JP4519087B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、熱処理装置に関するもので、更に詳細には、例えば塗布膜が形成された半導体ウエハやＬＣＤガラス基板等の基板を加熱処理する熱処理装置に関するものである。

一般に、半導体デバイスの製造においては、半導体ウエハやＬＣＤガラス基板等（以下にウエハ等という）の上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）の薄膜や電極パターンを形成するために、フォトリソグラフィ技術が利用されている。このフォトリソグラフィ技術においては、ウエハ等にフォトレジストを塗布し、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。

このようなフォトリソグラフィ工程においては、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）、現像処理後の加熱処理（ポストベーク）等の種々の加熱処理が施されている。

従来のこの種の加熱処理において、例えばプリベークでは、ウエハ等を収容する処理室内に例えばエアーあるいは窒素（Ｎ2）ガス等のパージガスを供給し、処理に供された流体を処理室に接続された排気管を介して外部に排気している。この際、加熱時にウエハ等の表面に形成されたレジスト膜から僅かに昇華物｛フォトレジストに含有される酸発生材例えばＰＡＧ(Photo asid grain)やレジストを構成する低分子樹脂等｝のような異物が発生する。特に、沸点が低い非イオン系酸発生材を使用しているフォトレジストにおいては昇華物の発生が多い。また、下地反射防止膜にレジスト膜を積層して塗布するウエハ等においては、下地反射防止膜とレジスト膜との間に昇華物が存在することが判明されている。

したがって、従来では、処理室に、ウエハ等を載置し加熱する載置台と、この載置台の外周を包囲するサポートリングと、サポートリングの上部開口部を閉塞する蓋体とを具備し、蓋体の中央部にパージ用の気体を供給する供給口を形成し、また、サポートリングの側部内部に排気口を形成すると共に、排気口に気体中の昇華物等の不純物を回収する回収部材を設けるなどしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３４７１８２号公報（特許請求の範囲、図６）

しかしながら、加熱処理時に発生する昇華物は或る温度例えば７０℃以上ではガス状となって処理室内に浮遊し、一部の昇華物は回収されずに処理室の内壁例えば蓋体の下面やサポートリングの内周面等に付着し、処理後のウエハ等の入れ換え時に加熱処理モジュール内の温度変化により固形異物として処理室から飛散する。処理室から放出した昇華物は、ウエハ等の搬送アームに付着して次の処理のウエハ等へ付着し、欠陥の原因となるという問題があった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、熱処理後の処理室からの昇華物等の不純物の放出を抑制して、処理精度の向上を図れるようにした熱処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明の熱処理装置は、表面に塗布膜が形成された被処理基板を載置し加熱する載置台と、上記載置台の外周を包囲する外周リングと、上記外周リングの上方開口部を覆う蓋体と、上記載置台を貫通して、上記被処理基板を昇降可能に支持する支持ピンと、を具備する熱処理装置を前提とし、請求項１に記載の発明は、 上記蓋体の中央部に、気体供給口を設けると共に、蓋体の外周と上記外周リングの内周との間に、吸気口を周設し、 上記外周リングの下部側と上記載置台との間に、排気口を周設すると共に、この排気口に接続する排気管路に排気手段を介設し、 上記支持ピンの昇降手段及び排気手段を制御する制御手段を具備してなり、 上記被処理基板が載置台に載置されて加熱処理された後、上記制御手段からの制御信号に基づいて上記支持ピンを上昇させて被処理基板を載置台から離して冷却するように形成してなる、ことを特徴とする。

このように構成することにより、蓋体の中央部の気体供給口から処理室内に供給された気体を外周リングの下部側と載置台との間に周設された排気口から排気すると共に、蓋体の外周と外周リングの内周との間に周設された吸気口から空気を取り込んで排気するので、処理室内に供給される気体に対して排気量を多くすることができ、熱処理時に発生する昇華物等の不純物が蓋体の下面及び外周リンの内周壁に付着するのを抑制することができる。また、加熱処理後には、支持ピンによって被処理基板を載置台の上方へ移動して昇華物が発生しない温度まで冷却することができる。

また、請求項２記載の発明は、 上記蓋体の中央部に、気体供給口を設けると共に、蓋体の外周と上記外周リングの内周との間に、吸気口を周設し、 上記外周リングの下部側と上記載置台との間に、排気口を周設すると共に、この排気口に接続する排気管路に排気手段を介設し、 上記外周リングの一側に、シャッタにより開閉可能な開口部を設け、 上記開口部を介して上記載置台の上方に対して進退移動可能な冷却板を設け、 上記支持ピンの昇降手段、排気手段及び冷却板の移動手段を制御する制御手段を具備してなり、 上記被処理基板が載置台に載置されて加熱処理された後、上記制御手段からの制御信号に基づいて上記支持ピンを上昇させて被処理基板を載置台から離して、上記載置台の上方へ進入する上記冷却板により被処理基板を載置して冷却するように形成してなる、ことを特徴とする。

このように構成することにより、請求項１記載の発明と同様に、蓋体の中央部の気体供給口から供給された気体を外周リングの下部側と載置台との間に周設された排気口から排気すると共に、蓋体の外周と外周リングの内周との間に周設された吸気口から空気を取り込んで排気するので、熱処理時に発生する昇華物等の不純物が蓋体の下面及び外周リンの内周壁に付着するのを抑制することができる。更に、加熱処理後には、冷却板によって被処理基板を短時間に昇華物が発生しない温度まで冷却することができる。

また、請求項３記載の発明は、 上記蓋体の中央部に、気体供給口を設けると共に、蓋体の外周と上記外周リングの内周との間に、吸気口を周設し、かつ、蓋体を上記載置台に対して接離移動可能に形成し、 上記外周リングの下部側と上記載置台との間に、排気口を周設すると共に、この排気口に接続する排気管路に排気手段を介設し、 上記支持ピンの昇降手段、排気手段及び蓋体の接離移動手段を制御する制御手段を具備してなり、 上記制御手段からの制御信号に基づいて、上記載置台上に被処理基板を載置して加熱処理を行う初期には、上記蓋体を上記載置台から離間し、加熱処理の後半には、蓋体を載置台に対して接近させるように形成してなる、ことを特徴とする。

