JP6863041B2 - 基板加熱装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板を加熱板に載置して熱処理を行う技術に関する。
半導体製造装置の製造工程に用いられるエッチングマスクとなる薄膜としては、例えばＳＯＣ（Spin On carbon）膜などと呼ばれている塗布膜が知られている。この塗布膜は、塗布膜の前駆体を含む薬液を例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）にスピンコーティングした後、加熱して架橋反応により硬化させることにより得られる。塗布膜のエッチング耐性は、塗布膜の緻密性を高くすることにより大きくなり、従って架橋反応時の加熱温度を高くすることによりエッチング耐性が大きくなる。
半導体デバイスの薄層化が進むことにより、エッチングマスクに対して、より一層大きなエッチング耐性が求められており、塗布膜の加熱時の高温化が避けられない状況にある。特許文献１には、ウエハを加熱板上に載置して、加熱処理した後、冷却水の配管を備えた専用のアーム上にウエハを受け渡して冷却しながら外部の搬送アームに対する受け渡し位置まで移動する基板加熱装置が記載されている。
しかしながら加熱部の加熱温度が高くなると、冷却アームにより加熱部に載置されたウエハを受け取るときに冷却アームが加熱されてしまう。さらにまた冷却アームが加熱部の上方で停止してしまった場合には、冷却アームが長時間高い温度に曝されることになりかねない。この結果冷却アームを冷却する冷却水が沸騰してしまうおそれがあったり、熱の負荷による消耗のためメンテナンス周期が短くなる懸念がある。
特許文献２には、ウエハＷを冷却プレートと加熱部との間で受け渡すアームを設けた構成が記載されているが、加熱板によるウエハの加熱温度が５００℃を超えるような高温の場合における熱の対策については記載されていない。
特開２００７−２９４７５３（段落０００３〜０００５、図１８） 特許第５２２０５０５号
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、基板を加熱板に載置して加熱する基板加熱装置において、基板加熱装置に設けられる駆動系への加熱板の熱の影響を抑制する技術を提供することにある。
本発明の基板加熱装置は、基板を載置して加熱する加熱板と、
前記加熱板に前後方向に隣接して設けられ、外部から搬入された加熱処理前の基板が載置されると共に前記加熱板による加熱処理後の基板を冷却するための冷却板と、
前記冷却板と加熱板との間で基板を搬送するための基板搬送機構と、
前記加熱板の下方側から前記冷却板の下方側へ亘って設けられた遮熱板と、
前記遮熱板を冷却するための冷却機構と、を備え、
基板を加熱処理する雰囲気を低酸素雰囲気とするための低酸素雰囲気形成部と、
前記基板搬送機構は、基板を保持するための基板保持部と、前記基板保持部を前後方向に移動させるために前記遮熱板よりも下方側に設けられた移動機構と、を備えたことを特徴とする。
また本発明の基板加熱装置は、筐体内に設けられ、基板を載置して加熱する加熱板と、
前記筐体内において、前記加熱板に前後方向に隣接して設けられ、外部から前記筐体内に搬入された加熱処理前の基板が載置されると共に前記加熱板による加熱処理後の基板を冷却するための冷却板と、
前記冷却板と加熱板との間で基板を搬送するための基板搬送機構と、
前記加熱板の下方側から前記冷却板の下方側へ亘って設けられた遮熱板と、
前記遮熱板を冷却するための冷却機構と、
前記冷却板から見て、前記加熱板の奥側に設けられ、前記筐体内の雰囲気を排気するための排気部と、
前記冷却板と、前記加熱板と、の間に設けられ、前記排気部に向けて低酸素雰囲気を形成するためのガスを供給して、基板を加熱処理する雰囲気を低酸素雰囲気とするための第１のガス供給部と、
前記冷却板の上方から、前記冷却板に向けて低酸素ガスを供給する第２のガス供給部と、
前記基板搬送機構は、基板を保持するための基板保持部と、前記基板保持部を前後方向に移動させるために前記遮熱板よりも下方側に設けられた移動機構と、を備えたことを特徴とする。
本発明は、加熱板により加熱処理された基板を基板搬送機構により冷却板に搬送するように構成し、加熱板の下方側から冷却板の下方側に亘って配置された水冷板の下方側に基板搬送機構の駆動系を構成する移動機構を設けている。従って、移動機構に対する加熱板からの輻射熱が遮熱板により遮られるので、加熱板の温度を高くしても、移動機構に対する耐熱性が大きい。このため本発明は、基板加熱装置の高温化に適した技術である。
