JPH11204391A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハＷ全体にわたって均一な熱処理を施す
ことのできる熱処理装置を提供する。また、ウエハＷを
熱処理する際の温度制御を高精度に行うことのできる熱
処理装置を提供する。 【解決手段】 ウエハＷの下面を熱定盤５８により所定
温度で加熱する一方、ウエハＷの上面をヒータＨ１〜Ｈ
１２により前記熱定盤５８より高い温度で加熱し、ウエ
ハＷに熱処理を施す空間に下から上に向けて温度上昇す
る温度勾配を形成する配置にした。その結果、加熱気体
の流れを不規則化する熱対流がこの空間で発生しなくな
り、ウエハＷ全体にわたって均一な熱処理を施すことが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば写真製版技
術を用いて半導体素子を製造する半導体製造システム内
に組み込まれる加熱装置や予備加熱装置などの熱処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、写真製版技術を用いた半導体
製造システムでは、一つのシステム内にレジスト塗布ユ
ニットや、乾燥ユニット、加熱ユニットなどの各種処理
ユニットを組み込み、これら各種処理ユニット間を順次
移動させながら一連の処理を施すようになっている。

【０００３】図１１は典型的な熱処理ユニット１００の
垂直断面図である。

【０００４】この熱処理ユニット１００では、半導体ウ
エハ（以下、単に「ウエハ」という）Ｗは熱盤１０１の
上面上に載置され、このウエハＷは熱盤１０１から放出
される熱により熱処理される。この熱盤１０１には図示
しない加熱機構が組み込まれており、この加熱機構から
供給される熱量により熱盤１０１が加熱される。熱盤１
０１の上面上には図示しない小突起が複数個設けられて
おり、ウエハＷはこれら小突起の頂部に載置され、ウエ
ハＷの下面と熱盤１０１の上面とが接触してウエハＷの
下面に傷や埃が付着するのを防止するようになってい
る。そのため、ウエハＷの下面と熱盤１０１の上面との
間には微小な隙間が形成され、熱盤１０１上面からこの
隙間の空気を介してウエハＷ下面に熱が供給される。こ
の熱盤１０１及びウエハＷで加熱された空気は周囲のよ
り低温の空気より比重が軽いため、熱処理ユニット１０
１内を上昇し、熱盤１０１の上方に対向配置されたカバ
ー体１０２に集められ、このカバー体１０２の頂部１０
３に接続された配管１０４を介して排気されるようにな
っている。

【０００５】ところで、上記従来のような熱処理ユニッ
ト１００では、上述したように気体を介して熱を供給す
るようになっているため、熱処理盤１０１上面とウエハ
Ｗ下面との間の気体を十分加熱する必要上、熱処理盤１
０１の温度をウエハＷの処理温度より高い温度まで加熱
する必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱処理
盤１０１からウエハＷへの熱の伝達は一様でなく、ウエ
ハＷに供給される熱量がばらついて不均一に加熱される
場合がある。ウエハＷの加熱が不均一であると、ウエハ
Ｗ上に形成される半導体素子の品質がばらつくため、製
造される半導体素子の歩留まりが低下して半導体素子の
製造コストが上昇するという問題がある。

【０００７】本発明は、このような課題を解決するため
になされたもので、ウエハＷの全体にわたって均一な熱
処理を施すことのできる熱処理装置を提供することを目
的とする。

【０００８】また本発明は、ウエハＷを熱処理する際の
温度制御を高精度に行うことのできる熱処理装置を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、請求項１記載の本発明の熱処理装置は、被処理基板
の下面を所定温度で加熱する第１の加熱手段と、前記被
処理基板の上面を前記第１の加熱手段より高い温度で加
熱する第２の加熱手段と、を具備する。

【００１０】請求項２記載の本発明の熱処理装置は、被
処理基板の下面を所定温度で加熱する第１の加熱手段
と、前記被処理基板の上面を前記第１の加熱手段より高
い温度で加熱する第２の加熱手段と、前記被処理基板が
目標温度で熱処理されるような温度に前記第２の加熱手
段を制御する手段と、を具備する。

【００１１】請求項３記載の本発明の熱処理装置は、被
処理基板の下面を所定温度で加熱する第１の加熱手段
と、前記被処理基板の上面を前記第１の加熱手段より高
い温度で加熱する第２の加熱手段と、前記被処理基板の
温度を検出する手段と、前記検出した被処理基板の温度
に基づいて、この被処理基板の熱処理温度が目標温度と
なるように前記第２の加熱手段を制御する手段と、を具
備する。

【００１２】請求項４記載の本発明の熱処理装置は、被
処理基板が載置される熱盤と、前記熱盤を所定温度に維
持する第１の制御部と、前記熱盤の上方でこの熱盤に対
向して配設され、前記熱盤で加熱された気体を排気する
カバー体と、前記カバー体の熱盤対向面に配設された少
なくとも一つのヒータと、前記ヒータを前記熱盤より高
い温度であって前記被処理基板が目標温度で熱処理され
るような温度に調節する第２の制御部と、を具備する。

【００１３】請求項５記載の本発明の熱処理装置は、被
処理基板が載置される熱盤と、前記熱盤を所定温度に維
持する第１の制御部と、前記熱盤の上方でこの熱盤に対
向して配設され、前記熱盤で加熱された気体を排気する
カバー体と、前記カバー体の熱盤対向面に配設された少
なくとも一つのヒータと、前記被処理基板の温度を検出
するセンサと、前記検出した被処理基板の温度に基づい
て、前記ヒータを前記熱盤より高い温度であって前記被
処理基板が目標温度で熱処理されるような温度に調節す
る第２の制御部と、を具備する。

