JP2008034824A - 基板処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布膜を焼き固めた後の基板間で線幅にばらつきが発生することを抑制することができる基板処理方法およびそれに用いられる基板処理装置を提供すること。
【解決手段】レジスト膜１５０を形成したウエハＷを、レジスト膜１５０が焼き固められない温度で保持してレジスト膜１５０の成分１５１を局在化させ、その後、レジスト膜１５０を焼き固める。
【選択図】図１０

Description

本発明は、例えば、半導体装置に用いられる塗布膜が形成された基板を処理する基板処理方法および基板処理装置に関する。

半導体デバイスのフォトリソグラフィ工程においては、半導体ウエハ（以下、単にウエハという）にレジストを塗布し、これにより形成されたレジスト膜を所定の回路パターンに応じて露光し、この露光パターンを現像処理することによりレジスト膜に回路パターンが形成されている。

このようなフォトリソグラフィ工程においては、レジスト塗布および露光後の現像ならびにそれらに付随する熱処理などの一連の処理を一括して行なうレジスト塗布・現像処理システムが用いられており、このようなシステムは、各処理を行なうための複数の処理ユニットと、これら複数の処理ユニットに対し処理の順番に応じて複数のウエハを連続的に搬入出する搬送装置を有している（特許文献１）。

一方、フォトリソグラフィ工程においては、レジストやＢＡＲＣ（反射防止膜）等の塗布液を塗布した後、その塗布液をベークして焼き固めるプリベーク処理等の熱処理が行なわれるが、この種の熱処理にはヒーターによって加熱される加熱プレートにウエハを載置してベーク処理を行なうタイプの加熱処理ユニットが用いられる（特許文献２，３）。

上記システムにおいてこのような加熱処理ユニットによりプリベーク処理を行なう場合には、搬送装置が複数の処理ユニットに対して処理の順番に応じて複数のウエハを連続的に搬入出するため、搬送装置の都合により各処理ユニットでの待機時間等がウエハ毎に異なり、ウエハに薬液を塗布してから加熱処理ユニットへ搬送されてくるまでの時間がウエハ毎にばらつく。この場合に、塗布液によっては、このような搬送時間のばらつきによって、ベークにより焼き固めた後の特定の成分の分布がウエハ毎に変動し、ウエハ間で線幅（ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ））のばらつきが発生するおそれがある。

従来は、このような変動が生じてもさほど問題にならなかったが、近時、半導体デバイスにおける回路パターンの微細化が急速に進み、このようなわずかな変動でも問題となり、このようなプリベーク処理におけるばらつきの解消が求められている。
特開２００３−２５８０７６号公報 特開平８−１６２４０５号公報 特開平９−１５５７２号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、塗布膜を焼き固めた後の基板間で線幅にばらつきが発生することを抑制することができる基板処理方法およびそれに用いられる基板処理装置を提供することを目的とする。また、このような方法を実行するためのコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、塗布膜が形成された基板に対し、塗布膜を焼き固める熱処理を行なう基板処理方法であって、前記塗布膜の所定成分の分布を調整するために前記塗布膜が形成された前記基板を前記塗布膜が焼き固められる下限温度よりも低い予備温度で保持する工程と、前記所定成分の分布を調整した後の前記基板を、前記下限温度以上の温度で熱処理する工程と、を具備することを特徴とする基板処理方法を提供する。

上記第１の観点において、前記予備温度で保持する工程は、前記所定成分を局在化させるように構成することができる。また、前記下限温度以上の温度は塗布膜が硬化または架橋する温度が好適である。さらに、前記予備温度は、７０〜１００℃であることがより好ましい。

本発明の第２の観点では、塗布膜が形成された複数の基板を順次搬送して塗布膜を焼き固める熱処理を行なう基板処理方法であって、各前記基板の前記塗布膜を形成してからの経過時間が所定時間よりも短い第１状態と短くない第２状態とを判別する工程と、前記第１状態の基板を、前記塗布膜の所定成分の分布を調整するために前記塗布膜が焼き固められる下限温度よりも低い予備温度で保持した後に前記下限温度以上の温度で熱処理する工程と、前記第２状態の基板を、前記下限温度未満の温度で保持することなく前記下限温度以上の温度で熱処理する工程と、を具備することを特徴とする基板処理方法を提供する。

上記第１または第２の観点において、塗布膜として反射防止膜またはレジスト膜を用いることができる。

本発明の第３の観点では、塗布膜が形成された基板に対し、前記塗布膜を焼き固める熱処理を行う基板処理装置であって、前記塗布膜が形成された前記基板を前記塗布膜が焼き固められる下限温度よりも低い予備温度で保持する基板保持部と、前記塗布膜が形成された前記基板を前記下限温度以上の温度で熱処理する熱処理部と、前記基板保持部から前記熱処理部へ前記塗布膜が形成された前記基板を搬送する搬送機構とを具備し、前記基板保持部により前記塗布膜の所定成分の分布を調整した後に前記基板を前記熱処理部へ搬送して熱処理することを特徴とする基板処理装置を提供する。

上記第３の観点において、前記基板保持部は前記塗布膜の所定成分を局在化させるように構成することができる。

本発明の第４の観点では、塗布膜が形成された基板に対し、前記塗布膜を焼き固める熱処理を行う基板処理装置であって、前記塗布膜が形成された前記基板を前記塗布膜が焼き固められる下限温度よりも低い予備温度で保持する基板保持部と、前記塗布膜が形成された前記基板を前記下限温度以上の温度で熱処理する熱処理部と、前記基板保持部から前記熱処理部へ前記塗布膜が形成された前記基板を搬送する搬送機構と、前記所定成分が所定の分布に調整されるように、前記基板保持部の保持温度および保持時間の少なくとも一方を制御する制御部とを具備し、前記基板保持部により前記塗布膜の所定成分の分布を調整した後に前記基板を前記熱処理部へ搬送して熱処理することを特徴とする基板処理装置を提供する。

