JPH1022189A - 基板熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の加熱および冷却処理において基板の温
度履歴の制御が可能な基板熱処理装置を提供する。 【解決手段】 共通の処理空間３の内部にホットプレー
ト１とクーリングプレート２とを上下方向に対向して配
置する。下方に配置したホットプレート１の下方には、
基板１０を昇降移動させる基板昇降部材４を配置する。
処理対象の基板１０はホットプレート１上に近接配置さ
れて所定の熱処理が施され、その後、基板昇降部材４に
よってクーリングプレート２の所定位置に近接保持さ
れ、クーリングプレート２により所定の温度にまで降温
処理が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に対して加熱
あるいは冷却処理を行う基板熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、従来の基板熱処理装置の構成
を模式的に示した断面図である。図１０においては、半
導体ウエハなどの基板に対して所定の温度下で加熱処理
を行う基板熱処理装置３０ａと、加熱された基板を所定
の温度にまで降温させるための基板熱処理装置３０ｂと
を例示している。この加熱用の基板熱処理装置３０ａと
冷却用の基板熱処理装置３０ｂとはそれぞれ独立して構
成されており、加熱用の基板熱処理装置３０ａの熱処理
空間３４ａ内には、ヒータなどの加熱装置が埋め込まれ
たホットプレート３１が設けられており、また冷却用の
基板熱処理装置３０ｂの熱処理空間３４ｂ内には、冷却
管などの冷却装置が埋め込まれたクーリングプレート３
２が配置されている。

【０００３】例えば、レジストのベーク処理において
は、レジスト膜が形成された基板３３を基板処理装置３
０ａのホットプレート３１によって所定の温度まで昇温
して熱処理を行い、その後、基板３３を冷却用の基板熱
処理装置３０ｂに搬送し、クーリングプレート３２によ
って基板３３の温度を所定の温度にまで降温する処理が
行われる。これにより、基板３３上のレジストに対し、
処理温度および加熱処理時間に対応した所望の熱反応を
生じさせることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の基板
熱処理装置３０ａ，３０ｂを用いた処理工程では、加熱
用の基板熱処理装置３０ａから冷却用の基板熱処理装置
３０ｂへ基板３３を搬送する過程での基板３３の降温特
性、すなわち降温履歴を制御できないことが問題とな
る。

【０００５】すなわち、上述のように、基板３３上のレ
ジストは、ホットプレート３１によって所定の時間加熱
された後、速やかにクーリングプレート３２によって冷
却することにより所定温度および所定時間の熱反応を生
じさせることが望まれる。

【０００６】しかしながら、基板３３は、ホットプレー
ト３１により一定時間加熱処理された後、加熱用の基板
熱処理装置３０ａから取り出され、搬送ロボットにより
冷却用の基板熱処理装置３０ｂに搬送される。この搬送
過程では、基板３３は搬送ロボットのアームに支持され
た状態で基板熱処理装置３０ａ，３０ｂが設置されたク
リーンルーム内の雰囲気下を移動する。基板の搬送路に
はクリーンルーム内のダウンフローがそのまま導入され
ている場合が多い。このために、基板３３周辺の気流が
絶えず変動し、その影響を受けて基板３３の温度が変動
する。また、基板３３の搬送経路に沿って配置された種
々の装置から発熱があるような場合には、搬送経路の周
囲温度が変動し、基板３３の温度がこれによっても変動
する。

【０００７】このように、基板３３の搬送時には、周囲
の環境の影響を受けて基板の温度が不規則に変動するた
め、基板３３の降温時の温度履歴を十分に制御すること
ができない。

【０００８】本発明の目的は、基板の加熱、冷却処理に
おいて基板の温度履歴の制御が可能な基板熱処理装置を
提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明に係る基板熱処理装置は、熱処理室の内部に基板を
保持し、基板に対して所定の熱処理を行う基板熱処理装
置において、基板を所定の温度に設定する第１の基板温
度設定手段と、基板を所定の温度と異なる温度に設定す
る第２の基板温度設定手段とを共通の熱処理室の内部に
設けたものである。

【００１０】第２の発明に係る基板熱処理装置は、第１
の発明に係る基板熱処理装置の構成において、第１の基
板温度設定手段の上方に第２の基板温度設定手段を対向
して配置したものである。

