JPWO2020022069A1 - 基板加熱装置及び基板加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板を加熱するにあたり、当該基板の周囲の雰囲気を速やかに低酸素雰囲気とすること。【解決手段】加熱板の全周に亘って当該加熱板との間に隙間が形成されるように、当該加熱板の側方を囲む環状部と、前記隙間が連通すると共に基板を加熱処理するための処理空間が当該加熱板及び環状部との間に形成されるように、加熱板及び環状部に対向して設けられる処理空間形成部と、前記基板を加熱するときに前記処理空間を低酸素雰囲気とするための低酸素雰囲気形成ガスを前記処理空間の一端部から他端部へ向けて供給し、前記基板の幅をカバーすると共に当該基板の一端部から他端部へ向かう気流を形成するためのガス供給部と、当該処理空間の他端部に設けられた排気口と、気流の形成前に前記隙間に溜まるガスを、基板を加熱するまでに低酸素形成雰囲気形成ガスに置換するための置換部と、を備えるように装置を構成する。【選択図】図１

Description

本開示は、基板加熱装置及び基板加熱方法に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）を加熱装置により加熱する処理が行われ、基板にガスを供給した状態でこの加熱処理が行われるように当該加熱装置が構成される場合がある。特許文献１には、載置された基板を加熱する加熱部と、加熱部の上方を覆う蓋部と、基板の加熱中に蓋部と基板との間に不活性ガスを供給して不活性ガス雰囲気を形成するガス供給部と、を備える加熱装置について記載されている。特許文献２には、基板が載置されるホットプレートと、ホットプレートの一端から他端へ向かう気流を形成するようにホットプレートを覆うカバーと、を備える加熱装置について記載されている。特許文献３には、熱板上に整流用の天板を配置し、熱板の一端側から他端側へ向かう気流を形成してウエハを加熱する加熱装置について記載されている。

特開２０１７−１０７９０４号公報 特開２００４−２９３９４２号公報 特開２００６−２６９９２０号公報

本開示は、基板を加熱するにあたり、当該基板の周囲の雰囲気を速やかに低酸素雰囲気とすることができる技術を提供する。

本開示の基板加熱装置は、基板を載置して加熱する加熱板と、
前記加熱板の全周に亘って当該加熱板との間に隙間が形成されるように、当該加熱板の側方を囲む環状部と、
前記隙間が連通すると共に前記基板を加熱処理するための処理空間が当該加熱板及び環状部との間に形成されるように、前記加熱板及び環状部に対向して設けられる処理空間形成部と、
前記基板を加熱するときに前記処理空間を低酸素雰囲気とするための低酸素雰囲気形成ガスを前記処理空間の一端部から他端部へ向けて供給し、前記基板の幅をカバーすると共に当該基板の一端部から他端部へ向かう気流を形成するためのガス供給部と、
前記処理空間における前記低酸素雰囲気ガスを吸引排気して前記気流を形成するために、当該処理空間の他端部に設けられた排気口と、
前記気流の形成前に前記隙間に溜まるガスを、前記基板を加熱するまでに前記低酸素形成雰囲気形成ガスに置換するための置換部と、
を備える。

本開示によれば、基板を加熱するにあたり、当該基板の周囲の雰囲気を速やかに低酸素雰囲気とする技術を提供することができる。

本開示の一実施形態による基板加熱装置の縦断側面図である。 前記基板加熱装置の横断平面図である。 前記基板加熱装置に設けられ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。 前記加熱部を構成する熱板の横断平面図である。 前記基板加熱装置に設けられる基板搬送機構の斜視図である。 前記基板加熱装置の作用を示す説明図である。 前記基板加熱装置の作用を示す説明図である。 前記基板加熱装置の作用を示す説明図である。 前記基板加熱装置の作用を示す説明図である。 前記基板加熱装置の他の構成例を示す縦断側面図である。 前記基板加熱装置のさらに他の構成例を示す縦断側面図である。 本開示の装置に係る評価試験の結果を示すグラフ図である。

本開示の実施の形態である基板加熱装置１について、図１の縦断側面図、図２の横断平面図を夫々参照しながら説明する。この基板加熱装置１は大気雰囲気に設けられ、矩形で横長の筐体１０を備えている。筐体１０は、水冷板２により内部が上下に区画されており、筐体１０内の上部側でウエハＷが加熱処理される。この基板加熱装置１に搬送されるウエハＷには例えばＳＯＣ（Spin On carbon）膜が形成されており、加熱処理されることにより当該ＳＯＣ膜中で架橋反応が起こり、当該ＳＯＣ膜が硬化する。そのように硬化するＳＯＣ膜の緻密性を高くして後のエッチング工程での耐性を高くするために、その周囲が低酸素雰囲気とされた状態で、ウエハＷは例えば４５０℃以上、より具体的には６００℃以上で加熱処理される。上記の低酸素雰囲気は、大気雰囲気よりも酸素濃度が低い雰囲気であり、例えば酸素濃度が４００ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下の雰囲気である。以下に示す例では、筐体１０内を窒素（Ｎ_２）ガスによる不活性ガス雰囲気とすることで、低酸素濃度雰囲気を形成する。

