JP4470274B2 - 熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等に対して１枚ずつ所定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には、半導体ウエハ等の被処理体に、成膜処理、エッチング処理、酸化拡散処理、改質処理、結晶化処理等の各種の熱処理を繰り返し行なって、所望する集積回路を形成するようになっている。上記したような各種の処理を行なう場合には、その処理の種類に対応して必要な処理ガス、例えば成膜処理の場合には成膜ガスを、改質処理の場合にはオゾンガス等を、結晶化処理の場合にはＮ2 ガス等の不活性ガス等をそれぞれ処理容器内へ導入する。
そして、当然のこととして各熱処理の種類に応じてそのプロセス温度も一般的には異なり、その熱処理に対応したウエハ温度に設定される。例えば半導体ウエハに対して１枚毎に熱処理を施す枚葉式の熱処理装置にあっては、真空引き可能になされた処理容器内に、例えば抵抗加熱ヒータを内蔵した載置台を設置し、この上面に半導体ウエハを載置した状態で所定の処理ガスを流し、所定のプロセス条件下にてウエハに各種の熱処理を施すようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体集積回路の製造工程では、量産性を高めるためにスループットの向上は大きな目標となっており、また、熱処理装置の整備コストも非常に大きいことから、できるだけ設置される装置数も削減することが求められている。このような状況下において、類似する熱処理同士、例えば金属酸化膜を改質（酸化）する改質処理とこれを結晶化する結晶化処理などを同一の熱処理装置内で連続的に行なうことも考えられている。しかしながら、この場合、上記両熱処理は、互いにプロセス温度がかなり異なっているために、金属酸化膜の改質処理が終了した後に結晶化処理へ移行するために、この場合には上記抵抗加熱ヒータへの供給電力量を増大してウエハ温度を大きく昇温しなければならず、この昇温操作に比較的長い時間を要してしまってスループットが大幅に低下してしまう。
【０００４】
このため、現状では、設備コスト削減を犠牲にしてでもスループットの向上を図るために例えば改質装置と結晶化装置とをそれぞれ別個に設け、両装置間にウエハを移載して両処理を行なうようにしたので、設備コストの増大を余儀なくされていた。また、このような問題は、ウエハ温度を低下させて次の熱処理を行なう場合にも生ずる。
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、温度帯域の異なる複数、例えば２つの熱処理を連続的に且つ迅速に行なうことが可能な熱処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、加熱手段により加熱された載置台を処理容器内に配置し、前記載置台を用いて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、前記載置台上における熱処理温度よりも低い温度で熱処理を行なう時に前記被処理体を前記載置台の上方の所定の高さの低温加熱ゾーンへ位置させる被処理体昇降手段と、少なくとも前記低温加熱ゾーンの周囲に設けられたリング状の熱線反射部材とを備えるように構成したものである。
これにより、被処理体に対して低い温度で熱処理を行なう場合には、被処理体を被処理体昇降手段で上方へ持ち上げて載置台の上方の低温加熱ゾーンへ位置させた状態で熱処理を行なう。この際、被処理体の周縁部はその中心部よりも放熱量が多いのでその放熱量を熱線反射部材にて熱線を反射させることにより補償し、被処理体の面内温度の均一性を高めることが可能となる。また、これよりも高い温度の高温で熱処理する場合には被処理体を予め高温状態になされている載置台上に載置して熱処理を行なう。これにより、温度帯域の異なる複数の熱処理を同一の熱処理装置内で連続的に且つ迅速に行なうことが可能となる。
【０００６】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記熱線反射部材は、前記処理容器の側壁または前記載置台に支持されている。
また、例えば請求項３に規定するように、前記熱線反射部材は、セラミック材よりなる。
請求項４に規定する発明は、加熱手段により加熱された載置台を処理容器内に配置し、前記載置台を用いて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、前記載置台上における熱処理温度よりも低い温度で熱処理を行なう時に前記被処理体を前記載置台の上方の所定の高さの低温加熱ゾーンへ位置させる被処理体昇降手段と、少なくとも前記低温加熱ゾーンの周囲に設けられたリング状の補助加熱手段とを備える。
これにより、被処理体に対して低い温度で熱処理を行なう場合には、被処理体を被処理体昇降手段で上方へ持ち上げて載置台の上方の低温加熱ゾーンへ位置させた状態で熱処理を行なう。この際、被処理体の周縁部はその中心部よりも放熱量が多いのでその放熱量を補助加熱手段から熱線を供給することにより補償し、被処理体の面内温度の均一性を高めることが可能となる。また、これよりも高い温度の高温で熱処理する場合には被処理体を予め高温状態になされている載置台上に載置して熱処理を行なう。これにより、温度帯域の異なる複数の熱処理を同一の熱処理装置内で連続的に且つ迅速に行なうことが可能となる。
【０００７】
この場合、例えば請求項５に規定するように、前記補助加熱手段は、前記処理容器の側壁または前記載置台に支持されている。
請求項６に規定する発明は、加熱手段により加熱された載置台を処理容器内に配置し、前記載置台を用いて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、前記載置台上に載置可能になされて前記被処理体を実質的に保持する補助載置台と、前記載置台上における熱処理温度よりも低い温度で熱処理を行なう時に前記被処理体を保持した状態で前記補助載置台を前記載置台の上方の所定の高さの低温加熱ゾーンへ位置させる補助載置台昇降手段とを備えるように構成したものである。
これにより、被処理体に対して低い温度で熱処理を行なう場合には、補助載置台に支持した被処理体を補助載置台昇降手段で上方へ持ち上げて載置台の上方の低温加熱ゾーンへ位置させた状態で熱処理を行なう。また、これよりも高い温度の高温で熱処理する場合には被処理体を予め高温状態になされている載置台上に、補助載置台と共に載置して熱処理を行なう。これにより、温度帯域の異なる複数の熱処理を同一の熱処理装置内で連続的に且つ迅速に行なうことが可能となる。
【０００８】
請求項７に規定するように、前記補助載置台は、前記被処理体の周縁部を支持すべくリング状に形成されているようにしてもよい。
請求項８に規定するように、前記補助載置台は、前記被処理体の裏面全体を支持すべく薄い円板状に形成されているようにしてもよい。
この場合、例えば請求項９に規定するように、前記補助載置台の周縁部には、熱を蓄える蓄熱部が形成されているようにしてもよい。
これによれば、低温加熱ゾーンで熱処理する際に、被処理体の周縁部はその中心部よりも放熱量が多いのでその放熱量を前記蓄熱部で蓄えた熱量で補償し、被処理体の面内温度の均一性を高めることが可能となる。
請求項１０に規定するように、例えば前記補助載置台は、セラミック材よりなる。
【０００９】
また請求項１１に規定するように、例えば前記処理容器は前記被処理体の搬出入口を備え、前記熱線反射部材は前記搬出入口よりも下方に位置されている。
また請求項１２に規定するように、例えば前記処理容器は前記被処理体の搬出入口を備え、前記熱線反射部材は前記搬出入口に対向するように設けられると共に、前記搬出入口に対向する前記熱線反射部材の側面には、前記被処理体の搬出入を許容するための被処理体搬出入口が形成されている。
【００１０】
【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は熱線反射部材を示す斜視図、図３は被処理体を搬出入する際の状態を示す熱処理装置の断面構成図、図４は被処理体を低温加熱ゾーンで熱処理する時の状態を示す熱処理装置の断面構成図である。ここでは熱処理装置として枚葉式の熱処理装置を例にとって説明する。また、熱処理としては、タンタル酸化膜（Ｔａ２ Ｏ５ ）等の金属酸化膜を低温で改質（酸化）処理し、続いて高温で結晶化処理する場合を例にとって説明する。
図示するようにこの熱処理装置２は、例えば断面の内部が略円形状になされたアルミニウム製の処理容器４を有している。この処理容器４内の天井部には必要な処理ガスを導入するための石英製のリング状のシャワーヘッド部６が設けられており、この下面に設けた多数のガス噴射口８から処理空間Ｓに向けて処理ガスを噴射するようになっている。
