JP6384414B2 - 基板加熱装置、基板加熱方法、記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、加熱板に載置された基板を加熱する基板加熱装置、基板加熱方法及びコンピュータプログラムを含む記憶媒体に関する。

半導体装置の製造工程においては、その表面に薬液が塗布された基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）を加熱装置にて加熱処理する工程が含まれる。この加熱処理は薬液から発生する昇華物を除去するために、処理容器内に設けた加熱板にウエハを載置し、当該処理容器内を排気しながら行われる場合がある。例えば階層構造を備える半導体製造装置において、そのような加熱装置が各層ごとに設けられ、各層には前記処理容器を各々含む複数の加熱モジュールが設けられるように構成される場合がある。そして、例えば同じ層に設けられる各処理容器は、ダンパーを備えた排気管を介して共通の排気ダクトに各々接続され、この排気ダクト内が所定の排気量で排気される。

前記加熱モジュールにおいて、ウエハの面内の膜厚の均一性を高くすること及び昇華物を確実に処理容器内から除去することの両立を図るために、１枚のウエハの処理中に処理容器内の排気量を変更することが検討されている。しかし上記の加熱装置においては１つの処理容器の排気量が変更されると、この処理容器と排気ダクトを共有する他の処理容器の排気量が変動してしまい、当該他の処理容器内にて上記の昇華物の除去能力が低下したり、膜厚の均一性が低下するおそれがある。

上記の処理容器の排気量の変動について、排気ダクトに３つ処理容器が接続されている場合の一例を説明する。排気ダクト内が３０L／分で排気され、各処理容器は、各処理容器に接続される排気管のダンパーが開いた状態で例えば１０L／分で排気されているものとする。その状態から１つの処理容器に接続される排気管のダンパーが閉じて、当該処理容器の排気量が０L／分になったとすると、排気ダクト内が３０Lで排気されていることから、他の２つの処理容器では排気量が３０／２＝１５L／分に上昇してしまう。

特許文献１にはウエハの処理中に、処理容器内に供給するパージガスの供給量を変更する加熱装置について記載されている。また、特許文献２には、複数のカップがダンパーを備えた排気管を介して共通の排気ダクトに接続され、各カップの排気量が個別に制御される液処理装置について記載されている。しかし、これらの装置は、上記の問題を解決できるものではない。

特開２００２−１８４６８２号公報 特開２０１０−４５１８５号公報

本発明はこのような事情においてなされたものであり、その目的は、基板を処理する処理容器を含む複数の加熱モジュールと、各加熱モジュールに共通の排気路と、を備える基板加熱装置において、各加熱モジュールにおける排気量を精度高く制御することである。

本発明の基板加熱装置は、
基板を載置して加熱処理するための加熱板が内部に配置された処理容器と、この処理容器内の処理雰囲気にパージ用の気体を取り込むための給気口と、前記処理雰囲気を排気する排気口と、を各々備えた複数の加熱モジュールと、
前記複数の加熱モジュールの各々の排気口に接続された個別排気路と、
前記複数の加熱モジュールの各個別排気路の下流端に共通に接続された共通排気路と、
前記各個別排気路に分岐して設けられ、前記処理容器の外部に開口する分岐路と、
前記排気口側から前記共通排気路に排気される排気量と前記処理容器の外部から前記分岐路を介して前記共通排気路に取り込まれる取り込み量との流量比を調整するための排気量調整部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の基板加熱方法は、
基板を載置して加熱処理するための加熱板が内部に配置された処理容器と、この処理容器内の処理雰囲気にパージ用の気体を取り込むための給気口と、前記処理雰囲気を排気する排気口と、を各々備えた複数の加熱モジュールと、
前記複数の加熱モジュールの各々の排気口に接続された個別排気路と、
前記複数の加熱モジュールの各個別排気路の下流端に共通に接続された共通排気路と、
前記各個別排気路に分岐して設けられ、前記処理容器の外部に開口する分岐路と、を備えた基板加熱装置を用い、
前記加熱板に基板を載置する工程と、
前記排気口側から前記共通排気路に排気される排気量と前記処理容器の外部から前記分岐路を介して前記共通排気路に取り込まれる取り込み量との流量比を排気量調整部により調整して、前記処理雰囲気内を低い排気量で排気する低排気状態とする工程と、
この工程の後、流量比を排気量調整部により調整して、前記処理雰囲気内を前記低い排気量よりは多い排気量で排気する高排気状態とする工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の記憶媒体は、加熱板に載置した基板を加熱処理する基板加熱装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記プログラムは上記の基板加熱方法を実行するためにステップが組まれていることを特徴とする。

本発明によれば、複数の加熱モジュールの各個別排気路に接続された共通排気路と、前記各個別排気路に分岐して設けられ、前記処理容器の外部に開口する分岐路と、処理容器内を排気する排気口から共通排気路に排気される排気量と前記処理容器の外部から前記分岐路を介して前記共通排気路に取り込まれる取り込み量との流量比を調整するための排気量調整部と、を備える。これによって、各加熱モジュールの前記排気口からの排気量が変更可能であり、且つこの変更による個別排気路から共通排気路への排気量の変動を抑えることができる。従って、各加熱モジュールの処理容器内の排気量を精度高く制御することができる。結果として、加熱処理により基板に形成される塗布膜の面内均一性が低下することを抑えることができ、且つ処理容器内が前記塗布膜から発生する昇華物により汚染されることを防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る加熱装置の全体構成図である。 前記加熱装置を構成する加熱モジュールの縦断側面図である。 前記加熱モジュールのダンパーの状態を示す模式図である。 前記ダンパーの状態を示す模式図である。 加熱モジュールにおいて、前記ダンパーを切り替えるタイミングとウエハの温度との関係を示すグラフ図である。 加熱装置において、前記ダンパーを切り替えるタイミングとウエハの温度との関係を示すグラフ図である。 前記ウエハの処理中の所定の時刻におけるダンパーの状態を示す模式図である。 加熱モジュールにおいて、前記ダンパーを切り替えるタイミングとウエハの温度との関係を示すグラフ図である。 加熱モジュールの他の構成例を示す縦断側面図である。 ダンパーの他の構成を示す説明図である。 ダンパーの他の構成を示す説明図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 ダンパー及び分岐管の他の構成を示す縦断側面図である。 ダンパー及び分岐管の他の構成を示す縦断側面図である。

