JP3589929B2

JP3589929B2 - 加熱処理装置

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Publication number: JP3589929B2
Application number: JP2000044363A
Authority: JP
Inventors: 英一白川
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2020-02-22
Also published as: JP2001237157A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハ等の基板に塗布・現像処理を施して半導体装置等を製造する際に用いられる、基板を加熱する加熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスのフォトリソグラフィー工程においては、半導体ウエハ（以下、単にウエハという）にレジストを塗布し、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。
【０００３】
このようなフォトリソグラフィー工程においては、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）、現像後の加熱処理（ポストベーク）等、種々の加熱処理が行われている。
【０００４】
これらの加熱処理は、通常、筐体内にヒーターによって加熱される加熱プレート（ホットプレート）を配置してなるホットプレートユニットにより行われる。この加熱プレートには、例えば複数のリング状の発熱体が同心円状に設けられており、加熱処理に際しては、加熱プレートの表面をカバーで覆った状態で、加熱プレートの表面に半導体ウエハを近接あるいは載置するが、その際に、ウエハの全面にわたって均一な温度で加熱処理できるように、加熱プレートは、その載置面の全面にわたって温度が均一であること（面内均一性）が要求されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱プレートに配置されているリング状の発熱体は、その抵抗値が必ずしも均一ではなく、加熱プレートが不均一に加熱されるおそれがある。また、加熱プレートの熱はカバーの天板で反射するため、この反射熱もウエハに供給されるが、加熱プレートの加熱状態が不均一な場合には、天板からの反射熱によって温度の不均一が一層助長されてしまう。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、発熱体により加熱プレートが不均一に加熱された場合にも、基板の温度分布を均一にすることができる基板加熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１に、基板を所定温度に加熱処理する加熱処理装置であって、その表面に基板を近接または載置して、加熱処理する加熱プレートと、この加熱プレートに配置され給電されることにより発熱する複数の発熱体と、基板の加熱処理時に加熱プレートの表面を覆うカバーと、このカバーのうち、前記加熱プレートの前記発熱体が存在しない部分の直上位置に前記発熱体の配置パターンに対応して配置された複数のヒートパイプとを具備することを特徴とする加熱処理装置を提供する。
【０００９】
さらに、本発明は、第２に、基板を所定温度に加熱処理する加熱処理装置であって、その表面に基板を近接または載置して、加熱処理する加熱プレートと、この加熱プレートに配置され給電されることにより発熱する複数の発熱体と、基板の加熱処理時に加熱プレートの表面を覆うカバーと、前記カバーに配置された複数のヒートパイプと、前記加熱プレート上にその一端から他端に向かう一方向の気流を形成する一方向流形成手段とを具備し、前記複数の発熱体は直線状をなし、それぞれ前記一方向流形成手段により形成される気流の向きに対して略垂直に配列され、前記複数のヒートパイプは前記加熱プレートの前記発熱体が存在しない部分の直上位置に前記発熱体の配置パターンに対応して配置されていることを特徴とする加熱処理装置を提供する。
【００１０】
本発明によれば、カバーに前記発熱体の配置パターンに応じて複数のヒートパイプを配置するが、ヒートパイプは、内部に充填した作動液の蒸発現象と凝縮現象を利用して、一端から他端に大量の熱を容易に輸送する機能、およびその中に温度の高低がある場合に速やかに熱を輸送して温度を均一化する機能を有するため、一つの発熱体において抵抗値が不均一であってその発熱量が不均一となるような場合であっても、カバーに前記発熱体の配置パターンに応じて設けられた複数のヒートパイプの温度均一化作用により、カバーの温度を均一化することができ、加熱プレート上の基板に均一に熱を及ぼすことができるので、基板温度を均一にすることができる。
【００１１】
ところで、カバー内の処理室では気流が形成されているため、加熱プレートの温度不均一の影響は、カバーの発熱体の直上位置ではなく若干ずれた発熱体が存在しない部分の直上位置に生じやすいが、本発明の第２では、カバーのうち、加熱プレートの発熱体が存在しない部分の直上位置に、発熱体の配置パターンに対応して複数のヒートパイプを配置しているため、カバーの温度を一層有効に均一化することができる。