【００１１】
また、処理容器４の天井部には、大きな開口部１０が形成されていると共に、この開口部１０には例えば紫外線に対して透明な石英板よりなる透過窓１２がＯリング等のシール部材１４を介して気密に取り付けられている。そして、この透過窓１２の上方には、ケーシング１６により覆われたランプ室１８が形成されていると共に、このランプ室１８内に複数本の紫外線ランプ２０が設けられており、この紫外線ランプ２０より発する紫外線ＵＶを、上記透過窓１２を透過して処理空間Ｓ内へ導入するようになっている。
また、処理容器４の側壁４Ａには、この処理容器４内に対して被処理体としての半導体ウエハＷを搬入搬出するための搬出入口２２が設けられると共に、この搬出入口２２には、気密に開閉可能になされたゲートバルブ２４が設けられている。また、処理容器４は、図示しない温調媒体により温度コントロールされている。
【００１２】
そして、この処理容器４の底部４Ｂに気体落とし込め空間２６が形成されている。具体的には、この容器底部４Ｂの中央部には大きな開口２８が形成されており、この開口２８に、その下方へ延びる有底円筒体状の円筒区画壁３０を連結してその内部に上記気体落とし込め空間２６を形成している。そして、この空間２６を区画する円筒区画壁３０の底部３０Ａには、これより起立させて例えば円筒体状の支柱３２が設けられており、この上端部に円板状の載置台３４が固定されている。この載置台３４は、加熱手段として例えば内部に所定のパターン形状に配置された抵抗加熱ヒータ３６を有しており、この外側は焼結された例えばＡｌＮ等よりなるセラミックスにより構成され、上面に被処理体としての半導体ウエハＷを載置し得るようになっている。また、上記抵抗加熱ヒータ３６は上記支柱３２内を配設された給電線３７に接続されて、電力を制御しつつ供給できるようになっている。
【００１３】
上記載置台３４には、この上下方向に貫通して複数のピン孔３８が形成されており、各ピン孔３８には、下端が連結リング４０に共通に連結された例えば石英製の押し上げピン４２が遊嵌状態で収容されている。尚、本実施例では、この押し上げピン４２は、後述する低温加熱ゾーンへ半導体ウエハＷを位置させる被処理体昇降手段を兼用しているが、この被処理体昇降手段を別個に設けるようにしてもよい。そして、上記連結リング４０は、作動杵４４に押し上げ可能になされ、この作動杵４４は、容器底部４Ｂの下面に設けたエアシリンダ４６の出没ロッド４８に連結されており、上記各押し上げピン４２をウエハＷの受け渡し時に各ピン孔３８の上端から上方へ出没させるようになっている。また、エアシリンダ４６と容器底部４Ｂの下面との間は、ベローズ５０が介設されており、上記出没ロッド４８が処理容器４内の気密性を維持しつつ昇降できるようになっている。
【００１４】
そして、上記気体落とし込め空間２６の入口開口部は、載置台３４の直径よりも小さく設定されており、上記載置台３４の周縁部の外側を流下する処理ガスが載置台３４の下方に回り込んで入口開口部へ流入するようになっている。そして、上記円筒区画壁３０の下部側壁には、この気体落とし込め空間２６に臨ませて真空排気口５２が形成されており、この真空排気口５２には、図示しない真空ポンプが介設された排気管５４が接続されて、処理容器４内及び気体落とし込め空間２６の雰囲気を真空引きできるようになっている。
そして、上記載置台３４の上方の所定の高さの位置に、本発明の特徴とする低温加熱ゾーン５６を設定している。この低温加熱ゾーン５６は半導体ウエハＷに対して低温での処理を施すための空間であり、図１中においては破線にて囲まれて示されている。この低温加熱ゾーン５６は上記ゲートバルブ２４を設けた搬出入口２２よりも下方に位置され、また、載置台３４とこの低温加熱ゾーン５６との間の距離Ｌ１は例えば数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度、例えば１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内に設定されており、この低温加熱ゾーン５６にて載置台３４上に直接的に半導体ウエハＷを載置した場合よりも弱い熱量で半導体ウエハＷを加熱し得るようになっている。
【００１５】
そして、この低温加熱ゾーン５６の周囲を囲むようにして図２にも示すような所定の高さＬ２の円形リング状の熱線反射部材５８が設けられている。このリング状の熱線反射部材５８は、その内径の直径がウエハＷの直径よりも僅かに、例えば数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度大きく設定されており、図４に示すようにこの内部にウエハＷを位置できるようになっている。この場合、ウエハＷの外周と熱線反射部材５８との間の距離Ｌ３は、例えば５〜２０ｍｍ程度に設定されることになる。この熱線反射部材５８は支持アーム６０により、処理容器４の内壁４Ａに支持固定されている。また、この熱線反射部材５８は熱線に対して反射率が高く、しかも耐腐食性、耐熱性に優れた材料、例えばＡｌＮ等のセラミック材により構成されており、例えば図４中においてウエハＷ側へ熱線を効率的に反射し得るようになっている。すなわち、これにより、放熱量が多くなる傾向にあるウエハ周縁部の温度補償をし得るようになっている。そして、この熱線反射部材５８自身が抵抗加熱ヒータ３６により暖められて温調されているので、処理容器４の内壁よりも高温になり、熱の逃げを防ぐ働きをする。また、上記熱線反射部材５８の高さＬ２は、例えば数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度の範囲内に設定される。
【００１６】
次に、以上のように構成された本実施例を用いて行なわれる熱処理方法について説明する。
ここでは、半導体ウエハ上に形成された金属酸化膜としての例えばＴａ2 Ｏ5 膜を熱処理する場合を例にとって説明する。この熱処理では、第２の熱処理の温度よりも低い所定のプロセス温度、例えば６７０℃で行なう第１の熱処理、例えば改質（酸化）処理と、この第１の熱処理の温度よりも高いプロセス温度、例えば８００℃で行なう第２の熱処理、例えば結晶化処理とを、以下に説明するように連続的に行なうようになっている。
また、未処理の半導体ウエハＷ上には、前述したようにすでに前工程にて金属酸化膜として例えばＴａ2 Ｏ5 膜が所定の厚さで堆積されている。半導体ウエハＷの搬入に先立って、例えば図示しないロードロック室に接続されたこの熱処理装置２の処理容器４内は真空引きされており、また、ウエハＷを載置する載置台３４は加熱手段である抵抗加熱ヒータ３６によって第２の熱処理のプロセス温度、或いはこの近傍の温度に予め昇温されており、この結果、この載置台３４の上方の低温加熱ゾーン５６内の温度が上記第２の熱処理のプロセス温度よりも低い第１の熱処理のプロセス温度（６７０℃）、或いはその近傍の温度になるように設定されている。
【００１７】
さて、このような状態において、まず、未処理の半導体ウエハＷは、図示しない搬送アームに保持されて開状態となったゲートバルブ２４、搬出入口２２を介して処理容器４内へ搬入され、このウエハＷは、図３に示すように最上端に上昇された押し上げピン４２に受け渡された後に、この押し上げピン４２を降下させることにより、図４に示すようにウエハＷを載置台３４の上方の低温加熱ゾーン５６内に位置させてここに停止させる。
この低温加熱ゾーン５６は前述したように、予め第１の熱処理のプロセス温度である例えば６７０℃程度に加熱されており、ウエハＷをこのプロセス温度まで昇温して維持する。また、第１の熱処理のプロセス温度まで加熱されていない場合には、ゾーン５６内にウエハＷを位置させた後に加熱ヒータ３６への供給電力を増加させてこのウエハＷを第１の熱処理のプロセス温度まで昇温すると共にこのプロセス温度を維持する。また、天井部の上方に設けた紫外線ランプ２０を駆動し、これより発せられた紫外線ＵＶを、容器天井部の透過窓１２を透過させてウエハＷの表面に照射する。これと同時に、シャワーヘッド部６から処理ガスとして例えばオゾンを処理空間Ｓに噴射供給すると共に、排気管５４に設けた図示しない真空ポンプの駆動を継続することにより、処理容器４内や気体落とし込め空間２６内の雰囲気を真空引きし、処理空間Ｓの雰囲気を第１の熱処理のプロセス圧力に維持する。これにより、半導体ウエハＷの表面に形成されている例えばＴａ2 Ｏ5 の膜が紫外線ＵＶにより活性化されたオゾンにより改質（酸化）され、また、アニール処理されることになる。
【００１８】
この際、ウエハＷの周縁部は、その中心部よりも放熱量が比較的大きいのでウエハ周縁部の温度が、その中心部よりも低下する傾向となるが、本実施例ではこの低温加熱ゾーン５６の周囲を囲むようにして熱線反射部材５８を形成しているので、上記ウエハ周縁部や載置台３４から放射された熱線がこの熱線反射部材５８により反射されてウエハ周縁部に再度供給されることになる。この結果、ウエハ周縁部の放熱が補償されることになってこの部分の温度低下が抑制され、ウエハ温度の面内均一性を高く維持した状態で第１の熱処理、すなわち改質処理を行なうことが可能となる。
