JP4739132B2 - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、熱処理装置、特に半導体製造プロセスにおけるいわゆるベーク処理に使用される熱処理装置及びこの熱処理装置を用いた熱処理方法に関する。

ホトレジストが塗布されているウエハ（基板）に対して例えばプリ露光ベーク工程、ポストベーク工程といった熱処理工程が行われる。この熱処理工程に用いられている熱処理装置は、周知の通り、ホットプレートの温度を上昇させるヒータ及びホットプレートの温度を検出する温度センサを組み込んだホットプレートと温度センサが検出したホットプレートの温度に基づいてヒータの動作を制御する制御部とを具えている。

このような熱処理装置を用いた熱処理方法は、基板の面内温度の均一性の向上や維持を目的として行われている。従来周知の熱処理方法では、例えば表面にホトレジストが塗布された被ベーキング基板が直接もしくは所定の間隙を保って載置され、この被ベーキング基板を加熱するための第１の加熱板と、この被ベーキング基板のホトレジスト塗布面の上方に配置され、被ベーキング基板を加熱するための第２の加熱板と、被ベーキング基板の周囲を取り囲むように第１の加熱板上に設けられる均熱板と、第１、第２の加熱板及び均熱板を収納する容器とを具備する基板ベーキング装置及びこのような構成を有する熱処理装置を用いている（例えば、特許文献１参照。）。

また、従来周知の他の熱処理方法では、塗布膜（ホトレジスト膜）が形成された基板を載置するステージと、ステージを所定温度に加熱する加熱手段と、ステージを貫通して配置され、その先端で基板を支持するピン部材と、ピン部材を昇降し、基板が支持されるピン部材の先端位置を任意の高さ位置で保持するピン昇降機構とを具備し、ステージに載置されて加熱処理された基板が基板全体で略均一に冷却されるように基板をステージの上方に持ち上げて保持する高さを調整することにより基板の冷却速度が制御される熱処理装置を用いている（例えば、特許文献２参照。）。

ここで、図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、従来の熱処理工程につき説明する。

図５（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の熱処理工程におけるホットプレートの温度変化を表すグラフである。縦軸はホットプレートの温度（℃）を表し、横軸は経過時間（時刻）を表している。

図５（Ａ）は、ホットプレートの加熱開始から温度が安定状態となるまでのホットプレートの温度変化を説明する図である。図５（Ａ）に示すように、このような従来の熱処理工程において、時刻ｔ１でホットプレートの設定温度を、例えば初期設定温度１００℃から設定温度１３０℃に変更する場合には、ホットプレートの実際の温度は設定温度１３０℃に到達した時刻ｔ２以後においても若干の温度上昇が避けられない。この設定温度を超える温度上昇現象は、一般にオーバーシュートと称される。

そして、このオーバーシュートは、従来公知であるいわゆるＰＩＤ制御（Ｐは比例帯を意味し、Ｉは積分時間を意味し、及びＤは微分時間を意味する。）の設定に従ってヒータ温度を制御することにより解消される。

このとき、ホットプレートの温度は、設定温度より上下に振れながら時間の経過とともに振れ幅が小さくなり時刻ｔ３に至って設定温度である１３０℃で安定する。この時刻ｔ２から時刻ｔ３までの状態を過渡状態と称する。

図５（Ｂ）は、ホットプレート上にウエハが搭載された後にホットプレートの温度が安定状態になるまでの、ホットプレートの温度変化を説明する図である。図５（Ｂ）に示すように、ホットプレートの温度が設定温度（１３０℃）で安定した後、加熱対象であるウエハがホットプレート上に載置されて、設定温度での熱処理が行われる。

このとき安定に設定温度に保たれたホットプレートの熱が、より低温（例えば２３℃程度）であるウエハに奪われることにより時刻ｔ４以後において急激に低下する。低下した温度はヒータによる加熱により回復された後、再度のオーバーシュート、すなわち時刻ｔ５から時刻ｔ６までの再度の過渡状態を経て安定し、時刻ｔ６以後の温度が設定温度で安定した定常状態となる。

このような、時刻ｔ３以後であって加熱対象であるウエハがホットプレート上に載置される時刻ｔ４まで、及び時刻ｔ６以後の設定温度で安定した状態を定常状態と称する。

また、ホットプレートの温度が急激に低下する時刻ｔ４から時刻ｔ６に至って定常状態となるまでの時間を応答時間と称する。

このような応答時間が発生してしまうと、この応答時間の経過中、ウエハの処理（熱処理）を進めることができず、スループットが低下してしまう。

さらに、この応答時間の発生、すなわち長時間にわたるホットプレートの温度の不安定化により、特にポストベーク工程において、ウエハに形成されているレジストパターンの寸法の均一性が保てなくなってしまう。

さらにまた、応答時間をより短くするために、従来は熱容量のより大きな素材を選択し、かつホットプレートの質量をより増大させて応答時間を短くする手法が用いられていた。

例えばレジストパターンの形成工程において、露光工程前のプリベーク温度と露光工程後のポストベーク温度とを所望のパターン形状やパターン密度に応じて変化させる場合がある。

