JP2001358049A - 近接距離制御装置及び近接距離制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被熱処理基板とその上方に配置された温度調整
部材との近接距離を高温環境下及び面内温度均一性に影
響を及すことなく精度良く制御することのできる近接距
離制御装置を提供すること。 【解決手段】温度調整部材４３に、被熱処理基板Ｗの被
測定領域の面法線上に穿孔４７を形成し、穿孔４７を介
して被熱処理基板Ｗと温度調整部材４３との狭間隙の空
気圧変化に応じた信号を出力する空圧センサ６１を設
け、空圧センサ６１の出力信号に基づいて被熱処理基板
Ｗと温度調整部材４３との距離を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェー
ハ、フォトマスク用ガラス角基板、液晶用ガラス角基板
等の基板上面に形成した薄膜又は上面に塗布した薬液を
温度調整部材により面内均一温度に近接熱処理するため
に、基板上面と温度調整部材との距離を制御する近接距
離制御装置及び近接距離制御方法に関するものである。

【０００２】半導体デバイスを形成するシリコンウェー
ハやフォトマスク用ガラス角基板等の基板、液晶ディス
プレイ等を形成するガラス角基板の上面には、各製造プ
ロセスにおいて塗布膜系レジスト、ＳＯＧ(Spin On Gla
ss) 等の薄膜を形成するために熱処理が行われる。この
熱処理の工程は、薬液を基板上に塗布する前の基板温調
処理工程、前記薬液を塗布した後、乾燥または焼結する
加熱処理工程、加熱処理後に実施される冷却処理工程等
に分類される。これらの熱処理工程において、基板上面
全体を均一な温度に制御する面内温度均一性と、生産性
向上のために熱処理工程における処理時間の短縮が要求
されている。

【０００３】

【従来の技術】図５は、特開平９−３３０８６５号公報
に開示された熱処理装置の一例を表す概要図である。こ
の熱処理装置は、被熱処理基板１１の上下にそれぞれ異
なる温度設定が可能な温度調整部材１２，１３が配置さ
れ、該温度調整部材１２，１３にはそれぞれ被熱処理基
板１１の外縁部との近接距離を監視する距離センサ１
４，１５が備えられている。駆動制御装置１６，１７
は、それぞれセンサ１４，１５の出力信号に基づいて駆
動機構１８，１９を制御し、温度調整部材１２，１３を
基板１１の上下面から所定の近接距離（プロキシミティ
ギャップ）に配置する。そして、温度調整部材１２，１
３がそれぞれ温度制御装置２０，２１により制御され、
基板１１上面のレジスト膜１１ａを加熱又は冷却する。

【０００４】このよう、熱処理装置は、距離センサ１
４，１５の出力値を温度調整部材１２，１３の昇降駆動
制御にフィードバックすることで、高精度な近接距離制
御を実現し、被熱処理基板１１の板厚公差によらず近接
距離を一定に保つことを可能としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
熱処理装置では、距離センサ１４に例えばレーザ式変位
計のようにセンサヘッドの大きなものを使用した場合、
それにより基板温度調整部材１２の面内温度均一性を悪
化させ、被熱処理基板１１上の温度分布の不均一化を招
いていた。また、距離センサ１４に渦電流式変位計や超
音波式変位計等のセンサヘッドの比較的小さいものを使
用することが考えられるが、これらの距離センサは使用
可能な温度範囲が比較的低温に限定され、特に２００℃
を越える高温環境下での使用や、高温に加熱された被熱
処理基板１１について近接距離を測定することは不可能
であった。

【０００６】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、上面に薄膜が形成され
た被熱処理基板とその上方に配置された温度調整部材と
の近接距離を高温環境下及び面内温度均一性に影響を及
すことなく精度良く制御することのできる近接距離制御
装置及び近接距離制御方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、温度調整部材は、被熱処
理基板の被測定領域の面法線上に穿孔を有し、穿孔を介
して被熱処理基板と温度調整部材との狭間隙の空気圧変
化に応じた信号を出力する空圧センサを設け、空圧セン
サの出力信号に基づいて被熱処理基板と温度調整部材と
の距離を制御する。

【０００８】穿孔は、請求項２に記載の発明のように、
外形寸法の異なる複数の基板それぞれの被測定領域の面
法線上に対応して形成されている。請求項３に記載の発
明のように、被熱処理基板を、受渡し位置から制御開始
位置まで高速で移動させ、近接距離まで低速で移動させ
るようにした。

