JPH0322525A - 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】 【産業上の利用分野】

この発明は、熱処理装置に関する。

【従来の技術】

例えば、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、レジストを重合させて耐熱性を
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ェーハ
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に使用される熱処理装置としては、
従来、例えば特開昭５８−２１３８２号に開示されたも
のが一般に用いられている。この熱処理装置は、発熱板
に内蔵されたニクロム線などから成る抵抗発熱ヒータに
より、この発熱板を加熱する。 そして、この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い、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ようにしている。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、この従来の熱処理装置には、次のような
問題点があった。 すなわち、上記の熱処理装置は半導体基板を加熱する発
熱体として、上記のように抵抗線材を厚内平板状の絶縁
物内に封入したものが用いられている。したがって、熱
源が抵抗線材の配置に対応して発熱板内に分散している
ことになるので、熱源に近いほど熱流束が大きく、発熱
板平面上で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対し、この従来
の発熱板によって熱処理を均一に施すには、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、従来は、発熱板を厚内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、発熱板
の表面温度を均一にする必要があった。 しかし、発熱板を厚内にすると、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
が厚内であると、電力を力１えてから発熱板の表面温度
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、オーバーシュートが大きくなり、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、発熱板が厚内であると、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、発熱板が大型にならざるを得す、装置全
体も大型で大重量のものとなってしまっている。 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
、加熱性能にノくラツキを生じる恐れがあった。また、
さらに、抵抗発熱体には直接電極を取り付けて、この電
極に接続したリード線を介し抵抗発熱体に電力を供給す
るようにしているが、この場合に、リード線を高温や反
応ガス等から保護する措置を施す必要があり、複雑な構
造となる。このように熱源が複雑な構造をしていると、
発熱抵抗体自身やリード線の断線や絶縁不良が発生し、
装置の信頼性が低下するという問題もある。 この発明は、以上の点に鑑み、加熱温度の制御性に優れ
、被処理体に均一な熱処理を施すことができると共に、
小型で製作及び取扱が容易、かつ高信頼性の熱処理装置
を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

３ この発明による熱処理装置は、 発熱体の一面側に被処理体を設け、この被処理体を加熱
状態で処理する装置において、上記発熱体を膜状発熱体
で構或すると共に、この膜状発熱体を高周波加熱によっ
て発熱させるようにしたことを特徴とする。

【作用】

薄膜発熱体は、高周波誘導加熱あるいは高周波誘電加熱
により発熱する。薄膜発熱体は、膜上のどの位置でも均
一な加熱状態になり、加熱特性の優れた均一熱処理が被
処理体に対して施される。

