JP7109211B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウエハ、液晶ディスプレイ用基板、プラズマディスプレイ用基板、有機EL用基板、FED(Field Emission Display)用基板、光ディスプレイ用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、太陽電池用基板などの各種基板(以下、単に基板と称する)に対して、熱処理を行う基板処理装置に関する。
従来、この種の装置として、載置された基板を加熱する熱処理プレートと、熱処理プレートの上部を囲い、熱処理プレートに対して昇降可能に構成され、熱処理プレートによる熱処理雰囲気を形成するカバー部材と、熱処理プレートとカバー部材とを囲った筐体と、カバー部材の天井面と熱処理プレートの上面との間に設けられた天板と、天板の下面と熱処理プレートの上面との間隔を調整する位置調整部材とを備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。
このように構成された基板処理装置では、位置調整部材により基板と天板との間隔を予め所定の状態に調整して基板に対する熱処理を行う。これにより、基板における温度分布の面内均一性を向上させて、基板における処理の面内均一性を向上させている。
特開2000-3843号公報
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の装置は、基板と天板との間隔が予め位置調整部材により調整されているので、基板における温度分布の面内均一性を基板ごとに制御することが困難であるという問題がある。
具体的には、従来例では、ボルトとナットからなる位置調整部材によって、熱処理プレートに対する天板の高さ位置が固定されている。したがって、ある基板を処理する際には、基板と天板との間隔を狭くして基板の熱が比較的逃げにくくしたり、他の基板を処理する際には、基板と天板との間隔を広くして基板の熱が比較的逃げやすくしたりして、基板における熱分布の面内均一性を示す均熱性能を積極的に制御することができない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、天板を工夫することにより、基板の均熱性能を制御することができる基板処理装置を提供することを目的とする。
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項1に記載の発明は、基板に対して熱処理を行う基板処理装置において、基板を載置し、基板を加熱する熱処理プレートと、前記熱処理プレートの上方を覆って、熱処理プレートによる熱処理雰囲気を形成する筐体と、前記筐体の天井面と前記熱処理プレートとの間において昇降可能な可動天板と、前記熱処理プレートとの間で基板を搬入出する際には、前記筐体の天井面に近い上昇位置に前記可動天板を移動させ、前記熱処理プレートに基板を載置して基板に対して熱処理を行う際には、前記上昇位置より低く、前記熱処理プレート上の基板面から所定高さの下降位置に前記可動天板を移動させ、前記下降位置を基板ごとに調整する制御部と、を備え、前記制御部により操作され、前記可動天板を昇降する昇降機構をさらに備え、前記昇降機構は、水冷式ベースプレートを介して前記熱処理プレートより下方に配置されて、前記熱処理プレートに対して熱的に分離されていることを特徴とするものである。
[作用・効果]請求項1に記載の発明によれば、制御部は、熱処理プレートとの間で基板を搬入出する際には、上昇位置に可動天板を移動させ、熱処理プレートに基板を載置して基板に対して熱処理を行う際には、下降位置に可動天板を移動させ、この下降位置を基板ごとに調整する。したがって、下降位置の高さを基板ごとに異なるものとすることにより、基板における温度分布の面内均一性を基板ごとに制御できる。また、可動天板を下降位置に位置させても、基板の搬入出時には、上昇位置へ可動天板を上昇させるので、基板の搬入出時に可動天板が干渉することがなく、基板の搬入出を円滑に行うことができる。また、最近は、微細加工プロセスのために、塗布炭素膜といわれる下層膜を形成することがある。この下層膜の生成のためには、これまでの100~150℃程度の熱処理に比較して300~500℃程度の高温で熱処理が行われる。このような高温になると、昇降機構が熱の影響により故障する恐れがある。そこで、昇降機構を水冷式ベースプレートを介して熱処理プレートより下方に配置し、熱的に分離することで、そのような不都合を回避して稼働率を向上できる。
