JP2008077995A - Back electron-bombardment heating device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress deformation of a shield plate and enable to reflect certainly by making small the temperature distribution of the shield plate under high temperatures. <P>SOLUTION: The back electron-bombardment heating device heats a heating plate 2 by making electrons generated in a filament 9 accelerate and collide from the back of the heating plate 2 which is a top plate of a heating vessel 1, and has a shield plate 11 that is installed at the back of the filament 9 to the heating plate 2 and reflects thermoelectrons and radiant heat to the heating plate 2 side, and this shield plate 11 is made of a conductive ceramic of good thermal conductor. To be more concrete, the shield plate 11 is made of one in which graphite such as thermal-decomposition produced graphite is coated on the surface of graphite. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体ウエハ等の加熱物を高温に加熱する加熱装置に関し、特に加速した電子を加熱プレートにその背後から衝突させて加熱プレートを発熱させる形式の背面電子衝撃加熱装置であって、加熱プレートにその背後に電子や輻射熱を反射する遮蔽板を設けたものに関する。   The present invention relates to a heating device that heats a heated object such as a semiconductor wafer to a high temperature, and in particular, it is a backside electron impact heating device of a type that heats a heating plate by colliding accelerated electrons with the heating plate from behind. The present invention relates to a plate provided with a shielding plate for reflecting electrons and radiant heat behind it.

半導体ウェハ等の処理プロセスにおいて、その半導体ウェハ等の板状部材を加熱するための加熱手段として、加速した電子を加熱プレートの背後に衝突させて加熱プレートを発熱させる形式の背面電子衝撃加熱装置が使用されている。この背面電子衝撃加熱装置では、フィラメントに通電することにより発生した熱電子を高電圧で加速し、この熱電子を加熱プレートの背後に衝突させて、加熱プレートを発熱させる。そしてこの加熱プレートの上に載せた板体を加熱する。   As a heating means for heating a plate-like member such as a semiconductor wafer in a processing process of a semiconductor wafer or the like, there is a back surface electron impact heating device of a type in which accelerated electrons collide behind the heating plate to generate heat. in use. In this backside electron impact heating device, the thermoelectrons generated by energizing the filament are accelerated at a high voltage, and the thermoelectrons collide behind the heating plate to cause the heating plate to generate heat. Then, the plate placed on the heating plate is heated.

図３は、背面電子衝撃加熱装置の従来例を示す図である。
加熱容器２１は、図示していない真空チャンバの中に設置され、この真空チャンバ内が真空とされることにより、前記加熱容器２１の全体が真空空間の中に置かれる。 FIG. 3 is a diagram showing a conventional example of a backside electron impact heating device.
The heating container 21 is installed in a vacuum chamber (not shown), and the inside of the vacuum chamber is evacuated so that the entire heating container 21 is placed in a vacuum space.

この加熱容器２１は、下面が開いた容器状のものであって、シリコンウエハ等の薄形板状の加熱物２７を載せる天板が平坦な加熱プレート２２となったものである。言い方を換えると、加熱容器２１は、加熱プレート２２が天板となってその上面側が閉じられ、加熱プレート２２の周囲の下方には、下面側が開口した円筒形状の周壁３３が設けられている。   The heating container 21 is a container having an open bottom surface, and a top plate on which a thin plate-like heating object 27 such as a silicon wafer is placed becomes a flat heating plate 22. In other words, the heating container 21 has a heating plate 22 as a top plate, the upper surface side thereof is closed, and a cylindrical peripheral wall 33 having an opening on the lower surface side is provided below the periphery of the heating plate 22.

加熱容器２１の周壁３３の下端部はフランジ状になっており、このフランジ部分が真空シール材２８を挟んで下部フランジ２６の上面に当てられると共に、フランジ部分の上に当てられた環状の導電性座金３６を介して押え金具３５により固定されている。これにより、加熱容器２１と下部フランジ２６は電気的に導通した状態で前記真空シール材２８により気密にシールされる。下部フランジ２６は接地され、従って加熱容器２１も接地される。   The lower end portion of the peripheral wall 33 of the heating vessel 21 has a flange shape, and this flange portion is applied to the upper surface of the lower flange 26 with the vacuum seal material 28 interposed therebetween, and an annular conductive property applied to the flange portion. It is fixed by a presser fitting 35 through a washer 36. As a result, the heating container 21 and the lower flange 26 are hermetically sealed by the vacuum sealing material 28 in a state of electrical conduction. The lower flange 26 is grounded, so that the heating vessel 21 is also grounded.

このような加熱容器２１の材質としては、黒鉛等の導電体が使用される。これに対し、加熱容器２１がアルミナや窒化珪素のようなセラミックスで絶縁体からなる場合は、その加熱プレート２２の内面や周壁３３とその下部フランジの内外の全面をメタライズして導体膜を形成し、この導体膜を前記導電性座金３６、押え金具３５及び下部フランジ２６を介して接地する。   As a material of such a heating container 21, a conductor such as graphite is used. On the other hand, when the heating container 21 is made of ceramic such as alumina or silicon nitride and is made of an insulator, the inner surface of the heating plate 22 and the entire inner and outer surfaces of the peripheral wall 33 and its lower flange are metallized to form a conductor film. The conductor film is grounded through the conductive washer 36, the presser fitting 35 and the lower flange 26.

