JP6391558B2 - 熱処理装置、基板を熱処理する方法及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Description

本開示は、熱処理装置、基板を熱処理する方法及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。

特許文献１は、基板を加熱する熱板と、基板を冷却する冷却板とを備える熱処理装置を開示している。当該熱処理装置は、例えばフォトリソグラフィ技術を用いて基板を微細加工する際に、基板の表面に塗布されたレジスト液の溶剤を蒸発させるための加熱処理（ＰＡＢ：Pre Applied Bake）や、露光処理後に、基板上面の塗布膜の化学反応を促進させるための加熱処理（ＰＥＢ：Post Exposure Bake）や、現像処理後の加熱処理（ＰＢ：Post Bake）などを実施する。

特開２００７−２９４７５３号公報

現在、フォトリソグラフィ技術を用いて凹凸パターン（例えば、レジストパターン）を基板（例えば、半導体ウエハ、ガラスウエハその他の各種ウエハ）の表面に形成するための微細加工プロセスが、広く一般に行われている。特に近年、凹凸パターンの更なる微細化に伴い、基板表面上に配置された各種材料を基板の表面内において均一に熱処理する要求が高まっている。

ところが、基板に反りが生じていたり、基板と熱板又は冷却板との間に微小な異物が存在していることがある。これらの場合、熱板又は冷却板との間で授受する熱量が基板の面内において均一でなくなる。そのため、基板を熱板又は冷却板に載置した直後又は載置してからしばらくの間、基板の面内温度分布が不均一となる。従って、基板表面上に配置された各種材料の化学反応にばらつきが生じ、凹凸パターンの線幅が不均一となる虞がある。

そこで、本開示は、基板の面内温度分布をより均一に制御することが可能な熱処理装置、基板を熱処理する方法及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を説明する。

本開示の一つの観点に係る熱処理装置は、基板に熱を付与するように構成された熱板と、熱板を加熱するように構成されたヒータと、熱板に対して基板を移送可能に構成された移送板と、移送板の複数の領域ごとに独立して温度調節可能に構成された複数の温調部材と、制御部とを備え、制御部は、ヒータを制御して、全面が所定の初期温度に設定された第１の基板を熱板によって加熱する第１の処理と、第１の処理の際に第１の基板に生ずる面内温度分布を取得する第２の処理と、複数の温調部材を制御して、第２の処理において取得された面内温度分布の不均一を相殺するような温度分布を移送板に生じさせ、第２の基板の面内温度分布を移送板によって調節する第３の処理と、ヒータを制御して、第３の処理において温調された第２の基板を熱板によって加熱する第４の処理とを実行する。

本開示の一つの観点に係る熱処理装置では、制御部が、複数の温調部材を制御して、第２の処理において取得された面内温度分布の不均一を相殺するような温度分布を移送板に生じさせ、第２の基板の面内温度分布を移送板によって調節する第３の処理を実行している。換言すれば、第３の処理において第２の基板が移送板によって温調される際には、第２の基板のうち熱板によって加熱されやすい領域の温度が予め相対的に低く設定され、第２の基板のうち熱板によって加熱されにくい領域の温度が予め相対的に高く設定される。そのため、続く第４の処理を制御部が実行し、第２の基板が熱板に載置された直後又は載置されてからしばらくの間であっても、第２の基板の面内温度分布が均一化される。従って、基板の面内温度分布をより均一に制御することが可能となるので、凹凸パターンの線幅のさらなる均一化が図られる。

第１の基板には、第１の基板の面内温度分布を取得可能な測温部材が設けられており、制御部は、第２の処理において、第１の処理の際に第１の基板に生ずる面内温度分布を測温部材によって取得してもよい。この場合、第１の基板を温度測定用の基板として利用することができるので、第１の処理において面内温度分布を取得するために製品用の基板を浪費せずにすむ。そのため、より低コストで基板を熱処理できる。

制御部は、第１の処理において加熱された第１の基板を、全面が所定の冷却温度に設定された移送板によって冷却する第５の処理と、第５の処理の際に第１の基板に生ずる面内温度分布を取得する第６の処理と、複数の温調部材を制御して、第６の処理において取得された面内温度分布の不均一を相殺するような温度分布を移送板に生じさせ、第４の処理において加熱された後の第２の基板を移送板によって冷却する第７の処理とをさらに実行してもよい。この場合、第７の処理において第２の基板が移送板によって冷却される際には、第２の基板のうち移送板によって冷却されやすい領域の温度が予め相対的に高く設定され、第２の基板のうち移送板によって冷却されにくい領域の温度が予め相対的に低く設定される。そのため、第２の基板が移送板に載置された直後又は載置されてからしばらくの間であっても、基板の面内温度分布が均一化される。従って、凹凸パターンの線幅のさらなる均一化が図られる。

第１の基板には、第１の基板の面内温度分布を取得可能な測温部材が設けられており、制御部は、第２の処理において、第１の処理の際に第１の基板に生ずる面内温度分布を測温部材によって取得すると共に、第６の処理において、第５の処理の際に第１の基板に生ずる面内温度分布を測温部材によって取得してもよい。この場合、第１の基板を温度測定用の基板として利用することができるので、第１及び第６の処理において面内温度分布を取得するために製品用の基板を浪費せずにすむ。そのため、より低コストで基板を熱処理できる。

制御部は、第７の処理の際に、複数の温調部材を制御して、第６の処理において取得された面内温度分布の不均一を相殺するような温度分布を移送板に生じさせた後に、複数の領域をいずれも所定の目標温度に向けて変化させてもよい。ところで、基板表面上に配置される材料によっては、基板の温度がある程度降下しても化学反応が停止しないものもある。しかしながら、この場合、移送板による第２の基板の冷却中に第２の基板の面内温度分布が徐々に均一化される。そのため、基板の温度がある程度降下した場合でも、基板表面上に配置される材料の化学反応が均一に進行しやすくなる。従って、凹凸パターンの線幅のさらなる均一化が図られる。

