JPH0950965A - 枚葉式の熱処理装置 - Google Patents

枚葉式の熱処理装置

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JPH0950965A
JPH0950965A JP7219669A JP21966995A JPH0950965A JP H0950965 A JPH0950965 A JP H0950965A JP 7219669 A JP7219669 A JP 7219669A JP 21966995 A JP21966995 A JP 21966995A JP H0950965 A JPH0950965 A JP H0950965A
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宏憲 八木
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 載置台の裏面側へ処理ガスが回り込むことを
防止することができる枚葉式の熱処理装置を提供する。 【構成】 断熱性支柱30の上に支持された載置台28
に載置した被処理体Wを、その下方の加熱ランプ40に
より間接加熱して熱処理を行なう枚葉式の熱処理装置に
おいて、前記載置台の裏面の周縁部に、この載置台の裏
面に処理ガスが回り込むことを防止するためのガス侵入
阻止部材86を設けるように構成する。これにより、裏
面側に侵入してきた処理ガスは、阻止部材の表面に成膜
が付着することにより消費されることになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
表面に成膜処理を施すための枚葉式の熱処理装置に関す
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、被処理体である半導体ウエハやガラス基板等に
成膜とパターンエッチング等を繰り返し行なうことより
所望の素子を得るようになっている。例えば、ウエハ表
面に成膜を施す処理装置には、一度に多数枚のウエハに
成膜処理を施すことができるバッチ式の処理装置と一枚
ずつ処理を行なう枚葉式の処理装置があり、成膜の種類
や製造量等に応じて両装置の使い分けがなされている。
【0003】また、枚葉式の処理装置としては、例えば
複数枚のウエハの処理期間に亘って常時サセプタを加熱
状態とする抵抗加熱式の装置と、ランプからの熱によっ
て高速昇温が可能なランプ式の装置が知られている。ラ
ンプ式の処理装置としては、例えば特開昭59−147
428号公報、特開平4−343418号公報、特開平
6−208959号公報、特開平3−3229号公報、
実開昭61−86935号公報、実開平4−12173
2号公報、実開平5−1996号公報及び実開平5−6
3044号公報などに開示されているものが種々知られ
ている。ここで、一般的なランプ式の処理装置を例にと
って説明すると、図6に示すように例えばアルミニウム
製の処理容器2内には、例えば石英等によりリング状に
形成された断熱部材4上に設置された例えばカーボン製
の板状の載置台6が設けられており、この上面に半導体
ウエハWが載置される。
【0004】処理容器2の下方には、回転テーブル8上
に多数の加熱ランプ10を取り付けてなる加熱手段12
が配置されており、この加熱ランプ10からの放射エネ
ルギを容器底部の石英製の透過窓14を介して載置台6
の裏面に照射して載置台6を加熱し、これによりウエハ
Wを間接的に加熱するようになっている。載置台6の外
周には、例えば上下動可能になされたウエハリフタ(図
示せず)やウエハクランプ16が設けられ、このリフタ
やクランプ16と載置台6との間にはこのリフタやクラ
ンプ16を熱的に保護するための、例えばアルミニウム
製の保護リング18を介在させている。
【0005】また、載置台6の上方には、これと平行に
対向させてシャワーヘッド部20が設置されており、処
理容器2内へシラン等の処理ガスを導入するようになっ
ている。成膜処理は、ウエハWを所定のプロセス温度に
維持しつつ上記ヘッド部20より処理ガスを供給して所
定のプロセス圧力を維持することにより行い、これによ
りウエハ表面に例えばシリコンやシリコン酸化膜等の所
定の材料の成膜を行なうことができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電気的特性
の良好なデバイスを多く得るためには、特性の良好な成
膜を形成することが必要であるが、中でもウエハ表面に
膜厚の均一な成膜を施す必要がある。しかしながら、上
述した従来の処理装置にあっては、載置台6の載置面に
ウエハWを面接触で載置し、載置台6からの熱伝導によ
りウエハWを加熱するようになっているが、一般的には
