JP2008016764A

JP2008016764A - 熱処理装置

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Publication number: JP2008016764A
Application number: JP2006189157A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Inagaki; 幸彦稲垣; Koji Nishi; 幸治西; Toshihiro Nakajima; 敏博中島
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2008-01-24

Abstract

【課題】良好な基板面内の温度均一性が得られるとともに、高い昇温能力を得ることができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】熱処理プレート１１は、基板Ｗを支持して加熱処理を行う。加熱処理時には、カバー４０が熱処理プレート１１の上方を覆うとともに、窒素ガスの気流を基板Ｗの主面に流下させる。このとき、給気ポート４４から吐出された窒素ガスが一旦第１整流板６０によって干渉空間６３内にほぼ均一に充満された後、第２整流板６５の複数のパンチング穴６７から基板Ｗに向けて均一に流下される。供給された窒素ガスは周縁の流路４３から回収されて排気される。また、第２整流板６５の下面および熱処理プレート１１の上面に黒体化処理が施されているため、熱保持性が良好となり、昇温能力が高くなるとともに基板面内の温度均一性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱処理プレート上に半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等（以下、単に「基板」と称する）を支持するとともに、その上方をカバーにて覆いつつ熱処理を行う熱処理装置に関する。

半導体デバイスや液晶ディスプレイなどの製品は、上記基板に対して洗浄、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、層間絶縁膜の形成、熱処理、ダイシングなどの一連の諸処理を施すことにより製造されている。これらのうち熱処理は、例えばパターンの露光後、層間絶縁膜の材料であるＳＯＧ(Spin on glass)材の塗布後、或いはフォトレジストの塗布後に行われる処理であって、半導体製造のプロセスに必須の重要な処理工程である。

半導体ウェハ等の熱処理を行う熱処理装置としては、熱処理プレート上に基板を載置するとともに、その上方をカバーにて覆いつつ熱処理を行うタイプのものが多く使用されている（例えば、特許文献１参照）。このような熱処理装置においては、熱処理中の基板上に窒素ガス等の不活性ガスをパージするための整流板をカバーに組み込んでいるものが多い。

特開平９−１２０９３９号公報

ところで、近年のデザインルール高精度化の進展に伴って、基板の熱処理に対する温度精度の要求も益々厳しいものとなってきている。特に、上述したフォトレジスト塗布後の加熱処理は形成されるレジスト膜の膜厚および膜質に、また化学増幅型レジストを使用した場合における露光後加熱処理はパターンの線幅に直接影響を与えるため、基板面内の温度均一性の向上が強く求められている。

また、温度均一性に対する要求と同時に、基板を投入後に所定の処理温度に基板温度が到達するまでの時間短縮も望まれている。これは、迅速に所定の処理温度にプレート温度を復帰させることは、スループットの向上に繋がるとともに、基板熱処理に対する熱処理ユニット間差を低減させることにも繋がるからである。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、良好な基板面内の温度均一性が得られるとともに、高い昇温能力を得ることができる熱処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、熱処理プレートの上面に基板を支持して当該基板を加熱処理する熱処理装置において、加熱処理時に前記熱処理プレートの上方を覆うカバーと、加熱処理時に前記カバーと前記熱処理プレートとによって囲まれた空間に不活性ガスを供給するガス供給手段と、前記カバーに付設され、加熱処理時に前記ガス供給手段から供給された不活性ガスが前記熱処理プレート上の基板の主面に均一な流量にて流下するように整流する整流板と、を備え、前記整流板の下面を実質的に黒色としている。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記熱処理プレートの上面を実質的に黒色としている。

請求項１の発明によれば、熱処理プレート上の基板の主面に不活性ガスを均一な流量にて流下するように整流する整流板の下面を実質的に黒色としているため、加熱処理時の基板に均一な流量にて不活性ガスを供給しつつ整流板の熱保持性を高めることができ、良好な基板面内の温度均一性を得られるとともに、高い昇温能力を得ることができる。

