JPH06103670B2 - 半導体ウェハ加熱装置 - Google Patents

半導体ウェハ加熱装置

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JPH06103670B2
JPH06103670B2 JP1083974A JP8397489A JPH06103670B2 JP H06103670 B2 JPH06103670 B2 JP H06103670B2 JP 1083974 A JP1083974 A JP 1083974A JP 8397489 A JP8397489 A JP 8397489A JP H06103670 B2 JPH06103670 B2 JP H06103670B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、半導体ウェハ加熱装置、特に、半導体製造
における気相成長、酸化、拡散及びアニールなどに用い
られる半導体ウェハの加熱装置に関するものである。
[従来の技術] 第5図は従来の半導体ウェハ加熱装置を用いた気相成長
装置の概略構成図であり、図において、半導体ウェハ
(1)は加熱ステージ(2)上に載置され、加熱され
る。半導体ウェハ(1)の表面には、ガスヘッド(3)
から反応ガスが噴出され、反応ガスの熱化学反応により
半導体ウェハ(1)の表面に薄膜が形成される。未反応
のまま残った反応ガスは、ガスヘッド(3)及び加熱ス
テージ(2)を囲んで配置された排気チャンバ(4)の
排気口(5)から気相成長装置の外部に排出される。膜
成長速度は半導体ウェハ(1)の温度に依存するため、
半導体ウェハ(1)上に薄膜を均一に成長させるために
は、半導体ウェハ(1)の温度すなわち、加熱ステージ
(2)の表面温度をできるだけ均一に保つ必要がある。
第6図は第5図に示した従来の加熱ステージ(2)の構
造を概略的に示している。加熱ステージ(2)の表面
(2a)の温度の均一性を向上させるために、加熱ステー
ジ(2)として熱伝導率の大きい材料で作られた均熱板
(6)を用いると共に、ヒーター(7)を第7図に示す
ように均熱板(6)の裏面に均一に配置する。また、均
熱板(6)及びヒーター(7)は、熱伝導率の小さい支
柱(8)により支えられ、熱が外部へ逃げるのを防いで
いる。ヒーター(7)は端子(9)を介して電源(10)
に接続されている。また、均熱板(6)の裏面から熱電
対(11)が挿入されており、均熱板(6)の表面(2a)
近傍の温度を測定し、温度コントロールが行われる。
[発明が解決しようとする課題] 上述したような半導体ウェハ加熱装置では、ヒーター
(7)による熱の不均一を熱伝導だけにより均一化しよ
うとするものであるため、限界がある。すなわち、第7
図に示したように、ヒーター(7)を均一にらせん状に
配置したとしても、支柱(8)や端子(9)から熱が逃
げるため、ヒーター(7)の温度は不均一になる。ま
た、この温度の不均一化を均熱板(6)により解消しよ
うとすると、均熱板(6)の厚さtを大きくする必要が
ある。しかし、均熱板(6)の厚さが厚くなると、加熱
ステージ(2)全体の熱容量が大きくなり、半導体ウェ
ハ(1)の表面温度のコントロール性が悪化する。すな
わち、外界の温度変化である外乱に対して半導体ウェハ
(1)の表面温度を一定に保つことが困難になる。
第8図(a)及び(b)は、薄い均熱板(6)(熱容量
が小さい)を用いた加熱ステージ(2)と、厚い均熱板
(6)(熱容量が大きい)を用いた加熱ステージ(2)
の外乱(図中A)に対するコントロール性を、それぞれ
加熱ステージ(2)の表面温度の経時変化で現したもの
である。ただし、ヒーター(7)の容量は、第8図
(a)及び(b)で同じである。この図から判るよう
に、熱容量が大きい場合には、ヒーター(7)を加熱し
てから加熱ステージ(2)の表面が温まるまでの時間遅
れがあるため、温度の回復が遅く、また、オーバーシュ
