JP2008072080A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス状炭素製発熱体を誘導発熱させて半導体ウェハを加熱するに際し、半導体ウェハの昇温時にはガラス状炭素製発熱体からの熱の反応容器外部への放熱を抑制して半導体ウェハの昇温速度を速め、高周波誘導コイルへの通電終了後の半導体ウェハの降温時には、前記放熱抑制状態を解除して半導体ウェハの降温速度を速めることができるようにした、加熱装置を提供すること。
【解決手段】半導体ウェハＷが収納される反応容器１と、反応容器１内に配置され、半導体ウェハＷを加熱するためのガラス状炭素製発熱体２と、反応容器１の外側に配置され、ガラス状炭素製発熱体２を誘導発熱させるための高周波誘導コイル３と、反応容器１と高周波誘導コイル３との間に配置され、ガラス状炭素製発熱体２との対向状態を高周波誘導コイル３への通電時と通電終了後とで異なるように変化可能に構成された可動式熱反射板４と、を備えた加熱装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体集積回路製造プロセスに用いられ、半導体ウェハ（半導体基板）を加熱するに際し、ガラス状炭素製発熱体を誘導発熱させて半導体ウェハを加熱するようにした加熱装置に関するものである。

半導体集積回路の製造においては、化学気相成長（ＣＶＤ）による成膜工程、アニール工程、エッチング工程など種々の工程にて半導体ウェハを加熱することが行われる。そして一般論として、半導体ウェハの加熱処理には、（ａ）処理の正確さ：温度を必要なだけ厳密に、再現性よく制御すること、（ｂ）生産性：昇温・降温速度をできるだけ速くし、必要最小限の時間で処理すること、（ｃ）清浄性：半導体ウェハを汚染しないこと、（ｄ）コスト：運転コスト、消耗品コストが小さいこと、などが望まれている。

この場合、半導体ウェハを加熱する方式としては、反応容器（清浄性の観点から一般に石英製である）内に収納されている半導体ウェハを、その反応容器の外側に配置された抵抗加熱ヒータによって加熱する抵抗加熱ヒータ方式、また、反応容器内に収納されている半導体ウェハを、その反応容器の外側に配置された赤外線ランプによって加熱するランプ加熱方式が知られている（例えば、特開２０００−１０３６９６号公報（同図４））。

また、表面が炭化ケイ素（ＳｉＣ）でコーティングされた黒鉛製のサセプタを反応容器内に配置し、高周波誘導コイルに通電して前記サセプタを誘導発熱させることにより、前記サセプタ上に載置された半導体ウェハを加熱する誘導加熱方式が知られている（例えば、特開平６−５３１３９号公報（同図２））。また、同じく誘導加熱方式として、反応容器内にガラス状炭素製円筒体を配置し、前記反応容器の外側に配置された高周波誘導コイルに通電してガラス状炭素製円筒体を誘導発熱させることにより、前記ガラス状炭素製円筒体の内側に収容されている半導体ウェハを加熱する誘導加熱方式が知られている（特許文献１：特開２００３−１５１７３７号公報）。

前記誘導加熱方式に発熱体として用いられるガラス状炭素よりなるガラス状炭素製発熱体は、周知のように、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を所定形状（例えば円筒）に成形し、得られた熱硬化性樹脂成形体を、不活性雰囲気中で、高温、例えば１０００℃以上に高温加熱処理して炭素化することにより、製造されるものである。そして、ガラス状炭素は、導電性、耐熱性及び耐食性を有することに加えて、発熱体の材料としてみた場合、緻密な組織で化学的に安定なことから汚染物質を発生しにくく（低発塵性で、構成粒子の脱落なし）、また、熱容量が小さい、など優れた特徴を有している。したがって、ガラス状炭素よりなる発熱体を用いた誘導加熱方式による加熱装置は、半導体ウェハを汚染することなく加熱する加熱装置として適している。

特開２００３−１５１７３７号公報（段落［００１４］、図１）

しかしながら、ガラス状炭素製発熱体を誘導発熱させて半導体ウェハを加熱する従来の加熱装置では、半導体ウェハの昇温速度を速めるためにガラス状炭素製発熱体からの熱が反応容器の外部へ逃げることを防ぐようにすると、高周波誘導コイルへの通電を終了しても、半導体ウェハの温度が下がりにくく、半導体ウェハの加熱処理に時間がかかり、生産性の点で改善の余地があった。

そこで、本発明の課題は、ガラス状炭素製発熱体を誘導発熱させて半導体ウェハを加熱するに際し、半導体ウェハの昇温時にはガラス状炭素製発熱体からの熱の反応容器外部への放熱を抑制して半導体ウェハの昇温速度を速め、高周波誘導コイルへの通電終了後の半導体ウェハの降温時には、前記放熱抑制状態を解除して半導体ウェハの降温速度を速めることができるようにした、加熱装置を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、半導体ウェハが収納される反応容器と、前記反応容器内に配置され、前記半導体ウェハを加熱するためのガラス状炭素製発熱体と、前記反応容器の外側に配置され、前記ガラス状炭素製発熱体を誘導発熱させるための高周波誘導コイルと、前記反応容器と前記高周波誘導コイルとの間に配置され、前記ガラス状炭素製発熱体との対向状態を前記高周波誘導コイルへの通電時と通電終了後とで異なるように変化可能に構成された可動式熱反射板と、を備えたことを特徴とする加熱装置である。

請求項２の発明は、請求項１記載の加熱装置において、前記ガラス状炭素製発熱体が円筒状をなしていること特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１記載の加熱装置において、前記ガラス状炭素製発熱体が円盤状をなしていることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項３記載の加熱装置において、前記円盤状をなすガラス状炭素製発熱体が０．４５以上の放射率を有していることを特徴とするものである。

