JP2002006125A

JP2002006125A - 反射板

Info

Publication number: JP2002006125A
Application number: JP2000190703A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Nagata; 智浩永田; Eiichi Sotodani; 栄一外谷; Tomio Kin; 富雄金; Norihiko Saito; 紀彦斎藤; Jun Seko; 瀬古　　順; Hideyuki Yokoyama; 秀幸横山; Takanori Saito; 孝規斎藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2002-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】種々の熱処理装置において、熱効率を向上せし
める光反射特性に優れ、安価で耐久性がある反射板を提
供する。【解決手段】少なくとも一面２ａを中心線平均粗さＲａ
が０．０５μｍ以下とした板状の石英ガラス基材２と、
この面２ａに形成されたＴｉＮ膜３と、このＴｉＮ膜３
を覆い、前記石英ガラス基材２に一体に張り合わされ、
両面を中心線平均粗さＲａが０．０５μｍ以下とした板
状石英ガラス被覆体４とを有する反射板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は種々の熱処理装置に
おいて熱効率を高めるために用いられる反射板に係わ
り、特に半導体ウェーハの熱処理装置等に適する反射板
に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、大口径の半導体ウェーハの熱処
理には、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤなどの気相成長装置が用い
られている。

【０００３】図６に示すように、従来、一般に用いられ
る気相成長装置４１は、回転軸４２に取り付けられ、ベ
ルジャ４３内に回転自在に配置された支持円盤４４を有
し、この支持円盤４４の上面には、半導体ウェーハＷ_０
が装填される開口部４５が形成された保持板４６が設け
られており、半導体ウェーハＷ_０は高速で回転できるよ
うになっている（特開平９―６３９７３号公報）。

【０００４】さらに、半導体ウェーハＷ_０に対向する下
方には、半導体ウェーハＷ_０を加熱するヒータ４７と、
このヒータ４７の下方には、ヒータ４７により半導体ウ
ェーハＷ_０を効率的に加熱するための反射板４８と、こ
の反射板４８を支持するヒータ支持板４９が固定的に設
けられている。

【０００５】従って、ヒータ４７に給電し、加熱を行う
と共に、中空回転軸４２を回転させ、ウェーハ保持板４
６および半導体ウェーハＷ_０を回転させる。半導体ウェ
ーハＷ_０とウェーハ保持板４６はヒータ４７によって加
熱される。ウェーハ保持板４６は、ウェーハＷ_０を支持
すると共に、ヒータ４７によって加熱され、ウェーハＷ
_０の外周を加熱してこの外周の温度低下を抑え、ウェー
ハＷ_０の中心から外周までの全域にわたり、均一な温度
分布とする役目を有している。ウェーハＷ_０を所定の
気相成長温度に加熱したところで、反応ガスを図５にお
いて上方から半導体ウェーハＷ_０に向けて流下させ、半
導体ウェーハＷ_０の表面に気相成長膜が形成される。

【０００６】この気相成長膜形成工程において、ヒータ
４７の下方に設けられた反射板４８によりヒータ４７か
らの光（熱）を半導体ウェーハＷ_０に反射させて熱効率
を上げているが、反射板４８は、ガラス状カーボン製で
あるため、反射特性（反射率）がやや劣り、十分に熱効
率を上げることができず、また、反射特性を向上させる
ために基材に金薄膜を形成したものがあるが、高価であ
り、さらに、被覆体を設けず用いられているため、使用
時あるいは取扱い時に金薄膜を破損するおそれがあっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、種々の熱処理
装置において、熱効率を向上せしめる光反射特性に優
れ、安価で耐久性がある反射板が要望されていた。

【０００８】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、種々の熱処理装置において、熱効率を向上せし
める光反射特性に優れ、安価で耐久性がある反射板を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本願請求項１の発明は、少なくとも一面を中
心線平均粗さＲａが０．０５μｍ以下とした板状の石英
ガラス基材と、この面に形成されたＴｉＮ膜と、このＴ
ｉＮ膜を覆い、前記石英ガラス基材に一体に張り合わさ
れ、両面を中心線平均粗さＲａが０．０５μｍ以下とし
た板状石英ガラス被覆体とを有することを特徴とする反
射板であることを要旨としている。

【００１０】本願請求項２の発明では、上記ＴｉＮ膜
は、化学蒸着法により石英ガラス基材上に形成されたこ
とを特徴とする請求項１に記載の反射板であることを要
旨としている。

