JP2000315658A

JP2000315658A - 熱処理装置

Info

Publication number: JP2000315658A
Application number: JP11123671A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shigeoka; 隆重岡
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2000-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】載置台表面の温度分布を緩和させた状態で被
処理体を加熱することができる熱処理装置を提供する。【解決手段】処理容器１２内に、被処理体Ｗを載置
するための載置台２６を設け、前記被処理体に所定の熱
処理を施すようにした熱処理装置において、前記載置台
の上面に均熱化板３４を設置するように構成する。これ
により、載置台表面の温度分布を緩和させた状態で被処
理体を加熱することを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ハに対して成膜処理やアニール処理等の熱処理を施す熱
処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体集積回路を製造するため
には、半導体ウエハに対して、成膜、エッチング、酸化
拡散、アニール等の各種の熱処理が繰り返し施される。
例えば１枚毎のウエハに対して膜を堆積させるＣＶＤ
（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）装置においては、加熱ヒータを内蔵したサセプタ等
の載置台上に半導体ウエハを載置し、これを所定の温度
に加熱しながら成膜用の処理ガスを供給し、ウエハ表面
に膜を堆積させるようになっている。これを図９を参照
して説明する。図９は従来の一般的な熱処理装置を示す
概略構成図であり、この熱処理装置は真空引き可能にな
された略円筒体状の処理容器２を有している。この処理
容器２内には、上面の半導体ウエハＷを載置するための
載置台４が設置されると共に、これに対向する天井部に
は、処理容器２内に成膜ガス等の処理ガスを供給するた
めのシャワーヘッド部６が設けられている。

【０００３】上記載置台４の全体は例えばＡｌＮ（窒化
アルミニウム）等のセラミックスよりなり、この内部
に、例えばモリブデン線等の抵抗体よりなる加熱ヒータ
８が所定のパターン形状に配列して埋め込まれている。
具体的には、この載置台４を製造する時には、いわゆる
ホットプレス法が用いられ、例えばセラミックスの原料
粉体中に上記パターン形状に配列した加熱ヒータ８を埋
設し、この状態で全体に圧力を加えた状態で高温状態に
維持してセラミックスを焼結させる。そして、処理容器
２内に処理ガスを供給しつつ所定の圧力に真空引きし、
上述のように形成された載置台４上にウエハＷを直置き
し、加熱ヒータ８からの熱によりウエハＷを加熱しつつ
成膜処理を行なう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ウエハＷに
対して熱処理を行なうに際しては、熱処理の面内均一性
を確保するために、ウエハＷの加熱温度の面内均一性を
高く維持することが必要である。しかしながら、載置台
４中に埋め込まれた加熱ヒータ８の性能がばらついてい
たり、ホットプレス時の圧力にばらつきが発生したりし
て、加熱ヒータ８のパターン形状をどのように工夫して
も載置台４の表面に部分的に発熱量が異なる部分が生
じ、温度分布が発生してしまうといった問題があった。
そして、この載置台４の表面における温度分布がこの上
面に直置きされているウエハＷに反映し、これがために
ウエハＷの面内温度が不均一になってばらつきが生じ、
温度の面内均一性を十分に確保できない、といった問題
があった。尚、上記した載置台表面における温度のばら
つきの原因は、ホットプレス時の面内圧力の不均一によ
り、載置台表面に熱伝導状態に差が発生したり、或いは
ホットプレス時に加熱ヒータ８の材料である例えばモリ
ブデンがセラミックス材料である窒化アルミニウム中に
不均一に拡散してしまうためであると推測される。

【０００５】そこで、上記したようなウエハ面内の温度
の不均一性を改善するために、載置台４の表面に短い複
数本、例えば高さ数ｍｍの３本程度のピンを起立させて
設け、このピン上にウエハＷを支持させることにより、
載置面上へのウエハの直置きを回避して載置台４の上面
の温度分布を緩和させることも行なわれているが、この
場合には、ウエハＷの裏面に成膜ガスが回り込んで、こ
の裏面に後工程においてパーティクルの発生原因となる
不要な膜が付着する、いわゆる裏面デポが発生し、好ま
しい対策とはいえない。特に、ウエハサイズが６インチ
或いは８インチから１２インチへと大型化するにつれ
て、上述したような問題が顕著化しており、早期の解決
が望まれている。本発明は、以上のような問題点に着目
し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本
発明の目的は、載置台表面の温度分布を緩和させた状態
で被処理体を加熱することができる熱処理装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、処理容器内に、被処理体を載置するための載置台を
設け、前記被処理体に所定の熱処理を施すようにした熱
処理装置において、前記載置台の上面に均熱化板を設置
するように構成したものである。これにより、薄い均熱
化板内で、放射エネルギーを多重反射させることによ
り、熱エネルギーを分散させ、載置台表面の温度の面内
均一性を緩和した状態で被処理体に熱エネルギーを伝達
することが可能となる。

