JP6926765B2 - 基板加熱装置及び基板加熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、載置台に載置された基板を、基板の下面側から加熱して加熱処理する基板加熱装置及び基板加熱方法に関する。

基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に塗布膜パターンを形成するフォトリソグラフィ工程で行われる処理の一つに、載置台をなす熱板上に基板であるウエハを載置して加熱する処理がある。この加熱処理の例としては、露光後のウエハを、レジスト膜の化学反応を促進させるために加熱するＰＥＢ（Post Exposure Bake）処理が挙げられる。例えば化学増幅型レジストは、露光処理により露光した箇所で光酸発生剤が光分解して酸が発生する。そして、ＰＥＢ処理によりウエハを反応温度以上に加熱することによって、前記発生した酸が拡散してレジスト内で化学反応が進行し、露光された領域の現像液に対する溶解性が変化する。

従来から、ＰＥＢ処理は、熱板と、受け渡し機構を兼用する冷却プレートと、を備えた加熱モジュールにて実施されている。この加熱モジュールでは、外部の搬送機構から冷却プレートを介して熱板にウエハを受け渡して加熱処理を行う。そして、加熱処理が終了した後は、熱板から冷却プレートにウエハを受け渡し、当該冷却プレート上にてウエハを冷却した後、このウエハを外部の搬送機構に受け渡すことが行われている。しかしながら、この加熱モジュールでは、熱板から冷却プレートにウエハを受け渡すまでの間にレジスト内における化学反応が進行してしまうことから、これに起因するパターン線幅の精度の低下が懸念されている。

特許文献１には、基板にＬＥＤ光を照射することにより第１の温度まで加熱した後、基板を熱処理板から離間させて第２の温度まで加熱し、次いで、基板を熱処理板に載置して第３の温度で加熱する技術が記載されている。しかしながら、この技術をＰＥＢ処理に応用しても、加熱処理終了後、直ちにレジスト内における化学反応の進行を停止することはできず、本発明の課題の解決を図ることは困難である。

特開２０１５−７９７７９号公報

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱処理が終了した後の基板を直ちに冷却することにより、加熱処理の過度の進行を停止することができる技術を提供することにある。

このため、本発明の基板加熱装置は、
載置台に載置された基板を、基板の下面側から加熱して加熱処理する基板加熱装置において、
基板を載置台の載置面と当該載置面よりも上方位置との間で昇降させる昇降部と、
前記載置台の載置面と対向するように設けられた天板部と、
前記天板部に設けられた冷却部と、
前記天板部の下面に各々開口し、基板の周縁部よりも中央寄りの位置に対向する部位に形成された第１のガス吐出口及び当該第１のガス吐出口よりも天板部の周縁側に形成された第２のガス吐出口を含むガス供給部と、
前記第１のガス吐出口から吐出されるガスの流量を調整するための第１の流量調整部及び、前記第２のガス吐出口から吐出されるガスの流量を調整するための第２の流量調整部と、
前記天板部における前記第２のガス吐出口の外側に設けられ、前記上方位置に位置する基板の周縁部側から排気するための上側排気口と、
前記載置台の周囲に設けられた下側排気口と、
前記上側排気口の排気量を調整するための上側排気口用の排気量調整部及び前記下側排気口の排気量を調整するための下側排気口用の排気量調整部と、
前記加熱処理時に前記第１のガス吐出口及び第２のガス吐出口からパージガスを吐出させ、前記下側排気口から排気するステップと、加熱処理が終了した後の基板を、前記冷却部により基板を冷却するために前記昇降部により前記載置台の載置面から前記天板部の近傍位置まで上昇させるステップと、前記天板部の近傍位置まで上昇した基板に対して、前記ガス供給部からの冷却ガスの吐出と前記上側排気口の排気とにより、前記基板の中央部から当該基板の周縁部に向かうガス流によるベルヌーイ効果により基板の中央部に負圧を発生させるステップと、を実行するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の基板加熱方法は、
基板の載置台の載置面と対向するように設けられた天板部の下面に各々開口し、基板の周縁部よりも中央寄りの位置に対向する部位に形成された第１のガス吐出口及び当該第１のガス吐出口よりも天板部の周縁側に形成された第２のガス吐出口を含むガス供給部と、前記第１のガス吐出口から吐出されるガスの流量を調整するための第１の流量調整部及び、前記第２のガス吐出口から吐出されるガスの流量を調整するための第２の流量調整部と、前記天板部における前記第２のガス吐出口の外側に設けられ、載置台から上昇した基板の周縁部側から排気するための上側排気口と、前記載置台の周囲に設けられた下側排気口と、前記上側排気口の排気量を調整するための上側排気口用の排気量調整部及び前記下側排気口の排気量を調整するための下側排気口用の排気量調整部と、を備えた基板加熱装置を用い、
基板を載置台に載置する工程と、
次いで前記第１のガス吐出口及び第２のガス吐出口からパージガスを吐出させ、前記下側排気口から排気しながら、前記基板を当該基板の下面側から加熱して加熱処理する工程と、
加熱処理後の基板を昇降部により前記載置台の載置面から上昇させて、前記天板部の近傍に位置させ、前記天板部に設けられた冷却部により基板を冷却する工程と、
前記天板部の近傍位置まで上昇した基板に対して、前記ガス供給部からの冷却ガスの吐出と前記上側排気口の排気とにより、前記基板の中央部から当該基板の周縁部に向かうガス流によるベルヌーイ効果により基板の中央部に負圧を発生させる工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、載置台に基板を載置して加熱処理し、この加熱処理が終了した後の基板を、昇降部により天板部の近接位置まで上昇させ、天板部に設けられた冷却部により冷却している。このように、基板を載置台から上昇させることにより、加熱処理後直ちに冷却することができるので、基板温度が速やかに低下し、加熱処理の過度の進行を停止することができる。

