JP4104909B2

JP4104909B2 - 基板冷却装置および処理装置

Info

Publication number: JP4104909B2
Application number: JP2002162869A
Authority: JP
Inventors: 清久立山
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2017-02-14
Also published as: JP2003068636A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハやＬＣＤ基板等の基板に対して行われる処理において温度が高められた状態の基板を冷却する基板冷却装置およびそれを備えた処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスや液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の製造においては、基板である半導体ウエハやにＬＣＤ基板にフォトレジスト液を塗布してレジスト膜を形成し、回路パターンに対応してレジスト膜を露光し、これを現像処理するという、いわゆるフォトリソグラフィー技術により回路パターンが形成される。
【０００３】
このような塗布・現像処理においては、レジスト膜を形成する際に、フォトレジストの安定化のためのプリベーク、露光後のポストエクスポージャーベーク、および現像後のポストベーク等の熱処理が施される。また、これらの熱処理後の温度が高められた基板を冷却するための冷却工程が行われる。
【０００４】
従来、熱処理後の温度が高められた基板を冷却する場合、基板を支持する支持体であるクーリングプレート上において熱交換を行っている。具体的には、冷却素子であるペルチェ素子を取り付けたクーリングプレートや、冷却水を循環させるための管路を設けたクーリングプレート上に温度が高められた基板を載置し、ペルチェ素子や冷却水と基板との間で熱交換を行い基板の温度を低下させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記基板冷却方法において、タクトタイムを短くするためには、
効率良く基板を冷却する必要があり、このためには、クーリングプレートに基板全面を直接接触させる必要がある。この場合、基板冷却後に基板をクーリングプレートから脱離させるときに静電気が発生し、基板が帯電してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、効率良く基板を冷却することができる基板冷却装置およびそれを用いた処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点では、温度が高められた基板を冷却する基板冷却装置であって、冷却手段を有する冷却板と、前記冷却板の上面に設けられ、基板を前記冷却板から浮かせた状態で支持するための支持部と、この支持部に支持された基板の周囲に冷却媒体を直接接触させるための冷却媒体供給手段とを具備し、前記冷却手段は、前記冷却板内の上部に設けられた冷却素子と、前記冷却板内の前記冷却素子の周囲に設けられ、前記冷却板および基板を冷却する冷却水が通流される第１の冷却水管路と、前記支持体内の下部に設けられ、前記冷却素子を冷却する冷却水を通流する第２の冷却水管路とを具備することを特徴とする基板冷却装置を提供する。
【０００８】
本発明の第２の観点では、基板に液体を供給して所定の処理を行う液処理部と、液処理後の基板に対して熱処理が行われ、基板の温度が高められる熱処理部と、温度が高められた基板を冷却する冷却部とを具備し、前記冷却部は、冷却手段を有する冷却板と、前記冷却板の上面に設けられ、基板を前記冷却板から浮かせた状態で支持するための支持部と、この支持部に支持された基板の周囲に冷却媒体を直接接触させるための冷却媒体供給手段とを具備し、前記冷却手段は、前記冷却板内の上部に設けられた冷却素子と、前記冷却板内の前記冷却素子の周囲に設けられ、前記冷却板および基板を冷却する冷却水が通流される第１の冷却水管路と、前記支持体内の下部に設けられ、前記冷却素子を冷却する冷却水を通流する第２の冷却水管路とを具備することを特徴とする処理装置を提供する。
