JP2018139221A - 電気ヒーター並びにこれを備えた加熱装置及び半導体製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 発熱体の短絡を防止し且つ加熱効率の良い電気ヒーター並びにこれを備えた加熱装置及び半導体製造装置を提供すること。【解決手段】 スリット１４を形成することにより電流路を形成した板状の発熱体１０と、この発熱体１０を支持する板状の絶縁体２０とを備える。発熱体１０を絶縁体２０上に支持する。この絶縁体２０上にスリット１４内に位置して発熱体１０の電流路の短絡を防ぐピン２３ａ，２３ｂを突出させる。複数の絶縁棒３０を設けてこの絶縁棒３０と絶縁体２０とで発熱体１０を挟持する。【選択図】 図３
Description
本発明は、電気ヒーター並びにこれを備えた加熱装置及び半導体製造装置に関する。さらに詳しくは、スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体を支持する板状の絶縁体とを備えた電気ヒーター並びにこれを備えた加熱装置及び半導体製造装置に関する。
従来、上述の如き電気ヒーターとして、例えば特許文献１に記載の如きものが知られている。この電気ヒーターは、載置ウェブが立設されたベースプレート上に蛇行したヒータエレメントを載置している。しかし、ベースプレートに石英ガラスからなるカバープレートを被せるため、ヒータエレメントの上面は開放されておらず、加熱効率が未だ不十分であった。
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、発熱体の短絡を防止し且つ加熱効率の良い電気ヒーター並びにこれを備えた加熱装置及び半導体製造装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る電気ヒーターの特徴は、スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体を支持する板状の絶縁体とを備えた構成において、前記発熱体を前記絶縁体上に支持し、この絶縁体上に前記スリット内に位置して前記発熱体の電流路の短絡を防ぐピンを突出させ、複数の絶縁棒を設けてこの絶縁棒と前記絶縁体とで前記発熱体を挟持することにある。
上記構成によれば、板状の絶縁体上に設けたピンを発熱体のスリット間に位置させるので、電流路の不測の接触を防止し、発熱体の短絡を防止することができる。しかも、絶縁棒と絶縁体とで発熱体を挟持するので、発熱体上面の大部分が開放され、発熱体からの熱線や輻射熱を直接加熱面へ放射することができる。従って、熱エネルギーのロスを抑制し、被加熱物を効率よく加熱することができる。
前記絶縁体が石英板であり、前記絶縁棒が石英管であるとよい。係る場合、前記石英板及び前記石英管は、透明の石英より構成することが望ましい。これにより、発熱体からの熱線及び輻射熱は、石英板及び石英管に殆ど吸収されることなく透過するので、これらの部材の熱容量による問題が軽減され、被加熱物を効率よく加熱することができる。
また、上記構成において、前記石英管の中に制御用の温度センサを配置することが望ましい。これにより、発熱体近傍に温度センサを位置させることができ、精度良く発熱体の加熱温度を測定することができる。
前記絶縁体が石英板であり、前記石英板と前記発熱体との間にスペーサーを配置してもよい。これにより、発熱体が石英板に直接接触して加熱することがなく、特に高温（約１０００℃）となるような環境下において発熱体と石英体との接触に起因する石英の失透を抑制することができ、長期にわたり加熱効率を持続することが可能となる。また、失透の発生を抑制するので、失透部分の生成による部分的な加熱効率の低下を防止し、加熱の面内均一性も維持できる。
係る場合、前記スペーサーは、棒状体であるとよい。これにより、発熱体により加熱されるスペーサーと石英板との接触は線接触となるので、直接加熱される部分が最小限に抑えられ、石英の失透をさらに抑制することができる。
前記スペーサーは、前記発熱体の一部を保持する保持部を有するとよい。これにより、発熱体の脱落を防止でき、発熱体と石英との接触を回避して石英の失透を防止することができる。さらに、発熱体の電流路間での接触による短絡をも防止することができる。
前記スペーサーの表面には、石英と反応しない材料よりなるコーティング層が形成されているとよい。上記構成によれば、石英と接触する部分が石英と反応しない材料で覆われているので、失透の発生をさらに抑制することができ、失透部分の生成による部分的な加熱効率の低下を防止し、加熱の面内均一性も維持される。
ヒーター全体が円盤状を呈し、前記発熱体は、少なくとも円盤の内周部、中央部及び外周部に区分けされて個別に加熱制御されるようにしてもよい。これにより、各区分がヒーターの中心に対し同心円状に配置でき、ヒーターの径方向に対して加熱が均一化される。そして、これらの各区分毎に加熱制御することで、ヒーター全体で径方向における温度差を低減するように加熱をより均一化させることが可能となる。
また、ヒーター全体が放射方向に境界を有するように区分けされる複数区分よりなり、前記発熱体は、各区分で少なくとも内周部、中央部及び外周部に区分けされているとよい。これにより、各区分がヒーターの中心に対し点対称に配置され、ヒーターの円周方向に対して加熱が均一化される。しかも、発熱体は少なくとも各区分で円盤の内周部、中央部及び外周部に区分けされているので、ヒーターの径方向に対しても加熱が均一化される。よって、ヒーター全体で加熱をより均一化させることが可能となる。
上記構成において、前記内周部、中央部及び外周部毎に隣接する各区分に属する発熱体を直列に接続し、前記内周部、中央部及び外周部毎に個別に加熱制御されることが望ましい。内周部、中央部及び外周部毎に隣接する各区分に属する発熱体を直列に接続しているので、加熱制御のための制御器の個数を従来より大幅に減らし、制御装置の構成が簡素化される。
前記絶縁体の一方の外面に薄膜状の金属層を形成するとよい。これにより、被加熱物とは反対側へ放射される輻射熱を効率よく反射させることができ、さらに加熱効率を向上させることができる。
前記金属層は、箔接着、蒸着、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、イオンプレーティング、メッキ、塗布及び印刷法の群より選ばれる成膜手段によって形成される。これにより、簡便に薄膜状の金属膜を形成することができる。また、前記金属層が白金よりなるとよい。白金を用いることでより反射効率を向上させることができる。
また、上記いずれかに記載の電気ヒーターは、これを備えた加熱装置又は半導体製造装置として実施することができる。
上記本発明に係る電気ヒーター並びにこれを備えた加熱装置及び半導体製造装置の特徴によれば、発熱体の短絡を防止し且つ加熱効率を向上させることが可能となった。
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
次に、図１〜８を参照しながら、本発明の第一実施形態をさらに詳しく説明する。
図１に示すように、本発明に係る電気ヒーター１は、ヒーター全体が放射方向に境界２ｘを有するように区分けされた複数区分としての複数の加熱ユニット２よりから構成され、略円盤状に形成されている。加熱ユニット２は、加熱ユニット２毎に被加熱物として例えば半導体ウエハ等の枚葉物Ｗを加熱する。本実施形態では、第一〜第五加熱ユニット２ａ〜２ｅを組み合わせて電気ヒーター１を構成し、５枚のウエハＷを同時に加熱する。
