JP5793468B2

JP5793468B2 - 熱処理装置、熱処理板の冷却方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体

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Publication number: JP5793468B2
Application number: JP2012123341A
Authority: JP
Inventors: 耕市水永; 聡大豊澤; 大島　和彦; 和彦大島
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: KR102050107B1; JP2013251329A; KR20130135110A

Description

本発明は、熱処理板上に基板を載置して基板の熱処理を行う熱処理装置、前記熱処理板の冷却方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。

例えば半導体デバイスの製造工程におけるフォトリソグラフィー工程では、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、レジスト膜を所定のパターンに露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理、レジスト塗布処理後や露光処理後に行われる熱処理などの一連の処理が順次行われ、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成される。これらの一連の処理は、ウェハを処理する各種処理部やウェハを搬送する搬送機構などを搭載した基板処理システムである塗布現像処理システムで行われている。

熱処理は、例えばヒータが内蔵された熱処理板により、ウェハの種別（ロット）に応じて設定された設定温度で実施される。したがって、一のロットについて熱処理を終えた後、後続のロットの設定温度が当該一のロットの設定温度と異なる場合には、熱処理板の温度を変更する必要がある。例えば、後続のロットのウェハの設定温度が前のロットのウェハの設定温度よりも低い場合は、前のロットの最終のウェハが熱処理板から搬出された後、例えば当該熱処理板の裏面をエアパージして、熱処理板を降温するようにしている。

しかしながら、エアパージによる冷却は熱交換率が低いことから、熱処理板の温度を整定させるために長時間を要する。そのため、スループットの向上の妨げの一因となっている。また、パージ用のエアが熱処理板の表面側に回り込んで、パーティクル汚染を起こすおそれもある。

この点について特許文献１には、内部に温調媒体を流通させた温調部を熱処理板に接触させることで、熱処理板の昇温及び降温を行う熱処理装置が提案されている。この熱処理装置によれば、例えば熱処理板の温度を僅かに降温させる場合に、温調部を昇降機構により移動させて熱処理板から離すことが記載されている。

特開２００９−１９４２３７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるように、熱処理板を降温させる場合に、温調部を熱処理板から離す場合には自然放熱が支配的である。そのため、この
手法では熱処理板を短時間で降温させることはできず、依然としてスループットの向上を図ることが難しい。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、熱処理板の温度を速やかに降温させることを目的としている。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板を熱処理板に載置して熱処理を行うための熱処理装置において、前記熱処理板に接触させることにより当該熱処理板を冷却するための冷却部材と、前記冷却部材を冷却するための冷却機構と、前記冷却部材を、前記冷却機構により冷却するための待機位置と、前記熱処理板を冷却するための冷却位置と、の間で相対的に移動させるための冷却部材移動機構と、前記冷却部材と前記冷却部材移動機構との間に設けられ、前記冷却部材移動機構により前記冷却部材を冷却位置よりもさらに前記熱処理板側に押し込む際に収縮することで、前記冷却部材と前記熱処理板との平行度を向上させるための弾性部材と、を有し、前記冷却部材は複数に分割され、前記複数に分割された冷却部材には、前記冷却部材移動機構が個別に設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、基板を熱処理する熱処理板を冷却する際に、冷却機構により冷却された冷却部材により冷却するため、熱処理板を速やかに降温させることができる。また、熱処理板や冷却部材には、加工精度上の限界から微小なうねりが生じることは避けがたく、このうねりに伴う熱伝導の不均一により熱処理板に温度むらが生じることが考えられるが、本発明によれば、冷却部材を冷却位置よりもさらに前記熱処理板側に押し込み弾性部材を収縮させることでセルフアライメントを行い、冷却部材と熱処理板とを全面にわたって平行に維持することができる。その結果、熱処理板と冷却部材との間での熱伝達の均一性をさらに向上させ、熱処理板を温度むらなく均一に冷却することができる。

前記各冷却部材と前記各冷却部材移動機構とは、前記弾性部材に代えて、継手により接続され、前記各冷却部材と前記各冷却部材移動機構とは、前記継手を介して揺動自在であってもよい。

前記熱処理板による基板の熱処理中に前記冷却部材を前記待機位置に移動させ、基板の熱処理が終了して当該基板が前記熱処理板から搬出された後に前記冷却部材を前記冷却位置に移動させるように、前記冷却部材移動機構の動作を制御する制御部を有していてもよい。

別な観点による本発明は、熱処理板に接触させることにより当該熱処理板を冷却するための冷却部材と、前記冷却部材を冷却するための冷却機構と、前記冷却部材を前記冷却機構により冷却するための待機位置と、前記熱処理板を冷却するための冷却位置と、の間で相対的に移動させるための冷却部材移動機構と、を備えた、基板を前記熱処理板に載置して熱処理を行う熱処理装置において、前記熱処理板を冷却する方法であって、前記熱処理板による基板の熱処理中に前記冷却部材を前記冷却機構により冷却し、基板の熱処理が終了して当該基板が前記熱処理板から搬出された後に、前記冷却部材移動機構により前記冷却部材を前記冷却位置に移動させ、前記冷却部材移動機構により、前記冷却部材を冷却位置よりもさらに前記熱処理板側に押し込むことで前記冷却部材と前記冷却部材移動機構との間に設けられた弾性部材を収縮させ、前記冷却部材と前記熱処理板との平行度を向上させて前記熱処理板の冷却を行い、前記冷却部材は複数に分割され、前記複数に分割された冷却部材には、前記冷却部材移動機構が個別に設けられ、前記熱処理板の冷却は、前記各冷却部材を前記熱処理板に接触させることにより行うことを特徴としている。

別な観点による本発明によれば、前記熱処理板の冷却方法を熱処理装置によって実行させるために、当該熱処理装置を制御する制御装置のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。

