JP6824947B2 - 処理チャンバおよび基板処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、内部で基板を加熱処理するための処理チャンバおよびこれを用いる基板処理装置に関し、特にチャンバ本体に対し開閉自在の蓋部を有する装置に関する。

例えば半導体基板、表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等、各種の基板の処理工程においては、基板に塗布液を塗布した後、塗布液に含まれる成分を揮発させるという処理が広く用いられている。揮発を促進するために、基板が加熱されることがある。このような加熱処理を目的とする基板処理装置では、熱の放散を抑制してエネルギー効率を向上させるとともに、加熱により揮発した塗布液の成分が周囲に飛散するのを防止するため、チャンバ内で処理が行われるのが一般的である。この場合、加熱により揮発した塗布液の成分がチャンバ内で冷やされて析出し、チャンバ内壁面に付着することがある。このような付着物は基板に落下することで汚染源となり得る。

この問題に対応するため、例えば特許文献１に記載の基板処理装置では、チャンバの天井面に沿って、昇温された気体による気流を形成するための手段が設けられている。すなわち、チャンバの側部に加熱気体を吐出する給気口が設けられるとともに、基板を挟んで給気口とは反対側に設けられた排気口から加熱気体が排気される。これにより、揮発した塗布液の成分はチャンバ内で析出することなく外部へ排出される。

特開２００８−２５１６７０号公報

このようなチャンバでは、チャンバ内に設置される加熱装置等の処理ユニットの着脱や清掃などのメンテナンス作業のために、壁面の一部、例えば上面が着脱自在の蓋部として構成されるのが一般的である。この場合、チャンバ本体とその上に乗せられる蓋部との隙間は、パッキン等のシール材が介挿されることで気密性が保たれる。

しかしながら、上記のように加熱処理が行われるチャンバ内は高温となるため、蓋部のうちチャンバ内空間に臨む部分とそれ以外の部分との間で大きな温度差が生じる。この温度差により蓋部が変形することでシールが不十分となり、気密性が低下してチャンバ内に外気が侵入することがある。これにより、蓋部の周縁部において温度低下が生じ、特にチャンバ内空間に臨む面に塗布液からの揮発成分が液化または固化して付着してしまうという問題が生じていた。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、着脱可能な蓋部を有する処理チャンバにおいて、蓋部の熱変形による気密性の低下を防止し、蓋部下面のうちチャンバ内部空間に臨む部分における温度低下を抑制することのできる技術を提供することを目的とする。

本発明の一の態様は、被処理基板に加熱処理を施すための処理チャンバであって、上記目的を達成するため、上部に開口を有し、前記被処理基板および前記被処理基板を加熱する熱源を収容するチャンバ本体と、前記開口に対し開閉可能な蓋部と、前記開口に対し閉状態の前記蓋部と前記チャンバ本体との間で前記開口を取り囲んで前記蓋部と前記チャンバ本体との隙間をシールするシール部とを備え、前記蓋部は、平面視において周縁が前記シール部と接するシール位置より外側に突出した板状体を有し、前記板状体には、前記シール位置よりも外側で前記周縁に沿って延びる補強部材が結合されている。より具体的な第１の態様においては、前記板状体は、枠体を１対の平板体で挟み込んだ中空構造物であり、平面視において前記枠体の外側に前記補強部材が設けられている。第２の態様では、前記補強部材として、矩形断面を有する中空パイプを有する。第３の態様では、前記補強部材として、前記板状体の側面に取り付けられた、断面における鉛直方向のサイズが水平方向のサイズより大きい棒状または板状の部材を有する。第４の態様では、前記シール部は、弾性材料により形成され、前記開口の周囲に沿って前記開口を取り囲むように前記チャンバ本体に設けられた本体側シール材と、弾性材料により形成され、前記蓋部の下面のうち前記本体側シール材と対向する位置に設けられた蓋側シール材とを有し、前記閉状態では前記本体側シール材と前記蓋側シール材とが当接することで前記隙間をシールする。

このように構成された発明では、蓋部がチャンバ内空間と外部空間とを区画するシール位置よりも外側へ突出し、その突出部分に補強部材による補強が施されている。従来から行われているように、補強部材を設けることで蓋部の熱変形を抑制し、シール不良による気密性の低下を防止することができる。ただし、補強部材に熱が伝わり散逸されることによって蓋部下面の局所的な温度低下の原因ともなり得る。本発明では、シール位置よりも外側に突出した位置に補強部材が配置されるため、シール位置よりも内側については、補強部材を介した熱の散逸が抑制される。これらのことから、本発明では、シール位置よりも内側のチャンバ内空間に臨む蓋部下面における温度低下を抑制することができる。

また、この発明の他の一の態様は、前記処理チャンバと、前記処理チャンバの内部に配置された前記熱源としての加熱部とを備える基板処理装置である。このように構成された発明では、補強部材によって周縁部を補強された蓋部を有する処理チャンバ内で加熱処理が行われる。本発明の処理チャンバでは、蓋部下面のうちチャンバ内部空間に臨む部分における温度低下が抑制されている。そのため、被処理物である基板からの揮発成分が冷やされて蓋部下面に付着し、基板に落下するのを未然に防止することが可能である。

上記のように、本発明によれば、補強部材を設けたことで蓋部の熱変形が抑制され、該変形により気密性が低下して外気が侵入することに起因する蓋部下面の温度低下が防止される。また、補強部材はシール位置よりも外側に配置されているため、補強部材を介した熱放散がシール位置より内側に及ぼす影響を抑えることができる。このため、シール位置よりも内側では、チャンバ内空間に臨む蓋部下面における温度低下を抑制することが可能である。

