JP2000340501A - Device and method for heat-treating substrate - Google Patents
Device and method for heat-treating substrateInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この出願は、本明細書に組み
入れる同時係属中の出願である、1998年3月11日
に出願され出願番号09/041,471号、発明の名
称「熱サイクリングモジュール」に関連するものであ
る。FIELD OF THE INVENTION This application is a co-pending application, filed Mar. 11, 1998, application number 09 / 041,471, incorporated herein by reference, entitled "Thermal Cycling Module." It is related to
【0002】[0002]
【従来の技術】本発明は、基板を熱処理するための装置
及び方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus and a method for heat treating a substrate.
【0003】基板の処理は、しばしば、基板の熱処理
(例えば、加熱及び冷却)を伴う。例えば、フォトリソ
グラフィーによって集積回路を製造するためには、半導
体ウェーハ等の基板をフォトレジスト膜で被覆し、熱処
理を施さなくてはならない。基板は、フォトレジスト膜
の加工工程の一部として、フォトレジスト膜層を凝固す
る、あるいは硬化させる、あるいは深紫外線リソグラフ
ィーで用いる酸を触媒として加えたフォトレジスト膜層
の化学的遷移を早めるために、制御された熱サイクルに
さらすことになる。典型的には、基板は、高温(例え
ば、70から250℃)に加熱され、所定の時間(例え
ば、30から120秒)その高温に維持され、それから
低い温度(例えば、0から30℃)へ冷却される。これ
らの熱処理は、後蒸気下塗り(after vapor prime)、
スピンコート、露光、そして現像の工程を含み、フォト
リソグラフィーの流れの多数の個所において行われる。
このような熱処理中は、高い収率を達成するために、基
板の温度をしっかりと制御するべきである。[0003] Processing of substrates often involves heat treatment (eg, heating and cooling) of the substrate. For example, in order to manufacture an integrated circuit by photolithography, a substrate such as a semiconductor wafer must be covered with a photoresist film and subjected to a heat treatment. The substrate is used to solidify or cure the photoresist film layer as part of the photoresist film processing step, or to accelerate the chemical transition of the photoresist film layer to which an acid used in deep ultraviolet lithography is added as a catalyst. , Subject to a controlled thermal cycle. Typically, the substrate is heated to a high temperature (eg, 70 to 250 ° C.), maintained at the high temperature for a predetermined time (eg, 30 to 120 seconds), and then to a lower temperature (eg, 0 to 30 ° C.). Cooled. These heat treatments include after vapor prime,
It is performed at many points in the photolithography flow, including spin coating, exposure and development steps.
During such heat treatment, the temperature of the substrate should be tightly controlled to achieve high yields.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】一つの局面において、本
発明は、基板を熱処理する方法を提供する。この方法
は、基板を支持する工程と、基板へ熱処理ガスを供給す
る工程と、所定の熱処理周期に従い、長時間に渡って基
板に供給する熱処理ガスの一つ以上のパラメータを調節
することによって基板の温度を制御する工程と、そして
基板支持体とガス供給システムとの間に相対回転運動を
発生させる工程とを含む。基板を基板支持体によって支
持し、熱処理ガスをガス供給システムによって供給し、
基板の温度を制御装置によって制御し、そして相対回転
運動をロテータによって発生させてもよい。SUMMARY OF THE INVENTION In one aspect, the present invention provides a method for heat treating a substrate. The method comprises the steps of supporting a substrate, supplying a heat treatment gas to the substrate, and adjusting one or more parameters of the heat treatment gas supplied to the substrate over a long period of time according to a predetermined heat treatment cycle. Controlling the temperature of the substrate and generating a relative rotational movement between the substrate support and the gas supply system. Supporting the substrate by a substrate support, supplying a heat treatment gas by a gas supply system,
The temperature of the substrate may be controlled by a controller and the relative rotational motion may be generated by a rotator.
【0005】実施形態は、次の特徴を一つ以上含んでも
よい。[0005] Implementations may include one or more of the following features.
【0006】制御装置は、加熱及び冷却熱処理周期を介
して基板の温度を制御するように構成してもよい。基板
を支持する基板支持体は、基板の底面の僅かな部分だけ
に接触するように構成してもよい。例えば、基板支持体
は、基板を支持するときに、基板の底面の外周縁領域だ
けに接触するように構成してもよいし、あるいは、基板
の底面に接触するように形成した複数の支持ピンから構
成してもよい。ガス供給システムを基板へ近づける、あ
るいは基板から離すために、アクチュエータを設けても
よい。[0006] The controller may be configured to control the temperature of the substrate through a heating and cooling heat treatment cycle. The substrate support supporting the substrate may be configured to contact only a small portion of the bottom surface of the substrate. For example, when supporting the substrate, the substrate support may be configured to contact only the outer peripheral region of the bottom surface of the substrate, or a plurality of support pins formed to contact the bottom surface of the substrate. May be configured. An actuator may be provided to move the gas supply system closer to or away from the substrate.
