JP4021140B2

JP4021140B2 - 加熱処理装置

Info

Publication number: JP4021140B2
Application number: JP2000291714A
Authority: JP
Inventors: 光広田上; 哲也小田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: JP2001168023A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，基板の加熱処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造におけるフォトレジスト処理工程においては，半導体ウエハ（以下，「ウエハ」）の表面にレジスト液を塗布した後の加熱処理（プリベーキング）や，パターンの露光を行った後の加熱処理（ポストエクスポージャーベーキング）等，種々の加熱処理が行われている。
【０００３】
これらの加熱処理は，通常，加熱処理装置によって行われる。この加熱処理装置は，処理容器内にアルミニウムからなる厚みのある円盤状の熱板を有しており，この熱板は，熱板を支持する支持部材上に設置され，さらに前記支持部材の外周には例えばアルミニウムからなる外周壁が配置されている。そしてこの熱板上に処理対象となるウエハを載置し，前記熱板に内蔵されている発熱体によって熱板を所定温度に加熱することで，ウエハを加熱処理するようにしていた。
【０００４】
ところで形成する半導体デバイスの種類やレジスト液の種類，プロセスの種類等により，例えばウエハを１４０℃に加熱したり，あるいはそれより低温の９０℃に加熱するなど，加熱処理の際の温度が異なる場合がある。この場合，例えば今まで１４０℃の加熱処理していた熱板を，９０℃用に変更する際には，熱板を例えば９０℃まで一旦降温させる必要がある。この場合，従来のこの種の加熱処理装置は，格別冷却のための機構等は装備していないので，単に自然冷却させていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，前記所定温度にまで冷却する場合，自然冷却のみに委ねていると，熱板を支持する支持部材はもちろんのこと，該支持部材の外周を囲む外周壁にも熱が蓄えられているので，前記所定温度に達して面内が均一になるためには相当程度の長時間を要し，好ましくない。これを改善するため，予め例えば１４０℃用，９０℃用と各々処理温度毎に専用の加熱処理装置を用意すれば，冷却時間の問題は解消できるが，そうすると多数の加熱処理装置が必要となって，通常各種レジスト処理装置が集約化されて使用されている塗布現像処理装置が肥大化してしまい，好ましくない。
【０００６】
本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，加熱処理装置の熱板を従来よりも高速に冷却することができる機能を備えた加熱処理装置を提供して，前記問題の解決を図ることをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は，基板を載置して加熱する熱板と，前記熱板を支持する支持部材の外周を囲む外周壁とを有する加熱処理装置において，前記外周壁の表面には，フィンが形成され，前記支持部材は，熱板の周縁部を支持し，前記熱板の裏面には，熱板を加熱するヒータが取り付けられ，前記熱板の裏面に対して冷却用の気体を吹き付けるノズルを有することを特徴としている。
【０００８】
このように，前記外周壁の表面にフィンを形成することにより，前記外周壁の熱容量を減少させることができる。また前記外周壁の表面積が増大するので，前記外周壁に蓄えられている熱の放熱効率が向上する。その結果，前記支持部材に支持された前記熱板を従来よりも速く冷却することができる。
【０００９】
請求項１の外周壁に対して，請求項２の記載のように，冷却用の気体を供給する気体供給手段を有するようにしても良い。
【００１０】
このように，前記外周壁に冷却用の気体を供給することにより，前記外周壁に蓄えられていた熱がより早く失われるので，前記熱板をより速く冷却させることができる。
【００１１】