【０００９】
本発明によれば、冷却手段を有する冷却板と、前記冷却板の上面に設けられ、基板を前記冷却板から浮かせた状態で支持するための支持部と、この支持部に支持された基板の周囲に冷却媒体を直接接触させるための冷却媒体供給手段とを備えているので、冷却板による冷却の前に、冷却媒体が基板の周囲に直接接触して効率良く急冷を行うことができる。これにより、はじめから冷却素子のみ、または冷却水のみで冷却する場合に比べて効率良く基板冷却を行うことができ、基板冷却工程におけるタクトタイム短縮を図ることができる。
【００１０】
本発明において、前記冷却手段は、前記冷却板に取り付けられた冷却素子と、前記冷却板に設けられた、冷却水が通流される冷却水管路とを具備することが好ましい。また、前記冷却手段は、前記冷却板内の上部に設けられた冷却素子と、前記冷却板内の前記冷却素子の周囲に設けられ、前記冷却板および基板を冷却する冷却水が通流される第１の冷却水管路と、前記支持体内の下部に設けられ、前記冷却素子を冷却する冷却水を通流する第２の冷却水管路とを具備することが好ましい。
【００１１】
これらのように冷却手段を構成することにより、高価な冷却素子の数を少なくすることができ、それに伴い冷却素子のドライバーＩＣの数を少なくすることができる。したがって、簡易な構成で、しかもコストが高くならずに、精密な温度制御下における基板冷却を行うことができる。
【００１２】
また、本発明において、前記チャンバ内に供給する冷却媒体の供給量を調整する供給量調整手段をさらに具備することが好ましい。また、前記冷却媒体を整流して均等に基板に供給する拡散板をさらに具備することが好ましい。
【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、本発明が適用されるＬＣＤ基板の塗布・現像処理システムを示す斜視図である。
【００１４】
この塗布・現像処理システムは、複数の基板Ｓを収容するカセットＣを載置するカセットステーション１と、基板Ｓにレジスト塗布および現像を含む一連の処理を施すための複数の処理ユニットを備えた処理部２と、カセットステーション１上のカセットＣと処理部２との間で半導体ウエハの搬送を行うための搬送機構３とを備えている。そして、カセットステーション１においてシステムへのカセットＣの搬入およびシステムからのカセットＣの搬出が行われる。また、搬送機構３はカセットの配列方向に沿って設けられた搬送路１２上を移動可能な搬送アーム１１を備え、この搬送アーム１１によりカセットＣと処理部２との間で基板Ｓの搬送が行われる。
【００１５】
処理部２は、前段部分２ａと後段部分２ｂとに分かれており、それぞれ中央に通路１５、１６を有しており、これら通路の両側に各処理ユニットが配設されている。そして、これらの間には中継部１７が設けられている。
【００１６】
前段部２ａは、通路１５に沿って移動可能なメインアーム１８を備えており、通路１５の一方側には、ブラシ洗浄ユニット２１、水洗ユニット２２、アドヒージョン処理ユニット２３、および冷却ユニット２４が、他方側には２つのレジスト塗布ユニット２５が配置されている。一方、後段部２ｂは、通路１６に沿って移動可能なメインアーム１９を備えており、通路１９の一方側には複数の加熱処理ユニット２６および冷却ユニット２７からなる熱系ユニット群２８が、他方側には２つの現像処理ユニット２９が配置されている。熱系ユニット群２８は、ユニットが２段積層されてなる組が通路１９に沿って３つ並んでおり、上段が加熱処理ユニット２６であり、下段が冷却ユニット２７である。加熱処理ユニット２６は、レジストの安定化のためのプリベーク、露光後のポストエクスポージャーベーク、および現像後のポストベーク処理を行うものである。なお、後段部２ｂの後端には露光装置（図示せず）との間で基板Ｓの受け渡しを行うためのインターフェース部３０が設けられている。
【００１７】