【０００７】この場合、例えば請求項２に規定するよう
に、前記載置台は、加熱ヒータをセラミックス中に埋め
込むことにより形成されている。また、請求項３に規定
するように、前記均熱化板の表面と裏面の内の、少なく
とも一面は粗面化処理されているようにしてもよい。こ
のように粗面化処理を行なうことにより、均熱化板の粗
面における放射エネルギーの反射率が高まって均熱化板
内の多重反射の頻度が高まり、載置台表面における温度
の不均一性を一層緩和させた状態で被処理体に熱エネル
ギーを伝達することが可能となる。

【０００８】また、請求項４に規定するように、前記均
熱化板は、前記載置台の表面の温度分布に応じて粗面化
処理に分布を持たせているようにしてもよい。このよう
に、粗面化処理に分布を持たせることにより、被処理体
の温度の面内不均一性を一層改善することが可能とな
る。また、請求項５に規定するように、例えば前記均熱
化板は、石英板或いはサファイア板よりなる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る熱処理装置
の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発
明に係る熱処理装置を示す断面構成図、図２は載置台を
示す分解斜視図である。ここでは熱処理装置として成膜
装置を例にとって説明する。図示するように、この熱処
理装置としての成膜装置１０は、例えばアルミニウムに
より円筒体状に成形された処理容器１２を有している。
この処理容器１２の天井部には、多数のガス噴出口１４
を有するシャワーヘッド部１６が設けられており、これ
により処理ガスとして例えば成膜ガスを処理容器１２内
へ導入できるようになっている。尚、このシャワーヘッ
ド部１６内へ拡散板を設けるようにしてもよい。この処
理容器１２の側壁には、搬出入口２０が形成されてお
り、これにはゲートバルブ１８が設けられて開閉可能に
なされている。

【００１０】また、この処理容器１２の底部には、図示
しない真空ポンプ等に接続された排気口２２が設けられ
ており、処理容器１２内を必要に応じて真空引き可能と
している。そして、この処理容器１２内には、被処理体
としての半導体ウエハＷを載置するためにその底部より
支柱２４を介して起立された載置台２６が設けられてい
る。この載置台２６は、全体が例えばＡｌＮ等のセラミ
ックスよりなり、この内部に例えばモリブデン線等の抵
抗体よりなる加熱ヒータ２８が所定のパターン形状に配
列して埋め込まれている。この加熱ヒータ２８には、ス
イッチ３０を介してヒータ電源３２が接続されており、
必要に応じて加熱ヒータ２８に電力を供給するようにな
っている。

【００１１】そして、この載置台２６上に本発明の特徴
とする薄い均熱化板３４が設置されており、この載置台
２６上に被処理体である半導体ウエハＷが直置きされ
る。この均熱化板３４の直径は、この下の載置台２６の
直径と略同じに設定されており、両者の周縁部には、例
えばＡｌ₂ Ｏ₃ 等よりなる断面Ｌ字状のガイドリング３
６が装着されて、上記均熱化板３４を載置台２６側へ固
定している。上記均熱化板３４は、厚さが例えば０．５
〜１．５ｍｍ程度の円板状の石英板或いはサファイア板
よりなり、この内部で放射エネルギーを多重反射させて
放射熱を周囲に散らすようになっている。上記均熱化板
３４の厚さは一例を示したに過ぎず、上記数値に限定さ
れない。ここで上記均熱化板３４の表面（上面）或いは
裏面（下面）は、平坦な滑らかな面としてもよいが、好
ましくは表面或いは裏面の内の、少なくとも一方の面
に、より好ましくは両面にブラスト装置等により粗面化
処理（ブラスト処理）を施して微小な凹凸を付けるよう
にする。これにより、均熱化板３４の内部から上部のウ
エハＷや下部の載置台２８に対する放射エネルギーの反
射率を高くして、均熱化板３４の内部にて多重反射を起
こし易くすることが可能となり、熱のちらし効果を一層
向上させることが可能となる。

