JP5021347B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板を熱処理する熱処理装置に関し、特に、５００℃〜１３００℃程度の広い温度範囲で、効率よく、欠陥を生じさせることなく、基板を所定の温度に加熱することができる熱処理装置に関するものである。

近年、半導体製造プロセスにおける熱処理においては、枚葉式のランプ加熱を用いた急速熱処理（ＲＴＰ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）が行なわれている。この急速熱処理は、枚葉式のため、バッチ内での温度履歴の差が生じず、昇温速度および降温速度も電気炉より１０倍以上早いため能率的であり、大口径のウエハにも有利である。また、処理室の容積が小さいため雰囲気制御が容易であり、入炉時の自然酸化膜形成が抑制できるなどの利点もある。急速熱処理は、急速熱アニーリング（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）処理、急速熱クリーニング（ＲＴＣ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｌｅａｎｉｎｇ）、急速熱化学気相堆積（ＲＴＣＶＤ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理、急速熱窒化（ＲＴＮ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｎｉｔｒｉｄａｔｉｏｎ）処理および急速熱酸化膜形成法（ＲＴＯ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）など、様々な工程に適用されている。

このような急速熱処理において、種々の加熱方法の中にあって、特に半導体基板に対してクリーンで電気エネルギーの熱変換効率が高く、昇温速度が高速かつ高温加熱が可能である誘導加熱方法が用いられている。この誘導加熱方法を用いたものとして、図６に示す熱処理装置が提案されている。ここで、図６は、従来の熱処理装置を示す模式図である。

図６に示すように、従来の熱処理装置１００においては、熱処理容器１０２内の下部に、加熱部１１０が設けられている。この加熱部１１０は、コイル支持部材１１２と、このコイル支持部材１１２の表面１１２ａに設けられた誘導コイル１１４とを有するものである。この誘導コイル１１４は、導体が同心円状または渦巻き状に巻回されたものである。また、誘導コイル１１４には交流電源１１６が接続されており、この交流電源１１６により、誘導コイル１１４に交流電圧が印加される。
また、加熱部１１０の上方には、加熱体１２０が設けられている。また、コイル支持部材１１２と加熱体１２０との間に断熱冷却部材１１８が充填されている。この断熱冷却部材１１８は、加熱体１２０が誘導加熱によって発熱した際、その熱が誘導コイル１１４およびその他の構成部材に伝わることを防止するものである。

さらに、加熱体１２０に対向して、熱処理容器１０２の上部に反射板１２２が設けられている。
加熱体１２０と、反射板１２２との間には、シリコンウエハなど基板１３０を１枚支持するためのエッジリング１２４が設けられている。従来の熱処理装置１００においては、エッジリング１２４に、１枚の基板１３０が支持された状態で熱処理が施される。

従来の熱処理装置１００においては、交流電源１１６から誘導コイル１１４に交流電圧を印加することにより、誘導コイル１１４に誘導磁界が発生する。この誘導磁界により加熱体１２０のコイル対向面１２０ａに高密度の渦電流が発生する。
そして、この渦電流によるジュール熱で加熱体１２０のコイル対向面１２０ａが発熱し、表面温度が上昇する。コイル対向面１２０ａの発熱に伴い、加熱体１２０の表面１２０ｂおよび内部を熱が伝導し、表面１２０ｂの表面温度が上昇（加熱体１２０の全体の温度が上昇）する。

加熱体１２０の表面１２０ｂからは、表面温度（加熱輻射面の温度）に応じた熱エネルギーが赤外線などの電磁波として輻射される。加熱体１２０の表面１２０ｂから輻射された熱（熱エネルギー）によって、基板１３０が加熱される。さらに、基板１３０の加熱に利用されなかった赤外線などの電磁波は、反射板１２２により基板１３０に反射されて、基板１３０の加熱に利用される。
このようにして、従来の熱処理装置１００においては、基板１３０を、所定の温度に加熱し、アニールなどの所定の熱処理を行う。
なお、従来の熱処理装置１００においては、加熱部１１０および加熱体１２０を、赤外ランプに変えてもアニールなどの所定の熱処理を施すことができる。

また、図６に示す以外にも、エッジリングを用いて基板を支持する熱処理装置等が提案されている（特許文献１および特許文献２）。
特許文献１に開示された熱処理装置においては、石英ガラスからなる処理チャンバを備え、この処理チャンバ内には、シリコンウエハを支持する基板支持部材が設置されている。この基板支持部材は、石英ガラス製の支持リングと、この支持リングの上端部に結合されたシリコンカーバイド製のエッジリングとからなり、このエッジリングの内側縁部にシリコンウエハのエッジ部が支持される。
また、基板支持部材は、処理チャンバのベース部にベアリングを介して回転自在に取り付けられている。このベース部には、ベアリングを介して駆動リングが回転自在に取り付けられ、この駆動リングは駆動モータにより回転駆動されるものである。なお、ベアリングの外レースと駆動リングとは磁気結合されており、駆動リングが回転すると、ベアリングを介して基板支持部材が回転する構成になっている。
特許文献１の熱処理装置においては、基板支持部材の上方に、基板支持部材に支持されたシリコンウエハを加熱する複数のハロゲンランプからなる加熱ランプ部が配置されている。加熱ランプ部の下端には石英ガラス製のランプ窓が設けられており、各ハロゲンランプから発した光（熱）は、そのランプ窓を介してシリコンウエハに届き、シリコンウエハが加熱される。また、ベース部には、シリコンウエハの温度を検出する複数の温度センサが設けられている。さらに、基板支持部材の外側には、加熱ランプ部から照射される高温の熱からベアリングを保護するためのベアリングカバーが配置されている。

