JP2004022805A

JP2004022805A - Heat treatment device and heat treatment method

Info

Publication number: JP2004022805A
Application number: JP2002175626A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Terashita; 寺下　裕一; Kosuke Yoshihara; 吉原　孝介
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-17
Also published as: JP3811103B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat treatment device and a heat treatment method for maintaining the temperature uniformity within the surface of a substrate on which a coat film is formed. <P>SOLUTION: A PEB unit (PEB) comprises a stage 31 for mounting a wafer on which a resist film is formed; a heater 35 for heating the stage 31 to a predetermined temperature; a lift pin 32 arranged through the stage 31; and a elevating device 33 for holding a tip position of the lift pin 32 for supporting the wafer W at an arbitrary height. The wafer W is lifted up above the stage 31 with the lift pin 32 so that the wafer W mounted on the stage 31 and heat processed is cooled approximately evenly all over. At this time, the regulation of the height in holding the wafer W controls cooling speed of the wafer W. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal processing apparatus and a thermal processing method for performing a heating process or a cooling process on a substrate such as a semiconductor wafer on which a coating film such as a resist film is formed.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor device manufacturing process, a predetermined circuit pattern is formed on a surface of a semiconductor wafer by using a so-called photolithography technique. In the photolithography process, for example, a series of processes of applying a photoresist solution to a washed semiconductor wafer to form a resist film, exposing the resist film in a predetermined pattern, and developing the resist film are performed. ing.
[0003]
In recent years, the miniaturization and densification of circuit patterns using KrF lines and ArF lines have been promoted, and a chemically amplified resist has been used as a resist corresponding thereto. When the chemically amplified resist is used, the exposed semiconductor wafer is heated at a predetermined temperature for a predetermined time, cooled to a predetermined temperature, and then subjected to a development process. In the heating / cooling process after the exposure process of the semiconductor wafer, that is, a so-called post-exposure bake process, generally, the exposed semiconductor wafer is placed on a hot plate maintained at a predetermined temperature and held for a predetermined time. Thereafter, a method is adopted in which the semiconductor wafer is placed on a cooling plate maintained at a predetermined low temperature (for example, a temperature near room temperature) and cooled.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, as circuit patterns have been miniaturized and densified, the use of such a post-exposure bake process has necessitated the transfer of semiconductor wafers from a hot plate to a cooling plate. During the transfer of the wafer from the hot plate to the cooling plate, a temperature distribution occurs in the plane of the semiconductor wafer, which causes variations in the time until the stop of the amplification reaction of the chemically amplified resist, thereby lowering CD uniformity. There is a problem. In addition, a difference in the temperature gradient in the cooling process for each semiconductor wafer during the post-exposure bake processing causes a problem that the degree of progress of the amplification reaction of the chemically amplified resist between the semiconductor wafers is different. ing.
[0005]
In addition, in order to obtain a predetermined line width within a predetermined range of variation using a chemically amplified resist, a range of various processing conditions allowed in a photolithography process, that is, a range of a process margin is set. Conventionally, the exposure is performed by providing an allowable range for the exposure amount and the focus value at the time of the exposure process, and the processing conditions are fixed in various thermal processes. However, for example, if a process margin in the post-exposure bake processing can be widened, it is possible to suppress the occurrence of processing defects in the post-exposure bake processing.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a thermal processing apparatus and a thermal processing method that maintain in-plane temperature uniformity of a substrate on which a coating film is formed. Another object of the present invention is to provide a thermal processing apparatus and a thermal processing method for reducing a difference in heat treatment between a plurality of substrates. Still another object of the present invention is to provide a thermal processing apparatus and a thermal processing method that reduce processing defects of a substrate on which a coating film is formed.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a thermal processing apparatus for performing thermal processing of a substrate having a coating film formed on a surface thereof,
A stage for mounting the substrate,
Heating means for heating the stage to a predetermined temperature,
A pin member disposed through the stage and supporting the substrate at its tip,
A pin elevating mechanism that raises and lowers the pin member and holds a tip position of the pin member on which a substrate is supported at an arbitrary height position,
With
The cooling rate of the substrate is adjusted by adjusting the height at which the substrate is lifted and held above the stage so that the substrate placed on the stage and heat-treated is cooled substantially uniformly over the entire substrate. A thermal processing device is provided that is controlled.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a thermal processing apparatus for performing thermal processing on a substrate having a coating film formed on a surface thereof,
A stage having a first plate provided with a heating means, and a second plate disposed on the upper side of the first plate so as to be able to come into contact with and separate from the first plate and mounting a substrate on the upper surface thereof;
An elevating pin that is arranged to be able to move up and down through the stage and elevates the substrate; and a plate elevating mechanism that is arranged to be able to elevate and descend through the first plate and elevates the second plate;
