JP2923332B2 - 熱処理方法および熱処理装置、ならびに加熱体の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばレジスト塗布・現像の際に、半導体
ウエハなどの被処理体に対して熱処理を施す熱処理方法
および熱処理装置、ならびに加熱体の制御方法に関す
る。

〔従来の技術〕

一般に半導体集積回路の製造工程のフォトリソグラフ
ィー工程では、フォトレジストを塗布した後や、フォト
レジスト膜の露光，現像後等に、フォトレジスト中の溶
剤を除去するとともに、レジストに耐熱性を付与しつつ
レジストの物性（感光性や解像度等）をコントロールす
るためベーキング工程として半導体ウエハ等の被処理体
の加熱処理が行われる。

このベーキング工程は、従来、例えば特開昭61−2014
26号公報に開示されるように、半導体ウエハ等を予め設
定した所望のベーキング温度で、所定時間、加熱すると
いうものである。

従来、この加熱手段としては、例えば枚葉式のものの
場合には、例えばSUSやアルミニュームからなり、ニク
ロム線などの発熱抵抗体を内蔵した比較的熱容量の大き
い加熱板を用い、この加熱板上に被処理基板を載置して
加熱処理を行なっている。すなわち、例えば第９図に示
すように、熱板により基板を予め定められた温度T₁に設
定し、この温度T₁を保持した状態で予め定められた設定
時間D₁だけ加熱を行なう。または、前記公報に示される
ように、第10図の如く段階的に予め設定された複数の設
定温度T₂,T₃にそれぞれ加熱された複数の加熱板を用意
し、これら複数の加熱板上に半導体ウエハなどの被処理
基板を順次に搬送して載置して、各加熱板上で設定温度
T₂,T₃を保持して、それぞれ設定時間D₂,D₃の間、加熱を
行なう。

このように、順次段階的に設定温度を上げて加熱する
ことによりフォトレジストの耐熱性が向上する。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように、従来は予め定められた設定温度で設定
時間、被処理基板を加熱することが目的であるため、設
定温度で安定に温度コントロールできるように、熱板
は、例えばその厚さを厚くして熱容量を大きくし、外乱
に影響されにくくしている。

そして、このように従来の加熱板は熱容量を大きくし
ているため、温度制御感度が低く、高速の温度コントロ
ールはできない。また、前記のように段階的に設定温度
を高くする場合には、スループットが悪化するので、従
来は、前述のように複数の加熱板を用意する必要があっ
た。

また、第９図及び第10図において、従来は上記のよう
に設定温度T₁,T₂,T₃の期間は、これらの温度を一定にす
る温度管理は行なっていたが、昇温期間D₄,D₅,D₆及び冷
却期間D₇,D₈における温度変化勾配やその期間の長さ等
の履歴（温度変化パターン）は全く管理されていなかっ
た。

ところで、最近は、半導体デバイスの高密度化、高デ
バイス化に伴い、レジストパターンが微細化してきてい
る。このため、従来、ベーキング工程において無視され
ていた昇温期間や降温期間の温度変化パターンがフォト
レジストの解像度や感光性等の物性に与える影響が無視
できなくなってきており、これら昇温変化パターンや降
温変化パターン等の履歴を所定のものにコントロールし
て、より良いレジスト物性を得ることが必要となってい
る。

また、このように昇温変化ターンや降温変化パターン
は、温度管理されていないため、同じ種類の半導体ウエ
ハ等の被処理基板であっても、これらのパターンが被処
理基板毎に区々となり、基板毎にレジストの物性が異な
ってしまい、信頼性に欠けるという問題もあった。

そこで昇温期間、降温期間においても、加熱板により
温度コントロールを行なうことが考えられるが、従来の
加熱板は、前述したように熱容量が大きいため、制御感
度が悪く、所望の昇温変化パターンや降温変化パターン
を得るようにする温度制御が困難である。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであっ
て、被処理体の温度を有効に制御することができ、被処
理体に悪影響を与えず信頼性の高い熱処理を行うことが
できる熱処理方法および熱処理装置、ならびに加熱体の
制御方法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〕

上記課題を解決するために、本発明は、加熱手段と冷
却手段とを有する加熱体上に被処理体を載置する工程
と、 被処理体の昇温時の温度・時間情報、被処理体の保持
時間情報の少なくとも一方と、保持時間情報とを含む温
度パターン情報を設定する工程と、 温度検出手段により被処理体の温度を直接または間接
に検出する工程と、 前記温度パターン情報および検出された温度に基づい
て加熱手段および冷却手段を制御して加熱体を加熱手段
で加熱しながら冷却手段で冷却し、加熱体に載置された
被処理体の昇温時および降温時の少なくとも一方の温度
を所定の温度パターンで制御し、かつ被処理体を所定の
温度に所定時間保持するよう制御しつつ、被処理体を熱
処理する工程とを有することを特徴とする熱処理方法を
提供する。

