(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を載置する平坦なステージ部を備えるとともに、該ステージ部に続き、その内部に加熱手段として複数のランプが収納される円筒部を有するガラス製部材と、
円筒部と底面部とを有し、ガラス製部材と一体化して減圧状態の、または不活性ガスが充填される、内部空間を構成する金属製部材とを具備し、
前記複数のランプは、該金属製部材の底面部から伸びる支持柱部材により、ガラス製部材の円筒部において収容されている
ことを特徴とする加熱ステージ。
【請求項２】
前記ランプは、両端に封止部を有するとともに管型封体の内部にフィラメントを有し、該ランプの封止部は、上記被加熱物を支持する領域を有する表面とは反対方向に屈曲していることを特徴とする請求項１に記載の加熱ステージ。
【請求項３】
前記ランプの背面にセラミック繊維からなるシートを反射部材として具備したことを特徴とする請求項１に記載の加熱ステージ。
【請求項４】
前記ステージ部に冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の加熱ステージ。
【請求項５】
前記冷却手段がステージ部下方に設けた冷却ガス吹き出し管からなることを特徴とする請求項４に記載の加熱ステージ。
【請求項６】
前記ステージ部を中空構造とし、該中空構造の隙間に冷却ガスを流すことを特徴とする請求項４に記載の加熱ステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱ステージに係わり、より詳しくは、半導体ウエハやガラス基板の加熱装置のチャンバにおける加熱部を構成する加熱ステージに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハや液晶基板あるいは回路基板等のウエハ上に半導体薄膜を形成したり、ウエハ上に塗布されたレジスト液を乾燥焼き付けてレジスト膜を形成するのに、加熱ステージが用いられる。通常、この加熱ステージに設けられる加熱手段は、抵抗加熱を利用したものが多く、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）ヒータのようなセラミックヒータが用いられていた。特開平２００２−３２９５６６号公報には炭化珪素ヒータを使用したウエハ加熱装置が開示されている。また、特開２００４−６２４２号公報には抵抗発熱体としてタンタルやタングステン、モリブデン等の高融点金属を使用し、基体セラミックとして窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、サイアロン等を使用したセラミックヒータが示されている。図６には、セラミックヒータからなる加熱ステージの概略図を示す。加熱ステージ２００はセラミック基体４３中に抵抗発熱体４２が例えば一体焼結されてなり、給電線４１からの給電により抵抗発熱体が発熱し、被加熱物ＷＦを加熱する。
【特許文献１】特開平２００２−３２９５６６号公報
【特許文献２】特開平２００４−６２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、セラミックヒータは、半導体プロセスのように高いクリーン度が要求される工程においては、次のような問題がある。即ち、セラミックヒータは、７００℃〜８００℃のような高温に加熱した状態であると、セラミックの微小な凹凸や間隙に吸着されていた不純物が放出し、それがウエハに吸着されて汚染や不良の原因となる。このようなウエハの汚染は、通称コンタミと呼ばれる。
また、従来の加熱ステージでは、加熱後の加熱ステージの降温が遅いため、加熱工程での被加熱物を交換するタクトタイムが長くなってしまうという問題点があった。
【０００４】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、従来のセラミックヒータに代えて、ウエハ等の被加熱物を高温に加熱することができると共に、加熱中に不純物の発生による被加熱物の汚染を防止することを可能にし、さらには降温性能を改善した加熱ステージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第1の手段は、被加熱物を載置する平坦なステージ部を備えるとともに、該ステージ部に続き、その内部に加熱手段として複数のランプが収納される円筒部を有するガラス製部材と、円筒部と底面部とを有し、ガラス製部材と一体化して減圧状態の、または不活性ガスが充填される、内部空間を構成する金属製部材とを具備し、前記複数のランプは、該金属製部材の底面部から伸びる支持柱部材により、ガラス製部材の円筒部において収容されていることを特徴とする加熱ステージとするものである。