With
The second plate on which the substrate is mounted is placed at a predetermined height above the first plate so that the substrate mounted on the stage and heat-treated is cooled substantially uniformly over the entire substrate. A thermal processing device characterized by being held.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a thermal processing method for performing thermal processing on a substrate having a coating film formed on a surface thereof,
A step of mounting the substrate on which the coating film is formed on a stage held at a predetermined temperature and holding the substrate for a predetermined time,
A step of cooling the substrate mounted on the stage substantially uniformly by cooling the temperature of the stage at a predetermined cooling rate,
A thermal treatment method characterized by having the following.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a thermal processing method for performing thermal processing on a substrate having a coating film formed on a surface thereof,
A step of mounting the substrate on which the coating film is formed on a heating stage held at a predetermined temperature and holding the substrate for a predetermined time,
A step of cooling the substrate substantially uniformly over the entire substrate while controlling the speed of cooling the substrate by adjusting a height position at which the substrate after the heat treatment is lifted and held above the heating stage, and
A thermal treatment method characterized by having the following.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a thermal processing method for performing thermal processing on a substrate having a coating film formed on a surface thereof,
A first plate provided with a heating means, and a second plate disposed on the upper side of the first plate so as to be capable of coming into contact with and separating from the first plate, wherein the first plate is transferred by heat transfer from the first plate. Placing the substrate on which the coating film is formed on the surface of the second plate held at the same temperature as and holding the substrate for a predetermined time;
Cooling the substrate substantially uniformly by lifting and holding the second plate on which the substrate is mounted at a predetermined height above the first plate;
A thermal treatment method characterized by having the following.
[0012]
According to such a thermal processing apparatus and a thermal processing method, a substrate can be cooled at a predetermined cooling rate while ensuring in-plane temperature uniformity. Further, the difference in thermal processing among the plurality of substrates is reduced, and the quality of the substrates is kept constant. Further, by adjusting the cooling rate of the substrate, a process margin for thermal processing can be widened, so that the occurrence of processing defects can be reduced.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a thermal processing method for performing thermal processing on a substrate having a coating film formed on a surface thereof,
The substrate on which the coating film is formed is held at a predetermined height position above a heating stage held at a predetermined temperature, so that the rate of temperature rise of the substrate due to heat transfer from the heating stage is adjusted and the substrate is heated. Raising the temperature of the
By performing the heat treatment of the substrate by placing the substrate on the heating stage and holding for a predetermined time,
A thermal treatment method characterized by having the following.
[0014]
According to such a thermal processing method, a process margin of thermal processing can be widened by adjusting the temperature gradient at the time of heating the substrate, thereby reducing the occurrence of processing defects.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, a hot plate unit (hereinafter, referred to as a “PEB unit”) for performing a post-exposure bake process on a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a “wafer”) to which a resist liquid has been applied and exposed to light is provided. A description will be given of an example of a resist coating / developing processing system that is performed consistently.
[0016]
FIG. 1 is a schematic plan view showing a resist coating / developing processing system 1, FIG. 2 is a front view thereof, and FIG. 3 is a rear view thereof. The resist coating / developing processing system 1 receives a wafer W between a cassette station 10 as a transfer station, a processing station 11 having a plurality of processing units, and an exposure apparatus (not shown) provided adjacent to the processing station 11. And an interface station 12 for handing over.
[0017]
The cassette station 10 loads a plurality of wafers W as objects to be processed, for example, in units of 25 wafers W, into a wafer cassette CR, and loads the wafers W from another system into the resist coating / developing processing system 1; This is for carrying the wafer W between the wafer cassette CR and the processing station 11, such as carrying out the wafer from the coating / developing processing system 1 to another system.
[0018]
In the cassette station 10, as shown in FIG. 1, a plurality of (four in the figure) positioning projections 20a are formed on the cassette mounting table 20 along the X direction in the figure. The cassettes CR can be placed in a row with the respective wafer entrances facing the processing station 11 side. In the wafer cassette CR, the wafers W are arranged in a vertical direction (Z direction). Further, the cassette station 10 has a wafer transfer mechanism 21 located between the cassette mounting table 20 and the processing station 11.
[0019]
The wafer transfer mechanism 21 has a wafer transfer pick 21a that is movable in the cassette arrangement direction (X direction) and the arrangement direction of the wafers W therein (Z direction). The wafer cassette CR can be selectively accessed. The wafer transfer pick 21a is configured to be rotatable in the θ direction shown in FIG. 1, and a third processing unit G on the processing station 11 side described later. ₃ Can be accessed also to the alignment unit (ALIM) and extension unit (EXT) belonging to.
[0020]
