JP7366086B2 - 加熱処理装置 - Google Patents
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Description
例えば、有機材料と溶媒を含む溶液を基板の上に塗布し、これを加熱することで基板の上に有機膜を形成する加熱処理装置が提案されている。この様な加熱処理装置においては、例えば、チャンバの内部空間を大気圧よりも減圧し、大気圧よりも減圧された雰囲気において、溶液が塗布された基板を100℃~600℃程度の温度にまで加熱する場合がある。また、ワークの表面側(上側)と、ワークの裏面側(下側)にヒータを設け、ワークの両面側から均熱板を介して加熱を行うことで、処理時間の短縮を図ることも行われている。
また、より高品質な膜や、層が要求されている。そのため、ワークの面内における温度分布をより均一に制御する技術が求められている。
また、実施形態に係る加熱処理装置は、チャンバと、前記チャンバの内部を排気して、前記チャンバの内部を真空にする排気部と、前記チャンバの内部に設けられ、ワークが支持される第1の処理領域と、前記第1の処理領域の上部に設けられ、少なくとも1つの第1のヒータを有する第1の加熱部と、前記第1の処理領域の下部に設けられ、少なくとも1つの第2のヒータを有する第2の加熱部と、前記第1の処理領域と、前記第1の加熱部との間に設けられた少なくとも1つの第1の均熱板と、前記第1の処理領域と、前記第2の加熱部との間に設けられた少なくとも1つの第2の均熱板と、前記第1の均熱板に設けられた第1の温度制御部と、を備え、前記第1の温度制御部は、前記第1の均熱板と隙間を介して設けられた第1の放射部と、前記第1の放射部の、前記第1の均熱板との対向面に前記第1の均熱板に接触するように設けられる凸部と、を有する。
以下においては、一例として、大気圧よりも減圧された雰囲気においてワークを加熱して、ワークの表面に有機膜を形成する加熱処理装置を説明する。しかしながら、本発明は、これに限定されるわけではない。例えば、本発明は、ワークを加熱して、ワークの表面に無機膜などを形成したり、ワークの表面を処理したりする加熱処理装置にも適用することができる。
なお、基板の表面に塗布された溶液および基板の表面に形成された層などを総じて加熱処理の対象物と呼ぶこともある。
なお、図1中のX方向、Y方向、およびZ方向は、互いに直交する三方向を表している。本明細書における上下方向は、Z方向とすることができる。
基板は、例えば、ガラス基板や半導体ウェーハなどである。ただし、基板は、例示をしたものに限定されるわけではない。
溶液は、例えば、有機材料と溶剤を含んでいる。有機材料は、溶剤により溶解が可能なものであれば特に限定はない。溶液は、例えば、ポリアミド酸を含むワニスなどとすることができる。ただし、溶液は、例示をしたものに限定されるわけではない。
チャンバ10は、箱状を呈している。チャンバ10は、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な気密構造を有している。チャンバ10の外観形状には特に限定はない。チャンバ10の外観形状は、例えば、直方体や円筒とすることができる。チャンバ10は、例えば、ステンレスなどの金属から形成することができる。
第1の排気部21は、チャンバ10の底面に設けられた排気口17に接続されている。
第1の排気部21は、排気ポンプ21aと、圧力制御部21bを有する。
排気ポンプ21aは、大気圧から所定の圧力まで粗引き排気を行う排気ポンプとすることができる。そのため、排気ポンプ21aは、後述する排気ポンプ22aよりも排気量が多い。排気ポンプ21aは、例えば、ドライ真空ポンプなどとすることができる。
第2の排気部22は、排気ポンプ22aと、圧力制御部22bを有する。
排気ポンプ22aは、排気ポンプ21aによる粗引き排気の後、さらに低い所定の圧力まで排気を行う。排気ポンプ22aは、例えば、高真空の分子流領域まで排気可能な排気能力を有する。例えば、排気ポンプ22aは、ターボ分子ポンプ(TMP:Turbo Molecular Pump)などとすることができる。
