JPH11354526A

JPH11354526A - 板体加熱装置

Info

Publication number: JPH11354526A
Application number: JP10161586A
Authority: JP
Inventors: Fumio Watanabe; 文夫渡辺; Shigetaka Haga; 重崇芳賀
Original assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Current assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 1999-12-24

Abstract

(57)【要約】【課題】大面積の薄形板状の加熱物ａを高温に、且つ
均一な温度分布で加熱し、さらに加熱冷却に対する温度
のレスポンスも良好とする。【解決手段】前記加熱物支持部材１の加熱物ａを載せ
る加熱部２を加熱する加熱手段として、加熱部２の周辺
部を加熱するメインフィラメント９ａと、同加熱部２の
中心部を加熱するサブフィラメント９ｂとを備える。こ
れにより、放熱により温度低下しやすい加熱物ａの周辺
部をメインフィラメント９ａで加熱し、さらに、このメ
インフィラメント９ａだけでは温度低下を来しやすい加
熱物ａの中心部をサブ加熱フィラメント９ｂで加熱す
る。加熱物支持部材１の内部空間内にあって、その加熱
部２に対してフィラメント９ａ、９ｂより背後に、熱を
反射するリフレクタ３を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
薄型平板状の加熱物を高温に加熱する板体加熱装置に関
し、特に大面積の半導体ウエハ等の加熱物を高温に加熱
するのに適した板体加熱装置に関する。

【０００２】

【発明の属する技術分野】現在、半導体メーカは２００
０年を目標に１２インチウエハの量産体制を目指してい
る。シリコンウェハの供給にはほばメドがつき、現在は
それを使用した半導体の製造技術、例えば製造装置開発
とその評価に移ろうとしている。そのプロセス技術の根
幹をなす技術は基板加熱ヒータであり、（ａ）熱均一
性、（ｂ）クリーン性、（ｃ）信頼性が求められてい
る。

【０００３】従来から使用されている板体加熱手段とし
ては、電気抵抗加熱、誘導加熱、ランプ加熱の３
つの手段が使われてきている。１２インチの大面積ウエ
ハに対応できる加熱手段としては、前記（ａ）熱均一
性、（ｂ）クリーン性、（ｃ）信頼性の観点から、電
気抵抗加熱とランプ加熱の改良型で装置開発が進めら
れている。

【０００４】従来の板体加熱に使用されるホットプレー
トは、熱均一性、クリーン性を保つために、ウエハを保
持するサセプタと称されるトレイに入れてから、ホット
プレートの上に保持する方法が採られていた。このた
め、熱の昇降レスポンスや熱伝導効率が悪く、またホッ
トプレート自体の温度もかなり高めに設定する必要があ
った。また、従来の電気抵抗加熱方式の加熱装置では、
ヒータを渦巻き状または往復ターン状に配置して均熱化
が図られてきた。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】しかしこのような
従来の加熱装置では、ホットプレートの縁から放射によ
って失われる熱が大きく、８００〜１０００の加熱温度
レベルにおいて、中央部と周辺部との温度差が±２０℃
以上になってしまい、温度分布がばらつくという欠点が
ある。例えば渦巻きを複数回路に分離して一番外周を高
めに設定したとしても、外周部の内側の部分の温度が高
くなる。このために、ホットプレートは熱伝導良好なモ
リブデン金属等で作成する必要があり、板の肉も厚くす
る必要があった。従って１２インチのような大きなサイ
ズでは、モリブデンの板をｌ０ｍｍの厚さにしても、１
０００℃における熱の均一度は±１０℃が限界であっ
た。

【０００６】また、１０ｍｍの厚さのモリブデンではそ
の質量が大きく、熱容量が大きいため、温度の上下に対
する熱レスポンスが非常に悪く、時間的に温度制御を正
確に行うことが困難であった。また、モリブデンは高い
融点を有するが、１０００℃付近の高温ではモリブデン
金属による汚染が起こるため、半導体のウエハー処理に
は適当ではなかった。