本発明の基板加熱装置の第１の実施形態を示す縦断側面図である。 基板加熱装置を示す平面図である。 基板加熱装置の作用を示す縦断側面図である。 基板加熱装置の作用を示す縦断側面図である。 基板加熱装置の作用を示す縦断側面図である。 基板加熱装置の第１の実施形態の他の例を示す縦断側面図である。 基板加熱装置の第２の実施形態を示す縦断側面図である。

本発明の基板加熱装置１の第１の実施形態について、図１の縦断側面図及び図２の平面図を参照して説明する。本発明の基板加熱装置１は、 例えば露光処理後のＰＥＢ処理を実施する装置に適用される。基板加熱装置１は筺体１０を備えており、筺体１０の側壁にはウエハＷの搬送口１１が形成されている。筺体１０内における搬送口１１側を手前側とすると、筐体１０内の奥側には、水平な熱板２が設けられている。この熱板２は 、ウエハＷに対して加熱処理を行うためにウエハＷを載置する載置台をなすものである。熱板２は例えばウエハＷよりも大きい平面視円形状に形成され、例えばアルミニウム（Ａｌ）などの金属や、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミックスにより構成される。

図１中２１は、熱板２を加熱するためのヒータである。熱板２の表面（載置面）には、ウエハＷの周縁部を支持するための複数の突起部２２が熱板２の周方向に沿って設けられている。ウエハＷは突起部２２により水平に支持され、熱板２から若干浮いた状態で加熱されるため、突起部２２にて支持されているウエハＷを熱板２の載置面に載置されたウエハＷとする。ウエハＷは、昇降機構２４により熱板２の載置面に対して突没自在に設けられた昇降ピン２３によって、熱板２の載置面と、この載置面よりも上方位置との間で昇降自在に構成されている。昇降ピン２３及び昇降機構２４は昇降部をなすものである。こうして、ウエハＷは、熱板２の載置面と、後述するウエハＷの冷却を行う冷却位置と、後述の冷却板と熱板２との間でウエハＷの受け渡しを行う受け渡し位置との間で、昇降自在に構成されている。なお、冷却位置と受け渡し位置とは同じ高さ位置であってもよい。

熱板２の上方側には、熱板２の載置面と対向するように天板部３が設けられている。この天板部３は、例えば熱板２よりも大きい平面視円形状に形成された天井部材３１と、この天井部材３１の外縁から下方側に伸びる側壁部３２と、を備えている。また、天板部３は、昇降機構３３により、図１に示す処理位置と、処理位置よりも上方側の受け渡し位置との間で昇降自在に構成されている。

天板部３には、熱板２と対向するようにガス供給部４が設けられている。このガス供給部４は例えば平面視円形状の扁平なガス供給室４１を備えており、例えばガス供給室４１の内部は、中央側の第１の供給室４２と、第１の供給室４２の外側の第２の供給室４３とに、仕切り部材４４により区画されている。ガス供給部４の下面は天井部３の下面に相当するものであり、熱板２と対向するように設けられ、例えばウエハＷとほぼ同じかウエハＷよりも大きい平面視円形状に形成されている。このガス供給部４の下面は、第１の供給室４２に連通する第１のガス吐出口４５１と、第２の供給室４３に連通する第２のガス吐出口４５２とよりなる多数のガス吐出口４５を備えている。

第１の供給室４２及び第２の供給室４３は、夫々第１のガス供給路４２１及び第２のガス供給路４３１を介して、パージガスの供給源４６に接続されている。パージガスとしては、室温の空気や窒素（Ｎ_２）ガス等が用いられる。図１中４２２、４３２は、開閉バルブやマスフローコントローラ等を備えた流量調整部である。

このようなガス供給部４は、例えば熱伝導性の良好な材質例えばアルミニウム（Ａｌ）により構成され、例えばその上面には、複数個の冷却部をなすペルチェ素子５が設けられている。これらペルチェ素子５は、例えばガス供給部４に接触する面が冷却面となるように設けられており、これら複数のペルチェ素子５は、例えば互に直列に連結され、配線５１を介して電力供給部５２に接続されている。ペルチェ素子５に電力を供給すると、ガス供給部４が上面から冷却され、ガス供給部４全体の温度が低下し、こうして天井部３が冷却される。

