JP6837929B2

JP6837929B2 - 基板処理装置

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Publication number: JP6837929B2
Application number: JP2017123399A
Authority: JP
Inventors: 優溝部
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2017-06-23
Filing date: 2017-06-23
Publication date: 2021-03-03
Anticipated expiration: 2037-06-23
Also published as: JP2019009276A

Description

本発明は、基板に加熱処理及び冷却処理を行う基板処理装置に関する。

例えば半導体デバイスの製造工程では、例えば基板としての半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上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処理、当該レジスト膜に所定のパターンを露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理などを順次行うフォトリソグラフィー処理が行われ、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、このレジストパターンをマスクとして、ウェハ上の被処理膜のエッチング処理が行われ、その後レジスト膜の除去処理などが行われて、被処理膜に所定のパターンが形成される。

ところで、近年、半導体デバイスのさらなる高集積化を図るため、上述した被処理膜のパターンの微細化が求められている。このため、レジストパターンの微細化が進められており、例えばフォトリソグラフィー処理における露光処理の光を短波長化することが進められている。しかしながら、露光光源の短波長化には技術的、コスト的な限界があり、光の短波長化を進める方法のみでは、例えば数ナノメートルオーダーの微細なレジストパターンを形成するのが困難な状況にある。

そこで、フォトリソグラフィー処理に替わるパターン形成方法として、例えばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）とポリスチレン（ＰＳ）といった２種類の高分子（ポリマー）を組み合わせたブロック共重合体を用いたウェハ処理方法が提案されている（特許文献１）。かかる方法では、先ず、ウェハ上に一方のポリマーに対して親和性の高い領域のパターンを形成しておき、当該領域上に例えばレジストパターンを形成する。次いで、レジストパターンが形成されたウェハ上にブロック共重合体を塗布し、その後、当該ブロック共重合体を相分離させる。

そして、一方のポリマーを、エッチングして選択的に除去することで、他方のポリマーによってウェハ上に微細なパターンが形成される。そして、このポリスチレンのパターンをマスクとして被処理膜のエッチング処理が行われ、被処理膜に所定のパターンが形成される。

なお、特許文献１の図２２には、ブロック共重合体を相分離させるための基板処理装置として、ブロック共重合体が塗布されたウェハを加熱処理して相分離させるための熱板が筐体内に設けられ、筐体における熱板とウェハの搬送装置との間の部分に、ウェハを冷却処理して温度調節する冷却板が設けられたものが開示されている。この基板処理装置では、熱板の上部を覆う蓋体が設けられており、蓋体と熱板との間で囲まれた空間にウェハが搬送された後に該空間内を窒素ガスで置換し、低酸素雰囲気で加熱処理が行われる。なお、この基板処理装置では、筐体における冷却板側は冷却板の上部が全面にわたって開口している。

特開２０１４−８７７８１号公報

ところで、冷却処理も低酸素雰囲気で行うことが望まれることがある。しかし、特許文献１の上述の基板処理装置における熱板側の構成と同様な構成を冷却板側にも採用したとしても、すなわち、冷却板の上部を覆う蓋体を設けたとしても、冷却板の形状は熱板の形状と異なるので、蓋体と冷却板とで密閉空間を形成することができないため、冷却板の周囲の空間を低酸素雰囲気とするのに時間を要する。また、冷却板を用いて冷却処理を行う空間には、加熱処理を行うための加熱処理室との間でウェハを搬送する搬送機構が設けられているため、上述のような蓋体を、冷却処理を行う空間に設けることは困難である。また、冷却板全体を筐体で覆い、冷却板を用いて冷却処理を行う冷却処理室を密閉可能に形成したとしても、基板処理装置の外部からウェハを搬出入する搬送装置の搬送アームが冷却処理室には挿入されること等から、冷却処理室は大きく形成する必要があり、該冷却処理室内を低酸素雰囲気とするのに時間を要する。