【実施例】

以下、この発明の一実施例を図を参照しながら説明しよ
う。 第１図で、１は発熱板で、これはアルミナ等のセラミッ
クからなる電気絶縁性及び熱伝導姓を右する部材で形成
されている。 この発熱板１の一面側には、発熱源となる導電性薄膜２
が被着形成されている。この導電性薄膜２は、例えばク
ロムで形成されている。この導電４ 性薄膜２の被着は、発熱板１の表面に例えば厚さ０．１
珊〜１０００．１１１１１，好ましくは１μ〜１０μの
クロム膜等を例えば蒸着することにより行われる。 発熱板１は、導電性薄膜２が極く薄いので、この薄膜２
を平面支持して、被処理体を載置するための平面を有す
る基台としての役割を主とするものである。したがって
、発熱板１の厚さは基本的には導電性薄膜２を平面を維
持して支持できるものであれば良い。 加熱処理時には、図示のように、この発熱板ｌの上に被
処理体例えば半導体基板３が載置される。 発熱板１の」法は、例えば６インチの半導体ウエーハを
加熱する場合、縦及び横の長さを１　６　０　＋＋＋ｍ
〜１８０ＴＩｌｆｆｌ１厚さを０　．　　１　ｗ　〜５
　＋ｎ＋ａ−．好ましくは１ＩＩＩＩＩ１〜２Ｉｌｌｍ
の範囲とされる。 導電性薄膜２の表面には、絶縁及び保護用の例えばセラ
ミックからなる保護膜４が被着形成されている。 この保護膜４の下方には、所定の距離を隔てて非接触状
態で誘導コイル５が設けられている。この誘導コイル５
の一端及び他端間には、高周波信号発生回路６と、スイ
ッチング回路７とが直列に接続される。 また、温度計９の温度検出端子が発熱板１の温度を計測
するように設けられ、この温度計９からの温度言１測出
力が温度制御目路８に供給される。 そして、この温度制御回路８からは、ＰＷＭ信号ＳＭが
得られ、このＰＷＭ信号ＳＭによりスイッチング回路７
はスイッチング制御される。すなわち、信号ＳＭの１周
期のうちパルス幅期間のみスイッチング回路７はオンと
なり、このパルス幅期間に高周波信号発生回路６からの
高周波信号が誘導コイル５に供給される。すると、この
誘導コイル５からは誘導磁束が発生し、この誘導磁束に
より導電性薄膜２中には渦電流が発生し、ジュール熱に
より発熱する。したがって、導電性薄膜２は、誘導コイ
ル５への高周波信号の供給時間に応じて発熱し、発熱板
１を加熱する。信号ＳＭの１周期期間のうちパルス幅期
間の後の期間になると、スイッチング回路７はオフとな
り、誘導磁束は発生しないから導電性薄膜２は発熱せず
、発熱板］の温度は降下する。そして、今、発熱板１の
昇温時間特性と降温一時間特性とが等しい傾きを有して
いると仮定すると、信号ＳＭがデューティ５０％であれ
ば、昇温時間と降温時間とが一致し、発熱板１の温度は
変化せず、デューティが５０％以上になると、昇温時間
が降温時間より長くなるため、発熱板１の温度は上昇し
、デューティが５０％以下になれば、逆に発熱板１の温
度は降下することになる。したがって、ＰＷＭ信号ＳＭ
のパルス幅を変えることによって誘導コイル５からの誘
導磁束の発生が制御され、これにより導電性薄膜２の発
熱量が変えられ、発熱板１の温度を制御することができ
る。こうして、ＰＷＭ信号ＳＭのパルス幅を変えること
によって、発熱板１の温度を自由にコントロールできる
。 なお、導電性薄膜２、保護膜４を含む発熱板１は、図示
しない加熱処理用チャンバー内に取り付けられている。 誘導コイル５は、このチャンバー７ 外に配置される。もっとも、誘導コイル５は、チャンバ
ー内に設けても良い。また、保護膜４等を含む発熱板１
には、半導体ウエーハ３を支持して発熱板１から持ち上
げるピンが貫押されている。 さらに半導体ウエーハ３は、図示しない搬送機構により
、発熱板１上に搬送され、ピンの昇降により、発熱板１
に対し、ロード，アンロードされるようになっている。 なお、第２図に示すように、発熱板ＩＡと導電性薄膜２
の間にセラミック薄膜１１３を介在させても良い。すな
わち、この第２図例の場合には、発熱板１人はアルミニ
ウム製の平板で形成し、そして、発熱板ＬＡと導電性薄
膜２の間に絶縁のために、例えば容射によって設けたセ
ラミック薄膜ＬＢを介在させる。 セラミック単体からなる発熱板１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。し
たがって、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
図に示すようなコン８ ポジット（Ｃｏｍｐｏｓ　ｉ　ｔ　ｅ）構造のものにす
ると、セラミック薄膜ＩＢの上に導電性薄膜２を溶射等
によって容易に被着てきる。このため、特に大型の半導
体ウエー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。 以上のように構成された熱処理装置を用いてべ−キング
処理する場合を例にとって、その作用について説明する
。 先ず、温度制御回路８からのＰＷＭ信号ＳＭによりスイ
ッチング同貼７を制御し、誘導コイル５への高周波信号
の供給期間を制御し、導電性薄膜２に生じる渦電流によ
るジュール熱によって、発熱板１を加熱しておく。こう
して、半導体ウェーハ３を載置する前に発熱板１を所定
温度に加熱しておく。次いで、前述した図示しないピン
を発熱板１の表面から突き立てる。そして、この突き立
ったピン上に搬送して来た半導体ウェーハ３を載置する
。次に、ピンを降下させて半導体ウェーハ３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半導体ウェーハ
３の加熱を行なう。そして、このとき、温度制御回路８
は、温度計９からの発熱板１の温度を参照しながら、そ
の出力ＰＷＭ信号のパルス仙を制御し、発熱板１の温度
を予め設定された温疫にするようにする。 以上説明した熱処理装置では、導電性薄膜２が発熱板１
の一面全面と直接接触しており、直接接触しない発熱板
１の両側端部の領域部分は、極めて僅かである。したが
って、第３図に示すように、発熱板１の両側端部から外
部に飛散する熱量Ｑ１は、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ーハ３を１００
℃に加熱する場合、実施例の熱処理装置では、発熱板］
