JP6789096B2 - 熱処理装置、熱処理方法及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

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Description

本発明は、基板を熱処理する熱処理装置、熱処理方法及びコンピュータ記憶媒体に関する。
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、例えば基板としての半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）表面の被処理膜上に塗布液を供給して反射防止膜やレジスト膜を形成する塗布処理、レジスト膜を所定のパターンに露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理、ウェハを加熱する熱処理、などが順次行われ、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成される。そして、レジストパターンをマスクとしてエッチング処理を行うことで、被処理膜に所定のパターンが転写される。
上記熱処理は、熱処理装置によって行われる。熱処理装置は、基板が載置され該基板を加熱する熱板と、該熱板の上面を覆って処理室を形成する蓋体と、を有する。そして、蓋体により形成された処理室内において、所定温度に設定された熱板上に基板が載置され加熱される。
ところで、プロセスレシピに基づいて基板の加熱温度が変更されると、熱板の設定温度を変更させることになるが、このとき処理室を形成する蓋体は熱板に比べて熱容量が大きいため、熱板に比べて温度が安定な状態になるまでに時間がかかる。
そして、基板の加熱処理は、熱板の温度だけでなく蓋体の温度にも影響されるので、蓋体の温度が定常状態になっていないと基板の熱処理が不安定となり、基板の品質にばらつきが生じる。また、蓋体の温度が安定状態になるまで待機してから熱処理を行うとすると、余計な時間がかかりスループットが低下する。
そこで、特許文献１の熱処理装置は、蓋体の外側の面に温度を調整可能な温調部が設けられており、例えば、熱板の設定温度の上昇時に温調部により蓋体を昇温するようにしている。また、特許文献１の熱処理装置は、温調部をペルチェ素子で構成することにより、蓋体の冷却を行うこともできる。
特許文献２の熱処理装置は、蓋体を上下方向に移動させる保持部材における、蓋体を直接保持する保持部を、蓋体から離脱自在に構成し、蓋体の熱容量を減少させることができる。したがって、熱板温度の上昇時に保持部を離脱させると、蓋体の温度が速く上昇し速く安定状態となる。
特開平１０−１８９４２９号公報 特開２００１−２７４０６４号公報
しかしながら、特許文献１の熱処理装置では、熱板の設定温度の変更時に蓋体を冷却するときにペルチェ素子を用いるとすると、装置の構成が複雑となってしまう。また、特許文献１の熱処理装置の温調部に加熱機能のみを設け冷却機能を設けずに蓋体の冷却は自然冷却により行うとすると、温調部を蓋体に設けることにより蓋体の熱容量が大幅に上昇してしまうため、蓋体の冷却に時間を要し、すなわち、蓋体が安定状態に達するまでに時間を要する。したがって、熱板温度の変更直後において、基板の熱処理が不安定となるので、熱処理された基板の品質にばらつきが生じる。
また、特許文献２の熱処理装置では、蓋体の保持部を蓋体から着脱可能としたとしても蓋体の熱容量は大きいので、熱板温度の変更時において蓋体の温度が安定状態に至るまでの時間の短縮化には限界があり、基板の品質のばらつきを抑えるためにさらに短縮が望まれることもある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板を熱処理する熱処理装置において、装置の構成が簡易であっても基板の品質のばらつきを抑えることができるようにすることを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は、基板が載置され、該載置された基板を加熱する熱板を、該熱板上に載置された前記基板の被処理面を覆う蓋体を含む処理室内に、備える熱処理装置であって、少なくとも前記熱板の温度を制御する制御部と、前記蓋体の温度を測定する温度測定部と、前記熱板の設定温度毎に、当該設定温度への変更後に前記蓋体の温度が安定した時の当該蓋体の温度である安定時蓋体温度を記憶する記憶部と、を備え、前記制御部は、前記熱板の前記設定温度が変更された際、変更後の前記設定温度に対応する前記安定時蓋体温度と、前記温度測定部により測定された前記蓋体の温度と、の差分に基づいて、変更後の前記設定温度を得るための前記熱板の加熱量の補正を行うことを特徴としている。
本発明の熱処理装置では、前記熱板の設定温度が変更された際、前記温度測定部により測定された前記蓋体の現在の温度に基づいて、前記熱板の加熱量を補正することにより、基板温度を一定に制御するため、設定温度変更後に基板の熱処理を連続で行っても、基板間での品質のばらつきを抑えることができる。
