JP2778597B2 - 加熱装置 - Google Patents

加熱装置

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  • Control Of Resistance Heating (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は加熱装置に関する。
[従来の技術及び発明が解決すべき課題] 従来から半導体集積回路の製造においては、半導体ウ
ェハのフォトレジストの塗布工程における塗布前の洗浄
後の水分除去や塗布後の溶剤の除去、あるいはフォトレ
ジスト膜の露光工程では露光後のパターンの形状の改良
のため、あるいは現像工程では現像後の洗浄液除去のた
めに加熱処理を行うベーキング工程がある。このベーキ
ング工程で使用される装置として第6図に示すような熱
処理装置がある。この熱処理装置は、円形の発熱板1に
平板状に形成したニクロム線等の抵抗線材2を封入し、
発熱板1上に載置した半導体ウェハWを加熱するように
なっている。
しかし、上記のような熱処理装置においては、抵抗線
材2の配置に対応して不均一な温度分布が生じてしま
う。半導体ウェハWの均一加熱のためには発熱板1を熱
容量の非常に大きなものにして、不均一温度分布を均一
にしていた。しかし、熱容量の大きな発熱板1を備えた
加熱装置においては、一方では電力投入開始から発熱板
1を加熱昇温にして所定温度に達するまでに電力消費量
も大きく、時間もかかった。しかも加熱温度を上昇して
処理を行いたい場合は、抵抗線材2の供給電力を変えて
も瞬時に応答せず時間がかかり、また処理温度を下げた
い場合には、冷却に非常に時間がかかり均一の加熱と温
度制御の即応性は拮抗して両方満足のいくものは望むべ
くもないという欠点があった。
また、熱容量の大きな発熱板1は必然的に厚さも厚く
例えば50〜70mmであって重量も重くなり、多段式ベーク
装置にも適用されにくく、設置面積の面から言ってもコ
スト的に非経済的という欠点があった。
本発明は上記の欠点を解消するためになされたもので
あって、被処理体の均一な熱処理を行い、しかも温度制
御の即応性に優れ、しかもコンパクトな加熱装置を提供
することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明の加熱装置は、温度分布を有する複数の円形の
層状の発熱手段の温度分布を相殺し、均一な発熱温度を
保持するように発熱手段を相互に位相角を持ち絶縁体層
を挟持して積層した積層体を設けたものである。好まし
くは、層状の発熱手段が薄膜抵抗発熱体である。
更に、本発明の加熱装置は、位相角が均一であるもの
である。
[作用] 本発明の加熱装置は導電性の薄膜抵抗発熱体を円形に
形成し、円形に2個の電極を設け通電を行うと、電流は
薄膜抵抗発熱体中の最短距離を通るため、電流の密度の
高低差が生じる。あるいは線状の薄膜抵抗発熱体を円形
基板上に形成すると、薄膜抵抗発熱体の線状の分布によ
り、発熱量が不均一分布を生じる。これを相殺するよう
に第1の円形の薄膜抵抗発熱体層あるいは線状に形成し
た薄膜抵抗発熱体層の上に絶縁体層を介して第2、第3
……の薄膜抵抗発熱体層を順次位相角を持って積層し、
加熱装置全面が均一温度分布となるようにしたものであ
る。薄膜抵抗発熱体を用いるため、装置全体の厚さは非
常に薄く、しかも発熱板を用いなくとも均一加熱が実現
できるため、装置全体の熱容量が小さく薄膜抵抗発熱体
の供給電力を変化させれば即応的に所望の温度に変化す
るものである。
[実施例] 本発明の加熱装置を半導体集積回路製造のレジスト塗
布後に加熱装置に適応した一実施例を図面を参照して説
明する。
第1図の構成図に示すように、加熱装置は円形平板状
の電気的絶縁体であって断熱材の基台3上に円周に電極
4−1を取着した層状の発熱手段である薄膜抵抗発熱体
層5−1が積層され、その上に絶縁体層6−1を介して
電極4−2を取着した薄膜抵抗発熱体層5−2が設けら
れ、さらに絶縁体層6−2を積層してその上に載置され
た被処理体である半導体ウェハWを電極4−1及び4−
2にそれぞれ接続された電源装置7から電力を供給し、