上記の筐体１０の長さ方向を前後方向とすると、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。

水冷板２について、図３の斜視図を参照して説明する。遮熱板である水冷板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、当該冷却流路２２に例えば冷却水を通流させるためのチラー２３に接続されており、これら冷却流路２２及びチラー２３が、水冷板２を冷却するための冷却機構２９として構成される。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５８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に戻って説明すると、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を冷却する冷却部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ている。つまり水冷板２は、冷却部３の下方側から加熱部４に亘って設けられている。

上記の冷却部３について、図４の斜視図、図５の縦断正面図も参照して説明する。図４に示すように冷却部３は、円形の金属板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、冷却流路３１の記載は省略している。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。

また冷却部３の表面には、ウエハＷと冷却部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、冷却部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部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に示すように冷却部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、冷却部３の表面にて突没するように構成されており、基板加熱装置１の外部の搬送機構、冷却部３及び後述の基板搬送機構２６との間でウエハＷを受け渡す。また昇降機構３７は水冷板２上に設けられ、水冷板２により冷却されるように構成されている。図中３８は、水冷板２上に冷却部３を支持する支持部材である。なお、上記のように昇降ピン３６によりウエハＷを受け渡す構成とするのは、ウエハＷが冷却部３に載置されたときに、ウエハＷの面内における冷却部３に重なる面積を大きくし、速やかに且つ高い均一性をもってウエハＷを冷却することを目的としている。詳しく述べると、冷却部３に各搬送機構の形状に対応した切り欠きを設けると共に各搬送機構を冷却部３に対して昇降させてウエハＷを受け渡すものとする。その場合、ウエハＷが冷却部３に載置されたときに、その切り欠きの大きさの分だけウエハＷの面内のうちの冷却部３に重なる面積が小さくなり、ウエハＷの冷却性が下がる。昇降ピン３６による受け渡しとすることで、冷却部３にそのような切り欠きを設ける必要を無くしている。

図１に示すように冷却部３の上方には、当該冷却部３に向けてＮ_２ガスを供給するガス供給部３９が設けられている。ガス供給部３９は、扁平な角筒状に構成され、下面が複数の孔部３９Ａが形成されたパンチングプレートで構成されている。ガス供給部３９は、ガス供給路１４を介してＮ_２ガス供給源１５に接続されている。図１中のＭ１、Ｖ１は夫々ガス供給路１４に介設された流量調整部、バルブであり、バルブＶ１の開閉により、ガス供給部３９へのＮ_２ガスの給断が行われる。

続いて加熱部４について、上記の図１及び図２に加えて、図６の縦断正面図及び図７の横断平面図も参照しながら説明する。加熱部４は冷却部３から離れて設けられ、加熱板４０と、下方支持部４４と、環状部４７と、プレート５１と、処理空間形成部をなす天板６１と、を備えている。加熱板４０は扁平な円柱形状をなし、各々円形の加熱本体部４１と断熱部材４２とが、上方からこの順に積層されて構成されている。加熱本体部４１は例えばＳｉＣ（炭化シリコン）などのセラミックにより構成されている。加熱本体部４１の上端部は外方へと広がり、円形のフランジ４３をなす。そして、加熱本体部４１の上面（表面）には、ウエハＷを当該上面から離れて支持するための図示しない突起が分散して設けられており、ウエハＷは、これらの突起上に水平に支持される。

加熱本体部４１の上面におけるフランジ４３の内側には、当該加熱本体部４１に載置されるウエハＷの位置ずれを防止するための複数のずれ防止ピン６７が、加熱本体部４１の周に沿って、互いに間隔を空けて設けられている。このずれ防止ピン６７に囲まれる領域にウエハＷが載置される。加熱本体部４１にはヒーターが含まれており、上記のように載置されたウエハＷが当該加熱本体部４１により加熱される。断熱部材４２は加熱本体部４１の下方側を断熱するために、下方支持部４４にその下方側が支持されるように設けられている。

下方支持部４４は、支柱４５を介して水冷板２上に加熱板４０を支持し、加熱板４０の底面を覆うように形成された円板部材として構成されている。下方支持部４４の周縁部は加熱板４０の外側に位置しており、当該周縁部上に環状部４７が設けられている。環状部４７は、加熱板４０の側方を囲むように円環をなし、例えば中空である断熱部材として構成されている。また、環状部４７と加熱板４０の側面との間には、加熱板４０の全周に亘って平面視円環状の隙間４８が形成されている。さらに、上記の下方支持部４４の周縁部には、平面視円環をなす垂直な立て板である環状板４９が、隙間４８を同心円状に２分割するように設けられている。環状板４９の上端は、上記の加熱板４０に設けられるフランジ４３から若干離れて、当該フランジ４３の下方に位置している。

上記の環状部４７上に、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）などの金属により構成されるプレート５１が設けられている。このプレート５１は加熱板４０上に形成される後述の気流をガイドし、筐体１０内の後方側の上下を区画するように、加熱板４０の上端部と略同じ高さに水平に設けられている。また、プレート５１は、加熱板４０の表面（上面）を露出させるための円形の開口部５２を備えている。この開口部５２の下方側は上方側に比べて拡径されており、当該開口部５２の上方側及び下方側は、縦断面で見て段をなしている。

