JP2000323375A - 基板加熱装置及び基板加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は半導体製造の処理工程において基板を
加熱する際に使用される基板加熱装置に関し、適用加熱
温度範囲が広く、また基板が大型のものであっても温度
分布均一化の向上を図ることを目的とする。 【解決手段】本発明の基板加熱装置は、搭載されるベー
クチャンバ１２内に、基板を加熱するための加熱板１６
を備え、この加熱板１６に基板の所定の位置に対応した
加熱を行う加熱部であるヒータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ
が同心円状に設けられて各個別に駆動させる構成とす
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、半導体製造の処理
工程において基板を加熱する際に使用される基板加熱装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路が形成される半導
体基板の高密度化、微細化が進み、その処理工程におい
て高解像の描画、処理が必要とされる。半導体製造にお
いては、例えばフォトマスクやウエハに露光装置により
パターンを形成する際、その前処理としてレジスト処理
するもので、レジスト塗布後に加熱（ベーキング）処理
を行う。この場合、基板への加熱温度分布がパターン形
成の解像度に大きな影響を及ぼすことから均一な加熱が
望まれている。

【０００３】従来、例えばフォトマスクをフォトリソグ
ラフィ技術で製造する場合、基板上に金属薄膜を形成
し、この上にフォトレジストを塗布してプリベークした
後に、露光装置でパターンを描画する。そして、レジス
ト現像、ポストベーク、金属薄膜の選択エッチング、レ
ジスト剥離等を経て製造されるものである。この場合、
ベーキング工程で使用されている基板加熱装置として
は、特開平７−２１１６２８号公報や特開平９−５０９
５７号公報等が知られている。

【０００４】そこで、図６及び図７に、従来の基板加熱
装置の概略図を示す。図６（Ａ）、（Ｂ）に示す基板加
熱装置は、特開平７−２１１６２８号公報に開示されて
いるもので、ヒータ１０１上に熱板１０２が設けられ、
当該ヒータ１０１と熱板１０２内に熱電対１０３が設け
られる。また、温度調節器１０４がヒータ１０１に接続
されて設けられる。一方、熱板１０２のホトマスク１０
８が載置される面上で同心円状に３つの窪み１０５，１
０６，１０７が形成されている。そして、温度調節器１
０４が熱電対１０３からの温度検出信号に基づいてヒー
タ１０１を温度調節してレジスト塗布されたホトマスク
１０８を加熱する。この場合、窪み１０５，１０６，１
０７を熱板１０２に形成することにより、当該窪み１０
５，１０６，１０７部分で温度を低下させて加熱を均一
にしようとするものである。

【０００５】また、図７に示す基板加熱装置（基板ベー
キング装置）は、特開平９−５０９５７号公報に開示さ
れているもので、図示しないベーキングチャンバ内に下
部加熱板１１１と上部加熱板１１２とを備える。下部加
熱板１１１上には、フォトレジストが塗布されたフォト
マスク１１３が載置されるもので、当該下部加熱板１１
１上面であって、載置されるフォトマスク１１３の周囲
に位置されるように溝１１４が形成されると共に、フォ
トマスク１１３の側部周辺位置に均熱リング１１５が設
けられたものであり、これによってベーキング時におけ
るフォトマスク１１３の面内温度の均一性を向上させよ
うとするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように基板上に塗布されたフォトレジストに対してベー
ク次第でパターン描画の解像度に大きな影響を及ぼすも
ので、上記公報等に開示された基板加熱装置において、
下方または下方と上方から加熱板によって基板を加熱す
ることは基板内の熱伝導が自然対流に任せることとな
り、ある程度の均一加熱できる温度が例えば１００°Ｃ
付近が限度となって温度範囲が狭い。すなわち、フォト
レジスト材によっては１２０°Ｃや１５０°Ｃ以上で高
解像のパターン形成が可能なものもあってこれらに対処
できないという問題がある。また、フォトマスク等の基
板が大型化する現状では、１００°Ｃ前後の加熱温度で
あっても上記公報等の装置では温度分布の均一化を図る
ことが困難であるという問題がある。

