JP4922180B2 - サブストレートを熱処理するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造において、サブストレート、とりわけ平面サブストレートを熱処理するための方法および装置に関する。

半導体産業の領域で構成素子を製造する際に、サブストレートを加熱装置で熱処理することは公知である。このことは例えば本出願に先行するＤＥ１００５９６６５Ｃ１およびＤＥ１９９０７４９７Ｃから公知である。通常の処理ステップでは、例えばラッカーの塗布後のラッカー硬化、並びに露光後に「化学増幅レジスト（ＣＡＲ）」を定着する「露光後ベーク（ＰＥＢ）」が行われる。構造体の品質並びに熱処理の結果のためには、サブストレートへの、とりわけその上にある層への均等で均質な熱供給が非常に重要であるこのことは、厚さの厚い矩形状のサブストレート、例えばフォトマスクでは簡単ではない。なぜならサブストレートの加熱中に、中央部をエッジに対してより大きく加熱しなければならず、また中央部はエッジに対して比較的緩慢に加熱されるからである。また、エッジは最終温度に達した後、面積が中央部より大きいためより多くの熱を放射する。そのためエッジは最終温度に達した後、比較的急速に冷却する。同じ問題がもちろん円形の半導体サブストレートでも生じる。

この問題を克服するために、過去においてはアクティブ制御されるゾーンを複数備える加熱装置が使用されている。これは上記のＤＥ１９９０７４９７Ｃから公知であり、自己最適化制御方法はＤＥ１００５９６６５Ｃ１から公知である。この加熱装置によって、サブストレートの中央部を加熱フェーズ中にエッジよりも強く加熱し、さらに最終温度に達した後、エッジを中央部よりも強く加熱することが可能である。

公知の装置および公知の制御方法によって良好な結果が得られるが、それでもなお、熱処理時の熱均一性をさらに向上させることが、とりわけ次世代のフォトマスク（６５ｎｍノード）に対して必要である。

従来技術から出発して本発明の基礎とする課題は、熱処理の改善された均一性を達成することのできる、サブストレートの熱処理方法および装置を提供することである。

本発明によればこの課題は、サブストレートの熱処理方法であって、サブストレートがホットプレートに接触しているか、または狭い間隔で保持されており、該ホットプレートは別個に制御可能な複数の加熱素子により、サブストレートとは反対の側で加熱される形式の方法において、ホットプレートは少なくともその高さで、すなわち半径方向に、当該ホットプレートに対して間隔をおいたフレームにより包囲されており、ガスが該フレームとホットプレートの少なくとも１つのエッジとの間のスリットを通って導かれ、該ガスはサブストレートと接触しないように導かれ、ガスの通流量および／または温度を制御することにより、ホットプレートのエッジの温度を調整する、ことによって解決される。

フレームとホットプレートの間にスリットを形成し、このスリットを通るガスを制御して導くことによって、ホットプレートの縁部領域をアクティブに冷却することができ、これによりサブストレートの熱処理の改善された均一性が達成される。他の制御パラメータに加えて、スリットを通るガスの通過を制御することにより、ホットプレートの縁部領域を所期のように冷却することができ、これにより例えば加熱フェーズ中にサブストレートを中央部よりも低く加熱することができる。アクティブな冷却によって、急速に変化させることができ、とりわけホットプレートの縁部領域の温度を低下させることができる。ホットプレートの縁部領域の温度を低下することは、例えば縁部領域にある加熱素子の１つへのエネルギー供給を低減することによって達成される場合よりも格段に迅速に達成される。

従って本発明の方法により、改善された温度均一性の下でサブストレートを熱処理することができる。

本発明の有利な実施形態によれば、スリットの幅はホットプレートのエッジの少なくとも１つの部分領域に沿って、サブストレートの熱処理前および／または熱処理中に変化する。これによりスリット領域において通流を調整することができ、この領域における冷却を変化することができる。このことにより、ホットプレートの縁部領域を所期のように非対称に冷却することができ、これにより加熱装置の加熱特性における非対称性を補償することができる。ここで幅は有利には０から５ｍｍの領域で、特に有利には１から５ｍｍの領域で局所的に変化する。

ガスを良好に案内するために有利には、スリットに流入する前にガイドエレメントへ方向転換させ、これによりホットプレートのエッジ領域で所期の冷却を行う。本発明の特に有利な実施形態によれば、ガスは環境空気である。環境空気を、スリットを通して導くことにより、装置の構造がとりわけ簡単になる。上記方法は通常、空調された空気が存在するクリーンルームで実行されるから、環境空気によって良好で均一な冷却が達成される。なぜなら環境空気の温度は通常、既知であり、一定だからである。

択一的実施形態では、ガスは冷却ガスであり、冷却ガスは実質的に閉鎖された冷却回路を循環する。空気とすることもできる冷却ガスを使用し、この冷却ガスが実質的に閉鎖された冷却回路を循環することにより、スリットを通るガスの通流量だけでなく、ガスの温度も制御することができる。このことにより、ホットプレートの縁部領域における冷却をさらに良好に制御することができる。

有利にはスリットを通って導かれるガス量、スリット幅および／またはガスの温度を、熱処理前に検出されたプロフィールに基づいて制御し、種々異なるプロセス期間でホットプレートの縁部領域をそれぞれ所定のように冷却する。

