JPH02110917A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は熱処理装置に関する。

（従来の技術） 半導体集積回路の製造工程には、被処理体である半導体
基板にフォトレジストを塗布した後や、フォトレジスト
の膜の館光・現像後に半導体基板を加熱処理するベーキ
ング工程がある。ベーキング工程に使用される熱処理装
置として特開昭５８−２１３３２号に開示されているも
のがある。　この熱処理装置は、発熱基板に内蔵された
ヒータにより発熱板を加熱しつつ１発熱板上に半導体基
板を載置して所定の温度で所定時間加熱を行う。これに
よって半導体基板上のフォトレジスト膜に熱処理を施す
６ （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような熱処理装置には次の問題があ
る。

半導体基板を加熱する発熱体として、抵抗線材を平板状
の絶縁物内に配設して封入したものが使用されている。

この場合、熱源が抵抗線材の配置に対して分散している
ので、熱源に近いほど熱流束が大きく、加熱による温度
分布が不均一になる。

このため、半導体基板上のフォトレジスト膜に熱処理を
均一に施すには１発熱源から発熱板の表面に至る熱流束
を均一にする必要がある。そこで、発熱板を厚肉にして
熱源からの熱の拡散距離を長くして発熱板に至る熱流束
を均一化し１発熱板の表面温度を均一にする必要がある
。

しかし、厚肉にすると発熱板の熱容量が増大し、発熱板
の表面温度の上昇・降下に対する応答性が悪くなる。例
えば、発熱板の温度を上昇する場合、発熱板が厚肉であ
ると、電力を加えてから発熱板の表面が所定の温度に達
するまでの時間遅れが大きくなってしまう。また、昇温
時間を短縮するために、大電力を加えると、加熱温度が
必要以上に大きくなってしまう。一方、発熱板を冷却す
る場合には、発熱板が厚肉であると、実用的な時間の範
囲内で冷却を完了できない。このため熱処理性能を向上
させるためには５発熱板が大型にならざるを得ず、装置
全体も大型で大重斌のものとなってしまう。

また、熱源と発熱体は別々の部品で構成されているので
、熱源から発熱体への熱伝達速度は、組み立て時の熱源
と発熱体の両者の接触抵抗に大きく依存する。その結果
、加熱性能にバラツキがあったり、熱源が複雑な構造を
していると、断線や絶縁不良が発生し、装置の信頼性が
低下する。

本発明の目的は、加熱温度の制御側に優れ、被処理体に
均一な熱処理を施すことができると共に、小型で取扱い
の容易な熱処理装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は熱板の一面側に被処理体を設け。

この被処理体の他面側に発熱体を設けた熱処理装置にお
いて、上記発熱体として膜状発熱体により構成したこと
を特徴とする。

（作　用） この発明は発明体として薄膜などの膜状発熱体を用い、
この発熱体に電流を流すことにより、加熱特性の優れた
均一熱処理が可能な熱処理装置を提供するものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は、本発明の一実施例の熱処理装置の構成を示す
説明図である。図中１は、発熱板である。

発熱板１は、アルミナ等のセラミックスからなる電気絶
縁性及び熱伝導性を有する部材で形成されている。発熱
板１の表面には、熱源である導電性薄膜２が形成されて
いる。導電性薄膜２は、例えばクロムで形成されている
。導電性薄膜２の被着は、発熱板１の表面に例えば厚さ
０．１〜１０〇−好ましくは０．５〜２ｎのクロム膜等
を例えば蒸着することにより行う。導電性薄膜２の両端
部には、例えば銅製の電極３が帯状に形成されている。