このように構成することにより、請求項１，２記載の発明と同様に、蓋体の中央部の気体供給口から供給された気体を外周リングの下部側と載置台との間に周設された排気口から排気すると共に、蓋体の外周と外周リングの内周との間に周設された吸気口から空気を取り込んで排気するので、熱処理時に発生する昇華物等の不純物が蓋体の下面及び外周リンの内周壁に付着するのを抑制することができる。また、加熱処理を行う初期には、蓋体を載置台から離間して、特に溶剤を含んだ塗布材料から発生するミスト状の昇華物の蓋体内面への付着を抑制することができる。また、加熱処理の後半には、蓋体を載置台に対して接近させることにより、処理雰囲気を均等で自然滞留の発生しない適正な高さとすることができる。

また、請求項４記載の発明は、 請求項１ないし３のいずれかに記載の熱処理装置において、 上記外周リングに、加熱処理により発生する昇華物等の不純物の付着を防止するための発熱体を具備すると共に、この発熱体を温度調整可能に形成してなる、ことを特徴とする。

このように構成することにより、発熱体によって外周リングの内周壁を昇華物が固化しない温度にすることができ、昇華物の外周リングの内壁への付着を抑制することができる。

加えて、請求項５記載の発明は、 請求項１ないし４のいずれかに記載の熱処理装置において、 上記排気口に接続する排気管路に監視用バイパス管路を分岐し、この監視用バイパス管路に排気中の不純物を検出する検出手段を取り付け、この検出手段によって検出された検出信号に基づいて、検出された不純物が所定量以下の場合は、後処理を続行し、不純物が所定量より多い場合は、表示手段に信号を送る制御手段を具備してなる、ことを特徴とする。

このように構成することにより、排気中の不純物を検出して、加熱処理を監視することができる。

この発明の熱処理装置は、上記のように構成されているので、以下のような効果が得られる。

（１）請求項１記載の発明によれば、処理室内に供給される気体に対して排気量を多くすることができるので、熱処理時に発生する昇華物等の不純物が蓋体の下面及び外周リングの内周壁に付着するのを抑制することができ、また、加熱処理後には、支持ピンによって被処理基板を載置台の上方へ移動して昇華物が発生しない温度まで冷却することができるので、熱処理終了後の処理室からの昇華物等の不純物の放出を抑制し、被処理基板への付着を防止することができる。

（２）請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様に、熱処理時に発生する昇華物等の不純物が蓋体の下面及び外周リングの内周壁に付着するのを抑制することができる。また、加熱処理後には、冷却板によって被処理基板を短時間に昇華物が発生しない温度まで冷却することができるので、上記（１）に加えて、更に処理時間の短縮を図ることができ、スループットの向上を図ることができる。

（３）請求項３記載の発明によれば、請求項１，２記載の発明と同様に、熱処理時に発生する昇華物等の不純物が蓋体の下面及び外周リンの内周壁に付着するのを抑制することができるので、熱処理終了後の処理室からの昇華物等の不純物の放出を抑制し、被処理基板への付着を防止することができる。また、加熱処理を行う初期には、蓋体を載置台から離間して、特に溶剤を含んだ塗布材料から発生するミスト状の昇華物の蓋体内面への付着を抑制することができ、また、加熱処理の後半には、蓋体を載置台に対して接近させることにより、処理雰囲気を均等で自然滞留の発生しない適正な高さとすることができるので、更に処理精度の向上及び装置の信頼性の向上を図ることができる。

（４）請求項４記載の発明によれば、発熱体によって外周リングの内周壁を昇華物が固化しない温度にすることができ、昇華物の外周リングの内壁への付着を抑制することができるので、上記（１）〜（３）に加えて、更に熱処理終了後の処理室からの昇華物等の不純物の放出を抑制し、被処理基板への付着を防止することができる。

（５）請求項５記載の発明によれば、排気中の不純物を検出して、加熱処理を監視することができるので、上記（１）〜（４）に加えて、更に装置の信頼性の向上を図ることができる。

以下に、この発明の最良の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、この発明に係る熱処理装置を半導体ウエハのレジスト塗布・現像処理システムにおける加熱処理装置に適用した場合について説明する。

図１は、上記レジスト塗布・現像処理システムの一実施形態の概略平面図、図２は、図１の正面図、図３は、図１の背面図である。

上記レジスト塗布・現像処理システムは、被処理基板である半導体ウエハＷ（以下にウエハＷという）をウエハカセット１で複数枚例えば２５枚単位で外部からシステムに搬入又はシステムから搬出したり、ウエハカセット１に対してウエハＷを搬出・搬入したりするためのカセットステーション１０（搬送部）と、塗布現像工程の中で１枚ずつウエハＷに所定の処理を施す枚葉式の各種処理ユニットを所定位置に多段配置してなる処理装置を具備する処理ステーション２０と、この処理ステーション２０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ース部３０とで主要部が構成されている。

上記カセットステーション１０は、図１に示すように、カセット載置台２上の突起３の位置に複数個例えば４個までの蓋付のウエハカセット１がそれぞれのウエハ出入口を処理ステーション２０側に向けて水平のＸ方向に沿って一列に載置され、各ウエハカセット１に対峙して蓋開閉装置５が配設され、また、カセット配列方向（Ｘ方向）及びウエハカセット１内に垂直方向に沿って収容されたウエハＷのウエハ配列方向（Ｚ方向）に移動可能なウエハ搬送用ピンセット４が各ウエハカセット１に選択的に搬送するように構成されている。また、ウエハ搬送用ピンセット４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２０側の第３の組Ｇ３の多段ユニット部に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）及びエクステンションユニット（ＥＸＴ）にも搬送できるようになっている。

