JP3977275B2 - 熱処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理装置に係り、より詳しくは、TFTアレイ基板などの被処理基板を加熱する熱処理装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、液晶ディスプレイに用いられるTFTアレイ基板などの半導体基板は、写真製版(フォトリソグラフィ)により形成される。この写真製版のプロセスは、次の各工程からなる。金属が蒸着された半導体基板に対し、基板の主面を洗浄する洗浄工程、紫外線で感光するレジストを所望の膜厚で塗布するレジストコート工程、塗布されたレジストを硬化させるために高温にて焼くプリベーク工程、マスクを載せて紫外線を照射する露光工程、現像液を用いてレジストの軟化部分を除去する現像工程、そして、パターニングされたレジストを焼き締めるポストベーク工程である。
【0003】
レジストの線幅精度に大きく影響するという観点では、これらの製版工程のうち、露光感度を左右するプリベーク工程が特に重要である。このプリベーク工程は、熱処理装置内で行われる。
【0004】
図10は、従来の熱処理装置の一例を示した断面図である。この熱処理装置50は、液晶ディスプレイなどの製造装置における熱処理ユニットであり、半導体基板100の加熱処理を行っている。
【0005】
熱処理装置50は、支持部材3、カバー4、プロキシミティピン6、加熱プレート51、ヒータ52、温度センサ53により構成される。支持部材3は、加熱プレート51を水平に支持するためのものであり、この支持部材3により加熱プレート51が水平な状態で固定される。カバー4は、半導体基板100の加熱処理が行われる被処理領域5を外気から隔離するための容器であり、このカバー4により被処理領域5が外部と断熱される。
【0006】
プロキシミティピン6は、半導体基板100と加熱プレート51との間に間隙(0.2mm程度)を設けるための支柱であり、加熱プレート51の半導体基板100に対向する面上に多数配置されている。このプロキシミティピン6を介して、半導体基板100が加熱プレート51上に水平に載置される。
【0007】
加熱プレート51は、半導体基板100を加熱するホットプレートもしくはオーブンプレートであり、熱源としてヒータ52が埋設されている。ヒータ52は、一様に張り巡らされた電熱線などの発熱体であり、加熱プレート51の半導体基板100と対向する領域を加熱する。また、加熱プレート51の中央部には、基板対向面の温度を検出する温度センサ53が設けられている。温度センサ53は、熱電対などからなり、この温度センサ53により検出された温度に基づいて、加熱プレート51の温度制御が行われる。
【0008】
半導体基板100に形成されるレジストパターンにおけるレジストの断面形状は、写真製版後のエッチングを高精度に行うために、基板面内において均一であることが求められる。そのためには、半導体基板100全体を均一な温度で加熱処理する必要がある。しかし、上述した従来の熱処理装置50などでは、加熱プレート51の中央部と端部との間で温度差が生じるため、基板全体を均一な温度で処理することが容易ではなかった。
【0009】
基板全体を均一な温度で加熱処理することができない場合、基板面の中央部と端部とでレジストの断面形状に差が生じてしまう。このため、エッチング後のレジストの断面形状を所望のものとするために、製版工程の終了後に再度、ベーク処理を行う必要があった。ここでいうベーク処理とは、ポストベーク工程後に行われる基板の加熱処理のことであり、高温で行われるホットプレート方式のポストベーク処理に対し、相対的に低温で行われ、処理速度の遅いコンベクション方式のものである。
【0010】
図11は、従来の熱処理装置により加熱処理された半導体基板の一例を示した要部断面図であり、図11(a)は、基板面の中央部に形成されたレジストの断面形状を表し、図11(b)は、基板面の端部に形成されたレジストの断面形状を表している。写真製版された半導体基板100において、基板面の中央部に形成されたレジストAは、エッジ部A1,A2の断面形状がなだらかであり、緩やかな傾斜角を有している。一方、基板面の端部に形成されたレジストBのエッジ部B1,B2の断面形状は、垂直に近い傾斜角を有している。
