KR101314001B1 - 온도 제어 방법, 온도 조절기 및 열처리 장치 - Google Patents

온도 제어 방법, 온도 조절기 및 열처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 반도체 웨이퍼 등의 기판을 가열 처리할 경우에, 기판간의 안정 가열 시간의 변동을 억제해서 품질의 변동을 억제하는 것을 목적으로 한다.
이를 해결하기 위해, 기판에 대하여 레지스트를 도포해서 레지스트막을 형성하고, 또한 노광 후의 레지스트막의 현상을 행하는 도포 현상 시스템에 탑재되어, 열판에 재치된 상태에서 기판의 가열 처리를 행하는 가열 처리 유닛에 있어서, 상기 열판의 온도를 계측하여, 계측 온도가 목표 온도에 일치하도록 상기 열판의 온도를 제어하는 데 있어서, 열판의 온도가, 초기 온도 근방의 제1 온도로부터 상기 목표 온도 근방의 제2 온도에 도달할 때까지의 도달 시간을 조정하기 위해 필요한 조정 데이터를 취득하고, 취득한 조정 데이터에 기초하여, 상기 기판의 처리가 개시된 후에, 상기 목표 온도를 조정한다.
레지스트막, 열판, 목표 온도, 가열 시간, 도포 현상 시스템

Description

온도 제어 방법, 온도 조절기 및 열처리 장치 {TEMPERATURE CONTROL METHOD, TEMPERATURE CONTROLLER, AND HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판에 대하여 레지스트를 도포해서 레지스트막을 형성하고, 또한 노광 후의 레지스트막의 현상을 행하는 도포 현상 시스템에 탑재되어, 열판에 재치된 상태에서 기판의 열처리를 행하는 열처리 장치에 있어서, 상기 열판의 온도를 제어하는 온도 제어 방법, 이 온도 제어 방법에 적합한 온도 조절기 및 가열 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 포토리소그래피 공정에 있어서는, 반도체 웨이퍼(이하, 단순히 웨이퍼라고 적음)에 레지스트를 도포하고, 이것에 의해 형성된 레지스트막을 소정의 회로 패턴에 따라 노광하고, 이 노광 패턴을 현상 처리함으로써 레지스트막에 회로 패턴이 형성되어 있다. 그리고, 레지스트액의 도포 후의 가열 처리(프리베이킹), 노광 후의 가열 처리(포스트 익스포저 베이킹), 현상 후의 가열 처리(포스트베이킹) 등, 다양한 가열 처리가 행해지고 있다.
이들 레지스트 도포, 노광 후의 현상 및 가열 처리 등은, 이들 처리를 행하는 처리 유닛이 복수 탑재되고, 반송 장치에 의해 순차적으로 반송해서 일련의 처 리를 행하는 레지스트 도포·현상 시스템에 의해 행해진다.
이러한 도포 현상 시스템 중에서, 가열 처리를 행하는 가열 처리 유닛으로서는, 내부에 히터 및 온도 센서가 배치되고, 온도 제어기에 의해 목표 온도로 온도 제어된 열판 상에, 피처리 기판인 웨이퍼를 재치해서 가열 처리를 행하도록 한 것이 일반적으로 이용되고 있다(예를 들어, 특허 문헌1 참조).
<특허 문헌1> 일본 특개평11-067619호 공보
이러한 레지스트 도포·현상 시스템의 가열 처리 유닛에 있어서는, 가열 처리 시의 웨이퍼의 열 이력이 디바이스의 품질에 대하여 큰 영향을 주어 중요하다. 가열 처리 시의 웨이퍼의 열 이력이란, 웨이퍼가 열판에 재치되고나서 일정 시간 처리되어 반출될 때까지 웨이퍼에 부여되는 적산 열량을 의미한다. 즉, 다수의 웨이퍼에 대하여 균일한 가열 처리를 행하여 디바이스 품질의 변동을 적게 하기 위해서는, 웨이퍼의 열 이력을 일정하게 하는 것이 기대된다.
이러한 가열 처리에 있어서는, 목표 온도로 제어된 열판에, 반도체 웨이퍼를 재치하면, 열판의 열이 반도체 웨이퍼에 빼앗기기 때문에, 열판의 온도가 저하되고, 그 후 서서히 목표 온도로 복귀된다. 한편, 반도체 웨이퍼의 온도는, 열판에 재치된 시점부터 서서히 상승하여, 목표 온도 근방에서 안정되고, 그 후 열판으로부터 이격되어 반출됨으로써, 그 온도가 저하된다.
다수의 웨이퍼에 대하여 열 이력의 변동이 없는 가열 처리를 실시해서 디바 이스의 품질의 변동을 방지하기 위해서는, 웨이퍼의 온도가 목표 온도 근방에서 안정되는 안정 온도 시간을 일정하게 하는 것이 기대된다.
웨이퍼의 가열 처리를, 웨이퍼를 열판에 재치한 시점부터 웨이퍼를 열판으로부터 이격시키는 시점까지의 시간으로 관리하는 경우에, 안정 온도 시간을 일정하게 하기 위해서는, 웨이퍼의 온도가, 처리 개시 전의 초기 온도로부터 목표 온도 근방의 온도에 도달하는데 필요한 도달 시간(승온 시간)을 일정하게 할 필요가 있다.
그러나, 복수의 가열 처리 유닛을 이용해서 다수의 반도체 웨이퍼를 열처리하는 경우에는, 가열 처리 유닛마다, 열판의 히터 용량의 개체간 변동 등이 불가피하게 존재하고, 또한 가열 처리 유닛의 구성 부재나 설치 분위기 등의 변동이 있기 때문에, 가열 처리 유닛마다 승온 시간이 상이하여, 그 결과, 안정 온도 시간이 가열 처리 유닛마다 변동되어, 웨이퍼간에 디바이스의 품질의 변동이 생긴다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 복수의 반도체 웨이퍼 등의 기판을 가열 처리할 경우에, 기판간의 안정 가열 시간의 변동을 억제해서 품질의 변동을 억제할 수 있는 온도 제어 방법, 이 온도 제어 방법에 적합한 온도 조절기, 및 가열 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 관점에서는, 기판에 대하여 레지스트를 도포해서 레지스트막을 형성하고, 또한 노광 후의 레지스트막의 현상을 행하는 도포 현상 시스템에 탑재되어, 열판에 재치된 상태에서 기판의 가열 처리를 행하는 가열 처리 유닛에 있어서, 상기 열판의 온도를 계측하여, 계측 온도가 목표 온도에 일치하도록 상기 열판의 온도를 제어하는 제어 방법이며,
상기 열판의 온도가, 초기 온도 근방의 제1 온도로부터 상기 목표 온도 근방의 제2 온도에 도달할 때까지의 도달 시간을 조정하기 위해서 필요한 조정 데이터를 취득하고,
취득한 조정 데이터에 기초하여, 상기 기판의 처리가 개시된 후에, 상기 목표 온도를 조정하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법을 제공한다.
여기서, 초기 온도 근방의 온도는, 처리 개시 전의 초기 온도 및 초기 온도에 가까운 온도를 포함한다. 초기 온도에 가까운 온도로서는, 초기 온도로부터 수 도의 범위 내의 온도인 것이 바람직하다. 또한, 목표 온도 근방의 온도는, 목표 온도 및 목표 온도에 가까운 온도를 포함한다. 목표 온도에 가까운 온도로서는, 예를 들어, 목표 온도로부터 수 도의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한, 목표 온도 근방에 있어서 기판의 온도에 변동이 있을 경우에는, 상기 제2 온도를 중심으로 한 소정의 온도 범위 내로 수렴했을 때에 제2 온도에 도달했다고 할 수 있다.
상기 조정 데이터는, 목표 온도의 조정에 이용하는 데이터이며, 예를 들어, 조정 전의 목표 온도를 기준으로, 거기에 가산 혹은 감산해야 할 온도 데이터나 시계열의 온도 데이터를 이용할 수 있다.
상기 제1 관점의 온도 제어 방법에 의하면, 기판의 온도가 초기 온도 근방으로부터 목표 온도 근방의 온도에 도달할 때까지의 도달 시간을 조정하기 위한 조정 데이터에 기초하여, 처리가 개시된 후에 목표 온도를 조정하므로, 기판의 처리에 적합한 도달 시간으로 조정할 수 있어, 기판에 대하여 원하는 가열 처리를 실시할 수 있다.
상기 제1 관점에 있어서, 조정 후의 목표 온도와 상기 열판의 계측 온도의 편차에 기초하여 상기 열판의 온도를 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 조정 전의 도달 시간을 계측하는 제1 단계와, 계측한 도달 시간과 목표로 하는 도달 시간의 시간차에 기초하여, 상기 조정 데이터를 취득하는 제2 단계를 갖도록 할 수 있다.
