JP2007027617A - 基板熱処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 温調過程にてカバー間隔を調整することにより、昇温過程を短時間化しつつも、目標温度近くにおける温調を安定させることができる。
【解決手段】 ＣＰＵ３３がモータ２７を介して搬送間隔と、遷移間隔と、定常間隔とにわたってベークプレート１とカバー２１との間隔をその順で調整する。つまり、搬送間隔にて基板Ｗを搬入し、昇温過程においては遷移間隔とするので昇温が急速に行われる。その後、定常間隔とするので、ヒータ２６とベークプレート１の発熱体３の温調が相互干渉することを防止できる。その結果、昇温過程を短時間化しながらも、目標温度近くにおける温調を安定させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハや液晶表示装置用のガラス基板（以下、単に基板と称する）等の基板に対して熱処理を行う基板熱処理装置に関する。
従来、この種の装置として、基板が載置されるベークプレートと、このベークプレートの上方の熱処理雰囲気を確保するためのカバーとを備えた基板熱処理装置がある。また、カバーはヒータを備えており、カバーを温調することにより、設定温度を変更した場合であっても短時間で目標温度に移行することができる（例えば、特許文献１，２参照）。
また、ベークプレートに載置された基板とカバーとの相対位置を面内の各位置にて調整して、基板の面内温度分布を調整する構成を備えたものもある（例えば、特許文献３参照。）。
特開平９−８０４９号公報 特開平１０−１８９４２９号公報 特開２０００−３８４３号公報
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
近年の半導体製造プロセスにおけるパターンルールの微細化が進むに従い、装置に基板を投入してから、熱処理の目標温度にまでの昇温速度を速くして、スループットを高速化することが望まれている。しかし、これだけではなく、温度分布が不安定になりやすい目標温度に至るまでの昇温過程を極力短時間化し、かつ過渡的な基板の面内温度分布を改善することも求められている。そのためには、カバーを温調し、かつベークプレートと接近させる必要があるが、それぞれが個別に温度制御を行っている関係上、相互の熱干渉が発生し、双方の温度制御が困難となったり、ベークプレートから強く熱せられるので、カバー内の温度が目標温度よりも上昇し過ぎたりするという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、温調過程にてカバー間隔を調整することにより、昇温過程を短時間化しつつも、目標温度近くにおける温調を安定させることができる基板熱処理装置を提供することを目的とする。
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項1に記載の発明は、ベークプレートに基板を載置して基板に対して熱処理を行う基板熱処理装置において、前記ベークプレートの上方に配置され、ベークプレートの熱処理雰囲気を確保するカバーと、前記カバーを温調するカバー温調手段と、前記カバーと前記ベークプレートとの間隔を調整する調整手段と、基板を搬送する際の搬送間隔と、前記搬送間隔よりも狭く、前記ベークプレートに接近した遷移間隔と、前記搬送間隔より狭くかつ前記遷移間隔より広い定常間隔とにわたって前記調整手段を介して間隔をその順に調整する制御手段と、を備えていることを特徴とするものである。
［作用・効果］請求項1に記載の発明によれば、制御手段が調整手段を介して搬送間隔と、遷移間隔と、定常間隔とにわたってベークプレートとカバーとの間隔をその順で調整する。つまり、搬送間隔にて基板を搬入し、昇温過程においては遷移間隔とするので昇温が急速に行われる。その後、定常間隔とするので、カバー温調手段とベークプレートの温調が相互干渉することを防止できる。その結果、昇温過程を短時間化しながらも、目標温度近くにおける温調を安定させることができる。