【００１４】請求項６記載の本発明の熱処理装置は、請
求項４又は５に記載の熱処理装置であって、前記ヒータ
は各々独立して電源のオン・オフができる複数のヒータ
に分割されていることを特徴とする。

【００１５】請求項７記載の本発明の熱処理装置は、請
求項６に記載の熱処理装置であって、前記ヒータは同心
円状に配設されたヒータであることを特徴とする。

【００１６】請求項８記載の本発明の熱処理装置は、請
求項７に記載の熱処理装置であって、前記ヒータは半径
方向に沿って二つ以上の部分に分割されたヒータである
ことを特徴とする。

【００１７】請求項９記載の本発明の熱処理装置は、請
求項４又は５に記載の熱処理装置であって、前記ヒータ
は前記カバー体の中心から外周縁部にかけて加熱能力を
連続的に傾斜配置したグラデーションヒータであること
を特徴とする。

【００１８】請求項１０記載の本発明の熱処理装置は、
請求項４〜９のいずれかに記載の熱処理装置であって、
前記熱盤は、内部を循環する熱媒蒸気により所定温度に
維持される熱定盤であることを特徴とする。

【００１９】請求項１１記載の本発明の熱処理装置は、
請求項４〜１０のいずれかに記載の熱処理装置であっ
て、前記カバー体の下面側にはフラットな熱盤対向面が
形成されていることを特徴とする。

【００２０】請求項１の熱処理装置では、被処理基板の
下面を第１の加熱手段により所定温度で加熱する一方、
被処理基板の上面を第２の加熱手段により前記第１の加
熱手段より高い温度で加熱し、被処理基板に熱処理を施
す空間に下から上に向けて温度上昇する温度勾配を形成
する配置にしたので、加熱空気の流れを不規則化する熱
対流がこの空間で発生しなくなり、被処理基板全体にわ
たって均一な熱処理を施すことができる。

【００２１】請求項２の熱処理装置では、処理基板全体
にわたって均一な熱処理を施すことができるという請求
項１の熱処理装置の効果に加え、前記被処理基板の上面
を加熱する第２の加熱手段を制御することにより被処理
基板の処理温度を調節するようにしているので、加熱気
体流が乱れず、被処理基板を熱処理する際の温度制御を
高精度に行うことができる。

【００２２】請求項３の熱処理装置では、処理基板全体
にわたって均一な熱処理を施すことができるという請求
項１の熱処理装置の効果に加え、実際に検出した被処理
基板の温度に基づいて、被処理基板の熱処理温度が目標
温度になるように第２の加熱手段を制御するので、被処
理基板を熱処理する際の温度制御を高精度に行うことが
できる。

【００２３】請求項４の熱処理装置では、被処理基板の
下面を前記熱盤により所定温度で加熱する一方、被処理
基板の上面を前記ヒータにより前記熱板より高温で加熱
し、被処理基板に熱処理を施す空間に下から上に向けて
温度上昇する温度勾配を形成する配置にしたので、加熱
気体の流れを不規則化する熱対流がこの空間で発生しな
くなり、被処理基板全体にわたって均一な熱処理を施す
ことができる。また、前記第２の制御部により前記ヒー
タを被処理基板が目標温度で熱処理されるような温度に
調節するので、加熱気体流が乱れず、被処理基板を熱処
理する際の温度制御を高精度に行うことができる。

【００２４】請求項５の熱処理装置では、処理基板全体
にわたって均一な熱処理を施すことができるという請求
項４の熱処理装置の効果に加え、実際に検出した被処理
基板の温度に基づいて、被処理基板の熱処理温度が目標
温度になるように前記ヒータを制御するので、被処理基
板を熱処理する際の温度制御を高精度に行うことができ
る。

【００２５】請求項６の熱処理装置では、請求項４又は
５に記載の熱処理装置において、前記ヒータとして各々
独立して電源のオン・オフができる複数のヒータに分割
されたヒータを採用しているので、きめ細かな温度制御
ができ、被処理基板を熱処理する際の温度制御を更に高
精度に行うことができる。

【００２６】請求項７の熱処理装置では、請求項６に記
載の熱処理装置において、前記ヒータとして同心円状に
配設されたヒータを採用しているので、熱盤の半径方向
の温度分布に対応して、カバー体下面に供給される熱量
をカバー体下面の半径方向に関してきめ細かな調節をす
ることができ、被処理基板を熱処理する際の温度制御を
更に高精度に行うことができる。

【００２７】請求項８の熱処理装置では、請求項７に記
載の熱処理装置において、前記ヒータとして半径方向に
沿って二つ以上の部分に分割されたヒータを採用してい
るので、熱盤の半径方向と円周方向の温度分布に対応し
て、カバー体下面に供給される熱量をカバー体下面の半
径方向と円周方向の双方に関してきめ細かな調節をする
ことができ、被処理基板を熱処理する際の温度制御を更
に高精度に行うことができる。

【００２８】請求項９の熱処理装置では、請求項４又は
５に記載の熱処理装置において、前記ヒータとして前記
カバー体の中心から外周縁部にかけて加熱能力を連続的
に傾斜配置したグラデーションヒータを採用しているの
で、熱盤の半径方向の温度分布に対応して、カバー体下
面に供給される熱量をカバー体下面の半径方向に関して
きめ細かく、かつ、連続的な調節をすることができ、被
処理基板を熱処理する際の温度制御を更に一層高精度に
行うことができる。