開口部５２の下方側の開口縁の側面は、上記の加熱板４０のフランジ４３の側面に間隔を空けて対向している。開口部５２の上方側の開口縁は、フランジ４３の上方に位置すると共に、当該フランジ４３に近接するように重なる円環状の隙間被覆部５３として構成されている。つまり、隙間被覆部５３は、隙間４８の上方を覆うように設けられている。この隙間被覆部５３の役割については後述する。このようにフランジ４３及び隙間被覆部５３が構成されるため、上記の隙間４８は、加熱板４０の上方空間（後述する処理空間６３）に連通する。なお、図を見やすくするために、フランジ４３と隙間被覆部５３との間に形成される微小な隙間について、実際の大きさよりも大きく示している。

例えば、下方支持部４４には、例えば上記のように環状板４９によって同心円状に分割される隙間４８のうちの外側の円をなす領域に開口するように、排気口（隙間用の排気口）５４が形成されている。図７に示すように排気口５４は環状部４７の周方向に間隔を空けて例えば４つ設けられている。排気口５４には排気管５５の一端が接続されており、排気管５５の他端はバルブＶ２を介して排気部５６に接続され、バルブＶ２の開閉によって隙間４８の吸引排気のオンオフが切り替えられる。

上記の加熱板４０及び下方支持部４４には、これらを厚さ方向に貫通する貫通孔５７が、加熱板４０の周方向に沿って３か所形成されており、この３つの貫通孔５７には各々昇降ピン５８が配置されている。３つの昇降ピン５８は前述の水冷板２に形成された３つの孔部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５９に接続されている。昇降機構５９により昇降ピン５８は昇降し、加熱板４０の上面にて突没する。昇降機構５９は、このように水冷板２の下方に配置されているので、加熱部４による輻射熱が昇降機構５９へ及ぶことが抑制される。

加熱板４０及びプレート５１の上方には、これら加熱板４０及びプレート５１に対向するように、矩形状の水平な天板６１が設けられている。なお、天板６１はプレート５１を介して環状部４７にも対向している。図１、図６に示すように天板６１の左右の縁部は下方に伸びて脚部６２をなし、プレート５１上に支持されている。天板６１、脚部６２、加熱板４０及びプレート５１に囲まれる空間は、扁平な処理空間６３として構成される。上記の天板６１及び脚部６２は、耐熱性が高く且つ線膨張係数が小さい材料により構成することが好ましい。これは、ウエハＷの処理中に熱によってこれらの部材が変形して処理空間６３の高さが変化することによる、ウエハＷ上の気流の変化を防ぐためである。具体的には例えば石英や、ＳｉＣなどのセラミックなどの材料により、天板６１及び脚部６２を構成することが好ましい。

図１、図２に示すように処理空間６３の手前側の筐体１０の天井部には、低酸素雰囲気形成ガスであるＮ_２ガスを吐出するガス供給部７が設けられている。ガス供給部７は、左右方向に伸びるように形成されたガスノズルであり、当該左右方向に沿って多数のガス供給口７１を備え、斜め後方、即ち処理空間６３の一端部に向けてＮ_２ガスを吐出する。後述のように処理空間６３の排気を行うことで当該処理空間６３に気流を形成するときに、このように吐出されたＮ_２ガスは、ウエハＷの左右の幅をカバーするように供給される。つまり、ウエハＷの左右の各部の全ての箇所にＮ_２ガスが供給されるように、ガス供給口７１が開口している。図１中に示したＮ_２ガスの供給源１５は、ガス供給路７３を介してガス供給部７に接続されている。Ｍ２、Ｖ３は、夫々ガス供給路７３に介設された流量調整部、バルブであり、バルブＶ３の開閉により、ガス供給部７へのＮ_２ガスの給断が行われる。

そして処理空間６３の後方側を塞ぐように、筐体１０内の雰囲気を排気する排気ブロック７４が、プレート５１上に設けられている。この排気ブロック７４は、左右方向に多数、前方へ向けて開口した排気口７５を備えている。つまり、処理空間６３の他端部に排気口７５が設けられている。そして排気ブロック７４の下流側は、バルブＶ４を介して排気部５６に接続されており、バルブＶ４の開閉により、排気ブロック７４による吸引排気のオンオフが切り替えられる。なお、排気部５６は、例えば基板加熱装置１が設けられる工場において常時排気が行われる排気路と、当該排気路を排気するファンやブロアなどの排気機構とにより構成されている。また、上記の加熱板４０の外側の隙間４８の単位時間あたりの排気量よりも、この排気ブロック７４による処理空間６３の単位時間あたりの排気量の方が大きくなるように装置が構成されている。

上記のガス供給部７からＮ_２ガスを吐出すると共にこの排気ブロック７４から排気を行うことによって、処理空間６３を前方から後方へ向けてウエハＷの表面に沿って流れる気流が形成される。ウエハＷが加熱される空間である処理空間６３にそのように気流を形成するのは、ウエハＷの周囲の酸素濃度を低下させると共に、加熱されるウエハＷから発生する昇華物を除去するためである。以下、この処理空間６３にて形成される気流を一方向流として記載する。既述したようにガス供給部７、排気ブロック７４には、左右方向において複数のガス供給口７１、複数の排気口７５が夫々設けられている。それによって、処理空間６３の左右方向に均一性高い一方向流が形成され、ウエハＷの面内で均一性高い加熱処理が行われるように構成されている。なお、ガス供給口７１及び排気口７５はこの例のように左右方向に複数設けることに限られず、例えば左右に細長の１つのスリットとして形成してもよい。また、補足しておくと、既述のように冷却部３側に設けられたガス供給部３９から筐体１０内に供給されたＮ_２ガスについてもこの処理空間６３に流れ込み、当該排気口７５から排気される。