【０００７】そこで、本発明は上記課題に鑑みなされた
もので、適用加熱温度範囲が広く、また基板が大型のも
のであっても温度分布均一化の向上を図る基板加熱装置
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】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明では、半導体製造工程における基板
の所定処理後に加熱処理を行う基板加熱装置において、
前記基板を加熱するための加熱板を備え、当該加熱板に
当該基板の所定の位置に対応した加熱を行う複数の加熱
部であって、個別に駆動される加熱部を備える加熱手段
を有する構成とする。

【０００９】請求項２の発明では、請求項１記載の基板
加熱装置であって、前記加熱部は、前記加熱板に円形状
で所定数設けられる構成とする。

【００１０】請求項３の発明では、請求項１または２記
載の基板加熱装置であって、前記加熱手段は、前記加熱
部が設けられた加熱板が前記基板の下方および上方のう
ち、少なくとも何れか一方に配置される構成とする。

【００１１】請求項４の発明では、請求項３記載の基板
加熱装置であって、前記基板の少なくとも下方に配置さ
れた加熱板が、当該基板を内包する凹形状に形成され、
前記加熱部が底部に設けられる構成とする。

【００１２】請求項５の発明では、半導体製造工程にお
ける基板の所定処理後に加熱処理を行うに際し、当該基
板の所定位置に対応した加熱を行う複数の加熱部を備え
る加熱手段を用いる基板加熱方法であって、前記基板を
所望の温度分布とするための、前記複数の加熱部に対す
るそれぞれの駆動調節データを取得する過程と、前記駆
動調節データに基づいて前記加熱手段により前記基板を
加熱する過程と、を含む構成とする。

【００１３】このように構成することで、適用加熱温度
範囲が広く、また基板が大型のものであっても基板内の
熱伝導を自然対流に任せることなく温度分布均一化の向
上を図ることが可能になる。また、基板の所定位置に対
応した加熱を容易におこなうことが可能となり、加熱時
の放熱を軽減させて温度分布均一にする時間を短縮させ
ることが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図により説明する。図１に、本発明における基板加熱
装置の第１実施形態の構成図を示す。ここでは、例えば
基板としてフォトマスクを例としたもので、図１（Ａ）
は、図２で示す基板加熱装置（１１）に搭載される加熱
ユニット１２の構成斜視図であり、図１（Ｂ）は加熱ユ
ニット１２内に配置される加熱板の平面構成図である。
図１（Ａ）に示す加熱ユニット１２は、後述のピンの昇
降機構等が内設された支持台１３上に箱状のベークチャ
ンバ１４が設けられ、上部開放部分に当該ベークチャン
バ１４を密閉する蓋板１５が配置される。そして、ベー
クチャンバ１４内に円盤状の加熱板１６が設けられる。
なお、ベークチャンバ１４に付随する他の機構等は従前
と同様であり、説明を省略する。

【００１５】ベークチャンバ１４内に配置される加熱板
１６は、図１（Ｂ）に示すように、同心円で３つの円形
状の加熱部であるヒータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃが設け
られている。例えば、図３で説明するように、２つのア
ルミニウム板に狭持された状態で設けられる。また、各
ヒータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃは一部が切断されて絶縁
部１７Ｄが形成され、夫々絶縁部１７Ｄの両端に接続線
（図示せず）が配線される。なお、加熱板１６の上面に
は昇降自在のピン１８が所定数（図では６個）設けら
れ、フォトマスクが載置されるものである。また、ベー
クチャンバ１４の奥側側面にはフォトマスクを出し入れ
するための窓１９が形成されており、シャッタ（図示せ
ず）が上下動自在に設けられて当該ベークチャンバ１４
を密閉可能としている。

