WO2014073546A1 - 電気ヒーター及びこれを備えた半導体製造装置 - Google Patents

電気ヒーター及びこれを備えた半導体製造装置 Download PDF

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WO2014073546A1
WO2014073546A1 PCT/JP2013/079940 JP2013079940W WO2014073546A1 WO 2014073546 A1 WO2014073546 A1 WO 2014073546A1 JP 2013079940 W JP2013079940 W JP 2013079940W WO 2014073546 A1 WO2014073546 A1 WO 2014073546A1
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heating
electric heater
heating element
quartz
heater according
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PCT/JP2013/079940
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公男 北村
田中　健司
マスドウル モハマド ハサン
淳一 西原
Original Assignee
貞徳舎株式会社
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/141—Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds
    • H05B3/143—Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds applied to semiconductors, e.g. wafers heating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67103—Apparatus for thermal treatment mainly by conduction
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/26—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
    • H05B3/265—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base the insulating base being an inorganic material, e.g. ceramic
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    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/84—Heating arrangements specially adapted for transparent or reflecting areas, e.g. for demisting or de-icing windows, mirrors or vehicle windshields
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    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/013—Heaters using resistive films or coatings

Definitions

  • the present invention relates to an electric heater and a semiconductor manufacturing apparatus provided with the same. More specifically, an electric heater for heating a single wafer such as a semiconductor wafer, and a plate-like heating element in which a meandering current path is formed and a pair of quartz plates sandwiching and holding the heating element are provided.
  • the present invention relates to a provided semiconductor manufacturing apparatus.
  • a disk-shaped plate heater is constituted by a plurality of substantially fan-shaped sections, and a heating wire is arranged and sandwiched between a pair of quartz plates. A pair of lead terminals is connected to the heating wire.
  • the plate heater can be controlled only by the entire heater, and cannot be controlled for each zone in order to uniformly heat the entire wafer.
  • each of Patent Documents 2 and 3 discloses a heater composed of at least four segments that can be individually controlled.
  • heating elements that can be individually controlled are arranged in a plurality of regions in the radial direction and the circumferential direction of the heater, respectively.
  • heating elements are arranged in at least four areas, and in Patent Document 5, heating elements are arranged in at least seven areas.
  • the wafer to be heated is a single wafer, and a plurality of wafers are not heated at the same time.
  • the temperature control between heaters is also needed, and it becomes more complicated control.
  • JP-A-6-260430 Special Table 2007-537582 JP 2002-184558 A JP 2001-6852 A JP 2006-93496 A
  • the present invention provides an electric heater capable of uniformly heating a plurality of single wafers simultaneously and under the same conditions with simple heating control, and a semiconductor manufacturing apparatus including the same. With the goal.
  • the electric heater according to the present invention is characterized by comprising a plate-like heating element having a meandering current path and a pair of quartz plates sandwiching and holding the heating element.
  • the entire heater is composed of a plurality of sections divided so as to have a boundary in the radial direction, each section heating one single sheet, and the heating element
  • the heating elements belonging to the respective parts adjacent to the inner peripheral part, the central part and the outer peripheral part are connected in series, The heating is controlled individually for each of the inner peripheral portion, the central portion, and the outer peripheral portion.
  • each section is arranged point-symmetrically with respect to the center of the heater.
  • heating is made uniform in the circumferential direction of the heater.
  • the heating element is divided into at least an inner peripheral portion, a central portion, and an outer peripheral portion of the disk, heating is made uniform in the radial direction of the heater. Therefore, the heating can be made uniform throughout the heater.
  • the heating elements belonging to the respective sections adjacent to the inner peripheral part, the central part, and the outer peripheral part are connected in series, the number of controllers for heating control is greatly reduced compared to the prior art, and the configuration of the control device Is simplified.
  • heating control can be performed so as to uniformly heat a plurality of single wafers under the same conditions by connecting them in series. Accordingly, it becomes easy to uniformly heat a plurality of single wafers such as semiconductor wafers simultaneously and under the same conditions.
  • the heater as a whole has a disc shape, and the heating element includes a plurality of arc-shaped portions formed in an arc shape along the circumference of the disc, and a plurality of folded portions that continue the arc-shaped portions.
  • the arcuate portions may be arranged in the radial direction of the disk so as to be parallel to each other. As a result, the current paths of the heating elements can be arranged substantially evenly in the entire heater, and the entire wafer can be heated uniformly in each section.
  • Both the pair of quartz plates are transparent quartz glass, a thin metal layer is formed on one outer surface of the quartz plate, and the single wafer near the quartz plate on the other side is heated.
  • the pair of quartz plates that hold the heating element With transparent quartz glass, the heat rays and radiant heat from the heating element are transmitted almost without being absorbed by the pair of quartz plates, thereby reducing the problem due to the heat capacity. .
  • a thin metal layer on one outer surface of the quartz plate, it is possible to efficiently reflect the radiant heat radiated to the opposite side of the single wafer.
  • the metal layer is formed by a film forming means selected from the group of foil adhesion, vapor deposition, CVD, PVD, sputtering, ion plating, plating, coating, and printing. Thereby, a thin metal film can be easily formed.
  • the metal layer may be made of platinum. By using platinum, the reflection efficiency can be further improved.
  • a spacer may be disposed between at least one quartz plate of the pair of quartz bodies and the heating element. This prevents the heating element from directly contacting and heating the quartz plate, and suppresses the devitrification of quartz caused by the contact between the heating element and the quartz body, particularly in an environment where the temperature is high (about 1000 ° C.). And heating efficiency can be maintained over a long period of time. Moreover, since generation
  • the spacer may be a rod-shaped body.
  • the spacer may have a holding part for holding a part of the heating element.
  • a coating layer made of a material that does not react with quartz is formed on the surface of the spacer. According to the above configuration, since the portion in contact with quartz is covered with a material that does not react with quartz, it is possible to further suppress the occurrence of devitrification, and to reduce the partial heating efficiency due to the generation of the devitrified portion. And in-plane uniformity of heating is maintained.
  • the electric heater described in any of the above is a heater for heating a semiconductor wafer, and the single wafer is preferably a semiconductor wafer.
  • the semiconductor device manufacturing process includes a process for heating a semiconductor wafer such as a film forming process or an etching process. According to the said structure, it becomes possible to heat-process uniformly on these conditions in these processes, and a semiconductor device can be manufactured efficiently.
  • the electric heater according to any one of the above can be implemented as a semiconductor manufacturing apparatus including the electric heater.
  • the electric heater according to the present invention According to the characteristics of the electric heater according to the present invention and the semiconductor manufacturing apparatus provided with the same, it is possible to heat a plurality of single wafers simultaneously and uniformly under the same conditions by simple heating control.
  • FIG. 4 is an enlarged sectional view taken along line AA in FIG. 3. It is a figure which shows typically the connection of a heat generating body. It is an exploded view of the heater for semiconductor wafer heating using an electric heater.
  • FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 6 in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is the C section enlarged view of FIG.
  • A) is a plan view of the electric heater of FIG. 15, and (b) is a partially enlarged sectional view taken along the line DD of (a). It is a top view of the heat generating body in the electric heater of FIG. It is the elements on larger scale which show engagement with the insulator of the heat generating body of FIG. 19, (a) shows E part, (b) shows F part, (c) shows G part.
  • A) is the schematic perspective view which abbreviate
  • (b) is the H section partial enlarged view of (a).
  • FIG. 22 It is a top view of the heat generating body in the electric heater of FIG. It is the elements on larger scale which show engagement with the insulator of the heat generating body of FIG. 22, (a) shows I part, (b) shows J part. It is a schematic diagram which shows the modification of the insulator of the electric heater which concerns on another aspect.
  • an electric heater 1 is composed of a plurality of heating units 2 as a plurality of sections divided so that the whole heater has a boundary 2x in the radial direction, and is formed in a substantially disc shape.
  • the heating unit 2 heats a single wafer W such as a semiconductor wafer for each heating unit 2.
  • the electric heater 1 is configured by combining the first to fifth heating units 2a to 2e, and the five wafers W are heated simultaneously.
  • the electric heater 1 is fixed on a circular table 4 of the mounting table 3 via a carbon cover member 6, and is implemented as a semiconductor wafer heating heater 200.
  • the semiconductor wafer heating heater 200 is used as a heating unit of a semiconductor manufacturing apparatus used in a semiconductor manufacturing process such as a film forming process or an etching process.
  • each of the heating units 2a to 2e includes a plate-shaped heating element 10 and a pair of quartz plates 20 that sandwich and support the heating element 10, and divides the electric heater 1 into approximately five equal parts. It is formed in a substantially fan shape.
  • Each of the heating units 2a to 2e has the same configuration.
  • the first heating unit 2a will be described as an example.
  • the heating element 10 includes first to third heating elements divided into areas a1 to a3 which are part of the inner peripheral part A1, the intermediate part A2 and the outer peripheral part A3 of the electric heater 1. 11 to 13.
  • Each of the heating elements 11 to 13 is made of, for example, a plate-like body such as an Fe—Cr—Al alloy or a nickel chromium alloy, and has meandering current paths 11a, 12a, and 13a.
  • the first heating element 11 is disposed in the inner peripheral area a1 of the first heating unit 2a.
  • the current path 11a includes a plurality of arc-shaped portions 11b that are arc-shaped along the arc of the heating unit 2a that is a part of the circumference of the electric heater 1, and each arc-shaped portion that is folded and adjacent to both ends of the arc-shaped portion 11b. It consists of a plurality of folded portions 11c that make 11b continuous.
  • Each arcuate portion 11b is arranged at an appropriate interval in the radial direction R of the disk so as to be substantially parallel to the arc of the heating unit 2a.
  • the second heating element 12 is disposed in the intermediate area a2 of the first heating unit 2a.
  • the current path 12a includes a plurality of arc-shaped first and second arc-shaped portions 12b and 12c along the arc of the heating unit 2a, and the first and second arc-shaped portions 12b and 12c on the outer peripheral side of the heating unit 2a.
  • An arcuate third arcuate portion 12d that is continuous in the circumferential direction C is provided.
  • the first and second arc-shaped portions 12b and 12c are arranged symmetrically with respect to the center line M in the circumferential direction C in the intermediate region a2.
  • the first to third arcuate portions 12b to 12d are arranged at appropriate intervals in the radial direction R of the disk so as to be substantially parallel to the arc of the heating unit 2a. Further, the first to third arc-shaped portions 12b to 12d are formed with folded portions 12e that are folded at both end portions and continue adjacent arc-shaped portions 12b to 12d.
  • the second heating element 12 is an arcuate portion that follows the arc of the heating unit 2a as in the first heating element 11, the length of the second heating element 12 increases, so that expansion and deformation due to heat generation of the heating element become larger, and the adjacent The arc-shaped portion to be touched easily makes a short circuit.
  • the first and second arc-shaped portions 12b and 12c are folded at the folded portion 12e in the vicinity of the center line M, thereby shortening the length of the arc-shaped portion and suppressing thermal deformation to prevent a short circuit. Moreover, the number of the pins 23 for preventing a short circuit can be suppressed by shortening the length of an arc-shaped part.
  • the third heating element 13 is disposed in the outer peripheral area a3 of the first heating unit 2a.
  • the current path 13a is configured similarly to the current path 12a of the second heating element 12, and includes a plurality of first and second arc-shaped portions 13b and 13c and the first and second arc-shaped portions 13b and 13c. It consists of an arcuate third arcuate part 13d that continues in the circumferential direction C on the outermost periphery side of the heating unit 2a, and a folded part 13e that connects the arcuate parts 13b to 13d.
  • the arcuate portion is shortened by folding back at the folding portion 13 e near the center line M.
  • the arcuate portions 11b, 12b to 12d, and 13b to 13d which are the main parts of the heating elements 11 to 13, are arranged in the radial direction of the disk so as to be substantially parallel to each other along the arc of the heating unit 2a.
