JP3049927B2 - Substrate heating device for thin film formation - Google Patents

Substrate heating device for thin film formation

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JP3049927B2
JP3049927B2 JP4058525A JP5852592A JP3049927B2 JP 3049927 B2 JP3049927 B2 JP 3049927B2 JP 4058525 A JP4058525 A JP 4058525A JP 5852592 A JP5852592 A JP 5852592A JP 3049927 B2 JP3049927 B2 JP 3049927B2
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infrared lamp
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cylindrical
heating
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真次 清藤
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【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。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for heating a flat substrate such as a semiconductor wafer in a vacuum vessel to a predetermined temperature and forming an amorphous film, a polycrystalline film or a single crystal on the substrate by a gas phase reaction. The present invention relates to a thin-film-forming substrate heating device used for forming or the like.

【0002】[0002]

【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。
2. Description of the Related Art This type of substrate heating method includes heating directly by heat radiation from a strip-shaped, linear or coil-shaped resistance material for electric heating which is arranged in one plane and forms a heating surface in a plane. A heating element body with a built-in heating element containing a heating element and a heating surface that is formed in a flat shape is brought into contact with the substrate for heat conduction heating, induction heating using high frequency, or a halogen lamp, etc. Or heating by infrared rays.

【0003】このような加熱方法のうち、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タンタル (Fe−20%Cr−5
%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1200℃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、図10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 (図10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。
[0003] Among such heating methods, in a method of directly heating by heat radiation from a strip-shaped, linear, or coil-shaped resistance material for electric heating, for example, tantalum (Fe-20) used for high-temperature heating is used as a resistance material. % Cr-5
% Co alloy) or molybdenum or tungsten, which is particularly suitable for high-temperature use in a non-oxidizing atmosphere such as vacuum. However, in a vacuum, the vapor pressure of these metals increases, so that high-temperature heating (for example, (500 ° C. for the heating element and 1200 ° C. or more for the resistive material for electric heating), the resistive material and the impurities contained in the resistive material are easily turned into vapor, which impairs the quality of the formed film on the substrate. Further, as shown in FIG. 10 (see Japanese Utility Model Application No. 60-187968), in order to make the surface distribution of the substrate temperature uniform, a box-shaped reflector surrounding the periphery of the substrate and having an inner wall surface formed on a reflection surface (see FIG. 10). 10 of 34)
In this case, the reflecting surface is contaminated by the vaporized resistance material or impurities contained in the resistance material, and the function of the reflector is reduced, so that a uniform temperature distribution cannot be obtained.

【0004】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) あるいはタンタル線が用いら
れるが、500℃以上の加熱では、熱絶縁材と抵抗材料
との熱膨脹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圧が高く、
真空中ではこの蒸気圧がさらに高くなり、前記同様構成
金属や不純物が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。
In addition, a method using heat conduction heating, in which a resistance material for electric heating is embedded in a heat insulating material, and a metal material is cast in a plane on the surface of the heat insulating material and brought into contact with a cast-type heating element having a heating surface. In general, a nichrome wire (Ni-Cr alloy wire or Ni-Cr-Fe alloy wire) or a tantalum wire is used as a resistance material embedded in the heat insulating material. Disconnection occurs due to the difference in thermal expansion with the material. Aluminum or brass casting is usually used as a metal material for forming the heating surface, but these metals have a high vapor pressure even in the atmosphere,
In a vacuum, the vapor pressure is further increased, and as described above, the constituent metals and impurities are easily vaporized, resulting in a significant impairment of the quality of the formed film on the substrate.

【0005】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。
On the other hand, in the induction heating method using high frequency,
The heating body becomes large and expensive. In addition, the infrared lamp heater is mainly of a straight tube type using a linear quartz glass tube for the lamp body, and generally has a structure in which ten or more tubes are arranged in a plane to obtain a high temperature. There are many lead wires for power supply, and it takes time to process and assemble terminals for connecting to the terminals of the lamp. Another problem is that the substrate is usually circular, whereas a conventional infrared lamp heater of this type is of a straight tube type, and the heating surface is square or rectangular. The generated heat is wasted heat, which is inefficient in heating the circular substrate. In addition, from the viewpoint of the structure, the square has a corner portion, which results in a large shape.

【0006】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℃に近い。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は、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きるが、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。
Further, the uniformity of the substrate surface required to obtain a uniform formed film on the substrate surface, that is, the temperature difference between the central portion and the peripheral portion of the substrate is determined by contact heating when the substrate is heated to 500 ° C. Or 10-30 ° C in induction heating,
Usually it is close to 30 ° C. In the case of contact heating, a small value on the order of 10 ° C. is limited to the case where conditions such as the thermal conductivity of the metal forming the heating surface and the area of the heating surface with respect to the substrate are particularly favorable. In the case of infrared radiation heating, the ratio of the temperature difference between the central portion and the peripheral portion of the substrate and the heating temperature, that is, the non-uniformity can be reduced to about 5%. The same components as the generated film adhere to the reflector surface that reflects light toward the substrate, making it difficult to efficiently form a reproducible film quality on the substrate. The maintenance to remove, including the parts, becomes complicated. In addition, since the heater section is in a vacuum, a power supply terminal is required for the vacuum container, and a general commercial voltage cannot be used to prevent vacuum discharge, and the transformer is used after being transformed to a low voltage such as 60 V by a transformer. . For this reason, there is a problem that the required space of the device is increased by these facilities and a problem that the price of the device is increased.

