JPH10504513A - 基板の均一加熱用装置 - Google Patents

基板の均一加熱用装置

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JPH10504513A
JPH10504513A JP8502911A JP50291195A JPH10504513A JP H10504513 A JPH10504513 A JP H10504513A JP 8502911 A JP8502911 A JP 8502911A JP 50291195 A JP50291195 A JP 50291195A JP H10504513 A JPH10504513 A JP H10504513A
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annular
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radiant heater
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バクセンダイン，アラン・リチャード
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ブリティッシュ・テクノロジー・グループ・リミテッド
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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/48—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
    • C23C16/481—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation by radiant heating of the substrate

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Abstract

(57)【要約】 支持体(７)は、中央部において垂直方向に調節可能な冷却ディスク(２０)を具有する環状ヒーター(８)によって下方から均一に加熱される。本発明による装置は支持体(７)の上部面の直径方向に沿って非常に均一な温度分布を示すので、支持体(７)の上部面のいずれの位置においてもむらなく加熱処理されなければならない半導体部品(１０)の生産に有用である。支持体(７)は回転可能であり、該支持体には頭上発生器(３)からマイクロ波を照射してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 基板の均一加熱用装置 この発明は、制御雰囲気下で基板(substrate)を均一に加熱するための装置に 関する。この種の装置は例えば、製造過程中のチップを真空下もしくはプラズマ 処理、プラズマエッチング、ドーピングまたはこれらと類似の処理操作をおこな うための低ガス圧下または過圧下において高度に制御された熱処理に付す半導体 工業において利用される。 所望により軸上で回転可能な平坦な円形プラテン(platen)上に基板(例えば、 半導体チップ)を載置して熱処理することが知られている。プラテンの下方(直径 の約０．０５〜０．３％下方)には、平面螺旋状の抵抗加熱輻射ヒーターが該プ ラテンに対して平行同心的に配設される。しかしながら、この種の装置は注意深 く組み立てないと、プラテン上に均一な温度分布を発現させることができず、一 般的には中央部はエッジよりも２００℃も高くなる。さらに、この種の装置は非 常に高い電流をヒーターに供給しなければならず、また、電流の管理と制御のた めにコスト高で面倒な装置を必要とするという難点があるために満足すべきもの ではない。 このような難点を解決する試みとして、下方のヒーターを外側の環状ヒーター と内側の螺旋状ヒーターから構成し、各ヒーターにより低コストの給電装置をそ れぞれ設置し、各ヒーターの電流を別々のフィードバック熱電対を用いて相互に 独立して制御する方法が利用される場合がある。 本発明によれば、基板用円形支持体および該支持体に対して平行同心的にその 下方または上方に配設された環状輻射ヒーターを備えた制御雰囲気下で基板を均 一に加熱するための装置であって、該環状輻射ヒーターの中央円形領域内にクー ラーを配設したことを特徴とする基板加熱装置が提供される。中央円形領域、即 ち、該環状輻射ヒーターの内径は該ヒーターの外径の好ましくは２５〜７５％、 より好ましくは３０〜７０％、望ましくは４０〜６０％である。 