JP2008060245A

JP2008060245A - 基板加熱装置

Info

Publication number: JP2008060245A
Application number: JP2006233864A
Authority: JP
Inventors: Haruhide Inoue; 治英井上; Yasuo Nakatani; 保雄中谷; Yuji Morikawa; 裕次森川
Original assignee: Momentive Performance Materials Japan LLC; Momentive Performance Materials Inc
Current assignee: Momentive Performance Materials Japan LLC; Momentive Performance Materials Inc
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2008-03-13

Abstract

【課題】被処理基板Ｗを載置支持して加熱するための基板加熱装置において、側面からの放熱により被処理基板Ｗの温度分布が不均一となることを防止する。
【解決手段】基板加熱装置１０の表面に沿って第一の加熱用電極１３Ａを設けてこれを第一の電圧印加手段１５Ａで発熱させると共に、基板加熱装置の側面に沿って第二の加熱用電極１３Ｂを設けてこれを第二の電圧印加手段１５Ｂで発熱させることにより、側面からの放熱を補って外周部の温度低下を防ぎ、被処理基板Ｗの温度分布が均一になるように加熱する。
【選択図】図１

Description

ＣＶＤ（化学的気相蒸着法）等の処理を行う半導体基板処理装置において半導体ウエハを載置支持して加熱するために用いられる基板加熱装置に関する。

半導体製造プロセスにおいて、ＣＶＤ等により半導体基板上に多結晶シリコン膜を堆積させる半導体基板処理装置が広く採用されている。

このような半導体基板処理装置の半導体基板処理プロセスにおいて、例えば多結晶シリコン膜の成膜処理時において被処理基板内の温度分布を均一化することが、多結晶シリコン膜の成長を均一にするために重要である。

したがって、半導体基板処理装置における基板加熱装置においても、該装置に内蔵される加熱用電極や基板支持部材等は被処理基板に対して熱を均一に伝導できる構造を有することが望ましい。

下記特許文献１は、被処理基板をサセプタなどの支持部材等により支持した状態で、その下方に設けた加熱用電極により被処理基板を加熱する構造の枚葉式加熱装置において、被処理基板の外周部下方に第二の加熱用電極を設けることにより基板外側面からの放熱を補い、被処理基板に均一な温度分布を与えるようにしている。
特開平９−２１９３６９号公報

しかし、特許文献１記載の技術は、被処理基板外側面からの放熱を抑制するものではなく、被処理基板の外周部下方に設けた第二の加熱用電極を設けることによって放熱による熱損失をある程度は補えるとしても、温度分布が不均一になるという問題を根本的に解決することはできない。また、該第二の加熱用電極による加熱は被処理基板外周部の温度を上昇させるだけでなく、熱移動により内部（第一の加熱用電極により加熱される領域）の温度をも押し上げることになるため、結果として、被処理基板の全面にわたって均一な温度分布を得ることは困難であった。

図４に示すように、被処理基板Ｗを静電吸着力によって支持する基板加熱装置３０も知られている。この装置３０は、図示しない静電吸着用電極により被処理基板Ｗを静電吸着する。電源部３３Ａに接続された加熱用電極３１は、被処理基板Ｗを直接的かつ効率的に加熱する。この装置３０において、特許文献１記載の手法を採用して、第一の加熱用電極３１のほかに被処理基板Ｗの外周部の下方に第二の加熱用電極３２を設けてこれを第二の電源部３３Ｂに接続しても、前述のように、被処理基板Ｗ外方への放熱Ｒ１を根本的に抑制することができず、被処理基板Ｗの温度分布が不均一となる問題を解消することができない。

放熱に伴って基板温度分布が不均一になるという問題に対するもう一つの解決方法として、図５に示すように、被処理基板Ｗより十分に大きい載置面を有する基板加熱装置４０を用いることも考えられる。この装置４０は、被処理基板Ｗより十分に大きいものとして形成された基板載置面の略全般にわたって設けられた加熱用電極４２が電源部４３に接続されている。このため、被処理基板Ｗ外方への放熱Ｒ２による影響が小さくなり、被処理基板Ｗの温度分布をほぼ均一にすることができる。