【００１２】
また、上記本発明の第２によれば、一方向流形成手段により加熱プレート上にその一端から他端に向かう一方向の気流を形成するとともに、直線状の複数の発熱体を一方向流の向きに略垂直に配置した加熱処理装置において、複数のヒートパイプを、カバーにおける加熱プレートの発熱体が存在しない部分の直上位置に前記発熱体の配置パターンに対応して配置しているので、発熱体の抵抗値のばらつきによって温度ばらつきが生じやすい一方向流タイプの加熱処理装置であっても、ヒートパイプの温度均一化作用を有効に発揮させることにより、カバーの温度を均一化することができ、加熱プレート上の基板に均一に熱を及ぼすことができるので、基板温度を均一にすることができる。
【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は本発明の一実施形態に係るホットプレートユニットが搭載されたウエハのレジスト塗布・現像処理システムを示す概略平面図、図２はその正面図、図３はその背面図である。
【００１４】
この処理システムは、搬送ステーションであるカセットステーション１０と、複数の処理ユニットを有する処理ステーション１１と、処理ステーション１１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イス部１２とを具備している。
【００１５】
上記カセットステーション１０は、被処理体としての半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを複数枚例えば２５枚単位でウエハカセットＣＲに搭載された状態で他のシステムからこのシステムへ搬入またはこのシステムから他のシステムへ搬出したり、ウエハカセットＣＲと処理ステーション１１との間でウエハＷの搬送を行うためのものである。
【００１６】
このカセットステーション１０においては、図１に示すように、カセット載置台２０上に図中Ｘ方向に沿って複数（図では４個）の位置決め突起２０ａが形成されており、この突起２０ａの位置にウエハカセットＣＲがそれぞれのウエハ出入口を処理ステーション１１側に向けて一列に載置可能となっている。ウエハカセットＣＲにおいてはウエハＷが垂直方向（Ｚ方向）に配列されている。また、カセットステーション１０は、ウエハカセット載置台２０と処理ステーション１１との間に位置するウエハ搬送機構２１を有している。このウエハ搬送機構２１は、カセット配列方向（Ｘ方向）およびその中のウエハＷのウエハ配列方向（Ｚ方向）に移動可能なウエハ搬送用アーム２１ａを有しており、この搬送アーム２１ａによりいずれかのウエハカセットＣＲに対して選択的にアクセス可能となっている。また、ウエハ搬送用アーム２１ａ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１１側の第３の処理部Ｇ_３に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）およびエクステンションユニット（ＥＸＴ）にもアクセスできるようになっている。
【００１７】
上記処理ステーション１１は、半導体ウエハＷへ対して塗布・現象を行う際の一連の工程を実施するための複数の処理ユニットを備え、これらが所定位置に多段に配置されており、これらにより半導体ウエハＷが一枚ずつ処理される。この処理ステーション１１は、図１に示すように、中心部に搬送路２２ａを有し、この中に主ウエハ搬送機構２２が設けられ、ウエハ搬送路２２ａの周りに全ての処理ユニットが配置されている。これら複数の処理ユニットは、複数の処理部に分かれており、各処理部は複数の処理ユニットが鉛直方向に沿って多段に配置されている。
【００１８】
主ウエハ搬送機構２２は、図３に示すように、筒状支持体４９の内側に、ウエハ搬送装置４６を上下方向（Ｚ方向）に昇降自在に装備している。筒状支持体４９はモータ（図示せず）の回転駆動力によって回転可能となっており、それにともなってウエハ搬送装置４６も一体的に回転可能となっている。
【００１９】
ウエハ搬送装置４６は、搬送基台４７の前後方向に移動自在な複数本の保持部材４８を備え、これらの保持部材４８によって各処理ユニット間でのウエハＷの受け渡しを実現している。
【００２０】
また、図１に示すように、この実施の形態においては、４個の処理部Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，Ｇ_４がウエハ搬送路２２ａの周囲に実際に配置されており、処理部Ｇ_５は必要に応じて配置可能となっている。
【００２１】
これらのうち、第１および第２の処理部Ｇ_１，Ｇ_２はシステム正面（図１において手前）側に並列に配置され、第３の処理部Ｇ_３はカセットステーション１０に隣接して配置され、第４の処理部Ｇ_４はインターフェイス部１２に隣接して配置されている。また、第５の処理部Ｇ_５は背面部に配置可能となっている。
【００２２】
第１の処理部Ｇ_１では、ウエハＷにレジストを塗布するレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）およびレジストのパターンを現像する現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。第２の処理部Ｇ_２も同様に、２台のスピナ型処理ユニットとしてレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）および現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。
