(57)【要約】【課題】ヒーター表面における温度バラツキの低減、ワット密度の増大、温度範囲の拡大、昇温レートの向上、および寿命の向上を実現するヒーターを提供する。【解決手段】電力が印加されることにより熱放射を発生する長尺状の発熱体１５０と、発熱体との間で空隙１０３が保たれ、空隙を介して発熱体が発生する熱放射により昇温される熱板１００と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力が印加されることにより熱放射を発生する長尺状の発熱体と、
前記発熱体との間で空隙が保たれ、前記空隙を介して前記発熱体が発生する熱放射により昇温される熱板と、
を有することを特徴とするヒーター。
【請求項２】
前記熱板は、前記発熱体との間で前記空隙が保たれるように前記発熱体により貫通され、前記空隙を介して前記発熱体が発生する熱放射により昇温されることを特徴とする請求項１に記載のヒーター。
【請求項３】
前記発熱体は、炭素、タングステン、モリブデン、ＢＮコンポジット、ニクロム線、および、カンタル線の少なくともいずれかを有することを特徴とする請求項１または２に記載のヒーター。
【請求項４】
前記熱板には前記発熱体が互いに平行に複数貫通されており、または、前記発熱体が前記熱板を介して互いに交差するように複数貫通されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のヒーター。
【請求項５】
前記発熱体は絶縁材により被覆されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のヒーター。
【請求項６】
前記絶縁材は、石英、サファイア、アルミナ、ホウケイ酸ガラス、または耐熱ガラスの少なくともいずれかからなることを特徴とする請求項５に記載のヒーター。
【請求項７】
前記熱板はモリブデン、ニッケル、窒化アルミ、アルミナ、タングステン、タンタル、チタン、カーボン、ステンレス、銅、アルミニウム、および鉄の少なくともいずれかを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のヒーター。
【請求項８】
前記発熱体が前記熱板を貫通することにより前記熱板から突出した前記発熱体の軸方向の両端部のうち前記電力が印加される部分の断面積は、前記発熱体の前記熱板との間で前記空隙が保たれている部分の断面積より大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のヒーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒーターに関し、例えば半導体製品の製造工程における熱処理に用いられるヒーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製品の製造工程においては、一般的に、ウエハを加熱して行う熱処理工程がなされる。例えば、半田バンプ同士を接合させる接合工程では、真空雰囲気においてウエハを４００℃程度まで昇温させる必要があり、熱酸化工程では、酸化雰囲気においてウエハを１１００℃程度まで昇温させる必要がある。
【０００３】
ウエハの昇温に用いられるヒーターは、工程時間短縮のために昇温レートの増大が要求されるとともに、コスト低減のために長寿命化が要求される。さらに、製品歩留を向上させるためにヒーター表面における温度バラツキの低減が要求される。
【０００４】
ヒーターの昇温レートの増大とともに長寿命化を実現する従来技術としては、下記特許文献に記載されたものがある。すなわち、金属製のプレート本体に矩形断面の溝を設け、当該溝の断面形状と同一の断面形状を有するカートリッジヒーターを当該溝に収納し、プレート本体とカートリッジヒーターとに密着するように金属製の蓋板により蓋をすることによりヒーターを構成する。これにより、通常円柱形状を有するカートリッジヒーターをプレート本体に埋没させることによる加工上の困難性を回避し、カートリッジヒーターとプレート本体とを面接触させることで熱伝導性を向上させ、ヒーターの寿命を向上させるというものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１１３９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来技術は、カートリッジヒーターとプレート本体を面接触させるため、カートリッジヒーター表面の凹凸や製造バラツキに起因してカートリッジヒーターとプレート本体との間の局所的な隙間が生じる。