JP2006108526A - 加熱ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒータランプへの入力電力を大きくし高出力化しても、ヒータランプのバルブが黒化せず、しかも、被処理物を加熱するチャンバー内にバルブからの不純物が放出されない加熱ユニットを提供するものである。
【解決手段】 本発明の加熱ユニットは、ヒータランプ１を備えた加熱ユニットにおいて、ヒータランプ１を内蔵する両端に封止部１２が形成された外管２を有し、外管２内に冷却ガスを流すことを特徴とする。そして、外管２に冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３を設け、冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３によって、外管３を基台３に支持されている。さらには、ヒータランプ１は、内部にフィラメント１１を有し、外部リード棒１３がヒータランプ１の封止部１２から突出し、給電部材６が接続され、給電部材６が冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３内に挿通されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体ウエハの加熱に利用される熱源としてヒータランプを用いた加熱ユニットに関するものである。

従来の半導体ウエハの加熱には、セラミックヒータや内部にフィラメントを有するヒータランプが利用されていた。
ヒータランプは、セラミックヒータに比べ、昇温速度が速く、温度制御が行い易いメリットがあり、近年、半導体ウエハを加熱するための熱源として定着している。

図４は、従来のヒータランプを用いた加熱ユニットの説明図であり、
ヒータランプ１は、石英ガラス製のバルブ１０の内部にフィラメント１１が配置されており、両端に形成された封止部１２から外部リード１３が突出しており、この外部リード１３には、給電線９が接続されている。
また、バルブ１０内には、不活性ガスとハロゲン化物が封入されており、このヒータランプ１は定格６００Ｗ、１２．５Ａで点灯されるものである。

そして、図４に示すように、ヒータランプ１は、耐熱性の保持部材Ｈによって基台３に保持され、加熱ユニットを構成するものであり、この加熱ユニットが複数組み合わされて、所定の形状の加熱装置を構成する。
この加熱ユニットは、図４に示すように、ヒータランプ１が被処理物を加熱するためのチャンバー内部側に向いており、基台１の背面側が大気雰囲気側になっている。

このようなヒータランプ１は、昇温速度を非常に速くするために、具体的には１００℃／秒の昇温速度を得るために、ランプ設計の限界近くまでの電力を入力するものであり、ヒータランプ１のバルブ１０の温度が８５０℃まで到達して、管壁温度の限界で使用している。

しかも、点灯消灯の繰り返しサイクルが短時間化すると、使用状態によっては管壁温度の限界を超える場合があり、バルブ１０が早期に黒化し、ヒータランプが使用不能となる問題があった。

さらには、バルブ１０の高温化に伴い、バルブ１０に含まれている水分などの不純物がチャンバー内に放出する現象が顕著に現れ、加熱物を汚染するという問題があった。

このような問題は、ヒータランプの高出力化が進む中で、極めて大きな問題であり、ヒータランプの高出力化を阻害する大きな要因となっていた。
特開２００１−２１０６０４号

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、ヒータランプへの入力電力を大きくし高出力化しても、ヒータランプのバルブが黒化せず、しかも、被処理物を加熱するチャンバー内にバルブからの不純物が放出されない加熱ユニットを提供するものである。

請求項１に記載の加熱ユニットは、ヒータランプを備えた加熱ユニットにおいて、前記ヒータランプを内蔵する両端に封止部が形成された外管を有し、該外管内に冷却ガスを流すことを特徴とする。

請求項２に記載の加熱ユニットは、請求項１に記載の加熱ユニットであって、特に、前記外管に冷却ガス流入管と冷却ガス流出管を設け、前記冷却ガス流入管と冷却ガス流出管によって、前記外管を基台に支持したことを特徴とする。

請求項３に記載の加熱ユニットは、請求項２に記載の加熱ユニットであって、特に、前記ヒータランプは、内部にフィラメントを有し、当該フィラメントと電気的に繋がる外部リード棒が当該ヒータランプの両端に形成された封止部から突出しており、前記外部リード棒に給電部材が接続され、当該給電部材が前記冷却ガス流入管と冷却ガス流出管内に挿通されていることを特徴とする。

請求項４に記載の加熱ユニットは、請求項１または請求項２に記載の加熱ユニットであって、特に、前記ヒータランプは、内部にフィラメントを有し、当該フィラメントと電気的に繋がる外部リード棒が当該ヒータランプの両端に形成された封止部から突出しており、前記ヒータランプの外部リード棒が外管の封止部に埋設され、当該外部リード棒に電気的に繋がる給電部材が外管の封止部より突出していることを特徴とする。

請求項５に記載の加熱ユニットは、請求項１に記載の加熱ユニットであって、特に、前記ヒータランプの外周の一部に反射膜を形成したことを特徴とする。

本発明の加熱ユニットによれば、ヒータランプの昇温速度を速めるために入力電力を大きくして、バルブの管壁温度が高くなっても、外管内には冷却ガスが流れているために、効果的にヒータランプを冷却することができ、バルブの管壁温度を十分に下げることができ、バルブの黒化を防止することができる。

