JP2000306917A

JP2000306917A - 基板加熱装置

Info

Publication number: JP2000306917A
Application number: JP11114253A
Authority: JP
Inventors: Katsuro Inoue; 克郎井上; Takeshi Ogawa; 武小川; Yoshihiko Murakami; 嘉彦村上; Masayuki Hashimoto; 昌幸橋本
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】占有スペースの増大とコストの上昇を防ぐ。【解決手段】面ヒーターを主ヒーター１と補助ヒータ
ー２とから構成し、かつ補助ヒーター２を主ヒーター１
と同一平面内で、かつ主ヒーター１のパターン隙間に、
ウエハ等の基板に対する加熱範囲が重複するよう設置し
たことにより、基板に加熱されない部分ができ難くなる
ため、スイッチ８による補助ヒーター２の単純なＯＮ／
ＯＦＦのみによって、基板温度の上昇時と、基板温度の
安定時のいずれの場合にも、基板面内の温度を均一に加
熱出来るようになる。従来の複数ゾーンの温度制御に比
較して占有スペースが狭くてよく、またコストの低減が
可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板、例えば半導
体ウエハを加熱する加熱装置に関し、例えば、基板温度
の上昇時及び基板温度の安定時における基板の温度分布
を均一化させることができる基板加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体ウエハ製造工程において
は、ＣＶＤ膜形成工程、エピタキシャル膜形成工程、酸
化膜形成工程、拡散膜形成工程等の熱処理を必要とする
工程が数多く存在する。これらの工程においては、半導
体ウエハの高集積化、大径化がすすむにつれ、ウエハ内
の温度均一性をいかに確保するかが重要な課題となって
いる。

【０００３】また、この温度均一性は、工程内の温度上
昇時および温度安定時でそれぞれ維持されている必要が
あるが、基板温度の上昇時の熱移動は主に基板に対して
垂直方向に起こり、基板温度の安定時の熱移動は主に基
板に対して平行に起こる。そのため、基板温度の上昇
時、及び基板温度の安定時のいずれの場合にも基板温度
の温度均一性を維持するためには、基板加熱装置に２通
りの発熱分布を持たせる必要があり、そのために従来
は、加熱装置を構成するヒーターをいくつかのゾーンに
分割し、各ゾーン毎に適宜加熱温度の調節を行うことが
出来るよう、供給電力の増減を行うことにより対応して
いる。

【０００４】しかしながら、ヒーターをゾーン分割して
各ヒーター毎に温度制御を行うには、ヒーターの分割数
と同数の温度制御装置及び電源装置を必要とし、その結
果、加熱装置の占有スペースの増大や、コストの上昇の
一因となるという問題点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来の技
術が有する上記問題点に鑑みなされたものであり、その
ために設定された具体的な課題は、ヒーターをゾーン分
割して各ヒーター毎に制御を行う必要がなく、ヒーター
の分割数と同数の温度制御装置、電源装置の設置を不要
とし、もって、加熱装置の占有スペースの増大やコスト
の上昇の原因とならない基板加熱装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる課題は、通電加熱
型の面状ヒーターが設置された基板加熱装置を、次の構
成要件（ａ）〜（ｃ）を具備するよう構成することによ
り、解決することができる。（ａ）前記面状ヒーターは、主ヒーターと、前記主ヒ
ーターと同一平面内で、かつ前記主ヒーターのパターン
隙間に、前記基板に対する加熱範囲が重複するよう設置
された補助ヒーターとから形成される。（ｂ）前記主ヒーターは前記基板の外周部を主として
加熱するよう形成される。（ｃ）前記主ヒーターと前記補助ヒーターとは直列に
接続されると共に、前記補助ヒーターに並列にスイッチ
付きの短絡回路が形成され、この短絡回路を温度制御器
からの信号によりＯＮ／ＯＦＦするよう構成される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を掲げ、本発明
を詳細に説明する。なお、この実施の形態は発明の趣旨
を説明するためのものであり、特に限定のない限り発明
内容を限定するものではない。

