JP2004022805A - 熱的処理装置および熱的処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布膜が形成された基板の面内温度均一性が維持される熱的処理装置および熱的処理方法を提供する。
【解決手段】ＰＥＢユニット（ＰＥＢ）は、レジスト膜が形成されたウエハＷを載置するステージ３１と、ステージ３１を所定温度に加熱するヒータ３５と、ステージ３１を貫通して配置されたリフトピン３２と、ウエハＷを支持するリフトピン３２の先端位置を任意の高さ位置で保持する昇降装置３３と、を具備する。ステージ３１に載置されて加熱処理されたウエハＷがウエハ全体で略均一に冷却されるように、ウエハＷをリフトピン３２によってステージ３１の上方に持ち上げる。このときウエハＷを保持する高さ位置を調整することによりウエハＷの冷却速度を制御する。
【選択図】　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジスト膜等の塗布膜が形成された半導体ウエハ等の基板に加熱処理や冷却処理を施す熱的処理装置および熱的処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、いわゆるフォトリソグラフィー技術を用いて、半導体ウエハの表面に所定の回路パターンを形成している。このフォトリソグラフィー工程では、例えば、洗浄処理された半導体ウエハにフォトレジスト液を塗布してレジスト膜を形成し、所定のパターンでレジスト膜を露光し、これを現像処理するという一連の処理が行われている。
【０００３】
近年では、ＫｒＦ線やＡｒＦ線を用いた回路パターンの微細化や高密度化が進められており、これに対応したレジストとして化学増幅型レジストが用いられるようになってきている。この化学増幅型レジストを用いた場合には、露光処理された半導体ウエハを所定時間、所定温度で加熱処理した後に所定温度に冷却し、その後に現像処理を行う。この半導体ウエハの露光処理後の加熱／冷却処理、所謂、ポストエクスポージャーベーク処理には、一般的に、所定温度に保持されたホットプレート上に露光処理された半導体ウエハを載置して所定時間保持し、その後に、半導体ウエハを所定の低い温度（例えば、室温近傍の温度）に保持されたクーリングプレートの上に載置して冷却するという方法が採られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、回路パターンの微細化と高密度化が進む中で、このようなポストエクスポージャーベーク処理を用いると、必然的にホットプレートからクーリングプレートへ半導体ウエハを搬送しなければならないために、半導体ウエハをホットプレートからクーリングプレートへ搬送する途中で半導体ウエハの面内で温度分布が生じ、これによって化学増幅型レジストの増幅反応の停止までの時間にばらつきが生じて、ＣＤ均一性が低下するという問題が生じている。また、ポストエクスポージャーベーク処理時に半導体ウエハ毎に冷却過程での温度勾配に差が生ずることによって、半導体ウエハ間で化学増幅型レジストの増幅反応の進行の程度に差が生ずる問題も生ずるようになってきている。
【０００５】
また、化学増幅型レジストを用いて所定のばらつきの範囲内に収められた所定の線幅を得るために、フォトリソグラフィープロセスに許容される種々の処理条件の範囲、所謂、プロセスマージンの範囲設定は、従来は露光処理時の露光量とフォーカス値に許容範囲を設けることによって行われており、種々の熱的処理においてはその処理条件は一定とされていた。しかし、例えば、ポストエクスポージャーベーク処理におけるプロセスマージンを広く取ることができれば、ポストエクスポージャーベーク処理での処理不良の発生を抑制することができる。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、塗布膜が形成された基板の面内温度均一性が維持される熱的処理装置および熱的処理方法を提供することを目的とする。また本発明は、複数の基板間での熱処理差を小さくする熱的処理装置および熱的処理方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、塗布膜の形成された基板の処理不良を低減する熱的処理装置および熱的処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、表面に塗布膜が形成された基板の熱的処理を行う熱的処理装置であって、
基板を載置するステージと、
前記ステージを所定温度に加熱する加熱手段と、
前記ステージを貫通して配置され、その先端で基板を支持するピン部材と、
前記ピン部材を昇降し、基板が支持される前記ピン部材の先端位置を任意の高さ位置で保持するピン昇降機構と、
を具備し、
前記ステージに載置されて加熱処理された基板が基板全体で略均一に冷却されるように、前記基板を前記ステージの上方に持ち上げて保持する高さを調整することにより前記基板の冷却速度が制御されることを特徴とする熱的処理装置、が提供される。
【０００８】
本発明の第２の観点によれば、表面に塗布膜が形成された基板の熱的処理を行う熱的処理装置であって、
加熱手段を備えた第１プレート、および、前記第１プレートの上側に前記第１プレートと接離可能に配置され、その上面に基板を載置する第２プレートを有するステージと、
前記ステージを貫通して昇降自在に配置され、基板を昇降させる昇降ピンと、前記第１プレートを貫通して昇降自在に配置され、前記第２プレートを昇降させるプレート昇降機構と、
を具備し、
前記ステージに載置されて加熱処理された基板が基板全体で略均一に冷却されるように、前記基板が載置された前記第２プレートが前記第１プレートの上方の所定の高さ位置に保持されることを特徴とする熱的処理装置、が提供される。
【０００９】
本発明の第３の観点によれば、表面に塗布膜が形成された基板に熱的処理を施す熱的処理方法であって、
塗布膜の形成された基板を所定温度に保持されたステージに載置して所定時間保持する工程と、
前記ステージの温度を所定の冷却速度で冷却することによって前記ステージに載置された基板を略均一に冷却する工程と、
を有することを特徴とする熱的処理方法、が提供される。
【００１０】
本発明の第４の観点によれば、表面に塗布膜が形成された基板に熱的処理を施す熱的処理方法であって、
