JPH0620950A - 基板の加熱装置及び該加熱装置の使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 赤外線ランプ１７に対向する面が赤外線透過
性材料で形成された容器１１と、容器１１の内部に基板
１４を載置するための試料台１３とを備えた基板１４の
加熱装置１０において、試料台１３の試料載置面に平行
に配設された赤外線ランプ１７群及び試料台１３の試料
載置面外周近傍に配設された赤外線ランプ１８を具備し
た基板の加熱装置。 【効果】 試料台１３外周部からの放熱による試料台１
３外周部の温度低下を、試料載置面外周近傍に配設され
た赤外線ランプ１８によって効率よく補償することがで
きるとともに、赤外線ランプ１７群及び赤外線ランプ１
８のエネルギー効率を上昇させることができ、基板１４
温度の不均一による基板１４のスリップの発生等を防止
することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は基板の加熱装置及び該加
熱装置の使用方法に関し、より詳しくは赤外線ランプに
対向する面が赤外線透過性材料で形成された容器と、該
容器の内部に基板を載置するための試料台とを備えた基
板の加熱装置及び該加熱装置の使用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路の製造工程にはエピタキシャル
成長あるいは基板内の欠陥を低減するためのアニール処
理のように、シリコンウェハ等からなる基板を高温に加
熱する工程がある。従来この工程においては基板の加熱
の不均一から熱応力が発生し、高温による基板の機械的
強度の低下と相まって、基板にスリップという欠陥を発
生させ、基板上に作られた回路の性能を大きく低下させ
ることがあった。

【０００３】例えば、シリコンのエピタキシャル装置で
は装置内に導入した原料ガスの反応を引き起こしたり、
エピタキシャル成長した膜の欠陥を低減するために、赤
外線等の加熱ランプを用いて基板を１０００〜１２００
℃の高温に加熱するが、このとき、基板を保持する試料
台が周囲へ放熱するため、試料台の周縁に向かって温度
が低下して基板の温度が不均一となり、これが熱応力発
生の原因となっていた。この問題を解決するために、近
年では赤外線ランプの輻射強度を調節し、加熱中の基板
の温度を均一にして熱応力の発生を抑制する装置の開
発、検討が種々行なわれている。

【０００４】例えば、特開昭６２−１５４６１６号公報
では図６及び図７に示したようなエピタキシャル装置が
提案されている。図中３１は略直方体の形状をなす反応
室であり、反応室３１の側壁には原料ガスのガス導入孔
３５及びガス排出孔３６がそれぞれ形成されている。反
応室３１内には基板３４を保持する回転可能な試料台３
３が配設されており、反応室３１上部には試料台３３の
中心位置に対応する位置に仕切り桟３１ｂが形成されて
おり、さらに仕切り桟３１ｂを挟んで開口部３１ａが対
称的に形成されている。また、開口部３１ａ上方からそ
れぞれ透明石英板３９が押え枠３８により圧接されてお
り、透明石英板３９の上方には試料台３３上の基板３４
を透明石英板３９を透して加熱する複数の棒状の赤外線
ランプ３７が等間隔に並設されている。また赤外線ラン
プ３７の背後には反射鏡３７ａが配設されている。

【０００５】このように構成された加熱装置３０におい
て、試料台３３を回転させつつ赤外線ランプ３７から基
板３４に赤外線を照射すると、開口部３１ａ間の仕切り
桟３１ｂや押え枠３８により、基板３４の中心は赤外線
の照射が制限される一方、基板３４の周縁は中心部より
多く照射されることとなり、結果的に基板３４の温度の
均一化が図られることとなる。

【０００６】また、特開昭６２−９３３７８号公報で
は、図８に示したようなエピタキシャル装置の提案がな
されている。図８において４１は円筒形状をなす反応室
であり、反応室４１の側壁には原料ガスのガス導入孔４
５及びガス排出孔４６がそれぞれ形成されている。反応
室４１内には基板４４を保持するための回転可能な試料
台４３が配設されており、基板４４の上方に複数の棒状
の赤外線ランプ４７が等間隔に並設され、その両端はそ
れぞれ反応室４１の側壁を貫通している。さらに、基板
４４の下方に赤外線ランプ４７に対して直角に棒状の赤
外線ランプ４２が配設され、その両端はそれぞれ反応室
４１の側壁を貫通している。そして、反応室４１の内壁
は拡散反射を生じる材料、または鏡面反射を生じる材料
で被覆されている。