  • the current paths 11a to 13a of the heating elements 11 to 13 can be arranged substantially evenly on the heating unit 2a, and uniform heating can be performed on the entire heater by heating control described later. It becomes possible.
  • the heating unit 2a since the first to third heating elements 11 to 13 are arranged so as to be line-symmetric with respect to the center line M in the circumferential direction C of the heating unit 2a, the heating unit 2a as a whole can be heated uniformly. Is planned. If the folded portions 11c, 12e, and 13e of the heating elements 11 to 13 are provided so as to face each other in the radial direction of the heating unit 2a, each region a1 to 3 has a fan shape that spreads toward the outer periphery. It is difficult to arrange and form the heating elements 11 to 13 so that the regions a1 to a3 can be heated uniformly.
  • the pair of quartz plates 20 includes a lower quartz plate 21 on which the above-described heating element 10 is placed, and an upper quartz plate 22 that sandwiches and holds the heating element 10 together with the lower quartz plate 21.
  • Both the upper and lower quartz plates 21 and 22 are made of transparent quartz glass.
  • Transparent quartz glass has a low thermal conductivity and allows the heat rays from the heating element 10 to pass through almost without being absorbed. Thereby, the heat capacity of the pair of quartz plates 20 can be reduced, and heat storage in the pair of quartz plates 20 can be suppressed. Therefore, by configuring both the pair of quartz plates 20 with transparent quartz glass, the response to the temperature rise and fall of the heater can be improved, and the heating efficiency of the wafer W is improved.
  • quartz glass has an extremely low coefficient of thermal expansion, so that the influence of thermal shock due to rapid temperature rise and fall is extremely small. Therefore, even if the zone control is performed as described below, the heating uniformity is hardly affected by the upper and lower quartz plates 21 and 22.
  • first to third pins 23a to 23c are erected on the surface 20a of the quartz plate 20, respectively.
  • the first to third pins 23a to 23c are made of an insulating material such as quartz and are formed in a substantially cylindrical shape. Further, as shown in FIG. 6, the pins 23a to 23c are formed so as to be higher than the heating element 10 placed on the quartz plate 20 and to be almost the same height as a quartz tube 30 described later.
  • the first pin 23a is provided so as to be positioned in the slit 14 in the vicinity of the inside of the folded portions 11c, 12e, 13e of the first to third heating elements 11-13. ing. This mainly restricts the expansion and movement of each heating element 11-13 in the radial direction R of the heating unit 2a.
  • the second pin 23b is provided at the approximate center in the slit 14 of each arcuate portion 11b, 12b-12d, 13b-13d of the first to third heating elements 11-13. This restricts the expansion and movement of each arcuate portion 11b, 12b to 12d, 13b to 13d in the radial direction R.
  • the third pin 23c is provided on the center line M of the heating unit 2a so as to be positioned in the vicinity of the approximate center of the arcuate portion on the outermost peripheral side of each of the heating elements 11-13. This restricts the radial expansion and movement of the arcuate portion on the outermost peripheral side of each of the heating elements 11 to 13.
  • the first to third pins 23a to 23c prevent the heating elements 11 to 13 from moving within the mounting surface 21a, thereby preventing a short circuit due to the contact of the heating elements 11 to 13. Further, contact between the adjacent arcuate portions 11b, 12b to 12d, 13b to 13d and between the heating elements 11 to 13 due to thermal deformation of the heating elements 11 to 13 itself is also prevented.
  • a platinum foil 24 as a thin metal layer is adhered to the back surface 21 b of the lower quartz plate 21.
  • the thickness of the platinum foil 24 is about 0.3 ⁇ m, and the heat capacity of the platinum foil 24 is extremely small.
  • the lower quartz plate 21 is made of quartz glass having a low thermal conductivity, the heat capacity of the lower quartz plate 21 is also small. Therefore, the heat rays and radiant heat radiated from the heating element 10 to the side opposite to the heating surface are transmitted to the lower quartz plate 21 with almost no absorption (heat storage) and reflected by the platinum foil 24 to the heating surface side.
  • the thin metal layer 24 can be formed by film formation means such as vapor deposition, CVD, PVD, sputtering, ion plating, plating, coating, and printing, in addition to forming the foil by adhering the foil.
  • the lower quartz plate 21 has first through holes 25a through which the end portions 11x to 13x and 11y to 13y of the heating elements 11 to 13 are penetrated, and lifter pins for lifting the wafer W.
  • the 2nd through-hole 25b penetrated is formed.
  • the peripheral edge portion 26 of the lower quartz plate 21 is made of quartz and is formed to have the same height as the first to third pins 23a to 23c, as shown in FIG.
  • the electric heater 1 is configured by combining the first to fifth heating units 2a to 2e configured as described above in the circumferential direction C on the same plane.
  • Each of the heating units 2a to 2e as the circumferential section is connected and fixed by placing the upper quartz plate 22 on each peripheral portion 26 and the first and second pins 23a and 23b and welding them together.
  • the heating element 10 is enclosed in an internal space surrounded by the upper and lower quartz plates 21 and 22 and the peripheral edge portion 26 while being held so as to be sandwiched between the upper and lower quartz plates 21 and 22.
  • By surrounding the heating element 10 with the quartz member it is possible to prevent corrosion of the heating element 10 due to gas or the like during the heat treatment of the wafer W.
  • the first heating elements 11 belonging to the adjacent first to fifth heating units 2a to 2e are connected in series and external temperature controllers via the end portions 11x and 11y. Connected to CL1.
  • the second and third heating elements 12 and 13 are connected in series between the adjacent heating units 2a to 2e, and are connected to external temperature controllers CL2 and CL3, respectively.
  • zone control can be performed for each of the inner peripheral portion A1, the intermediate portion A2, and the outer peripheral portion A3 of the electric heater 1. Accordingly, it is possible to perform heating control so that the wafers W heated by the respective heating units 2a to 2e are simultaneously heated uniformly under the same conditions.
  • three temperature controllers for controlling the heating for each concentric zone (section) are sufficient, the control mechanism is simplified, and the heating control can be easily performed.
  • the electric heater 1 assembled as described above is mounted on the mounting table 3 as shown in FIG.
  • a metal plate 41 as a reinforcing member such as a stainless plate or an aluminum plate and a ceramic cloth 42 as a heat insulating member are laminated.
  • the ceramic cloth 42 prevents heat conduction to the table 4 and the metal plate 41 and prevents a reduction in heating efficiency of the electric heater 1.
  • a pair of quartz plates 20 enclosing the heating element 10 are laminated, and the above members are fitted and fixed to the fitting portion 6a of the carbon cover member 6.
  • cover member 6 On the cover member 6, a plurality of recesses 6b for mounting the wafer W are formed, and the wafers W are mounted in the corresponding recesses 6b of the heating units 2a to 2e. This cover member 6 becomes a heating surface of the wafer W.
  • the heating element 10 is placed on the lower quartz plate 21.
  • an insulating spacer 50 is provided between the heating element 10 and the lower quartz plate 21 located below the heating element 10, and the heating element 10 is formed by the lower quartz plate 21 and the spacer 50. Hold it.
  • a quartz tube is used as the spacer 50 in the second embodiment.
  • the quartz tube 50 is made of transparent quartz glass, like the lower quartz plate 21. By using transparent quartz glass, it is possible to transmit heat rays and radiant heat from the heating element 10 radiated to the heating surface side with little absorption, so that heating can be performed efficiently.
  • quartz tubes 50 are arranged radially along the radial direction R.
  • the first to fourth quartz tubes 50a to 50d are arranged in the vicinity of the first pin 23a.
  • the first to fourth quartz tubes 50a to 50d are arranged so as to be symmetric with respect to the center line M of the heating unit 2a. Thereby, the in-plane temperature in the heating unit 2a can be made uniform.
  • Temperature sensors 51a to 51c can be provided in the first to third quartz tubes 50a to 50c, respectively.
  • the first temperature sensor 51a is inserted into, for example, the third quartz tube 50c so as to be positioned in the inner peripheral area a1 of the first heating unit 2a.
  • the second and third temperature sensors 51b and 51c are inserted into the second and first quartz tubes 50b and 50a, for example, so as to be positioned in the intermediate region a2 and the outer peripheral region a3 of the first heating unit 2a.
  • each quartz tube 50 is positioned on the back surface of the heating element 10, the temperature sensors 51a to 51c can be arranged in the vicinity of the heating elements 11 to 13 in the regions a1 to a3. Therefore, the temperature of the heating element 10 can be measured with high accuracy, and zone control can be performed with high accuracy.
  • these temperature sensors 51a to 51c are provided only in the first heating unit 2a and are not provided in the other heating units 2b to 2e.
  • the lead wires of the temperature sensors 51a to 51c are extended to the inner peripheral edge side of the heating unit 2a. Then, it extends to the outside through an opening formed by the inner peripheral edge of each heating unit 2a to 2e.
  • the temperature sensors 51a to 51c for example, various thermocouples, thermistors, resistance temperature detectors and the like are used.
  • the quartz tube 50 is provided on the back side of the heating element 10.
  • the lower quartz plate 21 and the heating element 4 are not in direct contact with each other and heated. Therefore, it can suppress that a quartz becomes high temperature and devitrifies.
  • the contact between the quartz tube 50 and the heating element 10 is a line contact, the portion where the heating element 10 is directly contacted and heated is minimized. Therefore, the devitrification of the quartz tube 50 can be further suppressed, and the heating efficiency can be maintained over a long period of time.
  • the devitrified portion causes unevenness in the transmission of heat rays and radiant heat, thereby reducing heating efficiency and making uniform heating within the heating surface difficult. By suppressing devitrification, the efficiency and uniformity of heating are also maintained.
  • the heating element 10 is held by the quartz tube 50, most of the heating element 10 is opened, and heat rays and radiant heat from the heating element 10 can be directly emitted to the heating surface. Therefore, loss of heat energy can be suppressed and the single wafer can be efficiently heated.
  • a coating layer is formed on the surface of the quartz tube 50.
  • a coating layer is formed by known methods, such as dipping and application
  • a coating layer for example, a mixture of SiC, mullite, quartz, or the like is used.
  • a quartz tube made of transparent quartz glass was used as the spacer 50.
  • the spacer is not limited to transparent quartz glass and may be made of other materials.
  • you may comprise from a rod-shaped (or tubular) insulator.
  • the spacer 50 may have any shape that can avoid contact between the heating element 10 and the lower quartz plate 21.
  • a holding portion that holds a part of the current path of the heating element. It is also possible to use the insulators 150 and 150 ′ having the above as spacers.
  • An insulator is comprised from the material which has insulation and heat resistance, such as what is called ceramic material and silicon nitride material which mainly consist of alumina, alumina silica, mullite, zircon, or cordierite, for example.
  • the above-mentioned coating layer is provided on the insulator surface.
  • the heating element 10 is composed of the first to third heating elements 21 to 23, so that the heating element 10 is divided into three sections (radial direction sections) of the inner peripheral part A1, the intermediate part A2 and the outer peripheral part A3 of the disk.
  • the mode of dividing the heating element 10 is not limited to the above mode, and it may be divided into four or more zones. However, since the heating control becomes complicated as the number of sections is increased, the above embodiment is excellent in this respect.
  • the heating element 10 was divided into three sections concentrically with respect to the disk-shaped electric heater 1.
  • the shape and arrangement of the sections of the heating element 10 are not limited to the above embodiment.
  • it is desirable that the temperature is divided so as to be point-symmetric with respect to the center of the electric heater 1.
  • a plurality of sections that divide the entire heater are configured by five fan-shaped heating units 2a to 2e.
  • the number and shape of the heating units 2 are not limited to the above embodiment, and can be set as appropriate according to the number and size of the single wafers W to be heat-treated at the same time.
  • it is desirable that the temperature is divided so as to be point-symmetric with respect to the center of the electric heater 1.
