JP2007250678A

JP2007250678A - 熱処理装置、熱処理方法及び記憶媒体

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Publication number: JP2007250678A
Application number: JP2006069810A
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Inventors: Nobuaki Matsuoka; 伸明松岡
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2007-09-27
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Abstract

【課題】塗布液が塗布された基板を加熱処理する熱板と、基板を冷却するヒートパイプの埋設された冷却プレートとを備えた熱処理装置において、熱処理装置のメンテナンスや交換作業を容易とする技術を提供すること。
【解決手段】熱処理装置の内部に、ヒートパイプを冷却するための水冷室と、冷却液を冷却するための放熱手段の設けられた冷却液の循環流路と、循環流路を介して水冷室内を冷却液が循環するように設けられた循環ポンプとを備えるようにして、冷却液の循環流路に冷却液の放熱のための放熱フィンを設けて、この放熱フィンに熱処理装置内の排気流を吹き付けるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、塗布液が塗布された例えば半導体ウェハ等の基板を加熱処理する熱板と、加熱処理後の基板を搬送する冷却プレートとを備えた熱処理装置及び加熱方法に関する。

半導体ウェハ（以下ウェハという）やＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用のガラス基板等の基板に対してレジストパターンを形成する装置として、基板に対してレジストを塗布し、露光後の基板を現像する塗布、現像装置が用いられている。この装置内には、ベーク装置などと呼ばれている熱処理装置が組み込まれており、例えばレジスト液を塗布した基板を加熱する装置にあっては、レジスト液中の溶剤を乾燥させる役割を果たしている。

この熱処理装置１００の構成の一例を図１３に示した。熱処理装置１００は床板１０１に仕切られた上部室１０２と下部室１０３とに区画されており、上部室１０２には冷却プレート１０４及び熱処理部１０５が設置され、下部室１０３にはウェハの昇降機構１０６、１０７が設置されている。冷却プレート１０４は図示しない駆動機構によって、図に示した位置（ホーム位置）と熱処理部１０５に設けられた熱板１０８の上方位置との間を移動可能となっている。つまり、図示しない搬送機構により搬送口１０９から上部室１０２内へ搬送された基板例えばウェハは、昇降機構１０６によってホーム位置の冷却プレート１０４上に載置されると、冷却プレート１０４によって熱板１０８の上方位置に移動して、昇降機構１０７を介して熱板１０８上へ載置される。次いで冷却プレート１０４がホーム位置に戻された後、ウェハは、この熱板１０８上で所定の熱処理を施される。また、この熱処理時には、上蓋１１０に接続されたガス供給管１１１及び排気管１１２を介してガス供給部１１３及び排気室１１４によって、ウェハに対してガスの供給と揮発物質等の排気とが行われる。そして冷却プレート１０４は熱板１０８の上方位置に移動して、昇降機構１０７を介してウェハを熱板１０８から受け取ってホーム位置に戻ると共に、ウェハの粗冷却を行う。

この熱処理装置１００が塗布、現像装置に組み込まれている場合、ウェハはこの後図示しない搬送機構によって、上部室１０２から高精度温調用の冷却プレートに搬送されて高精度に温度調整される。前述のように熱処理装置１００内に設けられた冷却プレート１０４により粗冷却することによって、高精度温調用の冷却プレートにおいて冷却に必要な時間が短縮されるため、塗布、現像装置に必要な高精度温調用の冷却プレートの枚数を削減することができ、塗布、現像装置の小型化につながる。

一方従来の熱処理装置においては、冷却プレートの内部または下部に冷却配管を設けて、その中に冷却液を通流させることで冷却プレート上に載置されたウェハの粗冷却を行っていたが、このような構成とすると冷却プレートの構造が複雑化して熱処理装置が大型化するという問題があった。

この問題及び近年における熱処理装置全体の構造の簡素化を図る流れから、例えば特許文献１には冷却プレート内に冷却配管を設ける代わりにヒートパイプを設けて、このヒートパイプを介して冷却プレートを冷却する技術が記載されている。この冷却プレートの内部にはヒートパイプが複数本埋設されており、このヒートパイプは冷却プレート上に載置されたウェハの熱を奪い、その熱を、冷却プレートに隣設された熱交換部内に通流する冷却水などの冷却媒体へ排出するように構成されている。冷却媒体は冷却媒体源から供給管を介して熱交換部へ供給され、この熱交換部においてヒートパイプから熱を奪い、その後排水管を介して排水口へ排出される。

このような冷却プレートや熱処理装置のメンテナンスあるいは交換を行う場合、上述の塗布、現像装置から熱処理装置一式を取り外す必要があり、そのためには前述の冷却プレートから供給管と排水管とを取り外さなければならなかった。その時、熱交換部内には冷却媒体が残っているため、冷却プレートから供給管と排水管とを取り外す際にその冷却媒体が流れ落ちて、塗布、現像装置の電気系統のトラブルやウェハのパーティクルの原因となっていた。そのため、冷却プレートから供給管と排水管とを取り外す場合には配管内にガスを供給して、配管内の冷却媒体を全て排出するようにしており、手間のかかる作業となっていた。

特開２００１−２３０１７２

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的はヒートパイプの埋設された冷却プレートを備えた熱処理装置において、熱処理装置のメンテナンスや交換作業を容易とする技術を提供することであり、更には熱処理装置の小型化及び簡略化を可能とする技術を提供することにある。

本発明の熱処理装置は、
熱処理装置内に、塗布液が塗布された基板を加熱処理する熱板と基板を冷却する冷却プレートとが設けられ、
冷却プレートは外部の搬送機構との間で基板の受け渡しが行われるホーム位置と、前記熱板との間で基板の受け渡しが行われる熱板の上方位置との間を駆動機構により移動する熱処理装置において、
前記冷却プレートに設けられたヒートパイプと、
前記駆動機構により冷却プレートと共に移動し、前記ヒートパイプの一端側を冷却するための冷却液が収容されている水冷室と、
この水冷室内の冷却液を循環するために熱処理装置内に引き回された循環流路と、
前記冷却液を循環流路に循環させるための循環ポンプと、
前記循環流路に設けられ、前記水冷室にて受熱した熱を熱処理装置の外に放熱するための放熱手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の熱処理装置は、
一端が水冷室内に浸漬され、他端が前記ヒートパイプからの熱を受け取るために当該ヒートパイプの一端の近傍に配置された伝熱用ヒートパイプが設けられていることを特徴とする。