上記第４の観点において、前記制御部は、前記基板保持部において塗布膜の所定成分が局在化するように前記基板保持部の保持温度および保持時間の少なくとも一方を制御するように構成することができる。

本発明の第５の観点では、塗布膜が形成された複数の基板が順次搬送されて塗布膜を焼き固める熱処理を行う基板処理装置であって、前記塗布膜が形成された前記基板を前記塗布膜が焼き固められる下限温度よりも低い予備温度で保持し、前記塗布膜の所定成分の分布を調整する基板保持部と、前記塗布膜が形成された前記基板を前記下限温度以上の温度で熱処理する熱処理部と、前記基板保持部から前記熱処理部へ前記塗布膜が形成された前記基板を搬送する搬送機構と、搬送されてきた各前記基板の前記塗布膜を形成してからの経過時間が所定時間よりも短い第１状態と短くない第２状態とを判別し、前記第１状態の基板を、前記基板保持部において前記予備温度で保持した後に前記熱処理部において前記下限温度以上の温度で熱処理し、前記第２状態の基板を、前記基板保持部を経ることなく前記熱処理部において前記下限温度以上の温度で熱処理する制御を行う制御部と、を具備することを特徴とする基板処理装置を提供する。

上記第５の観点において、前記基板保持部は塗布膜の所定成分を局在化させるように構成することができる。

上記第３〜５のいずれかの観点において、前記基板保持部は基板を保持する保持プレートを有し、前記熱処理部は基板を加熱する加熱プレートを有し、前記保持プレートと前記加熱プレートとは同一筐体に配置されるように構成することができる。この場合に、前記搬送機構は、前記保持プレートに基板を載置した状態で前記保持プレートを前記加熱プレート上に移動させて基板を前記加熱プレート上に受け渡すように構成することができる。また、前記基板保持部と前記熱処理部は、別個のユニットとして構成することができる。さらに、前記基板保持部が前記基板を保持する前記予備温度は、塗布膜が硬化または架橋する温度未満の温度に保持することが好ましく、７０〜１００℃に保持することがより好ましい。さらにまた、前記熱処理部が熱処理を行なう前記下限温度以上の温度は、前記塗布膜が硬化または架橋する温度であることが好ましい。

本発明の第６の観点では、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記第１または第２の観点に係る方法が行われるように、コンピュータに処理装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供する。

本発明によれば、塗布膜が形成された基板を塗布膜が焼き固められる下限温度よりも低い予備温度で保持して前記所定成分の分布を調整、例えば、積極的に局在化させてから、下限温度以上の温度で熱処理する。これにより、塗布膜が形成されてからの時間にかかわらず熱処理前に所定成分の分布を基板間で一定とすることができ塗布膜が焼き固められた後の所定成分の分布を基板間で一定とすることができる。したがって基板間で搬送時間がばらついたとしても基板間で線幅にばらつきが生じることを抑制することができる。

また、各基板の塗布膜を形成してからの経過時間が所定時間よりも短い第１状態と短くない第２状態とを判別し、第２状態の基板を、下限温度の未満温度で保持することなく下限温度以上の温度で熱処理する。これにより、経過時間を把握せずにすべての基板を塗布膜が焼き固められる温度よりも低い温度で保持する場合よりも処理時間を短縮することができるため、スループットを向上させるといった効果が付加される。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るプリベークユニット（ＰＡＢ）を搭載したレジスト塗布・現像処理システムを示す概略平面図、図２はその正面図、図３はその背面図である。

このレジスト塗布・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１１と、複数の処理ユニットを有する処理ステーション１２と、処理ステーション１２に隣接して設けられる露光装置１４と処理ステーション１２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１３とを有している。

レジスト塗布・現像処理システム１において処理を行う複数枚のウエハＷが水平に収容されたウエハカセット（ＣＲ）が他のシステムからカセットステーション１１へ搬入される。また逆にレジスト塗布・現像処理システム１における処理が終了したウエハＷが収容されたウエハカセット（ＣＲ）がカセットステーション１１から他のシステムへ搬出される。さらにカセットステーション１１はウエハカセット（ＣＲ）と処理ステーション１２との間でのウエハＷの搬送を行う。

カセットステーション１１においては、図１に示すように、カセット載置台２０上にＸ方向に沿って１列に複数（図１では５個）の位置決め突起２０ａが形成されており、ウエハカセット（ＣＲ）はウエハ搬入出口を処理ステーション１２側に向けてこの突起２０ａの位置に載置可能となっている。

カセットステーション１１には、ウエハ搬送機構２１がカセット載置台２０と処理ステーション１２との間に位置するように設けられている。このウエハ搬送機構２１は、カセット配列方向（Ｘ方向）およびウエハカセット（ＣＲ）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は、図１中に示されるθ方向に回転可能である。これにより、ウエハ搬送用ピック２１ａはいずれかのウエハカセット（ＣＲ）に対してアクセスでき、かつ、後述する処理ステーション１２の第３処理ユニット群Ｇ_３に設けられたトランジションユニット（ＴＲＳ−Ｇ_３）にアクセスできるようになっている。

処理ステーション１２には、システム前面側に、カセットステーション１１側から順に、第１処理ユニット群Ｇ_１と第２処理ユニット群Ｇ_２が設けられている。また、システム背面側に、カセットステーション１１側から順に、第３処理ユニット群Ｇ_３、第４処理ユニット群Ｇ_４および第５処理ユニット群Ｇ_５が配置されている。また、第３処理ユニット群Ｇ_３と第４処理ユニット群Ｇ_４との間に第１主搬送部Ａ_１が設けられ、第４処理ユニット群Ｇ_４と第５処理ユニット群Ｇ_５との間に第２主搬送部Ａ_２が設けられている。さらに、第１主搬送部Ａ_１の背面側には第６処理ユニット群Ｇ_６が設けられ、第２主搬送部Ａ_２の背面側には第７処理ユニット群Ｇ_７が設けられている。