図１に示すように、本発明に係る電気ヒーター１は、ヒーター全体が放射方向に境界２ｘを有するように区分けされた複数区分としての複数の加熱ユニット２よりから構成され、略円盤状に形成されている。加熱ユニット２は、加熱ユニット２毎に被加熱物として例えば半導体ウエハ等の枚葉物Ｗを加熱する。本実施形態では、第一〜第五加熱ユニット２ａ〜２ｅを組み合わせて電気ヒーター１を構成し、５枚のウエハＷを同時に加熱する。
この電気ヒーター１は、例えば図２に示すように、載置台３の円形状のテーブル４上でカーボン製のカバー部材６を介して固定され、半導体ウエハ加熱用ヒーター２００として実施される。この半導体ウエハ加熱用ヒーター２００は、例えば成膜処理やエッチング処理等の半導体製造工程に用いられる半導体製造装置の加熱手段として用いられる。
図３に示すように、各加熱ユニット２ａ〜２ｅは、板状の発熱体１０と、この発熱体１０を支持する絶縁体としての石英板２０と、石英板２０と共に発熱体１０を挟持する絶縁棒としての石英管３０からなる。各加熱ユニット２ａ〜２ｅは、電気ヒーター１を略５等分する大きさの略扇状に形成されており、いずれも同様の構成である。以下、第一加熱ユニット２ａを例に説明する。
図３，４に示すように、発熱体１０は、電気ヒーター１の内周部Ａ１、中間部Ａ２及び外周部Ａ３の一部となる領域ａ１〜ａ３に区分けされた第一〜第三発熱体１１〜１３から構成されている。各発熱体１１〜１３は、例えばＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金やニッケルクロム合金等の板状体より製作され、スリット１４を形成することにより蛇行状の電流路１１ａ，１２ａ，１３ａを形成している。発熱体１０を板状に形成することで、ウエハＷが載置される加熱面近傍に配置でき、且つ加熱面をほぼ覆うように熱線を放射させることが可能となり、効率よく且つ均一に加熱することが可能となる。
第一発熱体１１は、第一加熱ユニット２ａの内周領域ａ１に配置されている。電流路１１ａは、電気ヒーター１の円周の一部となる加熱ユニット２ａの円弧に沿う円弧状の複数の円弧状部１１ｂと、円弧状部１１ｂの両端部で折り返され隣接する各円弧状部１１ｂを連続させる複数の折返部１１ｃとからなる。各円弧状部１１ｂは、加熱ユニット２ａの円弧に対し互いに略平行となるよう円盤の径方向Ｒに適宜間隔をおいて配置されている。
第二発熱体１２は、第一加熱ユニット２ａの中間領域ａ２に配置されている。電流路１２ａは、加熱ユニット２ａの円弧に沿う円弧状の複数の第一、第二円弧状部１２ｂ，１２ｃと、この第一、第二円弧状部１２ｂ，１２ｃを加熱ユニット２ａの外周側で周方向Ｃに連続させる円弧状の第三円弧状部１２ｄを備えている。各第一、第二円弧状部１２ｂ，１２ｃは、中間領域ａ２において、円周方向Ｃにおける中央線Ｍに対し線対称に配置されている。第一〜第三円弧状部１２ｂ〜１２ｄは、加熱ユニット２ａの円弧に対し互いに略平行となるよう円盤の径方向Ｒに適宜間隔をおいて配置されている。また、第一〜第三円弧状部１２ｂ〜１２ｄには、各両端部で折り返され隣接する各円弧状部１２ｂ〜１２ｄを連続させる折返部１２ｅが形成されている。第二発熱体１２を第一発熱体１１と同様に加熱ユニット２ａの円弧に沿う円弧状部とした場合、その長さが長くなるため、発熱体の発熱による膨張や変形がより大きくなり、隣接する円弧状部が接触しやすくなり、短絡が生じやすくなる。そこで、中心線Ｍ近傍の折返部１２ｅで折り返して第一、第二円弧状部１２ｂ、１２ｃとすることで、円弧状部の長さを短くし、熱変形を抑制して短絡を防止する。また、円弧状部の長さを短くすることで、短絡を防止するためのピン２３の本数を抑えることができる。
第三発熱体１３は、第一加熱ユニット２ａの外周領域ａ３に配置されている。電流路１３ａは、第二発熱体１２の電流路１２ａと同様に構成されており、複数の第一、第二円弧状部１３ｂ，１３ｃと、この第一、第二円弧状部１３ｂ，１３ｃを加熱ユニット２ａの最外周側で周方向Ｃに連続させる円弧状の第三円弧状部１３ｄと、各円弧状部１３ｂ〜１３ｄを連続させる折返部１３ｅとからなる。第三発熱体１３においても、上記第二発熱体１２と同様に中心線Ｍ近傍の折返部１３ｅで折り返して円弧状部を短くしている。
このように、各発熱体１１〜１３の主要部となる各円弧状部１１ｂ，１２ｂ〜１２ｄ，１３ｂ〜１３ｄは、加熱ユニット２ａの円弧に沿うように互いに略平行となるように円盤の径方向Ｒに配置され、蛇行状の電流路を形成する。ここで、円盤状のヒーターでは、外周部に向かうほど多くの熱が放出される。よって、上述の蛇行形状により、加熱ユニット２ａ上で各発熱体１１〜１３の電流路１１ａ〜１３ａを略均等に配置することができ、後述する加熱制御によりヒーター全体で均一な加熱を行うことが可能となる。しかも、第一〜第三発熱体１１〜１３は、加熱ユニット２ａの円周方向Ｃの中央線Ｍに対し線対称となるように配置しているので、加熱ユニット２ａ全体においても加熱の均一化が図られる。なお、仮に、各発熱体１１〜１３の折返部１１ｃ，１２ｅ，１３ｅを加熱ユニット２ａの径方向に対向するように設けた場合、各領域内ａ１〜３は外周に向かうに従い広がる扇形であるので、各領域内ａ１〜３を均一に加熱可能となるように各発熱体１１〜１３を配置、形成することは困難となる。
石英板２０は、例えば透明の石英ガラスより製作され、その表面２０ａに上述の発熱体１０が載置される。透明の石英ガラスは熱伝導率が低く、発熱体１０からの熱線を殆ど吸収することなく透過させる。これにより、石英板２０の熱容量を小さくすることができ、石英板２０への蓄熱を抑制することができる。従って、ヒーターの昇降温に対するレスポンスを向上させることができ、ウエハＷの加熱効率が向上する。しかも、石英ガラスは熱膨張率が極めて低いので、急速な昇温及び降温による熱衝撃の影響は極めて小さい。よって、下述の如きゾーン制御を行っても、石英板２０によって加熱の均一性が影響されることはほとんどない。
図５に示すように、石英板２０の表面２０ａ上には、第一〜第三ピン２３ａ〜２３ｃがそれぞれ複数立設されている。これらの第一〜第三ピン２３ａ〜２３ｃは、例えば石英等の絶縁材料からなり、略円筒状に形成されている。また、各ピン２３ａ〜２３ｃは、図６に示すように、石英板２０に載置される発熱体１０よりも高く且つ後述の石英管３０とほぼ同等の高さとなるように形成されている。
第一ピン２３ａは、図３，５に示すように、上述の第一〜第三発熱体１１〜１３の各折返部１１ｃ，１２ｅ，１３ｅの内側近傍のスリット１４内に位置するように設けられている。これにより、主に各発熱体１１〜１３の加熱ユニット２ａの径方向Ｒへの膨張や移動を制限する。また、第二ピン２３ｂは、第一〜第三発熱体１１〜１３の各円弧状部１１ｂ，１２ｂ〜１２ｄ，１３ｂ〜１３ｄのスリット１４内の略中央に設けられている。これにより、各円弧状部１１ｂ，１２ｂ〜１２ｄ，１３ｂ〜１３ｄの径方向Ｒへの膨張や移動を制限する。第三ピン２３ｃは、各発熱体１１〜１３の最外周側の円弧状部の略中央近傍に位置するように加熱ユニット２ａの中央線Ｍ上に設けられている。これにより、各発熱体１１〜１３の最外周側の円弧状部の径方向への膨張や移動を制限する。この第一〜第三ピン２３ａ〜２３ｃにより、表面２０ａ内での各発熱体１１〜１３の移動が防止され、各発熱体１１〜１３の接触による短絡を防止する。また、発熱体１１〜１３自身の熱変形による隣接する各円弧状部１１ｂ，１２ｂ〜１２ｄ，１３ｂ〜１３ｄ間及び各発熱体１１〜１３間での接触も防止される。