また別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。

本発明によれば、熱処理板の温度を速やかに降温させることができる。

本実施の形態にかかる熱処理装置の全体を一部を切欠して示す斜視図である。本実施の形態にかかる熱処理装置の内部構成の概略を示す縦断面図である。加熱ユニットの内部構成の概略を示す縦断面図である。熱処理板の構成の概略を示す平面図である。第２の冷却プレートの上面側の構成の概略を示す斜視図である。第２の冷却プレートの下面側の構成の概略を示す斜視図である。熱処理装置の各機器の動作状態を示すタイムチャートである。熱処理板の冷却工程を示すフローチャートである。熱処理板の冷却工程を示す説明図である。熱処理板の冷却工程を示す説明図である。熱処理板の冷却工程を示す説明図である。熱処理板の冷却工程における経過時間と熱処理板の温度との関係を説明するグラフである。他の実施の形態にかかる熱処理板の冷却工程を示す説明図である。他の実施の形態にかかる熱処理板の冷却工程を示す説明図である。他の実施の形態にかかる熱処理板の冷却工程を示す説明図である。他の実施の形態にかかる熱処理板の冷却工程を示す説明図である。他の実施の形態にかかる熱処理板の冷却工程を示す説明図である。他の実施の形態にかかる熱処理板の冷却工程を示す説明図である。

以下、本発明の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１の内部構成の概略を示す説明図である。図２は、熱処理装置１の内部構成の概略を示す縦断面図である。なお、本実施の形態における熱処理装置１は、例えばウェハＷに対してレジストの塗布、現像に伴う熱処理を行うためのものである。

熱処理装置１は、筐体１０によって囲まれている。筐体１０は、例えばアルミニウムにより構成されている。この筐体１０の内部は、区画板１１によってウェハＷに対して熱処理を行う上方領域１２ａと、ウェハＷを昇降させる駆動機構（図示せず）が収納された下方領域１２ｂとに区画されている。

上方領域１２ａには、図１中のＹ方向正方向側（図１の左方向）から冷却プレートである冷却アーム２０、加熱ユニット２１及び排気系部品の一部が収納された収納室２２がこの順番で設置されている。この冷却アーム２０は、後述する熱処理板５０との間でウェハの受け渡しを行う受け渡し機構としての機能も有している。筐体１０の側壁１０ａのＹ方向正方向側には、熱処理装置１の外部に設けられた図示しないウェハ搬送機構と冷却アーム２０との間で、ウェハＷの受け渡しを行うための開口部２３が形成されている。この開口部２３は、図示しないシャッターなどにより開閉可能に構成されている。

加熱ユニット２１のＸ方向側（図１の上下方向）の側壁１０ａの両側には、この加熱ユニット２１の周囲の雰囲気を冷却するために、冷媒が上下に通流する冷媒流路２４が例えば４本並ぶように埋設されている。冷媒流路２４の内部には、温度調整された冷却水が通流するように構成されている。

冷却アーム２０は、区画板１１に形成されたガイド３０に沿って設けられた脚部３１を備えている。そのため、冷却アーム２０は脚部３１が筐体１０の長手方向にスライドすることにより、既述のウェハ搬送機構との間でウェハＷの受け渡しを行う位置（搬送位置）と、加熱ユニット２１内の後述する熱処理板５０との間でウェハＷの受け渡しを行う位置（熱処理位置）と、の間において移動自在になっている。また冷却アーム２０の下面側には、加熱されたウェハＷを粗冷却するために、例えば冷媒を通流させるための図示しない冷媒流路が設けられている。

下方領域１２ｂには、図２に示すように、既述の開口部２３の側方位置及び後述の熱処理板５０上方の熱処理位置において、冷却アーム２０上のウェハＷを昇降させるために、それぞれ昇降機構３２ａ、３２ｂに接続された支持ピン３３ａ、３３ｂが設けられている。冷却アーム２０には、図１に示すように、これら支持ピン３３ａ、３３ｂが貫通するスリット３４が形成されている。区画板１１には、支持ピン３３ａが干渉することを避けるために貫通孔３５が形成されている。なお、支持ピン３３ｂは、区画板１１に形成された開口３６を介して突没する。

図２に示すように、加熱ユニット２１の下方領域１２ｂのＹ方向側（図２の左右方向）には、筐体１０の長手方向に伸びる排気管４０が設けられている。排気管４０は、収納室２２を介して排気路４１に接続されており、排気管４０に形成された多数の図示しない吸引孔から、この下方領域１２ｂを排気できるように構成されている。

加熱ユニット２１は、図１に示すように、ウェハＷを加熱するための熱処理板５０と、下面側が開口し、この熱処理板５０の周囲を上方側から気密に覆うように形成されたカップ型の蓋体５１と、から構成されている。この蓋体５１は、熱処理板５０と冷却アーム２０との間でウェハＷの受け渡しを行う際の待機位置である上方位置と、ウェハＷの熱処理時に熱処理板５０を覆う下方位置との間で、図示しない昇降機構により昇降自在となるように構成されている。

蓋体５１の天井部には、給気管５２を介してガス供給源５３が接続されており、熱処理板５０上のウェハＷに対して、例えば蓋体５１の天井部中央に設けられた開口部５４から、例えば空気や窒素ガスなどのパージガスを供給できるように構成されている。また、蓋体５１の側壁の内側には、下方位置におけるウェハＷの側面を臨む位置に、例えば全周に亘って多数の排気孔５５が形成されている。この排気孔５５は、排気路５６を介して排気路４１に接続されている。

熱処理板５０の下方側には、図３に示すように、冷却部材移動機構としての冷却プレート昇降機構６０、冷却機構としての第１の冷却プレート６１及び冷却部材としての第２の冷却プレート６２が下側からこの順番で配置されている。これらの部材は、サポートリング６３により側方及び下方から囲うように構成されている。冷却プレート昇降機構６０は、例えばサポートリング６３の底部に支持されている。