  • the outer shape of the electric heater 1 is formed in a disc shape.
  • the outer shape is not limited to a disk shape, and may be formed in, for example, a triangle, a rectangle, or a polygon.
  • the above-described embodiment formed in a disk shape is excellent in terms of the symmetrical arrangement of the heating units and the uniformity of the in-plane temperature of the heating surface.
  • a pair of substantially fan-shaped quartz plates 20 is used for each heating unit 2.
  • the pair of quartz plates 20 may be formed in a single disk shape, and a plurality of sections for partitioning the entire heater may be virtually formed.
  • the above-described embodiment is superior in that deformation such as distortion of the quartz plate due to manufacturing tolerances and temperature rise / fall of the heater can be suppressed.
  • the lower quartz plate 21 may be provided for each section, and the upper quartz plate 22 may be formed in a single disk shape, and the heating element 10 may be sandwiched and held.
  • a thin metal layer was formed by bonding the platinum foil 24.
  • platinum in addition to platinum, noble metals such as gold and silver, and metals such as aluminum, chromium and nickel can be applied to the metal layer.
  • the embodiment according to the present invention is configured as described above, but may be more comprehensively as described below.
  • the electric heater according to the first aspect is characterized by comprising a plate-like heating element having a meandering current path, and a pair of quartz plates sandwiching and holding the heating element, and a single wafer such as a semiconductor wafer
  • the pair of quartz plates are both transparent quartz glass, a thin metal layer is formed on one outer surface of the quartz plate, and the single wafer near the quartz plate on the other side is heated. There is to do.
  • the pair of quartz plates that hold the heating elements are made of transparent quartz glass, the heat rays and radiant heat from the heating elements are transmitted almost without being absorbed by the pair of quartz plates. The problem caused by is reduced. Moreover, by forming a thin metal layer on one outer surface of the quartz plate, it is possible to efficiently reflect the radiant heat radiated to the opposite side of the single wafer.
  • the metal layer is formed by a film forming means selected from the group of foil adhesion, vapor deposition, CVD, PVD, sputtering, ion plating, plating, coating, and printing. Thereby, a thin metal film can be easily formed.
  • the metal layer may be made of platinum. By using platinum, the reflection efficiency can be further improved.
  • the heater for heating the semiconductor wafer is preferably composed of a plurality of sections in which the entire heater is divided in a radial direction, and one wafer is heated in each section. Thereby, a plurality of wafers can be heated and processed simultaneously.
  • the electric heater according to any one of the above can be implemented as a semiconductor manufacturing apparatus including the electric heater.
  • said 1st, 2nd embodiment is applicable as embodiment of the electric heater which concerns on a 1st aspect.
  • a feature of the electric heater according to the second aspect is that it comprises a sheet-like heating element and a pair of quartz plates sandwiching and holding the heating element, and in the configuration for heating the single wafer, at least the lower quartz plate and the above-mentioned This is because a spacer is arranged between the heating element.
  • the spacer is disposed between the lower quartz plate and the heating element disposed below the planar (plate-like) heating element, the heating element is in direct contact with the lower quartz plate.
  • the devitrification of quartz due to contact between the heating element and the quartz body can be suppressed in an environment where the heating element is not heated and the temperature is particularly high (about 1000 ° C.), and the heating efficiency is maintained over a long period of time. Is possible.
  • production of devitrification is suppressed, the fall of the partial heating efficiency by the production
  • the spacer may be a rod-shaped body.
  • the contact between the spacer heated by the heating element and the lower quartz plate is a line contact, the directly heated portion is minimized, and the partial heating efficiency is reduced due to the generation of the devitrified portion. And devitrification of quartz can be further suppressed.
  • the electric heater according to the second aspect it is possible to maintain high heating efficiency over a long period of time while having a simple configuration.
  • the electric heater 100 includes a substantially rectangular lower quartz plate 102, an upper quartz plate 103 facing the lower quartz plate 102, and a heating element provided inside the lower quartz plate 102. 104 and a rod-like body 105 as a spacer provided between the upper and lower quartz plates 102 and 103 and the heating element 104.
  • the upper quartz plate 103 is omitted in FIG. 10 to show the recess 121 of the lower quartz plate 102.
  • the electric heater 100 is implemented, for example, as a semiconductor wafer heater (heating device) for heating a single wafer such as a semiconductor wafer placed on the upper surface (heating surface) of the upper quartz plate 103.
  • This heater for heating a semiconductor wafer is used as a heating means of a semiconductor manufacturing apparatus used in a semiconductor manufacturing process such as a film forming process or an etching process.
  • the lower quartz plate 102 is generally composed of a recess 121 for accommodating the heating element 104 and a connection part 122 for connecting the lead wire 149 of the heating element 104 to an external power source.
  • a first groove 121a that accommodates the end 141 of the heating element 104
  • a second groove 121b that accommodates the end of the rod 105 are provided. They are formed at appropriate intervals.
  • the connecting portion 122 has, for example, a cylindrical shape, and a tubular member 123 is inserted into the internal through hole 122a.
  • the tubular member 123 includes a substantially circular pedestal portion 123a that is engaged with the bottom surface of the recess 121 and on which the end portion 141 of the heating element 104 is placed, and a main body portion 123b through which the lead wire 149 is inserted.
  • a platinum foil 124 as a thin metal layer is adhered to the back surface 102 b of the lower quartz plate 102.
  • the thickness of the platinum foil 124 is, for example, about 0.3 ⁇ m, and the heat capacity of the platinum foil 124 becomes extremely small.
  • the lower quartz plate 102 is made of quartz glass having a low thermal conductivity, the heat capacity of the lower quartz plate 102 is also small. Therefore, the heat rays and radiant heat radiated from the heating element 104 to the opposite side of the heating surface are transmitted to the lower quartz plate 102 with almost no absorption (heat storage) and reflected by the platinum foil 124 to the heating surface side.
  • the thin metal layer 124 can be formed by film formation means such as vapor deposition, CVD, PVD, sputtering, ion plating, plating, coating, and printing, in addition to forming the foil by adhering the foil.
  • transparent quartz glass is used for the lower quartz plate 102.
  • the metal layer 124 is provided on the back surface 102b.
  • the upper quartz body 103 is placed and fixed on the peripheral edge portion 102 a of the lower quartz plate 102.
  • the upper quartz body 103 is made of transparent quartz glass.
  • the transparent quartz glass constituting the upper and lower quartz plates 102 and 103 has a low thermal conductivity, and allows the heat rays from the heating element 104 to pass through almost without being absorbed.
  • the heat capacity of each quartz plate 102,103 can be made small, and the heat storage to each quartz plate 102,103 can be suppressed. Therefore, the response to the temperature rise and fall of the heater can be improved, and the heating efficiency of the single wafer is improved.
  • quartz glass has an extremely low coefficient of thermal expansion, so that the influence of thermal shock due to rapid temperature rise and fall is extremely small.
  • the heating element 104 is manufactured from a plate-like body such as an Fe—Cr—Al alloy or a nickel chromium alloy, and a meandering current path 142 is formed by the slit 145. .
  • the current path 142 generally includes a linear portion 144 and a folded portion 143 that connects the linear portion 144 and is electrically connected to the outside via the end portion 141.
  • a quartz tube is used for the rod-like body 105 as a spacer.
  • the quartz tube 105 is made of transparent quartz glass, for example, like the upper and lower quartz plates 102 and 103.
  • transparent quartz glass By using transparent quartz glass, it is possible to transmit heat rays and radiant heat from the heating element 104 radiated to the heating surface side with little absorption, so that heating can be performed efficiently.
  • each quartz plate 102,103 and the rod-shaped body 105 are comprised with transparent quartz glass, since the heat rays and radiant heat from the heat generating body 104 are permeate
  • a plurality of quartz tubes 105 are provided in parallel at appropriate intervals from the end of the folded portion 143 of the heating element current path 142.
  • the quartz tube 105 is disposed so as to be orthogonal to or intersect with the longitudinal direction of the linear portion 144 of the current path 142.
  • dripping due to thermal deformation of the end portion 104a of the heating element 104 tip of the folded portion 143 can be suppressed.
  • the quartz tube 105 is provided so as to face up and down across the heating element 104.
  • the upper and lower quartz plates 102 and 103 and the heating element 104 are not directly in contact with each other and heated. Therefore, it can suppress that a quartz becomes high temperature and devitrifies.
  • the contact between the quartz tube 105 and the heating element 104 is a line contact, the portion where the heating element 104 is directly contacted and heated is minimized. Therefore, the devitrification of the quartz tube 105 can be further suppressed, and the heating efficiency can be maintained over a long period. Further, when devitrification occurs, the devitrified portion causes unevenness in the transmission of heat rays and radiant heat, and uniform heating within the heating surface becomes difficult. The uniformity of heating is also maintained by suppressing devitrification.
  • the heating element 104 is held so as to be sandwiched between the pair of quartz tubes 105, most of the heating element 104 is opened, and heat rays and radiant heat from the heating element 104 can be directly emitted to the heating surface. Therefore, loss of heat energy can be suppressed and the single wafer can be efficiently heated.
  • a coating layer is formed on the surface of the quartz tube 105.
  • a coating layer is formed by known methods, such as dipping and application
  • SiC, mullite, quartz, or a mixture thereof is used for the coating layer.
  • symbol is attached
  • the quartz tube 105 is used as the spacer.
  • the insulator 150 having a substantially H shape is used as the spacer.
  • the electric heater 100 ′ includes a heating element between the upper and lower quartz plates 102 and 103, the heating element 104, and the upper and lower quartz plates 102 and 103. It has a frame member 109 that forms a space for housing 104 and an insulator 150 as a spacer.
  • the upper quartz board 103 is abbreviate
  • the lower quartz plate 102 is provided with pins 129 that are inserted into the slits 145 of the heating element 104.
  • the pin 129 is made of the same material as that of an insulator 150 described later, and has a coating layer formed on the surface thereof as in the above embodiment. Thereby, the devitrification of quartz due to contact with the pin 129 can be prevented.
  • the pins 129 are only required to prevent the heating element 104 from being short-circuited, and are not necessarily arranged in each slit 145.
  • the heating element 104 may be arranged intermittently, and the number may be appropriately set according to the material and shape (length) of the heating element 104.
  • the configurations of the back surface 102b of the lower quartz plate 102 and the upper quartz plate 103 are the same as those in the first embodiment.
  • the linear portion 144 near the folded portion 143 of the heating element 104 is provided with a protruding portion 146 that protrudes toward the slit 145 side. Since this projection 146 is located in the longitudinal direction of the connecting portion 152 of the lever 150 described later, the relative movement of the linear portion 144 and the lever 150 is limited. Thereby, the position shift of the insulator 150 is prevented and the fall of the heating element 104 from the insulator 150 is prevented. Further, thermal deformation (expansion) and movement in the longitudinal direction of the linear portion 144 are also prevented. Therefore, direct contact with the upper and lower quartz plates 102 and 103 and the frame member 109 can be avoided, and devitrification of quartz can be prevented.
  • a notch 147 is formed in the folded portion 143 located at the corner of the heating element 104.
  • the notch 147 is located in the short direction (thickness direction) of the connecting portion 152 of the lever 150 and restricts the positional deviation of the lever 150 and the movement of the linear portion 144.
  • the other structure of the heat generating body 104 is the same as that of said 1st embodiment.
  • the insulator 150 includes a pair of flat portions 151 and a connecting portion 152 that connects the flat portions 151, and a holding portion that holds a part of the current path 142 by the pair of flat portions 151. And the heating element 104 is sandwiched.
  • the insulator 150 is made of, for example, a material having insulation and heat resistance such as a so-called ceramic material or silicon nitride material mainly composed of alumina, alumina silica, mullite, zircon, or cordierite.