また、天井部３におけるガス供給部４の外側には、ウエハＷの周縁部側から排気するための排気口６１が設けられている。この例における排気口６１は、後述する近傍位置にあるウエハＷよりも高い位置に開口するように形成されており、ガス供給部４の周囲に周方向に沿って複数個設けられ、例えば天板部３の内部に形成された排気流路６２及び排気路６３を介して排気機構６４に接続されている。図中６３１は、開閉バルブ等を備えた排気量調整部である。

この例の第１のガス吐出口４５１は、天板部３においてウエハＷの周縁部よりも中央寄りの位置に対向する部位に形成されたガス吐出口に相当する。そして、第１のガス吐出口４５１は、当該第１のガス吐出口４５１からガスを吐出して、排気口６１から排気したときに、ウエハＷの中央部から周縁部に向かうガス流によるベルヌーイ効果によりウエハＷの中央部に負圧を発生するように構成されている。

天板部３の側壁部３２は例えばガス供給部４の下面よりも下方側まで伸びるように構成され、天板部３が処理位置にあるときの、この側壁部３２の下方側には、例えば壁部２５が設けられている。壁部２５は、熱板２の側方に、熱板２を隙間を介して囲むように起立した円筒形状に構成され、例えば筐体１０の底板に設置されている。処理位置にある天板部３の側壁部３２の下縁と、壁部２５の上縁とは互に接するようにしてもよいし、図１に示すように僅かな隙間を形成して接近するように構成してもよい。また、壁部２５の上縁は、後述する冷却板が熱板２側に移動するときに、冷却板と接触しないように構成される。

また、熱板２と壁部２５との間には、排気口６５が設けられている。この例における排気口６５は、熱板２４の周囲に周方向に沿って複数個設けられ、排気路６６を介して排気機構６７に接続されている。図中６６１は、開閉バルブ等を備えた排気量調整部である。また、排気口６５は、排気路６６を介して、ガス供給部４の周囲に設けられた排気口６１を排気するための排気機構６４に接続してもよい。

図１及び図２中７は図示しない冷却媒体の流路を備えた冷却体をなす冷却板であり、熱板２と外部の搬送機構（図示せず）との間でウエハＷを受け渡す役割及びウエハＷを補助的に冷却する役割を有している。冷却板７は例えばアルミニウムなどにより、ウエハＷとほぼ同じ大きさの平面視略円形状に形成され、駆動機構７１により、図１で示す待機位置と熱板２の上方側の受け渡し位置との間で進退自在に構成されている。待機位置にある冷却板７に対しては、外部の搬送機構が昇降することで、ウエハＷの受け渡しが行われる。図２中７２は、搬送機構に設けられたウエハ保持用の爪部に対応する切欠き部であり、 ７３、７４は昇降ピン２３が通過するためのスリットである。

この基板加熱装置１は制御部１００を備えており、制御部１００は例えばコンピュータからなり、不図示のプログラム格納部を有している。このプログラム格納部には、ウエハＷの加熱処理及び冷却処理、上記の冷却板７によるウエハＷの搬送など、各種の動作を行うことができるように命令（ステップ群）が組まれたプログラムが格納されている。そして、このプログラムによって制御部１００から基板加熱装置１の各部、例えば昇降機構２４、３３、ヒータ２１、流量調整部４２２、４３２、排気量調整部６３１、６６１、電力供給部５２等に制御信号が出力されることで、当該基板加熱装置１の各部の動作が制御される。また、制御部１００は、冷却処理において、加熱処理が終了した後のウエハＷを、昇降ピン２３により熱板２の載置面から天板部３の近傍位置まで上昇させ、冷却部によりウエハＷを冷却する制御信号を出力するように構成されている。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またはメモリーカードなどの記憶媒体に収納された状態でプログラム格納部に格納される。

次に基板加熱装置１の作用について、図３〜図５を参照しながら説明する。先ず、熱処理対象のウエハＷを外部の搬送機構により筺体１０内に搬入し、冷却板７に受け渡す。熱処理対象のウエハＷとは、例えば表面に化学増幅型レジスト液が塗布され、露光処理されたウエハＷである。一方、天板部３を、処理位置よりも上方側の受け渡し位置まで上昇させ、冷却板７が熱板２に向けて移動するまでに熱板２の表面をヒータ２１により予め設定された温度例えば８０℃〜１５０℃に加熱する。受け渡し位置とは、天板部３の側壁部３２の下端が、冷却板７と熱板２との間のウエハＷの受け渡しを妨げない位置である。

