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JP4009100B2 - 基板加熱装置および基板加熱方法 - Google Patents

基板加熱装置および基板加熱方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，基板加熱装置およびそのパージ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては，化学的蒸着（ＣＶＤ）法を用いて，成膜を形成するための成膜装置が広く採用されている。
【０００３】
成膜装置は，処理容器内に導入された成膜ガスをプラズマ化して，載置台に載置された基板に成膜させる構造を採用している。成膜装置は，ヒータなどの加熱手段を備えた載置台に載置された基板を加熱することが可能な基板加熱装置を備えている。
【０００４】
基板加熱装置の一部を構成する載置台は，電力線などの給電手段や，熱電対などのセンサ手段が配設される支持構造により支持されているが，処理容器内を大気雰囲気から隔離するためには，この支持構造と処理容器とは真空封止する必要がある。
【０００５】
処理にあたり，基板を加熱するための載置台は，例えば７００℃程度の高温状態に保持される。支持構造と処理容器との真空封止部には，比較的耐熱性の低いＯリングなどの封止部材が採用されているが，例えばＴｉＣｌ４系のガスは真空封止部付近への副生成物の付着，および処理ガスによるＯリング等の封止部材の劣化を防止するためには，真空封止部付近の温度は１００〜１８０℃程度に保持する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように，載置台の支持構造においては，７００℃程度に保持される載置台付近と１５０℃程度に保持される真空封止部付近との間で大きな温度差を生じている。したがって，従来の載置台の支持構造は，温度差に起因する熱応力破壊を回避するための，非常に長い支柱構造を採用している。
【０００７】
しかしながら，かかる長尺の支柱構造は，機械的強度が脆弱になりやすく，またウェハ面精度を確保しにくいという問題を有している。また，長い伝熱径路が生じてしまうため，支持部を介して熱が逃げ，載置台における均熱の確保が難しいという問題も生じている。
【０００８】
また，従来の載置台の支持構造では，電力線などの給電手段や熱電対などのセンサ手段の配設部分が大気に直接連通している。そのため，電力線や熱電対などが，大気中に含まれる酸素や水分と反応して酸化し，径路の抵抗が変化してしまい，正確な制御ができないという問題も生じている。
【０００９】
本発明は，従来の基板加熱装置が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，その目的は，載置台支持部を短くして安定な構造とすることができ，また，載置台における均熱を確保し，被処理体の温度を正確に制御することの可能な基板加熱装置およびそのパージ方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，処理容器内において加熱手段を備えた載置台に載置された基板を加熱する基板加熱装置において，前記載置台を支持する支持構造は，第１材料から成り，前記載置台を支持する支持部と，前記第１材料と熱伝導率の異なる第２材料から成り，前記支持部と前記処理容器とを封止する封止部と，前記支持部と前記封止部とを気密に接合する接合部と，を備えたことを特徴とする，基板加熱装置が提供される。
【００１１】
かかる構成によれば，異なる熱伝導率を有する第１材料と第２材料とを適宜選択することにより，載置台の上部と下部との間の熱勾配を小さくすることが可能となり，その結果，載置台の支持構造の長さを短くすることが可能となる。また，載置台の支持構造の長さを短くできれば，装置自体の容積も小さくすることが可能となり，装置の加熱手段に要求される熱容量も小さくすることが可能となる。
【００１２】
その際に，封止部は，熱応力変化可能であることが好ましい。かかる構成によれば，処理時に生じる装置の熱膨張や熱収縮に起因する歪を封止部において吸収することができる。例えば，前記封止部材は，ベローズ構造とすることができる。
【００１３】
支持部と処理容器との間には断熱材が介装されることが好ましい。かかる構造によれば，支持部と処理容器を熱的フロー状態に置くことができるので，熱の逃げを効果的に防止して，載置台の均熱性を確保することが可能となる。また，熱の逃げを防止できることから，投入電力も軽減することが可能となる。
【００１４】
また，断熱材は，封止部の熱応力変化にかかわらず，支持部の高さを規定するものであることが好ましい。かかる構造によれば，封止部が熱応力変化した場合であっても，支持部の高さが一定に維持することができる。
【００１５】
なお，接合部は，耐熱性を確保するために，第１材料と第２材料とを拡散接合したり，ロー付接合したりすることにより構成することができる。また，あまり耐熱性を要求されないスペックであれば，接合部は，Ｏリングから構成することも可能である。
【００１６】
さらに，本発明の別の観点によれば，処理容器内において加熱手段を備えた載置台に載置された基板を加熱する基板加熱装置において，前記載置台を支持する支持構造は，前記載置台を支持する支持部と，前記支持部と前記処理容器との間に介装される断熱材と，前記支持部と前記処理容器とを封止する封止部と，を備えたことを特徴とする，基板加熱装置が提供される。その際に，封止部は，Ｏリングから構成することが可能である。
【００１７】
本構成は，例えば，あまり高温の加熱処理ではなく，したがって，基板支持構造の封止部にあまり高い耐熱性が要求されないような場合に，好適に適用することが可能である。
【００１８】
さらに，本発明の別の観点によれば，処理容器内において加熱手段を備えた載置台に載置された基板を加熱処理する基板加熱装置において，前記載置台を支持するとともに，前記加熱手段への給電手段が配されている支持構造の内部は気密に封止されていることを特徴とする基板加熱装置が提供される。
【００１９】
かかる構成によれば，給電手段などが配された支持構造の内部を大気雰囲気から遮断できるので，給電手段の酸化を防止することができる。また載置台の支持構造の一部が破損した場合であっても，プロセスガスが大気中に漏出するような事態を回避することができる。
