JPH03207861A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、基板面の表面処理を行う表面処理装置のう
ち、特に熱ＣＶＤ装置あるいはプラズマＣＶＤ装置など
、半導体ウエー八等の基板の面にｍ膜を形成するｌｌ膜
形成装Ｉの一部を構威し、被処理基板に膜形成を行うｙ
ｒｃｌ！！工程の前工程として被処理基板を加熱し、基
板表面に付着した水分等の不純物ガスを除去する基板加
熱装置の構威に関する． 〔従来の技術〕 従来、薄膜形戒装置は、良好な膜質を得るために、半導
体ウエー八等の蒲膜形成用蟇板に対し、ＩＩｌｌＩ形成
の前に、その表面を清浄にするための加熟処理ができる
ように構威されている．第４図および第５図にこの種従
来の基板加熱装置の構或例を示す．第４図は基板を加熱
するためのヒータが鋳込みヒータとして形成されている
場合を示し、例えば線状の電気抵抗体をステンレスパイ
プ内に電気的に絶縁状態に保持した発熱体２１ａを所定
の発熱量が得られる長さに一平面内で屈曲させ、これを
アル逅で鋳込み、上面に被処理基板が載置される平坦な
面を形成してヒータが形成されている．加熱処理時には
、真空に排気された真空容器１内に咳真空容器１の前段
側に隣接する，図示されない待機室内が真空容器１内と
ほぼ同一圧力に排気され、該待機室内から被処理基板が
仕切り弁１１を通って真空容器１内へ搬入され、鋳込み
ヒータ２１の上面にｌＢｉ置された後、仕切り弁１１を
閉して鋳込みヒータ２１に加熱電流が供給される．基板
３は所定の時間加熱された後、仕切り弁１２を遣り、真
空容器１の後段側に隣接するｔｃＭ室内へ搬出される．
第５図はヒータが赤外線ランプで構威された場合を示す
．棒状の赤外線ランプ２２を複数本、真空容器１内で碁
板３と平行に対向する一平面内に平行に配列してヒータ
を形成し、上面が熱反射面に形成された基板台７に断熱
材７１を介して非接触状態に載置された基板３を輻射熱
により加熱するものである．なお、連中の符号２３は、
赤外線ランプ２２の背後に配され赤外線ランプから反基
板方向へ向かう輻射熱を基板面へ向けて反射し、赤外線
ランプからの輻射熱を基板の加熱に有効に利用するため
の熱反射板である． 〔発明が解決しようとする課題〕 第４図および第５図のように構威される加熱装置では、
ヒータがいずれも基板と同じ真空容器内に配置されるた
め、ヒータから放出されたガスが基板に再付着する．ま
た、第４図に示す鋳込みヒータでは、発熱体を鋳込んで
いるアルミの融点が低く、第５図に示す赤外線ランブヒ
ー夕ではランプの構底部材が真空中にあるために冷却が
悪く、鋳込みヒータ，赤外線ランブヒータともに発熱体
の単位長当りの発熱量すなわちエネルギー密度が大きく
とれず、加熱処理時間が長くなる。さらにヒー夕のメン
テナンス　（特に赤外線ランプの場合は寿命が短いため
、定期的な取替えが必要〉の度に真空容器を大気開放し
なければならない、などの問題があった． この発明の目的は、前記従来の問題点が除去され、被処
理基板への不純物ガス等の再付着がな《、所要加熱時間
が短く、かつメンテナンス作業の容易な加熱１！直の構
威を提供することである．（Ｉ’ｌｌを解決するための
手段〕 上記ｌｉｔを解決するために、この発明においては、半
導体ウェーハ等、表面処理が行われる基板を真空雰囲気
中で加熱し、基板表面に付着した水分等の不純物ガスを
除去する加熱装ｌを、基板が置かれる真空雰囲気を形成
し該基板と対向する壁面に石英板からなる透明窓が気密
に取り付けられる開口が形成された真空容器と、前記基
板が間隙を介して非接触状態に載置される熱反射板を備
えるとともに該熱反射板が水冷却される第１の水冷レフ
レクタと、前記石英板からなる透明窓の大気側で基板と
平行に対向する一平面内に同心に配される，互いに径の
興なる複数のリング状ハロゲンランプと、該ハロゲンラ
ンプの反透明窓側に位置し咳ハロゲンランプから真空容
器の外側へ向かう輻射熱を基板方向へ反射する熱反射面
を備えるとともに該熱反射面が水冷却される第２の水冷
レフレクタとを用いて構威するものとする．さらに、こ
の装ｉｚｉ＊威において、一平面内に配される複数のリ
ング状ハロゲンランプは個数を２個とし、その小径側の
リングの平均直径を基板の直径よりも小さく、大径側の
リングの平均直径を基板の直径よりも大きくすれば好適
である． らなる赤外線ヒータと、被処理基板との配Ｉ空間を分け
、ヒータを大気中に、被処理基板を真空中に配１するこ
とにより、ヒータから放出されるガス等の汚染物質の基
板への再付着が防止されるとともに、基板の加熱処理時