また、請求項２の発明によれば、熱処理プレートの上面をも実質的に黒色としているため、熱処理プレートの熱保持性を高めることができ、より良好な基板面内の温度均一性を得られるとともに、高い昇温能力を得ることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る熱処理装置の概略構成を示す側断面図である。この熱処理装置１は、いわゆるヒートパイプ構造を採用することにより、熱容量を小さくして温度応答性を高めつつ温度分布の面内均一性を高めたものであり、中空構造の熱処理プレート１１を有する下部チャンバー１０と、上部チャンバーとして構成されたカバー４０とを備える。

熱処理プレート１１は、その上面に基板Ｗを載置して加熱処理するためのものであり、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の伝熱性が良好な金属を基材とする材料によって中空円筒状に形成されている。また、熱処理プレート１１の表面には、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の低伝熱部材から構成された複数個（例えば３個）のプロキシミティボール１５が配設されている。これらプロキシミティボール１５は、その上端が熱処理プレート１１の表面より微小量だけ突出する状態にて配設されており、基板Ｗを熱処理プレート１１のプロキシミティボール１５上に支持したときには、基板Ｗと熱処理プレート１１の表面との間にいわゆるプロキシミティギャップと称される微小間隔が形成される。

プロキシミティギャップの大きさとしては、基板Ｗを迅速かつ効率的に加熱するため、１０μｍ〜５００μｍとすることが好ましく、１０μｍ〜２００μｍとすることがより好ましい。但し、基板Ｗの種類や熱処理の態様によっては、このプロキシミティギャップの大きさを１０００μｍ程度としてもよい。また、プロキシミティボール１５を省略して基板Ｗを面接触の状態で熱処理プレート１１上に載置するようにしても良い。

熱処理プレート１１は内部に空洞を有する中空構造のため、昇温時に内部圧力が上昇することに対応して、縦方向の強度を補強するため複数本のリム１２が形成されている。そして、熱処理プレート１１の内部空間下方には作動液室１３が形成されている。この作動液室１３内には、作動液１６（例えば、水）が貯留されるとともに、作動液１６を加熱するためのヒータ１７が浸漬配設されている。

熱処理装置１においては、ヒートパイプ構造が実現されている。すなわち、ヒータ１７を作動させて作動液１６を加熱することにより、作動液１６が蒸発してその蒸気が熱処理プレート１１の内部空間を移動し、熱処理プレート１１の表面との間で凝縮潜熱の授受を行うことにより、熱処理プレート１１を加熱する。熱処理プレート１１との間で凝縮潜熱の授受を実行した作動液１６の蒸気は、液体の作動液１６に戻って作動液室１３に回収される。これを繰り返すことによって、熱処理プレート１１は、その表面の温度分布が均一となるように加熱される。

熱処理装置１における冷却構造としての冷却管１９は、熱処理プレート１１の内部空間のほぼ全域に配設されている。冷却管１９は、熱伝導性の材料（たとえば金属や合金）で形成されており、略水平にかつ熱処理プレート１１表面のほぼ全域に対向するように配設されている。

冷却管１９の一端は、供給配管２２を介して冷却媒体供給源２５と接続されている。供給配管２２の経路途中には開閉弁２６が介挿されている。また、冷却管１９の他端は図示しないドレインと接続されている。したがって、冷却媒体供給源２５から供給される冷却媒体は、開閉弁２６を開放することにより供給配管２２を介して冷却管１９に供給され、冷却管１９を介して載置プレート１１の内部空間と熱交換を行った後、図示しないドレインへと排出される。これにより、作動液室１３から蒸発した作動液１６の蒸気は冷却管１９によって冷却されることともなる。本実施形態の熱処理装置１においては、ヒータ１７の発熱量および冷却管１９への冷媒供給量を調整することによって熱処理プレート１１の加熱・冷却を制御している。