また、本発明は、通電されることによりそれ自体が発
熱する導電性薄膜を加熱手段として有し、かつ冷却手段
を有する加熱体上に被処理体を載置する工程と、 被処理体の昇温時の温度・時間情報、被処理体の保持
時間情報の少なくとも一方と、保持時間情報とを含む温
度パターン情報を設定する工程と、 温度検出手段により被処理体の温度を直接または間接
に検出する工程と、 前記温度パターン情報および検出された温度に基づい
て加熱手段および冷却手段を制御して、加熱体に載置さ
れた被処理体の昇温時および降温時の少なくとも一方の
温度を所定の温度パターンで制御し、かつ被処理体を所
定の温度に所定時間保持するよう制御しつつ、被処理体
を熱処理する工程とを有することを特徴とする熱処理方
法を提供する。

この場合に、前記温度パターン情報は、処理体の昇温
時、降温時および加熱温度保持時における複数の温度−
時間ポイントを含むことが好ましい。

前記温度パターン情報は、一つの保持温度を有するも
のであってもよいし、複数の保持温度を有するものであ
ってもよい。

さらに、本発明は、加熱手段と冷却手段とを有し、そ
の上に被処理体が載置される加熱体と、 被処理体の温度を検出するための温度検出手段と、 被処理体の昇温時の温度・時間情報、被処理体の保持
時間情報の少なくとも一方と、保持時間情報とを含む温
度パターン情報を設定する設定手段と、 前記設定手段からの信号および前記温度検出手段から
の信号を受け、これらに基づいて前記加熱手段および前
記冷却手段を、加熱体を加熱手段で加熱しながら冷却手
段で冷却するように制御する制御手段とを有し、 加熱体に載置された被処理体の昇温時および降温時の
少なくとも一方の温度を所定の温度パターンで制御し、
かつ被処理体を所定の温度に所定時間保持するよう制御
しながら被処理体を熱処理することを特徴とする熱処理
装置を提供する。

さらにまた、本発明は、通電されることによりそれ自
体が発熱する導電性薄膜を加熱手段として有し、かつ冷
却手段を有し、その上に被処理体が載置される加熱体
と、 被処理体の温度を検出するための温度検出手段と、 被処理体の昇温時の温度・時間情報、被処理体の保持
時間情報の少なくとも一方と、保持時間情報とを含む温
度パターン情報を設定する設定手段と、 前記設定手段からの信号および前記温度検出手段から
の信号を受け、これらに基づいて前記加熱手段としての
導電性薄膜および前記冷却手段を制御する制御手段とを
有し、 加熱体に載置された被処理体の昇温時および降温時の
少なくとも一方の温度を所定の温度パターンで制御し、
かつ被処理体を所定の温度に所定時間保持するよう制御
しながら被処理体を熱処理することを特徴とする熱処理
装置を提供する。

さらにまた、本発明は、加熱手段と冷却手段とを有
し、その上に被処理体が載置されてその被処理体を熱処
理する加熱体の温度制御方法であって、 被処理体の昇温時の温度・時間情報、被処理体の保持
時間情報の少なくとも一方と、保持時間情報とを含む温
度パターン情報を設定する工程と、 温度検出手段により被処理体の温度を直接または間接
に検出する工程と、 前記温度パターン情報および検出された温度に基づい
て加熱手段および冷却手段を、加熱体を加熱手段で加熱
しながら冷却手段で冷却するように制御して、加熱体に
載置された被処理体の昇温時および降温時の少なくとも
一方の温度を所定の温度パターンで制御し、かつ被処理
体を所定の温度に所定時間保持するよう制御する工程と
を有することを特徴とする加熱体の制御方法を提供す
る。

さらにまた、本発明は、通電されることによりそれ自
体が発熱する導電性薄膜を加熱手段として有し、かつ冷
却手段を有し、その上に被処理体が載置されてその被処
理体を熱処理する加熱体の温度制御方法であって、 被処理体の昇温時の温度・時間情報、被処理体の保持
時間情報の少なくとも一方と、保持時間情報とを含む温
度パターン情報を設定する工程と、 温度検出手段により被処理体の温度を直接または間接
に検出する工程と、 前記温度パターン情報および検出された温度に基づい
て加熱手段および冷却手段を制御して、加熱体に載置さ
れた被処理体の昇温時および降温時の少なくとも一方の
温度を所定の温度パターンで制御し、かつ被処理体を所
定の温度に所定時間保持するよう制御する工程とを有す
ることを特徴とする加熱体の制御方法を提供する。