【００１１】第３の発明に係る基板熱処理装置は、第２
の発明に係る基板熱処理装置の構成において、基板の下
面を支持して昇降し、基板を第１の基板温度設定手段の
表面に近接した位置と第２の基板温度設定手段の表面に
近接した位置との間を移動させる基板昇降手段をさらに
設けたものである。

【００１２】第４の発明に係る基板熱処理装置は、第２
または第３の発明に係る基板熱処理装置の構成におい
て、第１の温度設定手段と第２の温度設定手段との間の
位置と、第１の温度設定手段と第２の温度設定手段との
間から退避した位置との間を移動自在に熱遮蔽部材を設
けたものである。

【００１３】第５の発明に係る基板熱処理装置は、第３
または第４の発明に係る基板熱処理装置の構成におい
て、基板昇降手段によって上昇された基板が第２の温度
設定手段に近接した状態で基板を保持する保持部材をさ
らに設けたものである。

【００１４】第６の発明に係る基板熱処理装置は、第１
の発明に係る基板熱処理装置の構成において、第１の基
板温度設定手段と第２の基板温度設定手段とを水平方向
に並列に配置したものである。

【００１５】第７の発明に係る基板熱処理装置は、第６
の発明に係る基板熱処理装置の構成において、第１の基
板温度設定手段と第２の基板温度設定手段との間で基板
の受渡しを行う基板搬送手段をさらに設けたものであ
る。

【００１６】第１〜第７の発明に係る基板熱処理装置に
おいては、共通の熱処理室の内部で第１の基板温度設定
手段による基板の熱処理と第２の基板温度設定手段によ
る熱処理とを行うことができるため、雰囲気状態が一定
した熱処理室の内部で第１の基板温度設定手段と第２の
基板温度設定手段との間を基板が搬送されることによ
り、基板の温度変化が一定の状態となるように制御する
ことができる。

【００１７】特に、第２の発明に係る基板熱処理装置に
おいては、第１の基板温度設定手段と第２の基板温度設
定手段とを上下方向に対向配置したことにより、基板の
上下移動により速やかに基板の受渡しを行うことができ
る。これにより、基板の搬送時間を短縮し、基板温度が
周囲の雰囲気の影響を受ける時間が短縮化されることに
よって基板の温度制御を正確に行うことができる。

【００１８】特に、第３の発明に係る基板熱処理装置に
おいては、基板昇降手段を用いて基板を上下移動させる
ことにより、第１および第２の基板温度設定手段間の基
板の搬送時間を短縮することができる。

【００１９】特に、第４の発明に係る基板熱処理装置に
おいては、第１の温度設定手段と第２の温度設定手段と
の間に熱遮蔽部材を設けることにより、互いの熱影響を
相手側に及ぼすことが防止され、これによって基板の温
度制御をより正確に行うことができる。

【００２０】特に、第５の発明に係る基板熱処理装置に
おいては、第２の温度設定手段に近接配置された基板を
保持部材が保持する構成が付加されることにより、２枚
の基板に対してそれぞれ第１の温度設定手段による熱処
理と第２の温度設定手段による熱処理とを同時に行うこ
とが可能となり、基板の処理効率が向上する。

【００２１】特に、第６の発明に係る基板熱処理装置に
おいては、共通の熱処理室の内部に第１の基板温度設定
手段と第２の基板温度設定手段とを並列に配置してい
る。このような構成によっても、第１および第２の基板
温度設定手段の間で基板を速やかに受け渡すことによ
り、外部の雰囲気の影響を受けることなく基板の温度変
化を所望の状態に制御することができる。

【００２２】特に、第７の発明に係る基板熱処理装置に
おいては、基板搬送手段を設け、第１の温度設定手段と
第２の温度設定手段との間の基板の受渡しを効率的に行
うことにより、基板の温度変化の制御をさらに正確に行
うことができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施例に
よる基板熱処理装置の模式的断面図である。図１の
（ａ）は、ホットプレート１による加熱処理状態を示
し、（ｂ）はクーリングプレート２による冷却（降温）
処理状態を示している。

【００２４】図１において、基板熱処理装置は１つの処
理空間３の内部に、ホットプレート１とクーリングプレ
ート２とを上下方向に対向して配置している。なお、図
１（ａ）中には処理空間３の内壁を点線で模式的に示し
ている。ホットプレート１は、処理空間３の下方に配置
されており、その内部にヒータあるいはペルチェ素子な
どの加熱装置が埋め込まれている。