【0007】ガス供給システムは、単に、基板の一方の
表面へ熱処理ガスを供給するように構成してもよい。例
えば、ガス供給システムは、基板の底面あるいは上面だ
けに熱処理ガスを供給するように構成してもよい。ガス
供給システムは、基板へ比較的熱いガスを供給するもの
と、比較的冷たいガスを供給するものとの別個のシステ
ムから構成されてもよい。別個のガス供給システムは、
常時、基板の第一の領域へ比較的熱いガスを供給し、基
板の第二の異なる領域へ比較的冷たいガスを供給するよ
うに構成してもよい。ガス供給システムは、比較的熱い
ガスと比較的冷たいガスとを混合して所望の混合ガス温
度を得、この混合ガスを基板へ供給するように構成して
もよい。ガス供給システムは、第一の流量で基板の外周
領域へ、そして第一の流量よりも少ない第二の流量で基
板の中央領域へ熱処理ガスを供給するように構成しても
よい。ガス供給システムは、基板へ熱処理ガスの流れを
導くように構成してもよい。[0007] The gas supply system may simply be configured to supply the heat treatment gas to one surface of the substrate. For example, the gas supply system may be configured to supply the heat treatment gas only to the bottom or top surface of the substrate. The gas supply system may consist of separate systems for supplying relatively hot gas to the substrate and for supplying relatively cool gas. A separate gas supply system
At all times, a relatively hot gas may be provided to a first region of the substrate and a relatively cool gas may be provided to a second, different region of the substrate. The gas supply system may be configured to mix a relatively hot gas and a relatively cold gas to obtain a desired mixed gas temperature and supply the mixed gas to the substrate. The gas supply system may be configured to supply the heat treatment gas at a first flow rate to the outer peripheral region of the substrate and at a second flow rate less than the first flow rate to the central region of the substrate. The gas supply system may be configured to direct a flow of the heat treatment gas to the substrate.
【0008】ロテータは、基板支持体を回転させるよう
に構成してもよいし、あるいは、ガス供給システムを回
転させるように構成してもよい。さらに、ガス供給シス
テムによって基板へ供給されるガスの温度をモニターす
るための温度センサを設けてもよい。多数の分配部位に
おける供給ガス温度を感知するように、多数の温度セン
サを基板に近接させて配置してもよい。これら多数の温
度センサは、熱伝達ガスの流量を調整するフィードバッ
ク制御装置と組み合わせて構成してもよい。[0008] The rotator may be configured to rotate the substrate support, or may be configured to rotate the gas supply system. Further, a temperature sensor for monitoring the temperature of the gas supplied to the substrate by the gas supply system may be provided. Multiple temperature sensors may be located proximate to the substrate to sense supply gas temperatures at multiple distribution sites. These multiple temperature sensors may be configured in combination with a feedback control device that adjusts the flow rate of the heat transfer gas.
【0009】本発明の利点を下記に示す。基板支持体と
ガス供給システムとの間に相対回転運動を発生させるこ
とによって、本発明は、基板全体に渡る均一な(角度的
に均一な、そして半径方向に均一な)温度制御を提供す
る。また、熱いあるいは冷たいプレートへの接触に頼ら
ず、熱処理ガスで基板を加熱、そして冷却することによ
って、本発明は、熱サイクル中、プレートの膨張及び収
縮、あるいは平坦でない基板による不均一な間隙に起因
する不均一性の問題を避けることができる。さらに、基
板を熱処理ガスで直接加熱することによって、本発明
は、少ないエネルギー消費で、基板の急速な温度変化を
もたらすことが可能である。The advantages of the present invention are described below. By generating a relative rotational movement between the substrate support and the gas supply system, the present invention provides uniform (angularly uniform and radially uniform) temperature control across the substrate. By heating and cooling the substrate with a heat treatment gas, rather than relying on contact with a hot or cold plate, the present invention provides for expansion and contraction of the plate during thermal cycling, or uneven gaps due to uneven substrates. The resulting non-uniformity problem can be avoided. Furthermore, by directly heating the substrate with a heat treatment gas, the present invention can provide rapid temperature changes of the substrate with low energy consumption.
