JPH10326788A - ヒータユニット及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスの回り込みによるパーティクルの発生を
防止し、９００℃近くの高温まで加熱でき、さらに発熱
板面内の温度を均一に制御できるようにする。 【解決手段】 上下の熱板３１、３２間に白金のヒータ
素線３５を挟みつけ、周端縁を溶接３３して発熱板２５
を構成する。ヒータ素線３５は下の熱板３２に設けたヒ
ータ溝３４内に絶縁材３６を介して埋め込む。ヒータ素
線３５を埋め込んだ発熱板２５にヒータ２６からの輻射
熱を反射するリフレクタ２７を複数枚取り付ける。リフ
レクタ２７を覆う耐熱構造のリフレクタカバー２８を発
熱板２５の周端縁３１ａに気密に溶接３７して、カバー
内部へのガスの回り込みを防ぐ。ヒータ２６を領域分割
して、発熱板２５の加熱領域を内側と外側とに分割し
て、発熱板の面内温度制御を可能にする。カバー２８の
中央に設けた開口部４２に支柱２３を気密に溶接４３
し、内部にリード線４４、４６を通す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板やガラ
ス基板などの基板を加熱するヒータユニット、及びヒー
タユニットで基板を加熱して成膜または熱処理する基板
処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に示すように、基板処理装置例えば
ＣＶＤ装置は、反応容器１内に加熱源となるヒータユニ
ット３を備え、そのヒータユニット３上にサセプタ２を
介して半導体ウェーハなどの基板Ｗを保持する。反応容
器１内に反応ガスを流し、ヒータユニット３によりサセ
プタ２を介して基板Ｗを加熱して成膜する。

【０００３】サセプタを加熱する従来のヒータユニット
は、例えば図４のように構成される。図４(a) に示すよ
うに、円盤状をした発熱板４の表面にサセプタを載置す
る凹み５が設けられる。発熱板４は２枚の熱板６、７を
重ねて端縁を溶接８して構成したもので、熱板６、７間
にヒータ９が挟まれる。ヒータ９を挟んだ発熱板４の裏
面に、ヒータ９からの輻射熱を発熱板４の表面側に反射
するリフレクタ１０が取り付けられる。リフレクタ１０
はネジ１１で発熱板４に止められる。リフレクタ１０は
１枚で構成され、発熱板４との間に隙間１２を保持し
て、発熱板４の側面から裏面にわたって設けられる。発
熱板４には発熱板４の温度を測定する熱電対１３が取り
付けられる。リフレクタ１０の中央に、後述する筒状の
支柱１４を遊嵌する挿通孔１５が設けられる。支柱１４
とリフレクタ１０は接触していない。リフレクタ１０に
設けた挿通孔１５を介して発熱板４の裏面中央に垂直に
支柱１４が取り付けられ、支柱１４内に熱電対リード線
１６及びヒータリード線１７が挿通される。なお、２１
は基板突上げピン用孔である。

【０００４】図４(b) に示すように、ヒータ９はカンタ
ル線１８上にＭｇＯなどの絶縁材１９を設け、その上に
ステンレスなどのシース２０Ｌで被覆したシースヒータ
で構成される。また、発熱板４内に設けられるヒータ９
は、図４(c) に示すように渦巻き状の連続した１本のヒ
ータ９で構成される。連続した１本のヒータ９で加熱さ
れるため、発熱板４の加熱領域は１ゾーンとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来のヒータユニットには次のような種々の問題があっ
た。

【０００６】(1) 発熱板４とリフレクタ１０との間に隙
間１２があるため、その隙間１２に反応ガスが回り込
み、発熱板４の裏面などに成膜し、それが剥がれ、パー
ティクルの要因となる。

【０００７】(2) ＣＶＤ全般の処理温度範囲は３００〜
１２００℃であるが、ヒータ材料に外側をシースした構
造のカンタル線を使用しており、高負荷密度が得られ
ず、リフレクタの反射率が上がらないので、〜６００℃
までぐらいしか加熱できない。

【０００８】(3) ヒータ９で加熱される発熱板４の温度
領域は１ゾーンであるため、発熱板４の中心部と外周部
とに温度差が生じて、発熱板面内の温度分布が不均一に
なる。

