JPH11354399A

JPH11354399A - 基板加熱装置

Info

Publication number: JPH11354399A
Application number: JP10161793A
Authority: JP
Inventors: Tatsuharu Yamamoto; 立春山本; Masakazu Sugaya; 昌和菅谷; Hiroyuki Nishihara; 宏幸西原; Masabumi Kanetomo; 正文金友
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 1999-12-24

Abstract

(57)【要約】【課題】広範囲な熱処理温度においても均一な基板加熱
を行う基板加熱装置を提供する。【解決手段】第１の発熱体３と熱拡散体２と平面断熱体
４と第１の温度センサ９から成る主たる基板１の加熱構
造の外周部に、内周側面断熱体５と外周側面断熱体７で
挟み込まれた第２の発熱体６と第２の温度センサ１２を
埋設し、それぞれ独立の温度制御回路によって制御され
る方式の第１の加熱プレートと、第１の加熱プレートと
同様な方式の第２の加熱プレートを第１の加熱プレート
に対向した位置に設置して基板１を加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大気中での半導体
基板，液晶表示装置（ＬＣＤ）用基板、またはこれらの
露光工程に使用するフォトマスクの製造工程において、
主に、配線パターン等の露光後のレジストベーキングを
行う基板加熱装置および加熱方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高精細の電子線描画装置あるいはＫｒＦ
エキシマレーザを用いた露光工程に使用されるレジスト
材料には、主に照射エネルギーに対する感度および解像
度において優れた特性を有する化学増幅系のレジストが
使用されている。化学増幅系のレジストは、露光後のレ
ジスト加熱処理（Post Exposure Bake：ＰＥＢ）によっ
て樹脂の架橋または分解反応を行う必要があり、例え
ば、基板面内で配線幅の変動量を０.０１μｍ以下に抑
えるためには、１００±２０℃程度で加熱処理中の基板
温度の面内分布を±０.１℃ 以下に抑える必要がある。

【０００３】この目的のためには基板温度が不均一とな
る主な要因である、加熱プレート周辺からの自然対流あ
るいは強制対流による熱損失をいかに低減するか、また
は、損失する熱量と同等の熱量をいかに補給するかとい
う課題に対して、有効かつ簡単な手段を講じる必要があ
る。

【０００４】従来、この様な高精度の熱処理を行うこと
を目的として、特開平9−50957号で開示されているよう
な手段がある。以下、図６によって、この従来の技術を
説明する。基板１０１は、直接または微少な隙間をもっ
て設置される第１の加熱プレート１０２と、基板１０１
の上方に一定の間隔をもって設置される第２の加熱プレ
ート１０３からの熱伝達によって加熱される。ここで、
第１の加熱プレート１０２と第２の加熱プレート１０３
の面内の発熱密度が均一であるとすると、空気の対流に
よって第１の加熱プレート１０２の周辺から熱が奪われ
るため、基板１０１の周辺部の温度は中心に比べて低く
なる。

【０００５】上記従来の技術は、これを補正するため
に、第２の加熱プレート１０３から基板１０１への熱伝
達の量が中心から周辺に向かって順次多くなるような手
段を講じている。この手段の第１は、第２の加熱プレー
ト１０３の発熱量を中心から周辺に向かって順次多くな
るようにすることである。また、この手段の第２は、第
２の加熱プレート１０３と基板１０１が対向する空間の
厚みを、中心から周辺に向けて順次少なくすることであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、レジストの熱
処理温度はある特定の温度で行われるのではなく、使用
するレジストの品種や他の工程間との最適化に対応する
ために逐次処理温度の変更が行われる。この点に関し、
上記の従来の技術のいずれの手段でも、基板101の外周
部の熱伝達量は中心部に比べると多くする事ができる
が、外周部の発熱量または空間の厚みは、基板１０１の
処理温度が変更になると、周辺部の空気の対流による熱
の損失量が異なるため、その度に発熱分布の状態または
対向する空間の厚みを最適に調整する必要がある。

【０００７】本発明は、この様な問題を解決するため、
装置の構造面での変更ではなく、温度制御回路の温度設
定の調整のみで広範囲な熱処理温度においても均一な加
熱が可能な手段を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、周辺部の空気の対流による熱の損失量
を正確に補給し、中心部と外周部の温度差をなくすため
に、基本的には次のような手段を講じる。第１の発熱体
と、第１の発熱体の上面に、第１の発熱体の熱を拡散さ
せるための熱拡散体が設置され、下面に熱の放出を抑制
するための断熱体が設置され、かつ、熱拡散体の中心部
に、第１の発熱体を温度制御するための第１の温度セン
サが埋設されることによって構成される第１の加熱プレ
ートにおいて、加熱プレートの外周部に、断熱体で挟み
込まれた第２の発熱体を設置し、かつ、熱拡散体の外周
部に第２の発熱体を温度制御するための第２の温度セン
サを埋設する。