このようにして、所定の時間だけ改質処理を行なって第１の熱処理が終了したならば、再度、押し上げピン４２を降下させて、ウエハＷを図１に示すように載置台３４上に直接的に接触させて載置する。この時、この載置台３４は、前述のように第２の熱処理のプロセス温度、例えば８００℃、或いはこの近傍の温度に予め加熱されているので、このウエハＷを迅速、且つ容易に第２の熱処理のプロセス温度まで昇温してこの温度に維持できる。そして、これと同時に、シャワーヘッド部６からは、オゾンガスに代えて第２の熱処理用のプロセスガス、例えば不活性なＮ2 ガスを供給し、所定の時間だけ第２の熱処理として例えば結晶化処理を行なうようにする。
【００１９】
このように、本実施例では、ウエハＷを載置台３４から浮かせた状態でこれに第１の熱処理を施し、そして、載置台３４の上面にて接触させた状態で第１の熱処理時よりも高いプロセス温度にて第２の熱処理を行うようにしたので、従来方法のように異なる熱処理装置にて上記両熱処理を個別に行なう必要がなくなり、従って、ウエハ移し換え搬送に要する時間が不要になった分だけ、スループットを向上させることができ、また、熱処理装置も一台で済むので、その分、設備コストも削減することが可能となる。
また、低温加熱ゾーン５６の周囲には、熱線反射部材５８を設けているので、これにより、放熱量が多くなる傾向にあるウエハ周縁部の温度補償も行なうことができるので、第１の熱処理時にウエハ温度の面内均一性を高く維持することが可能となる。
【００２０】
尚、この実施例においてはウエハＷを処理容器４内へ搬入したならば、このウエハＷを直ちに低温加熱ゾーン５６内に位置させるようにしたが、これに限定されず、搬入したウエハＷを結晶化温度までにならないような短時間だけ載置台３４上に直接載置してこの昇温を速め、このウエハ温度が改質温度程度まで昇温した時にウエハＷを直ちに低温加熱ゾーン５６内まで上昇させて位置し、ここで前述のように所定の時間だけ改質処理を行なうようにしてもよい。これによれば、ウエハＷの昇温時間を短縮できるので、更にスループットを向上させることが可能となる。
また、ここでは上記リング状の熱線反射部材５８を、支持アーム６０を介して処理容器４の側壁４Ａへ支持させるようにしたが、これに限定されず、図５及び図６に示すように上記リング状の熱線反射部材５８の下端より複数本の例えば石英製の支持ロッド６２を下方へ延ばし、これを載置台３４の周縁部へ支持固定させるようにしてもよい。
【００２１】
また、ここでは低温加熱ゾーン５６の周囲を囲んで熱線反射部材５８を設けたが、これに代えて、図７に示すように例えば石英管等よりなる絶縁材６４中にスパイラル状に巻回した抵抗加熱コイル６６を挿通し、或いは埋め込んでなるリング状の補助加熱手段６８を支持アーム６０や支持ロッド６２（図５参照）により支持させて設けるようにしてもよい。これによれば、第１の熱処理時にこの補助加熱手段６８を温度コントロールすることによりウエハ周縁部を積極的に加熱することができるので、第１の熱処理時におけるウエハ温度の面内均一性を一層向上させることが可能となる。
ここで上記熱線反射部材５８及び補助加熱手段６８の作用について検証を行なったので、その評価結果について説明する。図８は従来装置、熱線反射部材を設けた本発明装置及び補助加熱手段を設けた本発明装置におけるウエハ面内の温度分布を示すグラフである。図８において縦軸のウエハ面内の温度差はウエハの中心部と周縁部との温度差を示しており、横軸は容器側壁、熱線反射部材、或いは補助加熱手段（種々変更）の各温度を示している。ここではウエハＷの中心温度を６７０℃に設定しており、また、容器側壁の温度を６０℃に設定している。
【００２２】
このグラフから明らかなように、熱線反射部材５８を設けるだけでウエハ面内の温度差を６０℃から３７．２℃程度まで略２３℃も改善することができる点が判明する。更に、補助加熱手段６８を設けてこの温度を上昇させることによって、ウエハ面内の温度差を更に改善することができ、特に、面内温度差を１０℃以下にするためには、補助加熱手段６８を６００℃以上に加熱すればよいことが判明する。このように、本発明の特徴とする熱線反射部材５８や補助加熱手段６８を設けることの有効性を検証することができた。
また、以上の実施例では低温加熱ゾーン５６の周囲のみを囲むようにして熱線反射部材５８や補助加熱手段６８を設けたが、これに限定されず、載置台３４の上方の領域全体を熱線反射部材や補助加熱手段により囲むようにしてもよい。図９はこのように載置台の上方の領域全体を熱線反射部材で囲んだ本発明装置の実施例を示す断面構成図、図１０は図９に示す熱線反射部材を示す斜視図である。この実施例では図示するように、熱線反射部材７０を、図１に示す場合よりもその高さＬ２をかなり大きく設定し、これを直接的に載置台３４の周縁部上に載置して支持させている。これにより、その内部に前述したと同様な低温加熱ゾーン５８を形成している。また、この熱線反射部材７０の内、処理容器側壁４Ａの搬出入口２２に対向する部分には、ウエハＷの搬出入を許容するために、所定の幅のウエハ搬出入口７２が略半円弧状に形成されている。
【００２３】
これによれば、低温加熱ゾーン５６の保温性が高まっているので、その分、第１の熱処理時におけるウエハＷの昇温速度を高めることができ、また、温度補償作用も高めてウエハ温度の面内均一性も一層向上させることが可能となる。
尚、以上の実施例では、低温加熱ゾーン５６の周囲を囲むようにして熱反射部材５８、７０や補助加熱手段６８を固定的に設けるようにしているが、これらと類似するような機能を有する部材、すなわち補助載置台を可動的に設けるようにしてもよい。
図１１は上下動可動になされたリング状の補助載置台を設けた本発明装置を示す断面構成図、図１２はリング状の補助載置台を示す斜視図、図１３は第１の熱処理を行なう時の動作を示す図である。尚、先に説明した実施例と同一構成部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
この実施例においては、特に図１３に示すように、載置台３４の周縁部は段部状に削り取られたような状態になされた載置台段部８０が形成されており、この載置台段部８０に、その上面がウエハＷの上面と略同一水平レベルとなるように円形リング状の補助載置台８２が上下方向へ可動となるように設置されている。この補助載置台８２は、例えばＳｉＣやＡｌＮ等の耐熱性及び耐腐食性の高いセラミック材よりなり、その内側の周縁部には、ウエハＷの下端周縁部と接触してこれを実質的に支持するための載置段部８４（図１２参照）が形成されて、ここにウエハＷを支持できるようになっている。
そして、この載置台３４の周縁部には、上記補助載置台８２を上方の低温加熱ゾーン５６へ昇降可能に位置させる補助載置台昇降手段８８が設けられる。具体的には、これは、ウエハＷの搬出入時にこれを受け渡しする昇降手段と全く同様に形成されている。すなわち、載置台３４のウエハよりも外側の周縁部に例えば３つのピン孔９０を形成し（図示例は２つのみ記す）、これに下端が連結リングで結合された補助載置台押し上げピン９４を上下方向に移動可能に遊嵌状態で挿通する。そして、この連結リング９２を、容器底部４Ｂに伸縮可能になされたベローズ９６を介して設けたエアシリンダ９８の出没ロッド１００の上端に連結し、上記したように補助載置台８２を上下動可能に構成する。この場合、上記補助載置台８２の周縁部はある程度の厚みを有しており、この部分に熱量を蓄えるような蓄熱部８２Ａとして構成されている。
【００２５】
この実施例の場合には、ウエハＷを処理容器４内へ搬入するに先立って、上記補助載置台８２を下方へ降下させて載置台３４と接しておき、この補助載置台８２を予め第１の熱処理のプロセス温度、例えば６７０℃程度まで加熱しておく。そして、このように補助載置台８２を予め第１の熱処理のプロセス温度程度まで加熱したならば、このウエハＷの処理容器４内への搬入を行なう、すなわち、載置台３６の内側に位置する押し上げピン４２を上昇駆動させてこれでウエハＷを受け取り、また、これと同時に、補助載置台昇降手段８８を駆動してこの補助載置台押し上げピン９４を上昇させ、この先端に設けた補助載置台８２を上記低温加熱ゾーン５６に位置させておく（図１３参照）。そして、上記ウエハＷを受け取った押し上げピン４２を降下させることにより、図１３に示すようにウエハＷを上記補助載置台８２に受け渡し、この状態で第１の熱処理（改質）を行なう。この場合には、放熱量が多くなる傾向にあるウエハ周縁部へは、補助載置台８２の蓄熱部８２Ａから熱量が多く供給されるので、この部分の温度補償を行なうことが可能となり、このため、第１の熱処理時においてウエハ温度の面内均一性を向上させることが可能となる。尚、この第１の熱処理時には、下方の載置台３４の温度を第２の熱処理のプロセス温度、例えば８００℃程度またはその近傍まで昇温しておけばよい。
