JP2000232108A - 基板加熱方法および基板加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の加熱処理の処理品質を均一にする。 【解決手段】 前のロット処理が終了すると、ロット処
理終了信号が入力される。すると、処理基板とは別の予
備加熱専用のパイロット基板が位置決めされた後に加熱
チャンバに搬送され、予備加熱が開始される。ロットス
タート信号が入力されると、１枚目の処理基板が位置決
め後に加熱チャンバに運ばれ、予備加熱中のパイロット
基板と交換されて、そこで加熱処理が行われる。以上よ
り、待機時間中も加熱チャンバ内の基板に対向する部材
の温度分布を保ってロット処理の処理品質を均一にする
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、等しい条件下で
処理すべき複数の半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス
基板、液晶表示用ガラス基板、光ディスク用基板等の基
板（以下、単に「基板」という。）の集まりであるロッ
トに対して、当該ロットの各基板を加熱するロット処理
を行う基板加熱方法および基板加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、基板に加熱処理を施す基板加
熱装置、例えば、枚葉式の基板加熱装置（１枚ずつ基板
を加熱処理する装置）では、内部に熱源を備えた炉体で
ある加熱チャンバ内に基板を搬入した後、チャンバ内に
ガス導入口から亜酸化窒素や酸素ガス等の処理ガスの雰
囲気を形成し、熱源からの熱放射により基板を加熱する
ことで成膜等の処理を行っている。

【０００３】このような装置では、等しい条件下で処理
すべき複数の基板の集まりであるロットを単位として、
各ロットにおいては各基板を交代で搬入して、連続的に
加熱処理（ロット処理）を行っている。

【０００４】しかしながら、複数のロットについてロッ
ト処理を行う場合には、他の処理との関係からそれら複
数のロット処理の間に待機時間が生じる。そのため、あ
る程度以上の待機時間経過後に次のロット処理を開始す
ると、そのロットにおける最初から数枚の基板の加熱処
理の際には、加熱チャンバ内の温度が安定せず、同一ロ
ット内での基板ごとに処理品質にばらつきが生じてしま
う。

【０００５】これを解消するために、従来の基板加熱装
置では待機時間中も加熱チャンバ内に基板を搬入しない
状態で熱源に微弱な電力を供給して加熱チャンバ内の保
温動作を行うことによって、ロット内の基板の処理品質
を均一にしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な基板加熱装置では、反応性の高い上記のような処理ガ
スを内部に供給するので、熱源の腐食防止、周囲の環境
と絶縁するために、基板と熱源の間に熱源からの放射熱
を透過する石英板を設けている。

【０００７】図４（ａ）は上記従来技術における保温動
作中の、図４（ｂ）はロット処理中の石英板の温度分布
の模式図である。図４（ａ）に示すように、加熱チャン
バ内部に基板を保持しない状態で保温されているときに
は石英板の全体がほぼ均一な温度分布となっている。こ
れに対し図４（ｂ）に示すように、基板を保持してロッ
ト処理を行っている間の石英板は、その主面内に図示の
ような温度分布、すなわち、石英板の端縁部分の温度よ
り中央の処理基板に対向する部分の温度の方が高くなっ
た状態となる。これは、石英の熱伝導率が基板の熱伝導
率に対して非常に小さいためである。

【０００８】このように、従来装置ではロット処理の開
始直後の基板とロット処理が数枚程度進んだ後の基板と
では、基板に対向する部材の温度分布に違いが生じ、基
板の処理品質にバラツキが生じていた。

【０００９】この発明は、従来技術における上述の問題
の克服を意図しており、処理品質を均一にすることがで
きる基板加熱方法および基板加熱装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、等しい条件下で処理すべき複数
の基板の集まりであるロットに対して、当該ロットの各
基板を加熱するロット処理を行う基板加熱方法であっ
て、ロット処理前の待機時間中に、ロット処理の基板と
は別に準備されたパイロット基板を予備的に加熱する予
備加熱工程を備えている。

【００１１】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の基板加熱方法であって、待機時間の前に行われたロッ
ト処理の終了に応答して予備加熱工程を開始するもので
ある。

