JP2003045790A - 基板熱処理装置及びその整流機構並びに整流方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パージガスを処理空間内に均一に供給してプ
ロセス性能を向上させることができる基板熱処理装置及
びその整流機構並びに整流方法の提供を目的としてい
る。 【解決手段】 本発明の基板熱処理装置５１は、基板Ｗ
を熱処理するためのプレート６２と、プレート６２を取
り囲んで熱処理室Ｓを形成する筐体４１，５３と、前記
筐体に設けられ、ガス供給手段からのガスを受けてこの
ガスを熱処理室Ｓ内に導入するためのガス導入部５３ａ
と、前記筐体内に設けられ、前記ガス導入部からのガス
を熱処理室Ｓ内で均一に拡散させる拡散手段７０，７２
とを備え、ガス導入部５３ａは、供給されるガスを所定
量充填可能なバッファ室７７と、このバッファ室７７内
のガスを熱処理室Ｓに向けて直下に流すガス噴出部７９
とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に対して加熱
あるいは冷却処理を行なう基板熱処理装置及びその整流
機構並びに整流方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス（ＩＣチップ）やＬＣＤ
の製造プロセスにおいては、フォトリソグラフィ技術を
利用することで、半導体ウエハやガラス基板等の基板の
表面に微細なパターンを高精度かつ高密度に形成してい
る。

【０００３】例えば、半導体デバイスの製造において
は、半導体ウエハ基板の表面にレジストを塗布してレジ
スト膜を形成した後、これを所定のパターンに露光し、
さらに現像処理・エッチング処理することにより所定の
回路パターンを形成するようにしている。すなわち、基
板上にレジスト液が回転塗布された後、プリベーク処
理、露光処理、露光後ベーク処理、現像処理およびポス
トベーク処理がそれぞれ行なわれ（フォトリソグラフィ
工程）、基板上にレジストパターンが形成される。

【０００４】なお、プリベーク処理とは、基板上に塗布
されたレジスト液中の余分な溶媒を蒸発させるための処
理であり、露光後ベーク処理とは、光化学反応によって
生じた生成物をレジスト膜内で均一に拡散させるための
処理であり、ポストベーク処理とは、耐ドライエッチン
グ性を向上させるための処理である。以下、プリベーク
処理、露光後ベーク処理およびポストベーク処理を熱処
理と総称する。

【０００５】ところで、これら一連の工程は、一般に、
各処理ユニットに対して基板の搬送を行なう搬送装置を
備えた塗布現像基板処理システムによって枚葉式で行わ
れている。図１３には、このような塗布現像基板処理シ
ステムの熱処理ユニットの要部が概略的に示されてい
る。この熱処理ユニットは、ハウジング１３０と、ハウ
ジング１３０内に配置され且つ半導体ウエハ等の基板Ｗ
が載置される熱板１４０と、この熱板１４０の上方に被
せられる上部カバー１４１とを備えている。熱板１４０
には、ヒータや冷却管あるいはペルチェ素子等の加熱ま
たは冷却手段が埋め込まれており、この加熱または冷却
手段によって、熱板１４０上の基板Ｗが加熱（冷却）さ
れる（熱処理される）ようになっている。

【０００６】例えばレジストのベーク処理では、レジス
トが塗布された基板Ｗをスペーサを介して熱板１４０上
に載置した後、上部カバー１４１で覆い、その後、熱板
１４０の加熱手段により基板Ｗを加熱する。基板Ｗが加
熱されると、基板Ｗ上のレジスト中の余分な溶媒分等が
蒸発し、上部カバー１４１の内部に充満する。ここで、
外部から外気が侵入するなどして上部カバー１４１内の
温度変動が生じると、レジストからの昇華物が再び凝結
してレジストの表面に付着する場合が生じ、好ましくな
い。

【０００７】そのため、熱処理ユニットの内部に充満す
る溶媒分（揮発分）等を外部に排出しながら熱処理する
ことが一般的に行なわれている。図１３に示される熱処
理ユニットでは、図示しない気体供給源から供給管路１
４３を介して上部カバー１４１の上部開口１４５に一側
方からエアーが供給され、開口１４５から２つの多孔板
１４７，１４９を通じて基板Ｗの表面にエアーが吹き付
けられるとともに、熱板１４０の周囲に設けられた排気
口１５０を通じてエアーが外部に排出される。この場
合、処理空間Ｓに供給されたエアーは、処理空間Ｓ内で
基板Ｗ上のレジスト液中から蒸発した溶媒を伴って、排
気口１５０から排気管路を通じて外部に排気される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上部カバー
１４１の上部開口１４５に一側方（図１３の左側）から
エアーを供給すると、エアーは、図１３に矢印で示され
るように、処理空間Ｓ内でその供給方向ばかりに多く流
れてしまい、処理空間Ｓ内の片側（エアー供給方向と反
対の側（図１３の左側））でエアーの広がりが悪くなる
という不都合が生じる。すなわち、処理空間Ｓの一方側
（図１３の右側）では、十分なエアー供給によってレジ
ストからの昇華物を良好にパージできるが、処理空間Ｓ
の他方側（図１３の左側）では、エアー供給不足によっ
てレジストからの昇華物を良好にパージすることができ
なくなるといった事態が生じる。

【０００９】このように、パージガスであるエアーが処
理空間Ｓ内に不均一に供給されると、レジスト中の溶剤
揮発が不均一となり（基板面内でのレジスト成分揮発が
偏る）、プロセス性能（基板上のレジスト膜の膜厚の均
一性や現像後のパターン線幅の均一性等）に悪影響を及
ぼすことが指摘されている。例えば、処理空間Ｓ内の溶
剤濃度または酸の濃度がばらつき、膜中の溶剤の量や酸
拡散反応の量にばらつきが生じる。したがって、良好な
プロセス性能を得るためには、処理空間Ｓ内の気流を均
一化することが重要となる。