本発明の実施の形態に係るウエハＷの加熱装置１について、図１の概略構成図を参照しながら説明する。この加熱装置１は、当該加熱装置１の外部にて表面に薬液が塗布されたウエハＷを加熱する。この例ではウエハＷの直径は３００ｍｍである。また、前記薬液としては比較的分子量が低いポリマー（低分子ポリマー）と架橋剤とを含み、例えば２５０℃に加熱されることで前記ポリマーの架橋反応が起こり、炭素を主成分とするＳＯＣ膜と呼ばれる有機膜を形成する。この有機膜における炭素の含有率は、例えば９０％以上である。また、この有機膜には加熱装置１による加熱処理後、加熱装置１の外部にてＳＯＧ膜と呼ばれる酸化シリコンを含む膜、レジスト膜がこの順に積層される。ドライエッチングにより前記レジスト膜に形成されるパターンが、順次下層の膜に転写される。つまりこの有機膜は炭素を主成分として構成され、当該有機膜の下層の膜をエッチングするためのパターンマスクとなる。

加熱装置１の説明に戻って、当該加熱装置１は、前記ウエハＷを各々加熱する加熱モジュール２Ａ〜２Ｃと、排気ダクト１１と、制御部１２と、を備えている。排気ダクト１１は横方向に伸びるように設けられ、その下流側は加熱装置１が設けられる工場の排気路に接続されている。この排気ダクト１１の伸長方向の互いに異なる箇所には、加熱モジュール２Ａ〜２Ｃを各々構成する個別排気路をなす排気管３０の下流端が接続されている。つまり、排気ダクト１１は加熱モジュール２Ａ〜２Ｃに対する共通排気路を構成する。排気ダクト１１内は所定の排気量で、常時排気されており、加熱モジュール２Ａ〜２Ｃから流入する昇華物の凝結を防ぐためにヒーター（不図示）により加熱されている。

加熱モジュール２Ａ〜２Ｃは互いに同様に構成されており、各々独立してウエハＷに加熱処理を行うことができる。加熱モジュール２Ａ〜２Ｃのうち代表して、図２にその縦断側面を示す加熱モジュール２Ａについて説明する。図中２１は水平な円形の加熱板であり、ヒーター２２を備えており、加熱板２１の表面に載置されたウエハＷが加熱される。図中２３は、加熱板２１の底面及び側面を囲んで支持するベースであり、有底の筒状に形成されている。図中２４はベース２３の上端をなすフランジである。図中２５は加熱板２１及びベース２３を上下方向に貫通する昇降ピンであり、図示しない搬送機構と加熱板２１との間でウエハＷの受け渡しを行う。

このフランジ２４の外周には起立した円筒状のシャッタ２６が設けられ、シャッタ２６の上端は、ベース２３及び加熱板２１の上方にて外側に広がりフランジ２７を形成している。シャッタ２６の下端は内方へ向かい、リング２８を形成している。リング２８はベース２３のフランジ２４と重なり、シャッタ２６とベース２３との間でガスが漏れることを防ぐように形成されている。図中２９は昇降機構であり、加熱板２１に対してシャッタ２６を昇降させる。シャッタ２６はウエハＷの処理時には図２に示す位置にあり、加熱板２１に対するウエハＷの受け渡し時には、当該受け渡しの妨げにならないように図２に示す位置から下降する。

シャッタ２６の上方には、当該シャッタ２６及び加熱板２１を覆うように円形のカバー３１が、当該加熱板２１に対向して設けられており、当該カバー３１、ベース２３、シャッタ２６によりウエハＷを処理する処理容器２０が構成され、処理容器２０内がウエハＷの処理雰囲気として構成される。カバー３１の天井部には、加熱板２１上に載置されるウエハＷの中心部と対向するように排気口３２が開口する。このようにウエハＷの上方に排気口３２を形成するのは、処理容器２０内を排気するにあたり圧力損失が抑えられ、比較的大きい流量で前記排気を行えるようにするためである。前記有機膜については、昇華物の発生量が比較的多いため、このように排気量を大きくできる構成とすることが有利である。また、カバー３１とシャッタ２６のフランジ２７との間の隙間は、加熱板２１の周方向に沿って設けられる給気口３３を構成し、当該給気口３３はウエハＷの全周に亘って形成される。図中Ｈ１で示す給気口３３の上下の幅は、例えば０．５ｍｍ〜１ｍｍである。また、図中Ｈ２で示す加熱板２１の表面からカバー３１の裏面までの高さは、例えば３０ｍｍである。

前記排気口３２を介して処理容器２０内を排気できるように、カバー３１には前記排気管３０の一端が接続されている。排気管３０の他端は、上記のように排気ダクト１１に接続されており、既述のように排気ダクト１１内が排気されているため、処理容器２０内の処理雰囲気は当該排気ダクト１１へ排気される。そのように処理容器２０内が排気されることで、給気口３３を介して処理容器２０内の排気量に応じた流量で、当該処理容器２０の外側から処理容器２０内に気体例えばエアが取り込まれる。そして、このエアはウエハＷの周縁部から中心部へ向けてウエハＷの径方向に沿って流れ、処理雰囲気をパージし、排気口３２に流入して排気される。