【００２５】また、ホットプレート１の下方には、ホッ
トプレート１の貫通孔６を通り、基板１０の裏面を支持
する複数の昇降ピン４ａを有する基板昇降部材４が配置
されている。基板昇降部材４はエアシリンダあるいはモ
ータなどからなる昇降駆動部５により上下方向に移動
し、基板１０をホットプレート１の表面に近接した位置
からクーリングプレート２の表面に近接した位置まで移
動させる。

【００２６】クーリングプレート２はホットプレート１
の上方に所定の空間を隔てて配置されている。クーリン
グプレート２の内部には冷却管あるいはペルチェ素子な
どの冷却装置が埋め込まれている。

【００２７】上記のような構造を有する基板熱処理装置
は、共通の処理空間３の内部において基板１０の加熱処
理と冷却処理とを連続して行うことができる。すなわ
ち、図１（ａ）に示すように、基板１０の加熱処理時に
は、基板１０はホットプレート１の上面に形成された球
状スペーサを介してホットプレート１の上面に近接して
保持され、ホットプレート１の内部に設けられた加熱装
置により所定の温度に加熱される。

【００２８】次に、図１（ｂ）に示すように、一定時間
の加熱処理が終了すると、昇降駆動部５が基板昇降部材
４を上昇移動し、基板１０が昇降ピン４ａに支持された
状態でクーリングプレート２の下面に近接して保持され
る。これにより、基板１０はクーリングプレート２の内
部に設けられた冷却装置により冷却されて所定の温度ま
で降温される。

【００２９】その後、降温された基板１０は、基板熱処
理装置の外部に設けられた基板搬送装置により基板熱処
理装置の外部に排出される。このように、第１の実施例
による基板熱処理装置においては、共通の処理空間３内
において加熱および冷却処理が連続して行われるため、
基板熱処理装置の外部の影響を受けることがない。これ
によって基板１０の温度履歴を所望の状態に制御するこ
とができる。

【００３０】図２および図３は、本発明の第２の実施例
による基板熱処理装置の模式的断面図であり、図２は基
板の加熱処理状態を示し、図３は基板の降温処理状態を
示している。

【００３１】第２の実施例による基板熱処理装置は、第
１の実施例による基板熱処理装置の構成に対し、ホット
プレート１とクーリングプレート２との間に断熱プレー
ト（熱遮蔽部材）７を出し入れ可能に設けたものであ
る。

【００３２】図４は断熱プレート７の平面構造図であ
る。断熱プレート７は少なくともホットプレート１の加
熱面あるいはクーリングプレート２の冷却面を覆う平面
領域を有する平板形状に形成されている。そして、この
断熱プレート７は水平移動機構（図示省略）によりホッ
トプレート１とクーリングプレート２との間に介在する
位置と、ホットプレート１およびクーリングプレート２
の間から退避した位置との間を移動する。

【００３３】まず、図２に示す加熱処理時には、断熱プ
レート７が基板１０の上方に移動する。この場合、処理
空間３内では、ホットプレート１表面からの発熱により
加熱された気体がクーリングプレート２側に向かって対
流を生じる。しかし、断熱プレート７がこの熱対流を阻
止するため、断熱プレート７の上方の処理空間３内の温
度上昇が抑制される。このように、断熱プレート７を配
置させることにより、ホットプレート１の発熱による影
響がクーリングプレート２側に及ぶのを防止することが
できる。このため、クーリングプレート２はホットプレ
ート１からの影響を受けることなく所定の温度を維持す
ることができる。

【００３４】次に、図３に示す降温処理工程では、まず
断熱プレート７が退避し、基板昇降部材４の上昇によっ
て基板１０がクーリングプレート２の表面に近接して保
持される。その後、再び断熱プレート７が基板１０とホ
ットプレート１との間に挿入される。断熱プレートは、
切欠き部８（図４参照）により昇降ピン４ａと干渉する
ことなく所定の位置に挿入される。

【００３５】そして、この断熱プレート７の存在によ
り、ホットプレート１側からの熱の影響が基板１０に及
ぶことが阻止される。また、断熱プレート７の上方の処
理空間３内では、基板１０がクーリングプレート２から
の冷却作用により所定の温度にまで降温される。

【００３６】上記のように、断熱プレート７を設ける
と、ホットプレート１およびクーリングプレート２は互
いに相手側の熱影響を受けることなく加熱あるいは冷却
処理を行うことができる。このため、ホットプレート１
とクーリングプレート２との間隔をより狭めることが可
能となり、これにより基板熱処理装置の高さ方向の大き
さを減少させることができる。

