(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に塗布膜の形成された基板を熱処理する熱処理装置であって、
前記基板を略水平に保持する保持部材と、
前記保持部材に保持された基板を収容するチャンバと、
ガス透過性を有し、前記基板に形成された塗布膜を直接に加熱できるように前記チャンバ内において前記保持部材に保持された基板の上方に配置されるホットプレートと、
前記チャンバの上面に設けられて前記チャンバの内部の排気を行う排気口と、
を具備し、
前記塗布膜が前記ホットプレートによって加熱された際に前記塗布膜から発生するガスは前記ホットプレートを透過した後に前記チャンバ外へ排出され、前記ホットプレートの全面で均一に前記ガスの透過が起こるように、所定位置に孔部が設けられた排気調節板が前記ホットプレートと前記チャンバの上面との間に設けられていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
レジスト液が塗布されてレジスト膜が形成された基板を熱処理する熱処理装置であって、
前記基板を略水平に保持する保持部材と、
前記保持部材に保持された基板を収容するチャンバと、
ガス透過性を有し、前記基板に形成されたレジスト膜を直接に加熱できるように前記チャンバ内において前記保持部材に保持された基板の上方に配置されるホットプレートと、
前記チャンバの上面に設けられて前記チャンバの内部の排気を行う排気口と、
を具備し、
前記レジスト膜が前記ホットプレートによって加熱された際に前記レジスト膜から発生するガスは前記ホットプレートを透過した後に前記チャンバ外へ排出され、前記ホットプレートの全面で均一に前記ガスの透過が起こるように、所定位置に孔部が設けられた排気調節板が前記ホットプレートと前記チャンバの上面との間に設けられていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
前記ホットプレートには上下方向に前記ホットプレートを貫通する複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記ホットプレートは開気孔を有する多孔質素材からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記チャンバは固定された上部容器と昇降自在な下部容器とを有し、
前記保持部材は前記下部容器に固定され、かつ、前記排気口は前記上部容器に設けられ、
前記基板を支持可能であり、前記下部容器を上昇させた際に支持していた基板を前記保持部材に受け渡し、前記下部容器を降下させた際に前記保持部材から基板を受け取るように前記下部容器の底壁を貫通して設けられた基板受渡部材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４のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項６】
基板にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成する第１工程と、
前記レジスト膜の形成された基板を密閉チャンバ内に保持する第２工程と、
前記レジスト膜の形成された基板の上方の所定位置にガス透過性を有するホットプレートを配置し、前記ホットプレートの全面で均一に前記ガスの透過が起こるように、所定位置に孔部が設けられた排気調節板を前記ホットプレートと前記チャンバの上面との間に設け、前記レジスト膜を加熱処理しながら、前記レジスト膜から蒸発するガスが前記ホットプレートを通して排気されるように前記チャンバ内の排気を行う第３工程と、
を有することを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【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を加熱処理する熱処理装置および熱処理方法に関する。
【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】
レジスト膜の形成方法としては、例えば、半導体ウエハをスピンチャックに固定し、次いで、例えば、レジスト液が流れる流路の口径が一定の管体が先端に設けられたレジスト液吐出ノズルを用いて、ウエハの表面に所定量のレジスト液を塗布し、スピンチャックを回転させることでレジスト液をウエハ全体に拡げて所定の膜厚に調整し、さらにウエハに所定の熱処理（プリベーク処理）を施す方法が挙げられる。
【０００４】