請求項３の発明は，請求項１，２に記載のフィン間に，冷却用の流体が流れるチューブを設けることを特徴としている。
【００１２】
請求項３によれば，前記フィン間に，冷却用の流体を流すチューブを設けることにより，前記外周壁に蓄えられていた熱が急速に奪われるので，その結果，前記外周壁の内側に位置する前記熱板の降温速度が従来よりも向上される。なお，前記流体は，気体，液体のいずれでも良い。また，チューブの材質としては，熱伝導性の良好な金属，例えばアルミニウムが適している。
【００１３】
この場合，前記チューブは，断面外周形状が円形のものを採用し，それと共に外周壁の表面におけるフィン間の断面形状を半円形したり，あるいはチューブの断面外周形状が円形のものを採用し，それに伴って，外周壁の表面におけるフィン間の形状を略コ字形とすれば，外周壁とチューブとの接触面積が増大し，さらに効率よく外周壁から熱を奪うことが可能になる。
【００１４】
請求項４の発明は，請求項２において，前記気体供給手段から供給される気体は，前記ノズルに供給される気体であることを特徴としている。
【００１５】
請求項４の発明によれば，気体供給手段により供給される気体として，前記熱板の裏面に吹き付ける気体を用いることにより，格別冷却用の気体を別途供給する必要がない。したがって，例えば，前記気体供給手段の配管を簡素化できる。
【００１６】
かかる請求項３の発明において，請求項５のように，前記チューブ内を流れる流体を気体として，この前記気体は，前記ノズルに供給される気体であるとしても良い。
【００１７】
このように，前記チューブ内に流れる気体として，前記熱板の裏面に吹き付ける気体を用いることにより，格別冷却用の気体を別途供給する必要がない。従って，例えば，前記気体供給手段の配管を簡素化できる。
【００１８】
請求項６の発明は，基板を載置して加熱する熱板と，前記熱板を支持する支持部材の外周を囲む外周壁とを有する加熱処理装置において，前記外周壁は，冷却用の流体が流れるチューブを有し，前記チューブは，前記外周壁の表面に接触して設けられ，前記支持部材は，熱板の周縁部を支持し，前記熱板の裏面には，熱板を加熱するヒータが取り付けられ，前記熱板の裏面に対して冷却用の気体を吹き付けるノズルをさらに有することを特徴としている。
【００１９】
このように，前記外周壁が，冷却用の流体が流れるチューブを有することにより，前記外周壁に蓄えられていた熱が早く奪われるため，前記外周壁の内側に位置する前記熱板が，従来よりも早く冷却されることができる。
【００２０】
請求項７の発明は，請求項６において，前記チューブ内を流れる流体を気体として，この前記気体は，前記ノズルに供給される気体であることを特徴としている。
【００２１】
このように，前記チューブ内に流れる気体として，前記熱板の裏面に吹き付ける気体を用いることにより，格別冷却用の気体を別途供給する必要がない。
【００２２】
また請求項１０のように，前記外周壁の内部に，冷却用の流体，好ましくは気体が流れる流路を形成すれば，より一層効率よく外周壁から熱を奪うことが可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態について説明すると，図１は本実施の形態にかかる加熱処理装置が組み込まれた塗布現像処理装置１の平面図，図２は同じく背面図であり，この塗布現像処理装置１は，例えば２５枚のウエハＷをカセットＣ単位で外部から塗布現像処理装置１に対して搬入出したり，カセットＣに対してウエハＷを搬入出したりするカセットステーション２と，塗布現像処理工程の中で枚葉式に所定の処理を施すユニットとしての各種処理装置を多段配置してなる処理ステーション３と，この処理ステーション３に隣接して設けられている露光装置（図示せず）との間でウエハＷの受け渡しをするインターフェイス部４とを一体に接続した構成を有している。
【００２４】
カセットステーション２では，カセット載置台５上の所定の位置に，複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在である。そして，このＸ方向とカセットＣに収容されたウエハＷのウエハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）に対して移動自在なウエハ搬送体７が搬送路８に沿って設けられており，各カセットＣに対して選択的にアクセスできるようになっている。