第１の実施の形態に係る加熱装置を示す縦断側面図である。 第１の実施の形態に係る加熱装置を示す平面図である。 水冷板を示す斜視図である。 冷却プレートを示す斜視図である。 前記加熱装置における冷却プレートを示す縦断正面図である。 前記加熱装置における加熱部を示す縦断正面図である。 ウエハ搬送機構を示す斜視図である。 加熱装置が設けられる塗布、現像装置を示す斜視図である。 加熱装置が設けられる塗布、現像装置を示す平面図である。 第１の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第２の実施の形態に係る加熱装置を示す縦断正面図である。 第２の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第２の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第２の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第２の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第３の実施の形態に係る加熱装置を示す縦断正面図である。 第３の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 第３の実施の形態に係る加熱装置の作用を示す説明図である。 実施例１、２におけるウエハの膜厚分布を示す等高線図である。
［第１の実施の形態］
本発明の実施の形態に係る基板加熱装置である加熱装置１は、図１、２に示すように、矩形の筐体１０を備えている。筐体１０は遮熱板である水冷板２により、内部が上下に区画されており、筐体１０の長さ方向を前後方向とすると、例えば筐体１０の前方側の端面における水冷板２よりも上方の位置には、ウエハＷを搬入出するための搬入出口１１が形成されている。搬入出口１１には、搬入出口１１を開閉するシャッタ１２が設けられ、シャッタ１２は、筐体１０の内側であって、水冷板２の下方に設けられたシャッタ開閉機構１３により、開閉するように構成されている。
図３に示すように水冷板２は、矩形の金属板で形成され、その内部に例えば冷却水を通流させるための冷却流路２２が引き回されている。冷却流路２２は、冷却流路２２に例えば冷却水を通流させるためのチラー２３に接続されている。水冷板２における左右寄りの位置には、水冷板２を厚さ方向に貫通し、前後方向に伸びる切り欠き２１が各々形成されている。また水冷板２の前方寄りの位置には、後述する加熱部４に設けられる昇降ピン４４を昇降させるための孔部２４が周方向に３カ所形成されている。また水冷板２の上面には、冷却流路２２からの水漏れを検知するためのリークセンサー２５が設けられている。
図１に戻って水冷板２の上方には、搬入出口１１から見て手前側（前方側）から奥側（後方側）に向かって、ウエハＷを冷却する冷却板である冷却プレート３と、ウエハＷを加熱する加熱部４と、がこの順で並べて設けられ、冷却プレート３及び加熱部４は、各々支持部材３８、４８を介して水冷板２の上面に固定されている。従って水冷板２は、冷却プレート３の下方側から加熱部４における後述する加熱板４０の下方側に亘って設けられているということができる。
冷却プレート３について、図４、図５も参照して説明する。図４に示すように冷却プレート３は、円板状の金属板３０を備え、金属板３０の下面には、冷却流路３１が下面全体を引き回されるように設けられている。なお図面が繁雑になることを避けるため図１、図５では、金属板３０のみ記載している。冷却流路３１には、チラー３２が接続されており、冷却流路３１に例えば冷却水を通流させることにより、金属板３０上に載置されたウエハＷを冷却する。
また冷却プレート３の表面には、ウエハＷと冷却プレート３との間を一定に保つための例えば１５個のギャップピン３３が分散して配置されると共に、冷却プレート３の中心を囲む円環状の凸状部３４が形成されている。凸状部３４は、反りが発生しているウエハＷについても、ウエハＷの中心部が確実に冷却プレート３に接するようするにために設けられている。また凸状部３４は、ウエハＷの中心部のみを局所的に冷却することを避けるため、円環状に構成されている。
図４、図５に示すように冷却プレート３には、厚さ方向に貫通する貫通孔３５が、周方向に３か所形成されており各貫通孔３５には各々昇降部材である昇降ピン３６が配置されている。昇降ピン３６は昇降機構３７により昇降し、冷却プレート３の表面から突没するように構成されている。また昇降機構３７は、水冷板２に固定され水冷板２により、冷却されるように構成されている。
加熱部４について、図１、図２及び図６を参照して説明すると、加熱部４は、ウエハＷが載置される加熱板４０と、加熱板４０を収納する下部材４１と、加熱板４０に載置されたウエハＷの左右及び上方を囲み、前後方向が開放されるように構成された天板部材４２と、を備えている。
