JP3128725B2 - 熱処理方法及び熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばＬＣＤ基板等
の被処理体を加熱して処理する熱処理方法及び熱処理装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、液晶表示ディスプレイ（ＬＣ
Ｄ）装置の製造工程においては、ＬＣＤ基板（ガラス基
板）上に例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉ
ｄｅ）の薄膜や電極パターン等を形成するために、半導
体製造工程において用いられるものと同様なフォトリソ
グラフィ技術を用いて回路パターン等を縮小してフォト
レジストに転写し、これを現像処理する一連の処理が施
される。

【０００３】例えば、被処理体である矩形状のＬＣＤ基
板を、洗浄装置にて洗浄した後、ＬＣＤ基板にアドヒー
ジョン処理装置にて疎水化処理を施し、冷却処理装置に
て冷却した後、レジスト塗布装置にてフォトレジスト膜
すなわち感光膜を塗布形成する。そして、フォトレジス
ト膜を熱処理装置にて加熱してベーキング処理（プリベ
ーク）を施した後、露光装置にて所定のパターンを露光
し、そして、露光後のＬＣＤ基板を現像装置にて現像液
を塗布して所定のパターンを形成した後に、ベーキング
処理（ポストベーク）を施して高分子化のための熱変
成、ＬＣＤ基板とパターンとの密着性を強化している。

【０００４】上記のような処理を行う場合、ＬＣＤ基板
を加熱する熱処理装置では、ホットプレート等と称され
る載置台は内部に抵抗加熱ヒータ等を埋設したものが使
用されており、例えば１００〜２００℃等の所定温度に
設定可能に形成されたホットプレート上にＬＣＤ基板を
直接あるいはプロキシミティーギャップを設けた状態で
載置して、熱処理を行っている。

【０００５】ところで、ＬＣＤ基板を目的とする所定温
度にて直接加熱すると、例えばプリベーキング時には、
ホットプレートに接している樹脂底部側だけが加熱され
る傾向におかれ樹脂表面層側が乾燥不充分になって、解
像力の低下、表皮の剥離あるいは基板の反りなどを発生
するという問題がある。また、ポストベーキング時も同
様の問題がある他に、形成されるパターンがその熱塑性
のためにいわゆる“熱だれ”を生じて雪崩状に変形した
パターンになり易いという問題がある。

【０００６】そこで、この問題を解決するために従来で
は、ＬＣＤ基板を目的とする所定温度で加熱する前に昇
温設定して加熱する段階的加熱方法によってＬＣＤ基板
の熱処理を行っている（特開昭６０−２５７１３８号、
特開昭６１−２０１４２６号、特開昭６２−２６８１３
号、特開平３−２７６６２４号公報等）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
この種の段階加熱方法においては、目的とする所定温度
での加熱処理時間は変わらないため、処理工程が増える
と共に、処理時間が増大し、生産性の低下を招くという
問題があった。例えば、目的とする温度が１２０℃で５
０秒間熱処理する場合、前段階でＬＣＤ基板が熱変形等
を生じない範囲内の上限温度例えば８０℃で３０秒間予
備加熱するとした場合、加熱処理に要する時間は全体と
して８０秒間要する。この場合、主加熱処理（１２０
℃、５０秒）間に予備加熱することにより処理時間の短
縮は図れるが、予備加熱後の被処理体は前の被処理体の
主加熱処理が終了するまで待機することとなり、その間
に時間のロスが生じ、処理システム全体では処理能率の
低下が生じるという問題がある。

【０００８】この発明は上記事情に鑑みなされたもの
で、被処理体の熱処理による熱変形等を防止すると共
に、処理時間を短縮してスループットの向上を図れるよ
うにした熱処理方法を提供することを目的とするもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の熱処理方法は、被処理体を段階的に熱処
理すると共に、被処理体を所定温度で所定時間熱処理す
る熱処理方法を前提とし、上記被処理体を目的とする所
定温度で熱処理する主熱処理手段と、被処理体を上記所
定温度及びこの所定温度と異なる温度で熱処理する補助
熱処理手段とを用意し、上記被処理体を上記補助熱処理
手段にて目的とする所定温度と異なる温度で熱処理した
後、この補助熱処理手段を用いて上記所定温度で上記所
定時間の一部の時間熱処理し、その後、上記主熱処理手
段にて上記所定温度で上記所定時間の残りの時間熱処理
し、この際、主熱処理手段における処理時間と補助熱処
理手段における処理時間とが等しくなるようにすること
を特徴とするものである（請求項１）。