１１極３は、夫々電源装置４に接続されている。この電
源装置４から電極３を介して導電性薄膜２に給電し、こ
れを発熱させて、発熱板１を加熱するようになっている
。電極３を含む導電性薄膜２の表面に例えばテトラフル
オロエチレン（テフロン）製の断熱材５が形成されてい
る。断熱材５を貫挿して温度計６の検出端子が導電性薄
膜２の表面に接触している。温度計６は、温度制御装置
７を介して電源装置４に電気的に接続されている。つま
り、温度計６の検出信号は、温度制御装置７に供給され
る。そして、温度制御装置７の制御信号により、電源装
置４の駆動を制御して導電性薄膜２に供給する電力を所
定値に設定する。これによって発熱板１の表面温度を所
定値に設定するようになっている。温度計６、温度制御
装置７および電源装置４により給電機構９が構成されて
いる。

なお、発熱板１の導電性薄膜２を被着していない他面側
には、被処理体である半導体ウェハ８が載置されるよう
になっている。また、断熱材５等を含む発熱体１は、図
示しない基台に取着されている。また、断熱材５等を含
む発熱板１には、半導体ウェハ８を支持して発熱板１か
ら持ち上げるピンが貫挿されている。さらに半導体ウェ
ハ８は、図示しない搬送機構により、発熱板１上に看脱
されるようになっている。

また、実施例の熱処理装置として、第２図に示すように
、発熱板ＬＡと導電性薄膜２の間にセラミック薄膜１Ｂ
を介在させても良い。すなわち、この熱処理装置では、
発熱板ＩＡをアルミニウム製の平板で形成している。そ
して、発熱板ＩＡと導電性薄膜２の間に絶縁のために、
溶射によって設けたセラミック薄膜ＩＢを介在させてい
る。このようなｃｏＩＩｌｐｏｓｉｔｅ構造にした場合
でも、セラミック薄膜ＩＢには、導電性薄膜２を容易に
被着できる。このためセラミック単体からなる発熱板の
場合と同等の加熱処理を行うことができる。一方、セラ
ミック単体からなる発熱板の場合、発熱板の製造の容易
さは、セラミックの焼結炉の能力に依存する。

従って、発熱板が大型のものになるほどその製造が困難
となり製造コストも高くなる。これに対して第２図に示
すようなｃｏｍｐｏｓｉｔｅ構造のものにすると、セラ
ミック薄膜ＩＢを導電性薄膜２上に溶射によって容易に
被着できる。このため、特に大型の半導体ウェハを加熱
するための熱処理装置を容易に組み立てることができる
。

次に、第１図のように構成された熱処理装置の作用につ
いて説明する。

まず、給電機構９により導電性薄膜２に所定の電力を供
給する。これによって半導体ウェハ８を載置する前に発
熱板１を所定の温度に加熱しておく。次いで、図示しな
いピンを発熱板１の表面から突き立たせる。突き立った
ピン上に搬送してきた半導体ウェハ８を載置する。次に
、ピンを降下させて半導体ウェハ８を発熱板１上に載置
して吸着によって保持する。そして、発熱板１からの熱
伝導によって所定温度に達するまで半導体ウェハ８の加
熱を行う。

このとき、第３図に示す如く、発熱板１の両側端部だけ
が、電極３を取り付けて厚肉になっている。つまり、電
極３と接触しない発熱板１の部分は、直接導電性薄膜２
が被着している。このため、導電性薄膜２によって直接
加熱される発熱板１の領域を十分に広くすることができ
る。例えば、８インチの半導体ウェハ８を加熱する場合
、発熱板１の寸法を、縦・横の長さを１６０〜１８０＋
ｍ、厚さを０．１〜５ｍｍ、　　好ましくは１〜２ｍの
範囲にすることができる。

このように実施例の熱処理装置では、導電性薄膜２が発
熱板１と直接接触しない両側端部の領域は、極めて僅か
である。従って、発熱板１の両側端部から外部に飛散す
る熱量Ｑ□は１発熱板１を貫通する熱量Ｑ２の５％以下
にできる。　このため末端効果と称せられる加熱時の熱
損失を無視できる程度に抑えて、発熱板１の表面温度の
均一性を向上させることができる。