【０００６】
第２の手段は、前記ランプは、両端に封止部を有するとともに管型封体の内部にフィラメントを有し、該ランプの封止部は、上記被加熱物を支持する領域を有する表面とは反対方向に屈曲していることを特徴とする請求項１に記載の加熱ステージとするものである。
【０００７】
第３の手段は、前記ランプの背面にセラミック繊維からなるシートからなる反射部材を具備したことを特徴とする請求項1に記載の加熱ステージとするものである。
【０００８】
第４の手段は、前記ステージ部に冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の加熱ステージとするものである。
【０００９】
第５の手段は、前記冷却手段がステージ部下方に設けた冷却ガス吹き出し管からなることを特徴とする請求項４に記載の加熱ステージとするものである。
【００１０】
第６の手段は、前記ステージ部を中空構造とし、該中空構造の隙間に冷却ガスを流すことを特徴とする請求項４に記載の加熱ステージとするものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、被加熱物を載置するステージ部がガラス製であるので、不純物が吸着されず、高温に加熱されても、不純物の発生がなく、ウエハ等の被加熱物への汚染の問題が無くなる。また、ランプが配置されるステージ部の内部空間は、外部と遮断されているので、ランプやランプの配線からの汚染も無くなる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、ランプの非発光部がステージ部の上面に対面する割合が少なくなり、被加熱物を均一に加熱することが可能となる。また、隣合うランプの発光部を接近して配置することができ、非発光部がステージ部表面に対面する割合を少なくして、被加熱物を均一に加熱することができる。更に、ステージ部の上面とは反対側に設けられたコネクタ部の方向にランプからの配線を揃えやすくなり、束線や接続等の処理作業が容易となる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、ランプの背面にセラミック繊維からなるシートを反射部材として具備したので、熱衝撃に強く断熱性に優れた反射部材となる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、ステージ部に冷却手段を設けたことで、急速降温が可能となり、加熱工程のタクトタイムの短縮が可能となる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、冷却手段がステージ部下方に設けた冷却ガス吹き出し管とすることで冷却手段の配置が簡単であり、冷却が効果的に行われる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、ステージ部を中空構造とし、該中空構造の隙間に冷却ガスを流すことで省スペースとなり、冷却が効果的に行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の一実施形態を図１乃至図４を用いて説明する。図１は、ウエハ加熱等に使用される本発明に係る加熱ステージの概要を示す断面図である。同図において、記号１００は加熱ステージ全体を指す。記号５０は材質が石英ガラス等で構成され、上部にウエハ等の被加熱物を載置する平坦な平らなガラスステージ部であり、ガラスステージ部５０に続き、その内部に加熱手段として効率良く赤外線を放射する複数のランプ３が収納される円筒部５１を有し、円筒部５１の端部にフランジ部５２を有するガラス製部材１００Ａと、フランジ部５２と気密に接面する金属製フランジ部２５を有し、金属製フランジ部２５に続き円筒状の金属筐体部２０と底面部２６とを有し、ガラス製部材１００Ａと一体化して減圧状態の、または不活性ガスが充填される、内部空間を構成する金属製部材１００Ｂとを具備している。金属製部材は例えばステンレスからなる。
【００１８】
ガラス製のフランジ部５２と金属製フランジ部２５はＯ-リング２４ａを介在させ、記号２１の挟持部材Ａと記号２２の挟持部材Ｂで挟み込み固定される。挟持部材Ａと挟持部材Ｂはネジ２３ａで締め付け固定され、さらにネジ２３ｂで加熱ステージ外の部材と固定される。挟持部材Ａ２２とガラス製のフランジ部５２との間にはＯ-リング２４ｃが、挟持部材Ａ２２と加熱ステージ外の部材との間にはＯ-リング２４bが介在する。