加熱板４０は、扁平な円柱形状に構成され、断熱板４０ｃと、板状のヒータ４０ｂと、炭化シリコンなどの表面部材４０ａと、が下層側からこの順で積層されて構成されている。加熱板４０の上面には、ウエハＷを加熱板の表面から一定の距離にて支持するための例えば図示しないギャップピンが分散して設けられている。下部材４１は、例えば扁平な有底円筒形状に構成されている。また下部材４１には、その上端部に窒素ガスを加熱板４０の表面を流れるように規制するためのフランジ４１ａが形成されている。加熱板４０及び下部材４１には、厚さ方向に貫通する貫通孔４３が、周方向に３か所形成されており各貫通孔４３には各々昇降ピン４４が配置されている。
昇降ピン４４は前述の水冷板２に形成された孔部２４に各々挿入され、水冷板２の下方であって、筐体１０の底板の上面に設けられた昇降機構４５に接続されている。昇降ピン４４は、昇降機構４５により昇降し、加熱板４０の上面から突没するように構成されている。また図６に示すように、筐体１０内における加熱部４の左右の側壁及び天板部材４２の上方の天井面には、加熱部４の熱が筐体１０の外へ放熱されるのを抑制するための断熱パネル４６が各々設けられている。
また図１に示すように加熱装置１は、冷却プレート３と、加熱部４と、の間でウエハＷを搬送するための基板搬送機構であるウエハ搬送機構５を備えている。ウエハ搬送機構５について図１、図２、図５及び図７を参照して説明する。なお図７においては水冷板２の一部を簡略化して示している。図５及び図７に示すように冷却プレート３の左側及び右側の位置に各々上下に伸びる支持部５１Ａ、５１Ｂが互いに対向するように設けられている。支持部５１Ａ、５１Ｂの上方側端部は、図１、図２、図５及び図７に示すように、先端が夫々右側及び左側に向かって梁出すように形成されている。また支持部５１Ａ、５１Ｂの先端の上面には、例えばセラミック、あるいは石英で構成され、冷却プレート３から見て加熱部４側に向かって（後方に向かって）伸び、ウエハＷの下面における左側周縁部及び右側周縁部を夫々保持する板状の左側保持部材５２Ａ及び右側保持部材５２Ｂが設けられている。
図７に示すように左側保持部材５２Ａ及び右側保持部材５２Ｂの上面には、保持したウエハＷの飛出しを規制するためにウエハＷの保持位置の前後に設けられた飛出し防止ピン５６と、ウエハＷが載置されるギャップピン５７とが設けられている。この例では、各支持部５１Ａ、５１Ｂと、左側保持部材５２Ａ及び右側保持部材５２Ｂと、は基板保持部を構成する。
図７に示すようにウエハ搬送機構５は各支持部５１Ａ、５１Ｂが水冷板２に形成された切欠き２１に各々挿入されており、図１、図５に示すように各支持部５１Ａ、５１Ｂの基端側は、水冷板２の下方に設けられた共通の移動機構５４に接続されている。移動機構５４は、例えば図示しないベルト駆動機構などにより、水冷板２の下方にて、前後方向に伸びるガイドレール５５に沿って移動するように構成されている。なお図中１４はガイドレール５５の高さを調整するための台部である。この移動機構５４をガイドレール５５に沿って移動させることにより、左側保持部材５２Ａ及び右側保持部材５２Ｂが、図１、図２中実線で示す冷却プレート３の上方位置と、図１、図２中破線で示す加熱板４０の上方位置との間を移動する。この時左側保持部材５２Ａ及び右側保持部材５２Ｂが加熱板４０の上方位置に位置したときには、図６に示すように左側保持部材５２Ａ及び右側保持部材５２Ｂが天板部材４２と加熱板４０との間に挿入され、昇降ピン４４とウエハ搬送機構５との協働作用によりウエハＷの受け渡しが行われる。
図１に戻って、冷却プレート３の後方側（加熱部４側）の上方には加熱板４０の表面に低酸素雰囲気を形成するための例えば不活性ガスである窒素（Ｎ２）ガスの一方向流を形成するための第１のガス供給部７が設けられている。
第１のガス供給部７は、図１、図２に示すように左右方向に伸びるように配置された円筒形状の筒状部７０を備え、筒状部７０の側面には、加熱板４０の表面に向かってガスを吐出する吐出孔７０ａが筒状部７０の長さ方向に複数形成されている。また図１に示すように筒状部７０には、ガス供給路７１の一端が接続され、ガス供給路７１の他端には、例えばＮ２ガスが貯留されたＮ２ガス供給源７２が接続されている。また図１中のＭ７１及びＶ７１は流量調整部及びバルブである。
また図１に示すように冷却プレート３の上方には、冷却プレート３に向けて低酸素ガス、例えば不活性ガスであるＮ２ガスを供給する第２のガス供給部８が設けられている。第２のガス供給部８は、扁平な角筒状に構成され、下面が複数の孔部８０が形成されたパンチングプレートで構成されている。第２のガス供給部８には、ガス供給路８１の一端が接続され、ガス供給路８１の他端には、既述のＮ２ガス供給源７２が接続されている。また図１中のＭ８１、Ｖ８１は流量調整部及びバルブである。