【００１０】この発明の熱処理方法において、補助熱処
理手段との間に所定の間隔をおいて被処理体を位置させ
て目的とする所定温度以下の温度で予備加熱を行った
後、上記被処理体を上記補助熱処理手段上に載置して目
的とする所定温度で中間加熱を行うことができる（請求
項２）。

【００１１】

【作用】この発明によれば、被処理体を補助熱処理手段
にて目的とする所定温度と異なる温度で熱処理した後、
この補助熱処理手段を用いて上記所定温度で上記所定時
間の一部の時間熱処理し、その後、主熱処理手段にて上
記所定温度で上記所定時間の残りの時間熱処理し、この
際、主熱処理手段における処理時間と補助熱処理手段に
おける処理時間とが等しくなるようにすることにより、
主熱処理手段における目的とする所定温度での熱処理の
一部を補助熱処理手段が負担することができるので、主
熱処理手段における目的とする所定温度での処理時間を
短縮することができると共に、被処理体の段階的熱処理
を連続して行うことができる。したがって、被処理体の
熱処理による熱変形等を防止することができると共に、
処理時間を短縮してスループットの向上を図ることがで
きる。

【００１２】

【実施例】次に、この発明の実施例を添付図面に基いて
詳細に説明する。この実施例では、この発明に係る処理
装置をＬＣＤ基板の塗布・現像処理システムに適用した
場合について説明する。

【００１３】上記塗布・現像処理システムは、図１に示
すように、被処理体としてＬＣＤ基板Ｇ（以下に基板と
いう）を搬入・搬出するローダ部１と、基板Ｇの第１の
処理部２と、中継部３を介して第１の処理部２に連設さ
れる第２の処理部４とで主に構成されている。なお、第
２の処理部４には受渡し部５を介してレジスト膜に所定
の微細パターンを露光するための露光装置６が連設可能
になっている。

【００１４】上記ローダ部１は、未処理の基板Ｇを収容
するカセット７と、処理済みの基板Ｇを収容するカセッ
ト７ａを載置するカセット載置台８と、このカセット載
置台８上のカセット７，７ａとの間で基板Ｇの搬出入を
行うべく水平（Ｘ，Ｙ）方向と垂直（Ｚ）方向の移動及
び回転（θ）可能な基板搬出入ピンセット９とで構成さ
れている。

【００１５】上記第１の処理部２は、Ｘ，Ｙ、Ｚ方向の
移動及びθ回転可能なメインアーム１０の搬送路１１の
一方の側に、基板Ｇをブラシ洗浄するブラシ洗浄装置１
２と、基板Ｇを高圧ジェット水で洗浄するジェット水洗
浄装置１３と、基板Ｇの表面を疎水化処理するアドヒー
ジョン処理装置１４と、基板Ｇを所定温度に冷却する冷
却処理装置１５とを配置し、搬送路１１の他方の側に、
レジスト塗布装置１６及び塗布膜除去装置１７を配置し
てなる。

【００１６】一方、上記第２の処理部４は、第１の処理
部２と同様に、Ｘ，Ｙ、Ｚ方向の移動及びθ回転可能な
メインアーム１０ａを有し、このメインアーム１０ａの
搬送路１１ａの一方の側に、レジスト液塗布の前後で基
板Ｇを加熱してプリベーク又はポストベークを行うこの
発明に係る熱処理装置１８を３基並列に配置し、搬送路
１１ａの他方の側に現像装置２０を配置している。