にヒータの背面倒が水冷却された熱反射板に覆われ、ハ
ロゲンランプの構成部材がランプまわりの大気の対流，
該構威部材から熱反射板へ向かう熱放射による放射冷却
により効果的に冷却され、ハロゲンランプの発熱体（フ
ィラメント）の周方向単位長当りの発熱量すなわちエネ
ルギー密度を大きくして基板に到達する輻射熱量を大き
くすることができ、加熱時間を短縮することが可能にな
る．また、真空容器を大気開放することなくヒータのメ
ンテナンスが可能になるからメンテナンス作業が簡易化
されるとともに、真空容器内の大気汚東を避けることが
できる．また、同心に配される複数のハロゲンランプの
個数を２個として、この２個のリング状ハロゲンランプ
のうち、小径便のリングの平均直径を被処理基板の直径
よりも小さく、大径側のリングの平均直径を被処理基板
の直径よりも大きくすることにより、基板に対し、実質
的に基板面をカバーする広さの平面状熱輻射面が形成さ
れ、簡易なヒータ構成で基板面の全域にわたり温度分布
が均一化される．さらに、発熱体のエネルギー密度を制
御することにより、温度分布の均一度をより一層向上さ
せることができる． 〔実施例〕 第ＩＷＪに本発明による基板加熱装置構威の一実施例を
示す．真空容器１の両壁には、常時この真空容器１内を
真空に保持するとともに、加熱処理時に、この真空容器
の前段側に隣接する，図示されない待機室から被処理基
板を導入するための仕切り弁１１と、加熱処理後に真空
容器１の後段側に隣接する．図示されない戚膜室へ被処
理碁板３を導出するための仕切り弁１２とが設けられて
いる．被処理基板３は、真空容器１内で、上面４２が熱
反射面に形成されるとともにこの熱反射面が水冷却され
かつ図示されない駆動装置により全体が上下動する第１
の水冷レフレクタ４に断熱材４ｌを介して熱反射面４２
と非接触状態に１１！Ｗされ、この被処理基板３と対向
する真空容器壁面には被処理基板３より大きい開口ｈが
形成され、この開口１ａが石英板からなる透明窓５によ
り気密に閉鎖されている．この透明窓５の背面側には、
碁板３と平行な一平面内に、互いに径の異なる２つのリ
ング状ハロゲンランプ６１．　６２が同心に配され、赤
外線ヒー夕を構威している．ハロゲンランプは、周知の
ように、石英ガラス容器内に不活性ガスとともに微量の
よう素，臭素などのハロゲン物質を封入したランプであ
り、フィラメントへの通電時にフィラメント材すなわち
タングステンがハロゲン原子または分子と結合して揮発
性の透明なハロゲン化タングステンになり、石英ガラス
容器壁の温度がかなり高いために付着せず、再びフィラ
メントの近傍で解離する循環的作用を呈するため、容器
壁が黒化せず、光束の低下が少ない特長を有する．この
ハロゲンランプ６１．　６２の背後には、これらのハロ
ゲンランプから真空容器外方へ向かう輻射熱を基板３へ
向けて反射する熱反射面８２を備えるとともにこの熱反
射面が水冷却される第２の水冷レフレクタ８が設けられ
ている． 以下、基板を加熱する隙の加熱装置の動作を説明する．
仕切り弁１ｌは真空容器１の前段側に隣接する，図示さ
れない待機室が真空容器１とほぼ同じ圧力に真空排気さ
れた状態で開放され、待機室内にあった被処理基板３が
真空容器１内へ搬入され、第１の水冷レフレクタ４に断
熱材４１を介して熱反射面４２と非接触状態にｉａｍさ
れる．被処理基板３が１！置され、仕切り弁１ｌが閉し
られると、第１の水冷レフレクタ４は破線で示される加
熱位置に上昇する．第１の水冷レフレクタ４が加熱位置
にくると、ハロゲンランプ６１．　６２が同時に点灯さ
れ、被処理基板が加熱される．所定の加熱が完了すると
、ハロゲンランプ６１．　６２は消灯され、第１の水冷
レフレクタ４は基板受渡し位置に下降し、仕切り弁１２
が開かれ、被処理基板３は真空容器１の後段便に隣接す
る．図示されない戚膜室内へ搬出される．被処理碁板３
の搬送機構部は、ここには特に図示しないが、真空容器
１内、あるいは待機室一真空容器ｌ−威膜室と仕切り弁
１１，　１２を介して被処理碁板３の搬送が可能なよう
に設けられた別の真空容器内に設置される． 第２図にハロゲンランプ６１．　６２と被処理基板３と
の寸法関係を示す．内側のハロゲンランブ６１の平均直
径Ａを基板３の直径Ｂよりも小さく、外側のハロゲンラ
ンブ６２の平均直径Ｃを基板３の直径Ｂよりも大きくす
ると、直径８インチの大口径基板を用いた場合でも、第
３図のように、基板面のほぼ全域にわたり温度分布を均
一化することができる．そして、同図の実線で示すよう
に、内側のハロゲンランブ６１のエネルギー密度（発熱
体の周方向単位長当りの発熱量）を外側のハロゲンラン