【0010】本発明の他の特徴及び利点については、図
面及び請求項を含む次の説明から明らかになるであろ
う。[0010] Other features and advantages of the invention will be apparent from the following description, including the drawings and the claims.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】図1(a)を参照すると、熱処理
装置10は、蓋14を持つハウジング12内に、基板支
持体16とガス供給システム18とを含む。基板支持体
16には、基板22(例えば、半導体ウエハ、フラット
パネル・ディスプレイあるいは矩形フォトマスク)の外
周縁に接触する支持環20が設けられている。支持環2
0は、単に、基板20の底面の僅かな部分に接触するた
め、基板底面の大部分は、ガス供給システム18が送出
する熱処理ガス24にさらされることになる。支持環2
0は、さらに、ベアリングアセンブリ26によって旋回
可能に支持された支持管25上に取り付けられている。
また、ベアリングアセンブリ26上に取り付けられたマ
グネット28は、駆動リング32上に取り付けられたマ
グネット30に磁気的に結合している。作動中、駆動リ
ング31の回転が、磁性カプリングを介して、支持管2
5及び支持環20を回転させる。代替的な実施形態にお
いては、ベアリングアセンブリ26とマグネット28及
び30とを、密閉駆動アセンブリで置き換えてもよい。
ハウジング12は、非反復性温度処理にならないよう
に、水冷式であることが好ましい。Referring to FIG. 1A, a heat treatment apparatus 10 includes a substrate support 16 and a gas supply system 18 in a housing 12 having a lid 14. The substrate support 16 is provided with a support ring 20 that contacts an outer peripheral edge of a substrate 22 (for example, a semiconductor wafer, a flat panel display, or a rectangular photomask). Support ring 2
The 0 simply contacts a small portion of the bottom surface of the substrate 20 so that the majority of the bottom surface of the substrate will be exposed to the heat treatment gas 24 delivered by the gas supply system 18. Support ring 2
0 is further mounted on a support tube 25 pivotally supported by a bearing assembly 26.
Also, a magnet 28 mounted on the bearing assembly 26 is magnetically coupled to a magnet 30 mounted on the drive ring 32. During operation, the rotation of the drive ring 31 causes the support tube 2 to rotate via the magnetic coupling.
5 and the support ring 20 are rotated. In an alternative embodiment, the bearing assembly 26 and magnets 28 and 30 may be replaced by a sealed drive assembly.
The housing 12 is preferably water-cooled to avoid non-repetitive temperature treatments.
【0012】図1(b)に示すように、他の実施形態で
は、基板22を複数の支持ピン23上に支持してもよ
い。As shown in FIG. 1B, in another embodiment, the substrate 22 may be supported on a plurality of support pins 23.
【0013】ガス供給システム18は、基板22に熱処
理ガス24を供給するように構成されている。制御装置
32は、比較的熱いガスの熱ガス源34と、比較的冷た
いガスの冷ガス源36とに結合されている。制御装置3
2は、上述の熱処理周期に従って、基板の温度を制御す
るために、長時間に渡って熱処理ガスの一つ以上のパラ
メータを調節する。熱処理ガス24は、排気管38を介
してハウジング12から除かれる。基板22の温度は、
近接温度センサ40(例えば、熱電対)によってモニタ
ーされる。図1(b)に示すように、温度センサ40
は、基板22の裏面に隣接して位置する複数の熱電対プ
ローブ41を含んでもよい。これらプローブ41から制
御装置32へ信号が送出されるため、制御装置32は熱
処理ガスの一つ以上のパラメータを調節することができ
る。The gas supply system 18 is configured to supply a heat treatment gas 24 to the substrate 22. The controller 32 is coupled to a hot gas source 34 of a relatively hot gas and a cold gas source 36 of a relatively cold gas. Control device 3
2, adjust one or more parameters of the heat treatment gas over a long period of time to control the temperature of the substrate according to the heat treatment cycle described above. The heat treatment gas 24 is removed from the housing 12 via the exhaust pipe 38. The temperature of the substrate 22 is
It is monitored by a proximity temperature sensor 40 (eg, a thermocouple). As shown in FIG. 1B, the temperature sensor 40
May include a plurality of thermocouple probes 41 located adjacent to the back surface of the substrate 22. Signals are sent from these probes 41 to the control device 32 so that the control device 32 can adjust one or more parameters of the heat treatment gas.
【0014】操作するには、まず、基板22を熱処理装
置10内へ入れて、ガス供給システム18の上方にある
支持環20の上に載せる。蓋14を閉じ、そして基板支
持体16を適当な速度(例えば、60 rpm)で回転す
る。下記に詳しく説明するが、制御装置32は、(例え
ば、源34及び36からのガスの流量、混合比、そして
/あるいは温度を制御することによって)源34からの
比較的熱いガスと、また、源36からの比較的冷たいガ
スとを供給制御し、長時間に渡って所望の基板温度分布
を得る。基板22を急速に(例えば、1秒につき5℃
で)高温(例えば、約70℃から約250℃)へ均一に
加熱し、そして所定時間(例えば、約30秒から90秒
間)その温度に維持してもよい。その後、基板22を急
速に(例えば、1秒につき5℃で)低温(例えば、約0
℃から約30℃)へ均一に冷却してもよい。その後、基
板22を一定時間その温度に維持してもよいし、あるい
は、すぐに装置10から外してもよい。In operation, the substrate 22 is first placed in the heat treatment apparatus 10 and placed on the support ring 20 above the gas supply system 18. The lid 14 is closed and the substrate support 16 is rotated at a suitable speed (eg, 60 rpm). As will be described in more detail below, the controller 32 may control the relatively hot gas from the source 34 (e.g., by controlling the flow rate, mixing ratio, and / or temperature of the gas from the sources 34 and 36), and The supply of the relatively cool gas from the source 36 is controlled to obtain a desired substrate temperature distribution over a long period of time. The substrate 22 is rapidly (eg, 5 ° C. per second).
