JP4210060B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，半導体ウエハ等の被処理体を加熱し，成膜処理等を施す熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に，半導体集積回路の製造工程においては，半導体ウエハなどの被処理体の表面に配線パターンや電極等を形成するためにＷ（タングステン），ＷＳｉ（タングステンシリサイド），Ｔｉ（チタン），ＴｉＮ（チタンナイトライド），ＴｉＳｉ（チタンシリサイド）等の金属或いは金属化合物を堆積させて薄膜を形成することが行なわれている。この種の薄膜を形成する装置としては，例えばランプ加熱型の熱処理装置が使用される。
【０００３】
このような熱ＣＶＤ装置で成膜処理を行う場合，図１１に示すように装置中央に設置されたサセプタ２０１上に半導体ウエハＷが載置され，この半導体ウエハはクランプリング２０２で保持される。
【０００４】
上記サセプタ２０１には，半導体ウエハ用のリフタピン２０３が昇降可能なピン孔（逃げ孔）２０４がリフタピン２０３の数（例えば図１２に示すように３つ）だけ形成されている。このリフタピン２０３は図示しないアクチュエータにより昇降自在に構成された昇降軸に支持されたアーム上に取り付けられており，上記リフタピン孔２０４内を昇降するようになっている。
【０００５】
上記サセプタ２０１は，下方に配置したハロゲンランプなどで構成された加熱ランプ２０５により所定の温度に保持され，サセプタ２０１を介して半導体ウエハの面に熱が均一に伝わるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，従来，実際には種々の要因で半導体ウエハの温度分布が不均一になる場合があった。半導体ウエハの温度分布が不均一になると，半導体ウエハに均一な薄膜を形成することが困難となるので，種々の要因を解消して極力温度分布が均一となるようにすることが課題となる。
【０００７】
上述したように温度分布が不均一となる原因としては，以下のようなことが考えられる。
第１に，サセプタ２０１には，例えばシース熱電対で構成された温度センサ（ＴＣ）などサセプタとは異なる材質の異種部材を内蔵する場合があり，このような異種部材を内蔵した場合にサセプタ２０１と異種部材との熱線透過率の相違に基づいて温度分布が不均一になることが考えられる。
【０００８】
上記サセプタ２０１は加熱ランプ２０５からのランプ光，特に赤外線等の波長（熱線）を吸収することにより熱を発生するため，サセプタ２０１における熱線透過率が高いと赤外線等の波長が吸収され難くサセプタ２０１の温度は低くなる。通常は上記サセプタ２０１全体の熱線透過率は均一であるため全体の温度分布も均一となる。
しかしながら，サセプタ２０１に熱線透過率の異なる温度センサなど異種部材が内蔵されると，その熱線透過率の差が大きいほどサセプタ２０１内で温度が異なる部位が生じ，サセプタ２０１において温度分布が不均一になると考えられる。
【０００９】
例えば，直径２００ｍｍの半導体ウエハを扱う熱ＣＶＤ装置では，半導体ウエハの温度制御を行うため，サセプタ２０１の端部から比較的浅い位置まで温度センサ（ＴＣ）を挿入することがある。
また，より大きな直径３００ｍｍの半導体ウエハを扱う熱ＣＶＤ装置では，サセプタ２０１の端部の温度センサだけでは温度制御が不十分となるため，２本目の温度センサ（ＴＣ）をサセプタ２０１の端部からより深い中央付近まで挿入することがある。具体的には，図１３に示すように棒状の温度センサ２０６をサセプタ２０１の端部から１５ｍｍ程度の位置まで挿入するとともに，２本目の棒状の温度センサ２０７をサセプタ２０１の端部から１２０ｍｍ程度の中央付近まで挿入し，２本の温度センサ２０６，２０７に基づいて半導体ウエハの温度制御を行う。
【００１０】
従来，このような温度センサなどの異種部材が内蔵されたサセプタ２０１を例えば白色を呈するＡｌＮ（窒化アルミニウム）系セラミックスのように熱線透過率の高い材料で構成していたため，熱線透過率の低い温度センサ２０６をサセプタ２０１に内蔵すると，その熱線透過率の差が大きく，半導体ウエハの温度分布が不均一となる原因の１つとなっていた。特に，直径３００ｍｍの半導体ウエハを扱う熱ＣＶＤ装置では，２本の温度センサ２０６，２０７を内蔵すること，そのうちの１本はサセプタ２０１の中央付近まで位置することなどから，半導体ウエハの温度分布に与える影響が大きい。
【００１１】
また，上記サセプタ２０１に内臓される異種部材としては，上述した温度センサ２０６，２０７の他に，図１４に示すような半導体ウエハ静電吸着用の電極２０８がある。図１１に示すように半導体ウエハをクランプリング２０２によりクランプで固定する代りに，静電気によってサセプタ２０１に吸着させることによって固定させる場合である。この場合も上記と同様な問題を生じる。すなわち，従来，サセプタ２０１を白色を呈するＡｌＮ系セラミックスのように熱線透過率の高い材料で構成していたため，サセプタ２０１と電極２０８との熱線透過率の差が大きく，半導体ウエハの温度分布が不均一となる原因の１つとなっていた。
【００１２】
第２に，サセプタ２０１とクランプリング２０２との熱線透過率の相違に基づいて温度分布が不均一になることが考えられる。この場合，クランプリング２０２はリング上であるため，サセプタ２０１よりも面積が狭いことから，同じ熱源である熱線を受けても，クランプリング２０２の温度の方がサセプタ２０１の温度よりも低くなる。しかも，クランプリング２０２は半導体ウエハの周縁部とのみ接触するため，半導体ウエハ周縁部の熱がクランプリング２０２に吸熱されて温度分布が不均一になる。