【００２９】請求項１０の熱処理装置では、請求項４〜
９のいずれかに記載の熱処理装置において、前記熱盤と
して、内部を循環する熱媒蒸気により所定温度に維持さ
れる熱定盤を採用しているので、簡単な構造でありなが
ら熱定盤全体を均一の温度に保つことができ、それによ
り被処理基板全体にわたって均一な熱処理を施すことが
できる。また、加熱空気の熱源としての熱定盤を均一の
温度に保つことができるので、被処理基板を熱処理する
際の温度制御を更に高精度に行うことができる。 請求
項１１の熱処理装置では、請求項４〜１０のいずれかに
記載の熱処理装置において、前記カバー体として、その
下面側にフラットな熱盤対向面が形成されたカバー体を
採用しているので、カバー体の厚さを薄くすることがで
き、熱処理ユニット全体を小型化することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態の詳細を
図面に基づいて説明する。

【００３１】図１は本発明の一実施形態に係るレジスト
塗布ユニット（ＣＯＴ）を備えた半導体ウエハ（以下、
「ウエハ」という）の塗布現像処理システム１全体を示
した平面図である。

【００３２】この塗布現像処理システム１では、被処理
体としてのウエハＷをウエハカセットＣＲで複数枚、例
えば２５枚単位で外部からシステムに搬入・搬出した
り、ウエハカセットＣＲに対してウエハＷを搬入・搬出
したりするためのカセットステーション１０と、塗布現
像工程の中で１枚ずつウエハＷに所定の処理を施す枚葉
式の各種処理ユニットを所定位置に多段配置した処理ス
テーション１１と、この処理ステーション１１に隣接し
て設けられる露光装置（図示せず）との間でウエハＷを
受け渡しするためのインタフェース部１２とが一体的に
接続されている。このカセットステーション１０では、
カセット載置台２０上の位置決め突起２０ａの位置に、
複数個例えば４個までのウエハカセットＣＲが、夫々の
ウエハ出入口を処理ステーション１１側に向けてＸ方向
（図１中の上下方向）一列に載置され、このカセット配
列方向（Ｘ方向）およびウエハカセッ卜ＣＲ内に収納さ
れたウエハＷのウエハ配列方向（Ｚ方向；垂直方向）に
移動可能なウエハ搬送体２１が各ウエハカセットＣＲに
選択的にアクセスする。

【００３３】このウエハ搬送体２１はθ方向に回転自在
であり、後述するように処理ステーション１１側の第３
の処理ユニット群Ｇ₃ の多段ユニット部に配設されたア
ライメントユニット（ＡＬＩＭ）やイクステンションユ
ニット（ＥＸＴ）にもアクセスできる。

【００３４】処理ステーション１１には、ウエハ搬送装
置を備えた垂直搬送型の主ウエハ搬送機構２２が設けら
れ、その周りに全ての処理ユニットが１組または複数の
組に亙って多段に配置されている。

【００３５】図２は上記塗布現像処理システム１の正面
図である。

【００３６】第１の処理ユニット群Ｇ₁ では、カップＣ
Ｐ内でウエハＷをスピンチャックに載せて所定の処理を
行う２台のスピンナ型処理ユニット、例えばレジスト塗
布ユニット（ＣＯＴ）および現像ユニット（ＤＥＶ）が
下から順に２段に重ねられている。第２の処理ユニット
群Ｇ₂ では、２台のスピンナ型処理ユニット、例えばレ
ジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）および現像ユニット（Ｄ
ＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。これらレジ
スト塗布ユニット（ＣＯＴ）は、レジスト液の排液が機
構的にもメンテナンスの上でも面倒であることから、こ
のように下段に配置するのが好ましい。しかし、必要に
応じて適宜上段に配置することももちろん可能である。

【００３７】図３は上記塗布現像処理システム１の背面
図である。

【００３８】主ウエハ搬送機構２２では、筒状支持体４
９の内側に、ウエハ搬送装置４６が上下方向（Ｚ方向）
に昇降自在に装備されている。筒状支持体４９はモータ
（図示せず）の回転軸に接続されており、このモータの
回転駆動力によって、前記回転軸を中心としてウエハ搬
送装置４６と一体に回転し、それによりこのウエハ搬送
装置４６はθ方向に回転自在となっている。なお筒状支
持体４９は前記モータによって回転される別の回転軸
（図示せず）に接続するように構成してもよい。ウエハ
搬送装置４６には、搬送基台４７の前後方向に移動自在
な複数本の保持部材４８が配設されており、これらの保
持部材４８は各処理ユニット間でのウエハＷの受け渡し
を可能にしている。

【００３９】また、図１に示すようにこの塗布現像処理
システム１では、５つの処理ユニット群Ｇ₁ 、Ｇ₂ 、Ｇ
₃ 、Ｇ₄ 、Ｇ₅ が配置可能であり、第１および第２の処
理ユニット群Ｇ₁ 、Ｇ₂ の多段ユニットは、システム正
面（図１において手前）側に配置され、第３の処理ユニ
ット群Ｇ₃ の多段ユニットはカセットステーション１０
に隣接して配置され、第４の処理ユニット群Ｇ₄ の多段
ユニットはインタフェース部１２に隣接して配置され、
第５の処理ユニット群Ｇ₅ の多段ユニットは背面側に配
置されることが可能である。

【００４０】図３に示すように、第３の処理ユニット群
Ｇ₃ では、ウエハＷを保持台（図示せず）に載せて所定
の処理を行うオーブン型の処理ユニット、例えば冷却処
理を行うクーリングユニット（ＣＯＬ）、レジストの定
着性を高めるためのいわゆる疏水化処理を行うアドヒー
ジョンユニット（ＡＤ）、位置合わせを行うアライメン
トユニット（ＡＬＩＭ）、イクステンションユニット
（ＥＸＴ）、露光処理前の加熱処理を行うプリベーキン
グユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）および露光処理後の加熱
処理を行うポストベーキングユニット（Post Exposure
Bake 以下「ＰＥＢ」と記す）が、下から順に例えば８
段に重ねられている。第４の処理ユニット群Ｇ₄ でも、
オーブン型の処理ユニット、例えばクーリングユニット
（ＣＯＬ）、イクステンション・クーリングユニット
（ＥＸＴＣＯＬ）、イクステンションユニット（ＥＸ
Ｔ）、クーリングユニッ卜（ＣＯＬ）、プリベーキング
ユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）およびポストベーキングユ
ニット（ＰＥＢ）が下から順に、例えば８段に重ねられ
ている。