更に本発明の熱処理装置は、
熱板の上方雰囲気を熱処理装置の外に排気するための排気ファンが設けられ、
前記放熱手段は放熱フィンを備え、前記排気ファンはこの放熱フィンに排気流を吹き付けることにより前記放熱手段の一部を兼用していることを特徴とする。

前記駆動機構は、前記循環ポンプの駆動源を兼用しており、冷却液は冷却プレートの移動時に循環されることを特徴とする。

本発明の熱処理方法は、
塗布液が塗布された基板を加熱処理する熱板と基板を冷却する冷却プレートとが設けられた熱処理装置により基板を熱処理する方法において、
熱板により基板を加熱処理する工程と、
熱板と基板との間に冷却プレートを進入させ、加熱処理された基板を冷却プレート上に載置する工程と、
次いで冷却プレートを駆動機構により熱板に隣接する領域に退避させる工程と、
その後、冷却プレート上の基板を外部の搬送機構に受け渡す工程と、
冷却プレートの熱を、冷却プレートと共に移動しかつ冷却液が収容されている水冷室に、当該冷却プレートに設けられたヒートパイプを介して放熱する工程と、
水冷室内の冷却液を、熱処理装置内に引き回された循環流路を循環ポンプにより循環させる工程と、
前記水冷室にて冷却液に伝熱された熱を、前記循環流路に設けられた放熱手段により、熱処理装置の外に放熱する工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の熱処理方法は、
冷却プレートの熱をヒートパイプを介して水冷室に放熱する工程は、一端が水冷室内に浸漬され、他端が前記ヒートパイプからの熱を受け取るために当該ヒートパイプの一端の近傍に配置された伝熱用ヒートパイプを伝熱する工程を含むことを特徴とする。

更に本発明の熱処理方法は、
熱板の上方雰囲気を排気ファンにより熱処理装置の外に排気する工程と、
前記排気ファンからの排気流を前記放熱手段に設けられた放熱フィンに吹き付ける工程と、を含むことを特徴とする。

冷却液を循環ポンプにより循環する工程は、冷却プレートの移動時に前記駆動機構により循環ポンプを駆動することにより行われることを特徴とする。

本発明の記憶媒体は、
塗布液が塗布された基板を加熱処理した後冷却する熱処理装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、熱処理方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。

本発明は、ヒートパイプの埋設された冷却プレートを冷却液によって冷却するにあたり、熱処理装置の内部に、ヒートパイプを冷却するための水冷室と、冷却液を冷却するための放熱手段の設けられた冷却液の循環流路と、循環流路を介して水冷室内を冷却液が循環するように設けられた循環ポンプとを備えたことにより、熱処理装置の外部からの冷却液の配管が無くなるため、熱処理装置を塗布、現像装置等の設置場所に対して着脱するときに、冷却液の配管の着脱作業が不要になり、また熱処理装置を設置場所から取り外す際には、冷却液が漏出するといったトラブルも無いことから、熱処理装置のメンテナンスや交換作業が容易になる。

更に、冷却液の放熱手段として冷却液の循環流路に放熱フィンを設けて、排気ファンによる熱処理装置内部の排気流をこの放熱フィンに吹き付ける構成とすることにより、放熱フィン用の送風装置を別途設置する必要が無いため部品数を少なくすることができ、熱処理装置の小型化及び簡略化が可能である。

以下に本発明に係る加熱方法を実施する熱処理装置２の実施の形態の一例として、例えば塗布液としてレジスト液が表面に塗布された基板である半導体ウェハ（以下ウェハと略す）Ｗを加熱処理して、当該ウェハＷ表面にレジスト膜を形成する熱処理装置２について図１、図２を用いて説明する。

尚熱処理装置２は、後述の塗布、現像装置内に設置される棚に対して着脱可能に設けられ、棚の中に多段に積層されることになる。そして熱処理装置２が棚から外された状態では、筐体２０の上面と両側面とは存在せず、熱処理装置２が棚に装着された時に、棚に設けられた水平な仕切り板（あるいは天板）と棚の両側面とが各々この明細書に記載した筐体２０の上面及び両側面に相当するものとなる。この実施の形態では熱処理装置２が棚内に装着された状態に基づいて説明しているため、「筐体」という用語を使用する。

熱処理装置２は処理容器である筐体２０を備えており、この筐体２０は床板２２によって上方領域２０Ａと下方領域２０Ｂとに区画されている。この上方領域２０Ａの側壁にはウェハＷの搬送口２１が形成されており、この搬送口２１側を手前側とすると、手前側には冷却機構３が設置され、奥側には加熱部４が設置されている。上方領域２０Ａは冷却機構３及び加熱部４によってウェハＷの移動及び熱処理が行われる領域となっている。下方領域２０Ｂは冷却機構３及び加熱部４の可動部と排気ファン８７とが収納される領域となっており、床板２２の奥側には排気ファン８７によって上方領域２０Ａの排気を行うための排気室８６が設けられている。この排気室８６は、筐体２０の幅方向（Ｙ方向）に亘ってウェハＷの直径よりも長く伸びる角筒体により構成されている。この排気室８６の上面には、当該排気室８６の長さ方向に沿って複数の小孔からなる排気孔８６ａが配列されていて、上方領域２０Ａの雰囲気がこれら排気孔８６ａを介して排気室８６内に吸引排気されるようになっている。また、床板２２には冷却機構３が手前側から奥側（図中Ｘ方向）へ向けて移動するための開口部３１ａが設けられている。

