TW200532777A - Heating stage - Google Patents

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200532777 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明，是有關加熱平台’更詳細的說，有關構成半 導體晶圓或玻璃基板的加熱裝置的室的加熱部的加熱平台 [先前技術】 在半導體晶圓或液晶基板或是電路基板等的晶圓上形 成半導體薄膜，將塗抹於晶圓上的保護層液乾燥燒接而形 成保護層膜時，是使用加熱平台。通常，設置於此加熱平 台的加熱手段，利用阻力加熱方式較多，例如，使用如碳 化矽（SiC)加熱器的陶瓷加熱器。在日本特開平2002-3 2 9 5 6 6號公報中是揭示使用碳化矽加熱器的晶圓加熱裝 置。且，日本特開2004-6242號公報中是揭示：阻力發熱 體是使用：鉬或鎢、鉬等的高融點金屬，基體陶瓷是使用 :氮化鋁、氮化矽、氮化硼、賽亞隆（SIA L Ο N )等的陶 瓷加熱益。在弟6圖中’是顯不由陶瓷加熱器所構成的加 熱平台的槪略圖。加熱平台200是在阻力（抵抗）於陶瓷 基體4 3中例如一體燒結發熱體4 2，藉由從供電線4 1的 供電使阻力發熱體發熱，來加熱被加熱物W F。 [專利文獻1]日本特開平2002-329566號公報 [專利文獻2]日本特開平2004-6242號公報 【發明內容】 -4 - (2) 200532777 (本發明所欲解決的課題） 但是，陶瓷加熱器，在如半導體程序中要求高淸淨度 的過程下，是有如以下問題。即，陶瓷加熱器，被加熱至 如7 00 °C〜8 0(TC的高率的狀態的話，會放出被吸著於陶 瓷的微小的凹凸或間隙的不純物，其會吸著於晶圓而造成 污染或不良的原因。這種晶圓的污染，通稱爲沾染。且、 習知的加熱平台，因加熱後的加熱平台的降溫慢，所以加 熱過程的交換被加熱物的節拍時間長。 本發明的目的，是鑑於上述的問題點，提供一種：可 取代習知的陶瓷加熱器，可以高溫加熱晶圓等的被加熱物 的同時，在加熱中可防止因不純物的發生所產生的被加熱 物的污染，進一步改善降溫性能的加熱平台。 (用以解決課題的手段） 本發明，是爲了解決上述的課題，採用如以下手段。 第1的手段，是一種加熱平台，其特徵爲，具備：具備可 載置被加熱物的平坦的平台部的同時，具有與該平台部連 續，被收納於其內部作爲加熱手段的複數燈泡的圓筒部的 玻璃製構件；及具有圓筒部及底面部，在內部形成減壓狀 態或是充塡有不活性氣體，並可與玻璃製構件組裝成一體 而構成內部空間的金屬製構件。 第2手段’是如申請專利範圍第1項的加熱平台，其 中，前述燈泡，是在兩端具有密封部的同時在管型封體的 內部具有燈泡絲，該燈泡的密封部，是朝與具有支撐上述 -5 - (3) 200532777 被加熱物的領域的表面相反方向彎曲。 第3手段，是如申請專利範圍第1項的加熱平台，其 中，在前述燈泡的裏面具備由陶瓷纖維組成的薄片作爲反 射構件。 第4手段，是如申請專利範圍第1項的加熱平台，其 中，在前述平台部設有冷卻手段。 第5手段，是如申請專利範圍第4項的加熱平台，其 中，前述冷卻手段是由設在平台部下方的冷卻氣體吹出管 所組成。 第6手段，是如申請專利範圍第4項的加熱平台，其 中，將前述平台部形成中空構造，使冷卻氣體流動於該中 空構造的間隙。 (發明之效果） 依據申請專利範圍第1項的發明，可載置被加熱物的 平台部因爲是由玻璃製，所以不會吸著不純物，即使加熱 高溫，也無不純物的發生，就無污染晶圓等的被加熱物的 問題。