JP2000111609A - 基板の温度調節用ステージ及びその電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の処理に必要な最大の電力を低減する。
また、処理設備のコストを下げる。 【解決手段】 半導体ウェハのレジストのベーキング工
程において、クーリング及び低温期間ｔ０(ｔ３)で、電
源回路は、外部の交流電源３１からの電力をコンデンサ
３９に充電する。大電力が必要とされる温度立ち上げ期
間ｔ１で、コンデンサ３９からサブヒータ２３Ｂに充電
電力を供給し、交流電力３１からの電力をメインヒータ
２３Ａに供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハや液
晶基板などの、基板の処理工程で用いられる基板温度を
調節するためのステージ及びその電源回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】種々の基板の処理工程(例えば、半導体
ウェハのレジストのベーキング工程など)では、図１に
示すように処理チャンバ１内に設置された温度調節ステ
ージ（以下、温調ステージという）３上に、半導体ウェ
ハのような処理対象基板９を載置し、温調ステージ３に
内蔵された電熱ヒータ５が発する熱、及び冷却液管７を
流れる冷却液によって、基板９の温度を所定の温度に制
御することが行われている。

【０００３】また、大きな製造設備では、図２に示すよ
うに、複数の処理チャンバ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ・・・を設
け、それら複数の処理チャンバ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ・・・
で同時並行的に、複数の基板をバッチ処理することも行
われている。このような設備では、複数の処理チャンバ
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ・・・に電力を供給する複数の電源回
路１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ・・・(又は、複数の処理チ
ャンバ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ・・・に電力を同時に供給でき
るような大容量の電源回路)が必要である。

【０００４】図３は、一例として、半導体ウェハの表面
に塗布したレジストのベーキング工程における温調ステ
ージの温度変化(Ａ)と、電源回路が接続される電源が供
給する電力の変化(Ｂ)の関係を示す。

【０００５】低温期間ｔ０において温調ステージ上に半
導体ウェハがセットされると、まず、温度立ち上げ期間
ｔ１で、最大電力Ｐ１を電熱ヒータに供給して、短時間
でベーキング温度Ｔまで上昇するように温調ステージを
加熱し、その後、供給した最大電力Ｐ１を若干(電力Ｐ
２まで)下げて、ベーキング温度Ｔに保ちながら一定時
間ベーキング処理を行う(期間ｔ２)。ベーキング処理が
終わると、供給電力を最小(電力Ｐ３まで)に落とし、且
つ冷却液量を増大させてクーリングを行なって、温調ス
テージの温度を充分下げてから、温調ステージ３上の半
導体ウェハを新しいものに交換する(期間ｔ３)。以後、
再び同様の工程を繰り返す。尚、ベーキング工程の場
合、分オーダーで図示のサイクルが繰り返される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のサイクルでは、
図３に示した温度立ち上げ期間ｔ１で、短時間でベーキ
ング温度Ｔにするために最大の電力を必要とする。特
に、図２に示したような複数台の処理チャンバを持つ装
置においては、温度立ち上げ期間ｔ１で非常に大きい電
力を必要とする。そのため、電源回路として大容量のも
のが必要となり、設備のコストも高くなる。

【０００７】従って、本発明の目的は、基板の処理に必
要な最大電力を低減することにある。

【０００８】また、本発明の別の目的は、処理設備のコ
ストを下げることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に従う、基板の温
度調節用ステージは、電力を受けて熱を発生する加熱部
と、外部の電源に接続され、加熱部に電力を供給する電
源回路とを備える。その電源回路は、外部の電源から電
力を受け、同時にその電力を加熱部に供給する第１の供
給手段と、外部の電源から電力を受け、その電力を蓄え
る電力蓄積手段と、蓄積手段に蓄えた電力を加熱部に供
給する第２の供給手段とを有する。電力蓄積手段は、加
熱部が比較的小さい電力しか必要としない時に、電力を
蓄える。第２の供給手段は、加熱部が比較的大きい電力
を必要とする時に蓄積手段に蓄えた電力を加熱部に供給
する。

【００１０】好適な実施形態では、加熱部は、主加熱部
と、副加熱部を有する。その場合、第１の供給手段は、
外部の電源からの電力を主加熱部に供給し、第２の供給
手段は、蓄積手段に蓄えた電力を副加熱部に供給する。

【００１１】好適な実施形態では、電力蓄積手段が、コ
ンデンサと、バッテリと、コイルとの少なくとも１つに
電力を蓄える。

【００１２】

【発明の実施の形態】図４は、本発明の一実施形態に係
る温調ステージの側断面を示す。

【００１３】温調ステージ２１は、電熱ヒータ部２３
と、冷却液管２５とを持つ。電熱ヒーター部２３は、メ
インヒータ２３Ａとサブヒータ２３Ｂとを持ち、温調ス
テージ２１の表面全体を温度むらなく加熱できるように
敷設されている。冷却液管２５は、加熱された温調ステ
ージ２１の表面全体を温度むらなく冷却できるように備
えられており、冷却液の流量を制御できる電磁弁（図示
せず）を備える。

