JP3732092B2 - 基板を熱的に処理するための装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、基板を熱的に処理するための装置および方法であって、加熱プレートが設けられており、該加熱プレートが、別個に制御可能な多数の加熱エレメントを有しており、さらに、基板の、加熱プレートとは反対の表面に向けられた局所分解式の温度測定装置が設けられている形式のものに関する。
【０００２】
このような形式の装置は、たとえば半導体産業の分野において、基板、特にフォトマスクのラッカ塗布工程に続いて、層を硬化させかつ化学的に前処理する目的で基板を熱的に処理するために使用される。熱的な処理時には、基板の引き続きの使用可能性のために、被着された層が可能な限り一様にかつ均質に処理されることが重要となる。しかし、この場合、高められた熱的な放射に基づき、一様な熱的な処理を方形の基板の角隅領域もしくは円形の基板の縁部領域で保証することができないという問題が生ぜしめられる。
【０００３】
特開平０４−２３９１２０号明細書に基づき、基板を熱的に処理するための装置が公知である。この公知の装置は加熱プレートを備えている。この加熱プレートは、セグメントごとに互いに異なる形式で制御可能な個々の加熱螺線体によって加熱される。さらに、公知の装置は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、基板の、加熱プレートとは反対の表面に向けられた、局所分解式の温度測定装置を有している。しかし、このような形式の公知の装置では、基板の一様な熱的な処理が保証されていないという問題が生ぜしめられる。特に、加熱螺線体の個々のセグメントがしばしば過剰に制御されるという問題が生ぜしめられる。なぜならば、加熱螺線体によって生ぜしめられた、基板における加熱効果が、局所分解式の温度測定装置によって最初遅れて感知されるからである。したがって、加熱螺線体の、互いに異なるセグメントによって、実際に必要となる加熱温度の超過および不足が常に生ぜしめられる。
【０００４】
特開平１０−０５０７１７号公報には、基板を熱的に処理するための装置が示されている。この装置は、下側の加熱プレートと、側方の加熱プレートと、加熱プレートの温度を測定するための温度センサとを備えている。この温度センサによって測定された温度は、加熱プレートの加熱出力を制御するために、相応する制御ユニットに転送される。しかし、技術的に多種多様の形式で知られているこのような形式の制御ユニットによって、加熱装置を基板温度に適合させることが不可能となり、したがって、均質な熱的な処理を制限してしか適切に提供することができない。
【０００５】
アメリカ合衆国特許第５７１５３６１号明細書に基づき、半導体ウェーハのための迅速加熱装置が公知である。ウェーハは加熱ランプを介して加熱され、ウェーハの温度は多数の高温計によってウェーハの表面で検出される。ウェーハ表面上の、検出された温度値に関連して個々の加熱ランプが制御される。この公知の装置では、前記特開平０４−２３９１２０号明細書において生ぜしめられた問題と同じ問題が生ぜしめられる。
さらに、アメリカ合衆国特許第５７４００１６号明細書には、温度制御される基板ホルダが示されている。この基板ホルダの裏側には多数の熱電モジュールが設けられている。この熱電モジュールには電流供給部を介して電流が供給される。赤外線カメラは、ウェーハ表面を越えて温度を測定するために、ウェーハの、基板ホルダとは反対の表面に向けられている。測定された温度分布は制御ユニットに転送される。この制御ユニットは、熱電モジュールの、互いに異なる制御を達成するために、温度分布に関連して電流供給部を制御する。
アメリカ合衆国特許第５６３５４０９号明細書には、半導体ウェーハを熱的に処理する装置が記載されている。この装置では、ウェーハが多数のランプを介して加熱される。多区分センサはウェーハの温度を種々異なる点で測定しかつ温度測定の結果を制御ユニットに転送する。温度分布に関連して個々のランプは、ウェーハ表面におけるより均質な温度分布を獲得するために互いに異なる形式で制御される。
【０００６】
したがって、本発明の課題は、基板を熱的に処理する間の、改善された均質性を提供することである。
【０００７】