【００２３】
第３の処理部Ｇ_３においては、図３に示すように、ウエハＷを載置台ＳＰに載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわちレジストの定着性を高めるためのいわゆる疎水化処理を行うアドヒージョンユニット（ＡＤ）、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）、冷却処理を行うクーリングユニット（ＣＯＬ）、露光処理前や露光処理後、さらには現像処理後にウエハＷに対して加熱処理を行う４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。なお、アライメントユニット（ＡＬＩＭ）の代わりにクーリングユニット（ＣＯＬ）を設け、クーリングユニット（ＣＯＬ）にアライメント機能を持たせてもよい。
【００２４】
第４の処理部Ｇ_４も、オーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、クーリングユニット（ＣＯＬ）、クーリングプレートを備えたウエハ搬入出部であるエクステンション・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）、および４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。
【００２５】
主ウエハ搬送機構２２の背部側に第５の処理部Ｇ_５を設ける場合には、案内レール２５に沿って主ウエハ搬送機構２２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の処理部Ｇ_５を設けた場合でも、これを案内レール２５に沿って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２２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。
【００２６】
上記インターフェイス部１２は、奥行方向（Ｘ方向）については、処理ステーション１１と同じ長さを有している。図１、図２に示すように、このインターフェイス部１２の正面部には、可搬性のピックアップカセットＣＲと定置型のバッファカセットＢＲが２段に配置され、背面部には周辺露光装置２３が配設され、中央部には、ウエハ搬送機構２４が配設されている。このウエハ搬送機構２４は、ウエハ搬送用アーム２４ａを有しており、このウエハ搬送用アーム２４ａは、Ｘ方向、Ｚ方向に移動して両カセットＣＲ，ＢＲおよび周辺露光装置２３にアクセス可能となっている。また、このウエハ搬送用アーム２４ａは、θ方向に回転可能であり、処理ステーション１１の第４の処理部Ｇ_４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）や、さらには隣接する露光装置側のウエハ受け渡し台（図示せず）にもアクセス可能となっている。
【００２７】
このような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、ウエハ搬送機構２１のウエハ搬送用アーム２１ａがカセット載置台２０上の未処理のウエハＷを収容しているウエハカセットＣＲにアクセスして、そのカセットＣＲから一枚のウエハＷを取り出し、第３の処理部Ｇ_３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送する。
【００２８】
ウエハＷは、このエクステンションユニット（ＥＸＴ）から、主ウエハ搬送機構２２のウエハ搬送装置４６により、処理ステーション１１に搬入される。そして、第３の処理部Ｇ_３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）によりアライメントされた後、アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）に搬送され、そこでレジストの定着性を高めるための疎水化処理（ＨＭＤＳ処理）が施される。この処理は加熱を伴うため、その後ウエハＷは、ウエハ搬送装置４６により、クーリングユニット（ＣＯＬ）に搬送されて冷却される。
【００２９】
アドヒージョン処理が終了し、クーリングユニット（ＣＯＬ）で所定の温度に冷却さたウエハＷは、引き続き、ウエハ搬送装置４６によりレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）に搬送され、そこで塗布膜が形成される。塗布処理終了後、ウエハＷは処理部Ｇ_３，Ｇ_４のいずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）内でプリベーク処理され、その後いずれかのクーリングユニット（ＣＯＬ）にて所定の温度に冷却される。
【００３０】