【００１０】近年、半導体デバイスの高集積化に伴っ
て、基板上に形成されるパターンが微細化しており、基
板Ｗ上に塗布されるレジスト膜の膜厚均一性および現像
後のパターン線幅の均一性の許容誤差が厳しくなってい
る。そのため、処理空間Ｓ内の排気バランスの均一化お
よびエアー供給量の均一化の必要性が迫られている。

【００１１】本発明は前記事情に着目してなされたもの
であり、その目的とするところは、パージガスを処理空
間内に均一に供給してプロセス性能を向上させることが
できる基板熱処理装置及びその整流機構並びに整流方法
を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の基板熱処理装置は、基板を載置して熱処理
するためのプレートと、前記プレートを取り囲んで熱処
理室を形成する筐体と、前記熱処理室内にパージガスを
供給するためのガス供給手段と、前記熱処理室内のガス
を排気するための排気手段と、前記筐体に設けられ、前
記ガス供給手段からのガスを受けてこのガスを前記熱処
理室内に導入するためのガス導入部と、前記筐体内に設
けられ、前記ガス導入部からのガスを前記熱処理室内で
均一に拡散させる拡散手段とを備え、前記ガス導入部
は、供給されるガスを所定量充填可能なバッファ室と、
このバッファ室内のガスを前記熱処理室に向けて直下に
流すガス噴出部とを有していることを特徴としている。

【００１３】このように、バッファ室と、バッファ室か
ら熱処理室に向けて直下にガスを流すガス噴出部とをガ
ス導入部に設ければ、ガス導入部に供給されるエアーの
供給方向とは無関係に、エアーを熱処理室内に向けて直
下に流すことができる。すなわち、エアーが熱処理室内
でその供給方向ばかりに多く流れてしまい、熱処理室内
の片側（エアー供給方向と反対の側）でエアーの広がり
が悪くなるという不都合を生じさせないで済む。

【００１４】また、上記構成の１つの形態として、前記
拡散手段は、前記筐体内で互いに上下に平行に配置され
るとともに、前記熱処理室を３つの空間に区画する２枚
の整流板から成り、上側に位置する第１の整流板は、前
記ガス噴出部と対向するその中央領域を除いて、多数の
ガス流通孔が設けられ、下側に位置する第２の整流板に
は、その全体にわたって、多数のガス流通孔が設けられ
ている。

【００１５】このような構成によれば、ガスを上から下
に向けて均一に拡散して流すことができるため、例えば
基板から上昇してくる昇華物を、冷却されて結晶化する
前の気体の段階で、熱処理室から未然にパージし、これ
により、昇華物が整流板に付着することを防止できると
ともに、プロセス性能（例えば、基板上の塗布膜の膜厚
や、現像後のパターン線幅など）の均一化を促進するこ
とができる。

【００１６】この場合、前記第１の整流板のガス流通孔
と前記第２の整流板のガス流通孔とが互いに上下で重な
らないように、前記第１の整流板のガス流通孔は、孔が
設けられていない前記中央領域を中心に放射状に配列さ
れるとともに、前記第２の整流板のガス流通孔は格子状
に配列されていることが望ましい。また、前記第２の整
流板のガス流通孔の孔径は、前記第２の整流板のガス流
通孔の孔径よりも大きいことが望ましい。また、前記第
１および第２の整流板によって区画される３つの空間の
うち、前記ガス導入部と前記第１の整流板との間に形成
される一番上側の第１の空間は、前記ガス導入部からの
ガスを前記第１の整流板の前記中央領域によって反射さ
せながら第１の整流板に沿って周囲に流す空間として形
成され、前記第１の整流板と前記第２の整流板との間に
形成される第２の空間は、前記第１の整流板のガス流通
孔を通じて流れ込むガスを、前記中央領域の直下に回し
込むとともに更に周囲に広げて均一に拡散する空間とし
て形成されていることが望ましい。

【００１７】また、本発明においては、基板に熱処理を
行なう基板熱処理装置内に供給されるパージガスを整流
するための整流機構が提供される。この整流機構は、前
記基板熱処理装置の筐体に設けられ、供給されるガスを
受けてこのガスを基板熱処理装置の熱処理室内に導入す
るガス導入部と、前記筐体内に設けられ、前記ガス導入
部からのガスを前記熱処理室内で均一に拡散させる拡散
手段とを備え、前記ガス導入部は、供給されるガスを所
定量充填可能なバッファ室と、このバッファ室内のガス
を前記熱処理室に向けて直下に流すガス噴出部とを有し
ていることを特徴とする。

【００１８】また、本発明においては、基板に熱処理を
行なう基板熱処理装置内に供給されるパージガスを整流
する整流方法が提供される。この整流方法は、前記基板
熱処理装置の熱処理室を、第１および第２の整流板によ
って３つに区画し、前記基板熱処理装置に供給されるパ
ージガスを、所定量のガスを充填可能なバッファ室内に
流し、前記バッファ室内のガスを、前記熱処理室に向け
て直下に流すことによって、前記バッファ室と前記第１
の整流板との間に形成される第１の空間に導入し、前記
第１の空間内に導入されたガスを、前記第１の整流板の
中央領域によって反射させながら第１の整流板に沿って
周囲に流し、前記第１の空間内のガスを、前記第１の整
流板のガス流通孔を通じて、前記第１の整流板と前記第
２の整流板との間に形成される第２の空間に導入し、第
２の空間内に導入されたガスを、前記第１の整流板の前
記中央領域の直下に回し込むとともに、更に周囲に広げ
て均一に拡散し、前記第２の空間内のガスを、前記第２
の整流板のガス流通孔を通じて、前記第２の整流板と基
板との間に形成される第３の空間に導入することを特徴
とする。

