JP3998389B2 - Substrate processing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の基板に対して熱的処理を行う基板処理装置に関する。
【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」と記す)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を形成している。
【0003】
従来から、このような一連の工程を実施するために、レジスト塗布現像処理システムが用いられている。このレジスト塗布現像処理システムでは、カセットステーションのカセットからウエハが一枚ずつ取り出されて処理ステーションに搬送される。処理ステーションにおいては、まず、アドヒージョン処理ユニットにて疎水化処理が施された後、レジスト塗布処理ユニットにおいてレジストが塗布され、次いで、プリベーク処理される。その後、ウエハは、処理ステーションからインターフェース部を介して露光装置に搬送されて、露光装置にて所定のパターンが露光された後、インターフェース部を介して、再度処理ステーションに搬入される。この露光されたウエハは、ポストエクスポージャーベーク処理が施された後、現像処理ユニットにおいて現像処理が施され、次いで、この現像されたウエハにポストベーク処理が施される。これにより、一連の処理が終了し、ウエハはカセット・ステーションに搬送されて、ウエハカセットに収容される。
【0004】
このような一連の処理においては、上述のようにアドヒージョン処理、プリベーク処理、ポストエクスポージャーベーク処理、ポストベーク処理等、基板の加熱を伴う処理工程が含まれており、次工程に熱による悪影響を与えないためにこれらの工程の後に冷却処理が行われる。
【0005】
このような冷却処理は、冷却機構を有する冷却プレートにウエハを載置または近接して冷却処理するクーリングユニットにて行われる。従来、この種のクーリングユニットにおいては、鋳込み等により、冷却プレート内に屈曲した冷却水路が形成されており、この冷却水路内に冷却水が循環されて、冷却プレートが所定温度に冷却される。
【0006】
一方、上記ポストエクスポージャーベーク処理は、通常、化学増幅型レジストを用いた際における露光後の化学反応を促進させるために行われる処理であり、処理温度のみならず処理時間を厳密に管理する必要があることから、加熱プレートにより所定温度に加熱した後に即座に冷却することができるように、加熱プレートと冷却プレートとを兼備したホットプレートユニットが用いられている。そして、このようなユニットに用いられる冷却プレートも上述した構造と同様、冷却プレート内に、鋳込み等により冷却水路が形成された構造を有している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように冷却水路内に冷却水を循環する構造の場合には、冷却プレートの冷却温度をその全面にわたって均一にするまでに長時間を要し、しかも温度がばらつきやすいという欠点がある。また、冷却水路内の圧力損失が大きいため、大型の冷却水循環ポンプを必要とし、さらに屈曲した冷却水路が鋳込み等により形成されるため、冷却プレートは構造が複雑で、かつ厚いものとならざるを得ない。
【0008】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、プレート上の基板を迅速に所望の温度に維持することができるとともに、温度の均一性が高く、しかも構造が簡易でかつコンパクトな基板処理装置を提供することを目的とする。
【0009】
本発明は、第1に、基板を加熱処理するとともに基板を冷却可能な基板処理装置であって、加熱プレートに基板を載置または近接して加熱処理する加熱処理部と、この加熱処理部とは別個に設けられ、その表面に基板を近接または載置して冷却するプレートと、このプレート内に直線状に配置されたヒートパイプと、このヒートパイプの一方の端部において冷却媒体との間で熱交換を行うために冷却媒体を通流する熱交換部と、前記加熱プレートと前記プレートとの間で基板を搬送するための搬送手段と、を具備し、前記のヒートパイプの一方の端部は、前記プレートから突出して設けられ、このヒートパイプの突出した端部が前記熱交換部に挿入されていることを特徴とする基板処理装置を提供する。
【0010】
本発明は、第2に、基板を加熱処理するとともに基板を冷却可能な基板処理装置であって、加熱プレートに基板を載置または近接して加熱処理する加熱処理部と、この加熱処理部とは別個に設けられ、その表面に基板を近接または載置して冷却するプレートと、このプレート内に配置されたヒートパイプと、このヒートパイプの一方の端部において冷却媒体との間で熱交換を行うために冷却媒体を通流する熱交換部と、前記加熱プレートと前記プレートとの間で基板を搬送するために、前記プレートを前記加熱プレートの基板受け渡し位置および加熱プレートから離隔した退避位置の間で移動させる移動手段とを具備し、前記熱交換部と前記プレートとは切り離し可能に設けられ、前記プレートが移動する際には前記プレートが前記熱交換部から切り離され、基板の冷却の際には前記プレートが前記熱交換部に接続されることを特徴とする基板処理装置を提供する。
【0013】
本発明によれば、基板を近接または載置するプレート内にヒートパイプを配置するとともに、ヒートパイプの一方の端部に熱的媒体を接触させて熱交換を行う熱交換部を設けているが、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、一端から他端に大量の熱を容易に輸送する機能、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機能を有するため、熱交換部における熱的媒体の熱を速やかにプレートに輸送することができ、プレート上の基板を迅速に所望の温度に維持することができるとともに、ヒートパイプの温度均一化作用によりプレートの温度を均一にすることができ、基板の温度均一性を良好にすることができる。また、プレート内にヒートパイプを設けるだけであるから、構造が簡易でありコンパクトなものとすることができる。そして、熱交換部においてヒートパイプの一方の端部に冷却媒体を接触させるようにすることにより、冷却媒体からの冷熱が速やかにかつ大量にヒートパイプを介してプレートに供給されるので、従来の屈曲した冷却水路に冷却水を流す場合よりも迅速に基板を冷却することができるとともに、ヒートパイプの温度均一化作用により、冷却水路に冷却水を流す場合よりもプレートの温度均一性を高めることができ、基板の温度均一性をより良好にすることができる。また、プレート内にヒートパイプを設けるだけでよいので、冷却プレート内に屈曲した冷却水路を形成する従来の場合よりも構造を簡易にすることができ、かつ鋳込み等による冷却水路形成が不要であり、しかも大型の循環ポンプが不要であることから、冷却プレートの薄型化、ユニットのコンパクト化が可能となる。
【0014】
【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は本発明の実施形態に係る基板処理装置が適用されたレジスト塗布・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。