また図１、図６に示すように、天板６１の上方には例えば２枚の断熱板６４と、扁平な断熱部材６５とが、下側からこの順に互いに間隔を空けて重なるように、各々水平に設けられている。断熱部材６５は、筐体１０内の上方領域と加熱部４とを断熱するために設けられ、例えばその内部は空洞で真空雰囲気とされている。２枚の断熱板６４は、加熱部４から断熱部材６５への熱輻射を緩和し、当該断熱部材６５の変形及び破損を防止するために設けられている。なお、断熱板６４の枚数は２枚であることには限られず、例えば３枚以上であってもよい。また図２、図６に示すように、筐体１０内における加熱部４の左右の側壁には、筐体１０の側壁と加熱部４とを断熱するための断熱パネル６６が各々設けられている。

基板加熱装置１は冷却部３と、加熱部４との間でウエハＷを搬送する基板搬送機構２６を備えており、この基板搬送機構２６について図８の斜視図も参照して説明する。なお、図８においては水冷板２の一部を簡略化して示している。基板搬送機構２６は、冷却部３の左側及び右側の位置に各々上下に伸びる支持部２７Ａ、２７Ｂを備え、支持部２７Ａ、２７Ｂは互いに対向している。支持部２７Ａ、２７Ｂの上方側端部は、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２７Ａ、２７Ｂの先端の上面には、耐熱性が比較的高い例えばセラミック、あるいは石英で構成され、冷却部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２８Ａ及び右側保持部材２８Ｂが設けられている。

このようにウエハＷを左側保持部材２８Ａ及び右側保持部材２８Ｂの両方によって、その左右を夫々保持することで、保持されたウエハＷがその重量によって傾き、位置ずれすることを防ぐことができる。これら左側保持部材２８Ａ及び右側保持部材２８Ｂを、基板保持部２８と記載する場合が有る。なお、基板保持部２８を構成する上記のセラミックや石英は加工が難しく、昇降ピン３６、５８と基板搬送機構２６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。しかし、基板保持部２８は上記のように板状であるため、容易に製造することができる。

図８に示すように上記の支持部２７Ａ、２７Ｂが、水冷板２に形成された切欠き２１に各々挿入されている。そして図１、図５に示すように、各支持部２７Ａ、２７Ｂの基端側は、水冷板２よりも下方側に設けられた共通の移動機構１６に接続されている。移動機構１６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１７に沿って移動するように構成されている。なお、図中１８はガイドレール１７の高さを調整するための台部である。この移動機構１６をガイドレール１７に沿って移動させることにより、基板保持部２８が、図１中に実線で示す冷却部３の上方位置（手前側位置とする）と、図１中に点線で示す加熱板４０の上方位置（奥側位置とする）との間を移動する。この移動機構１６及びガイドレール１７は、筐体１０の前方側、且つ水冷板２の下方に設けられることで、加熱板４０からの輻射熱の供給が抑えられるようになっている。また図２に示すように、前後に移動する基板保持部２８と、冷却部３側の昇降ピン３６及び加熱板４０側の昇降ピン５８と、は平面的に干渉しないレイアウトとなっている。

後述の基板加熱装置１の作用で基板搬送機構２６の動作を詳細に示すが、筐体１０内の各部におけるウエハＷの受け渡しの妨げにならない限り、当該基板搬送機構２６は手前側位置に位置する。つまり、奥側位置に位置する時間が長くなることが抑制されるように動作する。これは、加熱部４から輻射される熱が基板搬送機構２６へ蓄積されることを抑制し、故障やメンテナンス周期が短くなることを防ぐためである。

ところで図１、図２に示すように、処理空間６３を形成するプレート５１の上面には、処理空間６３に形成される一方向流の下流側の濃度を検出することができるように、酸素濃度検出部１９が埋設されている。具体的には、加熱板４０の前後の中心から後方側に向かって見たときに、上記の隙間４８の後方で排気ブロック７４の近傍に位置している。従って、前後方向に見たときに酸素濃度検出部１９は処理空間６３の下流側、即ちガス供給部７よりも排気ブロック７４寄りの位置に設けられている。酸素濃度検出部１９は検出した酸素濃度に対応する信号を、後述の制御部５に送信し、制御部５はこの信号に基づいて当該酸素濃度を表示できるように構成される。

ウエハＷの加熱処理前に行われる試験において、ウエハＷの加熱処理時と同様にガス供給部７、３９からのＮ_２ガス供給及び排気ブロック７４からの排気が行われる。そして、このガス供給及び排気を開始してから、検出される酸素濃度が基準値以下となるまでの時間が測定される。そして、この測定された時間に基づき、Ｎ_２ガスの供給及び排気の開始後、後述するようにウエハＷを昇降ピン３６上から加熱板４０への搬送を行うまでの待機時間が制御部５において設定される。上記の酸素濃度が基準値以下になるまでの時間の測定、及びこの測定された時間に基づいた待機時間の設定は、基板加熱装置１のユーザーが行う。ただし、ユーザーが制御部５から所定の操作を行うと自動で上記の試験が行われ、基準値以下になるまでの時間の測定及び待機時間の設定が自動で行われるようにしてもよい。

