JP2000114151A - 基板加熱装置 - Google Patents

基板加熱装置

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JP2000114151A
JP2000114151A JP10286285A JP28628598A JP2000114151A JP 2000114151 A JP2000114151 A JP 2000114151A JP 10286285 A JP10286285 A JP 10286285A JP 28628598 A JP28628598 A JP 28628598A JP 2000114151 A JP2000114151 A JP 2000114151A
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heat
heating plate
heating
substrate
temperature
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Tatsuharu Yamamoto
立春 山本
Hiroyuki Nishihara
宏幸 西原
Masakazu Sugaya
昌和 菅谷
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 広範囲な熱処理温度においても均一な基板加
熱を行う基板加熱装置を提供する。 【解決手段】 第1の発熱体3と熱拡散体2と平面断熱
体4と第1の温度センサ9から成る加熱構造の外周部
に、内周側面断熱体5と外周側面断熱体7で挟み込まれ
た第2の発熱体6と、外周側面断熱体7の外側面と内側
面で対となす第2の温度センサ12を設置し、第2の温
度センサ12で測定される温度差により、外周部からの
熱損失量を計算し、第2の発熱体6をもってそれを補給
するための発熱量制御回路13とヒータ駆動電源14を
設置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、大気中での半導体
基板,液晶表示装置(LCD)用基板の露光工程に使用
するフォトマスクの製造工程における配線パターン等の
露光後のレジストベーキングを行う基板加熱装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】高精細の電子線描画装置あるいはKrF
エキシマレーザを用いた露光工程に使用されるレジスト
材料には、主に照射エネルギーに対する感度および解像
度において優れた特性を有する化学増幅系のレジストが
使用されている。化学増幅系のレジストは、露光後のレ
ジスト加熱処理(Post Exposure Bake:PEB)によっ
て樹脂の架橋または分解反応を行う必要があり、例え
ば、基板面内で配線幅の変動量を0.01μm以下に抑
えるためには、100±20℃程度で加熱処理中の基板
温度の面内分布を±0.1℃以下に抑える必要がある。
【0003】この目的のためには基板温度が不均一とな
る主な要因である、加熱プレート周辺からの自然対流に
よる熱損失をいかに低減するか、または、損失する熱量
と同等の熱量をいかに補給するかという課題に対して、
有効かつ簡単な手段を講じる必要がある。
【0004】従来、この様な高精度の熱処理を行うこと
を目的として、特開平9−50957号で開示されているよう
な手段がある。以下、図5によって、この従来の技術を
説明する。基板101は、直接または微少な隙間をもっ
て設置される第1の加熱プレート102と、基板101
の上方に一定の間隔をもって設置される第2の加熱プレ
ート103からの熱伝達によって加熱される。ここで、
第1の加熱プレート102と第2の加熱プレート103
の面内の発熱密度が均一であるとすると、空気の対流に
よって第1の加熱プレート102の周辺から熱が奪われ
るため、基板101の周辺部の温度は中心に比べて低く
なる。
【0005】上記従来の技術は、これを補正するため
に、第2の加熱プレート103から基板101への熱伝
達の量が中心から周辺に向かって順次多くなるような手
段を講じている。この手段の第1は、第2の加熱プレー
ト103の発熱量を中心から周辺に向かって順次多くな
るようにすることである。また、この手段の第2は、第
2の加熱プレート103と基板101が対向する空間の
厚みを、中心から周辺に向けて順次少なくすることであ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、レジストの熱
