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JP5041016B2 - 熱処理装置、熱処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

熱処理装置、熱処理方法及び記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、被処理体をヒータにより熱処理する熱処理装置、熱処理方法及び記憶媒体に関する。
半導体製造工程の一つであるフォトレジスト工程においては、半導体ウエハ(以下、ウエハという)の表面にレジストを塗布し、このレジストを所定のパターンで露光した後に現像してレジストパターンを形成している。このような処理は、一般にレジストの塗布、現像を行う塗布、現像装置に露光装置を接続したシステムを用いて行われる。
前記塗布、現像装置にはレジスト塗布処理や現像処理の前後でウエハを加熱する熱処理モジュールが設けられている。この熱処理モジュールは熱板(ホットプレート)を備えており、ウエハが1枚毎に当該熱板に載置されて加熱される。熱板は、載置板と、この載置板を加熱するための例えば発熱抵抗体であるヒータとからなる。
スループットを向上させるために、フォトレジスト工程における所定のプロセスを行う熱処理モジュールは塗布、現像装置に複数設けられている。そして、各熱処理モジュールで並行してウエハが加熱処理される。前記熱板に電力を供給して、その温度を調整する温度調節器のパラメータは、例えば一般的な使用条件で固定化している。従って、上記のように所定のプロセスを行うための熱処理モジュールは複数設けられているが、各熱処理モジュール間で前記パラメータは、同一のものが使用される場合がある。
ところで、熱板の製造時の環境のばらつきにより、前記ヒータの抵抗値にばらつきが生じることがある。その結果として、各熱板で定格W数(定格電力)のばらつきが生じる場合がある。この熱板の仕様として、例えば入力電圧が200Vであるときにヒータの出力が1300W〜1800Wの範囲に収まるものが、熱処理モジュールに組み込まれる。また、前記ヒータに電力を供給する交流電源において、ヒータに印加する入力電圧が変動する場合がある。例えばこの入力電圧の仕様として200Vに設定したときに、実際の入力電圧が170V〜242Vの範囲で変動する場合が有る。このようなヒータの定格W数のばらつきと、入力電圧の変動とにより、加熱処理されるウエハ間で熱履歴に差が生じ、形成されるレジストパターンの線幅が、ウエハごとに変動してしまうおそれがある。
また、各熱板に電力を供給するケーブルやブレーカなどを含む電気機器は、前記交流電源の動作保証電圧の範囲において、電圧が最大となり且つヒータの定格W数が最大であるときの負荷に耐えられるように構成する必要がある。具体的に、例えば、上記のように定格W数が1300W〜1800W、入力電圧の仕様が170V〜242Vであるときには、熱板の定格W数が最大となる1800Wであり、且つ入力電圧が最大となる242Vであるときの負荷を想定する。このとき、電流は242V÷((200V)÷1800W)=10.9Aとなるので、このような大きな電流を流せるように電気機器の選定を行う必要がある。そのため、前記電気機器は大型化し、製造コストが高くなってしまう。
特許文献1には熱処理モジュールの熱板の電力を制御して、基板の熱履歴を制御する技術について記載されている。しかし、交流電圧の変動及びヒータの抵抗値のばらつきに対処して、電流値を抑える手法については記載されておらず、上記の問題を解決できるものではない。
特開2007−53191
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、被処理体をヒータにより熱処理するにあたり、当該被処理体間での熱履歴のばらつきを抑え、さらに装置の大型化を防ぐことができる技術を提供することである。
本発明の熱板に載置された基板前記熱板に設けられたヒータにより熱処理するための装置において、
3つの熱板に各々載置された前記基板の温度を検出するために前記熱板ごとに設けられた温度検出部と、
基板の温度設定値と温度検出部の温度検出値との差分に基づいて前記3つの熱板ごとに電力操作信号を出力する調節部と、
前記3つの熱板に各々設けられるヒータに電力を供給するために前記各熱板に共用される交流電源部と、
前記交流電源部に設けられ、当該交流電源部の3相交流の各相を前記各熱板のヒータに夫々分配する分配部と、