そのため、当該局所的な隙間において熱伝導がなされないことでカートリッジヒーターの温度が当該隙間において局所的に上昇しヒーターの寿命が低下するとともに、ヒーター表面における温度バラツキを増大させる。この場合に、ヒーターの寿命を向上させようとすると、ヒーターのワット密度を低下させなければならず、ヒーターの温度の増大および昇温レートの向上が困難になるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものである。すなわち、熱板に対し発熱体を熱板との間で空隙が保たれるように配置し、発熱体に電力が印加されることで発生する熱放射により熱板を昇温することによりヒーターを構成する。これにより、熱板の昇温に寄与する熱放射の割合を増大させることができるため、ヒーターの目標温度によらず、ヒーター表面における温度バラツキを低減することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係るヒーターは、電力が印加されることにより熱放射を発生する長尺状の発熱体と、発熱体との間で空隙が保たれ、当該空隙を介して発熱体が発生する熱放射により昇温される熱板と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るヒーターによれば、熱板に対し発熱体を熱板との間で空隙が保たれるように配置し、発熱体に電力が印加されることで発生する熱放射により熱板を昇温する。これにより、熱板の昇温に寄与する熱放射の割合を増大させることができるため、ヒーターの目標温度によらず、ヒーター表面における温度バラツキを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るヒーターの正面図である。
【図２】図１のＡＡ’における断面図である。
【図３】図１のＢＢ’における断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るヒーターの上面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るヒーターの側面図である。
【図６】ヒーターに供給される交流電力を発生する電源回路を示す図である。
【図７】本発明の実施例によるヒーターの温度、および最大温度差の時間依存性の測定結果を、比較例と比較して示す図である。
【図８】第１実施形態に係るヒーターに対し上熱板および下熱板の構成を変えた第１実施形態の変形例を示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るヒーターの第１実施形態の図２に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係るヒーターについて詳細に説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るヒーターの正面図である。図２は、図１のＡＡ’における断面図である。図３は、図１のＢＢ’における断面図である。図４は、ヒーターの上面図である。図５は、ヒーターの側面図である。
【００１３】
なお、図１においては、ヒーターを設置するための基準板２００、絶縁シール２１０、２１１、支柱２２０、およびヒーターにより加熱処理されるウエハ３００も併せて図示されている。また、図５においては、第１電極板１３０、第２電極板１３１、第１電極１４０、および第２電極１４１は省略されている。
【００１４】
図１〜５を参照して本実施形態に係るヒーター１０の構成について説明する。
【００１５】
ヒーター１０は、カーボンロッド１５０、熱板１００、保温板１１０、１１１、第１ヒーター電極１２０、第２ヒーター電極１２１、第１電極板１３０、第２電極板１３１、第１電極１４０、および第２電極１４１を有する。
【００１６】
熱板１００は、互いに対応する位置に半円柱状の窪みを複数有する上熱板１００ａと下熱板１００ｂとが重ね合わされることにより構成される。対応する窪み同士が互いに対面するように上熱板１００ａと下熱板１００ｂとが重ね合わさることにより、熱板１００には複数の円柱状の穴１０１が設けられる。上熱板１００ａと下熱板１００ｂとは、重ね合わされた状態で複数のネジ１０２により固定される。
