(57)【要約】【課題】  加熱される基板面上への熱電子の放出が均一になるようにして、基板の加熱時の温度分布を改善すること。【解決手段】  減圧下の容器内に保持されている基板に対向して配置され、基板を加熱する導電性ヒータを有する基板加熱装置は、導電性ヒータの内部に配置されて、フィラメント電源と接続して熱電子を発生させるフィラメントと、フィラメントと導電性ヒータとの間で熱電子を加速する加速電源と、を備えフィラメントは、複数の支柱によりフィラメントベースに支持され、フィラメントの第１の端部は、第１の電力導入棒と接続され、当該第１の電力導入棒を介して加速電源と接続されており、フィラメントの第２の端部は、第２の電力導入棒と接続され、当該第２の電力導入棒を介して加速電源と接続され、第１の端部および第２の端部は、フィラメントとフィラメントベースとの間に配置されている。【選択図】  図２
2011035008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧下の容器内に保持されている基板に対向して配置され、前記基板を加熱する導電性ヒータを有する基板加熱装置であって、、
前記導電性ヒータの内部に配置されて、フィラメント電源と接続して熱電子を発生させるフィラメントと、
前記フィラメントと前記導電性ヒータとの間で前記熱電子を加速する加速電源と、を備え
前記フィラメントは、複数の支柱によりフィラメントベースに支持され、
前記フィラメントの第１の端部は、第１の電力導入棒と接続され、当該第１の電力導入棒を介して前記加速電源と接続されており、
前記フィラメントの第２の端部は、第２の電力導入棒と接続され、当該第２の電力導入棒を介して前記加速電源と接続され、
前記第１の端部および前記第２の端部は、前記フィラメントと前記フィラメントベースとの間に配置されていることを特徴とする基板加熱装置。
【請求項２】
前記フィラメントは、前記導電性ヒータの底面部と同心の内周円に沿って、所定の間隔で形成される内周部と、前記内周円と同心であり、前記内周円よりも大きい直径を有する外周円の周上に所定の間隔で形成される外周部と、前記内周部の端点と前記外周部の端点とを接続して形成される領域と、を有することを特徴とする請求項１に記載の基板加熱装置。
【請求項３】
前記外周部は、前記外周円の周上に所定の間隔で配置される２つの端点を接続することにより形成され、
前記２つの端点のうちの１つの端点は、直近に配置されている前記内周部の端点と接続することを特徴とする請求項２に記載の基板加熱装置。
【請求項４】
前記フィラメントは、前記導電性ヒータの底面部と同心の内周円の円周を所定の間隔に分割する内周円分割点と、前記内周円と同心であり、前記内周円よりも大きい直径を有する外周円の円周を前記所定の間隔に分割する外周円分割点と、のうち、直近に配置される内周円分割点と外周円分割点とを、それぞれ接続することにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の基板加熱装置。
【請求項５】
前記フィラメントは形状が異なる第１のフィラメントと第２のフィラメントとを有することを特徴とする請求項１に記載の基板加熱装置。
【請求項６】
基板の加熱処理方法であって、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板加熱装置を用いて前記基板を加熱する加熱工程を有することを特徴とする加熱処理方法。
【請求項７】
単結晶半導体又は化合物半導体からなる半導体デバイスを製造する方法であって、
請求項６に記載の加熱処理方法を用いて基板を加熱する加熱工程を有することを特徴とする半導体デバイスを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を真空中で急速に加熱する基板加熱装置、加熱処理方法及びその加熱処理方法を用いた半導体デバイスを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造技術では、半導体基板を急速に加熱及び冷却する工程がしばしば必要になる。特に、炭化珪素（ＳｉＣ）に代表されるワイドバンドギャップ半導体の活性化アニールには、２０００℃程度の高温が必要とされている。