【0015】
この処理システム1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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
上記処理ステーション11は、半導体ウエハ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、これらにより半導体ウエハ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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
第1の処理部G1および第2の処理部G2は、いずれもウエハ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。
【0024】
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。すなわち冷却処理を行うクーリングユニット(COL)、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)、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。
【0025】
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)、2つの冷却プレート付きホットプレートユニット(CHP)および2つの通常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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
アドヒージョン処理が終了し、クーリングユニット(COL)で冷却さたウエハ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)にて冷却される。
【0031】
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。
【0032】
インターフェイス部12では、周辺露光装置23により余分なレジスト除去のための周辺露光が施された後、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。
【0033】
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、後述する冷却プレートを有するホットプレートユニット(CHP)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る。
【0034】
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処理ユニット群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。
【0035】
次に、図4から図8を参照して、本発明の実施形態に係る基板処理装置が適用される、冷却プレートを有するホットプレートユニット(CHP)について説明する。図4は本発明の実施形態が適用される、冷却プレートを有するホットプレートユニット(CHP)を示す断面図、図5はその概略平面図、図6は図4および図5のユニットにおける冷却プレートおよび熱交換部を示す斜視図、図7はその冷却プレートに設けられたヒートパイプを一部切り欠いて示す模式図、図8は図4のホットプレートユニットの制御系を示す図である。
【0036】
この冷却プレートを有するホットプレートユニット(CHP)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を有しており、他方側には冷却プレート71を有している。
【0037】
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の裏面には所定パターンを有する電気ヒーター53が配設されている。
【0038】
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本の昇降ピン56が昇降自在に設けられている(図5参照)。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。
【0039】
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。
【0040】
蓋体62は、例えば、外側から中心部に向かって次第に高くなるような円錐状をなし、中央の頂上部には排気管64が接続された排気口63を有しており、これら排気口63および排気管64を介して排気される。
【0041】
冷却プレート71上にはプロキシミティピン72が設けられており、ウエハWはこのプロキシミティピン72の上に冷却プレート71に近接した状態で載置され、冷却処理される。この冷却プレート71は、駆動機構73により例えばベルト駆動によって加熱プレート51側に移動可能に構成されており、冷却プレートには図5に示すようにこの移動の際に昇降ピン56との干渉を避けるための溝74が形成されている。このように冷却プレート71を移動可能に設けることにより、加熱プレート51から昇降ピン56を突出させた状態で冷却プレート71との間でウエハWの受け渡しを行うことができる。そして、ウエハWを受け取って冷却処理する際、およびウエハWを加熱プレート51に受け渡した後はいずれも、図示の位置に戻るようになっている。
【0042】
冷却プレート71内には、図6に示すように、複数の直線状のヒートパイプ75が所定間隔で平行に配列されている。この直線状のヒートパイプ75は、図7に示すように、両端を閉塞した筒状をなす金属、例えば銅または銅合金からなる外殻部材のコンテナ76と、その内周壁に設けられた網状部材のウイック77とを有し、その中に水などの作動液が充填された密閉構造を有している。ウィック77は毛細管現象を利用して作動液を移動させる機能を有している。この直線状のヒートパイプ75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、一端から他端に大量の熱を容易に輸送する機能、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機能を有する。なお、ウィック77を用いる代わりに作動液を重力を利用して移動させることもできる。
【0043】
ヒートパイプ75の一端は冷却プレート71から突出して設けられており、このヒートパイプ75の突出した端部には、図6に示すように、熱交換部80が設けられている。この熱交換部80は、ヒートパイプ75の突出した端部が挿入され、冷却水等の冷却媒体をその端部に接触させる冷却媒体接触部81と、この冷却媒体接触部81を収容し、冷却プレート71と連続する収容部82とを有しており、接触部81には冷却媒体を供給するための供給管83と、冷却媒体を接触部81から排出するための排出管85が接続され、供給管83には、供給する冷却媒体の流量を調整するための開閉弁、例えば電磁弁84が介装されている。そして、熱交換部80の冷却媒体接触部81においてヒートパイプ75に冷却媒体が接触することにより熱交換が行われ、冷却媒体の冷熱がヒートパイプ75を介して冷却プレート71に供給される。なお、この熱交換部80は、駆動機構73による冷却プレート71の移動の際に、冷却プレート71とともに移動されるようになっていてもよいし、冷却プレート71の移動の際に冷却プレート71から切り離されてもよい。