例えば発熱板１上に載置した半導体ウェハ８を１００℃
に加熱する場合、実施例の熱処理装置では、発熱板１の
表面の温度分布を１００±１℃に設定できることが確認
されている。同様の効果を従来の熱処理装置で達成しよ
うとすると、発熱板の厚さを５０ｍｍ以上にし、末端効
果を考慮して発熱板を縦・横が１２０ｏｎの大きさのア
ルミニウム製のものにする必要がある。これでは、重量
の点だけを比較しても実施例のものに比べて１０〜１５
倍重くなってしまう問題がある。

また、実施例の熱処理装置では、導電性薄膜２を温度が
低いほど電気抵抗が小さくなるような材料で形成すると
１次の効果を得ることができる。

すなわち、加熱時に導電性薄膜２内の温度が相対的に低
い部分に、その周辺の領域よりも大きな電流が流れる。

そして、温度が相対的に低い部分の温度も、その周辺の
領域とほぼ同様の速度で所定の温度まで温度上昇するこ
とにな−る。また、導電性薄膜２を温度が高いほど電気
抵抗が小さくなるような材料で形成した場合も、前述と
逆の作用により、温度が相対的に低い部分とその周辺の
領域とが、はぼ同様の昇温速度で所定の温度に達するこ
とになる。つまり、実施例の熱処理装置では、導電性薄
膜２の材質を所定のものに設定することにより、発熱板
１の全体に亘って均一な速度で、温度上昇をさせること
ができる。その結果、半導体ウェハ８の熱処理を極めて
安全に行うことができる。

次に、実施例の熱処理装置を用いて昇温による熱処理を
行った際の半導体ウェハ８の表面温度の時間的変化につ
いて調べた結果を第４図を参照して従来の熱処理装置の
場合と比較しつつ説明する。

実験は、第５図に示すように実験装置を組み立て行った
。熱処理装置の要部は、発熱板はＩＡの片面に、セラミ
ック薄膜ＩＢおよび導電性薄膜２を順次貼着した。そし
て、導電性薄膜２の両側端部に電極３を取り付けた。電
極３の対に対して交流電圧計１１及び５ＯＬＩＤ　５Ｔ
ＡＴＥ　ＲＥＬＡＹ１４を電気的に並列接続し、交流電
圧計１１及び５ＯＬＩＤ　５ＴＡＴＥ　ＲＥＬＡＹ１４
間に可変変圧器１２を介してＡＣ１００Ｖ電源１５を接
続した。　また、５ＯＬＩＤ　５ＴＡＴＥ　ＲＥＬＡＹ
１４には、温度調節器１３を接続した。この温度調節器
１３に接続された薄膜熱伝対１０の検出端子を発熱板Ｉ
Ａの表面に接触させた。また、発熱板ＩＡの表面に、雰
囲気ガスのパージを行わなかった。

昇温実験は、次の手順で行った。

■上述のように実験装置を組み立てた後、可変変圧器１
２の二次側電圧をＯｖに設定しておく。

■所定の電力の交流を電極３に供給する。

■薄膜熱伝対１０によって検出した発熱板ＩＡの表面温
度の経時変化を記録する。

このようにして、第４図に特性線Ｉにて示す結果を得た
。また、同様の実験を導電性薄膜を有しない従来の熱処
理装置（比較例１）及び発熱板を厚肉にした従来の熱処
理装置（比較例２）について行った。これらの結果を第
４図に特性線■、■Ｉとしてそれぞれ併記した。

また、■■までの実験手順は、上述の昇温実験と同様に
行い、■とじて、導電性薄膜２への給電を止め、発熱板
ＩＡの表面温度の経時変化を記録した。得られた結果は
、第６図に特性線■にて示す通りであった。同様の実験
を比較例１の従来の熱処理装置について行った。その結
果を第６図に特性線■として併記した。

第４図の特性線■に示す実施例の熱処理装置によるもの
では、加熱を開始してから２００℃の所望温度に達する
までの立ち上は時間約１５分である。

これに対して、特性線■、■に示す比較例の熱処理装置
によるものでは、約６０分及び約３０分であった。また
、実施例の熱処理装置によるものでは、約４００Ｗの電
力で２００℃の温度まで容易に昇温できることが確認さ
れた　（Ｐ＝Ｖ”／Ｒ＝１００”／２５＝４００）。こ
れに対して、特性線Ｈに示す比較例の熱処理装置による
ものでは、約４５０Ｗの電力が２００℃までの昇温に必
要であった。