【００１２】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、処理容器１２の側壁に設
けたゲートバルブ１８を開状態とし、図示しないロード
ロック室から搬出入口２０を介して未処理の半導体ウエ
ハＷをこの処理容器１２内へ搬入し、これをリフタピン
（図示せず）の昇降動作によって載置台２６と一体的に
固定されている均熱化板３４上に直置き状態で載置す
る。次に、処理容器１２内を密閉状態とし、加熱ヒータ
２８への投入電力を増して予め予熱状態になされている
載置台１２の温度をプロセス温度まで昇温して維持す
る。そして、これと共にシャワーヘッド部１６から処理
ガスとして流量制御された成膜ガスを処理容器１２内へ
供給すると同時に、排気口２２から処理容器１２内を真
空引きして処理容器１２内を所定のプロセス圧力に維持
し、成膜処理を行なう。

【００１３】ここで成膜処理として、例えばＳｉＮ膜を
形成する場合には、成膜ガスとしてジクロルシランやＮ
Ｈ₃ を用い、その時のプロセス温度は例えば６５０〜７
００℃の範囲内、プロセス圧力は例えば０．２〜０．３
Ｔｏｒｒの範囲内にそれぞれ設定する。このような成膜
処理において、加熱ヒータ２８より発生した熱は載置台
２６を加熱し、この熱は熱伝導により、或いは放射エネ
ルギーとなって均熱化板３４を介してウエハＷに伝達さ
れ、ウエハＷを所定の温度に加熱維持することになる。
ここでの熱エネルギーの伝達は、熱伝導よりも主として
熱放射によって行なわれる。ここで、載置台２６の表面
の温度は、先に説明したように、セラミックス材料中に
加熱ヒータ２８を埋め込んでホットプレス焼結を行なっ
て載置台２６を形成する際の圧力分布のばらつきや加熱
ヒータ２８を構成する材料の不均一な拡散等に起因して
不均一な分布になる傾向にある。

【００１４】このように、載置台２６の表面温度がばら
ついて不均一な状態でこの上にウエハＷを直置きにする
と、この温度の不均一性がそのままウエハＷの温度分布
に反映してしまい、成膜処理上好ましくない。そこで、
本発明では、上述のようにこの載置台２６の上面に薄い
均熱化板３４を配置し、この上にウエハＷを直置きにす
るようにしているので、載置台２６の上面の温度不均一
性が緩和された状態でウエハＷに熱が伝わることにな
り、このウエハＷの温度の面内均熱性を高く維持するこ
とが可能となる。ここで、この薄い均熱化板３４の作用
について具体的に説明する。

【００１５】図３は載置台上のある点の放射エネルギー
の方向を示す拡大模式図であり、図４は図３中の放射エ
ネルギーの内の特定の方向の放射エネルギーの伝播の状
態を示す拡大模式図である。図３に示すように、載置台
２６の表面のある一点Ｐからは、これに接する透明な均
熱化板３４に対して放射エネルギーが球状に分布するよ
うに拡散放射して行くことになる。この球状に拡散する
放射エネルギーの内、１つの方向の放射エネルギーに着
目すると、図４に示すようにこの放射エネルギーは、透
明な均熱化板３４の上面と下面との間で多重反射を繰り
返しながら点Ｐよりも離れた方向に移動することにな
り、従って、点Ｐにおける熱エネルギーは反射のたびに
熱エネルギーを減少させながら、この周囲に分散されて
散らされるように作用する。