この交流電源部の前記分配部から分配されて前記各熱板のヒータに出力される交流電圧の導通率を前記電力操作信号に基づいて前記熱板ごとに制御する操作部と、
前記分配部の一次側である3相交流の各相の交流電圧を順次検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部により検出された前記3相交流のうちの一つの相の電圧検出値と予め決めた基準電圧との比率に応じて生成した第1の補正値と、検出された相の交流電圧が分配される前記熱板のヒータの抵抗値と予め決めた基準抵抗値との比率に応じて生成した第2の補正値と、の掛け算値により、前記調節部から前記熱板に出力される電力操作信号を、電圧検出値が大きくなるかまたはヒータの抵抗値が小さくなると前記導通率が小さくなるように補正するための補正部と、
を備え、
前記補正部は、3つの熱板の各々に出力される電力操作信号を補正し、
前記基準電圧は、前記交流電圧の電圧変動の中で最も小さい値であり、
前記基準抵抗値は、ヒータの抵抗値のばらつきの中で最も大きい値であり、
前記電圧検出値が基準電圧でありかつ前記抵抗値が基準抵抗値であるときに導通率が最大になることを特徴とする。
例えば前記掛け算値は、3つの熱板に共用される上位コントローラから前記補正部に出力される。
本発明の熱処理方法は、熱板に載置された基板前記熱板に設けられたヒータにより熱処理するための熱処理方法において、
3つの熱板に各々設けられた温度検出部により、各熱板に載置された基板の温度を各々検出する工程と、
基板の温度設定値と各温度検出部の温度検出値との差分に基づいて調節部により前記3つの熱板ごとに電力操作信号を出力する工程と、
前記各熱板に共用される交流電源部に設けられる分配部により、当該交流電源部の3相交流の各相を前記前記3つの熱板に各々設けられるヒータに夫々分配して供給する工程と、
操作部によりこの交流電源部の前記分配部から分配されてヒータごとに出力される交流電圧の導通率を前記電力操作信号に基づいて前記熱板ごとに制御する工程と
電圧検出部により前記分配部の一次側である3相交流の各相の交流電圧を順次検出する工程と、
補正部により、前記電圧検出部により検出された前記3相交流のうちの一つの相の電圧検出値と予め決めた基準電圧との比率に応じて生成した第1の補正値と、検出された相の交流電圧が分配される前記ヒータの抵抗値と予め決めた基準抵抗値との比率に応じて生成した第2の補正値と、の掛け算値により、前記調節部から前記熱板に出力される電力操作信号を、電圧検出値が大きくなるかまたはヒータの抵抗値が小さくなると前記導通率が小さくなるように補正する工程と、
を備え、
前記電力操作信号を補正する工程は、3つの熱板の各々出力される電力操作信号について行われ、
前記基準電圧は、前記交流電圧の電圧変動の中で最も小さい値であり、
前記基準抵抗値は、ヒータの抵抗値のばらつきの中で最も大きい値であり、
前記電圧検出値が基準電圧でありかつ前記抵抗値が基準抵抗値であるときに導通率が最大になることを特徴とする。
例えば3つの各熱板に共用される上位コントローラが、前記掛け算値を前記補正部に出力する工程を含む。
熱板に載置された基板前記熱板に設けられたヒータにより熱処理するための装置に用いられるプログラムを格納する記憶媒体において、
前記プログラムは、上述の熱処理方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。

本発明の熱処理装置によれば、交流電源の電圧検出値と予め決めた基準電圧との比率に応じて生成した第1の補正値と、ヒータの抵抗値と予め決めた基準抵抗値との比率に応じて生成した第2の補正値と、の掛け算値に基づいて、ヒータへの交流電圧の導通率が小さくなるように補正される。従って、交流電源の電圧の値が大きく、ヒータの抵抗値が小さくても、ヒータに流れる電流値の上昇を抑えることができる。その結果として、被処理体間における熱履歴のばらつきを抑えることができ、さらに装置の大型化を抑えることができる。
本発明の熱処理装置の構成を示すブロック図である。 前記熱処理装置を構成する熱処理モジュールの縦断側面図である。 前記熱処理モジュールに設けられた熱板の平面図である。 ヒータに印加される電圧の波形の模式図である。 交流電源部の構成図である。 評価試験で用いた熱処理モジュールの定格電力を示すグラフである。 各熱処理モジュールで処理したウエハのCD平均の変動を示すグラフ図である。 評価試験で処理したウエハの熱履歴を示したグラフである。 評価試験でウエハに形成したレジストパターンのCDを示したグラフ図である。 評価試験で処理したウエハの熱履歴を示したグラフである。
