基板熱処理装置
【課題】 基板を真空中で加熱した場合に、基板ステージでの加熱ムラが少ない基板熱処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】基板が載置される、基板ステージを備えた基板ホルダユニットと、
前記基板ステージの上方に設けられており、当該基板ステージと対向する放熱面を備え、前記基板ステージの上に載置された基板に対して非接触状態で、前記放熱面からの輻射熱で前記基板を加熱する加熱ユニットと、基板ステージの下方に設けられた冷却部と、前記冷却部に固定された基板ステージを支持する支柱と、を有する基板熱処理装置であって、前記支柱が、熱伝導率の異なる複数の部材から構成される。
【解決手段】基板が載置される、基板ステージを備えた基板ホルダユニットと、
前記基板ステージの上方に設けられており、当該基板ステージと対向する放熱面を備え、前記基板ステージの上に載置された基板に対して非接触状態で、前記放熱面からの輻射熱で前記基板を加熱する加熱ユニットと、基板ステージの下方に設けられた冷却部と、前記冷却部に固定された基板ステージを支持する支柱と、を有する基板熱処理装置であって、前記支柱が、熱伝導率の異なる複数の部材から構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板の熱処理などに用いられる基板熱処理装置に関する。更に詳しくは、基板を真空中で均一且つ急速に加熱することが可能な基板熱処理装置及び基板熱処理装置を用いた基板の熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板を加熱する基板熱処理装置としては、基板ステージに載せた基板を基板上部から非接触で加熱する装置が知られている。このような装置として、載置台は支柱により支えられており、載置台の下側には冷却部が設けられているものが知られている。
特許文献１には、ＳｉＣ製の基板ステージを、冷却された真空チャンバにＳｉＣ製支柱で固定することが記載されている。特許文献２には、基板ステージを基板ステージ下方に設けた冷却パネルに支柱で固定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１８０２５３号公報
【特許文献２】国際公開２００９／０３１４５０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、支柱としてＳｉＣのように熱伝導性の良い材料を用いた場合には、基板ステージの熱が支柱から冷却パネルに熱伝導することにより、基板載置台の支柱接続部の温度が低下し、基板載置台での温度ムラが生じることがある。特に、基板を高温に加熱する場合においては、冷却パネルと基板との温度差が大きくなることから、その影響が大きい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、基板を真空中で加熱した場合に、基板ステージでの加熱ムラが少ない基板熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明に係る基板熱処理装置は、基板が載置される、基板ステージを備えた基板ホルダユニットと、
前記基板ステージの上方に設けられており、当該基板ステージと対向する放熱面を備え、前記基板ステージの上に載置された基板に対して非接触状態で、前記放熱面からの輻射熱で前記基板を加熱する加熱ユニットと、
基板ステージの下方に設けられた冷却部と、
前記冷却部に固定された基板ステージを支持する支柱と、を有する基板熱処理装置であって、
前記支柱が、熱伝導率の異なる複数の部材から構成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基板ステージが、冷却部に複数の部材で構成された支柱により支持されているので、基板ステージからの熱伝導による熱の流出が抑えられ、基板を均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一例に係る基板熱処理装置であって、基板の搬入又は搬出時の状態を示す断面模式図である。
【図２】基板の加熱時の状態を示す断面模式図である。
【図３】基板の冷却時の状態を示す断面模式図である。
【図４】図１における基板ホルダユニット周りの拡大断面図である。
【図５】図２における基板ホルダユニット周りの拡大断面図である。
【図６】基板ステージが支柱で固定された状態を示す断面模式図である。
【図７】輻射板と反射板が支柱で固定された状態を示す断面模式図である。
【図８】図６の支柱の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。
【００１０】
図１は、本発明の一例に係る基板熱処理装置である。図１は、基板の搬入又は搬出時の状態を示す断面模式図、図２は、基板の加熱時の状態を示す断面模式図、図３は、基板の冷却時の状態を示す断面模式図である。また、図４は、図１における基板ホルダユニット周りの拡大断面図、図５は、図２における基板ホルダユニット周りの拡大断面図、図６は、基板ステージを固定するネジと支柱の説明図である。図７は、輻射板と反射板を固定するネジと支柱の説明図である。
【００１１】
図１〜図３にそれぞれ示されるように、本例の基板熱処理装置は、基板ホルダユニットＡと、加熱ユニットＢと、シャッタ装置Ｃとを真空チャンバＤ内に設けたものとなっている。
【００１２】
基板ホルダユニットＡは、最上段に基板ステージ１を備えている。加熱ユニットＢは、基板ステージ１の上方に設けられており、基板ステージ１と対向する放熱面２を備えている。基板ホルダユニットＡは、昇降装置Ｅにより昇降可能なもので、基板ステージ１と加熱ユニットＢの放熱面２との近接と離間は、昇降装置Ｅの動作により制御することが可能である。加熱ユニットＢは、基板ホルダユニットＡが図２に示されるように上昇し、基板ステージ１上の基板３と放熱面２が近接された時に、基板３と非接触状態で、放熱面２からの輻射熱で基板３を加熱するものとなっている。
【００１３】
図１の基板ホルダユニットＡは下降位置にあり、図２の基板ホルダユニットＡは上昇位置にある。図１の基板ホルダユニットＡ周りを拡大したのが図４であり、図２の基板ホルダユニットＡ周りを拡大したのが図５である。
【００１４】
図４及び図５に示されるように、基板ホルダユニットＡは、最上部に基板ステージ１、基板ステージの下に４枚の輻射板４、輻射板４の下に２枚の反射板５、そして最下部に冷却パネル６を備えたものとなっている。
【００１５】
基板ステージ１は、基板３を載置するもので、上面中央部に基板３が置かれる基板載置部７となっている。図４に示される基板３は、後述するリフトピン８で持ち上げ支持された状態となっているが、基板ホルダユニットＡの上昇により基板ステージ１がリフトピン８より上方へ移動すると、図５に示されるように基板載置部７上に移し取られて載置されることになる。
【００１６】
基板ステージ１は、輻射率が高く、輻射熱を効率良く吸収し、吸収した熱を効率良く放射することができ、しかも高熱に耐えられる材料で構成されている。具体的にはカーボン又はカーボン被覆材料で構成された板状をなしている。基板ステージ１を構成するカーボンとしては、ガラス状カーボン、グラファイト、熱分解カーボンを挙げることができる。また、カーボン被覆材料としては、セラミックスにこれらのカーボンの１種又は２種以上の被覆を施した材料を挙げることができる。
【００１７】
基板ステージ１は、熱容量を抑えて、冷却時間を短縮するために薄いことが好ましい。基板ステージ１の厚さは、構成材料や次に述べる基板載置部７の窪み量によっても相違するが、強度と冷却時間の短縮を両立させる観点から、２〜７ｍｍであることが好ましい。
【００１８】
基板ステージ１と冷却パネル６との間には、それぞれ間隔をあけて、４枚の輻射板４と、２枚の反射板５とが設けられている。
【００１９】
輻射板４は、基板ステージ１と同様に、カーボン又はカーボン被覆材料で構成された板状をなすもので、基板ステージ１の下側に間隔をあけて配置されている。この輻射板４は、基板ステージ１の下面と対向して設けられており、基板３の加熱時に、基板ステージ１の下面から放射される熱を捕らえ、捕らえた熱を基板ステージ１に対して輻射する。これによって基板ステージ１の熱放射による温度低下を抑制することができるので、急速加熱が行いやすくなる。
【００２０】
基板ステージ１の温度を効率よく高温にするために輻射板４を設けることが好ましい。輻射板４を設置する場合、その枚数は１枚でも、図示される４枚以外の複数枚でもよい。輻射板を複数枚備えていると、比較的薄い輻射板４で、上記のように迅速な温度上昇を得ることができるため好ましい。また、比較的薄い輻射板を用いることができるため、各輻射板４の熱容量を抑えて冷却時間を短縮することができる。輻射板４の厚さは、構成材料や枚数によっても相違するが、加熱時の迅速な温度上昇と冷却時間の短縮を両立させる観点から、１〜３ｍｍであることが好ましい。
