JPH10214772A - 基板熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の面内温度均一性が高くかつ基板個体差
の少ない熱処理が短時間に行える基板熱処理装置を提供
する。 【解決手段】 基板Ｗの上に上ホットプレート２０、下
に下ホットプレート５０を備え、上ホットプレート２０
と基板Ｗとの間に伝熱プレート３０と空気層ＡＬとから
成る熱緩衝部ＴＢを備えている。熱緩衝部ＴＢにおいて
下ホットプレート５０からの輻射熱は伝熱プレート３０
に至るが空気層ＡＬで遮られるため上ホットプレート２
０に影響を与えにくく、逆に、上ホットプレート２０か
らの輻射熱の多くは伝熱プレート３０に伝わり、熱伝導
性の高い伝熱プレート３０で面内均一の温度分布で基板
Ｗに輻射される。そのため、基板Ｗを上下から加熱する
ことにより熱処理を短時間で行え、また、温度分布の安
定性により、対流等による基板Ｗの面内温度均一性の乱
れが少ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウエハ、
フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板等の
基板（以下「基板」という。）に熱処理を行う基板熱処
理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造におけるフォトリソグラフィ
ー工程においては、従来から、図４に示す断面模式図の
ような基板熱処理装置が用いられている。この装置は、
カバー９１０、ホットプレート９２０を備えている。そ
して、基板Ｗが搬入され、ホットプレート９２０上面に
支持された状態で、かつカバー９１０とホットプレート
９２０との間にほぼ閉空間が形成された状態で基板Ｗの
加熱処理を行い、処理後は基板Ｗを交換して同様の処理
を行うことによって、順次複数の基板Ｗに処理を行って
いく装置である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この装置で
は基板Ｗをホットプレート９２０上面に支持してその下
方のみから加熱するため、加熱処理のための設定温度に
達するまでに長い時間を要していた。

【０００４】また、同様の理由により処理室内の雰囲気
に高さ方向に温度勾配が発生し、図示のように上方に低
温の空気層、下方に高温の空気層が形成されるため、高
温の気体と低温の気体が互いに入れ替わろうとするため
雰囲気の温度分布が不安定な状態となり、対流が発生
し、上方の低温気体が部分的に下方に降下し、基板Ｗ表
面に至ることにより、基板Ｗの面内温度均一性を乱す原
因となっていた。

【０００５】また、カバー９１０は厳密な温度管理がな
されていないため、カバー９１０上部内面での温度均一
性が保たれておらず、それによる輻射によっても基板Ｗ
表面の面内温度均一性が乱されていた。

【０００６】さらに、カバーの温度管理がなされていな
いため、外部（外気および他の熱処理部等）からの熱的
影響を受けやすく、各基板Ｗを順次、連続的に処理する
際に温度の調節精度に個体差が生じやすかった。

【０００７】この発明は、従来技術における上述の問題
の克服を意図しており、基板の面内温度均一性が高くか
つ基板個体差の少ない熱処理が短時間に行える基板熱処
理装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の請求項１の装置は、基板に熱処理を行う
基板熱処理装置であって、基板の上方において当該基板
に対向して面内均一に設けられるとともに基板に対し加
熱源または冷却源として機能する上プレートと、基板の
下方において当該基板に対向して面内均一に設けられる
とともに基板に対し加熱源または冷却源として機能する
下プレートと、基板と上プレートとの間、および基板と
下プレートとの間のうちの少なくとも一方において基板
に対向して設けられた熱緩衝部と、を備える。

【０００９】また、この発明の請求項２の装置は、請求
項１の基板熱処理装置であって、熱緩衝部は断熱層およ
び伝導層の積層構造となっていることを特徴とする。

【００１０】また、この発明の請求項３の装置は、請求
項１または請求項２の基板熱処理装置であって、さら
に、基板の側方に１または複数の補助熱緩衝部を備え
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】

【００１２】

【１．第１の実施の形態】 ＜１−１．機構的構成および処理概容＞図１は第１の実
施の形態の基板熱処理装置１の断面模式図である。以
下、図１を用いてこの装置の機構的構成について説明し
ていく。