環状ヒーターは２個またはそれよりも多くの環状ヒーターから成っていてもよ く、各ヒーターには別々の給電装置と制御装置を取り付けるのが好ましい。 チップまたはその他の基板は熱処理用支持体上に載置する。 例えば、プラズマエネルギーおよび／またはマイクロ波を上方から支持体およ び該支持体上のチップのような基板に照射することによって補助的な熱処理をお こなってもよい。ヒーターは通常は支持体の下方に配設するが、この配置を逆転 させ、支持体および該支持体上の基板の上部面を上方から環状輻射ヒーターを用 いて加熱してもよい。 環状ヒーターの中央円形領域は冷却ディスク(disc)によって占められていても よく、また、該ディスクは軸方向に調整可能であってもよい。環状ヒーターは固 定されていてもよく、あるいは相互に独立して軸方向に調整可能であってもよい 。 支持体はその軸上で回転可能であってもよい。 冷却ディスクは環状輻射ヒーターと少なくとも部分的に重なり合うように半径 方向に外側へ延びているのが好ましく、該ディスクは内在する熱媒液によって冷 却してもよく、また、該ディスクは基板を支持するための平坦面を有しているの が好ましい。 あるいは、冷却ディスクは、被処理基板の裏面と接触し得る熱媒液を内包する キャビティを該基板と共に制限する封止手段を具有していてもよい。 冷却ディスクは熱媒液用導管を保有する軸方向マウントを具有していてもよい 。 支持体には、基板とチャンバーエッジとの上方の環状間隙からマイクロ波を照 射してもよく、この場合、該間隙はマイクロ波のチョーク(choke)として作用し 、その大きさは基板の直径の２％またはそれ以下にするのが好ましい。 マイクロ波エネルギーはプラズマを誘発させる。 本発明の実施例を添付図に基づいて説明する。 図１はクーラーと支持体を具備する本発明による装置の一態様を示す模式的な 一部破断正面図である。 図２および図３は本発明による装置に係るクーラーと支持体の変形態様を示す 模式図である。 これらの図において、対応する部分は同一の番号で示す。 図１に示す態様においては、基板および基板上の半導体チップを均一に加熱す るための気密チャンバー(１)はその天井に配設されたマイクロ波発生器(３)並び に排気ポンプおよび／または純粋ガスの供給源に接続されるポート(５)を具有す る。 チャンバー(１)内には、プラテン形態の平坦な円形支持体(７)が配設され、該 支持体はチャンバー(１)の壁部と２mmまたはそれ以下の間隙(この大きさはチャ ンバーの直径の約１％に相対する)を形成して懸垂する円筒状スカート(９)を有 する。使用時には、熱処理に付される半導体チップまたはその他の基板(１０)を プラテン(７)上に載置する。スカート(９)はベアリング(１１)上に保持されるの で、プラテン(７)はその垂直軸のまわりに回転可能である。チャンバーの排気時 および／または加熱時の油蒸気による基板(１０)の汚染を回避するために、ベア リング(１１)には潤滑油を塗布しない。駆動手段(１３)、たとえば、電気モータ ーによってプラテンを適度な速度、例えば１２０rpmで回転させる。 電気モーターは封止容器内の対象物を回転させるのに適合した別の駆動手段( １３)、例えば、米国特許第３４３５１２８号、ヨーローパ特許第０１０８２０ ６号、英国特許第２２１３３１６号および英国特許出願第９３１７９５４．７号 の各明細書に記載のような駆動手段によって代替させてもよい。 スカート(９)とチャンバー(１)との間の上記の間隙(２mm)はマイクロ波のチョ ークとして作用し、チャンバー下部の内在物をマイクロ波照射から保護する。 プラテン(７)の下方には、基板と同軸の２個の環状抵抗加熱ヒーター(８)が配 設される。簡単化のためにブロックで示す外側のヒーター(８a)は螺旋状形態の 抵抗体である。内側のヒーター(８b)もこれと同様である。各々のヒーターは相 互に独立した給電線(８aa)または(８bb)に接続され、該給電線を通る電流は、プ ラテン(７)上の適当な間隔を置いた位置を検知する光高温計または熱電対のアウ トプットによって相互に独立して制御される。ヒーター(８a)の外径とヒーター( ８b)の内径は、例えば、それそれ１２５mmおよび７０mmまたは２４０mmおよび１ ２５mmである。 ヒーター(８a)および(８b)は別々の絶縁性ロッドによって支持され、これらの ヒーターの垂直方向の位置は該ロッドによって相互に独立して調整することがで きるが、図示するように、多くの場合は等しくするのが適当である。 使用に際しては、気密シール(１５)を破り、チャンバー(１)の上部を持ち上げ ることによって該チャンバーを開放し、基板部品(１０)をプラテン(７)の上に載 置し、チャンバーを再封鎖した後、ポート(５)を介してチャンバー内を必要な圧 力の適当な雰囲気に調整する。