JP6436828B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウエハ等の基板を加熱処理する熱処理装置に関する。

このような熱処理装置は、基板を加熱するためのホットプレートと、このホットプレートに対して昇降する昇降ピンとを備え、搬送装置により搬送された基板を昇降ピンにより受け取った後、ホットプレート上に載置し、ホットプレート上に載置された基板をホットプレートからの熱により加熱する構成を有する。このような熱処理装置においては、基板を、その面内で均一に加熱処理することが要請される。

一方、近年、従来よりも薄型の基板が使用される場合がある。例えば、半導体ウエハの場合においては、従来、６インチの半導体ウエハの厚さは６７５μｍであり、８インチの半導体ウエハの厚みは７２５μｍであったのに対して、近年、その厚みが１５０μｍ以下の薄型のウエハも多用されている。特に、ＴＡＩＫＯウエハ（「ＴＡＩＫＯ」は「半導体ウェハーの加工」についての株式会社ディスコの登録商標）とも呼称される、外周部に形成されたリブ領域と、前記リブ領域の内部に形成された前記リブ領域より厚さの小さい薄厚領域とから構成される半導体ウエハにおいては、薄膜領域の厚みは４０μｍ程度となっている。

このような薄型の基板を熱処理する場合においては、熱処理温度が高温となった場合には、薄型の基板に反りが発生するという問題が生ずる。このため、このような問題を解消するために、薄型の基板をホットプレートの表面に吸着保持する構成が採用される。しかしながら、基板に生ずる反りが大きな場合には、基板の中央部は速やかにホットプレートの表面に吸着保持されたとしても、基板の周辺部がホットプレートに吸着保持されるまでに長い時間を要する場合がある。このような現象が生じた場合においては、基板の中央部と周辺部でホットプレートに接触する時間が異なることから、基板を均一に熱処理することが不可能となる。

なお、特許文献１には、ホットプレート（ベークプレート）の上面に凸部を備え、ホットプレートに基板を載置して基板の下面とホットプレートの上面との間に微小空間を形成した状態で基板に対する熱処理を行う基板熱処理装置において、基板の周縁部に当接して基板をホットプレート側へ押しつける押圧部を備え、この押圧部で基板をホットプレート側へ押しつけた状態で熱処理を行う基板熱処理装置が開示されている。

特開２００６−３３９４８５号公報

上述した特許文献１に記載の発明によれば、基板の反りを矯正して基板を面内において均一に熱処理しうるものではあるが、基板として、上述したような薄型の基板を使用した場合には、以下のような問題が生ずる。

すなわち、上述したような薄型の基板に対して熱処理を実行する場合には、ホットプレートの上面に凸部を備えることにより、基板の下面とホットプレートの上面との間に微小空間を形成した状態で基板に対する熱処理を行う所謂プロキシミティ方式の熱処理機構を採用しようとしても、薄型の基板の撓みにより、基板の下面とホットプレートとの間に一定の距離を形成することは困難となる。また、薄型の基板を凸部により支持し得たとしても、基板の反りと押圧部による押圧力のバランスをとることが困難であり、基板の下面とホットプレートの表面との距離を基板の全域において均一なものとすることは不可能となる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、薄型の基板に生ずる反りを防止し、薄型の基板を均一に熱処理することが可能な熱処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、基板を加熱する熱処理装置において、加熱源を備えたホットプレートと、基板を前記ホットプレートの表面に吸着保持する吸着保持機構と、前記ホットプレートの表面に載置された基板の端縁を押圧することにより、前記基板の端縁を前記ホットプレートの表面に押圧する押圧部材と、前記ホットプレートの上方を覆う蓋部材と、前記蓋部材を前記ホットプレートに対して昇降させる駆動源と、を備え、前記押圧部材は、前記基板の端縁に当接する押圧部と、前記ホットプレート上に載置された基板の端縁部の表面とホットプレートの表面との距離に相当する厚さを有し前記ホットプレートの表面に当接する高さ規制部とを備え、前記蓋部材の下部に配設されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記押圧部材は、前記基板の端縁の複数箇所を押圧するために、前記基板の端縁に対して複数個配設される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記基板は、外周部に形成されたリブ領域と、前記リブ領域の内部に形成された前記リブ領域より厚さの小さい薄厚領域とから構成される半導体ウエハである。