また、本発明において、調整手段は、前記遷移間隔として、前記カバーの下面と、前記ベークプレートに載置された基板の上面との間隔が０．５〜４ｍｍとなるように予め設定されているのが好ましい（請求項２）。基板に反りがない段階で処理する場合には、間隔をできるだけ狭い０．５ｍｍ程度にし、基板に反りがある段階で処理する場合には、反りを考慮して広めの４ｍｍ程度にするのが好ましい。
また、本発明において、調整手段は、前記定常間隔として、前記カバーの下面と、前記ベークプレートに載置された基板の上面との間隔が５〜２０ｍｍとなるように予め設定されているのが好ましい（請求項３）。５〜２０ｍｍ程度の間隔を空けると、ベークプレートとカバーが互いに熱干渉するのを防止できる。
また、本発明において、制御手段は、予め決められた処理手順に基づく時間間隔に応じて、熱処理の開始後に前記遷移間隔及び前記定常間隔の順に調整することが好ましい（請求項４）。予め決められた処理手順に基づく時間間隔に応じて、例えば、タイマーで自動的に計時して各間隔に調整するので、構成を簡単化することができる。
また、制御手段は、熱処理の開始後に、目標温度と現在値との差分が大きい場合には前記遷移間隔に調整し、前記差分が所定値内である場合に前記定常間隔に調整することが好ましい（請求項５）。目標値と現在値との差分に応じて各間隔に調整するので、状況に応じて適切に各間隔を調整することができる。
本発明に係る基板熱処理装置によれば、制御手段が調整手段を介して搬送間隔と、遷移間隔と、定常間隔とにわたってベークプレートとカバーとの間隔をその順で調整し、搬送間隔にて基板を搬入し、昇温過程においては遷移間隔とするので昇温が急速に行われる。その後、定常間隔とするので、カバー温調手段とベークプレートの温調が相互干渉することを防止できる。その結果、昇温過程を短時間化しながらも、目標温度近くにおける温調を安定させることができる。
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
図１は、実施例に係る基板熱処理装置の概略構成を示す図である。
上面に基板Ｗを載置するベークプレート１は、下部にマイカヒータなどの発熱体３が付設されている。発熱体３とベークプレート１の上面との間にあたる伝熱部５には、図示しないヒートパイプが複数本埋設されている。また、図示しない複数本のヒートパイプの間には、図示しない冷却溝が形成され、冷却用の流体が流通される。
なお、伝熱部５に複数本のヒートパイプを埋設するのに代えて、伝熱部５自体を一つのヒートパイプ構造としてもよい。
ベークプレート１には、上面から下面に貫通した３個の貫通孔７が形成されている。これらの貫通孔７は平面視で正三角形の各頂点にあたる位置に形成され、それぞれに支持ピン９が挿通されている。各支持ピン９は、下部が支持部材１１に配設されている支持部材１１は、エアシリンダ１５の作動軸に連結された昇降アーム１７に取り付けられている。したがって、エアシリンダ１５を作動させると、昇降アーム１７が上昇して各支持ピン９がベークプレート１の上面から上方へ突出し（図１中に二点鎖線で示す）、エアシリンダ１５を非作動にすると、作動軸が収縮して昇降アーム１７が下降し、各支持ピン９がベークプレート１の上面から下方に退出する（図１中に実線及び点線で示す）。これにより、図示しない搬送手段との間で基板Ｗの受け渡しを行うようになっている。
