JP2009147110A - 基板の熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の搬出入に伴うチャンバ内への外気の流入を簡単な構成で確実に防止することができる基板の熱処理装置を提供する。
【解決手段】加熱媒体である処理ガスが内部に導入されるチャンバ１と、処理の対象となるウェハ６が載置されるようにチャンバ１の内部に配設されている基板載置台４と、チャンバ１の内部と外部とを仕切るようチャンバ１に開閉可能に設けられたシャッタ７と、チャンバ１の内部のシャッタ７に隣接する部位に吸気口９ａ、１０ａが臨んでチャンバ１の処理ガスを外部に排出する排気管路９，１０と、チャンバ１内が陽圧となるように処理ガスの供給を制御するとともに、少なくともシャッタ７が開放されるウェハのチャンバ１に対する搬出入の際には吸気口９ａ，１０ａが負圧になるように加熱処理ガスの排気圧を制御する制御装置１２とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は基板の熱処理装置に関し、特にウェハ上に形成した半導体素子を熱処理する場合に適用して有用なものである。

半導体やデバイスの製造においては、シリコンウェハ（以下、ウェハという）の酸化，拡散，ＣＶＤ等の熱処理が行われる。特に最近のＬＳＩデバイスの微細化、集積度の増加に伴い、たとえば、ウェハ表面に酸化膜を形成してレジストを塗布後、酸化膜をエッチングして取り除く際に、エッチングを精度良く行うこと等のために、均一な膜厚で極薄膜を形成する技術が要求される。

従来、１枚乃至数枚のウェハを短時間で繰り返し処理する装置として、ハロゲンランプ等の加熱源を備えたランプアニールが用いられている。この装置は、チャンバ内に酸化，拡散等に応じた処理ガスを導入しながら、加熱源によってチャンバ内を加熱することによりチャンバ内に搬入したウェハの熱処理を行うようになっている（例えば、特許文献１参照）。

かかる熱処理装置においては、チャンバ内へのウェハの出し入れを行うためにチャンバの一端に開口部が形成されており、この開口部を介してチャンバ内にウェハを出し入れするようになっている。この結果、チャンバに対するウェハの搬入・搬出の際、開口部を介してチャンバ内に外気が流入しやすい。ここで、チャンバ内は常に加熱されている。したがって、流入した外気によりウェハ表面に不要な酸化膜が形成される。かかる外気の流入による初期酸化が、例えばゲート酸化膜やキャパシタ絶縁膜形成においては、ＬＳＩの品質を大きく低下させる虞がある。さらに、近年のウェハの大口径化に伴い、チャンバの開口部を大きくしなければならなくなり、ますます外気が流入し易い構造となってきている。

従来技術に係る外気の流入を防止する装置として、ガスカーテン式のものが知られている。このガスカーテン式の装置は、前記開口部の前部に、不活性ガスを噴出するガス導出装置と、開口部を挟んでガス導出装置と対向する排気装置とが設けられており、ガス導出装置が、開口部の全体にわたり、排気装置に向けて不活性ガスを噴出することにより、チャンバの内部と外部を遮断してチャンバ内への外気の流入を防止している。

さらに、真空前室式（ロードロックタイプ）の装置として、チャンバの開口部に真空前室を設けたものがある。この装置は、ウェハを一旦真空前室に入れ、真空前室を吸引して真空にするとともに、真空にした状態で、真空前室と予め真空状態にしてあるチャンバとの間の扉を開きウェハをチャンバ内に挿入するようになっている。

特開２００５−６４２７７号公報（図１参照）

しかしながら、上述の如き従来技術の場合には、次のような問題がある。すなわち、ガスカーテン式の装置では、処理ガス導入口から導入された処理ガスとガス導出装置から噴出された不活性ガスとが開口部付近で衝突して３次元的な複雑な流れとなって渦が発生する。この結果、前記渦によって、外気がチャンバ内に巻き込まれ、完全には外気の流入を防止することができない。この結果、基板上の温度分布が均一でなくなり、加熱処理による素子の品質のばらつき等を生起してしまう。また、真空前室式の装置は、ウェハが真空前室を介してチャンバ内に挿入されるので、外気の流入を完全に防止することができるが、真空前室や真空吸引源等の装置が必要となるので、構成が複雑となり、コストが高騰するという問題がある。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、基板の搬出入に伴うチャンバ内への外気の流入を簡単な構成で確実に防止することができる基板の熱処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の態様は、加熱媒体である処理ガスが内部に導入されるチャンバと、処理の対象となる基板が載置されるように前記チャンバの内部に配設されている基板載置台と、前記チャンバの内部と外部とを仕切るよう前記チャンバに開閉可能に設けられたシャッタと、前記チャンバの内部の前記シャッタに隣接する部位に吸気口が臨んで前記チャンバ内の前記処理ガスを外部に排出する排気手段と、前記チャンバ内が陽圧となるように前記処理ガスの供給を制御するとともに、少なくとも前記シャッタが開放される前記基板の前記チャンバに対する搬出入の際には前記吸気口が負圧になるように前記加熱処理ガスの排気圧を制御する制御手段とを有することを特徴とする基板の熱処理装置にある。
本態様によれば、シャッタを閉じた状態でチャンバ内に供給される処理ガスにより基板載置台に載置された基板が加熱される。この結果、所定の加熱が良好に行われる。一方、チャンバに対する基板の搬出入の際には、チャンバ内が陽圧であると同時に、排気の吸気口が負圧になっているので、シャッタが開かれてもチャンバ内の処理ガスとともに外気も排気手段に流入する。この結果、冷たい外気がチャンバ内に流入することはなく、外気が基板を冷却することもない。したがって、基板の均一加熱状態は阻害されることなく、そのまま維持される。