図６に示すように、石英板２０の裏面２０ｂには、薄膜状の金属層としての白金箔２４が貼着され形成されている。この白金箔２４の厚さは約０．３μｍであり、白金箔２４の熱容量は極めて小さくなる。また、石英板２０を熱伝導率が低い石英ガラスにより構成しているので、石英板２０の熱容量も小さい。よって、発熱体１０から加熱面とは反対側に放射される熱線及び輻射熱は、石英板２０に殆ど吸収（蓄熱）されることなく透過し、白金箔２４により加熱面側に反射される。しかも、図３，６に示すように、発熱体１０の上面の大部分は加熱面に対し開放されている。従って、石英板２０の裏面２０ｂに直接薄膜状の金属層２４を形成することで、発熱体１０からの輻射熱のエネルギーのロスを抑制させて効率よく反射させることができ、迅速に昇温・降温制御を行うことができる。その結果、ヒーターの加熱効率をさらに向上させることができる。なお、薄膜状の金属層２４は、箔を接着させて形成させる他、蒸着、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、イオンプレーティング、メッキ、塗布及び印刷法等の成膜手段によっても形成することができる。
また、図５に示すように、石英板２０には、各発熱体１１〜１３の各端部１１ｘ〜１３ｘ，１１ｙ〜１３ｙを貫通させる第一貫通孔２５ａと、ウエハＷを持ち上げるリフターピンを貫通させる第二貫通孔２５ｂとが形成されている。
石英管３０は、本実施形態の例では、径方向Ｒに沿って放射状に４本配置されている。この第一〜第四石英管３０ａ〜３０ｄは第一ピン２３ａの近傍に配置され、先の石英板２０と共に発熱体１０を挟持する。石英管３０は、例えば石英板２０と同様に透明の石英ガラスより製作されている。透明の石英ガラスを用いることで、加熱面側に放射される発熱体１０からの熱線や輻射熱を殆ど吸収することなく透過させることができるので、効率よく加熱することができる。また、第一〜第四石英管３０ａ〜３０ｄは、加熱ユニット２ａの中央線Ｍに対して線対称となるように配置されている。これにより、加熱ユニット２ａ内での面内温度を均一にすることができる。
図３，５に示すように、第一〜第三石英管３０ａ〜３０ｃの内部には、それぞれ温度センサ３１ａ〜３１ｃが設けられている。第一温度センサ３１ａは、第一加熱ユニット２ａの内周領域ａ１に位置するように、例えば第三石英管３０ｃに挿入されている。また、第二、第三温度センサ３１ｂ，３１ｃは、第一加熱ユニット２ａの中間領域ａ２及び外周領域ａ３に位置するように、例えば第二、第一石英管３０ｂ，３０ａにそれぞれ挿入されている。
各石英管３０は、上述の如く発熱体１０を挟持するために発熱体１０上面に位置させるので、各温度センサ３１ａ〜３１ｃを各領域ａ１〜ａ３の発熱体１１〜１３の近傍に配置することができる。よって、発熱体１０の温度を精度良く測定することができ、後述のゾーン制御を高精度に行うことができる。但し、本実施形態において、これらの温度センサ３１ａ〜３１ｃは、第一加熱ユニット２ａにのみ設けている。なお、他の加熱ユニット２ｂ〜２ｅには、温度センサ３１を設けない点を除いて、第一加熱ユニット２ａと同様に石英管３０が設けられる。
各温度センサ３１ａ〜３１ｃのリード線３２は、加熱ユニット２ａの内周縁部２１側へ延長させている。そして、各加熱ユニット２ａ〜２ｅの内周縁部２１により形成される開口部１ａを介して外部へ延長する。なお、温度センサ３１ａ〜３１ｃとしては、例えば、各種の熱電対、サーミスタ、抵抗測温体等が用いられる。
本発明に係る電気ヒーター１は、上述の如く構成した第一〜第五加熱ユニット２ａ〜２ｅを同一平面上で周方向Ｃに組み合わせることで構成される。円周方向区分としての各加熱ユニット２ａ〜２ｅは、互いを溶着され円盤状に連結固定される。そして、各加熱ユニット２ａ〜２ｅの各石英管３０を発熱体１０上面に配置させて、石英板２０及び石英管３０により発熱体１０を挟持する。
また、図７に示すように、隣接する第一〜第五加熱ユニット２ａ〜２ｅに属する各第一発熱体１１は、直列に接続されると共に端部１１ｘ、１１ｙを介して外部の第一温度制御器ＣＬ１に接続される。この温度制御器ＣＬ１には、第一温度センサ３１ａも接続されている。同様に、第二、第三発熱体１２，１３も隣接する各加熱ユニット２ａ〜２ｅ間で直列に接続され、外部の第二、第三温度制御器ＣＬ２，ＣＬ３にそれぞれ第二、第三温度センサ３１ｂ，３１ｃと共に接続される。各発熱体１１〜１３を直列に接続することで、電気ヒーター１の内周部Ａ１、中間部Ａ２及び外周部Ａ３毎に各温度センサ３１ａ〜３１ｃの測定結果に基づくゾーン制御が可能となる。従って、各加熱ユニット２ａ〜２ｅで加熱される各ウエハＷを同時に且つ同様の条件で均一に加熱するように加熱制御を行うことが可能となる。しかも、同心円状のゾーン（放射方向区分）毎に加熱制御する温度制御器は３つで足り、制御機構が簡素化され、加熱制御を容易に行うことができる。
上述の如く組み付けられた電気ヒーター１は、図８に示すように、載置台３上に載置される。載置台３の円形のテーブル４には、例えばステンレス板やアルミニウム板等の補強部材としての金属板４１と、断熱部材としてのセラミッククロス４２とが積層されている。これらの金属板４１及びセラミッククロス４２には、電気ヒーター１の開口部１ａ及び載置台３の円筒状の支柱５の内部５ａとを連通させる貫通孔４１ａ，４２ａが設けられている。これにより、図２に示す如く、温度センサ３１ａ〜３１ｃの各リード線３２は支柱５の内部５ａに挿通され、外部と接続される。また、セラミッククロス４２により、テーブル４や金属板４１への熱伝導を防止し、電気ヒーター１の加熱効率の低下を防止する。
そして、カーボン製のカバー部材６の嵌合部６ａに石英管３０と石英板２０とで挟持した発熱体１０をを嵌め合わせて固定する。このカバー部材６上には、ウエハＷを載置するための複数の凹部６ｂが形成されており、各加熱ユニット２ａ〜２ｅの対応する凹部６ｂにウエハＷが載置される。このカバー部材６がウエハＷの加熱面となる。
次に、本発明に係る第二実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において、上記実施形態と同様の部材には同一の符号を付してある。
上記第一実施形態では、板状の絶縁体としての石英板２０と絶縁棒としての石英管３０とで発熱体１０を挟持した。ここで、高温加熱処理（例えば、約１０００℃以上）の場合、石英板２０が発熱体１０の高熱に起因して結晶化する失透が生じる場合がある。そこで、第二実施形態では、発熱体１０と発熱体１０の下側に位置する石英板２０との間に絶縁性のスペーサー５０を設け、石英管３０とスペーサー５０とで発熱体１０を挟持する。
上記第一実施形態では、板状の絶縁体としての石英板２０と絶縁棒としての石英管３０とで発熱体１０を挟持した。ここで、高温加熱処理（例えば、約１０００℃以上）の場合、石英板２０が発熱体１０の高熱に起因して結晶化する失透が生じる場合がある。そこで、第二実施形態では、発熱体１０と発熱体１０の下側に位置する石英板２０との間に絶縁性のスペーサー５０を設け、石英管３０とスペーサー５０とで発熱体１０を挟持する。
図９に示すように、第二実施形態において、スペーサー５０として第二の石英管を用いている。この第二の石英管５０は、石英管３０と同様に透明の石英ガラスより製作されている。