且，配置有燈泡的平台部的內部空間，因爲與外部 遮斷’所以也無來自燈泡或燈泡的配線的污染。 依據申請專利範圍第2項的發明，因爲減少燈泡的非 發光部面對於平台部的上面的比率，所以可將被加熱物均 一地加熱。且，因爲可以配置成接近相隣接的燈泡的發光 部’所以可減少非發光部是平台部面對於表面的比率，就 可將被加熱物均一地加熱。進一步，因爲容易對齊從燈泡 -6- (4) 200532777 朝設在與平台部的上面相反側的連接器部的方向配置的配 線，所以束線或連接等的處理作業成爲容易。 依據申請專利範圍第3項的發明，因爲在燈泡的裏面 · 具備由陶瓷纖維組成的薄片作爲反射構件，所以成爲耐熱 _ 衝擊及絕熱性優秀的反射構件。 依據申請專利範圍第4項的發明，藉由在平台部設置 冷卻手段，使急速降溫可能，並使加熱過程的節拍時間的 短縮可能。 · 依據申請專利範圍第5項的發明，冷卻手段是藉由設 在平台部下方的冷卻氣體吹出管，就可使冷卻手段的配置 簡單，使冷卻可效果地進行。 依據申請專利範圍第6項的發明，將平台部形成中空 構造，使冷卻氣體流動於該中空構造的間隙，就可省空間 ，使冷卻可效果地進行。 【實施方式】 使用第1圖乃至第4圖說明本發明的一實施例。第1 圖，是顯示晶圓加熱等所使用的本發明的加熱平台的槪要 的剖面圖。在同圖，記號1 〇〇是指加熱平台整體。記號 - 5 0是其材質是由石英玻璃等所構成，與在上部載置晶圓 . 等的被加熱物平坦的平面的玻璃平台部。玻璃製構件 100A是具有：與玻璃平台部50連續形成圓筒部51、在 其內部收納了作爲加熱手段的可效率佳地放射紅外線的複 數燈泡3、形成於圓筒部5 1的端部的凸緣部5 2。金屬製 -7- (5) 200532777 構件1 00B是具有··與凸緣部5 2氣密地面接觸的金屬製凸 緣部2 5 ;與金屬製凸緣部2 5連續的圓筒狀的金屬框體部 20及底面部26 ;並可與玻璃製構件i〇〇A組裝成一體而 構成可形成減壓狀態或是可充塡不活性氣體的內部空間。 金屬製構件是例如由不銹鋼組成。 〇形環24a是位在玻璃製的凸緣部52及金屬製凸緣 部2 5之間，藉由記號21的挾持構件a及記號2 2的挾持 構件B挾入固定。挾持構件a及挾持構件B是藉由螺栓 23a旋緊固定，進一步藉由螺栓23b與加熱平台外的構件 固定。挾持構件A22及玻璃製的凸緣部52之間設有〇形 環24c，挾持構件A22及加熱平台外的構件之間設有〇形 環 2 4 b。 光反射板5、燈泡3、均熱板4如此圖是藉由支撐柱 構件14從金屬製構件100B的底面部26被支撐，藉由將 玻璃製構件100A往上方取下，就可容易進行光反射板5 、燈泡3、均熱板4的維修。然而，光反射板5、燈泡3 、均熱板4的支撐方法是不限定於此例。 雖無圖示，但是爲了 0形環24a、24b、24c的耐熱保 護的，而藉由水冷卻金屬製凸緣部2 5的周圍。 記號4是由設置於玻璃平台部5 0內部的上部及燈泡 3間的碳等組成的均熱板，5是由將從設置於燈泡3的下 部的燈泡3放射的光朝均熱板4側反射的反射光板、陶瓷 纖維所組成。記號6是燈泡導線，記號1 2是連接外部電 源的外部供電線，記號8是電流導入端子，WF是晶圓等 -8- (6) 200532777 的被加熱物，記號1 3是貫通設在光反射板5的燈泡密封 部3 1的貫通孔。 本發明的加熱平台1 00的內部空間，在本實施例是藉 由氮在13.3kPa的壓力下被駁運，藉此，即使加熱中燈泡 3的溫度上昇，也可防止被使用於燈泡3的燈泡密封部3 1 的密封箔32的氧化。