さらには、ヒータランプのバルブが高温化し、バルブ内に含まれている不純物がバルブ外に放出されても、ヒータランプが外管で完全に覆われており、チャンバー内に露出していない構造であるので、放出された不純物は、チャンバー内を汚染せず、冷却ガスと共に冷却ガス流出管から外部に排出され、加熱物を汚染することがない。

本発明の加熱ユニットを、図１を用いて説明する。
ヒータランプ１は、外径１０ｍｍの石英ガラス製のバルブ１０の内部にフィラメント１１が配置されており、両端に形成された封止部１２からフィラメントに電気的に繋がる外部リード１３が突出している。
バルブ１０内には、不活性ガスとハロゲン化物が封入されており、このヒータランプ１は定格６００Ｗ、１２．５Ａで点灯されるものである。

ヒータランプ１は、内径１５ｍｍ、外径１８ｍｍの石英ガラス製の外管２内に配置されており、この外管２の両端には封止部２１が形成されている。
外管２は、その両端近傍の側面に同一方向、後述する基台３方向に向けて冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３が設けられており、この冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３は、外管２の内部に連通している。

ＳＵＳ製の耐熱製の基台３は、冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３が貫通する貫通孔３１が形成され、この貫通孔３１に冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３が挿入貫通されて、基台３の大気雰囲気側に伸び出している。

基台３の大気雰囲気側には、外管保持機構４が設けられており、基台３の大気雰囲気側の面３ａに不図示のネジによって固定されたＳＵＳ製の枠部材４１と同じくＳＵＳ製の底部材４２を有しており、枠部材４１と底部材４２によって形成された内部空間に冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３が延在している。

基台３の貫通孔３１を挿通した冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３には、リング部材４３が嵌め込まれており、このリング部材４３はネジ等によって基台３の大気雰囲気側の面３ａに固定されている。
そして、リング部材４３の内部には、冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３の外周面に接触してリング部材４３の内部で潰されるＯリング４４が配置されており、このＯリング４４によって、基台３の貫通孔３１と冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３の外周面との隙間を埋め、ヒータランプ１が配置されたチャンバー内部側と冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３が伸びだす大気雰囲気側を完全に隔離するものである。

枠部材４１と底部材４２によって形成された内部空間には、底部材４２の内面４２ａにネジ等によって固定された冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３を固定する固定部材４５が配置されている。
この固定部材４５は、筒状の貫通孔４５ａを有しており、この貫通孔４５ａに冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３の端部が挿入されている。

冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３の端部の一部は、外管２方向に向けて切り取られた段形状になっており、切り取られた部分２２ａから後述する給電部材６が折り曲げられて冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３の外部に導き出される構造になっている。

そして、固定部材４５の貫通孔４５ａの内面と、冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３の外周面との間にＯリング４６が設けられており、冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３の外周面と貫通孔４５ａの隙間を埋め、更には、冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３を固定部材４５に固定するものである。

底部材４２は、貫通孔が設けられており、この貫通孔にガス管５に繋がるガスジャケット５１が嵌め込まれ、ガスジャケット５１の先端が固定部材４５の貫通孔４５ａ内に伸び出している。

つまり、外管２に設けられた冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３は、外管保持機構４のリング部材４３と固定部材４５によって基台３に固定される。この結果、冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３によって、外管２が基台３に固定された構造となる。

ヒータランプ１の両端に設けられた外部リード棒１３にはニッケル製の直径０．８ｍｍの線状体よりなる給電部材６が接続されており、この給電部材６は、冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３の内部を通り、基台３の大気雰囲気側に伸び出し、冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３の端部の切り取られた部分２２ａで折り曲げられ、固定部材４５の貫通孔４５ａの側面に形成された開口を通り、底部材４２に設けられた給電機構７に繋がっている。
この給電部材６は、硬性を有するものであり、ヒータランプ１は給電部材６によって外管２内に一定の間隙を保った状態で配置されている。

給電機構７は、底部材４２を貫通する導電性の中継部７１があり、この中継部７１の一端側にヒータランプの外部リード棒１３に繋がる給電部材６が接続され、他端側に電源に繋がる給電線９が接続されている。

このような加熱ユニットによれば、図１に示す右側のガス管５から窒素ガスよりなる冷却ガスが固定部材４５の貫通孔４５ａに流れ込み、貫通孔４５ａ内に位置する冷却ガス流入管２２の切り取られた部分２２ａから冷却ガス流入管２２内に冷却ガスが流れ込み、さらに、冷却ガス流入管２２内に流れ込んだ冷却ガスが、外管２内に流れ込み、外管２の反端側に設けられた冷却ガス流出管２３から固定部材４５の貫通孔を通り、左側のガス管５から排気される構造になっている。

また、図１中にＡ−Ａ断面図である図３に示すように、必要に応じて、バルブ１０の反加熱物方向の外周に白色セラミック製の反射膜８を設けてもよい。
これは、フィラメント１１から放射された光を効率よく加熱物に照射するものである。

