JP4699283B2

JP4699283B2 - 熱処理板の温度制御方法、プログラム及び熱処理板の温度制御装置

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Publication number: JP4699283B2
Application number: JP2006143087A
Authority: JP
Inventors: 真任田所; 良一上村; 光輝矢野; 真一篠塚
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2011-06-08
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Description

本発明は、基板を載置する熱処理板の温度制御方法、プログラム及び熱処理板の温度制御装置に関する。

例えば半導体デバイスの製造におけるフォトリソグラフィー工程では，例えばウェハ上にレジスト液を塗布しレジスト膜を形成するレジスト塗布処理，レジスト膜を所定のパターンに露光する露光処理，露光後にレジスト膜内の化学反応を促進させる加熱処理（ポストエクスポージャーベーキング），露光されたレジスト膜を現像する現像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。これらの一連の処理は、上記各種処理を行う多数の処理装置が搭載された塗布現像処理システムにおいて連続的に行われている。

例えば上述のポストエクスポージャーベーキングなどの加熱処理は，通常加熱処理装置で行われている。加熱処理装置は，ウェハを載置して加熱する熱板を備えている。熱板には，例えば給電により発熱するヒータが内蔵されており，このヒータによる発熱により熱板は所望の温度に調整されている。

上述の加熱処理におけるウェハの処理温度は，最終的にウェハ上に形成されるレジストパターンの線幅に大きな影響を与える。そこで，加熱時のウェハ面内の温度を厳格に制御するために，上述の加熱処理装置の熱板は，複数の領域に分割され，各領域毎に独立したヒータが内蔵され，各領域毎に温度調整されている（特許文献１参照）。

特開２００１-１４３８５０号公報

ところで，熱板上で処理されるウェハには，成膜やエッチングなどの前処理の影響により反りが生じているものがある。反りのあるウェハは，熱処理時に熱板の熱がウェハに均一に伝達されず，ウェハが部分的に適正な温度で加熱されなくなる。かかる場合，最終的にウェハ上に形成されるレジストパターンの線幅がばらつくことになる。そこで，例えば塗布現像処理システムに、レーザ変位計を有する専用の反り測定装置を搭載し、反り測定装置を用いてウェハの反り量を測定し、その反り量に応じて、熱板の各領域の温度を調整することが考えられる。

しかしながら，この場合ある程度の線幅の均一性の向上は期待できるが、さらに線幅の均一性の向上を図るには、実際にウェハが熱板上に載置されたときのウェハの反り状態を正確に把握する必要がある。しかし、例えば反り測定装置のレーザ変位計を加熱中の熱板上に実装することは技術的に困難である。また、専用の反り測定装置を塗布現像処理システムに搭載すること自体、その分広いスペースが必要になり、またコストも高くなる。

本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，専用の反り測定装置を用いずに、ウェハなどの基板の反りに応じて熱板などの熱処理板の温度制御を適正に行うことをその目的とする。

上記目的を達成する本発明は、基板を載置して熱処理する熱処理板の温度制御方法であって、熱処理板は、複数の領域に区画され、当該領域毎に温度制御可能であり、基板を熱処理板に載置した際の熱処理板面内の温度降下量を検出する工程と、基板を載置した際の熱処理板の温度降下量と当該熱処理板上で熱処理されたときの基板の定常温度との相関を予め求めておき、前記検出された熱処理板面内の温度降下量から前記相関を用いて基板面内の定常温度分布を推定し、その推定した基板面内の定常温度分布のばらつきが無くなるように前記熱処理板の各領域の設定温度の補正値を算出する工程と、前記補正値により各領域の設定温度を補正する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、専用の反り測定装置を用いる必要がないので、コストの低減が図られる。また、実際に熱処理板上に基板が載置された際の基板の反り状態に基づいて熱処理板面内の温度を厳格に制御できるので、基板面内の熱処理をより均一に行うことができ、これによって基板の最終的な処理結果の面内均一性を向上できる。

前記熱処理板の温度降下量と前記熱処理板上の基板の定常温度との相関は、熱処理板の温度降下量と基板の反り量との相関と、基板の反り量と熱処理板上の基板の定常温度との相関から求められるようにしてもよい。

前記熱処理板の各領域の温度制御において、前記検出された熱処理板面内の温度降下量に基づいて、基板が熱処理板に載置されてから基板が定常温度になるまでの基板面内の過渡温度を制御するようにしてもよい。

前記熱処理板に載置された基板の蓄積熱量が基板面内で均一化されるように、前記各領域の温度制御を行うようにしてもよい。

前記熱処理板で行われる熱処理において、一の基板が熱処理板に載置された直後に当該熱処理板面内の温度降下量を検出して前記一の基板の反り状態を検出し、前記一の基板の反り状態に基づいて当該熱処理板の各領域の温度を制御し、その後当該熱処理板上で前記一の基板を熱処理するようにしてもよい。

熱処理板の温度制御が行われる一の熱処理の前に他の熱処理を有する一連の基板処理において、基板が前記他の熱処理の熱処理板に載置された際に、当該熱処理板の温度降下量を検出して前記基板の反り状態を検出し、その基板の反り状態に基づいて前記一の熱処理の熱処理板の各領域の温度を制御するようにしてもよい。