図１および図２に示すように、第１処理ユニット群Ｇ_１は、カップ（ＣＰ）内でウエハＷをスピンチャックＳＰに載せて所定の処理を行う液供給ユニットとしての５台のスピンナ型処理ユニット、例えば、３つのレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）と、露光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ユニット（ＢＡＲＣ）が計５段に重ねられている。また第２処理ユニット群Ｇ_２では、５台のスピンナ型処理ユニット、例えば、現像ユニット（ＤＥＶ）が５段に重ねられている。

第３処理ユニット群Ｇ_３は、図３に示すように、下から、温調ユニット（ＴＣＰ）、カセットステーション１１と第１主搬送部Ａ_１との間でのウエハＷの受け渡し部となるトランジションユニット（ＴＲＳ−Ｇ_３）、ウエハＷを載置台に載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニット、所望のオーブン型処理ユニット等を設けることができるスペア空間Ｖ、ウエハＷに精度のよい温度管理下で加熱処理を施す３つの高精度温調ユニット（ＣＰＬ−Ｇ_３）、ウエハＷに所定の加熱処理を施す４つの高温度熱処理ユニット（ＢＡＫＥ）が１０段に重ねられて構成されている。

第４処理ユニット群Ｇ_４は、図３に示すように、下から、高精度温調ユニット（ＣＰＬ−Ｇ_４）、レジスト塗布後のウエハＷに加熱処理を施す４つのプリベークユニット（ＰＡＢ）、現像処理後のウエハＷに加熱処理を施す５つのポストベークユニット（ＰＯＳＴ）が１０段に重ねられて構成されている。なお、第４処理ユニット群Ｇ_４に設けられている本実施形態に係るプリベークユニット（ＰＡＢ）は、後述するように加熱部およびエージング部を有する構造である。

第５処理ユニット群Ｇ_５は、図３に示すように、下から、４つの高精度温調ユニット（ＣＰＬ−Ｇ_５）、６つの露光後現像前のウエハＷに加熱処理を施すポストエクスポージャーベークユニット（ＰＥＢ）が１０段に重ねられている。

なお、第３〜５処理ユニット群Ｇ_３〜Ｇ_５の積み重ね段数およびユニットの配置は、図示するものに限らず、任意に設定することが可能である。

第６処理ユニット群Ｇ_６は、下から、２つのアドヒージョンユニット（ＡＤ）と、２つのウエハＷを加熱する加熱ユニット（ＨＰ）とが４段に重ねられて構成されている。アドヒージョンユニット（ＡＤ）にはウエハＷを温調する機構を持たせてもよい。また、第７処理ユニット群Ｇ_７は、下から、レジスト膜厚を測定する膜厚測定装置（ＦＴＩ）と、ウエハＷのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置（ＷＥＥ）とが２段に重ねられて構成されている。ここで、周辺露光装置（ＷＥＥ）は多段に配置しても構わない。また、第２主搬送部Ａ_２の背面側には、第１主搬送部Ａ_１の背面側と同様に加熱ユニット（ＨＰ）等の熱処理ユニットを配置することもできる。

第１主搬送部Ａ_１には第１主ウエハ搬送装置１６が設けられ、この第１主ウエハ搬送装置１６は、第１処理ユニット群Ｇ_１、第３処理ユニット群Ｇ_３、第４処理ユニット群Ｇ_４と第６処理ユニット群Ｇ_６に備えられた各ユニットに選択的にアクセス可能となっている。また、第２主搬送部Ａ_２には第２主ウエハ搬送装置１７が設けられ、この第２主ウエハ搬送装置１７は、第２処理ユニット群Ｇ_２、第４処理ユニット群Ｇ_４、第５処理ユニット群Ｇ_５、第７処理ユニット群Ｇ_７に備えられた各ユニットに選択的にアクセス可能となっている。

第１主ウエハ搬送装置１６は、図４に示すように、ウエハＷを保持する３本のアーム７ａ，７ｂ，７ｃを有している。これら、アーム７ａ〜７ｃは、基台５２に沿って前後移動可能になっている。基台５２は支持部５３に回転可能に支持されて、支持部５３に内蔵されたモータにより回転されるようになっている。支持部５３は鉛直方向に延びる支持柱５５に沿って昇降可能となっている。支持柱５５には、鉛直方向に沿ってスリーブ５５ａが形成されており、支持部５３から側方に突出するフランジ部５６がスリーブ５５ａにスライド可能となっており、支持部５３は図示しない昇降機構によりフランジ部５６を介して昇降されるようになっている。このような構成によって、第１主ウエハ搬送装置１６のアーム７ａ〜７ｃは、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の各方向に移動可能で、かつＸＹ面内で回転可能であり、これにより先に述べたように、第１処理ユニット群Ｇ_１、第３処理ユニット群Ｇ_３、第４処理ユニット群Ｇ_４および第６処理ユニット群Ｇ_６の各ユニットにそれぞれアクセス可能となっている。

なお、アーム７ａとアーム７ｂとの間に両アームからの放射熱を遮る遮蔽板８が取り付けられている。また、最上段のアーム７ａの先端部上方には発光素子（図示せず）が取り付けられたセンサ部材５９が設けられており、基台５２の先端には受光素子（図示せず）が設けられていて、これら発光素子および受光素子からなる光学センサによりアーム７ａ〜７ｃにおけるウエハＷの有無とウエハＷのはみ出し等が確認されるようになっている。さらに、図４に示す壁部５７は第１処理ユニット群Ｇ_１側にある第１主搬送部Ａ_１のハウジングの一部であり、壁部５７には、第１処理ユニット群Ｇ_１の各ユニットとの間でウエハＷの受け渡しを行う窓部５７ａが形成されている。第２主ウエハ搬送装置１７は第１主ウエハ搬送装置１６と同様の構造を有している。