また、半導体装置の製造工程における加熱処理工程において、加熱対象物に対する設定温度はその種類によって又は工程によって異なる場合が多い。従って、既に説明した応答時間の短縮を目的として、ホットプレートに熱容量の大きな材料を選択し、ホットプレートの質量をより増大させたときに、例えば１３０℃と設定された初期設定温度を１００℃の設定温度に変更すると、すなわちホットプレートの設定温度を初期設定温度より低温に降温させる場合に、降温に要する時間が長くなってしまう。

結果として、ウエハの載置により発生する応答時間は短縮できるものの、設定温度の変更に起因する降温時間は長くなってしまう。

従って、この降温時間の経過中は、ウエハの処理（熱処理）を進めることができず、スループットが低下してしまう。

この発明の発明者は、鋭意研究を進める中で、ホットプレート（定盤）の熱容量を動的に変化させることでこの問題点を解決しうることを見い出し、この発明を完成するに至った。
特開平９−０５０９５７号公報 特開２００４−０２２８０５号公報

この発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、従って、この発明の目的は、ウエハの熱処理工程に際して、いわゆるオーバーシュートを防止しつつホットプレートの設定温度の変更に起因する応答時間をより短くして、レジストパターンの寸法の均一性を維持することができる熱処理装置及び熱処理方法を提供することにある。

この発明の第１の要旨による熱処理装置の好適な構成例によれば、以下の構成を具えているのがよい。

すなわち、熱処理装置は、第１定盤と、第２定盤と、定盤昇降機構と、第１チャンバと、第２チャンバとを具えている。第１定盤は、熱処理対象物である基板が直接的に載置されるか、又は基板と離間してこの基板を保持する第１主表面とこの第１主表面に対向する第２主表面とを有しており、さらにこの基板を加熱する第１加熱手段を有している。

また、第２定盤は第１定盤の第２主表面に対向する第１主面を有している。

さらに、定盤昇降機構は、上述の第１定盤の第２主表面と第２定盤の第１主面とを接触又は離間自在に、相対的にこれら第１及び第２定盤を昇降させる機能を有している。さらに、第１チャンバは、第１定盤の第１主表面を気密の空間内に囲む容器であって、複数の吸排気口を備えていて、第１定盤に固定されている。また、第２チャンバは、第１定盤の第２主表面及び第２定盤全体を気密の空間内に囲む容器であって、複数の吸排気口を備えていて、第１定盤に固定されている。

この発明の熱処理装置及びこの熱処理装置を用いる熱処理方法によれば、昇温時及び熱処理対象物の搭載時には、第１定盤及び第２定盤を互いに接触させて一体として全体としての熱容量を増大させるか、または流体を用いて動的に温度を制御することができるので、定盤の温度上昇及び設定温度の維持を効率的に行うことができ、かつ熱処理対象物の搭載時の定盤の温度低下をより緩やかにすることができる。従って、温度調整にかかるいわゆる応答時間を減少させることができる。よって、より短い応答時間で熱処理工程を効率よく行うことができる。

また、設定温度を下げる方向に変更する場合には、第１定盤と第２定盤とを互いに離間させて、特に熱処理対象物が保持される定盤の熱容量を減少させ、かつ定盤と冷気との接触面積を増大させるか、又は流体を用いて動的に温度を制御することができるので、より効率的な冷却が可能となる。従って、温度調整にかかる降温時間をより短縮することができる。よって、設定温度の変更を伴う熱処理工程をより効率よく行い、かつレジストパターン寸法の均一性を維持することができる。

以下、図を参照して、この発明の実施形態につき説明する。なお、図には、この発明が理解できる程度に各構成成分の形状、大きさ及び配置関係が概略的に示されているに過ぎず、これによりこの発明が特に限定されるものではない。また、以下の説明に用いる各図において同様の構成成分については、同一の符号を付して示し、その重複する説明を省略する場合もあることを理解されたい。

＜第１の実施形態＞
図１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、この例の熱処理装置の構成につき説明する。

図１（Ａ）及び（Ｂ）はこの例の熱処理装置の切断端面を概略的に示す図であって、（Ａ）図は降温時の熱処理装置の態様を示しており、（Ｂ）図は基板加熱時の熱処理装置の態様を示している。なお、以下の説明において、加熱処理の対象となる熱処理対象物を基板とする例につき説明する。

熱処理装置１０は、互いに上下に対向する２つの定盤、すなわち第１定盤２０と第２定盤３０とを有している。これら第１定盤２０及び第２定盤３０の平面形状は、四角形、円形といった任意好適な形状とすることができる。

第１定盤２０は、好ましくは第１主表面２０ａ及びこの第１主表面２０ａに平行して対向する第２主表面２０ｂを有している。

第１定盤２０の第１主表面２０ａ及び第２主表面２０ｂは、この発明の目的を損なわない範囲で任意好適な面形状とすることができる。少なくとも第２主表面２０ｂは、第２定盤３０の第１主面３０ａに隙間なく密着できる形状とすればよい。この例では第１主表面２０ａ及び第２主表面２０ｂのいずれもフラットな平面で構成されている。

第１主表面２０ａは、基板保持面として使用される面である。すなわち、好ましくは、この第１主表面２０ａはその領域の一部分を基板５０の一方の主面（互いに対向する表面５０ａ及び裏面５０ｂのうち、図示例では裏面５０ｂ）が密着して直接的に載置される基板搭載面としてもよい。或いは又、この第１主表面２０ａには基板５０の裏面５０ｂとは離間して基板５０を保持する、例えば第１主表面２０ａから突出して構成される従来公知のいわゆるスペーサといった基板保持機構２６を設けて、この基板保持機構２６で基板を保持してもよい。