一方、カバー４０は、基板Ｗの加熱処理時に熱処理プレート１１の上方を覆うことによって、加熱効率を高めるとともに、塗布液等からの揮発物（或いは昇華物）が装置外部に拡散するのを防止するものである。カバー４０は、下部を開放した円筒形状を有しており、外郭部４１と内壁部４２とを重ね合わせた二重構造を有する。また、カバー４０は、内壁部４２の内側にさらに２つの整流板から構成される整流機構を備えている。また、カバー４０を熱処理プレート１１に対して昇降させるための昇降機構（図示省略）も設けられている。

カバー４０の外郭部４１の中央部上側には給排気ブロック４５が固設されている。給排気ブロック４５は、排気管４６を介して排気部４７と連通接続されている。排気管４６には、排気弁４８が介挿されている。排気部４７としては、例えば、装置内部に排気ポンプを設けるようにしても良いし、装置外部の工場排気ユーティリティを使用するようにしても良い。

また、カバー４０の二重構造においては、外郭部４１と内壁部４２との間に隙間が形成されており、その隙間がガス流路４３として機能する。ガス流路４３の一端は円環形状の開口として熱処理プレート１１の周辺部に対向しており、他端は給排気ブロック４５に連通している。従って、排気弁４８を開放することによって、ガス流路４３を介して熱処理プレート１１の周辺部に負圧を作用させることができ、カバー４０と熱処理プレート１１とによって囲まれる熱処理空間から雰囲気を排気することができる。

また、給排気ブロック４５の内部には給気ポート４４が設けられている。給気ポート４４の先端部は、カバー４０の円筒中心部に円筒軸方向に沿って設けられており、その気体吐出方向が鉛直方向下向きとなるように構成されている。給気ポート４４の基端部は、給気管４９を介してガス供給源５０と連通接続されている。給気管４９には給気弁５１が介挿されている。ガス供給源５０は、種々の処理ガス（例えば、窒素（Ｎ₂）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス、あるいは、酸素（０₂）ガス等）を供給することが可能であり、本実施形態では窒素ガスを供給する。

内壁部４２の内側には整流機構として第１整流板６０と第２整流板６５とが設けられている。図２は、カバー４０の上面から見た平面図である。なお、同図においては、便宜上給排気ブロック４５およびそれに連なる排気管４６、給気管４９を省略している。第１整流板６０は平坦な円板である。本実施形態の熱処理装置１は基板Ｗとしてφ３００ｍｍの半導体ウェハの熱処理を行うものであり、第１整流板６０の径は約４０ｍｍとすれば良い。また、本実施形態では、第１整流板６０は、例えば４本のボス６１によって内壁部４２の内側天井部の中央部分に留められている。第１整流板６０は、その中心部が給気ポート４４の吐出口と対向する位置に留められることとなる。なお、ボス６１は外郭部４１および内壁部４２の双方を貫通するものであっても良いし、内壁部４２に対してのみ第１整流板６０を留めるものであっても良い。

一方、第２整流板６５も平坦な円板である。本実施形態においては、薄い円筒状部材を複数のボス６６によって内壁部４２内側に固設しており、その円筒状部材の底面が第２整流板６５として機能する。当該円筒状部材と内壁部４２とによって囲まれる空間が干渉空間６３となり、第１整流板６０は干渉空間６３内に位置することとなる。本実施形態では、第２整流板６５の径は約３２０ｍｍとしている。

ここで、第１整流板６０はパンチング穴が全く形成されていない平板であるのに対して、第２整流板６５には多数のパンチング穴が穿設されている。図３は、第２整流板６５の平面図である。本実施形態においては、穴径１ｍｍのパンチング穴６７が３９６個穿設されている。複数のパンチング穴６７は、単位面積当たりの穴数（つまり、穴密度）が第２整流板６５の面内においてほぼ均一となるように設けられている。

