(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の加熱処理温度に加熱された加熱板上へ基板を搬入し、加熱板の上面に基板を接触または近接させて一定時間保持して、基板を加熱処理した後、加熱板上から基板を搬出し、この熱処理サイクルを繰り返す基板加熱処理方法において、
前記熱処理サイクル内において、前記加熱板の上面に基板を接触または近接させた時点で、加熱板を自動温度調節して加熱する自動温度調節加熱状態から加熱板を固定出力で加熱する固定出力加熱状態へ切り換えて、加熱板の温度を、基板の加熱処理温度として設定された設定温度以上に上昇させ、その切換え時点から所定時間経過後に固定出力加熱状態から自動温度調節加熱状態へ切り換えることを特徴とする基板加熱処理方法。
【請求項２】
加熱板の自動温度調節がＰＩＤ制御により行われる請求項１記載の基板加熱処理方法。
【請求項３】
上面に基板を接触または近接させて載置し、基板を加熱する加熱板と、
この加熱板を加熱する加熱手段と、
この加熱手段を駆動制御して前記加熱板を所定の加熱処理温度に調節する自動温度調節手段と、
基板を、前記加熱板の上面から上方へ離間した位置と加熱板の上面に接触または近接した位置との間で昇降させる基板昇降手段とを備えた基板加熱処理装置において、
前記加熱手段を固定出力で駆動させて前記加熱板を前記所定の加熱処理温度より高い温度に加熱する固定出力駆動手段と、
前記自動温度調節手段による前記加熱手段の駆動制御と前記固定出力駆動手段による加熱手段の駆動制御とを択一的に切り換える切換え手段と、
この切換え手段を作動させる作動手段とを設け、
前記加熱板の上面に基板を接触または近接させた時点で前記作動手段により前記切換え手段を作動させて前記自動温度調節手段による前記加熱手段の駆動制御から前記固定出力駆動手段による加熱手段の駆動制御へ切り換え、その切換え時点から所定時間経過後に前記作動手段により前記切換え手段を作動させて前記固定出力駆動手段による前記加熱手段の駆動制御から前記自動温度調節手段による加熱手段の駆動制御へ切り換えることを特徴とする基板加熱処理装置。
【請求項４】
自動温度調節手段による加熱手段の駆動制御がＰＩＤ制御である請求項３記載の基板加熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用あるいはフォトマスク用のガラス基板などの基板の表面にフォトレジスト等の塗布液を塗布した後に基板を加熱処理したり、化学増幅型レジストが塗布された基板を露光後にベーク処理したりする場合などに適用される基板加熱処理方法、ならびに、その方法の実施に使用される基板加熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板の表面にフォトレジスト等の塗布液を塗布した後に基板を加熱処理したり、化学増幅型レジストが塗布された基板を露光後ベーク（ＰＥＢ）処理したりする場合などには、加熱板（ホットプレート）を備えた基板加熱処理装置が使用され、所定の加熱処理温度に加熱された加熱板上に基板を直接に載置しあるいは加熱板上に基板を僅かに浮かせた状態で支持して、加熱板からの熱伝導により基板を所定の加熱処理温度に加熱するようにしている。この基板加熱処理装置においては、基板を所定の加熱処理温度で加熱処理するために、加熱板の内部に配置された測温抵抗体で加熱板の温度を測定し、その測定値に基づいて加熱板に内蔵されたヒータをＰＩＤ制御することにより、加熱板の温度を常に所定の加熱処理温度に保持するようにしている。
【０００３】