On the other hand, the processing station 11 includes a plurality of processing units for performing a series of steps when applying and developing a resist solution on the wafer W, and these are arranged in multiple stages at predetermined positions. In the processing unit, the wafers W are processed one by one. As shown in FIG. 1, the processing station 11 has a wafer transfer path 22a at the center thereof, in which a main wafer transfer mechanism 22 is provided, and all the processing units are arranged around the wafer transfer path 22a. The arrangement is arranged. The plurality of processing units are divided into a plurality of processing units, and each processing unit includes a plurality of processing units arranged in multiple stages along a vertical direction (Z direction).
[0021]
As shown in FIG. 3, the main wafer transfer mechanism 22 is provided with a wafer transfer device 76 inside a cylindrical support 79 so as to be able to move up and down in the vertical direction (Z direction). The cylindrical support 79 is rotatable by a rotational driving force of a motor (not shown), and accordingly, the wafer transfer device 76 is also integrally rotatable. The wafer transfer device 76 includes a plurality of holding arms 78 that are movable in the front-rear direction of the transfer base 77, and the transfer of the wafer W between the processing units is realized by these holding arms 78.
[0022]
As shown in FIG. 1, in the resist coating / developing processing system 1, five processing units G are provided. ₁ ・ G ₂ ・ G ₃ ・ G ₄ ・ G ₅ Are actually arranged around the wafer transfer path 22a. Among these, the first and second processing units G ₁ ・ G ₂ Are arranged in parallel on the front side (front side in FIG. 1) of the resist coating / developing processing system 1, and the third processing unit G ₃ Is disposed adjacent to the cassette station 10 and the fourth processing unit G ₄ Are located adjacent to the interface station 12. Further, the fifth processing unit G ₅ Is located on the back.
[0023]
First processing unit G ₁ Then, a resist coating unit (COT), which is two spinner-type processing units for performing a predetermined process by placing a wafer W on a spin chuck (not shown) in a coater cup (CP), and a developing unit for developing a resist pattern (DEV) are stacked in two stages from the bottom. Second processing unit G ₂ Similarly, as two spinner-type processing units, a resist coating processing unit (COT) and a development processing unit (DEV) are stacked in two stages from the bottom.
[0024]
Third processing unit G ₃ In FIG. 3, as shown in FIG. 3, oven-type processing units for performing a predetermined process by mounting a wafer W on a mounting table SP are stacked in multiple stages. That is, an adhesion unit (AD) for performing a so-called hydrophobizing process for improving the fixability of the resist, an alignment unit (ALIM) for performing the alignment, an extension unit (EXT) for carrying in and out the wafer W, and a cooling process. A cooling plate unit (COL) to be performed and four hot plate units (HP) that perform a heating process on the wafer W before the exposure process and after the development process are stacked in eight stages from the bottom. Note that a cooling plate unit (COL) may be provided instead of the alignment unit (ALIM), and the cooling plate unit (COL) may have an alignment function.
[0025]
Fourth processing unit G ₄ Also, the oven-type processing units are stacked in multiple stages. That is, a cooling plate unit (COL), an extension / cooling plate unit (EXTCOL) which is a wafer loading / unloading unit having a cooling plate, an extension unit (EXT), a cooling plate unit (COL), and two hot plate units (HP) ), Two PEB units (PEB) used exclusively for post-exposure bake processing of the exposed wafer W are stacked in eight stages from the bottom. The structure of the PEB unit (PEB) will be described later in detail.
[0026]
A fifth processing unit G is provided on the back side of the main wafer transfer mechanism 22. ₅ Is provided, the fifth processing unit G ₅ Can move sideways along the guide rail 25 when viewed from the main wafer transfer mechanism 22. Therefore, the fifth processing unit G ₅ Is provided, a space is secured by sliding the guide rail 25 along the guide rail 25, so that maintenance work can be easily performed from behind the main wafer transfer mechanism 22.
[0027]
The interface station 12 has the same length as the processing station 11 in the depth direction (X direction). As shown in FIGS. 1 and 2, a portable pickup cassette CR and a stationary buffer cassette BR are arranged in two stages at the front of the interface station 12, and a peripheral exposure device 23 is arranged at the rear. The wafer transfer mechanism 24 is provided at the center. The wafer transfer mechanism 24 has a wafer transfer arm 24a. The wafer transfer arm 24a moves in the X and Z directions to be able to access both cassettes CR and BR and the peripheral exposure device 23. I have.
[0028]
Note that the wafer transfer arm 24a is rotatable in the θ direction, and the fourth processing unit G of the processing station 11 ₄ , And an unillustrated wafer transfer table on the adjacent exposure apparatus side.
[0029]
In the resist coating / developing processing system 1 described above, first, in the cassette station 10, the wafer transfer pick 21 a of the wafer transfer mechanism 21 is moved to the wafer cassette CR containing the unprocessed wafer W on the cassette mounting table 20. Access to take out one wafer W, the third processing unit G ₃ To the extension unit (EXT).
[0030]
The wafer W is loaded from the extension unit (EXT) into the processing station 11 by the wafer transfer device 76 of the main wafer transfer mechanism 22. Then, the third processing unit G ₃ After being aligned by the alignment unit (ALIM), the wafer is transported to an adhesion processing unit (AD), where it is subjected to a hydrophobizing process (HMDS process) for improving the fixability of the resist. Since this process involves heating, the wafer W is then transferred to a cooling plate unit (COL) by the wafer transfer device 76 and cooled.
[0031]
The wafer W that has been processed by the adhesion processing unit (AD) and has been cooled by the cooling plate unit (COL) or the wafer W that has not been processed by the adhesion processing unit (AD) is continuously processed by the wafer transfer device 76. The wafer is transported to a resist coating unit (COT), where the resist is applied to form a coating film. After the completion of the coating process, the wafer W is transferred to the third processing unit G ₃ Or the fourth processing unit G ₄ Is transferred to a hot plate unit (HP), where it is pre-baked, and then transferred to one of the cooling plate units (COL) where it is cooled.
