JPH08191097A - 高速熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、保持する治具による光照射の影を
なくし、面内温度均一性を向上させ、均一性の優れた成
膜を可能とする高速熱処理装置を提供することを目的と
する。 【構成】チャンバ内で処理基板を赤外線ランプで加熱処
理する高速熱処理装置に於いて、下端部で処理基板１を
直接若しくは基板ホルダ−を介して支持する基板保持具
４と、該基板保持具の上端中央部に設けた回転軸３０
と、前記チャンバ下端部の外部に配設した赤外線ランプ
１２と、前記回転軸を回動自在にする手段とを具備す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体若しくはＬＣ
Ｄの生産に於いて、赤外線ランプを使用して熱処理を行
う装置に係り、詳記すれば、加熱源の赤外線ランプを下
部のみに配置し、加熱される処理基板は、上部から支え
て回転させることにより、保持する治具による光照射の
影をなくし、面内温度均一性を抜群に向上させ、均一性
の優れた成膜を可能とした高速熱処理装置、特に熱ＣＶ
Ｄ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のランプ加熱による熱処理
装置は、図１１に示すように、石英処理チャンバ１１内
の基板１を直接若しくはサセプタ−を介して、回動自在
の支持具２６で支持し、石英処理チャンバ１１の上方に
配置した赤外線ランプ１２または上下に配置した赤外線
ランプ１２，１２′から、処理チャンバ−１１を通し
て、基板１を加熱し、ガスを石英処理チャンバ−１１内
に流して、基板１に気相成長させるように構成されてい
た。従って、上記従来の装置は、基板１を回転させた
り、移載したりする機構部４５は、基板１の下側に配置
され、支持具２６の上端に水平に接続され先端を上方に
折曲させた３本の棒状治具２７によって、基板１は支持
されていた。

【０００３】しかしながら、基板１の上方から放射加熱
する上記従来の成膜方法は、基板表面の状態によって、
局所的に放射率の異なる部分があると、温度分布が悪化
し、その結果成膜分布が悪化したり、基板下地の膜厚の
差によって光の吸収率の差が生じることに起因して、成
膜速度が変化し、成膜分布が悪化する問題があった。ま
た、基板１の上方と下方とから加熱する成膜方法は、上
記上方から加熱する問題点ばかりでなく、基板１または
サセプタ−を保持する治具２７が、光の影となり、その
結果局所的な温度むらが発生し、同様に成膜分布が悪化
する問題があった。治具２７は、基板１と共に回転する
ので、基板１の治具２７に対向する面は常に影となるか
らである。そればかりか、上記従来法は、放射温度計を
使用し、基板の表面、裏面またはサセプタ−自体の温度
を測温していたが、測定面に反応ガスによる膜が形成さ
れることから、測定面の放射率が微妙に変化するので、
正確な温度が測定できない問題があった。更に、上記従
来法は、サセプタ−を使用した場合、基板１を自動的に
移載できない問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、このよう
な従来の問題点を解決しようとするものであり、保持す
る治具による光照射の影をなくし、面内温度均一性を抜
群に向上させ、均一性の優れた成膜を可能とした高速熱
処理装置を提供することを目的とする。またこの発明
は、サセプタ−自体の温度を正確に測温できる高速熱処
理装置を提供することを目的とする。更にこの発明は、
基板の処理チャンバへの出し入れを自動的に行うことが
できる高速熱処理装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的に沿う本発明の
構成は、チャンバ内で処理基板を赤外線ランプで加熱処
理する高速熱処理装置に於いて、下端部で処理基板を直
接若しくは基板ホルダ−を介して支持する基板保持具
と、該基板保持具の上端中央部に設けた回転軸と、前記
チャンバ下端部の外部に配設した赤外線ランプと、前記
回転軸を回動自在にする手段とを具備したことを特徴と
する。要するにこの発明は、処理基板を回転させ、基板
下方からのみ赤外線ランプで加熱することによって、保
持する治具による局所的な光照射の影をなくすと共に、
基板表面に放射率の異なる部分が生じることに起因する
膜厚分布の悪化をなくしたことを要旨とするものであ
る。