本発明の別の実施形態では、ホットプレートとは反対側のサブストレートの温度を位置分解的に測定し、サブストレートの表面における種々異なる位置点間の温度差が閾値を上回る場合、スリットを通って導かれるガス量、スリット幅および／またはガスの温度に対して熱処理前に検出されたプロフィールを、サブストレート上で測定された温度分布に依存して変化する。このことにより、ホットプレートの縁部領域の温度を、サブストレート上の温度分布に依存して迅速に制御ないし調整することができる。このとき有利には、熱処理中に変化する、スリットを通って導かれるガス量、スリット幅および／またはガスの温度に対するプロフィールを記憶し、後続処理に対しては新たに検出されたプロフィールを使用し、これにより所定のプロフィールを予測的に制御し、自己最適化することを可能にする。

択一的にまたは付加的に有利には、ホットプレートとは反対側のサブストレートの温度の位置分解的測定、各加熱素子の温度の測定、および各加熱素子の温度制御をＰＩＤ制御アルゴリズムにより行い、このＰＩＤ制御アルゴリズムには加熱素子の測定された温度を実際値として取り込み、サブストレートの表面での種々異なる位置点間の温度差が閾値を上回る場合、熱処理前に検出された、ＰＩＤ制御アルゴリズムに対する温度の目標値プロフィールをサブストレート上で測定された温度に依存して変化する。

有利には、自己最適化されたプロセス制御を行うために、熱処理中に変化する目標値プロフィールを記憶し、後続の処理のために新たに検出された目標値プロフィールとして使用する。

本発明の別の実施形態によれば、構造体幅、とりわけサブストレートの表面上のラッカー構造体幅が熱処理後に位置分解的に測定され、この測定に基づき、サブストレート表面における、熱処理中の位置分解的温度プロフィールが計算され、スリットを通って導かれるガス量、スリット幅および／またはガスの温度を、サブストレート上の計算された温度プロフィールに依存して、後続の熱処理のために調整する。このことにより、プロセスのさらなる自己最適化が可能である。なぜなら先行の処理プロセスで発生した不均一性を、後続の処理での制御プロフィールの変化によって考慮することができるからである。

本発明の基礎とする課題は、サブストレートの熱処理装置においても解決される。この熱処理装置は、ホットプレートと、サブストレートをホットプレートと接触して、またはホットプレートに対して狭い間隔で保持するための手段と、サブストレートとは反対側のホットプレート側にある、別個に制御可能な複数の加熱素子と、ホットプレートをその高さで、すなわち半径方向に包囲するフレームとを有し、該フレームはホットプレートに対して間隔をおいており、少なくとも１つのスリットがフレームとホットプレートの少なくとも１つのエッジとの間に形成され、さらにガスをスリットを通して導くための少なくとも１つの装置を有し、該装置は、スリットを通って導かれるガスの通流量および／または温度を制御し、ガスを導くための手段は、これがサブストレートと接触しないように設けられている。上記の装置によって、ホットプレートの縁部領域を迅速に、応答的に温度制御することができ、この縁部領域では制御可能なガスがホットプレートのエッジとフレームとの間のスリットを通って導かれる。

個別の縁部領域の冷却を制御するために、スリットの幅を局所的に調整するために少なくとも１つのエレメントがフレームに調整可能に取り付けられている。これにより冷却プロフィールを調整することができ、とりわけホットプレートの少なくとも１つのエッジに沿った非対称の冷却プロフィールも調整することができ、ホットプレートの非対称の加熱に対抗作用することができる。ここでスリットは有利には０から５ｍｍの間で、特に有利には１から５ｍｍの間で局所的に調整可能である。

本発明の有利な実施形態によれば、複数のエレメントがホットプレートのエッジに沿って設けられており、これによりエッジに沿って種々異なる冷却プロフィールを設定することができる。ここでこのエレメントのホットプレート側の輪郭は有利には、これに対向するホットプレートのエッジの輪郭と相補的であり、それぞれのエレメントの領域において実質的に同じスリットを形成することができる。

本発明の構造を簡単にするために、フレームは有利には底部壁と少なくとも１つの側壁を有し、少なくとも１つの側壁はホットプレートを半径方向に包囲し、底部壁の上方には通流空間が形成され、この通流空間はスリットと接続しており、ガスをスリットを通して導くための制御可能な装置は、フレームの底部壁にある開口部と接続している。これにより簡単に、ホットプレートの下方に形成された通流空間を介して空気をスリットを通して吸い込み、ないしはスリットを通して押し出すことができ、フレームの底部壁とホットプレートとの間の空間を分配空間として用いることができ、この分配空間により空気をスリットを通して均一に吸い込みないし吹き出すことができる。

有利にはガイドエレメントが設けられており、このガイドエレメントはホットプレートの上側の縁部領域に接触し、スリットの端部に通流チャネルを形成する。このことにより、ガスはスリットを制御されて導かれ、ホットプレートの縁部領域の冷却を制御することができる。

この装置の構造を簡単にするために、スリットは環境空気と連通しており、これにより環境空気を冷却のためにスリットを通して導くことができる。さらに良好な冷却ないしは冷却の制御を達成するために、スリットは択一的実施形態では、実質的に閉鎖された通流循環回路の一部であり、この通流循環回路に冷却装置および／または加熱装置が配置されている。

有利には、ホットプレートとは反対側のサブストレートの表面に配向された、位置分解的な温度測定装置と、プロセス制御ユニットとが設けられており、このプロセス制御ユニットは温度測定装置、およびガスをスリットを通して導くための制御可能な装置と接続されており、これによりサブストレート表面上の温度分布を検出し、ガスをスリットを通して導くための制御可能な装置を温度分布に基づいて制御する。これにより冷却をサブストレート表面上の温度分布に、熱処理プロセス中に適合することができる。