【０００３】
そこで、従来、真空下の容器内に配置されたシングルループ状又は多重コイル状のフィラメントから熱電子を発生させ、その熱電子を衝突させることで発熱させる電子衝撃加熱装置が提案されている。
【０００４】
通常、電子衝撃加熱装置では、フィラメントとアニールの対象である基板が配置される導電性ヒータ間に加速電圧を印加することで、熱電子を加速し高温を発生させる（特許文献１、特許文献２及び特許文献３）。図８は、従来の電子衝撃加熱装置に用いられるシングルループ状のフィラメントの構造を示す斜視図であり、図９は多重コイル状のフィラメントの構造を示す斜視図である。フィラメントには、電力導入端子（絶縁シール端子）を介して、フィラメント加熱電源を接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２９１２６１３号公報
【特許文献２】特許第２９１２６１６号公報
【特許文献３】特許第２９１２９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電子衝撃加熱装置では、例えば、グラファイト製の真空加熱容器の内部には、タングステン製のフィラメントがシングルループ状又は多重コイル状の構造をとったものが提案されていた。
【０００７】
従来において、電力導入端子は、フィラメントが立ち上がる足の先の部分に接続していた。しかしながら、大口径基板を加熱する場合には、多量の電流を流すため、フィラメントが立ち上がる足の部分も高温になり、ここからの熱電子の放出により、この部分と対峙するヒータの温度が局所的に上昇してしまうことがあった。これにより、処理基板の温度分布が不均一となり、種々の問題が生じることがあった。例えば、不純物が注入された処理基板を活性化アニールしようとした場合、活性化率が不均一になり、基板面内において、pn接合リークを生じさせることがあった。また、局所的にフィラメントが加熱されるため、熱暴走を起こし、高温領域において、制御できないことがあった。
【０００８】
すなわち、従来のコイル状のフィラメントで電子衝撃加熱していた装置では、導電性ヒータの温度が部分的に高くなることがあった。そのため、基板面内での均一なアニール特性が得られないことがあった。
【０００９】
このように加熱された基板から作製されるデバイスは、特性上のばらつきが大きくなり、歩留まりを低下させることがあった。
【００１０】
また、大口径基板を加熱した場合、流す電流量が増大するため、導電性ヒータの温度が部分的に高くなり、面内温度分布のばらつきがより大きくなった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明は、加熱される基板面上への熱電子の放出が均一になるようにして、基板を加熱する時の基板上の温度分布を改善することを可能とする電子衝撃加熱方式の基板加熱装置、加熱処理方法及びその処理方法を適用した半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
上記の目的を達成する本発明にかかる基板加熱装置は、減圧下の容器内に保持されている基板に対向して配置され、前記基板を加熱する導電性ヒータを有する基板加熱装置であって、
前記導電性ヒータの内部に配置されて、フィラメント電源と接続して熱電子を発生させるフィラメントと、
前記フィラメントと前記導電性ヒータとの間で前記熱電子を加速する加速電源と、を備え
前記フィラメントは、複数の支柱によりフィラメントベースに支持され、
前記フィラメントの第１の端部は、第１の電力導入棒と接続され、当該第１の電力導入棒を介して前記加速電源と接続されており、
前記フィラメントの第２の端部は、第２の電力導入棒と接続され、当該第２の電力導入棒を介して前記加速電源と接続され、
