JP2011077451A - Heater unit reflecting plate and heater unit equipped with the reflecting plate - Google Patents

Heater unit reflecting plate and heater unit equipped with the reflecting plate Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heater unit reflecting plate which is high in reflectivity with a simple structure, and heater unit equipped with the reflecting plate. <P>SOLUTION: A heater unit 1 includes a heater 2 heated by being energized and the reflecting plate arranged beneath the heater 2, wherein: it processes in heat treatment a semiconductor substrate; and the reflecting plate is constructed by a heater unit reflecting plate 4 formed by laminating a first layer 7 consisting of silicon carbide and second layer 8 consisting of stainless steel. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、反射率が高いヒータユニット反射板および該反射板を備えたヒータユニットに関する。   The present invention relates to a heater unit reflector having a high reflectivity and a heater unit including the reflector.

半導体製造過程では、ウエハプロセス処理を行う際に、基板加熱用のヒータユニットが用いられる（例えば、特許文献１参照）。このヒータユニットは、円盤状のヒータと、該ヒータの下側に絶縁板を介して配置した反射板とを備えている。   In the semiconductor manufacturing process, a heater unit for heating a substrate is used when performing wafer process processing (see, for example, Patent Document 1). This heater unit includes a disk-shaped heater and a reflecting plate disposed below the heater via an insulating plate.

特開２００５−１６６８３０号公報JP 2005-166830 A

しかしながら、特許文献１に記載された反射板は、炭化ケイ素を含む材料で単層構造に形成されているため、熱容量は小さい一方、反射率が低いという問題があった。そこで、本発明は、簡単な構造で、反射率が高いヒータユニット反射板および該反射板を備えたヒータユニットを提供することを目的とする。   However, since the reflecting plate described in Patent Document 1 is formed in a single-layer structure using a material containing silicon carbide, there is a problem that the heat capacity is small but the reflectance is low. Accordingly, an object of the present invention is to provide a heater unit reflector having a simple structure and high reflectivity, and a heater unit including the reflector.

上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有する。本発明の第１の特徴は、半導体基板を加熱処理するヒータユニット（ヒータユニット１）に用いられるヒータユニット反射板（ヒータユニット反射板４）であって、炭化ケイ素からなる第１層（第１層７）と、ステンレスからなる第２層（第２層８）とが積層されていることを要旨とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention has the following features. A first feature of the present invention is a heater unit reflector (heater unit reflector 4) used in a heater unit (heater unit 1) for heat-treating a semiconductor substrate, and includes a first layer (first first) made of silicon carbide. The gist is that the layer 7) and the second layer (second layer 8) made of stainless steel are laminated.

本発明に係るヒータユニット反射板は、炭化ケイ素からなる第１層と、ステンレスからなる第２層とが積層されているため、熱容量が小さく、反射率が高い。   Since the heater unit reflector according to the present invention includes a first layer made of silicon carbide and a second layer made of stainless steel, the heat capacity is small and the reflectance is high.

第１層は、炭化ケイ素からなるため、熱容量が小さい。熱容量が小さいと、ヒータユニット反射板における熱ロスが小さくなるため、ヒータユニットの電力消費量を抑制することができる。その一方、炭化ケイ素は、熱伝導率が高いため、炭化ケイ素を反射板に用いた場合、反射板自体の輻射が大きいため、反射率が低く、断熱性が低下する。   Since the first layer is made of silicon carbide, the heat capacity is small. When the heat capacity is small, the heat loss in the heater unit reflector is reduced, so that the power consumption of the heater unit can be suppressed. On the other hand, since silicon carbide has a high thermal conductivity, when silicon carbide is used for the reflector, the radiation of the reflector itself is large, so that the reflectance is low and the heat insulation is lowered.

これに対して、第２層がステンレスから形成される。ステンレスの熱容量は小さく、熱伝導率も低い。また、反射率も高い。従って、第１層と第２層とを積層させることによって、熱容量が小さく、反射率が高いヒータユニット反射板を得ることができる。   In contrast, the second layer is formed from stainless steel. Stainless steel has a small heat capacity and low thermal conductivity. Also, the reflectance is high. Therefore, by laminating the first layer and the second layer, a heater unit reflector having a small heat capacity and a high reflectance can be obtained.