しかし、このような装置４０では、被処理基板Ｗの外側に存在する加熱装置載置面の外周部および外側面をＣＶＤやプラズマなどの処理雰囲気から保護するために保護部材４１で被覆しなければならない。さらに、基板Ｗよりさらに大径の載置面を必須とする加熱装置４０は、基板サイズが大口径化している近年の半導体需要に適合しない。

本発明は上記課題を鑑みたものであって、従来の基板加熱装置に容易に追加可能であって、被処理基板の温度分布を均一化させる技術的手段を提供することが目的である。

請求項１に係る発明は、半導体基板処理装置において半導体基板を載置支持する基板加熱装置であって、この基板加熱装置の表面に沿って設けられた第一の加熱用電極と、前記第一の加熱用電極に熱を発生させるための第一の電圧印加手段と、基板加熱装置の側面に沿って設けられた第二の加熱用電極と、前記第二の加熱用電極に熱を発生させるための第二の電圧印加手段とを有することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の基板加熱装置において、前記第一の加熱用電極と第二の加熱用電極が各々独立して制御可能であることを特徴とする。

請求項１に係る本発明の基板加熱装置によれば、その表面（基板載置面）に沿って第一の加熱用電極が設けられると共に、その側面に沿って第二の加熱用電極が設けられているので、側面からの放熱による熱損失を効果的に補い、被処理基板の温度分布を均一にすることが可能となる。

請求項２記載の基板加熱装置によれば、第二の加熱用電極と第一の加熱用電極が各々独立して制御可能であるため、被処理基板を直接的に加熱するための第一の加熱用電極に与える熱量と、側面からの放熱を補うための第二の加熱用電極に与える熱量を独立して調整することが可能である。したがって、大口径化した被処理基板に対しても、第一の加熱用電極を大きくすることなく、第二の加熱用電極の加熱量を調整することにより対応可能となる。

以下、本発明の一実施形態による基板加熱装置について、図１を参照して説明する。

この基板加熱装置１０は、基材１１の全面を絶縁層１２で被覆し、この絶縁層１２Ａの表面および側面にそれぞれ所定パターンで第一の加熱用電極１３Ａおよび第二の加熱用電極１３Ｂを配し、これら加熱用電極１３Ａ，１３Ｂを絶縁層１４で被覆して構成されている。第一の加熱用電極１３Ａは基板加熱装置１０の表面、すなわち被処理基板Ｗを載置する基板載置面に沿って配され、第二の加熱用電極１３Ｂは基板加熱装置１０の側面に沿って配されている。

この実施形態において、基材１１は厚み１４ｍｍ、外径１９５ｍｍのグラファイト基材１１で形成され、絶縁層１２Ａ，１２Ｂは２００ミクロン厚のＢＮ（窒化ボロン）で形成され、加熱用電極１３Ａ，１３Ｂは７５ミクロン厚のグラファイトで形成される。

その製造方法の一例を説明すると、厚み１４ｍｍ、外径１９５ｍｍのグラファイト基材１１の全面に熱ＣＶＤ炉で２００ミクロン厚のＢＮ層を形成して絶縁層１２とし、次いで、さらにその全面に熱ＣＶＤ炉で７５ミクロン厚のグラファイト層を形成した後、加熱用電極１３Ａ，１３Ｂとして残すべき部分以外の不要なグラファイト層１３Ｃを除去して所定パターンの加熱用電極１３Ａ，１３Ｂを形成する。次いで、全面に熱ＣＶＤ炉で２００ミクロン厚のＢＮ層を形成して絶縁層１４とする。つまり、絶縁層１２，１４として合計４００ミクロン厚のＢＮ層が形成され、その中に加熱用電極１３Ａ、Ｂが埋め込まれた構成となっている。

グラファイト層１３Ｃを除去して加熱用電極１３Ａ，１３Ｂを形成する際、電極１３Ａ，１３Ｂへの給電部および端子部（いずれも図１には図示せず）も同じグラファイト層で形成しておく。これら給電部および端子部は、基板加熱装置１０を支持するシャフト内部（図示せず）などを通して電源部１５Ａ，１５Ｂと接続する。このようにして図１の基板加熱装置１０が製造される。

この基板加熱装置１０における第一の加熱用電極１３Ａは従来技術によるものと同一であって良く、しかも第二の加熱用電極１３Ｂを側面に沿って配置するための工程も、グラファイト層の不要部分１３Ｃを除去する際に第一の加熱用電極１３Ａと共に第二の加熱用電極１３Ｂを所定パターンで形成するよう配慮すれば良いので、従来の製造処理工程を基本的に採用しつつ若干の変更をくわえるだけで容易に実施可能である。

