JPWO2013099063A1 - 基板熱処理装置 - Google Patents

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Abstract

真空処理室内で基板を加熱処理する基板熱処理装置は、基板を載置可能な第１の基板載置部と開口部とが設けられたＣ字型のサセプタと、基板を載置可能な第２の基板載置部とサセプタを支持するサセプタ支持部とが設けられた基板ステージと、サセプタ支持部とは別体に形成されるとともにサセプタ支持部に係合されサセプタ支持部にサセプタが支持された状態でサセプタが環状となるようにサセプタの開口部を補完する補完部と、を備える。第２の基板載置部に基板が載置され、第２の基板載置部が放熱面に対して所定の離間位置に位置する際に、サセプタは補完部とで環状を形成し、基板を包囲している。

Description

本発明は、基板熱処理装置に関する。更に詳しくは、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板を真空中で均一かつ急速に加熱することが可能な基板熱処理装置に関する。
基板熱処理装置として、馬蹄形サセプタに基板を載置して加熱し基板熱処理装置が知られている。特許文献１には、基板載置用の第１のサセプタ（サセプタ本体）に、基板の一部を載置する馬蹄形の第２のサセプタを載置することが記載されている。また、特許文献１には、第２のサセプタの下方に第２サセプタを支持可能な支持ピンを設け、支持ピンを昇降させることで第２サセプタを昇降させることが記載されている。特許文献１の構成において、第１のサセプタと第２の馬蹄形サセプタは、両者を組み合わせると円盤状になるものであり、第１のサセプタは、その外周部に馬蹄形サセプタがちょうど嵌まる切欠部を有している。
一方、急速に基板を加熱する装置として、特許文献２のように、加熱ユニットの放熱面からの輻射熱で基板を１５００度以上の高温に急速加熱する基板熱処理装置が知られている。
特開２００１-２１０５９７号公報（図６） 特許第４２８８３０９号公報
しかしながら、特許文献１のようなサセプタを特許文献２のように加熱ユニットの放熱面からの輻射熱で急速に高温に基板を加熱する装置に用いた場合、加熱される基板の面内温度分布は、不均一になることがある。
本発明は上記の従来技術の課題を鑑みてなされたもので、基板を高速加熱した場合でも、基板の面内温度分布の均一性を向上することが可能な基板熱処理技術を提供することを目的とする。
上記の目的を達成する本発明の一つの側面に係る基板熱処理装置は、真空処理室内で基板を加熱処理する基板熱処理装置であって、
基板を載置可能な第１の基板載置部と開口部とが設けられたＣ字型のサセプタと、
基板を載置可能な第２の基板載置部と前記サセプタを支持するサセプタ支持部とが設けられた基板ステージと、
前記基板ステージの上方であって前記第２の基板載置部と対向する位置に放熱面を備え、前記第２の基板載置部に載置された基板を前記放熱面からの熱で加熱する加熱手段と、
前記第２の基板載置部が前記放熱面に対して所定の離間位置になるよう、前記基板ステージを移動させる移動手段と、
基板受け入れ位置で前記サセプタの下面と当接して当該サセプタを前記サセプタ支持部から離間した状態で支持するリフト部と、
前記サセプタ支持部とは別体に形成されるとともに当該サセプタ支持部に係合され、前記サセプタ支持部に前記サセプタが支持された状態で前記サセプタが環状となるように前記サセプタの開口部を補完する補完部と、を備え、
前記第２の基板載置部に基板が載置され、前記第２の基板載置部が前記放熱面に対して所定の離間位置に位置する際に、前記サセプタは前記補完部とで環状を形成し、前記基板を包囲していることを特徴とする。
本発明によれば、高速加熱した場合でも、基板の面内温度分布の均一性の向上を図ることが可能になる。
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明の実施形態に係る基板熱処理装置であって、基板の搬入又は搬出時の状態を示す断面模式図である。 基板の加熱時の状態を示す断面模式図である。 基板の冷却時の状態を示す断面模式図である。 図１における基板ホルダユニット周りの拡大断面図である。 図２における基板ホルダユニット周りの拡大断面図である。 図４において、基板がサセプタに支持されている状態を示す斜視図である。 図５において、基板が基板ステージに移載されている状態を示す斜視図である。 基板保持部を説明する模式図である。 基板保持部ベースを説明する模式図である。 サセプタを説明するための斜視図である。 補完ブロックを説明する模式図である。 補完ブロックの断面図である。 補完ブロック、基板サセプタの他の例を示す模式図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