図１（Ａ）には、第１定盤２０は、基板保持機構２６としてのスペーサの頂面に基板５０の裏面５０ｂを接触させて基板５０を支持する例を示してある。

第１定盤２０の第１主表面２０ａ及び第２主表面２０ｂに挟まれる厚み内には、第１加熱手段２２が設けられている。この第１加熱手段２２は、第１定盤２０自体を加熱し、また第１主表面２０ａ上に支持される基板５０を加熱することができる。

この第１加熱手段２２としては、このような加熱処理装置に常用され、従来公知の構成を有するいわゆるヒータを使用することができる。

基板５０の全体を均一に加熱することができるように、この例では複数個の第１加熱手段２２が任意好適な配置で互いに離間して配置されて設けられている。しかしながら、設計に応じて第１定盤２０に第１加熱手段２２は一個設ける構成とすることもできる。

第１定盤２０は、その第１加熱手段２２それぞれと第１主表面２０ａとの間の領域中に、複数個の温度センサ２４を具えている。温度センサ２４は、複数個の第１加熱手段２２と１対１の対応関係で設けられている。

これら温度センサ２４は、各第１加熱手段２２によって加熱された第１定盤２０の部分領域の温度をモニタする。このモニタリングは、従来と同様に第１定盤２０全体の温度を均一に維持するために行う。

各第１加熱手段２２及びこれに対応する温度センサ２４の各組は、それぞれ互いに独立して従来公知のいわゆるＰＩＤ制御により動作の制御を受ける。

ＰＩＤ制御及びこのＰＩＤ制御に使用される機能部の構成を、図示を省略して簡単に説明する。

温度センサ２４の検出した温度（データ）は、熱処理装置１０の外部に存在する温度制御部に送られる。

温度制御部は、検出された温度（データ）に基づいて、この検出温度が予め設定されている設定温度よりも低い場合には、加熱手段制御部に対して第１加熱手段２２の熱出力を上げる方向に制御する指令信号（第１指令信号）を出力し、また、検出された温度が設定温度より高い場合には、第１加熱手段２２の熱出力を低下させる方向に制御する指令信号（第２指令信号）を出力する。

第１指令信号が入力された加熱手段制御部は、第１加熱手段２２を熱出力が上がる方向に制御し、また、第２指令信号が入力された加熱手段制御部は第１加熱手段２２の熱出力を低下させる方向に制御する。

これら温度制御部、加熱手段制御部は、従来公知のいわゆるコンピュータ資源及びこれに搭載されて互いに協働するソフトウェア資源により実現することができる。

第２定盤３０は、図示例では既に説明した第１定盤２０と同様の構成を有している。すなわち、この例の第２定盤３０は、第１主面３０ａ及びこの第１主面３０ａに平行に対向する第２主面３０ｂを有していて、特に第１主面３０ａは、第１定盤２０の第２主表面２０ｂと同一の平面形状を有している。

第２定盤３０の２つの主面のうち、少なくとも第１主面３０ａは、第１定盤２０の第２主表面２０ｂに隙間なく密着できる形状、すなわちこの例ではいずれの面もフラットな平面で構成されている。

第２定盤３０の第１主面３０ａ及び第２主面３０ｂに挟まれた厚み内には、第２定盤３０を加熱する第２加熱手段３２が設けられている。

第２加熱手段３２は、既に説明した第１加熱手段２２と同様の構成とすることができる。すなわち、第２加熱手段３２は、このような加熱処理装置に常用され、従来公知の構成を有するいわゆるヒータを使用することができる。

この例では、第１加熱手段２２の場合と同様に、複数個の第２加熱手段３２は任意好適な配置で互いに離間して配置して設けてもよいし、或いは一個設けるようにしてもよい。

第２定盤３０は、その第２加熱手段３２それぞれと第１主面３０ａとの間の領域中に、複数個の温度センサ３４が複数個の第２加熱手段３２と１対１の対応関係で設けられている。

これら温度センサ３４は、第２定盤３０全体の温度を均一に維持するために、１つの第２加熱手段３２により温度の維持が可能である第２の定盤３０の部分領域の温度をモニタする。

熱処理装置１０は定盤昇降機構４０を具えている。定盤昇降機構４０は、好ましくは第２定盤３０と第１定盤２０とを第１定盤２０の第２主表面２０ｂと第２定盤３０の第１主面３０ａとを接触又は離間自在に相対的に昇降させる。

すなわち、定盤昇降機構４０は、第１定盤２０及び第２定盤３０のいずれか一方又は双方を、図中の白抜き双頭矢印Ａ方向及びＢ方向のいずれか一方向又は両方向に移動させて、間隙Ｓを生じさせるか又は第１定盤２０の第２主表面２０ｂと第２定盤３０の第１主面３０ａとを密着させる。

図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す構成例では、第１定盤２０を固定して、第２定盤３０のみを双頭矢印Ａ方向又はＢ方向に作動（移動）可能としてある。