【００２０】
かかる基板加熱装置には，支持構造の内部を真空排気する排気手段を設けることが好ましい。かかる構成によれば，支持構造の内部を真空引きすることにより給電手段の酸化原因である酸素や水分などを効果的に除去することができる。
【００２１】
かかる基板加熱装置には，さらに，前記支持構造の内部をパージするためのパージ手段を設けることが好ましい。かかる構成によれば，例えば不活性ガスパージにより，給電手段の酸化を防止することが可能であるとともに，放電を防止することができる。
【００２２】
さらに本発明の別の観点によれば，処理容器内において加熱手段を備えた載置台に載置された基板を加熱処理する基板加熱装置であって，前記載置台を支持するとともに，前記加熱手段への給電手段が配されている支持構造の内部は気密に封止されており，さらに前記支持構造の内部を真空排気する排気手段と，前記支持構造内部をパージするパージ手段を備えた基板加熱装置のパージ方法において，前記排気手段により前記支持構造内部を真空排気した後に，前記パージ手段により前記支持構造内部をパージすることを特徴とする，基板加熱装置のパージ方法が提供される。
【００２３】
かかる構成によれば，支持構造の内部を真空引きすることにより給電手段の酸化原因である酸素や水分などを効果的に除去することができるとともに，例えば不活性ガスパージにより，給電手段の酸化を防止することが可能であるとともに，放電を防止することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下，添付図面を参照しながら，本発明にかかる基板加熱装置およびそのパージ方法の好適な実施形態について説明する。なお，以下の説明および添付図面において，略同一の機能構成を有する要素については，同一の符号をすることにより重複説明を省略することにする。
【００２５】
(第１の実施の形態)
図１は，本発明の実施の一形態にかかる基板加熱装置を適用可能な成膜装置１００の概略構成を示す断面図である。この成膜装置１００は，気密に構成された略円筒状の処理容器１０２を有している。処理容器１０２内には，被処理体である基板（半導体ウェハ）Ｗを水平に支持するための載置台１０４が配置されている。載置台１０４は，円筒状に構成された支持構造２００により支持されている。支持構造２００は，本実施の形態にかかる基板加熱装置の一部をなすものであるが，その詳細な構成については，後述する。載置台１０４の外縁部には，半導体ウェハＷをガイドするためのガイドリング１０６が設けられている。
【００２６】
載置台１０４には，本実施の形態にかかる基板加熱装置の一部をなす加熱手段としてのヒータ１０８が埋め込まれている。このヒータ１０８は，Ｗ，Ｍｏ等の抵抗線材からなり，支持構造２００に組み込まれた給電手段としての電力線１１０を介して電源１１２から給電されることにより発熱し，半導体ウェハＷを所定の温度に加熱する。
【００２７】
載置台１０４には，さらにセンサ手段として熱電対１１４が取り付けられており，適宜温度が測定されている。電源１１２には制御器１１６が接続されており，熱電対１１４の測定結果に応じて，ヒータ１０８に対する出力を制御することが可能である。
【００２８】
処理容器１０２の天壁１０２ａには，処理容器１０２内に成膜ガスを導入するためのガス導入機構１１８が形成されている。このガス導入機構１１８は，いわゆるシャワーヘッドとも称されるものであり，載置台１０４に載置された半導体ウェハＷの処理面に対向する面には，多数のガス吐出孔１１８ａが開口している。なお，図中１１８ｂは，整流板であり，ガス導入孔１１８ｃからガス導入機構１１８内に導入されるガス流を整流し，ガス吐出孔１１８ａから均等に処理容器１０２内に噴出させるように機能するものである。
【００２９】
ガス導入孔１１８ｃには，成膜ガス供給系１２０が接続されている。成膜ガスは，ガス源１２０ａからマスフローコントローラ１２０ｂや不図示のバルブにより流量制御されて，処理容器１０２内に導入される。成膜ガスは，プロセスに応じてさまざまなものを採用することが可能であることはもちろんである。例えば，Ｔｉ膜やＴｉＮ膜などの金属配線層を形成するプロセスを例に挙げればＮ２ガス，ＮＨ３ガス，Ｈ２ガス，Ａｒガス，ＴｉＣｌ４ガスなどを用いることができるため，それぞれのガス種に対応する成膜ガス供給系が準備される。
【００３０】
処理容器１０２の天壁１０２ａには，マッチング回路１２２を介して高周波電源１２４が接続されている。処理時には，この高周波電源１２４から天壁１０２ａに高周波電力が印加され，この高周波電力により，処理容器１０２内に導入された成膜ガスがプラズマ化され，載置台１０４に載置された基板Ｗに成膜が行われる。なお，処理容器１０２の天壁１０２ａと側壁１０２ｂとの間は，絶縁部材１２６により電気的に絶縁されている。
【００３１】
処理容器１０２の底部１０２ｃには，排気ポート１２８が形成されており，この排気ポート１２８には，処理容器１０２内を排気するための排気系１３０が接続されている。排気系１３０の詳細な構成については，図４に関連して後述する。
【００３２】
次に，図１，図２および図３を参照しながら，第１の実施の形態にかかる基板加熱装置の載置台１０４の支持構造２００について詳細に説明する。なお，図２は，図１に示す基板加熱装置の支持構造２００の接合部を拡大して示す拡大断面図であり，図３は，図１に示す基板加熱装置の支持構造２００の下端構造を拡大して示す拡大断面図である。
【００３３】
支持構造２００は，載置台１０４を支持する略円筒状の支持部２０２と，支持部２０２の下方部を囲むように配されて支持部２０２と処理容器１０２ｃとを封止する封止部２０４と，支持部２０２と封止部２０４とを気密に接合する接合部２０６とを備えている。さらに，支持部２０２は断熱材２０８により支持されている。そして，支持構造２００の封止部２０４や断熱材２０８などを含む下方部分は，処理容器１０２の下方に形成された略円筒形状の支持構造収納部１０２ｄに収容されて，処理容器１０２の容積を縮小するように構成されている。
【００３４】