또한, 상기 조정 전의 도달 시간이 기준으로 되는 승온 개시 타이밍의 기준을,
(a) 기판 온도 프로파일의 평균값을 5차 이상의 다항식으로 근사하고, 그 승온 속도가 최대로 되는 점,
(b) 기판이 열판에 재치될 때에 생기는, 기판 웨이퍼 온도의 상승 개시점,
(c) 기판 온도 프로파일의 평균값에 있어서, 승온 속도가 소정 이상에 도달한 시점,
(d) 가열 처리 후의 강온 개시점을 기준으로 하여, 그 기준으로부터 역산한 점
중 어느 하나로 할 수 있다.
또한 상기 목표로 하는 도달 시간은, 기판을 처리하는 온도역에 따라 구한 것을 적용하여, (a) 프로세스 조건에 따라 임의로 설정한 것, (b) 사전에 열판-기판 특성에 따른 표준값을 온도역별로 준비한 것 중 어느 한 쪽에 의해 결정한 것을 적용할 수 있다.
또한 상기 제2 단계에서는, 상기 시간차와 상기 조정 데이터의 관계를 나타내는, 미리 구한 관계식에 기초하여, 상기 조정 데이터를 취득하게 할 수 있다. 「관계식에 기초하여」에는, 관계식에 따라 직접 조정 데이터를 산출할 경우에 한하지 않고, 예를 들어, 관계식에 기초하여 산출되는 시간차와 조정 데이터와의 상관 테이블을 이용해서 조정 데이터를 구하는 경우를 포함한다.
또한 상기 제1 단계 및 제2 단계를 복수회 반복함으로써 조정 데이터를 얻도록 하는 것이 바람직하고, 이에 의해 고정밀도의 조정 데이터를 얻을 수 있다.
또한 상기 기판의 처리가 개시된 후의 소정의 타이밍에서, 상기 조정 데이터에 따라 상기 목표 온도를 조정하게 할 수 있다. 소정의 타이밍으로서는, 처리가 개시된 후에 열판이 소정의 온도에 도달하는 시점이나, 처리가 개시되어 소정 시간 경과한 시점을 채용할 수 있다. 또한, 상기 기판은, 상기 열판에 재치된 상태에서 일정 시간 처리되는 것으로 할 수 있다.
또한 도포 현상 시스템은 상기 가열 처리 유닛을 복수 갖고, 각 가열 처리 유닛의 열판에 대해서, 각 열판의 도달 시간이 공통된 목표 도달 시간이 되도록 도달 시간을 조정하도록 할 수 있다. 이에 의해, 가열 처리 유닛마다의 변동에 기인하여 각각 도달 시간에 변동이 있는 경우에도, 가열 처리 유닛마다의 처리의 변동을 억제할 수 있다.
본 발명의 제2 관점에서는, 기판에 대하여 레지스트를 도포해서 레지스트막을 형성하고, 또한 노광 후의 레지스트막의 현상을 행하는 도포 현상 시스템에 탑 재되어, 열판에 재치된 상태에서 기판의 열처리를 행하는 열처리 장치에 있어서, 상기 열판의 온도를 계측하여, 계측 온도가 목표 온도에 일치하도록, 상기 열판의 온도를 제어하는 온도 조절기이며,
상기 기판의 온도가, 초기 온도 근방의 제1 온도로부터 상기 목표 온도 근방의 제2 온도에 도달할 때까지의 도달 시간을 조정하는 조정 데이터가 기억되는 기억부와, 상기 조정 데이터에 기초하여, 상기 기판의 처리가 개시된 후에, 상기 목표 온도를 조정하는 조정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 조절기를 제공한다.
조정 데이터는, 상위 제어 장치로부터 통신에 의해 기억부에 기억하도록 해도 되고, 설정부로부터 설정해서 기억부에 기억하도록 해도 되고, 상기 온도 조절기에서 연산하도록 하여도 된다.
상기 제2 관점의 온도 조절기에 의하면, 기판의 온도가 초기 온도 근방의 온도로부터 목표 온도 근방의 온도에 도달할 때까지의 도달 시간을 조정할 수 있으므로, 기판에 대하여 원하는 가열 처리를 실시할 수 있다. 또한, 도포 현상 시스템이 상기 가열 처리 유닛을 복수 갖고, 각 가열 처리 유닛마다 도달 시간에 변동이 있는 경우에는, 각 가열 처리 유닛의 열판의 도달 시간이 공통된 목표 도달 시간이 되도록 각 가열 처리 유닛의 도달 시간을 조정하도록 함으로써, 가열 처리 유닛마다의 변동에 기인하여 각각 도달 시간에 변동이 있는 경우에도, 가열 처리 유닛마다의 처리의 변동을 억제할 수 있다.
상기 제2 관점에 있어서, 상기 조정부는, 상기 처리가 개시된 후의 소정의 타이밍에서, 상기 조정 데이터에 따라 상기 목표 온도를 조정하도록 할 수 있다. 또한, 상기 조정 전의 도달 시간과 목표로 하는 도달 시간의 시간차에 기초하여, 상기 조정 데이터를 연산하는 연산부를 더 구비하도록 할 수 있다.
본 발명의 제3 관점에서는, 기판에 대하여 레지스트를 도포해서 레지스트막을 형성하고, 또한 노광 후의 레지스트막의 현상을 행하는 도포 현상 시스템에 탑재되어, 기판의 열처리를 행하는 열처리 장치이며,
기판을 재치하고, 기판을 가열하는 열판과, 상기 열판의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 상기 온도 검출 수단에 의한 검출 온도가 목표 온도에 일치하도록, 상기 열판의 온도를 제어하는 상기 제2 관점의 온도 조절기를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열 처리 장치를 제공한다.
상기 제3 관점의 가열 처리 장치에 의하면, 기판의 온도가 초기 온도 근방의 온도로부터 목표 온도 근방의 온도에 도달할 때까지의 도달 시간을 조정할 수 있으므로 기판의 처리에 알맞는 도달 시간으로 조정해서 원하는 가열 처리를 행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 피처리 기판의 온도가, 초기 온도 근방의 온도로부터 목표 온도 근방의 온도에 도달할 때까지의 도달 시간을 조정할 수 있으므로, 피처리 기판의 처리에 알맞는 도달 시간으로 조정해서 피처리물에 대하여 바람직한 처리를 실시하는 것이 가능하게 된다. 또한, 처리 수단을 각각 구비하는 복수의 가열 처리 유닛에 있어서, 다수의 피처리 기판을 처리하는 경우에, 각 가열 처리 유닛에서 의 도달 시간을, 공통된 목표 도달 시간이 되도록 조정함으로써, 가열 처리 유닛마다의 처리의 변동을 억제할 수 있다.
이하, 도면에 의해 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
도1은, 본 발명의 온도 제어 방법이 적용되는 가열 처리 유닛이 탑재된 레지스트 도포·현상 처리 시스템을 도시하는 개략적인 평면도이고, 도2는 그 정면도이고, 도3은 그 배면도이다.
이 레지스트 도포·현상 처리 시스템(1)은, 반송 스테이션인 카세트 스테이션(11)과, 복수의 처리 유닛을 갖는 처리 스테이션(12)과, 처리 스테이션(12)에 인접해서 설치되는 노광 장치(14)와 처리 스테이션(12) 사이에서 웨이퍼(W)를 교환하기 위한 인터페이스 스테이션(13)을 갖는다.
레지스트 도포·현상 처리 시스템(1)에 있어서 처리를 행하는 복수매의 웨이퍼(W)가 수평으로 수용된 웨이퍼 카세트(CR)가 다른 시스템으로부터 카세트 스테이션(11)으로 반입된다. 또한 반대로 레지스트 도포·현상 처리 시스템(1)에 있어서의 처리가 종료된 웨이퍼(W)가 수용된 웨이퍼 카세트(CR)가 카세트 스테이션(11)으로부터 다른 시스템으로 반출된다. 또한 카세트 스테이션(11)은 웨이퍼 카세트(CR)와 처리 스테이션(12) 사이에서의 웨이퍼(W)의 반송을 행한다.
카세트 스테이션(11)에 있어서는, 도1에 도시한 바와 같이 카세트 재치대(20) 상에 X 방향을 따라 일렬로 복수(도1에서는 5개)의 위치 결정 돌기(20a)가 형성되어 있고, 웨이퍼 카세트(CR)는 웨이퍼 반입 출구를 처리 스테이션(12)측을 향해 이 돌기(20a)의 위치에 재치 가능하게 되어 있다.
