JP4737809B2 - 半導体製造装置及び半導体製造方法 - Google Patents

半導体製造装置及び半導体製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クリ−ンル−ム内に設けられた半導体製造装置本体に温調水や薬液を供給しながら半導体製造用の基板に対して処理を行う装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に半導体製造(詳しくは半導体回路製造)におけるリソグラフィ−関連工程は、その製造環境であるクリ−ンル−ムの条件、例えば温度、湿度の変動によって、製品の歩留まりに対して著しい影響を及ぼすことが知られている。それと同時にレジスト塗布及び現像処理における薬液の温度管理、半導体ウエハ(以下ウエハという)の温度管理が重要とされている。こうしたことから生産冷却水などと呼ばれている温調水を用いるリソグラフイ−工程における温調においては、薬液やウエハの温度を一定に例えば23±0.1℃以内に制御することが要求されている。
【0003】
図9は半導体製造装置である塗布、現像装置の温調水の供給系の従来例を示したものである。塗布、現像装置1はクリ−ンル−ムCR内に設置され、例えばレジスト塗布ユニットや現像ユニットなどの液処理ユニット10には薬液タンク11から薬液12が供給されると共にこの薬液12の温度をクリ−ンル−ムCRの雰囲気温度に調整するために温調水である冷却水13が供給されている。液処理ユニット10から流出した冷却水13は、温調設備14に戻って温調され、ポンプPにより前記液処理ユニット10に戻される。前記温調設備14は、クリ−ンル−ムCRとは別のフロア例えば地下室内に設けられ(図では作図の制限上クリ−ンル−ムCRの横に記載してある)、1次冷却水との間で前記温調水が熱交換されるための熱交換器などを含むチラ−ユニットを備えている。またこの温調設備14は図10に示すようにクリ−ンル−ムCR内に設置される場合もある。
【0004】
なお15はクリ−ンル−ムCRの天井部に設けられたファンフィルタユニット、16はクリ−ンル−ムCRの床部から天井部の上に空気を戻す空気循環路、17はこの空気循環路に設けられた空気冷却設備、18は外気を導入する外調機である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところでリソグラフィ−工程における薬液やウエハの温度制御範囲は例えば23±0.1℃以内であるから、冷却水にて処理される単位時間あたりの熱量は非常に小さいが、その割りには冷却水の温度調整を行うために大掛かりな温調設備が用いられており、半導体製造装置を運転するにあたってのエネルギ−及びコストの削減を阻む一因となっていた。
【0006】
またクリ−ンル−ムCR内に温調設備14が設置される場合には、1次冷却水のポンプなどが発熱源となるため、ここからの発熱分がクリ−ンル−ムの冷却負荷(空気冷却設備17により空気から取り除く熱量)に加わり、冷却コストの高騰の一因になっていた。
【0007】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、半導体製造装置に供給される温調水を温調するための設備の規模を縮小することにある。本発明の他の目的は、薬液により半導体製造用の基板を処理するにあたり、薬液を温調するための温調水にかかる設備を削減することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる半導体製造装置は、クリ−ンル−ム内に設けられた半導体製造装置本体と、
この半導体製造装置本体内に供給される温調水を循環するための循環水路と、
この循環水路内の温調水とクリ−ンル−ムの雰囲気との間で熱交換して温調水をクリ−ンル−ム雰囲気と同じ温度にするために、クリ−ンル−ムの雰囲気内に設けられた熱交換部と、を備えたことを特徴とする。
【0009】