〔作 用〕

本発明によれば、加熱手段と冷却手段とを有する加熱
体上に被処理体を載置し、被処理体の昇温時の温度・時
間情報、被処理体の保持時間情報の少なくとも一方と、
保持時間情報とを含む温度パターン情報を設定し、この
温度パターン情報および検出された温度に基づいて加熱
手段および冷却手段を制御して、加熱体に載置された被
処理体の昇温時および降温時の少なくとも一方の温度を
所定の温度パターンで制御し、かつ被処理体を所定の温
度に所定時間保持するよう制御しつつ、被処理体を熱処
理するに際し、加熱体を加熱手段で加熱しながら冷却手
段で冷却するので、加熱体の加熱量を任意に変化させる
ことができ、加熱体の上に載置された被処理体の温度を
所望のパターンにより有効に制御することができ、被処
理体に悪影響を与えず信頼性の高い熱処理を行うことが
できる。

また、本発明の他の観点によれば、加熱体として、通
電されることによりそれ自体が発熱する導電性薄膜を用
いており、その熱容量が小さいため、応答性に優れてい
る。また、このような加熱手段に加えて冷却手段を有す
る加熱体上に被処理体を載置し、被処理体の昇温時の温
度・時間情報、被処理体の保持時間情報の少なくとも一
方と、保持時間情報とを含む温度パターン情報を設定
し、この温度パターン情報および検出された温度に基づ
いて加熱手段および冷却手段を制御して、加熱体に載置
された被処理体の昇温時および降温時の少なくとも一方
の温度を所定の温度パターンで制御し、かつ被処理体を
所定の温度に所定時間保持するよう制御しつつ、被処理
体を熱処理するので、応答性の良い導電性薄膜と冷却手
段とによって加熱体の上に載置された被処理体の温度を
所望のパターンにより有効に制御することができ、被処
理体に悪影響を与えず信頼性の高い熱処理を行うことが
できる。

〔実施例〕

以下、この発明の種々の実施例について、添付の図面
を参照しながら説明する。

第１図に示すように、レジスト処理システム40内には
各種処理用のユニット41〜45が収納され、半導体ウエハ
Ｗが順々に処理されるようになっている。システム40の
入口側にはセンダ41が設けられる一方、システム40の出
口側にはレシーバ45が設けられている。カセット搬送用
ロボット（図示せず）がクリーントラック上を走行可能
に設けられ、クリーントラックはセンダ41の前面側に設
けられたカセットステージまで延びている。センダ41
は、半導体ウエハＷカセットから一枚ずつ取り出し、次
のアドヒージョンユニット42にウエハＷを受け渡す機能
を有している。アドヒージョンユニット42には、ウエハ
Ｗを加熱し、これにHMDSを塗布するための機能が備え付
けられている。

コーディングユニット43がアドヒージョンユニット42
の次に設けられ、半導体ウエハＷの表面に所定厚さのレ
ジスト膜が形成されるようになっている。ベーキングユ
ニット44がコーティングユニット43の次に設けられ、半
導体ウエハＷが所定温度でベーキングされるようになっ
ている。

レシーバ45がベーキングユニット44の次に設けられ、
レジスト処理済みの半導体ウエハＷがレシーバ45に受け
入れられるようになっている。

レジスト処理システム40の外部には露光ユニット（図
示せず）が設けられている。露光ユニットとレシーバ45
との間にはインターフェイス（図示せず）が設けられて
おり、このインターフェイスを介して半導体ウエハＷが
露光ユニットに送られるようになっている。

次に、第２図を参照しながらアドヒージョンユニット
42について説明する。なお、ここでは、加熱冷却機能を
有するウエハ載置台12をアドヒージョンユニット42に用
いる場合について説明するが、同様のものをベーキング
ユニット44に用いてもよい。

アドヒージョンユニット42のチャンバー11内に、半導
体ウエハＷを載置するための載置台12が設けられてい
る。HMDS供給管33がチャンバー11の上部を貫通してい
る。供給管33の先端部には拡散板34が取り付けられてい
る。拡散板34の下面は、載置台12上のウエハＷに対面し
ている。この拡散板34の下面には多数の孔が開口してい
る。これら多数の孔は、供給管33を介してボトル31の内
部に連通している。ボトル31内のHMDS液中にバプラ32が
浸漬されている。バプラ32は管32aを介して窒素ガス供
給源（図示せず）に連結されている。