熱処理板５０は、その上面にウェハＷを載置して熱処理するための、例えば厚さが１０ｍｍの板状のプレートである。熱処理板５０は、セラミックス、例えばＳｉＣ（炭化珪素）により形成されている。熱処理板５０の表面には、ウェハＷの裏面がパーティクルにより汚染されることを防止するためのプロキシミティピン（図示せず）が複数設けられている。熱処理板５０の内部には、図４に示すように、ウェハＷを加熱するためのリング状の加熱部である抵抗発熱線からなるヒータ７０が同心円状に設けられている。また、この熱処理板５０内部の中央部には、熱処理板５０の上面の温度を検出するための例えば熱電対などの温度検出部７１が設けられている。この温度検出部７１は後述の制御部１５０に接続されており、温度検出部７１の温度検出値に基づいて熱処理板５０の表面の温度が制御される。

熱処理板５０は、その周縁部において例えば緩衝材などの図示しない受け部材を介して、例えば図３に示すように、断熱性の支持部材８０により熱処理板５０の周方向に等間隔に例えば３ヶ所で下方から支持されている。そして、熱処理板５０は、ネジなどの固定部材（図示せず）によりこの支持部材８０を介して第１の冷却プレート６１の外周縁に固定されている。

第１の冷却プレート６１は、その上面に第２の冷却プレート６２を載置して冷却するための、略円盤状のプレートである。第１の冷却プレート６１は、図３に示すように、その内部に冷媒通流部９０が設けられている。この冷媒通流部９０は、前述の冷却アーム２０に設けられた冷媒流路の出口と繋がっており、冷却アーム２０を通ってきた冷媒が通流するようになっている。

第２の冷却プレート６２は、その上面を熱処理板５０に接触させることで熱処理板５０を降温するための、略円盤状のプレートである。第２の冷却プレート６２は、例えば銅やアルミニウムのように熱容量が大きく且つ熱伝達率の高い材質により形成されている。第２の冷却プレート６２には、図５及び図６に示すように、例えば伝熱材であるヘリウムガスを供給する、伝熱材供給部としての開口部９１が複数設けられている。また、第２の冷却プレート６２の裏面内部には、図６に示すように、伝熱材流路９２が例えば略円環状のパターンで形成されている。伝熱材流路９２は各開口部９１に接続されており、伝熱材供給源（図示せず）から伝熱材流路９２に供給された伝熱材を、各開口部９１を通じて第２の冷却プレート６２の上面に供給することができる。

第２の冷却プレート６２の内部には、例えば図３に示すように、中央部に当該第２の冷却プレート６２の温度を検出するための例えば熱電対などの温度検出機構９３が設けられている。この温度検出機構９３は後述の制御部１５０に接続されている。

第２の冷却プレート６２の外周端部には、支持アーム９４が周方向に例えば３箇所形成されている。支持アーム９４は、例えば図３に示すように、第２の冷却プレート６２の外周端部から下方に延伸する垂直部９４ａと、垂直部９４ａの下端部から第２の冷却プレート６２の直径方向の外側に向かって水平に延伸する水平部９４ｂとにより構成され、略Ｌ字状の断面形状を有している。

冷却プレート昇降機構６０は、第２の冷却プレート６２を第１の冷却プレート６１に載置して冷却するための待機位置と、第２の冷却プレート６２により熱処理板５０を冷却するための冷却位置との間で相対的に移動させるものであり、例えば電動アクチュエータやエアシリンダ等が用いられる。冷却プレート昇降機構６０は、この水平部９４ｂの下方に配置されている。冷却プレート昇降機構６０と水平部９４ｂとの間には、弾性部材９５が設けられている。第２の冷却プレート６２は、冷却プレート昇降機構６０が弾性部材９５を介して水平部９４ｂを押圧することにより昇降動する。第２の冷却プレート６２は、熱処理板５０によりウェハＷを熱処理している間は第１の冷却プレート６１上で待機し、第１の冷却プレート６１により冷却されている。なお、図３においては、図示の都合上、支持アーム９４が第２の冷却プレート６２の対角線上の２箇所に形成された状態を示している。

また、図３及び図５に示すように、第２の冷却プレート６２の上面には、冷却プレート昇降機構６０を上昇させて第２の冷却プレート６２を熱処理板５０の裏面に接触させた際に、第２の冷却プレート６２と熱処理板５０との間に所定の隙間を形成するギャップピン９６が複数設けられている。したがって、第２の冷却プレート６２と熱処理板５０との接触とは、第２の冷却プレート６２のギャップピン９６と熱処理板５０とが接触することを意味し、第２の冷却プレート６２そのものと熱処理板５０と間には、所定の隙間が形成される。

サポートリング６３は、円板状に形成され、周縁部には、上方に向かって延伸する起立壁６４が周方向にわたって形成されている。このサポートリング６３の外径は、ウェハＷの外径よりも片側が例えば２０ｍｍずつ大きくなるように形成されている。サポートリング６３の中心部には、区画板１１の開口３６に対応するように、開口６５が形成されている。このサポートリング６３は、支持部材６６によって区画板１１に支持されている。

第１の冷却プレート６１、第２の冷却プレート６２及び熱処理板５０には、図３〜図６に示すように、既述の支持ピン３３ｂが突没するための貫通孔１０１がそれぞれ形成されている。

熱処理装置１には、図２に示すように、例えばコンピュータからなる制御部１５０が接続されている。この制御部１５０は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えたコンピュータにより構成され、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、昇降機構などの作動機構を制御するステップ群やウェハＷの熱処理あるいは熱処理板５０の冷却を行うためのレシピなどのプログラムが格納されている。なお、前記プログラムは、例えばハードディスク（ＨＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部１５０にインストールされたものであってもよい。