카세트 스테이션(11)에는, 웨이퍼 반송 기구(21)가 카세트 재치대(20)와 처리 스테이션(12) 사이에 위치하도록 설치되어 있다. 이 웨이퍼 반송 기구(21)는, 카세트 배열 방향(X 방향) 및 웨이퍼 카세트(CR) 내의 웨이퍼(W)의 배열 방향(Z 방향)으로 이동 가능한 웨이퍼 반송용 픽(21a)을 갖고 있으며, 이 웨이퍼 반송용 픽(21a)은, 도1 중에 도시하는 θ 방향으로 회전 가능하다. 이에 의해, 웨이퍼 반송용 픽(21a)은 어느 한 쪽의 웨이퍼 카세트(CR)에 대하여 액세스할 수 있으며, 또한 후술하는 처리 스테이션(12)의 제3 처리 유닛군(G3)에 설치된 트랜지션 유닛(TRS-G3)에 액세스할 수 있게 되어 있다.
처리 스테이션(12)에는, 시스템 전방면측에, 카세트 스테이션(11)측부터 순서대로, 제1 처리 유닛군(G1)과 제2 처리 유닛군(G2)이 설치되어 있다. 또한, 시스템 배면측에, 카세트 스테이션(11)측부터 순서대로, 제3 처리 유닛군(G3), 제4 처리 유닛군(G4) 및 제5 처리 유닛군(G5)이 배치되어 있다. 또한, 제3 처리 유닛군(G3)과 제4 처리 유닛군(G4) 사이에 제1 주반송부(A1)가 설치되고, 제4 처리 유닛군(G4)과 제5 처리 유닛군(G5) 사이에 제2 주반송부(A2)가 설치되어 있다. 또한, 제1 주반송부(A1)의 배면측에는 제6 처리 유닛군(G6)이 설치되고, 제2 주반송부(A2)의 배면측에는 제7 처리 유닛군(G7)이 설치되어 있다.
도1 및 도2에 도시한 바와 같이 제1 처리 유닛군(G1)은, 컵(CP) 내에서 웨이퍼(W)를 스핀 척(SP)에 싣고 소정의 처리를 행하는 액체 공급 유닛으로서의 5대의 스피너형 처리 유닛, 예를 들어 3개의 레지스트 도포 유닛(COT)과, 노광 시의 광의 반사를 방지하는 반사 방지막을 형성하는 보텀 코팅 유닛(BARC)이 총 5단으로 겹쳐져 있다. 또 제2 처리 유닛군(G2)에서는, 5대의 스피너형 처리 유닛, 예를 들어 현상 유닛(DEV)이 5단으로 겹쳐져 있다.
제3 처리 유닛군(G3)은, 도3에 도시한 바와 같이 아래부터, 온도 조절 유닛(TCP), 카세트 스테이션(11)과 제1 주반송부(A1) 사이에서의 웨이퍼(W)의 교환부가 되는 트랜지션 유닛(TRS-G3), 웨이퍼(W)를 재치대에 싣고 소정의 처리를 행하는 오븐형의 처리 유닛, 원하는 오븐형 처리 유닛 등을 설치할 수 있는 스페어 공간(V), 웨이퍼(W)에 정밀도가 좋은 온도 관리하에서 가열 처리를 실시하는 3개의 고정밀도 온도 조절 유닛(CPL-G3), 웨이퍼(W)에 소정의 가열 처리를 실시하는 4개의 고온도 열처리 유닛(BAKE)이 10단으로 겹쳐져 구성되어 있다.
제4 처리 유닛군(G4)은, 도3에 도시한 바와 같이 아래부터, 고정밀도 온도 조절 유닛(CPL-G4), 레지스트 도포 후의 웨이퍼(W)에 가열 처리를 실시하는 4개의 프리베이킹 유닛(PAB), 현상 처리 후의 웨이퍼(W)에 가열 처리를 실시하는 5개의 포스트베이킹 유닛(POST)이 10단으로 겹쳐져 구성되어 있다.
제5 처리 유닛군(G5)은, 도3에 도시한 바와 같이 아래부터, 4개의 고정밀도 온도 조절 유닛(CPL-G5), 6개의 노광 후 현상 전의 웨이퍼(W)에 가열 처리를 실시하는 포스트 익스포저 베이킹 유닛(PEB)이 10단으로 겹쳐져 있다.
제3 내지 제5 처리 유닛군(G3 내지 G5)에 설치되어 있는 고온도 열처리 유닛(BAKE), 프리베이킹 유닛(PAB), 포스트베이킹 유닛(POST), 포스트 익스포저 베이킹 유닛(PEB)은, 후술하는 바와 같이 모두 동일한 구조를 갖고 있으며, 본 실시 형태의 가열 처리 유닛을 구성한다. 또한, 제3 내지 제5 처리 유닛군(G3 내지 G5)의 겹쳐 쌓인 단수 및 유닛의 배치는, 도시하는 것에 한하지 않고, 임의로 설정하는 것이 가능하다.
제6 처리 유닛군(G6)은, 아래부터, 2개의 어드히전 유닛(AD)과, 2개의 웨이퍼(W)를 가열하는 가열 유닛(HP)이 4단으로 겹쳐져 구성되어 있다. 어드히전 유닛(AD)에는 웨이퍼(W)를 온도 조절하는 기구를 갖게 해도 된다. 또한, 제7 처리 유닛군(G7)은, 아래부터, 레지스트막 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치(FTI)와, 웨이퍼(W)의 엣지부만을 선택적으로 노광하는 주변 노광 장치(WEE)가 2단으로 겹쳐져 구성되어 있다. 여기서, 주변 노광 장치(WEE)는 다단으로 배치해도 상관없다. 또한, 제2 주반송부(A2)의 배면측에는, 제1 주반송부(A1)의 배면측과 마찬가지로 가열 유닛(HP) 등의 열처리 유닛을 배치할 수도 있다.
제1 주반송부(A1)에는 제1 주웨이퍼 반송 장치(16)가 설치되고, 이 제1 주웨이퍼 반송 장치(16)는, 제1 처리 유닛군(G1), 제3 처리 유닛군(G3), 제4 처리 유닛 군(G4)과 제6 처리 유닛군(G6)에 구비된 각 유닛에 선택적으로 액세스 가능하게 되어 있다. 또한, 제2 주반송부(A2)에는 제2 주웨이퍼 반송 장치(17)가 설치되고, 이 제2 주웨이퍼 반송 장치(17)는, 제2 처리 유닛군(G2), 제4 처리 유닛군(G4), 제5 처리 유닛군(G5), 제7 처리 유닛군(G7)에 구비된 각 유닛에 선택적으로 액세스 가능하게 되어 있다.
제1 주웨이퍼 반송 장치(16)는, 도4에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)를 유지하는 3개의 아암(7a, 7b, 7c)을 갖고 있다. 이들, 아암(7a 내지 7c)은, 베이스(52)를 따라 전후 이동 가능하게 되어 있다. 베이스(52)는 지지부(53)에 회전 가능하게 지지되어, 지지부(53)에 내장된 모터에 의해 회전되도록 되어 있다. 지지부(53)는 연직 방향으로 연장되는 지지 기둥(55)을 따라 승강 가능하게 되어 있다. 지지 기둥(55)에는, 연직 방향을 따라 슬리브(55a)가 형성되어 있고, 지지부(53)로부터 측방으로 돌출되는 플랜지부(56)가 슬리브(55a)에 슬라이드 가능하게 되어 있으며, 지지부(53)는 도시하지 않은 승강 기구에 의해 플랜지부(56)를 개재하여 승강되도록 되어 있다. 이러한 구성에 의해, 제1 주웨이퍼 반송 장치(16)의 아암(7a 내지 7c)은, X 방향, Y 방향, Z 방향의 각 방향으로 이동 가능하고, 또한 XY면 내에서 회전 가능하여, 이에 의해 앞서 설명한 바와 같이, 제1 처리 유닛군(G1), 제3 처리 유닛군(G3), 제4 처리 유닛군(G4) 및 제6 처리 유닛군(G6)의 각 유닛에 각각 액세스 가능하게 되어 있다.
또한, 아암(7a)과 아암(7b) 사이에 양 아암으로부터의 방사열을 차단하는 차폐판(8)이 설치되어 있다. 또한, 최상단의 아암(7a)의 선단부 상방에는 발광 소자(도시하지 않음)가 설치된 센서 부재(59)가 설치되어 있고, 베이스(52)의 선단에는 수광 소자(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 이들 발광 소자 및 수광 소자로 이루어지는 광학 센서에 의해 아암(7a 내지 7c)에서의 웨이퍼(W)의 유무와 웨이퍼(W)의 튀어나옴 등이 확인되도록 되어 있다. 또한, 도4에 도시하는 벽부(57)는 제1 처리 유닛군(G1)측에 있는 제1 주반송부(A1)의 하우징의 일부이며, 벽부(57)에는, 제1 처리 유닛군(G1)의 각 유닛 사이에서 웨이퍼(W)의 교환을 행하는 창부(57a)가 형성되어 있다. 제2 주웨이퍼 반송 장치(17)는 제1 주웨이퍼 반송 장치(16)와 마찬가지의 구조를 갖고 있다.