【0011】
相対的に高温で処理されたレジストは、内部の溶剤が蒸発することにより収縮するので、レジストAのようになる。一方、相対的に低温で処理されたレジストは、あまり収縮せずにレジストBのようになる。このことから、基板面の中央部と比較して、基板面の端部が低い温度で処理されたことがわかる。
【0012】
図12は、従来の熱処理装置において加熱処理される半導体基板の一例を示した説明図である。加熱プレート51に載置される半導体基板100は、プロキシミティピン6により支持されている。このため、半導体基板100に反りがある場合には、基板面の中央部及び端部で加熱プレート51との間隙(ギャップ)に差が生じてしまう。例えば、基板の重みもしくは加熱などにより、基板面の中央部が加熱プレート51側に向かって反った場合、中央部のギャップが端部のギャップに比べて小さくなり、基板中央部が加熱プレート51に近づくことになる。
【0013】
この様な場合では、たとえ加熱プレート51を均一に加熱できたとしても、半導体基板100の中央部と端部とでギャップに差があるので、基板全体を均一な温度にすることが困難であった。
【0014】
従来の熱処理装置の他の例としては、特許文献1〜3に記載のものがある。これらに記載された熱処理装置は、加熱プレートに複数の直線状もしくはリング状の発熱体を設けることにより、加熱プレートを均一に加熱するものである。従って、上述した様に、半導体基板の中央部及び端部で加熱プレートとのギャップに差が生じる場合に、基板全体を均一な温度で処理できるものではない。
【0015】
【特許文献1】
特開2001−237156号公報
【特許文献2】
特開2001−237157号公報
【特許文献3】
特開2001−237171号公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被処理基板の加熱を均一化することができる熱処理装置を提供することを目的としている。また、本発明は、被処理基板に形成されるレジストの断面形状を基板面内において均一化することができる熱処理装置を提供することを目的としている。
【0017】
また、本発明は、写真製版後の低温でのベーク処理を削減することができる熱処理装置を提供することを目的としている。また、本発明は、加熱プレートの中央部及び端部を異なる温度で加熱することができる熱処理装置を提供することを目的としている。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明による熱処理装置は、被処理基板を載置し、この被処理基板を加熱する加熱プレートと、上記加熱プレート内に設けられ、被処理基板と対向するプレート面の温度を検出する2以上の温度センサと、検出された各温度に基づいて、上記加熱プレートの温度制御を行う加熱制御手段とを備え、上記加熱プレートが、第1のプレートと、この第1のプレートを内包し、プレートの一部を第1のプレートにオーバーラップさせて配置される環状の第2のプレートとからなり、上記温度センサが、上記第1のプレート及び上記第2のプレートにそれぞれ配置され、上記第1のプレートが、第2のプレートより下げて配置されるように構成される。
【0019】
この様な構成によれば、第1及び第2のプレートを互いに異なる温度で加熱制御することができる。つまり、加熱プレートの中央部及び端部を互いに異なる温度で加熱することができる。従って、被処理基板の中央部及び端部で加熱プレートとのギャップに差が生じるような場合であっても、基板全体を均一な温度で加熱処理することができる。
【0020】
また、上記第2のプレートが、第1のプレートと隣接する2以上のプレート片からなり、上記温度センサが、これらのプレート片にそれぞれ配置されるように構成される。この様な構成によれば、これらのプレート片を互いに異なる温度で加熱制御することができる。従って、加熱プレートに対する被処理基板の中央部及び端部間のギャップ差が、基板面内の方向ごとに異なるような場合であっても、基板全体を均一に加熱処理することができる。
【0021】