ここで前記冷却機構３について図３〜図５を参照して説明する。冷却機構３は連結ブラケット３１、冷却プレート３３、水冷室３５及び台座３９により構成されており、後述する熱板５３及び熱処理装置２の外に設けられた図示しない搬送機構との間でウェハＷの受け渡しを行う役割及びウェハＷを冷却する役割を有している。台座３９にはレールブラケット２７、ボールネジ機構３７及びこのボールネジ機構３７を駆動するモーター３７ａが設けられており、冷却機構３はこのボールネジ機構３７によって図中Ｘ方向に伸長したガイドレール２３に沿って前記開口部３１ａ内をＸ軸方向に移動自在に構成されている。

冷却プレート３３は例えばアルミニウムからなる例えば４ｍｍ程度の厚さの概略円形板状であり、ウェハＷと略同じ大きさの直径を有している。冷却プレート３３には熱板５３及び図示しない搬送機構との間でウェハＷを受け渡すために、切り欠き３４及びスリット３６ａ、３６ｂが形成されている。また図２に示すように冷却プレート３３にはヒートパイプ３８が例えば葉脈状に伸長するように埋め込まれ、ヒートパイプ３８の一端は連結ブラケット３１の内部を介して水冷室３５の上方に形成されている。連結ブラケット３１は例えば熱伝導性のよい銅やアルミからなり、その内部に埋設されたヒートパイプ３８の伝熱性を高めている。

ここで図６（ａ）を用いてヒートパイプ３８について説明すると、このヒートパイプ３８は、蒸発、凝縮による潜熱の吸収、放出を利用した熱輸送を行う伝熱素子であり、例えばアルミニウム、ステンレスまたは銅等からなる金属製の管体３０１の内壁に、多孔質体３０２を貼設して構成されている。前記多孔質体３０２は後述する毛細管現象を得るためのものであって、例えば金属細線が編まれた金網や金属フェルト等よりなる。この管体３０１の両端は塞がれており、内部は減圧されて例えばナトリウムやナフタレン等よりなる揮発性の液体（作動流体）が少量封入されている。

このようなヒートパイプ３８では、一端側（蒸発部３０３）が加熱されると作動流体が蒸発し（蒸発潜熱による熱の吸収）、蒸気流となって僅かな圧力差で管体３０１の内部を他端側の凝縮部３０４（低温部）へ高速移動し、ここで前記蒸気流は管体３０１の壁面によって冷却されて凝縮する。この際凝縮潜熱により熱を放出するので、凝縮部３０４に熱が輸送される。そして凝縮液は多孔質体３０２を通って毛細管現象により蒸発部３０３へ還流され、再び蒸発→移動→凝縮のサイクルを繰り返して、熱が連続的にヒートパイプ３８の一端側から他端側へ輸送されるようになっており、ヒートパイプ３８の周囲の温度勾配を速やかに小さくする働きを持っている。

このように図６（ａ）に示したヒートパイプ３８は、一端側に近接する、冷却プレート３３上に載置されたウェハＷと、他端側に近接する水冷室３５とを熱的に接続して、両者間の温度差を小さくするように設けられている。つまり冷却プレート３３上に載置された加熱処理後の温度の高いウェハＷは、冷却プレート３３及び連結ブラケット３１の内部に埋設されたヒートパイプ３８を介して温度の低い水冷室３５によって速やかに冷却されることとなる。ヒートパイプ３８は冷却プレート３３内に均等に埋設されているため、ウェハＷを全面に亘って均等に冷却することができる。

尚、ここでヒートパイプ３８は必ずしも一般的な円筒状のパイプに限られず、幅広の空洞部を備えたものなどでも構わず、冷却プレート３３の内部の全面に形成されていても良い。またヒートパイプ３８の他端は連結ブラケット３１からさらに水冷室３５へ伸長し、水冷室３５に接するように設けられていてもよい。即ちヒートパイプ３８の他端側が水冷室３５により直接あるいは間接的に冷却される構成であればよい。

一方水冷室３５の内部には、図５に示すように板状の伝熱用ヒートパイプ７０が垂直に設けられており、その上端は水冷室３５の筐体３５ａの天井部の上面と同一面をなし、前述の連結ブラケット３１の外壁と接触して連結ブラケット３１内に埋設されたヒートパイプ３８の端部に近接するように構成されている。また、この伝熱用ヒートパイプ７０の下方は水冷室３５内に浸漬されて、冷却液と接触するように構成されている。伝熱用ヒートパイプ７０の側面には、伝熱用ヒートパイプ７０の熱を速やかに冷却液中に放熱するため、板状の例えばアルミニウムよりなる放熱板７１が各々水平に複数段例えば１０段接続されている。

筐体３５ａは気密に保持され、冷却媒体として例えば冷却液が逆止弁７２ａを介して供給管７３から流入し、逆止弁７２ｂを介して排出管７４へ排出されるように構成されている。排出管７４に排出された冷却液は、排出管７４から加熱部４の奥側に引き回された循環流路７９を介して供給管７３に戻される。冷却液を循環させるため、熱処理装置２内には循環ポンプ３７ｂが設置されており、この例ではボールネジ機構３７を駆動するモーター３７ａの回転に伴って動作する機構となっている。このため水冷室３５内の冷却液は冷却機構３の移動時にその全量あるいは一部分が置換されるように構成されている。つまり、この例では冷却機構３が図２中Ｘ方向手前側へ移動するときに水冷室３５内の冷却液が置換され、それ以外の時、つまり冷却機構３が停止している時及び冷却機構３が図２中Ｘ方向奥側へ移動する時は、逆止弁７２ａ及び７２ｂによって水冷室３５内の冷却液が供給管７３へ逆流しないように構成されている。尚、