【００４１】このように処理温度の低いクーリングユニ
ット（ＣＯＬ）、イクステンション・クーリングユニッ
ト（ＥＸＴＣＯＬ）を下段に配置し、処理温度の高いプ
リベーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）、ポストベー
キングユニット（ＰＥＢ）およびアドヒージョンユニッ
ト（ＡＤ）を上段に配置することで、ユニット間の熱的
な相互干渉を少なくすることができる。もちろん、ラン
ダムな多段配置としてもよい。

【００４２】図１に示すように、インタフェース部１２
では、奥行方向（Ｘ方向）は前記処理ステーション１１
と同じ寸法を有するが、幅方向（Ｙ方向）はより小さな
サイズである。このインタフェース部１２の正面部に
は、可搬性のピックアップカセットＣＲと、定置型のバ
ッファカセットＢＲとが２段に配置され、他方背面部に
は周辺露光装置２３が配設され、さらに中央部にはウエ
ハ搬送体２４が設けられている。このウエハ搬送体２４
は、Ｘ方向、Ｚ方向に移動して両カセットＣＲ、ＢＲお
よび周辺露光装置２３にアクセスする。

【００４３】ウエハ搬送体２４は、θ方向にも回転自在
であり、処理ステーション１１側の第４の処理ユニット
群Ｇ₄ の多段ユニットに配設されたイクステンションユ
ニット（ＥＸＴ）や、隣接する露光装置側のウエハ受渡
し台（図示せず）にもアクセスできる。

【００４４】また塗布現像処理システム１では、既述の
如く主ウエハ搬送機構２２の背面側にも図１中破線で示
した第５の処理ユニット群Ｇ₅ の多段ユニットを配置で
きるが、この第５の処理ユニット群Ｇ₅ の多段ユニット
は、案内レール２５に沿ってＹ方向へ移動可能である。
従って、この第５の処理ユニット群Ｇ₅ の多段ユニット
を図示の如く設けた場合でも、前記案内レール２５に沿
って移動することにより、空間部が確保されるので、主
ウエハ搬送機構２２に対して背後からメンテナンス作業
が容易に行える。

【００４５】次に、図４及び図５につき処理ステーショ
ン１１において第３および第４の組Ｇ₃ ，Ｇ₄ の多段ユ
ニットに含まれているベーキングユニット（ＰＲＥＢＡ
ＫＥ）、（ＰＥＢ）、クーリングユニット（ＣＯＬ）、
（ＥＸＴＣＯＬ）のような熱処理ユニットの構成および
作用を説明する。

【００４６】図４および図５は、本実施形態に係る熱処
理ユニットの構成を示す平面図および断面図である。な
お、図５では、図解のために水平遮蔽板５５を省略して
ある。 この熱処理ユニットの処理室５０は両側壁５３
と水平遮蔽板５５とで形成され、処理室５０の正面側
（主ウエハ搬送機構２４側）および背面側はそれぞれ開
口部５０Ａ，５０Ｂとなっている。遮蔽板５５の中心部
には円形の開口５６が形成され、この開口５６内には内
部に空洞を備え、熱媒が封入されて密閉された円盤状の
熱定盤５８が載置台として設けられる。

【００４７】熱定盤５８には例えば３つの孔６０が設け
られ、各孔６０内には支持ピン６２が遊嵌状態で挿通さ
れており、半導体ウエハＷのローディング・アンローデ
ィング時には各指示ピン６２が熱定盤５８の表面より上
に突出または上昇して主ウエハ搬送機構２２の保持部材
４８との間でウエハＷの受け渡しを行うようになってい
る。

【００４８】熱定盤５８の外周囲には、円周方向にたと
えば２゜間隔で多数の通気孔６４を形成したリング状の
帯板からなるシャッタ６６が設けられている。このシャ
ッタ６６は、通常は熱定盤５８より下の位置に退避して
いるが、加熱処理時には図５に示すように熱定盤５８の
上面よりも高い位置まで上昇して、熱定盤５８とカバー
体６８との間にリング状の側壁を形成し、図示しない気
体供給系より送り込まれるダウンフローの空気や窒素ガ
ス等の不活性ガスを通気孔６４より周方向で均等に流入
させるようになっている。

【００４９】カバー体６８の中心部には加熱処理時にウ
エハＷ表面から発生するガスを排出するための排気口６
８ａが設けられ、この排気口６８ａに排気管７０が接続
されている。この排気管７０は、装置正面側（主ウエハ
搬送機構２２側）のダクト５３（もしくは５４）または
図示しないダクトに通じている。

【００５０】遮蔽板５５の下には、遮蔽板５５、両側壁
５３および底板７２によって機械室７４が形成されてお
り、室内には熱定盤支持板７６、シャッタアーム７８、
支持ピンアーム８０、シャッタアーム昇降駆動用シリン
ダ８２、支持ピンアーム昇降駆動用シリンダ８４が設け
られている。

