JP2005056964A - 電子衝撃加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子衝撃加熱による加熱を幾度か繰り返しても、破断の起きないフィラメント９の支持を可能とする。これにより、電子衝撃加熱を長期にわたって支障無く行う。
【解決手段】 電子衝撃加熱装置は、熱電子を発生するフィラメント９と、このフィラメント９で発生した熱電子を加速して加熱プレート２に衝突させる加速電源１９と、前記フィラメント９をフィラメント支持部材２０を介して支持するサポート部材１３とを有する。このサポート部材１３から延設されたアーム状のブラケット１８の先端をループ状とし、このブラケット１８の先端のループ部分にリング状のフィラメント支持部材２０を通し、このフィラメント支持部材２０にフィラメント９を通して支持する。アーム状のブラケット１８は、その先端をループ状に折り曲げ、折り曲げた先端を同ブラケット１８の中間部に溶接している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の加熱物を高温に加熱する加熱装置に関し、特に加速した電子を加熱プレートに衝突させて加熱プレートを発熱させる形式の電子衝撃加熱装置に関する。

半導体ウェハ等の処理プロセスにおいて、その半導体ウェハ等の板状部材を加熱するための加熱手段として、加速した電子を加熱プレートの背後に衝突させて加熱プレートを発熱させる形式の電子衝撃加熱装置が使用されている。この電子衝撃加熱装置では、フィラメントに通電することにより発生した熱電子を高電圧で加速し、この熱電子を加熱プレートの背後に衝突させて、加熱プレートを発熱させる。そしてこの加熱プレートの上に載せた板体を加熱する。

図６は、電子衝撃加熱装置の従来例を示すものである。図６では図示して無いが、ステージ部６の上の部分は真空容器の中にあり、加熱プレート２の部分は真空雰囲気におかれる。
ステージ部６の壁には、冷却液通路７が形成され、この冷却液通路７に水等の冷却液を通すことにより、ステージ部６が冷却される。

このステージ部６の上には、シリコンウエハ等の薄形板状の加熱物を載せる平坦な加熱プレート２を有する耐熱性の加熱物支持部材１が設置され、その内部は同加熱物支持部材１により、その外側の空間と気密に仕切られる空間を有する。より具体的には、加熱物支持部材１は、上面側が加熱プレート２により閉じられ、下面側が開口した円筒形状を有している。加熱物支持部材１の下端部は、ステージ部６の上面に当てられて固定されると共に、真空シール材８により気密にシールされている。

このような加熱物支持部材１の材質としては、耐熱性を有するシリコン含浸シリコンカーバイトやアルミナ、窒化珪素等のセラミックが使用される。加熱物支持部材１がこのようなシリコン含浸シリコンカーバイトやセラミックのような絶縁体からなる場合は、その加熱プレート２の内面をメタライズして導体膜を形成し、この導体膜をステージ部６を介して接地する。
ステージ部６には、排気通路４が形成され、この排気通路４に接続された真空ポンプ５により、加熱物支持部材１の内部の空間が排気され、真空にされる。

さらに、この加熱物支持部材１の内部には、ニッケル−クロム合金線やタングステン線等をループ状にしたフィラメント９が設置されている。フィラメント９は、ステージ部６から円形に配置して立設された複数の柱状のサポート部材１３により支持されて加熱物支持部材１の加熱プレート２の背後に設けられている。

このフィラメント９の支持構造をより詳しく説明すると、図７に示すように、サポート部材１３の上端付近からアーム状のブラケット２２が延設され、このブラケット２２の先端に吊り下げられるようにしてＵ字形状のフィラメント支持部材２３が溶接されている。ループ状のフィラメント９は、このフィラメント支持部材２３に通すことにより支持されている。

前記のブラケット２２やフィラメント支持部材２３は、高温にも耐えるようにタングステンやタンタル等の高融点材料からなっている。
フィラメント９には、フィラメント電極１５を介して加熱電源１０が接続されている。さらに、このフィラメント９と加熱プレート２との間には、加熱物支持部材１を介して電子加速電源１１により加速電圧が印加される。

なお、加熱プレート２は接地され、フィラメント９に対して正電位に保持される。他方、リフレクタ３の少なくともフィラメント９と対向した最も上のものは、フィラメント９と同電位にするため、導電線（図６において図示せず）を介して電子加速電源１１を接続した側の電極１５に接続されている。