【0044】
加熱プレート51の適宜箇所には、複数個の温度センサー91が設けられており、冷却プレート71の適宜箇所にも、複数個の温度センサー92が設けられていて、これら温度センサー91,92によりそれぞれ加熱プレート51および冷却プレート71の温度が検出されるようになっている。この温度センサー91,92からの検出信号は、図8に示すように、このユニット(CHP)を制御するためのユニットコントローラ93に送信され、その検出情報に基づいてコントローラ93から温調器94に制御信号が送信され、その制御信号に基づいて温調器94からヒーター電源95および電磁弁84に信号が送信され、加熱プレート51および冷却プレート71の温度が制御される。冷却プレート71においては、具体的には、電磁弁84により接触部81を通流する冷却媒体の量を調整してヒートパイプ75に供給される冷熱の量を制御することによってその温度が制御される。さらに、このユニットコントローラ93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。また、ユニットコントローラ93は、駆動機構73に制御信号を送って、冷却プレート71の移動を制御する。なお、ユニットコントローラ93は、レジスト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。
【0045】
以上のように構成された冷却プレートを有するホットプレートユニット(CHP)においては、以下のようにしてウエハWの加熱処理が行われる。
【0046】
まず、露光処理後のウエハWがウエハ搬送装置46により、所定の温度に加熱された状態にある急冷機能を有しかつ冷却プレートを有するホットプレートユニット(CHP)の筐体50内に搬入されて、昇降ピン56に受け渡される。そして、この昇降ピン56が降下されて、ウエハWが加熱プレート51のプロキシミティピン52に載置される。次いで、蓋体62がサポートリング61の上面まで降下されてウエハWの処理室Sが形成される。
【0047】
この状態で、加熱プレート51によりウエハWが所定温度で加熱処理、例えばポストエクスポージャー処理される。この際に、ウエハWが載置されることによりアンダーシュートした加熱プレート51の温度が電気ヒーター53により補償される。
【0048】
ウエハWを所定時間加熱処理した後、昇降ピン56によりウエハWを突き上げ、次いで図9の(a)に示すように冷却プレート71を加熱プレート51の上に移動させ、さらに図9の(b)に示すように昇降ピン56を下降させることにより、ウエハWを冷却プレート71上のプロキシミティピン72上に載置する。そして図7の(c)に示すように冷却プレート71が元の位置に移動され、冷却処理が行われる。この冷却処理の後、ウエハWは、図示しない搬出入口を介して、主ウエハ搬送機構22のウエハ搬送装置46により搬出される。
【0049】
このウエハWの冷却処理に際しては、冷却プレート71内に設けられたヒートパイプ75の一端が熱交換部80の冷却媒体接触部81に挿入されており、この冷却媒体接触部81においてヒートパイプ75に冷却媒体が接触することにより熱交換が行われ、冷却媒体の冷熱がヒートパイプ75を介して冷却プレート71に供給される。この場合に、ヒートパイプ75は、上述したように、その一端から他端に大量の熱を容易に輸送する機能、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機能を有するため、熱交換部80における冷却媒体の冷熱を速やかに冷却プレート71に輸送することができ、冷却プレート71上のウエハWを迅速に所定の温度に冷却することができるとともに、ヒートパイプ75の温度均一化作用により冷却プレート75の温度を均一にすることができ、冷却されたウエハWの温度均一性を良好にすることができる。
【0050】
また、このように冷却プレート71内にヒートパイプ75を設けるだけでよいので、冷却プレート71内に屈曲した冷却水路を形成する従来の場合よりも構造を簡易にすることができ、かつ鋳込み等による冷却水路形成が不要であり、しかも大型の循環ポンプが不要であることから、冷却プレート71の薄型化およびユニットのコンパクト化を図ることができる。
【0051】
特に、このような冷却プレートを有するホットプレートユニット(CHP)の場合には、冷却プレート71を移動する必要があるため、冷却プレート71の薄型化は極めて有益である。また、この冷却プレート71を薄型化することにより、冷却プレート71の移動機構73等を小型化することができ、これに伴って、ユニット自体を一層小型化することができる。
【0052】
次に、冷却プレート71に設けられるヒートパイプの他の例について図10を参照して説明する。図10に示すヒートパイプ100は、幅広の容器101を有し、この容器101内が複数の隔壁102により複数の作動室103に区画された構造を有しており、いわゆる型ヒートパイプを構成している。これら複数の作動室103には作動液が充填されており、作動室103の外壁104の内側に作動液を移動させるためのウィック105が装着されている。このようなヒートパイプ100は、それぞれの作動室103がヒートパイプとして機能し、上記ヒートパイプ75と同様、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、一端から他端に大量の熱を容易に輸送する作用および温度均一化作用を発揮させることができる。
【0053】
このようなヒートパイプ100は、外壁が平坦であるから、図11に示すように、冷却プレート71として用いることができる。このように、ヒートパイプ100自体で冷却プレート71を構成することにより、プレートにヒートパイプを埋め込むという作業が不要となり製造が容易となるばかりか、冷却プレート71を一層薄型化およびコンパクト化することができる。
【0054】
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。上記実施形態では、本発明を冷却プレートを有するホットプレートユニット(CHP)の冷却機構に適用した例について説明したが、これに限らず冷却プレートのみを備えた通常のクーリングユニット(COL)にも適用することができることはいうまでもない。また、上記実施形態では本発明を冷却処理に適用したが、熱交換部に供給する熱的媒体として加熱媒体を用いれば、ヒートパイプを介して速やかに大量の熱を輸送してプレートを迅速に加熱することができ、かつヒートパイプの温度均一化作用を発揮させることも可能であるから、加熱処理にも適用することができる。上記実施形態では熱的媒体である冷却媒体として冷却水を例示したが、これに限らず他の液体であってもよいし、空気などの気体や噴霧流等を用いることもできる。また、熱的媒体として加熱媒体を用いる場合には、高温の液体や気体、さらには噴霧流等を用いることができる。
【0055】
また、ヒートパイプについても上記実施形態に示したものに限らず種々のものを用いることができる。例えば、必ずしも複数のヒートパイプを用いる必要はなく、幅の広い一つのヒートパイプを用いることもできる。この場合に、プレート内を空洞にし、その中に作動液を充填すれば、プレート自体を一つのヒートパイプとして用いることができる。