【００１４】図５は、温調ステージ２１の電熱ヒータ部
２３に接続される電源回路を示す。

【００１５】同図に示す電源回路は、商用電源のような
外部の交流電源３１に接続され、メインヒータ２３Ａに
電力を供給するための第１の電力供給ルートとサブヒー
タ２３Ｂに電力を供給するための第２の電力供給ルート
とを備える。

【００１６】第１の電力供給ルートには、交流電源３１
からの交流電力をメインヒータ２３Ａに供給又はそれを
停止するためのスイッチ３３が備えられる。

【００１７】第２の電力供給ルートには、交流電源３１
と後述の整流・充電回路３７を接続又は切り離しをする
ためのスイッチ３５と、交流電源３１からの交流電力を
後述のコンデンサ３９に充電するのに適した電圧及び電
流の直流電力に変える整流・充電回路３７が備えられ
る。また、整流・充電回路３７から出力される直流電力
を充電して、その電力をサブヒータ２３Ｂに供給するコ
ンデンサ(又はバッテリ)３９と、コンデンサ３９からの
電力をサブヒータ２３Ｂに供給又はそれを停止するため
のスイッチ４１も備えられる。

【００１８】各スイッチ３３、３５、４１は、例えばサ
イリスタやパワートランジスタなどの半導体スイッチで
あり、コントローラ４３によって、所定のタイミングで
開閉される。コントローラ４３は、また、温調ステージ
２１の表面温度をフィードバックする機能を持つ。更
に、コントローラ４３は、フィードバックされた表面温
度が図３(Ａ)に示したような時間経過に応じた各時間区
間の目標温度になるようにスイッチ３３又は４１をＯＮ
／ＯＦＦ動作させて、そのデューティをコントロールす
ることにより、メインヒータ２３Ａ及びサブヒータ２３
Ｂへの電力を制御する機能も持つ。

【００１９】図６は、既に基板の処理工程の一例として
挙げた半導体ウェハのレジストのベーキング工程におい
て、交流電源３１が供給する電力の変化を、図５の電源
回路が接続された場合と従来の電源回路が接続された場
合とに分けて比較したものである。実線５１が、図５の
電源回路が接続された場合の電力の変化を示し、点線５
３が、従来の電源回路が接続された場合の電力の変化
（図３(Ｂ)と同様）を示している。尚、温調ステージ２
１表面の温度変化は、図３(Ａ)と同様である。

【００２０】図４乃至図６を参照して、この実施形態の
動作を説明する。

【００２１】先ず、クーリング及び低温期間ｔ０では、
コントローラ４３は、スイッチ３３をＯＮ／ＯＦＦ動作
させ、そのデューティを制御して温調ステージ２１の表
面温度を調節する。また、コントローラ４３は、スイッ
チ４１をＯＦＦにして、スイッチ３５をＯＮにする。こ
れにより、期間ｔ０では、電源３１からの交流電力が整
流・充電回路３７により直流電力に変換されてコンデン
サ３９に供給される。そして、コンデンサ３９が供給さ
れる直流電力を蓄える。

【００２２】次に、温度立ち上げ期間ｔ１、即ち温度立
ち上げに必要な大電力が必要とされる期間では、コント
ローラ４３は、スイッチ３５をＯＦＦ、スイッチ４１を
ＯＮにし、且つスイッチ３３をＯＮ／ＯＦＦ動作させ
て、温調ステージ２１の表面温度が所定の速度で立ち上
がるようにデューティを制御する。これにより、メイン
ヒータ２３Ａに交流電源３１からの交流電力が供給さ
れ、サブヒータ２３Ｂにコンデンサ３９が蓄えた電力が
供給されて、電熱ヒータ部２３に供給される電力の大き
さの合計が、温調ステージ２１の表面温度を短時間でベ
ーキング温度Ｔに上昇させるために必要な大電力Ｐ１と
なる（図６参照）。これを従来と比較すると、従来は交
流電源３１から直接温度立ち上げに必要な大電力Ｐ１を
供給していたが、この実施形態は、コンデンサ３９に前
もって蓄えた電力をサブヒータ２３Ｂに供給するので、
交流電源３１からは、温度立ち上げに必要な大電力Ｐ１
からコンデンサ３９が供給した電力を差し引いた差分の
電力のみをメインヒータ２３Ａに供給すればよい。

