JP7025964B2 - 熱処理装置 - Google Patents

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Description

この発明は、例えば半導体デバイスを製造するプロセスに用いられる基板に対して所定の熱処理を行なう熱処理装置に関する。
一般に、半導体デバイスの製造においては、例えば半導体ウエハ(以下、ウエハということがある)に回路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。フォトリソグラフィ技術では、塗布処理装置でレジスト液の塗布処理を行い、マスクパターンを露光処理した後に現像処理装置で現像液による現像処理を行う工程によって、回路パターンを形成する塗布現像処理装置が知られている。
この様な塗布現像処理装置で塗布処理や現像処理が施された基板や、処理が施される前の基板には所定の熱処理が施される。この熱処理を行なう熱処理装置は、通常は基板を載置して熱処理を行うための平坦なプレートを備えており、一方で熱処理の対象となる基板は、段差のない平坦な基板である。(特許文献1参照)。しかし、近年は基板の厚みを例えば、50μm程度に薄く形成された特殊な基板の処理が行われることもある。この様な特殊な基板は、デバイスが形成されるデバイス領域に使用される部位のみを、通常の厚みを有する基板から研削することで製造され、デバイス領域を囲繞する外周余剰領域に対応する裏面に、補強用の環状凸部が形成された基板である(特許文献2参照)。この様な特殊な基板に対してもレジスト液による成膜や露光後の現像処理における熱処理を適正に処理しなければならない。
特開2002-324739号公報 特開2007-173487号公報
一般的に用いられる基板は平面な表裏面を有しており、熱処理を行なうためのプレートも平坦な平面を有する熱処理装置が用いられる。しかしながら、例えば裏面側に補強用の環状凸部(下側に凸)が形成された特殊な基板を処理する場合、平坦な平面を有するプレートでは環状凸部のみがプレート面に載置されて環状凸部の内側は浮いてしまい正常な熱処理を施すことが出来ない。この様な基板は環状凸部が上面側に形成されている(上側に凸)場合もあり、どちらの場合においても正常な熱処理をすることが求められている。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、周縁部に環状凸部を有する基板のデバイス有効領域面に均一に所望の熱処理を施すことが出来る熱処理装置を提供することを目的とする。
前記問題を解決するために、この発明は、基板に熱処理を行う熱処理装置であって、前記基板を載置する円形の頂部面を持つ基板載置部と、前記頂部面を所定温度に加熱または冷却する加熱手段または冷却手段と、前記頂部面を貫通して配置され、前記基板載置部の表面上方で基板を支持する複数のピン部と、前記ピン部を前記基板載置部の表面から出没自在に昇降させるピン昇降機構と、前記頂部面の外周側方で前記基板の周縁部を保持する複数の周縁保持部と、前記周縁保持部を昇降自在に昇降させる周縁保持部昇降機構と、制御部とを有し、さらに前記基板載置部との間で基板を受け渡し可能な移載冷却プレートを備え、前記移載冷却プレートは、前記基板を載置する円形の頂部面を中央部に有し、前記制御部は、前記ピン昇降機構及び前記周縁保持部昇降機構の動作を制御するように構成されていることを特徴としている(請求項1)。
前記制御部は、前記ピン部の上昇位置で前記基板が前記ピン部に支持された状態で、前記周縁保持部を上昇させて前記基板の周縁部を支持し、その後前記ピン部を下降させ、その後前記周縁保持部を下降させて前記基板を基板載置部に載置するように、前記ピン昇降機構及び前記周縁保持部昇降機構の動作を制御するようにしてもよい(請求項2)。
前記周縁保持部は頂部に水平面を有し、前記基板を当該水平面で支持するときに、前記基板の周縁端部が接触すると当該基板を前記基板載置部の中心方向に誘導するためのガイド部材を有するようにしてもよい(請求項3)。この様な構成の周縁保持部を例えば基板載置部の中心に対して中心角120度ずつずれた3箇所に設けることにより、基板を基板載置部中心にセンターリングすることが出来るので、基板と円形の頂部面を確実に合わせることが出来る。
前記周縁保持部は、頂部に前記基板の裏面の周縁部を吸着するための吸着孔を有していてもよい(請求項4)。これによって基板を吸着保持することができる。
前記基板載置部を囲みかつ昇降自在なリング状シャッタと、前記基板載置部と対向配置され、前記基板載置部を覆う蓋体と、を有し、前記リング状シャッタを上昇させて前記蓋体に当接させることにより、前記基板載置部上に処理空間が形成されるようにしてもよい(請求項5)。