複数の温調部材はそれぞれペルチェ素子であってもよい。この場合、ペルチェ素子は温度応答性に優れるので、移送板の各領域の温度を素早く変化させることが可能となる。

本開示の他の観点に係る基板を熱処理する方法は、全面が所定の初期温度に設定された第１の基板を熱板によって加熱する第１の工程と、第１の工程の際に第１の基板に生ずる面内温度分布を取得する第２の工程と、複数の温調部材によってそれぞれ独立して温度調節可能に構成された複数の領域を有する移送板に対し、第２の工程で取得された面内温度分布の不均一を相殺するような温度分布を生じさせ、第２の基板の面内温度分布を移送板によって調節する第３の工程と、第３の工程において温調された第２の基板を熱板によって加熱する第４の工程とを含む。

本開示の他の観点に係る基板を熱処理する方法では、第３の工程において、第２の工程で取得された面内温度分布の不均一を相殺するような温度分布を移送板に生じさせ、第２の基板の面内温度分布を移送板によって調節している。換言すれば、第３の処理において第２の基板が移送板によって温調される際には、第２の基板のうち熱板によって加熱されやすい領域の温度が予め相対的に低く設定され、第２の基板のうち熱板によって加熱されにくい領域の温度が予め相対的に高く設定される。そのため、第２の基板を熱板によって加熱する第４の工程において、第２の基板が熱板に載置された直後又は載置されてからしばらくの間であっても、第２の基板の面内温度分布が均一化される。従って、基板の面内温度分布をより均一に制御することが可能となるので、凹凸パターンの線幅のさらなる均一化が図られる。

第１の基板には、第１の基板の面内温度分布を取得可能な測温部材が設けられており、第２の工程では、第１の工程の際に第１の基板に生ずる面内温度分布を測温部材によって取得してもよい。この場合、第１の基板を温度測定用の基板として利用することができるので、第１の工程において面内温度分布を取得するために製品用の基板を浪費せずにすむ。そのため、より低コストで基板を熱処理できる。

本開示の他の観点に係る基板を熱処理する方法は、第１の工程において加熱された第１の基板を、全面が所定の冷却温度に設定された移送板によって冷却する第５の工程と、第５の工程の際に第１の基板に生ずる面内温度分布を取得する第６の工程と、第６の工程において取得された面内温度分布の不均一を相殺するような温度分布を移送板に生じさせ、第４の工程において加熱された後の第２の基板を移送板によって冷却する第７の工程とをさらに含んでもよい。この場合、第７の工程において第２の基板が移送板によって冷却される際には、第２の基板のうち移送板によって冷却されやすい領域の温度が予め相対的に高く設定され、第２の基板のうち移送板によって冷却されにくい領域の温度が予め相対的に低く設定される。そのため、基板が移送板に載置された直後又は載置されてからしばらくの間においても、基板の面内温度分布が均一化される。従って、凹凸パターンの線幅のさらなる均一化が図られる。

第１の基板には、第１の基板の面内温度分布を取得可能な測温部材が設けられており、第２の工程では、第１の工程の際に第１の基板に生ずる面内温度分布を測温部材によって取得し、第６の工程では、第５の工程の際に第１の基板に生ずる面内温度分布を測温部材によって取得してもよい。この場合、第１の基板を温度測定用の基板として利用することができるので、第１及び第６の工程において面内温度分布を取得するために製品用の基板を浪費せずにすむ。そのため、より低コストで基板を熱処理できる。

第７の工程では、第６の工程において取得された面内温度分布の不均一を相殺するような温度分布を移送板に生じさせた後に、複数の領域をいずれも所定の目標温度に向けて変化させてもよい。ところで、基板表面上に配置される材料によっては、基板の温度がある程度降下しても化学反応が停止しないものもある。しかしながら、この場合、移送板による第２の基板の冷却中に第２の基板の面内温度分布が徐々に均一化される。そのため、基板の温度がある程度降下した場合でも、基板表面上に配置される材料の化学反応が均一に進行しやすくなる。従って、凹凸パターンの線幅のさらなる均一化が図られる。

複数の温調部材はそれぞれペルチェ素子であってもよい。この場合、ペルチェ素子は温度応答性に優れるので、移送板の各領域の温度を素早く変化させることが可能となる。

本開示の他の観点に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上述の方法を熱処理装置に実行させるためのプログラムを記録している。本開示の他の観点に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体では、上記の方法と同様に、基板の面内温度分布をより均一に制御することが可能となる。本明細書において、コンピュータ読み取り可能な記録媒体には、一時的でない有形の媒体（non-transitory computer recording medium）（例えば、各種の主記憶装置又は補助記憶装置）や、伝播信号（transitory computer recording medium）（例えば、ネットワークを介して提供可能なデータ信号）が含まれる。

本開示に係る熱処理装置、基板を熱処理する方法及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体によれば、基板の面内温度分布をより均一に制御することが可能となる。

図１は、基板処理システムを示す斜視図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４は、熱処理ユニットを側方から見た断面図である。 図５は、熱処理ユニットを上方から見た断面図である。 図６は、冷却板を上方から見た図である。 図７は、熱処理ユニット及びコントローラを示すブロック図である。 図８は、コントローラのハードウェア構成を示す概略図である。 図９は、測温用ウエハによって面内温度分布を取得する方法を説明するためのフローチャートである。 図１０（ａ）は、測温用ウエハの昇温過程を示すグラフであり、図１０（ｂ）は、測温用ウエハの降温過程を示すグラフである。 図１１は、測温用ウエハの面内温度分布の一例を示す図である。 図１２は、ウエハを熱処理する方法を説明するためのフローチャートである。 図１３は、ウエハの面内温度分布の一例を示す図である。

以下に説明される本開示に係る実施形態は本発明を説明するための例示であるので、本発明は以下の内容に限定されるべきではない。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

［基板処理システム］
図１に示されるように、基板処理システム１（基板処理装置）は、塗布現像装置２（基板処理装置）と、露光装置３と、コントローラ１０（制御部；熱処理装置）とを備える。露光装置３は、ウエハＷ（第２の基板）の表面に形成されたレジスト膜Ｒ（図４参照）の露光処理（パターン露光）を行う。具体的には、液浸露光等の方法によりレジスト膜Ｒ（感光性被膜）の露光対象部分に選択的にエネルギー線を照射する。エネルギー線としては、例えばＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー、ｇ線、ｉ線、又は極端紫外線（ＥＵＶ：Extreme Ultraviolet）が挙げられる。