【０００９】請求項４に記載の発明のように、空圧セン
サと穿孔の間にバルブが設けられ、被熱処理基板を低速
で移動させる間、バルブを開くようにした。請求項５に
記載の発明は、被熱処理基板を予め設定された近接距離
制御開始位置まで高速で移動させるステップと、被熱処
理基板を低速で移動させるステップと、温度調整部材に
形成された穿孔を介して温度調整部材と被熱処理基板と
の狭間隔の空気圧変化を空圧センサにて監視し、空圧セ
ンサの出力値が近接距離に対応する値と一致したときに
被熱処理基板を停止させるステップとを含む。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
の形態を図１〜図３に従って説明する。図１は、本実施
形態の熱処理装置の概略構成図である。

【００１１】熱処理装置３０は、処理室３１、近接距離
制御装置３２、昇降機構３３を含み、処理室３１内に搬
入された被熱処理基板Ｗ上面を近接熱処理する。処理室
３１は、位置が固定された上部カバー４１と、垂直方向
に移動可能に設けられた下部カバー４２とにより構成さ
れている。被熱処理基板Ｗは、下部カバー４２を下降さ
せることで、その下部カバー４２と上部カバー４１と形
成される開口部から図示しないアーム式搬送装置により
水平方向（例えば図２の右方向から）に搬送されて下部
カバー４２上に載置され、下部カバー４２を上昇させる
ことで処理室３１内に搬入される。

【００１２】上部カバー４１には、基板温度調整部材４
３が図示しない支持材により所定位置に保持固定されて
いる。基板温度調整部材４３は、水平方向に被熱処理基
板Ｗの基板外形寸法よりも大きな外形寸法を持ち、面内
温度均一性を持つ、即ち下面全面が均一な温度で発熱又
は吸熱するように形成されている。

【００１３】下部カバー４２には、基板支持部材４４が
設けられている。基板支持部材４４は、基板支持ベース
４５とそれに立設された複数の基板支持ピン４６とから
構成されている。基板支持ベース４５は、図示しないス
ライダ等により垂直方向に移動可能に支持されている。
基板支持ピン４６は、その先端が、図２に示すように、
下部カバー４２の側壁上端よりも上方へ突出するように
形成され、これにより、図示しないアーム式搬送装置に
より水平方向（例えば図２の右方向から）に搬送される
被熱処理基板Ｗを所定の位置にて受取り可能としてい
る。

【００１４】制御装置３２は、昇降機構３３を駆動して
基板温度調整部材４３下面と被熱処理基板Ｗ上面との間
の近接距離を制御する。基板温度調整部材４３には、被
熱処理基板Ｗの被測定領域の面法線上に所定の内径（例
えば１．２〜１．５ｍｍ）の穿孔４７が形成され、制御
装置３２は、穿孔４７を介して被熱処理基板Ｗの近接昇
降動作に伴う該基板Ｗと基板温度調整部材４３との間の
狭間隙の空気圧により近接距離を測定する距離測定装置
５１を備え、その測定装置５１の出力信号に基づいて昇
降機構３３を介して基板支持部材４４の上下位置を制御
する。被測定領域は、被熱処理基板Ｗの所定の有用領域
外でかつ外形寸法内の領域である。これにより、有用領
域の温度均一性低下を防いでいる。

【００１５】制御装置３２は、距離測定装置５１、電磁
弁５２、駆動制御装置５３を含む。距離測定装置５１は
図３に示す空圧センサ６１を用いたものであり、管路５
４を介して穿孔４７から空気を吸引し、その圧力変化に
応じて検知信号Ｓを駆動制御装置５３に出力する。詳述
すると、温度調整部材４３と基板Ｗとを近接させると、
それらの間隔は穿孔４７から空気を吸入する動作に対し
て抵抗となり、その狭間隔に対応して穿孔４７から吸入
する空気圧が変化する。従って、空気圧を監視すること
は、狭間隔即ち温度調整部材４３と基板Ｗとの間の近接
距離を監視することになる。そして、この監視結果であ
る空気圧の変化を駆動制御装置５３による基板支持部材
４４の位置制御に帰還することで、基板支持部材４４即
ち被熱処理基板Ｗを所望の位置（近接処理位置）に移動
させる。