本発明の他の特徴は、通電によって加熱されるヒータ（ヒータ２）と、該ヒータの下側に配設される反射板とを備え、半導体基板を加熱処理するヒータユニット（ヒータユニット１）であって、前記反射板は、炭化ケイ素からなる第１層とステンレスからなる第２層とを積層したヒータユニット反射板（ヒータユニット反射板４）であることを要旨とする。   Another feature of the present invention is a heater unit (heater unit 1) that includes a heater (heater 2) that is heated by energization and a reflector disposed below the heater, and heats the semiconductor substrate. The gist of the invention is that the reflector is a heater unit reflector (heater unit reflector 4) in which a first layer made of silicon carbide and a second layer made of stainless steel are laminated.

本発明によれば、簡単な構造で、反射率が高いヒータユニット反射板および該反射板を備えたヒータユニットを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a heater unit reflector having a simple structure and a high reflectivity, and a heater unit including the reflector.

図１は、本発明の実施形態によるヒータユニットの分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view of a heater unit according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 図３は、図２のヒータユニット反射板を拡大した断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the heater unit reflector of FIG. 図４は、従来例によるヒータユニットの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional heater unit. 図５は、比較例によるヒータユニットの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a heater unit according to a comparative example.

本発明に係るヒータユニットおよびヒータユニット反射板の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   Embodiments of a heater unit and a heater unit reflector according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and ratios of dimensions and the like are different from actual ones. Accordingly, specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

図１は本発明の実施形態によるヒータユニットの分解斜視図、および、図２は図１の断面図であり、電極は省略している。図１，２に示すように、本実施形態によるヒータユニット１は、最も上側に配置されたヒータ２と、該ヒータ２の下側にヒータ２に当接した状態で配置された絶縁板３と、該絶縁板３の下側に所定間隔をおいて配置されたヒータユニット反射板４と、を備えており、半導体基板（図示せず）を加熱処理する際に用いられる。これらのヒータ２、絶縁板３およびヒータユニット反射板４は、ともに同心円状に形成された円板状部材である。   FIG. 1 is an exploded perspective view of a heater unit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1, with electrodes omitted. As shown in FIGS. 1 and 2, the heater unit 1 according to the present embodiment includes a heater 2 disposed on the uppermost side, and an insulating plate 3 disposed in contact with the heater 2 on the lower side of the heater 2. The heater unit reflector 4 is disposed below the insulating plate 3 at a predetermined interval, and is used when heat-treating a semiconductor substrate (not shown). The heater 2, the insulating plate 3, and the heater unit reflecting plate 4 are all disc-shaped members formed concentrically.

ヒータ２は、炭化ケイ素からなり、円板状に形成されている。ヒータ２は、通電によって加熱され、表面および裏面の双方から熱を発する。ヒータ２に載置されるウエハを効率的に加熱するためには、ヒータ２の裏面側から発生した熱をヒータ２の表面側へ戻すことが望ましい。そのため、ヒータユニット１のヒータ２の裏面側には、反射率の高いヒータユニット反射板４が設けられている。ヒータ２の厚さは、例えば２ｍｍが好ましい。また、ヒータ２の下面から下方に向けて一対の電極５，５が延びている。   The heater 2 is made of silicon carbide and is formed in a disk shape. The heater 2 is heated by energization and emits heat from both the front surface and the back surface. In order to efficiently heat the wafer placed on the heater 2, it is desirable to return the heat generated from the back surface side of the heater 2 to the front surface side of the heater 2. Therefore, a heater unit reflector 4 having a high reflectance is provided on the back side of the heater 2 of the heater unit 1. The thickness of the heater 2 is preferably 2 mm, for example. A pair of electrodes 5 and 5 extend downward from the lower surface of the heater 2.

絶縁板３は、不透明石英などから形成することが望ましい。絶縁板３の厚さは、例えば４ｍｍが好ましい。絶縁板３は、ヒータ２の裏面に当接または近接させた状態で配設することが好ましい。   The insulating plate 3 is preferably formed from opaque quartz or the like. The thickness of the insulating plate 3 is preferably 4 mm, for example. The insulating plate 3 is preferably disposed in contact with or close to the back surface of the heater 2.

ヒータユニット反射板４は、絶縁板３の下方に配置されている。ヒータユニット反射板４と絶縁板３との間には、空間６が介在している。ヒータユニット反射板４と絶縁板３との間の所定距離は、例えば、２ｍｍである。   The heater unit reflector 4 is disposed below the insulating plate 3. A space 6 is interposed between the heater unit reflecting plate 4 and the insulating plate 3. The predetermined distance between the heater unit reflecting plate 4 and the insulating plate 3 is, for example, 2 mm.