本発明の熱処理装置について説明する。図1は熱処理装置1の全体構成を示した構成図である。熱処理装置1は例えば3つの熱処理モジュール1A、1B、1Cを備えており、これら熱処理モジュール1A、1B、1Cの動作が共通の上位コントローラ5により制御される。これらの熱処理モジュール1A、1B、1Cは例えば塗布、現像装置に搭載され、レジスト塗布後の加熱処理など、ウエハHに同一の処理を行うために用いられる。
以下に熱処理モジュール1Aの構成について図2を参照しながら説明する。図2は熱処理モジュール1Aの縦断側面図を示している。熱処理モジュール1Aは筐体11を備えており、この筐体11の側壁には被処理体であるウエハHの搬送口12が形成されている。筐体11内において、搬送口12が形成された側を手前側とすると、奥側には熱板(ホットプレート)21Aが設けられている。この熱板21Aは、ウエハHが載置される載置板22と、載置板22の裏面に形成されたヒータ23Aとを備えている。また、載置板22にはウエハHの温度を検出する温度検出部24Aが設けられている。
図3は熱板21Aの裏面を示している。前記ヒータ23Aは発熱抵抗体であり、細い線状の金属体がスクリーン印刷されることにより形成されているが、図示の便宜状、このヒータ23Aを、斜線を付した板状体として示している。この図に示すように、ヒータ23Aは熱板21Aの中心を中心として同心円状に複数配置され、さらに周縁部側のヒータは周方向に沿って分割されている。各ヒータ23Aには独立して電力を供給することができるが、この実施形態では各ヒータ23Aに対して同様に電力の供給が制御されるものとする。
図2に示すように熱板21Aは、筐体11内に設けられた基台13に支持部14を介して支持されている。熱板21A上には昇降機構15により昇降自在の蓋体16が設けられている。蓋体16が下降したときに、熱板21Aに載置されたウエハHの周囲に、密閉された処理空間Sが形成される。そして、蓋体16は、ウエハHの周縁部側からN2ガスを供給すると共に中央部側から排気を行い、それによって図中に矢印で示すようにウエハHの周縁部側から中央部側へ向かう気流が形成される。この気流に曝されながら当該ウエハHが加熱処理される。ウエハHを加熱処理しないときには蓋体21は上昇しており、熱板21AにウエハHを載置できるようになっている。
筐体11内の手前側には、熱板21Aで加熱されたウエハHを冷却する冷却プレート17が設けられている。冷却プレート17は搬送口12側と熱板21A上との間でウエハHを搬送すると共に、熱板21Aにより加熱されたウエハHを冷却する。昇降ピン18は昇降自在に構成され、熱処理装置1の外部の搬送手段と冷却プレート17との間でウエハHを受け渡す。昇降ピン19は、熱板21A上に移動した冷却プレート17と、当該熱板21Aとの間でウエハHを受け渡す。冷却プレート17には、各昇降ピン18、19が当該冷却プレート17上に突出して、前記各受け渡しができるように、その厚さ方向に不図示のスリットが形成されている。
図1に示すように熱板21Aの温度検出部24Aは、温度比較部31Aに接続されている。また、煩雑化することを防ぐため図示は省略しているが、例えば温度比較部31Aは、後述する上位コントローラ5に接続されている。ユーザは上位コントローラに設けられる不図示の入力部から、各熱処理モジュールで加熱されるウエハHの温度を設定することができ、その設定温度は各温度比較部31に出力される。そして、温度比較部31Aは、この設定温度と温度検出部24Aにより検出されたウエハHの温度とを比較し、その偏差をPID演算部32Aに出力する。前記PID演算部32Aは、設定温度と温度検出値との偏差分をPID演算処理して、その演算値を出力するものである。
また、熱処理モジュール1Aは操作部34Aを備えている。操作部34Aは交流電源部41からヒータ23Aに供給される交流電圧を、前記演算値に基づいて(詳しくは後述のようにこの演算値を補正した補正演算値に基づいて)ゼロクロス制御を行う部分である。そして、決められた時間区間において例えばSSR(ソリッドステートリレー)の導通時間を制御して、当該時間区間において交流波形のゼロ点間の半波がオンになる数を決定し、交流電圧の導通率を制御する部分である。従って、PID演算部32Aで演算された演算値は、操作部34Aにて用いられるゼロクロス方式に応じた操作信号に、図示しない変換部にて変換される。例えば、操作信号が導通率を決めるデューティー比のパルスである場合には、このパルスを発生する回路が含まれ、また操作信号が導通率を決める電流値を持つ電流信号である場合には、前記演算値に応じた電流値の電流信号が出力される回路が含まれる。