【００１６】そこで、図２に、本発明の基板加熱装置の
全体斜視図を示す。図２において、基板加熱装置１１
は、冷却機能をも有するもので、筐体２１の全面上部に
操作パネル２２が配置され、この操作パネル２２の後方
に上述の加熱ユニット１２が配置されている。また、加
熱ユニット１２の後方には、フォトマスクの出し入れを
おこなうロボット機構２３が配置されている。さらに、
ロボット機構２３の横にはフォトマスクをそのコーナー
で載置する４つの基板載置台２４が設けられる。そし
て、筐体２１の内部には、加熱ユニット１２の各ヒータ
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを個別に駆動する電源２５とそ
の電圧を調整してヒータ温度を制御する加熱コントロー
ラ２６を備えると共に、冷却用の冷却ユニット２７、冷
却用コントローラ２８等を備える。

【００１７】加熱コントローラ２６は、電源２５を介在
させて上記各ヒータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃと接続され
ており、印加電圧を調節して各ヒータ１７Ａ，１７Ｂ，
１７Ｃの加熱レベルを調節するものである。この場合、
各ヒータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃへの印加電圧のレベル
は、予めフォトマスクの温度分布を均一にするときのレ
ベル値を求めておき、これに基づいて設定しておく。上
記加熱ユニット１２、電源２５および加熱用コントロー
ラ２６を少なくとも含んで加熱手段が構成される。

【００１８】上記基板加熱装置１１は、例えば露光処理
前のフォトレジストが塗布されたフォトマスクが他の処
理装置から送られてきて基板載置台２４に一旦載置され
る。このフォトマスクはロボット機構２３によりハンド
リングされ、ベークチャンバ１４内の加熱板１６上に置
かれる。このとき、ベークチャンバ１４では図示しない
上記シャッタが動作して窓１９が開放状態となってロボ
ット機構２３によりフォトマスクが送り込まれる。そし
て、操作パネル２２上で加熱開始のボタンが押されるこ
とでフォトマスクの加熱が開始されるものである。この
場合、ロボット機構２３等の動作に応じて、すなわちフ
ォトマスクがベークチャンバ１４の加熱板１６上に載置
され、当該ベークチャンバ１４内が密閉状態になったこ
とを検出して自動的に加熱を開始させてもよい。

【００１９】そこで、図３に本発明における基板加熱装
置の基板加熱の説明図を示す。図３（Ａ）は加熱部１６
の概略平面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ
断面図である。まず、加熱板１６は、図３（Ｂ）に示す
ように、例えばアルミニウムの第１の板１６Ａ上で例え
ばマイカを用いてエンチングにより３つの同心円に形成
し、夫々の同心円の一部を切断して絶縁部１７Ｄを形成
することで各ヒータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを形成す
る。そして、その上に例えばアルミニウムの第２の板１
６Ｂを接着剤等で固定狭持させることで加熱板１６が形
成されるものである。この場合、各ピン１８は加熱板１
６を貫通して上下動自在に設けられている。そして、各
ピン１８上に加熱されるフォトマスク３０が載置される
ものである。

【００２０】すなわち、フォトマスク３０は、加熱処理
前に例えば表面に金属薄膜が形成され、その上にフォト
レジスト３０Ａが塗布されたもので、図２に示すロボッ
ト機構２３により加熱板１６上の各ピン１８に載置され
る。このとき、当該フォトマスク３０はその中心が加熱
板１６の略中心上に位置される。そこで、、各ヒータ１
７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃに電圧が個別に印加されて駆動さ
れることでフォトマスク３０が加熱される。

【００２１】ここで、フォトマスク３０を加熱する際に
温度分布を均一にする調整について説明する。まず、当
該フォトマスクの表面（フォトレジストが塗布される
面）の中心や各コーナ等の所定位置に、表面より深さ約
０．５ｍｍにセンサ（熱電対）をそれぞれ埋め込み、各
センサからの信号を適宜センサのバラツキを補正して温
度として例えばペンレコーダで記録させる。そして、各
ヒータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃに電圧を個別に印加する
際、ペンレコーダの記録を参照しながらフォトマスク表
面の温度分布が均一になるように各ヒータ１７Ａ，１７
Ｂ，１７Ｃへの印加電圧を印加開始から所定時間毎に調
整して駆動調節データを取得する。