【００１９】このような整流機構および整流方法によれ
ば、ガス導入部に供給されるエアーの供給方向とは無関
係に、エアーを熱処理室内に向けて直下に流すことがで
きるとともに、ガスを上から下に向けて均一に拡散して
流すことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について説明する。

【００２１】図１〜図３は、本発明が適用される基板処
理システムの全体構成を示している。これらの図に示さ
れるように、基板処理システムとしての塗布現像処理シ
ステム１は、被処理基板としての半導体ウエハＷをウエ
ハカセットＣＲで複数枚例えば２５枚単位で外部からシ
ステムに搬入し又はシステムから搬出したり、ウエハカ
セットＣＲに対して半導体ウエハＷを搬入・搬出したり
するためのカセットステーション１０と、塗布現像工程
の中で１枚ずつ半導体ウエハＷに所定の処理を施す枚葉
式の各種処理ユニットを所定位置に多段配置してなる処
理ステーション１１と、この処理ステーション１１と隣
接して設けられる露光装置（図示せず）との間で半導体
ウエハＷを受け渡しするためのインタフェース部１２と
を一体に接続した構成を有している。

【００２２】図１に示されるように、カセットステーシ
ョン１０では、カセット載置台２０上の突起２０ａの位
置に、複数個例えば４個までのウエハカセット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Ｘ方向一列に載置されるとともに、カセット配列方
向（Ｘ方向）及びウエハカセットＣＲ内に収納されたウ
エハのウエハ配列方向（Ｚ方向）に移動可能なウエハ搬
送体２１が、各ウエハカセットＣＲに選択的にアクセス
するようになっている。さらに、このウエハ搬送体２１
は、θ方向に回転可能に構成されており、後述するよう
に処理ステーション１１側の第３の組Ｇ３の多段ユニッ
ト部に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）及びイ
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。

【００２３】また、図１に示されるように、処理ステー
ション１１では、中心部に垂直搬送型の主ウエハ搬送機
構２２が設けられ、その周りに全ての処理ユニットが１
組または複数の組に亙って多段に配置されている。この
例では、５組Ｇ１,Ｇ２,Ｇ３,Ｇ４,Ｇ５の多段配置構成
であり、第１及び第２の組Ｇ１,Ｇ２の多段ユニットは
システム正面（図１において手前）側に並置され、第３
の組Ｇ３の多段ユニットはカセットステーション１０に
隣接して配置され、第４の組Ｇ４の多段ユニットはイン
タフェース部１２に隣接して配置され、第５の組Ｇ５の
多段ユニットは背部側に配置されている。なお、第５の
組Ｇ５は、主ウエハ搬送機構２２のメンテナンスのため
にレール２５に沿って移動可能に構成されている。

【００２４】図２に示されるように、第１の組Ｇ１で
は、カップＣＰ内で半導体ウエハＷをスピンチャックに
載せて所定の処理を行う２台のスピンナ型処理ユニッ
ト、例えばレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）、及び現像
ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられてい
る。第２の組Ｇ２でも、２台のスピンナ型処理ユニッ
ト、例えばレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）及び現像ユ
ニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。
レジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）ではレジスト液の排液
が機構的にもメンテナンスの上でも面倒であることか
ら、このように下段に配置するのが好ましい。しかし、
必要に応じて上段に配置することも可能である。

【００２５】図３に示されるように、第３の組Ｇ３で
は、半導体ウエハ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、例えば下から順にクーリン
グユニット（ＣＯＬ）、アドヒージョンユニット（Ａ
Ｄ）、アライメントユニット（ＡＬＩＭ）、イクステン
ションユニット（ＥＸＴ）、プリベーキングユニット
（ＰＲＥＢＡＫＥ）及びポストベーキングユニット（Ｐ
ＯＢＡＫＥ）が重ねられている。第４の組Ｇ４でも、オ
ーブン型の処理ユニット、例えば下から順にクーリング
ユニット（ＣＯＬ）が２段、イクステンション・クーリ
ングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、イクステンションユニ
ット（ＥＸＴ）、プリベーキングユニット（ＰＲＥＢＡ
ＫＥ）及びポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）
が重ねられている。

【００２６】このように処理温度の低いクーリングユニ
ット（ＣＯＬ）、（ＥＸＴＣＯＬ）を下段に配置し、処
理温度の高いベーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）や
ポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）を上段に配
置することで、ユニット間の熱的な相互干渉を少なくす
ることができる。しかし、ランダムな多段配置とするこ
とも可能である。

【００２７】インタフェース部１２は、奥行方向では処
理ステーション１１と同じ寸法を有するが、幅方向では
小さなサイズにつくられている。インタフェース部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とが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
送体２４が設けられている。このウエハ搬送体２４は、
Ｘ，Ｚ方向に移動して両カセットＣＲ，ＢＲ及び周辺露
光装置２３にアクセスするようになっている。さらに、
ウエハ搬送体２４は、θ方向に回転可能に構成され、処
理ステーション１１側の第４の組Ｇ４の多段ユニットに
属するイクステンションユニット（ＥＸＴ）にも、及び
隣接する露光装置側のウエハ受渡し台（図示せず）にも
アクセスできるようになっている。