支持部２０２は，プラズマ耐性に優れたＡｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ＳｉＣやグラファイトなどのセラミック材料から構成することができる。図１〜３に示す実施態様においては，封止部２０４は，アルミ，ニッケル，ハステロイなどから成る伸縮自在なベローズ２０４ａと，ベローズ２０４ａを下方から支持する下部フランジ２０４ｂと，ベローズ２０４ａを上方から支持する上部フランジ２０４ｃとから構成されている。下部フランジ２０４ｂと上部フランジ２０４ｃとは，ベローズ２０４ａと同材質から構成されており，ベローズ２０４ａに対して溶接部２０４ｄ，２０４ｅを介して溶接されている。また，封止部２０４と支持部２０２との間には，矢印で示すように，ベローズなどからメタルコンタミが発生するため，上部フランジ２０４ｃの上部には，アルミナ，ＡｌＮなどから成るメタルコンタミカバー２０７が被せられて，チャンバ内へのメタルコンタミの漏出が防止される。また，断熱材２０８は，アルミナや石英やセラミックなどの材料から構成されている。
【００３５】
このように，第１の実施の形態にかかる支持構造２００においては，支持部２０２は，機能的に載置台１０４を支持するものなので，ある程度の剛性を有する材料から構成されている。これに対して，処理容器１０２と支持部２０２とを封止する封止部２０４は，熱応力に応じて変形可能なような構造，例えば図示の例では，ベローズ構造として構成されている。断熱材２０８については，支持部２０２と同様に，封止部２０４が熱応力に応じて変形した場合であっても，支持構造２００の長さを一定に保持できるような剛性を有していることが好ましい。
【００３６】
なお，支持構造２００の支持部２０２と処理容器１０２との間に断熱材２０８を介装することにより，支持部２０２と処理容器１０２aの底部１０２ｃとを熱的フロー状態に置くことができるので，熱の逃げを効果的に防止して，載置台１０４の均熱性を確保することが可能となる。また，熱の逃げを防止できることから，投入電力も軽減することが可能となる。
【００３７】
ここで，支持部２０２と封止部２０４とは，別の材料から構成されているので，支持部２０２と封止部２０４とを気密に接合する接合部２０６としては，１００℃以上，特に１７０℃以上の耐熱性を有するメタルとセラミックスとの熱拡散接合ロー付などの封止手段を採用することができる。なお，あまり耐熱性を要求されない用途であれば，接合部２０６としてＯリングなどの封止手段を採用することも可能であることはいうまでもない。Oリング材としては，耐熱性，耐プラズマ性，耐腐食性のある，フッ素系のカルレツ，バイトンなどが用いられる。
【００３８】
また，上部フランジ２０４ｃは，支持構造収納部１０２ｄの上部に対して，Oリング２１０などの封止部材を介して気密に封止されている。同様に，断熱材２０８は処理容器１０２の支持構造収納部１０２ｄの低部に対して，Ｏリングなど封止手段２１２により気密に封止されている。また，処理容器１０２の下部にはペルチェ２１４が介装されており，熱対策が施されている。
【００３９】
以上説明したように，本実施の形態にかかる基板加熱装置の支持構造２００は，主として載置台１０４を支持する機能を有する支持部２０２と，主として処理容器１０２a，の底部１０２ｃと支持構造２００との間を封止するとともに熱応力変化を吸収する機能を有する封止部２０４とを，それぞれ別の材料から成る別体として構成している。
【００４０】
かかる構成によれば，上部では７００℃程度の耐熱性が要求される支持部２０２と，処理容器１０２aの底部１０２ｃとの接合部では１５０℃程度の耐熱性が要求される封止部２０４の，材料および寸法を適宜選択し，載置台１０４の支持構造の２００の上部と下部との間の熱勾配を小さくすることにより，載置台１０４の支持構造２００の長さを短くすることが可能となる。
【００４１】
載置台１０４の支持構造２００の長さを短くできれば，成膜装置１００自体の容積も小さくすることが可能となる。特に，本実施の形態にかかる基板加熱装置のように，支持部２０２と封止部２０４とを２重構造に構成すれば，支持構造２００自体の長さをさらに一層短くすることが可能となる。
【００４２】
なお，本実施の形態にかかる基板加熱装置の支持構造２００においては，内側に支持部２０２を配設し，その支持部２０２の外方を囲むように封止部２０４を配設する構成を採用しているが，処理容器１０２の構造によっては，封止部２０４を内側に配して，封止部２０４の外方を支持部２０２が囲むような構成を採用することが可能であることは言うまでもない。
【００４３】
次に図４を参照しながら，本実施の形態にかかる基板加熱装置の排気系１３０とパージガスの排気系１５０および供給系１４０の構成について説明する。
【００４４】
なお，図４に示す成膜装置の断面図は，ほぼ図１に示す成膜装置の断面図に相当するものであるが，まず，処理容器１０２の排気系について説明すると，排気ポート１２８は，開閉バルブ１３２および圧力制御バルブ（AＰＣ）１３４を介して排気ポンプ１３６に接続されている。処理容器１０２内を排気する場合には，排気管１３１に配置される開閉バルブ１３２を開放することにより，圧力制御バルブ１３４をフルオープンにして排気ポンプ１３６を駆動することにより，処理容器１０２内を排気する。
【００４５】
本実施の形態にかかる基板加熱装置においては，載置台１０４を支持する支持構造２００の内部２２０は気密に封止されており，周囲の大気雰囲気から遮断されている。ただし，支持構造２００の内部２２０には，パージガスの排気系１５０および供給系１４０が連通している。パージガス排気系１５０は，処理容器１０２の排気系１５０に接続されている。
【００４６】
支持構造２００には，不活性ガスのようなパージガスをその内部２２０に導入するためにパージガス導入孔１４２が形成されている。このパージガス導入孔１４２は，パージガス導入管とそこに配置された開閉バルブ１４４を介してパージガス源１４６に接続されており，窒素，Ａｒなどの不活性ガスを支持構造２００の内部２２０に導入することが可能なように構成されている。
【００４７】
さらに，支持構造２００には，その内部２２０を真空引きするための排気系１５０に連通する排気ポート１５２が形成されている。排気系１５０は，開閉バルブ１５４を介して，処理容器１０２内の排気系１３０に介装される圧力制御バルブ１３４に接続されている。また，排気系１５０は，開閉バルブ１５４の上流側において分岐して，開閉バルブ１５６およびチェック弁１５８を介して，酸排気系に連通している。
【００４８】
