JP3609179B2 - 基板の熱処理方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置(LCD)用或いはフォトマスク用のガラス基板などの基板の表面に、例えばSOG(spin on glass)材やドーパント材やレジストなどの塗布液を塗布した後において、基板をホットプレート上に載置して熱処理する方法、並びに、その方法を実施するのに使用される基板の熱処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体ウエハ等の基板の表面にSOG材やドーパント材などの塗布液を塗布した後、その基板を熱処理して、基板表面にSOG膜やドーパント膜、レジスト膜などの被膜を形成する場合、基板の熱処理には、ホットプレートを備えた熱処理装置が使用されている。この熱処理装置では、図6に模式図を示すように、表面に塗布液が塗布された基板Wをホットプレート1上に直接(或いは間隔を設けて)載置し、基板Wの表面に塗布された塗布液から蒸発した溶剤蒸気が周囲へ拡散しないように、図示しない排気手段によりホットプレート1の周囲から下方へ、例えば−5mmH2O程度の排気圧で排気しながら、ホットプレート1により基板Wを加熱するようにしている。また、ホットプレート1の周囲から下方へ排気するだけであると、排気の影響により、基板Wの周縁部において基板W上の被膜に膜厚異常が起こる、といったことが知られている。そこで、そのような被膜の膜厚異常を防止するために、ホットプレート1の上方に、それを覆ってホットプレート1との間に処理空間が形成されるようにフード2を配設し、そのフード2の内部へパージ用不活性ガス、例えば窒素ガスを供給し、フード2から下向きに排気量に見合った量の窒素ガス、例えば10 l/min程度の量の窒素ガスを供給し、その窒素ガスを基板Wの表面に塗布された塗布液から蒸発した溶剤蒸気と共にホットプレート1の周囲から下方へ排気しながら、基板Wの熱処理を行なうようにしている。
【0003】
ホットプレート1上の基板Wに向かって下向きに窒素ガスを供給するフード2は、複数個のガス吹出し孔4が穿設された底板3と、この底板3の上方にそれと平行に配置され複数個の透孔6が穿設された上板5とで内部が2室に仕切られ、窒素ガス供給源から供給された窒素ガスをガス導入室7内へ導入し、ガス導入室7へ導入された窒素ガスを、上板5に穿設された複数個の透孔6を通して整流室8内へ流入させ、整流室8内から底板3に穿設された複数個のガス吹出し孔4を通して窒素ガスを下向きに吹き出すような構成となっている。そして、従来のフード2では、上板5に穿設された各透孔6と底板3に穿設された各ガス吹出し孔4とがそれぞれ互いに対応するように配置されていて、底板3のガス吹出し孔4から窒素ガスが水平方向において一様に吹き出され、基板Wの全面に均一に窒素ガスが供給されるようになっていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の基板処理装置では、基板Wの全面に対して均一に窒素ガスが供給されホットプレート1の周囲から下方へ排気されるため、図6に示したような気流を生じるが、フード2の底板3の各ガス吹出し孔4から吹き出された窒素ガスが基板Wに直接当たる各位置にそれぞれ局所的な温度低下や雰囲気変化を生じる。この結果、基板Wの中央部の、各ガス吹出し孔4から吹き出された窒素ガスが直接当たった複数位置でスポット的に膜厚が変化し、処理むらを生じることがあった。尚、フード2から下向きに供給されるパージ用窒素ガスの流量を少なくすると、基板Wの中央部に集中的に発生していた前記処理むらは生じなくなるが、ホットプレート1の周囲からの排気量に比べてパージ用窒素ガスの供給量が少なくなるために、排気の影響が現れて、基板Wの周縁部に被膜の膜厚異常が起こることとなる。
【0005】
