JP2002100562A

JP2002100562A - 基板の熱処理装置

Info

Publication number: JP2002100562A
Application number: JP2001130326A
Authority: JP
Inventors: Michirou Takano; 径朗高野; Osamu Katada; 修片田
Original assignee: Sigmameltec Ltd
Current assignee: Sigmameltec Ltd
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2001-03-24
Publication date: 2002-04-05

Abstract

(57)【要約】【目的】基板の加熱、または、冷却の過渡時と安定
時の温度を均一にして、面内均一性の良いレジストパタ
ーンを製作することができる基板の熱処理装置を提供す
る。【構成】基板外周部の単位面積当りの熱容量が中央
部の単位面積当りの熱容量より小さいことを特徴とす
る。また、温度制御手段を備えた下部熱板と前記下部熱
板の外周に沿って配置された熱伝導性が低い間隔体と少
なくとも１つの温度制御手段を備えた側部熱板とからな
ることを特徴とする。また、温度制御手段を備えた下部
熱板と前記下部熱板の外周に沿って配置された熱伝導性
が低い間隔体と少なくとも１つの温度制御手段を備えた
側部熱板と温度制御手段を備えた上部熱板とからなるこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体、液晶パネルお
よびそのホトマスク等の基板を加熱、または、冷却する
熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体用のホトマスクを例にとり説明す
る。最新の半導体用のホトマスクは、１５２ｍｍ正方で
厚み６．３ｍｍのガラス基板上に約０．１μｍのクロム
膜をスパッタし、その上にレジストを塗布して電子線で
パターンを描画した後レジスト現像、続いてクロム膜の
エッチングとレジスト剥離を行って完成する。

【０００３】ＬＳＩの集積度の向上とパターンの微細化
に伴い、耐ドライエッチング性が高く、かつ高精度なレ
ジストパターンが得られる化学増幅型レジストが開発さ
れ実用化が進んでいる。代表的な商品は、シプレー社の
ＳＡＬ６０１である。

【０００４】化学増幅型レジストは電子線描画した後、
約１１０℃で描画後のベーキングを行いレジストの感度
増幅を行うので、ベーキング時の温度のばらつきにより
現像後のレジストパターン寸法が大きく変化する。従っ
て、精度良く回路パターンを形成するために、マスク面
内の温度が均一な熱処理装置が要求される。

【０００５】基板を均一にベーキングする装置として、
特開平７−５４４７、特開平７−２１１６２８、特開平
７−２８１４５３が提案されている。

【０００６】特開平７−５４４７は、ヒータと該ヒータ
を内包する熱板と下部ケースとを含み、ヒータ熱板およ
び下部ケースとの間の空間に流体を封入して基板を加熱
する装置を開示している。

【０００７】特開平７−２１１６２８は、加熱手段と同
心円状窪みが形成された熱板と温度検出手段と温度調節
手段とを含む基板加熱装置を開示している。

【０００８】特開平７−２８１４５３は、ヒータを備え
た熱板に被加熱基板を載置し、ヒータを備えた上部熱板
の下面を被加熱基板の外周に接近させて、被加熱基板の
下方と上方から加熱する基板加熱方法を開示している。

【０００９】これらの提案は全て、高温安定時、例えば
１１０℃の状態における基板面内の温度を均一にするも
のである。

【００１０】集積度の向上に伴い、高温安定時の温度均
一性だけではなく、加熱時、および、冷却時の過渡状態
における温度均一性もパターン寸法の精度に大きく影響
することがわかってきた。

【００１１】従来の熱処理装置は、基板の大きさに対
し、熱板のはみ出し量が１０〜２０ｍｍと大きいため、
半導体用ホトマスクのように厚い基板を従来の熱処理装
置に載置し加熱すると、基板外周部は、基板からはみ出
した熱板の部分からも熱が供給されるので過渡的には外
周部の温度が早く上昇するという欠陥がある。

【００１２】加熱された基板を冷却する場合は、加熱の
時と同様に過渡時は外周部の温度が早く下降するという
欠陥がある。

【００１３】図７（ａ）は、従来の上部熱板と下部熱板
を備えた熱処理装置の温度特性図である。参照番号２０
は１５２ｍｍ×１５２ｍｍの正方形マスクの温度を６５
ｍｍ間隔で合計９点測定しその平均温度の経時変化を示
したものである。