  • a coating layer similar to that in the first embodiment is formed on the surface of the insulator 150. This prevents devitrification due to contact between the insulator 150 and the quartz material at a high temperature.
  • the frame member 109 is sandwiched between the upper and lower quartz plates 102 and 103 and forms a space for accommodating the heating element 104 and the insulator 150.
  • the frame member 109 is made of quartz in the same manner as the upper and lower quartz plates 102 and 103. Airtightness is improved by welding similar members. Thereby, the heating element 104 and the insulator 150 can be isolated from the atmosphere in the furnace for processing a single wafer such as a wafer, and the atmosphere in the furnace of fine particles generated by oxides, friction, etc. generated from the heating element 104 and the insulator 150 can be obtained. Can be prevented from flowing out.
  • the material and fixing method of the frame member 109 are not particularly limited as long as the airtightness can be ensured.
  • a single plate-like heating element 104 is used as the electric heater 100 ′.
  • the electric heater 100 '' is configured using a plurality of heating elements.
  • four heating elements are arranged side by side and electrically connected in series via the connecting member 180.
  • the heating elements may be individually controlled without being connected in series.
  • the number of sheets is not limited to this.
  • the heating element 104 includes a first heating element A and a second heating element 104B.
  • a convex portion 148 is formed on the folded portion 143 located at one corner of the first heating element 104A.
  • a notch portion 147 is formed in the folded portion 143 located at the other corner, and a protruding portion 146 is formed in the linear portion 144.
  • a groove 149 is formed in the folded portion 143 located at one corner of the second heating element 104B.
  • the first heating element 104A and the second heating element 104B are arranged opposite to each other and arranged as a pair so as to be line symmetrical. As shown in FIG. 23A, the convex portion 148 of the first heating element 104A and the notch 147 of the second heating element 104B face each other to form a stepped portion. In addition, the protruding portion 146 of the first heating element 104A and the protruding portion 146 of the second heating element 104B face each other to form a space that accommodates the connecting portion 152. Thus, the insulator 150 simultaneously holds the first heating element 104A and the second heating element 104B, and also prevents a short circuit due to contact between them. Further, as shown in FIG.
  • the projecting portions 146 of the second heating element 104 ⁇ / b> B face each other to form a space for accommodating the connecting portion 152. Further, the grooves 149 face each other to form a space for accommodating the connecting portion 152.
  • the insulator 150 simultaneously holds the opposing second heating element 104B and prevents a short circuit due to the contact.
  • the quartz tube 105 made of transparent quartz glass is used as the spacer.
  • transparent quartz glass it is not limited to transparent quartz glass, but may be composed of other materials.
  • an insulator if it is a material that reacts with quartz, a coating layer similar to that of the above embodiment is provided on the insulator surface. Since the insulator 105 is in contact with the lower quartz plate 102, devitrification occurs from the contact portion.
  • the coating layer By providing the coating layer, direct contact between the insulator body and the lower quartz plate 102 can be avoided, and devitrification from the contact portion can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in thermal efficiency and prevent damage to the quartz plate due to devitrification.
  • the quartz tube 105 is not limited to a hollow tubular body but may be a solid rod-shaped body.
  • a temperature sensor for control may be disposed in the tubular body (quartz tube 105). As a result, the temperature sensor can be positioned in the vicinity of the heating element 104, and the heating temperature of the heating element can be accurately measured.
  • the shape of the rod-shaped body 105 is not particularly limited.
  • the material of the rod-shaped body 105 is not limited to transparent quartz glass, but the above embodiment is preferable in terms of heating efficiency.
  • the substantially H-shaped insulator 150 is used as the spacer.
  • the shape is not limited to this, and an insulator 150 'as shown in FIG. 24 may be used, for example.
  • the insulators 150 are arranged in the slits (air gaps) 145 between the linear portions 144 of the current path 142 at appropriate intervals along the longitudinal direction.
  • the branch portion 155 formed in a rod shape holds the linear portion 144, thereby avoiding contact between the heating element 104 and the lower quartz plate 102.
  • the main body portion 157 can prevent a short circuit due to contact between the linear portions 144.
  • the outer shape of the electric heater 100 is formed in a rectangular shape.
  • the outer shape is not limited to a rectangle, and may be formed in, for example, a triangle, a disk, or a polygon.
  • the shape of the heating element 104 is the same as described above, and may not be meandering.
  • a thin metal layer was formed by bonding the platinum foil 124.
  • platinum in addition to platinum, noble metals such as gold and silver, and metals such as aluminum, chromium and nickel can be applied to the metal layer.
  • the description of the pin 129 is omitted, but it is also possible to prevent a short circuit by providing the pin 129 as in the second and third embodiments.
  • the engagement between the heating element 104 and the insulator 150 is not limited to the above example, and contact between the adjacent heating element 104 and / or the linear portion 144 can be prevented.
