JPH07254545A - 半導体基板の熱処理方法及びそのための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体基板（半導体ウエハ）を加熱又は冷却
する場合において、高精度に温度の制御を行うことがで
きる半導体基板の熱処理方法及びそのための装置を提供
する。 【構成】 半導体基板を加熱または冷却する熱処理方法
において、半導体ウエハ１２を長尺状の半導体基板支持
ピン１３ａに載置する工程と、その半導体基板支持ピン
１３ａを昇降させて加熱または冷却プレート部に接近又
は離間させ、その半導体基板支持ピン１３ａの昇降速度
を調整することにより、半導体ウエハ１２の加熱または
冷却温度を制御可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板（半導体ウ
エハ）の熱処理方法及びそのための装置に係り、特に、
半導体製造における半導体ウエハの加熱・冷却方法及び
そのための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の製造に広く用いられ
ている装置として、レジスト塗布後の半導体ウエハの熱
処理装置がある。以下、一般的に用いられている半導体
ウエハの熱処理装置の概要について図２及び図３を用い
て説明する。

【０００３】図２は従来の半導体ウエハの熱処理装置の
加熱プレート部の概略構成図、図３は従来の半導体ウエ
ハの熱処理装置の加熱プレート、冷却プレート及び搬送
系から構成された半導体ウエハの熱処理システムの上方
からの概略投影図である。これらの図において、１は加
熱ヒータ、２は半導体ウエハ加熱プレート、３，１０は
半導体ウエハ支持ピン、４は半導体ウエハ支持ピンの上
下動作用シリンダ、５は保温カバー、６は不活性ガス導
入口、７は排気口、８は半導体ウエハ搬送系である。ま
た、９は冷却水等の媒体によって低温保持された半導体
ウエハ冷却プレートである。

【０００４】ここで、加熱ヒータ１に電流を流し、加熱
プレート２を加熱させることによって、所望の温度の加
熱プレートを得ることができ、この加熱プレート２に半
導体ウエハを接触させることによって、半導体ウエハを
所望の温度に加熱させることができる。また、加熱の場
合と同様に、半導体ウエハを半導体ウエハ冷却プレート
９に接触させることによって、半導体ウエハを冷却させ
ることができる。

【０００５】半導体ウエハを加熱してからその後冷却す
る場合の半導体ウエハの流れとしては、まず、半導体ウ
エハは半導体ウエハ搬送系８によって、加熱プレート２
における半導体ウエハの受け渡し場所である半導体ウエ
ハ支持ピン３上に置かれ、その後、その半導体ウエハ支
持ピン３が、半導体ウエハ支持ピンの上下動作用シリン
ダ４によって下降することによって、半導体ウエハが下
降し、加熱プレート２に接触することによって裏面から
加熱される。設定された所望の時間加熱された後、半導
体ウエハ支持ピン３が再び半導体ウエハ支持ピンの上下
動作用シリンダ４によって上昇することにより、半導体
ウエハは加熱プレート２から離され、加熱が終了するこ
とになる。

【０００６】その後、半導体ウエハは半導体ウエハ搬送
系８によって、その加熱プレート２外の半導体ウエハ冷
却プレート９に搬送され、その後、加熱の場合と同様
に、半導体ウエハは冷却プレート９に接触することによ
って冷却されることになる。この半導体ウエハ受け渡し
場所となる半導体ウエハ支持ピン３，１０は、熱処理プ
レート部及び冷却プレート部での半導体ウエハの出入り
の際に、半導体ウエハを加熱プレートあるいは冷却プレ
ートから１ｃｍ程上昇させる働きをしており、半導体ウ
エハ搬送系８による半導体ウエハの支持・搬出入が容易
になるようにしている。

【０００７】加熱プレート２及び冷却プレート９は、加
熱部及び冷却部の温度保持効率を上げるため、プレート
上に保温カバー５を有し、しかも、半導体ウエハ加熱プ
レート部及び冷却プレート部を不活性雰囲気化するた
め、不活性ガス導入口６から窒素等の不活性ガスを流入
させることによって、常時不活性ガスによって置換され
ており、流出ガスは排気口７から排出されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の半導体ウエハの加熱・冷却方法では、 （１）半導体ウエハを加熱しようとして、加熱部に半導
体ウエハが搬送された場合、半導体ウエハ支持ピン上に
半導体ウエハが支持されると同時に、加熱プレートから
の影響を受けて、半導体ウエハが加熱されてしまい、半
導体ウエハの加熱速度及び加熱時間を正確には制御でき
なくなってしまう。

【０００９】（２）半導体ウエハ支持ピンに置かれた半
導体ウエハは、シリンダの急激な下降動作に伴って、急
激に加熱プレートに接触されることになり、急激に加熱
プレートの設定温度により加熱されることになり、熱的
応力を急激に受けると共に、加熱に伴う発生ガス等によ
り、加熱部雰囲気は急激に悪化することになる。 （３）半導体ウエハ支持ピンは、加熱プレートを貫通し
て半導体ウエハを下から支持しようとしているため、そ
の半導体ウエハ支持ピン自体が高温になり易く、半導体
ウエハを支持しようとして、半導体ウエハと接触する際
に、半導体ウエハと半導体ウエハ支持ピンとの接触部
が、局所的に昇温・加熱されてしまうため、高精度な温
度制御が困難である。