【０００９】(4) 上述した(1) 〜(3) のヒータユニット
を基板処理装置に組込むと、製品歩留りがよくなく、信
頼性上問題がある。

【００１０】本発明の目的は、上述した従来技術の問題
点を解決して、パーティクルの発生がなく、より高温ま
で加熱でき、しかも発熱板面内の温度分布を均一化でき
るヒータユニットを提供することにある。また、本発明
の目的は、製品歩留りがよく、信頼性に優れた基板処理
装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板を加熱するヒータヘッドを有するヒータユニッ
トにおいて、上記ヒータヘッドが、発熱板と、発熱板の
内部に設けられ、発熱板を加熱する発熱体と、発熱体か
ら発熱板の裏面側に放出される輻射熱を表面側に反射さ
せる熱反射板と、熱反射板を覆うように発熱板の端縁に
気密に取り付けられた耐真空構造の熱反射板カバーとを
備えたものである。熱反射板を覆う耐真空構造の熱反射
板カバーを設けて発熱板の端縁に気密に取り付けるよう
にすると、発熱板と熱反射板との間に反応ガスが回り込
まないので、発熱板裏面などに成膜することがない。発
熱板の端縁に熱反射板カバーを気密に連接する手段とし
て、溶接の他に、Ｏリングシール、ろう付けなどがあ
る。発熱体、熱反射板、熱反射板カバーには耐熱金属を
使用する。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１の発明
において、熱反射板が複数枚積層されているものであ
る。熱反射板を複数枚積層すると、１枚のときと比べて
反射率が向上するので、発熱板の表面側を高温に加熱で
きる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２の発明において、発熱板を２枚の熱板で構成し、一方
の熱板の上面にヒータ溝を設け、このヒータ溝内に発熱
体を納めて他方の熱板を重ねたものである。発熱体をヒ
ータ溝に納めるようにすると、発熱体の取り付けが容易
である。

【００１４】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の発明において、下の熱板の重ね合わせ面に設けたヒー
タ溝内に絶縁材を詰めて、この絶縁材中に発熱体を埋め
込んだものである。ヒータ溝内に絶縁材を詰めて、この
絶縁材中に発熱体を埋め込むようにすると、発熱体にシ
ースヒータ線を使わなくてもよいので、ヒータ構造を簡
素化できる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、請求項４の発明
において、発熱体が白金または白金化合物で形成されて
いるものである。白金または白金化合物はカンタル線よ
りも融点が高いので、発熱板をより高温に加熱できる。

【００１６】請求項６に記載の発明は、請求項１ないし
５の発明において、発熱板の加熱領域を径方向に分割す
るために発熱体を領域分割し、領域分割された発熱体に
より加熱される発熱板の加熱領域の各部の温度を測定す
る温度センサを設けたものである。発熱体を領域分割し
て発熱板の加熱領域を分割すると、温度センサの出力に
応じて分割加熱領域の温度を分割制御でき、発熱板面内
の温度分布を均一化できる。

【００１７】請求項７に記載の発明は、請求項６の発明
において、発熱板の加熱領域間に加熱領域間の熱伝導を
抑制する断熱溝を設けたものである。加熱領域間に断熱
溝を設けると、加熱領域間の熱影響を小さくすることが
できるので、発熱板面内の温度分布をより有効に制御す
ることができる。

【００１８】請求項８に記載の発明は、請求項１ないし
７の発明において、熱反射板カバーの中央に開口部を設
け、この開口部に熱反射板カバーの内部と連通する筒状
の支柱を気密に取り付け、熱反射板カバー内から支柱内
にヒータリード線と温度センサリード線とを挿入したも
のである。リード線を挿通する支柱も熱反射カバーに気
密に取り付けるようにしたので、ヒータヘッド部のみな
らず、全体を真空の反応容器内で使用できる。

【００１９】請求項９に記載の基板処理装置は、請求項
１〜８のいずれかのヒータユニットを反応容器内に備
え、反応容器内にガスを流し、ヒータユニットにより基
板を加熱して成膜又は熱処理するものである。ガスの回
り込みのないヒータユニットを用いているので、良質の
成膜又は熱処理ができ、歩留りが上がり、信頼性が向上
する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。