このように第２定盤３０のみを昇降させる構成とすれば、搬送されてきて第１定盤２０の第１主表面２０ａ上に支持される基板５０の位置精度が確保しやすいという利点がある。

また、このような構成とすれば、第１主表面２０ａより上側に可動の構成が存在しないため、基板５０の表面５０ａの粉塵等による汚染を効果的に防止することができる。

次に、図２を参照して、この発明の熱処理装置１０の吸排気系につき説明する。

図２は、この発明の熱処理装置及びこれに適用して好適な吸排気系の構成例を説明するための模式図である。

吸排気系は、第１チャンバ１０２及び第２チャンバ１０４を有している。

第１チャンバ１０２は、第１定盤２０の少なくとも第１主表面２０ａを気密の空間内に囲む容器状の筐体により構成されている。

この例では、第１チャンバ１０２の端縁は第１定盤２０の厚みを構成する側面に隙間なく固定されている。

第１チャンバ１０２は、熱処理対象物である例えば基板が搬入及び搬出自在に、すなわち開放自在に構成されている。

熱処理対象物、或いは第１定盤２０の第１主表面２０ａの冷却時には、第１チャンバ１０２を開放して、冷気を導入する。

第１チャンバ１０２は、開閉自在に構成されている複数の吸排気口（１０２ａ、１０２ｂ）を有している。これらは、熱処理対象物の熱処理中にいわゆるパージエアの導入（吸気）及び排気に用いられる。

第１チャンバ１０２は、この例では第１定盤２０側に複数の第１吸排気口（１０２ａａ、１０２ａｂ）を有している。

また、この例では第１チャンバ１０２は、さらに第１定盤２０の第１主表面２０ａに対向する位置に複数の第２吸排気口（１０２ｂａ、１０２ｂｂ、１０２ｂｃ）を有している。

第１チャンバ１０２における吸排気口の動作（開閉）例につき説明する。

第１吸排気口（１０２ａａ、１０２ａｂ）及び第２吸排気口（１０２ｂａ、１０２ｂｂ、１０２ｂｃ）を開放する。第１吸排気口１０２ａａからパージエアを導入し、第１吸排気口１０２ａｂから排気する。

第２チャンバ１０４は、第１定盤２０の少なくとも第２主表面２０ｂ及び第２定盤３０の全体を気密の空間内に囲い込む容器状の筐体により構成されている。

この例では、第２チャンバ１０４の端縁は第１定盤２０の厚みを構成する側面に隙間なく固定されている。また、第２チャンバ１０４は気密の空間を画成してこの空間内に第２定盤３０を格納している。

第２チャンバ１０４は、画成する気密の空間内に、第２定盤３０の第２主面３０ｂに接続して設けられている定盤昇降機構４０の構成要素の一部を格納し残りの一部を外側に露出させている（定盤昇降機構４０の具体的な構成については後述する。）。

第２チャンバ１０４は、開閉自在に構成されている複数の吸排気口（１０４ａａ、１０４ａｂ）を有している。この例では第２定盤３０の第２主面３０ｂの直下であって、第２定盤３０の端縁近傍に対応する位置に互いに離間させて設けられている。

これら吸排気口（１０４ａａ、１０４ａｂ）は、例えば熱処理対象物の熱処理工程時には閉鎖される。また冷却時にはこれらを開放して、一部を冷気を導入するための吸気口とし、残りの一部を熱気の排気口として、第２チャンバ１０４内を流れる気流を生成させることで熱処理対象物の冷却を行う。

例えば、熱処理工程終了後の冷却工程において、吸排気口（１０４ａａ、１０４ａｂ）の一方を吸気口として冷気を導入し、他方を排気口として熱気を排出する構成とすれば、特に第１定盤２０と第２定盤３０との間隙Ｓに、白抜き双頭矢印で示したＣ方向又はＤ方向に流れる気流を発生させることができる。

従って、特に第１定盤２０の第２主表面２０ｂ及び第２定盤３０の第１主面３０ａを効率的に冷却することができる。

図１及び図２を参照して説明した熱処理装置１０の特に定盤昇降機構４０の構成例について、図３を参照して説明する。

図３は、この発明の熱処理装置に適用して好適な定盤昇降機構の構成例を説明するための模式図である。

定盤昇降機構４０は、昇降棒４２を具えている。この昇降棒４２は、図中の白抜き双頭矢印Ａ方向又はＢ方向に移動して、第２定盤３０を白抜き双頭矢印Ａ方向又はＢ方向に昇降させる。

昇降棒４２は、その一部分が高温に曝されるため、耐熱性及び放熱性を考慮した任意好適な素材により構成し、かつ放熱性を高めるために好ましくは例えば中空の筒状の構成とするのがよい。

昇降棒４２の両端部には断熱部材４４が設けられている。この断熱部材４４は熱伝導性が低く、かつ放熱性の高い材料、好ましくは例えばセラミック材料により構成するのがよい。

第１断熱部材４４ａは、第２定盤３０に接触して固定され、間接的に昇降棒４２と第２定盤３０とを連結している。

第１断熱部材４４ａは、加熱された第２定盤３０の熱が昇降棒４２に伝導することを防止して、熱に起因する昇降機構の機能不全を防止する機能を果たす。

第２断熱部材４４ｂは、結合部材（例えばリンクアーム）４８に接触して固定されている。第２断熱部材４４ｂは、特に第２チャンバ１０４内で加熱された昇降棒４２の熱が結合部材４８及びこれに接続されている部材に伝導することを防止して、昇降機構の熱に弱い構成要素、特にボールねじ４１（後述する。）の熱による機能不全を防止する機能を果たす。