給気弁５１を開放してガス供給源５０から給気ポート４４に窒素ガスを送給すると、その窒素ガスは給気ポート４４の先端開口部からカバー４０の内側に吐出される。このときに、給気ポート４４の先端部がカバー４０の円筒中心部に円筒軸方向に沿って設けられているため、窒素ガスはカバー４０の内側中心部にて鉛直方向下向きに吐出される。そして、第１整流板６０が内壁部４２の内側天井部の中央部分に留められているため、給気ポート４４から鉛直方向下向きに吐出された窒素ガスは第１整流板６０の中心部に衝突して第１整流板６０の径方向に沿った水平方向への流れへと向きを変えられ、第１整流板６０の周辺からほぼ均等に流れ出ることとなる。第１整流板６０から流れ出た窒素ガスは、干渉空間６３内にほぼ均一に充満し、第２整流板６５の多数のパンチング穴６７から熱処理プレート１１に向けて流れ出ることとなる。

本実施形態においては、給気ポート４４から吐出された窒素ガスが一旦第１整流板６０に当てられて干渉空間６３内にほぼ均一に充満するように構成されているため、第２整流板６５の複数のパンチング穴６７から熱処理プレート１１に向けて均一な流量にて流れ出ることとなる。その結果、加熱処理時には、基板Ｗの主面面内において均一となる流量の窒素ガス流が供給されることとなる。

また、本実施形態の熱処理装置１においては、図４に示すように、第２整流板６５の下面および熱処理プレート１１の上面に黒体化処理が施されている。黒体化処理の手法としては、第２整流板６５がアルミニウム製であるため、例えばアルマイト処理（陽極酸化処理）によって第２整流板６５の下面に黒アルマイトを形成するようにすればよい。また、第２整流板６５の材質によっては（例えば、ステンレスの場合）、デフリックコーティング（固体潤滑皮膜のコーティング）によって第２整流板６５の下面を黒体化するようにしても良い。

一方、熱処理プレート１１の上面については、本実施形態では黒体塗料を塗布することによって黒体化処理されている。また、熱処理プレート１１の上面に黒クロムメッキを施すことによって黒体化処理を行うようにしても良い。いずれの手法によっても、図４に示すように、第２整流板６５の下面および熱処理プレート１１の上面の全面が黒色とされる。

本実施形態の熱処理装置１において基板Ｗの加熱処理を行うときには、熱処理プレート１１の上面に基板Ｗを支持するとともに、カバー４０を下降させて第２整流板６５を基板Ｗに近接させる。このときには、カバー４０と熱処理プレート１１とによって囲まれる空間が実質的に密閉空間となる。そして、給気ポート４４から窒素ガスを供給してカバー４０と熱処理プレート１１とによって囲まれる密閉空間に窒素ガスを供給するとともに、ガス流路４３からの排気を行う。このときには、上述のように、給気ポート４４から吐出された窒素ガスが一旦第１整流板６０に当てられて干渉空間６３内にほぼ均一に充満されるため、第２整流板６５の複数のパンチング穴６７から基板Ｗに向けて面内の流量均一性の高い窒素ガス流が流下される。供給された窒素ガス流は基板Ｗの表面に沿って周縁部方向に流れ、ガス流路４３から回収されて排気される。このような窒素ガス流が形成された状態にて、熱処理プレート１１を所定温度まで昇温して基板Ｗを加熱する。

ここで、本実施形態では、第２整流板６５の下面および熱処理プレート１１の上面に黒体化処理が施されている。黒体化処理とは、反射率を低くして熱吸収率を高める処理である。従って、従来の白アルマイトや硬質アルマイトが形成されたもの（表面色は白色或いは銀色）と比較して熱処理プレート１１および第２整流板６５の熱保持性が良好となり、それらからの輻射熱によって基板Ｗの面内における温度のバラツキが安定して小さくなり、基板面内の温度均一性が向上することとなる。