【００２６】
このようにして、第１の熱処理が終了したならば、上記補助載置台押し上げピン９４を降下させて、図１１に示すように補助載置台８２及びウエハＷを載置台３４の上面に接触させ、この状態で第２の熱処理を継続して行なうようにする。このように、本実施例の場合にも、温度領域の異なる２つの熱処理を、連続的に且つ迅速に行なうことが可能となる。また、この実施例の場合にも、前述したように、処理容器４内へウエハＷを搬入したと同時にこれを載置台３４上に僅かな時間だけ載置してこれを第１の熱処理のプロセス温度、またはこの近傍まで昇温した後に、このウエハＷを図１３に示すように低温加熱ゾーン５６へ上昇させて、ここで第１の熱処理を行なうようにしてもよい。
また、この実施例では補助載置台８０を円形リング状に形成したが、これに限定されず、薄い円板状に成形してもよい。
【００２７】
図１４は上下動可動になされた円板状の補助載置台を設けた本発明装置を示す断面構成図、図１５は円板状の補助載置台を示す斜視図、図１６は第１の熱処理を行なう時の動作を示す図である。尚、先に説明した実施例と同一構成部分については同一符号を付して説明を省略する。
この実施例においては、補助載置台１１０は略円板状に成形されており、ウエハＷの裏面全体をこの補助載置台１１０の上面全体で接してこれを支持するようになっている。また、この補助載置台１１０の周縁部もその上面がウエハＷの上面と同一水平レベルになるように肉厚になされた蓄熱部１１０Ａとして構成されている。また、この補助載置台１１０には、ウエハＷの受け渡しを行なう押し上げピン４２を挿通させるための補助ピン孔１１２が図１５にも示すように形成されている。
【００２８】
この実施例の場合には、図１１乃至図１３に示す装置例と同様な作用効果を示すのみならず、この補助載置台１１０がウエハＷの裏面全体と接してこれを昇温することができるので、第１の熱処理のプロセス温度までウエハＷを更に迅速に昇温することができ、その分、スループットを更に向上させることが可能となる。
尚、以上の各実施例における第１及び第２の熱処理の各プロセス温度は単に一例を示したに過ぎず、これに限定されないのは勿論である。
また、熱処理の順序としても、第１の熱処理を行なった後にプロセス温度の高い第２の熱処理を行なうようにしたが、膜種によっては、或いは熱処理によっては、逆にプロセス温度の高い第２の熱処理を行なった後に、第１の熱処理を行なうようにしてもよく、その順序は問わない。
また、ここでは熱処理として改質処理と結晶化処理とを連続的に行なう場合を例にとって説明したが、これに限定されず、成膜処理、エッチング処理、酸化拡散処理、プラズマを用いた処理にも本発明装置を適用できるのは勿論である。
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、ＬＣＤ基板、ガラス基板等にも適用できるのは勿論である。
【００２９】
【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。
請求項１〜３、１１及び１２に係る発明によれば、被処理体に対して低い温度で熱処理を行なう場合には、被処理体を被処理体昇降手段で上方へ持ち上げて載置台の上方の低温加熱ゾーンへ位置させた状態で熱処理を行ない、この際、被処理体の周縁部はその中心部よりも放熱量が多いのでその放熱量を熱線反射部材にて熱線を反射させることにより補償し、被処理体の面内温度の均一性を高めることができる。
また、これよりも高い温度の高温で熱処理する場合には被処理体を予め高温状態になされている載置台上に載置して熱処理を行ない、これにより、温度帯域の異なる複数の熱処理を同一の熱処理装置内で連続的に且つ迅速に行なうことができる。
請求項４、５に係る発明によれば、被処理体に対して低い温度で熱処理を行なう場合には、被処理体を被処理体昇降手段で上方へ持ち上げて載置台の上方の低温加熱ゾーンへ位置させた状態で熱処理を行ない、この際、被処理体の周縁部はその中心部よりも放熱量が多いのでその放熱量を補助加熱手段から熱線を供給することにより補償し、被処理体の面内温度の均一性を高めることができる。
また、これよりも高い温度の高温で熱処理する場合には被処理体を予め高温状態になされている載置台上に載置して熱処理を行ない、これにより、温度帯域の異なる複数の熱処理を同一の熱処理装置内で連続的に且つ迅速に行なうことができる。
請求項６〜８、１０に係る発明によれば、被処理体に対して低い温度で熱処理を行なう場合には、補助載置台に支持した被処理体を補助載置台昇降手段で上方へ持ち上げて載置台の上方の低温加熱ゾーンへ位置させた状態で熱処理を行ない、また、これよりも高い温度の高温で熱処理する場合には被処理体を予め高温状態になされている載置台上に、補助載置台と共に載置して熱処理を行なえばよく、これにより、温度帯域の異なる複数の熱処理を同一の熱処理装置内で連続的に且つ迅速に行なうことができる。
請求項９に係る発明によれば、低温加熱ゾーンで熱処理する際に、被処理体の周縁部はその中心部よりも放熱量が多いのでその放熱量を前記蓄熱部で蓄えた熱量で補償し、被処理体の面内温度の均一性を高めることができる。
【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】熱線反射部材を示す斜視図である。
【図３】被処理体を搬出入する際の状態を示す熱処理装置の断面構成図である。
【図４】被処理体を低温加熱ゾーンで熱処理する時の状態を示す熱処理装置の断面構成図である。
【図５】熱線反射部材を載置台に支持させた本発明装置を示す断面構成図である。
【図６】図５に示す熱線反射部材の斜視図である。
【図７】低温加熱ゾーンに補助加熱手段を用いた本発明装置を示す断面構成図である。
【図８】従来装置、熱線反射部材を設けた本発明装置及び補助加熱手段を設けた本発明装置におけるウエハ面内の温度分布を示すグラフである。
【図９】載置台の上方の領域全体を熱線反射部材で囲んだ本発明装置の実施例を示す断面構成図である。
【図１０】図９に示す熱線反射部材を示す斜視図である。
【図１１】上下動可動になされたリング状の補助載置台を設けた本発明装置を示す断面構成図である。
【図１２】リング状の補助載置台を示す斜視図である。
【図１３】第１の熱処理を行なう時の動作を示す図である。
【図１４】上下動可動になされた円板状の補助載置台を設けた本発明装置を示す断面構成図である。
【図１５】円板状の補助載置台を示す斜視図である。
【図１６】第１の熱処理を行なう時の動作を示す図である。
【符号の説明】
２ 熱処理装置
４ 処理容器
６ シャワーヘッド部
３４ 載置台
３６ 抵抗加熱ヒータ（加熱手段）
４２ 押し上げピン（被処理体昇降手段）
５６ 低温加熱ゾーン
５８，７０ 熱線反射部材
６８ 補助加熱手段
８２，１１０ 補助載置台
８２Ａ，１１０Ａ 蓄熱部
８８ 補助載置台昇降手段
９４ 補助載置台押し上げピン
Ｗ 半導体ウエハＷ（被処理体）
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等に対して１枚ずつ所定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には、半導体ウエハ等の被処理体に、成膜処理、エッチング処理、酸化拡散処理、改質処理、結晶化処理等の各種の熱処理を繰り返し行なって、所望する集積回路を形成するようになっている。上記したような各種の処理を行なう場合には、その処理の種類に対応して必要な処理ガス、例えば成膜処理の場合には成膜ガスを、改質処理の場合にはオゾンガス等を、結晶化処理の場合にはＮ2 ガス等の不活性ガス等をそれぞれ処理容器内へ導入する。
そして、当然のこととして各熱処理の種類に応じてそのプロセス温度も一般的には異なり、その熱処理に対応したウエハ温度に設定される。例えば半導体ウエハに対して１枚毎に熱処理を施す枚葉式の熱処理装置にあっては、真空引き可能になされた処理容器内に、例えば抵抗加熱ヒータを内蔵した載置台を設置し、この上面に半導体ウエハを載置した状態で所定の処理ガスを流し、所定のプロセス条件下にてウエハに各種の熱処理を施すようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体集積回路の製造工程では、量産性を高めるためにスループットの向上は大きな目標となっており、また、熱処理装置の整備コストも非常に大きいことから、できるだけ設置される装置数も削減することが求められている。このような状況下において、類似する熱処理同士、例えば金属酸化膜を改質（酸化）する改質処理とこれを結晶化する結晶化処理などを同一の熱処理装置内で連続的に行なうことも考えられている。しかしながら、この場合、上記両熱処理は、互いにプロセス温度がかなり異なっているために、金属酸化膜の改質処理が終了した後に結晶化処理へ移行するために、この場合には上記抵抗加熱ヒータへの供給電力量を増大してウエハ温度を大きく昇温しなければならず、この昇温操作に比較的長い時間を要してしまってスループットが大幅に低下してしまう。