図１、図２、図３は、本発明の実施形態に係る基板熱処理装置の全体概略であり、係る基板熱処理装置は真空処理室内で基板を加熱処理する。図１は、基板の搬入又は搬出時の状態を示す断面模式図、図２は、基板の加熱時の状態を示す断面模式図、図３は、基板の冷却時の状態を示す断面模式図である。図４は、図１における基板ホルダユニット周りの拡大断面図、図５は、図２における基板ホルダユニット周りの拡大断面図である。
図６は、図４において、基板３がサセプタ３２の載置部に載置されている状態を示す斜視図である。図１０は、サセプタ３２を説明するための斜視図である。図１０に示すように、サセプタ３２は、環状の円周方向に開口部が設けられたＣ字型の形状を有する。その内側に基板３を載置可能な爪部１０１（第１の基板載置部）が複数設けられている。
図７は、図５において、基板３が基板保持部３１の載置部に移載されている状態を示す斜視図である。図８は、基板保持部３１を説明する模式図である。基板保持部３１には、基板を載置可能な載置部６２（第２の基板載置部）と、サセプタを支持するサセプタ支持部（凹部６３）とが設けられている。
図１〜図３にそれぞれ示されるように、本実施形態に係る基板熱処理装置は、基板ホルダユニットＡと、加熱ユニットＢと、シャッタ装置Ｃとを真空チャンバＤ内に設けたものとなっている。
基板ホルダユニットＡは、最上段に基板ステージ１を備えている。加熱ユニットＢは、基板ステージ１の上方に配置され、基板を載置可能な載置部６２（第２の基板載置部）と対向する位置に放熱面２を備えている。加熱ユニットＢは、載置部６２（第２の基板載置部）に載置された基板３を放熱面２からの熱で加熱する。
基板ホルダユニットＡは、昇降装置Ｅにより昇降可能なもので、基板ステージ１と加熱ユニットＢの放熱面２との近接と離間は、昇降装置Ｅの動作により制御することが可能である。昇降装置Ｅ（移動部）は、載置部６２（第２の基板載置部）が放熱面２に対して所定の離間位置になるよう、基板ステージ１を移動させる。載置部６２に基板３が載置されている場合、基板３の厚さを考慮して、基板３の表面と放熱面２との間の離間位置が昇降装置Ｅの動作により制御される。加熱ユニットＢは、基板ホルダユニットＡが図２に示されるように上昇し、基板ステージ１上の基板３と放熱面２が近接された時に、基板３と非接触状態で、放熱面２からの輻射熱で基板３を加熱するものとなっている。
基板ステージ１には、基板３を保持する基板保持部３１が設けられている。基板保持部３１の上面中央部には基板３を載置可能な載置部６２が設けられている。図４に示されるように、後述するサセプタ３２は、基板３を載置した状態で、リフトピン８（リフト部）で持ち上げられた状態となっている。この状態で、外部のトランスファ室(不図示)との間で、基板３の受け渡しが行われる。外部のトランスファ室(不図示)との間での基板３の受け渡しは不図示の基板搬送用のロボットを使用する。ロボットアームの先端には、エンドエフェクタとしてフォークが設けられている。基板３をローディングする際に、基板搬送用のロボットはフォークを、サセプタ３２の開口部の上方から下方に降下させて、フォーク上に載置された基板３をサセプタ３２の爪部１０１（第１の基板載置部）に載置する。アンローディングの際に、基板搬送用のロボットはフォークを、サセプタ３２の開口部の下方から上方に上昇させて、サセプタ３２の爪部１０１に載置された基板３をフォーク上に移載する。このようにして基板搬送用のロボットは、加熱処理が施された基板３をサセプタ３２の爪部１０１（第１の基板載置部）からフォークに載せ替えて、外部のトランスファ室に基板３を回収する。
図２、図５に示されるように、基板ホルダユニットＡの上昇により基板ステージ１がリフトピン８より上方へ移動すると、基板ステージ１上に設けられている基板保持部３１にサセプタ３２が基板３とともに移載される（図５）。