上記処理ステーション２０は、図１に示すように、中心部には、移動機構２２によって垂直移動する垂直搬送型の主ウエハ搬送機構２１が設けられ、この主ウエハ搬送機構２１の周りに全ての処理ユニットが１組又は複数の組に渡って多段に配置されている。この例では、５組Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４及びＧ５の多段配置構成であり、第１及び第２の組Ｇ１，Ｇ２の多段ユニットはシステム正面側に並列され、第３の組Ｇ３の多段ユニットはカセットステーション１０に隣接して配置され、第４の組Ｇ４の多段ユニットはインターフェース部３０に隣接して配置され、第５の組Ｇ５の多段ユニットは背部側に配置されている。

この場合、図２に示すように、第１の組Ｇ１では、カップ（容器）２３内でウエハＷと現像液供給手段（図示せず）とを対峙させてレジストパターンを現像する現像ユニット（ＤＥＶ）と、ウエハＷをスピンチャック（図示せず）に載置して所定の処理を行うレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）とが垂直方向の下から順に２段に重ねられている。第２の組Ｇ２も同様に、２台のレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）及び現像ユニット（ＤＥＶ）が垂直方向の下から順に２段に重ねられている。このようにレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）を下段側に配置した理由は、レジスト液の排液が機構的にもメンテナンスの上でも面倒であるためである。しかし、必要に応じてレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）を上段に配置することも可能である。

図３に示すように、第３の組Ｇ３では、ウエハＷをウエハ載置台２４に載置して所定の処理を行うオーブン型の処理ユニット例えばウエハＷを冷却するクーリングユニット（ＣＯＬ）、ウエハＷに疎水化処理を行うアドヒージョンユニット（ＡＤ）、ウエハＷの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）、ウエハＷをベークするこの発明に係る熱処理装置を使用した４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が垂直方向の下から順に例えば８段に重ねられている。第４の組Ｇ４も同様に、オーブン型処理ユニット例えばクーリングユニット（ＣＯＬ）、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）、急冷機能を有するこの発明に係る熱処理装置を使用した２つのチリングホットプレートユニット（ＣＨＰ）及びこの発明に係る熱処理装置を使用した２つのホットプレートユニット（ＨＰ）が垂直方向の下から順に例えば８段に重ねられている。

上記のように処理温度の低いクーリングユニット（ＣＯＬ）、エクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）を下段に配置し、処理温度の高いホットプレートユニット（ＨＰ）、チリングホットプレートユニット（ＣＨＰ）及びアドヒージョンユニット（ＡＤ）を上段に配置することで、ユニット間の熱的な相互干渉を少なくすることができる。勿論、ランダムな多段配置とすることも可能である。

なお、図１に示すように、処理ステーション２０において、第１及び第２の組Ｇ１，Ｇ２の多段ユニット（スピナ型処理ユニット）に隣接する第３及び第４の組Ｇ３，Ｇ４の多段ユニット（オーブン型処理ユニット）の側壁の中には、それぞれダクト２５，２６が垂直方向に縦断して設けられている。これらのダクト２５，２６には、ダウンフローの清浄空気又は特別に温度調整された空気が流されるようになっている。このダクト構造によって、第３及び第４の組Ｇ３，Ｇ４のオーブン型処理ユニットで発生した熱は遮断され、第１及び第２の組Ｇ１，Ｇ２のスピナ型処理ユニットへは及ばないようになっている。

また、この処理システムでは、主ウエハ搬送機構２１の背部側にも図１に点線で示すように第５の組Ｇ５の多段ユニットが配置できるようになっている。この第５の組Ｇ５の多段ユニットは、案内レール２７に沿って主ウエハ搬送機構２１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の組Ｇ５の多段ユニットを設けた場合でも、ユニットを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２１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。

上記インターフェース部３０は、奥行き方向では処理ステーション２０と同じ寸法を有するが、幅方向では小さなサイズに作られている。このインターフェース部３０の正面部には可搬性のピックアップカセット３１と定置型のバッファカセット３２が２段に配置され、背面部には、ウエハＷの周辺部の露光及び識別マーク領域の露光を行う露光手段である周辺露光装置３３が配設され、中央部には、搬送手段であるウエハの搬送アーム３４が配設されている。この搬送アーム３４は、Ｘ，Ｚ方向に移動して両カセット３１，３２及び周辺露光装置３３に搬送するように構成されている。また、搬送アーム３４は、θ方向に回転可能に構成され、処理ステーション２０側の第４の組Ｇ４の多段ユニットに属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）及び隣接する露光装置側のウエハ受渡し台（図示せず）にも搬送できるように構成されている。

上記のように構成される処理システムは、クリーンルーム４０内に設置されるが、更にシステム内でも効率的な垂直層流方式によって各部の清浄度を高めている。

上記のように構成されるレジスト塗布・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、蓋開閉装置５が作動して所定のウエハカセット１の蓋を開放する。次に、ウエハ搬送用ピンセット４がカセット載置台２上の未処理のウエハＷを収容しているカセット１にアクセスして、そのカセット１から１枚のウエハＷを取り出す。ウエハ搬送用ピンセット４は、カセット１よりウエハＷを取り出すと、処理ステーション２０側の第３の組Ｇ３の多段ユニット内に配置されているアライメントユニット（ＡＬＩＭ）まで移動し、ユニット（ＡＬＩＭ）内のウエハ載置台２４上にウエハＷを載せる。ウエハＷは、ウエハ載置台２４上でオリフラ合せ及びセンタリングを受ける。その後、主ウエハ搬送機構２１がアライメントユニット（ＡＬＩＭ）に反対側からアクセスし、ウエハ載置台２４からウエハＷを受け取る。