【００２５】
ウエハ搬送体７は，後述するように処理ステーション３側の第３の処理ユニット群G３に属するアライメントユニット３２とエクステンションユニット３３に対してもアクセスできるように構成されている。
【００２６】
処理ステーション３では，その中心部に主搬送装置１６が設けられており，主搬送装置１６の周辺には各種処理ユニットが多段に配置されて処理ユニット群を構成している。本塗布現像処理装置１においては，４つの処理ユニット群G1，G2，G3，G4が配置されており，第１及び第２の処理ユニット群G1，G2は塗布現像処理装置１の正面側に，第３の処理ユニット群G3は，カセットステーション２に隣接して配置され，第４の処理ユニット群G4は，インターフェイス部４に隣接して配置されている。なおオプションとして，破線で示した第５の処理ユニット群G5が背面側に別途配置可能である。
【００２７】
第１の処理ユニット群G1，第２の処理ユニット群G2は，各々スピンナ型処理ユニット，例えばウエハＷに対してレジストを塗布して処理するレジスト塗布ユニット１７，１８と，ウエハＷに現像液を供給して処理する現像処理ユニット（図示せず）が下から順に２段に配置されている。
【００２８】
第３の処理ユニット群G3は，図２に示すように，ウエハＷを載置台に乗せて所定の処理を施すオーブン型の処理ユニットであり冷却処理を行うクーリングユニット３０，レジスト液とウエハＷとの定着性を高めるためのアドヒージョンユニット３１，ウエハＷの位置合わせを行うアライメントユニット３２，ウエハＷを待機させるエクステンションユニット３３，レジスト液塗布後にシンナー溶剤を乾燥させるプリベーキングユニット３４，３５及び現像処理後の加熱処理を施すポストベーキングユニット３６，３７等が下から順に例えば８段に重ねられている。
【００２９】
第４の処理ユニット群G4では，例えばクーリングユニット４０，そして本実施の形態にかかる加熱処理装置としてのポストエクスポージャーベーキングユニット４１，エクステンションユニット４２，プリベーキングユニット４３，４４，ポストベーキングユニット４５，４６等が下から順に例えば７段に重ねられている。
【００３０】
インターフェイス部４の中央部にはウエハ搬送体５０が設けられている。このウエハ搬送体５０は，第４の処理ユニット群G4に属するエクステンション・クーリングユニット４２，及び周辺露光装置５１及びパターンの露光装置（図示せず）に対してアクセスできるように構成されている。
【００３１】
次に加熱処理装置としての前記ポストエクスポージャーベーキングユニット４１について詳細に説明する。図３に示したように，このポストエクスポージャーベーキングユニット４１は，ケーシング６１内に，上側に位置して上下動自在な蓋体６２と，下側に位置して蓋体６２と一体となって処理室Ｓを形成する熱板収容部６３とからなっている。
【００３２】
蓋体６２は，中心部に向かって次第に高くなる略円錐状の形態を有し，頂上部には排気部６２ａが設けられており，処理室Ｓ内の雰囲気は排気部６２ａから均一に排気されるようになっている。
【００３３】
熱板収容部６３は，中央の円盤状の熱板７０，熱板７０の周縁部を支持する断熱性の良好な支持部材としてのサポート６５，サポート６５の外周を囲む略円筒状の外周壁６６，熱板収容部６３の外周の略円筒状のケース６４を有している。また，サポート６５は，略円筒状の支持台６８によって支持されている。
【００３４】
外周壁６６は，例えばアルミニウムからなり，図４に示すように略円筒状の形態を有している。外周壁６６の外側表面には，環状の溝部６６ｂが形成され，これによって，外周壁６６の熱容量を減らし，表面積を増やすためのフィン６６ａが形成される。前記溝部６６ｂは，円周方向に所定の幅で，所定の深さで複数本形成されており，これらの各溝部６６ｂは，等間隔で平行に設けられている。その結果，外周壁６６は，この溝部６６ｂにより，外周壁６６に蓄えられる熱量が減少すると共に，放熱効率が向上する。さらに，この外周壁６６の上面には，吹き出し口６６ｃが設けられ，処理室Ｓ内に向けて例えば空気や不活性ガス等を吹き出すことが可能になっている。