【００１０】（４）半導体ウエハ面内の熱処理温度均一
性は、主に熱処理プレートの温度均一性によって決まる
ため、熱処理プレートの精度以上の熱処理精度は得られ
ない。 （５）実際に半導体ウエハが加熱されている温度を計測
することが困難であるため、高精度な半導体ウエハの熱
処理温度制御が困難である。

【００１１】（６）半導体ウエハの加熱後、半導体ウエ
ハの冷却を連続して行うような場合には、半導体ウエハ
搬送系によって、他の半導体ウエハ冷却プレート部へ半
導体ウエハを搬送し、冷却しなければならず、搬送過程
で加熱された半導体ウエハが搬送系を加熱してしまい、
半導体ウエハ搬送系自体さらには後続半導体ウエハに悪
影響を与える、更には、半導体ウエハが搬送されている
過程で、自然冷却されてしまうので、半導体ウエハの冷
却速度を正確には制御できない。

【００１２】等の問題がある。本発明は、上記問題点を
除去し、半導体基板（半導体ウエハ）を加熱又は冷却す
る場合において、高精度に温度の制御を行うことができ
る半導体基板の熱処理方法及びそのための装置を提供す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、半導体基板を加熱または冷却する熱処理
方法において、半導体基板を長尺状の半導体基板支持ピ
ンに載置する工程と、この半導体基板支持ピンを昇降さ
せて加熱または冷却プレート部に接近又は離間させ、前
記半導体基板支持ピンの昇降速度を調整することによ
り、前記半導体基板の加熱または冷却温度を制御可能に
するようにしたものである。

【００１４】また、半導体基板を加熱または冷却する熱
処理装置において、半導体基板を載置する長尺状の半導
体基板支持ピンと、この半導体基板支持ピンを昇降する
昇降装置と、この昇降装置を駆動する駆動モータと、こ
の駆動モータを制御する制御装置とを具備する。更に、
半導体基板を加熱または冷却する熱処理装置において、
半導体基板を載置する長尺状の半導体基板支持ピンと、
前記半導体基板を挟んで上下に配置される加熱プレート
と冷却プレートと、前記半導体基板支持ピンの昇降を行
う昇降装置と、この昇降装置を駆動する駆動モータと、
この駆動モータを制御する制御装置とを備え、半導体基
板の昇降により加熱と冷却を連続で行うようにしたもの
である。

【００１５】

【作用】本発明によれば、上記したように、 （１）長尺状の半導体ウエハ支持ピンを用い、半導体ウ
エハ搬送系との半導体ウエハ受け渡しの際の、半導体ウ
エハと加熱プレートあるいは冷却プレートとの間隔を、
加熱プレートあるいは冷却プレートからの放射伝熱及び
対流熱伝達の影響のない間隔となるようにし、半導体ウ
エハ支持ピンの昇降動作は昇降装置により行い、その昇
降装置の駆動は、駆動モータ（例えば、パルスモータ）
で行う。その駆動モータはモータ制御装置により精確に
制御し、半導体ウエハの昇降速度を任意に設定すること
ができる。ここで、半導体ウエハの熱処理装置とは、半
導体ウエハを加熱したり、冷却するための装置をさす。
つまり、熱処理とは、加熱のみではなく、冷却を含むも
のとして用いる。

【００１６】（２）半導体ウエハ支持ピンの昇降を駆動
モータにより行い、半導体ウエハの昇降速度を高精度に
調整できるようにしているため、半導体ウエハを加熱プ
レートあるいは冷却プレートに対して適切な間隔で保持
し、熱処理することが可能となり、少ない熱処理プレー
トで多岐にわたる熱処理を行うことができる。また、同
一の熱処理プレートを用いて、半導体ウエハ毎に異なる
温度での熱処理が可能となる。

【００１７】（３）半導体ウエハの搬送系との受け渡し
を、所望の温度に保持するようにした半導体ウエハ支持
ピンによって行い、この半導体ウエハ支持ピンを上昇さ
せることによって、対向した加熱プレートまたは冷却プ
レートと半導体ウエハを接近または接触させ、半導体ウ
エハを加熱・冷却するようにしているため、半導体ウエ
ハ支持ピンが局所的に加熱・冷却されることがなく、そ
の半導体ウエハ支持ピンの半導体ウエハへの接触に伴
う、半導体ウエハの局所的加熱・冷却を防ぐことができ
る。

【００１８】更には、加熱プレートまたは冷却プレート
を、半導体ウエハ表面に対向するように下向きに設置し
ているため、加熱プレートへの塵等の落下の悪影響を避
けることができ、半導体ウエハの加熱・冷却を清浄な雰
囲気下で行うことができる。 （４）半導体ウエハ支持ピンを熱処理プレートから分離
させて設け、半導体ウエハ支持ピンに回転装置（回転機
構）を取り付けるようにしたので、半導体ウエハを回転
させながら熱処理することが可能となり、大口径半導体
ウエハに対しても、熱処理プレートの面内温度均一性に
左右されることなく、半導体ウエハ面内で均一に熱処理
することが可能となる。