【0056】
さらに、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および冷却を行うようにしているが、ウエハをプレート上に直接密着するように載置してもよい。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。さらに、本発明をレジスト塗布現像処理システムのユニットに適用した場合について示したが、本発明は他の目的の基板冷却や加熱に適用可能なこともいうまでもない。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板を近接または載置するプレート内にヒートパイプを配置するとともに、ヒートパイプの一方の端部に熱的媒体を接触させて熱交換を行う熱交換部を設けているが、ヒートパイプは、一端から他端に大量の熱を容易に輸送する機能、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機能を有するため、熱交換部における熱的媒体の熱を速やかにプレートに輸送することができ、プレート上の基板を迅速に所望の温度に維持することができるとともに、ヒートパイプの温度均一化作用によりプレートの温度を均一にすることができ、基板の温度均一性を良好にすることができる。また、プレート内にヒートパイプを設けるだけであるから、構造が簡易でありコンパクトなものとすることができる。
【0058】
特に、熱交換部においてヒートパイプの一方の端部に冷却媒体を接触させる場合には、冷却媒体からの冷熱が速やかにかつ大量にヒートパイプを介してプレートに供給されるので、従来の屈曲した冷却水路に冷却水を流す場合よりも迅速に基板を冷却することができるとともに、ヒートパイプの温度均一化作用により、冷却水路に冷却水を流す場合よりもプレートの温度均一性を高めることができ、基板の温度均一性をより良好にすることができる。また、プレート内にヒートパイプを設けるだけでよいので、冷却プレート内に屈曲した冷却水路を形成する従来の場合よりも構造を簡易にすることができ、かつ鋳込み等による冷却水路形成が不要であり、しかも大型の循環ポンプが不要であることから、冷却プレートの薄型化、ユニットのコンパクト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る基板処理装置が適用されたレジスト塗布・現像処理システムの全体構成を示す概略平面図。
【図2】本発明の実施形態に係る基板処理装置が適用されたレジスト塗布・現像処理システムの全体構成を示す正面図。
【図3】本発明の実施形態に係る基板処理装置が適用されたレジスト塗布・現像処理システムの全体構成を示す背面図。
【図4】本発明の実施形態が適用される、冷却プレートを有するホットプレートユニット(CHP)を示す断面図。
【図5】図4に示した冷却プレートを有するホットプレートユニット(CHP)を示す平面図。
【図6】図4および図5のホットプレートユニットに用いられた冷却プレートおよび熱交換部を示す斜視図。
【図7】図6の冷却プレートに設けられたヒートパイプを一部切り欠いて示す模式図。
【図8】図4の冷却プレートを有するホットプレートユニットの制御系を示す図。
【図9】図4の冷却プレートを有するホットプレートユニットにおいて、加熱プレートから冷却プレートへウエハを移し替える工程を説明するための図。
【図10】冷却プレートに設けられるヒートパイプの他の例を示す斜視図。
【図11】図10のヒートパイプを冷却プレート自体として用いた例を示す斜視図。
【符号の説明】
50;ケーシング
51;加熱プレート
52,72;プロキシミティピン
71;冷却プレート
73;移動機構
75,100;ヒートパイプ
76;コンテナ
77,105;ウイック
80;熱交換部
81;冷却媒体接触部
101;容器
102;隔壁
103;作動室
CHP;冷却プレートを有するホットプレートユニット
W;半導体ウエハ(基板)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing apparatus that performs thermal processing on a substrate such as a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
In the photolithography process of semiconductor devices, a resist is applied to a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”), the resist film formed thereby is exposed according to a predetermined circuit pattern, and this exposure pattern is developed. By processing, a circuit pattern is formed on the resist film.
[0003]
Conventionally, a resist coating and developing treatment system has been used to carry out such a series of steps. In this resist coating and developing system, wafers are taken out one by one from the cassette in the cassette station and transferred to the processing station. In the processing station, first, a hydrophobic treatment is performed in the adhesion processing unit, then a resist is applied in the resist coating processing unit, and then a pre-baking process is performed. Thereafter, the wafer is transferred from the processing station to the exposure apparatus via the interface unit, and after a predetermined pattern is exposed by the exposure apparatus, it is carried into the processing station again via the interface unit. The exposed wafer is subjected to a post-exposure bake process, followed by a development process in a development processing unit, and then the developed wafer is subjected to a post-bake process. Thus, a series of processing is completed, and the wafer is transferred to the cassette station and accommodated in the wafer cassette.