次いで、図３（ａ）に示すように、ウエハＷを、冷却板７を介して熱板２に載置し、天板部３を処理位置に下降して、加熱処理を実施する。この加熱処理では、例えば排気機構６７により排気口６５を介して排気すると共に、ガス供給室４の第１の供給室４２及び第２の供給室４３に夫々パージガスを供給する。こうして、ガス供給室４の下面全体に形成されたガス吐出口４５（第１のガス吐出口４５１及び第２のガス吐出口４５２）から夫々熱板２上のウエハＷに向けてガスを供給した状態で、ウエハＷを所定時間加熱する。

この加熱処理（ＰＥＢ処理）では、既述のように、露光処理によって発生した酸が拡散してレジストの脱保護反応が進行するので、この脱保護反応の反応温度以上の温度にウエハＷを加熱する。また、この反応により昇華物が生成するが、ウエハＷの全面に向けてパージガスを供給すると共に、排気口６５から排気しているので、昇華物は、パージガスの流れと共に、熱板２と側壁部２５との間を通流して排気口６５から排気され、筐体１０内への拡散が抑制される。

こうして加熱処理を所定時間例えば６０秒実施した後、図３（ｂ）に示すように、一次冷却処理を実施する。先ず、加熱処理の終了直前例えば加熱処理の終了時刻よりも２０秒前のタイミングで、冷却部であるペルチェ素子５に電力を供給して、ペルチェ素子５によるガス供給部４の冷却を開始する。ガス供給部４は、ペルチェ素子５により上面側から熱が奪われていき、例えば加熱処理終了時にはガス供給部４全体の温度が低下し、天井部３が冷却される。こうして、ペルチェ素子５によりガス供給部４の下面の温度は例えば２０〜２５℃になる。

そして、加熱処理が終了すると、ウエハＷを昇降ピン２３により上昇させて、天板部３の近傍位置まで接近させることにより、一次冷却処理を開始する。近傍位置とは、ウエハＷを冷却するために有効な位置であり、例えばウエハＷの表面が天板３の下面（ガス供給部４の下面）から１ｍｍ〜３ｍｍだけ下方の位置である。また、ガス供給部４については、第１の供給室４２へパージガスを供給すると共に、第２の供給室４３へのパージガスの供給を停止して、第１のガス吐出口４５１からのみ所定流量のパージガスをウエハＷに供給する。さらに、例えば排気口６５からの排気を停止するか、加熱処理時よりも排気量を小さくして、ガス吐出口４５の側方に形成された排気口６１からの排気を開始する。これにより、例えば図３（ｂ）に示すように、ウエハＷの中央部にガスが供給されると共に、ウエハＷの周縁部外方からガスが排気される。

このように、冷却された天板部３（ガス供給部４）に接近することにより、ウエハＷの熱が天板部３側に移動していき、ウエハＷはレジスト反応が終了する温度以下に急速に冷却される。また、冷却されたガス供給部４を通流することによって、パージガスが冷却され、このパージガスはウエハＷの中央部から周縁部に向けてウエハＷと接触しながら通流していくので、この冷却されたパージガスとの接触によってもウエハＷが冷却される。従って、この例では、天板部３を冷却する冷却部として、天板部３の下面に開口し、ウエハＷに供給するための冷却ガスの流路を備えている。

さらに、ウエハＷを前記上方位置に位置させたときのウエハＷと天井部３の下面との距離と、第１のガス吐出口４５１からのパージガスの吐出流量と、排気口６１からの排気量を制御することにより、ウエハＷの中央部から周縁部に向かうガス流によりベルヌーイ効果が発生する。つまり、ウエハＷの中央部では、他の領域よりもガス流速が大きくなり、負圧が発生するというベルヌーイ効果が得られる。

図４は、一次冷却処理におけるウエハＷの様子を模式的に示すものであり、図４（ａ）はベルヌーイ効果を発生させたとき、図４（ｂ）はベルヌーイ効果を発生させずに一次冷却処理を行ったときの様子を夫々示している。図４（ａ）、（ｂ）において、左図は一次冷却処理を開始した状態、右図は一次冷却処理を終了した状態である。

ベルヌーイ効果を発生させて一次冷却処理を行うと、図４（ａ）に示すように、ウエハＷの中央部の上方側が負圧となるので、ウエハＷ中央部において上向きの力が働き、例えばウエハＷの急冷によって生じやすいウエハＷの反りを矯正しながら冷却することができる。一方、ベルヌーイ効果を発生させない場合には、図４（ｂ）に示すように、ウエハＷを上方側から急速に冷却すると、ウエハＷの上面側と下面側との温度差により、ウエハ上面側が収縮し、ウエハＷの周縁部が中央部よりも高くなるような下に凸状の反りが発生する傾向がある。このように、ベルヌーイ効果によって、ウエハＷの中央部をガス供給部４側から吸引するような力を発生させながら冷却を行うことにより、ウエハＷの反りが抑制される。

