JP2844915B2 - 薄膜形成用基板加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、真空容器内で半導体ウエーハ等、平板状
の基板を所定の温度に加熱して基板上に気相反応により
非晶質膜，多結晶膜あるいは単結晶を形成するためなど
に用いられる薄膜形成用基板加熱装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の基板加熱方法には、一平面内に配され平面状
に加熱面を形成する帯状，線状またはコイル状の電熱用
抵抗材料からの熱放射によって直接加熱するか、電熱用
抵抗材料を発熱体として内蔵し加熱面が平面状に形成さ
れた加熱体本体と基板とを接触させて熱伝導加熱する
か、高周波を用いて誘導加熱するか、あるいはハロゲン
ランプなどを用いて赤外線により加熱するか、などの方
法がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

これらの加熱方法のうち、帯状，線状あるいはコイル
状の電熱用抵抗材料からの熱放射によって直接加熱する
方法では、抵抗材料として、例えば高温加熱用として用
いられるカンタル（Fe−20％ Cr−５％ Al−２％ Co合
金）や、特に真空などの非酸化性雰囲気中での高温使用
に適したモリブデンやタングステンなどを用いるが、真
空中ではこれらの金属の蒸気圧が高くなることから、高
温加熱（例えば被加熱体で500℃，電熱用抵抗材料で120
0℃以上）によって抵抗材料や抵抗材料に含まれる不純
物が容易に蒸気になり、基板上の生成膜の品質を害する
結果となる。さらに、第８図，第９図に示すように（実
願昭60−187968号参照）、基板温度の面分布を均一にす
るため、基板の周縁を取り囲み内壁面が反射面に形成さ
れた箱状のレフレクタ（第９図の34）を配する場合に
は、蒸気化された抵抗材料や抵抗材料に含まれる不純物
によって反射面が汚染され、レフレクタの機能が低下し
て均一な温度分布が得られなくなる。

また、電熱用抵抗材料を熱絶縁材中に埋め込むととも
に、熱絶縁材表面に金属材料を平面状に鋳込んで加熱面
を形成した鋳込み形加熱体と接触させる，熱伝導加熱に
よる方法では、熱絶縁材中に埋め込まれる抵抗材料とし
て通常ニクロム線（Ni−Cr合金線またはNi−Cr−Fe合金
線）あるいはカンタル線が用いられるが、500℃以上の
加熱では、熱絶縁材と抵抗材料との熱膨張差による断線
がおこる。また、加熱面を形成する金属材料には通常ア
ルミニウムや黄銅鋳物などが用いられるが、これらの金
属は大気中でも蒸気室が高く、真空中ではこの蒸気圧が
さらに高くなり、前記同様構成金属や不純物や容易に蒸
気になって基板上の生成膜の品質を著しく害する結果と
なる。

一方、高周波を用いた誘導加熱方法では、加熱体本体
が大形となり高価となる。また、赤外線ランプヒータ
は、ランプ本体に直線状の石英ガラス管を用いた直管タ
イプのものが主で、これを一平面内に10本以上並列させ
高温を得る構造が一般的であるが、給電のためのリード
線が多く、ランプの端子と接続するための端末処理や組
立てに時間がかかってしまう。もうひとつの問題とし
て、通常基板は円形であり、それに対して従来のこの種
の赤外線ランプヒータは直管タイプのものであり、発熱
面が正方形あるいは長方形となり、加熱をする上でかど
部分からの発熱が無駄な発熱となり、円形の基板を加熱
するうえで効率が悪い。また構造の面からも方形はかど
部分があり、大きい形状となってしまう。

さらに、基板表面上に一様な生成膜を得るために必要
な基板面の均熱性つまり基板中心部と周辺部との温度差
は、たとえば基板を500℃に加熱する場合、接触加熱や
誘導加熱において10〜30℃となり、通常は30℃近い。10
℃オーダの小さい値は、接触加熱の場合、加熱面を形成
する金属の熱伝導度や基板に対する加熱面の面積などの
条件が特別に好条件の場合に限られている。また、赤外
線放射加熱において、基板の中心部と周辺部との温度差
と加熱温度との比，すなわち非均熱性を５％程度にする
ことがでるが、ランプ表面と，ランプからの放射熱を基
板へ向けて反射するレフレクタ表面とに生成膜と同一成
分が付着して、基板上へ再現性のある膜質を効率よく成
膜することが難しいほか、付着膜をランプ表面だけでな
くレフレクタ表面部も含め取り除くメンテナンスが煩雑
となる。またヒータ部が真空中にあることにより真空容
器に給電端子を必要としたり、真空放電防止のために一
般の商用電圧が使用できず、変圧器で60Vなどの低電圧
に変圧し使用している。このため、これらの設備の分、
装置の必要スペースが広くなるという問題と装置の価格
が高くなるという問題とがある。