別の観点よる本発明によれば、上記熱処理板の温度制御方法を、コンピュータに実現させるためのプログラムが提供される。

別の観点による本発明は、基板を載置して熱処理する熱処理板の温度制御装置であって、熱処理板は、複数の領域に区画され、当該領域毎に温度制御可能であり、基板を熱処理板に載置した際の熱処理板面内の温度降下量を検出する検出部と、熱処理板の各領域の温度を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、基板を載置した際の熱処理板の温度降下量と当該熱処理板上で熱処理されたときの基板の定常温度との相関を用いて、前記検出された熱処理板面内の温度降下量から前記相関を用いて基板面内の定常温度分布を推定し、その推定した基板面内の定常温度分布のばらつきが無くなるように前記各領域の設定温度の補正値を算出し、前記補正値により各領域の設定温度を補正することを特徴とする。

上記熱処理板の温度制御装置において、前記熱処理板の温度降下量と前記熱処理板上の基板の定常温度との相関は、熱処理板の温度降下量と基板の反り量との相関と、基板の反り量と熱処理板上の基板の定常温度との相関から求められるようにしてもよい。

前記制御部は、前記熱処理板の各領域の温度制御において、前記検出された熱処理板面内の温度降下量に基づいて、基板が熱処理板に載置されてから基板が定常温度になるまでの基板面内の過渡温度を制御するようにしてもよい。

前記制御部は、前記熱処理板に載置された基板の蓄積熱量が基板面内で均一化されるように、前記各領域の温度制御を行うようにしてもよい。

上記熱処理板の温度制御装置は、前記熱処理板で行われる熱処理において、一の基板が熱処理板に載置された直後に当該熱処理板面内の温度降下量を検出して前記一の基板の反り状態を検出し、前記一の基板の反り状態に基づいて当該熱処理板の各領域の温度を制御し、その後当該熱処理板上で前記一の基板を熱処理するようにしてもよい。

上記熱処理板の温度制御装置は、熱処理板の温度制御が行われる一の熱処理の前に他の熱処理を有する一連の基板処理において、基板が前記他の熱処理の熱処理板に載置された際に、当該熱処理板の温度降下量を検出して前記基板の反り状態を検出し、その基板の反り状態に基づいて前記一の熱処理の熱処理板の各領域の温度を制御するようにしてもよい。

本発明によれば、専用の反り測定装置を用いる必要がないので、コストを低減できる。また、熱処理板面内の温度制御を適正に行うことができるので、基板処理の面内均一性を向上でき、歩留まりを向上できる。

以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，本実施の形態にかかる熱処理板の温度制御装置が備えられた塗布現像処理システム１の構成の概略を示す平面図であり，図２は，塗布現像処理システム１の正面図であり，図３は，塗布現像処理システム１の背面図である。

塗布現像処理システム１は，図１に示すように例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から塗布現像処理システム１に対して搬入出したり，カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と，フォトリソグラフィー工程の中で枚葉式に所定の処理を施す複数の各種処理装置を多段に配置している処理ステーション３と，この処理ステーション３に隣接して設けられている図示しない露光装置との間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイス部４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２には，カセット載置台５が設けられ，当該カセット載置台５は，複数のカセットＵをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在になっている。カセットステーション２には，搬送路６上をＸ方向に向かって移動可能なウェハ搬送体７が設けられている。ウェハ搬送体７は，カセットＵに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）にも移動自在であり，Ｘ方向に配列された各カセットＵ内のウェハＷに対して選択的にアクセスできる。

ウェハ搬送体７は，Ｚ軸周りのθ方向に回転可能であり，後述する処理ステーション３側の第３の処理装置群Ｇ３に属する温調装置６０やトランジション装置６１に対してもアクセスできる。

カセットステーション２に隣接する処理ステーション３は，複数の処理装置が多段に配置された，例えば５つの処理装置群Ｇ１〜Ｇ５を備えている。処理ステーション３のＸ方向負方向（図１中の下方向）側には，カセットステーション２側から第１の処理装置群Ｇ１，第２の処理装置群Ｇ２が順に配置されている。処理ステーション３のＸ方向正方向（図１中の上方向）側には，カセットステーション２側から第３の処理装置群Ｇ３，第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５が順に配置されている。第３の処理装置群Ｇ３と第４の処理装置群Ｇ４の間には，第１の搬送装置１０が設けられている。第１の搬送装置１０は，第１の処理装置群Ｇ１，第３の処理装置群Ｇ３及び第４の処理装置群Ｇ４内の各処理装置に選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。第４の処理装置群Ｇ４と第５の処理装置群Ｇ５の間には，第２の搬送装置１１が設けられている。第２の搬送装置１１は，第２の処理装置群Ｇ２，第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５内の各処理装置に選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。