昇降棒４２は、従来公知の直動機器（リニアガイド）４６により支持されている。直動機器４６は、第２チャンバ１０４の機密性を損なうことなく第２チャンバ１０４を貫通して固定され、昇降棒４２を支持している。

結合部材４８には、さらにボールねじ４１が動作可能な状態で接続されて設けられている。このボールねじ４１を動作させることにより、結合部材４８並びにこの結合部材４８に接続されている第２断熱部材４４ｂ及び昇降棒４２、ひいては第２定盤３０を白抜き双頭矢印Ａ方向又はＢ方向に昇降させる。

このボールねじ４１には、プーリー４３が結合されていて、このプーリー４３を介して駆動手段４７の動力がボールねじ４１に伝達される。これによりボールねじ４１は回転運動を行い、昇降棒４２、すなわち第２定盤３０を昇降させる。

プーリー４３は、この例では２つのプーリー、すなわち第１プーリー４３ａ及び第２プーリー４３ｂにより構成されている。

第１プーリー４３ａはボールねじ４１の一端に固定されている。第２プーリー４３ｂは、例えば駆動モータである駆動手段４７に、駆動手段４７の発生する回転駆動力が伝達されるように接続されている。これら第１プーリー４３ａ及び第２プーリー４３ｂはプーリーベルト４５により連結されている。すなわち、駆動手段４７の回転駆動力は、このプーリーベルト４５により第２プーリー４３ｂから第１プーリー４３ａに伝達される。

図１及び図２を参照して、この発明の熱処理装置１０の具体的な動作につき説明する。

加熱処理時、すなわち第１定盤２０の温度を上昇させるか、又は所望の設定温度に維持する場合には、図１（Ｂ）に示すように、第１定盤２０の第２主表面２０ｂと第２定盤３０の第１主面３０ａとを密着させて、第１定盤２０及び第２定盤３０を一体の構成として加熱すればよい。

このようにすれば、第１定盤２０単独で加熱工程を実施する場合よりも、第１定盤２０の熱容量に、さらに第２定盤３０の熱容量が加わるため、全体として熱容量が増大して熱処理対象物の加熱をより効率的に行うことができる。

また、第１定盤２０及び第２定盤３０が互いに接触して構成される構造体全体として、得た熱を放出しにくくなるため、設定温度の維持がより容易になる。

第１定盤２０及び第２定盤３０の質量、すなわち熱容量の総和及びこれらが具える第１及び第２加熱手段２２及び３２の発生する熱量の総和は、熱処理対象物である例えばウエハが載置された際の第１定盤２０の温度の低下を効果的に緩和することを考慮して、好ましくは、従来の同種の装置に比較して１倍を超えて２倍より小さくするのがよい。

具体的には、第１定盤２０及び第２定盤３０それぞれの熱容量を、好ましくは例えば従来の定盤（例えばホットプレート）の８０％程度とするのがよい。これは第１及び第２加熱手段２２及び３２の質量（容積）を減じることにより実現することができる。

このとき、第１及び第２加熱手段２２及び３２それぞれの加熱時の熱量は、好ましくは従来の８０％程度として行うのがよい。これは第１及び第２加熱手段２２及び３２の出力を調節することにより実現することができる。

なお、第２定盤３０に、第２加熱手段３２及び温度センサ３４を設けずに、第２定盤３０を、単に第１定盤２０に対する熱容量調整部材として使用することもできる。

この場合には、第１加熱手段２２のみにより、第１定盤２０及び第２定盤３０の加熱及び設定温度の維持を行う必要がある。

従って、この場合には、第１定盤２０を、従来の熱量の１６０％程度の出力が可能な第１加熱手段２２を具える構成とするのがよい。

このような構成とすれば、第２定盤３０に第２加熱手段３２及び温度センサ３４のみならず、これらに接続される配線といった構成要素を不要とすることができるので、熱処理装置１０の構成をより簡易なものとできる。よって、熱処理装置自体のコスト、ひいては製造される半導体装置のコストをより効果的に低減することができる。

降温処理、すなわち第１定盤２０の設定温度をより低い温度に再設定する場合には、図１（Ａ）及び図２に示したように、既に説明した定盤昇降機構４０を作動させて、この例では第２定盤３０を図中の白抜き双頭矢印Ｂ方向に下降させることにより、第２定盤３０を第１定盤２０から離間させて間隙Ｓを生成させる。

このように間隙Ｓを生成させることにより、第１定盤２０及び第２定盤３０が互いに接して形成される構造体全体の熱容量が、第１定盤２０又は第２定盤３０が保持する個別の熱容量ごとに分離される。

従って、冷却対象が第１定盤２０及び第２定盤３０が互いに接して形成される構造体全体から第１定盤２０のみになる。すなわち、冷却時に冷却対象の熱容量をほぼ１／２に低減できるため、冷却対象である第１の定盤２０の温度をより効率的に低下させることができる。

