JP2004526297A - 基板を熱処理するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板を熱処理するための方法に関し、この方法では、基板が、多数の別個に制御される加熱エレメントによって加熱される。
【0002】
このような装置は、例えば、半導体工業の分野において、層の硬化及び化学的予備処理のために基板を熱処理するために、基板、特にフォトマスクのコーティングプロセスに引き続き利用される。熱処理の場合、基板の後の利用可能性のために、塗布された層ができるだけ均一かつ均等に処理されることが重要である。しかしながらこの場合、加熱エレメントの均一な制御の場合、エッジ効果に基づき基板を均一に処理できないという問題が生じる。これにより、加熱エレメントが熱処理の初期において基板の縁部領域において弱く加熱することが知られている。なぜならば、中央領域においてまず比較的大きな質量が加熱されなければならないからである。後で、加熱エレメントは、基板の縁部領域において、この領域におけるより高い熱放射に基づきより強く加熱される。
【0003】
同一出願人に由来するドイツ連邦共和国特許出願公開第19907497号明細書から、基板を熱処理するための装置及び方法が提供されており、この装置及び方法の場合、多数の別個に制御される加熱エレメントがまず加熱プレート、次いでこの加熱プレートに載置された基板を加熱する。個々の加熱エレメントは、それぞれPID調整器によって制御され、この場合、所要の目標値が目標値プロフィルの形式で設定される。目標値プロフィルとして、この場合、時間的に、特に時間区分において変化する、目標値の設定を考えることができる。
【0004】
処理プロセスの間、基板の、加熱プレートとは反対側の表面の温度分布が検出され、基板表面の温度分布に応じて、個々の加熱エレメントのための、目標値プロフィルに対して変更された目標値が決定され、それぞれのPID調整器に転送される。これにより、処理プロセスの間に、目標値プロフィルの修正を行うことができ、基板表面における温度均一性を向上させることができる。
【0005】
しかしながら、この方法の場合、この方法が、基板表面上に既に生ぜしめられた温度不均一に対してのみ反応することができ、この温度不均一を、個々の加熱エレメントの目標プロフィルを変化させることによって後から修正するという問題が生じる。処理中に生じる将来の温度不均一を予想することは不可能である。また、処理時に生じた問題、例えば所定の温度値の場合における増大した温度不均一は、次の基板の処理時に考慮されない。なぜならば、個々の加熱エレメントには、前もって決定された目標値プロフィルが再び設定されるからである。これにより、次の処理時に、前の処理の時と同じ問題が生じることが予想される。
【0006】
したがって、この公知の従来技術から出発して、本発明の課題は、処理したい基板の表面上の温度均一性を高めるために、自己最適化するプロセス制御を可能にする、基板を熱処理するための方法を提供することである。
【0007】
本発明によれば、多数の別個に制御可能な加熱エレメントによって基板が加熱され、これらの加熱エレメントにそれぞれ目標値プロフィルが設定される、基板を熱処理するための方法の場合における課せられた課題は、熱処理の間に基板の、加熱エレメントとは反対側の表面の温度を様々な場所で測定し、基板表面に生じる温度不均一を検出し、検出された温度不均一に基づき新たな目標値プロフィルを決定し、次の処理プロセスのための新たな目標値プロフィルを準備することによって解決された。この方法は、自己最適化するプロセス制御を可能にする。なぜならば、個々の加熱エレメントに設定される目標値プロフィルが新たに決定され、次の処理プロセスのために準備され、これにより、熱処理の間に生じる温度不均一が、新たな目標値プロフィルを決定する場合に考慮され、これにより、次の処理の場合に防止されるからである。これにより、目標値プロフィルの自己最適化、ひいては基板の均一な熱処理が提供される。
【0008】
本発明の特に有利な実施形態によれば、熱処理の間に生じる温度不均一は、新たな目標値プロフィルを決定する場合に、時間的に前もって考慮される。新たな目標値プロフィルを決定する場合、例えば処理中の所定の温度若しくは処理の所定の時期に生じる均一性に関する跳躍を、この温度の到達前若しくはそれぞれの時期の前に考慮されることができ、これにより、この温度不均一は既により低い温度において若しくはより早期に防止できる。これにより、不均一が生じる前に既に、検出された温度不均一を均一化し始めることができる。この所定の時期における若しくは所定の温度に生じる不均一を予め考慮することは、処理中の温度均一性を著しく向上させることができる。
