JP4800226B2

JP4800226B2 - 熱処理装置

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Publication number: JP4800226B2
Application number: JP2007000517A
Authority: JP
Inventors: 和彦大島; 健治西; 和宏竹下
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-01-05
Filing date: 2007-01-05
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2027-01-05
Also published as: JP2008166659A

Description

本発明は、基板の熱処理を行う熱処理装置に関する。

例えば半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、例えばレジスト液が塗布されたウェハを加熱する加熱処理（プリベーク）、露光後にウェハを加熱する加熱処理（露光後ベーク）、現像されたウェハを加熱する加熱処理（ポストベーク）等の複数の加熱処理が行われている。

上述の加熱処理は、通常熱処理装置で行われ、ウェハを高温の熱板上に載置することによって行われている。熱板は、通常水平の円盤状に形成されており、熱板の外周部を全周に亘り保持するサポートリング内に収容されている（特許文献１参照）。

ところで、例えばウェハ処理のレシピが変更され、ウェハの加熱温度が変更されると、熱板の設定温度が変更される。この場合、熱板のヒータの発熱量を変更することによって熱板の温度が変更されるが、単にヒータの発熱量を変更するだけでは、熱板が新しい設定温度に安定するまでに長時間を要する。特に、熱板は、通常サポートリングによって保持されているため、サポートリングの保有熱によって熱板の温度変化が遅くなっている。

かかる問題を改善するために、ノズルから熱板の裏面に所定温度の気体を吹き付けることが提案されている（特許文献１参照）。これにより、熱板の温度変更を促進できる。

特開２００１−１６８０２２号公報

しかしながら、近年では、複数種類のレシピのウェハ処理をより短時間で効率的に行うことが求められている。この点から見れば、上述の熱処理装置では、熱板の温度変更時間がまだ長く、ウェハ処理のレシピの変更時に時間が掛かっている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、熱板などの熱処理板の温度変更時間をより短縮することをその目的とする。

上記目的を達成するために、基板の熱処理装置であって、基板を載置して熱処理する熱処理板と、前記熱処理板の下方に位置する底板と、前記熱処理板の外周と、前記熱処理板と前記底板との間の空間の外周を囲む外周壁と、を有し、前記熱処理板の裏面側には、前記熱処理板と前記底板と前記外周壁によって囲まれた温調室が形成され、前記外周壁の内部には、温度調節された気体が流通する気体通路が形成され、前記外周壁には、前記気体通路内の気体を前記温調室内に向けて供給する気体供給孔が形成され、前記底板の中央部には、前記温調室内の気体を排気する排気口が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、外周壁の気体通路に所定温度の気体を流すことにより、外周壁の温度を調整できる。熱処理板の温度変更時に、外周壁の温度を熱処理板の新しい設定温度に調整することにより、熱処理板の温度変更を促進できる。また、気体通路の気体を気体供給孔から温調室に供給し、排気口から排気することによって、熱処理板の裏面側の温調室において外周部から中心部に向かう気流が形成される。この気流によって熱処理板の熱交換を効率的に行うことができる。これらの結果、熱処理板の温度変更を短時間で行うことができる。

前記気体供給孔は、前記温調室内の前記熱処理板の裏面に向けて気体を供給してもよい。

前記温調室には、前記熱処理板の裏面に所定の温度の気体を供給するノズルが設けられていてもよい。

前記外周壁と前記熱処理板との間には、隙間が形成されていてもよい。

本発明によれば、熱処理板の温度変更時間が短縮されるので、複数種類のレシピの基板処理を効率的に行うことができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる熱処理装置が搭載された塗布現像処理システム１の構成の概略を示す平面図であり、図２は、塗布現像処理システム１の正面図であり、図３は、塗布現像処理システム１の背面図である。

