JPS63181415A - 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、真空容器内で平板状被加熱体たとえば半導
体ウェハ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平板状被加熱体の基板加熱装置に関
する。

〔従来の技術〕

この種の被加熱体の加熱方法には、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平板状被加熱体とを接触させて熱
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、　ｆｌどの方法がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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１例えば高温加熱用として用
いられるタンタル（Ｆｅ−２Ｑ％Ｃｒ−５チｋｌ−２チ
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、被加熱体上の生成
膜の品質を害する結果となる。さらに、第６図、第７図
に示すように（実願昭６０−１８７９６８号）、被加熱
体温度の面分布を均一にするため、被加熱体の周縁を取
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７図の１４）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−Ｏｒ合金線またはＮ１＝Ｃｒ−
Ｆｅ合金線）あるいはタンタル線が用いられる力ξ　５
００℃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被加熱体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や通常のハロゲンランプ
などを用いた赤外線放射加熱による方法では、加熱体本
体が大きく、従って基板加熱装置も大形となり高価とな
る。

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４５０℃に加熱する場合、接触加熱や
誘導加熱において１０〜５０°０となり、通常は５０℃
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被加熱体に対する加
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、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チ以下と
することができるが、ランプ表面に生成膜と同一成分が
付着して基板上の膜生成の効率を低下させるほか、メン
テナンスの煩雑さを伴う。

この発明の目的は上述の問題点を解決し、真空中におい
てほぼ５００℃以上の基板加熱を小さいスペースで行な
うことができ、低価格でかつ製作が容易な、しかも均熱
性が良好であって特に生成膜品質の高い基板加熱装置を
提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明によれば。

真空中で半導体ウェハ基板などの平板状被加熱体を加熱
する加熱装置を、前記平板状被加熱体に平行に対向する
平面内に配されて平面状に加熱面を形成する赤外線ラン
プと、この赤外線ランプの反被加熱体側に平行に対向し
て配され該赤外線ランプからの放射熱を反射する板状の
レフレクタと。

前記被加熱体を枠状の熱絶縁部材を介して支承しかつ該
被加熱体、熱絶縁部材とともに前記赤外線ランプと板状
レフレクタとを密に包囲する。内壁面に反射面が形成さ
れた箱状のレフレクタとを用いて構成するものとする。

〔作用〕

基板加熱装置をこのように構成することにより、赤外線
ランプおよび被加熱体から放射された熱は箱状のレフレ
クタにより効果的に内側へ反射されて被加熱体の均熱性
が改善されるとともに、被加熱体と箱状レフレクタおよ
び板状レフレクタとの間で熱がキャッチボールのように
往復して熱が有効に被加熱体に作用する結果、被加熱体
の高温加熱が容易に可能になる。この際、赤外線ランプ
と被加熱体および赤外線ランプと板状レフレクタとを接
近させればさせるほど被加熱体は高温に加熱され、従っ
て装置をこのように構成することにより、小さなスペー
スで５００℃以上の基板加熱が可能になる。また、赤外
線ランプは箱状レフレクタを用いて密に包囲され、基板
表面に薄膜を形成する反応ガスから遮断されているため
、ランプ表面に基板の生成膜と同一成分が付着すること
がなく、膜生成の効率が初期状態に維持されかつメンテ
ナンスの煩雑さを生じない、同様にレフレクタの反射面
も反応ガスによってその反射率を阻害されることがなく
なるから初期の均熱効果と加熱作用とを維持することが
できる。そして、熱源として赤外線ランプを用い、金属
材料の蒸気の発生を防止しているから、金属蒸気に汚染
されない、高品質の生成膜を得ることができる。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図〜第５図に示す。第１図、第２
図は本発明の第１の実施例を示す側面断面図と平面図と
であり、平板状被加熱体１に平行に対向する平面内に配
されて平面状に加熱面を形成する。フィラメントが密封
された複数の直線状赤外線ランプ２と、この赤外線ラン
プの反被加熱体側に平行に対向して配され赤外線ランプ
からの放射熱を反射する板状のレフレクタ６と、被加熱
体１を枠状の熱絶縁部材４を介して支承しかつ被加熱体
１．熱絶縁部材４とともに前記赤外線ランプ２と板状レ
フレクタ６とを密に包囲する。内壁面に反射面が形成さ
れた箱状のレフレクタ３とを備えている。

