄ項は、所定期間が経過するまで繰り返し行われてもよい。この場合、例えば基板の熱処理の開始から終了に至るまで、基板の温度が目標温度に沿って変化するように基板の温度を制御することが可能となる。また、熱板と基板との離間距離が繰り返し測定されるので、熱板からの熱により基板が変形した場合でも、その変形に伴って変化した熱板と基板との離間距離が直ちに基板の推定温度に反映される。そのため、基板の温度をよりいっそう精度よく制御することが可能となる。

上記Ｂ〜Ｄ項は、所定期間が経過するまで繰り返し行われてもよい。この場合、例えば基板の熱処理の開始から終了に至るまで、基板の温度が目標温度に沿って変化するように基板の温度を制御することが可能となる。

熱板は、それぞれ独立して温度調節可能な複数の領域を有し、複数の領域ごとに距離センサ及び温度センサが配置されており、上記Ａ〜Ｄ項は、複数の領域ごとに行われてもよい。この場合、距離センサが熱板の複数箇所に存在しているので、基板に反りが生じていたり、例えば熱板上に存在する異物に基板が乗り上げ、基板が熱板に対して傾いて配置されていたりする場合であっても、そのような基板の状態に応じて熱板の領域ごとに熱板の温度が調節される。そのため、基板の温度をさらに精度よく制御することが可能となる。

複数の領域は周方向において並んでいてもよい。この場合、熱板と基板との直線距離が周方向において複数取得される。そのため、基板全体としての傾きを把握できる。従って、例えば熱板上に存在する異物に基板が乗り上げ、基板が熱板に対して傾いて配置された場合、基板の温度を特に精度よく制御することが可能となる。

推定温度は、空気を介して熱板から基板へと伝達される熱のうち所定時間当たりの伝熱量を基板の熱容量で除算して得られる基板の温度変化量を用いて算出されてもよい。

本開示の他の観点に係る熱処理装置は、基板に熱を付与する熱板と、熱板よりも上方において基板を支持する支持部材と、熱板と基板との離間距離を測定する距離センサと、熱板の温度を測定する温度センサと、制御部とを備え、制御部は、（Ａ）離間距離を距離センサにより測定させる制御と、（Ｂ）熱板の温度を温度センサにより測定させる制御と、（Ｃ）制御Ａで測定された離間距離と、制御Ｂで測定された熱板の温度とに基づいて、熱板よりも上方に配置された基板の推定温度を算出する制御と、（Ｄ）制御Ｃで算出した推定温度と、基板の目標温度との差に基づいて、熱板の温度を調節する制御とを実行する。

本開示の他の観点に係る熱処理装置では、制御部が、熱板と基板との離間距離を距離センサにより測定させる。そのため、熱板からの熱により基板において生ずる温度が、計算によってより正確に推定される。従って、基板の推定温度が目標温度に近づくように熱板の温度を調節することで、基板の温度をより精度よく制御することが可能となる。

制御部は、制御Ａ〜Ｄを所定期間が経過するまで繰り返し実行してもよい。この場合、例えば基板の熱処理の開始から終了に至るまで、基板の温度が目標温度に沿って変化するように基板の温度を制御することが可能となる。また、熱板と基板との離間距離が繰り返し測定されるので、熱板からの熱により基板が変形した場合でも、その変形に伴って変化した熱板と基板との離間距離が直ちに基板の推定温度に反映される。そのため、基板の温度をよりいっそう精度よく制御することが可能となる。

制御部は、制御Ｂ〜Ｄを所定期間が経過するまで繰り返し実行してもよい。この場合、例えば基板の熱処理の開始から終了に至るまで、基板の温度が目標温度に沿って変化するように基板の温度を制御することが可能となる。

熱板は、それぞれ独立して温度調節可能な複数の領域を有し、複数の領域ごとに距離センサ及び温度センサが配置されており、制御部は、制御Ａ〜Ｄを複数の領域ごとに実行してもよい。この場合、距離センサが熱板の複数箇所に存在しているので、基板に反りが生じていたり、基板が熱板に対して傾いて配置されていたりする場合であっても、そのような基板の状態に応じて熱板の領域ごとに熱板の温度が調節される。そのため、基板の温度をさらに精度よく制御することが可能となる。

複数の領域は周方向において並んでいてもよい。この場合、熱板と基板との直線距離が周方向において複数取得される。そのため、基板全体としての傾きを把握できる。従って、例えば熱板上に存在する異物に基板が乗り上げ、基板が熱板に対して傾いて配置された場合、基板の温度を特に精度よく制御することが可能となる。

本開示の他の観点に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上記の方法を熱処理装置に実行させるためのプログラムを記録している。本開示の他の観点に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上記の方法と同様に、基板の温度をより精度よく制御することが可能となる。本明細書において、コンピュータ読み取り可能な記録媒体には、一時的でない有形の媒体（non-transitory computer recording medium）（例えば、各種の主記憶装置又は補助記憶装置）や、伝播信号（transitory computer recording medium）（例えば、ネットワークを介して提供可能なデータ信号）が含まれる。