図８は、基板保持部３１の斜視図である。基板保持部３１は、基板保持部ベース６１のサセプタ支持部（凹部６３）に、補完ブロック３３が係合されて構成される。補完ブロック３３は、サセプタ支持部とは別体に形成されるとともにサセプタ支持部に係合され、サセプタ支持部にサセプタ３２が支持された状態で、サセプタ３２が環状となるようにサセプタ３２の開口部を補完する。補完ブロック３３によって開口部が補完されたＣ字型形状のサセプタ３２は、補完ブロック３３との組み合わせにより環状形状となる。補完ブロック３３は、サセプタ支持部（凹部６３）に対する隙間を持った嵌め合い（係合）によりサセプタ支持部（凹部６３）に配置されており、サセプタ支持部（凹部６３）上を移動可能である。例えば、サセプタ３２に発生した熱膨張や冷却による収縮、あるいはリフトピン８による昇降動作によって、サセプタ３２の支持位置にずれが生じた場合であっても、補完ブロック３３の移動によって、サセプタ３２の支持位置のずれを吸収することができる。補完ブロック３３が移動可能であることにより、サセプタ３２の支持位置のずれによって、補完ブロック３３にサセプタ３２が乗り上げるような部材の干渉を回避することができる。
基板保持部３１の載置部６２（第２の基板載置部）に基板３が載置され、第２の基板載置部が放熱面に対して所定の離間位置に位置する際に、サセプタ３２は補完ブロック３３（補完部）とで環状を形成し、基板３を包囲している。サセプタ３２の内周および補完ブロック３３（補完部）の内周は、基板３の外周を包囲している。このような状態で基板３を載置部６２に載置することにより、加熱された基板３の外周から熱が放出するのを防ぐことができる。
図９は、補完ブロック３３を取り外した状態での基板保持部ベース６１の斜視図である。図１１Ａは、補完ブロック３３を説明するための斜視図であり、図１１Ｂは、補完ブロック３３を長辺横（側面）の方向から見た断面図である。図９に示すように、基板保持部ベース６１の中央部には、基板３を載置することが可能な載置部６２（第２の基板載置部）が設けられている。また、基板保持部ベース６１には、サセプタ３２および補完ブロック３３を保持する環状の凹部６３が設けられている。凹部６３はサセプタ支持部として機能する。凹部６３の底部には、リフトピン８が貫通するための複数のリフトピン用貫通孔６４、および複数の補完ブロック用貫通孔６５が設けられている。なお、補完ブロック用貫通孔６５は、貫通孔に限らず、溝であってもよい。補完ブロック３３の下面（裏面）には突起部１６５が形成されており、この突起部１６５は補完ブロック用貫通孔６５に対して隙間を持った嵌め合い（係合）により嵌め込まれる。
補完ブロック用貫通孔６５の内径は、突起部１６５の直径より大きく設計されている。このため、補完ブロック用貫通孔６５の内径と突起部１６５の直径との寸法の差分（隙間）により、補完ブロック３３は凹部６３の周方向または凹部６３の幅方向（半径方向）に移動可能である。例えば、補完ブロック用貫通孔６５の内径は、突起部１６５の直径より０.５ｍｍ〜１.０ｍｍ大きく設定されている。
基板３の加熱時にサセプタ３２と補完ブロック３３との隙間から熱が逃げるため、環状の凹部６３にサセプタ３２が配置された際、補完ブロック３３とサセプタ３２とは、凹部６３の周方向に極力隙間なく配置されることが好ましい。載置部６２の上面は、基板保持部ベース６１の外周部上面より低くなるように構成されている。基板３の周辺から熱が逃げないようにして加熱効率を向上させるため、外周部上面およびサセプタ３２の上面は、基板３が載置部６２に載置された際に、基板３が、外周部上面およびサセプタ３２の上面より低くなるような高さに設定することが好ましい。
補完ブロック３３およびサセプタ３２は、共に輻射率が高く、吸収した熱を効率よく放射することができる同一の材料で形成されることが好ましい。例えば、熱分解カーボン（ＰＧ）、高純度カーボンなどを用いることができる。なお、サセプタ３２と補完ブロック３３を、図１２に示すように、噛み合い構造にすることもできる。噛み合い構造にすることにより、サセプタ３２と補完ブロックの隙間から熱が逃げるのを防ぐため好ましい。
図５に示すように、基板３が加熱ユニットＢで加熱されると、加熱ユニットＢからの輻射熱により、サセプタ３２と補完ブロック３３も加熱される。本実施形態では、補完ブロック３３は基板保持部ベース６１に対して別体として構成されている。また、サセプタ３２も基板保持部ベース６１に対して別体として構成されている。サセプタ３２と補完ブロック３３とから基板保持部ベース６１へ伝わる熱は、補完ブロック３３と基板保持部ベース６１との境界で低減される。また、同様に、サセプタ３２と基板保持部ベース６１との境界でも低減される。補完ブロック３３とサセプタ３２とが、各々同一の材料で形成されている場合、補完ブロック３３から基板保持部ベース６１への熱伝導率と、サセプタ３２から基板保持部ベース６１への熱伝導率とは同一となる。