【0009】
有利には、全ての表面点が考慮されるようなシステムよりも所要の計算作業を減じるために、基板表面の温度は所定の表面点において検出される。方法の精度を高めるために、表面点には、表面点に対応させられた表面領域上の全ての温度測定値の中間値が割り当てられる。この場合、測定サイクルの間均一な結果が得られるように、少なくとも1つの測定サイクルの間は表面点への表面領域の対応関係は一定である。
【0010】
発明の特に有利な実施形態の場合、新たな目標値プロフィルの決定は、個々の加熱エレメントへの表面点の加重を考慮された対応関係に応じて行われ、これにより、種々異なる表面点に対する加熱エレメントの種々異なる影響が考慮される。測定サイクルの間に均一な結果を得るために、少なくとも1つの測定サイクルの間は表面点に対する個々の加熱エレメントの加重を考慮された対応関係は一定である。しかしながら、表面点に対する個々の加熱エレメントの加重を考慮された対応関係は、新たな目標値プロフィルを決定する場合に、対応関係に関して最適化を得るように、変化させられることができる。
【0011】
目標値プロフィルは、所定の加熱プロフィルを生ぜしめるために、所定の時間区分において目標値変化を設定する。目標値プロフィルの改善された適応を可能にするために、新たな目標値プロフィルを決定する場合、有利には目標値変化のための時間区分が新たに選択される。
【0012】
有利には、温度不均一が設定されたしきい値を越えた場合にのみ、新たな目標値プロフィルの決定が行われると有利である。なぜならば、しきい値よりも低い温度不均一の場合、最適化されたシステムを出発点とし、このシステムにはできるだけもはや介入されないからである。有利には、基板は、熱処理の間、加熱エレメントと基板との間に配置されたプレートに載置される。
【0013】
本発明による課題は、基板を熱処理するための多数の別個に制御可能な加熱エレメントの目標値プロフィルを最適化するための方法の場合にも解決され、この場合、加熱エレメントは、それぞれ設定された目標値プロフィルに従って加熱され、基板の、加熱エレメントとは反対側の表面の温度は、加熱の間、位置分解されて測定され、基板表面上に生じる温度不均一は、時間に応じて検出され、この場合、処理プロセスの間の温度不均一に基づき新たな目標値プロフィルが決定され、後の加熱プロセスのために利用され、この場合、温度不均一が加熱のどの時点においても所定のしきい値よりも低くなるまで、繰り返される。これにより、既に上に説明したように、最適化された目標値プロフィルを決定することができる。
【0014】
有利には、本発明による方法はフォトマスクの場合に使用される。
【0015】
本発明は以下に有利な実施例を用いて図面を参照に説明される。図面のうち、
図1は、本発明による基板を熱処理するためのシステムの概略的な側面図を示しており、
図2aは、加熱プレート上に配置された基板の概略的な図を示しており、
図2bは、基板上の所定の表面点に関する個々の加熱エレメントの影響を表した表であり、
図3は、基板の熱処理の経過における、ゾーン毎に制御される加熱プレートの個々のゾーン(5×5加熱ゾーン)のための位置的な目標値配分の時間的変化を示す図であり、
図4aは、基板のための110℃の最終温度を用いて熱処理する場合における、加熱プレートのゾーンのための目標値配分の表であり、
図4bは、このような目標値プロフィルのグラフであり、
図5は、設定された目標値プロフィルを自動的に最適化するための反復サイクルを示す概略的な図である。
【0016】
図1は、基板を熱処理するための装置1の概略的な側面図を示している。
【0017】
