JP2001183066A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】処理温度を変更する際に要する時間を短縮し
て、効率的な加熱／冷却処理が行えると共に、一定の品
質が保証される被処理体の熱処理装置を提供する。 【解決手段】加熱冷却装置(1) は処理空間(3) 内に温度
制御プレート(3) を配している。同プレート(3) の半導
体ウェハ(W) の支持面(3a)は多様な処理温度に制御可能
である。前記処理空間は、ケーシング本体(5) よりも熱
伝導率が大きい材質からなり、且つ熱容量の小さな均熱
部(4) により閉塞され、さらに均熱部(4) の外側にはケ
ーシング本体(5) と、同本体(5) 及び前記均熱部(4) と
の間の空気層(5a)とからなる断熱部が配されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被処理体を加熱／冷
却処理する熱処理装置に関し、更に詳しくは、半導体ウ
ェハの加熱／冷却処理に特に適した熱処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体の製造工程では、半導体ウェハの
洗浄液の乾燥や、半導体ウェハ表面に塗布されたレジス
ト液の溶剤除去、レジスト物性の安定化などのために、
半導体ウェハのベーキングが行われている。更に、半導
体の一連の製造工程においては、ベーキングに続いてク
ーリングも行われる。

【０００３】これらベーキングとクーリングとはそれぞ
れ異なる空間において、加熱専用装置又は冷却専用装置
により別個に行われるのが一般的である。すなわち、単
一の半導体ウェハを加熱専用装置にてベーキングした
後、同加熱専用装置から冷却専用装置へと移してクーリ
ングを行っている。

【０００４】半導体ウェハの前記加熱専用装置として
は、装置がコンパクトであること、また処理効率が良い
ことから、ケーシング内に配されたホットプレートの表
面に半導体ウェハを載置して同ウェハを直接加熱する熱
処理装置が採用されている。

【０００５】かかるタイプの加熱専用装置が、例えば特
公平７−５０６７４号公報に開示されている。同公報に
開示されている加熱専用装置は、上面が半導体ウェハの
支持面であるホットプレートの前記支持面との間に前記
半導体ウェハを収容する空間を残して、全周囲を断熱材
層によって覆い、さらにこの断熱材層を筐体の内部に収
納すると共に、前記筐体と断熱材層との間の間隙配され
た各種の処理用機器を空気流により冷却している。その
ため、前記加熱専用装置はホットプレートの熱が筐体に
伝わりにくく、同装置の周辺に配される各種機器に対す
る熱による悪影響が生じることがない。

【０００６】また、前記加熱専用装置にあっては、ホッ
トプレートが断熱材層、即ち熱伝導率の低い材質からな
る層により覆われているため、例えば半導体ウェハを出
し入れする際に前記断熱材層を解放した場合に、その内
部の雰囲気温度は下がっても、前記断熱材層自体の温度
は殆ど変化しないため、再度断熱材層を閉塞すれば内部
空間の雰囲気温度は速やかに所定の温度に復帰し、加熱
処理が速やかになされる。

【０００７】一方、ベーキングとクーリングとを同一の
空間、すなわち単一の装置により連続的に行うことので
きる熱処理装置としては、例えば特開平３−６９１１１
号公報に開示された熱処理装置がある。この装置による
熱処理方法では、加熱及び冷却を可能にする温度制御装
置が半導体ウェハの上下両側に、同ウェハと所要の間隔
をあけてそれぞれ配されており、半導体ウェハの表裏両
面から加熱又は冷却するものである。このように半導体
ウェハの上下両側に温度制御装置を配することにより、
処理時間の短縮を図っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
公平７−５０６７４号公報に開示された加熱専用装置に
あっては、常に同一の設定温度で加熱処理を行うもので
はなく、半導体ウェハの品質や処理段階に応じて、その
設定温度を変更させる場合がある。

【０００９】その設定温度の変更時に、単にホットプレ
ートの設定温度を変化させて加熱しても、断熱材層は熱
伝導率が低いため、同断熱材層の温度やその内部の処理
空間の雰囲気温度が即座には変化せず、前記ホットプレ
ートからの熱量により断熱材層とその内部の雰囲気温度
とは緩やかに変化する。