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、基板をホットプレート上に載置してホットプレートの周囲から排気するとともにホットプレートの上方から下向きにパージ用不活性ガスを供給しながら基板の熱処理を行なう場合に、パージ用不活性ガスの供給に起因して従来基板の中央部に生じていた処理むらの発生を防止し、その際、排気の影響によって基板の周縁部に被膜の膜厚異常といったことも起こらないようにして、基板の処理品質の向上を図ることができる基板の熱処理方法を提供すること、並びに、その方法を実施するのに使用される基板の熱処理装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、基板をホットプレート上に直接もしくは間隔を設けて載置し、ホットプレートの周囲から下方へ排気するとともに、ホットプレートの上方から下向きに不活性ガスを供給しながら、ホットプレートによって基板を加熱して熱処理する場合に、前記ホットプレート上の基板の表面へ流下する不活性ガスの流速が小さくなり、基板表面外における基板の周辺へ流下する不活性ガスの流速が大きくなるように、ホットプレートの上方から下向きに供給される不活性ガスの流速を位置によって変化させるとともに、基板表面外における基板の周辺へ流下する不活性ガスの流量を、ホットプレートの周囲から下方への排気がホットプレート上の基板の周縁部の雰囲気に影響を及ぼさないように大きくすることを特徴とする。
【0007】
請求項2に係る発明は、基板を直接もしくは間隔を設けて載置し基板を加熱するホットプレートと、このホットプレートの上方を覆うように配設されてホットプレートとの間に処理空間を形成し、底板によって仕切られたガス通路が内部に形成され、前記底板に複数個のガス吹出し孔が穿設されたフードと、このフードの前記ガス通路内へ不活性ガスを供給するガス供給用配管と、前記ホットプレートの周囲から下方へ排気する排気手段とを備えた基板の熱処理装置において、前記フードの底板の複数個のガス吹出し孔から下向きに供給される不活性ガスの流速を、前記ホットプレート上の基板の表面へ流下する不活性ガスにおいて小さく、基板表面外における基板の周辺へ流下する不活性ガスにおいて大きくなるように調整する流速分配手段を設け、基板表面外における基板の周辺へ流下する不活性ガスの流量を、前記排気手段によるホットプレートの周囲から下方への排気がホットプレート上の基板の周縁部の雰囲気に影響を及ぼさないように大きく設定したことを特徴とする。
【0008】
請求項3に係る発明は、請求項2に係る発明の熱処理装置において、上記フードの底板の上方に、底板と平行に上板を配設して、その上板に複数個の透孔を散在させて穿設し、底板に穿設される複数個のガス吹出し孔を、周縁領域において前記透孔と平面視で一致させ、それより内側の領域において透孔と平面視で不一致となるように配置することにより、上記流速分配手段を構成した。
【0009】
請求項1に係る発明の熱処理方法では、ホットプレート上の基板の表面へ流下する不活性ガスの流速が小さくなるようにされているので、不活性ガスは、緩やかに基板の表面に向かって流れた後、基板の表面から発生した溶剤蒸気と共に基板の周辺へと流れる。このため、基板面において従来のような局所的な温度低下や雰囲気変化を生じることがない。一方、基板表面外における基板の周辺へ流下する不活性ガスの流速が大きくなるようにされ、その流量を大きくされており、基板の周辺へ流下した不活性ガスは、ホットプレートの周囲から下方への排気流に乗ってそのまま排気される。このように、基板の周辺への不活性ガスの供給量が多くなるようにされているため、ホットプレート上の基板の周縁部の雰囲気が、ホットプレートの周囲からの排気による影響を受けることはなく、排気の影響によって基板の周縁部に被膜の膜厚異常が起こる、といった心配が無くなる。尚、基板の周辺だけに不活性ガスを下向きに供給し、基板の表面へは不活性ガスを流下させないようにすると、基板面における局所的な温度低下や雰囲気変化を生じることがなくなるが、基板の表面から発生した溶剤蒸気を基板の周囲から排出することができなくなり、膜品質に対し悪影響を及ぼすことになる。
【0010】