また、上記加熱制御手段は、第1のプレートの温度より第2のプレートの温度を高くするように構成される。この様な構成によれば、加熱プレートに対する被処理基板の中央部のギャップが、基板面の端部のギャップに比べて小さいような場合に、基板全体を均一な温度で加熱処理することができる。
【0022】
また、プレート間に間隙を設けるように構成される。この様な構成によれば、プレート間の熱伝導を抑制することができ、プレートごとに異なる温度で加熱制御することが可能となる。
【0023】
このとき、プレートの一部がオーバーラップして配置されるように構成すれば、プレート間の温度を連続的に変化させることができ、半導体基板にプレート間の継ぎ目が転写されるようなことを抑制することができる。
【0024】
更に、上記第1のプレートを第2のプレートより下げて配置されるように構成すれば、被処理基板の中央部が加熱プレート側に向けて反っているような場合に、効果的に加熱処理を行うことができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による熱処理装置の一構成例を示した断面図であり、図2は、図1の熱処理装置における加熱プレートの一例を示した平面図である。本実施の形態の熱処理装置1は、液晶ディスプレイなどの製造装置における熱処理ユニットであり、被処理基板としての半導体基板100の加熱処理を行っている。ここでいう半導体基板100とは、レジストが塗布されたガラス基板のことであり、基板面が矩形のものであるとする。
【0026】
この熱処理装置1は、加熱プレート2、支持部材3、カバー4、プロキシミティピン6、ヒータ7及び温度センサ8,9により構成される。支持部材3は、加熱プレート2を水平に支持するためのものであり、この支持部材3により加熱プレート2が水平な状態で固定される。カバー4は、半導体基板100の加熱処理が行われる被処理領域5を外気から隔離するための容器であり、このカバー4により被処理領域5が外部と断熱される。
【0027】
プロキシミティピン6は、半導体基板100と加熱プレート2との間に間隙(0.2mm程度)を設けるための支柱であり、加熱プレート2の半導体基板100に対向する面上に多数配置されている。このプロキシミティピン6を介して、半導体基板100が加熱プレート2上に水平に載置される。
【0028】
加熱プレート2は、半導体基板100を加熱するホットプレートもしくはオーブンプレートであり、半導体基板100の基板面全体を加熱可能な矩形の平板からなる。この加熱プレート2には、熱源としてヒータ7が埋設されている。ヒータ7は、一様に張り巡らされた電熱線などの発熱体であり、加熱プレート2の半導体基板100と対向する領域を加熱する。
【0029】
また、加熱プレート2の中央部及び端部には、基板対向面の温度を検出する温度センサ8,9がそれぞれ設けられている。各温度センサ8,9は、熱電対などからなり、これらの温度センサ8,9により検出された温度に基づいて、加熱プレート2の温度制御が行われる。
【0030】
温度センサ8は、加熱プレート2の中央部に配置され、加熱プレート2に載置された半導体基板100の基板面の中央部に対向している。また、温度センサ9は、加熱プレート2の端部に配置され、半導体基板100の基板面の端部に対向している。この温度センサ9は、例えば、加熱プレート2のプレート面の四隅にそれぞれ取り付けられる。
【0031】
ここで、加熱プレート2の中央部とは、プレート面上の中心領域のことであり、この中心領域は、半導体基板100面の短辺の長さの1/3倍程度の広がり、すなわち、前後左右の幅を有するものとする。この中心領域内に少なくとも1つの温度センサ8が設けられる。また、加熱プレート2の端部とは、プレート面上の環状の周縁領域のことであり、この周縁領域は、半導体基板100面の短辺の長さの1/3倍程度の幅を有するものとする。この周縁領域内に少なくとも1つの温度センサ9が設けられる。
【0032】
図3は、図1の熱処理装置における加熱制御系の構成例を示したブロック図である。熱処理装置1において半導体基板100の加熱処理の制御を行う加熱制御系は、温度調節部11、加熱制御部12、ヒータ用電源13、ヒータ7及び温度センサ8,9により構成される。
【0033】