【００１９】（５）半導体ウエハ支持ピンの先端に、半
導体ウエハ温度計測用の熱電対を備えるようにしたの
で、半導体ウエハ支持ピンによる半導体ウエハ移動中及
び保持加熱中の半導体ウエハ温度の変化を、直に高精度
で計測することが可能となり、半導体ウエハの熱処理を
高精度に行うことが可能となる。 （６）２枚の熱処理プレートを対向させて設け、半導体
ウエハ支持ピンの上昇下降のみの移動によって、熱処理
プレート間の移動を行うようにしているため、半導体ウ
エハ加熱と半導体ウエハ冷却のような、異なる２種類の
熱処理を高精度に連続処理することができる。

【００２０】したがって、半導体ウエハ搬送系による半
導体ウエハの移動等による半導体ウエハの自然昇温また
は自然冷却がなくなり、半導体ウエハの昇温速度及び冷
却速度を高精度に制御することができ、半導体ウエハの
処理速度の向上及び信頼性の向上を図ることができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例を
示す半導体ウエハの熱処理装置の概略構成図である。図
１において、１１は半導体ウエハを加熱するための加熱
プレート、１２は半導体ウエハ（半導体基板）、１３は
加熱プレート１１を貫通して半導体ウエハ１２を持ち上
げる半導体ウエハ支持ピン１３ａを有する昇降装置、１
４はこの昇降装置の駆動モータ、１５は駆動モータ制御
装置、１６は保温カバー、１７は不活性ガス導入口、１
８は排気口である。

【００２２】ここで、半導体ウエハ支持ピン１３ａは長
尺のものを用い、昇降装置、例えば、ピニオン歯車（駆
動モータ側に固定）とラック（半導体ウエハ支持ピン側
に固定）による機構等により、駆動モータ１４の回転を
半導体ウエハ支持ピン１３ａの昇降移動に変換する。こ
こで、半導体ウエハ１２は、例えば、図３に示されるよ
うに、３本の半導体ウエハ支持ピンで支持するが、これ
に限定されるものではなく、それ以上の本数の半導体ウ
エハ支持ピンを用いてもよい。しかし、半導体ウエハに
与える影響（外乱、汚損）などを考えると、できるだけ
半導体ウエハ支持ピン数を低減することが望ましい。

【００２３】そこで、半導体ウエハ１２を加熱する場
合、半導体ウエハ１２を半導体ウエハ搬送系（図示な
し）によって、半導体ウエハ１２表面を上向きにして、
半導体ウエハ支持ピン１３ａの上に置き、この半導体ウ
エハ支持ピン１３ａを有する昇降装置１３を駆動する駆
動モータ１４を動作させ、昇降装置１３を操作して半導
体ウエハ支持ピン１３ａを下降させることにより、半導
体ウエハ１２を加熱プレート１１に近づけることによっ
て、半導体ウエハ１２を裏面から加熱させることができ
る。

【００２４】ここで、半導体ウエハ支持ピン１３ａが、
半導体ウエハ搬送系から半導体ウエハ１２を受け取る際
には、この半導体ウエハ支持ピン１３ａは、加熱プレー
ト１１からの半導体ウエハ１２への熱的な影響のないよ
うに、半導体ウエハ１２を加熱プレート１１から十分離
しておく必要があり、加熱プレート１１の設定温度等に
よっても、その離す間隔は左右されるが、２００℃程の
温度設定であれば、１０ｃｍ程の間隔で十分である。

【００２５】また、その半導体ウエハ支持ピン１３ａの
下降は、昇降装置１３の駆動モータ１４による駆動であ
り、所望の温度に設定保持されている加熱プレート１１
への半導体ウエハ１２の接近速度を、任意に高精度に設
定することができ、接近に伴う半導体ウエハ１２の加熱
速度を任意に設定することができる。例えば、レジスト
塗布後の室温の半導体ウエハ１２を、加熱プレート１１
との間隔が１０ｃｍの位置から下降させ、加熱プレート
１１の温度が２００℃で半導体ウエハ支持ピン１３ａの
下降速度を１ｃｍ／ｍｉｎ程度の一定速度とした場合、
半導体ウエハ１２の昇温速度は、加熱プレート１１から
の放射伝熱係数、対流による熱伝達係数及び半導体ウエ
ハ１２と加熱プレート１１との温度勾配等によって決ま
り、加熱プレート１１へ接近する程大きくなる。

【００２６】そして、下降開始後の９分後の加熱プレー
ト１１との間隔が１ｃｍの位置では、半導体ウエハ１２
は概ね８０℃程にまで加熱される。半導体ウエハ１２が
２００℃の加熱プレート１１へ一定の接近速度で接近す
る場合について説明したが、接近速度及び加熱プレート
１１の設定温度を任意に設定することにより、所望のウ
エハ加熱速度を得ることができる。

【００２７】本実施例では半導体ウエハを加熱する場合
について説明したが、冷却プレート（図示なし）を配置
し、この冷却プレートに半導体ウエハを接近させること
により、半導体ウエハを冷却する場合についても、同様
に適用できることは明白である。次に、本発明の第２の
実施例について説明する。