上述したブロック共重合体の相分離装置だけでなく、ＳＯＤ（Spin On Dielectric）システムにより層間絶縁膜を形成する際に加熱処理及び冷却処理を行う基板処理装置等においても同様な問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基板に加熱処理及び冷却処理を行う基板処理装置において、冷却処理のための冷却処理室内における基板の周囲を低酸素雰囲気とするのに要する時間を短縮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、基板に加熱処理及び冷却処理を行う基板処理装置であって、内部を密閉可能な筐体を備え、該筐体は、当該基板処理装置の外部から当該筐体内に基板を搬出入する基板搬送装置に近い方から順に、前記冷却処理のための冷却処理室と、前記加熱処理のための加熱処理室と、を有し、当該基板処理装置はさらに、前記冷却処理室内において、基板が載置され該載置された基板を冷却する冷却板と、前記基板搬送装置と前記冷却板との間で基板の受け渡しを行う受け渡し機構と、前記冷却処理室と前記加熱処理室との間で基板を搬送する搬送機構と、ガス供給源から供給された所定のガスの温度を室温より高くなるよう調整するガス温度調整機構と、を備え、該ガス温度調整機構により温度が調整された前記所定のガスを前記冷却処理室に供給し、基板が載置された前記冷却板を前記冷却処理室内において上方に移動させる移動機構をさらに備えることを特徴としている。

本発明によれば、冷却処理室に供給する所定のガスを室温より高くなるように温度調節する、すなわち、高温となるように温度調節するガス温度調整機構を備えているため、冷却処理室内の少なくとも基板の周囲を所定のガスで置換し低酸素濃度とするのに要する時間を短縮することができる。

上方に移動された前記冷却板上の基板の周囲から上方に前記所定のガスを吐出する吐出装置を備えてもよい。

本発明によれば、基板に加熱処理及び冷却処理を行う基板処理装置において、冷却処理のための冷却処理室内における基板の周囲を低酸素雰囲気とするのに要する時間を短縮することができる。

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。ポリマー除去装置の構成の概略を示す縦断面図である。ポリマー除去装置の構成の概略を示す横断面図である。ウェハが搬送アームからポリマー除去装置の昇降ピンに受け渡された状態を示す説明図である。ウェハが昇降ピンから冷却板に受け渡された状態を示す説明図である。冷却板が熱板上に移動した状態を示す説明図である。ウェハが冷却板から昇降ピンに受け渡された状態を示す説明図である。蓋体を降下させると共に、ウェハが熱板から所定の距離離間した状態で昇降ピンを保持した状態を示す説明図である。ウェハが昇降ピンから熱板に受け渡された状態を示す説明図である。ウェハが熱板から昇降ピンに受け渡された状態を示す説明図である。冷却処理室に窒素ガスを導入したときの冷却処理室内の基板の周囲における酸素濃度の時間変化を示す図である。冷却処理室から気体が排出される様子を示す概念図である。ポリマー除去装置の他の例にかかる構成の概略を示す横断面図である。ポリマー除去装置の別の例にかかる構成の概略を示す横断面図である。供給リングの一例の概略を示す縦断面図である。冷却処理室に窒素ガスを導入したときの冷却処理室内の基板の周囲における酸素濃度の時間変化を示す図である。

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。

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上に反射防止膜を形成する反射防止膜形成装置３１、ウェハＷ上に中性剤を塗布して中性層を形成する中性層形成装置３２、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３３、ウェハＷ上にブロック共重合体を塗布するブロック共重合体塗布装置３４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、反射防止膜形成装置３１、中性層形成装置３２、レジスト塗布装置３３及びブロック共重合体塗布装置３４は、それぞれ水平方向に３つ並べて配置されている。なお、これら液処理装置の数や配置は、任意に選択できる。また、これらの液処理装置では、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上に所定の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。

なお、ブロック共重合体塗布装置３４でウェハＷ上に塗布されるブロック共重合体は第１のモノマーと第２のモノマーが直鎖状に重合した、第１のポリマー（第１のモノマーの重合体）と第２のポリマー（第２のモノマーの重合体）とを有する高分子（共重合体）である。例えば、第１のポリマーとしては、その高分子の構造中に酸素原子を有するポリマーが用いられ、第２のポリマーとしては、高分子の構造中に酸素原子を有しないポリマーが用いられる。より具体的には、例えば、第１のポリマーとして例えばポリメタクリル酸メチルが用いられ、第２のポリマーとしては例えばポリスチレンが用いられる。また、ブロック共重合体における第１のポリマーの分子量の比率は約４０％〜６０％であり、ブロック共重合体における第２のポリマーの分子量の比率は約６０％〜４０％である。そして、本実施の形態におけるブロック共重合体は、これら第１のポリマーと第２のポリマーの共重合体を溶媒により溶解して溶液状としたものである。なお、溶媒には、例えばヘプタンなどが用いられる。