【００２１】
輻射板４の下側（輻射板４が１枚の場合の当該輻射板４又は輻射板４が複数枚の場合の最下部の輻射板４の下側）には、それぞれ間隔をあけて、２枚の反射板５が設けられている。反射板５は、モリブテン、タングステンなどの高融点金属で構成されており、少なくとも輻射板４側の（上面）には鏡面仕上げが施されている。反射板５は基板ステージ１、輻射板４から放射される熱を反射するものである。
【００２２】
反射板５を輻射板４の下側に１枚又は複数枚備えていると、更に基板ステージ１、輻射板４からの熱放射による温度低下を抑制しやすくなり、一層急速加熱が行いやすくなる。また、反射板５を設けることにより、反射板５で基板ステージ１、輻射板４の熱放射をさえぎることができるので、チャンバの温度上昇を防ぐことができて好ましい。
【００２３】
上記反射板５を設ける場合、反射板５の下側（反射板５が１枚の場合の当該反射板５又は反射板５が複数枚の場合の最下部の反射板５の下側）に間隔をあけて冷却パネル６を設けることができる。この冷却パネル６は、例えば水冷機構などの冷却手段で冷却されるパネル体で、基板ステージ１、輻射板４及び反射板５の下面に対向して設けることで、基板３の冷却時に、上方に位置するこれらの部材の均一且つ迅速な冷却を促すことができる。
【００２４】
また、後でも述べるように図５に示される基板３の加熱時には、冷却パネル６で冷却すると、基板ホルダユニットＡの温度を一定に制御するができ、輻射加熱による基板ステージの温度の再現性を向上させるのに役立つ。
【００２５】
冷却パネル６は、前記のように、反射板５を設けて、基板３の加熱を阻害しないようにすると共に、冷却パネル６の外壁を、鏡面仕上げを施したステンレス鋼やアルミニウム合金などで構成し、熱吸収を抑制しておくことが好ましい。
【００２６】
また、冷却パネル６は、最下部の反射板５（反射板５が１枚の場合の当該反射板５）の周縁から、冷却パネル６の周囲にスカート部１０を延出させておくことが好ましい。このスカート部１０を設けることにより、冷却パネル６の周側面からの吸熱を抑制し、基板３の加熱に影響を及ぼすことを防止することができる。
【００２７】
次に、本発明に係わる支柱について図６、８を用いて説明する。図６は支柱を冷却部である水冷パネル６に固定した状態を示す断面模式図である。図８は、図６の支柱の拡大図である。
基板ステージ１は、水冷パネル６に、モリブデン（Ｍｏ）製のコマ３０、モリブデン（Ｍｏ）製の第１番目の支柱３１、タンタルカーバイド（ＴａＣ）製の第２番目の支柱３２、熱分解カーボン（ＰＧ）製の第３番目の支柱３３からなる基板ステージ用支柱１１により支持され、熱分解カーボン（ＰＧ）製のネジ３４で固定されている。支柱１１を１本ものにせず、輻射熱の異なる複数部材で構成したので、熱抵抗を大きくし、基板ステージ１から水冷パネル６への熱伝導による熱の流出を押さえることができる。第３番目の支柱３３はその下端が、第2番目の支柱３２の上端と勘合している。第２番目３２の支柱はその下端が、第１番目の支柱３１の上端と勘合している。
第1番目の支柱３１は、その下端が、水冷パネル６に接続したコマ３０と勘合している。
コマ３０は、水冷パネルに支柱３１を接続させるための部材であって、支柱３１の一部であり、
支柱３１と同じ材料が用いられる。
【００２８】
コマ３０と第１番目の支柱３１は、モリブデン（Ｍｏ）製としているが、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）などの高融点金属または、タンタルカーバイド（ＴａＣ）などのカーバイドとすることもできる。また、ヒータからの輻射が防止できれば、ステンレス（ＳＵＳ）とすることもできるが、本実施例では、輻射にさらされても表面からクロム（Ｃｒ）の放出する懸念がなく、加工性、コストの観点から、モリブデン（Ｍｏ）としている。
【００２９】
第２番目の支柱３２は、耐熱性があり、真空雰囲気中でもガス放出が少なく、第３番目の支柱３３より輻射率が低く、熱伝導率が熱分解カーボンよりも低い、タンタルカーバイド（ＴａＣ）を用いている。タンタルカーバイド（ＴａＣ）の他に、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、タングステンカーバイド（ＷＣ）などのカーバイドとすることが望ましい。アルミナセラミックス（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックスを用いると、熱伝導率が小さく、水冷パネル６への熱流出を抑制できるメリットはあるが、加熱・冷却の膨張、収縮により折れてしまうため、望ましくない。
【００３０】
第３番目の支柱３３は、輻射率が高く、上部ヒータから基板ステージと同様に輻射により高温に加熱できる熱分解カーボン（ＰＧ）を用いている。ガス放出が少ない熱分解カーボン（ＰＧ）が望ましいが、このようなネジ加工を行う場合、材料の特性上高さ方向の熱伝導率が大きくなり、熱伝導による熱の流出が懸念される。このため、第２番目の支柱３２、第１番目の支柱３１、コマ３０と組み合わせることで、水冷パネル６への熱伝導による熱の流出を抑制している。本実施例では、熱分解カーボン（ＰＧ）を用いたが、熱分解カーボン被覆のカーボン
、高純度カーボン（例えば、ＰＯＣＯ材など）などを用いても良い。
【００３１】
固定用のネジ３４は、第３番目の支柱３３と同様に、輻射率が高く、上部ヒータから基板ステージと同様に輻射により高温に加熱できる熱分解カーボン（ＰＧ）を用いている。固定ネジ３４は、熱分解カーボン（ＰＧ）の他に、熱分解カーボン被覆のカーボン
、高純度カーボン（例えば、ＰＯＣＯ材など）等の輻射率が高く、耐熱性があり、ネジ加工が容易で、真空雰囲気中でもガス放出の少ない材料を選択することもできる。
固定用のネジ及び、支柱の上部がカーボン又はカーボン被覆材料等の輻射率の高い材料で構成されていることから、固定ネジ及び、支柱上部は、上部ヒータから同時に輻射加熱されることになる。そのため、基板ステージ、最上部の輻射板は、固定部においても、中心部と同等の輻射熱を受けることとなり、固定部の温度低下を防ぎ、基板を均一に加熱することができる。
また、第１番目の支柱３２、第2番目の支柱、第3番目の支柱の材料が、それぞれ線熱膨張係数の差が小さい材料で構成されていることから、熱膨張によって破損することなく、安定して基板を支持することができ、搬送の信頼性を向上させることができる。
なお、上記例では、冷却部に支柱を固定する例として、冷却部を冷却パネルの例で説明したが、真空チャンバ自体が冷却されている場合には、冷却部は真空チャンバの壁面であっても良い。
【００３２】
輻射板４と反射板５は、輻射板４および反射板５を固定するための支柱３５で水冷パネル６から支持されている。
輻射板４は、カーボン複合繊維（ＣＣコンポジット）製を４枚用い、反射板５は、モリブデン（Ｍｏ）製を２枚用い、ボロンナイトライド（ＢＮ）製のスペーサー３６により、３ｍｍの間隔を設けて、水冷パネル６に取り付けられたモリブデン（Ｍｏ）製のコマ３７の上に、支柱３５とネジ４１で固定されている。支柱３５は、基板ステージ１側と同様に、モリブデン（Ｍｏ）製の第１番目の支柱３８、タンタルカーバイド（ＴａＣ）製の第２番目の支柱３９、熱分解カーボン（ＰＧ）製の第３番目の支柱４０から構成されており、熱抵抗を大きくし、輻射板４から水冷パネル６への熱伝導による熱の流出を押さえている。
【００３３】
コマ３７と第１番目の支柱３８は、モリブデン（Ｍｏ）製としているが、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）などの高融点金属または、タンタルカーバイド（ＴａＣ）などのカーバイドとすることもできる。また、ヒータからの輻射が防止できれば、ステンレス（ＳＵＳ）とすることもできるが、本実施例では、輻射にさらされても表面からクロム（Ｃｒ）の放出する懸念がなく、加工性、コストの観点から、モリブデン（Ｍｏ）としている。
【００３４】
第２番目の支柱３９は、耐熱性があり、真空雰囲気中でもガス放出が少なく、第３番目の支柱４０より輻射率が低く、熱伝導率が熱分解カーボンよりも低い、タンタルカーバイド（ＴａＣ）を用いている。タンタルカーバイド（ＴａＣ）の他に、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、タングステンカーバイド（ＷＣ）などのカーバイドとすることが望ましい。アルミナセラミックス（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックスを用いると、熱伝導率が小さく、水冷パネル６への熱流出を抑制できるメリットはあるが、加熱・冷却の膨張、収縮により折れてしまうため、望ましくない。
【００３５】