  • the heating element 104 is not limited to the above as long as the heating element 104 can be held away from the lower quartz plate 102.
  • the electric heater according to the present invention can be used as a heater for heating a semiconductor wafer that simultaneously heats a single wafer such as a semiconductor wafer. Further, the present invention can be applied to a semiconductor manufacturing apparatus that heats a semiconductor wafer. Further, in addition to semiconductor wafers, it can be used as a heater for heat treatment of an object to be heated such as glass, ceramic, metal, etc., and can be applied to these heating devices and substrate processing devices.

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Abstract

　簡易な加熱制御で複数の枚葉物を同時に且つ同一条件で均一に加熱することが可能な電気ヒーター及びこれを備えた半導体製造装置を提供すること。　蛇行状の電流路を形成した板状の発熱体１０と、この発熱体１０を挟み込んで保持する一対の石英板２０とを備え、半導体ウエハ等の枚葉物Ｗを加熱する。ヒーター全体が放射方向に境界２ｘを有するように区分けされる複数区分２よりなる。各区分２は１枚の枚葉物Ｗを加熱する。発熱体１０は、各区分２で少なくとも円盤の内周部Ａ１、中央部Ａ２及び外周部Ａ３に区分けされる。内周部Ａ１、中央部Ａ２及び外周部Ａ３毎に隣接する各区分に属する発熱体１０を直列に接続する。内周部Ａ１、中央部Ａ２及び外周部Ａ３毎に個別に加熱制御される。

Description

電気ヒーター及びこれを備えた半導体製造装置
　本発明は、電気ヒーター及びこれを備えた半導体製造装置に関する。さらに詳しくは、蛇行状の電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体を挟み込んで保持する一対の石英板とを備え、半導体ウエハ等の枚葉物を加熱する電気ヒーター及びこれを備えた半導体製造装置に関する。
　上述の如き電気ヒーターとして、例えば特許文献１に記載の如きものが知られている。同文献では、円盤状のプレートヒーターを略扇状の複数の区画により構成すると共に発熱線体を配置して一対の石英板で挟み込んで形成している。この発熱線体には一対のリード端子が接続されている。この構成により、プレートヒーターは、ヒーター全体でのみ加熱制御が可能であり、ウエハ全体を均一に加熱するためにゾーン毎に加熱制御することはできない。
　一方、特許文献２，３の各文献には、個別に制御可能な少なくとも４つのセグメントにより構成されたヒーターが開示されている。また、特許文献４，５の各文献では、ヒーターの放射方向及び周方向の複数の領域に個別に制御可能な発熱体がそれぞれ配置されている。特許文献４では少なくとも４つの領域に発熱体が配置されており、特許文献５では少なくとも７つの領域に発熱体が配置されている。しかし、これら特許文献１～５に開示されるヒーターは、いずれも加熱するウエハが単一のウエハであり、複数のウエハを同時に加熱するものではない。
　ところで、同時に複数のウエハを加熱するために、上述の如きヒーターをウエハの枚数分配置することが考えられる。しかし、上述の各ヒーターはセグメント（領域）毎に独立して加熱制御する構成であるため、セグメント毎に制御器が必要となる。例えば、５枚のウエハを同時に加熱する場合、特許文献２～４の文献では、ヒーター数×セグメント数＝５×４＝２０個の制御器が必要となる。また、特許文献４では、５×７＝３５個の制御器が必要となる。このように、ヒーターを複数配置した場合、数多くの制御器が必要となり、構造が複雑となると共に加熱制御が煩雑となる。また、ウエハを同一条件で加熱するためにヒーター相互間での温度制御も必要となり、さらに複雑な制御となる。しかも、複雑な温度制御を行ったとしても、ヒーターを複数配置することによる加熱面全体での面内温度を均一にすることが困難な場合も生じてしまう。
特開平６－２６０４３０号公報 特表２００７－５３７５８２号公報 特開２００２－１８４５５８号公報 特開２００１－６８５２号公報 特開２００６－９３４９６号公報
　かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、簡易な加熱制御で複数の枚葉物を同時に且つ同一条件で均一に加熱することが可能な電気ヒーター及びこれを備えた半導体製造装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に係る電気ヒーターの特徴は、蛇行状の電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体を挟み込んで保持する一対の石英板とを備え、半導体ウエハ等の枚葉物を加熱する構成において、ヒーター全体が放射方向に境界を有するように区分けされる複数区分よりなり、各区分は１枚の枚葉物を加熱するものであり、前記発熱体は、前記各区分で少なくとも円盤の内周部、中央部及び外周部に区分けされており、前記内周部、中央部及び外周部毎に隣接する各区分に属する発熱体を直列に接続し、前記内周部、中央部及び外周部毎に個別に加熱制御されることにある。
　上記構成によれば、ヒーター全体で放射方向に区分けされた複数区分より構成されているので、各区分がヒーターの中心に対し点対称に配置される。これにより、ヒーターの円周方向に対して加熱が均一化される。また、発熱体は少なくとも各区分で円盤の内周部、中央部及び外周部に区分けされているので、ヒーターの径方向に対しても加熱が均一化される。よって、ヒーター全体で加熱を均一化させることが可能となる。しかも、内周部、中央部及び外周部毎に隣接する各区分に属する発熱体を直列に接続しているので、加熱制御のための制御器の個数を従来より大幅に減らし、制御装置の構成が簡素化される。さらに、直列に接続することで複数の枚葉物を同一条件で均一に加熱するように加熱制御を行うことができる。従って、複数枚の半導体ウエハ等の枚葉物を同時に且つ同一条件で均一に加熱することが容易となる。
　ヒーター全体が円盤状を呈し、前記発熱体は、前記円盤の円周に沿う円弧状に形成された複数の円弧状部と、各円弧状部を連続させる複数の折返部とからなり、前記各円弧状部を互いに平行となるように前記円盤の放射方向に配置させるとよい。これにより、ヒーター全体において、発熱体の電流路を略均等に配置することができ、各区分においてウエハ全体を均一に加熱することができる。
　前記一対の石英板は双方とも透明の石英ガラスであり、石英板の一方の外面に薄膜状の金属層を形成し、他側の石英板近傍の前記枚葉物を加熱するとよい。発熱体を保持する一対の石英板を透明の石英ガラスで構成することで、発熱体からの熱線及び輻射熱は一対の石英板に殆ど吸収されることなく透過するので、熱容量による問題が軽減される。しかも、石英板の一方の外面に薄膜状の金属層を形成することで、枚葉物とは反対側へ放射される輻射熱を効率よく反射させることができる。
　前記金属層は、箔接着、蒸着、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、イオンプレーティング、メッキ、塗布及び印刷法の群より選ばれる成膜手段によって形成される。これにより、簡便に薄膜状の金属膜を形成することができる。また、前記金属層が白金よりなるとよい。白金を用いることでより反射効率を向上させることができる。
　前記一対の石英体の少なくとも一方の石英板と前記発熱体との間にスペーサーを配置してもよい。これにより、発熱体が石英板に直接接触して加熱することがなく、特に高温（約１０００℃）となるような環境下において発熱体と石英体との接触に起因する石英の失透を抑制することができ、長期にわたり加熱効率を持続することが可能となる。また、失透の発生を抑制するので、失透部分の生成による部分的な加熱効率の低下を防止し、加熱の面内均一性も維持できる。
　係る場合、前記スペーサーは、棒状体であるとよい。これにより、発熱体により加熱されるスペーサーと石英板との接触は線接触となるので、直接加熱される部分が最小限に抑えられ、石英の失透をさらに抑制することができる。
　前記スペーサーは、前記発熱体の一部を保持する保持部を有するとよい。これにより、発熱体の脱落を防止でき、発熱体と石英との接触を回避して石英の失透を防止することができる。さらに、発熱体の電流路間での接触による短絡をも防止することができる。
　前記スペーサーの表面には、石英と反応しない材料よりなるコーティング層が形成されているとよい。上記構成によれば、石英と接触する部分が石英と反応しない材料で覆われているので、失透の発生をさらに抑制することができ、失透部分の生成による部分的な加熱効率の低下を防止し、加熱の面内均一性も維持される。
　また、上記いずれかに記載の電気ヒーターは、半導体ウエハ加熱用のヒーターであって、前記枚葉物は半導体ウエハであるとよい。半導体装置の製造工程には、成膜処理やエッチング処理等の半導体ウエハを加熱する処理工程がある。上記構成によれば、これらの工程において同一条件で均一に加熱処理することが可能となり、効率よく半導体装置を製造することができる。上記いずれかに記載の電気ヒーターは、これを備えた半導体製造装置としても実施することができる。
　上記本発明に係る電気ヒーター及びこれを備えた半導体製造装置の特徴によれば、簡易な加熱制御で複数の枚葉物を同時に且つ同一条件で均一に加熱することが可能となった。
　本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
本発明に係る電気ヒーターの平面図である。 本発明に係る電気ヒーターを用いた半導体ウエハ加熱用ヒーターの概略正面図である。 加熱ユニットを示す平面図である。 加熱ユニットの発熱体を示す平面図である。 加熱ユニットの下石英板を示す平面図である。 図３のＡ－Ａ線拡大断面図である。 発熱体の接続を模式的に示す図である。 電気ヒーターを用いた半導体ウエハ加熱用ヒーターの分解図である。 本発明の第二実施形態における図６相当図である。 他の態様に係る電気ヒーターの上石英板を省略した概略斜視図である。 図１０の電気ヒーターの裏面側を示す斜視図である。 図１０の電気ヒーターの分解斜視図である。 図１０の電気ヒーターの断面斜視図である。 図１０の電気ヒーターの部分拡大断面斜視図である。 （ａ）は図１０の他の態様に係る第二の実施形態に係る電気ヒーターの上石英板を省略した概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ部部分拡大図である。 図１５の電気ヒーターの分解斜視図である。 （ａ）は図１６のＢ部部分拡大図、（ｂ）は図１６のＣ部部分拡大図である。 （ａ）は図１５の電気ヒーターの平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ－Ｄ線の部分拡大断面図である。 図１５の電気ヒーターにおける発熱体の平面図である。 図１９の発熱体の碍子との係合を示す部分拡大図であり、（ａ）はＥ部、（ｂ）はＦ部、（ｃ）はＧ部を示す。 （ａ）は図１０の他の態様に係る第三の実施形態に係る電気ヒーターの上石英板を省略した概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＨ部部分拡大図である。 図２１の電気ヒーターにおける発熱体の平面図である。 図２２の発熱体の碍子との係合を示す部分拡大図であり、（ａ）はＩ部、（ｂ）はＪ部を示す。 他の態様に係る電気ヒーターの碍子の改変例を示す模式図である。
　次に、図１～８を参照しながら、本発明の第一実施形態をさらに詳しく説明する。
　図１に示すように、本発明に係る電気ヒーター１は、ヒーター全体が放射方向に境界２ｘを有するように区分けされた複数区分としての複数の加熱ユニット２よりから構成され、略円盤状に形成されている。加熱ユニット２は、加熱ユニット２毎に例えば半導体ウエハ等の枚葉物Ｗを加熱する。本実施形態では、第一～第五加熱ユニット２ａ～２ｅを組み合わせて電気ヒーター１を構成し、５枚のウエハＷを同時に加熱する。
　この電気ヒーター１は、例えば図２に示すように、載置台３の円形状のテーブル４上でカーボン製のカバー部材６を介して固定され、半導体ウエハ加熱用ヒーター２００として実施される。この半導体ウエハ加熱用ヒーター２００は、例えば成膜処理やエッチング処理等の半導体製造工程に用いられる半導体製造装置の加熱手段として用いられる。
　図３に示すように、各加熱ユニット２ａ～２ｅは、板状の発熱体１０と、この発熱体１０を挟み込んで支持する一対の石英板２０とからなり、電気ヒーター１を略５等分する大きさの略扇状に形成されている。各加熱ユニット２ａ～２ｅは、いずれも同様の構成である。以下、第一加熱ユニット２ａを例に説明する。
