JPH1197431A - 基板熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の温度変化を制御することが可能な基板
熱処理装置を提供する。 【解決手段】 基板Ｗを支持する３本の昇降ピン３は昇
降プレート６に固定され、シリンダ７の伸縮動作により
加熱プレート１の貫通孔４を通り昇降移動する。シャッ
タ９はシリンダ１３の伸縮動作により、昇降移動して基
板給排口１４を開閉する。加熱プレート１は内蔵された
ヒータにより設定温度に保持され、基板Ｗを加熱する。
シャッタ９が基板給排口１４を閉塞すると加熱処理が開
始される。加熱初期において、昇降ピン３は基板Ｗを加
熱プレート１の上方に保持して、基板Ｗを緩やかに昇温
し、その後下降して基板Ｗを球状スペーサ５上に載置
し、基板Ｗを設定温度に昇温する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板を所定の温度
で処理する基板熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基
板、液晶表示装置用ガラス基板、光ディスク用基板等の
基板の処理工程では、基板熱処理装置として、例えばＳ
ＯＧ（Spin on Glass)膜や強誘電体膜が形成された基板
を所定の温度に加熱する基板加熱装置（ホットプレー
ト）が用いられている。

【０００３】図８は従来の基板加熱装置の断面図であ
る。基板加熱装置は、筐体２０の内部に基板Ｗを加熱す
る加熱プレート１を備える。加熱プレート１には熱源と
なるヒータが埋設されている。加熱プレート１の上面に
は基板Ｗの下面を支持する３つの球状スペーサ５が三角
形状に配置されている。さらに、加熱プレート１には３
つの貫通孔４が形成され、これらの貫通孔４に基板Ｗを
昇降移動させる３本の昇降ピン３が挿入されている。

【０００４】加熱プレート１の上方には、加熱プレート
１の上面を覆う上部カバー２が配置されている。さら
に、加熱プレート１の下部には、３本の昇降ピン３に連
結される昇降プレート６が配置されている。昇降プレー
ト６の一端にはシリンダ２１が筐体２０の外部において
連結されている。そして、シリンダ２１のロッドの伸縮
により昇降プレート６および昇降ピン３が昇降移動す
る。

【０００５】筐体２０の前面には基板給排口１４が形成
されている。基板給排口１４の内側にはシャッタ９が配
置されている。シャッタ９の下端は連動部材２２により
昇降プレート６に連結されている。これにより、シリン
ダ２１のロッドが伸長すると、昇降プレート６が上昇し
て昇降ピン３の先端が加熱プレート１の上方の待機位置
に移動するとともに、シャッタ９が下降して基板給排口
１４を開放する。そして、昇降ピン３と外部との間で基
板Ｗの受け渡しが可能となる。

【０００６】また、シリンダ２１のロッドが収納する
と、昇降プレート６が下降して昇降ピン３に支持された
基板Ｗを球状スペーサ５上に載置するとともに、シャッ
タ９が上昇して基板給排口１４を閉鎖する。これによ
り、上部カバー２内の処理空間が閉塞され、加熱プレー
ト１上に近接支持された基板Ｗの加熱処理が行なわれ
る。

【０００７】上記の基板加熱装置はユニット化され、ユ
ニット化された回転式塗布装置等とともに、基板処理装
置に組み込まれて使用される。基板加熱装置は、例えば
基板上にＳＯＧや強誘電体の薄膜を形成する処理に用い
られる。

【０００８】図９は、基板処理装置におけるＳＯＧ膜等
の塗布膜の形成工程のフロー図である。図９に示すよう
に、まず基板Ｗは基板処理装置の搬入搬出部ＩＤに供給
された後、回転式塗布装置（スピンコータ）ＳＣに搬送
される。そして、回転式塗布装置ＳＣにより、基板Ｗ上
にＳＯＧ等の塗布液が回転塗布される。

【０００９】ＳＯＧ膜等の塗布膜が形成された基板Ｗ
は、引き続き基板加熱装置に搬送され、焼成される。Ｓ
ＯＧや強誘電体材料は、膜質の均質化のためには緩やか
に昇温して焼成する必要がある。このため、従来では、
複数の基板加熱装置、図９の場合には３台の基板加熱装
置ＨＰ１〜ＨＰ３を用いて基板Ｗを段階的に加熱する、
いわゆる多段ベーク処理が行なわれる。