さらに、この加熱容器２１の内部には、下部フランジ２６から支柱３４が立設され、この支柱３４の上端側に平板状のホルダ３２が支持されている。さらにこのホルダ３２からフィラメント支持柱３７が立設され、このフィラメント支持柱３７にフィラメント２９が取り付けられている。このフィラメント２９は、加熱容器２１の中で前記加熱プレート２２の背後に設けられている。   Further, a support column 34 is erected from the lower flange 26 inside the heating container 21, and a flat plate-like holder 32 is supported on the upper end side of the support column 34. Further, a filament support column 37 is erected from the holder 32, and a filament 29 is attached to the filament support column 37. The filament 29 is provided behind the heating plate 22 in the heating container 21.

このフィラメント２９のリード線２４は、セラミックス端子２５を通して下部フレーム２６から加熱容器２１の外部へ引き出され、図示していないフィラメント加熱電源に接続する。さらに、このフィラメント２９のリード線２４の一方には、図示していない電子加速電源により加速電圧が印加される。前述したように、加熱プレート２２を有する加熱容器２１は接地されているので、フィラメント２９に対して正電位に保持される。   The lead wire 24 of the filament 29 is drawn out of the heating container 21 from the lower frame 26 through the ceramic terminal 25 and connected to a filament heating power source (not shown). Further, an acceleration voltage is applied to one of the lead wires 24 of the filament 29 by an electron acceleration power source (not shown). As described above, since the heating vessel 21 having the heating plate 22 is grounded, it is held at a positive potential with respect to the filament 29.

前記支柱３４に保持された平板状のホルダ３２から遮蔽板支持柱３８が立設され、この支持柱３８により、フィラメント２９の下方に位置するように遮蔽板２３が支持されている。この遮蔽板２３は、遮蔽板支持柱３８を介してフィラメント２９に導通しており、同フィラメント２９と同電位のマイナス電位とされる。   A shielding plate support column 38 is erected from a flat plate holder 32 held by the support column 34, and the shielding plate 23 is supported by the support column 38 so as to be positioned below the filament 29. The shielding plate 23 is electrically connected to the filament 29 through the shielding plate support column 38 and is set to a negative potential that is the same potential as the filament 29.

このような背面電子衝撃加熱装置では、フィラメント２９と加熱プレート２２との間に電子加速電源３１により一定の高電圧の加速電圧を印加すると共に、フィラメント加熱電源３０によりフィラメント２９に通電すると、フィラメント２９から熱電子があらゆる方向に放出される。ここで、下に向かった熱電子もマイナス電位の遮蔽板２３によって反射されるので、結果的にフィラメント２９から上下方向に放出された殆どの熱電子は前記加速電圧により加速されて加熱プレート２２の下面に衝突する。この電子衝撃により加熱プレート２２が加熱される。加熱プレート２２に生じる熱は、フィラメント２９の下方に設けられた遮蔽板２３により反射され、出来る限り熱が不要な個所に拡散するのが防止される。加熱プレート２２に衝突した電子は、加熱容器２１の周壁３３から導電性座金３６、押え金具３５、下部フランジ２６を介してアースに流れる。   In such a backside electron impact heating device, a constant high voltage acceleration voltage is applied between the filament 29 and the heating plate 22 by the electron acceleration power source 31, and when the filament 29 is energized by the filament heating power source 30, the filament 29 Thermoelectrons are emitted from all directions. Here, the downwardly moving thermoelectrons are also reflected by the shielding plate 23 having a negative potential, and as a result, most of the thermoelectrons emitted from the filament 29 in the vertical direction are accelerated by the acceleration voltage and are heated by the heating plate 22. Collides with the bottom surface. The heating plate 22 is heated by this electron impact. The heat generated in the heating plate 22 is reflected by the shielding plate 23 provided below the filament 29, so that the heat is prevented from diffusing to an unnecessary part as much as possible. Electrons that collide with the heating plate 22 flow from the peripheral wall 33 of the heating container 21 to the ground via the conductive washer 36, the presser fitting 35, and the lower flange 26.

一般の加熱装置は、金属や黒鉛等の抵抗体に電気を通電し、この電気抵抗による発熱を利用して加熱物を加熱する電気抵抗加熱手段によるものである。しかし、前記の背面電子衝撃加熱装置は、フィラメント２９で発生する電子を高電圧で加速し、フィラメント２９に対して正電位に保持された加熱プレート２２に衝突させて加熱するので、熱効率に優れる。加速電圧が数ＫＶ以下であれば、Ｘ線も発生せず、電子同士の反発によって電子が広がりながら加熱プレート２２に衝突するので、加熱プレート２２のフィラメント２９の近傍のみに加熱が集中することも無い。さらに、加熱容器２１の加熱プレート２２のみを加熱するために、加熱プレート２２に対しフィレメント２２の背後側に負電位に維持した板状の遮蔽板２３を設置することで、フィレメント２２で発生した熱電子がこの遮蔽板２３により反射され、加熱プレート２２のみを加熱することが出来る。   A general heating device is based on an electric resistance heating means that supplies electricity to a resistor such as metal or graphite and heats a heated object using heat generated by the electric resistance. However, the backside electron impact heating device described above is excellent in thermal efficiency because the electrons generated in the filament 29 are accelerated by a high voltage and collided with the heating plate 22 held at a positive potential with respect to the filament 29 and heated. If the acceleration voltage is several KV or less, X-rays are not generated, and electrons collide with the heating plate 22 while spreading due to repulsion between electrons, so that heating may concentrate only in the vicinity of the filament 29 of the heating plate 22. No. Further, in order to heat only the heating plate 22 of the heating container 21, a plate-shaped shielding plate 23 maintained at a negative potential is installed behind the filament 22 with respect to the heating plate 22. The thermoelectrons thus reflected are reflected by the shielding plate 23, and only the heating plate 22 can be heated.