すでに説明したように，支持構造２００の内部２２０には，載置台１０４のヒータ１０８に電力を供給するための電力線１１０や，熱電対１１４などのセンサ手段が配設されている。この点，従来の装置のように，支持構造２００の内部が大気に連通している場合には，電力線１１０や熱電対１１４の信号線などが大気中に含まれる酸素や水分のために酸化するおそれがあった。また，支持構造２００のセラミック製の支持部２０２が破損した場合には，破損箇所からプロセスガスが大気中に漏出するおそれがあった。
【００４９】
しかしながら，本実施の形態にかかる基板加熱装置においては，支持構造２００の内部２２０は，支持構造２００の処理容器１０２に対する真空封止とは別の系として，気密に封止されている。そのため，電力線１１０や熱電対１１４の信号線などの酸化原因である水分や酸素を排気することができる。また，支持構造２００のセラミックス製の支持部２０２が破損したような場合であっても，処理容器１０２内のプロセスガスが大気中に漏出してしまうような不測の事態を回避することができる。
【００５０】
また，支持構造２００の内部２２０には，不活性ガスが充填されているので，電力線１１０や熱電対１１４の信号線などの酸化を防止することができるとともに，支持構造２００の内部２２０は陽圧に維持されているので，放電現象なども効果的に防止することができる。
【００５１】
次に，支持構造２００の内部２２０をパージする方法について説明する。
【００５２】
まず，支持構造２００のパージ系１４０の開閉バルブ１４４を閉止するとともに，支持構造２００の内部２２０は排気系１５０の開閉バルブ１５６を閉止し，開閉バルブ１５４を開放し，排気ポンプ１３６により，支持構造２００の内部２２０に存在する大気（酸素や水分など）を極力除去する。
【００５３】
支持構造２００の内部２２０の真空排気が完了すると，排気系１５０の開閉バルブ１５４を閉止し，開閉バルブ１５６を開放する。そして，パージ系１４０の開閉バルブ１４４を開放することにより，不活性ガス源１４６から窒素またはアルゴンなどの不活性ガスが支持構造２００の内部２２０に導入される。余分な不活性ガスは，排気系１５０のチェック弁１５８を介して酸排気系に送られ，排出される。支持構造２００の内部２２０のパージが所定時間終了した後に，排気系１５０の開閉バルブ１５６および供給系１４０の開閉バルブ１４４をそれぞれ閉止することにより，支持構造２００の内部２２０に不活性ガスが充填され，電力線１１０や熱電対１１４の信号線などの酸化を防止することができるとともに，放電現象なども効果的に防止することができる。上記は，支持構造２００a内部２２０にパージガスを封入した実施形態であるが，支持構造２００a内部２２０を真空状態に維持するような構造を採用してもよい。
【００５４】
次に，上記のように構成された成膜装置の動作について簡単に説明する。上記のように構成された成膜装置においてＴｉ膜を生成するプロセスを例に挙げると，まず，処理容器１０２内に半導体ウェハＷを導入し，ヒータ１０８により半導体ウェハＷを２００〜７００度程度に加熱しながら，処理容器１０２内を高真空状態，例えば０．１〜１０Ｔｏｒｒ程度に真空引きする。次いで，処理容器１０２内に所定の成膜ガス，例えばＨ２ガスと，Ａｒガス，ＴｉＣｌ４ガスなどを個別に所定の流量導入し，プラズマ化することにより，半導体ウェハＷに対する成膜処理を所定時間行う。成膜処理終了後，半導体ウェハＷは，処理容器１０２から搬出される。
【００５５】
なお，プロセス時に，本実施の形態にかかる成膜装置においては，載置台１０４付近の温度は７００℃に達し，載置台１０４の支持構造の２００の封止部２０４付近の温度は少なくとも１００℃以上，好ましくは１７０℃以上程度にする必要がある。これは，成膜ガスが１７０℃以下であると，反応副生成物（ＮＨ４Ｃｌ）が付着したり，液化してしまうためである。本実施の形態によれば，載置台１０４の支持構造２００自体の長さを十分に長く取らずに，最低限の長さでも，上記のような温度差を実現することができる。また，載置台１０４強度を支持構造２００から逃げない様に維持することが可能であり，載置台１０４の均熱性を良好に制御することができる。
【００５６】
例えば，従来の成膜装置では，上記温度条件を確保するために，支持部の長さを約２７０ｍｍ確保する必要があった。しかし，本願の場合には，２７０ｍｍ以下でも確保可能であり，好ましくは２００ｍｍ以下である。例えば封止材として３００℃程度の耐熱性を有するアルミニウムを使用した場合には，支持部の長さを約１５０ｍｍ程度確保すれば十分である。また封止材として約４００〜５００℃程度の耐熱性を有するニッケルやハステロイを使用した場合には，支持部の長さを約１００ｍｍ程度確保すれば十分である。
【００５７】
また，載置台１０４のヒータ１０８への給電手段１１０が配置されている支持構造２００の内部も真空排気されるとともに不活性ガスによりパージされているので，給電手段１１０が酸化されにくく，したがって，ヒータ１０８の制御も精度良く維持することができる。
【００５８】
なお，本実施の形態にかかる基板加熱装置は，処理容器１０２内において加熱手段１０８を備えた載置台１０４に載置された基板Ｗを加熱するために関連する機構を総称するものであり，本実施の形態においては，その概念に，特に載置台１０４の支持構造を含めている。しかし，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，本実施の形態にかかる基板加熱装置を適用可能な処理装置，例えば成膜装置などの半導体製造装置の構成に応じて，さまざまな構成を採用し得ることは言うまでも無い。
【００５９】
（第２の実施の形態）
次に，図５を参照しながら，本発明に係る基板加熱装置の第２の実施形態について説明する。ただし，図１〜図４に関連して説明した基板加熱装置の要素とほぼ同様の機能構成を有する要素については，同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００６０】
図１に示す基板加熱装置と図５に示す基板加熱装置との差異は，支持構造２００，１２００にある。図１に示す基板加熱装置においては，支持構造２００の封止部２０４は，支持部２０２の外方を囲むように外側に配置されている。これに対して，図５に示す基板加熱装置においては，支持構造１２００の封止部１２０４は，支持部１２００の下方に配置されており，Ｏリングなどの封止手段１２１０により処理容器１０２に対して封止されている。