次に、熱処理板５０の冷却を行うためのプログラムの内容の概略について説明する。プログラムにおいては、ウェハＷのプロセス温度Ｔ０（熱処理板の温度設定値）がウェハ処理のレシピ毎にそれぞれ定められている。また、各プロセス温度ごとに、プロセス温度よりも少し高い温度、例えば３℃高い温度がしきい値Ｔ１としてそれぞれ設定されている。そして、あるプロセス温度Ｔ２からこれよりも低い他のプロセス温度Ｔ０に熱処理板５０を降温させる際に、温度検出部７１における温度検出値がしきい値Ｔ１より高い場合には、冷却プレート昇降機構６０に対して第２の冷却プレート６２を上昇させるための制御信号が出力されるように定められている。

次いで、冷却プレート昇降機構６０により第２の冷却プレート６２を上昇させ、ギャップピン９６が熱処理板５０に当接すると、伝熱材流路９２から例えば伝熱物質としてのヘリウムを所定量供給するための制御信号が出力される。その後、温度検出値が前記しきい値Ｔ１を下回ったときには、冷却プレート昇降機構６０を下降させるための制御信号が出力される。なお、ギャップピン９６が熱処理板５０に当接したか否かの判断については、例えば冷却プレート昇降機構６０にトルクスイッチを設けて当該トルクスイッチにより判断したり、冷却プレート昇降機構６０が上昇する際のストローク長により判断したりしてよい。

本実施の形態に係る基板処理システム１は以上のように構成されており、次に、以上のように構成された基板処理システム１で行われるウェハＷの処理及び熱処理板５０の冷却工程について図７〜図１１を用いて説明する。図７は熱処理装置１の各機器の動作状態を示すタイムチャートである。なお、図７に示す各機器の動作時間は一例を示すものであり、図７に記載される内容に限定されない。また、図８は熱処理板５０の冷却工程を示すフローチャートである。

先ず、筐体１０のシャッタ（図示せず）が開き、例えばレジスト液が塗布されたウェハＷが筐体１０の外部に設けられたウェハ搬送機構（図示せず）によって、開口部２３を介して待機位置にある冷却アーム２０の上方に搬送される。次いで、支持ピン３３ａの昇降とウェハ搬送機構の退避動作とによりウェハＷが冷却アーム２０に受け渡される。そして、冷却アーム２０が熱処理板５０の上方まで移動すると、加熱ユニット２１の下方の支持ピン３３ｂの昇降と当該冷却アーム２０の退避動作とにより、ウェハＷは熱処理板５０上に載置される（図７の時間ｔ０）。この時、熱処理板５０は設定温度（プロセス温度）Ｔ０である例えば１２０℃に予め加熱されている。

次いで、蓋体５１を下降させてウェハＷの周囲を密閉する。その状態で、ガス供給源５３から所定のパージガスを供給すると共に、排気孔５５からウェハＷの周囲の雰囲気を排気する。そして、この状態を保持してウェハＷの熱処理を行う（図８のステップＳ１）。ウェハＷに対して時間ｔ１まで熱処理を行った後、蓋体５１を上昇させて、ウェハＷを搬入時と逆の動作で冷却アーム２０に引き渡す（図７の時間ｔ２）。ウェハＷが冷却アーム２０に引き渡されると冷却アーム２０は待機位置に退避し、ウェハＷは冷却アーム２０上で時間ｔ２から時間ｔ３まで、所定の時間Ｋの間冷却される。冷却されてウェハＷは、図示しないウェハ搬送機構により筐体１０から搬出される（図８のステップＳ２）。その後、所定の枚数の例えば同一ロットのウェハＷについても同様に熱処理が行われる。熱処理板５０での熱処理と並行して、第２の冷却プレート６２が第１の冷却プレート６１上で、次のロットのウェハＷのプロセス温度Ｔ０よりも低い、例えば温度Ｔ３に冷却される（図８のステップＳ３）。

そして、時間ｔ４においてこのロットにおける最後のウェハＷに対する熱処理が終了すると、当該ウェハＷは冷却アーム２０に引き渡され（図７の時間ｔ６）、冷却アーム２０によって所定の時間Ｋの間冷却される。その後、このウェハＷは冷却アーム２０を介して熱処理装置１外へ搬出される。

続いて次のロットのウェハＷに対して熱処理が行われるが、次のロットのウェハＷについてのプロセス温度Ｔ０が先のロットのウェハＷについてのプロセス温度Ｔ２よりも低い場合には、既述のプログラムの内容に基づいて熱処理板５０の降温が行われる。

熱処理板５０の降温にあたっては、予め制御装置に格納されているウェハ処理のレシピから次のロットのウェハＷに対する加熱のプロセス温度Ｔ０が読み出される。そして、プロセス温度Ｔ０がプロセス温度Ｔ２よりも低い場合には、先のロットの最後のウェハＷに対する熱処理が時間ｔ４において終了すると、熱処理板５０の温度がプロセス温度Ｔ０となるようにヒータ７０の出力が制御される（図８のステップＳ４）。ここで、次のロットのウェハＷのプロセス温度Ｔ０が、先のロットのウェハＷのプロセス温度Ｔ２よりも低い場合、ヒータ７０の出力はゼロとしてもよい。図７においては、ヒータ７０の出力をゼロとした場合を例示している。それにより、熱処理板５０は自然放熱により降温する。しかしながら、自然放熱のみでは速やかに降温しない。そのため、予め第１の冷却プレート６１上でプロセス温度Ｔ０よりも低い温度に冷却された第２の冷却プレート６２を時間ｔ４において冷却プレート昇降機構６０により上昇させ、第２の冷却プレート６２により熱処理板５０の冷却を開始する（図８のステップＳ５）。第２の冷却プレート６２による熱処理板５０の冷却について詳述する。