この構成により、基板３の外周を包囲しているサセプタ３２および補完ブロック３３のうち、局所的に温度が低くなるような部分を無くすことができる。また、載置部６２に載置され、加熱された基板３が局所的に冷却されることを防ぎ、高速加熱した場合でも、基板の面内温度分布の均一性の向上を図ることが可能になる。
一方、引用文献１のように、外周部に馬蹄形サセプタが嵌まる切欠部をサセプタ本体が有する形状とした場合、馬蹄形サセプタを補完する部分（起立縁、切欠部等）は、サセプタ本体と一体に形成されることになる。補完する部分では熱が低減されることなく、サセプタ本体へ伝わる。一方、馬蹄形サセプタからサセプタ本体へ伝わる熱は、一体形成されている補完する部分に比べて低減される。馬蹄形サセプタの温度は補完する部分の温度に比べて高くなり、馬蹄形サセプタと補完する部分との間で温度差が生じる。このため、サセプタ本体に載置された基板の部分と、馬蹄形サセプタに載置された基板の部分とで温度差が生じ、基板は均一に加熱されなくなる。
基板３が基板保持部３１の載置部６２（第２の基板載置部）に移載された際、基板３の上面は、サセプタ３２の上面より低い位置で載置される。また、基板３の加熱時において、図７に示すように基板３の外周（端部）がサセプタ３２および補完ブロック３３の内周部により包囲された状態になる。このような状態で基板３を基板保持部３１に保持することにより、加熱された基板３の外周（端部）から熱が放出するのを防ぐことができる。
図７に示すように、サセプタ３２および補完ブロック３３の外周部が、基板保持部３１の外周部により包囲されているので、基板３の外周（端部）から熱が放出するのをさらに防ぐことができる。なお、載置部６２に基板が完全に移載されなくても、爪部１０１（第１の基板載置部）により、基板３が爪部１０１（第１の基板載置部）上に保持された状態で加熱してもよい。
基板ステージ１は、輻射率が高く、輻射熱を効率良く吸収し、吸収した熱を効率良く放射することができ、しかも高熱に耐えられる材料で構成されている。具体的にはカーボン又はカーボン被覆材料で構成された板状をなしている。基板ステージ１を構成するカーボンとしては、ガラス状カーボン、グラファイト、熱分解カーボン（ＰＧ）を挙げることができる。また、カーボン被覆材料としては、セラミックスにこれらのカーボンの１種又は２種以上の被覆を施した材料を挙げることができる。
基板ホルダユニットＡは、最上部に基板ステージ１、基板ステージ１の下に輻射板４、輻射板４の下に反射板５、そして最下部に冷却パネル６を備えたものとなっている。
輻射板４は、基板ステージ１と同様に、カーボン又はカーボン被覆材料で構成された板状をなすもので、基板ステージ１の下側に間隔をあけて配置されている。この輻射板４は、基板ステージ１の下面と対向して設けられており、基板３の加熱時に、基板ステージ１の下面から放射される熱を捕らえ、捕らえた熱を基板ステージ１に対して輻射する。これによって基板ステージ１の熱放射による温度低下を抑制することができるので、急速加熱が行いやすくなる。
輻射板４の下側（輻射板４が１枚の場合のその輻射板４又は輻射板４が複数枚の場合の最下部の輻射板４の下側）には、それぞれ間隔をあけて、２枚の反射板５が設けられている。反射板５は、モリブテン、タングステンなどの高融点金属、ニッケル合金、ニッケル基超合金などの合金、あるいは、金属炭化物、金属窒化物で構成されており、少なくとも輻射板４側の（上面）には鏡面仕上げが施されている。反射板５は基板ステージ１、輻射板４から放射される熱を反射するものである。
冷却パネル６は、例えば、水冷機構などで冷却されるパネル体で、基板ステージ１、輻射板４及び反射板５の下面に対向して設けることで、基板３の冷却時に、上方に位置するこれらの部材を均一且つ迅速に冷却することができる。
基板ステージ１、輻射板４、反射板５は、それぞれアルミナセラミックスやジルコニウムオキサイドセラミックスなどの耐熱・断熱性材料を介在させて、連結ネジ１１で冷却パネル６上に支持されている。また、冷却パネル６は、昇降装置Ｅ（図１参照）の昇降軸１２の先端部に接続されている。後述するように、昇降装置Ｅは冷却パネル６を昇降軸１２の軸方向に上下に昇降させるもので、冷却パネル６の上下動に伴い、冷却パネル６の上方に構成されている基板ホルダユニットＡが昇降されるものとなっている。