【００１９】
光反射板５、ランプ３、均熱板４はこの図のように支持柱部材１４により金属製部材１００Ｂの底面部２６から支えられ、ガラス製部材１００Ａを上方へ取り外すことにより、光反射板５、ランプ３、均熱板４のメンテナンスが容易に行える。なお、光反射板５、ランプ３、均熱板４の支持方法はこの例に限定されるものではない。
【００２０】
不図示であるが、Ｏ-リング２４ａ、２４b、２４ｃの耐熱保護のため、金属製フランジ部２５の周囲を水冷される。
【００２１】
記号４はガラスステージ部５０内部の上部とランプ３間に設けられるカーボン等からなる均熱板、５はランプ３の下部に設けられる、ランプ３から放射される光を均熱板４側に反射する光反射板であり、セラミック繊維からなる。記号６はランプリード線、記号１２は外部電源に接続される外部給電線、記号８は電流導入端子、ＷＦはウエハ等の被加熱物、記号１３は光反射板５に設けられたランプ封止部３１を貫通する貫通孔である。
【００２２】
本発明の加熱ステージ１００の内部空間は、本実施例においては窒素により１３．３ｋＰａの圧力でパージされており、これによって、加熱中にランプ３の温度が上昇しても、ランプ３のランプ封止部３１に用いられているシール箔３２の酸化が防止される。窒素は図１においてガス導入口１０からランプ３の封止部３１近傍近くにて放出され、加熱ステージ１００の内部空間内の、金属製部材１００Ｂの底部２６近くのガスがガス排出口９から排出されるようになっており、ランプ３の封止部３１近傍には十分な窒素雰囲気が保持され、封止部３１の金属箔酸化の恐れがない。
【００２３】
また、ガラスステージ部５０はガラス製であるので、不純物が吸着されず、高温に加熱されても、不純物の発生がなく、ウエハへの汚染の問題が無くなる。また、ランプ３が配置される加熱ステージ１００の内部空間は、外部と遮断されているので、ランプやランプの配線からの汚染も無くなる。
【００２４】
図２は、ランプ３の構造を示す斜視図である。
同図において、３１はシール箔３２を介してフィラメント３４とランプリード線６とを接続すると共に、管型封体の伸びる方向に対して直角方向に屈曲し、ガラスステージ部５０の上部表面とは反対側に伸びる方向に配置されるランプ封止部、３２はモリブデン箔等からなるシール箔、３３はガラス製の筒からなるバルブまたは封体、３４はバルブ３３内に挿入されたフィラメント、３５はサポーターである。
なお、バルブ３３内にはハロゲンガスが封入されており、また、このような管型封体の両端にシール部を有するランプをダブルエンドタイプという。
【００２５】
ランプ３両端のランプリード線６に通電すると、フィラメント３４が赤熱して赤外線を放射する。フィラメント３４から放射された赤外線は、ガラスステージ部５０の上部表面に設けられた均熱板４に照射され、さらに均熱板４からウエハ等の被加熱物ＷＦを均一に加熱する。
【００２６】
図３はランプ３のランプ封止部３１を屈曲する利点を説明する図である。
図３（ａ）は、本発明に係るランプ３の構成を示す図、図３（ｂ）は、本発明に係るランプ３と対比するためのランプの構成を示す図である。
【００２７】
ここで、ランプ３の赤外線を放射する部分を発光部、実質的に光を放射しないランプ封止部３１を非発光部と呼ぶと、仮に、図３（ｂ）に示すようなランプの非発光部が、ガラスステージ部５０の表面と対面していると、被加熱物ＷＦの非発光部に対応する部分が加熱しにくくなり、均一に加熱されにくくなる。それに対して、図３（ａ）に示すように、ランプ封止部３１をガラスステージ部５０の上面とは反対側に曲げると、非発光部がガラスステージ部５０の上面に対面する割合が少なくなり、被加熱物ＷＦを均一に加熱することが可能となる。また、ランプ封止部３１が屈曲していると、隣合うランプ３の発光部を
接近して配置することができ、上記と同様に、非発光部がガラスステージ部５０表面に対面する割合を少なくして、被加熱物ＷＦを均一に加熱することができる。
【００２８】
図４は、図１の加熱ステージ１を上部表面側からみたランプ３の配置を示す図である。同図に示すように、内側に複数の封体が直管状のランプ３を並べ、その外側に複数の円環状のランプ３を同心円状に配置したものである。
【００２９】
円環状のランプ３は、円を２分割した半円形、あるいは４分割した形状のものを組み合わせ、円環状になるように配置している。１つのランプで円を形成してもよいが、径が大きくなると、封体の長さが長くなり、製造が難しくなるので、分割して短くしている。勿論４分割以上に分割したランプを用いてもよい。更に、同図において、直管状のランプ３を配置した部分をその外側と同じように、円環状のランプ３を同心円状に配置してもよい。また、径の小さい小面積のウエハであれば、１本のランプの封体を渦巻状に形成し、１本のランプのみで構成するようにしてもよい。