冷却されたウエハＷは、第３の処理部Ｇ_３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）に搬送され、そこでアライメントされた後、第４の処理部群Ｇ_４のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してインターフェイス部１２に搬送される。
【００３１】
インターフェイス部１２では、周辺露光装置２３により余分なレジスト除去のための周辺露光がウエハ周縁の例えば１ｍｍの部分について施された後、インターフェイス部１２に隣接して設けられた露光装置（図示せず）により所定のパターンに従ってウエハＷのレジスト膜に露光処理が施される。
【００３２】
露光後のウエハＷは、再びインターフェイス部１２に戻され、ウエハ搬送体２４により、第４の処理部Ｇ_４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送される。そして、ウエハＷは、ウエハ搬送装置４６により、いずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）に搬送されてポストエクスポージャーベーク処理が施され、次いで、クーリングユニット（ＣＯＬ）により所定の温度に冷却される。
【００３３】
その後、ウエハＷは現像ユニット（ＤＥＶ）に搬送され、そこで露光パターンの現像が行われる。現像処理終了後、ウエハＷはいずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）に搬送されてポストベーク処理が施され、次いで、クーリングユニット（ＣＯＬ）により所定温度に冷却される。このような一連の処理が終了した後、第３処理ユニット群Ｇ_３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してカセットステーション１０に戻され、いずれかのウエハカセットＣＲに収容される。
【００３４】
次に、図４から図８を参照して、本発明の第１の実施形態に係るホットプレートユニット（ＨＰ）について説明する。図４は本発明の第１の実施形態に係るホットプレートユニットを模式的に示す断面図、図５は図４のホットプレートユニットの一部を拡大して示す断面図、図６は図４のホットプレートユニット内における発熱体およびヒートパイプの配置を模式的に示す斜視図、図７は図４のホットプレートに設けられたリング状のヒートパイプを一部切り欠いて示す模式図、図８は図４のホットプレートの制御系を示す図である。
【００３５】
本実施形態のホットプレートユニット（ＨＰ）は、ケーシング５０を有し、その内部の一方側には円盤状をなす加熱プレート５１が配置されている。加熱プレート５１は例えばアルミニウムで構成されており、その表面にはプロキシミティピン５２が設けられている。そして、このプロキシミティピン５２上に加熱プレート５１に近接した状態でウエハＷが載置されるようになっている。加熱プレート５１の裏面には複数のリング状発熱体５３が同心円状に配設されている。そして、これら発熱体５３は通電されることにより発熱し、加熱プレート５１を加熱してウエハＷを昇温するようになっている。この場合に、各リング状発熱体５３への通電量はそれぞれ独立に制御可能であることが好ましい。
【００３６】
加熱プレート５１は支持部材５４に支持されており、支持部材５４内は空洞となっている。加熱プレート５１には、その中央部に３つの貫通孔５５が形成されており、これら貫通孔５５にはウエハＷを昇降させるための３本（２本のみ図示）の昇降ピン５６が昇降自在に設けられている。そして、加熱プレート５１と支持部材５４の底板５４ａとの間貫通孔５５に連続する筒状のガイド部材５７が設けられている。これらガイド部材５７によって加熱プレート５１の下のヒーター配線等に妨げられることなく昇降ピン５６を移動させることが可能となる。これら昇降ピン５６は支持板５８に支持されており、この支持板５８を介して支持部材５４の側方に設けられたシリンダー５９により昇降されるようになっている。
【００３７】
加熱プレート５１および支持部材５４の周囲にはそれらを包囲支持するサポートリング６１が設けられており、このサポートリング６１の上には昇降自在のカバー６２が設けられている。そして、このカバー６２がサポートリング６１の上面まで降下した状態でウエハＷの処理室Ｓが形成される。また、ウエハＷを加熱プレート５１に対して搬入出する場合には、上方に退避される。
【００３８】
カバー６２の中央部に排気管６４が接続された排気口６３を有しており、加熱プレート５１の外周側のサポートリング６１およびカバー６２の隙間部分から空気が導入され、排気口６３および排気管６４を介して処理室Ｓが排気される。したがって、処理室Ｓ内には加熱プレート５１の外周側から中央に向かう気流が形成される。
【００３９】
カバー６２の上側には、複数のリング状のヒートパイプ６５が配置されている。このリング状のヒートパイプ６５は、発熱体５３の配置パターンに応じて、加熱プレート５１のリング状の発熱体５３が存在しない位置の上方、具体的には図５、図６に示すように複数のリング状の発熱体５３の間の位置の上方に、発熱体５３と同様の配置パターンである同心円状に配列されている。ヒートパイプ６５は、好適には図５に示すように、隣接する発熱体５３の等間隔位置の上方に設けられている。
【００４０】