また、第二の石英管５０は、発熱体１０の裏面側に設けられている。これにより、石英板２０と発熱体４とは直接接触して加熱されることはない。そのため、石英が高温となって失透することを抑制することができる。しかも、石英管３０及び第二の石英管５０と発熱体１０との接触は線接触となるので、発熱体１０が直接接触し加熱される部分は最小となる。よって、石英管３０及び第二の石英管５０の失透をさらに抑制することができ、長期にわたって加熱効率を維持できる。また、失透が生じると、失透部分によって熱線及び輻射熱の透過にムラが生じ、加熱効率が低下すると共に加熱面内での均一な加熱が困難となる。失透を抑制することで加熱の効率性及び均一性も維持される。
加えて、石英管３０及び第二の石英管５０で発熱体４を挟持するように保持するので、発熱体１０の大部分が開放され、発熱体１０からの熱線や輻射熱を直接加熱面へ放射することができる。従って、熱エネルギーのロスを抑制し、枚葉物を効率よく加熱することができる。
さらに、第二の石英管５０の表面には、コーティング層が形成されている。コーティング層により、発熱体１０と第二の石英管５０本体との直接接触を回避し、石英管５０の失透を抑制することができる。これにより、失透による第二の石英管５０の破損を防止し寿命を延ばすことができる。コーティング層は、例えば、ディッピング、塗布等の既知の方法により形成される。また、このコーティング層には、例えば、ＳｉＣ、ムライト、石英の混合物が用いられる。なお、石英管３０にも同様のコーティング層を設けることは可能である。
第二実施形態において、スペーサー５０として透明石英ガラスよりなる石英管を用いた。しかし、スペーサーとしては、透明石英ガラスに限らず、他の材料により構成しても構わない。例えば、棒状（又は管状）の碍子より構成してもよい。また、スペーサー５０の形状は、発熱体１０と石英板２０との接触を回避できる形状であればよく、例えば、図１７や図２４の如く発熱体の電流路の一部を保持する保持部を有する碍子１５０，１５０’をスペーサーとして用いることも可能である。碍子は、例えば、アルミナ質、アルミナシリカ質、ムライト質、ジルコン質又はコージライトを主体とするいわゆるセラミックス材料や窒化珪素質材料等の絶縁性、耐熱性を有する材料より構成される。但し、碍子を用いる場合にも、碍子表面に上記のコーティング層を設ける。これにより、碍子本体と石英板２０との直接接触を回避し、接触部分からの失透を抑制することができる。よって、熱効率の低下を抑制すると共に失透による石英板２０の破損を防止することができる。なお、石英管３０に替えて第二の石英管５０に制御用の温度センサを配置することも可能である。
最後に、本発明のさらに他の実施形態の可能性について説明する。
上記各実施形態において、発熱体１０を第一〜第三発熱体１１〜１３により構成することで円盤の内周部Ａ１、中間部Ａ２及び外周部Ａ３の３つの区分（放射方向区分）に区分けした。しかし、発熱体１０を区分けする態様は上記態様に限られるものではなく、４以上の区分に区分けしても構わない。但し、区分の数を増加させるに従い加熱制御が煩雑となるため、この点で上記実施形態が優れている。
上記各実施形態において、発熱体１０を第一〜第三発熱体１１〜１３により構成することで円盤の内周部Ａ１、中間部Ａ２及び外周部Ａ３の３つの区分（放射方向区分）に区分けした。しかし、発熱体１０を区分けする態様は上記態様に限られるものではなく、４以上の区分に区分けしても構わない。但し、区分の数を増加させるに従い加熱制御が煩雑となるため、この点で上記実施形態が優れている。
また、発熱体１０を円盤状の電気ヒーター１に対し同心円状に３つの区分に区分けした。しかし、発熱体１０の区分の形状や配置は上記実施形態に限られるものではない。但し、被加熱物Ｗの面内温度を均一化させるためには、電気ヒーター１の中心に対し点対称となるように区分けされていることが望ましい。
上記各実施形態において、ヒーター全体を区分けする複数区分を５つの扇状の加熱ユニット２ａ〜２ｅにより構成した。しかし、加熱ユニット２の数や形状は上記実施形態に限られるものではなく、同時に加熱処理する被加熱物Ｗの数や大きさに応じて適宜設定可能である。但し、各被加熱物Ｗの面内温度を均一化させるためには、電気ヒーター１の中心に対し点対称となるように区分けされていることが望ましい。
また、上記各実施形態において、電気ヒーター１の外形を円盤状に形成した。しかし、外形形状は円盤状に限られず、例えば三角形、矩形、多角形等に形成しても構わない。但し、加熱ユニット２ａ〜２ｅの対称配置や加熱面の面内温度の均一性の点で、円盤状に形成した上記実施形態が優れている。
上記各実施形態では、加熱ユニット２毎に略扇状の石英板２０を用いた。しかし、石英板２０を一枚の円盤状に形成し、ヒーター全体を区分けする複数区分を仮想的に形成しても構わない。但し、製作公差やヒーターの昇温・降温による石英板の歪み等の変形を抑制可能な点で上記実施形態が優れている。
上記各実施形態において、薄膜状の金属層を白金箔２４を接着させることで形成した。しかし、金属層は、白金の他、金、銀等の貴金属類や、アルミニウム、クロム、ニッケル等の金属も適用可能である。但し、この金属層は必須の構成ではなく、昇降温のレスポンスをより向上させる点で設けることが望ましい。
上記各実施形態において、各発熱体１１〜１３をスリット１４により蛇行状の電流路１１ａ〜１３ａを形成すると共に、その電流路１１ａ〜１３ａの各折返部１１ｃ，１２ｅ，１３ｅ近傍及び各円弧状部１１ｂ，１２ｂ〜１２ｄ，１３ｂ〜１３ｄの中央部近傍のスリット１４内に第一〜第三ピン２３ａ〜２３ｃを配置した。しかし、各発熱体１１〜１３の形状は蛇行状に限られず、面内温度の均一性が確保される形状であれば、上記実施形態に限定されるものではない。
また、第一〜第三ピン２３ａ〜２３ｃの位置や数も上記各実施形態に限られるものではなく、各発熱体１１〜１３の不測の接触等による短絡を防止できる態様であれば、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、間欠的に設けてもよい。
上記各実施形態において、絶縁棒としての石英管３０を４本設けた。しかし、石英管３０の本数はこれに限られず、発熱体１０の大きさや形状に応じて挟持可能な本数であればよい。また、中空の石英管に限らず中空でない中実の棒状体であってもよく、これらを組み合わせても構わない。但し、面内温度均一性の観点から、各石英管３０は電気ヒーター１の中心に対し点対称となるように放射状に配置することが望ましい。
上記各実施形態において、電気ヒーター１を被加熱物Ｗとして複数枚のウエハを同時に加熱可能な半導体ウエハ加熱用ヒーター１００として説明した。しかし、被加熱物Ｗは、複数枚のウエハに限られるものではなく、例えば図１の二点鎖線で示す如き単一のウエハ等の被加熱物Ｗ’を加熱するようにしても構わない。
また、上記各実施形態とは異なり、例えば各加熱ユニット２ａ〜２ｅの各発熱体１１〜１３を並列に接続しても構わない。係る場合、細分化された各ゾーンに対応して石英管３０に温度センサ３１を設けるとよい。これにより、より細分化されたゾーン毎に加熱制御を行うことができる。但し、ゾーンを細分化するに従い温度制御が煩雑となるため、加熱制御の簡便性の点で上記実施形態が優れている。
また、発熱体１０の挟持する絶縁体及び絶縁棒として、透明の石英ガラスとよりなる石英板２０及び石英管３０を用いた。しかし、これら部材の素材は透明石英ガラスに限られるものではなく、少なくとも絶縁性を有する材料であればよい。但し、昇降温のレスポンスを向上させる点及び熱衝撃性の点で、熱伝導率及び熱膨張率の低い透明石英ガラスが優れている。