【００２２】例えば、図３（Ａ）に示すように、フォト
マスク３０の中心部分の温度をヒータ１７Ａや適宜ヒー
タ１７Ｂへの印加電圧を調整することで行い、周縁部分
の温度をヒータ１７Ｃへの印加電圧を調整することで、
当該フォトマスク３０の所望位置に対応した加熱を行
う。この調整レベルの駆動調節データに基づいて実際の
加熱時において時間毎に自動で変化させることで、フォ
トマスク表面の温度分布を少なくとも温度差０．３°Ｃ
乃至それ以下のレベルで均一化が達成されるものであ
る。特に、加熱温度がフォトレジスト材によって高温と
なり、また基板が大型化しても上記温度レベルで均一化
を達成することができるものである。

【００２３】次に、図４に、本発明の第２実施形態の構
成図を示す。ここでは、図４（Ａ）に示すように、上記
ベークチャンバ１４における蓋板１５の裏面に上記加熱
板１６と同様の加熱板３１を設けたものであり、他の構
成は上記第１実施形態と同様である。すなわち、加熱板
３１は、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、例えばアル
ミニウムの第１および第２の板３１Ａ，３１Ｂ間に同心
円のヒータ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ（それぞれに絶縁部
３２Ｄが形成される）が狭持される。そして、各ヒータ
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃはそれぞれ図２に示す電源２５
を介在させて加熱コントローラ２６に電気的に接続され
て各個別に駆動されるものである。

【００２４】このように構成することで、図４（Ｃ）に
示すように、フォトマスク３０を下方の加熱板１６と上
方の加熱板３１との両方で加熱するものである。この場
合、各ヒータ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃへの印加電圧の調
整は、上記各ヒータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃと共に、同
様におこなわれるものである。すなわち、フォトマスク
３０を下方の加熱板１６と上方の加熱板３１との両方で
加熱することにより、当該フォトマスクが設定温度に達
するまでの加熱時間を短縮させることができると共に、
当該フォトマスクの所望位置に対応した加熱の調整を容
易に行うことができるものである。

【００２５】続いて、図５に、本発明の第３実施形態の
構成図を示す。図５（Ａ）は、上述の第１実施形態に対
応させたものであり、図１および図３に示した加熱板１
６を、フォトマスク３０を内包するように円盤凹形状に
形成し、円盤形状の第１の板（例えばアルミニウム）４
１と円盤凹形状の第２の板（例えばアルミニウム）との
間に上記と同様の各ヒータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを狭
持させたものである。このように構成することにより、
加熱板４１のフォトマスク側面に対応する側部がフォト
マスク加熱時の放熱を軽減させ、またヒータとしての役
割を持たせることができるもので、当該フォトマスク３
０の表面温度分布を均一化させるのを容易とすることが
できると共に、均一化させるまでの時間を短縮すること
ができるものである。

【００２６】また、図５（Ｂ）は、上述の第２実施形態
に対応させたものであり、図５（Ａ）の加熱板４１の上
方に図４に示すような加熱板３１を配置させて上下両方
からフォトマスク３０を加熱させるものである。すなわ
ち、加熱板４１のフォトマスク側面に対応する側部がフ
ォトマスク加熱時の放熱を軽減させると共に、ヒータと
しての役割を持たせ、さらに上方からも加熱すること
で、当該フォトマスク３０の表面温度分布を均一化させ
るのを容易とすることができると共に、均一化させるま
での時間をさらに短縮することができるものである。

【００２７】ところで、上記ベークチャンバ１４や各加
熱板１６，３１，４１は、処理を行う基板の大きさに応
じて適宜大きさを変えて対応させることができるのはも
ちろんであり、当該基板が大きくなるほど困難であった
温度分布の均一化を容易に向上させることができるもの
である。

