CN100433252C - 对已进行曝光处理的衬底进行处理的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对已进行曝光处理的衬底进行处理的设备及方法。在这种衬底处理设备中，已通过曝光装置进行曝光处理的衬底被传输至清洗处理装置中。调整清洗处理装置中已曝光衬底的存在时间(更具体地，等待时间或清洗时间)，以调整清洗处理结束的时刻，从而提供曝光处理完成时刻与清洗处理结束时刻之间的恒定时间间隔。上述调整提供曝光处理完成时刻与曝光后烘烤处理开始时刻之间的恒定时间间隔，还提供清洗处理完成时刻与曝光后烘烤处理开始时刻之间的恒定时间间隔。这实现了在使用化学放大抗蚀剂时形成的图案的线宽均匀性的进一步提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种衬底处理方法及执行该方法的衬底处理设备，所述衬底例如为已进行曝光处理的半导体衬底、用于液晶显示器的玻璃衬底、用于光掩模的玻璃衬底、用于光盘的衬底等。
背景技术
正如人们所熟知的，半导体和液晶显示产品等是通过对上述衬底进行一系列处理而制成的，所述处理包括清洗、涂布抗蚀剂、曝光、显影、蚀刻、形成中间层绝缘膜、热处理、切割(dicing)等。一种称为涂布-显影机(coater-and-developer)的设备得到广泛地使用，该设备执行上述处理中的以下处理：对衬底进行抗蚀剂涂布处理，然后将衬底传送至曝光装置；从曝光装置接收已曝光的衬底，然后对已曝光的衬底进行显影处理。
用于进行曝光处理的曝光装置(也称为步进曝光机，stepper)通常连接至上述涂布-显影机并与其并列设置，而在形成有抗蚀剂膜的衬底上印制电路图案。随着近来曝光线宽的减小，这种曝光装置中用来印制图案的灯从传统的紫外光光源移向KrF准分子激光光源，同时移向ArF准分子激光光源。当使用KrF光源和ArF光源印制图案时，采用化学放大抗蚀剂。化学放大抗蚀剂是这样一种光致抗蚀剂：曝光处理期间通过光化学反应形成的酸在随后的热处理步骤中用作诸如交联、聚合之类的抗蚀剂反应的催化剂，以改变抗蚀剂在显影液中的溶解性，从而完成图案的印制。
当使用化学放大抗蚀剂时，由于在曝光处理期间形成非常少的酸催化剂，因此处理条件的轻微变化也会对线宽的均匀性产生较大的影响。特别地，已知曝光处理结束的时刻与曝光后烘烤处理开始的时刻之间的时间间隔对线宽均匀性产生最大的影响。因此，在日本特开No.2002-43208和No.2004-342654中，提出了用于控制曝光处理结束与曝光后烘烤处理开始之间的时间间隔恒定的技术。这种技术能够提高在使用化学放大抗蚀剂时的线宽的均匀性。
不幸的是，即使使得曝光处理结束与曝光后烘烤处理开始之间的时间间隔为恒定的，仍会出现线宽的一些变化。特别地，在涂布-显影机中对已进行液浸(immersion)曝光处理的衬底进行去离子水清洗处理。在这种情况下，预期去离子水清洗处理完成的时刻与执行曝光后烘烤处理的时刻之间的时间间隔也是重要的。然而，传统上没有特别考虑对于该时间间隔的控制。
发明内容
本发明旨在提供一种与曝光设备相邻设置的衬底处理设备。
根据本发明，该衬底处理设备包括：清洗处理部件，用于对已通过曝光设备进行曝光处理的衬底至少进行清洗处理；加热处理部件，用于对已进行清洗处理的衬底进行加热处理；传输机构，用于从曝光设备接收衬底，以将该衬底经过清洗处理部件传输至加热处理部件；以及控制器，用于提供恒定的第一处理间时间间隔以及恒定的第二处理间时间间隔，其中第一处理间时间间隔为曝光设备完成衬底的曝光处理的时刻与加热处理部件开始该衬底的加热处理的时刻之间的时间间隔，以及第二处理间时间间隔为清洗处理部件完成该衬底的清洗处理的时刻与加热处理部件开始该衬底的加热处理的时刻之间的时间间隔。
这为衬底提供了均匀的处理历史，从而进一步提高了图案的线宽均匀性。
优选地，控制器调整清洗处理部件完成清洗处理的时刻，从而提供恒定的第一处理间时间间隔和恒定的第二处理间时间间隔。
这可容易且可靠地为衬底提供均匀的处理历史。
本发明也旨在提供一种处理已进行曝光处理的衬底的方法。
因此，本发明的目的是提供一种衬底处理设备及方法，其能够进一步提高图案的线宽均匀性。
根据以下结合附图对本发明的详细描述，本发明的这些及其它目的、特征、方案及优点将变得更为明显。
附图说明
图1为根据本发明的衬底处理设备的俯视图；
图2为液体处理部件的前视图；
图3为热处理部件的前视图；
图4为示出衬底放置部件周围的结构的视图；
图5A为传输机械手的俯视图；
图5B为传输机械手的前视图；
图6为示出清洗处理装置的结构的视图；
图7A为具有临时衬底放置部件的加热部件的侧向剖视图；
图7B为具有临时衬底放置部件的加热部件的俯视图；
图8为接口区块(block)的侧视图；
图9为示意性示出控制机构的方框图；
图10为示出从曝光装置中的曝光结束到加热部件中的曝光后烘烤处理开始的处理工序的流程图；以及
图11为从曝光结束到曝光后烘烤处理的处理时序图。
具体实施方式
下面将参照附图描述根据本发明的优选实施例。
图1为根据本发明的衬底处理设备的俯视图。图2为衬底处理设备中的液体处理部件的前视图。图3为衬底处理设备中的热处理部件的前视图。图4为示出衬底放置部件周围的结构的视图。为清楚表明图1及后面的附图之间的方向关系，在图1及后面的附图中还示出了XYZ直角坐标系统，在该直角坐标系统中将XY平面限定为水平面，将Z轴限定为沿垂直方向延伸。
根据优选实施例的衬底处理设备是用于进行如下处理的一种设备(所谓的涂布-显影机)：通过涂布在诸如半导体晶片的衬底上形成抗反射膜和光致抗蚀剂膜；以及对已进行图案曝光处理的衬底进行显影处理。由根据本发明的衬底处理设备处理的衬底不限于半导体晶片，而是还可以包括用于液晶显示器的玻璃衬底等。
根据优选实施例的衬底处理设备包括分度器区块1、底部抗反射涂布(BARC)区块2、抗蚀剂涂布区块3、显影处理区块4、以及接口区块5。在该衬底处理设备中，上述五个处理区块1至5以并列关系排列。设置曝光装置(或者步进曝光机)EXP并将其与接口区块5连接，其中该曝光装置EXP为与根据本发明的衬底处理设备分离的外部设备。也就是说，根据优选实施例的衬底处理设备与曝光装置EXP相邻设置。根据优选实施例的衬底处理设备和曝光装置EXP经由LAN线(图中未示出)连接至主机100。
分度器区块1为处理区块，用于将从衬底处理设备的外部接收的、未处理的衬底向外传送至BARC区块2和抗蚀剂涂布区块3，以及将从显影处理区块4接收的、已处理的衬底传输至衬底处理设备的外部。分度器区块1包括工作台11和衬底传送机构12，该工作台11上用于并列地放置多个(本优选实施例中为四个)晶片盒(或者托架)C，该衬底传送机构12用于将未处理的衬底W从每个晶片盒C中取出以及将已处理的衬底W存放在每个晶片盒C中。衬底传送机构12包括可移动基座12a和夹臂(holding arm)12b，该可移动基座12a可沿工作台11水平地(沿Y方向)移动，该夹臂12b安装在可移动基座12a上，用于将衬底W保持在水平位置。夹臂12b能够在可移动基座12a上进行上下(沿Z方向)移动，在水平面内枢转，以及在枢转半径的方向上往复移动。因此衬底传送机构12使得夹臂12b能够抵达(access)每个晶片盒C，从而将未处理的衬底W从每个晶片盒C中取出以及将已处理的衬底W存放在每个晶片盒C中。晶片盒C可以是以下类型：将衬底W存放在密闭或密封空间中的前开式标准晶片盒(FOUP)，另外还有标准机械接口(SMIF)晶片盒以及将存放的衬底W暴露在大气中的开放式晶片盒(OC)。
BARC区块2设置为与分度器区块1相邻。用于阻断大气流通的隔板13设置在分度器区块1与BARC区块2之间。隔板13设置有一对垂直排列的衬底放置部件PASS1和PASS2，每个衬底放置部件上用于放置衬底W，以将衬底W在分度器区块1与BARC区块2之间传送。
上衬底放置部件PASS1用于将衬底W从分度器区块1传输至BARC区块2。衬底放置部件PASS1包括三个支撑销。分度器区块1的衬底传送机构12将从一个晶片盒C中取出的、未处理的衬底W放置在衬底放置部件PASS1的三个支撑销上。下文将描述的BARC区块2的传输机械手TR1接收放置在衬底放置部件PASS1上的衬底W。另一方面，下衬底放置部件PASS2用于将衬底W从BARC区块2传输至分度器区块1。衬底放置部件PASS2也包括三个支撑销。BARC区块2的传输机械手TR1将已处理的衬底W放置到衬底放置部件PASS2的三个支撑销上。衬底传送机构12接收放置在衬底放置部件PASS2上的衬底W并将衬底W存放在一个晶片盒C中。下文将描述的多对衬底放置部件PASS3至PASS10在结构上类似于上述一对衬底放置部件PASS1和PASS2。
