JPH05267179A - 薄膜形成用基板加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】一方の端面が透光用石英ガラス板で閉鎖され、
他方の端面が大気に連通する開口を備えたヒータ容器内
に、一平面内に同心に配した複数のリング状赤外線ラン
プからなる赤外線ランプヒータと、内側が全反射面に形
成されてヒータを収容するとともに冷却媒体により冷却
される円筒状レフレクタとを備えた基板加熱装置を、基
板のより高温加熱が可能な装置とする。 【構成】レフレクタ３周壁の肉厚内に軸方向の連通穴６
０と、この連通穴６０の先端に接続してレフレクタ３の
内側へ開口する噴出ノズル６１とを形成し、かつヒータ
容器内の開口７ａ側の空間内に、赤外線ランプの端子２
１ａに冷却ガスを吹き付ける噴出ノズル６３を有する給
気マニホールド６２を設けて赤外線ランプと端子２１ａ
とを冷却ガスで冷却するか、レフレクタ３の内側に円錐
台状反射面７０を形成して赤外線ランプと端子とを照射
する反射光の光量を低減させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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

【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

【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

【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

【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

【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

【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

【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

【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

【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

【符号の説明】

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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。