第２の冷却プレート６２の上昇開始前、即ち待機位置にある状態においては、図９に示すように第２の冷却プレート６２の支持アーム９４の水平部９４ｂと冷却プレート昇降機構６０上の弾性部材９５との間に所定の隙間Ｇ、例えば１ｍｍの隙間が空いた状態となっている。待機位置において隙間Ｇを確保することで、第１の冷却プレート６１上に第２の冷却プレート６２が確実に載置される。この状態から冷却プレート昇降機構６０により第２の冷却プレート６２を上昇させると、弾性部材９５と支持アーム９４の水平部９４ｂとが接触する（図８のステップＱ１及び図１０）。冷却プレート昇降機構６０をさらに上昇させると、第２の冷却プレート６２は冷却位置に到達し（図７の時間ｔ５）、第２の冷却プレート６２のギャップピン９６と熱処理板５０の裏面とが接触する。この際、ギャップピン９６により、熱処理板５０の裏面と第２の冷却プレート６２の上面との間に所定の隙間Ｈが形成される（図８のステップＱ２及び図１１）。所定の隙間Ｈは、ギャップピン９６の高さにより決まり、例えば０．５ｍｍである。

また、時間ｔ５においては、ギャップピン９６と熱処理板５０との接触と並行して、第２の冷却プレート６２の上面の開口部９１から所定量のヘリウムガスが供給される（図８のステップＱ３）。このヘリウムガスは、熱処理板５０の裏面と第２の冷却プレート６２の上面との間に滞留し、第２の冷却プレート６２と熱処理板５０との間の熱伝達を媒介する伝熱材として機能する。なお、熱処理板５０の裏面と第２の冷却プレート６２の上面との間の隙間Ｈは０．５ｍｍ程度と狭い。そのため、当該隙間Ｈに供給されたヘリウムガスは気流の影響を受けにくく当該隙間Ｇの外部に漏れ出すことがほとんどないので、ヘリウムガスを連続して供給する必要はなく、その供給量は隙間Ｈを充填するのに必要な最小限の量のみである。

また、冷却位置において熱処理板５０とギャップピン９６とが接触すると、その状態から冷却プレート昇降機構６０をさらに所定距離、例えば２ｍｍ上昇させて第２の冷却プレート６２を熱処理板５０側に押し込む。この際、熱処理板５０と第２の冷却プレート６２との間の隙間Ｈはギャップピン９６により０．５ｍｍに維持される一方で、弾性部材９５が２ｍｍ圧縮される（図８のステップＱ４）。そうすることにより、冷却位置において熱処理板５０の裏面と第２の冷却プレート６２のギャップピン９６とが接触した状態では、熱処理板５０と第２の冷却プレート６２とが平行になっていない、いわゆる片当たりが生じている場合であっても、押し込みにより弾性部材９５が収縮することでセルフアライメントが行われ、平行度が向上する。それにより、熱処理板５０と第２の冷却プレート６２との片当たりが解消され、熱処理板５０と第２の冷却プレート６２とが全面にわたって平行に維持される。その結果、熱処理板５０と第２の冷却プレート６２の全面にわたって熱伝達が均一となり、熱処理板５０が温度むらなく均一に冷却される。なお、本実施の形態において支持アーム９４を３箇所に設けているのは、このセルフアライメントを行うためである。そのため、支持アーム９４の配置や個数については、セルフアライメントを行うことができるものであれば本実施の形態に限定されるものではない。

第２の冷却プレート６２による熱処理板５０の冷却が行われ、時間ｔ７において熱処理板５０の温度検出部７１による検出温度がしきい値Ｔ１に達すると、冷却プレート昇降機構６０により第２の冷却プレート６２を下降させ、冷却工程が終了する（図８のステップＱ５）。その後、第２の冷却プレート６２は待機位置において、次の冷却工程に備えて第１の冷却プレート６１により再度冷却される（図８のステップＳ１に戻る）。なお、第２の冷却プレート６２の下降の開始を、熱処理板５０の温度が次のロットのプロセス温度Ｔ０に到達する前のしきい値Ｔ１の時点で開始するのは、熱処理板５０の温度がアンダーシュートするのを防止するためである。アンダーシュートの有無は、プロセス温度Ｔ０と第２の冷却プレート６２の温度差等の要因により左右されるので、必ずしもしきい値Ｔ１の時点で第２の冷却プレート６２の下降を開始する必要はない。また、しきい値Ｔ１とプロセス温度Ｔ０との間の温度差についても、プロセス温度Ｔ０と第２の冷却プレート６２との温度差を考慮して任意に設定が可能である。また、アンダーシュートを防止する方法として、第２の冷却プレート６２を下降させる過程において、例えば第２の冷却プレート６２と熱処理板５０が２〜５ｍｍ程度離間した後に熱処理板５０の裏面に冷却用の乾燥ガスを供給するようにしてもよい。冷却用の乾燥ガスの供給は、熱処理板５０に乾燥ガスを供給できればどのように行ってもよく、例えば蓋体５１の開口部５４から供給してもよい。また、第２の冷却プレート６２に開口部９１とは別の他の開口部を設け、当該他の開口部から供給するようにしてもよい。いずれの場合も、開口部５４や他の開口部が乾燥ガス供給部として機能する。乾燥ガスとしては、例えばヘリウム以外にも、窒素や圧縮空気等を用いることができる。このように、熱処理板５０に乾燥ガスを吹き付けることで、第２の冷却プレート６２を離間させた後の熱処理板５０の温度を精密に制御することが可能となる。