個々の加熱素素子を良好に制御するために、有利には各加熱素子に温度センサが配属されており、これにより各加熱素子の温度を測定し、さらに少なくとも１つのＰＩＤ制御器が設けられており、このＰＩＤ制御器は加熱素子および所属の温度センサと接続されており、これにより個々の加熱素素子を熱処理中に温度制御することができる。ここで有利には各加熱素子に対して１つのＰＩＤ制御器を設け、リアルタイム制御を常時保証する。ＰＩＤ制御器がただ１つしか設けられていない場合、このＰＩＤ制御器は例えばシーケンシャルに個々の加熱素子を制御することができる。しかしこれによっては加熱素子の制御は時間的に間隔をおいたインターバルでだけ可能である。

有利にはプロセス制御ユニットはＰＩＤ制御器と接続されており、サブストレート表面上の温度分布に依存して、個々の加熱素素子に対する温度目標値を検出し、これをＰＩＤ制御器に通知する。これにより外部の介入と、個々のＰＩＤ制御器に対する温度目標値の適合が、サブストレート表面上の温度分布に基づき可能であり、温度均一性の制御をさらに改善することができる。

本発明の特に有利な実施形態によれば、ガスをスリットを通して導くための制御可能な装置は、ホットプレートの下方でセンタリングして配置されており、ホットプレートへの側方エッジを基準にしてガスを均一に通過させて搬送することができる。ここでガスをスリットを通して導くための制御可能な装置は有利には吸引装置であり、例えば環境空気をスリットを通して吸引する。

本発明の特に有利な実施形態によれば、ガスをスリットを通して導くための制御可能な装置は制御ユニットを有し、これによりスリットを通って導かれるガス量および／またはガスの温度を調整する。

本発明を以下、図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の加熱装置の平面図であり、図示を簡単にするためいくつかのエレメントは省略されている。
図２は、図１の装置の概略的断面図である。
図３は、図４のラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿った、本発明の加熱装置の択一的実施形態の概略的断面図である。
図４は、図３の装置の概略的断面図である。
図５は、本発明および対照方法による熱処理中のサブストレート表面上の平均温度を示す線図である。
図６は、本発明による熱処理時と、対照方法による熱処理時のサブストレート表面上の局所的温度偏差を示す線図である。
図７は、加熱プログラムを自動的に最適化するための制御のフローチャ―トである。
図８は、サブストレート上のラッカー構造幅を考慮した、加熱プログラムを自動的に最適化するための制御の択一的フローチャートである。
図９は、本発明による最適化された加熱プログラムのパラメータを示す表である。
図１０は、本発明による最適化された加熱プログラムのパラメータを示す表である。
図１１は、図１０の加熱装置の概略的平面図であり、この装置の調整可能な加熱素子が種々異なる位置で示されている。
図１２は、図１０の加熱装置の概略的平面図であり、この装置の調整可能な加熱素子が種々異なる位置で示されている。

図１は、サブストレート２を処理するための、本発明の第１実施例による装置１の概略的平面図であり、図２は同じ装置の断面図である。図１の平面図では、本発明を分りやすくするための所定のエレメントが省略されているが、図２には示されている。

装置１は平坦で、平面図では矩形のホットプレート４を有し、このホットプレートは上側６と裏側７を備える。裏側７には加熱素子９が取り付けられており、図１の平面図に示されるように全部で２５個の加熱素子９が設けられている。ホットプレートには載置エレメント１１が設けられている。この載置エレメントは固定であるか、または高さ調整可能であり、この場合、この上に載置されるサブストレート２を上昇ないし下降することができる。図１の平面図から分るように、図示の実施例では全部で８個の載置エレメント１１が設けられている。しかしもちろん、それとは異なる数の載置エレメントを設けることができる。

図２の断面図から分るように、加熱素子９の下方には絶縁プレート１３が設けられており、この絶縁プレートは狭い空隙１５を介して加熱素子に対し間隔をおいている。空隙１５は、加熱素子９を制御するための電気線路等に対する供給空間として用いられる。択一的に絶縁素子１３は加熱素子９の裏側に直接接触することもできる。ただしこの場合、絶縁素子内に相応の給電線を形成する。各加熱素子にはさらに１つの温度センサが配属されており、温度センサは例えば各加熱素子の裏側に取り付けられる。

ホットプレート４，加熱素子９および絶縁素子１３は公知のように相互に結合されており、１つのホットプレートユニット１７を形成する。ホットプレートユニット１７は、外側フレームエレメント１９の下方に収容されており、その中で図示しない保持素子によって支持されている。フレームエレメント１９は実質的に底部壁２０並びに相応の側壁２２からなる。図示の実施例では４つの側壁２２が設けられており、これらは矩形のフレームを形成する。側壁２２の上部端部には水平方向に調整可能な全部で５つのエレメント２４が設けられており、それらの機能については後で詳細に説明する。

ホットプレートユニット１７はフレームエレメント１９内にセンタリングされて配置されている。ここで調整可能なエレメント２４はホットプレート４の高さで、その下にある加熱素子９と一致している。