背面電子衝撃加熱装置の加熱容器２１内の遮蔽板２３は、電子を反射すると共に加熱プレート２２からの輻射熱も反射する。
一般に熱が伝わる態様には、熱輻射、熱伝導、熱対流の３態様がある。しかし、真空中における電熱は熱輻射のみであり、大気中であっても、発熱体と加熱物とが至近にあると、実質的に熱輻射と熱伝導のみよる加熱が行われる。また、発熱体の温度が５００℃以下の場合は、輻射熱による加熱は効果が無い等、加熱温度、加熱方式、温度分布等の条件により伝熱態様は様々である。 The shielding plate 23 in the heating container 21 of the backside electron impact heating device reflects electrons and also reflects the radiant heat from the heating plate 22.
In general, there are three modes in which heat is transmitted: heat radiation, heat conduction, and heat convection. However, the electric heat in the vacuum is only heat radiation, and even in the atmosphere, heating by heat radiation and heat conduction is performed substantially when the heating element and the heated object are close to each other. In addition, when the temperature of the heating element is 500 ° C. or less, the heat transfer mode varies depending on conditions such as heating temperature, heating method, temperature distribution, etc.

これに対し、背面電子衝撃加熱装置において、輻射熱の反射と共に電子の反射が求められる遮蔽板では、輻射熱を反射するだけの遮蔽板とは異なり、単に輻射率が低いだけでは電子の反射は出来ない。すなわち、加熱プレート２２に対して負電位に維持し、且つフィラメント２９とほぼ同じ電位にまで加熱プレート２２に対する負電圧を高めないと、電子の反射は悪い。   On the other hand, in a backside electron impact heating device, a shield plate that is required to reflect electrons together with the reflection of radiant heat is different from a shield plate that only reflects radiant heat. . That is, unless the negative voltage with respect to the heating plate 22 is maintained at a negative potential with respect to the heating plate 22 and the negative voltage with respect to the heating plate 22 is not increased to substantially the same potential as the filament 29, the reflection of electrons is bad.

このように、遮蔽板２３を加熱プレート２２に対して負電位に維持するためには、遮蔽板２３が良導電体でなければならない。セラミックスのような絶縁体からなる板でも、熱電子のチャージアップにより熱電子の反射は出来るが、前縁体のため電位分布差が大きく、不安定である。しかもフィラメントの電位に応じてチャージアップ電位が変わることから、制御が困難であるという問題もある。このため、背面電子衝撃加熱装置に使用する遮蔽板２３としては、容易にフィラメントと同電位に出来、しかも電気的接続が容易な金属が用いられており、その中でも輻射熱も反射する輻射率の低い材料が好ましいということになる。   Thus, in order to maintain the shielding plate 23 at a negative potential with respect to the heating plate 22, the shielding plate 23 must be a good conductor. Even with a plate made of an insulator such as ceramics, thermionic charge can be reflected by charging up thermionic electrons, but because of the leading edge, the potential distribution difference is large and unstable. In addition, since the charge-up potential changes according to the potential of the filament, there is a problem that control is difficult. For this reason, as the shielding plate 23 used in the backside electron impact heating device, a metal that can be easily set to the same potential as the filament and is easily electrically connected is used, and among them, the radiation rate that reflects radiant heat is low. The material is preferred.

遮蔽板２３は、前述したように支持柱３８により加熱容器２１の中に設置される。この遮蔽板２３に電子が当たると共に、加熱容器２１の内部の輻射熱により遮蔽板２３が加熱される。このとき、遮蔽板２３のフィラメント２９に近い部分が高温になり、フィラメント２９から遠い部分が比較的温度が低くなるため、遮蔽板２３に温度分布が生じる。この温度分布により遮蔽板２３に熱応力が生じ、遮蔽板２３が曲がる等の変形が起こる。この変形は、支持柱３８による遮蔽板２３の熱歪の吸収が十分でないと、変形はより大きくなる。   As described above, the shielding plate 23 is installed in the heating container 21 by the support pillar 38. Electrons strike the shielding plate 23 and the shielding plate 23 is heated by the radiant heat inside the heating container 21. At this time, a portion near the filament 29 of the shielding plate 23 becomes high temperature, and a portion far from the filament 29 has a relatively low temperature, so that a temperature distribution is generated in the shielding plate 23. Due to this temperature distribution, thermal stress is generated in the shielding plate 23, and deformation such as bending of the shielding plate 23 occurs. This deformation becomes larger if the thermal distortion of the shielding plate 23 by the support pillar 38 is not sufficiently absorbed.