また図１、図２に示すように筐体１０の奥側の側面における加熱板４０の表面の高さの位置には、筐体１０内の雰囲気を排気するための排気部１５が設けられており、排気部１５は、工場排気に接続されている。
また図１に示すように加熱装置１は、加熱装置１を制御する制御部９を備えている。制御部９には、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）及びメモリーカードなどの記憶媒体に格納されたプログラムがインストールされる。インストールされたプログラムは、加熱装置１の各部に制御信号を送信して後述の作用の説明に示す加熱装置１の動作を制御するように命令（各ステップ）が組み込まれている。
続いて上述の加熱装置１が組み込まれる基板処理装置である塗布、現像装置の全体構成について簡単に述べておく。塗布、現像装置は図８及び図９に示すようにキャリアブロックＢ１と、処理ブロックＢ２と、インターフェイスブロックＢ３と、を直線状に接続して構成されている。インターフェイスブロックＢ３には、更に露光ステーションＢ４が接続されている。
キャリアブロックＢ１は、製品用の基板である例えば直径３００ｍｍのウエハＷを複数枚収納する搬送容器であるキャリアＣ（例えばＦＯＵＰ）から装置内に搬入出する役割を有し、キャリアＣの載置ステージ１０１と、ドア１０２と、キャリアＣからウエハＷを搬送するための搬送アーム１０３と、を備えている。
処理ブロックＢ２はウエハＷに液処理を行うための第１〜第６の単位ブロックＤ１〜Ｄ６が下から順に積層されて構成され、各単位ブロックＤ１〜Ｄ６は、例えば各々異なる塗布液あるいは現像液を塗布する塗布ユニットを備えることを除いて概ね同じ構成である。
図９に代表して単位ブロックＤ３の構成を示すと、単位ブロックＤ３には、キャリアブロックＢ１側からインターフェイスブロックＢ３へ向かう直線状の搬送領域Ｒ３を移動する搬送アームＡ３と、カップモジュール１１１を備えた、例えばウエハＷにＳＯＣ膜を塗布するための塗布ユニット１１０と、が設けられている。また棚ユニットＵ１〜Ｕ６には本発明の加熱装置１が積層されている。
搬送領域Ｒ３のキャリアブロックＢ１側には、互いに積層された複数のモジュールにより構成されている棚ユニットＵ７が設けられている。搬送アーム１０３と搬送アームＡ３との間のウエハＷの受け渡しは、棚ユニットＵ７の受け渡しモジュールと搬送アーム１０４とを介して行なわれる。
インターフェイスブロックＢ３は、処理ブロックＢ２と露光ステーションＢ４との間でウエハＷの受け渡しを行うためのものであり複数の処理モジュールが互いに積層された棚ユニットＵ８、Ｕ９、Ｕ１０を備えている。なお図中１０５、１０６は夫々棚ユニットＵ８、Ｕ９間、棚ユニットＵ９、Ｕ１０間でウエハＷの受け渡しをするための搬送アームであり、図中１０７は、棚ユニットＵ１０と露光ステーションＢ４との間でウエハＷの受け渡しをするための搬送アームである。
塗布、現像装置及び露光ステーションＢ４からなるシステムのウエハＷの搬送経路の概略について簡単に説明する。ウエハＷは、キャリアＣ→搬送アーム１０３→棚ユニットＵ７の受け渡しモジュール→搬送アーム１０４→棚ユニットＵ７の受け渡しモジュール→単位ブロックＤ１（Ｄ２）→単位ブロックＤ３（Ｄ４）→インターフェイスブロックＢ３→露光ステーションＢ４→インターフェイスブロックＢ３→単位ブロックＤ５（Ｄ６）→棚ユニットＵ７の受け渡しモジュールＴＲＳ→搬送アーム１０３→キャリアＣの順で流れていく。
続いて本発明の実施の形態に係る加熱装置の作用について図１０〜図２４の模式図を用いて説明する。例えば塗布ユニット１１０にてＳＯＣ膜が塗布されたウエハＷは、図１０に示すように搬送アームＡ３により、塗布ユニット１１０から取り出されて保持されている。この時加熱部４の加熱板４０が例えば６００℃に加熱され、冷却プレート３には、冷却水が通流されている。また図１０〜図２４においては、水冷板２には、冷却水が通流されているが、図示を省略した。またウエハ搬送機構５は、冷却プレート３の上方の位置にて待機している。
次いで図１１に示すようにシャッタ１２を開くと共に、ウエハ搬送機構５を加熱部４側に移動させる。さらに図１２に示すようにウエハＷを保持した搬送アームＡ３を加熱装置１内に進入させた後、冷却プレート３側の昇降ピン３６を上昇させて、昇降ピン３６により搬送アームＡ３に保持されたウエハＷを受け取る。その後搬送アームＡ３を加熱装置１の外に退避させ、シャッタ１２を閉じる。