また、中性層形成装置３２でウェハＷ上に形成される中性層は、第１のポリマーと第２のポリマーに対して中間の親和性を有している。本実施の形態では、中性層として例えば第１のポリマーと第２のポリマーとのランダム共重合体や交互共重合体が用いられる。以下において、「中性」という場合は、このように第１のポリマーと第２のポリマーに対して中間の親和性を有することを意味する。

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、ブロック共重合体塗布装置３４でウェハＷ上に塗布されたブロック共重合体を第１の温度で加熱処理して第１のポリマーと第２のポリマーに相分離させるポリマー分離装置４１、ウェハＷを疎水化処理するアドヒージョン装置４２、ウェハＷの外周部を露光する周辺露光装置４３、ポリマー相分離後のウェハＷを第２の温度で加熱処理して例えば第１のポリマーを選択的に除去するポリマー除去装置４４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が載置され該載置されたウェハを加熱する熱板と、ウェハＷが載置され該載置されたウェハを冷却し温度調節する冷却板を有し、加熱処理と冷却処理の両方を行うことができる。なお、ポリマー分離装置４１やポリマー除去装置４４もウェハＷに対して熱処理を施す装置であり、その構成については後述する。また、熱処理装置４０、ポリマー分離装置４１、アドヒージョン装置４２、周辺露光装置４３、ポリマー除去装置４４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、例えばＹ方向、前後方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アーム７０ａを有している。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。

次に、上述したポリマー除去装置４４の構成について説明する。図４は、ポリマー除去装置４４の構成の概略を示す横断面図であり、図５は、ポリマー除去装置４４の構成の概略を示す縦断面図である。

例えばポリマー除去装置４４は、図４及び図５に示すように、内部を密閉可能な筐体１５０を有する。筐体１５０のウェハ搬送装置７０側の側壁１５０ａには、ウェハＷの搬入出口１５０ｂが形成され、該搬入出口１５０ｂに対して開閉シャッタ１５０ｃが設けられている。
また、筐体１５０は、ウェハ搬送装置７０に近い方から順に、冷却処理室１５０ｄと加熱処理室１５０ｅを有する。冷却処理室１５０ｄは、ウェハＷを冷却処理するためのものであり、加熱処理室１５０ｅは、ウェハＷを加熱処理するためのものである。

筐体１５０は、冷却処理室１５０ｄ側においても加熱処理室１５０ｅにおいても天壁、底壁及び四方の側壁を有する容器状に形成されており、冷却処理室１５０ｄと加熱処理室１５０ｅとを隔てる隔壁１５０ｆには、ウェハＷが載置された後述の冷却板１５１が通過する搬送口１５０ｇが形成されている。

冷却処理室１５０ｄ内には、ウェハＷが載置され該載置されたウェハＷを冷却し温度調節する冷却板１５１が設けられ、加熱処理室１５０ｅ内には、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１５２が設けられている。冷却板１５１と熱板１５２と前述の搬送口１５０ｇは、例えば図４のＹ方向に沿って並んで設けられている。

熱板１５２は、厚みのある略円盤形状を有している。熱板１５２は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷを吸引する図示しない吸引口が設けられており、この吸引口からの吸引により、ウェハＷを熱板１５２上に吸着保持できる。

熱板１５２の内部には、図５に示すように、熱板１５２を加熱する加熱機構１５３が設けられている。加熱機構１５３としては、例えば電気ヒータなどが用いられ、後述する制御部３００により加熱機構１５３への電力の供給量を制御することにより、熱板１５２を所定の設定温度に制御することができる。

熱板１５２には、上下方向に貫通する複数の貫通孔１５４が形成されている。貫通孔１５４には、昇降ピン１５５が設けられている。昇降ピン１５５は、シリンダなどの昇降駆動機構１５６によって上下動できる。昇降ピン１５５は、貫通孔１５４内を挿通して熱板１５２の上面に突出し、ウェハＷを支持して昇降できる。

熱板１５２には、当該熱板１５２の外周部を保持する環状の保持部材１５７が設けられている。保持部材１５７には、当該保持部材１５７の外周を囲み、昇降ピン１５５を収容する筒状のサポートリング１５８が設けられている。

