JP7735166B2 - 基板処理方法、および基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板処理方法、および基板処理装置に関する。

半導体デバイスの製造におけるフォトレジスト処理工程において、基板上にレジストを塗布した後に、レジストを加熱乾燥させるため、種々の加熱処理が行われる。加熱処理は、ホットプレートと呼ばれる加熱プレートに、加熱対象となる基板を載置、もしくは近接させることで行われる。ホットプレートの材質は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が用いられる場合がある。窒化アルミニウムのホットプレートを用いた場合、高い熱伝導率と、高い強度のため板材を薄くすることができ、従来に比べて高速に昇温・降温を行うことができる。特許文献１では、基板を加熱する加熱処理装置の技術が記載されている。

特開２００４－３３６０７６号公報 特開２０００－２７２９８５号公報

特許文献１に記載の加熱処理装置において、窒化アルミニウムのホットプレートを用いた場合、加熱時の温度次第では、ホットプレートと空気中の水分が反応し、アンモニアを含むアウトガスを生じさせてしまう恐れがある。

特許文献２では、窒化アルミニウム焼結体のホットプレートの耐水性を向上させるため、窒化アルミニウム焼結体の表面に酸化膜が付くように焼成を行う技術が示されている。しかしながらこの焼成体をホットプレートとして利用するためには、焼成工程の後に機械加工が入ることは避けられず、焼結体上の酸化膜が部分的に削り取られることになる。すなわち、特許文献２に記載の焼結体をホットプレートとして装置内に組み込み、基板の加熱処理を装置内で行ったとしても、焼結体の酸化膜が削り取られた部分からアウトガスを生じさせてしまう恐れがあった。

本発明は、基板を加熱する際に発生する加熱プレートのアウトガスを抑制する処理方法を提供することを目的とする。

その目的を達成するために、本発明の一側面としての基板処理方法は、載置された基板を加熱する加熱プレートが配置されたチャンバーを有する基板処理装置の処理方法であって、前記加熱プレートを第一温度に加熱する第一工程と、前記加熱プレートを前記第一温度から第二温度に降温させる第二工程と、前記第一工程と前記第二工程において、乾燥気体を前記チャンバー内に供給する工程と、前記第二工程の後に、前記加熱プレートに前記基板を搬入する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、基板を加熱する際に発生する加熱プレートのアウトガスを抑制する処理方法を提供することができる。

第一実施形態の基板処理装置を示した図である。 第一実施形態の基板処理装置の工程を示した図である。 第一実施形態の基板処理装置の工程を示した図である。 第二実施形態の基板処理装置を示した図である。 第二実施形態の基板処理装置の工程を示した図である。 第二実施形態の基板処理装置の工程を示した図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態における基板処理装置１００である。基板処理装置１００は、基板１を保持して加熱する加熱プレート１０、加熱プレート１０を囲う様に配置されたチャンバー２０、基板搬送部３０を有する。基板１は、ベアシリコンウェハでも良いし、ガラス基板でも良い。基板１上に塗布される樹脂材は、コーターディベロッパーなどを用いて塗布される。基板処理装置１００は、後述する基板の処理動作を制御するための制御部６０を備える。

基板１の加熱は、加熱プレート１０に載置しても良いし、加熱プレート１０に近接させた状態で実施しても良い。

加熱プレート１０による基板１の保持は、加熱プレート１０に複数の吸着ピンを構成し、前記吸着ピンを用いて保持しても良いし、加熱プレート１０から真空吸引して直接保持しても良い。また、吸着ピンは昇降機構を備え、基板１を加熱プレート１０に搬入および搬出する際に使用しても良い。加熱プレート１０による基板１の保持は、真空吸引方式のほかに、静電方式によって実施されても良い。

加熱プレート１０は、昇温・降温の高速化の観点で、高い熱伝導性を有する必要があり、例えば熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上が望ましい。加熱プレート１０の材質として、窒化アルミニウムを含むホットプレートを用いることが望ましい。また、加熱プレートの構造は、ガラス基板、発熱体、窒化アルミニウムなどの母材による積層構造体であっても良い。加熱プレート１０は、電源部１１を有し、電源部１１から供給される電力によって、前記発熱体を加熱し、加熱プレートを加熱することができる。