本発明の一実施形態である基板処理装置の構造を示す側面断面図である。 天板のより詳細な構造を示す分解組立図である。 シール部の構造を示す図である。 天板とチャンバ本体との寸法関係を示す図である。 天板の部分断面図である。 本実施形態の効果を例示する図である。

図１は本発明の一実施形態である基板処理装置の構造を示す側面断面図である。より具体的には、図１（ａ）は基板処理装置１の天板１２が閉じられた状態、図１（ｂ）は天板１２が開かれた状態を示している。

この基板処理装置１は、表面に例えばフォトレジスト液などの塗布液が塗布された、例えば半導体基板やガラス基板等の各種基板を受け入れて常圧下で加熱することにより、塗布液中の溶媒成分を揮発させる目的に用いられるものである。例えば基板表面にフォトレジスト膜を形成する目的に、この基板処理装置１を用いることができる。なお、基板および塗布液の種類についてはこれに限定されるものではない。以下の各図における方向を統一的に示すために、図１（ａ）に示すようにＸＹＺ直交座標軸を設定する。ここでＸＹ平面が水平面を表す。また、Ｚ軸が鉛直軸を表し、より詳しくは（−Ｚ）方向が鉛直下向き方向を表している。

基板処理装置１は、処理チャンバ１０と、その内部に収容されたホットプレート１５とを備えている。ホットプレート１５は、その上面１５ａが図示しない制御部により所定の温度（例えば１５０℃）に昇温された平坦面を有している。被処理物である基板Ｓは、外部から処理チャンバ１０内に搬入されホットプレート１５の上面１５ａに載置されることにより加熱される。これにより基板Ｓの上面に塗布された塗布液が加熱され溶媒成分が揮発することで、基板Ｓの上面に被膜が形成される。基板Ｓから揮発する溶媒成分の飛散や基板Ｓへのゴミ等の付着を防止するため、加熱処理は処理チャンバ１０内で実施される。

処理チャンバ１０は、上部に開口１１１が設けられた略箱型のチャンバ本体１１と、開口１１１に対し開閉自在に設けられた天板１２とを備えている。より具体的には、天板１２は、Ｙ方向両端部を支持機構１３，１３によって昇降自在に支持された板状の構造体である。支持機構１３は、制御部からの制御指令に応じて天板１２を昇降させて、図１（ａ）に示す閉状態と、図１（ｂ）に示す開状態とを切り替える。図１（ａ）に示すように、閉状態では天板１２が支持機構１３により下方位置に位置決めされ、このときチャンバ本体１１の開口１１１はシール部１４を介して天板１２により閉塞される。一方、図１（ｂ）に示す開状態では、天板１２が支持機構１３によりチャンバ本体１１から上方に離間した上方位置に位置決めされる。

１対の支持機構１３，１３は、エアシリンダ１３１、チャネル部材１３３、およびガイドレール１３４を備えている。エアシリンダ１３１は、基板処理装置１の設置場所の天井や図示しないガントリ等の固定物に取り付けられており、下向きに延びる可動ロッド１３２を制御部からの制御指令に応じて昇降させる。可動ロッド１３２の下端には、Ｘ方向に延びるチャネル部材１３３が取り付けられている。チャネル部材１３３には、Ｘ方向に延設されたガイドレール１３４が取り付けられている。可動ロッド１３２の上下動により、チャネル部材１３３およびガイドレール１３４が一体的に上下動する。

天板１２のＹ方向両端部には、天板１２の側部から延びる回転軸１２８に回転自在のローラ部材１２９が装着されており、ローラ部材１２９はガイドレール１３４に係合している。したがって、ローラ部材１２９がガイドレール１３４に沿って転動することにより、天板１２はＸ方向に水平移動可能となっている。必要に応じて天板１２をチャンバ本体１１の上部から（＋Ｘ）方向または（−Ｘ）方向に退避させることにより、天板チャンバ本体１１の開口１１１を介してチャンバ内部が露出した状態とすることができる。この状態では、オペレータが上部から処理チャンバ１１内にアクセスして部品の着脱や清掃などのメンテナンス作業を行うことができる。

このように天板１２を支持して昇降させ、また水平移動させるための支持機構１３は天板１２の側面に取り付けられている。後述するように、天板１２はチャンバ１１本体よりも大きな平面サイズを有しており、支持機構１３がその側面に取り付けられることで、昇降および水平移動に起因して支持機構１３から発生し得る粉塵がチャンバ内に落下することが抑制される。

チャンバ本体１１の（＋Ｙ）側端面には開口１１２が設けられており、開口１１２を塞ぐようにシャッタ部材１１３が取り付けられている。図１（ａ）に点線で示すように、シャッタ部材１１３は開口１１２に対して開閉自在となっている。制御部からの制御指令に応じてシャッタ部材１１３が開くことにより、外部からの被処理基板の受け入れや、処理済みの基板の搬出を行うことができる。基板の搬入、搬出には図示しない外部の搬送ロボットを利用可能である。また、シャッタ部材１１３の閉状態では、シャッタ部材１１３とチャンバ側壁面との間に設けられたゴム製のパッキン１１４，１１４により気密状態が保たれる。

