JP2617064B2 - 半導体ウェハー加熱装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体ウェハー加熱装置およびその製造方法

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JP2617064B2
JP2617064B2 JP4201075A JP20107592A JP2617064B2 JP 2617064 B2 JP2617064 B2 JP 2617064B2 JP 4201075 A JP4201075 A JP 4201075A JP 20107592 A JP20107592 A JP 20107592A JP 2617064 B2 JP2617064 B2 JP 2617064B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ウェハーを直接設置し
て加熱するためのウェハー加熱面を有する、緻密でガス
タイトな盤状のウェハー加熱用セラミック部材内部に、
タングステンまたはモリブデンからなる抵抗発熱体を埋
設した構造のセラミックスヒーターからなる半導体ウェ
ハー加熱装置およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、セラミックスヒーターを使用
した半導体ウェハー加熱装置は種々のものが知られてお
り、半導体製造用の熱CVD装置におけるウェハー加熱
に使用されている。図5は、半導体製造用の熱CVD装
置に従来の加熱装置を取り付けた状態を示す図である。
図5において、21は半導体製造用の熱CVDに使用さ
れる容器、22は容器21内にケース23およびOリン
グ24を介して取り付けられたウェハー加熱用の円盤状
のセラミックスヒーターであり、ウェハー加熱面22a
上に加熱すべき例えば4〜8インチのウェハーWを設置
するよう構成している。
【0003】容器21の内部には、ガス供給孔25から
熱CVD用のガスが供給され、吸引孔26から真空ポン
プより内部の雰囲気を排出するよう構成している。円盤
状のセラミックスヒーター22は、窒化珪素のような緻
密でガスタイトなセラミック部材27の内部にタングス
テン、モリブデン等の金属材料からなる抵抗発熱体28
をスパイラル状に埋設したもので、その中央部および端
部のケーブル29を介して外部から電力が供給され、円
盤状のセラミックスヒーター22を例えば1000℃程度に
加熱することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の半導体ウェハー加熱装置においては、セラミッ
クスヒーター22の側面を伝熱性の高いグラファイト製
の容器21で保持するため、この接触部分からケースの
方へと熱が逃げ、セラミックスヒーター22の外周部の
温度が内周部の温度にくらべて低くなり、均熱性が損な
われる等の構造的な問題があった。また、抵抗発熱体2
8の埋設状態などから、ウェハー加熱面において周囲よ
りも温度の高いホットスポットが生じ、やはり均熱性が
損なわれる問題があった。そして、このような温度の不
均一性は、例えばCVD法による膜堆積等では非常に不
利益となる問題である。
【0005】本発明の目的は上述した課題を解消して、
ウェハー加熱面の均熱性を高めることができる半導体ウ
ェハー加熱装置を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体ウェハー
加熱装置は、ウェハーを直接設置して加熱するためのウ
ェハー加熱面を有する、緻密でガスタイトな盤状のウェ
ハー加熱用セラミック部材内部に、タングステンまたは
モリブデンからなる抵抗発熱体を埋設した構造の盤状の
セラミックスヒーターからなる半導体ウェハー加熱装置
において、前記セラミック部材のウェハー加熱面以外の
面に、前記ウェハー加熱面の温度分布を補完すべく、材
質を変えるか、表面コーティングを施すか、表面粗さを
変えるか、孔をあけるか、厚さをかえるか、色を変える
ことにより、ウェハー加熱面の温度が高い部分に対向す
る部分は熱吸収率を高く、ウェハー加熱面の温度が低い
部分に対向する部分は熱吸収率が低くなるような熱吸収
率分布を有するリフレクターを、ウェハー加熱用セラミ
ック部材と接触しないよう設置したことを特徴とするも
のである。
【0007】また、本発明の半導体ウェハー加熱装置の
製造方法は、ウェハーを直接設置して加熱するためのウ
ェハー加熱面を有する、緻密でガスタイトな盤状のウェ
ハー加熱用セラミック部材内部に、タングステンまたは
モリブデンからなる抵抗発熱体を埋設した構造の盤状の
セラミックスヒーターを作製し;作製したセラミックス
ヒーターを加熱しウェハー加熱面の温度分布を求め、求
めた温度分布に基づいてリフレクターの熱吸収率分布を
求め、求めた熱吸収率分布に基づき、材質を変えるか、
表面コーティングを施すか、表面粗さを変えるか、孔を
あけるか、厚さを変えるか、色を変えることにより、ウ
ェハー加熱面の温度が高い部分に対向する部分は熱吸収
率が高く、ウェハー加熱面の温度が低い部分に対向する