【００６１】
また，図５に示す成膜装置の処理容器は，通常のバレル型のものであるが，もちろん，図１に示す成膜装置と同様に，処理容器の底部にバケット部を形成し，そこに基板加熱装置を設置する構成を採用しても構わない。
【００６２】
そして，断熱材１２０８は，支持構造１２００の下方であって，封止部１２０４の外側に配置される構成を採用している。断熱材１２０８は，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ等のセラミックで断熱効果を有するものが好ましい。また，支持部１２０２と封止部１２０４とを気密に接合する接合部１２０６は，図示のように，支持部１２０２の内側において，封止部１２０４と接合するように構成されている。封止部１２０４は，熱伝導率の悪いもの，例えばＳＵＳ，ハステロイ，Ｎｉ合金，あるいはＮｉ等のメタルシールまたはベローズ管から作成される。
【００６３】
このように，図１に示す基板加熱装置の支持構造２００と図５に示す基板加熱装置の支持構造１２００は，各要素の配置構成が異なるが，各要素の機能構成はほぼ同様なので，その詳細説明は省略する。
【００６４】
なお，図５に示す成膜装置では，載置台１１０４として，セラミックヒータが内蔵された構成を採用している。セラミックヒータを内蔵する構成の場合には，セラミック製の載置台１１０４と，その支持構造１２００のセラミック製の支持部１２０２を一体構造とすることが可能である。しかし，かかる構成を採用した場合であっても，支持構造１２００の支持部１２０２と封止部１２０４とは別体に構成し，本発明にかかる基板加熱装置を適用できることは言うまでもない。
【００６５】
（第３の実施の形態）
次に，図６を参照しながら，本発明に係る基板加熱装置の第３の実施形態について説明する。ただし，図１〜図４に関連して説明した基板加熱装置の要素とほぼ同様の機能構成を有する要素については，同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００６６】
図６に示す成膜装置は，図１および図５に示す成膜装置に比較して，より簡便な構成となっている。例えば，載置台２１０４の温度が比較的高くないような場合には，支持構造２２００の下部側の封止部付近の温度が高くならないため，載置台２１０４を支持する支持部２２０２と，この支持部２２０２と処理容器１０２とをＯリングなどの耐熱性があまり高くない封止手段により直接封止できる。そして，封止部２２０４を介して，支持部２２０２と処理容器１０２とを熱的にフロー状態に置く断熱材２２０８とから構成することができる。
【００６７】
本構成は，例えば，あまり高温の加熱処理ではなく，したがって，基板支持構造の封止部にあまり高い耐熱性が要求されないような場合に，好適に適用することが可能である。
【００６８】
（第４の実施の形態）
次に，図７を参照しながら，本発明に係る基板加熱装置の第４の実施形態について説明する。ただし，図１〜図６に関連して説明した基板加熱装置の要素とほぼ同様の機能構成を有する要素については，同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００６９】
図１に示す基板加熱装置と図７に示す基板加熱装置との差異は，支持構造２００，３２００にある。図１に示す基板加熱装置においては，支持構造２００の封止部２０４は，支持部２０２の外方を囲むように外側に配置され，支持部２０２と封止部２０４とを気密に接合する接合部２０６により処理容器１０２に対し支持部２０２内部は封止されている。
【００７０】
これに対して，図７に示す基板加熱装置においては，支持構造３２００の支持部３２０２は，下部を例えばアルミニウムで形成された固定具（クランプ）３３０２により覆われ，ネジ３３０４により処理容器１０２の下部外壁に固定されて支えられている。支持部３２０２と処理容器１０２との接触部３３０６は，気密に封止されておらず，面接触となっている。
【００７１】
支持構造３２００の下部には，２枚の絶縁材３３０８，３３１０が備えられ，それらを囲み，処理容器１０２下部の開口部をシールする気密板３３００が設けられている。図示の例では，気密板３３００は上部が開口した円柱形状であるが，平板状でもよい。
【００７２】
気密板３３００と処理容器１０２との接合部には，Ｏリング等の封止部材３２１０が備えられ，これにより処理容器１０２内部および支持部３２０２内部を大気雰囲気より気密に封止している。気密板３３００下部は，電力線１１０および熱電対１１４を，気密を保持しながら外部に引き出せるように構成されている。また，排気口３１５２が設けられ，排気系（図示せず）に接続されて，支持部３２０２内部を排気し，所望の真空度に保てるようになっている。
【００７３】
上記のように，支持部３２０２内部を真空に保つことで，電力線１１０，熱電対１１４等の酸化を防ぐことができ，載置台１０４の温度を継続的に正確に制御することが可能となる。また，熱移動を少なくすることが可能で，支持部３２０２の長さを短くすることができ，装置の加熱手段に要求される熱容量を小さくすることが可能となる。さらに，封止部材３２１０を処理容器１０２外部に設けたので，載置台１０４からの熱の移動を受けないため，処理容器１０２内部に設ける場合に比べて耐熱温度の低い部材を用いることができ，例えばＯリング等を用いることが可能となる。載置台１０４の温度が例えば３００℃以上になるような場合は，熱電対１１４に代えて放射温度計を用いるようにしてもよく，また，熱電対と放射温度計との併用で，より温度制御が正確にできる。
【００７４】
なお，図７に示す成膜装置の処理容器は，図１に示す成膜装置と同様に，処理容器の底部にバケット部を形成したものであるが，図５のように，通常のバレル型の構成を採用しても構わない。
【００７５】
（第５の実施の形態）
次に，図８を参照しながら，本発明に係る基板加熱装置の第５の実施形態について説明する。ただし，図１〜図７に関連して説明した基板加熱装置の要素とほぼ同様の機能構成を有する要素については，同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００７６】