塗布膜の形成された基板を所定温度に保持された加熱ステージに載置して所定時間保持する工程と、
加熱処理の終了した基板を前記加熱ステージの上方に持ち上げて保持する高さ位置を調整することによって前記基板を冷却する速度を制御しながら、前記基板を基板全体で略均一に冷却する工程と、
を有することを特徴とする熱的処理方法、が提供される。
【００１１】
本発明の第５の観点によれば、表面に塗布膜が形成された基板に熱的処理を施す熱的処理方法であって、
加熱手段を備えた第１プレート、および、前記第１プレートの上側に前記第１プレートと接離可能に配置された第２プレートを有し、前記第１プレートからの熱伝達によって前記第１プレートと同等温度に保持された第２プレートの表面に塗布膜の形成された基板を載置して所定時間保持する工程と、
基板が載置された前記第２プレートを前記第１プレートの上方の所定の高さ位置に持ち上げて保持することにより前記基板を略均一に冷却する工程と、
を有することを特徴とする熱的処理方法、が提供される。
【００１２】
このような熱的処理装置および熱的処理方法によれば、基板を所定の冷却速度で面内の温度均一性を確保しながら冷却することができる。また、複数の基板間での熱的処理の差が低減され、基板の品質が一定に保持される。さらに、基板の冷却速度を調整することによって、熱的処理のプロセスマージンを広く取ることができるため、処理不良の発生を低減することができる。
【００１３】
本発明の第６の観点によれば、表面に塗布膜が形成された基板に熱的処理を施す熱的処理方法であって、
塗布膜の形成された基板を、所定温度に保持された加熱ステージの上方の所定の高さ位置に保持することにより前記加熱ステージからの伝熱による前記基板の昇温速度を調節して前記基板の温度を高める工程と、
前記基板を前記加熱ステージ上に載置して所定時間保持することにより、前記基板の熱処理を行う工程と、
を有することを特徴とする熱的処理方法、が提供される。
【００１４】
このような熱的処理方法によれば、基板の加熱時の温度勾配を調整することによって熱的処理のプロセスマージンを広く取ることができ、これによって処理不良の発生を低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、レジスト液が塗布され、露光処理された半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）のポストエクスポージャーベーク処理を行うホットプレートユニット（以下「ＰＥＢユニット」という）を備え、レジスト塗布から現像処理までを一貫して行うレジスト塗布・現像処理システムを例に挙げて説明することとする。
【００１６】
図１は、レジスト塗布・現像処理システム１を示す概略平面図、図２はその正面図、図３はその背面図である。レジスト塗布・現像処理システム１は、搬送ステーションであるカセットステーション１０と、複数の処理ユニットを有する処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接して設けられる図示しない露光装置との間でウエハＷを受け渡すためのインターフェイスステーション１２と、を具備している。
【００１７】
カセットステーション１０は、被処理体としてのウエハＷを複数枚、例えば２５枚単位でウエハカセットＣＲに搭載された状態で、他のシステムから本レジスト塗布・現像処理システム１へ搬入し、または本レジスト塗布・現像処理システム１から他のシステムへ搬出する等、ウエハカセットＣＲと処理ステーション１１との間でウエハＷの搬送を行うためのものである。
【００１８】
カセットステーション１０においては、図１に示すように、カセット載置台２０上に図中Ｘ方向に沿って複数（図では４個）の位置決め突起２０ａが形成されており、この突起２０ａの位置にウエハカセットＣＲがそれぞれのウエハ出入口を処理ステーション１１側に向けて１列に載置可能となっている。ウエハカセットＣＲにおいてはウエハＷが垂直方向（Ｚ方向）に配列されている。また、カセットステーション１０は、カセット載置台２０と処理ステーション１１との間に位置するウエハ搬送機構２１を有している。
【００１９】
ウエハ搬送機構２１は、カセット配列方向（Ｘ方向）およびその中のウエハＷの配列方向（Ｚ方向）に移動可能なウエハ搬送用ピック２１ａを有しており、このウエハ搬送用ピック２１ａにより、いずれかのウエハカセットＣＲに対して選択的にアクセス可能となっている。また、ウエハ搬送用ピック２１ａは、図１中に示されるθ方向に回転可能に構成されており、後述する処理ステーション１１側の第３の処理部Ｇ_３に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）およびエクステンションユニット（ＥＸＴ）にもアクセスできるようになっている。
【００２０】
一方、処理ステーション１１は、ウエハＷに対してレジスト液の塗布および現像を行う際の一連の工程を実施するための複数の処理ユニットを備え、これらが所定位置に多段に配置されており、各処理ユニットにおいてウエハＷは１枚ずつ処理される。この処理ステーション１１は、図１に示すように、中心部にウエハ搬送路２２ａを有しており、この中に主ウエハ搬送機構２２が設けられ、ウエハ搬送路２２ａの周りに全ての処理ユニットが配置された構成となっている。これら複数の処理ユニットは、複数の処理部に分かれており、各処理部は複数の処理ユニットが垂直方向（Ｚ方向）に沿って多段に配置されている。
【００２１】
主ウエハ搬送機構２２は、図３に示すように、筒状支持体７９の内側にウエハ搬送装置７６を上下方向（Ｚ方向）に昇降自在に装備している。筒状支持体７９は図示しないモータの回転駆動力によって回転可能となっており、それに伴ってウエハ搬送装置７６も一体的に回転可能となっている。ウエハ搬送装置７６は、搬送基台７７の前後方向に移動自在な複数本の保持アーム７８を備え、これらの保持アーム７８によって各処理ユニット間でのウエハＷの受け渡しを実現している。
【００２２】
図１に示すように、レジスト塗布・現像処理システム１においては、５個の処理部Ｇ_１・Ｇ_２・Ｇ_３・Ｇ_４・Ｇ_５がウエハ搬送路２２ａの周囲に実際に配置されている。これらのうち、第１および第２の処理部Ｇ_１・Ｇ_２はレジスト塗布・現像処理システム１の正面側（図１における手前側）に並列に配置され、第３の処理部Ｇ_３はカセットステーション１０に隣接して配置され、第４の処理部Ｇ_４はインターフェイスステーション１２に隣接して配置されている。また、第５の処理部Ｇ_５は背面部に配置されている。
