JP2000299275A - 半導体予熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却手段を備えた半導体予熱装置を提供す
る。 【解決手段】 ホットプレート２と加熱手段３とを備え
た半導体予熱装置１において、前記ホットプレート２に
水冷手段４と空冷手段５とを設けたことを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体製造工程
において、半導体にレジストを塗布する前に半導体を予
熱する半導体予熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程において、半導体（たと
えば、シリコンウエハ）にレジストを塗布する工程があ
る。このレジスト塗布工程の前に前記半導体を所定温度
に予熱する予熱工程がある。この予熱工程で前記半導体
を予熱する予熱装置４１は、図７に示すように、ホット
プレート４２と加熱手段４３とにより構成されている。
前記ホットプレート４２は、前記半導体より大きな直径
のアルミニウム製の円盤で形成されており、この円盤の
下面に前記加熱手段４３を設けている。

【０００３】ところで、通常、半導体の予熱温度はほぼ
一定の温度（７０℃〜１５０℃）で調整されているが、
近時、予熱温度を変化させて半導体の温度を制御し、前
記レジストの特性を調整することが要望されている。し
かしながら、前記予熱装置４１の加熱手段４３は、比較
的容量が大きく、また放熱面が十分とれないため、前記
ホットプレート４２の温度を上昇させる制御はよいが、
温度を低下させる場合は冷却速度が遅いと云う問題があ
る。この冷却速度について、水を供給すると、潜熱の作
用で空気量が少なくても、冷却速度も早くすることがで
きるが、水が微量で良いため、注入量を均等にすること
は非常にむつかしく、温度むらができてしまうと云う問
題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、前記問題
点に鑑み、前記ホットプレートを均一に冷却し、加熱時
の温度応答性を早くするとともに、温度むらを少なくす
ることができる半導体予熱装置を提供することを目的と
している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を
解決するためになされたものであって、請求項１に記載
の発明は、ホットプレートと加熱手段とを備えた半導体
予熱装置において、前記ホットプレートに水冷手段と空
冷手段とを設けたことを特徴としている。

【０００６】請求項２に記載の発明は、前記ホットプレ
ートを第一プレートと第二プレートにより構成し、この
両プレートの間に前記加熱手段を設け、前記第二プレー
トの上面に流体通路を設け、この流体通路に前記水冷手
段の水供給管，前記空冷手段の空気供給管および排出管
を接続したことを特徴としている。

【０００７】請求項３に記載の発明は、前記流体通路
が、前記第二プレートの中心から放射方向へ延在する複
数の放射状通路と、これら各放射状通路の放射方向先端
部をリング状に連結したリング状通路とにより形成され
ていることを特徴としている。

【０００８】請求項４に記載の発明は、前記各放射状通
路と前記水供給管とをそれぞれ接続したことを特徴とし
ている。

【０００９】請求項５に記載の発明は、前記各放射状通
路と前記水供給管とを前記第二プレートの下面に配置し
たヘッダーを介して接続したことを特徴としている。

【００１０】請求項６に記載の発明は、前記第二プレー
トの中心部に前記空気供給管の空気導入口を設けたこと
を特徴としている。

【００１１】さらに、請求項７に記載の発明は、前記空
気供給管の上部に断熱部材を設けたことを特徴としてい
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて説明する。この発明は、ホットプレートと加熱手
段とを備えた半導体予熱装置において、前記ホットプレ
ートに水冷手段と空冷手段とを設けることにより実現さ
れる。この場合、水冷手段による水と空冷手段による空
気とを別々のラインで供給することが好ましい。

【００１３】前記ホットプレートは、上部に第一プレー
トを、下部に第二プレートを設け、この両プレートの間
に前記加熱手段を設けている。このホットプレートは、
被予熱体である半導体（たとえば、シリコンウエハ）よ
り大きな直径のアルミニウム製の円板で形成されてい
る。そして、前記第二プレートの上面に前記水冷手段と
前記空冷手段の流体通路が形成されている。また、この
発明の半導体予熱装置は、前記第一プレートに温度セン
サを設け、この温度センサの検出信号に基づいて前記ホ
ットプレートの温度を制御する制御器を設けた構成とな
っている。