請求項１に記載の発明によれば、基板の端縁を押圧部材によりホットプレートの表面に押圧することにより、熱処理時に基板に発生する反りを防止して基板の全域をホットプレートに吸着保持することができる。このため、基板を均一に熱処理することが可能となる。

また、蓋部材の昇降動作と同期して押圧部材により基板の端縁をホットプレートに対して押圧することが可能となる。このため、押圧部材を昇降させるために特別な昇降機構を配設することが不要となる。

さらに、高さ規制部の作用により、基板の端縁を押圧部によって一定の押圧力でホットプレートに押圧することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、複数個の押圧部材により、ホットプレートに対して基板の端縁を均一に押圧することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、リブ領域と薄厚領域とを有する半導体ウエハをホットプレートに吸着保持して、均一に熱処理することが可能となる。

この発明に係る熱処理装置の側面概要図である。 この発明に係る熱処理装置の本体１の平面概要図である。 ホットプレート２０に設けられた基板１００の吸着保持機構を示す側面概要図である。 蓋部材２を下方から見た平面概要図である。 押圧部材１０の斜視図である。 押圧部材１０により基板１００の端縁を押圧して、この基板１００の端縁をホットプレート２０の表面との間に挟持する状態を示す部分拡大図である。 押圧部材１０により基板１００の端縁を押圧して、この基板１００の端縁をホットプレート２０の表面との間に挟持する状態を示す部分拡大図である。 押圧部材１０により基板１００の端縁を押圧して、この基板１００の端縁をホットプレート２０の表面との間に挟持する状態を示す部分拡大図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る熱処理装置の側面概要図である。この熱処理装置は、ホットプレート２０を有する本体１と、その本体１の上方を開閉する蓋部材２と、その蓋部材２を本体１に対して昇降駆動する駆動源３とを備える。

図２は、この発明に係る熱処理装置の本体１の平面概要図である。図３は、ホットプレート２０に設けられた基板１００の吸着保持機構を示す側面概要図である。図４は、蓋部材２を下方から見た平面概要図である。

この熱処理装置において、本体１は、上部に開口部を有する平面視で四角形の下チャンバー４１を含み、下チャンバー４１内には、ホットプレート２０が支持部材２６に支持された状態で配設されている。ホットプレート２０は、加熱源としてのヒータ２５（図３参照）を備え、後述する吸着保持機構により吸着保持した基板１００を加熱する構成を有する。

一方、蓋部材２は、平面視で四角形の外チャンバー４２と、その外チャンバー４２の内側に取り付けられた平面視で円形の内チャンバー４３とを備える。駆動源３は、本体１の側方に設けられたエアシリンダ２４と、エアシリンダ２４に駆動される連結部材２３とを含み、その連結部材２３に取り付けられた蓋部材２を本体１に対して相対的に昇降駆動する。

ホットプレート２０の上面（表面）は略円形であって、後述する孔部および排気孔３１を除いて実質的に平坦面に形成され、その上面を下チャンバー４１の上方開口部に臨ませて設けられ、所定の大きさの円盤型の基板１００を載置可能に形成されている。ホットプレート２０の上面には、所定の大きさの基板１００の外周の端縁部に対応する４か所に４つの孔部が形成されており、この孔部に対して４本のリフタピン２１が、昇降可能な状態で貫通している。これらのリフタピン２１は、基板１００の端縁を下方から支持する構成を有し、図示を省略した搬送装置のハンドとの間で基板１００の受渡を行いまた基板１００をホットプレート２０の上面に載置するものである。４本のリフタピン２１は、共通の支持部材２２に支持されている。この支持部材２２は、連結部材２３と連結されている。そして、連結部材２３は、エアシリンダ２４により昇降駆動される。このため、４本のリフタピン２１と蓋部材２とは、同期して昇降する。