塗布現像装置２は、露光装置３による露光処理の前に、ウエハＷの表面にレジスト膜Ｒを形成する処理を行い、露光処理後にレジスト膜Ｒの現像処理を行う。ウエハＷは、円板状を呈してもよいし、円形の一部が切り欠かれていてもよいし、多角形など円形以外の形状を呈していてもよい。ウエハＷは、例えば、半導体基板、ガラス基板、マスク基板、ＦＰＤ（Flat Panel Display）基板その他の各種基板であってもよい。ウエハＷの直径は、例えば２００ｍｍ〜４５０ｍｍ程度であってもよい。

図１〜図３に示されるように、塗布現像装置２は、キャリアブロック４と、処理ブロック５と、インターフェースブロック６とを備える。キャリアブロック４、処理ブロック５及びインターフェースブロック６は、水平方向に並んでいる。

キャリアブロック４は、図１及び図３に示されるように、キャリアステーション１２と、搬入搬出部１３とを有する。キャリアステーション１２は複数のキャリア１１を支持する。キャリア１１は、少なくとも一つのウエハＷを密封状態で収容する。キャリア１１の側面１１ａには、ウエハＷを出し入れするための開閉扉（図示せず）が設けられている。キャリア１１は、側面１１ａが搬入搬出部１３側に面するように、キャリアステーション１２上に着脱自在に設置される。

搬入搬出部１３は、キャリアステーション１２及び処理ブロック５の間に位置している。搬入搬出部１３は、複数の開閉扉１３ａを有する。キャリアステーション１２上にキャリア１１が載置される際には、キャリア１１の開閉扉が開閉扉１３ａに面した状態とされる。開閉扉１３ａ及び側面１１ａの開閉扉を同時に開放することで、キャリア１１内と搬入搬出部１３内とが連通する。搬入搬出部１３は、受け渡しアームＡ１を内蔵している。受け渡しアームＡ１は、キャリア１１からウエハＷを取り出して処理ブロック５に渡し、処理ブロック５からウエハＷを受け取ってキャリア１１内に戻す。

処理ブロック５は、図１及び図２に示されるように、ＢＣＴモジュール１４と、ＨＭＣＴモジュール１５と、ＣＯＴモジュール１６と、ＤＥＶモジュール１７とを有する。ＢＣＴモジュール１４は下層膜形成モジュールである。ＨＭＣＴモジュール１５は中間膜（ハードマスク）形成モジュールである。ＣＯＴモジュール１６はレジスト膜形成モジュールである。ＤＥＶモジュール１７は現像処理モジュールである。これらのモジュールは、床面側からＤＥＶモジュール１７、ＢＣＴモジュール１４、ＨＭＣＴモジュール１５、ＣＯＴモジュール１６の順に並んでいる。

ＢＣＴモジュール１４は、ウエハＷの表面上に下層膜を形成するように構成されている。ＢＣＴモジュール１４は、複数の塗布ユニット（図示せず）と、複数の熱処理ユニット（図示せず）と、これらのユニットにウエハＷを搬送する搬送アームＡ２（図２参照）とを内蔵している。塗布ユニットは、下層膜形成用の塗布液をウエハＷの表面に塗布して塗布膜を形成するように構成されている。熱処理ユニットは、例えば熱板によりウエハＷを加熱し、加熱後のウエハＷを例えば冷却板により冷却して熱処理を行うように構成されている。ＢＣＴモジュール１４において行われる熱処理の具体例としては、塗布膜を硬化させて下層膜とするための加熱処理が挙げられる。下層膜としては、例えば、反射防止（ＳｉＡＲＣ）膜が挙げられる。

ＨＭＣＴモジュール１５は、下層膜上に中間膜を形成するように構成されている。ＨＭＣＴモジュール１５は、複数の塗布ユニット（図示せず）と、複数の熱処理ユニット（図示せず）と、これらのユニットにウエハＷを搬送する搬送アームＡ３（図２参照）とを内蔵している。塗布ユニットは、中間膜形成用の塗布液をウエハＷの表面に塗布して塗布膜を形成するように構成されている。熱処理ユニットは、例えば熱板によりウエハＷを加熱し、加熱後のウエハＷを例えば冷却板により冷却して熱処理を行うように構成されている。ＨＭＣＴモジュール１５において行われる熱処理の具体例としては、塗布膜を硬化させて中間膜とするための加熱処理が挙げられる。中間膜としては、例えば、ＳＯＣ（Spin On Carbon）膜、アモルファスカーボン膜が挙げられる。

ＣＯＴモジュール１６は、中間膜上に熱硬化性且つ感光性のレジスト膜Ｒを形成するように構成されている。ＣＯＴモジュール１６は、図２及び図３に示されるように、複数の塗布ユニットＵ１と、複数の熱処理ユニットＵ２（熱処理装置）と、これらのユニットにウエハＷを搬送する搬送アームＡ４とを内蔵している。塗布ユニットＵ１は、レジスト膜形成用の処理液（レジスト剤）を中間膜の上に塗布して塗布膜を形成するように構成されている。熱処理ユニットＵ２は、例えば熱板によりウエハＷを加熱し、加熱後のウエハＷを例えば冷却板により冷却して熱処理を行うように構成されている。ＣＯＴモジュール１６において行われる熱処理の具体例としては、塗布膜を硬化させてレジスト膜Ｒとするための加熱処理（ＰＡＢ：Pre Applied Bake）が挙げられる。熱処理ユニットＵ２の詳細については後述する。

ＤＥＶモジュール１７は、露光されたレジスト膜の現像処理を行うように構成されている。ＤＥＶモジュール１７は、複数の現像ユニット（図示せず）と、複数の熱処理ユニット（図示せず）と、これらのユニットにウエハＷを搬送する搬送アームＡ５と、これらのユニットを経ずにウエハＷを搬送する直接搬送アームＡ６とを内蔵している。現像ユニットは、レジスト膜Ｒを部分的に除去してレジストパターンを形成するように構成されている。熱処理ユニットは、例えば熱板によりウエハＷを加熱し、加熱後のウエハＷを例えば冷却板により冷却して熱処理を行うように構成されている。ＤＥＶモジュール１７において行われる熱処理の具体例としては、現像処理前の加熱処理（ＰＥＢ：Post Exposure Bake）、現像処理後の加熱処理（ＰＢ：Post Bake）等が挙げられる。