【０００７】このように構成された加熱装置４０におい
て、赤外線ランプ４７をゾーンごとに分割し、試料台４
３を回転させつつ赤外線ランプ４７の赤外線の輻射強度
を各ゾーンごとに調節することにより、基板４４の温度
の均一化が図られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記した加熱装
置３０では基板３４の加熱を制御すべく、開口部３１ａ
間の仕切り桟３１ｂや押え枠３８によって赤外線の輻射
を一部遮光しているため、赤外線ランプ３７から輻射さ
れる熱エネルギーの効率が低下するという課題があっ
た。

【０００９】また加熱装置３０、４０において、基板３
４、４４の円周方向の加熱を均一にするために、試料台
３３、４３を回転させつつ赤外線を照射しているが、温
度の均一化を図るためには試料台３３、４３を高速で回
転させる必要があり、そのための技術的検討も必要であ
る。しかも、高速回転可能な試料台３３、４３を備えた
加熱系の製作には多大なコストを要し、さらに使用時の
エネルギーコストも高くつくという課題があった。

【００１０】さらに、試料台３３、４３を回転させつ
つ、基板３４の上方に並設された棒状の赤外線ランプ３
７、あるいは基板４４の上下方に並設された棒状の赤外
線ランプ４７、４２によって赤外線を照射しているの
で、たとえゾーンごとに赤外線輻射強度を調整したとし
ても、円運動する基板３４、４４に対して赤外線ランプ
３７、４２、４７は直線状であるため、赤外線ランプ３
７、４２、４７による基板３４、４４の加熱状況は時々
刻々と変化することとなり一定化されない。このため、
基板３４、４４の温度の均一化が十分に図れないという
課題もあった。

【００１１】本発明は上記した課題に鑑みなされたもの
であり、効率よく基板の温度の均一化を図ることがで
き、しかも加熱系の製作費及びエネルギーコストが削減
できるような基板の加熱装置及び該加熱装置の使用方法
を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る基板の加熱装置は、赤外線ランプに対向
する面が赤外線透過性材料で形成された容器と、該容器
の内部に基板を載置するための試料台とを備えた基板の
加熱装置において、前記試料台の試料載置面に平行に配
設された赤外線ランプ群及び試料台の試料載置面外周近
傍に配設された赤外線ランプを具備していることを特徴
としている。

【００１３】また上記記載の基板の加熱装置において、
試料台載置面に平行に配設された赤外線ランプ群が複数
のゾーンに分割され、各ゾーンに対応する試料載置部に
おける温度測定手段と、各ゾーンごとの加熱温度制御手
段とを備えていることを特徴としている。

【００１４】さらに上記記載の基板の加熱装置の使用方
法は、試料台の試料載置面外周近傍に配設された赤外線
ランプによる加熱を、試料台外周部内近傍の温度によっ
て制御することを特徴としている。

【００１５】

【作用】上記した基板の加熱装置によれば、赤外線ラン
プに対向する面が赤外線透過性材料で形成された容器
と、該容器の内部に基板を載置するための試料台とを備
えた基板の加熱装置において、前記試料台の試料載置面
に平行に配設された赤外線ランプ群及び試料台の試料載
置面外周近傍に配設された赤外線ランプを具備している
ので、前記試料台外周部からの放熱による前記試料台外
周部の温度低下が試料載置面外周近傍に配設された前記
赤外線ランプによって効率よく補償される。

【００１６】また、上記記載の基板の加熱装置におい
て、試料台載置面に平行に配設された赤外線ランプ群が
複数のゾーンに分割され、各ゾーンに対応する試料載置
部における温度測定手段と、各ゾーンごとの加熱温度制
御手段とを備えている場合には、各ゾーンごとの独立制
御による加熱によって、基板がより均一に加熱されるこ
ととなる。

【００１７】さらに、上記記載の基板の加熱装置の使用
方法によれば、前記試料台の試料載置面外周近傍に配設
された前記赤外線ランプによる加熱を、試料台外周部内
近傍の温度によって制御するので、高速アニール処理
等、温度変化が急激に生じる場合であっても、これに対
応させた効率的な均一加熱が可能となる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明に係る基板の加熱装置及び該加
熱装置の使用方法の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１９】図１、図２及び図３はそれぞれ本発明に係
る基板の加熱装置の実施例を示した模式的平面図及び模
式的断面図である。図中１１はその上面１１ｂが石英等
の赤外線透過性材料で形成されている略直方体形状の容
器を示している。容器１１の下面の略中心位置には下面
１１ｃを直交する方向に貫通する回転軸１２が気密にか
つ回転自在に配設されており、回転軸１２の上端には複
数の基板１４を載置するための円板状の試料台１３が、
その回転中心を回転軸１２のそれと同一にして配設され
ている。また容器１１の両側壁１１ａはステンレスで形
成され、一方の側壁１１ａには容器１１内の基板１４に
均一なエピタキシャル薄膜を形成するためのガス導入孔
１５が形成され、他方の側壁１１ａには試料台１３を挟
んでガス導入孔１５に対向する位置にガス排出孔１６が
形成されている。