本開示に係る基板を熱処理する方法、熱処理装置及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体によれば、基板の温度をより精度よく制御することが可能となる。

図１は、塗布・現像システムを示す斜視図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４は、加熱・冷却ユニットを側方から見た断面図である。 図５は、加熱・冷却ユニットを上方から見た断面図である。 図６は、熱板を側方から見た断面図である。 図７は、熱板を上方から見た図である。 図８は、ウエハの温度調節手順を説明するためのフローチャートである。 図９は、処理時間に対するウエハ温度の変化の様子を示す図である。 図１０は、ウエハの温度調節手順を説明するためのフローチャートである。

本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

［塗布・現像装置の構成］
まず、図１〜図３に示される塗布・現像装置１の構成の概要について説明する。塗布・現像装置１は、露光装置Ｅ１による露光処理の前に、ウエハＷの表面にレジスト材料を塗布してレジスト膜を形成する処理を行う。塗布・現像装置１は、露光装置Ｅ１による露光処理の後に、ウエハＷの表面に形成されたレジスト膜の現像処理を行う。本実施形態において、ウエハＷは円板状を呈するが、円形の一部が切り欠かれていたり、多角形などの円形以外の形状を呈するウエハを用いてもよい。ウエハＷは、例えば、半導体基板、ガラス基板、マスク基板、ＦＰＤ（Flat Panel Display）基板その他の各種基板であってもよい。

塗布・現像装置１は、図１及び図２に示されるように、キャリアブロックＢＫ１と、処理ブロックＢＫ２と、インターフェースブロックＢＫ３と、塗布・現像装置１の制御手段として機能する制御装置ＣＵとを備える。本実施形態において、キャリアブロックＢＫ１、処理ブロックＢＫ２、インターフェースブロックＢＫ３及び露光装置Ｅ１は、この順に直列に並んでいる。

キャリアブロックＢＫ１は、図１及び図３に示されるように、キャリアステーション１２と、搬入・搬出部１３とを有する。キャリアステーション１２は、複数のキャリア１１を支持する。キャリア１１は、複数枚のウエハＷを密封状態で収容する。キャリア１１は、ウエハＷを出し入れするための開閉扉（図示せず）を一側面１１ａ側に有する。キャリア１１は、側面１１ａが搬入・搬出部１３側に面するように、キャリアステーション１２上に着脱自在に設置される。

搬入・搬出部１３は、図１〜図３に示されるように、キャリアステーション１２上の複数のキャリア１１にそれぞれ対応する開閉扉１３ａを有する。側面１１ａの開閉扉と搬入・搬出部１３の開閉扉１３ａとが同時に開放されると、キャリア１１内と搬入・搬出部１３内とが連通する。搬入・搬出部１３は、図２及び図３に示されるように、受け渡しアームＡ１を内蔵している。受け渡しアームＡ１は、キャリア１１からウエハＷを取り出して処理ブロックＢＫ２に渡す。受け渡しアームＡ１は、処理ブロックＢＫ２からウエハＷを受け取ってキャリア１１内に戻す。

処理ブロックＢＫ２は、図１〜図３に示されるように、キャリアブロックＢＫ１に隣接すると共に、キャリアブロックＢＫ１と接続されている。処理ブロックＢＫ２は、図１及び図２に示されるように、下層反射防止膜形成（ＢＣＴ）ブロック１４と、レジスト膜形成（ＣＯＴ）ブロック１５と、上層反射防止膜形成（ＴＣＴ）ブロック１６と、現像処理（ＤＥＶ）ブロック１７とを有する。ＤＥＶブロック１７、ＢＣＴブロック１４、ＣＯＴブロック１５及びＴＣＴブロック１６は、底面側からこの順に並んで配置されている。

ＢＣＴブロック１４は、図２に示されるように、塗布ユニット（図示せず）と、加熱・冷却ユニット（図示せず）と、これらのユニットにウエハＷを搬送する搬送アームＡ２とを内蔵している。塗布ユニットは、反射防止膜形成用の薬液をウエハＷの表面に塗布する。加熱・冷却ユニットは、例えば熱板によりウエハＷを加熱し、その後例えば冷却板によりウエハＷを冷却する。こうして、ウエハＷの表面上に下層反射防止膜が形成される。

ＣＯＴブロック１５は、図２に示されるように、塗布ユニット（図示せず）と、加熱・冷却ユニット（図示せず）と、これらのユニットにウエハＷを搬送する搬送アームＡ３とを内蔵している。塗布ユニットは、レジスト膜形成用の薬液（レジスト材料）を下層反射防止膜の上に塗布する。加熱・冷却ユニットは、例えば熱板によりウエハＷを加熱し、その後例えば冷却板によりウエハＷを冷却する。こうして、ウエハＷの下層反射防止膜上にレジスト膜が形成される。レジスト材料は、ポジ型でもよいし、ネガ型でもよい。

ＴＣＴブロック１６は、図２に示されるように、塗布ユニット（図示せず）と、加熱・冷却ユニット（図示せず）と、これらのユニットにウエハＷを搬送する搬送アームＡ４とを内蔵している。塗布ユニットは、反射防止膜形成用の薬液をレジスト膜の上に塗布する。加熱・冷却ユニットは、例えば熱板によりウエハＷを加熱し、その後例えば冷却板によりウエハＷを冷却する。こうして、ウエハＷのレジスト膜上に上層反射防止膜が形成される。

