JP2007280905A - 背面電子衝撃加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱容器１のとテーブル６との間の電気的接触抵抗を小さく、且つ安定化させて、加熱容器１の熱分解生成炭素皮膜の欠陥を防止し、これにより長期にわたって安定して加熱容器の気密性を確保出来する。
【解決手段】背面電子衝撃加熱装置は、前記導電性を有する加熱容器１の周壁１３の下端部をテーブル６の上に載せて気密に支持すると共に同加熱容器１の周壁１３の下端部とテーブル６との間に、真空シール８に加え、導電性を有するスプリングを環状としたスプリングコンタクト５を介在させる。
【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その背後から衝突させて加熱プレートを発熱させる形式の背面電子衝撃加熱装置であって、加熱プレートとアースとの電気的な導通性に優れたものに関する。

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背面電子衝撃加熱装置が使用されている。この背面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５は、背面電子衝撃加熱装置の従来例を示す図である。同図に示す通り、ステンレス鋼等の金属からなるテーブル２６の周辺部分に真空チャンバ２４の周辺部分が載せられ、気密に固定されている。テーブル２６の中には、冷却液通路２７が形成され、この冷却液通路２７に水等の冷却液を通すことにより、テーブル２６が冷却される。

このテーブル２６の上には、前記真空チャンバ２４の中に加熱容器２１が設置されている。この加熱容器２１は、下面が開いた容器状のものであって、シリコンウエハ等の薄形板状の加熱物を載せる天板が平坦な加熱プレート２２となったものである。より具体的には、加熱容器２１は、加熱プレート２２が天板となってその上面側が閉じられ、加熱プレート２２の周囲の下方には、下面側が開口した円筒形状の周壁３３が設けられている。加熱容器２１の周壁３３の下端部はフランジ状になっており、このフランジ部分が真空シール材２８を挟んでテーブル２６の上面に当てられると共に、フランジ部分の上に当てられた環状の導電性座金３６を介して押え金具３５により固定される。これにより、加熱容器２１とテーブル２６は電気的に導通した状態で前記真空シール材２８により気密にシールされる。テーブル２６は接地され、従って加熱容器２１も接地される。

このような加熱容器２１の材質としては、黒鉛等の導電体が使用される。これに対し、加熱容器２１がアルミナや窒化珪素のようなセラミックで絶縁体からなる場合は、その加熱プレート２２の内面や周壁３３とその下部フランジの内外の全面をメタライズして導体膜を形成し、この導体膜を前記導電性座金３６、押え金具３５及びテーブル２６を介して接地する。

さらに、この加熱容器２１の内部には、テーブル２６から支柱３４が立設され、この支柱３４の上端側に平板状のホルダ３２が支持されている。さらにこのホルダ３２からフィラメント支持柱３７が立設され、このフィラメント支持柱３７にフィラメント２９が取り付けられている。このフィラメント２９は、加熱容器２１の中でその加熱プレート２２の背後に設けられている。またこのフィラメント２９には、フィラメント加熱電源３０が接続されている。さらに、このフィラメント２９と加熱プレート２２との間には、加熱容器２１、導電性座金３６、押え金具３５及びテーブル２６を介して電子加速電源３１により加速電圧が印加される。前述したように、加熱プレート２２を有する加熱容器２１は接地されているので、フィラメント２９に対して正電位に保持される。

前記フィラメント支持柱３７の中間部には、フィラメント２９の下方に位置するようにリフレクタ２３が取り付けられている。このリフレクタ２３は、フィラメント支持柱３７を介してフィラメント２９に導通しており、同フィラメント２９と同電位のマイナス電位とされる。

このような背面電子衝撃加熱装置では、フィラメント２９と加熱プレート２２との間に電子加速電源３１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３０によりフィラメント２９に通電すると、フィラメント２９から熱電子があらゆる方向に放出される。ここで、下に向かった熱電子もマイナス電位のリフレクタ２３によって反射されるので、結果的にフィラメント２９から上下方向に放出された殆どの熱電子は前記加速電圧により加速されて加熱プレート２２の下面に衝突する。この電子衝撃により加熱プレート２２が加熱される。加熱プレート２２に生じる熱は、フィラメント２９の下方に設けられたリフレクタ２３により反射され、出来る限り熱が不要な個所に拡散するのが防止される。加熱プレート２２に衝突した電子は、加熱容器２１の周壁３３から導電性座金３６、押え金具３５、テーブル２６を介してアースに流れる。