冷却板１５１は、図４に示すように略方形の平板形状を有し、熱板１５２側の端面が円弧状に湾曲している。冷却板１５１には、Ｙ方向に沿った２本のスリット１６０が形成されており、冷却板１５１が、昇降ピン１５５及び冷却板１５１の下方に設けられた昇降ピン１６１と干渉するのを防止できる。昇降ピン１６１は、シリンダなどの昇降駆動機構１６２によって上下動できる。昇降ピン１６１及び昇降駆動機構１６２は、ウェハ搬送装置７０と冷却板１５１との間でウェハの受け渡しを行う受け渡し機構として機能する。また、冷却板１５１には、例えばペルチェ素子などの温度調節部材（図示せず）が内蔵されている。

冷却板１５１は、図４に示すように支持アーム１７０に支持されている。支持アーム１７０には、駆動部１７１が取り付けられている。駆動部１７１は、Ｙ方向に延伸するレール１７２に取り付けられている。レール１７２は、冷却板１５１の下方から搬送口１５０ｇの下方近傍まで延伸している。この駆動部１７１により、冷却板１５１は、レール１７２に沿って熱板１５２の上方まで移動可能になっている。冷却板１５１、支持アーム１７０、駆動部１７１、レール１７２は、冷却処理室１５０ｄと加熱処理室１５０ｅとの間でウェハの搬送を行う搬送機構として機能する。

熱板１５２の上方には、例えばサポートリング１５８と概ね同じ直径を有する筒状の蓋体１８０が設けられている。蓋体１８０の天井部であって、中央部近傍にはガス供給口１９０が形成されており、ガス供給口１９０には供給管１９１と供給ノズル１９２が接続されている。

供給管１９１は、内部に所定のガスを貯留するガス供給源１９３に連通している。また、供給管１９１には、ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１９４が設けられている。
供給ノズル１９２は、略円盤状に形成されており、また、供給ノズル１９２の外周部には、図示しない供給口が形成されており、ガス供給源１９３から供給された所定のガスをウェハＷの直径方向に放射状に供給できる。

蓋体１８０は図示しない昇降機構により昇降自在に形成されており、例えば、図５に示すように、蓋体１８０を下降させて、当該蓋体１８０の下端面をサポートリング１５８の上面に当接させることで、保持部材１５７、サポートリング１５８及び熱板１５２と蓋体１８０とで囲まれる空間Ａをほぼ気密な状態とすることができる。また、例えば保持部材１５７の上面には、図示しない排気口が形成されており、該排気口を介して空間Ａ内の気体を排出することができる。したがって、蓋体１８０をサポートリング１５８に当接させた状態で空間Ａを排気しつつ、ガス供給源１９３から所定のガスを供給することで、最小限の所定のガスで、空間Ａを所定のガスで置換し低酸素雰囲気にすること、すなわち、熱板１５２上のウェハＷを所定のガスの雰囲気で覆うことができる。なお、ガス供給源１９３から供給される所定のガスは、非酸化性のガスであり、非酸化性ガスとしては、例えば窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを用いることができる。

また、蓋体１８０の例えば天井部の下面には、酸素濃度を検知するためのガス検知器１９５が設けられている。ガス検知器１９５の検知結果は制御部３００に入力される。

さらに、筐体１５０の天壁１５０ｈにおける冷却処理室１５０ｄの中央部上方には、ガス供給口２００が形成されており、ガス供給口２００には供給管２０１と供給ノズル２０２が接続されている。

供給管２０１は、内部に所定のガスを貯留するガス供給源２０３に連通している。また、供給管２０１には、ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群２０４が設けられている。さらに、供給管２０１には、ガス供給源２０３から供給機器群２０４を介して供給された所定のガスの温度を高温になるよう調整するガス温度調整機構２０５が設けられている。ガス温度調整機構２０５は、具体的には、室温より高くなるよう所定のガスの温度を調整する。また、ガス温度調整機構２０５は、例えば流路を囲む抵抗発熱線を備えたものなどにより構成される。

供給ノズル２０２は、略円盤状に形成されており、また、供給ノズル２０２の外周部には、図示しない供給口が形成されており、ガス供給源２０３から供給された高温の所定のガスをウェハＷの直径方向に放射状に供給できる。