薄膜抵抗発熱体層5−1及び5−2の発熱により加熱す
るようになっている。さらに被処理体に直接接する最上
層の絶縁体層6−2には温度センサ8が備えられ、この
温度センサ8の検知温度により温度制御装置9が制御信
号を発信し、電源装置7を制御してそれぞれの薄膜抵抗
発熱体層5−1及び5−2への供給電力を調整する。
また、この加熱装置としては半導体ウェハWの搬送機
構(図示せず)も備えており、例えばスクエアモーショ
ンで半導体ウェハWを前処理装置から後処理装置へ搬送
するビームやビームで搬入された際、あるいは搬出する
際に基台3、薄膜抵抗発熱体層5−1、5−2、絶縁体
層6−1、6−2を貫通して吸着時で半導体ウェハWを
支持して上下動して装置に載置したり、上昇させたりす
る少くとも3本のピン等が備えられる。
ここで、加熱装置を形成する各層について説明する。
薄膜抵抗発熱体層はクロム、ニッケル、白金、タンタ
ル、タングステン、スズ、鉄、鉛、アルメル、ベリリウ
ム、アンチモン、インジウム、クロメル、コバルト、ス
トロチウム、ロジウム、パラジウム、マグネシウム、モ
リブデン、リチウム、ルビシウム等の金属単体及びカー
ボンブラック、グラファイト等の炭素系単体の他、ニク
ロム、ステンレスSUS、青銅、黄銅等の合金、ポリマー
グラフトカーボン等のポリマー系複合材料、ケイ化モリ
ブデン等の複合セラミック材料を含め導電性を有し通電
により抵抗発熱体となりうるものならば何れも好適に使
用できる。
薄膜抵抗発熱体層5は第2図に示すように上記の材料
を溶射、爆射等によりアルミナ等のセラミックから成る
絶縁体層全面に均一に成膜して電極40を取着してもよい
し、また第3図に示すように基材10あるいは絶縁体層上
に成膜された抵抗発熱体層を露光現像して所望の線状の
抵抗発熱体層50を形成してもよい。これらの薄膜抵抗発
熱体層の膜厚は例えば0.1〜100μm好ましくは1〜10μ
mに形成される。
上記薄膜抵抗発熱体層を介して設けられる絶縁体層は
電気絶縁性に優れ、熱伝導性が良好なつまり遠赤外線を
放射し易い材質のものならば何れも使用可能であって、
アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、ダイヤモンド等の
セラミックや、耐熱性のよいテフロン等のプラスチック
も使用可能である。膜厚は使用電力により異なるが、10
0〜200Vの商用電源を使用する場合は10〜1000μmのも
のが適用される。
また、これらの薄膜抵抗発熱体層及び絶縁体層の設け
られる最下層にはテフロン等から成る断熱材ともなる基
台が設けられ、そのため、薄膜抵抗発熱体層からの発熱
は下方には拡散されず被処理体への加熱に用いられる。
このような構成の加熱装置において、均一加熱を実現
する方法を説明する。
第2図に図示の薄膜抵抗発熱体層5においては、電極
40に通電すると電流は薄膜抵抗発熱体層5中の最短距離
を通過するため、電極間の距離が短い領域11では電流密
度が高く、薄膜抵抗発熱体層5の中央部12は電流密度が
低くなり、従って発熱量も電流密度の高い領域11では高
く、電流密度の低い中央部12は低くなる。このため、第
4図に示すように第1の薄膜抵抗発熱体層5の電極40の
位置に対して90゜回転させた位置に第2の薄膜抵抗発熱
体層5の電極40を積層することにより不均一な温度分布
は相殺されて均一な温度分布となる。また、第3図に示
すような線状の薄膜抵抗発熱体層を備えたものでは線状
に不均一温度分布が生じるため第5図に示すように第1
の薄膜抵抗発熱体層50の電極41が第2の薄膜抵抗発熱体
層50の電極41に対して90゜回転させた位置になるように
積層して設けることにより温度分布の不均一性は緩和さ
れる。この場合、2層の薄膜抵抗発熱体層を設けたもの
を示したが、3、4層と順次積層する場合は、積層する
薄膜抵抗発熱体層がn枚であれば、360゜/nの均一な位
相角をもって積層する。即ち、積層体全体として電極位
置が点対称となるように等しい位相角を持って設ければ
よい。上記説明には絶縁体層は省略したが、各々薄膜抵
抗発熱体層は絶縁体層を介して積層される。
このように積層される薄膜抵抗発熱体層は前述のよう
