JP6107742B2 - 熱処理装置、熱処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、基板を加熱する技術に関する。

フォトリソグラフィを利用したデバイスの製造プロセスにおいては、レジスト液が塗布された基板や露光後の基板などを加熱する熱処理装置が用いられる。この熱処理装置には、加熱温度に調節された加熱プレートに基板を載置することによって基板の加熱を行うものがある。

一方、デバイスの製造に用いられる基板の種類は多様であり、半導体デバイスの製造に一般的に用いられるシリコン基板（約１６０Ｗ／（ｍ・℃））よりも熱伝導率の小さな基板材料（例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）：約４．６〜８．８Ｗ／（ｍ・℃）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）：約５５Ｗ／（ｍ・℃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）：約３８Ｗ／（ｍ・℃）など）からなる基板を加熱する処理が行われることもある。

ところが、加熱プレートに載置して基板を加熱する場合には、熱伝導率の小さな基板の全面を均一に加熱することが難しい。このため、基板面内に温度ムラが発生し、温度が異なる領域の膨張率の違いから基板が変形して反りが生じてしまい、均一な加熱がより困難になる。また、加熱プレート上で基板が変形すると、基板と加熱プレートが接触し、割れが発生する要因ともなる。特に基板を加熱する際の反りの発生の問題は、基板の大型化や薄型化の進展に伴って大きくなってきている。さらに特許文献１に記載されているように、上述の基板には方位によって熱膨張率が異なる結晶構造を持つものがある。この種の基板は、熱変化にさらされたときに基板の内部に生じる応力歪みの影響から基板が割れてしまうおそれもある。

ここで特許文献２には、回転する半導体ウエハ上にシリカ系被膜形成用塗布液を塗布して形成されるＳＯＧ（Spin On Glass）膜を緻密化するために、基板を支持させたリフトピンを順次、下降させてホットプレートの上面からの高さを変化させることにより、基板の熱処理の温度を段階的に上げる基板熱処理装置が記載されている。しかしながら特許文献１には、ホットプレート上に載置して加熱する際に、反りの影響を抑えて均一な加熱を行う技術は記載されていない。

特開２００８−３０１０６６号公報：段落０００４ 特開平１１−９７３２４号公報：段落００２５〜００２６、図１

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、昇温の過程で反りが発生する基板を均一且つ迅速に加熱することが可能な熱処理装置、熱処理方法、及びこの方法を記憶した記憶媒体を提供することにある。

本発明の熱処理装置は、基板の加熱を行う熱処理装置において、
昇温の過程で反りが発生し、その後、平坦に戻る基板が載置され、当該基板を加熱する加熱温度に調節される加熱プレートと
前記加熱プレートに対して突没自在に設けられ、基板を下面側から支持する支持部材と、
前記加熱プレートの上方側に設定され、前記支持部材に対する基板の受け渡しが行われる受け渡し位置と、当該加熱プレートの下方側の位置との間で、前記支持部材を昇降させる昇降機構と、
前記受け渡し位置から基板を降下させる期間中、前記加熱プレートの上方側にて当該加熱プレートからの熱により反りが発生する温度まで基板を昇温し、次いで、基板が平坦に戻るまでの戻り時間の経過後に当該基板を加熱プレートに載置するように前記昇降機構を作動させて、前記支持部材の位置制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする。

前記熱処理装置は、以下の構成を備えていてもよい。
（ａ）前記制御部は、前記反りが発生する温度以上の温度に基板が昇温される第１の高さ位置にて前記支持部材の降下を停止させ、処理対象の基板に反りが発生し、前記戻り時間が経過した後に、再度、前記支持部材を降下させるように前記昇降機構を制御すること。前記第１の高さ位置は、加熱プレートからの距離が、当該位置にて基板に発生する反りの高さ方向の最大変位よりも大きくなる位置に設定されていること。さらに前記制御部は、前記第１の高さ位置よりも上方側の第２の高さ位置にて前記支持部材の降下を停止させ、処理対象の基板を予備加熱した後に、再度、前記支持部材を降下させるように前記昇降機構を制御すること。
（ｂ）前記制御部は、予め基板の種類毎に取得した、基板に反りが発生する温度と前記戻り時間との対応関係に基づいて、処理対象の基板についての前記戻り時間が経過するタイミングを推定すること。また、前記制御部は、予め基板の種類毎に取得した、前記加熱温度に調節された加熱プレートから基板までの距離と、当該基板の温度の経時変化との関係に基づいて、処理対象の基板の温度を推定し、前記支持部材を降下させる際の位置制御に用いること。
（ｃ）前記制御部は、前記受け渡し位置にて支持部材に基板を渡してから、前記加熱プレートの載置面に基板を載置し、その後、当該載置面から基板を上昇させるまでの期間中の基板の温度の時間積分値が、予め設定された値となるように設定された加熱シーケンスに基づいて、前記支持部材を昇降させる位置とタイミングとを決めること。前記基板の温度の時間積分値は、予め基板の種類毎に取得した、前記加熱プレートから基板までの距離と、当該基板の平均の昇温速度との関係に基づいて求められること。
（ｄ）前記基板は、タンタル酸リチウム、ガリウムヒ素、ニオブ酸リチウムからなる基板材料群から選択された基板材料により構成されること。または前記基板は、熱伝導率が５５Ｗ／（ｍ・℃）以下の基板材料により構成されること。

本発明は支持部材に支持された基板が加熱プレートの上方側で加熱され、基板に反りが発生する温度まで昇温された後、反りの発生した基板が平坦に戻る戻り時間が経過してから当該基板を加熱プレートに載置するので、平坦な基板に対して均一且つ、迅速な加熱を行うことができる。