【００３０】
また、被加熱物ＷＦは、加熱中側面から熱が放射されるので、中央部に比べて周辺部の温度が低くなりやすい。そのため、加熱手段に用いる複数のランプ３は、図示されていない電力制御手段により複数のゾーンに分けて電力制御するとよい。例えば、図４のようにランプ３が配置されている場合、内側の直管状のランプ群と、外側の円環状のランプ群とで、別々に電力制御する。ウエハのような被加熱物ＷＦは、周辺部の温度が低くなりやすいので、中央部に対して周辺部がどの程度温度が下がるかを予め実験して測定しておき、その結果に基づいて、外側の円環状ランプ群を内側の直管状ランプ群に比べて出力が大き
くなるように入力電力を制御する。各ランプ３は直列に接続されており、複数のランプを１つのゾーンとして電力制御が可能である。
【００３１】
次に、光反射板５の詳細について図１を用いて説明する。同図に示すように、光反射板５は、ランプ３のガラスステージ部５０の上面とは反対側に設けられ、その材質は赤外領域の光を効率良く反射すると共に、７００℃以上の耐熱性を有し、ランプリード線６に近接して設けられることから、ショートの問題がないことを考慮し、アルミナまたはアルミナとシリカからなるセラミック繊維を板状にしたものである。なお、光反射板５はセラミック繊維でなく、例えば、石英等のガラス板の表面に高純度アルミナを塗布等によって形成したものを用いてもよい。
【００３２】
光反射板５には、屈曲したランプ封止部３１が通る貫通孔１３が設けられている。ランプ封止部３１をこの貫通孔１３に通すことにより、ランプ３からの光がランプ封止部３１に照射されるのを防ぎ、ランプ封止部３１の温度上昇を抑えることができる。セラミック板を光反射板とすることにより、ランプ３からガラスステージ部５０の上面とは反対方向に放射される光をガラスステージ部５０の上面方向に反射し、被加熱物ＷＦの加熱の効率を上げることができる。
【００３３】
次に、均熱板４の詳細について図１を用いて説明する。
同図に示すように、被加熱物ＷＦを均一に加熱したい場合は、ランプ３とガラスステージ部５０上面との間に均熱板４を設けるとよい。ランプ３からの光は均熱板４に照射され、ガラスステージ部５０上面に載置された被加熱物ＷＦは、この均熱板４からの輻射によって加熱される。均熱板４に用いられるカーボンプレートは熱伝導性が高く、ランプ３の発光部がない部分にも熱を伝え、全体的に均一に温度上昇させることができる。そのため、被加熱物ＷＦを均一に加熱することができる。
【００３４】
次に、本発明に係る加熱ステージでウエハを加熱した時の実験結果を図４を用いて説明する。なお、加熱ステージ１の構造は、基本的には図１に示すものと同じであるが、ランプ３の本数は３３本、反射板５を使用したが、均熱板４は使用していない。被加熱物ＷＦとして、φ２００ｍｍのシリコンウエハを使用し、設定温度７５０℃で加熱した時の表面９点の温度を熱電対で測定したものである。９点の平均温度は７５７℃で、温度分布の幅は＋１３．５ｄｅｇ〜−２０．４ｄｅｇ、面内ばらつきは±２．２％であった。
【００３５】
次に、本発明にかかる加熱ステージの、冷却手段の構造とその効果を示す。
冷却手段の構造の例を挙げれば、図７、図９に示すものがある。図７は、冷却ガス吹き出し管をガラスステージ部５０の下方に設けた構造である。図７（ａ）は加熱ステージ１００の上方から見たときの冷却ガス吹き出し管６０の配置を示す図であり、ステージ部内にあるため、破線で示している。６０ａはガス吹き出し口であり、矢印は冷却ガスの吹き出し方向である。冷却ガス吹き出し管６０は例えば石英ガラス製である。図７（ｂ）は加熱ステージ１００の断面図中で冷却ガス吹き出し管６０の配置を示した図である。矢印は冷却ガスの流れる方向を示す。なお、図７、図９ではランプ３は便宜上1本で表しているが、
実際は図４で示した配置になっている。
【００３６】
図７（ａ）を見てわかるように、この例では冷却ガス吹き出し管６０はリング状であり、窒素ガスなどの冷却ガスはリング内方に向けて管に開口したガス吹き出し口６０ａから吹き出し、加熱ステージ１００下方の金属筺体部２０の底面部２６から排出される。同図においては、ランプリード線や均熱板や被加熱物は便宜上省略してある。図８は冷却ガス吹き出し管６０の概略図を示したが、図７（ｂ）のガス導入口１０を２箇所にして、その２つのガス導入口１０に冷却ガス吹き出し管６０の脚部６０ｂが連設される。
【００３７】