第１処理ユニット群Ｇ_１とカセットステーション１１との間には液温調ポンプ２４およびダクト２８が設けられ、第２処理ユニット群Ｇ_２とインターフェイスステーション１３との間には液温調ポンプ２５およびダクト２９が設けられている。液温調ポンプ２４、２５は、それぞれ第１処理ユニット群Ｇ_１と第２処理ユニット群Ｇ_２に所定の処理液を供給するものである。また、ダクト２８、２９は、レジスト塗布・現像処理システム１外に設けられた図示しない空調器からの清浄な空気を各処理ユニット群Ｇ_１〜Ｇ_５の内部に供給するためのものである。

第１処理ユニット群Ｇ_１〜第７処理ユニット群Ｇ_７は、メンテナンスのために取り外しが可能となっており、処理ステーション１２の背面側のパネルも取り外しまたは開閉可能となっている。また、第１処理ユニット群Ｇ_１と第２処理ユニット群Ｇ_２の下方には、第１処理ユニット群Ｇ_１と第２処理ユニット群Ｇ_２に所定の処理液を供給するケミカルユニット（ＣＨＭ）２６、２７が設けられている。

インターフェイスステーション１３は、処理ステーション１２側の第１インターフェイスステーション１３ａと、露光装置１４側の第２インターフェイスステーション１３ｂとから構成されており、第１インターフェイスステーション１３ａには第５処理ユニット群Ｇ_５の開口部と対面するように第１ウエハ搬送体６２が配置され、第２インターフェイスステーション１３ｂにはＸ方向に移動可能な第２ウエハ搬送体６３が配置されている。

第１ウエハ搬送体６２の背面側には、図３に示すように、下から順に、露光装置１４から搬出されたウエハＷを一時収容するアウト用バッファカセット（ＯＵＴＢＲ）、露光装置１４に搬送されるウエハＷを一時収容するイン用バッファカセット（ＩＮＢＲ）、周辺露光装置（ＷＥＥ）が積み重ねられて構成された第８処理ユニット群Ｇ_８が配置されている。イン用バッファカセット（ＩＮＢＲ）とアウト用バッファカセット（ＯＵＴＢＲ）は、複数枚、例えば２５枚のウエハＷを収容できるようになっている。また、第１ウエハ搬送体６２の正面側には、図２に示すように、下から順に、２段の高精度温調ユニット（ＣＰＬ−Ｇ_９）と、トランジションユニット（ＴＲＳ−Ｇ_９）とが積み重ねられて構成された第９処理ユニット群Ｇ_９が配置されている。

第１ウエハ搬送体６２は、Ｚ方向に移動可能かつθ方向に回転可能で、さらにＸ−Ｙ面内において進退自在なウエハ受け渡し用のフォーク６２ａを有している。このフォーク６２ａは、第５処理ユニット群Ｇ_５、第８処理ユニット群Ｇ_８、第９処理ユニット群Ｇ_９の各ユニットに対して選択的にアクセス可能であり、これによりこれらユニット間でのウエハＷの搬送を行うことが可能となっている。

第２ウエハ搬送体６３も同様に、Ｘ方向およびＺ方向に移動可能、かつ、θ方向に回転可能であり、さらにＸ−Ｙ面内において進退自在なウエハ受け渡し用のフォーク６３ａを有している。このフォーク６３ａは、第９処理ユニット群Ｇ_９の各ユニットと、露光装置１４のインステージ１４ａおよびアウトステージ１４ｂに対して選択的にアクセス可能であり、これら各部の間でウエハＷの搬送を行うことができるようになっている。

図２に示すように、カセットステーション１１の下部にはこのレジスト塗布・現像処理システム１全体を制御する集中制御部１９が設けられている。この集中制御部１９は、図５に示すように、レジスト塗布・現像処理システム１の各ユニットおよび各搬送機構等の各構成部を制御する、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ１０１を有し、このプロセスコントローラ１０１には、工程管理者がレジスト塗布・現像処理システム１の各構成部を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、レジスト塗布・現像処理システム１の各構成部の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１０２と、レジスト塗布・現像処理システム１で実行される各種処理をプロセスコントローラ１０１の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部１０３とが接続されている。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１０２からの指示等を受けて、任意のレシピを記憶部１０３から呼び出してプロセスコントローラ１０１に実行させることで、プロセスコントローラ１０１の制御下で、レジスト塗布・現像処理システム１において所望の各種処理が行われる。レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、不揮発性メモリなどの読み出し可能な記憶媒体に格納された状態のものであってもよく、さらに、適宜の装置から例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。なお、各処理ユニットには下位のユニットコントローラが設けられており、これらコントローラがプロセスコントローラ１０１の指令に基づいて各ユニットの動作制御を行うようになっている。

このように構成されるレジスト塗布・現像処理システム１においては、ウエハカセット（ＣＲ）から処理前のウエハＷを１枚ずつウエハ搬送機構２１により取り出し、このウエハＷを処理ステーション１２の処理ユニット群Ｇ_３に配置されたトランジションユニット（ＴＲＳ−Ｇ_３）に搬送する。次いで、ウエハＷに対し、温調ユニット（ＴＣＰ）で温調処理を行った後、第１処理ユニット群Ｇ_１に属するボトムコーティングユニット（ＢＡＲＣ）で反射防止膜の形成、加熱ユニット（ＨＰ）における加熱処理、高温度熱処理ユニット（ＢＡＫＥ）におけるベーク処理を行う。ボトムコーティングユニット（ＢＡＲＣ）によるウエハＷへの反射防止膜の形成前にアドヒージョンユニット（ＡＤ）によりアドヒージョン処理を行ってもよい。次いで、高精度温調ユニット（ＣＰＬ−Ｇ_４）でウエハＷの温調を行った後、ウエハＷを第１処理ユニット群Ｇ_１に属するレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）へ搬送後、レジスト液の塗布処理を行う。その後、第４処理ユニット群Ｇ_４に設けられたプリベークユニット（ＰＡＢ）でウエハＷにプリベーク処理を施し、周辺露光装置（ＷＥＥ）で周辺露光処理を施した後、高精度温調ユニット（ＣＰＬ−Ｇ_９）等で温調する。その後、ウエハＷを第２ウエハ搬送体６３により露光装置１４内に搬送する。露光装置１４により露光処理がなされたウエハＷを第２ウエハ搬送体６３によってトランジションユニット（ＴＲＳ−Ｇ_９）に搬入し、第１ウエハ搬送体６２によって、第５処理ユニット群Ｇ_５に属するポストエクスポージャーベークユニット（ＰＥＢ）にてポストエクスポージャーベーク処理を施し、さらに第２処理ユニット群Ｇ_２に属する現像ユニット（ＤＥＶ）へ搬送して現像処理を施した後、ポストベークユニット（ＰＯＳＴ）でポストベーク処理を行い、高精度温調ユニット（ＣＰＬ−Ｇ_３）で温調処理を行った後、トランジションユニット（ＴＲＳ−Ｇ_３）を介してカセットステーション１１のウエハカセット（ＣＲ）の所定位置へ搬送する。