塗布現像処理システム１は、図１に示すように例えば外部から塗布現像処理システム１に対して複数枚のウェハＷをカセット単位で搬入出するためのカセットステーション２と、フォトリソグラフィー工程の中で枚葉式に所定の処理を施す複数の各種処理装置を備えた処理ステーション３と、処理ステーション３に隣接する露光装置（図示せず）との間でウェハＷの受け渡しを行うインターフェイスステーション４とを一体に接続した構成を有している。

カセットステーション２には、カセット載置台５が設けられ、当該カセット載置台５には、複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置できる。カセットステーション２には、搬送路６上をＸ方向に沿って移動可能なウェハ搬送体７が設けられている。ウェハ搬送体７は、カセットＣに収容されたウェハＷの配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）にも移動自在であり、カセットＣ内の複数枚のウェハＷに対して選択的にアクセスできる。またウェハ搬送体７は、鉛直方向の軸周り（θ方向）に回転可能であり、後述する処理ステーション３の第３の処理装置群Ｇ３の各処理装置に対してアクセスしてウェハＷを搬送できる。

処理ステーション３は、複数の処理装置が多段に配置された、例えば５つの処理装置群Ｇ１〜Ｇ５を備えている。処理ステーション３のＸ方向負方向（図１中の下方向）側には、カセットステーション２側からインターフェイスステーション４側に向けて第１の処理装置群Ｇ１と、第２の処理装置群Ｇ２が順に配置されている。処理ステーション３のＸ方向正方向（図１中の上方向）側には、カセットステーション２側からインターフェイスステーション４側に向けて第３の処理装置群Ｇ３、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５が順に配置されている。第３の処理装置群Ｇ３と第４の処理装置群Ｇ４の間には、第１の搬送装置１０が設けられている。第１の搬送装置１０は、第１の処理装置群Ｇ１、第３の処理装置群Ｇ３及び第４の処理装置群Ｇ４内の各装置に対し選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。第４の処理装置群Ｇ４と第５の処理装置群Ｇ５の間には、第２の搬送装置１１が設けられている。第２の搬送装置１１は、第２の処理装置群Ｇ２、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５内の各装置に対して選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。

図２に示すように第１の処理装置群Ｇ１には、ウェハＷに所定の液体を供給して処理を行う液処理装置、例えばウェハＷ上にレジスト液を塗布するレジスト塗布装置２０、２１、２２、露光処理時の光の反射を防止する反射防止膜を形成するボトムコーティング装置２３、２４が下から順に５段に重ねられている。第２の処理装置群Ｇ２には、液処理装置、例えばウェハＷに現像液を供給して現像処理する現像処理装置３０〜３４が下から順に５段に重ねられている。また、第１の処理装置群Ｇ１及び第２の処理装置群Ｇ２の最下段には、各処理装置群Ｇ１、Ｇ２内の前記液処理装置に各種処理液を供給するためのケミカル室４０、４１がそれぞれ設けられている。

例えば図３に示すように第３の処理装置群Ｇ３には、ウェハＷを温調板上に載置してウェハＷの温度調節を行う温調装置６０、ウェハＷの受け渡しを行うためのトランジション装置６１、温調装置６２〜６４及びウェハＷを加熱処理する加熱処理装置６５〜６８が下から順に９段に重ねられている。

第４の処理装置群Ｇ４では、例えば温調装置７０、レジスト塗布処理後にウェハＷを加熱処理するプリベーク装置７１〜７４及び現像処理後にウェハＷを加熱処理するポストベーク装置７５〜７９が下から順に１０段に重ねられている。

第５の処理装置群Ｇ５では、ウェハＷを熱処理する複数の熱処理装置、例えば温調装置８０〜８３、本実施の形態にかかる熱処理装置としての露光後ベーク装置８４〜８９が下から順に１０段に重ねられている。

図１に示すように第１の搬送装置１０のＸ方向正方向側には、複数の処理装置が配置されており、例えば図３に示すようにウェハＷを疎水化処理するためのアドヒージョン装置９０、９１が下から順に２段に重ねられている。図１に示すように第２の搬送装置１１のＸ方向正方向側には、例えばウェハＷのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置９２が配置されている。

