JP3977275B2

JP3977275B2 - Heat treatment equipment

Info

Publication number: JP3977275B2
Application number: JP2003099170A
Authority: JP
Inventors: 敏広山下
Original assignee: 株式会社アドバンスト・ディスプレイ
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2023-04-02
Also published as: JP2004311501A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理装置に係り、より詳しくは、ＴＦＴアレイ基板などの被処理基板を加熱する熱処理装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液晶ディスプレイに用いられるＴＦＴアレイ基板などの半導体基板は、写真製版（フォトリソグラフィ）により形成される。この写真製版のプロセスは、次の各工程からなる。金属が蒸着された半導体基板に対し、基板の主面を洗浄する洗浄工程、紫外線で感光するレジストを所望の膜厚で塗布するレジストコート工程、塗布されたレジストを硬化させるために高温にて焼くプリベーク工程、マスクを載せて紫外線を照射する露光工程、現像液を用いてレジストの軟化部分を除去する現像工程、そして、パターニングされたレジストを焼き締めるポストベーク工程である。
【０００３】
レジストの線幅精度に大きく影響するという観点では、これらの製版工程のうち、露光感度を左右するプリベーク工程が特に重要である。このプリベーク工程は、熱処理装置内で行われる。
【０００４】
図１０は、従来の熱処理装置の一例を示した断面図である。この熱処理装置５０は、液晶ディスプレイなどの製造装置における熱処理ユニットであり、半導体基板１００の加熱処理を行っている。
【０００５】
熱処理装置５０は、支持部材３、カバー４、プロキシミティピン６、加熱プレート５１、ヒータ５２、温度センサ５３により構成される。支持部材３は、加熱プレート５１を水平に支持するためのものであり、この支持部材３により加熱プレート５１が水平な状態で固定される。カバー４は、半導体基板１００の加熱処理が行われる被処理領域５を外気から隔離するための容器であり、このカバー４により被処理領域５が外部と断熱される。
【０００６】
プロキシミティピン６は、半導体基板１００と加熱プレート５１との間に間隙（０．２ｍｍ程度）を設けるための支柱であり、加熱プレート５１の半導体基板１００に対向する面上に多数配置されている。このプロキシミティピン６を介して、半導体基板１００が加熱プレート５１上に水平に載置される。
【０００７】
加熱プレート５１は、半導体基板１００を加熱するホットプレートもしくはオーブンプレートであり、熱源としてヒータ５２が埋設されている。ヒータ５２は、一様に張り巡らされた電熱線などの発熱体であり、加熱プレート５１の半導体基板１００と対向する領域を加熱する。また、加熱プレート５１の中央部には、基板対向面の温度を検出する温度センサ５３が設けられている。温度センサ５３は、熱電対などからなり、この温度センサ５３により検出された温度に基づいて、加熱プレート５１の温度制御が行われる。
【０００８】
半導体基板１００に形成されるレジストパターンにおけるレジストの断面形状は、写真製版後のエッチングを高精度に行うために、基板面内において均一であることが求められる。そのためには、半導体基板１００全体を均一な温度で加熱処理する必要がある。しかし、上述した従来の熱処理装置５０などでは、加熱プレート５１の中央部と端部との間で温度差が生じるため、基板全体を均一な温度で処理することが容易ではなかった。
【０００９】
基板全体を均一な温度で加熱処理することができない場合、基板面の中央部と端部とでレジストの断面形状に差が生じてしまう。このため、エッチング後のレジストの断面形状を所望のものとするために、製版工程の終了後に再度、ベーク処理を行う必要があった。ここでいうベーク処理とは、ポストベーク工程後に行われる基板の加熱処理のことであり、高温で行われるホットプレート方式のポストベーク処理に対し、相対的に低温で行われ、処理速度の遅いコンベクション方式のものである。
【００１０】
図１１は、従来の熱処理装置により加熱処理された半導体基板の一例を示した要部断面図であり、図１１（ａ）は、基板面の中央部に形成されたレジストの断面形状を表し、図１１（ｂ）は、基板面の端部に形成されたレジストの断面形状を表している。写真製版された半導体基板１００において、基板面の中央部に形成されたレジストＡは、エッジ部Ａ１，Ａ２の断面形状がなだらかであり、緩やかな傾斜角を有している。一方、基板面の端部に形成されたレジストＢのエッジ部Ｂ１，Ｂ２の断面形状は、垂直に近い傾斜角を有している。
【００１１】
相対的に高温で処理されたレジストは、内部の溶剤が蒸発することにより収縮するので、レジストＡのようになる。一方、相対的に低温で処理されたレジストは、あまり収縮せずにレジストＢのようになる。このことから、基板面の中央部と比較して、基板面の端部が低い温度で処理されたことがわかる。
【００１２】
図１２は、従来の熱処理装置において加熱処理される半導体基板の一例を示した説明図である。加熱プレート５１に載置される半導体基板１００は、プロキシミティピン６により支持されている。このため、半導体基板１００に反りがある場合には、基板面の中央部及び端部で加熱プレート５１との間隙（ギャップ）に差が生じてしまう。例えば、基板の重みもしくは加熱などにより、基板面の中央部が加熱プレート５１側に向かって反った場合、中央部のギャップが端部のギャップに比べて小さくなり、基板中央部が加熱プレート５１に近づくことになる。
【００１３】
この様な場合では、たとえ加熱プレート５１を均一に加熱できたとしても、半導体基板１００の中央部と端部とでギャップに差があるので、基板全体を均一な温度にすることが困難であった。
【００１４】
従来の熱処理装置の他の例としては、特許文献１〜３に記載のものがある。これらに記載された熱処理装置は、加熱プレートに複数の直線状もしくはリング状の発熱体を設けることにより、加熱プレートを均一に加熱するものである。従って、上述した様に、半導体基板の中央部及び端部で加熱プレートとのギャップに差が生じる場合に、基板全体を均一な温度で処理できるものではない。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００１−２３７１５６号公報