このとき、間隙Ｓを生成させた状態で、第２チャンバ１０４の吸排気口１０４ａａ及び１０４ａｂを動作させて、白抜き双頭矢印で示したＣ方向又はＤ方向に流れる冷却気流を発生させる。

このようにすれば、互いに離間した第１定盤２０の第２主表面２０ｂ及び第２定盤３０の第１主面３０ａの両方、すなわちより大面積の領域に冷却気流を接触させることができるので、第１定盤２０の冷却をより効率的に行うことができる。

ここで、この例の熱処理装置１０の動作（制御）につき説明する。

まず、設定温度を１３０℃として、この温度まで昇温させる。この場合には予め、第１定盤２０の第２主表面２０ｂと第２定盤３０の第１主面３０ａとを互いに接触（密着）させて、第１定盤２０及び第２定盤３０を一体の定盤として全体として熱容量を増大させておく。

この状態で温度分布を温度センサ２４、３４により検出して第１及び第２加熱手段２２及び３２の発生する熱量を調整しつつ温度分布が均一になるように、第１定盤２０及び第２定盤３０を設定温度まで上昇させる制御を行う。

次いで、設定温度１３０℃を維持する。この場合には、温度センサ２４、３４が検出した温度（データ）に基づいて、検出された温度が設定温度より低い場合には第１及び第２加熱手段２２及び３２を動作させ、検出された温度が設定温度より高い場合には第１及び第２加熱手段２２及び３２を停止させる。

次に、設定温度１３０℃での熱処理対象物に対する熱処理工程が終わったら、次の熱処理工程の設定温度へと変更する。すなわち、この場合には設定温度を１３０℃から１００℃に変更する。この場合には、まず第１及び第２加熱手段２２及び３２の動作を停止する。そして、定盤昇降機構４０により第２定盤３０を下降させる。結果として、第１定盤２０は第２定盤３０と離間するので熱容量は第１定盤２０及び第２定盤３０それぞれ固有の容量に分離される。

よって、第１定盤２０及び第２定盤３０それぞれの温度を効率的に低下させることができる。

第１定盤２０及び第２定盤３０が設定温度１００℃に近づいたところで再び第１定盤２０の第２主表面２０ｂと第２定盤３０の第１主面３０ａとを互いに接触（密着）させて、第１定盤２０及び第２定盤３０を一体の定盤として全体として熱容量を増大させる。

このようにすれば既に説明したいわゆるオーバーシュート現象を効果的に防止することができる。また、設定温度の変更に伴う降温時間をより短くすることができる。

上述した温度制御及び動作制御に使用される機能部の構成は、この発明の主要部ではないため、図示は省略して簡単に説明する。

温度センサ２４、３４の検出した温度（データ）は、熱処理装置１０の外部に存在する温度制御部に送られる。

温度制御部は、検出された温度（データ）に基づいて、第１及び第２加熱手段２２及び３２、定盤昇降機構４０を個別に制御する制御部に対して指令信号を出力する。

指令信号が入力された制御部は、第１及び第２加熱手段２２及び３２、定盤昇降機構４０を適宜動作制御する。

＜第２の実施形態＞
図４を参照して、この例の熱処理装置の構成につき説明する。

図４はこの例の熱処理装置の切断端面を概略的に示す図である。

この例の熱処理装置１０は、その詳細な構成については後述するが単一の定盤、すなわち還流定盤６０を具えていることを特徴としている。

還流定盤６０は、第１主表面６０ａ及びこの第１主表面６０ａに平行に対向する第２主表面６０ｂを有している。

第１主表面６０ａ及び第２主表面６０ｂは、この発明の目的を損なわない範囲で任意好適な面形状とすることができる。この例ではいずれもフラットな平面で構成されている。

第１主表面６０ａは、基板保持面として使用される面である。すなわち、好ましくは、この第１主表面６０ａはその領域の一部分を基板５０の一方の主面（互いに対向する表面５０ａ及び裏面５０ｂのうち、図示例では裏面５０ｂ）が密着して直接的に載置される基板搭載面としてもよい。或いは又、この第１主表面６０ａには基板５０の裏面５０ｂとは離間して基板５０を保持する、例えば第１主表面６０ａから突出して構成される従来公知のいわゆるスペーサといった基板保持機構６６を設けて、この基板保持機構６６で基板を保持してもよい。

図示例では基板保持機構６６としてのスペーサの頂面に基板５０の裏面５０ｂを接触させて基板５０を支持している。

還流定盤６０の第１主表面６０ａ及び第２主表面６０ｂに挟まれる厚み内には、定盤６０自体を加熱することができる加熱手段６２が設けられている。この加熱手段６２は、還流定盤６０自体を加熱し、また第１主表面６０ａ上に支持される基板５０を加熱することができる。

この加熱手段６２としては、このような熱処理装置に常用され、従来公知の構成を有するいわゆるヒータを使用することができる。

この例では一個の加熱手段６２が設けられている。加熱手段６２は基板５０の全体を均一に加熱することができることを条件として、任意の配置で複数個とすることもできる。

この加熱手段６２に対向する第１主表面６０ａ側には、複数個の温度センサ６４が設けられている。

これら複数個の温度センサ６４は、還流定盤６０、ひいては基板５０の全体を均一な温度とできる任意好適な間隔及び位置に設けられる。

還流定盤６０は、加熱手段６２と複数個の温度センサ６４との間に、すなわち還流定盤６０の厚み内に格納される還流チャンバ６８を具えている。

還流チャンバ６８は、この例では熱処理対象物である基板５０の平面サイズよりも大きな平面サイズを有している。

還流チャンバ６８には、還流媒体９０が充填されている。この還流媒体９０は、還流定盤６０全体としての熱容量を増大させ、流体である還流媒体９０により還流定盤６０の特に第１主表面６０ａに加熱手段６２の発する熱をより均一に伝達し、面内温度分布のばらつきをより小さくすることができる。