PID演算部32Aと操作部34Aとの間には掛け算部33Aがあり、この掛け算部33Aは、上位コントローラ5から送られた導通率補正値を、PID演算部32Aから出力された演算値(電圧信号)に掛け算して、当該演算値を補正するためのものである。操作部34Aは、所定の時間区間毎に導通率の制御を行っており、このように補正された演算値が算出されると、当該補正された演算値に基づいて次の時間区間の導通率制御を行うことになる。図4(a)(b)は、ヒータ23Aに印加される交流電圧の波形の一例を模式的に示している。波形において点線で示した箇所は操作部34Aによりオフにされ、ヒータ23に印加されない電圧の波形を示している。グラフ中の鎖線と鎖線との間は上記の決められた時間区間であり、この区間の半波のオンの数でヒータ23Aへの出力が決定される。図4(a)にはヒータ23Aの出力が100%から50%になる例を、図4(b)にはヒータ23Aの出力が50%から25%になる例を夫々示しており、オンとなっている半波には斜線を付している。例えば0Vよりも大きいか小さい半波の一方のみをオンとするよりも図4に示すように0Vよりも大きい半波、小さい半波の両方をオンにし、電圧の上下の出力が同じになるようにした方がヒータの劣化が抑えられるし、電流測定時に正しい値を検出することができるため好ましい。
熱処理モジュール1B、1Cは、熱処理モジュール1Aと同様に構成されている。熱処理モジュール1B、1Cにおいて、熱処理モジュール1Aの説明で数字の後にAを付した箇所に対応する各部は、Aの代わりにB、Cを夫々付して各図に示している。そして、各熱処理モジュール1A、1B、1Cで各々独立して熱板のヒータ23の昇温制御が行われる。
続いて、交流電源部41について図5を参照しながら説明する。交流電源部41は、例えば3相交流電源42を備え、3相交流のU相、V相、W相がヒータ23A、23B、23Cに夫々分配されるように接続されている。そして、図5中鎖線で囲んだ導電ケーブルの結線部は、これらの各相を各ヒータに分配する分配部43を構成している。分配部43の1次側には電圧検出部44が設けられており、U相、V相、W相の電圧を夫々検出し、各相の検出信号を上位コントローラ5へと送信する。以下、検出されたヒータ23A、23B、23Cへの入力電圧をV1、V2、V3として示す。
続いて、上位コントローラ5の構成について説明する。上位コントローラ5はメモリ51、電圧補正演算部52及びヒータ定格演算部53を備えており、これら電圧補正演算部52及びヒータ定格演算部53の後段側には導通率補正演算部54が設けられている。ユーザが不図示の入力部を介して、予め測定されたヒータ23A、23B、23Cの定格電力W1、W2、W3の各値を入力すると、これらの各値がメモリ51に記憶される。
電圧補正演算部52は、電圧検出部43に接続されており、電圧検出部43は当該電圧補正演算部52に検出した前記入力電圧V1、V2、V3に対応する検出信号を出力する。電圧補正演算部52は、ヒータ23A、23B、23Cの電圧補正量であるVref/V(VはV1、V2またはV3)を演算する。Vrefは基準電圧であり、この値は、装置電圧仕様範囲で最も低い電圧である。そして電圧補正演算部52は、Vref/V1をヒータ23Aの電圧補正値、Vref/V2をヒータ23Bの電圧補正値、Vref/V3をヒータ23Cの電圧補正値として、各電圧補正値を導通率補正演算部54に出力する。
ヒータ定格演算部53は、各ヒータ23A〜23Cの定格電力と予め決めた基準定格電力Wrefとの比率を演算する。ヒータの定格電力とは、予め決めた電圧例えば200Vの電圧を印加したときの電力である。この定格電力は背景技術の項目で述べたように、例えば1300W〜1800Wのようにばらつく。ヒータ23A、23B、23Cの定格電力を夫々W1、W2、W3とすると、基準定格電力Wrefの値は、W1、W2、W3のうち最も低い値である。ヒータ定格演算部53は、ヒータ23A、23B、23Cのヒータ定格補正値であるWref/W(WはW1、W2またはW3)を演算する。そして、演算したWref/W1をヒータ23Aの定格補正値、Wref/W2をヒータ23Bの定格補正値、Wref/W3をヒータ23Cの定格補正値として、各値を導通率補正演算部54に出力する。
このように基準電圧Vref及び基準定格電力Wrefの値を決めておくことにより、電圧検出値が前記基準電圧の値であり、且つ定格電力が基準定格電力の値であるときにPID補正結果の値の中で最大値(演算値そのもの)となるので、各ヒータ23A〜23Cを流れる電流は、電圧、定格電力が最小の場合で決まる値となる。
