JPH1167619A

JPH1167619A - 基板加熱装置

Info

Publication number: JPH1167619A
Application number: JP9214375A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yuasa; 研史湯浅
Original assignee: YUASA SEISAKUSHO KK
Current assignee: YUASA SEISAKUSHO KK
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 1999-03-09

Abstract

(57)【要約】【課題】被加熱基板の全面にわたって略均一に加熱す
る。【解決手段】上面に半導体ウェハＷを載置して加熱する
上部板状部材２、３つに分割した抵抗加熱式のヒータ３
ａ〜３ｃ、下部板状部材４および断熱板５を積層して形
成した加熱部１と、各ヒータ３ａ〜３ｃのそれぞれが当
接する上部板状部材２下面に孔部９ａ〜９ｃを穿設し、
それらに挿合した温度センサ10ａ〜10ｃの出力に基づい
て各ヒータ３ａ〜３ｃへの供給電力を個別に制御する制
御装置21と、を含んで基板加熱装置を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板加熱装置に関
し、特に、被加熱基板の全面にわたって略均一に加熱で
きる基板加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウェハや液晶用の基板等を
加熱する装置としては、例えば、フォトリソグラフィ工
程においてフォトレジストが塗布された半導体ウェハを
加熱して、フォトレジストを化学的に安定な状態にする
ために用いられるホットプレートなどがある。このよう
なホットプレートは、制御装置で設定された温度に従っ
て、ホットプレート内部に配設された抵抗加熱式ヒータ
の全体が略一様に発熱し、ホットプレートの上面に載置
された半導体ウェハを加熱するように構成されたものが
一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、半導
体製造プロセスにおける微細加工の要求を充たすため、
露光光源の短波長化が進められている。露光光源の短波
長化は一方で露光強度の低下につながるため、これに対
応した高感度な化学増幅型フォトレジストが注目されて
いる。

【０００４】この化学増幅型フォトレジストは、露光に
より発生する酸を熱処理によってフォトレジスト内に拡
散させ、その触媒作用を利用して高感度化を図ったもの
である。このため、半導体ウェハの全面にわたって高い
解像度を得るには、全体の温度を、バラツキが0.1 ℃以
下になるよう、均一な温度に制御することが必要とされ
る。

【０００５】しかしながら、上述した構成のホットプレ
ートでは、ホットプレート自身の形状やホットプレート
が設置された周囲の環境等の影響により、その上面の温
度は必ずしも均一にはならず、加熱される半導体ウェハ
の面内でも温度差が生じてしまう。例えば、円板状に形
成されたホットプレートであれば、その上面の中央領域
よりも外周側領域の方が放熱し易く、全体を一様に加熱
したのでは中央領域と外周側領域との間に温度差が生じ
てしまう。さらに、プロセス装置内にホットプレートを
配設し、装置の開口部を介してホットプレート上に半導
体ウェハを搬送するようにしたものでは、ホットプレー
トの上面のうち、開口部に近い部分の放熱がより促進さ
れるため、開口部からの距離による温度差が生じてしま
う。

【０００６】このように、従来の基板加熱装置としての
ホットプレートでは、複数の要因から、全体では１〜２
℃程度の温度差が生じてしまうこともあった。このた
め、化学増幅型フォトレジストに対する露光後の熱処理
を正確に制御するのが困難であり、半導体ウェハの全面
にわたる高い解像度を得ることはできないという問題点
があった。

【０００７】本発明はこのような従来の問題点に鑑み、
被加熱基板の全面にわたって略均一に加熱することがで
きるよう、緻密な温度制御が可能な基板加熱装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、基板加熱装置を、被加熱基板の複数の領域
の各々に対応させて配設した複数の熱源と、該複数の熱
源の各々の発熱量を個別に制御可能な制御装置と、を含
んで構成する。これにより、被加熱基板の各領域を個別
に温度制御する。

【０００９】また、請求項２に係る発明では、前記制御
装置を、前記基板表面の各領域に対応させて配設した複
数の温度センサの出力に基づいて、前記複数の熱源の各
々の発熱量を個別に制御するものとして、実測した温度
に基づいた動的な制御を行なう。被加熱基板の温度を検
出するには、請求項３に係る発明のように、前記温度セ
ンサを、上面に前記被加熱基板を載置する上部板状部材
の下面に前記被加熱基板表面の複数の領域に対応させて
穿設した孔部に挿合して取付ければよい。