また、もうひとつ大きな問題として、真空中に設置し
た赤外線ランプヒータの端子部およびレフレクタは時間
とともに温度が上り、赤外線ランプヒータの端子部で
は、350℃を越えると破損をする恐れがある。レフレク
タにおいては高温になった表面が蒸発して反射率が低下
する恐れがでてくる。このレフレクタ表面の蒸発を防止
するため、レフレクタの冷却のための冷却用配管を真空
中に導入する場合、加熱源を真空中で移動させる装置で
は、真空洩れの点で配管用部材の信頼性がなく、レフレ
クタの冷却が困難であるという問題がある。冷却ができ
ないと長時間の加熱ができず目的の膜を得ることができ
ない。従来の方法では600℃加熱時でせいぜい30〜40分
の加熱時間であった。このため、基板を移動させてプラ
ズマ源などとの距離を変えることができず、最適成膜条
件の設定が困難であるという問題があった。

この発明の目的は、上述の問題点が解決され、真空中
にある被加熱基板を成膜に必要な450℃以上に長時間に
わたり加熱効率よく、かつ最適成膜条件の位置で加熱す
ることができるとともに加熱時の均熱性が良好であって
特に膜質，膜厚分布の良好な成膜と成膜の再現性とが確
保され、かつメンテナンス性のよい基板加熱装置を提供
することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明では、基板加熱
装置を、それぞれ径の異なる複数のリング状赤外線ラン
プを一平面内に同心に配した円形平面状の赤外線ランプ
と、一方端が開放され他方端に底面を有する円筒状に形
成され前記赤外線ランプヒータを収容する，円筒の内面
全面が反射面に形成されたレフレクタと、該レフレクタ
を収容する円筒状容器として形成されレフレクタの開放
端側端面部に半径方向内側へリング状凸部が形成される
とともに該凸部内側の開口が光を通すための石英ガラス
板により気密に閉鎖され、他方の端面が前記赤外線ラン
プヒータに加熱電流を供給するための給電配線と，レフ
レクタを冷却する冷却媒体が通る冷却配管とが通る開口
を備えるとともに両端面の間の内部空間が該開口を介し
て外部に連通し、かつ石英ガラス板の外側に被加熱基板
を該石英ガラス板と平行に支持するための支持部を有す
るヒータ容器とを用いて装置本体が形成され、該装置本
体が基板を保持する装置とするものとする。

尚、基板を真空中で加熱する装置とし、レフレクタを
赤外線ランプを同軸に収容するものとし、ヒータ容器を
レフレクタを同軸に収容するものとし、さらにヒータ容
器の給電配線と冷却配管とが通る開口を大気に連通する
ものとし、装置本体を基板を真空中に保持してヒータ容
器の軸線方向に移動するものとすれば、より好適であ
る。

そして、この装置におけるヒータ容器を、円筒状レフ
レクタ周壁外周面をほぼ密に包囲する周壁を有し石英ガ
ラス板を外周縁側で脱出不可能に支持するリング状凸部
が該周壁の一方の端面部に一体に形成され他方の端面が
開放された円筒状のシールドリングと，給電配線と冷却
配管とが通る開口を備え前記シールドリングとともに赤
外線ランプヒータとレフレクタとが収納される空間を形
成するカバーブラケットとを用いて形成するとともに、
装置本体を、このヒータ容器と，赤外線ランプヒータ
と，レフレクタと，管状に形成されたカバーブラケット
の開口部に立設され前記給電配線と冷却配管とをヒータ
容器内へ案内するとともにヒータ容器を軸方向に移動さ
せるための動力伝達部が形成された中空マウントと，円
筒状レフレクタ底面の外側の面に面で接触してレフレク
タの内側に赤外線ランプを支持するベースプレートとを
備えたものとして形成すれば好適である。

また、被加熱基板の長時間高温加熱のために、円筒状
レフレクタが、周壁の内部に、該周壁を冷却するための
冷却媒体が周方向に移動する円筒状の空洞を形成される
とともに、ベースプレートと接する底面外側の面に該底
面を冷却するための冷却媒体の流路を形成され、かつ、
シールドリングが、周壁の内部に、該周壁と，石英ガラ
ス板を支持する周壁端面部のリング状凸部とを冷却する
ための冷却媒体が周方向に移動する円筒状の空洞を形成
された構造とすれば好適である。

また、円筒状レフレクタの底面外側の面の流路を、該
面の中心から放射状に延びる複数の溝と、該面周縁近傍
に円弧状に形成され該円弧の両端部に前記複数の溝中互
いに隣り合う２本の溝が対となってそれぞれの該面周縁
側端部が接続される周方向の溝とで形成し、該面中心部
に導入された冷却媒体が前記円弧状溝の中心部から導出
されるようにするか、流路を、該面の中心から放射状に
延びる複数の溝と、該面周縁近傍に円弧状に形成され該
円弧の両端部に前記複数の溝中互いに隣り合う２本の溝
が対となってそれぞれの該面周縁側端部が接続される周
方向の溝と、周方向の円弧状溝ごとに該円弧状溝の中心
から半径方向内側へ向かう１本の溝とで形成し、該面中
心部に導入された冷却媒体が前記円弧状溝の中心から半
径方向内側へ向かう溝の該面中心側端部から導出される
ようにすれば好適である。