衬底放置部件PASS1和PASS2延伸穿过隔板13。衬底放置部件PASS1和PASS2均包括用于检测其上存在或不存在衬底W的光学传感器(图中未示出)。基于来自每个传感器的检测信号，判断衬底传送机构12和BARC区块2的传输机械手TR1是否准备好将衬底W传送至衬底放置部件PASS1和PASS2以及从衬底放置部件PASS1和PASS2接收衬底W。
接下来，描述BARC区块2。BARC区块2为处理区块，用于通过涂布在光致抗蚀剂膜的底部形成抗反射膜(即作为光致抗蚀剂膜的底涂膜)，以减少曝光期间产生的驻波或者光晕。BARC区块2包括：底部涂布处理器BRC，用于将抗反射膜涂布在衬底W的表面；一对热处理塔21，用于在通过涂布形成抗反射膜的同时，进行热处理；以及传输机械手TR1，用于将衬底W传送至底部涂布处理器BRC和一对热处理塔21以及从底部涂布处理器BRC和一对热处理塔21接收衬底W。
在BARC区块2中，底部涂布处理器BRC和一对热处理塔21设置在传输机械手TR1的相对两侧。具体来说，底部涂布处理器BRC位于衬底处理设备的前侧，而一对热处理塔21位于衬底处理设备的后侧。此外，图中未示出的热障(thermal barrier)设置在一对热处理塔21的前侧。因此，通过将底部涂布处理器BRC与一对热处理塔21隔开以及设置热障，可避免一对热处理塔21对底部涂布处理器BRC的热效应。
如图2所示，底部涂布处理器BRC包括在结构上相互类似并且按从下至上的顺序以堆叠关系排列的三个涂布处理装置BRC1、BRC2以及BRC3。三个涂布处理装置BRC1、BRC2以及BRC3总称为底部涂布处理器BRC，除非另外指明。涂布处理装置BRC1、BRC2以及BRC3均包括：旋转夹盘22，用于将衬底W在吸力下保持在近似水平位置的同时，在近似水平面内旋转衬底W；涂布喷嘴23，用于将抗反射膜的涂布溶液施加在保持在旋转夹盘22上的衬底W上；旋转马达(图中未示出)，用于旋转驱动旋转夹盘22；杯体(图中未示出)，围绕保持在旋转夹盘22上的衬底W，等等。
如图3所示，较接近分度器区块1的一个热处理塔21包括：六个加热板HP1至HP6，用于将衬底W加热至达到预定温度；以及冷却板CP1至CP3，用于将已加热的衬底W冷却至达到预定温度，并使衬底W保持在预定温度。冷却板CP1至CP3和加热板HP1至HP6在上述热处理塔21中按从下至上的顺序以堆叠关系排列。较远离分度器区块1的另一热处理塔21包括按从下至上的顺序以堆叠关系排列的三个附着促进处理部件AHL1至AHL3，用于在六甲基二硅氮烷(HMDS)的蒸汽气氛中热处理衬底W，从而促进抗蚀剂膜对衬底W的附着性。图3中由叉标记(x)表示的位置被管道和接线部分占据，或者预留作为将来添加处理装置的空置区。
因此，将涂布处理装置BRC1至BRC3和热处理装置(BARC区块2中的加热板HP1至HP6、冷却板CP1至CP3以及附着促进处理部件AHL1至AHL3)以多层堆叠，使得衬底处理设备占据的空间更小，从而减小其覆盖区(footprint)。一对热处理塔21并列排列的优点在于便于维护热处理装置以及减少将热处理装置所需的管道和电源设备延伸至更高位置的需要。
图5A和5B为示出设置在BARC区块2中的传输机械手TR1的视图。图5A为传输机械手TR1的俯视图，图5B为传输机械手TR1的前视图。传输机械手TR1包括彼此邻近的一对(上和下)夹臂6a和6b，用于将衬底W保持在近似水平位置。夹臂6a和6b均包括具有近似C形平面结构的末端部以及从近似C形末端部的内侧向内突出的多个销7，用于从下方支撑衬底W的周边。
传输机械手TR1还包括固定地安装在设备基座(或设备架)上的基座8。导轴9c垂直安装在基座8上，螺纹轴9a可旋转地安装在基座8上并且垂直支撑在基座8上。用于旋转驱动螺纹轴9a的马达9b固定地安装在基座8上。升降架10a与螺纹轴9a螺纹啮合(threaded engagement)，并可相对于导轴9c自由地滑动。利用这种设置，马达9b旋转驱动螺纹轴9a，从而通过导轴9c导引升降架10a沿垂直方向(沿Z方向)上下移动。
臂基座10b安装在升降架10a上，可绕着垂直轴枢转。升降架10a包括马达10c，用于旋转驱动臂基座10b。上述一对(上和下)夹臂6a和6b设置在臂基座10b上。夹臂6a和6b均可通过安装在臂基座10b上的滑动驱动机构(图中未示出)在水平方向上(在臂基座10b的枢转直径方向上)独立地往复移动。
利用这种设置，传输机械手TR1使得每个夹臂6a和6b均能够独立地抵达衬底放置部件PASS1和PASS2、设置在热处理塔21中的热处理装置、设置在底部涂布处理器BRC中的涂布处理装置、以及下文将描述的衬底放置部件PASS3和PASS4，从而将衬底W传送至上述部件和装置以及从上述部件和装置接收衬底W，如图5A所示。
接下来，将描述抗蚀剂涂布区块3。抗蚀剂涂布区块3设置为夹在BARC区块2与显影处理区块4之间。用于阻断大气流通的隔板25也设置在抗蚀剂涂布区块3与BARC区块2之间。隔板25设置有一对垂直排列的衬底放置部件PASS3和PASS4，每个衬底放置部件上用于放置衬底W，以将衬底W在BARC区块2与抗蚀剂涂布区块3之间传送。衬底放置部件PASS3和PASS4在结构上类似于上述衬底放置部件PASS1和PASS2。
上衬底放置部件PASS3用于将衬底W从BARC区块2传输至抗蚀剂涂布区块3。具体来说，抗蚀剂涂布区块3的传输机械手TR2接收由BARC区块2的传输机械手TR1放置在衬底放置部件PASS3上的衬底W。另一方面，下衬底放置部件PASS4用于将衬底W从抗蚀剂涂布区块3传输至BARC区块2。具体来说，BARC区块2的传输机械手TR1接收由抗蚀剂涂布区块3的传输机械手TR2放置在衬底放置部件PASS4上的衬底W。
衬底放置部件PASS3和PASS4延伸穿过隔板25。衬底放置部件PASS3和PASS4均包括用于检测其上存在或不存在衬底W的光学传感器(图中未示出)。基于来自每个传感器的检测信号，判断传输机械手TR1和TR2是否准备好将衬底W传送至相应的衬底放置部件PASS3和PASS4以及从相应的衬底放置部件PASS3和PASS4接收衬底W。用于初步冷却衬底W的一对(上和下)水冷型冷却板WCP设置在衬底放置部件PASS3和PASS4下方，并延伸穿过隔板25(如图4所示)。
抗蚀剂涂布区块3为用于将抗蚀剂施加衬底W(该衬底W由BARC区块2涂布了抗反射膜)以形成抗蚀剂膜的处理区块。在本优选实施例中，将化学放大抗蚀剂用作光致抗蚀剂。抗蚀剂涂布区块3包括：抗蚀剂涂布处理器SC，用于通过在用作底涂膜的抗反射膜上进行涂布来形成抗蚀剂膜；一对热处理塔31，用于在进行抗蚀剂涂布处理的同时，进行热处理；以及传输机械手TR2，用于将衬底W传送至抗蚀剂涂布处理器SC和一对热处理塔31以及从抗蚀剂涂布处理器SC和一对热处理塔31接收衬底W。
在抗蚀剂涂布区块3中，抗蚀剂涂布处理器SC和一对热处理塔31设置在传输机械手TR2的相对两侧。具体来说，抗蚀剂涂布处理器SC位于衬底处理设备的前侧，而一对热处理塔31位于衬底处理设备的后侧。此外，图中未示出的热障设置在一对热处理塔31的前侧。因此，通过将抗蚀剂涂布处理器SC与一对热处理塔31隔开以及设置热障，可避免一对热处理塔31对抗蚀剂涂布处理器SC的热效应。
如图2所示，抗蚀剂涂布处理器SC包括在结构上相互类似并且按从下至上的顺序以堆叠关系排列的三个涂布处理装置SC1、SC2以及SC3。三个涂布处理装置SC1、SC2以及SC3总称为抗蚀剂涂布处理器SC，除非另外指明。涂布处理装置SC1、SC2以及SC3均包括：旋转夹盘32，用于将衬底W在吸力下保持在近似水平位置的同时，在近似水平面内旋转衬底W；涂布喷嘴33，用于将抗蚀剂溶液施加在保持在旋转夹盘32上的衬底W上；旋转马达(图中未示出)，用于旋转驱动旋转夹盘32；杯体(图中未示出)，围绕保持在旋转夹盘32上的衬底W，等等。