チャンバー２０は、加熱プレート１０を囲う様に配置される。チャンバー２０は、基板を搬入できるよう、昇降機構を有し、上下で分離できるようになっていても良い。また、チャンバー２０は、基板１を搬出入用の限定された開口部を設け、加熱プレート空間を仕切っても良い。前記開口部を閉じられるよう、チャンバー２０にシャッターを設けても良い。加熱プレート１０の加熱時において、チャンバー２０は閉ざされた空間を形成できることが望ましい。

また、基板１を加熱プレート１０に搬出入する際も、チャンバー２０内の雰囲気を維持できることが望ましく、基板１を搬出入するためのチャンバー２０の開口はできる限り小さく、短時間で実施することが望ましい。

基板搬送部３０は、多関節ロボットを有し、多関節ロボットに構成されるハンドを介して、基板１を吸着保持してチャンバー２０内へ搬送することができる。さらに、基板処理装置１００は、気体供給部４０および気体供給配管部４１、排気部５０および排気配管部５１を有する。

気体供給配管部４１は、チャンバー２０に配置される。基板１の上方にあるチャンバー２０に気体供給配管部４１を設けた場合、基板１に気体を供給することで、気体１に異物が付着するのを抑制することができる。また、加熱プレートに窒化アルミニウムを含む構造体を用いた場合、加熱温度次第では、空気中の水分と反応し、アンモニアを含むアウトガスを放出することがある。

また、内部に使用されている部材次第では、シロキサンなどのアウトガスを放出することもある。アウトガスを放出する温度は、加熱プレートの保存状態や、使用環境、使用頻度によっても異なるが、２５０～３００℃ぐらいから顕著にアウトガスを放出する可能性がある。そこで、加熱プレート１０の下方にあるチャンバー２０に気体供給配管部４１を設け、加熱プレート１０に気体を供給することで、加熱プレート１０の周囲をドライ環境にし、アウトガスを抑制することができる。

気体供給配管部４１は、加熱プレート１０の側面に気体が供給されるように配置しても良い。気体供給部４０、および気体供給配管部４１から供給される気体は、クリーンドライエア、窒素（Ｎ_２）ガス、不活性ガスなどの乾燥気体であることが望ましい。

排気配管部５１は、チャンバー２０に配置され、チャンバー２０で囲われた空間を排気することができる。排気配管部５１は、加熱プレート時に加熱プレートから放出されるガス成分を、基板１上に付着させないよう、基板１よりも下方に配置されることが望ましい。

図２は、基板処理装置１００において基板１を加熱プレート１０上に搬入するまでの工程を示している。図２（Ａ）は、加熱プレート１０の加熱工程と、気体供給部４０の気体供給工程における温度（Ｔｅｍｐ．）、および乾燥気体の供給量（Ｇａｓ．）の関係をグラフとして示している。また、図２（Ｂ）は、加熱プレート昇温開始から、基板１を加熱プレート１０に搬入するまでの工程を示すフローチャートである。

基板処理装置１００は、時間Ｓ０で加熱プレート１０の加熱を開始し、時間Ｓ２までに初期温度Ｔ０から第一温度Ｔ１まで昇温させる。第一温度Ｔ１は、基板１を加熱する加熱温度である第二温度Ｔ２よりも高い温度である。また、第一温度Ｔ１は、加熱プレート上の水分を含む不純物を飛ばすため、２５０℃以上で実施することが望ましい。

加熱プレート１０は、時間Ｓ２からＳ３までの時間、第一温度Ｔ１で加熱プレート１０を加熱し続ける。ここまでが第一工程である。第一工程が完了したら、基板処理装置１００は、加熱プレート１０が第二温度Ｔ２となるように、加熱プレート１０の降温をさせる。ここまでが第二工程である。

第二工程が完了したら、基板処理装置１００は、時間Ｓ５から基板１の搬入を開始し、加熱プレート１０に基板１を載置し、基板１の加熱を開始する。ここで、時間Ｓ１において、気体供給部４０は、チャンバー２０で囲われた空間に気体供給配管部４１を介して乾燥気体を供給する。合わせて、排気部５０もチャンバー２０で囲われた空間を、排気配管部５１を介して排気する。チャンバー２０で囲われた空間に乾燥気体を供給するタイミングは、加熱プレート１０の加熱開始時間Ｓ０よりも前から開始しても良い。