こうして、ウエハＷの温度をレジストの反応温度より低い温度まで冷却した後、図５（ａ）に示すように、冷却板７にウエハＷを受け渡して、冷却板７上でウエハＷの二次冷却を実施する。具体的には、ペルチェ素子５への電力供給及びパージガスの供給、排気口６１からの排気を夫々停止して、排気口６５からの排気を開始する。そして、天板部３を受け渡し位置まで上昇させ、ウエハＷを昇降ピン２３により受け渡し位置に位置させる。そして、冷却板７を熱板２の上方側に移動し、次いで、昇降ピン２３を下降させることにより、冷却板７上にウエハＷを受け渡す。

この後、図５（ｂ）に示すように、冷却板７を待機位置まで退行させ、例えば天板部３を処理位置に下降させる。ウエハＷは冷却板７上に載置されることにより、例えば室温まで冷却される。この後、図示しない外部の搬送機構により、ウエハＷを筐体１０から搬出する。

この実施形態によれば、天板部３に冷却部をなすペルチェ素子５を設け、加熱処理（ＰＥＢ処理）が終了した後、ウエハＷを熱板２から昇降ピン２３にて上昇させ、ペルチェ素子５により冷却された天板部３の近傍位置まで接近させている。こうして、ウエハＷを熱源から離し、冷却源に接近させることによって、ウエハＷを加熱処理後直ちに急速に冷却することができるため、ウエハ温度が速やかに低下し、加熱処理の過度の進行を停止することができる。この結果、ＰＥＢ処理においてはレジスト内における化学反応の進行を適切なタイミングで停止させることができ、パターン線幅の精度の低下を抑制することができる。

また、ウエハＷを天板部３に接近させることにより冷却しており、ウエハＷと天板部３の下面であるガス供給部４の下面とは対向しているので、ウエハＷの熱は面内に揃った状態で天板部３側に移動していく。これによりウエハＷの面内において均一に冷却処理が進行し、ウエハＷの温度を面内均一性を確保しつつ低下させることができる。

さらに、既述のベルヌーイ効果を発生させるようにすれば、急速な冷却時に発生する傾向にある、下に凸状のウエハＷの反りを矯正しながら冷却することができる。このため、ウエハＷの上面と天板部３の下面との距離が、ウエハＷの面内において揃えられ、ウエハ面内においてより均一に冷却処理が行われる。また、ウエハＷに反りが発生して、ウエハＷの中央部が天板部３から離れ、これにより冷却効率が低下することが抑えられる。このように冷却効率の低下が抑制されることから、トータルの冷却処理時間を短縮することができ、スループットの向上を図ることができる。

さらにまた、従来のように加熱処理後のウエハＷを熱板２から冷却板７に直接受け渡して冷却を行う構成では、冷却板７の形状上、切り欠き部７２やスリット７３、７４にあたる領域は、他の領域に比べて冷却効率が低いことから、ウエハ温度の面内均一性に悪影響を与えていた。これに対し、本発明では、既述のようにウエハＷの全面が天板部３に接近して冷却されるため、この点からもウエハ温度の面内均一性が高くなる。

さらにまた、従来のように加熱処理後のウエハＷを熱板２から冷却板７に直接受け渡して冷却を行う構成では、冷却板７に受け渡されるウエハＷの温度が高いので、ウエハＷからの熱移動により冷却板７の温度が上昇する。このため、次のウエハＷが外部の搬送機構から受け渡されるまでに冷却板７の温度が当初に設定された温度まで下がり切らず、熱が蓄積された状態になってしまう。この結果、ロットの２枚目のウエハＷが外部の搬送機構から冷却板７に受け渡されたときの冷却板７の温度は、ロットの１枚のウエハＷが受け渡されたときの温度よりも高くなってしまい、熱板２にウエハＷを受け渡すときのウエハＷの温度がばらつき、同じロットのウエハＷ同士の間で、加熱処理にばらつきが発生する懸念がある。

これに対して、上述の実施形態では、一次冷却により温度が低下したウエハＷを冷却板７に受け渡しているので、冷却板７への熱の移動量が小さい。このため、冷却板７にウエハＷが載置されることにより、冷却板７の温度が上昇したとしても、ロットの２枚目のウエハＷが外部の搬送機構から受け渡されるまで、冷却板７の温度が十分に下がり切る。従って、ウエハＷが外部の搬送機構から冷却板７に受け渡されるときの冷却板７の温度が揃えられた状態となり、同じロットのウエハＷ同士の間で、加熱処理にばらつきが発生するおそれはない。

以上において、この実施形態では、ウエハＷの処理の種別によって、ペルチェ素子５に対して加熱処理時から常時電力供給するようにしてもよい。ペルチェ素子５により冷却される天板部３（ガス供給部４）の温度が例えば２０℃〜２５℃であって、加熱処理の温度が例えば８０℃のときは、加熱処理時においては、ウエハＷは天板部３から離れているので、ウエハＷを熱板２に載置することにより、十分に加熱することができるからである。