一方、天板１２とチャンバ本体１１との間の気密はシール部１４が担保する。シール部１４は、チャンバ本体１１の上面に取り付けられた本体側パッキン１４１と、天板１２の下面に取り付けられた天板側パッキン１４２とを備えている。本体側パッキン１４１は、チャンバ本体１１の上面に、開口１１１の周囲に沿って開口１１１をぐるりと環状に取り囲むように設けられている。天板側パッキン１４２は、天板１２の下面のうち本体側パッキン１４１と対向する位置に設けられている。

したがって、図１（ａ）に示すように、天板１２の閉状態では本体側パッキン１４１と天板側パッキン１４２とが当接する。本体側パッキン１４１および天板側パッキン１４２は、例えばエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）など比較的耐熱性の高い弾性材料により形成されており、当接状態で互いに押圧されることによって少なくとも一方が弾性変形する。弾性変形により本体側パッキン１４１と天板側パッキン１４２とが密着した状態を維持することにより、チャンバ本体１１と天板１２との間の気密が保たれる。本体側パッキン１４１および天板側パッキン１４２のより詳細な構造については後述する。なお、図１（ｂ）に示す天板１２の開状態では、本体側パッキン１４１と天板側パッキン１４２とは互いに上下方向に離間している。

この他に、処理チャンバ１１には、チャンバ内の上部で（＋Ｙ）方向側端部付近に、天板１２の下面に沿って加熱気体を吐出するガスノズル１６が設けられている。また、チャンバ本体１１（−Ｙ）方向側側面の上部には、Ｘ方向を長手方向としてスリット状に形成された排気口１１５が設けられている。ガスノズル１６は、高温のガスを吐出して天板１２の下面近傍を流通させることにより天板１２下面を温める。こうすることで、基板Ｓ上の塗布液から揮発した成分が冷たい天板１２により冷やされて液化または再結晶化して天板１２に付着することが回避される。

排気口１１５には図示しない排気機構が接続されており、ガスノズル１６からチャンバ内に供給される量とほぼ同量の気体が排気口１１５を介してチャンバから排気される。このため、チャンバ内の気圧はほぼ大気圧に維持されている。また、基板Ｓ上の塗布膜から気化した成分もこれにより排気される。

図２は天板のより詳細な構造を示す分解組立図である。天板１２は全体としては１枚の板状の構造物である。ただしその内部構造は、図２に示すように、強度および厚みを確保するためのフレームを上下のパネルで挟み込んだ、いわゆるフラッシュパネル構造となっている。このような構造とする理由は、主として軽量化および断熱性確保のためである。すなわち、上記したように、天板１２はメンテナンス作業のために退避させることが必要になる。このため、天板１２は、必要な強度を確保した上でできるだけ軽くする必要がある。また、処理チャンバ１０は内部に熱源としてのホットプレート１５が収容されており、熱効率の観点からチャンバ内とチャンバ外の周囲雰囲気との間での断熱性が求められる。天板１２を中空のフラッシュパネル構造とすることで、これらの要求に応えることができる。

より具体的には、天板１２は、内側フレーム１２１、外側フレーム１２２および補強材１２３を有するフレーム部１２０と、フレーム部１２０を上下から挟む上側パネル１２４および下側パネル１２５とを備えている。内側フレーム１２１は、中空の角パイプにより形成された矩形環状のフレームである。同様に、外側フレーム１２２も中空の角パイプにより矩形環状に形成されており、内側フレーム１２１の外側を取り囲むように配置されている。補強材１２３は、内側フレーム１２１で囲まれた環状の領域に、格子状に組まれて配置されている。上側パネル１２４は、このように構成されたフレーム部１２０の上部、つまり（＋Ｚ）側端部を覆うように設けられる。一方、下側パネル１２５は、フレーム部１２０の下部、つまり（−Ｚ）側端部を覆うように設けられる。上側パネル１２４および下側パネル１２５は、フレーム部１２０に対し適宜の結合手段、例えば接着、溶接、ねじ等の固結部材等を用いて機械的に結合されている。

こうして構成される板状構造物の４つの側面に、平板状の補強板１２６がそれぞれ取り付けられる。補強板１２６は、外側フレーム１２２とともに、天板１２の曲げ剛性を高めることを目的として設けられる。この目的のため、補強板１２６は、断面における鉛直方向サイズが水平方向サイズよりも大きい、つまり縦長断面を有する形状とされる。これにより、周縁部が反り上がる方向への天板１２の変形に抗する剛性を高めることができる。

上記した天板１２を構成する各部材はいずれも、例えば鋼鉄またはステンレス製とすることができるが、用途に応じて材料は適宜変更されてよい。また、各部材の材料が全て同じである必要はない。また、図２では図示を省略しているが、図１（ａ）に示すように、天板１２のＹ方向側両端部にはローラ部材１２９が回転自在に取り付けられる。

図３はシール部の構造を示す図である。前記したように、シール部１４は、本体側パッキン１４１と天板側パッキン１４２とを備えている。図３（ａ）に示すように、本体側パッキン１４１の断面形状は、平坦部１４１ａと、平坦部１４１ａの（−Ｙ）方向側端部から略上向きに生え出し（延び出て）、かつ先端部ほど（＋Ｙ）方向側に湾曲した可動片１４１ｂとを有する片持ち型となっている。平坦部１４１ａは、押さえ金具１４３を介してねじ等の固結部材１４４によりチャンバ本体１１の上端部に固定されている。可動片１４１ｂは、上方からの押圧力に対し弾性変形する。

