JP3966664B2 - 加熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハ等の基板に塗布・現像処理を施す際に用いられる、基板を加熱する加熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスのフォトリソグラフィー工程においては、半導体ウエハ（以下、単にウエハという）にレジストを塗布し、これにより形成されたレジスト膜を所定の回路パターンに応じて露光し、この露光パターンを現像処理することによりレジスト膜に回路パターンが形成されている。
【０００３】
このようなフォトリソグラフィー工程においては、レジスト塗布後の加熱処理（プリベーク）、露光後の加熱処理（ポストエクスポージャーベーク）、現像後の加熱処理（ポストベーク）等、種々の加熱処理が行われている。
【０００４】
これらの加熱処理は、通常、筐体内にヒーターによって加熱される加熱プレート（ホットプレート）を配置してなるホットプレートユニットにより行われる。この加熱プレートには、例えば複数のリング状の発熱体が同心円状に設けられており、加熱処理に際しては、加熱プレートの表面をカバーで覆った状態で、加熱プレートの表面に半導体ウエハを近接あるいは載置するが、その際に、ウエハの全面にわたって均一な温度で加熱処理できるように、加熱プレートは、その載置面の全面にわたって温度が均一であること（面内均一性）が要求されている。
【０００５】
また、加熱処理時、加熱プレートの加熱面は、蓋体により覆われ、この加熱プレートの加熱面と蓋体とにより略密閉された処理室が形成されている。この処理室内の雰囲気は蓋体の中央から上方に排気されるようになっており、これにより、処理室内には加熱プレートの外周囲から中央に向けて気流が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この加熱プレートの加熱面を覆うように加熱プレート上方に位置する蓋体は、ウエハの加熱処理時に加熱プレートからの熱を反射する等の理由によりウエハ温度に影響を与える。したがって、加熱プレートのみならず蓋体下面の温度も均一に維持することが好ましい。
【０００７】
しかしながら、蓋体の下方に気流が形成されていること等の理由から、蓋体下面の温度分布を制御することができず、蓋体下面の温度を均一に維持することは困難である。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、蓋体の温度を略均一に維持して、基板に対して均一な加熱処理を施すことができる加熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、基板を所定温度に加熱処理する加熱処理装置であって、その表面に基板を近接または載置して加熱処理する加熱プレートと、基板の加熱処理時に加熱プレートの表面を覆い、処理室を形成する蓋体と、この蓋体内の内部空間に作動液を充填して形成されたヒートパイプとを具備することを特徴とする加熱処理装置を提供する。
【００１０】
このように、本発明によれば、蓋体内の空間に作動液を充填して、ヒートパイプを形成しているが、このヒートパイプは、内部に充填した作動液の蒸発現象と凝縮現象を利用して、大量の熱を容易に輸送する作用を有するとともに、その中に温度の高低がある場合に速やかに熱を輸送して温度を均一化する作用を有する。したがって、基板の加熱処理時、蓋体の温度が気流の影響等により不均一に分布するような場合でも、蓋体内部にヒートパイプを形成しているので、ヒートパイプの温度の均一化作用により、蓋体の温度を略均一に維持することができ、基板に対して均一な加熱処理を施すことができる。
【００１１】
特に、単一の内部空間を蓋体の略全域に形成してヒートパイプを構成する場合には、ヒートパイプの温度均一化作用は方向によらずに発揮されるので、蓋体の上下方向、径方向および周方向にわたって温度均一化作用が及ぼされ、結果として蓋体の全域にわたって温度が均一化され、これにより、蓋体の略全体の温度を均一に維持することができる。
【００１２】
また、このように、ヒートパイプを利用して蓋体の温度を全域にわたって略均一にできることから、蓋体の寸法や形状が異なる場合であっても、蓋体の温度分布の影響を考慮することなく、装置の設計を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係るホットプレートユニットが搭載されたウエハのレジスト塗布・現像処理システムを示す概略平面図、図２はその正面図、図３はその背面図である。
【００１４】
この処理システムは、搬送ステーションであるカセットステーション１０と、複数の処理ユニットを有する処理ステーション１１と、処理ステーション１１と隣接して設けられる露光装置（図示せず）との間でウエハＷを受け渡すためのインターフェイス部１２とを具備している。
【００１５】
上記カセットステーション１０は、被処理体としての半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを複数枚例えば２５枚単位でウエハカセットＣＲに搭載された状態で他のシステムからこのシステムへ搬入またはこのシステムから他のシステムへ搬出したり、ウエハカセットＣＲと処理ステーション１１との間でウエハＷの搬送を行うためのものである。
【００１６】
このカセットステーション１０においては、図１に示すように、カセット載置台２０上に図中Ｘ方向に沿って複数（図では４個）の位置決め突起２０ａが形成されており、この突起２０ａの位置にウエハカセットＣＲがそれぞれのウエハ出入口を処理ステーション１１側に向けて一列に載置可能となっている。ウエハカセットＣＲにおいてはウエハＷが垂直方向（Ｚ方向）に配列されている。また、カセットステーション１０は、ウエハカセット載置台２０と処理ステーション１１との間に位置するウエハ搬送機構２１を有している。このウエハ搬送機構２１は、カセット配列方向（Ｘ方向）およびその中のウエハＷのウエハ配列方向（Ｚ方向）に移動可能なウエハ搬送用アーム２１ａを有しており、この搬送アーム２１ａによりいずれかのウエハカセットＣＲに対して選択的にアクセス可能となっている。また、ウエハ搬送用アーム２１ａは、θ方向に回転可能に構成されており、後述する処理ステーション１１側の第３の処理部Ｇ３に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）およびエクステンションユニット（ＥＸＴ）にもアクセスできるようになっている。
【００１７】
上記処理ステーション１１は、ウエハＷへ対して塗布・現象を行う際の一連の工程を実施するための複数の処理ユニットを備え、これらが所定位置に多段に配置されており、これらによりウエハＷが一枚ずつ処理される。この処理ステーション１１は、図１に示すように、中心部に搬送路２２ａを有し、この中に主ウエハ搬送機構２２が設けられ、ウエハ搬送路２２ａの周りに全ての処理ユニットが配置されている。これら複数の処理ユニットは、複数の処理部に分かれており、各処理部は複数の処理ユニットが鉛直方向に沿って多段に配置されている。
【００１８】
主ウエハ搬送機構２２は、図３に示すように、筒状支持体４９の内側に、ウエハ搬送装置４６を上下方向（Ｚ方向）に昇降自在に装備している。筒状支持体４９はモータ（図示せず）の回転駆動力によって回転可能となっており、それにともなってウエハ搬送装置４６も一体的に回転可能となっている。
【００１９】
ウエハ搬送装置４６は、搬送基台４７の前後方向に移動自在な複数本の保持部材４８を備え、これらの保持部材４８によって各処理ユニット間でのウエハＷの受け渡しを実現している。
【００２０】
また、図１に示すように、この実施の形態においては、４個の処理部Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４がウエハ搬送路２２ａの周囲に実際に配置されており、処理部Ｇ５は必要に応じて配置可能となっている。
【００２１】
これらのうち、第１および第２の処理部Ｇ１，Ｇ２はシステム正面（図１において手前）側に並列に配置され、第３の処理部Ｇ３はカセットステーション１０に隣接して配置され、第４の処理部Ｇ４はインターフェイス部１２に隣接して配置されている。また、第５の処理部Ｇ５は背面部に配置可能となっている。
【００２２】