また、特許文献２の電子デバイスの製造装置においては、チャンバの壁部に、半導体基板を支持するためのエッジリングが設けられている。このエッジリングは、半導体基板を支持する棚を有する。チャンバの上部には、半導体基板を上方から加熱する加熱部材が、半導体基板と加熱部材との間に何も設けることなく配置されている。また、加熱部材は複数の領域に分割されていると共に各領域毎に加熱部材の加熱強度を調整できるようになっている。さらに、チャンバの底部には、半導体基板の温度を測定するパイロメーターが設けられている。
また、チャンバ内には、半導体基板をエッジリングに載置する際に半導体基板を保持する、支持ピンが設けられている。エッジリングに載置された半導体基板の位置は、基板位置補正機構としての支持ピン又はトランスファーアームによって補正される。
特許文献２の電子デバイスの製造装置においては、パイロメーターによって測定された基板温度に基づいて各領域毎に加熱部材の強度を調整することによって半導体基板に対して熱処理が行なわれる。

特開２００２−１３４４２９号公報 特開２００５−３４０４８８号公報

図６に示す従来の熱処理装置１００は、エッジリング１２４に基板１３０が１枚支持された状態で、輻射熱により、熱処理が施されるものである。このため、基板１３０に、シリコンウエハを用いた場合、シリコンウエハは、５００℃までは透過率が高く、６００℃付近で急激に透過率が変化して低くなるため、輻射により、５００℃の温度に精度良く加熱することが難しく、５００℃付近温度で熱処理することが難しいという問題点がある。
また、基板１３０（シリコンウエハ）を１２００℃〜１３００℃の高温に加熱した場合、エッジリング１２４に基板１３０が支持されているため、エッジリング１２４と基板１３０との接触部分と、エッジリング１２４に接触していない非接触部分とでは温度が異なり、基板１３０の温度分布が不均一になり、スリップ欠陥が生じる虞もある。また、基板１３０とエッジリング１２４との熱膨張率の違いからスリップ欠陥が生じる虞もある。

また、特許文献１の熱処理装置においても、ハロゲンランプにより加熱するため、シリコンウエハを５００℃付近の温度に加熱する場合には、シリコンウエハの赤外線の透過率特性から、容易にできない。
また、シリコンウエハを１２００℃〜１３００℃の高温に加熱した場合、処理チャンバ内において、シリコンウエハはエッジリングに保持されているため、エッジリングとシリコンウエハとの接触部分と、そうではない非接触部分との温度差により、シリコンウエハの温度分布が不均一になり、スリップ欠陥が生じる虞もある。また、エッジリングとシリコンウエハとの熱膨張率の違いからも、スリップ欠陥が生じる虞もある。

また、特許文献２の電子デバイスの製造装置においても、半導体基板にシリコンウエハを用いた場合、加熱部材により、半導体基板と加熱部材との間に何も設けることなく、半導体基板を上方から加熱するため、従来の熱処理装置１００と同様に、シリコンウエハ（半導体基板）を５００℃付近の温度に加熱する場合には、シリコンウエハの赤外線の透過率特性から、容易にできない。
また、シリコンウエハ（半導体基板）を１２００℃〜１３００℃の高温に加熱した場合でも、チャンバ内において、シリコンウエハはエッジリングに保持されているため、エッジリングとシリコンウエハとの接触部分と、そうではない非接触部分との温度差により、シリコンウエハの温度分布が不均一になり、スリップ欠陥が生じる虞もある。また、エッジリングとシリコンウエハとの熱膨張率の違いからも、スリップ欠陥が生じる虞もある。

以上のように、従来の熱処理装置１００ならびに特許文献１の熱処理装置および特許文献２の電子デバイスの製造装置において、いずれも、基板またはシリコンウエハを加熱する場合、ある温度域において不都合な点があり、広い温度域に亘り効率よく加熱することができず、さらには高温状態で、基板またはシリコンウエハにスリップ欠陥が生じるという問題点がある。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決することにあり、広い温度範囲で効率よく、かつ欠陥を生じさせることなく、基板を所定の温度に加熱することができる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ために、本発明は、基板を熱処理する熱処理装置であって、前記基板が載置される載置面を有するとともに前記載置面に穴とこの穴の縁から螺旋状に延びる複数の溝が形成された支持体と、前記支持体の前記穴に供給管を介して気体を供給し、前記穴および前記複数の溝からの気体の噴出により前記載置面に載置されていた前記基板を浮上させつつ回転させて支持するガス供給部と、前記支持体の表面とは反対側の方向に、前記支持体に対向して配置される加熱体と、前記加熱体に対して、さらに前記支持体の表面の反対側の方向に配置され、前記加熱体を加熱するための誘導コイルと、前記誘導コイルに交流電圧を印加する交流電源とを有し、前記加熱体と前記支持体とが一体的に形成され、前記交流電源から交流電圧が印加された前記誘導コイルにより前記加熱体が誘導加熱され、さらに前記支持体が加熱されて前記基板が所定の温度に加熱されることを特徴とする熱処理装置を提供するものである。