また、本発明において、前記可動天板は、平面視における中央部に、基板の直径より小径の円形状の開口が形成されていることが好ましい(請求項2)。
基板の周縁部は中央部に比較して温度が低下しやすいが、可動天板からの輻射により、基板の周縁部の温度低下を抑制できる。また、最近は、微細加工プロセスのために、塗布炭素膜といわれる下層膜を形成することがある。この下層膜の生成のためには、高温で基板を熱処理するが、その際に昇華物を含む気体が発生する。その気体を可動天板の開口を通して円滑に排気に導くことができるので、可動天板に昇華物が付着することを抑制できる。その結果、昇華物が可動天板から落下して基板が汚染されることを抑制できる。
また、本発明において、前記可動天板は、平面視における直径が、基板の直径よりも小さく形成されていることが好ましい(請求項3)。
基板の中央部における温度低下がさらにしづらくなるので、意図的に基板の中央部の温度と周縁部との処理差を大きくした状態で熱処理を行うことができる。
(削除)
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また、本発明において、前記熱処理プレートは、平面視で円形状を呈し、前記可動天板は、平面視で前記熱処理プレートの直径より大なる対角長を有する矩形状を呈し、前記昇降機構は、前記可動天板の四隅に連結されていることが好ましい(請求項5)。
熱処理プレートの熱が可動天板の四隅には熱が伝わりにくいので、昇降機構に熱が伝わりにくい。したがって、昇降機構が熱の影響を受けにくく、故障の発生を抑制できる。
また、本発明において、前記可動天板は、セラミックまたは金属とセラミックとの合金からなることが好ましい(請求項6)。
セラミックまたは金属とセラミックとの合金からなる可動天板は、下層膜の生成のために高温の熱処理を行っても、熱による変形を防止できる。
本発明に係る基板処理装置によれば、制御部は、熱処理プレートとの間で基板を搬入出する際には、上昇位置に可動天板を移動させ、熱処理プレートに基板を載置して基板に対して熱処理を行う際には、下降位置に可動天板を移動させ、この下降位置を基板ごとに調整する。したがって、下降位置の高さを基板ごとに異なるものとすることにより、基板における温度分布の面内均一性を基板ごとに制御できる。また、可動天板を下降位置に位置させても、基板の搬入出時には、上昇位置へ可動天板を上昇させるので、基板の搬入出時に可動天板が干渉することがなく、基板の搬入出を円滑に行うことができる。また、最近は、微細加工プロセスのために、塗布炭素膜といわれる下層膜を形成することがある。この下層膜の生成のためには、これまでの100~150℃程度の熱処理に比較して300~500℃程度の高温で熱処理が行われる。このような高温になると、昇降機構が熱の影響により故障する恐れがある。そこで、昇降機構を水冷式ベースプレートを介して熱処理プレートより下方に配置し、熱的に分離することで、そのような不都合を回避して稼働率を向上できる。
実施例に係る基板処理装置の全体構成を示す概略構成図である。 可動天板の平面図である。 昇降ピンの先端部付近を示す縦断面図である。 基板を搬入出する状態を示す縦断面図である。 基板を加熱する状態を示す縦断面図である。 可動天板の変形例を示す縦断面図である。 可動天板の変形例を示す平面図である。
以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明する。
図1は、実施例に係る基板処理装置の全体構成を示す概略構成図であり、図2は、可動天板の平面図であり、図3は、昇降ピンの先端部付近を示す縦断面図である。
実施例に係る基板処理装置1は、基板Wに対して熱処理を施すものである。具体的には、微細加工プロセスのために、例えば、塗布炭素膜といわれる下層膜を形成する際の熱処理を行う。この下層膜の生成のためには、300~500℃程度の高温で熱処理が行われる。
基板処理装置1は、下部ベースプレート3と、水冷式ベースプレート5と、熱処理プレート7と、可動天板ユニット9と、昇降ピンユニット11と、筐体13と、シャッタユニット15とを備えている。