　図３，４に示すように、発熱体１０は、電気ヒーター１の内周部Ａ１、中間部Ａ２及び外周部Ａ３の一部となる領域ａ１～ａ３に区分けされた第一～第三発熱体１１～１３から構成されている。各発熱体１１～１３は、例えばＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金やニッケルクロム合金等の板状体より製作され、蛇行状の電流路１１ａ，１２ａ，１３ａが形成されている。発熱体１０を板状に形成することで、ウエハＷが載置される加熱面近傍に配置でき、且つ加熱面をほぼ覆うように熱線を放射させることが可能となり、効率よく且つ均一に加熱することが可能となる。
　第一発熱体１１は、第一加熱ユニット２ａの内周領域ａ１に配置されている。電流路１１ａは、電気ヒーター１の円周の一部となる加熱ユニット２ａの円弧に沿う円弧状の複数の円弧状部１１ｂと、円弧状部１１ｂの両端部で折り返され隣接する各円弧状部１１ｂを連続させる複数の折返部１１ｃとからなる。各円弧状部１１ｂは、加熱ユニット２ａの円弧に対し互いに略平行となるよう円盤の径方向Ｒに適宜間隔をおいて配置されている。
　第二発熱体１２は、第一加熱ユニット２ａの中間領域ａ２に配置されている。電流路１２ａは、加熱ユニット２ａの円弧に沿う円弧状の複数の第一、第二円弧状部１２ｂ，１２ｃと、この第一、第二円弧状部１２ｂ，１２ｃを加熱ユニット２ａの外周側で周方向Ｃに連続させる円弧状の第三円弧状部１２ｄを備えている。各第一、第二円弧状部１２ｂ，１２ｃは、中間領域ａ２において、円周方向Ｃにおける中央線Ｍに対し線対称に配置されている。第一～第三円弧状部１２ｂ～１２ｄは、加熱ユニット２ａの円弧に対し互いに略平行となるよう円盤の径方向Ｒに適宜間隔をおいて配置されている。また、第一～第三円弧状部１２ｂ～１２ｄには、各両端部で折り返され隣接する各円弧状部１２ｂ～１２ｄを連続させる折返部１２ｅが形成されている。第二発熱体１２を第一発熱体１１と同様に加熱ユニット２ａの円弧に沿う円弧状部とした場合、その長さが長くなるため、発熱体の発熱による膨張や変形がより大きくなり、隣接する円弧状部が接触しやすくなり、短絡が生じやすくなる。そこで、中心線Ｍ近傍の折返部１２ｅで折り返して第一、第二円弧状部１２ｂ、１２ｃとすることで、円弧状部の長さを短くし、熱変形を抑制して短絡を防止する。また、円弧状部の長さを短くすることで、短絡を防止するためのピン２３の本数を抑えることができる。
　第三発熱体１３は、第一加熱ユニット２ａの外周領域ａ３に配置されている。電流路１３ａは、第二発熱体１２の電流路１２ａと同様に構成されており、複数の第一、第二円弧状部１３ｂ，１３ｃと、この第一、第二円弧状部１３ｂ，１３ｃを加熱ユニット２ａの最外周側で周方向Ｃに連続させる円弧状の第三円弧状部１３ｄと、各円弧状部１３ｂ～１３ｄを連続させる折返部１３ｅとからなる。第三発熱体１３においても、上記第二発熱体１２と同様に中心線Ｍ近傍の折返部１３ｅで折り返して円弧状部を短くしている。
　このように、各発熱体１１～１３の主要部となる各円弧状部１１ｂ，１２ｂ～１２ｄ，１３ｂ～１３ｄは、加熱ユニット２ａの円弧に沿うように互いに略平行となるように円盤の径方向Ｒに配置され、蛇行状の電流路を形成する。ここで、円盤状のヒーターでは、外周部に向かうほど多くの熱が放出される。よって、上述の蛇行形状により、加熱ユニット２ａ上で各発熱体１１～１３の電流路１１ａ～１３ａを略均等に配置することができ、後述する加熱制御によりヒーター全体で均一な加熱を行うことが可能となる。しかも、第一～第三発熱体１１～１３は、加熱ユニット２ａの円周方向Ｃの中央線Ｍに対し線対称となるように配置しているので、加熱ユニット２ａ全体においても加熱の均一化が図られる。なお、仮に、各発熱体１１～１３の折返部１１ｃ，１２ｅ，１３ｅを加熱ユニット２ａの径方向に対向するように設けた場合、各領域内ａ１～３は外周に向かうに従い広がる扇形であるので、各領域内ａ１～３を均一に加熱可能となるように各発熱体１１～１３を配置、形成することは困難となる。
　一対の石英板２０は、上述の発熱体１０を載置する下石英板２１と、下石英板２１と共に発熱体１０を挟み込んで保持する上石英板２２よりなる。上下石英板２１，２２は双方とも透明の石英ガラスより製作されている。透明の石英ガラスは熱伝導率が低く、発熱体１０からの熱線を殆ど吸収することなく透過させる。これにより、一対の石英板２０の熱容量を小さくすることができ、一対の石英板２０への蓄熱を抑制することができる。従って、一対の石英板２０の双方を透明石英ガラスで構成することで、ヒーターの昇降温に対するレスポンスを向上させることができ、ウエハＷの加熱効率が向上する。しかも、石英ガラスは熱膨張率が極めて低いので、急速な昇温及び降温による熱衝撃の影響は極めて小さい。よって、下述の如きゾーン制御を行っても、上下石英板２１，２２によって加熱の均一性が影響されることはほとんどない。
　図５に示すように、石英板２０の表面２０ａ上には、第一～第三ピン２３ａ～２３ｃがそれぞれ複数立設されている。これらの第一～第三ピン２３ａ～２３ｃは、例えば石英等の絶縁材料からなり、略円筒状に形成されている。また、各ピン２３ａ～２３ｃは、図６に示すように、石英板２０に載置される発熱体１０よりも高く且つ後述の石英管３０とほぼ同等の高さとなるように形成されている。
　第一ピン２３ａは、図３，５に示すように、上述の第一～第三発熱体１１～１３の各折返部１１ｃ，１２ｅ，１３ｅの内側近傍のスリット１４内に位置するように設けられている。これにより、主に各発熱体１１～１３の加熱ユニット２ａの径方向Ｒへの膨張や移動を制限する。また、第二ピン２３ｂは、第一～第三発熱体１１～１３の各円弧状部１１ｂ，１２ｂ～１２ｄ，１３ｂ～１３ｄのスリット１４内の略中央に設けられている。これにより、各円弧状部１１ｂ，１２ｂ～１２ｄ，１３ｂ～１３ｄの径方向Ｒへの膨張や移動を制限する。第三ピン２３ｃは、各発熱体１１～１３の最外周側の円弧状部の略中央近傍に位置するように加熱ユニット２ａの中央線Ｍ上に設けられている。これにより、各発熱体１１～１３の最外周側の円弧状部の径方向への膨張や移動を制限する。この第一～第三ピン２３ａ～２３ｃにより、載置面２１ａ面内での各発熱体１１～１３の移動が防止され、各発熱体１１～１３の接触による短絡を防止する。また、発熱体１１～１３自身の熱変形による隣接する各円弧状部１１ｂ，１２ｂ～１２ｄ，１３ｂ～１３ｄ間及び各発熱体１１～１３間での接触も防止される。
　図６に示すように、下石英板２１の裏面２１ｂには、薄膜状の金属層としての白金箔２４が貼着され形成されている。この白金箔２４の厚さは約０．３μｍであり、白金箔２４の熱容量は極めて小さくなる。また、下石英板２１を熱伝導率が低い石英ガラスにより構成しているので、下石英板２１の熱容量も小さい。よって、発熱体１０から加熱面とは反対側に放射される熱線及び輻射熱は、下石英板２１に殆ど吸収（蓄熱）されることなく透過し、白金箔２４により加熱面側に反射される。従って、下石英板２１の裏面２１ｂに直接薄膜状の金属層２４を形成することで、発熱体１０からの輻射熱のエネルギーのロスを抑制させて効率よく反射させることができ、迅速に昇温・降温制御を行うことができる。その結果、ヒーターの加熱効率をさらに向上させることができる。なお、薄膜状の金属層２４は、箔を接着させて形成させる他、蒸着、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、イオンプレーティング、メッキ、塗布及び印刷法等の成膜手段によっても形成することができる。
　また、図５に示すように、下石英板２１には、各発熱体１１～１３の各端部１１ｘ～１３ｘ，１１ｙ～１３ｙを貫通させる第一貫通孔２５ａと、ウエハＷを持ち上げるリフターピンを貫通させる第二貫通孔２５ｂとが形成されている。また、下石英板２１の周縁部２６は石英よりなり、図６に示すように、第一～第三ピン２３ａ～２３ｃと同一の高さとなるよう形成されている。
　本発明に係る電気ヒーター１は、上述の如く構成した第一～第五加熱ユニット２ａ～２ｅを同一平面上で周方向Ｃに組み合わせることで構成される。円周方向区分としての各加熱ユニット２ａ～２ｅは、各周縁部２６及び第一、第二ピン２３ａ，２３ｂ上に上石英板２２を載置すると共に互いを溶着させることで連結固定される。これにより、発熱体１０は上下石英板２１，２２で挟み込むように保持した状態で上下石英板２１，２２及び周縁部２６で囲まれる内部空間に封入される。発熱体１０を石英部材で包囲することで、ウエハＷの加熱処理時においてガス等による発熱体１０の腐食等を防止することができる。
　また、図７に示すように、隣接する第一～第五加熱ユニット２ａ～２ｅに属する各第一発熱体１１は、直列に接続されると共に端部１１ｘ、１１ｙを介して外部の温度制御器ＣＬ１に接続される。同様に、第二、第三発熱体１２，１３も隣接する各加熱ユニット２ａ～２ｅ間で直列に接続され、外部の温度制御器ＣＬ２，ＣＬ３にそれぞれ接続される。各発熱体１１～１３を直列に接続することで、電気ヒーター１の内周部Ａ１、中間部Ａ２及び外周部Ａ３毎にゾーン制御が可能となる。従って、各加熱ユニット２ａ～２ｅで加熱される各ウエハＷを同時に且つ同様の条件で均一に加熱するように加熱制御を行うことが可能となる。しかも、同心円状のゾーン（区分）毎に加熱制御する温度制御器は３つで足り、制御機構が簡素化され、加熱制御を容易に行うことができる。
　上述の如く組み付けられた電気ヒーター１は、図８に示すように、載置台３上に載置される。載置台３の円形のテーブル４には、例えばステンレス板やアルミニウム板等の補強部材としての金属板４１と、断熱部材としてのセラミッククロス４２とが積層されている。セラミッククロス４２により、テーブル４や金属板４１への熱伝導を防止し、電気ヒーター１の加熱効率の低下を防止する。そして、発熱体１０を封入した一対の石英板２０を積層させ、カーボン製のカバー部材６の嵌合部６ａに上記各部材を嵌め合わせて固定する。このカバー部材６上には、ウエハＷを載置するための複数の凹部６ｂが形成されており、各加熱ユニット２ａ～２ｅの対応する凹部６ｂにウエハＷが載置される。このカバー部材６がウエハＷの加熱面となる。
　次に、本発明に係る第二実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において、上記実施形態と同様の部材には同一の符号を付してある。
　上記第一実施形態では、発熱体１０を下石英板２１上に載置した。ここで、高温加熱処理（例えば、約１０００℃以上）の場合、下石英板２１が発熱体１０の高熱に起因して結晶化する失透が生じる場合がある。そこで、第二実施形態では、発熱体１０と発熱体１０の下側に位置する下石英板２１との間に絶縁性のスペーサー５０を設け、下石英板２１とスペーサー５０とで発熱体１０を挟持する。
　図９に示すように、第二実施形態において、スペーサー５０として石英管を用いている。この石英管５０は、下石英板２１と同様に透明の石英ガラスより製作されている。透明の石英ガラスを用いることで、加熱面側に放射される発熱体１０からの熱線や輻射熱を殆ど吸収することなく透過させることができるので、効率よく加熱することができる。
　石英管５０は、例えば、径方向Ｒに沿って放射状に４本配置される。この第一～第四石英管５０ａ～５０ｄは第一ピン２３ａの近傍に配置される。また、第一～第四石英管５０ａ～５０ｄは、加熱ユニット２ａの中央線Ｍに対して線対称となるように配置されている。これにより、加熱ユニット２ａ内での面内温度を均一にすることができる。
　第一～第三石英管５０ａ～５０ｃの内部には、それぞれ温度センサ５１ａ～５１ｃを設けることも可能である。例えば、第一温度センサ５１ａは、第一加熱ユニット２ａの内周領域ａ１に位置するように、例えば第三石英管５０ｃに挿入される。また、第二、第三温度センサ５１ｂ，５１ｃは、第一加熱ユニット２ａの中間領域ａ２及び外周領域ａ３に位置するように、例えば第二、第一石英管５０ｂ，５０ａにそれぞれ挿入される。
　各石英管５０を発熱体１０の裏面に位置させるので、各温度センサ５１ａ～５１ｃを各領域ａ１～ａ３の発熱体１１～１３の近傍に配置することができる。よって、発熱体１０の温度を精度良く測定することができ、ゾーン制御を高精度に行うことができる。但し、本実施形態では、これらの温度センサ５１ａ～５１ｃは、第一加熱ユニット２ａにのみ設け、他の加熱ユニット２ｂ～２ｅには設けていない。
　各温度センサ５１ａ～５１ｃのリード線は、加熱ユニット２ａの内周縁部側へ延長させている。そして、各加熱ユニット２ａ～２ｅの内周縁部により形成される開口部を介して外部へ延長する。なお、温度センサ５１ａ～５１ｃとしては、例えば、各種の熱電対、サーミスタ、抵抗測温体等が用いられる。
　また、石英管５０は、発熱体１０の裏面側に設けられている。これにより、下石英板２１と発熱体４とは直接接触して加熱されることはない。そのため、石英が高温となって失透することを抑制することができる。しかも、石英管５０と発熱体１０との接触は線接触となるので、発熱体１０が直接接触し加熱される部分は最小となる。よって、石英管５０の失透をさらに抑制することができ、長期にわたって加熱効率を維持できる。また、失透が生じると、失透部分によって熱線及び輻射熱の透過にムラが生じ、加熱効率が低下すると共に加熱面内での均一な加熱が困難となる。失透を抑制することで加熱の効率性及び均一性も維持される。
　加えて、石英管５０で発熱体１０を挟持するように保持するので、発熱体１０の大部分が開放され、発熱体１０からの熱線や輻射熱を直接加熱面へ放射することができる。従って、熱エネルギーのロスを抑制し、枚葉物を効率よく加熱することができる。