【００１７】
なお、熱板１００は、一枚の板に当該穴を貫通する複数の円柱状の穴１０１が設けられることにより構成されてもよい。
【００１８】
熱板１００は、基準板２００に複数の支柱２２０により固定される。各支柱２２０は、一端が熱板１００の底面に、他端が基準板に固定されることにより、基準板２００を基準として熱板１００を支持することができる。各支柱２２０は、例えば、ネジにより一端が熱板１００の底面に、他端が基準板に固定されることができる。
【００１９】
熱板１００に設けられた円柱状の各穴１０１には円柱状のカーボンロッド１５０がそれぞれ貫通される。これにより、熱板１００にはカーボンロッド１５０が互いに平行に複数貫通される。この際、カーボンロッド１５０は、熱板１００との間で空隙１０３が保たれるように熱板１００を貫通する。このため、熱板１００の円柱状の穴１０１の直径は、円柱状のカーボンロッド１５０の直径より大きくなるように設けられる。なお、熱板１００にはカーボンロッド１５０が互いに前記熱板１００を介して交差するように複数貫通されてもよい。
【００２０】
熱板１００はモリブデン（Ｍｏ）により構成されることが望ましい。ウエハ３００の接合工程によってはウエハ３００を加熱しつつ加圧する場合があり、熱板１００の素材として高融点で高い硬度を有するモリブデンを用いることにより、長時間にわたる高温高圧条件により生じ得る熱板１００の変形を防止することができる。なお、熱板１００は、ニッケル（Ｎｉ）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、カーボン、ステンレス、銅、アルミニウム、および鉄の少なくともいずれかにより構成されてもよい。また、熱板１００は、モリブデン、ニッケル、窒化アルミ、アルミナ、タングステン、タンタル、チタン、カーボン、ステンレス、銅、アルミニウム、または鉄の少なくともいずれかを主要材料とすればよく、他の材料が含まれていてもよい。すなわち、これらの材料が５０重量％以上含まれていればよい。
【００２１】
カーボンロッド１５０は、固体の炭素からなる円柱状の発熱体であり、電力が供給されることにより熱を発生させる。なお、カーボンロッド１５０は、例えば、グラファイトまたはカーボンの焼結体により構成されることができ、炭素以外の元素が含まれてもよい。なお、カーボンロッドの形状は長尺状であればよく、円柱状に限定されない。
【００２２】
なお、カーボンロッド１５０は、絶縁材により被覆されることにより、カーボンロッド１５０と熱板１００との間で空隙１０３が保たれるようにしてもよい。これにより、カーボンロッド１５０と熱板１００との位置関係がずれてもカーボンロッド１５０と熱板１００との間に絶縁材が存在することでカーボンロッド１５０と熱板１００との間で空隙１０３が保たれることができる。絶縁材としては、例えば、石英、サファイア、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ホウケイ酸ガラス、または耐熱ガラスを用いることができる。絶縁材として放射熱の透過率が高い石英を用いることにより、カーボンロッド１５０が発生する放射熱の強度が絶縁材により減衰されることを防止することができる。
【００２３】
なお、カーボンロッド１５０が絶縁材により被覆される場合は、絶縁材と熱板１００との間で空隙が保たれるようにしてもよいことは勿論である。
【００２４】
カーボンロッド１５０は、タングステン、モリブデン、ＢＮコンポジット、ニクロム線、および、カンタル線の少なくともいずれかの発熱体と代替されることができる。カーボンロッド１５０は、酸素雰囲気中での熱処理を行う場合、１０００℃に達すると燃焼するため、１０００℃を超える昇温には用いることができない。しかし、例えば、発熱体としてカンタル線を用いることにより、酸素雰囲気中でも少なくとも１４００℃まで昇温することができる。
【００２５】
また、カーボンロッド１５０は、炭素以外の材料を含んでもよい。例えば、炭素以外の材料としてセラミックを含ませることによりコスト低減を実現できる。ただし、発熱効率を向上させるためにカーボンロッド１５０における炭素の比率を５０重量％以上とすることが望ましい。同様に、タングステン、モリブデン、ＢＮコンポジット、ニクロム線、または、カンタル線を発熱体とする場合も、発熱効率の観点から、これらの材料の比率を５０重量％以上とすることが望ましい。