この基板処理装置1は、隣接して配置された搬送アーム17から基板Wを搬入され、熱処理を施した後、処理済みの基板Wを搬送アーム17によって搬出される。
下部ベースプレート3は、上面に支柱19を立設され、その上部に水冷式ベースプレート5が配置されている。水冷式ベースプレート5は、熱処理プレート7の熱が下方へ伝達することを抑制する。具体的には、水冷式ベースプレート5は、例えば、内部に冷媒が流通可能な冷媒流路21が全体にわたって形成されている。この冷媒流路21には、例えば、冷媒として冷却水が流通される。この冷却水は、例えば、20℃に温調されている。
熱処理プレート7は、平面視で円形状を呈する。その直径は、基板Wの直径よりも若干大きい。熱処理プレート7は、図示しないヒータなどの加熱手段を内蔵しており、例えば、表面温度が400℃になるように加熱される。熱処理プロレート7は、その下面と水冷式ベースプレート5の上面との間に設けられた支柱23により、水冷式ベースプレート5から上方へ離間した状態で配置されている。熱処理プレート7は、平面視で正三角形の各頂点に対応する位置に貫通口25が形成されている。
熱処理プレート7には、可動天板ユニット9が付設されている。可動天板ユニット9は、昇降ベースプレート27と、昇降機構29と、支柱31と、可動天板33とを備えている。
昇降ベースプレート27は、支柱23や、後述する昇降ピン41との干渉を回避する開口を備えている。昇降機構29は、例えば、エアシリンダで構成されている。昇降機構29は、作動軸を有する部分を上方に向けた姿勢で水冷式ベースプレート5に密着して取り付けられている。この昇降機構29は、作動軸の先端部の高さが任意の位置で固定できる。昇降機構29は、その作動軸が昇降ベースプレート27の底面に連結されている。昇降機構29の作動軸を昇降させると、昇降ベースプレート27の高さ位置を可変することができる。昇降ベースプレート27は、その上面に、例えば、4本の支柱31が立設されている。4本の支柱31の上端には、可動天板33が取り付けられている。
図2に示すように、可動天板33は、平面視で中央部に開口35が形成されている。開口35は、平面視で基板Wの直径よりも小さく形成されている。この可動天板33は、昇降機構29が作動することにより、昇降ベースプレート27とともに昇降する。可動天板33の昇降位置は、基板Wに熱処理を行う際の下降位置と、基板Wを搬入する際の上昇位置とにわたって移動される。なお、下降位置は、基板Wの上面と可動天板33の下面との距離が約10mmであることが好ましい。これは、発明者等の実験により、基板Wの表面における温度分布の面内均一性を向上するには、この距離が好ましいことがわかったからである。
可動天板33は、その対角長が、熱処理プレート7の直径よりも長く形成された矩形状を呈する。4本の支柱31は、各々の上端が可動天板33の下面における四隅に連結されている。可動天板33の四隅は、熱源である平面視円形状の熱処理プレート7から遠い位置にあたる。したがって、熱処理プレート7の輻射熱により可動天板33が加熱されても、支柱31には熱が伝わりにくくできる。したがって、昇降機構29が熱の影響を受けにくく、故障の発生を抑制できる。
上述した可動天板33は、セラミックまたは金属とセラミックとの合金からなることが好ましい。これにより高温の熱処理を行っても、熱による変形を防止できる。
昇降ピンユニット11は、駆動機構37と、昇降リング39と、3本の昇降ピン41とを備えている。なお、昇降ピン41は、図示の関係上、2本のみを描いている。
駆動機構37は、例えば、エアシリンダで構成されている。駆動機構37は、その作動軸を有する部分を下方に向け、反対側を水冷式ベースプレート5の下面に密着させた状態で取り付けられている。作動軸の下部には、昇降リング39が連結されている。昇降リング39の上面には、3本の昇降ピン41が立設されている。駆動機構39は、その作動軸の高さ位置を、3本の昇降ピン41が熱処理プレート7の上面から上方に突出した受け渡し位置(図1中の二点鎖線)と、3本の昇降ピン41が熱処理プレート7の上面から下方に没入した処理位置(図1中の実線)との二箇所にわたって調節可能である。3本の昇降ピン41は、熱処理プレート7に形成されている3箇所の貫通口25に挿通されている。