【００２８】次に、上記構成の塗布現像処理システム１
の処理工程について説明する。

【００２９】先ず、カセットステーション１０におい
て、ウエハ搬送体２１は、カセット載置台２０上の処理
前のウエハを収容しているカセットＣＲにアクセスし
て、そのカセットＣＲから１枚の半導体ウエハＷを取り
出し、これをアライメントユニット（ＡＬＩＭ）に搬送
する。

【００３０】ウエハＷは、このアライメントユニット
（ＡＬＩＭ）にて位置合わせが行われた後、主ウエハ搬
送機構２２によりアドヒージョンユニット（ＡＤ）へ搬
送され疎水化処理が行われ、次いでクーリングユニット
（ＣＯＬ）にて所定の冷却処理が行われた後、レジスト
塗布ユニット（ＣＯＴ）に搬送され、ここでレジストの
塗布処理が行われる。

【００３１】次に、ウエハＷは、プリベーキングユニッ
ト（ＰＲＥＢＡＫＥ）において所定温度で所定時間だけ
加熱される。これによって、後述するように、半導体ウ
エハＷ上の塗布膜から残存溶剤が蒸発除去される。その
後、ウエハWは、クーリングユニット（ＣＯＬ）におい
て冷却処理され、その後ウエハ搬送体２６によって搬送
され、インタフェース部１２を介して図示しない露光装
置により露光処理が行われる。

【００３２】次に、ウエハＷは、現像ユニット（ＤＥ
Ｖ）に搬送され、ここで現像処理が行われた後、ポスト
ベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）において例えば１
００℃で所定時間だけ加熱される。これによって、現像
で膨潤したレジストが硬化し、耐薬品性が向上する。そ
の後、ウエハＷは、第３の組Ｇ３のイクステンションユ
ニット（ＥＸＴ）を介してカセットステーション１０に
おけるカセットＣＲに戻される。

【００３３】図４は、基板熱処理装置としての前述した
プリベーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）５１を概略
的に示している。図示のように、ユニット５１は本体４
１を備えており、本体４１の略中央には熱板（プレー
ト）６２が配置されている。この熱板６２内には図示し
ないヒータが内蔵されている。熱板６２はヒータによっ
て例えば５０℃〜２５０℃の範囲で調整可能に加熱され
るようになっている。また、本体４１には、熱板６２の
上方に被せられる上部カバーとしての蓋部５３が設けら
れている。この蓋部５３は、本体４１とともに、熱板６
２を取り囲んで加熱室（熱処理室）Ｓを形成する筐体を
構成する。

【００３４】なお、図示しないが、ウエハＷが載置され
る熱板６２の表面上には、その外周部の複数箇所（例え
ば６箇所）に、ウエハＷを熱板６２上に密着させること
なく熱板６２上で浮かせて保持するプロキシミティシー
トが配置されている。

【００３５】また、本体４１の外周部には、加熱室Ｓの
ガスを排気するための複数の排気口４２が設けられてお
り、これら排気口４２は排気バルブ７０を介して真空ポ
ンプ４８に接続されている。すなわち、排気口４２、排
気バルブ７０、真空ポンプ４８は、加熱室Ｓ内のガスを
排気するための排気手段を構成している。

【００３６】また、蓋部５３の上部中央には、ガス供給
源４３からの例えばエアーを加熱室Ｓに導入するための
ガス導入部５３ａが設けられている。このガス導入部５
３ａは、図６に詳しく示されるように、供給されるエア
ーを所定量充填可能な比較的広いエアー遊び空間として
のバッファ室７７と、このバッファ室７７の直下にこれ
と連通するように位置し且つバッファ室７７を加熱室Ｓ
内に連通させるバッファ室７７よりも狭いガス噴出部と
してのノズル穴７９とを有するハウジング８０から成
る。このように、バッファ室７７と、このバッファ室７
７から加熱室Ｓに向けて直下に延びるノズル穴７９とを
設ければ、ガス導入部５３ａに供給されるエアーの供給
方向とは無関係に、エアーを加熱室Ｓ内に向けて直下に
流すことができる（エアーが加熱室Ｓ内でその供給方向
ばかりに多く流れてしまい、加熱室Ｓ内の片側（エアー
供給方向と反対の側）でエアーの広がりが悪くなるとい
う不都合を生じさせないで済む）。

【００３７】ガス供給源４３からのガス（エアー）は、
供給管６５を介してガス導入部５３ａに供給されるよう
になっている。この場合、供給管６５は、ガス導入部５
３ａの一側方からバッファ室７７に連通するようにハウ
ジング８０に接続される。また、供給管６５の途中に
は、流量調整バルブ５０と、加熱室Ｓへ供給されるエア
ーの温度を調節する温度調節器４５とが介挿されてい
る。すなわち、ガス供給源４３、供給管６５、バルブ５
０、温度調整器４５は、加熱室Ｓ内にガスを供給するた
めのガス供給手段を構成している。

【００３８】また、加熱室Ｓには、加熱室Ｓの圧力を計
測する圧力計４９が設けられており、圧力計４９による
計測結果に基づいて、制御部６１がバルブ５０の開度を
調整して加熱室Ｓの圧力調整を行なうようになってい
る。また、温度調節器４５も制御部６１によって制御さ
れるようになっている。

【００３９】なお、本実施形態において、加熱室Ｓに供
給されるエアーは、２３℃〜２３．５℃に温度調整され
るとともに、湿度が約４５％に維持される。しかしなが
ら、プロセス性能を向上させるためには、温度調節器４
５によって、エアーの温度を熱板６２の温度に応じて変
化させることが望ましい。