【００２３】温調ステージ２１がベーキング温度Ｔに達
し、ベーキング期間ｔ２になると、コントローラ４３
は、スイッチ３５をＯＦＦにし、スイッチ３３及び４１
をＯＮ／ＯＦＦ動作させ、そのデューティを制御して温
調ステージ２１の表面温度をベーキング温度Ｔに維持す
る。

【００２４】そして、ベーキング処理が終了し、クーリ
ング及び低温期間ｔ３になると、コントローラ４３は、
期間ｔ０の時と同様に、スイッチ３３をＯＮ／ＯＦＦ動
作させてそのデューティを制御し、スイッチ３５をＯ
Ｎ、スイッチ４１をＯＦＦにする。以下、期間ｔ１から
ｔ３のサイクルが繰り返される。

【００２５】このように、図５に示した電源回路を用い
れば、電源３１が温度立ち上げ時に供給する最大の電力
の大きさは、従来の電力よりも小さくすることができ
る。それにより、この電源回路の容量は、メインヒータ
２３Ａへ供給する電力を賄えるだけの容量、即ち従来の
容量より小さい容量でよいので、基板処理の設備コスト
を低減することができる。特に、図２に示したような多
くのチャンバを必要とする基板処理においては、大幅に
設備コストを低減できる。

【００２６】図７は、電源回路の別の実施例を示す。こ
の電源回路では、コイル６９に電力を蓄える。すなわ
ち、商用電源のような外部の交流電源６１に接続される
第１の電力供給ルートと第２の電力供給ルートとがあ
り、第１の電力供給ルートは、図５に示した電源回路の
それと同様である。

【００２７】第２の電力供給ルートには、交流電源６１
からの交流電力を直流電力に変える整流回路３７と、こ
の整流回路３７を交流電源６１に接続したり切り離した
りするスイッチ６５とが備えられる。整流回路６７の出
力端は、コイル６９とスイッチ７３とを直列に介してサ
ブヒータ２３Ｂに接続される。また、スイッチ７１及び
７４によって、コイル６９が単独で整流回路６７の出力
端間に接続されたり切り離されたりするようになってい
る。スイッチ７１及び６５がＯＮ、スイッチ７３及び７
４がＯＦＦのとき、整流回路６７から出力される直流電
力がコイル６９に磁界のエネルギーとしてその電力が蓄
えられる。そして、スイッチ７１及び６５がＯＦＦ、ス
イッチ７３及び７４がＯＮのとき、コイル６９に蓄えら
れた磁界のエネルギーが電力となってサブヒータ２３Ｂ
に供給される。

【００２８】コントローラ７５は、以下のように各スイ
ッチ６３、６５、７１、７３、７４を制御する。

【００２９】すなわち、コントローラ７５は、クーリン
グ及び低温期間ｔ０では、スイッチ６３をＯＮ／ＯＦＦ
動作させてそのデューティを制御し、温調ステージ２１
の表面温度を調節する。また、コントローラ７５は、ス
イッチ７３、７４をＯＦＦ、スイッチ６５、７１をＯＮ
にする。それにより、整流回路６７からコイル６９に直
流電流が流れ、コイル６９に磁界のエネルギーとして電
力が蓄えられる。

【００３０】温度立ち上げ期間ｔ１では、コントローラ
７５は、スイッチ６５、７１をＯＦＦ、スイッチ７３、
７４をＯＮにし、スイッチ６３を高速にＯＮ／ＯＦＦ動
作させてそのデューティを制御する。それにより、コイ
ル６９に磁界のエネルギーとして蓄えた電力からサブヒ
ータ２３Ｂに供給され、サブヒータ２３Ｂに供給される
電力と温度立ち上げに必要な電力Ｐ１との差分の電力が
交流電源６１からメインヒータ２３Ａに供給される。

【００３１】ベーキング期間ｔ２では、コントローラ７
５は、スイッチ６５をＯＦＦ、スイッチ７４をＯＮに
し、スイッチ６３、７１、７３をＯＮ／ＯＦＦ動作して
そのデューティを制御し、温調ステージ２１の表面温度
をベーキング温度Ｔに維持する。