また、排気管３０は分岐して分岐路をなす分岐管３４を形成し、この分岐管３４の他端は処理容器２０の外部における大気雰囲気（エア雰囲気）に開口している。そして分岐管３４には排気量調整部をなし、開閉自在なダンパー３５が介設されている（図１参照）。図３は加熱モジュール２Ａの上面を示し、前記ダンパー３５については開いた状態を模式的に示しており、この状態の加熱モジュール２Ａのガスの流れを矢印により示している。このガスの流れについて具体的に説明すると、排気ダクト１１内の排気によって前記大気雰囲気から分岐管３４及び排気管３０を介して当該排気ダクト１１内にエアが流入する。従って、分岐管３４から排気管３０へ流れるエアの流量と処理容器２０内から排気されるエアの流量との合計が、排気管３０から排気ダクト１１へ流れるエアの流量となる。そのため、例えば排気管３０から排気ダクト１１内へ１０Ｌ／分でエアが流入しているものとし、分岐管３４のエアの流量をａＬ／分とすると、処理容器２０内の排気量は（１０−ａ）Ｌ／分であり、ａ＞０であるため、処理容器２０内の排気量は１０L／分よりも低い。

図３に示す状態からダンパー３５の開度が低下すると、分岐管３４から排気管３０へ流れるエアの流量ａが低下するが、このａの低下分を補償するように処理容器２０の外部から給気口３３を介して処理容器２０内へ供給され、排気管３０へ流入するエアの流量が多くなる。つまり、処理容器２０内の排気量が増大する。このようにダンパー３５は、処理容器２０の排気口３２から排気ダクト１１に排気される排気量と分岐管３４から排気ダクト１１に取り込まれる取り込み量との流量比を調整する。図４は、ダンパー３５が閉じられた状態を図３と同じく模式的に示しており、ダンパー３５が閉じられたときには分岐管３４のエアの流量ａ＝０となるため、処理容器２０内の排気量は（１０−０）＝１０Ｌ／分である。この図４に示す状態からダンパー３５が再度開かれると、ａの値が上昇するので、処理容器２０内の排気量は再び低下する。

このようにダンパー３５を開閉することによって、処理容器２０内の排気量が切り替わる。これ以降、図３に示すようにダンパー３５が開き、処理容器２０内の排気量が低くなった状態を低排気あるいは低排気状態と記載し、図４に示すようにダンパー３５が閉じて、処理容器２０内の排気量が高くなった状態を高排気あるいは高排気状態と記載する場合がある。上記のように加熱モジュール２Ａにおいて、分岐管３４の端部及び処理容器２０の給気口３３から夫々排気ダクト１１へエアが供給される構成としているため、分岐管３４のダンパー３５の開閉により処理容器２０の高排気と低排気とが切り替わっても、排気管３０から排気ダクト１１へのエアの流量が変動することが抑えられる。そのように排気ダクト１１へのエアの流量の変動が抑えられることから、加熱モジュール２Ｂ、２Ｃの各排気管３０から排気ダクト１１への排気量の変動が抑えられるので、これら加熱モジュール２Ｂ、２Ｃの各処理容器２０内の排気量の変動が抑えられる。同様に、加熱モジュール２Ｂ、２Ｃで夫々高排気と低排気とが切り替わっても、他の加熱モジュールの処理容器２０内の排気量の変動が抑えられる。

ところで後述の評価試験より、処理容器２０内が低排気であるときに処理容器２０内の排気量は0.16Ｌ／分以下であることが好ましい。排気量をこのように十分低い値にするためには分岐管３４の圧力損失を抑え、当該分岐管３４からのエアの流量が多くなるように構成する。配管の圧力損失は、配管の内径の大きさに反比例し、且つ配管の管路の長さに比例するので、分岐管３４における配管の管路の長さ／配管の内径（＝Ａ）の値は、排気管３０における配管の管路の長さ／配管の内径の値（＝Ｂ）に比べて十分に小さくなるように構成され、例えばＡ/Ｂは１/２５以下とされる。

続いて、図１に示すコンピュータである制御部１２について説明する。制御部１２には、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）及びメモリーカードなどの記憶媒体に格納されたプログラムがインストールされる。インストールされたプログラムは、加熱装置１の各部に制御信号を送信してその動作を制御するように命令（各ステップ）が組み込まれている。具体的には、各加熱モジュール２Ａ〜２Ｃについてのダンパー３５の開閉、ヒーター２２への供給電力の制御、シャッタ２６及び昇降ピン２５の昇降等の各動作が、前記プログラムにより制御される。

加熱モジュール２Ａ〜２Ｃでは、ウエハＷの加熱処理中に既述の処理容器２０内の低排気状態と高排気状態とが切り替わるが、この切り替えを行う理由を説明する。背景技術の項目で説明したようにウエハＷを加熱すると、ウエハＷ表面の薬液の塗布膜から昇華物が発生する。この昇華物がウエハＷや処理容器２０内に付着して凝結するとパーティクルとなる。この昇華物を処理容器２０内から除去し、前記パーティクルによる汚染を防ぐ観点からは、高排気で排気することが望ましい。