【００１２】また、請求項３の発明は、請求項１または
請求項２に記載の基板加熱方法であって、前期予備加熱
工程におけるロット処理直前の加熱温度はロット処理時
の加熱温度と略同温度である。

【００１３】また、請求項４の発明は、等しい条件下で
処理すべき複数の基板の集まりであるロットに対して、
当該ロットの各基板を加熱するロット処理を行う基板加
熱装置であって、ロット処理前の待機時間中に、ロット
処理の基板とは別に準備されたパイロット基板を予備的
に加熱するように制御する制御手段を備えている。

【００１４】さらに、請求項５の発明は、請求項４に記
載の基板加熱装置であって、待機時間の前に行われたロ
ット処理の終了に応答して予備加熱を開始するものであ
る。

【００１５】ここで、待機時間とは前のロット処理の終
了からロット処理開始のための信号が入力されるまでの
時間をいう。

【００１６】また、請求項６の発明は、請求項４または
請求項５に記載の基板加熱装置であって、前期予備加熱
中のロット処理直前における加熱温度はロット処理時の
加熱温度と略同温度とするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００１８】＜１．実施の形態の装置構成および処理手
順＞図１はこの発明の一実施の形態である基板加熱装置
１の装置構成を示す模式図である。図示のように、この
装置はカセットテーブル１０、パイロット基板ステージ
２０、加熱チャンバ３０、クーリングユニット４０、位
置決めステージ５０が搬送ロボット６０を囲むように設
けられており、さらに、これら各部に電気的に接続され
た制御部７０およびそれに電気的に接続された指示入力
部８０が設けられている。

【００１９】このうち、カセットテーブル１０は処理前
の実際に加熱処理が施される基板（以下、「処理基板
Ｗ」という）が格納されたカセットＣや処理後の処理基
板Ｗを格納して搬出するための空のカセットＣが載置さ
れるテーブルである。なお、同一の処理を行う処理基板
群を以下、ロットと呼ぶ。また、パイロット基板ステー
ジ２０は、実際の処理を行うための処理基板Ｗではなく
加熱チャンバ３０の後述する予備加熱専用の基板Ｗ（Ｐ
Ｗ）であるパイロット基板ＰＷを後述する予備加熱以外
の時に載置するためのステージである。なお、パイロッ
ト基板ＰＷは処理基板Ｗがシリコンウエハである場合は
シリコン製のものといったように、処理基板Ｗの主成分
またはそれに近い熱特性を有する材質で形成されてい
る。また、以下、処理基板Ｗとパイロット基板ＰＷを総
称する場合には単に基板Ｗ（ＰＷ）という。

【００２０】図２は加熱チャンバ３０内部の概略構造を
示す縦断面図である。加熱チャンバ３０はその内部にお
いて天井面に複数の熱源３１ａ〜３１ｃを、底面に基板
Ｗ（ＰＷ）を保持して回転させる石英製の基板保持回転
部３２をそれぞれ備えた炉体からなる基板Ｗ（ＰＷ）加
熱炉であり、処理基板Ｗを処理する際に外部から亜酸化
窒素や酸素等の処理用のガス（以下「処理ガス」とい
う）または不活性のガス（以下「不活性ガス」という）
を導入するガス導入口３３および処理後に内部のガスを
排出するガス排出口３４、さらには、基板保持回転部３
２の上面に保持された基板Ｗ（ＰＷ）に近接して対向す
るように、熱源３１ａ〜３１ｃからの放射熱を透過する
石英板３５を備えている。また、基板保持回転部３２下
方の加熱チャンバ３０の底面内部には冷媒が流されてい
る冷却管３６が設けられ、さらに、当該底面の上側には
反射板３７が取り付けられているとともに放射温度計３
８ａ〜３８ｃが取り付けられ、それらは後述する制御部
７０に電気的に接続されている。