昇降ピン41は、図3に示すように構成されていることが好ましい。昇降ピン41は、芯部41aと、外筒41bと、石英ボール41cとを備えている。芯部41aは、胴部41dの上部にあたる先端部41eが、胴部41dよりも小径に形成されている。外筒41bは、先端部以外が石英ボール41cの外径より若干大きな内径に形成されている。外筒41bの先端部は、石英ボール41cの直径よりも小さな内径に形成されている。石英ボール41cは、その直径が先端部41eより若干小さく形成されている。したがって、石英ボール41cを先端部41eの上面に載置した状態で、外筒41bを被せると、石英ボール41cの1/3ほどが外筒41bから突出した状態となる。この状態で、芯部41dと外筒41bとを貫通する貫通口41fに係合ピン41gを圧入することにより、外筒41bを石英ボール41cとともに芯部41aに固定して昇降ピン41が構成される。なお、石英ボール41c以外の部材は金属製である。
高温環境に耐えうる材料としては石英が好適であるものの、強度やコストを考慮すると昇降ピン41の全体を石英製とするのは困難である。そこで、上述したように先端部の石英ボール41cだけを石英製とすることでコストを抑制できる。また、石英は、基板Wの材料である単結晶シリコンよりも高度が若干低いので、基板Wの下面を損傷する恐れが低く、その上、球状であるので接触面積を最小限とすることができる。
筐体13は、熱処理プレート7の上方を覆って、熱処理プレート7による熱処理雰囲気を形成する。筐体13は、その一方面に搬入出口43が形成されている。搬入出口43は、熱処理プレート7の上面付近の高さ位置から上に開口されている。搬送アーム17は、この搬入出口43を通して基板Wの搬入出を行う。
搬入出口43には、シャッタユニット15が付設されている。シャッタユニット15は、駆動機構45と、シャッタ本体47とを備えている。駆動機構45は、その作動軸の部分が上方に向けられた姿勢で、一部が水冷式ベースプレート5に密着されて取り付けられている。作動軸の上部には、シャッタ本体47が連結されている。駆動機構45が作動軸を伸長させると、シャッタ本体47が上昇されて搬入出口43が閉塞され(図1に示す実線)、駆動機構45が作動軸を収縮させると、シャッタ本体47が下降されて搬入出口43が開放される(図1に示す二点鎖線)。
筐体13は、その天井面に排気口49が形成されている。排気口49は、排気管51に連通接続されている。筐体13の排気口49と、熱処理プレート7の上面との間隔は、例えば、30mm程度である。排気管51は、図示しない排気設備に連通接続されている。排気管51の一部には、圧力センサ53が配置されている。この圧力センサ53は、排気管51内の排気圧力を検出する。
筐体13は、排気管51の上面に沿ってシーズヒータ55が設けられている。このシーズヒータ55は、筐体13や排気管51を加熱し、昇華物を含む気体が筐体13に触れた際に、気体が冷却されて昇華物が筐体13の内壁に付着することを防止する。
制御部61は、図示しないCPUやメモリから構成されている。制御部61は、熱処理プレート7の温度制御、可動天板ユニット9の昇降制御、昇降ピンユニット11の駆動制御、シャッタユニット15の開閉制御、シーズヒータ55の温度制御、圧力センサ53に基づく排気制御などを行う。また、制御部61は、可動天板ユニット9の昇降制御における下降位置を基板Wに応じて種々に操作できる。例えば、基板Wごとの処理条件や手順を規定したレシピに可動天板33の下降位置を規定するようにしておき、図示しない指示部を操作して、基板Wの表面からの可動天板33の距離に相当するパラメータを予めレシピに指示しておく。制御部61は、例えば、基板Wを処理するにあたり、装置オペレータによって指示された基板Wに応じたレシピを参照して、そのパラメータに応じて昇降機構29を操作する。これにより、基板Wごとに可動天板33の下降位置を調整することができる。
次に、図4及び図5を参照して、上述した構成の基板処理装置による基板Wの処理について説明する。なお、図4は、基板を搬入出する状態を示す縦断面図であり、図5は、基板を加熱する状態を示す縦断面図である。
まず、図4に示すように、制御部61は、可動天板ユニット9を操作して、可動天板33を上昇位置に移動させる。さらに、制御部61は、昇降ピンユニット11を操作して、3本の昇降ピン41を受け渡し位置に上昇させる。これらの操作とともに、制御部61は、シャッタユニット15を操作して、搬入出口43を開放させる。