伝熱用ヒートパイプ７０は上述のヒートパイプ３８と同様に周囲の温度勾配を速やかに小さくする働きを持っており、この場合は伝熱用ヒートパイプ７０の上方に近接するヒートパイプ３８の端部から伝えられる熱を下方の水冷室３５内に拡散することができる。つまり、伝熱用ヒートパイプ７０を上述の放熱板７１及び水冷室３５内を通流する冷却液により冷却することによって、ヒートパイプ３８の端部を速やかに冷却することができる。

ここでこの伝熱用ヒートパイプ７０は図６（ｂ）に示すように、直方体状の筐体７５を有しており、上部が蒸発部７６、下部が凝縮部７７となるように筐体７５の内壁全面に多孔質体７８が貼設されている以外は上述のヒートパイプ３８と同様の働きをするように構成されている。即ち、この伝熱用ヒートパイプ７０においては、上部で蒸発した作動流体は僅かな圧力差によって下方へ移動すると共に筐体７５に冷却されて凝縮して、その後多孔質体７８を伝わり上部へと還流され、再び蒸発する。

この例では上述のヒートパイプ３８の端部は水冷室３５の上方における右側に位置して伝熱用ヒートパイプ７０に近接しているが、これに限られず水冷室３５の上方における左側に位置するようにして伝熱用ヒートパイプ７０だけでなく水冷室３５の筐体３５ａによって冷却されるようにしてもよい。

伝熱用ヒートパイプ７０の数は一枚に限られず、ヒートパイプ３８を冷却するように複数枚設置されていてもよい。また、伝熱用ヒートパイプ７０の形状は板形状に限られず、例えば円筒状のヒートパイプを複数本備えていてもよい。この例では伝熱用ヒートパイプ７０を垂直に設けたが、水冷室３５内の上部に水平に設けて、伝熱用ヒートパイプ７０の上面がヒートパイプ３８の一端に近接し、下面が冷却液と接触するようにしても良い。また、その場合更に伝熱用ヒートパイプ７０の下面に放熱板７１を複数枚設けるようにしても構わない。つまり、伝熱用ヒートパイプ７０の一端がヒートパイプ３８の一端に近接して、伝熱用ヒートパイプ７０の他端が水冷室３５によって冷却される構成であれば構わない。

ところで冷却プレート３３との間でウェハＷを受け渡す搬送機構は、例えば図７に示すような水平な馬蹄形状の搬送アーム４１と搬送アーム４１を支持する搬送基体４２とを有している。搬送アーム４１の内周の直径は冷却プレート３３の直径よりも若干大きく形成されており、この内周面における下部には中心へ向かう４つの突片４４が設けられ、図７（ｂ）に示すように突片４４上にウェハＷが保持される。ウェハＷと搬送基体４２との間には空隙４５が形成されており、冷却プレート３３に対してウェハＷを受け渡す際、搬送基体４２が水冷室３５等に接触しないように構成されている。ただし、同図では簡便のため空隙４５の寸法を小さく記載してある。搬送アーム４１は図示しない駆動機構により搬送基体４２を介して昇降可能かつ進退自在に構成され、冷却機構３にウェハＷを載置する際には前記搬送口２１を介して筐体２０内に進入する。冷却プレート３３の外周の切り欠き３４は、夫々搬送アーム４１の突片４４と対応する位置に設けられており、搬送アーム４１が図７（ａ）に示すように冷却プレート３３に対し上方から覆い被さるように下降することで搬送アーム４１が冷却プレート３３の下方側に通過し、搬送アーム４１上のウェハＷが冷却プレート３３上に載置される。その後搬送アーム４１は、前方の切り欠き部４３が連結ブラケット３１を通り抜けるように手前側に後退して筐体２０内から退去する。

次に加熱部４について説明する。加熱部４は図１に示すように既述のガス吐出部８５と排気室８６との間に設けられている。床板２２には円形状の孔が設けられ、この孔には支柱５１によって支持された偏平な円筒状の断熱体である熱板サポート部材５が埋め込まれている。熱板サポート部材５の上部にはウェハＷの裏面を支持する突起部５５の形成された熱板５３が埋設されており、この熱板５３はウェハＷ以上の大きさを有している。熱板５３の下面にはウェハＷの加熱手段として、大きさの異なるリング状のヒータ５３ａが同心円状に設けられており、例えば熱板５３の下面に設けられた図示しない複数の感温センサからの後述する制御部１０への出力に基づき、図示しない電力供給部を介してヒータ５３ａの発熱量が制御される。熱板サポート部材５は熱板５３の放熱を抑え、熱板５３を加熱するための消費電力を抑える役割を持っている。熱板サポート部材５及び熱板５３には中央部に複数の孔５４が穿孔されており、これらの孔５４を介して熱板サポート部材５の下方に設けられた駆動機構２６に接続されている支持ピン２６ａが鉛直方向に昇降し、熱板５３と冷却プレート３３との間でウェハＷの受け渡しを行うことができる。

熱板サポート部材５の上方には、支持部８４によって排気室８６の上面に固定された天板８３が設けられ、熱板５３と天板８３との間を手前側から奥側へ通流するガスの流れを整流するように構成されている。下方領域２０Ｂに臨む排気室８６の前面側の幅方向中央部には開口部８６ｂが形成されると共に、当該排気室８６における開口部８６ｂに対向する背面側にも開口部８６ｃが形成されている。排気室８６はこの開口部８６ｃを介して、排気ファン８７が収容された筐体８８内に連通しており、排気ファン８７の背面側（排気ファン８７の吹き出し口側）には、後述の放熱フィン６４を介して、当該吹き出し口と略同じ大きさの排気ダクト６３が対向している。この排気ダクト６３には、排気管８９の一端側が接続され、この排気管８９の他端側は、筐体２０の壁面を貫いて筐体２０の外に設けられた例えば図示しない工場排気路に接続されている。上方領域２０Ａを通流するガスは、排気ファン８７により排気室８６を介して排気ダクト６３から筐体２０の外部へと排気されるようになっている。また、開口部８６ｂから下方領域２０Ｂ内を通流するガスが排気ファン８７により吸引され、上方領域２０Ａのガスと同様に筐体２０の外部へ排気される。このように気流を形成することによって、上方領域２０ＡにおいてウェハＷ上に塗布されたレジスト液の溶剤の蒸気と、レジスト成分の一部が蒸発することにより発生した蒸発成分とが排気ファン８７により吸引され、また下方領域２０Ｂにおいては駆動機構２６及びボールネジ機構３７から発生したパーティクルが下方領域２０Ｂを流れる気流と共に排気ファン８７によって吸引され、排気ダクト６３から筐体２０の外部へ排気される。

