JPH03229410A - 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ｖ＃） 一般に半導体集積回路の製造において、被処理基板例え
ば半導体基板にフォトレジストを塗布した後や、フォト
レジスト膜の真先・現像後に上記半導体基板を加熱処理
するベーキング工程がある。このベーキング工程に使用
される装置として、例えば特開昭５８−２１３３２号公
報にて開示された装置が一般的である。この装置は、発
熱板に内蔵されたヒータにより上記熱板を加熱しつつ、
この発熱板上に上記半導体基板を載置して所定の温度で
所定の時間加熱することにより、上記半導体基板に形成
されたフォトレジスト膜を熱処理するものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来装置には次のような問題がある
。半導体基板を加熱する発熱板として。

所定の電熱容量を有する熱源例えば抵抗線材を平板状に
形成した絶縁物内に配設し封入したものが使用されてい
る。したがって、熱源が、上記抵抗線材の配置に対応し
て離散的に分布していることになるので、上記熱源に近
い位置はど熱流束の影響が著しく、温度分布が不均一と
なっている。それ故、半導体基板に形成されたフォトレ
ジスト膜に−様な熱処理を加えるために必要とされる上
記発熱板の表面温度の均一化を達成するためには、発熱
板に対して、単に半導体基板に熱を伝える媒体としての
機能のみならず、バルク（Ｂｕｌｋ）の熱流が発熱源か
ら出て発熱板表面に至るまでの間に、上記熱流束を十分
に均一化しつる機能を付与することが不可決である。

そのためには、発熱板を十分に厚くすることによって熱
源からの熱の拡散距離を延長し、上記発熱板表面におけ
る熱流束の均一化ひいては発熱板表面温度の均一化を図
る必要があった。

しかし、上記のように発熱板の厚さを十分に厚くすれば
、半導体基板上のフォトレジスト膜の均一な熱処理は達
成されるものの、上記発熱板が厚くなるに従いその熱容
量が増大することとなりその結果、発熱板への熱付加（
加熱）または熱除去（冷却）に対して発熱板表面温度の
応答性が悪化するという問題が生しる。

例えば、発熱板を加熱昇温する場合、発熱板が厚くなる
ほど電力投入開始時から上記発熱板表面に所定の温度上
昇が認められ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電力投入開始時に大電
力を投入する必要がある場合には、例えば温度のオーバ
ーシュートが発生し適正な温度制御が困難になるなどの
不都合が起る。

一方、発熱板を冷却する場合には、発熱板がある程度以
上の厚さを持つようになると、所定の実用的な時間内で
所定の温度まで冷却できない場合が発生するなど、上記
発熱板の迅速な冷却は著しく困難となる。なお、発熱板
を薄く形成すると、迅速な昇温・降温が可能となるが、
内面温度均一性が悪くなり、また１発熱時に発熱板が反
りやすくなる。

さらに、熱処理性能を向上させるためには発熱板が大型
化せざるをえず、これにより装置の大型化と重斌化は必
然的で避は難く、装置のコンパクト化のためには熱処理
性能の低下は避けられないという事情があった。

また、熱源と発熱板とは、別々の部品であることから」
二記熱源から上記発熱板への伝熱速度が、組立時の状態
によって定まる上記両者の接合面の伝熱接触抵抗の大き
さに依存していることから、例えば加熱性能のバラツキ
や、熱源が複雑な形状に構成されていることに起因する
断線、絶縁不良等のトラブルなど、装置としての信頼性
に関連する諸問題を低減するために非常に大きな労力と
時間を要している状況であった。

さらに、例えばアルミニウム製の発熱板と熱源とを電気
的に絶縁する必要がある場合、中間に雲母（マイカ）な
どを配置するが、この雲母と発熱板との間に空気層があ
ると温度均一性が悪くなる。

このため、雲母と発熱板を固着するか、あるいは圧接す
ることが行われる。ところが、雲母は膨張率が小さく伸
びにくいため１発熱板の膨張による応力に耐え切れず破
損したりする。そこで、分厚い断熱材や金属板を発熱板
に固着あるいは圧接するように構成する方法もある。し
かし、前者の場合は膨張率が小さいため上述した理由で
反りを抑制することは不可能であり、取付は構造が複雑
になる。一方、後者の場合は、発熱板の熱容量が大きく
なり温度制御性が悪くなる。

本発明は、上記の従来事情に対処してなされたもので、
被処理基板に対する均一熱処理能力を向上し、加熱温度
の制御性に優れ、且つ信頼性が高くコンパクトで取扱い
簡便な熱処理装置を提供するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） すなわち本発明は、膜状発熱材を備えた発熱板に被処理
基板を載置して加熱処理する熱処理装置において、上記
発熱板の少くとも上記被処理基板の載置面とこの載置面
に対向する面に、上記発熱板の熱膨張率より小さい熱膨
張率を有する部材を被着したことを特徴とする。