【００１６】ここで半導体ウエハＷにＳｉウエハを用
い、均熱化板３４として石英ガラス板を用い、載置台２
６としてＡｌＮを用いた場合には、均熱化板３４内を伝
播する放射エネルギーが半導体ウエハＷとの境界面で反
射する時には、反射率は略０．３５となってウエハＷ側
への吸収率は略０．６５となる。また、均熱化板３４内
を伝播する放射エネルギーが載置台２６との境界面で反
射する時には、反射率は略０．２となって載置台２６側
への吸収率は略０．８となる。放射エネルギーはこのよ
うな減衰状態で反射しながら、点Ｐよりも水平方向へ遠
ざかった方向へ伝播されて行くことになる。このよう
に、載置台２６の表面の各点より、上述したように放射
エネルギーが面方向へ拡散される結果、この載置台２６
の表面に温度分布が発生していても、上述したような均
熱化板３４の作用により、この熱エネルギーがウエハＷ
に伝播する際には、例えば温度が高くなる傾向の部分は
その温度が周辺に散らされて温度分布がならされてしま
う。この結果、ウエハＷの温度の面内均一性を高く維持
することができ、熱処理、例えば膜厚の面内均一性を高
くすることができる。

【００１７】上記実施例では、均熱化板３４の上下の両
面を平滑な面状態にしていたが、この両面或いは片面に
サンドブラスト等により微細な凹凸を付けて粗面化処理
してもよい。これによれば、均熱化板３４の上下面の反
射率を類似的に上げることができる。図５はこの時の状
態を示しており、ここでは均熱化板３４の上面３４Ａ及
び下面３４Ｂの両面に粗面化処理が行なわれて微細な凹
凸が形成されている。このように均熱化板３４の表面に
粗面化処理を施すことにより、均熱化板３４内を伝播す
る放射エネルギーの疑似的反射率は、粗面化の程度にも
よるが、ウエハＷの下面の境界面では略０．７（透過率
は略０．３）程度まで上がり、また、載置台２６の上面
の境界面では略０．７（透過率は略０．３）程度まで上
がっている。このため、放射エネルギーの源点である載
置台２６の上面の点Ｐよりも水平方向へより遠く離れた
位置まで熱エネルギーを散らすことができるので、ウエ
ハの表面温度をより平滑化してこの面内均一性を一層向
上させることが可能となる。尚、上記粗面化処理は、均
熱化板３４の上下の両面ではなく、いずれか一方の片面
のみ行なってもよい。

【００１８】更に、上記実施例では、均熱化板３４の表
面を粗面化処理する場合には、全面均一な状態で粗面化
処理を行なうようにしたが、これに限定されず、載置台
２６の表面の温度分布に応じて粗面化の程度に分布を持
たせるようにしてもよい。例えば載置台表面の温度が高
くなる領域に対応する均熱化板の表面は、粗面化の程度
を大きくしてその部分の放射エネルギーの反射率を大き
くし（吸収率は小さい）、逆に載置台表面の温度が低く
なる領域に対応する均熱化板の表面は粗面化の程度を小
さくし、或いは粗面化を施さないようにしてその部分の
放射エネルギーの反射率を小さくする（吸収率は大き
い）ようにしてもよい。図６及び図７はこのような時の
状態を示している。図６は載置台２６を所定のプロセス
温度に昇温した時の温度分布を示しており、図７は図６
の載置台に対応する均熱化板を示している。図７（Ａ）
は均熱化板の平面図を示し、図７（Ｂ）はこれに対応す
る断面図を示している。図６に示すように、載置台２６
をプロセス温度まで昇温した時にこの上面に温度分布が
生じている。

【００１９】ここでは、載置台２６の中心部の点線で囲
まれた領域Ａの部分が、その周囲よりも温度が少し高く
なる傾向にあると仮定する。この場合には、図７の均熱
化板３４に示すように、上記領域Ａに対応する領域Ｂの
部分の粗面化処理を細かくしてこの部分における放射エ
ネルギーに対する疑似的な反射率を高くする。そして、
この領域Ｂの外側の領域の粗面化処理の程度は抑制して
この部分における放射エネルギーに対する疑似的な反射
率は上記よりも低くする。これにより、載置台２６の温
度が高くなる傾向にある領域Ａにおける熱エネルギーは
その外側の周囲までより効率的に十分に散らして拡散す
ることができ、また、領域Ａの外側の領域の熱エネルギ
ーは拡散の程度が抑制されるので、この結果、両者の相
乗効果により、ウエハＷの温度の面内均一性を更に向上
させることが可能となる。

