(57)【要約】【課題】加熱プレート２の加熱時の加熱物支持部材１の下端部と加熱プレート２との間の温度差により生じる熱応力を緩和し、加熱プレートの加熱と冷却を繰り返しても、加熱物支持部材が破断することが無いようにする。【解決手段】電子衝撃加熱装置は、フィラメント９で発生した熱電子を加速して加熱プレート２に衝突させて加熱プレート２を発熱させる電子衝撃加熱装置であって、加熱プレート２を天壁とする加熱物支持部材１の周壁が径が異なる上下の多段の周壁部分１３ａ、１３ｂからなり、これらの周壁部分１３ａ、１３ｂがそれらの径方向に延びるリング状の横壁１５で連結されている【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメント（９）で発生した熱電子を加速して加熱プレート（２）に衝突させて加熱プレート（２）を発熱させる電子衝撃加熱装置であって、加熱プレート（２）を天壁とする加熱物支持部材（１）の周壁が径が異なる上下の多段の周壁部分（１３ａ）、（１３ｂ）からなり、これらの周壁部分（１３ａ）、（１３ｂ）がそれらの径方向に延びるリング状の横壁（１５）で連結されていることを特徴とする電子衝撃加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の加熱物を高温に加熱する加熱装置に関し、特に加速した電子を加熱プレートに衝突させて加熱プレートを発熱させる形式の電子衝撃加熱装置に関し、特に耐熱応力性に優れた電子衝撃加熱装置に関する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
半導体ウェハ等の処理プロセスにおいて、その半導体ウェハ等の板状部材を加熱するための加熱手段として、加速した電子を加熱プレートの背後に衝突させて加熱プレートを発熱させる形式の電子衝撃加熱装置が使用されている。この電子衝撃加熱装置では、フィラメントに通電することにより発生した熱電子を高電圧で加速し、この熱電子を加熱プレートの背後に衝突させて、加熱プレートを発熱させる。そしてこの加熱プレートの上に載せた板体を加熱する。
【０００３】
図４は、電子衝撃加熱装置の従来例を示すものである。図４では図示して無いが、ステージ部６の上の部分は真空容器の中にあり、加熱プレート２の部分は真空雰囲気におかれる。
ステージ部６の壁には、冷却液通路７が形成され、この冷却液通路７に水等の冷却液を通すことにより、ステージ部６が冷却される。
【０００４】
このステージ部６の上には、シリコンウエハ等の薄形板状の加熱物を載せる平坦な加熱プレート２を有する耐熱性の加熱物支持部材１が設置され、その内部は同加熱物支持部材１により、その外側の空間と気密に仕切られる空間を有する。より具体的には、加熱物支持部材１は、上面側が加熱プレート２により閉じられ、下面側が開口した円筒形状を有している。加熱物支持部材１の下端部は、ステージ部６の上面に当てられて固定されると共に、真空シール材８により気密にシールされている。
【０００５】
このような加熱物支持部材１の材質としては、耐熱性を有するシリコン含浸シリコンカーバイトやアルミナ、窒化珪素等のセラミックが使用される。加熱物支持部材１がこのようなシリコン含浸シリコンカーバイトやセラミックのような絶縁体からなる場合は、その加熱プレート２の内面をメタライズして導体膜を形成し、この導体膜をステージ部６を介して接地する。
ステージ部６には、排気通路４が形成され、この排気通路４に接続された真空ポンプ５により、加熱物支持部材１の内部の空間が排気され、真空にされる。
【０００６】
さらに、この加熱物支持部材１の内部には、フィラメント９が設置されている。フィラメント９は、加熱物支持部材１の加熱プレート２の背後に設けられ、このフィラメント９には、フィラメント加熱電源１０が接続されている。さらに、このフィラメント９と加熱プレート２との間には、加熱物支持部材１を介して電子加速電源１１により加速電圧が印加される。なお加熱プレート２は接地され、フィラメント９に対して正電位に保持される。
【０００７】