ＤＥＶブロック１７は、図２及び図３に示されるように、複数の現像処理ユニットＵ１と、複数の加熱・冷却ユニット（熱処理部）Ｕ２と、これらのユニットにウエハＷを搬送する搬送アームＡ５と、これらのユニットを経ずに処理ブロックＢＫ２の前後間でウエハＷを搬送する搬送アームＡ６とを内蔵している。

現像処理ユニットＵ１は、後述するように、露光されたレジスト膜の現像処理を行う。加熱・冷却ユニットＵ２は、例えば熱板によるウエハＷの加熱を通じて、ウエハＷ上のレジスト膜を加熱する。加熱・冷却ユニットＵ２は、加熱後のウエハＷを例えば冷却板により冷却する。加熱・冷却ユニットＵ２は、ポストエクスポージャベーク（ＰＥＢ）、ポストベーク（ＰＢ）等の加熱処理を行う。ＰＥＢは、現像処理前にレジスト膜を加熱する処理である。ＰＢは、現像処理後にレジスト膜を加熱する処理である。

図１〜図３に示されるように、処理ブロックＢＫ２のうちキャリアブロックＢＫ１側には、棚ユニットＵ１０が設けられている。棚ユニットＵ１０は、複数のセルＣ３０〜Ｃ３８を有する。セルＣ３０〜Ｃ３８は、ＤＥＶブロック１７とＴＣＴブロック１６との間において上下方向に並んで配置されている。棚ユニットＵ１０の近傍には、昇降アームＡ７が設けられている。昇降アームＡ７は、セルＣ３０〜Ｃ３８の間でウエハＷを搬送する。

処理ブロックＢＫ２のうちインターフェースブロックＢＫ３側には、棚ユニットＵ１１が設けられている。棚ユニットＵ１１は、複数のセルＣ４０〜Ｃ４２を有する。セルＣ４０〜Ｃ４２は、ＤＥＶブロック１７に隣接して、上下方向に並んで配置されている。

インターフェースブロックＢＫ３は、図１〜図３に示されるように、処理ブロックＢＫ２及び露光装置Ｅ１の間に位置すると共に、処理ブロックＢＫ２及び露光装置Ｅ１のそれぞれに接続されている。インターフェースブロックＢＫ３は、図２及び図３に示されるように、受け渡しアームＡ８を内蔵している。受け渡しアームＡ８は、処理ブロックＢＫ２の棚ユニットＵ１１から露光装置Ｅ１にウエハＷを渡す。受け渡しアームＡ８は、露光装置Ｅ１からウエハＷを受け取り、棚ユニットＵ１１にウエハＷを戻す。

制御装置ＣＵは、制御用のコンピュータであり、図１に示されるように、記憶部ＣＵ１と、制御部ＣＵ２とを有する。記憶部ＣＵ１は、塗布・現像装置１の各部や露光装置Ｅ１の各部を動作させるためのプログラムを記憶している。記憶部ＣＵ１は、例えば半導体メモリ、光記録ディスク、磁気記録ディスク、光磁気記録ディスクである。当該プログラムは、記憶部ＣＵ１とは別体の外部記憶装置や、伝播信号などの無形の媒体にも含まれ得る。これらの他の媒体から記憶部ＣＵ１に当該プログラムをインストールして、記憶部ＣＵ１に当該プログラムを記憶させてもよい。制御部ＣＵ２は、記憶部ＣＵ１から読み出したプログラムに基づいて、塗布・現像装置１の各部や露光装置Ｅ１の各部の動作を制御する。

次に、塗布・現像装置１の動作の概要について説明する。まず、キャリア１１がキャリアステーション１２に設置される。このとき、キャリア１１の一側面１１ａは、搬入・搬出部１３の開閉扉１３ａに向けられる。続いて、キャリア１１の開閉扉と、搬入・搬出部１３の開閉扉１３ａとが共に開放され、受け渡しアームＡ１により、キャリア１１内のウエハＷが取り出され、処理ブロックＢＫ２の棚ユニットＵ１０のうちいずれかのセルに順次搬送される。

ウエハＷが受け渡しアームＡ１により棚ユニットＵ１０のいずれかのセルに搬送された後、ウエハＷは、昇降アームＡ７により、ＢＣＴブロック１４に対応するセルＣ３３に順次搬送される。セルＣ３３に搬送されたウエハＷは、搬送アームＡ２によってＢＣＴブロック１４内の各ユニットに搬送される。搬送アームＡ２によってウエハＷがＢＣＴブロック１４内を搬送される過程で、ウエハＷの表面上に下層反射防止膜が形成される。

下層反射防止膜が形成されたウエハＷは、搬送アームＡ２によってセルＣ３３の上のセルＣ３４に搬送される。セルＣ３４に搬送されたウエハＷは、昇降アームＡ７によって、ＣＯＴブロック１５に対応するセルＣ３５に搬送される。セルＣ３５に搬送されたウエハＷは、搬送アームＡ３によりＣＯＴブロック１５内の各ユニットに搬送される。搬送アームＡ３によってウエハＷがＣＯＴブロック１５内を搬送される過程で、下層反射防止膜上にレジスト膜が形成される。