【００１７】また、上記中継部３は、基板Ｇを支持する
支持ピン３ａを立設する受渡し台３ｂを有する箱体３ｃ
の底面にキャスタ３ｄを具備した構造となっており、必
要に応じてこの中継部３を第１の処理部２及び第２の処
理部４から分離し引出してスペースを確保し、第１の処
理部２又は第２の処理部４内に作業員が入って補修や点
検等を容易に行うことができるようになっている。

【００１８】なお、上記受渡し部５には、基板Ｇを一時
待機させるためのカセット１９ａと、このカセット１９
ａとの間で基板Ｇの出入れを行う搬送用ピンセット１９
ｂと、基板Ｇの受渡し台１９ｃが設けられている。

【００１９】上記のように構成される塗布・現像処理シ
ステムにおいて、カセット７内に収容された未処理の基
板Ｇはローダ部１の搬出入ピンセット９によって取出さ
れた後、第１の処理部２のメインアーム１０に受け渡さ
れ、そして、ブラシ洗浄装置１２内に搬送される。この
ブラシ洗浄装置１２内にてブラシ洗浄された基板Ｇは必
要に応じてジェット水洗浄装置１３内にて高圧ジェット
水により洗浄される。この後、基板Ｇは、アドヒージョ
ン処理装置１４にて疎水化処理が施され、冷却処理装置
１５にて冷却された後、レジスト塗布装置１６にてフォ
トレジスト膜すなわち感光膜が塗布形成され、引続いて
塗布膜除去装置１７によって基板Ｇの周辺部の不要なレ
ジスト膜が除去される。そして、このフォトレジスト膜
が熱処理装置１８にて加熱されてベーキング処理が施さ
れた後、露光装置６にて所定のパターンが露光される。
そして、露光後の基板Ｇは現像装置２０内へ搬送され、
現像液により現像された後にリンス液により現像液を洗
い流し、現像処理を完了する。現像処理された処理済み
の基板Ｇはポストベーク処理後、ローダ部１のカセット
７ａ内に収容された後に、搬出されて次の処理工程に向
けて移送される。

【００２０】次に、上記ＬＣＤ基板の塗布・現像処理シ
ステムに使用されるこの発明に係る熱処理装置１８の構
成について説明する。上記熱処理装置１８は、側壁に上
記メインアーム１０ａの搬入・搬出口２１ａを有する箱
状容器にて形成されるケース２１内に、補助熱処理手段
１８Ｂ又は主熱処理手段１８Ａが設けられている。この
場合、補助熱処理手段１８Ｂと主熱処理手段１８Ａとは
同様な構造に形成されているので、ここでは補助熱処理
手段１８Ｂについて説明する。補助熱処理手段１８Ｂ
は、基板Ｇを上面に載置する熱板２２と、基板Ｇを上端
部で支持する支持ピン２５と、熱板２２と支持ピン２５
とを相対的に昇降移動する移動機構２７とで主要部が構
成されている。

【００２１】この場合、熱板２２は例えばアルミニウム
合金等にて形成されており、その内部には熱板２２を加
熱することにより、この熱板２２を通して基板Ｇを加熱
するための加熱ヒータ２３（加熱手段）を埋設すると共
に図示しない温度センサを具備し、例えば１２０℃等の
所定の加熱温度に温度設定可能に構成されている。ま
た、熱板２２には、例えば各角部、長辺の中央部位置に
各１つずつ合計６つの透孔２４が設けられており、これ
らの透孔２４には、それぞれ上記支持ピン２５が１本ず
つ合計６本貫挿されている。これらの支持ピン２５は、
その下部を連結ガイド２６にて固定されており、連結ガ
イド２６は移動機構２７に連結されている。

【００２２】上記移動機構２７は、駆動モータであるス
テッピングモータ２８と、このステッピングモータ２８
により駆動される駆動プーリ２９と、この駆動プーリ２
９の上方に配設される従動プーリ３０と、これら駆動プ
ーリ２９と従動プーリ３０に掛け渡され連結ガイド２６
を連結するタイミングベルト３１とで構成されている。
したがって、ステッピングモータ２８の正逆回転によっ
て支持ピン２５と熱板２２とが相対的に上下移動し得る
ように構成される。移動距離は図示しない制御装置によ
り可変設定可能に構成されている。