　さらに、石英管５０の表面には、コーティング層が形成されている。コーティング層により、発熱体１０と石英管５０本体との直接接触を回避し、石英管５０の失透を抑制することができる。これにより、失透による石英管５０の破損を防止し寿命を延ばすことができる。コーティング層は、例えば、ディッピング、塗布等の既知の方法により形成される。また、このコーティング層には、例えば、ＳｉＣ、ムライト、石英等の混合物が用いられる。
　第二実施形態において、スペーサー５０として透明石英ガラスよりなる石英管を用いた。しかし、スペーサーとしては、透明石英ガラスに限らず、他の材料により構成しても構わない。例えば、棒状（又は管状）の碍子より構成してもよい。また、スペーサー５０の形状は、発熱体１０と下石英板２１との接触を回避できる形状であればよく、例えば、図１７や図２４の如く発熱体の電流路の一部を保持する保持部を有する碍子１５０，１５０’をスペーサーとして用いることも可能である。碍子は、例えば、アルミナ質、アルミナシリカ質、ムライト質、ジルコン質又はコージライトを主体とするいわゆるセラミックス材料や窒化珪素質材料等の絶縁性、耐熱性を有する材料より構成される。但し、碍子を用いる場合にも、碍子表面に上記のコーティング層を設ける。これにより、碍子本体と下石英板２１との直接接触を回避し、接触部分からの失透を抑制することができる。よって、熱効率の低下を抑制すると共に失透による下石英板２１の破損を防止することができる。
　最後に、本発明のさらに他の実施形態の可能性について説明する。なお、上述の実施形態と同様の部材には同一の符号を附してある。
　上記実施形態において、発熱体１０を第一～第三発熱体２１～２３により構成することで円盤の内周部Ａ１、中間部Ａ２及び外周部Ａ３の３つの区分（放射方向区分）に区分けした。しかし、発熱体１０を区分けする態様は上記態様に限られるものではなく、４以上の区分に区分けしても構わない。但し、区分の数を増加させるに従い加熱制御が煩雑となるため、この点で上記実施形態が優れている。
　また、発熱体１０を円盤状の電気ヒーター１に対し同心円状に３つの区分に区分けした。しかし、発熱体１０の区分の形状や配置は上記実施形態に限られるものではない。但し、各枚葉物Ｗの面内温度を均一化させるためには、電気ヒーター１の中心に対し点対称となるように区分けされていることが望ましい。
　上記実施形態において、ヒーター全体を区分けする複数区分を５つの扇状の加熱ユニット２ａ～２ｅにより構成した。しかし、加熱ユニット２の数や形状は上記実施形態に限られるものではなく、同時に加熱処理する枚葉物Ｗの数や大きさに応じて適宜設定可能である。但し、各枚葉物Ｗの面内温度を均一化させるためには、電気ヒーター１の中心に対し点対称となるように区分けされていることが望ましい。
　また、上記実施形態において、電気ヒーター１の外形を円盤状に形成した。しかし、外形形状は円盤状に限られず、例えば三角形、矩形、多角形等に形成しても構わない。但し、加熱ユニットの対称配置や加熱面の面内温度の均一性の点で、円盤状に形成した上記実施形態が優れている。
　上記実施形態では、加熱ユニット２毎に略扇状の一対の石英板２０を用いた。しかし、一対の石英板２０を一枚の円盤状に形成し、ヒーター全体を区分けする複数区分を仮想的に形成しても構わない。但し、製作公差やヒーターの昇温・降温による石英板の歪み等の変形を抑制可能な点で上記実施形態が優れている。なお、下石英板２１を区分毎に設けると共に上石英板２２を一枚の円盤状に形成し発熱体１０を挟み込んで保持しても構わない。
　上記実施形態において、薄膜状の金属層を白金箔２４を接着させることで形成した。しかし、金属層は、白金の他、金、銀等の貴金属類や、アルミニウム、クロム、ニッケル等の金属も適用可能である。
　本発明に係る実施形態は上述の如く構成されるが、さらに包括的には次に列挙するような態様であってもよい。
　第一の態様に係る電気ヒーターの特徴は、蛇行状の電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体を挟み込んで保持する一対の石英板とを備え、半導体ウエハ等の枚葉物を加熱する構成において、前記一対の石英板は双方とも透明の石英ガラスであり、石英板の一方の外面に薄膜状の金属層を形成し、他側の石英板近傍の前記枚葉物を加熱することにある。
　上記構成によれば、発熱体を保持する一対の石英板を透明の石英ガラスで構成することで、発熱体からの熱線及び輻射熱は一対の石英板に殆ど吸収されることなく透過するので、熱容量による問題が軽減される。しかも、石英板の一方の外面に薄膜状の金属層を形成することで、枚葉物とは反対側へ放射される輻射熱を効率よく反射させることができる。
　前記金属層は、箔接着、蒸着、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、イオンプレーティング、メッキ、塗布及び印刷法の群より選ばれる成膜手段によって形成される。これにより、簡便に薄膜状の金属膜を形成することができる。また、前記金属層が白金よりなるとよい。白金を用いることでより反射効率を向上させることができる。
　また、半導体ウエハ加熱用のヒーターであって、ヒーター全体が放射方向に区分けされる複数区分よりなり、各区分内で１枚のウエハを加熱するものであるとよい。これにより、複数のウエハを同時に加熱、処理することができる。上記いずれかに記載の電気ヒーターは、これを備えた半導体製造装置として実施することができる。
　上記第一の態様に係る電気ヒーター及びこれを備えた半導体製造装置の特徴によれば、昇温及び降温のレスポンスに優れ、加熱効率を向上させることが可能となる。なお、第一の態様に係る電気ヒーターの実施の形態としては、上記第一、第二実施形態が適用可能である。
　第二の態様に係る電気ヒーターの特徴は、面状の発熱体と、この発熱体を挟み込んで保持する一対の石英板とを備え、枚葉物を加熱する構成において、少なくとも下石英板と前記発熱体との間にスペーサーを配置したことにある。
　上記構成によれば、面状（板状）の発熱体の下側に配置される下石英板と発熱体との間にスペーサーが配置されるので、発熱体が下石英板に直接接触して加熱することがなく、特に高温（約１０００℃）となるような環境下において発熱体と石英体との接触に起因する石英の失透を抑制することができ、長期にわたり加熱効率を持続することが可能となる。また、失透の発生を抑制するので、失透部分の生成による部分的な加熱効率の低下を防止し、加熱の面内均一性も維持できる。
　係る場合、前記スペーサーは、棒状体であるとよい。これにより、発熱体により加熱されるスペーサーと下石英板との接触は線接触となるので、直接加熱される部分が最小限に抑えられ、失透部分の生成による部分的な加熱効率の低下を防止し、石英の失透をさらに抑制することができる。
　上記第二の態様に係る電気ヒーターの特徴によれば、簡素な構成でありながら高い加熱効率を長期にわたり持続させることが可能となる。
　ここで、図１０～１４を参照しながら、第二の態様に係る電気ヒーターの第一実施形態をさらに詳しく説明する。
　電気ヒーター１００は、図１０～１２に示すように、大略、略矩形の下石英板１０２と、この下石英板１０２に対向する上石英板１０３と、下石英板１０２の内部に設けられる発熱体１０４と、上下石英板１０２，１０３と発熱体１０４との間に設けれられるスペーサーとしての棒状体１０５とを有する。なお、説明の便宜上、図１０において、下石英板１０２の凹部１２１を示すために上石英板１０３を省略して記載している。
　この電気ヒーター１００は、例えば、上石英板１０３の上面（加熱面）に載置された半導体ウエハ等の枚葉物を加熱する半導体ウエハ加熱用ヒーター（加熱装置）として実施される。この半導体ウエハ加熱用ヒーターは、例えば成膜処理やエッチング処理等の半導体製造工程に用いられる半導体製造装置の加熱手段として用いられる。
　下石英板１０２は、図１０～１３に示すように、大略、発熱体１０４を収容する凹部１２１と、発熱体１０４のリード線１４９を外部の電源に接続させるための接続部１２２とからなる。凹部１２１の周面（下石英板１０２の周縁部１０２ａ）には、発熱体１０４の端部１４１を収容する第一溝部１２１ａと、棒状体１０５の端部を収容する第二溝部１２１ｂとが、適宜間隔をおいて形成されている。
　接続部１２２は例えば円筒状を呈し、内部の貫通孔１２２ａには、管状部材１２３が挿入されている。管状部材１２３は、凹部１２１の底面に係止し、上面に発熱体１０４の端部１４１が載置される略円形の台座部１２３ａと、リード線１４９を挿通させる本体部１２３ｂとからなる。
　図１１に示すように、下石英板１０２の裏面１０２ｂには、薄膜状の金属層としての白金箔１２４が貼着され形成されている。この白金箔１２４の厚さは、例えば約０．３μｍであり、白金箔１２４の熱容量は極めて小さくなる。また、下石英板１０２を熱伝導率が低い石英ガラスにより構成しているので、下石英板１０２の熱容量も小さい。よって、発熱体１０４から加熱面とは反対側に放射される熱線及び輻射熱は、下石英板１０２に殆ど吸収（蓄熱）されることなく透過し、白金箔１２４により加熱面側に反射される。従って、下石英板１０２の裏面１０２ｂに直接薄膜状の金属層１２４を形成することで、発熱体１０４からの輻射熱のエネルギーのロスを抑制させて効率よく反射させることができ、迅速に昇温・降温制御を行うことができる。その結果、ヒーターの加熱効率をさらに向上させることができる。なお、薄膜状の金属層１２４は、箔を接着させて形成させる他、蒸着、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、イオンプレーティング、メッキ、塗布及び印刷法等の成膜手段によっても形成することができる。ここで、下石英板１０２には、透明な石英ガラスを用いる。上述したように、裏面１０２ｂに金属層１２４を設けている。不透明な石英ガラスの場合、発熱体１０４からの輻射熱及び金属層１２４からの反射熱が下石英板１０２に熱吸収され温度が高くなり、熱逃げが生じるため、熱効率が低下してしまう。透明な石英ガラスを用いることで熱効率の低下を抑制する。
　図１２に示すように、上石英体１０３は、下石英板１０２の周縁部１０２ａに載置され固定される。上石英体１０３は、透明な石英ガラスで構成されている。このように、上下の各石英板１０２，１０３を構成する透明の石英ガラスは熱伝導率が低く、発熱体１０４からの熱線を殆ど吸収することなく透過させる。これにより、各石英板１０２，１０３の熱容量を小さくすることができ、各石英板１０２，１０３への蓄熱を抑制することができる。従って、ヒーターの昇降温に対するレスポンスを向上させることができ、枚葉物の加熱効率が向上する。しかも、石英ガラスは熱膨張率が極めて低いので、急速な昇温及び降温による熱衝撃の影響は極めて小さい。
　図１０，１２～１４に示すように、発熱体１０４は、例えばＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金やニッケルクロム合金等の板状体より製作され、スリット１４５により蛇行状の電流路１４２が形成されている。電流路１４２は、大略、直線状部１４４と直線状部１４４を接続する折り返し部１４３を有し、端部１４１を介して外部と電気的に接続される。発熱体１０４を板状（面状）に形成することで、枚葉物が載置される加熱面近傍に配置でき、且つ加熱面をほぼ覆うように熱線を放射させることが可能となり、効率よく且つ均一に加熱することが可能となる。
　本実施形態において、スペーサーとしての棒状体１０５には、石英管を用いている。石英管１０５は、例えば上下石英板１０２，１０３と同様に透明の石英ガラスより製作されている。透明の石英ガラスを用いることで、加熱面側に放射される発熱体１０４からの熱線や輻射熱を殆ど吸収することなく透過させることができるので、効率よく加熱することができる。このように、各石英板１０２，１０３及び棒状体１０５を透明石英ガラスで構成することで、発熱体１０４からの熱線及び輻射熱は、これら部材に殆ど吸収されることなく透過するので、これらの部材の熱容量による問題が軽減され、枚葉物（被加熱物）を効率よく加熱することができる。
　図１０，１２～１４に示すように、石英管１０５は、発熱体電流路１４２の折り返し部１４３の端部から適宜間隔をおいて複数本が並行して設けられている。石英管１０５は、電流路１４２の直線状部１４４の長手方向に直交する又は交差するように配置される。特に、折り返し部１４３に石英管１０５を配置することで、発熱体１０４の端部１０４ａ（折り返し部１４３の先端）の熱変形による垂れを抑制することができる。
　また、石英管１０５は、発熱体１０４を挟んで上下に対向して設けられている。これにより、上下石英板１０２，１０３と発熱体１０４とは直接接触して加熱されることはない。そのため、石英が高温となって失透することを抑制することができる。しかも、石英管１０５と発熱体１０４との接触は線接触となるので、発熱体１０４が直接接触し加熱される部分は最小となる。よって、石英管１０５の失透をさらに抑制することができ、長期にわたって加熱効率を維持できる。また、失透が生じると、失透部分によって熱線及び輻射熱の透過にムラが生じ、加熱面内での均一な加熱が困難となる。失透を抑制することで加熱の均一性も維持される。
　加えて、一対の石英管１０５で発熱体１０４を挟持するように保持するので、発熱体１０４の大部分が開放され、発熱体１０４からの熱線や輻射熱を直接加熱面へ放射することができる。従って、熱エネルギーのロスを抑制し、枚葉物を効率よく加熱することができる。