【００２６】
第１ヒーター電極１２０は、互いに対応する位置に半円柱状の窪みを複数有する上ヒーター電極板１２０ａと下ヒーター電極板１２０ｂとが重ね合わされることにより構成される。対応する窪み同士が互いに対面するように上ヒーター電極板１２０ａと下ヒーター電極板１２０ｂとが重ね合わさることにより、第１ヒーター電極１２０には複数の円柱状の穴１２０ｈが設けられる。第１ヒーター電極１２０に設けられる円柱状の穴１２０ｈの中心は熱板１００に設けられる円柱状の穴１０１の中心と一致している。上ヒーター電極板１２０ａと下ヒーター電極板１２０ｂとは、互いに重ね合わされた状態で複数のネジ１２０ｓにより固定される。
【００２７】
第１ヒーター電極１２０は、第１ヒーター電極１２０に設けられた円柱状の穴１２０ｈにおいて円柱状のカーボンロッド１５０の一端部１５０ｅｐにより貫通される。この際、カーボンロッド１５０の一端部１５０ｅｐは、熱板１００との間で隙間が空かないように熱板１００を貫通する。このため、第１ヒーター電極１２０に設けられる円柱状の穴１２１の直径は、円柱状のカーボンロッド１５０の直径と略同一となるように設けられている。カーボンロッド１５０の一端部１５０ｅｐを、熱板１００との間で隙間が空かないように熱板１００を貫通させるのは、カーボンロッド１５０と第１ヒーター電極１２０との接触面積を大きくして電気的な接続性を向上させるためである。カーボンロッド１５０の一端部１０５ｅｐを上ヒーター電極板１２０ａと下ヒーター電極板１２０ｂとで挟み込んだ状態で上ヒーター電極板１２０ａと下ヒーター電極板１２０ｂとをネジ１２０ｓにより固定する。これにより、第１ヒーター電極１２０は、カーボンロッド１５０と第１ヒーター電極１２０との間で隙間が生じないようにカーボンロッド１５０の一端部１５０ｅｐを支持することができる。
【００２８】
第１ヒーター電極１２０は、例えば銅により構成されることができる。
【００２９】
第２ヒーター電極１２１も第１ヒーター電極１２０と同様な構成を有する。すなわち、第２ヒーター電極１２１は、第２ヒーター電極１２１に設けられた円柱状の穴１２１ｈにおいて、円柱状のカーボンロッド１５０の他端部１５０ｅｍにより、第２ヒーター電極１２１との間で隙間が空かないように貫通されている。
【００３０】
熱板１００と第１ヒーター電極１２０との間には保温板１１０が設けられる。保温板１１０は断熱性と絶縁性を有し、第１ヒーター電極１２０に印加される電力が熱板１００に伝わることを防止するとともに、カーボンロッド１５０を覆うことでカーボンロッド１５０の温度低下を防止する。保温板１１０は、例えばセラミックにより構成されることができる。なお、保温板１１０を省略し、熱板１００と第１ヒーター電極１２０との間に空隙を設けるようにしてもよい。
【００３１】
熱板１００と第２ヒーター電極１２１との間にも、熱板１００と第１ヒーター電極１２０との間に設けられる保温板１１０と同様の構成で保温板１１１が設けられる。なお、保温板１１１を省略し、熱板１００と第２ヒーター電極１２０との間に空隙を設けるようにしてもよい。
【００３２】
第１電極板１３０は、第１ヒーター電極１２０の、保温板１１０が設けられる側と反対側の側面を覆うように、当該側面に固定される。第１電極板１３０は、例えばネジにより第１ヒーター電極１２０の側面に固定されることができる。
【００３３】
第１電極板１３０は、第１ヒーター電極１２０の側面を覆うことにより、第１電極１４０から供給される電力を均一に第１ヒーター電極１２０に伝達することができる。
【００３４】
第１電極板１３０は、例えば銅により構成されることができる。
【００３５】
第２電極板１３１も第１電極板１３０と同様な構成を有する。すなわち、第２ヒーター電極１２１の、保温板１１１が設けられる側と反対側の側面を覆うように、当該側面に固定される。
【００３６】
第１電極１４０は、基準板２００に設けられた貫通穴２０１を通って延伸され、ヒーター１０に供給される電力Ｐを発生する電源回路に電源導入材料を介して接続される。
【００３７】