【００２０】尚、上記実施例では、ＳｉＮ膜の成膜処理
を例にとって説明したが、本発明は、他の膜種の成膜処
理にも適用でき、また成膜処理に限らず、エッチング処
理、酸化拡散処理、アニール処理等の他の熱処理にも適
用できるのは勿論である。例えば図８は、本発明を熱処
理装置として紫外線ランプを用いたアニール改質装置４
０へ適用した時の断面図を示している。この装置４０
は、ウエハＷの表面に堆積された膜、例えばＴａＯｘ膜
等をアニール改質するために用いられる。この処理容器
１２の天井部には大きな開口４２が設けられ、ここにＯ
リング等のシール部材４５でシールされた例えば石英製
の透過窓４４を設けている。そして、この上方にケーシ
ング４６により覆われた紫外線ランプ４８を配置し、載
置台２６上に固定した均熱化板３４上のウエハＷに紫外
線ＵＶを照射するようになっている。この場合、シャワ
ーヘッド部１６は、紫外線の透過を阻害しないように、
例えば石英製のリング状のシャワーヘッド部１６を用い
るようにしており、これより処理ガスとして例えばＯ₃
（オゾン）を供給するようになっている。

【００２１】この場合にも、載置台２６上に均熱化板３
４を設けているので、ウエハＷの温度の面内均一性が高
く維持され、熱処理であるアニール改質処理の面内均一
性を向上させることができる。尚、ウエハＷは均熱化板
３４上に直置きされているので、ウエハＷの裏面側にオ
ゾンが侵入することはなく、ウエハ裏面が酸化されるこ
とはない。また、本実施例では、被処理体として半導体
ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、Ｌ
ＣＤ基板、ガラス基板等を処理する場合にも本発明を適
用できるのは勿論である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱処理装
置によれば、次のように優れた作用効果を発揮すること
ができる。載置台の上面に均熱化板を設けてこの均熱化
板内で放射エネルギーを多重反射させるようにしたの
で、載置台の表面の温度分布を緩和させた状態で被処理
体を加熱することができ、この温度の面内均一性を向上
させることができる。また、均熱化板の面を粗面化する
ことにより、熱エネルギーの拡散を促進できるので、被
処理体の温度の面内均一性を一層向上させることができ
る。更に、均熱化板の粗面化処理に、載置台の表面温度
分布に対応させた分布を持たせることにより、被処理体
の温度の面内均一性を更に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱処理装置を示す断面構成図であ
る。

【図２】載置台を示す分解斜視図である。

【図３】載置台上のある点の放射エネルギーの方向を示
す拡大模式図である。

【図４】図３中の放射エネルギーの内の特定の方向の放
射エネルギーの伝播の状態を示す拡大模式図である。

【図５】均熱化板の両面を粗面化処理した時の放射エネ
ルギーの伝播状態を説明するための説明図である。

【図６】載置台を所定のプロセス温度に昇温した時の温
度分布を示す図である。

【図７】図６の載置台に対応する均熱化板を示す図であ
る。

【図８】本発明を熱処理装置として紫外線ランプを用い
たアニール改質装置へ適用した時の断面図である。

【図９】従来の一般的な熱処理装置を示す概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１０成膜装置（熱処理装置）１２処理容器１６シャワーヘッド部２６載置台２８加熱ヒータ３４均熱化板３６ガイドリングＷ半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K030 AA03 AA06 AA13 BA40 CA04 CA12 DA09 FA10 GA02 KA23 KA46 LA12 LA15 5F045 AA03 AB33 AD10 AE19 BB02 DP03 EB02 EF05 EK07 EK12 EM02 EM08 EM09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理容器内に、被処理体を載置するため
の載置台を設け、前記被処理体に所定の熱処理を施すよ
うにした熱処理装置において、前記載置台の上面に均熱
化板を設置するように構成したことを特徴とする熱処理
装置。
【請求項２】前記載置台は、加熱ヒータをセラミック
ス中に埋め込むことにより形成されていることを特徴と
する請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】前記均熱化板の表面と裏面の内の、少な
くとも一面は粗面化処理されていることを特徴とする請
求項１または２記載の熱処理装置。
【請求項４】前記均熱化板は、前記載置台の表面の温
度分布に応じて粗面化処理に分布を持たせていることを
特徴とする請求項３記載の熱処理装置。
【請求項５】前記均熱化板は、石英板或いはサファイ
ア板よりなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
かに記載の熱処理装置。