May be uniformly heated to a high temperature (eg, about 70 ° C. to about 250 ° C.) and maintained at that temperature for a predetermined time (eg, about 30 to 90 seconds). Thereafter, the substrate 22 is rapidly (eg, at 5 ° C. per second) cold (eg, about 0 ° C.).
(From about 30 ° C. to about 30 ° C.). Thereafter, the substrate 22 may be maintained at that temperature for a certain period of time, or may be immediately removed from the apparatus 10.
【0015】ガス供給システム18には、ガス供給シス
テム18を基板22に対して近づく、または離れるよう
に移動させるアクチュエータ43(例えば、ウォーム・
ネジ機構)が備えられている。これによって、基板22
の処理後における基板が熱処理装置10から外される前
に、ガス供給システム18と基板22との間の熱相互作
用(例えば、局所的な温度変動を起こす基板22への対
流熱伝達)が減少する。ガス供給システム18の外面温
度を制御するために、ガス供給システム18のガス供給
路の周りに水冷管を設けてもよい。また、ガス供給シス
テム18のガス供給路を断熱するために、断熱材を用い
てもよい。The gas supply system 18 includes an actuator 43 (for example, a worm or the like) that moves the gas supply system 18 toward or away from the substrate 22.
A screw mechanism). Thereby, the substrate 22
The thermal interaction between the gas supply system 18 and the substrate 22 (e.g., convective heat transfer to the substrate 22 causing local temperature fluctuations) is reduced before the substrate is removed from the thermal processing apparatus 10 after the processing. I do. A water cooling tube may be provided around the gas supply path of the gas supply system 18 to control the outer surface temperature of the gas supply system 18. Further, a heat insulating material may be used to insulate the gas supply path of the gas supply system 18.
【0016】図2を参照すると、この他の実施形態で
は、ハウジング12に直接取り付けられた固定基板支持
体44に対して、ガス供給システム42を回転させるよ
うにして、ガス供給システム42と基板22との間の相
対運動を可能にしている。ガス供給システム42は、ハ
ウジング12の底部壁の、密閉されたベアリングアセン
ブリ46を通って延びてロテータ48(例えば、回転モ
ータ)に結合している。ロテータ48は、直接的に、あ
るいは伝動ベルトを介して間接的に、ガス供給システム
42へ結合された駆動軸50を回転させる。Referring to FIG. 2, in another embodiment, the gas supply system 42 is rotated relative to a fixed substrate support 44 mounted directly to the housing 12 so that the gas supply system 42 and the substrate 22 are rotated. Allows relative movement between and. The gas supply system 42 extends through a sealed bearing assembly 46 in the bottom wall of the housing 12 and is coupled to a rotator 48 (eg, a rotary motor). The rotator 48 rotates, directly or indirectly via a transmission belt, a drive shaft 50 coupled to the gas supply system 42.
【0017】図3(a)及び図3(b)を参照すると、
この実施形態においては、ガス供給システム60は、基
板22の底面へ、源34から比較的熱いガスを、そして
源36から比較的冷たいガスを各々供給するための別個
の経路62及び64を含む。このため、いつも、源36
から比較的冷たいガスが基板底面の一つの領域(冷領域
66)へ供給され、そして源34から比較的熱いガスが
基板底面の異なる領域(熱領域68)へ供給される。基
板22を回転(あるいは択一的にガス供給システム60
を回転)することによって、基板22の底面を冷領域6
6と熱領域68とに均一にさらすことで、所望の平均基
板温度を得ることが可能である。経路62及び64を通
るガス流量を調節する、あるいは源34及び36から供
給されるガスの温度を調節する、または、これらの両方
を行うことによって、制御装置32が、所定の熱処理周
期に従って基板22の温度を制御するようにしてもよ
い。例えば、基板22の温度を上げるためには、制御装
置32は、経路64を通るガス流量に対して経路62を
通るガス流量を増加させてもよいし、択一的に、基板2
2の温度を下げるために、経路62を通るガス流量に対
して経路64を通るガス流量を増加させてもよい。制御
装置32は、適当な(開ループあるいは閉ループ)制御
アルゴリズムに従い、温度センサ40から受ける信号に
応じて、基板22へ供給する熱処理ガスのパラメータを
調節してもよい。Referring to FIGS. 3A and 3B,
In this embodiment, gas supply system 60 includes separate paths 62 and 64 for supplying relatively hot gas from source 34 and relatively cool gas from source 36, respectively, to the bottom surface of substrate 22. For this reason, source 36
A relatively cool gas is supplied to one region of the substrate bottom (cold region 66), and a relatively hot gas is supplied from source 34 to a different region of the substrate bottom (hot region 68). The substrate 22 is rotated (or alternatively, the gas supply system 60 is rotated).