このような電子衝撃加熱装置では、フィラメント９と加熱プレート２との間に電子加速電源１１により一定の高電圧の加速電圧を印加すると共に、フィラメント加熱電源１０によりフィラメント９に通電すると、フィラメント９から熱電子が放出され、この熱電子が前記加速電圧により加速されて加熱プレート２の下面に衝突する。このため、電子衝撃により加熱プレート２が加熱される。
特開２０００−１２５４８号公報

前記のような電子衝撃加熱装置では、フィラメント９を支持するためのブラケット２２やフィラメント支持部材２３は、タングステンやタンタル等の高融点材料からなる。実際には、融点、強度、加工性等の諸事情から、ブラケット２２にはタンタルが使用され、フィラメント支持部材２３にはタングステンが使用される。

前記のような電子衝撃加熱装置では、加熱物の非加熱時と加熱時とにそれぞれ常温と高温の間で温度が変化する。ところが、このように常温と高温との間で温度の変化を繰り返すと、その度に前述したフィラメントの支持部分に繰り返し熱応力が発生する。特に、ブラケット２２とフィラメント支持部材２３との溶接部分は、元々異種金属の溶接のため、十分な接合強度が得られないうえ、ブラケット２２とフィラメント支持部材２３の熱膨張係数の違いから大きな熱応力を発生する。この熱応力により、ブラケット２２とフィラメント支持部材２３との溶接部分が破断しやすく、フィラメント９の支持という点で課題があった。

本発明は、従来の電子衝撃加熱装置におけるこのような課題に鑑み、電子衝撃加熱による加熱を幾度か繰り返しても、破断の起きないフィラメントの支持を可能とするものである。これにより、電子衝撃加熱を長期にわたって支障無く行うことが出来る電子衝撃加熱装置を提供することを目的とする。

本発明では、前記の目的を達成するため、ブラケット１８とフィラメント支持部材２０との溶接部分を無くし、ブラケット１８とフィラメント支持部材２０との間で熱応力の発生が無く、しかもフィラメント支持部材２０をブラケット１８に確実に保持することが出来るようにして、フィラメント支持部材２０の早期の破損を防止するようにしたものである。

すなわち、本発明による電子衝撃加熱装置は、熱電子を発生するフィラメント９と、このフィラメント９で発生した熱電子を加速して加熱プレート２に衝突させる電子加速電源１１と、前記フィラメント９をフィラメント支持部材２０を介して支持するサポート部材１３とを有する。このサポート部材１３から延設されたアーム状のブラケット１８の先端をループ状とし、このブラケット１８の先端のループ部分にリング状のフィラメント支持部材２０を通し、このフィラメント支持部材２０にフィラメント９を通して支持している。例えば、アーム状のブラケット１８は、その先端をループ状に折り曲げ、折り曲げた先端を同ブラケット１８の中間部に溶接している。

このような本発明による電子衝撃加熱装置では、ブラケット１８とフィラメント支持部材２０とを溶接せずに、ブラケット１８の先端のループ部分にリング状のフィラメント支持部材２０を通している。このため、ブラケット１８とフィラメント支持部材２０とを別部材で形成しても、溶接等の接合部分での熱応力の発生がない。むしろ、ブラケット１８の先端のループ部分にリング状のフィラメント支持部材２０を通していることにより、両部材間に融通性があり、熱歪みの影響を互いに及ぼさない。
さらに、ループ状に折り曲げたブラケット１８の先端を同ブラケット１８の中間部に溶接しているため、同種材料の溶接となり、十分な溶接強度を維持することが出来る。

本発明では、ブラケット１８とフィラメント支持部材２０との溶接部分を無くすことにより、フィラメント支持部材２０の早期の破断を防止するものである。
以下、このような本発明の実施例について、図面を参照しながら具体例を挙げて詳細に説明する。

図１は、本発明による電子衝撃加熱装置の一実施例を示すものであり、図６の従来例と同じ部分は同じ符号で示している。図３はそのＡ−Ａ線断面図である。
ステージ部６の上の部分は真空容器の中にあり、加熱プレート２の部分は真空雰囲気におかれることは、図６により説明した従来例と同様である。