ここで、定格電力のばらつきは抵抗値のばらつきであることから、ヒータ23A、23B、23Cの抵抗値を夫々R1、R2、R3とし、この中で最大の抵抗値を基準抵抗値Rrefとすると、上記のヒータ定格補正値であるWref/Wは、R/Rref(RはR1、R2、R3のいずれか)として表される。WrefとなるヒータとRrefとなるヒータは同じものである。つまり、ヒータ定格演算部53は、各ヒータ23の抵抗値と予め決めた基準抵抗値との比率を演算している。
導通率補正演算部54は、ヒータ定格演算部52からの出力と、ヒータ定格補正演算部53からの出力に基づいて、各ヒータ23の導通率補正値であるVref/V×Wref/Wを演算する。このような各種の演算はハード構成で行ってもよいし、あるいはプログラムを作成して、ソフトウエアにより行ってもよい。このように演算を行い、後述のように各ヒータ23A〜23Cへの交流電圧の導通率を制御するプログラムは、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図示しないプログラム格納部に格納されて、実行される。
また、上位コントローラ5の送信部55は、上記のように導通率補正演算部54にて演算された導通率補正値を、例えばゼロクロス制御を行う時間区間のタイミングに応じて、この補正値に対応する熱処理モジュールの掛け算部33に出力する機能を有する。なお、各熱処理モジュールにおいて温度比較部31、PID演算部32、掛け算部33及び操作部34は例えば温調器を構成しており、PID演算部32から掛け算部33にはデジタル値が出力される。導通率補正値は、上位コントローラ5から通信で前記温調器が受けて、掛け算部33にデジタル値が入力される。
続いて、熱処理モジュール1Aのヒータ23Aの出力が制御される工程を中心に熱処理装置1の作用について説明する。予めメモリ51には定格電力W1、W2、W3の各値が記憶されている。ユーザが入力部から各熱処理モジュールでのウエハHの処理温度を設定し、例えば前記入力部から各熱処理モジュールでの処理開始を指示すると、不図示の搬送手段によりウエハHが筐体11内に搬送され、昇降ピン18→冷却プレート17→昇降ピン19の順で受け渡され、熱板21Aに載置される。そして、温度比較部31AによりウエハHの設定温度と、熱板21Aの温度検出部24Aにより検出されたウエハHの温度との偏差分が取り出されて、PID演算部32Aに出力される。この偏差分に基づいてPID演算部32AにてPID演算が行われ、演算値である電圧信号が掛け算部33Aに出力される。
その一方で交流電源部41の三相交流電源42がオンになり、電圧検出部44が各相の入力電圧V1〜V3を検出し、これら検出値を上位コントローラ5に出力する。電圧補正演算部52は、上記のVref/Vを演算し、その演算値を導通率補正演算部54に出力する。さらにその一方では、メモリ51からヒータ23A〜23Cの定格電力W1〜W3が読み出され、ヒータ定格補正演算部53が上記のWref/Wを演算し、その演算値を導通率補正演算部54に出力する。そして、導通率補正演算部54では、各ヒータ23の導通率補正値であるVref/V×Wref/Wが演算され、ヒータ23Aの導通率補正値であるVref/V1×Wref/W1が掛け算部33Aに出力される。
そして、PID演算部32から掛け算部33Aに出力された既述の電圧信号が、前記ヒータ22Aの導通率補正値Vref/V1×Wref/W1により掛け算されて補正され、補正された電圧信号が、図示しない変換部により当該電圧信号に対応する操作信号に変換される。この操作信号はゼロクロス制御方式により決定され、例えば電圧信号の電圧に応じた電流値が得られる。そして、この電流値に応じて、交流電源部41からヒータ23Aに供給される例えば50Hzの交流電圧の予め設定した区間におけるオンとなる半波の数が決定されて導通率が決まり、当該導通率に応じた電力がヒータ23Aに供給される。
ヒータ23Aの電力制御について説明してきたが、ヒータ23Bの電力制御の場合は、導通率補正値としてVref/V2×Wref/W2が掛け算部33Bに出力され、ヒータ23Cの電力制御の場合は、導通率補正値としてVref/V3×Wref/W3が掛け算部33Bに出力される。このような補正値の違いを除いて、ヒータ23B、ヒータ23Cについてもヒータ23Aと同様に電力制御が行われる。