また、筐体１５０の冷却処理室１５０ｄ側の底壁１５０ｉには、図示しない排気口が形成されており、該排気口を介して筐体１５０内の気体、特に冷却処理室１５０ｄ内の気体を排出することができる。したがって、筐体１５０の冷却処理室１５０ｄを排気しつつ、ガス供給源２０３から供給されガス温度調整機構２０５により高温に調整された所定のガスを供給することで、冷却処理室１５０ｄを所定のガスで置換し低酸素雰囲気にすること、すなわち、冷却板１５１上のウェハＷを所定のガスの雰囲気で覆うことができる。なお、ガス供給源２０３から供給される所定のガスは、非酸化性のガスであり、非酸化性ガスとしては、例えば窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを用いることができる。また、ガス供給源２０３から供給される所定のガスの温度は、室温及び冷却板１５１の温度より高く、冷却処理完了後のウェハＷの目標温度より低い温度であり、具体的には、２５℃〜２００℃であり、好ましくは、３０℃〜１００℃、より好ましくは４０℃〜９０℃である。なお、例えば、ガス温度調整機構２０５により温度調整された所定のガスの温度を測定する不図示の温度測定装置を、供給管２０１の例えば冷却処理室１５０ｄの近傍に設け、該温度測定装置での検出結果に基づき、制御部３００がガス温度調整機構２０５を制御することにより、所定のガスの温度を所定の温度に調整することができる。

また、筐体１５０の冷却処理室１５０ｄ側における例えば天壁１５０ｈの下面には、酸素濃度を検知するためのガス検知器２０６が設けられている。ガス検知器２０６の検知結果は制御部３００に入力される。

なお、ポリマー分離装置４１の構成及び熱処理装置４０の構成は、蓋体１８０及び筐体１５０の天壁１５０ｈにガス供給口１９０、２００が形成されていない点を除いてポリマー除去装置４４と同様の構成を有している。ただし、ポリマー分離装置４１については、ポリマー除去装置４４と同様の構成としてもよい。

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、以上のように構成された基板処理システム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、熱処理装置４０に搬送されて温度調節された後、反射防止膜形成装置３１に搬送され、ウェハＷ上に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、加熱され、温度調節される。

次にウェハＷは、中性層形成装置３２に搬送され、ウェハＷの反射防止膜上に中性剤が塗布されて、中性層が形成される。その後ウェハＷは、熱処理装置４０に搬送され、加熱され、温度調節される。

次にウェハＷは、アドヒージョン装置４２に搬送され、アドヒージョン処理される。その後ウェハＷは、レジスト塗布装置３３に搬送され、ウェハＷの中性層上にレジスト液が塗布されて、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に搬送されて、プリベーク処理される。その後ウェハＷは、周辺露光装置４３に搬送され、周辺露光処理される。

その後ウェハＷは、インターフェイスステーション１３のウェハ搬送装置１１０によって露光装置１２に搬送され、露光処理される。

次にウェハＷは、インターフェイスステーション１３のウェハ搬送装置１１０によって露光装置１２に搬送され、露光処理される。その後ウェハ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、現像処理装置３０に搬送され、現像処理される。現像終了後、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。こうして、ウェハＷの中性層上にレジスト膜による所定のレジスト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ェハＷは、ブロック共重合体塗布装置３４に搬送され、ウェハＷ上にブロック共重合体が塗布される。

次にウェハＷは、ポリマー分離装置４１に搬送され、ウェハＷ上のブロック共重合体が、第１のポリマーと第２のポリマーに相分離される。
その後ウェハＷは、ポリマー除去装置４４に搬送され、第１のポリマーが選択的に除去される。こうして、第２のポリマーにより所定のパターンが形成される。

その後、ウェハＷは、基板処理システム１の外部に設けられたエッチング処理装置（図示せず）に搬送され、第２のポリマーをマスクとしてエッチング処理される。これにより、ウェハＷに第２のポリマーのパターンが転写される。なお、エッチング処理装置としては、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置が用いられる。

その後、ウェハＷが再度エッチング処理され、ウェハＷ上の第２のポリマーや中性層及び反射防止膜が除去される。その後、ウェハＷがエッチング処理装置から搬出されて一連のウェハ処理が終了する。

続いて、ポリマー除去装置４４におけるウェハＷに対する処理を図６〜図１２を用いて説明する。なお、図６〜図１２では、主要な機器のみを記載している。

先ず、図６に示すように、昇降ピン１６１が上昇されると共に、開閉シャッタ１５０ｃが開かれ、ウェハ搬送装置７０の搬送アーム７０ａにより、搬入出口１５０ｂを介して、冷却処理室１５０ｄ内にウェハＷが搬入され、昇降ピン１６１にウェハＷが受け渡される。この工程の間は、すなわち、開閉シャッタ１５０ｃが開かれている間は、供給ノズル１９２、２０２からの所定のガスの供給は行われず、また、蓋体１８０は下降され、サポートリング１５８の上面に当接されている。