【００１０】ここで、断熱材層やその内部の雰囲気温度
が一定となっていない状態で、半導体ウェハをホットプ
レート上に載置して加熱処理した場合、断熱材層の温度
及びその内部の雰囲気温度は安定化するまで昇温が続
き、半導体ウェハの加熱温度が経時的に変化することに
なる。そのため、連続して導入される複数枚の半導体ウ
ェハ間における処理温度が異なってしまい、一定品質の
半導体ウェハを製造できなくなる。

【００１１】従って、温度変更時には断熱材層及びその
内部雰囲気の温度がバランス状態となってそれらの温度
が安定するまで、半導体ウェハの処理を行うことができ
ず、製造効率が著しく損なわれることになる。

【００１２】一方、ベーキングとクーリングとを同一処
理装置（処理空間）内で連続的に行う上記特開平３−６
９１１１号公報に開示された熱処理装置では、半導体ウ
ェハの上下双方に温度制御装置を配しているため、両温
度制御装置の間の雰囲気温度は、前記温度制御装置の温
度変更に速やかに対応して変更される。しかしながら、
上下に温度制御装置を配することで装置が複雑化すると
共に大型化し、装置のコストも高くなる。

【００１３】そこで本発明は、装置を格別に複雑化する
ことなく、処理温度を変更する際に要する時間を短縮し
て、効率的な加熱／冷却処理が行えると共に、一定の品
質が保証される被処理体の熱処理装置を提供することを
目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用効果】かかる課題
を解決するために、本件請求項１に係る発明は、少なく
とも一表面が被処理体の支持面を構成し、その支持面を
多様な処理温度に制御可能な温度制御プレートと、前記
温度制御プレートを含む前記被処理体の処理空間を閉塞
する均熱部と、前記均熱部の外側に配された断熱部とを
備え、前記均熱部は前記断熱部よりも熱伝導率が大きな
材質からなることを特徴とする熱処理装置を主要な構成
としている。

【００１５】なお、本発明において熱処理装置とは、加
熱処理を専用に行う加熱専用装置、冷却処理を専用に行
う冷却専用装置、加熱処理及び冷却処理の双方の機能を
併せ持ち、被処理体に適宜温度制御を行うことのできる
加熱冷却装置を含むものである。

【００１６】本発明の熱処理装置にあっては、処理空間
が、断熱部よりも熱伝導率が大きな材質からなる均熱部
により閉塞されており、均熱部の外側には断熱部が配さ
れている。そのため、前記処理空間内に配されている温
度制御プレートの温度を変更すると、前記均熱部は熱伝
導率が高いために、即座に前記温度制御プレートの温度
変更に呼応し、前記均熱部の温度が速やかに変化する。
また、均熱部の表面温度分布が一様となり、従って被処
理体の面内での温度分布も一様となる。

【００１７】例えば、前記温度制御プレートの温度を高
温側に変化させて加熱処理を行う場合には、前記均熱部
も即座に高温側に変化するが、このとき、均熱部の外側
には断熱部が配されており、この断熱部により処理空間
及び前記均熱部の熱量が外部へと流出するのを効果的に
防ぐため、前記温度制御プレートからの熱量は前記処理
空間の昇温に効率良く利用でき、前記処理空間の雰囲気
温度を速やかに且つ鋭敏に高温側へと変化させることが
できる。

【００１８】反対に、前記加熱処理に続いて前記温度制
御プレートの温度を低温側へ変化させて冷却処理を行う
場合にも、前記均熱部が即座に低温側へと温度変化し、
且つ断熱部により外部から処理空間への熱の流入を防止
するため、前記処理空間の雰囲気温度が速やかに且つ鋭
敏に低温側へと変化する。

【００１９】このように本発明は、処理空間の雰囲気温
度を高温側及び低温側へと短時間で鋭敏に温度変化がな
されるため、１枚の被処理体に対して連続してベーキン
グ及びクーリングを繰り返して行う場合に、その切換え
時間を著しく短縮できるため、製造効率が大幅に向上す
る。また、ベーキングとクーリングとの切換え時間が短
いため、それぞれの処理での反応を即座に停止すること
ができ、被処理体の品質も向上できる。