如图3所示，较接近分度器区块1的一个热处理塔31包括：按从下至上的顺序以堆叠关系排列的六个加热部件PHP1至PHP6，用于将衬底W加热至达到预定温度。较远离分度器区块1的另一热处理塔31包括按从下至上的顺序以堆叠关系排列的冷却板CP4至CP9，用于将已加热的衬底W冷却至达到预定温度，并将衬底W保持在预定温度。
加热部件PHP1至PHP6均为热处理装置，除了用于加热放置于其上的衬底W的普通加热板之外，还包括用于将衬底W放置在与加热板间隔开的上部位置的临时衬底放置部件和用于将衬底W在加热板与临时衬底放置部件之间传输的局部传输机构34(参见图1)。局部传输机构34能够上下移动以及左右移动，并且包括通过其中的循环冷却水将正在传输的衬底W冷却下来的机构。
相对于传输机械手TR2，局部传输机构34设置在上述加热板和临时衬底放置部件的相反侧，也就是设置在衬底处理设备的后侧。临时衬底放置部件具有面向传输机械手TR2的开口侧和面向局部传输机构34的开口侧。另一方面，加热板仅具有面向局部传输机构34的开口侧和面向传输机械手TR2的闭合侧。因此，传输机械手TR2和局部传输机构34都能够抵达临时衬底放置部件，而只有局部传输机构34能够抵达加热板。加热部件PHP1至PHP6通常在结构上类似于下文将描述的显影处理区块4中的加热部件PHP7至PHP12(图7A和7B)。
衬底W以下述方式被传输至具有这种结构的上述各个加热部件PHP1至PHP6。首先，传输机械手TR2将衬底W放置在临时衬底放置部件上。随后，局部传输机构34从临时衬底放置部件接收衬底W，然后将衬底W传输至加热板。加热板对衬底W进行加热处理。局部传输机构34取出已由加热板进行加热处理的衬底W，并将衬底W传输至临时衬底放置部件。在传输期间，衬底W通过局部传输机构34的冷却功能而冷却下来。此后，传输机械手TR2取出已进行加热处理并已传输至临时衬底放置部件的衬底W。
以这种方式，传输机械手TR2仅向/从临时衬底放置部件传送/接收衬底W，其中临时衬底放置部件在每个加热部件PHP1至PHP6中保持在室温，而不直接向/从加热板传送/接收衬底W。这避免了传输机械手TR2的温度升高。只具有面向局部传输机构34的开口侧的加热板防止了从加热板泄漏出的热空气影响传输机械手TR2和抗蚀剂涂布处理器SC。传输机械手TR2直接向/从冷却板CP4至CP9传送/接收衬底W。
传输机械手TR2与传输机械手TR1在结构上完全相同。因此，传输机械手TR2可使得其一对夹臂中的每一个能够独立地抵达衬底放置部件PASS3和PASS4、设置在热处理塔31中的热处理装置、设置在抗蚀剂涂布处理器SC中的涂布处理装置、以及下文将描述的衬底放置部件PASS5和PASS6，从而将衬底W传送至上述部件和装置以及从上述部件和装置接收衬底W。
接下来，将描述显影处理区块4。显影处理区块4设置为夹在抗蚀剂涂布区块3与接口区块5之间。用于阻断大气流通的隔板35也设置在抗蚀剂涂布区块3与显影处理区块4之间。隔板35设置有一对垂直排列的衬底放置部件PASS5和PASS6，每个衬底放置部件上用于放置衬底W，以将衬底W在抗蚀剂涂布区块3与显影处理区块4之间传送。衬底放置部件PASS5和PASS6在结构上类似于上述衬底放置部件PASS 1和PASS2。
上衬底放置部件PASS5用于将衬底W从抗蚀剂涂布区块3传输至显影处理区块4。具体来说，显影处理区块4的传输机械手TR3接收由抗蚀剂涂布区块3的传输机械手TR2放置在衬底放置部件PASS5上的衬底W。另一方面，下衬底放置部件PASS6用于将衬底W从显影处理区块4传输至抗蚀剂涂布区块3。具体来说，抗蚀剂涂布区块3的传输机械手TR2接收由显影处理区块4的传输机械手TR3放置在衬底放置部件PASS6上的衬底W。
衬底放置部件PASS5和PASS6延伸穿过隔板35。衬底放置部件PASS5和PASS6均包括用于检测其上存在或不存在衬底W的光学传感器(图中未示出)。基于来自每个传感器的检测信号，判断传输机械手TR2和TR3是否准备好将衬底W传送至衬底放置部件PASS5和PASS6以及从衬底放置部件PASS5和PASS6接收衬底W。用于初步冷却衬底W的一对(上和下)水冷型冷却板WCP设置在衬底放置部件PASS5和PASS6下方，并延伸穿过隔板35(如图4所示)。
显影处理区块4为用于对已进行曝光处理的衬底W进行显影处理的处理区块。显影处理区块4也能够清洗和干燥已进行液浸曝光处理的衬底W。显影处理区块4包括：显影处理器SD，用于将显影溶液施加在已以图案曝光的衬底W上，以进行显影处理；清洗处理器SOAK，用于对已进行液浸曝光处理的衬底W进行清洗处理和干燥处理；一对热处理塔41和42，用于在进行显影处理的同时，进行热处理；以及传输机械手TR3，用于向/从显影处理器SD、清洗处理器SOAK以及一对热处理塔41和42传送/接收衬底W。传输机械手TR3与上述传输机械手TR1和TR2在结构上完全相同。
如图2所示，显影处理器SD包括在结构上相类似并且按从下至上的顺序以堆叠关系排列的四个显影处理装置SD1、SD2、SD3以及SD4。上述四个显影处理装置SD1至SD4总称为显影处理器SD，除非另外指明。显影处理装置SD1至SD4均包括：旋转夹盘43，用于将衬底W在吸力下保持在近似水平位置的同时，在近似水平面内旋转衬底W；喷嘴44，用于将显影溶液施加在保持在旋转夹盘43上的衬底W上；旋转马达(图中未示出)，用于旋转驱动旋转夹盘43；杯体(图中未示出)，围绕保持在旋转夹盘43上的衬底W，等等。
清洗处理器SOAK包括单个清洗处理装置SOAK1。如图2所示，清洗处理装置SOAK1设置在显影处理装置SD1的下方。图6为示出清洗处理装置SOAK1的结构的视图。清洗处理装置SOAK1包括旋转夹盘421，以在将衬底W保持在水平位置的同时，绕着穿过衬底W中心的垂直旋转轴旋转衬底W。
旋转夹盘421固定在旋转轴425的上端，旋转轴425通过图中未示出的电动马达旋转。旋转夹盘421形成有吸入通道(图中未示出)。在将衬底W放置在旋转夹盘421上时，从吸入通道排出空气使得衬底W的下表面被真空保持在旋转夹盘421上，从而将衬底W保持在水平位置。
第一枢转马达460设置在旋转夹盘421的一侧。第一枢转轴461连接至第一枢转马达460。第一臂462连接至第一枢转轴461并沿水平方向延伸，并且清洗处理喷嘴450设置在第一臂462的末端。第一枢转马达460驱动第一枢转轴461旋转，并且驱动第一臂462枢转，从而将清洗处理喷嘴450移动至由旋转夹盘421保持的衬底W上方。
清洗供应管道463的顶端与清洗处理喷嘴450连通。清洗供应管道463分别通过阀门Va和阀门Vb与清洗液供应源R1和漂洗液供应源R2连通。通过控制阀门Va和Vb的开关，能够选择供应至清洗供应管道463的处理液体以及调整其供应量。具体来说，通过打开阀门Va将清洗液供应至清洗供应管道463，通过打开阀门Vb将漂洗液供应至清洗供应管道463。
从清洗液供应源R1供应的清洗液或者从漂洗液供应源R2供应的漂洗液通过清洗供应管道463被供应给清洗处理喷嘴450。从而将清洗液或者漂洗液从清洗处理喷嘴450提供至衬底W的表面。这里采用的清洗液的实例包括去离子水、络合物(离化)的去离子水溶液以及氟基化学溶液。这里采用的漂洗液的实例包括去离子水、苏打水、溶解氢水、电解离化水以及氢氟醚(HFE)。可将液滴混合到气体中以喷射混合物的双流体喷嘴可用作清洗处理喷嘴450。
第二枢转马达470设置在旋转夹盘421的不同于上述侧的一侧。第二枢转轴471连接至第二枢转马达470。第二臂472连接至第二枢转轴471并沿水平方向延伸，干燥处理喷嘴451设置在第二臂472的末端。第二枢转马达470驱动第二枢转轴471旋转，并驱动第二臂472枢转，从而将干燥处理喷嘴451移至由旋转夹盘421保持的衬底W的上方。
干燥供应管道473的顶端与干燥处理喷嘴451连通。干燥供应管道473通过阀门Vc与惰性气体供应源R3连通。通过控制阀门Vc的开关，能够调整供应至干燥供应管道473的惰性气体量。
从惰性气体供应源R3供应的惰性气体通过干燥供应管道473被供应给干燥处理喷嘴451。从而将惰性气体从干燥处理喷嘴451提供至衬底W的表面。这里采用的惰性气体的实例包括氮气(N2)和氩气(Ar)。
在将清洗液或者漂洗液供应至衬底W的表面时，清洗处理喷嘴450位于由旋转夹盘421保持的衬底W上方，而干燥处理喷嘴451退回至预定位置。另一方面，当供应惰性气体至衬底W的表面时，干燥处理喷嘴451位于由旋转夹盘421保持的衬底W上方，而清洗处理喷嘴450退回至预定位置，如图6所示。