図７に示す基板加熱装置と図８に示す基板加熱装置との差異は，支持構造３２００，４２００にある。図７に示す基板加熱装置においては，支持構造３２００の支持部３２０２は，下部を固定具３３０２により覆われ，ネジ３３０４により処理容器１０２の下部外壁に固定されている。支持部３２０２と処理容器１０２との接触部３３０６は，気密に封止されておらず，面接触となっている。
【００７７】
これに対して，図８に示した基板加熱装置では，支持部４２０２下部を例えばアルミニウムで形成された固定具（クランプ）４３０２で覆い，さらにその下部に，例えばアルミニウムの支持台４３００を設け，その支持台４３００にネジ４３０４で固定具４３０２を固定することで，支持部４２０２を支えている。この支持台４３００を設けることにより，大気側から支持台４３００の固定が可能になり，脱着の際にネジ４３０４を外す必要がないため，載置台１０４，固定具４３０２の脱着が容易にできる効果がある。
【００７８】
また，図７の例では，処理容器１０２下部に絶縁板３３０８が設けられていたが，図８の例にはなく，絶縁板３３０８のみが設けられる構成である。処理容器１０２下部に気密板３３００を設け，排気口３１５２から支持構造４３００内部を排気する構成は，図７の例と実質的に同一である。図示の例では，気密板３３００は上部が開口した円柱形状であるが，平板状でもよい。
【００７９】
気密板３３００と処理容器１０２との接合部には，Ｏリング等の封止部材３２１０が設けられ，これにより処理容器１０２内部および支持部４２０２内部を大気雰囲気より気密に封止している。気密板３３００下部は，電力線１１０および熱電対１１４を，気密を保持しながら外部に引き出せるように構成されている。
【００８０】
処理容器１０２下部側面には，パージガス導入孔４１４２が設けられ，ここから窒素やＡｒなどのパージガスが支持部４２０２内部に導入される。支持部４２０２内部にパージガスを導入する際には，予め排気口３１５２を介して支持部４２０２内部の排気を行い，所定の真空度まで真空引きしておくことが好ましい。
【００８１】
上記のように，支持部４２０２内部を所定の真空度にしてからパージガスを導入することで，電力線１１０，熱電対１１４等の酸化を防ぐことができ，載置台１０４の温度を正確に制御することが可能となる。また，熱移動を少なくすることが可能で，支持部４２０２の長さを短くすることができ，装置の加熱手段に要求される熱容量を小さくすることが可能となる。また，支持部４２０２の長さを短くしても，封止部材３２１０を処理容器１０２外部に設けたので，載置台１０４からの熱伝達を受けないため，処理容器１０２内部に設ける場合に比べて耐熱温度の低い部材を用いることができ，例えばＯリング等を用いることが可能となる。載置台１０４の温度が例えば３００℃以上になるような場合は，熱電対１１４に代えて放射温度計を用いるようにしてもよく，また，熱電対と放射温度計との併用で，より温度制御が正確にできる。
【００８２】
なお，図８に示す成膜装置の処理容器は，図１に示す成膜装置と同様に，処理容器の底部にバケット部を形成したものであるが，図５のように，通常のバレル型の構成を採用しても構わない。
【００８３】
（第６の実施の形態）
次に，図９を参照しながら，本発明に係る基板加熱装置の第６の実施形態について説明する。ただし，図１〜図８に関連して説明した基板加熱装置の要素とほぼ同様の機能構成を有する要素については，同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００８４】
図８に示す基板加熱装置と図９に示す基板加熱装置との差異は，支持構造３２００，５２００にある。図８に示す基板加熱装置においては，支持部４２０２はＡｌ２Ｏ３，ＡｌＮ等セラミックにより形成されているが，支持構造５２００では，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ等セラミック製の支持部５２０２の下部に，支持部５２０２とガラス熔融接合等により接合された断熱材５２０８が形成されている。断熱材５２０８は例えばガラス系断熱材，あるいはシリコン含有断熱材等である。
【００８５】
また，図８の例では，支持部４２０２下部を固定具４３０２と，その下部に，例えばアルミニウムの支持台４３００を設け，その支持台４３００にネジ４３０４で固定具４３０２とを固定することで，支持部４２０２を支えている。また，封止部材３２１０は，処理容器１０２外部に設けられている。
【００８６】
これに対し，図９の例では，断熱材５２０８下部を固定具５３０２と，その下部に，例えばアルミニウムの支持台５３００を設け，その支持台５３００にネジ５３０４で固定具５３０２とを固定することで，支持部５２０２および断熱材５２０８を支えている。さらに，断熱材５２０８と支持台５３００との接合部には封止部材５２１０が設けられ，また，処理容器１０２と支持台５３００との接合部には封止部材５２１１が設けられ，これらにより，処理容器１０２内部を大気雰囲気および支持構造５２００内部より封止している。支持台５３００下部には例えばセラミックよりなる絶縁部材５３０８が設けられ，支持構造５３００内部は装置外部と連通しているが，処理容器１０２外部へ載置台１０４からの輻射を遮ることができる。
【００８７】
上記のように，支持構造５２００下部に断熱材５２０８を設けたので，載置台１０４の熱の逃げを効果的に防止して，均熱を確保することができる。また，支持部５２０２および断熱材５２０８の長さを短くすることができ，装置の加熱手段に要求される熱容量を小さくすることが可能となる。さらに，断熱材５２０８を設けたので封止部材として耐熱温度の低い部材を用いることができ，例えばＯリング等を用いることが可能となる。載置台１０４の温度が例えば３００℃以上になるような場合は，熱電対１１４に代えて放射温度計を用いるようにしてもよく，また，熱電対と放射温度計との併用で，より温度制御が正確にできる。
【００８８】
なお，図９に示す成膜装置の処理容器は，図１に示す成膜装置と同様に，処理容器の底部にバケット部を形成したものであるが，図５のように，通常のバレル型の構成を採用しても構わない。
【００８９】
（第７の実施の形態）
次に，図１０，１１，１２を参照しながら，本発明に係る基板加熱装置の第７の実施形態について説明する。ただし，図１〜図８に関連して説明した基板加熱装置の要素とほぼ同様の機能構成を有する要素については，同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００９０】