次に、本発明の一実施形態に係るプリベークユニット（ＰＡＢ）について詳細に説明する。
図６は本実施形態に係るプリベークユニット（ＰＡＢ）を示す断面図、図７はプリベークユニット（ＰＡＢ）の内部の概略平面図である。

このプリベークユニット（ＰＡＢ）は、ケーシング１１０と、その内部の一方側に設けられた加熱部（熱処理部）１２０と、他方側に設けられたエージング部（基板保持部）１４０とを有している。

加熱部（熱処理部）１２０は、ウエハＷを加熱して塗布膜を焼き固める処理を行なうものであり、ウエハＷを加熱する円板状の加熱プレート１２１と、上部が開放された扁平円筒状をなし、その内部空間に加熱プレート１２１を支持する支持部材１２２と、外部から中心部に向かって次第に高くなるような円錐状をなし、支持部材１２２の上方を覆うカバー１２３とを有している。カバー１２３は、中央の頂上部には排気管に接続される排気口１２５を有している。このカバー１２３は、図示しない昇降機構により昇降するようになっており、上昇した状態でウエハＷの加熱プレート１２１に対する搬入出が可能となっている。下降した状態でその下端が支持部材１２２の上端と密着して加熱処理空間Ｓを形成する。また、支持部材１２２は、ケーシング１１０の底面に配置されたスペーサー１２４の上に固定されている。

加熱プレート１２１は例えばアルミニウムで構成されており、その表面にはプロキシミティピン１２６が設けられている。そして、このプロキシミティピン１２６上に加熱プレート１２１に近接した状態でウエハＷが載置されるようになっている。加熱プレート１２１には所定パターンを有する電気ヒーター１２７が埋設されており、ヒーター電源１２８からこの電気ヒーター１２７に通電することにより、加熱プレート１２１が所定温度に設定される。加熱温度の制御は、加熱プレート１２１の表面近傍に設けられた熱電対（図示せず）を用いたフィードバック制御により行われる。

加熱プレート１２１にはその中央部に３つの貫通孔１２９が形成されており（図６では２つのみ図示）、これら貫通孔１２９にはウエハＷを昇降させるための昇降ピン１３０が昇降自在に設けられている。これら昇降ピン１３０は支持板１３１に支持されており、この支持板１３１を介してケーシング１１０の下方に設けられたシリンダ機構１３２により昇降されるようになっている。

エージング部（基板保持部）１４０は、ウエハＷを塗布膜が焼き固められる温度よりも低い温度（即ち、塗布膜が焼き固められる下限温度よりも低い予備温度）で保持するエージング処理を行なうものであり、保持プレート１４１と、保持プレート１４１を水平方向に沿って移動させてウエハＷを加熱部１２０との間で搬送する駆動機構１４２とを有している。保持プレート１４１上にはプロキシミティピン１４３が設けられており、ウエハＷはこのプロキシミティピン１４３の上に保持プレート１４１に近接した状態で載置され、エージング処理される。駆動機構１４２は、ベルト機構やボールネジ機構等の適宜の機構により保持プレート１４１をガイド１４４に沿って移動させる。保持プレート１４１はウエハＷの加熱プレート１２１に対する受け取り受け渡しの際には加熱部（熱処理部）１２０に移動し、エージング部で処理する際には、図示の基準位置に位置される。保持プレート１４１には、このように移動する際に保持プレート１４１と昇降ピン１３０との干渉を避けるために、図７に示すように、保持プレート１４１に搬送方向に沿った溝１４５が形成されている。

保持プレート１４１には所定パターンを有する電気ヒーター１４６が埋設されており、ヒーター電源１４７からこの電気ヒーター１４６に通電することにより、保持プレート１４１を所定温度に保持することが可能となっている。保持プレート１４１の温度制御は、保持プレート１４１の表面近傍に設けられた熱電対（図示せず）を用いたフィードバック制御により行われる。保持プレート１４１は、ウエハＷ上に塗布されて形成された塗布膜中の所定成分を局在化して所定成分の分布をウエハ間で一定にするためのものであるから、その温度はその目的に応じて適宜設定されるものであり、加熱することは必須ではない。常温付近で温度制御する場合には、温調水等を循環させることにより温度制御を行うことができる。

プリベークユニット（ＰＡＢ）には、レジスト塗布・現像処理システム１のプロセスコントローラ１０１からの指令に基づいてプリベークユニット（ＰＡＢ）を制御するためのユニットコントローラ１１１が設けられている。このユニットコントローラ１１１は駆動機構１４２による、保持プレート１４１の駆動制御や、加熱プレート１２１、保持プレート１４１の温度制御等を行う。

次に、このように構成されたプリベークユニット（ＰＡＢ）による処理方法について図８に示すフローチャートを参照して説明する。ここでは、レジスト液やＢＡＲＣ用の薬液等の塗布液を塗布して塗布膜を形成してからプリベークユニット（ＰＡＢ）でのウエハＷの処理終了までの一連の工程について説明する。