遮蔽板２３に曲がり等の変形が生じると、熱電子の反射方向が変わり、加熱プレート２２の温度分布が不均一になる。加熱プレート２２の加熱温度にもよるが、１０００℃以上の高温加熱においては、加熱プレート２２としてＭｏ、Ｔａ、Ｗ等の高融点金属を用いている。これらの金属のうち、ＭｏとＷは熱膨張係数が比較的小さく、熱伝導率も比較的高いので、温度分布が生じにくく、曲がりにくい。   When deformation such as bending occurs in the shielding plate 23, the reflection direction of thermoelectrons changes, and the temperature distribution of the heating plate 22 becomes non-uniform. Although depending on the heating temperature of the heating plate 22, a high melting point metal such as Mo, Ta, W or the like is used as the heating plate 22 in high temperature heating of 1000 ° C. or higher. Among these metals, Mo and W have a relatively low thermal expansion coefficient and a relatively high thermal conductivity, and therefore, a temperature distribution is unlikely to occur and bending is difficult.

しかし、加熱プレート２２を１０００℃以上の温度に加熱すると、遮蔽板２３も１０００℃近い高温になる。背面電子衝撃加熱装置は電子の集中照射による加熱であることから、抵抗加熱方式等の一般のヒータに比べて高温に加熱することが出来て、昇温速度も速い。この背面電子衝撃加熱装置の特長を利用して２０００℃程度の超高温に加熱することも可能である。しかしこのような２０００℃に及ぶ加熱プレート２２の加熱温度では、遮蔽板２３もそれに応じて高温になり、加熱プレート２２が２０００℃では遮蔽板２３の温度は１７００℃に及ぶ。   However, when the heating plate 22 is heated to a temperature of 1000 ° C. or higher, the shielding plate 23 also becomes a high temperature close to 1000 ° C. Since the backside electron impact heating device is heating by concentrated irradiation of electrons, it can be heated to a higher temperature than a general heater such as a resistance heating method, and the heating rate is also high. It is also possible to heat to an extremely high temperature of about 2000 ° C. using the feature of this backside electron impact heating device. However, at such a heating temperature of the heating plate 22 that reaches 2000 ° C., the shielding plate 23 also becomes high accordingly, and when the heating plate 22 is 2000 ° C., the temperature of the shielding plate 23 reaches 1700 ° C.

前述した通り、高温下での遮蔽板２３には高融点で耐熱性の高いＭｏやＷを使用している。ＭｏとＷは熱膨張係数が比較的小さく、熱伝導率も比較的高いので、温度分布が生じにくく、温度分布に伴う変形も小さい。しかも、金属であるため、セラミックス等に比べて加工も比較的容易であり、高温下で使用する遮蔽板２３に適当である。   As described above, Mo or W having a high melting point and high heat resistance is used for the shielding plate 23 at a high temperature. Mo and W have relatively small thermal expansion coefficients and relatively high thermal conductivities, so that temperature distribution is unlikely to occur and deformation associated with temperature distribution is small. Moreover, since it is a metal, it is relatively easy to process compared to ceramics and the like, and is suitable for the shielding plate 23 used at high temperatures.

しかし、この耐熱性の高いＭｏやＷであっても、１０００℃を超えると再結晶が始まり、温度分布に伴う熱変形が弾性変形ではなく、永久的な塑性変形となる。そしてその永久変形が遮蔽板２３のさらなる温度分布を発生させて大きな変形を起こす。そうすると電子の反射方向が時間と共に変化し、加熱プレート２２の温度にむらが生じてしまうという課題があった。
特開２００５−０５６５８２号公報 特開２００４−３５５８７７号公報 特開２００３−１７８８６４号公報 However, even if this heat-resistant Mo or W exceeds 1000 ° C., recrystallization starts, and the thermal deformation accompanying the temperature distribution is not elastic deformation but permanent plastic deformation. The permanent deformation causes a further temperature distribution of the shielding plate 23 and causes a large deformation. If it does so, the reflection direction of an electron will change with time, and the subject that the temperature of the heating plate 22 will be uneven occurred.
Japanese Patent Laid-Open No. 2005-056582 JP 2004-355877 A JP 2003-178864 A

本発明では、前記従来の背面電子衝撃加熱装置における課題に鑑み、高温下での遮蔽板の温度分布を小さくし、その変形を押さえると共に、電子を確実に反射出来るようにする背面電子衝撃加熱装置を提供することを目的とする。   In the present invention, in view of the problems in the conventional backside electron impact heating device, the backside electron impact heating device reduces the temperature distribution of the shielding plate at high temperature, suppresses the deformation, and reliably reflects electrons. The purpose is to provide.

本発明では、前記の目的を達成するため、遮蔽板１１を熱膨張係数の小さいもので作り、温度分布が出来ても変形しにくいようにした。また、遮蔽板１１を熱伝導率の大きいものとすることで、温度分布自体が生じにくくした。さらに、遮蔽板１１を再結晶温度と軟化点が極めて高いセラミックスにより作り、なお且つ負電位を印加しやすいように、導電性セラミックスを使用するようにした。   In the present invention, in order to achieve the above object, the shielding plate 11 is made of a material having a small coefficient of thermal expansion so that it is not easily deformed even if a temperature distribution is made. Further, by making the shielding plate 11 have a high thermal conductivity, the temperature distribution itself is hardly generated. Further, the shielding plate 11 is made of ceramics having a very high recrystallization temperature and softening point, and conductive ceramics are used so that a negative potential can be easily applied.