請求項2に係る発明の熱処理装置では、ガス供給手段によりフードのガス通路内へ不活性ガスが供給され、その不活性ガスは、フードの底板に穿設された複数個のガス吹出し孔から下向きに供給される。このとき、流速分配手段により、ホットプレート上の基板の表面へ流下する不活性ガスの流速が小さく、基板表面外における基板の周辺へ流下する不活性ガスの流速が大きくなるように調整されている。このように、ホットプレート上の基板の表面へ流下する不活性ガスの流速が小さくなるように調整されているので、不活性ガスは、緩やかに基板の表面に向かって流れた後基板の周辺へと流れる。このため、基板面において従来の装置におけるような局所的な温度低下や雰囲気変化を生じることがない。一方、基板の周辺へ流下する不活性ガスの流速が大きくなるように調整され、その流量が大きくなるように設定されているので、排気手段によるホットプレートの周囲からの下方への排気が、ホットプレート上の基板の周縁部の雰囲気に影響を及ぼすことがなく、排気の影響によって基板の周縁部に被膜の膜厚異常が起こることがない。
【0011】
請求項3に記載された構成の流速分配手段では、底板の周縁領域においてガス吹出し孔が上板の透孔と平面視で一致しているので、フード内において上板の透孔を通って流下した不活性ガスは、流速を減じることなくそのまま底板のガス吹出し孔から下向きに吹き出される。一方、底板の前記周縁領域より内側の領域においてガス吹出し孔は上板の透孔と平面視で不一致となっているので、フード内において上板の透孔を通って流下した不活性ガスは、底板の上面に当たって流速を減じ、迂回して底板のガス吹出し孔から小さな流速で下向きに吹き出される。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の最良の実施形態について図1ないし図5を参照しながら説明する。
【0012】
図1は、この発明に係る基板の熱処理方法を実施するのに使用される装置の概略構成の1例を示す模式図である。この熱処理装置は、表面に塗布液、例えばSOG材が塗布された基板Wを直接もしくは間隔を設けて載置するホットプレート10の上方に、それを覆うようにフード12を配設して構成されており、フード12とホットプレート10との間に処理空間が形成される。フード12の内部は、互いに平行に配設された底板14と上板18とによってガス導入室22と流速分配室24との2つ室に仕切られており、底板14には複数個のガス吹出し孔16が穿設され、上板18には複数個の透孔20が穿設されている。また、ホットプレート10の周囲は、図示しない排気手段により、例えば−5mmH2O程度の排気圧で下方へ排気されており、基板Wの加熱処理に伴って基板表面から発生する溶剤蒸気を周囲へ漏出させることなく処理空間から排出するようにしている。
【0013】
フード12は、パージ用不活性ガス、例えば窒素ガスの供給源に流路接続されており、窒素ガス供給源からフード12へは、ホットプレート10の周囲からの排気量に見合った量、例えば10 l/min程度の量の窒素ガスが供給され、窒素ガス供給源から供給される窒素ガスは、まずガス導入室22内へ導入される。そして、ガス導入室22内へ導入された窒素ガスは、上板18に穿設された複数個の透孔20を通って流速分配室24内へ流入し、流速分配室24内へ流入した窒素ガスは、底板14に穿設された複数個のガス吹出し孔16を通って下向きに吹き出すようになっている。この場合、このフード12では、その周縁部において、上板18に穿設された各透孔20と底板14に穿設された各ガス吹出し孔16とが平面視で一致するように、すなわちそれぞれ同一鉛直線上に透孔20とガス吹出し孔16とが位置するように配置されている。一方、フード12の前記周縁部より内側の部分において、上板18の各透孔20と底板14の各ガス吹出し孔16とが平面視で不一致となるように、すなわち透孔20の位置とガス吹出し孔16の位置とが鉛直方向においてずれるように配置されている。
【0014】
フード12の具体的構成例を図2ないし図4に示す。図2は、フード12の縦断面図、図3は図2のIII−III線矢視断面図、図4は図2のIV−IV線矢視平面図である。
【0015】