第３番目の支柱４０は、輻射率が高く、上部基板ステージから輻射により高温に加熱できる熱分解カーボン（ＰＧ）を用いている。ガス放出が少ない熱分解カーボン（ＰＧ）が望ましいが、このようなネジ加工を行う場合、材料の特性上高さ方向の熱伝導率が大きくなり、熱伝導による熱の流出が懸念される。このため、第２番目の支柱３９、第１番目の支柱３８、コマ３７と組み合わせることで、水冷パネル６への熱伝導による熱の流出を抑制している。本実施例では、熱分解カーボン（ＰＧ）を用いたが、熱分解カーボン被覆のカーボン
、高純度カーボン（例えば、ＰＯＣＯ材など）などを用いても良い。
【００３６】
固定用のネジ４１は、第３番目の支柱４０と同様に、輻射率が高く、上部基板ステージから輻射により高温に加熱できる熱分解カーボン（ＰＧ）を用いている。固定ネジ４１は、熱分解カーボン（ＰＧ）の他に、熱分解カーボン被覆のカーボン
、高純度カーボン（例えば、ＰＯＣＯ材など）等の輻射率が高く、耐熱性があり、ネジ加工が容易で、真空雰囲気中でもガス放出の少ない材料を選択することもできる。
【００３７】
本実施例では、基板ステージ１の交換時に、輻射板４、反射板５を取り外すことなく交換できるように、基板ステージ１側の支柱１１と輻射板４と反射板５側の支柱３５を分離したが、兼用とすることもできる。また、冷却パネル６は、昇降装置Ｅ（図１参照）の昇降軸１２の先端部に接続されている（図９参照）。後述するように、昇降装置Ｅは冷却パネル６を昇降軸１２の軸方向に上下に昇降させるもので、冷却パネル６の上下動に伴い、冷却パネル６の上方に構成されている基板ホルダユニットＡが昇降されるものとなっている。
【００３８】
基板ホルダユニットＡには、基板ホルダユニットＡを構成している基板ステージ１、輻射板４、反射板５及び冷却パネル６を貫通するリフトピン用貫通孔１３が複数箇所形成されている。リフトピン用貫通孔１３は、特に基板ステージ１の基板載置部７内を通る位置に形成されている。また、リフトピン用貫通孔１３の位置に対応して、真空チャンバＤの底部に複数本のリフトピン８が立設されている。
【００３９】
図４においては、リフトピン用貫通孔１３を介して、真空チャンバＤの底部に立設された複数本のリフトピン８が基板ステージ１上に突出している。リフトピン８は、基板載置部７上の基板３を先端で持ち上げ支持可能な位置と本数となっており、図４の状態から基板ホルダユニットＡが上昇して基板ステージ１がリフトピン８より上方へ移動すると、基板３は基板載置部７上に移行されることになる。また、基板載置部７上に基板３が載置された状態で基板ホルダユニットＡが下降し、リフトピン８がリフトピン用貫通孔１３を介して基板ステージ１上に突出すると、基板載置部７上の基板３がリフトピン８の先端で持ち上げ支持され、図４の状態となる。
【００４０】
基板ステージ１の基板載置部７の中央部直下には、輻射板４、反射板５及び冷却パネル６を貫通して、測定孔１４が形成されている。この測定孔１４は昇降軸１２の中心に形成された測定孔１５と一連に連なっている。この測定孔１４，１５は、図１に示される温度測定器１６により、石英製の熱赤外線透過窓を介して基板ステージ１からの放射熱を測定するためのものである。温度測定器としては、放射温度計を用いることができる。
【００４１】
加熱ユニットＢは、放熱面２と、この放熱面２を加熱するためのヒータ２８を備えたもので、ヒータとしては、電子衝撃加熱方式のヒータ、高周波誘導加熱方式のヒータ、抵抗加熱方式のヒータなどを用いることができる。放熱面２は、耐熱性黒色表面で、例えばガラス状カーボン、熱分解カーボン、アモルファスカーボンなどのカーボンコーティングにより得ることができる。放熱面２をこのようなカーボンコーティング面とすると、真空中での脱ガスとパーティクルの発生も抑えることができる。
【００４２】
シャッタ装置Ｃは、図１〜図３に示されるように、基板ホルダユニットＡが降下し、基板ステージ１と加熱ユニットＢの放熱面２とが離間された時に、シャッタ１７を基板ステージ１と放熱面２の間に進退させることができるものとなっている。シャッタ装置Ｃは、シャッタ１７を進退させるためのシャッタ駆動装置１８を備えている。
【００４３】
シャッタ１７は、熱隔壁として機能する。シャッタ１７は、図１及び図３に示されるように、基板ホルダユニットＡが下降し、基板ステージ１と放熱面２とが離間されている時に、基板ステージ１と放熱面２との間に進出し、放熱面２から基板ステージ１側へ熱が照射されるのを遮る。また、基板ホルダユニットＡの上昇時には、シャッタ駆動装置１８で回転移動され、基板ステージ１と放熱面２との間から図２に示される位置（図１では破線で示す）へ後退される。シャッタ１７は、基板ホルダユニットＡが上昇した後、再びシャッタ１７が邪魔にならない位置まで下降するまでの間、後退位置に維持される。
【００４４】
シャッタ装置Ｃは、シャッタ１７の進出時に、基板ステージ１及び基板ステージ１上の基板３の冷却を促進できるよう、例えば水冷機構など、シャッタ１７の冷却手段を有していることが好ましい。冷却手段で冷却する場合、シャッタ１７は、ステンレス鋼やアルミニウム合金で構成することができる。また、進出時に加熱ユニットＢの放熱面２と対向する側の面（上面）は、鏡面仕上げを施した反射面とし、放熱面２からの熱を遮断しやすくしておくことが好ましい。進出時に基板ホルダユニットＡの基板ステージ１と対向する側の面（下面）は、耐熱性黒色表面である吸熱面とし、基板ステージ１及び基板ステージ１上の基板３の冷却を迅速に行えるようにしておくことが好ましい。吸熱面は、黒色アルマイトなどの黒色材料で壁面を構成する他、ガラス状カーボン、熱分解カーボン、アモルファスカーボンなどのカーボンコーティングによっても得ることができる。
【００４５】
シャッタ１７で積極的に基板ステージ１及び基板ステージ１上の基板３を冷却する場合、基板ホルダユニットＡの降下位置を２段階に設定しておくことが好ましい。つまり、基板ステージ１及び基板３がシャッタ１７の下面と近接する冷却位置と、基板ステージ１及び基板３とシャッタ１７の下面との間に、基板３を出し入れするのに十分な間隔が得られる搬入出位置の二段階とすることが好ましい。冷却位置は、図３に示される基板ホルダユニットＡの位置である。また、搬入出位置は、図１に示される基板ホルダユニットＡの位置である。
【００４６】
シャッタ１７の冷却手段は、基板３の加熱温度領域によっては省略することもできる。この場合、シャッタ１７はモリブテン、タングステンなどの高融点金属で構成することが好ましい。また、冷却手段を設けない場合でも、放熱面２からの熱の遮断と、基板ステージ１及び基板ステージ１上の基板３の冷却促進とを図るために、放熱面３との対向面は反射面とし、基板ステージ１との対向面は吸熱面としておくことが好ましい。
【００４７】
真空チャンバＤは、アルミニウム合金などで構成された筐体で、壁内に水冷機構の水冷用流路１９が設けられている。また、基板３の搬入、搬出時に開閉されるスリットバルブ２０と、内部を真空雰囲気に排気するために排気系に接続される排気口２１を備えている。水冷用流路１９に冷却水を流すことにより、真空チャンバＤの筐体の温度が過度に上昇するのを防ぐことができる。
【００４８】
真空チャンバＤは、下側の第一室２２と、第一室２２の上方に連なった第二室２３を備えている。加熱ユニットＢは、上方に位置する第二室２３に放熱面２を下に向けて設けられている。基板ホルダユニットＡは、第一室２２と第二室２３間を昇降可能なもので、上昇時に、図２に示されるように、第一室２２と第二室２３間を冷却パネル６部分で塞いだ状態で、基板ステージ１と加熱ユニットＢの放熱面２とを接近させるものとなっている。このようにして基板３の加熱を行うと、第二室２３で生じた熱がその下方の第一室２２へ漏れにくくなり、加熱後に基板ホルダユニットＡを第一室２２へ降下させて行われる冷却をより迅速に行うことができる。また、真空チャンバＤの内面、特に第二室２３の内面は、加熱効率を向上させることができるよう、鏡面仕上げを施しておくことが好ましい。
【００４９】
昇降装置Ｅは、上端が基板ホルダユニットＡの冷却パネル６に接続された昇降軸１２と、昇降軸１２の下端部分に取り付けられた昇降アーム２４と、昇降アーム２４が螺合するボールネジ２５とを備えている。また、ボールネジ２５を正逆両方向に回転させることができる回転駆動装置２６と、昇降軸１２と真空チャンバＤ間の摺動部を覆い、真空チャンバＤ内の気密性を高めると共に、昇降軸１２の上下動に伴って伸縮する蛇腹状カバー２７も備えている。この昇降装置Ｅは、回転駆動装置２６でボールネジ２５を正又は逆回転させることで、このボールネジ２５と螺合している昇降アーム２４を上昇又は下降させ、それに伴って昇降軸１２を上下にスライドさせて、基板ホルダユニットＡを昇降させるものである。
【００５０】
なお、上記では真空チャンバ説明したが、真空チャンバを用いない場合には、アルゴンガスなどの不活性ガスでチャンバ内を充填しておく必要がある。