図１２は、熱処理板５０の温度推移のプロファイルを示す図であり、この図から分かるように熱処理板５０の温度は、時間ｔ５〜ｔ７の間に、第２の冷却プレート６２によって急激にＴ２〜Ｔ１まで降温している。そして、熱処理板５０の温度検出部７１による検出温度がしきい値Ｔ１に達した時点で第２の冷却プレート６２を降下させることにより、熱処理板５０は緩やかに降温し、オーバーシュートが抑えられた状態で時間ｔ８において設定温度Ｔ０に収束する。そして、この時間ｔ８には、冷却アーム２０によりウェハＷの冷却に要する時間Ｋが経過するのと同時またはそれより前に到達する。以後、熱処理板５０はヒータ７０により設定温度Ｔ０に維持されるように温度制御される。そして、例えば時間ｔ９において再びヒータ７０がＯＮとなり、次ロットのウェハＷが先のロットのウェハＷと同様にして熱処理が行われる（ステップＳ６）。そして、この熱処理が各ロットのウェハＷに対して引き続き行われる。

以上の実施の形態によれば、熱処理板５０の温度を所定のプロセス温度Ｔ２から、これよりも低い他のプロセス温度Ｔ０に変更するときに、予めプロセス温度Ｔ０より低い温度に冷却された第２の冷却プレート６２により熱処理板５０を冷却するため、熱処理板５０を速やかに降温させることができる。特に、本発明によれば、冷却アーム２０によるウェハＷの冷却時間Ｋよりも短い時間で、熱処理板５０の温度を降温させることができる。そのため、次のロットのウェハＷの熱処理を開始するにあたり、熱処理板５０の温度Ｔ０への温度変更による待機時間が生じない。したがって、熱処理装置１のスループットを向上させることができる。

また、熱処理板５０や第２の冷却プレート６２の表面には、加工精度上の限界から微小なうねりが生じることは避けがたく、従来のように熱処理板５０と第２の冷却プレート６２とを直接接触させて熱処理板５０を冷却する場合、熱処理板５０と第２の冷却プレート６２との間で、接触する部位と接触しない部位との間の熱伝導に差異が生じてしまう。その結果、熱処理板５０には温度むらが生じる。この点、本発明によれば、ギャップピン９６により熱処理板５０と第２の冷却プレート６２との間に所定の隙間Ｈを設け、さらにこの隙間に供給される伝熱材を介して熱伝達を行うので、熱処理板５０と第２の冷却プレート６２の加工精度によらず、熱処理板５０と第２の冷却プレート６２の全面にわたって均一な熱伝達が行われる。したがって、熱処理板５０を温度むらなく均一に冷却することができる。

さらには、第２の冷却プレート６２のギャップピン９６と熱処理板５０の裏面とが接触した状態から、弾性部材９５を介して冷却プレート昇降機構６０により第２の冷却プレート６２をさらに熱処理板５０の方向に押圧するので、弾性部材９５の収縮により第２の冷却プレート６２と熱処理板５０とを全面にわたって平行に維持することができる。その結果、熱処理板５０と第２の冷却プレート６２との間での熱伝達の均一性をさらに向上させることができる。

また、冷媒通流路９０を備えた第１冷却のプレート６１と、冷却位置と待機位置の間を何度も移動する第２の冷却プレート６２とを別々に分けて設けているので、冷媒通流路９０が可動する部材の内部に設けられることを避けることができる。冷媒流通路９０が可動部の内部に配置された場合、可動に伴い冷媒通流路９０に接続される配管や継ぎ手等の劣化や損傷が生じ、それにより冷媒が漏洩して熱処理装置１内を汚染するリスクが高まる。この点、本発明においては冷媒流通路９０が可動部である第２の冷却プレート６２の外部に配置されているため、冷媒通流路９０に接続される配管や継ぎ手等の劣化が抑えられ、冷媒漏洩のリスクを低減できる。

なお、小ロット生産時においては、先のロットと次のロットの間の時間が短く、次の熱処理板５０の冷却工程までに第２の冷却プレート６２を所望の温度、即ちプロセス温度Ｔ０より低い温度まで冷却できない場合がある。冷却が十分でない状態で第２の冷却プレート６２による熱処理板５０の降温を実施すると、熱処理板５０の温度が次のロットのプロセス温度まで下がりきらない。かかる場合、再度第２の冷却プレート６２を第１の冷却プレート６１上で冷却し、再冷却した第２の冷却プレート６２によって熱処理板５０を冷却し直す必要が生じる。その結果、第２の冷却プレート６２及び熱処理板５０の再冷却に伴う時間が余計な時間としてかかってしまう。したがってそのような状況を避けるために、第２の冷却プレート６２の温度検出機構９３で検出した温度が熱処理板５０を所定の温度まで降温できる温度まで下がりきっていない場合は、第２の冷却プレート６２による熱処理板５０の冷却工程が実施できないように、例えば冷却プレート昇降機構６０の動作にインターロックを設けるようにしてもよい。そうすることで、一度の冷却工程で熱処理板５０を降温できなくなることが避けられるので、再冷却に余計な時間を費やすことがない。

また、冷却工程において、何らかの理由により熱処理板５０を目標の温度まで降温する前に第２の冷却プレート６２が熱処理板５０の温度と同一になった場合、即ちそれ以上は熱処理板５０の温度を降温できなくなった場合には、直ちに第２の冷却プレート６２を第１の冷却プレート６１上に降下させ、当該第２の冷却プレート６２再冷却を行うようにしてもよい。そうすることで、第２の冷却プレート６２の再冷却に要する時間を最小にすることができる。

以上の実施の形態では、熱処理板５０の裏面と第２の冷却プレート６２のギャップピン９６とが接触し、熱処理板５０の裏面と第２の冷却プレート６２の上面との間に所定の隙間Ｈが形成された後に伝熱材としてヘリウムガスを供給したが、ヘリウムガスの供給は、熱処理板５０の裏面と第２の冷却プレート６２のギャップピン９６とが接触する前に開始してもよい。ヘリウムガス供給のタイミングは、熱処理板５０の冷却工程に要する時間を最小化できるタイミングで供給されることが好ましく、伝熱材流路９２や当該伝熱材流路９２と伝熱材供給源（図示せず）とを接続する配管の長さ等を考慮し、冷却任意に決定が可能である。