また、図９はガラスステージ部２０を複数の支柱５０ａにより隙間Ｇを設けた中空構造を示している。金属筺体部は省略してある。その中空構造の隙間Ｇに冷却ガスを直接流すものである。６０は冷却ガス吹き出し管であり、隙間Ｇに開口し、隙間Ｇ内を矢印のように冷却ガスが流れる。
【００３８】
図１０は冷却効果を示す図である。図７で示した冷却ガス吹き出し管を使用してガラスステージを冷却したときの石英ガラスのガラスステージ部とシリコンウエハの温度測定結果である。測温はガラスステージの表面および、シリコンウエハ上にＫ型熱電対を埋設して行った。ランプ配置は図４の配置で行い、入力電圧は外側の一連の円環状のランプに２００Ｖ、直管状のランプに１７０Ｖであり、１２０秒間点灯させ、その後消灯した。冷却ガスの流量は５０リットル／分である。図中、ガラスステージ部の温度は破線で示し、冷却した場合が（ａ）、冷却なしの場合が（ｂ）である。また、シリコンウエハの温度は実線で示し、冷却した場合が（ｃ）、冷却なしの場合が（ｄ）である。
【００３９】
この測定結果の図からわかるように、点灯後１２０秒で、石英ガラスのガラスステージ部の温度は冷却した場合は約２５０℃、冷却しない場合は約３００℃まで昇温した。一方、シリコンウエハの温度は冷却の有無にかかわらず、いずれも約４２０℃まで昇温し、冷却によるシリコンウエハの加熱温度への影響はなかった。
そして、ランプ消灯後１２０秒では、冷却なしの場合は石英ガラスのガラスステージ部の温度（図中(ｃ)）は約２５０℃であり、冷却ありの場合はガラスステージ部の温度（図中(ｄ)）は約１９０℃まで降温した。また、シリコンウエハの温度は、冷却なしの場合は約２１０℃であったが、冷却ありの場合は約１５０℃まで降温した。
【００４０】
このように、前記ステージ部に冷却手段を設けたことにより、シリコンウエハ等の被加熱物の到達温度には問題ない一方で降温は早くなり、つまりは急速降温が可能となり、加熱工程のタクトタイムの短縮が可能となることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の加熱ステージの概略断面図である。
【図２】本発明に使用されるランプの構造を示す斜視図である。
【図３】本発明に使用されるランプの構造を示す図および従来のランプの構成を示す図を対比した図である。
【図４】本発明の加熱ステージを上表面側からみたランプの配置を示す図である。
【図５】本発明の加熱ステージでウエハを加熱したときの実験結果を説明する図である。
【図６】従来のセラミックヒータからなる加熱ステージの概略図である。
【図７】本発明の加熱ステージにおいて、冷却ガス吹き出し管をガラスステージ部の下方に設けた構造を示す。
【図８】冷却ガス吹き出し管の概略図を示す。
【図９】本発明の加熱ステージにおいて、ガラスステージ部を複数の支柱により隙間を設けた中空構造とした例を示す。
【図１０】本発明における降温の効果のわかる温度測定結果を示す。
【符号の説明】
【００４２】
３  ランプ
４  均熱板
５  光反射板
６  ランプリード線
８  電流導入端子
９  ガス排出口
１０  ガス導入口
１１  ガス導入管
１２  外部給電線
１３  貫通孔
１４  支持柱部材
２０  金属筐体部
２１  挟持部材Ａ
２２  挟持部材Ｂ
２３ａ、２３ｂ  ネジ
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ  Ｏ-リング
２５  金属製フランジ部
２６  底部
３１  ランプ封止部
３２  シール箔
３３  バルブ
３４  フィラメント
３５  サポーター
４１  給電線
４２  抵抗発熱体
４３  セラミック基体
５０  ガラスステージ部
５０ａ  支柱
５１  円筒部
５２  フランジ部
６０  冷却ガス吹き出し管
６０ａ  ガス吹き出し口
６０ｂ  脚部
７０  支柱
１００  加熱ステージ
１００Ａ  ガラス製部材
１００Ｂ  金属製部材
２００  加熱ステージ
ＷＦ  被加熱物
Ｇ  隙間
【図１】
0004710255.tif 000002
【図２】
0004710255.tif 000003
【図３】
0004710255.tif 000004
【図４】
0004710255.tif 000005
【図５】
0004710255.tif 000006
【図６】
0004710255.tif 000007
【図７】
0004710255.tif 000008
【図８】
0004710255.tif 000009
【図９】
0004710255.tif 000010
【図１０】
0004710255.tif 000011