処理ステーション２０において、主ウエハ搬送機構２１はウエハＷを最初に第３の組Ｇ３の多段ユニットに属するアドヒージョンユニット（ＡＤ）に搬入する。このアドヒージョンユニット（ＡＤ）内でウエハＷは疎水化処理を受ける。疎水化処理が終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをアドヒージョンユニット（ＡＤ）から搬出して、次に第３の組Ｇ３又は第４の組Ｇ４の多段ユニットに属するクーリングユニット（ＣＯＬ）へ搬入する。このクーリングユニット（ＣＯＬ）内でウエハＷはレジスト塗布処理前の設定温度例えば２３℃まで冷却される。冷却処理が終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをクーリングユニット（ＣＯＬ）から搬出し、次に第１の組Ｇ１又は第２の組Ｇ２の多段ユニットに属するレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）へ搬入する。このレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）内でウエハＷはスピンコート法によりウエハ表面に一様な膜厚でレジストを塗布する。

レジスト塗布処理が終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）から搬出し、次にホットプレートユニット（ＨＰ）内へ搬入する。ホットプレートユニット（ＨＰ）内でウエハＷは載置台上に載置され、所定温度例えば１００℃で所定時間プリベーク処理される。これによって、ウエハＷ上の塗布膜から残存溶剤を蒸発除去することができる。プリベークが終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをホットプレートユニット（ＨＰ）から搬出し、次に第４の組Ｇ４の多段ユニットに属するエクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）へ搬送する。このユニット（ＥＸＴＣＯＬ）内でウエハＷは次工程すなわち周辺露光装置３３における周辺露光処理に適した温度例えば２４℃まで冷却される。この冷却後、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷを直ぐ上のエクステンションユニット（ＥＸＴ）へ搬送し、このユニット（ＥＸＴ）内の載置台（図示せず）の上にウエハＷを載置する。このエクステンションユニット（ＥＸＴ）の載置台上にウエハＷが載置されると、インターフェース部３０の搬送アーム３４が反対側からアクセスして、ウエハＷを受け取る。そして、搬送アーム３４はウエハＷをインターフェース部３０内の周辺露光装置３３へ搬入する。周辺露光装置３３において、ウエハＷ表面の周辺部の余剰レジスト膜（部）に光が照射されて周辺露光が施される。

周辺露光が終了した後、搬送アーム３４が周辺露光装置３３の筐体内からウエハＷを搬出し、隣接する露光装置側のウエハ受取り台（図示せず）へ移送する。この場合、ウエハＷは、露光装置へ渡される前に、バッファカセット３２に一時的に収納されることもある。

露光装置で全面露光が済んで、ウエハＷが露光装置側のウエハ受取り台に戻されると、インターフェース部３０の搬送アーム３４はそのウエハ受取り台へアクセスしてウエハＷを受け取り、受け取ったウエハＷを処理ステーション２０側の第４の組Ｇ４の多段ユニットに属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）へ搬入し、ウエハ受取り台上に載置する。この場合にも、ウエハＷは、処理ステーション２０側へ渡される前にインターフェース部３０内のバッファカセット３２に一時的に収納されることもある。

ウエハ受取り台上に載置されたウエハＷは、主ウエハ搬送機構２１により、チリングホットプレートユニット（ＣＨＰ）に搬送され、フリンジの発生を防止するため、あるいは化学増幅型レジスト（ＣＡＲ）における酸触媒反応を誘起するため、例えば１２０℃で所定時間ポストエクスポージャーベーク処理が施される。

その後、ウエハＷは、第１の組Ｇ１又は第２の組Ｇ２の多段ユニットに属する現像ユニット（ＤＥＶ）に搬入される。この現像ユニット（ＤＥＶ）内では、ウエハＷ表面のレジストに現像液が満遍なく供給されて現像処理が施される。この現像処理によって、ウエハＷ表面に形成されたレジスト膜が所定の回路パターンに現像されると共に、ウエハＷの周辺部の余剰レジスト膜が除去され、更に、ウエハＷ表面に形成された（施された）アライメントマークＭの領域に付着したレジスト膜が除去される。このようにして、現像が終了すると、ウエハＷ表面にリンス液がかけられて現像液が洗い落とされる。

現像工程が終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷを現像ユニット（ＤＥＶ）から搬出して、次に第３の組Ｇ３又は第４の組Ｇ４の多段ユニットに属するホットプレートユニット（ＨＰ）へ搬入する。このユニット（ＨＰ）内でウエハＷは例えば１００℃で所定時間ポストベーク処理される。これによって、現像で膨潤したレジストが硬化し、耐薬品性が向上する。

ポストベークが終了すると、主ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをホットプレートユニット（ＨＰ）から搬出し、次にいずれかのクーリングユニット（ＣＯＬ）へ搬入する。ここでウエハＷが常温に戻った後、主ウエハ搬送機構２１は、次にウエハＷを第３の組Ｇ３に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）へ移送する。このエクステンションユニット（ＥＸＴ）の載置台（図示せず）上にウエハＷが載置されると、カセットステーション１０側のウエハ搬送用ピンセット４が反対側からアクセスして、ウエハＷを受け取る。そして、ウエハ搬送用ピンセット４は、受け取ったウエハＷをカセット載置台上の処理済みウエハ収容用のウエハカセット１の所定のウエハ収容溝に入れ、ウエハカセット１内に全ての処理済みのウエハＷが収納された後、蓋開閉装置５が作動して蓋を閉じて処理が完了する。

次に、上記ホットプレートユニット（ＨＰ）及びチリングホットプレートユニット（ＣＨＰ）を構成するこの発明に係る熱処理装置について、図４ないし図１１を参照して詳細に説明する。ここでは、この発明に係る熱処理装置をレジスト塗布されたウエハＷをプリベーク処理する加熱装置に適用した場合について説明する。

