JP2001077020A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 板状の被処理体の加熱・冷却処理時間の短縮
化、被処理体の面内温度分布の均一化及び製品歩留まり
の向上を図ること。 【解決手段】 半導体ウエハＷを所定温度に加熱する加
熱ユニット２１Ａ及び所定温度に冷却する冷却ユニット
１１Ａを有する熱処理部１００と、半導体ウエハＷに対
しレジスト液を塗布するレジスト塗布装置１２及び現像
処理する現像装置８の少なくともどちらか１つを有する
レジスト処理部と、少なくとも、半導体ウエハＷを熱処
理部１００とレジスト処理部との間を搬送するメインア
ーム５と、半導体ウエハＷを熱処理部内の所定のユニッ
ト間のみを搬送するサブアーム９０とを具備し、サブア
ーム９０に、半導体ウエハＷを所定温度に冷却する冷却
温度調整体４０を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、被処理体を加熱
した後、所定温度に冷却して被処理体を温度調整する熱
処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイスの製造工程にお
いて、例えば半導体ウエハ（以下にウエハという）等の
被処理体の表面にフォトリソグラフィー技術を用いて回
路パターンを縮小してフォトレジストに転写し、これを
現像処理している。

【０００３】このフォトリソグラフィー工程において、
まず、未処理のウエハ上のゴミ及び汚れを除去するため
にウエハ表面を洗浄し、その後加熱乾燥処理を行う。そ
して、冷却後直ちに、ウエハをレジスト塗布装置に搬送
して、例えばスピンコート法によりウエハ表面にレジス
ト膜を塗布形成する。その後、ウエハは加熱装置に搬送
されて、溶剤をレジスト膜から蒸発させるために所定時
間、所定温度（８０℃前後）プリベーク処理が施され
る。その後、例えば室温（２３℃）まで冷却され、露光
装置に搬送されて露光処理が行われる。露光処理後のウ
エハは、加熱装置に搬送され、所定時間、所定温度でベ
ーク処理（現像前ベーク処理）が施される。このベーク
処理が終了したウエハは、現像装置に搬送され、ここで
現像処理が施された後、再び加熱装置に搬送され、所定
時間、所定温度（５０〜１８０℃）でポストベーク処理
（現像後ベーク処理）が施されて、現像後のフォトレジ
ストに残留する現像液等を加熱蒸発させる。その後、ウ
エハは、冷却装置に搬送され、室温（２３℃）まで冷却
すなわち温度調整された後、次の工程へ搬送される。

【０００４】上記のようにフォトリソグラフィー工程に
おいては、処理されるウエハは、レジスト塗布の前、現
像処理の前後において所定温度に加熱処理されると共
に、その後の工程に搬送される前に室温まで冷却処理を
施す必要があるため、加熱及び冷却の熱処理は重要な工
程とされている。

【０００５】ところで、従来のこの種のフォトリソグラ
フィー工程において、加熱装置と冷却装置は別の位置に
配置されており、加熱処理後のウエハをロボット等の搬
送手段で冷却装置に搬送するため、搬送時にウエハは自
己放熱及び周囲の気流による冷却等の影響を受けて温度
が変化し、面内温度分布が不均一となり、その結果、レ
ジストの膜厚の不均一や現像むら等が生じ製品歩留まり
の低下をきたすという問題があった。