ベークプレート１の上面には、各貫通孔７を避ける位置であって、中心位置と、正三角形の各頂点に相当する位置と、中心位置と各頂点相当位置の延長上の位置とに、７個の凹部が穿たれ、各凹部のそれぞれに凹部の深さよりも若干大径の球体１９が嵌め込まれている。また、中心位置と各貫通孔７の延長線上の位置には、同様に３個の凹部が穿たれ、各凹部に球体１９が嵌め込まれている。基板Ｗがベークプレート１に載置されると、これらの１０個の球体１９によって ベークプレート１の上面からプロキシミティギャップと呼ばれる微小空間ｍｓが形成された状態で支持され、ベークプレート１の上面からの輻射熱によって均一に加熱できるように構成されている。なお、球体１９の個数や位置は、基板Ｗの径等に応じて適宜に設定すればよい。
ベークプレート１下部の外周部には、凹部２０が配設されている。この凹部２０は、後述するカバー２１の下部を収容し、カバー２１とともにベークプレート１の熱処理雰囲気を確保する。
ベークプレート１の上方には、本装置のチャンバーを構成するカバー２１が配設されている。このチャンバーカバー２１は、昇降機構２２により図１に実線で示す「搬送位置」と、図１に点線で示す「遷移位置」と、図１に二点鎖線で示す「定常位置」とにわたって三段階に移動可能に構成されている。
カバー２１は、上部に窒素ガスの供給孔２３が形成されており、その下面周囲を囲うようにパンチングボード２５が取り付けられている。パンチングボード２５は、供給孔２３から供給された窒素ガスの流れを整流するために設けられている。また、カバー２１は、窒素ガスやカバー２１自体を温調するためのヒータ２６を内蔵している。上記の「搬送位置」は、図示しない搬送機構との間で基板Ｗを受け渡すための位置であり、ベークプレート１に載置された基板Ｗ上面とパンチングボード２５下面との間隔が「搬送間隔」となる位置に設定されている。「遷移位置」は、基板Ｗの搬送のために上昇されたカバー２１によりベークプレート１の温度が低下し、急激に目標温度にまで昇温する際の位置であり、その間隔が上記「搬送間隔」よりも狭く、カバー２１のパンチングボード２５の下面がベークプレート１に載置された基板Ｗの上面に接近した「遷移間隔」となるように設定されている。「定常位置」は、温度が安定した際の位置であり、上記「搬送間隔」より狭く、かつ上記「遷移間隔」よりも広い間隔に設定されている。
なお、「遷移間隔」は、基板Ｗのサイズや、基板Ｗの最大の反り量等を勘案して設定するのが好ましく、例えば、それぞれ０．５〜４ｍｍの範囲内が好ましい。「定常位置」は、ベークプレート１とカバー２１の熱干渉を考慮して設定するのが好ましく、例えば、５〜２０ｍｍの範囲内が好ましい。
昇降機構２２は、次のように構成されている。
回転軸が縦置きされたモータ２７を備え、その回転軸には螺軸２９が連動連結されている。この螺軸は２９は、カバー２１の上部周縁に付設された取付片３１が螺合されている。よって、モータ２７を駆動すると、取付片３１が螺軸２９に沿って昇降し、カバー２１が上記の各位置に昇降される。
ＣＰＵ３３は、予め決められた処理手順（以下、レシピと称する）等を記憶しているメモリ３５と、レシピに応じて各部を制御する際の時間間隔を計時するタイマ３７とが接続されている。ＣＰＵ３３は、上述した発熱体３の温調制御、エアシリンダ１５の伸縮制御、モータ２７の回転制御、ヒータ２６の温調制御等を、レシピを実行しつつタイマ３７の計時状態に応じて行う。
次に、図２から図４を参照して、上記のように構成されている基板熱処理装置の動作について説明する。なお、図２〜図４は、動作説明図である。
ＣＰＵ３３は、モータ２７を制御してカバー２１を「搬送位置」ｈ１に移動させるとともに、エアシリンダ１５を伸長動作させて支持ピン９をベークプレート１上面から突出させる（図２中に二点鎖線で示す）。「搬送間隔」ｓｐ１を通して、図示しない搬送手段により搬入されてきた基板Ｗを支持ピン９に載置させる。そして、搬送手段が退出した後、エアシリンダ１５を収縮動作させ、支持ピン９をベークプレート１内に退出させる。すると、基板Ｗは、その下面が球体１９で当接支持され、ベークプレート１の上面との間に微小空間ｍｓをおいて載置される。