従来、レジスト膜のプリベーク処理は、図７に示す加熱ユニット１０１を用いて行われている。加熱ユニット１０１は、チャンバ１０２と、チャンバ１０２内に設けられたホットプレート１０３と、チャンバ１０２内に空気を一定量の空気を導入する給気口１０４と、チャンバ１０２内の空気を一定量排気する排気口１０５とを有している。このような加熱ユニット１０１においては、ウエハを所定温度に保持されたホットプレート１０３上に載置して加熱し、これと並行して給気口１０４からチャンバ１０２内に空気を一定量導入しながら、同量を排気口１０５から排気することでレジスト膜のプリベーク処理が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、フォトリソグラフィー工程においては、パターンの微細化や細線化が進むにつれて、パターン線幅のウエハ面内均一性（ＣＤ均一性）が厳しく求められるようになっている。また、これまでは問題となっていなかったレジスト塗布後のプリベーク処理を行う加熱ユニット内の気流による線幅変動が顕著に現れるレジスト材料が現れ始めている。しかしながら、加熱ユニット１０１を用いて空気をチャンバ１０２内で流しながら行う従来の熱処理方法では、気流によってレジスト膜の表面温度が変化することによって、レジスト液に含まれるポリマー密度や溶媒残留濃度にばらつきが生ずると考えられるために、このような問題に対処することができない。
【０００６】
また、パターンの微細化や細線化が進むにつれて、パターン側面の荒れ（ＬＥＲ；Line Edge Roughness）の制御が重要となってきている。このＬＥＲの問題を解決する方法としては、レジスト液の組成調整等が試みられているが、レジスト感度やＣＤ均一性等の他のレジスト特性との兼ね合いから、十分な成果を上げるには至っていない。一方、ＬＥＲに対する加熱ユニット側からのアプローチは行われていない。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、ＣＤ均一性を向上させる熱処理を可能とする熱処理装置および熱処理方法を提供することを目的とする。また、本発明は良好なＬＥＲ特性を得ることを可能とする熱処理装置および熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、表面に塗布膜の形成された基板を熱処理する熱処理装置であって、前記基板を略水平に保持する保持部材と、前記保持部材に保持された基板を収容するチャンバと、ガス透過性を有し、前記基板に形成された塗布膜を直接に加熱できるように前記チャンバ内において前記保持部材に保持された基板の上方に配置されるホットプレートと、前記チャンバの上面に設けられて前記チャンバの内部の排気を行う排気口と、を具備し、前記塗布膜が前記ホットプレートによって加熱された際に前記塗布膜から発生するガスは前記ホットプレートを透過した後に前記チャンバ外へ排出され、前記ホットプレートの全面で均一に前記ガスの透過が起こるように、所定位置に孔部が設けられた排気調節板が前記ホットプレートと前記チャンバの上面との間に設けられていることを特徴とする熱処理装置、が提供される。
【０００９】
本発明の第２の観点によれば、レジスト液が塗布されてレジスト膜が形成された基板を熱処理する熱処理装置であって、前記基板を略水平に保持する保持部材と、前記保持部材に保持された基板を収容するチャンバと、ガス透過性を有し、前記基板に形成されたレジスト膜を直接に加熱できるように前記チャンバ内において前記保持部材に保持された基板の上方に配置されるホットプレートと、前記チャンバの上面に設けられて前記チャンバの内部の排気を行う排気口と、を具備し、前記レジスト膜が前記ホットプレートによって加熱された際に前記レジスト膜から発生するガスは前記ホットプレートを透過した後に前記チャンバ外へ排出され、前記ホットプレートの全面で均一に前記ガスの透過が起こるように、所定位置に孔部が設けられた排気調節板が前記ホットプレートと前記チャンバの上面との間に設けられていることを特徴とする熱処理装置、が提供される。
【００１２】
本発明の第３の観点によれば、基板にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成する第１工程と、前記レジスト膜の形成された基板を密閉チャンバ内に保持する第２工程と、前記レジスト膜の形成された基板の上方の所定位置にガス透過性を有するホットプレートを配置し、前記ホットプレートの全面で均一に前記ガスの透過が起こるように、所定位置に孔部が設けられた排気調節板を前記ホットプレートと前記チャンバの上面との間に設け、前記レジスト膜を加熱処理しながら、前記レジスト膜から蒸発するガスが前記ホットプレートを通して排気されるように前記チャンバ内の排気を行う第３工程と、を有することを特徴とする熱処理方法、が提供される。
【００１４】
このような熱処理装置および熱処理方法によれば、基板に形成された塗布膜を上部から直接に加熱して、塗布膜から塗布膜に含まれるガス等を均一に蒸発させて排気することが可能である。これにより塗布膜の膜質の均一性が向上し、ＣＤ均一性を向上させることができる。また、塗布膜の膜質の均一性を高めることによって、ＬＥＲ特性を改善して滑らかな側面を有するパターン側面を得ることが可能となる。