請求項５の発明は、半導体ウェハが収納され、前記半導体ウェハを加熱するために少なくとも一部分がガラス状炭素製発熱部で構成された反応容器と、前記反応容器の外側に配置され、前記ガラス状炭素製発熱部を誘導発熱させるための高周波誘導コイルと、前記反応容器と前記高周波誘導コイルとの間に配置され、前記ガラス状炭素製発熱部との対向状態を前記高周波誘導コイルへの通電時と通電終了後とで変化可能に構成された可動式熱反射板と、を備えたことを特徴とする加熱装置である。

請求項６の発明は、請求項５記載の加熱装置において、前記反応容器の前記ガラス状炭素製発熱部が円筒状をなしていることを特徴とするものである。

請求項１、２、３又は４の加熱装置によると、半導体ウェハの昇温時には、反応容器内に配置されたガラス状炭素製発熱体からの熱の反応容器外部への放熱を抑制するように前記ガラス状炭素製発熱体に対して可動式熱反射板を対向させることにより、半導体ウェハの昇温速度を速めることができ、高周波誘導コイルへの通電終了後の半導体ウェハの降温時には、前記放熱抑制状態を解除するように前記ガラス状炭素製発熱体に対する前記可動式熱反射板の対向状態を変化させることにより、半導体ウェハの降温速度を速めることができる。これにより、半導体ウェハの加熱処理にかかる時間を短縮して、生産性を高めることができる。

請求項５又は６の加熱装置によると、半導体ウェハの昇温時には、反応容器のガラス状炭素製発熱部からの熱の該反応容器外部への放熱を抑制するように前記ガラス状炭素製発熱部に対して可動式熱反射板を対向させることにより、半導体ウェハの昇温速度を速めることができ、高周波誘導コイルへの通電終了後の半導体ウェハの降温時には、前記放熱抑制状態を解除するように前記ガラス状炭素製発熱部に対する前記可動式熱反射板の対向状態を変化させることにより、半導体ウェハの降温速度を速めることができる。これにより、半導体ウェハの加熱処理にかかる時間を短縮して、生産性を高めることができる。

以下、本発明の加熱装置について、より詳しく説明する。

本発明の第１の加熱装置は、前述したように、半導体ウェハが収納される例えば石英製の反応容器と、前記反応容器内に配置され、前記半導体ウェハを加熱するためのガラス状炭素製発熱体と、前記反応容器の外側に配置され、前記ガラス状炭素製発熱体を誘導発熱させるための高周波誘導コイルと、前記反応容器と前記高周波誘導コイルとの間に配置され、前記ガラス状炭素製発熱体との対向状態を変化可能に構成された可動式熱反射板とを備えている。なお、前記反応容器は、石英などの耐熱性に優れた絶縁材料からなっている。

このように、半導体ウェハの近傍にガラス状炭素製発熱体が配置されており、このガラス状炭素製発熱体を誘導発熱させることにより、パーティクルなどの汚染物質を半導体ウェハに移すことなく、急速に半導体ウェハを加熱することができる。これに対して、抵抗加熱ヒータを反応容器内に配置したり、反応容器の外側から抵抗加熱ヒータ、あるいは赤外線ランプで加熱したりするようなものでは、急速に半導体ウェハを加熱することが難しい。また、誘導発熱させる発熱体として、ガラス状炭素以外の黒鉛をはじめとする炭素材料では、それ自体が炭素微粉などのパーティクルを発することが避けがたく、これを回避するために、表面に炭化ケイ素（ＳｉＣ）をコーティングして使用されるものの、コーティングが剥がれてパーティクルが生じる心配があり、半導体ウェハを汚染しないようにすることが難しい。

また、特徴として、反応容器と高周波誘導コイルとの間に配置され、ガラス状炭素製発熱体との対向状態を高周波誘導コイルへの通電時と通電終了後とで異なるように変化可能に構成された可動式熱反射板を備えている。この可動式熱反射板は、例えば、短冊板状をなして上下方向に延びる複数個の熱反射板片を備え、個々の熱反射板片を動かすことにより、ガラス状炭素製発熱体に対する対向状態を変化させることができるようにしたものである。

すなわち、円筒状をなすガラス状炭素製円筒状発熱体の場合（図１参照）、半導体ウェハの昇温時には、反応容器の外周周りに、各熱反射板片をその隣り合う熱反射板片同士が互いに実質的に隙間をあけることなく位置させることにより（図２（ａ），図３（ａ）参照）、ガラス状炭素製円筒状発熱体からの放射熱を反射する度合いを大きくし、ガラス状炭素製円筒状発熱体からの熱の反応容器外部への放熱をできるだけ抑制することで、ガラス状炭素製円筒状発熱体からの熱を半導体ウェハに効率的に伝えて、半導体ウェハの昇温速度を速めることができる。

一方、高周波誘導コイルへの通電終了後の半導体ウェハの降温時には、反応容器の外周周りに、各熱反射板片をその隣り合う熱反射板片同士が互いに隙間をあけて位置させることにより（図２（ｂ），図３（ｂ）参照）、半導体ウェハの昇温時の前記放熱抑制状態を解除することで、前記放熱抑制状態をそのまま保持する場合に比べ半導体ウェハの降温速度を速めることができる。

また、例えば、反応容器の軸線方向に移動可能な円筒状熱反射板１４により可動式熱反射板を構成し、図４に示すように、半導体ウェハの昇温時には、円筒状熱反射板１４により反応容器の外周周りを取り囲み、半導体ウェハの降温時には、円筒状熱反射板１４を例えば上方へ移動させて反応容器の外周周りから退避させるようにしてもよい。