【００２３】一方、上記熱板２２の上面には、長辺中央
部の２つの透孔２４すなわち支持ピン２５の近傍位置及
び短辺中央部位置に隅角部が位置する断面寸法が幅例え
ば１ｍｍ、深さ例えば１ｍｍの略菱形状の真空チャック
用溝３２が、同心状に複数（図３においては３つの場合
を示す）設けられ、最も外側の溝３２の各辺中央部から
両側の透孔２４すなわち各角部の支持ピン２５の近傍位
置まで放射状に延びる枝溝３２ａが各１本ずつ合計４本
連設されている。この真空チャック用溝３２，３２ａ
は、溝３２の適宜位置に設けられた連通孔（図示せず）
を介して図示しない真空ポンプ（真空手段）に接続され
て、真空ポンプの駆動により基板Ｇを熱板２２上に吸着
保持することができるように構成されている。このよう
に真空チャック用溝３２，３２ａを透孔２４すなわち支
持ピン２５に近接させて設けることにより、基板Ｇを迅
速に熱板２２上に吸着することができ、この迅速吸着に
よって基板Ｇの加熱処理時間の短縮が図れると共に、熱
処理における温度分布を良好にすることができる。ま
た、熱板２２から基板Ｇを剥がし持ち上げるとき、支持
ピン２５を上昇させて基板Ｇを押し上げると、図３
（ｂ）に示すように、枝溝３２ａの先端部分が僅かに持
ち上がり、透孔２４と支持ピン２５との隙間ｓから真空
チャック用枝溝３２ａ内に空気が侵入して基板Ｇと熱板
２２との静電気の作用等による密着を迅速に解除して基
板Ｇの剥離を容易にすることができる。したがって、基
板Ｇは図３（ｂ）に二点鎖線で示すような剥がれにくさ
による反りを生じることなく容易に熱板２２から離間さ
れるので、スループットの向上が図れると共に、基板Ｇ
が反りによって損傷を受けたり、支持ピン２５上で基板
Ｇが水平方向に位置ずれするのを防止できる。なお、熱
板２２の隅角部には、基板Ｇの隅角部を案内支持する案
内ピン３３がそれぞれ２本ずつ植設されている（図３
（ａ）参照）。

【００２４】上記のように構成される補助熱処理手段１
８Ｂにおいて、支持ピン２５の昇降位置の高さを変える
ことによって、例えば図２に二点鎖線で示すように基板
Ｇを支持した支持ピン２５を最上方位置に上昇させて、
ケース２１内に侵入するメインアーム１０ａとの間で基
板Ｇの受け渡しを行い、また、図２に一点鎖線で示すよ
うに支持ピン２５の上端を熱板２２上面から適宜距離ｈ
１離間した位置に置くことによってプロキシミティ状態
で基板Ｇが熱変形等を生じない最高限度温度例えば８０
℃の温度で基板Ｇを加熱処理することができ、また、支
持ピン２５を下降して熱板２２の表面と同一又はそれ以
下の位置に移動し、基板Ｇを熱板２２上に吸着しコンタ
クトした状態で目的とする加熱温度例えば１２０℃の温
度で加熱処理することができる。

【００２５】なお、上記主熱処理手段１８Ａは必ずしも
上記補助熱処理手段１８Ｂと同じ構造とする必要はな
く、例えば支持ピン２５を基板Ｇの受け渡し用に使用
し、基板Ｇを目的とする温度例えば１２０℃で加熱処理
する場合には、支持ピン２５を下降させて熱板２２上に
基板Ｇを載置させるようにしてもよい。