すなわち、本発明による背面電子衝撃加熱装置は、加熱容器１の天板となっている加熱プレート２の背後からフィラメント９で発生した電子を加速して衝突させて同加熱プレート２を加熱するものである。そして前記加熱プレート２に対してフィラメント９の背後に設けられ、熱電子と輻射熱を加熱プレート２側に反射する遮蔽板１１を有し、この遮蔽板１１が熱良導体の導電性セラミックスからなっている。より具体的には、遮蔽板１１は、黒鉛の表面に熱分解生成黒鉛等の黒鉛をコーティングしたものからなる。このようなセラミックスにより作られた遮蔽板１１は、加熱プレート２に近い側にのみ配し、加熱プレート２から遠い側の遮蔽板３は金属製とすることも出来る。もちろん、加熱プレート２から遠い側の遮蔽板１１にもセラミックス製のものを用いること出来る。   That is, the back surface electron impact heating apparatus according to the present invention heats the heating plate 2 by accelerating and colliding electrons generated in the filament 9 from behind the heating plate 2 which is the top plate of the heating container 1. is there. And it has the shielding board 11 provided behind the filament 9 with respect to the said heating plate 2, and reflects a thermoelectron and radiant heat to the heating plate 2 side, and this shielding board 11 consists of conductive ceramics of a heat good conductor. . More specifically, the shielding plate 11 is made of a graphite surface coated with graphite such as pyrolytic graphite. The shielding plate 11 made of such ceramics may be disposed only on the side close to the heating plate 2, and the shielding plate 3 on the side far from the heating plate 2 may be made of metal. Of course, ceramics can also be used for the shielding plate 11 on the side far from the heating plate 2.

このようなセラミックスにより作られた遮蔽板１１は、熱変形が小さく、高温での永久変形もしにくので、電子を反射する方向が変化せず、加熱プレート２を同じ状態で加熱することが出来る。またこの遮蔽板１１は、熱良導体であるため、電子が当たることにより高温になった時も温度のムラが生じにくく、熱変形を防止出来る。さらに、導電性セラミックスからなるため、電子を反射するために負の電位を印加することも出来る。   Since the shielding plate 11 made of such ceramics has a small thermal deformation and is difficult to be permanently deformed at a high temperature, the direction in which electrons are reflected does not change, and the heating plate 2 can be heated in the same state. . Further, since the shielding plate 11 is a good thermal conductor, even when the temperature is increased by being hit by electrons, unevenness in temperature hardly occurs and thermal deformation can be prevented. Furthermore, since it consists of conductive ceramics, a negative potential can be applied to reflect electrons.

以上説明した通り、本発明による背面電子衝撃加熱装置では、遮蔽板１１の熱変形を抑えることが出来るので、加熱プレート２への電子の衝突のムラが解消し、均一な温度分布を形成することが出来る。さらに、高温下での永久変形もしにくいため、加熱プレート２を２０００℃以上という高温に加熱する背面電子衝撃加熱装置でも、遮蔽板１１の永久変形による弊害を防止出来る。   As described above, in the backside electron impact heating device according to the present invention, the thermal deformation of the shielding plate 11 can be suppressed, so that unevenness of the collision of electrons with the heating plate 2 is eliminated, and a uniform temperature distribution is formed. I can do it. Furthermore, since permanent deformation at high temperatures is difficult, even a backside electron impact heating device that heats the heating plate 2 to a high temperature of 2000 ° C. or higher can prevent adverse effects due to permanent deformation of the shielding plate 11.

本発明では、本発明による背面電子衝撃加熱装置では、電子を反射する遮蔽板１１に熱良導体の導線性セラミックスからなるものを使用し、前記のの目的を達成した。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。 In the present invention, in the backside electron impact heating apparatus according to the present invention, the shielding plate 11 that reflects electrons is made of conductive ceramics of a good thermal conductor, and the above object is achieved.
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to examples.

図１は、本発明による背面電子衝撃加熱装置の一実施形態を示す図である。
ステンレス鋼等の金属からなる下部フランジ６の上に加熱容器１が設置されている。この加熱容器１は、下面が開いた容器状のものであって、シリコンウエハ等の薄形板状の加熱物７を載せる天板が平坦な加熱プレート２となったものである。換言すると、加熱容器１は、加熱プレート２が天板となってその上面側が閉じられ、加熱プレート２の周囲の下方には、下面側が開口した円筒形状の周壁１３が設けられている。加熱容器１の周壁1３の下端部はフランジ状になっている。この加熱容器１は、図示してない真空チャンバの中に設置され、真空チャンバ内が減圧されることにより、加熱容器１の全体が真空空間となる。 FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a backside electron impact heating apparatus according to the present invention.
A heating container 1 is installed on a lower flange 6 made of a metal such as stainless steel. The heating container 1 is a container having an open bottom surface, and a top plate on which a thin plate-like heating object 7 such as a silicon wafer is placed becomes a flat heating plate 2. In other words, the heating container 1 has a heating plate 2 as a top plate, the upper surface side thereof is closed, and a cylindrical peripheral wall 13 having an opening on the lower surface side is provided below the periphery of the heating plate 2. A lower end portion of the peripheral wall 13 of the heating container 1 has a flange shape. The heating container 1 is installed in a vacuum chamber (not shown), and the whole of the heating container 1 becomes a vacuum space by reducing the pressure in the vacuum chamber.