（作　　用） 本発明熱処理装置では、被処理基板を載置して加熱処理
する発熱板の熱源として、膜状発熱材を備えているので
均一に発生する。また１発熱板の被処理基板載置面とそ
の対向面とに、発熱板より熱膨張率の小さい部材を被着
したので、上記両面に膨張率の差があっても発熱板の反
りを無視できる程度に抑えることができる。したがって
、上２発熱板の温度分布が均一になり、上記被処理基板
全面に渡り一様な熱処理条件を容易に達成することがで
きる。

また、発熱板が膜状であるため薄く、発熱板の熱容量が
従来のものより大幅に小さく、異なる熱処理温度を新た
に設定し直す場合でも、熱のオン・オフにでも十分に迅
速な応答性を確保できる。さらに、発熱板を小型化し、
軽量化することにより装置をコンパクトに構成できる。

また、発熱板に上記膜状発熱材を被着させることにより
、発熱板と熱源が一体化した簡単な構造となるため、発
熱板と熱源との接合面の伝熱接触抵抗を大幅に低減でき
る。且つ、熱源の断線等のトラブル発生を抑止でき、発
熱板と熱源のみならず、装置全体の信頼性が向上する。

（実　施　例） 以下、本発明熱処理装置をレジスト塗布後の加熱処理装
置に適用した一実施例を図面を参照して説明する。

第１図に示すように、熱伝導体である例えばアルミニウ
ム製で方形平板状の発熱板■の少くとも、上・下面すな
わち被処理基板である半導体ウェハ■の載置面とこの載
置面と対向する面に、上記発熱板■の熱膨張率より小さ
い熱膨張率を有する部材例えばセラミック薄膜■（イ）
が溶射等により被着されている。このセラミック薄膜■
（イ）はコンポジット（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）の構成と
なっており、また電気的絶縁体である。

次に、上記発熱板■の下側セラミック薄膜（イ）面には
、この発熱板■の熱源である膜状発熱材例えばクロムＣ
ｒ製の導電性薄膜■が蒸着等の手段によって全面に渡り
所定の膜厚例えば０．１〜１００〇−好ましくは１０〜
】００μｓの膜厚にて被着され一体化されている。

次に、上記導電性薄膜■の発熱板■の一対辺の端部には
、例えば帯状に形成された銅Ｃｕ製の電極０が設けられ
ており、それぞれ電源装置■に配線接続されている。そ
して、この電源装置■から上記電極（■を通して導電性
薄膜（ハ）に電力を供給して発熱させ発熱板■を加熱昇
温する如く構成されている。

また、上記導電性薄膜■の発熱板■に被着されていない
面には例えばテフロン（商品名）製の断熱材（８）が設
けられている。さらに、上記発熱板■を常時所定温度に
保つために、この発熱板■の温度を検知する温度計（９
）が設けられており、この温度計■）の検知した温度に
対応して温度制御装置（１０）が制御信号を発生する。

そして、この制御信号により電源装置■を制御し、この
電源装置■により熱源である導電性薄膜（ハ）に供給す
る電力を制御することにより発熱板■の温度を制御設定
する如く構成されている。上記温度計■）、温度制御装
置（１０）、電源装置■で給電機構（１１）が構成され
ている。そして、この発熱板■の導電性薄膜０等が形成
されていない上面側に、フォトレジスト塗布後の被処理
体例えば半導体基板である半導体ウェハ■を載置して加
熱処理可能に構成されている。

なお、上記発熱板■等は、基台（図示せず）に取着され
ており、また、発熱板■等には、半導体ウェハ■を支持
して発熱板■から持ち上げるためのピン（図示せず）が
上下動可能な穴（図示せず）を貫通して設けられている
。また、半導体ウェハ■を吸着可能にも構成されている
。さらに、上記半導体ウェハ■は、搬送機構（図示せず
）により上記発熱板■に着脱可能に構成されている。

次に、動作作用について説明する。

まず、半導体ウェハ■を発熱板■に載置する前に、予め
発熱板■の温度を所望の加熱処理温度となるように給電
機構（１１）により導電性薄膜■に電力を供給して発熱
させ上記発熱板■を加熱しておく。そして、ピン（図示
せず）を発熱板ω面から突出させ、搬送機構（図示せず
）で半導体ウェハ■を搬送して上記ピン（図示せず）の
先端に乗せ、次にこのピン（図示せず）を下降させて上
記半導体ウェハ■を発熱板■に載置し吸着保持する。そ
して、発熱板■からの熱伝導により半導体ウェハ■を所
定の温度で所定の時間加熱する。