本発明の実施の形態に係る熱処理モジュールの分解斜視図である。 前記熱処理モジュールの電気的構成を示すブロック図である。 評価基板の加熱温度と反り量の経時変化との関係を示す説明図である。 他の種類の評価基板の加熱温度と反り量の経時変化との関係を示す説明図である。 反りデータの構成例を示す説明図である。 加熱プレートからのギャップ高さと基板の昇温特性との関係を示す説明図である。 基板の加熱シーケンスの作成例を示す説明図である。 従来の加熱シーケンスを示す説明図である。 本例の加熱シーケンスにおける熱履歴の算出法を示す説明図である。 前記加熱シーケンスを作成する動作のフロー図である。 前記熱処理モジュールの第１の動作説明図である。 前記熱処理モジュールの第２の動作説明図である。 前記熱処理モジュールの第３の動作説明図である。 前記熱処理モジュールの第４の動作説明図である。 前記熱処理モジュールで処理される基板の状態を示す模式図である。

本発明の実施の形態として、タンタル酸リチウムの薄基板（以下、「基板Ｗ」という）の処理を行った場合の例を挙げて説明する。図１、図２は、基板Ｗを加熱する熱処理モジュール（熱処理装置）１の構成を示している。例えば熱処理モジュール１は、基板Ｗにレジスト液を塗布してレジスト膜を形成し、露光後のレジスト膜の現像を行う塗布、現像装置に搭載されている。

図１の分解斜視図に示すように、本例の熱処理モジュール１は基台部１１の上面に設けられ、処理対象の基板Ｗが載置される加熱プレート２と、この加熱プレート２に基板Ｗを載置するための支持ピン３と、を備えている。
加熱プレート２は、例えばＳｉＣやＡｌＮなどのセラミックス製の円板形状の熱板内に抵抗発熱体２１を埋め込んだ構造となっており、この抵抗発熱体２１は給電部２３に接続されている（図２）。また加熱プレート２の上面には、当該上面から０．２ｍｍ上方の高さ位置にて基板Ｗを裏面から支持する複数のギャップピン２２が設けられている。

ギャップピン２２は、例えば直径３ｍｍのセラミックス製の円柱状の部材からなり、基板Ｗの中央位置に１個、この中央位置を囲み、加熱プレート２の周方向に沿って互いに間隔を開けて３個設けられている。これらギャップピン２２の上面は、当該加熱プレート２における基板Ｗの載置面に相当し、例えば直径が２００ｍｍの基板Ｗが載置される。

支持ピン３は、ステンレスなどの金属製の棒状部材の上部に、ＳｉＣなどのセラミック製のチップを設けた構造となっており、全体として直径１ｍｍの棒状の部材として構成されている。本例の熱処理モジュール１においては、３本の支持ピン（支持部材）３が加熱プレート２の周方向に互いに間隔を開けて配置され、各支持ピン３が加熱プレート２を上下方向に貫通するように設けられている。加熱プレート２には、これら支持ピン３を貫通させるための例えば直径３ｍｍの貫通口２５が設けられている。

図２に模式的に示すように、これら支持ピン３の下端部は、共通の昇降部材３１に接続され、この昇降部材３１は基台部１１の側方に配置された昇降モーター３２に接続されている。昇降モーター３２により昇降部材３１を昇降させることにより、３本の支持ピン３の上端の高さ位置を揃えつつ、これら支持ピン３を加熱プレート２の上面から突没させることができる。基板Ｗは、これら３本の支持ピン３の先端部にて裏面側から支持される。昇降モーター３２は、例えば基台部１１の側方に配置されたボックス１７内に格納されている。

既述の昇降部材３１を昇降させたとき、支持ピン３の先端部は、加熱プレート２の上方側に設けられ、外部の基板搬送機構（例えば熱処理モジュール１が設けられている塗布、現像装置の基板搬送機構）との間で基板Ｗの受け渡しが行われる受け渡し位置と、加熱プレート２の下方側の位置との間を移動する。本例において受け渡し位置は、例えば加熱プレート２の上面から１６．５ｍｍ上方側の位置に設置されている。

また昇降モーター３２は、前記受け渡し位置と加熱プレート２の下方側の位置との間の任意の位置にて支持ピン３の先端部を停止させることができる。この結果、基板Ｗを支持した支持ピン３は、加熱プレート２の上面から基板Ｗまでの距離を自由に調節することができる。
昇降部材３１や昇降モーター３２は、支持ピン３の昇降機構に相当する。

ここで、加熱プレート２にギャップピン２２や支持ピン３、貫通口２５が設けられていると、加熱プレート２の上面の構造が不均一となり、基板Ｗの面内の均一な加熱を阻害する要因となる。この点、本例においては、ギャップピン２２や支持ピン３、貫通口２５を比較的小さくすることにより（ギャップピン２２は直径３ｍｍ、支持ピン３は直径１ｍｍ、貫通口２５は直径３ｍｍ）、基板Ｗを加熱する際の面内均一性の低下を抑えている。

また図１に示すように、加熱プレート２の上面における基板Ｗの載置領域の周囲には、基板Ｗの位置ずれを防止するための円板形状の基板ガイド２４が、基板Ｗの周方向に間隔を開けて複数個設けられている。なお、図１以外の図においては、基板ガイド２４の記載は省略してある。

以上に説明した加熱プレート２の周囲には、基板Ｗが加熱される空間を側方から囲む筒状壁部１２が設けられている。図１に示すように、筒状壁部１２は、例えば金属製の扁平な円筒形状の部材からなり、支持ピン３に支持された状態の基板Ｗや、加熱プレート２上に載置された後の基板Ｗを側方から囲むように配置される。

図２に示すように筒状壁部１２の下端部は昇降部材１２１に接続され、この昇降部材１２１は基台部１１の側方に配置された昇降モーター１２２に接続されている。そして昇降モーター１２２により昇降部材１２１を昇降させることにより、基台部１１の上面に設けられたリング状の開口部１１１（図１参照）を介し、筒状壁部１２は、基台部１１の下方側の位置と、支持ピン３や加熱プレート２上の基板Ｗを囲む位置との間を昇降する（図１１〜図１４参照）。