【００２８】なお、上記各実施形態では、各加熱板１
６，３１，４１に同心円でそれぞれ３つのヒータを設け
た場合を示したが、その個数は温度誤差（均一性）や基
板の大きさ等に応じて適宜設定することができるもので
ある。また、各ヒータの形状においても同心円の円形形
状に限らず、所定形状の島状で所定位置に所定数設けて
も同様の効果を奏することができる。さらに、各実施形
態では基板加熱装置が露光処理前の基板を加熱処理する
場合を示したが、一連の半導体製造工程における均一加
熱が求められる総ての加熱処理にも適用することができ
る。また、基板をフォトマスクが角形状のものとして説
明したが、円形状のものでもよく、また基板がフォトマ
スクに限らずウエハであっても同様の効果を奏すること
ができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、請求項１及び５の発明に
よれば、加熱板に複数の加熱部を設けて基板の所定の位
置に対応した加熱を行うことにより、適用加熱温度範囲
が広く、また基板が大型のものであっても基板内の熱伝
導を自然対流に任せることなく温度分布均一化の向上を
図ることができるものである。

【００３０】請求項２の発明によれば、加熱板上で加熱
部を円形状に所定数設けることにより、温度分布均一化
の向上を図ることができると共に、基板の所定位置に対
応した加熱を容易におこなうことができる。

【００３１】請求項３の発明によれば、前記加熱部が設
けられた加熱板を基板の下方および上方の少なくとも何
れか一方に配置させることにより、温度分布均一化の向
上を図ることができると共に、特に上下両方に配置させ
ることで設定温度までの加熱時間を短縮させることがで
き、また基板の所定位置に対応した加熱を容易におこな
うことができる。

【００３２】請求項４の発明によれば、加熱板を凹形状
として基板を内包して加熱部で加熱することにより、温
度分布均一化の向上を図ることができると共に、加熱時
の放熱を軽減させることができ、温度分布均一にする時
間を短縮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における基板加熱装置の第１実施形態の
構成図である。

【図２】本発明の基板加熱装置の全体斜視図である。

【図３】本発明における基板加熱装置の基板加熱の説明
図である。

【図４】本発明の第２実施形態の構成図である。

【図５】本発明の第３実施形態の構成図である。

【図６】従来の基板加熱装置の概略図（１）である。

【図７】従来の基板加熱装置の概略図（２）である。

【符号の説明】

１１ 基板加熱装置 １２ 加熱ユニット １４ ベークチャンバ １５ 蓋板 １６，３１，４１ 加熱板 １７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ ヒータ ２３ ロボット機構 ２４ 基板載置台 ２５ 電源 ２６ 加熱コントローラ ３０ フォトマスク ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ ヒータ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体製造工程における基板の所定処理後
   に加熱処理を行う基板加熱装置において、 前記基板を加熱するための加熱板を備え、当該加熱板に
   当該基板の所定の位置に対応した加熱を行う複数の加熱
   部であって、個別に駆動される加熱部を備える加熱手段
   を有することを特徴とする基板加熱装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の基板加熱装置であって、 前記加熱部は、前記加熱板に円形状で所定数設けられる
   ことを特徴とする基板加熱装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の基板加熱装置であ
   って、 前記加熱手段は、前記加熱部が設けられた加熱板が前記
   基板の下方および上方のうち、少なくとも何れか一方に
   配置されることを特徴とする基板加熱装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の基板加熱装置であって、 前記基板の少なくとも下方に配置された加熱板が、当該
   基板を内包する凹形状に形成され、前記加熱部が底部に
   設けられることを特徴とする基板加熱装置。
5. 【請求項５】半導体製造工程における基板の所定処理後
   に加熱処理を行うに際し、当該基板の所定位置に対応し
   た加熱を行う複数の加熱部を備える加熱手段を用いる基
   板加熱方法であって、 前記基板を所望の温度分布とするための、前記複数の加
   熱部に対するそれぞれの駆動調節データを取得する過程
   と、 前記駆動調節データに基づいて前記加熱手段により前記
   基板を加熱する過程と、 を含むことを特徴とする基板加熱方法。