JP3268446B2 - 基板加熱装置 - Google Patents

基板加熱装置

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JP3268446B2
JP3268446B2 JP10013399A JP10013399A JP3268446B2 JP 3268446 B2 JP3268446 B2 JP 3268446B2 JP 10013399 A JP10013399 A JP 10013399A JP 10013399 A JP10013399 A JP 10013399A JP 3268446 B2 JP3268446 B2 JP 3268446B2
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heater
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heating
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、薄膜製造プロセ
スにおいて大面積基板を均一に高温加熱するための基板
加熱装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】レーザMBEあるいはCVD等をはじめ
とする成膜装置において、酸化膜や窒化膜を形成する場
合、その基板を10-8Paから大気圧領域までの範囲で
加熱する必要があるとされている。特に近年では半導体
装置をはじめとするデバイス製作において、基板表面の
清浄化や膜質の向上のため、1000℃以上の加熱が望
まれている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような低圧力かつ
高温加熱方式として、タングステンフィラメントを利用
したランプを楕円あるいは放物線反射鏡の中心に配置
し、基板をその裏面から加熱するランプ加熱法がある。
しかし、このランプ加熱方式では反射鏡の汚れ等によっ
て特性が変化するため、限定された成膜方法に対しての
み適用可能であり、応用範囲が制限されていた。
【0004】したがって、上述したような1000℃以
上の加熱が可能であって、極めて広範囲の圧力領域すべ
てに対応することができる加熱方式は、量産可能なもの
ではなかった。
【0005】この発明は以上の点に鑑み、極めて広い圧
力範囲で12インチ以上の大面積基板を均一に効率よく
加熱することができ、かつ成膜方法に限定されない適正
な加熱を行い得る基板加熱装置を提供することを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、薄膜形成用
基板を加熱するための加熱装置であって、赤外線放射率
の高いグラファイト素材でなるヒータを具備しており、
このヒータは加熱すべき基板の直径と同等以上の外形を
有することを特徴とする。
【0007】この発明の基板加熱装置において、ヒータ
の外周部は薄く形成され、さらに、このヒータは、石英
容器内に非接触状態で吊架されるとともに、その電流導
入部が石英により封止されることを特徴とする。
【0008】前記ヒータを前記石英容器内に吊架する
際、好ましくは石英容器内を所定の圧力以下の状態にし
て前記ヒータを真空封入することを特徴とする。この場
合、好ましくは圧力を、10-3Pa以下に設定し得る。
また、本発明の基板加熱装置にあっては、前記ヒータの
真空封入後、前記石英容器に数十Paから大気圧程度の
範囲でハロゲンガスが導入されることを特徴とする。
【0009】また、本発明の基板加熱装置において、前
記石英容器の一面側に基板が配置され、前記石英容器に
おける基板加熱方向とは反対側裏面と側面とに反射板が
設置されるようにし得る。さらに、本発明の基板加熱装
置において、前記石英容器の両面側に基板を配置し、前
記石英容器の側面に反射板を設置するようにしてもよ
い。
【0010】この発明によれば、赤外線放射率の高いグ
ラファイト素材でなるヒータを使用することにより、大
面積の基板を特に1000℃以上に加熱することができ
る。また、ヒータの外周部を薄く形成することで、ヒー
タの外周部をより高温にすることができ、これにより周
囲から熱が逃げ易い基板を均一に加熱することができ
る。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づきこの発明によ
る基板加熱装置の好適な実施の形態を説明する。図1は
この発明の実施形態における基板加熱装置10を示して
いる。この基板加熱装置10は、赤外線放射率の高いグ
ラファイト素材でなるヒータ11を含んでいる。ヒータ
11は加熱すべき基板の直径(典型的には12インチ以
上)と同等以上の外形を有し、大面積の基板に対応する
ことができるようにしている。
【0012】ここで、図2はヒータ11の構造例を示し