【００４０】また、本実施形態のユニット５１は、ノズ
ル穴７９からその直下に吐出されるエアーを加熱室Ｓの
全体に均一に広げるため、改良された２枚の整流板（拡
散手段）７０，７２を加熱室Ｓ内に有している。具体的
には、２つの整流板７０，７２は、互いに上下に平行に
配置されており、加熱室Ｓを３つの空間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３に区画している。図５の（ａ）に詳しく示されるよう
に、上側の第１の整流板７０は、ノズル穴７９から吐出
されるエアーを直下に流すことなく周囲に流すため、ノ
ズル穴７９と対向するその中央部に孔無し領域７４を有
するとともに、この孔無し領域７４の周囲に多数の孔７
０ａを有している。すなわち、第１の整流板７４には、
その中央部の所定の領域（ノズル穴７９と対向する領
域）７４にだけ、孔７０ａが設けられていない。この場
合、第１の整流板７０の直径を３４５．５ｍｍに設定
し、ノズル穴７９の径を４．５ｍｍに設定すると、孔無
し領域７４の直径は８０ｍｍに設定される。この寸法
は、供給されるエアーの流量に依存する。一方、図５の
（ｂ）に示されるように、下側の第２の整流板７２は、
その全体にわたって多数の孔７２ａを有している。

【００４１】また、本実施形態では、第１の整流板７０
の孔無し領域７４によって周囲に流されたエアーを、孔
無し領域７４の直下に回し込むとともに、更に周囲に広
げて加熱室Ｓ内に均一に拡散するために、ノズル穴７９
と整流板７０，７２とウエハＷとを特定の距離で配置し
て、第１の整流板７０および第２の整流板７２の孔径を
互いに異ならせるとともに、第１の整流板７０の孔７０
ａと第２の整流板７２の孔７２ａとが上下で極力重なら
ないようにしている。具体的には、ノズル穴７９の開口
と第１の整流板７０との間の距離Ｌ１が３ｍｍ、第１の
整流板７０と第２の整流板７２との間の距離Ｌ２が８ｍ
ｍ、第２の整流板７２とウエハＷとの間の距離Ｌ３が７
ｍｍに設定され（図４参照）、また、第１の整流板７０
の孔７０ａと第２の整流板７２の孔７２ａとが上下で極
力重ならないように、第１の整流板７０の多数の孔７０
ａが孔無し領域７４を中心として放射状に配列されると
ともに（図５の（ａ）参照）、第２の整流板７２の多数
の孔７２ａが格子状に配列され（図５の（ｂ）参照）、
また、第１の整流板７０の孔７０ａの直径が１ｍｍに設
定されるとともに、第２の整流板７２の孔７２ａの直径
が２ｍｍ（第２の整流板の直径は３４５．５ｍｍ）に設
定されている。すなわち、孔のサイズは第１の整流板７
０よりも第２の整流板７２の方が大きく（本実施形態で
は２倍）設定されている。

【００４２】次に、上記構成のプリベーキングユニット
５１の作用について説明する。

【００４３】まず、レジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）で
レジストの塗布処理が行なわれたウエハWが、プリベー
キングユニット５１内に搬送される。この場合、ウエハ
Ｗは、蓋部５３が上昇した状態で、主ウエハ搬送機構２
２により熱板６２上に載置される。その後、蓋部５３が
下降して加熱室Ｓが形成されるとともに、熱板６２によ
ってウエハＷが所定温度例えば１４０℃まで加熱される
とともに、その温度１４０度で所定時間だけ維持され
る。これによって、ウエハＷ上の塗布膜から残存溶剤が
蒸発除去される。

【００４４】また、このプレベーキング処理において
は、レジストからの昇華物が再び凝結してレジストの表
面に付着したり、レジストからの昇華物が整流板７０，
７２に付着することを防止するために、加熱室Ｓの内部
に充満する溶媒分（揮発分）等を外部に排出しながら熱
処理することが行なわれる。すなわち、ガス供給源４３
から供給管６５を介してガス導入部５３ａに一側方から
エアーが供給される。ガス導入部５３ａに供給されたエ
アーは、一旦、バッファ室７７に充満した後、ノズル穴
７９からその直下に吐出され、第１の整流板７０の孔無
し領域７４によって反射されながら第１の整流板７０に
沿って第１の空間Ｓ１内を周囲に流される。第１の空間
Ｓ１内で周囲に広がるエアーは、その後、第１の整流板
７０の孔７０ａを通じて、第１の整流板７０と第２の整
流板７２との間に形成される第２の空間Ｓ２内に流れ
る。この時、第１の整流板７０と第２の整流板７２との
間の距離Ｌ２が大きく確保されているため、エアーは、
孔無し領域７４の直下にも回り込むようになる。これに
より、エアーは第２の空間Ｓ２内で均一に広がるように
なる。また、この均一に拡散されたエアーは、第２の整
流板７２の孔７２ａを通じて、熱板６２およびウエハＷ
が存在する第３の空間Ｓ３に流れ込み、ウエハＷの表面
に吹き付けられるとともに、加熱室Ｓ（第３の空間Ｓ
３）内でウエハＷ上のレジスト液中から蒸発した溶媒を
伴って、熱板６２の周囲に設けられた排気口４２を通じ
て外部に排出される。

【００４５】このようなエアーの給排（エアーパージ／
排気）は、図７に示されるように、熱処理の前半もしく
は後半で行なわれる。なお、所定のプロセス性能（プロ
セス反応）を確保するためには、熱処理の中間でエアー
の給排を行なうことは望ましくない。エアーの給排によ
って、処理中に温度変化が生じる場合があるからであ
る。