次いで、エアシリンダ１５が収縮動作された時点からタイマ３７を作動させ、所定時間（基板Ｗが正しく載置されるまでのごく短時間）の経過後に、ＣＰＵ３３は、モータ２７を制御してカバー２１を「遷移位置」ｈ２に移動させる（図３）。これにより、基板Ｗの上面にパンチングボード２５が接近した「遷移間隔」ｓｐ２にされる。さらに、ＣＰＵ３３は、タイマ３７を作動させ所定時間の計時を行う。
「遷移間隔」ｓｐ２に設定した時点から、所定時間が経過した後に、ＣＰＵ３３は、モータ２７を制御してカバー２１を「定常位置」ｈ３に移動させる（図４）。これにより、基板Ｗの上面とカバー２１のパンチングボード２５の下面の間隔が、先の「遷移間隔」ｓｐ２よりも広い「定常間隔」ｓｐ３とされる。この間隔を置いているので、発熱体３とヒータ２６の熱干渉が生じにくく、それぞれの温調が精度よく行われる。なお、「遷移間隔」ｓｐ２であっても、カバー２１の下部が凹部２０に挿通された状態であり、熱処理雰囲気が清浄に保たれる。この状態をレシピに応じた所定時間となるようにタイマ３７で計時し、所定時間が経過した場合には、ＣＰＵ３３はモータ２７を駆動して「搬送位置」ｈ１にまでカバー２１を上昇させるとともに、エアシリンダ１７を伸長させて基板Ｗをベークプレート１上面から離間させ、「搬送間隔」ｓｐ１を通して基板Ｗを搬出する。
上述した一連の処理により基板Ｗに対してレシピに応じた熱処理が施されるが、その際の温度変化について本実施例と従来例について図５を参照しつつ比較説明する。なお、図５は、ベークプレートと基板の温度変化を示したグラフである。
この図５のグラフにおける実施例では、上述したようにしてｔ１時点で「搬送間隔」ｓｐ１とされた状態で基板Ｗがベークプレート１に微小空間ｍｓをおいて載置され、ｔ２時点で「遷移間隔」ｓｐ２とされ、ｔ３時点で「定常間隔」ｓｐ３とされている。従来例では、ｔ１時点で、本発明における搬送間隔に相当する間隔とされた状態で基板Ｗが載置された後、ｔ２時点で、本発明における遷移間隔に相当する間隔にされた後は基板Ｗに対する熱処理が完了するまでそのまま遷移間隔を維持する。また、実施例及び従来例ともに、実線がベークプレート１の温度を示し、点線が基板Ｗの温度を示している。本実施例によると、基板Ｗが載置されたｔ１時点では、基板Ｗに熱が奪われるのと、広い「搬送間隔」ｓｐ１をおいて雰囲気温度が低下すること等から、急激にベークプレート１の温度が低下しているのが判る。その一方で、基板Ｗは、ベークプレート１に載置されて急激に温度が上昇しているのが判る。その後、「遷移間隔」ｓｐ２にされたｔ２時点以後、ある時点から急激に温度が上昇している。その後、ｔ３時点で「定常間隔」ｓｐ３とされるので、熱干渉が生じて温度制御に悪影響が現れる前に、目標温度に到達して安定する。
従来例は、本発明における搬送間隔と遷移間隔に相当する間隔しかなく、遷移間隔にされてから温度が目標温度に到達するまでに時間がかかり、ベークプレート１とカバー２１の間における熱干渉により温度制御が悪影響を受けているのが判る。
上記のように、本実施例によると、ＣＰＵ３３がモータ２７を介して搬送間隔ｓｐ１と、遷移間隔ｓｐ２と、定常間隔ｓｐ３とにわたってベークプレート１とカバー２１との間隔をその順で調整する。つまり、搬送間隔ｓｐ１にて基板Ｗを搬入し、昇温過程においては遷移間隔ｓｐ２とするので昇温が急速に行われる。その後、定常間隔ｓｐ３とするので、ヒータ２６とベークプレート１の発熱体３の温調が相互干渉することを防止できる。その結果、昇温過程を短時間化しながらも、目標温度近くにおける温調を安定させることができる。
本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