側壁２２は調整可能なエレメント２４と共にホットプレートユニット１７を半径方向に包囲する。ここでホットプレートユニット１７と側壁２２との間にはスリットＡが形成される。調整可能なエレメント２４により、スリットＡのスリット幅は局所的に０ｍｍから５ｍｍの間の領域で変化することができる。すなわちスリットは、エッジ領域に沿って冷却を行うべきでない場合、局所的に完全に閉鎖することができる。しかしスリットの閉鎖は局所的部分でだけ行われる。有利にはスリット幅の調整は１ｍｍから５ｍｍの領域で、以下に詳細に説明するように行われる。ここでエレメント２４の予調整は、スリットＡが矩形ホットプレートのコーナ領域では、他の領域におけるよりも大きいように選択される。このことは図１の平面図に示されている。さらにフレームエレメントの底部壁２２とホットプレートユニットの下側との間には通流空間２３が形成されており、この通流空間２３はスリットＡに連通している。

フレームの一部としてガイドエレメント２６が設けられており、このガイドエレメントはホットプレートの上側６に接触する。ガイドエレメント２６と側壁２２の上側との間には通流開口部Ｂが設けられている。ガイドエレメント２６の傾斜部分２８によって、通流開口部Ｂに流入する空気流はスリットＡの方向に方向転換される。またはスリットＡを通って上方へ流出する空気流が半径方向で外側へ方向転換される。もちろんガイドエレメント２６は、フレーム１８とは別個に設けることもできる。ガイドエレメントにより、スリットを通って流れる空気が処理すべきサブストレートと接触しなくなる。

フレームエレメント１９の底部壁２０はセンタリングされた中央開口部３０を有し、この中央開口部には吸引管３２が接続されている。吸引管３２の領域には制御可能なファン３４が設けられており、これによりガス、有利には環境空気を通流開口部Ｂ、スリットＡおよび通流空間２３を通して吸引し、吸引管を通して放出する。

図２から分るように、装置１はさらにカバー３６を有する。カバー３６は閉鎖状態ではホットプレートの上側に接触し、サブストレート２に対する収容空間３７を形成する。カバー３６はフレームエレメント２２およびホットプレートユニット１７に対して適切に可動であり、実質的に閉鎖された収容区間３７をホットプレート４の上側６とカバー３６との間に形成する。カバー３６には詳細に図示しない温度測定装置が設けられており、この温度測定装置はサブストレート２の上側で位置分解的に温度測定を行う。この種の温度測定の結果は、詳細に図示しない制御装置に供給される。

以下、加熱装置１の動作を図１と図２に基づいて詳細に説明する。

まず、カバー３６が開放しているときにサブストレート２が載置エレメント１１に載置される。続いてカバー３６が閉鎖され、図２に示されるように実質的に閉鎖された収容空間３７が形成される。続いて加熱素子９が所定の加熱プロフィールに従い、またファンが所定のファンプロフィールに従い制御される。これらのプロフィールは例えば較正プロセス中に所望の熱処理プロセスのために検出されたものである。加熱プロフィールないしファンプロフィールを備える相応のプロセスプログラムが図９に概略的に示されている。図９は、個々の加熱素子に対して熱処理の種々異なるフェーズ中に達成すべき温度、並びに種々異なるフェーズ中の相応のファン調整を示す。

ここで個々の加熱素子９の加熱プロフィールは、できるだけ均一な温度分布が、ホットプレート４とは反対側のサブストレート２の上側で達成されるように設定されている。個々の加熱素子９の制御はＰＩＤ制御アルゴリズムに基づき行われる。このＰＩＤ制御アルゴリズムにはそれぞれの加熱素子９に配属された温度センサの測定結果が実際値として取り込まれる。一方、図９に示した温度は、熱処理の種々異なるフェーズに対する目標値である。

相応にしてファン３４は所定のファンプロフィールに従い制御される。これにより通流チャネルＢとスリットＡを通って環境空気が吸引され、この環境空気はホットプレート４の外側エッジと外側にある加熱素子９に沿って通流する。ファンも同様に前もって求められたプログラムに従い所定のように制御され、これによりホットプレート４の縁部と外側にある加熱素子９が相応に冷却される。

一度求められたプロセスプログラムを後続のプロセスに対して変更せずに使用することができるにしても、この実施例ではプロセス結果の監視と、場合によりプロセスプログラムの適合が行われる。このような監視および適合に対する例として図７には、プロセスプログラムの自動的最適化のためのフローチャートが示されている。図７によれば、ブロック４０ではサブストレートの熱処理が所定のプロセスプログラムを使用してスタートされる。引き続きブロック４２で、熱処理中にホットプレートとは反対側のサブストレートの上側での温度が位置分解的に、すなわち種々異なる位置点で測定される。サブストレートの上側の種々異なる位置点から発した測定結果から、δにより表される温度分布の均一性が計算される。均一性δは次の係数から得られる：

決定ブロック４４では計算された均一性が、最大許容温度偏差である最大均一性値と比較される。均一性δが最大許容均一性値δmaxより小さければ、プロセスプログラムは終了に達するまで変更されずに継続される。プロセスプログラムの終了時にステップ４６で個々の加熱素子９とファン３４の制御が終了し、続いてサブストレート２は公知のように降ろされる。