図２に示すように第１の処理装置群Ｇ１には，ウェハＷに所定の液体を供給して処理を行う液処理装置，例えばウェハＷにレジスト液を塗布するレジスト塗布装置２０，２１，２２，露光処理時の光の反射を防止する反射防止膜を形成するボトムコーティング装置２３，２４が下から順に５段に重ねられている。第２の処理装置群Ｇ２には，液処理装置，例えばウェハＷに現像液を供給して現像処理する現像処理装置３０〜３４が下から順に５段に重ねられている。また，第１の処理装置群Ｇ１及び第２の処理装置群Ｇ２の最下段には，各処理装置群Ｇ１，Ｇ２内の液処理装置に各種処理液を供給するためのケミカル室４０，４１がそれぞれ設けられている。

例えば図３に示すように第３の処理装置群Ｇ３には，温調装置６０，ウェハＷの受け渡しを行うためのトランジション装置６１，精度の高い温度管理下でウェハＷを温度調節する高精度温調装置６２〜６４及びウェハＷを高温で加熱処理する高温度熱処理装置６５〜６８が下から順に９段に重ねられている。

第４の処理装置群Ｇ４では，例えば高精度温調装置７０，レジスト塗布処理後のウェハＷを加熱処理するプリベーキング装置７１〜７４及び現像処理後のウェハＷを加熱処理するポストベーキング装置７５〜７９が下から順に１０段に重ねられている。

第５の処理装置群Ｇ５では，ウェハＷを熱処理する複数の熱処理装置，例えば高精度温調装置８０〜８３，露光後で現像前のウェハＷの加熱処理を行う複数のポストエクスポージャーベーキング装置（以下「ＰＥＢ装置」とする。）８４〜８９が下から順に１０段に重ねられている。

図１に示すように第１の搬送装置１０のＸ方向正方向側には，複数の処理装置が配置されており，例えば図３に示すようにウェハＷを疎水化処理するためのアドヒージョン装置９０，９１，ウェハＷを加熱する加熱処理装置９２，９３が下から順に４段に重ねられている。図１に示すように第２の搬送装置１１のＸ方向正方向側には，例えばウェハＷのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置９４が配置されている。

インターフェイス部４には，例えば図１に示すようにＸ方向に向けて延びる搬送路１００上を移動するウェハ搬送体１０１と，バッファカセット１０２が設けられている。ウェハ搬送体１０１は，上下移動可能でかつθ方向にも回転可能であり，インターフェイス部４に隣接した図示しない露光装置と，バッファカセット１０２及び第５の処理装置群Ｇ５に対してアクセスしてウェハＷを搬送できる。

この塗布現像処理システム１では，例えば次のようなフォトリソグラフィー工程のウェハ処理が行われる。先ず，ウェハ搬送体７によって，カセット載置台５上のカセットＵから未処理のウェハＷが一枚ずつ取り出され，第３の処理装置群Ｇ３の温調装置６０に搬送される。温調装置６０に搬送されたウェハＷは，所定温度に温度調節され，その後第１の搬送装置１０によってボトムコーティング装置２３に搬送され，反射防止膜が形成される。反射防止膜が形成されたウェハＷは，第１の搬送装置１０によって加熱処理装置９２，高温度熱処理装置６５，高精度温調装置７０に順次搬送され，各装置で所定の処理が施される。その後ウェハＷは，レジスト塗布装置２０に搬送され，ウェハＷ上にレジスト膜が形成された後，第１の搬送装置１０によってプリベーキング装置７１に搬送されプリベーキング処理が施される。続いてウェハＷは，第２の搬送装置１１によって周辺露光装置９４，高精度温調装置８３に順次搬送されて，各装置において所定の処理が施される。その後，ウェハＷは，インターフェイス部４のウェハ搬送体１０１によって図示しない露光装置に搬送され，露光される。露光処理の終了したウェハＷは，ウェハ搬送体１０１によって例えばＰＥＢ装置８４に搬送され，ポストエクスポージャーベーキング処理が施された後，第２の搬送装置１１によって高精度温調装置８１に搬送されて温度調節される。その後，現像処理装置３０に搬送され，ウェハＷ上のレジスト膜が現像される。その後ウェハＷは，第２の搬送装置１１によってポストベーキング装置７５に搬送されポストベーキングが施される。その後，ウェハＷは，高精度温調装置６３に搬送され温度調節される。そしてウェハＷは，第１の搬送装置１０によってトランジション装置６１に搬送され，ウェハ搬送体７によってカセットＵに戻されて，一連のウェハ処理が終了する。

次に，上述したＰＥＢ装置８４の構成について説明する。ＰＥＢ装置８４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。

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，中心部に向かって次第に高くなる略円錐状の形態を有し，頂上部には，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から均一に排気される。

熱板収容部１３１の中央には，ウェハＷを載置して加熱する熱処理板としての熱板１４０が設けられている。熱板１４０は，厚みのある略円盤形状を有している。

熱板１４０は，図６に示すように複数，例えば５つの熱板領域Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５に区画されている。熱板１４０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Ｒ_１と，その周囲を円弧状に４等分した熱板領域Ｒ_２〜Ｒ_５に区画されている。