【００１０】基板Ｗを３台の基板加熱装置ＨＰ１〜ＨＰ
３を用いて３００℃付近にまで加熱する場合、１段目の
基板加熱装置ＨＰ１の加熱温度を１００℃に設定し、２
段目の基板加熱装置ＨＰ２の加熱温度を２００℃に設定
し、さらに３段目の基板加熱装置ＨＰ３の加熱温度を３
００℃に設定する。そして、１段目の加熱装置ＨＰ１か
ら順に基板Ｗを供給して基板Ｗを３００℃にまで段階的
に加熱する。

【００１１】３段目の基板加熱装置ＨＰ３から取り出さ
れた基板Ｗは、基板冷却装置（クーリングプレート）Ｃ
Ｐに搬入され、室温程度にまで降温される。その後、縦
型炉ＶＦに搬入され、再び加熱され、焼成される。縦型
炉ＶＦは基板Ｗを４００℃付近にまで緩やかに昇温して
焼成する。

【００１２】縦型炉ＶＦによりＳＯＧ膜等の塗布膜が焼
成された基板Ｗは、再び搬入搬出部ＩＤに戻される。

【００１３】このように、従来では、ＳＯＧ膜あるいは
強誘電体膜は、加熱設定温度が異なる複数の基板加熱装
置ＨＰ１〜ＨＰ３を用いて段階的に加熱された後、縦型
炉ＶＦにより緩やかに昇温されて焼き固められる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図１０は、多段ベーク
処理時の基板の温度変化を示す図である。図１０に示す
ように、各段の基板加熱装置ＨＰ１〜ＨＰ３に基板Ｗが
投入されると、基板Ｗの温度は短時間で設定温度付近に
まで上昇している。この状態を図８を参照して説明す
る。

【００１５】加熱プレート１はヒータにより所定の設定
温度に予め保持されている。基板Ｗが基板給排口１４を
通り、加熱プレート１の上方の待機位置にある昇降ピン
３の上に渡されると、シリンダ２１のロッドが収縮し、
昇降プレート６が下降する。これにより、シャッタ９が
上昇して基板給排口１４を閉鎖するとともに、昇降ピン
３が下降し、基板Ｗが球状スペーサ５上に支持される。
そして、加熱プレート１上に近接支持された基板Ｗは設
定温度に保持された加熱プレート１から加熱され、短時
間で加熱プレート１の設定温度付近にまで昇温され、そ
の後、設定温度付近に保持される。

【００１６】このような昇温動作が各段の基板加熱装置
ＨＰ１〜ＨＰ３で行なわれるため、図１０に示すよう
に、基板Ｗの温度は段階的に変動する。

【００１７】基板Ｗ上のＳＯＧ膜や強誘電体膜では、緩
やかに昇温される方が膜内で対流などの現象が理想的に
進み、これによって膜質が均質化する性質を有する。

【００１８】しかしながら、従来の多段ベーク処理で
は、各段の基板加熱装置に基板を搬入すると、加熱初期
に急激な温度上昇が生じるため、上記のように基板Ｗの
温度上昇が階段状になる。このため、ＳＯＧ膜や強誘電
体膜の膜質が不均一となったり、急激な温度上昇により
膜中にひびが入る等の欠陥が生じるおそれがあった。

【００１９】本発明の目的は、基板の温度変化を制御す
ることが可能な基板熱処理装置を提供することである。

【００２０】

【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、基板を所定の温度で処理
する基板熱処理装置であって、基板を上面上に支持する
基板支持台と、基板支持台に設けられた熱源と、基板支
持台の上面に対して基板を昇降移動させるための昇降部
材と、昇降部材を上下方向に駆動する昇降部材駆動手段
と、基板の熱処理条件に合わせて昇降部材駆動手段の動
作を制御する制御手段とを備えたものである。

【００２１】第１の発明に係る基板熱処理装置において
は、基板支持台に設けられた熱源により基板支持台が所
定の温度に設定される。昇降部材は、所定温度に設定さ
れた基板支持台の上方で基板を昇降移動させる。昇降部
材の移動は昇降部材駆動手段により行なわれ、昇降部材
駆動手段の動作は制御手段により制御される。基板は基
板支持台の上面に接近する程、短時間で昇温され、基板
支持台の上面から離れるに従って緩やかに昇温される。
そこで制御手段は、基板の熱処理条件に合わせて昇降部
材駆動手段を駆動し、基板が基板支持台の上面に対して
所定の位置となるように昇降部材を移動させる。これに
より、所定温度に設定された基板支持台から所望の位置
に基板を保持することによって基板の温度変化を調整
し、基板を所望の温度状態で処理することができる。

【００２２】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、基板を搬
入および搬出するための開口部を有する筐体と、筐体の
開口部に開閉自在に設けられた開閉部材と、昇降部材駆
動手段と別個に設けられ、開閉部材を開閉する開閉部材
駆動手段とをさらに備え、制御手段が、昇降部材駆動手
段と独立に開閉部材駆動手段の動作を制御するものであ
る。