【０００６】またこの発明は、前記基板保持具に、温度
検出用熱電対を内装し、該温度検出用熱電対の測温部を
サセプタ−のような基板ホルダ−に内装し、基板ホルダ
−内部の温度を測定することにより、サセプタ−の正確
な温度を測定し得るようにしたことを特徴とする。更に
この発明は、サセプタ−に形成した貫通孔或はリング状
支持具の中央の開口部から挿入して、処理基板を上方に
持ち上げる突き上げピンを備えた治具を前記チャンバに
内装し、処理基板を上方に持ち上げることによって、基
板の処理チャンバへの出し入れを自動的に行うことがで
きるようにしたことを特徴とする。

【０００７】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の実施例を示す断面図であり、処
理中は、基板１は回転するように構成している。上部チ
ャンバ１５と下部石英チャンバ−１１とで形成されるチ
ャンバ内に、被処理基板１がサセプタ−２上に載置さ
れ、サセプタ−２は、上端中央に回転軸３０を有する基
板保持具４によって支持されている。基板保持具４は、
図１及び図７に示すように、回転軸３０の水平方向に３
本のロッドを連接し、該ロッドの先端を垂直に屈曲さ
せ、該屈曲部先端を内方に向けて水平に屈曲させ、この
水平屈曲部上にサセプタ−２を支持し得るように構成さ
れている。基板保持具４は、基板１を直接若しくはサセ
プタ−のような基板ホルダ−を介して回動自在に保持し
得るならどのように構成しても差し支えない。サセプタ
−２の基板１の外周部に接する部分には、等間隔に３個
の貫通孔３１が形成されている。

【０００８】上部チャンバ１５の内壁フランジ部３２に
は、基板突き上げ具３３が係止されている。基板突き上
げ具３３の上端係止部は、リング状に形成され、該リン
グ状の係止部から３本のロッドが下方に連設され、該ロ
ッド先端部は、内方に向けて水平に屈曲し、該屈曲部先
端に、上方に向けて垂直に屈曲した突き上げピン３が連
設されている。突き上げピン３は、前記サセプタ−２に
形成した貫通孔３１に対向している。図２に示すよう
に、基板保持具４を下降させることによって、突き上げ
ピン３は、貫通孔３１を突き抜けて、基板１を持ち上げ
る。このようにして上昇した基板１は、ゲ−トバルブ９
を開口して、ゲ−ト開口部４７からチャックを挿入し
て、自動的にチャンバ外に搬出させる。チャンバ内への
基板１の搬入は、上記と逆の操作により、同様に自動的
に行うことができる。

【０００９】上記実施例に於いては、基板保持具４を上
下動させているが、突き上げピン３を上下動させるよう
にしても勿論良い。このように、チャンバ内に基板突き
上げ具３３を内装しても、処理中サセプタ−２は回転し
ているので、サセプタ−２に局所的な光照射の影は生じ
ない。基板保持具４の回転軸３０の上端フランジ部３４
は、モ−タ８により磁性流体シ−ル６を介して回動する
回転軸３５の下端に固定した掴持部材４６に嵌合掴持さ
れている。掴持部材４６下面は凹部に形成され、フラン
ジ部３４は、該凹部に嵌合し、凹部下端の内方に折曲し
た係止片３６に係止固定されている。処理チャンバ内の
回転軸３５下端部には、真空ベロ−ズ５が外嵌されてい
る。従って、回転軸３５は、真空状態を維持したままで
上下動させることができる。

【００１０】回転軸３５の上端は、連結部材３７を介し
て、エアシリンダ−７のピストン３８に連結されてい
る。従って、ピストン３８の上下動に応じて、回転軸３
５は、上下動するようになっている。回転軸３５を上下
動させる手段は、リニア駆動であるなら他の手段であっ
ても差し支えない。石英チャンバ−１１の外部下方に
は、背面に反射板３９を設けた赤外線ランプ１２が、ラ
ンプモジュ−ル２０に固定されている。ランプモジュ−
ル２０の外周には、リング状に多数のエア排気口１６が
形成されている。室温の空気は、ランプモジュ−ル２０
の中央の開口４０から導入され、高速で石英チャンバ１
１と赤外線ランプ１２との間を通過し、石英チャンバ１
１が高温にならないように冷却して、排気口１６から排
出される。