さらに、赤外線ランプヒータのベースプレートによる
レフレクタ内側への支持を、赤外線ランプヒータを構成
する複数の互いに径の異なるリング状赤外線ランプがそ
れぞれ、リング状の管部をエンドレスの円形に形成され
るとともに、管部に設けられる１対の端子がそれぞれ棒
状に形成されてリングの中心を挟んで対向するリング上
の位置にリングの面と垂直に立設され、該１対の端子を
それぞれの赤外線ランプの間で互いに周方向にずらせた
位置でレフレクタ底面の孔とベースプレートの孔とを貫
通させてベースプレートの孔に係留することにより行う
ようにすれば好適である。尚、エンドレスの円形に形成
されるリング状の管部は、完全円形に近い程より好まし
い。

〔作用〕

基板加熱装置をこのように構成することにより、円形
平面状発熱体を構成する赤外線ランプヒータからは面状
に赤外線エネルギーが放射されるとともに、この赤外線
ランプヒータを同軸に収容する，一方の端面が開放され
た円筒状レフレクタの反射面へ向かった赤外線エネルギ
ーは効果的に内側へ反射されて石英ガラス板を透過し、
真空中にある被加熱基板を熱効率よく加熱する。そし
て、複数のリング状赤外線ランプの数と，それぞれの径
と，それぞれの発熱量とを適宜に設定することにより、
石英ガラス板と平行に支持される基板表面を均一に加熱
することができる。

また、赤外線ランプヒータ（以下単にランプヒータと
呼ぶ）を収容するヒータ容器は、内部が石英ガラス板に
より真空から仕切られた大気に連通し、赤外線ランプヒ
ータは大気中に存在するから、ヒータの給電部（端子）
が高温にならないためヒータ自体の寿命も伸びる。ま
た、給電部への配線も大気側でできて組立作業が容易に
なるばかりでなく、真空中に配線等を配することがない
ので、真空中の内部の構造を簡単にでき、不用生成膜が
付着する複雑形状物がなくなり、メンテナンスも容易に
なりクリーニング効果をもあげることができい。そし
て、ヒータを大気側に構成したことにより、ヒータ側か
ら生じる金属蒸気に汚染されない高品質の生成膜を得る
ことができる。

また、円筒状に形成されたヒータ容器は、内部に赤外
線ランプヒータを収容した状態で、その支持する基板を
真空中でその軸線方向に移動させることができるから、
基板の加熱状態を所定の状態に維持して基板とプラズマ
源などとの距離を任意に変えることができ、成膜を最適
成膜条件で行うことができる。

また、このような装置構成において、ヒータ容器を、
円筒状レフレクタ周壁外周面をほぼ密に包囲する周壁を
有し石英ガラス板を外周縁側で脱出不可能に支持するリ
ング状凸部が該周壁の一方の端面部に一体に形成され他
方の端面が開放された円筒状のシールドリングと，給電
配線と冷却配管とが通る開口を備え前記シールドリング
とともに赤外線ランプヒータとレフレクタとが収納され
る空間を形成するカバーブラケットとを用いて形成する
ととも、装置本体を、このヒータ容器と，赤外線ランプ
ヒータと，レフレクタと，管状に形成されてカバーブラ
ケットの開口部に立設され前記給電配線と冷却配管とを
ヒータ容器内へ案内するとともにヒータ容器を軸方向に
移動させるための動力伝達部が形成された中空マウント
と，円筒状レフレクタ底面の外側の面に面で接触してレ
フレクタの内側に赤外線ランプを支持するベースプレー
トを備えたものとして形成すれば、レフレクタの冷却を
周壁と底面とで行いうる構造が形成される。すなわち、
レフレクタ周壁をほぼ密に囲むシールドリング周壁を、
カバーブラケットの開口を通って導入される冷却配管を
通った冷却媒体により冷却可能に形成し、かつベースプ
レートと面で接するレフレクタ底面の外側の面に冷却媒
体の流路を形成することができる。また、ヒータ容器内
はカバーブラケットの開口を介して大気に連通し、この
開口を通って冷却配管が導入されるから、レフレクタ周
壁自体の中にも冷却媒体を送り込む構造を容易に形成す
ることができる。しかも、装置本体が移動する装置の場
合にも、冷却配管が材質上、真空中で使用される場合の
ような制約を受けることが少なくなり、信頼性が得られ
る材質を容易に選択することができる。