【００２３】この場合には、昇降部材駆動手段の動作と
開閉部材駆動手段の動作とが独立に制御される。このた
め、開閉部材駆動手段が開閉部材により筐体の開口部を
閉塞して基板の熱処理が開始された場合でも、昇降部材
駆動手段により基板を基板支持台の上方の所定の位置に
保持して熱処理を行なわせることができる。これによ
り、基板の温度変化を所望の状態に制御することができ
る。

【００２４】第３の発明に係る基板熱処理装置は、第１
または第２の発明に係る基板熱処理装置の構成におい
て、制御手段が、基板の熱処理中に、昇降部材駆動手段
により昇降部材に支持された基板を昇降移動させるもの
である。

【００２５】この場合、基板の熱処理中に、昇降部材を
昇降移動させて基板の位置を変化させることができる。
これにより、所定温度に設定された基板支持台の上面か
ら基板までの距離を変化させることにより、基板の温度
変化を任意に設定することができる。

【００２６】第４の発明に係る基板熱処理装置は、第３
の発明に係る基板熱処理装置の構成において、制御手段
が、昇降部材駆動手段により基板を段階的に昇降移動さ
せるものである。

【００２７】この場合、制御手段により制御される昇降
部材駆動手段が昇降部材を段階的に昇降移動させること
により、基板支持台の上面から基板までの距離を段階的
に調整し、それによって、基板の温度変化を任意に設定
することができる。

【００２８】第５の発明に係る基板熱処理装置は、第３
の発明に係る基板熱処理装置の構成において、制御手段
が、昇降部材駆動手段により基板を連続的に昇降移動さ
せるものである。

【００２９】この場合、制御手段により制御される昇降
部材駆動手段が昇降部材を連続的に昇降移動させること
により基板支持台の上面から基板までの距離を連続的に
調整し、それによって基板の温度変化を任意に設定する
ことができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施例に
よる基板加熱装置の断面図である。基板加熱装置は、筐
体２０の内部に基板Ｗを加熱する加熱プレート１を備え
る。加熱プレート１の内部には熱源となるヒータ（図示
せず）が埋設されている。また、加熱プレート１の上面
には基板Ｗの下面を支持する３つの球状スペーサ５が三
角形状に配置されている。さらに、加熱プレート１には
３つの貫通孔４が形成され、これらの貫通孔４の内部に
基板Ｗの下面を支持して昇降移動する３本の昇降ピン３
が挿入されている。

【００３１】加熱プレート１の上方には、加熱プレート
１の上面を覆う上部カバー２が配置されている。さら
に、加熱プレート１の下部には、３本の昇降ピン３に連
結される昇降プレート６が配置されている。昇降プレー
ト６の一端には、シリンダ７が筐体２０の外部において
連結されている。昇降プレート６および昇降ピン３はシ
リンダ７のロッドの伸縮動作に応じて昇降移動する。

【００３２】筐体２０の前面には基板給排口１４が形成
されている。基板給排口１４の内側にはシャッタ９が配
置されている。シャッタ９の下端はシャッタ昇降機構部
に接続されている。シャッタ昇降機構部はスライド板１
０、ガイド板１１、連結棒１２およびシリンダ１３から
構成される。スライド板１０の一端は、シャッタ９の下
端に接続されるとともに、ガイドプレート１１に形成さ
れた垂直溝に移動自在に挿入されている。スライド板１
０の他端は、ガイド板１１に形成された水平溝に移動自
在に挿入されるとともに、連結棒１２の一端に接続され
ている。さらに、連結棒１２の他端は筐体２０の外部に
おいてシリンダ１３に接続されている。

【００３３】シリンダ１３のロッドが伸長すると、連結
棒１２がスライド板１０の他端を水平方向に押し出し、
これによりスライド板１０の一端がガイド板１１の垂直
溝に沿って上昇する。そして、シャッタ９を押し上げる
ことにより、シャッタ９が基板給排口１４を閉鎖する。

【００３４】また、シリンダ１３のロッドが収縮する
と、連結棒１２がスライド板１０の他端を水平方向に引
き戻し、これによりスライド板１０の一端がガイド板１
１の垂直溝に沿って下降する。これにより、シャッタ９
が下降し、基板給排口１４が開放される。

【００３５】制御部１５は、昇降プレート６の昇降動作
を行なわせるシリンダ７、シャッタ９の開閉動作を行な
わせるシリンダ１３および加熱プレート１のヒータの動
作を制御する。制御動作については後述する。