【００２０】また、加熱のみを専用に行い、複数の被処
理体を連続して出し入れする加熱専用装置の場合にもそ
の加熱温度を変更する場合があり、その際、温度制御プ
レートの処理温度を変更すると、その変更後、処理空間
の雰囲気温度がバランス状態となるまで徐々に変化す
る。このような前記熱処理装置の処理空間雰囲気の温度
がバランス状態となる前に処理を行うと、前記被処理体
の処理温度も経時的に変化し、前後の被処理体には一律
の熱処理がなされないこととなるため、バランス状態と
なるまで、被処理体の処理を停止しなければならない。
この温度変更時にも、上述したように本発明にあって
は、前記処理空間の全体を閉塞する均熱部を配し、更に
その外側に断熱部を配することにより、処理空間の雰囲
気温度を速やかに変更でき、処理温度の変更に要する時
間を著しく短縮できるため、製造効率も大幅に向上す
る。

【００２１】前記均熱部は前記温度制御プレートの温度
変更に呼応した前記均熱部の温度変化をより速やかにさ
せるために、その全体の熱容量を可能な限り小さくする
ことが好ましい。更には、本件請求項２に係る発明のよ
うに、前記均熱部は全体の熱容量が前記断熱部と略同一
或いは前記断熱部よりも小さく構成されることがより好
ましい。

【００２２】本件請求項３に係る発明にあっては、前記
断熱部は、ケーシング本体と同本体及び前記均熱部の間
の気層とからなる。なお、このときのケーシング本体と
しては、強度及び形態安定性に優れ、且つ耐熱性をもつ
ものであればよく、例えば熱伝導率の小さいＳＵＳなど
の金属、或いはＰＥＥＫ等の耐熱性をもつ樹脂や、その
他、セラミックスなどを採用することもできる。また、
前記ケーシング本体と気層とが一層であっても十分に断
熱性能を付与できるが、多層構造とすることもできる。

【００２３】本件請求項４に係る発明によれば、前記断
熱部は断熱材料からなるケーシングを有し、同ケーシン
グの内壁面に沿って前記均熱部が配されている。断熱材
料としては例えば耐熱性発泡樹脂やシリコンゴム、セラ
ミックス、石綿などが挙げられる。このとき、前記均熱
部は前記ケーシングとは別体であってもよく、或いは、
樹脂材料からなる場合には均熱部と一体に成形すること
もできる。更には均熱部に金属材料を採用する場合に
は、前記ケーシングにメッキにより均熱部を形成するこ
ともできる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照して具体的に説明する。図１は本
発明の第１実施例である半導体ウェハの加熱冷却装置１
の内部構造を示す概略図である。

【００２５】前記加熱冷却装置１は、上面２ａが半導体
ウェハＷの支持面を構成する温度制御プレート２を備え
ている。同温度制御プレート２はヒータと冷却流体の流
路とを内臓しており、同プレート２の上面２ａを多様な
処理温度に制御可能である。前記上面２ａは半導体ウェ
ハＷの支持面２ａとなっており、同支持面２ａには図示
せぬ複数の突起が突設され、同突起により半導体ウェハ
Ｗが支持されている。この温度制御プレート２を含む前
記半導体ウェハＷの処理空間３は、箱状の均熱部４によ
り閉塞されている。前記処理空間３には図示せぬパージ
ガスの導入口からパージガスが供給されると共に、排気
口から処理空間３内の気体が排気される。

【００２６】前記均熱部４は後述するケーシング本体５
よりも熱伝導性が大きい、例えばアルミニウムや銅など
の材料から形成され、且つその厚みは同均熱部４の熱容
量を小さくするために、形態安定性が維持できる程度に
可能な限り小さく設定することが好ましい。

【００２７】更に前記均熱部４の外側には、同均熱部４
よりも相対的に熱伝導率が低く且つ耐熱性をもつ材料、
例えばＳＵＳなどの金属材料や耐熱性樹脂などからなる
箱状のケーシング本体５が、前記均熱部４との間に所定
の間隙５ａをもって配されている。この間隙５ａの寸法
は、前記ケーシング本体５と均熱部４との間に渦流の生
じない程度に小さく設定されている。