続いて図１３に示すように、第１のガス供給部７及び第２のガス供給部８からＮ２ガスの吐出を開始すると共に、排気部１５から排気を開始する。なお以下図１４〜図１８においても第１のガス供給部７及び第２のガス供給部８からＮ２ガスの吐出及び排気部１５からの排気を継続しているが、第１のガス供給部７、第２のガス供給部８及び排気部１５の記載を省略している。従って、この間筐体１０内は、Ｎ２ガスで満たされ、ウエハＷの載置される雰囲気は、低酸素雰囲気となっている。次いで図１４に示すようにウエハ搬送機構５を冷却プレート３側に移動させると共に、冷却プレート３の昇降ピン３６を下降させて、ウエハＷをウエハ搬送機構５に受け渡す。
その後図１５に示すようにウエハＷの左右両縁部を保持したウエハ搬送機構５を加熱部４側に移動させる。さらに図１６に示すように加熱部４の昇降ピン４４によりウエハＷを突き上げて受け取り、ウエハ搬送機構５を冷却プレート３の上方に移動させる。続いて図１７に示すように昇降ピン４４を下降させてウエハＷを加熱板４０に載置し、ウエハＷを例えば６０秒間加熱する。
次いでウエハＷの加熱が終了すると、図１８に示すように加熱部４に設けた昇降ピン４４によりウエハＷを突き上げ、ウエハ搬送機構５を加熱部４側に移動させ、昇降ピン４４と、ウエハ搬送機構５と、の協働作用によりウエハＷをウエハ搬送機構５に受け渡す。
続いて図１９に示すようにウエハＷを保持したウエハ搬送機構５を冷却プレート３の上方に移動させる。次いで図２０に示すように冷却プレート３側の昇降ピン３６によりウエハＷを突き上げ、さらにウエハ搬送機構５を加熱部４側に移動させる。その後図２１に示すように昇降ピン３６を下降させてウエハＷを冷却プレート３に載置する。またウエハ搬送機構５は、加熱部４側に移動し、ウエハＷが冷却プレート３に載置された後、速やかに冷却プレート３の上方に移動させておく。そしてウエハＷを例えば７０秒間冷却する。これによりウエハＷは１１０℃まで冷却される。
ウエハＷの冷却が終了すると、図２２に示すように第１のガス供給部７、第２のガス供給部８からのＮ２ガスの供給を停止して排気部１５の排気を停止する。次いで図２３に示すようにウエハ搬送機構５を加熱部４側に移動させ、昇降ピン３６を上昇させて冷却プレート３に載置されたウエハＷを突き上げる。さらに図２４に示すようにシャッタ１２を開き、搬送アームＡ３を加熱装置１内に進入させ、昇降ピン３６と、搬送アームＡ３との協働作用により、ウエハＷを搬送アームＡ３に受け渡す。
その後搬送アームＡ３によりウエハＷを加熱装置１外に搬出し、昇降ピン３６を下降させると共に、シャッタ１２を閉じる。さらにウエハ搬送機構５を冷却プレート３側に移動させて待機する。
上述の実施の形態においては、加熱板４０により加熱処理されたウエハＷをウエハ搬送機構５により冷却プレート３に搬送するように構成し、加熱板４０の下方側から冷却プレート３の下方側に亘って配置された水冷板２の下方側にウエハＷを搬送するための例えばベルト駆動機構からなる移動機構５４を設けている。さらにウエハ搬送機構５の移動機構５４及びガイドレール５５を加熱部４の直下をできるだけ避けて配置している。そのため加熱板４０の温度が６００℃もの高温であっても、加熱板４０の輻射熱が水冷板２により遮られるので移動機構５４に対する耐熱性が大きくなる。
また加熱部４に設けた昇降ピン４４の昇降機構４５を水冷板２の下方に配置することで、加熱部４による輻射熱が昇降機構４５へ及ぶことを抑制している。
さらに冷却プレート３の左側及び右側から伸び出した支持部５１Ａ、５１Ｂに各々前後方向に伸びる左側保持部材５２Ａ及び右側保持部材５２ＢによりウエハＷの左側周縁部と右側周縁部との下面を保持している。そのため左側保持部材５２Ａ及び右側保持部材５２Ｂと冷却プレート３に設けた昇降ピン３６及び加熱板に設けた昇降ピン４４とが平面的に干渉しない。また冷却プレート３には、切り欠きを設けず昇降ピン３６の貫通孔３５を形成すればよいので、速やかに高い均一性をもってウエハＷを冷却できる。
またウエハＷを片持ちで保持する場合には、ウエハＷの重量により傾斜する場合があり、ウエハＷの位置の変位量が大きくなることがある。そのため左側保持部材５２Ａ及び右側保持部材５２ＢでウエハＷの下面の左右の周縁を両もちで保持することで、ウエハＷを安定した姿勢で保持することができる。
またウエハ搬送機構５により、ウエハＷを左右方向から保持するにあたって、２枚の板状の左側保持部材５２Ａ及び右側保持部材５２Ｂを用いた構成としている。左側保持部材５２Ａ及び右側保持部材５２Ｂは、温度が高い加熱板４０の上方に進入するため、例えばセラミックスや石英などの部材を用いることが好ましいが、これらの部材は、加工が難しく、昇降ピン３６、４４とウエハ搬送機構５とが互いに干渉しないようにスリットを設けるなどの複雑な形状にすることが難しい。上述の実施の形態では、左側保持部材５２Ａ及び右側保持部材５２Ｂを２枚の板状に構成するため、セラミックスや石英などの部材であっても簡単に加工することができる。