【００３７】図５〜図７は、本発明の第３の実施例によ
る基板熱処理装置の模式的断面図であり、（ａ）〜
（ｆ）は、基板の加熱および冷却工程の各動作状態を示
している。この第３の実施例による基板熱処理装置は、
第２の実施例による基板熱処理装置の構成に対し、加熱
処理後の基板をクーリングプレート２の近接位置に保持
して冷却処理を行うための受渡しピン９を設けたもので
ある。

【００３８】例えば図５に示すように、受渡しピン９
は、処理空間３内のクーリングプレート２の外周に近接
する位置を支点として揺動可能に取り付けられたフック
状の部材からなり、基板１０ａの下面を支持するために
複数個設けられている。受渡しピン９は図示しない駆動
機構により、基板１０ａの上下移動を許容する位置と、
基板１０ａの下面を支持し、クーリングプレート２の表
面に近接保持する位置との間を移動する。

【００３９】この第３の実施例による基板熱処理装置
は、同時に２枚の基板１０ａ，１０ｂに対してそれぞれ
加熱処理および冷却処理を行うことができる。以下、そ
の処理状態を図５〜図７を参照して説明する。

【００４０】まず、図５（ａ）に示すように、１枚目の
基板１０ａをホットプレート１上に球状スペーサを介し
て近接配置し、所定温度での加熱処理を行う。次に、図
５（ｂ）に示すように、基板昇降部材４を上昇し、加熱
処理後の基板１０ａをクーリングプレート２の近接位置
まで上昇して保持する。

【００４１】さらに、図６（ｃ）に示すように、受渡し
ピン９を移動し、基板１０ａの下面を支持する。そし
て、基板支持部材４を下降し、次の加熱処理を行う基板
１０ｂをホットプレート１上の所定位置に近接配置す
る。

【００４２】さらに図６（ｄ）に示すように、断熱プレ
ート７を２枚の基板１０ａ，１０ｂの間に移動させ、そ
れぞれ加熱および冷却処理を行わせる。さらに、図７
（ｅ）に示すように、冷却処理が終了した基板１０ａ
を、外部に配置された基板搬送装置に受渡し、受渡しピ
ン９を待機位置に移動させる。

【００４３】さらに、図７（ｆ）に示すように、基板昇
降部材４を上昇させ、加熱処理が終了した基板１０ｂを
クーリングプレート２の近接位置に保持する。この後、
図６（ｃ）に示すように、受渡しピン９により基板１０
ｂを保持し、図６（ｃ）以降の処理を繰り返す。

【００４４】この第３の実施例による基板熱処理装置に
おいては、共通の処理空間３内において同時に２枚の基
板１０ａ，１０ｂに対してそれぞれ加熱および冷却処理
を施すことができるため、基板の熱処理作業の効率化を
図ることができる。

【００４５】図８は、本発明の第４の実施例による基板
熱処理装置の模式的断面図であり、図９は、第４の実施
例による基板熱処理装置の模式的平面図である。第４の
実施例による基板熱処理装置２０は、共通の処理空間３
の内部にホットプレート２１とクーリングプレート２２
とを配置し、さらにこのホットプレート２１とクーリン
グプレート２２との間に基板１０の受渡しロボット２３
を配置したものである。

【００４６】この基板熱処理装置２０では、ホットプレ
ート２１上で加熱処理された基板１０は、受渡しロボッ
ト２３により処理空間３内を水平方向に移動し、クーリ
ングプレート２２上の所定位置に保持され、クーリング
プレート２２により所定の温度まで降温処理がなされ
る。

【００４７】この場合においても、基板１０は処理空間
３の外部に搬出されることなく加熱処理と冷却処理とが
連続して行われる。このために、基板１０の温度履歴を
所望の状態に制御することができる。

【００４８】また、上記第１〜第４の実施例による基板
熱処理装置においては、基板熱処理装置が配置される一
連の基板処理ライン中を基板がタクト搬送された場合で
あっても、基板の熱処理時間を所定の時間に設定するこ
とができる。すなわち、基板の処理ラインにおいては、
各処理装置間で基板を搬送する時間（タクトタイム）
が、複数の処理ユニットの中で一番処理時間が長いユニ
ットの処理時間に律速される。このため、例えば従来の
加熱用の基板熱処理装置では、タクトタイムに相当する
時間だけ基板がホットプレート上に保持されて熱処理が
行われる。ところが基板に対する所望の熱処理時間がタ
クトタイムより短い場合には、基板に対して必要以上に
熱処理が施されることになる。