【０００４】
このため、現状では、設備コスト削減を犠牲にしてでもスループットの向上を図るために例えば改質装置と結晶化装置とをそれぞれ別個に設け、両装置間にウエハを移載して両処理を行なうようにしたので、設備コストの増大を余儀なくされていた。また、このような問題は、ウエハ温度を低下させて次の熱処理を行なう場合にも生ずる。
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、温度帯域の異なる複数、例えば２つの熱処理を連続的に且つ迅速に行なうことが可能な熱処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、加熱手段により加熱された載置台を処理容器内に配置し、前記載置台を用いて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、前記載置台上における熱処理温度よりも低い温度で熱処理を行なう時に前記被処理体を前記載置台の上方の所定の高さの低温加熱ゾーンへ位置させる被処理体昇降手段と、少なくとも前記低温加熱ゾーンの周囲に設けられたリング状の熱線反射部材とを備えるように構成したものである。
これにより、被処理体に対して低い温度で熱処理を行なう場合には、被処理体を被処理体昇降手段で上方へ持ち上げて載置台の上方の低温加熱ゾーンへ位置させた状態で熱処理を行なう。この際、被処理体の周縁部はその中心部よりも放熱量が多いのでその放熱量を熱線反射部材にて熱線を反射させることにより補償し、被処理体の面内温度の均一性を高めることが可能となる。また、これよりも高い温度の高温で熱処理する場合には被処理体を予め高温状態になされている載置台上に載置して熱処理を行なう。これにより、温度帯域の異なる複数の熱処理を同一の熱処理装置内で連続的に且つ迅速に行なうことが可能となる。
【０００６】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記熱線反射部材は、前記処理容器の側壁または前記載置台に支持されている。
また、例えば請求項３に規定するように、前記熱線反射部材は、セラミック材よりなる。
請求項４に規定する発明は、加熱手段により加熱された載置台を処理容器内に配置し、前記載置台を用いて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、前記載置台上における熱処理温度よりも低い温度で熱処理を行なう時に前記被処理体を前記載置台の上方の所定の高さの低温加熱ゾーンへ位置させる被処理体昇降手段と、少なくとも前記低温加熱ゾーンの周囲に設けられたリング状の補助加熱手段とを備える。
これにより、被処理体に対して低い温度で熱処理を行なう場合には、被処理体を被処理体昇降手段で上方へ持ち上げて載置台の上方の低温加熱ゾーンへ位置させた状態で熱処理を行なう。この際、被処理体の周縁部はその中心部よりも放熱量が多いのでその放熱量を補助加熱手段から熱線を供給することにより補償し、被処理体の面内温度の均一性を高めることが可能となる。また、これよりも高い温度の高温で熱処理する場合には被処理体を予め高温状態になされている載置台上に載置して熱処理を行なう。これにより、温度帯域の異なる複数の熱処理を同一の熱処理装置内で連続的に且つ迅速に行なうことが可能となる。
【０００７】
この場合、例えば請求項５に規定するように、前記補助加熱手段は、前記処理容器の側壁または前記載置台に支持されている。
請求項６に規定する発明は、加熱手段により加熱された載置台を処理容器内に配置し、前記載置台を用いて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、前記載置台上に載置可能になされて前記被処理体を実質的に保持する補助載置台と、前記載置台上における熱処理温度よりも低い温度で熱処理を行なう時に前記被処理体を保持した状態で前記補助載置台を前記載置台の上方の所定の高さの低温加熱ゾーンへ位置させる補助載置台昇降手段とを備えるように構成したものである。
これにより、被処理体に対して低い温度で熱処理を行なう場合には、補助載置台に支持した被処理体を補助載置台昇降手段で上方へ持ち上げて載置台の上方の低温加熱ゾーンへ位置させた状態で熱処理を行なう。また、これよりも高い温度の高温で熱処理する場合には被処理体を予め高温状態になされている載置台上に、補助載置台と共に載置して熱処理を行なう。これにより、温度帯域の異なる複数の熱処理を同一の熱処理装置内で連続的に且つ迅速に行なうことが可能となる。
【０００８】
請求項７に規定するように、前記補助載置台は、前記被処理体の周縁部を支持すべくリング状に形成されているようにしてもよい。
請求項８に規定するように、前記補助載置台は、前記被処理体の裏面全体を支持すべく薄い円板状に形成されているようにしてもよい。
この場合、例えば請求項９に規定するように、前記補助載置台の周縁部には、熱を蓄える蓄熱部が形成されているようにしてもよい。
これによれば、低温加熱ゾーンで熱処理する際に、被処理体の周縁部はその中心部よりも放熱量が多いのでその放熱量を前記蓄熱部で蓄えた熱量で補償し、被処理体の面内温度の均一性を高めることが可能となる。
請求項１０に規定するように、例えば前記補助載置台は、セラミック材よりなる。
【０００９】
また請求項１１に規定するように、例えば前記処理容器は前記被処理体の搬出入口を備え、前記熱線反射部材は前記搬出入口よりも下方に位置されている。
また請求項１２に規定するように、例えば前記処理容器は前記被処理体の搬出入口を備え、前記熱線反射部材は前記搬出入口に対向するように設けられると共に、前記搬出入口に対向する前記熱線反射部材の側面には、前記被処理体の搬出入を許容するための被処理体搬出入口が形成されている。
【００１０】
【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は熱線反射部材を示す斜視図、図３は被処理体を搬出入する際の状態を示す熱処理装置の断面構成図、図４は被処理体を低温加熱ゾーンで熱処理する時の状態を示す熱処理装置の断面構成図である。ここでは熱処理装置として枚葉式の熱処理装置を例にとって説明する。また、熱処理としては、タンタル酸化膜（Ｔａ２ Ｏ５ ）等の金属酸化膜を低温で改質（酸化）処理し、続いて高温で結晶化処理する場合を例にとって説明する。
図示するようにこの熱処理装置２は、例えば断面の内部が略円形状になされたアルミニウム製の処理容器４を有している。この処理容器４内の天井部には必要な処理ガスを導入するための石英製のリング状のシャワーヘッド部６が設けられており、この下面に設けた多数のガス噴射口８から処理空間Ｓに向けて処理ガスを噴射するようになっている。
【００１１】
また、処理容器４の天井部には、大きな開口部１０が形成されていると共に、この開口部１０には例えば紫外線に対して透明な石英板よりなる透過窓１２がＯリング等のシール部材１４を介して気密に取り付けられている。そして、この透過窓１２の上方には、ケーシング１６により覆われたランプ室１８が形成されていると共に、このランプ室１８内に複数本の紫外線ランプ２０が設けられており、この紫外線ランプ２０より発する紫外線ＵＶを、上記透過窓１２を透過して処理空間Ｓ内へ導入するようになっている。
また、処理容器４の側壁４Ａには、この処理容器４内に対して被処理体としての半導体ウエハＷを搬入搬出するための搬出入口２２が設けられると共に、この搬出入口２２には、気密に開閉可能になされたゲートバルブ２４が設けられている。また、処理容器４は、図示しない温調媒体により温度コントロールされている。
【００１２】
そして、この処理容器４の底部４Ｂに気体落とし込め空間２６が形成されている。具体的には、この容器底部４Ｂの中央部には大きな開口２８が形成されており、この開口２８に、その下方へ延びる有底円筒体状の円筒区画壁３０を連結してその内部に上記気体落とし込め空間２６を形成している。そして、この空間２６を区画する円筒区画壁３０の底部３０Ａには、これより起立させて例えば円筒体状の支柱３２が設けられており、この上端部に円板状の載置台３４が固定されている。この載置台３４は、加熱手段として例えば内部に所定のパターン形状に配置された抵抗加熱ヒータ３６を有しており、この外側は焼結された例えばＡｌＮ等よりなるセラミックスにより構成され、上面に被処理体としての半導体ウエハＷを載置し得るようになっている。また、上記抵抗加熱ヒータ３６は上記支柱３２内を配設された給電線３７に接続されて、電力を制御しつつ供給できるようになっている。