ところが、基板を加熱板上へ搬入して載置した時には、所定の加熱処理温度、例えば１２０℃に保たれた加熱板が常温（２０℃程度）の基板に熱を吸収されて、一時的に加熱板の温度が大きく低下する。このような加熱板の急峻な温度低下を即座に補償するように温度制御が行われると、ヒータから加熱板に熱を与え過ぎてしまうことになり、加熱板の温度がオーバーシュートを起こして、基板を加熱し過ぎてしまう。そこで、従来は、図５に加熱板および基板のそれぞれの温度変化の様子を示すように、加熱板の温度（その変化の状態を曲線Ａで示す）が一時的に大きく低下しても、オーバーシュートすることなく加熱板が１２０℃の温度に緩やかに到達するように、ＰＩＤの値を変化させることにより対応していた。図５において、曲線Ｂが基板の温度変化の状態を示し、ｔａが、基板を加熱板上に搬入して載置した時点を、ｔｂが、加熱板および基板のそれぞれの温度が所定の加熱処理温度（１２０℃）に到達した時点をそれぞれ示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように、加熱板の温度がオーバーシュートを起こさないようにＰＩＤの値を変化させる方法では、加熱板上に基板を載置した時点ｔａから基板の温度が所定の加熱処理温度（１２０℃）に到達した時点ｔｂまでの時間Ｔabが長くかかってしまう。また、加熱処理温度の設定を変更したときにも、加熱板の温度が変更後の加熱処理温度に到達するまでの時間が長くかかってしまう。この結果、装置のスループットが低下することとなる。
【０００５】
また、加熱板の温度が所定の加熱処理温度に緩やかに到達するようにＰＩＤの値を調節すると、複数枚の基板を連続して加熱処理する場合に、基板の加熱処理温度が安定するまでに数枚の基板の加熱処理が行われる必要がある。このため、基板の熱処理履歴に各基板間で差を生じる、といった問題点がある。
【０００６】
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、加熱板上に基板を搬入して載置した後基板の温度が所定の加熱処理温度に到達するまでの時間が短縮され、また、加熱処理温度の設定を変更したときに、加熱板の温度が変更後の加熱処理温度に到達するまでの時間が短縮されて、装置のスループットを向上させることができ、また、複数枚の基板を連続して加熱処理したときに、各基板間で熱処理履歴に差を生じないで、各基板間で加熱処理品質がばらつくことなく均一な加熱処理を行うことができる基板加熱処理方法を提供すること、ならびに、その方法を好適に実施することができる基板加熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、所定の加熱処理温度に加熱された加熱板上へ基板を搬入し、加熱板の上面に基板を接触または近接させて一定時間保持して、基板を加熱処理した後、加熱板上から基板を搬出し、この熱処理サイクルを繰り返す基板加熱処理方法において、前記熱処理サイクル内において、前記加熱板の上面に基板を接触または近接させた時点で、加熱板を自動温度調節して加熱する自動温度調節加熱状態から加熱板を固定出力で加熱する固定出力加熱状態へ切り換えて、加熱板の温度を、基板の加熱処理温度として設定された設定温度以上に上昇させ、その切換え時点から所定時間経過後に固定出力加熱状態から自動温度調節加熱状態へ切り換えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の方法において、加熱板の自動温度調節をＰＩＤ制御により行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、上面に基板を接触または近接させて載置し基板を加熱する加熱板と、この加熱板を加熱する加熱手段と、この加熱手段を駆動制御して前記加熱板を所定の加熱処理温度に調節する自動温度調節手段と、基板を、前記加熱板の上面から上方へ離間した位置と加熱板の上面に接触または近接した位置との間で昇降させる基板昇降手段とを備えた基板加熱処理装置において、前記加熱手段を固定出力で駆動させて前記加熱板を前記所定の加熱処理温度より高い温度に加熱する固定出力駆動手段と、前記自動温度調節手段による前記加熱手段の駆動制御と前記固定出力駆動手段による加熱手段の駆動制御とを択一的に