前記第１の端部および前記第２の端部は、前記フィラメントと前記フィラメントベースとの間に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電子衝撃加熱方式の基板加熱装置において、導電性ヒータの温度が局所的に上昇することなく、導電性ヒータと対向した基板の加熱時の温度分布の均一性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる基板加熱装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる基板加熱装置の真空加熱容器を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる基板加熱装置のフィラメントと電力導入棒の接続状態を示す斜視図である。
【図４】第１の実施形態にかかる基板加熱装置のフィラメントの形状を示す平面図である。
【図５】第１の実施形態にかかる基板加熱装置のフィラメントを用いて、導電性ヒータを用いた場合における導電性ヒータ面内の温度分布の測定結果を示す図である。
【図６Ａ】フィラメントの形状の変形例を示す図である。
【図６Ｂ】フィラメントの形状の変形例を示す図である。
【図７】第２の実施形態にかかる基板加熱装置のフィラメントの形状を示す平面図である。
【図８】シングルループ状のフィラメントの構造を示す斜視図である。
【図９】多重コイル状のフィラメントの構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、本発明の基板加熱装置は、個別の実施形態によって限定されるわけではない。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態としての電子衝撃加熱方式の基板加熱装置を示す断面図である。基板加熱装置は、減圧下の容器内に保持されている基板に対向して配置され、基板を加熱する導電性ヒータを有する。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の基板加熱装置１０１は、真空室１０２と、真空加熱容器１０３と、フィラメント電源１０４と、高圧の直流電源１０５と、基板１０６と、基板ステージ１０７と、基板保持台１０８とを備えている。また、基板加熱装置１０１は、加熱容器の一部を構成する導電性ヒータ１３１と、水冷用流路１０９と、水冷シャッタ１１０と、水冷シャッタ１１０を駆動する回転駆動機構１９０と、基板保持台１０８を駆動する移動機構１１１と、基板加熱装置１０１の全体的な動作を制御する制御部１０００と、リフトピン１１２とを備えている。さらに、基板加熱装置１０１は、２波長式の放射温度計１１５と、波長検出素子ａ１１６と、温度信号１１９を出力する演算回路１１８と、波長検出素子ｂ１１７と、集光部１１４と、透過窓１１３とを備えている。さらに、基板加熱装置１０１は、フィラメント１３２と、反射板１３５と、絶縁碍子１３７と、中間ベース板１３６とを備えている。制御部１０００は、波長検出素子ａ１１６の検出結果の出力、波長検出素子ｂ１１７の検出結果の出力、演算回路１１８の演算結果のうち、少なくともいずれか一つに基づいて、基板加熱装置１０１の全体的な動作を制御することが可能である。
【００１８】
導電性ヒータ１３１は、真空加熱容器１０３の上部のプレートに接続されている。移動機構１１１は、基板保持台１０８を上昇または降下により移動させることが可能である。基板保持台１０８が上昇した位置で、基板保持台１０８上の基板ステージ１０７に保持されている基板１０６と、導電性ヒータ１３１と、は対向した状態になる。
【００１９】
真空室１０２は、不図示のターボモレキュラポンプ（排気量１３００リットル／秒）により１０−５Ｐａ台に排気可能である。
【００２０】
導電性ヒータ１３１は、真空室１０２内で、基板保持台１０８により保持された基板１０６を加熱する。
【００２１】
導電性ヒータ１３１は、例えば、グラファイト、熱分解カーボンをコーティングしたグラファイト、熱分解カーボン、耐熱性のセラミック又は耐熱性の金属からなる。
【００２２】
また、熱分解カーボンがコーティングされている導電性ヒータ１３１には、タングステン製又はタングステン・レニウム製のフィラメント１３２が組み込まれている。