【００２３】
第１の処理部Ｇ_１では、コータカップ（ＣＰ）内でウエハＷを図示しないスピンチャックに乗せて所定の処理を行う２台のスピナ型処理ユニットであるレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）およびレジストのパターンを現像する現像処理ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。第２の処理部Ｇ_２も同様に、２台のスピナ型処理ユニットとしてレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）および現像処理ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。
【００２４】
第３の処理部Ｇ_３においては、図３に示すように、ウエハＷを載置台ＳＰに載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、レジストの定着性を高めるためのいわゆる疎水化処理を行うアドヒージョンユニット（ＡＤ）、位置合わせを行うアライメントユニット（ＡＬＩＭ）、ウエハＷの搬入出を行うエクステンションユニット（ＥＸＴ）、冷却処理を行うクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）、露光処理前や現像処理後にウエハＷに対して加熱処理を行う４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。なお、アライメントユニット（ＡＬＩＭ）の代わりにクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）を設け、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）にアライメント機能を持たせてもよい。
【００２５】
第４の処理部Ｇ_４においても、オーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）、クーリングプレートを備えたウエハ搬入出部であるエクステンション・クーリングプレートユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、エクステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）、および２つのホットプレートユニット（ＨＰ）、露光処理されたウエハＷのポストエクスポージャーベーク処理専用に用いられる２つのＰＥＢユニット（ＰＥＢ）が下から順に８段に重ねられている。このＰＥＢユニット（ＰＥＢ）の構造については後に詳細に説明する。
【００２６】
主ウエハ搬送機構２２の背部側に第５の処理部Ｇ_５を設ける場合に、第５の処理部Ｇ_５は、案内レール２５に沿って主ウエハ搬送機構２２から見て側方へ移動できるようになっている。したがって、第５の処理部Ｇ_５を設けた場合でも、これを案内レール２５に沿ってスライドすることにより空間部が確保されるので、主ウエハ搬送機構２２に対して背後からメンテナンス作業を容易に行うことができる。
【００２７】
インターフェイスステーション１２は、奥行方向（Ｘ方向）については、処理ステーション１１と同じ長さを有している。図１、図２に示すように、このインターフェイスステーション１２の正面部には、可搬性のピックアップカセットＣＲと定置型のバッファカセットＢＲが２段に配置され、背面部には周辺露光装置２３が配設され、中央部にはウエハ搬送機構２４が配設されている。このウエハ搬送機構２４はウエハ搬送用アーム２４ａを有しており、このウエハ搬送用アーム２４ａは、Ｘ方向、Ｚ方向に移動して両カセットＣＲ・ＢＲおよび周辺露光装置２３にアクセス可能となっている。
【００２８】
なお、ウエハ搬送用アーム２４ａはθ方向に回転可能であり、処理ステーション１１の第４の処理部Ｇ_４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）や、さらには隣接する露光装置側の図示しないウエハ受け渡し台にもアクセス可能となっている。
【００２９】
上述したレジスト塗布・現像処理システム１においては、先ず、カセットステーション１０において、ウエハ搬送機構２１のウエハ搬送用ピック２１ａがカセット載置台２０上の未処理のウエハＷを収容しているウエハカセットＣＲにアクセスして１枚のウエハＷを取り出し、第３の処理部Ｇ_３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送する。
【００３０】
ウエハＷは、このエクステンションユニット（ＥＸＴ）から、主ウエハ搬送機構２２のウエハ搬送装置７６により、処理ステーション１１に搬入される。そして、第３の処理部Ｇ_３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）によりアライメントされた後、アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）に搬送され、そこでレジストの定着性を高めるための疎水化処理（ＨＭＤＳ処理）が施される。この処理は加熱を伴うため、その後ウエハＷは、ウエハ搬送装置７６により、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）に搬送されて冷却される。
【００３１】
アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）での処理が終了してクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）で冷却されたウエハＷ、またはアドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）での処理を行わないウエハＷは、引き続き、ウエハ搬送装置７６によりレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）に搬送され、そこでレジストが塗布され、塗布膜が形成される。塗布処理終了後、ウエハＷは、第３の処理部Ｇ_３または第４の処理部Ｇ_４のホットプレートユニット（ＨＰ）へ搬送されて、そこでプリベーク処理され、次いでいずれかのクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）に搬送されて、そこで冷却される。