この際、前記基板載置台は発熱体であるホットプレートで形成するのが望ましい。この場合には、処理ガスによる加熱だけでなく基板載置台自体も熱源となりその分迅速な加熱が可能になる。

また、前記チャンバ内において前記基板載置台の上方に、前記基板載置台と平行な平板である整流板を配設しても良い。この場合には、チャンバ内において基板の上方の空間に処理ガスをより均一に分布させることができる。この結果、基板の全面に亘る均一な加熱に資することができる。

ここで、前記整流板を発熱体であるホットプレートで形成しても良い。この場合には、処理ガスによる加熱だけでなく整流板自体も熱源となりその分迅速な加熱が可能になる。

前記処理ガスは不活性ガスが好適である。この場合には、基板の安定的な加熱を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る熱処理装置を概念的に示す説明図である。同図に示すように、チャンバ１はその内部に加熱媒体である処理ガスを供給するためのガス供給口１ａ、１ｂを有している。すなわち、ガス供給口１ａがチャンバ１の天井板の中央部に、またガス供給口１ｂが底板の中央部にそれぞれ配設されている。ガス供給口１ａ，１ｂを介してチャンバ１内に供給される不活性ガスとしての処理ガスは、本形態の場合加熱窒素ガスである。ただし、この不活性ガスの処理ガスはこの態様に限定されない。すなわち、窒素ガス供給部２から供給される窒素ガスを熱源３で所定温度に加熱した後、流量調整弁４ａ，４ｂを介してチャンバ１内に供給するようになっている。ここで、チャンバ１内に供給される加熱窒素ガスはチャンバ１内を陽圧にするような高圧ガスとして窒素ガス供給部２に充填されている。

チャンバ１の内部には基板載置台４と整流板５とが配設されている。ここで、基板載置台４は処理の対象となる基板であるウェハ６を載置するものである。一方、整流板５はチャンバ１内において基板載置台４の上方に、これに平行に配設された平板である。したがって、本形態におけるウェハ６は基板載置台４に載置された状態で、整流板５の下方の空間に占位することになる。ここで、整流板５はガス供給口１ａを介してその上面に向けて噴射される加熱窒素ガスを面方向に拡散させる機能を有する。同様に、基板載置台４はガス供給口１ｂを介してその下面に向けて噴射される加熱窒素ガスを面方向に拡散させる機能を有する。このように、整流板５及び基板載置台４により加熱窒素ガスはチャンバ１内で均一になるように拡散される。

ここで、基板載置台４及び／又は整流板５を加熱源であるホットプレートとして構成しても良い。この場合には、整流板としての機能と熱処理のための熱源としての機能を兼備させることができる。

シャッタ７はチャンバ１の一側面を開閉するように構成してある。すなわち、このシャッタ７でチャンバ１の内部と外部とを仕切るようになっている。ウェハ６はシャッタ７を開いた状態でチャンバ１からの搬入乃至搬出が行われる。ちなみに、搬入時には搬送アーム８にウェハ６を載置した状態でシャッタ７を開き、搬送アーム８を前方に伸長させることによりウェハ６をチャンバ１内に搬入する。さらに詳言すると、このとき基板載置台４の表面からは複数本のピン（図示せず）が上方に突出するようになっており、突出した状態のピンで一旦ウェハ６を支持し、搬送アーム８を退避させた後、ピンを下降させることによりウェハ６を基板載置台４に載置させる。ウェハ６の搬出の際には逆の動作を行わせる。

排気管路９，１０はチャンバ１の内部のシャッタ７に隣接する部位に吸気口９ａ，１０ａが臨んでチャンバ１内の処理ガスである加熱窒素ガスを外部に排出するものである。ここで、吸気口９ａ，１０ａは常にチャンバ１内よりも相対的な低圧部となっている。また、吸気口９ａ，１０ａはシャッタ７が開いた状態でチャンバ１の開口部の上端及び下端位置に臨ませて設けてある。そして、少なくともシャッタ７の開放時には外気圧よりも低圧になるように制御されている。この結果、シャッタ７の開放時、外気はチャンバ１内に流入することなく加熱窒素ガスとともに吸気口９ａ，１０ａから排気管路９，１０内へ吸引される。排気管路９，１０は流量調整弁１１の上流で合流させてあり、図示しない排気ポンプにより吸引して外部に排出される。