【００２３】
フィラメント１３２は、電力導入棒を介して電流導入端子により、フィラメント加熱用の交流電源であるフィラメント電源１０４に接続されており、フィラメント１３２と導電性ヒータ１３１と間には電位差が形成される。また、フィラメント１３２は、熱電子を加速するための加速電源としての直流電源１０５に接続されている。電流導入端子は、真空と大気とを隔壁することもできる。
【００２４】
基板保持台１０８の下側には、温度測定手段として機能する、例えば、２波長式の放射温度計１１５が組み込まれている。温度測定手段としては、これ以外に、例えば、２波長式のサーモグラフィが使用可能である。基板保持台１０８の基板ステージ１０７の裏面の温度を測定し、基板ステージ１０７の温度が所望の温度になるように、演算回路１１８は、フィラメント１３２へ印加する電流値を制御するための温度信号１１９を出力する。温度信号１１９を基にして、制御部１０００を介して、フィラメント電源１０４及び直流電源１０５が制御されることになる。
【００２５】
本実施形態の基板ステージ１０７は、例えば、熱分解カーボン製である。処理される基板１０６を基板ステージ１０７に搬送する際には、制御部１０００は、移動機構１１１を制御して、基板保持台１０８を下方に移動させる。そして、制御部１０００は、回転駆動機構１９０を制御して、水冷シャッタ１１０を旋回させる。図１において、水冷シャッタ１１０は退避の状態にある。回転駆動機構１９０の駆動により回転軸１９７ｂが回転することにより水冷シャッタ１１０は旋回して、導電性ヒータ１３１と基板保持台１０８との間に熱隔壁板である水冷シャッタ１１０が挿入される。その結果、導電性ヒータ１３１と基板保持台１０８とが熱的に遮断される。
【００２６】
基板保持台１０８及び基板ステージ１０７は、リフトピン１１２が貫通可能な孔部を有している。基板保持台１０８が最下部に移動した状態では、リフトピン１１２の先端部が基板ステージ１０７から突出した状態になる。
【００２７】
真空室１０２とスリットバルブで仕切られ、真空に排気されている不図示の搬送室から、不図示のアームが真空室１０２に進入し、基板１０６を基板ステージ１０７から突出しているリフトピン１１２に載せる。リフトピン１１２は、少なくとも３本設けられており、これらのリフトピン１１２により基板１０６は支持される。次に、真空室１０２からアームが搬送室に退避した後に、スリットバルブが閉じられる。以上の動作シーケンスにより、真空室１０２への基板１０６の搬入が完了する。
【００２８】
次に、基板加熱装置１０１を用いた基板１０６の加熱処理方法（以下、単に「処理方法」ともいう）を説明する。以下に説明する基板１０６の処理方法は、制御部１０００の全体的な制御の下に実行される。まず、制御部１０００の制御の下、基板保持台１０８が上方へ移動し、基板保持台１０８の基板ステージ１０７が基板１０６を持ち上げる。基板１０６は、リフトピン１１２から離れて基板ステージ１０７へ載せ替えられる。制御部１０００は、導電性ヒータ１３１と、基板１０６との距離が、例えば、５ｍｍになるように、基板保持台１０８をさらに上方へ移動させて、位置決めする。
【００２９】
基板保持台１０８は、支柱１９５、プレート１９６を介して移動機構１１１と接続されている。移動機構１１１の移動によりプレート１９６及び支柱１９５が上昇または降下し、基板保持台１０８は移動する。導電性ヒータ１３１と、基板１０６との距離は、制御部１０００の位置制御により、任意に調整することが可能である。
【００３０】
プレート１９６及び支柱１９５の上昇時または降下時に、真空室１０２と支柱１９５とが接触する摺動部から外気が真空室１０２に侵入するのを防止し、真空室１０２の真空状態を保持するために、基板加熱装置１０１は、伸縮可能なベローズ部材１９７ａを有する。
【００３１】
波長検出素子ａ１１６及び波長検出素子ｂ１１７は、支柱１９５、透過窓１１３及び集光部１１４を介して、基板ステージ１０７の温度を非接触に測定することが可能である。
【００３２】