【００４６】図示のように、エアーパージ／排気のＯＮ
／ＯＦＦタイミング、すなわち、制御部６１によるバル
ブ５０の開閉タイミングは、ウエハＷの温度（ベーク時
間）に関連付けられている。例えば、ベーク時間を９０
秒に設定した場合、熱処理の前半にエアーパージ／排気
をＯＮする第１のシーケンス（図７中の下側の矢印）で
は、最初の３０秒（最初の２０秒程度でウエハＷの温度
が所定の温度（１４０℃）に達する）だけエアーパージ
／排気が行なわれる。この場合、昇華物を有効にパージ
するため、エアーの流量が４リットル／分ｍに設定され
る。ただし、プロセス性能を考慮すると、これよりも流
量を少なくすることが望ましい。一方、熱処理の後半に
エアーパージ／排気をＯＮする第２のシーケンス（図７
中の上側の矢印）では、最後の３０秒、すなわち、熱処
理開始後６０秒〜９０秒の間で、エアーパージ／排気が
行なわれる。この場合、昇華物が整流板７０，７２に付
着しないように、エアーの排気流量が８〜１２リットル
／分に設定される。無論、ここで示したシーケンスは単
なる一例であるが、線幅を考慮すると、第２のシーケン
スの方が良く、昇華物を考慮すると、第１のシーケンス
の方が良い。

【００４７】また、このようなエアーの給排が行なわれ
ることによって、ウエハＷ上においてウエハＷの塗布膜
から揮発した溶媒分とエアーとが混合されて濃度分布が
均一化するとともに、加熱室Ｓ内の温度分布も均一化す
る。これにより、ウエハＷの表面での処理ムラの発生が
防止される。すなわち、エアー（パージガス）は、前述
した新規な形態によって上から下に均一拡散して流され
ることにより、ウエハＷから上昇してくる昇華物を、冷
却されて結晶化する前の気体の段階で、加熱室Ｓから未
然にパージし、これにより、昇華物が整流板７０，７２
に付着することを防止するだけでなく、プロセス性能
（ウエハ上のレジスト膜の膜厚や、現像後のパターン線
幅など）の均一化を促進する。つまり、エアーによって
加熱室Ｓ内に所望の気流を発生させて、溶剤雰囲気・酸
性雰囲気を所定量パージすると、加熱室Ｓ内がベーク処
理中に所望の状態で攪拌されて、ウエハＷ面内でのレジ
スト成分揮発の偏りが改善されるとともに、加熱室Ｓ内
の溶剤・酸の飽和量を制御することができ（飽和濃度を
一定にできる）、膜質の制御（膜中を均一にする）を行
なうことができる。なお、加熱室Ｓ内を攪拌する手段と
しては、加熱室Ｓ内に設置した天板（整流板でも良い）
を上下に移動させたり、回転させたりすることも考えら
れる。

【００４８】以上説明した作用効果は、前述したよう
に、バッファ７７および孔無し領域７４を設け、ノズル
穴７９と整流板７０，７２とウエハＷとを特定の距離で
配置するとともに、整流板７０，７２の孔の配置・寸法
を改良したことにより得られるものである。そして、こ
のような作用効果は、図８〜図１０に示される実験デー
タからも明らかとなっている。なお、これらのデータ
は、以下の条件によって行なわれた。 （条件） エアー供給量 ３ リットル／分 整流板の直径 ３４５．５ ｍｍ 第１の整流板の孔径 １ ｍｍ 第２の整流板の孔径 ２ ｍｍ 図８は、熱板６２の各温度におけるレジスト膜厚とベー
ク時間との関係を示したものである。図中、黒丸のプロ
ットは熱板６２の温度が５０℃のものであり、白丸のプ
ロットは熱板６２の温度が７０℃のものであり、白三角
のプロットは熱板６２の温度が９０℃のものであり、白
四角のプロットは熱板６２の温度が１１０℃のものであ
り、×のプロットは熱板６２の温度が１３０℃のもので
ある。図示のように、熱板６２の温度によってレジスト
膜を制御でき、しかも、処理時間の全体にわたってレジ
スト膜厚が均一に維持されていることが分かる。

【００４９】図９は、ノズル穴７９と整流板７０，７２
とウエハＷとの間の距離が線幅（ＣＤ）に及ぼす影響を
示したものである。図中、横軸の測定点０〜４８は、図
１１に示されるように、ウエハＷのアライメント用のノ
ッチＮを通る径線（ウエハＷの中心を通る線）ｌ上に２
４個の点を等間隔にとり（図１１の（ｂ）参照）、ま
た、径線ｌと直交する径線ｍ上に２４個の点を等間隔に
とって、それぞれの点を1〜４８として設定したもので
あり、本実施形態では、径線ｍ上の点を1〜２４とし、
径線ｌ上の点を２５〜４８としている。また、図９中、
実線のプロットは、前述したように、ノズル穴７９の開
口と第１の整流板７０との間の距離Ｌ１を３ｍｍ、第１
の整流板７０と第２の整流板７２との間の距離Ｌ２を８
ｍｍ、第２の整流板７２とウエハＷとの間の距離Ｌ３を
７ｍｍに設定した時のデータであり、破線のプロット
は、ノズル穴７９の開口と第１の整流板７０との間の距
離Ｌ１を３ｍｍ、第１の整流板７０と第２の整流板７２
との間の距離Ｌ２を４ｍｍ、第２の整流板７２とウエハ
Ｗとの間の距離Ｌ３を７ｍｍに設定した時のデータであ
る。これらのデータから分かるように、本実施形態の３
−８−７の距離設定（実線）によれば、各径線ｌ，ｍの
端部の特異領域を除き、ウエハＷの全体にわたって線幅
（ＣＤ）が略均一に維持される。これに対して、破線で
示されるデータでは、第１の整流板７０と第２の整流板
７２との間の距離が十分に確保されていないため、エア
ーが第２の空間Ｓ２内で均一に拡散せず、また、孔無し
領域７４の直下にエアーが十分に回り込まないため、ウ
エハＷ上の位置によって線幅が大きく異なる。