切り換える切換え手段と、この切換え手段を作動させる作動手段とを設け、前記加熱板の上面に基板を接触または近接させた時点で前記作動手段により前記切換え手段を作動させて前記自動温度調節手段による前記加熱手段の駆動制御から前記固定出力駆動手段による加熱手段の駆動制御へ切り換え、その切換え時点から所定時間経過後に前記作動手段により前記切換え手段を作動させて前記固定出力駆動手段による前記加熱手段の駆動制御から前記自動温度調節手段による加熱手段の駆動制御へ切り換えることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の装置において、自動温度調節手段による加熱手段の駆動制御がＰＩＤ制御であることを特徴とする。
【００１３】
請求項１に係る発明の基板加熱処理方法では、基板が加熱板上へ搬入されて加熱板の上面に接触または近接した時点で自動温度調節加熱状態から固定出力加熱状態へ切り換えられ、その切換え時点から所定時間経過後に固定出力加熱状態から自動温度調節加熱状態へ切り換えられるので、基板を加熱板上へ搬入した時に基板が加熱板から吸収する熱量に見合う程度の熱を、固定出力による加熱によって加熱板に与えておくことにより、一時的に加熱板の温度が大きく低下することを防止することが可能になる。したがって、自動温度調節へ切り換えて加熱板を加熱しても、加熱板に熱を与え過ぎてしまってオーバーシュートを起こす、といったことが無くなる。このため、加熱板の温度が所定の加熱処理温度に緩やかに到達する、といったような自動温度調節を行わなくてもよいので、加熱板上に基板を載置してから基板の温度が所定の加熱処理温度に到達するまでの時間が長くかかったり、加熱処理温度の設定を変更したときに加熱板の温度が変更後の加熱処理温度に到達するまでの時間が長くかかったりすることを無くすことができる。また、複数枚の基板を連続して加熱処理する場合に、基板の加熱処理温度が安定するまでに数枚の基板の加熱処理を要する、といったことも無く、すべての基板を同一の加熱処理温度で加熱処理することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明の基板加熱処理方法では、加熱処理された基板が加熱板上から搬出されて次に加熱処理すべき基板が加熱板上へ搬入されるまでの期間を含めて、加熱板の温度を所定の加熱処理温度に精度良く維持することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明の装置を使用して基板の加熱処理を行うときは、基板が加熱板上へ搬入されて加熱板の上面に接触または近接した時点で、作動手段により切換え手段を作動させて、自動温度調節手段により加熱手段を駆動制御して加熱板を所定の加熱処理温度に調節する状態から、固定出力駆動手段により加熱手段を固定出力で駆動制御させて加熱板を所定の加熱処理温度より高い温度に加熱する状態へ切り換えられ、その切換え時点から所定時間経過後に、作動手段により切換え手段を作動させて固定出力駆動手段による加熱手段の駆動制御から自動温度調節手段による加熱手段の駆動制御へ切り換えられるので、基板を加熱板上へ搬入した時に基板が加熱板から吸収する熱量に見合う程度の熱を、固定出力による加熱によって加熱板に与えておくことにより、一時的に加熱板の温度が大きく低下することを防止することが可能になる。したがって、自動温度調節へ切り換えて加熱板を加熱しても、加熱板に熱を与え過ぎてしまってオーバーシュートを起こす、といったことが無くなる。このため、加熱板の温度が所定の加熱処理温度に緩やかに到達する、といったような自動温度調節を行わなくてもよいので、加熱板上に基板を載置してから基板の温度が所定の加熱処理温度に到達するまでの時間が長くかかったり、加熱処理温度の設定を変更したときに加熱板の温度が変更後の加熱処理温度に到達するまでの時間が長くかかったりすることを無くすことができる。また、複数枚の基板を連続して加熱処理する場合に、基板の加熱処理温度が安定するまでに数枚の基板の加熱処理を要する、といったことも無く、すべての基板を同一の加熱処理温度で加熱処理することができる。