【０００７】本発明は、前記従来の板体加熱装置の課題
に鑑み、１２インチシリコンウエハ等の大面積の薄形板
状の加熱物を高温に、且つ均一な温度分布で加熱するこ
とができ、さらに加熱冷却に対する温度のレスポンスも
良好な板体加熱装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、前記の目的
を達成するため、前記加熱物支持部材１の加熱物ａを載
せる加熱部２を加熱する加熱手段として、加熱部２の周
辺部を加熱するメイン加熱手段と、同加熱部２の中心部
を加熱するサブ加熱手段とを備えたものである。これに
より、放熱により温度低下しやすい加熱物ａの周辺部を
メイン加熱手段で加熱し、さらに、このメイン加熱手段
だけでは温度低下を来しやすい加熱物ａの中心部をサブ
加熱手段で加熱することができるようにしたものであ
る。

【０００９】すなわち、本発明による板体加熱装置は、
薄型平板状の加熱物ａをその背面側から加熱する平板加
熱装置であって、内部に気密な空間が形成され、加熱物
ａを載せる平坦な加熱部２を有する耐熱性の加熱物支持
部材１と、この加熱物支持部材１の前記加熱部２の背後
の空間部に設けられ、加熱物支持部材１を加熱する加熱
手段とを有し、この加熱手段は、前記前記加熱物支持部
材１の加熱部２の周辺部を加熱するメイン加熱手段と、
同加熱部２の中心部を加熱するサブ加熱手段とを有する
ことを特徴とするものである。

【００１０】加熱物支持部材１の少なくとも加熱部２
は、シリコン含浸シリコンカーバイトからなる。サブ加
熱手段は、メインの加熱手段より加熱物支持部材１の加
熱部２から離れて配置するとよい。また、加熱物支持部
材１の内部の空間を排気する排気手段とを備え、加熱物
支持部材１の内部の空間を真空状態とするのが好まし
い。そして、この加熱物支持部材１の内部空間内にあっ
て、その加熱部２に対して加熱手段より背後に、熱を反
射するリフレクタ３を設ける。

【００１１】加熱手段を、加熱物支持部材１の加熱部２
の周辺部を加熱するメインの加熱手段だけにすると、発
熱体を周辺ぎりぎりまで近づけることが出来るので、周
辺部だけを加熱することが出来る。このため周辺部の冷
却に見合ったパワーを投入できるので、その温度分布は
周辺部からの熱伝導が中央にちかいほど弱くなる。この
とき、加熱物ａの径方向の温度分布は、略正弦曲線にな
る。この略正弦曲線の熱不足分は、周辺に配置したメイ
ンの加熱手段の中心付近にサブ加熱手段を配置すること
によって解決することが出来る。その結果モリブデンよ
り熱伝導が１桁以上小さい、ステンレスやＳｉ含浸Ｓｉ
Ｃにより加熱部２を形成し、その厚さを６ｍｍ程度に薄
くしたとしても、１２インチサイズの加熱部２におい
て、１０００℃の加熱レベルで表面上の温度のばらつき
を±３℃以下に抑えることが出来る。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１は、本発明による板体加熱装置を使用した半導体製
造装置の例を示すものである。この図１では、減圧容器
は図示しておらず、そのステージ部１７のみが示されて
いるが、実際には、このステージ部１７の両側からその
上にわたって減圧容器で囲まれてる。

【００１３】ステージ部１７の壁には、冷却液通路７が
形成され、この冷却液通路７に水等の冷却液を通すこと
により、ステージ部１７を冷却できるようになってい
る。このステージ部１７の上には、シリコンウエハ等の
薄形板状の加熱物を載せる平坦な加熱部２を有する耐熱
性の加熱物支持部材１が設置され、その内部は同加熱物
支持部材１により、その外側の空間と気密に仕切られる
空間を有する。より具体的には、加熱物支持部材１は、
上面側が加熱部２により閉じられ、下面側が開口した円
筒形状を有しており、加熱部２の平坦な上面は、シリコ
ンウエハ等の薄形板状の加熱物より広くなっている。加
熱物支持部材１の下縁部は、ステージ部７の上面に当て
られて固定されると共に、真空シール材８により気密に
シールされている。