Is rotated) to bring the bottom surface of the substrate 22 into the cold region 6.
By uniformly exposing the substrate 6 and the thermal region 68, a desired average substrate temperature can be obtained. By adjusting the gas flow rates through paths 62 and 64 and / or adjusting the temperature of the gas supplied from sources 34 and 36, controller 32 allows controller 32 to adjust the substrate 22 according to a predetermined heat treatment cycle. May be controlled. For example, to increase the temperature of the substrate 22, the controller 32 may increase the gas flow rate through the path 62 relative to the gas flow rate through the path 64, or alternatively, the substrate 2
To reduce the temperature of 2, the gas flow rate through path 64 may be increased relative to the gas flow rate through path 62. The controller 32 may adjust the parameters of the heat treatment gas supplied to the substrate 22 according to a signal received from the temperature sensor 40 according to an appropriate (open loop or closed loop) control algorithm.
【0018】図3(b)に示すように、基板22の底面
における複数の熱領域70から74、そして冷領域76
から82へ熱処理ガスを供給するようにガス分配システ
ム60を構成してもよい。熱領域70から74は、各々
が経路62(図3(a))へ連結されたガス供給管86
及び88の壁を通る複数のオリフィス84によって形成
される。同様に、冷領域76から82は、各々が経路6
4(図3(a))へ連結されたガス供給管90及び92
の壁を通る複数のオリフィス84によって形成される。
一つの実施形態においては、基板の中心に近い位置にあ
るオリフィス上を通る基板容積に比べて、外周オリフィ
ス上を通過する基板容積が大きいことを考慮して、開口
密度(ガス供給管の単位長さ当たりのオリフィス数)
は、ガス供給システムの外周領域において大きくなるよ
うに形成されている。As shown in FIG. 3B, a plurality of hot regions 70 to 74 and a cold region 76 on the bottom surface of the substrate 22 are provided.
The gas distribution system 60 may be configured to supply a heat treatment gas from to. The heat zones 70 to 74 each have a gas supply pipe 86 connected to the path 62 (FIG. 3A).
And 88 formed by a plurality of orifices 84 passing through the walls. Similarly, cold zones 76-82 each have a path 6
4 (FIG. 3 (a)) connected to gas supply pipes 90 and 92
Are formed by a plurality of orifices 84 passing through the wall of the orifice.
In one embodiment, the opening density (unit length of the gas supply pipe) is taken into account in consideration of the fact that the volume of the substrate passing over the outer orifice is larger than the volume of the substrate passing over the orifice located near the center of the substrate. Number of orifices per hit)
Is formed to be larger in the outer peripheral region of the gas supply system.
【0019】図4(a)及び4(b)に示すもう一つの
実施形態においては、ガス供給システム100は、基板
22の底面へ混合熱処理ガス104を供給する経路10
2を含む。この場合、基板22を回転(あるいは択一的
に、ガス供給システム60を回転)させて、混合熱処理
ガス104へ基板22の底面を均一にさらして所望の平
均基板温度を得る。冷ガスと熱ガスとの混合比率を調節
する、源34及び36から供給するガスの温度を調節す
る、あるいは、これら両方を行うことによって、制御装
置32が、所定の熱処理周期に応じて基板22の温度を
制御するようにしてもよい。例えば、基板22の温度を
上げるためには、制御装置32は、冷ガス源36から受
ける冷ガスの流量に対して、熱ガス源34から受ける熱
ガスの流量を増加させてもよいし、択一的に、基板22
の温度を下げるために、熱ガス源34から受ける熱ガス
の流量に対して、冷ガス源36から受ける冷ガスの流量
を増加させてもよい。制御装置32は、適当な(開ルー
プあるいは閉ループ)制御アルゴリズムに従い、経路1
02に設けられた温度センサ106から受ける信号に応
じて、基板22へ供給する混合熱処理ガスのパラメータ
を調節してもよい。In another embodiment shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the gas supply system 100 includes a path 10 for supplying a mixed heat treatment gas 104 to the bottom surface of the substrate 22.
2 inclusive. In this case, the substrate 22 is rotated (or, alternatively, the gas supply system 60 is rotated) to uniformly expose the bottom surface of the substrate 22 to the mixed heat treatment gas 104 to obtain a desired average substrate temperature. By adjusting the mixing ratio of the cold gas and the hot gas, adjusting the temperature of the gas supplied from the sources 34 and 36, or both, the control device 32 allows the control unit 32 to May be controlled. For example, in order to increase the temperature of the substrate 22, the controller 32 may increase the flow rate of the hot gas received from the hot gas source 34 with respect to the flow rate of the cold gas received from the cold gas source 36, or First, the substrate 22
In order to lower the temperature, the flow rate of the cold gas received from the cold gas source 36 may be increased with respect to the flow rate of the hot gas received from the hot gas source 34. The controller 32 follows the appropriate (open loop or closed loop) control algorithm and
The parameters of the mixed heat treatment gas to be supplied to the substrate 22 may be adjusted according to a signal received from the temperature sensor 106 provided on the substrate 02.