ここで、本装置における発熱板■は第２図に示すように
、その表面積に対して側端部つまり厚み部分面積が十分
小さくなるように構成できるため。

熱源として導電性薄膜（ハ）を使用する利点を最大限に
引き出すことができる１例えば本装置の直径６インチの
半導体ウェハ■の熱処理に適用する場合、発熱板■の辺
の寸法としては１６０〜１８０ｍｍ程度、厚さは０．１
〜１５ｍｍ程度の範囲例えば５Ｉの構成となる。

このような条件下において１発熱板■の側端部から外部
に逃散する熱流の熱量Ｑ１は、発熱板■の表面を貫通す
る熱量Ｑ２の５％程度以下に過ぎず。

いわゆる末端効果の影響を無視しうるため、発熱板■の
表面温度分布の均一度向上を実現しうる。

実際に、本実施例では、１２０℃の設定温度に対して半
導体ウェハ■を載置した状態において１２０±１℃以内
の表面温度分布が確認されており、本装置による熱処理
は実用性が十分高い。

なお、発熱板表面温度分布の均一度に関し従来の装置に
よって上記温度分布の結果と同等以上の性能を達成する
ためには、少くとも厚さが５０＋ｎｍ程度以上で、末端
効果を考慮して一辺の長さが２０゜ｎ＋ｍ程度以上のア
ルミニウムＡＱ製の発熱板を使用する必要があり、単に
発熱板のみの重量ベースの比較でも本装置と比べて１０
〜１５倍程度の重量となり大幅な重量増加が見積られる
。

また、熱源となる導電性薄膜を均一に発熱板に被着した
状態を想定した場合１例えば温度が低いほど電気抵抗が
小さくなるような導電性薄膜材料を選定することにより
、この導電性薄膜の内例えば温度が相対的に低い部分に
、その周辺よりも大きな電流が流れることとなり、この
温度の低い部分の温度は次第に上昇する。−力落膜上で
温度が相対的に高い部分にはこれとは逆のことが生起す
る。このように本発明の装置では、原理的に発熱板全体
にわたり発熱を均等化する効果があるため、安定な熱処
理が可能となる。

さらに１発熱板■の上・下面面には、この発熱板■より
熱膨張率が小さい同一のセラミック薄膜（３）（イ）が
被着されているので、発熱板■の端部方向への膨張によ
る伸びは均等に抑制される。

したがって、発熱板■の下面のみに導電性薄膜■を備え
、発熱板（１）の上・上置面間に膨張率の差が発生した
としても、それによる発熱板の反りは実用上無視できる
程度に抑えることが可能である。

温度が４００℃程度以下で使用する場合には、上記セラ
ミック薄膜■（イ）はアルミニウムの発熱板■の応力に
対して十分な耐久性を有している。

また、上記のコンポジットの発熱板はそのセラミック層
は溶射等の既存の技術を利用して容易に形成可能である
から、特に大型半導体基板の熱処理用に好適である。

ここで、第１図装置において、半導体ウェハの昇温を行
った場合の半導体ウェハの表面温度の時間変化を従来装
置の結果と比較しつつ１．第３図に例示する。この特性
例かられかるように、従来装置では迅速な昇温を得るた
めに大きな電力を装置に投入すると昇温速度は比例的に
大きくなるが。

発熱板の熱容量が大きいためオーバーシュートも同時に
大きくなり、これを解消しつつ整定状態すなわち所定の
温度に漸近するのに長時間を要する。

したがって従来装置では、オーバーシュートの十分に小
さな昇温は、ある程度以上の緩やかな昇温条件でしか達
成できない。さらに２発熱板への電力投入時から実際に
半導体ウェハの表面温度が立ち上がるまでに発熱板の熱
容量の大きさに相当する著しい時間遅れが存在すること
も迅速な温度の立ち上げを困難にしている。これに対し
て、本発明の装置では、発熱板の熱容量が従来装置に比
較してはるかに小さいため、発熱板の熱容量の大きさに
相当する時間遅れは十分に小さく、迅速でしかもオーバ
ーシュートはほとんど無視しうる条件下での半導体ウェ
ハの昇温か可能である。

他方、本発明の装置において、半導体ウエノ）の冷却を
行った場合の半導体ウェハの表面温度の時間変化例を従
来装置の結果と比較しつつ、第４図に示す。従来装置に
よる冷却が非常に緩慢に起こるのに対し、本発明による
装置では速やかな冷却が可能となっている。

このように１本発明装置は半導体ウェハの昇温と降温い
ずれの場合にも好適に使用することができる。

次に、本発明装置の他の一実施例を第５図に示す、これ
は、第１図装置を複数個多段重ねして構成することによ
り、スケールアップをし、複数枚の半導体ウェハの熱処
理を同時に処理可能としたものである。なお、構成、動
作は第１図と同様で第１図と同一部分にはそれに対応し
た番号を付しであるので説明は省略する。上記装置では
、装置をコンパクトに構成でき、且つスペースを有効に
利用することができる。