一方、天板側パッキン１４２は、ゴム製の薄いシート体がその長手方向と平行な軸回りに折り返されてその断面がループ状となった中空体であり、シート端は（＋Ｙ）方向側で互いに重ねられて押さえ金具１４５を介して固結部材１４６により天板１２に固定されている。したがって、下方からの押圧によってループ部分が弾性変形し、ループ部分に囲まれた中空部分が潰れてその断面形状およびその面積が変化する。天板側パッキン１４２の材料およびその厚みは、本体側パッキン１４１よりも柔らかく、つまり同じ押圧力に対する弾性変形量がより大きくなるように選ばれる。このように柔らかいゴムシート製の天板側パッキン１４２を天板１２に密着させて取り付けるために、押さえ金具１４５は、変形しにくい断面Ｌ字形状のアングル部材が使用される。

図３（ａ）に示すように、天板１２とチャンバ本体１１との間隔Ｄ１が十分に大きく、本体側パッキン１４１と天板側パッキン１４２とが離間した状態では、天板側パッキン１４２は大きなループを形成しており、また自重により下方へ垂れ下がった形状となっている。このとき、チャンバ内部空間と外部空間とは互いに連通している。

図３（ｂ）に示すように、天板１２とチャンバ本体１１との間隔Ｄ２（＜Ｄ１）のときに本体側パッキン１４１と天板側パッキン１４２とが接触するものとすると、この接触によりチャンバ内空間と外部空間とが隔絶され、シール効果が発生する。シール部１４により外部から隔絶されたチャンバ内空間が最も外側まで延びた位置を「シール位置Ｐｓ」と表すこととする。天板１２とチャンバ本体１１との間隔がこの値Ｄ２より小さいとき、柔らかい方の天板側パッキン１４２が主として弾性変形することにより、本体側パッキン１４１と天板側パッキン１４２とが互いに当接することでシールされた状態が維持される。

このときも、重力の作用による天板用パッキン１４２の垂れ下がりは本体側パッキン１４１側に向かう変位となるため、シール状態を維持するように作用する。一方、本体側パッキン１４１については、重力による変形が天板側パッキン１４１よりも小さいため、重力がシール状態を破る方向に作用することはない。

天板側パッキン１４２は本体側パッキン１４１よりも柔らかく変形しやすい。このように同じ押圧力に対する弾性変形量に差があると、互いに当接した際に一方が他方の表面形状に追従するように変形することになる。この場合は天板側パッキン１４２が本体側パッキン１４１に追従して変形する。これにより、天板側パッキン１４２と本体側パッキン１４１との間に隙間が空くことが防止される。天板側パッキン１４２の断面におけるループを大きくするほど、弾性変形におけるストロークを大きく取ることができる。こうすることで、チャンバ本体１１と天板１２との間隔の変化に対する追従性を高めることができる。

なお、この処理チャンバ１０は内部圧力がほぼ常圧で使用されるものであり、チャンバ内外の気圧差は小さい。このため、シール部１４は高い圧力差に耐えるものである必要はなく、上記のようにパッキン同士が接触する際にこれらが密着していれば、十分に気密性を保つことが可能である。

図３（ｃ）に示すように、天板１２とチャンバ本体１１との間隔がさらに小さい値Ｄ３（＜Ｄ２）において天板側パッキン１４２が完全に潰れるものとすると、天板１２とチャンバ本体１１との間隔がＤ２以上Ｄ３以下のとき、シール部１４によるシール効果が得られる。この範囲内で間隔に変化があった場合でも、主に天板１２とチャンバ本体１１との間隔がこれに追従して弾性変形量を変化させることにより、シール状態が保たれることになる。

図３（ａ）に示すように、本体側パッキン１４１の上面は、断面が上に凸となる曲面となっている。一方、天板側パッキン１４２の下面は、断面が下に凸の曲面となっている。また、天板側パッキン１４２の最下端部は、本体側パッキン１４１の最上端部よりもチャンバ内部側に位置している。このため、両パッキンが当接した状態では、図３（ｂ）に示すように、本体側パッキン１４１が天板側パッキン１４２をチャンバ内部空間側に押し込むように変形させることになり、最終的には図３（ｃ）に示すように、本体側パッキン１４１は、天板１２の下面との間で天板側パッキン１４２を挟みつけた状態となる。これにより、本体側パッキン１４１と天板側パッキン１４２とが広い面積で密着することとなり、安定的に気密性を保つことが可能となる。

図４は天板とチャンバ本体との寸法関係を示す図である。より具体的には、図４（ａ）は処理チャンバ１０の分解組立斜視図であり、図４（ｂ）は処理チャンバ１０の上面図である。天板１２とチャンバ本体１１との上記した各部材からなる天板１２は平面視においてチャンバ本体１１よりも大きい。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、天板１２を、本体側パッキン１４１と天板側パッキン１４２とが当接するようにチャンバ本体１１に乗せたとき、天板１２の周縁部は、４辺とも、パッキン同士が当接してチャンバ内と外部とを隔絶するシール位置Ｐｓよりも外側まで大きく延びている。

図５は天板の部分断面図である。より具体的には、図５（ａ）は図４（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。また、図５（ｂ）は従来の一般的な処理チャンバにおける天板の構造の例を示す断面図である。図５（ａ）に示すように、天板１２はフラッシュパネル構造となっており、上側パネル１２４と下側パネル１２５との間には二重構造の角パイプフレーム１２１，１２２が挟み込まれている。このうち内側の角パイプフレーム１２１は、内部の補強材１２３を固定する枠体として機能するものである。一方、外側の角パイプフレーム１２２は、天板１２の曲げ剛性をさらに高めるために設けられたものである。ここで、Ｙ方向において外側角パイプフレーム１２２が占める位置がシール位置Ｐｓよりも外側となるように、各部の形状が設定されている。このような構造とすることにより得られる効果について次に説明する。