しかしブロック４４で均一性δが最大許容均一性値δmaxを上回っていることが検出されると、ステップ４８でプロセスプログラムが新たに計算され、加熱プロフィールおよび／またはファンプロフィールは変更され、これにより均一な温度分布がサブストレート上で達成されるようにする。プロセスプログラムの再計算の際には、以前に設定された個々の加熱素子に対する目標値プロフィールを元の設定に対して変更することができる。この種のプロセス制御は、例えば加熱素子の制御の例でＤＥ１９９０７４９７Ｃ２に記載されており、これを参考文献として取り入れ、繰り返しを避ける。この種のプロセス制御は、改善された温度均一性をサブストレート２の表面で達成するために使用される。

これとは択一的にまたは付加的に、ファン３４の制御も所定のファンプロフィールに対して変更することができる。これにより例えばホットプレート４の縁部または外側にある加熱素子９を迅速に冷却し、またはそれらを比較的に弱く冷却することができる。スリットＡの幅をホットプレート４の周囲エッジないしは外側にある加熱素子９に沿って変化することもできる。ここでスリット幅の変更は、１つのエッジだけに沿ってだけ、または複数のエッジに沿って、そして部分領域でだけ行うことができる。これにより、空気通流による冷却能力を調整が行われる領域で所期のように変化することができる。

従ってサブストレート２の表面上で温度の均一性を達成するために、種々の手段が提供される。

新たに計算され、変更されたプロセスプログラムは熱処理の終了後にブロック４６に記憶され、新たなプロセスプログラムとして後続の熱処理のために準備される。これにより複数のサブストレート２を熱処理する場合にシステムの自己最適化が達成される。

図８は、加熱プログラムの自動的最適化に対する択一的フローチャートを示す。ここで図８の部分Ｃは実質的に前に説明したフローチャートに相当する。従って部分Ｃには図７と同じ参照符合が使用される。しかし部分Ｃには、前もって処理されたサブストレート上のラッカー構造幅の光学的測定が前置されている。ここでこの光学的測定も位置分解的であり、サブストレート上のラッカー構造幅に関する局所的相違を検出する。この局所的相違によってさらに、サブストレートの表面上の局所的温度プロフィールを熱処理中に推定することができる。これについてはＵＳ６２３５４３９Ｂに記載されている。ラッカー構造幅の光学的測定はブロック５０で行われる。後続のステップ５２では温度プロフィールが先行の熱処理中に位置分解的に計算され、この温度プロフィールに基づいて最適化されたプロセスプログラムが求められる。この最適化されたプロセスプログラムは、サブストレート上で均一な温度分布を達成しようとするものである。この最適化されたプロセスプログラムは次にブロック４０にスタートプログラムとして使用される。このスタートプログラムは熱処理中に、場合により上記のように再度変更され、引き続き記憶される。

図５と図６は、サブストレート表面での平均温度Ｔ（ｔ）ないしは温度偏差ΔＴ（ｔ）を、上記実施例により空気吸引を制御して熱処理した場合と、空気吸引を制御しない熱処理との場合で示す。図５で、曲線５５は本発明による熱処理中のサブストレート表面上の平均温度Ｔ（ｔ）、すなわち空気吸引を制御した場合の平均温度Ｔ（ｔ）を時間に依存して示し、曲線５６はプロセス実行時に空気吸引を制御しない場合のサブストレート表面上の平均温度Ｔ（ｔ）を示す。曲線５５と５６はほとんど相違せず、従って空気吸引の制御はサブストレート表面上の平均温度Ｔ（ｔ）には僅かな影響しか及ぼさないと見ることができる。

図６で曲線５８は、サブストレート表面上の種々異なる位置点間の温度偏差ΔＴ（ｔ）を本発明による熱処理を行った場合、すなわち空気吸引を制御した場合で示す。これに対して曲線５９は、熱処理時にファン吸引を制御しない場合での、サブストレート表面上の相応する位置点間の温度偏差ΔＴ（ｔ）を示す。図６は、本発明によるプロセスでのとりわけ熱処理開始時で、対照プロセスよりも温度均一性が格段に改善されていることを明瞭に示している。これはとりわけファン吸引を制御することによって、ホットプレートの縁部領域の温度ないしは外側にある加熱素子の温度を迅速に調整することができるからであり、その結果、周辺作用を迅速に補償することができる。さらに図６からは、温度が実質的に一定であるべき領域では温度偏差は両方のプロセスで実質的に同じであることが分る。従って本発明は、とりわけ加熱フェーズでの均一性、すなわち温度が変化するときの均一性を改善するものである。同じようにして冷却フェーズ中の均一性の改善も期待される。

図３と４は、本発明による択一的加熱装置１を示す。図３と４では、同じまたは類似のエレメントを示すのに同じ参照符合が使用されている。図３は、図４のラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿った加熱装置１の断面を示し、図４は加熱装置１の横断面を示す。

図示を簡単にするため、図２のカバー３６は図３と４では図示されていない。

加熱装置１は図１と２の加熱装置と実質的に同じ構造を、ホットプレート４、加熱素子９および絶縁プレート１３を備えるホットプレートユニット１７に関しては有する。ここでも収容エレメント１１が、サブストレート２をホットプレート４の上で間隔をおいて保持するために設けられている。

底部壁２０と側壁２２、並びに側壁に調整可能に配置されたエレメント２４を備えるフレームエレメント１９も設けられている。しかしフレームエレメント１９は、底部壁６２，側壁６４並びに上部壁６６を備える別のフレームエレメント６０により包囲されている。上部壁６６は、図３と４に示すようにホットプレート４の上側と、その縁部領域で接触しており、第１実施例のガイドエレメント２６の機能と実質的に同じ機能を有する。フレームエレメント１９とフレームエレメント６０との間には通流室６８が形成されており、この通流室はスリットＣとスリットＡによりフレームエレメント１９とホットプレートユニット１７との間に形成される。フレームエレメント１９の底部壁２０の中央開口部３０を介して、ホットプレートユニット１７の下側とフレームエレメント１９の底部壁２０との間にある通流室２３は通流室６８と連通している。