装置1は、ゾーンごとに制御される加熱プレート2を有しており、この加熱プレート2は、実質的に矩形の横断面を有する正方形のベースプレート3から成る。ベースプレート3は、第1の平坦な上側5と、区分けされた下側6とを有している。下側6は、それぞれ加熱プレートの側縁部に対して垂直に延びた4つの溝によって、全部で25個の正方形のセグメント8に分割されている。溝7の深さは、ほぼベースプレート3の厚さの半分に相当する。加熱プレート2の正方形のセグメント8には、それぞれ正方形の加熱エレメント10が配置されており、これらの加熱エレメント10は、適切な形式で、例えば接着によってベースプレート3のセグメント8と結合されており、これらのセグメントと共に対応した加熱ゾーンを形成している。溝7によって分割されたセグメント8上に加熱エレメント10をそれぞれ配置することにより、加熱エレメントは互いに熱的に分離されており、これにより、加熱エレメントは互いに影響しない、つまり、加熱エレメントの間の著しい熱的な重なりは生じない。しかしながら、ベースプレート3によって加熱エレメント10は互いに十分に熱的に結合されており、これにより、ベースプレート3の上側5には、上側5の熱画像において個々の加熱エレメントが熱的に突出することなく、均一な温度分布が達成される。それぞれの加熱エレメントには、サーモエレメントの形式の図示しない温度センサが割り当てられており、この温度センサは、加熱エレメント10の現在の温度を測定する。サーモエレメントの代わりに、別のセンサ、例えば光温度センサを使用することも可能である。
【0018】
加熱プレート2は、ベースプレート3の上側6を区分けするための溝7が形成された、一部分から成るベースプレート3として説明されているが、ベースプレート3は、全く平坦に形成されることができ、加熱エレメント10は直接に又はスペーサエレメントを介してベースプレート3と結合されている。同様に、本発明は、セグメント8及び加熱エレメント10の形状及び数に関して制限されていない。
【0019】
加熱プレート1のベースプレート3の平坦な上側5は、処理した基板12に隣接している、例えば0.1〜0.5mmの間隔をおいて配置されている。基板は例えば加熱プレート1上の図示していない4つの保持部上に保持されている。加熱プレート1及び基板12の上方には赤外線カメラの形式の温度測定装置17が配置されている。赤外線カメラ17は、基板12の、加熱プレート1とは反対側の表面18に向けられている。赤外線カメラ17は、可動な鏡を備えた、詳しく示されていないスキャン装置を有しており、鏡によって連続的に、基板12の表面18全体が走査される。スキャン装置によって、基板12の表面18の温度分布の位置分解された画像が生ぜしめられ、この場合、表面全体が例えば1秒に1回走査される。
【0020】
赤外線カメラ17は、データ導線20を介してPC22の形式の計算ユニットと接続されている。PC内では、IRカメラによって得られた測定値が処理され、基板の表面18上の空間的な温度分布が算出され、以下にさらに詳しく説明するように処理される。
【0021】
図1には、さらに、プロセス制御装置24と、PID調整器26とが示されており、PID調整器26は、個々の加熱エレメント10及び図示していない温度センサと接続されており、これらと共に制御回路を形成している。PID調整器は、プロセス制御によって設定された目標値プロフィル、すなわち時間的に変化する一連の温度目標値、特に時間区分と、温度センサによって測定された温度実際値とに応じて、個々の加熱エレメント10の加熱出力を調整する。
【0022】
図2は、加熱プレート1の概略的な平面図を示しており、この加熱プレート上には基板12、例えばフォトマスクが載置されている。加熱エレメント10及びセグメント8によって形成された加熱ゾーンは、概略的に示されており、1〜25の番号が与えられている。基板12上には表面点1〜13が示されており、これらの表面点は、後で詳しく説明するように割当て点として使用される。
【0023】
図2に示した概略的な平面図に示されているように、基板は、加熱プレート2の全部で25個の加熱ゾーンのうちの中央の9つを被覆している。これにより、基板の熱処理時には、主としてこれらの9つのゾーンが関与させられるが、残りのゾーンも熱処理に影響を及ぼす。
【0024】
図2bの表は、基板上の表面点への個々の加熱ゾーンの対応関係を示している。図2に示された対応関係及び加重は実際の通りではなく、単に加重の原理を示すものである。例えば、加熱ゾーン1に由来する、基板12に到達する熱出力は、専ら表面点1の領域において基板12の温度に影響する。つまり、この加熱ゾーンは100%表面点1に割り当てられている。これに対して、加熱ゾーン2に由来する、基板12に到達する加熱出力は、表面点1の領域における基板の温度及び表面点2の領域における基板の温度に影響する。この場合、加熱ゾーン2から出る熱は、表面点1に、表面点2の3倍強く影響する。つまり、加熱ゾーン2は、75:25の比率で表面点1と2とに割り当てられている。表2bは、加熱プレート1の全ての25個のゾーンについての加重を示している。