このリング状のヒートパイプ６５は、図７に示すように、筒状の金属、例えば銅または銅合金からなる外殻部材としてのコンテナ６６と、その内周壁に設けられた例えば網状部材のウイック６７とを有し、その中に水などの作動液が充填された密閉構造を有している。ウィック６７は毛細管現象を利用して作動液を移動させる機能を有している。このリング状のヒートパイプ６５は、内部に充填した作動液の蒸発現象と凝縮現象を利用して、大量の熱を容易に輸送する機能、およびその中に温度の高低がある場合に速やかに熱を輸送して温度を均一化する機能を有する。具体的には、例えばヒートパイプ６５の一部を加熱すると作動液が蒸発し、蒸気流となって低温部へ高速移動し、次いで管壁に接触して冷却されて凝縮する。凝縮液はウィック６７の毛細管現象により加熱部へ戻る。なお、ウィック６７を用いる代わりに凝縮液を重力で戻すこともできる。
【００４１】
加熱プレート５１内の適宜箇所には、複数の温度センサー７０が設けられ、これにより加熱プレート５１の温度が計測されるようになっている。この温度センサー７０からの検出信号は、図８に示すように、このホットプレートユニット（ＨＰ）を制御するためのユニットコントローラ７１に送信され、その検出情報に基づいてコントローラ７１から温調器７２に制御信号が送信され、その制御信号に基づいて温調器７２から発熱体電源７４に出力調整信号が送信される。さらに、このユニットコントローラ７１は、加熱処理に際して、シリンダー５９に制御信号を送って昇降ピン５６の昇降を制御するとともに、排気管６４に設けられた電磁弁６４ａにより排気量を制御する。なお、ユニットコントローラ７１は、塗布・現像システムのシステムコントローラ（図示略）からの指令に基づいて制御信号を出力するようになっている。
【００４２】
ユニットコントローラ７１による発熱体５３の制御は、各リング状発熱体５３への通電量がそれぞれ独立に制御可能である場合に、気流の下流側（すなわち、ウエハＷの中央）に位置する発熱体と上流側（すなわち、ウエハＷの周縁）とで供給する電流を変化させることが好ましい。すなわち、処理室Ｓにおいて気流は、加熱プレート５１の外周囲から中央に向けて流れ、カバー６２の中央から上方に排気され、ウエハＷは、プロキシミティピン５２によって加熱プレート５１表面から若干離間されているため、気流は、ウエハＷの裏面側にも流れて、ウエハＷの下流側ほど（すなわち、ウエハＷの中央部ほど）多くの不活性ガス等が滞留し、発熱体５３への供給電流が同じであると、気流の下流側ほど（すなわち、ウエハＷの中央部ほど）温度が若干上昇するといったことがある。したがって、ユニットコントローラ７１によって発熱体５３を制御する際には、気流の上流側に位置する発熱体と下流に位置する発熱体とで供給する電流を変化させる。具体的には、気流の下流側に位置する発熱体５３よりも上流側に位置する発熱体５３により多くの電流を供給するように、ユニットコントローラ７１により電源７４を制御することが好ましい。これにより、加熱プレート５１による加熱の均一性を一層高めることができる。
【００４３】
以上のように構成されたホットプレートユニット（ＨＰ）では、以下のようにして、ウエハＷの加熱処理が行われる。
【００４４】
まず、ウエハ搬送装置４６により、ウエハＷがホットプレートユニット（ＨＰ）の筐体内に搬入されて、昇降ピン５６に受け渡され、この昇降ピン５６が降下されて、ウエハＷが所定温度に加熱された状態にある加熱プレート５１の表面に設けられたプロミキシティピン５２に載置される。
【００４５】
次いで、カバー６２が降下されて処理室Ｓが形成され、気流が加熱プレート５１の外周側からウエハＷの略中央に流されて、その上方の排気口６３および排気管６４を介して排気される。
【００４６】
この場合に、加熱プレート５１に配置されているリング状の発熱体５３は、その抵抗値が必ずしも均一ではなく、加熱プレート５１が不均一に加熱されるおそれがある。また、加熱プレート５１の熱はカバー６２の天板で反射されてウエハＷに供給されるため、このように加熱プレート５３の加熱状態が不均一な場合には、カバー６２の天板からの反射熱によって温度の不均一が一層助長されてしまう。
【００４７】
これに対し、本実施形態では、カバー６２の上面に、発熱体５３の配置パターンに応じて複数のヒートパイプ６５を同心円状に配置するするので、ヒートパイプ６５の温度均一化作用により、一つの発熱体５３において抵抗値が不均一であってその発熱量が不均一となるような場合であっても、カバー６２の温度を均一化することができ、加熱プレート５１上のウエハＷに均一に熱を及ぼすことができるので、ウエハＷの温度を均一にすることができる。
【００４８】
ところで、処理室Ｓに気流が形成された際には、加熱プレート５１の温度不均一の影響は、カバー６２の発熱体５３の直上位置ではなく、若干ずれた発熱体が存在しない部分の直上位置に生じやすいが、本実施形態では、加熱プレート５１の発熱体５３が存在しない部分の直上位置に、発熱体５３の配置パターンに対応して複数のヒートパイプ６５をリング状に配置しているため、このヒートパイプ６５の温度均一化作用が良好に発揮され、カバー６２の温度を周方向に略均一に維持することができ、ウエハＷの温度を確実に均一化することができる。
【００４９】
このようにしてウエハＷの加熱処理終了した後、カバー６２が上方に移動されて、ウエハＷが昇降ピン５６により持ち上げられ、ウエハ搬送装置４６に受け渡されて、ホットプレートユニット（ＨＰ）から搬出されて、次工程のユニットに搬送される。