このような電子衝撃加熱装置では、フィラメント９と加熱プレート２との間に電子加速電源１１により一定の高電圧の加速電圧を印加すると共に、フィラメント加熱電源１０によりフィラメント９に通電すると、フィラメント９から熱電子が放出され、この熱電子が前記加速電圧により加速されて加熱プレート２の下面に衝突する。このため、電子衝撃により加熱プレート２が加熱される。
【０００８】
【発明が解決しようとしている課題】
加熱物支持部材１は、その下端側がステージ部６の冷却液通路７に通す水等の冷却液により、ステージ部６を介して冷却される。他方、加熱物支持部材１の上壁を形成する加熱プレート２は、フィラメント９から放出され、高電圧の電子加速電源１１により加速された電子により衝撃され、加熱される。このため、加熱物支持部材１の上壁を形成する加熱プレート２とステージ部６と接する加熱物支持部材１の下端部との間には急勾配の温度勾配が形成される。
【０００９】
ところが、加熱物支持部材１は、耐熱性を有するシリコン含浸シリコンカーバイトやアルミナ、窒化珪素等のセラミックからなり、熱応力に弱い。そのため、加熱プレート２の加熱を開始すると、加熱物支持部材１の上壁を形成する加熱プレート２のみが熱膨張する。これにより、加熱物支持部材１が変形し、特に周壁部と加熱プレート２との間の肩部に熱応力が集中する。そしてこのような加熱プレート２の加熱と冷却を繰り返すと、物支持部材１が繰り返し熱応力を受け、次第に疲労して劣化し、破断するという課題があった。
【００１０】
本発明は、従来の電子衝撃加熱装置におけるこのような課題に鑑み、加熱物支持部材の電子衝撃により加熱される加熱プレートとステージ部を介して冷却される加熱物支持部材の下端部との間の温度差により生じる熱応力を緩和し、加熱プレートの加熱と冷却を繰り返しても、加熱物支持部材が疲労しにくく、長期にわたって破断することが無い電子衝撃加熱装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の目的を達成するため、天壁として加熱プレート２を有する加熱物支持部材１を、単一径の円筒形のものとせず、その中間に少なくとも１段以上の段差を設けた。すなわち、加熱物支持部材１の上下部分を異なる径の円筒形の多段の周壁部分１３ａ、１３ｂにより形成し、これらの周壁部分１３ａ、１３ｂをそれらの径方向に延びるリング状の横壁１５で連結した。これにより、多段の周壁部分１３ａ、１３ｂとそれらを連結する横壁１５とにより、加熱物支持部材１の加熱プレート２とその下端部との間の温度差により生じる熱応力を緩和し、その早期の破損を防止するようにしたものである。
【００１２】
すなわち、本発明による電子衝撃加熱装置は、フィラメント９で発生した熱電子を加速して加熱プレート２に衝突させて加熱プレート２を発熱させる電子衝撃加熱装置であって、加熱プレート２を天壁とする加熱物支持部材１の周壁が径が異なる上下の多段の周壁部分１３ａ、１３ｂからなり、これらの周壁部分１３ａ、１３ｂがそれらの径方向に延びるリング状の横壁１５で連結されているものである。
【００１３】
このような本発明による電子衝撃加熱装置では、加熱プレート２を天壁とする加熱物支持部材１の周壁が上下の径が異なる多段の周壁部分１３ａ、１３ｂからなり、これらの周壁部分１３ａ、１３ｂがそれらの径方向に延びるリング状の横壁１５で連結されているため、加熱時に加熱物支持部材１の加熱プレート２とその下端部との間に温度差が生じても、多段の周壁部分１３ａ、１３ｂとそれらを連結する横壁１５とにより、熱応力が緩和される。特に熱応力が集中する加熱物支持部材１の肩部が３個所以上となるため、特定の肩部に熱応力が集中しにくくなる。従って、加熱と常温への冷却を繰り返しても、加熱物支持部材１の全体の熱応力が小さくなり、早期の破損が防止出来る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１は、本発明による電子衝撃加熱装置の一実施形態を示すものであり、図４の従来例と同じ部分は同じ符号で示している。ステージ部６の上の部分は真空容器の中にあり、加熱プレート２の部分は真空雰囲気におかれることは、図４による説明した従来例と同様である。
【００１５】
ステージ部６の壁には、冷却液通路７が形成され、この冷却液通路７に水等の冷却液を通すことにより、ステージ部６が冷却される。