また、この実施形態では、天板部３を冷却する冷却部は、冷却媒体の通流路であってもよい。この例では、図６に示すように、天板部３にペルチェ素子を設ける代わりに、例えば天板部３の天井部材３１の内部に冷却媒体の通流路３１０が形成されている。この通流路３１０は供給路３１１を介して冷却媒体例えば冷却水の供給源３１２に接続され、この通流路３１０に冷却水を通流させることにより、天井部３が冷却される。その他の構成は上述の基板加熱装置１と同様である。この例では、制御部１００からの制御信号に基づいて、加熱処理が終了した後のウエハＷを、昇降ピン２３により天板部３の近傍位置まで上昇させ、通流路３１０に冷却水を通流させて、ウエハＷの一次冷却処理が実行される。冷却媒体の通流路は、ガス供給部４の上面を形成する部材や側面を形成する部材に形成してもよい。

さらに、この第１の実施形態では、ガス供給部４の内部空間を区画することなく、一次冷却時にガス供給部４の全面に形成されたガス吐出口４５からガスを吐出して、ウエハ中央部から周縁部に向かうガス流によるベルヌーイ効果によって、ウエハ中央部に負圧を発生させるようにしてもよい。この場合には、例えばガス吐出口４５の形状や孔径、配置を工夫することにより、前記ベルヌーイ効果を発生するように、ウエハ中央部のガスの流速が他の領域よりも大きくなるように構成する。

また、一次冷却処理において、例えばウエハＷへの処理の種別に応じて、ウエハＷの反りの抑制を考慮する必要がない場合等には、必ずしもベルヌーイ効果を発生させる必要はない。この場合には、一次冷却処理時では、ガス供給部４からウエハＷの全面に対して、流量を揃えた状態でガスを供給して冷却するようにしてもよい。さらに、一次冷却処理では、ガス供給部４からのガスの供給を停止して、ウエハＷを冷却するようにしてもよい。このようにベルヌーイ効果を発生させずに一時冷却処理を行う場合には、必ずしも天板部３側に排気口６１を形成する必要はない。また、一次冷却処理におけるガスの排気は、排気口６１、６５のいずれか一方を介して行ってもよいし、両方の排気口６１、６５を用いて行ってもよい。

続いて、本発明の基板加熱装置の第２の実施形態について、図７を参照して説明する。この実施形態の基板加熱装置１２が第１の実施形態と異なる点は、天板部８に設けられた冷却部は、天板部８の下面に開口し、ウエハＷに供給するための冷却ガスの流路であることである。この例の天板部８は、天井部材８１と側壁部８２と、を備え、天井部材８１には、熱板２と対向するようにガス供給部８３が設けられている。ガス供給部８３は、冷却ガスの流路を構成するものであり、例えば平面形状がウエハＷと同じかまたはウエハＷよりも大きい扁平な円筒形状に構成され、その下面には多数のガス吐出口８３１が形成されている。

ガス供給部８３は、供給路８４を介して室温のパージガス例えば空気の供給源８５に接続されていると共に、供給路８４から分岐する分岐路８４１により、冷却機構８６を介してパージガスの供給源８５に接続されている。冷却機構８６は、例えばパージガスの流路の周囲にペルチェ素子等を設けることにより、パージガスを冷却するように構成されている。図中８５１、８５２は、開閉バルブやマスフローコントローラ等を備えた流量調整部である。また、ガス供給部８３と側壁部８２との間には、例えば複数の排気口８７が、ガス供給部８３の周方向に沿って形成されており、この排気口８７は、側壁部８２内の排気流路８２１及び排気路８８を介して排気機構８９に接続されている。８８１は、排気量調整部である。

ガス吐出口８３１は、例えば天板部８においてウエハＷの周縁部よりも中央寄りの位置に対向する部位に形成されている。そして、例えばウエハＷの中央部から周縁部に向かうガス流によるベルヌーイ効果によりウエハＷの中央部に負圧を発生させるように、ガス吐出口８３１の形状や孔径、配置を工夫することによって、ウエハ中央部のガスの流速が他の領域よりも大きくなるように設定されている。その他の構成は第１の実施形態と同様であり、同様の構成部材については同符号を付し、説明を省略する。

このような基板加熱装置１２では、第１の実施形態と同様に、熱処理対象のウエハＷを外部の搬送機構により筺体１０内に搬入し、冷却板７を介してウエハＷ熱板２に受け渡して加熱処理を実施する。つまり、例えば排気機構６７により排気口６５を介して排気すると共に、ガス供給部８３にパージガスを供給し、こうして、ガス供給部８３の下面全体に形成されたガス吐出口８３１から熱板２上のウエハＷに向けてガスを供給した状態で、ウエハＷを反応温度よりも高い温度例えば８０℃〜１１０℃に所定時間加熱する。この加熱処理により発生した昇華物は、パージガスの流れと共に、熱板２と側壁部との間に通流し、排気口６５から排気される。

こうして加熱処理を実施した後、ガス供給部８３への冷却ガスの供給を開始して、一次冷却処理を実施する。冷却ガスの供給は、例えばパージガスの供給源８５のパージガスを分岐路８４１、供給路８４を介してガス供給部８３へ供給することにより行う。これによりパージガスは冷却機構８６に冷却され、冷却ガスとしてガス供給部８３に供給される。

