KR0139813B1 - 열처리 장치 - Google Patents

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Description

열처리 장치

제 1 도는 본 발명의 1 실시예인 열처리 장치의 구성을 나타낸 설명도,

제 2 도는 본 발명의 열처리장치의요부의 다른예를 나타낸 설명도,

제 3 도는 제 1 도의 열처리 장치의 발열부를 나타낸 설명도,

제 4 도는 제 1 도의 열처리장치와 종래의 열처리장치의 온도특성을 나타낸 특성도,

제 5 도는 본 발명에서 온도시험을 행하는 실험장치의 설명도,

제 6 도는 제 1 도의 열처리장치와 종래의 열처리장치의 강온 특성을 나타낸 특성도,

제 7 도는 본 발명에서 발열판의 표면온도 분포를 나타낸 설명도,

제 8 도는 본 발명의 다른 실시예인 열처리장치를 나타낸 설명도,

제 9 도는 제 1 도의 열처리장치의 발열온도를 검사하기 위한 도면,

제 10 도는 제 9 도의 동작을 설명하기 위한 파장도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1, 1A,1a,1b,1c : 발열판 1B : 세라믹 박막

2, 2a,2b,2c : 도전성 박막 3, 3A,3B,3a,3b,3c : 전극

4, 4a,4b,4c : 전원장치 5, 5a,5b,5c : 단열재

6, 6a,6b,6c : 온도계 7, 7a,7b,7c : 온도제어장치

8 : 반도체 웨이퍼 9 : 급전기구

10 : 박막 열전대 11 : 교류 전압계

12 : 가변 변압기 13 : 온도 조절기

14 : 솔리드 스테이트 릴레이(Solid state relay)

15 : 전원 20 : 전압 증폭기(28)의 반전(-)입력측

21 : 전압(Vo) 22 : 샘플 호올더(Sample holder)

23 : 타이밍 발생기 24 : 리니어 라이저(Linearizer)

25 : 표시기 26 : 반도체 웨이퍼

27 : 온도 측정용 리이드선 28 : 전압 증폭기

29 : 전압 증폭기(28)의 비반전(+)입력측

본 발명은 열처리장치에 관한 것이다.

반도체 집적회로의 제조공정에는, 피처리체인 반도체 기판에 포토레지스트를 도포한후나, 포토레지트 막의 노출 현상후에 반도체 기판을 가열처리하는 베이킹(baking)공정이 있다.

베이킹 공정에 사용되는 열처리장치로서 일본국 특개소 58-21332호에 게시되어 있는 것이 있다.

이 열처리장치는, 발열 기판에 내장된 히이터에 의하여 발열판을 가열하면서, 발열판위에 반도체 기판을 얹어 놓아 소정의 온도로 소정의 시간 동안 가열을 행한다.

이것에 의하여 반도체 기판위의포토레지스트막에 열처리를 실시한다.

그러나, 이와같은 열처리장치에는 다음과 같은 문제가 있다.

반도체 기판을 가열하는 발열체로서, 저항선 재료를 평판형상의 절연물내에 배열설치하여 봉입한 것이 사용되고 있다.

이 경우에, 열 발생원이 저항선 재료의 배치에 대하여 분산되어 있기 때문에, 열발생원에 가까울수록 열의 전달량이 많으므로, 가열에 의한 온도 분포가 불균일하게 된다.

이로인하여, 반도체 기판위의 포토레지스트 막에 열처리를 균일하게 실시하려면, 열발생원으로 부터 발열판의 표면에 이르는 열전달량을 균일하게 할 필요가 있다.

그리하여,발열판을 두껍게하고 열발생원으로 부터의 열의 확산거리를 길게하여 발열판에 이르는 열의 전달량을 균일화하고, 발열판의 표면온도를 균일하게 할 필요가 있다.

그러나, 두껍게하면 발열판의 열용량이 증대하여, 발열판 표면 온도의 상승·강화에 대한 응답성이 나쁘게 된다.

예를들면, 발열판의 온도를 상승시키는 경우, 발열판을 두껍게 하면, 전력을 인가할때 부터 발열판의 표면이 소정의 온도로 될때까지의 시간 지연이 크게 되어 버린다.

또한, 승온시간을 단축하기 위하여, 대전력을 인가하면, 가열온도가 필요이상으로높게되어 버린다.

한편, 발열판을 냉각하는 경우에는, 발열판을 두껍게하며, 실용적인 시간의 범위내에서 냉각을 완료할 수가 없다.

이로인하여 열처리성능을 향상시키기 위하여는, 발열판이 크게되지 않을 수 없으므로,장치 전체도 대형화되고 또한 큰 중량의 것으로 되어 버린다.

또한, 열발생원과 발열체는 별도의 부품으로 구성되어 있기 때문에, 열발생원으로부터 발열체에로의 열전달 속도는, 조립시의 열발생원과 발열체 양쪽의 접촉 저항에 크게 의존한다.