処理部30の内部には、処理領域30a(第1の処理領域の一例に相当する)、および処理領域30b(第2の処理領域の一例に相当する)が設けられている。処理領域30a、30bは、ワーク100に処理を施す空間となる。ワーク100は、処理領域30a、30bの内部に支持される。処理領域30bは、処理領域30aの上に重ねて設けられている。なお、2つの処理領域が設けられる場合を例示したがこれに限定されるわけではない。1つの処理領域のみを設けたり、3つ以上の処理領域を設けたりすることもできる。本実施の形態においては、一例として、2つの処理領域が設けられる場合を例示するが、1つの処理領域、および、3つ以上の処理領域が設けられる場合も同様に考えることができる。
例えば、処理領域30aに支持されたワーク100の裏面(下面)は、処理領域30aの下部に設けられた加熱部32により加熱される。処理領域30aに支持されたワーク100の表面(上面)は、処理領域30aと処理領域30bとにより兼用される加熱部32により加熱される。
この様にすれば、加熱部32の数を減らすことができるので消費電力の低減、製造コストの低減、省スペース化などを図ることができる。
ヒータ32aは、棒状を呈し、一対のホルダ32bの間をY方向に延びている。複数のヒータ32aは、X方向に並べて設けることができる。複数のヒータ32aは、等間隔に設けることができる。ヒータ32aは、例えば、シーズヒータ、遠赤外線ヒータ、遠赤外線ランプ、セラミックヒータ、カートリッジヒータなどである。また、各種ヒータを石英カバーで覆うこともできる。
複数の支持部33の数、配置、間隔などは、ワーク100の大きさや剛性(撓み)などに応じて適宜変更することができる。
側部均熱板34dは、Y方向において、処理領域30a、30bの両側の側部のそれぞれに設けられている。
また、下部均熱板34bの熱伝導率は、上部均熱板34aの熱伝導率よりも高くすることができる。この様にすれば、上部均熱板34aから放射される熱が少なくなるので、ワーク100の表面に設けられる溶液や、層などの表面の温度をワーク100の裏面の温度よりも低い状態として加熱することができる。
側部均熱板34c、34dの材料は、前述した上部均熱板34aおよび下部均熱板34bの材料と同じとすることができる。
カバー36は処理領域30a、30bを囲っているが、フレーム31の上面と側面の境目、フレーム31の側面と底面の境目、開閉扉13の付近には、隙間が設けられている。
なお、ワーク100の表面には、基板の表面、基板の表面に塗布された溶液の表面および基板の表面に形成された層などの表面が含まれる。
なお、温度制御部37に関する詳細は後述する。
ノズル41は、複数のヒータ32aが設けられた空間に接続される。なお、冷却ガスを処理領域30a、30bに供給する場合には、ノズル41が処理領域30a、30bに接続される。なお、ノズル41の数や配置は適宜変更することができる。
前述したように、上部均熱板34aおよび下部均熱板34bが設けられていれば、加熱されたワーク100の面内における温度分布のばらつきが生じるのを抑制することができる。しかしながら、加熱処理の対象となる溶液は、ワーク100の表面側に設けられている。加熱処理の対象物の表面から化学反応が進行すると、加熱処理の対象物の基板と接する領域で反応が十分に進まないおそれがある。この場合、形成される膜や、処理された層の品質が低下するおそれがある。そのため、加熱処理の対象物の表面、つまり、ワークの表面の温度をワークの裏面の温度よりも低い状態として加熱することが要求されている。
また、より高品質な膜や、層が要求されている。そのため、ワーク100の面内における温度分布をより均一に制御する技術が求められている。ワーク100の面内における温度分布にばらつきが生じると、形成された有機膜の面内に品質のばらつきが生じるおそれがある。
そこで、ワーク100の両面側から加熱を行う場合であっても、加熱処理の対象物が付着しているワーク100の表面の温度、およびワーク100の裏面の温度と、ワーク100の面内における温度分布のばらつきと、を簡易な方法でより詳細に制御するために、温度制御部37が設けられている。
図2は、ワーク100の、周縁領域と中央領域との間に存在する領域(中間領域)に対向する上部均熱板34aおよび下部均熱板34bを例示する。
図3は、温度制御部37の平面形状を例示するための模式平面図である。
図2および図3に示すように、温度制御部37は、ワーク100の中央領域および中間領域と対向する複数の上部均熱板34aの、ワーク100側の面、およびワーク100側とは反対側の面(ヒータ32a側の面)の少なくともいずれかに設けることができる。図2に例示をした温度制御部37は、上部均熱板34aの、ワーク100側の面に設けられている。例えば、温度制御部37は、ワーク100の中央領域および中間領域と対向する複数の下部均熱板34bの、ワーク100側の面、およびワーク100側とは反対側の面(ヒータ32a側の面)の少なくともいずれかに設けることができる。図2に例示をした温度制御部37は、下部均熱板34bの、ワーク100側とは反対側の面に設けられている。