【００３５】
また，外周壁６６とケース６４の間には，フィン６６ａに向けて例えば冷却用の気体，たとえば常温のエアを外周壁６６の中心方向に吹き出すノズル６７が環状に，例えば８カ所に設けられている。ノズル６７の数は複数，任意のものでよい。各ノズル６７は，エア供給管７６で連通しており，ケーシング６１外からエアが供給されると，各ノズル６７から，各々同一風速のエアが外周壁６６のフィン６６ａに向けて吹きつけられるようになっている。
【００３６】
サポート６５に支持される熱板７０は，例えばアルミニウムからなり，その裏面には，給電によって発熱するヒータ７１が取り付けられている。またサポート６５を支持する支持台６８の下面には，例えばパンチングメタルのように，多数の通気部７２が形成された穴あきの底板７３が取り付けられている。
【００３７】
前記底板７３上には，熱板７０の裏面に向けて例えば冷却用の気体，たとえば常温のエアを垂直方向に吹き出すノズル７４が８カ所に設けられている。このノズル７４の配置は，図５に示したように，同心状に各々４カ所ずつ配置されており，平面からみて，熱板７０の温度測定用の温度センサ７５（図５中のｘで示している）の位置と重ならないように設定されている。各ノズル７４は，上述した外周壁６６の溝部６６ｂに吹き付けるノズル６７と同様にエア供給管７６で連通しており，ケーシング６１外からエアが供給されると，各ノズル７４から，各々同一風速のエアが熱板７０の裏面に向けて吹きつけられるようになっている。
【００３８】
熱板７０には，ウエハＷを昇降させる際の３本の昇降ピン８１が，熱板７０上から突出するための孔８２が３カ所に形成されている。そしてこれら各孔８２と底板７３との間には，昇降ピン８１の外周を被ってノズル７４とは雰囲気隔離するための筒状のガイド８３が各々垂直に配置されている。これらガイド８３によって熱板７０下に配線されている各種コードなどによって昇降ピン８１の上下動が支障を受けることはなく，またノズル７４から吹き出されるエアが孔８２からウエハＷに向けて吐出されることを防止できる。なお昇降ピン８１は，モータ等の適宜の駆動装置８４によって上下動自在である。
【００３９】
ケース６４の下部周囲には，適宜の排気口６４ａが形成されており，またポストエクスポージャーベーキングユニット４１のケーシング６１の下部側方にも適宜の排気口６１ａが形成され，前記排気口６１ａには，前記した塗布現像処理装置１の他の処理ユニットからの排気を集中して行っている排気部（図示せず）に通ずる排気管８５が接続されている。
【００４０】
本実施の形態にかかるポストエクスポージャーベーキングユニット４１は以上のように構成されており，パターンの露光が塗布現像処理装置１の隣接した露光装置（図示せず）で行われた後のポストエクスポージャベーキングを担っている。すなわち，露光処理後のウエハＷが昇降ピン８１によって熱板７０上に載置されると，たとえばヒータ７１の加熱により，ウエハＷが１４０℃に加熱される。そして所定時間の加熱が終了すると，昇降ピン８１が上昇してウエハＷを支持する。その後ウェハＷは主搬送装置１６に受け渡されて，次のクーリングユニット４０に搬送される。
【００４１】
ところで，プロセスやレジストの種類などによって露光後のポストエクスポージャベーキングの温度も異なっている。したがって，前記したように１４０℃で加熱する場合だけではなく，それより低温，たとえば９０℃で加熱する場合もある。この場合，熱板７０を速やかに冷却して９０℃の加熱準備を行う必要があるが，本実施の形態にかかるポストエクスポージャーベーキングユニット４１は，そのような熱板７０の降温に対して好適に対処できる。
【００４２】
すなわち，１４０℃で加熱処理を行うロットの最後のウエハＷの加熱処理が終了した後，ケーシング６１外からエアが供給され，エア供給管７６を介して，図６に示したように，ノズル７４から常温のエアを熱板７０の裏面に吹きつけ，同じくノズル６７から常温のエアを外周壁６６のフィン６６ａに吹き付ける。
【００４３】