このステージ部６の上には、シリコンウエハ等の薄形板状の加熱物を載せる平坦な加熱プレート２を有する耐熱性の加熱物支持部材１が設置され、その内部は同加熱物支持部材１により、その外側の空間と気密に仕切られる空間を有する。より具体的には、加熱物支持部材１は、上面側が加熱プレート２により閉じられ、下面側が開口した円筒形状を有しており、加熱プレート２の平坦な上面は、シリコンウエハ等の薄形板状の加熱物より広くなっている。加熱物支持部材１の下端部にはフランジが設けられ、このフランジ部分がステージ部６の上面に当てられて固定されると共に、真空シール材８により気密にシールされている。
【００１６】
加熱物支持部材１はその全体または少なくとも加熱プレート２がシリコン含浸シリコンカーバイトやアルミナ、窒化珪素等のセラミックからなる。加熱物支持部材１がセラミックのような絶縁体からなる場合は、その加熱プレート２の内面をメタライズして導体膜を形成し、この導体膜をステージ部６を介して接地する。また、加熱プレート２を形成する材料の中に導体材料を含ませて導電性を持たせることによっても同様の目的を達し得る。
【００１７】
図１に示すように、加熱物支持部材１の周壁は下段の径が大きく、上段の径が小さい２段の円筒形状となっている。下段の径の大きな周壁部分１３ｂと上段の径の小さな周壁部分１３ａとは、加熱物支持部材１の周壁全体の中間の高さ位置において、その周壁の径方向に延びるリング状の横壁１５で連結されている。これら径が異なる上下の周壁部分１３ａ、１３ｂ及びそれらを連結する横壁１５は、一体成型するのがよい。
【００１８】
ステージ部６には、排気通路４が形成され、この排気通路４に接続された真空ポンプ５により、加熱物支持部材１の内部の空間が排気され、真空にされる。
さらに、この加熱物支持部材１の内部には、フィラメント９とリフレクタ３が設置されている。
【００１９】
フィラメント９は、加熱物支持部材１の加熱プレート２の背後に設けられ、このフィラメント９には、絶縁シール端子を介してフィラメント加熱電源１０が接続されている。このフィラメント加熱電源１０は、フィラメント９側が高圧、電力調整器１７側が低圧になるように絶縁されている。さらに、このフィラメント９と加熱プレート２との間には、加熱物支持部材１を介して電子加速電源１１により加速電圧が印加されている。なお加熱プレート２は接地され、フィラメント９に対して正電位に保持される。
【００２０】
リフレクタ３は、加熱物支持部材１の加熱プレート２に対しフィラメント９の背後側に設けられている。このリフレクタ３は、金、銀等の反射率の高い金属、またはモリブデン等の融点の高い金属で形成される。リフレクタ３の加熱物支持部材１の加熱プレート２に対向した面は、鏡面となっており、輻射熱を反射する。このリフレクタ３は、加熱物支持部材１とは電気的に絶縁されるがフィラメント９とは略同電位の状態におかれる。このことにより、リフレクタ３には電子が飛来せず、電子衝撃による加熱は起こらない。このようなフィラメント９は、多重に配置することができる。
【００２１】
リフレクタ３の中央部には、円筒状の導体からなるシールド１６が起立しており、このシールド１６とリフレクタ３とは電気的に導通し、同電位となっている。このシールド１６の上端側は加熱物支持部材１の加熱プレート２の下面近くに達し、そのシールド１６の上端部から外側にフランジが延設され、このフランジが加熱プレート２の下面と対向している。
【００２２】
前記ステージ部６の中央部から測温素子としてのシース形の熱電対１２が垂直に挿入され、この上端側は前記シールド１６の中に非接触状態で配置される。この熱電対１２の上端は一対の熱電対線を接合した測温点となっており、この接合点が加熱プレート２の下面に接触している。熱電対１２は、ステージ部６から真空チャンバの外側に引き出され、その補償導線が零点補償回路を含む温度測定器１４に接続される。
【００２３】
このような電子衝撃加熱装置では、フィラメント９と加熱プレート２との間に電子加速電源１１により一定の高電圧の加速電圧を印加すると共に、フィラメント加熱電源１０によりフィラメント９に通電すると、フィラメント９から熱電子が放出され、この熱電子が前記加速電圧により加速されて加熱プレート２の下面に衝突する。このため、電子衝撃により加熱プレート２が加熱される。このとき、ステージ部６の冷却液通路７に冷却液が通され、加熱物支持部材１が冷却される。