【００１０】また、各温度センサに対する隣接領域から
の影響を可及的に防止するために、請求項４に係る発明
では、前記温度センサを、軸線方向の一端部に検知部を
有する略円筒形であり、前記検知部を除く外面に断熱材
を配設し、前記検知部の側から前記上部板状部材の孔部
に挿合したものとする。前記複数の熱源としては、例え
ば請求項５に係る発明のように、上面に前記被加熱基板
を載置する上部板状部材の下面に取付けられた抵抗加熱
式ヒータプレートを用いることができ、請求項６に係る
発明のように、前記上部板状体は、円板状であり、前記
ヒータプレートは、前記上部板状体下面の中央領域に対
応させて配設した略円板状の中央ヒータと、前記上部板
状体下面の外周側領域に対応させて前記中央ヒータの周
囲に配設した、略Ｃ字型の２つの外周ヒータと、から構
成されるものとすれば、３つの領域の温度をそれぞれ個
別に制御できる。

【００１１】そして、請求項７に係る発明では、前記２
つの外周ヒータは、一方の外周ヒータの一端部に設けた
電力供給用の電極が、他方の外周ヒータの他端部の下側
に位置するように配設し、他方の外周ヒータの一端部に
設けた電極が、一方の外周ヒータの他端部の下側に位置
するように配設して、温度制御できない空白部分がなく
なるようにする。

【００１２】また、請求項８に係る発明では、前記ヒー
タプレートの上面を前記上部板状部材の下面に押し当て
て密着させる下部板状部材と、該下部板状部材の上面を
前記ヒータプレートの下面に押し当てて固定する断熱板
とを設けて、ヒータープレートから発生した熱が上部板
状部材に伝達され易くする。一方、請求項９に係る発明
では、前記断熱板は、前記下部板状部材と接する面に、
前記下部板状部材との間に断熱空気層を形成する凹部を
有するものとして、ヒータープレートから発生した熱が
下方に放出されるのを防止する。

【００１３】さらに、請求項10に係る発明では、前記上
部板状部材、ヒータプレートおよび下部板状部材の外周
側面部に断熱材を配設して、側面部から放熱されるのも
防止する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の基板加熱装置の
一実施形態を模式的に示す分解斜視図であり、この基板
加熱装置は、被加熱基板としての半導体ウェハＷを上面
に載置して加熱する円板状の加熱部１と、加熱部１に供
給する電力を制御する制御装置21（電源を含む）とから
構成されている。

【００１５】また、図２は、加熱部１の縦断面図であ
る。図１および図２を同時に参照し、加熱部１は、上か
ら、上部板状部材２、熱源としての抵抗加熱式ヒータプ
レート３、下部板状部材４および断熱板５を積層して形
成されており、ヒータプレート３の上面が上部板状部材
２の下面に押し当てられて密着し、下部状部材４の上面
がヒータプレート３の下面に押し当てられるように、断
熱板５で固定されている。また、断熱板５の下部板状部
材４と接する面には同心円状に複数の凹部５ａが設けて
あり、下部板状部材４との間に断熱空気層７が形成され
ている。断熱板５が下部板状部材４と接する部分と断熱
空気層７との比率を、加熱部１の直径における断面で、
略１：３程度にすれば、機械的強度と良好な断熱効果と
を得ることができる。さらに、上部板状部材２、ヒータ
プレート３および下部板状部材４の外周側面部には断熱
材６を配設して、この部分からの放熱も防止している。

【００１６】上部板状部材２は、優れた熱伝導度を有す
るアルミニウム等で形成するのが好ましい。また、断熱
板５および断熱材６としては、・・・等が好ましく用い
られる。このような積層構造にした加熱部１では、ヒー
タープレート３から発生した熱が、上部板状部材２の上
面に載置された半導体ウェハＷに伝達され易く、その他
の部位での放熱は妨げられるようになっているため、ヒ
ータープレート３に供給する電力を制御することで、半
導体ウェハＷに伝達される熱量を容易に調節することが
できる。