◎第１実施形態
図４は、この発明に係る熱処理装置の第１実施形態の加熱処理状態を示す断面図、図５は、加熱処理後の冷却状態を示す断面図である。

上記熱処理装置５０は、図４及び図５に示すように、熱処理ユニットのケーシング（図示せず）内に、表面に塗布膜であるレジスト膜が形成されたウエハＷを載置し加熱する載置台である加熱プレート５１と、加熱プレート５１の外周を包囲する外周リング５２と、外周リング５２の上方開口部を覆い、外周リング５２と協働して処理室５３を形成する蓋体５４と、を具備している。

また、蓋体５４の中央部に、パージ用の気体の供給口５５が設けられており、蓋体５４の外周と外周リング５２の内周との間に、吸気口５６が周設されている。この場合、吸気口５６の隙間は、例えば約３〜６ｍｍに形成されて、蓋体５４と外周リング５２とで構成される処理室５３内における加熱処理時の雰囲気に悪影響を与えないように構成されている。

また、外周リング５２の下部側と加熱プレート５１との間に、排気口５７が周設されている。この場合、排気口５７は外周リング５２の下端部に配置される段付きリング部材５８に形成されている。この段付きリング部材５８に形成される排気口５７は、加熱プレート５１の下面を支持し、加熱プレート５１の外周面を包囲する略円形皿状のサポートリング５９の側壁５９ａの外周部に装着される外向きフランジ部５９ｂを有する排気分散リング５９ｃと外周リング５２との間に形成される排気通路６０に連通して設けられている。このように排気通路６０を、外周リング５２の内周面と外向きフランジ部５９ｂを有する排気分散リング５９ｃとで形成することにより、排気通路６０の一部に狭隘部を設けることができ、排気流速を高めて、吸気口５６からの空気の取り込みを均等で円滑にすることができる。なお、外周リング５２は、サポートリング５９及び排気分散リング５９ｃに対して分離可能に形成されている。

また、排気口５７には排気管路６１が接続されており、この排気管路６１に排気手段例えば排気ポンプ６２が介設されている。排気ポンプ６２は、制御手段であるコントローラ７０に電気的に接続されており、コントローラ７０からの制御信号に基づいてＯＮ，ＯＦＦされるようになっている。

また、加熱プレート５１にはヒータ５１ａが内蔵されている。この加熱プレート５１に、例えば３つの貫通孔５１ｂが形成されており、各貫通孔５１ｂには、ウエハＷの裏面を支持して昇降する支持ピン６３がそれぞれ挿入されている。支持ピン６３は、例えばシリンダ等を備えた昇降手段６４により上下動する。支持ピン６３は、加熱プレート５１の上方まで上昇して上記主ウエハ搬送機構２１との間でウエハＷを授受したり、受け取ったウエハＷを加熱プレート５１に載置したりできる。昇降手段６４はコントローラ７０に電気的に接続されており、コントローラ７０からの制御信号に基づいて、加熱処理時には下降して支持ピン６３を加熱プレート５１の表面下方に位置させ、加熱処理後の冷却時及び主ウエハ搬送機構２１とのウエハＷの受け渡し時には上昇して支持ピン６３を加熱プレート５１の上方へ位置させるようになっている。

蓋体５４は、上面部である天板５４ａと、この天板５４ａの周端部に垂設される周側部５４ｂとによって下面側が開口した略有底円筒状の形態を有している。天板５４ａは、加熱プレート５１上のウエハＷに対向している。天板５４ａ上の中央部には、パージ用の気体例えば空気，窒素ガス又は不活性ガス等のガスのガス供給源６５に連通したパージ用ガスのガス供給管路６６が接続する供給口５５が設けられている。また、ガス供給管路６６には流量調整弁６７が介設されており、流量調整弁６７にはコントローラ７０が電気的に接続されている。したがって、コントローラ７０からの信号に基づいて流量調整弁６７が開放することにより、ガス供給源６５の空気，窒素ガス又は不活性ガス等のガスの所定流量を、ガス供給管路６６を介して供給口５５に供給し、供給口５５から処理室５３内に導入することができる。

なお、上記蓋体５４における供給口５５部には、供給口５５を介して処理室５３内に供給されるガスを放射方向に分流する分散ノズル６８が配設されており、この分散ノズル６８の下方と加熱プレート５１との間には、例えば多数の通気孔（図示せず）を設けた円形状の２つの第１及び第２の整流板６９ａ，６９ｂが上下に並設されている。この場合、分散ノズル６８は、円盤状に形成されており、中心部に設けられた供給口５５に連通する円形凹所に放射状に放射流路が設けられている。

なお、蓋体５４全体は、シリンダ等を備えた図示しない昇降機構により上下動自在であり、ウエハＷの搬入出時に蓋体５４が上下動されようになっている。

なお、コントローラ７０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）を具備しており、このコントローラ７０に予め記憶されたプログラムに基づいて、所定のタイミングで、上記流量調整弁６７の開閉及び流量制御，排気ポンプ６２のＯＮ，ＯＦＦ及び支持ピン６３の昇降手段６４のＯＮ，ＯＦＦ等が行われるようになっている。

次に、この発明に係る熱処理装置５０の動作態様について説明する。まず、ウエハＷが熱処理装置５０に搬送される前に、ガス供給源６５からパージ用のガスが供給され始める。また、加熱プレート５１は、ヒータ５１ａにより所定の加熱温度、例えば１００〜１４０℃に維持される。