すなわち、図１に示すように、エアシリンダ２４が伸長し、蓋部材２が下チャンバー４１の開口部を開放する解放位置まで上昇したときには、リフタピン２１は基板１００を図示を省略した搬送装置のハンドとの間で基板１００を受け渡すための受渡位置まで上昇する。また、エアシリンダ２４が短縮し、蓋部材２が下チャンバー４１の開口部を閉鎖する閉鎖位置まで下降したときには、リフタピン２１はホットプレート２０の内部に収納される待機位置まで下降する。このときには、リフタピン２１により支持されていた基板１００は、ホットプレート２０の上面に載置され、蓋部材２はホットプレート２０の上面に載置された基板１００をほぼ覆う状態となる。なお、図３においては、受渡位置にあるリフタピン２１により基板１００を支持した状態を仮想線で示している。

図３および図２に示すように、ホットプレート２０の内部には、複数の排気路３２が放射状にかつ互いに連通するように形成されている。これらの排気路３２のうちの一つは、ファンや真空ポンプ等の排気手段と連結する排気管３３と連結されている。また、ホットプレート２０の表面と排気路３２との間には、排気孔３１が形成されている。このため、ホットプレート２０の表面に基板１００が載置された状態において排気管３３から排気を行うことにより、基板１００はホットプレート２０の上面に吸着保持される。

一方、図４に示すように、蓋部材２内には、ホットプレート２０の表面に載置された基板１００の端縁を押圧することにより、基板１００の端縁をホットプレート２０の表面に押し付けるための押圧部材１０が、内チャンバー４３の下部に取り付けられて支持された状態で複数個配設されている。この押圧部材１０は、基板１００の端縁の複数箇所を押圧するために、図４に示すように、基板１００の端縁に対して等間隔に８個、配設されている。また、内チャンバー４３には、不活性ガスとしての窒素ガスを噴出するための窒素ガス噴出口４４が設けられ、窒素ガス噴出口４４は配管４５（図１）を介して図示しないガス供給源に接続されている。なお、図４においては、この蓋部材２が下降してホットプレート２０と結合した場合の基板１００の位置を仮想線で描いてある。

図５は、上述した押圧部材１０の斜視図である。

この押圧部材１０は、樹脂により構成され、基板１００の端縁に当接する押圧部１１と、ホットプレート２０の表面に当接する高さ規制部１２と、蓋部材２内の内チャンバー４３に対する接続部１３とから構成される。押圧部１１は、断面逆山型の形状を有し、基板１００に対して線接触する構成を有する。また、接続部１３には、押圧部材１０を内チャンバー４３にネジ止めするための孔部１４が形成されている。押圧部材１０は内チャンバー４３に取り付けられることによって、エアシリンダ２４の駆動によって、蓋部材２およびリフタピン２１の昇降と同期して昇降する。

図６は、押圧部材１０により基板１００の端縁を押圧して、この基板１００の端縁をホットプレート２０の表面との間に挟持する状態を示す部分拡大図である。

図６に示す基板１００は、直径が２００ｍｍであって、外周部に形成されたその幅が３ｍｍ程度の円周状のリブ領域１０１と、このリブ領域１０１の内部に形成されたリブ領域１０１より厚さの小さい薄厚領域１０２とから構成される半導体ウエハである。この基板１００の薄厚領域１０２の厚みは、例えば、４０μｍ程度となっている。

押圧部材１０が蓋部材２とともに下降したときには、図６に示すように、押圧部材１０の押圧部１１により、基板（半導体ウエハ）１００におけるリブ領域１０１が押圧され、リブ領域１０１は、押圧部１１とホットプレート２０の表面との間に挟持される。このときには、押圧部材１０における高さ規制部１２がホットプレート２０の表面に当接することにより、押圧部１１の高さ位置が規制される。このため、この高さ規制部１２のサイズを予め適切な値に設定することにより、基板１００の端縁であるリブ領域１０１を、押圧部１１によって一定の押圧力でホットプレート２０に押圧することが可能となる。