なお本例においては、既述のように支持ピン３を昇降させる昇降モーター３２や筒状壁部１２を昇降させる昇降モーター１２２は共通のボックス１７内に収められているが（図１）、説明の便宜上、図２においてはこれら昇降モーター３２や昇降モーター１２２を離れた位置に記載してある。

筒状壁部１２を上昇させたとき、筒状壁部１２の上端部は、支持ピン３の受け渡し位置よりも上方側に到達し、支持ピン３に支持されて受け渡し位置と加熱プレート２の載置面との間を搬送される基板Ｗの移動領域の全体を囲んだ状態となる。

さらに図１、図２に示すように、基板Ｗの移動領域を囲む位置まで上昇した筒状壁部１２の上方側には、筒状壁部１２の上面側の開口を塞ぐように蓋部１３が設けられている。蓋部１３は例えば金属製の円板形状の部材からなり、その上面には、筒状壁部１２、蓋部１３、基台部１１に囲まれた処理空間内を排気するための排気管１６が接続されている。排気管１６の末端部は、不図示の排気機構に接続されており、上述の処理空間内を排気させながら基板Ｗの加熱を行うことができる。

図１に示すように蓋部１３は、基台部１１の長辺方向に沿って伸びるように配置された２本の横桁部１５によって、中心部を挟んで対向する２箇所の端部を保持されている。各横桁部１５は、基台部１１の上面から上方側に向けて伸びるように配置された２本の支柱部１４に支持され、これにより蓋部１３は、その下面を加熱プレート２に対向させた状態で、当該加熱プレート２の上方側に配置されている。
なお、図１以外の図においては、排気管１６や横桁部１５、支柱部１４の記載は省略してある。

以上に説明した構成を備える基台部１１やボックス１７、筒状壁部１２、蓋部１３などは、不図示の筐体内に格納され、例えば塗布、現像装置のレジスト液塗布モジュールや現像モジュールの設置領域に隣接して配置される。

さらに図２に示すように、熱処理モジュール１は制御部４と接続されている。制御部４はＣＰＵ４１とメモリ（記憶部）４２とを備えたコンピュータからなり、メモリ４２には熱処理モジュール１の作用、即ち熱処理モジュール１に搬送され、支持ピン３に受け渡された基板Ｗを加熱プレート２に載置して加熱を行った後、再び支持ピン３を上昇させて受け渡し位置まで搬送し、処理後の基板Ｗを搬出させるまでの制御に係るステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、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、メモリーカードなどの記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。

例えば熱処理モジュール１の制御部は、当該熱処理モジュール１が搭載されている塗布、現像装置の制御を行う制御コンピュータと共通化されている。
さらに図２に示すように熱処理モジュール１には、後述の基板情報や処理条件の入力をオペレータから受け付けたり、エラーを発報したりするための、タッチパネル式のディスプレイなどからなるインターフェース部５が設けられている。

さらに本例の熱処理モジュール１は、基板Ｗを昇温する過程における反りの発生に起因する加熱ムラの発生を抑え、基板Ｗの全面を均一に加熱する機能を備えている。
以下、当該機能の詳細な内容について図２〜図８を参照しながら説明する。

発明者らは、基板Ｗを加熱する際に発生する反り現象について、加熱温度や基板Ｗの厚さなどを種々変化させて検討を行った。この結果、（１）基板Ｗに反りが発生する加熱温度と、反りの発生しない加熱温度があること、（２）反りが発生する加熱温度にて基板Ｗを加熱した場合であっても、時間の経過に伴って反りが解消され、平坦な基板Ｗに戻ることとを新たに見出した。
なお以下に説明する図３、図４においては、タンタル酸リチウムの薄基板を評価基板としている。

図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）に示す予備実験の結果は、所定の加熱温度となるように設定された加熱プレート２上に評価基板を載置した後の、評価基板の上面の検出高さの経時変化を示している。図３（ａ）〜（ｃ）は、加熱プレート２の温度を種々変化させて、レジスト膜などが塗布されていない、厚さ２００μｍの評価基板を加熱した結果を示し、図４（ａ）〜（ｃ）は同様に厚さ４００μｍの評価基板を加熱した結果を示している。
高さ位置は、評価基板の上面側の周縁から２ｍｍだけ中心寄りの位置に設定した検出位置の高さをレーザー変位計により検出した。各図の横軸は経過時間（秒）、縦軸は検出高さ（ｍｍ）を示している。

図３（ａ）〜（ｃ）に示した厚さ２００μｍの評価基板の実験結果によれば、加熱プレート２の設定温度が５０℃の場合には、評価基板の反りはほとんど検出されなかった（図３（ａ））。
一方、加熱プレート２の設定温度を６０℃に上げると、図３（ｂ）に示すように最大で約１．０ｍｍの反りが発生した。このまま加熱を継続したところ、反りは次第に小さくなり、反りが検出されてから約１０秒後には評価基板は、ほぼ平坦な状態に戻った。

さらに図３（ｃ）に示すように、加熱プレート２の設定温度を１１０℃とした場合には、反りの最大値（約１．７ｍｍ）、評価基板が反り始めてから平坦に戻るまでの時間（約４０秒）のいずれも、設定温度が６０℃の場合よりも大きくなった。

このように、厚さが同じ評価基板であっても、加熱プレート２の設定温度が異なると、反りが発生する場合と発生しない場合とがあり（以下、反りが発生する温度を「反り開始温度」という）、また反りが発生する場合であっても、反りの最大値（以下、「反り量」という）や反り始めてから平坦に戻るまでの時間（以下、「戻り時間」という）も異なることが確かめられた。