【００１３】第１の実施の形態の基板熱処理装置１はカ
バー１０、上ホットプレート２０、伝熱プレート３０、
プロキシミティギャップ用ボール４０、下ホットプレー
ト５０および図示しない制御部から成っている。

【００１４】カバー１０は下面の解放された筐体であ
り、後述の下ホットプレート５０に固設された図示しな
い支持・駆動手段により昇降自在に支持され、制御部の
制御に従って上昇した際には基板Ｗが搬出入されるとと
もに、降下した際には図示のように基板Ｗをその上面に
載置した下ホットプレート上を覆うことによりそこにほ
ぼ閉空間を形成し、その内部の高温の雰囲気を保持す
る。

【００１５】上ホットプレート２０は下ホットプレート
５０に固設された図示しない支持手段により支持される
とともに、制御部の制御に従って図示しない内部の発熱
機構によりその下方に位置する基板Ｗを加熱する。

【００１６】伝熱プレート３０は下ホットプレート５０
に固設された図示しない支持手段に支持されており、後
述のようにその上方の空気層ＡＬとともに熱緩衝部ＴＢ
を形成しそれにより熱緩衝部ＴＢは上下からの輻射熱の
バッファとして機能する。

【００１７】プロキシミティギャップ用ボール４０は、
後述の下ホットプレート５０の上面に３個（図１中には
２個のみ表示）互いに等距離に設けられており、それら
の上部に基板Ｗが載置されることにより、後述の下ホッ
トプレート５０と基板Ｗとの間にギャップを設けてい
る。

【００１８】下ホットプレート５０は上ホットプレート
２０と同様の構成となっており、上方の基板Ｗを加熱す
る。

【００１９】以上のような構成により第１の実施の形態
の基板熱処理装置１は以下のような処理を行う。すなわ
ち、装置外部の図示しない基板搬送ロボットにより、基
板Ｗが処理室ＰＣ内に搬入され、下ホットプレート５０
上のプロキシミティギャップ用ボール４０上面に載置さ
れた後、その基板Ｗを所定温度で所定時間加熱処理す
る。さらに処理後の基板Ｗは基板搬送ロボットにより搬
出された後、次の基板Ｗが基板熱処理装置１に搬入さ
れ、順次、各基板Ｗの加熱処理を行っていく。

【００２０】＜１−２．特徴＞つぎに、第１の実施の形
態の基板熱処理装置１の特徴についてさらに詳細に説明
していく。

【００２１】第１の実施の形態の基板熱処理装置１は上
ホットプレート２０および下ホットプレート５０を備え
ており、両者からの輻射により基板Ｗを上下から加熱す
る構成をとっている。このため、下方のみから加熱する
場合に対してより速く基板Ｗを設定温度に到達すること
ができ、そのため加熱処理時間を短縮することができ
る。

【００２２】しかし、上ホットプレート２０と下ホット
プレート５０とにより基板Ｗを上下から加熱する際に、
制御部の制御によりそれぞれの微妙な温度管理が行われ
るが、それぞれが互いに他方を加熱することにより温度
制御の干渉が生じてしまう。すなわち、一方のホットプ
レートの温度が変化すると、その輻射熱が他方のホット
プレートの温度に変化を及ぼす。このような影響を互い
に及ぼしあうため、いずれのホットプレートも目標温度
に安定して維持することが難しくなってしまう。

【００２３】そこで、第１の実施の形態の基板熱処理装
置１は以下のような構成となっている。すなわち、上ホ
ットプレート２０と基板Ｗとの間に空気層ＡＬおよび伝
熱プレート３０の積層した構造の熱緩衝部ＴＢが設けら
れている。空気層ＡＬは伝熱プレート３０と上ホットプ
レート２０との間において断熱層として機能する。ただ
し、この明細書における「断熱層」とは、接触熱伝導度
が低いものを指しており、輻射熱に対する断熱性は不要
である。また、伝熱プレート３０は熱伝導率の高い金属
であるアルミニウム製となっており、上ホットプレート
２０および下ホットプレート５０とによる輻射熱を吸収
し、その面内で温度分布を均して再輻射する。