【００３２】
冷却されたウエハＷは、第３の処理部Ｇ_３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）に搬送され、そこでアライメントされた後、第４の処理部Ｇ_４のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してインターフェイスステーション１２に搬送される。
【００３３】
ウエハＷは、インターフェイスステーション１２において周辺露光装置２３により周辺露光されて余分なレジストが除去された後、インターフェイスステーション１２に隣接して設けられた図示しない露光装置に搬送され、そこで所定のパターンにしたがってウエハＷのレジスト膜に露光処理が施される。
【００３４】
露光後のウエハＷは、再びインターフェイスステーション１２に戻され、ウエハ搬送機構２４により、第４の処理部Ｇ_４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送される。そしてウエハＷは、ウエハ搬送装置７６により第４の処理部Ｇ_４に属するＰＥＢユニット（ＰＥＢ）に搬送されて、そこでポストエクスポージャーベーク処理が施される。このＰＥＢユニット（ＰＥＢ）における処理方法については後に詳細に説明する。ポストエクスポージャーベーク処理においては、ウエハＷは所定温度まで冷却されるが、ウエハＷはその後に必要に応じてクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）に搬送され、そこでさらに冷却処理される。
【００３５】
その後、ウエハＷは現像処理ユニット（ＤＥＶ）に搬送され、そこで露光パターンの現像が行われる。現像終了後、ウエハＷはいずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）に搬送されてポストベーク処理が施され、次いで、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）により冷却される。このような一連の処理が終了した後、第３の処理部Ｇ_３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してカセットステーション１０に戻され、いずれかのウエハカセットＣＲに収容される。
【００３６】
次に、ＰＥＢユニット（ＰＥＢ）について詳細に説明する。図４はＰＥＢユニット（ＰＥＢ）の一実施形態を示す断面図である。ＰＥＢユニット（ＰＥＢ）は、ハウジング３０と、ウエハＷを載置するステージ３１と、ステージ３１を貫通して配置され、上端でウエハＷを支持してウエハＷを昇降させるリフトピン３２と、リフトピン３２を昇降させる昇降装置３３と、を有している。
【００３７】
ハウジング３０の側壁にはウエハＷを搬入出するための窓部３０ａが形成されている。この窓部３０ａは図示しない蓋体によって開閉自在な構成とすることができる。また、ハウジング３０の底壁にはガスを導入するための給気口３０ｂが形成されており、ここからハウジング３０内に導入されたガスは、ハウジング３０の上壁に形成された排気口３０ｃから排気されるようになっている。
【００３８】
ステージ３１の表面にはウエハＷを支持するプロキシミティピン３４が複数箇所に設けられている。このプロキシミティピン３４の高さは、例えば、約０．１ｍｍとすることができる。但し、このプロキシミティピン３４は必ずしも必要なものではなく、ウエハＷをステージ３１の表面に直置きしてもよい。
【００３９】
ステージ３１の内部にはヒータ３５が内蔵されており、ステージ３１を所定の温度に昇温して保持することができるようになっている。またヒータ３５は、例えば、ＰＩＤ制御によりオン／オフ制御されるようになっており、ステージ３１を所定の速度で冷却させることができるようになっている。但し、ステージ３１は強制冷却機構を有していないために、ステージ３１を自然冷却速度よりも速い冷却速度で冷却することはできない。なお、ヒータ３５のパターンは、ウエハＷがステージ３１上に載置されている際にウエハＷの温度分布がウエハＷ全体で略均一となるように設計されている。
【００４０】
リフトピン３２は支持台３２ａに固定されており、昇降装置３３はこの支持台３２ａを昇降させることによって、リフトピン３２を昇降させる。昇降装置３３は、例えば、延長方向に延在するガイドと、このガイドと嵌合したスライダと、このスライダを鉛直方向にスライドさせるベルト機構やボールネジ機構等の各種リニア駆動機構から構成されている。このスライダと支持台３２ａとを連結させて、エアーシリンダやベルト機構の駆動を制御することによって、リフトピン３２の昇降速度およびリフトピン３２の先端位置（高さ位置）を自由に調節することができるようになっている。
【００４１】
このような構成を有するＰＥＢユニット（ＰＥＢ）を用いたウエハＷの第１の熱的処理方法は以下の通りである。すなわち、ヒータ３５を制御してステージ３１を所定の温度に保持する。次いで、窓部３０ａを開いた状態で、露光処理の終了したウエハＷを保持した保持アーム７８をステージ３１の上方に進入させる。続いて昇降装置３３を駆動してリフトピン３２を上昇させると、ウエハＷは保持アーム７８からリフトピン３２に受け渡される。ウエハＷが保持アーム７８から離れた後に保持アーム７８を退出させ、次いでリフトピン３２を降下させると、ウエハＷはステージ３１の表面に設けられたプロキシミティピン３４に支持され、ステージ３１から伝わる熱によって加熱処理される。なお、リフトピン３２はその先端がステージ３１の内部に収容される位置まで降下される。
【００４２】
所定時間の経過後にリフトピン３２を所定の高さまで上昇させる。これによりウエハＷはリフトピン３２に支持された状態で、ステージ３１の上方の所定の高さ位置で保持される。こうしてステージ３１からウエハＷへの熱伝達が行われ難くなるために、ウエハＷの温度が低下する。このときのウエハＷの冷却速度は、ウエハＷを保持する高さ位置を変えることによって調整することができる。
【００４３】