基板ホルダユニットＡには、基板ホルダユニットＡを構成している基板ステージ１、輻射板４、反射板５及び冷却パネル６を貫通するリフトピン用貫通孔が複数箇所形成されている。リフトピン用貫通孔の位置に対応して、真空チャンバＤの底部に複数本のリフトピン８が立設されている。リフトピン８は、複数の異なる部材（構成部材）から構成されることが好ましい。例えば、リフトピン８が３つの部材から構成される場合、サセプタ３２の下面に対して一の端部で当接する第１の部材と、第１の部材の他の端部と接続する第２の部材と、第２の部材の他の端部と接続する第３の部材とを有する。この場合、それぞれの構成部材の輻射率の関係は、第１の部材の輻射率＞第２の部材の輻射率＞第３の部材の輻射率なる関係を有する。このように、基板ステージ１側のリフトピン８の輻射率を、より高くする構成にすることで、リフトピン８の先端と接触するサセプタ３２からの放熱を低減することができる。尚、リフトピン８の構成は、あくまでの例示的なものであり、本発明の趣旨は、リフトピン８が３つの部材から構成される場合に限定されるものではない。
サセプタ３２に一番近いリフトピン８の部材（第１の部材）として、輻射率が高く、基板ステージ１と同様に輻射により高温に加熱できる熱分解カーボン（ＰＧ）を用いることが好ましい。また、第１の部材の下端側の第２の部材には、第１の部材より、輻射率、熱伝導率が低い、タンタルカーバイド（ＴａＣ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、タングステンカーバイド（ＷＣ）などのカーバイドとすることが望ましい。第２の部材の下端側に配置され、水冷パネルに接続される第３の部材は、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）などの高融点金属または、タンタルカーバイド（ＴａＣ）などのカーバイドとすることが好ましい。ここで、第３の部材は、第２の部材より、輻射率、熱伝導率が低いことが好ましい。
リフトピン８を上記のように異なる複数部材で構成することにより、サセプタ３２が図４、６のようにリフトピン８で支持される場合でも、リフトピン８を通してサセプタ３２から冷却パネル６へ熱が流出するのを抑制できる。そのため、基板搬出時における基板の局所的に急冷による基板の結晶歪が抑制される。
図４においては、リフトピン用貫通孔１３を介して、真空チャンバＤの底部に立設された複数本のリフトピン８が基板ステージ１上に突出している。リフトピン８は、サセプタ３２を先端で持ち上げ支持可能な位置に配置され、サセプタ３２を支持するために必要な本数が設けられている。図４の状態から基板ホルダユニットＡが上昇して基板ステージ１がリフトピン８より上方へ移動すると、サセプタ３２は基板保持部３１のサセプタ支持部により支持され、基板３は基板保持部３１の載置部６２（第２の基板載置部）に載置される。
また、サセプタ３２がサセプタ支持部により支持され、かつ、基板３が載置部６２上に載置された状態で基板ホルダユニットＡが下降すると、リフトピン８がリフトピン用貫通孔１３を介して基板ステージ１上に突出する。そして、サセプタ３２がリフトピン８の先端で持ち上げ支持され、図４の状態となる。
基板ステージ１の基板保持部３１の中央部直下には、輻射板４、反射板５及び冷却パネル６を貫通して、測定孔１４が形成されている。この測定孔１４は昇降軸１２の中心に形成された測定孔１５と一連に連なっている。この測定孔１４，１５は、図１に示される温度測定器１６により、石英製の熱赤外線透過窓を介して基板ステージ１からの放射熱を測定するためのものである。温度測定器としては、放射温度計を用いることができる。
加熱ユニットＢは、放熱面２と、この放熱面２を加熱するためのヒーター２８を備えたもので、ヒーターとしては、電子衝撃加熱方式のヒーター、高周波誘導加熱方式のヒーター、抵抗加熱方式のヒーターなどを用いることができる。放熱面２は、耐熱性黒色表面で、例えばガラス状カーボン、熱分解カーボン、アモルファスカーボンなどのカーボンコーティングにより得ることができる。放熱面２をこのようなカーボンコーティング面とすると、真空中での脱ガスとパーティクルの発生も抑えることができる。
シャッタ装置Ｃは、図１〜図３に示されるように、基板ホルダユニットＡが降下し、基板ステージ１と加熱ユニットＢの放熱面２とが離間された時に、シャッタ１７を基板ステージ１と放熱面２との間に進退させることができるものとなっている。シャッタ装置Ｃは、シャッタ１７を進退させるためのシャッタ駆動装置１８を備えている。