【０００６】ウエハの搬送時の自己放熱及び気流による
冷却の影響を防止する手段として、特開平６−２９２０
３号公報に記載の技術が知られている。この特開平６−
２９２０３号公報に記載の技術は、ベークユニット内の
上部に設置され、ウエハをその上方から非接触で加熱す
るヒータと、ベークユニット内の下部に設置され、ウエ
ハを冷却する冷却プレートと、ベークユニット内のウエ
ハを水平に支持した状態で上下動させる昇降ピンと、ヒ
ータと冷却プレートとの間に設置され、ベークユニット
内の密閉空間を上下に二分割する断熱シャッタとを具備
する熱処理装置である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
この種の熱処理装置においては、ウエハの上方の非接触
位置に設置されたヒータによってウエハを加熱する構造
であるため、ウエハを例えば１８０℃の高温度に加熱す
るには多くの時間を要すると共に、多くの熱エネルギー
を要するという問題があり、しかもウエハの面内温度分
布を均一にすることが難しいという問題がある。また、
同一のユニット内にヒータと冷却プレートとを設置する
ため、ヒータ及び冷却プレートの双方に熱影響を及ぼす
という問題がある。この問題は断熱シャッタの閉塞時に
は解消されるが、断熱シャッタが開放された状態では、
ヒータと冷却プレートの双方が熱による悪影響を受ける
ことは免れない。また、断熱シャッタはシャッタ巻取装
置内に収容された状態から引き出されてベークユニット
内に移動するため、断熱シャッタとベークユニットとの
摺動部分にパーティクルが発生し、そのパーティクルが
ウエハに付着し、製品歩留まりの低下をきたすという問
題がある。

【０００８】また、特に化学増幅型のレジスト膜を形成
する場合、露光処理後の現像前ベーク処理を行った後、
冷却処理を短時間内に行わないと、増幅反応が進みウエ
ハ表面にパターン形成された線幅等に悪影響を及ぼすと
いう問題もあった。更に、上記ベーク処理を行った後、
冷却処理までの時間が一定でないと、ウエハ毎に線幅が
変動するという問題もあった。

【０００９】この発明は上記事情に鑑みなされたもの
で、被処理体の加熱・冷却処理時間の短縮を図り、かつ
被処理体の面内温度分布の均一化及び製品歩留まりの向
上を図れるようにした熱処理装置を提供することを目的
とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の熱処理装置は、板状の被処理体を所
定温度に加熱する加熱ユニット及び所定温度に冷却する
冷却ユニットを有する熱処理部と、 上記被処理体に対
しレジスト液を塗布する塗布ユニット及び現像処理する
現像ユニットの少なくともどちらか１つを有するレジス
ト処理部と、少なくとも、上記被処理体を上記熱処理部
と上記レジスト処理部との間を搬送する第１の搬送手段
と、 上記被処理体を上記熱処理部内の所定のユニット
間のみを搬送する第２の搬送手段と、を具備し、 上記
第２の搬送手段に、上記被処理体を所定温度に冷却する
冷却温度調整機能を具備することを特徴とするものであ
る。

【００１１】この場合、上記第１の搬送手段にて被処理
体の周辺部を保持して被処理体を搬送し、上記第２の搬
送手段にて上記被処理体の表裏面を覆うようにして搬送
する方が好ましい（請求項２）。

【００１２】この発明によれば、板状の被処理体を熱処
理部とレジスト処理部との間を搬送する第１の搬送手段
とは別に被処理体を熱処理部内の所定のユニット間のみ
を搬送する第２の搬送手段を設けることにより、加熱ユ
ニットで加熱処理された被処理体を、被処理体を所定温
度に冷却する冷却温度調整機能を具備する第２の搬送手
段で受け取り、冷却ユニットへ受け渡すことができる。
したがって、熱処理が施された被処理体を迅速に冷却ユ
ニットに搬送することができ、被処理体の熱影響を可及
的に少なくすることができると共に、スループットの向
上を図ることができる。この際、第２の搬送手段は冷却
温度調整機能を具備するので、被処理体の搬送中に冷却
処理を施すことができ、更にスループットの向上を図る
ことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施形態を図面
に基づいて詳細に説明する。ここでは、この発明に係る
熱処理装置を半導体ウエハの塗布・現像処理システムに
組み込んだ場合について説明する。