一般に半導体製造工場は、クリ−ンル−ムとこのクリ−ンル−ムの床部から排気した空気をクリ−ンル−ム内に天井部から戻すための空気循環路とこの空気循環路に設けられた空気冷却設備とを備えており、前記熱交換部は、例えば前記天井部よりも上側における空気循環路からの循環空気が通る領域または前記空気循環路における空気冷却設備の下流側あるいは前記天井部の下方側における他の発熱源の影響のない位置のいずれかに設けられる。また循環水路の途中には例えば温調水タンク及び送水手段が設けられる。温調水は、例えば薬液により半導体製造用の基板を処理する液処理ユニットにおいて薬液の温調を行うために用いられる。あるいは温調水は、半導体製造用の基板を温調するための温調ユニットにおいてこの温調ユニット内を通流するものである。
【0010】
このような発明によれば、従来用いられていた付帯設備機器である温調水の温調用のチラ−ユニットといった大掛かりな装置が不要となるので、設備規模の縮小が図れ、また設備を運転するときの消費エネルギ−を節約できると共に運転コストも削減できる。
【0011】
他の発明は、クリ−ンル−ム内に設けられ、薬液により半導体製造用の基板を処理する液処理ユニットを備えた半導体製造装置本体と、
薬液供給源と、
この薬液供給源の薬液を前記液処理ユニットに供給するための薬液供給路と、
この薬液供給路内の薬液とクリ−ンル−ムの雰囲気との間で熱交換して薬液をクリ−ンル−ム雰囲気と同じ温度にするために、クリ−ンル−ムの雰囲気内に設けられた熱交換部と、を備えたことを特徴とする。この場合も熱交換部は、例えば前記発明で記載した場所に設けることができる。この発明においては、例えば前記薬液供給源と熱交換部との間で薬液を循環するための循環水路が設けられ、薬液供給路はこの循環水路から分岐されている。この発明によれば、温調水の供給設備が不要になり、また薬液の温調のための大掛かりな装置が不要なので、より一層設備規模の縮小、消費エネルギ−の節約、コスト削減が図れる。
ここで「温調水をクリーンルーム雰囲気と同じ温度にする」、「薬液をクリーンルーム雰囲気と同じ温度にする」ことの同じ温度とは、プロセスに影響のない実質同じ温度という意味である。
【0012】
本発明は半導体製造方法についても成立するものであり、その方法は、クリ−ンル−ム内に設けられた半導体製造装置に温調水を供給しながら半導体製造用の基板に対して処理を行う工程と、
前記温調水を半導体製造装置に供給される前にクリ−ンル−ムの雰囲気を用いてクリ−ンル−ムの雰囲気と同じ温度に調整する工程と、を含むことを特徴とする。
【0013】
また本発明の他の方法は、クリ−ンル−ム内に設けられた液処理ユニット内に半導体製造用の基板を搬入する工程と、
次いで前記液処理ユニットに薬液を供給して当該基板に対して液処理を行う工程と、
前記薬液を液処理ユニットに供給する前にクリ−ンル−ムの雰囲気を用いてクリ−ンル−ムの雰囲気と同じ温度に調整する工程と、を含むことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施の形態にかかる半導体製造装置を含む半導体製造工場を示す概略縦断側面図である。先ず工場の全体構成について簡単に述べておくと、図中2は、外調機であり、図示している吸い込みファン21の他に、加熱部、湿度調整部、冷却部などを備え、外気を取り込み、所定の温度、湿度に調整して工場20内に供給している。工場20内にはクリーンルーム3が設けられ、クリーンルーム3の天井側、床下31側及び側壁の外部は空気循環路32を形成している。この空気循環路32には、空気冷却設備である、冷媒例えば冷却水が流れている冷却コイル(循環コイル)33が設けられている。クリーンルーム3の天井部には、パーティクルを除去するための通気抵抗体であるフィルタ部とこのフィルタ部の中を空気を通過させるためのファンとを備えたファンフィルタユニット(以下FFUと呼ぶ)34が複数配置されており、空気はこのFFU34を通ってクリーンルーム3内に入り、ダウンフローが形成される。
【0015】
クリーンルーム3内の空気の一部は塗布、現像装置4内を介して図示しない排気路から外部に排気されるが、他の空気は床面の例えばパンチングメタルやメッシュ体からなる通気部を介して床下31に流れ込む。床下31の空気は、冷却コイル33を通ってここで所定の温度に冷却されて天井側に戻り、こうして工場20内を空気が循環する。
【0016】
前記クリ−ンル−ム3内には半導体製造装置である塗布、現像装置4が設けられている。塗布、現像装置4は、半導体製造用基板例えばウエハや液晶ディスプレイ用ガラス基板にレジストを塗布し、露光後のウエハに対して現像処理するものであり、実際には複数台設置されるが、図では1台のみ記載してある。