ている。ヒータ11は、図2(B)に示すようなグラフ
ァイト円板12から製作される。図2(A)のようにヒ
ータ11の素材であるグラファイト円板12には、くし
形の割込み12aが交互に形成され、各割込み12aが
仕上げ加工される。このような割込み12aを設けるこ
とで、ヒータ11の加熱を均一化することができる。
【0013】ヒータ11の外周部11aは、その内側中
心部よりも薄く形成されている。また、図1に示される
ようにヒータ11は、石英容器13内に非接触状態で吊
架されるとともに、その電流導入部14a,14bが石
英により封止される。ヒータ11の一端には一方の電流
導入部14aが、また他端には他方の電流導入部14b
がそれぞれ接続される。
【0014】電流導入部14a,14bは、ヒータ11
を石英容器13内で支持するための支持部材としても機
能する。たとえば、図3(A)に示すように棒状に形成
された電流導入部14aの先端に螺子部14a1 を形成
し、この螺子部14a1 をヒータ11の一端に設けた穴
15に挿通させてナット16によって締結する。あるい
はまた、図3(B)のように電流導入部14aの先端に
クランプ17を固着し、ボルト18によってヒータ11
の一端に挟持固定する。これにより、一般に割れ易く接
着することができないグラファイト素材でなるヒータ1
1を確実に支持することができる。
【0015】電流導入部14a,14b、ナット16、
クランプ17およびボルト18等の形成材料としては、
モリブデン(Mo)が好適である。なおタンタル(T
a)、白金(Pt)あるいはタングステン(W)等の材
料であってもよい。
【0016】ヒータ11を石英容器13内に支持する
際、石英容器13内を所定の圧力、たとえば10-3Pa
以下の状態にしてヒータ11が真空封入される。この場
合、石英容器13の真空排気後に封着部13aが封止さ
れる。なお、ヒータ11の真空封入後、石英容器13に
数十Paから大気圧程度の範囲でハロゲンガスを導入す
るようにしてもよい。
【0017】ここで、加熱すべき基板は、その外周部で
支持されるため基板周囲から熱が逃げ易い。また、基板
の上部に設置されるヒータ11は、その中心部側ほど放
射熱の面密度が高く、したがって、そのままでは大面積
の基板を均一に加熱することが難しい。本発明ではま
ず、赤外線放射率の高いグラファイト素材でなるヒータ
11を使用することで、大面積の基板を1000℃以上
に効率よく高温加熱することができる。また、ヒータ1
1の外周部11aを薄く形成する(すなわち、面抵抗を
大きくする)ことで、ヒータ11の外周部11aをより
高温にすることができ、これにより大面積の基板を均一
に加熱することができる。
【0018】図4は、ヒータ11とこれによって加熱さ
れる基板の温度分布の関係を厚さの均一なヒータと比較
して示している。5aは本発明に係るヒータの温度分
布、4aは基板の温度分布、5bは厚さの均一なヒータ
の温度分布、4bは基板の温度分布を示す。図4(A)
に示されるように、ヒータ11の外周部11aは中心部
よりも高温になっている。このようなヒータ11で加熱
される基板の温度は、図示のように均一化される。一
方、図4(B)に示されるように、厚さの均一なヒータ
では、基板周囲の温度は中心部に比べて10〜20℃程
度低く、均一に加熱されていない。
【0019】さらに、本発明の基板加熱装置10におい
て、特殊な反射形状の必要ない冷却された反射板を用い
ることで、効率よく基板を加熱することができる。この
反射板は、ヒータ11周囲の余分な部分を加熱せず、し
かも基板に対してヒータ11の放射熱を効率よく集中さ
せるものである。
【0020】図5はかかる反射板を用いた例を示してい
る。図5(A)において、石英容器13の一面側に基板
1が配置され、石英容器13における基板加熱方向とは
反対側裏面と側面とに反射板19が設置される。このよ
うに反射板19を設置することにより、加熱の必要ない
部分を加熱せずに効率よく基板1を加熱する。
【0021】あるいはまた、図5(B)において、石英
容器13の両面側に基板1,1′が配置され、石英容器
13の側面に反射板19が設置される。この場合でも2
つの基板1,1′を効率よく加熱することができる。
【0022】ここで、図6は反射板19等の具体的な構
成例を示している。この場合、反射板19自体の過熱を
防ぐために、この例では水冷手段20を備えている。水
冷手段20は、石英容器13の上部に設置されるタンク
21を有する。タンク21には注/排水口22から冷却
水が注/排水され、また図6(B)にも示されるように
支持ボルト23を介して支持台24に支持される。反射
板19は、図6(A)のようにビス25によってタンク
21の周囲に固定される。
【0023】上記の場合、ヒータ11および石英容器1
3は、たとえば図7に示したように電流導入部14a,