ここで既述のように例えば熱処理モジュールのヒータ23に供給される交流電圧が電圧変動の中で最低値であり、且つ当該ヒータ23の定格電圧Wが最小値(ヒータ23の抵抗値が最大値)のときには、導通率補正値Vref/V×Wref/Wは「1」となり、PID演算値は補正がされずにそのまま操作信号に変換される。これに対してV、Wの少なくとも一方が最低値よりも大きいときには、補正値はV,Wの値に応じて「1」よりも小さくなり、この結果、導通率は、定格電圧Wが最小で且つ交流電源部41の電圧Vが最小であるときの導通率よりも小さくなる。このことは、V及びWの各値が大きくてもヒータ23A〜23Cに流れる電流値は、V及びWの各値が最小である場合の電流値に合わせられていることになる。例えば背景技術の項目で示したように交流電圧Vが170V〜242Vの範囲で変動し、定格電力Wが1300W〜1800Wである場合、ヒータ23A〜23Cを流れる電流は170V÷((200V)÷1300W)=5.5Aとなり、V、Wの最大値を見込んだ10.9Aに比べて低くなる。
ウエハHが熱板21Aに載置されてから例えば予め設定された時間が経過すると、ウエハHは熱板21Aへと搬送される時とは逆の手順で、熱板21Aから搬送される。
上記のように、熱処理装置1では、交流電源部41の電圧V1〜V3及びヒータ23A〜23Cの定格電圧W1〜W3に基づいて、ヒータ23A〜23Cへの交流電圧の導通率の補正値が演算され、前記導通率が制御される。これによって、前記電圧V及び前記定格電圧Wの値が大きくても、ヒータ23A〜23Cに流れる電流値は、これらの電圧V1〜V3及び定格電圧W1〜W3が最小となる電流値に合わせられることになる。従って、ウエハH間における熱履歴のばらつきを抑えることができる。さらに、ブレーカやケーブルなど、交流電源部41の電圧をヒータ23に印加するために必要な電気機器への負荷を小さくすることができるため、当該電気機器の大型化を防ぐことができる。従って、熱処理装置1の大型化を抑えることができる。
また、交流電源部41において、3相交流の各相をヒータ23A〜23Cに分配する分配部43の上流側で電圧検出部44により3相交流の各相の電圧V1〜V3を測定している。分配部43の下流側で、熱処理モジュール毎に入力電圧を測定する場合に比べて、測定部間の検出精度を考慮する必要が無いため、精度高く各電圧を検出することができる。従って、より精度高くウエハHの熱履歴を制御することができる。
ところで、上記の例では、ヒータ定格補正演算部53はメモリ51に入力された各ヒータ23A〜23Cの定格電力W1〜W3に基づいてヒータ定格補正値を決定しているが、各熱板21の昇温時間に基づいてヒータ定格補正値を決定してもよい。昇温時間はヒータ23により熱板21を加熱して、熱板21が第1の温度から、それよりも高い第2の温度に達するまでに要する時間である。例えば同ロットの熱板は、周囲温度やヒータ24に供給される電圧が同じであれば、その昇温時間Tが定格電力Wに反比例する。そこで、この昇温時間を予め測定しておき、上記の実施形態の各熱板24の昇温時間をメモリ51に記憶させる。そして、各熱板21において例えば昇温時間Tが最も長いものを基準昇温時間Trefとし、T/Trefをヒータ定格補正値として演算してもよい。
また、前記昇温時間としては熱板21の昇温時間に限られない。例えば昇温中の熱板上に温度センサが設けられたウエハを載置する。前記温度センサはウエハの温度を測定できるものとする。そして、前記ウエハが設定温度に到達するまでの時間を検査する。ウエハの昇温時間は熱板21の昇温時間に対応するため、このようにして得られたウエハの昇温時間に基づいて、ヒータ定格補正値を演算してもよい。
また、ウエハHは、熱板21Aへの搬入時に反りを有している場合が有る。例えばウエハHを熱板21Aに搬入する前に反り検出器にて、当該ウエハHの反り形状及び反り量を測定する。既述のようにヒータ23Aは熱板21Aに分割されて配置され、独立して昇温することから、既述のように導通率補正値を演算すると共に反り形状及び反り量に応じた反り用の補正値を算出する。そして導通率補正値を、前記反り用の補正値により更に補正し、各ヒータ23A毎に独立して電圧の導通率を制御して、ウエハH各部の熱量の均一性を高めてもよい。
上記の例では3相交流電源42の各相の電圧が、各熱処理モジュール1A〜1Cに印加されるように割り当てているが、1つの相の電圧が複数の熱処理モジュールに印加されるようにモジュールを割り当ててもよい。従って、1つの交流電源に割り当てられる熱処理モジュールの数としては3基に限られるものではない。
評価試験
(評価試験1)