【００２４】
加熱プレート２の温度が、熱電対１２により加熱プレート２の温度を測定しながら昇温し、予め定められた温度に加熱プレート２の温度が達すると、フィラメント９に通電するフィラメント加熱電源１０の電力が下げられ、加熱プレート２の温度が定められた温度に維持される。そして、予め定められた時間が経過すると、フィラメント９への通電が停止され、加熱プレート２の加熱を停止し、ステージ部６の冷却液通路７に通している冷却液により冷却され、加熱プレート２が降温される。
【００２５】
このようにして、加熱プレート２の加熱時に加熱物支持部材１の下端部は、ステージ部６の壁に設けられた冷却液通路７に通す冷却水により冷却される。このため、加熱物支持部材１の下端部と加熱プレート２との間には大きな温度勾配を生じる。他方、加熱プレート２の加熱前と冷却時は、加熱物支持部材１の下端部と加熱プレート２とは共に常温付近にあり、その間に温度勾配は殆ど無い。このように、加熱と降温を繰り返すことにより、加熱物支持部材１の下端部と加熱プレート２との間の温度勾配は繰り返し大きな変化を受ける。
【００２６】
このとき、図２に示すように、加熱物支持部材１の加熱プレート２、上下の周壁部分１３ａ、１３ｂ及び横壁１５がそれぞれ膨張し、変形するが、互いに隣接する壁が前記膨張を吸収する。また、図４に示す従来の電子衝撃型加熱装置の加熱物支持部材１の加熱プレート２と周壁部分との間の肩部が１個所であるのに対し、図１に示した電子衝撃型加熱装置ではその肩部が３個所となり、肩部に集中する応力もより分散される。これにより、繰り返し加熱と冷却を繰り返しても、それにより繰り返し受ける熱応力により早期の破損が起こり難くなる。
【００２７】
図３は、本発明による電子衝撃加熱装置の他の実施形態を示すものであり、図１に示した電子衝撃加熱装置の実施形態と同じ部分は同じ符号で示している。図３に示した電子衝撃加熱装置の実施形態は、図１に示した電子衝撃加熱装置の実施形態と殆どの部分が共通している。そのため、相違している部分のみを説明すると、この図３に示した実施形態では、径の小さな周壁部分１３ａが下にあり、径の大きな周壁部分１３ｂが上にあり、それられの間が横壁１５で連結されている。図１に示した実施形態に比べて、加熱物支持部材１の天壁である加熱パネル２の面積を広く取れる。
【００２８】
なお、前述した２つの実施形態では、加熱物支持部材１の周壁を径が異なる２段の周壁部分に分けたが、製造の容易性等を特に考慮しなければ、加熱物支持部材１の径が異なる周壁部分を３段以上とすることも出来る。周壁部分の段を増やすことにより、熱応力の分散性はさらに良くなるが、他の外力に対しては脆弱性を増すため、周壁部分の段は２段が最良であり、多くても３段が限度となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明による電子衝撃加熱装置では、加熱物支持部材１の複数段の周壁部分１３ａ、１３ｂと横壁１５により温度変化に伴う熱応力が分散されるため、繰り返して加熱と冷却を繰り返すことにより生じる熱応力による疲労破壊が生じにくくなる。このため、加熱物支持部材１の早期の破壊が防止され、より寿命の永い加熱物支持部材１を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子衝撃加熱装置の一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図２】電子衝撃加熱装置の同実施形態の加熱物支持部材の一部を示す要部断面図である。
【図３】本発明による電子衝撃加熱装置の他の実施形態を示す概略縦断面図である。
【図４】電子衝撃加熱装置の従来例を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
９      フィラメント
２      加熱プレート
１      加熱物支持部材
１３ａ  周壁部分
１３ｂ  周壁部分
１５    横壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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