【００５０】図１０は、孔無し領域７４の有無および孔
無し領域７４の直径が線幅（ＣＤ）に及ぼす影響を示し
たものである。図中、実線のひし形のプロットは、孔無
し領域７４を設けなかった場合（塞ぎなし）のものであ
り、実線の四角のプロットは、孔無し領域７４の直径を
８０ｍｍに設定した場合のものであり、実線の白丸のプ
ロットは、孔無し領域７４の直径を１００ｍｍに設定し
た場合のものであり、破線のひし形のプロットは、孔無
し領域７４の直径を１２０ｍｍに設定した場合のもので
ある。また、図中、横軸の測定点０〜４８のとり方は図
９の場合と同様である。この図から分かるように、第１
の整流板７０の中央部に孔無し領域７４を設け、この孔
無し領域７４の直径を８０ｍｍに設定した場合（第１の
整流板７０の直径およびノズル穴７９の直径に依存す
る）に、線幅（ＣＤ）の均一性が最も良好になる。ま
た、孔無し領域７４を設けない場合、あるいは。孔無し
領域７４の直径を大きくすればするほど、線幅の均一性
が悪化する。

【００５１】以上のように、本実施形態のユニット５１
の整流機構によれば、熱処理の前半または後半の短時間
で、加熱室Ｓ内のガスを、デッドスペースを形成するこ
となく均一且つ大量に置換することができる。すなわ
ち、昇華物の置換効率が従来よりも格段に向上し、プロ
セス性能を大幅に向上させることができる。

【００５２】なお、本発明は、前述した実施形態に限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々
変形実施できることは言うまでもない。例えば、前述し
た実施形態では、本発明がプリベーキングユニット５１
に適用されているが、他の全ての熱処理装置に本発明を
適用することができる。また、前述した実施形態では、
パージガスとしてエアーが使用されているが、窒素や不
活性ガスなど、状況に応じて種々のガスをパージガスと
して使い分けることができる。また、前述した実施形態
においては、図１２に示されるように、バッファ室７７
内に複数のフィン９０を設け、図中矢印で示されるよう
に供給管６５からノズル穴７９に至る流通経路を長くし
ても良い。これにより、ガス導入部５３ａに供給された
エアーはバッファ室７７内で攪拌され、ノズル穴７９か
らその直下に安定した量のエアーを吐出することができ
る。

【００５３】また、上記実施形態では、被処理基板とし
て半導体ウエハを用いた場合について説明したが、これ
に限らず、例えばＬＣＤ用のガラス基板やマスク用レチ
クル基板等、他の被処理基板であってもよい。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の基板熱処
理装置及びその整流機構並びに整流方法によれば、パー
ジガスを処理空間内に均一に供給してプロセス性能を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基板熱処理装置を含む基板処理システ
ムの平面図である。

【図２】図１の基板処理システムの正面図である。

【図３】図１の基板処理システムの背面図である。

【図４】本発明の一実施形態に係る基板熱処理装置の概
略断面図である。

【図５】（ａ）は図４の基板熱処理装置に設けられる第
１の整流板の平面図、（ｂ）は図４の基板熱処理装置に
設けられる第２の整流板の平面図である。

【図６】（ａ）は図４の基板熱処理装置に設けられる整
流機構の作用説明図、（ｂ）は（ａ）の整流機構を構成
するガス導入部の断面図である。

【図７】図４の基板熱処理装置の作用効果を実証する実
験データである。

【図８】図４の基板熱処理装置の作用効果を実証する実
験データである。

【図９】図４の基板熱処理装置の作用効果を実証する実
験データである。

【図１０】図４の基板熱処理装置の作用効果を実証する
実験データである。

【図１１】図９および図１０の実験データにおける基板
上の測定点のとり方を説明するための図である。

【図１２】ガス導入部の変形例を示す概略図である。

【図１３】従来の基板熱処理装置におけるパージガスの
流れを示す概略図である。

【符号の説明】

４１…本体 ５１…プリベーキングユニット ５３…蓋部 ５３ａ…ガス導入部 ６２…熱板（プレート） ７０…第１の整流板（拡散手段） ７２…第２の整流板（拡散手段） ７７…バッファ室 ７９…ノズル穴（ガス噴出部） Ｓ…加熱室（熱処理室） Ｗ…基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 出口 雅敏 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H096 AA25 AA27 GA21 GB03 5F046 KA04 KA10

