JP2005294606A - Wafer heating unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はウエハー加熱装置に関するものである。 The present invention relates to a wafer heating apparatus.
半導体製造装置においては、熱CVDなどによってシランガスなどの原料ガスから半導体薄膜を製造するに当たって、ウエハーを加熱するためのセラミックヒーターが採用されている。このようなヒーターにおいては、加熱面を高温に維持しながら、加熱面の温度の均一性を確保することによって、半導体不良を防止する必要がある。しかし、セラミックヒーターは、セラミック基体の内部に発熱体を埋設したものであり、加熱面にある程度の温度のバラツキが発生する。
特許文献1、2には、セラミックヒーターのウエハー加熱面の温度の均一性を高める技術が開示されている。
例えば、図1、図2に示すようなセラミックヒーター11について述べる。ヒーター11は、円板形状のセラミック基体2と、基体2内に埋設された抵抗発熱体4と、発熱体4に電力を供給する端子5とを備えている。基体2の加熱面2aにウエハーを載置する。2bは、端子5が露出する背面であり、2cは側面である。この加熱面2aには、発熱体4の埋設状態の変位などによって、ヒーターの一部に周方向に向かって延びるホットスポットやコールドスポットCが発生することがある。
ヒーター加熱面2aにおいて、径方向に向かって温度勾配がある場合には、ヒーター上にリングを設置したり、ヒーターをリングによって包囲することによって、側面2cからの輻射エネルギーを変え、径方向の温度分布が小さくなるように制御できる。しかし、図2に示すような周方向の温度分布を縮小させることは、こうした方法では設計上困難である。
For example, a
When there is a temperature gradient in the radial direction on the
本発明の課題は、ウエハー加熱装置において、ウエハー加熱面に現れる主として周方向の温度分布を抑制することである。 An object of the present invention is to suppress a temperature distribution mainly in the circumferential direction that appears on a wafer heating surface in a wafer heating apparatus.
本発明は、ウエハー加熱面と背面とを有する板状体、および板状体の背面側に設けられているヒーターを備えており、板状体がヒーターに対して相対的に回動可能であることを特徴とする、ウエハー加熱装置に係るものである。 The present invention includes a plate-like body having a wafer heating surface and a back surface, and a heater provided on the back side of the plate-like body, and the plate-like body is rotatable relative to the heater. The present invention relates to a wafer heating apparatus.
ヒーター内における発熱体の変位などの原因によって、ヒーターの加熱面において周方向に温度分布が生じた場合であっても、ヒーター上に別体の板状体を設置し、板状体をヒーターに対して相対的に回動させることができる。これによって、ヒーター表面に温度分布が生じていても、ヒーター表面の周方向へ向かう板状体の回動によって、板状体表面の周方向の温度分布は抑制される。 Even if the temperature distribution occurs in the circumferential direction on the heating surface of the heater due to the displacement of the heating element in the heater, a separate plate is installed on the heater, and the plate is used as the heater. It can be relatively rotated. Thereby, even if the temperature distribution is generated on the heater surface, the circumferential temperature distribution on the plate-like body surface is suppressed by the rotation of the plate-like body in the circumferential direction on the heater surface.