前記のガラス状炭素製発熱体としては、その形状が円筒状をなすガラス状炭素製円筒状発熱体が好適である。縦型ボードに半導体ウェハを複数枚（数十枚）縦に並べて積載し、これを取り囲むように前記ガラス状炭素製円筒状発熱体を配置して（ガラス状炭素製円筒状発熱体の内側に複数枚の半導体ウェハが積載された前記縦型ボードを収容して）、ガラス状炭素製円筒状発熱体を誘導発熱させるという構成を採用することができる。

本発明の第２の加熱装置は、前述したように、半導体ウェハが収納され、前記半導体ウェハを加熱するために少なくともその一部分がガラス状炭素製発熱部で構成された反応容器と、前記反応容器の外側に配置され、前記ガラス状炭素製発熱部を誘導発熱させるための高周波誘導コイルと、前記反応容器と前記高周波誘導コイルとの間に配置され、前記ガラス状炭素製発熱部との対向状態を変化可能に構成された可動式熱反射板とを備えている。

このように、半導体ウェハが収納される反応容器の一部分（例えば円筒状をなす胴部）自体をガラス状炭素からなるガラス状炭素製発熱部として利用する構成とし、半導体ウェハの近傍の前記ガラス状炭素製発熱部を誘導発熱させることにより、前記第１の加熱装置と同様に、汚染物質を半導体ウェハに移すことなく、急速に半導体ウェハを加熱することができる。

また、反応容器と高周波誘導コイルとの間に配置され、ガラス状炭素製発熱部との対向状態を高周波誘導コイルへの通電時と通電終了後とで異なるように変化可能に構成された可動式熱反射板を備えており、この可動式熱反射板は、前述したところの、第１の加熱装置の前記可動式熱反射板と同様の構成をなしている。

すなわち、反応容器の円筒状をなす胴部がガラス状炭素製円筒状発熱部により構成されている場合、半導体ウェハの昇温時には、反応容器の外周周りに、各熱反射板片をその隣り合う熱反射板片同士が互いに隙間をあけることなく位置させることにより、ガラス状炭素製円筒状発熱部（反応容器胴部）からの放射熱を反射する度合いを大きくし、ガラス状炭素製円筒状発熱部（反応容器胴部）からの熱の反応容器外部への放熱をできるだけ抑制することで、ガラス状炭素製円筒状発熱部（反応容器胴部）からの熱を半導体ウェハに効率的に伝えて、半導体ウェハの昇温速度を速めることができる。一方、高周波誘導コイルへの通電終了後の半導体ウェハの降温時には、反応容器の外周周りに、各熱反射板片をその隣り合う熱反射板片同士が互いに隙間をあけて位置させることにより、半導体ウェハの昇温時の前記放熱抑制状態を解除することで、前記放熱抑制状態をそのまま保持する場合に比べ半導体ウェハの降温速度を速めることができる。また、前述したように、例えば、反応容器の軸線方向に移動可能な円筒状熱反射板により可動式熱反射板を構成するようにしてもよい。

なお、本発明の第２の加熱装置は、少なくともその一部分がガラス状炭素製発熱部で構成された反応容器の外部空間を雰囲気制御する手段を備えていてよい。ガラス状炭素は高温の酸化性雰囲気に曝されると酸化消耗するが、前記反応容器の外部空間を不活性雰囲気とすることで、前記反応容器を高温でも酸化消耗が生じることなく使用することが可能となる。

本発明の加熱装置において、前記したガラス状炭素製発熱体、あるいは反応容器の一部分（例えば前記した胴部）を構成する前記したガラス状炭素製発熱部の製造については、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を所定形状（例えば円筒形）に成形し、得られた熱硬化性樹脂成形体を、不活性雰囲気中で、高温、例えば１０００℃以上に高温加熱処理して炭素化することにより、製造することができる。熱硬化性樹脂成形体の成形方法としては、遠心成形、プレス成形、射出成形、注型成形、あるいは接合などの公知の方法から選択することができる。

また、本発明の加熱装置において、前記可動式熱反射板の材質は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、不透明石英などの耐熱性を有する絶縁材料、あるいは、高周波誘導コイルによって誘導加熱されない耐熱材料から選択される。

図１は本発明の一実施形態による加熱装置を示す構成説明図である。この加熱装置は、縦型減圧ＣＶＤ装置として構成されたものである。

図１に示すように、この加熱装置は、中空断面円形で上部がドーム状をなして閉じられた石英製の反応容器１と、この反応容器１内に配置され、ガラス状炭素からなり円筒状をなす内管であって、シリコンウェハＷを加熱するためのガラス状炭素製円筒状発熱体２と、このガラス状炭素製円筒状発熱体２の内側に配され、シリコンウェハＷを複数枚（多数枚）縦に並べて積載する縦型ボード６と、マニホールド７とを備えている。この実施形態のマニホールド７は、ガラス状炭素製円筒状発熱体２内にその下方より反応ガスを導入するとともに、ガラス状炭素製円筒状発熱体２の上端開口より導出された反応後のガスを反応容器１とガラス状炭素製円筒状発熱体２との間の空間通路を下降させて反応容器１から排出するためのものである。

さらに、この加熱装置は、反応容器１の外側に配置され、ガラス状炭素製円筒状発熱体２を誘導発熱させるための高周波誘導コイル３と、反応容器１と高周波誘導コイル３との間に反応容器１の外周に沿うようにして配置され、ガラス状炭素製円筒状発熱体２との対向状態を変化可能に構成された後述する可動式熱反射板４とを備えている。高周波誘導コイル３には、高周波交流電源から整合器を介して交流高周波電力が供給されるようになっている。

前記の反応容器１、ガラス状炭素製円筒状発熱体２、縦型ボード６、可動式熱反射板４及び高周波誘導コイル３は、軸線を同じにして設けられている。前記マニホールド７には、反応容器１とガラス状炭素製円筒状発熱体２が載置されるとともに、縦型ボード６が図示しない保温筒を介して載置されるようになっている。また、マニホールド７は、ガラス状炭素製円筒状発熱体２の内側に反応ガスなどを導入するガスインジェクタ８ａ，８ｂを備えるとともに、反応後のガスあるいは未反応ガスを反応容器１から排出させるガス排気口９を有している。マニホールド７の開口部は図示しないハッチによって塞がれるようになっている。