【００１１】本願請求項３の発明では、上記石英ガラス
被覆体は、石英ガラスの気密的融着により、石英ガラス
基材に張り合わされていることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の反射板であることを要旨としている。

【００１２】本願請求項４の発明では、上記ＴｉＮ膜の
石英ガラス基材への蒸着面と反対の面が熱処理装置のヒ
ータに対面する反射面とすることを特徴とする請求項１
ないし３のいずれか１項に記載の反射板であることを要
旨としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる反射板に実
施の形態について添付図面を参照して説明する。

【００１４】図１に示すように、本発明に係わる反射板
１は、石英ガラス基材２と、この石英ガラス基材２の一
面２ａに形成されたＴｉＮ膜３と、このＴｉＮ膜３を覆
い、石英ガラス基材２と同一外径を有する石英ガラス被
覆体４とを有している。

【００１５】図２（ａ）に示すように、石英ガラス基材
２は、板状、例えば、円板形状をなし、一面２ａにはＴ
ｉＮ膜３が収納されて形成されるような極めて浅い円板
形状の凹部２ａ_１が形成され、凹部２ａ_１の外周にはリ
ング形状の肉厚部２ａ_２が形成されている。石英ガラス
基材２の一面２ａは、例えば、鏡面研磨、あるいは艶出
し処理され、その表面の中心線平均粗さＲａ（ＪＩＳＢ
０６１−１９７６）が０．０５μｍ以下にされており、
この一面２ａに蒸着されるＴｉＮ膜３が平坦に保たれる
ようになっている。

【００１６】図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すよう
に、ＴｉＮ膜３は、ＣＶＤ炉９を用い、炉内温度４００
℃の窒素雰囲気中にＴｉ粉末を供給し、肉厚部２ａ_２を
治具１０で覆った石英ガラス基材２の凹部２ａ_１に厚さ
約０．７μｍ蒸着させて形成される。

【００１７】図２（ｄ）に示すように、治具１０を取り
外し、しかる後、板状、例えば、円板形状で石英ガラス
基材２と同一外径をなす石英ガラス被覆体４でＴｉＮ膜
３を覆い、かつ、石英ガラス被覆体４の外周部４ａ_１が
石英ガラス基材２の肉厚部２ａ_２に気密的に融着される
ようにして、石英ガラス基材２と石英ガラス被覆体４と
を一体に張り合わせる。

【００１８】この融着は、８００℃に加熱され、一部溶
融した石英ガラス基材２に石英ガラス被覆体４を当接さ
せ、石英ガラス被覆体４はＴｉＮ膜３を変形させない程
度に全面にわたり均一に押圧して行なわれている。石英
ガラス被覆体４の内表面４ａ、外表面４ｂ光透過率を高
く維持するため鏡面研磨あるいは艶出し処理されてい
る。この内表面４ａ、外表面４ｂおよびＴｉＮ膜３が蒸
着される石英ガラス基材２の一面２ａはＣｅＯにより研
磨され、中心線平均粗さＲａは０．０５μｍ以下であ
る。なお、鏡面研磨の方法としては、微粒の酸化セリウ
ムを研磨剤としたパッド研磨が有効であり、また艶出し
処理としては、酸水素バーナーを用い１７００℃〜１８
００℃で加熱処理するのが有効である。

【００１９】なお、ＴｉＮは、５００℃以上では酸化し
てＴｉＯ_２となるため、酸素の存在下では、５００℃以
下で使用する必要があるが、気密的に融着して、酸素を
遮断すれば５００℃以上でも使用が可能となる。

【００２０】上記構造を有し製造される反射板１におい
て、図３に示すように、石英ガラス基材２の凹部２ａ_１
とＴｉＮ膜３の蒸着面１ａは、蒸着時、ＴｉＮが急激に
冷却され結晶化して形成されるため、結晶化が開始され
る境界面となり、ミクロ的に見ると、激しい凹凸が存在
する面荒れ状態になっており、この蒸着面１ａで光の吸
収と乱反射が発生し、高効率で光を反射することができ
ない。

【００２１】これに対して、ＴｉＮ膜３の蒸着面１ａと
反対面の反射面（開放面）１ｂはミクロ的に見ても、凹
凸が存在せず平坦であり、面荒れ状態が存在せず、Ｔｉ
Ｎ膜３に当接する石英ガラス被覆体４も平坦であるの
で、反射面１ｂで光の吸収と乱反射が発生せず、高効率
で光を反射することができ、結果、熱処理装置の熱効率
を向上せしめることができる。