【００２１】なお、放射温度計３８ａ，３８ｂ，３８ｃ
はそれぞれ熱源３１ａ，３１ｂ，３１ｃと組になってお
り、さらにそれらの各組は基板Ｗ（ＰＷ）の温度制御の
領域である中心領域ＣＡ、中間領域ＭＡ、端縁領域ＥＡ
にそれぞれ対応するように設けられており、放射温度計
３８ａ〜３８ｃにより基板Ｗ（ＰＷ）の上記各領域ごと
の温度をそれぞれ測定し、それをもとに基板Ｗ（ＰＷ）
の温度がその主面内で均一になるように後述する制御部
が熱源３１ａ〜３１ｃそれぞれの出力を制御する。

【００２２】そして、ロット処理では、加熱チャンバ３
０内に処理ガスの雰囲気を形成し基板保持回転部３２に
基板Ｗ（ＰＷ）を保持した状態で熱源３１ａ〜３１ｃに
電力を供給して基板Ｗ（ＰＷ）を加熱する。また、パイ
ロット基板ＰＷを用いた予備加熱では加熱チャンバ３０
内に不活性ガス雰囲気が形成されている状態で基板保持
回転部３２の上面にパイロット基板ＰＷを保持し、熱源
３１ａ〜３１ｃに微弱な電力（定格電力の数％程度）を
供給してパイロット基板ＰＷやそれに対向する石英板３
５等の部材を加熱する。なお、これら加熱処理および予
備加熱においては、ともに基板Ｗ（ＰＷ）の上記各領域
の温度制御を行う。また、後述するようにこの実施の形
態では予備加熱をロット処理の待機時間中に行ってい
る。

【００２３】図１の説明に戻る。クーリングユニット４
０は内部に加熱された後のパイロット基板ＰＷや加熱処
理された後の処理基板Ｗが搬入され、その処理基板Ｗを
クーリングユニット４０内の常温の雰囲気中にさらすこ
とによって放熱により冷却する冷却炉である。位置決め
ステージ５０は加熱処理を施す前に基板Ｗ（ＰＷ）のオ
リエンテーションフラットやノッチを所定の向きに修正
するアライメントや、その基板Ｗ（ＰＷ）の中心位置を
正しい位置に修正するセンタリング等の位置決めを後述
する搬送ロボット６０が加熱チャンバ３０に基板Ｗ（Ｐ
Ｗ）を搬入する前に行うためのステージである。搬送ロ
ボット６０は所定範囲内で個々に前後進可能な、基板Ｗ
（ＰＷ）を保持する２つのハンド６１ａ，６１ｂを備え
るとともに、全体として並進移動可能なロボットであ
り、上記各部に対してハンド６１ａ，６１ｂで基板Ｗ
（ＰＷ）を受け渡したり、上記各処理部相互間で基板Ｗ
（ＰＷ）を搬送する。制御部７０は内部に図示しないＣ
ＰＵやメモリなどを備えた制御装置であり、加熱チャン
バ３０、クーリングユニット４０の温度制御および搬送
ロボット６０の動作タイミングの制御を行う。さらに、
指示入力部８０は図示しないタッチパネル等の作業者か
らの各種入力、とりわけ、ロット処理の開始および終了
を知らせる入力を行う入力手段であり、そのような入力
があるとそれに対応した信号を制御部７０に送信する。

【００２４】以上のような装置構成によりこの基板加熱
処理装置は以下のような基板加熱処理を行う。

【００２５】図３はこの実施の形態における基板加熱処
理の一例におけるタイミングチャートである。以下、図
３を用いてこの装置による基板加熱処理の各動作タイミ
ングについて説明する。なお、以下において特に明示し
ない場合、基板Ｗ（ＰＷ）を搬送する動作は搬送ロボッ
ト６０が行うものとし、その搬送動作および各部の動作
は制御部７０が制御するものとする。

【００２６】図示のようにこの装置では、まず、前のロ
ット処理が終了すると、作業者が指示入力部８０により
ロット処理終了信号を入力する。すると、その信号は制
御部７０に送られ、それに応じて搬送ロボット６０がパ
イロット基板ＰＷをパイロット基板ステージ２０から位
置決めステージ５０に搬送する。そして、そこでパイロ
ット基板ＰＷの位置決めが行われた後、加熱チャンバ３
０に搬送され、予備加熱が開始される。このように、こ
の実施の形態の装置では予備加熱をロットの加熱処理の
スタート信号が入力されるまでの待機時間中に行ってお
り、とりわけ、予備加熱を前のロット処理終了直後に開
始している。なお、この予備加熱は所定時間、所定の温
度制御の基に行われる。