このフード12は、平面形状が矩形状をなし下面が開口した扁平容器状の下部筐体26の上面側に、平面形状が円形状をなし密閉された扁平容器状の上部筐体28を、リング状のスペーサ板30を介在させて固着することにより構成されている。このフード12において、下部筐体26の上面板が図1における底板14をなし、その底板14に複数個のガス吹出し孔16が穿設されており、上部筐体28の下面板が図1における上板18をなし、その上板18に複数個の透孔20が穿設されている。また、上部筐体28には、窒素ガス供給源に流路接続されるガス導入管32が設けられており、上部筐体28の内部空間が図1におけるガス導入室22をなす。尚、ガス導入管32が、本願の請求項2でいうところのガス供給用配管に相当する。上部筐体28の下面板の周縁部及び下部筐体26の上面とスペーサ板30とは、それぞれ気密に接合されており、上部筐体28の下面板と下部筐体26の上面板との間の隙間空間が図1における流速分配室24をなす。
【0016】
上板18に穿設された透孔20は、図3に示すように、上板18の周縁部に円周方向に一列に小さな間隔で多数個配置されるとともに、その周縁部より内側には大きな間隔で散在して複数個配置されている。また、底板14に穿設されたガス吹出し孔16は、図4に示すように、上板18の周縁部の円周方向に多数個配置された透孔20aの直下位置に透孔20aと同数配置されるとともに、その円周方向に一列に配置されたガス吹出し孔16aの内側には、透孔20bの1/4の個数のガス吹出し孔16bが大きな間隔で散在しかつ互いに隣接する4個の透孔20bの対角線の交点位置に対応する位置に配置されている。
【0017】
図2ないし図4に示したフード12において、ガス導入管32を通してガス導入室22内へ窒素ガスを供給すると、ガス導入室22内へ導入された窒素ガスは、上板18の透孔20を通り流速分配室24を通過して底板14のガス吹出し孔16から下向きに吹き出すが、上板18の周縁部の透孔20aを通って流下した窒素ガスは、流速を減じることなくそのまま底板14のガス吹出し孔16aから大きな流速で吹き出し、一方、上板18の周縁部の内側の透孔20bを通って流下した窒素ガスは、底板14の上面に当たって流速を減じ、迂回して底板14のガス吹出し孔16bから小さな流速で吹き出す。また、底板14には、図4に示すように、周縁付近の円周方向に多数個のガス吹出し孔16aが穿設され、一方、その一列に並んだガス吹出し孔16aの内側の領域には、少ない個数のガス吹出し孔16bしか穿設されていないので、フード12の周縁部から下向きに供給される窒素ガスの流量は、フード12の周縁部より内側の部分から下向きに供給される窒素ガスの流量に比べて大きくなる。従って、このフード12からは、基板Wの周辺へ大きな流速で大きな流量の窒素ガスが供給され、基板Wの表面に向かっては小さな流速で小さな流量の窒素ガスが流下することとなる。そして、基板Wの周辺へ流下した窒素ガスは、ホットプレート10の周囲から下方への排気流に乗ってそのまま排気され、基板Wの周辺に基板Wを取り囲むようにエアーカーテンを形成する。一方、基板Wの表面へ流下した窒素ガスは、基板Wの表面に塗布されたSOG材から蒸発した溶剤蒸気と共に基板Wの周辺へ緩やかに流れ、ホットプレート10の周囲から下方へ排気される。
【0018】
尚、基板Wの周辺へ流下する窒素ガスの流速を大きくし基板Wの表面へ流下する窒素ガスの流速を小さくする手段としては、図1ないし図4に示したような構成のフード12を使用する以外にも種々の構成を採り得る。例えば、図5に示すように、図2ないし図4に示した底板14のようにガス吹出し孔38が穿設された底板36を有するフード34の内部を、周縁室40とそれより内側の内方室42とに仕切るとともに、窒素ガス供給源に接続されたガス供給配管を、周縁室40に連通するガス導入配管46と内方室42に連通するガス導入配管48とに分岐させて、ガス導入管48にバルブ50を介挿し、周縁室40内への窒素ガス供給量を内方室42内への窒素ガス供給量よりも大きくするような構成としてもよい。
【0019】
【発明の効果】