【００１６】電磁弁５２は配管５４に設けられ、駆動制
御装置５３により開閉制御される。駆動制御装置５３
は、必要に応じて電磁弁５２を開閉制御する。詳しく
は、駆動制御装置５３は、被熱処理基板Ｗを基板支持部
材４４上に載置する受渡し位置から被熱処理基板Ｗの近
接処理位置近傍の近接距離制御開始位置まで該基板支持
部材４４を高速（例えば１５０ｍｍ／ｓｅｃ）で移動さ
せ、更に、被熱処理基板Ｗの近接処理位置まで低速（例
えば０．１ｍｍ／ｓｅｃ）で移動させる。これにより、
熱処理時間（被熱処理基板Ｗを搬入してから熱処理が終
了するまでの時間）を短縮するとともに、被熱処理基板
Ｗと温度調整部材４３との間のギャップを精度良く制御
する。そして、基板支持部材４４を低速で移動させてい
る間以外で電磁弁５２を開制御することは、温度調整部
材４３の穿孔４７から作動ガスを吸入することで処理室
３１内の気流を乱し、基板Ｗ上面に面内温度均一性を悪
化させるからである。

【００１７】図３は、空圧センサ６１を用いた距離測定
装置５１の作動原理図である。距離測定装置５１は、空
圧センサ６１を動作させるための機材として、真空ポン
プ６２、真空減圧弁６３、圧力ゲージ６４、電磁弁６
５、フィルタ６６，６７、ニードルバルブ６８を含む。

【００１８】穿孔４７が形成された部分（小径ノズルと
いう）６９はフィルタ６６を介して空圧センサ６１の第
１ポート６１ａに接続されている。空圧センサ６１の第
２ポート６１ｂはフィルタ６７を介してニードルバルブ
６８に接続され、第３ポート６１ｃは電磁弁６５及び真
空減圧弁６３を介して真空ポンプ６２に接続されてい
る。電磁弁６５と真空減圧弁６３の間には圧力ゲージ６
４が設けられている。

【００１９】空圧センサ６１は、第１及び第２ポート６
１ａ，６１ｂ間に初期設定用のバルブ６１ｄ，６１ｅを
含む空気圧ブリッジ回路を形成したものである。即ち、
空圧センサ６１は、真空ポンプ６２による負圧エアー
（−２０ｋＰａ〜−１０１ｋＰａ）の作動流体を第１及
び第２ポート６１ａ，６１ｂに分岐する。すると、穿孔
４７から作動ガスが吸入される第１ポート６１ａにおけ
る空気圧と、ニードルバルブ６８を介して外気が吸入さ
れる第２ポート６１ｂにおける空気圧との間に圧力差が
生じる。センサ６１ｆは、両ポート６１ａ，６１ｂ間の
微差圧に対応した電圧を持つ検知信号Ｓを出力する。

【００２０】そして、初期バランス調整として、近接距
離制御対象面としての被熱処理基板Ｗ上面を所望の近接
処理位置に配置し、その状態でセンサ６１ｆから所望の
電圧（例えば０Ｖ）を持つ検知信号Ｓが出力されるよう
にニードルバルブ６８を調整する。これにより、空圧セ
ンサ６１は、小径ノズル６９先端（温度調整部材４３の
下面）と被熱処理基板Ｗ上面との距離、即ち被熱処理基
板Ｗの上下位置に応じた電圧を持つ検知信号Ｓを出力す
る。例えば、空圧センサ６１は、設定により、基板Ｗの
位置が近接処理位置よりも低い場合には負電圧の検知信
号Ｓを出力し、それよりも高い場合には正電圧の検知信
号Ｓを出力する。従って、図１の駆動制御装置５３は、
検知信号Ｓに基づいて昇降機構３３を制御する、換言す
れば、検知信号Ｓの電圧が所望の電圧となるように昇降
機構３３を制御すればよい。

【００２１】その昇降機構３３は、電動機としてステッ
ピングモータ７１とボールねじ７２を含み、モータ７１
の出力軸とボールねじ７２にはそれぞれにタイミングベ
ルト７５が係回されたベルト車７３，７４が一体回転可
能に設けられている。従って、ステッピングモータ７１
の駆動によりボールねじ７２が正転又は逆転すると、そ
れにより基板支持部材４４が下降又は上昇する。