第１の処理部Ｇ１では、ウエハＷにレジストを塗布するレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）およびレジストのパターンを現像する現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。第２の処理部Ｇ２も同様に、２台のスピナ型処理ユニットとしてレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）および現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。
【００２３】
第３の処理部Ｇ３においては、図３に示すように、ウエハＷを載置台ＳＰに載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、レジストの定着性を高めるためのいわゆる疎水化処理を行うアドヒージョンユニット（ＡＤ）、位置合わせを行うアライメントユニット（ＡＬＩＭ）、ウエハＷの搬入出を行うエクステンションユニット（ＥＸＴ）、冷却処理を行うクーリングユニット（ＣＯＬ）、露光処理前や露光処理後、さらには現像処理後にウエハＷに対して加熱処理を行う４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。なお、アライメントユニット（ＡＬＩＭ）の代わりにクーリングユニット（ＣＯＬ）を設け、クーリングユニット（ＣＯＬ）にアライメント機能を持たせてもよい。
【００２４】
第４の処理部Ｇ４も、オーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、クーリングユニット（ＣＯＬ）、クーリングプレートを備えたウエハ搬入出部であるエクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、エクステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングユニット（ＣＯＬ）、および４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。
【００２５】
主ウエハ搬送機構２２の背部側に第５の処理部Ｇ５を設ける場合には、案内レール２５に沿って主ウエハ搬送機構２２から見て側方へ移動できるようになっている。したがって、第５の処理部Ｇ５を設けた場合でも、これを案内レール２５に沿ってスライドすることにより空間部が確保されるので、主ウエハ搬送機構２２に対して背後からメンテナンス作業を容易に行うことができる。
【００２６】
上記インターフェイス部１２は、奥行方向（Ｘ方向）については、処理ステーション１１と同じ長さを有している。図１、図２に示すように、このインターフェイス部１２の正面部には、可搬性のピックアップカセットＣＲと定置型のバッファカセットＢＲが２段に配置され、背面部には周辺露光装置２３が配設され、中央部には、ウエハ搬送機構２４が配設されている。このウエハ搬送機構２４は、ウエハ搬送用アーム２４ａを有しており、このウエハ搬送用アーム２４ａは、Ｘ方向、Ｚ方向に移動して両カセットＣＲ，ＢＲおよび周辺露光装置２３にアクセス可能となっている。また、このウエハ搬送用アーム２４ａは、θ方向に回転可能であり、処理ステーション１１の第４の処理部Ｇ４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）や、さらには隣接する露光装置側のウエハ受け渡し台（図示せず）にもアクセス可能となっている。
【００２７】
このようなレジスト塗布現像処理システムにおいては、まず、カセットステーション１０において、ウエハ搬送機構２１のウエハ搬送用アーム２１ａがカセット載置台２０上の未処理のウエハＷを収容しているウエハカセットＣＲにアクセスして、そのカセットＣＲから一枚のウエハＷを取り出し、第３の処理部Ｇ３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送する。
【００２８】
ウエハＷは、このエクステンションユニット（ＥＸＴ）から、主ウエハ搬送機構２２のウエハ搬送装置４６により、処理ステーション１１に搬入される。そして、第３の処理部Ｇ３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）によりアライメントされた後、アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）に搬送され、そこでレジストの定着性を高めるための疎水化処理（ＨＭＤＳ処理）が施される。この処理は加熱を伴うため、その後ウエハＷは、ウエハ搬送装置４６により、クーリングユニット（ＣＯＬ）に搬送されて冷却される。
【００２９】
アドヒージョン処理が終了し、クーリングユニット（ＣＯＬ）で所定の温度に冷却さたウエハＷは、引き続き、ウエハ搬送装置４６によりレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）に搬送され、そこで塗布膜が形成される。塗布処理終了後、ウエハＷは処理部Ｇ３，Ｇ４のいずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）内でプリベーク処理され、その後いずれかのクーリングユニット（ＣＯＬ）にて所定の温度に冷却される。
【００３０】
冷却されたウエハＷは、第３の処理部Ｇ３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）に搬送され、そこでアライメントされた後、第４の処理部群Ｇ４のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してインターフェイス部１２に搬送される。
【００３１】
インターフェイス部１２では、余分なレジストを除去するために周辺露光装置２３によりウエハの周縁例えば１ｍｍを露光し、インターフェイス部１２に隣接して設けられた露光装置（図示せず）により所定のパターンに従ってウエハＷのレジスト膜に露光処理が施される。
【００３２】
露光後のウエハＷは、再びインターフェイス部１２に戻され、ウエハ搬送機構２４により、第４の処理部Ｇ４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送される。そして、ウエハＷは、ウエハ搬送装置４６により、いずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）に搬送されてポストエクスポージャーベーク処理が施され、次いで、クーリングユニット（ＣＯＬ）により所定の温度に冷却される。
【００３３】
その後、ウエハＷは現像ユニット（ＤＥＶ）に搬送され、そこで露光パターンの現像が行われる。現像処理終了後、ウエハＷはいずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）に搬送されてポストベーク処理が施され、次いで、クーリングユニット（ＣＯＬ）により所定温度に冷却される。このような一連の処理が終了した後、第３処理部Ｇ３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してカセットステーション１０に戻され、いずれかのウエハカセットＣＲに収容される。
【００３４】
次に、図４から図７を参照して、本発明の一実施形態に係るホットプレートユニット（ＨＰ）について説明する。図４は本発明の第１実施の形態に係るホットプレートユニットを模式的に示す断面図、図５は図４のホットプレートユニットの蓋体を一部切り欠いて示す斜視図、図６は、蓋体に形成されたヒートパイプを示す断面図、図７は図４のホットプレートユニットの制御系を示すブロック図である。
【００３５】
本実施形態のホットプレートユニット（ＨＰ）は、ケーシング５０を有し、その内部の一方側には円盤状をなす加熱プレート５１が配置されている。加熱プレート５１は例えばアルミニウムで構成されており、その表面にはプロキシミティピン５２が設けられている。そして、このプロキシミティピン５２上に加熱プレート５１に近接した状態でウエハＷが載置されるようになっている。加熱プレート５１の裏面には複数のリング状発熱体５３が同心円状に配設されている。そして、これら発熱体５３は通電されることにより発熱し、加熱プレート５１を加熱してウエハＷを昇温するようになっている。この場合に、各リング状発熱体５３への通電量はそれぞれ独立に制御可能であることが好ましい。
【００３６】
加熱プレート５１は支持部材５４に支持されており、支持部材５４内は空洞となっている。加熱プレート５１には、その中央部に３つの貫通孔５５が形成されており、これら貫通孔５５にはウエハＷを昇降させるための３本（２本のみ図示）の昇降ピン５６が昇降自在に設けられている。そして、加熱プレート５１と支持部材５４の底板５４ａとの間貫通孔５５に連続する筒状のガイド部材５７が設けられている。これらガイド部材５７によって加熱プレート５１の下のヒーター配線等に妨げられることなく昇降ピン５６を移動させることが可能となる。これら昇降ピン５６は支持板５８に支持されており、この支持板５８を介して支持部材５４の側方に設けられたシリンダー５９により昇降されるようになっている。