前記熱板は、複数の領域に分割され、前記制御部は、前記複数の領域に分割された前記熱板の温度を前記領域毎に制御し、前記温度測定部は、前記複数の領域に分割された前記熱板の各領域に対応する部分毎に前記蓋体の温度を測定し、前記制御部は、前記熱板の設定温度が変更された際、前記領域毎に、前記温度測定部により測定された当該領域に対応する部分の前記蓋体の温度に基づいて、前記熱板の加熱量の補正を行うことが好ましい。
前記熱板の加熱量の補正は、前記熱板を加熱する加熱部の操作量の調整であり、前記制御部は、前記蓋体の温度が前記変更後の前記設定温度に対応する前記安定時蓋体温度になるように前記加熱部の操作量の調整を行うことが好ましい。
別な観点による本発明は、基板が載置された熱板により前記基板を加熱する熱処理方法であって、前記熱板の設定温度毎に、当該設定温度への変更後に、基板の被処理面を覆い処理室を構成する蓋体の温度が安定した時の当該蓋体の温度である安定時蓋体温度が記憶されており、前記蓋体の温度を測定する測定工程と、前記熱板の前記設定温度が変更された際、変更後の前記設定温度に対応する前記安定時蓋体温度と、前記測定された前記蓋体の温度と、の差分に基づいて、変更後の前記設定温度を得るための前記熱板の加熱量の補正を行う補正工程と、を含むことを特徴としている。
前記熱板は、個別に温度が制御される複数の領域に分割され、前記測定工程は、前記複数の領域に分割された前記熱板の各領域に対応する部分毎に前記蓋体の温度を測定する工程であり、前記補正工程は、前記熱板の設定温度が変更された際、前記領域毎に、前記測定された当該領域に対応する部分の前記蓋体の温度に基づいて、前記熱板の加熱量の補正を行う工程を含むことが好ましい。
前記熱板の加熱量の補正は、前記熱板を加熱する加熱部の操作量の調整であり、前記補正工程は、前記蓋体の温度が前記変更後の前記設定温度に対応する前記安定時蓋体温度になるように前記加熱部の操作量の調整を行うことが好ましい。
また、別な観点による本発明によれば、前記熱処理方法を熱処理装置によって実行させるように、当該熱処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。
本発明の熱処理装置によれば、簡易な構成で、基板の品質のばらつきを抑えることができる。
本実施の形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す平面図である。 本実施の形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す正面図である。 本実施の形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す背面図である。 第１の実施形態に係る熱処理装置の構成の概略を示す縦断面の説明図である。 第１の実施形態に係る熱処理装置の構成の概略を示す横断面の説明図である。 第１の実施形態に係る熱処理装置の熱板の構成の概略を示す平面の説明図である。 従来の熱処理装置において熱処理を連続して行った時の、ウェハの面内平均温度と蓋体の温度の測定結果を示す図である。 従来の熱処理装置において熱処理を連続して行った時の、ウェハの面内平均温度と蓋体の温度との関係を示す図である。 第１の実施形態に係る熱処理装置において熱処理を連続して行った時の、ウェハの面内平均温度を示す図である。 第１の実施形態に係るフィードバック制御時に行われる処理を説明するフローチャートである。 所定の設定温度とウェハの面内平均温度との差分すなわち補正量と、所定の設定温度に対応する安定時の蓋体の温度と測定された蓋体の温度との差分と、の関係を示す図である。 第２の実施形態に係る熱処理装置の熱板の構成の概略を示す平面の説明図である。 第２の実施形態に係る熱処理装置の蓋体の構成の概略を示す平面の説明図である。 第２の実施形態に係るフィードバック制御時に行われる処理を説明するフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図１は、本実施の形態にかかる熱処理装置を備えた基板処理システム１の構成の概略を示す説明図である。図２及び図３は、基板処理システム１の内部構成の概略を示す正面図及び背面図である。なお、本実施の形態では、基板処理システム１がウェハＷに対して塗布現像処理を行う塗布現像処理システムである場合を例にして説明する。
基板処理システム１は、図１に示すように複数枚のウェハＷを収容したカセットＣが搬入出されるカセットステーション１０と、ウェハＷに所定の処理を施す複数の各種処理装置を備えた処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接する露光装置１２との間でウェハＷの受け渡しを行うインターフェイスステーション１３とを一体に接続した構成を有している。
カセットステーション１０には、カセット載置台２０が設けられている。カセット載置台２０には、基板処理システム１の外部に対してカセットＣを搬入出する際に、カセットＣを載置する、例えば４つのカセット載置板２１が設けられている。