[0032]
The cooled wafer W is supplied to the third processing unit G ₃ Is transported to the alignment unit (ALIM), where the alignment is performed. ₄ Is transferred to the interface station 12 via the extension unit (EXT).
[0033]
The wafer W is subjected to peripheral exposure by the peripheral exposure device 23 at the interface station 12 to remove excess resist, and then transferred to an exposure device (not shown) provided adjacent to the interface station 12, where the wafer W has a predetermined pattern. An exposure process is performed on the resist film of the wafer W.
[0034]
The exposed wafer W is returned to the interface station 12 again, and the fourth processing unit G is ₄ Is transferred to the extension unit (EXT) belonging to. Then, the wafer W is transferred to the fourth processing unit G by the wafer transfer device 76. ₄ Is transported to a PEB unit (PEB) belonging to the group, and subjected to post-exposure bake processing there. The processing method in the PEB unit (PEB) will be described later in detail. In the post-exposure bake processing, the wafer W is cooled to a predetermined temperature, and the wafer W is thereafter transferred to a cooling plate unit (COL) as needed, where it is further cooled.
[0035]
Thereafter, the wafer W is transferred to a development processing unit (DEV), where the exposure pattern is developed. After the development is completed, the wafer W is transferred to one of the hot plate units (HP) and subjected to post-baking, and then cooled by the cooling plate unit (COL). After such a series of processing is completed, the third processing unit G ₃ Is returned to the cassette station 10 via the extension unit (EXT), and is stored in one of the wafer cassettes CR.
[0036]
Next, the PEB unit (PEB) will be described in detail. FIG. 4 is a sectional view showing an embodiment of the PEB unit (PEB). The PEB unit (PEB) includes a housing 30, a stage 31 on which the wafer W is placed, a lift pin 32 that is disposed to penetrate the stage 31, supports the wafer W at the upper end, and lifts the wafer W, and a lift pin 32. A lifting device 33 for lifting and lowering.
[0037]
On the side wall of the housing 30, a window 30a for carrying in and out the wafer W is formed. The window 30a can be opened and closed by a lid (not shown). An air supply port 30 b for introducing gas is formed on the bottom wall of the housing 30, and the gas introduced into the housing 30 from this is supplied from an exhaust port 30 c formed on the upper wall of the housing 30. It is designed to be exhausted.
[0038]
Proximity pins 34 for supporting the wafer W are provided at a plurality of positions on the surface of the stage 31. The height of the proximity pin 34 can be, for example, about 0.1 mm. However, the proximity pins 34 are not always necessary, and the wafer W may be placed directly on the surface of the stage 31.
[0039]
A heater 35 is built in the stage 31 so that the stage 31 can be heated to a predetermined temperature and held. Further, the heater 35 is controlled to be on / off by, for example, PID control, so that the stage 31 can be cooled at a predetermined speed. However, since the stage 31 has no forced cooling mechanism, the stage 31 cannot be cooled at a cooling speed higher than the natural cooling speed. The pattern of the heater 35 is designed such that the temperature distribution of the wafer W is substantially uniform over the entire wafer W when the wafer W is mounted on the stage 31.
[0040]
The lift pins 32 are fixed to a support 32a, and the elevating device 33 raises and lowers the support 32a, thereby raising and lowering the lift pins 32. The elevating device 33 includes, for example, a guide extending in the extension direction, a slider fitted with the guide, and various linear drive mechanisms such as a belt mechanism and a ball screw mechanism for sliding the slider in the vertical direction. By controlling the driving of the air cylinder and the belt mechanism by connecting the slider and the support base 32a, the lifting speed of the lift pin 32 and the tip position (height position) of the lift pin 32 can be freely adjusted. It has become.
[0041]
The first thermal processing method of the wafer W using the PEB unit (PEB) having such a configuration is as follows. That is, the heater 31 is controlled to maintain the stage 31 at a predetermined temperature. Next, with the window 30a opened, the holding arm 78 holding the wafer W for which the exposure processing has been completed is advanced above the stage 31. Subsequently, when the lifting / lowering device 33 is driven to lift the lift pins 32, the wafer W is transferred from the holding arms 78 to the lift pins 32. When the holding arm 78 is withdrawn after the wafer W is separated from the holding arm 78, and then the lift pins 32 are lowered, the wafer W is supported by the proximity pins 34 provided on the surface of the stage 31, and the heat transmitted from the stage 31 Heat treated. The lift pin 32 is lowered to a position where its tip is housed inside the stage 31.
[0042]
After a lapse of a predetermined time, the lift pin 32 is raised to a predetermined height. Thus, the wafer W is held at a predetermined height above the stage 31 while being supported by the lift pins 32. In this way, it becomes difficult to transfer heat from the stage 31 to the wafer W, so that the temperature of the wafer W decreases. The cooling rate of the wafer W at this time can be adjusted by changing the height position at which the wafer W is held.
[0043]
Suitable conditions for the time for holding the wafer W at a predetermined height position are appropriately determined depending on the reactivity of the resist. These conditions are, for example, assuming that when the amplification reaction of the chemically amplified resist occurs at 100 ° C. (° C.) or more and the stage 31 is maintained at 140 ° C. and the wafer W is heated, The temperature gradient is set so that the temperature gradient from 140 ° C. to 100 ° C. becomes equal for each wafer W, and the temperature uniformity in the plane of the wafer W is maintained. This is because after the temperature of the wafer W becomes 100 ° C. or less, the in-plane temperature uniformity of the wafer W does not affect the CD uniformity, and the difference in temperature gradient between the wafers W at 100 ° C. or less. This also does not cause a difference in the progress of the amplification reaction of the chemically amplified resist.