【００２０】容器１１の上方には棒状の赤外線ランプ１
７が複数個、ガス導入孔１５とガス排出孔１６を結ぶ直
線に対して略直角に複数列配設されている。またガス導
入孔１５及びガス排出孔１６が形成された側壁１１ａと
は別の側壁１１ａ外方であって試料載置面外周近傍に
は、試料台１３外周を補助加熱するための赤外線ランプ
１８が、ガス導入孔１５とガス排出孔１６とを結ぶ直線
に対して略平行に配置されている。ここで赤外線ランプ
１７、１８は発光長が５７０ｍｍ、間隔が３０ｍｍで配
列されている。

【００２１】また、赤外線ランプ１７、１８の上方、あ
るいは側方にはステンレス製の支持板１９が配設されて
おり、赤外線ランプ１７、１８はその両端が支持板１９
の電極支持部（図示せず）に挿嵌されることによって支
持されている。また支持板１９下面の赤外線ランプ１７
に面した部分、あるいは支持板１９側面の赤外線ランプ
１８に面した部分には、放物面状の金めっきが施された
反射面２０ａを有した反射板２０が配設されており、こ
の反射板２０により赤外線ランプ１７、１８からの赤外
線放射の指向性が向上するとともに、各列の赤外線ラン
プ１７直下の基板１４の各ゾーンが特に強く加熱される
ようになっている。また、反射板２０内部の反射面２０
ａに対応する位置には、反射面２０ａを保護するのため
に冷却用の圧縮空気を送る圧縮空気導入孔２１がそれぞ
れ形成されている。

【００２２】一方、容器１１の下方には各列の赤外線ラ
ンプ１７に対応する試料台１３の各ゾーンごとに放射温
度計２２が配設されており、また、試料台１３の下面中
央位置には回転軸１２より挿入された熱電対２３が埋設
されている。そしてこれら熱電対２３及び放射温度計２
２により試料台１３の温度は各ゾーンごとに測定される
ようになっている。

【００２３】このように構成された加熱装置１０を用い
て試料台１３に載置された基板１４を加熱する場合は、
試料台１３を回転軸１２を中心にして回転させつつ赤外
線ランプ１７、１８から赤外線を照射する。これにより
基板１４は加熱され、その温度は試料台１３を介して熱
電対２３及び放射温度計２２により各ゾーンごとに測定
される。測定された温度情報はそれぞれ温度コントロー
ラ（図示せず）に送られ、温度コントローラはこの温度
情報と温度プログラマから入力された目標温度とを比較
して、試料台１３の各ゾーンの温度が目標温度となるよ
うに制御信号を出力する。赤外線ランプ回路（図示せ
ず）にはサイリスタが装着されており、前述の制御信号
を受けて回路電流を制御し、赤外線ランプ１７、１８の
出力を増減する。

【００２４】以上説明したように本実施例に係る加熱装
置１０及び加熱装置１０の使用方法によれば、試料台１
３を加熱した際の試料台１３外周からの放熱による試料
台１３外周部での局部的な温度低下は試料載置面外周近
傍に配設された赤外線ランプ１８による加熱により、効
率的に補償することができ、赤外線ランプ１７、１８の
エネルギー効率を上昇させることができる。しかも赤外
線ランプ１７、１８は各ゾーンごとにその放射強度、つ
まり発熱量がフィードバック制御されるので、高速アニ
ール処理等の急速加熱を行なった場合においても、試料
台１３に載置された基板１４の温度を常に均一に保つこ
とができ、温度の不均一による基板１４におけるスリッ
プの発生等を防止することが可能となる。特に、試料載
置面外周近傍に配設された赤外線ランプ１８を試料台１
３の外周部の温度、あるいはそれに近い温度に制御する
場合にはこのエネルギー効率は最高になる。