【0017】
図2は、塗布、現像装置4を示す概観図であり、例えば25枚の半導体製造用の基板であるウエハWが棚状に保持されたキャリアCが搬入出されるキャリアステージCSと、ウエハWに対して塗布、現像処理を行うための処理部PSと、この処理部PSと前記キャリアステージCSとの間でウエハWの受け渡しを行う受け渡しアーム41と、を備えている。
【0018】
処理部PSは、中央に昇降、回転、進退自在なメイン搬送アーム(略解的に円柱で描いてある)42が設けられており、このメイン搬送アーム42の前後(キャリアステージCSから奥を見たときの方向で表わしている。)には、夫々棚43、44が設けられている。これら棚43、44は、複数のユニットが積み上げられて構成されており、具体的には、ウエハを加熱する加熱ユニット、冷却ユニットなどが割り当てられている。
【0019】
前記メイン搬送アーム42の右側には、上段側に2個の液処理ユニットである現像ユニット45が設けられ、下段側に2個の液処理ユニットである塗布ユニット5が設けられている。前記メイン搬送アーム42はウエハを棚43、44の各ユニット、塗布ユニット5及び現像ユニット45の間で受け渡す役割をもっている。また塗布、現像装置4はインターフェイス部46を備えており、処理部PSはこのインターフェイス部46を介して露光装置40(図1では記載していない)に接続されている。更に塗布、現像装置4の天井部47は、ファンフィルタユニットを備えており、このユニットのファンにより装置外部の空気(クリーンルーム内の空気)を取り込んでフィルタを通じて装置内に流すように構成されている。
【0020】
キャリアステージCS上のキャリアC内のウエハは、棚42内の受け渡しユニットを介してメイン搬送アーム42に受け渡され、塗布ユニット5におけるレジスト塗布の前後に棚42(43)の加熱ユニットで夫々加熱される。前処理としての加熱処理は疎水化ガス雰囲気の中で行われるが、レジストの種類によってはこの前処理は行われない。また露光処理を終えたウエハは現像ユニット4の前後に棚42(43)の加熱ユニットで夫々加熱される。
【0021】
塗布ユニット5は、図3に示すように容器本体51、内カップ52、外カップ53及びスピンチャック54、ノズル55を備えている。前記ノズル55は給液管56の先端部に接続され、ノズル55及び給液管56は、図4に示すように薬液であるレジストを供給する薬液供給管57の外側に、装置内に導入された例えば純水からなる温調水の流入側流路58が配置されると共にその外側に装置の外に向かう温調水の流出側流路59が配置されたいわば三重構造管として構成されている。流入側流路58を流れてきた温調水はノズル55内で折り返され流出側流路59を通って装置の外へ流出する。給液管56の途中からはレジスト供給管57と前記温調水の流路58、59に分離され、薬液供給管57はポンプ57aを介して薬液タンク6に接続されている。
【0022】
一方温調水の流入側流路58及び流出側流路59は図1及び図2に示すように塗布、現像装置4の外側に配管され、流出側流路59は例えばクリ−ンル−ム3内に設けられた温調水タンク71及び送水手段であるポンプPを介してクリ−ンル−ム3の天井部の上方空間まで配管されている。前記FFU34の上方側におけるクリ−ンル−ム3の雰囲気温度として安定している領域例えば空気循環路32の出口側の近傍には、前記流出側流路59に一端側が接続された熱交換部72が設けられている。
【0023】
この熱交換部72は温調水とクリ−ンル−ム3の雰囲気との間で熱交換して当該温調水を当該雰囲気と同じ温度にするためのものであり、温調水がこの雰囲気内に滞留する時間を長くするために例えば樹脂製や金属製のチュ−ブからなる例えばコイル状の流路や屈曲した流路として構成される。また熱交換部72の下方側には、万一の漏水に備えて液溜め部を構成するドライパン73が設けられている。
【0024】