그 결과, 가열성능에 불균형이 있기도 하고, 열발생원이 복잡한 구조로 되어 있으면, 단선이나 절연불량이 발생하여, 장치의 신뢰성이 저하된다.

본 발명의 목적은, 가열온도의 제어가 우수하고, 피처리체에 균일한 열처리를 실시할 수가 있음과 동시에, 소형으로서 취급이 용이한 열처리장치를 제공하는 데에 있다.

즉, 본 발명은, 한쪽면에 피처리체의 얹어 놓은 면을 갖는 발열판과,

이 발열판의 다른면쪽에 형성된 막형상의 발열체와, 이 막형상의 발열체에 형성된 전극과, 이 전극에 소정의 전력을 공급하는급전기구와, 를 구비하는 열처리장치이다.

[실시예]

다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 도는, 본 발명의 1 실시예인 열처리장치의 구성을 나타낸 설명도이다.

도면에서(1)은, 발열판이다.

발열판(1)은, 알루미나 등의 세라믹으로 이루어지는 전기 절연성 및 열전도성을 갖는 부재로 형성되어 있다.

발열판(1)의 표면에는, 열 발생원인 도전성 박막(2)이 형성되어 있다.

도전성 박막(2)은, 예를들면 크롬으로 형성되어 있다.

도전성 박막(2)의 피착은, 발열판(1)의 표면에 예를들면 두께 0.1 내지 100 ㎛, 바람직하게는 0.5 내지 2 ㎛의 크롬막등을 예를들면 증착함으로써 행한다.

도전성 박막(2)의 양쪽 끝단부에는, 예를들면 동제의 전극(3)이 띠(帶)로 형성되어 있다.

전극(3)은, 각각 전원장치(4)에 접속되어 있다.

이 전원장치(4)에서 전극(3)을 통하여 도전성 박막(2)으로 급전하고,이것을 발열시켜서, 발열판(1)을 가열하도록 되어 있다.

전극(3)을 포함하는 도전성 박막(2)의 표면에 예를들면 테트라 플루오로 에틸렌(테플론)제의 단열재(5)가 형성되어 있다.

단열재(5)에 끼워 넣어져서 온도계(6)의 검출 단자가 도전성 박막(2)의 표면에 접촉되어 있다.

온도계(6)는, 온도제어장치(7)를 통하여 전원 장치(4)에 전기적으로 접속되어 있다.

즉, 온도계(6)의 검출신호는,온도제어장치(7)에 공급된다.

그리고, 온도제어장치(7)의 제어신호에 의하여, 전원장치(4)의 구동을 제어하여 도전성 박막(2)에 공급하는 전력을 소정의 값으로 설정한다.

이것에 의하여 발열판(1)의 표면 온도를 소정의 값으로 설정하도록 되어 있다.

온도계(6), 온도제어장치(7)및 전원장치(4)에 의하여 급전기구(9)가 구성되어 있다.

또한, 발열판(1)의 도전성 박막(2)을 피착하고 있지 않은 다른면 쪽에는, 피처리체인 반도체 웨이퍼(8)가 얹어놓여지도록 되어 있다.

또한, 단열재(5)등을 포함한 발열판(1)은, 도시하지 아니한 기본대에 붙어져서 고정되어 있다.

또한, 단열재(5)등을 포함한 발열판(1)에는, 반도체 웨이퍼(8)를 지지하여 발열판(1)에서 들어올리는 핀이 끼워 넣어져 있다.

또한 반도체 웨이퍼(8)는, 도시하지 아니한 반송기구에 의하여, 발열판(1)위에 붙이고 뗄 수 있도록 되어 있다.

또한, 실시예의 열처리장치로서, 제 2 도에 나타낸 바와 같이, 발열판(1A)과 도전성 박막(2)의 사이에 세라믹 박막(1B)을 개체시켜도 좋다.

즉, 이 열처리장치에서는, 발열판(1A)을 알루미늄제의 평판으로 형성하고 있다.

그리고, 발열판 (1A)과 도전성 박막(2)사이에 절연을 위하여 용사(溶射)에 의하여 형성된 세라믹 박막 (1B)을 게재시키고 있다.

이와 같은 복합구조로 하였을 경우에도, 세라믹 박막 (1B)에는, 도전성 박막(2)을 용이하게 피착할 수가 있다.

이로인하여 세라믹 단일체로 이루어지는 발열판의 경우와 동등의 가열처리를 행할 수가 있다.

한편, 세라믹 단일체로 이루어지는 발열판의 경우에, 발열판 제조의 용이성은,세라믹의 소결로(燒結爐) 능력에 의존한다.

따라서, 발열판이 대형의 것으로 될수록 그의 제조가 곤란하게 되므로 제조 코스트도 높게 된다.

이에 대하여 제 2 도에 나타낸 바와 같은 복합구조의 것으로 하면, 세라믹 박막(1B)을 도전성 박막(2)위에 용사에 의하여 용이하게 피착할 수가 있다.