熱板１４０の各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５には，給電により発熱するヒータ１４１が個別に内蔵され，各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５毎に加熱できる。各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５のヒータ１４１の発熱量は，例えばヒータ制御装置１４２により調整されている。ヒータ制御装置１４２は，各ヒータ１４１の発熱量を調整して，各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５を所定の温度に制御できる。ヒータ制御装置１４２における温度制御は，例えば後述する温度制御装置１９０の制御部１９１により行われる。

熱板１４０の各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の裏面側には、図７に示すように各領域の温度を検出する検出部としての温度センサ１４５がそれぞれ設けられている。この温度センサ１４５により、ウェハＷが熱板１４０に載置された際の後述する各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の温度降下量を検出できる。温度センサ１４５による温度検出結果は、例えば温度制御装置１９０の制御部１９１に出力できる。

図４に示すように熱板１４０の下方には，ウェハＷを下方から支持して昇降させるための第１の昇降ピン１５０が設けられている。第１の昇降ピン１５０は，昇降駆動機構１５１により上下動できる。熱板１４０の中央部付近には，熱板１４０を厚み方向に貫通する貫通孔１５２が形成されている。第１の昇降ピン１５０は，熱板１４０の下方から上昇して貫通孔１５２を通過し，熱板１４０の上方に突出してウェハＷを支持できる。

熱板収容部１３１は，熱板１４０を収容して熱板１４０の外周部を保持する環状の保持部材１６０と，その保持部材１６０の外周を囲む略筒状のサポートリング１６１を有している。サポートリング１６１の上面には，処理室Ｓ内に向けて例えば不活性ガスを噴出する吹き出し口１６１ａが形成されている。この吹き出し口１６１ａから不活性ガスを噴出することにより，処理室Ｓ内をパージすることができる。また，サポートリング１６１の外方には，熱板収容部１３１の外周となる円筒状のケース１６２が設けられている。

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１７０が設けられている。冷却板１７０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。図４に示すように冷却板１７０の内部には，例えばペルチェ素子などの冷却部材１７０ａが内蔵されており，冷却板１７０を所定の設定温度に調整できる。

冷却板１７０は，加熱部１２１側に向かって延伸するレール１７１に取付けられている。冷却板１７０は，駆動部１７２によりレール１７１上を移動し，加熱部１２１側の熱板１４０の上方まで移動できる。

冷却板１７０には，例えば図５に示すようにＸ方向に沿った２本のスリット１７３が形成されている。スリット１７３は，冷却板１７０の加熱部１２１側の端面から冷却板１７０の中央部付近まで形成されている。このスリット１７３により，加熱部１２１側に移動した冷却板１７０と熱板１４０上に突出した第１の昇降ピン１５０との干渉が防止される。図４に示すように冷却部１２２内の冷却板１７０の下方には，第２の昇降ピン１７４が設けられている。第２の昇降ピン１７４は，昇降駆動部１７５によって昇降できる。第２の昇降ピン１７４は，冷却板１７０の下方から上昇してスリット１７３を通過し，冷却板１７０の上方に突出して，ウェハＷを支持できる。

図５に示すように冷却板１７０を挟んだ筐体１２０の両側面には，ウェハＷを搬入出するための搬入出口１８０が形成されている。

このＰＥＢ装置８４では，先ず，搬入出口１８０からウェハＷが搬入され，冷却板１７０上に載置される。続いて冷却板１７０が移動して，ウェハＷが熱板１４０の上方に移動される。第１の昇降ピン１５０によって，ウェハＷが熱板１４０上に載置されて，ウェハＷが加熱される。そして，所定時間経過後，ウェハＷが再び熱板１４０から冷却板１７０に受け渡され冷却され，当該冷却板１７０から搬入出口１８０を通じてＰＥＢ装置８４の外部に搬出されて一連の熱処理が終了する。

次に，上記ＰＥＢ装置８４の熱板１４０の温度制御を行う温度制御装置１９０の構成について説明する。本実施の形態において温度制御装置１９０は、例えば図７に示す温度センサ１４５と制御部１９１により構成されている。例えば制御部１９１は，例えばＣＰＵやメモリなどを備えた汎用コンピュータにより構成され，熱板１４０のヒータ制御装置１４２に接続されている。

制御部１９１は，例えば図８に示すように各種プログラムを実行する演算部２００と，例えば温度制御のための各種情報を入力する入力部２０１と，温度制御のための各種情報を格納するデータ格納部２０２と，温度制御のための各種プログラムを格納するプログラム格納部２０３と，熱板１４０の温度制御の設定を変更するためにヒータ制御装置１４２と通信する通信部２０４などを備えている。

例えばデータ格納部２０２には、図９に示すような例えばウェハＷが載置された際の熱板１４０の温度降下量とその熱板１４０上で加熱されたときのウェハＷの定常温度との相関Ｉが記憶されている。なお、定常温度とは、図１０に示すように熱板１４０上に載置されたウェハＷの温度が熱板１４０の熱により上昇し安定した安定期間Ｈ１の温度Ｔｆである。