この加熱装置は、ガラス状炭素製円筒状発熱体２を誘導発熱させることにより、ガラス状炭素製円筒状発熱体２の内側に収容された縦型ボード６に縦に並べられている各シリコンウェハＷを加熱することで、ガラス状炭素製円筒状発熱体２内へ導入された反応ガスを熱エネルギーにより熱分解反応させて、各シリコンウェハＷ上に成膜を行うようにしたものである。

図２は図１における可動式熱反射板を説明するための平面図であって、その（ａ）は半導体ウェハの昇温時における可動式熱反射板の様子を説明するための図、その（ｂ）は高周波誘導コイルへの通電終了後の半導体ウェハの降温時における可動式熱反射板の様子を説明するための図である。

前記可動式熱反射板４は、短冊板状をなして上下方向に延びる複数個、例えば２０枚程度の熱反射板片４ａを備え、個々の熱反射板片４ａを動かすことにより、ガラス状炭素製円筒状発熱体２に対する対向状態を変化させることができるようにしたものである。この例では、各熱反射板片４ａは、上下方向に延びる一方端側の長辺から所定距離隔てて該長辺と平行をなす線を回動中心として回動可能に支持されている。各熱反射板片４ａは、アルミナなどの耐熱性を有する絶縁材料からなっている。

そして、図２（ａ）に示すように、シリコンウェハＷの昇温時には、反応容器１の外周周りに、各熱反射板片４ａをその隣り合う熱反射板片４ａ同士が互いにわずかの隙間を有して、つまり実質的に隙間をあけることなく位置させるようにしてある。すなわち、可動式熱反射板４は、シリコンウェハＷの昇温時には、平面視でみてガラス状炭素製円筒状発熱体２（反応容器１）に対して同心円状をなして対向するように構成されている。

また一方、図２（ｂ）に示すように、高周波誘導コイル３への通電終了後のシリコンウェハＷの降温時には、各熱反射板片４ａを前記回動中心周りに９０度回動させることで、反応容器１の外周周りに、各熱反射板片４ａをその隣り合う熱反射板片４ａ同士が互いに熱反射板片４ａ１枚分の隙間をあけて位置させるようにしてある。すなわち、可動式熱反射板４は、シリコンウェハＷの降温時には、平面視でみてガラス状炭素製円筒状発熱体２（反応容器１）に対して放射状をなして対向するように構成されている。

このように構成される加熱装置によると、シリコンウェハＷの昇温時には、図２（ａ）に示すように、反応容器１の外周周りに、可動式熱反射板４の各熱反射板片４ａをその隣り合う熱反射板片４ａ同士が実質的に隙間をあけることなく位置させて、平面視でみてガラス状炭素製円筒状発熱体２（反応容器１）に対して可動式熱反射板４を全体として同心円状をなして対向させることで、ガラス状炭素製円筒状発熱体２からの熱の反応容器１外部への放熱を抑制して、シリコンウェハＷの昇温速度を速めることができる

また、高周波誘導コイル３への通電終了後のシリコンウェハＷの降温時には、反応容器１の外周周りに、可動式熱反射板４の各熱反射板片４ａをその隣り合う熱反射板片４ａ同士が互いに熱反射板片４ａ１枚分の隙間をあけて位置させて、平面視でみてガラス状炭素製円筒状発熱体２（反応容器１）に対して可動式熱反射板４を全体として放射状をなして対向させることで、シリコンウェハＷの前記昇温時における前記放熱抑制状態をそのまま保持する場合に比べてシリコンウェハＷの降温速度を速めることができる。

図３は図１における可動式熱反射板の別の例を説明するための平面図であって、その（ａ）は半導体ウェハの昇温時における可動式熱反射板の様子を説明するための図、その（ｂ）は高周波誘導コイルへの通電終了後の半導体ウェハの降温時における可動式熱反射板の様子を説明するための図である。

この例の可動式熱反射板５は、短冊板状をなして上下方向に延びる複数個、例えば２０枚程度の熱反射板片５ａを備え、適宜の熱反射板片５ａを動かすことにより、ガラス状炭素製円筒状発熱体２に対する対向状態を変化させることができるようにしたものである。この例では、半数の熱反射板片５ａは、反応容器１の外周に沿って熱反射板片５ａ１枚分の距離の往復の平行移動が可能になっている。可動式熱反射板５を構成する各熱反射板片４ａは、アルミナなどの耐熱性を有する絶縁材料からなっている。

そして、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハＷの昇温時には、反応容器１の外周周りに、各熱反射板片５ａをその隣り合う熱反射板片５ａ同士が互いにわずかの隙間を有して、つまり実質的に隙間をあけることなく平面視で千鳥配置にて位置させるようにしてある。

また、図３（ｂ）に示すように、高周波誘導コイル３への通電終了後のシリコンウェハＷの降温時には、反応容器１に対してより外側に位置する半数の熱反射板片５ａを、それぞれ、反応容器１の外周に沿って平面視で時計回り方向に熱反射板片５ａ１枚分の距離だけ平行移動させることで、反応容器１の外周周りに、２枚重ねされた熱反射板片５ａをその隣り合うもの同士が互いに熱反射板片５ａ１枚分の隙間をあけて位置させるようにしてある。