下部フランジ６の加熱容器１のフランジ部分を載せる部分には、下部フランジ６の中心軸の周りに同心円状に溝が設けられ、この溝に真空シール材８が嵌め込まれている。この溝に嵌め込まれた真空シール材８の上に、前記加熱容器１の周壁１３の下端部のフランジ部分が載せられ、さらにこのフランジ部分がその上に当てられた環状の導電性座金1６を介して押え金具1５により固定される。この状態で加熱容器１と下部フランジ６とは電気的に導通すると共に、前記真空シール材８により気密にシールされる。下部フランジ６は接地され、従って加熱容器１も接地される。   A portion of the lower flange 6 on which the flange portion of the heating container 1 is placed is provided with a concentric groove around the central axis of the lower flange 6, and a vacuum seal material 8 is fitted into the groove. A flange portion at the lower end portion of the peripheral wall 13 of the heating vessel 1 is placed on the vacuum seal material 8 fitted in the groove, and further, this flange portion is interposed through an annular conductive washer 16 placed thereon. And is fixed by the presser fitting 15. In this state, the heating container 1 and the lower flange 6 are electrically connected and are hermetically sealed by the vacuum seal material 8. The lower flange 6 is grounded and thus the heating vessel 1 is also grounded.

このような加熱容器１の材質としては、黒鉛等の導電体が使用される。これに対し、加熱容器１がアルミナや窒化珪素のようなセラミックスで絶縁体からなる場合は、その加熱プレート２の内面や周壁1３の内外面の全面をメタライズして導体膜を形成し、この導体膜を前記導電性座金1６、冷却液通路１７を有する押え金具1５及び下部フランジ６を介して接地する。   As the material of the heating container 1, a conductor such as graphite is used. On the other hand, when the heating container 1 is made of ceramics such as alumina or silicon nitride and is made of an insulator, the inner surface of the heating plate 2 and the entire inner and outer surfaces of the peripheral wall 13 are metallized to form a conductor film. The membrane is grounded through the conductive washer 16, the presser fitting 15 having the coolant passage 17 and the lower flange 6.

さらに、この加熱容器１の内部には、下部フランジ６から支柱1４が立設され、この支柱1４の上端側に平板状のホルダ１２が支持されている。さらにこのホルダ１２からフィラメント支持柱１７が立設され、このフィラメント支持柱１７にフィラメント９が取り付けられている。このフィラメント９は、加熱容器１の中でその加熱プレート２の背後に設けられている。   Further, a support column 14 is erected from the lower flange 6 inside the heating container 1, and a flat plate-like holder 12 is supported on the upper end side of the support column 14. Further, a filament support column 17 is erected from the holder 12, and the filament 9 is attached to the filament support column 17. The filament 9 is provided behind the heating plate 2 in the heating container 1.

このフィラメント９のリード線４は、セラミックス端子５を通して下部フレーム６から加熱容器１の外部へ引き出され、図示していないフィラメント加熱電源に接続する。さらに、このフィラメント９のリード線４の一方には、図示していない電子加速電源により加速電圧が印加される。なお加熱プレート２を有する加熱容器１は接地され、フィラメント９に対して正電位に保持される。   The lead wire 4 of the filament 9 is drawn out of the heating container 1 from the lower frame 6 through the ceramic terminal 5 and connected to a filament heating power source (not shown). Further, an acceleration voltage is applied to one of the lead wires 4 of the filament 9 by an electron acceleration power source (not shown). The heating container 1 having the heating plate 2 is grounded and held at a positive potential with respect to the filament 9.

前記支柱１４に保持された平板状のホルダ２から遮蔽板支持柱１８が立設され、この支持柱１８により、フィラメント９の下方に位置するように遮蔽板３、１１が支持されている。この遮蔽板３、１１は、遮蔽板支持柱１８を介してフィラメント９に導通しており、同フィラメント９と同電位のマイナス電位とされる。   A shielding plate support column 18 is erected from the flat plate-like holder 2 held by the support column 14, and the shielding plates 3 and 11 are supported by the support column 18 so as to be positioned below the filament 9. The shielding plates 3 and 11 are electrically connected to the filament 9 through the shielding plate support column 18 and have a negative potential that is the same as that of the filament 9.

ここで、加熱プレート２２に最も近い遮蔽板１１には、熱良導体の導電性セラミックスからなっている。より具体的には、遮蔽板１１は、黒鉛を基材とし、この基材の表面に黒鉛より３倍程度熱伝導率の高い熱分解生成黒鉛をコーティングしたものからなる。このようなセラミックスにより作られた遮蔽板１１は、加熱プレート２に近い側にのみ配し、加熱プレート２から遠い側の遮蔽板３はＭｏやＷ等の金属製とすることも出来る。もちろん、加熱プレート２から遠い側の遮蔽板１１にもセラミックス製のものを用いること出来る。図１の実施例では、加熱プレート２に近い側の１枚の遮蔽板１１のみを熱良導体の導電性セラミックス板とし、その下には通常のＭｏやＷ等の高融点金属からなる遮蔽板３を配置している。   Here, the shield plate 11 closest to the heating plate 22 is made of conductive ceramics having a good thermal conductor. More specifically, the shielding plate 11 is made of graphite as a base material, and the surface of the base material is coated with pyrolytic graphite having a thermal conductivity approximately three times higher than that of graphite. The shielding plate 11 made of such ceramics can be disposed only on the side close to the heating plate 2, and the shielding plate 3 on the side far from the heating plate 2 can be made of metal such as Mo or W. Of course, ceramics can also be used for the shielding plate 11 on the side far from the heating plate 2. In the embodiment of FIG. 1, only one shielding plate 11 on the side close to the heating plate 2 is a conductive ceramic plate of a good thermal conductor, and below that is a shielding plate 3 made of a normal high melting point metal such as Mo or W. Is arranged.