【0007】また、もうひとつの大きな問題として、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。
As another major problem, the temperature of the terminal portion and the reflector of the infrared lamp heater installed in a vacuum rises with time, and the terminal portion of the infrared lamp heater may be damaged if it exceeds 350 ° C.
In the reflector, there is a fear that the surface heated to a high temperature evaporates and the reflectance decreases. In order to prevent evaporation of the reflector surface, when introducing a cooling pipe for cooling the reflector into a vacuum, a device that moves the heating source in a vacuum does not have a reliable pipe member in terms of vacuum leakage. ,
There is a problem that it is difficult to cool the reflector. If cooling is not possible, heating cannot be performed for a long time, and a desired film cannot be obtained. In the conventional method, the heating time at the time of heating at 600 ° C. is at most 30 to 40 minutes. For this reason, the distance to a plasma source or the like cannot be changed by moving the substrate, and there has been a problem that it is difficult to set optimum film forming conditions.

【0008】この問題を解決するため、本発明者から、
特願平2−316425号において以下のような装置構
成が提案されている。 (1) 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
ンプヒータと、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同軸に収容
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、該レフレクタを同軸に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リング状凸部内側の
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大気に連通し、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
て装置の本体が形成され、該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する。
In order to solve this problem, the present inventor has stated that
Japanese Patent Application No. 2-316425 proposes the following device configuration. (1) The device is formed into a circular flat infrared lamp heater in which a plurality of ring-shaped infrared lamps having different diameters are concentrically arranged in one plane, and a cylindrical shape having one open end and a bottom surface at the other end. A reflector in which the infrared lamp heater is housed coaxially, a reflector having an entire inner surface of a cylinder formed on a reflecting surface, and a ring formed radially inward on an open end side end surface of the reflector which is formed as a cylindrical container which houses the reflector coaxially. A convex projection is formed and an opening inside the ring-shaped projection is hermetically closed by a quartz glass plate for transmitting light, and the other end face is provided with a power supply wiring for supplying a heating current to the infrared lamp heater. , An opening through which a cooling pipe through which a cooling medium for cooling the reflector passes, and an internal space between both end surfaces communicating with the atmosphere through the opening, and outside the quartz glass plate A main body of the apparatus is formed using a heater container having a support portion for supporting the substrate to be heated in parallel with the quartz glass plate, and the main body of the apparatus holds the substrate in a vacuum and extends in the axial direction of the heater container. Try to move.

【0009】(2) この構成のさらに具体的な構成とし
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に、装置本体を、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装置とする。
(2) As a more specific configuration of this configuration, the heater container has a peripheral wall that substantially surrounds the outer peripheral surface of the cylindrical reflector peripheral wall and supports the quartz glass plate on the outer peripheral edge side so that it cannot escape. A cylindrical shield ring formed integrally with one end face of the peripheral wall and having the other end open, an opening through which a power supply wiring and a cooling pipe pass, and an infrared lamp heater and a reflector together with the shield ring. Is formed using a cover bracket which forms a space for accommodating the heater container, the heater main body, the infrared lamp heater, the reflector, and the tubular body, which are formed upright at the opening of the cover bracket. A hollow mount formed with a power transmission unit for guiding the power supply wiring and the cooling pipe into the heater container and moving the heater container in the axial direction; And a base plate for supporting an infrared lamp inside the reflector in contact with the outer surface of the bottom surface of the cylindrical reflector.

【0010】(3) 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ものとする。
(3) A cylindrical reflector is provided inside the peripheral wall,
A cooling medium for cooling the peripheral wall is formed in a cylindrical cavity that moves in the circumferential direction, and a cooling medium flow path for cooling the bottom surface is formed on an outer surface of the bottom surface in contact with the base plate, and The shield ring has, inside the peripheral wall, a cylindrical cavity in which a cooling medium for cooling the peripheral wall and the ring-shaped protrusion on the peripheral wall end surface supporting the quartz glass plate moves in the circumferential direction. Shall be.

【0011】(4) 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により形成
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、この円筒状レフレ
クタ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、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
れるようにする。
(4) A plurality of grooves extending radially from the center of the bottom surface of the cylindrical reflector, and a plurality of grooves formed in an arc shape near the periphery of the surface are formed at both ends of the arc. Two adjacent grooves are paired with each other and formed in a circumferential groove to which respective peripheral edges of the surfaces are connected, and the cooling medium introduced into the center of the surface is formed in the arc shape. The groove may be led out from the center of the groove, or the flow path on the outer surface of the bottom surface of the cylindrical reflector may be formed in a plurality of grooves extending radially from the center of the surface, and formed in an arc shape near the periphery of the surface. Two grooves adjacent to each other in the plurality of grooves are paired at both ends of the circular arc, and a circumferential groove in which the respective surface peripheral edge portions are connected to each other. It is formed by a single groove extending radially inward from the center of the arc-shaped groove and introduced into the center of the surface. The cooling medium is led out from the center end of the surface of the groove that extends radially inward from the center of the arc-shaped groove.

【0012】(5) 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
により行われるようにする。
(5) The infrared lamp heater is supported on the inside of the reflector by the base plate. A plurality of ring-shaped infrared lamps having different diameters constituting the infrared lamp heater each form a ring-shaped tube in an endless complete circle. A pair of terminals provided on the tube portion are formed in a bar shape, respectively, and are erected perpendicularly to the surface of the ring at positions on the ring opposed to each other across the center of the ring.
The operation is performed by penetrating the hole in the bottom surface of the reflector and the hole in the base plate at a position where the pair of terminals is shifted in the circumferential direction between the respective infrared lamps and anchoring the holes in the base plate.

【0013】以上の装置構成による基板加熱装置の一例
を図3ないし図9に示す。図3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, シールドリング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。
FIGS. 3 to 9 show an example of the substrate heating apparatus having the above-described configuration. FIG. 3 shows the overall configuration of the substrate heating apparatus. The right half is a cross section of a vacuum vessel in which the substrate on which a film is to be formed is located. The left half is a cylindrical reflector 3 and a shield ring 4 for viewing an infrared lamp heater. , Base plate 2, cover bracket 7, hollow mount 8 and the like are shown in cross section.