【００５１】図４に示すように、ウエハＷの外周縁部が
載るべき熱定盤５８の表面位置に複数個たとえば４個の
ウエハＷ案内支持突起部８６が設けられている。

【００５２】また、熱定盤５８上面のウエハＷ載置部分
には図示しない小突起が複数設けられており、ウエハＷ
の下面がこれら小突起の頂部に載置される。そのためウ
エハＷ下面と熱定盤５８上面との間に微小な隙間が形成
され、ウエハＷ下面が熱定盤５８上面と直接接触するの
が避けられ、この間に塵などがある場合でもウエハＷ下
面が汚れたり、傷ついたりすることがないようになって
いる。

【００５３】また後述するように、熱定盤５８内部には
空洞が設けられており、この空洞内で熱媒を加熱するこ
とにより発生する熱媒蒸気をこの空洞内で循環させて熱
定盤５８を所定温度に維持するようになっている。

【００５４】図６は本実施形態に係るカバー体６８の垂
直断面図であり、図７はこのカバー体６８を下側からみ
た状態を示した平面図である。この図６に示したよう
に、カバー体６８の下面側には円錐形の凹部６８ｂが形
成されており、この円錐の頂点にあたる部分には排気口
６８ａが設けられ、この排気口６８ａに排気管７０の下
端が接続されている。排気管７０の他端側は図示しない
排気系に接続されており、熱板５８で加熱されて上昇し
た加熱気体（空気や窒素ガス等の不活性ガス）が円錐形
の凹部６８ｂで集められ、前記排気口６８ａと排気管７
０とを介して排気されるようになっている。

【００５５】円錐形凹部６８ｂの側面６８ｃには複数の
ヒータＨ１〜Ｈ１２が同心円を描く様に配設されてい
る。本実施形態に係るカバー体６８では１２枚の扇形ヒ
ータＨ１〜Ｈ１２が配設されており、ヒータＨ１〜Ｈ
４、ヒータＨ５〜Ｈ８、ヒータＨ９〜Ｈ１２の各４枚ず
つのヒータで小、中、大の半径が異なる３つの同心円を
形成するように配設されている。これら１２枚のヒータ
Ｈ１〜Ｈ１２にはそれぞれ制御装置（図示省略）を介し
て電力が供給されるように配線されている。

【００５６】図８は本実施形態に係る熱定盤５８とその
周辺の構造を模式的に示した垂直断面図である。この図
８に示すように熱定盤５８の内部は密閉された空洞５８
ａになっており、その底部の一部分には断面がＶ字状に
なるように形成された熱媒溜め５８ｂが設けられてい
る。この熱媒溜め５８ｂの中にはニクロム線等のヒータ
が９３が図８の紙面に垂直な方向に配設されており、こ
のヒータ９３には電源供給装置からの電力が制御装置で
制御されて供給されるようになっている。

【００５７】電源供給装置９５からの電力が制御装置で
制御されてヒータ９３に供給されると、ヒータ９３が発
熱を開始し、凝縮されて熱媒溜め５８ｂ内に溜まった熱
媒が加熱される。加熱された熱媒は蒸発して空洞５８ａ
内を循環する。熱媒蒸気が空洞５８ａ内の冷えた部分に
当接すると、熱媒蒸気はこの冷えた部分に熱量を与える
と同時に凝縮して液化する。このとき熱媒蒸気は空洞５
８ａの内部壁面全体を均一な温度に加熱するので熱定盤
全体が一定温度に保たれる。

【００５８】図９は本実施形態に係る熱処理ユニットの
制御系を図示したブロック図である。この図９に示すよ
うに、熱定盤５８にはこの熱定盤５８内に配設されたヒ
ータ９３に電力を供給する電力供給装置９５が接続され
ており、この電力供給装置９５は制御装置９０により制
御され、熱定盤５８の温度を調節する。同様に１２枚の
ヒータＨ１〜Ｈ１２も制御装置９０と接続されており、
これらヒータＨ１〜Ｈ１２はそれぞれ独立して電源のオ
ン・オフや発熱量を調節できるようになっている。 次
に本実施形態に係る熱処理ユニットの制御の仕方につい
て説明する。

【００５９】熱定盤５８については、一定温度を維持す
るように制御する。この熱定盤５８が維持される温度
は、この熱定盤５８上に載置したウエハＷの熱処理温度
を制御する上で都合の良い温度、例えば、ウエハＷの熱
処理温度に近い温度であって、この熱処理温度より若干
低い温度である。

【００６０】上記熱定盤５８が一定温度を保つように制
御されるのとは対照的に、ヒータＨ１〜Ｈ１２は前記熱
定盤５８が維持される温度と相俟ってウエハＷの熱処理
温度を一定に保つような温度に維持される。例えば、ウ
エハＷの熱処理温度の目標値に近い温度であって、この
熱処理温度の目標値より若干高い温度である。

【００６１】一般的に、上記熱定盤温度はウエハＷの熱
処理温度の目標値に基づいて決められ、上記ヒータＨ１
〜Ｈ１２の温度は、ウエハＷの熱処理温度の目標値と上
記熱定盤温度とに基づいて求められる。

【００６２】即ち、ウエハＷの熱処理温度の目標値に対
して熱定盤５８の温度を若干低い温度に維持し、この状
態でウエハＷの上面から加熱した場合に、ウエハＷに実
際に作用する温度が前記目標値に最も近くなるような温
度を求め、この温度に上記ヒータＨ１〜Ｈ１２の温度を
制御する。

【００６３】より具体的には、ウエハＷの熱処理温度の
目標値をＴ_W 、熱定盤５８の温度をＴ_L 、ヒータＨ１〜
Ｈ１２の温度（平均温度）をＴ_H とすると、これら
Ｔ_W 、Ｔ_L 、Ｔ_H の間にはＴ_L ＜Ｔ_W ＜Ｔ_H の関係があ
る。この関係を図示したのが図１０である。