이로인하여,특별히 커다란 반도체 웨이퍼를 가열하기 위한 열처리장치를 용이하게 조립할 수가 있다.

다음에, 제 1 도와 같이 구성된 열처리 장치의 작용에 대하여 설명한다.

우선, 급전기구(9)에 의하여 도전성 박막(2)에 소정의 전력을 공급한다.

이것에 의하여 반도체 웨이퍼(8)를 얹어 놓기전에 발열판(1)을 소정의 온도로 가열하여 둔다.

다음에, 도시하지 아니한 핀을 발열판(1)의 표면에서 돌출시킨다.

도출된 핀위에 반송되어온 반도체 웨이퍼(8)를 얹어 놓는다.

다음에, 핀을 강하시켜서 반도체 웨이퍼(8)를 발열판(1)위에 얹어 놓고 흡착에 의하여 보호지지한다.

그리고, 발열판(1)으로 부터의 열전도에 의하여 소정의 온도에 도달할때까지 반도체 웨이퍼(8)의 가열을 행한다.

이때에, 제 3 도에 나타낸 바와 같이, 발열판(1)의 양쪽 끝단부만이, 전극(3)을 착설하여 두껍게 되어 있다.

즉, 전극(3)과 접촉되지 아니한 발열판(1)의 부분은,직접 도전성 박막(2)이 피착되어 있다.

이로인하여, 도전성 박막(2)에 의하여 직접 가열되는 발열판(1)의 영역을 충분히 넓게할 수가 있다.

예를들면, 8 인치의반도체 웨이퍼(8)을 가열하는 경우에, 발열판(1)의 치수를, 세로·가로의 길이를 160 내지 180㎜, 두께를 0.1 내지 5㎜, 바람직하게는 1 내지 2㎜ 범위로 할 수가 있다.

이와 같이 실시예의 열처리장치에서는, 도전성 박막(2)이 발열판(1)과 직접 접촉되지 않는 양쪽 끝단부의 영역은, 매우 적다.

따라서, 발열판(1)의 양쪽 끝단부에서 외부로 날아 흩어지는 열량(O₁)열판(1)을 관통하는 열량(O₂)5% 이하로 할 수가 있다.

이로인하여 말단(末端)효과라 칭하여지는 가열시의 열손실을 무시할 수 있을 정도로 억제하여, 발열판(1)의 표면온도의 균일성을 향상시킬 수가 있다.

예를들면 발열판(1)위에 얹어 놓는 반도체 웨이퍼(8)를 100℃로 가열하는 경우에, 실시예의 열처리장치에서는, 발열판(1)표면의 온도 분포를 100 ± 1℃ 로 설명할 수 있는 것이 확인되고 있다.

마찬가지의효과를 종래의 열처리장치에서 달성하려고 하면, 발열판(1)의 두께를 50 ㎜ 이상으로 하고, 말단 효과를 고려하여 발열판을 세로·가로가 120㎜ 의 크기인 알루미늄제의 것으로 할 필요가 있다.

이것에서는, 중량점만을 비교하여도 실시예의 것에 비하여 10 내지 13 배정도 무겁게 되어 버리는 문제가 있다.

또한, 실시예의 열처리장치에서는, 도전성 박막(2)을 온도가 낮을 수록 전기저항이적어지게 되는 재료로 형성하면, 다음의 결과를 얻을 수가 있다.

즉, 가열시에 도전성 박막(2)내의 온도가 상대적으로 낮은 부분에는, 그 주변의 영역 보다도 큰 전류가 흐른다.

그리고, 온도가 상대적으로 낮은 부분의 온도도, 그 주변의 영역과 거의 동일한 속도로 소정의 온도까지 온도가 상승하게 된다.

또한, 도전성 박막(2)을 온도가 높을수록 전기 저항이 적어지는 재료로 형성하였을 경우에도, 상기에서 설명한 것과 반대의 작용에 의하여, 온도가 상대적으로 낮은 부분과 그 주변의 영역이, 거의 동일한 승온속도로서 소정의 온도에 도달하게 된다.

즉, 실시예의 열처리장치에서는, 도전성 박막(2)의 재질을 소정의 것으로 설정함으로써, 발열판(1)전체에 걸쳐서 균일한 속도로서, 온도를 상승시킬 수가 었다.

그 결과, 반도체 웨이퍼(8)의 열처리를 매우 안전하게 행할 수가 있다.

다음에, 실시예의 열처리장치를 사용하여 승온에 의한 열처리를 행하였을 때의 반도체 웨이퍼(8)의 표면온도의 시간적 변화에 대하여 조사한 결과를 제 4 를 참조하여 종래의 열처리장치의 경우와 비교하면서 설명한다.

실험은, 제 5 도에 나타낸 바와 같은 실험장치를 조립하여 행하였다.

열처리장치의 요부는, 발열판 (1A)의 한쪽면에, 세라믹 박막 (1B)및 도전성 박막(2)의 양쪽 끝단부에 전극(3)을 착설하였다.