前述のガス吐出部８５のＹ軸方向中央部にはガス供給路２４が接続されており、このガス供給路２４は筐体２０の壁面を貫いて筐体２０の外に設けられたガス供給源５７ａに接続されている。ガス供給源５７ａにはクリーンなパージ用ガス例えば窒素ガスなどの不活性ガスが貯留されており、ガス供給路２４及びガス吐出部８５を介してガス供給源５７ａから加熱部４にパージ用ガスが供給されると、加熱された熱板５３やウェハＷを冷却することができる。このパージ用ガスは、排気室８６を介して排気ファン８７によって筐体２０の外部に排出される。

一方、図８に示すように、排気ファン８７と排気ダクト６３との間には放熱手段である放熱フィン６４が前述の冷却液の循環流路７９内に介設されており、水冷室３５から排出管７４を介して排出された冷却液は、この例えばアルミニウムよりなる蛇腹状の放熱フィン６４内を通流することにより、排気ファン８７から吹き付けられる排気ガスによって冷却された後、供給管７３を介して水冷室３５に戻される。尚、この放熱フィン６４は図示しない筐体に覆われており、排気ファン８７から放熱フィン６４に吹き付けられるガスの全量が排気ダクト６３から筐体２０の外部へ排出される。

制御部１０は、例えばコンピュータからなるプログラム格納部を有しており、プログラム格納部には後述するような熱処理装置２の作用であるウェハＷの冷却、ウェハＷの受け渡し及びウェハＷの加熱などが実施されるように命令が組まれた例えばソフトウェアからなるプログラムが格納される。そして当該プログラムが制御部１０に読み出されることにより制御部１０は後述する熱処理装置２の作用を制御する。尚このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスクまたはメモリーカードなどの記録媒体に収納された状態でプログラム格納部に格納される。

次に熱処理装置２を用いた本発明の実施の形態である熱処理方法について説明する。既述の搬送アーム４１を有するウェハＷの搬送機構により、表面にレジスト液が塗布されたウェハＷが搬送口２１を介して筐体２０内に搬入され、既述のように冷却プレート３３上に載置されると、搬送アーム４１は筐体２０内から退去する。一方熱板５３の表面はヒータ５３ａにより予め設定された温度例えば１３０℃に加熱されている。

ウェハＷを保持した冷却プレート３３が熱板５３上に移動すると、支持ピン２６ａが上昇し、冷却プレート３３に載置されたウェハＷの裏面を支持する。そして冷却機構３がホーム位置（図１の左端位置）に後退すると共に支持ピン２６ａが下降し、熱板５３の突起部５５上にウェハＷが載置され加熱される。

また、筐体２０内は排気室８６を介して排気ファン８７により排気されており、天板８３と熱板５３とにより気流が規制整流されることでウェハＷの手前側から奥側へ向かう気流が形成される。このためウェハＷに塗布されたレジスト液は熱板５３の熱により溶剤が蒸発すると共にレジスト成分の一部が蒸発し、これら溶剤蒸気と蒸発成分とが前記気流に乗って排気ダクト６３に吸い込まれる。また下方領域２０Ｂ内における冷却機構３または加熱部４の可動部から発生したパーティクルは、この下方領域２０Ｂを手前側から奥側へ向かう気流と共に排気ダクト６３に吸い込まれる。

次いで、予め設定された時間ウェハＷの加熱を行った後、支持ピン２６ａが上昇してウェハＷを支持する。この時既述のとおりガス吐出部８５を介してガス供給源５７ａからパージガスとしてＮ２が供給され、ウェハＷ及び熱板５３の冷却が行われるようにしても良い。

続いて冷却機構３がホーム位置から再び熱板５３上へ移動して、ウェハＷは冷却プレート３３上に載置される。次いで冷却機構３がホーム位置に戻される。ウェハＷが冷却プレート３３上に載置されると、ウェハＷの熱が冷却プレート３３に伝熱され、冷却プレート３３は蓄熱されて昇温する。この熱は既述の通り冷却プレート３３内に埋設されたヒートパイプ３８、伝熱用ヒートパイプ７０及び放熱板７１を介して水冷室３５内に伝わり、冷却液中に拡散する。そしてウェハＷの搬送機構が後述のように搬送スケジュールに従って当該ウェハＷを取りにくるが、そのときまでに冷却プレート３３によってウェハＷの粗熱取りが行われることになる。

搬送機構の搬送アーム４１は冷却プレート３３上のウェハＷを下方からすくい上げるようにして受け取り、当該ウェハＷを筐体２０の外へ搬送する。然る後、搬送機構によって後続のウェハＷがこの熱処理装置２に搬送されるがこの後続のウェハＷにも同様に加熱処理が行われる。

一方ウェハＷの熱によって温度の上昇した冷却液は、既述の通り、冷却機構３が奥側から手前側へ移動する際、ボールネジ機構３７の駆動により循環ポンプ３７ｂが作動して排出管７４から循環流路７９に排出され、供給管７３を介して水冷室３５に戻される。この時放熱フィン６４は、筐体２０内を排気するために設けられた排気ファン８７による排気流が吹き付けられることによって冷却されて、放熱フィン６４内を通流する冷却液の熱を奪う。