【００１１】上記実施例に於いては、装置は真空気密で
きるように構成されているが、これは必ずしもこのよう
でなくとも良く、常圧用として構成使用してもよい。ま
た、上記実施例に於いては、反応ガスは、図１及び図７
に示すように、ガス導入口１０から導入し、減圧排気口
４８から排気している。本発明は、反応ガスを使用しな
い熱処理にも適用できるので、これは必ずしも必要では
ない。図１中、１９は、水冷ラインであり、操作中水を
循環させてチャンバ内壁を常に冷却するものである。図
３は、上部チャンバ１５と回転駆動部をガイドロッド４
１でガイドしながら上昇させた状態を示すものである。
この状態で機構部の調整などのメンテナンス作業を行
う。メンテナンス作業毎の位置づれを防止するため、上
部チャンバ固定部材４２には、位置ぎめピン１７が立設
し、上部チャンバ１５フランジ部には、該位置ぎめピン
１７に嵌合する位置合わせ用貫通孔１８が形成されてい
る。

【００１２】図４は、サセプタ−２の代わりに、基板支
持リング２１を使用する場合の断面図である。基板１の
突き上げ方法は、突き上げピン３が、基板支持リング２
１の中央の開口の縁に沿って上下動する以外は、前記実
施例と同様に行うことができる。図５は、基板ホルダ−
を使用せずに、処理基板１のみを直接放射加熱する状態
を示す断面図である。この場合は、基板保持具４の基板
１を支持する部分に突起４３を形成すれば、基板突き上
げ具３３は、特に使用する必要はない。図６は、ガスイ
ンジエクタ−を使用する場合の実施例を示す断面図であ
る。基板保持具４の回転軸３０と、該回転軸３０に連結
される回転軸３５とに、ガスインジエクタ−のパイプ部
４４を嵌挿し、該パイプ部４４下端の中空円板状ガスデ
イスパ−ションヘッド２２の下面に、ガスを噴出させる
多数の貫通孔を形成している。

【００１３】図６の矢印で示すように、ガスデイスパ−
ションヘッド２２を通つてチャンバ内に導入された反応
ガスは、矢印で示すように、基板１上を通過して下部に
流れ、放射温度計ホルダ−２４の部分に設けたガス排気
口２３から排出される。図８は、図１Ａ部の拡大断面図
であり、基板ホルダ−４を中空に形成し、該中空部に熱
電対２５を内装し、該熱電対２５の先端測温部をサセプ
タ−２に形成した孔に下から差し込んだ例を示す。この
ようにすることによって、従来のようにサセプタ−の外
周面ではなく、内部の温度を直接測定するものであるか
ら、反応ガスにより形成される被膜の影響を受けないの
で、正確にサセプタ−の温度を測定することができる。

【００１４】また、図１に示すように、検出波長４μｍ
以上の放射温度計１４を使用し、波長４μｍ以上の光を
透過する窓材１３を通して測温し、この測定値と、前記
サセプタ−内温の測定値とを比較し、演算補正を行うこ
とによって、熱電対２５が正確に作動しない場合であっ
ても、正確な温度測定をすることができる。図９に示す
ように、熱電対２５の先端測温部をサセプター２に形成
した孔に横から差し込んでも勿論良い。また、図１０に
示すように、熱電対２５をサセプタ−２の奥深くまで埋
設しても良く、このようにすれば、より正確にサセプタ
−の温度を検出することができる。