【００２８】前記間隙５ａ内には空気で満たされてお
り、この空気層５ａと前記ケーシング本体５とが本発明
の断熱部を構成している。なお、本実施例では前記断熱
部が単一のケーシング本体５と空気層５ａとにより構成
されているが、前記ケーシング本体５の外側に更に一回
り大きなケーシング本体を配し、二層の空気層により、
更には多数のケーシング本体と空気層とにより、断熱性
能を付与することもできる。また、石綿や樹脂などの断
熱材がそれのみで一定の形態を保持できる場合には、前
記断熱材からなる断熱部を過熱冷却装置の最外部分であ
る筐体とすることもできる。

【００２９】前記ケーシング本体５及び均熱部４は、処
理空間３を開閉して半導体ウェハＷの出し入れをするた
めに、それらの周壁部において上下に二分割可能に形成
されている。更に、図１には示していないが、前記加熱
冷却装置１は、前記処理空間３内にパージガスを供給す
ると共に前記処理空間３内の気体を排出する機構、前記
ケーシング本体５及び均熱部４を開閉する機構など、従
来から公知の各種機構が配されており、それらを含む装
置全体を筐体に収納することもできる。

【００３０】前記加熱冷却装置１により半導体ウェハＷ
をベーキング処理するには、先ず、ケーシング本体５及
び均熱部４を開放して半導体ウェハＷを温度制御プレー
ト２の支持面２ａ上に載置し、前記ケーシング本体５及
び均熱部４を閉じる。前記支持面２ａに載置された半導
体ウェハＷは前記温度制御プレート２により所定の加熱
温度に調整され、半導体ウェハＷにはベーキング処理が
施される。

【００３１】このとき、前記温度制御プレート２を所定
の加熱温度に設定すると、処理空間３を閉塞する均熱部
４が、熱伝導率が大きい材質からなり且つ熱容量が小さ
いために即座に加熱される。そして均熱部４はその外側
をケーシング本体５及び空気層５ａからなる断熱部によ
り取り囲まれているため、前記処理空間３及び均熱部４
の熱量が外部へと流出するのを防ぎ、前記温度制御プレ
ート３からの熱量を効率良く処理空間３の加熱に利用で
き、処理空間３内の温度が速やかに加熱され、ベーキン
グに要する時間を短縮できる。

【００３２】一定時間が経過しベーキング処理が終了し
た後、クーリング処理を施すために、前記温度制御プレ
ート２の温度を低温側へ変更する。じじで処理空間３は
熱伝導率が大きい材質からなり且つ熱容量が小さい均熱
部４により閉塞され、同均熱部４の外側には前記ケーシ
ング本体５及び空気層５ａからなる断熱部が配されてい
る。そのため、前記処理空間３内に配されている温度制
御プレート２の温度を低温側へ変更すると、先ず、熱伝
導率が高く且つ熱容量が小さい前記均熱部４がその温度
変化に即座に呼応して低温側へと温度が変化する。

【００３３】そしてこのとき、前記均熱部４の外側には
断熱部であるケーシング本体５と空気層５ａとが配され
ているため、同ケーシング本体５の外部から前記均熱部
４及び処理空間３へと熱量が流入するのを防ぎ、前記処
理空間３の雰囲気温度が効率良く短時間で降温される。

【００３４】このように、上記加熱冷却装置１にあって
は、ベーキング処理とクーリング処理との切換え時に前
記温度制御プレート２の温度を変更する場合にも、前記
均熱部４が即座に温度変化し、且つ断熱部であるケーシ
ング本体５及び空気層５ａにより外部と処理空間３との
間の熱の流入及び流出を防止するため、前記処理空間３
の雰囲気温度を速やかに且つ鋭敏に変化させることがで
き、温度の切換え時間を著しく短縮できるため、製造効
率が大幅に向上すると共に製品の品質も向上する。

【００３５】なお、上記加熱冷却装置１において、パー
ジガスの温度や流量を調整するなどして、処理空間３内
の気体の温度を制御すれば、温度切換え時の切換え時間
を更に短縮することもできる。