レジスト膜が形成されたウエハＷは、搬送アームＡ３によってセルＣ３５の上のセルＣ３６に搬送される。セルＣ３６に搬送されたウエハＷは、昇降アームＡ７によって、ＴＣＴブロック１６に対応するセルＣ３７に搬送される。セルＣ３７に搬送されたウエハＷは、搬送アームＡ４によってＴＣＴブロック１６内の各ユニットに搬送される。搬送アームＡ４によってウエハＷがＴＣＴブロック１６内を搬送される過程で、レジスト膜上に上層反射防止膜が形成される。

上層反射防止膜が形成されたウエハＷは、搬送アームＡ４によってセルＣ３７の上のセルＣ３８に搬送される。セルＣ３８に搬送されたウエハＷは、昇降アームＡ７によってセルＣ３２に搬送された後、搬送アームＡ６によって棚ユニットＵ１１のセルＣ４２に搬送される。セルＣ４２に搬送されたウエハＷは、インターフェースブロックＢＫ３の受け渡しアームＡ８により露光装置Ｅ１に渡され、露光装置Ｅ１においてレジスト膜の露光処理が行われる。露光処理が行われたウエハＷは、受け渡しアームＡ８によりセルＣ４２の下のセルＣ４０，Ｃ４１に搬送される。

セルＣ４０，Ｃ４１に搬送されたウエハＷは、搬送アームＡ５により、ＤＥＶブロック１７内の各ユニットに搬送され、現像処理が行われる。これにより、ウエハＷの表面上にレジストパターン（凹凸パターン）が形成される。レジストパターンが形成されたウエハＷは、搬送アームＡ５によって棚ユニットＵ１０のうちＤＥＶブロック１７に対応したセルＣ３０，Ｃ３１に搬送される。セルＣ３０，Ｃ３１に搬送されたウエハＷは、昇降アームＡ７によって、受け渡しアームＡ１がアクセス可能なセルに搬送され、受け渡しアームＡ１によって、キャリア１１内に戻される。

上述した塗布・現像装置１の構成及び動作は一例にすぎない。塗布・現像装置１は、塗布ユニットや現像処理ユニット等の液処理ユニットと、加熱・冷却ユニット等の前処理・後処理ユニットと、搬送装置とを備えていればよい。すなわち、これら各ユニットの個数、種類、レイアウト等は適宜変更可能である。

［加熱・冷却ユニットの構成］
次に、加熱・冷却ユニット（熱処理装置）Ｕ２の構成について、図４〜図７を参照してさらに詳しく説明する。加熱・冷却ユニットＵ２は、図４及び図５に示されるように、筐体１００内に、ウエハＷを加熱する加熱部１１０と、ウエハＷを冷却する冷却部１２０とを有する。筐体１００のうち冷却部１２０に対応する部分の両側壁には、ウエハＷを筐体１００の内部に搬入すると共にウエハＷを筐体１００外へと搬出するための搬入出口１０１が形成されている。

加熱部１１０は、蓋部１１１と、熱板収容部１１２とを有する。蓋部１１１は、熱板収容部１１２の上方に位置しており、熱板収容部１１２から離間した上方位置と熱板収容部１１２上に載置される下方位置との間で上下動が可能である。蓋部１１１は、下方位置にあるときに熱板収容部１１２とともに処理室Ｒを構成する。蓋部１１１の中央には、排気部１１１ａが設けられている。排気部１１１ａは、処理室Ｒから気体を排気するために用いられる。

熱板収容部１１２は、円筒状を呈しており、その内部に熱板１１３を収容する。熱板１１３の外周部は、支持部材１１４によって支持されている。支持部材１１４の外周は、筒状を呈するサポートリング１１５によって支持されている。サポートリング１１５の上面には、上方に向けて開口したガス供給口１１５ａが形成されている。ガス供給口１１５ａは、処理室Ｒ内に不活性ガスを噴き出す。

熱板１１３は、図４〜図７に示されるように、円形状を呈する平板である。熱板１１３の外形は、ウエハＷの外形よりも大きい。熱板１１３には、その厚さ方向に貫通して延びる貫通孔ＨＬが３つ形成されている（図５及び図７参照）。熱板１１３の上面には、ウエハＷを支持する６つの支持ピンＰＮが立設されている（図４、図６及び図７参照）。支持ピンＰＮの高さは、例えば１００μｍ程度であってもよい。

熱板１１３は、本実施形態において、５つの領域１１３ａ〜１１３ｅを有している（図７参照）。１つの領域１１３ａは、上方から見て円形状を呈し、熱板１１３の中心部を構成する。４つの領域１１３ｂ〜１１３ｅは、円弧状を呈しており、領域１１３ａの周囲を囲むように配置されている。より具体的には、領域１１３ｂは、領域１１３ｃ，１１３ｅと隣り合うと共に、領域１１３ａを間において領域１１３ｄと対向している。