【００６４】この図１０に示すように、熱板の温度Ｔ_L
を一定に保ち、ヒータＨ１〜Ｈ１２の温度をウエハＷの
熱処理温度目標値Ｔ_W より高い所定の温度Ｔ_H に保つこ
とによりウエハＷに作用する温度を熱処理温度の目標値
Ｔ_W に近い値に維持することができる。この熱板の温度
Ｔ_L とヒータＨ１〜Ｈ１２の維持すべき温度Ｔ_H の値は
実測データに基づいて求められる。

【００６５】なお、ヒータＨ１〜Ｈ１２の維持すべき温
度Ｔ_H は、温度センサ（図示省略）で検出したウエハＷ
の温度に基づいて制御するようにしてもよい。

【００６６】また、熱定盤５８の中心から周縁部にかけ
て水平方向に熱的な偏在が生じる場合には、この熱定盤
５８上の熱的偏在を打ち消すようにヒータＨ１〜Ｈ１２
を発熱させることによりウエハＷを均一に熱処理するこ
とが可能になる。

【００６７】例えば、熱定盤５８の中心付近が低温で周
縁部にかけて温度が上昇する熱勾配がある場合にはカバ
ー体６８の中心のヒータＨ１〜Ｈ４を高温に加熱する一
方で、外周縁部のヒータＨ９〜Ｈ１２を低温に加熱し、
その間のヒータＨ５〜Ｈ８を中間の温度に維持する。

【００６８】その反対に、熱定盤５８の中心付近が高温
で周縁部にかけて温度が低下する熱勾配がある場合には
カバー体６８の中心のヒータＨ１〜Ｈ４を低温に加熱す
る一方で、外周縁部のヒータＨ９〜Ｈ１２を高温に加熱
し、その間のヒータＨ５〜Ｈ８を中間の温度に維持す
る。また熱定盤５８の中心付近と周縁部とが低温で中心
付近と周縁部との途中の部分が高温になる場合には、ヒ
ータＨ１〜Ｈ４とヒータＨ９〜Ｈ１２とを高温に加熱し
ヒータＨ５〜Ｈ８を低温に加熱する。熱定盤５８の特性
により熱定盤５８の一部に温度が高い部分或いは低い部
分が生じる場合には、その部分に熱的偏在を打ち消すよ
うにヒータＨ１〜Ｈ１２のいくつかを他のヒータと異な
る温度に加熱することもできる。

【００６９】更にこの実施形態ではヒータとして図７に
示したような１２枚の扇形に分割したヒータＨ１〜Ｈ１
２を用いたが、一枚の連続的なヒータであって局所的な
加熱や加熱量を各部分ごとに変えることのできる、いわ
ゆるグラデーションヒータを用いることも可能である。
その場合には一枚の連続的なヒータでありながら、上術
したような局所的な加熱が可能になる。そのため上記性
能を維持したまま部品点数を減らしたり製造工程を簡略
化でき、製造コストの低減に繋がるという利点がある。

【００７０】次に、この熱処理ユニットをベーキングユ
ニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）及びクーリングユニット（Ｃ
ＯＬ）として用いる場合の操作について以下に説明す
る。

【００７１】まず、載置台２０上にセットされたウエハ
カセットＣＲ内からウエハ搬送体２１によりウエハＷが
取り出され、次いでウエハ搬送体２１から主ウエハ搬送
機構２２にウエハＷが引き渡される。主ウエハ搬送機構
２２は受け取ったウエハＷをレジスト塗布ユニット（Ｃ
ＯＴ）内に搬送、セットし、ここでウエハＷにレジスト
塗布を行なう。次いで、このウエハＷをレジスト塗布ユ
ニット（ＣＯＴ）内から主ウエハ搬送機構２２がウエハ
Ｗを取り出し、上記熱処理ユニット内まで搬送し、熱定
盤５８の上にウエハＷをセットする。

【００７２】一方、熱処理ユニットへの電源投入と同時
に熱定盤５８の電力供給装置９５が作動を開始して所定
時間の後に熱定盤５８は所定の温度、即ちウエハＷの熱
処理温度目標値より少し低い温度に維持される。同様に
カバー体６８の下面側に配設されたヒータＨ１〜Ｈ１２
にも電源が投入され加熱が開始される。なお、本実施形
態に係る熱定盤５８では中心付近で温度が高く、外周縁
部で温度が低くなる特性上の傾向があるので、これを打
ち消すように、カバー体６８のヒータＨ１〜Ｈ４では加
熱温度が低く、これより外側のヒータＨ５〜Ｈ８、更に
外側のヒータＨ９〜Ｈ１２になるにつれて加熱温度がだ
んだん高くなるように温度制御がなされている。

【００７３】このように本実施形態に係る熱処理ユニッ
トでは、上記のように加熱量が制御された熱定盤５８と
カバー体６８との間にウエハＷがセットされると、熱定
盤５８からの加熱量の熱的偏在を打ち消すようにカバー
体６８のヒータＨ１〜Ｈ１２の加熱量が制御されている
ので、これらの間にセットされ熱処理されるウエハＷに
は常に均一な熱量が供給され、ウエハＷ全体にわたって
均一な熱処理が施される。

【００７４】また、熱定盤５８の温度に対して、ヒータ
Ｈ１〜Ｈ１２の温度の方が高くなるように制御されてい
るため、常に熱勾配は垂直方向下から上にむかって高温
側になるように構成されている。そのため、熱定盤５８
で加熱された気体はまっすぐ上昇し、熱定盤５８とヒー
タＨ１〜Ｈ１２との間の空間で熱的な対流がおこること
はない。