由旋转夹盘421保持的衬底W被处理杯体423围绕。在处理杯体423内部设置圆柱形隔壁433。在隔壁433的内部形成用于排放处理衬底W所用的处理液体(清洗液或者漂洗液)的排放空间431，排放空间431围绕旋转夹盘421。在处理杯体423的外壁与隔壁433之间形成用于收集处理衬底W所用的处理液体的集液空间432，集液空间432围绕排放空间431。
用于将处理液体引导至排放处理设备(图中未示出)的排放管道434连接至排放空间431，而用于将处理液体引导至收集处理设备(图中未示出)的收集管道435连接至集液空间432。
用于防止处理液体从衬底W向外飞溅的飞溅防护装置424设置在处理杯体423上方。飞溅防护装置424的结构相对于旋转轴425旋转对称。具有折线形(dog-legged)截面结构的排放导引槽441呈环状形成在飞溅防护装置424的上端部的内表面。由向外、向下倾斜的表面限定的集液导引部分442形成在飞溅防护装置424的下端部的内表面。用于容纳处理杯体423中的隔壁433的隔壁容纳槽443形成在集液导引部分442的上端部附近。
由包括滚珠螺旋机构等的防护驱动机构(图中未示出)驱动飞溅防护装置424沿垂直方向上下移动。防护驱动机构使飞溅防护装置424在收集位置与排放位置之间上下移动，其中在该收集位置集液导引部分442围绕由旋转夹盘421保持的衬底W的边缘部分，在该排放位置排放导引槽441围绕由旋转夹盘421保持的衬底W的边缘部分。当飞溅防护装置424位于收集位置(或者图6所示的位置)时，从衬底W的边缘部分飞溅出来的处理液体被集液导引部分442导引至集液空间432中，然后通过收集管道435收集。另一方面，当飞溅防护装置424位于排放位置时，从衬底W的边缘部分飞溅出来的处理液体被排放导引槽441导引至排放空间431中，然后通过排放管道434排放。以这种方式，可选择性进行处理液体的排放和收集。
再次参照图3，较接近分度器区块1的热处理塔41包括：五个加热板HP7至HP11，用于将衬底W加热至达到预定温度；以及冷却板CP10至CP13，用于将已加热的衬底W冷却至达到预定温度，并将衬底W保持在预定温度。冷却板CP10至CP13以及加热板HP7至HP11在上述热处理塔41中按从下至上的顺序以堆叠关系排列。
另一方面，较远离分度器区块1的热处理塔42包括以堆叠关系排列的六个加热部件PHP7至PHP12以及冷却板CP14。类似于上述加热部件PHP1至PHP6，加热部件PHP7至PHP12均为包括临时衬底放置部件和局部传输机构的热处理装置。
图7A和7B示意性示出具有临时衬底放置部件的加热部件PHP7的结构。图7A为加热部件PHP7的侧向剖视图，而图7B为加热部件PHP7的俯视图。在图7A和7B中示出了加热部件PHP7，而加热部件PHP8至PHP12与加热部件PHP7在结构上完全相同。加热部件PHP7包括：加热板710，用于对放置于其上的衬底W进行加热处理；临时衬底放置部件719，用于将衬底W放置在与加热板710间隔开的上部或下部位置(在本优选实施例中为上部位置)；以及局部传输机构720，为热处理部件所专用，用于将衬底W在加热板710与临时衬底放置部件719之间传输。加热板710设置有多个可移动支撑销721，所述可移动支撑销721可从板表面延伸出以及缩回至板表面中。用于在加热处理期间覆盖衬底W的垂直可移动顶盖722设置在加热板710上方。临时衬底放置部件719设置有用于支撑衬底W的多个固定支撑销723。
局部传输机构720包括用于将衬底W保持在近似水平位置的保持板724。保持板724由螺旋进给驱动机构725上下移动，并由皮带驱动机构726前后移动。保持板724设置有多个缝隙724a，从而在保持板724移动至加热板710上方以及移动至临时衬底放置部件719中时不会妨碍可移动支撑销721和固定支撑销723。
局部传输机构720还包括制冷元件，用于在将衬底W从加热板710传输至临时衬底放置部件719的过程中冷却衬底W。如图7B所示，制冷元件可构成为：在保持板724内部设置冷却水通道724b，冷却水流过该冷却水通道724b。例如，制冷元件可构成为：在保持板724内部设置珀耳帖(Peltier)器件等。
上述局部传输机构720设置在设备中加热板710和临时衬底放置部件719的后侧(即相对于加热板710和临时衬底放置部件719位于(+Y)侧)。接口区块5的传输机械手TR4相对于加热板710和临时衬底放置部件719设置在(+X)侧，并且显影处理区块4的传输机械手TR3相对于加热板710和临时衬底放置部件719设置在(-Y)侧。在覆盖加热板710和临时衬底放置部件719的外壳727的上部中，即在外壳727的覆盖临时衬底放置部件719的部分中，使得传输机械手TR4进入临时衬底放置部件719的开口719a设置在其(+X)侧，并使得局部传输机构720进入临时衬底放置部件719的开口719b设置在其(+Y)侧。在外壳727的下部中，即在外壳727的覆盖加热板710的部分中，其(+X)和(-Y)侧(即外壳727的与传输机械手TR3和传输机械手TR4相对的表面)没有设置开口，而使得局部传输机构720进入加热板710的开口719c设置在其(+Y)侧。
衬底W通过下述方式被载入和载出上述加热部件PHP7。首先，接口区块5的传输机械手TR4保持已曝光的衬底W，并将衬底W放置在临时衬底放置部件719的固定支撑销723上。随后，局部传输机构720的保持板724移至衬底W下方，然后略微向上移动，以从固定支撑销723接收衬底W。保持衬底W的保持板724向后移出外壳727，然后向下移至与加热板710相对的位置。此时，加热板710的可移动支撑销721位于降低的位置，而顶盖722位于升高的位置。保持衬底W的保持板724移至加热板710上方。在可移动支撑销721向上移动并在接收位置接收衬底W之后，保持板724向后移出外壳727。随后，可移动支撑销721向下移动以将衬底W放置在加热板710上，顶盖722向下移动以覆盖衬底W。在这种状态下，对衬底W进行加热处理。在进行加热处理后，顶盖722向上移动，可移动支撑销721向上移动以抬升衬底W。接下来，在保持板724移至衬底W下方之后，可移动支撑销721向下移动以将衬底W传送至保持板724。保持衬底W的保持板724向后移出外壳727，然后向上移动以将衬底W传输至临时衬底放置部件719。在传输过程中，由保持板724支撑的衬底W被保持板724的制冷元件冷却。保持板724将冷却(至接近室温)的衬底W放置在临时衬底放置部件719的固定支撑销723上。传输机械手TR4取出并传输衬底W。
传输机械手TR4仅向/从临时衬底放置部件719传送/接收衬底W，而不向/从加热板710传送/接收衬底W。这避免了传输机械手TR4的温度升高。此外，将衬底W放置在加热板710上以及从加热板710移出衬底W所经过的开口719c仅形成在局部传输机构720的一侧。这防止了通过开口719c泄漏出的热空气使传输机械手TR3和传输机械手TR4的温度升高以及影响显影处理器SD和清洗处理器SOAK。
如上所述，接口区块5的传输机械手TR4能够抵达加热部件PHP7至PHP12以及冷却板CP14，但是显影处理区块4的传输机械手TR3不能抵达加热部件PHP7至PHP12以及冷却板CP14。显影处理区块4的传输机械手TR3能够抵达包括在热处理塔41中的热处理装置。
在热处理塔42的最顶层中包括一对垂直排列的衬底放置部件PASS7和PASS8，它们彼此接近，用于将衬底W在彼此邻近的显影处理区块4和接口区块5之间传输。上衬底放置部件PASS7用于将衬底W从显影处理区块4传输至接口区块5。具体来说，接口区块5的传输机械手TR4接收由显影处理区块4的传输机械手TR3放置在衬底放置部件PASS7上的衬底W。另一方面，下衬底放置部件PASS8用于将衬底W从接口区块5传输至显影处理区块4。具体来说，显影处理区块4的传输机械手TR3接收由接口区块5的传输机械手4放置在衬底放置部件PASS8上的衬底W。衬底放置部件PASS7和PASS8均包括面向显影处理区块4的传输机械手TR3的开口侧和面向接口区块5的传输机械手TR4的开口侧。