図５は本発明の別の実施形態による加熱装置を示す構成説明図である。

図５に示すように、箱状をなす石英製の反応容器１５内には、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８が配置されている。１枚のシリコンウェハＷは、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８上に支持されている。反応容器１５の下方には、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８を誘導発熱させるための渦巻き状の高周波誘導コイル１９が配置されている。さらに、反応容器１５と高周波誘導コイル１９との間には、円盤状をなす可動式熱反射板２０が、図５における左右方向に移動可能に配置されている。高周波誘導コイル１９には、高周波交流電源から整合器を介して交流高周波電力が供給されるようになっている。

この加熱装置は、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８を誘導発熱させてシリコンウェハＷを加熱し、これによりシリコンウェハＷを熱処理したり、反応ガスを熱エネルギーにより熱分解反応させて、シリコンウェハＷ上に成膜したりするようにしたものである。反応ガスは、反応容器１５の一端にある反応ガス導入口１６から反応容器１５内に導入される。反応容器１５内に導入された反応ガスは、シリコンウェハＷの上方を図５における左から右の方向に流れ、反応ガス排出口１７に流れる。

そして、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８を誘導発熱させるときには、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８に対して可動式熱反射板２０を相対して位置させ、対向状態とする。これにより、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８からの放射熱を反射する度合いを大きくし、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８からの熱の反応容器１５外部への放熱を抑制することで、シリコンウェハＷの昇温速度を速めることができる。

一方、高周波誘導コイル１９の通電終了後は、可動式熱反射板２０を、図５における右方向に移動させて、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８に対して対向しない非対向状態とする。これにより、可動式熱反射板２０を非対向状態としない場合（対向状態をそのまま保持する場合）に比べて、シリコンウェハＷの降温速度を速めることができる。

図５に示す加熱装置のガラス状炭素製円盤状発熱体１８は、０．４５以上の放射率を有している。

ここで、ガラス状炭素製発熱体の放射率は、次のようにして測定される。測定用試料は、測定対象のガラス状炭素製発熱体からなる大きさ３ｃｍ×３ｃｍの基板である。測定装置は、フーリエ変換型赤外分光光度計（日本電子製：ＪＩＲ−５５００型）、及び赤外放射測定ユニット（日本電子製：ＩＲＲ−２００型）を使用した。

放射率の測定方法は、黒体炉２点（１６０℃、８０℃）及び測定用試料の分光放射強度［実測値］を測定し、これらの強度と黒体の分光放射強度［理論値］とから、測定用試料の分光放射率を求める。得られた該分光放射率の値から測定用試料の積分放射率を算出し、これを放射率とする。測定条件は、分解能：１６ｃｍ^−１、測定温度：２００℃（試料加熱ステージの温度）、波長範囲：４．５〜１５．４μｍとした。そして、この放射率の測定を測定用試料の有効発熱面積中における任意の３点に対して行い、その平均値をもって、当該測定用試料の放射率とする。

さて、本発明者の調査によると、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８などのガラス状炭素製発熱体の放射率は、製造条件により変動し、通常、０．３５〜０．８程度の範囲の値をとる。そして、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８の放射率は、０．４５以上であることがよい。ガラス状炭素製円盤状発熱体１８は、その放射率が０．４５以上であると、半導体ウェハに当該発熱体１８の熱を効率的に伝達することができる。ガラス状炭素製円盤状発熱体１８は、その放射率が０．４５を下回ると、半導体ウェハに当該発熱体１８の熱を効率良く伝達することができない。

そして、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８の放射率が０．４５以上となるようにするには、次のようにすることがよい。すなわち、円盤状の熱硬化樹脂製成形体を炭素化することにより、ガラス状炭素製円盤状発熱体が得られると、得られたガラス状炭素製円盤状発熱体の表面部分を、少なくとも厚み５０μｍ以上にわたって機械的に除去することがよい。なぜなら、理由は定かでないが、炭素化されたままの状態のガラス状炭素製円盤状発熱体は、その表面部分が炭素化されたままの状態であり、特異的に放射率が小さいからである。前記の除去を行う方法としては、ラッピング処理、ブラスト処理、研磨処理、研削加工など、公知の方法を採用することができる。

図６は本発明の別の実施形態による加熱装置を示す構成説明図である。ここで、前記図１の加熱装置と同一の部分には図１と同一の符号を付している。

図６に示すように、この加熱装置は、シリコンウェハＷを加熱するためにその胴部が円筒状をなすガラス状炭素製円筒状発熱部１２で構成されるとともに、ガラス状炭素製円筒状発熱部１２の両端にＳＵＳ３１６製のマニホールド１３Ａ，１３Ｂが取り付けられてなる反応容器１１と、この反応容器１１の前記ガラス状炭素製円筒状発熱部１２の内側に配置され、シリコンウェハＷを複数枚縦に並べて積載する縦型ボード６と、ガラス状炭素製円筒状発熱部１２（反応容器１１胴部）の外側に配置され、ガラス状炭素製円筒状発熱部１２を誘導発熱させるための高周波誘導コイル３と、ガラス状炭素製円筒状発熱部１２と高周波誘導コイル３との間に配置され、ガラス状炭素製円筒状発熱部１２との対向状態を変化可能に構成された可動式熱反射板４とを備えたものである。

このように、反応容器１１の一部分、この例では円筒状をなす胴部がガラス状炭素製円筒状発熱部１２で構成された反応容器１１を備えた加熱装置においても、シリコンウェハＷの昇温時には、反応容器１１のガラス状炭素製円筒状発熱部１２からの熱の該反応容器１１外部への放熱を抑制するようにガラス状炭素製円筒状発熱部１２に対して可動式熱反射板４を対向させることにより（図２（ａ），図３（ａ）参照）、シリコンウェハＷの昇温速度を速めることができ、高周波誘導コイル３への通電終了後のシリコンウェハＷの降温時には、前記放熱抑制状態を解除するようにガラス状炭素製円筒状発熱部１２に対する可動式熱反射板４の対向状態を変化させることにより（図２（ｂ），図３（ｂ）参照）、シリコンウェハＷの降温速度を速めることができる。