【００２２】次に、上記のように構成された熱処理装置
の作用を図２に従って説明する。 ［基板搬入］被熱処理基板Ｗは、図示しないロボット等
により基板搬出入用の開口を通して熱処理装置内へ挿入
され、予め基板受渡し位置で待機している基板支持部材
４４上に載置される。この基板受渡し位置を基板Ｗ上面
の位置Ｐ１で表し、以降同様に各位置を表す。

【００２３】［基板高速上昇］基板支持部材４４が予め
設定された近接距離制御開始位置Ｐ２に至るまで高速で
上昇する。この開始位置Ｐ２は、所定の内径（１．２〜
１．５ｍｍ）を持つ穿孔４７から作動ガスが吸入される
空圧センサ６１にて距離測定が可能な範囲（例えば５０
〜４００ミクロン）に応じて、この範囲の最下位置近傍
に設定されている。この区間では、穿孔４７と距離測定
装置５１との間に配設された電磁弁５２を閉じ、穿孔か
ら作動ガスを吸入することによる処理室内の気流の乱れ
を防ぎ、基板上面の面内温度均一性劣化を防ぐ。

【００２４】［近接制御］制御開始位置Ｐ２に至ると同
時に電磁弁５２を開き、距離測定装置５１の空圧センサ
６１にて圧力変化を監視可能とする。そして空圧センサ
６１が所定の近接距離における圧力値を感知するまで基
板支持部材４４を低速で上昇させる。

【００２５】［近接熱処理］事前に設定された所定の近
接距離における圧力値を感知した空圧センサ６１からの
検知信号Ｓに応答して基板支持部材４４を停止させる。
そして、基板温度調整部材４３の温度を制御し、被熱処
理基板Ｗ上面の近接熱処理を実施する。

【００２６】以上記述したように、本実施の形態によれ
ば、以下の効果を奏する。 （１）温度調整部材４３に、被熱処理基板Ｗの被測定領
域の面法線上に穿孔４７を形成し、穿孔４７を介して被
熱処理基板Ｗと温度調整部材４３との狭間隙の空気圧変
化に応じた信号を出力する空圧センサ６１を設け、空圧
センサ６１の出力信号に基づいて被熱処理基板Ｗと温度
調整部材４３との距離を制御するようにした。このよう
に、温度調整部材４３に内径の小さな穿孔４７を形成す
るのみであるため、その温度調整部材４３の面内温度均
一性を悪化させることがない。その結果、被熱処理基板
Ｗの面内温度均一性を悪化させることなく近接距離を精
度良く制御することができる。また、温度調整部材４３
にセンサ６１を設けないので、高温環境下において近接
距離を制御することができる。

【００２７】（２）被熱処理基板Ｗを載置した基板支持
部材４４を、受渡し位置Ｐ１から制御開始位置Ｐ２まで
高速で移動させ、近接距離まで低速で移動させるように
した。その結果、処理時間の短縮を図ることができる。

【００２８】尚、前記実施形態は、以下の態様に変更し
てもよい。 ○上記実施形態では、空圧センサは負圧用を採用した
が、正圧用を採用してもよい。即ち、図３の真空ポンプ
６２にて小径ノズル４７から作動流体を吸入するのでは
なく、ポンプにて小径ノズル４７から作動流体を吐出さ
せる。小径ノズル４７先端と近接距離制御対象面との間
の狭間隙は、吐出する作動流体に対して抵抗として働
き、これにより空圧センサ６１の第１及び第２ポート６
１ａ，６１ｂ間に微差圧が生じる。このように構成して
も、上記実施形態と同様の作用が得られる。

【００２９】○上記実施形態において、温度調整部材に
複数の穿孔を設けて実施しても良い。即ち、図４に示す
ように、熱処理装置８０の温度調整部材８１には複数の
穿孔８２ａ，８２ｂが形成されている。これら穿孔８２
ａ，８２ｂは、外形が異なる複数の被熱処理基板Ｗａ，
Ｗｂに対応して設けられている。即ち、第１の穿孔８２
ａは、外形が大きな基板Ｗａの被測定領域の面法線上に
形成され、第２の穿孔８２ｂは外形が小さな基板Ｗｂの
被測定領域の面法線上に形成されている。第１の穿孔８
２ａはバルブ８３ａを介して距離測定装置８４ａに接続
され、その測定装置８４ａは穿孔８２ａ開口端と基板Ｗ
ａとの間の狭間隙による圧力変化を検知して第１の検知
信号Ｓ１を出力する。第２の穿孔８２ｂはバルブ８３ｂ
を介して距離測定装置８４ｂに接続され、その測定装置
８４ａは穿孔８２ｂ開口端と基板Ｗｂとの間の狭間隙に
よる圧力変化を検知して第２の検知信号Ｓ２を出力す
る。そして、駆動制御装置８５は、第１又は第２の検知
信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて昇降機構３３を制御し、基板
支持部材４４を昇降させる。