【０００８】本実施の形態に係る基板加熱装置は、面ヒ
ーターを主ヒーターと補助ヒーターとから構成し、かつ
前記補助ヒーターを前記主ヒーターと同一平面内で、か
つ前記主ヒーターのパターン隙間に、前記基板に対する
加熱範囲が重複するよう設置したことにより、基板に加
熱されない部分ができ難くなるため、前記補助ヒーター
の単純なＯＮ／ＯＦＦのみによって、基板温度の上昇時
と、基板温度の安定時のいずれの場合にも、基板面内の
温度を均一に加熱出来るようになる。

【０００９】また、前記主ヒーターは主として前記基板
の外周部を加熱するよう構成される。前記基板の外周部
を主として加熱するための具体的な手段としては、例え
ば、前記主ヒーターを、前記基板と同等もしくは大きい
サイズとし、かつ前記補助ヒーターを前記主ヒーターよ
り小さいサイズで、且つ前記基板の径の内側に位置する
よう構成する。そして、熱の移動が主に基板に対して垂
直方向に起こる基板温度の上昇時には、前記主ヒーター
と前記補助ヒーターの両方に電力の供給をおこなって基
板全体を均等に加熱し、また熱の移動が主に基板に平行
に起こる基板温度の安定時には、前記主ヒーターのみに
電力の供給を行って基板の外周部を中心に加熱する。そ
の結果、基板温度の上昇時、基板温度の安定時のいずれ
の場合にも、基板面内の温度を均一に加熱できる。

【００１０】更に、前記主ヒーターと前記補助ヒーター
とは直列に接続されると共に、前記補助ヒーターに並列
にスイッチ付きの短絡回路が形成され、この短絡回路を
温度制御器からの信号によりＯＮ／ＯＦＦするよう構成
されている。そして、基板加熱装置をこのように構成し
たことにより、一つの温度制御装置および電源装置で基
板温度の制御が可能となり、その結果、占有スペース及
びコストが、一枚のヒーターで構成された加熱装置並み
に低減することが出来る。

【００１１】更に、前記面状ヒーター（主ヒーター及び
補助ヒーター）は、常温時の熱伝導率が１２０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上、かつ輻射率が０．７５以上である炭化珪素材料
で形成されている。このような優れた熱伝導率を有する
炭化珪素材料としては、例えば特開平２−１９９０６４
（特許第２７２６６９４号）公報に記載された炭化珪素
材料を例示することができる。このように面状ヒーター
材料（発熱体）を優れた熱伝導率を持つ材料で構成する
ことにより、補助ヒーターＯＦＦ時に、補助ヒーターは
隣接する主ヒーターによって加熱され、この加熱された
補助ヒーターが基板にとって熱源となる。その結果、基
板内に加熱されない部分がなくなるため、補助ヒーター
ＯＦＦ時（温度安定時）の基板温度の均一性が向上す
る。

【００１２】なお、上述のヒーター構成は、主ヒーター
と補助ヒーターのサイズや、発熱分布を変更することに
より、温度上昇時と温度安定時の温度均一性の維持のみ
でなく、半導体製造の際のプロセスガスの導入、排気と
いった加熱雰囲気の変化時（このような場合にも熱移動
の変化が起こるため、温度均一性が崩れる）における温
度均一性の維持にも応用可能である。また補助ヒーター
の枚数を増やすことにより、温度上昇時、温度安定時、
加熱雰囲気の変化時等、複数の温度均一性の維持にも応
用可能である。

【００１３】

【実施例】以下、図示実施例に基づき更に本発明を詳細
に説明する。「基板加熱装置」基板加熱装置は、図１に示すように平
面上に渦巻き状に設置された主ヒーター１、及び主ヒー
ター１の中央部に形成されたパターン隙間に同様に渦巻
き状に設置された補助ヒーター２と、それぞれのヒータ
ー部材の端部を支持して各ヒーターに電力を供給し、ま
た両ヒーター１、２を互いに接続するための電極３、４
と、ヒーター１、２を内部に収納する断熱性の容器５
と、基板（ウエハ）７を載置するための試料台６と、ス
イッチ８と、温度制御器９とから構成されている。