つまり、実施例の熱処理装置によるものでは、比較例の
熱処理装置の場合に比べて小さな熱容量で短時間で被処
理体を所定温度まで昇温することができ、当然、加熱に
よるオーバーシュートと称せられる弊害も無視できるこ
とが分る。これに対して特性線■、■に示す比較例の熱
処理装置によるものでは、逆に、加熱を開始してから所
定の温度に達するまでの立ち上が時間、および安定した
所定温度を確実に維持できるまでの時間が長い。

このため、比較例の熱処理装置によるものでは、被処理
体を所定温度まで昇温するのに、大きな熱容量で長時間
を必要とし、オーバーシュートの弊害も発生し易すいこ
とが分る。更に、加熱によるオーバーシュートをできる
だけ小さくして昇温を行うには、特性線■から明らかな
ように緩やかな昇温をしなければならず、被処理体の迅
速な加熱処理を達成できないことが分る。

また、第６図の特性線■から明らかなように、実施例の
熱処理装置の降温の場合、極めて速やかな降温冷却が行
われている。因みに、１００℃から９５℃まで降温する
のに、１分以下で可能であることが確認されている。こ
れに対して特性ＭＶに示す比較例の熱処理装置によるも
のでは、非常に緩慢な降温冷却となっている。因みに、
１００℃から９５℃まで降温するのに、４分以上の時間
が必要であることが確認されている。

以上のように実施例の熱処理装置では、被処理体の降温
および昇温の熱処理を極めて良好に行うことができる。

次に、第５図に示すように実験装置によって行った発熱
板ＩＡの面内温度分布実験について説明する。

実験は、温度調節器１３の動作モードを０Ｎ１０ＦＦ制
御モードとし、設定温度を１００℃にし発熱板ＩＡを加
熱することにより行った。そして、発熱板ＩＡの表面温
度が十分に安定するのを見計らって、薄膜熱伝対１０に
より第７図に示すように発熱板ＩＡ上の任意の１７点の
部位の温度を測定した。測定結果は、第７図に数字で示
す通りであった。第７図から明らかなように１発熱板Ｉ
Ａのほぼ全面で９９〜１００℃になっていることが確認
された。　これに対して比較例１の従来の熱処理装置に
ついて同様の面内温度分布実験を行ったところ、発熱板
の表面の温度は、９９〜１００℃の範囲になっているこ
とが確認された。

次に、本発明の他の実施例について第８図を参照して説
明する。

この熱処理装置は、第１図に示した構造のものを例えば
３段に積層して３枚の半導体ウェハ８を同時に熱処理で
きるように構成されている。３枚の半導体ウェハは、夫
々の発熱板１ａ、　ｌｂ、　ｌｃ上に載置されている。

夫々の発熱板１ａ、　ｌｂ、　ｌｃの他面側には、導電
性薄膜２ａ、　２ｂ、　２ｃが被着されている。

導電性薄膜２ａ、　２ｂ、　２ｃの両側端部には、電極
３ａ。

３ｂ、　３ｃが夫々設けられている。これらの電極３ａ
。

３ｂ、３ｃを含む導電性簿膜２ａ、　２ｂ、　２ｃの表
面に断熱材５ａ、　５ｂ、　５ｃが被着されている。そ
して、各導電性薄膜２ａ、　２ｂ、　２ｃの表面に温度
計６ａ、　６ｂ、　６ｃの端子が接続されている。各温
度計６ａ、　６ｂ、　６ｃは、温度制御装置７ａ、　７
ｂ、　７ｃを介して電源装置４ａ、　４ｂ。

４ｃに接続され、夫々の給電機構９ａ、　９ｂ、　９ｃ
を構成している。そして、夫々の給電機構９ａ、　９ｂ
、　９ｅを動作させて第１図に示したものと同様に、各
々の半導体ウェハ８の熱処理を行うようになっている。