部分は熱吸収率が低くなるような熱吸収率分布を有する
リフレクターを作製し;前記セラミックスヒーターを容
器内に設置し;前記セラミックスヒーターのウェハー加
熱面の裏面に前記リフレクターをウェハー加熱用セラミ
ック部材と接触しないように設けたことを特徴とするも
のである。
【0008】
【作用】上述した構成において、セラミック部材のウェ
ハー加熱面以外の面に、熱吸収率の分布、好ましくはウ
ェハー加熱面の温度が高い部分に対向する部分は熱吸収
率を高く、ウェハー加熱面の温度が低い部分に対向する
部分は熱吸収率を低くした分布を有するリフレクターを
設けたため、例えばホットスポットの部分のリフレクタ
ーの熱吸収を他の部分より大きくでき、セラミック部材
のウェハー加熱面の均熱性を向上することができる。そ
の結果ウェハーを均一に加熱することが可能となる。
【0009】
【実施例】図1は半導体製造用の熱CVD装置に本発明
の半導体ウェハー加熱装置を取り付けた状態を示す図で
ある。図1において、半導体製造用の熱CVDに使用さ
れるグラファイト製の容器1内に、ケース3に装着した
ウェハー加熱用の円盤状のセラミックスヒーター2を、
Oリング4を介して取り付けて、半導体ウェハー加熱装
置を構成している。そして、セラミックスヒーター2の
ウェハー加熱面2aの裏面に熱吸収率の分布を有するリ
フレクター5を設け、さらにセラミックスヒーター2 の
外周面にリフレクター15, 16を設け、またウェハー加熱
面2a上に加熱すべき例えば4〜8インチのウェハーW
を設置するよう構成している。
【0010】円盤状のセラミックスヒーター2は、窒化
珪素のような緻密でガスタイトなセラミック部材6の内
部に、タングステン、モリブデン等の金属材料からなる
抵抗発熱体7をスパイラル状に埋設して構成したもの
で、抵抗発熱体7の中央部および端部のケーブル8を介
して外部から電力が供給され、円盤状セラミックスヒー
ター2を1000℃程度に加熱することができる。そのた
め、ウェハーWをウェハー加熱面2aにセットして、ガ
ス供給孔9から熱CVD用のガスを供給し、吸引孔10
から真空ポンプにより内部の空気を排出した状態で、ウ
ェハーWを加熱すればウェハーW上に所定の薄膜を得る
ことができる。
【0011】リフレクター5の材質は表面において熱吸
収率の差を付けられるものであればどのようなものでも
使用できるが、加工のし易さおよび熱反射能力の点でタ
ングステンやアルミニウム等の金属材料を使用すると好
ましい。リフレクター5の表面の熱吸収率を変える手段
としては、材質を変える方法、表面コーティングを施す
方法、表面粗さを変える方法、孔をあける方法、厚さを
変える方法、色を変える方法等の種々の方法が考えられ
る。また、リフレクター5の表面の熱吸収率の分布は、
均熱性を向上するためには、ウェハー加熱面2aの温度
が高い部分に対向する部分は熱吸収率を高く、ウェハー
加熱面2aの温度が低い部分に対向する部分は熱吸収率
を低くすると好ましい。すなわち、ウェハー加熱面2a
のホットスポットに対応するリフレクター5の部分の熱
吸収率を高くするよう構成すると好ましい。また、本例
では、セラミックスヒーター2の外周面の温度低下を防
ぐため、一様な吸収率を有するリフレクター15, 16を設
置しているが、外周部リフレクター15, 16の吸収率をコ
ントロールする事でも同様の効果が期待される。
【0012】以下、実際に熱吸収率の分布を有するリフ
レクター5の製造方法の一例について説明する。まず、
セラミックスヒーター2を例えば400 ℃程度の温度に加
熱して、サーモグラフ等の手段を用いてウェハー加熱面
2aの温度分布を求める。次に、求めた温度分布に基づ
き画像処理などの手段を用いて、リフレクター5の熱吸
収率の分布を求める。この熱吸収率の分布を達成すべ
く、例えば所定のマスクを使い分けてサンドブラスト処
理することで、表面粗さの程度により表面に熱吸収率の
分布を有するリフレクター5を得ている。なお、熱吸収
率の分布を求める際、上記のような正確な熱吸収率の分
布を有さなくても良い場合は、例えば端子のある部分は
熱が抜け易くコールドスポットとなることがわかってい
るため、この部分は熱吸収率を低くするよう予め熱吸収
率の分布を決定してそれに基づいてリフレクター5を作
製することもできる。
【0013】以下、実際の例について説明する。実施例 図2に示す構造の減圧チャンバー11にサファイヤ窓1
2を設け、外部から赤外線カメラ13によりセラミック
スヒーター2のウェハー加熱面2aの温度を測定できる
よう構成した試験装置を準備した。準備した試験装置を
使用して、リフレクター5を使用しないケース1と、#
160相当の全面ブラスト処理を行ったケース2と、ブ
ラスト処理無しの鏡面部分と50%面積をブラスト処理
した部分と100%ブラスト処理した部分とからなるリ
フレクター5を使用したケース3とについて、ウェハー
加熱面2aの温度分布を測定した。
【0014】温度分布は、各ケースについて400 ℃の温
度で10- 5torr の減圧チャンバー11内にて、セット
したセラミックスヒーター2のウェハー加熱面2aをサ