そして、塗布装置においてレジストの塗布処理が終了し、主ウエハ搬送機構２１に保持されたウエハＷは、図示しないケーシング内に搬送され、加熱プレート５１の上方で予め上昇して待機していた支持ピン６３に受け渡される。続いて蓋体５４が下降し、外周リング５２と一体となって処理室５３が形成される。一方、支持ピン６３が下降してウエハＷは加熱プレート５１上に載置される。このとき、ガス供給源６５から供給口５５を介して処理室５３内にガスが供給されると共に、排気ポンプ６２が作動して、処理室５３内に供給されたガスが分散ノズル６８によって放射方向に分流された後、第１の整流板６９ａ，第２の整流板６９ｂを通過して、気流の方向が加熱プレート５１の周側部側に向けられる。第２の整流板６９ｂを通過したガスは、ウエハＷ表面に達することなく、周側部と排気分散リング５９ｃとで構成された排気通路６０を通って排気口５７から排気管路６１内に流れ、装置外部に排気される。この際、吸気口５６から空気が処理室５３内に取り込まれて、パージ用のガスと共に排気通路６０及び排気口５７を介して装置外部に流れるので、加熱処理により発生したガス状の昇華物等の不純物の一部は、排気口５７に接続する排気管路６１を介して外部に排気される。

所定時間の加熱が終了すると、図５に示すように、蓋体５４は閉じた状態で、再び支持ピン６３が上昇してウエハＷが加熱プレート５１の表面から離間される。この状態においても、ガス供給源６５からガスが処理室５３内に供給されると共に、処理室５３内に供給されたガスと吸気口５６から処理室５３内に取り込まれた空気を排気通路６０及び排気口５７を介して装置外部に排気される。これにより、処理室５３内の雰囲気温度を昇華物が発生しない温度例えば７０℃まで冷却されるので、昇華物等の不純物の発生を抑制することができる。

所定の時間、冷却した後、蓋体５４が上昇して処理室５３が開放される。処理室５３が開放されると、ガスの供給が停止される。また、排気ポンプ６２が調節されて、排気量を少量にする。

そして、支持ピン６３上のウエハＷは、再びケーシング内に進入した主ウエハ搬送機構２１に受け渡され、熱処理装置５０から搬出される。

この第１実施形態によれば、ガス供給源６５から処理室５３内に供給されるガスに対して、吸気口５６から処理室５３内に取り込まれる空気を加えた量を排気することができるので、蓋体５４の下部裏面（具体的には天板５４ａの裏面，第２の整流板６９ｂ）や外周リング５２の内周面等に昇華物等の不純物が付着するのを抑制することができる。したがって、加熱処理後に蓋体５４を開放してウエハＷを主ウエハ搬送機構２１に受け渡す際に昇華物等の不純物が処理室５３から放出されて、主ウエハ搬送機構２１のアーム部やウエハＷに降りかかるのを防止することができる。

◎第２実施形態
図６は、この発明に係る熱処理装置の第２実施形態の使用状態を示す断面図、図７は、第２実施形態の使用状態における要部平面図である。

第２実施形態は、第１実施形態に対して、加熱処理後の冷却時間を短縮して、スループットの向上を図れるようにした場合である。すなわち、外周リング５２の一側に、シャッタ８０により開閉可能な開口部８１を設け、この開口部８１を介して加熱プレート５１の上方に対して進退移動可能な冷却板８２を設けた場合である。

この場合、シャッタ８０は、シリンダ装置等の開閉移動機構８３の駆動によって開口部８１を開閉し得るように構成されており、また、冷却板８２は、移動手段である移動機構８４によって加熱プレート５１の上方位置と外周リング５２の外側の待機位置に移動可能に構成されている。

また、冷却板８２は、例えばアルミニウム合金製材料あるいはステンレス鋼製材料等の熱伝導率の良好な材料にて形成されており、図８に示すように、熱源例えば冷却媒体を流通する冷却流路８５を有すると共に、加熱プレート５１上のウエハＷの受け渡し時に、ウエハＷを押し上げる支持ピン６３との干渉を回避する開口溝８６が形成されている。また、冷却板８２は、ウエハＷを冷却板８２上に隙間を空けて支持するギャップピン８７を有しており、ウエハＷにパーティクル等が付着するのを防止して、効率よく冷却することができるように形成されている。

開口溝８６は、冷却板８２の先端部から基部に向かって平行に、長い開口溝８６ａと短い開口溝８６ｂの２本からなり、加熱プレート５１上のウエハＷを受け取る際に、３本の支持ピン６３のうちの２本が長い開口溝８６ａに嵌挿され、残りの１本が短い開口溝８６ｂに嵌挿されるように形成されている（図７参照）。

冷却流路８５は、管状の流路により形成されており、管内に冷却媒体例えば冷却水を循環させることにより、冷却板８２の熱を吸熱して、冷却板８２上に載置されるウエハＷを冷却可能に形成されている。なお、ウエハＷを冷却するものであれば、管内を循環させるものは冷却水に限られず、例えば冷却用のガス等を用いることも可能である。また、冷却流路８５の代わりにペルチェ素子等を用いて冷却することも勿論可能である。

また、開閉移動機構８３及び移動機構８４は、それぞれコントローラ７０に電気的に接続されており、コントローラ７０からの制御信号に基づいて、シャッタ８０の開閉，冷却板８２の加熱プレート５１の上方位置に対する進退移動が行われるようになっている。

なお、第２実施形態において、その他の部分は第１実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ガス供給源６５から供給口５５を介してガスを処理室５３内に供給すると共に、排気ポンプ６２を駆動して、処理室５３内に供給されたガスと共に吸気口５６から処理室５３内に取り込まれた空気を排気通路６０及び排気口５７を介して排気した状態で、ウエハＷを加熱プレート５１上に載置して加熱処理を行う。そして、加熱処理を行った後、コントローラ７０からの制御信号に基づいて昇降手段６４を駆動して支持ピン６３を上昇させてウエハＷを加熱プレート５１から離して、加熱プレート５１の上方へ進入する冷却板８２上にウエハＷを載置して冷却することができる。したがって、加熱処理後のウエハＷを冷却板８２によって強制的に冷却して、処理室５３内の雰囲気温度を昇華物が発生しない温度例えば７０℃まで冷却することができ、昇華物等の不純物の発生を抑制することができる。