【００１４】参照番号２１はマスク加熱時の過渡特性、
参照番号２２は高温安定時の特性、参照番号２３は冷却
時の過渡特性を示している。

【００１５】図７（ｂ）の参照番号２４は、マスク面内
における９点の最大温度差の経時変化を示している。加
熱時は外周の温度が早く上昇するため、その最大温度差
は５．５℃であった。

【００１６】高温安定時は、０．５℃程度に小さくなる
が、冷却時は外周の温度が早く下降するため、その最大
温度差は８．３℃であった。

【００１７】このように、加熱時および冷却時の過渡状
態における温度差が大きいと、パターン寸法の精度に悪
影響をおよぼすという問題がある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、基板
の加熱、または、冷却の過渡時と安定時の温度を均一に
して、面内均一性の良いレジストパターンを形成する熱
処理装置を提供することである。

【００１９】

【問題を解決するための手段】基板外周部の単位面積当
りの熱容量が中央部の単位面積当りの熱容量より小さい
ことを特徴とする。

【００２０】また、温度制御手段を備えた下部熱板と熱
伝導性が低い間隔体と温度制御手段を備えた側部熱板と
からなることを特徴とする。

【００２１】また、温度制御手段を備えた下部熱板と前
記下部熱板の外周に沿って配置されている熱伝導性が低
い間隔体と少なくとも１つの温度制御手段を備えた側部
熱板と温度制御手段を備えた上部熱板とからなることを
特徴とする。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を図面を参照して説明する。な
お、同一の構成要素には同一の参照番号を付して説明を
省略する。図１（ａ）は本発明の第１の実施例の縦断面
図、図１（ｂ）はその平面図である。

【００２３】ヒータ４を下部熱板２と底板５で挟持し、
下部熱板２を加熱する。下部熱板２の中央部に温度セン
サ６を配置し温調器７で一定温度、例えば１１０℃に加
熱する。温調器７で温度を設定してもよいが、外部の独
立した温度設定手段（図示されず）で設定してもよい。

【００２４】マスク３を載置する搬送手段の機構的余裕
を持たせるために下部熱板２はマスク３より１０〜２０
ｍｍ大きくすることが望ましい。本実施例においては１
５ｍｍとしている。

【００２５】従って、下部熱板２の面積が大きい分だけ
下部熱板外周部の熱容量は大きくなるが、下部熱板２の
外周に沿って少なくとも１本の溝８により外周の熱容量
を中央部と同等にして、マスク３を下部熱板２に載置し
た時のマスク３の加熱過渡時の均一性を向上させること
ができる。

【００２６】従来の熱処理装置においては、加熱過渡時
のマスク３の面内の最大温度差は５．５℃であったが、
幅５ｍｍ深さ２０ｍｍの溝８を具備する本発明の下部熱
板２では３．２℃であった。

【００２７】また、加熱されたマスク３を冷却する場合
も全く同様であって、マスク３を冷却する過渡状態にお
いて、マスク３の面内における最大温度差は、従来の装
置においては８．３℃であったが、溝８を具備する本発
明の下部熱板では４．８℃であった。

【００２８】図２は本発明の第２の実施例の縦断面図で
ある。

【００２９】熱板に溝を形成する替わりに下部熱板１２
の外周１５の厚みを段階的に減少させ、外周の熱容量を
小さくした実施例である。

【００３０】図３は本発明の第３の実施例の縦断面図で
ある。

【００３１】下部熱板１３の外周１６の厚みを連続的に
減少させ、外周の熱容量を小さくした実施例である。

【００３２】このように、熱板の外周の厚みを薄くする
ことによって基板の加熱、または、冷却の過渡状態と安
定状態におけるマスク３面内の温度差を小さくして、精
度の高いレジストパターンを形成することができる。

【００３３】図４（ａ）は、本発明の第４の実施例の縦
断面図、図４（ｂ）はその平面図である。

【００３４】半導体マスクのように厚い基板の場合、安
定状態において基板側面から放熱され基板外周部の温度
が中央部の温度より低下する場合がある。この温度低下
を防止するため、マスク３の厚みより高いか、または、
等しい高さの側板１４を配置することにより、特に、高
温安定時の均一性が向上する。