カセットステーション１０には、図１に示すようにＸ方向に延びる搬送路２２上を移動自在なウェハ搬送装置２３が設けられている。ウェハ搬送装置２３は、上下方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板２１上のカセットＣと、後述する処理ステーション１１の第３のブロックＧ３の受け渡し装置との間でウェハＷを搬送できる。
処理ステーション１１には、各種装置を備えた複数例えば４つのブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が設けられている。例えば処理ステーション１１の正面側（図１のＸ方向負方向側）には、第１のブロックＧ１が設けられ、処理ステーション１１の背面側（図１のＸ方向正方向側）には、第２のブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション１１のカセットステーション１０側（図１のＹ方向負方向側）には、第３のブロックＧ３が設けられ、処理ステーション１１のインターフェイスステーション１３側（図１のＹ方向正方向側）には、第４のブロックＧ４が設けられている。
例えば第１のブロックＧ１には、図２に示すように複数の液処理装置、例えばウェハＷを現像処理する現像処理装置３０、ウェハＷのレジスト膜の下層に反射防止膜（以下「下部反射防止膜」という）を形成する下部反射防止膜形成装置３１、ウェハＷにレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布装置３２、ウェハＷのレジスト膜の上層に反射防止膜（以下「上部反射防止膜」という）を形成する上部反射防止膜形成装置３３が下からこの順に配置されている。
例えば現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３は、それぞれ水平方向に３つ並べて配置されている。なお、これら現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３の数や配置は、任意に選択できる。
これら現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３では、例えばウェハＷ上に所定の塗布液を塗布するスピンコーティングが行われる。スピンコーティングでは、例えば塗布ノズルからウェハＷ上に塗布液を吐出すると共に、ウェハＷを回転させて、塗布液をウェハＷの表面に拡散させる。
例えば第２のブロックＧ２には、図３に示すようにウェハＷの加熱や冷却といった熱処理を行う熱処理装置４０や、ウェハＷを疎水化処理するアドヒージョン装置４１、ウェハＷの外周部を露光する周辺露光装置４２が上下方向と水平方向に並べて設けられている。熱処理装置４０は、ウェハＷを載置して加熱する熱板と、ウェハＷを載置して温度調節する温度調節板を有し、加熱処理と温度調節処理の両方を行うものであり、その構成については後述する。また、熱処理装置４０、アドヒージョン装置４１、周辺露光装置４２の数や配置は、任意に選択できる。
例えば第３のブロックＧ３には、複数の受け渡し装置５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６が下から順に設けられている。また、第４のブロックＧ４には、複数の受け渡し装置６０、６１、６２が下から順に設けられている。
図１に示すように第１のブロックＧ１〜第４のブロックＧ４に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域Ｄが形成されている。ウェハ搬送領域Ｄには、例えばＹ方向、Ｘ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有する、ウェハ搬送装置７０が複数配置されている。ウェハ搬送装置７０は、ウェハ搬送領域Ｄ内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２、第３のブロックＧ３及び第４のブロックＧ４内の所定の装置にウェハＷを搬送できる。
また、ウェハ搬送領域Ｄには、第３のブロックＧ３と第４のブロックＧ４との間で直線的にウェハＷを搬送するシャトル搬送装置８０が設けられている。
シャトル搬送装置８０は、例えばＹ方向に直線的に移動自在になっている。シャトル搬送装置８０は、ウェハＷを支持した状態でＹ方向に移動し、第３のブロックＧ３の受け渡し装置５２と第４のブロックＧ４の受け渡し装置６２との間でウェハＷを搬送できる。
図１に示すように第３のブロックＧ３のＸ方向正方向側の隣には、ウェハ搬送装置１００が設けられている。ウェハ搬送装置１００は、例えばＸ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置１００は、ウェハＷを支持した状態で上下に移動して、第３のブロックＧ３内の各受け渡し装置にウェハＷを搬送できる。