排気管35がチャンバー11の下部を貫通している。排気
管35の一端は真空ポンプ（図示せず）の吸引口に接続さ
れている。

ウエハ載置台12は、８インチサイズの半導体ウエハＷ
を載置するためのものである。拡散板34は、載置台12の
全面に覆い被さるように設けられている。載置台12の上
板13は、アルミナプレートでつくられている。この場合
に、上板13は、電気絶縁性および熱伝導性を有するセラ
ミック材料であればアルミナ以外のセラミックであって
もよい。なお、上板13のサイズは、縦および横がそれぞ
れ160〜180mmの範囲で、厚さが１〜20mmの範囲で適宜選
択され得る。上板13の厚さは５〜10mm程度であることが
好ましい。

導電性薄膜14が上板13の下面に全面にわたって形成さ
れている。導電性薄膜14は、通電されることによりそれ
自体が発熱する抵抗発熱体材料からなり、上板13の表面
に例えば蒸着により形成される。このような導電性薄膜
としては、クロム、ニッケル、白金、タンタル、タング
ステン、錫、鉄、鉛、ベリリウム、アンチモン、インジ
ウム、コバルト、ストロンチウム、ロジウム、パラジウ
ム、マグネシウム、モリブデン、リチウム、ルビジウム
等の単独金属、ニクロム、ステンレススチール、青銅、
黄銅、アルメル、クロメル等の合金、ガーボンブラック
やグラファイト等の炭素系材料、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セ
ラミック材料が挙げられる。このような導電性薄膜は熱
容量が小さく、応答性に優れている。薄膜14の厚さは、
0.1〜100μｍの範囲で適宜選択され得るが、0.5〜２μ
ｍの範囲であることが好ましい。

なお、載置台12には、半導体ウエハＷを上板13から持
ち上げるためのピン（図示せず）が取り付けられてい
る。このピンによって半導体ウエハＷがピックアップさ
れ、載置台12からアンロードされる。

銅製の電極15,16が導電性薄膜14の周縁部近傍にそれ
ぞれ設けられている。電極15,16は、帯状をなし、導電
性薄膜14の下面に被着されている。電極15,16は電極回
路19に接続されている。電源回路19には商用交流電源17
とSSR（Solid State Relay）18とが含まれている。SSR1
8は、スイッチング素子としての機能を有する。

コントロールシステム20は、CPU201やPIDコントロー
ラ203を内蔵しており、入力されたレシピ及び温度検出
信号に応じて、SSR18や冷却装置23へ各種の信号SM,SCを
送る機能を有している。

第２図（Ｂ）に示すように、SSR18にはコントロール
システム20のPIDコントローラ203が接続されており、PI
Dコントローラ203からSSR18にPWM信号がSMが入力される
ようになっている。また、クーリングシステム23にもPI
Dコントローラ203が接続され、システム23に信号SCが入
力されるようになっている。コントロールシステム20の
デジタル加算器202には、センサ25を有する温度計24が
接続されている。温度センサ25は、導電性薄膜14の下面
の適所に被着されている。また、CPU20の入力部には、
キイボード20aが接続されいる。このキイボード20aによ
って所定のアドヒージョン処理条件（加熱条件等を含む
レシピ）がキイボード入力されるようになっている。

パルスゼネレータ204からCPU201、デジタル加算器20
2、並びにPID制御演算器203のそれぞれに１秒間隔のタ
イミングでパルス信号が出されている。なお、CPU201と
パルスゼネレータ204との間にアドレスカウンタ205が設
けられている。

電極15,16及び温度センサ25と共に導電性薄膜14は、
保護膜21で覆われている。この保護膜21は、例えばテト
ラフルオロエチレン（商標テフロン）からなり、導電性
薄膜14等を保護する役割を有する。

載置台12の下部にクーリングジャケット22が設けられ
ている。ジャケット22は、保護膜21を介して導電性薄膜
14と熱交換し得るように設けられている。ジャケット22
には、冷却システム23の冷媒供給源に連通する内部通路
22aが形成されている。冷却システム23は、圧縮機およ
び蒸発器を有し、冷媒をジャケット22との間で循環する
ようなシステムである。なお、冷却システム23の入力部
にはコントローラ20の出力部が接続されている。すなわ
ち、コントローラ20は、入力されたレシピ及び温度検出
信号に応じて、冷却システム23からジャケット22への冷
媒供給量を制御するための制御信号SCを冷却システム23
へ送る機能を有する。