【００２７】つぎに、ロットの加熱処理の開始を示すロ
ットスタート信号が作業者によって入力されると、カセ
ットテーブル１０上のカセットＣから１枚目の処理基板
Ｗが取り出され、位置決めステージ５０において位置決
めされる。この間もパイロット基板ＰＷは加熱チャンバ
３０で予備加熱されているが、特にこの時は、次に行わ
れるロットの加熱処理時の加熱温度と同条件の加熱処理
が行われる。

【００２８】つぎに、搬送ロボット６０はカセットＣか
ら２枚目の処理基板Ｗを取り出し、それを一方のハンド
６１ａ（６１ｂ）で保持し、他方のハンド６１ｂ（６１
ａ）は空の状態で位置決めステージ５０へ移動する。そ
して位置決めステージ５０において空のハンド６１ｂ
（６１ａ）で１枚目の処理基板Ｗを保持し、他方のハン
ド６１ａ（６１ｂ）で２枚目の処理基板Ｗを位置決めス
テージ５０に渡す。なお、このような１つの処理部にお
いて、空のハンドで基板Ｗ（ＰＷ）を取り出し、他方の
ハンドで搬送してきた基板Ｗ（ＰＷ）を渡す動作を以下
「交換動作」と呼ぶ。

【００２９】さらに、搬送ロボット６０は１枚目の処理
基板Ｗを一方のハンド６１ａ，６１ｂで保持した状態で
加熱チャンバ３０に移動し、１枚目の処理基板Ｗとパイ
ロット基板ＰＷの交換動作を行う。そして、パイロット
基板ＰＷをクーリングユニット４０に搬送して冷却す
る。そして、パイロット基板ＰＷは所定温度にまで冷却
される所定の冷却時間の経過後、パイロット基板ステー
ジ２０に戻されて待機状態となる。なお、１枚目の処理
基板Ｗは加熱チャンバ３０において加熱処理された後、
クーリングユニット４０に搬送され冷却される。以下、
同様にして２枚目、３枚目…と順に加熱チャンバ３０に
搬送され、先に加熱された処理基板Ｗの加熱処理が終了
すると、その処理基板Ｗと次の処理基板Ｗとで交換動作
が行われつつ順に加熱処理および冷却処理が施されてい
く。なお、以下の処理基板Ｗの搬送および各部での処理
は従来のものと同様であるのでその詳細な説明を省略す
る。

【００３０】そして、図示しないが、このロットの加熱
処理が終了すると、再び、ロット終了信号が制御部７０
に入力され、次のロットの待機状態になり、それととも
にパイロット基板ＰＷがパイロット基板ステージ２０か
ら取り出されて位置決めステージ５０に搬送され、以
下、上記と同様の処理が繰り返される。

【００３１】なお、この例ではロット処理の待機中に１
枚のパイロット基板ＰＷを１度だけ、１枚目の処理基板
Ｗが加熱チャンバ３０に搬送されてくるまで続けるもの
としたが、場合によっては、通常のロット処理と同様の
加熱条件での予備加熱を複数回、クーリングユニット４
０による冷却工程と交互に繰り返してもよい。このよう
に、予備加熱条件はその後に行われるロットの処理基板
Ｗの特性に応じて異なるものとしてもよい。

【００３２】以上説明したように、この実施の形態の基
板加熱装置１では前のロット処理の終了信号の入力に対
応してパイロット基板ＰＷを加熱チャンバ３０に搬入し
て、予備加熱を行うので、ロット処理開始時にも加熱チ
ャンバ３０内の温度の極端な低下を防ぐことができる。
また、石英板３５の温度分布をロット処理時と同様に保
つことができるので、ロット内の各基板Ｗ（ＰＷ）の処
理品質を均一にすることができるとともに、同一処理条
件の複数のロットを処理する場合にロット間の処理品質
も均一にすることができる。