インターフェイスステーション１３には、ウェハ搬送装置１１０と受け渡し装置１１１が設けられている。ウェハ搬送装置１１０は、例えばＹ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置１１０は、例えば搬送アームにウェハＷを支持して、第４のブロックＧ４内の各受け渡し装置、受け渡し装置１１１及び露光装置１２との間でウェハＷを搬送できる。
以上の基板処理システム１には、図１に示すように制御部３００が設けられている。制御部３００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、基板処理システム１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、基板処理システム１における後述の基板処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部３００にインストールされたものであってもよい。
本実施の形態にかかる基板処理システム１は以上のように構成されている。次に、基板処理システム１を用いて行われるウェハ処理について説明する。
先ず、複数のウェハＷを収納したカセットＣが、基板処理システム１のカセットステーション１０に搬入され、ウェハ搬送装置２３によりカセットＣ内の各ウェハＷが順次処理ステーション１１の受け渡し装置５３に搬送される。
次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第２のブロックＧ２の熱処理装置４０に搬送され温度調節処理される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって例えば第１のブロックＧ１の下部反射防止膜形成装置３１に搬送され、ウェハＷ上に下部反射防止膜が形成される。その後ウェハＷは、第２のブロックＧ２の熱処理装置４０に搬送され、熱処理が行われる。
熱処理装置４０に搬送されたウェハＷは、先ず冷却板１６０上に載置される。続いて冷却板１６０が熱板１３２の上方に移動される。次いで、昇降ピン１４１が上昇し、冷却板１６０のウェハＷが昇降ピン１４１に受け渡される。その後、冷却板１６０が熱板１３２上から退避し、昇降ピン１４１が下降して、熱板１３２上にウェハＷが受け渡される。
所定時間ウェハＷの熱処理が行われると、昇降ピン１４１が上昇してウェハＷが熱板１３２の上方に移動すると共に、冷却板１６０が熱板１３２上まで移動して、昇降ピン１４１から冷却板１６０にウェハＷが受け渡される。冷却板１６０に受け渡されたウェハＷは、例えば常温まで冷却されて熱処理装置４０から搬出される。
熱処理装置４０での熱処理を終えたウェハＷは、レジスト塗布装置３２に搬送され、ウェハＷ上にレジスト膜が形成される。その後ウェハＷは、熱処理装置４０に搬送され、プリベーク処理される。なお、プリベーク処理においても下部反射防止膜形成後の熱処理と同様な処理が行われ、また、後述の反射防止膜形成後の熱処理、露光後ベーク処理、ポストベーク処理においても同様な処理が行われる。ただし、各熱処理に供される熱処理装置４０は互いに異なる。
次にウェハＷは、上部反射防止膜形成装置３３に搬送され、ウェハＷ上に上部反射防止膜が形成される。その後ウェハＷは、熱処理装置４０に搬送されて、加熱され、温度調節される。その後、ウェハＷは、周辺露光装置４２に搬送され、周辺露光処理される。
次にウェハＷは、露光装置１２に搬送され、所定のパターンで露光処理される。
次にウェハＷは、熱処理装置４０に搬送され、露光後ベーク処理される。その後ウェハＷは、たとえば現像処理装置３０に搬送されて現像処理される。現像処理終了後、ウェハＷは、熱処理装置４０に搬送され、ポストベーク処理される。その後、ウェハＷは、カセット載置板２１のカセットＣに搬送され、一連のフォトリソグラフィー工程が完了する。
（第１の実施形態）
次に、第１の実施形態に係る熱処理装置４０の構成について説明する。例えば熱処理装置４０は、図４及び図５に示すように筐体１２０内に、ウェハＷを加熱処理する加熱部１２１と、ウェハＷを冷却処理する冷却部１２２を備えている。図５に示すように筐体１２０の冷却部１２２近傍の両側面には、ウェハＷを搬入出するための搬入出口１２３が形成されている。
加熱部１２１は、図４に示すように上側に位置して上下動自在な蓋体１３０と、下側に位置してその蓋体１３０と一体となって処理室Ｓを形成する熱板収容部１３１を備えている。
蓋体１３０は、下面が開口した略筒形状を有し、後述の熱板１３２上に載置されたウェハＷの被処理面である上面を覆う。蓋体１３０の上面中央部には、排気部１３０ａが設けられている。処理室Ｓ内の雰囲気は、排気部１３０ａから排気される。
また、蓋体１３０には、該蓋体１３０の温度を測定する温度測定部である温度センサ１３３が設けられている。図の例では、温度センサ１３３は蓋体１３０の端部に設けられているが、蓋体１３０の中央部等に設けてもよい。
熱板収容部１３１の中央には、ウェハＷが載置され、該載置されたウェハＷを加熱する熱板１３２が設けられている。熱板１３２は、厚みのある略円盤形状を有しており、熱板１３２の上面すなわちウェハＷの搭載面を加熱するヒータ１４０がその内部に設けられている。ヒータ１４０としては、例えば電気ヒータが用いられる。この熱板１３２の構成については後述する。