前記熱交換部72の他端側には前記流入側流路58が接続されており、この流入側流路58は天井部からクリ−ンル−ム3内に立ち下がって前記塗布、現像装置4内に配管されている。流入側流路58及び流出側流路59は温調水を循環させるための循環水路をなすものであり、例えば樹脂製のチュ−ブにより構成される。なおこの例では塗布ユニット5における薬液の温調について述べているが、現像ユニット45もほぼ同様の構成であって薬液である現像液の供給管の周囲にも温調水の流路が形成されており、例えば塗布ユニット4や現像ユニット45からの温調水の流出側流路59は途中で1本化されて温調水タンク71に配管される。実際には塗布、現像装置4は複数台設置されるが、その場合例えば所定台数の装置4に対して、温調水タンク71及び熱交換部72を含む1つの温調システムが割り当てられる。
【0025】
次に上述実施の形態について説明する。塗布、現像装置4では、加熱ユニット内の熱を排気する熱排気が行われると共に塗布ユニット5や現像ユニット45にて雰囲気の排気が行われており、その排気分に応じて外調機2にて外気が吸い込まれ、ここで所定の温度、湿度に調整された後、クリ−ンル−ム3の上方空間に導入され、FFU34を通ってクリ−ンル−ム3内にダウンフロ−を形成する。クリ−ンル−ム3内の空気は床下を通った後、冷却コイル33を通過し、クリ−ンル−ム3の発熱源などから発熱した熱量がここで除去され、所定のクリ−ンル−ム3の雰囲気温度例えば23℃に調整されて天井部側に流れ、こうして工場20内を循環している。
【0026】
一方塗布、現像装置4内において、既述のようにウエハWに対して処理が行われ、塗布ユニット5や現像ユニット45ではウエハW上に塗布される薬液の温度が温調水により温調されている。薬液タンク6は例えば塗布、現像装置4の電装ユニットなどと一緒に配置されており、クリ−ンル−ム3内に配置されているといっても多少発熱源などの影響を受けてクリ−ンル−ム3の所定の雰囲気温度よりも高い温度になっている。この薬液が図3に示すように薬液供給管57を通ってノズル55から吐出される間に温調水により温調され、このため温調水は例えば薬液から熱を奪って多少温度が上昇する。そしてこの温調水は流出側流路59を介して温調水タンク71に入り、ここからポンプPにより天井部の上方の熱交換部72に送られる。温調水は、熱交換部72を流れる間に熱交換部72が置かれている雰囲気と熱交換を行って当該雰囲気温度と同じ温度になるが、この雰囲気は空気循環路32の出口に近く、正確にクリ−ンル−ム3の所定の雰囲気温度になっており、この結果熱交換部72からは正確にクリ−ンル−ム3の所定の雰囲気温度に調整された温調水が塗布、現像装置4に送られる。なお本発明は、温調水をクリーンルーム雰囲気と同じ温度にすることを目的としているが、ここでいう「同じ温度」とは、プロセス例えばレジストの塗布処理に影響のない実質同じ温度という意味である。
【0027】
上述実施の形態によれば、クリ−ンル−ム3の雰囲気温度として安定している領域に温調水の熱交換部72を設けて温調水の温調を行っているため、従来用いられていた付帯設備機器であるチラ−ユニットといった大掛かりな装置が不要となるので、設備規模の縮小が図れ、また設備を運転するときの消費エネルギ−例えば1次冷却水のポンプのエネルギー分を節約できると共に運転コストも削減できる。更に1次冷却水のポンプが不要なのでその分の発熱がなくなり、クリ−ンル−ム3の冷却負荷の低減を図れる。
【0028】
本発明において、前記熱交換部72の設置場所としてはクリ−ンル−ム3の雰囲気温度として安定していれば上述の場所に限られるものではなく、図5に示すように空気循環路32における空気冷却設備33の下流側や、図6に示すように前記FFU34の下方側における他の発熱源の影響のない位置であってもよい。この場合も熱交換部72の下方側にドライパン73を設けることが好ましい。なお温調水タンク71の設置場所は特に限定されないが、熱交換部72での熱交換量ができるだけ小さくて済むようにクリ−ンル−ム3の所定の雰囲気温度からあまり外れた温度雰囲気は避けることが好ましい。
【0029】
また本発明では、薬液供給路57の途中に熱交換部を設けて、薬液の温調を行うようにしてもよい。図7はこのような構成の一例を示す図であり、薬液供給源である薬液タンク6に配管されている薬液供給路57を送水手段であるポンプPを介してFFU34の上側まで立ち上げ、この薬液供給路57に、先の実施の形態で熱交換部72を配置した位置と同様の位置にて熱交換部61を介設し、当該熱交換部61の出口側から薬液供給路57をFFU34の下方側に立ち下げて塗布、現像装置4内に配管している。