그리고, 도전성 박막 (2) 의 양쪽 끝단부에 전극 (3) 을 착설하였다.

전극(3)의 한쌍에 대하여 교류 전압계 ⑾ 및 솔리드 스테이트 릴레이(Solid state relay)(14)를 전기적으로 병렬 접속하고, 교류 전압계 ⑾ 및 솔리드 스테이트 릴레이(14)사이에 가변 변압기(12)를 통하여 AC 100V 전원(15)을 접속하였다.

또한, 솔리드 스테이트 릴레이(14)에는,온도 조절기(13)를 접속하였다.

이 온도 조절기(13)에 접속된 박막 열전대(10)의 검출단자를 발열판 (1A)의 표면에 접촉시켰다.

또한, 발열판 (1A)의 표면에, 분위기 가스의 퍼어지(Purge)를 행하였다.

승온 실험은, 다음의 순서로 행하였다.

① 상기에서 설명한 바와 같이 실험장치를조립한 후에, 가변 변압기(12)의 2차측 전압을 0V로 설정하여 둔다.

② 소정의 전력의 교류를 전극(3)에 공급한다.

③ 박막열전대(10)에 의하여 검출한 발열판 (1A)표면 온도의 경과시간에 대한 변화를기록한다.

이와 같이하여, 제 4 도에 특성선(Ⅰ)으로 나타낸 결과를 얻었다.

또한, 마찬가지의 실험을 도전성 박막을 갖고 있지 아니한 종래의 열처리장치(비교예 1)및 발열판을 두껍게한 종래의 열처리 장치(비교예 2)에 대하여 행하였다.

이들의 결과를 제 4 도에 특성선(Ⅱ),(Ⅲ)으로 각각 나란히 기록하였다.

또한, ① , ② 까지의 실험순서는, 상기에서 설명한 승온실험과 마찬가지로 행하고, ③ 으로서, 도전성 박막(2)에로의 급전을 정지하여, 발열판 (1A)표면온도의 경과시간에 대한 변화를 기록하였다.

얻어진 결과는, 제 6 도에 특성선(Ⅳ)으로 나타낸 바와 같았다.

마찬가지의 실험을 비교해 1의 종래의 열처리 장치에 대하여 행하였다.

그 결과를 제 6 도에 특성선(Ⅴ)로서 나란히 기록하였다.

제 4 도의 특성선(Ⅰ)으로 나타낸 실시예의 열처리 장치에 의한 것에서는, 가열을 개시할때 부터 200℃의 소망온도에 도달하기 까지의 상승시간은 약 15 분이다.

이에 대하여, 특성선(Ⅱ),(Ⅲ)으로 나타낸 비교예의 열처리 장치에 의한 것에서는, 약 60 분 및 30 분 이었다.

또한, 실시예의 열처리장치에 의한것에서는, 약 400W의 전력으로 200℃의 온도까지 용이하게 승온시킬 수 있는 것이 확인되었다(P = V²/R = 100²/25 = 400).

이에 대하여, 특성선(Ⅱ)으로 나타낸 비교예의 열처리장치에 의한 것에서는, 약 450W의 전력이 200℃ 까지의 승온에 필요하였다.

즉, 실시예의 열처리장치에 의한 것에서는, 비교예의 열처리장치인 경우에 비하여 적은 열용량으로 단기간내에 피처리체를 소정의 온도까지 승온시킬 수가 있으므로, 당연히, 가열에 의한 오우버 슈우트(Over shoot) 라 칭하여지는 장해도 무시할 수 있는 것이 판명되었다.

이에 대하여 특성선(Ⅱ),(Ⅲ)으로 나타낸 비교예의 열처리장치에 의한 것에서는, 반대로, 가열을 개시할때 부터 소정의 온도에 도달하기 까지의 상승시간,및 안정한 소정의 온도를 확실하게 유지할 수 있을 때까지의 시간이 길다.

이로인하여, 비교예의 열처리장치에 의한 것에서는, 피처리체를 소정의 온도까지 승온시키는것이므로, 큰 열용량으로 장시간을 필요로 하고, 오우버 슈우트의 장해도 발생하기 쉬운 것이 판명되었다.

또한, 가열에 의한 오우버 슈우트를 될 수 있는 한 적게하여 승온을 행하기에는, 특성선 (Ⅲ)에서 명백한 바와 같이 완만한 승온을 하여야만 하므로, 피처리체의 쾌속적인 가열처리를 달성할 수가 없는 것이 판명되었다.

또한, 제 6 도의 특성선(Ⅳ)에서 명백한 바와 같이, 실시예의 열처리장치의 강온의 경우에,매우 빠른 강온 냉각이 행하여지고 있다.

이로인하여, 100℃ 에서 95℃ 까지 강온하는 데에, 1 분이하에서 가능한것이 확인되고 있다.

이에 대하여 특성선(Ⅴ)에 나타낸 비교예의 열처리장치에 의한 것에서는, 매우완만한 강온 냉각으로 되고 있다.