接下来，将描述接口区块5。接口区块5为与显影处理区块4相邻设置的区块。接口区块5从抗蚀剂涂布区块3接收通过抗蚀剂涂布处理而形成有抗蚀剂膜的衬底W，然后将衬底W传送至曝光装置EXP，该曝光装置EXP为与根据本发明的衬底处理设备分离的外部设备。此外，接口区块5从曝光装置EXP接收已曝光的衬底W，然后将已曝光的衬底W传送至显影处理区块4。本优选实施例中的接口区块5包括：传输机构55，用于将衬底W传送至曝光装置EXP以及从曝光装置EXP接收衬底W；一对边缘曝光装置EEW1和EEW2，用于曝光形成有抗蚀剂膜的衬底W的外围；以及传输机械手TR4，用于向/从设置在显影处理区块4中的加热部件PHP7至PHP12和冷却板CP 14以及边缘曝光装置EEW1和EEW2传送/接收衬底W。
如图2所示，边缘曝光装置EEW1和EEW2(总称为边缘曝光部件EEW，除非另外指明)均包括：旋转夹盘56，用于将衬底W在吸力下保持在近似水平位置的同时，在近似水平面内旋转衬底W；光照器57，用于将保持在旋转夹盘56上的衬底W的外围曝光，等等。一对边缘曝光装置EEW1和EEW2以堆叠关系垂直排列在接口区块5的中心处。传输机械手TR4与边缘曝光部件EEW、显影处理区块4的热处理塔42相邻设置，且在结构上类似于上述传输机械手TR1至TR3。
参照图2和图8，继续进行进一步的描述。图8为从(+X)侧观看的接口区块5的侧视图。用于使衬底W返回的返回缓冲器RBF设置在一对边缘曝光装置EEW1和EEW2下方，一对垂直排列的衬底放置部件PASS9和PASS10设置在返回缓冲器RBF下方。返回缓冲器RBF设置为：如果由于某些故障等显影处理区块4不能对衬底W进行显影处理，用于临时存放已在显影处理区块4的加热部件PHP7至PHP12中进行曝光后烘烤处理的衬底W。返回缓冲器RBF包括能够成排地存放多个衬底W的箱体。上衬底放置部件PASS9用于将衬底W从传输机械手TR4传送至传输机构55。下衬底放置部件PASS 10用于将衬底W从传输机构55传送至传输机械手TR4。传输机械手TR4能够抵达返回缓冲器RBF。
如图8所示，传输机构55包括与螺纹轴522螺纹啮合的可移动基座55a。螺纹轴522被一对支撑基座523可旋转地支撑，且其旋转轴沿Y轴延伸。螺纹轴522的一端连接至马达M1。马达M1驱动螺纹轴522旋转，由此沿Y轴水平移动可移动基座55a。
用于保持衬底W的一对夹臂59a和59b以垂直排列的方式安装在可移动基座55a上。通过包括在可移动基座55a中的驱动机构，一对夹臂59a和59b能够相互独立地上下移动、枢转、以及在枢转半径的方向上前后移动。通过这种设置，传输机构55将衬底W传送至曝光装置EXP以及从曝光装置EXP接收衬底W，将衬底W传送至衬底放置部件PASS9和PASS10以及从衬底放置部件PASS9和PASS10接收衬底，以及将衬底存放在用于发送衬底W的发送缓冲器SBF中以及从发送缓冲器SBF中取出衬底W。发送缓冲器SBF设置为：如果曝光装置EXP不能接收衬底W，用于临时存放进行曝光处理之前的衬底W；并且包括能够以多层存放多个衬底W的箱体。
如图2和图8所示，清洗处理装置SOAK1在(+X)侧具有开口58。因此，传输机构55能够通过开口58将衬底W传送至清洗处理装置SOAK1以及从清洗处理装置SOAK1接收衬底W。
洁净空气的下降流始终供应到上述分度器区块1、BARC区块2、抗蚀剂涂布区块3、显影处理区块4以及接口区块5，从而避免上升的粒子和气流对各个区块1至5中的处理产生不利影响。此外，在每个区块1至5中相对于衬底处理设备的外部环境保持轻微的正压，以防止外部环境的粒子和杂物进入区块1至5中。
上述分度器区块1、BARC区块2、抗蚀剂涂布区块3、显影处理区块4以及接口区块5为本优选实施例的衬底处理设备从机械角度划分的单位。区块1至5分别装配成单个区块框体，其依次连接在一起而构成衬底处理设备。
另一方面，除了作为基于上述机械划分的单位的区块之外，本优选实施例采用另一种单位，即关于衬底传输的传输控制单位。关于衬底传输的传输控制单位在此称为“单元”(cell)。每个单元包括用于传输衬底的传输机械手和传输目标部件，该传输机械手将衬底传输至该传输目标部件。上述每个衬底放置部件用作将衬底W接收到单元中的入口衬底放置部件或者将衬底W传送出单元的出口衬底放置部件。衬底W在单元之间的传送也通过衬底放置部件来进行。构成这些单元的传输机械手包括分度器区块1的衬底传送机构12和接口区块5的传输机构55。
本优选实施例中的衬底处理设备包括六个单元：分度器单元、BARC单元、抗蚀剂涂布单元、显影处理单元、曝光后烘烤单元以及接口单元。分度器单元包括工作台11和衬底传送机构12，因此其在结构上类似于作为基于机械划分的单位之一的分度器区块1。BARC单元包括底部涂布处理器BRC、一对热处理塔21以及传输机械手TR1。因此，BARC单元也在结构上类似于作为机械划分的单位之一的BARC区块2。抗蚀剂涂布单元包括抗蚀剂涂布处理器SC、一对热处理塔31以及传输机械手TR2。因此，抗蚀剂涂布单元也在结构上类似于作为基于机械划分的单位之一的抗蚀剂涂布区块3。
显影处理单元包括显影处理器SD、热处理塔41以及传输机械手TR3。由于传输机械手TR3不能抵达热处理塔42的加热部件PHP7至PHP12以及冷却板CP14，如上所述，因此显影处理单元不包括热处理塔42。由于接口区块5的传输机构55能够抵达清洗处理器SOAK的清洗处理装置SOAK1，因此清洗处理器SOAK也不包含在显影处理单元中。在这些方面，显影处理单元不同于作为基于机械划分的单位之一的显影处理区块4。
曝光后烘烤单元包括位于显影处理区块4中的热处理塔42、位于接口区块5中的边缘曝光部件EEW以及位于接口区块5中的传输机械手TR4。也就是说，曝光后烘烤单元延伸覆盖作为基于机械划分的单位的显影处理区块4和接口区块5。以这种方式，构成用于执行热处理的一个单元，其包括用于进行曝光后烘烤处理的加热部件PHP7至PHP12以及使得能够将已曝光的衬底W迅速传输至加热部件PHP7至PHP12中的自动传送机TR4。在使用化学放大抗蚀剂的情况下，这种设置为优选的，这是因为在以图案曝光衬底W之后，化学放大抗蚀剂需要尽快进行加热处理。
包含在热处理塔42中的衬底放置部件PASS7和PASS8设置为用于将衬底W在显影处理单元的传输机械手TR3和曝光后烘烤单元的传输机械手TR4之间传送。
接口单元包括传输机构55和清洗处理器SOAK，该传输机构55用于将衬底W传送至曝光装置EXP以及从曝光装置EXP接收衬底W，该曝光装置EXP为外部设备。接口单元与作为基于机械划分的单位之一的接口区块5在结构上的不同之处在于：接口单元包括位于显影处理区块4中的清洗处理器SOAK，而不包括传输机械手TR4和边缘曝光部件EEW。位于边缘曝光部件EEW下方的衬底放置部件PASS9和PASS10设置为用于将衬底W在曝光后烘烤单元的传输机械手TR4与接口单元的传输机构55之间传送。
接下来，将描述本优选实施例的衬底处理设备中的控制机构。图9为控制机构的示意性方框图。如图9所示，本优选实施例的衬底处理设备具有由主控制器MC、单元控制器CC以及装置控制器构成的三级控制体系。主控制器MC、单元控制器CC以及装置控制器在硬件结构上类似于一般的计算机。具体来说，每个控制器包括：CPU，用于进行各种计算处理；ROM或者只读存储器，用于在其中存储基本程序；RAM或者可读/可写存储器，用于在其中存储各种信息；磁盘，用于在其中存储控制应用软件和数据。
第一级的单个主控制器MC是为整个衬底处理设备设置的，主要用于整个衬底处理设备的管理、主控制屏MP的管理以及单元控制器CC的管理。主控制屏MP用作主控制器MC的显示器。各种指令和参数可从键盘KB输入主控制器MC。主控制屏MP可以是触摸屏的形式，从而使用户从主控制屏MP执行对主控制器MC的输入处理。
第二级的多个单元控制器CC与六个单元(分度器单元、BARC单元、抗蚀剂涂布单元、显影处理单元、曝光后烘烤单元以及接口单元)成对应关系地单独设置。每个单元控制器CC主要用于控制衬底传输和管理相应单元中的装置。具体来说，各个单元的单元控制器CC以如下方式发送和接收信息：第一单元的第一单元控制CC将表示衬底W被放置在预定衬底放置部件上的信息发送到与第一单元相邻的第二单元的第二单元控制器CC，已接收到衬底W的第二单元的第二单元控制器CC将表示从预定衬底放置部件接收到衬底W的信息发送回第一单元控制器CC。信息的这种发送和接收是通过主控制器MC进行的。每个单元控制器CC将表示衬底W被传输至相应单元中的信息提供至传输机械手控制器TC，传输机械手控制器TC接着控制相应的传输机械手，以根据预定的程序在相应的单元中循环地传输衬底W。传输机械手控制器TC为通过相应单元控制器CC中的预定应用软件的操作实施的控制器。