前記図１に示す加熱装置において、シリコンウェハの昇温速度及び降温速度について測定した。

ガラス状炭素製円筒状発熱体２の作製について説明すると、まず、ガラス状炭素の原料樹脂については、市販の液状フェノール樹脂である群栄化学工業製ＰＬ−４８０４を、減圧下１００℃で５時間熱処理して水分率を調整し、これをガラス状炭素原料樹脂とした。なお、群栄化学工業製ＰＬ−４８０４の特性値は、比重（ａｔ２５℃）：１．１９８、粘度（ａｔ２５℃）：６９０ｃＰ、ゲル化時間（ａｔ１５０℃）：７分５０秒、不揮発成分：７２．５％というものである。

次に、ステンレス製円筒形遠心成形金型を使用して遠心成形法により、前記原料樹脂を硬化させ、フェノール樹脂製円筒体を得た。次いで、このフェノール樹脂製円筒体を空気中にて２００℃で５０時間加熱するキュアリング処理を行って完全硬化させた。そして、このキュアリング処理したフェノール樹脂製円筒体について、窒素雰囲気中において２℃／ｈの昇温速度で１０００℃まで昇温し、さらに１０℃／ｈの昇温速度で２０００℃まで昇温し、このような加熱により炭素化して、外径１００ｍｍ、肉厚３ｍｍ、長さ３００ｍｍのガラス状炭素製円筒状発熱体（ガラス状炭素製円筒体）２を得た。

石英製の反応容器１（内径１２０ｍｍ、深さ４００ｍｍ）内に前記得られたガラス状炭素製円筒状発熱体２を配置し、このガラス状炭素製円筒状発熱体２の内側に配置された縦型ボード６に、直径２インチのシリコンウェハＷを１０枚縦に並べて載置した。また、可動式熱反射板４は２０枚の熱反射板片４ａから構成されており、アルミナからなる熱反射板片４ａの寸法は、厚み２ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ４００ｍｍである。平面視（前記図２（ａ））において可動式熱反射板４と反応容器１との間隔距離は約５ｍｍである。

また、比較例２として、内径１３０ｍｍ、厚み２ｍｍ、長さ４００ｍｍのアルミナ製円筒体を準備し、反応容器１と高周波誘導コイル３との間に、反応容器１と同心状に配置するようにした。

シリコンウェハの温度測定は、１０枚縦に並べられたシリコンウェハのうちの最上段のシリコンウェハの温度を放射温度計により測定するようにした。また、反応容器１内には窒素ガスを５リットル／分の流量で供給した。

実施例１、比較例１及び比較例２において、同一の高周波電力供給条件で高周波誘導コイル３に通電し、前記最上段のシリコンウェハが３００℃から５００℃に達するまでの該シリコンウェハの平均昇温速度と、高周波誘導コイル３への通電を終了し、前記最上段のシリコンウェハが３００℃に達するまでの該シリコンウェハの降温速度とを測定した。その結果を表１に示す。

実施例１は、シリコンウェハの昇温時には、図２（ａ）に示すように、可動式熱反射板４を閉じた状態（平面視でみて可動式熱反射板４をガラス状炭素製円筒状発熱体２（反応容器１）に対して同心円状をなして対向させる状態）にし、高周波誘導コイル３への通電終了後のシリコンウェハの降温時には、図２（ｂ）に示すように、可動式熱反射板４を開いた状態（平面視でみて可動式熱反射板４をガラス状炭素製円筒状発熱体２（反応容器１）に対して放射状をなして対向させる状態）にした。そして、この場合、昇温速度：１５０℃／分、降温速度：１００℃／分、という比較的大きな値が得られた。なお、昇温時に可動式熱反射板４を開いた状態（放射状をなして対向）にすると、その昇温速度は４０℃／分であった。

一方、比較例１では、シリコンウェハの昇温時については実施例１と同じであるが、降温時にも可動式熱反射板４をそのまま閉じた状態（同心円状をなして対向）にすると、降温速度は３０℃／分となり実施例１の降温速度１００℃／分に比べて１／３以下の小さい値であった。

また、可動式熱反射板４に代えて可動式でない前記アルミナ製円筒体を用いた比較例２では、昇温速度は１６０℃／分と大きかったが（実施例１：昇温速度１５０℃／分）、降温速度は２０℃／分となり実施例１の降温速度１００℃／分に比べて１／５という小さい値であった。

前記図６に示す加熱装置において、シリコンウェハの昇温速度及び降温速度について測定した。

前記実施例１と同一の方法により、外径１００ｍｍ、肉厚３ｍｍ、長さ３００ｍｍのガラス状炭素製円筒状発熱部１２を得た。反応容器１１のガラス状炭素製円筒状発熱部１２の内側に縦型ボード６を配置し、この縦型ボード６に、前記実施例１の場合と同様に直径２インチのシリコンウェハＷを１０枚縦に並べて載置した。

また、可動式熱反射板４は１７枚の熱反射板片４ａから構成されており、アルミナからなる熱反射板片４ａの寸法は、厚み２ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ３００ｍｍである。平面視において可動式熱反射板４とガラス状炭素製円筒状発熱部１２との間隔距離は約５ｍｍである。反応容器１内には窒素ガスを５リットル／分の流量で供給した。

実施例２、比較例３及び比較例４において、同一の高周波電力供給条件で高周波誘導コイル３に通電し、前記最上段のシリコンウェハが３００℃から５００℃に達するまでの該シリコンウェハの平均昇温速度と、高周波誘導コイル３への通電を終了し、前記最上段のシリコンウェハが３００℃に達するまでの該シリコンウェハの降温速度とを測定した。その結果を表１に示す。