ートすなわち設定温度からの周期的なずれが大きくなる
現象も起きやすくなる。
このように、従来の半導体ウェハ加熱装置では、均熱化
を熱伝導だけによって行われていたので、加熱ステージ
(2)の表面温度を均一にしようとすると均熱板(6)
を厚くしなければならず、さらに、温度コントロール性
も悪化するという問題点があった。
この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、均熱性が優れ、かつ熱容量も小さく、温度制
御性の良好な半導体ウェハ加熱装置を得ることを目的と
する。
[課題を解決するための手段] この発明に係る半導体ウェハ加熱装置は、一方の面上に
半導体ウェハが載置され他方の面に加熱手段が配置され
た加熱ステージの内部に空洞を設け、この空洞内に熱伝
導性の良い流体を封入し、この流体を均一に攪拌するも
のである。
[作用] この発明においては、加熱ステージである従来の均熱板
の内部に熱伝導性の良い流体を封入し、これを強制的に
均一に攪拌するため、加熱手段であるヒーターからの熱
が熱伝導に加えて流体の移動により均一化されるので、
加熱ステージの厚さを厚くしなくても加熱ステージの表
面温度を均一にすることができ、かつ良好に温度制御す
ることができる。
[実施例] 第1図はこの発明の一実施例による半導体ウェハ加熱装
置を示す概略側断面図であり、第2図は第1図のA−A
線に沿った断面図である。これらの図において、加熱ス
テージ(2A)は、この加熱ステージ(2A)を加熱する手
段例えばヒーター(7)上に設けられている。加熱ステ
ージ(2A)は、少なくとも平行に対向する2平面を有す
る平板により構成される。加熱ステージ(2A)の表面
(2a)には半導体ウェハ(図示せず)が載置され、内部
には空洞(13)を有する。この空洞(13)内には、熱伝
導性の良い流体例えば液体状の金属例えば水銀(14)が
封入されている。また、空洞(13)内にはこの水銀(1
4)を強制的にかつ均一に攪拌するための手段として、
回転プロペラ(15)が設けられている。回転プロペラ
(15)は、加熱ステージ(2A)の外部に設けられた駆動
手段例えばモータ(16)により回転し、水銀(14)を均
一に攪拌する。
上述したように構成された半導体ウェハ加熱装置におい
ては、ヒーター(7)によって加熱ステージ(2A)の裏
面が加熱されると、熱伝導により加熱ステージ(2A)内
部の水銀(14)が加熱される。水銀(14)は熱伝導性が
良いため、その熱伝導により加熱ステージ(2A)の表面
は比較的均一に加熱される。しかし、ヒーター(7)の
熱の不均一性を完全に是正するまでには至らないため、
回転プロペラ(15)を回転させて水銀(14)を攪拌し、
水銀(14)の温度、さらには加熱ステージ(2A)の表面
(2a)の温度を一定に保つのである。
なお、上記実施例では熱伝導性の良い流体として水銀
(14)を用いたが、他の熱伝導性の良い流体であっても
同様に使用できる。また、回転プロペラ(15)の回転方
向を一定方向としたが、より良好に水銀(14)を攪拌す
るために、一定時間毎に逆回転しても良く、要するに水
銀(14)の温度を均一にできればよい。
第3図はこの発明の他の実施例による半導体ウェハ加熱
装置を示す概略側断面図であり、第4図は第3図のB−
B線に沿った断面図である。これらの図において、加熱
ステージ(2B)は、この加熱ステージ(2B)を加熱する
手段例えばヒーター(7)上に設けられている。加熱ス
テージ(2B)の表面(2a)には半導体ウェハ(図示せ
ず)が載置され、内部には空洞(13)を有する。この空
洞(13)内には、熱伝導性が良く、導電性の流体例えば
液体状の金属例えば水銀(14)が封入されている。ま
た、空洞(13)内には固定フィン(17)が設けられてい
る。水銀(14)を強制的かつ均一に攪拌するための手段
として、交互に磁石を配置した磁石リング(18)が加熱