【００２８】図４は本発明の第２の実施例を示す半導体
ウエハの熱処理装置の概略構成図である。この図に示す
ように、２１は加熱プレート、２２は半導体ウエハ、２
３は加熱プレートを貫通して半導体ウエハ２２を持ち上
げる半導体ウエハ支持ピン２３ａを有する昇降装置、２
４はこの昇降装置２３の駆動モータ、２５は駆動モータ
２４の制御装置、２６は保温カバー、２７は不活性ガス
導入口、２８は排気口である。

【００２９】複数の半導体ウエハを同一の加熱プレート
２１で半導体ウエハ毎に異なる温度で熱処理する場合
は、半導体ウエハ２２を半導体ウエハ搬送系によって、
半導体ウエハ２２表面を上向きにして、半導体ウエハ支
持ピン２３ａ上に置き、昇降装置２３を駆動する駆動モ
ータ２４を動作させることにより、半導体ウエハ支持ピ
ン２３ａを下降させ、半導体ウエハ２２を図４のＡの位
置まで下降させることによって、位置Ａと加熱プレート
２１との間隔ａに応じた温度に、半導体ウエハ２２を裏
面から加熱させることができる。

【００３０】ここで、半導体ウエハ支持ピン２３ａの下
降は、昇降装置２３の駆動モータ２４による駆動によっ
て行われ、任意の位置Ａで半導体ウエハ２２を保持する
ことが可能であると共に、Ａの位置への半導体ウエハ２
２の接近速度を任意に高精度に設定することができ、接
近に伴う半導体ウエハ２２の加熱速度を任意に設定する
ことができる。

【００３１】その後、他の半導体ウエハ２２を異なる温
度で熱処理する場合は、位置Ａとは異なる位置Ｂで、そ
の位置Ｂと加熱プレート２１との間隔ｂに応じた温度に
半導体ウエハ２２を保持して熱処理することによって、
位置Ａで熱処理を行ったのとは異なる温度で熱処理する
ことができる。また、同一の半導体ウエハを異なる温度
で２段階に熱処理する場合は、１段階目の熱処理を行う
際の半導体ウエハ２２と加熱プレート２１との間隔は、
１段階目の所望熱処理温度によって決まるが、まず所望
の位置Ａで所望の時間保持熱処理し、その後、半導体ウ
エハ支持ピン２３ａによって、さらに半導体ウエハ２２
を移動させ、所望の位置Ｂで保持して熱処理することに
より、位置Ａで行った熱処理温度とは異なる温度で熱処
理させることができる。

【００３２】このように、本発明の方法の適用によっ
て、少ない加熱プレートで種々の多岐な半導体ウエハの
熱処理シーケンスを実施することができる。また、本実
施例では半導体ウエハを加熱する場合について説明した
が、冷却する場合についても、同様に適用できることは
明白である。次に、本発明の第３の実施例について説明
する。

【００３３】図５は本発明の第３の実施例を示す半導体
ウエハの熱処理装置の概略構成図である。この図に示す
ように、３１は半導体ウエハ、３２は半導体ウエハ３１
を持ち上げる半導体ウエハ支持ピン３２ａを有する昇降
装置、３３は半導体ウエハ支持ピン３２ａに対向して下
向きに設置された加熱プレート、３４は昇降装置３２を
駆動する駆動モータ、３５は駆動モータ制御装置、３６
は保温カバー、３７は不活性ガス導入口、３８は排気口
である。更に、３９は半導体ウエハ支持ピン温度調整装
置であり、その半導体ウエハ支持ピン３２ａを、所望の
温度に保持することができる。例えば、空調装置によ
り、半導体ウエハ支持ピン３２ａを所望の温度に保持す
る。

【００３４】そこで、半導体ウエハ３１を加熱する場
合、半導体ウエハ３１は駆動モータ制御装置３５によっ
て、この半導体ウエハ３１の表面を上向きにして、半導
体ウエハ支持ピン３２ａ上に置かれ、その後、駆動モー
タ制御装置３５によって制御された駆動モータ３４の駆
動により、昇降装置は駆動されて、半導体ウエハ支持ピ
ン３２ａの上昇によって、半導体ウエハ３１は上昇し、
この上昇に伴い加熱プレート３３に接近することによっ
て、表面から加熱されることになる。

【００３５】ここで、半導体ウエハ支持ピン３２ａの上
昇動作は、駆動モータ３４による駆動であり、所望の温
度に設定保持されている加熱プレート３３への半導体ウ
エハ３１の接近速度を任意に設定することができ、接近
に伴う半導体ウエハ３１の加熱速度を任意に設定するこ
とができる。例えば、レジスト塗布後の室温の半導体ウ
エハ３１を、加熱プレート３３との間隔が１０ｃｍの位
置から上昇させ、加熱プレート３３の温度が２００℃で
半導体ウエハ支持ピン３２ａの上昇速度を１ｃｍ／ｍｉ
ｎ程度の一定速度とした場合、半導体ウエハ３１の昇温
速度は、加熱プレート３３からの放射伝熱係数、対流に
よる熱伝達係数及び半導体ウエハ３１と加熱プレート３
３との温度勾配等によって決まり、加熱プレート３３へ
接近する程大きくなるが、９分後の加熱プレート３３と
の間隔が１ｃｍの位置では、半導体ウエハ３１は概ね８
０℃程にまで加熱され、例えば、塗布されたレジストの
溶剤の除去を行う。