[0044]
When the temperature of the wafer W has dropped to the predetermined temperature, the holding arm 78 is moved into the housing 30 with the wafer W at a position higher than the height at which the holding arm 78 enters the housing 30. Next, the lift pins 32 are lowered to transfer the wafer W from the lift pins 32 to the holding arm 78. Even if the temperature distribution of the wafer W held by the holding arm 78 is non-uniform, the non-uniformity does not adversely affect the characteristics of the resist film. The wafer W is transferred to a cooling plate unit (COL) and cooled to a lower temperature as needed, and then transferred to a developing unit (DEV) where it is developed.
[0045]
According to such a thermal processing method for the wafer W, the wafer W is not transferred from the stage for performing the heating process on the wafer W to the stage for performing the cooling process on the wafer W as in the related art. It is possible to reduce the difference in the cooling rate for each wafer W generated during the transfer. That is, since the cooling rate for each wafer W can be controlled to be constant, it is possible to suppress the occurrence of variation in quality for each wafer W.
[0046]
Also, when compared with the conventional case where the wafer W is cooled by being transferred from the heated stage 31 to a stage maintained at a low temperature of about room temperature, the wafer W is not transferred within the plane of the wafer W generated when the wafer W is transferred. Disturbance of the temperature uniformity is suppressed. Thereby, the CD uniformity in the plane of the wafer W can be improved.
[0047]
Further, by controlling the height at the time of cooling the wafer W, the cooling rate of the wafer W can be controlled. As a result, a process margin in the post-exposure bake processing can be widened, so that processing defects in the post-exposure bake processing can be reduced. It is preferable that the process margin in the post-exposure bake process is set as wide as possible, as long as the overall throughput of the processing of the wafer W in the resist coating / developing processing system 1 is not reduced.
[0048]
A second thermal processing method of the wafer W using the PEB unit (PEB) is as follows. That is, the wafer W is placed on the stage 31 maintained at a predetermined temperature and held for a predetermined time in the same procedure as the first thermal processing method described above. Thereafter, the wafer W is cooled by cooling the stage 31 at a predetermined cooling rate to a predetermined temperature, for example, a temperature at which the amplification reaction of the chemically amplified resist does not occur by the on / off control of the heater 35. Also in this case, the same effects as those of the above-described first thermal processing method can be obtained. Steps after the temperature of the wafer W becomes equal to or lower than the predetermined temperature are performed in the same manner as in the first thermal processing method.
[0049]
A third thermal processing method for the wafer W using the PEB unit (PEB) is as follows. That is, the wafer W is placed on the stage 31 maintained at a predetermined temperature and held for a predetermined time in the same procedure as the first thermal processing method described above. Next, after a lapse of a predetermined time, the lift pins 32 are raised to a predetermined height at a predetermined speed. As described above, by adjusting the rising speed of the lift pins 32, the wafer W can be cooled at a predetermined cooling speed, and the same effect as the first thermal processing method can be obtained. Note that, after the cooling process of the wafer W in which the lifting speed of the lift pins 32 is adjusted, a process of further cooling the wafer W while holding it at a predetermined height position may be performed continuously. Steps after the temperature of the wafer W becomes equal to or lower than the predetermined temperature are performed in the same manner as in the first thermal processing method.
[0050]
FIG. 5 shows a rotation stage 36 for rotating the entire stage 31 including the elevating device 33 at a predetermined number of rotations around a vertical axis in the PEB unit (PEB) shown in FIG. It is a schematic sectional drawing of the PEB unit (PEB) -A provided with the rotation device 37 which rotates by a number. By applying the above-described first to third thermal processing methods to the wafer W while rotating the rotating stage 36 and rotating the stage 31, for example, it is possible to eliminate the influence of the temperature distribution in the housing 30. And a more uniform thermal treatment can be performed. The rotation speed of the rotation stage 36 is limited to a rotation speed at which the wafer W does not shift in the horizontal direction, regardless of whether the wafer W is supported by the proximity pins 34 or the lift pins 32.
[0051]
The PEB unit (PEB) shown in FIGS. 4 and 5 has a configuration in which air is supplied from the lower side of the housing 30 and exhausted from the upper side, but the PEB unit (PEB) -B shown in FIG. As described above, a configuration in which cooling air is supplied to the surface of the wafer W from the upper side inside the housing 30 and air is exhausted from the bottom wall of the housing 30 may be adopted. As the air supply device 39 that supplies the cooling air to the surface of the wafer W, a device that blows uniform air from the entire lower surface or a device that blows air to a certain area of the wafer W can be used. . In the case of using the latter type, it is preferable to scan the position of the blowing port or rotate the stage 31 so that the cooling air is uniformly applied to the wafer W.
[0052]
Next, still another embodiment of the PEB unit (PEB) will be described. FIG. 7 is a sectional view showing a schematic structure of the PEB unit (PEB) -C. The PEB unit (PEB) -C shown in FIG. 7 includes a housing 40, a first plate 41a having a heater 44, and a second plate 41b disposed above and above the first plate 41a so as to be able to contact and separate from the first plate 41a. , A wafer lift pin 42 disposed through the stage 41, a first lifting device 42a that lifts and lowers the wafer lift pin 42, a plate lift pin 43 disposed through the first plate 41a, and a plate A second elevating device 43a for elevating and lowering the lift pins 43. FIG. 7A shows a state in which the second plate 41b is in contact with the first plate 41a, and FIG. 7B shows a state in which the second plate 41b is at a predetermined height above the first plate 41a. Is shown.