なお、処理空間６３の左右方向（幅方向）の各部に一方向流は均一性高く形成されるので、酸素濃度についても処理空間６３の左右の各部における差は比較的小さい。つまり、図２に示す例では、酸素濃度検出部１９を処理空間６３の左右の中心から若干外れた位置に設けているが、この位置に設けることには限られない。なお、一方向流により当該排気ブロック７４へと処理空間６３の酸素が流されるため、上記のように酸素濃度検出部１９を排気ブロック７４寄りの位置に設けている。つまり、酸素濃度検出部１９をこのように排気ブロック７４寄りに配置することで、ウエハＷ周囲の酸素濃度が基準値以下か否かを、より正確に判断することができるようにしている。

上記の加熱板４０及びその周囲の各部の構成について、さらに詳しく説明する。既述のように加熱板４０の周囲には、断熱部材である環状部４７が設けられている。さらに、この環状部４７と加熱板４０との間には、断熱効果を得るために隙間４８が形成されている。詳しく説明すると、そのように隙間４８が設けられることで、加熱板４０にてヒーターを備える加熱本体部４１の側周が他の部材と接触しない構成とされるため、加熱本体部４１から加熱本体部４１以外の部材への熱伝導を防ぎ、断熱効果が得られるようにしている。その結果として、上記のように４５０℃以上と当該加熱本体部４１を比較的高い温度に保ち、ウエハＷを加熱することができる。なお、この隙間４８は上記のように環状板４９によって同心円状の内側領域と外側領域とに区画されて２層の気体の層を形成することによって、より高い断熱効果が得られるように構成されている。

また、ウエハＷの処理時において加熱板４０の周囲に設けた部材及び加熱板４０は、各々熱膨張する。この熱膨張によって、加熱板４０の周囲の部材と加熱本体部４１とが接触すると、加熱本体部４１が破損してしまい、ウエハＷの処理に影響するおそれが有る。上記の隙間４８を設けることは、そのような破損を防ぐ役割も果たしている。

ところで、加熱中のウエハＷの表面に低酸素雰囲気を形成するための気流を形成するにあたっては、上記の処理空間６３に一方向流を形成する装置構成以外の装置構成とすることも考えられる。具体的には、ウエハＷを搬入出するための開閉機構付きの処理容器を筐体１０内に設ける。そして、その処理容器内の天井の中央部及びウエハＷの外周付近の一方から排気を行うと共に、他方からＮ_２ガスの供給を行う。それにより、処理容器内にウエハＷの外周側から中央側へ向かうか、あるいは中央側から外周側に向かう気流が形成されるような装置構成とすることが考えられる。その一方で処理空間６３に一方向流を形成する装置構成は、上記の開閉機構を不要とすることができる。従って、この開閉機構に供給される熱を防ぐための対策を取る必要が無いため、上記のように比較的高い温度でウエハＷを加熱するにあたり、一方向流を形成する構成とすることが有利である。

しかし、上記のように加熱板４０の周囲には、上方側が処理空間６３に開放される隙間４８が設けられる。そして、基板加熱装置１は大気雰囲気に設置されることで、一方向流の形成前から隙間４８には大気が溜まっている。そのように隙間４８に大気が溜まっていること、及び一方向流は隙間４８の上側に形成されることから、当該一方向流をなすＮ_２ガスは隙間４８に進入し難い。即ち、隙間４８においては大気からＮ_２ガスへの置換が起こり難く、この隙間４８から処理空間６３へ大気が漏れ出すことによって、ウエハＷの周囲の酸素濃度が、基準値より低くなるまでに比較的長い時間がかかるおそれがある。

そこで、この基板加熱装置１においては、一方向流が形成される際に隙間４８内の大気が排気されて、ウエハＷの周囲の酸素濃度を速やかに低下させながら、処理空間を流れる一方向流を形成するＮ_２ガスを隙間４８内に誘導できるように構成されている。さらに、加熱板４０の外側全周に亘って設けられる隙間４８の下面に対して局所的に開口する排気口５４から隙間４８を排気するにあたり、隙間４８の上方を被覆する隙間被覆部５３を設けている。隙間被覆部５３を設けることで、処理空間６３から隙間４８へ流れるＮ_２ガスについて比較的高い圧力損失が生じる、即ちＮ_２ガスの隙間４８への流入が制限される。これによって排気口５４からは処理空間６３から流れ込んだＮ_２が排気されることが抑制されることになり、排気口５４から排気されるガスの比率として大気の比率が大きくなる。つまり隙間被覆部５３により、隙間４８内の大気が当該排気口５４から速やかに且つ確実に除去される。また、隙間４８の排気が処理空間６３を流れる一方向流を乱すリスクも低減される。

ところで、加熱板４０のフランジ４３が設けられず、隙間被覆部５３の先端（内周端）と加熱板４０の側壁とが対向して、これらの間に微小な隙間が形成される構成としてもよい。このような構成によっても、隙間４８の排気時に上記の隙間４８と処理空間６３との間を流れるＮ_２ガスに圧力損失が生じる。ただし、加熱板４０については縦方向の寸法よりも横方向の寸法の方が大きいことから、熱膨張した際に、縦方向よりも横方向における長さの上昇率が大きい。つまり、上記のように隙間被覆部５３の先端と加熱板４０の側壁とが対向する構成とする場合、これら隙間被覆部５３と加熱板４０とが熱膨張により互いに干渉するおそれが有る。