【0020】図4(b)に示すように、ガス供給システ
ム100は、ハブ112から突き出して支持環114に
連結した4本のガス供給アーム110を持つ十字形部材
108を含む。各アーム110には、複数のオリフィス
116(あるいはノズル)が設けられている。これらの
オリフィス116は、各アーム110内の経路へ連結
し、この経路がさらに、混合熱処理ガス104を受ける
ための経路102へ連結している。一つの実施形態にお
いては、基板の中心近くに位置するオリフィス上を通過
する基板容積に比べて外周のオリフィス上を通過する基
板容積がより大きいことを考慮して、ガス供給システム
の外周領域の開口密度(ガス供給アームの単位長さ式当
たりのオリフィス数)が大きくなるように形成されてい
る。As shown in FIG. 4B, the gas supply system 100 includes a cruciform member 108 having four gas supply arms 110 projecting from a hub 112 and connected to a support ring 114. Each arm 110 is provided with a plurality of orifices 116 (or nozzles). These orifices 116 connect to a path in each arm 110, which in turn connects to a path 102 for receiving the mixed heat treatment gas 104. In one embodiment, taking into account that the substrate volume passing over the outer orifice is larger than the substrate volume passing over the orifice located near the center of the substrate, the opening in the outer peripheral region of the gas supply system. It is formed so that the density (the number of orifices per unit length formula of the gas supply arm) is increased.
【0021】熱処理ガス24は、空気、窒素、あるい
は、ヘリウムやアルゴン等の不活性ガスからなる。熱ガ
ス源34は、熱ガスの温度を、予め定めた高温(例え
ば、約70℃から約250℃)へ積極的に上昇させる加
熱システム(例えば、熱フィラメント)を含む。冷ガス
源36は、室温(例えば、25℃)にある空気を単に供
給する、あるいは冷ガスの温度を、予め定めた低温(例
えば、約0℃から約30℃)へ積極的に下降させる冷却
システムを含んでもよい。また、冷ガス源36は、予め
定めた低温を越える温度へ、冷ガスの温度を選択的に上
昇させる加熱システムを含んでもよい。基板22の底面
は、上記ガス供給システムのオリフィス(あるいはノズ
ル)から約2cmの距離にある。作動中、ハウジング1
2の内部は大気圧であり、熱処理ガスは、毎分約150
立方フィートの流量で基板22に向かって流れる。一般
的に、この流量は、基板支持体から基板22を持ち上げ
るのに必要な流量よりも少ない。The heat treatment gas 24 is made of air, nitrogen, or an inert gas such as helium or argon. The hot gas source 34 includes a heating system (eg, a hot filament) that actively raises the temperature of the hot gas to a predetermined high temperature (eg, from about 70 ° C. to about 250 ° C.). The cold gas source 36 simply supplies air at room temperature (eg, 25 ° C.), or cools the temperature of the cold gas by actively lowering the temperature of the cold gas to a predetermined low temperature (eg, about 0 ° C. to about 30 ° C.). A system may be included. The cold gas source 36 may also include a heating system that selectively raises the temperature of the cold gas to a temperature above a predetermined low temperature. The bottom surface of the substrate 22 is at a distance of about 2 cm from the orifice (or nozzle) of the gas supply system. During operation, housing 1
2 is at atmospheric pressure, and the heat treatment gas is about 150 minutes per minute.
It flows toward the substrate 22 at a cubic foot flow rate. Generally, this flow rate is less than the flow rate required to lift substrate 22 from the substrate support.
【0022】本発明の範囲内において、他の実施形態も
可能である。例えば、図5に示すもう一つの実施形態に
おいては、熱処理ガス24を基板22の上面へ供給して
もよい。この実施形態の他の特徴に関しては、図1
(a)の実施形態で説明したものと同様である。近接温
度センサ40を、ウイットネスピース(すなわち、埋め
込まれた熱電対プローブを含む基板材料の試料)、ある
いは支持ピン23(図1(b))内に埋め込んだ熱電
対、または基板の温度を直接的に測定する適当な構成の
高温計で置き換えてもよい。また、ガス供給アーム及び
オリフィスの数、形状及び方向は、基板の大きさ、形状
及び方向、そして熱処理装置の他の部分の特定な構成に
応じて変化してもよい。Other embodiments are possible within the scope of the present invention. For example, in another embodiment shown in FIG. 5, the heat treatment gas 24 may be supplied to the upper surface of the substrate 22. For other features of this embodiment, see FIG.