上記メインアーム１８は、搬送機構３のアーム１１との間で半導体ウエハＷの受け渡しを行うとともに、前段部２ａの各処理ユニットに対する基板Ｓの搬入・搬出、さらには中継部１７との間で基板Ｓの受け渡しを行う機能を有している。また、メインアーム１９は中継部１７との間で基板Ｓの受け渡しを行うとともに、後段部２ｂの各処理ユニットに対する基板Ｓの搬入・搬出、さらにはインターフェース部３０との間の基板Ｓの受け渡しを行う機能を有している。
このように各処理ユニットを集約して一体化することにより、省スペース化および処理の効率化を図ることができる。
【００１８】
このように構成される塗布・現像処理システムにおいては、カセットＣ内の基板Ｓが、処理部２に搬送され、まず、洗浄ユニット２１および水洗ユニット２２により洗浄処理され、レジストの定着性を高めるためにアドヒージョン処理ユニット２３にて疎水化処理され、冷却ユニット２４で冷却後、レジスト塗布ユニット２５でレジストが塗布される。その後、基板Ｓは、加熱処理ユニット２６の一つでプリベーク処理され、冷却ユニット２７で冷却された後、インターフェース部３０を介して露光装置に搬送されてそこで所定のパターンが露光される。そして、再びインターフェース部３０を介して搬入され、加熱処理ユニット２６の一つでポストエクスポージャーベーク処理が施される。その後、冷却ユニット２７で冷却された基板Ｓは、現像処理ユニット２９で現像処理され、所定の回路パターンが形成される。現像処理された基板Ｓは、メインアーム１９，１８および搬送機構３によってカセットステーション１上の所定のカセットに収容される。
【００１９】
図２は上記塗布・現像処理システムにおける冷却ユニット２７内に設けられたの本発明の基板冷却装置の一実施形態を示す正面図である。図中３１は基板Ｓの支持体であるクーリングプレートを示す。クーリングプレート３１内には、冷却手段として、冷却素子であるペルチェ素子が複数取り付けられるか、冷却水管路が埋設されている。クーリングプレート３１上には、基板Ｓを所定量浮かせた状態で基板Ｓの周縁部を支持する樹脂やゴム等からなる支持部３４が設けられている。この支持部３４は複数、例えば４個設けられており、それらの側面で基板Ｓの周縁部を支持するものである。なお、基板Ｓ支持する手段としては、その側面で基板Ｓの周縁部を支持する上記支持部３４の他に、基板Ｓの裏面を支持する固定ピンや、基板Ｓが冷却ユニットに搬入されて支持される時にクーリングプレートから突出して基板Ｓを支持するプロキシミティーピンでも良い。これらの支持部を用いることにより、基板Ｓの全面がクーリングプレートに接触することが無いので、基板Ｓの脱着の際に発生する静電気による基板Ｓへの帯電を防止することができる。
【００２０】
クーリングプレート３１は、基板Ｓを密閉雰囲気下に置くように、チャンバ３２で覆われている。このチャンバ３２は、図示しない昇降手段により昇降可能であり、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように開閉可能に構成されている。チャンバ３２の頂部には、冷却媒体、例えば液体窒素等の流体をチャンバ３２内に導入するための冷却媒体供給管３２ａが設けられており、この冷却媒体供給管３２ａには、フローメータ３５が取り付けられている。さらに、チャンバ３２内には、導入された冷却媒体を基板Ｓ表面に均等に供給するための拡散板３３が取り付けられている。
【００２１】
次に、上記構成を有する基板冷却装置を用いて温度が高められた基板を冷却する方法について説明する。
まず、フォトレジストの安定化のためのプリベーク、露光後のポストエクスポージャーベーク、および現像後のポストベーク等の熱処理が施された基板Ｓを冷却ユニット２７内に搬入する。搬入された基板Ｓをクーリングプレート３１の支持部３４によりクーリングプレート３１の上面から浮いた状態で支持する。次いで、図２（Ａ）に示すように、昇降手段によりチャンバ３２が降下して基板Ｓを密閉雰囲気下に置く。次いで、チャンバ３２に備えられた図示しない排気手段によりチャンバ３２内をガスパージする。その後、冷却媒体供給管３２ａを通じて冷却媒体をチャンバ３２内に導入する。導入された冷却媒体は、チャンバ３２内の拡散板３３を通過することにより、整流されて均等に基板Ｓの表面に到達する。このように、冷却媒体が基板Ｓ表面に直接接触することにより、基板Ｓの温度は急冷により急激に降下する。