【００１７】ヒータプレート３は、上部板状体２下面の
中央領域２ａに対応させて配設された略円板状の中央ヒ
ータ３ａと、上部板状体２下面の外周側領域２ｂおよび
２ｃに対応させて中央ヒータ３ａの周囲に配設した略Ｃ
字型の２つの外周ヒータ３ｂおよび３ｃとから構成され
ている。これら３つのヒータには、制御装置21からそれ
ぞれ別々に電力の供給を受けるための電極８ａ〜８ｃが
設けてある。この電極８ａ〜８ｃでは発熱が生じないた
め、中央領域２ａに比べて放熱し易い外周側領域２ｂお
よび２ｃでは、外周ヒータ３ｂの一端部に設けた電極８
ｂが、外周ヒータ３ｃの他端部の下側に位置するように
配設し、同様に、外周ヒータ３ｃの一端部に設けた電極
８ｃが、外周ヒータ３ｂの他端部の下側に位置するよう
に配設して、加熱できない部分をなくし、上部板状体２
上面の全体を温度制御できるようにしてある。

【００１８】また、上部板状部材２の下面には、３つの
ヒータ３ａ〜３ｃのそれぞれが当接する位置に孔部９ａ
〜９ｃが穿設してあり、この孔部９ａ〜９ｃには温度セ
ンサ10ａ〜10ｃが挿合してある。各温度センサ10ａ〜10
ｃは、軸線方向の一端部に検知部11を有する略円筒形の
ものであり、検知部11の側から各孔部９ａ〜９ｃ挿合し
てある。そして、温度センサ10ａ〜10ｃは制御装置21に
接続されており、制御装置21は温度センサ10ａ〜10ｃの
出力に基づいて、上部板状体２上面の全体が均一な温度
になるように、３つのヒータ３ａ〜３ｃの各々に供給す
る電力を調節して、それぞれの発熱量を制御するように
なっている。尚、各温度センサ10ａ〜10ｃは、検知部を
除く外面を断熱材12で覆ってあり、隣接領域からの熱的
影響を可及的に防止するようにしてある。

【００１９】上述した基板加熱装置は、例えば、フォト
レジストの塗布・現像装置の中に取付けられて、露光装
置と連動して使用される。図３は、塗布・現像装置の中
に収納された基板加熱装置の使用状態を説明する断面図
である。化学増幅型フォトレジストが表面に塗布された
半導体ウェハＷは、図示しない露光装置で露光後、塗布
・現像装置31の開口部32からその内部に搬入され、基板
加熱装置の加熱部１（上部板状部材２）の上面に載置さ
れて加熱される。

【００２０】このとき、上部板状部材２の中央領域２ａ
よりも外周側領域２ｂおよび２ｃの方が放熱し易く、温
度が下降する傾向にある。また、塗布・現像装置31の開
口部32側に位置する外周側領域２ｃは、外気の影響を受
けて、奥に位置する外周側領域２ｂよりも放熱し易くな
る。そこで、制御装置21は、所定時間毎の各温度センサ
10ａ〜10ｃの出力に基づいて、各ヒータ３ａ〜３ｃに供
給する電力を随時調整し、中央領域２ａ、外周側領域２
ｂおよび２ｃそれぞれの温度を均一に保つように動的に
制御する。温度差を0.1 ℃以内に保つためには、0.01℃
単位での制御が好ましい。

【００２１】このようにして、半導体ウェハＷの全面に
わたって略均一に加熱することができる。一方、目的に
よっては、各ヒータ３ａ〜３ｃに供給する電力を調整し
て、偏った温度分布を意図的に作り出すことも可能であ
る。尚、上述した例では、中央領域２ａ、外周側領域２
ｂおよび２ｃの３つの領域に分けたが、さらに多数の領
域に分けた構成とすれば、より緻密な制御が可能とな
る。

【００２２】また、各ヒータ３ａ〜３ｃにバラツキがあ
り、同じ供給電力に対する発熱量が異なるような場合で
も、制御装置21による補正が可能であるため、基板加熱
装置の製造を歩留まりよく安価に行なうことができる。
また、熱源には特に制限はなく、上述した抵抗加熱式ヒ
ータプレートの他に、加熱用ランプなども用いることが
できる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、上述した請求項１
に係る発明によれば、被加熱基板の各領域を個別に温度
制御して、所望の温度分布を作り出すことができるとい
う効果がある。また、熱源の性能のバラツキを使用時に
補正することができるので、基板加熱装置を歩留まりよ
く安価に製造できるという効果もある。