このような構成において、たとえば被加熱体温度が５０
０℃、ランプフィラメント材で１２００℃以上となる高
温加熱の場合には、赤外線ランプ２は、石英ガラス管に
ハロゲンガスを封入するとともにタングステンフィラメ
ントが封止されたものとする。また、箱状レフレクタ３
を構成する上部レフレクタ３ａ、下部レフレクタ３ｂお
よび板状レフレクタ６はたとえばステンレス鋼板を用い
て作られ、内面が鏡面をなし、赤外線ランプ２から放射
された放射熱を有効に内側へ反射する。すなわち、赤外
線ランプ２から被加熱体１の方向に放射された放射熱は
被加熱体の加熱に有効に作用し、箱状レフレクタを構成
する上部レフレクタ３ａの内面に向かって放射された放
射熱は反射されて内側へ向かい、被加熱体温度の面分布
の均一化に寄与する。また、板状レフレクタ６の方向に
放射された放射熱はその反射面で反射されて被加熱体の
方向に向かい加熱に有効に作用する。このようにしてｑ
シ 赤外線ランプからの放射熱のほとんど被加熱体の加熱に
費やされることになり、効率の高い加熱が可能となる。

この場合、平板状被加熱体１と赤外線ランプ２との距離
が短ければ短いほど、また、赤外線ランプ２とレフレク
タ６との距離が短いほど加熱温度が高くなることはいう
までもなく、従って小さいスペースで高温加熱ができる
。

また、半導体ウェハプロセスでは、清浄な真空反応室内
で高温加熱する必要があり、この場合、赤外線ランプ２
が前記のようなハロゲンガスを封入したタングステンフ
ィラメントでは不都合が生じる。この種のランプはハロ
ゲンサイクル（フィラメントが高温になるとタングステ
ンが蒸発し、ハロゲンガスと結合してハロゲン化タング
ステンとなり、これが高温のフィラメントに接してハロ
ゲンとタングステンとに分離し、蒸発したタングステン
を再びフィラメントにもどす反応）で長寿命を確保する
ものの、蒸発したタングステンあるいはハロゲン化タン
グステンのリークにより、加熱工程中にウェハに多量に
取り込まれ、いわゆる重金属汚染が問題となる。このよ
うなリークのおそれがある高温加熱の場合には、生成膜
品質を高めるため、赤外線ランプ２は高純度石英ガラス
管内に高純度アルゴンガスを封入してモリブデンフィラ
メントを封止したものなどを使°用してより確実に高品
質薄膜を得るようにする。

また、前述のように、赤外線ランプ２は箱状レフレクタ
３と被加熱体１と枠状の熱絶縁部材４とで密に包囲され
、赤外線ランプと反応ガスとの接触を防止しているので
、ランプ表面に基板の生成膜と同一成分が付着すること
がなく、赤外線ランプの初期の能力を維持することがで
きる。

第３図、第４図は本発明の第２の実施例を示す側面断面
図と平面図とであり、第４図は第３図の断面■−■の矢
印方向平面図である。本実施例が前記第１の実施例と相
違する点は、赤外線ランプ２を平板状被加熱体１に平行
に対向する平面内に２層配置したことと、板状レフレク
タ６を高純度石英ガラス６ａに金および白金などの高融
点貴金属めっき６ｂを施して熱反射率を一層高めるよう
にしたこととであり、これにより被加熱体に対するヒー
タ容量密度が高められ超高温加熱（例えば被加熱体で７
００℃、ランプフィラメント材で１８００°Ｃ以上）が
可能となる。

さらに、加熱体から十分に均一な熱放射をしても、被加
熱体の温度分布は中心部が高く１周辺部が低くなること
が知られており１図に示すように、赤外線ランプ２を上
下２層に直交させて配置し、平板状被加熱体１の周辺部
に位置する赤外線ヒータ２１の容量を大きく、中心部に
位置する赤外線ヒータ２２の容量を小さく設定すれば、
前記上部レフレクタ３ａからの反射効果に加えて非均熱
性が著しく改善できるという利点が得られる。