従って、隙間被覆部５３が加熱板４０の周縁部の上方に位置し、これら隙間被覆部５３と加熱板４０との間に微小な隙間が形成される構成とすることが好ましい。そして、上記の例では当該加熱板４０のフランジ４３上に隙間被覆部５３が位置しているが、このフランジ４３が設けられず、図示した例よりも隙間被覆部５３の内周端が加熱板４０の中心寄りに位置する構成であってもよい。そのような構成とする場合には、隙間被覆部５３とずれ防止ピン６７との干渉が起こらないようにすればよい。この干渉を防ぐには、ずれ防止ピン６７の位置や大きさを調整すればよい。その他、隙間被覆部５３の内周縁部がずれ防止ピン６７が設けられる位置まで延伸されると共に、当該内周縁部に上方へ向かい、ずれ防止ピン６７が格納される凹部が設けられる構成としてもよい。また、ずれ防止ピン６７を設けず、隙間被覆部５３の内周端によってウエハＷの位置が規制される構成としてもよい。ただし、上記のようにフランジ４３が設けられ、その上方を隙間被覆部５３が覆う構成とすることで、そのようにずれ防止ピン６７との干渉を考慮する必要が無くなる。つまり、フランジ４３が設けられる場合、上記の圧力損失を生じさせるための装置の設計が容易になるので好ましい。

また図１に示すように基板加熱装置１は、基板加熱装置１を制御する制御部５を備えている。制御部５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）、メモリーカード及びＤＶＤ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、基板加熱装置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基板加熱装置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。

続いて基板加熱装置１の作用について、図９〜図１２を用いて説明する。基板加熱装置１において、加熱板４０が例えば６００℃に加熱され、冷却部３には冷却水が通流された状態とされる。このとき筐体１０内は大気雰囲気となっており、図１に実線で示したように基板保持部２８は手前側位置で待機した状態となっている。このような状態の基板加熱装置１に、表面に薬液が塗布されることでＳＯＣ膜が形成されたウエハＷが、搬送機構である搬送アームＡ１に支持されて搬送される。シャッタ１２が開くと共に基板保持部２８が奥側位置に移動し、筐体１０内に搬送アームＡ１が進入すると、冷却部３側の昇降ピン３６が上昇して、ウエハＷが当該昇降ピン３６に支持される。そして、搬送アームＡ１が筐体１０内から退避する（図９）。

シャッタ１２が閉じられた後にバルブＶ１〜Ｖ４が開かれて、ガス供給部７、３９からのＮ_２ガスの吐出と、排気ブロック７４からの排気と、隙間４８の排気とが開始される。ガス供給部７からのＮ_２ガスの吐出と排気ブロック７４からの排気とによって、処理空間６３に前方から後方に流れる一方向流が形成される。図１０中の実線の矢印は、筐体１０内におけるＮ_２ガスの流れを示している。また、図１０中に点線の矢印で示すように、隙間４８が排気されることで当該隙間４８に溜まっていた大気が除去されると共に、隙間４８には処理空間６３からＮ_２ガスが流入する。このように、一方向流を形成するのみでは気体の置換が起こり難い隙間４８においても当該置換が起きるため、筐体１０内の酸素濃度が速やかに低下し、低酸素雰囲気が形成される。

筐体１０内がＮ_２ガスで満たされて処理空間６３の酸素濃度が基準値以下となり、既述したように筐体１０内におけるＮ_２ガスの吐出及び排気とを開始してから予め設定された待機時間が経過すると、基板保持部２８が手前側位置に移動する。そして、昇降ピン３６が下降してウエハＷが基板保持部２８に受け渡され、当該基板保持部２８は奥側位置へと移動する。その後、加熱板４０の昇降ピン５８が上昇して基板保持部２８からウエハＷを受け取り、基板保持部２８の手前側位置への移動後、当該昇降ピン５８が下降して、ウエハＷが加熱板４０に載置されて、例えば６０秒間加熱される（図１１）。

そして基板保持部２８が奥側位置に移動し、加熱板４０への受け渡し時とは逆の動作で、ウエハＷは加熱板４０から基板保持部２８に受け渡される。そして、当該基板保持部２８は手前側位置に移動し、昇降ピン３６がウエハＷを突き上げる。基板保持部２８が奥側位置に移動すると昇降ピン３６が下降して、ウエハＷが冷却部３に載置されて冷却され（図１２）、基板保持部２８は手前側位置に戻る。ウエハＷが例えば７０秒間冷却されて１１０℃以下になると、バルブＶ１〜Ｖ４が閉鎖され、ガス供給部７、３９からのＮ_２ガスの供給、排気ブロック７４による排気及び隙間４８の排気が停止する。然る後、基板保持部２８が奥側位置に移動し、シャッタ１２が開かれる。そして、筐体１０内に進入した搬送アームＡ１と昇降ピン３６との協働により、ウエハＷは当該搬送アームＡ１に受け渡され、筐体１０外に搬出される。その後、シャッタ１２が閉じられると共に基板保持部２８は手前側位置に戻る。