処理ブロック５内におけるキャリアブロック４側には、図２及び図３に示されるように、棚ユニットＵ１０が設けられている。棚ユニットＵ１０は、床面からＨＭＣＴモジュール１５に亘るように設けられており、上下方向に並ぶ複数のセルに区画されている。棚ユニットＵ１０の近傍には昇降アームＡ７が設けられている。昇降アームＡ７は、棚ユニットＵ１０のセル同士の間でウエハＷを昇降させる。

処理ブロック５内におけるインターフェースブロック６側には、棚ユニットＵ１１が設けられている。棚ユニットＵ１１は床面からＤＥＶモジュール１７の上部に亘るように設けられており、上下方向に並ぶ複数のセルに区画されている。

インターフェースブロック６は、受け渡しアームＡ８を内蔵しており、露光装置３に接続される。受け渡しアームＡ８は、棚ユニットＵ１１のウエハＷを取り出して露光装置３に渡し、露光装置３からウエハＷを受け取って棚ユニットＵ１１に戻すように構成されている。

コントローラ１０は、基板処理システム１を部分的又は全体的に制御する。コントローラ１０の詳細については後述する。

［熱処理ユニットの構成］
次に、熱処理ユニットＵ２の構成について、図４〜図７を参照してさらに詳しく説明する。なお、本明細書ではＣＯＴモジュール１６の熱処理ユニットＵ２の構成を説明しているが、ＢＣＴモジュール１４、ＨＭＣＴモジュール１５及びＤＥＶモジュール１７の熱処理ユニットの構成も熱処理ユニットＵ２と同等である。

熱処理ユニットＵ２は、図４及び図５に示されるように、筐体１００内に、ウエハＷを加熱する加熱部１１０と、ウエハＷを冷却する冷却部１２０とを有する。筐体１００のうち冷却部１２０に対応する部分の両側壁には、ウエハＷを筐体１００の内部に搬入すると共にウエハＷを筐体１００外へと搬出するための搬入出口１０１が形成されている（図５参照）。

加熱部１１０は、蓋部１１１（収容筐体）と、熱板収容部１１２（収容筐体）とを有する。蓋部１１１は、熱板収容部１１２の上方に位置しており、熱板収容部１１２から離間した上方位置と熱板収容部１１２上に載置される下方位置との間で上下動が可能である。蓋部１１１は、下方位置にあるときに熱板収容部１１２とともに処理室ＰＲを構成する。蓋部１１１の中央には、処理室ＰＲから気体を排気するための排気部１１１ａが設けられている。

熱板収容部１１２は、円筒状を呈しており、その内部に熱板１１３を収容している。熱板１１３の外周部は、支持部材１１４によって支持されている。支持部材１１４の外周は、筒状を呈するサポートリング１１５によって支持されている。サポートリング１１５の上面には、上方に向けて開口したガス供給口１１５ａが形成されている。ガス供給口１１５ａは、処理室ＰＲ内に不活性ガスを噴き出すように構成されている。

熱板１１３は、図５に示されるように、円形状を呈する平板である。熱板１１３の外形は、ウエハＷの外形よりも大きい。熱板１１３には、その厚さ方向に貫通して延びる貫通孔ＨＬが３つ形成されている。熱板１１３の上面には、ウエハＷを支持する少なくとも３つの支持ピンＰＮが立設されている。支持ピンＰＮの高さは、例えば１００μｍ程度であってもよい。熱板１１３の下面には、熱板１１３を加熱するように構成されたヒータ１１６が配置されている。熱板１１３の内部には、図４に示されるように、熱板１１３の温度を測定するように構成された温度センサ１１７が配置されている。

熱板１１３の下方には昇降機構１１９が配置されている。昇降機構１１９は、筐体１００外に配置されたモータ１１９ａと、モータ１１９ａによって上下動する３つの昇降ピン１１９ｂとを有する。昇降ピン１１９ｂはそれぞれ、対応する貫通孔ＨＬ内に挿通されている。昇降ピン１１９ｂの先端が熱板１１３及び支持ピンＰＮよりも上方に突出している場合、昇降ピン１１９ｂの先端上にウエハＷを載置可能である。昇降ピン１１９ｂの先端上に載置されたウエハＷは、昇降ピン１１９ｂの上下動に伴い昇降する。

冷却部１２０は、図４及び図５に示されるように、加熱部１１０に隣接して位置している。冷却部１２０は、載置されたウエハＷを冷却する冷却板（移送板）１２１を有する。冷却板１２１は、図５に示されるように、略円形状を呈する平板であり、ウエハＷを移送可能に構成されている。

冷却板１２１は、加熱部１１０側に向かって延伸するレール１２３に取付けられている。冷却板１２１は、駆動部１２４により駆動され、レール１２３上を水平移動可能である。加熱部１１０側まで移動した冷却板１２１は、熱板１１３の上方に位置する。そのため、冷却板１２１は、熱板１１３の上方位置と熱板１１３からの離間位置との間で移動可能である。

冷却板１２１には、図５及び図６に示されるように、レール１２３の延在方向に沿って延びる２本のスリット１２５が形成されている。スリット１２５は、冷却板１２１における加熱部１１０側の端部から冷却板１２１の中央部付近まで延びるように形成されている。スリット１２５により、加熱部１１０側に移動した冷却板１２１と熱板１１３上に突出した昇降ピン１１９ｂとの干渉が防止される。そのため、冷却板１２１は、ウエハＷを熱板１１３に受け渡し且つウエハＷを熱板１１３から受け取ることが可能である。