この伝熱材供給源と接続する配管は、例えばステンレススチールなどの金属の配管とし、伝熱材流路９２の近傍においては、例えばフレキシブルホースといった樹脂製の配管を用いて、第２の冷却プレート６２の昇降動作に対して追従できるような構成とすることが好ましい。また、ヘリウムガスは樹脂を透過しやすいことから、樹脂配管に対して例えばアルミニウム等の金属を蒸着等によって被覆するようにしてもよい。また、樹脂性の配管の内部に残留したヘリウムガスは濃度が低下していることもあるため、例えば時間ｔ５において開口部９１からヘリウムガスを供給する前に、予めダミーディスペンスをしたり、第２の冷却プレート６２のギャップピンが熱処理板５０の裏面に接触するタイミングで金属の配管部分のヘリウムガスが熱処理板５０と第２の冷却プレート６２との間に供給されるように、ヘリウムガスの供給を開始する時期を調整したりしてもよい。

なお、冷却効率の観点から、第２の冷却プレート６２と熱処理板５０との間に供給されるヘリウムガスの濃度は概ね２０％以上とすることが好ましく、７０％以上の高濃度のものがより好ましい。

以上の実施の形態では、第２の冷却プレート６２の上面にギャップピン９６を設けることで、加工精度上の微小なうねりによる熱伝達の影響を抑えるようにしていたが、ギャップピン９６を用いる代わりに、例えば第２の冷却プレート６２を複数に分割することで、微小なうねりによる熱伝達の影響を抑えるようにしてもよい。具体的には、図１３に示すように、分割した第２の冷却プレート２００に対してそれぞれ独立した冷却プレート昇降機構２０１を設け、例えば第２の冷却プレート２００と冷却プレート昇降機構２０１とを自在継手２０２などを用いて揺動自在、即ち例えば第２の冷却プレート２００と冷却プレート昇降機構２０１との接合する角度が自由に変化するように接続する。この際、第２の冷却プレート２００にはヘリウムガス供給用の開口部９１を設ける必要はない。

そして、熱処理板５０の降温に際しては、図１４に示すように各第２の冷却プレート２００を熱処理板５０の裏面に直接押し当てる。こうすることで、各第２の冷却プレート２００が熱処理板５０の裏面形状にならって接触するので、図１４に示すように熱処理板５０の裏面がうねっている場合でも、熱処理板５０に温度むらが生じることを抑制することができる。また、熱処理板５０の降温に要する時間は第２の冷却プレート２００との間のクリアランスが小さいほど短くなるので、各第２の冷却プレート２００を熱処理板５０に直接接触させることで、熱処理板５０をより短い時間で降温できる。なお、図１３及び図１４においては、第１の冷却プレート６１に貫通孔２０３を形成し、当該貫通孔２０３を介して冷却プレート昇降機構２０１を昇降動させる例を描図しているが、各冷却プレート昇降機構２０１の配置や各第２の冷却プレート２００の昇降の手法については本実施の形態に限定されるものではない。また、第２の冷却プレート２００と冷却プレート昇降機構２０１とを揺動自在に接続できるものであれば自在継手２０２に限定されるものではなく、例えば弾性部材により接続してもよい。

また、加工精度上の微小なうねりによる熱伝達の影響を抑える方法としては、例えば図１５に示すように、柔軟性を有する部材、より具体的にはゴム等の軟質な部材により形成した袋体２１０の内部に例えばガルデンのような高沸点の液体を充填したものを、第２の冷却プレート６２の上面に配置するようにしてもよい。第２の冷却プレート６２を上昇させ、袋体２１０を熱処理板５０の裏面に押し当てることで、図１６に示すように、袋体２１０を熱処理板５０の裏面形状にならって接触させることができる。かかる場合においても、第２の冷却プレート６２を分割した場合と同様に、熱処理板５０に温度むらが生じることを抑制し、且つ熱処理板５０の降温に要する時間を短縮することができる。なお、袋体２１０の内部に充填する液体は、熱処理板５０の温度より沸点が高いものであれば任意のものを用いることができ、より好ましくは熱処理板５０の温度よりも沸点が高いものが用いられる。

また、袋体２１０に代えて、伝熱性で可撓性を有する、例えば高熱伝導ポリイミドやファイバースチールといった部材をフィン状に形成し、図１７に示すように、当該フィン２２０を熱処理板５０の裏面に押し当てることで、熱処理板５０の裏面形状にならって接触させるようにしてもよい。なお、フィン２２０を設ける場合については、図１３〜図１６に示す場合と異なり、第２の冷却プレート６２に開口部９１を設けてもよい。フィン２２０を押し当てつつ第２の冷却プレート６２と熱処理板５０との間にヘリウムガスを介在させることで、熱処理板５０の降温に要する時間をより短くすることができる。

以上の実施の形態では、冷却プレート昇降機構６０として電動アクチュエータやエアシリンダを用いたが、少なくとも第２の冷却プレート６２の上昇下降位置または第２の冷却プレート６２を熱処理板５０の裏面に押し付ける際の荷重を制御できるものであれば任意に選択が可能であり、例えばボールネジ機構等の他の機構を用いてもよい。