領域１１３ａ〜１１３ｅの下面には、ヒータ１１６ａ〜１１６ｅがそれぞれ配置されている（図５及び図７参照）。ヒータ１１６ａ〜１１６ｅはそれぞれ、制御部ＣＵ２に接続されている（図４及び図６参照）。制御部ＣＵ２からの指示信号に基づき、ヒータ１１６ａ〜１１６ｅはそれぞれ独立して制御される。そのため、領域１１３ａ〜１１３ｅは、それぞれ独立して異なる温度に調節されうる。

領域１１３ａ〜１１３ｅには、温度センサ１１７ａ〜１１７ｅがそれぞれ埋設されている（図６及び図７参照）。温度センサ１１７ａ〜１１７ｅは、対応する領域１１３ａ〜１１３ｅの温度を測定し、その測定信号を制御部ＣＵ２に送信する（図６参照）。

領域１１３ａ〜１１３ｅには、距離センサ１１８ａ〜１１８ｅがそれぞれ設けられている（図６及び図７参照）。距離センサ１１８ａ〜１１８ｅはそれぞれ、熱板１１３に設けられた設置孔内に取り付けられている。図６及び図７に示される例では、距離センサ１１８ａ〜１１８ｅの上端は、熱板１１３の表面から露出している。距離センサ１１８ａ〜１１８ｅは、それぞれの上方に位置するウエハＷと、熱板１１３（領域１１３ａ〜１１３ｅ）との鉛直方向における直線距離を測定し、その測定信号を制御部ＣＵ２に送信する（図６参照）。距離センサ１１８ａ〜１１８ｅとしては、レーザ変位計やＬＥＤ光電センサを例示できる。ＬＥＤ光電センサを用いる場合には、ウエハＷからの反射光の強度等に基づいて距離が算出される。

図４及び図５に示されるように、熱板１１３の下方には昇降機構１１９が配置されている。昇降機構１１９は、筐体１００外に配置されたモータ１１９ａと、モータ１１９ａによって上下動する３つの昇降ピン１１９ｂとを有する。昇降ピン１１９ｂはそれぞれ、対応する貫通孔ＨＬを通過可能に構成されている。制御部ＣＵ２がモータ１１９ａに上昇信号又は下降信号を送信すると、昇降ピン１１９ｂは対応する貫通孔ＨＬ内を移動しつつ上下する。昇降ピン１１９ｂの先端が熱板１１３の上方に突出している場合、昇降ピン１１９ｂの先端上にウエハＷを載置可能である。昇降ピン１１９ｂの先端上に載置されたウエハＷは、昇降ピン１１９ｂの上下動に伴い昇降する。

冷却部１２０は、図４に示されるように、加熱部１１０に隣接して位置している。冷却部１２０は、載置されたウエハＷを冷却する冷却板１２１を有する。冷却板１２１は、図５に示されるように矩形状を呈する平板である。冷却板１２１のうち加熱部１１０側の端部は、加熱部１１０に向けて突出した円弧状を呈している。冷却板１２１には、例えばペルチェ素子などの冷却部材１２１ａが内蔵されている。冷却部材１２１ａは、冷却板１２１を所定の設定温度に調節できる。

冷却板１２１は、加熱部１１０側に向かって延伸するレール１２２に取付けられている。冷却板１２１は、駆動部１２３により駆動されレール１２２上を水平移動可能である。加熱部１１０側まで移動した冷却板１２１は、熱板１１３の上方に位置する。

冷却板１２１には、図５に示すように、レール１２２の延在方向に沿って延びる２本のスリット１２４が形成されている。スリット１２４は、冷却板１２１における加熱部１１０側の端部から冷却板１２１の中央部付近まで延びるように形成されている。スリット１２４により、加熱部１１０側に移動した冷却板１２１と熱板１１３上に突出した昇降ピン１１９ｂとの干渉が防止される。

図４に示されるように、冷却板１２１の下方には昇降機構１２５が配置されている。昇降機構１２５は、筐体１００外に配置されたモータ１２５ａと、モータ１２５ａによって上下動する３つの昇降ピン１２５ｂとを有する。昇降ピン１２５ｂはそれぞれ、スリット１２４を通過可能に構成されている。制御部ＣＵ２がモータ１２５ａに上昇信号又は下降信号を送信すると、昇降ピン１２５ｂはスリット１２４内を移動しつつ上下する。昇降ピン１２５ｂの先端が冷却板１２１の上方に突出している場合、昇降ピン１２５ｂの先端上にウエハＷを載置可能である。昇降ピン１２５ｂの先端上に載置されたウエハＷは、昇降ピン１２５ｂの上下動に伴い昇降する。

［ウエハの熱処理方法］
次に、主に図８を参照して、加熱・冷却ユニットＵ２を用いてウエハＷを熱処理する方法について説明する。まず、ウエハＷの表面にレジスト膜を形成した後であって、ウエハＷが加熱部１１０に搬送される直前に、ウエハＷの温度を測定する（ステップＳ１１）。このときのウエハＷの温度測定には、例えば、放射温度計を用いることができる。