しかしウエハＷの処理開始から処理終了まで、高排気で処理を行うとすると、排気口３２の下方、即ちウエハＷの中心部における膜厚が、周縁部の膜厚に比べて大きくなってしまう。これは、上記の架橋反応が起きる前の塗布膜は粘性が低く、処理容器２０内の気流に曝されることでその膜厚が低下する性質を持つが、高排気状態においてはウエハＷの周縁部から中心部に向けて流れるエアが、ウエハＷの中心部に到達する前に排気口３２へ向けて、つまり上方へと吸引されてしまうために起こる。即ち、ウエハＷの中心部が気流に曝され難いために起きる。

前記架橋反応が起きて塗布膜の粘性が高くなり、当該塗布膜が硬化することで、塗布膜の膜厚は上記の気流による影響を受け難くなる。また、ウエハＷの温度が高くなることで余剰の低分子ポリマーや架橋剤が昇華し、塗布膜から昇華物が発生しやすいが、ウエハＷの温度が低いときには昇華物が発生しない。従って、ウエハＷの処理開始から所定の時間は低排気にしてウエハＷの面内の膜厚分布の均一性の低下を抑え、前記所定の時間が経過した後に高排気にして、昇華物を除去することが有効である。

図５のグラフは、ウエハＷに加熱処理を行うにあたりそのように排気を切り替えるときのダンパー３５の開閉のタイミングを示しており、グラフの縦軸はウエハＷの温度（単位：℃）、グラフの横軸は処理時間を夫々示す。加熱モジュール２Ａ〜２Ｃは、いずれもこのタイミングチャートに従って処理される。代表して加熱モジュール２Ａの処理について説明すると、先ず、例えば上記の塗布膜が形成されたウエハＷが処理容器２０に搬入される前に、図３に示したようにダンパー３５が開かれて処理容器２０内が低排気とされ、0.16Ｌ／分以下の排気量で排気される。そして前記ウエハＷが例えば４５０℃に加熱された加熱板２１上で昇降ピン２５に受け渡され、当該昇降ピン２５が下降してウエハＷが加熱板２１上に載置される（時刻Ｔ０）。処理容器２０内が低排気であるため、処理容器２０の外部から処理容器２０内へ流れ込んだ気流はウエハＷの周縁部から中心部へ向けて流れ、当該中心部から上方の排気口３２へ向かって流れて排気される。つまり、ウエハＷの中心部及び周縁部が共に気流に曝されながら、ウエハＷが昇温する。

そしてウエハＷの温度が、前記塗布膜にて架橋反応が開始される温度（架橋温度）である２５０度に達し、塗布膜が硬化し始める。ウエハＷの温度がさらに上昇して前記架橋反応が進行し、塗布膜の硬化が進行すると共に、塗布膜からの昇華物の発生量が増大する。そして、時刻Ｔ０から所定の時間経過した時刻Ｔ１になると、図４に示したようにダンパー３５が閉じられ、処理容器２０内が高排気となる。時刻Ｔ０〜時刻Ｔ１間は、例えば１０秒である。高排気となったことで塗布膜から発生した昇華物は、速やかに排気口３２から排気されて処理容器２０内から除去され、ウエハＷはさらに昇温して４５０℃になる。然る後、昇降ピン２５によりウエハＷが加熱板２１から持ち上げられて当該ウエハＷの温度が下降すると共に、ダンパー３５が開かれ（時刻Ｔ２）、処理容器２０内が低排気となる。そして、ウエハＷは搬送機構により処理容器２０から搬出される。

続いて、加熱装置１全体の動作の一例について説明する。この加熱装置１には例えば加熱モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃの順に繰り返しウエハＷが搬送される。そしてウエハＷが搬送された加熱モジュールから加熱処理が開始され、この加熱処理中に図５のグラフで説明したようにダンパー３５の開閉が切り替えられる。２Ａ〜２ＣのうちウエハＷの加熱処理が終了した加熱モジュールについては、処理済みのウエハＷの搬出後、後続のウエハＷが搬送される。図６は、このように処理が行われるときの各加熱モジュール２Ａ〜２Ｃのダンパー３５の開閉の切り替えのタイミングと各加熱モジュール２Ａ〜２ＣのウエハＷの温度とを、図５と同様に示すグラフである。図６のグラフでは、装置の動作をモジュールごとに区別するために、図５でＴ１として示したダンパー３５が開いた状態から閉じた状態に切り替えられる時刻を、加熱モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃについて夫々時刻ＴＡ１、ＴＢ１、ＴＣ１として夫々示し、図５でＴ２として示したダンパー３５が開いた状態から閉じた状態に切り替えられる時刻を、加熱モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃについて夫々時刻ＴＡ２、ＴＢ２、ＴＣ２として示している。

上記のように加熱モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃの順にウエハＷ（１枚目のウエハＷ）が搬送されて処理が開始されるため、時刻ＴＡ１、ＴＢ１、ＴＣ１の順に時刻が経過し、これらの各時刻で加熱モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃについて低排気から高排気への切り替えが行われる。図７では、前記時刻ＴＢ１経過後、時刻ＴＣ１に至るまでの各加熱モジュール２Ａ〜２Ｃのダンパー３５の状態を図３、図４と同様に模式的に示しており、加熱モジュール２Ａ、２Ｂにおいてはダンパー３５が閉じられて処理容器２０内が高排気となっており、加熱モジュール２Ｃにおいてはダンパー３５が開かれて処理容器２０内が低排気となっている。