【００３７】
加熱プレート５１および支持部材５４の周囲にはそれらを包囲支持するサポートリング６１が設けられており、このサポートリング６１の上には昇降自在の蓋体６２が設けられている。そして、この蓋体６２がサポートリング６１の上面まで降下した状態でウエハＷの処理室Ｓが形成される。また、ウエハＷを加熱プレート５１に対して搬入出する場合には、上方に退避される。
【００３８】
この蓋体６２は、内側プレート６２ａと、外側プレート６２ｂとを有し、図５に示すように、全体が略円盤状をなしていて、その周方向に略一定の断面を有している。内側プレート６２ａは、外側から中心部に向かって次第に高くなるように傾斜して形成されている。
【００３９】
蓋体６２の中央部に排気管６４が接続された排気口６３を有しており、加熱プレート５１の外周側のサポートリング６１および蓋体６２の隙間部分から空気が導入され、排気口６３および排気管６４を介して処理室Ｓが排気される。したがって、処理室Ｓ内には加熱プレート５１の外周側から中央に向かう気流が形成される。この際の排気は、図示しない排気機構により行われ、排気量の調整は電磁弁６４ａにより行われる。
【００４０】
蓋体６２の内側プレート６２ａと外側プレート６２ｂとの間には、排気口６３を除く略全域に環状をなす空間６２ｃが形成されており、この中には作動液６６が封入されており、ヒートパイプ６５を構成している。このヒートパイプ６５は、内部に充填した作動液の蒸発現象と凝縮現象を利用して、大量の熱を容易に輸送する作用、およびその中に温度の高低がある場合に速やかに熱を輸送して温度を均一化する作用を有する。具体的には、図６に示すように、例えばヒートパイプ６５は、加熱プレート５１によりその下部が加熱されると作動液６６が蒸発し、蒸気流となって低温部である上部へ高速移動し、上下方向に温度が均一化される。この際に、上部で低温の外側プレート６２ｂに接触して冷却され凝縮し、凝縮液は重力により元の位置へ戻る。また、周方向および径方向に温度の高低がある場合にも蒸気流の移動により温度が均一化される。ヒートパイプ６５を構成する内部空間６２ｃは、蓋体６２の周方向に略一定の断面を有している。なお、ヒートパイプ６５の作動液６６は、蓋体６２の材質に悪影響を及ぼさないものが選択され、例えば蓋体６２ステンレス鋼製の場合には、水、アンモニア、メタノール、アセトン、フロン等を用いることができる。
【００４１】
加熱プレート５１内の適宜箇所には、複数の温度センサー７０が設けられ、これにより加熱プレート５１の温度が計測されるようになっている。この温度センサー７０からの検出信号は、図７に示すように、このホットプレートユニット（ＨＰ）を制御するためのユニットコントローラ７１に送信され、その検出情報に基づいてコントローラ７１から温調器７２に制御信号が送信され、その制御信号に基づいて温調器７２から発熱体電源７４に出力調整信号が送信される。さらに、このユニットコントローラ７１は、加熱処理に際して、シリンダー５９に制御信号を送って昇降ピン５６の昇降を制御するとともに、排気管６４に設けられた電磁弁６４ａにより排気量を制御する。なお、ユニットコントローラ７１は、塗布・現像システムのシステムコントローラ（図示略）からの指令に基づいて制御信号を出力するようになっている。
【００４２】
以上のように構成されたホットプレートユニット（ＨＰ）では、以下のようにして、ウエハＷの加熱処理が行われる。
【００４３】
まず、ウエハ搬送装置４６により、ウエハＷがホットプレートユニット（ＨＰ）の筐体内に搬入されて、昇降ピン５６に受け渡され、この昇降ピン５６が降下されて、ウエハＷが所定温度に加熱された状態にある加熱プレート５１の表面に設けられたプロミキシティピン５２に載置される。
【００４４】
次いで、蓋体６２が降下されて処理室Ｓが形成され、気流が加熱プレート５１の外周側からウエハＷの略中央に流されて、その上方の排気口６３および排気管６４を介して排気される。このように加熱プレート５１の外側から中央に向かって気流が形成されていることにより、加熱プレート５１の温度の面内均一性が良好に保たれ、ウエハ温度の面内均一性を図っている。また、発熱体５３の配置もこのように加熱プレート５１の面内均一性を考慮して決定されている。
【００４５】
一方、蓋体６２もウエハＷの加熱処理時に加熱プレート５１からの熱を反射する等の理由によりウエハ温度に影響を与えるため、蓋体６２下面の温度も均一に維持することが好ましい。
【００４６】
従来の蓋体は単にプレートで構成されていたため、蓋体の下方の気流等によって形成される温度分布を制御することができず、蓋体下面の温度を均一に維持することは困難であったが、本実施形態における蓋体６２は、その内部空間６２ｃに作動液６６を充填してヒートパイプ６５を形成しているため、このヒートパイプ６５の温度均一化作用により、ウエハＷの加熱処理時に蓋体６２の温度が気流の影響等により不均一に分布するような場合でも、蓋体６２の温度を略均一に維持することができ、基板に対して均一な加熱処理を施すことができる。
【００４７】
特に、蓋体６２内の内部空間６２ｃは蓋体６２の略全域に単一に形成されているので、ヒートパイプ６５の温度均一化作用は方向によらずに発揮され、蓋体６２の上下方向、径方向および周方向にわたって温度均一化作用が及ぼされ、結果として蓋体６２の全域にわたって温度が均一化される。これにより、蓋体の略全体の温度を均一に維持することができる。
【００４８】
また、このように、ヒートパイプ６５を利用して蓋体の温度を全域にわたって略均一にできることから、蓋体６２の寸法や形状が異なる場合であっても、蓋体６２の温度分布の影響を考慮することなく、装置の設計を行うことができる。
【００４９】
このようにしてウエハＷの加熱処理終了した後、蓋体６２が上方に移動されて、ウエハＷが昇降ピン５６により持ち上げられ、ウエハ搬送装置４６に受け渡されて、ホットプレートユニット（ＨＰ）から搬出されて、次工程のユニットに搬送される。
【００５０】
次に、図８を参照して、本発明の第２の実施形態に係るホットプレートユニットについて説明する。この実施形態では、蓋体６２の内側プレート６２ａの中央下側に、気流制御板６８が内側プレート６２ａに取り付けられた状態で設けられている。その他については、第１の実施形態と全く同様に構成されているので、図８において図４と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００５１】
このように、蓋体６２の内側プレート６２ａの下方に気流制御板６８が設けられているため、処理室Ｓ内では内側プレートと気流制御板７０との間を通って排気口５３から排気され、処理室Ｓの中央における上昇気流が抑制されて、加熱プレート５１の温度均一性を一層良好にすることができる。
【００５２】
次に、図９を参照して、本発明の第３の実施形態に係るホットプレートユニットについて説明する。本実施形態では、ケーシング５０の内部の下側には矩形状をなす加熱プレート５１’が配置されている。加熱プレート５１’の表面にはプロキシミティピン５２’が設けられており、このプロキシミティピン５２’上に加熱プレート５１’の表面に近接した状態でウエハＷが載置されるようになっている。加熱プレート５１’の裏面には複数の直線状の発熱体５３’が略平行に配列されている。そして、これら発熱体５３’は通電されることにより発熱し、加熱プレート５１’を加熱してウエハＷを昇温するようになっている。この場合に、各直線状発熱体５３’への通電量はそれぞれ独立に制御可能であることが好ましい。
【００５３】
加熱プレート５１’は支持部材５２’に支持されており、支持部材５５内は空洞となっている。支持部材５２’の周囲にはそれを包囲支持するサポートリング６１’が設けられており、このサポートリング６１’の上には上下動自在の蓋体６２’が設けられている。そして、この蓋体６２’がサポートリング６１’の上面まで降下した状態でシールリング８１により外部から密閉された処理室Ｓ’が形成される。
【００５４】
加熱プレート５１’の一方側には、加熱プレート５１’の略一辺の幅を有し、処理室Ｓ内に不活性ガス、空気等の気体を供給するための気体供給ノズル８２が設けられ、この気体供給ノズル８２には、不活性ガス、空気等の気体を供給するための気体供給管８３が接続されている。この気体供給管８３には、通流する気体の流量および流速を調整するための電磁弁８４が介装されている。