【００３６】半導体ウエハ３１が２００℃の加熱プレー
ト３３へ一定の接近速度で接近する場合について説明し
たが、接近速度及び加熱プレート３３の設定温度を任意
に設定することにより、所望の半導体ウエハ加熱速度を
得ることができる。速度を任意に設定することにより、
所望の半導体ウエハ加熱速度を得ることができ、加熱に
伴う熱応力や雰囲気の悪化を最小限度に抑えることがで
きる。半導体ウエハ支持ピン３２ａは加熱プレート３３
からの熱的影響を受けないように、加熱プレート３３か
ら離れて独立して設けられており、半導体ウエハ支持ピ
ン温度調整装置３９により、所望の温度に保たれてい
る。そのため、半導体ウエハ３１が加熱された半導体ウ
エハ支持ピン３２ａに接触するようなことがなく、半導
体ウエハ３１の局所的昇温を防ぐことができる。

【００３７】このように、半導体ウエハ３１の搬送系と
の受け渡しを、所望の温度に保持するようにした半導体
ウエハ支持ピン３２ａによって行い、この半導体ウエハ
支持ピン３２ａを上昇させることによって、対向した加
熱プレート３３または冷却プレートと半導体ウエハ３１
を接近または接触させ、半導体ウエハ３１を加熱・冷却
するようにしているため、半導体ウエハ支持ピン３２ａ
が、局所的に加熱・冷却されることがなく、その半導体
ウエハ支持ピン３２ａの半導体ウエハ３１への接触に伴
う、半導体ウエハ３１の局所的加熱・冷却を防ぐことが
できる。

【００３８】更に、加熱プレート３３が下向きに半導体
ウエハ支持ピン３２ａに対向して設けられているため、
半導体ウエハ搬送系等により加熱プレート３３が汚染さ
れるのを防ぐことができ、清浄な雰囲気下で加熱処理を
施すことができる。本実施例では半導体ウエハを加熱す
る場合について説明したが、冷却する場合についても同
様に適用できることは明白である。

【００３９】次に、本発明の第４の実施例について説明
する。図６は本発明の第４の実施例を示す半導体ウエハ
の熱処理装置の概略構成図である。図６に示すように、
４１は半導体ウエハ、４２は半導体ウエハを持ち上げる
半導体ウエハ支持ピン４２ａを有する昇降装置、４３は
半導体ウエハ支持ピン４２ａに対向して下向きに設置さ
れた加熱プレート、４４は昇降装置４２の駆動モータ、
４５は駆動モータ制御装置、４６は保温カバー、４７は
不活性ガス導入口、４８は排気口である。

【００４０】この実施例では、更に、半導体ウエハ支持
ピン４２ａの回転装置（回転機構）４９が設けられてお
り、半導体ウエハ支持ピン４２ａを、半導体ウエハ４１
の中心点を中心にして回転できるように構成されてい
る。すなわち、半導体ウエハ支持ピン４２ａを昇降させ
る場合には、駆動モータ４４の駆動により、クラッチ４
４ａを連結して昇降装置４２が駆動される。この場合に
は、クラッチ４４ｂは開放しておく。

【００４１】一方、半導体ウエハ支持ピン４２ａの回転
時には、クラッチ４４ａを開放して、駆動モータ４４の
駆動により、クラッチ４４ｂを連結して、回転装置（回
転機構）４９を駆動する。この回転装置（回転機構）４
９としては、例えば、ウォーム歯車やプーリにより、半
導体ウエハ支持ピン４２ａの共通軸を回転させる機構を
用いることができる。

【００４２】したがって、回転装置（回転機構）４９の
駆動により、半導体ウエハ支持ピン４２ａが回転し、半
導体ウエハ４１を所望の回転数に回転させることができ
る。半導体ウエハ４１を加熱する場合、半導体ウエハ４
１は半導体ウエハ搬送系（図示なし）によって、半導体
ウエハ４１の表面を上向きにして半導体ウエハ支持ピン
４２ａの上に置かれ、その後、駆動モータ制御装置４５
によって制御される駆動モータ４４の駆動により、昇降
装置４２の半導体ウエハ支持ピン４２ａは上昇し、これ
に伴い半導体ウエハ４１も上昇し、半導体ウエハ４１は
加熱プレート４３に接近することによって、表面から加
熱されることになる。

【００４３】ここで、半導体ウエハ支持ピン４２ａの上
昇動作は、モータ駆動であり、所望の温度に設定保持さ
れている加熱プレート４３への半導体ウエハ４１の接近
速度を任意に設定することができ、接近に伴う半導体ウ
エハ４１の加熱速度を任意に設定することができる。例
えば、レジスト塗布後の室温の半導体ウエハ４１を、加
熱プレート４３との間隔が１０ｃｍの位置から上昇さ
せ、加熱プレート４３の温度が２００℃で半導体ウエハ
支持ピン４２ａの上昇速度を１ｃｍ／ｍｉｎ程度の一定
速度とした場合、半導体ウエハ４１の昇温速度は、加熱
プレート４３からの放射伝熱係数、対流による熱伝達係
数及び半導体ウエハ４１と加熱プレート４３との温度勾
配等によって決まり、加熱プレート４３へ接近する程大
きくなるが、９分後の加熱プレート４３との間隔が１ｃ
ｍの位置では、半導体ウエハは概ね８０℃程にまで加熱
される。