本発明においては、前記加熱体に対向し、かつ前記支持体を挟んで反射板が設けられていることが好ましい。
さらに、本発明においては、前記加熱体に対向し、かつ前記支持体を挟んで、さらに他の加熱体が設けられるとともに、前記他の加熱体を加熱する他の加熱手段が設けられていることが好ましい。

本発明の熱処理装置によれば、基板が載置される載置面を有するとともに、載置面に穴とこの穴の縁から螺旋状に延びる複数の溝が形成された支持体と、支持体の穴に供給管を介して気体を供給し、穴と複数の溝からの気体の噴出により載置面に載置されていた基板を浮上させつつ回転させて支持するガス供給部と、支持体に対向して配置される加熱体と、加熱体を加熱するための誘導コイルと、誘導コイルに交流電圧を印加する交流電源とを設け、加熱体と支持体とを一体的に形成し、誘導コイルにより加熱体を誘導加熱し、さらに支持体を加熱させて、支持体の穴および複数の溝から噴出される気体、すなわち、支持体と基板との間の気体を加熱する。この加熱された気体の熱伝導により基板が所定の温度に加熱される。このように、基板は、非接触状態で、加熱された気体の熱伝導により加熱される。このため、５００℃までは透過率が高く、６００℃付近で急激に透過率が変化して低くなる特性を有するシリコンウエハを基板として用いても、例えば、温度５００℃にする場合、効率よく加熱することができる。さらには、熱伝導により加熱するため、加熱対象の透過率特性の影響を受けることがないため、例えば、５００℃の設定温度（目標温度）に対して高い精度で加熱することができる。

また、基板（シリコンウエハ）を、例えば、融点に近い１２００℃〜１３００℃に加熱した場合、非接触状態であるため、基板が変形しても、接触点がないため、均一に加熱することができる。このため、スリップ欠陥などの発生を抑制することができる。
さらには、本発明においては、基板は、非接触状態で加熱されるため、支持部材などの接触する部材との熱膨張率の差に起因するスリップ欠陥などの発生も抑制することができる。
さらにまた、基板を熱伝導により加熱するため、固体接触による加熱方法に比して、均一に加熱することができ、基板内の温度のバラツキが小さくなり、温度分布を均一化することができる。
このように、本発明の熱処理装置によれば、広い温度範囲で効率よく、かつ欠陥を生じさせることなく、基板を所定の温度に加熱することができる。

以下、本発明の熱処理装置について、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係る熱処理装置を示す模式的断面図である。

図１に示すように、本実施例の熱処理装置１０は、基板５０を、例えば、１枚ずつ熱処理するものであり、基本的に、熱処理容器１２と、加熱部１４と、加熱体２０と、計測部２６と、制御部２８と、基板支持ユニット３０と、温度センサ３２と、反射板３４とを有する。
熱処理容器１２は、密閉可能な容器であり、図示はしないが、側面に開閉扉が設けられている。この開閉扉から熱処理容器１２内への基板５０の搬送、および基板５０の取り出しがなされる。
また、本実施例の熱処理装置１０は、図示はしないが、例えば、ロボットアーム等の自動搬送手段を備えており、熱処理容器１２への基板５０の搬送、および基板５０の取り出しは、このロボットアームによって自動的に行われる。

熱処理容器１２内には、加熱部１４と、加熱体２０と、温度センサ３２と、基板支持ユニット３０のうち支持体４０および供給管４６と、反射板３４とが設けられている。これらのうち、熱処理容器１２内に、支持体４０の表面４０ａとは反対側の方向（支持体４０の裏面４０ｂ側の方向）に、支持体４０に対向して加熱体２０が配置されている。また、この加熱体２０に対して、さらに支持体４０の表面４０ａの反対側の方向に、加熱体２０を加熱する加熱部１４（本発明の加熱手段の一部を構成するもの）が配置されている。

加熱部１４は、誘導加熱方法を用いるものであり、熱処理容器１２の下部１２ａに設けられている。この加熱部１４は、図２に示すように、円板状のコイル支持部材１６と、このコイル支持部材１６の表面１６ａ上に、１本の導体で渦巻き状に形成された誘導コイル１８とを有する。この誘導コイル１８は、交流電源２４に接続されている。この交流電源２４は、誘導コイル１８に交流電圧を印加するものである。加熱部１４と、交流電源２４とにより本発明の加熱手段が構成される。本実施例においては、誘導加熱方法を用いるため、基板５０の昇温速度が速い。

また、交流電源２４から誘導コイル１８に交流電圧が印加されると、誘導コイル１８に誘導磁界が発生する。この誘導磁界により加熱体２０のコイル対向する下面２０ｂに高密度の渦電流が発生する。
そして、この渦電流によるジュール熱で加熱体２０の下面２０ｂが発熱し、表面温度が上昇する。下面２０ｂの発熱に伴い、加熱体２０の表面および内部を熱が伝導し、表面２０ａの表面温度が上昇（加熱体２０の全体の温度が上昇）し、加熱体２０が加熱される。
また、誘導コイル１８は、１本の導体で渦巻き状に形成されたものに限定されるものでなく、同心円状であってもよく、さらには、１本の導体による構成に限定されるものでもない。誘導コイル１８としては、誘導加熱ができる構成であれば、構成については、特に限定されるものではない。