【００１３】
図１５にクランプリング２０２とサセプタ２０１とをともに熱線透過率の高い白色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成して加熱ランプ２０５からの熱線によりサセプタ２０１を介して半導体ウエハを加熱した場合における半導体ウエハの面内温度を測定した実験結果を示す。この場合，成膜ガス以外の処理ガスＡｒ，Ｈ2，Ｎ2などを処理容器内に導入して，圧力略１０６００Ｐａに設定し，半導体ウエハＷが４４５℃になるように制御している。また，半導体ウエハ上にはウエハ上の温度を測定するための熱電対が設けられている。同図中，横軸には直径３００ｍｍの半導体ウエハについて中央位置を０とした場合の測定位置をとり，縦軸にはその測定位置における温度をとっている。また，黒三角形のグラフは半導体ウエハの面内温度を示し，白三角形で示した点はクランプリング２０２の温度を示している。
【００１４】
この実験結果を見ると，クランプリング２０２の温度（白三角形）が半導体ウエハの中央部ないしその周辺部（−１００ｍｍ〜１００ｍｍ）の温度よりも低くなり，半導体ウエハの周縁部（１００ｍｍ〜１５０ｍｍ，−１００ｍｍ〜−１５０ｍｍ）の温度も中央部ないしその周辺部よりも低下しており，面内温度分布が不均一となっていることがわかる。このように，従来はクランプリング２０２についてもサセプタ２０１と同じ熱線透過率の高い材料で構成していたことから熱線を受ける面積の相違に基づいて温度差が生じており，これが面内温度分布が不均一となる要因の１つになっていた。
【００１５】
第３に，サセプタ２０１に設けたピン孔に基づいて温度分布が不均一になることが考えられる。例えば図１２に示すようにサセプタ２０１の周縁部にはリフタピン２０３のリフタピン孔２０４が同心円上に同間隔で３つ設けられているが，このリフタピン孔２０４から加熱ランプ２０５からの熱線が透過する可能性がある。このため，リフタピン孔２０４の間隔が大きいと，サセプタ２０１の周縁部において温度分布が不均一になることも考えられる。
【００１６】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，半導体ウエハの温度分布の均一性を向上させることができ，これにより半導体ウエハなどの被処理体に形成する薄膜の膜厚分布の均一性を向上させることができる熱処理装置を提供しようとするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明は，請求項１に記載のように，処理ガスが供給される処理容器内の受光発熱体上に被処理体を載置し，熱源からの熱線により前記受光発熱体を介して前記被処理体を加熱する熱処理装置において，前記被処理体が載置される面に対して不均一に前記受光発熱体の一部に内蔵される，耐熱金属材料で形成された温度センサよりも低い熱線透過率を有して黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで，前記受光発熱体を構成したことを特徴とする熱処理装置を提供する。受光発熱体として例えばサセプタに温度センサなどの熱線透過率の低い異種部材を内蔵することがあり，本発明によればこのような場合に該温度センサよりも低い熱線透過率を有する材料，つまり，黒色を呈するＡｌＮ系部材で構成することにより，透過率の低い異種部材とサセプタとの温度差を少なくすることができるので，異種部材が内蔵されることによるサセプタの温度分布への影響を軽減することができ，半導体ウエハの面内温度分布の均一性を向上させることができる。
【００１８】
また，処理ガスが供給される処理容器内の受光発熱体上に被処理体を載置し，この被処理体の周縁部をリング状の被処理体押さえ部材により保持した状態で，熱源からの熱線により前記受光発熱体を介して前記被処理体を加熱する熱処理装置において，前記受光発熱体よりも熱線透過率の低い材料で前記被処理体押さえ部材を構成することにより，受光発熱体と被処理体押さえ部材との温度差を少なくすることができ，半導体ウエハ周縁部の熱が被処理体押さえ部材に吸熱されることを防止できる。これにより，例えばサセプタなどの受光発熱体と被処理体押さえ部材の熱線を受ける面積の相違に基づいて生じる半導体ウエハの面内温度の差を少なくすることができるため，半導体ウエハの面内温度分布の均一性を向上させることができる。また，受光発熱体に対して相対的に温度が低くなりやすい被処理体押さえ部材を熱線透過率の低い黒色を呈するＡｌＮ系部材で構成することにより，例えばサセプタなどの受光発熱体と被処理体押さえ部材との温度差を少なくすることができ，半導体ウエハの面内温度分布の均一性を向上させることができる。この場合，サセプタの厚みを薄くすればするほど熱線透過率は高くなってしまうが，サセプタも熱線透過率の低い黒色を呈するＡｌＮ系部材で構成すれば，サセプタの厚みを薄くしても熱線透過率を低くすることができるので，サセプタの熱効率が高くなり，サセプタと被処理体押さえ部材との温度差を少なくすることができる。これにより，半導体ウエハの面内全体の温度分布の均一性をより向上させることができる。
【００１９】