シャッタ１７は、熱隔壁として機能する。シャッタ１７は、図１及び図３に示されるように、基板ホルダユニットＡが下降し、基板ステージ１と放熱面２とが離間されている時に、基板ステージ１と放熱面２との間に進出し、放熱面２から基板ステージ１側へ熱が照射されるのを遮る。また、基板ホルダユニットＡの上昇時には、シャッタ駆動装置１８で回転移動され、基板ステージ１と放熱面２との間から図２に示される位置（図１では破線で示す）へ後退される。シャッタ１７は、基板ホルダユニットＡが上昇した後、再びシャッタ１７が邪魔にならない位置まで下降するまでの間、後退位置に維持される。
シャッタ装置Ｃは、シャッタ１７の進出時に、基板ステージ１及び基板ステージ１上の基板３の冷却を促進できるよう、例えば、水冷機構など、シャッタ１７の冷却部を有していることが好ましい。冷却部で冷却する場合、シャッタ１７は、ステンレス鋼やアルミニウム合金で構成することができる。また、進出時に加熱ユニットＢの放熱面２と対向する側の面（上面）は、鏡面仕上げを施した反射面とし、放熱面２からの熱を遮断しやすくしておくことが好ましい。進出時に基板ホルダユニットＡの基板ステージ１と対向する側の面（下面）は、耐熱性黒色表面である吸熱面とし、基板ステージ１及び基板ステージ１上の基板３の冷却を迅速に行えるようにしておくことが好ましい。吸熱面は、黒色アルマイトなどの黒色材料で壁面を構成する他、ガラス状カーボン、熱分解カーボン、アモルファスカーボンなどのカーボンコーティングによっても得ることができる。
シャッタ１７で積極的に基板ステージ１及び基板ステージ１上の基板３を冷却する場合、基板ホルダユニットＡの降下位置を２段階に設定しておくことが好ましい。つまり、基板ステージ１及び基板３がシャッタ１７の下面と近接する冷却位置と、基板ステージ１及び基板３とシャッタ１７の下面との間に、基板３を出し入れするのに十分な間隔が得られる搬入出位置（基板受け入れ位置）の二段階とすることが好ましい。冷却位置は、図３に示される基板ホルダユニットＡの位置である。また、搬入出位置（基板受け入れ位置）は、図１に示される基板ホルダユニットＡの位置である。
シャッタ１７の冷却部は、基板３の加熱温度領域によっては省略することもできる。この場合、シャッタ１７はモリブテン、タングステンなどの高融点金属で構成することが好ましい。また、冷却部を設けない場合でも、放熱面２からの熱の遮断と、基板ステージ１及び基板ステージ１上の基板３の冷却促進とを図るために、放熱面２との対向面は反射面とし、基板ステージ１との対向面は吸熱面としておくことが好ましい。
真空チャンバＤは、アルミニウム合金などで構成された筐体で、壁内に水冷機構の水冷用流路１９が設けられている。また、基板３の搬入、搬出時に開閉されるスリットバルブ２０と、内部を真空雰囲気に排気するために排気系に接続される排気口２１を備えている。水冷用流路１９に冷却水を流すことにより、真空チャンバＤの筐体の温度が過度に上昇するのを防ぐことができる。
真空チャンバＤは、下側の第一室２２と、第一室２２の上方に連なった第二室２３を備えている。加熱ユニットＢは、上方に位置する第二室２３に放熱面２を下に向けて設けられている。基板ホルダユニットＡは、第一室２２と第二室２３間を昇降可能なもので、上昇時に、図２に示されるように、第一室２２と第二室２３間を冷却パネル６部分で塞いだ状態で、基板ステージ１と加熱ユニットＢの放熱面２とを接近させるものとなっている。このようにして基板３の加熱を行うと、第二室２３で生じた熱がその下方の第一室２２へ漏れにくくなり、加熱後に基板ホルダユニットＡを第一室２２へ降下させて行われる冷却をより迅速に行うことができる。また、真空チャンバＤの内面、特に第二室２３の内面は、加熱効率を向上させることができるよう、鏡面仕上げを施しておくことが好ましい。
昇降装置Ｅは、上端が基板ホルダユニットＡの冷却パネル６に接続された昇降軸１２と、昇降軸１２の下端部分に取り付けられた昇降アーム２４と、昇降アーム２４が螺合するボールネジ２５とを備えている。また、ボールネジ２５を正逆両方向に回転させることができる回転駆動装置２６と、昇降軸１２と真空チャンバＤ間の摺動部を覆い、真空チャンバＤ内の気密性を高めると共に、昇降軸１２の上下動に伴って伸縮する蛇腹状カバー２７も備えている。この昇降装置Ｅは、回転駆動装置２６でボールネジ２５を正又は逆回転させることで、このボールネジ２５と螺合している昇降アーム２４を上昇又は下降させ、それに伴って昇降軸１２を上下にスライドさせて、基板ホルダユニットＡを昇降させるものである。