本発明の熱処理装置２によれば、冷却液を循環させる循環流路７９及び循環ポンプ３７ｂを熱処理装置２内に設けて、更に循環流路７９に冷却液の熱を放熱する放熱手段を設けることで、熱処理装置２と外部との間における冷却液の配管が無くなり、この熱処理装置２を塗布、現像装置等の設置場所に対して着脱する時に、冷却液の配管の着脱作業が不要になり、また熱処理装置２を設置場所から取り外す際には、冷却液が漏出するといったトラブルも無いことから、熱処理装置２のメンテナンスや交換作業が容易になる。

この放熱手段として、熱処理装置２内の奥側に放熱フィン６４を設けて、筐体２０内を通流する排気を放熱フィン６４に吹き付けるように排気ファン８７及び排気室８６を配置して放熱フィン６４内を通流する冷却液を冷却するようにしたことで、冷却液の放熱を行うための機構を新たに設置する必要が無くなり熱処理装置２を小型化することができる。

また、上述の循環ポンプ３７ｂは、冷却機構３が移動するための駆動源であるボールネジ機構３７等のモーター３７ａを利用して動作するように構成したことによって、循環ポンプ３７ｂ用の電源や駆動部を別途設置する必要がなくなり、熱処理装置２を小型化することができる。

この時、ウェハＷを冷却するために必要な冷却機構３を小型化するにあたって、変更可能なヒートパイプ３８の長さ等の部材の大きさやガス流量等のプロセス条件などは種々考えられるが、例えば一般的な熱処理装置２において、冷却液として純水を用いた場合、純水の流量を０．８ｌ／分以下、放熱フィン６４へ吹き付ける排気ガスの流量を０．２ｍ３／分以下の条件で５００Ｗ／分の熱量を冷却することが可能であった。このため循環ポンプ３７ｂ及び排気ファン８７をそのような小さい能力を持つ小型のものとすることによって、熱処理装置２を小型化することができる。ここで５００Ｗ／分の熱量とは、例えば１５０℃まで加熱した直径３００ｍｍのウェハＷ１枚を３０秒で２３℃まで冷却する処理を行う程度の熱量である。

続いて既述した熱処理装置２を塗布、現像装置に適用した場合の一実施の形態について説明する。図９は、レジストパターン形成装置の平面図を示し、図１０は同概略斜視図、図１１は同概略側面図、図１２はこのレジストパターン形成装置に設けられた搬送領域Ｒ１周辺の構造を示した斜視図である。この装置は、基板であるウェハＷが例えば１３枚密閉収納されたキャリア９０を搬入出するためのキャリアブロックＳ１と、複数個例えば５個の単位ブロックＢ１〜Ｂ５を縦に配列して構成された処理ブロックＳ２と、インターフェイスブロックＳ３と、露光装置Ｓ４と、を備えている。

前記キャリアブロックＳ１には、前記キャリア９０の載置台９１と、壁面に設けられる開閉部９２と、開閉部９２を介してキャリア９０からウェハＷを取り出すためのトランスファーアームＣとが設けられている。

前記キャリアブロックＳ１の奥側には、筐体９３にて周囲を囲まれる処理ブロックＳ２が接続されている。処理ブロックＳ２は、この例では、下方側から下段側の２段が現像処理を行うための第１及び第２の単位ブロック（ＤＥＶ層）Ｂ１、Ｂ２、レジスト膜の上層側に形成される反射防止膜の形成処理を行うための第３の単位ブロック（ＴＣＴ層）Ｂ３、レジスト液の塗布処理を行うための第４の単位ブロック（ＣＯＴ層）Ｂ４、レジスト膜の下層側に形成される反射防止膜の形成処理を行うための第５の単位ブロック（ＢＣＴ層）Ｂ５として割り当てられている。

これら各単位ブロックＢ１〜Ｂ５は、ウェハＷに対して薬液を塗布するための液処理ユニットと、前記液処理ユニットにて行われる処理の前処理及び後処理を行うための各種加熱・冷却系の処理ユニットと、これらの装置の加熱・冷却系の処理ユニットとの間でウェハＷの受け渡しを行うための専用の搬送手段であるメインアームＡ１〜Ａ５と、を備えている。

各層Ｂ１〜Ｂ５は略同様の構成であるため、図９に示すＣＯＴ層Ｂ４を例にして以下に説明すると、ウェハＷの搬送領域Ｒ１の両側にはウェハＷにレジストの塗布処理を行うための複数個の塗布部を備えた塗布ユニット９４と加熱・冷却系のユニットを多段化した４個の棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４とが設けられており、各棚ユニットのＵ１〜Ｕ４は塗布ユニット９４にて行なわれる処理の前処理及び後処理を行うための各種ユニットを複数段、例えば２段に積層した構成とされている。

上述の前処理及び後処理を行うための各種ユニットの中には、例えばレジスト液の塗布前にウェハＷを所定の温度に調整するための冷却ユニット（ＣＯＬ）、レジスト液の塗布後にウェハＷの加熱処理を行うための例えばプリベーキングユニットなどと呼ばれている加熱ユニット（ＣＨＰ）９５、ウェハＷのエッジ部のみを選択的に露光するための周縁露光装置（ＷＥＥ）等が含まれている。この例では図１〜図９で説明した熱処理装置２はこの加熱ユニット９５に相当する。また冷却ユニット（ＣＯＬ）や加熱ユニット（ＣＨＰ）９５等の各処理ユニットは、夫々処理容器９６内に収納されており、棚ユニットＵ１〜Ｕ４は、前記処理容器９６が２段に積層されて構成され、各処理容器９６の搬送領域Ｒ１に臨む面にはウェハＷを搬入出する搬送口９７が形成されている。この例では加熱ユニット（ＣＨＰ）９５は棚ユニットＵ３として積層され、また棚ユニットＵ４に含まれている。

Ａ４は、独立して駆動可能な２本のアームを備えたメインアームであり進退自在、昇降自在、鉛直軸回りに回転自在、Ｙ軸方向に移動自在に構成されている。なお図１０中２０１，２０２は搬送アームであり、２０３は搬送基体である。２０４は搬送基体２０３を回転させる回転機構であり、２０５はＹ軸レール２０７に沿って移動自在且つ昇降レール２０８に沿って昇降自在に構成された台部である。また２０６は棚ユニットＵ１〜Ｕ４を支持する台部である。