また，請求項２に記載のように，前記被処理体を保持して前記受光発熱体上に載置させるための複数の支持部材を出し入れ可能な逃げ孔とこれらの逃げ孔と同形状の孔とを，各孔が同心円上に等間隔に並ぶように前記受光発熱体に設けることにより，各孔の間隔が狭くなり，しかも各孔が等間隔に並ぶので，熱源からの熱線が各孔から均等に透過する。このため，熱線が逃げ孔のみから透過する場合に比して，サセプタなどの受光発熱体の周縁部における温度分布の均一性を向上させることができる。これにより，半導体ウエハの面内温度分布の均一性を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下，本発明に係る熱処理装置の第１の実施の形態を図１ないし図７を参照しながら説明する。図１は本発明に係る熱処理装置の一例を示す断面図，図２は図１に示す載置台を兼ねる受光発熱体としてのサセプタの周縁部を示す拡大断面図である。本実施例では熱処理装置として加熱ランプを用いた高速昇温が可能な枚葉式の成膜装置を例に取って説明する。
【００２１】
この成膜装置２２は，例えばアルミニウム等により円筒状或いは箱状に成形された処理容器２４を有しており，この処理容器２４内には，容器底部より起立させたリング状の反射支柱２６上に，例えば載置台を兼ねたサセプタ３０の周方向に適宜配置された断面Ｌ字状の３つの保持部材２８を介して被処理体としての半導体ウエハＷを載置するための載置台を兼ねたサセプタ３０が設けられている。サセプタ３０の直径は，処理すべきウエハＷの直径と略同一となるように設定されている。また，反射支柱２６及び保持部材２８は，後述する加熱ランプ５２からの熱線，主に赤外線の波長（熱線）を透過する材料，例えば石英により構成されている。
【００２２】
このサセプタ３０の下方には，支持部材として複数本（例えば３本）のＬ字状のリフタピン３２が設けられており，各リフタピン３２は図示しないリングにより互いに連結されている。このリフタピン３２を容器底部に貫通して設けられた押し上げ棒３４により上下動させることにより，上記リフタピン３２をサセプタ３０に貫通させて設けた逃げ孔としてのリフタピン孔３６に挿通させてサセプタ３０からウエハＷを持ち上げたり，サセプタ３０に支持し得るようになっている。
上記押し上げ棒３４の下端は，処理容器２４内の気密状態を保持するために伸縮可能なベローズ３８を介してアクチュエータ４０に接続されている。上記サセプタ３０の周縁部には，ウエハＷの固定手段，例えばウエハＷの周縁部を押し付けてこれをサセプタ３０側へ固定するためのリング状のセラミックス製のクランプリング４２が設けられており，このクランプリング４２は，上記保持部材２８を遊嵌状態で貫通した石英製のリングアーム４４を介して上記リフタピン３２に連結されており，リフタピン３２と一体的に昇降するようになっている。ここで保持部材２８とリフタピン３２の水平部分との間のリングアーム４４にはコイルバネ４６が介設されており，クランプリング４２等を下方向へ付勢し，且つウエハＷのクランプを確実ならしめている。これらのリフタピン３２及び保持部材２８も石英等の熱線透過部材により構成されている。
【００２３】
また，サセプタ３０の直下の処理容器２４の底部には，石英等の熱線透過材料よりなる透過窓４８が気密に設けられており，この下方には，透過窓４８を囲むように箱状の加熱室５０が設けられている。この加熱室５０内には加熱手段としてハロゲンランプなどで構成された複数の加熱ランプ５２が反射鏡も兼ねる回転台５４に取り付けられており，この回転台５４は，回転軸を介して加熱室５０の底部に設けた回転モータ５６により回転される。従って，この加熱ランプ５２より放出された熱線は，透過窓４８を透過してサセプタ３０の下面を照射してこれを加熱し，これからの熱伝導によってウエハＷを加熱し得るようになっている。透過窓４８の上方には，透過窓４８の外周に沿うようにして筒状のリフレクター（反射支柱）２６が設けられ，その内周面は鏡面加工され，ランプ５２からの熱線を効率よくサセプタ３０へ反射して導くようになっている。
【００２４】
上記加熱ランプ５２は，中央から放射線状に多数配置されている。中央部に配置された加熱ランプ５２はサセプタ３０の主として中央部を加熱し，その外側に配置された加熱ランプ５２はサセプタ３０の主として中央から端部までを加熱し，最も外側に配置された加熱ランプ５２は主としてクランプリング４２を加熱するように３ゾーンのランプ配置になっている。
【００２５】
この加熱室５０の側壁には，この加熱室５０内や透過窓４８を冷却するための冷却エアを導入する冷却エア導入口５８及びこのエアを排出する冷却エア排出口６０が設けられている。そして，透過窓４８の外周に沿うように設けられたリフレクター（反射支柱）２６の下部には環状の位置に均等に配置するように不活性ガスを供給するガス導入穴７１が複数（例えば８つ）設けられており，サセプタ３０の下方の室７０内に不活性ガス（Ｎ2 ，Ａｒ等），例えばＡｒを貯留する図示しないＡｒガス源から流量制御されたＡｒガスをバックサイドガスとして室７０内に流すことにより，この室７０内に処理ガスが侵入して熱線に対して不透明化の原因となる成膜が透過窓４８の内面等に付着することを防止している。
【００２６】
また，サセプタ３０の外周側には，多数の整流孔６２を有するリング状の整流板６４が，上下方向に環状に成形された支持コラム６６と処理容器２４の内壁との間で支持させて設けられている。支持コラム６６の上端内周側には，この内周端に支持させてリング状の石英製アタッチメント部材６８が設けられており，サセプタ３０より下方側の室内へ処理ガスができるだけ流れ込まないように処理容器２４内を上下の室に区画している。支持コラム６６の上部には，水冷ジャケット８０が設けられ，整流板６４側を主に冷却するようになっている。整流板６４の下方の底部には排気口７４が設けられ，この排気口７４には図示しない真空ポンプに接続された排気路７６が接続されており，処理容器２４内を真空引きして所定の真空度（例えば０．５Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒ）に維持し得るようになっている。そして，上記支持コラム６６には，圧力逃し弁７８が設けられており，サセプタ３０の下方の室７０内が過度に陽圧状態になることを防止している。