本発明に係る実施形態は上述の如く構成されるが、さらに包括的には次に列挙するような態様であってもよい。
第一の態様に係る電気ヒーターの特徴は、蛇行状の電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体を挟み込んで保持する一対の石英板とを備え、半導体ウエハ等の枚葉物を加熱する構成において、前記一対の石英板は双方とも透明の石英ガラスであり、石英板の一方の外面に薄膜状の金属層を形成し、他側の石英板近傍の前記枚葉物を加熱することにある。
第一の態様に係る電気ヒーターの特徴は、蛇行状の電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体を挟み込んで保持する一対の石英板とを備え、半導体ウエハ等の枚葉物を加熱する構成において、前記一対の石英板は双方とも透明の石英ガラスであり、石英板の一方の外面に薄膜状の金属層を形成し、他側の石英板近傍の前記枚葉物を加熱することにある。
上記構成によれば、発熱体を保持する一対の石英板を透明の石英ガラスで構成することで、発熱体からの熱線及び輻射熱は一対の石英板に殆ど吸収されることなく透過するので、熱容量による問題が軽減される。しかも、石英板の一方の外面に薄膜状の金属層を形成することで、枚葉物とは反対側へ放射される輻射熱を効率よく反射させることができる。
前記金属層は、箔接着、蒸着、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、イオンプレーティング、メッキ、塗布及び印刷法の群より選ばれる成膜手段によって形成される。これにより、簡便に薄膜状の金属膜を形成することができる。また、前記金属層が白金よりなるとよい。白金を用いることでより反射効率を向上させることができる。
また、半導体ウエハ加熱用のヒーターであって、ヒーター全体が放射方向に区分けされる複数区分よりなり、各区分内で１枚のウエハを加熱するものであるとよい。これにより、複数のウエハを同時に加熱、処理することができる。上記いずれかに記載の電気ヒーターは、これを備えた半導体製造装置として実施することができる。
上記第一の態様に係る電気ヒーター及びこれを備えた半導体製造装置の特徴によれば、昇温及び降温のレスポンスに優れ、加熱効率を向上させることが可能となる。なお、第一の態様に係る電気ヒーターの実施の形態としては、上記第一、第二実施形態が適用可能である。
第二の態様に係る電気ヒーターの特徴は、面状の発熱体と、この発熱体を挟み込んで保持する一対の石英板とを備え、枚葉物を加熱する構成において、少なくとも下石英板と前記発熱体との間にスペーサーを配置したことにある。
上記構成によれば、面状（板状）の発熱体の下側に配置される下石英板と発熱体との間にスペーサーが配置されるので、発熱体が下石英板に直接接触して加熱することがなく、特に高温（約１０００℃）となるような環境下において発熱体と石英体との接触に起因する石英の失透を抑制することができ、長期にわたり加熱効率を持続することが可能となる。また、失透の発生を抑制するので、失透部分の生成による部分的な加熱効率の低下を防止し、加熱の面内均一性も維持できる。
係る場合、前記スペーサーは、棒状体であるとよい。これにより、発熱体により加熱されるスペーサーと下石英板との接触は線接触となるので、直接加熱される部分が最小限に抑えられ、失透部分の生成による部分的な加熱効率の低下を防止し、石英の失透をさらに抑制することができる。
上記第二の態様に係る電気ヒーターの特徴によれば、簡素な構成でありながら高い加熱効率を長期にわたり持続させることが可能となる。
ここで、図１０〜１４を参照しながら、第二の態様に係る電気ヒーターの第一実施形態をさらに詳しく説明する。
電気ヒーター１００は、図１０〜１２に示すように、大略、略矩形の下石英板１０２と、この下石英板１０２に対向する上石英板１０３と、下石英板１０２の内部に設けられる発熱体１０４と、上下石英板１０２，１０３と発熱体１０４との間に設けれられるスペーサーとしての棒状体１０５とを有する。なお、説明の便宜上、図１０において、下石英板１０２の凹部１２１を示すために上石英板１０３を省略して記載している。
電気ヒーター１００は、図１０〜１２に示すように、大略、略矩形の下石英板１０２と、この下石英板１０２に対向する上石英板１０３と、下石英板１０２の内部に設けられる発熱体１０４と、上下石英板１０２，１０３と発熱体１０４との間に設けれられるスペーサーとしての棒状体１０５とを有する。なお、説明の便宜上、図１０において、下石英板１０２の凹部１２１を示すために上石英板１０３を省略して記載している。
この電気ヒーター１００は、例えば、上石英板１０３の上面（加熱面）に載置された半導体ウエハ等の枚葉物を加熱する半導体ウエハ加熱用ヒーター（加熱装置）として実施される。この半導体ウエハ加熱用ヒーターは、例えば成膜処理やエッチング処理等の半導体製造工程に用いられる半導体製造装置の加熱手段として用いられる。
下石英板１０２は、図１０〜１３に示すように、大略、発熱体１０４を収容する凹部１２１と、発熱体１０４のリード線１４９を外部の電源に接続させるための接続部１２２とからなる。凹部１２１の周面（下石英板１０２の周縁部１０２ａ）には、発熱体１０４の端部１４１を収容する第一溝部１２１ａと、棒状体１０５の端部を収容する第二溝部１２１ｂとが、適宜間隔をおいて形成されている。
接続部１２２は例えば円筒状を呈し、内部の貫通孔１２２ａには、管状部材１２３が挿入されている。管状部材１２３は、凹部１２１の底面に係止し、上面に発熱体１０４の端部１４１が載置される略円形の台座部１２３ａと、リード線１４９を挿通させる本体部１２３ｂとからなる。
図１１に示すように、下石英板１０２の裏面１０２ｂには、薄膜状の金属層としての白金箔１２４が貼着され形成されている。この白金箔１２４の厚さは、例えば約０．３μｍであり、白金箔１２４の熱容量は極めて小さくなる。また、下石英板１０２を熱伝導率が低い石英ガラスにより構成しているので、下石英板１０２の熱容量も小さい。よって、発熱体１０４から加熱面とは反対側に放射される熱線及び輻射熱は、下石英板１０２に殆ど吸収（蓄熱）されることなく透過し、白金箔１２４により加熱面側に反射される。従って、下石英板１０２の裏面１０２ｂに直接薄膜状の金属層１２４を形成することで、発熱体１０４からの輻射熱のエネルギーのロスを抑制させて効率よく反射させることができ、迅速に昇温・降温制御を行うことができる。その結果、ヒーターの加熱効率をさらに向上させることができる。なお、薄膜状の金属層１２４は、箔を接着させて形成させる他、蒸着、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、イオンプレーティング、メッキ、塗布及び印刷法等の成膜手段によっても形成することができる。ここで、下石英板１０２には、透明な石英ガラスを用いる。上述したように、裏面１０２ｂに金属層１２４を設けている。不透明な石英ガラスの場合、発熱体１０４からの輻射熱及び金属層１２４からの反射熱が下石英板１０２に熱吸収され温度が高くなり、熱逃げが生じるため、熱効率が低下してしまう。透明な石英ガラスを用いることで熱効率の低下を抑制する。