ここで、レフレクタの冷却について述べると、レフレ
クタは赤外線を反射し被加熱基板を加熱するようになっ
ているがヒータから放射される赤外線エネルギーのう
ち、５〜10％程度はレフレクタに吸収されレフレクタが
加熱され、レフレクタ温度は上昇し、長時間加熱ではレ
フレクタも溶けることがある。またレフレクタの温度が
上昇すると被加熱基板の温度も上昇し一定温度に保つこ
とができない。このため、レフレクタをその周壁および
底面で冷却するようにすることにより、高温部で300℃
以下に保つことができ、長時間（３時間以上）の加熱が
可能になる。また、冷却配管は大気側のみに配され、真
空中を動く配管もないため、組立，メンテナンスがとも
に容易な基板加熱装置することができる。

そこで、レフレクタをその周壁および底面で冷却する
ためのレフレクタおよびシールドリングの構造として、
円筒状レフレクタが、周壁の内部に、該周壁を冷却する
ための冷却媒体が周方向に移動する円筒状の空洞を形成
されるとともに、ベースプレートと接する底面外側の面
に該底面を冷却するための冷却媒体の流路を形成され、
かつ、シールドリングが、周壁の内部に、該周壁と，石
英ガラス板を支持する周壁端面部のリング状凸部とを冷
却するための冷却媒体が周方向に移動する円筒状の空洞
を形成されている構造とすれば、レフレクタの周壁は、
みずからの内部に形成された空洞に送り込まれた冷却媒
体により冷却されるほか、この周壁をほぼ密に囲み、内
部の空洞に送り込まれた周方向に移動する冷却媒体で冷
却されるシールドリング側からも冷却され、周壁が十分
に冷却される。また、レフレクタ底面の，ベースプレー
トと接する側の面に適宜の形状を有する流路を形成する
ことにより底面を一様に効果的に冷却することができ
る。そして、シールドリングも、その周壁はもちろん、
石英ガラス板を支持し赤外線の照射を受けるとともに石
英ガラス板からも熱が伝達されるリング状凸部も、この
凸部がシールドリングと一体に形成されていることか
ら、効果的に冷却され、石英ガラス板の気密支持を支障
なく継続することができる。

そこで、円筒状レフレクタの底面外側の面の流路を、
該面の中心から放射状に延びる複数の溝と、該面周縁近
傍に円弧状に形成され該円弧の両端部に前記複数の溝中
互いに隣り合う２本の溝が対となってそれぞれの該面周
縁側端部が接続される周方向の溝とで形成し、該面中心
部に導入された冷却媒体が前記円弧状溝の中心部から導
出されるようにすれば、冷却媒体がよどみを生じること
なく、かつ溝による流量の差異を生じることなく冷却面
を流れてレフレクタの底面が実質一様に冷却され、ま
た、この流路を、該面の中から放射状に延びる複数の溝
と、該面周縁近傍に円弧状に形成され該円弧の両端部に
前記複数の溝中互いに隣り合う２本の溝が対となってそ
れぞれの該面周縁側端部が接続される周方向の溝と、周
方向の円弧状溝ごとに該円弧状溝の中心から半径方向内
側へ向かう１本の溝とで形成し、該面中心部に導入され
た冷却媒体が前記円弧状溝の中心から半径方向内側へ向
かう溝の該面中心側端部から導出されるようにすれば、
底面の冷却はさらに均一化される。

さらに、赤外線ランプヒータのベースプレートによる
レフレクタ内側への支持を、赤外線ランプヒータを構成
する複数の互いに径の異なるリング状赤外線ランプがそ
れぞれ、リング状の管部をエンドレスの完全円形に形成
されるとともに、管部に設けられる１対の端子がそれぞ
れ棒状に形成されてリングの中心を挟んで対向するリン
グ上の位置にリングの面と垂直に立設され、該１対の端
子をそれぞれの赤外線ランプの間で互いに周方向にずら
せた位置でレフレクタ底面の孔とベースプレートの孔と
を貫通させてベースプレートの孔に係留することにより
行うようにすることにより、それぞれの赤外線ランプを
棒状の端子を利用して容易に支持することができ、か
つ、赤外線ランプはそれぞれ共通の平坦なベースプレー
トを用いて支持されるから、径の異なるリング状赤外線
ランプを一平面内に同心に支持することが容易に可能に
なる。

〔実施例〕

第１図ないし第７図はこの発明の一実施例を示す。第
１図は基板加熱装置の全体構成を示し、右半分には被成
膜基板が位置する真空容器を断面で、また左半分には、
赤外線ランプヒータを見るため、円筒状レフレクタ3,リ
ターンリング4,ベースプレート2,カバーブラケット7,中
空マウント８等を断面で示した。