【特許文献２】
特開２００１−２３７１５７号公報
【特許文献３】
特開２００１−２３７１７１号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被処理基板の加熱を均一化することができる熱処理装置を提供することを目的としている。また、本発明は、被処理基板に形成されるレジストの断面形状を基板面内において均一化することができる熱処理装置を提供することを目的としている。
【００１７】
また、本発明は、写真製版後の低温でのベーク処理を削減することができる熱処理装置を提供することを目的としている。また、本発明は、加熱プレートの中央部及び端部を異なる温度で加熱することができる熱処理装置を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による熱処理装置は、被処理基板を載置し、この被処理基板を加熱する加熱プレートと、上記加熱プレート内に設けられ、被処理基板と対向するプレート面の温度を検出する２以上の温度センサと、検出された各温度に基づいて、上記加熱プレートの温度制御を行う加熱制御手段とを備え、上記加熱プレートが、第１のプレートと、この第１のプレートを内包し、プレートの一部を第１のプレートにオーバーラップさせて配置される環状の第２のプレートとからなり、上記温度センサが、上記第１のプレート及び上記第２のプレートにそれぞれ配置され、上記第１のプレートが、第２のプレートより下げて配置されるように構成される。
【００１９】
この様な構成によれば、第１及び第２のプレートを互いに異なる温度で加熱制御することができる。つまり、加熱プレートの中央部及び端部を互いに異なる温度で加熱することができる。従って、被処理基板の中央部及び端部で加熱プレートとのギャップに差が生じるような場合であっても、基板全体を均一な温度で加熱処理することができる。
【００２０】
また、上記第２のプレートが、第１のプレートと隣接する２以上のプレート片からなり、上記温度センサが、これらのプレート片にそれぞれ配置されるように構成される。この様な構成によれば、これらのプレート片を互いに異なる温度で加熱制御することができる。従って、加熱プレートに対する被処理基板の中央部及び端部間のギャップ差が、基板面内の方向ごとに異なるような場合であっても、基板全体を均一に加熱処理することができる。
【００２１】
また、上記加熱制御手段は、第１のプレートの温度より第２のプレートの温度を高くするように構成される。この様な構成によれば、加熱プレートに対する被処理基板の中央部のギャップが、基板面の端部のギャップに比べて小さいような場合に、基板全体を均一な温度で加熱処理することができる。
【００２２】
また、プレート間に間隙を設けるように構成される。この様な構成によれば、プレート間の熱伝導を抑制することができ、プレートごとに異なる温度で加熱制御することが可能となる。
【００２３】
このとき、プレートの一部がオーバーラップして配置されるように構成すれば、プレート間の温度を連続的に変化させることができ、半導体基板にプレート間の継ぎ目が転写されるようなことを抑制することができる。
【００２４】
更に、上記第１のプレートを第２のプレートより下げて配置されるように構成すれば、被処理基板の中央部が加熱プレート側に向けて反っているような場合に、効果的に加熱処理を行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による熱処理装置の一構成例を示した断面図であり、図２は、図１の熱処理装置における加熱プレートの一例を示した平面図である。本実施の形態の熱処理装置１は、液晶ディスプレイなどの製造装置における熱処理ユニットであり、被処理基板としての半導体基板１００の加熱処理を行っている。ここでいう半導体基板１００とは、レジストが塗布されたガラス基板のことであり、基板面が矩形のものであるとする。
【００２６】
この熱処理装置１は、加熱プレート２、支持部材３、カバー４、プロキシミティピン６、ヒータ７及び温度センサ８，９により構成される。支持部材３は、加熱プレート２を水平に支持するためのものであり、この支持部材３により加熱プレート２が水平な状態で固定される。カバー４は、半導体基板１００の加熱処理が行われる被処理領域５を外気から隔離するための容器であり、このカバー４により被処理領域５が外部と断熱される。
【００２７】
プロキシミティピン６は、半導体基板１００と加熱プレート２との間に間隙（０．２ｍｍ程度）を設けるための支柱であり、加熱プレート２の半導体基板１００に対向する面上に多数配置されている。このプロキシミティピン６を介して、半導体基板１００が加熱プレート２上に水平に載置される。
【００２８】
加熱プレート２は、半導体基板１００を加熱するホットプレートもしくはオーブンプレートであり、半導体基板１００の基板面全体を加熱可能な矩形の平板からなる。この加熱プレート２には、熱源としてヒータ７が埋設されている。ヒータ７は、一様に張り巡らされた電熱線などの発熱体であり、加熱プレート２の半導体基板１００と対向する領域を加熱する。
【００２９】
また、加熱プレート２の中央部及び端部には、基板対向面の温度を検出する温度センサ８，９がそれぞれ設けられている。各温度センサ８，９は、熱電対などからなり、これらの温度センサ８，９により検出された温度に基づいて、加熱プレート２の温度制御が行われる。
【００３０】
温度センサ８は、加熱プレート２の中央部に配置され、加熱プレート２に載置された半導体基板１００の基板面の中央部に対向している。また、温度センサ９は、加熱プレート２の端部に配置され、半導体基板１００の基板面の端部に対向している。この温度センサ９は、例えば、加熱プレート２のプレート面の四隅にそれぞれ取り付けられる。
【００３１】
ここで、加熱プレート２の中央部とは、プレート面上の中心領域のことであり、この中心領域は、半導体基板１００面の短辺の長さの１／３倍程度の広がり、すなわち、前後左右の幅を有するものとする。この中心領域内に少なくとも１つの温度センサ８が設けられる。また、加熱プレート２の端部とは、プレート面上の環状の周縁領域のことであり、この周縁領域は、半導体基板１００面の短辺の長さの１／３倍程度の幅を有するものとする。この周縁領域内に少なくとも１つの温度センサ９が設けられる。
【００３２】
図３は、図１の熱処理装置における加熱制御系の構成例を示したブロック図である。熱処理装置１において半導体基板１００の加熱処理の制御を行う加熱制御系は、温度調節部１１、加熱制御部１２、ヒータ用電源１３、ヒータ７及び温度センサ８，９により構成される。