図８に示すプログラム格納部２０３には，熱板１４０にウェハＷが載置された際の各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の温度降下量からその加熱時のウェハ面内の定常温度分布を推定し、そのウェハ面内の定常温度分布から各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の設定温度の補正値を算出するプログラムＰ１が格納されている。

また、プログラム格納部２０３には，例えば算出された設定温度の補正値に基づいて，ヒータ制御装置１４２の既存の設定温度を変更するプログラムＰ２が格納されている。なお，制御部１９１の機能を実現するための各種プログラムは，コンピュータ読み取り可能な記録媒体により制御部１９１にインストールされたものであってもよい。

ここで、上述のプログラムＰ１について詳しく説明する。

ウェハＷが熱板１４０表面に載置された際には、図１１に示すように低温のウェハＷに一時的に熱板１４０の熱が奪われ、熱板１４０の温度が降下する。ウェハＷと熱板１４０との距離が近いほど多くの熱が奪われるので、各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の温度降下量ΔＴ_１〜ΔＴ_５を検出することにより、各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５とウェハＷとの距離、つまり、ウェハＷの反り状態を検出できる。例えばウェハＷの中心部に対応する熱板領域Ｒ_１の温度降下量ΔＴ_１が大きく、ウェハＷの外周部に対応する熱板領域Ｒ_２〜Ｒ_５の温度降下量ΔＴ_２〜ΔＴ_５が小さい場合、図１２（ａ）に示すようにウェハＷの中心部が外周部側に比べて熱板１４０に近いので、ウェハＷの反り形状が下に凸に湾曲した凹型になっている。一方、熱板領域Ｒ_１の温度降下量ΔＴ_１が小さく、熱板領域Ｒ_２〜Ｒ_５の温度降下量ΔＴ_２〜ΔＴ_５が大きい場合、図１２（ｂ）に示すようにウェハＷの中心部が外周部側に比べて熱板１４０から遠いので、ウェハＷの反り形状が上に凸に湾曲した凸型になっている。

プログラムＰ１は、ウェハＷの反り状態を示す熱板面内の温度降下量ΔＴ_１〜ΔＴ_５から、相関Ｉを用いて熱板１４０上の各ウェハ領域Ｗ_１〜Ｗ_５の定常温度（ウェハ面内の定常温度分布）を推定できる。各ウェハ領域Ｗ_１〜Ｗ_５は、ウェハＷが熱板１４０に載置された際に各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５にそれぞれ対応する領域である。

相関Ｉは、図１３に示すように熱板１４０の温度降下量とウェハＷの反り量（ウェハＷと熱板１４０との距離）との相関Ｉａと、ウェハＷの反り量とウェハＷの定常温度との相関Ｉｂから求められる。相関Ｉａ、Ｉｂは、予め行われた実験などにより求められる。

プログラムＰ１は、相関Ｉを用いて推定された各ウェハ領域Ｗ_１〜Ｗ_５の定常温度から、例えばそれらの定常温度のばらつきが無くなるように各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の設定温度の補正値を算出できる。具体的には、例えば熱板１４０の温度降下量とウェハＷの定常温度の相関Ｉを逆関数化することにより、図１４に示すような熱板１４０の温度降下量と設定温度の補正値との相関IIを求めることができ、この相関IIを用いて各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の設定温度の補正値を算出できる。

次に、以上のように構成された温度制御装置１９０を用いた、ＰＥＢ装置８４における熱板１４０の温度制御プロセスについて説明する。図１５は、かかる温度制御プロセスを示すフロー図である。

先ず，例えば塗布現像処理システム１において露光処理が終了したウェハＷがＰＥＢ装置８４に搬入され、熱板１４０に載置されたときに、温度センサ１４５により熱板１４０の各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の温度降下量ΔＴ_１〜ΔＴ_５が検出される。これにより、ウェハＷの反り状態が検出される（図１５の工程Ｑ１）。

各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の温度降下量ΔＴ_１〜ΔＴ_５のデータは，制御部１９１に出力される。制御部１９１では，各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の温度降下量ΔＴ_１〜ΔＴ_５から、相関Ｉを用いて各ウェハ領域Ｗ_１〜Ｗ_５の定常温度Ｔｆ_１〜Ｔｆ_５が推定される（図１５の工程Ｑ２）。次に制御部１９１では、そのウェハ面内の定常温度分布と熱板面内の温度降下量から、例えば相関IIを用いて各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の設定温度Ｔｓの補正値ΔＴｓ_１〜ΔＴｓ_５が算出される（図１５の工程Ｑ３）。この補正値ΔＴｓ_１〜ΔＴｓ_５は、定常温度Ｔｆ_１〜Ｔｆ_５のばらつきがなくなるように算出される。