ステージ部６の壁には、冷却液通路７が形成され、この冷却液通路７に水等の冷却液を通すことにより、ステージ部６が冷却される。
このステージ部６の上には、シリコンウエハ等の薄形板状の加熱物を載せる平坦な加熱プレート２を有する耐熱性の加熱物支持部材１が設置され、その内部は同加熱物支持部材１により、その外側の空間と気密に仕切られる空間を有する。より具体的には、加熱物支持部材１は、上面側が加熱プレート２により閉じられ、下面側が開口した円筒形状を有しており、加熱プレート２の平坦な上面は、シリコンウエハ等の薄形板状の加熱物より広くなっている。加熱物支持部材１の下端部にはフランジが設けられ、このフランジ部分がステージ部６の上面に当てられて固定されると共に、真空シール材８により気密にシールされている。

加熱物支持部材１はその全体または少なくとも加熱プレート２がシリコン含浸シリコンカーバイトやアルミナ、窒化珪素等のセラミックからなる。加熱物支持部材１がセラミックのような絶縁体からなる場合は、その加熱プレート２の内面をメタライズして導体膜を形成し、この導体膜をステージ部６を介して接地する。また、加熱プレート２を形成する材料の中に導体材料を含ませて導電性を持たせることによっても同様の目的を達し得る。

ステージ部６には、排気通路４が形成され、この排気通路４に接続された真空ポンプ５により、加熱物支持部材１の内部の空間が排気され、真空にされる。
さらに、この加熱物支持部材１の内部には、フィラメント９とリフレクタ３が設置されている。

フィラメント９は、ニッケル−クロム合金線やタングステン線等をループ状にしたもので、ステージ部６から起立した柱状のサポート部材１３、１３…により支持されて、加熱物支持部材１の加熱プレート２の背後に設けられている。図２に示すように、サポート部材１３、１３…は、ステージ部６の中心の周りに円形状に点対称に配列して立設されている。そしてこれらのサポート部材１３、１３…は、その上端側で円形状のフィラメント９を支持している。

フィラメント９には、ステージ部６から起立した柱状の電極１５、１５を介してフィラメント加熱電源１０が接続されている。このフィラメント加熱電源１０は、フィラメント９側が高圧、電力調整器１７側が低圧になるように絶縁されている。
さらに、一方の電極１５を介してフィラメント９に電子加速電源１１の負側の電極が接続されている。他方、加熱プレート２は接地されているが、加熱プレート２には加熱物支持部材１を介して電子加速電源１１の正側の電極が接続されている。これにより、フィラメント９と加熱プレート２との間に、フィラメント９側が負になるような直流の加速電圧が印加されると共に、加熱プレート２がフィラメント９に対して正電位に保持される。

図３〜図５は、サポート部材１３の上端付近のフィラメント９の支持構造を示す図である。これらの図に示す通り、サポート部材１３、１３…の上端付近からアーム状のブラケット１８が側方に延設されている。このブラケット１８の先端がループ状に曲げられ、このブラケット１８のループ状に曲げられた部分にリング状のフィラメント支持部材２０が挿入され、掛けられている。さらに、ブラケット１８の曲げられた先端付近は、同ブラケット１８の中間部に溶接され、ループ状の部分が閉じられている。フィラメント９は、フィラメント支持部材２０の中を通すことにより支持されている。

ブラケット１８とフィラメント支持部材２０は何れも高融点金属からなる。例えばブラケット１８はタンタルからなり、フィラメント支持部材２０はタングステンからなる。
なお、図３〜図５では、１本のサポート部材１３の上端付近のフィラメント９の支持構造を示しているが、図２に示した複数のサポート部材１３は、何れも同様のフィラメント９の支持構造を有している。これらのサポート部材１３はステージ６の中心の周りに点対称に配列され、円形状に曲げられた線状のフィラメント９を支持している。既に述べた通り、フィラメント９の両端は、電極１５、１５を介してフィラメント加熱電源１０や電子加速電源１１に接続されている。