第１電極１４０は、基準板２００の貫通穴２０１において、基準板２００との間に絶縁シール２０１が充填されることにより基準板２００との絶縁が保たれつつ基準板２００に固定される。
【００３８】
第１電極１４０は、例えば銅により構成されることができる。
【００３９】
第２電極１４１も第１電極１４０と同様な構成を有する。すなわち、第２電極１４１は、基準板２００に設けられた貫通穴２０２を通って延伸され、ヒーター１０に供給される電力Ｐを発生する電源回路に電源導入材料を介して接続される。また、第２電極１４１は、基準板２００の貫通穴２０２において、基準板２００との間に絶縁シール２１１が充填されることにより基準板２００との絶縁が保たれつつ基準板２００に固定される。
【００４０】
絶縁シール２１０、２１１は、例えば絶縁セラミックにより構成されることができる。
【００４１】
なお、ヒーター１０には、熱板１００の適当な位置にヒーター温度を外部でモニタリングするための図示しない温度センサーが設けられる。温度センサーは、例えば、熱電対により構成されることができる。
【００４２】
上述したように、ヒーター１０は基準板２００に設置されるが、その際、カーボンロッド１５０が熱板１００との間で空隙が保たれつつ熱板１００を貫通するように、熱板１００とカーボンロッド１５０との位置関係が調整される。
【００４３】
第１電極板１３０および第２電極板１３１は、それぞれ第１ヒーター電極１２０および第２ヒーター電極１２１に固定され、第１ヒーター電極１２０および第２ヒーター電極１２１は、それぞれカーボンロッド１５０の一端部１５０ｅｐおよび他端部１５０ｅｍを支持する。また、第１電極板１３０および第２電極板１３１は、それぞれ第１電極１４０および第２電極１４１に固定され、第１電極１４０および第２電極１４０は基準板２００に固定される。従って、カーボンロッド１５０の位置は、第１電極１４０および第２電極１４１が基準板２００に固定される位置を調整することにより調整されることができる。
【００４４】
また、熱板１００の位置は、熱板１００を支持する支柱２２０の基準板２００に固定される位置を調整することにより調整される。
【００４５】
従って、第１電極１４０および第２電極１４０が基準板２００に固定される位置、および熱板１００を支持する支柱２２０の基準板２００に固定される位置の少なくとも一方を調整することにより、熱板１００とカーボンロッド１５０との相対的な位置関係が調整される。このため、熱板１００との間で空隙が保たれつつカーボンロッド１５０が熱板１００を貫通するように、熱板１００とカーボンロッド１５０との位置関係を調整することができる。
【００４６】
次に、本実施形態に係るヒーター１０の作用について説明する。
【００４７】
ヒーター１０に供給される交流電力Ｐは、温度センサーによりモニタリングされたヒーター１０の温度が一定の目標温度に保たれるようにフィードバック制御がなされる。
【００４８】
図６はヒーターに供給される交流電力を発生する電源回路を示す図である。図６には電源回路６０とともにヒーター１０が併せて示されている。
【００４９】
電源装置６００は、交流電力Ｐｉｎを出力する。
【００５０】
電力調整器６０１は、コントローラー６０３から受信した制御信号に基づいて電力Ｐｉｎを調整し調整後の電力Ｐ’をトランス６０２に出力する。電力調整器６０１は、例えば、サイリスタまたはＳＳＲ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｒｅｌａｙ）により構成されることができる。
【００５１】
トランス６０２は、サイリスタ６０１により入力された電力Ｐ’を適当な電圧値を有するように変圧し、変圧後の電力Ｐをヒーター１０に供給する。トランス６０２は、例えば、真空チャンバにおけるウエハ３００に対する熱処理において、放電が発生しない電圧となるように変圧を行うことができる。なお、本実施形態に係るヒーター１０は、真空中での使用に限定されないことは勿論である。
【００５２】
ヒーター１０は、供給された電力Ｐを複数のカーボンロッド１５０に並列に印加する。ヒーター１０は、電力Ｐを熱放射に変換し熱板１００を熱放射により昇温させる。
【００５３】
温度センサー１１は、ヒーター１０の熱板１００の適当な場所に設けられ、ヒーター１０の温度をモニタリングする。温度センサー１１は、モニタリングした温度を電流信号、または、電圧信号としてコントローラー６０３に出力する。