ウエハＷを所定の高さ位置で保持する時間は、レジストの反応性に依存して適宜、好適な条件が定められる。これらの条件は、例えば、化学増幅型レジストの増幅反応が１００度（℃）以上で起こる場合において、ステージ３１が１４０℃に保持されてウエハＷが加熱処理された場合を想定すると、ウエハＷの温度が１４０℃から１００℃に下がるまでの温度勾配がウエハＷ毎に同等となるように、かつ、ウエハＷの面内での温度均一性が保持されるように定められる。これは、ウエハＷの温度が１００℃以下となった後には、ウエハＷの面内温度均一性はＣＤ均一性に影響を及ぼさず、また、ウエハＷ毎の１００℃以下での温度勾配の差もまた化学増幅型レジストの増幅反応の進行の程度に差を生じさせないからである。
【００４４】
ウエハＷの温度が所定温度まで降下したら、保持アーム７８がハウジング３０内に進入する高さよりも高い位置にウエハＷがある状態として、保持アーム７８をハウジング３０内に進入させる。次いで、リフトピン３２を降下させてウエハＷをリフトピン３２から保持アーム７８に受け渡す。保持アーム７８に保持されたウエハＷに温度分布の不均一が生じても、その不均一はレジスト膜の諸特性に悪影響を与えない。ウエハＷは、必要に応じて、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）に搬送されてより低い温度まで冷却され、その後、現像処理ユニット（ＤＥＶ）に搬送されて、そこで現像される。
【００４５】
このようなウエハＷの熱的処理方法によれば、従来のようにウエハＷの加熱処理を行うステージからウエハＷの冷却処理を行うステージへのウエハＷの搬送を行わないために、ウエハＷの搬送時に生じていたウエハＷ毎の冷却速度の差を小さくすることができる。つまり、ウエハＷ毎の冷却速度を一定に管理することができるため、ウエハＷ毎に品質にばらつきが発生することを抑制することができる。
【００４６】
また、従来のように、ウエハＷを加熱されたステージ３１から常温程度の低い温度に保持されたステージに搬送することによって冷却する場合と比較すると、ウエハＷの搬送時に生ずるウエハＷの面内での温度均一性を乱れが抑制される。これによって、ウエハＷの面内でのＣＤ均一性を高めることができる。
【００４７】
さらに、ウエハＷの冷却時の高さを制御することによって、ウエハＷの冷却速度を制御することができる。これによって、ポストエクスポージャーベーク処理におけるプロセスマージンを広く取ることができるために、ポストエクスポージャーベーク処理における処理不良を低減することができる。ポストエクスポージャーベーク処理におけるプロセスマージンは、レジスト塗布・現像処理システム１におけるウエハＷの処理全体のスループットが低下しない範囲で、できるだけ広く取ることが好ましい。
【００４８】
ＰＥＢユニット（ＰＥＢ）を用いたウエハＷの第２の熱的処理方法は以下の通りである。すなわち、上述した第１の熱的処理方法と同様の手順で、ウエハＷを所定の温度に保持されたステージ３１上に載置し、所定時間保持する。その後、ヒータ３５のオン／オフ制御により、ステージ３１を所定温度、例えば、化学増幅型レジストの増幅反応が起こらなくなる温度まで、所定の冷却速度で冷却することによって、ウエハＷを冷却する。この場合にも、上述した第１の熱的処理方法と同様の効果を得ることができる。ウエハＷが所定温度以下となった後の工程は、第１の熱的処理方法と同様に行われる。
【００４９】
ＰＥＢユニット（ＰＥＢ）を用いたウエハＷの第３の熱的処理方法は以下の通りである。すなわち、上述した第１の熱的処理方法と同様の手順で、ウエハＷを所定の温度に保持されたステージ３１上に載置し、所定時間保持する。次に、所定時間の経過後にリフトピン３２を所定の高さまで所定の速度で上昇させる。このように、リフトピン３２の上昇速度を調節することによっても、ウエハＷを所定の冷却速度で冷却することができ、第１の熱的処理方法と同様の効果を得ることができる。なお、リフトピン３２の上昇速度を調節したウエハＷの冷却処理の後に、ウエハＷを所定の高さ位置に保持してさらに冷却する処理を連続して行ってもよい。ウエハＷが所定温度以下となった後の工程は、第１の熱的処理方法と同様に行われる。
【００５０】
図５は、図４に示したＰＥＢユニット（ＰＥＢ）に、昇降装置３３を含むステージ３１全体を鉛直方向軸回りに所定の回転数で回転させる回転ステージ３６と、この回転ステージ３６を所定の回転数で回転させる回転装置３７を設けたＰＥＢユニット（ＰＥＢ）−Ａの概略断面図である。回転ステージ３６を回転させてステージ３１を回転させながら、ウエハＷに上述した第１から第３の熱的処理方法を施すことによって、例えば、ハウジング３０内での温度分布の影響を排除することができ、より均一な熱的処理を行うことができる。なお、回転ステージ３６の回転数は、ウエハＷがプロキシミティピン３４またはリフトピン３２のいずれに支持されている状態であっても、ウエハＷが水平方向にずれることがない回転数に制限される。
【００５１】
図４および図５に示したＰＥＢユニット（ＰＥＢ）では、ハウジング３０の下側から給気を行い、上側から排気を行う形態を有しているが、図６に示すＰＥＢユニット（ＰＥＢ）−Ｂのように、ハウジング３０の内部の上側からウエハＷの表面に冷却空気を供給し、ハウジング３０の底壁から排気を行う形態とすることもできる。ウエハＷの表面に冷却空気を供給する給気装置３９としては、下面全体から均一な空気を吹き出すタイプのものや、ウエハＷのある一定面積の領域に空気を吹き出すタイプのものを用いることができる。後者のタイプのものを用いる場合には、ウエハＷに均一に冷却空気があたるように、その送風口の位置をスキャンさせるか、または、ステージ３１を回転させることが好ましい。
【００５２】
次に、ＰＥＢユニット（ＰＥＢ）のさらに別の実施形態について説明する。図７はＰＥＢユニット（ＰＥＢ）−Ｃの概略構造を示す断面図である。図７に示すＰＥＢユニット（ＰＥＢ）−Ｃは、ハウジング４０と、ヒータ４４を備えた第１プレート４１ａおよび第１プレート４１ａの上側に第１プレート４１ａと接離可能に配置された第２プレート４１ｂを有するステージ４１と、ステージ４１を貫通して配置されたウエハリフトピン４２と、ウエハリフトピン４２を昇降させる第１昇降装置４２ａと、第１プレート４１ａを貫通して配置されたプレートリフトピン４３と、プレートリフトピン４３を昇降させる第２昇降装置４３ａと、を具備している。なお、図７（ａ）は第２プレート４１ｂを第１プレート４１ａに接触させた状態を示しており、図７（ｂ）は第２プレート４１ｂを第１プレート４１ａの上方の所定の高さ位置の保持した状態を示している。