温度調節部11は、半導体基板100の処理温度の設定を行う操作入力手段であり、この温度調節部11により所望の処理温度が目標値として設定される。加熱制御部12は、温度調節部11により設定された処理温度と、加熱プレート2の中央部及び端部にそれぞれ設けられた温度センサ8,9からの検出信号とに基づいて、加熱プレート2の温度制御を行っている。
【0034】
この温度制御は、加熱プレート2の中央部と端部との間で温度差が生じる場合に、半導体基板100の中央部における処理温度と設定温度とのずれと、半導体基板100の端部における処理温度と設定温度とのずれがともに小さくなるように行われる。
【0035】
例えば、加熱プレート2の中央部に配置された温度センサ8により検出された温度と、加熱プレート2の四隅に配置された各温度センサ9により検出された温度とを加重平均したものを温度の検出値とし、この検出値が設定温度と一致するように、ヒータ用電源13を制御するための制御信号が出力される。ヒータ用電源13は、加熱制御部12からの制御信号に基づいて、ヒータ7に対し電源のオンオフもしくは通電量、例えば、供給する電流値または通電時間などの調整を行っている。
【0036】
本実施の形態によれば、加熱プレート2の中央部及び端部で検出された温度を加重平均し、この検出値に基づいて加熱プレート2の温度を制御することにより、半導体基板100の中央部における処理温度と設定温度とのずれと、半導体基板100の端部における処理温度と設定温度とのずれをともに小さくすることができる。従って、基板各部を目標とする処理温度に近い温度で処理することができ、基板面に形成されるレジストの断面形状差を抑制することができる。
【0037】
図4は、加熱プレートに対する温度センサの配置の他の例を示した平面図である。図2の加熱プレート2では、温度センサ8,9がプレート面の中央部及び端部にそれぞれ設けられていたが、ここでは、加熱プレート2の平均的な温度が検出されると見込まれる位置が予め特定されるような場合に、温度センサ10がその様な位置に1つ設けられる。
【0038】
例えば、加熱プレート2のプレート面において、中央Cと周端とを2等分する境界線D上の1点に温度センサ10が設けられる。このようにしても、加熱プレート2の中央部と端部との間で温度差が生じる場合に、加熱プレート2の平均温度を1つの温度センサ10によって検出することができる。そこで、検出された平均温度に基づいて、加熱プレート2の温度制御を行うことにより、半導体基板100の中央部(例えば、境界線Dより内側の領域)における処理温度と設定温度とのずれと、半導体基板100の端部(境界線Dより外側の領域)における処理温度と設定温度とのずれをともに小さくすることができる。
【0039】
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2による熱処理装置の構成例を示した断面図であり、図6は、図5の熱処理装置における加熱プレートの一例を示した平面図である。本実施の形態の熱処理装置20では、加熱プレートが第1のプレート21と、この第1のプレート21を内包する第2のプレート22からなり、これらのプレートごとに加熱制御が行われる。
【0040】
第1のプレート21は、半導体基板100の中央部を加熱する矩形の加熱プレートであり、支持部材3に設けられた支持部3aにより支持されている。第2のプレート22は、半導体基板100の端部を加熱する環状の加熱プレートであり、第1のプレート21を内包した状態で支持部材3により支持されている。
【0041】
また、第1のプレート21及び第2のプレート22間には、プレート間の熱伝導を抑制するために、間隙25が設けられている。この間隙25は、半導体基板100の基板面に平行な方向のギャップである。ヒータ23,24は、プレートごとに設けられ、第1のプレート21には、ヒータ23が埋設され、第2のプレート22には、環状のヒータ24が埋設されている。
【0042】
また、温度センサ8,9も、プレートごとに配置され、第1のプレート21の中央部には、温度センサ8が取り付けられ、第2のプレート22の四隅には、温度センサ9がそれぞれ取り付けられている。
【0043】
図7は、図5の熱処理装置における加熱制御系の構成例を示したブロック図である。この熱処理装置20における加熱制御系は、プレートごとにヒータ用電源26,27を有し、第1のプレート21及び第2のプレート22がそれぞれ独立して加熱制御される。