熱板収容部１３１には、熱板１３２を厚み方向に貫通する昇降ピン１４１が設けられている。昇降ピン１４１は、シリンダなどの昇降駆動部１４２により昇降自在であり、熱板１３２の上面に突出して後述する冷却板１６０との間でウェハＷの受け渡しを行うことができる。
熱板収容部１３１は、例えば図４に示すように熱板１３２を収容して熱板１３２の外周部を保持する環状の保持部材１５０と、その保持部材１５０の外周を囲む略筒状のサポートリング１５１を有している。
加熱部１２１に隣接する冷却部１２２には、例えばウェハＷを載置して冷却する冷却板１６０が設けられている。冷却板１６０は、例えば図５に示すように略方形の平板形状を有し、加熱部１２１側の端面が円弧状に湾曲している。冷却板１６０の内部には、例えばペルチェ素子などの図示しない冷却部材が内蔵されており、冷却板１６０を所定の設定温度に調整できる。
冷却板１６０は、例えば図４に示すように支持アーム１６１に支持され、その支持アーム１６１は、加熱部１２１側のＸ方向に向かって延伸するレール１６２に取付けられている。冷却板１６０は、支持アーム１６１に取り付けられた駆動機構１６３によりレール１６２上を移動できる。これにより、冷却板１６０は、加熱部１２１側の熱板１３２の上方まで移動できる。
冷却板１６０には、例えば図５のＸ方向に沿った２本のスリット１６４が形成されている。スリット１６４は、冷却板１６０の加熱部１２１側の端面から冷却板１６０の中央部付近まで形成されている。このスリット１６４により、加熱部１２１側に移動した冷却板１６０と、熱板１３２上の昇降ピン１４１との干渉が防止される。図４に示すように冷却部１２２内に位置する冷却板１６０の下方には、昇降ピン１６５が設けられている。昇降ピン１６５は、昇降駆動部１６６によって昇降できる。昇降ピン１６５は、冷却板１６０の下方から上昇してスリット１６４を通過し、冷却板１６０の上方に突出して、例えば搬入出口１２３から筐体１２０の内部に進入するウェハ搬送装置７０との間でウェハＷの受け渡しを行うことができる。
次に、熱板１３２の構成について詳述する。熱板１３２は、図６に示すように、１つの熱板１３２に対し１つの加熱部すなわちヒータ１４０を備える。
ヒータ１４０の発熱量は、熱板温調器１４３を介して制御部３００により調整される。熱板温調器１４３は、ヒータ１４０の発熱量を調整して、熱板１３２の温度を所定の設定温度に制御できる。
制御部３００には、温度センサ１３３で測定した蓋体１３０の温度の測定結果が入力される。
レジストの種類の変更等といったプロセスレシピの変更によりウェハＷの加熱温度が変更されると、熱板１３２の設定温度を変更させることになる。
前述したように、従前の熱処理装置、すなわち、蓋体に対し何ら温度調節機構を設けずに蓋体の冷却は自然冷却により行う熱処理装置では、設定温度の変更後、複数枚のウェハを連続して処理すると、ウェハ間で品質にばらつきが生じる。これは蓋体の温度が安定な状態になるまでに時間がかかるのがその原因の１つである。
そこで、本発明者らは、まず、従来の熱処理装置において、熱板の設定温度を変更し安定状態になってから熱処理を連続して行った時と、熱板の設定温度を変更した直後に熱処理を連続して行った時の、ウェハの面内平均温度と蓋体の温度を測定した。図７は、連続処理時のｎ枚目のウェハにおける上記ウェハの面内平均温度及び蓋体の温度を示す図である。
図７において、横軸は処理枚数、縦軸はウェハの面内平均温度（ＷＡＦ Ａｖｅ温度）または蓋体の温度（チャンバー温度）である。また、ウェハの面内平均温度は、ウェハを模し複数の温度センサなどが搭載されたウェハ型温度測定装置により測定され、また、熱板にウェハ（ウェア型温度測定装置）が載置されてから６０秒後の温度であり、さらに、本例ではウェハ（ウェハ型温度測定装置）の測定面内における２９箇所で測定した温度の平均値である。
図７に示すように、熱板の設定温度を１１０℃に変更後所定時間が経過し安定状態になってから熱処理を連続して行った場合、ウェハ間で面内平均温度と蓋体の温度にばらつきはない。
しかし、熱板の設定温度を１１０℃に変更直後から熱処理を連続して行った場合、１枚目と２５枚目とでは面内平均温度と蓋体の温度に大きな差があり、ウェハ間でばらつきがある。
この測定結果を踏まえ、本発明者らは、熱板の設定温度を変更し安定状態になってから熱処理を連続して行った時と、熱板の設定温度を変更した直後に熱処理を連続して行った時の、ウェハの面内平均温度と蓋体の温度との関係を検討した。
図８は、上述のウェハの面内平均温度と蓋体の温度との関係を示す図である。
図８において、横軸は蓋体の温度、縦軸はウェハの面内平均温度である。
図８に示すように、両者には略正比例な相関関係があるものと推測される。