次に第３図（Ａ）乃至（Ｃ）並びに第４図を参照しな
がら、半導体ウエハＷの表面をアドヒージョン処理する
場合について説明する。

（Ｉ）キイボード20aによって所定のレシピをCPU201に
入力する。ここで、レシピは、昇温速度および降温速度
が毎分50〜200℃を越えない範囲で温度・時間ポイント
データを指令温度テーブルとして入力する。加熱保持温
度が100〜150℃、加熱保持時間が0.1〜１分間である。

CPU201によって入力ポイントデータの相互間を補完し
て、マスターカーブを作成する。

（II）一枚の半導体ウエハＷをハンドリング装置（図示
せず）によりセンダ41からアドヒージョンユニット42に
搬入し、載置台12上に載置する。チャンバー11のウエハ
搬入口を閉じて、排気管35を介してチャンバー11内のｂ
ガスを排気する。

（III）PIDコントローラ203からPWM信号SMをSSR18に送
る。これにより回路19の電源17から電極15,16を介して
導電性薄膜14に所定の電流が流れ、導電性薄膜14が発熱
する。この発熱により上板13上の半導体ウエハＷが加熱
される。このとき、PWM信号SMを変化させることにより
導電性薄膜14への供給電流量をスイッチング制御し、所
望の昇温速度とする。

第３図（Ａ）乃至（Ｃ）および第４図を参照しなが
ら、PWM信号SM及び冷却制御信号SCについて説明する。

第３図（Ａ）に示すように、信号SM及び信号SCの１周
期Ｔにおけるパルス幅W₁,W₂が1/2Tであるとき、すなわ
ち、デューティ比が50％のときは、第４図中のラインL₁
で示すように、上板13の温度は実質的には変わらない。
なお、１周期Ｔは１秒間であり、これはパルスゼネレー
タ204からのパルス信号によって定められている。

第３図（Ｂ）に示すように、信号SMの１周期Ｔにおけ
るパルス幅W₁が1/2Tより大きいとき、すなわち、デュー
ティ比が50％を越えるときは、第４図中のラインL₂で示
すように、上板13の温度は上昇する。

第３図（Ｃ）に示すように、信号SMの１周期Ｔにおけ
るパルス幅W₁が1/2Tより小さいとき、すなわち、デュー
ティ比が50％を下回るときは、第４図中のラインL₃で示
すように、上板13の温度は下降する。

このように信号SM及び信号SCのパルス幅を種々変える
ことにより、導電性薄膜14による上板13の加熱量を所望
のものに自由に変えることができ、ウエハＷの昇温速度
を所望のものにすることができる。

（IV）温度計24のセンサ25により薄膜14の温度を検出
し、この検出信号をデジタル加算器202に入力する。デ
ジタル加算器202では検出信号に基づき測定温度を決定
し、この測定温度に基づき導電性薄膜14への供給量をフ
ィードバックコントロールする。検出信号に基づき決定
される測定温度が、所定の保持温度に一致すると、信号
SMのデューティ比を50％にして、上板13の温度を100〜1
50℃の範囲で0.5〜１分間保持する。

（Ｖ）加熱保持中の半導体ウエハＷに、ヘキサメチルジ
シラザン（HMDS）をスプレイし、ウエハ表面にHMDSを付
着させる。

（VI）加熱保持後、信号SMのデューティ比を50％以下に
変えて上板13を降温させる。このとき同時にPIDコント
ローラ203からクーリングシステム23にデューティ比50
％以上の信号SCを送り、ジャケット22な冷媒を供給して
上板13を強制冷却する。このとき、センサ25の温度検出
結果に基づきPIDコントローラ203により信号SMおよび信
号SCを決定する。

（VII）冷却後、ピンを突出させ、半導体ウエハＷを上
板13から持ち上げ、これをチャンバー11から搬出する。

上記実施例によれば、昇温速度および降温速度の両者
をそれぞれコントロールすることができるので、スルー
プットを向上させることができる。

次に、第５図乃至第７図を参照しながら、レジスト塗
布後に半導体ウエハＷをベーキング処理する場合につい
て説明する。なお、上述のアドヒージョン処理の説明と
ベーキング処理の説明とが共通する部分については説明
を省略する。

第７図に、ベーキングユニット44に用いるウエハ載置
台12aを示す。このウエハ載置台12aでは、導電性薄膜14
と上板13aとの間にセラミック薄膜13bを介在させてい
る。この場合に、アルミニウム合金製の上板13aの表面
にセラミックを溶射して薄膜13bを形成する。上板13a
は、セラミック薄膜13bによって導電性薄膜14から絶縁
される。