本実施形態においては、第一工程の加熱の期間中、および第二工程の降温の期間中において乾燥気体を前記チャンバー２０内に供給する。

チャンバー２０内に乾燥気体を供給するタイミングは、少なくとも、加熱プレート１０の温度が、第一温度Ｔ１に到達するよりも前に実施されると良い。また、加熱プレート１０からアウトガスを放出させる第三温度Ｔ３に到達する時間Ｓ１＿２よりも早くに開始されることが望ましい。チャンバー２０で囲われた空間を排気するタイミングも同様である。気体供給部４０からの気体供給量は、チャンバー２０の開口部や隙間を経由して外部から湿った空気が流入するのを抑制するため、排気部５０による排気量と同じか、それ以上であることが望ましい。

図３は、基板処理装置１００において複数枚の基板を処理する際の工程を示している。図３（Ａ）と図３（Ｂ）は、図２（Ａ）と同様に加熱プレート１０の加熱工程と、気体供給部４０の気体供給工程における温度、および乾燥気体の供給量の関係に加え、チャンバー２０内の湿度（Ｈｕｍ．）を示している。図３（Ａ）は、複数枚の基板処理を実施後、加熱プレート１０の加熱と気体供給部４０の気体供給を停止し、一定時間の装置アイドル状態を経て、再度基板の処理を実施する場合である。

図３（Ｂ）は、複数枚の基板処理を実施後、気体供給部４０の気体供給を継続した状態で、加熱プレート１０の加熱を停止し、一定時間の装置アイドル状態を経て、再度基板の処理を実施する場合である。図３（Ｃ）は、基板処理装置１００の処理工程を示している。時間Ｓ５までは、図２（Ａ）と同じである。

基板処理装置１００は、時間Ｓ５からＳ６において、複数枚の基板の連続的な処理を実施する。複数枚の基板を連続的に処理する場合において、チャンバー２０内に気体を供給し続けている場合、チャンバー２０内の湿度は低い状態（Ｈ１）を維持しているため、最初に搬入される基板の直前にのみ実施すればよく、２枚目以降の基板に対しては、第一工程を行わなくても良い。

加熱プレート１０は、複数枚の基板の連続処理が完了したら、加熱を終了する。加熱プレート１０は、加熱を終了すると、初期温度Ｔ０まで降温する。その際、チャンバー２０内への乾燥気体の気体供給も停止すると、チャンバー２０内の湿度もチャンバー２０の外空間と同じ湿度Ｈ０まで戻っていく。装置アイドル状態である時間（装置の待機時間）Ｓ７からＳ０’を経て、再び基板の処理を開始する場合、次の基板を搬入する前に、時間Ｓ０からＳ４までの工程と同じ時間Ｓ０’からＳ４’までの工程を再び実施する必要がある。

ただし、装置の待機時間が短時間である場合、第一工程内の時間Ｓ２’からＳ３’までを短縮しても良い。また、図３（Ｂ）のように、時間Ｓ６にて加熱プレート１０の加熱停止後、チャンバー２０内に気体を供給し続けた場合、再び基板処理を開始する際は、第一工程を実施せず、加熱プレート１０が第二温度Ｔ２に到達したら、基板１を搬入しても良い。また、基板処理装置の待機時間に合わせて第一工程の実施時間を自動的に変更するように設定しても良く、例えばこれらの場合分けに基づいて、第一工程の実施時間は自動的に変更されうる。また、加熱プレートが水分を含む空気に晒された時間として計測し、一定の時間以上晒された場合に再び実施されるように基板処理装置を制御しても良い。

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の一実施形態における基板処理装置１０１である。基板処理装置１０１は、実施形態１の基板処理装置１００の構成を有し、さらに加熱プレート１０の周辺の雰囲気を計測し、監視する計測監視部６０を有する。

計測監視部６０は、加熱プレート１０の周辺の雰囲気を吸引してから計測をしても良い。加熱プレート１０は、加熱温度次第では、アウトガスを放出する。そこで、空間の雰囲気を吸引し、直接的にガス分析を行うクロマトグラフィでも良いし、パーティクルカウンターを用いても良い。また、アウトガスによる屈折率変化を利用して、レーザー変位計や分光干渉計などを用いて、基準との距離差分から濃度を算出しても良い。