図１２に示すように、上石英体１０３は、下石英板１０２の周縁部１０２ａに載置され固定される。上石英体１０３は、透明な石英ガラスで構成されている。このように、上下の各石英板１０２，１０３を構成する透明の石英ガラスは熱伝導率が低く、発熱体１０４からの熱線を殆ど吸収することなく透過させる。これにより、各石英板１０２，１０３の熱容量を小さくすることができ、各石英板１０２，１０３への蓄熱を抑制することができる。従って、ヒーターの昇降温に対するレスポンスを向上させることができ、枚葉物の加熱効率が向上する。しかも、石英ガラスは熱膨張率が極めて低いので、急速な昇温及び降温による熱衝撃の影響は極めて小さい。
図１０，１２〜１４に示すように、発熱体１０４は、例えばＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金やニッケルクロム合金等の板状体より製作され、スリット１４５により蛇行状の電流路１４２が形成されている。電流路１４２は、大略、直線状部１４４と直線状部１４４を接続する折り返し部１４３を有し、端部１４１を介して外部と電気的に接続される。発熱体１０４を板状（面状）に形成することで、枚葉物が載置される加熱面近傍に配置でき、且つ加熱面をほぼ覆うように熱線を放射させることが可能となり、効率よく且つ均一に加熱することが可能となる。
本実施形態において、スペーサーとしての棒状体１０５には、石英管を用いている。石英管１０５は、例えば上下石英板１０２，１０３と同様に透明の石英ガラスより製作されている。透明の石英ガラスを用いることで、加熱面側に放射される発熱体１０４からの熱線や輻射熱を殆ど吸収することなく透過させることができるので、効率よく加熱することができる。このように、各石英板１０２，１０３及び棒状体１０５を透明石英ガラスで構成することで、発熱体１０４からの熱線及び輻射熱は、これら部材に殆ど吸収されることなく透過するので、これらの部材の熱容量による問題が軽減され、枚葉物（被加熱物）を効率よく加熱することができる。
図１０，１２〜１４に示すように、石英管１０５は、発熱体電流路１４２の折り返し部１４３の端部から適宜間隔をおいて複数本が並行して設けられている。石英管１０５は、電流路１４２の直線状部１４４の長手方向に直交する又は交差するように配置される。特に、折り返し部１４３に石英管１０５を配置することで、発熱体１０４の端部１０４ａ（折り返し部１４３の先端）の熱変形による垂れを抑制することができる。
また、石英管１０５は、発熱体１０４を挟んで上下に対向して設けられている。これにより、上下石英板１０２，１０３と発熱体１０４とは直接接触して加熱されることはない。そのため、石英が高温となって失透することを抑制することができる。しかも、石英管１０５と発熱体１０４との接触は線接触となるので、発熱体１０４が直接接触し加熱される部分は最小となる。よって、石英管１０５の失透をさらに抑制することができ、長期にわたって加熱効率を維持できる。また、失透が生じると、失透部分によって熱線及び輻射熱の透過にムラが生じ、加熱面内での均一な加熱が困難となる。失透を抑制することで加熱の均一性も維持される。
加えて、一対の石英管１０５で発熱体１０４を挟持するように保持するので、発熱体１０４の大部分が開放され、発熱体１０４からの熱線や輻射熱を直接加熱面へ放射することができる。従って、熱エネルギーのロスを抑制し、枚葉物を効率よく加熱することができる。
さらに、石英管１０５の表面には、コーティング層が形成されている。コーティング層により、発熱体１０４と石英管１０５本体との直接接触を回避し、石英管１０５の失透を抑制することができる。これにより、失透による石英管１０５の破損を防止し寿命を延ばすことができる。コーティング層は、例えば、ディッピング、塗布等の既知の方法により形成される。また、このコーティング層には、例えば、ＳｉＣ、ムライト、石英等の混合物が用いられる。
次に、第二の態様に係る第二実施形態について、図１５〜２０を参照しながら説明する。なお、上述の実施形態と同様の部材には同一の符号を附してある。
上記第一実施形態においてスペーサーとして石英管１０５を用いたが、第二実施形態では、略Ｈ字型を呈する碍子１５０をスペーサーとして用いる。
上記第一実施形態においてスペーサーとして石英管１０５を用いたが、第二実施形態では、略Ｈ字型を呈する碍子１５０をスペーサーとして用いる。
第二実施形態に係る電気ヒーター１００’は、図１５，１６，１８に示すように、上下の石英板１０２，１０３と、発熱体１０４と、上下の石英板１０２，１０３との間で発熱体１０４を収容する空間を形成するフレーム部材１０９と、スペーサーとしての碍子１５０とを有する。なお、内部構造を示すために、図１５において、上石英板１０３を省略している。
図１５〜１８に示すように、下石英板１０２は、発熱体１０４の各スリット１４５に挿通されるピン１２９が立設されている。これにより、発熱体１０４の熱変形による直線状部１４４間の接触を防止し、短絡を防止する。また、このピン１２９は、後述の碍子１５０と同様の材料よりなり、上記実施形態と同様に表面にコーティング層が形成されている。これにより、ピン１２９との接触による石英の失透を防止することができる。なお、ピン１２９は、発熱体１０４の短絡を防止できればよく、必ずしも各スリット１４５に配置する必要はない。例えば、間欠的に配置してもよく、発熱体１０４の材質や形状（長さ）等に応じて個数を適宜設定すればよい。なお、下石英板１０２の裏面１０２ｂ及び上石英板１０３の構成は上記第一実施形態と同様である。
図１９，２０に示すように、発熱体１０４の折り返し部１４３近傍の直線状部１４４には、スリット１４５側へ突出する突起部１４６が設けられている。この突起部１４６が後述の碍子１５０の連結部１５２の長手方向に位置するので、直線状部１４４及び碍子１５０の相対的な移動を制限する。これにより、碍子１５０の位置ずれを防止し、発熱体１０４の碍子１５０からの落下を防止する。また、直線状部１４４の長手方向への熱変形（膨張）、移動も防止する。よって、上下石英板１０２，１０３及びフレーム部材１０９に対する直接接触を回避し、石英の失透を防止することができる。また、発熱体１０４の角部に位置する折り返し部１４３には、切欠部１４７が形成されている。切欠部１４７は碍子１５０の連結部１５２の短手方向（厚さ方向）に位置し、碍子１５０の位置ずれ及び直線状部１４４の移動を制限する。なお、発熱体１０４の他の構成は、上記第一実施形態と同様である。
図１５〜１８に示すように、碍子１５０は、一対の平坦部１５１と、この平坦部１５１を連結する連結部１５２からなり、一対の平坦部１５１によって電流路１４２の一部を保持する保持部を構成し、発熱体１０４を挟持する。碍子１５０は、例えば、アルミナ質、アルミナシリカ質、ムライト質、ジルコン質又はコージライトを主体とするいわゆるセラミックス材料や窒化珪素質材料等の絶縁性、耐熱性を有する材料より構成される。また、碍子１５０表面には、上記第一実施形態と同様のコーティング層が形成されている。これにより、高温時における碍子１５０と石英材料との接触に起因する失透を防止する。
図１５，１６に示すように、フレーム部材１０９は、上下の石英板１０２，１０３に挟持されると共に発熱体１０４及び碍子１５０を収容する空間を形成する。このフレーム部材１０９は、上下の石英板１０２，１０３と同様に石英より構成されている。同種部材を溶接することで、気密性を向上させる。これにより、ウエハ等の枚葉物を処理する炉内雰囲気から発熱体１０４及び碍子１５０を隔離することができ、発熱体１０４及び碍子１５０から生じる酸化物や摩擦等により生じる微粒子の炉内雰囲気への流出を防止することができる。なお、気密性を確保できる態様であれば、フレーム部材１０９の材料や固定方法は、特に限定されない。