【0025】
図3は、基板の熱処理の経過における、5×5の加熱ゾーンを備えたゾーン制御式加熱プレートの個々のゾーンについての、局所的な目標値分配の時間的変化の4つの瞬間的記録を示しており、これらの記録は、中央のグラフの周りに集められている。中央のグラフは、基板表面上の測定された温度値の中間値の時間的発展を示しており、この場合、垂直な線は、個々の加熱ゾーンのための目標値が変化させられる時点を表している。中央のグラフの場合、縦軸が温度tを℃で示しているのに対し、横軸は時間Tを分及び秒で示している。局所的な目標値設定の4つの瞬間的記録の場合、縦軸には、それぞれの加熱ゾーンの目標温度が、℃で表されている。他の2つの軸は、加熱ゾーンの5×5基本パターンを示している。左上に位置したグラフは、熱処理の初期、すなわち0秒から約1分までの時間区分における、加熱プレート1の個々のゾーンの目標値分布を示している。その隣に右側に位置したグラフは、約2分5秒の時点における、ゾーン制御される加熱プレートの目標値分布を示しており、この目標値分布は、約2分から3分までの第3の時間区分の間維持される。左下に位置するグラフは、第6の時間区分のための約5分の時点における目標値分布を示しており、その右隣に位置するグラフは、約11分において開始する最後の時間区分における目標値分布を示している。
【0026】
左上のグラフに示されているように、熱処理の開始時には、中央ゾーンが他のゾーンよりも強く加熱される。なぜならば、この領域においては、まず比較的大きな質量が加熱されなければならないからである。その右隣に配置されたグラフの場合、中央ゾーンは、より弱く加熱されていることが分かり、このことは、基板の縁部領域におけるより大きな熱放射を補償することができる。同様に、下側に位置したグラフにも示したように、加熱プレートの縁部ゾーンは、少なくとも部分的に、中央ゾーンよりも強く加熱されることが分かる。
【0027】
図4は、マスクを熱処理するための典型的なプロフィルを示しており、このプロフィルの場合、110℃の最終温度がサンプル表面において達せられるべきである。この場合、図4aは、加熱プレートのゾーンのための目標値分布についての表を示しており、この場合、左の欄には、それぞれの温度ステップのための個々の時間区分の長さが挙げられている。図4bは、目標値プロフィルの三次元のグラフを示しており、この場合、縦軸は温度tを℃で示しており、実質的に水平に延びた軸は、加熱ゾーン1から25までを示しており、後方へ延びた軸は、時間区分R1からR9までを表している。この三次元の図より、それぞれの加熱ゾーン1から25までの種々異なる制御が明らかに分かり、この場合、処理の最初には、中央の加熱ゾーンが最も強く加熱される。
【0028】
図5は反復サイクルを示しており、この反復サイクルは、加熱プレート1の個々の加熱ゾーンのための目標値プロフィルを自動的に最適化する場合に利用される。ブロック30において処理サイクルが開始し、この処理サイクル時に、加熱プレート1の25個のゾーンにそれぞれ所定の目標値プロフィルが設定される。最初に利用される目標値プロフィルは、任意の形式を有することができ、例えば全ての目標値プロフィルは全て同じであってよいか、又は後に説明するように、標準化された開始プロフィルであってよい。目標値プロフィルは、所定の基板を熱処理するためのものであり、所定の温度最終値を達成するために用いられる。
【0029】
熱処理の間、赤外線カメラ17によって、基板12の、加熱エレメント10とは反対側の表面18上の温度が測定され、計算ユニット22へ伝達される。計算ユニット22において、基板の表面上における前述の表面点に、それぞれ、これらの表面点に割り当てられた表面領域からの全ての測定値の中間値が対応させられる。この対応関係は、新たな目標値プロフィルの後の計算を容易にする。
【0030】
ブロック34において、熱処理のそれぞれの時点において、基板表面上の表面点間の温度差が決定され、この温度差が所定の目標値と比較される。温度差が、熱処理のそれぞれの時点においてしきい値より低い場合には、プロセス制御はブロック36へ移行し、このブロック36は、最適化された目標値プロフィルが存在しかつさらなる適応は必要ないことを知らせる。