一次冷却処理では、ウエハＷを昇降ピン２３により上昇させて、ガス供給部８３の近傍位置に接近させる。近傍位置にあるウエハＷ表面とガス供給部８の下面との距離は例えば１〜３ｍｍである。また、例えば排気口６５からの排気を停止するか、加熱処理時よりも排気量を小さくして、ガス吐出口８３１の側方に形成された排気口８７からの排気を開始する。これにより、冷却ガスはウエハＷの中央部から周縁側に向けてウエハＷと接触しながら通流していくので、この冷却ガスとの接触によってウエハＷが反応温度よりも低い温度例えば加熱処理時の温度よりも２０℃〜３０℃低い温度に冷却される。

さらに、ガス吐出口８３１は例えばベルヌーイ効果を発生するように形成されており、例えばウエハＷを近傍位置に位置させたときのウエハ表面とガス供給部８３下面との距離において、ガス吐出口８３１からのガスの供給流量及び排気口６７からの排気量を制御することにより、ベルヌーイ効果が発生する。こうして、ウエハの中央部に負圧を発生させるというベルヌーイ効果により、ウエハＷの中央部については上向きの力が働き、ウエハＷの下に凸状の反りを矯正しながら冷却することができる。

このようにして、ウエハＷの温度をレジストの反応温度より低い温度まで冷却した後、冷却板７にウエハＷを受け渡して、冷却板７上でウエハＷの二次冷却を実施する。具体的には、ガス供給部８３への冷却ガスの供給、排気口８７からの排気を夫々停止して、排気口６５からの排気を開始し、冷却板７上にウエハＷを受け渡す。この後、冷却板７を待機位置まで退行させ、例えばウエハＷを室温まで冷却した後、図示しない外部の搬送機構により、ウエハＷを筐体１０から搬出する。

この実施形態によれば、天板部８に冷却部である冷却ガスの流路を設け、加熱処理が終了した後、ウエハＷを天板部８の近傍位置まで上昇させて冷却している。これにより、ウエハＷを加熱処理後直ちに急速に冷却することができるので、加熱処理の過度の進行を停止することができる。また、第１の実施形態と同様に、ウエハ面内において均一な冷却処理を行うことができ、ベルヌーイ効果を発生させるようにすれば、反りを矯正しながら冷却することができる。これにより、既述のように冷却効率の低下が抑制され、スループットの向上を図ることができる。

以上において、この実施形態では、パージガスの供給路（分岐路）に冷却機構８６を設ける代わりに、パージガスの供給源において、例えば室温よりも低い温度に調整されたガスを貯留しておき、このガスを冷却ガスとして供給してもよい。この場合には、ウエハＷの処理の種別によって、加熱処理の温度が例えば８０℃のときは、加熱処理時においても、この冷却ガスをパージガスとして供給してもよい。加熱処理時は、ウエハＷは天板部８から離れているので、冷却ガスを供給しても、ウエハＷを熱板２に載置することにより、十分に加熱することができるからである。

さらに、一次冷却処理において、例えばウエハＷへの処理の種別に応じて、ウエハＷの反りの抑制を考慮する必要がない場合等には、必ずしもベルヌーイ効果を発生させる必要はない。この場合には、加熱処理時及び一次冷却処理時において、ガス供給部８３からウエハＷの全面に対して、流量を揃えた状態でガスを供給して冷却するようにしてもよい。このようにベルヌーイ効果を発生させずに一時冷却処理を行う場合には、必ずしも天板部８側に排気口８７を形成する必要はない。また、一次冷却処理時におけるガスの排気は、排気口６５、８７のいずれか一方を介して行ってもよいし、両方の排気口６５、８７を用いて行ってもよい。

以上において、本発明では加熱処理時のウエハＷの温度、一次冷却処理の温度は上述の例に限らない。また、本発明の加熱処理は、ＰＥＢ処理に限定されるものではなく、レジスト塗布後露光処理前の加熱処理や、現像処理後の加熱処理に適用することができる。さらに、載置台に載置された基板を、基板の下面側から加熱して加熱処理する手法としては、載置台を熱板により構成する場合に限らず、例えば載置台を石英等の透過部材により構成し、加熱機構として赤外線を照射する加熱ランプを用いて、載置台に載置された基板を、基板の下面側から加熱するものであってもよい。

さらにまた、本発明の基板加熱装置では、例えば第１の実施形態のように、天板部に設けられた冷却部がペルチェ素子や冷却媒体の通流路である場合には、加熱処理時に載置台の外周からパージガスを供給し、天板部の中央部から排気する構成にも適用できる。

１、１２ 基板加熱装置
２ 熱板
２３ 昇降ピン
２４ 昇降機構
３、８ 天板部
３１０ 通流路
４、８３ ガス供給部
４５、８３１ ガス吐出口
５ ペルチェ素子
７ 冷却板
８６ 冷却機構
６１、８７ 排気口
１００ 制御部
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (10)