図４に示されるように、冷却板１２１の下方には昇降機構１２６が配置されている。昇降機構１２６は、筐体１００外に配置されたモータ１２６ａと、モータ１２６ａによって上下動する３つの昇降ピン１２６ｂとを有する。昇降ピン１２６ｂはそれぞれ、スリット１２５を通過可能に構成されている。昇降ピン１２６ｂの先端が冷却板１２１よりも上方に突出している場合、昇降ピン１２６ｂの先端上にウエハＷを載置可能である。昇降ピン１２６ｂの先端上に載置されたウエハＷは、昇降ピン１２６ｂの上下動に伴い昇降する。

冷却板１２１内には、図４に示されるように、冷却部材（温調部材）１２２が設けられている。冷却部材１２２は、図６に示されるように、５つの領域Ｒ１〜Ｒ５を有している。１つの領域Ｒ１は、上方から見て円形状を呈し、冷却部材１２２の中心部を構成する。４つの領域Ｒ２〜Ｒ５は、扇形状を呈しており、領域Ｒ１の周囲を囲むように配置されている。より具体的には、領域Ｒ２は、領域Ｒ３，Ｒ５と隣り合うと共に、領域Ｒ１を間において領域Ｒ４と対向している。本実施形態においては、領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５には２つのスリット１２５が存在している。特に、領域Ｒ５は、２つのスリット１２５によって、独立した３つの部分に分割されている。

領域Ｒ１〜Ｒ４の内部にはそれぞれ、ペルチェ素子１２２ａ_１〜１２２ａ_４が配置されている。領域Ｒ５のうち分割された３つの部分にはそれぞれ、ペルチェ素子１２２ａ_５が配置されている。これらのペルチェ素子１２２ａ_１〜１２２ａ_５は、対応する領域Ｒ１〜Ｒ５の温度を独立して調節することが可能である。

領域Ｒ１〜Ｒ４の下面又は内部にはそれぞれ、温度センサ１２２ｂ_１〜１２２ｂ_４（測温部材）が配置されている。領域Ｒ５のうち分割された３つの部分にはそれぞれ、温度センサ１２２ｂ_５（測温部材）がそれぞれ配置されている。これらの温度センサ１２２ｂ_１〜１２２ｂ_５は、対応する領域Ｒ１〜Ｒ５の温度を独立して測定することが可能である。

［コントローラの構成］
コントローラ１０は、図７に示されるように、機能モジュールとして、読取部Ｍ１と、記憶部Ｍ２と、処理部Ｍ３と、指示部Ｍ４とを有する。これらの機能モジュールは、コントローラ１０の機能を便宜上複数のモジュールに区切ったものに過ぎず、コントローラ１０を構成するハードウェアがこのようなモジュールに分かれていることを必ずしも意味するものではない。各機能モジュールは、プログラムの実行により実現されるものに限られず、専用の電気回路（例えば論理回路）、又は、これを集積した集積回路（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）により実現されるものであってもよい。

読取部Ｍ１は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体ＲＭからプログラムを読み取る。記録媒体ＲＭは、基板処理システム１の各部を動作させるためのプログラムを記録している。記録媒体ＲＭとしては、例えば、半導体メモリ、光記録ディスク、磁気記録ディスク、光磁気記録ディスクであってもよい。

記憶部Ｍ２は、種々のデータを記憶する。記憶部Ｍ２は、例えば、読取部Ｍ１において記録媒体ＲＭから読み取られたプログラム、温度センサ１１７から入力された熱板１１３の温度、温度センサ１２２ｂ_１〜１２２ｂ_５から入力された各領域Ｒ１〜Ｒ５の温度の他、熱板１１３によってウエハＷを加熱する際の加熱設定温度、冷却板１２１によってウエハＷを冷却する際の冷却設定温度、測温用ウエハが取得した面内温度分布（詳しくは後述する）、等を記憶する。

処理部Ｍ３は、各種データを処理する。処理部Ｍ３は、例えば、記憶部Ｍ２に記憶されている各種データに基づいて、基板処理システム１の各部（例えば、ヒータ１１６，昇降機構１１９，１２６、駆動部１２４、ペルチェ素子１２２ａ_１〜１２２ａ_５）を動作させるための信号を生成する。

指示部Ｍ４は、処理部Ｍ３において生成された信号を基板処理システム１の各部（例えば、ヒータ１１６，昇降機構１１９，１２６、駆動部１２４、ペルチェ素子１２２ａ_１〜１２２ａ_５）に送信する。具体的には、指示部Ｍ４は、ヒータ１１６にＯＮ／ＯＦＦ信号を送信し、ヒータ１１６への通電を切り替える。指示部Ｍ４は、モータ１１９ａに上昇信号又は下降信号を送信し、昇降ピン１１９ｂを昇降させる。指示部Ｍ４は、モータ１２６ａに上昇信号又は下降信号を送信し、昇降ピン１２６ｂを昇降させる。指示部Ｍ４は、駆動部１２４に駆動信号を送信し、冷却板１２１が熱板１１３の上方に位置する第１の位置と、冷却板１２１が熱板１１３から離れる第２の位置との間で冷却板１２１をレール１２３に沿って水平移動させる。指示部Ｍ４は、ペルチェ素子１２２ａ_１〜１２２ａ_５に制御信号を送信し、対応する領域Ｒ１〜Ｒ５の温度をそれぞれ独立して調節する。

コントローラ１０のハードウェアは、例えば一つ又は複数の制御用のコンピュータにより構成される。コントローラ１０は、ハードウェア上の構成として、例えば図８に示される回路１０Ａを有する。回路１０Ａは、電気回路要素（circuitry）で構成されていてもよい。回路１０Ａは、具体的には、プロセッサ１０Ｂと、メモリ１０Ｃと、ストレージ１０Ｄと、ドライバ１０Ｅと、入出力ポート１０Ｆとを有する。プロセッサ１０Ｂは、メモリ１０Ｃ及びストレージ１０Ｄの少なくとも一方と協働してプログラムを実行し、入出力ポート１０Ｆを介した信号の入出力を実行することで、上述した各機能モジュールを構成する。ドライバ１０Ｅは、基板処理システム１の各種装置をそれぞれ駆動する回路である。入出力ポート１０Ｆは、ドライバ１０Ｅと基板処理システム１の各種装置との間で、信号の入出力を行う。