なお、上記では真空チャンバ説明したが、真空チャンバを用いない場合には、アルゴンガスなどの不活性ガスでチャンバ内を充填しておく必要がある。
次に、上記基板熱処理装置の駆動状態について説明する。
まず、図１に示されるように、スリットバルブ２０を開放して、基板３を真空チャンバＤ内へ搬入する。基板３の搬入は、例えば以下に述べるように、ロボットで基板３を真空チャンバＤ内に持ち込み、図１及び図４に示されるように、基板３をサセプタ３２上に載せて支持させることで行うことができる。
真空チャンバＤのスリットバルブ２０部分は、通常、ロボットを収容したトランスファ室（図示されていない）を介してロード／アンロードロック室（図示されていない）に連結されている。基板３は、まずロード／アンロードロック室にセットされる。室内の荒引き排気後、トランスファ室との間が開放され、更に排気を進めた後、スリットバルブ２０が開放され、トランスファ室のロボットにより、ロード／アンロードロック室から基板３をピック・アンド・プレイスによりサセプタ３２に載せる。ロボットアームの先端には、エンドエフェクタとしてフォークが設けられている。基板３を搬入する際、ロボットアームのフォークは、サセプタ３２の開口部の上方から下方に移動する。このようなフォークの移動により、フォーク上に載置された基板３はサセプタ３２の爪部１０１に載置される。一方、基板３を搬出する際、ロボットアームのフォークは、サセプタ３２の開口部の下方から上方に移動する。このようなフォークの移動により、サセプタ３２の爪部１０１に載置された基板３は、フォーク上に載置される。基板３が載置されたフォークをサセプタ３２の開口部から後退させることにより基板３を排出することができる。
基板３をサセプタ３２の爪部１０１に載置した後、ロボットアームを後退させて、スリットバルブ２０を閉じる。真空チャンバＤ内を独立した真空室とした後、シャッタ１７を後退させ、基板ホルダユニットＡを上昇させる。サセプタ３２の爪部１０１に載置されている基板３を基板保持部３１ですくい取った後、更に基板ホルダユニットＡを上昇させて、図２及び図５に示されるように、基板ステージ１と、加熱ユニットＢの放熱面２とを近接させる。この時、少なくとも基板３は放熱面２と非接触状態であることが必要である。放熱面２および基板３の大きさ、加熱温度、加熱ユニットＢの加熱力などにもよるが、放熱面２と基板３との間隔は１〜２５ｍｍとすることが好ましい。
次いで加熱ユニットＢのヒーター２８をオンにし、放熱面２からの輻射熱で基板３を加熱する。例えば加熱温度が１９００℃の場合、温度測定器１６で測定される基板ステージ１の温度が１９００℃になるまで加熱を継続し、１９００℃に達した後、所定のアニール時間（例えば１分程度）が経過するまでこの温度を保持する。
上記アニール時間経過後、加熱ユニットＢのヒーター２８をオフにし、自然冷却を開始する。これと共に、基板ホルダユニットＡを前記した冷却位置（基板ステージ１及び基板３がシャッタ１７の下面と近接する位置）まで降下させる。そして、シャッタ１７を、基板ホルダユニットＡの基板ステージ１と、加熱ユニットＢの放熱面２との間に進出させ、冷却を促進する。そして、基板３が取り出しに支障のない温度（例えば２００℃）にまで冷却する。冷却後、基板ホルダユニットＡを前記した搬入出位置（基板ステージ１及び基板３とシャッタ１７の下面との間に、基板３を出し入れするのに十分な間隔が得られる位置）まで降下させる。冷却位置から搬入出位置までの降下の間に、サセプタ３２はリフトピン８上に移し取られ、サセプタ３２の爪部１０１に載置されている基板３は取り出しやすい状態となる。基板ホルダユニットＡが搬入出位置まで降下した後、スリットバルブ２０を開き、トランスファ室（図示されていない）のロボットアームの先端のフォークにてサセプタ３２から基板３を取り出す。
サセプタ３２は基板３の加熱時には高温で加熱され、基板３の取り出し時には基板３の取り出しに支障のない温度まで冷却される。このため、サセプタ３２は、加熱による熱膨張後、冷却により収縮することになる。また、サセプタ３２はリフトピン８により昇降されるので、熱膨張と収縮と昇降動作との影響により、リフトピン８上におけるサセプタ３２の支持位置にずれが生じることもある。しかしながら、補完ブロック３３は、サセプタ支持部（凹部６３）に対する隙間を持った嵌め合い（係合）により凹部６３に配置されているので、サセプタ３２が、凹部６３に移載される際に補完ブロックに３３に乗り上げることなく移載される。そのため、加熱ユニットＢの放熱面２と基板３との間隔は均一となり、基板３を均一に加熱することができる。