【００５４】
コントローラー６０３は、温度センサー１１から受信した電圧信号に基づいて、ヒーター１０の温度が一定の目標温度に保たれるように、サイリスタ６０１に電力Ｐｉｎを調整させるための制御信号を生成し、生成した制御信号をサイリスタ６０１に出力する。コントローラー６０３は、例えば、交流電力の位相角によりサイリスタ６０１の導通を制御する位相制御を行うための制御信号を生成することができる。
【００５５】
ヒーター１０の第１電極１４０および第２電源１４１には電源回路６０から交流電力Ｐが供給され、それぞれ第１電極板１３０および第２電極板１３１を介して交流電力Ｐが伝達され、第１ヒーター電極１２０と第２ヒーター電極１２１との間に交流電力Ｐが供給される。
【００５６】
カーボンロッド１５０には、第１ヒーター電極１２０および第２ヒーター電極１２１を介して交流電力Ｐが並列に印加される。カーボンロッド１５０は交流電力Ｐが印加されることにより放射熱を発生させる。
【００５７】
カーボンロッド１５０と熱板１００との間には空隙１０３が保たれているため、ヒーター１０の目標温度の高低によらず、熱板１００はカーボンロッド１５０が発生する熱放射により昇温される。すなわち、ヒーター１０の目標温度によらず、熱伝導による熱板１００の昇温の割合を低下させ、熱放射による熱板１００の昇温の割合を増大させることができる。このように、熱板１００が熱放射により昇温されることにより、熱板１００に供給される熱エネルギーの面内分布が均一化される。従って、目標温度によらず、ヒーター１０の面内温度バラツキを低減することができる。
【００５８】
また、カーボンロッド１５０と熱板１００との間には空隙１０３が保たれる一方、カーボンロッド１５０は高融点かつ低蒸気圧という特性を有する。従って、クリアランスが問題となることがなく、熱放射体であるカーボンロッドのワット密度を増大させてヒーターの温度範囲を拡大することができるとともに、高寿命化を実現できる。
【００５９】
ここで、クリアランスとは、製造バラツキを考慮したときの発熱体と熱板との距離の最大値をいい、発熱体と熱板との密着度を示す値である。一般的に、例えば、シースヒーターでは、クリアランスが大きくなると、発熱体と熱板との距離が最も大きい箇所において熱伝導が妨げられることにより温度が上昇し、その箇所において発熱体が溶融等により破損する可能性が生じる。従って、ヒーターの寿命を維持するためには、クリアランスが大きくなるに従い発熱体に印加されるワット密度を小さくしなければならない。
【００６０】
しかし、本実施形態においては、カーボンロッド１５０と熱板１００との間で空隙１０３が保たれることによりカーボンロッド１５０からの熱伝導は全体的に妨げられるが、カーボンロッド１５０は高融点かつ低蒸気圧という特性を有するため、温度上昇による溶融や昇華による破損が問題となることはほとんどない。
【００６１】
（実施例）
本実施形態の実施例について説明する。
【００６２】
ヒーターの熱板の複数個所における温度、および最大温度差の時間依存性を測定し、ヒーターの昇温レートおよび温度バラツキについて、本実施形態による実施例と従来例との比較を行った。
【００６３】
[条件と方法]
本実施例および従来例のヒーターの実施条件および方法は、次の通りである。
１．本実施例の実施条件および方法
・ヒーターの発熱体として直径３．８ｍｍのカーボンの焼結体からなる円柱状のカーボンロッドを２６本用いた。
・カーボンロッドを１．１ｍｍ厚の石英で被覆した。
・一辺の長さが３２０ｍｍの略正方形の上面を有し、厚さが１０ｍｍの銅製の熱板に直径６．５ｍｍの円柱状の穴を設け、熱板とカーボンロッドを被覆している石英の表面との間に０．２５ｍｍの空隙を有するように、当該穴をカーボンロッドにより貫通させた。
・図６の電源回路により、目標温度を２６０℃として、カーボンロッドに最大値２５．３ｋＶＡの交流電力を印加した。
・熱板の均等に離隔した１７箇所における温度および最大温度差の時間依存性を測定した。
２．従来例の実施条件
・ヒーターの発熱体として直径６．５ｍｍの円柱状のシースヒーターを２６本用いた。
・一辺の長さが３２０ｍｍの略正方形の上面を有し、厚さが１０ｍｍの銅製の熱板に直径６．５ｍｍの円柱状の穴を設け、熱板とシースヒーターの表面とが密着するように、当該穴をシースヒーターにより貫通させた。