제1 처리 유닛군(G1)과 카세트 스테이션(11) 사이에는 액온 조절 펌프(24) 및 덕트(28)가 설치되고, 제2 처리 유닛군(G2)과 인터페이스 스테이션(13) 사이에는 액온 조절 펌프(25) 및 덕트(29)가 설치되어 있다. 액온 조절 펌프(24, 25)는, 각각 제1 처리 유닛군(G1)과 제2 처리 유닛군(G2)에 소정의 처리액을 공급하는 것이다. 또한, 덕트(28, 29)는, 레지스트 도포·현상 처리 시스템(1) 외에 설치된 도시하지 않은 공조기로부터의 청정한 공기를 각 처리 유닛군(G1 내지 G5)의 내부로 공급하기 위한 것이다.
제1 처리 유닛군(G1) 내지 제7 처리 유닛군(G7)은, 메인터넌스를 위해 탈부 착이 가능하게 되어 있으며, 처리 스테이션(12)의 배면측의 패널도 탈부착 또는 개폐 가능하게 되어 있다. 또한, 제1 처리 유닛군(G1)과 제2 처리 유닛군(G2)의 하방에는, 제1 처리 유닛군(G1)과 제2 처리 유닛군(G2)에 소정의 처리액을 공급하는 케미컬 유닛(CHM)(26, 27)이 설치되어 있다.
인터페이스 스테이션(13)은, 처리 스테이션(12)측의 제1 인터페이스 스테이션(13a)과, 노광 장치(14)측의 제2 인터페이스 스테이션(13b)으로 구성되어 있고, 제1 인터페이스 스테이션(13a)에는 제5 처리 유닛군(G5)의 개구부와 대면하도록 제1 웨이퍼 반송체(62)가 배치되고, 제2 인터페이스 스테이션(13b)에는 X 방향으로 이동 가능한 제2 웨이퍼 반송체(63)가 배치되어 있다.
제1 웨이퍼 반송체(62)의 배면측에는, 도3에 도시한 바와 같이 아래부터 순서대로, 노광 장치(14)로부터 반출된 웨이퍼(W)를 일시 수용하는 아웃용 버퍼 카세트(OUTBR), 노광 장치(14)로 반송되는 웨이퍼(W)를 일시 수용하는 인용 버퍼 카세트(INBR), 주변 노광 장치(WEE)가 겹쳐 쌓여져 구성된 제8 처리 유닛군(G8)이 배치되어 있다. 인용 버퍼 카세트(INBR)와 아웃용 버퍼 카세트(OUTBR)는, 복수매, 예를 들어 25매의 웨이퍼(W)를 수용할 수 있게 되어 있다. 또한, 제1 웨이퍼 반송체(62)의 정면측에는, 도2에 도시한 바와 같이 아래부터 순서대로, 2단의 고정밀도 온도 조절 유닛(CPL-G9)과, 트랜지션 유닛(TRS-G9)이 겹쳐 쌓여져 구성된 제9 처리 유닛군(G9)이 배치되어 있다.
제1 웨이퍼 반송체(62)는, Z 방향으로 이동 가능하고 또한 θ 방향으로 회전 가능하고, 또한 X-Y면 내에서 진퇴 가능한 웨이퍼 교환용의 포크(62a)를 갖고 있다. 이 포크(62a)는, 제5 처리 유닛군(G5), 제8 처리 유닛군(G8), 제9 처리 유닛군(G9)의 각 유닛에 대하여 선택적으로 액세스 가능하고, 이에 의해 이들 유닛간에서의 웨이퍼(W)의 반송을 행하는 것이 가능하게 되어 있다.
제2 웨이퍼 반송체(63)도 마찬가지로, X 방향 및 Z 방향으로 이동 가능하고, 또한 θ 방향으로 회전 가능하고, 또한 X-Y면 내에서 진퇴 가능한 웨이퍼 교환용의 포크(63a)를 갖고 있다. 이 포크(63a)는, 제9 처리 유닛군(G9)의 각 유닛과, 노광 장치(14)의 인 스테이지(14a) 및 아웃 스테이지(14b)에 대하여 선택적으로 액세스가능해서, 이들 각 부의 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행할 수 있게 되어 있다.
도2에 도시한 바와 같이 카세트 스테이션(11)의 하부에는 이 레지스트 도포·현상 처리 시스템(1) 전체를 제어하는 집중 제어부(19)가 설치되어 있다. 이 집중 제어부(19)는, 도5에 도시한 바와 같이 레지스트 도포·현상 처리 시스템(1)의 각 유닛 및 각 반송 기구 등의 각 구성부를 제어하며, CPU를 구비한 프로세스 컨트롤러(101)를 갖고, 이 프로세스 컨트롤러(101)에는, 공정 관리자가 레지스트 도포·현상 처리 시스템(1)의 각 구성부를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 레지스트 도포·현상 처리 시스템(1)의 각 구성부의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스(102)와, 레지스트 도포·현상 처리 시스템(1)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤 러(101)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 레지스트 도포·현상 처리 시스템(1)의 각 구성부에 소정의 처리를 실행시키기 위한 제어 프로그램, 즉 레시피나, 각종 데이터베이스 등이 저장된 기억부(103)가 접속되어 있다. 레시피는 기억부(103) 내의 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는, 하드 디스크 등과 같은 고정적으로 설치되어 있는 것이어도 되고, CD ROM, DVD, 플래시 메모리 등과 같은 이동 가능한 것이어도 된다. 또한, 다른 장치로부터, 예를 들어 전용 회선을 통해서 레시피를 적절하게 전송시키도록 하여도 된다.
그리고, 필요에 따라, 유저 인터페이스(102)로부터의 지시 등을 받아, 임의의 레시피를 기억부(103)로부터 호출하여 프로세스 컨트롤러(101)에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러(101)의 제어하에서, 레지스트 도포·현상 처리 시스템(1)에 있어서 원하는 각종 처리가 행해진다.
이와 같이 구성되는 레지스트 도포·현상 처리 시스템(1)에 있어서는, 웨이퍼 카세트(CR)로부터 처리 전의 웨이퍼(W)를 1매씩 웨이퍼 반송 기구(21)에 의해 취출하고, 이 웨이퍼(W)를 처리 스테이션(12)의 처리 유닛군(G3)에 배치된 트랜지션 유닛(TRS-G3)으로 반송한다. 이어서, 웨이퍼(W)에 대하여, 온도 조절 유닛(TCP)에서 온도 조절 처리를 행한 후, 제1 처리 유닛군(G1)에 속하는 보텀 코팅 유닛(BARC)에서 반사 방지막의 형성, 가열 유닛(HP)에서의 가열 처리, 고온도 열처리 유닛(BAKE)에서의 베이킹 처리를 행한다. 보텀 코팅 유닛(BARC)에 의한 웨이퍼(W)에의 반사 방지막의 형성 전에 어드히전 유닛(AD)에 의해 어드히전 처리를 행해도 된 다. 이어서, 고정밀도 온도 조절 유닛(CPL-G4)에서 웨이퍼(W)의 온도 조절을 행한 후, 웨이퍼(W)를 제1 처리 유닛군(G1)에 속하는 레지스트 도포 유닛(COT)으로 반송 후, 레지스트액의 도포 처리를 행한다. 그 후에 제4 처리 유닛군(G4)에 설치된 프리베이킹 유닛(PAB)에서 웨이퍼(W)에 프리베이킹 처리를 실시하고, 주변 노광 장치(WEE)에서 주변 노광 처리를 실시한 후, 고정밀도 온도 조절 유닛(CPL-G9) 등에서 온도 조절한다. 그 후에 웨이퍼(W)를 제2 웨이퍼 반송체(63)에 의해 노광 장치(14) 내로 반송한다. 노광 장치(14)에 의해 노광 처리가 이루어진 웨이퍼(W)를 제2 웨이퍼 반송체(63)에 의해 트랜지션 유닛(TRS-G9)으로 반입하고, 제1 웨이퍼 반송체(62)에 의해, 제5 처리 유닛군(G5)에 속하는 포스트 익스포저 베이킹 유닛(PEB)에서 포스트 익스포저 베이킹 처리를 실시하고, 또한 제2 처리 유닛군(G2)에 속하는 현상 유닛(DEV)으로 반송해서 현상 처리를 실시한 후, 포스트 베이킹 유닛(POST)에서 포스트 베이킹 처리를 행하고, 고정밀도 온도 조절 유닛(CPL-G3)에서 온도 조절 처리를 행한 후, 트랜지션 유닛(TRS-G3)을 통해서 카세트 스테이션(11)의 웨이퍼 카세트(CR)의 소정 위치로 반송한다.