【００３３】
温度調節部１１は、半導体基板１００の処理温度の設定を行う操作入力手段であり、この温度調節部１１により所望の処理温度が目標値として設定される。加熱制御部１２は、温度調節部１１により設定された処理温度と、加熱プレート２の中央部及び端部にそれぞれ設けられた温度センサ８，９からの検出信号とに基づいて、加熱プレート２の温度制御を行っている。
【００３４】
この温度制御は、加熱プレート２の中央部と端部との間で温度差が生じる場合に、半導体基板１００の中央部における処理温度と設定温度とのずれと、半導体基板１００の端部における処理温度と設定温度とのずれがともに小さくなるように行われる。
【００３５】
例えば、加熱プレート２の中央部に配置された温度センサ８により検出された温度と、加熱プレート２の四隅に配置された各温度センサ９により検出された温度とを加重平均したものを温度の検出値とし、この検出値が設定温度と一致するように、ヒータ用電源１３を制御するための制御信号が出力される。ヒータ用電源１３は、加熱制御部１２からの制御信号に基づいて、ヒータ７に対し電源のオンオフもしくは通電量、例えば、供給する電流値または通電時間などの調整を行っている。
【００３６】
本実施の形態によれば、加熱プレート２の中央部及び端部で検出された温度を加重平均し、この検出値に基づいて加熱プレート２の温度を制御することにより、半導体基板１００の中央部における処理温度と設定温度とのずれと、半導体基板１００の端部における処理温度と設定温度とのずれをともに小さくすることができる。従って、基板各部を目標とする処理温度に近い温度で処理することができ、基板面に形成されるレジストの断面形状差を抑制することができる。
【００３７】
図４は、加熱プレートに対する温度センサの配置の他の例を示した平面図である。図２の加熱プレート２では、温度センサ８，９がプレート面の中央部及び端部にそれぞれ設けられていたが、ここでは、加熱プレート２の平均的な温度が検出されると見込まれる位置が予め特定されるような場合に、温度センサ１０がその様な位置に１つ設けられる。
【００３８】
例えば、加熱プレート２のプレート面において、中央Ｃと周端とを２等分する境界線Ｄ上の１点に温度センサ１０が設けられる。このようにしても、加熱プレート２の中央部と端部との間で温度差が生じる場合に、加熱プレート２の平均温度を１つの温度センサ１０によって検出することができる。そこで、検出された平均温度に基づいて、加熱プレート２の温度制御を行うことにより、半導体基板１００の中央部（例えば、境界線Ｄより内側の領域）における処理温度と設定温度とのずれと、半導体基板１００の端部（境界線Ｄより外側の領域）における処理温度と設定温度とのずれをともに小さくすることができる。
【００３９】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２による熱処理装置の構成例を示した断面図であり、図６は、図５の熱処理装置における加熱プレートの一例を示した平面図である。本実施の形態の熱処理装置２０では、加熱プレートが第１のプレート２１と、この第１のプレート２１を内包する第２のプレート２２からなり、これらのプレートごとに加熱制御が行われる。
【００４０】
第１のプレート２１は、半導体基板１００の中央部を加熱する矩形の加熱プレートであり、支持部材３に設けられた支持部３ａにより支持されている。第２のプレート２２は、半導体基板１００の端部を加熱する環状の加熱プレートであり、第１のプレート２１を内包した状態で支持部材３により支持されている。
【００４１】
また、第１のプレート２１及び第２のプレート２２間には、プレート間の熱伝導を抑制するために、間隙２５が設けられている。この間隙２５は、半導体基板１００の基板面に平行な方向のギャップである。ヒータ２３，２４は、プレートごとに設けられ、第１のプレート２１には、ヒータ２３が埋設され、第２のプレート２２には、環状のヒータ２４が埋設されている。
【００４２】
また、温度センサ８，９も、プレートごとに配置され、第１のプレート２１の中央部には、温度センサ８が取り付けられ、第２のプレート２２の四隅には、温度センサ９がそれぞれ取り付けられている。
【００４３】
図７は、図５の熱処理装置における加熱制御系の構成例を示したブロック図である。この熱処理装置２０における加熱制御系は、プレートごとにヒータ用電源２６，２７を有し、第１のプレート２１及び第２のプレート２２がそれぞれ独立して加熱制御される。
【００４４】
ヒータ用電源２６は、加熱制御部１２からの制御信号に基づいて、第１のプレート２１に設けられたヒータ２３に対し電源のオンオフもしくは通電量の調整を行っている。同様に、ヒータ用電源２７は、第２のプレート２２に設けられたヒータ２４に対して電源のオンオフもしくは通電量の調整を行っている。なお、その他の構成は、図１の熱処理装置１（実施の形態１）と同様である。
【００４５】
ここで、第１及び第２のプレート２１，２２の温度制御については、温度センサ８，９により検出される加熱プレートの各温度と、加熱プレートに載置される半導体基板１００の処理温度との対応関係を予め計測しておき、計測結果に基づいて処理温度が設定温度と一致するように調節されているものとする。この温度調節は、素ガラス（未加工の半導体基板）に熱電対を複数埋め込んでおき、この素ガラスを試し焼きして処理温度を計測することにより行われる。
【００４６】
本実施の形態によれば、第１のプレート２１及び第２のプレート２２を互いに異なる温度で加熱制御することができる。つまり、加熱プレートの中央部及び端部を互いに異なる温度で加熱することができる。従って、半導体基板１００の中央部及び端部で加熱プレートとのギャップに差が生じるような場合であっても、基板全体を均一な温度で加熱処理することができる。
【００４７】
特に、第１のプレート２１の温度より第２のプレート２２の温度を高くすれば、中央部の加熱プレートの温度が相対的に低くなり、端部の加熱プレートの温度が相対的に高くなる。このため、半導体基板１００の反りによって、加熱プレートに対する半導体基板１００の中央部のギャップが、基板面の端部のギャップに比べて小さいような場合に、基板全体を均一な温度で加熱処理することができる。
【００４８】
従って、基板面内におけるレジストの断面形状を均一にすることができ、写真製版後のエッチングを高精度に行うことができる。また、写真製版工程において所望のレジスト断面形状が得られるので、製版工程後のベーク処理を省略することができる。