【００１８】
請求項４に係る発明の基板加熱処理装置を使用するときは、加熱処理された基板が加熱板上から搬出されて次に加熱処理すべき基板が加熱板上へ搬入されるまでの期間を含めて、加熱板の温度が所定の加熱処理温度に精度良く維持される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態について図１ないし図４を参照しながら説明する。
【００２０】
図１および図２は、この発明に係る基板加熱処理方法を実施するのに使用される基板加熱処理装置の構成の１例を示し、図１は要部の概略正面図、図２は回路構成図である。
【００２１】
この加熱処理装置は、表面に塗布液、例えばフォトレジストが塗布された基板Ｗを直接に、あるいは、微小突起を基板Ｗの下面との間に介在させるなどして僅かな間隔を設けて載置する加熱板（ホットプレート）１０を有している。加熱板１０には、ヒータ（図１には図示せず）が内蔵されており、また、加熱板１０の温度を測定するための温度センサ１２が内設されている。また、加熱板１０には、複数個、例えば３個の貫通孔１４が穿設されており、その貫通孔１４にリフトピン１６がそれぞれ上下方向に摺動自在に挿通されている。３本のリフトピン１６は、昇降板１８の上面に固着されており、昇降板１８は、それを上下方向へ往復移動させる駆動機構、図示例ではエアーシリンダ２０に連結されている。そして、図１の（ａ）に示すように、エアーシリンダ２０によって昇降板１８を上昇させることにより、３本のリフトピン１６を加熱板１０の上面より突出させて、３本のリフトピン１６によって基板Ｗを、加熱板１０の上面から離間させた状態で支持するようになっている。また、３本のリフトピン１６によって基板Ｗを支持した状態で、図１の（ｂ）に示すように、エアーシリンダ２０によって昇降板１８を下降させることにより、３本のリフトピン１６を加熱板１０の上面より下方へ引き入れ、これに伴って基板Ｗがリフトピン１６上から加熱板１０の上面へ移載されるようになっている。昇降板１８の移動ストロークの下端に対応する位置には、昇降板１８が最下位置へ移動して基板Ｗがリフトピン１６上から加熱板１０の上面へ移載されたことを検知する位置センサ２２が設けられている。これらのリフトピン１６の昇降動作は、装置外への基板Ｗの搬出および装置内への基板Ｗの搬入に際して行われる。また、図示していないが、加熱板１０の上方には、それを覆うようにベークカバーが配設されている。
【００２２】
加熱板１０に内蔵されたヒータ２４は、図２に示すように、電源２６に接続され、ヒータ２４および電源２６に対しそれぞれ直列に第１サイリスタ２８および第２サイリスタ３０が接続されており、両サイリスタ２８は並列に設置されている。第１サイリスタ２８にはＰＩＤコントローラ３２が接続され、ＰＩＤコントローラ３２には、加熱板１０に設置された温度センサ１２が接続されている。このＰＩＤコントローラ３２により、基板Ｗの加熱処理温度として設定された設定温度、例えば１２０℃と温度センサ１２によって検出された加熱板１０の実際の温度との差に基づいて、その差を無くすようにヒータ２４への出力がＰＩＤ制御される。また、第２サイリスタ３０には、互いに直列に位置センサ２２の接点２２ａ、タイマー３４およびタイマー接点３４ａが接続されている。そして、位置センサ２２がオンされた時点、すなわち、図１の（ｂ）に示すように基板Ｗがリフトピン１４上から加熱板１０の上面へ移載された時点で、それまでＰＩＤコントローラ３２によりヒータ２４への出力を制御していた状態から固定の最大出力でヒータ２４を駆動制御する状態へ切り換わり、その切換え時点からタイマー３４に設定された設定時間が経過した後に、再びＰＩＤコントローラ３２によりヒータ２４への出力を制御する状態へ切り換わるようになっている。