前記基板は、下面の周縁部に環状凸部を有し、当該環状凸部の内側に平坦な凹部面を有する基板であり、前記熱処理は、前記基板載置部の頂部面に前記凹部面を嵌めて行なわれるものであってもよい(請求項6)。また、前記基板は、上面の周縁部に環状凸部を有し、当該環状凸部の内側に平坦な凹部面を有する基板であり、前記熱処理は、前記凹部面に対応する基板裏面側を前記基板載置部の頂部面に載置して行なわれるものであってもよい(請求項7)。
熱処理される基板が、上面の周縁部に前記環状凸部を有する場合には、前記ピン部の上昇位置を、前記基板の凹部面の厚み幅分の距離を下げて上昇させるように前記ピン昇降機構を制御するか、または周縁保持部の高さを、前記厚み幅分の距離を上昇させるように前記周縁保持部昇降機構を制御するように制御部が制御してもよい(請求項8)。
本発明によれば、周縁部に環状凸部を有する基板のデバイス有効領域面に均一に所望の熱処理を施すことが出来る。
本発明の実施の形態にかかる熱処理装置で熱処理される対象基板を説明する図である。 本発明の実施の形態にかかる熱処理装置の断面を模式的に示した説明図である。 図2の熱処理装置における基板載置部の斜視図である。 図2の熱処理装置における周縁保持部の基板吸着状態を説明するための説明図である。 図2の熱処理装置の動作を説明するための断面を模式的に示した説明図である。 図2の熱処理装置の動作を説明するための断面を模式的に示した説明図である。 移載冷却プレートの構造を説明する図である。
まず、この発明の実施の形態に係る熱処理装置が組み込まれている一般的に良く知られているレジスト塗布現像処理装置(図示せず)について説明をする。半導体基板であるウエハを処理するレジスト塗布現像処理装置には、キャリアブロックが設けられており、さらにこのキャリアブロックに設けられている載置台上に載置された密閉型の基板収納容器であるキャリアに収納されたウエハを、基板搬送装置が取り出す。またレジスト塗布現像処理装置は、そのウエハをキャリアブロックに隣接配置される筐体で囲まれた処理ブロックに受け渡し、処理ブロック内でウエハを目的の処理モジュールに搬送するための他の基板搬送装置を備えている。当該他の基板搬送装置により所定の処理モジュールに順次ウエハが搬送されて所定の処理がなされる。そして最後の処理モジュールにて処理が完了して他の基板搬送装置によって取り出された処理済みのウエハは、基板搬送装置によって処理ブロックからキャリアに戻される。
次に本発明の実施の形態にかかる熱処理装置である熱処理モジュールの処理について説明をする。熱処理モジュールで行われる処理の目的は複数あり、例えば、感光剤であるレジスト液が基板上に所定の厚みを持って成膜された後に、溶媒を熱によって揮発させて固める塗布後熱処理(PAB)、パターン露光装置によるパターン露光処理の後で現像処理をする前に加熱して、露光時の露光の際の光の定在波痕が残ったレジストパターン側面を滑らかにしたり、また化学増幅型のレジスト液の場合はレジスト中の酸発生剤に反応を促進させるための熱処理となるポストエクスポージャベーク(PEB)に使用される。さらにまた、現像処理後の水分を除去するための熱処理としてのポストベーク(POB)に使用されることがある。
次に本発明の実施の形態にかかる熱処理モジュールで処理対象となる特殊形状のウエハについて図1を用いて説明をする。図1のウエハWは通常形状のウエハを特殊加工して製造されたものである。このウエハWは例えばDISCO社が開発したウエハバックグラインディング技術によって加工されたものであり、ウエハ裏面外周部を例えば3mmほど残して内側のエリアのみを研削することで、反りによる割れや欠けを防止する効果がある基板として知られている。
この様な加工が施されたウエハWは、グライディング(研磨)された領域、あるいはその裏面側がデバイス形成領域Dとなり、図1(a)に示した例ではデバイス形成領域Dは、厚みが例えば50um程度まで裏面が削り込まれた凹部2の表面側に位置している。そして研削されずに残った部分は、下側に凸の環状凸部1となり、この環状凸部1は、加工前の通常のウエハの厚みのまま残されるので、ウエハW全体の変形の抑止効果が得られる。この環状凸部1の幅Mは所望の幅になる様に処理されるが、デバイス形成領域Dを多くとるために概ね3mm程度とされている。なお、デバイス形成領域Dを形成するための凹部2は、図1(b)の様に、ウエハWの上面側に形成されてもよい。かかる場合、環状凸部1は、上側に凸の形状となり、デバイス形成領域Dは凹部2内の領域となる。