【００１４】上記半導体ウエハの塗布・現像処理システ
ム１は、図１に示すように、その一端側に例えば多数枚
の半導体ウエハＷ（以下にウエハＷという）を収容する
複数のカセット２を例えば４個載置可能に構成したキャ
リアステーション３を有し、このキャリアステーション
３の中央部にはウエハＷの搬入・搬出及びウエハＷの位
置決めを行う補助アーム４が設けられている。また、塗
布・現像処理システム１のキャリアステーション３側の
側方にはプロセスステーション６が配置されている。更
に、その中央部にてその長さ方向（Ｘ方向）、これに対
して直交する方向（Ｙ方向）及び垂直方向（Ｚ方向）に
移動可能に、かつ回転（θ）可能に設けられると共に、
補助アーム４からウエハＷを受け渡される第１の搬送手
段としての略馬蹄形状のメインアーム５が設けられてお
り、このメインアーム５の移送路の一側には、ブラシス
クラバ７，高圧ジェット洗浄機７Ａ，加熱ユニット２１
Ａと冷却ユニット１１Ａとを積み重ねて設けた熱処理部
１００が配置され、他側には現像装置８（現像ユニッ
ト）が２基並列状態に配置されている。この場合、１台
の冷却ユニット１１Ａの上に３台の加熱ユニット２１Ａ
が配置されて熱処理部１００が形成されている。

【００１５】一方、上記プロセスステーション６の側方
には、接続用ユニット９を介してもう一つのプロセスス
テーション６Ａとして例えばウエハＷにフォトレジスト
を塗布する前にこれを疎水化処理するアドヒージョン処
理装置１０が設けられている。このアドヒージョン装置
１０の側部には１台の冷却ユニット１１Ａの上に３台の
加熱ユニット２１Ａを積み重ねた熱処理部１００が２列
配置されている。

【００１６】また、メインアーム５の移送路を挟んでこ
れら熱処理部１００やアドヒージョン処理装置１０等の
反対側にはウエハＷにフォトレジスト液を塗布するレジ
スト塗布装置１２（塗布ユニット）が２台並設されてい
る。このレジスト塗布装置１２と上記現像装置８とでレ
ジスト処理部が構成されている。なお、これらレジスト
塗布装置１２の側部には、インターフェースユニット１
３を介してレジスト膜に所定の微細パターンを露光する
ための露光装置１４等が設けられている。

【００１７】また、上記熱処理部１００のメインアーム
５と反対側には、加熱ユニット２１Ａで加熱処理が施さ
れたウエハＷの上下面（表裏面）を覆うようにして受け
取り、冷却ユニット１１Ａへ受け渡す第２の搬送手段と
してのサブアーム９０がＸ，Ｙ，Ｚ方向へ移動可能及び
回転（θ）可能に設けられている。このサブアーム９０
には冷却温度調整機能が具備されている。すなわち、サ
ブアーム９０には、後述する冷却温度調整手段としての
冷却温度調整体４０が具備されている。

【００１８】この場合、サブアーム９０は、図示しない
搬送路に沿ってＸ方向に移動され、例えばボールねじ機
構９１によってＺ方向に移動され、かつ空気シリンダ
（図示せず）によって加熱ユニット２１Ａ又は冷却ユニ
ット１１Ａに対して進退（Ｙ方向）移動可能に構成され
ている。

【００１９】上記加熱ユニット２１Ａは、図２に示すよ
うに、一側にメインアーム５の搬入・搬出口２１ａを有
し、他側にサブアーム９０の搬出口２１ｂを有する処理
室を形成する筐体２１ｃ内に、ウエハＷを載置して所定
温度に加熱する加熱手段としての発熱体２３（ヒータ）
を埋設して有する載置台２４を具備している。また、こ
の載置台２４の下方には、載置台２４を貫通してウエハ
Ｗを支持する３本の支持ピン３２が図示しない昇降機構
の駆動によって載置台２４の上方に出没移動し得るよう
に構成されている。なお、上記搬入・搬出口２１ａ及び
搬出口２１ｂにはそれぞれシャッタ２６Ａが開閉可能に
配設されている。また、筐体２１ｃの上部には、排気口
２８ａが設けられている。