チャンバ内空間には、発熱源となるホットプレート１５が存在する。このため、天板１２の下面１２ａはホットプレート１５からの輻射熱およびホットプレート１５により温められたチャンバ内雰囲気により加熱される。また、天板１２下面に沿って加熱気体の気流が生成されている。これらにより、チャンバ内部空間に臨む天板１２の下面１２ａ、より具体的には下側パネル１２５は高温となっている。その一方で、上側パネル１２４は外気に触れており、その温度はより常温に近い。下側パネル１２５の熱はフレーム部１２０、より具体的には補強材１２３、フレーム１２１，１２２等を介して上側パネル１２４にも伝導されるが、上側パネル１２４と下側パネル１２５との間で大きな温度差が生じることは避けられない。

このような温度差に起因して天板１２が反るという問題が生じ得る。より具体的には、上側パネル１２４に比べより高温の下側パネル１２５の方が大きな熱膨張を生じることにより、特に天板１２の周縁部が上向きに反りやすい。天板１２が反ることでチャンバ本体１１との間隔が広がり気密が破れると、冷たい外気の侵入により天板１２下面の温度低下が生じ、揮発した成分の液化、再結晶化の原因となる。

このような反りを防ぐために、フレーム１２１，１２２および補強板１２６が配置されているのである。しかしながら、これらの構造物自体が下側パネル１２５の熱を奪う熱伝導体として作用し、結果として天板１２下面の温度を低下させてしまうことがあり得る。

特に、図５（ｂ）に示す比較例の構造ではその問題が顕著である。図５（ｂ）に示すように、一般的な処理チャンバ２０では、設置スペースの増大を避ける目的から、チャンバ本体２１と天板２２との平面サイズがほぼ同等とされる。このため、天板２２の周縁部を補強するとともに補強材２２３を固定するためのフレーム２２１は、シール位置Ｐｓよりも内側に設けざるを得ない。また、天板２２の側面を補強する補強板２２６も、シール位置Ｐｓに比較的近い位置に設けられることになる。

このような構造では、チャンバ内の発熱源から下側パネル２２５に与えられた熱はフレーム２２１や補強板２２６を介して上側パネル２２４や外気へ伝達され、特に下側パネル２２５の周縁部に近い位置において温度低下が顕著になる。

これに対し、図５（ａ）に示す本実施形態では、天板１２がシール位置Ｐｓより外側まで大きく延ばされ、その補強を担う外側フレーム１２２や補強板１２６はシール位置Ｐｓより外側に設けられている。その一方、内側フレーム１２１は、補強材１２３を固定する枠として機能すれば足り、高い曲げ剛性は必要とされない。このため、比較的断面積の小さい角パイプを用いることが可能である。このように断面積が小さく、したがって熱容量の小さいフレーム１２１をシール位置Ｐｓより内側に配置する一方、剛性は高いが熱容量も大きいフレーム１２２や補強板１２６をシール位置Ｐｓより外側に配置する。こうすることで、少なくともシール位置Ｐｓよりも内側の領域においては、天板１２下面の温度低下を小さく抑えることが可能になる。

また、シール位置Ｐｓよりも外側については、温度低下の問題を考慮する必要がないため、機械的強度の見地から必要かつ十分な補強を施すことが可能になる。これにより、天板１２の反りをより強力に抑え込むことが可能となり、反りによる気密の破れに起因する温度低下をさらに効果的に抑制することができる。

なお、気密性を維持するという観点からは、天板１２の反りが最も問題となるのはシール位置Ｐｓにおいてである。言い換えれば、シール位置Ｐｓにおいて天板１２の変形が抑えられていれば、その他の部分が変形していたとしても気密状態は維持される。このため、外側フレーム１２２等の補強部材による補強はシール位置Ｐｓにおいて有効に機能していることが望ましい。その意味では、角パイプフレームのような補強部材はシール位置Ｐｓをまたいで配置されることが好ましいと言える。しかしながら、チャンバ内での天板下面１２ａの温度低下を防止するという観点からは、補強部材はシール位置Ｐｓよりも外側に設けられることが好ましい。

このように、補強部材の配置については、補強という観点と温度維持という観点との間で好ましい形態が相反している。これらを共に満足させる１つの方法が、図５（ａ）に示すように、フレーム部１２０を内側フレーム１２１と外側フレーム１２２との二重構造とし、内側フレーム１２１と外側フレーム１２２との境界をほぼシール位置Ｐｓと一致させた構造とすることである。このようにすれば、シール位置Ｐｓ近傍における天板１２の機械的強度を確保しつつ、チャンバ内における天板下面１２ａの温度低下を抑えることが可能である。

外側フレーム１２２を介した熱の散逸をより効果的に抑制するためには、図５（ａ）に示すように、内側フレーム１２１との間に空間を設けることが好ましい。このようにすると、内側フレーム１２１から外側フレーム１２２への直接的な熱伝導が生じないため、内側フレーム１２１から外側フレーム１２２を介した熱の散逸がより抑制される。これにより、チャンバ内における下側パネル１２５の温度低下がさらに抑えられる。