【００１４】主ヒーター１と補助ヒーター２とは、各１
個の電極３、４により互いに直列に接続され、また、ス
イッチ８は、補助ヒーター２に並列に接続された短絡回
路に設けられている。温度制御器９は、スイッチ８に信
号を出力してこれをＯＮにすることにより、補助ヒータ
ー２を実質的にＯＦＦとし、またスイッチ８をＯＦＦに
することにより、補助ヒーター２を実質的にＯＮにする
ものである。なお、前記主ヒーター１と前記補助ヒータ
ー２とは、共に、室温時の熱伝導率が１７５Ｗ／ｍ・
Ｋ、輻射率が０．９である炭化珪素焼結体により形成さ
れている。符号１０はサイリスタである。

【００１５】「基板温度の均一性評価」Ｋ熱電対９対を
取り付けたＳｉウエハ７を試料台６上に載置してヒータ
ーに電力を供給することにより、昇温速度２００℃／分
で基板温度５００℃まで昇温し、この温度に維持した。
なお、基板温度（ウエハ７の温度）の上昇時には、主ヒ
ーター１及び補助ヒーター２の両方に電力を供給し、基
板温度の安定時には主ヒーター１のみに電力を供給して
測定を行った。昇温時、及び昇温後の５００℃維持時の
Ｓｉウエハ７の温度分布、つまり、上記９対の熱電対間
の最大温度差（Δｔ）を評価した。その結果は表１に示
すとおりであった。

【００１６】「比較例」従来使用されている、温度安定
時に温度均一性を実現するよう設計された１枚のヒータ
ーで構成された基板加熱装置を使用し、実施例に準じ
て、基板温度の均一性を評価したところ、温度上昇時及
び温度安定時の温度分布は表１に示すとおりであった。
結局、本発明では、温度上昇時の温度均一性が大きく改
善されていることが分かる。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【発明の効果】以上のように、本発明の基板加熱装置に
より、従来の１枚のヒーターでは、例えば温度安定時の
みといった一条件での温度均一性しか達成できなかった
ものが、その場合における温度均一性を維持したまま、
さらに温度上昇時といったもう一条件においても基板温
度の均一性を達成することが可能となった。また、一の
温度制御装置および電源装置で基板温度の制御が可能と
なり、基板加熱装置用の占有スペース及びコストを低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における基板加熱装置の縦断面側面図
である。

【図２】実施例におけるヒーター部材の形状を示す平
面図である。

【図３】実施例における電源回路構成図である。

【符号の説明】

１主ヒーター２補助ヒーター３主ヒーター用電極４補助ヒーター
用電極５容器６試料台７ウエハ（基板）８スイッチ９温度制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村上嘉彦千葉県船橋市豊富町585番地住友大阪セメント株式会社新材料事業部内 (72)発明者橋本昌幸千葉県船橋市豊富町585番地住友大阪セメント株式会社新材料事業部内Ｆターム(参考） 3K058 AA86 AA91 AA95 BA00 CB02 CE13 CE19 5F045 BB08 EK08 EK22 EK27 GB15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通電加熱型の面状ヒーターが設置された
基板加熱装置であって、前記面状ヒーターは、基板の外周部を主として加熱する
よう形成された主ヒーターと、前記主ヒーターと同一平
面内で、かつ前記主ヒーターのパターン隙間に設置され
た補助ヒーターとから構成されると共に、前記主ヒーターと前記補助ヒーターとは直列に接続さ
れ、前記補助ヒーターには並列にスイッチ付きの短絡回路が
形成され、この短絡回路を温度制御器からの信号によりＯＮ／ＯＦ
Ｆするよう構成されてなることを特徴とする基板加熱装
置。
【請求項２】前記補助ヒーターのＯＮ時には温度上昇
時の基板温度を、ＯＦＦ時には温度安定時の基板温度を
均一化するよう構成されてなることを特徴とする請求項
１記載の基板加熱装置。
【請求項３】前記面状ヒーターは、室温での熱伝導率
が１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、かつ輻射率が０．７５以上の
材料で形成されてなる請求項１又は２記載の基板加熱装
置。