請求項1に係る発明の方法により、基板をホットプレート上に載置してホットプレートの周囲から下向きに排気するとともにホットプレートの上方から下向きにパージ用不活性ガスを供給しながら基板を熱処理するようにしたときは、基板面において局所的な温度低下や雰囲気変化を生じることがなくなるので、基板表面へのパージ用ガスの供給に起因して従来基板の中央部に生じていたような処理むらの発生がなくなるとともに、基板の周縁部が排気の影響を受けることもないので、排気の影響によって基板の周縁部にSOG膜等の被膜の膜厚異常が起こる、といったことも防止される。この結果、基板の熱処理品質の向上が図られる。
【0020】
請求項2に係る発明の熱処理装置を使用すれば、請求項1に係る発明の方法を好適に実施して、上記効果を奏することができる。
【0021】
請求項3に記載された構成の流速分配手段を使用すれば、ホットプレート上に載置された基板の周辺へ流下する不活性ガスの流速を大きくし、基板の表面へ流下する不活性ガスの流速を小さくすることができ、請求項1に係る発明の上記効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る基板の熱処理方法を実施するのに使用される熱処理装置の概略構成の1例を示す模式図である。
【図2】図1に示した熱処理装置のフードの具体的構成例を示す縦断面図である。
【図3】図2のIII−III線矢視断面図である。
【図4】図2のIV−IV線矢視平面図である。
【図5】図1とは異なる熱処理装置の概略構成例を示す模式図である。
【図6】従来の熱処理装置の概略構成の1例を示す模式図である。
【符号の説明】
10 ホットプレート
12、34 フード
14、36 底板
16、38 ガス吹出し孔
18 上板
20 透孔
22 ガス導入室
24 流速分配室
40 周縁室
42 内方室
46、48 ガス導入配管
50 バルブ
W 基板
Claims (3)
- 基板をホットプレート上に直接もしくは間隔を設けて載置し、ホットプレートの周囲から下方へ排気するとともに、ホットプレートの上方から下向きに不活性ガスを供給しながら、ホットプレートによって基板を加熱する基板の熱処理方法において、
前記ホットプレートの上方から下向きに供給される不活性ガスの流速を位置によって変化させ、ホットプレート上の基板の表面へ流下する不活性ガスの流速を小さくし、かつ、基板表面外における基板の周辺へ流下する不活性ガスの流速を大きくするとともに、基板表面外における基板の周辺へ流下する不活性ガスの流量を、ホットプレートの周囲から下方への排気がホットプレート上の基板の周縁部の雰囲気に影響を及ぼさないように大きくすることを特徴とする基板の熱処理方法。 - 基板を直接もしくは間隔を設けて載置し基板を加熱するホットプレートと、
このホットプレートの上方を覆うように配設されてホットプレートとの間に処理空間を形成し、底板によって仕切られたガス通路が内部に形成され、前記底板に複数個のガス吹出し孔が穿設されたフードと、
このフードの前記ガス通路内へ不活性ガスを供給するガス供給用配管と、
前記ホットプレートの周囲から下方へ排気する排気手段とを備えた基板の熱処理装置において、
前記フードの底板の複数個のガス吹出し孔から下向きに供給される不活性ガスの流速を、前記ホットプレート上の基板の表面へ流下する不活性ガスにおいて小さく、基板表面外における基板の周辺へ流下する不活性ガスにおいて大きくなるように調整する流速分配手段を設け、基板表面外における基板の周辺へ流下する不活性ガスの流量を、前記排気手段によるホットプレートの周囲から下方への排気がホットプレート上の基板の周縁部の雰囲気に影響を及ぼさないように大きく設定したことを特徴とする基板の熱処理装置。 - 流速分配手段が、
フードの底板の上方に、底板と平行に上板を配設して、その上板に複数個の透孔を散在させて穿設し、底板に穿設される複数個のガス吹出し孔を、周縁領域において前記透孔と平面視で一致させ、それより内側の領域において透孔と平面視で不一致となるように配置して構成された請求項2記載の基板の熱処理装置。
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