【００５５】
一方、加熱プレート５１’の他方側には、加熱プレート５１’の略一辺の幅を有し、処理室Ｓ’内の気体を排出するための排気ノズル８５が設けられ、この排気ノズル８５には、排気管８６が接続されている。この排気管８６には、排気量を調整するための電磁弁８７が介装されている。
【００５６】
そして、気体供給ノズル８２から処理室Ｓ’へ供給された気体は排気ノズル８５から排気され、処理室Ｓ’内には図９に矢印で示すような加熱プレート５１の一端側から他端側に向かう一方向の気流が形成される。そして、発熱体５３’の配列方向と一方向気流の方向は略垂直になるようになっている。
【００５７】
蓋体６２’は、内側プレート６２’ａと、外側プレート６２’ｂとを有し、全体が加熱プレート５１’に対応して矩形状をなしていて、略一定の断面を有している。
【００５８】
蓋体６２’の内側プレート６２’ａと外側プレート６２’ｂとの間には、略全域に矩形状の空間６２’ｃが形成されており、この中には作動液６６’が封入されており、ヒートパイプ６５’を構成している。このヒートパイプ６５’は第１の実施形態のヒートパイプ６５と同様、温度均一化作用を有しており、蓋体の上下方向および水平方向に温度が均一化される。
【００５９】
以上のように構成されたホットプレートユニット（ＨＰ）により加熱処理を行う際には、まず、第１の実施形態の場合と同様、ウエハＷがウエハ搬送装置４６により筐体５０内に搬入されて、プロキシミティピン５２’上に載置される。
【００６０】
次いで、蓋体６２’が降下されて処理室Ｓ’が形成され、電磁弁８４，８７が制御されて、処理室Ｓ’に加熱プレート５１’の一端側から他端側に向かう一方向の気流が形成される。
【００６１】
このような一方向の気流が形成された状態で、発熱体５３’に給電することにより、加熱プレート５１’上のウエハＷを加熱処理する。このように加熱プレート５１’の上面に一方向の気流を形成するので、第１の実施形態の蓋体６２と異なり、蓋体６２’の中央部には排気口が設けられていない。また、蓋体６２’に排気構造が設けられる必要がないため装置自体の上下方向の寸法を小さくすることができる。さらに、気体供給によって処理室Ｓ’内で乱流が発生しないため、乱流発生に伴うウエハＷ面内の温度特異点（例えば中央部のみ温度が高い）が発生しなくなり、加熱プレート５１’の温度の面内均一性が一層良好に保たれる。また、発熱体５３’の配置もこのように加熱プレート５１’の面内均一性を考慮して決定されている。
【００６２】
一方、蓋体６２’もウエハＷの加熱処理時に加熱プレート５１’からの熱を反射する等の理由によりウエハ温度に影響を与えるため、蓋体６２下面の温度も均一に維持することが好ましい。そのため、本実施形態における蓋体６２’は、その内部空間６２’ｃに作動液６６’を充填してヒートパイプ６５’を形成しているため、このヒートパイプ６５’の温度均一化作用により、ウエハＷの加熱処理時に蓋体６２’の温度が気流の影響等により不均一に分布するような場合でも、蓋体６２’の温度を略均一に維持することができ、基板に対して均一な加熱処理を施すことができる。
【００６３】
特に、蓋体６２’内の内部空間６２’ｃは蓋体６２’の略全域に単一に形成されているので、ヒートパイプ６５’の温度均一化作用は方向によらずに発揮され、蓋体６２’の上下方向、径方向および周方向にわたって温度均一化作用が及ぼされ、結果として蓋体６２の全域にわたって温度が均一化される。これにより、蓋体６２’の略全体の温度を均一に維持することができる。
【００６４】
このようにしてウエハＷの加熱処理終了した後、蓋体６２’が上方に移動されて、ウエハＷが昇降ピン５６’により持ち上げられ、ウエハ搬送装置４６に受け渡されて、ホットプレートユニット（ＨＰ）から搬出されて、次工程のユニットに搬送される。
【００６５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、蓋体の略全体に空間を設けヒートパイプを構成するようにしたが、蓋体の一部に空間を形成するようにしてもよい。また、単一の空間を有する場合に限らず、複数の空間を有しそれぞれの空間がヒートパイプを構成するようにしてもよい。発熱体の配置位置も加熱プレートの下側に限定されず、例えば加熱プレートに埋設されていてもよい。また、加熱処理装置の構造としても上記実施形態において例示したホットプレートユニットに限るものではなく種々の形態が可能である。さらに、レジスト塗布・現像処理システムの加熱処理について示したが、それ以外に用いられる加熱処理に適用することも可能である。さらにまた、上記実施形態ではウエハをプロキシミティピン上に載置して間接的に加熱を行った場合について示したが、ウエハを加熱プレート上に直接載置して加熱してもよい。さらにまた、上記実施形態では基板として半導体ウエハを用いた場合について説明したが、半導体ウエハ以外の他の被処理基板、例えばＬＣＤ基板の加熱処理を行う場合についても適用可能である。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、蓋体内の空間に作動液を充填して、ヒートパイプを形成しているので、その温度均一化作用により、基板の加熱処理時、蓋体の温度が気流の影響等により不均一に分布するような場合でも、蓋体の温度を略均一に維持することができ、基板に対して均一な加熱処理を施すことができる。
【００６７】
特に、単一の内部空間を蓋体の略全域に形成してヒートパイプを構成する場合には、ヒートパイプの温度均一化作用は方向によらずに発揮されるので、蓋体の上下方向、径方向および周方向にわたって温度均一化作用が及ぼされ、結果として蓋体の全域にわたって温度が均一化され、これにより、蓋体の略全体の温度を均一に維持することができる。
【００６８】
また、このように、ヒートパイプを利用して蓋体の温度を全域にわたって略均一にできることから、蓋体の寸法や形状が異なる場合であっても、蓋体の温度分布の影響を考慮することなく、装置の設計を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱処理装置の一実施形態であるホットプレートユニットを備えた半導体ウエハのレジスト塗布現像処理システムの全体構成を示す平面図。
【図２】本発明の加熱処理装置の一実施形態であるホットプレートユニットを備えた半導体ウエハのレジスト塗布現像処理システムの全体構成を示す正面図。
【図３】本発明の加熱処理装置の一実施形態であるホットプレートユニットを備えた半導体ウエハのレジスト塗布現像処理システムの全体構成を示す背面図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るホットプレートユニットを模式的に示す断面図。
【図５】図４のホットプレートユニットの蓋体を一部切り欠いて示す斜視図。
【図６】図５の蓋体に形成されたヒートパイプを示す断面図。
【図７】図４のホットプレートユニットの制御系を示すブロック図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るホットプレートユニットを模式的に示す断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るホットプレートユニットを模式的に示す断面図。
【符号の説明】
５１，５１’；加熱プレート
５２，５２’；プロキシミティピン
５６；リフトピン
５３，５３’；発熱体
６２、６２’；蓋体
６２ａ，６２’ａ；内側プレート
６２ｂ，６２’ｂ；外側プレート
６２ｃ，６２’ｃ；空間
６３；排気口
６４；排気管
６５，６５’；ヒートパイプ
６６，６６’；作動液
６８；気流制御板
８２；気体供給ノズル
８３；気体供給管
８４，８７；電磁弁
８５；排気ノズル
８６；排気管
Ｓ，Ｓ’；処理室
Ｗ；半導体ウエハ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハ等の基板に塗布・現像処理を施す際に用いられる、基板を加熱する加熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスのフォトリソグラフィー工程においては、半導体ウエハ（以下、単にウエハという）にレジストを塗布し、これにより形成されたレジスト膜を所定の回路パターンに応じて露光し、この露光パターンを現像処理することによりレジスト膜に回路パターンが形成されている。
【０００３】
このようなフォトリソグラフィー工程においては、レジスト塗布後の加熱処理（プリベーク）、露光後の加熱処理（ポストエクスポージャーベーク）、現像後の加熱処理（ポストベーク）等、種々の加熱処理が行われている。