図１に示すように、加熱体２０は、加熱部１４による誘導加熱により加熱されるものであり、平面視略円形に見える円板状の部材からなるものである。
また、加熱体２０は、電磁誘導性を有する材料で構成されている。この電磁誘導性を有する材料とは、例えば、グラファイト、またはＳｉＣである。
この加熱体２０は、誘導コイル１８の上方に、下面２０ｂを対向して所定の間隔を空けて設けられている。さらに、加熱体２０は、表面２０ａおよび下面２０ｂは、平坦であり、下面２０ｂは、コイル支持部材１６の表面１６ａと平行に配置されている。

また、コイル支持部材１６と加熱体２０との間に断熱冷却部材２２が充填されている。この断熱冷却部材２２は、加熱体２０が誘導加熱によって発熱した際、その熱が誘導コイル１８およびその他の構成部材に伝わることを防止するものである。断熱冷却部材２２は、公知の各種断熱材の内部に流水用パイプ（図示せず）が敷設されており、この流水用パイプ内を液体が循環して冷却する水冷方式で常時冷却される。

なお、加熱体２０を構成する電磁誘導性を有する材料は、グラファイト、またはＳｉＣに限定されるものではない。加熱体２０は、誘導磁界による渦電流の発生と、これに伴うジュール熱の発熱とが生じるものであり、加熱体２０の材質としては、熱伝導性に優れ、温度、気圧、および雰囲気等の環境条件において影響を受けないものであれば、その材質については自在に変更し、組み合わせることができる。
ここで、種々の材料の中でも、炭素繊維／炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット）は、耐割れ性が優れたものである。加熱体２０の材質として、炭素繊維／炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット）を用いることにより、昇温速度が急速な熱処理においても、加熱体２０に割れが生じることがないといった優れた効果を有する。このため、炭素繊維／炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット）は、加熱体２０の材質として好適である。

基板支持ユニット３０は、支持体４０と、供給管４６と、ガス供給部４８とを有する。この支持体４０が、加熱体２０の表面２０ａの上方に、所定の間隔を空けて設けられている。また、ガス供給部４８は、反応容器１２の外部に設けられている。

基板支持ユニット３０において、支持体４０は、表面４０ａに基板５０が、例えば、１枚載置されるものであり、平面視略円形に見える円板状の部材からなるものである。また、図３に示すように、支持体４０の表面４０ａには、その中心に穴４２が形成されている。この穴４２の縁から螺旋状に複数支持体４０の縁まで延びる溝４４が、複数形成されている。
また、穴４２に供給管４６が支持体４０の裏面４０ｂ側から接続されている。この供給管４６にガス供給部４８が接続されている。

ガス供給部４８は、支持体４０の穴４２から噴出させる気体を供給するものであり、例えば、ガスボンベおよび流量を調整するバルブを備える。
基板支持ユニット３０において、ガス供給部４８から供給される気体としては、基板５０の熱処理工程において、基板５０と反応することなく、製造する製品の品質に悪影響を及ぼさないものが用いられる。この基板５０と反応することなく、製造する製品の品質に悪影響を及ぼさないものとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスが用いられる。
また、基板支持ユニット３０において、ガス供給部４８から供給する気体は、熱処理工程における熱処理温度である必要がある。このため、ガス供給部４８には、供給する気体を加熱する気体加熱部（図示せず）が設けられている。

さらに、基板支持ユニット３０においては、熱処理容器１２内に配置される支持体４０および供給管４６は、例えば、グラファイト、またはＳｉＣにより構成される。なお、熱処理装置１０において、なされる熱処理の上限温度が、６００℃程度であれば、支持体４０および供給管４６を、金属または合金で形成してもよい。
また、支持体４０は、後述するように、加熱体２０の輻射熱により加熱されるものである。このため、支持体４０も、加熱体２０と同様の材質により構成されることが好ましい。また、本実施例の熱処理装置１０は、後述するように、透過率の温度依存性を有する基板５０の加熱に利用されるため、支持体４０としては、透過率の温度依存性がない材質により構成されることが好ましい。

基板支持ユニット３０においては、ガス供給部４８から供給管４６を介して穴４２の気体が供給されると、この穴４２から気体が噴出されるとともに、溝４４からも気体が噴出される。これにより、支持体４０の表面４０ａに載置した基板５０が浮上する。また、溝４４がらせん状に複数形成されているため、気体が溝４４に沿って流れて、基板５０は、支持体４０上を浮上しつつ回転もする。また、穴４２からの気体の流量などの供給量を調整することにより、基板５０の中心を、穴４２に一致させることができる。
このように、基板支持ユニット３０により、基板５０は、熱処理容器１２内で非接触状態で保持される。