【００２７】
一方，上記サセプタ３０と対向する処理容器２４の天井部には，処理ガスやクリーニングガス等の必要ガスを反応室８２内へ導入するためのガス供給部８４が設けられている。具体的には，このガス供給部（シャワーヘッド）８４は，シャワーヘッド構造になされており，例えばアルミニウム等により円形箱状に成形されたヘッド本体８６を有し，この天井部にはガス導入口８８が設けられている。このガス導入口８８は，ガス通路や複数の分岐路を介して図示しないガス源に接続しており，各ガス源からＮ2 ，Ｈ2，ＷＦ6 ，Ａｒ，ＳiＨ4，ＣlＦ3等がそれぞれ供給されるようになっている。
【００２８】
ヘッド本体８６の下面であるサセプタ対向面には，ヘッド本体８６内へ供給されたガスを放出するための多数のガス孔１００が面内に均等に配置されており，ウエハ表面に亘って均等にガスを放出するようになっている。また，ヘッド本体８６内には，多数のガス分散孔１０２を有する２枚の拡散板１０４が上下２段に配設されており，ウエハ面に，より均等にガスを供給するようになっている。
【００２９】
ここで，本実施の形態におけるサセプタ３０についてさらに詳述する。サセプタ３０には，このサセプタ３０とは異なる材質で構成された異種部材としてサセプタ温度制御のための温度センサ（ＴＣ）が内蔵されている。第１の実施の形態に係る成膜装置２２は，直径３００ｍｍの半導体ウエハＷを扱うため，サセプタ３０の端部の温度センサだけでは温度制御が不十分となることから，２本目の温度センサ（ＴＣ）をサセプタの端部からより深い中央付近まで挿入し，これらにより温度制御を行うようにしている。具体的には，図３及び図４に示すように棒状の温度センサ９１をサセプタ３０の端部から１５ｍｍ程度の位置まで挿入するとともに，２本目の棒状の温度センサ９２をサセプタ３０の端部から１２０ｍｍ程度の中央付近まで挿入する。例えば，温度センサ９１，９２は，シース熱電対で構成される。このシース材質は例えばハステロイ，インコネル，純ニッケルなどの耐熱金属である。
【００３０】
これら温度センサ９１，９２は熱線透過率が低いので，従来のように上記サセプタ３０を白色を呈するＡｌＮ系セラミックスのような熱線透過率の高い材質で構成したのでは，透過率の差が大きくなってしまう。透過率の差が大きいと熱線吸収率の差も大きくなるので，サセプタ３０内において温度分布の不均一が生じてしまう。
【００３１】
このため，第１の実施の形態に係る成膜装置２２におけるサセプタ３０は，熱線透過率が低い黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成する。
上記ＡｌＮ系セラミックスは，一般に，優れた熱伝導性や機械的特性があるため，サセプタなどの受光発熱体に使用される。このＡｌＮ系セラミックスの色は，不純物や焼結助剤の種類・量によって変化する。例えば白色又は灰色を呈するＡｌＮ系セラミックスは，遷移金属不純物が少ない高純度ＡｌＮ原料を使用して焼成形成される。また，黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスは，ＡｌＮ原料にチタニウム，コバルト等を含ませたり，ＡｌＯＮ又はカーボン等を含ませたりすることにより形成される。特にＡｌＯＮを含むものは色むらが少なく機械的特性にも優れるので有効である。
【００３２】
図５にＡｌＮ系セラミックスを透過させた光の波長とその透過率との関係を示す。同図は，対数グラフであり，横軸にＡｌＮ系セラミックスを透過させた光の波長をとり，縦軸に透過率（対数で表示）をとっている。白色を呈するＡｌＮ系セラミックスについてはグラフ１で示し，黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスについてはグラフ２に示している。ＡｌＮ系セラミックスは白色，黒色ともに３．５ｍｍの厚さのものを使用した。
【００３３】
図５に示すように１μｍ程度以上の波長では，黒色のものの透過率は白色のものに対して１／４０程度低くなる。いわゆる熱線とされる波長は赤外光（０．７８μｍ〜１０００μｍ）であり，黒色のものは特にこの熱線の透過率が低くなることがわかる。熱源である加熱ランプ５２として熱線とされる０．６μｍ〜３μｍの波長を出力することができるハロゲンランプを使用すれば，黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスはこの熱線の透過率を１／４０程度低くすることができる。
【００３４】
第１の実施の形態におけるサセプタ３０はこのような熱線の透過率が低い黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成するため，サセプタ３０と内蔵された温度センサ９１，９２との間の熱線透過率の差を小さくすることができ，サセプタ３０内の温度差を小さくすることができる。このため，温度分布の均一性を向上させることができる。
【００３５】
なお，サセプタ３０を構成するＡｌＮ系セラミックスの色は，不純物や焼結助剤の種類・量によって変るため，サセプタ３０に内蔵する異種部材の熱線透過率と同程度又はそれ以下の熱線透過率となるＡｌＮ系セラミックスであれば，異種部材が内蔵されることによるサセプタ３０の温度分布への影響を軽減することができ，温度分布の均一性を向上させることができる。
【００３６】
