JP2008016765A

JP2008016765A - 熱処理装置

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Publication number: JP2008016765A
Application number: JP2006189158A
Authority: JP
Inventors: Koji Nishi; 幸治西; Yukihiko Inagaki; 幸彦稲垣; 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】熱処理中の基板の主面に均一にガス流を流下させ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。カバー４０には分散板６０およびパンチング板６５が付設されている。分散板６０はガス供給口５２からバッファ空間６３に流入して鉛直方向に沿ってパンチング板６５に向けて流下する窒素ガス流を遮断する位置に配設されており、ガス供給口５２から供給された窒素ガスは分散板６０に衝突してバッファ空間６３内に分散されることとなる。その結果、分散板６０によって分散された窒素ガスは、バッファ空間６３内にほぼ均一に充満し、パンチング板６５の多数の吐出孔６７から熱処理プレート１１に向けて均一な流速・流量で流れ出ることとなる。
【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。整流板は、多数のガス吐出孔が穿設された平板であり、ガス供給口から供給されたガス流をなるべく均一に分散させて熱処理中の基板に流下させる役割を果たす。

特開平９−１２０９３９号公報

整流板を使用することによって、ガス流はある程度分散されるものの、基板に当たるガス流がガス供給口の直下では比較的強くガス供給口から遠くなるほど弱くなるという傾向がなおも生じていた。熱処理中の基板の面内において、ガス流の当たり方に強弱があると、面内温度均一性が損なわれる。レジスト等の塗布後の熱処理の温度均一性が損なわれると塗布膜の膜厚にムラが生じ、また露光後の熱処理の温度均一性が損なわれるとパターンの線幅が不均一になるという問題が生じることとなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱処理中の基板の主面に均一にガス流を流下させ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、前記カバーとの間にバッファ空間を形成するように前記カバーに付設され、前記熱処理プレートと対向する面に複数の吐出孔が穿設されたパンチング板と、前記バッファ空間に連通するように前記カバーに形設されたガス供給口を介して前記バッファ空間に所定のガスを供給するガス供給手段と、前記バッファ空間内に配設され、前記ガス供給口から供給された前記所定のガスを前記バッファ空間内に分散させる分散板と、を備えることを特徴とする。

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、前記ガス供給口は、前記カバーの上部中心部に形設され、前記分散板は、前記ガス供給口から前記バッファ空間に流入して略鉛直方向に沿って流下するガス流を遮断する位置に配設されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ガス供給口から供給された所定のガスを分散板によってバッファ空間内に分散させるため、バッファ空間内にガスがほぼ均一に充満し、パンチング板の複数の吐出孔から熱処理プレートに向けて均一な流速・流量で流れ出ることとなり、熱処理中の基板の主面に均一にガス流を流下させることができる。

また、請求項２の発明によれば、分散板がガス供給口からバッファ空間に流入して略鉛直方向に沿って流下するガス流を遮断する位置に配設されるため、バッファ空間内にガスをより均一に分散させることができる。

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わたって配設されている。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全体は、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の内壁部４２の上部中心部に連通接続されてガス供給口５２を形成している。給気ポート４４の先端部近傍は、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を構成する２つの整流板として分散板６０とパンチング板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。分散板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、分散板６０の径は約４０ｍｍとすれば良い。また、本実施形態では、分散板６０は、複数（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。分散板６０は、その中心部がガス供給口５２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に対してのみ分散板６０を留めるものであっても良い。

一方、パンチング板６５は薄い円筒状部材である。本実施形態においては、パンチング板６５を複数（例えば１２本）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（熱処理プレート１１と対向する面）に複数の吐出孔６７が穿設されている。パンチング板６５とカバー４０の内壁部４２とによって囲まれる空間がバッファ空間６３となり、ガス供給口５２はバッファ空間６３に連通するとともに、分散板６０はバッファ空間６３内に配設される。本実施形態では、パンチング板６５の径を約３２０ｍｍとしている。

ここで、分散板６０は孔が全く形成されていない平板であるのに対して、パンチング板６５には多数の吐出孔６７が穿設されている。図３は、パンチング板６５の平面図である。本実施形態においては、穴径１ｍｍの吐出孔６７が３９６個穿設されている。複数の吐出孔６７は、単位面積当たりの孔数（つまり、孔密度）がパンチング板６５の底面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のガス供給口５２からバッファ空間６３内に吐出される。このときに、給気ポート４４の先端部近傍がカバー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、分散板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、ガス供給口５２から鉛直方向下向きに吐出された窒素ガスは分散板６０の中心部に衝突して分散板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、分散板６０の周辺からほぼ均等に流れ出ることとなる。すなわち、分散板６０はガス供給口５２からバッファ空間６３に流入して鉛直方向に沿ってパンチング板６５に向けて流下する窒素ガス流を遮断する位置に配設されており、ガス供給口５２から供給された窒素ガスはパンチング板６５に到達する前に分散板６０に衝突してバッファ空間６３内に分散されることとなる。その結果、分散板６０によって分散された窒素ガスは、バッファ空間６３内にほぼ均一に充満し、パンチング板６５の多数の吐出孔６７のそれぞれから熱処理プレート１１に向けてほぼ等しい流速・流量で流れ出ることとなる。

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を下降させてパンチング板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熱処理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、ガス供給口５２から吐出された窒素ガスが一旦分散板６０に当てられてバッファ空間６３内にほぼ均一に充満されるため、パンチング板６５の複数の吐出孔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部４７に排気される。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。

従来のように、分散板６０を配置することなく窒素ガス供給を行うとガス供給口５２の直下近傍のガス流が強くなる傾向が生じていたのであるが、本実施形態の熱処理装置１では、分散板６０を配設することによって熱処理中にパンチング板６５の複数の吐出孔６７から基板Ｗの主面に向けて均一に窒素ガス流を流下させているため、基板Ｗ面内の温度ムラが抑制されて温度均一性が向上することとなる。本実施形態の熱処理装置１をパターン露光後の熱処理ユニット(Post Exposure Bake)として使用すれば、露光後ベーク処理時の基板Ｗの面内温度均一性が向上することとなり、パターンの線幅均一性も向上する。また、熱処理装置１をフォトレジスト塗布後の熱処理ユニット(Post Applied Bake)として使用すれば、レジスト膜焼成時の基板Ｗの面内温度均一性が向上することとなり、形成されたレジスト膜の膜厚および膜質の面内均一性も向上する。

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、上記実施形態においては、分散板６０をφ４０ｍｍの円板としていたが、分散板６０のサイズおよび形状は処理対象となる基板Ｗの大きさやパンチング板６５の形状に応じて適宜変更可能である。

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（例えば、マイカヒータ等）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、ガス供給源５０が供給するガスとしては、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。パンチング板の平面図である。

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
５０ガス供給源
５２ガス供給口
６０分散板
６３バッファ空間
６５パンチング板
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、
前記カバーとの間にバッファ空間を形成するように前記カバーに付設され、前記熱処理プレートと対向する面に複数の吐出孔が穿設されたパンチング板と、
前記バッファ空間に連通するように前記カバーに形設されたガス供給口を介して前記バッファ空間に所定のガスを供給するガス供給手段と、
前記バッファ空間内に配設され、前記ガス供給口から供給された前記所定のガスを前記バッファ空間内に分散させる分散板と、
を備え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、
前記ガス供給口は、前記カバーの上部中心部に形設され、
前記分散板は、前記ガス供給口から前記バッファ空間に流入して略鉛直方向に沿って流下するガス流を遮断する位置に配設されることを特徴とする熱処理装置。