なお、支持体４０に形成される穴４２は、１つに限定されるものではなく、複数形成されていてもよい。この場合、穴の数、および穴の配置パターンについても、基板５０を浮上させることができれば、特に限定されるものではない。このように、穴４２を複数形成することにより、基板５０の浮上安定性を向上させることができる。
また、溝４４についても、溝４４の数、および溝４４の形成パターンについても、基板５０を浮上させることができれば、特に限定されるものではない。
さらには、基板支持ユニット３０は、基板５０を１枚載置するものに限定されるものではなく、複数枚載置される構成でもよい。この場合、例えば、支持体４０を、矩形状の板部材で構成し、支持体４０に、穴４２および溝４４の組み合わせたものを複数組形成し、各穴４２に対して、基板５０を１枚ずつ割り当ててもよい。これにより、各基板５０が、支持体４０上に非接触状態で保持される。
また、支持体４０の表面４０ａと平行な方向における基板５０の動きを拘束するために、ストッパーとなるものとして、支持体４０の外縁に沿って、例えば、リブを設ける構成としてもよい。このリブも、基板５０が１枚または複数載置される、いずれの構成においても形成されるものである。

温度センサ３２は、支持体４０の表面４０ａの温度を測定するものであり、例えば、図３に示すように、支持体４０の表面４０ａの縁部に設けられている。この温度センサ３２は、計測部２６に接続されており、温度センサ３２で得られた温度情報を含む温度情報信号が計測部２６で解析されて、計測部２６により、支持体４０の表面の温度の情報が得られる。なお、温度センサ３２の配置位置および数は、基板５０の搬送および取り出しに支障がなければ、特に限定されるものではない。

また、図１に示すように、熱処理容器１２内の上部１２ｂには、支持体４０に対向して反射板３４が設けられている。
この反射板３４は、基板５０を効率良く、加熱するためのものであり、熱処理容器１２内で発生した赤外線などを基板５０に反射させて、基板５０を加熱するものである。

また、熱処理容器１２内を真空状態にするための排気部５２が、熱処理容器１２に接続されている。この排気部５２は、例えば、真空ポンプなどを備えている。
また、熱処理容器１２内に、基板５０と反応することなく、製造する製品の品質に悪影響を及ぼさない気体を導入する導入するためのガス導入部５４が設けられている。この基板５０と反応することなく、製造する製品の品質に悪影響を及ぼさない気体としては、例えば、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスが用いられる。

本実施例において、制御部２８は、交流電源２４、計測部２６及びガス供給部４８に接続されている。この制御部２８の制御命令に基づいて、交流電源２４、計測部２６及びガス供給部４８が制御される。計測部２６により得られた支持体４０の表面の温度情報に基づいて、交流電源２４からの交流電圧が制御される。また、制御部２８の制御命令に基づいて、ガス供給部４８からの気体供給量が制御され、基板５０の浮上が制御される。
さらに、排気部５２およびガス導入部５４も制御部２８に接続されており、制御部２８の制御命令に基づいて、熱処理容器１２内の排気、および熱処理容器１２内への気体の導入などが制御されるものである。

本実施例においては、基板５０を浮上支持する支持体４０を設けることにより、誘導加熱によって加熱された加熱体２０からの輻射熱により、支持体４０が加熱される。そして、この支持体４０の加熱により、支持体４０と基板５０との間の気体も加熱される。この加熱された気体による熱伝達により、基板５０が加熱される。このように、基板５０は、加熱された気体からの熱伝導により加熱される。このため、例えば、５００℃までは透過率が高く、６００℃付近で急激に透過率が変化して低くなる特性を有するシリコンウエハを基板５０として用いても、基板５０を５００℃の温度に効率よく加熱することができる。さらには、熱伝導により基板５０を加熱するため、基板５０の透過率特性（透過率の温度依存性）の影響を受けることがなくなり、設定温度（目標温度）に対する加熱体２０の発熱量の制御が容易になる。これにより、例えば、５００℃を設定温度（目標温度）とした場合であっても、基板５０を高い精度で設定温度（目標温度）に加熱することができる。
また、基板５０を熱伝導により加熱するため、固体接触による加熱方法に比して、均一に加熱することができ、基板５０内の温度のバラツキが小さくなり、温度分布を均一化することができる。

また、本実施例においては、例えば、基板５０として、シリコンウエハを、例えば、融点に近い１２００℃〜１３００℃に加熱した場合でも、非接触状態で加熱されるため、基板５０が変形しても、接触点がなく、均一に加熱することができる。このため、基板５０について、温度分布の不均一に基づく、スリップ欠陥などの発生を抑制することができる。
さらには、本実施例においては、基板５０は、非接触状態で加熱されるため、支持部材などの接触する部材との熱膨張率の差に起因するスリップ欠陥などの発生も抑制することができる。
このように、本実施例の熱処理装置１０においては、広い温度範囲で効率よく、かつ欠陥を生じさせることなく、基板５０を所定の温度に加熱することができる。

なお、本実施例の熱処理装置１０においては、熱処理容器１２内の上部１２ｂに反射板３４を設ける構成としたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、反射板３４に変えて、さらに、加熱部１４（他の加熱手段）および加熱体２０（他の加熱体）を設けてもよい。すなわち、支持体４０を挟んで、上部１２ｂおよび下部１２ａの両側に、それぞれ加熱部１４および加熱体２０が設けられる構成である。このような構成により、より高温に基板５０を加熱することができる。