　さらに、石英管１０５の表面には、コーティング層が形成されている。コーティング層により、発熱体１０４と石英管１０５本体との直接接触を回避し、石英管１０５の失透を抑制することができる。これにより、失透による石英管１０５の破損を防止し寿命を延ばすことができる。コーティング層は、例えば、ディッピング、塗布等の既知の方法により形成される。また、このコーティング層には、例えば、ＳｉＣ、ムライト、石英等やこれらの混合物等が用いられる。
　次に、第二の態様に係る第二実施形態について、図１５～２０を参照しながら説明する。なお、上述の実施形態と同様の部材には同一の符号を附してある。
　上記第一実施形態においてスペーサーとして石英管１０５を用いたが、第二実施形態では、略Ｈ字型を呈する碍子１５０をスペーサーとして用いる。
　第二実施形態に係る電気ヒーター１００’は、図１５，１６，１８に示すように、上下の石英板１０２，１０３と、発熱体１０４と、上下の石英板１０２，１０３との間で発熱体１０４を収容する空間を形成するフレーム部材１０９と、スペーサーとしての碍子１５０とを有する。なお、内部構造を示すために、図１５において、上石英板１０３を省略している。
　図１５～１８に示すように、下石英板１０２は、発熱体１０４の各スリット１４５に挿通されるピン１２９が立設されている。これにより、発熱体１０４の熱変形による直線状部１４４間の接触を防止し、短絡を防止する。また、このピン１２９は、後述の碍子１５０と同様の材料よりなり、上記実施形態と同様に表面にコーティング層が形成されている。これにより、ピン１２９との接触による石英の失透を防止することができる。なお、ピン１２９は、発熱体１０４の短絡を防止できればよく、必ずしも各スリット１４５に配置する必要はない。例えば、間欠的に配置してもよく、発熱体１０４の材質や形状（長さ）等に応じて個数を適宜設定すればよい。なお、下石英板１０２の裏面１０２ｂ及び上石英板１０３の構成は上記第一実施形態と同様である。
　図１９，２０に示すように、発熱体１０４の折り返し部１４３近傍の直線状部１４４には、スリット１４５側へ突出する突起部１４６が設けられている。この突起部１４６が後述の碍子１５０の連結部１５２の長手方向に位置するので、直線状部１４４及び碍子１５０の相対的な移動を制限する。これにより、碍子１５０の位置ずれを防止し、発熱体１０４の碍子１５０からの落下を防止する。また、直線状部１４４の長手方向への熱変形（膨張）、移動も防止する。よって、上下石英板１０２，１０３及びフレーム部材１０９に対する直接接触を回避し、石英の失透を防止することができる。また、発熱体１０４の角部に位置する折り返し部１４３には、切欠部１４７が形成されている。切欠部１４７は碍子１５０の連結部１５２の短手方向（厚さ方向）に位置し、碍子１５０の位置ずれ及び直線状部１４４の移動を制限する。なお、発熱体１０４の他の構成は、上記第一実施形態と同様である。
　図１５～１８に示すように、碍子１５０は、一対の平坦部１５１と、この平坦部１５１を連結する連結部１５２からなり、一対の平坦部１５１によって電流路１４２の一部を保持する保持部を構成し、発熱体１０４を挟持する。碍子１５０は、例えば、アルミナ質、アルミナシリカ質、ムライト質、ジルコン質又はコージライトを主体とするいわゆるセラミックス材料や窒化珪素質材料等の絶縁性、耐熱性を有する材料より構成される。また、碍子１５０表面には、上記第一実施形態と同様のコーティング層が形成されている。これにより、高温時における碍子１５０と石英材料との接触に起因する失透を防止する。
　図１５，１６に示すように、フレーム部材１０９は、上下の石英板１０２，１０３に挟持されると共に発熱体１０４及び碍子１５０を収容する空間を形成する。このフレーム部材１０９は、上下の石英板１０２，１０３と同様に石英より構成されている。同種部材を溶接することで、気密性を向上させる。これにより、ウエハ等の枚葉物を処理する炉内雰囲気から発熱体１０４及び碍子１５０を隔離することができ、発熱体１０４及び碍子１５０から生じる酸化物や摩擦等により生じる微粒子の炉内雰囲気への流出を防止することができる。なお、気密性を確保できる態様であれば、フレーム部材１０９の材料や固定方法は、特に限定されない。
　次に、第二の態様に係る第三の実施形態について、図２１～２３を参照しながら、以下説明する。
　上記第二実施形態において、電気ヒーター１００’として、１枚の板状の発熱体１０４を用いた。第三実施形態では、複数枚の発熱体を用いて電気ヒーター１００’’を構成する。なお、本実施形態では、４つの発熱体を並設すると共に接続部材１８０を介して電気的に直列に接続しているが、直列に接続せずに個別に制御してもよく、発熱体の枚数もこれに限定されるものではない。
　図２２に示すように、発熱体１０４は、第一発熱体Ａと第二発熱体１０４Ｂとから構成されている。第一発熱体１０４Ａの一方の角部に位置する折り返し部１４３には、凸部１４８が形成されている。また、他方の角部に位置する折り返し部１４３には、切欠部１４７が形成され、直線状部１４４には突出部１４６が形成されている。一方、第二発熱体１０４Ｂの一方の角部に位置する折り返し部１４３には、溝部１４９が形成されている。
　第一発熱体１０４Ａと第二発熱体１０４Ｂは、対向配置されると共にそれらが一組となって線対称に配置される。図２３（ａ）に示すように、第一発熱体１０４Ａの凸部１４８と第二発熱体１０４Ｂの切欠部１４７とが対向して段部を形成する。また、第一発熱体１０４Ａの突出部１４６と第二発熱体１０４Ｂの突出部１４６とが対向し、連結部１５２を収容する空間を形成する。これらによって、碍子１５０は、第一発熱体１０４Ａと第二発熱体１０４Ｂとを同時に保持すると共に、これらの接触による短絡をも防止する。さらに、図２３（ｂ）に示すように、第二発熱体１０４Ｂの各突出部１４６が対向し、連結部１５２を収容する空間を形成する。また、各溝部１４９が対向し、連結部１５２を収容する空間を形成する。これらによって、碍子１５０は、対向する第二発熱体１０４Ｂを同時に保持すると共に、これらの接触による短絡をも防止する。
　次に、第二の態様のさらに他の実施形態の可能性について説明する。なお、上述の実施形態と同様の部材には同一の符号を附してある。
　上記第一実施形態において、スペーサーとして透明石英ガラスよりなる石英管１０５を用いた。しかし、透明石英ガラスに限らず、他の材料により構成しても構わない。例えば、上述の碍子より構成してもよい。但し、碍子を用いる場合にも、石英と反応する材料であれば、碍子表面に上記実施形態と同様のコーティング層を設ける。碍子１０５は下石英板１０２と接触するので、当該接触部分から失透が生じる。コーティング層を設けることで、碍子本体と下石英板１０２との直接接触を回避し、接触部分からの失透を抑制することができる。よって、熱効率の低下を抑制すると共に失透による石英板の破損を防止することができる。
　また、石英管１０５は中空の管状体に限らず、中実の棒状体であってもよい。管状体（石英管１０５）の中に制御用の温度センサを配置するとよい。これにより、発熱体１０４近傍に温度センサを位置させることができ、精度良く発熱体の加熱温度を測定することができる。なお、棒状体１０５の形状は特に限定させるものではない。また、棒状体１０５の材質は、透明石英ガラスに限られるものではないが、加熱効率の点で上記実施形態が好ましい。
　さらに、上記第二実施形態では、スペーサーとして略Ｈ型形状の碍子１５０を用いた。しかし、形状はこれに限られるものではなく、例えば、図２４に示す如き碍子１５０’を用いてもよい。この碍子１５０は、電流路１４２の直線状部１４４の間のスリット（空隙）１４５にその長手方向に沿って適宜間隔をおいて配置される。例えば棒状に形成された枝部１５５が直線状部１４４を保持することで、発熱体１０４と下石英板１０２との接触を回避する。また、本体部１５７により、直線状部１４４同志の接触による短絡を防止することができる。
　また、上記各実施形態において、電気ヒーター１００の外形を矩形に形成した。しかし、外形形状は矩形に限られず、例えば三角形、円盤状、多角形等に形成しても構わない。発熱体１０４の形状も上記と同様であり、蛇行状でなくてもよい。
　上記実施形態において、薄膜状の金属層を白金箔１２４を接着させることで形成した。しかし、金属層は、白金の他、金、銀等の貴金属類や、アルミニウム、クロム、ニッケル等の金属も適用可能である。
　上記第一実施形態において、ピン１２９の記載が省略されているが、第二、第三実施形態と同様にピン１２９を設けて短絡を防止することも可能である。
　上記第二、第三実施形態において、発熱体１０４と碍子１５０との係合は上記の例に限定されるものではなく、隣接する発熱体１０４及び／又は直線状部１４４間において接触が防止でき、発熱体１０４を下石英板１０２から離隔して保持することが可能な態様であれば、上記に限られるものではない。
　本発明に係る電気ヒーターは、半導体ウエハ等の枚葉物を同時に加熱する半導体ウエハ加熱用のヒーターとして利用することができる。また、半導体ウエハを加熱処理する半導体製造装置に適用することも可能である。さらに、半導体ウエハの他、例えばガラス、セラミック、金属等の被加熱物の熱処理用のヒーターとして利用でき、これらの加熱装置及び基板処理装置等にも適用可能である。
１：電気ヒータ、２：加熱ユニット，２ａ～２ｅ：第一～第五加熱ユニット（円周方向区分）、２ｘ：境界、３：載置台、４：テーブル、５：支柱、５ａ：内部、６：カバー部材（加熱面）、６ａ：嵌合部、６ｂ：凹部、１０：発熱体、１１：第一発熱体、１１ａ：電流路、１１ｂ：円弧状部、１１ｃ：折返部、１１ｘ，１１ｙ：端部、１２：第二発熱体、１２ａ：電流路、１２ｂ：第一円弧状部、１２ｃ：第二円弧状部、１２ｄ：第三円弧状部、１２ｅ：折返部、１２ｘ，１２ｙ：端部、１３：第二発熱体、１３ａ：電流路、１３ｂ：第一円弧状部、１３ｃ：第二円弧状部、１３ｄ：第三円弧状部、１３ｅ：折返部、１３ｘ，１３ｙ：端部、１４：スリット、２０：一対の石英板、２１：下石英板、２１ａ：表面（発熱体載置面）、２１ｂ：裏面、２２：上石英板、２３，２３ａ～２３ｃ：ピン、２４：白金層（金属層）、２５ａ，２５ｂ：貫通孔、２６：周縁部、４１：金属板（補強部材）、４２：セラミッククロス（断熱部材）、５０：スペーサー、５１：温度センサ、１００，１００’，１００’’：電気ヒーター、１０２：下石英板、１０２ａ：周縁部、１０２ｂ：裏面、１０３：上石英板、１０４：発熱体、１０４ａ：端部、１０５，１０５’：石英管（棒状体、スペーサー）、１０９：フレーム部材、１２１：凹部、１２１ａ：第一溝部、１２１ｂ：第二溝部、１２２：接続部、１２２ａ：貫通孔、１２３：管状部材、１２３ａ：台座部、１２３ｂ：本体部、１２４：白金箔（金属層）、１２９：ピン、１４１：端部、１４２：電流路、１４３：折り返し部、１４４：直線状部、１４５：スリット（空隙）、１４６：突出部、１４７：切欠部、１４８：凸部、１４９：溝部、１５０，１５０’：スペーサー、１５１：平坦部、１５２：連結部、１５５：枝部、１５６：平坦部、１５７：本体部、１８０：接続部材、２００：半導体ウエハ加熱用ヒーター、Ａ１：内周部、ａ１：内周領域、Ａ２：中間部、ａ１：中間領域、Ａ３：外周部、ａ１：外周領域、Ｃ：周方向、ＣＬ１～ＣＬ３：制御器、Ｒ：径方向、Ｗ：ウエハ（枚葉物）

Claims (11)

  1. 蛇行状の電流路を形成した板状の発熱体と、この発熱体を挟み込んで保持する一対の石英板とを備え、半導体ウエハ等の枚葉物を加熱する電気ヒーターであって、
    ヒーター全体が放射方向に境界を有するように区分けされる複数区分よりなり、各区分は１枚の枚葉物を加熱するものであり、
    前記発熱体は、前記各区分で少なくとも円盤の内周部、中央部及び外周部に区分けされており、
    前記内周部、中央部及び外周部毎に隣接する各区分に属する発熱体を直列に接続し、前記内周部、中央部及び外周部毎に個別に加熱制御される電気ヒーター。
  2. ヒーター全体が円盤状を呈し、前記発熱体は、前記円盤の円周に沿う円弧状に形成された複数の円弧状部と、各円弧状部を連続させる複数の折返部とからなり、前記各円弧状部を互いに平行となるように前記円盤の放射方向に配置させてある請求項１記載の電気ヒーター。
  3. 前記一対の石英板は双方とも透明の石英ガラスであり、石英板の一方の外面に薄膜状の金属層を形成し、他側の石英板近傍の前記枚葉物を加熱する請求項１又は２電気ヒーター。
  4. 前記金属層は、箔接着、蒸着、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、イオンプレーティング、メッキ、塗布及び印刷法の群より選ばれる成膜手段によって形成される請求項３記載の電気ヒーター。
  5. 前記金属層が白金よりなる請求項３又は４記載の電気ヒーター。
  6. 前記一対の石英体の少なくとも一方の石英板と前記発熱体との間にスペーサーを配置した請求項１～５のいずれかに記載の電気ヒーター。
  7. 前記スペーサーは、棒状体である請求項６記載の電気ヒーター。
  8. 前記スペーサーは、前記発熱体の一部を保持する保持部を有する請求項６記載の電気ヒーター。
  9. 前記スペーサーの表面には、石英と反応しない材料よりなるコーティング層が形成されている請求項６～８のいずれかに記載の電気ヒーター。
  10. 半導体ウエハ加熱用のヒーターであって、前記枚葉物は半導体ウエハである請求項１～９のいずれかに記載の電気ヒーター。
  11. 請求項１～１０のいずれかに記載の電気ヒーターを備えた半導体製造装置。
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