次に本発明の実施の形態にかかる熱処理装置である熱処理モジュール10の構造を図2、図3、図4を用いて説明する。図2は熱処理モジュール10の全体構造を説明する側面の断面を模式的に示している図である。なお図2は熱処理モジュール10が待機の状態を示している。熱処理モジュール10は、内部にウエハWを熱処理するためのヒータ15を有する基板載置部11と、基板載置部11と対向して配置され、処理空間20を形成するための蓋体9を有している。
蓋体9には、中心から処理空間20の熱処理中の雰囲気を排気するための排気管21が接続されており、前述した熱処理の用途によってその雰囲気が工場側に設けられる所定の排気系に排気される。
この処理空間20を形成するために、基板載置部11を囲うように昇降自在なリング状シャッタ18が設けられており、リングシャッタ昇降機構19により蓋体9の位置までリング状シャッタ18を上昇させると処理空間20が形成され、下降することでウエハWを受け入れる状態となる。
基板載置部11はウエハWを熱処理モジュール10の外部から受け渡しするときに使用する、例えば3本のピン部13を備えている。ウエハWは3本のピン部13の上に支持される。このピン部13はピン昇降機構14によって基板載置部11に穿設された孔であるピン孔12から出没自在に構成されており、例えばピン部13を基板載置部11の上面から20mmの位置に上昇させることが出来る。
基板載置部11の外周には、後述する周縁保持部16が、複数個所に設けられている。この周縁保持部16は、周縁保持部昇降機構17によって昇降自在である。
次に基板載置部11のみの構造についてピン孔12を省略して、図3の斜視図にて説明をする。基板載置部11は厚みのある円盤形状であり、断面凸型で厚み方向の下側の第1段部25と、第1段部25よりも小さい直径を持つ第2段部26とを有し、第1段部25と第2段部26の境界には、環状の水平面を有する水平部11aを備えている。断面凸型の第2段部26の上面となる頂部面11bは、ウエハWのデバイス形成領域Dの裏面が載置される面である。
次に、この発明の実施の形態に係る熱処理モジュール10における周縁保持部16についての細部の詳細を図4を用いて説明する。図4(a)はウエハWの環状凸部1が下面に形成された場合における、当該ウエハWの保持状態を説明する図であり、図4(b)はその保持状態を上面から説明する平面図である。周縁保持部16は全体して垂直方向に延びる棒状であり、基板保持するために基板載置部11の水平部11aの水平方向の長さと概ね一致した長さを有し、かつ水平に伸びてウエハWの周縁部を支持する水平面16aが周縁保持部16の上面に備えられている。
この水平面16aにはウエハWを吸着して保持するためのバキューム孔28が設けられており、支持したウエハWの周縁部を吸引するための管路であるバキュームライン29と連通している。さらに水平面16aにはウエハWを保持するときにウエハWの周面端部を案内して、受け渡しの位置ずれを修正するためのガイド30がバキューム孔28の外側に設けられている。この周縁保持部16は基板載置部11の外周に複数設けられており、各周縁保持部16のガイド30の内側にウエハWが落とし込まれることで、基板載置部11の中心位置とウエハWの中心位置が概ね合う様にアライメントされることとなる。なお、ウエハWはアライメントされた後に基板載置部11のバキューム孔28に吸引されて保持される。
次に本発明の熱処理モジュール10を用いてウエハWの環状凸部1が下面側に形成されている場合の熱処理の動作について図5(a)から図6(c)を用いて説明を行なう。図5(a)はウエハWを受取る前の待機状態の熱処理モジュール10を示す。リング状シャッタ18と周縁保持部16は下降されており、処理空間20は開放された状態にあり、搬入されるウエハWを一旦受け取って支持するためピン部13は上昇位置にある。次に、図示しない基板搬送機構より搬送されたデバイス形成領域Dが上面となるウエハWが、図5(b)のようにピン部13上に支持される。
次に図5(c)のように周縁保持部16を上昇させ、ピン部13上のウエハWを受け取り周縁保持部16の水平面16aに、ウエハWの周縁部を載せる。このときにガイド30によるアライメントが機能してウエハWの位置が規制される。ガイド30によってアライメントが完了して、ウエハWが所定位置にガイドされた後にバキューム孔28によりウエハWの環状凸部1が吸着保持される。なお確実に吸着保持するためにバキューム孔28の開口部にはゴム材のOリングが設けられていても良い。周縁保持部16にウエハWが吸着、保持された後にピン部13は下降する。