図１と図２に示すように、リフレクタ３は、加熱物支持部材１の加熱プレート２に対しフィラメント９の背後側に設けられている。このリフレクタ３は、金、銀等の反射率の高い金属、またはモリブデン等の融点の高い金属で形成される。リフレクタ３の加熱物支持部材１の加熱プレート２に対向した面は、鏡面となっており、輻射熱を反射する。

リフレクタ３はフィラメント９と同電位とされる。このために、フィラメント９に前記電子加速電源１１の負側の電極を接続した電極１５にリフレクタ３が接続されている。リフレクタ３がフィラメント９と同電位とされることにより、リフレクタ３には電子が飛来せず、電子衝撃による加熱は起こらない。このようなリフレクタ３は、多重に配置することができる。リフレクタ３を多重に配置した場合、フィラメント９と対向した最も上のリフレクタ３のみをフィラメント９と同電位とすれば良いが、電子の飛来をより確実にするため、それ以下のリフレクタ３もフィラメント９と同電位とするのがよい。

リフレクタ３の中央部には、円筒状の導体からなるシールド１６が起立しており、このシールド１６とリフレクタ３とは電気的に導通し、同電位となっている。このシールド１６の上端側は加熱物支持部材１の加熱プレート２の下面近くに達し、そのシールド１６の上端部から外側にフランジが延設され、このフランジが加熱プレート２の下面と対向している。

前記ステージ部６の中央部から測温素子としてのシース形の熱電対１２が垂直に挿入され、この上端側は前記シールド１６の中に非接触状態で配置される。この熱電対１２の上端は一対の熱電対線を接合した測温点となっており、この接合点が加熱プレート２の下面に接触している。熱電対１２は、ステージ部６から真空チャンバの外側に引き出され、その補償導線が零点補償回路を含む温度測定器１４に接続される。

このような電子衝撃加熱装置では、フィラメント９と加熱プレート２との間に電子加速電源１１により一定の高電圧の加速電圧を印加すると共に、フィラメント加熱電源１０によりフィラメント９に通電する。これにより、フィラメント９から熱電子が放出され、この熱電子が前記加速電圧により加速されて加熱プレート２の下面に衝突する。このため、電子衝撃により加熱プレート２が加熱される。このとき、ステージ部６の冷却液通路７に冷却液が通され、加熱物支持部材１が冷却される。

加熱プレート２の温度が、熱電対１２により加熱プレート２の温度を測定しながら昇温し、予め定められた温度に加熱プレート２の温度が達すると、フィラメント９に通電するフィラメント加熱電源１０の電力が下げられ、加熱プレート２の温度が定められた温度に維持される。そして、予め定められた時間が経過すると、フィラメント９への通電が停止され、加熱プレート２の加熱を停止し、ステージ部６の冷却液通路７に通している冷却液により冷却され、加熱プレート２が降温される。

本発明による電子衝撃加熱装置の一実施例を示す概略縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 同実施例による電子衝撃加熱装置のフィラメントの支持構造を示す要部側面図である。 同実施例による電子衝撃加熱装置のフィラメントの支持構造を示す要部平面図である。 同実施例による電子衝撃加熱装置のフィラメントの支持構造を示す要部正面図である。 電子衝撃加熱装置の従来例を示す要部側面図である。 同従来例による電子衝撃加熱装置のフィラメントの支持構造を示す要部側面図である。

符号の説明

２ 加熱プレート
９ フィラメント
１３ サポート部材
１８ ブラケット
１９ 加速電源
２０ フィラメント支持部材

Claims (2)

1. 熱電子を発生するフィラメント（９）と、このフィラメント（９）で発生した熱電子を加速して加熱プレート（２）に衝突させる加速電源（１９）と、前記フィラメント（９）をフィラメント支持部材（２０）を介して支持するサポート部材（１３）ととを有する電子衝撃加熱装置であって、サポート部材（１３）から延設されたアーム状のブラケット（１８）の先端をループ状とし、このブラケット（１８）の先端のループ部分にリング状のフィラメント支持部材（２０）を通し、このフィラメント支持部材（２０）にフィラメント（９）を通して支持したことを特徴とする電子衝撃加熱装置。
2. アーム状のブラケット（１８）は、その先端をループ状に折り曲げ、折り曲げた先端を同ブラケット（１８）の中間部に溶接していることを特徴とする請求項１に記載の電子衝撃加熱装置。

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