の表面の温度分布を］ＯＯ±１℃に設定できることが確
認されている。同様の効果を昌頭で述べた従来の加熱手
段で達成しようとすると、発熱板の厚さを５０帥以上に
し、末端効果を考慮して発熱板を縦・横が１　２　Ｏ　
ｎ＋＋ｎの大きさのアルミニューム製のものにする必要
がある。これでは、重量が重くなるとともに、熱容量が
大きくなり、温度制御性に問題がある。 また、以上の熱処理装置において、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、次の効果を得ることができる。 すなわち、この場合には、加熱＋１．ｊ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。このため、温度が相対的に低い部
分の温度も、その周辺の領域とほほ同様の速度で所定の
温度まで温度上昇することになる。つまり、上述の加熱
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、半導体ウェーハ
３の加熱処理を極めて安全に行なうことができる。 ところで、従来の熱処理装置の場合、熱容量が大きいの
で、オーバーシュートをできるだけ小さくして昇温を行
おうとする場合には、加熱を開始１１ してから所定温度に達するまでの立ち上がり１１、シ間
を遅くしなければならず、また、安定した温度を確実に
維持できるまでの時間が長く、迅速な昇温及び降温を行
うことができない。 これに対し、以上説明した熱処理装置は、薄い発熱板１
に被着した導電性薄膜１２によって発熱板１を加熱する
ものであるから、従来の熱処理装置に比べて小さな熱容
量で短時間で被処理体である半導体ウエー八を所定温度
まで昇温することができ、加熱によるオーバーシュート
等の弊害も無視することができる。すなわち、迅速な昇
温及び降温か可能で、温度制御性に優れている。 さらに、従来のように、発熱抵抗体を厚内熱板内に設け
るのではなく、薄い肉厚の発熱板に導電性薄膜を被着す
るだけで良いと共に、非接触で誘導コイルによって誘導
加熱するものであるから、従来のようにコイルやコイル
からのリード線の断線の心配がなく、また、リード線の
高温や反応ガスからの保護措置も必要とせす、信頼性が
高く、また、製作及び取扱も容易である。 １　２ なお、以上の例は枚葉式の場合であるが、バッチ処理の
場合には、例えば第４図に示すようにすることによって
構成することができる。 すなわち、反応管１１の外壁面（あるいは内壁面）にリ
ング状に導電性薄膜１２を設ける。そして、この導電性
薄膜１２の表面をセラミック等の絶縁部材からなる保護
膜１３で覆う。また、反応管１１の外周部に保護膜１３
とは非接触で所定の距離を開けて誘導コイル１４を配す
る。そして、この誘導コイル１４に高周波信号発生回路
１５からの高周波信号をスイッチング回路１６を介して
供給する。 一方、反応管１１内には多数の半導体ウェーハ１７を保
持したボート１８を収納する。また、この反応管１１内
には、温度計１９の温度検出端子を挿入し、温度計１９
の出力を温度制御回路２０に供給する。温度制御回路２
０は、スイッチング回路１６に、これをスイッチング制
御するＰＷＭ信号を供給する。 このバッチ処理の場合も、前述の第１図の実施例と全く
同様にして高周波誘導加熱により、導電性薄膜１２が発
熱し、これにより反応管１１内の雰囲気が加熱される。 反応管１１内の雰囲気温度は温度制御回路２０により所
定の温度に制御される。この場合、反応管１１の雰囲気
は管輔方向に均一に加熱され、ボート１８に搭載された
複数の半導体ウエーハ１７をその搭載位置に関係なく均
一に加熱することができる。 なお、導電性薄膜の材質は、上述の実施例で用いたクロ
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
ラファイトなどに代表される炭素系利料の単体、ニクロ
ム、ステンレス、ステンレススチール、青銅、Ｍ銅Ｗ合
金、ポリマーグラフ１・カーボン等のポリマー系複合祠
料、ケイ化モリブデンなどの複合セラミック祠料のよう
に、導電性を有するとともに、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
らの月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１あるいは反応管１１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、
溶射，ＣＶＤ，スパッター，イオンプレーティング等の
成膜手段を適宜採用することができる。 また、第４図の実施例で、導電性薄膜１２は、反応管１
１の外周側壁ではなく、内周側壁に被着形成しても良い
。また、反応管１１の形状としては、円筒状に限るもの
ではなく、筒状体であれば良い。 また、発熱板１及び反応管１１の伺質としては、熱伝導
性が良好で、しかも電気絶縁性に優れたものが好ましい
。このようなものとして、上述のアルミナ、石英のほか
、例えばジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ダイヤ
モンド等に代表されるセラミックス、ルチル等の金属酸
化物、高アルミ１　５ ナ煉瓦、カーボン煉瓦などの煉瓦を挙げることができる
。 なお、導電性薄膜の代わりに誘電体薄膜を、枚葉式では
発熱板の表面、バッチ式では反応管の外周側壁または内
周側壁に被着し、例えばこの誘電体薄膜を含む発熱板及
び反応管を挾んで、非接触で、互いに対向する電極の間
に配置し、これら電極間に高周波信号を供給して、この
とき生じる誘電損により発熱させる高周波誘電加熱によ
り発熱させるようにしても良い。 また、この発明による熱処理装置の適用装置は、上述の
実施例のようなベーキング処理装置だけでなく、アッシ
ング装置、ケミカルエッチング装置、スパッタ装置、Ｃ
ＶＤ装置等の、被処理体を加熱処理する装置のすべてに
適用可能である。 また、この発明の装置は、上述した半導体ウ工一ハの加
熱処理に限らず、ＬＣＤの加熱処理、プラスチック祠料
の接着前の表面処理時の加熱処理、印刷抵抗器の乾燥等
の加熱処理、その他の被処理体の過熱処理に適用可能で
あることはいうまでも１　６ ない。