【００２５】また、本発明に係る基板の加熱装置の別の
実施例を図４及び図５に示す。図４及び図５の加熱装置
は基板１４にエピタキシャル膜を形成するのに用いられ
る平面視円形形状の縦型炉形式のものである。縦型炉形
式の場合にも赤外線ランプ１７と試料台１３の位置関
係、試料台１３の温度を測定する手段とその測定値に従
って赤外線ランプ１７の発熱量を制御する手段等、上記
した水平型炉の場合と略同様である。ただし、基板１４
にエピタキシャル膜を成長させるためのガスを導入する
ガス導入孔１５は容器１１の底部の外周部近傍に設け、
ガス排出孔１６は試料台１３の回転軸１２内に設けるの
が望ましい。これによって基板１４上に均質な薄膜を形
成することができ、しかも基板１４のスリップの発生を
防止することができる。また、赤外線ランプ１７はそれ
自体も温度均一化を図るために同心円状に配列され、さ
らに試料載置面外周近傍の赤外線ランプ１８も同心円状
に配列され、温度の均一化の効果が大きくなっている。
なお、上記実施例では赤外線を照射する際に試料台１３
を回転させているが、本実施例では同心円状に複数列配
列された赤外線ランプ１７を各列ごとに制御しているの
で、赤外線を照射する際に試料台１３を回転させなくて
も基板１４の温度の均一化を図ることができる。また、
試料載置面外周近傍に配設された赤外線ランプ１８は平
面視円形形状の容器１１の外周部全周に配設されるほう
が好ましいが、別の実施例では容器１１の円周上に部分
的に配設してもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る基板の
加熱装置にあっては、赤外線ランプに対向する面が赤外
線透過性材料で形成された容器と、該容器の内部に基板
を載置するための試料台とを備えた基板の加熱装置にお
いて、前記試料台の試料載置面に平行に配設された赤外
線ランプ群及び試料台の試料載置面外周近傍に配設され
た赤外線ランプを具備しているので、試料台外周部から
の放熱による試料台外周部の温度低下を、試料載置面外
周近傍に配設された赤外線ランプによって効率よく補償
することができるとともに、赤外線ランプのエネルギー
効率を上昇させることができる。

【００２７】また上記記載の基板の加熱装置において、
試料台載置面に平行に配設された赤外線ランプ群が複数
のゾーンに分割され、各ゾーンに対応する試料載置部に
おける温度測定手段と、各ゾーンごとの加熱温度制御手
段とを備えているので、赤外線ランプの各ゾーンごとの
独立制御による加熱によって、基板をより均一に加熱す
ることができる。

【００２８】さらに上記記載の基板の加熱装置の使用方
法によれば、試料台の試料載置面外周近傍に配設された
赤外線ランプによる加熱を、試料台外周部内近傍の温度
によって制御するので、基板を常に一定の温度で効率よ
く加熱することができ、特に試料載置面外周近傍に配設
された赤外線ランプを試料台の外周部の温度、あるいは
それに近い温度に制御する場合にはこのエネルギー効率
は最高になる。従って、基板温度の不均一による基板の
スリップの発生等を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基板の加熱装置の実施例の要部を
示す概略平面図である。

【図２】図１における基板の加熱装置のＡ−Ａ線断面図
である。

【図３】図１における基板の加熱装置のＢ−Ｂ線断面図
である。

【図４】基板の加熱装置の別の実施例を示す要部の概略
断面図である。

【図５】図４における基板の加熱装置の要部を示す概略
平面図である。

【図６】従来の基板の加熱装置を示す要部の概略断面図
である。

【図７】図６における基板の加熱装置の反応室上面の開
口部の構造を示す平面図である。

【図８】従来の別の基板の加熱装置を示す要部の概略断
面図である。

【符号の説明】

１０ 加熱装置 １１ 容器 １３ 試料台 １４ 基板 １７、１８ 赤外線ランプ ２２ 放射温度計（温度測定手段） ２３ 熱電対（温度測定手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線ランプに対向する面が赤外線透過
   性材料で形成された容器と、該容器の内部に基板を載置
   するための試料台とを備えた基板の加熱装置において、
   前記試料台の試料載置面に平行に配設された赤外線ラン
   プ群及び試料台の試料載置面外周近傍に配設された赤外
   線ランプを具備していることを特徴とする基板の加熱装
   置。
2. 【請求項２】 試料台載置面に平行に配設された赤外線
   ランプ群が複数のゾーンに分割され、各ゾーンに対応す
   る試料載置部における温度測定手段と、各ゾーンごとの
   加熱温度制御手段とを備えた請求項１記載の基板の加熱
   装置。
3. 【請求項３】 試料台の試料載置面外周近傍に配設され
   た赤外線ランプによる加熱を、試料台外周部内近傍の温
   度によって制御することを特徴とする請求項２記載の基
   板の加熱装置の使用方法。