이로인하여, 100℃ 에서 95℃ 까지 강온하는 데에, 4 분 이상의 시간이 필요한 것이 확인되고 있다.

이상에서와 같이 실시예의 열처리장치에서는, 피처리체의 강온 및 승온 열처리를 매우 양호하게 행할 수가 있다.

다음에, 제 5 도에 나타낸 바와 같은 실험장치에 의하여 행한 발열판(1A)의 면내 온도 분포실험에 대하여 설명한다.

실험은, 온도 조절기(13)의 동작 모우드를 온/오프제어 모우드로라고, 설정온도를 100℃ 로 하여 발열판(1A)을 가열함으로써 행하였다.

그리고, 발열판(1A)의 표면온도가 충분히 안정된 것을 가늠하여, 박막 열전대(10)에 의하여 제 7 도에 나타낸 바와 같이 발열판(1A)위의 임의의 17 점 부위의 온도를 측정하였다.

측정결과는, 제 7도에 수자로서 나타낸 바와 같았다.

제 7 도에서 명백한 바와 같이, 발열판(1a)의 거의 전체면에서 99 내지 100℃ 로 되어 있는 것이 확인되었다.

이에 대하여 비교예 1 의 종래의 열처리장치에 대하여 마찬가지의 면내온도 분포실험을 행한바, 발열판 표면의 온도는, 99 내지 100℃ 범위로 있는 것이확인되었다.

[다른 실시예]

다음에, 본 발명의 다른 실시예에 대하여 제 8 도를 참조하여 설명한다.

이 열처리장치는, 제 1 도에 나타낸 구조의 것을 예를 들면 3단으로 적층하여 3 매의 반도체 웨이퍼(8)를 동시에 열처리할 수 있도록 구성되어 있다.

3 매의 반도체 웨이퍼는, 각각의 발열판(1a),(1b),(1c)위에 얹어 놓여져 있다.

각각의 발열판(1a),(1b),(1c)의 다른면쪽에는, 도전성 박막(2a),(2b),(2c)이 피착되어 있다.

도전성 박막(2a),(2b),(2c)의 양쪽끝단부에는, 전극(3a),(3b),(3c)이 각각 형성되어 있다.

이들 전극(3a),(3b),(3c)을 포함하는도전성 박막(2a),(2b),(2c)의 표면에 단열재(5a),(5b),(5c)가 피착되어 있다.

그리고, 각 도전성 박막(2a),(2b),(2c)의 표면에온도계(6a),(6b),(6c)의 단자가 접속되어 있다.

각 온도계(6a),(6b),(6c)는, 온도 제어장치(7a),(7b),(7c)를 통하여 전원장치(4a),(4b),(4c)에 접속되어, 각각의 급전기구(9a),(9b),(9c)를 구성하고 있다.

그리고, 각각의 급전기구(9a),(9b),(9c)를 동작시켜서 제 1 도에 나타낸 것과 마찬가지로, 각각의 반도체 웨이퍼(8)의 열처리를 행하도록 되어 있다.

다음에 본 발명의 실시예에 대하여 제 9 도를 참조하여 설명한다.

가열처리장치에 대하여는 제 1 도와 동일하기 때문에 설명을 생략한다..

도전성 박막(2)의 대향하는 변에는, 크롬과의 조합으로 열기전력을 발생시키는재료 예를들면 띠 형상으로 형성된 동(Cu)제의 전극(3A),(3B)이 형성되어 있으며,각각 전극(3A),(3B)에서 전원장치(4)로 배선되어 있다.

또한, 이 전원장치(4)는, 예를들면 1 초를 주기로 하여 각 주기의 초기에서의 통전시간을 변화 시킴으로써, 공급 전력을 변화하는 것이 가능하게 구성되어 있으며,전극(3A),(3B)을 통하여 도전성 박막(2)에 전력을 공급하여 발열시켜 상기 발열판(1)을 가열하여 승온시킨다.

즉 펄스 구동한다.

다음에, 상기 도전성 박막(2)위 및 상기 전극(3 A),(3B)위에는, 예를들면 테플론(상품명)제의 단일재(6)가 일체로 형성되어 있다.

또한, 도전적 박막(2)의 예를들면 전극(3B)근방의 소정위치에는, 상기 도전성 박막(2)에 예를들면 본딩(Bonding), 납땜 등에 의하여 온도 측정용 리이드선(27)의 한쪽 끝단이 붙여져서 고정되어 있다.

그리고, 상기 도전성 박막(2)과 전극(3A),및(3B)사이에서 발생하는 열기전력의 전압을 상기 온도측정을 리이드선(27)및 전극(3A)또는(3B)사이에서 검출이 가능하게 구성되어 있다.

또한,전극(3B)은 예를들면 고입력 임피이던스의 연산증폭기(Operational amplifier)를 사용한 전압 증폭기(28)의 비반전(+)입력측(29)에 배선 접속되고, 온도측정용 리이드선(27)의 다른쪽 끝단은 상기 전압증폭기(28)의 반전(-)입력측(20)에 배선 접속되어 있으며, 상기 온도 측정용 리이드선(27)과 전극(3B)사이의 전압 Vo(21)을 입력으로 하여 전압증폭하여 출력하도록 구성되어 있다.