石英ガラスチューブで管部が形成されたリング状赤外
線ランプ1a（第２図）を４本、一平面内に同心に並べ、
それぞれリングの中心を挟んで対向するリング上の位置
でリング面に垂直に立設された棒上の１対の端子を、円
筒状レフレクタ３（第１図）の底面と，この底面の上面
に面で接触するベースプレート２とに形成された孔を貫
通させてベースプレート２の孔にハングピン20を介して
係留し、レフレクタ３の内側に円形平面状赤外線ランプ
ヒータ１を支持している。

レフレクタ３はアルミ等で製作し、内側の面全面を鏡
面に研磨し、あるいは金めっきを施し、赤外線を効率よ
く反射させて加熱効率をあげる構造としている。レフレ
クタ３の底面はベースプレート２と面接合され、赤外線
ランプ（以下ランプとも呼ぶ）1aの棒状端子が貫通する
孔まわりと，接合面の周縁側とにＯリングを入れ（第４
図）、接合面に形成された流路に導入された冷却媒体，
ここでは水が接合面の外部へ洩れ出さないようにしてい
る。また、レフレクタ３の周壁内部には、冷却水を流入
させて周壁を冷却するための空間として、円筒状の空洞
（以下ウォータジャケットと呼ぶ）15を設け、周壁内面
が受光する熱を冷却水に吸収させて周壁を冷却する構造
としている。

赤外線ランプヒータ１を大気中に保持するために、レ
フレクタ３の周壁と嵌まり合ってレフレクタ周壁をほぼ
密に囲むとともに端面部の半径方向内側に、石英ガラス
板５を気密に支持するためのリング状凸部4aが形成され
たシールドリング４が、赤外線ランプヒータ１とレフレ
クタ３とを収容するヒータ容器23の一部を構成し、カバ
ーブラケット７とともに、冷却水配管17と，赤外線ラン
プヒータ１への給電配線18とが導入される空間を形成し
ている。このシールドリング４の周壁内部にも円筒状の
ウォータジャケット16が形成され、このウォータジャケ
ット16に冷却水を送り込んで周方向に移動させる流路構
成として、レフレクタ３の熱をこの周壁でも吸収するよ
うにしている。このウォータジャケット16への給水は、
ベースプレート２の冷却水導入口2aから、第６図に示す
ように、レフレクタ３の周壁を貫通して行われる。冷却
水導入口2aからウォータジャケット16に到る流路まわり
の各部材接合面あるいは接触面にはＯリングが配され、
流路からの冷却水の洩れを防止しいてる。ウォータジャ
ケット16に送り込まれた水が持ち去る熱は、レフレクタ
３の周壁を介してシールドリング４の周壁に伝達される
熱と，石英ガラス板５を透過してシールドリング端面部
の凸部4aに到達した熱と，石英ガラス板５自体が吸収し
た熱と，被加熱基板が載置される受渡しリング６が受け
た熱とであり、特に凸部4aはシールドリング周壁と一体
に形成されて効果的に冷却され、石英ガラス板５の気密
保持を長時間支障なく継続することができる。

前記の受渡しリング６は、別に設けた基板搬送装置な
どにより基板が載置されランプヒータ１との距離を一定
に保ち安定な加熱を助ける。受渡しリング６は通常石英
ガラスなどの高融点絶縁物で製作する。

シールドリング４とともにヒータ容器23を形成するカ
バーブラケット７の上面には、冷却水配管17と給電配線
18とをヒータ容器23内へ案内するパイプ状の中空マウン
ト８が開口7aと同軸に、真空フランジ10を貫通して立設
され、中空マウント８の外周面に一体化されて中空マウ
ント８の一部を構成するパイプ8aに駆動ねじ11が形成さ
れている。この駆動ねじ11にモータ14の回動駆動力が歯
車の組合わせからなる減速機構を介して伝達され、この
駆動ねじ11により回転駆動力が上下方向駆動力に変換さ
れて、赤外線ランプヒータ1,レフレクタ３等を収容する
ヒータ容器23をその軸線方向に移動させる。移動時の上
下方向の案内は、パイプ8aに固定されたリニアガイド13
を用いて行われる。また、中空マウント８と真空フラン
ジ10との間の気密は金属ベローズ12により行われる。こ
こでは詳述しないが、真空容器９にはプラズマ発生容器
22が固定され、このプラズマ発生容器22に外部から原料
ガスが導入されてプラズマ化され、プラズマビームが基
板に照射され成膜される。プラズマ強度，プラズマ密度
などはプラズマ発生容器22からの距離で異なるため、加
熱装置の移動部を構成する装置本体を最適成膜条件が得
られる位置へ移動することにより、所望特性の高品質膜
を得ることができる。

なお、中空マウント８内を通ってヒータ容器内に導入
された給電配線17は、複数のリング状赤外線ランプの端
子対によって構成される給電部19に接続され、また冷却
配管18は、ここでは図示しなかったが、ベースプレート
２に設けたワンタッチ継手に接続される。