基板保持台１０８が位置決めされた後、例えば、フィラメント１３２に交流電流を０アンペアから２５アンペアまで1秒間に１アンペアずつ上昇させ、２５アンペアで３０秒間保持させてフィラメント１３２を予備加熱する。
【００３３】
その後、熱電子を放出（発生）させるため、フィラメント１３２と導電性ヒータ１３１との間に直流電源１０５にて、０ボルトから１５００ボルトまで１秒間に５０ボルト程度づつ電圧を上昇させる。その後、徐々にエミッション電流を放出させ、１５００ボルト程度まで上昇させた後、交流電流値を２９アンペア程度に上昇させると同時に、直流電源１０５の電圧を２５００ボルト程度に上昇させる。
【００３４】
基板ステージ１０７の温度を２波長式の放射温度計１１５でモニタしながら、演算回路１１８によりフィラメント電源１０４の交流電流値を制御して、約３分で設定温度の１９００℃まで上昇させ、そのまま約１分間加熱保持する。約１分間加熱保持した後、フィラメント電源１０４及び直流電源１０５をオフさせる。
【００３５】
導電性ヒータ１３１は、輻射により急激に温度が下がり、例えば、約１分間で基板ステージ１０７の温度が１２００℃（第１の検出温度）になったら、基板ステージ１０７が降下する。導電性ヒータ１３１より５０ｍｍ離れ、導電性ヒータ１３１と基板ステージ１０７との間に熱隔壁板である水冷シャッタ１１０が挿入され、急激に基板１０６が冷却される。
【００３６】
約２分後に基板ステージ１０７の温度が、例えば、７００℃以下（第２の検出温度）になったところで、基板保持台１０８がさらに下げられ、基板１０６をリフトピン１１２に載せ替え、スリットバルブが開けられる。
【００３７】
そして、真空室１０２とスリットバルブで仕切られている真空に排気されている不図示の搬送室から不図示のアームが真空室１０２に進入し、加熱処理された基板１０６をリフトピン１１２から回収し、不図示のロードロック室に搬送される。
【００３８】
加熱処理された基板１０６の温度が１５０℃以下（第３の検出温度）になったところで、不図示のロードロック室が大気ベントされ、基板１０６が取り出される。
【００３９】
一般的に、炭化珪素（ＳｉＣ）は、結晶タイプが３Ｃ、４Ｈ、６Ｈと複数存在するため結晶性を揃えたホモエピタキシャル成長を行うために、結晶をＣ軸面に対して４度又は８度オフさせた炭化珪素（ＳｉＣ）基板が用いられる。
【００４０】
それ以外には、シリコンなどの単結晶半導体からなる基板や窒化ガリウムなどからなる化合物半導体からなる基板を利用することができる。
【００４１】
ここで、基板の加熱処理方法は本実施形態の基板加熱装置を用いて基板を加熱する加熱工程を有する。また、単結晶半導体又は化合物半導体からなる半導体デバイスを製造する方法は、加熱処理方法を用いて基板を加熱する加熱工程を有する。
【００４２】
図２は、本発明の第１の実施形態としての基板加熱装置における真空加熱容器１０３を拡大した断面図である。
【００４３】
真空加熱容器１０３は、中間ベース板１３６と、反射板１３５と、フィラメント支柱１４２と、フィラメント１３２と、導電性ヒータ１３１とを有する。なお、導電性ヒータ１３１は側面部と円状の底面部により構成されている。フィラメント１３２は、フィラメントベース１３９に接続された複数の支持体であるフィラメント支柱１４２より支持されている。フィラメントベースとフィラメント支柱１４２との接続部には碍子が設けられていることが好ましい。フィラメント１３２には、フィラメント電源１０４から、電力導入端子１４０および電力導入棒１３８を介して、電力が供給される。フィラメント１３２は第１の端部ａが第１の電力導入棒１３８ａと接続され、第２の端部ｂが第２の電力導入棒１３８ｂと接続される（図３）。第１の端部ａと、第２の端部bとはそれぞれ、複数のフィラメント支柱１４２を保持するためのフィラメントベース１３９とフィラメント１３２との間に位置するように配置されている。フィラメント１３２は、第１の端部a、第２の端部ｂの手前で折り曲げられ、導電性ヒータの底面部にほぼ平行に配置されている。
【００４４】