まず、レジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）でレジスト液等の塗布液が塗布されて塗布膜が形成されたウエハＷをプリベークユニット（ＰＡＢ）に搬送し、ケーシング１１０に搬入する（ステップ１）。次いで、ウエハＷをエージング部（基板保持部）１４０に搬送して、保持プレート１４１のプロキシミティピン１４３上に載置する（ステップ２）。

この際には、まず、図９の（ａ）に示すように、加熱プレート１２１の昇降ピン１３０を上昇させて、その上にウエハＷを載置した状態で保持プレート１４１を加熱プレート１２１の上に移動させ、次いで図９の（ｂ）に示すように昇降ピン１３０を下降させることにより、ウエハＷを保持プレート１４１の表面に設けられたプロキシミティピン１４３上に載置する。そして図９の（ｃ）に示すようにウエハＷを保持した保持プレート１４１を元の位置に移動させる。

この状態でウエハＷを保持プレート１４１上に保持させてエージング処理を行なう（ステップ３）。このエージング処理は、加熱部１２０でのベーク処理、すなわちウエハＷ上に形成された塗布膜を焼き固める処理に先立って塗布膜中の所定成分の分布を調整するものであり、塗布膜が焼き固められる温度よりも低い温度（即ち、塗布膜が焼き固められる下限温度よりも低い予備温度）で行われる。

このようなエージング処理について図１０〜１３の模式図に基づいて詳細に説明する。
塗布膜を形成した直後のウエハＷでは、図１０に示すように、塗布膜１５０中の所定成分１５１はほぼ均一に分散しており、組成分布はほぼ均一である。しかしながら、ウエハＷがプリベークユニット（ＰＡＢ）に搬送されてきた際には、半乾燥状態の塗布膜中の所定成分の分布がウエハ間でばらついてしまう場合がある。

このような所定成分の分布のばらつきは、ウエハによって塗布液を塗布してからプリベークユニット（ＰＡＢ）に搬送されるまでの時間がばらつくことによって生じる。すなわち、レジスト塗布・現像処理システムでは、主ウエハ搬送装置が複数の処理ユニットに対して処理の順番に応じて複数のウエハを連続的に搬入出するため、主ウエハ搬送装置の都合により各処理ユニットでの待機時間等がウエハ毎に異なり、塗布液を塗布してからプリベークユニット（ＰＡＢ）へ搬送されてくるまでの時間がウエハ間でばらつく。このように搬送時間がばらつくと、搬送時間が短いウエハでは、図１１の（ａ）に示すように、塗布膜１５０中の所定成分１５１の移動はほとんど生じず、その分布はほぼ図１０の状態のままであって組成分布は均一である。しかし搬送時間が長いウエハでは、図１１の（ｂ）に示すように、搬送の間に塗布膜１５０中の所定成分１５１の移動が十分生じ、所定成分１５１が局在化する。すなわち、ウエハ間で塗布膜中の所定成分のばらつきが生じてしまう。そして、プリベーク処理においては、このような所定成分の分布はそのまま持ち来されるため、結局、焼き固められた後の塗布膜はウエハ間で所定成分の分布のばらつきを持ったままとなる。近時、半導体デバイスにおける回路パターンの微細化が急速に進んでおり、このように焼き固められた後の塗布膜の所定成分の分布がウエハ間で変動することによってさえも、ウエハ間での線幅（ＣＤ）のばらつきにつながってしまう。

そこで、本実施形態では、上述したように、プリベークユニット（ＰＡＢ）にエージング部１４０を設け、塗布膜を焼き固める処理に先立って、そこでステップ３の塗布膜が焼き固められる温度よりも低い温度でエージング処理を行ない、ウエハの搬送時間にかかわらず、全てのウエハについて図１２に示すように塗布膜１５０中の所定成分１５１を局在化した状態で固着させる。したがって、後述する熱処理（ベーク処理）により塗布膜が焼き固められた後の所定成分の分布を基板間で一定とすることができ、ウエハ間で線幅（ＣＤ）にばらつきが生じることを抑制することができる。

このようなエージング処理の温度は、塗布膜が焼き固められる温度よりも低ければよく、分布がばらつく成分の特性に応じて適宜設定すればよい。また、塗布膜を焼き固めることは、一般的に塗布膜に硬化または架橋反応を生じさせることであるから、上記エージング処理の温度は塗布膜において硬化または架橋反応が起こる温度未満であることが好ましく、具体的には７０〜１００℃であることが好ましい。エージング温度は塗布液の種類によっては常温でも十分な場合がある。ただし、保持プレート１４１で加熱することにより、エージング時間を短くすることができるため、常温でエージング処理を行なうよりもスループットを向上させることができる。

エージング処理の時間についても、所定成分が所望の分布状態になるのは十分な時間であればよく、塗布液の種類によって適宜設定すればよい。例えば、予め実験により塗布液毎に所定成分が所望の分布状態になるまでの時間を求めておき、求めた時間の間エージング処理を行なえばよい。

このようにしてエージング処理を行なった後、ウエハＷを加熱部（熱処理部）１２０に搬送する（ステップ４）。このステップ４においては、駆動機構１４２により保持プレート１４１を加熱部１２０の加熱プレート１２１上に移動させ、加熱プレート１２１の昇降ピン１３０を上昇させて、昇降ピン１３０上にウエハＷを受け取り、その後、昇降ピン１３０を下降させて、加熱プレート１２１表面に設けられたプロキシミティピン１２６上にウエハＷを載置する。この状態でウエハＷの加熱処理（プリベーク処理）が進行する（ステップ５）。加熱プレート１２１は、予め所定の温度に加熱されており、ウエハＷをプロキシミティピン１２６上に載置した段階で加熱処理が開始される。このステップ５の加熱処理は、塗布膜１５０を焼き固め得る温度（即ち、塗布膜が焼き固められる下限温度以上の温度）で行なわれる。塗布膜を焼き固めることは、一般的に塗布膜に硬化または架橋反応を生じさせることであるから、塗布膜が硬化または架橋する温度で行うことが好ましい。この際の温度は、塗布膜がレジスト膜の場合には１１０〜１３０℃が例示され、ＢＡＲＣ膜の場合には１９０〜２１０℃が例示される。この加熱処理の際には、図１３に示すように、塗布膜１５０中の所定成分１５１がエージング処理によって形成された分布のままに固着されるため、ウエハ間で一定の分布が得られる。