【００５１】
次に、上記基板熱処理装置の駆動状態について説明する。
【００５２】
まず、図１に示されるように、スリットバルブ２０を開放して、基板３を真空チャンバＤ内へ搬入する。基板３の搬入は、例えば以下に述べるように、ロボットで基板３を真空チャンバＤ内に持ち込み、図１及び図４に示されるように、基板３をリフトピン８上に載せて支持させることで行うことができる。
【００５３】
真空チャンバＤのスリットバルブ２０部分は、通常、ロボットを収容したトランスファ室（図示されていない）を介してロード／アンロードロック室（図示されていない）に連結されている。基板３は、まずロード／アンロードロック室にセットされる。室内の荒引き排気後、トランスファ室との間が開放され、更に排気を進めた後、スリットバルブ２０が開放され、トランスファ室のロボットにより、ロード／アンロードロック室から基板３をピック・アンド・プレイスによりリフトピン８に載せる。
【００５４】
このとき、ロボットのアームの先端部分は、高温でも耐え得るように、カーボン又はセラミック製が好ましい。また、ロボットのアームが、加熱ユニットＢの放熱面２からの輻射熱により煽られることを防ぐために、シャッタ１７は基板ステージ１と放熱面３の間に進出していることが好ましい。
【００５５】
ロボットのアームが逃げ、スリットバルブ２０が閉まり、真空チャンバＤ内を独立した真空室とした後、シャッタ１７を後退させ、基板ホルダユニットＡを上昇させる。基板３を基板ステージ１の基板載置部７ですくい取った後、更に基板ホルダユニットＡを上昇させて、図２及び図５に示されるように、基板ホルダユニットＡの基板ステージ１と、加熱ユニットＢの放熱面２とを近接させる。この時、少なくとも基板３は放熱面２と非接触状態であることが必要である。基板ステージ１は放熱面２と接触状態にすることも可能であるが、基板ステージ１と基板ステージ１上の基板３の両者とも放熱面２とは非接触状態であることが好ましい。放熱面２と基板３の大きさ、加熱温度、加熱ユニットＢの加熱力などにもよるが、放熱面２と基板３の間隔は１〜２５ｍｍとすることが好ましい。
【００５６】
次いで加熱ユニットＢのヒータ２８をオンにし、放熱面２からの輻射熱で基板３を加熱する。例えば加熱温度が１６００℃の場合、温度測定器１６で測定される基板ステージ１の温度が１６００℃になるまで加熱を継続し、１６００℃に達した後、所定のアニール時間（例えば１分程度）が経過するまでこの温度を保持する。
【００５７】
上記アニール時間経過後、加熱ユニットＢのヒータ２８のパワーを低下させ、自然冷却を開始する。これと共に、基板ホルダユニットＡを前記した冷却位置（例えば放熱面２と基板３との距離を３２ｍｍ）まで降下させ、基板ステージ１の温度が１２００℃になるまで冷却する。基板ステージ１の温度が１２００℃にまで冷却された後、基板ホルダユニットＡを前記した搬入出位置まで降下させ、シャッタ１７を前進させる。冷却位置から搬入出位置までの降下の間に、基板３はリフトピン８上に移し取られ、取り出しやすい状態となる。基板ホルダユニットＡが搬入出位置まで降下した後、スリットバルブ２０を開き、トランスファ室（図示されていない）のロボットで基板３を取り出す。
【００５８】
以上説明した例においては、基板ホルダユニットＡが昇降できるようになっているが、基板ホルダユニットＡと加熱ユニットＢの両者を昇降可能としたり、その一方である加熱ユニットＢのみを昇降可能とすることもできる。加熱ユニットＢの昇降は、本例における昇降装置Ｅを真空チャンバＤ上に上下逆にして設け、昇降軸１２を加熱ユニットＢに接続することで行うことができる。
【００５９】
基板ホルダユニットＡと加熱ユニットＢの両者を昇降可能とした場合、本例における第二室２３を上下方向に拡大し、冷却時の両者の隔離距離を大きくとれるようにすることができる。つまり、図２で説明した位置で加熱を行った後、基板ホルダユニットＡを下降させると共に、加熱ユニットＢを上昇させ、基板３の冷却時に、基板ステージ１及びその上の基板３と放熱面２とを距離を大きくし、冷却効率を向上させることができる。加熱ユニットＢのみを昇降可能とした場合、リフトピン８を省略するか、別途これを上下動させるための機構が必要となると共に、上述した冷却位置での冷却が行いにくい不便はあるが、上述した例の基本的な利益は得ることが可能である。
【００６０】
本発明に係る基板熱処理装置は、表面にウエル領域（不純物領域）を有する基板３の熱処理に最適である。このような基板３としては、犠牲酸化、フッ酸処理を行ったバルクＳｉＣ基板上にＳｉＯ2などを成膜し、リソグラフィとドライエッチングによりマスクを設け、イオン注入装置などにより、不純物とするアルミニウムイオンを注入したものが挙げられる。ウエル領域は、ＳｉＣ基板内に選択的に形成することができる。アルミニウムイオンの注入は、例えばＴＭＡ（テトラメチルアルミニウム）をソースとして、プラズマにて励起し、引き出し電極と分析管で、注入するＡｌイオンを引き出してイオン注入することで行うことができる。また、アルミニウムをソースとし、プラズマにて励起し、引き出し電極と分析管で、注入するアルミニウムイオンを引き出してイオン注入することでも行うことができる。
【００６１】
本発明に係る基板熱処理装置を用い、表面に注入領域を有する基板３を、注入領域側の面を加熱ユニットＢの放熱面２側に向けて基板ステージ１上に載置し、放熱面２からの輻射熱で基板２を加熱して熱処理を施す。このようにして熱処理を行うと、非常に表面荒れの少ないアニール処理が可能となる。注入領域とは、トランジスタの形成や、コンタクトやチャンネルなどの形成について行われる不純物の注入によって形成される領域をいう。
【００６２】
このように、本発明の基板熱処理装置を用いることで、基板を高温で加熱した場合であっても、
基板をムラなく加熱することができ、非常に良好なｐ+-ｎ接合ダイオードの製作が可能である。このようなｐｎ接合は、ｐｎ接合ダイオードばかりではなく、電界効果型トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）、接合型トランジスタ（Ｊ−ＦＥＴ）、ＭＥＳ−ＦＥＴ、バイポーラ型トランジスタ（ＢＪＴ）にも利用されており、これらＳｉＣを用いた電子デバイスの特性を改善し、大幅な生産性の改善が図られることにつながる。
【００６３】
また、本態様によれば、効率よく短時間で基板を均一に高温に加熱し、短時間で冷却でき、１５００℃〜２０００℃の超高温プロセスにおいても、実用的なスループットを実現できる。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施形態を添付図面の参照により説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々な形態に変更可能である。
【符号の説明】
【００６５】
Ａ 基板ホルダユニット
Ｂ 加熱ユニット
Ｃ シャッタ装置
Ｄ 真空チャンバ
Ｅ 昇降装置
１ 基板ステージ
２ 放熱面
３ 基板
４ 輻射板
５ 反射板
６ 冷却パネル
７ 基板載置部
８ リフトピン
９ 環状壁部
１０ スカート部
１１ 支柱
１２ 昇降軸
１３ リフトピン用貫通孔
１４ 測定孔
１５ 測定孔
１６ 温度測定器
１７ シャッタ
１８ シャッタ駆動装置
１９ 水冷用流路
２０ スリットバルブ
２１ 排気口
２２ 第一室
２３ 第二室
２４ 昇降アーム
２５ ボールネジ
２６ 回転駆動装置
２７ 蛇腹状カバー
３０ コマ
３１ 第１番目の支柱
３２ 第２番目の支柱
３３ 第３番目の支柱
３４ 固定ネジ
３５ 支柱
３８ 第１番目の支柱
３９ 第２番目の支柱
４０ 第３番目の支柱
４１ 固定用ネジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板の熱処理などに用いられる基板熱処理装置に関する。更に詳しくは、基板を真空中で均一且つ急速に加熱することが可能な基板熱処理装置及び基板熱処理装置を用いた基板の熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板を加熱する基板熱処理装置としては、基板ステージに載せた基板を基板上部から非接触で加熱する装置が知られている。このような装置として、載置台は支柱により支えられており、載置台の下側には冷却部が設けられているものが知られている。
特許文献１には、ＳｉＣ製の基板ステージを、冷却された真空チャンバにＳｉＣ製支柱で固定することが記載されている。特許文献２には、基板ステージを基板ステージ下方に設けた冷却パネルに支柱で固定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１８０２５３号公報