【００３５】側板１４が熱伝導性の高い金属の場合基板
外周に熱が供給され、過渡時の温度均一性が悪くなる
が、熱伝導性の低い樹脂の場合には、基板外周に供給さ
れる熱量を少なくすることができると同時に、基板外周
からの放熱を少なくすることができるので、過渡時と安
定時の温度均一性を良くすることができる。下部熱板２
は高温になるので側板１４は熱容量が小さく、耐熱性の
高いポリイミド樹脂、または、弗素樹脂を使用すること
が望ましい。

【００３６】また、側板１４に金属を用いる場合は、側
板１４によって増加した熱容量の分だけ溝８を大きくす
ることによっても過渡時の温度均一性を第１の実施例と
同様に実現することができる。

【００３７】図５（ａ）は、本発明の第５の実施例の縦
断図、図５（ｂ）はその平面図である。

【００３８】第１〜第４の実施例は、下部熱板が基板よ
り大きくなることによる熱的アンバランスを補正するた
め、基板外周部の単位面積当りの熱容量を小さくして、
基板温度を均一に上昇、または、下降させていた。

【００３９】一方、本第５の実施例は、下部熱板を基板
とほぼ同一の大きさにして、その周りに下部熱板と熱的
に隔離した側部熱板を配置し、基板温度を均一に上昇、
または、下降させる。

【００４０】図５（ａ）に示すように、この熱処理装置
は、下部熱板３０の側面を熱抵抗が大きい間隔体３４で
熱的に隔離して側部熱板を配置する。マスク３の側面
は、ヒータ３２と底板３３で挟持した側部熱板３１で加
熱する。間隔体３４を配置することにより、機構的にも
余裕を持たせることができる。

【００４１】下部熱板３０は、温度センサ６と温調器３
６と温度設定手段３５で、例えば、１１０℃に加熱す
る。側部熱板３１は、温度センサ３７と温調器３８と温
度設定手段３９で、例えば、１１２℃に加熱する。

【００４２】側部熱板３１でマスク３の側面から熱が放
熱するのを防止し、マスク３の温度均一性を向上させ
る。

【００４３】側部熱板３１の温度は、下部熱板３０の温
度より２〜５℃高く設定するのが適している。

【００４４】間隔体３４は、熱抵抗が大きく、かつ、耐
熱性の高いポリイミド樹脂や弗素樹脂を用いることが望
ましい。

【００４５】その場合には、マスク３を下部熱板３０に
載置した時、側部熱板３１から下部熱板３０への熱移動
が少なくなるのでマスク３は全面に渡って均一に温度上
昇させることができる。

【００４６】側部熱板３１のヒータ３２は、下部熱板４
辺について１個でもよいが、各辺についてそれぞれヒー
タと温調器を配置することにより、各辺の側部熱板を最
適温度に設定し一層均熱性を上げることができる。

【００４７】図６は、本発明の第６の実施例の縦断面図
である。

【００４８】本実施例は、第１〜第５の実施例に上部熱
板を追加し、特に安定状態の温度均一性を向上させたも
のである。

【００４９】図６に示すように、この熱処理装置は、マ
スク３を下部熱板３０と側部熱板３１と、ヒータ４２と
底板４３で挟持した上部熱板４１で全方向から加熱す
る。

【００５０】上部熱板４１は、温度センサ４０と温調器
４６と温度設定手段４５で設定し、一定温度に制御す
る。

【００５１】また、上部熱板の下面を図６の参照番号４
４に示すように凹面を有するドーム状にすることによっ
て、マスク３の４隅を強く加熱し安定状態時の温度均一
性を上げることができる。

【００５２】本第６の実施例において、下部熱板３０の
温度を１１０℃、側部熱板３１の温度を１１３℃、上部
熱板４１の温度を１１２℃に設定した時の加熱過渡時の
マスク３の面内最大温度差は２．５℃、高温安定時の面
内最大温度差は０．２℃であった。