また、上記のように複数の部材による強力な補強を行うことで天板１２の反りが抑えられており、反りにより気密の破れが生じて外気が侵入し、これにより下側パネル１２５の温度低下が生じるのを防止することができる。また、仮に天板１２内での温度差に起因して天板１２の反りが生じてチャンバ本体１１との間隔が広がったとしても、本実施形態のシール部１４はこのような間隔の変動に追従して気密状態を維持する機能がある。そのため、小さな反りであれば十分に気密性を維持することができる。

図５（ｂ）に比較例として示すように、パッキン２４が天板２２、チャンバ本体２１のいずれか一方のみに設けられる場合、パッキン２４が天板２２の反りに追従して変形するためには、パッキン２４の変形可能量、つまり弾性変形におけるストロークを予め相当に大きく取っておく必要がある。しかしながら、パッキン２４は押圧された状態で長時間高熱にさらされることで永久変形してしまうおそれがあり、変形可能量が大きいほど永久変形も起きやすい。このため、変形可能量を十分に大きくすることが困難である。

図５（ａ）に示す本実施形態のシール部１４は、自重で垂れ下がる天板側パッキン１４２が本体側パッキン１４１と当接することでシール作用を果たすので、仮に押圧による永久変形が天板側パッキン１４２に生じたとしても、シール機能の低下は限定的である。

図６は本実施形態の効果を例示する図である。図６（ａ）はチャンバ内での天板１２下面の温度分布を模式的に示す図である。天板１２の下面、より具体的には下側パネル１２５の下面の温度は、水平方向におけるチャンバ中心付近では概ね一定と考えられるが、シール位置Ｐｓの近傍で大きく低下し、シール位置Ｐｓより外側では最終的に室温に近い温度となる。図５（ａ）に示す本実施形態における温度分布は、実線で示すようにシール位置Ｐｓ付近までほぼ一様な温度を保ち、シール位置Ｐｓの外側で大きく低下する。

一方、図５（ｂ）に示す比較例における温度分布は、点線で示すようにシール位置Ｐｓよりも内側でより大きな温度低下が生じる。もし天板下面の温度がチャンバ内壁面よりも内側で塗布液からの揮発成分の液化または固化温度よりも低下していれば、この部分で液化または固化した揮発成分の付着が生じる。これがチャンバ内に落下して基板Ｓ等を汚染することがあり得る。本実施形態ではシール位置Ｐｓ付近まで温度低下を抑制することができるので、少なくともチャンバ内壁面よりも内側については付着物の発生を防止することが可能である。

図６（ｂ）はシール部１４の作用を模式的に示す図である。下側プレート１２５が熱膨張すると、図６（ｂ）に示すように天板１２の周縁部が上向きに変位するような反りが生じる。このため、チャンバ本体１１の上端と天板下面１２ａとの間隔Ｄが位置により変化することになる。この間隔Ｄが前述した値Ｄ２からＤ３の範囲内にあれば、同図に示すように主として天板側パッキン１４２の変形によって気密状態が保たれ、外気の侵入に起因する温度低下は防止される。

以上のように、この実施形態においては、天板１２の周縁部に補強部材（外側フレーム１２２、補強板１２６）が設けられており、チャンバ内で下面１２ａが加熱されることに起因する天板１２の反りが機械的に抑制されている。これにより、天板１２の反りに起因する気密の破れを防止し、外気の侵入による天板下面１２ａの温度低下が抑制される。

また、平面視における天板１２のサイズはチャンバ本体１１よりも大きく、天板１２の周縁部をシール位置Ｐｓよりも外側まで延びている。そして、補強部材を主としてシール位置Ｐｓよりも外側に設けることにより、補強部材を介した熱の放散を、シール位置Ｐｓよりも外側で起こるようにすることができる。これにより、シール位置Ｐｓよりも内側における天板下面１２ａの温度低下を抑制することができる。

このように、本実施形態における天板１２の構造は、機械的な補強により反りを抑えることで低温の外気が侵入するのを防止する作用とともに、補強部材を通じた直接的な熱の散逸を抑制する作用を有している。これらはいずれも、天板下面１２ａの温度低下に起因して、塗布液から揮発した成分が再び液化または固化し天板１２に付着するのを抑える効果がある。そのため、このような付着物がチャンバ内に落下し、基板Ｓ等を汚染することが未然に防止される。

一方、この実施形態におけるシール部１４は、仮に天板１２に反りが発生した場合でも気密状態を維持することのできる構造を有している。すなわち、チャンバ本体１１および天板１２のそれぞれに弾性材料によるパッキンを設け、チャンバ本体１１に対し天板１２が閉じられた状態では、それぞれのパッキン同士が当接するように構成されている。

このうち一方のパッキンすなわち天板側パッキン１４２は、他方のパッキンすなわち本体側パッキン１４１に比べて同じ押圧力に対してより大きく弾性変形するように、それぞれの材料および形状が設定されている。そのため、両パッキンが当接する際において、本体側パッキン１４１は大きく変形しないのに対し、天板側パッキン１４２はより大きく変形することで本体側パッキン１４１の表面に密着することになる。

つまり、天板１２の反りによってチャンバ本体１１と天板１２との間隔に変動がある場合でも、シール部１４はこれに追従して気密状態を維持することが可能である。このように、シール部１４は、天板１２の反りを抑制する効果はないが、仮に反りが発生したとしても、それにより気密性が破れ外気が侵入するのを防止する作用を有している。