このような背面電子衝撃加熱装置では、フィラメント９と加熱プレート２との間に高電圧の加速電圧を印加すると共に、フィラメント９に通電すると、フィラメント９から熱電子があらゆる方向に放出される。この熱電子のうち下に向かった熱電子はマイナス電位になった遮蔽板３、１１によって反射され、上に向かった熱電子と共に前記加速電圧により加速されて加熱プレート２の下面に衝突する。このため、電子衝撃により加熱プレート２が加熱される。加熱プレート２に生じる熱は、フィラメント９の下方に設けられた遮蔽板３、１１により反射され、出来る限り熱が不要な個所に拡散するのが防止される。加熱プレート２に衝突した電子は、加熱容器１の周壁1３から導電性座金1６、押え金具1５、下部フランジ６を介してアースに流れる。   In such a backside electron impact heating device, a high acceleration voltage is applied between the filament 9 and the heating plate 2, and when the filament 9 is energized, thermoelectrons are emitted from the filament 9 in all directions. Of these thermoelectrons, the downward thermoelectrons are reflected by the shielding plates 3 and 11 having a negative potential, are accelerated by the acceleration voltage together with the upward thermoelectrons, and collide with the lower surface of the heating plate 2. For this reason, the heating plate 2 is heated by electron impact. The heat generated in the heating plate 2 is reflected by the shielding plates 3 and 11 provided below the filament 9, and the heat is prevented from diffusing to an unnecessary part as much as possible. Electrons that collide with the heating plate 2 flow from the peripheral wall 13 of the heating container 1 to the ground via the conductive washer 16, the presser fitting 15, and the lower flange 6.

加熱プレート２が予め定められた温度に達すると、フィラメント９に通電する電力が下げられ、加熱プレート２の温度が定められた温度に維持される。そして、予め定められた時間が経過すると、フィラメント９への通電が停止され、加熱プレート２の加熱を停止する。その後、加熱容器１の殆どの熱は、冷却液通路１７を有する押え金具１６と下部フランジ６の冷却液通路７に通している冷却液により下部フランジ６や加熱容器１が冷却され、加熱プレート２が降温される。   When the heating plate 2 reaches a predetermined temperature, the electric power supplied to the filament 9 is reduced, and the temperature of the heating plate 2 is maintained at the predetermined temperature. And when predetermined time passes, the electricity supply to the filament 9 will be stopped and the heating of the heating plate 2 will be stopped. Thereafter, most of the heat in the heating container 1 is cooled by the cooling liquid passing through the holding metal fitting 16 having the cooling liquid passage 17 and the cooling liquid passage 7 of the lower flange 6, and the heating plate 2. Is cooled down.

既に述べた通り、ＭｏとＷは熱膨張係数が比較的小さく、熱伝導率も比較的高いので、温度分布が生じにくく、曲がりにくい。加熱プレート２を１０００℃以上の温度に加熱すると、遮蔽板３は７００℃程度の高温になる。このような温度域では、遮蔽板３に多少の温度ムラがあり、加熱時に熱応力による遮蔽板３の変形が生じても、その変形は弾性変形の範囲であり、常温に戻れば熱歪も無くなる。   As already described, Mo and W have a relatively low thermal expansion coefficient and a relatively high thermal conductivity, so that a temperature distribution is unlikely to occur and bending is difficult. When the heating plate 2 is heated to a temperature of 1000 ° C. or higher, the shielding plate 3 becomes a high temperature of about 700 ° C. In such a temperature range, the shielding plate 3 has some temperature unevenness, and even if the shielding plate 3 is deformed due to thermal stress at the time of heating, the deformation is within the range of elastic deformation. Disappear.

しかし、加熱プレート２を２０００℃程度の超高温に加熱する場合、遮蔽板２３の温度は１７００℃に及び、ＭｏやＷ等の高融点金属では対応出来ない。これに対し、前述した熱良導体の導電性セラミックスからなる遮蔽板１１は、熱変形が小さく、高温での永久変形しにくい。またこの遮蔽板１１が熱良導体であることから、電子が当たることにより高温になった時も温度のムラが生じることが無い。さらに、導電性セラミックスからなるため、電子を反射するために負の電位を印加することも出来る。   However, when the heating plate 2 is heated to an extremely high temperature of about 2000 ° C., the temperature of the shielding plate 23 is 1700 ° C., and a high melting point metal such as Mo or W cannot cope with it. On the other hand, the shielding plate 11 made of the above-mentioned conductive ceramics with a good thermal conductor is small in thermal deformation and is difficult to be permanently deformed at high temperatures. Further, since the shielding plate 11 is a good thermal conductor, there is no temperature unevenness even when the temperature rises due to the impact of electrons. Furthermore, since it consists of conductive ceramics, a negative potential can be applied to reflect electrons.

実験によれば、加熱プレート２２を５分程度の短時間に１３００℃の温度に昇温するという加熱方法であれば、ＭｏやＷ等の高融点金属からなる遮蔽板３のみであっても、それら遮蔽板３の永久変形は起こらなかった。しかし、１３００℃の温度で数時間〜数十時間長時間加熱すると、加熱プレート２２の変形が累積し、永久変形することが分かった。これは、表１に記載したように、金属の再結晶温度が加熱温度より低いために、再結晶による永久変形が生じることによる。   According to the experiment, if the heating method is to raise the temperature of the heating plate 22 to 1300 ° C. in a short time of about 5 minutes, even if only the shielding plate 3 made of a refractory metal such as Mo or W is used, Permanent deformation of the shielding plates 3 did not occur. However, it was found that when heating was performed for a long time at a temperature of 1300 ° C. for several hours to several tens of hours, the deformation of the heating plate 22 accumulated and permanently deformed. This is because, as described in Table 1, since the metal recrystallization temperature is lower than the heating temperature, permanent deformation due to recrystallization occurs.