処理温度はある特定の温度で行われるのではなく、使用
するレジストの品種や他の工程間との最適化に対応する
ために逐次処理温度の変更が行われる。この点に関し、
上記の従来の技術のいずれの手段でも、基板101の外
周部の熱伝達量は中心部に比べると多くする事ができる
が、外周部の発熱量または空間の厚みは、基板101の
処理温度が変更になると、周辺部の空気の対流による熱
の損失量が異なるため、その度に発熱分布の状態または
対向する空間の厚みを最適に調整する必要がある。
【0007】本発明は、この様な問題を解決するため、
装置の構造面での変更ではなく、温度を不均一にする原
因となる外周部からの自然対流による熱損失を正確に補
給する手段を講じることによって、広範囲な熱処理温度
においても均一な加熱が可能な手段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】本発明では、上記目的を
達成するために、周辺部の空気の自然対流による熱の損
失量を正確に補給し、中心部と外周部の温度差をなくす
ために、基本的には次のような手段を講じる。第1の発
熱体と、第1の発熱体の上面に、第1の発熱体の熱を拡
散させるための熱拡散体が設置され、下面に熱の放出を
抑制するための断熱体が設置され、かつ、熱拡散体の中
心部に、第1の発熱体を温度制御するための第1の温度
センサが埋設されることによって構成される第1の加熱
プレートを有し、加熱プレートの外周部に、断熱体で挟
み込まれた第2の発熱体を設置し、かつ、断熱体の外側
面と内側面で対となす第2の温度センサを設置し、第2
の温度センサの温度差から算出される熱流量を第2の発
熱体によって発生させる発熱量制御回路を有する。
【0009】ここで、熱拡散体の上面に基板を設置し、
第1の発熱体は第1の温度センサによって、PID制御
機能等を有する独立した温度制御回路によって温度調節
を行い、第2の発熱体は発熱量制御回路によって発熱量
の制御を行なうことによって安定かつ均一な加熱を行
う。また、これらの構造物全体は保温ケースによって外
気と隔離する。基板の熱拡散体への設置形態は、単純に
置くだけの他に、熱拡散体の表面に突起部を設け微少な
隙間を保持したままで加熱を行う形態、または、静電吸
着,真空吸着等による基板を吸着しながら加熱を行う形
態でもよい。
【0010】上記の基本的な手段において、保温ケース
には通常、基板を出し入れするための開口部と開口部を
封じるシャッタが必要となる。このシャッタが開いたと
きに外気と内部の空気がある程度交換されるため、第1
の加熱プレートの開口部近傍の温度は低下する。この温
度むらを補正するために、第2の発熱体を複数に分割
し、それぞれ独立に発熱量制御することによって、熱の
損失が外周部の各位置で異なる場合、それに対応した熱
の補給を行う。
【0011】次に、基板の面方向からの熱の放出を抑え
ることを目的として、第1の加熱プレートに対向した位
置に第2の加熱プレートを設置し、第2の加熱プレート
を第1の加熱プレートと同じ設定温度にして基板加熱を
行う。この場合、第1の加熱プレートと第2の加熱プレ
ートの間隔は、周辺からの対流の影響を内部に与えない
ようにするために、できるだけ小さい方が望ましく、基
板の搬送に支障が無い程度まで小さくする必要がある。
【0012】また、第2の加熱プレートの温度制御の方
式は、第1の加熱プレートと第2の加熱プレートの間隔
に応じて適正化しなければならない。即ち、基板加熱時
の第1の加熱プレートと第2の加熱プレートの間隔が1
0mm以上と大きい場合は、第2の加熱プレートでの温度
むらは基板にあまり影響しないが、間隔を狭くした上で
基板の温度均一性の精度を±0.1℃ 以下にするために
は、第2の加熱プレートを第1の加熱プレートと同様の
構成とする必要がある。
【0013】あるいは、第1の加熱プレートまたは第2
の加熱プレートに上下機構を設け、基板の搬送の際には
プレート間の間隔を大きくし、基板の加熱の場合はプレ
ート間の間隔を小さくして加熱効率及び均一性を向上さ
せる。ここで、第1の加熱プレートまたは第2の加熱プ
レートが移動する際に生ずる気流の乱れを緩和するため
に、第2の加熱プレートの外周部に保温リングを設置
し、第1の加熱プレートと第2の加熱プレートの隙間を
見かけ上封じる。
【0014】
【発明の実施の形態】<実施形態例1>図1は本発明の
第1の加熱プレートの基本構成を示す断面図である。第
1の発熱体3には、上面に、第1の発熱体3の熱を拡散
させるための熱拡散体2を、下面に、熱の放出を抑制す
るための平面断熱体4が設置され、かつ、熱拡散体2の