【０００９】ここで、熱拡散体の上面に基板を設置し、
第１の発熱体と第２の発熱体を、ＰＩＤ制御機能等を有
するそれぞれ独立した温度制御回路によって温度調節を
行うことによって安定かつ均一な加熱を行う。また、こ
れらの構造物全体は保温ケースによって外気と隔離す
る。基板の熱拡散体への設置形態は、単純に置くだけの
他に、熱拡散体の表面に突起部を設け微少な隙間を保持
したままで加熱を行う形態、または、静電吸着，真空吸
着等による基板を吸着しながら加熱を行う形態でもよ
い。

【００１０】以上が本発明の基本的な手段であるが、本
発明では第２の発熱体の温度制御を簡略化するために、
第２の温度センサに、測温抵抗体またはサーミスタのよ
うに温度によって抵抗値が大きく変化する特性の素子Ｒ
ｃを用い、参照抵抗Ｒｂとの抵抗値の差によって生ずる
電位差を用いて発熱体のＯＮ−ＯＦＦ制御を行う。

【００１１】上記の基本的な手段において、保温ケース
には通常、基板を出し入れするための開口部と開口部を
封じるシャッタが必要となる。このシャッタが開いたと
きに外気と内部の空気がある程度交換されるため、第１
の加熱プレートの開口部近傍の温度は低下する。この温
度むらを補正するために、第２の発熱体を複数に分割
し、それぞれ独立に温度制御することによって、熱の損
失が外周部の各位置で異なる場合、それに対応した熱の
補給を行う。

【００１２】次に、基板の面方向からの熱の放出を抑え
ることを目的として、第１の加熱プレートに対向した位
置に第２の加熱プレートを設置し、第２の加熱プレート
を第１の加熱プレートと同じ設定温度にして基板加熱を
行う。この場合、第１の加熱プレートと第２の加熱プレ
ートの間隔は、周辺からの対流の影響を内部に与えない
ようにするために、できるだけ小さい方が望ましく、基
板の搬送に支障が無い程度まで小さくする必要がある。

【００１３】また、第２の加熱プレートの温度制御の方
式は、第１の加熱プレートと第２の加熱プレートの間隔
に応じて適正化しなければならない。即ち、基板加熱時
の第１の加熱プレートと第２の加熱プレートの間隔が１
０mm以上と大きい場合は、第２の加熱プレートでの温度
むらは基板にあまり影響しないが、間隔を狭くした上で
基板の温度均一性の精度を±０.１℃ 以下にするために
は、第２の加熱プレートを第１の加熱プレートと同様の
構成とする必要がある。

【００１４】あるいは、第１の加熱プレートまたは第２
の加熱プレートに上下機構を設け、基板の搬送の際には
プレート間の間隔を空け、基板の加熱の場合はプレート
間の間隔を小さくして加熱効率を向上させる。ここで、
第１の加熱プレートまたは第２の加熱プレートが移動す
る際に生ずる気流の乱れを緩和するために、第２の加熱
プレートの外周部に保温リングを設置し、第１の加熱プ
レートと第２の加熱プレートの隙間を見かけ上封じる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の加熱プレー
トの基本構成を示す断面図である。第１の発熱体３に
は、上面に、第１の発熱体３の熱を拡散させるための熱
拡散体２を、下面に、熱の放出を抑制するための平面断
熱体４が設置され、かつ、熱拡散体２の中心部に、第１
の発熱体３を温度制御するための第１の温度センサ９が
埋設されている。更に、周辺部の空気の対流による熱損
失量を正確に補給し、中心部と外周部の温度差をなくす
ために、外周部に内周側面断熱体５と外周側面断熱体７
で挟み込まれた第２の発熱体６を設置し、熱拡散体２の
外周部かつ表面または表面下近傍に第２の発熱体６を温
度制御するための第２の温度センサ１２を埋設する。基
板１は熱拡散体２の上面に載置される。また、この様な
基本構成をとる第１の加熱プレートを保温ケース８によ
って外気と隔離する。