次いで、評価基板の厚さを４００μｍとした場合には、加熱プレート２の設定温度を８０℃としても反りはほとんど検出されなかった（図４（ａ））。
一方、加熱プレート２の設定温度を９０℃に上げると、図４（ｂ）に示すように評価基板の反りが検出されたので、１０℃刻みで加熱プレート２の設定温度を変化させたとき（以下、本実施の形態において同じ）の反り開始温度は９０℃であることが分かる。また、このときの反り量は約０．７ｍｍであり、その戻り時間は約３０秒であった。さらに加熱プレート２の設定温度を１１０℃とすると、図４（ｃ）に示すように反り量は約０．９ｍｍ、戻り時間は約４６秒となった。

このように、評価基板の厚さ（基板Ｗの種類）が異なれば反り開始温度は変化することが確かめられた。また、加熱プレート２の設定温度が同じであっても、基板Ｗの厚さが異なると、反り量や戻り時間の値も異なることが確認された。

以上に確認したように、反りが発生した基板Ｗは、戻り時間の経過後に平坦に戻る。そこで、予め基板Ｗに反りを発生させ、この戻り時間が経過した後で加熱プレート２上に載置すれば、平坦な基板Ｗに対して均一な加熱を行うことが可能となる。

この点、加熱プレート２の上方側にて支持ピン３に支持されている基板Ｗは、加熱プレート２からの輻射熱などの影響を受けて温度が上昇する。そこで、本実施の形態の熱処理モジュール１は、支持ピン３が基板Ｗを支持する高さ位置を適切に調節することにより、支持ピン３に支持された状態で基板Ｗに反りを発生させることができる。さらに、戻り時間が経過後してから基板Ｗを加熱プレート２に載置することにより、平坦に戻った基板Ｗを加熱プレート２上で加熱することもできる。

これらの機能に関し、熱処理モジュール１は、図２に示すように、予め基板Ｗの種類（例えば厚さ寸法やレジスト膜などの塗布膜の有無、塗布膜の厚さ寸法や基板材料）をパラメータとして、加熱プレート２の設定温度（加熱プレート２上に基板Ｗを載置した場合には、十分な時間の経過後において基板Ｗの加熱温度とみなせる）に対する反り量や戻り時間に関する情報を反りデータ４３１として記憶している。

例えば反りデータ４３１は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、基板Ｗの加熱温度に対して、反り量、及び戻り時間を対応付けたテーブルとして記憶されている（図５には、既述の評価基板に関する反りデータ４３１を示している）。図５に示した例によれば、基板Ｗの加熱温度を低い方から順に見たとき、反り量がゼロでなくなる温度が当該基板Ｗの反り開始温度に相当する。
なお、反りデータ４３１に設定する戻り時間は、実際に計測した戻り時間（図４（ｂ）、（ｃ）、図４（ｂ）、（ｃ）参照）に対し、余裕を持たせた値（例えば計測結果の１０％増しの値や、一律、戻り時間を５秒増やした値など）としてもよい。

さらに図２に示すように、熱処理モジュール１のメモリ４３には支持ピン３に基板Ｗが支持されている高さ位置を種々変化させたとき、加熱プレート２の上面から基板Ｗの下面までの距離（以下、「ギャップ高さ」という）と対応付けて、室温（２３℃）を基準とした基板Ｗの温度の経時変化が記憶されている（昇温特性データ４３２）。

これら昇温特性データ４３２は、基板Ｗの種類、及び加熱プレート２の設定温度をパラメータとして複数組記憶されている。図６は加熱プレート２の設定温度を１１０℃としたときの厚さ２００μｍの基板Ｗの昇温特性データ４３２を、ギャップ高さ毎に図示した昇温カーブである（ギャップ高さは例えば１．０ｍｍ刻みで作成され、図６にはその一部を示してある）。基板Ｗの温度が上昇している期間中の昇温カーブの傾き（昇温速度）は、ギャップ高さが大きくなるにつれて小さくなっている。即ち、ギャップ高さが大きいほど、基板Ｗの加熱に時間がかかってしまう。

また、支持ピン３に支持された基板Ｗは、ギャップ高さが大きくなるほど、到達温度が低くなっている。従って、当該到達温度が反り開始温度よりも低くなるギャップ高さ位置に基板Ｗを配置しても、当該基板Ｗには反りが発生しない。このため、その後、加熱プレート２へ基板Ｗを載置すると、加熱プレート２で反りが発生してしまうことになる。

本実施の形態に係る熱処理モジュール１は、これら反りデータ４３１、昇温特性データ４３２に基づき、基板Ｗが加熱プレート２に載置される前に反りが発生し、且つ、戻り時間が経過する条件を満足するように、支持ピン３に支持された基板Ｗを順次、降下させながら加熱するシーケンスを作成する。
以下、当該加熱シーケンスを作成する手法について説明する。なお、以下の説明において、支持ピン３に支持された基板Ｗの昇降動作は、基板Ｗの昇温速度と比較して十分に速く行うことができるものとする。

既述のように本例の熱処理モジュール１においては、受け渡し位置にて支持ピン３に支持された基板Ｗを、あるギャップ高さ位置まで降下させて反りを発生させる。しかしながら、このように加熱プレート２上に直接、基板Ｗを載置せず、加熱プレート２よりも上方で加熱を開始する場合であっても、急激な温度変化に伴って基板Ｗに割れなどが発生してしまう場合もある。

そこで本例の熱処理モジュール１は、反りを発生させるギャップ高さ位置（第１の高さ位置）に基板Ｗを移動させる前に、当該位置よりも上方側の位置（第２の高さ位置）にて予備加熱を行う。この予備加熱においては、基板Ｗに反りが発生してもよいし、発生しなくてもよい。