以下、本実施例の熱処理装置１０による熱処理方法について説明する。
先ず、熱処理容器１２の開閉扉（図示せず）を開き、ロボットアーム（図示せず）により、基板５０を熱処理容器１２内部に搬送し、基板５０の中心と、支持体４０の表面４０ａの中心とを一致させて、基板５０を支持体４０の表面４０ａに載置する。そして、開閉扉を閉める。
次に、制御部２８の制御命令に基づいて、熱処理容器１２内を排気部５２により減圧させて、真空状態にする。
次に、制御部２８の制御命令に基づいて、ガス導入部５４から、例えば、不活性ガスを熱処理容器１２内に導入させて熱処理容器１２内を不活性ガスで充填する。

次に、制御部２８の制御命令に基づいて、ガス供給部４８から気体を支持体４０に供給させ、穴４２かから気体を噴出させて基板５０を浮上させるとともに、溝４４からも気体が噴出し、基板５０が回転する。このとき、制御部２８の制御命令に基づいて、計測部２６による支持体４０の表面４０ａの温度の情報の取得も開始させる。
次に、制御部２８の制御命令に基づいて、設定温度（目標温度）に応じた交流電圧を交流電源２４から誘導コイル１８に印加させる。これにより、誘導コイル１８に誘導磁界が発生する。この誘導磁界により加熱体２０の下面２０ｂに高密度の渦電流が発生する。

そして、この渦電流によるジュール熱で加熱体２０の下面２０ｂが発熱し、下面２０ｂ温度が上昇する。下面２０ｂの発熱に伴い、加熱体２０の表面２０ａおよび内部を熱が伝導し、表面２０ａの表面温度が上昇（加熱体２２の全体の温度が上昇）する。
そして、表面２０ａからは、表面温度（加熱輻射面の温度）に応じた熱エネルギーが赤外線などの電磁波として輻射される。
本実施例では、このように、加熱体２０の表面２０ａから輻射された輻射熱（熱エネルギー）によって、支持体４０および供給管４６が加熱される。さらには、支持体４０の表面４０ａと基板５０と間の気体も加熱される。この加熱された気体により基板５０が加熱される。このように、本実施例においては、基板５０が加熱気体による熱伝導により加熱される。

なお、本実施例の熱処理方法においては、昇温時には、計測部２６（温度センサ３２）により、支持体４０の表面４０ａの温度が測定されている。この温度に基づいて、計測結果が目標温度（設定温度）となるように、交流電源２４による交流電圧の出力が制御部２８により制御される。このようにして、加熱体２０の発熱を制御し、基板５０の熱処理温度を制御する。
次に、基板５０について、熱処理条件に応じた所定の温度で、所定の時間保持する。そして、熱処理が終了した後、制御部２８の制御命令に基づいて交流電源２４の交流電圧の出力を停止し、基板５０を降温させる。
その後、基板５０の温度が、例えば、常温まで下がった後、制御部２８の制御命令に基づいてガス供給部４６からの気体の供給も停止させる。
次に、開閉扉（図示せず）を開き、制御部２８の制御命令に基づいて、ロボットアーム（図示せず）が基板５０を熱処理容器１２から取り出す。このようにして、本実施例においては、基板５０について、例えば、１枚ずつ熱処理を行うことができる。

本実施例の熱処理方法においては、基板５０を浮上支持した状態として、誘導加熱によって加熱された加熱体２０からの輻射熱により支持体４０を加熱し、さらに支持体４０と基板５０との間の気体も加熱する。この加熱された気体の熱伝導により基板５０を加熱する。このように、基板５０を熱伝導により加熱することにより、例えば、５００℃までは透過率が高く、６００℃付近で急激に透過率が変化して低くなる特性を有するシリコンウエハを基板５０として用いても、５００℃に効率よく加熱することができる。
さらには、熱伝導により基板５０を加熱するため、基板５０の透過率特性（透過率の温度依存性）の影響を受けることがなくなり、設定温度（目標温度）に対する加熱体２０の発熱量の制御が容易になる。これにより、例えば、５００℃を設定温度（目標温度）とした場合であっても、基板５０を高い精度で設定温度（目標温度）に加熱することができる。

また、本実施例の熱処理方法においては、例えば、基板５０として、シリコンウエハを、例えば、融点に近い１２００℃〜１３００℃に加熱した場合でも、非接触状態で加熱されるため、基板５０が変形しても、接触点がなく、均一に加熱することができる。このため、基板５０について、温度分布の不均一に基づく、スリップ欠陥などの発生を抑制することができる。
さらには、本実施例の熱処理方法においては、基板５０は、非接触状態で加熱されるため、支持部材などの接触する部材との熱膨張率の差に起因するスリップ欠陥などの発生も抑制することができる。
また、本実施例の熱処理方法においては、熱伝導により基板５０を加熱するため、固体接触による加熱方法に比して、基板５０を均一に加熱することができ、基板５０内の温度のバラツキが小さくなり、温度分布を均一化することができる。
さらに、本実施例の熱処理方法においては、加熱した後、基板５０の温度を下げる場合に、他の気体供給部（図示せず）から冷却用の気体を供給しても、基板５０と支持体４０との間の気体により、基板５０を均一に冷却することができる。このように、熱処理工程において、加熱および冷却に際して、基板５０の温度が均一な状態で、処理することができる。
以上のように、本実施例の熱処理方法においては、広い温度域に亘り、基板５０にスリップ欠陥を生じさせることなく、かつ基板５０を効率よく加熱することができる。