氮是在第1圖中從氣體導入口 1 0在 燈泡3的密封部3 1附近接近被放出，加熱平台1 00的內 部空間內的金屬製構件100B的底部26附近的氣體是成爲 從氣體排出口 9排出，在燈泡3的密封部3 1附近因可保 持充分的氮環境，所以密封部3 1的金屬箔無氧化的可能 〇 且，玻璃平台部5 0因爲是由玻璃製，所以不會吸著 不純物，即使高溫加熱，也不會發生不純物，就無污染晶 圓的問題。且，燈泡3因爲是配置於加熱平台1 0 0的內部 空間，是與外部遮斷，所以也無來自燈泡或燈泡的配線的 污染。 第2圖，是顯示燈泡3的構造的立體圖。 同圖，3 1是藉由密封箔3 2連接燈泡絲3 4及燈泡導 線6的同時，朝對於管型封體的延伸方向的直角方向彎曲 ，配置於與玻璃平台部5 0的上部表面相反側延伸的方向 的燈泡密封部，3 2是由鉬箔等構成的密封箔，3 3是由玻 璃製的筒構成的閥或是封體，3 4是插入於閥3 3內的燈絲 ，3 5是支架。 然而’在閥3 3內封入鹵素氣體，且，這種在管型封 -9- (7) 200532777 體的兩端具有密封部的燈泡是被稱爲雙端部型。 燈泡3兩端的燈泡導線6通電的話，燈泡絲3 4會變 紅熱並放射紅外線。從燈泡絲3 4放射的紅外線，是照射 在被設置於玻璃平台部5 0的上部表面的均熱板4，進一 步從均熱板4均一地加熱晶圓等的被加熱物wF。 第3圖是說明供彎曲燈泡3的燈泡密封部3 1用的優 點的圖。第3圖（a )，是顯示本發明的燈泡3的結構的 圖，第3圖（b )，是顯示與本發明的燈泡3相比較用的 燈泡的結構的圖。 在此，放射燈泡3的紅外線的部分稱爲發光部，實質 上不放射光的燈泡密封部3 1稱爲非發光部的話，假設， 如第3圖（b )所示的燈泡的非發光部，是與玻璃平台部 5 0的表面相對面的話，對應於被加熱物WF的非發光部的 部分不易被加熱，就不易均一地加熱。對於此，如第8圖 (a )所示，將燈泡密封部31朝與玻璃平台部5 0的上面 相反側彎曲的話，非發光部面對於玻璃平台部5 0的上面 的比率會減少，就可均一地加熱被加熱物WF。且，燈泡 密封部3 1彎曲的話，可以配置成接近相隣接燈泡3的發 光部，與上述同樣，非發光部面對於玻璃平台部5 0表面 的比率會減少，就可均一地加熱被加熱物W f。 第4圖，是顯示將第1圖的加熱平台1從上部表面側 所見的燈泡3的配置圖。 如同圖所示，在內側，複數封體是與直管狀的燈泡3 並列，在其外側，複數圓環狀的燈泡3配置成同心圓狀。 -10- (8) 200532777 圓環狀的燈泡3，是組合將圓2分割成半圓形’或者 是4分割的形狀，配置成圓環狀。藉由1個燈泡形成圓也 可以，但是徑變大的話，封體的長度變長’製造困難’所 以將其分割變短。當然使用被分割成4分割以上的燈泡也 可以。進一步，在周圍’使配置直管狀的燈泡3的部分與 其外側相同，將圓環狀的燈泡3配置成同心圓狀也可以。 且，若是徑小面積小的晶圓的話，將1個燈泡的封體形成 渦捲狀，只由1個燈泡構成也可以。 且’被加熱物WF，因爲加熱中熱是從側面放射’所 以相比於中央部，周邊部的溫度容易降低。因此，使用於 加熱手段的複數燈泡3，是分開成複數區域並藉由圖示無 電控制手段進行電控制即可。例如，配置有如第4圖的燈 泡3的情況時，個別電控制：內側的直管狀的燈泡群、及 外側的圓環狀的燈泡群。如晶圓的被加熱物，因爲周 邊部的溫度容易降低，所以對於中央部其周邊部會下降多 少溫度，需預先實驗測量好，依據其結果，控制輸入電力 ，使外側的圓環狀燈泡群的輸出比內側的直管狀燈泡群大 。各燈泡3是連接成直列，可將複數燈泡作爲1個區域進 行電控制。 接著，使用第1圖詳細說明光反射板5。如同圖所示 ，光反射板5，是設在燈泡3的玻璃平台部5 0的上面的 相反側，其材質可效率佳地反射紅外領域的光的同時，具 有7 00 °C以上的耐熱性，因可接近燈泡導線6設置，所以 考慮了無短路的問題後，將明礬或是由明礬及二氧化矽構 -11 - (9) 200532777 成的陶瓷纖維形成板狀。