【0014】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 (図4) 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状の1対の
端子を、円筒状レフレクタ3(図3) 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2
0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。
Four ring-shaped infrared lamps 1a (FIG. 4) each having a tube portion formed of a quartz glass tube are arranged concentrically in one plane, and the ring surface is located at a position on the ring opposed to the center of the ring. A pair of rod-shaped terminals, which are vertically arranged on the base plate, are passed through holes formed in the bottom surface of the cylindrical reflector 3 (FIG. 3) and the base plate 2 contacting the top surface of the bottom surface. Hang pin 2 in the hole
0, and the circular flat infrared lamp heater 1 is supported inside the reflector 3.

【0015】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 (図6) 、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。
The reflector 3 is made of aluminum or the like, and has a structure in which the entire inner surface is polished to a mirror surface or gold-plated to reflect infrared rays efficiently to increase heating efficiency. The bottom surface of the reflector 3 is surface-bonded to the base plate 2, and an O-ring is inserted around the hole through which the rod-shaped terminal of the infrared lamp (hereinafter also referred to as a lamp) 1a penetrates and on the peripheral side of the bonding surface (FIG. 6). The cooling medium, here water, introduced into the formed flow path is prevented from leaking out of the joint surface. In addition, a cylindrical cavity (hereinafter referred to as a water jacket) 15 is provided inside the peripheral wall of the reflector 3 as a space for cooling water to flow in and cool the peripheral wall. The structure is such that the peripheral wall is cooled by absorption.

【0016】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4
a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1
7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から図8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
を防止している。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。
In order to keep the infrared lamp heater 1 in the atmosphere, the infrared lamp heater 1 is fitted with the peripheral wall of the reflector 3 so as to substantially surround the reflector peripheral wall and radially inward of the end face portion.
Ring-shaped convex portion 4 for airtightly supporting quartz glass plate 5
The shield ring 4 in which the a is formed constitutes a part of the heater container 23 that accommodates the infrared lamp heater 1 and the reflector 3, and together with the cover bracket 7, the cooling water pipe 1.
7 and a power supply wiring 18 to the infrared lamp heater 1 are formed. A cylindrical water jacket 16 is also formed inside the peripheral wall of the shield ring 4, and as a flow path configuration for sending cooling water to the water jacket 16 and moving it in the circumferential direction, the heat of the reflector 3 is also absorbed by this peripheral wall. I have to. Water is supplied to the water jacket 16 from the cooling water inlet 2 a of the base plate 2, as shown in FIG. 8, through the peripheral wall of the reflector 3. An O-ring is provided on each member joining surface or contact surface around the flow passage from the cooling water inlet 2a to the water jacket 16 to prevent leakage of the cooling water from the flow passage. The heat carried away by the water sent into the water jacket 16 is transferred to the peripheral wall of the shield ring 4 via the peripheral wall of the reflector 3 and the quartz glass plate 5.
, The heat that has reached the convex portion 4a on the end face of the shield ring, the heat absorbed by the quartz glass plate 5 itself, and the heat received by the transfer ring 6 on which the substrate to be heated is placed. The portion 4a is formed integrally with the peripheral wall of the shield ring, is effectively cooled, and can maintain airtightness of the quartz glass plate 5 for a long time without any trouble.

【0017】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1
8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1
1が形成されている。この駆動ねじ11にモータ14の
回転駆動力が、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。
The transfer ring 6 supports the substrate by means of a separately provided substrate transfer device or the like and maintains a constant distance from the lamp heater 1 to assist stable heating. Delivery ring 6
Is usually made of a high melting point insulator such as quartz glass. The cooling water pipe 17 and the power supply wiring 1 are provided on the upper surface of the cover
8 is guided through the vacuum flange 10 so as to be coaxial with the opening 7a, and is integrated with the outer peripheral surface of the hollow mount 8 so as to be integrated with the opening 7a. Drive screw 1 to pipe 8a
1 is formed. The rotational driving force of the motor 14 is transmitted to the driving screw 11 via a reduction mechanism composed of a combination of gears, and the rotational driving force is converted into a vertical driving force by the driving screw 11, and the infrared lamp heater 1, The heater container 23 containing the reflector 3 and the like is moved in the axial direction. Vertical guidance during movement is performed using a linear guide 13 fixed to the pipe 8a. Also,
Airtightness between the hollow mount 8 and the vacuum flange 10 is provided by a metal bellows 12. Although not detailed here,
A plasma generating container 22 is fixed to the vacuum container 9, and a raw material gas is introduced from the outside into the plasma generating container 22 to be turned into plasma, and a substrate is irradiated with a plasma beam to form a film. Since the plasma intensity, the plasma density, and the like differ depending on the distance from the plasma generation container 22, the apparatus main body constituting the moving unit of the heating apparatus is moved to a position where optimal film forming conditions can be obtained, so that a high quality film having desired characteristics can be obtained. Obtainable.

【0018】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18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、また冷却水配管17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。赤外線ランプヒータは、図4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本を240
Vの高圧としてランプヒータを構成している。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る。なお、ランプの定格電圧を1
60V, 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。
A power supply line 18 introduced into the heater container through the hollow mount 8 is connected to a power supply portion 19 formed by a plurality of ring-shaped infrared lamp terminal pairs. Although not shown here, it is connected to a one-touch joint provided on the base plate 2. As shown in a plan view in FIG. 4, the infrared lamp heater is formed by fitting a generally circular substrate to be heated and forming a plurality of ring-shaped infrared lamp tubes constituting the lamp heater into an endless complete circle. In order to efficiently irradiate the substrate with infrared light, the output capacity of each lamp is determined by the distance from each lamp to the substrate to be heated and the lamp so that the amount of heat is evenly distributed to the substrate to be heated. The distance between each ring and the distance from the lamp to the reflector is taken into account in consideration of the simulation. Naturally, the output capacity increases as the lamps move outward, and in this embodiment, the rated voltage of the inner two lamps is 160 V and the outer two lamps are 240 V out of the four lamps.
The lamp heater is configured to have a high voltage of V. As a result, the current flowing through the lamp heater 1 can be reduced to 12 A or less, and the temperature of the power supply unit 19 can be kept low to improve the life of the heater. The rated voltage of the lamp is 1
The high voltage of 60V, 240V, etc. was achieved because, unlike power supply to a vacuum, there was no abnormal discharge between terminals or between a terminal and a ground potential member in the air, and a high voltage could be applied. It is.