【００５３】
ハウジング４０の側壁にはウエハＷを搬入出するための窓部４０ａが形成されている。この窓部４０ａは図示しない蓋体によって開閉自在な構成とすることができる。また、ハウジング４０の底壁にはガスを導入するための給気口４０ｂが形成されており、ここからハウジング４０内に導入されたガスは、ハウジング４０の上壁に形成された排気口４０ｃから排気されるようになっている。
【００５４】
第１プレート４１ａの内部にはヒータ４４が内蔵されており、第１プレート４１ａを所定の温度に昇温して保持することができるようになっている。第２プレート４１ｂは第１プレート４１ａに接している状態では、第１プレート４１ａと同等の温度に保持される。
【００５５】
第２プレート４１ｂの表面にはウエハＷを支持するプロキシミティピン４５が複数箇所に設けられている。第２プレート４１ｂとしては、熱伝導率の大きい金属またはセラミックス、例えば、アルミニウムプレートや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）プレート等からなるものが好適に用いられる。このような材料を用いることによって、第２プレート４１ｂを第１プレート４１ａから離隔したときの冷却速度を速くすることができるため、ウエハＷを速く冷却することができる。
【００５６】
第２プレート４１ｂとして、所定の機械的強度を有する範囲でできるだけ薄いものを用いると、第２プレート４１ｂ全面の温度均一性が高められる。また、第２プレート４１ｂを薄くすることによって、第２プレート４１ｂの冷却速度、つまりウエハＷの冷却速度が速められる。第２プレート４１ｂが第１プレート４１ａと離隔して、第１プレート４１ａの上方で保持されている状態では第２プレート４１ｂは、第１プレート４１ａから第２プレート４１ｂ上のウエハＷへの熱伝達を抑制する。
【００５７】
プレートリフトピン４３は、第２プレート４１ｂをその先端で支持して昇降させ、かつ、第２プレート４１ｂが第１プレート４１ａに接している状態では第２プレート４１ｂから離れる構成であってもよいが、第２プレート４１ｂの裏面に常時連結された構成としてもよい。
【００５８】
このような構成を有するＰＥＢユニット（ＰＥＢ）−Ｃを用いたウエハＷの熱的処理方法は以下の通りである。すなわち、第２プレート４１ｂが第１プレート４１ａに接して、第２プレート４１ｂが所定の温度に保持された状態とする。次に、窓部４０ａを開いて露光処理の終了したウエハＷを保持した保持アーム７８をステージ４１の上方に進入させる。続いてウエハリフトピン４２を上昇させて、ウエハＷを保持アーム７８からウエハリフトピン４２へ移し替える。ウエハＷが保持アーム７８から離れた後に保持アーム７８を退出させ、次いでウエハリフトピン４２を降下させると、ウエハＷは第２プレート４１ｂの表面に設けられたプロキシミティピン４５に支持される。こうして、ウエハＷは、第２プレート４１ｂから伝わる熱によって加熱処理される。
【００５９】
所定時間が経過したら、ウエハＷが第２プレート４１ｂに載置された状態でプレートリフトピン４３を上昇させて、第２プレート４１ｂを所定の高さ位置へ上昇させ、保持する。これによりウエハＷが冷却処理される。ウエハＷの冷却処理は、第２プレート４１ｂが第１プレート４１ａからウエハＷへの熱の伝わりを抑制し、また、第２プレート４１ｂ自体の熱伝導率が大きいために、温度均一性がよく、しかも放熱性に優れるために、ウエハＷの温度分布を略均一に保持しながら、ウエハＷを速く冷却することができる。
【００６０】
ウエハＷの温度が所定温度まで低下したら、第２プレート４１ｂの高さを変えることなくウエハリフトピン４２を上昇させる。ウエハＷがウエハリフトピン４２に支持された状態となった後にプレートリフトピン４３を降下させて、第２プレート４１ｂを第１プレート４１ａに当接させる。保持アーム７８がハウジング４０内に進入する高さよりも高い位置にウエハＷがある状態として、保持アーム７８をハウジング４０内に進入させる。次いで、ウエハリフトピン４２を降下させてウエハＷをウエハリフトピン４２から保持アーム７８に受け渡す。保持アーム７８に保持されたウエハＷは、必要に応じてクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）に搬送されてより低い温度まで冷却され、その後に現像処理ユニット（ＤＥＶ）に搬送されて、そこで現像される。
【００６１】
このように、ＰＥＢユニット（ＰＥＢ）−Ｃを用いたウエハＷの熱的処理においても、ウエハＷの面全体での温度分布が略均一に保持されるためにＣＤ均一性が高められ、また、ウエハＷ毎の熱的処理履歴の差を少なくして、複数のウエハＷの品質が略一定に保持される。また、ウエハＷの冷却速度を調節することができるために、ポストエクスポージャーベーク処理におけるプロセスマージンを広く取って、処理不良の発生を抑制することができる。
【００６２】
なお、上記形態では、ウエハＷが載置された第２プレート４１ｂを、プレートリフトピン４３を上昇させて第１プレート４１ａから離間させ、所定の高さ位置で保持することによりウエハＷを冷却したが、この状態からさらにウエハリフトピン４２を上昇させてウエハＷを第２プレート４１ｂから離間させ、所定の高さ位置で保持されている第２プレート４１ｂよりもさらに高い位置でウエハＷを保持することにより、ウエハＷを冷却してもよい。これにより、第１プレート４１ａと第２プレート４１ｂの間と、第２プレート４１ｂとウエハＷの間にそれぞれ空間が形成され、第１プレート４１ａからウエハＷへの熱伝導を少なくすることができるために、ウエハＷの冷却処理を速めることができる。
【００６３】
また、図６に示したＰＥＢユニット（ＰＥＢ）−Ｂのように、ＰＥＢユニット（ＰＥＢ）−Ｃのハウジング４０の内部の上方からウエハＷの表面に冷却空気を供給し、ハウジング４０の底壁から排気を行ってもよい。これにより、ウエハＷの冷却処理をさらに速めることができる。
【００６４】
図８は、ＰＥＢユニット（ＰＥＢ）−Ｃに設けられたステージ４１に代えて用いられる別のステージ５１の概略構成を示す断面図である。ステージ５１は、ヒータ５４を内蔵する第１プレート５１ａおよび内部に所定温度に調整された冷媒（例えば、温調水）を流すための冷媒流路５２が内部に設けられた第２プレート５１ｂから構成されている。第２プレート５１ｂの表面にはプロキシミティピン５３が設けられている。なお、図８においては、ウエハリフトピン４２やプレートリフトピン４３は図示を省略している。