その後，各補正値ΔＴｓ_１〜ΔＴｓ_５の情報が通信部２０４からヒータ制御装置１４２に出力され，ヒータ制御装置１４２により熱板１４０の各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の設定温度Ｔｓの補正値ΔＴｓ_１〜ΔＴｓ_５が変更され，各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５に新たな設定温度Ｔｓが設定される（図１５の工程Ｑ４）。これにより、例えば図１６に示すようにウェハＷの反りにより、ウェハＷと熱板１４０との距離が遠くなる領域Ｒの設定温度Ｔｓが、近くなる領域Ｒの設定温度Ｔｓよりも高くなる。例えばウェハＷの反りが凹型の場合には、熱板領域Ｒ_２〜Ｒ_５の設定温度Ｔｓが熱板領域Ｒ_１よりも高くなり、ウェハＷの反りが凸型の場合には、熱板領域Ｒ_１の設定温度Ｔｓが熱板領域Ｒ_２〜Ｒ_５よりも高くなる。

この新たな温度設定は、ＰＥＢ装置８４においてウェハＷが熱板１４０に載置された直後であってウェハＷが定常温度になる前に行われ、ウェハＷは、変更後の新たな温度設定により熱処理される。

以上の実施の形態によれば、ウェハＷが載置された熱板１４０の各領域Ｒ_１〜Ｒ_５の温度降下量ΔＴ_１〜ΔＴ_５によりウェハＷの反り状態を検出できるので、専用の反り測定装置を用いる必要がなく、その分コストを低減できる。また、塗布現像処理システム１の装置搭載スペースが反り測定装置が無い分広くなるので、そこに他の処理装置を搭載し、例えばウェハ処理のスループットを向上できる。さらに、実際に熱板１４０に載置された際のウェハＷの反りを検出できるので、別途反り測定装置を用いた場合に比べて、反りが正確に検出され、その反りに応じた設定温度の補正値ΔＴｓも正確に算出される。この結果、熱板１４０の各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の温度制御が適正に行われる。そして、加熱処理時のウェハ面内で定常温度Ｔｆが揃えられるので、線幅に影響を与えるウェハ面内の蓄積熱量が均一化され、ウェハ面内の処理状態、例えば線幅の均一性が向上する。

さらに、本実施の形態では、ウェハＷが熱板１４０に載置された直後に、設定温度の補正値ΔＴｓを算出し、新たな設定温度に設定して、そのウェハＷの熱処理を行ったので、各ウェハ固有の反り状態に対応した温度制御を行って各ウェハＷを熱処理することができる。したがって、ウェハ面内の線幅の均一性をさらに向上できる。

以上の実施の形態では、ウェハＷが熱板１４０に載置された際の熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の温度降下量ΔＴ_１〜ΔＴ_５に基づいて、各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の設定温度Ｔｓを制御していたが、熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の温度降下量ΔＴ_１〜ΔＴ_５に基づいて、ウェハＷの過渡温度を制御してもよい。図１０に示すように過渡温度Ｔｉは、低温のウェハＷが熱板１４０に載置されてから定常温度Ｔｆに安定するまでの温度変動期間Ｈ２の温度である。

かかる場合、例えばウェハＷが熱板１４０に載置された際の熱板１４０の温度降下量とウェハＷの過渡温度Ｔｉとの相関IIIを求めておく。この相関IIIは、例えば熱板１４０の温度降下量とウェハＷの反り量との相関と、ウェハＷの反り量とウェハＷの過渡温度Ｔｉとの相関から求められる。

図１７は、かかる場合の温度制御プロセスを示すフロー図である。ウェハＷがＰＥＢ装置８４に搬入され、熱板１４０上に載置された際に、各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の温度降下量ΔＴ_１〜ΔＴ_５が検出され、ウェハＷの反り状態が検出される（図１７の工程Ｐ１）その温度降下量ΔＴ_１〜ΔＴ_５から、相関IIIを用いて各ウェハ領域Ｗ_１〜Ｗ_５の過渡温度Ｔｉ_１〜Ｔｉ_５（ウェハ面内の過渡温度）が推定される（図１７の工程Ｐ２）。そして、図１８に示すようにその推定された各ウェハ領域Ｗ_１〜Ｗ_５の過渡温度Ｔｉ_１〜Ｔｉ_５のずれがなくなるような各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５のヒータ１４１の出力制御の補正値が算出される（図１７の工程Ｐ３）。具体的には、例えば熱板１４０の温度降下量とウェハＷの過渡温度Ｔｉとの相関IIIの逆関数を求め、その逆関数により温度降下量ΔＴ_１〜ΔＴ_５から各領域Ｒ_１〜Ｒ_５のヒータ出力制御の補正値を求めることができる。この温度降下量ΔＴ_１〜ΔＴ_５からヒータ出力制御の補正値の算出は、例えば制御部１９１のプログラム格納部２０３に格納されたプログラムにより行われる。

算出された各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５のヒータ出力制御の補正値の情報は、ヒータ制御装置１４２に出力され、ヒータ１４１の出力制御の設定が変更され、新たな出力制御に設定される（図１７の工程Ｐ４）。こうして、熱板１４０上で加熱されるウェハＷの各領域Ｗ_１〜Ｗ_５の過渡温度Ｔｉが揃えられる。