【００１４】加熱物支持部材１はその全体または少なく
とも加熱部２がシリコン含浸シリコンカーバイトやアル
ミナ、窒化珪素等のセラミックからなる。後述するよう
に、電子衝撃により加熱物を加熱する場合において、加
熱物支持部材１がセラミックのような絶縁体からなる場
合は、その加熱部２の内面に導体膜を形成し、この導体
膜をステージ部１７を介して接地する。

【００１５】ステージ部１７には、排気通路４が形成さ
れ、この排気通路４に接続された真空ポンプ５により、
加熱物支持部材１の内部の空間が排気され、真空にされ
る。さらに、この加熱物支持部材１の内部には、加熱手
段としてのフィラメント９とリフレクタ３が設置されて
いる。

【００１６】フィラメント９ａ、９ｂは、加熱物支持部
材１の加熱部２の背後に設けられ、このフィラメント９
ａ、９ｂには、絶縁シール端子１６を介してフィラメン
ト加熱電源１０ａ、１０ｂが接続されている。さらに、
このフィラメント９ａ、９ｂと加熱部２との間には、ス
テージ部１７及び加熱物支持部材１を介して電子加速電
源１１の加速電圧が印加されている。なお加熱部２は、
加熱物支持部材１及びステージ部１７を介して接地さ
れ、フィラメント９ａ、９ａに対して正電位に保持され
る。

【００１７】ここで、フィラメント９ａ、９ｂは、加熱
部２の周辺部近くの下方に配置した円形のメインフィラ
メント９ａと、このメインフィラメント９ａの中心に配
置ししたサブフィラメント９ｂとを有する。メインフィ
ラメント９ａは、加熱部２の下面の近くに配置され、サ
ブフィラメント９ｂは、メインフィラメント９ａより下
方に、すなわち加熱部２の下面から遠くに配置されてい
る。これらメインフィラメント９ａとサブフィラメント
９ｂには、それぞれフィラメント加熱電源１０ａ、１０
ｂが接続されている。

【００１８】リフレクタ３は、加熱物支持部材１の加熱
部２に対しフィラメント９ａ、９ｂの背後側に設けられ
ている。このリフレクタ３は、金、銀等の反射率の高い
金属、またはモリブデン等の融点の高い金属で形成さ
れ、少なくともその加熱物支持部材１の加熱部２に対向
した面は、鏡面となっており、赤外線を反射する。この
リフレクタ３は、多重に配置することができる。前記加
熱物支持部材１の加熱部２の平坦な上面には、シリコン
ウエハ等の薄形平板状の加熱物が載せられる。

【００１９】このような板体加熱装置では、加熱物支持
部材１の内部空間を減圧し、真空とする。次に、加熱手
段であるフィラメント９ａ、９ｂから熱電子を放出し、
これを電子加速電源１１で印加される加速電圧により加
熱物支持部材１の加熱部２に衝突させる。この電子衝撃
により、加熱物支持部材１の加熱部２が加熱され、この
加熱部２の上面に載せられている加熱物が加熱される。

【００２０】このとき、加熱物支持部材１の内部は、真
空の空間となっているため、加熱物支持部材１の加熱部
２からその背後へは、対流による熱放出がなされず、輻
射による熱放出のみがなされる。そしてこの加熱部２の
背後へ放射された輻射熱は、リフレクタ３で加熱物支持
部材１の加熱部２へ向けて反射されるため、リフレクタ
３の背面への熱の放出が防止され、加熱物を効率的に加
熱することができる。これにより、加熱物を短時間で高
温に加熱することができる。

【００２１】前記のメインフィラメント９ａは、加熱部
２の下面の周辺部近くに配置されているため、加熱部２
の周辺部を加熱し、加熱物の周辺部を加熱する。加熱物
の周辺部は、周囲に熱を放射し、温度低下を来たしやす
いので、この周辺部を高温に加熱することにより、加熱
物全体を均一な温度に加熱することができる。しかし、
メインフィラメント９ａだけを配置すると、加熱物の中
心部の温度低下を来すことになる。そこで、加熱物の中
心に当たる加熱部２の中心位置の下方にサブフィラメン
ト９ｂを配置することにより、加熱物の中心部の温度低
下を防止することができる。