放射部37aは、板状を呈している。放射部37aは、上部均熱板34aと隙間を介して設けられている。放射部37aは、下部均熱板34bと隙間を介して設けられている。
複数の凸部37bは、突起状を呈している。複数の凸部37bは、放射部37aの、上部均熱板34a側の面、または下部均熱板34b側の面に設けることができる。複数の凸部37bは、放射部37aと上部均熱板34aとの間、または、放射部37aと下部均熱板34bとの間に隙間を設けるために設けられている。
図4に示すように、温度制御部137は、放射部137a、および凸部137b~137dを有する。
凸部137b~137dは、突起状を呈している。凸部137bは、放射部137aの中央領域に設けられる。凸部137dは、放射部137aの周縁領域に設けられる。凸部137cは、放射部137aの、凸部137bが設けられる領域と、凸部137dが設けられる領域との間の中間領域に設けられる。
前述した温度制御部37は、板状の放射部37aと、放射部37aの一方の面に設けられた突起状の複数の凸部37bとを有している。
これに対して、温度制御部237は、波板となっている。例えば、プレス成形などにより、平板を波板状に加工して、温度制御部237とすることができる。温度制御部237は、例えば、ステンレスなどの金属から形成することができる。
すなわち、温度制御部は、隙間を介して、上部均熱板34a(下部均熱板34b)に設けられた放射部を有していればよい。
図6に示すように、温度制御部337は、上部均熱板34aの、ワーク100側の面、およびワーク100側とは反対側の面の少なくともいずれかに設けることができる。図6に例示をした温度制御部337は、上部均熱板34aの、ワーク100側の面に設けられている。温度制御部337は、温度制御部37と比べて、ワーク100に放射される熱を少なくすることができる。
反射膜37cは、温度制御部337のヒータ32a側の面(図6に例示した温度制御部337では、上部均熱板34a側の面)に設けられている。反射膜37cは、放射部37aよりも熱を吸収しにくい材料から形成される。例えば、反射膜37cは、金から形成することができる。反射膜37cが設けられていれば、図6で例示した温度制御部337では、上部均熱板34aから放射された熱が温度制御部337の放射部37aに入射するのを抑制することができる。そのため、温度制御部337の放射部37aからワーク100に放射される熱を少なくすることができるので、ワーク100の、温度制御部337と対向する領域(例えば、ワーク100の中央領域)の温度を低下させるのが容易となる。
吸収膜37dは、温度制御部437のヒータ32a側の面(図6に例示した温度制御部437では放射部37aの表面)に設けられている。吸収膜37dは、放射部37aよりも熱を吸収しやすい材料(熱を放射し易い材料)から形成される。例えば、吸収膜37dは、表面粗さを粗くした、酸化膜や窒化膜や黒色の膜などとすることができる。吸収膜37dが設けられていれば、ヒータ32aから放射された熱を温度制御部437がより効率的に吸収することができる。そのため、下部均熱板34bの、温度制御部437に対向する領域から、ワーク100に放射される熱を多くすることができる。
なお、温度制御部437は、吸収膜37dに代えて反射膜37cを設けるようにしてもよい。反射膜37cが設けられた温度制御部437からワーク100に放射される熱を多くする場合には、吸収膜37dが設けられた側とは反対の面に反射膜37cを設けるようにすればよい。
図7に示すように、上部均熱板34aの少なくとも一方の面に、複数の温度制御部37(第3の温度制御部の一例に相当する)を重ねて設けることもできる。例えば、図7に示すように、上部均熱板34aのワーク100側の面に、2つの温度制御部37を重ねて設けることができる。
また、前述した吸収膜37dを有する温度制御部437の場合は、例えば、下部均熱板34bの少なくとも一方の面に、重ねて複数設けることができる。
なお、必要に応じて、温度制御部37、337、437を組み合わせて複数重ねたりしてもよい。