また既述のように温度の高い加熱装置１ほど、駆動部における熱の負荷が大きくなることから、本発明は、高い温度で加熱を行う加熱装置、例えば４５０℃以上の温度で加熱を行う加熱装置に適用することでより大きな効果が得られる。
また加熱装置１にウエハＷを搬入していないとき、ウエハＷを加熱するとき、さらにウエハＷを冷却するときには、ウエハ搬送機構５を冷却プレート３側に移動させている。ウエハ搬送機構５が加熱部４側に位置していると、ウエハ搬送機構５が加熱部４の輻射する熱を蓄積してしまい、故障の原因となったり、メンテナンス周期が短くなることがある。そのため加熱装置１にウエハＷを搬入していないとき、ウエハＷを加熱するとき、さらにウエハＷを冷却するときには、ウエハ搬送機構５を冷却プレート３側に移動させるようにすることが好ましい。
また加熱部４はウエハＷの表面に一方向流を形成する構成に限らず、加熱板４０に載置されたウエハＷの周囲から、気流を取り込み天板部の中央から排気する構成であってもよく、ウエハＷの上方から処理雰囲気を構成するガスを供給し、ウエハＷ周囲の下方側から排気するように構成してもよい。
しかしウエハＷの表面にＮ２ガスの雰囲気を形成するにあたって、ウエハＷの表面を一方から他方に向かって流れる一方向流を形成することで、ウエハＷの温度の面内均一性、ウエハＷ表面の酸素濃度の抑制、昇華物の除去能の各々の低下を抑制することができる。また加熱板４０と対向する天板部材４２が一枚の板状で構成できるため、メンテナンス性が良く、さらに加工もしやすく、既述のセラミックや石英などの耐熱性の高い材料を用いやすい。
またウエハＷの加熱は、大気雰囲気よりも酸素濃度が低い低酸素濃度雰囲気で行うことが必要であり、例えば酸素濃度が４００ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下の雰囲気で行われる。低酸素濃度雰囲気は、一例として窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気が挙げられる。
［第２の実施の形態］
また冷却プレート３を鉛直軸周りに回転させる回転機構を設け、ウエハＷを加熱するときにウエハＷが載置される角度を変えながら加熱するようにしてもよい。例えば図２５に示すように冷却プレート３、昇降ピン３６及び昇降機構３７を回転台３００上に設置し、回転台３００を回転軸３０１を介して水冷板２上に設けた回転機構３０２に接続する。これにより冷却プレート３、昇降ピン３６及び昇降機構３７が一体的に鉛直軸周りに回転する。また制御部９には後述の加熱装置１の作用に示した処理工程を実行するためのステップ群を含むプログラムが格納されたプログラム格納部が設けられている。
なお冷却プレート３にはチラー３２に接続された冷却流路３１が設けられているため冷却プレート３の回転角度が制限されるが、冷却流路３１に撓みを持たせ冷却プレート３を、例えば９０度回転できるように構成すればよい。
第２の実施の形態に係る加熱装置１の作用について説明する。なお図２６〜図２９においては、ウエハＷの載置角度が分かるようにノッチＮを記載する。
第２の実施の形態に係る加熱装置１においては、図２６に示したように、まず加熱装置１に搬入されたウエハＷを第１の実施の形態と同様に、加熱部４に受け渡し、加熱板４０に載置する。次いで例えば１５秒加熱した後、ウエハＷをウエハ搬送機構５に受け渡し、図２７に示すようにウエハ搬送機構５と冷却プレート３の昇降ピン３６との協働作用により、ウエハＷを冷却プレート３に載置する。次いで図２８に示すように冷却プレート３を例えば、時計回りに９０度回転させ、その角度の状態で昇降ピン３６によりウエハＷを突き上げて、ウエハ搬送機構５に受け渡す。さらにウエハ搬送機構５によりウエハＷを加熱部４に搬送して、ウエハ搬送機構５と昇降ピン４４との協働作用により、ウエハＷを加熱部４に載置する。なお冷却プレート３の回転角度が例えば９０度に制限される場合には、ウエハＷを冷却プレート３からウエハ搬送機構５に受け渡した後、冷却プレート３を反時計回りに９０度回転させて最初の位置に戻しておくようにすればよい。
この時ウエハＷは、一旦加熱した後、冷却プレート３にて角度を９０度回転させた後、改めて加熱板４０に載置しているため、図２９に示すようにウエハＷは、最初に加熱したときと比べて９０度回転した状態で載置されて１５秒加熱される。このようにウエハＷを加熱板４０に載置して１５秒加熱する工程と、ウエハＷを冷却プレート３に一旦載置し、角度を９０度回転させる工程と、を繰り返して、ウエハＷを加熱する。そして例えばウエハＷを９０度づつ回転させ、ウエハＷの回転前を含む、計４種の角度にて加熱板４０に載置して合わせて６０秒間加熱処理を行う。その後第１の実施の形態と同様にウエハＷを冷却プレート３に搬送し、ウエハＷを例えば１１０℃まで降温して搬出する。なお冷却プレート３を回転させてウエハＷの角度を変えるときには、ウエハＷを冷却プレート３により冷却するようにしてもよく、冷却しなくてもよい。ここでは例えば各々１０秒間冷却するものとする。