このようにして加熱処理が終了後、主ウエハ搬送装置によりプリベークユニット（ＰＡＢ）から図示しない搬入出口を経てウエハＷを搬出する（ステップ６）。

次に、上記プリベークユニット（ＰＡＢ）による処理方法の他の例について図１４に示すフローチャートを参照して説明する。
先に説明した処理方法では、全てのウエハについてエージング部１４０にてエージング処理を行なって所定成分の分布を調整してから加熱部１２０にてベーク処理を行なった例を説明したが、プリベークユニット（ＰＡＢ）に搬送されてきた時点で塗布液を塗布してから長時間経過しているウエハの場合には、既に所定成分が所望の分布になっており、その場合にはエージング処理の必要性はない。そこで、本実施形態では、エージング処理によって所定成分の分布の調整が必要なウエハのみにエージング処理を施す。以下具体的に説明する。

まず、先の方法と同様に、レジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）でレジスト液等の塗布液が塗布されて塗布膜が形成されたウエハＷをプリベークユニット（ＰＡＢ）に搬送し、ケーシング１１０に搬入する（ステップ１１）。

次に、ケーシング１１０へ搬入されたウエハＷのＩＤ等を読み取ることにより、そのウエハＷの塗布液を塗布してからの時間をユニットコントローラ１１１が把握し（ステップ１２）、次いで、その時間とユニットコントローラ１１１に予め設定されている所定時間とを比較演算して所定時間が経過しているかいないかを判断する（ステップ１３）。この所定時間は、ウエハＷに塗布液を塗布してから図１１の（ｂ）に示すような所定成分が局在化するまでの時間を予め実験により求めておき、その時間に設定すればよい。これにより、ケーシング１１０へ搬入されてきたウエハが、上述した図１１の（ａ）または（ｂ）のどちらの状態にあるかを判別することができる。

ステップ１３により、所定時間が経過していないと判断された場合（第１状態の場合）には、そのウエハＷをエージング部（基板保持部）１４０に搬送して、保持プレート１４１のプロキシミティピン１４３上に載置する（ステップ１４）。このときの手順としては、上述した図９の（ａ）〜（ｃ）の手順を用いることができる。この状態でウエハＷを保持プレート１４１上に保持させてエージング処理を行なう（ステップ１５）。このエージング処理は先の方法と同様に行うことができる。

エージング処理後、ウエハＷを加熱部（熱処理部）１２０に搬送する（ステップ１６）。このステップ１６においては、上述したステップ４と同様の手順でウエハＷを加熱プレート１２１表面に設けられたプロキシミティピン１２６上に載置する。この状態でウエハＷの加熱処理（プリベーク処理）が進行する（ステップ１７）。加熱プレート１２１は予め所定の温度に加熱されており、ウエハＷをプロキシミティピン１２６上に載置した段階で加熱処理が開始される。このようにして加熱処理が終了後、主ウエハ搬送装置によりプリベークユニット（ＰＡＢ）から図示しない搬入出口からウエハＷを搬出する（ステップ１８）。

一方、ステップ１３において所定時間が経過していると判断された場合（第２状態の場合）には、そのウエハＷにはステップ１６以降の処理がなされる。すなわち、まず、加熱部（熱処理部）１２０に搬送され（ステップ１６）、次いで、ウエハＷに加熱処理（プリベーク処理）が施され（ステップ１７）、その後、搬入出口から搬出される（ステップ１８）。

このように処理することにより、上述した図１１の（ｂ）に示すような所定成分が局在化した状態にありエージング処理が不要なウエハについて、エージング処理を省略することができるので、トータルのプリベーク時間を短縮することができ、スループットを先の方法よりも向上させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、種々変形が可能である。例えば、上記実施形態では、塗布膜としてレジスト膜やＢＡＲＣ膜等を用いた場合について示したが、これに限らず他の塗布膜を用いた場合にも適用することができる。また、上記実施形態では、加熱部（熱処理部）とエージング部（基板保持部）とが一体となった装置を用いた例を示したが、これらは別個のユニットとして設けられていてもよい。さらに、処理空間をＮ₂等の雰囲気や、真空、減圧状態にして熱処理を行うようにしてもよい。さらにまた、上記実施形態では基板としてウエハを用いた場合について示したが、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）基板等、他の基板であってもよい。

本発明の一実施形態に係るプリベークユニット（ＰＡＢ）を搭載した半導体ウエハのレジスト塗布・現像処理システムの全体構成を示す平面図。 図１に示すレジスト塗布・現像処理システムの正面図。 図１に示すレジスト塗布・現像処理システムの背面図。 図１のレジスト塗布・現像処理システムに備えられた主ウエハ搬送装置の概略構造を示す斜視図。 図１のレジスト塗布・現像処理システムの制御系を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係るプリベークユニット（ＰＡＢ）を示す断面図。 本発明の一実施形態に係るプリベークユニット（ＰＡＢ）の内部の概略平面図。 本発明の一実施形態に係るプリベークユニット（ＰＡＢ）における工程例を説明するためのフローチャート。 本発明の一実施形態に係るプリベークユニット（ＰＡＢ）において加熱部（熱処理部）からエージング部（基板保持部）へのウエハの受け渡し手順を説明するための模式図。 本発明の一実施形態に係るプリベークユニット（ＰＡＢ）におけるエージング処理についての模式図。 本発明の一実施形態に係るプリベークユニット（ＰＡＢ）におけるエージング処理についての模式図。 本発明の一実施形態に係るプリベークユニット（ＰＡＢ）におけるエージング処理についての模式図。 本発明の一実施形態に係るプリベークユニット（ＰＡＢ）におけるエージング処理についての模式図。 本発明の他の実施形態に係るプリベークユニット（ＰＡＢ）における工程例を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１１０；ケーシング
１２０；加熱部（熱処理部）
１２１；加熱プレート
１２２；支持部材
１２３；カバー
１２８，１４７；ヒーター電源
１４０；エージング部（基板保持部）
１４１；保持プレート
１４２；駆動機構
１５０；塗布膜
１５１；成分
Ｗ…半導体ウエハ（ウエハ）