ブ６２より小さくすると、さらに均一な温度分布を得る
ことができる．なお、図中のエネルギー密度は相対値を
示す． 〔発明の効果〕 以上に述べたように、本発明においては、半導体ウェー
ハ等、表面処理が行われる基板を真空雰囲気中で加熱し
、基板表面に付着した水分等の不純物ガスを除去する加
熱装ｌを、基板が宣かれる真空雰囲気を形成し該基板と
対向する壁面に石英板からなる透明窓が気密に取り付け
られる開口が形成された真空容器と、前記基板が間隙を
介して非接触状態にａｔされる熱反射板を備えるととも
に該熱反射板が水冷却される第１の水冷レフレクタと、
前記石英板からなる透明窓の大気側で基板と平行に対向
する一平面内に同心に配される，互いに径の興なる複数
のリング状ハロゲンランプと、請ハロゲンランプの反透
明窓倒に位置し該ハロゲンランプから真空容器の外側へ
向かう輻射熱を基板方向へ反射する熱反射面を備えると
ともに該熱反射面が水冷却される第２の水冷レフレクタ
とを用いて構威したので、被処理基板と複数のリング状
ハロゲンランプからなる赤外線ヒータとが別空間に配宣
され、ヒータから放出されるガス等によるヒータの再汚
染が完全に除去される，また、複数のリング状ハロゲン
ランプから真空容器の外側へ向かう輻射熱を被処理基板
へ向けて反射する熱反射面の強制冷却が可能となり、ハ
ロゲンランプの構威部材がランプまわりの大気の対流１
該構或部材から強制冷却された熱反射板へ向かう熱放射
による放射冷却により効果的に冷却されるため、ハロゲ
ンランプに供給する加熱電力を大きくして被処理基板の
加熱時間を短縮することができる．また、一平面内に配
される複数のリング状ハロゲンランプは個数を２個とし
、その小径側のリングの平均直径を被威膜蟇板の直径よ
りも小さく、大径側のリングの平均直径を被戚ｌｌ！基
板の直径よりも大きくすることにより、基板に対し、実
質的に平面状の熱輻射面が構威され、基板面の全域にわ
たり均一な温度分布を得ることができ、かつ加熱装置も
簡易化される．そして、２つのハロゲンランプのエネル
ギー密度をａｍすることにより、均一度のより高い温度
分布を得ることができる．さらに、本発明による装置構
戚により、真空容器を大気開放することなくヒータのメ
ンテナンスが可能なことから、メンテナンス作業が箇易
化され作業時間が短縮される．また、真空容器内の大気
汚染が避けられ、加熱装置を構威要素として有する表面
処理装置のスループットが向上する．

【図面の簡単な説明】

第１′＠は本発明による基板加熱装置構威の一実施例を
示す縦断面図、第２図は加熱装置のヒータを２個のリン
グ状ハロゲンランプで構戚する際の被処理基板の直径と
それぞれのハロゲンランプの平均＋！径との寸法関係を
示す説明図、第３図は第２図に示す構或のヒータにより
加熱処理を行ったときの碁ｉ表面の温度分布を示す繍図
、第４図および第５図はそれぞれ従来の基板加熱装置の
構威例を示す縦断面図である． １：真空容器、１ａ：開口、３：碁板、４：第１の水冷
レフレクタ、５：透明窓、８：第２の水冷レフレクタ、
４１：断熱材、４２：熱反射面、６１，６２：ハロゲン
ランプ、８２：熱反射面．ゝ〜４−一τ′ Ａ＜Ｅ３　＜Ｃ 第 ２ 図 ラ見度（相灯値） 第 ４ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　半導体ウェーハ等、表面処理が行われる基板を真
   空雰囲気中で加熱し、基板表面に付着した水分等の不純
   物ガスを除去する加熱装置であって、基板が置かれる真
   空雰囲気を形成し該基板と対向する壁面に石英板からな
   る透明窓が気密に取り付けられる開口が形成された真空
   容器と、前記基板が間隙を介して非接触状態に載置され
   る熱反射板を備えるとともに該熱反射板が水冷却される
   第１の水冷レフレクタと、前記石英板からなる透明窓の
   大気側で基板と平行に対向する一平面内に同心に配され
   る、互いに径の異なる複数のリング状ハロゲンランプと
   、該ハロゲンランプの反透明窓側に位置し該ハロゲンラ
   ンプから真空容器の外側へ向かう輻射熱を基板方向へ反
   射する熱反射面を備えるとともに該熱反射面が水冷却さ
   れる第２の水冷レフレクタとを備えてなることを特徴と
   する加熱装置。 ２）　請求項第１項に記載の加熱装置において、一平面
   内に同心に配される複数のハロゲンランプは個数を２個
   とし、その小径側のリングの平均直径を被表面処理基板
   の直径より小さく、大径側のリングの平均直径を被表面
   処理基板の直径より大きくしたことを特徴とする加熱装
   置。