加熱容器２１の内側はフィラメント２９から熱電子を発生させて、これを高速で加熱プレート２２の下面に衝突させることから、高真空に保たれなければならない。加熱容器２１として最も一般的に使用される黒鉛はポーラスであり、約３０％の気孔率を有している。このことから、黒鉛だけで加熱容器２１を形成した場合、加熱容器２１の外側のガスが加熱容器２１の内部を通って加熱容器２１の内側に流れるため、加熱容器２１の中の高真空雰囲気が保てない。

そこで、加熱容器２１の全表面に化学的気相堆積法（ＣＶＤ法）により熱分解生成炭素皮膜をコーティングして使用している。熱分解生成炭素皮膜はパイロティックカーボンと呼ばれ、非常に緻密な被膜であるため、ガスの透過が無くなり、ポーラスな黒鉛加熱容器内を高真空雰囲気に維持するのに有効である。

ところが、熱分解生成炭素皮膜はその方向によって物性が違っており、表１の通りである。この表１から明らかなように、熱分解生成炭素皮膜は、その厚さ方向は電気抵抗が高く、その面方向ではステンレス鋼の数倍の導電性を示す。厚さ方向と面方向の比抵抗の比は３桁以上にも達する。これは被膜の厚さ方向に電気を流すときは、面方向に流す場合にくらべて極めて電気抵抗が高くなるということを意味する。

前述したように、加熱容器２１は、加速された熱電子で天板である加熱プレート２２を加熱する一方で、周壁３３の下端のフランジ部分が冷却されなければ、耐熱性に限界のある真空シール材２８によって加熱容器２１の内部を真空に保つことが出来ない。そのため、フランジ部分は導電性座金３６を介して水冷機構３７が付いた押え金具３５で押えられ、テーブル２６にも冷却機構２７が設けられている。従って、導電性セラミックである黒鉛からなる加熱容器２１の熱膨張係数は小さいものの、使用されている状態では熱膨張により歪みが生じる。

熱歪みが生じた状態で加熱容器２１の下部フランジ部を導電性座金３６を介して押え金具３５によって強く押さえ付けると、金属に比べて弾力性に乏しく、脆弱材である黒鉛からなる加熱容器２１は、破壊されるおそれがある。そこで加熱容器２１の下端のフランジ部分とテーブル２６との間に僅かに隙間を設けると共に、その間にゴム製のＯリング等の真空シール材２８を挟み、この弾性力を利用して真空シールしている。

しかしながら、Ｏリング等の真空シール材２８の弾力により加熱容器２１のフランジ部分を導電性座金３６を介して押え金具でテーブル２６に押さえ付けているため、加熱容器２１、導電性座金３６、押え金具３５及びテーブル２６に至る電流の流路の電気的抵抗が不安定になりやすい。真空シール材２８の弾力を増強して前記部材を押さえ付ける圧力を増大させれば電気的接触抵抗の安定化は図れるが、真空シール材２８の弾力の増強には自ずと限度がある。特に、熱応力で歪んだ加熱容器２１を破損することが無いようにシール出来る真空シール材２８はシリコーン系やフッ素系の樹脂に限られる。これらの材料からなるシール材は金属製のシール材に比べて弾性による反発力が小さく、加熱容器２１、導電性座金３６、押え金具３５及びテーブル２６のそれぞれの電気的接触抵抗を小さくするためには向いていない。

特にこの背面電子衝撃加熱装置の加熱容器２１の表面にコーティングした熱分解生成炭素皮膜が寿命等の理由で薄くなった場合や、被膜に何らかの欠陥が生じた場合、加熱容器２１の真空ベーキングが不十分で、加熱容器２１の内面にガスや水分が残ってしまう。このような場合は、その被膜の薄くなった部分や欠陥部分から、または加熱容器２１の内面に吸着したガスや水分が加熱容器２１の内部にガスが放出される。この放出されるガスにより、加熱容器２１の内部の真空度が瞬間的、断続的に低下し、フィラメント２９と加熱容器２１との間に印加している高電圧に耐えられなくなり、真空度低下による耐電圧不良が起こり、短絡により過電流が流れる。この短絡現象が生じると、導電製座金３６の接触抵抗が不安定な場合は、導電性座金３６を超えて加熱容器２１から押え金具３５に直接漏洩電流が流れたり、導電性座金３６の表面で発生するスパークにより、導電性座金３６の表面の荒れが生じる。これらが原因となってさらなる電気的接触抵抗の増大を招いたり、熱分解生成炭素皮膜に穴や傷等の欠陥を生じ、加熱容器２１の気密性をさらに低下させる原因となる。特に単なる運転初期における加熱容器２１の真空ベーキング不良で短絡現象を起こす場合は、熱分解生成炭素皮膜に損傷をもたらし、コストアップにつながる。
特開２００５−０５６５８２号公報 特開２００４−３５５８７７号公報 特開２００３−１７８８６４号公報