【００１４】この実施の形態においては、前記流体通路
が、前記第二プレートの中心から放射方向へ延在する複
数（この実施の形態では６通路）の放射状通路と、これ
ら各放射状通路の放射方向先端部をリング状に連結した
リング状通路とにより形成されている。そして、前記各
放射状通路の所定位置に水入口をそれぞれ開口し、この
各水入口に前記水冷手段としての電磁弁を備えた水供給
管をそれぞれ接続している。また、前記各開口部への水
の供給が、前記第二プレートの下面に配置したヘッダー
を介して供給する構成とすることもできる。さらに、前
記電磁弁は、前記制御器に信号線を介して接続されてい
る。ここにおいて、水の噴出の均一性を図るため、電磁
弁により水を間欠的に供給し、水の瞬間流量を増加さ
せ、水の噴出圧を上げることで水量のバラツキを少なく
することが好ましい。

【００１５】前記空冷手段は、圧縮空気を供給する流量
調節弁を備えた空気供給管を、前記第二プレートの中心
部に形成した空気導入口に接続した構成となっている。
そして、前記流量調節弁は、前記制御器に信号線を介し
て接続されている。また、前記リング状通路の所定位置
に排出口を一箇所または二箇所設け、この排出口に排出
管が接続されている。さらに、空気の供給は、水の供給
位置より上流側で絞り、空気量のバラツキを少なくする
とともに、供給水のスプレー効果により均一冷却が行わ
れるように配置することが好ましい。

【００１６】前記加熱手段は、たとえば面状発熱体と保
護シートとからなり、前記第一プレートの下面側に前記
面状発熱体が当接し、前記第二プレートの上面側に保護
シートが当接するように配置され、これらが適宜の手段
で挟持されている。そして、前記面状発熱体は、前記制
御器に信号線を介して接続されている。

【００１７】また、前記ホットプレートの冷却時におい
て、前記空気導入口の冷却が著しい場合には、前記空気
導入口の上部（前記保護シートの前記空気導入口に対応
する部位）に断熱部材を設けて冷却を調整することも実
施に応じて好適である。

【００１８】前記構成の半導体予熱装置によれば、レジ
スト塗布工程前の半導体を予め設定した予熱温度になる
ように、前記ホットプレートを前記加熱手段で加温し、
所定温度で維持している。そして、前記半導体の予熱温
度が変更され、当初設定温度より低くなった場合は、前
記加熱手段への通電を解除し、前記空気供給管から所定
流量の圧縮空気を前記空気導入口を介して前記各放射状
通路へ供給するとともに、前記水供給管から水を予め設
定した間隔で前記各水通路を介して前記各放射状通路へ
供給する。前記各放射状通路へ供給された空気と水は、
混合されて噴霧状圧縮空気となって前記リング状通路へ
流入し、前記ホットプレートを強制的に冷却し、短時間
で設定温度に近づける。そして、熱交換後の噴霧状圧縮
空気は、前記排出口を介して前記排出管から系外へ排出
される。また、前記ホットプレートの温度制御は、温度
センサの検出信号に基づいて行われる。すなわち、制御
器は、前記電磁弁および前記流量調節弁の開閉を制御す
るとともに、前記加熱手段のオンオフ制御を行い、前記
ホットプレートの温度を設定温度に維持する。

【００１９】以上のように、この発明の半導体予熱装置
によれば、ホットプレートに水冷手段と空冷手段とを設
けたので、短時間で設定温度に近づけることができる。

【００２０】

【実施例】以下、この発明の第一実施例を図面に基づい
て詳細に説明する。図１は、この発明を実施した半導体
予熱装置の構成を概略的に示す断面説明図であり、また
図２は、図１の第二プレートを上面から見た説明図であ
る。

【００２１】図１において、この発明に係る半導体予熱
装置１は、ホットプレート２，加熱手段３，水冷手段
４，空冷手段５および制御器６により構成されている。

【００２２】前記ホットプレート２は、図１に示すよう
に、第一プレート７と第二プレート８とからなってお
り、被予熱体である半導体９（たとえば、シリコンウエ
ハ）より大きな直径のアルミニウム製の円盤で形成され
ている。前記加熱手段３は、一例として、図１に示すよ
うに、ポリイミド薄膜と金属薄膜を張り合せた構造の面
状発熱体１０と、アルミニウムの薄板で形成した保護シ
ート１１とからなっている。そして、前記面状発熱体１
０を前記第一プレート７の下面側に、前記保護シート１
１を前記第二プレート８の上面側になるように配置し、
これを適宜の手段（たとえば、ねじ止め等）で挟持して
いる。また、前記第一プレート７には、温度センサ２４
が設けられている。