【０００４】
これらの加熱処理は、通常、筐体内にヒーターによって加熱される加熱プレート（ホットプレート）を配置してなるホットプレートユニットにより行われる。この加熱プレートには、例えば複数のリング状の発熱体が同心円状に設けられており、加熱処理に際しては、加熱プレートの表面をカバーで覆った状態で、加熱プレートの表面に半導体ウエハを近接あるいは載置するが、その際に、ウエハの全面にわたって均一な温度で加熱処理できるように、加熱プレートは、その載置面の全面にわたって温度が均一であること（面内均一性）が要求されている。
【０００５】
また、加熱処理時、加熱プレートの加熱面は、蓋体により覆われ、この加熱プレートの加熱面と蓋体とにより略密閉された処理室が形成されている。この処理室内の雰囲気は蓋体の中央から上方に排気されるようになっており、これにより、処理室内には加熱プレートの外周囲から中央に向けて気流が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この加熱プレートの加熱面を覆うように加熱プレート上方に位置する蓋体は、ウエハの加熱処理時に加熱プレートからの熱を反射する等の理由によりウエハ温度に影響を与える。したがって、加熱プレートのみならず蓋体下面の温度も均一に維持することが好ましい。
【０００７】
しかしながら、蓋体の下方に気流が形成されていること等の理由から、蓋体下面の温度分布を制御することができず、蓋体下面の温度を均一に維持することは困難である。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、蓋体の温度を略均一に維持して、基板に対して均一な加熱処理を施すことができる加熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、基板を所定温度に加熱処理する加熱処理装置であって、その表面に基板を近接または載置して加熱処理する加熱プレートと、基板の加熱処理時に加熱プレートの表面を覆い、処理室を形成する蓋体と、この蓋体内の内部空間に作動液を充填して形成されたヒートパイプとを具備することを特徴とする加熱処理装置を提供する。
【００１０】
このように、本発明によれば、蓋体内の空間に作動液を充填して、ヒートパイプを形成しているが、このヒートパイプは、内部に充填した作動液の蒸発現象と凝縮現象を利用して、大量の熱を容易に輸送する作用を有するとともに、その中に温度の高低がある場合に速やかに熱を輸送して温度を均一化する作用を有する。したがって、基板の加熱処理時、蓋体の温度が気流の影響等により不均一に分布するような場合でも、蓋体内部にヒートパイプを形成しているので、ヒートパイプの温度の均一化作用により、蓋体の温度を略均一に維持することができ、基板に対して均一な加熱処理を施すことができる。
【００１１】
特に、単一の内部空間を蓋体の略全域に形成してヒートパイプを構成する場合には、ヒートパイプの温度均一化作用は方向によらずに発揮されるので、蓋体の上下方向、径方向および周方向にわたって温度均一化作用が及ぼされ、結果として蓋体の全域にわたって温度が均一化され、これにより、蓋体の略全体の温度を均一に維持することができる。
【００１２】
また、このように、ヒートパイプを利用して蓋体の温度を全域にわたって略均一にできることから、蓋体の寸法や形状が異なる場合であっても、蓋体の温度分布の影響を考慮することなく、装置の設計を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係るホットプレートユニットが搭載されたウエハのレジスト塗布・現像処理システムを示す概略平面図、図２はその正面図、図３はその背面図である。
【００１４】
この処理システムは、搬送ステーションであるカセットステーション１０と、複数の処理ユニットを有する処理ステーション１１と、処理ステーション１１と隣接して設けられる露光装置（図示せず）との間でウエハＷを受け渡すためのインターフェイス部１２とを具備している。
【００１５】
上記カセットステーション１０は、被処理体としての半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを複数枚例えば２５枚単位でウエハカセットＣＲに搭載された状態で他のシステムからこのシステムへ搬入またはこのシステムから他のシステムへ搬出したり、ウエハカセットＣＲと処理ステーション１１との間でウエハＷの搬送を行うためのものである。
【００１６】
このカセットステーション１０においては、図１に示すように、カセット載置台２０上に図中Ｘ方向に沿って複数（図では４個）の位置決め突起２０ａが形成されており、この突起２０ａの位置にウエハカセットＣＲがそれぞれのウエハ出入口を処理ステーション１１側に向けて一列に載置可能となっている。ウエハカセットＣＲにおいてはウエハＷが垂直方向（Ｚ方向）に配列されている。また、カセットステーション１０は、ウエハカセット載置台２０と処理ステーション１１との間に位置するウエハ搬送機構２１を有している。このウエハ搬送機構２１は、カセット配列方向（Ｘ方向）およびその中のウエハＷのウエハ配列方向（Ｚ方向）に移動可能なウエハ搬送用アーム２１ａを有しており、この搬送アーム２１ａによりいずれかのウエハカセットＣＲに対して選択的にアクセス可能となっている。また、ウエハ搬送用アーム２１ａは、θ方向に回転可能に構成されており、後述する処理ステーション１１側の第３の処理部Ｇ３に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）およびエクステンションユニット（ＥＸＴ）にもアクセスできるようになっている。
【００１７】
上記処理ステーション１１は、ウエハＷへ対して塗布・現象を行う際の一連の工程を実施するための複数の処理ユニットを備え、これらが所定位置に多段に配置されており、これらによりウエハＷが一枚ずつ処理される。この処理ステーション１１は、図１に示すように、中心部に搬送路２２ａを有し、この中に主ウエハ搬送機構２２が設けられ、ウエハ搬送路２２ａの周りに全ての処理ユニットが配置されている。これら複数の処理ユニットは、複数の処理部に分かれており、各処理部は複数の処理ユニットが鉛直方向に沿って多段に配置されている。
【００１８】
主ウエハ搬送機構２２は、図３に示すように、筒状支持体４９の内側に、ウエハ搬送装置４６を上下方向（Ｚ方向）に昇降自在に装備している。筒状支持体４９はモータ（図示せず）の回転駆動力によって回転可能となっており、それにともなってウエハ搬送装置４６も一体的に回転可能となっている。
【００１９】
ウエハ搬送装置４６は、搬送基台４７の前後方向に移動自在な複数本の保持部材４８を備え、これらの保持部材４８によって各処理ユニット間でのウエハＷの受け渡しを実現している。
【００２０】
また、図１に示すように、この実施の形態においては、４個の処理部Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４がウエハ搬送路２２ａの周囲に実際に配置されており、処理部Ｇ５は必要に応じて配置可能となっている。
【００２１】
これらのうち、第１および第２の処理部Ｇ１，Ｇ２はシステム正面（図１において手前）側に並列に配置され、第３の処理部Ｇ３はカセットステーション１０に隣接して配置され、第４の処理部Ｇ４はインターフェイス部１２に隣接して配置されている。また、第５の処理部Ｇ５は背面部に配置可能となっている。
【００２２】
第１の処理部Ｇ１では、ウエハＷにレジストを塗布するレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）およびレジストのパターンを現像する現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。第２の処理部Ｇ２も同様に、２台のスピナ型処理ユニットとしてレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）および現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。
【００２３】
第３の処理部Ｇ３においては、図３に示すように、ウエハＷを載置台ＳＰに載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、レジストの定着性を高めるためのいわゆる疎水化処理を行うアドヒージョンユニット（ＡＤ）、位置合わせを行うアライメントユニット（ＡＬＩＭ）、ウエハＷの搬入出を行うエクステンションユニット（ＥＸＴ）、冷却処理を行うクーリングユニット（ＣＯＬ）、露光処理前や露光処理後、さらには現像処理後にウエハＷに対して加熱処理を行う４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。なお、アライメントユニット（ＡＬＩＭ）の代わりにクーリングユニット（ＣＯＬ）を設け、クーリングユニット（ＣＯＬ）にアライメント機能を持たせてもよい。