【００６５】
このステージ５１を用いたウエハＷの冷却方法としては、第１に、第２プレート５１ｂが第１プレート５１ａに接している状態では冷媒流路５２に冷媒を流さずに第２プレート５１ｂを第１プレート５１ａと同等温度に保持し、ウエハＷを冷却するために第２プレート５１ｂを上昇させる際に、冷媒流路５２に所定温度の冷媒を流すことによって強制的に第２プレート５１ｂを冷却することによって、ウエハＷを冷却する方法が挙げられる。
【００６６】
また、第２の方法として、第２プレート５１ｂが第１プレート５１ａに接したままの状態でヒータ５４をオフの状態とし、冷媒流路５２に所定温度の冷媒を流して強制的に第２プレート５１ｂを冷却することにより、第１プレート５１ａを冷却しながらウエハＷもまた冷却する方法が挙げられる。このように第２プレート５１ｂの強制冷却を行えるようにすると、ウエハＷを急速冷却することが可能となる。
【００６７】
ステージ４１またはステージ５１を備えたＰＥＢユニット（ＰＥＢ）−Ｃにおいて、ウエハＷの加熱処理時および冷却処理時にウエハＷを鉛直方向軸回りに回転させることによって、ウエハＷの温度均一性をさらに良好に保持することも好ましい。ＰＥＢユニット（ＰＥＢ）−ＣにおけるウエハＷの回転方法としては、先に図６に示したＰＥＢユニット（ＰＥＢ）−Ｂと同様に、ステージ４１（または５１）を回転させる方法である。
【００６８】
また、ウエハＷの冷却処理時にのみウエハＷを回転させたい場合には、第２プレート４１ｂ（または５１ｂ）を所定位置に上昇させた後に、第２プレート４１ｂ（または５１ｂ）をプレートリフトピン４３から受け取って保持し、かつ、第２プレート４１ｂ（または５１ｂ）を回転させることができるプレート回転部材をハウジング４０内に装着する方法が挙げられる。このプレート回転部材としては、より具体的には、内径が第２プレート４１ｂ（または５１ｂ）の外径よりも長いリング状支持部材と、このリング状支持部材に設けられ、中心側と周縁側に径方向に自由にスライド自在であって、中心側へスライドした状態で第２プレート４１ｂ（または５１ｂ）を支持することができ、周縁側へスライドした状態では第２プレート４１ｂ（または５１ｂ）がリング状支持部材の内孔を通過できるようになる支持ピンと、リング状支持部材を鉛直方向軸回りに回転させる回転枢軸と、を有するものが挙げられる。
【００６９】
上述したＰＥＢユニット（ＰＥＢ）、−Ａ、−Ｂ、−Ｃを用いれば、ウエハＷのポストエクスポージャーベーク処理時の昇温速度を調節することができるために、これによってもポストエクスポージャーベーク処理におけるプロセスマージンを広く取って、処理不良の発生を低減することができる。
【００７０】
具体的には、先に図４に示したＰＥＢユニット（ＰＥＢ）を用いた場合には、最初に、所定温度に保持されたステージ３１の上方でリフトピン３２がウエハＷを保持アーム７８から受け取る。次に、ウエハＷを直ちにステージ３１上に載置することなく、リフトピン３２を所定長さだけ降下させてウエハＷを保持する高さ位置を変えて、ステージ３１からの伝熱によるウエハＷの温度上昇勾配を調節し、ウエハＷを加熱する。続いて、ウエハＷをステージ３１上に載置して所定時間保持する。ポストエクスポージャーベーク処理におけるウエハＷの昇温速度は、ウエハＷのステージ３１に向けての降下速度を調節することによっても、調整することができる。
【００７１】
このようなウエハＷの昇温方法を用いることによって、ポストエクスポージャーベーク処理におけるウエハＷの昇温時のプロセスマージンを広く取ることが可能となるために、処理不良の発生を低減することができる。
【００７２】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。上記説明においては、本発明をレジスト膜のポストエクスポージャーベーク処理を行うＰＥＢユニット（ＰＥＢ）に適用した場合について説明したが、本発明はレジスト膜塗布後のプリベーク処理や現像処理後のポストベーク処理を行うホットプレートユニット（ＨＰ）にも適用することが可能である。また、塗布膜の種類はレジスト膜に限定されるものではなく、層間絶縁膜や保護膜であってもよい。上記説明においては、基板として半導体ウエハを取り上げたが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）基板等の他の基板のフォトリソグラフィー工程にも、本発明を適用することができる。
【００７３】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、基板を所定の冷却速度で面内の温度均一性を確保しながら冷却することができる。これにより基板の品質が高められる。また、複数の基板間での熱的処理の差を低減し、基板の品質を一定に保持することができる。さらに、基板の冷却速度や昇温速度を調整することによって、熱的処理のプロセスマージンを広く取ることができるために、処理不良の発生を低減することができ、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レジスト塗布・現像処理システムの一実施形態を示す概略平面図。
【図２】レジスト塗布・現像処理システムの一実施形態を示す概略正面図。
【図３】レジスト塗布・現像処理システムの一実施形態を示す概略背面図。
【図４】ＰＥＢユニットの一実施形態を示す概略断面図。
【図５】ＰＥＢユニットの別の実施形態を示す概略断面図。
【図６】ＰＥＢユニットのさらに別の実施形態を示す概略断面図。
【図７】ＰＥＢユニットのさらに別の実施形態を示す概略断面図。
【図８】図７に示すＰＥＢユニットに装備されるステージの別の実施形態を示す概略断面図。
【符号の説明】
１；レジスト塗布・現像処理システム
３０；ハウジング
３１；ステージ
３２；リフトピン
３３；昇降装置
３４；プロキシミティピン
３５；ヒータ
４１；ステージ
４１ａ；第１プレート
４１ｂ；第２プレート
４２；ウエハリフトピン
４３；プレートリフトピン
４４；ヒータ
５１；ステージ
５１ａ；第１プレート
５１ｂ；第２プレート
５２；冷媒流路
ＰＥＢ・ＰＥＢ−Ａ・ＰＥＢ−Ｂ・ＰＥＢ−Ｃ；ＰＥＢ（ポストエクスポージャーベーク）ユニット