インターフェイスステーション４には、例えば図１に示すようにＸ方向に延伸する搬送路１００上を移動するウェハ搬送体１０１と、バッファカセット１０２が設けられている。ウェハ搬送体１０１は、Ｚ方向に移動可能でかつθ方向にも回転可能であり、インターフェイスステーション４に隣接した図示しない露光装置と、バッファカセット１０２及び第５の処理装置群Ｇ５の各装置に対してアクセスしてウェハＷを搬送できる。

次に、上述の露光後ベーク装置８４〜８９の構成について説明する。例えば露光後ベーク装置８４は、図４に示すように装置本体を構成する筐体１２０を有する。筐体１２０内には、ウェハＷを載置して加熱する熱処理板としての熱板１３０が設けられている。熱板１３０は、水平の略円盤形状を有している。熱板１３０には、給電により発熱するヒータ１３１が設けられている。ヒータ１３１は、例えば熱板１３０の裏面に印刷されている。

熱板１３０の表面には、複数のガイド部材１３２が設けられている。ガイド部材１３２は、断熱性の高い、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）により形成されている。ガイド部材１３２は、図５に示すようにウェハＷの載置位置Ｐの外周に沿って複数個所に等間隔で設けられている。ガイド部材１３２の表面には、図６に示すように外側に向かって低くなる傾斜面が形成されており、ウェハＷの外周部がガイド部材１３２の表面に乗り上げたときに、ウェハＷをガイド部材１３２の傾斜面に沿って滑らせてウェハＷを所定の載置位置Ｐに誘導できる。

図４に示すように熱板１３０の表面には、ウェハＷが載置される複数の支持ピン１３３が設けられている。また熱板１３０には、後述する昇降ピン１９０が上下方向に通過する複数の貫通孔１３４が形成されている。

熱板１３０の下方には、底板１４０が設けられている。底板１４０は、水平の略円盤形状を有し、熱板１３０と所定距離離れた位置に熱板１３０に対向するように配置されている。底板１４０は、例えば高い剛性を有するアルミニウムによって形成されている。底板１４０の中央部には、例えば円形の排気口１４０ａが形成されている。

底板１４０は、例えば筐体１２０の底面に立設された複数の底板支持棒１５０によって支持されている。底板１４０の表面には、略円柱状の複数の垂直支持棒１５１が設けられている。熱板１３０は、これらの垂直支持棒１５１の上部に水平に支持されている。垂直支持棒１５１は、例えば熱膨張率の低い、例えばステンレスによって形成されている。

垂直支持棒１５１は、図６に示すようにガイド部材１３２の下方に位置している。垂直支持棒１５１は、断熱部材１５２を介在して熱板１３０の裏面を支持している。断熱部材１５２は、断熱性の高いアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）によって形成されている。断熱部材１５２は、例えば下部に凹部１５２ａを有し、垂直支持棒１５１の上部に形成された凸部１５１ａに嵌合されている。また、断熱部材１５２は、上部に凸部１５２ｂを有し、熱板１３０の裏面に形成された凹部１３０ａに嵌合されている。ガイド部材１３２、熱板１３０、断熱部材１５２及び垂直支持棒１５１は、これらを垂直方向に貫通するボルトなどの締結部材１５３によって締結されている。

図４に示すように熱板１３０の外周には、外周壁１６０が設けられている。外周壁１６０は、肉厚の略円筒形状を有し、熱板１３０の外周と、底板１４０と熱板１３０の間の空間の外周を囲むように形成されている。外周壁１６０は、底板１４０の外周部上に取り付けられている。外周壁１６０は、例えば熱伝導性の高い、アルミニウムにより形成され、熱板１３０を保温する機能を有する。熱板１３０の裏面側には、外周壁１６０、熱板１３０及び底板１４０によって囲まれた温調室Ｋが形成されている。外周壁１６０と熱板１３０との間には、狭小な隙間Ｄが形成され、外周壁１６０と熱板１３０が非接触になっている。