以上の実施の形態では、下から第１の冷却プレート６１、第２の冷却プレート６２、熱処理板５０の順で配置した場合について説明したが、第１の冷却プレート６１及び第２の冷却プレート６２は、熱処理板５０の上方に配置されていてもよい。具体的には、例えば図１８に示すように、下から熱処理板５０、第２の冷却プレート６２、第１の冷却プレート６１の順で配置し、例えば弾性部材９５を介して冷却プレート昇降機構６０と第２の冷却プレート６２の支持アーム９４とを接続する。そして、先ず第２の冷却プレート６２を第１の冷却プレート６１により冷却する際には、第２の冷却プレート６２を第１の冷却プレート６１に接触させた状態で更に冷却プレート昇降機構６０を上昇させる。これにより弾性部材９５を伸張させて第２の冷却プレート６２と第１の冷却プレート６１とを確実に密着させる。熱処理板５０を降温する場合には、冷却プレート昇降機構６０により第２の冷却プレート６２を下降させ、熱処理板５０の上面にギャップピン９６を接触させる。そして、伝熱材としてヘリウムガスを開口部９１から供給すると共に、冷却プレート昇降機構６０を更に下降させて弾性部材９５を圧縮し、熱処理板５０と第２の冷却プレート６２とを維持した状態で熱処理板５０の降温を行う。

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想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。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、基板がフォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。

本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板に対して処理を行う際に有用である。

１熱処理装置
１０筐体
１１区画板
１２ａ上方領域
１２ｂ下方領域
２０冷却アーム
２１加熱ユニット
２２収納室
２３開口部
２４冷媒流路
３０ガイド
３１脚部
３２ａ、３２ｂ昇降機構
３３ａ、３３ｂ支持ピン
３４スリット
３５貫通孔
３６開口
４０排気管
４１排気路
５０熱処理板
５１蓋体
５２給気管
５３ガス供給源
５４開口部
５５排気孔
５６排気路
６０冷却プレート昇降機構
６１第１の冷却プレート
６２第２の冷却プレート
６３サポートリング
６４起立壁
６５開口
６６支持部材
７０ヒータ
７１温度検出部
８０支持部材
９０冷媒流通路
９１開口部
９２伝熱材流路
９３温度検出機構
９４支持アーム
９５弾性部材
９６ギャップピン
１０１貫通孔
１５０制御部
２００第２の冷却プレート
２１０袋体
２２０フィン
Ｗウェハ
Ｇ隙間
Ｋ時間

Claims

基板を熱処理板に載置して熱処理を行うための熱処理装置において、
前記熱処理板に接触させることにより当該熱処理板を冷却するための冷却部材と、
前記冷却部材を冷却するための冷却機構と、
前記冷却部材を、前記冷却機構により冷却するための待機位置と、前記熱処理板を冷却するための冷却位置と、の間で相対的に移動させるための冷却部材移動機構と、
前記冷却部材と前記冷却部材移動機構との間に設けられ、前記冷却部材移動機構により前記冷却部材を冷却位置よりもさらに前記熱処理板側に押し込む際に収縮することで、前記冷却部材と前記熱処理板との平行度を向上させるための弾性部材と、を有し、
前記冷却部材は複数に分割され、
前記複数に分割された冷却部材には、前記冷却部材移動機構が個別に設けられていることを特徴とする熱処理装置。
前記各冷却部材と前記各冷却部材移動機構とは、前記弾性部材に代えて、継手により接続され、
前記各冷却部材と前記各冷却部材移動機構とは、前記継手を介して揺動自在であることを特徴とする、請求項１に記載の熱処理装置。
前記熱処理板による基板の熱処理中に前記冷却部材を前記待機位置に移動させ、基板の熱処理が終了して当該基板が前記熱処理板から搬出された後に前記冷却部材を前記冷却位置に移動させるように、前記冷却部材移動機構の動作を制御する制御部を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の熱処理装置。
前記熱処理板に乾燥ガスを供給する乾燥ガス供給部を備え、
前記制御部は、前記冷却部材が前記冷却位置から前記待機位置に移動する間に、前記乾燥ガス供給部から前記熱処理板に乾燥ガスを供給するように制御することを特徴とする、請求項３に記載の熱処理装置。
熱処理板に接触させることにより当該熱処理板を冷却するための冷却部材と、前記冷却部材を冷却するための冷却機構と、前記冷却部材を前記冷却機構により冷却するための待機位置と、前記熱処理板を冷却するための冷却位置と、の間で相対的に移動させるための冷却部材移動機構と、を備えた、基板を前記熱処理板に載置して熱処理を行う熱処理装置において、前記熱処理板を冷却する方法であって、
前記熱処理板による基板の熱処理中に前記冷却部材を前記冷却機構により冷却し、基板の熱処理が終了して当該基板が前記熱処理板から搬出された後に、前記冷却部材移動機構により前記冷却部材を前記冷却位置に移動させ、
前記冷却部材移動機構により、前記冷却部材を冷却位置よりもさらに前記熱処理板側に押し込むことで前記冷却部材と前記冷却部材移動機構との間に設けられた弾性部材を収縮させ、前記冷却部材と前記熱処理板との平行度を向上させて前記熱処理板の冷却を行い、
前記冷却部材は複数に分割され、
前記複数に分割された冷却部材には、前記冷却部材移動機構が個別に設けられ、
前記熱処理板の冷却は、前記各冷却部材を前記熱処理板に接触させることにより行うことを特徴とする、熱処理板の冷却方法。
前記各冷却部材と前記各冷却部材移動機構とは、前記弾性部材に代えて、継手により接続され、
前記各冷却部材と前記各冷却部材移動機構とは、前記継手を介して揺動自在であることを特徴とする、請求項５に記載の熱処理板の冷却方法。
熱処理装置は、前記熱処理板に乾燥ガスを供給する乾燥ガス供給部をさらに備え、
前記冷却部材が前記冷却位置から前記待機位置に移動する間に、前記乾燥ガス供給部から前記熱処理板に乾燥ガスを供給することを特徴とする、請求項５または６のいずれか一項に記載の熱処理板の冷却方法。
請求項５〜７のいずれかに記載の熱処理板の冷却方法を熱処理装置によって実行させるために、当該熱処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。
請求項８に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。