다음에 본 발명의 제어 방법이 실시되는 가열 처리 유닛에 대해서 상세하게 설명한다. 전술한 바와 같이, 고온도 열처리 유닛(BAKE), 프리베이킹 유닛(PAB), 포스트베이킹 유닛(POST), 포스트 익스포저 베이킹 유닛(PEB)은 모두 동일한 구조 를 갖고, 본 실시 형태의 가열 처리 유닛을 구성하고 있으며, 냉각 기능을 갖는 가열 처리 유닛(CHP)으로서 구성되어 있다. 도6은 가열 처리 유닛(CHP)을 도시하는 단면도, 도7은 그 내부의 개략적인 평면도이다.
이 가열 처리 유닛(CHP)은, 케이싱(110)과, 그 내부의 일방에 설치된 가열부(열처리부)(120)와, 타방에 설치된 냉각부(140)를 갖고 있다.
가열부(열처리부)(120)는, 웨이퍼(W)를 가열해서 노광 후 베이킹 처리를 행하는 것이며, 웨이퍼(W)를 가열하는 원판 형상의 열판(121)과, 상부가 개방된 편평한 원통 형상을 이루고, 그 내부 공간에 열판(121)을 지지하는 지지 부재(122)와, 외부로부터 중심부를 향해서 점차로 높아지는 원추 형상을 이루고, 지지 부재(122)의 상방을 덮는 커버(123)를 갖고 있다. 커버(123)는, 중앙의 정상부에는 배기관에 접속되는 배기구(125)를 갖고 있다. 이 커버(123)는, 도시하지 않은 승강 기구에 의해 승강하게 되어 있으며, 상승한 상태에서 웨이퍼(W)의 열판(121)에 대한 반출입이 가능하게 되어 있다. 그리고, 하강한 상태에서 그 하단이 지지 부재(122)의 상단과 밀착해서 가열 처리 공간(S)을 형성한다. 또한, 지지 부재(122)는, 케이싱(110)의 저면에 배치된 스페이서(124) 상에 고정되어 있다.
열판(121)은, 예를 들어 알루미늄으로 구성되어 있으며, 그 표면에는 프록시미티 핀(126)이 설치되어 있다. 그리고, 이 프록시미티 핀(126) 상에 열판(121)에 근접한 상태에서 웨이퍼(W)가 재치되도록 되어 있다. 열판(121)에는 후술하는 바와 같이 복수의 채널로 분할된 히터(127)가 매설되어 있고, 히터(127)의 각 채널에 통전함으로써, 열판(121)의 각 채널이 소정 온도로 가열된다.
열판(121)에는 그 중앙부에 3개의 관통 구멍(129)이 형성되어 있고(도6에서는 2개만 도시), 이들 관통 구멍(129)에는 웨이퍼(W)를 승강시키기 위한 승강 핀(130)이 승강 가능하게 설치되어 있다. 이들 승강 핀(130)은 지지판(131)에 지지되어 있고, 이 지지판(131)을 개재하여 케이싱(110)의 하방에 설치된 실린더 기구(132)에 의해 승강되도록 되어 있다.
냉각부(140)는, 가열부(120)에서 가열된 웨이퍼(W)를 냉각해서 소정 온도로 유지하기 위한 것이고, 냉매 유로(도시하지 않음)가 설치된 냉각판(141)과, 냉각판(141)을 수평 방향을 따라 이동시켜 웨이퍼(W)를 가열부(120) 사이로 반송하는 구동 기구(142)를 갖고 있다. 냉각판(141) 상에는 프록시미티 핀(143)이 설치되어 있고, 웨이퍼(W)는 이 프록시미티 핀(143) 상에 냉각판(141)에 근접한 상태에서 재치되어, 냉각 처리된다. 구동 기구(142)는, 벨트 기구나 볼 나사 기구 등의 적당한 기구에 의해 냉각판(141)을 가이드(144)를 따라 이동시킨다. 냉각판(141)은 웨이퍼(W)의 열판(121)에 대한 수취 교환할 때에는 가열부(열처리부)(120)로 이동하고, 냉각할 때에는, 도시하는 기준 위치에 위치된다. 냉각판(141)에는, 이와 같이 이동할 때에 냉각판(141)과 승강 핀(130)과의 간섭을 피하기 위해, 도7에 도시한 바와 같이 냉각판(141)에 반송 방향을 따른 홈(145)이 형성되어 있다.
다음에 이 가열 처리 유닛(CHP)에 있어서의 열판(121)의 온도 제어 기구에 대해서 도8의 블럭도를 참조하여 설명한다. 도8에 도시한 바와 같이 피처리체인 웨이퍼(W)를 열처리하는 열판(121)의 온도를 조절하는 온도 조절기(150)가 설치되어 있다. 온도 조절기(150)는 상위 제어 장치인 집중 제어부(19)에 접속되어 있 고, 이 집중 제어부로부터 설정된 목표 온도와, 열판(121)의 표면 근방에 설치된 온도 센서(도시하지 않음)로부터의 검출 온도의 편차에 기초하여, PID 연산 등을 행해서 조작량을 도시하지 않은 SSR(솔리드 스테이트 릴레이)이나 전자 개폐기 등에 출력해서 열판(121)에 배치된 히터(도시하지 않음)의 통전을 제어해서 열판(121)의 온도를 목표 온도로 되도록 제어한다.
열판(121)에 있어서의 웨이퍼(W)의 열처리 공정에서는, 다수의 웨이퍼(W)는, 순서대로, 주 웨이퍼 반송 장치에 의해 열판(121)에 재치되어 일정 시간 가열 처리된 후, 열판(121)으로부터 이격되어 반출된다.
도9는, 이러한 가열 처리에서의 웨이퍼의 온도 변화 및 온도 조절기(150)에 의해 온도 제어되는 제어 대상으로서의 열판(121)의 온도 변화를 나타내는 도면이고, (a)가 웨이퍼의 온도 변화를 나타내고, (b)가 제어 대상인 열판의 온도 변화를 나타낸다.
도9의 (b)에 도시한 바와 같이 목표 온도(SP)로 제어된 열판(121)에, 시점(t1)에서 웨이퍼(W)를 재치하면, 열판(121)의 열이 반도체 웨이퍼에 빼앗기기 때문에, 열판의 온도가 저하되고, 그 후 서서히 목표 온도(SP)로 복귀한다.
한편, 웨이퍼(W)의 온도는, 도9의 (a)에 도시한 바와 같이 열판(121)에 재치된 시점(t1)부터 서서히 상승하여, 목표 온도 근방에서 안정되고, 시점(t2)에서 열판으로부터 이격되어 반출됨으로써 그 온도가 저하된다.
다수의 웨이퍼(W)에 대하여 균일한 열처리를 실시해서 특성이나 품질 등의 변동이 없는 반도체 웨이퍼가 얻어지도록 하기 위해서는, 도9의 (a)에 도시하는 웨 이퍼(W)의 온도가 목표 온도 근방에서 안정되어 있는 안정 온도 시간(T2)을 일정하게 하는 것이 기대된다.
가열 처리 유닛에 있어서는, 웨이퍼(W)를 열판(12) 상에 재치한 시점(t1)부터 웨이퍼(W)를 열판(121)으로부터 이격시키는 시점(t2)까지의 시간(T)을, 일정 시간이 되도록 관리하고 있으므로, 안정 온도 시간(T2)을 일정하게 하기 위해서는, 반도체 웨이퍼의 온도가, 처리 개시 전의 초기 온도로부터 목표 온도 근방의 온도에 도달하는 데에 필요한 도달 시간(승온 시간)(T1)을 일정하게 할 필요가 있다.
이 때문에, 본 실시예에서는, 승온 시간(T1)을 각 가열 처리 유닛에 대해서 공통된 목표 승온 시간이 되도록 제어한다. 이에 의해, 가열 처리 유닛간의 구성 부품이나 설치 분위기 등의 변동에 기인하는 승온 시간(T1)의 변동을 억제하여, 열처리에 있어서의 웨이퍼 처리의 변동을 억제할 수 있도록 한다.