第１から第６の実施の形態においては，その特徴的な部分は支持構造にあったが，本実施の形態においては，載置台の加熱手段であるヒータの構成に特徴がある。
【００９１】
従来のヒータは，例えばセラミックで形成された略円盤状の載置台内部に埋め込まれ，載置台の中心部と外縁部に，それぞれ電源に接続された電力線との接続部を有し，上面から見ると外縁部から中心方向へ向かう渦巻き状の抵抗発熱体と，中心部から外縁方向に向かう渦巻き状の抵抗発熱体との２つの部分から構成されている。
【００９２】
しかし，このように電力線を直接中心部と外縁部に接続するため，ヒータのパターンの自由度が制限されてしまい，被処理体を均一に加熱するような均熱パターンを実現することが困難であった。
【００９３】
図１０は，本実施の形態にかかる載置台６０４の概略断面図である。図１０に示すように，本実施の形態にかかる基板加熱装置においては，支持部６０２に支持された載置台６０４内部に埋め込まれたヒータを，外側ヒータ６０９と内側ヒータ６１０とから構成し，その下層に共通配線６０８を配置する２層構造にした。
【００９４】
支持部６０２内部に備えられた電力線１１０のうちの１本は，共通配線６０８の１部に接続部６１８で接続され，他は，内側ヒータ６１０と接続部６１６で接続される。外側ヒータ６０９は，外縁部に設けられた接続部６１２で共通配線６０８と接続される。載置台６０４内に埋め込まれた発熱抵抗体である，ヒータ６０９，６１０は，ともにＷ，Ｍｏ等で形成される。
【００９５】
図１１は，共通配線６０８を示す概略平面図，図１２は，外側ヒータ６０９および内側ヒータ６１０を示す概略平面図である。図１１に示すように，共通配線６０８は，図示の例では載置台６０４の下部側に設けられ，略半円盤状であり，中心部には内側ヒータ６１０に接続される電力線１１０の配線部６２０が設けられている。図１２に示すように，内側ヒータ６１０は，同心円状のパターンを形成しており，接続部６１６より電力を供給される。また，外側ヒータ６０９は，内側ヒータ６１０の外周部に配置され，同心円状のパターンを形成しており，接続部６１２より電力を供給される。
【００９６】
上記のように，２層構造の下層に略半円盤状の共通配線６０８を配置したことで，接続部の配置に制約がなくなり，パターンの自由度が広がって，均熱パターンを実現することが可能となるので，被処理体の処理を均一に行うことができる。
【００９７】
なお，本実施の形態にかかる載置台６０４は，上記第１から第６の実施の形態にかかる支持構造２００，１２００，２２００，３２００，４２００，５２００とのいずれとも組み合わせて使用することが可能である。
【００９８】
（第８の実施の形態）
次に，図１３，１４を参照しながら，本発明に係る基板加熱装置の第８の実施形態について説明する。ただし，図１〜図１２に関連して説明した基板加熱装置の要素とほぼ同様の機能構成を有する要素については，同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００９９】
第１から第６の実施の形態においては，その特徴的な部分は支持構造にあったが，本実施の形態においては，第７の実施の形態と同様，載置台の加熱手段であるヒータの構成に特徴がある。
【０１００】
本実施の形態にかかる基板加熱装置においては，第７の実施の形態にかかる載置台６０４に代えて用いることができる載置台７０４内部に埋め込まれたヒータを，外側ヒータ７０９と内側ヒータ７１０とから構成し，その下層に共通配線７０８を配置する２層構造にした。図１３は，共通配線７０８を示す概略平面図，図１４は，外側ヒータ７０９と内側ヒータ７１０を示す概略平面図である。
【０１０１】
本実施の形態では，支持部６０２内部に備えられた電力線１１０のうちの１本は，共通配線７０８の１部に接続部７１８で接続され，他は，共通配線７０８中央部の配線部７２０を経て，外側ヒータ７０９および内側ヒータ７１０と接続部７１６でそれぞれ接続される。さらに，外側ヒータ７０９は，外周部に設けられた接続部７１２で，内側ヒータ７１０は，中周部に設けられた接続部７１２で共通配線７０８と接続される。載置台７０４内に埋め込まれた発熱抵抗体である，ヒータ７０９，７１０は，ともにＷ，Ｍｏ等で形成される。
【０１０２】
図１３に示すように，共通配線７０８は，第７の実施の形態にかかる共通配線６０８と同様に載置台７０４の下部側に設けられ，略円盤状であり，中心部には外側ヒータ７０９，内側ヒータ７１０に接続される電力線１１０の配線部７２０が設けられている。図１４に示すように，内側ヒータ７１０は，中心部が直線状で，他は同心円状のパターンを形成しており，接続部７１２，７１６より電力を供給される。また，外側ヒータ７０９は，中心部から外周部に向かう直線状部分を有する同心円形状のヒータで，内側ヒータ７１０の外周部に配置され，接続部７１２，７１６より電力を供給される。
【０１０３】
上記のように，２層構造の下層に略円盤状の共通配線７０８を配置したことで，接続部の配置に制約がなく，パターンの自由度が広がり，均熱パターンを実現することが可能となるので，被処理体の処理を均一に行うことができる。
【０１０４】
なお，本実施の形態にかかる載置台７０４は，上記第１から第６の実施の形態にかかる支持構造２００，１２００，２２００，３２００，４２００，５２００とのいずれとも組み合わせて使用することが可能である。
【０１０５】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる基板加熱装置を成膜装置に適用した例について具体的に説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内おいて各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０６】
例えば，実施の形態においては基板加熱装置を成膜装置に適用した例に即して本発明の説明を行ったが，本発明はかかる例に限定されない。本発明にかかる基板加熱装置は，処理容器内において加熱手段を備えた載置台に載置された基板を加熱する機構を採用するさまざまな用途に適用することが可能であることはいうまでもない。
【０１０７】