【００２３】
なお、図２に示したような回路構成の代わりに、マイクロコンピュータを用いて、同様のシーケンス動作を行わせるようにしてもよい。
【００２４】
次に、上記構成の基板加熱処理装置を使用して基板を加熱処理する動作を、図３に示したフローチャートに基づいて説明する。
【００２５】
この基板加熱処理装置による複数枚の基板の加熱処理を開始して、未だ装置内に基板が存在していない状態では、加熱板１０の温度は、ＰＩＤコントローラ３２によりヒータ２４への出力がＰＩＤ制御されて、設定された基板の加熱処理温度、例えば１２０℃に維持されている（ステップＳ１）。そして、装置内へ基板Ｗが搬入され（ステップＳ２）、図１の（ａ）に示すように、リフトピン１６が上昇してリフトピン１６上に基板Ｗが支持された後、リフトピン１６が下降することにより、図１の（ｂ）に示すように、基板Ｗがリフトピン１６上から加熱板１０の上面へ移載される（ステップＳ３−１）。これと同時に、基板Ｗが加熱板１０上に載置されたことが位置センサ２２によって検知され、位置センサ２２の接点２２ａが閉じて、タイマー３４が作動し、タイマー接点３４ａが閉じて、第２サイリスタ３０がオン状態へ切り換えられる。これにより、それまでＰＩＤコントローラ３２によりヒータ２４への出力をＰＩＤ制御していた状態から固定の最大出力でヒータ２４を駆動制御する状態へと切り換わる（ステップＳ３−２）。そして、固定の最大出力でヒータ２４が駆動されることにより、加熱板１０の温度が設定温度（１２０℃）以上に上昇する（ステップＳ４）。この際、加熱板１０上に載置された基板Ｗも、加熱板１０からの熱伝導によって温度が次第に上昇する。
【００２６】
タイマー３４が作動してから、すなわち、ヒータ２４への出力がＰＩＤ制御から出力固定制御へと切り換わった時点から、タイマー３４に設定された設定時間が経過すると、タイマー接点３４ａが開いて、第２サイリスタ３０がオンからオフへ切り換わる。これにより、固定の最大出力でヒータ２４を駆動していた状態から再びＰＩＤコントローラ３２によりヒータ２４への出力を制御する状態へと切り換わる（ステップＳ５）。この時、加熱板１０の温度は設定温度（１２０℃）以上となっているため、ＰＩＤ制御に切り換わることにより、加熱板１０の温度が設定温度に向かって低下する（ステップＳ６）。この間も、加熱板１０上の基板Ｗの温度は、加熱板１０から基板Ｗへの熱伝導により設定温度に向かって上昇する。そして、ＰＩＤ制御によって加熱板１０の温度が設定温度に調節され、また、基板Ｗの温度が所定の加熱処理温度（１２０℃）に到達する（ステップＳ７）。以後、加熱板１０の温度はＰＩＤ制御によって設定温度に保持され、基板Ｗは１２０℃の温度で加熱処理される（ステップＳ８）。
【００２７】
基板Ｗの加熱処理が終了すると、リフトピン１６が上昇して、基板Ｗは、加熱板１０上からリフトピン１６上へ移し替えられ、加熱板１０の上面から離間させられて装置内から搬出される（ステップＳ９）。そして、次に加熱処理すべき基板Ｗが装置内へ搬入されて（ステップＳ２）、上記したステップＳ３−１、３−２からステップＳ９までの操作が繰り返され、すべての基板の加熱処理が終了すると（ステップＳ１０）、一連の処理が終了する。
【００２８】
以上のような基板の加熱処理動作における加熱板１０の温度変化および基板Ｗの温度変化の様子を図４に示す。図４において、曲線Ｉが加熱板１０の温度変化の状態を示し、曲線IIが基板Ｗの温度変化の状態を示す。また、ｔ１は、基板Ｗが加熱板１０上に載置されて、ＰＩＤコントローラ３２によりヒータ２４への出力がＰＩＤ制御されていた状態から固定の最大出力でヒータ２４が駆動される状態へと切り換わった時点（ステップＳ３−１およびＳ３−２）を示し、ｔ２は、固定の最大出力でヒータ２４が駆動されていた状態から再びＰＩＤコントローラ３２によりヒータ２４への出力が制御される状態へと切り換わった時点（ステップＳ５）を示している。