【００７５】従って、この熱的対流により惹起される不
均一な熱量の供給が防止され、ウエハＷの均一な熱処理
が可能となる。

【００７６】更に、本実施形態に係る熱処理ユニットに
よれば、熱定盤５８を熱処理可能な温度の下限に近い、
比較的低温に維持しておき、ウエハＷを下面側から加熱
する一方、ウエハＷの上面側からヒータＨ１〜Ｈ１２で
必要な熱量を追加供給するようにしているので、微妙な
温度調節が可能であり、しかも、ヒータＨ１〜Ｈ１２の
加熱量変化による対流の発生もないので、ウエハＷを熱
処理する際の温度制御を高精度に行うことができる。

【００７７】なお、本発明は上記の実施形態の内容に限
定されるものではない。

【００７８】例えば、上記実施形態ではカバー体として
下面が円錐状に削り取られた形状のものを採用している
が、下面が水平面を形成するものであってもよい。下面
が水平面のカバー体を採用する場合にはカバー体の製造
が簡単になることと、カバー体が小形化されることによ
り熱処理ユニット全体をコンパクトにできるという利点
がある。なお下面が水平面のカバー体を採用する場合に
は、ヒータＨ１〜Ｈ１２の形状や配置、発熱能力を適宜
組み合わせることにより熱定盤５８とヒータＨ１〜Ｈ１
２との間で熱的対流が起こらないようにする。

【００７９】また、上記実施形態ではヒータＨ１〜Ｈ１
２を同心円状に配設したが、これ以外でも螺旋状に配設
するなど各種の配置形態が採用可能である。

【００８０】同様に、上記実施形態では内部に熱媒蒸気
を循環させることにより均一に加熱される熱定盤を用い
てウエハＷを加熱する装置について説明したが、内部に
ニクロム線ヒータを内蔵し、温度センサなどにより温度
制御する熱盤を用いるものでもよい。

【００８１】更に、上記実施の形態ではウエハＷについ
ての塗布現像処理システム１を例にして説明したが、本
発明はこれ以外の処理装置、例えば、ＬＣＤ基板用処理
装置などにも適用できることは言うまでもない。

【００８２】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明によれば、被処理基板の下面を第１の加熱手段によ
り所定温度で加熱する一方、被処理基板の上面を第２の
加熱手段により前記第１の加熱手段より高い温度で加熱
し、被処理基板に熱処理を施す空間に下から上に向けて
温度上昇する温度勾配を形成する配置にしたので、加熱
気体の流れを不規則化する熱対流がこの空間で発生しな
くなり、被処理基板全体にわたって均一な熱処理を施す
ことができる。

【００８３】請求項２記載の本発明によれば、処理基板
全体にわたって均一な熱処理を施すことができるという
請求項１の熱処理装置の効果に加え、前記被処理基板の
上面を加熱する第２の加熱手段を制御することにより被
処理基板の処理温度を調節するようにしているので、加
熱気体流が乱れず、被処理基板を熱処理する際の温度制
御を高精度に行うことができる。

【００８４】請求項３記載の本発明によれば、処理基板
全体にわたって均一な熱処理を施すことができるという
請求項１の熱処理装置の効果に加え、実際に検出した被
処理基板の温度に基づいて、被処理基板の熱処理温度が
目標温度になるように第２の加熱手段を制御するので、
被処理基板を熱処理する際の温度制御を高精度に行うこ
とができる。

【００８５】請求項４記載の本発明によれば、被処理基
板の下面を前記熱盤により所定温度で加熱する一方、被
処理基板の上面を前記ヒータにより前記熱板より高温で
加熱し、被処理基板に熱処理を施す空間に下から上に向
けて温度上昇する温度勾配を形成する配置にしたので、
加熱気体の流れを不規則化する熱対流がこの空間で発生
しなくなり、被処理基板全体にわたって均一な熱処理を
施すことができる。また、前記第２の制御部により前記
ヒータを被処理基板が目標温度で熱処理されるような温
度に調節するので、加熱気体流が乱れず、被処理基板を
熱処理する際の温度制御を高精度に行うことができる。

【００８６】請求項５記載の本発明によれば、処理基板
全体にわたって均一な熱処理を施すことができるという
請求項４の熱処理装置の効果に加え、実際に検出した被
処理基板の温度に基づいて、被処理基板の熱処理温度が
目標温度になるように前記ヒータを制御するので、被処
理基板を熱処理する際の温度制御を高精度に行うことが
できる。

【００８７】請求項６記載の本発明によれば、請求項４
又は５に記載の熱処理装置において、前記ヒータとして
各々独立して電源のオン・オフができる複数のヒータに
分割されたヒータを採用しているので、きめ細かな温度
制御ができ、被処理基板を熱処理する際の温度制御を更
に高精度に行うことができる。

【００８８】請求項７記載の本発明によれば、請求項６
に記載の熱処理装置において、前記ヒータとして同心円
状に配設されたヒータを採用しているので、熱盤の半径
方向の温度分布に対応して、カバー体下面に供給される
熱量をカバー体下面の半径方向に関してきめ細かな調節
をすることができ、被処理基板を熱処理する際の温度制
御を更に高精度に行うことができる。

【００８９】請求項８記載の本発明によれば、請求項７
に記載の熱処理装置において、前記ヒータとして半径方
向に沿って二つ以上の部分に分割されたヒータを採用し
ているので、熱盤の半径方向と円周方向の温度分布に対
応して、カバー体下面に供給される熱量をカバー体下面
の半径方向と円周方向の双方に関してきめ細かな調節を
することができ、被処理基板を熱処理する際の温度制御
を更に高精度に行うことができる。