なお、本実施例の熱処理装置１０においては、基板５０の種類は、特に限定されるものではない。しかしながら、温度によって、透過率が変化する特性を有し、輻射熱による加熱が困難であるものを好適に用いることができる。また、本実施例の熱処理装置１０においては、基板５０を、融点に近い温度で熱処理する場合にも好適である。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。
図４（ａ）は、本発明の第２の実施例の熱処理装置を示す模式的断面図であり、（ｂ）は、本発明の第２の実施例の熱処理装置の要部を示す模式的側断面図である。図５は、本発明の第２の実施例の熱処理装置の基板支持ユニットの構成の要部を示す模式的斜視図である。
なお、本実施例においては、図１〜図３に示す第１の実施例の熱処理装置と同一構成物には、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図４（ａ）に示すように、本実施例の熱処理装置６０は、第１の実施例の熱処理装置１０（図１参照）に比して、基板支持ユニット３０ａ（基板支持手段）の構成が第１の実施例の加熱体２０（図１参照）と第１の実施例の支持体４０（図１参照）とが一体形成されている点（図５参照）、加熱体６４が楕円形状の側断面を有する筒状に形成されている点（図４（ｂ）参照）、および誘導コイル７０が加熱体６４の周囲を取り囲んで配置されたものである点（図４（ｂ）参照）が異なり、それ以外の構成は、第１の実施例の熱処理装置１０と同様の構成であり、その詳細な説明は省略する。

本実施例の熱処理装置６０は、図４（ａ）に示すように、反応容器６２内に設けられた加熱体６４の内部６４ａに基板５０が搬入されて、熱処理がされるものである。この加熱体６４は、図４（ｂ）に示すように、側断面形状が楕円形状の筒状部材からなるものである。
本実施例の反応容器６２には、図示はしないが、加熱体６４の他端部６４ｂに、開閉扉が設けられている。
また、本実施例の熱処理装置６０の加熱体６４は、図４（ａ）に示すように、一端に蓋６５が設けられて閉塞されている。この蓋６５には、排気部５２およびガス導入部５４が接続されている。また、加熱体６４の他端部６４ｂには、図示はしないが、開閉扉が設けられている。この他端部６４ｂから基板５０が搬入されるか、または取り出される。さらには、本実施例の熱処理装置６０においても、図示はしないが、例えば、ロボットアーム等の自動搬送手段を備えており、熱処理容器６２への基板５０の搬送、および基板５０の取り出しは、このロボットアームによって自動的に行われる。

本実施例の熱処理装置６０においては、加熱体６４の周囲を取り囲むようにして、加熱体６４の周面との距離を一定にして誘導コイル７０が配置されている。誘導コイル７０と加熱体６４の下壁６６との距離および誘導コイル７０と上壁６８との距離は等しい。また、誘導コイル７０には、交流電源２４が接続されている。誘導コイル７０と交流電源２４とで加熱手段が構成される。
また、加熱体６４と誘導コイルとの隙間には、断熱冷却部材７２が充填されている。この断熱冷却部材７２も、加熱体６４が誘導加熱によって発熱した際、その熱が誘導コイル７０およびその他の構成部材に伝わることを防止するものであり、第１の実施例の断熱冷却部材２２と同様の構成を有するものであるため、その詳細な説明は省略する。

本実施例の基板支持ユニット３０ａは、第１の実施例の加熱体２０（図１参照）と第１の実施例の支持体４０（図１参照）とが一体形成されているものであり、加熱体６４の下壁６６の一部が、第１の実施例の支持体４０（図１参照）の機能を果たすものである。
本実施例の基板支持ユニット３０ａにおいては、加熱体６４の下壁６６の表面６６ａに基板５０が浮上した状態で支持される。
本実施例の基板支持ユニット３０ａにおいては、図５に示すように、加熱体６４の下壁６６の表面６６ａに、第１の実施例の支持体４０（図１参照）の如く、穴４２が形成されており、この穴４２の縁から螺旋状に延びる溝４４ａが、基板５０の外縁よりも大きい範囲に亘り複数形成されている。また、この穴４２に供給管４６が下面６６ｂ側から接続されている。

本実施例においても、ガス供給部４８から供給管４６を介して穴４２の気体が供給されると、この穴４２から気体が噴出されるとともに、溝４４ａからも気体が噴出される。これにより、加熱体６４の下壁６６の表面６６ａに載置した基板５０が浮上する。また、溝４４がらせん状に複数形成されているため、気体が溝４４ａに沿って流れて、基板５０は、下壁６６上を浮上しつつ回転もする。また、穴４２からの気体の流量などの供給量を調整することにより、基板５０の中心を、穴４２に一致させることができる。
このように、基板支持ユニット３０ａにより、基板５０は、加熱体６４内部６４ａで非接触状態に保持される。本実施例においても、基板５０は、加熱体６４の下壁６６の表面６６ａに浮上した状態で熱処理される。このため、誘導コイル７０に交流電源２４から交流電圧を印加されて生じた誘導磁界により渦電流が発生し、この渦電流によるジュール熱で加熱体６４が加熱された場合、基板５０と加熱体６４の下壁６６の表面６６ａとの間には気体がある。この気体が加熱されて、この加熱された気体の熱伝導により基板５０が加熱される。このように、本実施例においても、基板５０は、第１の実施例と同様に、輻射ではなく、熱伝導により加熱される。これにより、本実施例においても、第１の実施例と同様に、広い温度域に亘り、基板５０にスリップ欠陥を生じさせることなく、かつ基板５０を効率よく加熱することができるという効果を得ることができる。