第三级的装置控制器的实例包括旋转控制器和烘烤控制器。旋转控制器根据相应的单元控制器CC给出的指示，直接控制设置在相应单元中的旋转装置(涂布处理装置、显影处理装置以及清洗处理装置)。具体来说，例如，旋转控制器控制旋转装置的旋转马达，以调整衬底W的转数。烘烤控制器根据相应的单元控制器CC给出的指示，直接控制设置在相应单元中的热处理装置(加热板、冷却板、加热部件等)。具体来说，例如，烘烤控制器控制包括在加热板中的加热器，以调整板温等。
与设置在衬底处理设备中的三级控制体系相比，经由LAN线连接至衬底处理设备的主机100归为更高级的控制机构(参见图1)。主机100包括CPU，用于进行各种计算处理；ROM或者只读存储器，用于在其中存储基本程序；RAM或者可读/可写存储器，用于在其中存储各种信息；磁盘，用于在其中存储控制应用软件和数据，等等。主机100在结构上类似于一般计算机。根据本优选实施例的多个衬底处理设备通常连接至主机100。主机100将包含关于处理工序和处理条件的描述的程序(recipe)提供给与其连接的每个衬底处理设备。主机100提供的程序存储在每个衬底处理设备的主控制器MC的存储部件(例如存储器)中。
曝光装置EXP设置有独立于衬底处理设备的上述控制机构的分离控制器。换句话说，曝光装置EXP不在衬底处理设备的主控制器MC的控制下工作，而独自控制自身的工作。这种曝光装置EXP也根据从主机100接收的程序控制自身的工作。
接下来，将描述本优选实施例的衬底处理设备的操作。首先，将说明衬底W在衬底处理设备中的循环传输的一般工序。以下说明的处理工序与从主机100接收的程序的描述一致。
首先，通过自动导引车(AGV)等，将存放在晶片盒C中的未处理衬底W从衬底处理设备的外部传输到分度器区块1中。随后，将未处理衬底W从分度器区块1向外传送。具体来说，分度器单元(或者分度器区块1)中的衬底传送机构12从预定晶片盒C中取出未处理衬底W，并将未处理衬底W放置在衬底放置部件PASS1上。在将未处理衬底W放置在衬底放置部件PASS1上之后，BARC单元的传输机械手TR1使用夹臂6a和6b之一接收未处理衬底W。传输机械手TR1将接收到的未处理衬底W传输至涂布处理装置BRC1至BRC3之一。在涂布处理装置BRC1至BRC3中，通过用于抗反射膜的涂布溶液旋涂衬底W。
在涂布处理完成之后，传输机械手TR1将衬底W传输至加热板HP1至HP6之一。在加热板中加热衬底W使得涂布溶液干燥，以形成用作衬底W上的底涂膜的抗反射膜。之后，传输机械手TR1从加热板取走衬底W，并将衬底W传输至冷却板CP1至CP3之一，该冷却板接着将衬底W冷却下来。在该步骤中，冷却板WCP之一可用于将衬底W冷却下来。传输机械手TR1将已冷却的衬底W放置在衬底放置部件PASS3上。
或者，传输机械手TR1可用于将放置在衬底放置部件PASS1上的未处理衬底W传输至附着促进处理部件AHL1至AHL3之一。在附着促进处理部件AHL1至AHL3中，在HMDS的蒸汽气氛下热处理衬底W，由此促进抗蚀剂膜对衬底W的附着性。传输机械手TR1取走已进行附着促进处理的衬底W，并将衬底W传输至冷却板CP1至CP3之一，该冷却板接着将衬底W冷却下来。由于在已进行附着促进处理的衬底W上不形成抗反射膜，因此通过传输机械手TR1将已冷却的衬底W直接放置在衬底放置部件PASS3上。
在涂布用于抗反射膜的涂布溶液之前，可进行脱水处理。在这种情况下，传输机械手TR1首先将放置在衬底放置部件PASS1上的未处理衬底W传输至附着促进处理部件AHL1至AHL3之一。在附着促进处理部件AHL1至AHL3中，在不供应HMDS的蒸汽气氛的条件下，对衬底W进行仅用于脱水的加热处理(脱水烘烤)。传输机械手TR1取走已进行用于脱水的加热处理的衬底W，并将衬底W传输至冷却板CP1至CP3之一，该冷却板接着将衬底W冷却下来。传输机械手TR1将已冷却的衬底W传输至涂布处理装置BRC1至BRC3之一。在涂布处理装置BRC1至BRC3中，通过用于抗反射膜的涂布溶液旋涂衬底W。之后，传输机械手TR1将衬底W传输至加热板HP1至HP6之一。在加热板中加热衬底W，形成用作衬底W上的底涂膜的抗反射膜。之后，传输机械手TR1从加热板取走衬底W，并将衬底W传输至冷却板CP1至CP3之一，该冷却板接着将衬底W冷却下来。然后，传输机械手TR1将已冷却的衬底W放置在衬底放置部件PASS3上。
在将衬底W放置在衬底放置部件PASS3上之后，抗蚀剂涂布单元中的传输机械手TR2接收衬底W，并将衬底W传输至涂布处理装置SC1至SC3之一。在涂布处理装置SC1至SC3中，用抗蚀剂旋涂衬底W。由于抗蚀剂涂布处理需要精确的衬底温度控制，因此可以紧接在将衬底W传输至涂布处理装置SC1至SC3之前将衬底W传输至冷却板CP4至CP9之一。
在完成抗蚀剂涂布处理之后，传输机械手TR2将衬底W传输至加热部件PHP1至PHP6之一。在加热部件PHP1至PHP6中，加热衬底W，以从抗蚀剂中除去溶剂成分，而在衬底W上形成抗蚀剂膜。之后，传输机械手TR2从加热部件PHP1至PHP6之一取走衬底W，并将衬底W传输至冷却板CP4至CP9之一，该冷却板接着将衬底W冷却下来。然后，传输机械手TR2将已冷却的衬底W放置在衬底放置部件PASS5上。
将通过抗蚀剂涂布处理在其上形成有抗蚀剂膜的衬底W放置在衬底放置部件PASS5上之后，显影处理单元中的传输机械手TR3接收衬底W，并将衬底W放置在衬底放置部件PASS7上，而不对衬底W进行任何处理。然后，曝光后烘烤单元中的传输机械手TR4接收放置在衬底放置部件PASS7上的衬底W，并将衬底W传输至边缘曝光装置EEW1和EEW2之一。在边缘曝光装置EEW1和EEW2中，对衬底W的外围边缘部分曝光。传输机械手TR4将已进行边缘曝光处理的衬底W放置在衬底放置部件PASS9上。接口单元中的传输机构55接收放置在衬底放置部件PASS9上的衬底W，并将衬底W传输至曝光装置EXP中。对传输至曝光装置EXP中的衬底W进行图案曝光处理。在该步骤中，传输机构55使用夹臂59a将衬底W从衬底放置部件PASS9传输至曝光装置EXP。
由于在优选实施例中使用化学放大抗蚀剂，因此通过形成在衬底W上的抗蚀剂膜的曝光部分中的光化学反应形成酸。在曝光装置EXP中，对衬底W进行液浸曝光处理。液浸曝光处理是指将衬底W浸入具有高折射率的液体(例如折射率为1.44的去离子水)中而以图案曝光衬底W的技术，并且能够在几乎不改变传统光源和曝光处理的条件下获得高分辩率。在将已进行边缘曝光处理的衬底W传输至曝光装置EXP之前，可通过传输机械手TR4将衬底W传输至用于冷却处理的冷却板CP14。
将已进行图案曝光处理的已曝光衬底W从曝光装置EXP再传输回接口单元。传输机构55将已曝光衬底W传输至清洗处理装置SOAK1中。在该步骤中，传输机构55使用夹臂59b将衬底W从曝光装置EXP传输至清洗处理装置SOAK1。在有些情况下，液体附着在已进行液浸曝光处理的衬底W上。然而，夹臂59a用于传输曝光前的衬底W，而夹臂59b专用于传输曝光后的衬底W。这至少避免了液体附着在夹臂59a上，从而防止将液体传送至曝光前的衬底W。
以下说明清洗处理装置SOAK1中的处理操作。首先，在将衬底W传输至清洗处理装置SOAK1中时，飞溅防护装置向下移动，并且传输机构55将衬底W放置在旋转夹盘421上。放置在旋转夹盘421上的衬底W在旋转夹盘421的吸力下保持在水平位置上。
接下来，飞溅防护装置324移至上述排放位置，并且清洗处理喷嘴450移至衬底的中心上方。之后，旋转轴425开始旋转。随着旋转轴425旋转，由旋转夹盘421保持的衬底W旋转。然后，阀门Va打开，将清洗液从清洗处理喷嘴450施加至衬底W的上表面。在本优选实施例中，将去离子水作为清洗液施加至衬底W。由此，进行衬底W的清洗处理，以从衬底W洗去用于液浸曝光的液体。由于离心力从旋转的衬底W飞溅出的液体被排放导引槽441导引至排放空间431中，并通过排放管道434排放出去。在本优选实施例中，由于将去离子水用作清洗液，因此不供应额外的漂洗液。代替阀门Va，阀门Vb可打开，从清洗处理喷嘴450排放去离子水作为漂洗液。