【００４４】ここでは、半導体ウエハ４１が２００℃の
加熱プレート４３へ一定の接近速度で接近する場合につ
いて説明したが、接近速度及び加熱プレート４３の設定
温度を任意に設定することにより、所望の半導体ウエハ
４１の加熱速度を得ることができる。ここで半導体ウエ
ハ支持ピン４２ａが上昇し、半導体ウエハ４１が加熱プ
レート４３へ接近している間、あるいは所望の位置で半
導体ウエハ４１を保持している間、半導体ウエハ４１は
回転装置４９によって自転回転させられる。回転速度
は、熱処理条件及び加熱プレート４３の面内温度均一性
等によって決まるが、２０〜３０ｒｐｍ程度で十分であ
り、回転をしながら熱処理されることによって、半導体
ウエハ４１は加熱プレート４３の面内温度均一性の悪影
響を受けず、半導体ウエハ４１の面内で均一に熱処理さ
れることになる。半導体ウエハ４１の大口径化に伴っ
て、高精度な大型加熱プレートの製造が困難となってき
ているが、本発明により、大口径ウエハに対しても高精
度な熱処理を施すことが可能となる。

【００４５】このように、半導体ウエハ支持ピンを熱処
理プレートから分離させて設け、半導体ウエハ支持ピン
に回転装置（回転機構）を取り付けるようにしたので、
半導体ウエハを回転させながら熱処理することが可能と
なり、大口径半導体ウエハに対しても、熱処理プレート
の面内温度均一性に左右されることなく、半導体ウエハ
面内で均一に熱処理することが可能となる。

【００４６】なお、この実施例では、半導体ウエハを加
熱する場合について説明したが、冷却する場合について
も同様に適用できることは明白である。次に、本発明の
第５の実施例について説明する。図７は本発明の第５の
実施例を示す半導体ウエハの熱処理装置の概略構成図で
ある。

【００４７】図７に示すように、５１は半導体ウエハ、
５２は半導体ウエハを持ち上げる半導体ウエハ支持ピン
５２ａを有する昇降装置、５３は半導体ウエハ支持ピン
に対向して下向きに設置された加熱プレート、５４は昇
降装置５２の駆動モータ、５５は駆動モータ制御装置、
５６は保温カバー、５７は不活性ガス導入口、５８は排
気口、５９は熱電対であり、この熱電対５９は半導体ウ
エハ５１の温度を計測することができる。

【００４８】そこで、半導体ウエハ５１を加熱する場
合、半導体ウエハ５１は半導体ウエハ搬送系（図示な
し）によって、半導体ウエハ５１の表面を上向きにし
て、半導体ウエハ支持ピン５２ａ上に置かれ、その後、
駆動モータ制御装置５５によって制御された駆動モータ
５４により駆動される昇降装置５２の半導体ウエハ支持
ピン５２ａによって上昇させられ、半導体ウエハ５１は
この上昇に伴い加熱プレート５３に接近することによっ
て、表面から加熱されることになる。ここで、半導体ウ
エハ支持ピン５２ａの上昇動作はモータ駆動であり、所
望の温度に設定保持されている加熱プレート５３への半
導体ウエハ５１の接近速度を任意に設定することがで
き、接近に伴う半導体ウエハ５１の加熱速度を任意に設
定することができる。

【００４９】例えば、レジスト塗布後の室温の半導体ウ
エハ５１を加熱プレート５３との間隔が１０ｃｍの位置
から上昇させ、加熱プレート５３の温度が２００℃で半
導体ウエハ支持ピン５２ａの上昇速度を１ｃｍ／ｍｉｎ
程度の一定速度とした場合、半導体ウエハ５１の昇温速
度は、加熱プレート５３からの放射伝熱係数、対流によ
る熱伝達係数及び半導体ウエハ５１と加熱プレート５３
との温度勾配等によって決まり、加熱プレート５３へ接
近する程大きくなるが、９分後の加熱プレート５３との
間隔が１ｃｍの位置では、半導体ウエハ５１は概ね８０
℃程にまで加熱される。

【００５０】ここでは、半導体ウエハ５１が２００℃の
加熱プレート５３へ一定の接近速度で接近する場合につ
いて説明したが、接近速度及び加熱プレート５３の設定
温度を任意に設定することにより、所望の半導体ウエハ
加熱速度を得ることができる。ここで、半導体ウエハ５
１が、半導体ウエハ支持ピン５２ａによって支持されて
いる間、つまり、半導体ウエハ支持ピン５２ａが上昇
し、半導体ウエハ５１が加熱プレート５３へ接近してい
る間、あるいは所望の位置で半導体ウエハ５１を保持し
ている間、この半導体ウエハ支持ピン５２ａの先端に取
り付けられた熱電対５９が、半導体ウエハ５１の裏面に
接触することになり、半導体ウエハ５１の温度変化を裏
面から計測できることになる。半導体ウエハ支持ピン５
２ａ先端に取り付ける熱電対５９としては、安価で感度
のよい銅コンスタンタン熱電対が好適であり、半導体ウ
エハ５１が熱処理される際に、半導体ウエハ５１の温度
を直に計測できるため、高精度な熱処理が可能となる。
また、半導体ウエハ支持ピン５２ａを複数設け、その全
てに熱電対５９を設け、半導体ウエハ５１の面内温度分
布を計測することにより、半導体ウエハ５１の熱処理の
際の熱処理面内均一性をモニタすることも可能となる。