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に熱処理を行なう基板熱処理装置に
   おいて、 基板を載置して熱処理するためのプレートと、 前記プレートを取り囲んで熱処理室を形成する筐体と、 前記熱処理室内にパージガスを供給するためのガス供給
   手段と、 前記熱処理室内のガスを排気するための排気手段と、 前記筐体に設けられ、前記ガス供給手段からのガスを受
   けてこのガスを前記熱処理室内に導入するためのガス導
   入部と、 前記筐体内に設けられ、前記ガス導入部からのガスを前
   記熱処理室内で均一に拡散させる拡散手段とを備え、 前記ガス導入部は、供給されるガスを所定量充填可能な
   バッファ室と、このバッファ室内のガスを前記熱処理室
   に向けて直下に流すガス噴出部とを有していることを特
   徴とする基板熱処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の基板熱処理装置におい
   て、 前記拡散手段は、前記筐体内で互いに上下に平行に配置
   されるとともに、前記熱処理室を３つの空間に区画する
   ２枚の整流板から成り、 上側に位置する第１の整流板は、前記ガス噴出部と対向
   するその中央領域を除いて、多数のガス流通孔が設けら
   れ、 下側に位置する第２の整流板には、その全体にわたっ
   て、多数のガス流通孔が設けられていることを特徴とす
   る基板熱処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の基板熱処理装置におい
   て、 前記第１の整流板のガス流通孔と前記第２の整流板のガ
   ス流通孔とが互いに上下で重ならないように、前記第１
   の整流板のガス流通孔は、孔が設けられていない前記中
   央領域を中心に放射状に配列されるとともに、前記第２
   の整流板のガス流通孔は格子状に配列されていることを
   特徴とする基板熱処理装置。
4. 【請求項４】 請求項２又は請求項３に記載の基板熱処
   理装置において、 前記第２の整流板のガス流通孔の孔径は、前記第２の整
   流板のガス流通孔の孔径よりも大きいことを特徴とする
   基板熱処理装置。
5. 【請求項５】 請求項２から請求項４のうちいずれか１
   項に記載の基板熱処理装置において、 前記第１および第２の整流板によって区画される３つの
   空間のうち、前記ガス導入部と前記第１の整流板との間
   に形成される一番上側の第１の空間は、前記ガス導入部
   からのガスを前記第１の整流板の前記中央領域によって
   反射させながら第１の整流板に沿って周囲に流す空間と
   して形成され、前記第１の整流板と前記第２の整流板と
   の間に形成される第２の空間は、前記第１の整流板のガ
   ス流通孔を通じて流れ込むガスを、前記中央領域の直下
   に回し込むとともに更に周囲に広げて均一に拡散する空
   間として形成されていることを特徴とする基板熱処理装
   置。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項５のうちいずれか１
   項に記載の基板熱処理装置において、 前記ガス供給手段から前記ガス導入部へのガスの供給を
   制御する制御部を更に備え、前記制御部は、前記プレー
   トによる基板の熱処理の初期で前記ガス導入部にガスを
   供給することを特徴とする基板熱処理装置。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項５のうちいずれか１
   項に記載の基板熱処理装置において、 前記ガス供給手段から前記ガス導入部へのガスの供給を
   制御する制御部を更に備え、前記制御部は、前記プレー
   トによる基板の熱処理の後期で前記ガス導入部にガスを
   供給することを特徴とする基板熱処理装置。
8. 【請求項８】 基板に熱処理を行なう基板熱処理装置内
   に供給されるパージガスを整流するための整流機構にお
   いて、 前記基板熱処理装置の筐体に設けられ、供給されるガス
   を受けてこのガスを基板熱処理装置の熱処理室内に導入
   するガス導入部と、 前記筐体内に設けられ、前記ガス導入部からのガスを前
   記熱処理室内で均一に拡散させる拡散手段とを備え、 前記ガス導入部は、供給されるガスを所定量充填可能な
   バッファ室と、このバッファ室内のガスを前記熱処理室
   に向けて直下に流すガス噴出部とを有していることを特
   徴とする整流機構。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の整流機構において、 前記拡散手段は、前記筐体内で互いに上下に平行に配置
   されるとともに、前記熱処理室を３つの空間に区画する
   ２枚の整流板から成り、上側に位置する第１の整流板
   は、前記ガス噴出部と対向するその中央領域を除いて、
   多数のガス流通孔が設けられ、下側に位置する第２の整
   流板には、その全体にわたって、多数のガス流通孔が設
   けられていることを特徴とする整流機構。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の整流機構において、 前記第１の整流板のガス流通孔と前記第２の整流板のガ
    ス流通孔とが互いに上下で重ならないように、前記第１
    の整流板のガス流通孔は、孔が設けられていない前記中
    央領域を中心に放射状に配列されるとともに、前記第２
    の整流板のガス流通孔は格子状に配列されていることを
    特徴とする整流機構。
11. 【請求項１１】 請求項９又は請求項１０に記載の整流
    機構において、 前記第２の整流板のガス流通孔の孔径は、前記第２の整
    流板のガス流通孔の孔径よりも大きいことを特徴とする
    整流機構。
12. 【請求項１２】 基板に熱処理を行なう基板熱処理装置
    内に供給されるパージガスを整流する整流方法におい
    て、 前記基板熱処理装置の熱処理室を、第１および第２の整
    流板によって３つに区画し、 前記基板熱処理装置に供給されるパージガスを、所定量
    のガスを充填可能なバッファ室内に流し、 前記バッファ室内のガスを、前記熱処理室に向けて直下
    に流すことによって、 前記バッファ室と前記第１の整流板との間に形成される
    第１の空間に導入し、 前記第１の空間内に導入されたガスを、前記第１の整流
    板の中央領域によって反射させながら第１の整流板に沿
    って周囲に流し、 前記第１の空間内のガスを、前記第１の整流板のガス流
    通孔を通じて、前記第１の整流板と前記第２の整流板と
    の間に形成される第２の空間に導入し、 第２の空間内に導入されたガスを、前記第１の整流板の
    前記中央領域の直下に回し込むとともに、更に周囲に広
    げて均一に拡散し、 前記第２の空間内のガスを、前記第２の整流板のガス流
    通孔を通じて、前記第２の整流板と基板との間に形成さ
    れる第３の空間に導入することを特徴とする整流方法。