次に、このような載置台12aを有するベーキングユニ
ット44を用いて半導体ウエハＷをベーキングする場合に
ついて説明する。

（Ｉ）第５図に示すレシピをCPU201にキイボード入力す
る。レシピには、熱履歴の再現を確実なものとするため
にポイントP0〜P8が設定されている。これら各ポイント
P0〜P8の温度および時間の情報を指令温度テーブルとし
てCPU201に入力する。本レシピの概要は、昇温速度およ
び降温速度がそれぞれ毎分100℃、加熱保持温度が120
℃、加熱保持時間が60秒間である。CPU201では入力ポイ
ントデータの相互間を補完して、マスターカーブを作成
する。

（II）レジストが塗布された半導体ウエハＷを、コーテ
ィングユニット43からベーキングユニット44に搬入し、
載置台12a上に載置する。

（III）PIDコントローラ203からPWM信号SMをSSR18に送
り、導電性薄膜14に通電する。導電性薄膜14が発熱し、
上板13a上の半導体ウエハＷが加熱される。このとき、P
WM信号SMを変化させ、導電性薄膜14への供給電流量をス
イッチング制御する。

（IV）温度計24のセンサ25により薄膜14の温度を検出
し、この検出信号をデジタル加算器202に入力する。デ
ジタル加算器202では検出信号に基づき測定温度を決定
する。この測定温度に基づき導電性薄膜14への給電量を
フィードバック制御する。この昇温中のフィードバック
制御においては、ウエハＷの熱履歴がポイントP1,P2を
通過し、ポイントP3に到達するようにする。

（Ｖ）ポイントP3に到達したときに、PIDコントローラ2
03からの信号SMのデューティ比を50％とし、温度を一定
に保持する。この一定温度で60分間保持する。温度保持
中においては、ポイントP4にてウエハＷの熱履歴をチェ
ックする。ポイントP5に到達したときに、PIDコントロ
ーラ203からのSM信号のデューティ比が50％を下回るよ
うに変え、上板13a上のウエハＷの温度を下げる。

（VI）この結果、半導体ウエハＷに塗布されたレジスト
が所望の特性を有するレジスト膜となる。ベーキング
後、ピンを突出させ、半導体ウエハＷを上板13から持ち
上げ、これをベーキングユニット44からレシーバ45へ搬
出する。

次に、別のレシピに従って半導体ウエハＷをベーキン
グする場合について説明する。なお、上記実施例と重複
する説明は省略する。

（Ｉ）第６図に示すレシピをキイボード20aによってコ
ントローラ20にキイボード入力する。レシピには、熱履
歴の再現を確実なものとするためにポイントP10〜P19が
設定されている。これら各ポイントP10〜P19の温度およ
び時間の情報を指令温度テーブルとしてCPU201に入力す
る。レシピの概要は、第１段階の昇温速度が毎分70℃、
第１段階の加熱保持温度90℃、第２段階の昇温速度が毎
分150℃、第２段階の加熱保持時間が140℃、降温速度が
２℃である。また、第１段階および第２段階の加熱保持
時間がそれぞれ30秒間である。

（II）レジストを塗布した後に、半導体ウエハＷをベー
キングユニット44の載置台12a上に載置する。

（III）PIDコントローラ203からPWM信号SMをSSR18に送
り、導電性薄膜14に通電し、半導体ウエハＷを加熱す
る。このとき。PWM信号SMを変化させ、導電性薄膜14へ
の給電量をスイッチング制御する。

（IV）センサ25により薄膜14の温度を検出し、検出温度
に基づき導電性薄膜14への給電量をフィードバック制御
する。この昇温中のフィードバック制御においては、ウ
エハＷの熱履歴がポイントP11を通過し、ポイントP12に
到達するようにする。

（Ｖ）ポイントP12に到達したときに、PIDコントローラ
203からの信号SMのデューティ比を50％とし、温度を一
定に保持する。この一定温度で30秒間保持する。ポイン
トP13に到達したときに、PIDコントローラ203からのSM
信号のデューティ比が50％を上回るように変え、上板13
a上のウエハＷの温度を上げる。このようにして半導体
ウエハをステップヒーティングすることにより、半導体
ウエハＷに塗布されたレジストが、耐熱性に優れたレジ
スト膜となる。

上記実施例のようなコンポジットタイプのウエハ載置
台12aは、大型のベーキングユニットに用いるのに適し
ている。この理由は、大型の上板13aをセラミックでつ
くる場合に、これを無欠陥でつくることが焼結炉の能力
から困難であるからである。