次に、第二の態様に係る第三の実施形態について、図２１〜２３を参照しながら、以下説明する。
上記第二実施形態において、電気ヒーター１００’として、１枚の板状の発熱体１０４を用いた。第三実施形態では、複数枚の発熱体を用いて電気ヒーター１００’’を構成する。なお、本実施形態では、４つの発熱体を並設すると共に接続部材１８０を介して電気的に直列に接続しているが、直列に接続せずに個別に制御してもよく、発熱体の枚数もこれに限定されるものではない。
上記第二実施形態において、電気ヒーター１００’として、１枚の板状の発熱体１０４を用いた。第三実施形態では、複数枚の発熱体を用いて電気ヒーター１００’’を構成する。なお、本実施形態では、４つの発熱体を並設すると共に接続部材１８０を介して電気的に直列に接続しているが、直列に接続せずに個別に制御してもよく、発熱体の枚数もこれに限定されるものではない。
図２２に示すように、発熱体１０４は、第一発熱体Ａと第二発熱体１０４Ｂとから構成されている。第一発熱体１０４Ａの一方の角部に位置する折り返し部１４３には、凸部１４８が形成されている。また、他方の角部に位置する折り返し部１４３には、切欠部１４７が形成され、直線状部１４４には突出部１４６が形成されている。一方、第二発熱体１０４Ｂの一方の角部に位置する折り返し部１４３には、溝部１４９が形成されている。
第一発熱体１０４Ａと第二発熱体１０４Ｂは、対向配置されると共にそれらが一組となって線対称に配置される。図２３（ａ）に示すように、第一発熱体１０４Ａの凸部１４８と第二発熱体１０４Ｂの切欠部１４７とが対向して段部を形成する。また、第一発熱体１０４Ａの突出部１４６と第二発熱体１０４Ｂの突出部１４６とが対向し、連結部１５２を収容する空間を形成する。これらによって、碍子１５０は、第一発熱体１０４Ａと第二発熱体１０４Ｂとを同時に保持すると共に、これらの接触による短絡をも防止する。さらに、図２３（ｂ）に示すように、第二発熱体１０４Ｂの各突出部１４６が対向し、連結部１５２を収容する空間を形成する。また、各溝部１４９が対向し、連結部１５２を収容する空間を形成する。これらによって、碍子１５０は、対向する第二発熱体１０４Ｂを同時に保持すると共に、これらの接触による短絡をも防止する。
次に、第二の態様のさらに他の実施形態の可能性について説明する。なお、上述の実施形態と同様の部材には同一の符号を附してある。
上記第一実施形態において、スペーサーとして透明石英ガラスよりなる石英管１０５を用いた。しかし、透明石英ガラスに限らず、他の材料により構成しても構わない。例えば、上述の碍子より構成してもよい。但し、碍子を用いる場合にも、石英と反応する材料であれば、碍子表面に上記実施形態と同様のコーティング層を設ける。碍子１０５は下石英板１０２と接触するので、当該接触部分から失透が生じる。コーティング層を設けることで、碍子本体と下石英板１０２との直接接触を回避し、接触部分からの失透を抑制することができる。よって、熱効率の低下を抑制すると共に失透による石英板の破損を防止することができる。
上記第一実施形態において、スペーサーとして透明石英ガラスよりなる石英管１０５を用いた。しかし、透明石英ガラスに限らず、他の材料により構成しても構わない。例えば、上述の碍子より構成してもよい。但し、碍子を用いる場合にも、石英と反応する材料であれば、碍子表面に上記実施形態と同様のコーティング層を設ける。碍子１０５は下石英板１０２と接触するので、当該接触部分から失透が生じる。コーティング層を設けることで、碍子本体と下石英板１０２との直接接触を回避し、接触部分からの失透を抑制することができる。よって、熱効率の低下を抑制すると共に失透による石英板の破損を防止することができる。
また、石英管１０５は中空の管状体に限らず、中実の棒状体であってもよい。管状体（石英管１０５）の中に制御用の温度センサを配置するとよい。これにより、発熱体１０４近傍に温度センサを位置させることができ、精度良く発熱体の加熱温度を測定することができる。なお、棒状体１０５の形状は特に限定させるものではない。また、棒状体１０５の材質は、透明石英ガラスに限られるものではないが、加熱効率の点で上記実施形態が好ましい。
さらに、上記第二実施形態では、スペーサーとして略Ｈ型形状の碍子１５０棒状体を用いた。しかし、形状はこれに限られるものではなく、例えば、図２４に示す如き碍子１５０’を用いてもよい。この碍子１５０は、電流路１４２の直線状部１４４の間のスリット（空隙）１４５にその長手方向に沿って適宜間隔をおいて配置される。例えば棒状に形成された枝部１５５が直線状部１４４を保持することで、発熱体１０４と下石英板１０２との接触を回避する。また、本体部１５７により、直線状部１４４同志の接触による短絡を防止することができる。
また、上記各実施形態において、電気ヒーター１００の外形を矩形に形成した。しかし、外形形状は矩形に限られず、例えば三角形、円盤状、多角形等に形成しても構わない。発熱体１０４の形状も上記と同様であり、蛇行状でなくてもよい。
上記実施形態において、薄膜状の金属層を白金箔１２４を接着させることで形成した。しかし、金属層は、白金の他、金、銀等の貴金属類や、アルミニウム、クロム、ニッケル等の金属も適用可能である。
上記第一実施形態において、ピン１２９の記載が省略されているが、第二、第三実施形態と同様にピン１２９を設けて短絡を防止することも可能である。
上記第二、第三実施形態において、発熱体１０４と碍子１５０との係合は上記の例に限定されるものではなく、隣接する発熱体１０４及び／又は直線状部１４４間において接触が防止でき、発熱体１０４を下石英板１０２から離隔して保持することが可能な態様であれば、上記に限られるものではない。
本発明に係る電気ヒーターは、半導体ウエハ等の枚葉物を同時に加熱する半導体ウエハ加熱用のヒーターとして利用することができる。また、半導体ウエハを加熱処理する半導体製造装置に適用することも可能である。さらに、半導体ウエハの他、例えばガラス、セラミック、金属等の被加熱物の熱処理用のヒーターとして利用でき、被加熱物の加熱装置及び基板処理装置等にも適用可能である。
１：電気ヒータ、１ａ：開口部、２：加熱ユニット，２ａ〜２ｅ：第一〜第五加熱ユニット（円周方向区分）、２ｘ：境界、３：載置台、４：テーブル、５：支柱、５ａ：内部、６：カバー部材（加熱面）、６ａ：嵌合部、６ｂ：凹部、１０：発熱体、１１：第一発熱体、１１ａ：電流路、１１ｂ：円弧状部、１１ｃ：折返部、１１ｘ，１１ｙ：端部、１２：第二発熱体、１２ａ：電流路、１２ｂ：第一円弧状部、１２ｃ：第二円弧状部、１２ｄ：第三円弧状部、１２ｅ：折返部、１２ｘ，１２ｙ：端部、１３：第二発熱体、１３ａ：電流路、１３ｂ：第一円弧状部、１３ｃ：第二円弧状部、１３ｄ：第三円弧状部、１３ｅ：折返部、１３ｘ，１３ｙ：端部、１４：スリット、２０：石英板（板状絶縁体）、２０ａ：表面（発熱体載置面）、２０ｂ：裏面、２１：内周縁部、２３，２３ａ〜２３ｃ：ピン、２４：白金層（金属層）、２５ａ，２５ｂ：貫通孔、３０：石英管（絶縁棒）、３０ａ〜３０ｅ：第一〜第四石英管、３１，３１ａ〜３１ｃ：温度センサ、３２：ケーブル、４１：金属板（補強部材）、４１ａ：貫通孔、４２：セラミッククロス（断熱部材）、４２ａ：貫通孔、５０：スペーサー、１００，１００’，１００’’：電気ヒーター、１０２：下石英板、１０２ａ：周縁部、１０２ｂ：裏面、１０３：上石英板、１０４：発熱体、１０４ａ：端部、１０５，１０５’：石英管（棒状体、スペーサー）、１０９：フレーム部材、１２１：凹部、１２１ａ：第一溝部、１２１ｂ：第二溝部、１２２：接続部、１２２ａ：貫通孔、１２３：管状部材、１２３ａ：台座部、１２３ｂ：本体部、１２４：白金箔（金属層）、１２９：ピン、１４１：端部、１４２：電流路、１４３：折り返し部、１４４：直線状部、１４５：スリット（空隙）、１４６：突出部、１４７：切欠部、１４８：凸部、１４９：溝部、１５０，１５０’：スペーサー、１５１：平坦部、１５２：連結部、１５５：枝部、１５６：平坦部、１５７：本体部、１８０：接続部材、２００：半導体ウエハ加熱用ヒーター、Ａ１：内周部、ａ１：内周領域、Ａ２：中間部、ａ１：中間領域、Ａ３：外周部、ａ１：外周領域、Ｃ：周方向、ＣＬ１〜ＣＬ３：制御器、Ｒ：径方向、Ｗ，Ｗ’：ウエハ（枚葉物、被加熱物）