前記時刻ＴＣ１が経過して加熱モジュール２Ｃが高排気に切り替えられた後、加熱モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃの順に１枚目のウエハＷの加熱処理が終了して当該ウエハＷが処理容器２０から搬出されるので、ＴＡ２、ＴＢ２、ＴＣ２の順に時刻が経過し、これらの各時刻で加熱モジュール２Ａ〜２Ｃのダンパー３５が開かれて、高排気から低排気への切り替えが行われる。各加熱モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃにおいて、１枚目のウエハＷが搬出され次第、２枚目のウエハＷが搬入され、この２枚目のウエハＷを処理中にダンパー３５が閉じられる。即ち２回目の時刻ＴＡ１、ＴＢ１、ＴＣ１が経過し、これらの各時刻で加熱モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃについて低排気から高排気への切り替えが行われる。この例では２回目の時刻ＴＡ１は、例えば上記の時刻ＴＢ２と時刻ＴＣ２との間に設定されている。

各加熱モジュール２Ａ〜２Ｃに搬送された２枚目のウエハＷも１枚目のウエハＷと同じく処理が終了次第、処理容器２０から搬出され、各加熱モジュールでは処理終了時に高排気から低排気への切り替えが行われる。つまり、図６中には示していないが、２回目の時刻ＴＡ２、ＴＢ２、ＴＣ２がこの順に経過する。後続のウエハＷについても加熱モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃの順に搬送されて加熱処理を受け、加熱処理が終了次第、処理容器２０から搬出される。

このように加熱モジュール２Ａ〜２Ｃに対して個別にウエハＷが搬送され、各加熱モジュール２Ａ〜２Ｃにおいて個別に加熱処理が進行するため、個別に低排気と高排気との切り替えが行われるように各ダンパー３５の開閉の切り替えが行われる。そして、２Ａ〜２Ｃのうち一の加熱モジュールでダンパー３５の開閉が切り替わる際に、図３、図４で説明したように、当該一の加熱モジュールの排気管３０から排気ダクト１１内へのエアの流量が一定に保たれるので、他の加熱モジュールの排気管３０から排気ダクト１１内へのエアの流量が変動することが抑えられ、結果として他の加熱モジュールにおいて処理容器２０内の排気量が変動することが防がれる。

上記の加熱装置１によれば、排気ダクト１１を共有する加熱モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃの夫々が、周囲から取り込んだエアによりウエハＷの処理雰囲気をパージしながら当該ウエハＷを加熱処理する処理容器２０と、排気ダクト１１と各処理容器２０とを接続する排気管３０と、排気管３０から分岐してその一端が大気開放される分岐管３４と、分岐管３４の管路を開閉するダンパー３５と、を備えている。このような構成においては、前記ダンパー３５を開閉し、分岐管３４から排気ダクト１１へのエアの取り込み量を制御することによって、処理容器２０の排気量を制御でき、且つ排気管３０から排気ダクト１１へのエアの流量の変動を抑えることができる。従って、２Ａ〜２Ｃのうち一の加熱モジュールにおける処理容器２０の排気量を変更しても、その変更によって他の加熱モジュールの処理容器２０の排気量が変動してしまうことを防ぐことができる。その結果として、処理容器２０内を夫々低排気状態、高排気状態とするにあたり、各状態における排気量を精度高く制御することができる。従って、ウエハＷの面内で膜厚分布が低下したり、処理容器２０内に昇華物が残留して当該昇華物から生じたパーティクルがウエハＷや処理容器２０に付着することを抑えることができる。また、ダンパー３５が設けられる分岐管３４については、昇華物の凝結を防ぐために高温にする必要が無いので、当該ダンパー３５の熱による劣化を防ぐことができる。

上記の処理例では、ウエハＷを加熱板２１に載置し、予め設定した時間が経過するとダンパー３５を閉鎖し、低排気から高排気への切り替えを行っている。このように時間に基づいてダンパー３５を制御する代わりに、例えば処理容器２０に放射温度計を設けてウエハＷの温度を測定できる構成とし、測定されるウエハＷの温度が予め設定された温度に達したらダンパー３５を閉鎖するようにダンパー３５を制御してもよい。

ところで、上記の処理例では低排気と高排気とが瞬時に切り替わるようにしているが、この切り替わりは徐々に行われるようにしてもよい。図８のグラフは、図５と同様にダンパー３５の開閉のタイミングとウエハＷの温度との関係を示しており、低排気から高排気への切り替えが徐々に行われるようにダンパー３５が制御される例を示している。図９のグラフで示す処理について、図５のグラフで説明した処理との差異点を中心に説明すると、処理容器２０を低排気として時刻Ｔ０でウエハＷを加熱板２１に載置した後、例えばウエハＷの温度が上記の架橋温度である２５０℃となる時刻Ｔ１１においてダンパー３５の開度の変更を開始し、徐々にその開度を小さくする。そして分岐管３４から排気管３０へのエアの流入量を徐々に小さくすると共に、処理容器２０の排気量を徐々に大きくする。そして時刻Ｔ１２においてダンパー３５が閉じられて、分岐管３４のエアの流量が０になると共に処理容器２０が高排気となる。時刻Ｔ１１、Ｔ１２間は、５秒以上であることが好ましく、この例では１０秒である。時刻Ｔ０、Ｔ１１間は例えば５秒である。

このように徐々にダンパー３５を閉じるのは、ダンパー３５を急に閉じると分岐管３４のダンパー３５の下流側に大気雰囲気からエアが急に流れなくなることで、当該下流側の圧力が低くなり、この圧力低下に起因して処理容器２０から排気22管３０へ流れた昇華物が排気ダクト１１へ向かわず、この分岐管３４内に流れ込んで凝結してしまうおそれがあるためである。つまり徐々にダンパー３５を閉じることで、このような分岐管３４における昇華物の凝結を防ぎ、再度ダンパー３５が開かれてエアが分岐管３４を流通するときに、そのように凝結した昇華物から発生したパーティクルが処理容器２０に向かって飛散してしまうことを防ぐことができる。