【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た半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）をプリベーク処理するホットプレートユニットを備え、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部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アーム２１ａを有しており、このウエハ搬送用アーム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、ウエハ搬送用アーム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Ｇ３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へ対して塗布・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、これらによりウエハＷが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４９の内側にウエハ搬送装置４６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４９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４６も一体的に回転可能となっている。ウエハ搬送装置４６は、搬送基台４７の前後方向に移動自在な複数本の保持アーム４８を備え、これらの保持アーム４８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Ｇ１・Ｇ２・Ｇ３・Ｇ４・Ｇ５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Ｇ１・Ｇ２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Ｇ３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Ｇ４はインターフェイス部１２に隣接して配置されている。また、第５の処理部Ｇ５は背面部に配置されている。
【００２３】
第１の処理部Ｇ１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Ｇ２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Ｇ３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ユニット（ＣＯＬ）、露光処理前や露光処理後さらには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ユニット（ＣＯＬ）を設け、クーリングユニット（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Ｇ４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・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、エクステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングユニット（ＣＯＬ）、および２つのホットプレートユニット（ＨＰ）、レジスト液が塗布されたウエハＷのプリベーク処理専用に用いられる２つのプリベークユニット（ＰＢ）が下から順に８段に重ねられている。
【００２６】
主ウエハ搬送機構２２の背部側に第５の処理部Ｇ５を設ける場合に、第５の処理部Ｇ５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Ｇ５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】
インターフェイス部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部１２の正面部には、可搬性のピックアップカセットＣＲと定置型のバッファカセットＢＲ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Ｇ４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のウエハ搬送用アーム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Ｇ３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４６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Ｇ３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４６により、クーリングユニット（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４６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４の処理部Ｇ４のプリベークユニット（ＰＢ）内でプリベーク処理され、その後いずれかのクーリングユニット（ＣＯＬ）にて冷却される。なお、プリベークユニット（ＰＢ）におけるウエハＷの処理形態については、後に詳細に説明する。