更に熱交換部61と塗布、現像装置4との間において薬液供給路57から分岐して薬液タンク6まで分岐管62を配管し、この分岐点に流路切り替え手段である3方弁63を設け、薬液を使用しないときには薬液タンク6から熱交換部61及び分岐管62を介して薬液タンク6に戻るように薬液を循環させ、薬液を使用するときには熱交換部61を通った薬液を塗布、現像装置4に供給するようにしてもよい。前記熱交換部61は、例えば温調水における熱交換部72と同様に構成され、その下側にドライパン64が設けられる。
【0030】
この実施の形態によれば温調水の供給設備が不要となり、また薬液の温調のための大掛かりな装置が不要なので、より一層設備規模の縮小、消費エネルギ−の節約、コスト削減が図れる。
ここで図1及び図7に示す本発明の実施の形態と図9及び図10に示す従来例とについて、温調水の冷却設備(温調設備)にかかるコスト及び消費電力などについて比較した計算結果を図8に示しておく。この結果において消費エネルギーとランニングコストは10台の温調機を1年間稼動し続けた場合の値である。具体的には、従来の温調水の冷却設備を設置、稼動させるにあたり、左欄から初期コスト、稼動時の消費電力(kWh/年)およびその電力コスト(円/年)、稼動に伴う発熱量(kWh/年)およびその冷却コスト(円/年)、稼動時に使用される冷却水への熱負荷量(kWh/年)およびその冷却コスト(円/年)である。この結果からも分かるように本発明は、従来例に比べて設備コスト、ランニングコスト及び消費エネルギーの点で有利である。
以上において、本発明における温調水の用途としては薬液の温調に限られるものではなく、基板に対して温調を行う温調ユニット例えば既述のように棚43,44の冷却ユニットなどに温調水を供給する場合であってもよい。冷却ユニットの例でいえば、基板は冷却プレートに載置されて冷却され、温調水である冷却水はこの冷却プレート内を通流する。
【0031】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、半導体製造装置に供給される温調水を温調するための設備の規模を縮小することができる。また他の発明によれば、薬液により半導体製造用の基板を処理するにあたり、薬液を温調するための温調水にかかる設備を削減できる。
【0032】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る半導体製造装置を示す概略縦断側面図である。
【図2】前記半導体製造装置である塗布、現像装置を示す概観図である。
【図3】塗布、現像装置内に設けられる塗布ユニットを示す縦断側面図である。
【図4】塗布ユニットのノズルを示す断面図である。
【図5】本発明の他の実施の形態に係る半導体製造装置を示す概略縦断側面図である。
【図6】本発明の更に他の実施の形態に係る半導体製造装置を示す概略縦断側面図である。
【図7】本発明の更にまた他の実施の形態に係る半導体製造装置を示す概略縦断側面図である。
【図8】本発明の装置と従来装置とについて、消費エネルギー等を比較して示す説明図である。
【図9】従来の半導体製造装置の一例を示す概略縦断側面図である。
【図10】従来の半導体製造装置の他の例を示す概略縦断側面図である。
【符号の説明】
2 外調機
20 半導体製造工場
3 クリーンルーム
32 空気循環路
33 冷却コイル
34 ファンフィルタユニット
4 塗布、現像装置
5 塗布ユニット
55 ノズル
57 薬液供給路
58 温調水の流入側流路
59 温調水の流出側流路
6 薬液タンク
61 熱交換部
62 分岐管
64 ドライパン
71 温調水タンク
72 熱交換部
73 ドライパン

Claims (11)

  1. クリ−ンル−ム内に設けられた半導体製造装置本体と、
    この半導体製造装置本体内に供給される温調水を循環するための循環水路と、
    この循環水路内の温調水とクリ−ンル−ムの雰囲気との間で熱交換して温調水をクリ−ンル−ム雰囲気と同じ温度にするために、クリ−ンル−ムの雰囲気内に設けられた熱交換部と、を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