中心部に、第1の発熱体3を温度制御するための第1の
温度センサ9が埋設されている。更に、周辺部の空気の
対流による熱損失量を正確に補給し、中心部と外周部の
温度差をなくすために、外周部に内周側面断熱体5と外
周側面断熱体7で挟み込まれた第2の発熱体6を設置
し、外周側面断熱体7の外側面と内側面で対となす第2
の温度センサ12を設置する。さらに、発熱量制御回路
13によって第2の温度センサ12の温度差から流出熱
量を算出し、ヒータ駆動電源14にフィードバックして
第2の発熱体6によって発生させる発熱量制御する。発
熱量制御回路13では、外周側面断熱体7の表面積をS
及び熱伝導率をλ、第2の温度センサ12それぞれの温
度をT1及びT2とすると、流出熱量QをQ=Sλ(T
1−T2)とする演算を行なう。基板1は熱拡散体2の
上面に載置される。また、この様な基本構成をとる第1
の加熱プレートを保温ケース8によって外気と隔離す
る。
【0015】ここで、基板1の熱拡散体2上面への設置
形態は、単純に置くだけの他に、熱拡散体2の表面に突
起部を設け微少な隙間を保持したままで加熱を行う形
態、または、静電吸着,真空吸着等による基板を吸着し
ながら加熱を行う形態のいずれでもよい。
【0016】この基本構成において、第1の発熱体2と
第2の発熱体6には、内部絶縁されたシースヒータ、あ
るいはSi系のラバー等で絶縁され、所定のパターニン
グが施された面状のヒータのいずれでもよい。また、平
面断熱体4,内周側面断熱体5と外周側面断熱体7に
は、ポリイミド樹脂,ポリアミド樹脂,フッ素樹脂等、
金属と比較して熱拡散率が小さく、加工が容易な材料が
望ましい。また、熱拡散体2にはAl,Cu等の熱拡散
率が大きい金属が望ましい。
【0017】<実施形態例2>図2において保温ケース
8には通常、基板1を出し入れするための開口部15と
開口部15を封じるシャッタ16が必要となる。このシ
ャッタ16が開いたときに外気と内部の空気がある程度
交換されるため、第1の加熱プレートの開口部15近傍
の温度は低下する。この温度むらを補正するために、第
2の発熱体6を複数に分割し(例えば4分割)、それぞれ
に発熱量制御回路13とヒータ駆動電源14を接続し、
独立に発熱量を制御することによって、熱の損失が外周
部の各位置で異なる場合、それに対応した熱の補給を行
う。
【0018】<実施形態例3>次に、基板1の面方向か
らの熱の放出を抑えることを目的として、第1の加熱プ
レートに対向した位置に第2の加熱プレートを設置し、
第2の加熱プレートを第1の加熱プレートと同じ設定温
度にして基板1の加熱を行う。この構成を図3(a)に
示す。第2の加熱プレートの基本構成は次の通りであ
る。第1の発熱体17の下面に、第1の発熱体17の熱
を拡散させるための熱拡散体18を、上面と外周側面
に、熱の放出を抑制するための平面断熱体19と側面断
熱体20が設置され、かつ、熱拡散体18の中心部に、
第1の発熱体を温度制御するための第1の温度センサ2
1が埋設されている。
【0019】この場合、第1の加熱プレートと第2の加
熱プレートの間隔hgは、周辺からの対流の影響を内部
に与えないようにするために、できるだけ小さい方が望
ましく、基板1の搬送に支障が無い程度まで小さくする
必要がある。また、第2の加熱プレートの温度制御の方
式は、第1の加熱プレートと第2の加熱プレートの間隔
hgの大きさに応じて適正化しなければならない。即
ち、基板1の加熱時の第1の加熱プレートと第2の加熱
プレートの間隔hgが10mm以上と大きい場合は、第2
の加熱プレートでの温度むらは基板温度分布にあまり影
響しないが、間隔hgを10mm以下に狭くした上で基板
1の温度均一性の精度を±0.1℃ 以下にするために
は、第2の加熱プレートを図1または図2に示すような
第1の加熱プレートと同様の構成を取る必要がある。
【0020】即ち、図3(b)に示すように、第2の加
熱プレートの外周部に内周側面断熱体22と外周側面断
熱体23で挟み込まれた第2の発熱体24と、外周側面
断熱体23の外側面と内側面で対となす第2の温度セン
サ25を設置し、発熱量制御回路及びヒータ駆動電源に
よって第2の発熱体24を制御する。
【0021】<実施形態例4>あるいは、図4に示すよ
うに、第1の加熱プレートまたは第2の加熱プレートに
上下機構26,27を設け、基板1の搬送の際にはプレ
ート間の間隔を空け、基板の加熱の場合は搬送の際より
もプレート間の間隔を小さくして加熱効率を向上させ
る。ここで、第2の加熱プレートの外周部に保温リング