【００３０】このように構成した熱処理装置８０は、大
きさの異なる基板Ｗａ，Ｗｂと温度調整部材８１との近
接距離を精度良く制御し、各基板Ｗａ，Ｗｂの上面を均
一な温度にすることができる。尚、温度調整部材に３つ
以上の穿孔を形成して実施しても良い。

【００３１】○上記実施形態では、基板支持部材４４を
移動させるように構成したが、基板Ｗ上面と温度調整部
材４３との近接距離を精度良く制御することができれば
良く、基板支持部材４４を固定して温度調整部材４３を
移動させる、又は基板支持部材４４及び温度調整部材４
３を移動させるように構成してもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
空圧センサを用いて温度調整部材に形成した穿孔先端に
おける空気圧変化に基づいて被熱処理基板を移動させる
ようにしたため、高温環境下において被熱処理基板の面
内温度均一性を保ちつつに影響を及すことなく近接距離
を精度良く制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施形態の熱処理装置の概略構成図であ
る。

【図２】 近接距離制御の説明図である。

【図３】 空圧センサを用いた距離測定装置の構成図で
ある。

【図４】 別の熱処理装置の概略構成図である。

【図５】 従来の熱処理装置の概略構成図である。

【符号の説明】

４３ 温度調整部材 ４７ 穿孔 ６１ 空圧センサ Ｐ１ 受渡し位置 Ｐ２ 制御開始位置 Ｗ 被熱処理基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 泰之 岡山県井原市木之子町6186番地 タツモ株 式会社内 (72)発明者 才野 耕作 岡山県井原市木之子町6186番地 タツモ株 式会社内 Ｆターム(参考） 2F055 AA39 BB06 CC60 DD20 EE40 FF49 GG23 HH06 3L113 AA01 AB06 AC01 AC20 AC47 AC54 AC63 AC76 BA34 CA20 CB01 CB40 DA11 DA25 4F042 AA02 AA07 DB04 DB06 DB17 DB39 5F045 EB02 EK21 EK25 EM10 EN04 GB06 5F046 KA04 KA10

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被熱処理基板上面を温度調整部材にて均
   一に熱処理するために前記基板上面と温度調整部材との
   距離を制御する近接距離制御装置であって、 前記温度調整部材は、前記被熱処理基板の被測定領域の
   面法線上に穿孔を有し、該穿孔を介して前記被熱処理基
   板と前記温度調整部材との狭間隙の空気圧変化に応じた
   信号を出力する空圧センサを設け、該空圧センサの出力
   信号に基づいて前記被熱処理基板と前記温度調整部材と
   の距離を制御することを特徴とする近接距離制御装置。
2. 【請求項２】 前記穿孔は、外形寸法の異なる複数の基
   板それぞれの被測定領域の面法線上に対応して形成され
   たことを特徴とする請求項１に記載の近接距離制御装
   置。
3. 【請求項３】 前記被熱処理基板を、受渡し位置から制
   御開始位置まで高速で移動させ、前記近接距離まで低速
   で移動させるようにしたことを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の近接距離制御装置。
4. 【請求項４】 前記空圧センサと前記穿孔の間にバルブ
   が設けられ、前記被熱処理基板を低速で移動させる間、
   前記バルブを開くようにしたことを特徴とする請求項３
   に記載の近接距離制御装置。
5. 【請求項５】 被熱処理基板上面を温度調整部材から所
   定の近接距離に配置して該基板上面を均一に熱処理する
   基板熱処理装置における前記近接距離の制御方法であっ
   て、 前記被熱処理基板を予め設定された近接距離制御開始位
   置まで高速で移動させるステップと、 前記被熱処理基板を低速で移動させるステップと、 前記温度調整部材に形成された穿孔を介して該温度調整
   部材と前記被熱処理基板との狭間隔の空気圧変化を空圧
   センサにて監視し、該空圧センサの出力値が前記近接距
   離に対応する値と一致したときに前記被熱処理基板を停
   止させるステップとを含む近接距離制御方法。