図９には、加熱モジュール２Ａの変形例を示している。この図９の加熱モジュール２Ａのカバー３１の下面には、加熱板２１に載置されるウエハＷの外側に開口するように給気口４１が設けられている。給気口４１は、例えば前記ウエハＷの周に沿って複数設けられており、配管４２を介してパージ用の気体であるエアの供給源４３に接続されている。また、配管４２には加熱部４４が介設されており、配管４２を流通するエアを加熱する。加熱部４４の加熱により給気口４１から供給されるエアの温度は、例えば４０℃以上である。

図９の加熱モジュール２Ａにおいて図５のグラフに示すように処理を行う場合、例えば時刻Ｔ１にてダンパー３５を閉じ、処理容器２０内を高排気にすると共に各給気口４１へ加熱部４４により加熱されたエアの供給を開始する。このエアの供給によって、排気口３２からの排気量を確実に高い状態にすることができるので、昇華物を効率よく、より確実に除去することができる。然る後、例えば時刻Ｔ２にてダンパー３５を開いて処理容器２０内を低排気にすると共に、前記エアの供給を停止する。

前記加熱部４４により加熱された状態でエアが給気口４１から供給されるので、当該エアにより、昇華物が冷却されて凝結することを防ぐことができる。ただしウエハＷの処理中は加熱板２１により処理容器２０の温度が上昇するため、供給源４３からカバー３１に供給されたエアが、給気口４１から処理雰囲気に吐出されるまでに前記加熱板２１の熱で加熱されるように、当該カバー３１にエアの流路を形成し、加熱部４４が設けられない構成としてもよい。また、給気口４１はカバー２１に設けることに限られず、例えば加熱板２１のウエハＷの載置領域の外側に設けてもよい。また、処理容器２０の外気として、処理容器２０内にエアを供給することには限られず、窒素ガスなどの不活性ガスを供給してもよい。この処理容器２０の外気には、給気口３３から取り込まれるガスと、供給源４３から供給されるガスとが含まれる。

図１０、図１１は、ダンパー３５の他の構成例を示している。この例では、ダンパー３５は排気管３０において分岐管３４が接続される接続部に設けられている。そしてダンパー３５によって当該接続部にて、分岐管３４の下流端から当該排気管３０へエアが流通可能な状態と、流通が遮断される状態とが互いに切り替わり、処理容器２０内が低排気状態と高排気状態とに互いに切り替わる。つまり、ダンパー３５は分岐管３４に設けられずに、このように排気管３０に設けられていてもよい。

上記の加熱装置１としては、例えばレジスト膜の下層の反射防止膜を形成するための薬液が塗布されたウエハＷを加熱する場合にも用いることができる。当該反射防止膜を形成する薬液も低分子のポリマーと架橋剤とを含み、架橋温度より低い温度で膜厚が気流の影響を受けやすいので、上記のように低排気と高排気とを切り替えて加熱処理することが有効である。また、加熱装置１は、そのような架橋反応が起こる薬液が塗布されたウエハＷの処理に用いることには限られない。例えば前記架橋反応が行われないレジスト液が塗布されたウエハＷを加熱処理するために用いることができる。前記レジスト液の温度が低く、溶剤を多く含むことで当該レジスト液の粘性が低いときには、レジスト液から形成されるレジスト膜は気流によって膜厚の影響を受けやすい。そのため上記の有機膜や反射防止膜の処理と同様に、膜が硬化すると共に昇華物の発生量が比較的多くなる温度まで低排気で加熱処理し、その後に高排気で加熱処理することが有効である。また、上記の各加熱モジュール２Ａ〜２Ｃの処理において、低排気時においてはウエハＷの膜厚分布の均一性が低下しなければよいため、処理容器２０内の排気量は０Ｌ／分であってもよい。つまり、低排気時には排気が行われなくてもよい。

（評価試験）
続いて、本発明に関連して行われた評価試験について説明する。この評価試験では上記の実施形態で説明した加熱モジュールを用いて、既述の有機膜を形成するための薬液が塗布された直径３００ｍｍのウエハＷを加熱処理した。この加熱処理はウエハＷ毎に処理容器２０内の排気量を変更して行った。評価試験１−１〜１−５としては上記の実施形態の処理と異なり、ウエハＷの処理開始から処理終了まで処理容器２０の排気量を一定にして加熱処理を行っており、評価試験１−１、１−２、１−３、１−４、１−５では、夫々前記排気量を１５Ｌ／分、０Ｌ／分、０．３Ｌ／分、０．５Ｌ／分、１L／分とした。また、評価試験１−６としては、実施形態で説明したようにウエハＷの処理中に低排気から高排気への切り替えを行った。

評価試験１−１〜１−６で処理されたウエハＷについて、面内の複数箇所の膜厚を測定し、膜厚の平均値、３シグマ、レンジ、中心部レンジ、改善率を計測した。前記レンジとは、ウエハＷについて取得された膜厚の最大値と最小値との差分であり、中心部レンジとはウエハＷの中心の膜厚と中心から所定の距離離れた一の膜厚との差分である。改善率とは、評価試験１−１の中心部レンジを基準としたときの他の評価試験で取得された中心部レンジの改善率であり、（評価試験１−１の中心部レンジ−他の評価試験で取得された中心部レンジ）／（評価試験１−１の中心部レンジ）×１００（単位：％）である。