Claims (18)

1. 塗布膜が形成された基板に対し、前記塗布膜を焼き固める熱処理を行なう基板処理方法であって、
   前記塗布膜の所定成分の分布を調整するために前記塗布膜が形成された前記基板を前記塗布膜が焼き固められる下限温度よりも低い予備温度で保持する工程と、
   前記所定成分の分布を調整した後の前記基板を、前記下限温度以上の温度で熱処理する工程と、
   を具備することを特徴とする基板処理方法。
2. 前記予備温度で保持する工程により、前記所定成分を局在化させることを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記下限温度以上の温度は前記塗布膜が硬化または架橋する温度であることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理方法。
4. 前記予備温度は、７０〜１００℃であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の基板処理方法。
5. 塗布膜が形成された複数の基板を順次搬送して前記塗布膜を焼き固める熱処理を行なう基板処理方法であって、
   各前記基板の前記塗布膜を形成してからの経過時間が所定時間よりも短い第１状態と短くない第２状態とを判別する工程と、
   前記第１状態の基板を、前記塗布膜の所定成分の分布を調整するために前記塗布膜が焼き固められる下限温度よりも低い予備温度で保持した後に前記下限温度以上の温度で熱処理する工程と、
   前記第２状態の基板を、前記下限温度未満の温度で保持することなく前記下限温度以上の温度で熱処理する工程と、
   を具備することを特徴とする基板処理方法。
6. 前記塗布膜は反射防止膜またはレジスト膜であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか1項に記載の基板処理方法。
7. 塗布膜が形成された基板に対し、前記塗布膜を焼き固める熱処理を行う基板処理装置であって、
   前記塗布膜が形成された前記基板を前記塗布膜が焼き固められる下限温度よりも低い予備温度で保持する基板保持部と、
   前記塗布膜が形成された前記基板を前記下限温度以上の温度で熱処理する熱処理部と、
   前記基板保持部から前記熱処理部へ前記塗布膜が形成された前記基板を搬送する搬送機構と
   を具備し、前記基板保持部により前記塗布膜の所定成分の分布を調整した後に前記基板を前記熱処理部へ搬送して熱処理することを特徴とする基板処理装置。
8. 前記基板保持部は前記塗布膜の所定成分を局在化させることを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
9. 塗布膜が形成された基板に対し、前記塗布膜を焼き固める熱処理を行う基板処理装置であって、
   前記塗布膜が形成された前記基板を前記塗布膜が焼き固められる下限温度よりも低い予備温度で保持する基板保持部と、
   前記塗布膜が形成された前記基板を前記下限温度以上の温度で熱処理する熱処理部と、
   前記基板保持部から前記熱処理部へ前記塗布膜が形成された前記基板を搬送する搬送機構と、
   前記所定成分が所定の分布に調整されるように、前記基板保持部の保持温度および保持時間の少なくとも一方を制御する制御部と
   を具備し、前記基板保持部により前記塗布膜の所定成分の分布を調整した後に前記基板を前記熱処理部へ搬送して熱処理することを特徴とする基板処理装置。
10. 前記制御部は、前記基板保持部において前記塗布膜の所定成分が局在化するように前記基板保持部の保持温度および保持時間の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
11. 塗布膜が形成された複数の基板が順次搬送されて前記塗布膜を焼き固める熱処理を行う基板処理装置であって、
    前記塗布膜が形成された前記基板を前記塗布膜が焼き固められる下限温度よりも低い予備温度で保持し、前記塗布膜の所定成分の分布を調整する基板保持部と、
    前記塗布膜が形成された前記基板を前記下限温度以上の温度で熱処理する熱処理部と、
    前記基板保持部から前記熱処理部へ前記塗布膜が形成された前記基板を搬送する搬送機構と、
    搬送されてきた各前記基板の前記塗布膜を形成してからの経過時間が所定時間よりも短い第１状態と短くない第２状態とを判別し、前記第１状態の基板を、前記基板保持部において前記予備温度で保持した後に前記熱処理部において前記下限温度以上の温度で熱処理し、前記第２状態の基板を、前記基板保持部を経ることなく前記熱処理部において前記下限温度以上の温度で熱処理する制御を行う制御部と、
    を具備することを特徴とする基板処理装置。
12. 前記基板保持部は前記塗布膜の所定成分を局在化させることを特徴とする請求項１１に記載の基板処理装置。
13. 前記基板保持部は前記基板を保持する保持プレートを有し、前記熱処理部は前記基板を加熱する加熱プレートを有し、前記保持プレートと前記加熱プレートとは同一筐体に配置されることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の基板処理装置。
14. 前記搬送機構は、前記保持プレートに前記基板を載置した状態で前記保持プレートを前記加熱プレート上に移動させて前記基板を前記加熱プレート上に受け渡すことを特徴とする請求項１３に記載の基板処理装置。
15. 前記基板保持部と前記熱処理部は、別個のユニットとして構成されていることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の基板処理装置。
16. 前記基板保持部が前記基板を保持する前記予備温度は、７０〜１００℃であることを特徴とする請求項７乃至１５のいずれか1項に記載の基板処理装置。
17. 前記熱処理部が熱処理を行なう前記下限温度以上の温度は、前記塗布膜が硬化または架橋する温度であることを特徴とする請求項７乃至１６のいずれか1項に記載の基板処理装置。
18. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
    前記制御プログラムは、実行時に、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法が行われるように、コンピュータに前記基板処理装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。

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