このように構成された成膜装置２２に基づいて行なわれる成膜処理について説明する。ここでは，Ｓｉウエハ表面にスパッタ装置で予めＴｉＮバリアメタル層を形成してある表面に，タングステン膜をＣＶＤ成膜する場合を例に取って説明する。まず，ロードロック室１１８内に収容されているＴｉＮバリアメタル層付きの半導体ウエハＷを図示しない搬送アームにより予め真空状態になされている処理容器２４内にゲートバルブ１１６を介して搬入し，リフタピン３２を押し上げることによりウエハＷをリフタピン３２側に受け渡す。そして，アクチュエータ４０を作動して押し上げ棒３４を下げることによってリフタピン３２を降下させ，ウエハＷをサセプタ３０上に載置すると共に更に押し上げ棒３４を下げることによってウエハＷの周縁部をリング状のクランプリング４２の内側端面と接触させて押し下げて，これを固定する。そして，処理容器２４内をベース圧力まで真空引きした後，加熱室５０内の加熱ランプ５２を点灯しながら回転させ，熱線を放射する。
【００３７】
加熱ランプ５２から放射された熱線は，透過窓４８を透過した後，サセプタ３０の裏面を照射してこれを加熱する。そして，温度センサ９１，９２からの測定温度に基づいて加熱ランプ５２の出力を調整することにより，温度制御を行う。このとき，サセプタ３０は加熱ランプ５２からの熱線の透過率が低い黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成するため，サセプタ３０と内蔵された温度センサ９１，９２との間の熱線透過率の差が小さくなることから，サセプタ３０内の温度差も小さくなり，サセプタ３０の温度分布の均一性が向上する。従って，このようなサセプタ３０からの熱伝導により熱が伝わるサセプタ３０上の半導体ウエハＷの温度分布の均一性も向上し，成膜を均一に行うことができる。
【００３８】
そして，半導体ウエハＷがプロセス温度に達したならば，図示しないガス源からそれぞれキャリアガスとしてＮ2 ガス，処理ガスとしてＷＦ6 ガス，還元ガスとしてＨ2 ガス及びＡｒガスを，処理容器２４内の反応室８２内へ供給する。なお，Ｎ2 ガス又はＡｒガスに替えてヘリウム（Ｈｅ）ガスも用いることができる。こうして，供給された混合ガスは，所定の化学反応を生じ，タングステン膜がＴｉＮ膜上に形成される。この成膜処理は，所定の膜厚を得るまで行なわれる。
【００３９】
このように成膜処理が行なわれている間，サセプタ３０の下方の室７０内に処理ガスが侵入してくることを防止するため，例えばＮ_２ガス源に接続されている不活性ガスのガス導入穴７１よりＮ_２ガスをバックサイドガスとして供給してこの室７０内を上方の反応室８２に対して僅かに陽圧となるように設定する。また，図２に示すようにサセプタ３０の下方の室７０内に供給されたバックサイドガスが，サセプタ３０の外側端面とアタッチメント部材６８の内側端面との間に形成される幅Ｌ１（例えば０．５〜１０ｍｍ，好ましくは１〜５ｍｍ）の入口及びクランプリング４２のリフトピン穴から矢印に示すようにガスパージ通路１０８内を流れ，クランプリング４２の外側端部より反応室８２内に抜けて行く。このように，クランプリング４２のクランプ状態において，この下面とアタッチメント部材６８の内周側段部部分１１０の上面とで区画するように僅かな幅Ｌ２（例えば，０．５〜１０ｍｍ，好ましくは１〜１０ｍｍ）のガスパージ通路１０８を形成して，下方へ侵入した処理ガスを完全にパージするようになっている。
【００４０】
このように，第１の実施の形態においては，サセプタ３０を加熱ランプ５２からの熱線透過率が低い黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成することにより，サセプタ３０と内蔵された温度センサ９１，９２との間の熱線透過率の差が小さくすることができ，サセプタ３０内の温度差も小さくすることができる。これにより，サセプタ３０の温度分布の均一性が向上する。従って，サセプタ３０上の半導体ウエハＷの温度分布の均一性も向上し，半導体ウエハＷに形成する膜厚の均一性も向上させることができる。この場合，温度センサ等の異種部材と同程度又はそれ以下の熱線透過率を有する材料（上記黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスを含む）でサセプタ３０を構成することにより，サセプタ３０と内蔵された温度センサ等の異種部材との間の熱線透過率の差をより小さくすることができ，サセプタ３０内の温度差もより小さくすることができる。これにより，サセプタ３０の温度分布の均一性もより向上する。従って，サセプタ３０上の半導体ウエハＷの温度分布の均一性もより向上し，半導体ウエハＷに形成する膜厚の均一性もより向上させることができる。例えば，ＡｌＮ系セラミックスの黒色は，ＡｌＯＮなどの不純物や焼結助剤の種類・量によって変り，それによって熱線透過率も変るため，異種部材と同程度又はそれ以下の熱線透過率を有する程度の色の黒いＡｌＮ系セラミックスでサセプタ３０を構成してもよい。
【００４１】
なお，第１の実施の形態においては，サセプタ３０内に異種部材として温度センサ（ＴＣ）９１，９２を内蔵した場合について説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，他の異種部材をサセプタに内蔵する場合に適用してもよい。例えば，図６に示すようにサセプタ３０内に異種部材として半導体ウエハ静電吸着用の電極９３を内蔵する場合に，サセプタ３０を黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成してもよい。これにより，サセプタ３０と内蔵された電極９３との間の熱線透過率の差が小さくすることができ，サセプタ３０内の温度差も小さくすることができる。これにより，サセプタ３０の温度分布の均一性が向上する。従って，サセプタ３０上の半導体ウエハＷの温度分布の均一性も向上し，半導体ウエハＷに形成する膜厚の均一性も向上させることができる。