例えば外周壁１６０の内部には、気体通路１６０ａが形成されている。気体通路１６０ａは、例えば図７に示すように平面から見て円弧状に形成され、外周壁１６０に沿って複数個所に等間隔に形成されている。各気体通路１６０ａは、例えば給気管１６１によって気体供給装置１６２に接続されている。例えば気体供給装置１６２には、気体の温度を調節する温度調節機能が設けられている。これにより、気体供給装置１６２から気体通路１６０ａ内に所定の温度に調整された気体を供給できる。なお、気体通路１６０ａの形状は、外周壁１６０に沿ったリング状であってもよい。

外周壁１６０の各気体通路１６０ａの内側には、温調室Ｋに連通する複数の気体供給孔１６０ｂが形成されている。図６に示すように気体供給孔１６０ｂは、例えば斜め上方に向けて形成され、気体通路１６０ａ内の気体を熱板１３０の裏面に向けて供給できる。図７に示すように気体供給孔１６０ｂは、平面から見て底板１４０の中心の排気口１４０ａに向けられている。これにより、温調室Ｋ内には、外周壁１６０から排気口１４０ａに向かう気流が形成される。

図４に示すように底板１４０の表面には、上方の熱板１３０の裏面に向けて気体を供給するノズル１７０が設けられている。ノズル１７０は、例えば２箇所の噴出孔を有し、斜め上方の２方向に気体を供給できる。例えばノズル１７０は、図７に示すように平面から見て底板１４０の周方向の相反する２方向に気体を供給できる。ノズル１７０は、同一円周上の複数箇所に等間隔で設けられている。ノズル１７０は、図示しない気体供給装置に接続されており、当該気体供給装置から所定の温度に調整された気体が供給される。

図４に示すように底板１４０と外周壁１６０は、例えば略円筒状の断熱壁１８０によって覆われている。断熱壁１８０は、例えば底板１４０や外周壁１６０との間に隙間ができるように配置され、断熱壁１８０の外側の雰囲気と、底板１４０や外周壁１６０との間の熱の授受を抑制している。

例えば熱板１３０の下方には、ウェハＷを下方から支持して昇降するための昇降ピン１９０が設けられている。昇降ピン１９０は、例えば断熱壁１８０の下方に設けられた昇降駆動機構１９１により上下動できる。昇降ピン１９０は、熱板１３０の下方から上昇して貫通孔１３４を通過し、熱板１３０の上方に突出できる。

例えば熱板１３０の上方には、熱板１３０の表面を覆って処理室Ｓを形成する蓋体２００が設けられている。蓋体２００は、上下動自在で処理室Ｓを開閉できる。蓋体２００の中央の天井面には、排気口２００ａが設けられており、処理室Ｓ内の雰囲気を排気できる。

なお、露光後ベーク装置８５〜８９の構成は、露光後ベーク装置８４と同様であるので説明を省略する。

次に、以上のように構成された露光後ベーク装置８４の動作を、塗布現像処理システム１全体で行われるウェハＷの処理プロセスと共に説明する。

先ず、図１に示すウェハ搬送体７によって、カセット載置台５上のカセットＣ内から未処理のウェハＷが一枚ずつ取り出され、処理ステーション３に順次搬送される。ウェハＷは、処理ステーション３の第３の処理装置群Ｇ３に属する温調装置６０に搬送され、所定温度に温度調節され、その後第１の搬送装置１０によって例えばボトムコーティング装置２３に搬送されて、反射防止膜が形成される。その後ウェハＷは、第１の搬送装置１０によって加熱処理装置６５、温調装置７０に順次搬送され、各装置において所定の処理が施される。その後ウェハＷは、第１の搬送装置１０によって例えばレジスト塗布装置２０に搬送され、ウェハＷ上にレジスト液が塗布される。