[0004]
Such a series of processing includes processing steps involving heating of the substrate such as adhesion processing, pre-baking processing, post-exposure baking processing, post-baking processing, etc. as described above. Therefore, a cooling process is performed after these steps.
[0005]
Such a cooling process is performed by a cooling unit that places a wafer on or close to a cooling plate having a cooling mechanism. Conventionally, in this type of cooling unit, a bent cooling water passage is formed in the cooling plate by casting or the like, and the cooling water is circulated in the cooling water passage to cool the cooling plate to a predetermined temperature.
[0006]
On the other hand, the post-exposure bake treatment is usually performed to promote a chemical reaction after exposure when using a chemically amplified resist, and it is necessary to strictly manage not only the processing temperature but also the processing time. For this reason, a hot plate unit having both a heating plate and a cooling plate is used so that the heating plate can be cooled immediately after being heated to a predetermined temperature. And the cooling plate used for such a unit has the structure where the cooling water channel was formed by casting etc. in the cooling plate similarly to the structure mentioned above.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of such a structure in which the cooling water is circulated in the cooling water channel, there is a drawback that it takes a long time to make the cooling temperature of the cooling plate uniform over the entire surface, and the temperature easily varies. In addition, since the pressure loss in the cooling water channel is large, a large cooling water circulation pump is required, and since the bent cooling water channel is formed by casting or the like, the cooling plate must be complex and thick. I don't get it.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and is capable of quickly maintaining a substrate on a plate at a desired temperature, having high temperature uniformity, and having a simple structure and a compact substrate processing. An object is to provide an apparatus.
[0009]
The present invention, first, A substrate processing apparatus capable of heat-treating a substrate and cooling the substrate, the heat-treating unit that places the substrate on or close to the heating plate, and the heat-treating unit is provided separately from the surface. Cooling is performed in order to exchange heat between a plate that is close to or placed on the substrate and cooled, a heat pipe arranged in a straight line in the plate, and a cooling medium at one end of the heat pipe. A heat exchanging section through which a medium flows, and a transport means for transporting a substrate between the heating plate and the plate, and one end of the heat pipe protrudes from the plate. Provided, and the protruding end of the heat pipe is inserted into the heat exchange part A substrate processing apparatus is provided.