なお、上記実施例において発熱板に被着形成した導電性
薄膜の材質としてクロムＣｒを用いたものについて説明
したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく
、例えばニッケル、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、ルビジウムなどの
金属単体およびカーボンブラック。

グラファイト等に代表される炭素系単体のほか、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
があり通電によって発熱抵抗体つまり熱源として機能す
るものであれば何れでもよく、発熱温度に応じて適切な
材質を選択することによって最適に使用することができ
る。

また、上記実施例では発熱板に導電性薄膜を被着させる
方法として蒸着を用いているが、被着方法は特に限定す
るものではなく、この地被着膜の材質に応じてＣＶＤ、
スパッター、イオンブレーティング等の成膜方法を利用
して被着することができる。

さらに、上記実施例において使用されている発熱板の材
質としては、熱伝導性が良好なものならば何れでもよく
、例えば、アルミナ、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
セラミックスのほか、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類の好適である。

なお、上記実施例では、本装置を半導体ウェハに被着さ
れたフォトレジスト膜の熱処理に適用した例について述
べたが、現像液塗布後の熱処理でもよいし、本装置の適
用対象はこれに限定するものではなく、例えばアッシン
グ、エツチング。

ＣＶＤ　、　　スパッタリング等半導体基板の加熱を伴
う工程であれば何れでもよい。　またＬＣＤ基板の加熱
。

塗装後の塗膜の乾燥、プラスチック材料の接着前の表面
処理時の加熱、印刷抵抗器の乾燥等加熱を必要とする工
程に適用できる。

以上述べたようにこの実施例によれば、発熱板表面温度
分布の均一化ひいては半導体基板に被着されたフォトレ
ジスト膜の−様な熱処理条件を簡便に達成することがで
きる。そして、発熱板を従来の装置におけるものよりは
るかに薄くすることができるため、熱板の熱容量を小さ
くすることができる結果、異なる熱処理温度を新たに設
定する場合十分に迅速な応答性を確保することができる
ほか１発熱板の小型化、軽量化によって、装置をコンパ
クトに構成することができる。

さらに、熱源として熱板に被着した導電性薄膜を使用す
ることによって、発熱板と熱源が一体化した簡単な構造
となるため１発熱板と熱源との接合面の伝熱接触抵抗を
大幅に低減できるとともに、熱源の断線等のトラブル発
生を抑止でき、発熱板と熱源のみならず、装置全体の信
頼性を向上させることを可能とするものである。

なお、上記実施例では、発熱板の上・下面に同一のセラ
ミック薄膜を被着した例について説明したが、膨張率が
同等の部材であればセラミック以外のすべての部材を使
用でき、かつ種々組合せて使用することも可能である。

また、上記セラミック層の上に、他の部材を被着コート
して表面処理を施してもよい。

さらに、上記セラミック薄膜は、発熱板の上・下面にだ
けではなく、側面に被着させてもよいことは言うまでも
ない。

一方、発熱板に被着する薄膜部材として、膨張率が発熱
板の膨張率より大きな部材を使用した場合には、発熱体
である導電性薄膜も伸びることになり、抵抗値の変化、
クラックの発生などの不具合の発生が懸念される。

したがって、本発明のような構成にして発熱板の膨張は
可能な限り抑制する必要がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、被処理基板に対す
る均一熱処理能力を向上させ、熱処理温度の応答性にす
ぐれ、しかも信頼性の高い、コンパクトで簡便な半導体
基板熱処理装置を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を説明するための半導体
基板熱処理装置の構成図、第２図は第１図の熱発生部の
説明図、第３図は第１図装置と従来装置との半導体ウェ
ハの昇温特性を比較して示す特性曲線図、第４図は第３
図に対する半導体ウェハの冷却特性を従来装置と比較し
て示す特性曲線図、第５図は第１図の他の一実施例の説
明図である。 １・・発熱板、　　　　　３．４・・セラミック薄膜、
５・導電性薄膜、　　６・・電極。 第１図 月１！例構Ａ［ 第２図 主手部説明詔 第　３　図 弄温特λ生艶明回 第 図 ｐ４−：墓特社眺明圓 第５図 実徒ｖｌ＋橋八田

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 膜状発熱材を備えた発熱板に被処理基板を載置して加熱
   処理する熱処理装置において、 上記発熱板の少くとも上記被処理基板の載置面とこの載
   置面に対向する面に、 上記発熱板の熱膨張率より小さい熱膨張率を有する部材
   を被着したことを特徴とする熱処理装置。