28を設置し、第1の加熱プレートと第2の加熱プレー
トの隙間を見かけ上封じることによって、第1の加熱プ
レートまたは第2の加熱プレートが移動する際に生ずる
気流の乱れを緩和することができる。
【0022】
【発明の効果】以上の実施の形態で説明したように、本
発明によれば、一般的な加熱プレートの構造に対し、側
面からの自然対流による熱損失を補給する手段を付加す
ることによって、温度が不均一となる主たる原因を除去
することができる。また、基板が設置された第1の加熱
プレートと対向した位置に、第1の加熱プレートと同等
な構成の第2の加熱プレートを付加することによって、
面方向の対流による熱損失を低減することができ、広範
囲な熱処理温度においても均一な基板加熱が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本構成を有する実施例の1の加熱プ
レート部の縦断面図。
【図2】第2の発熱体を複数設置した第1の加熱プレー
ト部の横断面図および縦断面図。
【図3】第1の加熱プレートに第2の加熱プレートを付
加した実施例の縦断面図。
【図4】図3の構成に上下機構と保温リングを付加した
実施例の縦断面図。
【図5】従来技術の構成図。
【符号の説明】
1…基板、2…熱拡散体、3…第1の発熱体、4…平面
断熱体、5…内周側面断熱体、7…外周側面断熱体、6
…第2の発熱体、8…保温ケース、9…第1の温度セン
サ、10…温度制御回路、11…電源、12…第2の温
度センサ、13…発熱量制御回路、14…ヒータ駆動電
源、15…開口部、16…シャッタ、17…第1の発熱
体、18…熱拡散体、19…平面断熱体、20…側面断
熱体、21…温度センサ、22…内周側面断熱体、23
…外周側面断熱体、24…第2の発熱体、25…第2の
温度センサ、26,27…上下機構、28…保温リン
グ、基板…101、第1の加熱プレート…102、第2
の加熱プレート…103。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅谷 昌和 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 3L113 AA01 AB05 AC08 AC45 AC46 AC56 AC57 AC67 AC75 BA34 CA08 CA20 CB05 DA02 DA11 DA20 5F046 KA04

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の発熱体と、前記第1の発熱体の上面
    に、前記第1の発熱体の熱を拡散させるための熱拡散体
    が設置され、下面に熱の放出を抑制するための断熱体が
    設置され、かつ、前記熱拡散体の中心部に、前記第1の
    発熱体を温度制御するための第1の温度センサが埋設さ
    れ、保温ケースによって外気と隔離された第1の加熱プ
    レートについて、前記第1の加熱プレートの外周部に、
    断熱体で挟み込まれた第2の発熱体を設置し、かつ、前
    記断熱体の外側面と内側面で対となす第2の温度センサ
    を設置し、前記第2の温度センサの温度差から算出され
    る熱流量を前記第2の発熱体によって発生させるための
    発熱量制御回路を有することを特徴とする基板加熱装
    置。
  2. 【請求項2】前記第2の発熱体を複数に分割し、それぞ
    れ独立に発熱量制御することによって、熱の損失が外周
    部の各位置で異なる場合、それに対応した熱の補給を行
    うことを特徴とする請求項1記載の基板加熱装置。
  3. 【請求項3】前記第1の加熱プレートに対向した位置に
    第2の加熱プレートを設置し、第2の加熱プレートで基
    板加熱を行うことを特徴とする請求項1または2記載の
    基板加熱装置。
  4. 【請求項4】前記第1の加熱プレートまたは前記第2の
    加熱プレートに上下機構を設け、前記基板の搬送の際に
    は前記第1の加熱プレートと前記第2の加熱プレート間
    の間隔を空け、前記基板の加熱の場合は前記第1の加熱
    プレートと前記第2の加熱プレート間の間隔を前記搬送
    の際よりも小さくし、かつ、前記第1の加熱プレートと
    前記第2の加熱プレートの隙間を見かけ上封じることの
    できる保温リングを前記第2の加熱プレートの外周部に
    設置したことを特徴とする請求項4に記載の基板加熱装
    置。
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