例えば図3に示すようなヒーター6に板状体13を組み合わせ、図4に示す加熱装置16を構成する。本例のヒーター6は、円板形状の基体7、基体7内に埋設された抵抗発熱体8、抵抗発熱体8に電力を供給するための端子5、基体7の背面7b側に設けられた管状の取り付け部10を備えている。取り付け部10の内側空間12には端子5が固定され、保護されている。
For example, the plate-
ここで、基体7の加熱面7a側に、例えば図5に示すように、周方向に延びるコールドスポットCが発生したものとする。こうしたコールドスポットCは、例えば加熱面の径方向に見たときの発熱体8の埋設間隔のずれによって発生する。こうした周方向のコールドスポットCは、径方向の温度分布とは異なり、基体7の側面7cからの放熱を制御することによっては消去できない。
Here, it is assumed that a cold spot C extending in the circumferential direction is generated on the
ここで、本発明においては、図4に示すように、基体7上に板状体13を設置する。板状体13の背面13bは基体7の加熱面7aに対向しており、背面13bと加熱面7aとの間には間隙14が形成されている。板状体13の加熱面13a上に、直接,あるいは所定間隔をおいてウエハーWを設置し、加熱する。板状体13は、ヒーター6の中心軸Dを中心として回動可能である。本例では、板状体13の背面13b側に回転軸15が取り付けられている。回転軸15が、基体7の中央貫通孔7cに挿通され、更に取り付け部10の内側空間12に挿通され、図示しない回動機構に連結されている。
Here, in this invention, as shown in FIG. 4, the plate-
この結果、例えば図5に示すようにコールドスポットCが基体7の加熱面7aに発生した場合にも、図6に示すように、板状体13を軸Dを中心として矢印Aのように回動させると、コールドスポットC上に過剰な熱量が配分される。この結果、板状体13の加熱面13上で回動方向Aに向かうコールドスポットが抑制される。
As a result, for example, as shown in FIG. 5, even when a cold spot C is generated on the
本発明において、ヒーターの形態は特に限定されない。例えば、ヒーターは、導電体からなる盤状体であってよく、また絶縁体からなる盤状体内に抵抗発熱体を埋設したものであってよい。導電体としては、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金を例示できる。絶縁体としてはセラミックスが特に好ましい。セラミックスとしては、好ましくは、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素及びサイアロンなどの窒化物セラミックス、アルミナー炭化ケイ素複合材料などの公知のセラミックス材料であってよい。ハロゲン系ガスなどの腐食性ガスに対して高い耐腐食性を付与するためには、窒化アルミニウムやアルミナが特に好ましい。また、いわゆるシースヒーターであってよい。 In the present invention, the form of the heater is not particularly limited. For example, the heater may be a disk-shaped body made of a conductor, or may be a heater in which a resistance heating element is embedded in a disk-shaped body made of an insulator. Examples of the conductor include nickel, nickel alloy, stainless steel, aluminum, and aluminum alloy. Ceramics are particularly preferable as the insulator. The ceramic may preferably be a known ceramic material such as a nitride ceramic such as aluminum nitride, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride and sialon, or an alumina-silicon carbide composite material. In order to impart high corrosion resistance to corrosive gases such as halogen-based gases, aluminum nitride and alumina are particularly preferable. Moreover, what is called a sheath heater may be used.
基体7の形状は特に限定されないが、円板形状が好ましい。加熱面7aの形状は、ポケット形状、エンボス形状、溝形状が施される場合もある。基体7の製法は限定されないが、ホットプレス製法、ホットアイソスタティックプレス製法が好ましい。発熱体8の形状は、コイル形状、リボン形状、メッシュ形状、板状、膜状であってよい。
The shape of the substrate 7 is not particularly limited, but a disk shape is preferable. The
板状体13の形態は特に限定されない。また、板状体13の材質は、セラミックス、ガラス等の絶縁体であってよい。セラミックスとしては、好ましくは、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素及びサイアロンなどの窒化物セラミックス、アルミナー炭化ケイ素複合材料などの公知のセラミックス材料であってよい。
板状体13の厚さは特に限定されない。板状体13の厚さを0.5mm以上とすることは、ヒーター6の加熱面における温度分布を縮小させる上で好ましい。この観点からは、板状体13の厚さを1mm以上とすることが一層好ましい。また、板状体13の厚さが大きすぎると、熱効率が低下し、板状体13の加熱面13aにおける温度制御が難しくなる。この観点からは、板状体13の厚さは10mm以下であることが好ましく、5mm以下であることが一層好ましい。
The form of the plate-
The thickness of the plate-
板状体13とヒーター6とは互いに接触させることもできるが、若干の間隙14を設けることもできる。間隙14を設ける場合には、回転時の摩擦、接触を低減するという観点からは、間隙14は0.05mm以上であることが好ましく、0.1mm以上であることが更に好ましい。また、間隙14にバックサイドガスを流すことによって、ヒーター6から板状体13への熱伝導を促進することもできる。
The plate-
本発明においては、ヒーター6と板状体13とを相対的に回動させる。この際には、ヒーター6を固定し、板状体13を回動させることができる。また板状体13を固定し、ヒーター6を回動させることができる。更に、ヒーター6と板状体13との両方を回動させることができる。板状体13等の回動機構は特に限定されず、通常のモーター装置を利用できる。
In the present invention, the
本発明の加熱装置は、半導体製造装置一般に好適に適用できる。ここで半導体製造装置とは、幅広い半導体製造プロセスにおいて使用される装置のことを意味している。これには、成膜装置の他、エッチング装置、ベーキング装置、キュアリング装置、クリーニング装置、検査装置が含まれる。 The heating apparatus of the present invention can be suitably applied to semiconductor manufacturing apparatuses in general. Here, the semiconductor manufacturing apparatus means an apparatus used in a wide range of semiconductor manufacturing processes. This includes an etching apparatus, a baking apparatus, a curing apparatus, a cleaning apparatus, and an inspection apparatus in addition to the film forming apparatus.
