JPH04186826A - 薄膜形成用基板加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ェーハ等、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、−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〕

佐　の こ傘ら与加熱方法のうち、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％ｐＪ−２％Ｃ
Ｏ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、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
　−Ｐｅ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。

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−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、加熱有する上でかど部分
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−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　’Ｃ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。

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３
５０℃を越えると破損有する恐れがある。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６
００　を加熱時でせいぜい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　を以上に長時間
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同軸に収容する９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５　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装置とするものとする。

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
放された円筒状のソールドリングと、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
するカバープ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２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９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周縁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
うようにすれば好適である。

〔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
も呼ぶ）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る。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１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
ともに、装置本体を、このヒータ容器と。

赤外線ランプヒータと１　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２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ソールド
リング周壁を、カバーブラケットの開口を這って導入さ
れる冷却配管を遣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、
信鯨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とすることができる。

そこで、レフレクタをそのＮｉ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９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しることな
く、かつ溝による流量の差異を生しることなく冷却面を
流れてレフレクタの底面が実質−様に冷却され、また、
この流路を、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、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、核間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
う溝の該面周縁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
。

Ｃ実施例〕 第１図ないし第７図に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．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。

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ｌａ　（第２図）を４本、−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　（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の孔にハングビン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、内側の面金面を鏡面
に研磨し、あるいは金めつきを施し、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Ｈａ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がら
、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１
６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１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２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が開ロアａ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
し１１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、バイブ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内を遣ってヒータ容器内に導入さ
れた給電部＆９１１７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
により算定しである。当然、ランプは外側になるほど出
力容量が太き（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１６０■と
し、外側の２本を２４０■の高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１６０　Ｖ、　２４０　Ｖ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１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３ｃの中心か
ら半径方向内側へ延びる直重１ｄ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から排水用配管を遣って外部へ導
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○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がそれぞれ２個、排水口Ｂ、Ｄがそれぞれ２個設けで
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、排水口りから流出する。

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が
ら流出する。また、ベースプレート２の給水口Ｃがら流
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の排水口りがら流出する。

〔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の装置では、 ｆｉｌ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でヒータを構
成する場合と比べ、 ＋８１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１４に−を必要とし
た電力容量が１ｌｋ−で済むようになった。

Ｃｂ）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
れにより膜厚分布のより均一な成膜が可能になった。

ｔｃ＋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、 （ａｌ基板加熱時の温度上昇が小さ（、端子部の破損が
防止され、ヒータの寿命が長くなった。

Ｃｂ）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
。

（Ｃ１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１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
鯨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２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な冷却構造とす
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。

請求項３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９ＭＯ，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、表面を研摩あるいは金めつきを
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
５００℃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４の装！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−様に冷却される。

請求項５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６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蟇板加熱装
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　　：ウォータジャケント　（空洞）、
２０：ハングビン、２１ａ：端子、３１：基板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）真空中で半導体ウェ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ことを特徴とする薄
   膜形成用基板加熱装置。 ２）請求項第１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。 ３）請求項第２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
   。 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
   され該円弧の両側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。 ５）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。 ６）請求項第２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ことを
   特徴とする薄膜形成用基板加熱装置。