【００５０】
次に、図９から図１２を参照して、本発明の第２の実施形態に係るホットプレートユニットについて説明する。図９は本発明の第２の実施形態に係るホットプレートユニットを模式的に示す断面図、図１０は図９に示すホットプレートユニット内における発熱体およびヒートパイプの配置を模式的に示す斜視図、図１１は図９のホットプレートユニットに設けられた直線状のヒートパイプを一部切り欠いて示す模式図、図１２は図９のホットプレートの制御系を示す図である。これら図において、第１の実施形態と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００５１】
本実施形態では、ケーシング５０の内部の下側には矩形状をなす加熱プレート５１’が配置されている。加熱プレート５１’の表面にはプロキシミティピン５２’が設けられており、このプロキシミティピン５２’上に加熱プレート５１の表面に近接した状態でウエハＷが載置されるようになっている。加熱プレート５１’の裏面には複数の直線状の発熱体５３’が略平行に配列されている。そして、これら発熱体５３’は通電されることにより発熱し、加熱プレート５１’を加熱してウエハＷを昇温するようになっている。この場合に、各直線状発熱体５３’への通電量はそれぞれ独立に制御可能であることが好ましい。
【００５２】
加熱プレート５１’は支持部材５４’に支持されており、支持部材５４’内は空洞となっている。支持部材５４’の周囲にはそれを包囲支持するサポートリング６１’が設けられており、このサポートリング６１’の上には上下動自在のカバー６２’が設けられている。そして、このカバー６２’がサポートリング６１’の上面まで降下した状態でシールリング８１により外部から密閉された処理室Ｓ’が形成される。
【００５３】
加熱プレート５１’の一方側には、加熱プレート５１’の略一辺の幅を有し、処理室Ｓ’内に不活性ガス、空気等の気体を供給するための気体供給ノズル８２が設けられ、この気体供給ノズル８２には、不活性ガス、空気等の気体を供給するための気体供給管８３が接続されている。この気体供給管８３には、通流する気体の流量および流速を調整するための電磁弁８４が介装されている。
【００５４】
一方、加熱プレート５１’の他方側には、加熱プレート５１’の略一辺の幅を有し、処理室Ｓ’内の気体を排出するための排気ノズル８５が設けられ、この排気ノズル８５には、排気管８６が接続されている。この排気管８６には、排気量を調整するための電磁弁８７が介装されている。
【００５５】
そして、気体供給ノズル８２から処理室Ｓ’へ供給された気体は排気ノズル８５から排気され、処理室Ｓ’内には図９に示すような加熱プレート５１の一端側から他端側に向かう一方向の気流が形成される。そして、発熱体５３’の配列方向と一方向気流の方向は略垂直になるようになっている。
【００５６】
カバー６２’の上側には、複数の直線状のヒートパイプ６５’が配置されている。この直線状のヒートパイプ６５’は、加熱プレート５１’の直線状の発熱体５３’が存在しない位置の上方、具体的には図１０にも示すように複数の直線状の発熱体５３’の間の位置の上方に、発熱体５３’の配置パターンと同様、互いに平行に配列されている。ヒートパイプ６５’は、好適には隣接する発熱体５３’の等間隔位置の上方に設けられている。
【００５７】
この直線状のヒートパイプ６５’は、図１１に示すように、筒状の金属、例えば銅または銅合金からなるコンテナ６６’と、その内周壁に設けられたウイック６７’とを有し、その中に水などの作動液が充填された密閉構造を有している。ウィック６７’は毛細管現象を利用して作動液を移動させる機能を有している。この直線状のヒートパイプ６５’は、内部に充填した作動液の蒸発現象と凝縮現象を利用して、一端から他端に大量の熱を容易に輸送する機能、およびその中に温度の高低がある場合に速やかに熱を輸送して温度を均一化する機能を有する。具体的には、例えばヒートパイプ６５’の一端を加熱すると作動液が蒸発し、蒸気流となって低温部へ高速移動し、次いで管壁に接触して冷却されて凝縮する。凝縮液はウィック６７’の毛細管現象により加熱部へ戻る。なお、ウィック６７’を用いる代わりに凝縮液を重力で戻すこともできる。
【００５８】
この第２の実施形態の制御系は基本的には第１の実施形態と同様ではあり、同様に加熱プレートの温度制御および昇降ピン５６の昇降制御を行うが、図１２に示すように、図８の電磁弁６４ａの制御の代わりに、電磁弁８４，８７に制御信号を送って、気体供給ノズル８２からの気体の供給量および排気ノズル８５からの排気量を制御する。
【００５９】
ユニットコントローラ７１による発熱体５３’の制御は、各直線状発熱体５３’への通電量がそれぞれ独立に制御可能である場合に、加熱プレート５１’上に形成される一方向の気流の上流側に位置する発熱体と下流側に位置する発熱体とで供給する電流を変化させるように制御することが好ましい。すなわち、矩形の加熱プレート５１’において、複数の発熱体５３’がそれぞれ直線状であって略平行に配列され、加熱プレート５１’上に一方向の気流が発熱体５３’に対して略垂直方向に流れるように構成され、さらに、ウエハＷはプロキシミティピン５２’によって載置面から若干離間されているため、供給された気体がウエハＷの裏面側にも流れて、ウエハＷの下流側ほど多くの気体が滞留し、発熱体５３’の供給電流が同じであると、ウエハＷの下流側ほど温度が若干上昇するといったことがある。したがって、ユニットコントローラ７１によって発熱体５３’を制御する際には、気流の上流側に位置する発熱体と下流側に位置する発熱体とで供給する電流を変化させる。具体的には、気流の下流側に位置する発熱体５３’よりも上流側に位置する発熱体５３’により多くの電流を供給するように、ユニットコントローラ７１により電源７４を制御することが好ましい。これにより、加熱プレート５１’の温度は、気流の方向（すなわち、発熱体５３’に対して略垂直方向）で均一に維持される。