【００２２】
上記操作において、冷却媒体導入の際、冷却媒体の供給量をフローメータ３５で調節することにより、基板Ｓの温度をどのレベルまで急冷するか、すなわち急冷の際の冷却速度を制御することができる。なお、冷却媒体を導入する時間を調節して基板Ｓの温度をどのレベルまで急冷するかを制御しても良い。また、チャンバ３２により密閉雰囲気下で冷却媒体を基板Ｓに供給するので、断熱効果により冷却媒体を温度上昇させずに基板Ｓに供給することができる。これにより、効率良く基板急冷を行うことができる。
【００２３】
次いで、図２（Ｂ）に示すように、昇降手段でチャンバ３２を上昇させて冷却ユニット２７内で基板Ｓを開放状態にする。その後、クーリングプレート３１の冷却素子または冷却水で従来と同様な精密な基板冷却を行う。
【００２４】
上記の基板冷却方法においては、基板温度と時間との関係は図３に示すようになる。すなわち、急冷においては図中Ｘに示すような冷却速度（第１の冷却速度）で基板温度が降下し、通常の冷却においては図中Ｙに示すような冷却速度（第２の冷却速度）で基板温度が降下する。
【００２５】
図３から分かるように、本発明の基板冷却方法では、急冷によりラフな温度降下させた後で精密な温度降下を行うので、所望の基板温度に冷却する場合に従来よりもＺ分だけ短くすることができる。したがって、基板冷却工程におけるタクトタイムを短縮することができる。
【００２６】
また、このように効率良い基板冷却を行うことができるので、基板全面をクーリングプレートに接触させなくても良く、図２に示すような支持構成を採ることができる。したがって、基板Ｓの脱着の際に発生する静電気による基板Ｓへの帯電を防止することができる。
【００２７】
図４は本発明の基板冷却装置の他の実施形態におけるクーリングプレートを示す斜視図である。図中４１はクーリングプレートを示す。このクーリングプレート４１は、上部プレート４１ａと下部プレート４１ｂとの二層構造となっており、上部４１ａプレートには、クーリングプレート４１および基板Ｓを冷却するための冷却水用の管路４２ａが埋設されており、下部４１ｂには、冷却素子であるペルチェ素子４３を冷却するための冷却水用の管路４２ｂが埋設されている。図中の実線矢印はクーリングプレート４１および基板Ｓを冷却するための冷却水用の管路４２ａを示している。また、クーリングプレート４１の上部プレート４１ａには、複数のペルチェ素子４３が整列して設置されている。
【００２８】
このようにクーリングプレート４１の冷却手段としてペルチェ素子４３と冷却水管路４２ａとを組み合わせて用いることにより、高価な冷却素子を数を少なくすることができ、それに伴い冷却素子のドライバーＩＣの数を少なくすることができる。具体的には、例えば２０００ｋｃａｌ／ｈの熱交換を行う場合、ペルチェ素子のみでは約６６枚必要であり（ペルチェ素子１枚の熱交換能を３０ｋｃａｌ／ｈとする）、そのペルチェ素子のドライバーＩＣの多数必要となるが、図４に示す構成により、２０００ｋｃａｌ／ｈの熱交換を行う場合、ペルチェ素子は約３０枚で良く、それに伴いドライバーＩＣの数も少なくて済む。また、ペルチェ素子を用いているので、温度応答性は高く、精密な基板冷却を行うことができる。
【００２９】
このように、図４に示す構成のクーリングプレート４１を用いることにより、冷却水管路で基板の荒熱を除去してペルチェ素子で精密な基板温度調整を行うことができるので、簡易な構成で、しかもコストが高くならずに、精密な温度制御下における基板冷却を行うことができる。
【００３０】
また、図２に示す構成において、クーリングプレート３１の代わりに図４に示すクーリングプレート４１を用いることにより、両者の効果を発揮することができる、すなわち簡易な構成で、しかもコストが高くならずに、精密な温度制御下における基板冷却を行うことができると共に、基板冷却工程におけるタクトタイム短縮を図ることができる。
【００３１】