【００５１】このように、半導体ウエハ支持ピンの先端
に、半導体ウエハ温度計測用の熱電対を備えるようにし
たので、半導体ウエハ支持ピンによる半導体ウエハ移動
中及び保持加熱中の半導体ウエハ温度の変化を、直に高
精度で計測することが可能となり、半導体ウエハ熱処理
を高精度に行うことが可能となる。なお、この実施例で
は半導体ウエハを加熱する場合について説明したが、冷
却する場合についても同様に適用できることは明白であ
る。

【００５２】次に、本発明の第６の実施例について説明
する。図８は本発明の第６の実施例を示す半導体ウエハ
の熱処理装置の概略構成図である。図８に示すように、
６１は半導体ウエハを加熱する加熱プレート、６２は半
導体ウエハ、６３は加熱プレート６１を貫通して半導体
ウエハ６２を持ち上げるウエハ支持ピン６３ａを有する
昇降装置、６４はこの昇降装置６３の駆動モータ、６５
はこの駆動モータ制御装置、６６は加熱プレート６１に
対向して設置された冷却プレート、６７は保温カバー、
６８は不活性ガス導入口、６９は排気口である。

【００５３】そこで、半導体ウエハ６２を加熱してから
連続して冷却する場合、半導体ウエハ６２は半導体ウエ
ハ搬送系（図示なし）によって、半導体ウエハ支持ピン
６３ａの上に置き、半導体ウエハ支持ピン６３ａを有す
る昇降装置６３を駆動する駆動モータ６４を動作させる
ことにより、半導体ウエハ支持ピン６３ａを下降させる
ことにより半導体ウエハ６２を下降させ、半導体ウエハ
６２を加熱プレート６１に近づけることによって、半導
体ウエハ６２を裏面から加熱させることができる。

【００５４】ここで、半導体ウエハ支持ピン６３ａの下
降はモータ駆動であり、所望の温度に設定保持されてい
る加熱プレート６１への半導体ウエハ６２の接近速度を
任意に設定することができ、接近に伴う半導体ウエハ６
２の加熱速度を任意に設定することができる。加熱プレ
ート６１での加熱終了後、半導体ウエハ支持ピン６３ａ
は所望の速度で上昇し、半導体ウエハ６２は加熱プレー
ト６１から離れ、加熱が終了することになる。

【００５５】その後、半導体ウエハ支持ピン６３ａは、
そのまま半導体ウエハ６２を持ち上げることによって、
冷却プレート６６へ半導体ウエハ６２を所望の速度で接
近させることによって、半導体ウエハ６２を表面から所
望の速度で冷却させることができる。冷却プレート６６
で所望の時間冷却後、半導体ウエハ支持ピン６３ａは、
加熱プレート６１と冷却プレート６６の中間位置である
半導体ウエハ搬出入位置に半導体ウエハ６２を移動さ
せ、その後、半導体ウエハ搬送系が半導体ウエハ６２を
搬出する。加熱プレート６１と冷却プレート６６が対向
して設置されているため、半導体ウエハ搬送系を介する
ことなく、加熱と冷却の連続処理を高精度で行うことが
できる。

【００５６】例えば、半導体ウエハ６２表面にレジスト
を塗布する前に、上記した加熱プレート６１により、半
導体ウエハ６２を２００〜２５０℃で数分加熱して、半
導体ウエハ６２の表面の水分等を除去する。その後、半
導体ウエハ６２を、冷却プレート６６により、常温まで
冷却して、レジストの塗布を行う場合等に用いることが
できる。

【００５７】このように、加熱プレートと冷却プレート
との２枚の熱処理プレートを対向させて設け、半導体ウ
エハ支持ピンの上昇下降のみの移動によって熱処理プレ
ート間の移動を行うようにしているため、半導体ウエハ
加熱と半導体ウエハ冷却のような異なる２種類の熱処理
を高精度に連続処理することができる。したがって、半
導体ウエハ搬送系による半導体ウエハの移動等による半
導体ウエハの自然昇温または自然冷却がなくなり、半導
体ウエハの昇温速度及び冷却速度を高精度に制御するこ
とができ、半導体ウエハの処理速度の向上及び信頼性の
向上を図ることができる。

【００５８】なお、この実施例では、加熱プレートと冷
却プレートが対向する場合について説明したが、加熱プ
レート同士が対向する場合、及び冷却プレート同士が対
向するような場合についても、同様に適用できることは
明白である。なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００５９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。半導
体ウエハ支持ピンを長くして、かつその半導体ウエハ支
持ピンの昇降を駆動モータにより、高精度に制御できる
ようにしたので、半導体ウエハを加熱プレートまたは冷
却プレートに、接近または離間させて加熱・冷却する際
に、加熱プレートまたは冷却プレートに、所望の任意な
昇降速度で接近または離間させることが可能となり、所
望の任意な加熱・冷却速度で半導体ウエハを加熱・冷却
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す半導体ウエハの熱
処理装置の概略構成図である。