[0053]
On the side wall of the housing 40, a window 40a for carrying in / out the wafer W is formed. The window 40a can be configured to be openable and closable by a lid (not shown). An air supply port 40 b for introducing gas is formed on the bottom wall of the housing 40, and gas introduced into the housing 40 from this is supplied from an exhaust port 40 c formed on the upper wall of the housing 40. It is designed to be exhausted.
[0054]
A heater 44 is built in the first plate 41a, so that the first plate 41a can be heated to a predetermined temperature and held. When the second plate 41b is in contact with the first plate 41a, the temperature is maintained at the same temperature as the first plate 41a.
[0055]
Proximity pins 45 for supporting the wafer W are provided at a plurality of locations on the surface of the second plate 41b. As the second plate 41b, a metal or ceramic having a high thermal conductivity, for example, an aluminum plate or an aluminum nitride (AlN) plate is preferably used. By using such a material, the cooling rate when the second plate 41b is separated from the first plate 41a can be increased, so that the wafer W can be cooled quickly.
[0056]
When the second plate 41b is as thin as possible within a range having a predetermined mechanical strength, the temperature uniformity on the entire surface of the second plate 41b is improved. Further, by making the second plate 41b thinner, the cooling rate of the second plate 41b, that is, the cooling rate of the wafer W is increased. In a state where the second plate 41b is separated from the first plate 41a and held above the first plate 41a, the second plate 41b transfers heat from the first plate 41a to the wafer W on the second plate 41b. Suppress.
[0057]
The plate lift pin 43 may be configured to support the second plate 41b at its distal end to move up and down, and to be separated from the second plate 41b when the second plate 41b is in contact with the first plate 41a. It may be configured to be constantly connected to the back surface of the second plate 41b.
[0058]
The thermal processing method of the wafer W using the PEB unit (PEB) -C having such a configuration is as follows. That is, the second plate 41b is in contact with the first plate 41a, and the second plate 41b is maintained at a predetermined temperature. Next, the window 40a is opened, and the holding arm 78 holding the wafer W on which the exposure processing has been completed is advanced above the stage 41. Subsequently, the wafer lift pins 42 are raised to transfer the wafer W from the holding arms 78 to the wafer lift pins 42. When the holding arm 78 is withdrawn after the wafer W is separated from the holding arm 78, and then the wafer lift pins 42 are lowered, the wafer W is supported by the proximity pins 45 provided on the surface of the second plate 41b. Thus, the wafer W is heated by the heat transmitted from the second plate 41b.
[0059]
After a lapse of a predetermined time, the plate lift pins 43 are raised in a state where the wafer W is mounted on the second plate 41b, and the second plate 41b is raised to a predetermined height position and held. Thereby, the wafer W is cooled. In the cooling process of the wafer W, the second plate 41b suppresses the transfer of heat from the first plate 41a to the wafer W, and the second plate 41b itself has a large thermal conductivity, so that the temperature uniformity is good. Moreover, since the heat dissipation is excellent, the wafer W can be cooled quickly while maintaining the temperature distribution of the wafer W substantially uniformly.
[0060]
When the temperature of the wafer W decreases to a predetermined temperature, the wafer lift pins 42 are raised without changing the height of the second plate 41b. After the wafer W has been supported by the wafer lift pins 42, the plate lift pins 43 are lowered to bring the second plate 41b into contact with the first plate 41a. With the wafer W at a position higher than the height at which the holding arm 78 enters the housing 40, the holding arm 78 is caused to enter the housing 40. Next, the wafer W is transferred from the wafer lift pins 42 to the holding arm 78 by lowering the wafer lift pins 42. The wafer W held by the holding arm 78 is transferred to a cooling plate unit (COL) and cooled to a lower temperature if necessary, and then transferred to a developing unit (DEV) where it is developed.
[0061]
As described above, even in the thermal processing of the wafer W using the PEB unit (PEB) -C, the CD distribution is improved because the temperature distribution over the entire surface of the wafer W is maintained substantially uniform. The difference in thermal processing history for each wafer W is reduced, and the quality of the plurality of wafers W is kept substantially constant. Further, since the cooling rate of the wafer W can be adjusted, a process margin in the post-exposure bake processing can be widened, and the occurrence of processing defects can be suppressed.
[0062]
In the above embodiment, the wafer W is cooled by raising the plate lift pins 43 to separate the second plate 41b on which the wafer W is placed from the first plate 41a and holding the wafer W at a predetermined height. From this state, the wafer lift pins 42 are further raised to separate the wafer W from the second plate 41b, and the wafer W is held at a position higher than the second plate 41b held at a predetermined height. Alternatively, the wafer W may be cooled. Thereby, spaces are respectively formed between the first plate 41a and the second plate 41b and between the second plate 41b and the wafer W, so that heat conduction from the first plate 41a to the wafer W can be reduced. In addition, the cooling process of the wafer W can be accelerated.
[0063]
Further, like the PEB unit (PEB) -B shown in FIG. 6, cooling air is supplied to the surface of the wafer W from above the inside of the housing 40 of the PEB unit (PEB) -C. Exhaust may be performed. Thereby, the cooling process of wafer W can be further accelerated.
[0064]