【特許文献２】国際公開２００９／０３１４５０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、支柱としてＳｉＣのように熱伝導性の良い材料を用いた場合には、基板ステージの熱が支柱から冷却パネルに熱伝導することにより、基板載置台の支柱接続部の温度が低下し、基板載置台での温度ムラが生じることがある。特に、基板を高温に加熱する場合においては、冷却パネルと基板との温度差が大きくなることから、その影響が大きい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、基板を真空中で加熱した場合に、基板ステージでの加熱ムラが少ない基板熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明に係る基板熱処理装置は、基板が載置される、基板ステージを備えた基板ホルダユニットと、
前記基板ステージの上方に設けられており、当該基板ステージと対向する放熱面を備え、前記基板ステージの上に載置された基板に対して非接触状態で、前記放熱面からの輻射熱で前記基板を加熱する加熱ユニットと、
基板ステージの下方に設けられた冷却部と、
前記冷却部に固定された基板ステージを支持する支柱と、を有する基板熱処理装置であって、
前記支柱が、熱伝導率の異なる複数の部材から構成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基板ステージが、冷却部に複数の部材で構成された支柱により支持されているので、基板ステージからの熱伝導による熱の流出が抑えられ、基板を均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一例に係る基板熱処理装置であって、基板の搬入又は搬出時の状態を示す断面模式図である。
【図２】基板の加熱時の状態を示す断面模式図である。
【図３】基板の冷却時の状態を示す断面模式図である。
【図４】図１における基板ホルダユニット周りの拡大断面図である。
【図５】図２における基板ホルダユニット周りの拡大断面図である。
【図６】基板ステージが支柱で固定された状態を示す断面模式図である。
【図７】輻射板と反射板が支柱で固定された状態を示す断面模式図である。
【図８】図６の支柱の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。
【００１０】
図１は、本発明の一例に係る基板熱処理装置である。図１は、基板の搬入又は搬出時の状態を示す断面模式図、図２は、基板の加熱時の状態を示す断面模式図、図３は、基板の冷却時の状態を示す断面模式図である。また、図４は、図１における基板ホルダユニット周りの拡大断面図、図５は、図２における基板ホルダユニット周りの拡大断面図、図６は、基板ステージを固定するネジと支柱の説明図である。図７は、輻射板と反射板を固定するネジと支柱の説明図である。
【００１１】
図１〜図３にそれぞれ示されるように、本例の基板熱処理装置は、基板ホルダユニットＡと、加熱ユニットＢと、シャッタ装置Ｃとを真空チャンバＤ内に設けたものとなっている。
【００１２】
基板ホルダユニットＡは、最上段に基板ステージ１を備えている。加熱ユニットＢは、基板ステージ１の上方に設けられており、基板ステージ１と対向する放熱面２を備えている。基板ホルダユニットＡは、昇降装置Ｅにより昇降可能なもので、基板ステージ１と加熱ユニットＢの放熱面２との近接と離間は、昇降装置Ｅの動作により制御することが可能である。加熱ユニットＢは、基板ホルダユニットＡが図２に示されるように上昇し、基板ステージ１上の基板３と放熱面２が近接された時に、基板３と非接触状態で、放熱面２からの輻射熱で基板３を加熱するものとなっている。
【００１３】
図１の基板ホルダユニットＡは下降位置にあり、図２の基板ホルダユニットＡは上昇位置にある。図１の基板ホルダユニットＡ周りを拡大したのが図４であり、図２の基板ホルダユニットＡ周りを拡大したのが図５である。
【００１４】
図４及び図５に示されるように、基板ホルダユニットＡは、最上部に基板ステージ１、基板ステージの下に４枚の輻射板４、輻射板４の下に２枚の反射板５、そして最下部に冷却パネル６を備えたものとなっている。
【００１５】
基板ステージ１は、基板３を載置するもので、上面中央部に基板３が置かれる基板載置部７となっている。図４に示される基板３は、後述するリフトピン８で持ち上げ支持された状態となっているが、基板ホルダユニットＡの上昇により基板ステージ１がリフトピン８より上方へ移動すると、図５に示されるように基板載置部７上に移し取られて載置されることになる。
【００１６】
基板ステージ１は、輻射率が高く、輻射熱を効率良く吸収し、吸収した熱を効率良く放射することができ、しかも高熱に耐えられる材料で構成されている。具体的にはカーボン又はカーボン被覆材料で構成された板状をなしている。基板ステージ１を構成するカーボンとしては、ガラス状カーボン、グラファイト、熱分解カーボンを挙げることができる。また、カーボン被覆材料としては、セラミックスにこれらのカーボンの１種又は２種以上の被覆を施した材料を挙げることができる。
【００１７】
基板ステージ１は、熱容量を抑えて、冷却時間を短縮するために薄いことが好ましい。基板ステージ１の厚さは、構成材料や次に述べる基板載置部７の窪み量によっても相違するが、強度と冷却時間の短縮を両立させる観点から、２〜７ｍｍであることが好ましい。
【００１８】
基板ステージ１と冷却パネル６との間には、それぞれ間隔をあけて、４枚の輻射板４と、２枚の反射板５とが設けられている。
【００１９】
輻射板４は、基板ステージ１と同様に、カーボン又はカーボン被覆材料で構成された板状をなすもので、基板ステージ１の下側に間隔をあけて配置されている。この輻射板４は、基板ステージ１の下面と対向して設けられており、基板３の加熱時に、基板ステージ１の下面から放射される熱を捕らえ、捕らえた熱を基板ステージ１に対して輻射する。これによって基板ステージ１の熱放射による温度低下を抑制することができるので、急速加熱が行いやすくなる。
【００２０】
基板ステージ１の温度を効率よく高温にするために輻射板４を設けることが好ましい。輻射板４を設置する場合、その枚数は１枚でも、図示される４枚以外の複数枚でもよい。輻射板を複数枚備えていると、比較的薄い輻射板４で、上記のように迅速な温度上昇を得ることができるため好ましい。また、比較的薄い輻射板を用いることができるため、各輻射板４の熱容量を抑えて冷却時間を短縮することができる。輻射板４の厚さは、構成材料や枚数によっても相違するが、加熱時の迅速な温度上昇と冷却時間の短縮を両立させる観点から、１〜３ｍｍであることが好ましい。
【００２１】
輻射板４の下側（輻射板４が１枚の場合の当該輻射板４又は輻射板４が複数枚の場合の最下部の輻射板４の下側）には、それぞれ間隔をあけて、２枚の反射板５が設けられている。反射板５は、モリブテン、タングステンなどの高融点金属で構成されており、少なくとも輻射板４側の（上面）には鏡面仕上げが施されている。反射板５は基板ステージ１、輻射板４から放射される熱を反射するものである。
【００２２】
反射板５を輻射板４の下側に１枚又は複数枚備えていると、更に基板ステージ１、輻射板４からの熱放射による温度低下を抑制しやすくなり、一層急速加熱が行いやすくなる。また、反射板５を設けることにより、反射板５で基板ステージ１、輻射板４の熱放射をさえぎることができるので、チャンバの温度上昇を防ぐことができて好ましい。
【００２３】
上記反射板５を設ける場合、反射板５の下側（反射板５が１枚の場合の当該反射板５又は反射板５が複数枚の場合の最下部の反射板５の下側）に間隔をあけて冷却パネル６を設けることができる。この冷却パネル６は、例えば水冷機構などの冷却手段で冷却されるパネル体で、基板ステージ１、輻射板４及び反射板５の下面に対向して設けることで、基板３の冷却時に、上方に位置するこれらの部材の均一且つ迅速な冷却を促すことができる。
【００２４】
また、後でも述べるように図５に示される基板３の加熱時には、冷却パネル６で冷却すると、基板ホルダユニットＡの温度を一定に制御するができ、輻射加熱による基板ステージの温度の再現性を向上させるのに役立つ。
【００２５】
冷却パネル６は、前記のように、反射板５を設けて、基板３の加熱を阻害しないようにすると共に、冷却パネル６の外壁を、鏡面仕上げを施したステンレス鋼やアルミニウム合金などで構成し、熱吸収を抑制しておくことが好ましい。
【００２６】
また、冷却パネル６は、最下部の反射板５（反射板５が１枚の場合の当該反射板５）の周縁から、冷却パネル６の周囲にスカート部１０を延出させておくことが好ましい。このスカート部１０を設けることにより、冷却パネル６の周側面からの吸熱を抑制し、基板３の加熱に影響を及ぼすことを防止することができる。
【００２７】
次に、本発明に係わる支柱について図６、８を用いて説明する。図６は支柱を冷却部である水冷パネル６に固定した状態を示す断面模式図である。図８は、図６の支柱の拡大図である。