実施例２は、シリコンウェハの昇温時には、可動式熱反射板４を閉じた状態（平面視でみて可動式熱反射板４をガラス状炭素製円筒状発熱部１２に対して同心円状をなして対向させる状態）にし、高周波誘導コイル３への通電終了後のシリコンウェハの降温時には、可動式熱反射板４を開いた状態（平面視でみて可動式熱反射板４をガラス状炭素製円筒状発熱部１２に対して放射状をなして対向させる状態）にした。そして、この場合、昇温速度：１４５℃／分、降温速度：１３０℃／分、という比較的大きな値が得られた。

一方、比較例３では、シリコンウェハの昇温時と降温時ともに、可動式熱反射板４を開いた状態（放射状をなして対向）にした。ガラス状炭素製円筒状発熱部１２からの外部への放熱が大きくなり、昇温速度は４５℃／分という小さい値であった。降温速度は実施例２と同じく１３０℃／分であった。

また、比較例４では、シリコンウェハの昇温時については実施例２とほぼ同じであるが、降温時にも可動式熱反射板４をそのまま閉じた状態（同心円状をなして対向）にすると、降温速度は４０℃／分となり実施例２の降温速度１３０℃／分に比べて１／３以下の小さい値であった。

前記図５に示す加熱装置において、シリコンウェハの昇温速度及び降温速度について測定した。

前記実施例１と同一のガラス状炭素原料樹脂を用い、ステンレス製円筒形遠心成形金型を使用して遠心成形法により、フェノール樹脂製円筒体を得た。このフェノール樹脂製円筒体の胴部を一箇所だけ長手方向に沿って直線状に切断し、この切断されたものを１００℃に加熱した状態で平板状に押し広げることにより、フェノール樹脂製平板体を得た。このフェノール樹脂製板状体から直径１００ｍｍのフェノール樹脂製円盤体を切り出した。

次いで、このフェノール樹脂製円盤体を空気中にて２００℃で５０時間加熱するキュアリング処理を行って完全硬化させた。そして、このキュアリング処理したフェノール樹脂製円盤体について、窒素雰囲気中において２℃／ｈの昇温速度で１０００℃まで昇温し、さらに１０℃／ｈの昇温速度で２０００℃まで昇温し、このような加熱により炭素化して、直径８５ｍｍ、肉厚３ｍｍのガラス状炭素製円盤体を得た。

次に、前記ガラス状炭素製円盤体の両面を、該両面が粗面化するように、＃３２０の研磨材を用いてブラスト処理した。これにより、０．６５の放射率を有するガラス状炭素製円盤状発熱体１８を得た。

石英製の反応容器１５の寸法は、縦１２０ｍｍ、横１２０ｍｍ、深さ１００ｍｍである。図５に示すように、この反応容器１５内に、０．６５の放射率を有する前記ガラス状炭素製円盤状発熱体１８を配置した。直径２インチの１枚のシリコンウェハＷは、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８上に載置した。円盤状をなす可動式熱反射板２０の寸法は、直径１００ｍｍ、厚み２ｍｍである。可動式熱反射板２０の材質は、アルミナである。反応容器１５と可動式熱反射板２０との間隔距離は、約２ｍｍである。

シリコンウェハＷの温度は、放射温度計を用いて測定した。また、反応容器１５内には窒素ガスを５リットル／分の流量で供給した。

実施例３、比較例５、比較例７及び比較例８において、同一の高周波電力供給条件で高周波誘導コイル１９に通電し、シリコンウェハＷが３００℃から７５０℃に達するまでのシリコンウェハＷの平均昇温速度と、高周波誘導コイル１９への通電を終了し、シリコンウェハＷが３００℃に達するまでのシリコンウェハＷの降温速度とを測定した。高周波誘導コイル１９には、周波数４０ｋＨｚ、出力３ｋＷの高周波電力を供給した。その結果を表２に示す。

実施例３は、０．６５の放射率を有するガラス状炭素製円盤状発熱体１８を用い、シリコンウェハＷの昇温時には、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８に対して可動式熱反射板２０を対向状態とし、シリコンウェハＷの降温時には、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８に対して可動式熱反射板２０を非対向状態とした。実施例３では、シリコンウェハＷの昇温速度：９２℃／秒、シリコンウェハＷの降温速度：８５℃／秒、という極めて大きい値が得られた。

比較例５は、０．６５の放射率を有するガラス状炭素製円盤状発熱体１８を用い、シリコンウェハＷの昇温時及び降温時ともに、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８に対して可動式熱反射板２０を対向状態とした。比較例５では、シリコンウェハＷの降温時に、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８に対して可動式熱反射板２０を対向状態としたので、シリコンウェハＷの降温速度は、２３℃／秒となり、実施例３の降温速度に比べて大幅に小さい値であった。

比較例７は、実施例３のガラス状炭素製円盤状発熱体１８に代えて０．４３の放射率を有するガラス状炭素製円盤状発熱体を用い、シリコンウェハＷの昇温時には、前記ガラス状炭素製円盤状発熱体に対して可動式熱反射板２０を対向状態とし、シリコンウェハＷの降温時には、前記ガラス状炭素製円盤状発熱体に対して可動式熱反射板２０を非対向状態とした。この比較例７で用いたガラス状炭素製円盤状発熱体は、表面処理がなされておらず、炭素化されたままの状態のものであり、放射率が０．４５を下回るものである。

比較例７では、シリコンウェハＷの昇温速度は６２℃／秒、シリコンウェハＷの降温速度は３９℃／秒であった。ガラス状炭素製円盤状発熱体の放射率が０．４５を下回ると、可動式熱反射板２０を用いても、シリコンウェハＷの昇温速度及び降温速度を速めるという効果が十分に得られなかった。