続いて、ウエハＷを加熱部１１０内（処理室Ｒ内）に搬送する（ステップＳ１２）。具体的には、搬送アームＡ５がウエハＷを冷却部１２０の昇降ピン１２５ｂの先端上に載置すると、昇降ピン１２５ｂが下降して冷却板１２１上に移載される。冷却板１２１がレール１２２に沿って加熱部１１０側に移動すると、昇降ピン１１９ｂが上昇して冷却板１２１からウエハＷを持ち上げる。冷却板１２１が加熱部１１０から退避すると、昇降ピン１１９ｂが下降してウエハＷを支持ピンＰＮ上に載置する。こうして、ウエハＷは、熱板１１３よりも上方において支持ピンＰＮによって支持される。その結果、熱板１１３からの熱がウエハＷに移動し、ウエハＷが加熱される。

続いて、熱板１１３によるウエハＷの加熱処理が開始され、所定の処理時間が経過したか否か（すなわち、処理開始から所定の時間が経過したか否か）が判断される（ステップＳ１３）。処理時間が経過していれば、熱板１１３によるウエハＷの加熱処理が終了する。一方、処理時間の経過前であれば、熱板１１３によるウエハＷの加熱処理が継続される。処理時間は、例えば６０秒程度に設定してもよい。

ステップＳ１３で、処理時間の経過前であると判定されると、温度センサ１１７ａ〜１１７ｅにより、熱板１１３の温度を測定する（ステップＳ１４）。具体的には、温度センサ１１７ａ〜１１７ｅはそれぞれ、対応する領域１１３ａ〜１１３ｅの温度を測定し、測定した温度の測定信号を制御部ＣＵ２に送信する。

続いて、距離センサ１１８ａ〜１１８ｅにより、熱板１１３とウエハＷとの鉛直方向における直線距離を測定する（ステップＳ１５）。具体的には、距離センサ１１８ａ〜１１８ｅはそれぞれ、対応する領域１１３ａ〜１１３ｅ上とウエハＷ（すなわち、ウエハＷのうち自身の直上に存在している部分）との鉛直方向における直線距離を測定し、測定した距離の測定信号を制御部ＣＵ２に送信する。

続いて、制御部ＣＵ２により、熱板１１３からのウエハＷへの伝熱量を計算する（ステップＳ１６）。具体的には、制御部ＣＵ２は、温度センサ１１７ａ〜１１７ｅ及び距離センサ１１８ａ〜１１８ｅからそれぞれ測定信号を受信すると、式１に従って領域１１３ａ〜１１３ｅごとに熱板１１３からのウエハＷへの伝熱量ΔＱを計算する。なお、熱板１１３からウエハＷへの熱移動において、対流や熱放射による熱移動は熱伝導と比べて十分小さい。従って、式１では、対流及び熱放射による熱移動を考慮していない。
ΔＱ＝Ｓ×λ×（Ｔｐ−Ｔｗ）×Δｔ／Ｈ ・・・（１）

ここで、式１において、各パラメータＳ、λ、Ｔｐ、Ｔｗ、Δｔ、Ｈは、以下のように定義される。
Ｓ：計算対象の領域１１３ａ〜１１３ｅの面積
λ：空気の熱伝導率
Ｔｐ：ステップＳ１４で測定された熱板１１３の温度
Ｔｗ：初回計算時ではステップＳ１１で測定されたウエハＷの温度であり、２回目以降の計算時では後述のステップＳ１７で計算されたウエハＷの温度
Δｔ：ステップＳ１４〜Ｓ１９が実行される１ループあたりの時間
Ｈ：計算対象の領域１１３ａ〜１１３ｅにおける、ステップＳ１５で測定された熱板１１３とウエハＷとの鉛直方向における直線距離

続いて、制御部ＣＵ２により、ヒータ１１６ａ〜１１６ｅごとの出力値を計算する（ステップＳ１８）。具体的には、制御部ＣＵ２はまず、式２に従って領域１１３ａ〜１１３ｅごとにウエハＷの温度変化量ΔＴｗを計算する。
ΔＴｗ＝ΔＱ／Ｃ ・・・（２）
ここで、式２において、パラメータＣは以下のように定義される。
Ｃ：ウエハＷのうち各領域１１３ａ〜１１３ｅに対応する部分（本実施形態においては、上方から見たときに、ウエハＷのうち各領域１１３ａ〜１１３ｅと重なり合う部分）における熱容量

次に、式２で得られた温度変化量ΔＴｗに基づいて、制御部ＣＵ２は、式３に従って領域１１３ａ〜１１３ｅごとにウエハＷの推定温度Ｔｗｅを計算する。
Ｔｗｅ＝Ｔｗ＋ΔＴｗ ・・・（３）