【0019】また、この装置本体各部の冷却構造は次の
通りである。図6に示すように、図3のG−G線に沿う
断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本の溝のうち、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3
c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
の例では、冷却水配管17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。
The cooling structure of each part of the apparatus main body is as follows. As shown in FIG. 6, on the upper surface of the reflector 3 showing a cross section along the line GG in FIG. 3, four grooves 3a extending radially from the center of the upper surface, and the tips of the four grooves are respectively provided. A total of eight grooves 3b that are branched into two and extend almost radially, and an arc-shaped groove 3c in which two of the eight grooves are paired and the peripheral end is connected to both ends, Groove 3
A straight groove 3d extending radially inward from the center of c is formed, and the base plate 2 is joined to this upper surface, whereby each groove forms a conduit through which cooling water passes. In this example, the water introduced into the central portion E through the water supply pipe in the cooling water pipe 17 flows through the grooves 3a, 3b, 3c, and 3d in order, and is drawn out from the outlet point F through the drain pipe. Is done. Sealing is performed using an O-ring so that water does not leak outside from the joint surface between the reflector 3 and the base plate 2.

【0020】図5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がそ
れぞれ2個設けてある。給水口Aから流入した水は、図
8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、図9に
示すように、直接レフレクタ3のウォータジャケット1
5へ流入し、排水口Dから流出する。図7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を示す。
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る。
As shown in FIG. 5, two water supply ports A and C are provided on the upper surface of the base plate 2 for the water jackets 15 and 16 inside the reflector peripheral wall and the shield ring peripheral wall, respectively. As shown in FIG. 8, the water flowing from the water supply port A penetrates the peripheral wall of the reflector 3 and flows into the water jacket 16 of the shield ring.
Spill out of. As shown in FIG. 9, the water flowing from the water supply port C is directly supplied to the water jacket 1 of the reflector 3.
5 and out of the drain port D. FIG. 7 is a flow chart showing a connection state between the cooling pipe and the cooling medium flow path in the apparatus.
With this flow path configuration, 300 ° C. or lower can be secured in the high-temperature portion of the reflector.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】このように構成される
基板加熱装置においても、なお次のような問題点があっ
た。すなわち、赤外線ランプヒータが静止した大気中に
おかれるため、赤外線ランプヒータ自体の温度上昇が大
きく、より高温に基板加熱を行おうとして大容量のラン
プを用いようとすると、ランプがさらに加熱され、ラン
プが破損するか寿命が低下する。
The substrate heating apparatus constructed as described above still has the following problems. That is, since the infrared lamp heater is placed in a stationary atmosphere, the temperature of the infrared lamp heater itself rises greatly, and if a large-capacity lamp is used to heat the substrate to a higher temperature, the lamp is further heated. The lamp is damaged or the life is shortened.

【0022】また、赤外線ランプの端子は、石英ガラス
中を高融点金属である,例えばモリブデンの棒と箔とが
通る給電構造であるため、温度が過度に上昇すると、石
英ガラスとモリブデンとの熱膨脹差により石英ガラスに
クラックが発生し、モリブデンに接続されたランプ本体
のヒータ線 (例えばタングステン線) を破損させる結果
となる。このため、給電部の温度は350℃以下に保つ
必要があるが、大気中の自然冷却では、この温度以下に
保つことのできる電流が大きくなりえず、ランプヒータ
本体は通電容量があるにもかかわらず、この容量が生か
されないという問題があった。
Further, since the terminal of the infrared lamp is a power supply structure in which a high melting point metal such as a molybdenum rod and a foil pass through the quartz glass, if the temperature rises excessively, thermal expansion of the quartz glass and the molybdenum occurs. The difference causes cracks in the quartz glass, resulting in damage to the heater wires (eg, tungsten wires) of the lamp body connected to the molybdenum. For this reason, it is necessary to maintain the temperature of the power supply unit at 350 ° C. or lower. However, in natural cooling in the atmosphere, the current that can be maintained at this temperature or lower cannot be increased, and the lamp heater body has a current carrying capacity. Nevertheless, there is a problem that this capacity cannot be utilized.