Figure 2008077995
Figure 2008077995

表１に示した金属の再結晶温度の下限は何れも６００〜９００℃の付近にあり、加熱プレート２を２０００℃程度の超高温に加熱する場合には対応出来ない。ＳｉＣは再結晶温度が高いが、１５５０℃から強度低下が見られ、熱衝撃に弱くなる。温度差が３００℃程になると、熱衝撃で破損する。このため、加熱プレート２の加熱温度の上限は１８００℃までゆっくり昇温する必要がある。   The lower limit of the recrystallization temperature of the metal shown in Table 1 is in the vicinity of 600 to 900 ° C., and cannot be handled when the heating plate 2 is heated to an extremely high temperature of about 2000 ° C. Although SiC has a high recrystallization temperature, strength is reduced from 1550 ° C. and it is weak against thermal shock. When the temperature difference is about 300 ° C., it is damaged by thermal shock. For this reason, the upper limit of the heating temperature of the heating plate 2 needs to be slowly raised to 1800 ° C.

黒鉛は、金属より再結晶温度が高く、導電性があるため、遮蔽板１１の材料として最適である。さらに、面方向の熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫと、黒鉛に比べて３倍程ある熱分解生成黒鉛を黒鉛の表面にコーティングすることより、遮蔽板１１は熱良導体となり、温度分布が形成されにくくなる。   Graphite is optimal as a material for the shielding plate 11 because it has a higher recrystallization temperature than metal and is electrically conductive. Furthermore, by coating the surface of the graphite with pyrolytic graphite, which has a thermal conductivity in the plane direction of 400 W / mK, which is about three times that of graphite, the shielding plate 11 becomes a good thermal conductor, and the temperature distribution is not easily formed. Become.

図２は、遮蔽板３、１１の支持柱１８による取付構造の一例を示す図である。この図２に示すように、遮蔽板３、１１の径方向に長孔１９を設け、ここに支持柱１８をややルーズに取り付けることにより、温度変化による遮蔽板１８の径方向の変形を吸収することが出来る。なお、遮蔽板３、１１の中心に空いた孔は、フィラメント９のリード線４を通す貫通孔である。   FIG. 2 is a view showing an example of a mounting structure of the shielding plates 3 and 11 by the support pillars 18. As shown in FIG. 2, long holes 19 are provided in the radial direction of the shielding plates 3 and 11, and the support pillars 18 are attached slightly loosely to absorb the deformation in the radial direction of the shielding plates 18 due to temperature changes. I can do it. Note that the hole formed in the center of the shielding plates 3 and 11 is a through hole through which the lead wire 4 of the filament 9 passes.

本発明による背面電子衝撃加熱装置の一実施例を示す概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows one Example of the back surface electron impact heating apparatus by this invention. 本発明による背面電子衝撃加熱装置の一実施例の遮蔽板を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the shielding board of one Example of the back surface electron impact heating apparatus by this invention. 背面電子衝撃加熱装置の従来例を示す概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows the prior art example of a back surface electron impact heating apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１ 加熱容器
２ 加熱プレート
３ 遮蔽板
９ フィラメント
１１ 遮蔽板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heating container 2 Heating plate 3 Shielding plate 9 Filament 11 Shielding plate

Claims (3)

加熱容器（１）の天板となっている加熱プレート（２）の背後からフィラメント（９）で発生した電子を加速して衝突させて同加熱プレート（２）を加熱する背面電子衝撃加熱装置において、前記加熱プレート（２）に対してフィラメント（９）の背後に設けられ、熱電子と輻射熱を加熱プレート（２）側に反射する遮蔽板（１１）を有し、この遮蔽板（１１）が熱良導体の導電性セラミックスからなることを特徴とする背面電子衝撃加熱装置。 In a backside electron impact heating device that heats the heating plate (2) by accelerating and colliding electrons generated in the filament (9) from behind the heating plate (2) which is the top plate of the heating container (1) The shield plate (11) is provided behind the filament (9) with respect to the heating plate (2) and reflects thermoelectrons and radiant heat to the heating plate (2) side. A backside electron impact heating device comprising a conductive ceramic with a good thermal conductor. 加熱プレート（２）に近いセラミックスからなる遮蔽板（１１）を配置し、加熱プレート（２）に遠い遮蔽板（３）を金属製としたことを特長とする請求項２に記載の背面電子衝撃加熱装置。 The backside electron impact according to claim 2, wherein a shielding plate (11) made of ceramics close to the heating plate (2) is arranged, and the shielding plate (3) far from the heating plate (2) is made of metal. Heating device. 遮蔽板（１１）は、黒鉛の表面に熱分解生成黒鉛をコーティングしたものからなることを特徴とする請求項１または２に記載の背面電子衝撃加熱装置。 The back electron impact heating device according to claim 1 or 2, wherein the shielding plate (11) is formed by coating the surface of graphite with pyrolytic graphite.
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