ファイヤ窓12を通して赤外線カメラ13により測定し
て求めた。測定は、ヒーター中心温度を400 ℃としたと
きの29点での温度差により求めた。なお、ケース3の
リフレクターの熱吸収率分布は、ケース1の温度分布の
結果からブラスト処理の位置を求めた。なお、50%面
積をブラスト処理した部分は、図3に示すマスク14を
使用してブラスト処理することにより作製した。結果を
図4に対比して示す。
【0015】図4の結果から、リフレクター無しのケー
ス1では温度分布が+2〜−13℃であり温度幅が15
℃と大きいのに対し、全面ブラスト処理した均一な熱吸
収率の分布を有するリフレクターを使用したケース2で
は温度分布が+1〜−9℃であり温度幅が10℃と小さ
く、さらに熱吸収率の分布を付けたリフレクターを使用
したケース3では温度分布が+1〜−2℃であり温度幅
が3℃と最も小さいことがわかった。なお、全面ブラス
トしたリフレクターを使用したケース2の場合、どの面
も均一に輻射熱の反射が得られる。このため、若干のホ
ットスポット、クールスポットの補正はできる。そのた
め、リフレクター無しのケース1の場合と比較して多少
温度分布が良くなっているが不十分であることがわか
る。
【0016】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、セラミック部材のウェハー加熱面の裏面に、
熱吸収率の分布、好ましくはウェハー加熱面の温度が高
い部分に対向する部分は熱吸収率を高く、ウェハー加熱
面の温度が低い部分に対向する部分は熱吸収率を低くし
た分布を有するリフレクターを設けたため、例えばホッ
トスポットの部分のリフレクターの熱吸収を他の部分よ
り大きくでき、セラミック部材のウェハー加熱面の均熱
性を向上することができ、その結果ウェハーを均一に加
熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】半導体製造用の熱CVD装置に本発明の半導体
ウェハー加熱装置を取り付けた状態を示す図である。
【図2】本発明の実施例における試験装置の構造を示す
図である。
【図3】本発明で使用するブラスト用のマスクの構造を
示す図である。
【図4】本発明の実施例における各ケースの温度分布を
比較して示す図である。
【図5】半導体製造用の熱CVD装置に従来のウェハー
加熱装置を取り付けた状態を示す図である。
【符号の説明】 1 容器、2 セラミックスヒータ
ー、2a ウェハー加熱面、3 ケース、4 Oリン
グ、5, 15, 16 リフレクター、6 セラミック部材、
7 抵抗発熱体、8 ケーブル、9 ガス供給孔、10
吸引孔、W ウェハー

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ウェハーを直接設置して加熱するためのウ
    ェハー加熱面を有する、緻密でガスタイトな盤状のウェ
    ハー加熱用セラミック部材内部に、タングステンまたは
    モリブデンからなる抵抗発熱体を埋設した構造の盤状の
    セラミックスヒーターからなる半導体ウェハー加熱装置
    において、前記セラミック部材のウェハー加熱面以外の
    面に、前記ウェハー加熱面の温度分布を補完すべく、材
    質を変えるか、表面コーティングを施すか、表面粗さを
    変えるか、孔をあけるか、厚さをかえるか、色を変える
    ことにより、ウェハー加熱面の温度が高い部分に対向す
    る部分は熱吸収率を高く、ウェハー加熱面の温度が低い
    部分に対向する部分は熱吸収率が低くなるような熱吸収
    率分布を有するリフレクターを、ウェハー加熱用セラミ
    ック部材と接触しないよう設置したことを特徴とする半
    導体ウェハー加熱装置。
  2. 【請求項2】ウェハーを直接設置して加熱するためのウ
    ェハー加熱面を有する、緻密でガスタイトな盤状のウェ
    ハー加熱用セラミック部材内部に、タングステンまたは
    モリブデンからなる抵抗発熱体を埋設した構造の盤状の
    セラミックスヒーターを作製し;作製したセラミックス
    ヒーターを加熱しウェハー加熱面の温度分布を求め、求
    めた温度分布に基づいてリフレクターの熱吸収率分布を
    求め、求めた熱吸収率分布に基づき、材質を変えるか、
    表面コーティングを施すか、表面粗さを変えるか、孔を
    あけるか、厚さを変えるか、色を変えることにより、ウ
    ェハー加熱面の温度が高い部分に対向する部分は熱吸収
    率が高く、ウェハー加熱面の温度が低い部分に対向する
    部分は熱吸収率が低くなるような熱吸収率分布を有する
    リフレクターを作製し;前記セラミックスヒーターを容
    器内に設置し;前記セラミックスヒーターのウェハー加
    熱面の裏面に前記リフレクターをウェハー加熱用セラミ
    ック部材と接触しないように設けたことを特徴とする半
    導体ウェハー加熱装置の製造方法。
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