ウエハＷを加熱するときに、加熱板４０は、その面内において、加熱温度に差が生じ、載置したウエハＷが加熱されやすい部位と加熱されにくいとが生じることがある。そしてウエハＷの面内で温度が不均一になるとウエハＷの膜厚が不均一になることがある。
そのためウエハＷを加熱部４に載置して、加熱するにあたって、ウエハＷが載置される角度を変えながら加熱することで後述の実施例で示すようにウエハＷの温度を面内で均一にすることができ、例えばウエハＷの膜厚の面内均一性を改善することができる。
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態に係る加熱装置について説明する。この加熱装置は、加熱部４に代えて図３０に示す加熱部４００が設けられたことを除いて第１の実施の形態に示す加熱装置１と同様に構成されている。
この加熱部４００に設けられる天板部材４０１は、ウエハＷの四方を囲む４枚のシャッタ４０２Ａ〜４０２Ｄ（図３０では、ウエハＷの左右に配置されたシャッタ４０２Ｂ、４０２Ｄのみ記載）を備え、各シャッタ４０２Ａ〜４０２Ｄが各々個別に開閉するように構成されている。また天板部材４０１におけるウエハＷの上方を覆う天井面の中央部に排気口４０３が形成され、工場排気に接続されている。また下部材４０１は、フランジ４１０ａが上方から見て角型に形成されており、各シャッタ４０２Ａ〜４０２Ｄを閉じることで、各シャッタ４０２Ａ〜４０２Ｄの下面がフランジ４１０ａの上方に位置し、ウエハＷの側方が密閉される。また制御部９には後述の加熱装置１の作用に示した動作を実行するためのステップ群を含むプログラムが格納されたプログラム格納部が設けられている。
第３の実施の形態に係る加熱装置１の作用について説明する。この加熱装置１においては、ウエハＷを加熱板４０に載置して加熱するにあたって、図３１に示すように冷却プレート３側のシャッタ４０２Ａを開いてウエハＷを加熱部４００に搬送し、次いでシャッタ４０２Ａを開いた状態で筐体１０内にガスを供給すると共に排気口４０３から排気を開始する。さらに昇降ピン４４を下降させて、ウエハＷを加熱板４０に載置して加熱する。これによりシャッタ４０２Ａ側から取り込まれたガスがウエハＷの表面を流れて排気口４０３から排気される気流が形成される。次いで図３２に示すようにウエハＷを加熱した状態で、シャッタ４０２Ａを閉じ、シャッタ４０２Ｂを開く。これによりウエハＷの表面にシャッタ４０２ＢからウエハＷの表面を流れる気流が形成される。
このようにウエハＷを加熱部４００において加熱するときに、ウエハＷの上方から排気すると共に、ウエハＷの周囲を囲むシャッタ４０２Ａ〜４０２Ｄの開閉を順番に切り替えて、ガスの取り込む方向を順番に切り替えている。そのためウエハＷを加熱するときにウエハＷの表面においてガスの流れる方向が順番に切り替わる。
ウエハＷの表面に一定方向の気流が形成されると。ウエハＷの表面において、溶剤の揮発が促進されやすい部位とされにくい部位とができてしまう。そのため、ウエハＷを加熱するときにウエハの表面においてガスの流れる方向が順番に切り替えることで、ウエハＷの表面において、溶剤の揮発量の面内均一性が改善する。このような加熱部を用いることでウエハＷの熱処理の面内均一性をより改善することができる。
［実施例］
本発明の実施の形態の効果を検証するため第１の実施の形態に示した加熱装置を用い、第１の実施の形態に示した加熱方法を用いて塗布処理を行ったウエハＷの加熱処理を行った例を実施例１とした。また塗布処理を行ったウエハＷを第２の実施の形態に示した加熱装置を用い、第２の実施の形態に示すように、一旦加熱部４にて１５秒間加熱したウエハＷを冷却プレート３に搬送し、冷却プレートを９０度回転させてウエハの角度を回転させた後、加熱部４に戻し、さらに１５秒間加熱処理を行った。これをウエハＷの回転する工程と、１５秒間加熱する工程と、を３回繰り返し、ウエハＷを最初の角度での１５秒間加熱、ウエハＷを９０度回転させて１５秒間加熱、ウエハＷを１８０度回転させて１５秒間加熱及びウエハＷを２７０度回転させて１５秒間加熱、の合わせて４回の加熱処理を行った例を実施例２とした。
実施例１、２の各々について膜厚分布の測定を行い膜厚の最大値と最少値との差、及び膜厚分布の３σについて測定した。