【００２４】
第４の処理部Ｇ４も、オーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、クーリングユニット（ＣＯＬ）、クーリングプレートを備えたウエハ搬入出部であるエクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、エクステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングユニット（ＣＯＬ）、および４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。
【００２５】
主ウエハ搬送機構２２の背部側に第５の処理部Ｇ５を設ける場合には、案内レール２５に沿って主ウエハ搬送機構２２から見て側方へ移動できるようになっている。したがって、第５の処理部Ｇ５を設けた場合でも、これを案内レール２５に沿ってスライドすることにより空間部が確保されるので、主ウエハ搬送機構２２に対して背後からメンテナンス作業を容易に行うことができる。
【００２６】
上記インターフェイス部１２は、奥行方向（Ｘ方向）については、処理ステーション１１と同じ長さを有している。図１、図２に示すように、このインターフェイス部１２の正面部には、可搬性のピックアップカセットＣＲと定置型のバッファカセットＢＲが２段に配置され、背面部には周辺露光装置２３が配設され、中央部には、ウエハ搬送機構２４が配設されている。このウエハ搬送機構２４は、ウエハ搬送用アーム２４ａを有しており、このウエハ搬送用アーム２４ａは、Ｘ方向、Ｚ方向に移動して両カセットＣＲ，ＢＲおよび周辺露光装置２３にアクセス可能となっている。また、このウエハ搬送用アーム２４ａは、θ方向に回転可能であり、処理ステーション１１の第４の処理部Ｇ４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）や、さらには隣接する露光装置側のウエハ受け渡し台（図示せず）にもアクセス可能となっている。
【００２７】
このようなレジスト塗布現像処理システムにおいては、まず、カセットステーション１０において、ウエハ搬送機構２１のウエハ搬送用アーム２１ａがカセット載置台２０上の未処理のウエハＷを収容しているウエハカセットＣＲにアクセスして、そのカセットＣＲから一枚のウエハＷを取り出し、第３の処理部Ｇ３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送する。
【００２８】
ウエハＷは、このエクステンションユニット（ＥＸＴ）から、主ウエハ搬送機構２２のウエハ搬送装置４６により、処理ステーション１１に搬入される。そして、第３の処理部Ｇ３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）によりアライメントされた後、アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）に搬送され、そこでレジストの定着性を高めるための疎水化処理（ＨＭＤＳ処理）が施される。この処理は加熱を伴うため、その後ウエハＷは、ウエハ搬送装置４６により、クーリングユニット（ＣＯＬ）に搬送されて冷却される。
【００２９】
アドヒージョン処理が終了し、クーリングユニット（ＣＯＬ）で所定の温度に冷却さたウエハＷは、引き続き、ウエハ搬送装置４６によりレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）に搬送され、そこで塗布膜が形成される。塗布処理終了後、ウエハＷは処理部Ｇ３，Ｇ４のいずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）内でプリベーク処理され、その後いずれかのクーリングユニット（ＣＯＬ）にて所定の温度に冷却される。
【００３０】
冷却されたウエハＷは、第３の処理部Ｇ３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）に搬送され、そこでアライメントされた後、第４の処理部群Ｇ４のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してインターフェイス部１２に搬送される。
【００３１】
インターフェイス部１２では、余分なレジストを除去するために周辺露光装置２３によりウエハの周縁例えば１ｍｍを露光し、インターフェイス部１２に隣接して設けられた露光装置（図示せず）により所定のパターンに従ってウエハＷのレジスト膜に露光処理が施される。
【００３２】
露光後のウエハＷは、再びインターフェイス部１２に戻され、ウエハ搬送機構２４により、第４の処理部Ｇ４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送される。そして、ウエハＷは、ウエハ搬送装置４６により、いずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）に搬送されてポストエクスポージャーベーク処理が施され、次いで、クーリングユニット（ＣＯＬ）により所定の温度に冷却される。
【００３３】
その後、ウエハＷは現像ユニット（ＤＥＶ）に搬送され、そこで露光パターンの現像が行われる。現像処理終了後、ウエハＷはいずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）に搬送されてポストベーク処理が施され、次いで、クーリングユニット（ＣＯＬ）により所定温度に冷却される。このような一連の処理が終了した後、第３処理部Ｇ３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してカセットステーション１０に戻され、いずれかのウエハカセットＣＲに収容される。
【００３４】
次に、図４から図７を参照して、本発明の一実施形態に係るホットプレートユニット（ＨＰ）について説明する。図４は本発明の第１実施の形態に係るホットプレートユニットを模式的に示す断面図、図５は図４のホットプレートユニットの蓋体を一部切り欠いて示す斜視図、図６は、蓋体に形成されたヒートパイプを示す断面図、図７は図４のホットプレートユニットの制御系を示すブロック図である。
【００３５】
本実施形態のホットプレートユニット（ＨＰ）は、ケーシング５０を有し、その内部の一方側には円盤状をなす加熱プレート５１が配置されている。加熱プレート５１は例えばアルミニウムで構成されており、その表面にはプロキシミティピン５２が設けられている。そして、このプロキシミティピン５２上に加熱プレート５１に近接した状態でウエハＷが載置されるようになっている。加熱プレート５１の裏面には複数のリング状発熱体５３が同心円状に配設されている。そして、これら発熱体５３は通電されることにより発熱し、加熱プレート５１を加熱してウエハＷを昇温するようになっている。この場合に、各リング状発熱体５３への通電量はそれぞれ独立に制御可能であることが好ましい。
【００３６】
加熱プレート５１は支持部材５４に支持されており、支持部材５４内は空洞となっている。加熱プレート５１には、その中央部に３つの貫通孔５５が形成されており、これら貫通孔５５にはウエハＷを昇降させるための３本（２本のみ図示）の昇降ピン５６が昇降自在に設けられている。そして、加熱プレート５１と支持部材５４の底板５４ａとの間貫通孔５５に連続する筒状のガイド部材５７が設けられている。これらガイド部材５７によって加熱プレート５１の下のヒーター配線等に妨げられることなく昇降ピン５６を移動させることが可能となる。これら昇降ピン５６は支持板５８に支持されており、この支持板５８を介して支持部材５４の側方に設けられたシリンダー５９により昇降されるようになっている。
【００３７】
加熱プレート５１および支持部材５４の周囲にはそれらを包囲支持するサポートリング６１が設けられており、このサポートリング６１の上には昇降自在の蓋体６２が設けられている。そして、この蓋体６２がサポートリング６１の上面まで降下した状態でウエハＷの処理室Ｓが形成される。また、ウエハＷを加熱プレート５１に対して搬入出する場合には、上方に退避される。
【００３８】