【0023】また、前述の装置構成におけるレフレクタ
では、レフレクタの内面, 特に赤外線ランプヒータと同
一平面近傍の円筒面部分からの反射光が赤外線ランプお
よび端子部分を照射して赤外線ランプおよび端子部分を
加熱し、このため赤外線ランプヒータの容量を大きくす
ることができない。本発明の目的は、赤外線ランプおよ
びその端子の温度を上記構成のものと比べ、効果的に低
減させうる基板加熱装置の構成を提供することである。
Further, in the reflector in the above-described apparatus configuration, the reflected light from the inner surface of the reflector, particularly the cylindrical surface near the same plane as the infrared lamp heater irradiates the infrared lamp and the terminal to heat the infrared lamp and the terminal. However, the capacity of the infrared lamp heater cannot be increased. An object of the present invention is to provide a configuration of a substrate heating device capable of effectively reducing the temperature of an infrared lamp and its terminals as compared with the above configuration.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明においては、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
状の赤外線ランプヒータと、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て前記赤外線ランプヒー
タを底面近傍に収容するとともに円筒の内面全面が反射
面に形成されかつ底面に各赤外線ランプの棒状端子を底
面外方へ空隙を保って突き出させる貫通孔を備えたレフ
レクタと、該レフレクタを同軸に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面側が光を通すための
石英ガラス板により気密に閉鎖されるとともに他方の端
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
却配管とを通すとともに両端面の間の内部空間を大気に
連通させる開口を備えたヒータ容器とを備え、真空中に
ある半導体ウエーハ等の基板を加熱して基板上に薄膜を
気相成長させる基板加熱装置において、円筒状レフレク
タ周壁の肉厚内を底面の外側の面から軸方向に円筒の開
放端面近傍まで冷却ガスの流路を構成する穴を穿設する
とともに、この穴の先端に接続して円筒の内側へ開口す
る噴出ノズルを形成し、前記軸方向の穴と噴出ノズルと
を通して冷却ガスを円筒状レフレクタの内側に送り込む
ようにするとともに、ヒータ容器内の開口側空間内に赤
外線ランプの端子に向けて冷却ガスを噴出する噴出ノズ
ルを備えた給気マニホールドを設け、赤外線ランプの端
子に冷却ガスを吹き付けるようにするか、円筒状レフレ
クタの反射面を、円筒の底面が形成する平面反射部と、
円筒の開放端面側の,底面に垂直な円筒反射部と、前記
平面反射部と円筒反射部との間の円錐台状傾斜面反射部
とで構成するようにする。
According to the present invention, there is provided a circular flat infrared lamp heater in which a plurality of ring-shaped infrared lamps having different diameters are arranged concentrically in one plane. One end is open and the other end is formed in a cylindrical shape having a bottom surface. The infrared lamp heater is housed near the bottom surface, and the entire inner surface of the cylinder is formed as a reflection surface. A reflector provided with a through-hole for projecting while maintaining a gap, and a cylindrical container formed coaxially to accommodate the reflector, and the open end face side of the reflector is hermetically closed by a quartz glass plate for transmitting light, and When the end face of the cable passes through a power supply wiring for supplying a heating current to the infrared lamp heater and a cooling pipe through which a cooling medium for cooling the reflector passes. A substrate heating apparatus further comprising a heater container having an opening for communicating an internal space between both end surfaces to the atmosphere, and heating a substrate such as a semiconductor wafer in a vacuum to vapor-grow a thin film on the substrate. A hole constituting a cooling gas flow path is formed in the thickness of the peripheral wall of the cylindrical reflector from the outer surface of the bottom surface to the vicinity of the open end surface of the cylinder in the axial direction. A jet nozzle that opens inward is formed, and the cooling gas is sent into the inside of the cylindrical reflector through the axial hole and the jet nozzle. Provide an air supply manifold with an ejection nozzle that ejects cooling gas by blowing cooling gas to the terminal of the infrared lamp, or form the reflecting surface of the cylindrical reflector with the bottom surface of the cylinder And the flat reflecting portion that,
It comprises a cylindrical reflector on the open end surface side of the cylinder, perpendicular to the bottom surface, and a truncated cone-shaped inclined surface reflector between the planar reflector and the cylindrical reflector.

【0025】[0025]

【作用】このように、円筒状レフレクタ周壁の肉厚内を
底面の外側の面から軸方向に円筒の開放端面近傍まで冷
却ガスの流路を構成する穴を穿設するとともに、この穴
の先端に接続して円筒の内側へ開口する噴出ノズルを形
成し、前記軸方向の穴と噴出ノズルとを通して冷却ガス
を円筒状レフレクタの内側に送り込むようにするととも
に、ヒータ容器内の開口側空間内に赤外線ランプの端子
に向けて冷却ガスを噴出する噴出ノズルを備えた給気マ
ニホールドを設け、赤外線ランプの端子に冷却ガスを吹
き付けるようにすると、ヒータ容器内の赤外線ランプヒ
ータ側の空間 (以下ヒータ部エリアという)と開口側空
間 (以下給電部エリアという)とが冷却ガスによって換
気され、ヒータ部エリアでは赤外線ランプヒータ本体
が、また給電部エリアでは赤外線ランプヒータの給電部
を構成する端子の過度の温度上昇が効果的に抑えられ
る。これにより、ヒータ部エリアでは赤外線ランプヒー
タ本体の破損がさらに起こりにくくなり、あるいは寿命
低下がさらに小さく抑えられる。また、赤外線ランプの
端子を通過可能な電流が大きくなり、赤外線ランプ容量
をフルに使用することが可能になる。
As described above, a hole constituting the flow path of the cooling gas is formed in the thickness of the peripheral wall of the cylindrical reflector from the outer surface of the bottom surface to the vicinity of the open end surface of the cylinder in the axial direction. To form an ejection nozzle that opens to the inside of the cylinder, and feeds the cooling gas into the inside of the cylindrical reflector through the axial hole and the ejection nozzle. An air supply manifold equipped with an ejection nozzle for ejecting cooling gas toward the infrared lamp terminal is provided, and when the cooling gas is blown to the infrared lamp terminal, the space on the infrared lamp heater side in the heater container (hereinafter referred to as the heater section) Area) and the opening side space (hereinafter referred to as the power supply area) are ventilated by the cooling gas. In the heater area, the infrared lamp heater body and the power supply area In this case, an excessive rise in temperature of the terminals constituting the power supply section of the infrared lamp heater can be effectively suppressed. This makes it more difficult for the infrared lamp heater main body to be damaged in the heater section area, or it is possible to further suppress the reduction in life. In addition, the current that can pass through the terminal of the infrared lamp increases, and the infrared lamp capacity can be fully used.