次に、式３で得られた推定温度ＴｗｅとウエハＷの目標温度Ｔｗｔとの差（Ｔｗｅ−Ｔｗｔ）に基づいて、制御部ＣＵ２は、式４に従ってヒータ１１６ａ〜１１６ｅごとに出力値を計算する。すなわち、差（Ｔｗｅ−Ｔｗｔ）が正であれば、ウエハＷが加熱されすぎる可能性があるので、制御部ＣＵ２は、対応するヒータ１１６ａ〜１１６の出力値を現在よりも小さく設定する。差（Ｔｗｅ−Ｔｗｔ）が負であれば、ウエハＷが十分に加熱されない可能性があるので、制御部ＣＵ２は、対応するヒータ１１６ａ〜１１６ｅの出力値を現在よりも大きく設定する。差（Ｔｗｅ−Ｔｗｔ）が０であれば、ウエハＷの加熱量が適正であるので、制御部ＣＵ２は、対応するヒータ１１６ａ〜１１６ｅの出力値を現在の値に設定する。

目標温度Ｔｗｔは、ある処理時間における、ウエハＷ上のレジスト膜が適切に処理される理想的な温度を意味する。目標温度Ｔｗｔは、通常、処理時間の経過と共に所定のカーブを描きながら大きくなる（図９参照）。目標温度Ｔｗｔは、実験等により予め求めておいてもよい。

続いて、制御部ＣＵ２により、各ヒータ１１６ａ〜１１６ｅを制御する（ステップＳ１９）。具体的には、制御部ＣＵ２は、ステップＳ１８で設定された出力値となるよう、各ヒータ１１６ａ〜１１６ｅの出力を制御する。その後、ステップＳ１３に戻って、処理時間が経過していれば、熱板１１３によるウエハＷの加熱処理が終了する。一方、処理時間の経過前であれば、ステップＳ１４〜Ｓ１９の処理を繰り返される。すなわち、ステップＳ１４〜Ｓ１９の繰り返しにより、ウエハＷの温度に関してフィードバック制御が行われる。ステップＳ１４〜Ｓ１９が実行される１ループあたりの時間（Δｔ）は、例えば０．１秒程度に設定してもよい。

［作用］
以上のような本実施形態では、熱板１１３とウエハＷとの離間距離（鉛直方向における直線距離）を距離センサ１１８ａ〜１１８ｅにより測定している。そのため、熱板１１３からの熱によりウエハＷにおいて生ずる温度が、計算によってより正確に推定される。従って、ウエハＷの推定温度Ｔｗｅが目標温度Ｔｗｔに近づくように熱板１１３の温度を調節することで、ウエハＷの温度をより精度よく制御することが可能となる。

本実施形態では、ステップＳ１４〜Ｓ１９の処理が繰り返し行われる。そのため、例えばウエハＷの熱処理の開始から終了に至るまで、ウエハＷの温度が目標温度Ｔｗｔに沿って変化するようにウエハＷの温度を制御することが可能となる。また、熱板１１３とウエハＷとの離間距離が各ループにおいて繰り返し測定されるので、熱板１１３からの熱によりウエハＷが変形した場合でも、その変形に伴って変化した熱板１１３とウエハＷとの離間距離が直ちにウエハＷの推定温度Ｔｗｅに反映される。そのため、ウエハＷの温度をよりいっそう精度よく制御することが可能となる。

本実施形態では、領域１１３ａ〜１１３ｅが、ヒータ１１６ａ〜１１６ｅ、温度センサ１１７ａ〜１１７ｅ及び距離センサ１１８ａ〜１１８ｅをそれぞれ有している。本実施形態では、領域１１３ａ〜１１３ｅごとにステップＳ１４〜Ｓ１９の処理を繰り返し行い、各領域１１３ａ〜１１３ｅの温度を独立に調節している。そのため、ウエハＷに反りが生じていたり（図６参照）、ウエハＷが熱板１１３に対して傾いて配置されていたりする場合であっても、そのようなウエハＷの状態に応じて熱板１１３の領域ごとに熱板１１３の温度が調節される。そのため、ウエハＷの中心部の温度も外周部の温度も共に目標温度に沿って変化するので（図９（ａ）参照）、ウエハＷの温度をさらに精度よく制御することが可能となる。これに対し、熱板自体の温度を調節していた従来の方法では、ウエハに反りがあったり、ウエハが熱板に対して傾いて配置されていたりすると、図９（ｂ）に示されるように、ウエハの中心部又は外周部の温度が目標温度から大きくずれてしまい得る。なお、ウエハＷが熱板１１３に対して傾いて配置される場合とは、例えば、支持ピンＰＮよりも大きな異物が熱板１１３上に存在し、当該異物上に基板が乗り上げた場合を例示できる。

本実施形態では、領域１１３ａ〜１１３ｅが熱板１１３の周方向において並んでいる。そのため、熱板１１３とウエハＷとの直線距離が周方向において複数取得される。従って、ウエハＷ全体としての傾きを把握できる。その結果、ウエハＷが熱板１１３に対して傾いて配置された場合、ウエハＷの温度を特に精度よく制御することが可能となる。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、図１０に示されるように、ステップＳ１５は、ステップＳ１４とステップＳ１６との間ではなく、ステップＳ１３よりも前に行われてもよい。例えば、図１０に示されるように、ステップＳ１５は、ステップＳ１１とステップＳ１２との間で行われてもよい。この場合、ウエハＷが熱処理される前に、ウエハＷと熱板１１３との距離が測定される。そのため、熱処理される前からウエハＷに反りが存在する場合であっても、ウエハＷの温度を精度よく制御することが可能となる。