また搬送領域Ｒ１のキャリアブロックＳ１と隣接する領域は、第１のウェハＷ受け渡し領域Ｒ２となっていて、この領域Ｒ２には、図９及び図１１に示すように、トランスファーアームＣとメインアームＡ４とがアクセスできる位置に棚ユニットＵ５が設けられると共に、この棚ユニットＵ５に対してウェハＷの受け渡しを行うための第１の基板受け渡し手段をなす第１の受け渡しアームＤ１を備えている。

前記棚ユニットＵ５は、図１１に示すように、各単位ブロックＢ１〜Ｂ５のメインアームＡ１〜Ａ５との間でウェハＷの受け渡しを行うように、この例では各単位ブロックＢ１〜Ｂ５は、１個以上例えば２個の第１の受け渡しステージＴＲＳ１〜ＴＲＳ５を備えている。

さらに搬送領域Ｒ１のインターフェイスブロックＳ３と隣接する領域は、第２のウェハＷ受け渡し領域Ｒ３となっていて、この領域Ｒ３には、図９に示すように、メインアームＡ４がアクセスできる位置に棚ユニットＵ６が設けられると共に、この棚ユニットＵ６に対してウェハＷの受け渡しを行うための第２の基板受け渡し手段をなす第２の受け渡しアームＤ２を備えている。

前記棚ユニットＵ６は、図１１に示すように、各単位ブロックＢ１〜Ｂ５のメインアームＡ１〜Ａ５との間でウェハＷの受け渡しを行うように、第２の受け渡しステージＴＲＳ６〜ＴＲＳ１０を備えている。

他の単位ブロックについて、ＤＥＶ層Ｂ１、Ｂ２は同様に構成され、ウェハＷに対して現像処理を行うための複数個の現像部を備えた現像ユニットが設けられ、棚ユニットＵ１〜Ｕ４には、露光後のウェハＷを加熱処理するポストエクスポージャーベーキングユニットなどと呼ばれている加熱ユニット（ＰＥＢ）や、この加熱ユニット（ＰＥＢ）における処理の後にウェハＷを所定温度に調整するための冷却ユニット（ＣＯＬ）、現像処理後のウェハＷを水分を飛ばすために加熱処理するポストベーキングユニットなどと呼ばれている加熱ユニット（ＰＯＳＴ）を備えている以外はＣＯＴ層Ｂ４と同様に構成されている。なおＤＥＶ層Ｂ１、Ｂ２に設けられたこれらの加熱ユニットはＣＯＴ層Ｂ４に設けられた加熱ユニット９５と例えば同じ構成を有し、処理温度及び処理時間のみが異なるものとする。

またＴＣＴ層Ｂ３は、レジスト液を塗布する前にウェハＷに反射防止膜用の薬液を塗布するための反射防止膜形成ユニットが設けられている。

一方、処理ブロックＳ２における棚ユニットＵ６の奥側には、インターフェイスブロックＳ３を介して露光装置Ｓ４が接続されている。インターフェイスブロックＳ３には、処理ブロックＳ２の棚ユニットＵ６と露光装置Ｓ４とに対してウェハＷの受け渡しを行うためのインターフェイスアームＢを備えており、第１〜第４の単位ブロックＢ１〜Ｂ４の第２の受け渡しステージＴＲＳ６〜ＴＲＳ９に対してウェハＷの受け渡しを行うように構成されている。

ここでこのレジストパターン形成装置におけるウェハＷの流れについて、レジスト膜の上下に夫々反射防止膜を形成する場合を例にして説明する。先ず外部からキャリア９０がキャリアブロックＳ１に搬入され、トランスファーアームＣにより開閉部９２を介してこのキャリア９０内からウェハＷが取り出される。ウェハＷは、トランスファーアームＣから、先ず第２の単位ブロックＢ２の棚ユニットＵ５の第１の受け渡しステージＴＲＳ２に受け渡され、次いでウェハＷはＢＣＴ層Ｂ５にウェハＷを受け渡すために、第１の受け渡しアームＤ１により第１の受け渡し部ＴＲＳ５を介してＢＣＴ層Ｂ５のメインアームＡ５に受け渡される。そしてＢＣＴ層Ｂ５では、メインアームＡ５により、冷却ユニット（ＣＯＬ）→第１の反射防止膜形成ユニット→加熱ユニット（ＣＨＰ）→棚ユニットＵ６の第２の受け渡しステージＴＲＳ１０の順序で搬送されて、第１の反射防止膜が形成される。

続いて第２の受け渡しステージＴＲＳ１０のウェハＷは第２の受け渡しアームＤ２により、ＣＯＴ層Ｂ４にウェハＷを受け渡すために第２の受け渡しステージＴＲＳ９に搬送され、次いで当該ＣＯＴ層Ｂ４のメインアームＡ４に受け渡される。そしてＣＯＴ層Ｂ４では、メインアームＡ４により、冷却ユニット（ＣＯＬ）→塗布ユニット９４→加熱ユニット（ＣＨＰ）９５→第１の受け渡しステージＴＲＳ４の順序で搬送されて、第１の反射防止膜の上にレジスト膜が形成される。

次いで受け渡しステージＴＲＳ４のウェハＷは第１の受け渡しアームＤ１によ
り、ＴＣＴ層Ｂ３にウェハＷを受け渡すために第１の受け渡しステージＴＲＳ３に搬送され、当該ＴＣＴ層Ｂ３のメインアームＡ３に受け渡される。そしてＴＣＴ層Ｂ３では、メインアームＡ３により、冷却ユニット（ＣＯＬ）→第２の反射防止膜形成ユニット→加熱ユニット（ＣＨＰ）→周縁露光装置（ＷＥＥ）→棚ユニットＵ６の第２の受け渡しステージＴＲＳ８の順序で搬送されて、レジスト膜の上に第２の反射防止膜が形成される。