【００３６】また、上記加熱冷却装置１はもちろん加熱
専用装置として使用することも可能である。その場合に
は、前記温度制御プレート２を所定の温度に設定し、処
理空間がバランス温度となってから、ケーシング本体５
及び均熱部４を開放して前記温度制御プレート２の支持
面２ａ上に半導体ウェハＷを載置し、ケーシング本体５
及び均熱部４を閉塞してベーキング処理を施す。

【００３７】一定時間が経過してベーキング処理が終了
すると、再度ケーシング本体５及び均熱部４を開放して
前記温度制御プレート２の支持面２ａ上から処理済みの
半導体ウェハＷを取りだして新たな半導体ウェハＷを載
置する。かかる工程を繰り返して、複数枚の半導体ウェ
ハＷに一定の加熱処理を施す。

【００３８】上述の連続する加熱処理において、処理温
度を変更する必要が生じた場合には、処理空間全体の温
度がバランス状態となってから、半導体ウェハＷの加熱
処理を再開する。この温度変更時にも、処理空間３の全
体を囲んで熱伝導率が大きく且つ熱容量が小さい均熱部
４が配されており、且つその外側には断熱部であるケー
シング本体５及び空気層５ａが配されているため、処理
空間３内の温度が短時間で変更可能であり、製造効率が
向上する。

【００３９】図２は、断熱部及び均熱部の変形例を示す
概略図である。断熱部は断熱性材料、例えば耐熱性を有
する発泡樹脂材料から形成されたケーシング１５からな
り、そのケーシング１５の内壁面に沿って均熱部１４が
配されている。前記均熱部１４は前記ケーシング１５と
は別体で前記ケーシング１５に沿って載置してもよく、
或いは前記ケーシング１５に固着することもできる。ま
た、インサート成形により前記ケーシング１５と前記均
熱部１４とを一体に成形してもよく、更には、ケーシン
グ１５にメッキにより前記均熱部１４を形成することも
できる。

【００４０】図３は断熱部及び均熱部の他の変形例を示
す概略図である。断熱部は、外壁と内壁との間が中空に
なっている耐熱性樹脂材料からなるケーシング２５であ
り、中空内部の空気層により断熱性能が付与されてい
る。このケーシング２５もその内壁面に沿って均熱部２
４が配されている。この均熱部２４も前記ケーシング２
５とは別体で形成し、単に均熱部２４を前記ケーシング
２５に沿って載置するだけでもよく、ケーシング２５に
固着してもよい。或いはインサートブロー成形により前
記ケーシング２５と前記均熱部２４とを一体に成形して
もよく、更には、ケーシング２５にメッキにより前記均
熱部２４を形成することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例である加熱冷却装置の内
部構造を示す概略図である。

【図２】ケーシング及び均熱部の変形例を示す概略図で
ある。

【図３】ケーシング及び均熱部の他の変形例を示す概略
図である。

【符号の説明】

１ 加熱冷却装置 ２ 温度制御プレート ２ａ 支持面 ３ 処理空間 ４ 均熱部 ５ ケーシング本体 ５ａ 空気層 １４ 均熱部 １５ ケーシング ２４ 均熱部 ２５ ケーシング Ｗ 半導体ウェハ

フロントページの続き (72)発明者 吉光 利男 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究本部内 Ｆターム(参考） 4K051 AA05 BE00 4K061 AA01 BA11 CA09 CA17 DA05 5F046 KA04 KA10

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一表面が被処理体の支持面を
   構成し、その支持面を多様な処理温度に制御可能な温度
   制御プレートと、 前記温度制御プレートを含む前記被処理体の処理空間を
   閉塞する均熱部と、 前記均熱部の外側に配された断熱部とを備え、 前記均熱部は前記断熱部よりも熱伝導率が大きな材質か
   らなることを特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記均熱部は全体の熱容量が前記断熱部
   と略同一或いは前記断熱部よりも小さく構成されてなる
   請求項１記載の熱処理装置。
3. 【請求項３】 前記断熱部は、ケーシング本体と同本体
   及び前記均熱部の間の気層とからなる請求項１記載の熱
   処理装置。
4. 【請求項４】 前記断熱部は断熱材料からなるケーシン
   グを有し、同ケーシングの内壁面に沿って前記均熱部が
   配されてなる請求項１記載の熱処理装置。