本発明によれば、この課題は、加熱プレートによって基板を熱的に処理するための装置において、次の特徴：すなわち、別個に制御可能な多数の加熱エレメントが、加熱プレートの、基板とは反対の側に設けられており、加熱エレメントの温度を感知するための少なくとも１つの温度センサが設けられており、加熱エレメントと少なくとも１つの温度センサとに接続された少なくとも１つのＰＩＤ制御器が設けられており、温度測定装置に接続されたコンピュータユニットが設けられており、該コンピュータユニットが、基板表面における温度分布を検出するようになっており、コンピュータユニットに接続されたプロセス制御ユニットが設けられており、該プロセス制御ユニットが、温度分布に関連して個々の加熱エレメントのための温度目標値を設定しかつＰＩＤ制御器に転送するようになっていることによって解決される。上記特徴を備えた装置によって、制御回路の制御パラメータの積極的な適合が外部の測定結果に基づき可能となり、これによって、基板に均質な熱的な処理が施される。測定された温度値から、基板表面における温度分布が得られる。また、測定された温度値から、加熱エレメントのための、場合によって変えられた温度目標値が設定可能である。この温度目標値は、ＰＩＤ制御器と、加熱エレメントと、温度センサとによって形成された制御回路内に送り込まれる。これによって、基板の内部で一様な温度分布が達成されるように個々の加熱エレメントを調整することが可能となる。特に、加熱エレメントのために、問題となる縁部領域により高い温度を設定することができる。
【０００８】
個々の加熱エレメントの間の熱的なクロストークを阻止するために、加熱エレメントが、加熱プレートの、基板とは反対の側に互いに間隔を置いて配置されている。この場合、加熱エレメントが、加熱プレートの突出部上に配置されていると有利である。加熱エレメントの形および数が、処理したい基板の形に適合されているので、加熱エレメントは、処理したい基板の外側輪郭に沿って有利な形式で延びている。制御を簡単にするために、全ての加熱エレメントが、同じ形および大きさを有していると有利である。
【０００９】
問題となる縁部領域の加熱に関与する加熱エレメントを最適に調整するために、加熱プレートに対する基板の位置が可変であると有利である。
【００１０】
本発明の有利な構成では、加熱エレメントごとにＰＩＤ制御器が設けられている。コンピュータユニット、プロセス制御ユニットおよび／またはＰＩＤ制御器が、１つのユニットにまとめられていると有利である。
【００１１】
本発明の別の有利な構成では、基板表面の温度の、局所分解された測定を簡単に獲得するために、温度測定装置が、基板の、加熱プレートとは反対の側を順次に走査するための走査装置を有している。この場合、走査装置が、可動のミラーを有していると有利である。これによって、装置全体を往復移動させる必要なしに、温度測定装置の視野が基板表面を越えて移動させられる。温度測定装置が、赤外線カメラであるであると有利である。
【００１２】
本発明の有利な使用事例では、基板が、フォトマスクである。
【００１３】
本発明の課題は、基板を加熱プレートによって加熱し、基板の、加熱プレートとは反対の表面の温度を局所分解して測定する形式の、基板を熱的に処理する方法において、次の方法ステップ：すなわち、加熱プレートを、別個に制御可能な多数の加熱エレメントを介して加熱し、加熱エレメントの温度を測定し、加熱工程をＰＩＤ制御器によって制御し、基板表面における温度分布を、測定した温度に関連して検出し、個々の加熱エレメントのための温度目標値を設定し、引き続き温度目標値をＰＩＤ制御器に送ることによって解決される。この方法では、基板の均質な熱的な処理の、すでに上述した利点は積極的なフィードバックによって得られる。この場合、個々の加熱エレメントが、個々に対応配置されたＰＩＤ制御器を介して制御されると有利である。
【００１４】
本発明の有利な実施態様では、局所分解された温度測定を簡単に可能にするために、基板の、加熱プレートとは反対の側が、温度測定時に順次に走査される。この場合、走査がミラーの移動によって達成されると有利である。
【００１５】
本発明の特に有利な実施態様では、基板の、加熱プレートとは反対の側の温度が、赤外線カメラによって測定される。本発明による方法が、フォトマスクで使用されると有利である。