中央開口部３０の領域には吸引管３２が設けられており、この吸引管にはファン３４が配置されており、空気を通流室２３から吸引し、通流室６８に導く。これにより２つのフレームエレメントとホットプレートユニット１７との間には閉鎖された通流循環回路が設けられる。この通流循環回路は図４に複数の通流矢印によって示されている。吸引管３２の領域には冷却／加熱装置７０が配置されており、循環回路を循環する空気を所望の温度にもたらす。ここで空気は有利には循環中に所定の温度に冷却され、これによりスリットＡの領域では、ホットプレート４の縁部領域で、ないしは外側にある加熱素子９の縁部領域で所定の冷却が行われる。

この実施例の動作は前に説明した動作に実質的に相応する。ただしここでは付加的制御パラメータとしてスリットＡを通って導かれる空気の温度を制御することができる。

当業者であれば容易に理解できるように、図４に示された通流方向は反転することも問題なくできる。すなわちファン３４は空気を通流室６８から吸引し、通流室２３に導く。この通流循環回路では空気の代わりに他の冷却ガスを使用することもできる。

図１０から１２は、本発明の別の実施例による加熱装置１の種々の平面図を示す。ここでは装置１の調整可能なエレメントが種々異なる位置で示されている。図１０から１２の実施例の説明では、同じまたは同等のエレメントに対して同じ参照符合が使用される。

加熱装置１はホットプレートユニット１７を有し、このホットプレートユニットは図示の実施例では上から見て円形であり、円形のサブストレートを熱処理するために設けられている。ホットプレートユニット１７は、先行の実施例のホットプレートユニット１７と実質的に同じ構造を有し、上方のホットプレート並びにその下にある個々の加熱素子９からなる。個々の加熱素子は図１０で破線により示されている。個々の加熱素子９は種々異なる形状を取ることができ、加熱素子の数も任意に選択することができる。しかし加熱素子９の配置構成はできるだけ円対称を有すべきである。図示の実施例によれば多数のリングセグメント状の加熱素子９が、次第に小さくなる同心の縁部領域に設けられている。

装置１はさらにフレームエレメント１９を有し、このフレームエレメントはホットプレートユニット１７を半径方向に、その裏側で包囲する。フレームエレメント１９の詳細には図示しない底部壁にはここでも中央開口部が設けられており、この中央開口部は吸引管およびその中に配置されたファンと連通している。

フレームエレメント１９にはここでも調整可能なエレメント２４が多数設けられており、これらのエレメントはリングセグメントとして構成されている。それぞれ調整可能なエレメント２４の間にはフレームエレメント１９の固定部分７４が設けられており、この固定部分７４は調整可能なエレメント２４の高さに相応する高さを有する。

調整可能なエレメント２４は、図１０の外側への最大可能移動位置と、図１１の内側への最大可能移動位置との間で調整可能であり、フレームエレメント１９とホットプレートユニット１７との間に形成されたスリットＡの幅を変更することができる。ここではエレメント２４を個別に調整することも、グループごとに調整することも可能である。周方向に種々異なるスリット幅Ａで設けられた調整可能なエレメント２４の例としての調整が図１２に示されており、この例では局所的温度不均一性が補償される。

この実施例による加熱装置１の動作は、先行の実施例の装置の動作に実質的に相応する。

本発明を有利な実施例に基づいて説明してきた。しかし本発明は図示の具体的実施例に制限されるものではない。種々異なる実施例の特徴は、それらが互換的なものであれば任意に相互に組合わせ、交換することができる。異なる形状のホットプレートユニットおよびフレームユニットももちろん考えられる。スリットＡを通って導かれるガスを温度制御することは図１と２の実施例でも、例えば通流スリットＢがガス源と接続されており、このガス源が例えば空調装置であり、ガスの温度を制御することができれば可能である。

図１は、本発明の加熱装置の平面図であり、図示を簡単にするためいくつかのエレメントは省略されている。 図２は、図１の装置の概略的断面図である。 図３は、図４のラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿った、本発明の加熱装置の択一的実施形態の概略的断面図である。 図４は、図３の装置の概略的断面図である。 図５は、本発明および対照方法による熱処理中のサブストレート表面上の平均温度を示す線図である。 図６は、本発明による熱処理時と、対照方法による熱処理時のサブストレート表面上の局所的温度偏差を示す線図である。 図７は、加熱プログラムを自動的に最適化するための制御のフローチャ―トである。 図８は、サブストレート上のラッカー構造幅を考慮した、加熱プログラムを自動的に最適化するための制御の択一的フローチャートである。 図９は、本発明による最適化された加熱プログラムのパラメータを示す表である。 図１０は、本発明による最適化された加熱プログラムのパラメータを示す表である。 図１１は、図１０の加熱装置の概略的平面図であり、この装置の調整可能な加熱素子が種々異なる位置で示されている。 図１２は、図１０の加熱装置の概略的平面図であり、この装置の調整可能な加熱素子が種々異なる位置で示されている。

Claims (37)