ステージ(2B)の周囲に設けられており、この磁石リン
グ(18)を回転することにより回転磁界を水銀(14)に
与える。
上述したように構成された半導体ウェハ加熱装置におい
ては、ヒーター(7)によって加熱ステージ(2B)の裏
面を加熱すると、熱伝導により加熱ステージ(2B)内部
の水銀(14)が加熱される。水銀(14)は熱伝導性が良
いため、その熱伝導により加熱ステージ(2A)の表面は
比較的均一に加熱される。しかし、ヒーター(7)の熱
の不均一性を完全に是正するまでには至らないため、磁
石リング(18)を回転して水銀(14)に回転磁界を与え
る。この回転磁界によって水銀(14)にはうず電流が流
れ、磁界による電磁力により水銀(14)はうず巻き状に
回転を始め、固定フィン(17)により十分に攪拌される
ことによって、水銀(14)の温度が均一化される。水銀
(14)の温度が均一化されると、加熱ステージ(2B)の
表面の温度も均一化されるのは、上記の実施例と同様で
ある。
なお、上述した実施例では、熱伝導性が良く導電性の流
体として水銀(14)を用いたが、他の熱伝導性の良い導
電性の流体であっても同様に使用できる。また、上記実
施例では水銀(14)に回転磁界を与える方法として、磁
石リング(18)を回転させたが、他の方法、例えば誘導
モータのようにコイルを加熱ステージ(2B)の周囲に配
置し、交流電源により回転磁界を作って水銀(14)を回
転させてもよく、上記と同様な効果が得られる。
[発明の効果] この発明は、以上説明したとおり、半導体ウェハが一方
の面上に載置され、内部に空洞を有する加熱ステージ
と、この加熱ステージの空洞内に封入された熱伝導性の
良い流体と、この流体を均一に攪拌する手段と、上記加
熱ステージの他方の面に配置された加熱ステージを加熱
する手段とを備えたので、均熱性に優れ、熱容量が小さ
く温度制御性の良い半導体ウェハ加熱装置が得られると
いう効果を奏する。
また、導電性流体を回転磁界により回転させる場合、上
記効果に加え、加熱ステージの空洞内に回転プロペラ等
の高温にさらされる可動部材がないので、加熱ステージ
をさらに薄くすることができ、信頼性が高く安価な半導
体ウェハ加熱装置が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による半導体ウェハ加熱装
置を示す概略側断面図、第2図は第1図のA−A線に沿
った断面図、第3図はこの発明の他の実施例による半導
体ウェハ加熱装置を示す概略側断面図、第4図は第3図
のB−B線に沿った断面図、第5図は従来の半導体ウェ
ハ加熱装置を用いた気相成長装置の概略構成図、第6図
は第5図に示した加熱ステージの概略構成図、第7図は
第6図に示したヒーターの平面図、第8図は、薄い均熱
板又は厚い均熱板を用いた加熱ステージの外乱に対する
加熱ステージ温度の経時変化を比較して示す線図であ
る。 図において、(2A),(2B)は加熱ステージ、(7)は
ヒーター、(13)は空洞、(14)は水銀、(15)は回転
プロペラ、(16)はモータ、(17)は固定フィン、(1
8)は磁石リングである。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体ウェハが一方の面上に載置され、内
    部に空洞を有する加熱ステージと、この加熱ステージの
    空洞内に封入された熱伝導性の良い流体と、この流体を
    均一に攪拌する手段と、上記加熱ステージの他方の面に
    配置された加熱ステージを加熱する手段とを備えたこと
    を特徴とする半導体ウェハ加熱装置。
JP1083974A 1989-04-04 1989-04-04 半導体ウェハ加熱装置 Expired - Lifetime JPH06103670B2 (ja)

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