ウエハWはこの前工程で何回も熱処理が繰り返し行なわ
れていることから、平坦に見えるウエハ裏面も実際には
微視的に見れば波打つように屈曲変形しており、従っ
て、ウエハ裏面は載置面に対して面接触ではなく多点で
点接触状態で載置されていることになる。従って、これ
に起因して載置台の温度制御を精度良く行なってもウエ
ハ面に温度分布が生じ、成膜の面内均一性を十分に確保
できない場合が生じた。特に、ウエハ毎に変形形態も異
なることから、点接触位置もウエハ毎に異なるのが現状
であり、これが不安定要素となって、成膜の再現性も悪
化するといった問題があった。
【0007】また、載置台6は、熱膨張を許容するため
に断熱部材4上に固定することなく載置せざるを得ない
が、このため、載置台6の下面と断熱部材4との間に部
分的に間隙も生じ、これがために間隙を介して載置台6
の裏面側に処理ガスが流れ込み、高温状態になっている
載置台6の裏面や透過窓14の内側面に成膜22が付着
する傾向となる。このような成膜22は、加熱ランプ1
0からの透過率や放射率(エミッシビティ)を変えてし
まうので、熱効率の低下やウエハの温度分布発生の原因
となるばかりか、処理枚数が増加する毎に膜厚も増加
し、熱処理の再現性の低下の原因にもなっていた。
【0008】この場合、載置台6にゾーン毎に熱電対
(図示せず)を埋め込んで温度制御を行なってはいる
が、熱電対の位置は固定的であるのに対して、成膜の付
着は2次元的な広がりを持っており、熱電対では十分に
は対応することができないのが現状である。更には、図
6に示す装置にあっては、処理容器2と熱的に同レベル
になる保護リング18と載置台6の周辺部との間の間隔
L1が装置小型化の要請のために非常に狭く、例えば数
mm程度となっているために、載置台6の組立誤差によ
り載置台6の取り付け位置が僅か0.5mm程度だけ偏
心しただけで、その外側の保護リング18から不均等な
熱的影響を受けることになる。
【0009】その結果、載置台6の周縁部と保護リング
18との間の熱抵抗は、周方向に沿って均一にはならず
に不均一となり、図7に示すように温度分布が偏ってし
まい、不均一な温度分布が発生する原因となっていた。
図7において波線で囲まれたエリア23は温度が他の部
分と比較して低くなっているエリアを示す。このような
不均等な温度分布はウエハの成膜の膜厚の面内均一性を
低下させる原因となっている。以上のような膜厚の不均
一性は、ウエハサイズが6インチから8インチへ移行す
るに従って、また、ICの高密度化、高微細化及び成膜
の薄膜化に従って大きな問題となってきている。
【0010】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、載置台の裏面側へ処理ガスが回り込むことを
防止することができる枚葉式の熱処理装置を提供するこ
とにある。本発明の他の目的は、被処理体をその周縁部
のみで支持するようにして熱的不安定要素を取り除いた
枚葉式の熱処理装置を提供することにある。更に、本発
明の他の目的は、載置台の組立誤差による熱的影響を大
幅に減少させた枚葉式の熱処理装置を提供することにあ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、断熱性支
柱の上に支持された載置台に載置した被処理体を、その
下方の加熱ランプにより間接加熱して熱処理を行なう枚
葉式の熱処理装置において、前記載置台の裏面の周縁部
に、この載置台の裏面に処理ガスが回り込むことを防止
するためのガス侵入阻止部材を設けるように構成したも
のである。第2の発明は、断熱性支柱の上に支持された
載置台に載置した被処理体を、その下方の加熱ランプに
より間接加熱して熱処理を行なう枚葉式の熱処理装置に
おいて、前記載置台の裏面側に、これに前記処理ガスが
回り込むことを防止するために不活性ガスを供給する不
活性ガス供給手段を設けるように構成したものである。
【0012】第3の発明は、載置台に載置した被処理体
に対して熱処理を施す枚葉式の熱処理装置において、前
記載置台に、前記被処理体の裏面の周縁部と直接接触し
て前記被処理体の裏面を前記載置台の上面に対して僅か
な間隙だけ離間させるための支持凸部を設けるように構
成したものである。第4の発明は、処理容器内に設けた
載置台に載置した被処理体を、その下方の加熱ランプに
より間接加熱して熱処理を行なう枚葉式の熱処理装置に
おいて、前記載置台の側部と前記処理容器の側壁または
この側壁と熱的に同じレベルとなる部材との間隔を、前
記載置台の組立誤差に起因して発生する熱的影響を抑制
し得る距離以上に設定するように構成したものである。
【0013】第1の発明によれば、断熱性支柱に支持さ
れた載置台の裏面の周縁部には、例えば所定の長さの円
筒状部材を設けるようにしたので、処理ガスが断熱性支