以上説明したように、上記実施形態においては、天板１２が本発明の「蓋部」および「板状体」として機能している。そして、内側フレーム１２１および補強材１２３が一体として本発明の「枠体」に、上側パネル１２４および下側パネル１２５がそれぞれ本発明の「平板体」に、また外側フレーム１２２および補強板１２６がそれぞれ本発明の「補強部材」に相当している。また、本体側パッキン１４１および天板側パッキン１４２が本発明の「本体側シール材」および「蓋側シール材」としてそれぞれ機能している。また、上記実施形態では、ホットプレート１５が本発明の「加熱部」として機能する一方、ガスノズル１６が本発明の「気流形成部」として機能している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の天板１２は、反りを抑える補強部材としての外側フレーム１２２および補強板１２６を備えるものである。しかしながら、これらの両方を設ける必要は必ずしもなく、いずれか一方のみが装備されてもよい。また、天板１２の側面に設けられる補強部材は、上記実施形態のような板状のものに限られず、例えば中空パイプであってもよい。

また、上記実施形態の天板１２は内部が空洞のフラッシュパネル構造を有するものであるが、例えばこの空洞部分に断熱材が充填されてもよい。

また、上記実施形態では、天板１２にループ型のパッキンを、チャンバ本体１１側に片持ち型のパッキンを設けているが、これらは逆であってもよい。ただし、重力によるパッキンの垂れ下がりをシール機能の維持に役立てるためには、上記したように変形しやすい方のパッキンを天板側に用いることが好ましい。また、これらのパッキンの形状は、例えばチャンバ側面の開口をシールするためのパッキンに用いられてもよい。

また、上記実施形態の天板側パッキン１４２は、ゴム製のシート体を折り返すことでループ形状を形成したものであるが、予めループ状に成型された部材が用いられてもよく、また中空チューブの一部を潰した状態で押さえ金具で固定したものとしてもよい。

また、上記実施形態では昇温されたホットプレート１２に載置されることによって基板Ｓが加熱されるが、基板の加熱方法はこれに限定されない。例えば、チャンバ内部空間の上方に配置された「加熱部」としてのヒータからの輻射熱により基板が加熱される構成であってもよい。また、チャンバ内に熱風を供給する加熱部が設けられたものであってもよい。

なお、上記実施形態の加熱処理は、塗布液の膜が形成された、つまり表面に液膜が形成された状態の基板Ｓを受け入れ、その溶媒成分を加熱により揮発させることで塗布膜を乾燥硬化させるものである。しかしながら、例えば塗布膜が予め固化された固体膜から昇華性の成分を昇華させて除去するための加熱処理や、塗布膜の全成分を揮発させ基板を乾燥させるための加熱処理にも、上記構成の基板処理装置１を適用することが可能である。

以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、この発明に係る処理チャンバにおいて、例えば、板状体は枠体を１対の平板体で挟み込んだ中空構造物であり、平面視において枠体の外側に補強部材が設けられてよい。このような構成によれば、十分な強度を有する板状体を軽量に構成することが可能である。そして、補強部材が枠体の外側に設けられることで、熱による板状体の変形をより効果的に抑えることができる。

また例えば、平面視において、前記枠体の外周縁は前記シール位置よりも内側に収まる構成としてよい。このような構成によれば、枠体を通じたシール位置より外側への熱の散逸を少なくすることができ、蓋部下面の温度低下を抑えることができる。

また例えば、蓋部は、枠体としての内側フレームと、平面視において内側フレームの周囲を取り囲む、補強部材としての外側フレームとを有していてよい。このような構成によれば、板状体の構造を維持するための枠体と、その変形を抑えるための補強部材とをそれぞれの機能に応じた最適な設計とすることができる。

また例えば、補強部材として、矩形断面を有する中空パイプを用いることができる。補強部材として中空の部材を用いることで、高強度と軽量化との両立を図ることができる。また、補強部材を介した熱の散逸を抑えることができる。

また例えば、補強部材として、板状体の側面に取り付けられた、断面における鉛直方向のサイズが水平方向のサイズより大きい棒状または板状の部材を用いることができる。このような構成によれば、板状体の周縁部が反り上がる方向における曲げ剛性を高め、板状体の熱変形を抑えることができる。

また例えば、シール部は、弾性材料により形成され、開口の周囲に沿って開口を取り囲むようにチャンバ本体に設けられた本体側シール材と、弾性材料により形成され、蓋部の下面のうち本体側シール材と対向する位置に設けられた蓋側シール材とを有し、閉状態では本体側シール材と蓋側シール材とが当接することで隙間をシールする構成とすることができる。このような構成によれば、弾性を有するシール材同士の当接により隙間をシールするため、蓋部の熱変形に起因する隙間の増大に対して、シール材がこれに追従してシール状態を維持することが可能である。

また、本発明に係る基板処理装置においては、例えば、加熱部は、昇温された上面に被処理基板が載置されるホットプレートを有していてよい。このような構成では、ホットプレートからの熱輻射および温められたチャンバ内部雰囲気により蓋部下面が熱せられた状態となる。その一方で、蓋部を構成する構造物を通じた熱の散逸や気密性低下による外気の侵入に起因する局所的な温度低下は揮発成分の付着を招きやすい。このような構成に本発明を適用することで、蓋部の熱変形および外部への熱の散逸を抑えて、蓋部への揮発成分の付着を防止することができる。