本実施形態では、中間ベース板１３６は、例えば、モリブデン製である。また、フィラメント支柱１４２と、電力導入棒１３８とは、例えば、タンタル製である。フィラメント１３２は、例えば、タングステン・レニウム製である。また、導電性ヒータ１３１は、例えば、熱分解カーボンをコーティングしたグラファイト製である。尚、本発明の趣旨はこの例に限定されるものではなく、同様の材料特性を有する部材により、真空加熱容器１０３を構成することも可能である。
【００４５】
熱分解カーボンコーティングをした導電性ヒータ１３１の内部には、中間ベース板１３６が、４本の支柱で基板加熱装置１０１の真空加熱容器１０３の水冷された蓋（プレート）に固定されている。
【００４６】
中間ベース板１３６には、複数枚の反射板１３５が固定されている。反射板１３５の下部にはフィラメントを支持するためのフィラメントベース１３９が設けられている。フィラメント１３２は、フィラメントベース１３９に接続された複数のフィラメント支柱１４２により支持されている。反射板１３５、フィラメントベース１３９は、例えば、Ｃ／Ｃコンポジットカーボン製である。なお、反射板はモリブデン、タンタルカーバイト（ＴａＣ）などを用いても良い。導電性ヒータ１３１は、接地電位に設定されることが好ましい。そのため、フィラメント１３２または、反射板１３５と、導電性ヒータ１３１との最短距離は、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。５ｍｍ未満では、電界を印加した場合には、異常放電を発生することがある。１５ｍｍを超えると電子が途中で消失して熱効率が悪くなることがある。
【００４７】
図３は、フィラメント１３２が電力導入棒１３８に接続されている様子を示す模式図である。フィラメントに電流を導入するための電力導入棒１３８はフィラメントが立ち上がる第１の端部a、第２の端部ｂの近くに位置するので、多量の電流を流した場合も、フィラメントが立ち上がる第１の端部a、第２の端部ｂが高温になることを防止することができる。本発明で用いるフィラメントは、導電性ヒータの底面部と同心の内周円に沿って、所定の間隔で形成される内周部と、前記内周円と同心であり、前記内周円よりも大きい直径を有する外周円の周上に所定の間隔で形成される外周部と、前記内周部の端点と前記外周部の端点とを接続して形成される領域と、を有すること好ましい。
【００４８】
図４は、本発明の第１の実施形態としての基板加熱装置１０１におけるフィラメント１３２の形状を示す平面図である。フィラメント１３２の両端部（不図示）は、フィラメント電源１０４に接続されているものとする。
【００４９】
図４に示すように、導電性ヒータの底面部中心軸とフィラメント１３２の中心との交点を中心Ｏとする。フィラメント１３２は、同心円（内周円３００、外周円３０２）の円周方向に張られている内周部３０１、外周部３０３と、内周円３００と外周円３０２との間で半径方向を向いて張られている半径部３０４ａ、３０４ｂとを有している。内周部３０１、半径部３０４ａ、外周部３０３、半径部３０４ｂ及び内周部３０１の順に各部が接続されることにより、一本のフィラメント１３２が形成される。基板として１枚の基板を用いる場合には、導電性ヒータの底面部の中心軸と基板の中心軸は一致することがこのましい。
【００５０】
すなわち、本実施形態のフィラメント１３２は、"Ｏ"を中心とした、導電性ヒータ１３１の底面部と同心の内周円３００（内周円３００の円弧）に沿って、所定の間隔（例えば、θ１）で形成される内周部３０１を有する。また、フィラメント１３２は、内周円３００と同心であり、内周円３００よりも大きい直径を有する外周円３０２の周上に所定の間隔（例えば、Ｌ１）で配置される２つの端点（Ｐ１、Ｐ２）を接続することにより形成される外周部３０３を有する。θ２により外周部３０３の角度の間隔が定められ、Ｌ１により外周部３０３の端点の配置間隔が定められる。また、フィラメント１３２は、内周部３０１の端点と外周部３０３の１つの端点とを接続して形成される半径部３０４ａ、３０４ｂを有する。２つの端点（Ｐ１、Ｐ２）のうちの１つの端点（例えば、Ｐ２）は、直近に配置されている内周部の端点（図４のＰ３）と接続する。これにより半径部３０４ｂに対応した構成が得られる。半径部３０４ａ、３０４ｂ及び外周部３０３は、内周部３０１から張り出した張出領域を形成する。