【００２２】なお、石英ガラス基材２と板状石英ガラス
被覆体４で形成される反射板１の形態は、平面平板形状
に限らず、ヒータの形状等に合わせて一部曲面を有して
いてもよく、また、板状石英ガラス被覆体４に載置され
るヒータ等の脱落を防止するために、周囲にリング形状
の立ち上がりが設けられたものでもよい。

【００２３】次に本発明に係わる反射板１を、半導体ウ
ェーハ熱処理装置、例えば気相成長装置に用いた例を説
明する。

【００２４】図４に示すように、気相成長装置１１は、
ベース１２を有し、このベース１２の下面には上方に向
かって伸びる中空円筒体１３が取り付けられ、その上端
にヒータ支持部材１４が取り付けられている。このヒー
タ支持部材１４には絶縁部材１５を介して本発明に係わ
る反射板１が載置されている。この反射板１は、石英ガ
ラス被覆体４側を上に向け、すなわち、反射板１に絶縁
部材１６を介して取り付けられたヒータ１７（通電用配
線は図示せず）に反射面１ｂを対向させるようにヒータ
支持部材１４に載置されている。

【００２５】中空円筒体１３の下端は、封止部材１８に
よって閉じられ、中空円筒体１３の内部には封止部材１
８を貫通してヒータ１７に接続された給電用配線１９が
設けられている。

【００２６】さらに、中空円筒体１３の周囲を囲むよう
に中空回転軸１８が設けられ、中空回転軸１８は中空円
筒体１３と無関係に回転自在にベース１２に取り付けら
れている。

【００２７】中空回転軸１８の上端は、一部のみを示す
ベルジャ１９によってベース１２の上面上方に形成され
る反応室２０内に伸び、その上端には炭素製の支持円盤
２１が固着されている。支持円盤２１には石英ガラス、
炭素またはセラミックス製の支持リング２２が支持円盤
２１と一体的に回転可能に取り付けられている。

【００２８】支持リング２２は、ヒータ支持部材１４、
反射板１およびヒータ１７の外周を囲んで、ヒータ１７
より上方へ伸びている。

【００２９】支持リング２２の上端には段部２３が形成
され、段部２３にリング状のウェーハ保持板２４が嵌着
され、ウェーハ保持板２４の上面内周寄りに形成された
ウェーハ用段部２５内にウェーハＷを保持するようにな
っている。ウェーハ保持板２４に支持されたウェーハＷ
は、ヒータ１７と好ましくは３ｍｍ以上の所定の間隔を
有するように置かれる。

【００３０】支持リング２２の外周には所定の隙間をも
って円筒状の保温筒２６が同心状に配置されている。

【００３１】次に本発明に係わる反射板１が取り付けら
れた気相成長装置に用いた半導体ウェーハの熱処理につ
いて説明する。

【００３２】ヒータ１７に給電し、加熱を行うと共に、
中空回転軸１８を回転させ、ウェーハ保持板２４および
半導体ウェーハＷを回転させる。半導体ウェーハＷとウ
ェーハ保持板２４はヒータ１７によって加熱される。さ
らに、ヒータ１７裏面からの光（特に短波長領域の赤外
光）は反射板１の反射面１ｂによって反射され、この反
射熱とヒータ１７からの直接の光との重畳作用によって
効果的に半導体ウェーハＷとウェーハ保持板２４は加熱
される。また、ヒータ１７からの光が反射板１により反
射されるため、反射板１自体の熱量は低下し、外側の断
熱が容易になる。

【００３３】ウェーハ保持板２４は、ウェーハＷを支持
すると共に、ヒータ１７によって加熱され、ウェーハＷ
の外周を加熱して、この外周の温度低下を抑え、ウェー
ハＷの中心から外周までの全域にわたり、均一な温度分
布とする役目を有している。

【００３４】半導体ウェーハＷを所定の気相成長温度に
加熱したところで、反応ガスを図３において、上方から
半導体ウェーハＷに向けて流下させることにより気相成
長を行う。

【００３５】この半導体ウェーハの熱処理工程におい
て、ヒータ１７裏面からの光は、反射板１の反射面１ｂ
によって反射されるが、図３に示すように、反射面１ｂ
は、石英ガラス基材２とＴｉＮ膜３に形成され、蒸着面
１ａのように面荒れ状態になっておらず、平坦であり、
反射面１ｂで光の吸収と乱反射が発生せず、高効率で光
を反射することができる。