【００２１】図１はヒータユニットの縦断面図であり、
加熱源となるヒータユニット２４は、ヒータヘッド２２
と支柱２３とから構成される。ヒータヘッド２２は、発
熱板２５、ヒータ２６、リフレクタ２７、リフレクタカ
バー２８から構成される。

【００２２】発熱板２５は、上下２枚の円形状の熱板３
１、３２から構成される。上側の熱板３１は、表面中央
にサセプタ２を載置する大径の凹み３１ｂを有し、周端
縁３１ａを径方向外方に張り出した皿状をしている。下
側の熱板３２は平板状をしており、その表面に渦巻き状
または同心円状のヒータ溝３４が設けられる。熱板３
１、３２にはステンレス、ハステロイ、インコネル（商
標）などの耐熱合金を使用する。

【００２３】下側の熱板３２に設けたヒータ溝３４内に
発熱体としてのヒータ素線３５が収容される。ヒータ素
線３５は、ヒータ溝３４内に詰めたＭｇＯなどの絶縁材
３６中に埋め込まれる。ヒータ素線３５は白金または白
金ロジウムなどの白金化合物で形成する。上記ヒータ２
６は、ヒータ素線３５とこれを埋め込んだ絶縁材３６と
から構成される。

【００２４】ヒータ素線３５をヒータ溝３４内に収容し
た下側熱板３２の上に、上側熱板３１を重ね合わせ、上
側熱板３１の底部端縁と下側熱板３２の端縁を溶接３３
して一体化する。一体化して構成された発熱板２５の全
体形状は、上側熱板３１の周端縁３１ａを鍔状に残し、
下側熱板３２分の厚みを底部に加えた底部の厚い皿状を
なす。

【００２５】このような発熱板２５の裏面側に発熱板２
５とは非接触にリフレクタ２７を図４(a) と同様な固定
方法（リフレクタ２７は従来と同様、ビス（図示しな
い）により基板３２に取り付けられる）で設けて、この
リフレクタ２７によりヒータ２６からの輻射熱を発熱板
２５の表側に反射させるようになっている。リフレクタ
２７の周端縁２７ａは、発熱板２５の立ち上がった側面
からの輻射熱も反射するように、発熱板２５の側面を覆
うように断面Ｌ字に曲げられている。リフレクタ２７は
１枚ではなく、複数枚、ここでは３枚設け、これらを非
接触に積層している。リフレクタ２７にはステンレスな
どを使用する。

【００２６】リフレクタ２７をリフレクタカバー２８で
覆い、リフレクタカバー２８の外周を、径方向外方に張
り出した発熱板２５の周端縁３１ａに沿って気密に溶接
３７している。リフレクタカバー２８は耐真空構造と
し、例えばハステロイなどの耐食合金で形成する。

【００２７】ヒータヘッド２２の所定位置に、発熱板２
５、リフレクタ２７及びリフレクタカバー２８を貫通し
て、ウェーハ突上げピン用パイプ３８を差し込み、リフ
レクタカバー２８に溶接３９している。そして、このパ
イプ３８は、ヒータユニットに少なくとも３箇所設けら
れる。

【００２８】発熱板２５には、発熱板２５を径方向に複
数に分割した領域間、ここでは中央部Ａと周辺部Ｂとの
２つの領域間に、中央部Ａと周辺部Ｂ間の熱伝導を抑制
する断熱溝４０が環状に設けられる。断熱溝４０は、上
側熱板３１及び下側熱板３２の対応する部分に、それぞ
れ裏面から表面に向けて所定深さに掘られる。この断熱
溝４０の内部は空でもよいが、ＭｇＯなどの断熱材を詰
め込むようにしてもよい。中央部Ａの温度を測定する熱
電対４１が下側熱板３２の所定位置に設けられる。図示
されていないが、周辺部Ｂの温度を測定する熱電対も同
様に下側熱板３２の所定位置に設けられる。

【００２９】ヒータユニット２４を構成する支柱２３が
ヒータヘッド２２の裏面中央に垂直に取り付けられる。
支柱２３は筒状をしており、リフレクタカバー２８の中
央に設けた開口部４２に気密に溶接４３され、リフレク
タカバー２８内と連通するようになっている。支柱２３
内には、リフレクタカバー２８内の熱電対リード線４４
とヒータリード線４６とが挿通される。ヒータリード線
４６はリード４５をシースで覆ってシース構造としてい
る。なお、支柱２３内には、複数本のガス導入管４７が
走っており、そのガス導入管４７を支柱２３の上部で外
部に開口させ、ヒータヘッド２２の下側をＮ₂ パージで
きるようになっている。また、支柱２３の下部にフラン
ジ４８を取り付け、フランジ４８により反応容器底部に
支柱２３を取り付けてヒータユニット２４を容器内に密
封するようになっている。