本実施形態では、基板処理システム１は、一つのコントローラ１０を備えているが、複数のコントローラ１０で構成されるコントローラ群（制御部）を備えていてもよい。基板処理システム１がコントローラ群を備えている場合には、上記の機能モジュールがそれぞれ、一つのコントローラ１０によって実現されていてもよいし、２個以上のコントローラ１０の組み合わせによって実現されていてもよい。コントローラ１０が複数のコンピュータ（回路１０Ａ）で構成されている場合には、上記の機能モジュールがそれぞれ、一つのコンピュータ（回路１０Ａ）によって実現されていてもよいし、２つ以上のコンピュータ（回路１０Ａ）の組み合わせによって実現されていてもよい。コントローラ１０は、複数のプロセッサ１０Ｂを有していてもよい。この場合、上記の機能モジュールがそれぞれ、一つのプロセッサ１０Ｂによって実現されていてもよいし、２つ以上のプロセッサ１０Ｂの組み合わせによって実現されていてもよい。

［測温用ウエハによる面内温度分布の取得方法］
続いて、図９を参照して、測温用ウエハ（第１の基板）による面内温度分布の取得方法を説明する。測温用ウエハは、ウエハＷの複数箇所に測温部材（例えば熱電対）が埋め込まれたものであり、測温用ウエハの面内温度分布を取得可能に構成されている。まず、コントローラ１０は、駆動部１２４及び昇降機構１１９，１２６を制御して、測温用ウエハを冷却板１２１から熱板１１３に搬送する（ステップＳ１１；第１の処理；第１の工程）。このとき、熱板１１３は、ヒータ１１６によって所定の加熱設定温度（例えば、７０℃〜１３０℃程度）に温調されている。また、測温用ウエハは全体的に（全面的に）所定の初期温度（例えば、常温）とされており、測温用ウエハの面内温度分布が略均一となるように設定されている。

測温用ウエハが熱板１１３上（支持ピンＰＮ上）に載置されると、測温用ウエハが熱板１１３によって加熱される。測温用ウエハの測温部材は、このときの測温用ウエハの面内温度分布を経時的に取得して、そのデータをコントローラ１０に送信する（ステップＳ１２；第２の処理；第２の工程）。このとき、測温用ウエハの温度は、例えば、図１０（ａ）に示される実線のように変化する。一方、測温用ウエハの面内温度分布のばらつき（３σ）は、例えば、図１０（ａ）に示される破線のように変化する。図１０（ａ）によれば、測温用ウエハの面内温度分布のばらつきは、測温用ウエハが熱板１１３に載置されてから約３秒後に最も大きくなり、最大で例えば±２℃〜３℃程度の温度差を示す。ばらつき（３σ）が最大のときの測温用ウエハの面内温度分布の例を、図１１（ａ）に示す。なお、図１１及び後述の図１３においては、濃色が高温を示し、淡色が低温を示す。

次に、コントローラ１０は、ステップＳ１２で取得したデータに基づいて、測温用ウエハに生じた面内温度分布の不均一（ばらつき）を相殺するような温度分布（昇温用温度分布）を算出する（ステップＳ１３）。具体的には、例えば、ばらつき（３σ）が最大のときの測温用ウエハの面内温度分布、測温用ウエハによって取得された面内温度分布の平均分布などを用いて、当該分布の各点の値を各点の値の平均値からそれぞれ減算する。これにより、平均値と同じ値を示す点では０、平均値よりも大きな値を示す点では負、平均値よりも小さな値を示す点では正の補正分布が得られる。続いて、補正分布の各点に、冷却板１２１によるウエハＷの冷却設定温度（例えば、２３℃程度）を加算する。これにより、昇温用温度分布が算出される。

次に、コントローラ１０は、駆動部１２４及び昇降機構１１９，１２６を制御して、測温用ウエハを熱板１１３から冷却板１２１に搬送する（ステップＳ１４；第５の処理：第５の工程）。このとき、冷却板１２１は、冷却部材１２２（ペルチェ素子１２２ａ_１〜１２２ａ_５）によって所定の冷却設定温度（例えば、２０℃〜３５℃程度）に温調されている。また、測温用ウエハは全体的に（全面的に）、ステップＳ１１において熱板１１３の加熱設定温度にまで加熱されており、測温用ウエハの面内温度分布が略均一となるように設定されている。

測温用ウエハが冷却板１２１上に載置されると、測温用ウエハが冷却板１２１によって冷却される。測温用ウエハの測温部材は、このときの測温用ウエハの面内温度分布を経時的に取得して、そのデータをコントローラ１０に送信する（ステップＳ１５；第６の処理；第６の工程）。このとき、測温用ウエハの温度は、例えば、図１０（ｂ）に示される実線のように変化する。一方、測温用ウエハの面内温度分布のばらつき（３σ）は、例えば、図１０（ｂ）に示される破線のように変化する。図１０（ｂ）によれば、測温用ウエハの面内温度分布のばらつきは、測温用ウエハが冷却板１２１に載置されてから約１３４秒後に最も大きくなり、最大で例えば±２℃〜３℃程度の温度差を示す。ばらつき（３σ）が最大のときの測温用ウエハの面内温度分布の例を、図１１（ｂ）に示す。

次に、コントローラ１０は、ステップＳ１５で取得したデータに基づいて、測温用ウエハに生じた面内温度分布の不均一（ばらつき）を相殺するような温度分布（降温用温度分布）を算出する（ステップＳ１６）。降温用温度分布の算出方法は、ステップＳ１３における昇温用温度分布の算出方法と同様である。

［ウエハの熱処理方法］
続いて、図１２を参照して、熱処理ユニットＵ２におけるウエハＷの熱処理方法について説明する。なお、本明細書では、レジスト膜Ｒが表面に形成されたウエハＷをＣＯＴモジュール１６の熱処理ユニットＵ２により熱処理する方法を説明しているが、各種膜が表面に形成されたウエハＷをＢＣＴモジュール１４、ＨＭＣＴモジュール１５及びＤＥＶモジュール１７において熱処理する方法も下記と同様である。