（１）上述した実施例では、基板Ｗをベークプレート１に微小空間ｍｓを隔てて載置する構成であるが、基板Ｗをベークプレート１に直接載置する構成を採用してもよい。
（２）上述した実施例では、ベークプレート１を位置固定とし、カバー２１を昇降させる構成としているが、逆にベークプレート１を昇降させてもよい。
（３）上述した実施例では、搬送間隔ｓｐ１と、遷移間隔ｓｐ２と、定常間隔ｓｐ３との三段階にわたって間隔を調整しているが、例えば、定常間隔ｓｐ３をさらに複数段階に調整するようにしてもよい。
（４）上記の実施例では、レシピに応じたタイミングにてタイマ制御を行い、各間隔に調整を行っているが、ベークプレート１とカバー２１に温度センサを配置し、それぞれの出力に応じて各間隔に調整するようにしてもよい。例えば、温度センサの出力に基づいて、熱処理を開始した後、目標温度と現在温度との差分が大きい場合には、搬送間隔ｓｐ１から遷移間隔ｓｐ２に調整し、その後、その差分が所定値内になった場合には遷移間隔ｓｐ２から定常間隔ｓｐ３に調整する。温度の目標値と現在値との差分に応じて各間隔に調整するので、状況に応じて適切に各間隔を調整することができる。
実施例に係る基板熱処理装置の概略構成を示す図である。 動作説明図である。 動作説明図である。 動作説明図である。 ベークプレートと基板の温度変化を示したグラフである。
符号の説明
Ｗ … 基板
１ … ベークプレート
３ … 発熱体
５ … 伝熱部
９ … 支持ピン
１５ … エアシリンダ
１９ … 球体
ｍｓ … 微小空間
２１ … カバー
２５ … パンチングボード
２６ … ヒータ
２７ … モータ
２９ … 螺軸
３３ … ＣＰＵ
３５ … メモリ
３７ … タイマ
ｈ１ … 搬送位置
ｈ２ … 遷移位置
ｈ３ … 定常位置
ｓｐ１ … 搬送間隔
ｓｐ２ … 遷移間隔
ｓｐ３ … 定常間隔

Claims (5)

  1. ベークプレートに基板を載置して基板に対して熱処理を行う基板熱処理装置において、
    前記ベークプレートの上方に配置され、温調されてベークプレートの熱処理雰囲気を確保するカバーと、
    前記カバーと前記ベークプレートとの間隔を調整する調整手段と、
    基板を搬送する際の搬送間隔と、前記搬送間隔よりも狭く、前記ベークプレートに接近した遷移間隔と、前記搬送間隔より狭くかつ前記遷移間隔より広い定常間隔とにわたって前記調整手段を介して間隔をその順に調整する制御手段と、
    を備えていることを特徴とする基板熱処理装置。
  2. 請求項１に記載の基板熱処理装置において、
    前記調整手段は、前記遷移間隔として、前記カバーの下面と、前記ベークプレートに載置された基板の上面との間隔が０．５〜４ｍｍとなるように予め設定されていることを特徴とする基板熱処理装置。
  3. 請求項１または２に記載の基板熱処理装置において、
    前記調整手段は、前記定常間隔として、前記カバーの下面と、前記ベークプレートに載置された基板の上面との間隔が５〜２０ｍｍとなるように予め設定されていることを特徴とする基板熱処理装置。
  4. 請求項１から３のいずれかに記載の基板熱処理装置において、
    前記制御手段は、予め決められた処理手順に基づく時間間隔に応じて、熱処理の開始後に前記遷移間隔及び前記定常間隔の順に調整することを特徴とする基板熱処理装置。
  5. 請求項１から３のいずれかに記載の基板熱処理装置において、
    前記制御手段は、熱処理の開始後に、目標温度と現在値との差分が大きい場合には前記遷移間隔に調整し、前記差分が所定値内である場合に前記定常間隔に調整することを特徴とする基板熱処理装置。

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