구체적으로는, 웨이퍼(W)의 온도가, 가열 처리 개시 전의 초기 온도(제1 온도)로부터 열판(121)의 목표 온도에 대응하는 안정된 처리 온도(제2 온도)까지 상승하는데 필요한 승온 시간(T1)을, 가열 처리 유닛에 의하지 않고 일정한 목표 승온 시간으로 되도록, 처리가 개시된 후에 목표 온도를 조정한다. 처리 온도란, 처리가 개시되고 웨이퍼(W)의 온도가 목표 온도에 근접해서 안정되는 온도를 말한다. 이 때 열판(12) 상의 온도는 목표 온도에서 안정되어 있다.
본 실시 형태의 온도 제어 방법에서는, 가열 처리 유닛마다 목표 온도를 조정하기 위한 조정 데이터를 미리 취득하고, 실제로 다수의 웨이퍼를 순차적으로 가열 처리하는 실운용에 있어서는, 가열 처리 유닛마다 취득한 조정 데이터에 기초하 여, 각 웨이퍼의 가열 처리 시에 목표 온도를 조정한다.
도10은 목표 온도를 조정하기 위한 조정 데이터를 미리 취득하기 위한 구성의 일례를 도시하는 도면이며, 도8에 대응하는 부분에는, 동일한 참조 부호를 붙인다. 이 도10에 도시한 바와 같이 온도 센서(도시하지 않음)가 설치된 시험용 웨이퍼(CW)가 열판(121) 상에 재치된다. 이 시험용 웨이퍼(CW)는, 온도 센서가 설치되어 있는 것 외에는, 도8의 일반적인 웨이퍼(W)와 마찬가지이다. 한편, 시험용 웨이퍼(CW)의 온도 센서로부터의 검출 신호를 받아서 온도를 계측하는 온도 로거(153)가 설치되어 있다. 그리고, 상위 제어 장치인 퍼스널 컴퓨터(154)가 온도 로거(153) 및 온도 조절기(150)에 접속되어 있다.
퍼스널 컴퓨터(154)는, 온도 조정 동작 시에만 이용되고, 집중 제어부(19)의 기능의 일부 또는 전부를 갖고 있다. 이 퍼스널 컴퓨터(154)는, 온도 조정 시에, 온도 로거(153) 및 온도 조절기(150)와의 통신 등에 의해, 온도 조절기(150)의 목표 온도를 변경할 수 있는 동시에, 이 목표 온도와 시험용 웨이퍼(CW)의 온도를 동기해서 계측할 수 있다. 또한, 퍼스널 컴퓨터(154) 대신에, PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러) 등을 이용해도 되고, 집중 제어부(19)에 의해 직접 제어하도록 하여도 된다.
시험용 웨이퍼(CW)의 복수의 온도 센서로부터 취출된 신호선은 송신기(151)에 접속되어 있다. 이들 시험용 웨이퍼(CW)와 송신기(151)는, 레지스트 도포 현상 시스템(1)의 카세트 스테이션(11)의 전용 포트(도시하지 않음)에 수용되어 있고, 온도 계측 시에, 웨이퍼 반송 기구(21)와 제1 주반송 장치(16) 또는 제2 주반송 장 치에 의해, 온도 제어 대상의 가열 처리 유닛으로 반송된다. 이 때, 시험용 웨이퍼(CW)만이 열판(121) 상에 재치되고, 송신기(151)는 반송 장치 상에 재치된 상태로 해 두거나, 또는 가열 처리 유닛의 케이싱의 외측에 설치된 전용 포트에 두도록 한다.
한편, 온도 로거(153)에는 수신기(152)가 접속되어 있고, 이 수신기(152)가 송신기(151)로부터 무선으로 송신된 시험용 웨이퍼(CW)의 온도 센서의 검출 신호를 수신하여, 그 신호를 온도 로거(153)로 보내게 되어 있다.
퍼스널 컴퓨터(154)에는, 소정의 제어를 행하는 제어 프로그램이 저장되어 있는 CD-ROM 등의 기록 매체가 세트되어 있고, 이 기록 매체로부터 프로그램을 판독해서 실행함으로써, 소정의 연산을 실행하는 연산 수단으로서 기능한다. 퍼스널 컴퓨터(154) 대신에 집중 제어부(19)를 이용할 경우에는, 기억부(103)에 이러한 기억 매체가 세트된다.
다음에 이렇게 구성되는 장치에 의해 조정 데이터를 취득하는 수순에 대해서 도11의 흐름도를 참조하면서 설명한다.
우선, 초기 온도로부터 목표 온도 근방의 온도에까지 도달하는 승온 시간(리커버리 타임:RT)을 조정하는 대상으로 되는 가열 처리 유닛에 있어서, 조정을 행하는 실운용과 동일한 상태에서, 시험용 웨이퍼(CW)를 열판(121) 상에 재치해서 일정 시간(T)의 가열 처리를 행하여, 시험용 웨이퍼(CW)의 온도를 계측한다(스텝1).
단, 조정 전의 데이터를 취득할 때에는, 사전에 계측에 사용하는 시험용 웨이퍼(CW)를 이용해서 정상 안정 상태에서의 면내 오프셋 조정을 행하는 것이 바람 직하다. 오프셋 조정이란, 웨이퍼의 가열 설정 온도의 조정이며, 웨이퍼를 열판(121)에 재치한 후의 지정 시간 경과 시점에서의 평균 온도의 조정을 행한다. 이러한 오프셋 조정을 행하지 않으면, 열판을 포함시킨 하드웨어의 개체 차나 주변 환경의 상이 등에 의해, 웨이퍼가 도달하는 온도에 차가 생겨, 정확한 RT를 산출하는 것이 곤란하게 된다.
다음에 스텝(1)에서 계측된 도9의 (a)에 도시한 바와 같은 시험용 웨이퍼(CW)의 온도 프로파일로부터 조정 전 RT[승온 시간(T1)]를 산출한다(스텝2).
이 조정 전 RT의 산출 결과가, 측정마다, 또는 가열 처리 유닛마다 변동되면, 그 후의 조정 결과나 최종적인 품질의 변동으로 연결되기 때문에, 이 산출 방법은 중요하다. 여기에서의 변동을 저감하기 위해서는, 열판(121)에 웨이퍼를 재치하고나서 승온을 개시하는 타이밍을 정확하게 산출하는 것이 포인트로 되며, 그 것을 위해서는, 이하의 어느 한 방법을 채용하는 것이 유효하다.
(1) 웨이퍼 온도 프로파일의 평균값을 5차 이상의 다항식으로 근사하고, 그 승온 속도가 최대로 되는 점을 승온 개시 타이밍의 기준으로 한다.
(2) 웨이퍼가 열판(121)에 재치될 때에 생기는, 웨이퍼 온도의 상승 개시점을 승온 개시 타이밍의 기준으로 한다.
(3) 웨이퍼 온도 프로파일의 평균값에 있어서, 승온 속도가 소정 이상, 전형적으로는 수 ℃/sec 이상에 달한 시점을 승온 개시 타이밍의 기준으로 한다.
(4) 가열 처리 후의 강온 개시점을 기준으로 하고, 승온 개시 타이밍을 그 기준으로부터 역산해서 구한다.
이들 (1) 내지 (4) 중, (2), (3)은 일반적인 방법이기는 하지만, 변동이 다소 커서, 한층 더 정밀도 향상이 요청된다. (1)과 같이 웨이퍼 온도 프로파일의 평균값을 5차 이상의 다항식으로 근사함으로써, 높은 정밀도가 얻어진다. (4)는 이상론으로부터는 바람직하지만, 실운용상 다소의 곤란성을 수반한다. 따라서, 이들 중에서는 (1)이 특히 바람직하다. 이상의 스텝1 및 스텝2에 의해, 조정 전단계인 제1 단계가 종료된다.
다음에 실제의 조정 단계인 제2 단계가 실행된다. 이 제2 단계에서는, 최초로, 스텝2에서 계측 산출된 조정 전의 RT, 즉 승온 시간(T1)과, 미리 설정되어 있는 목표 RT와의 시간차(Δt)를 산출한다(스텝3). 그리고, 이 산출한 시간차(Δt)를 온도 조절기(150)로 송신한다(스텝4). 온도 조절기(150)에서는, 미리 구한 시간차(Δt)와 조정 데이터로서의 조정값(b)과의 관계를 나타내는 관계식 b=f(Δt)를 이용하여, 산출한 시간차(Δt)에 대응하는 조정값(b)을 산출한다(스텝5). 그리고, 이렇게 하여 구한 조정값(b)을 이용해서 상기 스텝1 내지 5를 반복한다. 상기 스텝1 내지 5를 복수회, 도면의 예에서는 3회 반복함으로써 종료한다. 온도 조절기(150)는, 이 조정값(b)을 사용 조건에 대응해서 기억부에 저장하고, 실운용 시에는, 사용 조건에 대응한 조정값(b)에 따라 후술한 바와 같이 조정한다.