また、空間内の水分量を測る場合においては、湿度計を用いても良い。湿度計は、露点計のように水分量から露点温度を求めても良いし、絶対湿度、相対湿度を求めても良い。

図５は、基板処理装置１０１において基板１を加熱プレート１０上に搬入するまでの工程を示している。図５（Ａ）は、図３（Ａ）と同様に加熱プレート１０の加熱工程と、気体供給部４０の気体供給工程と、チャンバー２０内の湿度（Ｈｕｍ．）と、の関係を示している。また、図５（Ｂ）は、加熱プレート昇温開始から、基板１を加熱プレート１０に搬入するまでの工程を示している。

基板処理装置１０１は、実施形態１における基板処理装置１００の基板処理工程と同様の工程を有し、さらに時間ＳＪ１とＳＪ２において、工程継続の可否を判定する判定１と判定２を有する。判定１は、チャンバー２０内に気体を供給開始する時間Ｓ１よりも後であり、加熱プレート１０がアウトガスを放出しえる温度Ｔ３に到達する前の温度Ｔ４において実施される。

ここで、監視部６０は、チャンバー内の湿度を計測し、チャンバー内２０の湿度が基準湿度Ｈ２よりも低い場合、工程を進めることを可と判定する。一方、チャンバー内の湿度が基準湿度Ｈ２よりも高い場合、前記湿度が基準湿度Ｈ２を下回るまで工程を停止し、加熱プレート１０の温度が第四温度Ｔ４で維持されるように加熱を行う。

判定２は、加熱プレート１０の温度が第二温度Ｔ２に到達した後に実施する。監視部６０は、判定１と同様、チャンバー内の湿度を計測し、チャンバー内２０の湿度の計測結果が基準湿度Ｈ３よりも低い場合、チャンバー内に基板を搬入して工程を進めることを可と判定し、基板１を搬入する工程を実施する。

一方、チャンバー内の湿度が基準湿度Ｈ２よりも高い場合、前記湿度が基準湿度Ｈ３を下回るまで工程を停止し、加熱プレート１０の温度が第二温度Ｔ２で維持されるように加熱を行う。ここで、判定１と判定２は、どちらか片方でも良いし、両方実施しても良い。判定の方法は、判定１と判定２で異なる計測方法で実施されても良い。また、判定は、チャンバー２０内の湿度を計測しても良いし、クロマトグラフィ、パーティクルカウンター、レーザー変位計や分光干渉計などを用いても良い。

図６は、基板処理装置１０１において複数枚の基板を処理する際の工程を示している。図６（Ａ）と図６（Ｂ）は、加熱プレート１０の加熱工程と、気体供給部４０の気体供給工程と、チャンバー２０内の湿度を示している。図６（Ａ）は、複数枚の基板処理を実施後、加熱プレート１０の加熱と気体供給部４０の気体供給を停止し、一定時間の装置アイドル状態を経て、再度基板の処理を実施する場合である。

図６（Ｂ）は、複数枚の基板処理を実施後、気体供給部４０の気体供給を継続した状態で、加熱プレート１０の加熱を停止し、一定時間の装置アイドル状態を経て、再度基板の処理を実施する場合である。図６（Ｃ）は、基板処理装置１０１の処理工程を示している。基板処理装置１０１は、図３における基板処理装置１００の基板処理工程を有し、さらに時間ＳＪ１、ＳＪ２、ＳＪ１’、ＳＪ２’、ＳＪ１”、ＳＪ２”において、工程継続の可否を判定する判定１、判定２、判定１”を有する。

時間ＳＪ１、ＳＪ２における判定１、判定２は図５と同様である。基板処理装置１０１は、時間Ｓ５からＳ６において、複数枚の基板の連続処理を実施する。複数枚の基板を連続処理する場合において、チャンバー２０内に乾燥気体を供給し続けている場合、チャンバー２０内の湿度は低い状態を維持しているため、２枚目以降の基板に対しては、第一工程を行わなくても良い。

ここで、基板１の搬出作業において、チャンバー２０の一部を開ける必要があり、開放量次第では、チャンバー２０内の湿度が上昇することが考えられる。そこで、新たな基板を搬入する前に、改めて判定２を行い、チャンバー２０内が基準湿度Ｈ３未満に保たれているかを確認する。

チャンバー２０内の湿度が基準湿度Ｈ３未満なら次の基板を搬入し、基準湿度Ｈ３以上なら、基準湿度Ｈ３未満になるまで工程を停止し、加熱プレート１０の温度が第二温度Ｔ２で維持されるように加熱を行う。ここで、基板搬出時に装置トラブル等で、チャンバー２０内の湿度が基準湿度Ｈ２を超えてしまった場合、次の基板を搬入する前に、改めて第一工程から実施することが望ましい。