【００２０】また、冷却ユニット１１Ａは、加熱ユニッ
ト２１Ａと同様にメインアーム５の搬入・搬出口１１ａ
とサブアーム９０の搬入口１１ｂを有する筐体１１ｃ内
に、ウエハＷを載置して所定温度に冷却する冷却手段と
しての冷媒通路１１ｄを埋設して有する載置台２４を具
備している。また、加熱ユニット２１Ａと同様に、支持
ピン３２Ａが図示しない昇降機構の駆動によって載置台
２４の上方に出没移動し得るように構成されている。な
お、搬入・搬出口１１ａ及び搬入口１１ｂには、それぞ
れシャッタ２６Ｂが開閉可能に配設されている。

【００２１】上記サブアーム９０に配設される冷却温度
調整体４０は、上記支持ピン３２によって載置台２４の
上方位置に移動されたウエハＷの上下面すなわち表裏面
を覆うサンドイッチ形に配置された上部冷却片４１及び
下部冷却片４２と、これら冷却片４１，４２の一端を連
結する連結片４３とからなる縦断面形状がほぼコ字状に
形成されている。このようにコ字状に形成することによ
り、上下方向の厚みを薄くでき、また、連結片４３によ
る片持ち支持に構成できるので、移動に都合が良く、構
成も簡単にできる。また、上部冷却片４１又は下部冷却
片４２又は両者には冷媒としてのペルチェ素子４４が埋
設されると共に、ペルチェ素子４４の背部に放熱板４５
が配設されており、図示しない電源からの通電によって
上部冷却片４１の下面側及び下部冷却片４２の上面側が
吸熱されて温度が低下しウエハＷを所定の温度例えば室
温（２３℃程度）に冷却し得るように構成されている。
なお、ペルチェ素子４４の代りに、図３に示すように、
管状の流路４４Ａを内蔵させ、所定温度に冷却された恒
温水，ガス等を循環させて冷却するように構成すること
もできる。

【００２２】上記のように構成される冷却温度調整体４
０は、連結片４３に連結するロッド４６ａを介して水平
移動用の空気シリンダ４６に連結されており、この空気
シリンダ４６の駆動によって冷却温度調整体４０が載置
台２４の上方位置のウエハＷに向かって進退移動し得る
ように構成されている。なお、空気シリンダ４６は、図
示しない昇降機構によって垂直方向（Ｚ方向）に移動可
能に形成されている。この場合、冷却温度調整体４０の
下部冷却片４２には、図４に示すように、３本の支持ピ
ン３２との干渉を避け支持ピン３２が進退できるように
するためのスリット４７が設けられている。このように
スリット４７を設けることにより、支持ピン３２によっ
て載置台２４の上方位置に移動されたウエハＷに向かっ
て冷却温度調整体４０を移動させ、ウエハＷの上下面
（表裏面）に上部冷却片４１と下部冷却片４２を近接さ
せると、スリット４７以外の領域で載置台２４とウエハ
Ｗとが遮断され、この状態でウエハＷを冷却温調するこ
とができる。この際、ウエハＷは下部冷却片４２によっ
て載置台２４と熱的に遮断されるので、載置台２４から
の熱の影響を受ける虞れはない。

【００２３】図５はこの発明における冷却温度調整体４
０の別の実施形態の要部を示す概略断面図である。

【００２４】図５に示す実施形態は、冷却温度調整体４
０よりウエハＷに向かって、気体供給手段から常温又は
冷却された例えば不活性ガスを供給して冷却温調する前
のウエハＷを不活性ガス雰囲気に置換するようにした場
合である。すなわち、冷却温度調整体４０の上部冷却片
４１の下面側に、図示しない不活性ガス例えば窒素（Ｎ
2）ガスの供給源に接続するＮ2ガス供給通路７０を形成
すると共に、このＮ2ガス供給通路７０に適宜間隔をお
いて多数の噴口７１を設けることにより、Ｎ2ガス供給
源からＮ2ガス供給通路７０に流入するＮ2ガスを、冷却
温調される前のウエハＷに向かってシャワー状に供給す
るようにした場合である。なお、Ｎ2ガス供給源と、噴
口７１が設けられたＮ2ガス供給通路７０とで気体供給
手段が構成されている。