然而，光反射板5不是使用陶瓷 纖維，而是使用藉由例如在石英等的玻璃板的表面塗抹高 純度明礬等而形成者也可以。 在光反射板5中，設有供已彎曲的燈泡密封部3 1通 過的貫通孔1 3。藉由將燈泡密封部3 1通過此貫通孔1 3， 防止來自燈泡3的光照射在燈泡密封部3 1，就可以抑制 燈泡密封部3 1的溫度上昇。藉由將陶瓷板作爲光反射板 ，將從燈泡3朝與玻璃平台部5 0的上面相反方向放射的 光朝玻璃平台部5 0的上面方向反射，就可以提高被加熱 物的加熱效率。 接著，使用第1圖詳細說明均熱板4。 如同圖所示，均一地加熱被加熱物WF的情況時，可 以在燈泡3及玻璃平台部5 0上面之間設置均熱板4。來 自燈泡3的光會照射被於均熱板4，被載置於玻璃平台部 50上面的被加熱物Wf，是藉由來自此均熱板4被輻射加 熱。被使用於均熱板4的碳托板的熱傳導性高，所以熱也 可傳達至無燈泡3的發光部的部分，可以整體均一地使溫 度上昇。因此，可以均一地加熱被加熱物W F。 接著，在本發明的加熱平台加熱晶圓後的實驗結果如 第4圖說明。然而，加熱平台1的構造，基本上如第1圖 所示的相同，但是燈泡3的數量是3 3個，雖使用反射板 5，但是未使用均熱板4。被加熱物WF，是使用0 200mm 的矽晶圓，藉由設定溫度750 °C加熱時的表面9點的溫度 是藉由熱電對測量。9點的平均溫度是75 7 °C，溫度分布 (10) 200532777 的寬是+13. 5 deg〜-20.4deg ’面內誤差是±2.2%。 接著，顯示本發明的加熱平台的冷卻手段的構造及其 效果。 舉例冷卻手段的構造例的話，如第7圖、第9圖所示 。第7圖，是將冷卻氣體吹出管設在玻璃平台部5 0的下 方的構造。第7圖（a )是顯示從加熱平台1 〇〇的上方所 見時的冷卻氣體吹出管60的配置圖，因爲在平台部內， 所以藉由虛線顯示。60a是氣體吹出口，箭頭是冷卻氣體 的吹出方向。冷卻氣體吹出管60是例如石英玻璃製。第 7圖（b)的加熱平台1〇〇的剖面圖中顯示冷卻氣體吹出 管60的配置圖。箭頭是顯示冷卻氣體的流動方向。然而 ，在第7圖 '第9圖中，爲了方便，燈泡3只顯示1個， 但是實際上是配置成如第4圖。 從第7圖（a )可知，在此例中冷卻氣體吹出管60是 環狀’氮氣體等的冷卻氣體是朝向環內方從朝管開口的氣 體吹出口 60a吹出，從加熱平台100下方的金屬框體部 2 0的底面部2 6排出。在同圖，爲了方便省略：燈泡導線 及均熱板及被加熱物。第8圖雖顯示冷卻氣體吹出管60 的槪略圖，但是將第7圖（b)的氣體導入口 10設在2處 ’冷卻氣體吹出管60的腳部60b是連設於該2個氣體導 入口 1 〇。 且’第9圖是顯示藉由複數支柱50a形成間隙G而使 玻璃平台部5 0成爲中空構造。金屬框體部被省略。冷卻 氣體直接流入其中空構造的間隙G。60是冷卻氣體吹出 -13- (11) 200532777 管，朝間隙G開口，冷卻氣體在間隙G內是朝箭頭方向 流動。 第1 〇圖是顯示冷卻效果的圖。是使用第7圖所示的 冷卻氣體吹出管來冷卻玻璃平台時的石英玻璃的玻璃平台 部及矽晶圓的溫度測量結果。測溫是藉由被埋設於玻璃平 台的表面、及矽晶圓上的x型熱電對進行。燈泡的配置 是如第4圖，輸入電壓是外側的一連的圓環狀的燈泡爲 2〇〇V，直管狀的燈泡爲170V，120秒間點燈之後消燈。 冷卻氣體的流量是5 0升/分。圖中，玻璃平台部的溫度是 藉由虛線顯示，冷卻情況爲（a )，未冷卻的情況爲（b ) 。且，矽晶圓的溫度是藉由實線顯示，冷卻情況爲（c ) ，未冷卻的情況爲（d )。 