[0010]
The present invention secondly, A substrate processing apparatus capable of heat-treating a substrate and cooling the substrate, the heat-treating unit that places the substrate on or close to the heating plate, and the heat-treating unit is provided separately from the surface. A cooling medium is passed through in order to exchange heat between the plate that is placed close to or placed on the substrate and cooled, the heat pipe disposed in the plate, and the cooling medium at one end of the heat pipe. And a moving means for moving the plate between a substrate transfer position of the heating plate and a retreat position separated from the heating plate in order to transfer the substrate between the heating plate and the heating plate. The heat exchanging part and the plate are provided so as to be separable, and when the plate moves, the plate is separated from the heat exchanging part, During the cooling, characterized in that the plate is connected to the heat exchanger A substrate processing apparatus is provided.
[0013]
According to the present invention, the heat pipe is disposed in the plate that is close to or placed on the substrate, and the heat exchanging unit that performs heat exchange by bringing the thermal medium into contact with one end of the heat pipe is provided. The heat pipe makes use of the evaporation and condensation phenomenon of the working fluid filled inside, quickly transporting a large amount of heat from one end to the other, and quickly when there is high or low temperature Since it has the function of transporting heat and making the temperature uniform, the heat of the thermal medium in the heat exchange section can be quickly transported to the plate, and the substrate on the plate can be quickly maintained at the desired temperature. In addition, the temperature of the plate can be made uniform by the temperature equalizing action of the heat pipe, and the temperature uniformity of the substrate can be made good. In addition, since only the heat pipe is provided in the plate, the structure is simple and can be made compact. And A cooling medium is brought into contact with one end of the heat pipe in the heat exchange section By doing Since the cooling heat from the cooling medium is supplied quickly and in large quantities to the plate via the heat pipe, the substrate can be cooled more quickly than when the cooling water is passed through the bent cooling water passage, Due to the temperature equalizing action of the pipe, the temperature uniformity of the plate can be improved and the temperature uniformity of the substrate can be made better than when cooling water is passed through the cooling water channel. In addition, since it is only necessary to provide a heat pipe in the plate, the structure can be simplified as compared with the conventional case of forming a bent cooling water channel in the cooling plate, and cooling water channel formation by casting or the like is unnecessary. In addition, since a large circulation pump is not required, the cooling plate can be made thinner and the unit can be made compact.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
1 is a schematic plan view showing a resist coating / development processing system to which a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention is applied, FIG. 2 is a front view thereof, and FIG. 3 is a rear view thereof.
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
In the
[0018]
The
[0019]
As shown in FIG. 3, the main
[0020]
The
[0021]
Further, as shown in FIG. 1, in this embodiment, four processing units G 1 , G 2 , G 3 , G 4 Are actually arranged around the
[0022]
Of these, the first and second processing units G 1 , G 2 Are arranged in parallel on the front side of the system (front side in FIG. 1), and the third processing unit G 3 Is arranged adjacent to the
[0023]
First processing unit G 1 And the second processing unit G 2 In each case, a resist coating unit (COT) for coating a resist on the wafer W and a developing unit (DEV) for developing a resist pattern are stacked in two stages from the bottom.
[0024]
Third processing unit G 3 In FIG. 3, oven-type processing units that perform predetermined processing by placing the wafer W on the mounting table SP are stacked in multiple stages. That is, a cooling unit (COL) that performs a cooling process, an adhesion unit (AD) that performs a so-called hydrophobic process for improving the fixability of the resist, an alignment unit (ALIM) that performs alignment, and a wafer W are carried in and out. The extension unit (EXT), four hot plate units (HP) that heat-treat the wafer W before and after the exposure process, and after the development process are stacked in eight stages in order from the bottom. A cooling unit (COL) may be provided instead of the alignment unit (ALIM), and the cooling unit (COL) may have an alignment function.
[0025]
Fourth processing unit G 4 Also, oven-type processing units are stacked in multiple stages. That is, a cooling unit (COL), an extension / cooling unit (EXTCOL), which is a wafer loading / unloading section equipped with a cooling plate, an extension unit (EXT), a cooling unit (COL), and a hot plate unit (CHP) with two cooling plates And two normal hot plate units (HP) are stacked in 8 steps from the bottom.
[0026]
On the back side of the main
[0027]
The
[0028]
In such a resist coating and developing system, first, in the
[0029]
The wafer W is transferred from the extension unit (EXT) to the
[0030]
After completion of the adhesion process, the wafer W cooled by the cooling unit (COL) is subsequently transferred to the resist coating unit (COT) by the
[0031]
The cooled wafer W is transferred to the third processing unit G. 3 After being transferred to the alignment unit (ALIM) and aligned there, the fourth processing unit group G 4 Are transferred to the
[0032]
In the
[0033]
The exposed wafer W is returned to the
[0034]
Thereafter, the wafer W is transferred to a developing unit (DEV) where the exposure pattern is developed. After the development is completed, the wafer W is transferred to one of the hot plate units (HP), subjected to a post-baking process, and then cooled by a cooling unit (COL). After such a series of processing ends, the third processing unit group G 3 Is returned to the
[0035]
Next, a hot plate unit (CHP) having a cooling plate to which the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 4 is a cross-sectional view showing a hot plate unit (CHP) having a cooling plate to which the embodiment of the present invention is applied, FIG. 5 is a schematic plan view thereof, FIG. 6 is a schematic view of the cooling plate in the unit of FIGS. FIG. 7 is a perspective view showing the heat exchanging portion, FIG. 7 is a schematic view showing a part of the heat pipe provided on the cooling plate, and FIG. 8 is a view showing a control system of the hot plate unit of FIG.