이러한 도11에 도시하는 조정값(b)을 취득하기 위한 처리는, 복수 탑재된 가열 처리 유닛마다, 사용 조건(온도역 등의 환경 조건)마다 행해진다.
또한, 상술한 목표 RT는, 웨이퍼를 처리하는 온도역에 따라 구한 것을 적용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 이하의 어느 한 쪽에 의해 결정한 것을 적용 하는 것이 바람직하다.
(a) 프로세스 조건(레지스트의 특성)에 따라서 임의로 설정한 것.
(b) 사전에 열판-웨이퍼 특성에 따른 표준값을 온도역별로 준비한 것.
다음에 조정값(b)이 결정된 후의 실운용에 대해서 설명한다.
조정값(b)이 결정된 후의 실운용에 있어서는, 온도 조절기(150)는, 결정된 조정값(b)에 따른 목표 온도의 조정을, 다음과 같이 하여 행한다.
도12는, 목표 온도의 조정을 설명하기 위한, 목표 온도, 및 웨이퍼(W) 및 열판(121)의 온도 변화를 도시하는 도면이고, (a)는 조정 전을 나타내고, (b)는 RT(승온 시간)가 짧아지도록 조정한 경우를 나타내고, (c)는 RT(승온 시간)가 길어지도록 조정한 경우를 나타내고 있으며, 굵은 실선은 웨이퍼(W)의 온도를 나타내고, 가는 실선은 목표 온도(SP)를 나타내고, 일점쇄선은 열판(121)의 온도를 나타내고 있다.
또한, 목표 승온 시간은, 전술된 바와 같이 각 가열 처리 유닛에 공통된 일정 시간이지만, 도12에서는 편의상, (a)의 조정 전 승온 시간에 비하여, (b)에서는 목표 승온 시간이 짧을 경우, (c)에서는 목표 승온 시간이 길 경우를 각각 나타내고 있다. 또한, 이 도12에서는 주요부를 확대해서 도시하고 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 초기 온도 부근은 생략되어 있지만, 그 부분은 전술한 도9의 온도 변화와 마찬가지이다.
조정 전의 RT, 즉 승온 시간(T1)이, 도12의 (a)에 도시하는 상태이며, 목표 RT에 비교해서 길 경우에는, 도12의 (b)에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)를 열 판(121)에 재치해서 가열 처리를 개시한 후, 열판(121)의 검출 온도가, 목표 온도로부터 a℃ 낮은 온도로 복귀한 시점(t3)에서, 목표 온도(SP)를 조정값(b℃)만큼 상승시켜, 일정한 시상수로 1차 감쇠시켜 목표 온도(SP)로 복귀시킨다.
이에 의해, 도12의 (a)에 도시하는 조정 전 RT, 즉 조정 전 승온 시간(T1)이, 도12의 (b)의 조정 후 RT, 즉 조정 후 승온 시간(T1')과 같이 짧아져, 사전에 설정한 목표 RT와 동일하거나 혹은 근사한 시간으로 조정되게 된다.
한편, 조정 전의 RT, 즉 승온 시간(T1)이, 도12의 (a)에 도시하는 상태이며, 목표 RT에 비교해서 짧을 경우에는, 도12의 (c)에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)를 열판(121)에 재치해서 가열 처리를 개시한 후, 열판(121)의 검출 온도가, 목표 온도로부터 a℃ 낮은 온도로 복귀한 시점(t3)에서, 목표 온도(SP)를 조정값(b℃)만큼 저하시켜, 일정한 시상수로 1차 감쇠시켜 목표 온도(SP)로 복귀시킨다.
이에 의해, 도12의 (a)에 도시하는 조정 전 RT, 즉 조정 전 승온 시간(T1)이, 도12의 (c)의 조정 후 RT, 즉 조정 후 승온 시간(T1")과 같이 길어져, 사전에 설정한 목표 RT와 동일하거나 혹은 근사한 시간으로 조정되게 된다.
이와 같이 하여, 실운용 시에는 연속하여 가열 처리되는 웨이퍼(W)에 대하여 목표 온도(SP)가 온도 조절기(150)에서 조정되어 목표 RT에 맞추어진 처리가 실현된다.
조정 전의 RT(승온 시간)는, 열판의 히터 용량의 변동, 다른 구성 부재의 변동, 주변 분위기나 전원 전압 레벨 등의 외란 요소의 변동 등에 의해, 가열 처리 유닛에 의해 목표 RT 보다도 짧은 것도 있고, 긴 것도 있지만, 가열 처리 유닛마 다, 전술된 바와 같이 조정 전의 RT를 계측하여, 목표 RT 시간차에 기초하여 조정값(b)을 산출해 둠으로써, RT를 목표 RT와 동일하거나 혹은 근사한 시간으로 하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 레지스트 도포·현상 시스템의 가열 처리 공정에서 문제가 되었던 가열 처리 유닛마다의 개체 차에 의한 웨이퍼간의 디바이스 품질(열 이력)의 변동을 억제할 수 있다.
또한, 이상의 예에서는, 열판(121)의 검출 온도가 목표 온도로부터 a℃ 낮은 온도로 복귀한 시점(t3)에서 목표 온도를 변화시켰지만, 다른 예로서, 열처리를 개시한 시점(t1)부터 미리 정한 시간이 경과한 시점에서 목표 온도를 변화시키도록 하여도 된다. 또한, 열처리의 개시 시점(t1)의 산출은, 상술한 방법 외, 열판(121)의 검출 온도에 기초하여 행해도 되고, 집중 제어부(19)로부터의 외부 신호의 입력에 기초하여 행해도 된다.
다음에 조정 전의 RT와 목표 RT와의 시간차(Δt)로부터 조정값(b)을 산출하는 관계식 b=f(Δt)에 대해서 설명한다.
이 관계식 b=f(Δt)는 미리 다음과 같이 해서 구해진다.
즉, 다수의 웨이퍼를 열처리하는 복수의 가열 처리 유닛 중의, 임의의 가열 처리 유닛을 이용하여, 조정값(b)을 나누어 목표 온도(SP)를 각각 전술된 바와 같이 조정한 경우의 RT를 각각 계측하고, 예를 들어 도13에 도시한 바와 같은 조정값 b=0일 때의 RT와의 RT의 시간차와 조정값(b)의 관계를, 최소 제곱법 등에 의해 구한다.
이 도13의 직선에 의하면, 조정값(b)을 얼마로 하면, RT의 조정 전(b=0)에 비하여, 얼마나 어긋날지를 알 수 있다. 이 도13의 직선의 기울기는, 열처리 모듈에 상관없이, 대략 동일하게 되므로, 임의의 가열 처리 유닛에서 조정값 b=0일 때의 RT와의 RT의 시간차와 조정값(b) 사이의 관계를 구함으로써, 다른 가열 처리 유닛에 적용할 수 있다. 또한, 하나의 가열 처리 유닛을 이용하여, 관계식을 구하는 것은 아니고, 복수의 가열 처리 유닛을 이용해서 측정을 행해, 그들의 측정 결과의 평균값을 이용해서 상기 관계를 구해도 된다.
이 예에서는, 조정값(b)이 플러스일 경우와, 마이너스일 경우에, 직선의 기울기가 상이하기 때문에, 기울기가 상이한 2 종류의 관계식 b=f1(Δt) 및 b=f2(Δt)를 이용하도록 하고 있다.
다음에 온도 조절기(150)의 내부 구성에 대해서 설명한다.
도14는 온도 조절기(150)의 내부 구성을 도시하는 블록도이며, 상위 제어 장치인 퍼스널 컴퓨터(154)로부터 부여되는 조정 전 RT와 목표 RT의 시간차(Δt)에 기초하여, 조정값(b)을 산출하는 연산부(155)와, 조정값(b)을 기억하는 기억부(156)와, 이 조정값(b)에 따라 목표 온도의 조정 파형을 생성하는 조정부로서의 조정 파형 생성부(157)와, 조정 후의 목표 온도(SP)와 열판(121)으로부터의 검출 온도(PV)의 편차에 따라, PID 연산을 행하여 조작량을 출력하는 PID 컨트롤러(158)를 구비하고 있다. 연산부(155), 기억부(156), 조정 파형 생성부(157), 및 PID 컨트롤러(158) 등은, 마이크로컴퓨터에 의해 구성되어 있다.
조정 파형 생성부(157)는, 열판(121)으로부터의 검출(PV)에 기초하여, 가열 처리 후의 미리 정한 시점에서, 조정값(b)에 따라 도15의 (a), (b)에 도시한 바와 같은 조정 파형을 생성하고, 이에 의해 전술한 도12의 (b), (c)에 도시한 바와 같이 목표 온도(SP)가 조정된다.