そして、制御部61は、搬送アーム17を、受け渡し位置より高く、かつ、上昇位置の可動天板の下面より低い位置にした状態で、搬入出口43から進入させ、熱処理プレート7の上方で搬送アーム17を下降させる。これにより、基板Wが受け渡し位置にある昇降ピン41に渡される。そして、搬送アーム17を搬入出口43から退出させるとともに、シャッタユニット15を操作して、搬入出口43を閉塞させる。
次いで、図5に示すように、制御部61は、昇降ピンユニット11を操作して、3本の昇降ピン41を処理位置に下降させる。これにより基板Wに対して400℃による加熱処理が行われる。制御部61は、レシピを参照し、規定された加熱時間にわたって加熱処理を行わせる。
制御部61は、所定の加熱時間が経過すると、可動天板ユニット9及び昇降ピンユニット11を操作して、可動天板33を上昇位置に上昇させるとともに、昇降ピン41を受け渡し位置に上昇させる。次いで、制御部61は、シャッタユニット15を操作して、搬入出口43を開放させる。さらに、制御部61は、搬送アーム17を、受け渡し位置より下方、かつ、熱処理プレート7の上面より上方の高さから搬入出口43に進入させる。そして、搬送アーム17を受け渡し位置より高く、かつ、可動天板33の下面より低い位置に上昇させることで、処理済みの基板Wを搬送アーム17が昇降ピン41から受け取る。次いで、搬送アーム17を搬入出43から退出させることにより、処理済みの基板Wを搬出させる。
上記一連の動作により一枚の基板Wに対する熱処理が完了するが、新たな基板Wを処理する際には、制御部61は、例えば、装置オペレータによって指示されたレシピを参照し、可動天板ユニット9による可動天板33の上昇位置をレシピに指示されたものとすることができる。
本実施例によると、制御部61は、熱処理プレート7との間で基板Wを搬入出する際には、上昇位置に可動天板33を移動させ、熱処理プレート7に基板Wを載置して基板Wに対して熱処理を行う際には、下降位置に可動天板33を移動させ、この下降位置を基板Wごとに調整する。したがって、下降位置の高さを基板Wごとに異なるものとすることにより、基板W面内における温度分布の均一性を基板Wごとに制御できる。また、可動天板33を下降位置に位置させても、基板Wの搬入出時には、上昇位置へ可動天板33を上昇させるので、基板Wの搬入出時に搬送アーム17と可動天板33とが干渉することがなく、基板Wの搬入出を円滑に行うことができる。
さらに、基板Wの直径より小径の円形状の開口35が形成されている可動天板33により、次の効果が得られる。
基板Wの周縁部は中央部に比較して温度が低下しやすいが、可動天板33からの輻射により、基板Wの周縁部の温度低下を抑制できる。また、塗布炭素膜といわれる下層膜を形成する際には、高温の熱処理により昇華物を含む気体が発生する。その気体を可動天板33の開口35を通して円滑に排気に導くことができるので、可動天板33に昇華物が付着することを抑制できる。その結果、昇華物が可動天板33から落下して基板が汚染されることを抑制できる。また、可動天板33に付着した昇華物の除去のためのメンテナンス回数を抑制できるので、基板処理装置1の稼働率を向上できる。
また、可動天板ユニット9の昇降機構29は、水冷式ベースプレート5に密着して配置されているので、熱処理ユニット7による高温(300~500℃)により、昇降機構29が熱の影響により故障することを防止できる。したがって、基板処理装置1の稼働率を向上できる。
<変形例>
上述した基板処理装置1に代えて基板処理装置1Aのように構成してもよい。ここで、図6及び図7を参照する。なお、図6は、可動天板の変形例を示す縦断面図であり、図7は、可動天板の変形例を示す平面図である。
この基板処理装置1Aは、上述した基板処理装置1と可動天板33の構造が相違する。具体的には、可動天板33Aは、天板部71と、支持部73とを備えている。
天板部71は、平面視における直径が基板Wの直径よりも小さく形成されている。天板部71の周縁部からは、四方向に向かって支持部73が延出されている。各支持部73の端部には、支柱31が連結されている。
このような基板処理装置1Aによると、基板Wの中央部における温度低下がさらにしづらくなるので、意図的に基板Wの中央部の温度と周縁部との処理差を大きくした状態で熱処理を行うことができる。