この蓋体６２は、内側プレート６２ａと、外側プレート６２ｂとを有し、図５に示すように、全体が略円盤状をなしていて、その周方向に略一定の断面を有している。内側プレート６２ａは、外側から中心部に向かって次第に高くなるように傾斜して形成されている。
【００３９】
蓋体６２の中央部に排気管６４が接続された排気口６３を有しており、加熱プレート５１の外周側のサポートリング６１および蓋体６２の隙間部分から空気が導入され、排気口６３および排気管６４を介して処理室Ｓが排気される。したがって、処理室Ｓ内には加熱プレート５１の外周側から中央に向かう気流が形成される。この際の排気は、図示しない排気機構により行われ、排気量の調整は電磁弁６４ａにより行われる。
【００４０】
蓋体６２の内側プレート６２ａと外側プレート６２ｂとの間には、排気口６３を除く略全域に環状をなす空間６２ｃが形成されており、この中には作動液６６が封入されており、ヒートパイプ６５を構成している。このヒートパイプ６５は、内部に充填した作動液の蒸発現象と凝縮現象を利用して、大量の熱を容易に輸送する作用、およびその中に温度の高低がある場合に速やかに熱を輸送して温度を均一化する作用を有する。具体的には、図６に示すように、例えばヒートパイプ６５は、加熱プレート５１によりその下部が加熱されると作動液６６が蒸発し、蒸気流となって低温部である上部へ高速移動し、上下方向に温度が均一化される。この際に、上部で低温の外側プレート６２ｂに接触して冷却され凝縮し、凝縮液は重力により元の位置へ戻る。また、周方向および径方向に温度の高低がある場合にも蒸気流の移動により温度が均一化される。ヒートパイプ６５を構成する内部空間６２ｃは、蓋体６２の周方向に略一定の断面を有している。なお、ヒートパイプ６５の作動液６６は、蓋体６２の材質に悪影響を及ぼさないものが選択され、例えば蓋体６２ステンレス鋼製の場合には、水、アンモニア、メタノール、アセトン、フロン等を用いることができる。
【００４１】
加熱プレート５１内の適宜箇所には、複数の温度センサー７０が設けられ、これにより加熱プレート５１の温度が計測されるようになっている。この温度センサー７０からの検出信号は、図７に示すように、このホットプレートユニット（ＨＰ）を制御するためのユニットコントローラ７１に送信され、その検出情報に基づいてコントローラ７１から温調器７２に制御信号が送信され、その制御信号に基づいて温調器７２から発熱体電源７４に出力調整信号が送信される。さらに、このユニットコントローラ７１は、加熱処理に際して、シリンダー５９に制御信号を送って昇降ピン５６の昇降を制御するとともに、排気管６４に設けられた電磁弁６４ａにより排気量を制御する。なお、ユニットコントローラ７１は、塗布・現像システムのシステムコントローラ（図示略）からの指令に基づいて制御信号を出力するようになっている。
【００４２】
以上のように構成されたホットプレートユニット（ＨＰ）では、以下のようにして、ウエハＷの加熱処理が行われる。
【００４３】
まず、ウエハ搬送装置４６により、ウエハＷがホットプレートユニット（ＨＰ）の筐体内に搬入されて、昇降ピン５６に受け渡され、この昇降ピン５６が降下されて、ウエハＷが所定温度に加熱された状態にある加熱プレート５１の表面に設けられたプロミキシティピン５２に載置される。
【００４４】
次いで、蓋体６２が降下されて処理室Ｓが形成され、気流が加熱プレート５１の外周側からウエハＷの略中央に流されて、その上方の排気口６３および排気管６４を介して排気される。このように加熱プレート５１の外側から中央に向かって気流が形成されていることにより、加熱プレート５１の温度の面内均一性が良好に保たれ、ウエハ温度の面内均一性を図っている。また、発熱体５３の配置もこのように加熱プレート５１の面内均一性を考慮して決定されている。
【００４５】
一方、蓋体６２もウエハＷの加熱処理時に加熱プレート５１からの熱を反射する等の理由によりウエハ温度に影響を与えるため、蓋体６２下面の温度も均一に維持することが好ましい。
【００４６】
従来の蓋体は単にプレートで構成されていたため、蓋体の下方の気流等によって形成される温度分布を制御することができず、蓋体下面の温度を均一に維持することは困難であったが、本実施形態における蓋体６２は、その内部空間６２ｃに作動液６６を充填してヒートパイプ６５を形成しているため、このヒートパイプ６５の温度均一化作用により、ウエハＷの加熱処理時に蓋体６２の温度が気流の影響等により不均一に分布するような場合でも、蓋体６２の温度を略均一に維持することができ、基板に対して均一な加熱処理を施すことができる。
【００４７】
特に、蓋体６２内の内部空間６２ｃは蓋体６２の略全域に単一に形成されているので、ヒートパイプ６５の温度均一化作用は方向によらずに発揮され、蓋体６２の上下方向、径方向および周方向にわたって温度均一化作用が及ぼされ、結果として蓋体６２の全域にわたって温度が均一化される。これにより、蓋体の略全体の温度を均一に維持することができる。
【００４８】
また、このように、ヒートパイプ６５を利用して蓋体の温度を全域にわたって略均一にできることから、蓋体６２の寸法や形状が異なる場合であっても、蓋体６２の温度分布の影響を考慮することなく、装置の設計を行うことができる。
【００４９】
このようにしてウエハＷの加熱処理終了した後、蓋体６２が上方に移動されて、ウエハＷが昇降ピン５６により持ち上げられ、ウエハ搬送装置４６に受け渡されて、ホットプレートユニット（ＨＰ）から搬出されて、次工程のユニットに搬送される。
【００５０】
次に、図８を参照して、本発明の第２の実施形態に係るホットプレートユニットについて説明する。この実施形態では、蓋体６２の内側プレート６２ａの中央下側に、気流制御板６８が内側プレート６２ａに取り付けられた状態で設けられている。その他については、第１の実施形態と全く同様に構成されているので、図８において図４と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００５１】
このように、蓋体６２の内側プレート６２ａの下方に気流制御板６８が設けられているため、処理室Ｓ内では内側プレートと気流制御板７０との間を通って排気口５３から排気され、処理室Ｓの中央における上昇気流が抑制されて、加熱プレート５１の温度均一性を一層良好にすることができる。
【００５２】
次に、図９を参照して、本発明の第３の実施形態に係るホットプレートユニットについて説明する。本実施形態では、ケーシング５０の内部の下側には矩形状をなす加熱プレート５１’が配置されている。加熱プレート５１’の表面にはプロキシミティピン５２’が設けられており、このプロキシミティピン５２’上に加熱プレート５１’の表面に近接した状態でウエハＷが載置されるようになっている。加熱プレート５１’の裏面には複数の直線状の発熱体５３’が略平行に配列されている。そして、これら発熱体５３’は通電されることにより発熱し、加熱プレート５１’を加熱してウエハＷを昇温するようになっている。この場合に、各直線状発熱体５３’への通電量はそれぞれ独立に制御可能であることが好ましい。
【００５３】
加熱プレート５１’は支持部材５２’に支持されており、支持部材５５内は空洞となっている。支持部材５２’の周囲にはそれを包囲支持するサポートリング６１’が設けられており、このサポートリング６１’の上には上下動自在の蓋体６２’が設けられている。そして、この蓋体６２’がサポートリング６１’の上面まで降下した状態でシールリング８１により外部から密閉された処理室Ｓ’が形成される。
【００５４】
加熱プレート５１’の一方側には、加熱プレート５１’の略一辺の幅を有し、処理室Ｓ内に不活性ガス、空気等の気体を供給するための気体供給ノズル８２が設けられ、この気体供給ノズル８２には、不活性ガス、空気等の気体を供給するための気体供給管８３が接続されている。この気体供給管８３には、通流する気体の流量および流速を調整するための電磁弁８４が介装されている。
【００５５】
一方、加熱プレート５１’の他方側には、加熱プレート５１’の略一辺の幅を有し、処理室Ｓ’内の気体を排出するための排気ノズル８５が設けられ、この排気ノズル８５には、排気管８６が接続されている。この排気管８６には、排気量を調整するための電磁弁８７が介装されている。
【００５６】
そして、気体供給ノズル８２から処理室Ｓ’へ供給された気体は排気ノズル８５から排気され、処理室Ｓ’内には図９に矢印で示すような加熱プレート５１の一端側から他端側に向かう一方向の気流が形成される。そして、発熱体５３’の配列方向と一方向気流の方向は略垂直になるようになっている。
【００５７】
蓋体６２’は、内側プレート６２’ａと、外側プレート６２’ｂとを有し、全体が加熱プレート５１’に対応して矩形状をなしていて、略一定の断面を有している。
【００５８】