【００３０】図２は発熱板２５に埋め込んだヒータの説
明図である。渦巻き状に巻いたヒータ素線３５を周方向
に２分割して、前述した発熱板の中央部Ａと周辺部Ｂと
を加熱領域として独立に加熱できるようにする。ヒータ
素線３５から引き出されるヒータリード線４６は合計４
本となる。加熱領域中央部Ａと周辺部Ｂとに設けた熱電
対の出力に応じて、分割した各ヒータ素線３５に流す電
流を調整することにより、各部の温度を制御して、発熱
板面内の温度の均一化が図れるようになっている。

【００３１】上述したように、ヒータユニット２４のヒ
ータヘッド２２は、リフレクタ全体を耐真空構造のリフ
レクタカバー２８で覆い、発熱板２５の周端縁３１ａと
気密に溶接して構成したので、リフレクタ２７と発熱板
２５との隙間、あるいはリフレクタ２７同士の隙間に反
応ガスが回り込まず、発熱板２５の裏面などに成膜する
ことがない。

【００３２】また、ヒータ素線３５に白金または白金化
合物を用いて高温加熱特性を向上し、かつリフレクタ２
７を３枚積層して反射率を向上させることによりヒータ
裏面側への輻射熱の逃げを大幅に低減したので、〜９０
０℃の高温まで発熱板２５を加熱できる。また、ヒータ
素線３５を収納するヒータ溝３４に、ＭｇＯ粉などの絶
縁材を詰めて、そこにヒータ素線３５を埋め込むように
して発熱板２５との絶縁を取るようにしているので、シ
ースヒータ線を用いる必要がなく、ヒータ構造の簡素化
も図れる。

【００３３】また、ヒータ２６を周方向に二分割し、か
つ二分割されたヒータ２６によりそれぞれ加熱される発
熱板２５の加熱領域中央部Ａと周辺部Ｂとの間に熱伝導
を抑制する断熱溝４０を設けたので、発熱板２５の中央
部Ａと周辺部Ｂの温度を独立かつ確実に制御できる。こ
のため発熱板面内で温度バラツキが生じた場合でも、発
熱板面内の温度を均一化できる。

【００３４】また、リフレクタカバー２８を発熱板２５
に溶接して気密にしたヒータヘッド２２に、さらに支柱
２３を気密に溶接して、ヒータユニット２４を耐真空構
造にしたので、ヒータユニット全体を真空中で使用する
ことができる。

【００３５】上記ヒータユニットは、例えば次のように
作成する。まず、下側の熱板３２のヒータ溝３４に白金
ロジウム等からなるヒータ素線３５を入れてＭｇＯ粉か
らなる絶縁材３６を詰める。下側の熱板３２に上側の熱
板３１を被せ、端縁を溶接３３して一体化し、発熱板２
５を作る。発熱板２５の所定位置に熱電対４１を取り付
け、さらに３枚のリフレクタ２７を組み付ける。リフレ
クタカバー２８を発熱板２５の周端縁３１ａに溶接３７
する。ウェーハ突上げピン用パイプ３８を発熱板２５、
リフレクタ２７及びリフレクタカバー２８に設けた孔に
差し込み、リフレクタカバー２８に溶接３９してヒータ
ヘッド２２を作る。このヒータヘッド２２のリフレクタ
カバー２８に支柱２３を溶接４３する。

【００３６】このように作成したヒータユニットを、反
応容器内に組み込んでＣＶＤ装置を構成する。ヒータユ
ニット上に載置されるサセプタは、セラミックス、石英
等で構成され、その上に半導体ウェーハが載置される。
ＣＶＤ装置は、まず反応容器内を真空引きするが、ヒー
タユニットは耐真空構造になっているため、真空引きに
耐えられる。ついで反応容器内にガスを流し、ヒータユ
ニットによりサセプタを介して基板を加熱して成膜又は
熱処理する。この装置は、上述したヒータユニットを有
しているので、より高温で、パーティクルフリーの成膜
ができる。