次に、図6(a)のように周縁保持部16がウエハWの周縁部の環状凸部1を吸着した状態で周縁保持部16を下降させ、基板載置部11の頂部面11bに近づいた位置で吸引を解除し、そのまま周縁保持部16の下降を継続する。これによりウエハWは基板載置部11の第2段部26にウエハWの凹部2が嵌るように載置され、デバイス形成領域Dに適切な熱処理を施すことができる。なお、下降させるときにウエハWを吸着させて下降を行っているが、ウエハWが周縁保持部16のガイド30による規制位置にあれば必ずしも吸着はしなくても良い。また、基板載置部11の頂部面11bの中心付近や周縁付近に、載置したウエハWの吸着が出来る複数の吸引孔(図示せず)を備えることで、ウエハWの反りを矯正して載置させることもできる。
次に、図6(b)のようにリング状シャッタ18を上昇させて蓋体9の下面と当接する位置まで上昇させることで、基板載置部11の上方に処理空間20が形成されて熱処理が行われる。なおウエハWを保持した周縁保持部16を下降させる前にリング状シャッタ18を上昇させて処理空間20を形成しても良く、これらを同時に動作させても良い。
図2に記載の制御部27は、上記した一連の動作を制御し、また熱処理レシピの所定時間が経過後に図6(c)に示したように、リング状シャッタ18を下降させて処理空間20を開放した後に、ピン部13を上昇させてウエハWを支持させる制御を行なう。この後に次のウエハを処理するため、基板搬送機構(図示せず)によってウエハWの入替を行ない、熱処理後のウエハWは当該基板搬送機構によって搬出される。なお、制御部27により熱処理モジュールの各昇降機構のアクチュエータの動作、ヒータによる温度制御、処理時間の管理がなされる。
次に、この発明に係る熱処理装置に、例えば併設されて使用される冷却処理機構について説明する。熱処理装置での熱処理が終了した後、ウエハWは速やかに冷却処理に付されることがあり、当該冷却処理機構は、かかる場合に適した構成を有している。以下に、そのような用途に適したウエハWの冷却機能を備え、かつ搬入搬出機構の機能を有する移載冷却プレートとして具体化した例を説明する。図7(a)は移載冷却プレート31の平面図であり、図7(b)は側面図である。この移載冷却プレート31も、既述した熱処理モジュール10における基板載置部11と同様に段差を備えている。すなわち。移載冷却プレート31は、下側から順に第1段部31aと、第1段部31aよりも径の小さい第2段部31bを有している。第1段部31a、第2段部31bは、いずれも平面視が円形であり、同心円状に構成されている。そして第2段部31bは、ウエハWの凹部2と適合する大きさ、形状を有している。したがって、ウエハWの凹部2が下向きのときは第2段部31bに嵌る寸法となっている。
移載冷却プレート31は、前記した熱処理モジュール10側のピン部13に対応した位置に、ピン部回避スリット32が2列設けられており、図示しない水平移動機構と取付け部33により移載冷却プレート31が連結されて、前記した熱処理モジュール10の基板載置部11側に移動させることが出来る。熱処理モジュール10のピン部13が下降した状態で、第2段部31bに嵌った状態のウエハWを、熱処理モジュール10の基板載置部11の上方に進出させた後に、基板載置部11のピン部13を上昇させて、ウエハWを移載冷却プレート31の上面よりも高い位置で支持し、次いで移載冷却プレート31を後退させることで熱処理モジュール10側にウエハWを受け渡すことが出来る。
次いで熱処理モジュール10での熱処理終了後は、逆の順にてウエハWを移載冷却プレート31の段差、すなわち第2段部31bの外周にウエハWの凹部2が嵌るように載置してウエハWを移載冷却プレート31に移載し、移動する移載冷却プレート31上でウエハWに対して冷却処理を行うことができる。これにより例えばポストエクスポージャベーク(PEB)において、化学増幅型レジストのパターン処理がなされたウエハWの熱による酸の反応を、速やかに冷却して停止することが出来る。
前述した基板搬送装置で搬入されるウエハWの上面に環状凸部1を有する場合、すなわち凹部2がウエハWの上面に形成されている場合には、制御部27が、前記ピン昇降機構14の上昇位置をウエハWの厚み幅と同等の距離分、ピン部13の位置を下げるように制御する。すなわちウエハWの向き、つまり環状凸部1の向きでピン部13の昇降位置をオフセットして調整する。あるいは、周縁保持部昇降機構17を制御して、周縁保持部16の高さをウエハWの厚み幅と同等の距離を上昇させてもよい。