【００３６】また、石英ガラス被覆体４の両面が中心線
平均粗さＲａ０．０５μｍ以下に鏡面研磨あるいは艶出
し処理された石英ガラスであるので短波長領域の光透過
性に優れており、高効率で光（熱）を反射することがで
きる。さらに、石英ガラス基材２および石英ガラス被覆
体４が石英ガラス製であるので、耐熱性にも優れ、ま
た、気相成長装置１１内を汚染することもない。従っ
て、ヒータ１７の消費電力量を低減でき、低コストかつ
高純度に半導体ウェーハＷの熱処理を行うことができ
る。

【００３７】さらに、反射面１ｂを形成する膜はＴｉＮ
膜３であるので、金に比べて安価であるにも拘らず、反
射特性もよく、耐熱性にも優れ、さらに、石英ガラス被
覆体４と石英ガラス基材２を気密的に融着しているの
で、反応ガスによりＴｉＮ膜３が侵されることもなく耐
久性がある反射板を提供することができる。また、反射
板１は平板形状の石英ガラス基材２にＴｉＮ膜３を形成
し、ＴｉＮ膜３を、平板形状の両面が中心線平均粗さＲ
ａ０．０５μｍ以下に鏡面研磨あるいは艶出し処理され
た石英ガラス被覆体４で覆うので、気相成長装置１１に
用いれば、大口径の半導体ウェーハＷに対しても均一に
光を反射させることができ、均一かつ効果的に半導体ウ
ェーハＷを加熱することができる。

【００３８】

【実施例】「試験１」下記に示し、図５に示すように裏
面に反射膜を形成した構造を有する試料について、石英
ガラス表面の短波長域での反射率（％）を調べた。結果
を図５に示す。

【００３９】（試料）実施例：石英ガラス基材の蒸着面が鏡面でＲａ０．０
２μｍ、反射面はＴｉＮで、蒸着面と反対のＴｉＮ膜面
で反射させ、両面を鏡面研磨してＲａを０．０１μｍと
し、石英ガラス被覆体あり。

【００４０】比較例１：石英ガラス基材の蒸着面が鏡面
でＲａ０．０２μｍ、反射面はＴｉＮで、蒸着面と反対
のＴｉＮ膜面で反射させ、石英ガラス被覆体なし。

【００４１】比較例２：石英ガラス基材の蒸着面がズリ
面でＲａ０．５μｍ、反射面がＴｉＮ、両面を鏡面研磨
させ両面を鏡面研磨してＲａを０．０１μｍとし、石英
ガラス被覆体あり。

【００４２】比較例３：石英ガラス基材の蒸着面が鏡面
でＲａ０．０２μｍ、反射面がＴｉＮ、両面を鏡面研磨
してＲａを０．０１μｍとし、石英ガラス被覆体あり、
石英ガラス基材の裏面から投光（実施例の裏面から投
光）。

【００４３】従来例：石英ガラス基材の蒸着面が鏡面
でＲａ０．０２μｍ、反射面がシート状可撓性黒鉛、石
英ガラス被覆体あり（実施例のＴｉＮ膜をグラファイト
に代えたもの）。

【００４４】（結果）：・石英ガラス被覆体を有しない比較例１は８００ｎｍ以
上で、約９０％以上の反射率である。

【００４５】・実施例は、両面研磨の石英ガラス被覆体
が設けられているが、８５％以上と石英ガラス被覆体を
有さない比較例１に近い高反射率を示した。

【００４６】・石英ガラス基材の表面を砂目加工によっ
て粗くしたズリ面にＴｉＮ膜を形成した比較例２は反射
率が４０〜５０％と所定粗さの研磨面にＴｉＮ膜を形成
した実施例に比べて反射率が劣る。

【００４７】・比較例３は、石英ガラス基板の裏面側か
ら投光され、すなわち、ＴｉＮ膜の蒸着面となる側を反
射面とするため、反射率は４０〜５０％で、実施例に比
べて劣る。

【００４８】・従来例は、反射面を上述のガラス状カー
ボンと同等の反射特性を有するグラファイトとしたもの
であるため、反射率が３０〜４０％と上記比較例２およ
び比較例３よりもさらに低いものとなった。

【００４９】・なお、実施例の反射板において、石英ガ
ラス被覆体の両表面のＲａを０．２μｍとした以外は、
実施例と同様に製造した反射板の反射率は、５００ｎｍ
以上の波長全域において、実施例の反射率よりも１５〜
２５％低い反射率となることが確認された（図示せ
ず）。