【００３２】ベーキング処理が終わり、クーリング及び
低温期間ｔ３となったら、コントローラ７５は、期間ｔ
０と同様の動作を行う。

【００３３】以下、この電源回路では、図５に示した電
源回路と同様に、期間ｔ１乃至ｔ３の動作が繰り返され
る。

【００３４】以上、本発明の好適な幾つかの実施形態を
説明したが、これらは本発明の説明のための例示であっ
て、本発明の範囲をこれらの実施例にのみ限定する趣旨
ではない。本発明は、他の種々の形態でも実施すること
が可能である。例えば、温調ステージの電熱ヒータに代
えて、赤外線ランプを使用しても良い。また、使用する
電源回路は、コンデンサとコイルを備える共振回路にす
ることもできる。その電源回路を用いた場合は、クーリ
ング及び低温期間に共振エネルギーを蓄積し、温度立ち
上げ期間にその共振エネルギーを電力としてサブヒータ
に供給するようにする。要するに、基板の処理工程にお
いて、適当な期間に外部の電源からの電力を一時蓄えて
おき、大電力を必要とする時に蓄えた電力を追加供給す
るような構成を持つ電源回路、及びその電源回路を用い
た方法であれば、全て本発明の範囲に入ることは言うま
でもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の処理チャンバの側断面を示す図。

【図２】複数の処理チャンバを備えた基板処理装置。

【図３】半導体ウェハのレジストのベーキング工程にお
ける温調ステージ表面の温度変化と電熱ヒータに供給さ
れる電力の変化の関係を示す図。

【図４】本発明の実施形態に係る温調ステージの側断面
を示す図。

【図５】図４の温調ステージの電熱ヒータ部へ電力を供
給する第１の電源回路。

【図６】半導体ウェハのレジストのベーキング工程にお
いて、図５に示した電源回路を使用した場合に、電源３
１が消費する電力の変化を示す図。

【図７】図４の温調ステージの電熱ヒータへ電力を供給
する第２の電源回路。

【符号の説明】

１、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 処理チャンバ ３，３Ａ，３Ｂ．３Ｃ、２１ 温度調節ステージ（温調
ステージ） ５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ・・・ 電熱ヒータ ７、２５ 冷却液管 ９ 基板 １１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ・・・ ヒータ電源回路 ２３ 電熱ヒータ部 ２３Ａ メインヒータ ２３Ｂ サブヒータ ３１、６１ 電源(交流電源) ３３、３５、４１、６３、６５、７１、７３ スイッチ ３７、６７ 整流回路 ３９ コンデンサ ４３、７５ コントローラ ６９ コイル

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の温度を調節するための温度調節用
   ステージにおいて、 電力を受けて熱を発生する加熱部を有し、 外部の電源から電力を受け、同時に前記電力を前記加熱
   部に供給する第１の供給手段と、 前記外部の電源から電力を受け、前記電力を蓄える電力
   蓄積手段と、 前記蓄積手段に蓄えた電力を前記加熱部に供給する第２
   の供給手段とを有する電源回路を備え、 前記電力蓄積手段は、前記加熱部が比較的小さい電力し
   か必要としない時に、電力を蓄え、 前記第２の供給手段は、前記加熱部が比較的大きい電力
   を必要とする時に前記蓄積手段に蓄えた電力を前記加熱
   部に供給する基板の温度調節用ステージ。
2. 【請求項２】 前記加熱部は、主加熱部と、副加熱部を
   有し、 前記第１の供給手段は、前記外部の電源から前記電力を
   受け、前記電力を前記主加熱部に供給し、 前記第２の供給手段は、前記蓄積手段に蓄えた電力を前
   記副加熱部に供給する請求項１記載の基板の温度調節用
   ステージ。
3. 【請求項３】 前記電力蓄積手段が、コンデンサと、バ
   ッテリと、コイルとの少なくとも１つに電力を蓄える請
   求項１記載の基板の温度調節用ステージ。
4. 【請求項４】 基板の温度を調節するための温度調節用
   ステージが有する、電力を受けて熱を発生する加熱部に
   接続される電源回路において、 外部の電源から電力を受け、同時に前記電力を前記加熱
   部に供給する第１の供給手段と、 前記外部の電源から電力を受け、前記電力を蓄える電力
   蓄積手段と、 前記蓄積手段に蓄えた電力を前記加熱部に供給する第２
   の供給手段とを有し、 前記電力蓄積手段は、前記加熱部が比較的小さい電力し
   か必要としない時に、電力を蓄え、 前記第２の供給手段は、前記加熱部が比較的大きい電力
   を必要とする時に、前記蓄積手段に蓄えた電力を前記加
   熱部に供給する電源回路。
5. 【請求項５】 前記加熱部は、主加熱部と、副加熱部を
   有し、 前記第１の供給手段は、前記外部の電源から前記電力を
   受け、前記電力を前記主加熱部に供給し、 前記第２の供給手段は、前記蓄積手段に蓄えた電力を前
   記副加熱部に供給する請求項４記載の電源回路。
6. 【請求項６】 前記電力蓄積手段が、コンデンサと、バ
   ッテリと、コイルとの少なくとも１つに電力を蓄える請
   求項４記載の電源回路。