【００４９】このために、従来では基板熱処理装置に基
板を投入するタイミングを調整（投入待機）したり、あ
るいはホットプレートの上方位置に基板を待機させて処
理時間を調整（ピンアップ待機）している。しかし、前
者の方法では、基板が基板熱処理装置の外部に待機され
ることにより、外部雰囲気の影響を受けて不規則な温度
変動が生じる。また後者の方法では、ホットプレートの
上方位置であっても加熱処理が行われていることに変わ
りがない。

【００５０】これに対し、上記実施例による基板熱処理
装置では、所定の時間加熱処理が行われると、即座に基
板をクーリングプレート側に移動させて降温処理が行わ
れる。このため、タクトタイムに関わらず熱処理時間を
精度よく制御することができる。

【００５１】また、上記第１〜第４の実施例では、ホッ
トプレートを下方に、クーリングプレートを上方に配置
した構成について説明したが、上下を逆に構成しても同
じ効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による基板熱処理装置の
模式的断面図であり、（ａ）は加熱処理時の断面構造
図、（ｂ）は冷却処理時の断面構造図である。

【図２】本発明の第２の実施例による基板熱処理装置の
加熱処理時の模式的断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例による基板熱処理装置の
冷却処理時の模式的断面図である。

【図４】図２および図３に示す断熱プレートの平面構造
図である。

【図５】本発明の第３の実施例による基板熱処理装置の
模式的断面図であり、（ａ）および（ｂ）はそれぞれ各
処理状態を示す断面図である。

【図６】本発明の第３の実施例による基板熱処理装置の
模式的断面図であり、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれ各
処理状態を示す断面図である。

【図７】本発明の第３の実施例による基板熱処理装置の
模式的断面図であり、（ｅ）および（ｆ）はそれぞれ各
処理工程の断面図である。

【図８】本発明の第４の実施例による基板熱処理装置の
模式的断面図である。

【図９】図８に示す第４の実施例による基板熱処理装置
の模式的平面図である。

【図１０】従来の基板熱処理装置の模式的断面図であ
る。

【符号の説明】

１ ホットプレート ２ クーリングプレート ３ 処理空間 ４ 基板昇降部材 ４ａ 昇降ピン ５ 昇降駆動部 ７ 断熱プレート ９ 受渡しピン １０，１０ａ，１０ｂ 基板 ２０ 基板熱処理装置 ２３ 受渡しロボット

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱処理室の内部に基板を保持し、前記基
   板に対して所定の熱処理を行う基板熱処理装置におい
   て、 前記基板を所定の温度に設定する第１の基板温度設定手
   段と、前記基板を前記所定の温度と異なる温度に設定す
   る第２の基板温度設定手段とを共通の前記熱処理室の内
   部に設けたことを特徴とする基板熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記第１の基板温度設定手段の上方に前
   記第２の基板温度設定手段を対向して配置したことを特
   徴とする請求項１記載の基板熱処理装置。
3. 【請求項３】 前記基板の下面を支持して昇降し、前記
   基板を前記第１の基板温度設定手段の表面に近接した位
   置と前記第２の基板温度設定手段の表面に近接した位置
   との間を移動させる基板昇降手段をさらに設けたことを
   特徴とする請求項２記載の基板熱処理装置。
4. 【請求項４】 前記第１の温度設定手段と前記第２の温
   度設定手段との間の位置と、前記第１の温度設定手段と
   前記第２の温度設定手段との間から退避した位置との間
   を移動自在に熱遮蔽部材を設けたことを特徴とする請求
   項２または３記載の基板熱処理装置。
5. 【請求項５】 前記基板昇降手段によって上昇された前
   記基板が前記第２の温度設定手段に近接した状態で前記
   基板を保持する保持部材をさらに設けたことを特徴とす
   る請求項３または４記載の基板熱処理装置。
6. 【請求項６】 前記第１の基板温度設定手段と前記第２
   の基板温度設定手段とを水平方向に並列に配置したこと
   を特徴とする請求項１記載の基板熱処理装置。
7. 【請求項７】 前記第１の基板温度設定手段と前記第２
   の基板温度設定手段との間で前記基板の受渡しを行う基
   板搬送手段をさらに設けたことを特徴とする請求項６記
   載の基板熱処理装置。