【００２６】次に、上記のように構成されるこの発明の
熱処理装置を用いて基板Ｇを加熱処理する場合の動作に
ついて図４ないし図６を参照し、また、各処理のタクト
タイムが４０秒と仮定して説明する。なお、ここでは目
的とする所定温度を１２０℃とし、この所定温度（１２
０℃）を所定時間（５０秒）熱処理する場合を例として
説明する。まず、予め補助熱処理手段１８Ｂ及び主熱処
理手段１８Ａの熱板２２を例えば１２０℃程度の所定温
度に設定しておく。そして、搬入・搬出口２１ａからメ
インアーム１０ａにより補助熱処理手段１８Ｂの熱板２
２の上方に基板Ｇを搬入し、この基板Ｇを移動機構２７
のステッピングモータ２８の駆動により上昇して、支持
ピン２５にて受け取る（図４（ａ）参照）。この後、こ
の状態で支持ピン２５を更に上昇（あるいはメインアー
ム１０ａを下降）させてメインアーム１０ａを後退させ
る。

【００２７】次に、支持ピン２５を下降させて熱板２２
の表面から所定の高さ位置ｈ１で停止し、この状態で基
板Ｇを例えば８０℃の温度で３０秒間予備加熱する（図
４（ｂ）参照）。このようにして基板Ｇを所定時間（３
０秒）予備加熱した後、支持ピン２５が下降して基板Ｇ
を熱板２２上に載置すると同時に、真空ポンプ（図示せ
ず）を駆動して基板Ｇを熱板上に吸着する。この状態
で、基板Ｇを目的とする所定温度例えば１２０℃の温度
で所定時間の一部の時間例えば１０秒間加熱（中間加
熱）する（図４（ｃ）参照）。この後、真空ポンプの駆
動を停止すると共に、移動機構２７のステッピングモー
タ２８を駆動して支持ピン２５を上昇させて熱板２２上
の基板Ｇを上方へ移動する。そして、ケース２１内に侵
入するメインアーム１０ａにて基板Ｇを受け取り、メイ
ンアーム１０ａは補助熱処理手段１８Ｂにて熱処理され
た基板Ｇを主熱処理手段１８Ａを収容するケース２１内
に搬送し、上記図４（ａ）に示したと同様に主熱処理手
段１８Ａの支持ピン２５にて基板Ｇを受け取った後、メ
インアーム１０ａは後退する。なお、主熱処理手段１８
Ａを収容するケース２１から後退したメインアーム１０
ａは次に加熱処理する基板Ｇを上記と同様の手順で補助
熱処理手段１８Ｂを収容するケース２１内に搬送する。

【００２８】一方、主熱処理手段１８Ａにおいて、支持
ピン２５を下降させて基板Ｇを熱板２２上に載置すると
同時に、真空ポンプ（図示せず）を駆動して基板Ｇを熱
板上に吸着する。この状態で、基板Ｇを目的とする所定
温度例えば１２０℃の温度で所定時間の残りの時間例え
ば４０秒間加熱（主加熱）する（図４（ｄ）参照）。こ
の状態で所定時間の残りの時間（４０秒）加熱処理が行
われると、基板Ｇは全面に亘り同一加熱温度分布となり
均一に加熱処理される。

【００２９】このようにして、所定時間の加熱処理が終
了すると、次に、支持ピン２５を上昇させて熱板２２か
ら基板Ｇを持ち上げる。このとき、搬入・搬出口２１ａ
からケース２１内に侵入するメインアーム１０ａが基板
Ｇを受け取る。そして、支持ピン２５が下降（あるいは
メインアーム１０ａが上昇）して基板Ｇがメインアーム
１０ａに受け渡されると、メインアーム１０ａがケース
２１の外に後退して基板Ｇを次工程の所定場所に搬送す
る。

【００３０】以後、上記の動作を繰り返して基板Ｇの熱
処理を行うことにより、基板Ｇに熱変形等を与えること
なく、サイクルタイム４０秒に対して基板Ｇを目的とす
る所定温度例えば１２０℃で所定時間例えば５０秒加熱
することができると共に、目的とする所定温度例えば１
２０℃で所定時間例えば５０秒間熱処理する工程の一部
（１０秒間）を補助熱処理手段１８Ｂが負担することに
より、処理時間の短縮を図ることができ、システム全体
のスループットの向上を図ることができる。