【００３３】また、前のロット処理の終了に応答してパ
イロット基板ＰＷを搬送し、予備加熱を開始するため、
ロット処理のロットスタート信号入力に応答してパイロ
ット基板ＰＷの搬送、予備加熱を開始する場合に比べ
て、ロット処理の開始、すなわち、ロットの最初の処理
基板Ｗの加熱の開始を早めることができるので、スルー
プットを向上させることができる。

【００３４】＜２．変形例＞上記実施の形態において基
板加熱装置１およびそれによる基板加熱処理の例を示し
たが、この発明はこれに限られるものではない。

【００３５】例えば、上記実施の形態では、枚葉式の基
板加熱装置１を対象としたが、ロットの全基板又は複数
枚の基板Ｗ（ＰＷ）を同時に加熱するバッチ式の基板加
熱装置１においても、同様に前のロット処理終了に対応
してパイロット基板ＰＷの搬送、予備加熱を開始するも
のとしてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項４の発明によれば、ロット処理前の待機時間中に、
ロット処理の基板とは別に準備されたパイロット基板を
予備的に加熱するため、待機時間中にも基板に対向する
部材の温度分布をロット処理時と同様に保つことができ
るので、ロット内の各基板の処理品質を均一にすること
ができるとともに、同一処理条件の複数のロットを処理
する場合にそれら複数のロット間の処理品質も均一にす
ることができる。

【００３７】また、特に請求項２および請求項４の発明
によれば、待機時間の前に行われたロット処理の終了に
応答して予備加熱を開始するため、ロット処理開始の信
号入力と同時にパイロット基板の搬送、予備加熱を開始
する場合に比べて、ロット処理の開始、すなわち、ロッ
トの最初の処理基板の加熱の開始を早めることができる
ので、スループットを向上させることができる。

【００３８】また、特に請求項３および請求項６の発明
によれば、ロット処理直前における加熱温度はロット処
理時の加熱温度と略同温度としているので、ロット内の
再現性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態である基板加熱装置の
装置構成を示す模式図である。

【図２】加熱チャンバ内部の概略構造を示す縦断面図で
ある。

【図３】実施の形態における基板加熱処理の一例におけ
るタイミングチャートである。

【図４】（ａ）は上記従来技術における保温動作中の、
（ｂ）はロット処理中の石英板の温度分布の模式図であ
る。

【符号の説明】

１ 基板加熱装置 ３０ 加熱チャンバ ７０ 制御部 ＰＷ パイロット基板 Ｗ 処理基板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 等しい条件下で処理すべき複数の基板の
   集まりであるロットに対して、当該ロットの各基板を加
   熱するロット処理を行う基板加熱方法であって、 ロット処理前の待機時間中に、ロット処理の基板とは別
   に準備されたパイロット基板を予備的に加熱する予備加
   熱工程を備えることを特徴とする基板加熱方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の基板加熱方法であっ
   て、 前記待機時間の前に行われたロット処理の終了に応答し
   て前記予備加熱工程を開始するものであることを特徴と
   する基板加熱方法。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の基板加
   熱方法であって、 前期予備加熱工程におけるロット処理直前の加熱温度は
   ロット処理時の加熱温度と略同温度であることを特徴と
   する基板加熱方法。
4. 【請求項４】 等しい条件下で処理すべき複数の基板の
   集まりであるロットに対して、当該ロットの各基板を加
   熱するロット処理を行う基板加熱装置であって、 ロット処理前の待機時間中に、ロット処理の基板とは別
   に準備されたパイロット基板を予備的に加熱するように
   制御する制御手段を備えることを特徴とする基板加熱装
   置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の基板加熱装置であっ
   て、 前記待機時間の前に行われたロット処理の終了に応答し
   て前記予備加熱を開始するものであることを特徴とする
   基板加熱装置。
6. 【請求項６】 請求項４または請求項５に記載の基板加
   熱装置であって、 前期予備加熱中のロット処理直前における加熱温度はロ
   ット処理時の加熱温度と略同温度であることを特徴とす
   る基板加熱装置。