  2. クリ−ンル−ムとこのクリ−ンル−ムの床部から排気した空気をクリ−ンル−ム内に天井部から戻すための空気循環路とこの空気循環路に設けられた空気冷却設備とを備えた半導体製造工場内に設けられた半導体製造装置において、
    前記クリ−ンル−ム内に設けられた半導体製造装置本体と、
    この半導体製造装置本体内に供給される温調水を循環するための循環水路と、
    この循環水路内の温調水とクリ−ンル−ムの雰囲気との間で熱交換して温調水をクリ−ンル−ム雰囲気と同じ温度にするために、前記天井部よりも上側における空気循環路からの循環空気が通る領域または前記空気循環路における空気冷却設備の下流側あるいは前記天井部の下方側における他の発熱源の影響のない位置のいずれかに設けられた熱交換部と、を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
  3. 循環水路の途中には温調水タンク及び送水手段が設けられていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体製造装置。
  4. 半導体製造装置本体は、薬液により半導体製造用の基板を処理する液処理ユニットを備え、温調水は薬液の温調を行うためのものであることを特徴とする請求項1、2または3記載の半導体製造装置。
  5. 半導体製造装置本体は、半導体製造用の基板を温調するための温調ユニットを備え、温調水はこの温調ユニット内を通流するものであることを特徴とする請求項1、2または3記載の半導体製造装置。
  6. クリ−ンル−ム内に設けられ、薬液により半導体製造用の基板を処理する液処理ユニットを備えた半導体製造装置本体と、
    薬液供給源と、
    この薬液供給源の薬液を前記液処理ユニットに供給するための薬液供給路と、
    この薬液供給路内の薬液とクリ−ンル−ムの雰囲気との間で熱交換して薬液をクリ−ンル−ム雰囲気と同じ温度にするために、クリ−ンル−ムの雰囲気内に設けられた熱交換部と、を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
  7. クリ−ンル−ムとこのクリ−ンル−ムの床部から排気した空気をクリ−ンル−ム内に天井部から戻すための空気循環路とこの空気循環路に設けられた空気冷却設備とを備えた半導体製造工場内に設けられた半導体製造装置において、
    クリ−ンル−ム内に設けられ、薬液により半導体製造用の基板を処理する液処理ユニットを備えた半導体製造装置本体と、
    薬液供給源と、
    この薬液供給源の薬液を前記液処理ユニットに供給するための薬液供給路と、
    この薬液供給路内の薬液とクリ−ンル−ムの雰囲気との間で熱交換して薬液をクリ−ンル−ム雰囲気と同じ温度にするために、前記天井部よりも上側における空気循環路からの循環空気が通る領域または前記空気循環路における空気冷却設備の下流側あるいは前記天井部の下方側における他の発熱源の影響のない位置のいずれかに設けられた熱交換部と、を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
  8. 前記薬液供給源と熱交換部との間で薬液を循環するための循環水路が設けられ、薬液供給路はこの循環水路から分岐されていることを特徴とする請求項6または7記載の半導体製造装置。
  9. 薬液は温調水により温調されていないことを特徴とする請求項6、7または8記載の半導体製造装置。
  10. クリ−ンル−ム内に設けられた半導体製造装置に温調水を供給しながら半導体製造用の基板に対して処理を行う工程と、
    前記温調水を半導体製造装置に供給される前にクリ−ンル−ムの雰囲気を用いてクリ−ンル−ムの雰囲気と同じ温度に調整する工程と、を含むことを特徴とする半導体製造方法。
  11. クリ−ンル−ム内に設けられた液処理ユニット内に半導体製造用の基板を搬入する工程と、
    次いで前記液処理ユニットに薬液を供給して当該基板に対して液処理を行う工程と、
    前記薬液を液処理ユニットに供給する前にクリ−ンル−ムの雰囲気を用いてクリ−ンル−ムの雰囲気と同じ温度に調整する工程と、を含むことを特徴とする半導体製造方法。
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