還流媒体９０としては、好ましくは、例えば液体状のガリウム（Ｇａ）を用いるのがよい。ガリウムは、熱伝導率４１．０Ｗ／（ｍ・ｋ）と水に比較して格段に大きな熱伝導率を有している。また、ガリウムは単位容積あたりの熱容量に優れており、その沸点は２４２０℃、熱膨張係数は１．８３×１０^-6である。従って、想定される温度条件が９０℃から１３０℃程度の温度であることから、この温度範囲で沸騰してしまう流体、例えば水（Ｈ₂Ｏ）よりも適用して好適であるといえる。

なお、還流媒体９０はこの例に限定されず、想定される温度条件、熱容量、熱伝導率等を考慮して、ガリウム以外の任意好適な流体を適用することができる。

還流チャンバ６８には、配管６９により還流手段８０が接続されている。これら配管６９及び還流手段８０により、還流媒体９０を還流チャンバ６８内に還流させて、第１主表面６０ａの面内温度分布のばらつきを防止する。

配管６９及び還流手段８０は、従来公知の任意好適な配管及びポンプ等を組み合わせて適用することができる。

また、この例の熱処理装置１０は、好ましくは還流媒体９０の温度を低下又は上昇させることができる熱交換ユニットを具えるのがよい（図示しない。）。

この例の熱処理装置１０は、還流チャンバ６８及び還流媒体９０の存在により熱容量が増大しているので、これを補償するために加熱手段６２の出力を大きくしておく必要がある。

この例の熱処理装置１０は、さらに攪拌手段７０を具える構成としてもよい。攪拌手段７０は、還流チャンバ６８内の還流媒体９０を能動的に攪拌して、第１主表面６０ａの面内温度分布のばらつきをより効果的に防止する。

この例の攪拌手段７０は、第１攪拌手段７０ａ及び第２攪拌手段７０ｂを有している。上述したように還流媒体９０としてガリウムを適用した場合には、これら攪拌手段７０ａ及び７０ｂを、好ましくは例えば電磁石により構成するのがよい。

この電磁石を作動させることによりガリウムが流動する程度の磁界を発生させて、ガリウムを攪拌し、還流定盤６０の温度を一定に保ちやすくなる。

また、この電磁石により、ガリウムが発熱する程度のより高周波である磁界を発生させてもよい。

この例では、第１攪拌手段７０ａは、還流定盤６０の第１主表面６０ａに対向させて配置されている。また、第２攪拌手段７０ｂは、還流定盤６０の第２主表面６０ｂに対向させて配置されている。

ここで、この例の熱処理装置１０の動作（制御）につき説明する。

まず、設定温度を１３０℃として、この温度まで昇温させる。この場合には、還流手段８０の動作を停止した状態で、加熱手段６２及び攪拌手段７０を動作させる。温度分布を温度センサ６４により検出して加熱手段６２の発生する熱量を調整しつつ温度分布が均一になるように、還流定盤６０を設定温度まで上昇させる制御を行う。

次いで、設定温度１３０℃を維持する。この場合には、温度センサ６４が検出した温度（データ）に基づいて、検出された温度が設定温度より低い場合には加熱手段６２を動作させ、検出された温度が設定温度より高い場合には加熱手段６２を停止させる。なお、温度センサ６４により温度分布の不均一（偏り）が検出された場合には、攪拌手段７０を動作させて温度分布の均一性を維持する制御を行う。

次に、設定温度１３０℃での熱処理対象物に対する熱処理工程が終わったら、次の熱処理工程の設定温度へと変更する。すなわち、この場合には設定温度を１３０℃から１００℃に変更する。この場合には、まず加熱手段６２の動作を停止する。そして、熱交換ユニットにより、還流媒体９０の温度を設定温度（１００℃）より低い温度に低下させつつ、還流媒体９０を還流手段８０の動作により還流させることで、還流定盤６０の温度を低下させる。

還流定盤６０の温度が設定温度より若干高い温度、この場合には例えば１０３℃程度となったところで、還流媒体９０の流動を停止するか、又は流動速度を低下させる。同時に加熱手段を動作させて、還流定盤６０の経時的な温度低下率がより小さくなるようにする。最後に設定温度１００℃に至る直前の時点で還流手段８０の動作を停止させる制御を行う。

このようにすれば既に説明したいわゆるオーバーシュート現象を効果的に防止することができる。また、設定温度の変更に必要な降温時間をより短くすることができる。

これらの制御は、従来公知であるいわゆるＰＩＤ制御により行われる。この例の熱処理装置１０では還流チャンバ６８及び還流媒体９０を用いるので、パラメータを最適化する必要がある。このパラメータの最適化は、還流チャンバ６８及び還流媒体９０の熱伝導率といった物理的特性を考慮して一義的に最適化することができる。