[0036]
The hot plate unit (CHP) having the cooling plate has a
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
A
[0040]
The
[0041]
Proximity pins 72 are provided on the
[0042]
In the
[0043]
One end of the
[0044]
A plurality of
[0045]
In the hot plate unit (CHP) having the cooling plate configured as described above, the heat treatment of the wafer W is performed as follows.
[0046]
First, the wafer W after the exposure processing is carried by the
[0047]
In this state, the wafer W is heated by the
[0048]
After the wafer W is heated for a predetermined time, the wafer W is pushed up by the lifting pins 56, and then the cooling
[0049]
In the cooling process of the wafer W, one end of the
[0050]
Further, since it is only necessary to provide the
[0051]
In particular, in the case of a hot plate unit (CHP) having such a cooling plate, it is necessary to move the
[0052]
Next, another example of the heat pipe provided in the
[0053]
Such a
[0054]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. In the above embodiment, the example in which the present invention is applied to the cooling mechanism of the hot plate unit (CHP) having the cooling plate has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also applied to a normal cooling unit (COL) having only the cooling plate. It goes without saying that you can do it. In the above embodiment, the present invention is applied to the cooling process. However, if a heating medium is used as a thermal medium supplied to the heat exchanging unit, a large amount of heat is quickly transported through the heat pipe to quickly move the plate. Since it can be heated and the temperature equalizing action of the heat pipe can be exhibited, it can also be applied to heat treatment. In the above embodiment, the cooling water is exemplified as the cooling medium that is the thermal medium. However, the present invention is not limited to this, and other liquids may be used. In addition, when a heating medium is used as the thermal medium, a high-temperature liquid or gas, a spray flow, or the like can be used.
[0055]
Further, the heat pipe is not limited to that shown in the embodiment, and various types of heat pipes can be used. For example, it is not always necessary to use a plurality of heat pipes, and one wide heat pipe can be used. In this case, the plate itself can be used as one heat pipe if the inside of the plate is made hollow and the working fluid is filled therein.
[0056]
Furthermore, in the above-described embodiment, the wafer is placed on the proximity pins and indirectly heated and cooled. However, the wafer may be placed in direct contact with the plate. In the above embodiment, the case where a semiconductor wafer is used as the substrate has been described. However, the present invention can also be applied to a case where heat treatment is performed on a substrate other than the semiconductor wafer, for example, an LCD substrate. Furthermore, although the case where the present invention is applied to a unit of a resist coating and developing treatment system has been shown, it goes without saying that the present invention can be applied to substrate cooling and heating for other purposes.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, heat exchange is performed by placing a heat pipe in a plate that is close to or placing a substrate and bringing a thermal medium into contact with one end of the heat pipe for heat exchange. The heat pipe has a function to easily transport a large amount of heat from one end to the other, and a function to quickly transport heat and make the temperature uniform when there is high or low temperature in it. Therefore, the heat of the thermal medium in the heat exchange part can be quickly transported to the plate, the substrate on the plate can be quickly maintained at a desired temperature, and the temperature equalizing action of the heat pipe The temperature of the plate can be made uniform, and the temperature uniformity of the substrate can be made good. In addition, since only the heat pipe is provided in the plate, the structure is simple and can be made compact.
[0058]
In particular, when the cooling medium is brought into contact with one end of the heat pipe in the heat exchanging section, since the cooling heat from the cooling medium is supplied to the plate through the heat pipe quickly and in large quantities, the conventional bending is performed. The substrate can be cooled more quickly than when cooling water is supplied to the cooling water channel, and the temperature uniformity of the heat pipe can improve the temperature uniformity of the plate compared to when cooling water is supplied to the cooling water channel. The temperature uniformity of the substrate can be made better. In addition, since it is only necessary to provide a heat pipe in the plate, the structure can be simplified as compared with the conventional case of forming a bent cooling water channel in the cooling plate, and cooling water channel formation by casting or the like is unnecessary. In addition, since a large circulation pump is not required, the cooling plate can be made thinner and the unit can be made compact.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing an overall configuration of a resist coating / development processing system to which a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a front view showing an overall configuration of a resist coating / development processing system to which a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 3 is a rear view showing an overall configuration of a resist coating / development processing system to which a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a hot plate unit (CHP) having a cooling plate to which an embodiment of the present invention is applied.