定格電力が互いに異なる熱板を備えた熱処理モジュールを9基用意した。図6は、各熱処理モジュールの熱板の定格電力を示したグラフである。熱処理モジュールには1Aから9Aまで番号を付し、各モジュール毎に定格電力を示している。各熱板の定格電力は1300W〜1800Wに収まるように、つまり仕様が1300W〜1800Wであるように製造されているが、番号4Aの熱処理モジュールの熱板の定格電力は、他の熱処理モジュールの熱板の定格電力と比べると、その値が小さい。これら各熱処理モジュール1A〜9Aを用いて、レジストパターンの製造工程における所定の処理段階で、各ウエハに加熱処理を行った。ウエハは計25枚を1A〜9Aに振り分けて処理した。便宜上ウエハには1〜25の番号を付けて示す。そして、各ウエハについてレジストパターンが形成された後、レジストパターンの線幅(CD)の平均値を算出した。この評価試験1では、実施形態で示した電圧の導通率の補正は行っていない。
図7は、測定された各ウエハ1〜25のCDと、各ウエハAを処理した熱処理モジュールの番号とについて示したグラフであり、グラフ中のプロットの位置が高いほど、対応するウエハのCDの平均が大きいことを示す。この図7に示すように、熱処理モジュールB4により処理されたウエハ4、13、22では、他のウエハに比べてCD平均が大きい。この実験から熱板の定格電力の違いにより、CDの線幅が影響を受けることが示された。従って、ウエハ毎に均一性が高いパターンを形成するためには、上記の実施形態のように熱処理モジュールの熱板間における定格電力の差を補正することが有効であると言える。
(評価試験2)
実施形態と同様の3基の熱処理モジュールを用意し、夫々レジストパターンの製造工程における所定の処理段階で、各ウエハに加熱処理を行うと共に加熱処理中のウエハの温度を測定し、ウエハの熱履歴を測定した。3基の熱処理モジュールの熱板への入力電圧は200Vに設定して処理を行った。その後、レジストパターンが形成されたウエハについて、CDを測定した。また、熱板への入力電圧を195V、205Vに夫々変更して同様の測定を行った。この評価試験では実施の形態で示した導通率の補正を行っていない。
図8は上記の実験により得られた各ウエハの熱履歴を示したものである。グラフの縦軸はウエハの温度を示しており、グラフの横軸に昇温開始後の時間(秒)を示している。図中の実線のグラフ線、点線のグラフ線、鎖線のグラフ線は、夫々前記入力電圧が200V、195V、205Vであるときのウエハの熱履歴を示している。このように入力電圧の値が小さいとウエハの昇温が遅く、大きいとウエハの昇温が早い。なお、各熱処理モジュールで電圧を夫々195V、200V、205Vにして加熱処理を行っているが、電圧が同じ場合にはモジュール間でウエハの熱履歴に大きな差は見られなかった。
図9は、前記入力電圧の違いによるCDの変化を示したものである。200Vの電圧を基準とし、このとき電圧変動量が0であるものとする。従って、205Vは電圧変動量が+5Vであり、195Vは電圧変動量が−5Vである。図9のグラフの横軸は、この電圧変動量を示しており、縦軸にはウエハのCDを示している。200Vで処理をしたとき、195Vで処理をしたとき、205Vで処理をしたときでCDは異なっており、夫々69.82nm、70.07nm、69.52nmであった。この評価試験2から、熱板への入力電圧が異なると、ウエハの熱履歴及びCDが変化することが分かる。
評価試験3
3基の熱処理モジュールの入力電圧を170V、200V、242Vに設定して、評価試験2と同様にウエハの熱履歴を測定した。この評価試験3においては、実施形態と同様に電圧補正演算部により補正値を演算し、各熱板への導通率を制御している。各熱処理モジュールでの加熱処理を複数回、繰り返し行った。
図10は、評価試験3の結果を示したグラフであり、入力電圧が170V、200V、242Vのいずれであってもウエハは略同様に昇温していることが分かる。また、複数回繰り返した処理で、ウエハは同様の熱履歴を示した。この結果から、本発明によりウエハの熱履歴を揃えることができることが示された。また、評価試験2の結果よりCDが変動するのはウエハの熱履歴が変動するためであると考えられるため、このようにウエハ間の熱履歴を揃えることで、各ウエハに均一性高くレジストパターンを形成できると考えられる。
H ウエハ
1 熱処理装置
1A、1B、1C 熱処理モジュール
21A、21B、21C 熱板
23A、23B、23C ヒータ
24A、24B、24C 温度検出器
32A、32B、32C PID演算部
34A、34B、34C 操作部
41 交流電源部
44 電圧検出部
5 上位コントローラ