続いて第２の受け渡しステージＴＲＳ８のウェハＷはインターフェイスアームＢにより露光装置Ｓ４に搬送され、ここで所定の露光処理が行われる。露光処理後のウェハＷは、インターフェイスアームＢにより、ＤＥＶ層Ｂ１（ＤＥＶ層Ｂ２）に渡されるために、棚ユニットＵ６の第２の受け渡しステージＴＲＳ６（ＴＲＳ７）に搬送され、このステージＴＲＳ６（ＴＲＳ７）上のウェハＷは、ＤＥＶ層Ｂ１（ＤＥＶ層Ｂ２）のメインアームＡ１（メインアームＡ２）に受け取られ、当該ＤＥＶ層Ｂ１（Ｂ２）にて、先ず加熱ユニット（ＰＥＢ）→冷却ユニット（ＣＯＬ）→現像ユニット→加熱ユニット（ＰＯＳＴ）の順序で搬送され、所定の現像処理が行われる。こうして現像処理が行われたウェハＷは、トランスファーアームＣにウェハＷを受け渡すために、第１の受け渡しステージＴＲＳ１（ＴＲＳ２）に搬送され、トランスファーアームＣにより、キャリアブロックＳ１に載置されている元のキャリア９０に戻される。

このように本発明の熱処理装置２を塗布、現像装置に設けられる加熱ユニットとして適用することで、塗布、現像装置の小型化を図ることができる。

なお熱処理装置２は基板にレジスト膜を形成する塗布、現像装置以外にも例えば液体である絶縁膜の前駆体を基板に塗布して当該液体を加熱させることで基板に絶縁膜を形成する絶縁膜形成装置にも適用できる。

本発明の熱処理装置の一例を示す縦断側面図である。前記熱処理装置の横断平面図である。前記熱処理装置に設けられたウェハＷの冷却機構の一例を示した縦断側面図である。前記冷却機構の一例を示した説明図である。前記冷却機構に設けられた水冷室の一例を示した説明図である。前記冷却機構に設けられたヒートパイプの構造図である。前記冷却機構に対してウェハＷを受け渡す搬送機構の説明図である。冷却液の循環流路に設けられた放熱フィンの一例を示す説明図である。熱処置装置が適用された塗布、現像装置の平面図である。前記塗布、現像装置を示す斜視図である。前記塗布、現像装置を示す側部断面図である。前記塗布、現像装置における塗布ユニットと棚ユニットと搬送手段とを示す斜視図である。従来の熱処理装置を示す図である。

符号の説明

２熱処理装置
３冷却機構
４加熱部
３３冷却プレート
３５水冷室
３７ｂ循環ポンプ
３８ヒートパイプ
５３熱板
７０伝熱用ヒートパイプ
７９循環流路
８６排気室
８７排気ファン

Claims

塗布液が塗布された基板を加熱処理する熱板と基板を冷却する冷却プレートとが設けられ、
冷却プレートは外部の搬送機構との間で基板の受け渡しが行われるホーム位置と、前記熱板との間で基板の受け渡しが行われる熱板の上方位置との間を駆動機構により移動する熱処理装置において、
前記冷却プレートに設けられたヒートパイプと、
前記駆動機構により冷却プレートと共に移動し、前記ヒートパイプの一端側を冷却するための冷却液が収容されている水冷室と、
この水冷室内の冷却液を循環するために熱処理装置内に引き回された循環流路と、
前記冷却液を循環流路に循環させるための循環ポンプと、
前記循環流路に設けられ、前記水冷室にて受熱した熱を熱処理装置の外に放熱するための放熱手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置。
一端が水冷室内に浸漬され、他端が前記ヒートパイプからの熱を受け取るために当該ヒートパイプの一端の近傍に配置された伝熱用ヒートパイプが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
熱板の上方雰囲気を熱処理装置の外に排気するための排気ファンが設けられ、
前記放熱手段は放熱フィンを備え、前記排気ファンはこの放熱フィンに排気流を吹き付けることにより前記放熱手段の一部を兼用していることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
前記駆動機構は、前記循環ポンプの駆動源を兼用しており、冷却液は冷却プレートの移動時に循環されることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
塗布液が塗布された基板を加熱処理する熱板と基板を冷却する冷却プレートとが設けられた熱処理装置により基板を加熱処理する方法において、
熱板により基板を加熱処理する工程と、
熱板と基板との間に冷却プレートを進入させ、加熱処理された基板を冷却プレート上に載置する工程と、
次いで冷却プレートを駆動機構により熱板に隣接する領域に退避させる工程と、
その後、冷却プレート上の基板を外部の搬送機構に受け渡す工程と、
冷却プレートの熱を、冷却プレートと共に移動しかつ冷却液が収容されている水冷室に、当該冷却プレートに設けられたヒートパイプを介して放熱する工程と、
水冷室内の冷却液を、熱処理装置内に引き回された循環流路を循環ポンプにより循環させる工程と、
前記水冷室にて冷却液に伝熱された熱を、前記循環流路に設けられた放熱手段により、熱処理装置の外に放熱する工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。
冷却プレートの熱をヒートパイプを介して水冷室に放熱する工程は、一端が水冷室内に浸漬され、他端が前記ヒートパイプからの熱を受け取るために当該ヒートパイプの一端の近傍に配置された伝熱用ヒートパイプを伝熱する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の熱処理方法。
熱板の上方雰囲気を排気ファンにより熱処理装置の外に排気する工程と、
前記排気ファンからの排気流を前記放熱手段に設けられた放熱フィンに吹き付ける工程と、を含むことを特徴とする請求項５に記載の熱処理方法。
冷却液を循環ポンプにより循環する工程は、冷却プレートの移動時に前記駆動機構により循環ポンプを駆動することにより行われることを特徴とする請求項５に記載の熱処理方法。
塗布液が塗布された基板を加熱処理した後冷却する熱処理装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項５ないし８のいずれか一つに記載の熱処理方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。