【００５１】
本実施形態では、内周円３００（内周部３０１）の直径ｄ１と外周円３０２の直径ｄ２は、例えば、ｄ１＝９０ｍｍ、ｄ２＝１５０ｍｍになっている。尚、本発明の趣旨は、この数値例に限定されるものではなく、加熱処理される基板１０６のサイズに応じて、内周円３００、外周円３０２の直径を、同様の比率で変更することにより、同様の効果が得られる。また、同心円は、二つに限定されるものではない。
【００５２】
フィラメント１３２は、タンタル製の電流導入棒に接続されており、放出された熱電子を効率的に反射させるために、反射板１３５はフィラメント１３２と同電位になるように構成されている。
【００５３】
従来の三重コイル状フィラメントの構造（例えば、図９）では、基板１０６と対向している導電性ヒータ１３１の加熱面の中心部に電子が多く衝突していたが、本実施形態のフィラメント１３２では導電性ヒータ１３１の加熱面の側面部における電子衝突量が多くなった。
【００５４】
従来の三重コイル状フィラメントにおいて、加熱部に電子が多く衝突していたのは以下のような理由が考えられる。三重コイル状のフィラメントは、導電性ヒータの側面へ積極的に熱電子を衝突させてその温度を上昇させ、導電性ヒータの側面からの熱伝導を利用して、上部に配置される基板等の板体を均一に加熱することを目的としていた。
【００５５】
しかしながら、フィラメントより放出される熱電子は、フィラメントから放出される時は方向性を持っておらず、フィラメントを中心に全方位に放出される。このため、熱電子は、積極的に加熱したい導電性ヒータの側面への入射だけではなく、フィラメント中心や下部方向へも放出されていた。その結果、フィラメント中心や下部方向へも放出された熱電子は、フィラメントより下部に備えられている反射板により、導電性ヒータの中心部に集束してしまい熱均一性が低下してしまうことになる。
【００５６】
図５は、本発明の第１の実施形態としての基板加熱装置１０１におけるフィラメント１３２を用いて、導電性ヒータ１３１を用いた場合における導電性ヒータ１３１の面内の温度分布を測定した結果（実線）を示すグラフである。導電性ヒータ１３１は、直径２００ｍｍの熱分解カーボンコーティングをしたものが用いられている。図５において、比較のため、フィラメント１３２端部ａ、ｂを反射板より上部に配置した場合に関して、第１の実施形態の基板加熱装置と構成が同じ基板加熱装置における導電性ヒータの面内温度分布の測定結果を点線で示している。
【００５７】
図５に示すように、比較例（点線）においては、ヒータ温度が最大の部分と最小の部分の温度差が３００℃程度であるのに対して、本発明の第１の実施形態では温度差は１５０℃程度であり、温度分布の均一性が向上したことが実験により確認された。
【００５８】
図６Ａ、図６Ｂは、フィラメント１３２の変形例を示す図である。フィラメント１３２の両端部（図６Ａ、６Ｂでは不図示）は、電力導入棒、電力導入端子を介して、フィラメント電源１０４に接続されているものとする。導電性ヒータ１３１の底面部の中心軸とフィラメント１３２の中心との交点を中心Ｏとする。図６Ａのように、フィラメント１３２は、交点Ｏから離れる方向、交点Ｏに近づく方向、および交点Ｏから等距離の方向のそれぞれを組み合わせて、基板１０６に対して平行な平面上に配線されている。
【００５９】
すなわち、フィラメント１３２は、"Ｏ"を中心とした、導電性ヒータ１３１の底面部と同心の内周円５００に沿って、所定の間隔（例えば、θ１）で形成されている内周部５０１を有する。また、フィラメント１３２は、内周円５００と同心であり、内周円５００よりも大きい直径を有する外周円５０２の周上に所定の間隔（例えば、θ２）で配置された１つの端点Ｐ４より形成される外周部５０３を有する。また、フィラメント１３２は、内周部５０１の端点と外周部５０３の端点Ｐ４とを接続して形成される領域５０４ａ、５０４ｂと、を有する。１つの端点Ｐ４は、直近に配置されている内周部５０１の端点と接続する。例えば、図６Ａにおいて、θ４＝θ５の場合、端点Ｐ４に対して、直近に配置されている内周部の端点として、Ｐ５、Ｐ６が求められ、Ｐ４はＰ５及びＰ６と接続することにより、上述の領域５０４ａ、５０４ｂに対応するフィラメント１３２の構成が得られる。領域５０４ａ、５０４ｂ及び外周部５０３は、内周部５０１から張り出した張出領域を形成する。