下記の表１は、評価試験１−１〜１−６の測定結果を示している。また、グラフは評価試験１−１〜１−５から得られた中心部レンジ及び改善率を示している。グラフの横軸は処理容器２０の排気量を示し、縦軸は中心部レンジ及び改善率を示している。測定結果をグラフ中にプロットすると共に、この測定結果に基づいて得られた近似曲線をグラフ中に示している。表１に示すように評価試験１−１〜１−６で平均膜厚は略等しい。そして、評価試験１−６は、評価試験１−１〜１−５に比べて３シグマ、レンジ、中心部レンジについていずれも低く、改善率については高い。従って、上記の実施形態に示すように低排気と高排気とを切り替えて処理を行うことで、ウエハＷの膜厚の面内分布について均一性を高くすることができることが確認された。また、上記の改善率としては５０％以下にすることが実用上、有効である。図１２のグラフの近似曲線より、改善率が５０％であるときに排気量は0.16Ｌ／分であり、排気量が低下するほど改善率が高くなることが分かる。従って、上記の実施形態において処理容器２０内を低排気にしたときの排気量は、0.16Ｌ／分以下にすることが有効である。

上記の分岐管３５及びダンパー３６の代わりに、図１３、図１４に示す吸入管５１、５５及びダンパー６１を備えるように加熱装置１を構成してもよい。吸入管５１、５５及びダンパー６１は加熱モジュール２Ａ〜２Ｃについて夫々設けられ、図１３、図１４では加熱モジュール２Ａに対応する吸入管５１、５５及びダンパー６１を示している。吸入管５１は水平方向に延設されており、当該吸入管５１の管路を５２として表示している。吸入管５１の一端側にて管路５２は大気雰囲気に開放されている。吸入管５１の他端側には上方に向かう凹部５３が形成され、管路５２はこの凹部５３の側面に開口している。凹部５３の底面には吸入口５４が形成されている。この吸入口５４に開口するように、吸入管５１には下方側から吸入管５５の一端が接続され、吸入管５５の他端は、上記の分岐管３５と同様に排気管３０に接続されている。

ダンパー６１は、球体６２、電磁石６３、カバー６４及びヒーター６５により構成されている。カバー６４は下方が開口した箱形に形成され、凹部５３を覆うように吸入管５１上に設けられている。カバー６４内は球体６２が収納される収納領域６６として構成されている。カバー６４上には電磁石６３が設けられており、オンの状態（磁力を発生する状態）、オフの状態（磁力の発生が停止した状態）が互いに切り替えられる。ヒーター６５は、カバー６４の外周を囲むように設けられ、例えば加熱装置１の動作中、収納領域６６を常時加熱する。それによって球体６２が所定の温度とされる。このように球体６２を加熱する理由は後述する。

球体６２は電磁石６３のオンオフにより昇降できるように、例えば鉄により構成されている。図１３は電磁石６３がオンの状態を示しており、このときは球体６２が磁力によって重力に抗して凹部５３から浮き上がっている。それによって吸入口５４が吸入管５１の管路５２に連通し、大気が排気管３０へ取り込まれて、加熱モジュール２Ａが低排気状態となる。

図１４は、電磁石６３をオフにした状態を示している。このときは球体６２が凹部５３内に位置し、球体６２の下部が吸入口５４を塞ぐ。それによって吸入口５４は管路５２から遮断され、大気の排気管３０への取り込みが停止し、加熱モジュール２Ａが高排気状態となる。また、図１３に示す状態から電磁石６３をオフにすることで重力により落下する球体６２を、図１４に示す吸入口５４を塞ぐ位置へとガイドできるように、例えば凹部５３の側面は球体６２の外周面にフィットする曲面によって構成されている。

上記の球体６２を加熱する理由について説明する。球体６２が吸入口５４を塞ぐとき、排気管３０から昇華物が吸入管５５に流入することが考えられ、仮に球体６２の温度が比較的低いと、球体６２に接触した昇華物が凝結し、当該球体６２に付着してしまう。そうなると、吸入管５１、５５から大気が取り込み難くなることで、加熱モジュール２Ａの処理容器２０内の排気量が設計値と異なってしまうおそれがある。しかし、上記のように球体６２が加熱されていることで、この球体６２の表面における昇華物の凝結及び付着を防ぐことができるため、処理容器２０内の排気量が異常になることを防ぐことができる。
またこのダンパー６１によれば、重力と電磁石６３による磁力との作用により弁体である球体６２を昇降させるので、シリンダや歯車などを用いた弁体を昇降させるための昇降機構及び当該昇降機構を構成する駆動部品に塗布されるグリスが不要となる。従って、このような昇降機構及びグリスの劣化を考慮しなくてよいため、上記のヒーター６５を比較的高い出力とすることができる。それによって上記の昇華物の球体６２への付着を、より確実に防ぐことができる。

なお、上記の球体６２としては、吸入口５４を閉鎖する位置から、その上方の吸入口５４を開放する位置へ電磁石６３の磁力によって吸引されて上昇できる材質により構成されていればよく、鉄以外には例えばコバルト、ニッケルなどの磁性体によって構成してもよい。また、この磁性体としては磁石も含まれる。さらに、弁体としては昇降することで吸入口５４を開閉できればよいため、球体６２を用いることには限られず、例えば円錐を逆さにしたものを用いてもよい。

１ 加熱装置
１１ 排気ダクト
１２ 制御部
２Ａ〜２Ｃ 加熱モジュール
２０ 処理容器
２１ 加熱板
３０ 排気管
３２ 排気口
３３ 給気口
３４ 分岐管
３５ ダンパー

Claims (20)