次いで、搬送アーム７０ａが冷却処理室１５０ｄ内から抜き出され、図７に示すように、昇降ピン１６１が下降され、冷却板１５１にウェハＷが受け渡される。また、開閉シャッタ１５０ｃすなわち搬入出口１５０ｂが閉じられる共に、供給ノズル１９２、２０２からの非酸化性ガスの供給が開始される。

非酸化性ガスの供給の開始から所定時間経過後、図８に示すように、蓋体１８０が上昇された後に、ウェハＷが載置された冷却板１５１が、搬送口１５０ｇを介して熱板１５２の上方向に移動される。上記所定時間とは例えば２０秒である。なお、熱板１５２は予め、所定の温度まで昇温されている。所定の温度とは、例えば３５０〜４００℃である。

その後、図９に示すように昇降ピン１５５が上昇されてウェハＷが昇降ピン１５５に受け渡され、次いで冷却板１５１が蓋体１８０の下方から退避する。

次に、図１０に示すように、蓋体１８０と昇降ピン１５５が下降され、蓋体１８０の下端面とサポートリング１５８の上面とが当接されると共に、ウェハＷが熱板１５２の上面から所定の距離離間した状態で、一定時間維持される。この際、供給ノズル１９２から非酸化性ガスとしての窒素ガスが供給されているため、蓋体１８０と熱板１５２とで囲まれた空間内の気体が徐々に窒素ガスに置換される。また、この際のウェハＷと熱板１５２との距離は、例えばウェハＷの温度が３５０℃を超えないような距離に調整される。これにより、ウェハＷの周囲の雰囲気が窒素ガスに置換される前にウェハＷが熱板１５２に載置されて、ブロック共重合体の第１のポリマー及び第２のポリマーが酸化することを防止できる。
なお、この際、供給ノズル２０２から高温の窒素ガスが供給されているため、冷却処理室１５０ｄ内の気体の窒素ガスによる置換も既に開始されている。

その後、ガス検知器１９５により検知された値に基づき、例えば制御部３００において酸素濃度が例えば２５ｐｐｍ以下となったと判定されると、昇降ピン１５５がさらに降下し、図１１に示すように、ウェハＷが熱板１５２上に載置され、加熱処理が開始される。その後、ウェハＷ上の第１のポリマーの除去が完了し、ガス検知器２０６での検知結果に基づいて冷却処理室１５０ｄ内の酸素濃度が例えば２５ｐｐｍ以下となったと判定されると、図１２に示すように、蓋体１８０と昇降ピン１５５が上昇し、ウェハＷが熱板１５２から離間され、加熱処理室１５０ｅでの加熱処理が終了する。なお、加熱処理の時間は、上述のようにガス検知器１９５による測定結果に基づいて定めてもよいし、予め行われる試験等に基づいて冷却処理室１５０ｄ内の酸素濃度が２５ｐｐｍ以下となる時間を求めて定めてもよい。

次いで、図８と逆の順序で各機器が動作することで、ウェハＷが冷却板１５１に受け渡される。その後、ウェハＷが冷却板１５１で所定の時間冷却され、すなわち冷却処理されて、温度調整され、ポリマー除去装置４４での処理が終了する。

次に、ポリマー除去装置４４に、冷却処理室１５０ｄに供給する窒素ガスを高温に温度調整するガス温度調整機構２０５を設けたことによる効果、及びその作用について説明する。
図１３は、冷却処理室１５０ｄに、窒素ガスを温度調節せずに供給した場合と、窒素ガスを４０℃に温度調節して供給した場合の、冷却処理室１５０ｄの酸素濃度の時間変化を示す図である。図の縦軸は、冷却処理室１５０ｄ内におけるウェハＷの周囲の酸素濃度を示し、横軸は、窒素ガスの供給を開始してからの経過時間を示す。なお、上述のいずれの場合においても、ガス供給源２０３から供給機器群２０４を介して供給される窒素ガスの流量は、８２リットル／分とした。

図１３に示すように、冷却処理室１５０ｄに高温である４０℃の窒素ガスを供給することで、室温の窒素ガスを供給する場合に比べて、冷却処理室１５０ｄ内の酸素濃度を２５ｐｐｍ以下にするまでの時間を４０秒以上短縮することができる。