【００５３】従来の熱処理装置においては、加熱過渡時
が５．５℃、高温安定時が０．５℃だったので、大幅に
性能が向上した。

【００５４】上記説明では、熱処理装置が基板を加熱す
る場合について述べたが、加熱装置のヒータを恒温冷却
水ジャケット、または、ベルチエ素子を用いた冷却器に
すれば基板を冷却する場合についても全く同様に本発明
を適用することができる。

【００５５】また、上記説明では、半導体用マスクを例
にとり説明したが、基板を高精度に熱処理しなければな
らない半導体ウエハーや液晶パネル等にも全く同様に本
発明を適用することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は次のよう
な効果を奏するものである。基板の加熱、または、冷却
の過渡時と安定時における基板面内の温度差を小さくし
て均一性の良いレジストパターンが得られ、ＬＳＩの高
集積と微細パターンを実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の縦断面図と平面図。

【図２】本発明の第２の実施例の縦断面図。

【図３】本発明の第３の実施例の縦断面図。

【図４】本発明の第４の実施例の縦断面図と平面図。

【図５】本発明の第５の実施例の縦断面図と平面図。

【図６】本発明の第６の実施例の縦断面図。

【図７】従来の熱処理装置の温度特性図。

【符号の説明】

２、１２、１３、３０…下部熱板、３…マスク、４、３
２、４２…ヒータ、５、３３、４３…底板、６、３７、
４０…温度センサ、７、３６、３８、４６…温調器、８
…溝、１０…はみ出し量、１４…側板、１５、１６…外
周、２０…マスク上９点の平均温度のグラフ、２４…マ
スク上９点の最大温度差のグラフ、３１…側部熱板、３
４…間隔体、３５、３９、４５…温度設定手段、４１…
上部熱板、４４…凹面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を熱処理する装置において、基板外
周部の単位面積当りの熱容量が中央部の単位面積当りの
熱容量より小さいことを特徴とした熱処理装置。
【請求項２】前記下部熱板の外周に沿って側面に溝が
形成されていることを特徴とした前記請求項１記載の熱
処理装置。
【請求項３】前記下部熱板の外周に向かうほど段階
的、または、連続的に厚みが減少する部分を有すること
を特徴とした前記請求項１記載の熱処理装置。
【請求項４】前記下部熱板の外周に、基板厚さより高
いか、または、等しい高さの側板を具備したことを特徴
とした前記請求項１記載の熱処理装置。
【請求項５】前記側板の材質が樹脂であることを特徴
とした前記請求項４記載の熱処理装置。
【請求項６】基板を熱処理する装置において、温度制
御手段を備えた下部熱板と前記下部熱板の外周に沿って
配置された熱伝導性が低い間隔体と少なくとも１つの温
度制御手段を備えた側部熱板とからなることを特徴とし
た熱処理装置。
【請求項７】前記間隔体がポリイミド樹脂、または、
弗素樹脂であることを特徴として前記請求項６記載の熱
処理装置。
【請求項８】前記下部熱板のはみ出し量が基板より
０．５〜３ｍｍ大きいことを特徴とした前記請求項６記
載の熱処理装置。
【請求項９】前記側部熱板が１辺につき１つの温度制
御手段を備えていることを特徴とした前記請求項６記載
の熱処理装置。
【請求項１０】基板を熱処理する装置において、温度
制御手段を備えた下部熱板と前記下部熱板の外周に沿っ
て配置された熱伝導性が低い間隔体と少なくとも１つの
温度制御手段を備えた側部熱板と温度制御手段を備えた
上部熱板とからなることを特徴とした熱処理装置。
【請求項１１】前記間隔体がポリイミド樹脂、また
は、弗素樹脂であることを特徴として前記請求項１０記
載の熱処理装置。
【請求項１２】前記下部熱板のはみ出し量が基板より
０．５〜３ｍｍ大きいことを特徴とした前記請求項１０
記載の熱処理装置。
【請求項１３】前記側部熱板が１辺につき１つの温度
制御手段を備えていることを特徴とした前記請求項１０
記載の熱処理装置。
【請求項１４】上部熱板の下面が凹面を有することを
特徴とした前記請求項１０記載の熱処理装置。