【００４９】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３による熱処理装置における加熱プレートの一例を示した平面図である。本実施の形態では、図６の加熱プレート（実施の形態２）と比較して、第２のプレートが第１のプレートと隣接する２以上のプレート片３２〜３５からなり、各プレート片ごとに加熱制御が行われる。各プレート片は、それぞれ矩形の平板からなる。
【００５０】
中央部に配置された第１のプレート３１に対し、この第１のプレート３１を取り囲んで４つのプレート片３２〜３５が設けられている。これらの４つのプレート片のうち、プレート片３２及び３３は、第１のプレート３１の各長辺にそれぞれ隣接して配置されている。また、プレート片３４及び３５は、第１のプレート３１の各短辺にそれぞれ隣接して配置されている。
【００５１】
プレート片３２及び３３の長辺の長さは、第１のプレート３１の長辺の長さと同程度となっている。また、各プレート片間には、半導体基板１００の基板面に平行な方向に間隙が設けられている。ヒータ３７〜４０は、プレート片ごとに設けられ、温度センサ９ａ〜９ｄも、プレート片ごとに取り付けられている。
【００５２】
ここで、温度センサ８は、第１のプレート３１の中央に配置され、温度センサ９ａ及び９ｂも、プレート片３２及び３３の中央にそれぞれ配置されるものとする。一方、温度センサ９ｃ及び９ｄについては、半導体基板１００の基板面の４隅に対向して、プレート片３４及び３５の長手方向の両端部にそれぞれ配置されるものとする。つまり、半導体基板１００の基板面の中央部に対向する１か所と、基板面の周端部に対向する６か所に温度センサが取り付けられる。その他の構成は、図５の熱処理装置と同様である。
【００５３】
本実施の形態によれば、各プレート片を互いに異なる温度で加熱制御することができる。従って、加熱プレートに対する半導体基板１００の中央部及び端部間のギャップ差が、基板面内の方向ごとに異なるような場合であっても、各方向に対応づけて各プレート片を温度制御することにより、基板全体を均一に加熱処理することができる。
【００５４】
実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４による熱処理装置の構成例を示した要部断面図である。本実施の形態では、図５の熱処理装置２０（実施の形態２）と比較して、第１のプレートを第２のプレートより下げ、第１及び第２のプレートの一部がオーバーラップして配置される。
【００５５】
中央部の第１のプレート４１は、半導体基板１００から後退させて配置され、周端部の第２のプレート４２との間で端部がオーバーラップしている。つまり、この加熱プレートは、半導体基板１００の中央部に対向するプレート面の中央部分が凹んでおり、基板面と加熱プレートとの間のギャップが中央部において広く、周端部において狭くなっている。
【００５６】
ここで、基板面の方向には、プレート間の間隙はないが、基板面に垂直な方向には、熱伝導を抑制するためにプレート間に間隙４５が設けられているものとする。その他の構成は、図５の熱処理装置２０と同様である。
【００５７】
本実施の形態によれば、基板面内の方向においては、プレート間に間隙が存在しないので、プレートの境目で温度変化が不連続になるのを抑制することができる。このため、プレート間の温度を連続的に変化させることができ、半導体基板１００にプレート間の継ぎ目が転写されるのを防止することができる。
【００５８】
また、中央部の第１のプレート４１が周端部の第２のプレート４２より下げて配置されるので、半導体基板１００の中央部が加熱プレート側に向けて反っているような場合でも、半導体基板１００と加熱プレートとのギャップを中央部においても確保することができ、半導体基板１００が加熱プレートに当接してしまうのを防ぐことができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明による熱処理装置によれば、プレートごとに温度制御を行うので、第１及び第２のプレートを互いに異なる温度で加熱制御することができる。このため、被処理基板の中央部及び端部で加熱プレートとのギャップに差が生じるような場合であっても、基板の加熱処理を均一化することができる。従って、被処理基板に形成されるレジストの断面形状を基板面内において均一化することができるとともに、写真製版後の低温でのベーク処理を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による熱処理装置の一構成例を示した断面図である。
【図２】図１の熱処理装置における加熱プレートの一例を示した平面図である。
【図３】図１の熱処理装置における加熱制御系の構成例を示したブロック図である。
【図４】加熱プレートに対する温度センサの配置の他の例を示した平面図である。
【図５】本発明の実施の形態２による熱処理装置の構成例を示した断面図である。
【図６】図５の熱処理装置における加熱プレートの一例を示した平面図である。
【図７】図５の熱処理装置における加熱制御系の構成例を示したブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態３による熱処理装置における加熱プレートの一例を示した平面図である。
【図９】本発明の実施の形態４による熱処理装置の構成例を示した要部断面図である。
【図１０】従来の熱処理装置の一例を示した断面図である。
【図１１】従来の熱処理装置により加熱処理された半導体基板の一例を示した要部断面図である。
【図１２】従来の熱処理装置において加熱処理される半導体基板の一例を示した説明図である。
【符号の説明】
１，２０熱処理装置、２加熱プレート、３支持部材、４カバー、
６プロキシミティピン、７，２３，２４，３６〜４０，４３，４４ヒータ、
８，９，９ａ〜９ｄ，１０温度センサ、１１温度調節部、
１２加熱制御部、１３，２６，２７ヒータ用電源、
２１，３１，４１第１のプレート、２２，４２第２のプレート、
２５，４５間隙、３２〜３５プレート片、１００半導体基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat treatment apparatus, and more particularly to an improvement of a heat treatment apparatus for heating a substrate to be processed such as a TFT array substrate.