本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
(1)上述した実施例では、可動天板33が開口35を有し、可動天板33Aが基板Wの直径より小径であったが、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、これらの可動天板33,33Aに代えて、パンチングボードのように複数個の貫通口が均等に形成された可動天板33Bを採用してもよい。
(2)上述した実施例では、可動天板ユニット9の昇降機構29と、昇降ピンユニット11の駆動機構37と、シャッタユニット15の駆動機構45を水冷式ベースプレート5に密着させて取り付けているが、本発明はこのような配置に限定されない。例えば、熱処理プレート7からの高温の影響を受けにくいように、水冷式ベースプレート5から下方に離間させて配置するようにしてもよい。
(3)上述した実施例では、可動天板33が開口35を有する平面状の板材であるが、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、可動天板33が基板Wの周縁部側から開口35の中心に向かうにつれて徐々に高くなる円錐形状の山形の立体的な形状を有するものであってもよい。これによると、基板Wから発生した昇華物を含む気体を効率的に排気口49に導くことができる。
(4)上述した実施例では、昇降機構29がエアシリンダで構成されているとしたが、本発明はこのような構成に限定されない。昇降機構29として、エアシリンダに代えてモータを採用してもよい。なお、これは、駆動機構37,45についても同様である。
(5)上述した実施例では、可動天板33がセラミックまたは金属とセラミックとの合金であるとしたが、可動天板33の材料はこれらに限定されない。
1,1A … 基板処理装置
W … 基板
3 … 下部ベースプレート
5 … 水冷式ベースプレート
7 … 熱処理プレート
9 … 可動天板ユニット
11 … 昇降ピンユニット
13 … 筐体
15 … シャッタユニット
29 … 昇降機構
33,33A … 可動天板
35 … 開口
37 … 駆動機構
41 … 昇降ピン
43 … 搬入出口
47 … シャッタ本体
51 … 排気管
61 … 制御部

Claims (5)

  1. 基板に対して熱処理を行う基板処理装置において、
    基板を載置し、基板を加熱する熱処理プレートと、
    前記熱処理プレートの上方を覆って、熱処理プレートによる熱処理雰囲気を形成する筐体と、
    前記筐体の天井面と前記熱処理プレートとの間において昇降可能な可動天板と、
    前記熱処理プレートとの間で基板を搬入出する際には、前記筐体の天井面に近い上昇位置に前記可動天板を移動させ、前記熱処理プレートに基板を載置して基板に対して熱処理を行う際には、前記上昇位置より低く、前記熱処理プレート上の基板面から所定高さの下降位置に前記可動天板を移動させ、前記下降位置を基板ごとに調整する制御部と、
    を備え
    前記制御部により操作され、前記可動天板を昇降する昇降機構をさらに備え、
    前記昇降機構は、水冷式ベースプレートを介して前記熱処理プレートより下方に配置されて、前記熱処理プレートに対して熱的に分離されていることを特徴とする基板処理装置。
  2. 請求項1に記載の基板処理装置において、
    前記可動天板は、平面視における中央部に、基板の直径より小径の円形状の開口が形成されていることを特徴とする基板処理装置。
  3. 請求項1に記載の基板処理装置において、
    前記可動天板は、平面視における直径が、基板の直径よりも小さく形成されていることを特徴とする基板処理装置。
  4. 請求項に記載の基板処理装置において、
    前記熱処理プレートは、平面視で円形状を呈し、
    前記可動天板は、平面視で前記熱処理プレートの直径より大なる対角長を有する矩形状を呈し、
    前記昇降機構は、前記可動天板の四隅に連結されていることを特徴とする基板処理装置。
  5. 請求項1からのいずれかに記載の基板処理装置において、
    前記可動天板は、セラミックまたは金属とセラミックとの合金からなることを特徴とする基板処理装置。
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