また，上記実施の形態では，被処理基板として半導体ウェハを用いた場合について説明したが，本発明はかかる例に限定されず，ＬＣＤ基板などの他のものであってもよく，また基板上に他の層を形成した構造を採用したものに適用することも可能である。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明にかかる基板加熱装置においては，載置台の支持構造を，機能的に分割し，それぞれ別の材料から最適に構成している。すなわち，本発明にかかる載置台の支持構造は，第１材料から成り載置台を支持する機能を有する支持部と，第１材料と熱伝導率の異なる第２材料から成り支持部と処理容器とを封止する機能を有する封止部と，支持部と封止部とを気密に接合する接合部とから構成している。
【０１０９】
かかる構成によれば，異なる熱伝導率を有する第１材料と第２材料とを適宜選択することにより，載置台の支持構造の上部と下部との間の熱勾配を小さくすることが可能となり，その結果，載置台の支持構造の上部と下部において温度差が大きい場合であっても，載置台の支持構造の長さを短くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる基板加熱装置を成膜装置に適用した好適な実施形態の概略的な断面図である。
【図２】図１に示す基板加熱装置の部分を拡大した拡大断面図である。
【図３】図１に示す基板加熱装置の部分を拡大した拡大断面図である。
【図４】図１に示す成膜装置の排気系およびパージ系を特徴的に示す概略的な断面図である。
【図５】本発明にかかる基板加熱装置を成膜装置に適用した第２の実施形態の概略的な断面図である。
【図６】本発明にかかる基板加熱装置を成膜装置に適用した第３の実施形態の概略的な断面図である。
【図７】本発明にかかる基板加熱装置を成膜装置に適用した第４の実施形態の概略的な断面図である。
【図８】本発明にかかる基板加熱装置を成膜装置に適用した第５の実施形態の概略的な断面図である。
【図９】本発明にかかる基板加熱装置を成膜装置に適用した第６の実施形態の概略的な断面図である。
【図１０】第７の実施の形態にかかる載置台の概略断面図である。
【図１１】共通配線６０８の概略平面図である。
【図１２】外側ヒータ６０９および内側ヒータ６１０の概略平面図である。
【図１３】共通配線７０８の概略平面図である。
【図１４】外側ヒータ７０９および内側ヒータ７１０の概略平面図である。
【符号の説明】
１００ 成膜装置
１０２ 処理容器
１０２ａ 天壁
１０２ｂ 側壁
１０２ｃ 底壁
１０２ｄ 支持構造収納部
１０２ｅ 底壁
１０４ 載置台
１０６ ガイドリング
１０８ 加熱手段（ヒータ）
１１０ 給電手段（電力線）
１１２ 電源
１１４ センサ手段（熱電対）
１１６ 制御器
１１８ ガス導入機構（シャワーヘッド）
１１８ａ ガス吐出孔
１１８ｂ 整流板
１１８ｃ ガス導入孔
１２０ 成膜ガス供給系
１２０ａ ガス源
１２０ｂ マスフローコントローラ
１２２ マッチング回路
１２４ 高周波電源
１２６ 絶縁部材
１２８ 排気ポート
１３０ 排気系
１４０ パージ系
２００ 支持構造
２０２ 支持部
２０４ 封止部
２０４a ベローズ
２０４ｂ 下部フランジ
２０４ｃ 上部フランジ
２０６ 接合部
２０８ 断熱材

Claims (9)

  1. 処理容器内において加熱手段を備えた載置台に載置された基板を加熱する基板加熱装置において，
    前記載置台を支持する支持構造は，
    第１材料から成り，前記載置台を支持する支持部と，
    前記第１材料とは異なる第２材料から成り，前記支持部と前記処理容器とを封止する封止部と，
    前記支持部と前記封止部とを気密に接合する接合部と，
    を備え，
    前記支持部と前記処理容器との間には断熱材が介装され，
    前記封止部は，
    前記基板加熱装置の熱膨張または熱収縮に起因する歪みに応じた熱応力変化が可能であり，
    前記断熱材は，前記封止部の熱応力変化にかかわらず，前記支持部の高さを規定するものであることを特徴とする，基板加熱装置。
  2. 前記接合部は，前記第１材料と前記第２材料とを拡散接合するものであることを特徴とする，請求項１に記載の基板加熱装置。
  3. 前記接合部は，前記第１材料と前記第２材料とをロー付接合するものであることを特徴とする，請求項１に記載の基板加熱装置。
  4. 処理容器内において加熱手段を備えた載置台に載置された基板を加熱する基板加熱装置において，
    前記載置台を支持する支持構造は，
    前記載置台を支持する支持部と，
    前記支持部と前記処理容器との間に介装される断熱材と，
    前記支持部と前記処理容器とを封止する封止部と，
    を備え，
    前記封止部は，Ｏリングであることを特徴とする，基板加熱装置。
  5. 前記支持構造の内部には、前記加熱手段への給電手段が配されているとともに気密に封止されていることを特徴とする、請求項４に記載の基板加熱装置。
  6. 前記支持構造の内部を真空排気する排気手段が設けられていることを特徴とする，請求項４または請求項５のいずれかに記載の基板加熱装置。
  7. 前記支持構造の内部をパージするためのパージ手段が設けられていることを特徴とする，請求項４〜６のいずれかに記載の基板加熱装置。
  8. 前記封止部近傍の温度は、１００〜１８０℃に保持されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載された基板加熱装置。
  9. 処理容器内において加熱手段を備えた載置台と前記載置台を支持する支持構造とを備える基板加熱装置において前記支持構造内をパージして前記載置台に載置された基板を加熱する基板加熱方法であって，前記支持構造は，前記載置台を支持する支持部と，前記支持部と前記処理容器との間に介装される断熱材と，前記支持部と前記処理容器とを封止するＯリングと、前記支持構造の内部を真空排気する排気手段と、前記支持構造の内部をパージするためのパージ手段とを備え，
    前記排気手段により前記支持構造内部を真空排気した後に，前記パージ手段により前記支持構造内部をパージして前記基板を加熱することを特徴とする，基板加熱方法。
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