52 電圧補正演算部
53 ヒータ定格補正演算部
54 導通率補正演算部

Claims (5)

  1. 熱板に載置された半導体製造用の基板前記熱板に設けられたヒータにより熱処理するための装置において、
    3つの熱板に各々載置された前記基板の温度を検出するために前記熱板ごとに設けられた温度検出部と、
    基板の温度設定値と温度検出部の温度検出値との差分に基づいて前記3つの熱板ごとに電力操作信号を出力する調節部と、
    前記3つの熱板に各々設けられるヒータに電力を供給するために前記各熱板に共用される交流電源部と、
    前記交流電源部に設けられ、当該交流電源部の3相交流の各相を前記各熱板のヒータに夫々分配する分配部と、
    この交流電源部の前記分配部から分配されて前記各熱板のヒータに出力される交流電圧の導通率を前記電力操作信号に基づいて前記熱板ごとに制御する操作部と、
    前記分配部の一次側である3相交流の各相の交流電圧を順次検出する電圧検出部と、
    前記電圧検出部により検出された前記3相交流のうちの一つの相の電圧検出値と予め決めた基準電圧との比率に応じて生成した第1の補正値と、検出された相の交流電圧が分配される前記熱板のヒータの抵抗値と予め決めた基準抵抗値との比率に応じて生成した第2の補正値と、の掛け算値により、前記調節部から前記熱板に出力される電力操作信号を、電圧検出値が大きくなるかまたはヒータの抵抗値が小さくなると前記導通率が小さくなるように補正するための補正部と、
    を備え、
    前記補正部は、3つの熱板の各々に出力される電力操作信号を補正し、
    前記基準電圧は、前記交流電圧の電圧変動の中で最も小さい値であり、
    前記基準抵抗値は、ヒータの抵抗値のばらつきの中で最も大きい値であり、
    前記電圧検出値が基準電圧でありかつ前記抵抗値が基準抵抗値であるときに導通率が最大になることを特徴とする熱処理装置。
  2. 前記掛け算値は、3つの熱板に共用される上位コントローラから前記補正部に出力されることを特徴とする請求項1記載の熱処理装置。
  3. 熱板に載置された半導体製造用の基板前記熱板に設けられたヒータにより熱処理するための熱処理方法において、
    3つの熱板に各々設けられた温度検出部により、各熱板に載置された基板の温度を各々検出する工程と、
    基板の温度設定値と各温度検出部の温度検出値との差分に基づいて調節部により前記3つの熱板ごとに電力操作信号を出力する工程と、
    前記各熱板に共用される交流電源部に設けられる分配部により、当該交流電源部の3相交流の各相を前記前記3つの熱板に各々設けられるヒータに夫々分配して供給する工程と、
    操作部によりこの交流電源部の前記分配部から分配されてヒータごとに出力される交流電圧の導通率を前記電力操作信号に基づいて前記熱板ごとに制御する工程と
    電圧検出部により前記分配部の一次側である3相交流の各相の交流電圧を順次検出する工程と、
    補正部により、前記電圧検出部により検出された前記3相交流のうちの一つの相の電圧検出値と予め決めた基準電圧との比率に応じて生成した第1の補正値と、検出された相の交流電圧が分配される前記ヒータの抵抗値と予め決めた基準抵抗値との比率に応じて生成した第2の補正値と、の掛け算値により、前記調節部から前記熱板に出力される電力操作信号を、電圧検出値が大きくなるかまたはヒータの抵抗値が小さくなると前記導通率が小さくなるように補正する工程と、
    を備え、
    前記電力操作信号を補正する工程は、3つの熱板の各々出力される電力操作信号について行われ、
    前記基準電圧は、前記交流電圧の電圧変動の中で最も小さい値であり、
    前記基準抵抗値は、ヒータの抵抗値のばらつきの中で最も大きい値であり、
    前記電圧検出値が基準電圧でありかつ前記抵抗値が基準抵抗値であるときに導通率が最大になることを特徴とする熱処理方法。
  4. 3つの各熱板に共用される上位コントローラが、前記掛け算値を前記補正部に出力する工程を含むことを特徴とする請求項3記載の熱処理方法。
  5. 熱板に載置された半導体製造用の基板前記熱板に設けられたヒータにより熱処理するための装置に用いられるプログラムを格納する記憶媒体において、
    前記プログラムは、請求項3または4に記載の熱処理方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
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