【００１６】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１７】
図１ａには、区分制御される本発明による加熱プレート１を下方から見た図が示してあり、図１ｂには、本発明による加熱プレート１の側面図が示してある。
【００１８】
加熱プレート１は、ほぼ長方形の横断面を備えた正方形のベースプレート３から成っている。このベースプレート３は、平らな第１の表面５と、区分けされた第２の表面６とを有している。この表面６は、加熱プレート１の側縁部に対して垂直に延びるそれぞれ４つの溝７によって全部で２５個の正方形のセグメント８に分割される。溝７の深さはベースプレート３のほぼ半分の厚さに相当している。加熱プレート１の正方形のセグメント８には、それぞれ正方形の加熱エレメント１０が配置されている。この加熱エレメント１０は適切な形式で、たとえば接着によってベースプレート３のセグメント８に結合されていて、このセグメント８に相応する加熱区分を形成している。溝７によって分離された各セグメント８に加熱エレメント１０を配置することによって、加熱エレメント１０は熱的に互いに分離されているので、加熱エレメント１０が相関的な影響を受けることはない。すなわち、加熱エレメント１０の間に熱的なクロストーク（Ｕｅｂｅｒｓｐｒｅｃｈｅｎ）は生ぜしめられない。しかし、加熱エレメント１０はベースプレート３を介して互いに十分に熱的に連結されているので、個々の加熱エレメント１０が表面５の熱的な像において熱的に浮き彫りになることなしに、ベースプレート３の表面５では均質な温度分布が達成される。各加熱エレメント１０には、熱電対として形成された温度センサ（図示せず）が対応配置されている。この温度センサは加熱エレメント１０の実際温度を測定する。熱電対の代わりに、たとえば光学的な別の温度センサの使用も可能である。
【００１９】
加熱プレート１は、ベースプレート３の表面６を区分けするために形成された溝７を備えた一体のベースプレート３として説明したにもかかわらず、ベースプレート３は完全に平らに形成されていてもよいし、加熱エレメント１０は直接的にまたはスペーサを介してベースプレート３に結合されていてもよい。同様に、本発明はセグメント８および加熱エレメント１０の形および数に制限されていない。
【００２０】
図２には、加熱プレート１が概略的な平面図で示してある。この場合、平面図では認知することができない溝７と加熱エレメント１０とは概略的に示してある。加熱プレート１の上方には基板１２が、加熱プレート１に対して互いに異なる２つの位置で図示してある。基板１２の、センタリングされた第１の位置では、基板１２が、加熱プレート１の、全部で２５個の加熱区分のうちの中央の９個に重なっている。したがって、基板１２を熱的に処理する場合には、主として、この９個の区分だけが関与している。基板１２の第２の位置では、この基板１２が、少なくとも部分領域で加熱プレート１の、全部で１６個の加熱区分に重なっているので、基板１２を熱的に処理する場合には、この１６個の加熱区分が関与している。この２つの位置の図示により、基板１２の位置選択によって熱的な処理時に関与する加熱エレメント１０の数を変えることができると共に最適に適合させることができるということが明らかとなる。
【００２１】
図３には、基板１２を熱的に処理するための装置１５が概略図で示してある。この熱的な処理装置１５は、図１および図２に示した、基板１２を熱的に処理するための加熱プレート１を有している。この加熱プレート１のベースプレート３の平らな表面５は、たとえば０．１〜０．５ｍｍの間の間隔を置いて、処理したい基板１２に隣り合って配置されている。基板１２は、たとえば４つの保持手段（図示せず）で加熱プレート１の上方に保持される。加熱プレート１と基板１２との上方には、赤外線カメラとして形成された温度測定装置１７が配置されている。赤外線カメラ１７は、基板１２の、加熱プレート１とは反対の表面１８に向けられている。赤外線カメラ１７は、基板１２の全表面１８を順次に走査する可動のミラーを備えたスキャン装置（図示せず）を内蔵している。このスキャン装置を介して、基板１２の表面１８の温度分布の、局所分解された画像が形成される。この場合、全表面１８は、たとえば１秒につき１回走査される。
【００２２】