[0002]
[Prior art]
In general, a semiconductor substrate such as a TFT array substrate used for a liquid crystal display is formed by photolithography. This photolithography process comprises the following steps. For semiconductor substrates on which metal is deposited, a cleaning process for cleaning the main surface of the substrate, a resist coating process for applying a resist sensitive to ultraviolet rays with a desired film thickness, and baking at a high temperature to cure the applied resist A pre-baking step, an exposure step of placing a mask and irradiating ultraviolet rays, a developing step of removing a softened portion of the resist using a developer, and a post-baking step of baking the patterned resist.
[0003]
Of these plate making steps, a pre-bake step that affects the exposure sensitivity is particularly important from the viewpoint of greatly affecting the line width accuracy of the resist. This pre-baking step is performed in a heat treatment apparatus.
[0004]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of a conventional heat treatment apparatus. The heat treatment apparatus 50 is a heat treatment unit in a manufacturing apparatus such as a liquid crystal display, and heat-treats the semiconductor substrate 100.
[0005]
The heat treatment apparatus 50 includes a support member 3, a cover 4, a proximity pin 6, a heating plate 51, a heater 52, and a temperature sensor 53. The support member 3 is for supporting the heating plate 51 horizontally, and the heating plate 51 is fixed in a horizontal state by the support member 3. The cover 4 is a container for isolating the processing region 5 where the heat treatment of the semiconductor substrate 100 is performed from the outside air, and the processing region 5 is insulated from the outside by the cover 4.
[0006]
The proximity pins 6 are pillars for providing a gap (about 0.2 mm) between the semiconductor substrate 100 and the heating plate 51, and are arranged on the surface of the heating plate 51 facing the semiconductor substrate 100. . The semiconductor substrate 100 is placed horizontally on the heating plate 51 via the proximity pins 6.
[0007]
The heating plate 51 is a hot plate or an oven plate for heating the semiconductor substrate 100, and a heater 52 is embedded as a heat source. The heater 52 is a heating element such as a heating wire that is stretched uniformly, and heats a region of the heating plate 51 that faces the semiconductor substrate 100. A temperature sensor 53 that detects the temperature of the substrate facing surface is provided at the center of the heating plate 51. The temperature sensor 53 is composed of a thermocouple or the like, and the temperature control of the heating plate 51 is performed based on the temperature detected by the temperature sensor 53.
[0008]
The cross-sectional shape of the resist in the resist pattern formed on the semiconductor substrate 100 is required to be uniform in the substrate surface in order to perform etching after photolithography with high accuracy. For that purpose, it is necessary to heat-treat the entire semiconductor substrate 100 at a uniform temperature. However, in the above-described conventional heat treatment apparatus 50 and the like, a temperature difference is generated between the central portion and the end portion of the heating plate 51, so that it is not easy to process the entire substrate at a uniform temperature.
[0009]
When the entire substrate cannot be heat-treated at a uniform temperature, a difference occurs in the cross-sectional shape of the resist between the central portion and the end portion of the substrate surface. For this reason, in order to make the cross-sectional shape of the resist after etching desired, it is necessary to perform baking again after the plate making process is completed. Bake treatment here refers to substrate heat treatment performed after the post-bake process, and is performed at a relatively low temperature and a slow processing speed compared to a hot plate type post-bake process performed at a high temperature. It is of the method.
[0010]
FIG. 11 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of a semiconductor substrate heat-treated by a conventional heat treatment apparatus, and FIG. 11 (a) shows a cross-sectional shape of a resist formed in the central part of the substrate surface. FIG. 11B shows the cross-sectional shape of the resist formed at the end of the substrate surface. In the photoengraved semiconductor substrate 100, the resist A formed in the center portion of the substrate surface has gentle cross-sectional shapes of the edge portions A1 and A2 and has a gentle inclination angle. On the other hand, the cross-sectional shape of the edge portions B1 and B2 of the resist B formed at the end portion of the substrate surface has an inclination angle close to vertical.
[0011]
The resist processed at a relatively high temperature becomes like resist A because it shrinks due to evaporation of the internal solvent. On the other hand, a resist processed at a relatively low temperature becomes resist B without shrinking much. From this, it can be seen that the end portion of the substrate surface was processed at a lower temperature than the central portion of the substrate surface.
[0012]
FIG. 12 is an explanatory view showing an example of a semiconductor substrate subjected to heat treatment in a conventional heat treatment apparatus. The semiconductor substrate 100 placed on the heating plate 51 is supported by the proximity pins 6. For this reason, when the semiconductor substrate 100 is warped, there is a difference in the gap (gap) with the heating plate 51 at the center and the end of the substrate surface. For example, when the center portion of the substrate surface is warped toward the heating plate 51 due to the weight of the substrate or heating, the gap at the center portion becomes smaller than the gap at the end portion, and the center portion of the substrate becomes the heating plate 51. It will approach.
[0013]
In such a case, even if the heating plate 51 can be heated uniformly, there is a difference in the gap between the central portion and the end portion of the semiconductor substrate 100, so that it is difficult to bring the entire substrate to a uniform temperature. It was.
[0014]
Other examples of the conventional heat treatment apparatus include those described in Patent Documents 1 to 3. The heat treatment apparatus described therein heats the heating plate uniformly by providing a plurality of linear or ring-shaped heating elements on the heating plate. Therefore, as described above, when there is a difference in the gap with the heating plate at the center and the end of the semiconductor substrate, the entire substrate cannot be processed at a uniform temperature.
[0015]
[Patent Document 1]
JP 2001-237156 A [Patent Document 2]
JP 2001-237157 A [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-237171 [0016]
[Problems to be solved by the invention]
This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the heat processing apparatus which can equalize the heating of a to-be-processed substrate. Another object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus that can make the cross-sectional shape of a resist formed on a substrate to be processed uniform in the substrate surface.