このような積層構造の熱処理装置は、装置全体を小型に
できる。しかも、複数枚の半導体ウェハの熱処理を極め
て効率よく行うことができる。

なお、本発明の熱処理装置を構成する導電性薄膜の材質
は、クロムの他にも、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、ルビジウム等の金属単体やカーボンブラ
ック、グラファイト等に代表される炭素系材料の単体、
ニクロム、ステンレス、ステンレススチール、青銅、黄
銅等合金、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のよ
うに、導電性を有すると共に、通電によって発熱抵抗体
として機能して熱源となり得るものであれば良い。これ
らの材料のうちのいずれのものを選択するかは、被処理
体の熱処理温度に応じて適宜決定すれば良い。

また、発熱板に導電性薄膜を被着する方法としては、蒸
着以外にも被着膜の材質に応じてＣｖＤ（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタ
ー、イオンブレーティング等の成膜手段を適宜採用する
ことができる。

また、発熱板の材質としては、熱伝導性が良好で、しか
も電気絶縁性に優れたものであれば良い。

このようなものとして、例えばアルミナ、ジルコニア、
炭素化ケイ素、窒化ケイ素、ダイヤモンド等に代表され
るセラミックス、石英、ルチル等の金属酸化物、高アル
ミナ煉瓦、カーボン煉瓦等の煉瓦を挙げることができる
。

また１本発明の熱処理装置によって熱処理を施す被処理
体としては、レジスト膜を形成した半導体ウェハは勿論
のこと、現像液を塗布した半導体ウェハや、　アッシン
グ、エツチング、ＣｖＤ、スパッタリング等の処理を施
す際の半導体ウェハ等を挙げることができる。さらに、
本発明の熱処理装置は、　ＬＣＤ　（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃ
ｒｙＳｔａｌ　Ｄｅｖｉｃｅ）の加熱、塗装後の塗膜の
乾燥、プラスチック材料の接着前の表１面処理時の加熱
、印刷抵抗器の乾燥等の加熱にも適用できることは勿論
である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように１本発明の実施例によれば、発熱板
の表面温度を均一にした状態で、レジスト膜を被着した
半導体ウェハ等に所定の熱処理を円滑にかつ容易に施す
ことができる。しかも、従来のものよりも遥かに薄型の
熱処理装置とすることができる。このため熱板の熱容易
を小さくできる。このため、異なる熱処理装置の設定を
迅速かつ良好な応答性の下で行うことができる。また。

発熱板の小型・軽量化によって装置全体をコンパクトな
ものにすることができる。

更に、導電性薄膜を使用することによって、発熱板と熱
源とを一体化した簡単な構造にすることができる。この
ため、発熱板と熱源との接合面の電熱抵抗を大幅に低減
できると共に、熱源の断線等の故障の発生を防止するこ
とができる。その結果、熱処理装置の信頼性を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の熱処理装置の構成を示す説
明図、第２図は本発明の熱処理装置の要部の他の例を示
す説明図、第３図は第１図の熱処理装置の発熱部を示す
説明図、第４図は温度試験を行う実験装置の説明図、第
５図は第１図の熱処理装置と従来の熱処理装置の昇温特
性を示す特性図、第６図は第１図の熱処理装置と従来の
熱処理装置の降温特性を示す特性図、第７図は発熱板の
表面温度の分布を示す説明図、第８図は本発明の他の実
施例の熱処理装置を示す説明図、第９図は第１図の他の
実施例の説明図、第１０図は第９図の動作を説明するた
めの波形図である。 １−発熱板　　　　　２−導電性薄１１り３−電極　　
　　　　４　電源装置 ５−断熱材　　　　　６−断熱材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱板の一面側に被処理体を設け、この被処理体の他面側
   に発熱体を設けた熱処理装置において、上記発熱体とし
   て膜状発熱体により構成したことを特徴とする熱処理装
   置。