【００３２】
冷却されたウエハＷは、第３の処理部Ｇ３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Ｇ４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部１２に搬送される。
【００３３】
ウエハＷは、インターフェイス部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、インターフェイス部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部１２に戻され、ウエハ搬送機構２４により、第４の処理部Ｇ４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４６により、いずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）に搬送されて、ポストエクスポージャーベーク処理が施され、次いで、クーリングユニット（ＣＯＬ）により冷却される。
【００３５】
その後、ウエハＷは現像ユニット（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Ｇ３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、プリベークユニット（ＰＢ）について詳細に説明する。図４はプリベークユニット（ＰＢ）の一実施形態を示す断面図である。プリベークユニット（ＰＢ）は、ウエハＷを載置する載置プレート３４と、上部容器３０ａと下部容器３０ｂからなるチャンバ３０と、ウエハＷを昇降させるリフトピン３６とを有しており、上部容器３０ａには、ウエハＷに形成されたレジスト膜を加熱する多孔質素材からなるホットプレート３１と、ホットプレート３１から均一な排気が行われるように排気されるガスの流れを調整する排気調整プレート３２とが設けられている。
【００３７】
下部容器３０ｂは固定されており、載置プレート３４は下部容器３０ｂに固定されている。また、上部容器３０ａは図示しない昇降機構により昇降自在となっている。上部容器３０ａを降下させた状態では、シール部材３７により上部容器３０ａと下部容器３０ｂが密着して処理室４０が形成される。ウエハＷが載置プレート３４に載置された状態で処理室４０が形成されると、ウエハＷの表面から所定の高さ位置にホットプレート３１が配置される。こうして、ホットプレート３１によるレジスト膜の直接加熱処理を行うことができる。
【００３８】
ホットプレート３１としては、例えば、ヒータを内蔵した多孔質セラミックス製で、ガス透過性を有するものが用いられる。上部容器３０ａの上面中央には排気口３３が設けられており、排気口３３からの排気動作を行うと、上部容器３０ａの内部が減圧され、さらにホットプレート３１がガス透過性を有するために処理室４０も減圧される。排気調整プレート３２は、排気口３３が上部容器３０ａの上面中央部に設けられているためにホットプレート３１の中央部から多くのガスが排気され易くなるのを抑制する役割を果たす。
【００３９】
例えば、排気調整プレート３２には複数の孔部３２ａが設けられているが、この孔部３２ａを排気調整プレート３２の中央部では少なく形成し、周縁部では多く形成することで、ホットプレート３１全体で均一にガスが透過するようになる。また、この孔部３２ａの直径を中央部では短くし、周縁部では長くすることによっても同様の効果を得ることが可能である。
【００４０】
リフトピン３６は図示しない昇降機構により昇降自在となっており、載置プレート３４にはリフトピン３６が貫通することができる孔部が設けられている。リフトピン３６は、上部容器３０ａを上昇させて下部容器３０ｂの上面が開いた状態で、保持アーム４８との間でウエハＷの受け渡しを行う。
【００４１】
このような構成を有するプリベークユニット（ＰＢ）においては、先ず、上部容器３０ａを上方に退避させて下部容器３０ｂの上面を開口させた状態において、ウエハＷを保持した保持アーム４８を載置プレート３４の上方に進入させ、次にリフトピン３６を上昇させると、ウエハＷは保持アーム４８からリフトピン３６に受け渡される。ウエハＷが保持アーム４８から離れた後に保持アーム４８を退出させ、次いでリフトピン３６を降下させると、ウエハＷは載置プレート３４の表面に設けられたプロキシミティピン３５に保持されるようにして、リフトピン３６から載置プレート３４へと受け渡される。
【００４２】
次に、上部容器３０ａを降下させて処理室４０を形成する。こうしてウエハＷの表面から所定の高さ位置にホットプレート３１が配置され、ホットプレート３１によるレジスト膜の直接加熱処理が行われる。従来は図７に示されるように、ホットプレート１０３にウエハＷを載置し、ウエハＷを加熱することによってウエハＷに形成されたレジスト膜を加熱していたために、ウエハＷの温度分布がレジスト膜に転写されてＣＤ均一性が低下するといった問題があったが、プリベークユニット（ＰＢ）では直接にレジスト膜を加熱するために、レジスト膜の温度均一性を高めて、ＣＤ均一性を高めることが可能である。