好適な実施形態においては、板状体およびヒーターに、ウエハー支持用リフトピンを挿入するための孔を形成する。この場合には、板状体をヒーターに対して静止させたときに、板状体の孔とヒーターの孔とが連通するようにし、これによってリフトピンを板状体の孔とヒーターの孔とに挿入できるようにすることが好ましい。例えば図7に示す例においては、板状体13に、リフトピン挿入用の孔20Bが設けられており、ヒーター6に、リフトピン挿入用の孔20Aが設けられている。板状体13の回転を停止ししたときに、孔20Bが孔20Aの上に位置し、両者が一体の貫通孔をなすように、板状体13を位置決めする。
In a preferred embodiment, a hole for inserting a wafer support lift pin is formed in the plate-like body and the heater. In this case, when the plate-shaped body is stationary with respect to the heater, the hole of the plate-shaped body and the hole of the heater are communicated with each other, whereby the lift pin is connected to the hole of the plate-shaped body and the hole of the heater. It is preferable to allow insertion. For example, in the example shown in FIG. 7, the plate-
また、好適な実施形態においては、ウエハーと板状体との間にクリアランスを設ける。これによって板状体からウエハーへの熱伝達を制御し、ウエハーの温度分布を制御することができる。例えば、図8の例では、板状体13Aの表面13a側に凹部22が形成されており、これによって、板状体13とウエハーWとの間にクリアランスが形成されている。このクリアランスの大きさを変更することによって、板状体13Aからウエハーへの熱伝達を変え、ウエハーWの温度分布を変えることができる。例えば、板状体13AとウエハーWとのクリアランスを、ウエハーWの中央部分では大きくし、ウエハーWの周縁部では小さくすることができる。
In a preferred embodiment, a clearance is provided between the wafer and the plate-like body. Thus, heat transfer from the plate-like body to the wafer can be controlled, and the temperature distribution of the wafer can be controlled. For example, in the example of FIG. 8, the
図3に示すヒーター6を製造した。ここで基体7の材質は窒化アルミニウム焼結体とし、基体7の直径は350mmとし、厚さは10mmとした。基体7の内部には、モリブデン製のコイルスプリング形状の発熱体8を埋設した。電力供給部材5はニッケル製である。
The
このヒーター6を昇温し、加熱面7aの設定温度が約500℃となるようにした。この設定温度は熱電対によって確認した。そして、加熱面7aの温度分布を赤外線放射温度計によって観測した。この結果、相対的に低温(490℃以下)の領域Cが生成していた。
The
比較例のヒーター6の上に板状体13を設置した。板状体13の材質は窒化アルミニウム焼結体とし、板状体13の直径は350mmとし、厚さは3mmとした。板状体13と基体7との間隙14は0.5mmとした。加熱装置を昇温し、加熱面13aの設定温度が約450℃となるようにした。板状体13を10〜20rpmの速さで回転させて、加熱面13aの温度分布を赤外線放射温度計によって観測した。加熱面13aには周方向に延びるコールドスポット13が観測されず、温度差は2℃であった。
A plate-
6 ヒーター 7 基体 7a ヒーター6の加熱面 8 発熱体 13、13A 板状体 13a 板状体13の加熱面 13b 板状体13の背面 14 板状体13と基体7との間隙 16 加熱装置 A 回動 D ヒーターの中心軸 W ウエハー
6 Heater 7
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