以上の知見と、ウェハＷの面内平均温度には熱板１３２のヒータ１４０による加熱量が寄与することと、熱板１３２は蓋体１３０より熱容量が非常に小さいことから、本実施形態では、熱板１３２によるウェハＷの熱処理の際、蓋体１３０の温度を測定し、この測定結果に基づいて、熱板１３２のヒータ１４０による加熱量の補正を行い、熱板１３２の温度が早期に安定するようにする。この加熱量の補正は、少なくとも熱板１３２の設定温度が変更された際に行う。また、上記加熱量の補正は、蓋体１３０の温度が安定するまでの間、行う。
上記加熱量の補正は、具体的には、例えば、以下のようにして行う。すなわち、熱板１３２の設定温度毎に、当該設定温度へ変更後に蓋体１３０の温度が安定した時の該蓋体の温度である安定時蓋体温度を記憶部（不図示）に予め記憶する。
そして、制御部３００は、熱板１３２の設定温度が変更された際は、温度センサ１３３により測定された蓋体１３０の温度と、変更後の設定温度に対応する安定時蓋体温度との差分に基づいて、熱板１３２のヒータ１４０による加熱量を補正する。
制御部３００が行う加熱量の補正とは、熱板温調器１４３が出力するヒータ１４０の操作量の調整であり、制御部３００は、該調整によって蓋体１３０の温度をフィードバック制御し、蓋体１３０の温度が、変更後の設定温度に対応する安定時蓋体温度となるようにする。
図９は、本実施形態の熱処理装置４０において、熱板１３２の設定温度を変更し安定状態になってから熱処理を連続して行った時と、熱板の設定温度を変更した直後に熱処理を連続して行った時の、ウェハＷの面内平均温度を示す図である。
図９において、横軸は処理枚数、縦軸はウェハＷの面内平均温度である。また、ウェハＷの面内平均温度の定義や測定方法は図７におけるものと同様であるため省略する。
図９に示すように、熱板１３２の設定温度を１３０℃に変更後所定時間が経過し安定状態になってから熱処理を連続して行った場合も、熱板１３２の設定温度を１３０℃に変更直後から熱処理を連続して行った場合も、ウェハＷの面内平均温度はウェハ間でばらつかない。よって、本実施形態の熱処理装置４０によればウェハＷの品質のばらつきを抑えることができる。また、本実施形態の熱処理装置４０は、蓋体１３０の温度の調整にピエゾ素子等から成る温度調整機構を別途設けていないため、装置の構成が簡易である。
つづいて、熱処理装置４０での蓋体１３０の温度のフィードバック制御について詳述する。
図１０は、フィードバック制御時に行われる処理を説明するフローチャートである。
熱板１３２の設定温度の変更があると、まず、制御部３００は、現在の蓋体１３０の温度の情報を温度センサ１３３から取得する（ステップＳ１）。
そして、制御部３００は、現在の蓋体１３０の温度と、変更後の設定温度に対応する基準温度すなわち変更後の設定温度に対応する安定時蓋体温度とに基づいて、ヒータ１４０による加熱量の補正量を算出する（ステップＳ２）。具体的には、制御部３００は、変更後の設定温度に対応する安定時蓋体温度と現在の蓋体１３０の温度との差分を算出し、該差分に基づき、所定の補正式にしたがって、ヒータ１４０による加熱量の補正量を算出する。
上記所定の補正式は、実際の熱処理より前に予め得られたものであり、例えば以下のようにして与えられる。
上記所定の補正式を得る際には、制御部３００は、熱板１３２の温度を補正式算出用の設定温度に変更・調整し、蓋体１３０の温度が安定してから、補正式算出用の設定温度に対応する安定時蓋体温度を温度センサ１３３により取得する。
また、熱板１３２の設定温度を補正式算出用のものに変更した直後、及び、変更後安定状態になった後に、蓋体１３０の温度のフィードバック制御機能をＯＦＦにした状態で、熱処理を連続して行い、ウェハＷ毎に、該ウェハＷの面内平均温度と蓋体１３０の温度を測定する。ウェハＷの面内平均温度は、ウェハＷを模し複数の温度センサなどが搭載されたウェハ型温度測定装置により測定する。なお、ウェハＷの面内平均温度は、熱板１３２にウェハＷ（ウェア型温度測定装置）が載置されてから６０秒後の温度であり、さらに、ウェハＷ（ウェハ型温度測定装置）の測定面内における２９箇所で測定した温度の平均値である。
そして、各ウェハＷについて、補正式算出用の設定温度と面内平均温度との差分を補正量として算出するとともに、補正式算出用の設定温度に対応する安定時蓋体温度と蓋体１３０の温度の差分ΔＴを算出する。
図１１は、上記補正量と上記差分ΔＴとの関係を示す図である。横軸は上記差分ΔＴ、縦軸は補正量である。
そして、制御部３００は、図１１の関係を示す近似式を導出する。この補正式算出用の設定温度に対応する安定時蓋体温度と蓋体１３０の温度の差分ΔＴと、補正量と、の関係を示す近似式を、変更後の設定温度に対応する安定時蓋体温度と現在の蓋体１３０の温度の差分と、補正量との関係を示す補正式とする。
なお、本例では、熱板１３２の設定温度が異なったとしても共通の補正式を用いるが、補正式を複数用意し、設定温度に応じて異なった補正式を用いるようにしてもよい。
図１０の説明に戻る。
補正量の算出後、制御部３００は、算出した補正量と、蓋体１３０の温度のフィードバック制御を有効にするトリガ（起動トリガ）とを熱板温調器１４３に発行する（ステップＳ３）。