【００２３】前記水冷手段４および前記空冷手段５は、
前記ホットプレート２の温度を効率的に低下させるため
に設けられたものであって、図１および図２に示すよう
に、前記第二プレート８の上面に冷却手段としての流体
通路１２が形成されている。

【００２４】この第一実施例においては、前記流体通路
１２が、図２に示すように、前記第二プレート８の中心
から放射方向へ延在する複数（この実施例では６通路）
の放射状通路１３と、これら各放射状通路１３の放射方
向先端部をリング状に連結したリング状通路１４とによ
り形成されている。

【００２５】一方、前記第二プレート８の中心部には空
気導入口１９が設けられており、この空気導入口１９に
空冷手段５として圧縮空気を供給する流量調節弁２０を
備えた空気供給管２１を接続している。すなわち、前記
各放射状通路１３の中心部に前記空気導入口１９が位置
することになる。そして、前記空気導入口１９と前記各
放射状通路１３とはそれぞれ接続部２７，２７，…を介
して連通している。これは、前記第二プレート８の中心
部から空気を供給し、前記各放射状通路１３を介して前
記第二プレート８全体へ放射状に供給する構造である。

【００２６】さて、前記各接続部２７において、前記各
放射状通路１３と前記空気導入口１９とは、前記リング
状通路１４に至る通路巾より狭い絞り通路３５，３５，
…により連結されている。この各絞り通路３５は、前記
空気導入口１９からの空気の流速を調節する機能を有し
ている。そして、この各絞り通路３５の下流側における
近接した位置において、前記各放射状通路１３にはそれ
ぞれ水入口１５，１５，…が設けられている。これによ
り、前記各絞り通路３５からの空気流に対して水をそれ
ぞれ供給することになり、スプレー効果が生じ、前記各
放射状通路１３において、水と空気との混合が均一化さ
れる。したがって、水の供給量を前記第二プレート８全
体に対して均等にすることができ、温度むらを防止する
ことができる。

【００２７】そして、前記各水入口１５の下方，すなわ
ち前記第二プレート８の下面には、図１に示すように、
前記水冷手段としての環状のヘッダー１６を設け、この
ヘッダー１６に電磁弁１７を備えた水供給管１８を接続
している。この水供給管１８は、給水圧を有する，たと
えば純水タンク（図示省略）に接続されている。ここに
おいて、前記電磁弁１７は、間欠的に開閉することによ
り、瞬間流量を増加させ、水の噴出圧を上げて水量のバ
ラツキを少なくする構成となっている。

【００２８】また、前記各放射状通路１３のうちの任意
の一通路と前記リング状通路１４との接続部に冷却流体
の排出口２２を設け、この排出口２２に排出管２３を接
続している。

【００２９】さらに、この実施例においては、前記ホッ
トプレート２の温度制御を行う制御器６を設けており、
この制御器６に、前記面状発熱体１０，前記電磁弁１
７，前記流量調節弁２０および前記温度センサ２４を信
号線２５を介してそれぞれ接続している。

【００３０】また、図３に示すように、前記空気導入口
１９の上部が著しく冷却される場合には、前記空気導入
口１９の上部，すなわち前記保護シート１１の前記空気
導入口１９に対応する部位に、たとえばテフロン板やセ
ラミック等で耐熱性があり、かつ熱伝導率の低い材質で
形成した断熱部材２６を設け、局部的な冷却を防止し、
前記ホットプレート２を平均的に冷却する構成となって
いる。

【００３１】前記構成の半導体予熱装置１は、つぎのよ
うに機能する。すなわち、レジスト塗布工程前の半導体
を予め設定した予熱温度になるように、前記制御器６を
介して前記加熱手段３で前記ホットプレート２を加温
し、前記温度センサ２４の検出信号に基づいて、前記加
熱手段３をオンオフ制御し、前記ホットプレート２を所
定温度に維持する。また、前記予熱温度が当初設定温度
より低くなった場合は、前記加熱手段３をオフにし、前
記空冷手段５の前記流量調節弁２０を開弁し、予め設定
した圧縮空気を前記空気供給管２１を介して前記空気導
入口１９内へ流入させ、この空気導入口１９から前記各
放射状通路１３へ空気を均一に流入させる。一方、前記
水冷手段４の前記電磁弁１７を予め設定した間隔で間欠
的に開閉し、前記水供給管１８および前記ヘッダー１６
を介して前記各水入口１５へ水を供給する。そして、こ
の各水入口１５から前記各放射状通路１３内へ供給され
た水が、前記圧縮空気と混合して噴霧状圧縮空気とな
り、前記各放射状通路１３から前記リング状通路１４へ
流通する過程で、前記ホットプレート２を強制的に冷却
し、短時間で設定温度に近づけることができる。