【0044】
ヒータ用電源26は、加熱制御部12からの制御信号に基づいて、第1のプレート21に設けられたヒータ23に対し電源のオンオフもしくは通電量の調整を行っている。同様に、ヒータ用電源27は、第2のプレート22に設けられたヒータ24に対して電源のオンオフもしくは通電量の調整を行っている。なお、その他の構成は、図1の熱処理装置1(実施の形態1)と同様である。
【0045】
ここで、第1及び第2のプレート21,22の温度制御については、温度センサ8,9により検出される加熱プレートの各温度と、加熱プレートに載置される半導体基板100の処理温度との対応関係を予め計測しておき、計測結果に基づいて処理温度が設定温度と一致するように調節されているものとする。この温度調節は、素ガラス(未加工の半導体基板)に熱電対を複数埋め込んでおき、この素ガラスを試し焼きして処理温度を計測することにより行われる。
【0046】
本実施の形態によれば、第1のプレート21及び第2のプレート22を互いに異なる温度で加熱制御することができる。つまり、加熱プレートの中央部及び端部を互いに異なる温度で加熱することができる。従って、半導体基板100の中央部及び端部で加熱プレートとのギャップに差が生じるような場合であっても、基板全体を均一な温度で加熱処理することができる。
【0047】
特に、第1のプレート21の温度より第2のプレート22の温度を高くすれば、中央部の加熱プレートの温度が相対的に低くなり、端部の加熱プレートの温度が相対的に高くなる。このため、半導体基板100の反りによって、加熱プレートに対する半導体基板100の中央部のギャップが、基板面の端部のギャップに比べて小さいような場合に、基板全体を均一な温度で加熱処理することができる。
【0048】
従って、基板面内におけるレジストの断面形状を均一にすることができ、写真製版後のエッチングを高精度に行うことができる。また、写真製版工程において所望のレジスト断面形状が得られるので、製版工程後のベーク処理を省略することができる。
【0049】
実施の形態3.
図8は、本発明の実施の形態3による熱処理装置における加熱プレートの一例を示した平面図である。本実施の形態では、図6の加熱プレート(実施の形態2)と比較して、第2のプレートが第1のプレートと隣接する2以上のプレート片32〜35からなり、各プレート片ごとに加熱制御が行われる。各プレート片は、それぞれ矩形の平板からなる。
【0050】
中央部に配置された第1のプレート31に対し、この第1のプレート31を取り囲んで4つのプレート片32〜35が設けられている。これらの4つのプレート片のうち、プレート片32及び33は、第1のプレート31の各長辺にそれぞれ隣接して配置されている。また、プレート片34及び35は、第1のプレート31の各短辺にそれぞれ隣接して配置されている。
【0051】
プレート片32及び33の長辺の長さは、第1のプレート31の長辺の長さと同程度となっている。また、各プレート片間には、半導体基板100の基板面に平行な方向に間隙が設けられている。ヒータ37〜40は、プレート片ごとに設けられ、温度センサ9a〜9dも、プレート片ごとに取り付けられている。
【0052】
ここで、温度センサ8は、第1のプレート31の中央に配置され、温度センサ9a及び9bも、プレート片32及び33の中央にそれぞれ配置されるものとする。一方、温度センサ9c及び9dについては、半導体基板100の基板面の4隅に対向して、プレート片34及び35の長手方向の両端部にそれぞれ配置されるものとする。つまり、半導体基板100の基板面の中央部に対向する1か所と、基板面の周端部に対向する6か所に温度センサが取り付けられる。その他の構成は、図5の熱処理装置と同様である。
【0053】
本実施の形態によれば、各プレート片を互いに異なる温度で加熱制御することができる。従って、加熱プレートに対する半導体基板100の中央部及び端部間のギャップ差が、基板面内の方向ごとに異なるような場合であっても、各方向に対応づけて各プレート片を温度制御することにより、基板全体を均一に加熱処理することができる。
【0054】
実施の形態4.