次に赤外線ランプヒータ１について詳述する。第２図
にその平面構成を示すように、形状が通常円形の被加熱
基板に合わせ、ランプヒータを構成する複数のリング状
赤外線ランプの管部をすべてエンドレスの完全円形に形
成し、赤外光を効率よく被加熱基板に照射するようにし
ているが、各ランプの出力容量は、被加熱基板に均等に
熱量が分布するよう、各ランプから被加熱基板までの距
離と，ランプのリング間隔と，レフレクタまでの各ラン
プからの距離とを考慮に入れ、シュミレーションにより
算定してある。当然、ランプは外側になるほど出力容量
が大きくなり、この実施例では、ランプの本数４本のう
ち、内側の２本のランプの定格電圧を160Vとし、外側の
２本240Vの高電圧としてランプヒータを構成した。これ
により、ランプヒータ１に流れる電流を12A以下とする
ことができ、給電部19の温度を低く保ってヒータ寿命を
向上させることができた。なお、ランプの定格電圧を16
0V,240V等の高圧とすることができたのは、真空中への
給電と異なり、大気中では端子間あるいは端子と大地電
位部材との間の異常放電がなく、高電圧を印加できるこ
とによるものである。

次に装置本体各部の冷却構造につき、第３図ないし第
７図を用いて説明する。

第３図は第１図のＨ−Ｈ線に沿う断面，すなわちベー
スプレート２の上面を示す。また、第４図は第１図のＧ
−Ｇ線に沿う断面，すなわちレフレクタ３の上面を示
す。レフレクタ３の上面には、該上面の中心から放射状
に延びる４本の溝3aと、この４本の溝のそれぞれ先端が
２本に分岐してほぼ放射状に延びる，合計８本の溝3b
と、この８本の溝うち、２本づつが対となって周縁側端
部が両端につながる円弧状の溝3cと、溝3cの中心から半
径方向内側へ延びる直線溝3dとが形成され、この上面に
ベースプレート２が接合されることにより、それぞれの
溝が冷却水の通る管路を形成する。この実施例では、冷
却水配管18中の給水用配管を通って中心部Ｅに導入され
た水が溝3a,3b,3c,3dを順に流れ、導出点Ｆから排水用
配管を通って外部へ導出される。レフレクタ３とベース
プレート２との接合面から水が外部へ洩れないようＯリ
ングを使用してシールしている。

第３図に示すように、ベースプレート２の上面には、
レフレクタ周壁およびシールドリング周壁内部のウォー
タジャケット15,16への給水口A,Cかそれぞれ２個、排水
口B,Dがそれぞれ２個設けてある。給水口Ａから流入し
た水は、第６図に示すように、レフレクタ３の周壁を貫
通してシールドリングのウォータジャケット16へ流入
し、排水口Ｂから流出する。また給水口Ｃから流入した
水は直接レフレクタ３のウォータジャケット15へ流入
し、排水口Ｄから流出する。第５図に冷却配管と装置内
冷却媒体流路との接続状態を示す流路図を示す。上記流
出入経路の説明と符号を合わせて流路を明瞭にした。こ
の流路構成により、レフレクタの高温部で300℃以下を
確保することができた。

第６図および第７図に、レフレクタ３およびシールド
リング４のウォータジャケット15および16への給排水路
を拡大図で示す。ウォータジャケット16への給排水のた
め、レフレクタ３の周壁に孔が設けられており、ベース
プレート２の給水口Ａから流入した水はこの孔を通って
シールドリング４のウォータジャケット16へ入り、ウォ
ータジャケット16内を周方向に流れ、レフレクタ周壁の
別の孔を通ってベースプレート２の排水口Ｂから流出す
る。また、ベースプレート２の給水口Ｃから流入した水
は直接レフレクタ周壁内部のウォータジャケット15へ入
り、ウォータジャケット15内を周方向に流れ、ベースプ
レート２の排水口Ｄから流出する。

〔発明の効果〕

本発明においては薄膜形成用基板加熱装置を上述のよ
うに構成したので、以下に記載する効果が奏せられる。

請求項１もしくは請求項２の装置では、 （１）赤外線ランプヒータがリング状赤外線ランプを一
平面内に同心に配して円形平面状に形成されているた
め、従来多く用いられた直管型赤外線ランプヒータを構
成する場合と比べ、 （ａ）円形基板の加熱を熱効率よく行うことができ
る。例えば直管型赤外線ランプヒータで14kWを必要とし
た電力容量が11kWで済むようになった。

（ｂ）基板の均熱性が向上し、例えば直管型赤外線ラ
ンプヒータで、500℃に加熱したときの非均熱度が５％
以上であったのに対し、2.5％以下が可能となった。こ
れにより膜厚分布より均一な成膜が可能になった。

（ｃ）装置の小形化が可能になった。

（２）ヒータ容器内部が大気と連通し、赤外線ランプヒ
ータの端子部が大気中にあるため、 （ａ）基板加熱時の温度上昇が小さく、端子部の破損
が防止され、ヒータの寿命が長くなった。