そうすると，吹きつけられる常温のエアによって，熱板７０と，フィン６６ａを形成して放熱効率が向上した外周壁６６は冷却される。従って，１４０度で加熱処理が行われている間に外周壁６６に蓄えられていた熱が，吹き付けられているエアによって奪われるため，熱板７０は，外周壁６６が溝部６６ｂを持たず，エアを吹き付けなかった従来よりも速く降温されるようになる。したがって，異なった温度への設定変更をする場合においても時間がかからず，スループットの向上が図られる。
【００４４】
以上の実施の形態において，図７に示すように，外周壁６６の溝部６６ｂに，冷却用の流体の流れる，例えば熱伝導性の良いアルミニウムからなるチューブ８０を設けて，外周壁６６を冷却しても良い。また外周壁６６に溝部６６ｂを設けずに，チューブ８０だけを外周壁６６の表面に接触して設けても，従来に比べて外周壁６６に蓄えられている熱をより速く減少させることができる。さらにチューブ８０内を流れる流体として，水のような液体を用いても，エアのような気体を用いても良い。エアを用いる場合には，上述したように，熱板の裏面に吹き付けるエア供給管７６から供給されるエアを利用しても良い。
【００４５】
溝部６６ｂの断面形状は，図８に示したように，チューブ８０の外周の形状に合わせて半円形状とするのが好ましい。それによって，チューブ８０の表面と，溝部６６ｂの表面とが接触する面積がより増大し，外周壁６６をすばやく冷却することが可能になる。
【００４６】
また図９に示したように，溝部６６ｂの断面形状は角型（コ字形）としたままで，チューブ９０の断面外周形状を，四角形としてもよい。この場合にも，チューブ９０の表面と，溝部６６ｂの表面とが接触する面積がより増大し，外周壁１６６をすばやく冷却することが可能になる。
【００４７】
また図１０に示したように，冷却用の流体が流れる流路９２を，外周壁６６の内部に設けてもよい。この流路９２内に冷却用の流体，例えばドライエアを流すことにより，外周壁６６効率よく冷却することが可能である。
【００４８】
なお，前記実施の形態は，ポストエクスポージャーベーキングを行う加熱処理装置として具体化されていたが，もちろんプリベーキングユニット等の他の加熱処理装置としてもよい。さらには，基板はウエハであったが，もちろん方形の他の基板，たとえばＬＣＤ基板の加熱処理装置に対しても適用可能である。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１によれば，熱板を支持する支持部材の外周を囲む外周壁の熱容量が減少し，前記外周壁の表面積が増大するので，外周壁の内側に位置する前記熱板を従来よりも速く冷却することができる。したがって，１つの加熱処理装置を異なった温度の加熱処理用に兼用しても，従来よりも異なった温度への設定変更に時間がかからず，スループットの向上に寄与する。
【００５０】
請求項２によれば，熱板を支持する支持部材の外周を囲む外周壁に冷却用の気体を供給して，前記外周壁に蓄えられていた熱がより早く放熱されるように促進する。その結果，請求項１よりもさらに効率的に前記熱板を冷却できるので，従来よりも異なった温度への設定変更にかかる時間が短縮され，スループットが向上する。
【００５１】
請求項３によれば，外周壁に設けられたフィン間に，冷却用の流体を流すチューブを設けて，前記外周壁の放熱速度を向上させることができる。その結果，前記外周壁の内側に位置する前記熱板の降温速度が増し，異なった温度への設定変更に時間がかからず，スループットが向上する。
【００５２】
請求項４の発明によれば，熱板の裏面に吹き付ける気体を用いて，外周壁に気体を供給することにより，熱板の高速冷却を可能にすると共に，格別冷却用の気体を別途供給する必要がない。したがって，スループットの向上に加え，配管等が簡素化し，加熱処理装置全体としてコンパクト化が図られる。
【００５３】
請求項５によれば，熱板の裏面に吹き付ける気体を用いて，外周壁に設けられたチューブに気体を供給することにより，熱板の高速冷却を可能にすると共に，格別冷却用の気体を別途供給する必要がない。したがって，スループットの向上に加え，気体供給手段の配管等が簡素化し，加熱処理装置全体としてコンパクト化が図られる。
【００５４】
請求項６によれば，熱板を支持する支持部材の外周を囲む外周壁表面に，冷却用の流体が流れるチューブが設けられ，前記外周壁の放熱が促進される。したがって，前記外周壁の内側に位置する熱板が，従来よりも速く冷却されるので，異なった温度への設定変更にかかる時間が削減され，スループットの向上が図られる。