第５図は第３の実施例を示す。この実施例は平板状被加
熱体の非均熱性を第１の実施例よりさらに改善しようと
するものであり、第１図における複数の直線状赤外線ラ
ンプ２の代わりに赤外線ランプを１本の２重渦巻きラン
プとして構成し、封止されるフィラメントを中心部で粗
に、外周部で密になるように形成している。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、真空中で半導体
ウェハ基板などの平板状被加熱体を加熱する加熱装置を
、前記平板状被加熱体に平行に対向する平面内に配され
て平面状に加熱面を形成する赤外線ランプと、この赤外
線ランプの反被加熱体側に平行に対向して配され該赤外
線ランプからの放射熱を反射する板状のレフレクタと、
前記被加熱体を枠状の熱絶縁部材を介して支承しかつ該
被加熱体、熱絶縁部材とともに前記赤外線ランプと板状
レフレクタとを密に包囲する。内壁面に反射面が形成さ
れた箱状のレフレクタとを用いて構成したので、赤外線
ランプおよび被加熱体から放射された熱は箱状のレフレ
クタにより効果的に内側へ反射されて被加熱体の均熱性
が改善されるとともに、被加熱体と箱状レフレクタおよ
び板状レフレクタとの間でキャッチボールのように往復
して熱が有効に被加熱体に作用する結果、赤外線ランプ
からの放射熱のほとんどが被加熱体の加熱に費され、同
一加熱温度に対する赤外線ランプの容量が小さくてすむ
とともに、被加熱体の５００℃以上の高温加熱も、赤外
線ランプと被加熱体および赤外線ランプと板状レフレク
タとの距離を変えることにより容易に可能であるから、
基板加熱を小さいスペースで行なうことができ、従って
装置を安価にかつ容易に製作することができる。また。

赤外線ランプは、被加熱体と、被加熱体を支承する枠状
の熱絶縁部材と、箱状レフレクタとにより密に包囲され
ているから、赤外線ランプの表面に反応ガスによる生成
膜と同一成分が付着することがなく、赤外線ランプは常
に初期の能力を維持することができるとともに、熱源と
してのフィラメントが容器内に封止された赤外線ランプ
を用いているから生成膜の汚染がさけられ、膜質の高い
膜形成が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１の実施例による基板
加熱装置の側面断面図と平面図、第３図および第４図は
本発明の第２の実施例による基板加熱装置の側面断面図
と平面図、第５図は本発明の第３の実施例を示す平面図
、第６図および第７図は従来装置の構成例を示す側面断
面図と平面図とである。 １：被加熱体、２，２０：赤外線ランプ、３：レフレク
タ％　４：熱絶縁部材、６：レフレクタ、６ａ：耐熱ガ
ラス板、６ｂ：高融点貴金属めっき層。 冨１　図 第Ｚ悶 ｂレフレ７り 柘３０ ｔ 潴４喝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）真空中で半導体ウェハ基板などの平板状被加熱体を
   加熱する加熱装置であって、前記平板状被加熱体に平行
   に対向する平面内に配されて平面状に加熱面を形成する
   赤外線ランプと、この赤外線ランプの反被加熱体側に平
   行に対向して配され該赤外線ランプからの放射熱を反射
   する板状のレフレクタと、前記被加熱体を枠状の熱絶縁
   部材を介して支承しかつ該被加熱体、熱絶縁部材ととも
   に前記赤外線ランプと板状レフレクタとを密に包囲する
   、内壁面に反射面が形成された箱状のレフレクタとを備
   え、平板状被加熱体を赤外線ランプの熱放射によって加
   熱することを特徴とする基板加熱装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の基板加熱装置において
   、赤外線ランプの容器はアルゴンガスが封入された石英
   ガラス管であることを特徴とする基板加熱装置。 ３）特許請求の範囲第１項記載の基板加熱装置において
   、赤外線ランプは平板状被加熱体に平行に対向する複数
   の平面内に多層配置されていることを特徴とする基板加
   熱装置。 ４）特許請求の範囲第１項記載の基板加熱装置において
   、赤外線ランプの反被加熱体側に配され赤外線ランプか
   らの放射熱を反射する板状のレフレクタは石英ガラスの
   平板に金、白金などの高融点貴金属めっきを施したもの
   であることを特徴とする基板加熱装置。