Claims (16)

1. 表面に塗布膜が形成された基板の熱的処理を行う熱的処理装置であって、
   基板を載置するステージと、
   前記ステージを所定温度に加熱する加熱手段と、
   前記ステージを貫通して配置され、その先端で基板を支持するピン部材と、
   前記ピン部材を昇降し、基板が支持される前記ピン部材の先端位置を任意の高さ位置で保持するピン昇降機構と、
   を具備し、
   前記ステージに載置されて加熱処理された基板が基板全体で略均一に冷却されるように、前記基板を前記ステージの上方に持ち上げて保持する高さを調整することにより前記基板の冷却速度が制御されることを特徴とする熱的処理装置。
2. 表面に塗布膜が形成された基板の熱的処理を行う熱的処理装置であって、
   加熱手段を備えた第１プレート、および、前記第１プレートの上側に前記第１プレートと接離可能に配置され、その上面に基板を載置する第２プレートを有するステージと、
   前記ステージを貫通して昇降自在に配置され、基板を昇降させる昇降ピンと、前記第１プレートを貫通して昇降自在に配置され、前記第２プレートを昇降させるプレート昇降機構と、
   を具備し、
   前記ステージに載置されて加熱処理された基板が基板全体で略均一に冷却されるように、前記基板が載置された前記第２プレートが前記第１プレートの上方の所定の高さ位置に保持されることを特徴とする熱的処理装置。
3. 前記プレート昇降機構は、前記第２プレートを前記第１プレートの上方の任意の高さ位置で保持する高さ調節機構を有し、
   前記基板が載置された前記第２プレートを前記第１プレートの上方に持ち上げて保持する高さを調整することにより前記基板の冷却速度が制御されることを特徴とする請求項２に記載の熱的処理装置。
4. 前記第２プレートは金属または熱伝導率の高いセラミックスからなることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱的処理装置。
5. 前記第２プレートは内部に冷媒流路を有し、
   前記第２プレートは前記冷媒流路に所定温度の冷媒を流すことによって強制的に略均一に冷却されることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の熱的処理装置。
6. 前記第２プレートが前記第１プレートから離隔した状態において、前記第２プレートを鉛直方向軸回りに所定の回転数で回転させる第２プレート回転機構をさらに具備することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の熱的処理装置。
7. 加熱処理が終了した基板の表面に冷却ガスを吹き付ける送風装置をさらに具備し、
   前記送風装置から冷却ガスを吹き出す送風口の位置を変化させることにより前記基板に均一に前記冷却ガスが吹き付けられることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の熱的処理装置。
8. 前記ステージを鉛直方向軸回りに所定の回転数で回転させるステージ回転機構をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の熱的処理装置。
9. 表面に塗布膜が形成された基板に熱的処理を施す熱的処理方法であって、
   塗布膜の形成された基板を所定温度に保持されたステージに載置して所定時間保持する工程と、
   前記ステージの温度を所定の冷却速度で冷却することによって前記ステージに載置された基板を略均一に冷却する工程と、
   を有することを特徴とする熱的処理方法。
10. 表面に塗布膜が形成された基板に熱的処理を施す熱的処理方法であって、
    塗布膜の形成された基板を所定温度に保持された加熱ステージに載置して所定時間保持する工程と、
    加熱処理の終了した基板を前記加熱ステージの上方に持ち上げて保持する高さ位置を調整することによって前記基板を冷却する速度を制御しながら、前記基板を基板全体で略均一に冷却する工程と、
    を有することを特徴とする熱的処理方法。
11. 表面に塗布膜が形成された基板に熱的処理を施す熱的処理方法であって、
    加熱手段を備えた第１プレート、および、前記第１プレートの上側に前記第１プレートと接離可能に配置された第２プレートを有し、前記第１プレートからの熱伝達によって前記第１プレートと同等温度に保持された第２プレートの表面に塗布膜の形成された基板を載置して所定時間保持する工程と、
    基板が載置された前記第２プレートを前記第１プレートの上方の所定の高さ位置に持ち上げて保持することにより前記基板を略均一に冷却する工程と、
    を有することを特徴とする熱的処理方法。
12. 前記基板を冷却する工程において、前記第２プレートを保持する高さ位置を調整することによって、前記基板の冷却速度を制御することを特徴とする請求項１１に記載の熱的処理方法。
13. 前記第２プレートを前記第１プレートの上方で保持した状態において、前記第２プレートを略均一に強制的に冷却することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の熱的処理方法。
14. 前記第２プレートを前記第１プレートの上方で保持した状態において、前記第２プレートを所定の回転数で回転させることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の熱的処理方法。
15. 前記第２プレートを前記第１プレートの上方で保持した状態において、前記第２プレートに載置された基板の表面に冷却ガスを略均一に吹き付けることを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の熱的処理方法。
16. 表面に塗布膜が形成された基板に熱的処理を施す熱的処理方法であって、
    塗布膜の形成された基板を、所定温度に保持された加熱ステージの上方の所定の高さ位置に保持することにより前記加熱ステージからの伝熱による前記基板の昇温速度を調節して前記基板の温度を高める工程と、
    前記基板を前記加熱ステージ上に載置して所定時間保持することにより、前記基板の熱処理を行う工程と、
    を有することを特徴とする熱的処理方法。

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