なお、本実施例の熱処理装置６０においても、基板５０の種類は、特に限定されるものではない。しかしながら、温度によって、透過率が変化する特性を有し、輻射熱による加熱が困難であるものを好適に用いることができる。また、本実施例の熱処理装置１０においては、基板５０を、融点に近い温度で熱処理する場合にも好適である。
さらには、本実施例においては、誘導コイル７０と加熱体６４との間隔を一定としているため、加熱体６４を均一に加熱することができ、基板５０の温度分布をより一層均一化できる。

また、本実施例の熱処理方法においても、第１の実施例の熱処理方法と比して、基板５０を支持体４０の上に載置するのではなく、加熱体６４の下壁６６の表面６６ａに載置する点、真空にする空間が加熱体６４の内部である点、および基板５０と反応しない気体を供給する空間が加熱体６４の内部である点が異なり、それ以外の工程は、第１の実施例の熱処理方法と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
本実施例の熱処理方法においても、基板５０が、加熱体６４の下壁６６の表面６６ａに浮上した状態で熱処理される。このため、上述のように、基板５０は、熱伝導により加熱される。これにより、本実施例においても、第１の実施例の熱処理方法と同様の効果を得ることができる。

また、本実施例の熱処理装置６０の基板支持ユニット３０ａにおいても、第１の実施例と同様に、穴４２は、１つに限定されるものではなく、複数形成されていてもよい。この場合、穴の数、および穴の配置パターンについても、基板５０を浮上させることができれば、特に限定されるものではない。このように、穴４２を複数形成することにより、基板５０の浮上安定性を向上させることができる。
また、基板支持ユニット３０ａの溝４４ａについても、第１の実施例と同様に、溝４４ａの数、および溝４４ａの形成パターンについても、基板５０を浮上させることができれば、特に限定されるものではない。
さらには、基板支持ユニット３０ａは、基板５０を１枚載置するものに限定されるものではなく、複数枚載置される構成でもよい。この場合、例えば、加熱体６４の下壁６６に、穴４２および溝４４の組み合わせたものを複数組形成し、各穴４２に対して、基板５０を１枚ずつ割り当ててもよい。これにより、各基板５０が、支持体４０上に非接触状態で保持される。
また、加熱体６４の下壁６６の表面６６ａと平行な方向における基板５０の動きを拘束するために、ストッパーとなるものとして、加熱体６４の下壁６６に形成された複数の溝４４ａを取り囲むように、例えば、リブを設ける構成としてもよい。このリブも、基板５０が１枚または複数載置される、いずれの構成においても形成されるものである。

本発明は、基本的に以上のようなものである。以上、本発明の熱処理装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。

本発明の第１の実施例に係る熱処理装置を示す模式的断面図である。 本発明の第１の実施例に係る熱処理装置の加熱部を示す模式的斜視図である。 本発明の第１の実施例の熱処理装置の基板支持ユニットの構成を示す模式的斜視図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施例の熱処理装置を示す模式的断面図であり、（ｂ）は、本発明の第２の実施例の熱処理装置の要部を示す模式的側断面図である。 本発明の第２の実施例の熱処理装置の基板支持ユニットの構成の要部を示す模式的斜視図である。 従来の熱処理装置を示す模式図である。

符号の説明

１０、６０、１００ 熱処理装置
１２、１０２ 熱処理容器
１４、１１０ 加熱部
１６、１１２ コイル支持部材
１８、１１４ 誘導コイル
２０、１２０ 加熱体
２２、７２、１０８ 断熱冷却部材
２４、１１６ 交流電源
２６ 計測部
２８ 制御部
３０、３０ａ 基板支持ユニット（基板支持手段）
３２ 温度センサ
３４、１２２ 反射板
４０ 支持体
４２ 穴
４４、４４ａ 溝
４６ 供給管
４８ ガス供給部
１２４ エッジリング

Claims (3)

1. 基板を熱処理する熱処理装置であって、
   前記基板が載置される載置面を有するとともに前記載置面に穴とこの穴の縁から螺旋状に延びる複数の溝が形成された支持体と、
   前記支持体の前記穴に供給管を介して気体を供給し、前記穴および前記複数の溝からの気体の噴出により前記載置面に載置されていた前記基板を浮上させつつ回転させて支持するガス供給部と、
   前記支持体の表面とは反対側の方向に、前記支持体に対向して配置される加熱体と、
   前記加熱体に対して、さらに前記支持体の表面の反対側の方向に配置され、前記加熱体を加熱するための誘導コイルと、
   前記誘導コイルに交流電圧を印加する交流電源とを有し、
   前記加熱体と前記支持体とが一体的に形成され、
   前記交流電源から交流電圧が印加された前記誘導コイルにより前記加熱体が誘導加熱され、さらに前記支持体が加熱されて前記基板が所定の温度に加熱されることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記加熱体に対向し、かつ前記支持体を挟んで反射板が設けられている請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記加熱体に対向し、かつ前記支持体を挟んで、さらに他の加熱体が設けられるとともに、前記他の加熱体を加熱する他の加熱手段が設けられている請求項１または２に記載の熱処理装置。

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