柱と円筒状部材との間隙を通って載置台の裏面側に侵入
してくる際に加熱状態になっている円筒状部材の表面に
成膜が形成されることにより処理ガスが消費されてしま
う。従って、載置台の裏面側に処理ガスが侵入して回り
込んでくることを防止することができるので、載置台の
裏面や加熱ランプの熱線を透過する透過窓の内面に成膜
が付着することを防止でき、不均一な温度分布の発生や
再現性の低下を生ずることを防止することができる。第
2の発明によれば、載置台の裏面側に不活性ガス供給手
段より積極的に例えば窒素ガスのような不活性ガスを供
給するようにしたので、この圧力により処理ガスが載置
台の表面と断熱性支柱との間隙を通って載置台の裏面側
に回り込んで侵入してくることを防止でき、上記した第
1の発明と同様な作用効果を発揮することができる。こ
の場合、第1の発明の円筒状部材を併せて設けるように
すれば、載置台裏面側への処理ガスの侵入を一層抑制す
ることが可能となる。
【0014】第3の発明によれば、載置台の周縁部に支
持凸部を設けて、この部分で被処理体の周縁部を支持さ
せるようにしたので、被処理体は必ずその裏面周縁部に
て載置台側に支持されることになる。この結果、被処理
体の周縁部は熱伝導と熱放射により加熱され、それ以外
の部分は熱放射により加熱されることになり、被処理体
の僅かな変形によりどの部分が載置台表面と実際に接触
するか不明となるという不安定要素がなくなり、温度制
御が行い易くなって被処理体の面内温度均一性を高める
ことができるのみならず、再現性も向上させることがで
きる。第4の発明によれば、載置台の側部と処理容器の
側壁またはそれと熱的に同じレベルの部材との間隔をあ
る程度以上大きく設定したので、載置台の組立誤差によ
りこれが偏心して取り付けられたとしても、載置台が側
壁や上記部材から不均等な熱的影響を受けることを防止
することが可能となる。これにより、載置台に不均一な
温度分布が生ずることを防止することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に本発明に係る枚葉式の熱処
理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図1
は本発明に係る枚葉式の熱処理装置を示す断面図、図2
は図1に示す装置の載置台の周縁部近傍を示す拡大断面
図、図3は図1に示す装置の載置台を示す平面図、図4
は載置台に設けた熱電対の状態を示す図である。
【0016】本実施例では熱処理装置として、枚葉式の
CVD装置を例にとって説明する。このCVD装置24
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26を有しており、この処理容器26
内には、表面がSiCによりコーティングされた肉厚が
例えば数mmのカーボン製の載置台28が、底部より起
立させて設けた例えば石英製の厚さ数十mmの円筒状の
断熱性支柱としての第1の断熱部材30上に周縁部を離
脱可能に支持して設置されている。この載置台28の上
面に被処理体としての半導体ウエハWが載置される。こ
の第1の断熱部材30の外周には、載置台28の保温性
を確保するために僅かの間隙を隔てて厚さ数十mm程度
の例えば石英製の円筒状の第2の断熱部材32が同心円
状に配置されている。
【0017】処理容器26の肉厚な底部には、比較的大
きな開口が形成されており、この開口の外側には、下方
に向けて凸状になされた透明材料、例えば石英製の透過
窓34が気密に取り付けられている。このように透過窓
34を下方に向けて凸表に形成する理由は、真空雰囲気
となる処理室に向けて加わる外部からの圧力に対して断
面円弧状として強度を増すためである。また、この開口
の内側には、多数のガス孔35を有する同じく透明材
料、例えば石英製の薄板状のガス整流板36が設けられ
ている。
【0018】更には、この透過窓34の下方には、水冷
された回転テーブル38上に配置された多数の加熱ラン
プ40が設置されており、このランプ40からの熱線
が、透過窓34及びガス整流板36を透過して載置台2
8を裏面から加熱し、これによりウエハWを間接的に加
熱するようになっている。図示例にあっては、5個の加
熱ランプ40が記載されているが、実際にはウエハサイ
ズにもよるが、例えば8インチサイズのウエハの場合に
は1個650W程度の容量のハロゲンランプを23個程
度設ける。この加熱ランプ40の全体は、ケーシング4
2に覆われており、このケーシング42内は高温になる
ことから、冷却する目的でケーシング内には例えば冷却
風が流通されている。
【0019】一方、この処理容器26の天井部には、上
記載置台28と平行するように対向させて処理室内へ処
理ガス等を供給するためのシャワーヘッド部44が設け