次に、以上のような構成を有する熱処理装置により基板１００を熱処理する熱処理工程について説明する。基板１００に対して熱処理を実行するときには、図１に示すように、蓋部材２を、下チャンバー４１の開口部を開放する解放位置まで上昇させる。このときは、図１に示すように、リフタピン２１は、図示を省略した搬送装置のハンドとの間で基板１００を受け渡すための受渡位置まで上昇している。この状態において、図示を省略した搬送装置のハンドにより支持された基板１００を、リフタピン２１上に載置する。これにより、基板１００は、その端縁を４本のリフタピン２１により支持される。

次に、エアシリンダ２４を駆動して、蓋部材２を、下チャンバー４１の開口部を閉鎖する閉鎖位置まで下降させる。このときには、まず、リフタピン２１がホットプレート２０の内部に収納される位置まで下降する。これにより、リフタピン２１により支持された基板１００は、ホットプレート２０の上面に載置される。（このときの状態を以下「載置状態」と称する。）この載置状態のときには、蓋部材２は押圧部材１０の高さ規制部１２がホットプレート２０の上面に達するまでは下降していないが、基板１００の下面とホットプレート２０の上面との間の領域は、排気孔３１、排気路３２および排気管３３を介して排気され、基板１００をホットプレート２０の上面に吸着保持しようとする。ホットプレート２０の上面に吸着保持された基板１００は、ホットプレート２０により加熱される。

そして、押圧部材１０が蓋部材２とともにさらに下降して押圧部材１０の高さ規制部１２がホットプレート２０の上面に達するまで下降することにより、図６に示すように、押圧部材１０の押圧部１１により、基板１００におけるリブ領域１０１が押圧され、このリブ領域１０１が押圧部１１とホットプレート２０の表面との間に挟持され、基板１００がホットプレート２０に押し付けられる。これにより、上記載置状態の時点において、仮に基板１００に加熱に伴う反りが生じようとして、完全に吸着できなかった場合においても、押圧部材１０の作用により、この基板１００はその端縁領域を含む全領域においてホットプレート２０の表面に押し付けられることにより速やかに吸着されて当接し、全領域において均一に熱処理される。

このとき、押圧部材１０は、基板１００の端縁の複数箇所を押圧するために基板１００の端縁に対して等間隔に複数個配設されていることから、これらの複数個の押圧部材１０により、ホットプレート２０に対して基板１００の端縁を均一に押圧することが可能となる。

上記の実施形態と同じ基板１００を使用し、ホットプレート２０の温度を１５０℃に設定した場合、本発明を実施しない場合にはリブ領域１０１の温度上昇が遅れるためにリブ領域１０１付近に反りが発生し、基板１００を載置後に全面を吸着できるまでに２１秒を要した。それに対し本発明を実施した場合には、基板１００のリブ領域１０１を押圧部材１０によって押圧することでリブ領域１０１の温度上昇の遅れを低減して反りの発生を抑制低減し、基板１００載置後に３秒程度で基板１００全面を吸着できるようになり、基板面内を均一に加熱でき、また加熱履歴の均一性を向上できた。

なお、熱処理中においては、蓋部材２の内チャンバー４３とホットプレート２０とにより構成される空間内は、窒素ガス噴出口４４から供給された窒素ガスによりパージされている。

基板１００に対する熱処理が終了すれば、図１に示すように、蓋部材２を、下チャンバー４１の開口部を開放する解放位置まで再度上昇させる。これにより、リフタピン２１は、図示を省略した搬送装置のハンドとの間で基板１００を受け渡すための受渡位置まで上昇する。この状態において、リフタピン２１により支持された基板１００は、図示を省略した搬送装置のハンドにより支持され、後段の処理工程まで搬送される。

なお、上述した実施形態においては、基板１００としてリブ領域１０１と薄厚領域１０２とを有する半導体ウエハを使用し、この基板１００におけるリブ領域１０１が突出した面をホットプレート２０の表面とは逆側に配置して熱処理を実行する場合について説明したが、基板１００におけるリブ領域１０１が突出した面をホットプレート２０の表面側に配置して熱処理を実行することも可能である。