【００１５】

【作用】本発明によれば、基板の下方からのみ加熱する
ので、基板表面に放射率の異なる部分があることや、基
板下地の膜厚の差等に起因する成膜速度の変化を防止す
ることができる。そればかりか、基板若しくは基板ホル
ダ−の側部を保持し、基板処理中は基板は回転させるよ
うにしているので、基板若しくは基板ホルダ−に治具等
による局所的な光の影は生じないから、温度むらは発生
しないので、面内温度均一性を抜群に向上させることが
できる。また、基板保持具に温度検出用熱電対を内装
し、該温度検出用熱電対の測温部を基板ホルダ−に内装
すれば、反応ガスによる被膜の形成による測定温度の誤
差が生じないから、サセプタ−の正確な温度を測定する
ことができる。更に、突き上げピンによって、基板を上
下動し得るようにすれば、チャックの挿入ができるの
で、基板を自動的に搬入若しくは搬出することができ
る。

【００１６】

【効果】以上述べたごとく、本発明によれば、処理基板
を回転させながら、チャンバ外の下部に配置した赤外線
ランプで加熱処理することによって、処理基板の下地の
状態による成膜速度の変化や表面のパタ−ンによる影響
を防止できるので、基板に温度むらが発生することを防
止できるから、面内温度均一性を抜群に向上させた処理
基板が得られる。

【００１７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断面図である。

【図２】突き上げピンによって基板を上昇させた状態を
示す縦断面図である。

【図３】上部チャンバを上昇させた状態を示す縦断面図
である。

【図４】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。

【図７】図１のＢ−Ｂ′断面図である。

【図８】図１のＡ部の拡大断面図である。

【図９】図１のＡ部の他の例を示す拡大断面図である。

【図１０】図１のＡ部の他の例を示す拡大断面図であ
る。

【図１１】従来の高速熱処理装置を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 被処理基板 ２ サセプタ− ４ 基板保持具 ６，６′ 磁性流体シ−ル １２ 赤外線ランプ １５ 上部チャンバ ２５ 熱電対 ３３ 基板突き上げ具 ３５ 回転軸

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チャンバ内で処理基板を赤外線ランプで加
   熱処理する高速熱処理装置に於いて、下端部で処理基板
   を直接若しくは基板ホルダ−を介して支持する基板保持
   具と、該基板保持具の上端中央部に設けた回転軸と、前
   記チャンバ下端部の外部に配設した赤外線ランプと、前
   記回転軸を回動自在にする手段とを具備したことを特徴
   とする高速熱処理装置。
2. 【請求項２】前記回転軸を上下動自在にする手段を設け
   てなる請求項１に記載の高速熱処理装置。
3. 【請求項３】前記基板ホルダ−がサセプタ−若しくはリ
   ング状支持具である請求項１に記載の高速熱処理装置。
4. 【請求項４】前記回転軸を上下動自在にする手段が、真
   空ベロ−ズを伸縮させることによって上下動させる請求
   項２に記載の高速熱処理装置。
5. 【請求項５】前記基板保持具に、温度検出用熱電対を内
   装し、該温度検出用熱電対の測温部を前記基板ホルダ−
   に内装固定してなる請求項３に記載の高速熱処理装置。
6. 【請求項６】前記サセプタ−に形成した貫通孔或は前記
   リング状支持具の中央の開口部から挿入して、前記処理
   基板を上方に持ち上げる突き上げピンを備えた治具を前
   記チャンバに内装してなる請求項３に記載の高速熱処理
   装置。
7. 【請求項７】前記回転軸と前記回転軸を回動自在にする
   手段とを貫通するパイプ部と、該パイプ部下端に連設し
   たガスデイスパーションヘッドとを有し、該ガスデイスパ
   ーションヘッドの下端に、ガスを前記処理基板に噴出さ
   せる多数の貫通孔を穿設したガスインジエクタ−を配設
   してなる請求項１に記載の高速熱処理装置。
8. 【請求項８】前記回転軸を回動自在にする手段の回転軸
   に、該回転軸が回転しないように保持する磁性流体シ−
   ルを取着してなる請求項７に記載の高速熱処理装置。
9. 【請求項９】前記ガスインジエクタ−のパイプ部上方
   に、回転軸が回転しても該パイプ部は回転しないように
   保持する磁性流体シ−ルを取着してなる請求項８に記載
   の高速熱処理装置。