駆動手段(１３)を用いてプラテン(７)を１２０rp mの速度で回転させ、給電線(８aa)および(８bb)を介して通電することによって プラテン(７)の上部面に均一な温度分布(一般的には９４０℃)をもたらす。チッ プ部品(１０)は所望により、マイクロ波発生器(３)からのマイクロ波照射によっ て誘発されるプラズマによってエッチングしてもよい。基板部品(１０)はプラテ ン(７)上にいずれの位置に載置しても均一に加熱処理することができ、これは重 要な製造上の利点である。 所望により、環状ヒーター(８)の中央部の空間には冷却ディスク(２０)を存在 させてもよい。該冷却ディスク(２０)の垂直方向の位置はチャンバー、プラテン およびヒーターの共軸に沿って調整可能である。冷却ディスク(２０)はこれを支 持する加熱管(２０a)を用いて冷却してもよい。加熱管の下部端は冷却媒体、例 えば、水または高沸点油等が流れるコイルによって包囲されていてもよく、ある いは加熱管(２０a)は該冷却媒体が流れる導管を保有していてもよい。冷却媒体 の流速、該媒体の冷却温度および冷却ディスク(２０)とプラテン(７)の間隔は、 プラテン(７)の直径に沿って最も均一な温度が確実に得られるように試行錯誤に よって調整される。 冷却媒体、給電線(８aa)および(８bb)、駆動手段(１３)への給電線およびその 他の引込線、例えば、熱電対のリード線、ヒーター(８a)と(８b)および冷却ディ スク(２０)のために直立配設されたモーターへの給電線等はいずれも固定した気 密シール(２２)を通してチャンバー内へ導入される。 図２には図１に示す態様の変形態様を示す。この変形態様においては、２つの 抵抗加熱ヒーター(８a)および(８b)は図１の場合と同一であるが、冷却ディスク (２０)とプラテン(７)が合体される。冷却液用流路を有するフランジ付中空マウ ント(２０b)は、ヒーター(８a)の直径と同じ直径を有する円形プラテン(７)を形 成する上部端に形成される。プラテン(７)は冷却マウント(２０b)方向への伝導 によって冷却される。所望により、冷却液用流路はマウント(２０b)の周縁部に 位置するプラテン(７)の肉厚部内に形成させてもよい。該流路の大きさと配置は 、油のような適当な冷却液の流速と独立して制御可能な導入温度を適当に選択す ると共にヒーター(８a)と(８b)への独立して制御可能な加熱電流およびヒーター (８b)と加熱管(２０a)の垂直方向の位置が適当に設定されたときに、プラテン( ７)の全上部面において許容される均一な温度が得られるように選択される。 使用に際しては、１または複数の被処理基板(１０)をプラテン(７)上に載置し 、チャンバーを封鎖して排気し、マウント(２０b)に取り付けられた駆動手段(１ ３)を用いてプラテンを回転させた後、図１の場合のような操作をおこなう。プ ラテン(７)の上部面はいずれの基板(１０)も載置できるように平坦にしてもよく 、あるいは、凹部や定位リブを有する特殊な形態にすることにより、自動化処理 に適合させるように特殊な基板を望ましい位置に望ましい配向状態で保持しても よい。 図３には本発明のさらに別の態様を示すが、この態様は図２に示す態様と類似 する。この態様の場合には、プラテン(７)は中空マウント(２０b)内の冷却液流 路内へ供給される不活性ガスによって冷却され、該プラテンのフランジ部には内 部冷却路は形成されず、また、該プラテンは特殊デザインの基板(１０)を収容す るような形態を有する。この態様の場合には、異なる基板(１０)を製造するとき には、新しいプラントを設計しなければならない。 プラテン(７)はその周縁部に気密シール(３０)を有しており、該気密シールは 特殊な基板(１０)と共に空間(３１)を限定し、該空間はマウント(２０b)の内部 の冷却液流路と連絡する。空間(３１)は基板(１０)の裏面とプラテン(７)の上部 面によって制限されており、その形状は簡単な円筒状であってもよく、あるいは 、図示するように、より複雑な形状、例えば、中心部に向かって下方傾斜する形 状(この場合、所望により、該空間内には基板(１０)がプラテン(７)と接触する 支点(７a)を存在させてもよい)てあってもよい。空間(３１)の形状は、駆動手段 (１３)によるプラテン(７)の回転に基づく遠心ポンプ効果が利用されるような形 状 であってもよい。 このようにして、基板(１０)の裏面の大部分または全てはマウント(２０b)を 介して供給されるガスとの直接触媒によって冷却され、種々の可能な調整後に発 現するヒーター(８a)および(８b)による加熱の不均一性は補償される。基板(１ ０)の前面(被処理面)において一定の圧力までの不活性冷却ガスが許容されると きには、気密シール(３０)の作用効果は完全である必要はない。