그리고, 상기 전압 증폭기(28)의 출력은, 샘플 호올더(Sample Holder)(22)에 입력되고, 전원장치(4)에 접속된 타이밍 발생기(23)로부터의 타이밍 신호에 대응하여 상기 전압 증폭기(28)의 출력을 샘플링하여, 다음의 샘플링이 시작 될때까지 유지한다.

이 샘플 호올더(22)의 출력은 비선형특성이기 때문에 리니어 라이저(linearizer)(24)에 접속입력되어, 선형 변환되므로, 온도측정용 리이드선(27)과 전극(3B)사이의 전압 Vo(21), 즉 열기전력의 전압 크기에 대응하는 출력레벨로 근사적으로 변환되어 출력된다.

그리고, 이출력은 가동지침형의 미터로서 아날로그적으로 또한 A/D변환후에, 수자표시로서 디지탈적으로, 온도로변환되어 표시기(25)에 의하여 표시되도록 구성되어 있다.

또한, 상기 출력은 전원장치(4)로 피이드백(feed back)되어, 온도 제어용의 신호로서 사용된다.

발열판(1)의 도전성 박막(2)등이 형성되어 있지 않은면 쪽에는, 피처리기판 예를들면 포토레지스트 도포후의 반도체 웨이퍼(26)를 얹어놓아 가열처리가 가능하게 구성되어 있다.

또한, 상기 발열판(1)등은 기본대(도시않됨)에 붙여져서 고정되어 있고, 또한, 발열판(1)등에는, 반도체 웨이퍼(26)를 지지하여 상기 발열판(1)으로 부터 들어올리기 위한 핀(도시않됨)이 상하 운동이 가능한 구멍(도시않됨)을 관통하여 형성되어 있다.

또한, 반도체 웨이퍼(26)는 발열판(1)에 흡착이 가능하고, 반송기구(도시않됨)에 의하여 상기 발열판(1)에 붙이고 떼기가 가능하게도 구성되어있다.

다음에 동작을 설명한다.

우선, 반도체 웨이퍼(26)를 발열판(1)에 얹어 놓기전에, 미리 발열판(1)의 온도를 소망의 가열처리온도로 되도록, 전원장치(4)에 의하여 전극(3A),(3B)사이로 통전하여, 도전성 박막(2)에 전력을 공급하여 발열시켜 상기 발열판(1)을 가열한다.

그리고, 핀(도시않됨)을 발열판(1)의 윗면에서 돌출시켜, 반송기구(도시않됨)로 레지스트 도포후의 반도체 웨이퍼(26)를 반송하여 상기 핀(도시않됨)의 앞끝단부에 올려 놓는다.

다음에, 이 핀(도시않됨)을 하강시켜서 상기 반도체 웨이퍼(26)를 발열체(1)에 얹어놓아 흡착하여 보호지지하고, 발열판(1)으로 부터의 열전도에 의하여 반도체 웨이퍼(26)를 소정의 온도 예를들면 200℃ 정도로 가열한다.

여기에서, 가열온도의 제어에 대하여 설명한다.

우선,전원장치(4)의 도전성 박막(2)에로의 통전은, 예를들면 제 10 도의 ⒜ 에 나타낸 바와 같이 펄스적으로 행하여진다.

즉, 주기 T = 1s(초)로 설정하고, 각 주기의 초기로 부터 통전을개시하여 이 통전시간의 길고 짧음에 따라 도전성 박막(2)에로의 공급 전력의 대소를 제어한다.

도면의 경우, 통전시간은 T_AT_BT_C의 관계로 통전시간이 짧아지고 있으므로 공급전력은 감소하고 있다.

그리고, 상기 통전의 타이밍 신호를 타이밍 발생기(23)에 입력한다.

이 타이밍 발생기(23)에서는, 제 10 도의 ⒝ 에 나타낸 바와 같이 상기통전 타이밍 신호의 하강시를 기회로 하여 예를들면 시간폭 Tb = 10㎳ 정도의 지연신호를 발생시킨다.

다음에, 제 10 도의 ⒞ 에 나타낸 바와 같이 상기 지연신호의 하강시를 기회로하여 예를들면 시간폭 Ts= 수 ㎲ 정도의 샘플링신호를 발생시킨다.

이 신호를 샘플 호올더(22)에 입력한다.

또한, 상기 지연신호를 형성하는 것은,전원장치(4)의 통전이 휴지상태로 되어완전히 통전의 영향이 없게된 후에 열기전력의 전압을 샘플링하기 위함이다.

또한, 상기 통전시간(T_A… )은, 이 통전시간(T_A… )과 지연신호의 시간폭(Td)과 샘플링신호의 시간폭(Ts)과의 총합이 주기 T = 1s 이내이고, 또한 상기 열기전력의 전압에 영향을 미치지 않는 범위내에서 통전이 제어된다.

