JP2004363617A - ウエハーベーキングプレートの冷却装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ウエハーベーキングプレートの冷却時間を短縮し、迅速に温度分布の安定化することのできるウエハーベーキングプレートの冷却装置を提供する。
【解決手段】ウエハーを支持する支持プレート、前記支持プレートの下部に位置するヒーター、及び前記支持プレートとヒーターとの間に介在されて熱を伝達する熱伝達プレートを備えるウエハーベーキングプレートの冷却装置を提供する。前記冷却装置はにおいて、中空は、前記熱伝達プレート内部に形成され、内部の一部が液体状態の作動流体で充填される。冷却パイプは、前記熱伝達プレート内部に配管され、内部に冷却媒体が循環される。
【選択図】図４

Description

本発明は、ウエハー製造装置に関し、特に、ウエハー上に塗布されたフォトレジストなどをベーキングするためのベーキングプレート冷却装置に関する。
通常、半導体素子製造工程には、フォトリソグラフィ(photolithography)工程が含まれ、このフォトリソグラフィ工程は、ウエハー上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成した後、レーザなどの所定の光源に露出させてフォトレジスト層にパターンを形成する工程である。この工程中では、反復的にウエハーを加熱してベーキングするようになる。
半導体素子を製造する工程において、加熱工程は、一般的に４段階で実施される。第１段階は、フォトレジスト層を形成する前にウエハーから有機物または異物を除去するためのプレベーキング(pre-baking)段階、第２段階は、ウエハー上に塗布されたフォトレジスト層を乾燥してウエハー表面に固着するソフトベーキング(soft baking)段階、第３段階は、フォトレジスト層を光源に露出させた後、フォトレジスト層を加熱する露光後ベーキング(post-exposure baking)段階、第４段階は、露出されたフォトレジスト層の現像後に形成されたパターンをウエハー上に強固に付着するハードベーキング(hard baking)段階である。このウエハーの加熱工程は、フォトレジストの種類、処理段階によって多様な温度で進行される。従って、処理段階によって多様な温度で容易にウエハーベーキングプレートを加熱または冷却する必要性がある。
このような加熱温度を多様に設定するウエハーベーキングプレートは、日本国特許出願番号第１９９９−２０５０７９号(1999.7.17)に開示されている。前記開示されたウエハーベーキングプレートは、冷却媒体路を有する。
しかしながら、従来のウエハーベーキングプレートの冷却装置は、熱伝達性能が鈍くてウエハーベーキングプレートの温度分布を均一にする時間が相当かかるという問題点がある。さらに、ベーキングプレートの温度を迅速に冷却させても、温度分布を均一にするためには相当の時間がかかるので、ウエハーの生産率が低下するという問題点が発生する。
前述したような問題点を解決するために、本発明の目的は、ウエハーベーキングプレートの冷却時間を短縮し、迅速に温度分布の安定化することのできるウエハーベーキングプレートの冷却装置を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明は、ウエハーを支持する支持プレート、前記支持プレートの下部に位置するヒーター、及び前記支持プレートとヒーターとの間に介在されて熱を伝達する熱伝達プレートを備えるウエハーベーキングプレートの冷却装置を提供する。前記冷却装置はにおいて、中空は、前記熱伝達プレート内部に形成され、内部の一部が液体状態の作動流体で充填される。冷却パイプは、前記熱伝達プレート内部に配管され、内部に冷却媒体が循環される。
本発明によるウエハーベーキングプレートの冷却装置は、内部の一部が液体状態の作動流体で充填された熱伝達プレート内部に冷却パイプを配管してウエハーベーキングプレートの迅速な冷却ができる。ベーキングプレートの加熱及び冷却過程が、熱伝達プレート内の作動流体を通じて進行されるので、加熱及び冷却過程においてベーキングプレートの均一な温度分布を維持することができる。さらに、ウエハーベーキングプレートを迅速に加熱または冷却させながら同時に均一の温度分布を維持することができるので、生産率が向上するという利点がある。
以下、本発明の好適な一実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明確にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
図１は、本発明の好適な実施形態によるウエハーベーキングプレート１００の斜視図であり、図２は、図１に示すラインＡ−Ａ'に沿ったウエハーベーキングプレート１００の断面図であり、図３は、図２に示すウエハーベーキングプレート１００の一部分拡大断面図であり、図４は、図２に示すラインＢ−Ｂ'に沿ったウエハーベーキングプレート１００の断面図である。図１ないし図４に示すように、本発明の好適な実施形態によるウエハーベーキングプレート１００は、支持プレート１０１、支持プレート１０１の下部に設置されるヒーター１０２、及び支持プレート１０１とヒーター１０２との間に介在される熱伝達プレート１０３から構成される。ウエハーベーキングプレート１００は、熱伝達プレート１０３の内に配管された冷却パイプ１０５を有する冷却装置を含む。
ウエハーベーキングプレート１００において、支持プレート１０１の上面にはウエハーが位置する安着面１１１が備わり、安着面１１１の周辺にはウエハーの流動を防止するためのガイド突起１１３が形成される。熱伝達プレート１０３は、支持プレート１０１と一体形に製作されることができる。熱伝達プレート１０３は、ヒーター１０２から発生した熱を支持プレート１０１に伝達する媒体であり、内部の一部に液体状態の作動流体１３９が充填された中空１３１が形成される。中空１３１は、熱伝達プレート１０３の内部に形成される多数の隔膜１３３によって分割されることができる。図４に示すように、隔膜１３３は、熱伝達プレート１０３内に同心円状に配列される。
冷却パイプ１０５は、外部から冷却媒体を導入して熱伝達プレート１０３内で循環させた後、ウエハーベーキングプレート１００の外部に排出する。冷却パイプ１０５は、熱伝達プレート１０３の中空１３１に沿って配管され、図４に示すように、熱伝達プレート１０３内にらせん状に配管される。冷却パイプ１０５の冷却媒体注入口及び排出口は、隣接して配管される。冷却パイプ１０５に注入される冷却媒体との冷却パイプ１０５から排出される冷却媒体との間の温度差を相殺して、ベーキングプレート１００の温度分布を均一に維持するために、冷却パイプ１０５は、注入口及び排出口から並んで延長されることが望ましい。冷却パイプ１０５は、１つのパイプラインから構成されているが、実施形態によって多数のパイプラインを設置すると、同一時間により多くの冷却媒体を循環させることができるので、冷却にかかる時間は減少される。
冷却パイプ１０５は、図５及び図６に示すように、中空１３１(図５)内に配管されるか、それとも、中空１３１の底面１３５に形成された配管溝１３７(図６)内に配管されることができる。冷却パイプ１０５は、図７に示すように、中空１３１の下部に埋められることができ、図８に示すように、中空１３１の内部に配管された第１パイプ及び中空１３１の下部に埋められた第２パイプを含むことができる。
図９の(ａ)、(ｂ)、(ｃ)を参照すると、冷却パイプ１０５の断面は、円形、楕円形、多角形などの多様な形態で構成されることができる。冷却パイプ１０５の外周面及び内周面に冷却フィン(fin)、しわなどを形成することによって熱伝達効率を向上させることができる。
図１０を参照すると、ヒーター１０２が発熱すると、熱がヒーター１０２から熱伝達プレート１０３内に伝達(Ｂ)され、中空１３１内の作動流体１３９が気化(Ｃ)される。気化された作動流体は、支持プレート１０１に熱を伝達(Ｄ)した後、液化されてヒーター１０２から熱を受ける。作動流体１３９の相変化は、中空１３１内において閉鎖サイクルで進行され、ヒーター１０２からの熱は、気化された作動流体１３９を通じて効果的に支持プレート１０１に伝達される。作動流体１３９の相変化によって熱伝達が進行されるので、支持プレート１０１の温度分布が均一になる。
この時、冷却パイプ１０５の内部は、真空状態であるか、それとも、空気で充填されることが望ましい。冷却パイプ１０５内に冷却媒体などの液体が充填される場合、ヒーター１０２からの熱が支持プレート１０１に効果的に伝達されることができず、冷却パイプ１０５内の液体を加熱するために消耗されるからである。
図１１を参照してベーキングプレート１００の冷却過程を説明する。ベーキングプレート１００の迅速な冷却のために、冷却パイプ１０５を通じて冷却媒体が循環する。冷却媒体としては水が使用されることができる。冷却パイプ１０５内に冷却媒体が循環すると、支持プレート１０１の熱は、熱伝達プレート１０３に吸収(Ｄ')され、熱伝達プレート１０３及びヒーター１０２の熱は、冷却パイプ１０５に吸収(Ｃ'，Ｂ')される。結果的に、冷却パイプ１０５周辺の熱は、冷却パイプ１０５内の冷却媒体によって吸収され、冷却媒体は、冷却パイプ１０５に持続的に注入されることによって、熱伝達プレート１０３内部を循環しながらベーキングプレート１００を冷却させる。
同様に、ベーキングプレート１００の熱は、中空１３１内の作動流体１３９を通じて冷却パイプ１０５に吸収されて、支持プレート１０１の全面にわたって均一な温度分布を得ることができ、冷却にかかる時間が非常に短くなる。
図１２は、図４に示すベーキングプレート１００の冷却装置が作動する時の冷却曲線を示すグラフ１０９である。グラフ１０９は、１８℃の冷却媒体を１．５l/minの速度で循環させる時、ベーキングプレート１００の平均温度が１５０から１００℃まで冷却される間の温度変化を示す。参照番号（１）は、時間が経つことによるベーキングプレート１００の平均温度の変化を示す曲線であり、参照番号（２）は、時間が経つことによるベーキングプレート１００上の最大温度偏差の変化を示す曲線である。
図１２に示すように、本発明によるウエハーベーキングプレート１００の温度変化曲線(（１）、（２）)によると、本発明によるベーキングプレート１００の冷却装置は、冷却装置の動作時点から１５秒後になると、ベーキングプレート１００の平均温度が１００℃に到達するようになる。その次に、冷却水の供給を中断し、冷却パイプに空気を充填すると、３０秒後にベーキングプレート１００の温度偏差が著しく減少され、５０秒後には温度分布が安定する。
図１３は、従来の自然冷却方式によるウエハーベーキングプレートの冷却曲線を示すグラフ２０９である。自然冷却方式は、冷却が進行する間にウエハーベーキングプレートの温度分布が比較的に均一に維持されるという長所があるが、図１３に示すように、１５０℃で１００℃まで冷却させるための時間が４５分もかかり、生産率がごく低い。これに反して、本発明によるウエハーベーキングプレートの冷却装置は、ベーキングプレートを迅速に冷却させながら、５０秒の時間のみで温度分布を均一にすることができる。
以上、本発明を具体的な一実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲は前述の一実施形態によって限られるべきではなく、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである
本発明の好適な実施形態によるウエハーベーキングプレートを示す斜視図である。 図１に示すラインＡ−Ａ'に沿ったウエハーベーキングプレートの断面図である。 図２に示すウエハーベーキングプレートの一部拡大断面図である。 図２に示すラインＢ−Ｂ'に沿ったウエハーベーキングプレートの断面図である。 図２に示すウエハーベーキングプレートに冷却パイプが設置された第１実施形態の示す断面図である。 図２に示すウエハーベーキングプレートに冷却パイプが設置された第２実施形態を示す断面図である。 図２に示すウエハーベーキングプレートに冷却パイプが設置された第３実施形態を示す断面図である。 図２に示すウエハーベーキングプレートに冷却パイプが設置された第４実施形態を示す断面図である。 (ａ)〜(ｃ)は、図２に示すウエハーベーキングプレートの冷却パイプの断面形状を示す図である。 図２に示すウエハーベーキングプレートの動作を説明するための図である。 図２に示すウエハーベーキングプレートの冷却装置の動作を説明するための図である。 図１に示すウエハーベーキングプレートの冷却曲線を示すグラフ。 従来の自然冷却方式によるウエハーベーキングプレートの冷却曲線を示すグラフ。
符号の説明
１０３ 熱伝達プレート
１０５ 冷却パイプ
１３１ 中空
１３３ 隔膜

Claims (6)

  1. ウエハーを支持する支持プレート、前記支持プレートの下部に位置するヒーター、及び前記支持プレートとヒーターとの間に介在されて熱を伝達する熱伝達プレートを備えるウエハーベーキングプレートの冷却装置において、
    前記熱伝達プレート内部に形成され、内部の一部が液体状態の作動流体で充填された中空と
    前記熱伝達プレート内部に配管され、内部に冷却媒体が循環される冷却パイプと、
    を含むことを特徴とするウエハーベーキングプレートの冷却装置。
  2. 前記冷却パイプは、前記熱伝達プレートの中空内に配管され、常温で液体状態である前記作動流体内に配置される請求項１に記載のウエハーベーキングプレートの冷却装置。
  3. 前記冷却パイプの配管に沿って前記中空の底面に所定の溝が形成され、前記冷却パイプは、前記溝内に配管される請求項１に記載のウエハーベーキングプレートの冷却装置。
  4. 前記冷却パイプは、前記中空の外側に配管される請求項１に記載のウエハーベーキングプレートの冷却装置。
  5. 前記冷却パイプは、前記中空内に配管される第１パイプと、前記中空の外側に配管される第２パイプとを含む請求項１に記載のウエハーベーキングプレートの冷却装置。
  6. 前記冷却パイプの断面は、円形、楕円形、または多角形のいずれか１つである請求項１に記載のウエハーベーキングプレートの冷却装置。

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