[0017]
Another object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus that can reduce baking at a low temperature after photoengraving. Another object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus that can heat the central portion and the end portion of the heating plate at different temperatures.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
Thermal processing apparatus according to the present invention, a substrate to be processed is placed, a heating plate for heating the substrate to be processed, provided on the heating plate, two or more for detecting the temperature of the plate surface facing the substrate to be processed a temperature sensor, based on the detected temperature, and a heating control means for controlling the temperature of the heating plate, the heating plate, encloses a first plate, the first plate, the plate made a part of a first plate in an annular second plate that is disposed to overlap, the temperature sensor is arranged respectively on the first plate and the second plate, the first The plate is configured to be placed lower than the second plate .
[0019]
According to such a configuration, the first and second plates can be controlled to be heated at different temperatures. That is, the central part and the end part of the heating plate can be heated at different temperatures. Therefore, even when there is a difference in the gap with the heating plate at the center and the end of the substrate to be processed, the entire substrate can be heat-treated at a uniform temperature.
[0020]
The second plate is composed of two or more plate pieces adjacent to the first plate, and the temperature sensors are arranged on these plate pieces, respectively. According to such a configuration, these plate pieces can be heated and controlled at different temperatures. Therefore, even when the gap difference between the central portion and the end portion of the substrate to be processed with respect to the heating plate is different for each direction in the substrate surface, the entire substrate can be uniformly heated.
[0021]
The heating control means is configured to make the temperature of the second plate higher than the temperature of the first plate. According to such a configuration, when the gap at the center of the substrate to be processed with respect to the heating plate is smaller than the gap at the end of the substrate surface, the entire substrate can be heat-treated at a uniform temperature. .
[0022]
Moreover, it is comprised so that a clearance gap may be provided between plates. According to such a configuration, heat conduction between the plates can be suppressed, and heating control can be performed at different temperatures for each plate.
[0023]
At this time, if a part of the plate is arranged so as to overlap, the temperature between the plates can be continuously changed, and the seam between the plates is transferred to the semiconductor substrate. Can be suppressed.
[0024]
Further, if the first plate is arranged so as to be lowered from the second plate, the heat treatment can be effectively performed when the central portion of the substrate to be processed is warped toward the heating plate. It can be performed.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a heat treatment apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing an example of a heating plate in the heat treatment apparatus of FIG. The heat treatment apparatus 1 according to the present embodiment is a heat treatment unit in a manufacturing apparatus such as a liquid crystal display, and heat-treats a semiconductor substrate 100 as a substrate to be processed. The semiconductor substrate 100 here is a glass substrate coated with a resist, and the substrate surface is assumed to be rectangular.
[0026]
The heat treatment apparatus 1 includes a heating plate 2, a support member 3, a cover 4, proximity pins 6, a heater 7, and temperature sensors 8 and 9. The support member 3 is for supporting the heating plate 2 horizontally, and the heating plate 2 is fixed in a horizontal state by the support member 3. The cover 4 is a container for isolating the processing region 5 where the heat treatment of the semiconductor substrate 100 is performed from the outside air, and the processing region 5 is insulated from the outside by the cover 4.
[0027]
The proximity pins 6 are pillars for providing a gap (about 0.2 mm) between the semiconductor substrate 100 and the heating plate 2, and are arranged on the surface of the heating plate 2 facing the semiconductor substrate 100. . The semiconductor substrate 100 is placed horizontally on the heating plate 2 via the proximity pins 6.
[0028]
The heating plate 2 is a hot plate or an oven plate that heats the semiconductor substrate 100 and is a rectangular flat plate that can heat the entire substrate surface of the semiconductor substrate 100. A heater 7 is embedded in the heating plate 2 as a heat source. The heater 7 is a heating element such as a heating wire that is stretched uniformly, and heats a region of the heating plate 2 that faces the semiconductor substrate 100.
[0029]
Further, temperature sensors 8 and 9 for detecting the temperature of the substrate facing surface are provided at the center and the end of the heating plate 2, respectively. Each temperature sensor 8 and 9 consists of thermocouples etc., and temperature control of the heating plate 2 is performed based on the temperature detected by these temperature sensors 8 and 9.
[0030]
The temperature sensor 8 is arranged at the center of the heating plate 2 and faces the center of the substrate surface of the semiconductor substrate 100 placed on the heating plate 2. The temperature sensor 9 is disposed at the end of the heating plate 2 and faces the end of the substrate surface of the semiconductor substrate 100. For example, the temperature sensors 9 are attached to the four corners of the plate surface of the heating plate 2.
[0031]
Here, the central portion of the heating plate 2 is a central region on the plate surface, and this central region extends about 1/3 times the length of the short side of the semiconductor substrate 100 surface, that is, before and after. It shall have a left and right width. At least one temperature sensor 8 is provided in the central region. The end portion of the heating plate 2 is an annular peripheral region on the plate surface, and this peripheral region has a width that is about 1/3 times the length of the short side of the semiconductor substrate 100 surface. And At least one temperature sensor 9 is provided in the peripheral area.
[0032]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a heating control system in the heat treatment apparatus of FIG. A heating control system that controls the heat treatment of the semiconductor substrate 100 in the heat treatment apparatus 1 includes a temperature adjustment unit 11, a heating control unit 12, a heater power supply 13, a heater 7, and temperature sensors 8 and 9.
[0033]
The temperature adjustment unit 11 is an operation input unit that sets the processing temperature of the semiconductor substrate 100, and a desired processing temperature is set as a target value by the temperature adjustment unit 11. The heating control unit 12 is based on the processing temperature set by the temperature adjusting unit 11 and detection signals from the temperature sensors 8 and 9 provided at the center and the end of the heating plate 2, respectively. Temperature control is performed.