前述したように、凸部37bが設けられている部分においては、熱伝導により熱が伝わる。複数の温度制御部37(第3の温度制御部の一例に相当する)を重ねて設ける場合に、平面視において、凸部37b同士が重なっていると、放射部37aの、凸部37bが設けられている部分の温度が高くなり過ぎる場合がある。
この場合、図8に示すように、平面視において、凸部37b同士が重ならないようにすれば、放射部37aの面内において温度分布のばらつきが大きくなるのを抑制することができる。
図1に示すように、処理領域30aおよび処理領域30bが重ねて設けられる場合がある。この様な場合には、前述したように、下側の処理領域30aに設けられた上部加熱部は、上側の処理領域30bに設けられた下部加熱部と兼用することができる。この場合、ワーク100の表面を加熱し過ぎないようにするために、処理領域30a内のワーク100の表面側のヒータ32aに加える電力を小さくすることが考えられる。しかし、このようにすると、処理領域30b内のワーク100の裏面側の温度も低下してしまう。したがって、複数の処理部30が重ねて設けられ、かつ、ワーク100を両面側から加熱する場合には、ヒータ32aに加える電力を制御するだけでは、加熱処理の対象物の温度をより詳細に制御するのは困難である。
例えば、図9に示すように、下側の処理領域30aにおいて、上部均熱板34aの、ワーク100側の面に温度制御部37を設けることができる。上側の処理領域30bにおいて、下部均熱板34bの、ワーク100側とは反対側の面(ヒータ32a側の面)に温度制御部37を設けることができる。この様にすれば、前述した場合と同様の効果を享受することができる。
図10では、ワーク100の中央領域および中間領域と対向する複数の上部均熱板34aおよび下部均熱板34bを例示する。
前述したように、ワーク100を加熱した際に、ワーク100の表面側の温度が、ワーク100の裏面側の温度よりも低くなるようにすることが好ましい。
そのため、例えば、図10に示すように、下側の処理領域30aの上部均熱板34aに設けられる温度制御部537の平面寸法を、上側の処理領域30bの下部均熱板34bに設けられる温度制御部37の平面寸法よりも大きくすることができる。
図11に示すように、温度制御部537には、前述した反射膜37cをさらに設けることができる。この場合、反射膜37cは、平面視において、放射部の中央領域に設けることができる。反射膜37cが設けられていれば、下側の処理領域30aにおいて、ワーク100の表面側の温度が、ワーク100の裏面側の温度よりも低くなるようにすることがさらに容易となる。
図12に示すように、温度制御部537には、前述した温度制御部37(第3の温度制御部の一例に相当する)を重ねて設けることができる。例えば、放射部の平面寸法が異なる温度制御部を重ねて設けることができる。この場合、温度制御部37は、ワーク100の表面の中央領域に対向する位置に設けることができる。前述したように、ワーク100の中央領域は放熱し難いため温度が高くなりやすい。そのため、温度制御部37が、ワーク100の表面の中央領域に対向する位置に設けられていれば、ワーク100の面内における温度分布のばらつきを小さくすることができる。
図13に示すように、下側の温度制御部637a(第3の温度制御部の一例に相当する)に凸状の位置決め部637a1を設け、上側の温度制御部637bに位置決め部637a1が挿入される位置決め部637b1を設けることができる。位置決め部637b1は、例えば、切り欠きや孔などとすることができる。
この様にすれば、温度制御部637a、637bの着脱が容易となるので、メンテナンス性の向上を図ることができる。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、加熱処理装置1の形状、寸法、配置などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
図7および図12に示した他の実施の形態では、温度制御部を重ねて設ける場合を説明した。しかし、温度制御部は、重ねて設けることに限定されない。例えば、温度制御部537を上部均熱板34aのヒータ32a側の面に設け、温度制御部37をワーク100の中央領域と対向する上部均熱板34aのワーク100側の面に設けるようにしてもよい。