赤外線カメラ１７はデータ線路２０を介して、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２２として形成されたコンピュータユニットに接続されている。ＰＣ２２の内部では、赤外線カメラ１７によって獲得された測定値が処理され、基板１２の表面１８における空間的な温度分布が検出される。プロセス制御部２４に転送されるこの温度分布データに基づき、このプロセス制御部２４が加熱エレメント１０のための温度目標値を設定する。
【００２３】
この温度目標値はＰＩＤ制御器２６に転送される。このＰＩＤ制御器２６は、個々の加熱エレメント１０と、温度センサとに接続されていて、この加熱エレメント１０および温度センサと共に制御回路を形成している。ＰＩＤ制御器２６は、プロセス制御部２４によって設定された温度目標値と、温度センサによって測定された温度実際値とに基づき、個々の加熱エレメント１０の加熱出力を制御する。したがって、ＰＩＤ制御器２６と、加熱エレメント１０と、温度センサとから成る制御回路に対して、規定された形式で制御されて、温度目標値の設定によって基板表面１８における温度分布の関係が検出される。この場合には、ＰＩＤ制御器２６と、加熱エレメント１０と、温度センサとから成る制御回路に対して、上位の制御回路が存在している。
【００２４】
この積極的（ａｋｔｉｖ）な制御は、基板１２を全体的に熱的に処理する間、特に加熱段階もしくは昇温段階でも実施される。この場合、個々の加熱エレメント１０が制御されて、基板１２の表面１８に均質な一様の温度分布が達成されるようになる。個々の加熱エレメント１０は、たとえば２０℃〜４００℃の温度範囲で無段階に制御される。
【００２５】
図４には、装置１５の選択的な構成が示してある。この場合、図３に示した実施例に対するただ１つの相違点は、各加熱エレメント１０に固有のＰＩＤ制御器２６が対応配置されているという点にある。
【００２６】
図５には、加熱プレート１のグラフィック画面が示してある。この場合、加熱エレメント１０の、それぞれ測定された実際温度は白塗りの第１の方眼２８の内部に記してある。それぞれ基板１２の表面１８における温度分布に関連した、プロセス制御部２４によって設定された目標値は、個々の加熱エレメント１０のために方眼２９内に記してある。
【００２７】
本発明では、予め本発明の有利な実施例を説明したが、しかし、特殊な構成に制限される必要はあり得ない。たとえば、加熱プレートは、円形の加熱エレメントまたは円セグメントを形成する加熱エレメントを備えた円形のような別の形を有していてもよい。赤外線カメラの代わりに、局所分解式の別の温度測定装置が使用されてもよい。さらに、コンピュータユニットと、プロセス制御部と、ＰＩＤ制御器とをただ１つのユニットの内部に形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 本発明による加熱プレートを下方から見た図である。
【図１ｂ】 加熱プレートの側面図である。
【図２】 上方に基板が配置された、図１に示した加熱プレートを上方から見た図である。
【図３】 基板を熱的に処理するための本発明による装置の概略図である。
【図４】 基板を熱的に処理するための本発明による装置の選択的な実施例の概略図である。
【図５】 加熱プレートの互いに異なる区分の実際温度と目標温度とが書き込まれた加熱プレートのグラフィック画面である。
【符号の説明】
１ 加熱プレート、 ３ ベースプレート、 ５ 表面、 ６ 表面、 ７ 溝、 ８ セグメント、 １０ 加熱エレメント、 １２ 基板、 １５ 装置、 １７ 温度測定装置、 １８ 表面、 ２０ データ線路、 ２２ パーソナルコンピュータ、 ２４ プロセス制御部、 ２６ ＰＩＤ制御器、 ２８ 方眼、 ２９ 方眼

Claims (18)

1. 基板（１２）を熱的に処理するための装置（１５）であって、加熱プレート（１）が設けられており、該加熱プレート（１）が、別個に制御可能な多数の加熱エレメント（１０）を加熱プレート（１）の、基板（１２）とは反対の側（６）に有しており、さらに、基板（１２）の、加熱プレート（１）とは反対の表面（１８）に向けられた局所分解式の温度測定装置（１７）が設けられている形式のものにおいて、