한편, 전원장치(4)에서 전극(3A),(3B)을 통하여 공급되는 전력에 의하여 도전성 박막(2)은 발열되고,이 도전성 박막(2)과 상기 전극(3A)및(3B)와의 각 접속점은 가열되고 있기 때문에, 상기 도전성 박막(2)과 상기 전극(3A)및(3B)사이에는, 열전효과에 의하여 열기전력이 발생한다.

이 열기전력을 전극(3B)과 온도측정용 리이드선(27)사이에서 검출하고,검출한 전압 Vo(21)를 고입력 임피이던스의 전압증폭기(28)에서 증폭하여 샘플호올더(22)에 입력한다.

이 샘플호올더(22)에서는, 상기 샘플링신호가 입력되었을 때의 상기 전압증폭기(28)의 출력전압치를 샘플링하고, 다음에 샘플링 신호가 입력될때까지 상기 출력전압치를 유지한다.

따라서, 이 샘플링 호올더(22)의 출력은 계단형상의 불연속적인 출력전압 파형을 나타낸다.

다음에, 상기 샘플 호올더(22)의 출력을 리니어 라이저(24)에 입력하여,계단형상의 불연속적인 출력전압을 열기전력에 의한 전압 Vo(21)에 대응상이하는 연속적인 아날로그량으로 변환하여 출력한다.

그리고, 이 출력전압을 가동지침형의 미터로서 아날로그적으로, 또한 A/D 변환하여 수자로서 디지탈적으로, 표시기(25)에 의하여 온도로 변환하여 표시한다.

상기 리니어라이저(24)의 출력전압치를 전원장치(4)로 피이드백하여, 설정온도에 대하여 상기 측정온도가 낮은 경우에는 도전성 박막(2)에로의 통전시간이 길어지도록 제어하여 온도를 상승시키고, 반대로 높은 경우에는 통전시간이 짧아지도록 제어하여 온도를 저하시킴으로써, 상기 도전성 박막(2)의 온도 를 설정온도로 자동조정한다.

상기의 설명에서 이해되는 바와 같이, 막형상의 발열재인 도전성 박막(2)자체를 온도측정용으로 이용하는 구성이기 때문에,온도측정 소자를 특별히 개별적으로 형성할 필요는 없고, 또한 정밀한 온도의 측정 제어가 가능하게 된다.

이와 같은 적층구조의 열처리장치는, 장치전체를 소형으로 할 수가 있다.

또한, 복수매의 반도체 웨이퍼의 열처리를 매우 효율좋게 행할 수가 있다.

또한, 본 발명의 열처리장치를 구성하는 도전성 박막의 재질은, 크롬이외에도, 니켈, 백금, 탄탈,텅스텐, 주석, 철,납,알루델, 베릴륨, 안티몬,인듐, 크로멜, 코발트, 스트론튬, 로듐, 파라듐, 마그네슘, 몰리브덴, 리튬, 루비듐 등의 금속단일체나 카아본 블랙, 그라파이트 등으로 대표되는 탄소계 재료의 단일체, 니크롬, 스테인레스, 스테인레스 스틸, 청동,황동 등의 합금, 폴리머 그라프트 카아본 등의 폴리머계 복합재료, 규화 몰리브덴 등의 복합 세라믹 재료와 같이, 도전성을 통전에 의하여 발열저항체로서의 기능을 발휘하여 열 발생원으로 될 수 있는 것이면 좋다.

이들 재료중에서 어느것을 선택하는 가는, 피처리체의 열처리 온도에 따라 적정하게 결정하면 좋다.

또한, 발열판에 도전성 박막을 피착하는 방법으로서는, 증착이외에도 피착되는 막의 재질에 따라 CVD(Chemical Vapor Deposition), 스패터, 이온 플레이팅 등의 막형성 수단을 적절히 채용할 수가 있다.

또한, 발열판의 재질로서는, 열전도성이 양호하고, 또한 전기 절연성이 우수한 것이면 좋다.

이와 같은것으로서, 예를들면 알루미나, 산화 지르코늄, 탄화규소, 질화 규소, 다이아몬드등으로 대표되는 세라믹,석영, 금홍석(金紅石)등의 금속 산화물,고알루미나 연와(煉瓦), 카아본 연와 등의 연와를 들을 수가 있다.

또한, 본 발명의 열처리장치에 의하여 열처리를 실시하는 피처리체로서는,레지스트막을 형성한 반도체 웨이퍼는 물론이고, 현상액 을 도포한 반도체 웨이퍼나, 에탄,에칭,CVD, 스피터링등의 처리를 실시할때의 반도체 웨이퍼등을 들을 수가 있다.

또한, 본 발명의 열처리장치는, LCD(Liquid Crystal Device)의 가열, 도장후의 도포막의 건조, 플라스틱 재료의 접착전의 표면 처리시의 가열,인쇄 저항기의 건조등의 가열에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 균일하게한 상태에서,레지스트막을 피착한 반도체 웨이퍼 등에 소정의 열처리 를 원활하고 또한 용이하게 실시할 수가 있다.