制御装置１２は熱源３の温度とともに流量調整弁４ａ，４ｂ，１１の開度を制御するもので、この制御によりチャンバ１内が陽圧となるように加熱窒素ガスの量を調整するとともに、少なくともシャッタ７の開放時には吸気口９ａ，１０ａが負圧になるように排気圧を調整する。

図２は本発明の実施の形態に係る装置の動作を説明するタイミングチャートで、同図（ａ）にチャンバ１内に供給する加熱窒素ガスの流量を示し、（ｂ）にチャンバ１内から排出する加熱窒素ガスの流量を示してある。両図に示すように、加熱処理中には供給窒素ガスの流量ｆ１に対しこれより遥かに少ない流量ｆ２（＜ｆ１）となるように排出窒素ガスの流量を調整する。このことにより、チャンバ１内には加熱窒素ガスが滞留した状態となり、チャンバ１の全体に加熱窒素ガスが充満されて基板載置台４上に載置されたウェハ６が均一に加熱される。

所定の加熱処理が終了した時点で供給窒素ガスを流量ｆ３（＞ｆ１）に増加させる。同時に、排出窒素ガスも流量ｆ３に増加させる。この結果、チャンバ１内には大きなガス流が発生しウェハ６の上方に浮遊するコンタミ等を含め異物を良好に排出することができ、良好な熱処理を行うことができる。

最後にシャッタ７を開いて処理したウェハ６をチャンバ１から搬出する際には、供給窒素ガスは流量ｆ３に維持してチャンバ１内を大きな陽圧に維持する一方、排出窒素ガスは流量ｆ２に絞って吸気口９ａ，１０ａを負圧にする。この結果、チャンバ１内では吸気口９ａ，１０ａに向かうガス流が形成され、シャッタ７が開かれてもチャンバ１内の供給窒素ガスとともに外気も排気管路９，１０に流入される。この結果、冷たい外気がチャンバ１内に流入することはなく、外気がウェハ６を冷却することもない。なお、搬入に際しシャッタ７を開放する際にも同様の制御が行われる。

上記形態に係る熱処理装置では、整流板５を設けたが、これは必ずしも必要ではない。整流板５を設けない場合でも、処理ガスの供給量と排出量とを適切に制御することで、チャンバ内に十分長時間加熱窒素ガスを滞留させてウェハ６の熱処理に供することができるからである。また、ウェハ６は水平方向から出し入れする横型に限らず、垂直方向から出し入れする縦型の熱処理装置としても良い。

さらに、処理ガスの流路に熱電対を設置することで、最適な流量と温度を計算して、処理ガスの温度を制御するだけでなく、温度との関係を調整して熱源３等の温度を制御するようにしても良い。また、処理ガスは窒素に限るものではない。場合によっては、酸素でも構わない。この場合は、排気を絞ることで、内部気圧を３気圧以上にすることができ、基板の均一かつ緻密な酸化膜圧をえることができる。

本発明の実施の形態に係る熱処理装置を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る装置の動作を説明するタイミングチャートである。

符号の説明

１ チャンバ、 ２ 窒素ガス供給部、 ３ 熱源、 ４ 基板載置台、 ５ 整流板、６ ウェハ、 ７ シャッタ、 ９，１０ 排気管路、 ９ａ，１０ａ 吸気口、 １２ 制御装置

Claims (5)

1. 加熱媒体である処理ガスが内部に導入されるチャンバと、
   処理の対象となる基板が載置されるように前記チャンバの内部に配設されている基板載置台と、
   前記チャンバの内部と外部とを仕切るよう前記チャンバに開閉可能に設けられたシャッタと、
   前記シャッタに隣接する前記チャンバの開口部に吸気口が臨んで前記チャンバ内の前記処理ガスを外部に排出する排気手段と、
   前記チャンバ内が陽圧となるように前記処理ガスの供給を制御するとともに、少なくとも前記シャッタが開放される前記基板の前記チャンバに対する搬出入の際には前記吸気口が負圧になるように前記加熱処理ガスの排気圧を制御する制御手段とを有することを特徴とする基板の熱処理装置。
2. 請求項１に記載する基板の熱処理装置において、
   前記基板載置台を発熱体であるホットプレートで形成したことを特徴とする基板の熱処理装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載する基板の熱処理装置において、
   前記チャンバ内において前記基板載置台の上方に、前記基板載置台と平行な平板である整流板を配設したことを特徴とする基板の熱処理装置。
4. 請求項３に記載する基板の熱処理装置において、
   前記整流板を発熱体であるホットプレートで形成したことを特徴とする基板の熱処理装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載する基板の熱処理装置において、
   前記処理ガスは不活性ガスであることを特徴とする基板の熱処理装置。

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