レジスト液の塗布後、ウェハＷは、第１の搬送装置１０によって例えばプリベーク装置７１に搬送され、プリベークが施された後、第２の搬送装置１１によって周辺露光装置９２、温調装置８３に順次搬送され、各装置において所定の処理が施される。その後ウェハＷは、インターフェイスステーション４のウェハ搬送体１０１によって露光装置に搬送される。露光処理の終了後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置１０１によって処理ステーション３に戻され、例えば図４に示す露光後ベーク装置８４に搬送される。

露光後ベーク装置８４において、ウェハＷは、先ず予め上昇して待機していた昇降ピン１９０に受け渡される。その後蓋体２００が下降し、処理室Ｓが形成される。その後、昇降ピン１９０が下降し、予め所定の設定温度に加熱されている熱板１３０上にウェハＷが載置される。こうして、ウェハＷが所定の設定温度で加熱される。所定時間経過後、昇降ピン１９０が上昇して、ウェハＷが熱板１３０の上方に持ち上げられてウェハＷの加熱が終了する。その後ウェハＷは、昇降ピン１９０から第２の搬送装置１１に受け渡され、露光後ベーク装置８４から搬出される。

露光後ベークの終了後、ウェハＷは、第２の搬送装置１１によって例えば現像処理装置３０に搬送され、ウェハＷ上のレジスト膜が現像される。その後ウェハＷは、例えば第２の搬送装置１１によってポストベーク装置７５に搬送され、ポストベークが施され、その後、第１の搬送装置１０によって温調装置６２に搬送されて温度調節される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送体７によってカセットステーション２のカセットＣに戻される。こうして塗布現像処理システム１における一連のウェハ処理が終了する。

次に、熱板１３０の設定温度の変更時における露光後ベーク装置８４の動作について説明する。

図４に示す熱板１３０の温度設定が新しい設定温度Ｔに変更され、ヒータ１３１の発熱量が新しい設定温度Ｔに応じて変更される。このとき例えば気体供給装置１６２から外周壁１６０の気体通路１６０ａに、新しい設定温度Ｔと同じ温度に調整された気体が供給される。この気体の供給により外周壁１６０が新しい設定温度Ｔに温度調整される。

また、気体通路１６０ａ内の気体は、気体供給孔１６０ｂから温調室Ｋに噴出される。当該気体は、温調室Ｋにおいて熱板１３０の裏面に衝突し、その後熱板１３０の中央側に流れる。気体は、熱板１３０の中央に到達した後、底板１４０の中央の排気口１４０ａから排気される。このように、温調室Ｋ内には、熱板１３０の裏面の外周部から中心部に向かう一様な気流Ａが形成される。また、ノズル１７０からも、例えば新しい設定温度Ｔと同じ温度に調整された気体が噴出される。当該気体は、熱板１３０の裏面の複数箇所に衝突し、その後前記気体供給孔１６０ｂからの気流Ａにより温調室Ｋの中央側に流れ、排気口１４０ａから排気される。これらの気体供給孔１６０ｂからの気流Ａやノズル１７０からの気体
により、熱板１３０の温度変更が促進され、熱板１３０は、新しい設定温度Ｔに短時間で調整される。

熱板１３０が新しい設定温度Ｔに調整された後、気体供給孔１６０ｂやノズル１７０から温調室Ｋへの気体の供給が停止される。その後温調室Ｋ内は、新しい設定温度Ｔの雰囲気に維持され、その状態でウェハＷの熱処理が行われる。