図３３は、実施例１、２の各々における膜厚分布を示す等高線図である。実施例１では、膜厚の最大値と最少値との差が８．０７ｎｍ、３σが６．１２ｎｍであった。また実施例２では、膜厚の最大値と最少値との差が４．１３ｎｍ、３σは３．０８ｎｍであった
実施例１でもウエハＷの膜厚の面内均一性は良好な値を示しているが、実施例２では、よりウエハＷの膜厚の面内均一性が改善しており良好な値を示していた。
この結果によれば、本発明の加熱装置を用いることで膜厚の面内均一性は良好にすることができ、さらに第２の実施の形態に係る加熱装置を用いることで、ウエハＷをより均一に加熱することができ、ウエハＷの膜厚の面内均一性を良好にすることができると言える。
１ 加熱装置
２ 水冷板
３ 冷却プレート
４ 加熱部
５ ウエハ搬送機構
７ 第１のガス供給部
８ 第２のガス供給部
９ 制御部
１０ 筐体
１５ 排気部
４０ 加熱板
５１Ａ、５１Ｂ 支持部材
５２Ａ 左側保持部材
５２Ｂ 右側保持部材
Ｗ ウエハ

Claims (7)

  1. 基板を載置して加熱する加熱板と、
    前記加熱板に前後方向に隣接して設けられ、外部から搬入された加熱処理前の基板が載置されると共に前記加熱板による加熱処理後の基板を冷却するための冷却板と、
    前記冷却板と加熱板との間で基板を搬送するための基板搬送機構と、
    前記加熱板の下方側から前記冷却板の下方側へ亘って設けられた遮熱板と、
    前記遮熱板を冷却するための冷却機構と、を備え、
    基板を加熱処理する雰囲気を低酸素雰囲気とするための低酸素雰囲気形成部と、
    前記基板搬送機構は、基板を保持するための基板保持部と、前記基板保持部を前後方向に移動させるために前記遮熱板よりも下方側に設けられた移動機構と、を備え、
    前記基板保持部は、前記冷却板よりも左側から上方に伸びだし、更に右側に屈曲して基板の左側の縁部を保持する左側保持部と、前記冷却板よりも右側から上方に伸びだし、更に左側に屈曲して基板の右側の縁部を保持する右側保持部と、を備えたことを特徴とする基板加熱装置。
  2. 前記遮熱板は、前記左側保持部及び右側保持部が夫々貫通した状態で移動するための左側切欠き部及び右側切欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板加熱装置。
  3. 筐体内に設けられ、基板を載置して加熱する加熱板と、
    前記筐体内において、前記加熱板に前後方向に隣接して設けられ、外部から前記筐体内に搬入された加熱処理前の基板が載置されると共に前記加熱板による加熱処理後の基板を冷却するための冷却板と、
    前記冷却板と加熱板との間で基板を搬送するための基板搬送機構と、
    前記加熱板の下方側から前記冷却板の下方側へ亘って設けられた遮熱板と、
    前記遮熱板を冷却するための冷却機構と、
    前記冷却板から見て、前記加熱板の奥側に設けられ、前記筐体内の雰囲気を排気するための排気部と、
    前記冷却板と、前記加熱板と、の間に設けられ、前記排気部に向けて低酸素雰囲気を形成するためのガスを供給して、基板を加熱処理する雰囲気を低酸素雰囲気とするための第１のガス供給部と、
    前記冷却板の上方から、前記冷却板に向けて低酸素ガスを供給する第２のガス供給部と、
    前記基板搬送機構は、基板を保持するための基板保持部と、前記基板保持部を前後方向に移動させるために前記遮熱板よりも下方側に設けられた移動機構と、を備えたことを特徴とする基板加熱装置。
  4. 前記加熱板は、前記基板を４５０℃以上の温度に加熱するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板加熱装置。
  5. 前記冷却機構は、前記遮熱板に沿って設けられた冷却媒体の流路であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板加熱装置。
  6. 前記加熱板を貫通し、当該加熱板の表面に対して突没自在に設けられた複数の昇降部材と、前記遮熱板の下方側に設けられ、前記複数の昇降部材を昇降させるための昇降機構と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板加熱装置。
  7. 前記冷却板を鉛直軸周りに回転させる回転機構を備え、
    前記加熱板にて加熱した基板を冷却板に載置して、冷却板を回転させて基板の角度を変えた後、基板を角度を変えた状態で加熱部に載置して加熱することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板加熱装置。
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