【図２】従来の半導体ウエハの熱処理装置の加熱プレー
ト部の概略構成図である。

【図３】従来の半導体ウエハの熱処理装置の加熱プレー
ト、冷却プレート及び搬送系から構成された半導体ウエ
ハの熱処理システムの上方からの概略投影図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す半導体ウエハの熱
処理装置の概略構成図である。

【図５】本発明の第３の実施例を示す半導体ウエハの熱
処理装置の概略構成図である。

【図６】本発明の第４の実施例を示す半導体ウエハの熱
処理装置の概略構成図である。

【図７】本発明の第５の実施例を示す半導体ウエハの熱
処理装置の概略構成図である。

【図８】本発明の第６の実施例を示す半導体ウエハの熱
処理装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１１，２１，３３，４３，５３，６１ 加熱プレート １２，２２，３１，４１，５１，６２ 半導体ウエハ
（半導体基板） １３，２３，３２，４２，５２，６３ 昇降装置 １３ａ，２３ａ，３２ａ，４２ａ，５２ａ，６３ａ
半導体ウエハ支持ピン １４，２４，３４，４４，５４，６４ 駆動モータ １５，２５，３５，４５，５５，６５ 駆動モータ制
御装置 １６，２６，３６，４６，５６，６７ 保温カバー １７，２７，３７，４７，５７，６８ 不活性ガス導
入口 １８，２８，３８，４８，５８，６９ 排気口 ３９ 半導体ウエハ支持ピン温度調整装置 ４４ａ，４４ｂ クラッチ ４９ 回転装置 ５９ 熱電対 ６６ 冷却プレート

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板を加熱または冷却する熱処理
   方法において、（ａ）半導体基板を長尺状の半導体基板
   支持ピンに載置する工程と、（ｂ）前記半導体基板支持
   ピンを昇降させて加熱または冷却プレート部に接近又は
   離間させ、前記半導体基板支持ピンの昇降速度を調整す
   ることにより、前記半導体基板の加熱または冷却温度を
   制御可能にすることを特徴とする半導体基板の熱処理方
   法。
2. 【請求項２】 前記加熱または冷却プレート部に上下駆
   動制御可能な前記半導体基板支持ピンを設け、該半導体
   基板支持ピンを上下に移動させることにより半導体基板
   を所望の異なる位置で保持させることによって、前記半
   導体基板を所望の異なる温度で加熱または冷却させるこ
   とを特徴とする請求項１記載の半導体基板の熱処理方
   法。
3. 【請求項３】 前記半導体基板支持ピンの温度を調整す
   ることを特徴とする請求項１記載の半導体基板の熱処理
   方法。
4. 【請求項４】 前記半導体基板支持ピンを前記半導体基
   板の中心点を中心にして回転可能にしたことを特徴とす
   る請求項１記載の半導体基板の熱処理方法。
5. 【請求項５】 前記半導体基板支持ピンの先端に熱電対
   を設けることにより、前記半導体基板支持ピンの移動中
   及び前記加熱または冷却プレートでの熱処理中に半導体
   基板の温度計測を可能にしたことを特徴とする請求項１
   記載の半導体基板の熱処理方法。
6. 【請求項６】 前記加熱プレートと冷却プレートとを対
   向して配置し、該両プレート間に前記半導体基板支持ピ
   ンを設け、該半導体基板支持ピンを上下に移動させるこ
   とにより半導体基板の加熱と冷却を連続で行うようにし
   たことを特徴とする半導体基板の熱処理方法。
7. 【請求項７】 半導体基板を加熱または冷却する熱処理
   装置において、（ａ）半導体基板を載置する長尺状の半
   導体基板支持ピンと、（ｂ）該半導体基板支持ピンを昇
   降する昇降装置と、（ｃ）該昇降装置を駆動する駆動モ
   ータと、（ｄ）該駆動モータを制御する制御装置とを具
   備することを特徴とする半導体基板の熱処理装置。
8. 【請求項８】 前記半導体基板支持ピンの温度を調整す
   る温度調整装置を具備する請求項７記載の半導体基板の
   熱処理装置。
9. 【請求項９】 前記半導体基板支持ピンを前記半導体基
   板の中心点を中心にして回転させる回転装置を具備する
   請求項７記載の半導体基板の熱処理装置。
10. 【請求項１０】 前記半導体基板支持ピンの先端に熱電
    対を具備する請求項７記載の半導体基板の熱処理装置。
11. 【請求項１１】 半導体基板を加熱または冷却する熱処
    理装置において、（ａ）半導体基板を載置する長尺状の
    半導体基板支持ピンと、（ｂ）該半導体基板を挟んで上
    下に配置される加熱プレートと冷却プレートと、（ｃ）
    前記半導体基板支持ピンの昇降を行う昇降装置と、
    （ｄ）該昇降装置を駆動する駆動モータと、（ｅ）該駆
    動モータを制御する制御装置とを備え、（ｆ）前記半導
    体基板の昇降により加熱と冷却を連続で行うことを特徴
    とする半導体基板の熱処理装置。