上記の基板加熱装置１によれば、加熱板４０上に前方から後方に向かう一方向流が形成されてウエハＷが加熱される。そして、この加熱板４０の外周を囲むことで断熱する環状部４７の側壁と加熱板４０の側壁との間に形成される隙間４８が、排気部５６により排気される。従って、加熱板４０の周囲の酸素濃度を速やかに低下させることができるので、ウエハＷを基板加熱装置１に搬入後、ウエハＷの加熱を開始するまでの時間を短くすることができる。それ故に、この基板加熱装置１によればスループットを高くすることができる。既述した例ではウエハＷを比較的高い温度で加熱しているが、そのような温度でウエハＷを加熱することには限られず、例えば１００℃程度にウエハＷを加熱する場合にも基板加熱装置１を用いることができる。ただし４５０℃以上にウエハＷを加熱する場合は、上記のように一方向流を形成することが有利であるため、この基板加熱装置１の構成が特に有効である。

なお、上記の特許文献１の加熱装置は、基板加熱装置１のような一方向流を形成する装置ではないし、加熱部と環状部との間に隙間が設けられる構成でもない。特許文献２、３の加熱装置についても、ホットプレート、熱板の外側に夫々隙間が設けられる構成ではない。つまり、各引用文献１〜３の装置の構成は、本開示の装置の構成とは異なり、基板加熱装置１についての上記の効果が得られるものでは無い。

既述の処理例ではガス供給部７、３９からのＮ_２ガスの吐出と排気ブロック７４からの排気とが行われる間、隙間４８が排気され続ける。しかし、ウエハＷの加熱を開始するまでに、ウエハＷの周囲の酸素濃度が基準値以下となっていればよいので、そのような期間、隙間４８を排気することには限られない。例えば、ガス供給部７、３９からのＮ_２ガスの吐出と排気ブロック７４からの排気とを開始してからウエハＷを加熱板４０に載置されるまでの間のみ、隙間４８が排気されてもよい。また、隙間４８を排気するための排気口５４としては、上記の位置に設けられなくてもよい。例えば、環状部４７を横方向に貫通するように設けてもよい。ところで基板加熱装置１は、ＳＯＣ膜が形成されたウエハＷを加熱処理することに限られず、レジストや反射防止膜形成用の薬液が塗布されたウエハＷを加熱するために用いられてもよい。なお、筐体１０内に供給する低酸素雰囲気形成ガスとしては、上記のＮ_２ガスには限られず、例えばＡｒ（アルゴン）ガスなどの他の不活性ガスであってもよい。

ところで隙間４８の酸素濃度を低下させることができればよいため、隙間４８を排気することには限られず、当該隙間４８にパージガスを供給する構成であってもよい。図１３は、基板加熱装置１において隙間４８を排気する代わりに、そのようにパージガスを供給可能に構成した例を示している。この例では、既述の構成例で排気口５４として用いられる孔を、ガス供給口９１としている。このガス供給口９１にはガス供給管９２の一端が接続されており、ガス供給管９２の他端はバルブＶ５を介して、上記のＮ_２ガス供給源１５に接続されている。そしてバルブＶ５の開閉により、隙間４８へパージガスとしてのＮ_２ガスの給断が行われる。例えば、この隙間４８へのＮ_２ガスの供給は隙間４８の排気と同様に、一方向流の形成開始から形成終了まで行ってもよいし、加熱板４０にウエハＷを載置するまで行ってもよい。なお、隙間４８を大気雰囲気から低酸素雰囲気に置換できればよいため、パージガスとしては処理空間６３に供給されるガスと同じガスを用いることに限られず、例えばＮ_２ガス以外の不活性ガスをパージガスとして用いてもよい。つまり、一方向流を形成する低酸素雰囲気形成ガスと、隙間４８の雰囲気の置換に用いる低酸素雰囲気形成ガスとは同じガスであることには限られない。

また、図１４に示すように排気口５４が、排気管５５及び排気部５６に接続されない構成であってもよい。この図１４に示す例では排気口５４が、下方支持部４４の下方に位置する外側空間（図中９３として表示している）に連通している。この外側空間９３は、上記の排気管５５内のガス流路と同様に、環状部４７及び下方支持部４４に囲まれる領域の外側に位置すると共に処理空間６３とは別個に設けられる空間である。このように排気口５４が外側空間９３に連通する構成とした場合、一方向流の風圧により隙間４８に溜まった大気が当該外側空間９３に排出されて、ウエハＷの周囲の酸素濃度を速やかに低下させることができる。ただし、上記のように隙間４８に排気部５６を接続して当該隙間４８が吸引排気される構成や、隙間４８にパージガスを供給する構成とすることで、より速やかに当該酸素濃度を低下させることができるため好ましい。

なお、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

（評価試験）
本開示に関連して実施された評価試験について説明する。評価試験１として、図１で説明した基板加熱装置１を用いて、筐体１０内が大気雰囲気とされた状態から既述したように、ガス供給部７によるＮ_２ガスの供給、排気ブロック７４による排気、隙間４８の排気を各々行った。そして、このガス供給及び排気を行う間、酸素濃度検出部１９により検出値をモニターし、ガス供給及び排気を開始してから、酸素濃度が目標濃度であるＡｐｐｍ以下になるまでの時間を測定した（Ａは実数である）。４つの排気口５４からの排気量は、各々０．５Ｌ／分となるように隙間４８の排気を行った。また、比較試験１として隙間４８の排気を行わないことを除き、評価試験１と同様の試験を行った。