・図６の電源回路により、目標温度を２６０℃として、シースヒーターに最大値１ｋＶＡの交流電力を印加した。なお、シースヒーターへの印加電力を１ｋＶＡとしたのは、シースヒーターに信頼性の面から許容されているワット密度は４Ｗ／ｃｍ２であり、これを超えるワット密度となる電力をシースヒーターに印加することができないからである。
・熱板の均等に離隔した４箇所における温度および最大温度差の時間依存性を測定した。
【００６４】
[結果]
図７は、本発明の実施例によるヒーターの温度、および最大温度差の時間依存性の測定結果を、比較例と比較して示す図である。図７のＡは比較例による測定結果を示し、図７のＢは実施例による測定結果を示している。
【００６５】
図７から判るように、比較例においては、目標温度である２６０℃に至るまでに１８〜３０分以上の時間を要している。一方、実施例においては、２．５〜２．７分程度の時間で目標温度である２６０℃に至っている。従って、実施例の昇温レートは比較例よりも少なくとも６倍の昇温レートであり、本実施形態により昇温レートの向上を実現できることが実証された。
【００６６】
また、図７から判るように、比較例においては、昇温時の最大温度差が４０℃で、均熱時の最大温度差が２２℃程度である。一方、実施例においては、比較例の４倍以上の測定箇所における測定にもかかわらず、昇温時の最大温度差が１０℃で、均熱時の最大温度差が４℃程度である。従って、実施例の温度バラツキは、比較例よりも、昇温時で２５％に低減され、均熱時で１８％に低減されており、本実施形態により温度バラツキの低減を実現できることが実証された。
【００６７】
なお、本実施例においては、カーボンロッドに最大値２５．３ｋＶＡの交流電力を印加したが、最大値４０ｋＶＡの交流電力を印加することによりさらに昇温レートの向上を実現できることを確認している。
【００６８】
以上、本発明の第１実施形態に係るヒーターについて説明したが、本実施形態は以下の効果を奏する。
【００６９】
熱板に対し発熱体を熱板との間で空隙が保たれるように貫通させ、発熱体に電力が印加されることで発生する熱放射により熱板を昇温する。これにより、熱板の昇温に寄与する熱放射の割合を増大させることができるため、ヒーターの目標温度によらず、ヒーター表面における温度バラツキを低減することができる。
【００７０】
また、発熱体としてカーボンロッドを使用することにより、カーボンロッドの高融点かつ低蒸気圧という特性を利用することで、熱放射体であるカーボンロッドのワット密度を増大させてヒーターの温度範囲を拡大し、昇温レートを向上させ、かつ、寿命を向上させることができる。
【００７１】
また、熱板に複数のカーボンロッドを互いに平行に貫通させることにより、ヒーター表面における温度バラツキをより低減することができるとともに、ヒーター表面積を増大させることができる。
【００７２】
また、発熱体が絶縁材により被覆されることにより、発熱体と熱板との位置関係がずれても発熱体と熱板との間に絶縁材が存在することで発熱体と熱板との間で空隙が保たれることができる。
【００７３】
また、熱板をモリブデンにより構成することにより、熱処理工程においてウエハが加圧される場合であっても熱板が変形することを防止することができる。
【００７４】
また、発熱体を被覆する絶縁材に石英を用いることにより、発熱体が発生する放射熱の強度が絶縁材により減衰されることを防止することができる。
【００７５】
以上、本発明の第１実施形態に係るヒーターについて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００７６】
図８は、第１実施形態に係るヒーターに対し上熱板および下熱板の構成を変えた第１実施形態の変形例を示す断面図である。図８は、図３の断面図と対応する図面である。
【００７７】
図８に示すように、熱板１００は、Ｕ字状の溝を複数有する上熱板１００ａ’と平板状の下熱板１００ｂ’とが重ね合わされることにより構成されてもよい。上熱板１００ａ’のＵ字状の溝の上に平板状の下熱板１００ｂが重ね合わさることにより、熱板１００には複数の柱状の穴１０１’が設けられる。
【００７８】
熱板１００をこのような構成としても、カーボンロッド１５０と熱板１００との間で空隙１０３を保つことができる。従って、本変形例も第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００７９】