14bを利用して支持台24に支持することができる。
電流導入部14a,14bに螺子部14a2 ,14b2
を形成し、鍔付きの絶縁石26を挟み込むようにナット
27によって締結する。電流導入部14a,14bと支
持台24はこの絶縁石26によって完全に絶縁される。
【0024】なお、実施形態においてヒータ11の加熱
時に発生するガスや加工時に発生する不純物の蒸発・付
着による寿命劣化を防止するために、基板加熱装置10
の脱ガスを行うとよい。すなわち、たとえば図8のよう
にヒータ11の形状作製後に低圧力中にて、一旦100
0℃以上で真空脱ガスを行う。基板加熱装置10におけ
る封入構造において、封入ラインのみからの脱ガスでは
上述のようなガスや不純物を必ずしも完全に除去するこ
とができない。図8のような状態もしくは段階で行うこ
とにより、確実に脱ガスすることができる。
【0025】この場合、石英容器13の下板石英13′
の接続時に真空アニール炉中にて溶着する。石英容器1
3や下板石英13′等の大型の石英同士を溶着する場
合、通常のガスバーナで行うと局所的な熱が発生し、ク
ラックが生じるおそれがある。真空アニール炉中で溶着
することにより均一加熱され、応力集中によるクラック
発生を避けることができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
この種の加熱装置において、特に12インチ以上の大面
積基板を1000℃以上に均一にしかも効率よく加熱す
ることができる。また、極めて広範囲の圧力領域と成膜
条件において、汚れ等による特性劣化が生じることな
く、長期間、円滑に作動し得る加熱装置を実現すること
ができる等の利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態における基板加熱装置の構
成例を示す図である。
【図2】この発明に係るヒータの構造例を示す図であ
る。
【図3】この発明に係るヒータの支持構造例を示す図で
ある。
【図4】この発明の基板加熱装置におけるヒータと基板
の温度分布の関係を従来例と比較して示す図である。
【図5】この発明に係る反射板を用いた例を示す図であ
る。
【図6】この発明に係る反射板等の具体的な構成例を示
す図である。
【図7】この発明の実施形態におけるヒータおよび石英
容器の支持構造例を示す図である。
【図8】この発明の実施形態における装置の真空脱ガス
時の様子を示す図である。
【符号の説明】
1,1′ 基板 10 基板加熱装置 11 ヒータ 12 グラファイト円板 12a 割込み 13 石英容器 14a,14b 電流導入部 19 反射板 20 水冷手段 21 タンク 24 支持台 26 絶縁石
───────────────────────────────────────────────────── 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 H01L 21/31 H05B 3/10 H05B 3/14 H05B 3/84

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄膜形成用基板を加熱するための加熱装
    置であって、 赤外線放射率の高いグラファイト素材でなるヒータを含
    み、該ヒータが、加熱すべき基板の直径と同等以上の外
    形を有するとともに、その外周部が薄く形成され、さら
    に、石英容器内に非接触状態で吊架されるとともに、そ
    の電流導入部が石英により封止されてなることを特徴と
    する基板加熱装置。
  2. 【請求項2】 前記ヒータが前記石英容器内に吊架され
    る際、石英容器内を所定の圧力以下の状態にして前記ヒ
    ータが真空封入されることを特徴とする、請求項に記
    載の基板加熱装置。
  3. 【請求項3】 前記圧力が、10-3Pa以下であること
    を特徴とする、請求項に記載の基板加熱装置。
  4. 【請求項4】 前記ヒータの真空封入後、前記石英容器
    に数十Paから大気圧程度の範囲でハロゲンガスが導入
    されることを特徴とする、請求項に記載の基板加熱装
    置。
  5. 【請求項5】 前記石英容器の一面側に基板が配置さ
    れ、前記石英容器における基板加熱方向とは反対側裏面
    と側面とに反射板が設置されることを特徴とする、請求
    1〜4のいずれか1項に記載の基板加熱装置。
  6. 【請求項6】 前記石英容器の両面側に基板が配置さ
    れ、前記石英容器の側面に反射板が設置されることを特
    徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の基板加
    熱装置。
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