このような加熱装置では、熱板12aの側壁の表面積を
小さくすることができるため、熱量のロスを５％以下に
抑制することができる。このため、いわゆる末端効果と
称せられる加熱時の熱損失を無視することができ、熱板
上板13aの表面の温度分布を均一化することができる。
すなわち、上板13a上に載置した半導体ウエハＷを100℃
に加熱する場合に、上板13aの表面の温度を100℃プラス
マイナス0.5℃の範囲にすることができる。このような
温度制御を従来の装置で達成しようとすると、アルミニ
ウム製の上板の厚さを50mm程度以上にする必要がある
が、これでは熱容量が大きくなり、昇降温の応答が遅く
なる。

また、上記実施例では、枚葉処理用のレジスト処理シ
ステムの場合について説明したが、本発明はこれのみに
限られない。例えば、第８図、に示すようにウエハボー
トを用いて多数の半導体ウエハＷをバッチ処理するため
のシステムにも本発明を適用することができる。

ところで、第８図に示すように、円筒形状の導電性薄
膜132を反応管131の外壁面または内壁面に設け、薄膜13
2上の適所に帯状の電極133,134を形成する。これら１対
の電極133,134間に通電すると、ウエハボート135に収容
された多数の半導体ウエハＷを同時に加熱することがで
きる。

このようなバッチ処理システムを行なう場合であって
も、高周波誘導加熱及び高周波誘電加熱の方法を用いて
加熱することも勿論できる。

また、加熱手段には、上記の導電性薄膜に限られるこ
となく、この他に熱容量が小さく、温度制御性が良好な
ものであれば採用することができる。

さらに、上記実施例では、この発明を半導体ウエハの
アドヒージョン処理またはベーキング処理に適用した場
合について説明したが、これのみに限られることなく、
この発明をイオン注入、CVD、エッチング、アッシング
等の各処理にも適用することができる。

また、さらに、上記実施例では、半導体ウエハを加熱
冷却処理する場合について説明したが、これのみに限ら
れることなく、この発明をLCDのような他の半導体デバ
イスに適用してもよい。

以下に、この発明の効果を総括的に述べる。

この発明によれば、加熱保持時の他に、昇温時および
降温時の熱履歴をも積極的にコントロールすることがで
きる。このため、高集積化・高密度化した半導体デバイ
スをレジスト処理する場合に、その微細パターンに応じ
てフォトレジストの特性管理を厳密に行なうことができ
る。

また、同種類の半導体デバイスを加熱冷却処理する場
合に、昇降温を含む熱履歴を同じにコントロールするこ
とができるので、製品の信頼性を向上させることができ
る。特に、熱履歴を厳密に同じにすることができるの
で、各半導体デバイスごとにレジストの物性にばらつき
が生じることなく、品質を均一にすることが可能とな
る。

さらに、クーリングユニットを省略することができる
ので、レジスト処理装置の全体を小型化することができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、被処理体の温
度を所望のパターンにより有効に制御することができ、
被処理体に悪影響を与えず信頼性の高い熱処理を行うこ
とができる熱処理方法および熱処理装置、ならびに加熱
体の制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱処理方法が提供されるレジスト処理
システムを示す模式図、第２図は第１図のレジスト処理
システムに用いられるアドヒージョンユニットの概略構
成及びその制御系を示す図、第３図及び第４図は第２図
を説明するための図、第５図及び第６図はこの発明の方
法の一例に使用する熱履歴の仕様書の例を示す図、第７
図及び第８図は第２図加熱手段の他の例を示す図、第９
図及び第10図は従来のベーキング方法による温度コント
ロールを説明するための図である。 13……上板、14……導電性薄膜 15,16……電極、17……電源 20……温度制御回路 20a……レシピ入力手段

───────────────────────────────────────────────────── 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 G03F 7/40 G05D 23/00