上記目的を達成するため、本発明に係る電気ヒーターの特徴は、スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体を支持する板状の絶縁体とを備えた構成において、少なくとも１本以上の絶縁管を含む複数の絶縁棒を有し、前記絶縁管の少なくとも１本には、内部に温度センサが挿入されてあり、前記複数の絶縁棒は、前記発熱体の表面に配置されていることにある。
上記構成によれば、内部に温度センサが挿入されてある絶縁管が発熱体の表面に配置されているので、発熱体近傍に温度センサを位置させることができ、精度良く発熱体の加熱温度を測定することができる。
前記発熱体は、前記絶縁体上に支持され、前記複数の絶縁棒と前記絶縁体とで挟持されるとよい。係る場合、絶縁棒と絶縁体とで発熱体を挟持するので、発熱体上面の大部分が開放され、発熱体からの熱線や輻射熱を直接加熱面へ放射することができる。従って、熱エネルギーのロスを抑制し、被加熱物を効率よく加熱することができる。
また、上記構成において、前記複数の絶縁棒は、前記発熱体の前記絶縁体側に配置される第一の絶縁棒と前記発熱体の他方側に配置される第二の絶縁棒とよりなり、前記第一の絶縁棒は、前記絶縁体上に支持され、前記発熱体は、前記第一の絶縁棒と前記第二の絶縁棒とで挟持されることが望ましい。
前記絶縁体が石英板であり、少なくとも前記絶縁管が石英管であってもよい。係る場合、前記石英板及び前記石英管は、透明の石英より構成することが望ましい。これにより、発熱体からの熱線及び輻射熱は、石英板及び石英管に殆ど吸収されることなく透過するので、これらの部材の熱容量による問題が軽減され、被加熱物を効率よく加熱することができる。
前記第二の絶縁棒の表面には、石英と反応しない材料よりなるコーティング層が形成されているとよい。上記構成によれば、石英と接触する部分が石英と反応しない材料で覆われているので、失透の発生をさらに抑制することができ、失透部分の生成による部分的な加熱効率の低下を防止し、加熱の面内均一性も維持される。
ヒーター全体が円盤状を呈し、前記発熱体は、少なくとも円盤の内周部、中央部及び外周部に区分けされてあり、前記温度センサは、前記内周部、中央部及び外周部のそれぞれに位置し、前記温度センサの測定結果に基づいて前記内周部、中央部及び外周部のそれぞれが個別に加熱制御されるようにしてもよい。これにより、各区分がヒーターの中心に対し同心円状に配置でき、ヒーターの径方向に対して加熱が均一化される。そして、これらの各区分毎に加熱制御することで、ヒーター全体で径方向における温度差を低減するように加熱をより均一化させることが可能となる。
また、ヒーター全体が放射方向に境界を有するように区分けされる複数区分よりなり、前記発熱体は、各区分で少なくとも内周部、中央部及び外周部に区分けされてあり、前記温度センサは、前記内周部、中央部及び外周部のそれぞれに位置し、前記温度センサの測定結果に基づいて前記内周部、中央部及び外周部のそれぞれが個別に加熱制御されるとよい。これにより、各区分がヒーターの中心に対し点対称に配置され、ヒーターの円周方向に対して加熱が均一化される。しかも、発熱体は少なくとも各区分で円盤の内周部、中央部及び外周部に区分けされているので、ヒーターの径方向に対しても加熱が均一化される。よって、ヒーター全体で加熱をより均一化させることが可能となる。
上記構成において、前記内周部、中央部及び外周部毎に隣接する各区分に属する発熱体を直列に接続し、前記内周部、中央部及び外周部毎に個別に加熱制御されることが望ましい。内周部、中央部及び外周部毎に隣接する各区分に属する発熱体を直列に接続しているので、加熱制御のための制御器の個数を従来より大幅に減らし、制御装置の構成が簡素化される。前記絶縁体は、中空の支柱に支持された載置台に載置されてあり、前記温度センサのリード線は、前記載置台の中央へ向かって延在し、前記支柱の内部を通って外部に接続されてあるとよい。
Claims (16)
- スリットを形成することにより電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体を支持する板状の絶縁体とを備えた電気ヒーターであって、
前記発熱体を前記絶縁体上に支持し、この絶縁体上に前記スリット内に位置して前記発熱体の電流路の短絡を防ぐピンを突出させ、
複数の絶縁棒を設けてこの絶縁棒と前記絶縁体とで前記発熱体を挟持する電気ヒーター。 - 前記絶縁体が石英板であり、前記絶縁棒が石英管である請求項１記載の電気ヒーター。
- 前記石英板及び前記石英管は、透明の石英よりなる請求項２記載の電気ヒーター。
- 前記石英管の中に制御用の温度センサを配置してある請求項２又は３記載の電気ヒーター。
- 前記絶縁体が石英板であり、前記石英板と前記発熱体との間にスペーサーを配置した請求項１〜４のいずれかに記載の電気ヒーター。
- 前記スペーサーは、棒状体である請求項５記載の電気ヒーター。
- 前記スペーサーは、前記発熱体の一部を保持する保持部を有する請求項５記載の電気ヒーター。
- 前記スペーサーの表面には、石英と反応しない材料よりなるコーティング層が形成されている請求項５〜７のいずれかに記載の電気ヒーター。
- ヒーター全体が円盤状を呈し、前記発熱体は、少なくとも円盤の内周部、中央部及び外周部に区分けされて個別に加熱制御される請求項１〜８のいずれかに記載の電気ヒーター。
- ヒーター全体が放射方向に境界を有するように区分けされる複数区分よりなり、前記発熱体は、各区分で少なくとも内周部、中央部及び外周部に区分けされている請求項１〜９のいずれかに記載の電気ヒーター。
- 前記内周部、中央部及び外周部毎に隣接する各区分に属する発熱体を直列に接続し、前記内周部、中央部及び外周部毎に個別に加熱制御される請求項１０記載の電気ヒーター。
- 前記絶縁体の一方の外面に薄膜状の金属層を形成してある請求項１〜１１のいずれかに記載の電気ヒーター。
- 前記金属層は、箔接着、蒸着、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、イオンプレーティング、メッキ、塗布及び印刷法の群より選ばれる成膜手段によって形成される請求項１２記載の電気ヒーター。
- 前記金属層が白金よりなる請求項１２又は１３記載の電気ヒーター。
- 請求項１〜１４のいずれかに記載の電気ヒーターを備えた加熱装置。
- 請求項１〜１４のいずれかに記載の電気ヒーターを備えた半導体製造装置。
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