【0031】
しかしながら、温度差が少なくとも一時的にしきい値を超えた場合には、プロセス制御はブロック38へ移行し、このブロック38において個々の加熱エレメントのための目標値プロフィルが新たに計算される。この場合に利用されるアルゴリズムは、加熱面のゾーンに対する、基板上の表面点の適切かつ加重を考慮された対応関係を含んでいる。新たに計算された目標値プロフィルは開始ブロック30へ移行し、それまでの開始プロフィルの代わりに設定される。この新たに計算された目標値プロフィルを用いて、もう一度新たな熱処理プロセスが行われ、その間ブロック32において基板表面上の温度分布が測定される。この繰返しサイクルは、基板表面上の温度箇所の間の温度差が、どの時点においても所定のしきい値よりも低くなるまで反復される。この時点で、最適化された目標値プロフィルが存在し、この目標値プロフィルにはもはや介入されない。この最適化された目標値プロフィルは、同じ温度最終値まで加熱される、同様のパラメータを有する基板を用いた後続の熱処理プロセスのために使用される。
【0032】
目標値プロフィルを新たに計算する場合、所定の時間区分の間の温度基準値のみを変化させることができるわけではない。むしろ、個々の時間区分の長さも適応させられることができる。
【0033】
表面点へのサンプルの表面領域の対応関係、若しくは加熱面のゾーンへの表面点の対応関係も同様に変化することができる。
【0034】
本発明の有利な実施形態によれば、目標値の新たな計算の場合、所定の時点に生じる温度不均一は前もって考慮され、プロフィルの均一でかつ早期の適応を達成することができる。例えば、T=50秒の時点において温度不均一が所定の表面点に生じるならば、新たに計算されるプロフィルの場合、この不均一はすぐに前の時点、例えばT=30秒において考慮され、この場合、少なくとも1つの加熱エレメントの目標値プロフィルが、すぐにこの時点で局所的により強く又はより弱く加熱するように変化させられる。これにより、温度不均一を、加熱エレメントの温度跳躍及び、個々の時間区分の間における目標値設定の場合の跳躍なしに、達成することができる。
【0035】
上記の最適化は、それぞれの種々異なる基板のために、及びそれぞれの温度最終値のために行われなければならない。種々異なる最終温度を備えた、熱処理のための理想的な目標値プロフィルを算出する場合に時間を節約するために、まず、規格化されたプロフィルが計算される。この計算の場合、基板タイプの熱反応が、種々異なる温度において実質的に同じであることから始められる。したがって、規格化されたプロフィルは、最適化されたプロフィルから、最適化されたプロフィルを最適化されたプロフィルの温度最終値で除することによって形成され、これにより、規格化されたプロフィルを有する。それぞれの別の所望の最終温度のために、今や、規格化されたプロフィルに、新たな最終値が乗じられる。このように計算された目標値プロフィルは、次いで開始プロフィルとして、図5に示した反復サイクルにおいて使用される。これにより、最適化されたプロセスプロフィルを達成する前の繰返しサイクルの数が一層減じられる。
【0036】
このように最適化されたプロフィルは、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第19907497号から公知の方法と組み合わせて使用されるために、顧客に使用されることができ、その限りにおいて本願の対象となり、繰返しを回避する。択一的に最適化サイクルは顧客の場合にも生じることができ、これにより、プロセス制御は時間を超えて自動的に自己で最適化する。
【0037】
本発明は、以上のように本発明の有利な実施例に基づき説明されているが、特定の実施形態に制限されない。例えば、加熱プレートは、別の形状、例えば円形又は円弧状に形成された加熱エレメントを備えた円形を有することができる。赤外線カメラの代わりに、別の位置分解する温度測定装置を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
図1は、本発明による基板を熱処理するためのシステムの概略的な側面図を示している。
【図2a】
加熱プレート上に配置された基板の概略的な図を示している。
【図2b】
基板上における所定の表面点に関する個々の加熱エレメントの影響を表した表である。
【図3】