   −加熱エレメント（１０）の温度を感知するための少なくとも１つの温度センサが設けられており、
   −加熱エレメント（１０）と少なくとも１つの温度センサとに接続された少なくとも１つのＰＩＤ制御器が設けられており、
   −温度測定装置（１７）に接続されたコンピュータユニット（２２）が設けられており、該コンピュータユニット（２２）が、基板表面における温度分布を検出するようになっており、
   −コンピュータユニット（２２）に接続されたプロセス制御ユニット（２４）が設けられており、該プロセス制御ユニット（２４）が、基板表面（１８）における温度分布に関連して個々の加熱エレメント（１０）のための温度目標値を設定しかつＰＩＤ制御器に転送するようになっている
   ことを特徴とする、基板を熱的に処理するための装置。
2. 加熱エレメント（１０）が、加熱プレート（１）の、基板（１２）とは反対の側（６）に互いに間隔を置いて配置されている、請求項１記載の装置。
3. 加熱エレメント（１０）が、加熱プレート（１）の突出部（８）上に配置されている、請求項１または２記載の装置。
4. 加熱エレメント（１０）の形および数が、処理したい基板（１２）の形に適合されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 加熱エレメント（１０）が、それぞれ同じ形および大きさを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 加熱プレート（１）に対する基板（１２）の位置が可変である、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 加熱エレメント（１０）ごとにＰＩＤ制御器（２６）が設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. コンピュータユニット（２２）、プロセス制御ユニット（２４）および／またはＰＩＤ制御器（２６）が、１つのユニットにまとめられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 温度測定装置（１７）が、基板（１２）の、加熱プレート（１）とは反対の側を順次に走査するための走査装置を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 走査装置が、可動のミラーを有している、請求項９記載の装置。
11. 温度測定装置（１７）が、赤外線カメラである、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
12. 基板（１２）が、フォトマスクである、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
13. 基板を加熱プレート（１）によって、別個に制御可能な多数の加熱エレメント（１０）を介して加熱し、基板（１２）の、加熱プレート（１）とは反対の表面（１８）の温度を局所分解して測定する形式の、基板（１２）を熱的に処理する方法において、以下の方法ステップ：
    −加熱エレメント（１０）の実際温度を測定し、
    −加熱工程をＰＩＤ制御器によって制御し、
    −基板表面における温度分布を、測定した温度に関連して検出し、
    −個々の加熱エレメント（１０）のための温度目標値を基板表面における温度分布に関連して設定し、
    −温度目標値をＰＩＤ制御器に送る
    を有していることを特徴とする、基板を熱的に処理する方法。
14. 個々の加熱エレメント（１０）を、個々に対応配置されたＰＩＤ制御器（２６）を介して制御する、請求項１３記載の方法。
15. 基板（１２）の、加熱プレート（１）とは反対の表面（１８）を温度測定時に順次に走査する、請求項１３または１４記載の方法。
16. 温度測定のための走査をミラーの移動によって行う、請求項１５記載の方法。
17. 基板（１２）の、加熱プレート（１）とは反対の表面（１８）の温度を赤外線カメラ（１７）によって測定する、請求項１３から１６までのいずれか１項記載の方法。
18. 基板（１２）が、フォトマスクである、請求項１３から１７までのいずれか１項記載の方法。

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