また、例えば処理後の基板Ｗを取り出すときにはカバー４０を上昇させるので熱処理プレート１１および第２整流板６５の温度が低下することとなるが、それらの熱保持性が良好であるため、温度低下は最小限に抑制され、次の基板Ｗを加熱するときには熱処理プレート１１および第２整流板６５の温度が迅速に処理温度に回復する。このため、高い昇温能力を得ることができ、基板Ｗの加熱時間を短縮することができる。

また、本実施形態では、熱処理中に第２整流板６５の複数のパンチング穴６７から基板Ｗに向けて面内流量均一性の高い窒素ガス流が供給されており、これによっても基板Ｗ面内の温度均一性が向上することとなる。基板Ｗの主面に均一な流量にて窒素ガス流を流下させるとともに、第２整流板６５の下面および熱処理プレート１１の上面を黒体化処理することにより、これらが協働して基板Ｗ面内の温度均一性の向上に寄与することとなる。

露光後の基板Ｗの面内温度均一性が向上すれば、パターンの線幅が均一となる。また、フォトレジスト塗布後の基板Ｗの面内温度均一性が向上すれば、形成されたレジスト膜の膜厚および膜質が均一となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、第２整流板６５の下面に対して、熱処理プレート１１と同様に、黒体塗料を塗布するようにしても良いし、黒クロムメッキを施すようにしても良い。逆に、熱処理プレート１１の材質がアルミニウムであれば、その上面にアルマイト処理によって黒アルマイトを形成するようにしても良い。要するに、第２整流板６５の下面および熱処理プレート１１の上面を実質的に黒色とすることができる黒体化処理であれば公知の種々の技術を採用することが可能である。ここで、「実質的に黒色」とは、黒色に近い灰色をも含むものである。

また、上記実施形態においては、第２整流板６５の下面および熱処理プレート１１の上面の双方に黒体化処理を施していたが、第２整流板６５の下面のみに黒体化処理を行うようにしても良い。このようにしても、上記と同様の効果は得られるが、第２整流板６５の下面および熱処理プレート１１の上面の双方に黒体化処理を施した方がより確実に良好な基板面内の温度均一性が得られるとともに、高い昇温能力を得ることができる。

また、上記実施形態においては、第１整流板６０にはパンチング穴を形成していなかったが、第１整流板６０にも第２整流板６５と同様の穴径１ｍｍ程度の複数のパンチング孔を穿設するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、熱処理装置１をヒートパイプ構造を有するものとしていたが、これに限定されるものではなく、例えば熱処理装置１の熱処理プレート１１が抵抗発熱体によって基板Ｗを加熱するタイプであっても本発明に係る技術を適用することができる。

また、供給する不活性ガスとしては、窒素ガスに限らず、アルゴンやヘリウム等の他の不活性ガスを供給するようにしてもよい。もっとも、コストの観点からは、窒素ガスを使用するのが好ましい。

また、本発明に係る熱処理装置によって加熱対象となる基板は半導体ウェハに限定されるものではなく、液晶ガラス基板であっても良い。

本発明に係る熱処理装置の概略構成を示す側断面図である。カバーの上面から見た平面図である。第２整流板の平面図である。黒体化処理された第２整流板および熱処理プレートを示す図である。

符号の説明

１熱処理装置
１１熱処理プレート
４０カバー
４４給気ポート
４５給排気ブロック
６０第１整流板
６５第２整流板
Ｗ基板

Claims

熱処理プレートの上面に基板を支持して当該基板を加熱処理する熱処理装置であって、
加熱処理時に前記熱処理プレートの上方を覆うカバーと、
加熱処理時に前記カバーと前記熱処理プレートとによって囲まれた空間に不活性ガスを供給するガス供給手段と、
前記カバーに付設され、加熱処理時に前記ガス供給手段から供給された不活性ガスが前記熱処理プレート上の基板の主面に均一な流量にて流下するように整流する整流板と、
を備え、
前記整流板の下面を実質的に黒色とすることを特徴とする熱処理装置。
請求項１記載の熱処理装置において、
前記熱処理プレートの上面を実質的に黒色とすることを特徴とする熱処理装置。