基板ステージ１は、水冷パネル６に、モリブデン（Ｍｏ）製のコマ３０、モリブデン（Ｍｏ）製の第１番目の支柱３１、タンタルカーバイド（ＴａＣ）製の第２番目の支柱３２、熱分解カーボン（ＰＧ）製の第３番目の支柱３３からなる基板ステージ用支柱１１により支持され、熱分解カーボン（ＰＧ）製のネジ３４で固定されている。支柱１１を１本ものにせず、輻射熱の異なる複数部材で構成したので、熱抵抗を大きくし、基板ステージ１から水冷パネル６への熱伝導による熱の流出を押さえることができる。第３番目の支柱３３はその下端が、第2番目の支柱３２の上端と勘合している。第２番目３２の支柱はその下端が、第１番目の支柱３１の上端と勘合している。
第1番目の支柱３１は、その下端が、水冷パネル６に接続したコマ３０と勘合している。
コマ３０は、水冷パネルに支柱３１を接続させるための部材であって、支柱３１の一部であり、
支柱３１と同じ材料が用いられる。
【００２８】
コマ３０と第１番目の支柱３１は、モリブデン（Ｍｏ）製としているが、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）などの高融点金属または、タンタルカーバイド（ＴａＣ）などのカーバイドとすることもできる。また、ヒータからの輻射が防止できれば、ステンレス（ＳＵＳ）とすることもできるが、本実施例では、輻射にさらされても表面からクロム（Ｃｒ）の放出する懸念がなく、加工性、コストの観点から、モリブデン（Ｍｏ）としている。
【００２９】
第２番目の支柱３２は、耐熱性があり、真空雰囲気中でもガス放出が少なく、第３番目の支柱３３より輻射率が低く、熱伝導率が熱分解カーボンよりも低い、タンタルカーバイド（ＴａＣ）を用いている。タンタルカーバイド（ＴａＣ）の他に、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、タングステンカーバイド（ＷＣ）などのカーバイドとすることが望ましい。アルミナセラミックス（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックスを用いると、熱伝導率が小さく、水冷パネル６への熱流出を抑制できるメリットはあるが、加熱・冷却の膨張、収縮により折れてしまうため、望ましくない。
【００３０】
第３番目の支柱３３は、輻射率が高く、上部ヒータから基板ステージと同様に輻射により高温に加熱できる熱分解カーボン（ＰＧ）を用いている。ガス放出が少ない熱分解カーボン（ＰＧ）が望ましいが、このようなネジ加工を行う場合、材料の特性上高さ方向の熱伝導率が大きくなり、熱伝導による熱の流出が懸念される。このため、第２番目の支柱３２、第１番目の支柱３１、コマ３０と組み合わせることで、水冷パネル６への熱伝導による熱の流出を抑制している。本実施例では、熱分解カーボン（ＰＧ）を用いたが、熱分解カーボン被覆のカーボン
、高純度カーボン（例えば、ＰＯＣＯ材など）などを用いても良い。
【００３１】
固定用のネジ３４は、第３番目の支柱３３と同様に、輻射率が高く、上部ヒータから基板ステージと同様に輻射により高温に加熱できる熱分解カーボン（ＰＧ）を用いている。固定ネジ３４は、熱分解カーボン（ＰＧ）の他に、熱分解カーボン被覆のカーボン
、高純度カーボン（例えば、ＰＯＣＯ材など）等の輻射率が高く、耐熱性があり、ネジ加工が容易で、真空雰囲気中でもガス放出の少ない材料を選択することもできる。
固定用のネジ及び、支柱の上部がカーボン又はカーボン被覆材料等の輻射率の高い材料で構成されていることから、固定ネジ及び、支柱上部は、上部ヒータから同時に輻射加熱されることになる。そのため、基板ステージ、最上部の輻射板は、固定部においても、中心部と同等の輻射熱を受けることとなり、固定部の温度低下を防ぎ、基板を均一に加熱することができる。
また、第１番目の支柱３２、第2番目の支柱、第3番目の支柱の材料が、それぞれ線熱膨張係数の差が小さい材料で構成されていることから、熱膨張によって破損することなく、安定して基板を支持することができ、搬送の信頼性を向上させることができる。
なお、上記例では、冷却部に支柱を固定する例として、冷却部を冷却パネルの例で説明したが、真空チャンバ自体が冷却されている場合には、冷却部は真空チャンバの壁面であっても良い。
【００３２】
輻射板４と反射板５は、輻射板４および反射板５を固定するための支柱３５で水冷パネル６から支持されている。
輻射板４は、カーボン複合繊維（ＣＣコンポジット）製を４枚用い、反射板５は、モリブデン（Ｍｏ）製を２枚用い、ボロンナイトライド（ＢＮ）製のスペーサー３６により、３ｍｍの間隔を設けて、水冷パネル６に取り付けられたモリブデン（Ｍｏ）製のコマ３７の上に、支柱３５とネジ４１で固定されている。支柱３５は、基板ステージ１側と同様に、モリブデン（Ｍｏ）製の第１番目の支柱３８、タンタルカーバイド（ＴａＣ）製の第２番目の支柱３９、熱分解カーボン（ＰＧ）製の第３番目の支柱４０から構成されており、熱抵抗を大きくし、輻射板４から水冷パネル６への熱伝導による熱の流出を押さえている。
【００３３】
コマ３７と第１番目の支柱３８は、モリブデン（Ｍｏ）製としているが、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）などの高融点金属または、タンタルカーバイド（ＴａＣ）などのカーバイドとすることもできる。また、ヒータからの輻射が防止できれば、ステンレス（ＳＵＳ）とすることもできるが、本実施例では、輻射にさらされても表面からクロム（Ｃｒ）の放出する懸念がなく、加工性、コストの観点から、モリブデン（Ｍｏ）としている。
【００３４】
第２番目の支柱３９は、耐熱性があり、真空雰囲気中でもガス放出が少なく、第３番目の支柱４０より輻射率が低く、熱伝導率が熱分解カーボンよりも低い、タンタルカーバイド（ＴａＣ）を用いている。タンタルカーバイド（ＴａＣ）の他に、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、タングステンカーバイド（ＷＣ）などのカーバイドとすることが望ましい。アルミナセラミックス（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックスを用いると、熱伝導率が小さく、水冷パネル６への熱流出を抑制できるメリットはあるが、加熱・冷却の膨張、収縮により折れてしまうため、望ましくない。
【００３５】
第３番目の支柱４０は、輻射率が高く、上部基板ステージから輻射により高温に加熱できる熱分解カーボン（ＰＧ）を用いている。ガス放出が少ない熱分解カーボン（ＰＧ）が望ましいが、このようなネジ加工を行う場合、材料の特性上高さ方向の熱伝導率が大きくなり、熱伝導による熱の流出が懸念される。このため、第２番目の支柱３９、第１番目の支柱３８、コマ３７と組み合わせることで、水冷パネル６への熱伝導による熱の流出を抑制している。本実施例では、熱分解カーボン（ＰＧ）を用いたが、熱分解カーボン被覆のカーボン
、高純度カーボン（例えば、ＰＯＣＯ材など）などを用いても良い。
【００３６】
固定用のネジ４１は、第３番目の支柱４０と同様に、輻射率が高く、上部基板ステージから輻射により高温に加熱できる熱分解カーボン（ＰＧ）を用いている。固定ネジ４１は、熱分解カーボン（ＰＧ）の他に、熱分解カーボン被覆のカーボン
、高純度カーボン（例えば、ＰＯＣＯ材など）等の輻射率が高く、耐熱性があり、ネジ加工が容易で、真空雰囲気中でもガス放出の少ない材料を選択することもできる。
【００３７】
本実施例では、基板ステージ１の交換時に、輻射板４、反射板５を取り外すことなく交換できるように、基板ステージ１側の支柱１１と輻射板４と反射板５側の支柱３５を分離したが、兼用とすることもできる。また、冷却パネル６は、昇降装置Ｅ（図１参照）の昇降軸１２の先端部に接続されている（図９参照）。後述するように、昇降装置Ｅは冷却パネル６を昇降軸１２の軸方向に上下に昇降させるもので、冷却パネル６の上下動に伴い、冷却パネル６の上方に構成されている基板ホルダユニットＡが昇降されるものとなっている。
【００３８】
基板ホルダユニットＡには、基板ホルダユニットＡを構成している基板ステージ１、輻射板４、反射板５及び冷却パネル６を貫通するリフトピン用貫通孔１３が複数箇所形成されている。リフトピン用貫通孔１３は、特に基板ステージ１の基板載置部７内を通る位置に形成されている。また、リフトピン用貫通孔１３の位置に対応して、真空チャンバＤの底部に複数本のリフトピン８が立設されている。
【００３９】
図４においては、リフトピン用貫通孔１３を介して、真空チャンバＤの底部に立設された複数本のリフトピン８が基板ステージ１上に突出している。リフトピン８は、基板載置部７上の基板３を先端で持ち上げ支持可能な位置と本数となっており、図４の状態から基板ホルダユニットＡが上昇して基板ステージ１がリフトピン８より上方へ移動すると、基板３は基板載置部７上に移行されることになる。また、基板載置部７上に基板３が載置された状態で基板ホルダユニットＡが下降し、リフトピン８がリフトピン用貫通孔１３を介して基板ステージ１上に突出すると、基板載置部７上の基板３がリフトピン８の先端で持ち上げ支持され、図４の状態となる。