図9は、本発明の実施の形態4による熱処理装置の構成例を示した要部断面図である。本実施の形態では、図5の熱処理装置20(実施の形態2)と比較して、第1のプレートを第2のプレートより下げ、第1及び第2のプレートの一部がオーバーラップして配置される。
【0055】
中央部の第1のプレート41は、半導体基板100から後退させて配置され、周端部の第2のプレート42との間で端部がオーバーラップしている。つまり、この加熱プレートは、半導体基板100の中央部に対向するプレート面の中央部分が凹んでおり、基板面と加熱プレートとの間のギャップが中央部において広く、周端部において狭くなっている。
【0056】
ここで、基板面の方向には、プレート間の間隙はないが、基板面に垂直な方向には、熱伝導を抑制するためにプレート間に間隙45が設けられているものとする。その他の構成は、図5の熱処理装置20と同様である。
【0057】
本実施の形態によれば、基板面内の方向においては、プレート間に間隙が存在しないので、プレートの境目で温度変化が不連続になるのを抑制することができる。このため、プレート間の温度を連続的に変化させることができ、半導体基板100にプレート間の継ぎ目が転写されるのを防止することができる。
【0058】
また、中央部の第1のプレート41が周端部の第2のプレート42より下げて配置されるので、半導体基板100の中央部が加熱プレート側に向けて反っているような場合でも、半導体基板100と加熱プレートとのギャップを中央部においても確保することができ、半導体基板100が加熱プレートに当接してしまうのを防ぐことができる。
【0059】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明による熱処理装置によれば、プレートごとに温度制御を行うので、第1及び第2のプレートを互いに異なる温度で加熱制御することができる。このため、被処理基板の中央部及び端部で加熱プレートとのギャップに差が生じるような場合であっても、基板の加熱処理を均一化することができる。従って、被処理基板に形成されるレジストの断面形状を基板面内において均一化することができるとともに、写真製版後の低温でのベーク処理を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1による熱処理装置の一構成例を示した断面図である。
【図2】 図1の熱処理装置における加熱プレートの一例を示した平面図である。
【図3】 図1の熱処理装置における加熱制御系の構成例を示したブロック図である。
【図4】 加熱プレートに対する温度センサの配置の他の例を示した平面図である。
【図5】 本発明の実施の形態2による熱処理装置の構成例を示した断面図である。
【図6】 図5の熱処理装置における加熱プレートの一例を示した平面図である。
【図7】 図5の熱処理装置における加熱制御系の構成例を示したブロック図である。
【図8】 本発明の実施の形態3による熱処理装置における加熱プレートの一例を示した平面図である。
【図9】 本発明の実施の形態4による熱処理装置の構成例を示した要部断面図である。
【図10】 従来の熱処理装置の一例を示した断面図である。
【図11】 従来の熱処理装置により加熱処理された半導体基板の一例を示した要部断面図である。
【図12】 従来の熱処理装置において加熱処理される半導体基板の一例を示した説明図である。
【符号の説明】
1,20 熱処理装置、2 加熱プレート、3 支持部材、4 カバー、
6 プロキシミティピン、7,23,24,36〜40,43,44 ヒータ、
8,9,9a〜9d,10 温度センサ、11 温度調節部、
12 加熱制御部、13,26,27 ヒータ用電源、
21,31,41 第1のプレート、22,42 第2のプレート、
25,45 間隙、32〜35 プレート片、100 半導体基板
Claims (4)
- 被処理基板を載置し、この被処理基板を加熱する加熱プレートと、
上記加熱プレート内に設けられ、被処理基板と対向するプレート面の温度を検出する2以上の温度センサと、
検出された各温度に基づいて、上記加熱プレートの温度制御を行う加熱制御手段とを備え、
上記加熱プレートが、第1のプレートと、この第1のプレートを内包し、プレートの一部を第1のプレートにオーバーラップさせて配置される環状の第2のプレートとからなり、
上記温度センサが、上記第1のプレート及び上記第2のプレートにそれぞれ配置され、
上記第1のプレートが、第2のプレートより下げて配置されることを特徴とする熱処理装置。 - 上記第2のプレートが、第1のプレートと隣接する2以上のプレート片からなり、
上記温度センサが、これらのプレート片にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項1に記載の熱処理装置。 - 上記加熱制御手段は、第1のプレートの温度より第2のプレートの温度を高くすることを特徴とする請求項1に記載の熱処理装置。
- プレート間に間隙を設けたことを特徴とする請求項1に記載の熱処理装置。
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