또한, 종래의 것보다도 아주 얇은 형의 열처리장치로 할 수가 있다.

이로인하여 발열판의 열용량을 적게할 수가 있다.

이로인하여, 다른 열처리온도의 설정을 신속하고 또한 양호한 응답성하에서 행할 수가 있다.

또한, 발열판의 소형·경량화에의하여 장치전체를 콤팩트하게 할 수가 있다.

또한, 도전성 박막을 사용함으로써, 발열판과 열발생원과를 일체화한 간단한 구조로 할 수가 있다.

이로인하여, 발열판과 열발생원과의 접합면의 전열저항을 대폭적으로 감소시킬 수가 있음과 동시에,열발생원의 단선등의 고장발생을 방지할 수가 있다.

그 결과, 열처리장치의 신뢰성을 향상시킬 수가 있다.

Claims (11)

1. 한쪽면에 피처리체를 얹어놓는면을 갖는 발열판(1),(1A)과, 이 발열판(1),(1A)의 다른면쪽에 형성된 막형상의 발열체와, 이 막형상의 발열체에 형성된 전극(3)과, 이 전극(3)에 소정의 전력을 공급하는 급전기구(9)와, 를 구비하는 열처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 막형상의 발열체가, 도전성 박막(2)으로 형성되어 있는것인 열처리장치.
3. 제 2 항에 있어서, 도전성 박막(2)의 재질은, 금속단일체, 탄소계 재료의 단일체, 합금, 폴리머계 복합재료, 복합 세라믹 재료 중의 어느것인가로 부터 이루어지는 도전성을 가짐과 동시에, 통전에 의하여 발열 저항체로서 기능할수 있는 것인 열처리 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 발열판(1),(1A)의 재질이, 알루미나, 산화지르코늄, 탄화규소, 질화규소, 다이아몬드 중에서 선택된 세라믹, 또는, 석영, 금홍석 중의 어느것인가의 금속 산화물, , 고알루미나연와, 카아본 연와중의 어느것인가의 연와로서 열전도성이 양호하고, 또한전기절연성이 우수한 것인 열처리장치.
5. 제 2 항에 있어서, 도전성 박막(2)은, 증착, CVD(Chemical Vapor Deposition), 스페터, 이온 플레이팅의 막형성 수단중의 어느것인가에 의하여 발열판(1),(1A)에 부착되어 있는 것인 열처리 장치.
6. 제 3 항에 있어서, 금속단일체는, 크롬, 니켈, 백금, 탄탈, 텅스텐, 주석, 철, 납, 알루멜, 베릴륨, 안티몬, 인듐, 크로멜, 코발트, 스트론튬, 로듐, 파라듐, 마그네슘, 몰리브덴, 리튬, 루비듐중의 어느것인가 하나이고, 탄소계 재료의 단일체는, 카아본 블랙, 그라파이트중의 어느것인가 하나이며, 합금은, 니크롬, 스테인레스, 스테인레스 스틸, 청동, 황동중의 어느것인가 하나이고, 폴리머계 복합재료는, 폴리머 그라파이트 카아본중의 어느것인가이며, 복합 세라믹 재료는, 규화 몰리브덴인것인 열처리장치.
7. 제 1 항에 있어서, 전극(3)은, 막형상의 발열체의 끝단부에도 형성되어 있으며, 이 전극(3)에 급전을 행하는 전원장치(4), 상기 막형상의 발열체에 측정단자를 접촉한 온도측정수단, 이 온도측정수단으로 부터의 출력신호에 의하여 상기 전원장치(4)에서 상기 전극(3) 으로 공급하는 급전량을 제어하는 신호를 상기 전원장치(4)로 공급하는 온도제어장치(7)에 의하여 급전기구(9)가 구성되어 있는 것인 열처리장치.
8. 제 1항에있어서, 발열판(1A)과 막형상의 발열체와의 사이에 세라믹 박막(1B)이 게재되어 있는 것인 열처리장치.
9. 한쪽면에 피처리체를 얹어놓는면을 갖는 발열판(1a),(1b),(1c)과, 이 발열판(1a),(1b),(1c)의 다른면쪽에 형성된 막형상의 발열체와, 이 막형상의 발열체에 형성된 전극(3a),(3b),(3c)과, 이 전극(3a),(3b),(3c)에 소정의 전력을 공급하는 급전기구(9)와로 이루어지는 열처리 유니트의 복수개를 소정의 간격으로서 다단으로 적층하여 이루어지는 것인 열처리 장치.
10. 제 1 항에 있어서, 피처리체가, 반도체 웨이퍼(8), LCD, 인쇄저항기 중의 어느것인 열처리 장치.
11. 제 1 항에 있어서, 막형상의 발열체의 온도검출은 열기전력을 측정함으로써 검출하는 것인 열처리 장치.