図１４は、窒素ガスを温度調節せずに供給する場合と、窒素ガスを高温に温度調節して供給する場合の、冷却処理室１５０ｄから気体が排出される様子を示す概念図であり、図１４（Ａ）は温度調節しない場合、図１４（Ｂ）は温度調節する場合を示す。
ガス供給源２０３からの供給量が同じであっても、高温に温度調節する場合、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示すように、温度調節しない場合に比べて、窒素ガスの体積が大きくなるため、結果として、冷却処理室１５０ｄに供給されるガスの体積流量が大きくなるので、冷却処理室１５０ｄ内を窒素ガスで置換するのに要する時間を短縮することができたものと考えられる。

上述のように、本実施形態では、冷却処理室１５０ｄへ供給する所定のガスの温度を調節するガス温度調整機構を設けたため、冷却処理室１５０ｄ内を窒素ガスで置換するのに要する時間を短縮することができる。また、本実施形態によれば、冷却処理の際にウェハＷ上の第２のポリマーが酸化するのを防止することができる。
なお、ガス温度調整機構により温度調節された後の温度が、高すぎると冷却処理に要する時間が長期化し、低すぎると冷却処理室１５０ｄ内を窒素ガスで置換するのに要する時間をほとんど短縮することができないが、温度調節後の所定のガスの温度を前述のように４０℃〜９０℃とすれば、冷却処理の時間を長期化させることなく、冷却処理室内を低酸素雰囲気とするのに要する時間を短縮することができる。

図１５は、ポリマー除去装置４４の他の例を示す図である。
図１５のポリマー除去装置４４では、図５のものと異なり、駆動部１７１が冷却板１５１を昇降させる昇降機能も有する。
本例のポリマー除去装置４４におけるウェハＷの処理では、図１１に示すように、昇降ピン１６１を下降させ、熱板１５２にウェハＷを載置させて、加熱処理を開始させた後、第１のポリマーの除去が完了するまで、加熱処理を行う。
加熱処理後、冷却板１５１にウェハＷが受け渡され、冷却板１５１すなわちウェハＷが冷却処理室１５０ｄに戻される。第１のポリマーの除去が完了した時点では、冷却処理室１５０ｄ内の酸素濃度は例えば１００ｐｐｍとなるので、その時点で冷却処理室１５０ｄにウェハＷが戻されても、短時間であればウェハＷ上の第２のポリマーの酸化が大きく進むことはない。

冷却板１５１が冷却処理室１５０ｄに戻された後、冷却板１５１は上昇される。高温に温度調節された窒素ガスは、単位体積当たりの質量が酸素に比べ小さく上方に溜まりやすいため、上昇された冷却板１５１の周囲すなわちウェハＷの周囲は窒素ガスで早く置換され、早く低酸素雰囲気となる。したがって、本例のポリマー除去装置４４では、冷却処理開始までの時間すなわち加熱処理の時間をさらに短縮することができ、これによりポリマー除去装置４４におけるウェハＷに対する処理に要する時間を短縮することができる。

図１６は、ポリマー除去装置４４の他の例を示す図である。図１７は、図１６のポリマー除去装置４４が有する後述の供給リングの一例を示す断面図である。
図１６のポリマー除去装置４４は、図１５の供給ノズル２０２に代えて、ガス温度調整機構２０５により温度調節された所定のガスを冷却処理室１５０ｄに供給する上面視略円環状の供給リング２１０と、供給リング２１０を昇降する昇降部２１１とを有する。

供給リング２１０は、本発明に係る吐出装置を構成するものであり、冷却板１５１が上方に移動されるときに同様に上方に移動される。そして、この供給リング２１０は、図１７に示すように、上方に移動された冷却板１５１上のウェハＷの周囲から上方に、温度調節された所定のガスを吐出する吐出孔２１０ａを有する。
本例のポリマー除去装置４４は、上述のように、上方に移動された冷却板１５１上のウェハＷの周囲に位置する吐出孔２１０ａから上方に、高温に温度調節された所定のガスを吐出するため、上昇された冷却板１５１の周囲すなわちウェハＷの周囲を窒素ガスで置換し、低酸素雰囲気とするまでの時間をさらに短縮することができる。