まず、コントローラ１０は、ステップＳ１３で算出した昇温用温度分布に基づいて冷却部材１２２（ペルチェ素子１２２ａ_１〜１２２ａ_５）を制御し、冷却板１２１の各領域Ｒ１〜Ｒ５に所定の温度分布を生じさせる（ステップＳ２１）。このときの冷却板１２１の温度分布の一例を図１３（ａ）に示す。図１３（ａ）に示される例は、図１１（ａ）に対して濃淡が反転している。

次に、コントローラ１０は、基板処理システム１の各部を制御して、表面にレジスト膜Ｒが形成されたウエハＷを冷却板１２１に載置させる（ステップＳ２２；第３の処理；第３の工程）。これにより、冷却板１２１の各領域Ｒ１〜Ｒ５の温度分布がウエハＷにも生ずる。

次に、コントローラ１０は、駆動部１２４及び昇降機構１１９，１２６を制御して、ウエハＷを冷却板１２１から熱板１１３に搬送する（ステップＳ２３；第４の処理；第４の工程）。このとき、ウエハＷは熱板１１３により所定の加熱設定温度にまで加熱される。熱板１１３によるウエハＷの加熱時間は、例えば、４０秒〜１２０秒程度であってもよい。熱板１１３によるウエハＷの加熱中に、コントローラ１０は、ステップＳ１６で算出した降温用温度分布に基づいて冷却部材１２２（ペルチェ素子１２２ａ_１〜１２２ａ_５）を制御し、冷却板１２１の各領域Ｒ１〜Ｒ５に所定の温度分布を生じさせる（ステップＳ２４）。

次に、コントローラ１０は、駆動部１２４及び昇降機構１１９，１２６を制御して、ウエハＷを熱板１１３から冷却板１２１に搬送する（ステップＳ２５；第７の処理；第７の工程）。このとき、ウエハＷは冷却板１２１により冷却される。冷却板１２１によるウエハＷの冷却時間は、例えば、５秒〜３０秒程度であってもよい。

ステップＳ２５において、コントローラ１０は、冷却部材１２２（ペルチェ素子１２２ａ_１〜１２２ａ_５）を制御し、冷却板１２１によるウエハＷの冷却開始後に冷却板１２１の各領域Ｒ１〜Ｒ５の温度をいずれも所定の冷却設定温度に向けて変化させてもよい。コントローラ１０によって当該制御が行われると、例えば、冷却板１２１の各領域Ｒ１〜Ｒ５のうち冷却設定温度よりも温度が高い領域は冷却設定温度となるように徐々に降温していき、冷却板１２１の各領域Ｒ１〜Ｒ５のうち冷却設定温度よりも温度が低い領域は冷却設定温度となるように徐々に昇温していく。コントローラ１０による当該制御は、冷却板１２１によるウエハＷの冷却開始直後に実行してもよいし、冷却板１２１によるウエハＷの冷却開始から５秒〜１５秒程度後に実行してもよい。この場合、冷却板１２１によるウエハＷの冷却中にウエハＷの温度が徐々に冷却設定温度に均一化される。そのため、ウエハＷの表面に配置された材料（本実施形態ではレジスト膜Ｒ）がある程度低い温度でも化学反応が進行する場合でも、ウエハＷの冷却中に当該材料の化学反応が均一に進行しやすくなる。従って、凹凸パターンの線幅がより均一化しやすくなる。

次に、コントローラ１０は、基板処理システム１の各部を制御して、ステップＳ２５において冷却設定温度まで冷却されたウエハＷを熱処理ユニットＵ２から搬出させる（ステップＳ２６）。以上により、ウエハＷの熱処理が完了する。

［作用］
以上のような本実施形態では、ステップＳ１２で取得された面内温度分布のデータに基づいて、測温用ウエハに生じた面内温度分布の不均一を相殺するような温度分布を冷却板１２１に生じさせ（ステップＳ２１）、ウエハＷの温度を冷却板１２１によって加熱している（ステップＳ２２）。換言すれば、ステップＳ２１においてウエハＷが冷却板１２１によって温調される際には、ウエハＷのうち熱板１１３によって加熱されやすい領域の温度が予め相対的に低く設定され、ウエハＷのうち熱板１１３によって加熱されにくい領域の温度が予め相対的に高く設定される。そのため、続くステップＳ２３において熱板１１３によるウエハＷの加熱が開始され、ウエハＷが熱板１１３に載置された直後又は載置されてからしばらくの間であっても、ウエハＷの面内温度分布が均一化される（図１３（ｂ）参照）。従って、ウエハＷの面内温度分布をより均一に制御することが可能となるので、凹凸パターンの線幅のさらなる均一化が図られる。

本実施形態では、ステップＳ１５で取得された面内温度分布のデータに基づいて、測温用ウエハに生じた面内温度分布の不均一を相殺するような温度分布を冷却板１２１に生じさせ（ステップＳ２４）、ウエハＷの温度を冷却板１２１によって冷却している（ステップＳ２５）。換言すれば、ステップＳ２５においてウエハＷが冷却板１２１によって温調される際には、ウエハＷのうち冷却板１２１によって冷却されやすい領域の温度が予め相対的に高く設定され、ウエハＷのうち冷却板１２１によって冷却されにくい領域の温度が予め相対的に低く設定される。そのため、ウエハＷが冷却板１２１に載置された直後又は載置されてからしばらくの間であっても、ウエハＷの面内温度分布が均一化される。従って、ウエハＷの面内温度分布をより均一に制御することが可能となるので、凹凸パターンの線幅の一層の均一化が図られる。

本実施形態では、面内温度分布を取得可能な測温部材が設けられた測温用ウエハを用いて、予め昇温用温度分布及び降温用温度分布が取得される（ステップＳ１３，Ｓ１６）。そのため、昇温用温度分布及び降温用温度分布を取得するにあたり製品用のウエハＷを浪費せずにすむ。従って、より低コストでウエハＷを熱処理できる。

本実施形態では、冷却板１２１の各領域Ｒ１〜Ｒ５の温度をそれぞれペルチェ素子１２２ａ_１〜１２２ａ_５によって温調している。ペルチェ素子１２２ａ_１〜１２２ａ_５は温度応答性に優れるので、冷却板１２１の各領域Ｒ１〜Ｒ５の温度を素早く変化させることが可能となる。