【００３２】ここで、前記圧縮空気と前記水との混合に
ついて説明する。図２に示すように、前記空気導入口１
９と前記各放射状通路１３とは各接続部２７を介して連
通しているが、前記各接続部２７から前記各水入口１５
までの各絞り通路３５は、その通路巾が狭くなっている
ので、前記各接続部２７から流入した圧縮空気と、前記
各水入口１５から流入する水が前記各放射状通路１３の
合流位置で噴霧状態となり、この噴霧状圧縮空気は、前
記リング状通路１４へ向って流通する。また、前記各水
入口１５への水の供給量は、前記ホットプレート２の設
定温度の条件に基づき、前記電磁弁１７の開閉間隔を前
記制御器６を介して、適宜、調節して行う。そして、前
記温度センサ２４の検出信号に基づき、前記半導体９が
変更された設定予熱温度になるように、前記制御器６を
介して制御する。熱交換した噴霧状圧縮空気は、前記排
出口２２を介して排出管２３から系外へ排出される。

【００３３】また、前記水冷手段４および前記空冷手段
５による前記ホットプレート２の冷却動作の手順および
作用を詳細に説明する。前記ホットプレート２を所定温
度に冷却するときは、均一に冷却することが重要であ
る。前記ホットプレート２を均一に冷却することで、つ
ぎの加熱時における温度応答性を早くするとともに、温
度むらを少なくすることができる。そこで、前記水冷手
段４から水を供給すると、潜熱の作用で空気量が少なく
ても、冷却速度を早くすることができるが、水の供給量
が少量であるため、水の供給量を均一にすることは非常
にむつかしいことである。この発明においては、前記ホ
ットプレート２の冷却時に、水と空気とは別のラインで
供給し、水の供給量を均一にするため、前記電磁弁１７
を間欠的に開閉し、瞬間流量を増加させて噴出圧を上げ
ることで水量のバラツキを少なくしている。

【００３４】つぎに、この発明の第二実施例を図４に基
づいて説明する。この第二実施例は、前記第一実施例で
説明した第二プレート８の上面に形成したリング状通路
１４に設けた排出口２２を複数箇所設けた構成のもので
あるから、前記第一実施例と同一部材には同一符号を付
し、重複する説明は省略する。

【００３５】図４において、前記リング状通路１４に各
放射状通路１３を接続した各接続部（符号省略）の中間
に、第一排出口２８および第二排出口２９を対向するよ
うに設け、この第一，第二排出口２８，２９にそれぞれ
排出管２３，２３を接続した構成としている。したがっ
て、この第二実施例にあっては、前述の噴霧状圧縮空気
の流通経路が左右に分岐することで冷却バランスをよく
することができる。

【００３６】つぎに、この発明の第三実施例を図５およ
び図６に基づいて説明する。この第三実施例は、前記第
一実施例で説明した第二プレート８の中心部に設けた空
気導入口１９を、第二プレート８の所定位置に変更して
設けたものである。したがって、前記空気導入口１９の
変更に伴う部材の変更事項についてのみ説明し、変更さ
れない前記第一実施例と同一部材には同一符号を付し、
重複する説明は省略する。

【００３７】図５および図６において、第二プレート８
の上面に流体通路１２が形成されている。すなわち、図
６に示すように、中央部に凸部３０を備えた環状の集配
部３１を設け、この集配部３１と前記空気導入口１９と
の間に前記流体通路１２を細分化した第一流体通路３２
を設けるとともに、前記集配部３１に複数の第二流体通
路３３（この第三実施例では５通路を設けており、した
がって前記集配部３１を６等分したことになる。）を放
射状に設け、この各第二流体通路３３の放射方向先端部
をほぼリング状に連結した第三流体通路３４を設けてい
る。そして、この第三流体通路３４の一端部に排出口２
２を設け、この排出口２２に排出管２３を接続してい
る。また、前記空気導入口１９には、前記第一実施例で
説明した前記空冷手段５を設けている。