【００４２】
また，サセプタ３０に内蔵する温度センサによっては，温度センサ自体の各部位によって，熱線透過率が異なることがある。このような場合に，サセプタ３０を従来のように熱線透過率の高い白色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成すると，温度センサが内蔵されている部分でも温度分布が不均一が生じる。このため，サセプタ３０を介して加熱する半導体ウエハＷの面内温度分布も温度センサの部分内に不均一が生じ，成膜を行った場合に膜厚が不均一になる。
【００４３】
ところが，第１の実施の形態のように，サセプタ３０を熱線透過率の低い黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成することにより，この温度センサ部分の温度分布の均一性も向上することができる。
【００４４】
図７に半導体ウエハに成膜処理を施し，温度センサ部分上に形成された膜厚を測定した実験結果を示す。処理ガスＷＦ6，Ａｒ，ＳｉＨ4，Ｈ2，Ｎ2などを使用して，圧力略５００Ｐａの下で核を形成し，圧力略１０６６６Ｐａの下でタングステンを成膜し，半導体ウエハ上に形成された膜厚の中央側から縁部側へポイント（１〜５）をとってそのポイントの抵抗値を測定し，各抵抗値に基づいて膜厚を算出した。ここでは半導体ウエハＷが４４５℃になるように制御している。
【００４５】
また，図７では横軸に各ポイントをとり，縦軸にそのポイントにおける膜厚の値をとっている。各ポイント１〜５は，それぞれ半導体ウエハＷの中央から４ｍｍ，１５ｍｍ，３４ｍｍ，６０ｍｍ，９５ｍｍである。また，同図中，黒四角形のグラフは従来のようにサセプタを熱線透過率の高い白色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成して成膜処理を施した場合のそれぞれの膜厚値を示し，黒丸のグラフは第１の実施の形態におけるようにサセプタを熱線透過率の低い黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成して成膜処理を施した場合の膜厚値を示す。
【００４６】
この図７の実験結果を見ると，黒丸のグラフのように第１の実施の形態にかかる熱線透過率の低いサセプタによる場合は，黒四角形のグラフのような熱線透過率の高いサセプタの場合に比して，膜厚値の最大・最小の差が小さくなっており，温度センサ部分上の膜厚は均一に向上していることがわかる。
【００４７】
このように，サセプタ３０を熱線透過率の低い黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成したことにより，サセプタ３０内における温度センサ部分の温度分布の均一性をも向上させることができる。これにより，温度センサ部分上における半導体ウエハＷ上にも形成された膜厚を均一に向上させることができる。
【００４８】
次に，本発明に係る熱処理装置の第２の実施の形態を図８及び図９を参照しながら説明する。なお，本実施の形態についても，上記第１の実施の形態と同様に熱処理装置として加熱ランプを用いた高速昇温が可能な枚葉式の成膜装置を例に取って説明する。この成膜装置の全体構成の断面図，サセプタの周縁部を示す拡大断面図は，それぞれ図１，図２と同様であるため，その詳細な説明を省略する。図８はサセプタ３０とクランプリング４２の周縁部を拡大した概略図である。
【００４９】
本実施の形態においては，図８に示すようにサセプタ３０を白色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成するとともに，被処理体押さえ部材としてのクランプリング４２を黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成する。
【００５０】
この場合，もしも上記サセプタ３０とクランプリング４２とを同じ白色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成すれば，クランプリング４２はリング形状でありサセプタ３０よりも熱放出面が広いため熱の逃げも大きいので，同じ環状の熱源である加熱ランプ５２から熱線を受けても，図１５に示す場合と同様にクランプリング４２の温度の方がサセプタ３０の温度よりも低くなる。しかも，クランプリング４２は半導体ウエハＷの周縁部とのみ接触するため，半導体ウエハ周縁部（１００ｍｍ〜１５０ｍｍ，−１００ｍｍ〜−１５０ｍｍ）の熱がクランプリング４２に吸熱されて半導体ウエハＷの周縁部の温度が中央部ないしその周辺部（−１００ｍｍ〜１００ｍｍ）の温度よりも低くなる。このため，温度分布が不均一になると考えられる。
【００５１】
そこで，本実施の形態においては，クランプリング４２をサセプタ３０よりも熱線透過率の低い黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成する。これにより，同じ熱源である加熱ランプ５２から熱線を受けても，クランプリング４２の温度の方がサセプタ３０の温度よりも高くなるので，半導体ウエハ周縁部の熱がクランプリング４２に吸熱されて温度分布が不均一になることを防止できる。
【００５２】