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、本発明の基板冷却装置をレジスト塗布・現像ユニットに適用した例を示したが、これに限らず他の処理に適用しても良い。また、上記実施形態においては、基板としてＬＣＤ基板を用いた場合について示したが、これに限らず半導体ウエハ等他の基板の処理の場合にも適用可能であることはいうまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のによれば、冷却手段を有する冷却板と、前記冷却板の上面に設けられ、基板を前記冷却板から浮かせた状態で支持するための支持部と、この支持部に支持された基板の周囲に冷却媒体を直接接触させるための冷却媒体供給手段とを備えているので、冷却板による冷却の前に、冷却媒体が基板の周囲に直接接触して効率良く急冷を行うことができる。これにより、はじめから冷却素子のみ、または冷却水のみで冷却する場合に比べて効率良く基板冷却を行うことができ、基板冷却工程におけるタクトタイム短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象となる基板冷却装置が適用されるレジスト塗布・現像システムを示す斜視図。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）は本発明の基板冷却装置の一実施形態を示す正面図。
【図３】本発明の基板冷却方法における冷却速度を説明するための基板温度と時間との間の関係を示す特性図。
【図４】本発明の基板冷却装置の他の実施形態におけるクーリングプレートを示す斜視図。
【符号の説明】
３１，４１…クーリングプレート
３２…チャンバ
３２ａ…冷却媒体供給管
３３…拡散板
３４…支持部
３５…フローメータ
４１ａ…上部プレート
４１ｂ…下部プレート
４２ａ…プレート冷却水用管路
４２ｂ…ペルチェ素子冷却水用管路
４３…ペルチェ素子
Ｓ…基板

Claims

温度が高められた基板を冷却する基板冷却装置であって、冷却手段を有する冷却板と、前記冷却板の上面に設けられ、基板を前記冷却板から浮かせた状態で支持するための支持部と、この支持部に支持された基板の周囲に冷却媒体を直接接触させるための冷却媒体供給手段とを具備し、
前記冷却手段は、前記冷却板内の上部に設けられた冷却素子と、前記冷却板内の前記冷却素子の周囲に設けられ、前記冷却板および基板を冷却する冷却水が通流される第１の冷却水管路と、前記支持体内の下部に設けられ、前記冷却素子を冷却する冷却水を通流する第２の冷却水管路とを具備することを特徴とする基板冷却装置。
前記冷却板上の基板の存在雰囲気を密閉雰囲気とすることが可能な開閉可能なチャンバをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の基板冷却装置。
前記チャンバ内に供給する冷却媒体の供給量を調整する供給量調整手段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２のいずれか１項に記載の基板冷却装置。
前記冷却媒体を整流して均等に基板に供給する拡散板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３のいずれか１項に記載の基板冷却装置。
基板に液体を供給して所定の処理を行う液処理部と、液処理後の基板に対して熱処理が行われ、基板の温度が高められる熱処理部と、温度が高められた基板を冷却する冷却部とを具備し、前記冷却部は、冷却手段を有する冷却板と、前記冷却板の上面に設けられ、基板を前記冷却板から浮かせた状態で支持するための支持部と、この支持部に支持された基板の周囲に冷却媒体を直接接触させるための冷却媒体供給手段とを具備し、
前記冷却手段は、前記冷却板内の上部に設けられた冷却素子と、前記冷却板内の前記冷却素子の周囲に設けられ、前記冷却板および基板を冷却する冷却水が通流される第１の冷却水管路と、前記支持体内の下部に設けられ、前記冷却素子を冷却する冷却水を通流する第２の冷却水管路とを具備することを特徴とする処理装置。