【００１３】
上記載置台３４には、この上下方向に貫通して複数のピン孔３８が形成されており、各ピン孔３８には、下端が連結リング４０に共通に連結された例えば石英製の押し上げピン４２が遊嵌状態で収容されている。尚、本実施例では、この押し上げピン４２は、後述する低温加熱ゾーンへ半導体ウエハＷを位置させる被処理体昇降手段を兼用しているが、この被処理体昇降手段を別個に設けるようにしてもよい。そして、上記連結リング４０は、作動杵４４に押し上げ可能になされ、この作動杵４４は、容器底部４Ｂの下面に設けたエアシリンダ４６の出没ロッド４８に連結されており、上記各押し上げピン４２をウエハＷの受け渡し時に各ピン孔３８の上端から上方へ出没させるようになっている。また、エアシリンダ４６と容器底部４Ｂの下面との間は、ベローズ５０が介設されており、上記出没ロッド４８が処理容器４内の気密性を維持しつつ昇降できるようになっている。
【００１４】
そして、上記気体落とし込め空間２６の入口開口部は、載置台３４の直径よりも小さく設定されており、上記載置台３４の周縁部の外側を流下する処理ガスが載置台３４の下方に回り込んで入口開口部へ流入するようになっている。そして、上記円筒区画壁３０の下部側壁には、この気体落とし込め空間２６に臨ませて真空排気口５２が形成されており、この真空排気口５２には、図示しない真空ポンプが介設された排気管５４が接続されて、処理容器４内及び気体落とし込め空間２６の雰囲気を真空引きできるようになっている。
そして、上記載置台３４の上方の所定の高さの位置に、本発明の特徴とする低温加熱ゾーン５６を設定している。この低温加熱ゾーン５６は半導体ウエハＷに対して低温での処理を施すための空間であり、図１中においては破線にて囲まれて示されている。この低温加熱ゾーン５６は上記ゲートバルブ２４を設けた搬出入口２２よりも下方に位置され、また、載置台３４とこの低温加熱ゾーン５６との間の距離Ｌ１は例えば数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度、例えば１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内に設定されており、この低温加熱ゾーン５６にて載置台３４上に直接的に半導体ウエハＷを載置した場合よりも弱い熱量で半導体ウエハＷを加熱し得るようになっている。
【００１５】
そして、この低温加熱ゾーン５６の周囲を囲むようにして図２にも示すような所定の高さＬ２の円形リング状の熱線反射部材５８が設けられている。このリング状の熱線反射部材５８は、その内径の直径がウエハＷの直径よりも僅かに、例えば数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度大きく設定されており、図４に示すようにこの内部にウエハＷを位置できるようになっている。この場合、ウエハＷの外周と熱線反射部材５８との間の距離Ｌ３は、例えば５〜２０ｍｍ程度に設定されることになる。この熱線反射部材５８は支持アーム６０により、処理容器４の内壁４Ａに支持固定されている。また、この熱線反射部材５８は熱線に対して反射率が高く、しかも耐腐食性、耐熱性に優れた材料、例えばＡｌＮ等のセラミック材により構成されており、例えば図４中においてウエハＷ側へ熱線を効率的に反射し得るようになっている。すなわち、これにより、放熱量が多くなる傾向にあるウエハ周縁部の温度補償をし得るようになっている。そして、この熱線反射部材５８自身が抵抗加熱ヒータ３６により暖められて温調されているので、処理容器４の内壁よりも高温になり、熱の逃げを防ぐ働きをする。また、上記熱線反射部材５８の高さＬ２は、例えば数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度の範囲内に設定される。
【００１６】
次に、以上のように構成された本実施例を用いて行なわれる熱処理方法について説明する。
ここでは、半導体ウエハ上に形成された金属酸化膜としての例えばＴａ2 Ｏ5 膜を熱処理する場合を例にとって説明する。この熱処理では、第２の熱処理の温度よりも低い所定のプロセス温度、例えば６７０℃で行なう第１の熱処理、例えば改質（酸化）処理と、この第１の熱処理の温度よりも高いプロセス温度、例えば８００℃で行なう第２の熱処理、例えば結晶化処理とを、以下に説明するように連続的に行なうようになっている。
また、未処理の半導体ウエハＷ上には、前述したようにすでに前工程にて金属酸化膜として例えばＴａ2 Ｏ5 膜が所定の厚さで堆積されている。半導体ウエハＷの搬入に先立って、例えば図示しないロードロック室に接続されたこの熱処理装置２の処理容器４内は真空引きされており、また、ウエハＷを載置する載置台３４は加熱手段である抵抗加熱ヒータ３６によって第２の熱処理のプロセス温度、或いはこの近傍の温度に予め昇温されており、この結果、この載置台３４の上方の低温加熱ゾーン５６内の温度が上記第２の熱処理のプロセス温度よりも低い第１の熱処理のプロセス温度（６７０℃）、或いはその近傍の温度になるように設定されている。
【００１７】
さて、このような状態において、まず、未処理の半導体ウエハＷは、図示しない搬送アームに保持されて開状態となったゲートバルブ２４、搬出入口２２を介して処理容器４内へ搬入され、このウエハＷは、図３に示すように最上端に上昇された押し上げピン４２に受け渡された後に、この押し上げピン４２を降下させることにより、図４に示すようにウエハＷを載置台３４の上方の低温加熱ゾーン５６内に位置させてここに停止させる。
この低温加熱ゾーン５６は前述したように、予め第１の熱処理のプロセス温度である例えば６７０℃程度に加熱されており、ウエハＷをこのプロセス温度まで昇温して維持する。また、第１の熱処理のプロセス温度まで加熱されていない場合には、ゾーン５６内にウエハＷを位置させた後に加熱ヒータ３６への供給電力を増加させてこのウエハＷを第１の熱処理のプロセス温度まで昇温すると共にこのプロセス温度を維持する。また、天井部の上方に設けた紫外線ランプ２０を駆動し、これより発せられた紫外線ＵＶを、容器天井部の透過窓１２を透過させてウエハＷの表面に照射する。これと同時に、シャワーヘッド部６から処理ガスとして例えばオゾンを処理空間Ｓに噴射供給すると共に、排気管５４に設けた図示しない真空ポンプの駆動を継続することにより、処理容器４内や気体落とし込め空間２６内の雰囲気を真空引きし、処理空間Ｓの雰囲気を第１の熱処理のプロセス圧力に維持する。これにより、半導体ウエハＷの表面に形成されている例えばＴａ2 Ｏ5 の膜が紫外線ＵＶにより活性化されたオゾンにより改質（酸化）され、また、アニール処理されることになる。
【００１８】
この際、ウエハＷの周縁部は、その中心部よりも放熱量が比較的大きいのでウエハ周縁部の温度が、その中心部よりも低下する傾向となるが、本実施例ではこの低温加熱ゾーン５６の周囲を囲むようにして熱線反射部材５８を形成しているので、上記ウエハ周縁部や載置台３４から放射された熱線がこの熱線反射部材５８により反射されてウエハ周縁部に再度供給されることになる。この結果、ウエハ周縁部の放熱が補償されることになってこの部分の温度低下が抑制され、ウエハ温度の面内均一性を高く維持した状態で第１の熱処理、すなわち改質処理を行なうことが可能となる。
このようにして、所定の時間だけ改質処理を行なって第１の熱処理が終了したならば、再度、押し上げピン４２を降下させて、ウエハＷを図１に示すように載置台３４上に直接的に接触させて載置する。この時、この載置台３４は、前述のように第２の熱処理のプロセス温度、例えば８００℃、或いはこの近傍の温度に予め加熱されているので、このウエハＷを迅速、且つ容易に第２の熱処理のプロセス温度まで昇温してこの温度に維持できる。そして、これと同時に、シャワーヘッド部６からは、オゾンガスに代えて第２の熱処理用のプロセスガス、例えば不活性なＮ2 ガスを供給し、所定の時間だけ第２の熱処理として例えば結晶化処理を行なうようにする。
【００１９】
このように、本実施例では、ウエハＷを載置台３４から浮かせた状態でこれに第１の熱処理を施し、そして、載置台３４の上面にて接触させた状態で第１の熱処理時よりも高いプロセス温度にて第２の熱処理を行うようにしたので、従来方法のように異なる熱処理装置にて上記両熱処理を個別に行なう必要がなくなり、従って、ウエハ移し換え搬送に要する時間が不要になった分だけ、スループットを向上させることができ、また、熱処理装置も一台で済むので、その分、設備コストも削減することが可能となる。
また、低温加熱ゾーン５６の周囲には、熱線反射部材５８を設けているので、これにより、放熱量が多くなる傾向にあるウエハ周縁部の温度補償も行なうことができるので、第１の熱処理時にウエハ温度の面内均一性を高く維持することが可能となる。
【００２０】