【００９０】請求項９記載の本発明によれば、請求項４
又は５に記載の熱処理装置において、前記ヒータとして
前記カバー体の中心から外周縁部にかけて加熱能力を連
続的に傾斜配置したグラデーションヒータを採用してい
るので、熱盤の半径方向の温度分布に対応して、カバー
体下面に供給される熱量をカバー体下面の半径方向に関
してきめ細かく、かつ、連続的な調節をすることがで
き、被処理基板を熱処理する際の温度制御を更に一層高
精度に行うことができる。

【００９１】請求項１０の本発明によれば、請求項４〜
９のいずれかに記載の熱処理装置において、前記熱盤と
して、内部を循環する熱媒蒸気により所定温度に維持さ
れる熱定盤を採用しているので、簡単な構造でありなが
ら熱定盤全体を均一の温度に保つことができ、それによ
り被処理基板全体にわたって均一な熱処理を施すことが
できる。また、加熱気体の熱源としての熱定盤を均一の
温度に保つことができるので、被処理基板を熱処理する
際の温度制御を更に高精度に行うことができる。 請求
項１１の本発明によれば、請求項４〜１０のいずれかに
記載の熱処理装置において、前記カバー体として、その
下面側にフラットな熱盤対向面が形成されたカバー体を
採用しているので、カバー体の厚さを薄くすることがで
き、熱処理ユニット全体を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る塗布現像処理システム
の全体構成を示す平面図である。

【図２】本発明の実施形態に係る塗布現像処理システム
の正面図である。

【図３】本発明の実施形態に係る塗布現像処理システム
の背面図である。

【図４】本発明の実施形態に係る熱処理ユニットの構成
を示す平面図である。

【図５】本発明の実施形態に係る熱処理ユニットの断面
図である。

【図６】本発明の実施形態に係るカバー体の垂直断面図
である。

【図７】本発明の実施形態に係るカバー体を下側からみ
た状態を示した平面図である。

【図８】本発明の実施形態に係る熱定盤周辺の構造を模
式的に示した垂直断面図である。

【図９】本発明の実施形態に係る熱処理ユニットの制御
系を図示したブロック図である。

【図１０】本発明の実施形態に係る熱処理ユニットの熱
処理盤温度、ウエハＷの温度、及びヒータの温度との関
係を示した図である。

【図１１】従来の熱処理ユニットの垂直断面図である。

【符号の説明】

Ｗ ウエハ ５８ 熱定盤 Ｈ１〜Ｈ１２ ヒータ ９０ 制御装置 ９５ 電力供給装置 ６８ カバー体

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理基板の下面を所定温度で加熱する
   第１の加熱手段と、 前記被処理基板の上面を前記第１の加熱手段より高い温
   度で加熱する第２の加熱手段と、 を具備することを特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 被処理基板の下面を所定温度で加熱する
   第１の加熱手段と、 前記被処理基板の上面を前記第１の加熱手段より高い温
   度で加熱する第２の加熱手段と、 前記被処理基板が目標温度で熱処理されるような温度に
   前記第２の加熱手段を制御する手段と、 を具備することを特徴とする熱処理装置。
3. 【請求項３】 被処理基板の下面を所定温度で加熱する
   第１の加熱手段と、 前記被処理基板の上面を前記第１の加熱手段より高い温
   度で加熱する第２の加熱手段と、 前記被処理基板の温度を検出する手段と、 前記検出した被処理基板の温度に基づいて、この被処理
   基板の熱処理温度が目標温度になるように前記第２の加
   熱手段を制御する手段と、 を具備することを特徴とする熱処理装置。
4. 【請求項４】 被処理基板が載置される熱盤と、 前記熱盤を所定温度に維持する第１の制御部と、 前記熱盤の上方でこの熱盤に対向して配設され、前記熱
   盤で加熱された気体を排気するカバー体と、 前記カバー体の熱盤対向面に配設された少なくとも一つ
   のヒータと、 前記ヒータを前記熱盤より高い温度であって前記被処理
   基板が目標温度で熱処理されるような温度に調節する第
   ２の制御部と、 を具備することを特徴とする熱処理装置。
5. 【請求項５】 被処理基板が載置される熱盤と、 前記熱盤を所定温度に維持する第１の制御部と、 前記熱盤の上方でこの熱盤に対向して配設され、前記熱
   盤で加熱された気体を排気するカバー体と、 前記カバー体の熱盤対向面に配設された少なくとも一つ
   のヒータと、 前記被処理基板の温度を検出するセンサと、 前記検出した被処理基板の温度に基づいて、前記ヒータ
   を前記熱盤より高い温度であって前記被処理基板が目標
   温度で熱処理されるような温度に調節する第２の制御部
   と、 を具備することを特徴とする熱処理装置。
6. 【請求項６】 請求項４又は５に記載の熱処理装置であ
   って、前記ヒータは各々独立して電源のオン・オフがで
   きる複数のヒータに分割されていることを特徴とする、
   熱処理装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の熱処理装置であって、
   前記ヒータは同心円状に配設されたヒータであることを
   特徴とする熱処理装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の熱処理装置であって、
   前記ヒータは半径方向に沿って二つ以上の部分に分割さ
   れたヒータであることを特徴とする熱処理装置。
9. 【請求項９】 請求項４又は５に記載の熱処理装置であ
   って、前記ヒータは前記カバー体の中心から外周縁部に
   かけて加熱能力を連続的に傾斜配置したグラデーション
   ヒータであることを特徴とする熱処理装置。
10. 【請求項１０】 請求項４〜９のいずれかに記載の熱処
    理装置であって、 前記熱盤は、内部を循環する熱媒蒸気により所定温度に
    維持される熱定盤であることを特徴とする熱処理装置。
11. 【請求項１１】 請求項４〜１０のいずれかに記載の熱
    処理装置であって、 前記カバー体の下面側にはフラットな熱盤対向面が形成
    されていることを特徴とする熱処理装置。