さらに、本変形例によれば、下熱板１００ｂ’に対する加工が簡易化されるため、コスト低減を実現することができる。
【００８０】
また、上記実施形態においては、カーボンロッドが長尺状の形状を有するものとして説明したが、カーボンロッドは板状の形状を有してもよい。
【００８１】
また、上記実施形態においては、熱板に対しカーボンロッドを熱板との間で空隙が保たれるように貫通させ、当該空隙を介してカーボンロッドが発生する熱放射により熱板を昇温している。しかし、例えば、熱板の底面との間で空隙が保たれるように熱板の下方にカーボンロッドを配置し、当該空隙を介してカーボンロッドが発生する熱放射により熱板を昇温してもよい。
【００８２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係るヒーターについて説明する。本実施形態と第１実施形態とで異なる点は、第１実施形態におけるカーボンロッドは断面積が一定の円柱状を有するのに対し、本実施形態におけるカーボンロッドは、両端部の断面積が熱板との間で空隙が保たれている部分の断面積より大きい点である。これ以外の点については、本実施形態は第１実施形態と同様であるので重複となる説明は省略する。
【００８３】
図９は、本発明の第２実施形態に係るヒーターの第１実施形態の図２に対応する断面図である。
【００８４】
図９に示すように、本実施形態においては、カーボンロッド１５０は、両端部１５０ｅｐ、１５０ｅｍの断面積が熱板との間で空隙が保たれている部分より大きくなるように構成される。すなわち、第１ヒーター電極１２０および第２ヒーター電極１２１と接触して電力Ｐが印加される部分におけるカーボンロッド１５０の断面積は、熱板１００を貫通している部分におけるカーボンロッド１５０の断面積より大きくされる。
【００８５】
カーボンロッド１５０の両端部である電力Ｐが印加される部分により発生される放射熱は熱板１００の昇温にほとんど寄与しない。従って、電力Ｐのエネルギーをより効率的に熱板１００の昇温に寄与させるためには、当該両端部から発生する放射熱の量を小さくする必要がある。
【００８６】
また、ヒーターの昇温レートの向上のためには、カーボンロッド１５０とカーボンロッド１５０に電力Ｐを供給する電極との接触抵抗を下げる必要がある。
【００８７】
本実施形態においては、カーボンロッド１５０の両端部である電力Ｐが印加される部分におけるカーボンロッド１５０の断面積を、熱板との間で空隙が保たれている部分におけるカーボンロッド１５０の断面積より大きくする。これによりカーボンロッド１５０の両端部１５０ｅｐ、１５０ｅｍにおけるワット密度を低下させることができるため、当該両端部１５０ｅｐ、１５０ｅｍで発生する放射熱の量を低下させ、ヒーター１０のエネルギー効率を向上させることができる。
【００８８】
また、カーボンロッド１５０と電極との接触抵抗を下げることができるため、ヒーター１０の昇温レートをさらに向上させることができる。
【００８９】
以上、本発明の第２実施形態に係るヒーターについて説明したが、本実施形態は第１実施形態が奏する効果に加え以下の効果を奏する。
【００９０】
電力が印加されるカーボンロッドの両端部の断面積を当該両端部以外の部分より大きくする。これにより、当該両端部における電力消費を抑制しヒーターのエネルギー効率を向上させるとともに、電極との接触抵抗を低下させることでヒーターの昇温レートをさらに向上させることができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０    ヒーター、
１００    熱板、
１０３    空隙、
１１０、１１１    保温板、
１２０    第１ヒーター電極、
１２１    第２ヒーター電極、
１３０    第１電極板、
１３１    第２電極板、
１４０    第１電極、
１４１    第２電極、
１５０    カーボンロッド、
２００    基準板、
２１０、２１１    絶縁シール、
２２０    支柱、
３００    ウエハ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図７】
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