［他の実施形態］
以上、本開示に係る実施形態について詳細に説明したが、本発明の要旨の範囲内で種々の変形を上記の実施形態に加えてもよい。例えば、冷却板１２１の各領域Ｒ１〜Ｒ５の温調は、ペルチェ素子１２２ａ_１〜１２２ａ_５に限定されず、水冷等の他の手段を用いてもよい。

冷却板１２１は、独立して温度調節可能な複数の領域を有していればよく、５つの領域Ｒ１〜Ｒ５に限定されない。

予め昇温用温度分布及び降温用温度分布が取得するために、上記の実施形態では測温用ウエハを用いていたが、測温用ウエハを用いなくてもよい。この場合、複数箇所に測温部材（例えば熱電対）が埋め込まれた熱板１１３を用いて、熱板１１３によるウエハＷの加熱時にウエハＷの面内温度分布を取得してもよい。

１…基板処理システム、１０…コントローラ（制御部；熱処理装置）、１００…筐体、１１０…加熱部、１１３…熱板、１１６…ヒータ、１２０…冷却部、１２１…冷却板（移送板）、１２２…冷却部材（温調部材）、１２２ａ_１〜１２２ａ_５…ペルチェ素子（温調部材）、１２２ｂ_１〜１２２ｂ_５…温度センサ（測温部材）、Ｒ…レジスト膜、Ｒ１〜Ｒ５…領域、ＲＭ…記録媒体、Ｕ２…熱処理ユニット（熱処理装置）、Ｗ…ウエハ（基板）。

Claims (13)

1. 基板に熱を付与するように構成された熱板と、
   前記熱板を加熱するように構成されたヒータと、
   前記熱板に対して基板を移送可能に構成された移送板と、
   前記移送板の複数の領域ごとに独立して温度調節可能に構成された複数の温調部材と、
   制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記ヒータを制御して、全面が所定の初期温度に設定された第１の基板を前記熱板によって加熱する第１の処理と、
   前記第１の処理の際に前記第１の基板に生ずる面内温度分布を取得する第２の処理と、
   前記複数の温調部材を制御して、前記第２の処理において取得された前記面内温度分布の不均一を相殺するような温度分布を前記移送板に生じさせ、第２の基板の面内温度分布を前記移送板によって調節する第３の処理と、
   前記ヒータを制御して、前記第３の処理において温調された前記第２の基板を前記熱板によって加熱する第４の処理とを実行する、熱処理装置。
2. 前記第１の基板には、前記第１の基板の面内温度分布を取得可能な測温部材が設けられており、
   前記制御部は、前記第２の処理において、前記第１の処理の際に前記第１の基板に生ずる面内温度分布を前記測温部材によって取得する、請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記制御部は、
   前記第１の処理において加熱された前記第１の基板を、全面が所定の冷却温度に設定された移送板によって冷却する第５の処理と、
   前記第５の処理の際に前記第１の基板に生ずる面内温度分布を取得する第６の処理と、
   前記複数の温調部材を制御して、前記第６の処理において取得された前記面内温度分布の不均一を相殺するような温度分布を前記移送板に生じさせ、前記第４の処理において加熱された後の前記第２の基板を前記移送板によって冷却する第７の処理とをさらに実行する、請求項１に記載の熱処理装置。
4. 前記第１の基板には、前記第１の基板の面内温度分布を取得可能な測温部材が設けられており、
   前記制御部は、
   前記第２の処理において、前記第１の処理の際に前記第１の基板に生ずる前記面内温度分布を前記測温部材によって取得すると共に、
   前記第６の処理において、前記第５の処理の際に前記第１の基板に生ずる前記面内温度分布を前記測温部材によって取得する、請求項３に記載の熱処理装置。
5. 前記制御部は、前記第７の処理の際に、前記複数の温調部材を制御して、前記第６の処理において取得された前記面内温度分布の不均一を相殺するような温度分布を前記移送板に生じさせた後に、前記複数の領域をいずれも所定の目標温度に向けて変化させる、請求項３又は４に記載の熱処理装置。
6. 前記複数の温調部材はそれぞれペルチェ素子である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱処理装置。
7. 全面が所定の初期温度に設定された第１の基板を熱板によって加熱する第１の工程と、
   前記第１の工程の際に前記第１の基板に生ずる面内温度分布を取得する第２の工程と、
   複数の温調部材によってそれぞれ独立して温度調節可能に構成された複数の領域を有する移送板に対し、前記第２の工程において取得された前記面内温度分布の不均一を相殺するような温度分布を生じさせ、第２の基板の面内温度分布を前記移送板によって調節する第３の工程と、
   前記第３の工程において温調された前記第２の基板を前記熱板によって加熱する第４の工程とを含む、基板を熱処理する方法。
8. 前記第１の基板には、前記第１の基板の面内温度分布を取得可能な測温部材が設けられており、
   前記第２の工程では、前記第１の工程の際に前記第１の基板に生ずる面内温度分布を前記測温部材によって取得する、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の工程において加熱された前記第１の基板を、全面が所定の冷却温度に設定された前記移送板によって冷却する第５の工程と、
   前記第５の工程の際に前記第１の基板に生ずる面内温度分布を取得する第６の工程と、
   前記第６の工程において取得された前記面内温度分布の不均一を相殺するような温度分布を前記移送板に生じさせ、前記第４の工程において加熱された後の前記第２の基板を前記移送板によって冷却する第７の工程とをさらに含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記第１の基板には、前記第１の基板の面内温度分布を取得可能な測温部材が設けられており、
    前記第２の工程では、前記第１の工程の際に前記第１の基板に生ずる前記面内温度分布を前記測温部材によって取得し、
    前記第６の工程では、前記第５の工程の際に前記第１の基板に生ずる前記面内温度分布を前記測温部材によって取得する、請求項９に記載の方法。
11. 前記第７の工程では、前記第６の工程において取得された前記面内温度分布の不均一を相殺するような温度分布を前記移送板に生じさせた後に、前記複数の領域をいずれも所定の目標温度に向けて変化させる、請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記複数の温調部材はそれぞれペルチェ素子である、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 請求項７〜１２のいずれか一項に記載の方法を熱処理装置に実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。