從此測量結果的圖可知，點燈後1 20秒，石英玻璃的 玻璃平台部的溫度有冷卻的情況時是昇溫至約2 5 0 °C ’未 冷卻的情況是至約3 0 0 °C爲止。一方面’砂晶圓的溫度是 無關冷卻的有無，皆昇溫至約420°C爲止，不影響藉由冷 卻所產生的矽晶圓的加熱溫度。 而且，在燈泡消燈後1 2 0秒，未冷卻的情況時石英玻 璃的玻璃平台部的溫度（圖中（c ))是降溫至約2 5 0 °C ，有冷卻的情況時玻璃平台部的溫度（圖中（d ))是降 溫至約1 90 °C爲止。且，矽晶圓的溫度’未冷卻的情況時 雖是降溫至約2 1 0°C，是有冷卻的情況是降溫至約1 50°C 爲止。 如此，藉由將冷卻手段設在前述平台部，對於矽晶圓 -14- (12) 200532777 等的被加熱物的到達溫度就無問題，一方面降溫也快，即 可急速降溫，可短縮加熱過程的節拍時間。 【圖式簡單說明】 [第1圖]本發明的加熱平台的槪略剖面圖。 [第2圖]本發明所使用的燈泡的構造的立體圖。 [第3圖]將本發明所使用的燈泡的構造的圖及習知的 燈泡的結構的圖相比的圖。 [第4圖]將本發明的加熱平台從上表兩側所見的燈泡 的配置的圖。 [第5圖]說明藉由本發明的加熱平台加熱晶圓時的實 驗結果的圖。 [第6圖]由習知的陶瓷加熱器構成的加熱平台的槪略 圖。 [第7圖]本發明的加熱平台中，將冷卻氣體吹出管設 在玻璃平台部的下方的構造。 [第8圖]顯示冷卻氣體吹出管的槪略圖。 [第9圖]本發明的加熱平台中，將玻璃平台部藉由複 數支柱形成具有間隙的中空構造的例。 [第1 0圖]可了解本發明的降溫效果的溫度測量結果 【主要元件符號說明】 A挾持構件 -15- (13) 200532777 B挾持構件 G間隙 W F被加熱物 ' 1 加熱平台 ·- 3燈泡 . 4均熱板 5反射板

6燈泡導線 H 8 被加熱物 9氣體排出口 10氣體導入口 1 2外部供電線 13貫通孔 14支撐柱構件 2 0金屬框體部 21挾持構件Α Φ 22挾持構件B 2 3 a螺栓 2 3 b螺栓 ' 24a、24b、24cO 形環 2 5金屬製凸緣部 2 6底面部 3 1燈泡密封部 3 2密封箔 -16- (14) (14)200532777 3 3 閥 3 4燈絲 3 5 支架 4 1供電線 42阻力發熱體 4 3陶瓷基體 5 0玻璃平台部 5 0 a支柱 5 1圓筒部 52凸緣部 6 0冷卻氣體吹出管 60a氣體吹出口 60b腳部 1 〇 〇加熱平台 100A玻璃製構件 100B金屬製構件 2 0 0加熱平台

Claims (1)

1. 200532777 (1) 十、申請專利範圍 κ 一種加熱平台，其特徵爲，具備：具備可載置被 加熱物的平坦的平台部的同時，具有與該平台部連續，被 收納於其內部作爲加熱手段的複數燈泡的圓筒部的玻璃製 構件；及具有圓筒部及底面部，在內部形成減壓狀態或是 充塡有不活性氣體，並可與玻璃製構件組裝成一體而構成 內部空間的金屬製構件。 2 ·如申請專利範圍第1項的加熱平台，其中，前述 燈泡，是在兩端具有密封部的同時在管型封體的內部具有 燈泡絲，該燈泡的密封部，是朝與具有支撐上述被加熱物 的領域的表面相反方向彎曲。 3. 如申請專利範圍第1項的加熱平台，其中，在前 述燈泡的裏面具備由陶瓷纖維組成的薄片作爲反射構件。 4. 如申請專利範圍第1項的加熱平台，其中，在前 述平台部設有冷卻手段。 5. 如申請專利範圍第4項的加熱平台，其中，前述 冷卻手段是由設在平台部下方的冷卻氣體吹出管所組成。 6. 如申請專利範圍第4項的加熱平台，其中，將前述 平台部形成中空構造’使冷卻氣體流動於該中空構造的間 隙0 -18-