【００２４】なお、第１の実施の形態の基板熱処理装置
１では上ホットプレート２０と伝熱プレート３０との間
の空気層ＡＬの間隔は約２ｍｍ、基板Ｗと伝熱プレート
３０との間は約１０ｍｍとなっている。ただし、図１で
は見やすくするためこれらの間隔を実際の比率より大き
く描いてある。

【００２５】このような熱緩衝部ＴＢは以下のように機
能する。すなわち、下ホットプレート５０からの輻射熱
のうちの多くは基板Ｗに吸収されるが、それに吸収され
ない一部の輻射熱は伝熱プレート３０に至る。ところ
が、伝熱プレート３０は前述のように熱伝導率が高いた
め直ちにその熱は伝熱プレート３０全体に伝わる。その
ため、下ホットプレート５０の僅かの温度変化は伝熱プ
レート３０の温度を余り変化させず、さらに空気層ＡＬ
で遮られるため上ホットプレート２０にはほとんど影響
を与えない。そのため、上ホットプレート２０は制御部
の制御に従って所定の温度管理が可能となる。

【００２６】逆に、上ホットプレート２０からの輻射熱
の大部分は伝熱プレート３０に伝わり、伝熱プレート３
０内ではその熱は直ちに全体に伝わり、面内均一の温度
分布となって輻射され基板Ｗおよび基板Ｗ上方の雰囲気
に吸収される。

【００２７】以上のような特徴を有することにより第１
の実施の形態の基板熱処理装置１は、基板Ｗの上方に上
ホットプレート２０、基板Ｗの下方に下ホットプレート
５０を備えるため、上下両方から基板Ｗを熱処理するた
め、処理時間が短くなる。また、基板Ｗ周囲の雰囲気に
高さ方向の温度勾配の発生が少なく、雰囲気の温度分布
が安定であるため、対流等による基板Ｗの面内温度均一
性の乱れが生じにくい。

【００２８】また、基板Ｗと上ホットプレート２０との
間に空気層ＡＬおよび伝熱プレート３０を含む熱緩衝部
ＴＢを備えるため、上ホットプレート２０および下ホッ
トプレート５０それぞれの温度調節が互いに干渉しあう
ことが少ないので、基板Ｗ上方からの輻射熱をも高精度
で温度管理できる。そのため、基板Ｗ表面の面内温度均
一性が乱されることが少なく、外気や他の熱処理装置等
の外部からの熱的影響も少ないため基板Ｗの温度の調節
精度に個体差が生じにくい。

【００２９】さらに、上下から均一な温度で加熱するこ
とにより処理室全体が均一な温度に温調されるため、反
りのある基板Ｗに対しても反りのない基板Ｗと同様の面
内温度均一性を保つことができる。

【００３０】

【２．第２の実施の形態】図２は第２の実施の形態の基
板熱処理装置１の断面模式図である。以下、図２を用い
てこの装置の機構的構成および効果について説明してい
く。

【００３１】第２の実施の形態の基板熱処理装置１では
第１の実施の形態の基板熱処理装置１の構成に加えて基
板Ｗと下ホットプレート５０との間にも下伝熱プレート
６０および断熱層として機能する空気層ＡＬＵからなる
下熱緩衝部ＴＢＵを備えている。このうち下伝熱プレー
ト６０も第１の実施の形態の伝熱プレート３０と同様に
熱伝導率の高い金属であるアルミニウム製となってお
り、下ホットプレート５０に固設された図示しない支持
手段により支持されている。そして、その他の構成は第
１の実施の形態の装置と同様である。なお、図２でも図
１と同様に各部材の間隔を実際の比率より大きく描いて
ある。

【００３２】このような構成の下熱緩衝部ＴＢＵは第１
の実施の形態の装置の熱緩衝部ＴＢと同様の機能を有
す。すなわち、下ホットプレート５０からの輻射熱の大
部分は下伝熱プレート６０に吸収され、その熱は直ちに
下伝熱プレート６０全体に伝わり面内均一の温度分布と
なる。そして下伝熱プレート６０からの輻射熱の大部分
は基板Ｗに吸収されるが基板Ｗに吸収されない一部の輻
射熱は伝熱プレート３０に至る。ところが、伝熱プレー
ト３０ではその熱は直ちにその全体に伝わるため、下ホ
ットプレート５０の僅かの温度変化は伝熱プレート３０
の温度を余り変化させず、さらに空気層ＡＬで遮られる
ため上ホットプレート２０にはほとんど影響を与えな
い。