FIG. 8 is a sectional view showing a schematic configuration of another stage 51 used in place of the stage 41 provided in the PEB unit (PEB) -C. The stage 51 includes a first plate 51a having a built-in heater 54 and a second plate 51b in which a coolant channel 52 for flowing a coolant (for example, temperature-regulated water) adjusted to a predetermined temperature is provided. Have been. Proximity pins 53 are provided on the surface of the second plate 51b. In FIG. 8, the illustration of the wafer lift pins 42 and the plate lift pins 43 is omitted.
[0065]
As a method of cooling the wafer W using the stage 51, first, when the second plate 51b is in contact with the first plate 51a, the second plate 51b When the second plate 51b is raised to maintain the same temperature as the plate 51a and cool the wafer W, the second plate 51b is forcibly cooled by flowing a coolant of a predetermined temperature through the coolant flow path 52. Thus, there is a method of cooling the wafer W.
[0066]
As a second method, the heater 54 is turned off in a state where the second plate 51b is kept in contact with the first plate 51a, and a predetermined temperature of the refrigerant is caused to flow through the refrigerant flow passage 52 to forcibly force the second plate 51b. A method of cooling the wafer W while cooling the first plate 51a by cooling the first plate 51a may be used. When forced cooling of the second plate 51b can be performed in this manner, the wafer W can be rapidly cooled.
[0067]
In the PEB unit (PEB) -C including the stage 41 or the stage 51, the temperature uniformity of the wafer W is further improved by rotating the wafer W around the vertical axis during the heating process and the cooling process of the wafer W. It is also preferable to hold. The method of rotating the wafer W in the PEB unit (PEB) -C is a method of rotating the stage 41 (or 51) as in the case of the PEB unit (PEB) -B shown in FIG.
[0068]
When it is desired to rotate the wafer W only during the cooling process of the wafer W, the second plate 41b (or 51b) is raised to a predetermined position, and then the second plate 41b (or 51b) is received from the plate lift pins 43. A method of mounting a plate rotating member capable of rotating the second plate 41b (or 51b) in the housing 40 while holding the second plate 41b (or 51b). More specifically, as the plate rotating member, a ring-shaped support member having an inner diameter longer than the outer diameter of the second plate 41b (or 51b), and provided on the ring-shaped support member, It is freely slidable in the radial direction, and can support the second plate 41b (or 51b) when slid to the center side, and the second plate 41b (or 51b) is ringed when slid to the peripheral side. And a rotary pin for rotating the ring-shaped support member about a vertical axis.
[0069]
By using the above-described PEB units (PEB), -A, -B, and -C, the rate of temperature rise during the post-exposure bake processing of the wafer W can be adjusted. The margin can be widened to reduce the occurrence of processing defects.
[0070]
Specifically, when the PEB unit (PEB) shown in FIG. 4 is used, first, the lift pins 32 receive the wafer W from the holding arm 78 above the stage 31 maintained at a predetermined temperature. Next, without immediately placing the wafer W on the stage 31, the lift pins 32 are lowered by a predetermined length to change the height position at which the wafer W is held, and the temperature of the wafer W due to heat transfer from the stage 31 is changed. The rising gradient is adjusted, and the wafer W is heated. Subsequently, the wafer W is placed on the stage 31 and held for a predetermined time. The rate of temperature rise of the wafer W in the post-exposure bake process can also be adjusted by adjusting the rate at which the wafer W descends toward the stage 31.
[0071]
By using such a method of raising the temperature of the wafer W, a process margin at the time of raising the temperature of the wafer W in the post-exposure bake processing can be widened, so that the occurrence of processing defects can be reduced.
[0072]
The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments. In the above description, a case was described in which the present invention was applied to a PEB unit (PEB) for performing post-exposure bake processing of a resist film. However, the present invention provides a pre-bake processing after resist film application and a post-bake processing after development processing. It can also be applied to a hot plate unit (HP) to be performed. Further, the type of the coating film is not limited to the resist film, but may be an interlayer insulating film or a protective film. In the above description, a semiconductor wafer is taken as a substrate, but the present invention can be applied to a photolithography process of another substrate such as a liquid crystal display (LCD) substrate.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the substrate can be cooled at a predetermined cooling rate while ensuring in-plane temperature uniformity. This improves the quality of the substrate. Further, the difference in thermal processing among a plurality of substrates can be reduced, and the quality of the substrates can be kept constant. Further, by adjusting the cooling rate and the temperature rising rate of the substrate, a process margin of the thermal processing can be widened, so that the occurrence of processing defects can be reduced and the yield can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing an embodiment of a resist coating / developing processing system.
FIG. 2 is a schematic front view showing an embodiment of a resist coating / developing processing system.
FIG. 3 is a schematic rear view showing an embodiment of a resist coating / developing processing system.
FIG. 4 is a schematic sectional view showing one embodiment of a PEB unit.
FIG. 5 is a schematic sectional view showing another embodiment of the PEB unit.
FIG. 6 is a schematic sectional view showing still another embodiment of the PEB unit.
FIG. 7 is a schematic sectional view showing still another embodiment of the PEB unit.
FIG. 8 is a schematic sectional view showing another embodiment of the stage provided in the PEB unit shown in FIG. 7;
[Explanation of symbols]
1: resist coating and development processing system
30; housing
31; stage
32; lift pin
33; lifting device
34; Proximity pin
35; heater
41; stage
41a; first plate
41b; 2nd plate
42; Wafer lift pin
43; plate lift pin
44; heater
51; Stage
51a; first plate
51b; 2nd plate
52; refrigerant channel
PEB / PEB-A / PEB-B / PEB-C; PEB (post exposure bake) unit