これにより、熱板温調器１４３が、発行された補正量に基づき、ヒータ１４０の加熱量を補正することで、蓋体１３０の温度フィードバック制御が開始される（ステップＳ４）。
なお、熱処理装置４０でのウェハＷ毎の熱処理時間が６０秒であるとすると、フィードバック制御を行う時間、すなわち、現在の蓋体１３０の温度が、変更後の設定温度に対応する安定時蓋体温度になるまでの時間は数秒である。
（第２の実施形態）
図１２は、第２の実施形態に係る熱処理装置４０の熱板１３２の構成の概略を示す平面の説明図である。図１３は、第２の実施形態に係る蓋体１３０の構成の概略を示す平面の説明図である。
第２の実施形態に係る熱処理装置４０の熱板１３２は、図１２に示すように、複数、例えば１３個の熱板領域Ｒ１〜Ｒ１３に区画されている。熱板１３２は、例えば平面から見て中心部に位置して円形の熱板領域Ｒ１と、その熱板領域Ｒ１の周囲を円弧状に４等分した熱板領域Ｒ２〜Ｒ５と、その熱板領域Ｒ２〜Ｒ５の周囲を円弧上に８等分した熱板領域Ｒ６〜Ｒ１３に区画されている。
熱板１３２の各熱板領域Ｒ１〜Ｒ１３には、ヒータ１４０が個別に内蔵され、熱板領域Ｒ１〜Ｒ１３毎に個別に加熱できる。各熱板領域Ｒ１〜Ｒ１３のヒータ１４０の発熱量は、熱板温調器１４３を介して制御部３００により調整される。制御部３００は、各ヒータ１４０の発熱量を調整して、各熱板領域Ｒ１〜Ｒ１３の温度を所定の設定温度に制御できる。
また、図１３に示すように、蓋体１３０の下面には、温度センサ１３３が複数設けられている。温度センサ１３３は、中央の熱板領域Ｒ１に対応する部分Ｐ１に１つ、熱板領域Ｒ２〜Ｒ５に対応する部分Ｐ２に１つ、熱板領域Ｒ ６ 〜Ｒ １３ に対応する部分Ｐ３に１つ配置されている。
本発明者が鋭意検討した結果、各熱板領域Ｒ１〜Ｒ１３に対応するウェハＷの部分の面内平均温度と、各熱板領域Ｒ１〜Ｒ１３に対応する蓋体１３０の部分の温度には相関関係があり、部分ごとにその相関関係は異なることが分かった。
そこで、本実施形態では、熱板１３２によるウェハＷの熱処理の際、蓋体１３０の各部分Ｐ１〜Ｐ３の温度を測定し、この測定結果に基づいて、熱板１３２の各熱板領域Ｒ１〜Ｒ１３のヒータ１４０による加熱量の補正を行う。
上記加熱量の補正は、具体的には、例えば、以下のようにして行う。すなわち、熱板１３２の設定温度毎に、蓋体１３０の各部分Ｐ１〜Ｐ３の安定時蓋体温度を記憶部（不図示）に予め記憶する。そのうえで、制御部３００は、熱板１３２の設定温度が変更された際は、各部分Ｐ１〜Ｐ３について、変更後の設定温度に対応する安定時蓋体温度と、温度センサ１３３により測定された蓋体１３０の温度と、の差分を算出する。そして、制御部３００は、熱板領域Ｒ１〜Ｒ１３毎に、当該領域Ｒ１〜Ｒ１３に対応する部分Ｐ１〜Ｐ３の安定時蓋体温度と、測定された該対応する部分Ｐ１〜Ｐ３の現在の温度と、の差分に基づいて、ヒータ１４０による加熱量を補正する。
制御部３００が行う加熱量の補正とは、熱板温調器１４３が出力する各ヒータ１４０の操作量の調整であり、制御部３００は、該調整によって蓋体１３０の各部分Ｐ１〜Ｐ３の温度をフィードバック制御し、蓋体１３０の各部分Ｐ１〜Ｐ３の温度が、変更後の設定温度に対応する安定時蓋体温度となるようにする。
図１４は、第２の実施形態に係るフィードバック制御時に行われる処理を説明するフローチャートである。
本実施形態に係る熱処理装置４０では、熱板１３２の設定温度の変更があると、図１４に示すように、まず、制御部３００は、蓋体１３０の各部分Ｐ１〜Ｐ３の温度センサ１３３から、現在の各部分Ｐ１〜Ｐ３の温度の情報を取得する（ステップＳ１１）。
そして、制御部３００は、各部分Ｐ１〜Ｐ３について、現在の蓋体１３０の温度と、変更後の設定温度に対応する安定時蓋体温度とに基づいて、ヒータ１４０による加熱量の補正量を算出する（ステップＳ１２）。具体的には、制御部３００は、各部分Ｐ１〜Ｐ３について、変更後の設定温度に対応する安定時蓋体温度と現在の蓋体１３０の温度との差分を算出する。そして、所定の補正式にしたがって、各熱板領域Ｒ１〜Ｒ１３について、当該熱板領域Ｒ１〜Ｒ１３に対応する部分Ｐ１〜Ｐ３に係る上記差分に基づき、ヒータ１４０による加熱量の補正量を算出する。
上記所定の補正式は、実際の熱処理より前に予め得られたものであり、例えば、部分Ｐ１〜Ｐ３毎に第１の実施形態と同様の手法により得ることができる。この補正式は、部分Ｐ１〜Ｐ３で共通であってもよいし、部分Ｐ１〜Ｐ３毎に異なってもよい。
各熱板領域Ｒ１〜Ｒ１３の補正量の算出後、制御部３００は、算出した補正量と、蓋体１３０の温度のフィードバック制御を有効にするトリガ（起動トリガ）とを熱板温調器１４３に発行する（ステップＳ１３）。
これにより、熱板温調器１４３が、発行された補正量に基づき、各ヒータ１４０の加熱量を補正することで、蓋体１３０の温度フィードバック制御が開始される（ステップＳ１４）。
本実施形態によれば、熱板１３２をそれぞれ独立して温度調整可能な複数の熱板領域Ｒ１〜Ｒ１３に分割し、熱板領域Ｒ１のヒータ１４０の操作量を調整することにより蓋体１３０の部分Ｐ１の温度をフィードバック制御し、熱板領域Ｒ２〜Ｒ５のヒータ１４０の操作量を調整することにより蓋体１３０の部分Ｐ２の温度をフィードバック制御し、熱板領域Ｒ６〜Ｒ１３のヒータ１４０の操作量を調整することにより蓋体１３０の部分Ｐ３の温度をフィードバック制御する。