また、複数の加熱部32を有する加熱処理装置では、加熱部32ごとに温度制御部37の形状や構成を変えるようにしてもよい。例えば、上部均熱板34aに設けられた温度制御部37の形状や構成が加熱部32ごとに異なるようにしてもよい。また、最下段と最上段の加熱部32は、他の加熱部32と異なり、熱が逃げやすい。そのため、最下段と最上段の加熱部32については、加熱部32の、ワーク100側とは反対側に設けられた均熱部34に温度制御部37を設けなくてもよい。このようにすることで、最下段と最上段の処理部30に設けられたワーク100の面内における温度分布のばらつきを小さくすることができる。
Claims (12)
- チャンバと、
前記チャンバの内部に設けられ、少なくとも1つの第1のヒータを有する第1の加熱部と、
前記チャンバの内部に設けられ、少なくとも1つの第2のヒータを有し、前記第1の加熱部と対向する第2の加熱部と、
前記第1の加熱部と、前記第2の加熱部との間に設けられた少なくとも1つの第1の均熱板と、
前記第1の均熱板と、前記第2の加熱部との間に設けられた少なくとも1つの第2の均熱板と、
前記第1の均熱板と、前記第2の均熱板と、の間であって、ワークが支持される第1の処理領域と、
前記第1の均熱板に設けられた第1の温度制御部と、
前記第2の均熱板に設けられた第2の温度制御部と、
を備え、
前記第1の温度制御部は、
前記第1の均熱板と隙間を介して設けられた第1の放射部と、
前記第1の放射部の、前記第1の均熱板との対向面に前記第1の均熱板に接触するように設けられる凸部と、を有し、
前記第2の温度制御部は、
前記第2の均熱板と隙間を介して設けられた第2の放射部と、
前記第2の放射部の、前記第2の均熱板との対向面に前記第2の均熱板に接触するように設けられる凸部と、を有する加熱処理装置。 - チャンバと、
前記チャンバの内部を排気して、前記チャンバの内部を真空にする排気部と、
前記チャンバの内部に設けられ、ワークが支持される第1の処理領域と、
前記第1の処理領域の上部に設けられ、少なくとも1つの第1のヒータを有する第1の加熱部と、
前記第1の処理領域の下部に設けられ、少なくとも1つの第2のヒータを有する第2の加熱部と、
前記第1の処理領域と、前記第1の加熱部との間に設けられた少なくとも1つの第1の均熱板と、
前記第1の処理領域と、前記第2の加熱部との間に設けられた少なくとも1つの第2の均熱板と、
前記第1の均熱板に設けられた第1の温度制御部と、
を備え、
前記第1の温度制御部は、
前記第1の均熱板と隙間を介して設けられた第1の放射部と、
前記第1の放射部の、前記第1の均熱板との対向面に前記第1の均熱板に接触するように設けられる凸部と、を有する加熱処理装置。 - 前記第2の均熱板に設けられた第2の温度制御部を備え、
前記第2の温度制御部は、第2の均熱板と隙間を介して設けられた第2の放射部を有する請求項2に記載の加熱処理装置。 - 前記第1の放射部の平面寸法は、前記第2の放射部の平面寸法よりも大きい請求項1または3に記載の加熱処理装置。
- 前記第1の放射部には、前記第1の放射部よりも熱を吸収しにくい反射膜が設けられている請求項1~4のいずれか1つに記載の加熱処理装置。
- 前記反射膜は、平面視において、前記第1の放射部の中央領域に設けられている請求項5記載の加熱処理装置。
- 前記第2の均熱板の熱伝導率は、前記第1の均熱板の熱伝導率よりも高い請求項1~6のいずれか1つに記載の加熱処理装置。
- 前記凸部は複数設けられ、
前記複数の前記凸部は、前記第1の放射部の中央領域に設けられる前記凸部の断面積を周縁領域に設けられる前記凸部の断面積よりも小さくすることを特徴とする請求項1~7のいずれか1つに記載の加熱処理装置。 - 前記凸部は複数設けられ、
前記複数の前記凸部は、前記第2の放射部の中央領域に設けられる前記凸部の断面積を周縁領域に設けられる前記凸部の断面積よりも小さくすることを特徴とする請求項1または3記載の加熱処理装置。 - 前記第1の温度制御部に重ねて設けられた第3の温度制御部をさらに備えた請求項1~9のいずれか1つに記載の加熱処理装置。
- 前記第3の温度制御部は、前記第1の温度制御部と隙間を介して設けられた第3の放射部を有し、
前記第3の放射部の平面寸法は、前記第1の温度制御部に設けられた前記第1の放射部の平面寸法とは異なる請求項10記載の加熱処理装置。 - 前記第1の処理領域の上に重ねて設けられた第2の処理領域をさらに有し、
前記第1の処理領域と、前記第2の処理領域と、の間に設けられた前記第1の加熱部が前記第1の処理領域と前記第2の処理領域とで兼用されている請求項1~11のいずれか1つに記載の加熱処理装置。
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