[0034]
In this temperature control, when a temperature difference is generated between the central portion and the end portion of the heating plate 2, the difference between the processing temperature and the set temperature at the central portion of the semiconductor substrate 100 and the processing at the end portion of the semiconductor substrate 100 are performed. This is performed so that the difference between the temperature and the set temperature is reduced.
[0035]
For example, the temperature detected is a weighted average of the temperature detected by the temperature sensor 8 arranged at the center of the heating plate 2 and the temperature detected by each temperature sensor 9 arranged at the four corners of the heating plate 2. A control signal for controlling the heater power supply 13 is output so that the detected value matches the set temperature. Based on a control signal from the heating control unit 12, the heater power source 13 adjusts the power on / off or the energization amount of the heater 7, for example, the supplied current value or energization time.
[0036]
According to the present embodiment, the temperature detected at the central portion and the end portion of the heating plate 2 is weighted and averaged, and the temperature of the heating plate 2 is controlled based on the detected value. The difference between the processing temperature and the set temperature in FIG. 5 and the difference between the processing temperature and the set temperature at the end of the semiconductor substrate 100 can be reduced. Therefore, each part of the substrate can be processed at a temperature close to the target processing temperature, and the difference in cross-sectional shape of the resist formed on the substrate surface can be suppressed.
[0037]
FIG. 4 is a plan view showing another example of the arrangement of the temperature sensor with respect to the heating plate. In the heating plate 2 of FIG. 2, the temperature sensors 8 and 9 are provided at the center portion and the end portion of the plate surface, respectively, but here, positions where the average temperature of the heating plate 2 is expected to be detected are shown. In the case of being specified in advance, one temperature sensor 10 is provided at such a position.
[0038]
For example, on the plate surface of the heating plate 2, the temperature sensor 10 is provided at one point on the boundary line D that bisects the center C and the peripheral end. Even if it does in this way, when a temperature difference arises between the center part and the edge part of the heating plate 2, the average temperature of the heating plate 2 can be detected with the one temperature sensor 10. FIG. Therefore, by controlling the temperature of the heating plate 2 based on the detected average temperature, a deviation between the processing temperature and the set temperature in the central portion of the semiconductor substrate 100 (for example, a region inside the boundary line D), The deviation between the processing temperature and the set temperature at the end of the semiconductor substrate 100 (region outside the boundary line D) can be reduced.
[0039]
Embodiment 2. FIG.
5 is a cross-sectional view showing a configuration example of a heat treatment apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 6 is a plan view showing an example of a heating plate in the heat treatment apparatus of FIG. In the heat treatment apparatus 20 of the present embodiment, the heating plate includes a first plate 21 and a second plate 22 that includes the first plate 21, and heating control is performed for each of these plates.
[0040]
The first plate 21 is a rectangular heating plate that heats the central portion of the semiconductor substrate 100, and is supported by a support portion 3 a provided on the support member 3. The second plate 22 is an annular heating plate that heats the end portion of the semiconductor substrate 100, and is supported by the support member 3 in a state of including the first plate 21.
[0041]
Further, a gap 25 is provided between the first plate 21 and the second plate 22 in order to suppress heat conduction between the plates. The gap 25 is a gap in a direction parallel to the substrate surface of the semiconductor substrate 100. The heaters 23 and 24 are provided for each plate, the heater 23 is embedded in the first plate 21, and the annular heater 24 is embedded in the second plate 22.
[0042]
The temperature sensors 8 and 9 are also arranged for each plate. The temperature sensor 8 is attached to the center of the first plate 21, and the temperature sensors 9 are attached to the four corners of the second plate 22. ing.
[0043]
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of a heating control system in the heat treatment apparatus of FIG. The heating control system in the heat treatment apparatus 20 has heater power sources 26 and 27 for each plate, and the first plate 21 and the second plate 22 are independently heated and controlled.
[0044]
The heater power supply 26 performs power on / off or adjustment of the energization amount with respect to the heater 23 provided on the first plate 21 based on a control signal from the heating control unit 12. Similarly, the heater power source 27 performs power on / off or adjustment of the energization amount with respect to the heater 24 provided on the second plate 22. Other configurations are the same as those of the heat treatment apparatus 1 (Embodiment 1) of FIG.
[0045]
Here, regarding the temperature control of the first and second plates 21 and 22, the temperature of the heating plate detected by the temperature sensors 8 and 9 and the processing temperature of the semiconductor substrate 100 placed on the heating plate are determined. It is assumed that the correspondence relationship is measured in advance and the processing temperature is adjusted to match the set temperature based on the measurement result. This temperature adjustment is performed by embedding a plurality of thermocouples in the raw glass (unprocessed semiconductor substrate), trial baking the raw glass, and measuring the processing temperature.
[0046]
According to the present embodiment, it is possible to control the heating of the first plate 21 and the second plate 22 at different temperatures. That is, the central part and the end part of the heating plate can be heated at different temperatures. Therefore, even when there is a difference in the gap between the semiconductor substrate 100 and the heating plate at the center and the end, the entire substrate can be heat-treated at a uniform temperature.
[0047]
In particular, if the temperature of the second plate 22 is made higher than the temperature of the first plate 21, the temperature of the central heating plate becomes relatively low and the temperature of the end heating plate becomes relatively high. For this reason, when the gap at the center of the semiconductor substrate 100 with respect to the heating plate is smaller than the gap at the end of the substrate surface due to warpage of the semiconductor substrate 100, the entire substrate is heated at a uniform temperature. Can do.
[0048]
Therefore, the cross-sectional shape of the resist in the substrate surface can be made uniform, and etching after photolithography can be performed with high accuracy. Further, since a desired resist cross-sectional shape can be obtained in the photolithography process, the baking process after the photolithography process can be omitted.
[0049]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a plan view showing an example of a heating plate in the heat treatment apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the present embodiment, compared to the heating plate of FIG. 6 (Embodiment 2), the second plate is composed of two or more plate pieces 32 to 35 adjacent to the first plate, and for each plate piece. Heating control is performed. Each plate piece is a rectangular flat plate.