【００２２】サブフィラメント９ｂは、加熱部２の下面
からやや離して配置するか、またはサブフィラメント電
源１０ｂの電流を小さくして加熱エネルギをやや抑制す
ることにより、加熱物の中央の温度の過度の上昇を防止
する。このようにして加熱物を加熱した状態で、例えば
ステージ部１７を囲む減圧容器にシラン等のプロセスガ
スを導入し、加熱物の表面にシリコン薄膜を堆積させ、
加熱物の表面に半導体加工を施すことができる。

【００２３】図２にこのメインフィラメント９ａとサブ
フィラメント９ｂとの平面配置を示す。メインフィラメ
ント９ａは円形に配置され、サブフィラメント９ｂは、
メインフィラメント９ａより径の小さな同心円上に円形
に配置されている。図２において、符号１２ａ、１２ｂ
は、メインフィラメント９ａとサブフィラメント９ｂの
引出端子を示し、これらが図１に示したフィラメント加
熱電源１０ａ、１０ｂにそれぞれ接続される。

【００２４】図３は、前記メインフィラメント９ａとサ
ブフィラメント９ｂの他の平面配置の例を示す。前述の
図２の例では、加熱物支持部材１は、円筒形であった
が、この図３では、加熱物支持部材１は、長尺な角筒形
である。そのため、メインフィラメント９ａは、長尺な
四角形状に配置され、サブフィラメント９ｂは、この中
央に線状に配置されている。

【００２５】図４に、メインフィラメント９ａとサブフ
ィラメント９ｂにそれぞれフィラメントを流す電流フィ
ラメント加熱電源１０ａ、１０ｂと、これらフィラメン
ト９ａ、９ｂと加熱部２の間に加速電圧を印加する電子
加速電源１１を有する電源回路の例を示す。商用２００
Ｖ電源をトランスにより変圧すると共に整流器で整流
し、１〜２ｋＶ、４Ａの加速電圧を両フィラメント９
ａ、９ｂと加熱部２の間に印加する。また、メインフィ
ラメント９ａとサブフィラメント９ｂには、それぞれ前
記商用２００Ｖ電源から、ノイズフィルタを介して変圧
器により電圧を変圧すると共に、前記加速電圧のトラン
ス側からアイソレーションアンプ、コンパレータ及びド
ライバ回路を通してトライアックのゲートに制御電流を
与えて整流し、３０Ｖ、１６Ａのフィラメント電流を供
給する。

【００２６】図５は、本発明による板体加熱装置の他の
例を示すものであり、図１と同じ部分は同じ符号で示し
てある。この図５に示した例では、加熱部２を電子衝撃
により加熱するのに代えて、電気抵抗加熱により発生し
た輻射熱によりで加熱するようにしている。すなわち、
フィラメント９に代えて、加熱物支持部材１の内部空間
に抵抗加熱ヒータ１３ａ、１３ｂを設置し、この抵抗加
熱ヒータ１３ａ、１３ｂに絶縁シール端子１６を介して
ヒータ電源１５を接続している。また、抵抗加熱ヒータ
１３ａ、１３ｂにより、加熱部２を直接加熱せずに、加
熱部２と抵抗加熱ヒータ１３ａ、１３ｂとの間に熱伝導
率の高い均熱板１８を配置し、抵抗加熱ヒータ１３ａ、
１３ｂでこの均熱板１７を加熱し、この均熱板１８から
放射される輻射熱により加熱部２を加熱している。これ
により、加熱物ａのより均一な加熱が可能となる。

【００２７】抵抗加熱ヒータ１３ａ、１３ｂは、均熱板
１８の周辺部を加熱するメインヒータ１３ａと均熱板１
８の中心部を加熱するサブヒータ１３ｂとを有し、これ
らがヒータ電源１５に直列に接続されている。抵抗加熱
ヒータ１３ａ、１３ｂの背後にリフレクタ３を配置して
いることは、前記図１と同様である。なお、図２におい
て、矢印は輻射熱の放射を示し、ドットは、プロセスガ
ス雰囲気を示す。