【００３１】上記説明では、補助熱処理手段１８Ｂによ
る処理時間と、主加熱処理手段１８Ａによる処理時間
が、４０秒の場合について述べたが、補助熱処理手段１
８Ｂによる処理時間と、主加熱処理手段１８Ａによる処
理時間を任意に変えて同様に段階的に熱処理を行うこと
も可能である。

【００３２】なお、上記実施例では、基板Ｇの補助熱処
理手段１８Ｂ、主熱処理手段１８Ａへの搬送をメインア
ーム１０ａで行う場合について説明したが、基板Ｇの搬
送手段は必ずしもメインアーム１０ａである必要はな
く、例えば図７に示すように、補助熱処理手段１８Ｂの
熱板２２と主熱処理手段１８Ａの熱板２２をケース２１
Ａ内に直列に配置し、これら熱板２２の配列方向、これ
に直交する方向及び垂直方向に移動可能な基板搬送アー
ム１０ｂによって基板Ｇを順次補助熱処理手段１８Ｂの
熱板２２と主熱処理手段１８Ａの熱板２２に順次搬送す
るトラック方式を採用してもよい。

【００３３】なお、上記実施例では、この発明の熱処理
装置をＬＣＤ基板の塗布・現像処理システムに適用した
場合について説明したが、単独の熱処理装置にも適用で
きる他、プローバー、アッシング装置、露光装置等にも
適用できることは勿論である。また、被処理体としてシ
リコンウエハを処理する場合にも適用できる。

【００３４】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、被処理体を所定温度で熱処理する際の主熱処理手段
における所定温度での処理時間を短縮することができる
と共に、被処理体の段階的熱処理を連続して行うことが
できるので、被処理体の熱処理による熱変形等を防止す
ることができると共に、処理時間を短縮してスループッ
トの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る熱処理装置を適用したＬＣＤ基
板の塗布・現像処理システムの斜視図である。

【図２】この発明に係る熱処理装置の一例を示す概略断
面図である。

【図３】この発明における熱板、支持ピンを示す平面図
（ａ）及びそのＡ−Ａ線に沿う拡大断面図（ｂ）であ
る。

【図４】この発明の熱処理方法の手順の一例を示す説明
図である。

【図５】この発明の熱処理方法における加熱温度と時間
との関係を示すグラフである。

【図６】この発明における被処理体の搬送形態の一例を
示す概略平面図である。

【図７】この発明における被処理体の別の搬送形態を示
す概略平面図である。

【符号の説明】

Ｇ ＬＣＤ基板（被処理体） １８Ａ 主熱処理手段 １８Ｂ 補助熱処理手段 ２２ 熱板 ２３ ヒータ ２５ 支持ピン ２７ 移動機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣瀬 統 熊本県菊池郡大津町大字高尾野字平成 272の４ 東京エレクトロン九州株式会 社 大津事業所内 (56)参考文献 特開 平３−135011（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−257138（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−26813（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体を段階的に熱処理すると共に、
   被処理体を所定温度で所定時間熱処理する熱処理方法に
   おいて、 上記被処理体を目的とする所定温度で熱処理する主熱処
   理手段と、被処理体を上記所定温度及びこの所定温度と
   異なる温度で熱処理する補助熱処理手段とを用意し、 上記被処理体を上記補助熱処理手段にて目的とする所定
   温度と異なる温度で熱処理した後、この補助熱処理手段
   を用いて上記所定温度で上記所定時間の一部の時間熱処
   理し、その後、上記主熱処理手段にて上記所定温度で上
   記所定時間の残りの時間熱処理し、この際、主熱処理手
   段における処理時間と補助熱処理手段における処理時間
   とが等しくなるようにすることを特徴とする熱処理方
   法。
2. 【請求項２】 補助熱処理手段との間に所定の間隔をお
   いて被処理体を位置させて目的とする所定温度以下の温
   度で予備加熱を行った後、上記被処理体を上記補助熱処
   理手段上に載置して目的とする所定温度で中間加熱を行
   うようにしたことを特徴とする請求項１記載の熱処理方
   法。