5 is a plan view showing a hot plate unit (CHP) having the cooling plate shown in FIG. 4. FIG.
6 is a perspective view showing a cooling plate and a heat exchanging unit used in the hot plate unit of FIGS. 4 and 5. FIG.
7 is a schematic view showing a heat pipe provided on the cooling plate of FIG.
8 is a diagram showing a control system of a hot plate unit having the cooling plate of FIG.
9 is a view for explaining a process of transferring a wafer from a heating plate to a cooling plate in the hot plate unit having the cooling plate of FIG. 4;
FIG. 10 is a perspective view showing another example of a heat pipe provided on the cooling plate.
11 is a perspective view showing an example in which the heat pipe of FIG. 10 is used as a cooling plate itself.
[Explanation of symbols]
50; casing
51; heating plate
52,72; Proximity pins
71; cooling plate
73; Movement mechanism
75,100; heat pipe
76; Container
77,105; wick
80; heat exchanger
81; Cooling medium contact portion
101; container
102; partition wall
103; working chamber
CHP; Hot plate unit with cooling plate
W: Semiconductor wafer (substrate)
Claims (7)
加熱プレートに基板を載置または近接して加熱処理する加熱処理部と、
この加熱処理部とは別個に設けられ、その表面に基板を近接または載置して冷却するプレートと、
このプレート内に直線状に配置されたヒートパイプと、
このヒートパイプの一方の端部において冷却媒体との間で熱交換を行うために冷却媒体を通流する熱交換部と、
前記加熱プレートと前記プレートとの間で基板を搬送するための搬送手段と、を具備し、
前記ヒートパイプの一方の端部は、前記プレートから突出して設けられ、このヒートパイプの突出した端部が前記熱交換部に挿入されていることを特徴とする基板処理装置。A substrate processing apparatus capable of heating a substrate and cooling the substrate,
A heat treatment unit for placing the substrate on the heating plate or in proximity to the heat treatment unit; and
A plate that is provided separately from the heat treatment unit and that cools the substrate on or close to the surface thereof,
A heat pipe arranged in a straight line in the plate;
A heat exchange section through which the cooling medium flows in order to exchange heat with the cooling medium at one end of the heat pipe;
Transport means for transporting a substrate between the heating plate and the plate ,
One end portion of the heat pipe is provided so as to protrude from the plate, and the protruding end portion of the heat pipe is inserted into the heat exchange portion .
加熱プレートに基板を載置または近接して加熱処理する加熱処理部と、 A heat treatment unit for placing the substrate on the heating plate or in proximity to the heat treatment;
この加熱処理部とは別個に設けられ、その表面に基板を近接または載置して冷却するプレートと、 A plate that is provided separately from the heat treatment unit and that cools the substrate by placing it on or close to the surface,
このプレート内に配置されたヒートパイプと、 A heat pipe arranged in this plate;
このヒートパイプの一方の端部において冷却媒体との間で熱交換を行うために冷却媒体を通流する熱交換部と、 A heat exchange section through which the cooling medium flows in order to exchange heat with the cooling medium at one end of the heat pipe;
前記加熱プレートと前記プレートとの間で基板を搬送するために、前記プレートを前記加熱プレートの基板受け渡し位置および加熱プレートから離隔した退避位置の間で移動させる移動手段と Moving means for moving the plate between a substrate delivery position of the heating plate and a retracted position separated from the heating plate in order to transport the substrate between the heating plate and the plate;
を具備し、Comprising
前記熱交換部と前記プレートとは切り離し可能に設けられ、前記プレートが移動する際には前記プレートが前記熱交換部から切り離され、基板の冷却の際には前記プレートが前記熱交換部に接続されることを特徴とする基板処理装置。 The heat exchange part and the plate are detachably provided, the plate is separated from the heat exchange part when the plate moves, and the plate is connected to the heat exchange part when the substrate is cooled. A substrate processing apparatus.
前記ヒートパイプの一方の端部に接触させる冷却媒体の供給量を調節する弁と、
前記温度センサーの検出情報に基づいて前記弁を操作することにより冷却媒体の量を調整して前記ヒートパイプに供給される冷熱の量を制御する制御手段と
をさらに具備することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の基板処理装置。A temperature sensor for detecting the temperature of the plate;
A valve for adjusting a supply amount of a cooling medium brought into contact with one end of the heat pipe;
The apparatus further comprises control means for controlling the amount of cooling heat supplied to the heat pipe by adjusting the amount of the cooling medium by operating the valve based on detection information of the temperature sensor. The substrate processing apparatus of any one of Claims 1-6.
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