1. サブストレートの熱処理方法であって、
   該サブストレートがホットプレートに接触しているか、または狭い間隔で保持されており、該ホットプレートは別個に制御可能な複数の加熱素子により、前記サブストレートとは反対の側で加熱される形式の熱処理方法において、
   ホットプレートはその高さで、当該ホットプレートに対して間隔をおいたフレームにより包囲されており、
   ガスが該フレームと前記ホットプレートの少なくとも１つのエッジとの間のスリットを通って導かれ、
   該ガスはサブストレートと接触しないように導かれ、
   ガスの通流量および／または温度を制御することにより、ホットプレートのエッジの温度を調整する、ことを特徴とする熱処理方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   スリットの幅が、ホットプレートのエッジの少なくとも１つの部分領域に沿って、および／またはサブストレートの熱処理中に変更される、ことを特徴とする方法。
3. 請求項１または２記載の方法において、
   スリットの幅は、局所的に０から５ｍｍの領域で変更される、ことを特徴とする方法。
4. 請求項３記載の方法において、
   スリットの幅は、局所的に１から５ｍｍの領域で変更される、ことを特徴とする方法。
5. 請求項１から４までのいずれか一項記載の方法において、
   ガスはスリットに流入する前に、サブストレートと接触しないようにガイドエレメントで方向転換される、ことを特徴とする方法。
6. 請求項１から４までのいずれか一項記載の方法において、
   ガスはスリットから流出する際に、サブストレートと接触しないようにガイドエレメントで方向転換される、ことを特徴とする方法。
7. 請求項５または６記載の方法において、
   ガイドエレメントは、ホットプレートを包囲するフレームの一部である、ことを特徴とする方法。
8. 請求項５から７までのいずれか一項記載の方法において、
   ガイドエレメントは、ガスを方向転換するために傾斜部分を有する、ことを特徴とする方法。
9. 請求項１から８までのいずれか一項記載の方法において、
   ガスは環境空気である、ことを特徴とする方法。
10. 請求項１から９までのいずれか一項記載の方法において、
    ガスは冷却ガスであり、閉鎖された冷却回路内を循環する、ことを特徴とする方法。
11. 請求項１から１０までのいずれか一項記載の方法において、
    ガスの温度は、スリットに流入する前に制御される、ことを特徴とする方法。
12. 請求項１から１１までのいずれか一項記載の方法において、
    スリットを通って導かれるガス量、スリット幅、および／またはガスの温度は、熱処理に検出されたプロフィールに基づいて制御される、ことを特徴とする方法。
13. 請求項１２記載の方法において、
    ホットプレートとは反対側のサブストレート上の温度を位置分解的に測定し、サブストレートの表面における種々異なる位置点間の温度差が閾値を上回る場合、スリットを通って導かれるガス量、スリット幅および／またはガスの温度に対して熱処理前に検出されたプロフィールを、サブストレート上で測定された温度分布に依存して変化する、ことを特徴とする方法。
14. 請求項１３記載の方法において、
    熱処理中に変化する、スリットを通って導かれるガス量、スリット幅および／またはガスの温度に対するプロフィールを記憶し、後続処理に対して新たに検出されたプロフィールを使用する、ことを特徴とする方法。
15. 請求項１から１４までのいずれか一項記載の方法において、
    ホットプレートとは反対側のサブストレートの温度の位置分解的測定、各加熱素子の温度の測定、および各加熱素子の温度制御をＰＩＤ制御アルゴリズムにより行い、
    該ＰＩＤ制御アルゴリズムには加熱素子の測定された温度を実際値として取り込み、
    サブストレートの表面での種々異なる位置点間の温度差が閾値を上回る場合、熱処理前に検出された、ＰＩＤ制御アルゴリズムに対する温度の目標値プロフィールをサブストレート上で測定された温度に依存して変化する、ことを特徴とする方法。
16. 請求項１５記載の方法において、
    熱処理中に変化する目標値プロフィールを記憶し、後続の処理のために新たに検出された目標値プロフィールとして使用する、ことを特徴とする方法。
17. 請求項１から１６までのいずれか一項記載の方法において、
    構造体幅、とりわけラッカー構造体幅を、サブストレートの熱処理後にサブストレートの表面上で位置分解的に測定し、
    前記測定に基づき、サブストレートの表面の位置分解的温度プロフィールを計算し、
    スリットを通って導かれるガス量、スリット幅、ガスの温度および／または加熱素子に対する制御プロフィールを、サブストレート上の計算された温度プロフィールに依存して、サブストレートの後続の熱処理のために調整する、ことを特徴とする方法。
18. サブストレート（２）を熱処理するための装置（１）であって、
    ホットプレート（４）と、サブストレート（２）を該ホットプレート（４）と接触して、または該ホットプレートに対して狭い間隔で保持するための手段（１１）と、該サブストレートとは反対側のホットプレート（４）側にある、別個に制御可能な複数の加熱素子（９）とを有する形式の熱処理装置において、
    ホットプレート（４）をその高さで包囲するフレーム（１９）を有し、
    該フレーム（１９）はホットプレート（４）に対して間隔をおいており、
    少なくとも１つのスリット（Ａ）が該フレーム（１９）とホットプレート（４）の少なくとも１つのエッジとの間に形成されており、
    さらにガスをスリット（Ａ）を通して導くための少なくとも１つの装置（３４）を有し、