【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年５月１４日 【補正内容】 明細書 基板の均一加熱用装置 この発明は、制御雰囲気下で基板(substrate)を均一に加熱するための装置に 関する。この種の装置は例えば、製造過程中のチップを真空下もしくはプラズマ 処理、プラズマエッチング、ドーピングまたはこれらと類似の処理操作をおこな うための低ガス圧下または過圧下において高度に制御された熱処理に付す半導体 工業において利用される。 所望により軸上で回転可能な平坦な円形プラテン(platen)上に基板(例えば、 半導体チップ)を載置して熱処理することが知られている。プラテンの下方(直径 の約０．０５〜０．３％下方)には、平面螺旋状の抵抗加熱輻射ヒーターが該プ ラテンに対して平行同心的に配設される。しかしながら、この種の装置は注意深 く組み立てないと、プラテン上に均一な温度分布を発現させることができず、一 般的には中央部はエッジよりも２００℃も高くなる。さらに、この種の装置は非 常に高い電流をヒーターに供給しなければならず、また、電流の管理と制御のた めにコスト高で面倒な装置を必要とするという難点があるために満足すべきもの ではない。 このような難点を解決する試みとして、下方のヒーターを３つの同心環状ヒー ターから構成し、各ヒーターにより低コストの給電装置をそれぞれ設置し、各ヒ ーターの電流を別々のフィードバック熱電対を用いて相互に独立して制御する方 法が利用される場合がある(米国特許第５０５９７７０号明細書参照)。 本発明によれば、基板用円形支持体および該支持体に対して平行同心的にその 下方または上方に配設された環状輻射ヒーターを備えた制御雰囲気下で基板を均 一に加熱するための装置であって、該環状輻射ヒーターの中央円形領域内にクー ラーを配設したことを特徴とする基板加熱装置が提供される。中央円形領域、即 ち、該環状輻射ヒーターの内径は該ヒーターの外径の好ましくは２５〜７５％、 より好ましくは３０〜７０％、望ましくは４０〜６０％である。 環状ヒーターは２個またはそれよりも多くの環状ヒーターから成っていてもよ く、各ヒーターには別々の給電装置と制御装置を取り付けるのが好ましい。 チップまたはその他の基板は熱処理用支持体上に載置する。 例えば、プラズマエネルギーおよび／またはマイクロ波を上方から支持体およ び該支持体上のチップのような基板に照射することによって補助的な熱処理をお こなってもよい。ヒーターは通常は支持体の下方に配設するが、この配置を逆転 させ、支持体および該支持体上の基板の上部面を上方から環状輻射ヒーターを用 いて加熱してもよい。 環状ヒーターの中央円形領域は冷却ディスク(disc)によって占められており、 該ディスクは軸方向に調整可能であってもよい。環状ヒーターは固定されていて もよく、あるいは相互に独立して軸方向に調整可能であってもよい。 支持体はその軸上で回転可能であってもよい。 冷却ディスクは環状輻射ヒーターと少なくとも部分的に重なり合うように半径 方向に外側へ延びているのが好ましく、該ディスクは内在する熱媒液によって冷 却してもよく、また、該ディスクは基板を支持するための平坦面を有しているの が好ましい。 あるいは、冷却ディスクは、被処理基板の裏面と接触し得る熱媒液を内包する キャビティを該基板と共に制限する封止手段を具有していてもよい。 冷却ディスクは熱媒液用導管を保有する軸方向マウントを具有していてもよい 。 支持体には、基板とチャンバーエッジとの上方の環状間隙からマイクロ波を照 射してもよく、この場合、該間隙はマイクロ波のチョーク(choke)として作用し 、その大きさは基板の直径の２％またはそれ以下にするのが好ましい。 マイクロ波エネルギーはプラズマを誘発させる。 本発明の実施例を添付図に基づいて説明する。 図１はクーラーと支持体を具備する本発明による装置の一態様を示す模式的な 一部破断正面図である。 図２および図３は本発明による装置に係るクーラーと支持体の変形態様を示す 模式図である。 これらの図において、対応する部分は同一の番号で示す。 請求の範囲 １．基板用円形支持体および該支持体に対して平行同心的にその下方または上 方に配設された環状輻射ヒーターを備えた制御雰囲気下で基板を均一に加熱する ための装置において、該環状輻射ヒーターの中央円形領域内にクーラーを配設し たことを特徴とする基板加熱装置。 ２．環状輻射ヒーターの内径がその外径の２５〜７５％である請求項１記載の 装置。 ３．環状輻射ヒーターの内径がその外径の３０〜７０％である請求項２記載の 装置。 ４．環状輻射ヒーターの内径がその外径の４０〜６０％である請求項３記載の 装置。 ５．環状輻射ヒーターと支持体の間隔が調整可能である請求項１から４いずれ かに記載の装置。 ６．環状輻射ヒーターが２個またはそれよりも多くの環状ヒーターから成る請 求項１から５いずれかに記載の装置。 ７．ヒーターが軸方向に相互に独立して調整可能である請求項６記載の装置。 ８．支持体がヒーターに対してその軸のまわりに回転可能である請求項１から ７いずれかに記載の装置。 ９．冷却ディスクが軸方向に調整可能である請求項１から８いずれかに記載の 装置。 10．冷却ディスクが環状輻射ヒーターと少なくとも部分的に重なり合う状態ま で半径方向へ延びた請求項１から９いずれかに記載の装置。 11．冷却用のディスクが使用時にこれを冷却するための熱媒液用導管を具有す る請求項１０記載の装置。 12．冷却ディスクが基板を支持するための平坦面を有する請求項１から１１い ずれかに記載の装置。 13．冷却ディスクが封止手段を具有し、該封止手段が被処理基板と共に、使用 時に該基板の裏面と接触する熱媒液を内包するキャビティを制限する請求項１１ 記載の装置。 14．冷却ディスクが、熱媒液用導管を保有する軸方向マウントを具有する請求 項１から１３いずれかに記載の装置。 15．支持体の直径の２％またはそれ以下のチャンバーエッジと支持体との間の 上方環状間隙から照射されるマイクロ波に支持体がさらされる請求項１から１４ いずれかに記載の装置。 16．(ｉ)請求項１から１５いずれかに記載の装置の支持体上に基板を載置し、 (ii)軸方向に調整可能な部品をセットし、(iii)ヒーターとクーラーを作動させ 、次いで(iv)所望により基板を回転させる工程を含む制御雰囲気下での基板の熱 処理方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/324 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｆ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．基板用円形支持体および該支持体に対して平行同心的にその下方または上 方に配設された環状輻射ヒーターを備えた制御雰囲気下で基板を均一に加熱する ための装置において、該環状輻射ヒーターの中央円形領域内にクーラーを配設し たことを特徴とする基板加熱装置。 ２．環状輻射ヒーターの内径がその外径の２５〜７５％である請求項１記載の 装置。 ３．環状輻射ヒーターの内径がその外径の３０〜７０％である請求項２記載の 装置。 ４．環状輻射ヒーターの内径がその外径の４０〜６０％である請求項３記載の 装置。 ５．環状輻射ヒーターと支持体の間隔が調整可能である請求項１から４いずれ かに記載の装置。 ６．環状輻射ヒーターが２個またはそれよりも多くの環状ヒーターから成る請 求項１から５いずれかに記載の装置。 ７．ヒーターが軸方向に相互に独立して調整可能である請求項６記載の装置。 ８．支持体がヒーターに対してその軸のまわりに回転可能である請求項１から ７いずれかに記載の装置。 ９．クーラーが冷却ディスクである請求項１から８いずれかに記載の装置。 10．冷却ディスクが軸方向に調整可能である請求項９記載の装置。 11．冷却ディスクが環状輻射ヒーターと少なくとも部分的に重なり合う状態ま で半径方向へ延びた請求項９または１０記載の装置。 12．冷却用のディスクが内在する熱媒液によって冷却される請求項１１記載の 装置。 13．冷却ディスクが基板を支持するための平坦面を有する請求項９、１０、１ １または１２記載の装置。 14．冷却ディスクが封止手段を具有し、該封止手段が被処理基板と共に、該基 板の裏面と接触する熱媒液を内包するキャビティを制限する請求項１１記載の装 置。 15．冷却ディスクが、熱媒液用導管を保有する軸方向マウントを具有する請求 項９から１４いずれかに記載の装置。 16．支持体の直径の２％またはそれ以下のチャンバーエッジと支持体との間の 上方環状間隙から照射されるマイクロ波に支持体がさらされる請求項１から１５ いずれかに記載の装置。 17．(ｉ)請求項１から１６いずれかに記載の装置の支持体上に基板を載置し、 (ii)軸方向に調整可能な部品をセットし、(iii)ヒーターとクーラーを作動させ 、次いで(iv)可能であれば基板を回転させる工程を含む制御雰囲気下での基板の 熱処理方法。
JP8502911A 1994-06-28 1995-06-22 基板の均一加熱用装置 Pending JPH10504513A (ja)

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