基板の熱処理の推移における、ゾーン毎に制御される加熱プレートの個々のゾーン(5×5加熱ゾーン)のための位置的な目標値配分の時間的変化を示す図である。
【図4a】
基板のための110℃の端部温度を用いた熱処理の場合における、加熱プレートのゾーンのための目標値配分の表である。
【図4b】
このような目標値プロフィルのグラフである。
【図5】
設定された目標値プロフィルの自動化された最適化のための反復サイクルの概略的な図である。
【符号の説明】
1 装置、 2 加熱プレート、 3 ベースプレート、 5 上側、 6 下側、 7 溝、 8 セグメント、 10 加熱エレメント、 12 基板、 17 温度測定装置、 18 表面、 24 プロセス制御装置、 26 PID調整器
Claims (15)
- 基板を熱処理するための方法において、基板が多数の別個に制御可能な加熱エレメントによって加熱されるようになっており、これらの加熱エレメントにそれぞれ目標値プロフィルが設定されるようになっており、
a)熱処理中に、基板の加熱エレメントとは反対側の表面の温度を位置分解して測定し、
b)基板表面上に生じる温度不均一を検出し、
c)検出された温度不均一に基づき新たな目標値プロフィルを決定し、
d)次の処理プロセスのための新たな目標値プロフィルを準備する
ステップを有することを特徴とする、基板を熱処理するための方法。 - 熱処理中に生じる温度不均一が、目標値プロフィルを決定する場合に時間的に前もって考慮される、請求項1記載の方法。
- 基板表面の温度が、所定の表面点において検出される、請求項1又は2記載の方法。
- 前記表面点に、該表面点に対応させられた表面領域からの全ての温度測定値の中間値が配分される、請求項3記載の方法。
- 前記表面点に対する表面領域の対応関係が、少なくとも1つの測定サイクルの間一定に保たれる、請求項3又は4記載の方法。
- 前記新たな目標プロフィルの決定が、加熱エレメントに対する個々の表面点の加重を考慮された対応関係に応じて行われる、請求項3から5までのいずれか1項記載の方法。
- 前記加重を考慮された対応関係が、少なくとも1つの測定サイクルの間一定に保たれる、請求項6記載の方法。
- 前記加重を考慮された対応関係が、新たな目標値プロフィルを決定する場合に変更される、請求項6又は7記載の方法。
- 前記新たな目標値プロフィルを決定する場合に、目標値変更のための時間区分が新たに選択される、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
- 温度不均一が所定のしきい値を越えた場合にのみ、目標値プロフィルの新たな決定が行われる、請求項1から9までのいずれか1項記載の方法。
- 前記基板が、熱処理の間、加熱エレメントと基板との間に配置されたプレート上に載置される、請求項1から10までのいずれか1項記載の方法。
- 最初の目標値プロフィルとして、規格化された目標値プロフィルが使用され、該規格化された目標値プロフィルは、最適化された目標値プロフィルから計算される、請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。
- 基板を熱処理するために多数の別個に制御可能な加熱エレメントの目標値プロフィルを最適化する方法において、
a)それぞれ設定された目標値プロフィルに応じて加熱エレメントを加熱し、
b)加熱の間基板の、加熱エレメントとは反対側の表面の温度を位置分解して測定し、
c)基板表面上に生じる温度不均一を時間の経過と共に検出し、
d)処理プロセスの間に温度不均一に基づき新たな目標値プロフィルを決定し、
e)次の加熱プロセスのために前記新たな目標値プロフィルを使用し、
f)温度不均一が加熱のどの時点においても所定のしきい値よりも低くなるまで前記aからeまでのステップを繰り返す
ステップを有することを特徴とする、基板を熱処理するために多数の別個に制御可能な加熱エレメントの目標値プロフィルを最適化する方法。 - 最適化が、種々異なる基板のために及び熱処理の種々異なる最終温度のために行われる、請求項13記載の方法。
- 最初に設定された目標値プロフィルが、規格化されたプロフィルであり、該規格化されたプロフィルが、前もって最適化された目標値プロフィルから計算される、請求項14記載の方法。
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