かかる場合、ウェハ面内で過渡温度Ｔｉを揃えることにより、線幅に影響を与えるウェハ面内の蓄積熱量が均一化されるので、ウェハ面内の均一性を向上できる。なお、熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の温度降下量ΔＴ_１〜ΔＴ_５に基づいて、ウェハＷの設定温度Ｔｓ、又は過渡温度Ｔｉのいずれかを制御してもよいし、両方を制御してもよい。両方を制御することにより、熱処理時のウェハ面内の蓄積熱量がさらに均一化され、ウェハ面内の線幅の均一性が向上する。

また、以上の実施の形態では、ＰＥＢ装置８４において熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の温度降下量を検出し、その後直ちに新たな設定温度を設定して、ウェハＷを熱処理していたが、その熱処理より前の熱処理を行う他の熱処理装置の熱処理板において温度降下量を検出しウェハＷの反りを検出して、ＰＥＢ装置８４の熱板１４０の温度制御を行ってもよい。

例えば、ボトムコーティング後の熱処理を行う熱処理装置や、レジスト塗布後の熱処理を行うプリベーキング装置において行ってもよい。この場合の熱処理装置やプリベーキング装置は、ＰＥＢ装置８４と同様の構成を有し、各装置の熱板の各熱板領域には温度センサが設けられる。そして、一連のフォトリソグラフィー工程において、ウェハＷが例えばプリベーキング装置に搬送され、熱板上に載置された際に各熱板領域の温度降下量が検出される。このデータが制御部１９１に出力され、例えば上記実施の形態と同様に相関Ｉ等を用いてＰＥＢ装置８４の各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の温度補正値が算出される。そして、ＰＥＢ装置８４の熱板１４０の温度設定が変更され、その温度設定でウェハＷが熱処理される。

かかる場合も反り測定装置を用いる必要がなく、装置コストを低減できる。また、実際の熱板に載置されたときの温度降下量からウェハＷの反りが検出され、その反りに応じた温度制御が行われるので、ウェハ面内の線幅の均一性を向上できる。なお、一連のフォトリソグラフィー工程において、レジスト膜が形成された後に、レジスト膜の上部に反射防止膜などの膜を形成するトップコーティングを行い、その後に加熱処理を行う場合には、その加熱処理において熱板の各領域の温度降下量を検出してもよい。また、温度降下量の検出は、塗布現像処理システム１に搭載された、温度降下量を検出する専用の熱処理装置の熱板を用いて行ってもよい。

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相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。

例えば、以上の実施の形態では、一枚のウェハＷ毎に反りを検出し、熱板１４０の温度制御を行っていたが、複数枚のウェハからなるロット毎に、熱板１４０の温度制御を行ってもよい。

例えば上記実施の形態において，温度制御される熱板１４０は，５つの領域に分割されていたが，その数は任意に選択できる。また，熱板１４０の分割領域の形状も任意に選択できる。

上記実施の形態では，ＰＥＢ装置８４の熱板１４０の温度制御を行う例であったが，プリベーキング装置やポストベーキング装置などにある他の熱処理を行う熱板の温度制御や，ウェハＷを冷却する冷却処理装置の冷却板の温度制御を行う場合にも本発明は適用できる。また，以上の実施の形態では，最終的にウェハ面内の線幅が均一になるように熱板の温度制御を行っていたが，ウェハ面内の線幅以外の他の処理状態，例えばレジストパターンの溝の側壁の角度（サイドウォールアングル）やレジストパターンの膜厚がウェハ面内で均一になるようにＰＥＢ装置，プリベーキング装置，ポストベーキング装置などの熱処理板の温度制御を行うようにしてもよい。さらに，以上の実施の形態では，フォトリソグラフィー工程後であって，エッチング工程前のパターンの線幅が均一になるように熱板の温度制御を行っていたが，エッチング工程後のパターンの線幅やサイドウォールアングルが均一になるように各熱処理板の温度制御を行ってもよい。さらに，本発明は，ウェハ以外の例えば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を熱処理する熱処理板の温度制御にも適用できる。

本発明によれば、基板が均一に熱処理されるように熱処理板を温度制御する際に有用である。

本実施の形態における塗布現像処理システムの構成の概略を示す平面図である。図１の塗布現像処理システムの正面図である。図１の塗布現像処理システムの背面図である。ＰＥＢ装置の構成の概略を示す縦断面の説明図である。ＰＥＢ装置の構成の概略を示す横断面の説明図である。ＰＥＢ装置の熱板の構成を示す平面図である。温度センサが配置された熱板の裏面図である。制御部の構成を示すブロック図である。ウェハの定常温度と熱板の温度降下量との相関を示すグラフである。加熱処理時のウェハの温度変動を示すグラフである。加熱処理時の熱板の温度変動を示すグラフである。（ａ）は、熱板上のウェハが凹型に反った様子を示す説明図であり、（ｂ）は、熱板上のウェハが凸型に反った様子を示す説明図である。ウェハの定常温度と熱板の温度降下量との相関の算出例を示す説明図である。熱板の設定温度の補正値と熱板の温度降下量との相関を示すグラフである。温度制御プロセスのフロー図である。新たな温度設定における熱処理時の熱板の温度変動を示すグラフである。過渡温度を制御する温度制御プロセスのフロー図である。過渡温度の設定を変更した場合の加熱処理時のウェハの温度変動を示すグラフである。