【００３３】同様に上ホットプレート２０からの輻射熱
の大部分は伝熱プレート３０に吸収され、さらに伝熱プ
レート３０からの輻射熱のうち基板Ｗに吸収されない一
部のものは下伝熱プレート６０に至る。ところが、下伝
熱プレート６０ではその熱は直ちにその全体に伝わるた
め、上ホットプレート２０の僅かの温度変化は下伝熱プ
レート６０の温度を余り変化させず、さらに下空気層Ａ
ＬＵで遮られるため下ホットプレート５０にはほとんど
影響を与えない。

【００３４】このように第２の実施の形態の基板熱処理
装置１は第１の実施の形態の装置の効果に加えて、上ホ
ットプレート２０および下ホットプレート５０それぞれ
の温度調節が互いに干渉しあうことが一層少なくなるた
め、基板Ｗ表面の面内温度均一性が一層高く、外部から
の熱的影響も一層少なくなるため、基板Ｗの温度の調節
精度に一層個体差が生じにくい。

【００３５】なお、熱緩衝部ＴＢと下熱緩衝部ＴＢＵと
の双方を設けることが望ましいが、下熱緩衝部ＴＢＵの
みでも従来よりは熱均一性が改善される。

【００３６】

【３．第３の実施の形態】図３は第３の実施の形態の基
板熱処理装置１の断面模式図である。以下、図３を用い
てこの装置の機構的構成および効果について説明してい
く。

【００３７】第３の実施の形態の基板熱処理装置１では
第２の実施の形態の基板熱処理装置１の構成における板
状の伝熱プレート３０の代わりに、下面が解放された筐
体状の伝熱カバー７０が設けられている。この伝熱カバ
ー７０も第２の実施の形態の伝熱プレート３０と同様に
熱伝導率の高い金属であるアルミニウム製となってい
る。そして、伝熱カバー７０はカバー１０および上ホッ
トプレート２０に連結された支持・駆動手段により支持
されるとともに、それらと一体となって昇降自在となっ
ており、基板Ｗのこの装置への搬出入時には上昇し、加
熱処理時には下降して図示のようにほぼ閉空間を形成す
る。

【００３８】これにより伝熱カバー７０の上面と上ホッ
トプレート２０との間の空気層ＡＬによって熱緩衝部Ｔ
Ｂが形成されるとともに、カバー１０と伝熱カバー７０
の側面およびその側面とカバー１０との間の側方空気層
ＡＬＳとによって側方熱緩衝部（補助熱緩衝部）ＴＢＳ
が形成されている。そして、その他の構成は第２の実施
の形態の装置と同様である。なお、図３でも図１および
図２と同様に各部材の間隔を実際の比率より大きく描い
てある。そして、側方熱緩衝部ＴＢＳは側方外部からの
輻射熱を遮断する機能を有する。

【００３９】以上のような構成であるので第３の実施の
形態の基板熱処理装置１は第２の実施の形態の装置と同
様の効果に加えて、基板Ｗの側方に側方熱緩衝部ＴＢＳ
を設けているので、基板Ｗ表面の面内温度均一性が一層
高く、さらに側方外部からの熱的影響も少なくなるた
め、基板Ｗの温度の調節精度になお一層個体差が生じに
くい。さらに、側方部にホットプレートのある構成であ
れば、より一層の効果がある。

【００４０】

【４．変形例】上記のように第１〜第３の実施の形態の
基板熱処理装置１では、各ホットプレートにより基板Ｗ
に加熱処理を行う構成としたが、この発明はこれに限ら
れず、クーリングプレートにより基板に冷却処理を行う
構成としてもよい。