【００３７】なお、本発明はプラズマＣＶＤ、減圧ＣＶ
Ｄ、常圧ＣＶＤ、熱処理（アニール）に適用できる。ま
た、気密接続手段として溶接を用いたが、溶接の他にＯ
リングシール、ろう付けなどを用いてもよい。また、下
側の熱板にヒータ溝を設けるようにしたが上側の熱板に
ヒータ溝を設けるようにしてもよい。さらに、発熱板２
５を構成する熱板は２枚に限定されず、それ以上の枚数
の熱板を重ね合わせてもよい。また、発熱板のヒータを
２分割して加熱領域を２つに分けたが、それ以上に分割
してもよい。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、熱反射板を覆う熱反射
板カバーを発熱板の端縁に気密に取り付けて、熱反射板
カバー内の熱反射板と発熱板との間に反応ガスが回り込
まないようにしたので、発熱板裏面などに成膜すること
がなくなり、パーティクルフリーになるので、基板に対
する成膜又は熱処理の品質を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態のヒータユニットの縦断面図であ
る。

【図２】２分割されたヒータの配線図であり、(a) は平
面図、(b) はｂ−ｂ断面図である。

【図３】ＣＶＤ装置の概略構成図である。

【図４】従来のヒータユニットの説明図であり、(a) は
概略縦断面図、(b) はシースヒータ構造図、(c) はヒー
タ配線図である。

【符号の説明】

２２ ヒータヘッド ２３ 支柱 ２４ ヒータユニット ２５ 発熱板 ２６ ヒータ ２７ リフレクタ（熱反射板） ２８ リフレクタカバー（熱反射板カバー） ３１、３１ 熱板 ３３、３７、４３ 溶接部 ３４ ヒータ溝 ３５ ヒータ素線（発熱体） ４０ 断熱溝 ４４ 熱電対リード線 ４６ ヒータリード線

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板を加熱するヒータヘッドを有するヒー
   タユニットにおいて、 上記ヒータヘッドが、 発熱板と、 発熱板の内部に設けられ、発熱板を加熱する発熱体と、 発熱体から発熱板の裏面側に放出される輻射熱を表面側
   に反射させる熱反射板と、 熱反射板を覆うように発熱板の端縁に気密に取り付けら
   れた耐真空構造の熱反射板カバーとを備えたことを特徴
   とするヒータユニット。
2. 【請求項２】上記熱反射板が複数枚積層されている請求
   項１に記載のヒータユニット。
3. 【請求項３】上記発熱板を２枚の熱板で構成し、一方の
   熱板の上面にヒータ溝を設け、このヒータ溝内に発熱体
   を納めて他方の熱板を重ねた請求項１または２に記載の
   ヒータユニット。
4. 【請求項４】上記ヒータ溝内に絶縁材を詰めて、この絶
   縁材中に発熱体を埋め込んだ請求項３に記載のヒータユ
   ニット。
5. 【請求項５】上記発熱体が白金または白金化合物で形成
   されている請求項１ないし４のいずれかに記載のヒータ
   ユニット。
6. 【請求項６】上記発熱体により加熱される発熱板の加熱
   領域を径方向に分割するために発熱体を領域分割し、 領域分割された発熱体により加熱される発熱板の加熱領
   域の各部の温度を測定する温度センサを設けた請求項１
   ないし５のいずれかに記載のヒータユニット。
7. 【請求項７】上記発熱板の加熱領域間に加熱領域間の熱
   伝導を抑制する断熱溝を設けた請求項６に記載のヒータ
   ユニット。
8. 【請求項８】熱反射板カバーの中央に開口部を設け、こ
   の開口部に熱反射板カバーの内部と連通する筒状の支柱
   を気密に取り付け、 熱反射板カバー内から支柱内にヒータリード線と温度セ
   ンサリード線とを挿通した請求項１ないし７のいずれか
   に記載のヒータユニット。
9. 【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載のヒータユ
   ニットを反応容器内に備え、 反応容器内にガスを流し、ヒータユニットによりサセプ
   タを介して基板を加熱して成膜又は熱処理する基板処理
   装置。