また例えば、本発明に係る基板処理装置は、処理チャンバ内で、蓋部の下面に沿って加熱気体を流通させる気流形成部を有する構成であってよい。このような構成においても、加熱気体により蓋部下面が熱せられており、上記と同様の問題が生じ得る。このような構成にも、本発明を適用することが有効である。

この発明は、内部に処理用の熱源が設けられる各種処理チャンバおよびこれを用いた基板処理装置全般に適用することが可能である。例えば半導体基板、ガラス基板等の基板表面にフォトレジスト膜、保護膜等の機能層を形成する目的で、基板表面に形成された塗布膜の成分を加熱により揮発させる基板処理装置に対し好適に適用可能なものである。

１ 基板処理装置
１０ 処理チャンバ
１１ チャンバ本体
１２ 天板（蓋部、板状体）
１３ 支持機構
１４ シール部
１５ ホットプレート（加熱部）
１６ ガスノズル（気流形成部）
１２０ フレーム部
１２１ 内側フレーム（枠体）
１２２ 外側フレーム（補強部材）
１２３ 補強材（枠体）
１２４ 上側パネル（平板体）
１２５ 下側パネル（平板体）
１２６ 補強板（補強部材）
１４１ 本体側パッキン（本体側シール材）
１４２ 天板側パッキン（蓋側シール材）
Ｐｓ シール位置
Ｓ 基板（被処理基板）

Claims (9)

1. 被処理基板に加熱処理を施すための処理チャンバであって、
   上部に開口を有し、前記被処理基板および前記被処理基板を加熱する熱源を収容するチャンバ本体と、
   前記開口に対し開閉可能な蓋部と、
   前記開口に対し閉状態の前記蓋部と前記チャンバ本体との間で前記開口を取り囲んで前記蓋部と前記チャンバ本体との隙間をシールするシール部と
   を備え、
   前記蓋部は、平面視において周縁が前記シール部と接するシール位置より外側に突出した板状体を有し、
   前記板状体は、枠体を１対の平板体で挟み込んだ中空構造物であり、平面視において前記枠体の外側に、前記シール位置よりも外側で前記周縁に沿って延びる補強部材が結合されている、処理チャンバ。
2. 平面視において、前記枠体の外周縁は前記シール位置よりも内側に収まる請求項１に記載の処理チャンバ。
3. 前記蓋部は、前記枠体としての内側フレームと、平面視において前記内側フレームの周囲を取り囲む、前記補強部材としての外側フレームとを有する請求項１または２に記載の処理チャンバ。
4. 被処理基板に加熱処理を施すための処理チャンバであって、
   上部に開口を有し、前記被処理基板および前記被処理基板を加熱する熱源を収容するチャンバ本体と、
   前記開口に対し開閉可能な蓋部と、
   前記開口に対し閉状態の前記蓋部と前記チャンバ本体との間で前記開口を取り囲んで前記蓋部と前記チャンバ本体との隙間をシールするシール部と
   を備え、
   前記蓋部は、平面視において周縁が前記シール部と接するシール位置より外側に突出した板状体を有し、前記板状体には、前記シール位置よりも外側で前記周縁に沿って延びる補強部材が結合されており、
   前記補強部材として、矩形断面を有する中空パイプを有する処理チャンバ。
5. 被処理基板に加熱処理を施すための処理チャンバであって、
   上部に開口を有し、前記被処理基板および前記被処理基板を加熱する熱源を収容するチャンバ本体と、
   前記開口に対し開閉可能な蓋部と、
   前記開口に対し閉状態の前記蓋部と前記チャンバ本体との間で前記開口を取り囲んで前記蓋部と前記チャンバ本体との隙間をシールするシール部と
   を備え、
   前記蓋部は、平面視において周縁が前記シール部と接するシール位置より外側に突出した板状体を有し、前記板状体には、前記シール位置よりも外側で前記周縁に沿って延びる補強部材が結合されており、
   前記補強部材として、前記板状体の側面に取り付けられた、断面における鉛直方向のサイズが水平方向のサイズより大きい棒状または板状の部材を有する処理チャンバ。
6. 被処理基板に加熱処理を施すための処理チャンバであって、
   上部に開口を有し、前記被処理基板および前記被処理基板を加熱する熱源を収容するチャンバ本体と、
   前記開口に対し開閉可能な蓋部と、
   前記開口に対し閉状態の前記蓋部と前記チャンバ本体との間で前記開口を取り囲んで前記蓋部と前記チャンバ本体との隙間をシールするシール部と
   を備え、
   前記蓋部は、平面視において周縁が前記シール部と接するシール位置より外側に突出した板状体を有し、前記板状体には、前記シール位置よりも外側で前記周縁に沿って延びる補強部材が結合されており、
   前記シール部は、
   弾性材料により形成され、前記開口の周囲に沿って前記開口を取り囲むように前記チャンバ本体に設けられた本体側シール材と、
   弾性材料により形成され、前記蓋部の下面のうち前記本体側シール材と対向する位置に設けられた蓋側シール材とを有し、
   前記閉状態では前記本体側シール材と前記蓋側シール材とが当接することで前記隙間をシールする処理チャンバ。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の処理チャンバと、
   前記処理チャンバの内部に配置された前記熱源としての加熱部と
   を備える基板処理装置。
8. 前記加熱部は、昇温された上面に被処理基板が載置されるホットプレートを有する請求項７に記載の基板処理装置。
9. 前記処理チャンバ内で、前記蓋部の下面に沿って加熱気体を流通させる気流形成部を有する請求項７または８に記載の基板処理装置。

Images