【００４１】また、第１〜第３の実施の形態の基板熱処
理装置１では、熱緩衝部ＴＢ等の断熱層を空気層とする
構成としたが、この発明はこれに限られず、板状の多孔
質材料等の固体や中空容器内に液体を入れた構成等とし
てもよい。すなわち、流体による断熱性を利用した層を
用いることがこの発明にとって好ましい。

【００４２】また、第１〜第３の実施の形態の基板熱処
理装置１では、伝熱プレート３０、下伝熱プレート６０
や伝熱カバー７０をアルミニウム製としたが、この発明
はこれに限られず、熱伝導率が高い銀や銅等の物質を用
いてもよい。

【００４３】また、第３の実施の形態の基板熱処理装置
１では、伝熱カバー７０は下面が解放された筐体状とし
たが、この発明はこれに限られず、伝熱カバー７０と下
伝熱プレート６０を一体として、基板Ｗの搬出入口を側
面に設けた筐体としてもよく、逆に伝熱カバー７０を上
面と側面とに分離して設けたり、４つの側面のうち、１
面のみに伝熱プレートを設ける等の構成としてもよい。

【００４４】さらに、熱緩衝部ＴＢ等は断熱層および伝
熱プレートを多層に積層する構成としてもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜請求項
３の発明では、基板の上方に面内均一の上プレート、基
板の下方に面内均一の下プレートを備えるため、上下両
方から基板を熱処理することにより、一方のみから熱処
理する場合に比べて処理時間が短い。また、基板周囲の
雰囲気に高さ方向の温度勾配の発生が少なく、雰囲気の
温度分布が安定であるため、対流等による基板の面内温
度均一性の乱れが少ない。

【００４６】また、請求項１〜請求項３の発明ではさら
に基板と上プレートとの間、および基板と下プレートと
の間のうちの少なくとも一方において熱緩衝部を備える
ため、上プレートおよび下プレートそれぞれの温度調節
が互いに干渉しあうことが少なく、基板を高精度で温度
管理できる。したがって、基板表面の面内温度均一性が
乱されることが少なく、上方または下方外部からの熱的
影響も少ないため基板の温度の調節精度に個体差が生じ
にくい。

【００４７】また、請求項２の発明では熱緩衝部が断熱
層および伝熱層の積層構造となっているので不均一な輻
射熱も伝熱層において面内均一の温度分布となり基板に
輻射されるため基板の面内温度均一性が一層高まる。

【００４８】さらに、請求項３の発明では請求項１また
は請求項２の発明の構成に加えて、基板の側方に１また
は複数の補助熱緩衝部を設けているので、基板表面の面
内温度均一性が一層高く、さらに側方外部からの熱的影
響も少なくなるため、基板の温度の調節精度になお一層
個体差が生じにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の基板熱処理装置の
断面模式図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の基板熱処理装置の
断面模式図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態の基板熱処理装置の
断面模式図である。

【図４】従来装置の断面模式図である。

【符号の説明】

１ 基板熱処理装置 ２０ 上ホットプレート ３０ 伝熱プレート ５０ 下ホットプレート ６０ 下伝熱プレート ７０ 伝熱カバー ＡＬ 空気層 ＡＬＳ 側方空気層 ＡＬＵ 下空気層 ＴＢ 熱緩衝部 ＴＢＳ 側方熱緩衝部（補助熱緩衝部） ＴＢＵ 下熱緩衝部 Ｗ 基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に熱処理を行う基板熱処理装置であ
   って、 基板の上方において当該基板に対向して面内均一に設け
   られるとともに基板に対し加熱源または冷却源として機
   能する上プレートと、 基板の下方において当該基板に対向して面内均一に設け
   られるとともに基板に対し加熱源または冷却源として機
   能する下プレートと、 基板と前記上プレートとの間、および基板と前記下プレ
   ートとの間のうちの少なくとも一方において基板に対向
   して設けられた熱緩衝部と、 を備えることを特徴とする基板熱処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１の基板熱処理装置であって、 前記熱緩衝部は断熱層および伝熱層の積層構造となって
   いることを特徴とする基板熱処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２の基板熱処理装
   置であって、さらに、 基板の側方に１または複数の補助熱緩衝部を備えること
   を特徴とする基板熱処理装置。