（ｂ）端子相互間、あるいは端子と周辺部材との間の
放電が起こりにくくなり、ランプの定格電圧として商用
電圧あるいはより高電圧の使用が可能になり、これによ
り、同一電力容量におけるランプ電流が小さくなり、給
電配線と端子との接続部の温度上昇が抑えられ、端子部
の破損防止をさらに確実にすることができるようになっ
た。

（ｃ）真空容器内の高温となる部分に加熱装置側の高
温部がなく、金属蒸気の汚染のない，品質の良好な膜を
得ることができるようになった。

（３）冷却配管が大気中にあり、温度上昇が小さいた
め、配管が動く装置の場合にも、冷却配管の材質として
信頼性が得られる材質の選択が容易に可能となった。

（４）装置本体が真空中に浸漬された状態でその軸線方
向に移動することができるから、基板への成膜を最適成
膜条件で行うことができる。

請求項３の装置では、レフレクタを冷却するのに、従
来のように周壁に冷却管を巻きつけて冷却するものと比
べ、冷却効果がより大きくかつコンパクトの冷却構造と
することができる。すなわち、レフレクタ周壁をほぼ密
に囲むシールドリング周壁を、カバーブラケットの開口
を通って導入される冷却配管を通った冷却媒体により冷
却可能に形成し、かつベースプレートと面で接するレフ
レクタ底面の該側の面に冷却媒体の流路を形成すること
ができる。また、ヒータ容器内はカバーブラケットの開
口を介して大気に連通し、この開口を通って冷却配管が
導入されるから、レフレクタ周壁自体の中にも冷却媒体
を送り込む構造を容易に形成することができる。

請求項４の装置では、レフレクタの内面が、従来のよ
うに周壁に冷却管を巻きつけて行う場合と比べてよりよ
く冷却され、従来レフレクタの構成材料として用いられ
てきた白金,Mo,タンタルなど高価な高融点材料に代り、
材料にアルミを用い、表面を研磨あるいは金めっきを施
したものを用いることができるようになった。そして、
従来の冷却構造では、大気中構成のものでも基板温度50
0℃における継続運転可能時間が１時間程度であったの
に対し、1000℃以上での加熱を３時間以上続けても問題
なく運転することができ、この冷却構造の効果を確認す
ることができた。