【0026】また、円筒状レフレクタの反射面を、円筒
の底面が形成する平面反射部と、円筒の開放端面側の,
底面に垂直な円筒反射部と、前記平面反射部と円筒反射
部との間の円錐台状傾斜面反射部とで構成するようにす
ると、平面光源を形成する赤外線ランプヒータからこの
平面方向に向かった赤外光が、傾斜面反射部で基板方向
へ反射され、通常の円筒反射面では、光源平面近くを何
度も繰返し乱反射してランプヒータを加熱し、このため
ランプ容量を十分大きくとれなかったり、基板の加熱効
率が低下する欠点を補って基板の加熱温度をさらに上げ
ることができ、底面と円筒反射面とのみでは基板の加熱
温度が最高約870℃であったものを1000℃以上と
することができる。
Further, the reflecting surface of the cylindrical reflector is formed by a flat reflecting portion formed by the bottom surface of the cylinder and an opening end surface side of the cylinder.
When configured with a cylindrical reflecting portion perpendicular to the bottom surface and a truncated cone-shaped reflecting portion between the flat reflecting portion and the cylindrical reflecting portion, an infrared lamp heater forming a flat light source is directed in this flat direction. The reflected infrared light is reflected toward the substrate by the inclined surface reflecting portion, and the ordinary cylindrical reflecting surface repeatedly and irregularly reflects near the light source plane many times to heat the lamp heater, so that the lamp capacity cannot be sufficiently increased. In addition, the heating temperature of the substrate can be further increased by compensating for the drawback that the heating efficiency of the substrate is reduced. can do.

【0027】[0027]

【実施例】図1に本発明の構成による基板加熱装置本体
の一実施例を示す。レフレクタ3の周壁67の肉厚内に
は、レフレクタ3と石英ガラス板5とで形成されるヒー
タ部エリア51b内へ冷却ガスを送り込むため、ウォー
タジャケット15の外側を軸方向に走る連通穴60がレ
フレクタ3の上面から開放端面近傍まで穿設され、その
先端に接続して噴出ノズル61が設けられている。ま
た、ベースプレート2には、レフレクタ周壁内の連通穴
60と同位置に貫通孔69が形成され、この孔に冷却ガ
ス給気口65が取り付けられている。連通穴60と噴出
ノズル61とは、この実施例では、周壁の周方向4個所
に形成されている。また、赤外線ランプヒータ本体への
給電部を構成する端子21aを冷却するために、ベース
プレート2の上面に給気マニホールド62が4個、図4
の赤外線ランプ配置に対応して設けられている。給気マ
ニホールド62は、2方向に噴出ノズル63を有し、端
子21aに向かって冷却ガスを噴出する。冷却ガスの流
れについて説明する。冷却ガス給気口65からN2 ガス
等の冷却ガスを導入すると、冷却ガスは連通穴60を通
り、噴出ノズル61からヒータ部エリア51b内へ噴出
する。このガスは石英ガラス板5および赤外線ランプ
(図4, 1a) の表面を冷却し、端子孔64の隙間を通
り、大気側へと流出する。このとき、同時に、端子21
aも冷却する。また、給気マニホールド62に導入され
た冷却ガスは、端子21aを直接冷却し、大気側へ流出
する。
FIG. 1 shows an embodiment of a substrate heating apparatus body according to the present invention. In the thickness of the peripheral wall 67 of the reflector 3, a communication hole 60 running in the axial direction on the outside of the water jacket 15 for sending cooling gas into the heater area 51 b formed by the reflector 3 and the quartz glass plate 5. The reflector 3 is bored from the upper surface to the vicinity of the open end surface, and a jet nozzle 61 is provided at the end of the reflector 3. Further, a through hole 69 is formed in the base plate 2 at the same position as the communication hole 60 in the reflector peripheral wall, and a cooling gas supply port 65 is attached to this hole. In this embodiment, the communication hole 60 and the ejection nozzle 61 are formed at four locations on the peripheral wall in the circumferential direction. Further, in order to cool the terminal 21a constituting a power supply unit to the infrared lamp heater main body, four air supply manifolds 62 are provided on the upper surface of the base plate 2, FIG.
Are provided corresponding to the infrared lamp arrangement. The air supply manifold 62 has ejection nozzles 63 in two directions, and ejects cooling gas toward the terminal 21a. The flow of the cooling gas will be described. When a cooling gas such as N 2 gas is introduced from the cooling gas supply port 65, the cooling gas passes through the communication hole 60 and is ejected from the ejection nozzle 61 into the heater area 51 b. This gas is a quartz glass plate 5 and an infrared lamp
The surface of FIG. 4 (1a) is cooled and flows through the gap of the terminal hole 64 to the atmosphere side. At this time, at the same time, the terminal 21
a is also cooled. Further, the cooling gas introduced into the air supply manifold 62 directly cools the terminal 21a and flows out to the atmosphere.

【0028】図2に給電部エリア51aの平面図を示
す。給気マニホールド62は4個所に設置され、それぞ
れ対向した端子21aを冷却する。次に、円筒状レフレ
クタの反射面の構造につき説明する。反射面は、レフレ
クタ円筒の底面が形成する平面反射部71と、円筒の開
放端面側の,底面に垂直な円筒反射部72と、両反射部
71, 72の間の円錐台状傾斜面反射部70とで構成さ
れ、傾斜面の角度を軸線に対して15〜45°傾いた角
度としている。この傾斜により、赤外線ランプヒータか
らレフレクタ底面に平行に向かう赤外光も基板31側へ
反射される。また、赤外線ランプの端子を照射する反射
光も少なくなる。
FIG. 2 is a plan view of the power supply area 51a. The air supply manifolds 62 are provided at four locations and cool the terminals 21a facing each other. Next, the structure of the reflecting surface of the cylindrical reflector will be described. The reflecting surface includes a flat reflecting portion 71 formed by the bottom surface of the reflector cylinder, a cylindrical reflecting portion 72 on the open end side of the cylinder, perpendicular to the bottom surface, and a truncated cone-shaped reflecting portion between the two reflecting portions 71, 72. 70, and the angle of the inclined surface is an angle inclined by 15 to 45 ° with respect to the axis. Due to this inclination, infrared light traveling from the infrared lamp heater parallel to the bottom surface of the reflector is also reflected toward the substrate 31. Also, reflected light that irradiates the terminal of the infrared lamp is reduced.