【００４３】
ホットプレート３１によるレジスト膜の加熱を開始すると同時に、排気口３３からの排気動作を開始する。排気口３３からの排気が開始されると、上部容器３０ａの内部が減圧され、さらにホットプレート３１自体がガス透過性を有することから処理室４０も減圧される。一方、ホットプレート３１によって加熱されたレジスト膜からは溶剤が蒸発または昇華してガスが発生する。このために処理室４０が減圧雰囲気になると、レジスト膜から蒸発するガスはホットプレート３１を透過して排気口３３から排気される。
【００４４】
ホットプレート３１全体からほぼ均一にガスを透過させることができる状態では、レジスト膜から蒸発するガスは、処理室４０内において水平方向に大きく流れるような気流を発生させることなく、レジスト膜からほぼ真上に引かれるような気流を生ずる。これにより気流の発生によるレジスト膜厚の変化を抑制することができ、しかも、レジスト膜からのガスの蒸発を均一に行うことが可能となるために、レジスト膜の膜質を均一化させることができる。これによりＣＤ均一性を向上させ、パターン側面の平滑化を促進することができる。
【００４５】
なお、排気口３３からの排気を行うことで処理室４０が減圧雰囲気に保持されるが、この減圧の程度は、レジスト膜から発生するガスはレジスト膜を加熱することによって発生するものが主であって、処理室４０が減圧されて蒸気圧が下がることによって発生するものが多くならない程度に、弱くすることが好ましく、また、排気口３３からの排気は排気開始時から穏やかに行うことが好ましい。これは、排気口３３からの排気を強く行って処理室４０を高い減圧雰囲気に保持すると、排気の初期段階での気流の乱れによってレジスト膜厚に分布の生ずるおそれ等があるためである。
【００４６】
なお、レジスト膜から蒸発するガス、例えば昇華物が排気口３３から排気された後に配管内で冷えて固化し、配管内に付着するのを防止するために、排気口３３近傍に昇華物を冷却して固化させる機構を設けてもよい。
【００４７】
ウエハＷの所定時間の処理が終了したら、排気口３３からの排気動作を停止した後に上部容器３０ａを上昇させ、先に保持アーム４８からプリベークユニット（ＰＢ）にウエハＷを搬入した手順とは逆の順序でウエハＷをプリベークユニット（ＰＢ）から搬出する。ウエハＷはその後にアライメントユニット（ＡＬＩＭ）等を経て露光装置へと搬送される。
【００４８】
次に、プリベークユニット（ＰＢ）の別の実施形態について説明する。図５はプリベークユニット（ＰＢ´）の概略断面図である。プリベークユニット（ＰＢ´）が図４に示したプリベークユニット（ＰＢ）と異なる点は、ホットプレート３８の構造のみであるので、以下、ホットプレート３８について説明する。ホットプレート３８には上下方向にホットプレート３８を貫通するように複数の貫通孔３８ａが形成されており、この貫通孔３８ａがレジスト膜から蒸発するガスの通路となっている。
【００４９】
排気調整プレート３２を設けた場合には、貫通孔３８ａは、例えば、隣接する貫通孔３８ａどうしの距離が同じとなるように設けることができる。これは、各貫通孔３８ａを通るガスの量は、排気調整プレート３２によって調整されるからである。一方、貫通孔３８ａはホットプレート３８の中央部で少なく形成し、周縁部で多く形成することで、排気調整プレート３２を設けずにホットプレート３８全体で均一に処理室４０からガスを排気口３３へと透過させることができる。
【００５０】
図６はプリベークユニット（ＰＢ）のさらに別の実施形態（プリベークユニット（ＰＢ″）とする）を示す概略断面図であり、図６（ａ）にはプリベークユニット（ＰＢ″）におけるウエハＷの搬入出時の状態が示されており、図６（ｂ）にはレジスト膜の加熱処理時の状態が示されている。プリベークユニット（ＰＢ″）は、固定された上部容器５１ａと昇降可能な下部容器５１ｂとからなるチャンバ５１と、上部容器５１ａに固定されたホットプレート５３と、下部容器５１ｂに固定された支持ピン５５と、下部容器５１ｂの底壁を貫通するように保持台５７に固定して設けられたウエハ受渡ピン５６とを有している。
【００５１】
下部容器５１ｂは保持部材６０に連結され、保持部材６０は鉛直方向に延在するガイド５９と噛み合わされるとともに、エアーシリンダ等を内蔵する昇降装置６１に取り付けられている。図６（ａ）に示すように、下部容器５１ｂを降下させて保持した状態では、ウエハＷを保持した保持アーム４８（図６には図示せず）をチャンバ５１内に進入させて、下部容器５１ｂから突出しているウエハ受渡ピン５６へウエハＷを受け渡すことができる。このような構成とすることにより、動力源は下部容器５１ｂを昇降させる昇降装置６１だけを設ければよく、ウエハ受渡ピン５６よび支持ピン５５の動力源を不用とすることができる。
【００５２】