【００２５】なお、上記実施形態では、冷却温度調整体
４０の上部冷却片４１にＮ2ガ ス供給通路７０と噴口７
１を設けて、ウエハＷの上面にＮ2ガスを供給する場合
について説明したが、下部冷却片４２の上面側に同様に
Ｎ2ガス供給通路７０と 噴口７１を設けて、ウエハＷの
下面にもＮ2ガスを供給するようにしてもよい。 また、
Ｎ2ガスに代えて清浄化された空気やその他の不活性ガ
スを供給するよう にしてもよい。

【００２６】上記のように構成することにより、加熱処
理されたウエハＷを冷却温調する前に、ウエハＷにＮ2
ガスを供給して、高温雰囲気を低温の不活性ガス雰囲気
に置換することができる。したがって、加熱処理された
ウエハＷの表面を予め低温の同一の雰囲気下において冷
却温調することができるので、ウエハＷの面内温度分布
を更に均一にすることができる。また、Ｎ2ガス吐出気
流により、ウエハＷを高速冷却させ、目標冷却温度まで
の処理時間を短縮させることもできる。

【００２７】なお、図５及び図６に示す実施形態におい
て、その他の部分は上記第一実施形態と同じであるの
で、同一部分には同一符号を付して、その説明は省略す
る。

【００２８】次に、上記のように構成される熱処理装置
の動作態様について説明する。露光装置１４で露光処理
されたウエハＷは、メインアーム５によって周辺部が保
持された状態で加熱ユニット２１Ａに搬送され、所定時
間、所定温度で加熱処理が施される。この加熱処理が程
された後、支持ピン３２が上昇してウエハＷが載置台２
４の上方へ移動（離間）される。このとき、シャッタ２
６Ａが下降して搬出口２１ｂが開放され、サブアーム９
０（冷却温度調整体４０）が支持ピン３２にて支持され
ているウエハＷの上下面（表裏面）を覆うようにして受
け取って後退し、そして、下降して冷却ユニット１１Ａ
の開放された搬入口１１ｂから冷却ユニット１１Ａ内に
搬入する。この搬送の際、ペルチェ素子４４を通電する
ことで、ウエハＷを搬送中に冷却することができる。サ
ブアーム９０は冷却ユニット１１Ａの載置台２４の上方
に突出する支持ピン３２ＡにウエハＷを受け渡した後、
冷却ユニット１１Ａから後退する。なお、ウエハＷの冷
却は、サブアーム９０（冷却温度調整体４０）が、載置
台２４の上方に移動されたウエハＷを受け取った後に、
行うようにしてもよい。

【００２９】サブアーム９０が後退した後、冷却ユニッ
ト１１Ａのシャッタ２６Ａが上昇して搬入口１１ｂを閉
鎖すると共に、支持ピン３２Ａが下降してウエハＷが載
置台３２Ａ上に載置される。この状態で、載置台３２Ａ
に埋設された冷媒通路１１ｄを流れる冷媒によってウエ
ハＷが所定温度例えば室温（２３℃）まで冷却される。

【００３０】したがって、加熱処理されたウエハＷは、
サブアーム９０によって直ちに冷却ユニット１１Ａに搬
送されるので、メインアーム５が他のウエハＷを搬送し
ていたり、何らかの都合でウエハＷの受け取るタイミン
グが遅れるような場合に、加熱ユニット２１Ａのウエハ
Ｗが過熱状態におかれるなどの熱的影響を受けるのを防
止することができる。特に化学増幅型レジスト膜を利用
してパターンを形成する場合において、ウエハＷのパタ
ーンの線幅が均一にならず変動するような悪影響を受け
るのを防止することができる点で好適である。