符号の説明

１塗布現像処理システム
８４ＰＥＢ装置
１４０熱板
１４１ヒータ
１４５温度センサ
１９０温度制御装置
１９１制御部
Ｒ１〜Ｒ５熱板領域
Ｗウェハ

Claims

基板を載置して熱処理する熱処理板の温度制御方法であって、
熱処理板は、複数の領域に区画され、当該領域毎に温度制御可能であり、
基板を熱処理板に載置した際の熱処理板面内の温度降下量を検出する工程と、
基板を載置した際の熱処理板の温度降下量と当該熱処理板上で熱処理されたときの基板の定常温度との相関を予め求めておき、
前記検出された熱処理板面内の温度降下量から前記相関を用いて基板面内の定常温度分布を推定し、その推定した基板面内の定常温度分布のばらつきが無くなるように前記熱処理板の各領域の設定温度の補正値を算出する工程と、
前記補正値により各領域の設定温度を補正する工程と、を有することを特徴とする、熱処理板の温度制御方法。
前記熱処理板の温度降下量と前記熱処理板上の基板の定常温度との相関は、熱処理板の温度降下量と基板の反り量との相関と、基板の反り量と熱処理板上の基板の定常温度との相関から求められることを特徴とする、請求項１に記載の熱処理板の温度制御方法。
前記熱処理板の各領域の温度制御において、前記検出された熱処理板面内の温度降下量に基づいて、基板が熱処理板に載置されてから基板が定常温度になるまでの基板面内の過渡温度を制御することを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱処理板の温度制御方法。
前記熱処理板に載置された基板の蓄積熱量が基板面内で均一になるように、前記各領域の温度制御を行うことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理板の温度制御方法。
前記熱処理板で行われる熱処理において、
一の基板が熱処理板に載置された直後に当該熱処理板面内の温度降下量を検出して前記一の基板の反り状態を検出し、前記一の基板の反り状態に基づいて当該熱処理板の各領域の温度を制御し、その後当該熱処理板上で前記一の基板を熱処理することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の熱処理板の温度制御方法。
熱処理板の温度制御が行われる一の熱処理の前に他の熱処理を有する一連の基板処理において、
基板が前記他の熱処理の熱処理板に載置された際に、当該熱処理板の温度降下量を検出して前記基板の反り状態を検出し、その基板の反り状態に基づいて前記一の熱処理の熱処理板の各領域の温度を制御することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の熱処理板の温度制御方法。
請求項１〜６のいずれかに記載の熱処理板の温度制御方法を、コンピュータに実現させるためのプログラム。
基板を載置して熱処理する熱処理板の温度制御装置であって、
熱処理板は、複数の領域に区画され、当該領域毎に温度制御可能であり、
基板を熱処理板に載置した際の熱処理板面内の温度降下量を検出する検出部と、
熱処理板の各領域の温度を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、基板を載置した際の熱処理板の温度降下量と当該熱処理板上で熱処理されたときの基板の定常温度との相関を用いて、前記検出された熱処理板面内の温度降下量から前記相関を用いて基板面内の定常温度分布を推定し、その推定した基板面内の定常温度分布のばらつきが無くなるように前記各領域の設定温度の補正値を算出し、前記補正値により各領域の設定温度を補正することを特徴とする、熱処理板の温度制御装置。
前記熱処理板の温度降下量と前記熱処理板上の基板の定常温度との相関は、熱処理板の温度降下量と基板の反り量との相関と、基板の反り量と熱処理板上の基板の定常温度との相関から求められることを特徴とする、請求項８に記載の熱処理板の温度制御装置。
前記制御部は、前記熱処理板の各領域の温度制御において、前記検出された熱処理板面内の温度降下量に基づいて、基板が熱処理板に載置されてから基板が定常温度になるまでの基板面内の過渡温度を制御することを特徴とする、請求項８又は９に記載の熱処理板の温度制御装置。
前記制御部は、前記熱処理板に載置された基板の蓄積熱量が基板面内で均一化されるように、前記各領域の温度制御を行うことを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の熱処理板の温度制御装置。
前記熱処理板で行われる熱処理において、
一の基板が熱処理板に載置された直後に当該熱処理板面内の温度降下量を検出して前記一の基板の反り状態を検出し、前記一の基板の反り状態に基づいて当該熱処理板の各領域の温度を制御し、その後当該熱処理板上で前記一の基板を熱処理することを特徴とする、請求項８〜１１のいずれかに記載の熱処理板の温度制御装置。
熱処理板の温度制御が行われる一の熱処理の前に他の熱処理を有する一連の基板処理において、
基板が前記他の熱処理の熱処理板に載置された際に、当該熱処理板の温度降下量を検出して前記基板の反り状態を検出し、その基板の反り状態に基づいて前記一の熱処理の熱処理板の各領域の温度を制御することを特徴とする、請求項８〜１１のいずれかに記載の熱処理板の温度制御装置。