1. 基板を載置して加熱処理するための加熱板が内部に配置された処理容器と、この処理容器内の処理雰囲気にパージ用の気体を取り込むための給気口と、前記処理雰囲気を排気する排気口と、を各々備えた複数の加熱モジュールと、
   前記複数の加熱モジュールの各々の排気口に接続された個別排気路と、
   前記複数の加熱モジュールの各個別排気路の下流端に共通に接続された共通排気路と、
   前記各個別排気路に分岐して設けられ、前記処理容器の外部に開口する分岐路と、
   前記排気口側から前記共通排気路に排気される排気量と前記処理容器の外部から前記分岐路を介して前記共通排気路に取り込まれる取り込み量との流量比を調整するための排気量調整部と、を備えたことを特徴とする基板加熱装置。
2. 前記排気口は、前記加熱板の基板載置領域の中央部と対向して前記処理容器の天井部に設けられ、
   前記給気口は、前記基板載置領域の周縁側から処理雰囲気にパージ用の気体が取り込まれるように加熱板の周方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板加熱装置。
3. 前記処理雰囲気内を低い排気量で排気する低排気状態と、前記処理雰囲気内を前記低い排気量よりは多い排気量で排気する高排気状態と、を選択するために前記排気量調整部の流量比率を調整するための制御信号を出力する制御部を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の基板加熱装置。
4. 前記制御部は、前記基板が加熱板に載置された後、予め設定された時間が経過するまでまたは基板の温度が予め設定された温度になるまでは低排気状態とし、その後、高排気状態とするように前記排気量調整部を制御することを特徴とする請求項３記載の基板加熱装置。
5. 前記制御部は、前記基板が加熱板に載置された後、基板に塗布された塗布液の粘性が低いことにより高い排気状態とすると膜厚の面内均一性が悪くなる時間帯を含む時間が経過するまでは低排気状態とし、その後、塗布膜からの昇華物を排気するために高排気状態とするように前記排気量調整部を制御することを特徴とする請求項３または４記載の基板加熱装置。
6. 前記制御部は、前記低排気状態から高排気状態への切換を、前記排気量調整部の流量比を徐々に変更することにより行うように制御信号を出力することを特徴とする請求項３ないし５のいずれか一項に記載の基板加熱装置。
7. 前記排気量調整部は、
   前記処理容器の外部に対して前記分岐路を閉鎖するための第１の高さ位置と、前記分岐路を開放するための前記第１の高さ位置よりも高い第２の高さ位置との間で昇降自在な磁性体により構成される弁体と、
   磁力によって、前記弁体を重力に抗して前記第１の高さ位置から前記第２の高さ位置に上昇させる電磁石と、
   を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板加熱装置。
8. 前記塗布膜からの昇華物の前記弁体への付着を防ぐために、当該弁体を加熱する加熱部が設けられることを特徴とする請求項７記載の基板加熱装置。
9. 前記低排気状態における排気量は、０．１６リットル／分以下であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の基板加熱装置。
10. 前記給気口は、パージガスを処理容器内に供給するためのガス供給路の吐出口を含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の基板加熱装置。
11. 前記給気口は、前記処理容器の外のパージ用の気体である外気を取り込む取り込み口を更に含むことを特徴とする請求項１０記載の基板加熱装置。
12. 前記ガス供給路には、パージガスを加熱するガス加熱部が設けられていることを特徴とする請求項１０または１１記載の基板加熱装置
13. 前記加熱板に載置された基板の表面の塗布膜は、炭素を主成分とする膜であることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の基板加熱装置。
14. 基板を載置して加熱処理するための加熱板が内部に配置された処理容器と、この処理容器内の処理雰囲気にパージ用の気体を取り込むための給気口と、前記処理雰囲気を排気する排気口と、を各々備えた複数の加熱モジュールと、
    前記複数の加熱モジュールの各々の排気口に接続された個別排気路と、
    前記複数の加熱モジュールの各個別排気路の下流端に共通に接続された共通排気路と、
    前記各個別排気路に分岐して設けられ、前記処理容器の外部に開口する分岐路と、を備えた基板加熱装置を用い、
    前記加熱板に基板を載置する工程と、
    前記排気口側から前記共通排気路に排気される排気量と前記処理容器の外部から前記分岐路を介して前記共通排気路に取り込まれる取り込み量との流量比を排気量調整部により調整して、前記処理雰囲気内を低い排気量で排気する低排気状態とする工程と、
    この工程の後、流量比を排気量調整部により調整して、前記処理雰囲気内を前記低い排気量よりは多い排気量で排気する高排気状態とする工程と、を含むことを特徴とする基板加熱方法。
15. 前記低排気状態とする工程は、前記基板が加熱板に載置された後、基板に塗布された塗布液の粘性が低いことにより高い排気状態とすると膜厚の面内均一性が悪くなる時間帯を含む時間が経過するまで行われ、
    前記高排気状態とする工程は、塗布膜からの昇華物を排気するために行われることを特徴とする請求項１４記載の基板加熱方法。
16. 前記低排気状態から高排気状態への切換は、前記排気量調整部の流量比を徐々に変更することにより行われることを特徴とする請求項１４または１５記載の基板加熱方法。
17. 磁性体により構成される弁体を前記処理容器の外部に対して前記分岐路を閉鎖するための第１の高さ位置に位置させる工程と、
    電磁石の磁力によって、前記弁体を重力に抗して前記第１の高さ位置から前記第２の高さ位置に上昇させて前記分岐路を開放する工程と、
    を備えることを特徴とする請求項１４または１５に記載の基板加熱方法。
18. 前記塗布膜からの昇華物の前記弁体への付着を防ぐために、当該弁体を加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１７記載の基板加熱方法。
19. パージ用の気体を加熱部により加熱してから給気口を介して処理雰囲気に取り込むことを特徴とする請求項１４ないし１８のいずれか一項に記載の基板加熱方法。
20. 加熱板に載置した基板を加熱処理する基板加熱装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
    前記プログラムは請求項１４ないし１９のいずれか一つに記載された基板加熱方法を実行するためにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。

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