【００１６】第１の発熱体３と第２の発熱体６を、ＰＩ
Ｄ制御機能等を有するそれぞれ独立した温度制御回路１
０，１３によって温度調節を行うことで安定かつ均一な
加熱を行う。基板１の熱拡散体２上面への設置形態は、
単純に置くだけの他に、熱拡散体２の表面に突起部を設
け微少な隙間を保持したままで加熱を行う形態、また
は、静電吸着，真空吸着等による基板を吸着しながら加
熱を行う形態のいずれでもよい。

【００１７】この基本構成において、第１の発熱体２と
第２の発熱体６には、内部絶縁されたシースヒータ、あ
るいはＳｉ系のラバー等で絶縁され、所定のパターニン
グが施された面状のヒータのいずれでもよい。また、平
面断熱体４，内周側面断熱体５と外周側面断熱体７に
は、ポリイミド樹脂，ポリアミド樹脂，フッ素樹脂等、
金属と比較して熱拡散率が小さく、加工が容易な材料が
望ましい。また、熱拡散体２にはＡｌ，Ｃｕ等の熱拡散
率が大きい金属が望ましい。

【００１８】以上が本発明の基本的な実施の形態である
が、図２（ａ）に示す回路図のように、本発明では第２
の発熱体６の温度制御回路を簡略化するために、第２の
温度センサ１２に、測温抵抗体またはサーミスタ等のよ
うに温度によって抵抗値が大きく変化する特性（図２
（ｂ））の素子Ｒｃを用い、参照抵抗Ｒｂとの抵抗値の
差によって生ずる電位差をオペアンプで予備的に増幅
し、リレーまたはＳＳＲに入力し、第２の発熱体６のＯ
Ｎ−ＯＦＦ制御を行う。

【００１９】この制御方法を正確に行うために、第２の
温度センサ１２の温度Ｔと抵抗値Ｒｃ（Ｔ）の校正デー
タをあらかじめ測定し、設定温度Ｔ１に対応する抵抗値
Ｒｃ１に参照抵抗Ｒｂを調整する。これは、図３に示す
ような第２の発熱体が複数必要となる場合に装置コスト
の面で有効な手段となる。

【００２０】図３において保温ケース８には通常、基板
１を出し入れするための開口部１５と開口部１５を封じ
るシャッタ１６が必要となる。このシャッタ１６が開い
たときに外気と内部の空気がある程度交換されるため、
第１の加熱プレートの開口部１５近傍の温度は低下す
る。この温度むらを補正するために、第２の発熱体６を
複数に分割し、それぞれ独立に温度制御することによっ
て、熱の損失が外周部の各位置で異なる場合、それに対
応した熱の補給を行う。この場合、第２の発熱体６の温
度制御回路にはＰＩＤ制御機能等を有する高性能な回路
を用いるより、図２で示した簡略化した回路を用いる事
がコスト的に有利である。

【００２１】次に、基板１の面方向からの熱の放出を抑
えることを目的として、第１の加熱プレートに対向した
位置に第２の加熱プレートを設置し、第２の加熱プレー
トを第１の加熱プレートと同じ設定温度にして基板１の
加熱を行う。

【００２２】この構成を図４（ａ）に示す。第２の加熱
プレートの基本構成は次の通りである。第１の発熱体１
７の下面に、第１の発熱体１７の熱を拡散させるための
熱拡散体１８を、上面と外周側面に、熱の放出を抑制す
るための平面断熱体１９と側面断熱体２０が設置され、
かつ、熱拡散体１８の中心部に、第１の発熱体を温度制
御するための第１の温度センサ２１が埋設されている。

【００２３】この場合、第１の加熱プレートと第２の加
熱プレートの間隔ｈｇは、周辺からの対流の影響を内部
に与えないようにするために、できるだけ小さい方が望
ましく、基板１の搬送に支障が無い程度まで小さくする
必要がある。また、第２の加熱プレートの温度制御の方
式は、第１の加熱プレートと第２の加熱プレートの間隔
ｈｇの大きさに応じて適正化しなければならない。即
ち、基板１の加熱時の第１の加熱プレートと第２の加熱
プレートの間隔ｈｇが１０mm以上と大きい場合は、第２
の加熱プレートでの温度むらは基板温度分布にあまり影
響しないが、間隔ｈｇを１０mm以下に狭くした上で基板
１の温度均一性の精度を±０.１℃ 以下にするために
は、第２の加熱プレートを図１または図３に示すような
第１の加熱プレートと同様の構成を取る必要がある。

【００２４】即ち、図４（ｂ）に示すように、第２の加
熱プレートの外周部に内周側面断熱体２２と外周側面断
熱体２３で挟み込まれた第２の発熱体２４を設置し、熱
拡散体１８の外周部かつ表面または表面下近傍に第２の
発熱体２４を温度制御するための第２の温度センサ２５
を埋設する。