このように、熱処理モジュール１は、予備加熱を行う段階（以下「第１段階」と呼ぶ）と、基板Ｗに反りを発生させる段階（以下、「第２段階」と呼ぶ）と、加熱プレート２に基板Ｗを載置する段階（以下、「第３段階」と呼ぶ）との３種類のギャップ高さ位置にて基板Ｗの加熱を行う。
本例における予備加熱の温度は例えば６０℃に設定されている。そして、上述の加熱段階数データ４２２（３段階）、及び予備加熱温度データ４２１（６０℃）は、予め制御部４のメモリ４２に記憶されている（図２）。

図７は、厚さ２００μｍの基板Ｗを、１１０℃に設定された加熱プレート２上に載置する加熱シーケンスにおける、基板Ｗの温度の経時変化の例を示している。
図７に示した例では、受け渡し位置（ギャップ高さ１６．５ｍｍ）にて支持ピン３に受け渡された室温の基板Ｗが、第１段階で所定のギャップ高さ位置まで搬送されて予備加熱温度（６０℃、図５（ａ）によれば反り開始温度でもある）まで昇温される。しかる後、さらに下方側のギャップ高さ位置に搬送され、第２段階で反り開始温度以上の温度（８０℃）に昇温される。この第２段階では、反りが発生した基板Ｗの戻り時間が経過するのを待ち、その後、第３段階にて基板Ｗが加熱プレート２上に載置され、１１０℃に加熱される。

一方で、図６に示した昇温カーブを参照すると、基板Ｗの到達温度が予備加熱温度（６０℃）や反りを発生させる温度（反り開始温度（６０℃）以上の温度）となっているギャップ高さ位置の組み合わせは多数ある。このため、予備加熱が行われる位置、基板Ｗに反りを発生させる位置、及び加熱プレート２上の各々における基板Ｗの加熱時間（図７に示す加熱時間Ａ、Ｂ、Ｃ（秒））も様々な値を取り得る。
そこで本例の熱処理モジュール１は、以下に説明する方針に基づいて、各段階におけるギャップ高さ位置や、加熱時間を決定する。

図８は、受け渡し位置にて基板Ｗが支持ピン３に受け渡された後、当該基板Ｗを直ちに加熱プレート２に載置して加熱を開始する従来法における基板Ｗの温度の径時変化を示している。従来法によれば、室温で搬送されてきた基板Ｗが急激に加熱プレート２の温度（Ｔ３＝１１０℃）にまで昇温され、その状態で所定時間だけ加熱が継続される。

この従来法における基板Ｗ温度の径時変化と比較して、図７に示した基板Ｗの温度の径時変化は、ギャップ高さ位置の変化に応じて、基板Ｗの温度が徐々に上昇する点で異なっている。このように、基板Ｗの温度の径時変化が従来法とは異なっているとしても、基板Ｗの処理結果（例えば、レジスト膜のベーク処理の場合は、レジスト膜中の溶剤の残存量など）は互いにほぼ同じである必要がある。

この点につき発明者らは、図８中に斜線で塗りつぶした期間における基板Ｗの温度の時間積分値（以下、「熱履歴」という）が、図７に示すＡ〜Ｃの期間（第１段階〜第３段階）中の熱履歴と同じであれば、両加熱法における基板Ｗの処理結果は、ほぼ同じになることを把握している。

そこで図２に示すように、本例の熱処理モジュール１の熱履歴設定データ４３３には、予め基板Ｗの種類毎に、図８に示した従来法の熱履歴が熱履歴設定データ４３３として記憶されている。そして、選択された基板Ｗの種類に対応する熱履歴設定データ４３３とほぼ一致する熱履歴が実現されるように、各段階におけるギャップ高さ位置や加熱時間が決定される。

第１段階〜第３段階の熱履歴は、例えば図９に示すように各段階における昇温速度を直線近似することにより求める。本例においては、第１段階、及び第２段階にて直線近似される昇温速度が予め決められており、昇温速度データ４２３として制御部４のメモリ４２に予め記憶されている（図２）。本例では、第１段階の昇温速度は０．５℃／秒、第２段階の昇温速度は１．０℃／秒に設定されている。

そして、第１段階のギャップ高さ位置の決定においては、昇温特性データ４３２の中から、基板Ｗを室温から６０℃（予備加熱温度、図９のＴ１）に加熱する期間中の昇温速度の平均の傾きが０．５℃／秒にもっとも近いギャップ高さ位置を選択する。そしてこの昇温速度にて基板Ｗを室温から６０℃に加熱するのに要する時間が加熱時間Ａとなる。
第１段階において、室温（２３℃）から予備加熱温度（Ｔ１）に加熱される基板Ｗの熱履歴Ｖ１は、以下の（１）式で表される。
Ｖ１＝（Ｔ１―２３）＊Ａ／２ …（１）

次いで、第２段階のギャップ高さ位置の決定においては、６０℃に予備加熱された基板Ｗが反り開始温度以上の温度に加熱され、且つ、戻り時間の経過後に基板Ｗが加熱プレート２に載置されるように、加熱時間Ｂが決定される。

即ち、反り開始温度が予備加熱温度よりも低い場合には、「第１段階にて基板Ｗが反り開始温度に到達した時点〜予備加熱温度に到達した時点までの時間Ａ’＋第２段階の加熱時間Ｂ≧戻り時間」となるように、第２段階の昇温速度１．０℃／秒から、第２段階を完了する温度が決定される。

また、反り開始時間が予備加熱温度よりも高い場合には、基板Ｗを予備加熱温度から反り開始温度まで昇温するまでに要する加熱時間をＢ１、さらに反り開始時間に到達後、第２段階を終了するまでの加熱時間をＢ２としたとき、「Ｂ２≧戻り時間」となるように、第２段階の昇温速度１．０℃／秒から、第２段階を完了する温度が決定される。