【００３１】◎その他の実施形態 １）上記実施形態では、加熱ユニット２１Ａと冷却ユニ
ット１１Ａとを垂直方向に積み重ねて配置した場合につ
いて説明したが、加熱ユニット２１Ａと冷却ユニット１
１Ａとは必しも垂直方向に配置する必要はなく、水平方
向に配置してもよい。また、加熱ユニット２１Ａと冷却
ユニット１１Ａは必要に応じて任意の数設けることがで
きる。また、上記実施形態では、サブアーム９０に具備
される冷却温度調整機能としてペルチェ素子４４が使用
されているが、ペルチェ素子４４以外の冷却手段を用い
てもよい。

【００３２】２）上記実施形態では、この発明の熱処理
装置を半導体ウエハの塗布・現像処理システムに適用し
た場合について説明したが、その他の処理工程・処理シ
ステムの半導体ウエハの加熱及び冷却温調処理するもの
にも適用できることは勿論である。また、半導体ウエハ
以外のＬＣＤ基板，ＣＤ等の板状の被処理体の熱処理に
も適用できる。

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、以下のような効果が得られる。

【００３４】被処理体を熱処理部とレジスト処理部との
間を搬送する第１の搬送手段とは別に、被処理体を熱処
理部内の所定のユニット間のみ搬送する、被処理体を所
定温度に冷却する冷却温度調整機能を具備する第２の搬
送手段を設けることにより、熱処理が施された被処理体
を迅速に冷却ユニットに搬送することができ、被処理体
の熱影響を可及的に少なくすることができると共に、ス
ループットの向上を図ることができる。しかも、第２の
搬送手段は、冷却温度調整機能を具備するので、被処理
体の搬送中に冷却処理を施すことができ、更にスループ
ットの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る熱処理装置を適用した半導体ウ
エハの塗布・現像処理システムの斜視図である。

【図２】上記熱処理装置の要部を示す概略断面図であ
る。

【図３】この発明における冷却温度調整体の一例を示す
概略断面図である。

【図４】この発明における載置台と冷却温度調整体を示
す分解斜視図である。

【図５】この発明における冷却温度調整体の別の実施形
態の要部を示す概略断面図である。

【図６】この発明における冷却温度調整体の更に別の実
施形態の要部の動作態様を示す概略側面図である。

【符号の説明】

５ メインアーム（第１の搬送手段） ８ 現像装置（現像ユニット） １１Ａ 冷却ユニット １２ レジスト塗布装置（塗布ユニット） ２１Ａ 加熱ユニット ４０ 冷却温度調整体（冷却温度調整手段） ９０ サブアーム（第２の搬送手段） １００ 熱処理部 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ａ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状の被処理体を所定温度に加熱する加
   熱ユニット及び所定温度に冷却する冷却ユニットを有す
   る熱処理部と、 上記被処理体に対しレジスト液を塗布する塗布ユニット
   及び現像処理する現像ユニットの少なくともどちらか１
   つを有するレジスト処理部と、 少なくとも、上記被処理体を上記熱処理部と上記レジス
   ト処理部との間を搬送する第１の搬送手段と、 上記被処理体を上記熱処理部内の所定のユニット間のみ
   を搬送する第２の搬送手段と、を具備し、 上記第２の搬送手段に、上記被処理体を所定温度に冷却
   する冷却温度調整機能を具備したことを特徴とする熱処
   理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の熱処理装置において、 上記第１の搬送手段にて被処理体の周辺部を保持して被
   処理体を搬送し、上記第２の搬送手段にて上記被処理体
   の表裏面を覆うようにして搬送するようにしたことを特
   徴とする熱処理装置。