図１８は、冷却処理室１５０ｄに、冷却板１５１の上昇を行わずに、供給リング２１０からではなく図５等と同様に筐体１５０の天壁１５０ｈ側から、温度調節された窒素ガスを供給した場合と、冷却板１５１を上昇させて、供給リング２１０の吐出孔２１０ａから上方に向けて温度調節された窒素ガスを供給した場合の、酸素濃度の時間変化を示す図である。図の縦軸は、後者の場合については冷却処理室１５０ｄ内における上昇されたウェハＷの周囲の酸素濃度を示し、前者の場合については上昇されていないウェハＷの周囲の酸素濃度を示す。また、図の横軸は、窒素ガスの供給を開始してからの経過時間を示す。なお、上述のいずれの場合においても、ガス供給源２０３から供給機器群２０４を介して供給される窒素ガスの流量は、８２リットル／分とした。

図１８に示すように、冷却板１５１の上昇を行い、供給リング２１０の吐出孔２１０ａから上方に向けて温度調節された窒素ガスを供給することにより、単に温度調節された窒素ガスを供給する場合に比べて、冷却処理室１５０ｄ内のウェハＷの周囲の酸素濃度を２５ｐｐｍ以下にするまでの時間を３０秒以上短縮することができる。

また、冷却板１５１のＹ方向に沿った２本のスリット１６０を下方から塞ぐことが可能な塞ぎ部材を設け、冷却板１５１が上昇したときに該塞ぎ部材も共に上昇させ該冷却板１５１でスリット１６０を塞ぐようにしてもよい。これにより、ウェハＷの周囲の酸素濃度を速く低下させることができる。

なお、ガス温度調整機構２０５による温度調節の目標温度は、一連のウェハＷの処理の間、一定としてもよいが、変化させてもよい。例えば、初期段階では、目標温度をより高温として、酸素濃度の低下を進め、所定濃度以下となってから、目標温度を下げて、冷却処理に影響が及ばないようにしてもよい。

（参考の実施の形態）
以上の実施の形態では、ガス温度調整機構を設けた形態及び、ガス温度調整機構にさらに冷却板を上方に移動させる機構を設けた形態であるが、参考の実施の形態は、冷却板を上方に移動させる機構のみを設けたものである。この参考の形態であっても、冷却処理室における冷却板上の基板の周囲を低酸素雰囲気とするまでに要する時間を短縮することができる。

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、相分離装置にも適用することができる。また、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等の用途に用いられる場合にも適用できる。さらに、本発明は、ＳＯＤシステムにより層間絶縁膜を形成する際にも適用することができる。

本発明は、冷却処理室と加熱処理室の両方が筐体内に設けられ、冷却処理室が基板搬送装置側に位置する基板処理装置に有用である。

１基板処理システム
４１ポリマー分離装置
４４ポリマー除去装置
７０ウェハ搬送装置
７０ａ搬送アーム
１５０筐体
１５０ｄ冷却処理室
１５０ｅ加熱処理室
１５１冷却板
１５２熱板
１５４貫通孔
１５５昇降ピン
１５６昇降駆動機構
１５７保持部材
１５８サポートリング
１６０スリット
１６１昇降ピン
１６２昇降駆動機構
１７０支持アーム
１７１駆動部
１７２レール
１８０蓋体
１９０ガス供給口
１９１供給管
１９２供給ノズル
１９３ガス供給源
１９４供給機器群
１９５ガス検知器
２００ガス供給口
２０１供給管
２０２供給ノズル
２０３ガス供給源
２０４供給機器群
２０５ガス温度調整機構
２０６ガス検知器
２１０供給リング
２１０ａ吐出孔
２１１昇降部
３００制御部

Claims

基板に加熱処理及び冷却処理を行う基板処理装置であって、
内部を密閉可能な筐体を備え、
該筐体は、当該基板処理装置の外部から当該筐体内に基板を搬出入する基板搬送装置に近い方から順に、前記冷却処理のための冷却処理室と、前記加熱処理のための加熱処理室と、を有し、
当該基板処理装置はさらに、
前記冷却処理室内において、基板が載置され該載置された基板を冷却する冷却板と、
前記基板搬送装置と前記冷却板との間で基板の受け渡しを行う受け渡し機構と、
前記冷却処理室と前記加熱処理室との間で基板を搬送する搬送機構と、
ガス供給源から供給された所定のガスの温度を室温より高くなるよう調整するガス温度調整機構と、を備え、
該ガス温度調整機構により温度が調整された前記所定のガスを前記冷却処理室に供給し、
基板が載置された前記冷却板を前記冷却処理室内において上方に移動させる移動機構をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
上方に移動された前記冷却板上の基板の周囲から上方に前記所定のガスを吐出する吐出装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。