したがって、蓋体１３０の各部分Ｐ１〜Ｐ３の温度を速く安定させることができるため、熱板１３２の設定温度の変更直後からウェハＷを連続処理したとしても、ウェハＷの面内平均温度はウェハＷ間でばらつかないだけでなく、同一ウェハＷ内での温度のばらつきを抑えることができる。よって、本実施形態の熱処理装置４０によればウェハＷ間の品質のばらつき及び同一ウェハＷ内での品質のばらつきを抑えることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。
本発明は、熱板で基板を熱処理する際に有用である。
１…基板処理システム
４０…熱処理装置
１１０…ウェハ搬送装置
１２０…筐体
１２１…加熱部
１２２…冷却部
１２３…搬入出口
１３０…蓋体
１３０ａ…排気部
１３１…熱板収容部
１３２…熱板
１３３…温度センサ
１４０…ヒータ
１４１…昇降ピン
１４２…昇降駆動部
１４３…熱板温調器
１５０…保持部材
１５１…サポートリング
１６０…冷却板
１６１…支持アーム
１６２…レール
１６３…駆動機構
１６４…スリット
１６５…昇降ピン
１６６…昇降駆動部
３００…制御部

Claims (7)

  1. 基板が載置され、該載置された基板を加熱する熱板を、該熱板上に載置された前記基板の被処理面を覆う蓋体を含む処理室内に、備える熱処理装置であって、
    少なくとも前記熱板の温度を制御する制御部と、
    前記蓋体の温度を測定する温度測定部と、
    前記熱板の設定温度毎に、当該設定温度への変更後に前記蓋体の温度が安定した時の当該蓋体の温度である安定時蓋体温度を記憶する記憶部と、を備え、
    前記制御部は、前記熱板の前記設定温度が変更された際、変更後の前記設定温度に対応する前記安定時蓋体温度と、前記温度測定部により測定された前記蓋体の温度と、の差分に基づいて、変更後の前記設定温度を得るための前記熱板の加熱量の補正を行うことを特徴とする熱処理装置。
  2. 前記熱板は、複数の領域に分割され、
    前記制御部は、前記複数の領域に分割された前記熱板の温度を前記領域毎に制御し、
    前記温度測定部は、前記複数の領域に分割された前記熱板の各領域に対応する部分毎に前記蓋体の温度を測定し、
    前記制御部は、前記熱板の設定温度が変更された際、前記領域毎に、前記温度測定部により測定された当該領域に対応する部分の前記蓋体の温度に基づいて、前記熱板の加熱量の補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
  3. 前記熱板の加熱量の補正は、前記熱板を加熱する加熱部の操作量の調整であり、前記制御部は、前記蓋体の温度が前記変更後の前記設定温度に対応する前記安定時蓋体温度になるように前記加熱部の操作量の調整を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理装置。
  4. 基板が載置された熱板により前記基板を加熱する熱処理方法であって、
    前記熱板の設定温度毎に、当該設定温度への変更後に、基板の被処理面を覆い処理室を構成する蓋体の温度が安定した時の当該蓋体の温度である安定時蓋体温度が記憶されており、
    前記蓋体の温度を測定する測定工程と、
    前記熱板の前記設定温度が変更された際、変更後の前記設定温度に対応する前記安定時蓋体温度と、前記測定された前記蓋体の温度と、の差分に基づいて、変更後の前記設定温度を得るための前記熱板の加熱量の補正を行う補正工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。
  5. 前記熱板は、個別に温度が制御される複数の領域に分割され、
    前記測定工程は、前記複数の領域に分割された前記熱板の各領域に対応する部分毎に前記蓋体の温度を測定する工程であり、
    前記補正工程は、前記熱板の設定温度が変更された際、前記領域毎に、前記測定された当該領域に対応する部分の前記蓋体の温度に基づいて、前記熱板の加熱量の補正を行う工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の熱処理方法。
  6. 前記熱板の加熱量の補正は、前記熱板を加熱する加熱部の操作量の調整であり、
    前記補正工程は、前記蓋体の温度が前記変更後の前記設定温度に対応する前記安定時蓋体温度になるように前記加熱部の操作量の調整を行うことを特徴とする請求項４または５に記載の熱処理方法。
  7. 請求項４〜６のいずれか１項に記載の熱処理方法を熱処理装置によって実行させるように、当該熱処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。
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