또한, 조정 파형으로서는, 조정값(b)에 따라, 예를 들어 도16의 (a), (b)에 나타내는 삼각 형상, 또는 도16의 (c)에 도시하는 사각 형상 등, 다른 형상이어도 된다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 본 발명은 복수의 온도 센서와 복수의 히터를 갖는 복수 채널의 열판에도 적용할 수 있는 것이며, 이 경우는, 시험용 웨이퍼와 로거를 이용해서 계측하는 조정 전 RT로서는, 시험용 웨이퍼의 각 채널의 검출 온도의 평균 온도를 이용해서 조정 전 RT를 계측해도 되고, 혹은 각 채널마다 계측된 조정 전 RT의 평균값을 조정 전 RT로 해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 온도 조절기(150)에서 조정값을 연산하도록 했지만, 조정값을 상위 제어 장치에서 연산하고, 이것을 온도 조절기(150)에 저장해 두어, 이 조정값에 기초하여 목표 온도를 조정하도록 하여도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 히터에 의해 열판을 가열하는 가열 처리에 적용한 예에 대해서 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 펠티에 소자 등의 열전 소자를 이용한 경우나, 가열과 냉각을 병용하는 온도 제어에 적용하여도 된다.
또한 상기 실시 형태에서는, 가열 대상의 기판으로서 반도체 웨이퍼를 이용한 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들어 LCD용의 글래스 기 판 등의 다른 기판이어도 적용 가능한 것은 물론이다.
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판에 레지스트 도포·현상 처리를 실시하는 장치에 적용되는 가열 처리 유닛의 온도 제어에 유효하다.
도1은 본 발명의 온도 제어 방법이 적용되는 가열 처리 유닛이 탑재된 레지스트 도포·현상 처리 시스템을 도시하는 개략적인 평면도.
도2는 도1에 도시하는 레지스트 도포·현상 처리 시스템의 정면도.
도3은 도1에 도시하는 레지스트 도포·현상 처리 시스템의 배면도.
도4는 도1의 레지스트 도포·현상 처리 시스템에 구비된 주웨이퍼 반송 장치의 개략 구조를 도시하는 사시도.
도5는 도1의 레지스트 도포·현상 처리 시스템의 제어계를 도시하는 블록도.
도6은 본 발명의 제어 방법이 실시되는 가열 처리 유닛을 도시하는 단면도.
도7은 본 발명의 제어 방법이 실시되는 가열 처리 유닛의 내부를 도시하는 개략적인 평면도.
도8은 가열 처리 유닛에 있어서의 열판의 온도 제어 기구를 도시하는 블록도.
도9는 가열 처리 유닛에 있어서 열판에 웨이퍼가 재치되었을 때의 이들 온도 변화를 도시하는 도면.
도10은 시험용 웨이퍼의 온도를 계측하고, 그것에 기초하여 열판의 온도 제어를 행하기 위한 장치의 구성을 도시하는 도면.
도11은 도10의 장치를 이용해서 조정값(b)을 구하는 수순을 도시하는 흐름도.
도12는 실운용 시에 있어서의 목표 온도의 조정을 설명하기 위한, 조정 전후 의 웨이퍼 및 열판의 온도 변화를 도시하는 도면.
도13은 조정 전 RT과의 시간차와 조정값(b)의 관계를 도시하는 도면.
도14는 온도 조절기를 도시하는 블록도.
도15는 목표 온도의 조정 파형을 도시하는 도면.
도16은 조정 파형의 다른 예를 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
19 : 집중 제어부
120 : 가열부
121 : 열판
127 : 전기 히터
150 : 온도 조절기
153 : 로거
154 : 퍼스널 컴퓨터
155 : 연산부
156 : 기억부
157 : 조정 파형 생성부
158 : PID 컨트롤러
CHP : 가열 처리 유닛
W : 반도체 웨이퍼
CW : 시험용 웨이퍼

Claims (14)

  1. 기판에 대하여 레지스트를 도포해서 레지스트막을 형성하고, 또한 노광 후의 레지스트막의 현상을 행하는 도포 현상 시스템에 탑재되어, 열판에 재치된 상태에서 기판의 가열 처리를 행하는 가열 처리 유닛에 있어서, 상기 열판의 온도를 계측하여, 계측 온도가 목표 온도에 일치하도록 상기 열판의 온도를 제어하는 제어 방법이며,
    상기 열판의 온도가, 초기 온도 및 상기 초기 온도로부터 수도의 범위 내의 온도를 포함하는 제1 온도로부터 상기 목표 온도 및 상기 목표 온도로부터 수 도의 범위 내의 온도를 포함하는 제2 온도에 도달할 때까지의 도달 시간을 조정하기 위해서 필요한 조정 데이터를 취득하고,
    취득한 조정 데이터에 기초하여, 상기 기판의 처리가 개시된 후에, 상기 목표 온도를 조정하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 조정 후의 목표 온도와 상기 열판의 계측 온도의 편차에 기초하여 상기 열판의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조정 전의 도달 시간을 계측하는 제1 단계와,
    계측한 도달 시간과 목표로 하는 도달 시간의 시간차에 기초하여, 상기 조정 데이터를 취득하는 제2 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 조정 전의 도달 시간이 기준으로 되는 승온 개시 타이밍의 기준을,
    (a) 기판 온도 프로파일의 평균값을 5차 이상의 다항식으로 근사하고, 그 승온 속도가 최대로 되는 점,
    (b) 기판이 열판에 재치될 때에 생기는, 기판 웨이퍼 온도의 상승 개시점,
    (c) 기판 온도 프로파일의 평균값에서, 승온 속도가 소정 이상으로 도달한 시점,
    (d) 가열 처리 후의 강온 개시점을 기준으로 하고, 그 기준으로부터 역산한 점
    중 어느 하나로 하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 목표로 하는 도달 시간은, 기판을 처리하는 온도역에 따라 구한 것을 적용하여, (a) 프로세스 조건에 따라 임의로 설정한 것, (b) 사전에 열판-기판 특성에 따른 표준값을 온도역별로 준비한 것, 중 어느 한 쪽에 의해 결정한 것을 적용하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제2 단계에서는, 상기 시간차와 상기 조정 데이터의 관계를 나타내는, 미리 구한 관계식에 기초하여, 상기 조정 데이터를 취득하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 제1 단계 및 제2 단계를 복수회 반복함으로써 조정 데이터를 얻는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판의 처리가 개시된 후의 소정의 타이밍에서, 상기 조정 데이터에 따라 상기 목표 온도를 조정하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판은, 상기 열판에 재치된 상태에서 일정 시간 처리되는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 도포 현상 시스템은 상기 가열 처리 유닛을 복수 갖고, 각 가열 처리 유닛의 열판에 대해서, 각 열판의 도달 시간이 공통된 목표 도달 시간이 되도록 도달 시간을 조정하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  11. 기판에 대하여 레지스트를 도포해서 레지스트막을 형성하고, 또한 노광 후의 레지스트막의 현상을 행하는 도포 현상 시스템에 탑재되어, 열판에 재치된 상태에서 기판의 열처리를 행하는 열처리 장치에 있어서, 상기 열판의 온도를 계측하여, 계측 온도가 목표 온도에 일치하도록, 상기 열판의 온도를 제어하는 온도 조절기이며,
    상기 기판의 온도가, 초기 온도 및 상기 초기 온도로부터 수도의 범위내의 온도를 포함하는 제1 온도로부터 상기 목표 온도 및 상기 목표 온도로부터 수 도의 범위 내의 온도를 포함하는 제2 온도에 도달할 때까지의 도달 시간을 조정하는 조정 데이터가 기억되는 기억부와, 상기 조정 데이터에 기초하여, 상기 기판의 처리가 개시된 후에, 상기 목표 온도를 조정하는 조정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 조절기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 조정부는, 상기 처리가 개시된 후의 소정의 타이밍에서, 상기 조정 데이터에 따라 상기 목표 온도를 조정하는 것을 특징으로 하는 온도 조절기.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 조정 전의 도달 시간과 목표로 하는 도달 시간의 시간차에 기초하여, 상기 조정 데이터를 연산하는 연산부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 조절기.
  14. 기판에 대하여 레지스트를 도포해서 레지스트막을 형성하고, 또한 노광 후의 레지스트막의 현상을 행하는 도포 현상 시스템에 탑재되어, 기판의 열처리를 행하는 열처리 장치이며,
    기판을 재치하고, 기판을 가열하는 열판과, 상기 열판의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 상기 온도 검출 수단에 의한 검출 온도가 목표 온도에 일치하도록, 상기 열판의 온도를 제어하는 제11항에 기재된 온도 조절기를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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