【発明の効果】

以上説明したように、この発明によれば、発熱体として
薄膜を用いたので、従来のものよりも遥かに薄型及び小
型の熱処理装置を実現することができる。そして、発熱
板の表面温度あるいは反応管内の雰囲気温度を均一にし
た状態で、発熱板の上に載置された、あるいは反応管出
に配置された被処理体の所定の熱処理を円滑に、かつ正
確に施すことができる。 また、この発明の熱処理装置によれば、熱容量を小さく
てきるので、昇温及び降温制御を迅速かつ良好な応答性
の下で行うことができる。また、装置全体をコンパクト
なものにすることができる。 また、この発明によれば、熱板（反応管を含む）と熱源
としての薄膜とを一体化した構造となるので、熱板と熱
源との接合面の熱抵抗を大幅に低減することができると
共に、熱源の断線等の故障を防ぐことができる。 しかも、熱源としての薄膜を、非接触で、高周波誘導加
熱あるいは高周波誘電加熱、すなわち高周波加熱するも
のであるので、熱源である薄膜からリード線を導出する
必要はない。したがって、リード線の断線や絶縁不良を
心配する必要はなく、また、反応ガスや高温からリード
線を保護する措置を必要とせず、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図はこの発明による熱処理装置の要部の一実施例を
示す図、第２図は他の実施例の要部を示す図、第３図は
この発明による装置の発熱作用を説明するための図、第
４図はこの発明の他の実施例の構成を示す図である。 １；発熱板 ２，１２；導電性薄膜 ３　１７；半導体ウェーノ＼ ５，１４；誘導コイル ６，１５．高周波信号発生回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　発熱体の一面側に被処理体を設け、この被処理体を加
   熱状態で処理する装置において、 上記発熱体を膜状発熱体で構成すると共に、この膜状発
   熱体を高周波加熱によって発熱させるようにしたことを
   特徴とする熱処理装置。