【００２４】また、請求項２および請求項３に係る発明
によれば、温度センサの出力に基づいて自動的に所望の
温度分布制御することができるという効果がある。ま
た、請求項４に係る発明によれば、他の領域からの熱的
な影響を排除して、所望の温度分布をより高い精度で得
ることができるという効果がある。また、請求項５に係
る発明によれば、発熱量の制御が容易な抵抗加熱式ヒー
タプレートを用いることにより、高い精度での制御がで
きるという効果がある。

【００２５】また、請求項６に係る発明によれば、放熱
の傾向が大きく異なる部分を、それぞれ異なる領域とし
て扱うことにより、効率的に温度分布を制御できるとい
う効果がある。また、請求項７に係る発明では、直接加
熱できない部分をなくして、全体の温度分布を制御でき
るという効果がある。

【００２６】また、請求項８に係る発明によれば、制御
装置による制御の結果が、上部板状部材の上面に載置さ
れた被加熱基板の温度へ正確に反映されるようになると
いう効果がある。また、請求項９および請求項10に係る
発明によれば、熱の余分な放出を抑制することで、基板
加熱装置のリードタイムを短縮することができ、被加熱
基板を効率的に加熱することができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す分解斜視図

【図２】本発明の一実施形態を示す縦断面図

【図３】本発明の基板加熱装置の使用状態を説明する
断面図

【符号の説明】

１加熱部２上部板状部材２ａ中央領域２ｂ、２ｃ外部側領域３ヒータプレート３ａ中央ヒータ３ｂ、３ｃ外周ヒータ４下部板状部材５断熱板５ａ凹部６断熱材７断熱空気層８ａ〜８ｃ電極９ａ〜９ｃ孔部 10ａ〜10ｃ温度センサ 11 検知部 12 断熱材 21 制御装置 31 塗布・現像装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加熱基板の複数の領域の各々に対応させ
て配設した複数の熱源と、該複数の熱源の各々の発熱量
を個別に制御可能な制御装置と、を含んで構成されるこ
とを特徴とする基板加熱装置。
【請求項２】前記制御装置は、前記基板の各領域に対応
させて配設した複数の温度センサの出力に基づいて、前
記複数の熱源の各々の発熱量を個別に制御するものであ
る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】前記温度センサは、上面に前記被加熱基板
を載置する上部板状部材の下面に前記被加熱基板表面の
複数の領域に対応させて穿設した孔部に挿合して取付け
たものであることを特徴とする請求項２に記載の基板加
熱装置。
【請求項４】前記温度センサは、軸線方向の一端部に検
知部を有する略円筒形であり、前記検知部を除く外面に
断熱材を配設し、前記検知部の側から前記上部板状部材
の孔部に挿合したことを特徴とする請求項３に記載の基
板加熱装置。
【請求項５】前記複数の熱源は、上面に前記被加熱基板
を載置する上部板状部材の下面に取付けられた抵抗加熱
式ヒータプレートであることを特徴とする請求項１〜請
求項４のいずれか１つに記載の基板加熱装置。
【請求項６】前記上部板状体は、円板状であり、前記ヒータプレートは、前記上部板状体下面の中央領域
に対応させて配設した略円板状の中央ヒータと、前記上部板状体下面の外周側領域に対応させて前記中央
ヒータの周囲に配設した、略Ｃ字型の２つの外周ヒータ
と、から構成されることを特徴とする請求項５に記載の基板
加熱装置。
【請求項７】前記２つの外周ヒータは、一方の外周ヒー
タの一端部に設けた電力供給用の電極が、他方の外周ヒ
ータの他端部の下側に位置するように配設し、他方の外
周ヒータの一端部に設けた電極が、一方の外周ヒータの
他端部の下側に位置するように配設したことを特徴とす
る請求項６に記載の基板加熱装置。
【請求項８】前記ヒータプレートの上面を前記上部板状
部材の下面に押し当てて密着させる下部板状部材と、該
下部板状部材の上面を前記ヒータプレートの下面に押し
当てて固定する断熱板と、を設けたことを特徴とする請
求項５〜請求項７のいずれか１つに記載の基板加熱装
置。
【請求項９】前記断熱板は、前記下部板状部材と接する
面に、前記下部板状部材との間に断熱空気層を形成する
凹部を有することを特徴とする請求項８に記載の基板加
熱装置。
【請求項10】前記上部板状部材、ヒータプレートおよび
下部板状部材の外周側面部に、断熱材を配設したことを
特徴とする請求項請求項８または請求項９に記載の基板
加熱装置。