以上の実施の形態によれば、外周壁１６０により、熱板１３０の裏面側に温調室Ｋが形成され、外周壁１６０の内部には、気体通路１６０ａと気体供給孔１６０ｂが形成され、底板１４０の中央には、排気口１４０ａが形成されている。これにより、熱板１３０の設定温度の変更時に、外周壁１６０の内部の気体通路１６０ａに新たな設定温度Ｔの気体を供給して、外周壁１６０の温度を新たな設定温度Ｔに温度調整できる。この結果、熱板１３０の温度変更が外周壁１６０の熱によって抑制されることがなく、熱板１３０の温度変更を促進できる。また、熱板１３０の設定温度の変更時に、気体通路１６０ａの気体を気体供給孔１６０ｂから温調室Ｋに供給して、当該気体を排気口１４０ａから排気できる。これにより、熱板１３０の裏面側に熱板１３０の外周部から中心部に向かう気流Ａを形成でき、この気流Ａによって熱板１３０の熱が効率的に運ばれるので、熱板１３０の温度変更速度を向上できる。以上のように処理室Ｋ内に形成される気流Ａにより、熱板１３０の設定温度の変更時間を短縮することができる。また、上記気流Ａにより、熱板１３０の裏面の全面の熱の交換が行われるので、熱板１３０の面内温度も安定させることができる。さらに、処理室Ｋ内に一箇所に向かう気流Ａを形成することによって、底板１４０における排気口１４０ａの開口面積を小さくすることができる。このため、外乱による処理室Ｋの温度や熱板１３０の温度への影響を低減し、熱板１３０の温度の安定性を向上できる。

また、気体供給孔１６０ｂは、熱板１３０の裏面に直接気体を吹き付けるので、熱板１３０の熱交換が効果的に行われ、熱板１３０の温度変更をさらに短縮きる。

温調室Ｋ内には、ノズル１７０が設けられているので、このノズル１７０からの気体の供給によっても熱板１３０の温度変更を促進させることができる。また、ノズル１７０は、熱板１３０の裏面の複数箇所に気体を供給するので、熱板１３０の裏面を斑なく温度変更することができる。

外周壁１６０と熱板１３０との間には、狭小な隙間Ｄが設けられているので、熱処理時には、外周壁１６０が熱板１３０を保温でき、また設定温度の変更時には、外周壁１６０の熱変形が熱板１３０に伝わって熱板１３０が歪むことが防止できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば以上の実施の形態では、処理室Ｋ内にノズル１７０が設けられていたが、ノズル１７０は、必ずしも必要なく、気体供給孔１６０ｂからのみ気体を供給してもよい。また、以上の実施の形態は、露光後ベーク装置８４〜８９に本発明を適用したものであったが、熱板を備えたプリベーク装置、ポストベーク装置、温調板を備えた温調装置、冷却板を備えた冷却装置などの他の熱処理装置に本発明を適用してもよい。また、本発明は、ウェハ以外の例えばＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板の熱処理装置にも適用できる。

本発明は、熱処理板の温度変更を短時間で行う際に有用である。

塗布現像処理システムの構成の概略を示す平面図である。図１の塗布現像処理システムの正面図である。図１の塗布現像処理システムの背面図である。露光後ベーク装置の構成の概略を示す縦断面図である。熱板の構成の概略を示す平面図である。熱板と垂直支持棒との締結部を示す縦断面図である。外周壁の横断面図である。

符号の説明

１塗布現像処理システム
８４〜８９露光後ベーク装置
１３０熱板
１４０底板
１４０ａ排気口
１６０外周壁
１６０ａ気体通路
１６０ｂ気体供給孔
１７０ノズル
Ｋ温調室
Ｗウェハ

Claims

基板の熱処理装置であって、
基板を載置して熱処理する熱処理板と、
前記熱処理板の下方に位置する底板と、
前記熱処理板の外周と、前記熱処理板と前記底板との間の空間の外周を囲む外周壁と、を有し、
前記熱処理板の裏面側には、前記熱処理板と前記底板と前記外周壁によって囲まれた温調室が形成され、
前記外周壁の内部には、温度調節された気体が流通する気体通路が形成され、
前記外周壁には、前記気体通路内の気体を前記温調室内に向けて供給する気体供給孔が形成され、
前記底板の中央部には、前記温調室内の気体を排気する排気口が形成されていることを特徴とする、熱処理装置。
前記気体供給孔は、前記温調室内の前記熱処理板の裏面に向けて気体を供給することを特徴とする、請求項１に記載の熱処理装置。
前記温調室には、前記熱処理板の裏面に所定の温度の気体を供給するノズルが設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱処理装置。
前記外周壁と前記熱処理板との間には、隙間が形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理装置。