なお、第二の加熱用電極１３Ｂの加熱量は、側面からの放熱量を補うように設定する必要があるので、必要に応じて加熱用電極１３Ｂの電極面積を大きくするなど、本発明において自由に実施形態の変更が可能である。

本発明の効果を実証するため、この基板加熱装置１０の第一の加熱用電極１３Ａおよび／または第二の加熱用電極１３Ｂに電力を供給した場合の表面温度分布を測定した。その結果を図２に示す。図２の縦軸は基板加熱装置１０の表面温度であり、横軸は基板加熱装置１０の外周部から中心部への距離（加熱装置表面の半面のみ）を示している。加熱用電極の制御は、被処理基板Ｗの外周部から１０ｍｍの場所に設けた熱電対（図示せず）で制御した。

図２の線ａは、第一の加熱用電極１３Ａにのみ電力（８４０Ｗ）を供給し第二の加熱用電極１３Ｂには電力を供給しなかった場合の表面温度分布を示す。この場合には、被処理基板Ｗの外周部から約３０ｍｍの領域で急激な温度低下が認められる。

これに対して、図２の線ｂは、第一の加熱用電極１３Ａに８４０Ｗの電力を供給すると共に第二の加熱用電極１３Ｂに６２Ｗの電力を供給した場合の表面温度分布を示し、線ｃは、第一の加熱用電極１３Ａに８４０Ｗの電力を供給すると共に第二の加熱用電極１３Ｂに１２４Ｗの電力を供給した場合の表面温度分布を示す。線ａに比べて線ｂ，ｃでは外周部における急激な温度低下が見られない。このことから、第二の加熱用電極１３Ｂが基板加熱装置１０の側面を加熱することにより、外周部での温度低下が改善され、被処理基板Ｗの温度分布がほぼ均一になることが確認できた。

図３は、本発明の他の実施形態による基板加熱装置２０の模式図である。この基板加熱装置２０は静電チャック機能を備えており、その表面（被処理基板Ｗの載置面）に静電チャック用電極２１を形成し、裏面に第一の加熱用電極２２Ａを形成し、側面に第二の加熱用電極２２Ｂを形成している。静電チャック用電極２１は電源部２３からの電力供給により作動し、第一および第二の加熱用電極２２Ａ，２２Ｂはそれぞれ別個の電源部２４Ａ，２４Ｂとは別に設けている。

本実施形態では、被処理基板Ｗを静電吸着力により支持装置に密着させることが可能となり、基板温度をより正確に制御できる利点が付加される。

他の構成については既述の実施形態（図１）と同様であるので、説明を省略する。

本発明の一実施形態による基板加熱装置の模式図である。図１の基板加熱装置を使用した場合の温度分布の一例である。本発明の他の実施形態による基板加熱装置の模式図である。従来技術の一例による基板加熱装置の模式図である。従来技術の他例による基板加熱装置の模式図である。

符号の説明

Ｗ被処理基板
Ｒ１，Ｒ２放熱
１０基板加熱装置
１１グラファイト基材
１２ＢＮ絶縁層
１３Ａ第一の加熱用電極
１３Ｂ第二の加熱用電極
１４ＢＮ絶縁層
１５Ａ第一の加熱用電極に対する電源部
１５Ｂ第二の加熱用電極に対する電源部
２０基板加熱装置
２１静電チャック用電極
２２Ａ第一の加熱用電極
２２Ｂ第二の加熱用電極
２３静電チャック用電極に対する電源部
２４Ａ第一の加熱用電極に対する電源部
２４Ｂ第二の加熱用電極に対する電源部

Claims

半導体基板処理装置において半導体基板を載置支持する基板加熱装置であって、この基板加熱装置の表面に沿って設けられた第一の加熱用電極と、前記第一の加熱用電極に熱を発生させるための第一の電圧印加手段と、基板加熱装置の側面に沿って設けられた第二の加熱用電極と、前記第二の加熱用電極に熱を発生させるための第二の電圧印加手段とを有することを特徴とする基板加熱装置。
前記第一の加熱用電極と第二の加熱用電極が各々独立して制御可能であることを特徴とする請求項１記載の基板加熱装置。