【００６０】
以上のように構成されたホットプレートユニット（ＨＰ）により加熱処理を行う際には、まず、第１の実施形態の場合と同様、ウエハＷがウエハ搬送装置４６により筐体５０内に搬入されて、プロキシミティピン５２’上に載置される。
【００６１】
次いで、カバー６２’が降下されて処理室Ｓ’が形成され、電磁弁８４，８７が制御されて、処理室Ｓ’に加熱プレート５１’の一端側から他端側に向かう一方向の気流が形成される。
【００６２】
このような一方向の気流が形成された状態で、発熱体５３’に給電することにより、加熱プレート５１’上のウエハＷを加熱処理する。このように加熱プレート５１’の上面に一方向の気流を形成するので、第１の実施形態のカバー６２と異なり、カバー６２’の中央部には排気口が設けられておらず、滞留した気体から塵や埃がウエハ上面に落下するといったことがない。また、ウエハＷの中央付近の上方に気体が滞留することがないため、加熱プレート５１’からの熱がウエハＷの中央付近に不均一に作用することがない。さらに、カバー６２’に排気構造が設けられる必要がないため装置自体の上下方向の寸法を小さくすることができる。
【００６３】
この場合に、一つの直線状の発熱体５３’は必ずしも抵抗値が均一ではなく、一つの発熱体５３’の中で発熱量のばらつきが生じ、しかも、発熱体５３’は熱移動が生じ難い気流に垂直な方向に配置されているので、加熱プレート５１において気流に対して垂直な方向に温度ばらつきが生じやすい。また、加熱プレート５１’の熱はカバー６２’の天板で反射されてウエハＷに供給されるため、このように加熱プレート５３’の温度ばらつきが生じた場合には、カバー６２’の天板からの反射熱によって温度の不均一が一層助長されてしまう。
【００６４】
これに対し、本実施形態では、カバー６２’の上面に、発熱体５３’の配置パターンに応じて複数のヒートパイプ６５’を発熱体５３’に応じて直線状でかつ互いに平行にしかも発熱体５３’と同方向に配置したので、ヒートパイプ６５’の温度均一化作用により、一つの発熱体５３’において抵抗値が不均一であってその発熱量が不均一となるような場合であっても、カバー６２’の温度を均一化することができ、加熱プレート５１’上のウエハＷに均一に熱を及ぼすことができるので、ウエハＷの温度を均一にすることができる。
【００６５】
ところで、処理室Ｓ’に一方向の気流が形成された際には、加熱プレート５１’の温度不均一の影響は、カバー６２’の発熱体５３’の直上位置ではなく、若干ずれた発熱体が存在しない部分の直上位置に生じやすいが、本実施形態では、加熱プレート５１’の発熱体５３’が存在しない部分の直上位置に、発熱体５３’の配置パターンに対応して複数のヒートパイプ６５’をリング状に配置しているため、このヒートパイプ６５’の温度均一化作用が良好に発揮され、カバー６２’の温度を周方向に略均一に維持することができ、ウエハＷの温度を確実に均一化することができる。
【００６６】
このようにしてウエハＷの加熱処理終了した後、カバー６２’が上方に移動されて、ウエハＷが昇降ピン５６により持ち上げられ、ウエハ搬送装置４６に受け渡されて、ホットプレートユニット（ＨＰ）から搬出されて、次工程のユニットに搬送される。
【００６７】
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、発熱体およびヒートパイプを直線状またはリング状にしたが、これに限らず他の形状であってもよい。ヒートパイプの配置位置も上記実施形態のようにカバーの上面に限定されることなく、例えばカバーの天板に埋設されていてもよい。発熱体の配置位置も加熱プレートの下側に限定されず、例えば加熱プレートに埋設されていてもよい。また、加熱処理装置の構造としても上記実施形態において例示したホットプレートユニットに限るものではなく種々の形態が可能である。さらに、レジスト塗布・現像処理システムの加熱処理について示したが、それ以外に用いられる加熱処理に適用することも可能である。さらにまた、上記実施形態ではウエハをプロキシミティピン上に載置して間接的に加熱を行った場合について示したが、ウエハを加熱プレート上に直接載置して加熱してもよい。さらにまた、上記実施形態では基板として半導体ウエハを用いた場合について説明したが、半導体ウエハ以外の他の被処理基板、例えばＬＣＤ基板の加熱処理を行う場合についても適用可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、カバーに前記発熱体の配置パターンに応じて複数のヒートパイプを配置するが、ヒートパイプは、内部に充填した作動液の蒸発現象と凝縮現象を利用して、一端から他端に大量の熱を容易に輸送する機能、およびその中に温度の高低がある場合に速やかに熱を輸送して温度を均一化する機能を有するため、一つの発熱体において抵抗値が不均一であってその発熱量が不均一となるような場合であっても、カバーに前記発熱体の配置パターンに応じて設けられた複数のヒートパイプの温度均一化作用により、カバーの温度を均一化することができ、加熱プレート上の基板に均一に熱を及ぼすことができるので、基板温度を均一にすることができる。