上述した温度制御及び動作制御に使用される機能部の構成は、この発明の主要部ではないため、図示は省略して簡単に説明する。

温度センサ６４の検出した温度（データ）は、熱処理装置１０の外部に存在する温度制御部に送られる。

温度制御部は、検出された温度（データ）に基づいて、加熱手段６２、攪拌手段７０、還流手段８０及び熱交換ユニットを個別に制御する制御部に対して指令信号を出力する。

指令信号が入力された制御部は、加熱手段６２、攪拌手段７０、還流手段８０及び熱交換ユニットを適宜動作制御する。

これら温度制御部、制御部は、従来公知のいわゆるコンピュータ資源及びこれに搭載されて互いに協働するソフトウェア資源により実現することができる。

熱処理装置を概略的に示す図である。 この発明の熱処理装置及びこれに適用して好適な吸排気系の構成例を説明するための模式図である。 この発明の熱処理装置に適用して好適な昇降機構の構成例を説明するための模式図である。 熱処理装置を概略的に示す図である。 従来技術の説明図である。

符号の説明

１０：熱処理装置
２０：第１定盤（ホットプレート）
２０ａ、６０ａ：第１主表面
２０ｂ、６０ｂ：第２主表面
２２：第１加熱手段
２４、３４：温度センサ
２６、６６：基板保持機構（スペーサ）
３０：第２定盤
３０ａ：第１主面
３０ｂ：第２主面
３２：第２加熱手段
４０：定盤昇降機構
４１：ボールねじ
４２：昇降棒
４３：プーリー
４３ａ：第１プーリー
４３ｂ：第２プーリー
４４：断熱部材
４４ａ：第１断熱部材
４４ｂ：第２断熱部材
４５：プーリーベルト
４６：直動機器（リニアガイド）
４７：駆動手段（駆動モータ）
４８：結合部材（リンクアーム）
５０：基板（ウエハ）
５０ａ：表面
５０ｂ：裏面
６０：還流定盤
６２：加熱手段
６４：温度センサ
６８：還流チャンバ
６９：配管
７０：攪拌手段
７０ａ：第１攪拌手段
７０ｂ：第２攪拌手段
８０：還流手段
９０：還流媒体
１０２：第１チャンバ
１０２ａ、１０２ａａ、１０２ａｂ：第１吸排気口
１０２ｂ、１０２ｂａ、１０２ｂｂ、１０２ｂｃ：第２吸排気口
１０４：第２チャンバ
１０４ａａ、１０４ａｂ：吸排気口

Claims (5)

1. 基板を保持する第１主表面及び当該第１主表面に対向する第２主表面を有しており、前記基板を加熱する第１加熱手段を有する第１定盤と、
   前記第１定盤の前記第２主表面に対向する第１主面を有する第２定盤と、
   前記第１定盤の前記第２主表面と前記第２定盤の前記第１主面とを接触又は離間自在に昇降させる定盤昇降機構と、
   前記第１定盤の前記第１主表面を気密の空間内に囲む容器であって、複数の吸排気口を備えていて、前記第１定盤に固定された第１チャンバと、
   前記第１定盤の前記第２主表面及び前記第２定盤全体を気密の空間内に囲む容器であって、複数の吸排気口を備えていて、前記第１定盤に固定された第２チャンバと
   を具えていることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記第２定盤は、前記第１定盤に接触時に前記第１定盤を加熱する第２加熱手段をさらに具えていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記定盤昇降機構は、前記第２定盤を昇降させる昇降機構であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理装置。
4. 基板を保持する第１主表面及び当該第１主表面に対向する第２主表面を有しており、前記基板を加熱する第１加熱手段を有する第１定盤、前記第１定盤の前記第２主表面に対向する第１主面を有しており、前記第１定盤を加熱する第２加熱手段を有している第２定盤、前記第１定盤の前記第２主表面と前記第２定盤の前記第１主面とを接触又は離間自在に、前記第２定盤を昇降させる昇降機構と、前記第１定盤の前記第１主表面を気密の空間内に囲む容器であって、複数の吸排気口を備えていて、前記第１定盤に固定された第１チャンバと、前記第１定盤の前記第２主表面及び前記第２定盤全体を気密の空間内に囲む容器であって、複数の吸排気口を備えていて、前記第１定盤に固定された第２チャンバとを具えている熱処理装置を準備する工程と、
   前記第１定盤の前記第２主表面と前記第２定盤の前記第１主面とを接触させた状態で、前記第１加熱手段及び前記第２加熱手段を動作させて、前記第１定盤を加熱して第１の温度に維持する工程と、
   前記第１定盤の前記第１主表面に基板を保持して前記第１の温度で加熱処理を行う工程と
   を含むことを特徴とする熱処理方法。
5. 前記第１の温度で加熱処理を行った後、前記第１定盤及び前記第２定盤を当該第１の温度よりも低い温度に降温して第２の温度に維持する場合には、
   前記第１加熱手段及び前記第２加熱手段の動作を停止する工程と、
   前記第１定盤の前記第２主表面と前記第２定盤の前記第１主面とを離間させた状態で降温させた後、前記第１加熱手段及び前記第２加熱手段を動作させて前記第１定盤を前記第２の温度に維持する工程と
   をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の熱処理方法。

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