比較例８は、実施例３のガラス状炭素製円盤状発熱体１８に代えて０．３８の放射率を有するガラス状炭素製円盤状発熱体を用い、シリコンウェハＷの昇温時には、前記ガラス状炭素製円盤状発熱体に対して可動式熱反射板２０を対向状態とし、シリコンウェハＷの降温時には、前記ガラス状炭素製円盤状発熱体に対して可動式熱反射板２０を非対向状態とした。この比較例８で用いたガラス状炭素製円盤状発熱体は、表面処理がなされておらず、炭素化されたままの状態のものであり、放射率が０．４５を下回るものである。

比較例８では、シリコンウェハＷの昇温速度は５９℃／秒、シリコンウェハＷの降温速度は３５℃／秒であった。ガラス状炭素製円盤状発熱体の放射率が０．４５を下回ると、可動式熱反射板２０を用いても、シリコンウェハＷの昇温速度及び降温速度を速めるという効果が十分に得られなかった。

前記図５に示す加熱装置において、シリコンウェハの昇温速度及び降温速度について測定した。

前記実施例３と同一の手順にて、直径８５ｍｍ、肉厚３ｍｍのガラス状炭素製円盤体を得た。次に、前記ガラス状炭素製円盤体の両面を、該両面が粗面化するように、サンドペーパーを用いて研磨処理した。これにより、０．５１の放射率を有するガラス状炭素製円盤状発熱体１８を得た。

実施例４及び比較例６において、前記の実施例３、比較例５、比較例７及び比較例８と同一の高周波電力供給条件で高周波誘導コイル１９に通電し、シリコンウェハＷが３００℃から７５０℃に達するまでのシリコンウェハＷの平均昇温速度と、高周波誘導コイル１９への通電を終了し、シリコンウェハＷが３００℃に達するまでのシリコンウェハＷの降温速度とを測定した。その結果を表２に示す。

実施例４は、０．５１の放射率を有するガラス状炭素製円盤状発熱体１８を用い、シリコンウェハＷの昇温時には、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８に対して可動式熱反射板２０を対向状態とし、シリコンウェハＷの降温時には、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８に対して可動式熱反射板２０を非対向状態とした。実施例４では、シリコンウェハＷの昇温速度は８３℃／秒であり、シリコンウェハＷの降温速度は６２℃／秒であった。このシリコンウェハＷの昇温速度及び降温速度は、実施例３の結果には及ばないものの、大きい値が得られた。

比較例６は、０．５１の放射率を有するガラス状炭素製円盤状発熱体１８を用い、シリコンウェハＷの昇温時及び降温時ともに、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８に対して可動式熱反射板２０を対向状態とした。比較例６では、シリコンウェハＷの降温時に、ガラス状炭素製円盤状発熱体１８に対して可動式熱反射板２０を対向状態としたので、シリコンウェハＷの降温速度は、１９℃／秒となり、実施例４の降温速度に比べて大幅に小さい値であった。

本発明の一実施形態による加熱装置を示す構成説明図である。 図１における可動式熱反射板を説明するための平面図であって、その（ａ）は半導体ウェハの昇温時における可動式熱反射板の様子を説明するための図、その（ｂ）は高周波誘導コイルへの通電終了後の半導体ウェハの降温時における可動式熱反射板の様子を説明するための図である。 図１における可動式熱反射板の別の例を説明するための平面図であって、その（ａ）は半導体ウェハの昇温時における可動式熱反射板の様子を説明するための図、その（ｂ）は高周波誘導コイルへの通電終了後の半導体ウェハの降温時における可動式熱反射板の様子を説明するための図である。 図１における可動式熱反射板の別の例を説明するための図である。 本発明の別の実施形態による加熱装置を示す構成説明図である。 本発明の別の実施形態による加熱装置を示す構成説明図である。

符号の説明

１…反応容器
２…ガラス状炭素製円筒状発熱体
３…高周波誘導コイル
４，５…可動式熱反射板
４ａ，５ａ…熱反射板片
６…縦型ボード
７…マニホールド
８ａ，８ｂ…ガスインジェクタ
９…ガス排気口
１１…反応容器
１２…ガラス状炭素製円筒状発熱部
１３Ａ，１３Ｂ…マニホールド
１４…円筒状熱反射板
１５…反応容器
１６…反応ガス導入口
１７…反応ガス排出口
１８…ガラス状炭素製円盤状発熱体
１９…高周波誘導コイル
２０…可動式熱反射板
Ｗ…シリコンウェハ

Claims (6)

1. 半導体ウェハが収納される反応容器と、前記反応容器内に配置され、前記半導体ウェハを加熱するためのガラス状炭素製発熱体と、前記反応容器の外側に配置され、前記ガラス状炭素製発熱体を誘導発熱させるための高周波誘導コイルと、前記反応容器と前記高周波誘導コイルとの間に配置され、前記ガラス状炭素製発熱体との対向状態を前記高周波誘導コイルへの通電時と通電終了後とで異なるように変化可能に構成された可動式熱反射板と、を備えたことを特徴とする加熱装置。
2. 前記ガラス状炭素製発熱体が円筒状をなしていることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
3. 前記ガラス状炭素製発熱体が円盤状をなしていることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
4. 前記円盤状をなすガラス状炭素製発熱体が０．４５以上の放射率を有していることを特徴とする請求項３記載の加熱装置。
5. 半導体ウェハが収納され、前記半導体ウェハを加熱するために少なくとも一部分がガラス状炭素製発熱部で構成された反応容器と、前記反応容器の外側に配置され、前記ガラス状炭素製発熱部を誘導発熱させるための高周波誘導コイルと、前記反応容器と前記高周波誘導コイルとの間に配置され、前記ガラス状炭素製発熱部との対向状態を前記高周波誘導コイルへの通電時と通電終了後とで変化可能に構成された可動式熱反射板と、を備えたことを特徴とする加熱装置。
6. 前記反応容器の前記ガラス状炭素製発熱部が円筒状をなしていることを特徴とする請求項５記載の加熱装置。

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