Claims

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。A thermal processing apparatus for performing thermal processing of a substrate having a coating film formed on a surface thereof,
A stage for mounting the substrate,
Heating means for heating the stage to a predetermined temperature,
A pin member disposed through the stage and supporting the substrate at its tip,
A pin elevating mechanism that raises and lowers the pin member and holds a tip position of the pin member on which a substrate is supported at an arbitrary height position,
With
The cooling rate of the substrate is adjusted by adjusting the height at which the substrate is lifted and held above the stage so that the substrate placed on the stage and heat-treated is cooled substantially uniformly over the entire substrate. A thermal processing device characterized by being controlled.

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。A thermal processing apparatus for performing thermal processing of a substrate having a coating film formed on a surface thereof,
A stage having a first plate provided with a heating means, and a second plate disposed on the upper side of the first plate so as to be able to come into contact with and separate from the first plate and mounting a substrate on the upper surface thereof;
An elevating pin that is arranged to be able to move up and down through the stage and elevates the substrate; and a plate elevating mechanism that is arranged to be able to elevate and descend through the first plate and elevates the second plate;
With
The second plate on which the substrate is mounted is placed at a predetermined height above the first plate so that the substrate mounted on the stage and heat-treated is cooled substantially uniformly over the entire substrate. A thermal processing device characterized by being held.

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。The plate lifting mechanism has a height adjustment mechanism that holds the second plate at an arbitrary height position above the first plate,
The cooling rate of the said board | substrate is controlled by adjusting the height which lifts the said 2nd plate in which the said board | substrate was mounted above the 1st plate and holds, and controls the said board | substrate. Thermal processing equipment.

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。4. The thermal processing apparatus according to claim 2, wherein the second plate is made of a metal or a ceramic having a high thermal conductivity. 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。The second plate has a coolant channel inside,
The thermal processing according to any one of claims 2 to 4, wherein the second plate is forcibly and substantially uniformly cooled by flowing a coolant having a predetermined temperature through the coolant channel. apparatus.

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。3. The apparatus according to claim 2, further comprising a second plate rotating mechanism configured to rotate the second plate around a vertical axis at a predetermined number of rotations in a state where the second plate is separated from the first plate. The thermal processing device according to claim 5.

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。Further provided with a blowing device for blowing a cooling gas to the surface of the substrate after the heat treatment,
The thermal gas according to any one of claims 1 to 6, wherein the cooling gas is uniformly blown to the substrate by changing a position of an air outlet through which the cooling gas is blown from the air blowing device. Processing equipment.

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。The thermal processing apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a stage rotating mechanism configured to rotate the stage around a vertical axis at a predetermined number of rotations.

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。A thermal processing method for performing thermal processing on a substrate having a coating film formed on a surface thereof,
A step of mounting the substrate on which the coating film is formed on a stage held at a predetermined temperature and holding the substrate for a predetermined time,
A step of cooling the substrate mounted on the stage substantially uniformly by cooling the temperature of the stage at a predetermined cooling rate,
A thermal treatment method comprising:

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。A thermal processing method for performing thermal processing on a substrate having a coating film formed on a surface thereof,
A step of mounting the substrate on which the coating film is formed on a heating stage held at a predetermined temperature and holding the substrate for a predetermined time,
A step of cooling the substrate substantially uniformly over the entire substrate while controlling the speed of cooling the substrate by adjusting a height position at which the substrate after the heat treatment is lifted and held above the heating stage, and
A thermal treatment method comprising:

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。A thermal processing method for performing thermal processing on a substrate having a coating film formed on a surface thereof,
A first plate provided with a heating means, and a second plate disposed on the upper side of the first plate so as to be capable of coming into contact with and separating from the first plate, wherein the first plate is transferred by heat transfer from the first plate. Placing the substrate on which the coating film is formed on the surface of the second plate held at the same temperature as and holding the substrate for a predetermined time;
Cooling the substrate substantially uniformly by lifting and holding the second plate on which the substrate is mounted at a predetermined height above the first plate;
A thermal treatment method comprising:

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。The thermal processing method according to claim 11, wherein in the step of cooling the substrate, a cooling position of the substrate is controlled by adjusting a height position at which the second plate is held.

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。13. The thermal processing method according to claim 11, wherein the second plate is forcibly cooled substantially uniformly while the second plate is held above the first plate.

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。The heat according to any one of claims 11 to 13, wherein the second plate is rotated at a predetermined number of revolutions while the second plate is held above the first plate. Processing method.

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。15. The cooling gas according to claim 11, wherein the cooling gas is sprayed substantially uniformly on the surface of the substrate placed on the second plate while the second plate is held above the first plate. The thermal treatment method according to any one of the preceding claims.

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。A thermal processing method for performing thermal processing on a substrate having a coating film formed on a surface thereof,
The substrate on which the coating film is formed is held at a predetermined height position above a heating stage held at a predetermined temperature, so that the rate of temperature rise of the substrate due to heat transfer from the heating stage is adjusted and the substrate is heated. Raising the temperature of the
By performing the heat treatment of the substrate by placing the substrate on the heating stage and holding for a predetermined time,
A thermal treatment method comprising: