JP2005191239A - 熱処理方法、熱処理装置および基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】加熱処理直後にリフトピンによって上昇された基板の面内温度分布の均一性を向上することができる熱処理技術を提供する。
【解決手段】ホットプレート70による基板Wの加熱処理が終了するとリフトピン71およびチャンバ73が上昇し、基板Wがリフトピン71によって持ち上げられる。このときに、ガスノズル76から大流量にて窒素ガスが噴出される。窒素ガスは整流板80の孔80aから下向きに吐出され、リフトピン71に支持されている加熱処理直後の基板Wの表面に吹き付けられる。これにより、加熱後の基板Wの周辺にて発生する自然対流が抑制され、基板Wの中心部と周縁部とでの降温レートの差が小さくなる。その結果、加熱処理直後にリフトピン71によって上昇された基板Wの面内温度分布の均一性を向上することができる。
【選択図】図14
【解決手段】ホットプレート70による基板Wの加熱処理が終了するとリフトピン71およびチャンバ73が上昇し、基板Wがリフトピン71によって持ち上げられる。このときに、ガスノズル76から大流量にて窒素ガスが噴出される。窒素ガスは整流板80の孔80aから下向きに吐出され、リフトピン71に支持されている加熱処理直後の基板Wの表面に吹き付けられる。これにより、加熱後の基板Wの周辺にて発生する自然対流が抑制され、基板Wの中心部と周縁部とでの降温レートの差が小さくなる。その結果、加熱処理直後にリフトピン71によって上昇された基板Wの面内温度分布の均一性を向上することができる。
【選択図】図14
Description
本発明は、半導体基板、液晶表示器のガラス基板、フォトマスク用のガラス基板、光ディスク用の基板などの基板(以下、単に「基板」と称する)をホットプレート上に載置して加熱処理を行う熱処理方法および熱処理装置並びにその熱処理装置を組み込んだ基板処理装置に関する。
周知のように、半導体や液晶ディスプレイなどの製品は、上記基板に対して洗浄、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、層間絶縁膜の形成、熱処理、ダイシングなどの一連の諸処理を施すことにより製造されている。これらの諸処理のうち例えばレジスト塗布処理、現像処理およびそれらに付随する熱処理のそれぞれを行う処理ユニットを複数組み込み、搬送ロボットによってそれら各処理ユニット間で基板の循環搬送を行うことにより基板に一連のフォトリソグラフィー処理を施す基板処理装置がいわゆるコータ&デベロッパとして広く用いられている。
このような基板処理装置には、レジストの溶剤蒸発、現像後のレジストの安定化処理、レジストの密着性強化処理および化学増幅型レジストの露光後の加熱処理等種々の目的に応じて多数の熱処理ユニットが組み込まれている。通常、この種の熱処理ユニットでは、筐体の内部空間を処理室とし、その処理室内にホットプレートおよび該ホットプレートを貫通して昇降移動するリフトピンを設けている。そして、リフトピンによってホットプレート上に載置した基板を該ホットプレートから発生する熱によって加熱処理している。
また、この種の熱処理ユニットでは安定した処理を行うために、処理室内の気中成分の濃度を一定に維持したり、レジスト液等の溶媒成分が揮発した蒸気を処理室から排出することが求められている。この目的のために、熱処理ユニットには、窒素ガス等の不活性なガスを処理室内に供給する機構や処理室内の雰囲気を排出する排気機構が設けられている。
一方、近年の半導体デバイス等の微細化要求に伴い、加熱処理時における基板の面内温度分布の均一性に対する要求は益々厳しいものとなってきている。特に、化学増幅型レジストを使用した場合における露光後の加熱処理時では、加熱処理の結果(パターンの線幅)と加熱工程で基板が受ける総熱量(加熱温度×時間)との相関関係が非常に強く、基板の面内温度分布にわずかなバラツキが生じたとしてもパターンの線幅に面内バラツキが生じることとなっていた。
基板の面内温度分布の均一性に大きな影響を与える要因として、処理室内に流れるガス流の存在がある。このため、加熱処理中の基板の表面に直接流下する不活性ガスの流量を小さくすることが特許文献1に開示されている。また、基板の搬入・搬出時の排気流量を低減させて外部から流入する空気流量を小さくすることにより、ホットプレート自体の温度分布を均一に維持することが特許文献2に開示されている。
しかしながら、ホットプレート自体の温度を一定に維持して加熱処理中の基板の面内温度分布の均一性を向上させたとしても、加熱処理終了時点にて基板を搬出するためにリフトピンによって基板をホットプレートから持ち上げることとなる。そして、このときに基板は対流および輻射によって温度低下し、特に基板周縁部での温度低下が著しい。加熱処理中は基板中心部と周縁部との温度差を0.1℃〜0.2℃程度に維持できたとしても、加熱終了後にリフトピンによって基板を持ち上げたときにはその温度差が数℃程度に及ぶこともある。
このような現象は加熱処理終了直後に生じるため、処理温度域での基板の面内温度分布にバラツキが生じることとなる。例えば、上述した化学増幅型レジストを使用したときの露光後の加熱処理終了直後に基板中心部と周縁部との温度差が大きくなると、パターンの線幅の面内均一性も少なからず劣化するという問題が生じる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされれたものであり、加熱処理直後にリフトピンによって上昇された基板の面内温度分布の均一性を向上することができる熱処理技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、ホットプレート上に基板を載置して該基板を加熱処理する熱処理方法において、前記ホットプレートを貫通して昇降自在なリフトピンを上昇させ、前記リフトピンの上端を前記ホットプレートの載置面よりも突出させる工程と、前記リフトピン上に基板を載置する工程と、前記リフトピンを下降させて、前記リフトピンの上端を前記載置面よりも下方に位置させることによって前記基板を前記載置面に載置する工程と、前記ホットプレートによって前記基板を加熱する工程と、前記載置面に載置されて加熱されている前記基板に第1の流量にてガスを吹き付ける工程と、前記リフトピンを上昇させることによって加熱された前記基板を前記載置面から離間させる工程と、上昇した前記リフトピン上に支持されている加熱後の前記基板に前記第1の流量よりも大きい第2の流量にてガスを吹き付ける工程と、を備える。
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る熱処理方法において、前記基板の径を略φ300mmとし、前記第2の流量を毎分20L以上としている。
また、請求項3の発明は、基板を加熱処理する熱処理装置において、基板を載置可能な載置面を有し、前記載置面に載置された基板を加熱するホットプレートと、前記ホットプレートを貫通して昇降自在なリフトピンと、前記リフトピンの上端が前記載置面よりも突出する位置と前記載置面よりも下方となる位置との間で前記リフトピンを昇降させる昇降手段と、前記載置面および上昇した前記リフトピンに載置された基板にガスを吹き付ける気体噴出手段と、前記気体噴出手段から吹き付けるガスの流量を調整する流量調整手段と、前記載置面に載置されて加熱されている基板に第1の流量にてガスを吹き付けるとともに、上昇した前記リフトピン上に支持されている加熱後の基板に前記第1の流量よりも大きい第2の流量にてガスを吹き付けるように前記流量調整手段を制御する制御手段と、を備える。
また、請求項4の発明は、請求項3の発明に係る熱処理装置において、前記気体噴出手段と前記ホットプレートとの間に設けられ、前記気体噴出手段から吹き付けられたガスが通過する複数の孔が穿設された整流板をさらに備え、前記整流板における孔の穿設密度を、上昇した前記リフトピン上に支持されている基板の中心部直上に位置する領域の方が前記基板の周縁部直上に位置する領域よりも大きくなるようにしている。
また、請求項5の発明は、請求項3または請求項4の発明に係る熱処理装置において、前記基板の径を略φ300mmとし、前記第2の流量を毎分20L以上としている。
また、請求項6の発明は、基板に所定の処理を行う基板処理装置において、露光処理後の基板に熱処理を行う請求項3から請求項5のいずれかに記載の熱処理装置と、熱処理後の基板に現像液を供給して現像処理を行う現像処理部と、を備えている。
請求項1の発明によれば、載置面に載置されて加熱されている基板に第1の流量にてガスを吹き付けるとともに、上昇したリフトピン上に支持されている加熱後の基板に第1の流量よりも大きい第2の流量にてガスを吹き付けるため、加熱後の基板の周辺に発生する対流を抑制することができ、対流に起因した基板中心部と周縁部との温度差を小さくしてリフトピンによって上昇された加熱処理直後の基板の面内温度分布の均一性を向上することができる。
また、請求項2の発明によれば、基板の径が略φ300mmであり、第2の流量が毎分20L以上であるため、φ300mmの基板の周辺に発生する対流を抑制して加熱処理直後の基板の面内温度分布の均一性を向上することができる。
また、請求項3の発明によれば、載置面に載置されて加熱されている基板に第1の流量にてガスを吹き付けるとともに、上昇したリフトピン上に支持されている加熱後の基板に第1の流量よりも大きい第2の流量にてガスを吹き付けるため、加熱後の基板の周辺に発生する対流を抑制することができ、対流に起因した基板中心部と周縁部との温度差を小さくしてリフトピンによって上昇された加熱処理直後の基板の面内温度分布の均一性を向上することができる。
また、請求項4の発明によれば、整流板における孔の穿設密度は、上昇したリフトピン上に支持されている基板の中心部直上に位置する領域の方が基板の周縁部直上に位置する領域よりも大きいため、加熱後の基板の中心部近傍にガスを集中的に吹き付けて対流を効果的に抑制できるとともに、ガスの消費量増大をも抑制することができる。
また、請求項5の発明によれば、基板の径が略φ300mmであり、第2の流量が毎分20L以上であるため、φ300mmの基板の周辺に発生する対流を抑制して加熱処理直後の基板の面内温度分布の均一性を向上することができる。
また、請求項6の発明によれば、露光処理後の基板に熱処理を行う請求項3から請求項5のいずれかの発明に係る熱処理装置と、熱処理後の基板に現像液を供給して現像処理を行う現像処理部と、を備えるため、露光後加熱処理直後の基板の面内温度分布の均一性を向上することができる。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本実施形態の基板処理装置の平面図である。また、図2は基板処理装置の液処理部の正面図であり、図3は熱処理部の正面図であり、図4は基板載置部の周辺構成を示す図である。なお、図1から図4にはそれらの方向関係を明確にするためZ軸方向を鉛直方向とし、XY平面を水平面とするXYZ直交座標系を付している。
本実施形態の基板処理装置は、半導体ウェハ等の基板に反射防止膜やフォトレジスト膜を塗布形成するとともに、パターン露光後の基板に現像処理を行う装置である。なお、本発明に係る基板処理装置の処理対象となる基板は半導体ウェハに限定されるものではなく、液晶表示器用のガラス基板等であっても良い。
本実施形態の基板処理装置は、インデクサブロック1、バークブロック2、レジスト塗布ブロック3、現像処理ブロック4およびインターフェイスブロック5の5つの処理ブロックを並設して構成されている。インターフェイスブロック5には本基板処理装置とは別体の外部装置である露光装置(ステッパ)が接続配置されている。
インデクサブロック1は、複数のキャリアC(本実施形態では4個)を並べて載置する載置台11と、各キャリアCから未処理の基板Wを取り出すとともに、各キャリアCに処理済みの基板Wを収納する基板移載機構12とを備えている。基板移載機構12は、載置台11に沿って(Y方向に沿って)水平移動可能な可動台12aを備えており、この可動台12aに基板Wを水平姿勢で保持する保持アーム12bが搭載されている。保持アーム12bは、可動台12a上を昇降(Z方向)移動、水平面内の旋回移動、および旋回半径方向に進退移動可能に構成されている。これにより、基板移載機構12は、保持アーム12bを各キャリアCにアクセスさせて未処理の基板Wの取り出しおよび処理済みの基板Wの収納を行うことができる。なお、キャリアCの形態としては、基板Wを密閉空間に収納するFOUP(front opening unified pod)の他に、SMIF(Standard Mechanical Inter Face)ポッドや収納基板Wを外気に曝すOC(open cassette)であっても良い。
インデクサブロック1に隣接してバークブロック2が設けられている。インデクサブロック1とバークブロック2との間には、雰囲気遮断用の隔壁13が設けられている。この隔壁13にインデクサブロック1とバークブロック2との間で基板Wの受け渡しを行うために基板Wを載置する2つの基板載置部PASS1,PASS2が上下に積層して設けられている。
上側の基板載置部PASS1は、インデクサブロック1からバークブロック2へ基板Wを搬送するために使用される。基板載置部PASS1は3本の支持ピンを備えており、インデクサブロック1の基板移載機構12はキャリアCから取り出した未処理の基板Wを基板載置部PASS1の3本の支持ピン上に載置する。そして、基板載置部PASS1に載置された基板Wを後述するバークブロック2の搬送ロボットTR1が受け取る。一方、下側の基板載置部PASS2は、バークブロック2からインデクサブロック1へ基板Wを搬送するために使用される。基板載置部PASS2も3本の支持ピンを備えており、バークブロック2の搬送ロボットTR1は処理済みの基板Wを基板載置部PASS2の3本の支持ピン上に載置する。そして、基板載置部PASS2に載置された基板Wを基板移載機構12が受け取ってキャリアCに収納する。なお、後述する基板載置部PASS3〜PASS10の構成も基板載置部PASS1,PASS2と同じである。
基板載置部PASS1,PASS2は、隔壁13の一部に部分的に貫通して設けられている。また、基板載置部PASS1,PASS2には、基板Wの有無を検出する光学式のセンサ(図示省略)が設けられており、各センサの検出信号に基づいて基板移載機構12やバークブロック2の搬送ロボットTR1が、基板載置部PASS1,PASS2に対して基板Wを受け渡しできる状態にあるか否かを判断する。
次に、バークブロック2について説明する。バークブロック2は、露光時に発生する定在波やハレーションを減少させるために、フォトレジスト膜の下地に反射防止膜を塗布形成するための処理ブロックである。バークブロック2は、基板Wの表面に反射防止膜を塗布形成するための下地塗布処理部BRCと、反射防止膜の塗布形成に付随する熱処理を行う2つの熱処理タワー21,21と、下地塗布処理部BRCおよび熱処理タワー21,21に対して基板Wの受け渡しを行う搬送ロボットTR1とを備える。
バークブロック2においては、搬送ロボットTR1を挟んで下地塗布処理部BRCと熱処理タワー21,21とが対向して配置されている。具体的には、下地塗布処理部BRCが装置正面側に、2つの熱処理タワー21,21が装置背面側に、それぞれ位置している。また、熱処理タワー21,21の正面側には図示しない熱隔壁を設けている。下地塗布処理部BRCと熱処理タワー21,21とを隔てて配置するとともに熱隔壁を設けることにより、熱処理タワー21,21から下地塗布処理部BRCに熱的影響を与えることを回避しているのである。
下地塗布処理部BRCは、図2に示すように、同様の構成を備えた3つの塗布処理ユニットBRC1,BRC2,BRC3を下から順に積層配置して構成されている。なお、3つの塗布処理ユニットBRC1,BRC2,BRC3を特に区別しない場合はこれらを総称して下地塗布処理部BRCとする。各塗布処理ユニットBRC1,BRC2,BRC3は、基板Wを略水平姿勢で吸着保持して略水平面内にて回転させるスピンチャック22、このスピンチャック22上に保持された基板W上に反射防止膜用の塗布液を吐出する塗布ノズル23およびスピンチャック22上に保持された基板Wの周囲を囲繞するカップ(図示省略)等を備えている。
図3に示すように、インデクサブロック1に近い側の熱処理タワー21には、基板Wを所定の温度にまで加熱する6個の加熱ユニットHP1〜HP6と、加熱された基板Wを冷却して所定の温度にまで降温するとともに基板Wを当該所定の温度に維持する冷却ユニットCP1〜CP3とが設けられている。この熱処理タワー21には、下から順に冷却ユニットCP1〜CP3、加熱ユニットHP1〜HP6が積層配置されている。一方、インデクサブロック1から遠い側の熱処理タワー21には、レジスト膜と基板Wとの密着性を向上させるためにHMDS(ヘキサメチルジシラザン)の蒸気雰囲気で基板Wを熱処理する3個の密着強化処理部AHL1〜AHL3が下から順に積層配置されている。なお、図3において「×」印で示した箇所には配管配線部や、予備の空きスペースが割り当てられている。
このように塗布処理ユニットBRC1〜BRC3や熱処理ユニット(加熱ユニットHP1〜HP6、冷却ユニットCP1〜CP3、密着強化処理部AHL1〜AHL3)を多段に積層配置することにより、基板処理装置の占有スペースを小さくしてフットプリントを削減することができる。また、2つの熱処理タワー21,21を並設することによって、熱処理ユニットのメンテナンスが容易になるとともに、熱処理ユニットに必要なダクト配管や給電設備をあまり高い位置にまで引き延ばす必要がなくなるという利点がある。
図5は、搬送ロボットTR1を説明するための図である。図5(a)は搬送ロボットTR1の平面図であり、(b)は搬送ロボットTR1の正面図である。搬送ロボットTR1は、基板Wを略水平姿勢で保持する2個の保持アーム6a,6bを上下に近接させて備えている。保持アーム6a,6bは、先端部が平面視で「C」字形状になっており、この「C」字形状のアームの内側から内方に突き出た複数本のピン7で基板Wの周縁を下方から支持するようになっている。
搬送ロボットTR1の基台8は装置基台(装置フレーム)に対して固定設置されている。この基台8上に、ガイド軸9cが立設されるとともに、螺軸9aが回転可能に立設支持されている。また、基台8には螺軸9aを回転駆動するモータ9bが固定設置されている。そして、螺軸9aには昇降台10aが螺合されるとともに、昇降台10aはガイド軸9cに対して摺動自在とされている。このような構成により、モータ9bが螺軸9aを回転駆動することにより、昇降台10aがガイド軸9cに案内されて鉛直方向(Z方向)に昇降移動するようになっている。
また、昇降台10a上にアーム基台10bが鉛直方向に沿った軸心周りに旋回可能に搭載されている。昇降台10aには、アーム基台10bを旋回駆動するモータ10cが内蔵されている。そして、このアーム基台10b上に上述した2個の保持アーム6a,6bが上下に配設されている。各保持アーム6a,6bは、アーム基台10bに装備されたスライド駆動機構(図示省略)によって、それぞれ独立して水平方向(アーム基台10bの旋回半径方向)に進退移動可能に構成されている。
このような構成によって、図5(a)に示すように、搬送ロボットTR1は2個の保持アーム6a,6bをそれぞれ個別に基板載置部PASS1,PASS2、熱処理タワー21に設けられた熱処理ユニット、下地塗布処理部BRCに設けられた塗布処理ユニットおよび後述する基板載置部PASS3,PASS4に対してアクセスさせて、それらとの間で基板Wの授受を行うことができる。
次に、レジスト塗布ブロック3について説明する。バークブロック2と現像処理ブロック4との間に挟み込まれるようにしてレジスト塗布ブロック3が設けられている。このレジスト塗布ブロック3とバークブロック2との間にも、雰囲気遮断用の隔壁25が設けられている。この隔壁25にバークブロック2とレジスト塗布ブロック3との間で基板Wの受け渡しを行うために基板Wを載置する2つの基板載置部PASS3,PASS4が上下に積層して設けられている。基板載置部PASS3,PASS4は、上述した基板載置部PASS1,PASS2と同様の構成を備えている。
上側の基板載置部PASS3は、バークブロック2からレジスト塗布ブロック3へ基板Wを搬送するために使用される。すなわち、バークブロック2の搬送ロボットTR1が基板載置部PASS3に載置した基板Wをレジスト塗布ブロック3の搬送ロボットTR2が受け取る。一方、下側の基板載置部PASS4は、レジスト塗布ブロック3からバークブロック2へ基板Wを搬送するために使用される。すなわち、レジスト塗布ブロック3の搬送ロボットTR2が基板載置部PASS4に載置した基板Wをバークブロック2の搬送ロボットTR1が受け取る。
基板載置部PASS3,PASS4は、隔壁25の一部に部分的に貫通して設けられている。また、基板載置部PASS3,PASS4には、基板Wの有無を検出する光学式のセンサ(図示省略)が設けられており、各センサの検出信号に基づいて搬送ロボットTR1,TR2が基板載置部PASS3,PASS4に対して基板Wを受け渡しできる状態にあるか否かを判断する。さらに、基板載置部PASS3,PASS4の下側には、基板Wを大まかに冷却するための水冷式の2つの冷却ユニットWCPが隔壁25を貫通して上下に設けられている。
レジスト塗布ブロック3は、バークブロック2にて反射防止膜が塗布形成された基板W上にフォトレジスト膜を塗布形成するための処理ブロックである。なお、本実施形態では、フォトレジストとして化学増幅型レジストを用いている。レジスト塗布ブロック3は、下地塗布された反射防止膜の上にフォトレジスト膜を塗布形成するレジスト塗布処理部SCと、レジスト塗布処理に付随する熱処理を行う2つの熱処理タワー31,31と、レジスト塗布処理部SCおよび熱処理タワー31,31に対して基板Wの受け渡しを行う搬送ロボットTR2とを備える。
レジスト塗布ブロック3においては、搬送ロボットTR2を挟んでレジスト塗布処理部SCと熱処理タワー31,31とが対向して配置されている。具体的には、レジスト塗布処理部SCが装置正面側に、2つの熱処理タワー31,31が装置背面側に、それぞれ位置している。また、熱処理タワー31,31の正面側には図示しない熱隔壁を設けている。レジスト塗布処理部SCと熱処理タワー31,31とを隔てて配置するとともに熱隔壁を設けることにより、熱処理タワー31,31からレジスト塗布処理部SCに熱的影響を与えることを回避しているのである。
レジスト塗布処理部SCは、図2に示すように、同様の構成を備えた3つの塗布処理ユニットSC1,SC2,SC3を下から順に積層配置して構成されている。なお、3つの塗布処理ユニットSC1,SC2,SC3を特に区別しない場合はこれらを総称してレジスト塗布処理部SCとする。各塗布処理ユニットSC1,SC2,SC3は、基板Wを略水平姿勢で吸着保持して略水平面内にて回転させるスピンチャック32、このスピンチャック32上に保持された基板W上にフォトレジストを吐出する塗布ノズル33およびスピンチャック32上に保持された基板Wの周囲を囲繞するカップ(図示省略)等を備えている。
図3に示すように、インデクサブロック1に近い側の熱処理タワー31には、基板Wを所定の温度にまで加熱する6個の加熱部PHP1〜PHP6が下から順に積層配置されている。一方、インデクサブロック1から遠い側の熱処理タワー31には、加熱された基板Wを冷却して所定の温度にまで降温するとともに基板Wを当該所定の温度に維持する冷却ユニットCP4〜CP9が下から順に積層配置されている。
各加熱部PHP1〜PHP6は、基板Wを載置して加熱処理を行う通常の加熱ユニットの他に、その加熱ユニットと隔てられた上方位置に基板Wを載置しておく基板仮置部と、該加熱ユニットと基板仮置部との間で基板Wを搬送するローカル搬送機構34(図1参照)とを備えた熱処理ユニットである。ローカル搬送機構34は、昇降移動および進退移動が可能に構成されるとともに、冷却水を循環させることによって搬送過程の基板Wを冷却する機構を備えている。
ローカル搬送機構34は、上記加熱ユニットおよび基板仮置部を挟んで搬送ロボットTR2とは反対側、すなわち装置背面側に設置されている。そして、基板仮置部は搬送ロボットTR2側およびローカル搬送機構34側の双方に対して開口している一方、加熱ユニットはローカル搬送機構34側のみ開口し、搬送ロボットTR2側には閉塞している。従って、基板仮置部に対しては搬送ロボットTR2およびローカル搬送機構34の双方がアクセスできるが、加熱ユニットに対してはローカル搬送機構34のみがアクセス可能である。
このような構成を備える各加熱部PHP1〜PHP6に基板Wを搬入するときには、まず搬送ロボットTR2が基板仮置部に基板Wを載置する。そして、ローカル搬送機構34が基板仮置部から基板Wを受け取って加熱ユニットまで搬送し、該基板Wに加熱処理が施される。加熱ユニットでの加熱処理が終了した基板Wは、ローカル搬送機構34によって取り出されて基板仮置部まで搬送される。このときに、ローカル搬送機構34が備える冷却機能によって基板Wが冷却される。その後、基板仮置部まで搬送された熱処理後の基板Wが搬送ロボットTR2によって取り出される。
このように、加熱部PHP1〜PHP6においては、搬送ロボットTR2が常温の基板仮置部に対して基板Wの受け渡しを行うだけで、加熱ユニットに対する基板Wの受け渡しを行わないため、搬送ロボットTR2の温度上昇を抑制することができる。また、加熱ユニットはローカル搬送機構34側のみ開口しているため、加熱ユニットから漏出した熱雰囲気によって搬送ロボットTR2やレジスト塗布処理部SCが悪影響を受けることが防止される。なお、冷却ユニットCP4〜CP9に対しては搬送ロボットTR2が直接基板Wの受け渡しを行う。
搬送ロボットTR2の構成は、搬送ロボットTR1と全く同じである。よって、搬送ロボットTR2は2個の保持アームをそれぞれ個別に基板載置部PASS3,PASS4、熱処理タワー31に設けられた熱処理ユニット(加熱部PHP1〜PHP6、冷却ユニットCP4〜CP9)、レジスト塗布処理部SCに設けられた塗布処理ユニットおよび後述する基板載置部PASS5,PASS6に対してアクセスさせて、それらとの間で基板Wの授受を行うことができる。
次に、現像処理ブロック4について説明する。レジスト塗布ブロック3とインターフェイスブロック5との間に挟み込まれるようにして現像処理ブロック4が設けられている。レジスト塗布ブロック3と現像処理ブロック4との間にも、雰囲気遮断用の隔壁35が設けられている。この隔壁35にレジスト塗布ブロック3と現像処理ブロック4との間で基板Wの受け渡しを行うために基板Wを載置する2つの基板載置部PASS5,PASS6が上下に積層して設けられている。基板載置部PASS5,PASS6は、上述した基板載置部PASS1,PASS2と同様の構成を備えている。
上側の基板載置部PASS5は、レジスト塗布ブロック3から現像処理ブロック4へ基板Wを搬送するために使用される。すなわち、レジスト塗布ブロック3の搬送ロボットTR2が基板載置部PASS5に載置した基板Wを現像処理ブロック4の搬送ロボットTR3が受け取る。一方、下側の基板載置部PASS6は、現像処理ブロック4からレジスト塗布ブロック3へ基板Wを搬送するために使用される。すなわち、現像処理ブロック4の搬送ロボットTR3が基板載置部PASS6に載置した基板Wをレジスト塗布ブロック3の搬送ロボットTR2が受け取る。
基板載置部PASS5,PASS6は、隔壁35の一部に部分的に貫通して設けられている。また、基板載置部PASS5,PASS6には、基板Wの有無を検出する光学式のセンサ(図示省略)が設けられており、各センサの検出信号に基づいて搬送ロボットTR2,TR3が基板載置部PASS5,PASS6に対して基板Wを受け渡しできる状態にあるか否かを判断する。さらに、基板載置部PASS5,PASS6の下側には、基板Wを大まかに冷却するための水冷式の2つの冷却ユニットWCPが隔壁35を貫通して上下に設けられている。
現像処理ブロック4は、露光された基板Wに対して現像処理を行うための処理ブロックである。現像処理ブロック4は、パターンが露光された基板Wに対して現像液を供給して現像処理を行う現像処理部SDと、現像処理に付随する熱処理を行う2つの熱処理タワー41,42と、現像処理部SDおよび熱処理タワー41,42に対して基板Wの受け渡しを行う搬送ロボットTR3とを備える。なお、搬送ロボットTR3は、上述した搬送ロボットTR1,TR2と全く同じ構成を有する。
現像処理部SDは、図2に示すように、同様の構成を備えた5つの現像処理ユニットSD1,SD2,SD3,SD4,SD5を下から順に積層配置して構成されている。なお、5つの現像処理ユニットSD1〜SD5を特に区別しない場合はこれらを総称して現像処理部SDとする。各現像処理ユニットSD1〜SD5は、基板Wを略水平姿勢で吸着保持して略水平面内にて回転させるスピンチャック43、このスピンチャック43上に保持された基板W上に現像液を供給するノズル44およびスピンチャック43上に保持された基板Wの周囲を囲繞するカップ(図示省略)等を備えている。
図3に示すように、インデクサブロック1に近い側の熱処理タワー41には、基板Wを所定の温度にまで加熱する5個の加熱ユニットHP7〜HP11と、加熱された基板Wを冷却して所定の温度にまで降温するとともに基板Wを当該所定の温度に維持する冷却ユニットCP10〜CP12とが設けられている。この熱処理タワー41には、下から順に冷却ユニットCP10〜CP12、加熱ユニットHP7〜HP11が積層配置されている。一方、インデクサブロック1から遠い側の熱処理タワー42には、6個の加熱部PHP7〜PHP12と冷却ユニットCP13とが積層配置されている。各加熱部PHP7〜PHP12は、上述した加熱部PHP1〜PHP6と同様に、基板仮置部およびローカル搬送機構を備えた熱処理ユニットである。但し、各加熱部PHP7〜PHP12の基板仮置部はインターフェイスブロック5の搬送ロボットTR4の側には開口しているが、現像処理ブロック4の搬送ロボットTR3の側には閉塞している。つまり、加熱部PHP7〜PHP12に対してはインターフェイスブロック5の搬送ロボットTR4はアクセス可能であるが、現像処理ブロック4の搬送ロボットTR3はアクセス不可である。また、冷却ユニットCP13に対しても搬送ロボットTR4がアクセスする。なお、熱処理タワー41に組み込まれた熱処理ユニット(加熱ユニットHP7〜HP11、冷却ユニットCP10〜CP12)に対しては現像処理ブロック4の搬送ロボットTR3がアクセスする。
また、熱処理タワー42には、現像処理ブロック4と、これに隣接するインターフェイスブロック5との間で基板Wの受け渡しを行うための2つの基板載置部PASS7,PASS8が上下に近接して組み込まれている。上側の基板載置部PASS7は、現像処理ブロック4からインターフェイスブロック5へ基板Wを搬送するために使用される。すなわち、現像処理ブロック4の搬送ロボットTR3が基板載置部PASS7に載置した基板Wをインターフェイスブロック5の搬送ロボットTR4が受け取る。一方、下側の基板載置部PASS8は、インターフェイスブロック5から現像処理ブロック4へ基板Wを搬送するために使用される。すなわち、インターフェイスブロック5の搬送ロボットTR4が基板載置部PASS8に載置した基板Wを現像処理ブロック4の搬送ロボットTR3が受け取る。なお、基板載置部PASS7,PASS8は、現像処理ブロック4の搬送ロボットTR3およびインターフェイスブロック5の搬送ロボットTR4の両側に対して開口している。
次に、インターフェイスブロック5について説明する。インターフェイスブロック5は、現像処理ブロック4に隣接して設けられ、本基板処理装置とは別体の外部装置である露光装置に対して基板Wの受け渡しを行うブロックである。本実施形態のインターフェイスブロック5には、露光装置との間で基板Wの受け渡しを行うための搬送機構55の他に、フォトレジスト膜が形成された基板Wの周縁部を露光する2つのエッジ露光部EEWと、現像処理ブロック4内に配設された加熱部PHP7〜PHP12、冷却ユニットCP13およびエッジ露光部EEWに対して基板Wを受け渡しする搬送ロボットTR4とを備えている。
エッジ露光部EEWは、図2に示すように、基板Wを略水平姿勢で吸着保持して略水平面内にて回転させるスピンチャック56や、このスピンチャック56に保持された基板Wの周縁に光を照射して露光する光照射器57などを備えている。2つのエッジ露光部EEWは、インターフェイスブロック5の中央部に上下に積層配置されている。このエッジ露光部EEWと現像処理ブロック4の熱処理タワー42とに隣接して配置されている搬送ロボットTR4は上述した搬送ロボットTR1〜TR3と同様の構成を備えている。
また、図2に示すように、2つのエッジ露光部EEWの下側には基板戻し用のリターンバッファRBFが設けられ、さらにその下側には2つの基板載置部PASS9,PASS10が上下に積層して設けられている。リターンバッファRBFは、何らかの障害によって現像処理ブロック4が基板Wの現像処理を行うことができない場合に、現像処理ブロック4の加熱部PHP7〜PHP12で露光後の加熱処理を行った後に、その基板Wを一時的に収納保管しておくものである。このリターンバッファRBFは、複数枚の基板Wを多段に収納できる収納棚によって構成されている。また、上側の基板載置部PASS9は搬送ロボットTR4から搬送機構55に基板Wを渡すために使用するものであり、下側の基板載置部PASS10は搬送機構55から搬送ロボットTR4に基板Wを渡すために使用するものである。なお、リターンバッファRBFに対しては搬送ロボットTR4がアクセスを行う。
搬送機構55は、図2に示すように、Y方向に水平移動可能な可動台55aを備え、この可動台55a上に基板Wを保持する保持アーム55bを搭載している。保持アーム55bは、可動台55aに対して昇降移動、旋回動作および旋回半径方向への進退移動が可能に構成されている。このような構成によって、搬送機構55は、露光装置との間で基板Wの受け渡しを行うとともに、基板載置部PASS9,PASS10に対する基板Wの受け渡しと、基板送り用のセンドバッファSBFに対する基板Wの収納および取り出しを行う。センドバッファSBFは、露光装置が基板Wの受け入れをできないときに、露光処理前の基板Wを一時的に収納保管するもので、複数枚の基板Wを多段に収納できる収納棚によって構成されている。
以上のインデクサブロック1、バークブロック2、レジスト塗布ブロック3、現像処理ブロック4およびインターフェイスブロック5には常に清浄空気がダウンフローとして供給されており、各ブロック内でパーティクルの巻き上がりや気流によるプロセスへの悪影響を回避している。また、各ブロック内は装置の外部環境に対して若干陽圧に保たれ、外部環境からのパーティクルや汚染物質の進入などを防いでいる。
また、上述したインデクサブロック1、バークブロック2、レジスト塗布ブロック3、現像処理ブロック4およびインターフェイスブロック5は、本実施形態の基板処理装置を機構的に分割した単位である。各ブロックは、各々個別のブロック用フレーム(枠体)に組み付けられ、各ブロック用フレームを連結して基板処理装置が構成されている。
一方、本実施形態では、基板搬送に係る搬送制御単位を機械的に分割したブロックとは別に構成している。本明細書では、このような基板搬送に係る搬送制御単位を「セル」と称する。1つのセルは、基板に所定の処理を行う複数の処理部とそれら複数の処理部に対して基板搬送を行う搬送ロボットとを含んで構成されている。そして、上述した各基板載置部が、セル内に基板Wを受け入れるための入口基板載置部またはセルから基板Wを払い出すための出口基板載置部として機能する。そして、セル間の基板Wの受け渡しも基板載置部を介して行われる。なお、本明細書では熱処理ユニットや塗布・現像処理ユニットの他にエッジ露光部EEWや単に基板Wを載置するだけの基板載置部等も搬送対象部という意味において「処理部」に含め、また、基板移載機構12や搬送機構55も搬送ロボットに含める。
本実施形態の基板処理装置には、インデクサセル、バークセル、レジスト塗布セル、現像処理セル、露光後ベークセルおよびインターフェイスセルの6つのセルが含まれている。インデクサセルは、載置台11と基板移載機構12とを含み、結果的に機械的に分割した単位であるインデクサブロック1と同じ構成となっている。また、バークセルは、下地塗布処理部BRCと2つの熱処理タワー21,21と搬送ロボットTR1とを含む。このバークセルも、結果として機械的に分割した単位であるバークブロック2と同じ構成になっている。さらに、レジスト塗布セルは、レジスト塗布処理部SCと2つの熱処理タワー31,31と搬送ロボットTR2とを含む。このレジスト塗布セルも、結果として機械的に分割した単位であるレジスト塗布ブロック3と同じ構成になっている。
一方、現像処理セルは、現像処理部SDと熱処理タワー41と搬送ロボットTR3とを含む。上述したように、搬送ロボットTR3は熱処理タワー42の加熱部PHP7〜PHP12に対してアクセスすることができず、現像処理セルに熱処理タワー42は含まれない。この点において、現像処理セルは機械的に分割した単位である現像処理ブロック4と異なる。
また、露光後ベークセルは、現像処理ブロック4に位置する熱処理タワー42と、インターフェイスブロック5に位置するエッジ露光部EEWと搬送ロボットTR4とを含む。すなわち、露光後ベークセルは、機械的に分割した単位である現像処理ブロック4とインターフェイスブロック5とにまたがるものである。このように露光後加熱処理を行う加熱部PHP7〜PHP12と搬送ロボットTR4とを含んで1つのセルを構成しているので、露光後の基板Wを速やかに加熱部PHP7〜PHP12に搬入して熱処理を行うことができる。このような構成は、パターンの露光を行った後なるべく速やかに加熱処理を行う必要のある化学増幅型レジストを使用した場合に好適である。
なお、熱処理タワー42に含まれる基板載置部PASS7,PASS8は現像処理セルの搬送ロボットTR3と露光後ベークセルの搬送ロボットTR4との間の基板Wの受け渡しのために介在する。
インターフェイスセルは、外部装置である露光装置に対して基板Wの受け渡しを行う搬送機構55を含んで構成されている。このインターフェイスセルは、搬送ロボットTR4やエッジ露光部EEWを含まない点で、機械的に分割した単位であるインターフェイスブロック5とは異なる構成となっている。なお、エッジ露光部EEWの下方に設けられた基板載置部PASS9,PASS10は露光後ベークセルの搬送ロボットTR4とインターフェイスセルの搬送機構55との間の基板Wの受け渡しのために介在する。
次に、現像処理ブロック4の加熱部PHP7〜PHP12の構成についてさらに詳細な説明を続ける。図6および図7は、加熱部PHP7の側断面図である。なお、ここでは加熱部PHP7について説明するが、加熱部PHP8〜PHP12についても同様である。
加熱部PHP7は、基板Wをホットプレート上に載置して加熱処理を行う加熱ユニット60と、その加熱ユニット60と隔てられた上方位置に基板Wを載置しておく基板仮置部61と、該加熱ユニット60と基板仮置部61との間で基板Wを搬送するローカル搬送機構64とを備える。加熱ユニット60および基板仮置部61は1つの筐体62に収容されている。
筐体62には、ローカル搬送機構64がそれぞれ基板仮置部61および加熱ユニット60に進入するための開口63a,63bが設けられている。また、筐体62には、紙面手前側((+X)側)にインターフェイスブロック5の搬送ロボットTR4が基板仮置部61に進入するための開口(図示省略)が設けられている。基板仮置部61は、筐体62内の上部位置に設けられている。基板仮置部61には基板Wを支持するための複数本の固定支持ピン65が設けられている。
ローカル搬送機構64は、基板Wを略水平姿勢で保持する保持プレート66を備えている。保持プレート66は、ボールネジ67とモータ68とで構成されるネジ送り駆動機構によって鉛直方向(Z方向)に沿って昇降移動される。すなわち、保持プレート66はボールネジ67に螺合している。そのボールネジ67はモータ68の回転軸に連結されている。モータ68がボールネジ67を回転駆動することによって、保持プレート66が鉛直方向に昇降移動する。また、保持プレート66は、図示を省略するベルト駆動機構によってY方向に沿って進退移動するように構成されている。
保持プレート66には、これが加熱ユニット60や基板仮置部61に進出したときに、リフトピン71や固定支持ピン65と干渉しないようにするための複数本のスリットが形成されている。また、ローカル搬送機構64は、加熱ユニット60から基板仮置部61へ加熱処理後の基板Wを搬送する過程で該基板Wを冷却する手段を保持プレート66に備えている。この冷却手段は、例えば保持プレート66の内部に冷却水流路を設け、その冷却水流路に冷却水を流通させることによって構成されている。
本発明に係る熱処理装置である加熱ユニット60は筐体62内の下部位置に設けられている。加熱ユニット60は、基板Wを載置して加熱するホットプレート70と、基板Wを下面から支持する複数本(例えば3本)のリフトピン71と、リフトピン71を昇降させるエアシリンダ72と、ホットプレート70の上方を覆うチャンバ73と、チャンバ73を昇降させるエアシリンダ74と、チャンバ73から下方の基板Wに向けて窒素ガスを吹き付けるガス吐出機構とを備えている。
ホットプレート70は、その内部に抵抗加熱式の熱源を備える金属製(例えばアルミニウム製)の円盤形状部材である。ホットプレート70の径は基板Wの径よりも大きい。ホットプレート70の上面周縁部には基板Wの位置ズレを防止するためのウエハガイド75が設置されている。ホットプレート70の上面のうちウエハガイド75の内側が処理対象の基板Wを載置すべき載置面70aとなる。基板Wは載置面70aに載置されることによって、ホットプレート70から発生する熱により加熱される。なお、基板Wを載置面70aに載置する形態としては、基板Wの下面を直接載置面70aに当接させるようにしても良いし、本実施形態のように載置面70aにセラッミクス製の複数のプロキシミティボールを埋設し、そのプロキシミティボール上に載置面70aからわずかな間隔を隔てて基板Wを近接支持するようにしても良い。
また、ホットプレート70には、鉛直方向に沿ってリフトピン71と同数の貫通孔71aが形設されている。リフトピン71は貫通孔71aを通過することができる。すなわち、リフトピン71はホットプレート70を貫通して昇降自在とされている。
エアシリンダ72は、筐体62に固定設置されており、複数のリフトピン71を一斉に連動して鉛直方向に沿って昇降させる。具体的には、エアシリンダ72は、リフトピン71の上端が載置面70aよりも上方に突出する位置(図7の位置)と載置面70aよりも下方となる位置(図6の位置)との間でリフトピン71を昇降させる。載置面70aに基板Wが載置されている状態でリフトピン71が上昇すると、その基板Wがリフトピン71によって持ち上げられて載置面70aから離間される。逆に、基板Wがリフトピン71に支持されている状態でリフトピン71が下降すると、その基板Wが載置面70aに載置される。
ホットプレート70の上方にはチャンバ73が設けられている。チャンバ73は、ホットプレート70上にて加熱処理中の基板Wを覆う上蓋であり、上面視略円形を有している。エアシリンダ74は、筐体62に固定設置されており、チャンバ73を鉛直方向に沿って昇降させる。具体的には、エアシリンダ74は、チャンバ73が載置面70aに載置されている基板Wを覆う位置(図6の位置)とリフトピン71に支持されている基板Wを覆う位置(図7の位置)との間でチャンバ73を昇降させる。
また、チャンバ73には下方の基板Wに向けて窒素ガスを吹き付けるためのガス吐出機構が付設されている。図8は、チャンバ73に付設されたガス吐出機構を示す図である。チャンバ73の中心部上面にはガスノズル76が連通接続されており、ガスノズル76の先端部がチャンバ73の中心部内面側に開口してガス吐出口76aを形成する。ガスノズル76の基端部はガス配管77に連通接続されている。ガス配管77の基端部は窒素ガス供給源78に連通接続されている。また、ガス配管77は経路途中にて分岐されていて、一方の分岐配管77aには大流量ニードル弁79aおよびエアー弁79bが介設され、他方の分岐配管77bには小流量ニードル弁79cが介設されている。
エアー弁79bが閉鎖されているときには、窒素ガス供給源78から供給された窒素ガスは分岐配管77aを通過せずに分岐配管77bのみを通過し、小流量ニードル弁79cによって流量が規制されてガスノズル76に流れ込み、ガス吐出口76aから吐出される。本実施形態では、このときにガス吐出口76aから吐出される窒素ガスの流量は毎分1L(リットル)程度である。一方、エアー弁79bが開放されているときには、窒素ガス供給源78から供給された窒素ガスは分岐配管77aおよび分岐配管77bの双方に流れ込み、ガスノズル76を通過してガス吐出口76aから吐出される。大流量ニードル弁79aは小流量ニードル弁79cに比較して相当に大きな通過流量を許容するため、ガスが分岐配管77bを通過する抵抗よりも分岐配管77aを通過する抵抗の方が著しく小さくなり、その結果ガスノズル76を通過する窒素ガスの流量は大流量ニードル弁79aによって支配されることとなる。そして、エアー弁79bが開放されているときにガス吐出口76aから吐出される窒素ガスの流量は毎分30L程度となる。
また、チャンバ73の内側には整流板80が設置されている。すなわち、整流板80はガス吐出口76aとホットプレート70との間に設けられている。図9は、整流板80の平面図である。整流板80は少なくとも基板Wよりも大きな径を有する円盤状部材である。整流板80には、上下に貫通する多数の孔80aが穿設されている。複数の孔80aは、整流板80の中心部から放射状に設けられている。ガス吐出口76aから吐出された窒素ガスは、整流板80の複数の孔80aを通過して下方へと向かうガス流を形成し、基板Wに吹き付けられる。
本実施形態では図9に示すように、整流板80の平面領域のうち、リフトピン71または載置面70aに支持されている基板Wの中心直上から基板Wの半径の2/3の半径を有する円形領域内に複数の孔80aが穿設され、当該円形領域よりも外側の領域には孔80aを設けていない。すなわち、整流板80における孔80aの穿設密度は、上昇したリフトピン71上に支持されている基板Wの中心部直上に位置する領域の方が該基板Wの周縁部直上に位置する領域よりも大きい。こうすることによって、整流板80を通過した窒素ガスは基板Wの中心部近傍領域(ここの例では基板Wの中心から半径の2/3の領域)に集中的に吹き付けられ、周縁部にはほとんど窒素ガスが吹き付けられない。
図8に戻り、チャンバ73にはさらに排気機構が設けられている。チャンバ73の部材内部には複数の排気通路81が形成されている。排気通路81の先端部はチャンバ73の端部に開口して排気口81aを形成する。複数の排気通路81の基端部は1箇所に集中されて排気ノズル82に連通接続されている。排気ノズル82の基端部は、排気管83を介して例えば工場排気等のドレイン84と連通接続されている。チャンバ73の端部周辺の雰囲気は排気口81aから吸引されて排気通路81、排気ノズル82から排気管83へと流れてドレイン84へと排出される。なお、チャンバ73は昇降移動を行うため、ガスノズル76および排気ノズル82の少なくとも基端部近傍は可撓性を有する材質にて構成することが好ましい。
次に、本実施形態の基板処理装置の制御機構について説明する。図6は、基板処理装置の制御機構の概略を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態の基板処理装置は、メインコントローラ、セルコントローラ、ユニットコントローラの3階層からなる制御階層を備えている。メインコントローラ、セルコントローラ、ユニットコントローラのハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、各コントローラは、各種演算処理を行うCPU、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるROM、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるRAMおよび制御用アプリケーションやデータなどを記憶しておく磁気ディスク等を備えている。
第1階層のメインコントローラMCは、基板処理装置全体に1つ設けられており、装置全体の管理、メインパネル(図示省略)の管理およびセルコントローラの管理を主に担当する。第2階層のセルコントローラCCは、6つのセル(インデクサセル、バークセル、レジスト塗布セル、現像処理セル、露光後ベークセルおよびインターフェイスセル)のそれぞれに対して個別に設けられている。各セルコントローラCCは、対応するセル内の基板搬送管理およびユニット管理を主に担当する。具体的には、各セルのセルコントローラCCは、所定の基板載置部に基板Wを置いたという情報を、隣のセルのセルコントローラCCに送り、その基板Wを受け取ったセルのセルコントローラCCは、当該基板載置部から基板Wを受け取ったという情報を元のセルのセルコントローラCCに返すという情報の送受信を行う。このような情報の送受信はメインコントローラMCを介して行われる。そして、各セルコントローラCCはセル内に基板Wが搬入された旨の情報を搬送ロボットコントローラTCに与え、該搬送ロボットコントローラTCが搬送ロボットを制御してセル内で基板Wを所定の手順(フローレシピ)に従って搬送させる。なお、搬送ロボットコントローラTCは、セルコントローラCC上で所定のアプリケーションが動作することによって実現される制御部である。また、各搬送ロボットコントローラTCに対しては各ブロックの外壁面に設けられたコネクタを介して接続された入力パネルIPから種々のコマンドやデータを入力することができる。
また、第3階層のユニットコントローラとしては、例えばスピンコントローラRCやベークコントローラBCが設けられている。スピンコントローラRCは、セルコントローラCCの指示に従ってセル内に配置されたスピンユニット(塗布処理ユニットおよび現像処理ユニット)を直接制御するものである。具体的には、基板Wの回転数や処理液の吐出タイミング等を制御する。さらに、ベークコントローラBCは、セルコントローラCCの指示に従ってセル内に配置された熱処理ユニット(加熱ユニット、冷却ユニット、加熱部等)を直接制御するものである。図11は、露光後ベークセルのベークコントローラBCの構成を示すブロック図である。なお、他のセルのベークコントローラBCについてもほぼ同様の構成となっている。
上述したように、ベークコントローラBCのハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、ベークコントローラBCは、各種演算処理を行うCPU91、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるROM92、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるRAM93および制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスク94をバスライン99に接続して構成されている。そして、バスライン99には、加熱部PHP7のエアー弁79b、エアシリンダ72,74やホットプレート70のプレート電源等が電気的に接続されている。ベークコントローラBCのCPU91は、磁気ディスク94に格納された制御用ソフトウェアを実行することにより、リフトピン71およびチャンバ73の昇降を制御するとともに、ガスノズル76から吐出される窒素ガスの流量を調整する。
このように本実施形態では、3階層の制御階層とすることによって各コントローラの制御負荷を軽減している。また、各セルコントローラCCは、隣接するセル内での搬送スケジュールを考慮することなく、それぞれのセル内だけの基板搬送スケジュールを管理しているため、各セルコントローラCCの搬送制御の負担が軽くなる。その結果、基板処理装置のスループットを向上させることができるのである。
次に、本実施形態の基板処理装置の動作について説明する。ここでは、まず、基板処理装置全体における基板Wの搬送手順について簡単に説明する。本実施形態にて処理対象となる基板Wは径がφ300mmの半導体ウェハーであり、化学増幅型レジストを使用してパターン形成を行うフォトリソグラフィー処理が実行される。
まず、インデクサセル(インデクサブロック1)の基板移載機構12が所定のキャリアCから未処理の基板Wを取り出し、上側の基板載置部PASS1に載置する。基板載置部PASS1に未処理の基板Wが載置されると、バークセルの搬送ロボットTR1が保持アーム6a,6bのうちの一方を使用してその基板Wを受け取る。そして、搬送ロボットTR1は受け取った未処理の基板Wを塗布処理ユニットBRC1〜BRC3のいずれかに搬送する。塗布処理ユニットBRC1〜BRC3では、基板Wに反射防止膜用の塗布液が回転塗布される。
塗布処理が終了した後、基板Wは搬送ロボットTR1によって加熱ユニットHP1〜HP6のいずれかに搬送される。加熱ユニットにて基板Wが加熱されることによって、塗布液が乾燥されて基板W上に下地の反射防止膜が形成される。その後、搬送ロボットTR1によって加熱ユニットから取り出された基板Wは冷却ユニットCP1〜CP3のいずれかに搬送されて冷却される。なお、このときに冷却ユニットWCPによって基板Wを冷却するようにしても良い。冷却後の基板Wは搬送ロボットTR1によって基板載置部PASS3に載置される。
また、基板載置部PASS1に載置された未処理の基板Wを搬送ロボットTR1が密着強化処理部AHL1〜AHL3のいずれかに搬送するようにしても良い。密着強化処理部AHL1〜AHL3では、HMDSの蒸気雰囲気で基板Wを熱処理してレジスト膜と基板Wとの密着性を向上させる。密着強化処理の終了した基板Wは搬送ロボットTR1によって取り出され、冷却ユニットCP1〜CP3のいずれかに搬送されて冷却される。密着強化処理が行われた基板Wには反射防止膜を形成しないため、冷却後の基板Wは搬送ロボットTR1によって直接基板載置部PASS3に載置される。
また、反射防止膜用の塗布液を塗布する前に脱水処理を行うようにしても良い。この場合はまず、基板載置部PASS1に載置された未処理の基板Wを搬送ロボットTR1が密着強化処理部AHL1〜AHL3のいずれかに搬送する。密着強化処理部AHL1〜AHL3では、HMDSの蒸気を供給することなく基板Wに単に脱水のための加熱処理(デハイドベーク)を行う。脱水のための加熱処理の終了した基板Wは搬送ロボットTR1によって取り出され、冷却ユニットCP1〜CP3のいずれかに搬送されて冷却される。冷却後の基板Wは搬送ロボットTR1によって塗布処理ユニットBRC1〜BRC3のいずれかに搬送され、反射防止膜用の塗布液が回転塗布される。その後、基板Wは搬送ロボットTR1によって加熱ユニットHP1〜HP6のいずれかに搬送され、加熱処理によって基板W上に下地の反射防止膜が形成される。さらにその後、搬送ロボットTR1によって加熱ユニットから取り出された基板Wは冷却ユニットCP1〜CP3のいずれかに搬送されて冷却された後、基板載置部PASS3に載置される。
基板Wが基板載置部PASS3に載置されると、レジスト塗布セルの搬送ロボットTR2がその基板Wを受け取って塗布処理ユニットSC1〜SC3のいずれかに搬送する。塗布処理ユニットSC1〜SC3では、基板Wにフォトレジストが回転塗布される。なお、レジスト塗布処理には精密な基板温調が要求されるため、基板Wを塗布処理ユニットSC1〜SC3に搬送する直前に冷却ユニットCP4〜CP9のいずれかに搬送して温調するようにしても良い。
レジスト塗布処理が終了した後、基板Wは搬送ロボットTR2によって加熱部PHP1〜PHP6のいずれかに搬送される。加熱部PHP1〜PHP6にて基板Wが加熱処理されることにより、フォトレジスト中の溶媒成分が除去されて基板W上にレジスト膜が形成される。その後、搬送ロボットTR2によって加熱部PHP1〜PHP6から取り出された基板Wは冷却ユニットCP4〜CP9のいずれかに搬送されて冷却される。冷却後の基板Wは搬送ロボットTR2によって基板載置部PASS5に載置される。
レジスト膜が形成された基板Wが基板載置部PASS5に載置されると、現像処理セルの搬送ロボットTR3がその基板Wを受け取ってそのまま基板載置部PASS7に載置する。そして、基板載置部PASS7に載置された基板Wは露光後ベークセルの搬送ロボットTR4によって受け取られ、エッジ露光部EEWに搬入される。エッジ露光部EEWにおいては、基板Wの周縁部の露光処理が行われる。エッジ露光処理が終了した基板Wは搬送ロボットTR4によって基板載置部PASS9に載置される。そして、基板載置部PASS9に載置された基板Wはインターフェイスセルの搬送機構55によって受け取られ、装置外の露光装置に搬入され、パターン露光処理に供される。
パターン露光処理が終了した基板Wは再びインターフェイスセルに戻され、搬送機構55によって基板載置部PASS10に載置される。露光後の基板Wが基板載置部PASS10に載置されると、露光後ベークセルの搬送ロボットTR4がその基板Wを受け取って加熱部PHP7〜PHP12のいずれかに搬送する。加熱部PHP7〜PHP12では、露光時の光化学反応によって生じた生成物をレジスト膜内に均一に拡散させるための加熱処理(Post Exposure Bake)が行われる。なお、加熱部PHP7〜PHP12における露光後ベーク処理については後にさらに詳述する。露光後加熱処理が終了した基板Wは搬送ロボットTR4によって取り出され、冷却ユニットCP13に搬送されて冷却される。冷却後の基板Wは搬送ロボットTR4によって基板載置部PASS8に載置される。
基板載置部PASS8に基板Wが載置されると、現像処理セルの搬送ロボットTR3がその基板Wを受け取って現像処理ユニットSD1〜SD5のいずれかに搬送する。現像処理ユニットSD1〜SD5では、基板Wに現像液を供給して現像処理を進行させる。やがて現像処理が終了した後、基板Wは搬送ロボットTR3によって加熱ユニットHP7〜HP11のいずれかに搬送され、さらにその後冷却ユニットCP10〜CP12のいずれかに搬送される。
その後、基板Wは搬送ロボットTR3によって基板載置部PASS6に載置される。基板載置部PASS6に載置された基板Wは、レジスト塗布セルの搬送ロボットTR2によってそのまま基板載置部PASS4に載置される。さらに、基板載置部PASS4に載置された基板Wは、バークセルの搬送ロボットTR1によってそのまま基板載置部PASS2に載置される。基板載置部PASS2に載置された処理済みの基板Wはインデクサセルの基板移載機構12によって所定のキャリアCに収納される。このようにして一連の処理が完了する。
上述した一連の処理工程における露光後ベーク処理についてさらに説明を続ける。図12は、露光後ベーク処理の手順を示すフローチャートである。ここでは加熱部PHP7で露光後ベーク処理を行うものとして説明するが、他の加熱部PHP8〜PHP12における処理も同様である。また、以下に説明する処理はベークコントローラBCが加熱部PHP7の各駆動機構を制御することによって実行されるものである。
基板載置部PASS10に載置された露光後の基板Wは、露光後ベークセルの搬送ロボットTR4によって加熱部PHP7の基板仮置部61の固定支持ピン65上に載置される。続いて、ローカル搬送機構64の保持プレート66が開口63aから基板Wの下側に進入して少し上昇することにより、固定支持ピン65から基板Wを受け取る。基板Wを保持した保持プレート66は開口63aを経て筐体62から退出し、開口63bに対向する位置にまで下降する。
このとき加熱ユニット60のリフトピン71は下降しているとともに、チャンバ73は上昇している。この状態にて加熱ユニット60への基板Wの搬入が行われる(ステップS1)。具体的には、まず基板Wを保持した保持プレート66が開口63bから進入してホットプレート70の上方に進出する。そして、リフトピン71が上昇してその上端をホットプレート70の載置面70aよりも上側に突出させ、保持プレート66に保持されている基板Wの裏面を突き上げる。これにより保持プレート66からリフトピン71に基板Wが渡され、リフトピン71上に基板Wが載置される。その後、保持プレート66は加熱ユニット60から退出する。
続いて、リフトピン71が下降してその上端をホットプレート70の載置面70aよりも下方に位置させることによって基板Wをホットプレート70の載置面70a上に載置するとともに、チャンバ73が下降して載置面70aに載置された基板Wを覆う(ステップS2)。このときには、エアー弁79bは閉じられており、ガスノズル76からは小流量(毎分約1L)にて窒素ガスが供給されている(ステップS3)。
ホットプレート70は予め所定温度(例えば化学増幅型レジストの場合約130℃)に昇温されており、載置面70a上に基板Wが載置されるとホットプレート70から発生する熱によってその基板Wが加熱される(ステップS4)。これによって露光後ベーク処理が進行する。ホットプレート70を使用して露光後ベーク処理を行うため、加熱中の基板Wの面内温度分布を均一なものとすることができる。また、露光後ベーク処理を行っているときにはエアー弁79bは閉じられており、載置面70aに載置されて加熱されている基板Wにはガスノズル76から窒素ガスが小流量(毎分約1L)にて吹き付けられる。露光後ベーク処理時に窒素ガスを供給するのは、基板Wの周辺雰囲気を一定に維持するためであり、加熱処理中の基板Wの面内温度分布を乱さない程度の小流量にて窒素ガスを供給する。
ホットプレート70上にて所定時間の加熱処理が終了すると、チャンバ73が上昇するとともに、リフトピン71が上昇して加熱された基板Wを持ち上げて載置面70aから離間させる(ステップS5)。これにより、基板Wへの熱供給が停止され、基板Wの温度低下が生じる。基板Wの温度低下に寄与する要因は、リフトピン71による熱伝導、基板W表面からの熱輻射および基板W周辺に生じる対流であるが、リフトピン71と基板Wとは点接触であり、露光後ベーク処理温度程度の低温では熱輻射はほとんど無いため、温度低下の主たる支配因子は対流である。
図13は、上昇したリフトピン71に支持されている加熱直後の基板Wの周辺に生じる対流を示す図である。加熱された基板Wの側方および下方に存在していたガスは、基板Wの端部を回り込むようにしてその上面側に移動し、基板Wの表面に沿って端部から中心部へ向けて流れる。そして、基板Wの中心部に集まってきたガスは上昇気流を形成する。従って、基板Wの周縁部は低温の気体と接触し続けるのに対して中心部は暖められた気体のみと接触することとなるため、周縁部の方がより温度低下が生じ易くなる。その結果、既述したように、加熱処理中は面内温度分布の均一性が維持されていたとしても、リフトピン71によって持ち上げられた加熱直後の基板Wでは中心部と周縁部との温度差が大きくなる。
図15は、リフトピン71によって持ち上げられた加熱直後の基板Wの径方向における温度分布を示す図である。リフトピン71によって持ち上げられた加熱直後の基板Wの周辺に生じる自然対流を放置した場合には、上記の理由によって中心部と周縁部との温度差が数℃にも及ぶことがある。その結果、現像後のパターン線幅の面内均一性が著しく劣化することもあった。
このため、本実施形態では、加熱処理が終了してリフトピン71およびチャンバ73が上昇した時点でベークコントローラBCがエアー弁79bを開放し、上昇したリフトピン71上に支持されている加熱後の基板Wにガスノズル76から窒素ガスを大流量(毎分約30L)にて吹き付ける(ステップS6)。図14は、加熱後の基板Wに大流量にて窒素ガスを吹き付ける様子を示す図である。ガスノズル76から噴出された窒素ガスはチャンバ73の内壁と整流板80との間の空間に流れ込み、整流板80に設けられた複数の孔80aから分散して吐出される。複数の孔80aから吐出された窒素ガスは下方へと向かうガス流を形成し、上昇したリフトピン71上に支持されている加熱後の基板Wの表面に吹き付けられる。そして、このような大流量にて吹き付けられる窒素ガスが加熱後の基板Wの周辺に生じる自然対流を抑制するのである。なお、吹き付けられた窒素ガスは基板Wの表面に沿って中心部から周縁部へと流れ、排気通路81を経て排気される。
自然対流が抑制された結果、基板W全体としては温度低下が生じるものの、その中心部と周縁部との温度差が開くことは抑制される。すなわち、基板Wの中心部と周縁部とでの降温レートの差が小さくなり、リフトピン71によって持ち上げられた加熱直後の基板Wにおける面内温度分布の均一性が向上することとなる。図16は、リフトピン71によって持ち上げられた加熱直後の基板Wの温度変化を示す図である。同図中、点線で示しているのは基板Wの中心部の温度変化であり、実線で示しているのは周縁部の温度変化である。自然対流を放置した場合にはリフトピン71が上昇してから約7秒が経過した時点での基板Wの中心部と周縁部との温度差が約5℃であったのに対して、加熱後の基板Wに窒素ガスを大流量にて吹き付けるとリフトピン71が上昇してから約7秒後の中心部と周縁部との温度差が約2.5℃となる。
一方、加熱処理が終了してリフトピン71およびチャンバ73が上昇した時点で、保持プレート66が開口63bから進入を開始し、リフトピン71に支持された基板Wとホットプレート70との間に進出する。そして、リフトピン71が下降することによって加熱後の基板Wがリフトピン71から保持プレート66に渡される。保持プレート66には冷却手段が設けられているため、保持プレート66上に基板Wが載せられた時点より該基板Wの冷却が開始される。基板Wを受け取った保持プレート66が開口63bを経て加熱ユニット60から退出することにより基板Wを搬出する(ステップS7)。続いて、保持プレート66が開口63aに対向する位置まで上昇し、基板仮置部61に基板Wを搬入する。その後、搬送ロボットTR4が基板仮置部61から基板Wを取り出す。
リフトピン71が上昇してから基板Wの冷却が開始されるまで、つまり保持プレート66に基板Wが渡されるまでに要する時間は10秒以内である。この時間範囲であれば、大流量の窒素ガス吹き付けによって基板W周辺の対流が抑えられているため、基板Wの中心部と周縁部との温度差がそれほど大きくならない。その結果、現像後のパターン線幅の面内均一性の低下を抑制することができる。
以上のように、本実施形態では、加熱処理が終了してリフトピン71およびチャンバ73が上昇した時点にて該リフトピン71上に支持されている加熱後の基板Wに窒素ガスを大流量にて吹き付けている。このため、加熱後の基板Wの周辺に生じる自然対流が窒素ガス流によって抑制され、基板Wの中心部と周縁部とでの降温レートの差が小さくなり、加熱処理直後にリフトピン71によって上昇された基板Wの面内温度分布の均一性を向上することができる。
特に、本実施形態では、整流板80の平面領域のうちリフトピン71に支持されている基板Wの中心直上から基板Wの半径の2/3の半径を有する円形領域内にのみ孔80aが穿設されているため、基板Wの中心部近傍領域に集中的に窒素ガスが吹き付けられる。従って、加熱後の基板Wの中心部近傍に生じる上昇気流を効果的に抑制することができ、自然対流に起因した基板Wの中心部と周縁部との温度差を小さくすることができる。また、整流板80の全面に孔80aを設ける場合に比較して使用する窒素ガス量を少なくすることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、ガスノズル76から基板Wに窒素ガスを吹き付けるようにしていたが、窒素ガスに代えてヘリウムガス等の他の不活性なガスを使用しても良いし、乾燥した清浄な空気を使用しても良い。
また、上記実施形態においては、加熱処理が終了してリフトピン71およびチャンバ73が上昇するのと同時にガスノズル76から基板Wに窒素ガスを大流量にて吹き付けるようにしていたが、これに限定されるものではなく、リフトピン71およびチャンバ73が上昇する少し前から窒素ガスの噴出流量を大流量に切り換えるようにしても良い。
また、上記実施形態においては、加熱処理中は毎分約1Lの小流量にて窒素ガスを基板Wに吹き付け、加熱処理直後に毎分約30Lの大流量にて窒素ガスを基板Wに吹き付けるようにしていたが、加熱処理直後に基板Wに吹き付ける窒素ガスの流量は基板Wのサイズ等によって適宜決定すれば良い。例えば、基板Wの径がφ200mmの場合には毎分約30Lよりも少ない流量であっても加熱後の基板Wの周辺に生じる自然対流を抑制することができる。但し、その流量は加熱処理中の窒素ガスの流量よりは大きくなければならないことは勿論である。また、上記実施形態のように整流板80の中心部近傍にのみ孔80aを穿設した場合には、処理対象がφ300mmの基板Wであっても毎分約20L以上の流量にて窒素ガスを基板Wに吹き付けるようにすれば加熱後の基板Wの周辺に生じる自然対流を抑制することができる。
また、整流板80の平面領域のうちリフトピン71に支持されている基板Wの直上全体に孔80aを穿設するようにしても良い。また、上昇したリフトピン71上に支持されている基板Wの中心部直上から周縁部直上にかけて徐々に孔80aの穿設密度を小さくするようにしても良い。
また、上述した加熱ユニット60の如き熱処理装置は露光後ベーク処理を行う加熱部PHP7〜PHP12に適用することに限定されるものではなく、他の熱処理ユニット(例えば露光前のプリベークを行う加熱部PHP1〜PHP6)に適用するようにしても良い。もっとも、上記実施形態のように温度分布の面内均一性が厳しく要求される露光後ベーク処理を行う熱処理ユニットに適用するのが効果的である。
さらに、本発明に係る基板処理装置の構成は図1から図4に示したような形態に限定されるものではなく、上述した加熱ユニット60の如き熱処理装置と塗布処理ユニットおよび/または現像処理ユニットとを組み込んだ形態であれば種々の変形が可能である。
1 インデクサブロック
2 バークブロック
3 レジスト塗布ブロック
4 現像処理ブロック
5 インターフェイスブロック
12 基板移載機構
21,31,41,42 熱処理タワー
55 搬送機構
70 ホットプレート
70a 載置面
71 リフトピン
72,74 エアシリンダ
73 チャンバ
76 ガスノズル
79a 大流量ニードル弁
79b エアー弁
79c 小流量ニードル弁
80 整流板
80a 孔
AHL1〜AHL3 密着強化処理部
BC ベークコントローラ
BRC1〜BRC3,SC1〜SC3 塗布処理ユニット
C キャリア
CC セルコントローラ
CP1〜CP13 冷却ユニット
HP1〜HP11 加熱ユニット
PASS1〜PASS10 基板載置部
PHP1〜PHP12 加熱部
SD1〜SD5 現像処理ユニット
TC 搬送ロボットコントローラ
TR1〜TR4 搬送ロボット
W 基板
2 バークブロック
3 レジスト塗布ブロック
4 現像処理ブロック
5 インターフェイスブロック
12 基板移載機構
21,31,41,42 熱処理タワー
55 搬送機構
70 ホットプレート
70a 載置面
71 リフトピン
72,74 エアシリンダ
73 チャンバ
76 ガスノズル
79a 大流量ニードル弁
79b エアー弁
79c 小流量ニードル弁
80 整流板
80a 孔
AHL1〜AHL3 密着強化処理部
BC ベークコントローラ
BRC1〜BRC3,SC1〜SC3 塗布処理ユニット
C キャリア
CC セルコントローラ
CP1〜CP13 冷却ユニット
HP1〜HP11 加熱ユニット
PASS1〜PASS10 基板載置部
PHP1〜PHP12 加熱部
SD1〜SD5 現像処理ユニット
TC 搬送ロボットコントローラ
TR1〜TR4 搬送ロボット
W 基板
Claims (6)
- ホットプレート上に基板を載置して該基板を加熱処理する熱処理方法であって、
前記ホットプレートを貫通して昇降自在なリフトピンを上昇させ、前記リフトピンの上端を前記ホットプレートの載置面よりも突出させる工程と、
前記リフトピン上に基板を載置する工程と、
前記リフトピンを下降させて、前記リフトピンの上端を前記載置面よりも下方に位置させることによって前記基板を前記載置面に載置する工程と、
前記ホットプレートによって前記基板を加熱する工程と、
前記載置面に載置されて加熱されている前記基板に第1の流量にてガスを吹き付ける工程と、
前記リフトピンを上昇させることによって加熱された前記基板を前記載置面から離間させる工程と、
上昇した前記リフトピン上に支持されている加熱後の前記基板に前記第1の流量よりも大きい第2の流量にてガスを吹き付ける工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。 - 請求項1記載の熱処理方法において、
前記基板の径は略φ300mmであり、前記第2の流量は毎分20L以上であることを特徴とする熱処理方法。 - 基板を加熱処理する熱処理装置であって、
基板を載置可能な載置面を有し、前記載置面に載置された基板を加熱するホットプレートと、
前記ホットプレートを貫通して昇降自在なリフトピンと、
前記リフトピンの上端が前記載置面よりも突出する位置と前記載置面よりも下方となる位置との間で前記リフトピンを昇降させる昇降手段と、
前記載置面および上昇した前記リフトピンに載置された基板にガスを吹き付ける気体噴出手段と、
前記気体噴出手段から吹き付けるガスの流量を調整する流量調整手段と、
前記載置面に載置されて加熱されている基板に第1の流量にてガスを吹き付けるとともに、上昇した前記リフトピン上に支持されている加熱後の基板に前記第1の流量よりも大きい第2の流量にてガスを吹き付けるように前記流量調整手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項3記載の熱処理装置において、
前記気体噴出手段と前記ホットプレートとの間に設けられ、前記気体噴出手段から吹き付けられたガスが通過する複数の孔が穿設された整流板をさらに備え、
前記整流板における孔の穿設密度は、上昇した前記リフトピン上に支持されている基板の中心部直上に位置する領域の方が前記基板の周縁部直上に位置する領域よりも大きいことを特徴とする熱処理装置。 - 請求項3または請求項4に記載の熱処理装置において、
前記基板の径は略φ300mmであり、前記第2の流量は毎分20L以上であることを特徴とする熱処理装置。 - 基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、
露光処理後の基板に熱処理を行う請求項3から請求項5のいずれかに記載の熱処理装置と、
熱処理後の基板に現像液を供給して現像処理を行う現像処理部と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003430076A JP2005191239A (ja) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | 熱処理方法、熱処理装置および基板処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003430076A JP2005191239A (ja) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | 熱処理方法、熱処理装置および基板処理装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005191239A true JP2005191239A (ja) | 2005-07-14 |
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ID=34788555
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2003430076A Pending JP2005191239A (ja) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | 熱処理方法、熱処理装置および基板処理装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2005191239A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2003
- 2003-12-25 JP JP2003430076A patent/JP2005191239A/ja active Pending
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