これにより、第２実施形態によれば、第１実施形態に比べて、スループットの向上を図ることができる。

◎第３実施形態
図９は、この発明に係る熱処理装置の第３実施形態の加熱処理の初期状態を示す断面図、図１０は、第三実施形態の加熱処理の後半の状態を示す断面図である。

第３実施形態は、加熱処理時に発生するミストを含むガス状の昇華物が蓋体５４や外周リング５２に付着するのを抑制すると共に、加熱処理の精度の向上を図れるようにした場合である。すなわち、図９及び図１０に示すように、蓋体５４を例えばシリンダ装置によって形成される接離移動手段９０によって昇降可能に支持し、接離移動手段９０の駆動によって、蓋体５４を加熱プレート５１の上面に対して接離移動可能に形成した場合である。この場合、接離移動手段９０は、コントローラ７０に電気的に接続されており、コントローラ７０からの制御信号に基づいて蓋体５４は加熱プレート５１の上面から離間した位置と、加熱プレート５１に接近させる位置に、接離移動されるようになっている。

なお、第３実施形態において、その他の部分は第１実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ガス供給源６５から供給口５５を介してガスを処理室５３内に供給すると共に、排気ポンプ６２を駆動して、処理室５３内に供給されたガスと共に吸気口５６から処理室５３内に取り込まれた空気を排気通路６０及び排気口５７を介して排気した状態で、ウエハＷを加熱プレート５１上に載置して加熱処理を行う。この際、加熱処理を行う初期には、接離移動手段９０を駆動して蓋体５４を加熱プレート５１から離間して、特に溶剤を含んだ塗布材料から発生するガス状の昇華物に含まれるミストの蓋体５４内面及び第２の整流板６９ｂへの付着を抑制することができる。また、加熱処理の後半には、接離移動手段９０を駆動して蓋体５４を加熱プレート５１に対して接近させることにより、処理雰囲気を均等で自然滞留の発生しない適正な高さとすることができるので、処理精度を向上させることができる。

◎第４実施形態
図１１は、この発明に係る熱処理装置の第４実施形態の使用状態を示す断面図である。

第４実施形態は、加熱処理時に発生する昇華物の外周リング５２への付着を更に抑制するようにした場合である。すなわち、図１１に示すように、外周リング５２に発熱体例えば可変ヒータ５２ａを内蔵させると共に、可変ヒータ５２ａの温度を温度調整器５２ｂによって調整可能に形成する。なお、温度調整器５２ｂはコントローラ７０に電気的に接続されており、コントローラ７０からの制御信号に基づいて可変ヒータ５２ａの温度が、昇華物が外周リング５２の内周面に付着しない温度つまり昇華物が固形状になる温度（約７０℃）より高い温度例えば約１５０℃になるように設定されている。

なお、第４実施形態において、その他の部分は第１実施形態〜第３実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

このように構成することにより、加熱処理時に外周リング５２に内蔵された可変ヒータ５２ａの温度を、加熱処理により発生する昇華物が固化しない温度にすることができ、昇華物の外周リング５２の内壁への付着を抑制することができる。

なお、図１１には、第１実施形態の熱処理装置５０における外周リング５２に可変ヒータ５２ａを内蔵した場合について説明したが、第２実施形態及び第３実施形態における外周リング５２にも同様に可変ヒータ５２ａを内蔵し、温度調整器５２ｂによって温度調整可能に形成することができる。

◎第５実施形態
図１２は、この発明に係る熱処理装置の第５実施形態を示す断面図である。

第５実施形態は、処理室５３内に発生する昇華物等の不純物が処理室５３内から排出されたか否かを監視するようにした場合である。すなわち、図１２に示すように、排気口５７に接続する排気管路６１に切換弁６１ｂを介して監視用バイパス管路６１ａを分岐し、この監視用バイパス管路６１ａに排気中の不純物（異物）濃度を検出する検出手段例えば透過型のレーザーセンサ１００を取り付けると共に、このレーザーセンサ１００及び切換弁６１ｂとコントローラ７０とを電気的に接続する。そして、加熱処理後、切換弁６１ｂを切り換えて排気管路を流れる排気流中の異物濃度を監視用バイパス管路６１ａに流してレーザーセンサ１００によって排気中の昇華物等の不純物（異物）を検出し、レーザーセンサ１００によって検出された検出信号をコントローラ７０に送る。この検出信号に基づいて、コントローラ７０に具備されたＣＰＵによって検出された不純物（異物）の量に応じて後処理の時間が自動制御される。そして、検出された不純物（異物）が所定量以下の場合は、加熱処理後の後処理を続行、すなわちコントローラ７０からの制御信号に基づいて加熱処理後のウエハＷの主ウエハ搬送機構２１への受け渡し、その後に次のウエハＷを主ウエハ搬送機構２１から受け取って加熱処理を続行する。また、レーザーセンサ１００によって予め設定された不純物（異物）が所定量より多いと検出された場合は、表示手段例えばアラーム２００に信号を送って作業者に知らせる。

したがって、処理室５３内に発生する昇華物等の不純物が処理室５３内から排出されたか否かを常時監視することができるので、熱処理を安全に行うことができ、更に、装置の信頼性の向上が図れる。

なお、第５実施形態において、その他の部分は第１実施形態〜第４実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。なお、図１２では、第１実施形態の熱処理装置の排気管路６１に切換弁６１ｂを介して監視用バイパス管路６１ａを分岐し、この監視用バイパス管路６１ａにレーザーセンサ１００を設けた場合について説明したが、第２実施形態〜第４実施形態における排気管路６１に、同様に切換弁６１ｂを介して監視用バイパス管路６１ａを分岐し、この監視用バイパス管路６１ａにレーザーセンサ１００を設けることができる。

◎その他の実施形態
上記実施形態では、この発明に係る熱処理装置をプリベーク処理する加熱装置に適用した場合について説明したが、プリベーク処理以外の加熱装置、例えばホットプレートユニット（ＨＰ）及びチリングホットプレートユニット（ＣＨＰ）を構成する熱処理装置についても同様に適用することができ、同様の効果が得られる。