次に、ヒータユニット反射板４について、具体的に説明する。ヒータユニット反射板４は、図３に拡大して示すように、炭化ケイ素からなる第１層７と、ステンレスからなる第２層８とを有する。本実施形態では、ヒータユニット反射板４において炭化ケイ素からなる第１層７の上側（ヒータ２側）に第２層８が配置される。第１層７は、例えば０．７ｍｍが好ましく、第２層８は、例えば０．３ｍｍが好ましい。   Next, the heater unit reflector 4 will be specifically described. The heater unit reflecting plate 4 has a first layer 7 made of silicon carbide and a second layer 8 made of stainless steel, as shown in an enlarged view in FIG. In the present embodiment, the second layer 8 is disposed on the heater unit reflector 4 on the upper side (heater 2 side) of the first layer 7 made of silicon carbide. The first layer 7 is preferably 0.7 mm, for example, and the second layer 8 is preferably 0.3 mm, for example.

第１層７は、炭化ケイ素からなるため、第１層７の熱容量は小さい。熱容量が小さいと、ヒータ２における熱ロスが小さくなるため、電力消費量を抑制することができる。しかし、その一方、炭化ケイ素は、熱伝導率が高く、反射板自体からの輻射が大きいため、反射率が低く、断熱性も低下する。   Since the first layer 7 is made of silicon carbide, the heat capacity of the first layer 7 is small. When the heat capacity is small, the heat loss in the heater 2 is small, so that power consumption can be suppressed. On the other hand, silicon carbide has a high thermal conductivity and a large amount of radiation from the reflecting plate itself, so that the reflectance is low and the heat insulation is also lowered.

ここで、第２層８は、ステンレスから形成されるため、第２層８の熱容量は小さい。また、熱伝導率も低く、反射率も高い。ステンレスの表面には、ステンレスに含有されるクロム（Ｃｒ）が空気中で酸素と結合してできる不動態皮膜が形成されている。このため、耐食性が高いという利点も有する。ステンレス表面に形成される不動態皮膜は、厚さが５ｎｍ程度であり、クロムの水和オキシ酸化物（ＣｒＯｘ（ＯＨ）２−ｘ・ｎＨ２Ｏ）を主体として構成されている。 Here, since the second layer 8 is made of stainless steel, the heat capacity of the second layer 8 is small. Also, the thermal conductivity is low and the reflectance is high. A passive film formed by combining chromium (Cr) contained in the stainless steel with oxygen in the air is formed on the surface of the stainless steel. For this reason, it also has an advantage of high corrosion resistance. The passive film formed on the stainless steel surface has a thickness of about 5 nm and is mainly composed of hydrated oxyoxide of chromium (CrO x (OH) 2−x · nH 2 O).

なお、第１層７と第２層８との温度差に起因する応力を緩和するために、第２層８にスリットを形成しても良い。   Note that a slit may be formed in the second layer 8 in order to relieve the stress caused by the temperature difference between the first layer 7 and the second layer 8.

（作用・効果）
本発明の実施形態による作用効果を説明する。 (Action / Effect)
The effect by embodiment of this invention is demonstrated.

（１）本実施形態に係るヒータユニット反射板４は、半導体基板を加熱処理するヒータユニット１に用いられるヒータユニット反射板４であって、炭化ケイ素からなる第１層７と、ステンレスからなる第２層８とを積層している。 (1) The heater unit reflecting plate 4 according to the present embodiment is a heater unit reflecting plate 4 used in the heater unit 1 for heat-treating a semiconductor substrate, and includes a first layer 7 made of silicon carbide and a first layer made of stainless steel. Two layers 8 are laminated.

このように、ヒータユニット反射板４は、炭化ケイ素からなる第１層７と、ステンレスからなる第２層８とが積層されているため、熱容量が小さく、反射率が高い。   Thus, since the heater unit reflector 4 has the first layer 7 made of silicon carbide and the second layer 8 made of stainless steel laminated, the heat capacity is small and the reflectance is high.