図１５のグラフは、評価試験１、比較試験１で各々測定された酸素濃度の推移の概略を示している。グラフの縦軸は酸素濃度を示しており、下側に向かうほど酸素濃度が小さい。グラフの横軸は、ガス供給及び排気を開始してからの経過時間を示す。グラフにおける実線が評価試験１の結果を、鎖線が比較試験１の結果を夫々示している。グラフに示すように経過時間が比較的短いうちは、評価試験１、比較試験１について同様に時間と共に酸素濃度が低下する。しかし経過時間が比較的長くなると、評価試験１の方が比較試験１より時間あたりの経過時間の低下量が大きくなり、目標濃度であるＡｐｐｍに比較的速やかに到達した。具体的に、比較試験１ではガス供給及び排気を開始してから目標濃度に達するまでに３００秒以上を要したが、評価試験１では１００秒経過前に目標濃度に達した。従って、この評価試験１から隙間４８に大気が溜まること、及びこの大気を除去して酸素濃度を速やかに低下させるために、当該隙間４８を排気する構成とすることが有効であることが確認された。つまり、基板加熱装置１の装置の効果が確認された。

Ｗ ウエハ
１ 基板加熱装置
４０ 加熱板
４７ 環状部
４８ 隙間
６１ 天板
６３ 処理空間
７ ガス供給部
７５ 排気口

Claims (9)

1. 基板を載置して加熱する加熱板と、
   前記加熱板の全周に亘って当該加熱板との間に隙間が形成されるように、当該加熱板の側方を囲む環状部と、
   前記隙間が連通すると共に前記基板を加熱処理するための処理空間が当該加熱板及び環状部との間に形成されるように、前記加熱板及び環状部に対向して設けられる処理空間形成部と、
   前記基板を加熱するときに前記処理空間を低酸素雰囲気とするための低酸素雰囲気形成ガスを前記処理空間の一端部から他端部へ向けて供給し、前記基板の幅をカバーすると共に当該基板の一端部から他端部へ向かう気流を形成するためのガス供給部と、
   前記ガス供給部から前記低酸素雰囲気形成ガスが供給されるときに前記処理空間における前記低酸素雰囲気ガスを吸引排気して前記気流を形成するために、当該処理空間の他端部に設けられた排気口と、
   前記気流の形成前に前記隙間に溜まるガスを、前記基板を加熱するまでに前記低酸素形成雰囲気形成ガスに置換するための置換部と、
   を備える基板加熱装置。
2. 前記置換部は、前記環状部により囲まれる領域の外側に位置すると共に前記処理空間とは別個に設けられる空間へと排出するための隙間用の排気口を備える請求項１記載の基板加熱装置。
3. 前記隙間用の排気口は当該隙間の気体を吸引排気する排気部に接続され、
   前記処理空間とは別個に設けられる空間は、当該隙間用の排気口と前記排気部とを接続するガス流路である請求項２記載の基板加熱装置。
4. 前記処理空間から前記隙間に向かう低酸素雰囲気ガスに圧力損失を生じさせるように、当該隙間の上方を覆う隙間被覆部が設けられる請求項２記載の基板加熱装置。
5. 前記置換部は、前記隙間に前記低酸素雰囲気形成ガスを供給し、前記気流の形成前に前記隙間に溜まるガスを前記処理空間へパージするガス供給口を備える請求項１記載の基板加熱装置。
6. 前記気流が流れる方向を前後方向とすると、前記処理空間をこの前後方向に見て、前記ガス供給部に比べて前記排気口に近い位置に当該処理空間の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出部が設けられた請求項１記載の基板加熱装置。
7. 前記加熱板は、前記基板を４５０℃以上の温度に加熱する請求項１記載の基板加熱装置。
8. 前記環状部に対して横方向に離れて設けられ、前記加熱板による加熱処理後の基板が載置されて冷却される冷却部と、
   前記加熱板の下方側から前記冷却部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、
   前記基板を保持する基板保持部を備え、前記冷却部と前記加熱板との間で前記基板を搬送する基板搬送機構と、
   前記基板搬送機構を構成し、前記基板保持部を横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、
   を備える請求項１記載の基板加熱装置。
9. 環状部によってその側方が囲まれ、当該環状部との間に全周に亘って隙間が形成される加熱板に基板を載置して加熱する工程と、
   前記加熱板及び環状部に対向して設けられる処理空間形成部により当該加熱板及び環状部との間に前記隙間が連通するように形成された、前記基板を加熱処理するための処理空間において、前記基板を加熱するときに低酸素雰囲気を形成する工程と、
   前記低酸素雰囲気を形成するための低酸素雰囲気形成ガスによって前記基板の幅をカバーすると共に当該基板の一端部から他端部へ向かう気流を形成するために、ガス供給部により前記処理空間の一端部から他端部へ向けて当該低酸素雰囲気形成ガスを供給する工程と、
   前記ガス供給部から前記低酸素雰囲気形成ガスが供給されるときに、前記処理空間の他端部に設けられた排気口から当該処理空間における低酸素雰囲気ガスを吸引排気して、前記気流を形成する工程と、
   置換部により前記気流の形成前に前記隙間に溜まるガスを、前記基板を加熱するまでに前記低酸素形成雰囲気形成ガスに置換する工程と、
   を備える基板加熱方法。
   
   

Images