【００５０】「試験２」上記実施例および比較例１の反
射板を、酸化性雰囲気炉内温度７００℃にした熱処理装
置内に５時間放置した。

【００５１】比較例１は、Ｔｉ膜が酸化され、反射率が
大幅に低下し、かつ、当該膜の剥離が生じ、パーティク
ル要因となることが確認された。これに対し、実施例の
反射板は、外観上何ら変化なく、反射率も熱処理装置内
放置前と同等のものであった。

【００５２】

【発明の効果】本発明に係わる反射板によれば、種々の
熱処理装置において、熱効率を向上せしめる光反射特性
に優れ、安価で耐久性がある反射板を提供することがで
きる。

【００５３】すなわち、一面が、例えば、鏡面研磨され
中心線平均粗さＲａを０．０５μｍ以下とした板状の石
英ガラス基材にＴｉＮ膜を形成し、このＴｉＮ膜を、両
面がＲａ０．０５μｍ以下の板状石英ガラス被覆体で覆
うことにより、光反射特性に優れた反射板が得られ、こ
の反射板を用いることで、ヒータの消費電力量を低減で
きて被処理物である、例えば、半導体ウェーハを安価に
熱処理することが可能になり、さらに、石英ガラス基材
および石英ガラス被覆体が石英ガラス製であるので、半
導体ウェーハを汚染することもなく、耐熱性に優れて耐
久性がある反射板を提供することができる。

【００５４】また、ＴｉＮ膜は、化学蒸着法により石英
ガラス基材上に形成されるので、容易かつ大量に強硬な
反射膜を得ることができる。

【００５５】また、石英ガラス被覆体は、石英ガラスの
気密的融着により石英ガラス基材に張り合わされている
ので、反応ガスによりＴｉＮ膜が侵されることもなく、
耐久性があり、さらに、５００℃以上でも使用が可能な
反射板が得られる。

【００５６】また、ＴｉＮ膜の石英ガラス基材への蒸着
面と反対の面が反射面になるように熱処理装置のヒータ
に向けて用いるので、ＴｉＮ膜が化学蒸着法により石英
ガラス基材上に形成されるにも拘らず、反射板に特に優
れた光反射特性を発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる反射板の断面図。

【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は本発明に係わる反射板の
製造工程を示す説明図。

【図３】図１のＡ部を拡大して示す説明図。

【図４】本発明に係わる反射板を気相成長装置に用いた
例を示す説明図。

【図５】本発明に係わる反射板の短波長領域での反射率
の試験結果を示す結果図。

【図６】従来の反射板を気相成長装置に用いた例を示す
説明図。

【符号の説明】

１反射板１ａ蒸着面１ｂ反射面２石英ガラス基材２ａ一面２ａ_１凹部２ａ_２肉厚部３ＴｉＮ膜４石英ガラス被覆体４ａ_１外周部９ＣＶＤ炉１１気相成長装置１２ベース１３中空円筒体１４ヒータ支持部材１５絶縁部材１６絶縁部材１７ヒータ１８封止部材１９給電用配線１８中空回転軸１９ベルジャ２０反応室２１支持円盤２２支持リング２３段部２４ウェーハ保持板２５ウェーハ用段部２６保温筒Ｗ半導体ウェーハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者外谷栄一山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内 (72)発明者金富雄山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内 (72)発明者斎藤紀彦山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内 (72)発明者瀬古順山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内 (72)発明者横山秀幸山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内 (72)発明者斎藤孝規神奈川県津久井郡城山町町屋１−２−41 東京エレクトロン東北株式会社内Ｆターム(参考） 2H042 DA01 DA12 DA18 DC03 DC09 DE06 5F045 AA03 AA04 DP03 DQ10 EK13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一面を中心線平均粗さＲａが
０．０５μｍ以下とした板状の石英ガラス基材と、この
面に形成されたＴｉＮ膜と、このＴｉＮ膜を覆い、前記
石英ガラス基材に一体に張り合わされ、両面を中心線平
均粗さＲａが０．０５μｍ以下とした板状石英ガラス被
覆体とを有することを特徴とする反射板。
【請求項２】上記ＴｉＮ膜は、化学蒸着法により石英
ガラス基材上に形成されたことを特徴とする請求項１に
記載の反射板。
【請求項３】上記石英ガラス被覆体は、石英ガラスの
気密的融着により、石英ガラス基材に張り合わされてい
ることを特徴とする請求項１または２に記載の反射板。
【請求項４】上記ＴｉＮ膜の石英ガラス基材への蒸着
面と反対の面が熱処理装置のヒータに対面する反射面と
することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項
に記載の反射板。