在经过预定的时间段之后，旋转轴425的转速降低。这减少了通过衬底W的旋转溅出的、用作清洗液的去离子水量，而在衬底W的整个表面上形成水膜，从而使一小池水留在衬底W上。或者，通过停止旋转轴425的旋转，在衬底W的整个表面上形成水膜。
接下来，停止供应清洗液。清洗处理喷嘴450退回至预定位置，而干燥处理喷嘴451移至衬底W中心的上方。之后，阀门Vc打开，将惰性气体(本优选实施例中为氮气)从干燥处理喷嘴451施加至衬底W上表面的中心附近。因此，将衬底W中心处的水和水汽推向衬底W的外围边缘部分。因此，水膜仅留在衬底W的外围边缘部分。
接下来，旋转轴425的转速再次增加，并且干燥处理喷嘴451从衬底W中心的上方逐渐移向衬底W的外围边缘部分上方。因此，非常大的离心力施加至留在衬底W上的水膜上，并且惰性气体能够冲击衬底W的整个表面，由此将衬底W上的水膜可靠地去除。从而将衬底W可靠地干燥。
接下来，停止供应惰性气体。干燥处理喷嘴451退回至预定位置，而停止旋转轴425的旋转。之后，飞溅防护装置424向下移动，并且传输机构55将衬底W传输出清洗处理装置SOAK1。这完成了清洗处理装置SOAK1中的处理操作。优选地，在清洗和干燥处理期间飞溅防护装置424的位置根据收集和排放处理液体的需要而适当地改变。
通过传输机构55，将已在清洗处理装置SOAK1中进行清洗和干燥处理的衬底W放置在衬底放置部件PASS10上。在该步骤中，传输机构55使用夹臂59a将衬底W从清洗处理装置SOAK1传输至衬底放置部件PASS10。在将已曝光的衬底W放置在衬底放置部件PASS10上之后，曝光后烘烤单元中的传输机械手TR4接收衬底W，并将衬底W传输至加热部件PHP7至PHP12之一。加热部件PHP7至PHP12中的处理操作如上所述。在加热部件PHP7至PHP12中，进行加热处理(或者曝光后烘烤处理)，其中，使用曝光处理期间通过光化学反应形成的产物作为酸催化剂，引起抗蚀剂树脂进行诸如交联、聚合等反应，由此只局部改变抗蚀剂树脂的曝光部分在显影溶液中的溶解性。具有制冷机构的局部传输机构720传输已进行曝光后烘烤处理的衬底W，从而将衬底W冷却下来，由此上述化学反应停止。随后，传输机械手TR4从加热部件PHP7至PHP12之一取走衬底W，并将衬底W放置在衬底放置部件PASS8上。从曝光装置EXP中的曝光结束到加热部件PHP7至PHP12中的曝光后烘烤处理开始之间的工序将在下文中描述。
在将衬底W放置在衬底放置部件PASS8上之后，显影处理单元中的传输机械手TR3接收衬底W，并将衬底W传输至冷却板CP10至CP13之一。在冷却板CP10至CP13中，已进行曝光后烘烤处理的衬底W进一步冷却下来，并被精确地控制在预定温度。之后，传输机械手TR3从冷却板CP10至CP13之一取走衬底W，并将衬底W传输至显影处理装置SD1至SD4之一。在显影处理装置SD1至SD4中，将显影溶液施加在衬底W上，以促使进行显影处理。在完成显影处理之后，传输机械手TR3将衬底W传输至加热板HP7至HP11之一，然后将衬底W传输至冷却板CP10至CP13之一。
然后，传输机械手TR3将衬底W放置在衬底放置部件PASS6上。抗蚀剂涂布单元中的传输机械手TR2将衬底W从衬底放置部件PASS6上放置到衬底放置部件PASS4上，而不对衬底W进行任何处理。接下来，BARC单元中的传输机械手TR1将衬底W从衬底放置部件PASS4放置到衬底放置部件PASS2上，而不对衬底W进行任何处理，由此将衬底W存放在分度器区块1中。然后，分度器单元中的衬底传送机构12将保持在衬底放置部件PASS2上的已处理衬底W存放到预定晶片盒C中。之后，将存放了预定个数的已处理衬底W的晶片盒C传输至衬底处理设备的外部。从而，完成了一系列光刻处理。
在根据本优选实施例的衬底处理设备中，将化学放大抗蚀剂作为光致抗蚀剂涂布至衬底W。如上所述，当使用化学放大抗蚀剂时，处理条件的轻微变化会对线宽均匀性产生较大的影响。出于这个原因，对于所有的待处理衬底W，尽可能保持恒定的处理条件。特别地，管理根据本优选实施例的衬底处理设备，以提供曝光装置EXP中的曝光处理的完成时刻与加热部件PHP7至PHP12中的曝光后烘烤处理的开始时刻之间的恒定时间间隔，这是因为该时间间隔对线宽均匀性产生最大的影响。
此外，根据本优选实施例的衬底处理设备适于提供清洗处理装置SOAK1中衬底W的清洗处理的完成时刻与加热部件PHP7至PHP12中衬底W的曝光后烘烤处理的开始时刻之间的恒定时间间隔。本优选实施例采用以下描述的技术，提供曝光装置EXP中的曝光处理的完成时刻与加热部件PHP7至PHP12中的曝光后烘烤处理的开始时刻之间的恒定时间间隔，以及提供清洗处理装置SOAK1中衬底W的清洗处理的完成时刻与加热部件PHP7至PHP12中衬底W的曝光后烘烤处理的开始时刻之间的恒定时间间隔。
图10为示出从曝光装置EXP中的曝光处理结束到加热部件PHP7至PHP12中的曝光后烘烤处理开始之间的处理工序的流程图。图11为从曝光结束至曝光后烘烤处理之间的处理的时序图。首先，在时间t1完成曝光装置EXP中衬底W的曝光处理(在步骤S1)。此时，曝光装置EXP发送曝光完成信号，衬底处理设备通过主机100接收曝光完成信号。因此，衬底处理设备的主控制器MC认为曝光装置EXP中衬底W的曝光处理在时间t1完成，将时间t1作为曝光完成时间存放在其存储部分中。
随后，已进行曝光处理的衬底W从曝光装置EXP返回至接口单元(在步骤S2)，并由传输机构55传输到清洗处理装置SOAK1中(在步骤S3)。步骤S3及其随后的步骤中的处理工序由接口单元和曝光后烘烤单元的单元控制器CC执行，所述单元控制器CC根据来自主控制器MC的指示控制机械部件。清洗处理装置SOAK1中衬底W的清洗和干燥处理的基本流程如上所述。
在图11标号为(a)的图案中，将衬底W从曝光装置EXP传输至清洗处理装置SOAK1中需要相对较长的时间，并且在时间t3将已进行曝光处理的衬底W传输到清洗处理装置SOAK1中。将已进行曝光处理的衬底W传输到清洗处理装置SOAK1中需要较长的时间是以下原因引起的：在将已进行曝光处理的衬底W从曝光装置EXP传送到传输机构55时，传输机构55正在进行晶片供给操作(或者将未曝光衬底W传送至曝光装置EXP的操作)。
在时间t3将衬底W传输到清洗处理装置SOAK1中之后，衬底W在清洗处理装置SOAK1中等待，直到时间t4(在步骤S4)。具体来说，衬底W在由于吸力被旋转夹盘421保持的状态下等待，而不将清洗液从清洗处理喷嘴450施加至衬底W上。在时间t4，在衬底W旋转的同时，开始从清洗处理喷嘴450施加清洗液。从而执行衬底W的清洗处理(在步骤S5)。接下来，在时间t5，开始从干燥处理喷嘴451将惰性气体施加至衬底W上表面的中心附近。在时间t5，完成在清洗处理装置SOAK1中衬底W的清洗处理。在时间t5之后，执行衬底W的干燥处理(在步骤S6)。然后，在时间t6，停止从干燥处理喷嘴451供应惰性气体，衬底W的干燥处理完成。之后，通过传输机构55和传输机械手TR4，将由传输机构55传输出清洗处理装置SOAK1的衬底W传输到加热部件PHP7至PHP12之一(在步骤S7)。在时间t7，开始在加热部件PHP7至PHP12之一中衬底W的曝光后烘烤处理(在步骤S8)。
在图11标号为(b)的图案中，将衬底W从曝光装置EXP传输至清洗处理装置SOAK1需要相对较短的时间，并且在时间t2将已进行曝光处理的衬底W传输到清洗处理装置SOAK1中。如果传输机构55能够在将衬底W送出曝光装置EXP之后立刻接收已曝光衬底W，则将衬底W传输至清洗处理装置SOAK1仅需要如上所述的较短时间。
在时间t2将衬底W传输到清洗处理装置SOAK1中之后，衬底W在清洗处理装置SOAK1中等待，直到时间t4(在步骤S4)。随后，以与上述标号为(a)的图案中类似的方式，在时间t4，在旋转衬底W的同时，开始从清洗处理喷嘴450施加清洗液，并且在时间t5，开始从干燥处理喷嘴451将惰性气体施加至衬底W的上表面的中心附近。在时间t6，停止从干燥处理喷嘴451供应惰性气体。将衬底W从清洗处理装置SOAK1传输到加热部件PHP7至PHP12之一。在时间t7，开始衬底W的曝光后烘烤处理。