尚、この実施例においてはウエハＷを処理容器４内へ搬入したならば、このウエハＷを直ちに低温加熱ゾーン５６内に位置させるようにしたが、これに限定されず、搬入したウエハＷを結晶化温度までにならないような短時間だけ載置台３４上に直接載置してこの昇温を速め、このウエハ温度が改質温度程度まで昇温した時にウエハＷを直ちに低温加熱ゾーン５６内まで上昇させて位置し、ここで前述のように所定の時間だけ改質処理を行なうようにしてもよい。これによれば、ウエハＷの昇温時間を短縮できるので、更にスループットを向上させることが可能となる。
また、ここでは上記リング状の熱線反射部材５８を、支持アーム６０を介して処理容器４の側壁４Ａへ支持させるようにしたが、これに限定されず、図５及び図６に示すように上記リング状の熱線反射部材５８の下端より複数本の例えば石英製の支持ロッド６２を下方へ延ばし、これを載置台３４の周縁部へ支持固定させるようにしてもよい。
【００２１】
また、ここでは低温加熱ゾーン５６の周囲を囲んで熱線反射部材５８を設けたが、これに代えて、図７に示すように例えば石英管等よりなる絶縁材６４中にスパイラル状に巻回した抵抗加熱コイル６６を挿通し、或いは埋め込んでなるリング状の補助加熱手段６８を支持アーム６０や支持ロッド６２（図５参照）により支持させて設けるようにしてもよい。これによれば、第１の熱処理時にこの補助加熱手段６８を温度コントロールすることによりウエハ周縁部を積極的に加熱することができるので、第１の熱処理時におけるウエハ温度の面内均一性を一層向上させることが可能となる。
ここで上記熱線反射部材５８及び補助加熱手段６８の作用について検証を行なったので、その評価結果について説明する。図８は従来装置、熱線反射部材を設けた本発明装置及び補助加熱手段を設けた本発明装置におけるウエハ面内の温度分布を示すグラフである。図８において縦軸のウエハ面内の温度差はウエハの中心部と周縁部との温度差を示しており、横軸は容器側壁、熱線反射部材、或いは補助加熱手段（種々変更）の各温度を示している。ここではウエハＷの中心温度を６７０℃に設定しており、また、容器側壁の温度を６０℃に設定している。
【００２２】
このグラフから明らかなように、熱線反射部材５８を設けるだけでウエハ面内の温度差を６０℃から３７．２℃程度まで略２３℃も改善することができる点が判明する。更に、補助加熱手段６８を設けてこの温度を上昇させることによって、ウエハ面内の温度差を更に改善することができ、特に、面内温度差を１０℃以下にするためには、補助加熱手段６８を６００℃以上に加熱すればよいことが判明する。このように、本発明の特徴とする熱線反射部材５８や補助加熱手段６８を設けることの有効性を検証することができた。
また、以上の実施例では低温加熱ゾーン５６の周囲のみを囲むようにして熱線反射部材５８や補助加熱手段６８を設けたが、これに限定されず、載置台３４の上方の領域全体を熱線反射部材や補助加熱手段により囲むようにしてもよい。図９はこのように載置台の上方の領域全体を熱線反射部材で囲んだ本発明装置の実施例を示す断面構成図、図１０は図９に示す熱線反射部材を示す斜視図である。この実施例では図示するように、熱線反射部材７０を、図１に示す場合よりもその高さＬ２をかなり大きく設定し、これを直接的に載置台３４の周縁部上に載置して支持させている。これにより、その内部に前述したと同様な低温加熱ゾーン５８を形成している。また、この熱線反射部材７０の内、処理容器側壁４Ａの搬出入口２２に対向する部分には、ウエハＷの搬出入を許容するために、所定の幅のウエハ搬出入口７２が略半円弧状に形成されている。
【００２３】
これによれば、低温加熱ゾーン５６の保温性が高まっているので、その分、第１の熱処理時におけるウエハＷの昇温速度を高めることができ、また、温度補償作用も高めてウエハ温度の面内均一性も一層向上させることが可能となる。
尚、以上の実施例では、低温加熱ゾーン５６の周囲を囲むようにして熱反射部材５８、７０や補助加熱手段６８を固定的に設けるようにしているが、これらと類似するような機能を有する部材、すなわち補助載置台を可動的に設けるようにしてもよい。
図１１は上下動可動になされたリング状の補助載置台を設けた本発明装置を示す断面構成図、図１２はリング状の補助載置台を示す斜視図、図１３は第１の熱処理を行なう時の動作を示す図である。尚、先に説明した実施例と同一構成部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
この実施例においては、特に図１３に示すように、載置台３４の周縁部は段部状に削り取られたような状態になされた載置台段部８０が形成されており、この載置台段部８０に、その上面がウエハＷの上面と略同一水平レベルとなるように円形リング状の補助載置台８２が上下方向へ可動となるように設置されている。この補助載置台８２は、例えばＳｉＣやＡｌＮ等の耐熱性及び耐腐食性の高いセラミック材よりなり、その内側の周縁部には、ウエハＷの下端周縁部と接触してこれを実質的に支持するための載置段部８４（図１２参照）が形成されて、ここにウエハＷを支持できるようになっている。
そして、この載置台３４の周縁部には、上記補助載置台８２を上方の低温加熱ゾーン５６へ昇降可能に位置させる補助載置台昇降手段８８が設けられる。具体的には、これは、ウエハＷの搬出入時にこれを受け渡しする昇降手段と全く同様に形成されている。すなわち、載置台３４のウエハよりも外側の周縁部に例えば３つのピン孔９０を形成し（図示例は２つのみ記す）、これに下端が連結リングで結合された補助載置台押し上げピン９４を上下方向に移動可能に遊嵌状態で挿通する。そして、この連結リング９２を、容器底部４Ｂに伸縮可能になされたベローズ９６を介して設けたエアシリンダ９８の出没ロッド１００の上端に連結し、上記したように補助載置台８２を上下動可能に構成する。この場合、上記補助載置台８２の周縁部はある程度の厚みを有しており、この部分に熱量を蓄えるような蓄熱部８２Ａとして構成されている。
【００２５】
この実施例の場合には、ウエハＷを処理容器４内へ搬入するに先立って、上記補助載置台８２を下方へ降下させて載置台３４と接しておき、この補助載置台８２を予め第１の熱処理のプロセス温度、例えば６７０℃程度まで加熱しておく。そして、このように補助載置台８２を予め第１の熱処理のプロセス温度程度まで加熱したならば、このウエハＷの処理容器４内への搬入を行なう、すなわち、載置台３６の内側に位置する押し上げピン４２を上昇駆動させてこれでウエハＷを受け取り、また、これと同時に、補助載置台昇降手段８８を駆動してこの補助載置台押し上げピン９４を上昇させ、この先端に設けた補助載置台８２を上記低温加熱ゾーン５６に位置させておく（図１３参照）。そして、上記ウエハＷを受け取った押し上げピン４２を降下させることにより、図１３に示すようにウエハＷを上記補助載置台８２に受け渡し、この状態で第１の熱処理（改質）を行なう。この場合には、放熱量が多くなる傾向にあるウエハ周縁部へは、補助載置台８２の蓄熱部８２Ａから熱量が多く供給されるので、この部分の温度補償を行なうことが可能となり、このため、第１の熱処理時においてウエハ温度の面内均一性を向上させることが可能となる。尚、この第１の熱処理時には、下方の載置台３４の温度を第２の熱処理のプロセス温度、例えば８００℃程度またはその近傍まで昇温しておけばよい。
【００２６】
このようにして、第１の熱処理が終了したならば、上記補助載置台押し上げピン９４を降下させて、図１１に示すように補助載置台８２及びウエハＷを載置台３４の上面に接触させ、この状態で第２の熱処理を継続して行なうようにする。このように、本実施例の場合にも、温度領域の異なる２つの熱処理を、連続的に且つ迅速に行なうことが可能となる。また、この実施例の場合にも、前述したように、処理容器４内へウエハＷを搬入したと同時にこれを載置台３４上に僅かな時間だけ載置してこれを第１の熱処理のプロセス温度、またはこの近傍まで昇温した後に、このウエハＷを図１３に示すように低温加熱ゾーン５６へ上昇させて、ここで第１の熱処理を行なうようにしてもよい。
また、この実施例では補助載置台８０を円形リング状に形成したが、これに限定されず、薄い円板状に成形してもよい。
【００２７】
図１４は上下動可動になされた円板状の補助載置台を設けた本発明装置を示す断面構成図、図１５は円板状の補助載置台を示す斜視図、図１６は第１の熱処理を行なう時の動作を示す図である。尚、先に説明した実施例と同一構成部分については同一符号を付して説明を省略する。
この実施例においては、補助載置台１１０は略円板状に成形されており、ウエハＷの裏面全体をこの補助載置台１１０の上面全体で接してこれを支持するようになっている。また、この補助載置台１１０の周縁部もその上面がウエハＷの上面と同一水平レベルになるように肉厚になされた蓄熱部１１０Ａとして構成されている。また、この補助載置台１１０には、ウエハＷの受け渡しを行なう押し上げピン４２を挿通させるための補助ピン孔１１２が図１５にも示すように形成されている。