ここで、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、反りが発生した基板Ｗの戻り時間は、基板Ｗの加熱温度が高くなるに連れて長くなる。しかしながら図３、図４を用いて説明したように、当該戻り時間は室温の基板Ｗを各加熱温度に設定された加熱プレート２に載置した場合の急激な温度変化の発生に伴う反りの発生後の戻り時間である。

この点、段階的に昇温を行う本例の熱処理モジュール１においては、反りの発生はより穏やかであり、各ギャップ高さ位置にて基板Ｗの温度が上昇しても、戻り時間が大きく変化する可能性は小さいと考えられる。そこで、本例においては反り開始温度における戻り時間に基づいて、第２段階の加熱時間Ｂを決定することとする。なお、予備実験により第１段階や第２段階の昇温速度（０．５℃／秒、１．０℃／秒）で温度が変化する条件下での戻り時間を把握しておき、この戻り時間を反りデータ４３１として記憶しておいてもよいことは勿論である。また、既述のように反りデータ４３１に記載の戻り時間は、実測結果に対して余裕を持たせておいてもよいので、この余裕の設定幅により温度変化の影響を吸収してもよい。

以上に説明した手法により第２段階の加熱を終える温度Ｔ２が決定されたら、昇温特性データ４３２の中から、基板Ｗを温度Ｔ１からＴ２に加熱する期間中の昇温速度の平均の傾きが１．０℃／秒にもっとも近いギャップ高さ位置を選択する。そしてこの昇温速度にて基板Ｗを温度Ｔ１からＴ２に加熱するのに要する時間が加熱時間Ｂとなる。
第２段階において、予備加熱温度（Ｔ１）から温度Ｔ２に加熱される基板Ｗの熱履歴Ｖ２は、以下の（２）式で表される。
Ｖ２＝（Ｔ２―Ｔ１）＊Ｂ／２＋（Ｔ１―２３）＊Ｂ …（２）

しかる後、温度Ｔ２加熱された基板Ｗを加熱プレート２に載置する（第３段階）。このとき、基板Ｗが温度Ｔ２から、加熱プレート２上における加熱温度Ｔ３に昇温されるまでに要する時間をａ秒とする。
第３段階において、加熱プレート２から基板Ｗを上昇させ、加熱を終えるまでの基板Ｗの熱履歴Ｖ３は、以下の（３）式で表される。
Ｖ３＝（Ｔ３―２３）＊Ｃ―（Ｔ３―Ｔ２）＊ａ／２ …（３）

図９に示した基板Ｗの熱履歴を、図８に示す従来の熱履歴と揃えるためには、熱履歴設定データ４３３であるＶと、第１段階〜第３段階の熱履歴Ｖ１〜Ｖ３の合計とを一致させればよい（下記（４）式）。
Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３ …（４）

そこで本例においては、（４）式の条件を満足するように、第２段階の加熱時間Ｂ、第３段階の加熱時間Ｃが決定される。例えば、処理時間を短くする観点から、戻り時間に対する制約を満たしつつ最短になるように第２段階における加熱時間Ｂ（即ち温度Ｔ２）を先に決定する（Ｔ１＞反り開始温度の場合、「Ａ’＋Ｂ＝戻り時間」、Ｔ１≦反り開始温度の場合、「Ｂ２＝戻り時間」）。しかる後、（４）式の条件を満足するように、第３段階の加熱時間Ｃを決定する。

ここで例えば図５（ｂ）に示した厚さ４００μｍにおける反りデータ４３１のように、反り開始温度が９０℃であり、１．０℃／秒の昇温速度で昇温を行うと、３０秒の戻り時間を確保することができない場合もある。また、選択されたギャップ高さ位置が、基板Ｗの反り量の最大変位よりも小さくなってしまう場合もあり得る。

このように加熱シーケンスが制約に抵触した場合には、インターフェース部５からエラーを発報し、例えば第２段階の昇温速度を低下させる変更を受け付ける。このとき、加熱段階の数を増やして例えば予備加熱温度まで昇温を行った後（第１段階）、昇温速度を２回に分けて変化させ（第２段階、第３段階）、その後、加熱プレート２上に基板Ｗを載置する（第４段階）設定を受け付けてもよい。

以上に説明した各段階のギャップ高さ位置、及び加熱時間の決定法は、加熱シーケンス設定プログラム４２４として制御部４のメモリ４２に記憶されている。なお、説明の便宜上、図２においては予備加熱温度データ４２１などが記憶されているメモリ４２と、反りデータ４３１などが記憶されているメモリ４３とを別々に示したが、これらのメモリ４２、４３を共通にしてもよいことは勿論である。

以上に説明した構成を備える熱処理モジュール１の動作について、図１０〜図１４を参照しながら説明する。
はじめに、基板Ｗの加熱シーケンスを作成する動作について、図１０のフロー図を参照しながら説明する。

例えば新しいロットの基板Ｗの処理を開始するタイミングにて（スタート）、インターフェース部５を介してオペレータから基板情報（基板Ｗの厚さ寸法、塗布膜の有無、塗布膜の厚さ寸法や基板材料など）、処理条件（加熱プレート２の設定温度や処理空間内の圧力条件）の入力を受け付ける（ステップＳ１０１）。

入力された加熱プレート２の設定温度において、基板Ｗに反りが発生しない場合には（ステップＳ１０２；ＮＯ）、加熱プレート２上に基板Ｗを直接載置して加熱を行うレシピを作成するように、レシピ作成データを出力し（ステップＳ１０３）、加熱シーケンスの作成動作を終える（エンド）。

入力された設定温度にて、基板Ｗに反りが発生する場合には（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、図７〜図９を用いて説明した手法により、昇温特性データ４３２から各段階におけるギャップ高さ位置を選択し（ステップＳ１０４）、作成する加熱シーケンスの熱履歴が入力された基板情報、処理条件における熱履歴設定データ４３３と揃うように各段階の加熱時間を決定する（ステップＳ１０５）。