熱板１１３は、複数の領域を有していなくてもよいし、２つ以上の領域を有していてもよい。この場合も、複数の領域には、ヒータ、温度センサ及び距離センサがそれぞれ配置され、各領域の温度が独立に調整される。熱板１１３の周方向に並ぶ領域の数は、２つであってもよいし、３つ以上であってもよい。熱板１１３の周方向に並ぶ領域の数が２つの場合には、熱板１１３の中心部に少なくとも一つの領域があってもよい。このように、熱板１１３が少なくとも３つの領域を有しており、各領域に配置された距離センサが１直線上に並んでいない場合には、ウエハＷの姿勢を把握することが可能となる。

熱板１１３の各領域に配置される温度センサは、１つずつであってもよいし、複数ずつであってもよい。熱板１１３の各領域に配置される距離センサは、１つずつであってもよいし、複数ずつであってもよい。

ＤＥＶブロック１７の加熱・冷却ユニットＵ２のみならず、ウエハを熱処理する各種の熱処理装置に本発明を適用してもよい。

熱板１１３の表面から露出する距離センサ１１８ａ〜１１８ｅの上端を、例えば透明板で覆ってもよい。この場合、距離センサ１１８ａ〜１１８ｅを収容するために熱板１１３に形成された開口が、透明板によって覆われる。そのため、透明板と熱板１１３とが熱的に接続され、当該開口部分においてもウエハＷを加熱することができる。従って、距離センサ１１８ａ〜１１８ｅによる測距機能が阻害されることなく、熱板１１３の表面内における温度の均一化が図られる。

１…塗布・現像装置、１１０…加熱部、１１３…熱板、１１３ａ〜１１３ｅ…領域、１１７ａ〜１１７ｅ…温度センサ、１１８ａ〜１１８ｅ…距離センサ、ＣＵ２…制御部、ＰＮ…支持ピン、Ｕ２…加熱・冷却ユニット、Ｗ…ウエハ。

Claims (12)

1. （Ａ）基板に熱を付与する熱板と、前記熱板よりも上方に配置された前記基板との離間距離を距離センサにより測定することと、
   （Ｂ）前記熱板の温度を温度センサにより測定することと、
   （Ｃ）前記Ａ項で測定された前記離間距離と前記Ｂ項で測定された前記熱板の温度とに基づいて、前記熱板よりも上方に配置された前記基板の推定温度を算出することと、
   （Ｄ）前記Ｃ項で算出された前記推定温度と、前記基板の目標温度との差に基づいて、前記熱板の温度を調節することと
   を含む基板を熱処理する方法。
2. 前記Ａ〜Ｄ項は、所定期間が経過するまで繰り返し行われる、請求項１に記載の方法。
3. 前記Ｂ〜Ｄ項は、所定期間が経過するまで繰り返し行われる、請求項１に記載の方法。
4. 前記熱板は、それぞれ独立して温度調節可能な複数の領域を有し、
   前記複数の領域ごとに前記距離センサ及び前記温度センサが配置されており、
   前記Ａ〜Ｄ項は、前記複数の領域ごとに行われる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記複数の領域は周方向において並んでいる、請求項４に記載の方法。
6. 前記推定温度は、空気を介して前記熱板から前記基板へと伝達される熱のうち所定時間当たりの伝熱量を前記基板の熱容量で除算して得られる前記基板の温度変化量を用いて算出される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 基板に熱を付与する熱板と、
   前記熱板よりも上方において前記基板を支持する支持部材と、
   前記熱板と前記基板との離間距離を測定する距離センサと、
   前記熱板の温度を測定する温度センサと、
   制御部とを備え、
   前記制御部は、
   （Ａ）前記離間距離を前記距離センサにより測定させる制御と、
   （Ｂ）前記熱板の温度を前記温度センサにより測定させる制御と、
   （Ｃ）前記制御Ａで測定された前記離間距離と、前記制御Ｂで測定された前記熱板の温度とに基づいて、前記熱板よりも上方に配置された前記基板の推定温度を算出する制御と、
   （Ｄ）前記制御Ｃで算出した前記推定温度と、前記基板の目標温度との差に基づいて、前記熱板の温度を調節する制御と
   を実行する、熱処理装置。
8. 前記制御部は、前記制御Ａ〜Ｄを所定期間が経過するまで繰り返し実行する、請求項７に記載の熱処理装置。
9. 前記制御部は、前記制御Ｂ〜Ｄを所定期間が経過するまで繰り返し実行する、請求項７に記載の熱処理装置。
10. 前記熱板は、それぞれ独立して温度調節可能な複数の領域を有し、
    前記複数の領域ごとに前記距離センサ及び前記温度センサが配置されており、
    前記制御部は、前記制御Ａ〜Ｄを前記複数の領域ごとに実行する、請求項７〜９のいずれか一項に記載の熱処理装置。
11. 前記複数の領域は周方向において並んでいる、請求項１０に記載の熱処理装置。
12. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法を熱処理装置に実行させるためのプログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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