図９にクランプリング４２をサセプタ３０よりも熱線透過率の低い黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成して加熱ランプ５２からの熱線によりサセプタ３０を介して半導体ウエハＷを加熱した場合における半導体ウエハＷの面内温度を測定した実験結果を示す。この場合，成膜ガス以外の処理ガスＡｒ，Ｈ2，Ｎ2，Ａｒ，ＳiＨ4などを処理容器２４内に導入して，圧力略１０６６６Ｐａに設定し，半導体ウエハＷが４４５℃になるように制御している。同図中，横軸には直径３００ｍｍの半導体ウエハＷについて中央位置を０とした場合の測定位置をとり，縦軸にはその測定位置における温度をとっている。また，黒丸のグラフは半導体ウエハＷの面内温度を示し，白丸で示した点はクランプリング４２の温度を示している。図９に示す実験結果をクランプリング４２とサセプタ３０を同じ白色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成した場合の図１５に示す実験結果と比較すると，クランプリング４２の温度（白丸）が半導体ウエハＷの中央部ないしその周辺部（−１００ｍｍ〜１００ｍｍ）の温度よりも高くなり，半導体ウエハＷの周縁部（１００ｍｍ〜１５０ｍｍ，−１００ｍｍ〜−１５０ｍｍ）の温度も図１５に示す場合に比して低下していないことがわかる。すなわち，クランプリング４２が熱線透過率の低い分だけ加熱されることにより，半導体ウエハＷの周縁部からの熱の逃げ分を補っていることがわかる。これにより，半導体ウエハＷの周縁部の温度が，中央部ないしその周辺部の温度に比して低下することを防止し，半導体ウエハＷの面内温度分布の均一性を向上させることができる。
【００５３】
このように，クランプリング４２をサセプタ３０よりも熱線透過率の低い黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成することにより，半導体ウエハ周縁部の熱がクランプリング４２に吸熱されることを防止できる。これにより，熱線を受ける面積の相違に基づいて生じる半導体ウエハＷの面内温度の差を少なくすることができるため，半導体ウエハＷに形成する膜厚の均一性も向上させることができる。
【００５４】
特に，半導体ウエハＷの直径が大きくなると，半導体ウエハＷの周縁部からの熱の逃げが大きくなるので，中央部と周縁部との温度差が生じやすく，半導体ウエハＷの温度分布の不均一も生じやすくなり，本発明を適用する場合の効果は大きい。
【００５５】
また，半導体ウエハＷへの熱伝導効率を高めるためにサセプタ３０として厚みが薄いものを使用することがある。サセプタ３０の厚みとして，例えば７ｍｍ〜１０ｍｍのものを１ｍｍ〜７ｍｍくらいまで薄くする。このような場合には，サセプタ３０の厚みを薄くすればするほど，サセプタ３０の熱伝導効率は向上するが，熱線透過率がより高くなるので熱線吸収率が低くなり，さらに周縁部からの熱の逃げが大きくなるのでサセプタ３０の温度がクランプリング４２の温度に対して相対的に低くなってしまう。
【００５６】
従って，サセプタ３０の厚みを例えば１ｍｍ〜７ｍｍ（好ましくは３．５ｍｍ〜５ｍｍ）くらいまで薄くする場合はクランプリング４２のみならずサセプタ３０をも熱線透過率が低い黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成するのが効果的である。これにより，サセプタ３０の厚みを薄くしたことに基づいて生じる半導体ウエハＷの面内温度の差も少なくすることができるため，半導体ウエハＷに形成する膜厚の均一性をより向上させることができる。しかも，このようにした場合は，第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。すなわち，第２の実施の形態におけるサセプタ３０内に温度センサ（ＴＣ）９１，９２などの異種部材を内蔵した場合でも，半導体ウエハＷの面内温度分布の均一性を向上させることができて，膜圧の均一性が向上し，抵抗値も均一性も向上する。
【００５７】
なお，上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態において，図１０に示すように，サセプタ３０に，リフタピン３２を出し入れ可能な逃げ孔としての複数のリフタピン孔３６の他に，このリフタピン孔３６と同形状の温度調整孔９４を，各孔３６，９４が同心円上に等間隔に並ぶように形成してもよい。これにより，各孔３６，９４の間隔が狭くなり，しかも各孔３６，９４が等間隔に並ぶので，加熱ランプ２０５からの熱線が各孔３６，９４から均等に透過する。このため，熱線がリフタピン孔２０４のみから透過する図１２に示す場合に比して，サセプタ３０の周縁部における温度分布の均一性を向上させることができる。
【００５８】
また，上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態においては，スパッタ成膜又はＣＶＤ成膜されたＴｉＮのバリアメタル上にタングステンＣＶＤ成膜を行なう場合について説明したが，バリアメタルやその上の金属成膜としてこの種類に限定されず，例えばバリアメタルとして，Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏなどのシリサイド或いはその窒化物も用いることができ，金属成膜として例えばアルミニウム成膜を行なう場合にも適用することができる。また，このようなバリアメタルを介した成膜のみならず，通常の成膜処理時にもこの熱処理装置を適用できる。
【００５９】
以上，添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，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。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば，半導体ウエハの温度分布の均一性を向上させることができ，これにより半導体ウエハなどの被処理体に形成する薄膜の膜厚分布の均一性を向上させることができる熱処理装置を提供できるものである。