そして作成した加熱シーケンスが、戻り時間が確保されていることやギャップ高さ位置が反り量の最大変位よりも大きいことなどの制約を満足していることを確認する（ステップＳ１０６）。これらの制約を満足しない場合には（ステップＳ１０６；ＮＯ）、インターフェース部５からエラーを発報して、オペレータより昇温速度データ４２３などのパラメータの変更を受け付けた後（ステップＳ１０８）、加熱シーケンスの作成を繰り返す（ステップＳ１０４、１０５）

一方、制約を満足する加熱シーケンスが作成できたら（ステップＳ１０６；ＹＥＳ）、各段階のギャップ高さ及び加熱時間をレシピ作成データとして出力し（ステップＳ１０７）、加熱シーケンスの作成動作を終える（エンド）。

上述の動作により、加熱シーケンスが作成されたら、熱処理モジュール１に基板Ｗを搬送して加熱を行う。
はじめに熱処理モジュール１は、予め設定された処理条件の設定温度まで加熱プレート２を昇温させた状態で待機している。そして例えば、塗布、現像装置の塗布モジュールにてレジスト液の塗布が行われ、または現像モジュールにて現像液が供給されて現像された後の基板Ｗが基板搬送機構により熱処理モジュール１に搬送される。このとき図１１に示すように、熱処理モジュール１は、筒状壁部１２を基台部１１内まで降下させ、支持ピン３を受け渡し位置まで上昇させ、熱処理モジュール１内に進入した基板搬送機構から基板Ｗを受け取る。

しかる後、筒状壁部１２を上昇させて蓋部１３と筒状壁部１２に囲まれた処理空間内を排気すると共に、基板Ｗを第１段階のギャップ高さ位置まで降下させて、予備加熱温度（Ｔ１）まで加熱する（図１２）。
基板Ｗが予備加熱温度まで昇温されたら、当該基板Ｗを第２段階のギャップ高さ位置まで降下させて、予め設定された温度（Ｔ２）まで昇温する（図１３）。

そして基板Ｗが温度Ｔ２まで昇温されたら、当該基板Ｗを加熱プレート２上に載置し、加熱シーケンスに定められた時間だけ加熱を行う（図１４）。
しかる後、所定時間が経過すると、受け渡し位置まで基板Ｗを上昇させ、処理空間内の排気を停止して筒状壁部１２を降下させ、基板Ｗを搬出する。なお搬出前に基板Ｗを冷却する必要がある場合には、例えば受け渡し位置にて所定時間だけ待機させた後、基板Ｗを搬出してもよい。

これらの動作において、図１５（ａ）に示すように平坦な状態で支持ピン３に受け渡された基板Ｗが、第１段階、第２段階と順次、昇温される過程で反りが発生し（図１５（ｂ））、その後、平坦な状態に戻ってから加熱プレート２上に載置されて加熱が行われることとなる（図１５（ｃ））。
処理が完了すると熱処理モジュール１は、支持ピン３を上昇させ、筒状壁部１２を降下させて受け渡し位置まで搬送し、筒状壁部１２を降下させる。しかる後、基板Ｗは、熱処理モジュール内に進入した基板搬送機構に受け渡され、次の処理モジュールへと搬送される。

本実施の形態に係わる熱処理モジュール１によれば以下の効果がある。支持ピン３に支持された基板Ｗが加熱プレート２の上方側で加熱され、基板Ｗに反りが発生する温度まで昇温された後、反りの発生した基板Ｗが平坦に戻る戻り時間が経過してから当該基板Ｗを加熱プレート２に載置するので、平坦な基板Ｗに対して均一且な加熱を行うことができる。また、反りが解消された後には基板Ｗを加熱プレート２上に載置して加熱を行うことにより、処理時間の増大を抑え、迅速に処理を行うことができる。

ここで、本実施の形態に係る熱処理モジュール１を用いて加熱する基板Ｗの種類はタンタル酸リチウムを基板材料とするものに限定されない。タンタル酸リチウムを含む、ガリウムヒ素、ニオブ酸リチウムからなる基板材料群から選択された基板材料により構成された基板Ｗに対しても、熱処理モジュール１を用いた段階的な昇温を行うことにより、反りの影響を抑えて均一な加熱を行うことができる。これらの基板材料を物性の観点から見たとき、熱伝導率が５５Ｗ／（ｍ・℃）以下の基板材料であれば、加熱の際の反りの問題が発生し得るので、本例の熱処理モジュール１を用いて加熱を行うことによる反りの影響の抑制効果が得られる。

また、基板Ｗの加熱が行われる処理空間内を排気することは必須ではなく、大気雰囲気下や不活性ガス雰囲気下で加熱を行ってもよい。さらに、処理空間は図１に示す筒状壁部１２、蓋部１３を用いて構成する例に限定されず、例えば基板Ｗの搬入出口が形成された筐体内に加熱プレート２を設け、前記搬入出口をシャッターで開閉する構造としてもよい。

さらにまた、加熱プレート２の設定温度は、基板Ｗを載置して処理する際の温度に予め昇温しておく場合に限られず、基板Ｗの降下に合わせて加熱プレート２の温度を変化させてもよい。例えば、第１段階〜第３段階へと基板Ｗを降下させるに連れて、次第に加熱プレート２の温度を上昇させる場合が考えられる。

これらに加え、反りが発生した基板Ｗについて、戻り時間が経過したタイミングを知る手法は、予め把握しておいた基板Ｗの温度と戻り時間との関係に基づいて推定する場合に限定されない。例えば加熱プレート２の上方にて支持ピン３に支持されている基板Ｗの反りをレーザー変位計にてリアルタイムで監視してもよい。例えば基板Ｗの反りの発生は、基板Ｗの中心部側と周縁部側との複数箇所の高さ位置を検出し、これらの位置の差を求めることにより特定することができる。