【００３６】本実施例において、加熱プレート１が本発
明の基板支持台に相当し、加熱プレート１のヒータが熱
源に相当し、昇降ピン３が昇降部材に相当し、昇降プレ
ート６およびシリンダ７が昇降部材駆動手段に相当し、
制御部１５が制御手段に相当する。さらに、シャッタ９
が本発明の開閉部材に相当し、シャッタ昇降機構部が開
閉部材駆動手段に相当する。

【００３７】次に、基板加熱装置の動作について説明す
る。以下では、ＳＯＧ膜や強誘電体膜を基板Ｗ上に形成
する処理を例に説明する。

【００３８】図２は、基板処理装置におけるＳＯＧ膜等
の塗布膜の形成工程のフロー図である。この形成工程
は、図１のユニット化された基板加熱装置を備えた基板
処理装置を用いて行なわれる。図２において、基板Ｗは
基板処理装置の搬入搬出部ＩＤに供給された後、回転式
塗布装置（スピンコータ）ＳＣに搬送される。そして、
基板Ｗ上にＳＯＧ等の塗布液が回転塗布される。ＳＯＧ
膜等の塗布膜が形成された基板Ｗは基板加熱装置に搬送
され、加熱処理が行なわれる。

【００３９】図３〜図５は加熱処理時の基板加熱装置の
動作を示す模式的断面図である。また、図６は加熱処理
時の基板の温度変化を示す図である。図３に示すよう
に、基板Ｗの搬入時には、シャッタ９が下降され、基板
給排口１４が開放される。また、昇降プレート６は上昇
され、昇降ピン３が加熱プレート１の上方の待機位置に
停止している。この状態で、基板Ｗが基板処理装置に設
けられた基板搬送ロボットのアーム（図示せず）上から
支持ピン３上に渡される。加熱プレート１はヒータによ
り予め設定温度、本例では３５０℃に昇温保持されてい
る。

【００４０】次に、図４に示すように、シャッタ９が上
昇され、基板給排口１４が閉鎖され、加熱処理が開始す
る。基板Ｗは待機位置にある３本の昇降ピン３により加
熱プレート１の上方に保持されている。したがって、球
状スペーサ５上に載置された場合に比べ、加熱プレート
１の上面から離れて保持される。このため、図６に示す
ように、基板Ｗの温度は緩やかにかつ連続的に上昇し、
数分後に３００℃付近で昇温状態が飽和する。

【００４１】さらに、図５に示すように、基板Ｗの温度
変化が飽和すると、昇降プレート６を下降させ、基板Ｗ
を球状スペーサ５上に載置する。図６に示すように、球
状スペーサ５により加熱プレート１の上面に近接支持さ
れた基板Ｗは、さらに温度が上昇し、加熱プレート１の
設定温度、すなわち３５０℃にまで上昇し、その後所定
時間保持される。

【００４２】上記のような加熱処理が終了すると、昇降
プレート６を上昇させ、昇降ピン３により基板Ｗの下面
を支持して上方に移動させる。そして、シャッタ９を下
降させ、基板加熱装置の内部に基板搬送ロボットのアー
ムを進入させて加熱処理済の基板Ｗを昇降ピン３からア
ームに渡す。基板搬送ロボットは受け渡された基板Ｗを
基板冷却装置（クーリングプレート）ＣＰに搬送し、基
板Ｗを室温程度まで冷却する。さらに、基板Ｗは基板冷
却装置ＣＰから取り出され、搬入搬出部ＩＤに戻され
る。

【００４３】このように、上記実施例の基板加熱装置で
は、シャッタ９の昇降機構部と昇降ピン３の昇降機構部
とが独立に設けられ、その動作は制御部１５により独立
に制御されている。このため、シャッタ９により基板給
排口１４を閉塞し、加熱処理が開始された後も、昇降ピ
ン３の昇降動作を任意に行なわせることができる。例え
ば、上述したように、基板Ｗの加熱初期において基板Ｗ
を加熱プレート１の上方の離れた位置に保持することに
より、基板Ｗの温度を緩やかにかつ連続的に上昇させる
ことができる。これにより、ＳＯＧ膜や強誘電体膜等の
塗布膜の内部での対流等の現象を理想的に行なわせるこ
とができる。さらに、基板Ｗを一定温度まで昇降した
後、昇降ピン３を下降させ、基板Ｗを球状スペーサ５上
に載置することにより、基板Ｗを設定温度にまで昇温し
て保持することができる。これにより、均質な膜質を有
するＳＯＧ膜または強誘電体膜を基板Ｗの表面に焼成す
ることができる。