この結果、ヒータランプ１の昇温速度を速めるために入力電力を大きくして、管壁温度が高くなっても、外管２内には冷却ガスが流れているために、効果的にヒータランプ１を冷却することができ、管壁温度を十分に下げることができ、バルブ１０の黒化を防止することができる。

さらには、バルブ１０が高温化し、バルブ１０内に含まれている水分などの不純物がバルブ１０外に放出されても、ヒータランプ１が外管２で完全に覆われており、チャンバー内に露出していない構造であるので、放出された水分などの不純物が、チャンバー内を汚染せず、冷却ガスと共に冷却ガス流出管２３から外部に排出され、加熱物を汚染することがないものである。

そして、反射膜８が高温になり、反射膜８から不純物が放出されても、或いは、反射膜８が何らかの理由で剥離しても、それらの物質は、外管２が存在するためにチャンバー内部に浮遊することなく、冷却ガスと共に冷却ガス流出管２３から外部に排出され、加熱物を汚染することがないものである。

図２は、本発明の加熱ユニットの他の実施例の説明図である。
図２に示す加熱ユニットは、ヒータランプの外部リード棒に繋がる給電部材の構造が、図１に示す加熱ユニットとは異なるものであり、この異なる構造を中心に説明をする。

図２に示すヒータランプ１は、図１と同様であって、バルブ１０の両端に形成された封止部１２からフィラメントと電気的に繋がる外部リード棒１３が突出している。

外管２の両端には金属箔が埋設された封止部２１が形成されており、外部リード棒１３の先端は、この封止部２１に埋設された金属箔に接続された状態で封止部２１に埋設されている。
そして、金属箔の他端側には給電部材６が接続されており、給電部材６は外管２の封止部２１より突出し、給電線９に接続されている。
なお、図２中Ａ−Ａ断面図を図３に示し、バルブ１０の反加熱物方向の外周に白色セラミック製の反射膜８が設けられている。

このような構造は、加熱物が配置されたチャンバー内で給電構造を取っている装置に適用されるものであり、給電部材６を冷却ガス流入管２２と冷却ガス流出管２３の内部に通さず、直接、外管２の封止部２１から突出されることにより、ヒータランプ１への給電部材６の接続構造を簡素化できるものである。

図２における加熱ユニットにおいて、図１と同一符号は同一部分を示すものであり、ヒータランプ１の冷却方法は、右側のガス管５から窒素ガスよりなす冷却ガスが固定部材４５の貫通孔４５ａに流れ込み、貫通孔４５ａ内に位置する冷却ガス流入管２２の切り取られた部分２２ａから冷却ガス流入管２２内に冷却ガスが流れ込み、さらに、冷却ガス流入管２２内に流れ込んだ冷却ガスが外管２内に流れ込み、冷却ガスが外管２の反端側に設けられた冷却ガス流出管２３から固定部材４５の貫通孔を通り、左側のガス管５から排気される構造になっている。

つまり、図２に示す加熱ユニットにおいても、図１に示す加熱ユニット同様に、効果的にヒータランプ１を冷却することができ、バルブ１０の管壁温度を十分に下げてバルブ１０の黒化を防止することができ、バルブ１０内に含まれている水分などの不純物がバルブ１０外に放出されても、チャンバー内に放出されず、加熱物を汚染することがないものである。

本発明の加熱ユニットの一部断面説明図である。 本発明の加熱ユニットの一部断面説明図である。 図１及び図２中のＡ−Ａ断面図である。 従来の加熱ユニットの一部断面説明図である。

符号の説明

１ ヒータランプ
２ 外管
２２ 冷却ガス流入管
２３ 冷却ガス流出管
３ 基台
４ 外管保持機構
５ ガス管
６ 給電部材
７ 給電機構
８ 反射膜
９ 給電線

Claims (5)

1. ヒータランプを備えた加熱ユニットにおいて、
   前記ヒータランプを内蔵する両端に封止部が形成された外管を有し、該外管内に冷却ガスを流すことを特徴とする加熱ユニット。
2. 前記外管に冷却ガス流入管と冷却ガス流出管を設け、
   前記冷却ガス流入管と冷却ガス流出管によって、前記外管を基台に支持したことを特徴とする請求項１に記載の加熱ユニット。
3. 前記ヒータランプは、内部にフィラメントを有し、当該フィラメントと電気的に繋がる外部リード棒が当該ヒータランプの両端に形成された封止部から突出しており、
   前記外部リード棒に給電部材が接続され、当該給電部材が前記冷却ガス流入管と冷却ガス流出管内に挿通されていることを特徴とする請求項２に記載の加熱ユニット。
4. 前記ヒータランプは、内部にフィラメントを有し、当該フィラメントと電気的に繋がる外部リード棒が当該ヒータランプの両端に形成された封止部から突出しており、
   前記ヒータランプの外部リード棒が外管の封止部に埋設され、当該外部リード棒に電気的に繋がる給電部材が外管の封止部より突出していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱ユニット。
5. 前記ヒータランプの外周の一部に反射膜を形成したことを特徴とする請求項１に記載の加熱ユニット。
   

Images