【００２５】あるいは、図５に示すように、第１の加熱
プレートまたは第２の加熱プレートに上下機構２６，２
７を設け、基板１の搬送の際にはプレート間の間隔を空
け、基板の加熱の場合はプレート間の間隔を小さくして
加熱効率を向上させる。ここで、第２の加熱プレートの
外周部に保温リング２８を設置し、第１の加熱プレート
と第２の加熱プレートの隙間を見かけ上封じることによ
って、第１の加熱プレートまたは第２の加熱プレートが
移動する際に生ずる気流の乱れを緩和することができ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上の実施の形態で説明したように、本
発明によれば、個別に制御された発熱体によって、基板
の側面と上面からの熱の放出を正確に補給するため、温
度制御回路の温度設定の調整のみで広範囲な熱処理温度
においても均一な基板加熱が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を有する実施例の１の加熱プ
レート部の縦断面図。

【図２】第２の発熱体の制御回路の簡略化した回路図お
よび抵抗Ｒｃの温度特性図。

【図３】第２の発熱体を複数設置した第１の加熱プレー
ト部の横断面図および縦断面図。

【図４】第１の加熱プレートに第２の加熱プレートを付
加した実施例の縦断面図。

【図５】図４の構成に上下機構と保温リングを付加した
実施例の縦断面図。

【図６】従来技術の構成図。

【符号の説明】

１…基板、２…熱拡散体、３…第１の発熱体、４…平面
断熱体、５…内周側面断熱体、７…外周側面断熱体、６
…第２の発熱体、８…保温ケース、９…第１の温度セン
サ、１２…第２の温度センサ、１０，１３…温度制御回
路、１１，１４…電源、１５…開口部、１６…シャッ
タ、１７…第１の発熱体、１８…熱拡散体、１９…平面
断熱体、２０…側面断熱体、２１…温度センサ、２２…
内周側面断熱体、２３…外周側面断熱体、２４…第２の
発熱体、２５…第２の温度センサ、２６，２７…上下機
構、２８…保温リング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金友正文東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の発熱体と、前記第１の発熱体の上面
に、前記第１の発熱体の熱を拡散させるための熱拡散体
が設置され、下面に熱の放出を抑制するための断熱体が
設置され、かつ、前記熱拡散体の中心部に、前記第１の
発熱体を温度制御するための第１の温度センサが埋設さ
れることによって構成され、保温ケースによって外気と
隔離された第１の加熱プレートにおいて、前記第１の加
熱プレートの外周部に、断熱体で挟み込まれた第２の発
熱体を設置し、かつ、前記熱拡散体の外周部に前記第２
の発熱体を温度制御するための第２の温度センサを埋設
し、前記熱拡散体の上面に基板を設置し、前記第１の発
熱体と前記第２の発熱体をそれぞれ独立した温度制御回
路によって温度調節を行うことを特徴とする基板加熱装
置。
【請求項２】前記第２の発熱体の温度制御に用いる前記
第２の温度センサに、測温抵抗体またはサーミスタのよ
うに温度によって抵抗値が大きく変化する特性の抵抗体
素子を用い、設定温度によって調整可能な参照抵抗との
抵抗値の差によって生ずる電位差を用いて発熱体のＯＮ
−ＯＦＦ制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の
基板加熱装置。
【請求項３】前記第２の発熱体を複数に分割し、それぞ
れ独立に温度制御することによって、熱の損失が外周部
の各位置で異なる場合、それに対応した熱の補給を行う
ことを特徴とする請求項１または２に記載の基板加熱装
置。
【請求項４】前記基板の面方向からの熱の放出を抑える
ことを目的として、前記第１の加熱プレートに対向した
位置に第２の加熱プレートを設置し、第２の加熱プレー
トを前記第１の加熱プレートと同じ設定温度にして基板
加熱を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
か記載の基板加熱装置。
【請求項５】前記第１の加熱プレートまたは前記第２の
加熱プレートに上下機構を設け、前記基板の搬送の際に
は前記第１の加熱プレートと前記第２の加熱プレート間
の間隔を空け、前記基板の加熱の場合は前記第１の加熱
プレートと前記第２の加熱プレート間の間隔を小さく
し、かつ、前記第１の加熱プレートと前記第２の加熱プ
レートの隙間を見かけ上封じることのできる保温リング
を前記第２の加熱プレートの外周部に設置したことを特
徴とする請求項４に記載の基板加熱装置。