【００６０】
図６Ｂでは、図６Ａに示した交点Ｏから離れる方向、交点Ｏに近づく方向、および交点Ｏから等距離の方向のうち、交点から等距離となる配線を削除して、交点から離れる方向と交点に近づく方向を組み合わせてフィラメント１３２の構成例を示している。
【００６１】
すなわち、フィラメント１３２は、"Ｏ"を中心とした、導電性ヒータ１３１底面部と同心の内周円５００の円周を所定の間隔（例えば、θ３）に分割する内周円分割点と、内周円５００と同心であり、内周円５００よりも大きい直径を有する外周円５０２の円周を所定の間隔（例えば、θ３）に分割する外周円分割点と、のうち、直近に配置される内周円分割点と外周円分割点とを、それぞれ接続することにより形成される。
【００６２】
（第２実施形態）
第１実施の形態では、フィラメント１３２が一つである構成について説明したが、同じ構成を有する複数のフィラメント１３２を重ね合わせた状態で設ける構成でもよい。
【００６３】
また、図７に示すように第１のフィラメント１３２の外側に第１のフィラメント１３２と異なる形状を有する第２のフィラメント７０１を設けても良い。この場合、各々のフィラメントに独立した交流の加熱電源７０５が接続され、第１のフィラメント１３２と、第２のフィラメント７０１とのそれぞれにはロパース・フィルタ７０２を通して、同一の直流の加速電源７０３に接続された構造とすることが好ましい。電源が一つであるため、加速電圧値が同一となり、ヒータへの電子の流入を制御することができるからである。また、基板ステージ１０７の上方には複数の放射温度計７０７を設け、放射温度計７０７の温度の測定結果から演算回路７０６により交流の加熱電源７０５の出力を制御することができる。
【００６４】
本発明の第１および第２本実施形態によれば、電子衝撃加熱方式の基板加熱装置において、導電性ヒータの温度が局所的に上昇することなく、導電性ヒータと対向した基板の加熱時の温度分布の均一性向上が可能になる。
【００６５】
本発明の第１および第２本実施形態にかかる基板処理装置を用いて不純物が注入された基板をアニール処理したところ、活性化率を均一にすることができた。
【００６６】
本発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）などからできている基板を加熱するための基板加熱装置及び処理方法に利用可能であり、半導体デバイスの製造に適している。
【符号の説明】
【００６７】
１０１  基板加熱装置
１０２  真空室
１０３  真空加熱容器
１０４  フィラメント電源
１０５  直流電源
１０６  基板
１０７  基板ステージ
１０８  基板保持台
１０９  水冷用流路
１１０  水冷シャッタ
１１１  移動機構
１１２  リフトピン
１１３  透過窓
１１４  集光部
１１５  ２波長式の放射温度計
１１６  波長検出素子ａ
１１７  波長検出素子ｂ
１１８  演算回路
１１９  温度信号
１３１  導電性ヒータ
１３２  フィラメント
１３５  反射板
１３６  中間ベース板
１３７  絶縁碍子
１４２  フィラメント支柱
【図１】
2011035008.tif 000003
【図２】
2011035008.tif 000004
【図３】
2011035008.tif 000005
【図４】
2011035008.tif 000006
【図５】
2011035008.tif 000007
【図６Ａ】
2011035008.tif 000008
【図６Ｂ】
2011035008.tif 000009
【図７】
2011035008.tif 000010
【図８】
2011035008.tif 000011
【図９】
2011035008.tif 000012