【００２８】

【実施例】次に、図６を参照しながら、本発明の実施例
について、具体的数値をあげて説明する。図５に直径３
００ｍｍのシリコンウエハである測定物ａの平面を示
す。この図５に示すように、測定物の中心とこの中心の
回りの３つの同心円上に、１２０゜間隔で非接触温度計
の白金製の受熱板２０を測定物ａから３ｍｍ離して対向
配置した。受熱板２０にそれぞれ熱電対の測温接点を埋
め込み、この熱電対を０点補償回路を介して測定器に接
続した。

【００２９】また図５に示すように、測定物ａの表面の
３個所には、白金−白金ロジウムからなる熱電対２１の
測温接点２２を埋め込み、この熱電対２０を０点補償回
路を介して測定器に接続した。測定物ａの安定した状態
で、受熱板２０にそれぞれ測温接点を埋め込んだ熱電対
の１０カ所の配置状態と、それらで測定した温度の結果
を図５に示す。この結果から、測定物ａの平面の中心の
受熱板２０で測定された温度は、１００６．１℃、その
周囲の受熱板２０で測定された温度は、１００４．３℃
〜１０１１．７℃、そのバラツキはほぼ±３℃に収まっ
た。

【００３０】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、大
面積の薄形板状の加熱物ａを高温に、且つ均一な温度分
布で加熱することができ、さらに加熱冷却に対する温度
のレスポンスも良好な板体加熱装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による板体加熱装置とそれを使用した板
体加工装置の例を示す概略断面図である。

【図２】同板体加熱装置の横断平面図である。

【図３】本発明による板体加熱装置の他の例を示す横断
平面図である。

【図４】本発明による板体加熱装置の電源回路を示す回
路図である。

【図５】本発明による板体加熱装置他の例を示す概略断
面図である。

【図６】本発明による板体加熱装置において、受熱板と
熱電対を組み合わせた非接触温度測定と熱電対を測定物
の表面に直接埋め込んで測定した測定結果を示す測定物
の平面図である。

【符号の説明】

１加熱物支持部材２加熱物支持部材の加熱部３リフレクタ９ａメインフィラメント９ｂサブフィラメント１３ａメインヒータ１３ｂサブヒータ

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年４月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【請求項３】加熱物支持部材（１）の内部の空間を排
気する排気手段を有することを特徴とする請求項１また
は２に記載の板体加熱装置。

【請求項４】前記加熱物支持部材（１）の内部空間内
にあって、その加熱部（２）に対して加熱手段より背後
に、熱を反射するリフレクタ（３）を有することを特徴
とする請求項１〜３の何れかに記載の板体加熱装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄型平板状の加熱物（ａ）をその背面側
から加熱する平板加熱装置において、内部に気密な空間
が形成され、加熱物（ａ）を載せる平坦な加熱部（２）
を有する耐熱性の加熱物支持部材（１）と、この加熱物
支持部材（１）の前記加熱部（２）の背後の空間部に設
けられ、加熱物支持部材（１）を加熱する加熱手段とを
有し、この加熱手段は、前記前記加熱物支持部材（１）
の加熱部（２）の周辺部を加熱するメイン加熱手段と、
同加熱部（２）の中心部を加熱するサブ加熱手段とを有
することを特徴とする板体加熱装置。
【請求項２】加熱物支持部材（１）の少なくとも加熱
部（２）は、シリコン含浸シリコンカーバイトからなる
ことを特徴とする請求項１に記載の板体加熱装置。
【請求項３】サブ加熱手段は、メインの加熱手段より
加熱物支持部材（１）の加熱部（２）から離れて配置さ
れていることを特徴とする請求項１または２に記載の板
体加熱装置。
【請求項４】加熱物支持部材（１）の内部の空間を排
気する排気手段を有することを特徴とする請求項１〜３
の何れかに記載の板体加熱装置。
【請求項５】前記加熱物支持部材（１）の内部空間内
にあって、その加熱部（２）に対して加熱手段より背後
に、熱を反射するリフレクタ（３）を有することを特徴
とする請求項１〜５の何れかに記載の板体加熱装置。