【００４４】また用途によっては、図９に示した従来の
多段ベーク処理で必要とされた縦型炉ＶＦを用いた焼成
処理を省略することができ、基板加熱処理のスループッ
トを向上させることができる。

【００４５】図７は、本発明の第２の実施例による基板
加熱装置の断面図である。第２の実施例による基板加熱
装置では、昇降ピン３を任意の位置で停止する機構を有
する。すなわち、図７において、昇降プレート６の端部
は、垂直方向に配置された送りねじ８に係合している。
送りねじ８の下端にはパルスモータ１６の回転軸が連結
されている。パルスモータ１６の回転動作は制御部１５
により制御される。ここで、昇降プレート６、送りねじ
８およびパルスモータ１６が本発明の昇降部材駆動手段
に相当する。

【００４６】パルスモータ１６を回転させると、送りね
じ８が回転し、これに係合する昇降プレート６が昇降す
る。パルスモータ１６の回転が停止すると、昇降プレー
ト６はその位置で停止し、昇降プレート６に固定された
昇降ピン３が停止する。

【００４７】このように、パルスモータ１６の回転動作
を制御することにより、昇降ピン３を任意の位置に停止
させて基板Ｗを加熱プレート１に対して段階的に昇降さ
せたり、連続的に接近あるいは離隔させるなど、基板Ｗ
を任意に昇降移動させることができる。これにより、加
熱プレート１のヒータの出力を変化させることなく、基
板Ｗの温度変化を任意に制御することができる。

【００４８】なお、上記第１および第２の実施例におい
て、シャッタ９を昇降移動させる機構は上記の機構に限
定されるものではなく、昇降プレート６の動作と独立に
駆動できるものであれば他の機構を用いてもよい。

【００４９】また、本発明による基板加熱装置は、ＳＯ
Ｇ膜および強誘電体膜の形成のみならず、加熱処理時
に、緩やかに昇温する必要がある薬液や温度変化を与え
ながら加熱する必要がある薬液の塗布膜形成に対しても
適用することができる。

【００５０】さらに、基板加熱装置の熱源としてはヒー
タのみならず、ヒータとペルチェ素子とを組み合わせた
もの、あるいは複数のペルチェ素子を適用することがで
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加熱装置の断
面図である。

【図２】基板処理装置におけるＳＯＧ膜等の塗布膜の形
成工程のフロー図である。

【図３】加熱処理時の基板加熱装置の動作を示す模式的
断面図である。

【図４】加熱処理時の基板加熱装置の動作を示す模式的
断面図である。

【図５】加熱処理時の基板加熱装置の動作を示す模式的
断面図である。

【図６】加熱処理時の基板の温度変化を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施例による基板加熱装置の断
面図である。

【図８】従来の基板加熱装置の断面図である。

【図９】基板処理装置におけるＳＯＧ膜等の塗布膜の形
成工程のフロー図である。

【図１０】多段ベーク処理時の基板の温度変化を示す図
である。

【符号の説明】

１ 加熱プレート ２ 上部カバー ３ 昇降ピン ５ 球状スペーサ ６ 昇降プレート ７ シリンダ ８ 送りねじ ９ シャッタ １４ 基板給排口 １５ 制御部 １６ パルスモータ ２０ 筐体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を所定の温度で処理する基板熱処理
   装置であって、 基板を上面上に支持する基板支持台と、 前記基板支持台に設けられた熱源と、 前記基板支持台の上面に対して前記基板を昇降移動させ
   るための昇降部材と、 前記昇降部材を上下方向に駆動する昇降部材駆動手段
   と、 前記基板の熱処理条件に合わせて前記昇降部材駆動手段
   の動作を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする
   基板熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記基板を搬入および搬出するための開
   口部を有する筐体と、 前記筐体の前記開口部に開閉自在に設けられた開閉部材
   と、 前記昇降部材駆動手段と別個に設けられ、前記開閉部材
   を開閉する開閉部材駆動手段とをさらに備え、 前記制御手段は、前記昇降部材駆動手段と独立に前記開
   閉部材駆動手段の動作を制御する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】 前記制御手段は、前記基板の熱処理中
   に、前記昇降部材駆動手段により前記昇降部材に支持さ
   れた前記基板を昇降移動させることを特徴とする請求項
   １または２記載の基板熱処理装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記昇降部材駆動手段
   により前記基板を段階的に昇降移動させることを特徴と
   する請求項３記載の基板熱処理装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、前記昇降部材駆動手段
   により前記基板を連続的に昇降移動させることを特徴と
   する請求項３記載の基板熱処理装置。