また、ｔ３は、基板Ｗの温度が所定の加熱処理温度（１２０℃）に到達した時点（ステップＳ７）を示している。そして、Ｔ13は、加熱板１０上に基板Ｗが載置された時点ｔ１から基板Ｗの温度が所定の加熱処理温度に到達した時点ｔ３までの時間であり、この到達時間Ｔ13は、従来の加熱処理方法によった場合の到達時間Ｔab（図５参照）に比べて短くなる。また、図４において、Ｃで示した範囲は、ＰＩＤコントローラ３２によりヒータ２４への出力がＰＩＤ制御されている時間帯を示し、Ｆで示した範囲は、固定の最大出力でヒータ２４が駆動制御されている時間帯を示している。
【００２９】
固定の最大出力でヒータ２４を駆動する時間としてタイマー３４に設定する設定時間は、装置内へ搬入されて加熱板１０上に載置された直後の基板Ｗ、例えば２０℃の基板Ｗを所定の加熱処理温度（１２０℃）まで上昇させる際に加熱板１０から基板Ｗによって吸収される熱量を算出して、その熱量に見合う分だけ加熱板１０に熱量を与えることができる時間とすればよい。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の基板加熱処理方法によると、基板が搬入されて加熱板上に載置された後基板の温度が所定の加熱処理温度に到達するまでの時間が短縮され、また、加熱処理温度の設定を変更したときに、加熱板の温度が変更後の加熱処理温度に到達するまでの時間が短縮されるので、装置のスループットを向上させることができ、また、複数枚の基板を連続して加熱処理したときに、各基板間で熱処理履歴に差を生じないで、各基板間で加熱処理品質がばらつくことがないので、複数枚の基板を均一に加熱処理することができる。
【００３２】
請求項２に係る発明の基板加熱処理方法では、加熱処理された基板が加熱板上から搬出されて次に加熱処理すべき基板が加熱板上へ搬入されるまでの期間を含めて、加熱板の温度を所定の加熱処理温度に精度良く維持することができるので、基板の加熱処理品質を向上させることができる。
【００３３】
請求項３に係る発明の基板加熱処理装置を使用すると、請求項１に係る発明の基板加熱処理方法を好適に実施することができて、スループットを向上させることができ、また、複数枚の基板を連続して加熱処理したときに、複数枚の基板を均一に加熱処理することができる。
【００３５】
請求項４に係る発明の基板加熱処理装置を使用すると、請求項２に係る発明の基板加熱処理方法を好適に実施することができて、基板の加熱処理品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る基板加熱処理方法を実施するのに使用される基板加熱処理装置の構成の１例を示す要部の概略正面図である。
【図２】図１に示した装置の回路構成図である。
【図３】図１および図２に示した構成の基板加熱処理装置を使用して基板を加熱処理する動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】図１および図２に示した構成の基板加熱処理装置による基板の加熱処理動作における加熱板の温度変化および基板の温度変化の様子を示す図である。
【図５】従来の方法によって基板を加熱処理したときの加熱板および基板のそれぞれの温度変化の様子を示す図である。
【符号の説明】
１０  加熱板（ホットプレート）
１２  温度センサ
１４  加熱板の貫通孔
１６  リフトピン
１８  昇降板
２０  エアーシリンダ
２２  位置センサ
２２ａ  位置センサの接点
２４  ヒータ
２６  電源
２８、３０  サイリスタ
３２  ＰＩＤコントローラ
３４  タイマー
３４ａ  タイマー接点
Ｗ  基板
【図１】
0003933765.tif 000002
【図２】
0003933765.tif 000003
【図３】
0003933765.tif 000004
【図４】
0003933765.tif 000005
【図５】
0003933765.tif 000006