に0.1〜100μm絶縁体層も10〜100μmであり、数層の
積層体であっても加熱部分の装置自体の厚さとしては数
mmに形成される。
また、この加熱装置の下部には必要ならば気体、液体
の流体を噴出させて冷却を行う冷却装置などを随時設け
てもよい。
以上のような構成の加熱装置のレジスト塗布後の加熱
処理装置の動作を説明する。
まず、半導体ウェハWを最上層の絶縁体層6−2上に
載置する前に、予め薄膜抵抗発熱体層5−1、5−2が
所望の加熱処理温度となるように電源装置7より電力を
供給して発熱させる。そして、ピンを加熱装置より突出
させ、ビーム等で搬送された半導体ウェハWを吸着等で
支持した後、下降し半導体ウェハWが絶縁体層6−2上
に載置されると吸着を解除する。薄膜抵抗発熱体層5−
1、5−2により所定時間所定温度(例えば最初は80℃
15秒、次に100℃15秒、次に120℃15秒)に電源装置7か
らの供給電流を増加させて連続的に加熱を行う。次に、
例えば温度を下げて100℃加熱を行いたい場合は、電源
装置を切って冷却装置を作動させて急冷し、温度センサ
8が100℃を検出すると再び電源装置7より所定の電流
を供給して100℃15秒間加熱を行えばよい。
このように行われる加熱では薄膜抵抗発熱体層からの
熱量は薄膜抵抗発熱体層及び絶縁体層が非常に薄く成形
されており、側面からの熱量の逃げは非常に少く、薄膜
抵抗発熱体層の下部には基台である断熱材を設けてある
ため、薄膜抵抗発熱体層からのほとんど全ての熱量は加
熱のため消費され、効率よく使われる。また、加熱装置
自体の熱容量が非常に小さいため、電力投入時から処理
適用温度に達するまでの時間も短縮可能であり、冷却時
も即冷却され、処理が滞ることがない。また、以上説明
のような加熱装置を重層して多段ベークを行う多段式装
置においても何層にも設置できる。
以上説明は本発明の加熱装置をレジスト塗布後の加熱
処理装置に使用した一実施例であって、本発明はこれに
限定するものでなく、現像液塗布後の熱処理あるいはア
ッシング、エッチング、CVD、スパッタリング等の半導
体基板の加熱を行う工程に適用することができる。
[発明の効果] 以上の説明からも明らかなように、本発明の加熱装置
によれば、均一でしかも熱容量の非常に小さな加熱装置
にしたことにより、温度変化を伴う加熱処理また降温後
の加熱処理にも待機時間が非常に少い応答性のよい温度
制御が可能である。加えて、信頼性の高い、しかも薄形
でコンパクトな加熱装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の加熱装置の一実施例を示す構成図、第
2図は第1図に示す一実施例の要部の一実施例の構成
図、第3図は第1図に示す一実施例の要部の他の実施例
の構成図、第4図は第2図に示す一実施例を説明する説
明図、第5図は第3図に示す一実施例を説明する説明
図、第6図は従来の加熱装置を示す構成図である。 5、5−1、5−2、50……薄膜抵抗発熱体層 6−1、6−2……絶縁体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027 H05B 3/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】温度分布を有する複数の円形の層状の発熱
    手段の前記温度分布を相殺し、均一な発熱温度を保持す
    るように前記発熱手段を相互に位相角を持ち絶縁体層を
    挟持して積層した積層体を設けたことを特徴とする加熱
    装置。
  2. 【請求項2】前記層状の発熱手段が薄膜抵抗発熱体であ
    ることを特徴とする請求項1記載の加熱装置。
  3. 【請求項3】前記位相角が均一であることを特徴とする
    請求項1記載の加熱装置。
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JP5426892B2 (ja) * 2008-02-08 2014-02-26 日本碍子株式会社 基板加熱装置
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