蓋体６２’の内側プレート６２’ａと外側プレート６２’ｂとの間には、略全域に矩形状の空間６２’ｃが形成されており、この中には作動液６６’が封入されており、ヒートパイプ６５’を構成している。このヒートパイプ６５’は第１の実施形態のヒートパイプ６５と同様、温度均一化作用を有しており、蓋体の上下方向および水平方向に温度が均一化される。
【００５９】
以上のように構成されたホットプレートユニット（ＨＰ）により加熱処理を行う際には、まず、第１の実施形態の場合と同様、ウエハＷがウエハ搬送装置４６により筐体５０内に搬入されて、プロキシミティピン５２’上に載置される。
【００６０】
次いで、蓋体６２’が降下されて処理室Ｓ’が形成され、電磁弁８４，８７が制御されて、処理室Ｓ’に加熱プレート５１’の一端側から他端側に向かう一方向の気流が形成される。
【００６１】
このような一方向の気流が形成された状態で、発熱体５３’に給電することにより、加熱プレート５１’上のウエハＷを加熱処理する。このように加熱プレート５１’の上面に一方向の気流を形成するので、第１の実施形態の蓋体６２と異なり、蓋体６２’の中央部には排気口が設けられていない。また、蓋体６２’に排気構造が設けられる必要がないため装置自体の上下方向の寸法を小さくすることができる。さらに、気体供給によって処理室Ｓ’内で乱流が発生しないため、乱流発生に伴うウエハＷ面内の温度特異点（例えば中央部のみ温度が高い）が発生しなくなり、加熱プレート５１’の温度の面内均一性が一層良好に保たれる。また、発熱体５３’の配置もこのように加熱プレート５１’の面内均一性を考慮して決定されている。
【００６２】
一方、蓋体６２’もウエハＷの加熱処理時に加熱プレート５１’からの熱を反射する等の理由によりウエハ温度に影響を与えるため、蓋体６２下面の温度も均一に維持することが好ましい。そのため、本実施形態における蓋体６２’は、その内部空間６２’ｃに作動液６６’を充填してヒートパイプ６５’を形成しているため、このヒートパイプ６５’の温度均一化作用により、ウエハＷの加熱処理時に蓋体６２’の温度が気流の影響等により不均一に分布するような場合でも、蓋体６２’の温度を略均一に維持することができ、基板に対して均一な加熱処理を施すことができる。
【００６３】
特に、蓋体６２’内の内部空間６２’ｃは蓋体６２’の略全域に単一に形成されているので、ヒートパイプ６５’の温度均一化作用は方向によらずに発揮され、蓋体６２’の上下方向、径方向および周方向にわたって温度均一化作用が及ぼされ、結果として蓋体６２の全域にわたって温度が均一化される。これにより、蓋体６２’の略全体の温度を均一に維持することができる。
【００６４】
このようにしてウエハＷの加熱処理終了した後、蓋体６２’が上方に移動されて、ウエハＷが昇降ピン５６’により持ち上げられ、ウエハ搬送装置４６に受け渡されて、ホットプレートユニット（ＨＰ）から搬出されて、次工程のユニットに搬送される。
【００６５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、蓋体の略全体に空間を設けヒートパイプを構成するようにしたが、蓋体の一部に空間を形成するようにしてもよい。また、単一の空間を有する場合に限らず、複数の空間を有しそれぞれの空間がヒートパイプを構成するようにしてもよい。発熱体の配置位置も加熱プレートの下側に限定されず、例えば加熱プレートに埋設されていてもよい。また、加熱処理装置の構造としても上記実施形態において例示したホットプレートユニットに限るものではなく種々の形態が可能である。さらに、レジスト塗布・現像処理システムの加熱処理について示したが、それ以外に用いられる加熱処理に適用することも可能である。さらにまた、上記実施形態ではウエハをプロキシミティピン上に載置して間接的に加熱を行った場合について示したが、ウエハを加熱プレート上に直接載置して加熱してもよい。さらにまた、上記実施形態では基板として半導体ウエハを用いた場合について説明したが、半導体ウエハ以外の他の被処理基板、例えばＬＣＤ基板の加熱処理を行う場合についても適用可能である。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、蓋体内の空間に作動液を充填して、ヒートパイプを形成しているので、その温度均一化作用により、基板の加熱処理時、蓋体の温度が気流の影響等により不均一に分布するような場合でも、蓋体の温度を略均一に維持することができ、基板に対して均一な加熱処理を施すことができる。
【００６７】
特に、単一の内部空間を蓋体の略全域に形成してヒートパイプを構成する場合には、ヒートパイプの温度均一化作用は方向によらずに発揮されるので、蓋体の上下方向、径方向および周方向にわたって温度均一化作用が及ぼされ、結果として蓋体の全域にわたって温度が均一化され、これにより、蓋体の略全体の温度を均一に維持することができる。
【００６８】
また、このように、ヒートパイプを利用して蓋体の温度を全域にわたって略均一にできることから、蓋体の寸法や形状が異なる場合であっても、蓋体の温度分布の影響を考慮することなく、装置の設計を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱処理装置の一実施形態であるホットプレートユニットを備えた半導体ウエハのレジスト塗布現像処理システムの全体構成を示す平面図。
【図２】本発明の加熱処理装置の一実施形態であるホットプレートユニットを備えた半導体ウエハのレジスト塗布現像処理システムの全体構成を示す正面図。
【図３】本発明の加熱処理装置の一実施形態であるホットプレートユニットを備えた半導体ウエハのレジスト塗布現像処理システムの全体構成を示す背面図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るホットプレートユニットを模式的に示す断面図。
【図５】図４のホットプレートユニットの蓋体を一部切り欠いて示す斜視図。
【図６】図５の蓋体に形成されたヒートパイプを示す断面図。
【図７】図４のホットプレートユニットの制御系を示すブロック図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るホットプレートユニットを模式的に示す断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るホットプレートユニットを模式的に示す断面図。
【符号の説明】
５１，５１’；加熱プレート
５２，５２’；プロキシミティピン
５６；リフトピン
５３，５３’；発熱体
６２、６２’；蓋体
６２ａ，６２’ａ；内側プレート
６２ｂ，６２’ｂ；外側プレート
６２ｃ，６２’ｃ；空間
６３；排気口
６４；排気管
６５，６５’；ヒートパイプ
６６，６６’；作動液
６８；気流制御板
８２；気体供給ノズル
８３；気体供給管
８４，８７；電磁弁
８５；排気ノズル
８６；排気管
Ｓ，Ｓ’；処理室
Ｗ；半導体ウエハ
Claims (8)
- 基板を所定温度に加熱処理する加熱処理装置であって、
その表面に基板を近接または載置して加熱処理する加熱プレートと、
基板の加熱処理時に加熱プレートの表面を覆い、処理室を形成する蓋体と、
この蓋体内の内部空間に作動液を充填して形成されたヒートパイプと
を具備することを特徴とする加熱処理装置。 - 前記内部空間は蓋体の略全域に形成された単一の空間であることを特徴とする請求項１に記載の加熱処理装置。
- 前記蓋体の略中央部に排気口を有し、前記処理室内に周囲から中央に向かう気流が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱処理装置。
- 前記蓋体は略円盤状をなし、前記ヒートパイプを構成する内部空間は環状をなすことを特徴とする請求項３に記載の加熱処理装置。
- 前記ヒートパイプを構成する内部空間は、前記蓋体の周方向に略一定の断面を有していることを特徴とする請求項４に記載の加熱処理装置。
- さらに、前記蓋体の中央部下方に設けられた気流制御板を具備することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の加熱処理装置。
- さらに、前記加熱プレート上にその一端から他端に向かう一方向の気流を形成する一方向流形成手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱処理装置。
- 前記蓋体は矩形状をなし、前記ヒートパイプを構成する内部空間は矩形状をなすことを特徴とする請求項７に記載の加熱処理装置。
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