図６（ｂ）に示すように、昇降装置６１を動作させて下部容器５１ｂを上昇させると、下部容器５１ｂと上部容器５１ａとがシール部材５８を介して密着し、処理室７０が形成される。また、下部容器５１ｂを上昇させる途中で、ウエハ受渡ピン５６に保持されていたウエハＷは支持ピン５５に受け渡しされて、ホットプレート５３と所定距離を隔てて保持される。なお、ホットプレート５３の下面にホットプレート５３とウエハＷとの距離を一定とするためのプロキシミティピン５４を設けて、このプロキシミティピン５４にウエハＷが当接する位置で下部容器５１ｂを保持するようにすることが好ましい。この場合には、例えば、シール部材５８は、変形できる長さ範囲に幅を有するものを用いることが好ましい。また、プロキシミティピン５４にウエハＷが当接する際のウエハＷへの衝撃を軽減するために、支持ピン５５に伸縮自在な機構、例えば、スプリングを支持ピン５５の下部に設けてもよい。
【００５３】
上部容器５１ａの上壁には排気口５２が設けられており、処理室７０内の排気を行うことができるようになっている。また、ホットプレート５３と上部容器５１ａの側壁の内面との間には間隙部５３ａが形成されている。ホットプレート５３によって直接に加熱されるレジスト膜から蒸発等するガスは、ホットプレート５３とウエハＷとの間隙から間隙部５３ａを抜けて排気口５２から排気される。
【００５４】
図４を参照しながら説明したプリベークユニット（ＰＢ）と同様に、排気口５２からの排気の強さは、レジスト膜を加熱することによって蒸発等するガスが排気される程度とする。これによりホットプレート５３とウエハＷの間の空間で水平方向の強い気流が発生することを抑制して、レジスト膜に厚みムラが生ずることを防止することができるとともに、レジスト膜の膜質を均一化することが可能である。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでない。例えば、図６に示したプリベークユニット（ＰＢ″）においては、間隙部５３ａを設けることなく、ホットプレート５３に代えて、図４に示したガス透過性を有する多孔質素材からなるホットプレート３１または図５に示した貫通孔３８ａの形成されたホットプレート３８を用いることが可能である。
【００５６】
チャンバを構成する上部容器の上面中央に排気口が形成されている場合において多孔質素材からなるホットプレートを用いる場合には、ホットプレートとして、中央部の気孔率が周縁部の気孔率に対して小さくなっているもの、つまり、中央部のガス透過能力が周縁部のガス透過能力よりも小さいものを用いると、排気調整プレート３２を設けなくとも、ホットプレート全体で均一にガスを透過させることができる。図４および図５に示したプリベークユニット（ＰＢ）（ＰＢ´）では、載置プレート３４上にウエハＷを保持したが、図６に示すプリベークユニット（ＰＢ″）のように、支持ピン５５によってウエハＷを保持しても構わない。
【００５７】
さらに上記実施の形態では、レジスト膜のプリベーク処理を行うプリベークユニットに本発明の熱処理装置および熱処理方法を適用した場合について説明したが、本発明は、露光処理後のポストエクスポージャー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を形成する装置および方法に本発明を適用することができる。上記実施の形態で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、本発明の熱処理装置および熱処理方法を適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、基板に形成された塗布膜を上部から直接に加熱して、塗布膜から塗布膜に含まれるガス等を均一に蒸発させて排気することが可能である。また、基板を加熱することで間接的に塗布膜を加熱させる方法と比較して、基板の温度ムラが塗布膜に転写され難くなる。これにより塗布膜の膜質の均一性を向上させ、ＣＤ均一性を向上させることが可能となるという顕著な効果が得られる。また、塗布膜の膜質の均一性を高めることによって、ＬＥＲ特性を改善して滑らかな側面を有するパターン側面を得ることが可能となるという効果も得られる。
【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】プリベークユニット（ＰＢ）の一実施形態を示す概略断面図。
【図５】プリベークユニット（ＰＢ）の別の実施形態を示す概略断面図。
【図６】プリベークユニット（ＰＢ）のさらに別の実施形態を示す概略断面図。
【図７】従来のプリベークユニットの概略構造を示す断面図。
【符号の説明】
１；レジスト塗布・現像処理システム
３０・５１；チャンバ
３０ａ・５１ａ；上部容器
３０ｂ・５１ｂ；下部容器
３１・３８・５３；ホットプレート
３２；排気調整プレート
３３・５２；排気口
３４；載置プレート
３５・５４；プロキシミティピン
３６；リフトピン
５５；支持ピン
５６；ウエハ受渡ピン
５９；ガイド
６０；保持部材
６１；昇降装置
ＰＢ・ＰＢ´・ＰＢ″；プリベークユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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