This is the same as that described in the embodiment (a). The proximity temperature sensor 40 is directly connected to a witness piece (ie, a sample of substrate material including an embedded thermocouple probe), or a thermocouple embedded in the support pin 23 (FIG. 1B), or the temperature of the substrate. It may be replaced with a pyrometer having an appropriate configuration for performing the measurement. Also, the number, shape and direction of the gas supply arms and orifices may vary depending on the size, shape and direction of the substrate, and the particular configuration of other parts of the heat treatment apparatus.
【0023】本発明の範囲内において、さらに他の実施
形態が可能である。Still other embodiments are possible within the scope of the present invention.
【図1】(a)は、回転可能な縁環すなわち基板支持環
上に支持した基板を熱処理する装置を示す概略的な側面
図であり、(b)は、複数の支持ピン上に旋回可能に支
持した基板を熱処理する装置を示す概略的な側面図であ
る。FIG. 1 (a) is a schematic side view showing an apparatus for heat-treating a substrate supported on a rotatable edge ring or substrate support ring, and FIG. 1 (b) is pivotable on a plurality of support pins. FIG. 3 is a schematic side view showing an apparatus for heat-treating a substrate supported on a substrate.
【図2】回転可能なガス供給システムを含む、基板を熱
処理する装置を示す概略的な側面図である。FIG. 2 is a schematic side view showing an apparatus for heat treating a substrate, including a rotatable gas supply system.
【図3】(a)及び(b)は、ガス供給システムを示す
概略的なそれぞれ側面図及び平面図である。3A and 3B are a schematic side view and a plan view, respectively, showing a gas supply system.
【図4】(a)及び(b)は、代替的なガス供給システ
ムを示す概略的な側面図及び平面図である。4 (a) and (b) are schematic side and plan views showing an alternative gas supply system.
【図5】基板の上面にガスを供給するように配置したガ
ス供給システムを含む、基板を熱処理する装置を示す概
略的な側面図である。FIG. 5 is a schematic side view showing an apparatus for heat treating a substrate, including a gas supply system arranged to supply a gas to an upper surface of the substrate.
Claims (29)
供給するように構成されたガス供給システムと、 所定の熱処理周期に従って長時間に渡って前記基板へ供
給される前記熱処理ガスの一つ以上のパラメータを調節
することによって、前記基板の温度を制御するように構
成された制御装置と、 前記基板支持体と前記ガス供給システムとの間に相対回
転運動を生じさせるように構成されたロテータとを含む
装置。An apparatus for heat treating a substrate, comprising: a substrate support configured to support the substrate; and a gas supply configured to supply a heat treatment gas to the substrate supported by the substrate support. A controller configured to control the temperature of the substrate by adjusting one or more parameters of the heat treatment gas supplied to the substrate over a long period of time according to a predetermined heat treatment cycle; An apparatus comprising: a rotator configured to cause relative rotational movement between the substrate support and the gas supply system.
期を介して基板の温度を制御するように構成されている
請求項1に記載の装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein the controller is configured to control the temperature of the substrate via a heating and cooling heat treatment cycle.
持体が前記基板の底面の僅かな部分に接触するように構
成されている請求項1に記載の装置。3. The apparatus of claim 1, wherein the substrate support is configured to contact a small portion of a bottom surface of the substrate to support the substrate.
持体が前記基板の底面の外周縁領域にのみ接触するよう
に構成されている請求項3に記載の装置。4. The apparatus of claim 3, wherein the substrate support is configured to contact only an outer peripheral area of a bottom surface of the substrate to support the substrate.
ときに基板の底面に接触するように構成された複数の支
持ピンを含む請求項3に記載の装置。5. The apparatus of claim 3, wherein the substrate support includes a plurality of support pins configured to contact a bottom surface of the substrate when supporting the substrate.
方の表面のみへ前記熱処理ガスを供給するように構成さ
れている請求項1に記載の装置。6. The apparatus of claim 1, wherein the gas supply system is configured to supply the heat treatment gas only to one surface of the substrate.
面のみへ前記熱処理ガスを供給するように構成されてい
る請求項6に記載の装置。7. The apparatus of claim 6, wherein the gas supply system is configured to supply the heat treatment gas only to a bottom surface of the substrate.
面のみへ前記熱処理ガスを供給するように構成されてい
る請求項6に記載の装置。8. The apparatus according to claim 6, wherein the gas supply system is configured to supply the heat treatment gas only to an upper surface of the substrate.
テムを前記基板へ近づける、あるいは前記基板から離す
ように構成されたアクチュエータを含む請求項1に記載
の装置。9. The apparatus of claim 1, wherein the gas supply system includes an actuator configured to move the gas supply system closer to or away from the substrate.
る請求項1に記載の装置。10. The apparatus according to claim 1, wherein the gas supply system is water-cooled.
比較的熱いガスを供給するものと、比較的冷たいガスを
供給するものとの別個のシステムを含む請求項1に記載
の装置。11. The apparatus of claim 1, wherein the gas supply system includes separate systems for providing a relatively hot gas to the substrate and a relatively cool gas.