    該装置（３４）は、スリット（Ａ）を通って導かれるガスの通流量および／または温度を制御し、
    該ガスを導くための装置（３４）は、これがサブストレートと接触しないように設けられている、ことを特徴とする熱処理装置。
19. 請求項１８記載の熱処理装置（１）において、
    少なくとも１つの調整可能なエレメント（２４）が、スリット（Ａ）の幅を局所的に調整するためにフレーム（１９）に取り付けられている、ことを特徴とする熱処理装置。
20. 請求項１８または１９記載の熱処理装置（１）において、
    スリット（Ａ）の幅は、局所的に０から５ｍｍの間で調整可能である、ことを特徴とする熱処理装置。
21. 請求項１８または１９記載の熱処理装置（１）において、
    スリット（Ａ）の幅は、局所的に１から５ｍｍの間で調整可能である、ことを特徴とする熱処理装置。
22. 請求項１８から２１までのいずれか一項記載の熱処理装置（１）において、
    複数のエレメント（２４）がホットプレート（４）のエッジに沿って配置されている、ことを特徴とする熱処理装置。
23. 請求項１９から２２までのいずれか一項記載の熱処理装置（１）において、
    前記エレメント（２４）のホットプレート（４）側の輪郭は、該エレメントに対向するホットプレート（４）のエッジの輪郭に対して相補的である、ことを特徴とする熱処理装置。
24. 請求項１８から２３までのいずれか一項記載の熱処理装置（１）において、
    フレーム（１９）は底部壁（２０）と少なくとも１つの側壁（２２）を有し、
    該少なくとも１つの側壁（２２）は、ホットプレート（４）をその高さで包囲し、
    底部壁の上方には通流空間（２３）が形成され、該通流空間はスリット（Ａ）と連通しており、
    ガスをスリット（Ａ）を通して導くための装置（３４）は、フレーム（１９）の底部壁（２２）にある開口部と連通している、ことを特徴とする熱処理装置。
25. 請求項１５から２４までのいずれか一項記載の熱処理装置（１）において、
    ガイドエレメントが設けられており、該ガイドエレメントはホットプレート（４）の上側の縁部領域に接触し、スリット（Ａ）の端部に通流チャネルを形成する、ことを特徴とする熱処理装置。
26. 請求項２５記載の熱処理装置（１）において、
    ガイドエレメント（２６）は、フレーム（１９）の一部である、ことを特徴とする熱処理装置。
27. 請求項２５または２６記載の熱処理装置（１）において、
    ガイドエレメントは傾斜部分（２８）を有する、ことを特徴とする熱処理装置。
28. 請求項１８から２７までのいずれか一項記載の熱処理装置（１）において、
    スリット（Ａ）は環境空気と連通している、ことを特徴とする熱処理装置。
29. 請求項１８から２８までのいずれか一項記載の熱処理装置（１）において、
    スリット（Ａ）は閉鎖された通流循環回路の一部であり、該通流循環回路には冷却および／または加熱装置（７０）が配置されている、ことを特徴とする熱処理装置。
30. 請求項１８から２９までのいずれか一項記載の熱処理装置（１）において、
    ホットプレート（４）とは反対側のサブストレート（２）の表面に配向された、位置分解的な温度測定装置と、プロセス制御ユニットとが設けられており、
    該プロセス制御ユニットは、前記温度測定装置、およびスリット（Ａ）を通してガスを導くための装置（３４）と接続されており、
    これにより前記プロセス制御ユニットは、サブストレート表面の温度分布を、位置分解的な温度測定装置の測定データに基づいて検出し、スリット（Ａ）を通してガスを導くための装置を該温度分布に基づいて制御し、以てスリット（Ａ）を通って導かれるガスの通流量および／または温度を制御する、ことを特徴とする熱処理装置。
31. 請求項１８から３０までのいずれか一項記載の熱処理装置（１）において、
    各加熱素子（９）には温度センサが配属されており、これにより該加熱素子の温度を測定し、
    少なくとも１つのＰＩＤ制御器が設けられており、該ＰＩＤ制御器は加熱素子（９）および所属の温度センサと接続されている、ことを特徴とする熱処理装置。
32. 請求項３１記載の熱処理装置（１）において、
    各加熱素子（９）に対してＰＩＤ制御器が設けられている、ことを特徴とする熱処理装置。
33. 請求項３１または３２記載の熱処理装置（１）において、
    プロセス制御ユニットはＰＩＤ制御器と接続されており、ホットプレート（４）とは反対側のサブストレート表面上の温度分布に依存して、個々の加熱素素子（９）に対する温度目標値を検出し、これをＰＩＤ制御器に通知する、ことを特徴とする熱処理装置。
34. 請求項１８から３３までのいずれか一項記載の熱処理装置（１）において、
    スリット（Ａ）を通してガスを導くための装置（３４）は、ホットプレート内にセンタリングして配置されている、ことを特徴とする熱処理装置。
35. 請求項１８から３４までのいずれか一項記載の熱処理装置（１）において、
    スリット（Ａ）を通してガスを導くための装置（３４）は吸引装置である、ことを特徴とする熱処理装置。
36. 請求項１８から３５までのいずれか一項記載の熱処理装置（１）において、
    スリット（Ａ）を通してガスを導くための装置（３４）は制御ユニットを有し、これによりスリットを通って導かれるガス量および／またはガスの温度を調整する、ことを特徴とする熱処理装置。
37. 請求項１８から３６までのいずれか一項記載の熱処理装置（１）において、
    構造体幅、とりわけラッカー構造体幅をサブストレートの表面で位置分解的に測定するための装置が設けられている、ことを特徴とする熱処理装置。

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