請求項５の装置では、冷却媒体がよどみを生じること
なく、かつ溝による流量の差異を生じることなく冷却面
を流れてレフレクタの底面が実質一様に冷却される。

請求項６の装置では、冷却面の冷却がさらに均一化さ
れ、レフレクタ底面の厚みを考慮することにより、均一
化が実質完全になる。

請求項７の装置では、それぞれの赤外線ランプを棒状
の端子を利用して容易に支持することができ、かつ赤外
線ランプはそれぞれ共通の平坦なベースプレートを用い
て支持されるから、径の異なるリング状赤外線ランプを
一平面内に同心に支持することが容易に可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による薄膜形成用基板加熱装
置の全体構成図、第２図は本発明による赤外線ランプヒ
ータの構成を示す平面図、第３図は赤外線ランプヒータ
のレフレクタの底面に接合されて赤外線ランプヒータを
レフレクタの内側に支持するベースプレートの上面図、
第４図はベースプレートが接合されるレフレクタ底面に
形成された，冷却媒体の流路を示す平面図、第５図は冷
却配管と装置内冷却媒体流路との接続状態を示す流路
図、第６図はシールドリングのウォータジャケットへ流
入する冷却媒体の流路を示す要部断面図、第７図はレフ
レクタのウォータジャケットへ流入する冷却媒体の流路
を示す要部断面図、第８図および第９図は従来の基板加
熱装置の構成例を示す，それぞれ平面図および側面断面
図である。 1:赤外線ランプヒータ、1a:赤外線ランプ、2:ベースプ
レート、3,34:レフレクタ、3a,3b,3c,3d:溝、4:シール
ドリング、5:石英ガラス板、6:受渡しリング（支持
部）、8:中空マウント、15,16:ウォータジャケット（空
洞）、20:ハングピン、21a:端子、31:基板。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウエーハ等の基板を加熱し、所定の
   原料ガスを導入して基板上に薄膜を形成する薄膜形成用
   基板加熱装置であって、それぞれ径の異なる複数のリン
   グ状赤外線ランプを一平面内に同心に配した円形平面状
   の赤外線ランプと、一方端が開放され他方端に底面を有
   する円筒状に形成され前記赤外線ランプヒータを収容す
   る，円筒の内面全面が反射面に形成されたレフレクタ
   と、該レフレクタを収容する円筒状容器として形成され
   レフレクタの開放端側端面部に半径方向内側へリング状
   凹部が形成されるとともに該凸部内側の開口が光を通す
   ための石英ガラス板により気密に閉鎖され、他方の端面
   が前記赤外線ランプヒータに加熱電流を供給するための
   給電配線と，レフレクタを冷却する冷却媒体が通る冷却
   配管とが通る開口を備えるとともに両端面の間の内部空
   間が該開口を介して外部に連通し、かつ石英ガラス板の
   外側に被加熱基板を該石英ガラス板と平行に支持するた
   めの支持部を有するヒータ容器とを用いて装置本体が形
   成され、該装置本体が基板を保持することを特徴とする
   薄膜形成用基板加熱装置。
2. 【請求項２】請求項第１項に記載の基板加熱装置におい
   て、基板は真空中で加熱され、赤外線ランプヒータはレ
   フレクタに同軸に収容され、レフレクタはヒータ容器に
   同軸に収容され、ヒータ容器の給電配線と冷却配管とが
   通る開口が連通する外部は大気であり、装置本体が基板
   を真空中に保持してヒータ容器の軸線方向に移動するよ
   うに構成されたことを特徴とする薄膜形成用基板加熱装
   置。
3. 【請求項３】請求項第２項に記載の基板加熱装置におい
   て、ヒータ容器が、円筒状レフレクタ周壁外周面をほぼ
   密に包囲する周壁を有し石英ガラス板を外周縁側で脱出
   不可能に支持するリング状凸部が該周壁の一方の端面部
   に一体に形成され他方の端面が開放された円筒状のシー
   ルドリングと、給電配線と冷却配管とが通る開口を備え
   前記シールドリングとともに赤外線ランプヒータとレフ
   レクタとが収納される空間を形成するカバーブラケット
   とを用いて形成されるとともに、装置本体が、該ヒータ
   容器と，赤外線ランプヒータと，レフレクタと，管状に
   形成されてカバーブラケットとの開口部に立設され前記
   給電配線と冷却配管とをヒータ容器内へ案内するととも
   にヒータ容器を軸方向に移動させるための動力伝達部が
   形成された中空マウントと，円筒状レフレクタ底面の外
   側の面に面で接触してレフレクタの内側に赤外線ランプ
   を支持するベースプレートと，を備えてなることを特徴
   とする薄膜形成用基板加熱装置。
4. 【請求項４】請求項第３項に記載の基板加熱装置におい
   て、円筒状レフレクタが、周壁の内部に、該周壁を冷却
   するための冷却媒体が周方向に移動する円筒状の空洞を
   形成されるとともに、ベースプレートと接する底面外側
   の面に該底面を冷却するための冷却媒体の流路を形成さ
   れ、かつ、シールドリングが、周壁の内部に、該周壁
   と，石英ガラス板を支持する周壁端面部のリング状凸部
   とを冷却するための冷却媒体が周方向に移動する円筒状
   の空洞を形成されていることを特徴とする薄膜形成用基
   板加熱装置。
5. 【請求項５】請求項第４項に記載の基板加熱装置におい
   て、円筒状レフレクタの底面外側の面の流路が該面の中
   心から放射状に延びる複数の溝と、該面周縁近傍に円弧
   状に形成され該円弧の両端部に前記複数の溝中互いに隣
   り合う２本の溝が対となってそれぞれの該面周縁側端部
   が接続される周方向の溝とにより形成され、該面中心部
   に導入された冷却媒体が前記円弧状溝の中心部から導出
   されることを特徴とする薄膜形成用基板加熱装置。
6. 【請求項６】請求項第４項に記載の基板加熱装置におい
   て、円筒状レフレクタの底面外側の面の流路が、該面の
   中心から放射状に延びる複数の溝と、該面周縁近傍に円
   弧状に形成され該円弧の両端部に前記複数の溝中互いに
   隣り合う２本の溝が対となってそれぞれの該面周縁側端
   部が接続される周方向の溝と、該周方向の円弧状溝ごと
   に該円弧状溝の中心から半径方向内側へ向かう１本の溝
   とにより形成され、該面中心部に導入された冷却媒体が
   前記円弧状溝の中心から半径方向内側へ向かう溝の該面
   中心側端部から導出されることを特徴とする薄膜形成用
   基板加熱装置。
7. 【請求項７】請求項第３項に記載の基板加熱装置におい
   て、赤外線ランプヒータのベースプレートによるレフレ
   クタ内側への支持は、赤外線ランプヒータを構成する複
   数の互いに径の異なるリング状赤外線ランプがそれぞ
   れ、リング状の管部をエンドレスの円形に形成されると
   ともに、管部に設けられる１対の端子がそれぞれ棒状に
   形成されてリングの中心を挟んで対向するリング上の位
   置にリングの面と垂直に立設され、該１対の端子をそれ
   ぞれの赤外線ランプの間で互いに周方向にずらせた位置
   でレフレクタ底面の孔とベースプレートの孔に係留する
   ことにより行われることを特徴とする薄膜形成用基板加
   熱装置。