第１層７は、炭化ケイ素からなるため、熱容量が小さい。熱容量が小さいと、ヒータユニット反射板４における熱ロスが小さくなるため、ヒータユニット１の電力消費量を抑制することができる。その一方、炭化ケイ素は、熱伝導率が高いため、炭化ケイ素を反射板に用いた場合、反射板自体の輻射が大きいため、反射率が低く、断熱性が低下する。これに対して、本実施形態では、第２層８がステンレスから形成される。ステンレスの熱容量は小さく、熱伝導率も低い。また、反射率も高い。従って、第１層７と第２層８とを積層させることによって、熱容量が小さく、反射率が高いヒータユニット反射板４を得ることができる。   Since the first layer 7 is made of silicon carbide, the heat capacity is small. When the heat capacity is small, the heat loss in the heater unit reflector 4 is small, so that the power consumption of the heater unit 1 can be suppressed. On the other hand, since silicon carbide has a high thermal conductivity, when silicon carbide is used for the reflector, the radiation of the reflector itself is large, so that the reflectance is low and the heat insulation is lowered. On the other hand, in this embodiment, the 2nd layer 8 is formed from stainless steel. Stainless steel has a small heat capacity and low thermal conductivity. Also, the reflectance is high. Therefore, by laminating the first layer 7 and the second layer 8, the heater unit reflector 4 having a small heat capacity and a high reflectance can be obtained.

（２）本実施形態に係るヒータユニット１は、通電によって加熱されるヒータ２と、該ヒータ２の下側に配設される反射板と、を備え、半導体基板を加熱処理するヒータユニット１であって、前記反射板は、炭化ケイ素からなる第１層７とステンレスからなる第２層８とを積層したヒータユニット反射板４である。 (2) The heater unit 1 according to the present embodiment is a heater unit 1 that includes a heater 2 that is heated by energization, and a reflector that is disposed below the heater 2, and heat-treats the semiconductor substrate. The reflector is the heater unit reflector 4 in which the first layer 7 made of silicon carbide and the second layer 8 made of stainless steel are laminated.

このヒータユニット１においてもヒータユニット反射板４が配設されているため、熱容量を小さく、反射率を高くすることができる。   Since the heater unit reflector 4 is also provided in the heater unit 1, the heat capacity can be reduced and the reflectance can be increased.

以下に、本発明を実施例を通して更に具体的に説明する。下記表１に示すように、従来例に用いるヒータユニットにおける反射板は不透明石英から１層構造に形成し、比較例の反射板はＳｉＣから１層構造に形成し、本発明例の反射板は、ＳｉＣとＳＵＳから２層構造に形成している。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically through examples. As shown in Table 1 below, the reflector in the heater unit used in the conventional example is formed in a single layer structure from opaque quartz, the reflector in the comparative example is formed in a single layer structure from SiC, and the reflector in the present invention example is , SiC and SUS are formed into a two-layer structure.

図４に示すように、比較例に係るヒータユニット１０１は、ヒータ２と絶縁板３とヒータユニット反射板１０４とを備えている。これらのヒータ２と絶縁板３とは、本発明の実施形態で説明したヒータ２と絶縁板３と同一であり、それぞれの厚さは２ｍｍ、４ｍｍである。また、ヒータユニット反射板１０４は、不透明石英から形成された一層構造に形成されている。ヒータユニット反射板１０４の厚さは、２ｍｍであり、空間６の上下距離は２ｍｍである。   As shown in FIG. 4, the heater unit 101 according to the comparative example includes a heater 2, an insulating plate 3, and a heater unit reflecting plate 104. The heater 2 and the insulating plate 3 are the same as the heater 2 and the insulating plate 3 described in the embodiment of the present invention, and their thicknesses are 2 mm and 4 mm, respectively. The heater unit reflector 104 is formed in a single layer structure made of opaque quartz. The thickness of the heater unit reflector 104 is 2 mm, and the vertical distance of the space 6 is 2 mm.

図５に示すように、比較例にかかるヒータユニット２０１は、ヒータ２と絶縁板３とヒータユニット反射板２０４とを備えている。これらのヒータ２と絶縁板３とは、本発明の実施形態で説明したヒータ２と絶縁板３と同一であり、それぞれの厚さは２ｍｍ、４ｍｍである。また、ヒータユニット反射板２０４は、ＳｉＣから形成された一層構造に形成されており、１ｍｍの厚さであり、空間６の上下距離は２ｍｍである。   As shown in FIG. 5, the heater unit 201 according to the comparative example includes a heater 2, an insulating plate 3, and a heater unit reflecting plate 204. The heater 2 and the insulating plate 3 are the same as the heater 2 and the insulating plate 3 described in the embodiment of the present invention, and their thicknesses are 2 mm and 4 mm, respectively. The heater unit reflector 204 is formed in a single-layer structure made of SiC, has a thickness of 1 mm, and the vertical distance of the space 6 is 2 mm.