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
本願は、２０１１年１２月２７日提出の日本国特許出願特願２０１１−２８６５４４を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。
上記の目的を達成する本発明の一つの側面に係る基板熱処理装置は、真空処理室内で基板を加熱処理する基板熱処理装置であって、
環状の円周方向に開口部が設けられたＣ字型の形状部と、前記Ｃ字型の形状部の内側に設けられ、基板を載置可能な爪部と、を有するサセプタと、
基板を載置可能な載置部と前記サセプタを支持するサセプタ支持部とが設けられた基板ステージと、
前記基板ステージの上方であって前記載置部と対向する位置に放熱面を備え、前記載置部に載置された基板を前記放熱面からの熱で加熱する加熱手段と、
前記載置部が前記放熱面に対して所定の離間位置になるよう、前記基板ステージを移動させる移動手段と、
基板受け入れ位置で前記サセプタの下面と当接して当該サセプタを前記サセプタ支持部から離間した状態で支持するリフト部と、
前記サセプタ支持部とは別体に形成されるとともに当該サセプタ支持部に係合され、前記サセプタ支持部に前記サセプタが支持された状態で前記サセプタが環状となるように前記サセプタの開口部を補完する補完部と、を備え、
前記載置部の周辺部には、前記爪部と係合する窪み部が形成されており、
前記載置部に基板が載置され、前記載置部が前記放熱面に対して所定の離間位置に位置する際に、前記サセプタは前記補完部とで環状を形成し、前記基板を包囲していることを特徴とする。

Claims (6)

  1. 真空処理室内で基板を加熱処理する基板熱処理装置であって、
    基板を載置可能な第１の基板載置部と開口部とが設けられたＣ字型のサセプタと、
    基板を載置可能な第２の基板載置部と前記サセプタを支持するサセプタ支持部とが設けられた基板ステージと、
    前記基板ステージの上方であって前記第２の基板載置部と対向する位置に放熱面を備え、前記第２の基板載置部に載置された基板を前記放熱面からの熱で加熱する加熱手段と、
    前記第２の基板載置部が前記放熱面に対して所定の離間位置になるよう、前記基板ステージを移動させる移動手段と、
    基板受け入れ位置で前記サセプタの下面と当接して当該サセプタを前記サセプタ支持部から離間した状態で支持するリフト部と、
    前記サセプタ支持部とは別体に形成されるとともに当該サセプタ支持部に係合され、前記サセプタ支持部に前記サセプタが支持された状態で前記サセプタが環状となるように前記サセプタの開口部を補完する補完部と、を備え、
    前記第２の基板載置部に基板が載置され、前記第２の基板載置部が前記放熱面に対して所定の離間位置に位置する際に、前記サセプタは前記補完部とで環状を形成し、前記基板を包囲していることを特徴とする基板熱処理装置。
  2. 前記移動手段によって前記基板ステージが前記放熱面に対して接近する方向に移動した際に、前記サセプタは、前記リフト部から離間して前記サセプタ支持部に支持されることを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
  3. 前記サセプタが前記サセプタ支持部に保持されたとき、前記第１の基板載置部で載置されていた前記基板は前記第２の基板載置部で支持されることを特徴とする請求項１または２に記載の基板熱処理装置。
  4. 前記移動手段が前記基板ステージを前記放熱面から離間する方向に移動させたとき、前記リフト部は前記サセプタの下面と当接し、前記基板ステージに対して前記サセプタを上方の位置に支持することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板熱処理装置。
  5. 前記第１の基板載置部に前記基板が載置された際に、前記サセプタの上面より低い位置に前記基板の上面が配置されるように前記サセプタの上面は形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板熱処理装置。
  6. 前記サセプタと前記補完部とは、各々同一の材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板熱処理装置。
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