本発明では、前記従来の背面電子衝撃加熱装置における課題に鑑み、加熱容器のとテーブルとの間の電気的接触抵抗を小さく、且つ安定化させて、加熱容器の熱分解生成炭素皮膜の欠陥を防止し、これにより長期にわたって安定して加熱容器の気密性を確保出来るようにした背面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、加熱容器１の周壁１３の下端部とテーブル６との間に挟んだ真空シール材８と共に導電性のスプリングコンタクト５を挿入し、このスプリングコンタクト５を加熱容器１の周壁１３の下端フランジ部とテーブル６との間に挟み込むようにしたものである。

すなわち、本発明による背面電子衝撃加熱装置は、前記導電性を有する加熱容器１の周壁１３の下端部をテーブル６の上に載せて気密に支持すると共に同加熱容器１の周壁１３の下端部とテーブル６との間に、真空シール８に加え、導電性を有するスプリングを環状としたスプリングコンタクト５を介在させたものである。このスプリングコンタクト５は、コイル状の金属線を全体として環状に形成したものである。

このような背面電子衝撃加熱装置では、真空シール８とスプリングコンタクト５との併用により、それらの弾力による反発力で加熱容器１の下端をテーブル６に押え付ける力を強くすることが出来るので、加熱容器１とテーブル６との間の電気的接触抵抗を小さくすることが出来る。さらに、スプリングコンタクト５が金属であり導電性を有するため、このスプリングコンタクト５を介しても加熱容器１とテーブル６との間の電気的接触が図られる。これらの理由から加熱容器１とテーブル６との間の導通が良好となり、短絡現象に伴う熱分解生成炭素皮膜の早期の破損を防止することが出来る。

また、スプリングコンタクト５は気密シール性が無いため、加熱容器１の周壁１３の下端部とテーブル６との間に真空シール材８を挿入することにより、真空シールと共に、電気的接触抵抗の低減、加熱容器１の安定的な支持等を同時に実現することが出来る。

以上説明した通り、本発明による背面電子衝撃加熱装置では、加熱容器１とテーブル６との接触部分に真空シール８とスプリングコンタクト５とを併用することにより、真空シール、電気的接触抵抗の低減、加熱容器１の安定的な支持等のように、背面電子衝撃加熱装置としての複数の諸要件を確実に実現することが出来る。これにより、長寿命で安定的に使用出来る背面電子衝撃加熱装置を得ることが出来る。

本発明では、本発明による背面電子衝撃加熱装置では、加熱容器１とテーブル６との接触部分に真空シール８とスプリングコンタクト５とを併用することにより、前記の目的を達成した。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。

図１は、本発明による背面電子衝撃加熱装置の一実施形態を示す図であり、図２はその要部拡大図である。
ステンレス鋼等の金属からなるテーブル６の上に真空チャンバ４が載せて固定されている。テーブル６の中には、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、テーブル６が冷却される。

このテーブル６の上には、前記真空チャンバ４の中に加熱容器１が設置されている。この加熱容器１は、下面が開いた容器状のものであって、シリコンウエハ等の薄形板状の加熱物を載せる天板が平坦な加熱プレート２となったものである。より具体的には、加熱容器１は、加熱プレート２が天板となってその上面側が閉じられ、加熱プレート２の周囲の下方には、下面側が開口した円筒形状の周壁１３が設けられている。加熱容器１の周壁1３の下端部はフランジ状になっている。

テーブル６の加熱容器１のフランジ部分を載せる部分には、テーブル６の中心軸の周りに同心円状に溝が設けられ、この溝に真空シール材８とスプリングコンタクト５とが嵌め込まれている。図１の例では、テーブル６の外周側の溝に真空シール材８が嵌め込まれ、内周側の溝にスプリングコンタクト５とが嵌め込まれているが、スプリングコンタクト５を真空シール材８の外側にしてもよい。これら溝に嵌め込まれた真空シール材８とスプリングコンタクト５の上に、前記加熱容器１の周壁１３の下端部のフランジ部分が載せられ、さらにこのフランジ部分がその上に当てられた環状の導電性座金1６を介して冷却液通路１７を有する押え金具1５により固定される。この状態で加熱容器１とテーブル６とは電気的に導通すると共に、前記真空シール材８により気密にシールされる。テーブル６は接地され、従って加熱容器１も接地される。

このような加熱容器１の材質としては、黒鉛等の導電体が使用される。これに対し、加熱容器１がアルミナや窒化珪素のようなセラミックで絶縁体からなる場合は、その加熱プレート２の内面や周壁1３の内外面の全面をメタライズして導体膜を形成し、この導体膜を前記導電性座金1６、冷却液通路１７を有する押え金具1５及びテーブル６を介して接地する。