【００５５】
請求項７によれば，熱板の裏面に吹き付ける気体をチューブ内に流れる気体として用いることにより，熱板の高速冷却を可能にすると共に，格別冷却用の気体を別途供給する必要がない。したがって，スループットの向上に加え，気体供給手段の配管等が簡素化し，加熱処理装置全体としてコンパクト化が図られる。
【００５６】
請求項８，９によれば，チューブと外周壁との接触面積が増大し，外周壁をさらに急速に冷却することが可能である。また請求項１０によれば，外周壁の外形に変更を加えることなく，外周壁を急速に冷却することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるポストエクスポージャーベーキングユニットが組み込まれた塗布現像処理装置の平面からみた説明図である。
【図２】図２の塗布現像処理装置の背面からみた説明図である。
【図３】実施の形態にかかるポストエクスポージャーベーキングユニットの側面からの断面説明図である。
【図４】図３のポストエクスポージャーベーキングユニット内の外周壁の縦断面説明図である。
【図５】実施の形態にかかるポストエクスポージャーベーキングユニットの平面からの説明図である。
【図６】実施の形態にかかるポストエクスポージャーベーキングユニットにおける熱板の裏面と外周壁にエアを吹き付けている状態を示す側面からの説明図である。
【図７】実施の形態にかかるポストエクスポージャーベーキングユニットにおける外周壁の溝部に，冷却用の流体を流すチューブを設けた場合を説明する拡大説明図である。
【図８】外周壁の溝部の断面形状を半円形として，チューブを設けた場合を説明する拡大説明図である。
【図９】外周壁の溝部に設けるチューブの断面形状が四角形の場合を説明する拡大説明図である。
【図１０】外周壁の内部に冷却用流体の流路を設けた場合を説明する拡大説明図である。
【符号の説明】
１現像塗布処理装置
４１ポストエクスポージャーベーキングユニット
６６外周壁
６６ａフィン
６６ｂ溝部
６７ノズル
７０熱板
８０チューブ
Ｗウェハ

Claims

基板を載置して加熱する熱板と，
前記熱板を支持する支持部材の外周を囲む外周壁とを有する加熱処理装置において，
前記外周壁の表面には，フィンが形成され，
前記支持部材は，熱板の周縁部を支持し，
前記熱板の裏面には，熱板を加熱するヒータが取り付けられ，
前記熱板の裏面に対して冷却用の気体を吹き付けるノズルを有することを特徴とする，加熱処理装置。
前記外周壁に対して冷却用の気体を供給する気体供給手段を有することを特徴とする，請求項１に記載の加熱処理装置。
前記フィン間には，冷却用の流体が流れるチューブが設けられていることを特徴とする，請求項１又は２のいずれかに記載の加熱処理装置。
前記気体供給手段から供給される気体は，前記ノズルに供給される気体であることを特徴とする，請求項２に記載の加熱処理装置。
前記チューブ内を流れる流体は気体であって，
前記気体は，前記ノズルに供給される気体であることを特徴とする，請求項３に記載の加熱処理装置。
基板を載置して加熱する熱板と，
前記熱板を支持する支持部材の外周を囲む外周壁とを有する加熱処理装置において，
前記外周壁は，冷却用の流体が流れるチューブを有し，
前記チューブは，前記外周壁の表面に接触して設けられ，
前記支持部材は，熱板の周縁部を支持し，
前記熱板の裏面には，熱板を加熱するヒータが取り付けられ，
前記熱板の裏面に対して冷却用の気体を吹き付けるノズルをさらに有することを特徴とする，加熱処理装置。
前記チューブ内を流れる流体は気体であって，
前記気体は，前記ノズルに供給される気体であることを特徴とする，請求項６に記載の加熱処理装置。
前記チューブは，断面外周形状が円形であって，外周壁の表面におけるフィン間の形状は断面が半円形であることを特徴とする，請求項３に記載の加熱処理装置。
前記チューブは，断面外周形状が四角形であって，外周壁の表面におけるフィン間の形状は略コ字形であることを特徴とする，請求項３に記載の加熱処理装置。
前記外周壁の内部に，冷却用の流体が流れる流路が形成されていることを特徴とする，請求項１，２，３，４，５，６，７，８又は９に記載の加熱処理装置。