如上所述，衬底处理设备和曝光装置EXP分别具有独立的控制机构，并且它们的操作不完全同步。因此，存在这样的情况：在将衬底W送出曝光装置EXP时，传输机构55不能接收已进行曝光处理的衬底W，而且曝光处理完成与将衬底W传输到清洗处理装置SOAK1之间的传输时间间隔有时产生差异(参见图11中的(a)和(b))。如果在存在这些差异的情况下执行随后的清洗和干燥处理以及开始曝光后烘烤处理，则曝光处理的完成时刻和曝光后烘烤处理的开始时刻之间产生不均匀的时间间隔。即使调整曝光后烘烤处理开始的时间而提供曝光处理完成时刻与曝光后烘烤处理开始时刻之间的恒定时间间隔，仍会产生清洗处理装置SOAK1中清洗处理完成时刻与曝光后烘烤处理开始时刻之间的不均匀时间间隔。
因此，主控制器MC调整已传输到清洗处理装置SOAK1中的已曝光衬底W的等待时间，以提供曝光处理完成时间t1与清洗处理完成时间t5之间的恒定时间间隔，从而提供曝光装置EXP中曝光处理完成时刻(时间t1)与加热部件PHP7至PHP12中曝光后烘烤处理开始时刻(时间t7)之间的恒定时间间隔，并提供清洗处理装置SOAK1中清洗处理完成时刻(时间t5)与加热部件PHP7至PHP12中曝光后烘烤处理开始时刻(时间t7)之间的恒定时间间隔。清洗处理装置SOAK1中的清洗和干燥处理以及随后的衬底传输根据预先设定的预定顺序执行，并且均执行恒定的时间段。因此，调整清洗处理装置SOAK1中已曝光衬底W的等待时间以提供曝光处理完成时间t1与清洗处理开始时间t4之间的恒定时间间隔，实现了曝光处理完成时间与曝光后烘烤处理开始时间之间的恒定时间间隔以及清洗处理完成时间与曝光后烘烤处理开始时间之间的恒定时间间隔。
代替调整清洗处理装置SOAK1中已曝光衬底W的等待时间，可以调整清洗处理时间，以提供曝光处理完成时间t1与清洗处理完成时间t5之间的恒定时间间隔。在图11标号为(c)的图案中，以与标号为(b)的图案类似的方式，将衬底W从曝光装置EXP传输至清洗处理装置SOAK1需要相对较短的时间，并且在时间t2将已进行曝光处理的衬底W传输到清洗处理装置SOAK1。随后，在没有任何特殊等待步骤的条件下，在时间t2，在旋转衬底W的同时开始从清洗处理喷嘴450施加清洗液，并且在时间t5，开始从干燥处理喷嘴451将惰性气体施加至衬底W的上表面的中心附近。然后，以与上述标号为(a)和(b)的图案类似的方式，在时间t6，停止从干燥处理喷嘴451供应惰性气体，并且将衬底W从清洗处理装置SOAK1传输到加热部件PHP7至PHP12之一。同样，在时间t7，开始衬底W的曝光后烘烤处理。
以这种方式，主控制器MC可调整已传输到清洗处理装置SOAK1中的已曝光衬底W的清洗时间，以提供曝光处理完成时间t1与清洗处理完成时间t5之间的恒定时间间隔。这也提供了曝光装置EXP中曝光处理完成时刻(时间t1)与加热部件PHP7至PHP12中曝光后烘烤处理开始时刻(时间t7)之间的恒定时间间隔，并提供清洗处理装置SOAK1中清洗处理完成时刻(时间t5)与加热部件PHP7至PHP12中曝光后烘烤处理开始时刻(时间t7)之间的恒定时间间隔。
图11标号为(a)至(c)的图案的细节概要如下。接口单元的单元控制器CC根据来自主控制器MC的指令控制机械部件，以调整已曝光衬底W位于清洗处理装置SOAK1中的时间长度(此后称为“存在时间”)，从而调整清洗处理的结束时刻，以提供曝光处理完成时刻与清洗处理结束时刻之间的恒定时间间隔。这提供了曝光处理完成时刻与曝光后烘烤处理开始时刻之间的恒定时间间隔，并提供清洗处理完成时刻与曝光后烘烤处理开始时刻之间的恒定时间间隔。曝光处理完成时刻与曝光后烘烤处理开始时刻之间的恒定时间间隔、以及清洗处理完成时刻与曝光后烘烤处理开始时刻之间的恒定时间间隔，实现了在使用化学放大抗蚀剂时形成的图案的线宽均匀性的进一步提高。相比于调整加热部件PHP7至PHP12中衬底W的等待时间，调整已曝光衬底W位于清洗处理装置SOAK1中的存在时间更可靠地避免了热对已曝光衬底W的影响。在图11标号为(c)的图案中，已曝光衬底W与水接触相对较长的时间。然而，上述清洗时间是长还是短对图案的线宽均匀性几乎没有影响。
尽管以上描述了根据本发明的优选实施例，然而本发明不限于上述具体实施例。例如，上述优选实施例是基于这样的前提，即清洗处理装置SOAK1中的清洗和干燥处理以及随后的衬底传输均需要近似恒定的时间。如果这些处理所需的时间发生变化，则可以进行修改，以使衬底W在加热部件PHP7至PHP12中进一步等待，由此提供曝光处理完成时刻与曝光后烘烤处理开始时刻之间的恒定时间间隔以及清洗处理完成时刻与曝光后烘烤处理开始时刻之间的恒定时间间隔。例如，如果将衬底从清洗处理装置SOAK1传输至加热部件PHP7至PHP12所需的时间发生变化，则进行修改，以使衬底W在加热部件PHP7至PHP12的临时衬底放置部件719中等待，由此调整清洗处理完成时刻与曝光后烘烤处理开始时刻之间的时间间隔为恒定的。换句话说，当调整清洗处理的结束时刻而使曝光处理完成时刻与清洗处理结束时刻之间的时间间隔恒定时，则能够调整清洗处理完成时刻与加热部件PHP7至PHP12中曝光后烘烤处理开始时刻之间的时间间隔为恒定的，从而调整曝光处理完成时刻与曝光后烘烤处理开始时刻之间的时间间隔为恒定的。
作为清洗处理装置SOAK1中清洗处理之后的步骤，干燥处理不是必需的。
根据本发明的衬底处理设备的结构不限于图1至4所示的结构。如果传输机械手循环地将衬底W传输至多个处理部件，从而对衬底W进行预定的处理，则可对该衬底处理设备的结构进行各种修改。
尽管已经详细地描述了本发明，但以上描述在所有方面都是示意性的，而非限制性的。应理解在不脱离本发明范围的条件下可作出许多其它修改和变化。
Claims (10)
1.一种衬底处理设备，其与曝光设备相邻设置，所述衬底处理设备包括：
清洗处理部件，用于对已通过所述曝光设备进行曝光处理的衬底至少进行清洗处理；
加热处理部件，用于对已进行所述清洗处理的衬底进行加热处理；
传输机构，用于从所述曝光设备接收衬底，并将该衬底经过所述清洗处理部件传输至所述加热处理部件；以及
控制器，用于提供恒定的第一处理间时间间隔和恒定的第二处理间时间间隔，其中所述第一处理间时间间隔为所述曝光设备完成衬底的曝光处理的时刻与所述加热处理部件开始该衬底的加热处理的时刻之间的时间间隔，所述第二处理间时间间隔为所述清洗处理部件完成该衬底的清洗处理的时刻与所述加热处理部件开始该衬底的加热处理的时刻之间的时间间隔。
2.根据权利要求1所述的衬底处理设备，其中，
所述控制器调整已进行所述曝光处理的衬底在所述清洗处理部件中的存在时间，从而调整所述清洗处理部件完成所述清洗处理的时刻，并提供恒定的第一处理间时间间隔和恒定的第二处理间时间间隔。
3.根据权利要求2所述的衬底处理设备，其中，
所述控制器调整已进行所述曝光处理且传输至所述清洗处理部件的衬底在所述清洗处理开始之前所等待的等待时间，从而调整所述存在时间。
4.根据权利要求2所述的衬底处理设备，其中，
所述控制器调整由所述清洗处理部件对已进行所述曝光处理的衬底进行所述清洗处理的清洗处理时间，从而调整所述存在时间。
5.根据权利要求1所述的衬底处理设备，其中，
所述曝光设备对衬底进行液浸曝光处理。
6.一种衬底处理方法，该衬底已进行曝光处理，所述方法包括如下步骤：
将已进行曝光处理的衬底传输至清洗处理部件；
在所述清洗处理部件中对所述已进行曝光处理的衬底进行清洗处理；
将已进行所述清洗处理的衬底从所述清洗处理部件传输至加热处理部件；以及
在所述加热处理部件中对已进行所述清洗处理的衬底进行加热处理，
其中，使得衬底的曝光处理完成时刻与衬底的加热处理开始时刻之间的第一处理间时间间隔恒定，以及使得该衬底的清洗处理完成时刻与该衬底的加热处理开始时刻之间的第二处理间时间间隔恒定。
7.根据权利要求6所述的衬底处理方法，其中，
通过调整已进行所述曝光处理的衬底在所述清洗处理部件中的存在时间，调整所述清洗处理部件完成所述清洗处理的时刻，使得所述第一处理间时间间隔和所述第二处理间时间间隔恒定。
8.根据权利要求7所述的衬底处理方法，其中，
通过调整已进行所述曝光处理且传输至所述清洗处理部件的衬底在所述清洗处理开始之前所等待的等待时间，调整所述存在时间。
9.根据权利要求7所述的衬底处理方法，其中，
通过调整由所述清洗处理部件对已进行所述曝光处理的衬底进行所述清洗处理的清洗处理时间，调整所述存在时间。
10.根据权利要求6所述的衬底处理方法，其中，
所述曝光处理为液浸曝光处理。
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