さらに、この加熱容器１の内部には、テーブル６から支柱1４が立設され、この支柱1４の上端側に平板状のホルダ１２が支持されている。さらにこのホルダ１２からフィラメント支持柱１７が立設され、このフィラメント支持柱１７にフィラメント９が取り付けられている。このフィラメント９は、加熱容器１の中でその加熱プレート２の背後に設けられている。またこのフィラメント９には、フィラメント加熱電源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、加熱容器１、導電性座金1６、押え金具1５及びテーブル６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を有する加熱容器１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。

前記フィラメント支持柱１７の中間部には、フィラメント９の下方に位置するようにリフレクタ３が取り付けられている。このリフレクタ３は、フィラメント支持柱１７を介してフィラメント９に導通しており、同フィラメント９と同電位のマイナス電位とされる。

このような背面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から熱電子があらゆる方向に放出される。この熱電子のうち下に向かった熱電子はマイナス電位になったリフレクタ３によって反射され、上に向かった熱電子と共に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。加熱プレート２に生じる熱は、フィラメント９の下方に設けられたリフレクタ３により反射され、出来る限り熱が不要な個所に拡散するのが防止される。加熱プレート２に衝突した電子は、加熱容器１の周壁1３から導電性座金1６、押え金具1５、テーブル６を介してアースに流れる。

加熱プレート２が予め定められた温度に達すると、フィラメント加熱電源１０からフィラメント９に通電する電力が下げられ、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の加熱を停止する。その後、加熱容器１の殆どの熱は、冷却液通路１７を有する押え金具１６とテーブル６の冷却液通路７に通している冷却液によりテーブル６や加熱容器１が冷却され、加熱プレート２が降温される。

図３は、加熱容器１の周壁１３の下端部のフランジ部分とテーブル６との間に挿入され、挟持されるスプリングコンタクト５の一例を示す。この図に示すように、スプリングコンタクト５は、コイル状の金属線を環状に曲げ、両端を互いに接合したものである。コイル状の金属線の端部は、溶接等により接合し、バリを取ることにより、加熱容器２１の表面にコーティングした熱分解生成炭素皮膜を傷付けないようにするのが好ましい。

図４は、前記スプリングコンタクト５のＡ−Ａ部分断面の形状の例を示す図だる。同図（Ａ）は図３に示したスプリングコンタクト５のＡ−Ａ部分断面の形状であり、コイルは円形である。スプリングコンタクト５が加熱容器１の周壁１３の下端部のフランジ部分とテーブル６との間に挿入され、挟持されることにより、コイルが若干押し潰され、円形から扁平な楕円形に近い形となる。図（Ｂ）はコイルの形状を予め楕円に近い扁平形状とした例である。この場合は、スプリングコンタクト５が加熱容器１の周壁１３の下端部のフランジ部分とテーブル６との間に挿入され、挟持された時に、スプリングコンタクト５とその上下のフランジ部分及びテーブル６の上面との間の接触長さを長くとれる利点がある。

図４（ｃ）は、これらのコイルを斜めに倒してものの一部を示す斜視図である。コイルを斜めに倒したものにすると、コイルの弾力性をさらに小さくすることが出来、スプリングコンタクト５によって熱分解生成炭素皮膜に傷を付けることも少なくなる。

本発明による背面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。 本発明による背面電子衝撃加熱装置の一実施例の一部を示す要部拡大断面図である。 本発明による背面電子衝撃加熱装置の一実施例において使用されるスプリングコンタクトの例を示す斜視図である。 スプリングコンタクトの断面形状の例を示す図３のＡ−Ａ部断面図とコイルを斜めに倒してものの一部を示す斜視図である。 背面電子衝撃加熱装置の従来例を示す概略縦断面図である。

符号の説明

１ 加熱容器
１３ 加熱容器の周壁
６ テーブル
８ 真空シール
５ スプリングコンタクト

Claims (2)

1. フィラメント（９）で発生した熱電子を加速してこれを加熱容器（１）の天板となる加熱プレート（２）にその背面から衝突させて加熱プレート（２）を発熱させる背面電子衝撃加熱装置であって、前記導電性を有する加熱容器（１）の周壁（１３）の下端部をテーブル（６）の上に載せて気密に支持すると共に同加熱容器（１）の周壁（１３）の下端部とテーブル（６）との間に、真空シール（８）に加え、導電性を有するスプリングを環状としたスプリングコンタクト（５）を介在させたことを特徴とする背面電子衝撃加熱装置。
2. スプリングコンタクト（５）は、コイル状の金属線を全体として環状に形成したものであることを特徴とする請求項１に記載の背面電子衝撃加熱装置。

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