【００６１】
具体的には，請求項１に記載のように，受光発熱体を熱線透過率の低い黒色を呈するＡｌＮ系部材で構成することにより，異種部材が内蔵されることによるサセプタなどの受光発熱体の温度分布への影響を軽減することができ，半導体ウエハの面内温度分布の均一性を向上させることができる。
【００６２】
また，受光発熱体よりも熱線透過率の低い材料で被処理体押さえ部材を構成することにより，受光発熱体と被処理体押さえ部材との温度差を少なくすることができ，半導体ウエハ周縁部の熱が被処理体押さえ部材に吸熱されることを防止できるため，半導体ウエハの面内温度分布の均一性を向上させることができる。また，受光発熱体に対して相対的に温度が低くなりやすい被処理体押さえ部材を熱線透過率の低い黒色を呈するＡｌＮ系部材で構成することにより，サセプタなどの受光発熱体と被処理体押さえ部材との温度差を少なくすることができ，半導体ウエハの面内温度分布の均一性を向上させることができる。
【００６３】
また，請求項２に記載のように，被処理体を保持して受光発熱体上に載置させるための複数の支持部材を出し入れ可能な逃げ孔とこれらの逃げ孔と同形状の孔とを，各孔が同心円上に等間隔に並ぶように受光発熱体に設けることにより，熱源からの熱線が各孔から均等に透過するため，サセプタなどの受光発熱体の周縁部における温度分布の均一性を向上させることができるので，半導体ウエハの面内温度分布の均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る熱処理装置の構成を示す断面図。
【図２】図１に示すサセプタの周縁部を示す拡大断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態における黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成したサセプタとこれに内蔵された温度センサとを説明する図。
【図４】本発明の第１の実施の形態における黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成したサセプタとこれに内蔵された温度センサとを説明する図。
【図５】白色を呈するＡｌＮ系セラミックスと黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスにおける透過させる波長とその波長の透過率との関係を示す図。
【図６】本発明の第１の実施の形態における黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成したサセプタとこれに内蔵された電極とを説明する図。
【図７】半導体ウエハの温度センサ部位上に成膜処理を施した膜厚分布を示すグラフであり，黒四角形のグラフは白色を呈するＡｌＮ系セラミックスでサセプタを構成した場合の膜厚分布を示し，黒丸のグラフは黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスでサセプタを構成した場合の膜厚分布を示す。
【図８】本発明の第２の実施の形態における白色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成したサセプタと黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成したクランプリングについて説明する図。
【図９】本発明の第２の実施の形態における熱処理装置で成膜処理を行った場合の半導体ウエハの面内温度とその測定位置の関係を示す図。
【図１０】リフタピン孔とこのリフタピン孔と同形状の孔を形成したサセプタを説明する図。
【図１１】従来の熱処理装置におけるサセプタ周辺を簡略化した構成図。
【図１２】従来の熱処理装置においてリフタピン孔を形成したサセプタを示す図。
【図１３】従来の熱処理装置において２つの温度センサを内蔵したサセプタを示す図。
【図１４】従来の熱処理装置において半導体ウエハ静電吸着用の電極を内蔵したサセプタを示す図。
【図１５】従来の熱処理装置で成膜処理を行った場合の半導体ウエハの面内温度とその測定位置の関係を示す図。
【符号の説明】
２２…成膜装置
２４…処理容器
３０…サセプタ
３２…リフタピン
３６…リフタピン孔
４２…クランプリング
５０…加熱室
７１…ガス導入穴
９１…温度センサ
９２…温度センサ
９３…電極
９４…温度調整孔

Claims (2)

1. 処理ガスが供給される処理容器内の受光発熱体上に被処理体を載置し、熱源からの熱線により前記受光発熱体を介して前記被処理体を加熱する熱処理装置において，前記被処理体が載置される面に対して不均一に前記受光発熱体の一部に内蔵される，耐熱金属材料で形成された温度センサよりも低い熱線透過率を有して黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで，前記受光発熱体を構成したことを特徴とする熱処理装置。
2. 前記被処理体を支持して前記受光発熱体上に載置させるための複数の支持部材を出し入れ可能な逃げ孔とこれらの逃げ孔と同形状の孔とを，各孔が同心円上に等間隔に並ぶように前記受光発熱体に設けたことを特徴とする，請求項１に記載の熱処理装置。

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