1. 載置台に載置された基板を、基板の下面側から加熱して加熱処理する基板加熱装置において、
   基板を載置台の載置面と当該載置面よりも上方位置との間で昇降させる昇降部と、
   前記載置台の載置面と対向するように設けられた天板部と、
   前記天板部に設けられた冷却部と、
   前記天板部の下面に各々開口し、基板の周縁部よりも中央寄りの位置に対向する部位に形成された第１のガス吐出口及び当該第１のガス吐出口よりも天板部の周縁側に形成された第２のガス吐出口を含むガス供給部と、
   前記第１のガス吐出口から吐出されるガスの流量を調整するための第１の流量調整部及び、前記第２のガス吐出口から吐出されるガスの流量を調整するための第２の流量調整部と、
   前記天板部における前記第２のガス吐出口の外側に設けられ、前記上方位置に位置する基板の周縁部側から排気するための上側排気口と、
   前記載置台の周囲に設けられた下側排気口と、
   前記上側排気口の排気量を調整するための上側排気口用の排気量調整部及び前記下側排気口の排気量を調整するための下側排気口用の排気量調整部と、
   前記加熱処理時に前記第１のガス吐出口及び第２のガス吐出口からパージガスを吐出させ、前記下側排気口から排気するステップと、加熱処理が終了した後の基板を、前記冷却部により基板を冷却するために前記昇降部により前記載置台の載置面から前記天板部の近傍位置まで上昇させるステップと、前記天板部の近傍位置まで上昇した基板に対して、前記ガス供給部からの冷却ガスの吐出と前記上側排気口の排気とにより、前記基板の中央部から当該基板の周縁部に向かうガス流によるベルヌーイ効果により基板の中央部に負圧を発生させるステップと、を実行するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする基板加熱装置。
2. 前記基板の中央部に負圧を発生させるステップにおいては、第２のガス吐出口からのガスの吐出を停止し、第１のガス吐出口から冷却ガスを吐出させることを特徴とする請求項１記載の基板加熱装置。
3. 前記基板の中央部に負圧を発生させるステップにおいては、前記下側排気口からの排気を停止するかあるいは前記下側排気口の排気量を加熱処理時よりも小さくすることを特徴とする請求項１または２記載の基板加熱装置。
4. 前記冷却部はペルチェ素子であり、前記天板部は当該ペルチェ素子により冷却されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板加熱装置。
5. 前記冷却部は冷却媒体の通流路であり、前記天板部は当該冷却媒体により冷却されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板加熱装置。
6. 前記上側排気口は、天板部の近傍位置にある基板よりも高い位置に設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板加熱装置。
7. 前記載置台の側方には、基板を補助的に冷却するための冷却体が設けられ、
   前記制御部は、前記天板部に設けられた冷却部により基板を冷却した後の基板を前記冷却体により冷却するように制御信号を出力することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板加熱装置。
8. 基板の載置台の載置面と対向するように設けられた天板部の下面に各々開口し、基板の周縁部よりも中央寄りの位置に対向する部位に形成された第１のガス吐出口及び当該第１のガス吐出口よりも天板部の周縁側に形成された第２のガス吐出口を含むガス供給部と、前記第１のガス吐出口から吐出されるガスの流量を調整するための第１の流量調整部及び、前記第２のガス吐出口から吐出されるガスの流量を調整するための第２の流量調整部と、前記天板部における前記第２のガス吐出口の外側に設けられ、載置台から上昇した基板の周縁部側から排気するための上側排気口と、前記載置台の周囲に設けられた下側排気口と、前記上側排気口の排気量を調整するための上側排気口用の排気量調整部及び前記下側排気口の排気量を調整するための下側排気口用の排気量調整部と、を備えた基板加熱装置を用い、
   基板を載置台に載置する工程と、
   次いで前記第１のガス吐出口及び第２のガス吐出口からパージガスを吐出させ、前記下側排気口から排気しながら、前記基板を当該基板の下面側から加熱して加熱処理する工程と、
   加熱処理後の基板を昇降部により前記載置台の載置面から上昇させて、前記天板部の近傍に位置させ、前記天板部に設けられた冷却部により基板を冷却する工程と、
   前記天板部の近傍位置まで上昇した基板に対して、前記ガス供給部からの冷却ガスの吐出と前記上側排気口の排気とにより、前記基板の中央部から当該基板の周縁部に向かうガス流によるベルヌーイ効果により基板の中央部に負圧を発生させる工程と、を含むことを特徴とする基板加熱方法。
9. 前記基板の中央部に負圧を発生させる工程においては、第２のガス吐出口からのガスの吐出を停止し、第１のガス吐出口から冷却ガスを吐出させることを特徴とする請求項８記載の基板加熱方法。
10. 前記基板の中央部に負圧を発生させる工程においては、前記下側排気口からの排気を停止するかあるいは前記下側排気口の排気量を加熱処理時よりも小さくすることを特徴とする請求項８または９記載の基板加熱方法。

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