また、上記実施形態では、この発明に係る熱処理装置を半導体ウエハのレジスト塗布・現像処理システムにおける加熱処理装置に適用した場合について説明したが、ＬＣＤガラス基板のレジスト塗布・現像処理システムにおける加熱処理装置にも適用できることは勿論である。

この発明に係る熱処理装置を適用したレジスト塗布・現像処理システムの一例を示す概略平面図である。 上記レジスト塗布・現像処理システムの概略正面図である。 上記レジスト塗布・現像処理システムの概略背面図である。 この発明に係る熱処理装置の第１実施形態の使用状態を示す断面図である。 上記熱処理装置の加熱処理後の冷却状態を示す断面図である。 この発明に係る熱処理装置の第２実施形態の使用状態を示す断面図である。 第２実施形態の使用状態における要部平面図である。 第２実施形態における冷却板を示す概略平面図である。 この発明に係る熱処理装置の第３実施形態の加熱処理の初期状態を示す断面図である。 第三実施形態の加熱処理の後半の状態を示す断面図である。 この発明に係る熱処理装置の第４実施形態の加熱処理状態を示す断面図である。 この発明に係る熱処理装置の第５実施形態の加熱処理状態を示す断面図である。

符号の説明

Ｗ 半導体ウエハ（被処理基板）
５１ 加熱プレート（載置台）
５２ 外周リング
５２ａ 可変ヒータ
５２ｂ 温度調整器
５３ 処理室
５４ 蓋体
５５ 気体供給口
５６ 吸気口
５７ 排気口
６０ 排気通路
６１ 排気管路
６１ａ 監視用バイパス管路
６１ｂ 切換弁
６２ 排気ポンプ（排気手段）
６３ 支持ピン
６４ 昇降手段
７０ コントローラ（制御手段）
８０ シャッタ
８１ 開口部
８２ 冷却板
８３ シャッタ開閉移動機構
８４ 冷却板移動機構（移動手段）
９０ 接離移動手段
１００ レーザーセンサ（検出手段）
２００ アラーム（表示手段）

Claims (5)

1. 表面に塗布膜が形成された被処理基板を載置し加熱する載置台と、上記載置台の外周を包囲する外周リングと、上記外周リングの上方開口部を覆う蓋体と、上記載置台を貫通して、上記被処理基板を昇降可能に支持する支持ピンと、を具備する熱処理装置であって、
   上記蓋体の中央部に、気体供給口を設けると共に、蓋体の外周と上記外周リングの内周との間に、吸気口を周設し、
   上記外周リングの下部側と上記載置台との間に、排気口を周設すると共に、この排気口に接続する排気管路に排気手段を介設し、
   上記支持ピンの昇降手段及び排気手段を制御する制御手段を具備してなり、
   上記被処理基板が載置台に載置されて加熱処理された後、上記制御手段からの制御信号に基づいて上記支持ピンを上昇させて被処理基板を載置台から離して冷却するように形成してなる、
   ことを特徴とする熱処理装置。
2. 表面に塗布膜が形成された被処理基板を載置し加熱する載置台と、上記載置台の外周を包囲する外周リングと、上記外周リングの上方開口部を覆う蓋体と、上記載置台を貫通して、上記被処理基板を昇降可能に支持する支持ピンと、を具備する熱処理装置であって、
   上記蓋体の中央部に、気体供給口を設けると共に、蓋体の外周と上記外周リングの内周との間に、吸気口を周設し、
   上記外周リングの下部側と上記載置台との間に、排気口を周設すると共に、この排気口に接続する排気管路に排気手段を介設し、
   上記外周リングの一側に、シャッタにより開閉可能な開口部を設け、
   上記開口部を介して上記載置台の上方に対して進退移動可能な冷却板を設け、
   上記支持ピンの昇降手段、排気手段及び冷却板の移動手段を制御する制御手段を具備してなり、
   上記被処理基板が載置台に載置されて加熱処理された後、上記制御手段からの制御信号に基づいて上記支持ピンを上昇させて被処理基板を載置台から離して、上記載置台の上方へ進入する上記冷却板により被処理基板を載置して冷却するように形成してなる、
   ことを特徴とする熱処理装置。
3. 表面に塗布膜が形成された被処理基板を載置し加熱する載置台と、上記載置台の外周を包囲する外周リングと、上記外周リングの上方開口部を覆う蓋体と、上記載置台を貫通して、上記被処理基板を昇降可能に支持する支持ピンと、を具備する熱処理装置であって、
   上記蓋体の中央部に、気体供給口を設けると共に、蓋体の外周と上記外周リングの内周との間に、吸気口を周設し、かつ、蓋体を上記載置台に対して接離移動可能に形成し、
   上記外周リングの下部側と上記載置台との間に、排気口を周設すると共に、この排気口に接続する排気管路に排気手段を介設し、
   上記支持ピンの昇降手段、排気手段及び蓋体の接離移動手段を制御する制御手段を具備してなり、
   上記制御手段からの制御信号に基づいて、上記載置台上に被処理基板を載置して加熱処理を行う初期には、上記蓋体を上記載置台から離間し、加熱処理の後半には、蓋体を載置台に対して接近させるように形成してなる、
   ことを特徴とする熱処理装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の熱処理装置において、
   上記外周リングに、加熱処理により発生する昇華物等の不純物の付着を防止するための発熱体を具備すると共に、この発熱体を温度調整可能に形成してなる、ことを特徴とする熱処理装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の熱処理装置において、
   上記排気口に接続する排気管路に監視用バイパス管路を分岐し、この監視用バイパス管路に排気中の不純物を検出する検出手段を取り付け、この検出手段によって検出された検出信号に基づいて、検出された不純物が所定量以下の場合は、後処理を続行し、不純物が所定量より多い場合は、表示手段に信号を送る制御手段を具備してなる、ことを特徴とする熱処理装置。

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