[0050]
Four plate pieces 32 to 35 are provided to surround the first plate 31 with respect to the first plate 31 disposed in the center. Of these four plate pieces, the plate pieces 32 and 33 are arranged adjacent to the long sides of the first plate 31, respectively. The plate pieces 34 and 35 are arranged adjacent to the short sides of the first plate 31, respectively.
[0051]
The long sides of the plate pieces 32 and 33 are approximately the same as the long sides of the first plate 31. Further, a gap is provided between each plate piece in a direction parallel to the substrate surface of the semiconductor substrate 100. The heaters 37 to 40 are provided for each plate piece, and the temperature sensors 9a to 9d are also attached to each plate piece.
[0052]
Here, the temperature sensor 8 is arranged at the center of the first plate 31, and the temperature sensors 9a and 9b are also arranged at the centers of the plate pieces 32 and 33, respectively. On the other hand, the temperature sensors 9c and 9d are disposed at both ends in the longitudinal direction of the plate pieces 34 and 35 so as to face the four corners of the substrate surface of the semiconductor substrate 100, respectively. That is, the temperature sensor is attached to one place facing the center of the substrate surface of the semiconductor substrate 100 and six places facing the peripheral edge of the substrate surface. Other configurations are the same as those of the heat treatment apparatus of FIG.
[0053]
According to the present embodiment, each plate piece can be controlled to be heated at different temperatures. Therefore, even if the gap difference between the central portion and the end portion of the semiconductor substrate 100 with respect to the heating plate is different for each direction in the substrate surface, the temperature of each plate piece is controlled in correspondence with each direction. Thus, the entire substrate can be uniformly heat-treated.
[0054]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part showing a configuration example of a heat treatment apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In the present embodiment, as compared with the heat treatment apparatus 20 (Embodiment 2) of FIG. 5, the first plate is lowered from the second plate, and a part of the first and second plates overlap. Be placed.
[0055]
The central first plate 41 is disposed so as to recede from the semiconductor substrate 100, and the end overlaps with the second plate 42 at the peripheral end. That is, in this heating plate, the central portion of the plate surface facing the central portion of the semiconductor substrate 100 is recessed, and the gap between the substrate surface and the heating plate is wide at the central portion and narrow at the peripheral end portion. .
[0056]
Here, there is no gap between the plates in the direction of the substrate surface, but in the direction perpendicular to the substrate surface, a gap 45 is provided between the plates in order to suppress heat conduction. Other configurations are the same as those of the heat treatment apparatus 20 of FIG.
[0057]
According to the present embodiment, since there is no gap between the plates in the direction in the substrate plane, it is possible to suppress the temperature change from becoming discontinuous at the boundary between the plates. Therefore, the temperature between the plates can be continuously changed, and the seam between the plates can be prevented from being transferred to the semiconductor substrate 100.
[0058]
Further, since the first plate 41 in the central portion is arranged lower than the second plate 42 in the peripheral end portion, even when the central portion of the semiconductor substrate 100 is warped toward the heating plate side, the semiconductor A gap between the substrate 100 and the heating plate can be secured even in the central portion, and the semiconductor substrate 100 can be prevented from coming into contact with the heating plate.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the heat treatment apparatus of the present invention, the temperature control is performed for each plate, so that the first and second plates can be controlled to be heated at different temperatures. For this reason, even if it is a case where a difference arises in the gap with a heating plate in the center part and edge part of a to-be-processed substrate, the heat processing of a board | substrate can be equalize | homogenized. Therefore, the cross-sectional shape of the resist formed on the substrate to be processed can be made uniform in the substrate surface, and baking at a low temperature after photolithography can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a heat treatment apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
2 is a plan view showing an example of a heating plate in the heat treatment apparatus of FIG. 1. FIG.
3 is a block diagram showing a configuration example of a heating control system in the heat treatment apparatus of FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a plan view showing another example of the arrangement of the temperature sensor with respect to the heating plate.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration example of a heat treatment apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
6 is a plan view showing an example of a heating plate in the heat treatment apparatus of FIG. 5. FIG.
7 is a block diagram showing a configuration example of a heating control system in the heat treatment apparatus of FIG.
FIG. 8 is a plan view showing an example of a heating plate in a heat treatment apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part showing a configuration example of a heat treatment apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of a conventional heat treatment apparatus.
FIG. 11 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of a semiconductor substrate heat-treated by a conventional heat treatment apparatus.
FIG. 12 is an explanatory view showing an example of a semiconductor substrate that is heat-treated in a conventional heat treatment apparatus.
[Explanation of symbols]
1,20 heat treatment device, 2 heating plate, 3 support member, 4 cover,
6 Proximity pins, 7, 23, 24, 36 to 40, 43, 44 Heater,
8, 9, 9a to 9d, 10 temperature sensor, 11 temperature control unit,
12 Heating control unit, 13, 26, 27 Heater power supply,
21, 31, 41 first plate, 22, 42 second plate,
25, 45 gap, 32 to 35 plate pieces, 100 semiconductor substrate

Claims

A heating plate for placing the substrate to be processed and heating the substrate to be processed;
Provided in the heating plate, and two or more temperature sensors for detecting the temperature of the plate surface facing the substrate to be processed,
Based on the detected temperature, and a heating control means for controlling the temperature of the heating plate,
The heating plate consists of a first plate, this first plate by the inclusion, annular second plate disposed to a part of the plate by overlapping the first plate,
The temperature sensor is arranged respectively on the first plate and the second plate,
The heat treatment apparatus , wherein the first plate is disposed lower than the second plate .

The second plate is composed of two or more plate pieces adjacent to the first plate,
The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the temperature sensor is disposed on each of the plate pieces.

2. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the heating control means makes the temperature of the second plate higher than the temperature of the first plate.

The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein a gap is provided between the plates.