【００４０】
基板ステージ１の基板載置部７の中央部直下には、輻射板４、反射板５及び冷却パネル６を貫通して、測定孔１４が形成されている。この測定孔１４は昇降軸１２の中心に形成された測定孔１５と一連に連なっている。この測定孔１４，１５は、図１に示される温度測定器１６により、石英製の熱赤外線透過窓を介して基板ステージ１からの放射熱を測定するためのものである。温度測定器としては、放射温度計を用いることができる。
【００４１】
加熱ユニットＢは、放熱面２と、この放熱面２を加熱するためのヒータ２８を備えたもので、ヒータとしては、電子衝撃加熱方式のヒータ、高周波誘導加熱方式のヒータ、抵抗加熱方式のヒータなどを用いることができる。放熱面２は、耐熱性黒色表面で、例えばガラス状カーボン、熱分解カーボン、アモルファスカーボンなどのカーボンコーティングにより得ることができる。放熱面２をこのようなカーボンコーティング面とすると、真空中での脱ガスとパーティクルの発生も抑えることができる。
【００４２】
シャッタ装置Ｃは、図１〜図３に示されるように、基板ホルダユニットＡが降下し、基板ステージ１と加熱ユニットＢの放熱面２とが離間された時に、シャッタ１７を基板ステージ１と放熱面２の間に進退させることができるものとなっている。シャッタ装置Ｃは、シャッタ１７を進退させるためのシャッタ駆動装置１８を備えている。
【００４３】
シャッタ１７は、熱隔壁として機能する。シャッタ１７は、図１及び図３に示されるように、基板ホルダユニットＡが下降し、基板ステージ１と放熱面２とが離間されている時に、基板ステージ１と放熱面２との間に進出し、放熱面２から基板ステージ１側へ熱が照射されるのを遮る。また、基板ホルダユニットＡの上昇時には、シャッタ駆動装置１８で回転移動され、基板ステージ１と放熱面２との間から図２に示される位置（図１では破線で示す）へ後退される。シャッタ１７は、基板ホルダユニットＡが上昇した後、再びシャッタ１７が邪魔にならない位置まで下降するまでの間、後退位置に維持される。
【００４４】
シャッタ装置Ｃは、シャッタ１７の進出時に、基板ステージ１及び基板ステージ１上の基板３の冷却を促進できるよう、例えば水冷機構など、シャッタ１７の冷却手段を有していることが好ましい。冷却手段で冷却する場合、シャッタ１７は、ステンレス鋼やアルミニウム合金で構成することができる。また、進出時に加熱ユニットＢの放熱面２と対向する側の面（上面）は、鏡面仕上げを施した反射面とし、放熱面２からの熱を遮断しやすくしておくことが好ましい。進出時に基板ホルダユニットＡの基板ステージ１と対向する側の面（下面）は、耐熱性黒色表面である吸熱面とし、基板ステージ１及び基板ステージ１上の基板３の冷却を迅速に行えるようにしておくことが好ましい。吸熱面は、黒色アルマイトなどの黒色材料で壁面を構成する他、ガラス状カーボン、熱分解カーボン、アモルファスカーボンなどのカーボンコーティングによっても得ることができる。
【００４５】
シャッタ１７で積極的に基板ステージ１及び基板ステージ１上の基板３を冷却する場合、基板ホルダユニットＡの降下位置を２段階に設定しておくことが好ましい。つまり、基板ステージ１及び基板３がシャッタ１７の下面と近接する冷却位置と、基板ステージ１及び基板３とシャッタ１７の下面との間に、基板３を出し入れするのに十分な間隔が得られる搬入出位置の二段階とすることが好ましい。冷却位置は、図３に示される基板ホルダユニットＡの位置である。また、搬入出位置は、図１に示される基板ホルダユニットＡの位置である。
【００４６】
シャッタ１７の冷却手段は、基板３の加熱温度領域によっては省略することもできる。この場合、シャッタ１７はモリブテン、タングステンなどの高融点金属で構成することが好ましい。また、冷却手段を設けない場合でも、放熱面２からの熱の遮断と、基板ステージ１及び基板ステージ１上の基板３の冷却促進とを図るために、放熱面３との対向面は反射面とし、基板ステージ１との対向面は吸熱面としておくことが好ましい。
【００４７】
真空チャンバＤは、アルミニウム合金などで構成された筐体で、壁内に水冷機構の水冷用流路１９が設けられている。また、基板３の搬入、搬出時に開閉されるスリットバルブ２０と、内部を真空雰囲気に排気するために排気系に接続される排気口２１を備えている。水冷用流路１９に冷却水を流すことにより、真空チャンバＤの筐体の温度が過度に上昇するのを防ぐことができる。
【００４８】
真空チャンバＤは、下側の第一室２２と、第一室２２の上方に連なった第二室２３を備えている。加熱ユニットＢは、上方に位置する第二室２３に放熱面２を下に向けて設けられている。基板ホルダユニットＡは、第一室２２と第二室２３間を昇降可能なもので、上昇時に、図２に示されるように、第一室２２と第二室２３間を冷却パネル６部分で塞いだ状態で、基板ステージ１と加熱ユニットＢの放熱面２とを接近させるものとなっている。このようにして基板３の加熱を行うと、第二室２３で生じた熱がその下方の第一室２２へ漏れにくくなり、加熱後に基板ホルダユニットＡを第一室２２へ降下させて行われる冷却をより迅速に行うことができる。また、真空チャンバＤの内面、特に第二室２３の内面は、加熱効率を向上させることができるよう、鏡面仕上げを施しておくことが好ましい。
【００４９】
昇降装置Ｅは、上端が基板ホルダユニットＡの冷却パネル６に接続された昇降軸１２と、昇降軸１２の下端部分に取り付けられた昇降アーム２４と、昇降アーム２４が螺合するボールネジ２５とを備えている。また、ボールネジ２５を正逆両方向に回転させることができる回転駆動装置２６と、昇降軸１２と真空チャンバＤ間の摺動部を覆い、真空チャンバＤ内の気密性を高めると共に、昇降軸１２の上下動に伴って伸縮する蛇腹状カバー２７も備えている。この昇降装置Ｅは、回転駆動装置２６でボールネジ２５を正又は逆回転させることで、このボールネジ２５と螺合している昇降アーム２４を上昇又は下降させ、それに伴って昇降軸１２を上下にスライドさせて、基板ホルダユニットＡを昇降させるものである。
【００５０】
なお、上記では真空チャンバ説明したが、真空チャンバを用いない場合には、アルゴンガスなどの不活性ガスでチャンバ内を充填しておく必要がある。
【００５１】
次に、上記基板熱処理装置の駆動状態について説明する。
【００５２】
まず、図１に示されるように、スリットバルブ２０を開放して、基板３を真空チャンバＤ内へ搬入する。基板３の搬入は、例えば以下に述べるように、ロボットで基板３を真空チャンバＤ内に持ち込み、図１及び図４に示されるように、基板３をリフトピン８上に載せて支持させることで行うことができる。
【００５３】
真空チャンバＤのスリットバルブ２０部分は、通常、ロボットを収容したトランスファ室（図示されていない）を介してロード／アンロードロック室（図示されていない）に連結されている。基板３は、まずロード／アンロードロック室にセットされる。室内の荒引き排気後、トランスファ室との間が開放され、更に排気を進めた後、スリットバルブ２０が開放され、トランスファ室のロボットにより、ロード／アンロードロック室から基板３をピック・アンド・プレイスによりリフトピン８に載せる。
【００５４】
このとき、ロボットのアームの先端部分は、高温でも耐え得るように、カーボン又はセラミック製が好ましい。また、ロボットのアームが、加熱ユニットＢの放熱面２からの輻射熱により煽られることを防ぐために、シャッタ１７は基板ステージ１と放熱面３の間に進出していることが好ましい。
【００５５】
ロボットのアームが逃げ、スリットバルブ２０が閉まり、真空チャンバＤ内を独立した真空室とした後、シャッタ１７を後退させ、基板ホルダユニットＡを上昇させる。基板３を基板ステージ１の基板載置部７ですくい取った後、更に基板ホルダユニットＡを上昇させて、図２及び図５に示されるように、基板ホルダユニットＡの基板ステージ１と、加熱ユニットＢの放熱面２とを近接させる。この時、少なくとも基板３は放熱面２と非接触状態であることが必要である。基板ステージ１は放熱面２と接触状態にすることも可能であるが、基板ステージ１と基板ステージ１上の基板３の両者とも放熱面２とは非接触状態であることが好ましい。放熱面２と基板３の大きさ、加熱温度、加熱ユニットＢの加熱力などにもよるが、放熱面２と基板３の間隔は１〜２５ｍｍとすることが好ましい。
【００５６】
次いで加熱ユニットＢのヒータ２８をオンにし、放熱面２からの輻射熱で基板３を加熱する。例えば加熱温度が１６００℃の場合、温度測定器１６で測定される基板ステージ１の温度が１６００℃になるまで加熱を継続し、１６００℃に達した後、所定のアニール時間（例えば１分程度）が経過するまでこの温度を保持する。