【0029】[0029]

【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の装置では、赤外線ランプヒー
タ本体とその端子とが、大気中での自然冷却の場合と比
べて効果的に冷却され、赤外線ランプの破損や寿命低下
がより起こりにくくなり、また、端子の冷却による端子
通過可能電流の上昇により赤外線ランプ容量のフル使用
が可能になり、可能な基板加熱温度が上昇する。
According to the present invention, since the substrate heating apparatus for forming a thin film is configured as described above, the following effects can be obtained. In the apparatus according to the first aspect, the infrared lamp heater main body and its terminals are effectively cooled as compared with the case of natural cooling in the atmosphere, and the infrared lamp is less likely to be damaged or shortened in life. As the current that can pass through the terminals increases due to the cooling, the capacity of the infrared lamp can be fully used, and the possible substrate heating temperature increases.

【0030】請求項2の装置では、赤外線ランプヒータ
からのレフレクタ円筒底面に平行な赤外光が、傾斜面反
射部により基板側へ反射され、底面と円筒部とのみで全
反射面を構成する場合と比較して赤外線ランプおよび端
子の加熱が少なくなり、ランプ容量を大きくとることが
でき、かつ基板の加熱効率を上げることができる。この
反射面構造により、底面と円筒面とのみで反射面を構成
した場合の最高基板加熱温度を約870℃を1000℃
以上とすることができた。
In the apparatus according to the second aspect, the infrared light from the infrared lamp heater, which is parallel to the bottom surface of the reflector cylinder, is reflected toward the substrate by the inclined surface reflection portion, and the bottom surface and the cylindrical portion alone constitute a total reflection surface. As compared with the case, the heating of the infrared lamp and the terminal is reduced, the lamp capacity can be increased, and the heating efficiency of the substrate can be increased. With this reflecting surface structure, the maximum substrate heating temperature when the reflecting surface is constituted by only the bottom surface and the cylindrical surface is approximately 870 ° C. to 1000 ° C.
I was able to do above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例による薄膜形成用基板加熱装
置本体の構成を示す縦断面図
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a thin film forming substrate heating apparatus main body according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す基板加熱装置本体における,赤外線
ランプ端子冷却のための給気マニホールドの配設状況を
示すベースプレートの上面図
2 is a top view of a base plate showing an arrangement state of an air supply manifold for cooling an infrared lamp terminal in the substrate heating apparatus main body shown in FIG. 1;

【図3】本発明者が先に提案した基板加熱装置の構成を
示す縦断面図
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a substrate heating apparatus proposed earlier by the present inventors.

【図4】本発明が対象とした赤外線ランプヒータの構成
例を示す平面図
FIG. 4 is a plan view showing a configuration example of an infrared lamp heater targeted by the present invention.

【図5】図1および図3の基板加熱装置において、赤外
線ランプヒータを円筒状レフレクタの内側に懸吊状態に
係留するベースプレートの上面図
FIG. 5 is a top view of a base plate in which the infrared lamp heater is moored in a suspended state inside a cylindrical reflector in the substrate heating apparatus of FIGS. 1 and 3;

【図6】図1および図3の基板加熱装置におけるレフレ
クタの冷却のためにレフレクタ底面の外側の面に形成さ
れた,冷却水の流路を示す平面図
FIG. 6 is a plan view showing a flow path of cooling water formed on an outer surface of a bottom surface of the reflector for cooling the reflector in the substrate heating apparatus of FIGS. 1 and 3;

【図7】図1および図3の基板加熱装置におけるレフレ
クタの冷却のための冷却水配管と装置本体内冷却水流路
との接続状態を示す流路図
FIG. 7 is a flow chart showing a connection state between a cooling water pipe for cooling the reflector and a cooling water flow path in the apparatus main body in the substrate heating apparatus of FIGS. 1 and 3;

【図8】図1および図3の基板加熱装置におけるシール
ドリングのウォータジャケットへ流入する冷却水の流路
を示す要部断面図
FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part showing a flow path of cooling water flowing into a water jacket of a shield ring in the substrate heating apparatus of FIGS. 1 and 3;

【図9】図1および図3の基板加熱装置におけるレフレ
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
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part showing a flow path of a cooling medium flowing into a water jacket of a reflector in the substrate heating apparatus of FIGS. 1 and 3;

【図10】従来の基板加熱装置の構成例を示す図であっ
て、同図(a) は平面図、同図(b)は側面断面図
10A and 10B are diagrams illustrating a configuration example of a conventional substrate heating apparatus, wherein FIG. 10A is a plan view and FIG. 10B is a side cross-sectional view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 レフレクタ 3a 溝 3b 溝 3c 溝 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) 7 カバーブラケット 7a 開口 8 中空マウント 11 駆動ねじ(動力伝達部) 13 リニアガイド 15 ウォータジャケット(空洞) 15 ウォータジャケット(空洞) 17 冷却水配管(冷却配管) 18 給電配線 19 給電部 20 ハングピン 21a 端子 23 ヒータ容器 31 基板 61 噴出ノズル 62 給気マニホールド 63 噴出ノズル 65 冷却ガス給気口 67 連通穴(穴) 69 貫通孔 70 傾斜面反射部 71 平面反射部 72 円筒反射部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Infrared lamp heater 1a Infrared lamp 2 Base plate 3 Reflector 3a groove 3b groove 3c groove 3d groove 4 Shield ring 5 Quartz glass plate 6 Delivery ring (support part) 7 Cover bracket 7a Opening 8 Hollow mount 11 Drive screw (power transmission part) 13 Linear guide 15 Water jacket (hollow) 15 Water jacket (hollow) 17 Cooling water pipe (cooling pipe) 18 Power supply wiring 19 Power supply section 20 Hang pin 21a Terminal 23 Heater container 31 Substrate 61 Jet nozzle 62 Air supply manifold 63 Jet nozzle 65 Cooling gas Air supply port 67 Communication hole (hole) 69 Through-hole 70 Inclined surface reflector 71 Planar reflector 72 Cylindrical reflector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 C23C 16/46 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 C23C 16/46