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱手段と冷却手段とを有する加熱体上に
   被処理体を載置する工程と、 被処理体の昇温時の温度・時間情報、被処理体の保持時
   間情報の少なくとも一方と、保持時間情報とを含む温度
   パターン情報を設定する工程と、 温度検出手段により被処理体の温度を直接または間接に
   検出する工程と、 前記温度パターン情報および検出された温度に基づいて
   加熱手段および冷却手段を制御して加熱体を加熱手段で
   加熱しながら冷却手段で冷却し、加熱体に載置された被
   処理体の昇温時および降温時の少なくとも一方の温度を
   所定の温度パターンで制御し、かつ被処理体を所定の温
   度に所定時間保持するよう制御しつつ、被処理体を熱処
   理する工程とを有することを特徴とする熱処理方法。
2. 【請求項２】通電されることによりそれ自体が発熱する
   導電性薄膜を加熱手段として有し、かつ冷却手段を有す
   る加熱体上に被処理体を載置する工程と、 被処理体の昇温時の温度・時間情報、被処理体の保持時
   間情報の少なくとも一方と、保持時間情報とを含む温度
   パターン情報を設定する工程と、 温度検出手段により被処理体の温度を直接または間接に
   検出する工程と、 前記温度パターン情報および検出された温度に基づいて
   加熱手段および冷却手段を制御して、加熱体に載置され
   た被処理体の昇温時および降温時の少なくとも一方の温
   度を所定の温度パターンで制御し、かつ被処理体を所定
   の温度に所定時間保持するよう制御しつつ、被処理体を
   熱処理する工程とを有することを特徴とする熱処理方
   法。
3. 【請求項３】前記温度パターン情報は、処理体の昇温
   時、降温時および加熱温度保持時における複数の温度−
   時間ポイントを含むことを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載の熱処理方法。
4. 【請求項４】前記温度パターン情報は、一つの保持温度
   を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のい
   ずれか１項に記載の熱処理方法。
5. 【請求項５】前記温度パターン情報は、複数の保持温度
   を有することを特徴とする請求項１なしい請求項３のい
   ずれか１項に記載の熱処理方法。
6. 【請求項６】加熱手段と冷却手段とを有し、その上に被
   処理体が載置される加熱体と、 被処理体の温度を検出するための温度検出手段と、 被処理体の昇温時の温度・時間情報、被処理体の保持時
   間情報の少なくとも一方と、保持時間情報とを含む温度
   パターン情報を設定する設定手段と、 前記設定手段からの信号および前記温度検出手段からの
   信号を受け、これらに基づいて前記加熱手段および前記
   冷却手段を、加熱体を加熱手段で加熱しながら冷却手段
   で冷却するように制御する制御手段とを有し、 加熱体に載置された被処理体の昇温時および降温時の少
   なくとも一方の温度を所定の温度パターンで制御し、か
   つ被処理体を所定の温度に所定時間保持するよう制御し
   ながら被処理体を熱処理することを特徴とする熱処理装
   置。
7. 【請求項７】通電されることによりそれ自体が発熱する
   導電性薄膜を加熱手段として有し、かつ冷却手段を有
   し、その上に被処理体が載置される加熱体と、 被処理体の温度を検出するための温度検出手段と、 被処理体の昇温時の温度・時間情報、被処理体の保持時
   間情報の少なくとも一方と、保持時間情報とを含む温度
   パターン情報を設定する設定手段と、 前記設定手段からの信号および前記温度検出手段からの
   信号を受け、これらに基づいて前記加熱手段としての導
   電性薄膜および前記冷却手段を制御する制御手段とを有
   し、 加熱体に載置された被処理体の昇温時および降温時の少
   なくとも一方の温度を所定の温度パターンで制御し、か
   つ被処理体を所定の温度に所定時間保持するよう制御し
   ながら被処理体を熱処理することを特徴とする熱処理装
   置。
8. 【請求項８】加熱手段と冷却手段とを有し、その上に被
   処理体が載置されてその被処理体を熱処理する加熱体の
   温度制御方法であって、 被処理体の昇温時の温度・時間情報、被処理体の保持時
   間情報の少なくとも一方と、保持時間情報とを含む温度
   パターン情報を設定する工程と、 温度検出手段により被処理体の温度を直接または間接に
   検出する工程と、 前記温度パターン情報および検出された温度に基づいて
   加熱手段および冷却手段を、加熱体を加熱手段で加熱し
   ながら冷却手段で冷却するように制御して、加熱体に載
   置された被処理体の昇温時および降温時の少なくとも一
   方の温度を所定の温度パターンで制御し、かつ被処理体
   を所定の温度に所定時間保持するよう制御する工程とを
   有することを特徴とする加熱体の制御方法。
9. 【請求項９】通電されることによりそれ自体が発熱する
   導電性薄膜を加熱手段として有し、かつ冷却手段を有
   し、その上に被処理体が載置されてその被処理体を熱処
   理する加熱体の温度制御方法であって、 被処理体の昇温時の温度・時間情報、被処理体の保持時
   間情報の少なくとも一方と、保持時間情報とを含む温度
   パターン情報を設定する工程と、 温度検出手段により被処理体の温度を直接または間接に
   検出する工程と、 前記温度パターン情報および検出された温度に基づいて
   加熱手段および冷却手段を制御して、加熱体に載置され
   た被処理体の昇温時および降温時の少なくとも一方の温
   度を所定の温度パターンで制御し、かつ被処理体を所定
   の温度に所定時間保持するよう制御する工程とを有する
   ことを特徴とする加熱体の制御方法。