複数枚の基板の連続処理完了後、装置アイドル状態である時間Ｓ７からＳ０’を経て、再び基板の処理を開始する場合、判定１および判定２を実施し、基準湿度Ｈ２およびＨ３未満かどうかを判定する。ここで、図６（Ｂ）に示すように、装置アイドル状態時もチャンバー２０内に気体供給を継続していた場合、時間ＳＪ１”において第四温度Ｔ４に到達したら、判定１ではなく、判定１”を行う。ここで、チャンバー２０内の湿度が基準湿度Ｈ３未満であれば、第一工程を飛ばし、第二温度Ｔ２に到達したら判定２に移行する。

基準湿度Ｈ３以上Ｈ２未満の場合、第四温度Ｔ４を維持し、基準湿度Ｈ３未満になったら、第一工程を飛ばし、第二温度Ｔ２に到達したら判定２に移行する。基準湿度Ｈ２以上の場合、第四温度Ｔ４を維持し、判定１に移行し、基準湿度Ｈ２未満になったら第一工程から実施する。ここで、図５と同様、各判定の方法は、湿度によらず、他の計測方法を用いて計測し判定しても良い。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１ 基板
１０ 加熱プレート
２０ チャンバー
３０ 基板搬送部
４０ 気体供給部
１００ 基板処理装置

Claims (15)

1. 載置された基板を加熱する加熱プレートが配置されたチャンバーを有する基板処理装置の処理方法であって、
   前記加熱プレートを第一温度に加熱する第一工程と、
   前記加熱プレートを前記第一温度から第二温度に降温させる第二工程と、
   前記第一工程と前記第二工程において、乾燥気体を前記チャンバー内に供給する工程と、
   前記第二工程の後に、前記加熱プレートに前記基板を搬入する工程と、
   を有することを特徴とする処理方法。
2. 前記基板処理装置は、前記加熱プレートを前記第二温度に加熱した状態で前記基板を前記チャンバー内に搬入することを特徴とする、請求項１に記載の処理方法。
3. 前記第一工程は、基板を連続的に処理する場合において、最初に搬入される基板の前にのみ実施されることを特徴とする、請求項１または２に記載の処理方法。
4. 前記第一工程は、前記加熱プレートが水分を含む空気に一定の時間以上晒された場合、再び実施されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の処理方法。
5. 前記第一工程の実施時間は、前記基板処理装置の待機時間に合わせて変更されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の処理方法。
6. 前記第一温度は、２５０℃以上であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の処理方法。
7. 前記加熱プレートは、窒化アルミニウムを含む構造であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の処理方法。
8. 前記乾燥気体は、前記加熱プレートに向けて吹き付けることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の処理方法。
9. 前記乾燥気体は、クリーンドライエア、窒素（Ｎ２）ガス、不活性ガスのいずれかであることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の処理方法。
10. 前記基板処理装置は、少なくとも前記第一工程において、前記チャンバー内の雰囲気を排気する排気手段を有することを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の処理方法。
11. 前記基板処理装置は、前記加熱プレートの周辺の雰囲気を計測する計測手段を有することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の処理方法。
12. 前記基板処理装置は、前記加熱プレートの周辺の雰囲気の計測結果によって、前記チャンバー内への基板の搬入の可否を判定することを特徴とする、請求項１１に記載の処理方法。
13. 前記加熱プレートの周辺の雰囲気の計測は、パーティクルカウンター、クロマトグラフィ、レーザー変位計、分光干渉計、湿度計であることを特徴とする、請求項１２に記載の基板処理装置。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の処理方法を用いて基板処理を行う基板処理装置。
15. 基板を載置して加熱する加熱プレートと、
    前記加熱プレートを含むチャンバーと、
    前記チャンバー内に乾燥気体を供給する気体供給部と、
    前記基板を前記加熱プレートに搬送する搬送部と、
    を有する基板処理装置であって、
    前記加熱プレートの待機時間に応じて、前記加熱プレートを第一温度に加熱した後、前記加熱プレートを前記第一温度から第二温度に降温させるとともに、前記加熱および降温の期間中に前記乾燥気体を前記チャンバー内に供給することを特徴とする基板処理装置。