【００６９】
また、カバーのうち、加熱プレートの発熱体が存在しない部分の直上位置に、発熱体の配置パターンに対応して複数のヒートパイプを配置するので、カバーの温度を一層有効に均一化することができる。
【００７０】
本発明の他の構成によれば、一方向流形成手段により加熱プレート上にその一端から他端に向かう一方向の気流を形成するとともに、直線状の複数の発熱体を一方向流の向きに略垂直に配置した加熱処理装置において、複数のヒートパイプを、カバーにおける加熱プレートの発熱体が存在しない部分の直上位置に前記発熱体の配置パターンに対応して配置しているので、発熱体の抵抗値のばらつきによって温度ばらつきが生じやすい一方向流タイプの加熱処理装置であっても、ヒートパイプの温度均一化作用を有効に発揮させることにより、カバーの温度を均一化することができ、加熱プレート上の基板に均一に熱を及ぼすことができるので、基板温度を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱処理装置の一実施形態であるホットプレートユニットを備えた半導体ウエハのレジスト塗布現像処理システムの全体構成を示す平面図。
【図２】本発明の加熱処理装置の一実施形態であるホットプレートユニットを備えた半導体ウエハのレジスト塗布現像処理システムの全体構成を示す正面図。
【図３】本発明の加熱処理装置の一実施形態であるホットプレートユニットを備えた半導体ウエハのレジスト塗布現像処理システムの全体構成を示す背面図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るホットプレートユニットを模式的に示す断面図。
【図５】図４のホットプレートユニットの一部を拡大して示す断面図。
【図６】図４のホットプレートユニット内における発熱体およびヒートパイプの配置を模式的に示す斜視図
【図７】図４のホットプレートに設けられたリング状のヒートパイプを一部切り欠いて示す模式図。
【図８】図４のホットプレートの制御系を示す図。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るホットプレートユニットを模式的に示す断面図。
【図１０】図９に示すホットプレートユニット内における発熱体およびヒートパイプの配置を模式的に示す斜視図。
【図１１】図９のホットプレートユニットに設けられた直線状のヒートパイプを一部切り欠いて示す模式図。
【図１２】図９のホットプレートの制御系を示す図。
【符号の説明】
５１，５１’；加熱プレート
５２，５２’；プロキシミティピン
５６；昇降ピン
５３，５３’；発熱体
６２、６２’；カバー
６３；排気口
６４；排気管
６５，６５’；ヒートパイプ
８２；気体供給ノズル
８３；気体供給管
８４，８７；電磁弁
８５；排気ノズル
８６；排気管
Ｓ，Ｓ’；処理室
Ｗ；半導体ウエハ

Claims

基板を所定温度に加熱処理する加熱処理装置であって、
その表面に基板を近接または載置して、加熱処理する加熱プレートと、
この加熱プレートに配置され給電されることにより発熱する複数の発熱体と、
基板の加熱処理時に加熱プレートの表面を覆うカバーと、
このカバーのうち、前記加熱プレートの前記発熱体が存在しない部分の直上位置に、前記発熱体の配置パターンに対応して配置された複数のヒートパイプと
を具備することを特徴とする加熱処理装置。
前記複数の発熱体はリング状をなし、前記加熱プレートに同心円状に配列され、前記複数のヒートパイプはリング状をなし、前記カバーに同心円状に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱処理装置。
前記加熱プレート状にその外周から中央に向かう気流を形成する気流形成手段をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載の加熱処理装置。
前記複数の発熱体は直線状をなし、前記加熱プレートに略平行に配列され、前記複数のヒートパイプは直線状をなし、前記カバーに略平行に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱処理装置。
基板を所定温度に加熱処理する加熱処理装置であって、
その表面に基板を近接または載置して、加熱処理する加熱プレートと、
この加熱プレートに配置され給電されることにより発熱する複数の発熱体と、
基板の加熱処理時に加熱プレートの表面を覆うカバーと、
前記カバーに配置された複数のヒートパイプと、
前記加熱プレート上にその一端から他端に向かう一方向の気流を形成する一方向流形成手段と
を具備し、
前記複数の発熱体は直線状をなし、それぞれ前記一方向流形成手段により形成される気流の向きに対して略垂直に配列され、前記複数のヒートパイプは前記加熱プレートの前記発熱体が存在しない部分の直上位置に前記発熱体の配置パターンに対応して配置されていることを特徴とする加熱処理装置。