図７は、このような実施形態において、押圧部材１０により基板１００の端縁を押圧して、この基板１００の端縁をホットプレート２０の表面との間に挟持する状態を示す部分拡大図である。

この実施形態においては、ホットプレート２０の表面に凹部が形成され、この凹部内に基板１００におけるリブ領域１０１を収納した状態で、押圧部材１０により基板１００の端縁を押圧している。このような実施形態を採用した場合においても、押圧部材１０の押圧部１１により、基板１００におけるリブ領域１０１を押圧して押圧部１１とホットプレート２０の表面との間に挟持することができる。このときにも、高さ規制部１２作用により、基板１００の端縁であるリブ領域１０１を、押圧部１１によって一定の押圧力でホットプレート２０に押圧することが可能となる。なお、この場合でも、基板１００のリブ領域１０１より内側の素子形成部分に対する加熱処理に寄与するホットプレート２０の上面（表面）は実質的に平坦面に形成されているといえる。

さらに、上述した実施形態においては、基板１００としてリブ領域１０１と薄厚領域１０２とを有する半導体ウエハを使用した場合について説明したが、基板１００として均一な厚みを有する半導体ウエハを使用することもできる。

図８は、このような実施形態において、押圧部材１０により基板１００の端縁を押圧して、この基板１００の端縁をホットプレート２０の表面との間に挟持する状態を示す部分拡大図である。

この実施形態においては、図６に示す実施形態と同様、凹部を備えないホットプレート２０が使用される。そして、上述した実施形態同様、押圧部材１０により基板１００の端縁を押圧することで、基板１００の端縁を押圧部１１とホットプレート２０の表面との間に挟持することができる。このときにも、高さ規制部１２作用により、基板１００の端縁を、押圧部１１によって一定の押圧力でホットプレート２０に押圧することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、押圧部材１０を蓋部材２に取り付けることにより、蓋部材２とリフタピン２１を昇降駆動するエアシリンダ２４を押圧部材１０の昇降駆動のためにも兼用し、装置構成を簡易にしているが、押圧部材１０専用の駆動源を別個に設けてもよい。また、上述の実施形態においては、押圧部材１０における押圧部１１として、断面形状が山型で、基板１００に対して線接触する構成を有するものを使用している。しかしながら、基板１００に対して、点接触や面接触する形状を有する押圧部を有する押圧部材を使用してもよい。

１ 本体
２ 蓋部材
３ 駆動源
１０ 押圧部材
１１ 押圧部
１２ 高さ規制部
２０ ホットプレート
２１ リフタピン
２２ 支持部材
２３ 連結部材
２４ エアシリンダ
２５ ヒータ
３１ 排気孔
３２ 排気路
３３ 排気管
４１ 下チャンバー
４２ 外チャンバー
４３ 内チャンバー
１００ 基板
１０１ リブ領域
１０２ 薄厚領域

Claims (3)

1. 基板を加熱する熱処理装置において、
   加熱源を備えたホットプレートと、
   基板を前記ホットプレートの表面に吸着保持する吸着保持機構と、
   前記ホットプレートの表面に載置された基板の端縁を押圧することにより、前記基板の端縁を前記ホットプレートの表面に押圧する押圧部材と、
   前記ホットプレートの上方を覆う蓋部材と、
   前記蓋部材を前記ホットプレートに対して昇降させる駆動源と、
   を備え、
   前記押圧部材は、前記基板の端縁に当接する押圧部と、前記ホットプレート上に載置された基板の端縁部の表面とホットプレートの表面との距離に相当する厚さを有し前記ホットプレートの表面に当接する高さ規制部とを備え、前記蓋部材の下部に配設されることを特徴とする熱処理装置。
2. 請求項１に記載の熱処理装置において、
   前記押圧部材は、前記基板の端縁の複数箇所を押圧するために、前記基板の端縁に対して複数個配設される熱処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、
   前記基板は、外周部に形成されたリブ領域と、前記リブ領域の内部に形成された前記リブ領域より厚さの小さい薄厚領域とから構成される半導体ウエハである熱処理装置。

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