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】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
ンプヒータと、一方端が開放され他方端に底面を有する
円筒状に形成されて前記赤外線ランプヒータを底面近傍
に収容するとともに円筒の内面全面が反射面に形成され
かつ底面に各赤外線ランプの棒状端子を底面外方へ空隙
を保って突き出させる貫通孔を備えたレフレクタと、該
レフレクタを同軸に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面側が光を通すための石英ガラス板
により気密に閉鎖されるとともに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を
通すとともに両端面の間の内部空間を大気に連通させる
開口を備えたヒータ容器とを備え、真空中にある半導体
ウエーハ等の基板を加熱して基板上に薄膜を気相成長さ
せる基板加熱装置において、円筒状レフレクタ周壁の肉
厚内を底面の外側の面から軸方向に円筒の開放端面近傍
まで冷却ガスの流路を構成する穴を穿設するとともに、
この穴の先端に接続して円筒の内側へ開口する噴出ノズ
ルを形成し、前記軸方向の穴と噴出ノズルとを通して冷
却ガスを円筒状レフレクタの内側に送り込むようにする
とともに、ヒータ容器内の開口側空間内に赤外線ランプ
の端子に向けて冷却ガスを噴出する噴出ノズルを備えた
給気マニホールドを設け、赤外線ランプの端子に冷却ガ
スを吹き付けるようにしたことを特徴とする薄膜形成用
基板加熱装置。
A circular flat infrared lamp heater in which a plurality of ring-shaped infrared lamps having different diameters are concentrically arranged in one plane, and a cylindrical shape having one end opened and a bottom surface at the other end. A reflector having a through hole that accommodates the infrared lamp heater near the bottom surface, the entire inner surface of the cylinder is formed on a reflection surface, and the bottom surface has a through-hole for projecting a rod-shaped terminal of each infrared lamp outwardly from the bottom surface with a gap therebetween; A power supply line formed as a cylindrical container that accommodates the reflector coaxially, the open end face of the reflector being airtightly closed by a quartz glass plate for transmitting light, and the other end face supplying a heating current to the infrared lamp heater. And a heater that has an opening that passes through a cooling pipe through which a cooling medium that cools the reflector passes and that allows the internal space between both end faces to communicate with the atmosphere. A substrate heating apparatus for heating a substrate such as a semiconductor wafer in a vacuum to vapor-grow a thin film on the substrate in a thickness direction of the peripheral wall of the cylindrical reflector from the outer surface of the bottom surface in the axial direction. While drilling a hole that constitutes the flow path of the cooling gas up to near the open end face of the cylinder,
An ejection nozzle connected to the tip of the hole and opening to the inside of the cylinder is formed, and the cooling gas is fed into the inside of the cylindrical reflector through the axial hole and the ejection nozzle. A substrate heating apparatus for forming a thin film, wherein an air supply manifold having a jet nozzle for jetting a cooling gas toward a terminal of an infrared lamp is provided in a side space, and a cooling gas is blown to a terminal of the infrared lamp. .
【請求項2】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
ンプヒータと、一方端が開放され他方端に底面を有する
円筒状に形成されて前記赤外線ランプヒータを底面近傍
に収容するとともに円筒の内面全面が反射面に形成され
かつ底面に各赤外線ランプの棒状端子を底面外方へ空隙
を保って突き出させる貫通孔を備えたレフレクタと、該
レフレクタを同軸に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面側が光を通すための石英ガラス板
により気密に閉鎖されるとともに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を
通すとともに両端面の間の内部空間を大気に連通させる
開口を備えたヒータ容器とを備え、真空中にある半導体
ウエーハ等の基板を加熱して基板上に薄膜を気相成長さ
せる基板加熱装置において、円筒状レフレクタの反射面
を、円筒の底面が形成する平面反射部と、円筒の開放端
面側の,底面に垂直な円筒反射部と、前記平面反射部と
円筒反射部との間の円錐台状傾斜面反射部とで構成した
ことを特徴とする薄膜形成用基板加熱装置。
2. A circular flat infrared lamp heater in which a plurality of ring-shaped infrared lamps each having a different diameter are arranged concentrically in one plane, and a cylindrical shape having one end opened and a bottom surface at the other end. A reflector having a through hole that accommodates the infrared lamp heater near the bottom surface, the entire inner surface of the cylinder is formed on a reflection surface, and the bottom surface has a through-hole for projecting a rod-shaped terminal of each infrared lamp outwardly from the bottom surface with a gap therebetween; A power supply line formed as a cylindrical container that accommodates the reflector coaxially, the open end face of the reflector being airtightly closed by a quartz glass plate for transmitting light, and the other end face supplying a heating current to the infrared lamp heater. And a heater that has an opening that passes through a cooling pipe through which a cooling medium that cools the reflector passes and that allows the internal space between both end faces to communicate with the atmosphere. In a substrate heating apparatus for heating a substrate such as a semiconductor wafer in a vacuum and vapor-growing a thin film on the substrate, the reflecting surface of the cylindrical reflector has a flat reflecting portion formed by the bottom surface of the cylinder. A thin film forming substrate heating means, comprising: a cylindrical reflecting portion on the open end surface side of the cylinder, perpendicular to the bottom surface; and a truncated cone-shaped inclined surface reflecting portion between the planar reflecting portion and the cylindrical reflecting portion. apparatus.
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