の時間に前記基板の第一の領域へ比較的熱いガスを供給
し、前記基板の第二の異なる領域へ比較的冷たいガスを
供給するように構成されている請求項11に記載の装
置。12. The separate gas supply system supplies a relatively hot gas to a first area of the substrate at a predetermined time and a relatively cool gas to a second different area of the substrate. The apparatus according to claim 11, wherein the apparatus is configured as follows.
ガスと比較的冷たいガスとを混合して所望の混成ガス温
度を得、そして前記基板へ混成ガスを供給するように構
成されている請求項1に記載の装置。13. The gas supply system is configured to mix a relatively hot gas and a relatively cool gas to obtain a desired hybrid gas temperature, and to supply the hybrid gas to the substrate. An apparatus according to claim 1.
外周領域へ第一の流量で、そして前記基板の中央領域へ
前記第一の流量よりも少ない第二の流量で熱処理ガスを
供給するように構成されている請求項1に記載の装置。14. The gas supply system supplies a heat treatment gas to a peripheral region of the substrate at a first flow rate and to a central region of the substrate at a second flow rate less than the first flow rate. The apparatus of claim 1, wherein the apparatus is configured.
熱処理ガスの流れを供給するように構成されている請求
項1に記載の装置。15. The apparatus of claim 1, wherein the gas supply system is configured to supply a flow of a heat treatment gas to the substrate.
転させるように構成されている請求項1に記載の装置。16. The apparatus of claim 1, wherein the rotator is configured to rotate the substrate support.
ムを回転させるように構成されている請求項1に記載の
装置。17. The apparatus of claim 1, wherein the rotator is configured to rotate the gas supply system.
板に供給されるガスの温度をモニターするように構成さ
れた温度センサをさらに含む請求項1に記載の装置。18. The apparatus according to claim 1, further comprising a temperature sensor configured to monitor a temperature of a gas supplied to the substrate by the gas supply system.
板の温度をモニターするように構成された温度センサを
さらに含む請求項1に記載の装置。19. The apparatus of claim 1, further comprising a temperature sensor disposed adjacent to the substrate and configured to monitor a temperature of the substrate.
給する熱処理ガスの一つ以上のパラメータを調節するこ
とによって、前記基板の温度を制御する手段と、 前記基板支持体と前記ガス供給システムとの間に相対回
転運動を起こすための手段とを含む装置。20. An apparatus for heat-treating a substrate, comprising: means for supporting the substrate; means for supplying a heat-treatment gas to the substrate; and Means for controlling the temperature of the substrate by adjusting one or more parameters of the supplied heat treatment gas; and means for causing relative rotational movement between the substrate support and the gas supply system. apparatus.
する熱処理ガスの一つ以上のパラメータを調節すること
によって、前記基板の温度を制御する工程と、および基
板支持体とガス供給システムとの間に相対回転運動を起
こす工程とを含む方法。21. A method for heat-treating a substrate, comprising: a step of supporting the substrate; a step of supplying a heat-treatment gas to the substrate; and a step of supplying a heat-treatment gas to the substrate for a long time according to a predetermined heat-treatment cycle. Controlling the temperature of the substrate by adjusting one or more parameters; and causing a relative rotational movement between the substrate support and the gas supply system.
的熱いガスを供給する工程と、前記基板へ比較的冷たい
ガスを供給する工程とを含む請求項21に記載の方法。22. The method of claim 21, wherein the step of supplying a gas comprises supplying a relatively hot gas to the substrate and supplying a relatively cool gas to the substrate.
給システムを比較的熱いガスの源へ、あるいは比較的冷
たいガスの源へ選択的に結合することを含む請求項21
に記載の方法。23. The method of claim 21, wherein the step of controlling the temperature of the substrate includes selectively coupling the gas supply system to a source of relatively hot gas or to a source of relatively cold gas.
The method described in.
ガスを比較的冷たいガスに混合して所望の混成ガス温度
を得ることを含む請求項21に記載の方法。24. The method of claim 21, wherein the step of controlling the substrate temperature comprises mixing a relatively hot gas with a relatively cool gas to obtain a desired hybrid gas temperature.
スの流れとしてガスを供給することを含む請求項21に
記載の方法。25. The method of claim 21, wherein said gas supplying step comprises supplying a gas as a gas flow to said substrate.
を回転させることを含む請求項21に記載の方法。26. The method of claim 21, wherein said step of relative moving comprises rotating said substrate support.
ステムを回転させることを含む請求項21に記載の方
法。27. The method of claim 21, wherein said step of relative moving comprises rotating said gas supply system.
ニターする工程をさらに含む請求項21に記載の方法。28. The method of claim 21, further comprising monitoring a temperature of a gas supplied to the substrate.
さらに含む請求項21に記載の方法。29. The method of claim 21, further comprising monitoring a temperature of said substrate.
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