以上の実施の形態は、レジスト塗布現像処理装置の熱処理モジュールに適用した場合について説明したが、本発明はかかる例に限らず、もちろん他の装置構成、システム構成における加熱処理装置にも適用できる。さらに冷却処理を行う冷却モジュール、冷却処理装置にも適用することが出来る。この場合、基板載置部の頂部面を冷却する冷却手段を、たとえば基板載置部に設けることが提案できる。冷却手段としては例えば、冷却水、温調水、エア等の流体の流路を基板載置部内に設けたり、ペルチェ素子を基板載置部に設けることが例示できる。
W ウエハ
1 環状凸部
2 凹部
9 蓋体
10 熱処理モジュール
11 基板載置部
11a 水平部
11b 頂部面
12 ピン孔
13 ピン部
14 ピン昇降機構
15 ヒータ
16 周縁保持部
17 周縁保持部昇降機構
18 リング状シャッタ
19 リングシャッタ昇降機構
20 処理空間
21 排気管
25 第1段部
26 第2段部
27 制御部
28 バキューム孔
29 バキュームライン
30 ガイド
31 移載冷却プレート
32 ピン部回避スリット

Claims (8)

  1. 基板に熱処理を行う熱処理装置であって、
    前記基板を載置する円形の頂部面を持つ基板載置部と、
    前記頂部面を所定温度に加熱または冷却する加熱手段または冷却手段と、
    前記頂部面を貫通して配置され、前記基板載置部の表面上方で基板を支持する複数のピン部と、
    前記ピン部を前記基板載置部の表面から出没自在に昇降させるピン昇降機構と、
    前記頂部面の外周側方で前記基板の周縁部を保持する複数の周縁保持部と、
    前記周縁保持部を昇降自在に昇降させる周縁保持部昇降機構と、
    制御部とを有し、
    さらに前記基板載置部との間で基板を受け渡し可能な移載冷却プレートを備え、
    前記移載冷却プレートは、前記基板を載置する円形の頂部面を中央部に有し、
    前記制御部は、前記ピン昇降機構及び前記周縁保持部昇降機構の動作を制御するように構成されていることを特徴とする熱処理装置。
  2. 前記制御部は、前記ピン部の上昇位置で前記基板が前記ピン部に支持された状態で、前記周縁保持部を上昇させて前記基板の周縁部を支持し、
    その後前記ピン部を下降させ、その後前記周縁保持部を下降させて前記基板を基板載置部に載置するように、前記ピン昇降機構及び前記周縁保持部昇降機構の動作を制御することを特徴とする請求項1に記載の熱処理装置。
  3. 前記周縁保持部は頂部に水平面を有し、
    前記基板を当該水平面で支持するときに、前記基板の周縁端部が接触すると当該基板を前記基板載置部の中心方向に誘導するためのガイド部材を有することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の熱処理装置。
  4. 前記周縁保持部は、頂部に前記基板の裏面の周縁部を吸着するための吸着孔を有することを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の熱処理装置。
  5. 前記基板載置部を囲みかつ昇降自在なリング状シャッタと、
    前記基板載置部と対向配置され、前記基板載置部を覆う蓋体と、を有し、
    前記リング状シャッタを上昇させて前記蓋体に当接させることにより、前記基板載置部上に処理空間が形成されることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の熱処理装置。
  6. 前記基板は、下面の周縁部に環状凸部を有し、当該環状凸部の内側に平坦な凹部面を有する基板であり、
    前記熱処理は、前記基板載置部の頂部面に前記凹部面を嵌めて行なわれることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載の熱処理装置。
  7. 前記基板は、上面の周縁部に環状凸部を有し、当該環状凸部の内側に平坦な凹部面を有する基板であり、
    前記熱処理は、前記凹部面に対応する基板裏面側を前記基板載置部の頂部面に載置して行なわれることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載の熱処理装置。
  8. 前記制御部は、熱処理される基板が、上面の周縁部に前記環状凸部を有する場合には、
    前記ピン部の上昇位置を、前記基板の凹部面の厚み幅分の距離を下げて上昇させるように前記ピン昇降機構を制御するか、または周縁保持部の高さを、前記厚み幅分の距離を上昇させるように前記周縁保持部昇降機構を制御することを特徴とする、請求項7に記載の熱処理装置。
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