【００５７】
上記アニール時間経過後、加熱ユニットＢのヒータ２８のパワーを低下させ、自然冷却を開始する。これと共に、基板ホルダユニットＡを前記した冷却位置（例えば放熱面２と基板３との距離を３２ｍｍ）まで降下させ、基板ステージ１の温度が１２００℃になるまで冷却する。基板ステージ１の温度が１２００℃にまで冷却された後、基板ホルダユニットＡを前記した搬入出位置まで降下させ、シャッタ１７を前進させる。冷却位置から搬入出位置までの降下の間に、基板３はリフトピン８上に移し取られ、取り出しやすい状態となる。基板ホルダユニットＡが搬入出位置まで降下した後、スリットバルブ２０を開き、トランスファ室（図示されていない）のロボットで基板３を取り出す。
【００５８】
以上説明した例においては、基板ホルダユニットＡが昇降できるようになっているが、基板ホルダユニットＡと加熱ユニットＢの両者を昇降可能としたり、その一方である加熱ユニットＢのみを昇降可能とすることもできる。加熱ユニットＢの昇降は、本例における昇降装置Ｅを真空チャンバＤ上に上下逆にして設け、昇降軸１２を加熱ユニットＢに接続することで行うことができる。
【００５９】
基板ホルダユニットＡと加熱ユニットＢの両者を昇降可能とした場合、本例における第二室２３を上下方向に拡大し、冷却時の両者の隔離距離を大きくとれるようにすることができる。つまり、図２で説明した位置で加熱を行った後、基板ホルダユニットＡを下降させると共に、加熱ユニットＢを上昇させ、基板３の冷却時に、基板ステージ１及びその上の基板３と放熱面２とを距離を大きくし、冷却効率を向上させることができる。加熱ユニットＢのみを昇降可能とした場合、リフトピン８を省略するか、別途これを上下動させるための機構が必要となると共に、上述した冷却位置での冷却が行いにくい不便はあるが、上述した例の基本的な利益は得ることが可能である。
【００６０】
本発明に係る基板熱処理装置は、表面にウエル領域（不純物領域）を有する基板３の熱処理に最適である。このような基板３としては、犠牲酸化、フッ酸処理を行ったバルクＳｉＣ基板上にＳｉＯ2などを成膜し、リソグラフィとドライエッチングによりマスクを設け、イオン注入装置などにより、不純物とするアルミニウムイオンを注入したものが挙げられる。ウエル領域は、ＳｉＣ基板内に選択的に形成することができる。アルミニウムイオンの注入は、例えばＴＭＡ（テトラメチルアルミニウム）をソースとして、プラズマにて励起し、引き出し電極と分析管で、注入するＡｌイオンを引き出してイオン注入することで行うことができる。また、アルミニウムをソースとし、プラズマにて励起し、引き出し電極と分析管で、注入するアルミニウムイオンを引き出してイオン注入することでも行うことができる。
【００６１】
本発明に係る基板熱処理装置を用い、表面に注入領域を有する基板３を、注入領域側の面を加熱ユニットＢの放熱面２側に向けて基板ステージ１上に載置し、放熱面２からの輻射熱で基板２を加熱して熱処理を施す。このようにして熱処理を行うと、非常に表面荒れの少ないアニール処理が可能となる。注入領域とは、トランジスタの形成や、コンタクトやチャンネルなどの形成について行われる不純物の注入によって形成される領域をいう。
【００６２】
このように、本発明の基板熱処理装置を用いることで、基板を高温で加熱した場合であっても、
基板をムラなく加熱することができ、非常に良好なｐ+-ｎ接合ダイオードの製作が可能である。このようなｐｎ接合は、ｐｎ接合ダイオードばかりではなく、電界効果型トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）、接合型トランジスタ（Ｊ−ＦＥＴ）、ＭＥＳ−ＦＥＴ、バイポーラ型トランジスタ（ＢＪＴ）にも利用されており、これらＳｉＣを用いた電子デバイスの特性を改善し、大幅な生産性の改善が図られることにつながる。
【００６３】
また、本態様によれば、効率よく短時間で基板を均一に高温に加熱し、短時間で冷却でき、１５００℃〜２０００℃の超高温プロセスにおいても、実用的なスループットを実現できる。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施形態を添付図面の参照により説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々な形態に変更可能である。
【符号の説明】
【００６５】
Ａ 基板ホルダユニット
Ｂ 加熱ユニット
Ｃ シャッタ装置
Ｄ 真空チャンバ
Ｅ 昇降装置
１ 基板ステージ
２ 放熱面
３ 基板
４ 輻射板
５ 反射板
６ 冷却パネル
７ 基板載置部
８ リフトピン
９ 環状壁部
１０ スカート部
１１ 支柱
１２ 昇降軸
１３ リフトピン用貫通孔
１４ 測定孔
１５ 測定孔
１６ 温度測定器
１７ シャッタ
１８ シャッタ駆動装置
１９ 水冷用流路
２０ スリットバルブ
２１ 排気口
２２ 第一室
２３ 第二室
２４ 昇降アーム
２５ ボールネジ
２６ 回転駆動装置
２７ 蛇腹状カバー
３０ コマ
３１ 第１番目の支柱
３２ 第２番目の支柱
３３ 第３番目の支柱
３４ 固定ネジ
３５ 支柱
３８ 第１番目の支柱
３９ 第２番目の支柱
４０ 第３番目の支柱
４１ 固定用ネジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が載置される、基板ステージを備えた基板ホルダユニットと、
前記基板ステージの上方に設けられており、当該基板ステージと対向する放熱面を備え、前記基板ステージの上に載置された基板に対して非接触状態で、前記放熱面からの輻射熱で前記基板を加熱する加熱ユニットと、
基板ステージの下方に設けられた冷却部と、
前記冷却部に固定された基板ステージを支持する支柱と、を有する基板熱処理装置であって、
前記支柱が、熱伝導率の異なる複数の部材から構成されることを特徴とする基板熱処理装置。
【請求項２】
前記基板ステージがカーボン又はカーボン被覆材料から構成され、基板ステージと接続された前記支柱の前記部材がカーボン又はカーボン被覆材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記基板ホルダユニットが、基板ステージの下側に間隔をあけて配置され、前記基板ステージの下面から放射される熱を捕らえ、捕らえられた熱を前記基板ステージに対して輻射する輻射板と、前記輻射板の下側に間隔をあけて配置され、前記輻射板から放熱される熱を反射する反射板とを備えることを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
【請求項４】
前記輻射板および前記反射板は、第二の支柱で前記冷却部に固定されており、前記第二の支柱は、熱伝導率が異なる複数の部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
【請求項１】
基板が載置される、基板ステージを備えた基板ホルダユニットと、
前記基板ステージの上方に設けられており、当該基板ステージと対向する放熱面を備え、前記基板ステージの上に載置された基板に対して非接触状態で、前記放熱面からの輻射熱で前記基板を加熱する加熱ユニットと、
基板ステージの下方に設けられた冷却部と、
前記冷却部に固定された基板ステージを支持する支柱と、を有する基板熱処理装置であって、
前記支柱が、熱伝導率の異なる複数の部材から構成されることを特徴とする基板熱処理装置。
【請求項２】
前記基板ステージがカーボン又はカーボン被覆材料から構成され、基板ステージと接続された前記支柱の前記部材がカーボン又はカーボン被覆材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記基板ホルダユニットが、基板ステージの下側に間隔をあけて配置され、前記基板ステージの下面から放射される熱を捕らえ、捕らえられた熱を前記基板ステージに対して輻射する輻射板と、前記輻射板の下側に間隔をあけて配置され、前記輻射板から放熱される熱を反射する反射板とを備えることを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
【請求項４】
前記輻射板および前記反射板は、第二の支柱で前記冷却部に固定されており、前記第二の支柱は、熱伝導率が異なる複数の部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１４２３３３（Ｐ２０１２−１４２３３３Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９２１１５（Ｐ２０１０−２９２１１５）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
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