【００３８】そして、前記集配部３１と前記第三流体通
路３４を連通する前記各第二流体通路３３の所定位置
に、水入口１５，１５，…をそれぞれ開口している。こ
の各水入口１５と前記集配部３１との間は、図６に示す
ように、通路巾を狭くした絞り通路３５，３５，…を介
して連結されている。また、前記各水入口１５の下方
に、前記第一実施例で説明した前記水冷手段４を設けて
いる。

【００３９】前記構成によれば、前記空気導入口１９か
ら流入した圧縮空気は、前記第一流体通路３２を介して
前記集配部３１へ流入し、この集配部３１から前記各第
二流体通路３３へそれぞれ分流して流入する。一方、各
水入口１５から間欠的に水が供給される。前記第二流体
通路３３で前記圧縮空気と前記水が混合して噴霧状圧縮
空気となり、この噴霧状圧縮空気は、前記第二流体通路
３３から前記第三流体通路３４内へそれぞれ流入し、前
記第三流体通路３４内で合流し、前記排出口２２から排
出される。前記集配部３１の中心に形成した凸部３０
は、前記圧縮空気の流入時において、ホットプレート２
の中心部が急激に冷却されるのを防止するとともに、圧
縮空気を分散させ前記ホットプレート２全体を平均的に
冷却させる作用がある。したがって、前記第一実施例で
説明した断熱部材２６は、不要となる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、半導体の予熱温度が低温度に変更されたとき、短時
間で変更された予熱温度に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施した半導体予熱装置の構成を概
略的に示す第一実施例の断面説明図である。

【図２】図１の第二プレートを上面から見た説明図であ
る。

【図３】図１のＡ部を拡大し、断熱部材を設けた状態を
示す説明図である。

【図４】この発明の第二実施例の第二プレートを上面か
ら見た説明図である。

【図５】この発明の第三実施例の構成を概略的に示す断
面説明図である。

【図６】図５の第二プレートを上面から見た説明図であ
る。

【図７】従来の半導体予熱装置とレジスト塗布工程の構
成を概略的に示す説明図である。

【符号の説明】

１ 半導体予熱装置 ２ ホットプレート ３ 加熱手段 ４ 水冷手段 ５ 空冷手段 ７ 第一プレート ８ 第二プレート １２ 流体通路 １３ 放射状通路 １４ リング状通路 １６ ヘッダー １８ 水供給管 １９ 空気導入口 ２１ 空気供給管 ２３ 排出管 ２６ 断熱部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井伊 孝文 愛媛県松山市堀江町７番地 三浦工業株式 会社内 (72)発明者 小倉 丈和 愛媛県松山市堀江町７番地 三浦工業株式 会社内 (72)発明者 新藤 貴志 愛媛県松山市堀江町７番地 株式会社三浦 研究所内 Ｆターム(参考） 4K063 AA01 AA12 BA12 CA03 CA06 EA04 5F046 KA04

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホットプレート２と加熱手段３とを備え
   た半導体予熱装置１において、前記ホットプレート２に
   水冷手段４と空冷手段５とを設けたことを特徴とする半
   導体予熱装置。
2. 【請求項２】 前記ホットプレート２を第一プレート７
   と第二プレート８により構成し、この両プレート７，８
   の間に前記加熱手段３を設け、前記第二プレート８の上
   面に流体通路１２を設け、この流体通路１２に前記水冷
   手段４の水供給管１８，前記空冷手段５の空気供給管２
   １および排出管２３を接続したことを特徴とする請求項
   １に記載の半導体予熱装置。
3. 【請求項３】 前記流体通路１２が、前記第二プレート
   ８の中心から放射方向へ延在する複数の放射状通路１
   ３，１３，…と、これら各放射状通路１３の放射方向先
   端部をリング状に連結したリング状通路１４とにより形
   成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体
   予熱装置。
4. 【請求項４】 前記各放射状通路１３と前記水供給管１
   ８とをそれぞれ接続したことを特徴とする請求項３に記
   載の半導体予熱装置。
5. 【請求項５】 前記各放射状通路１３と前記水供給管１
   ８とを前記第二プレート８の下面に配置したヘッダー１
   ６を介して接続したことを特徴とする請求項４に記載の
   半導体予熱装置。
6. 【請求項６】 前記第二プレート８の中心部に前記空気
   供給管２１の空気導入口１９を設けたことを特徴とする
   請求項２〜５のいずれか１項に記載の半導体予熱装置。
7. 【請求項７】 前記空気供給管２１の上部に断熱部材２
   ６を設けたことを特徴とする請求項６に記載の半導体予
   熱装置。