図２に示すように、本発明の実施例にかかるヒータユニット１は、ヒータ２と絶縁板３とヒータユニット反射板４とを備えている。これらのヒータ２と絶縁板３とは、本発明の実施形態で説明したヒータ２と絶縁板３と同一であり、それぞれの厚さは２ｍｍ、４ｍｍである。また、ヒータユニット反射板４は、ＳｉＣとＳＵＳから形成された二層構造に形成されており、ＳｉＣの厚さが０．７ｍｍ、ＳＵＳの厚さが０．３ｍｍ、合計の厚さが１ｍｍであり、空間６の上下距離は２ｍｍである。   As shown in FIG. 2, the heater unit 1 according to the embodiment of the present invention includes a heater 2, an insulating plate 3, and a heater unit reflecting plate 4. The heater 2 and the insulating plate 3 are the same as the heater 2 and the insulating plate 3 described in the embodiment of the present invention, and their thicknesses are 2 mm and 4 mm, respectively. The heater unit reflector 4 is formed in a two-layer structure formed of SiC and SUS. The thickness of SiC is 0.7 mm, the thickness of SUS is 0.3 mm, and the total thickness is 1 mm. Yes, the vertical distance of the space 6 is 2 mm.

比較例にかかるヒータユニット１０１，２０１と、実施例のヒータユニット１に電流を流して、制御温度を６７０℃に設定した場合におけるヒータ、反射板およびベースの温度を比較した。結果を表１に示す。

Figure 2011077451
A current was passed through the heater units 101 and 201 according to the comparative example and the heater unit 1 according to the example, and the temperatures of the heater, the reflector, and the base when the control temperature was set to 670 ° C. were compared. The results are shown in Table 1.
Figure 2011077451

表１に示すように、実施例かかるヒータユニット１のヒータ２の温度は、最も高くなり、効率的に高い温度に加熱することができた。また、反射板の下方に配置されたベースの温度も、本発明例が最も低いため、反射板の断熱効果が最も高いことが判明した。また、本発明例のヒータ２の出力は最も低かった。従って、消費電力も抑制できることが判明した。
以上より、本発明例による反射板およびこれを用いたヒータユニットが最も性能が高いことが判明した。 As shown in Table 1, the temperature of the heater 2 of the heater unit 1 according to the example was the highest and could be efficiently heated to a high temperature. Moreover, since the temperature of the base arrange | positioned under a reflecting plate is the lowest in the example of this invention, it turned out that the heat insulation effect of a reflecting plate is the highest. Further, the output of the heater 2 of the present invention example was the lowest. Therefore, it has been found that power consumption can also be suppressed.
From the above, it has been found that the reflector according to the example of the present invention and the heater unit using the same have the highest performance.

１…ヒータユニット、 ２…ヒータ、 ４…ヒータユニット反射板、 ７…第１層、８…第２層   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heater unit, 2 ... Heater, 4 ... Heater unit reflecting plate, 7 ... 1st layer, 8 ... 2nd layer

Claims (2)

半導体基板を加熱処理するヒータユニットに用いられるヒータユニット反射板であって、
炭化ケイ素からなる第１層と、
ステンレスからなる第２層と
を積層したヒータユニット反射板。 A heater unit reflector used in a heater unit for heat-treating a semiconductor substrate,
A first layer of silicon carbide;
A heater unit reflector in which a second layer made of stainless steel is laminated. 通電によって加熱されるヒータと該ヒータの下側に配設される反射板とを備え、半導体基板を加熱処理するヒータユニットであって、
前記反射板は、
炭化ケイ素からなる第１層と、
ステンレスからなる第２層とを積層したヒータユニット反射板であるヒータユニット。 A heater unit that includes a heater that is heated by energization and a reflector disposed under the heater, and heat-treats the semiconductor substrate,
The reflector is
A first layer of silicon carbide;
A heater unit which is a heater unit reflecting plate in which a second layer made of stainless steel is laminated.
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