この場合には、受け渡し位置から基板Ｗをゆっくりと降下させ、反りの発生後、平坦に戻ったことが検出されたタイミングにて基板Ｗの降下速度を上げ、加熱プレート２上に載置する手法を採用してもよい。このような手法は、処理結果に対する熱履歴の影響が小さいタイプの基板Ｗにおいて有効である。
この例のように、支持ピン３に支持された基板Ｗは、所定のギャップ高さ位置（既述の第１、第２の高さ位置）にて停止させて加熱を行うことは必須ではなく、基板Ｗを連続的に降下させながら加熱を行ってもよい。

Ｗ 基板
１ 熱処理モジュール
２ 加熱プレート
３ 支持ピン
３１ 昇降部材
３２ 昇降モーター
４ 制御部
４３１ 反りデータ
４３２ 昇温特性データ
４３３ 熱履歴設定データ

Claims (17)

1. 基板の加熱を行う熱処理装置において、
   昇温の過程で反りが発生し、その後、平坦に戻る基板が載置され、当該基板を加熱する加熱温度に調節される加熱プレートと
   前記加熱プレートに対して突没自在に設けられ、基板を下面側から支持する支持部材と、
   前記加熱プレートの上方側に設定され、前記支持部材に対する基板の受け渡しが行われる受け渡し位置と、当該加熱プレートの下方側の位置との間で、前記支持部材を昇降させる昇降機構と、
   前記受け渡し位置から基板を降下させる期間中、前記加熱プレートの上方側にて当該加熱プレートからの熱により反りが発生する温度まで基板を昇温し、次いで、基板が平坦に戻るまでの戻り時間の経過後に当該基板を加熱プレートに載置するように前記昇降機構を作動させて、前記支持部材の位置制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記制御部は、前記反りが発生する温度以上の温度に基板が昇温される第１の高さ位置にて前記支持部材の降下を停止させ、処理対象の基板に反りが発生し、前記戻り時間が経過した後に、再度、前記支持部材を降下させるように前記昇降機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記第１の高さ位置は、加熱プレートからの距離が、当該位置にて基板に発生する反りの高さ方向の最大変位よりも大きくなる位置に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の熱処理装置。
4. 前記制御部は、前記第１の高さ位置よりも上方側の第２の高さ位置にて前記支持部材の降下を停止させ、処理対象の基板を予備加熱した後に、再度、前記支持部材を降下させるように前記昇降機構を制御することを特徴とする請求項２または３に記載の熱処理装置。
5. 前記制御部は、予め基板の種類毎に取得した、基板に反りが発生する温度と前記戻り時間との対応関係に基づいて、処理対象の基板についての前記戻り時間が経過するタイミングを推定す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熱処理装置。
6. 前記制御部は、予め基板の種類毎に取得した、前記加熱温度に調節された加熱プレートから基板までの距離と、当該基板の温度の経時変化との関係に基づいて、処理対象の基板の温度を推定し、前記支持部材を降下させる際の位置制御に用い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熱処理装置。
7. 前記制御部は、前記受け渡し位置にて支持部材に基板を渡してから、前記加熱プレートの載置面に基板を載置し、その後、当該載置面から基板を上昇させるまでの期間中の基板の温度の時間積分値が、予め設定された値となるように設定された加熱シーケンスに基づいて、前記支持部材を昇降させる位置とタイミングとを決め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熱処理装置。
8. 前記基板の温度の時間積分値は、予め基板の種類毎に取得した、前記加熱プレートから基板までの距離と、当該基板の平均の昇温速度との関係に基づいて求められることを特徴とする請求項７に記載の熱処理装置。
9. 前記基板は、タンタル酸リチウム、ガリウムヒ素、ニオブ酸リチウムからなる基板材料群から選択された基板材料により構成されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載の熱処理装置。
10. 前記基板は、熱伝導率が５５Ｗ／（ｍ・℃）以下の基板材料により構成されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一つに記載の熱処理装置。
11. 基板を加熱プレートに載置して加熱を行う熱処理方法において、
    前記加熱プレートの上方側に設定された受け渡し位置にて、前記加熱プレートに対して突没自在に設けられた支持部材に基板を支持させる工程と、
    前記支持部材を降下させて基板を移動させる期間中、前記加熱プレートの上方側にて当該加熱プレートからの熱により基板を昇温し、当該基板に反りを発生させる工程と、
    前記加熱プレートの上方側にて、前記反りの発生後、基板が平坦に戻る戻り時間の経過を待つ工程と、
    前記戻り時間の経過後に、前記支持部材を前記加熱プレートの下方側へ降下させて、当該基板を加熱プレートに載置する工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。
12. 前記基板に反りを発生させる工程、及び戻り時間の経過を待つ工程は、反りが発生する温度以上の温度に基板が昇温される第１の高さ位置にて前記支持部材の降下を停止させて行うことを特徴とする請求項１１に記載の熱処理方法。
13. 前記第１の高さ位置は、加熱プレートからの距離が、当該位置にて基板に発生する反りの高さ方向の最大変位よりも大きくなる位置に設定されていることを特徴とする請求項１２に記載の熱処理方法。
14. 前記第１の高さ位置よりも上方側の第２の高さ位置にて前記支持部材の降下を停止させ、処理対象の基板を予備加熱した後に、再度、前記支持部材を降下させる工程を含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の熱処理方法。
15. 前記基板は、タンタル酸リチウム、ガリウムヒ素、ニオブ酸リチウムからなる基板材料群から選択された基板材料により構成されることを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれか一つに記載の熱処理方法。
16. 前記基板は、熱伝導率が５５Ｗ／（ｍ・℃）以下の基板材料により構成されることを特徴とする請求項１１ないし１５のいずれか一つに記載の熱処理方法。
17. 載置された基板の加熱を行う加熱プレートを備えた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１１ないし１６のいずれか一つに記載の熱処理方法を実行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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