【００２８】
この実施例の場合には、図１１乃至図１３に示す装置例と同様な作用効果を示すのみならず、この補助載置台１１０がウエハＷの裏面全体と接してこれを昇温することができるので、第１の熱処理のプロセス温度までウエハＷを更に迅速に昇温することができ、その分、スループットを更に向上させることが可能となる。
尚、以上の各実施例における第１及び第２の熱処理の各プロセス温度は単に一例を示したに過ぎず、これに限定されないのは勿論である。
また、熱処理の順序としても、第１の熱処理を行なった後にプロセス温度の高い第２の熱処理を行なうようにしたが、膜種によっては、或いは熱処理によっては、逆にプロセス温度の高い第２の熱処理を行なった後に、第１の熱処理を行なうようにしてもよく、その順序は問わない。
また、ここでは熱処理として改質処理と結晶化処理とを連続的に行なう場合を例にとって説明したが、これに限定されず、成膜処理、エッチング処理、酸化拡散処理、プラズマを用いた処理にも本発明装置を適用できるのは勿論である。
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、ＬＣＤ基板、ガラス基板等にも適用できるのは勿論である。
【００２９】
【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。
請求項１〜３、１１及び１２に係る発明によれば、被処理体に対して低い温度で熱処理を行なう場合には、被処理体を被処理体昇降手段で上方へ持ち上げて載置台の上方の低温加熱ゾーンへ位置させた状態で熱処理を行ない、この際、被処理体の周縁部はその中心部よりも放熱量が多いのでその放熱量を熱線反射部材にて熱線を反射させることにより補償し、被処理体の面内温度の均一性を高めることができる。
また、これよりも高い温度の高温で熱処理する場合には被処理体を予め高温状態になされている載置台上に載置して熱処理を行ない、これにより、温度帯域の異なる複数の熱処理を同一の熱処理装置内で連続的に且つ迅速に行なうことができる。
請求項４、５に係る発明によれば、被処理体に対して低い温度で熱処理を行なう場合には、被処理体を被処理体昇降手段で上方へ持ち上げて載置台の上方の低温加熱ゾーンへ位置させた状態で熱処理を行ない、この際、被処理体の周縁部はその中心部よりも放熱量が多いのでその放熱量を補助加熱手段から熱線を供給することにより補償し、被処理体の面内温度の均一性を高めることができる。
また、これよりも高い温度の高温で熱処理する場合には被処理体を予め高温状態になされている載置台上に載置して熱処理を行ない、これにより、温度帯域の異なる複数の熱処理を同一の熱処理装置内で連続的に且つ迅速に行なうことができる。
請求項６〜８、１０に係る発明によれば、被処理体に対して低い温度で熱処理を行なう場合には、補助載置台に支持した被処理体を補助載置台昇降手段で上方へ持ち上げて載置台の上方の低温加熱ゾーンへ位置させた状態で熱処理を行ない、また、これよりも高い温度の高温で熱処理する場合には被処理体を予め高温状態になされている載置台上に、補助載置台と共に載置して熱処理を行なえばよく、これにより、温度帯域の異なる複数の熱処理を同一の熱処理装置内で連続的に且つ迅速に行なうことができる。
請求項９に係る発明によれば、低温加熱ゾーンで熱処理する際に、被処理体の周縁部はその中心部よりも放熱量が多いのでその放熱量を前記蓄熱部で蓄えた熱量で補償し、被処理体の面内温度の均一性を高めることができる。
【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】熱線反射部材を示す斜視図である。
【図３】被処理体を搬出入する際の状態を示す熱処理装置の断面構成図である。
【図４】被処理体を低温加熱ゾーンで熱処理する時の状態を示す熱処理装置の断面構成図である。
【図５】熱線反射部材を載置台に支持させた本発明装置を示す断面構成図である。
【図６】図５に示す熱線反射部材の斜視図である。
【図７】低温加熱ゾーンに補助加熱手段を用いた本発明装置を示す断面構成図である。
【図８】従来装置、熱線反射部材を設けた本発明装置及び補助加熱手段を設けた本発明装置におけるウエハ面内の温度分布を示すグラフである。
【図９】載置台の上方の領域全体を熱線反射部材で囲んだ本発明装置の実施例を示す断面構成図である。
【図１０】図９に示す熱線反射部材を示す斜視図である。
【図１１】上下動可動になされたリング状の補助載置台を設けた本発明装置を示す断面構成図である。
【図１２】リング状の補助載置台を示す斜視図である。
【図１３】第１の熱処理を行なう時の動作を示す図である。
【図１４】上下動可動になされた円板状の補助載置台を設けた本発明装置を示す断面構成図である。
【図１５】円板状の補助載置台を示す斜視図である。
【図１６】第１の熱処理を行なう時の動作を示す図である。
【符号の説明】
２ 熱処理装置
４ 処理容器
６ シャワーヘッド部
３４ 載置台
３６ 抵抗加熱ヒータ（加熱手段）
４２ 押し上げピン（被処理体昇降手段）
５６ 低温加熱ゾーン
５８，７０ 熱線反射部材
６８ 補助加熱手段
８２，１１０ 補助載置台
８２Ａ，１１０Ａ 蓄熱部
８８ 補助載置台昇降手段
９４ 補助載置台押し上げピン
Ｗ 半導体ウエハＷ（被処理体）
Claims (12)
- 加熱手段により加熱された載置台を処理容器内に配置し、前記載置台を用いて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、前記載置台上における熱処理温度よりも低い温度で熱処理を行なう時に前記被処理体を前記載置台の上方の所定の高さの低温加熱ゾーンへ位置させる被処理体昇降手段と、少なくとも前記低温加熱ゾーンの周囲に設けられたリング状の熱線反射部材とを備えたことを特徴とする熱処理装置。
- 前記熱線反射部材は、前記処理容器の側壁または前記載置台に支持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。
- 前記熱線反射部材は、セラミック材よりな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。
- 加熱手段により加熱された載置台を処理容器内に配置し、前記載置台を用いて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、前記載置台上における熱処理温度よりも低い温度で熱処理を行なう時に前記被処理体を前記載置台の上方の所定の高さの低温加熱ゾーンへ位置させる被処理体昇降手段と、少なくとも前記低温加熱ゾーンの周囲に設けられたリング状の補助加熱手段とを備えたことを特徴とする熱処理装置。
- 前記補助加熱手段は、前記処理容器の側壁または前記載置台に支持されていることを特徴とする請求項４記載の熱処理装置。
- 加熱手段により加熱された載置台を処理容器内に配置し、前記載置台を用いて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、前記載置台上に載置可能になされて前記被処理体を実質的に保持する補助載置台と、前記載置台上における熱処理温度よりも低い温度で熱処理を行なう時に前記被処理体を保持した状態で前記補助載置台を前記載置台の上方の所定の高さの低温加熱ゾーンへ位置させる補助載置台昇降手段とを備えたことを特徴とする熱処理装置。
- 前記補助載置台は、前記被処理体の周縁部を支持すべくリング状に形成されていることを特徴とする請求項６記載の熱処理装置。
- 前記補助載置台は、前記被処理体の裏面全体を支持すべく薄い円板状に形成されていることを特徴とする請求項６記載の熱処理装置。
- 前記補助載置台の周縁部には、熱を蓄える蓄熱部が形成されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の熱処理装置。
- 前記補助載置台は、セラミック材よりなることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載の熱処理装置。
- 前記処理容器は前記被処理体の搬出入口を備え、前記熱線反射部材は前記搬出入口よりも下方に位置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
- 前記処理容器は前記被処理体の搬出入口を備え、前記熱線反射部材は前記搬出入口に対向するように設けられると共に、前記搬出入口に対向する前記熱線反射部材の側面には、前記被処理体の搬出入を許容するための被処理体搬出入口が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
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