られている。このシャワーヘッド部44は、例えばアル
ミニウムにより全体が円形の箱状に成形されると共にそ
の下面であるガス噴射面46には例えば直径が数mm程
度の多数のガス噴射孔48が形成されており、これより
下方に向けてガスを噴射し得るようになっている。シャ
ワーヘッド部44内には、1枚或いは複数枚(図示例で
は2枚)の整流板50、50が設けられており、各整流
板50、50には多数の拡散孔52が形成されている。
各拡散孔52及びガス噴出孔48は、上下方向に一直線
状に配列しないように例えば上下方向において千鳥状に
配置されており、流れるガスを効果的に整流し得るよう
になっている。
【0020】このシャワーヘッド部44は、配管54及
び複数の分岐管56を介してそれぞれ処理ガス源58、
59、キャリアガス源60及びクリーニングガス源62
に接続されると共に各ガス源は、各分岐管に介設した開
閉弁64によってその供給が制御され、マスフローコン
トローラ66によってその流量が制御される。ここで
は、例えば処理ガスとしてシラン(SiH4 )とホスフ
ィン(PH3 )が、キャリアガスとして窒素ガスが、ま
た、クリーニングガスとしてClF系ガスが用いられる
が、これらに限定されるものではない。また、処理容器
26の側壁には、ウエハWを搬入・搬出する際に開閉す
るゲートバルブ68が設けられると共に図示しない真空
ポンプに接続された排気口70が設けられる。この排気
口70は、処理室内の雰囲気を載置台の周辺部から均等
に排気するために容器底部に設けるようにしてもよい。
また、容器底部には、図示されていないがこれを冷却す
るための冷却ジャケットが設けられる。
【0021】さて、ウエハWを処理容器26内へ搬出入
させるには、載置台の上方にてウエハを昇降させたり、
或いはウエハを載置台28上に固定する必要がある。そ
のため、載置台28の外周側には、ウエハリフトアーム
72を有するウエハリフタ74やウエハ押さえアーム7
6を有するウエハクランプ78が容器底部を貫通して昇
降可能に設けられている。この場合、上記したウエハリ
フタ74やウエハクランプ78は、比較的熱に弱いこと
から載置台28の周囲に設けた第1及び第2の断熱部材
30、32だけでは断熱性が十分ではない。そのため、
この外側の第2の断熱部材32と、ウエハリフタ74或
いはウエハクランプ78との間に位置するようにリング
状の保護リング80を設けて、載置台28を同心円状に
囲んでいる。この保護リング80は、例えば処理容器2
6と一体の削り出し加工されており、従って、処理容器
の側壁や底部と熱的に略同じレベルとなり、温度がかな
り低くなってウエハリフタ74等を熱的に保護するよう
になっている。
【0022】この場合、従来装置の説明において述べた
ように、この保護リング80と載置台28の周縁部との
間の間隔L2が1.0mm程度で、載置台28の組立誤
差が例えば0.5mm程度でこれらの差が少ないと、組
立誤差による偏心の結果、載置台の周縁部が受ける熱的
影響がかなりの偏差で不均一状態となっていたが、本発
明においては、この間隔L2を、載置台の組立誤差に起
因して発生する熱的影響を抑制し得る距離以上に設定し
ている。具体的には、図2にも示すようにこの間隔L2
は、載置台28の組立誤差の10倍以上、すなわち5m
m以上であることが必要で、好ましくは10mm程度に
設定する。この場合、間隔L2が過度に大きくなると装
置が必要以上に大型化するので好ましくなく、上限は例
えば8インチウエハ用の場合、30mm程度である。
尚、ウエハ側部と載置面28Aの側壁との間のギャップ
は例えば0.1〜0.4mm程度に設定されている。
【0023】このように、載置台28とこの外側に設け
た保護リング80との間の間隔L2をあえてある程度大
きく設定することにより、組立誤差に起因して載置台が
僅かに偏心して設置されても、熱的悪影響が発生するこ
とを阻止することが可能となる。
【0024】また、ウエハWが繰り返し施される熱処理
によって僅かではあるがウエハが屈曲変形して載置面と
面接触ではなく多点接触となると、温度制御が難しくな
ってウエハに比較的大きな温度分布が発生してしまう
が、本発明においてはこれを防止するためにウエハ裏面
の周縁部のみでこれを接触支持する構成としている。す
なわち、載置台28の上面の中央の大部分は凹部状に窪
ませてウエハの径よりも僅かに大きな直径の載置面28
Aが形成されており、図3にも示すようにこの載置面2
8Aの周縁部には厚さL3が略1mm程度の支持凸部8
2がその周方向に沿って等間隔で離散的に配置されてお
り、この支持凸部82が、ウエハWの裏面周縁部と接触
することでこれを支持するようになっている。図示例に
おいては、3つの支持凸部82が設けられているが、ウ
エハWを安定的に支持するために4つ以上としてもよ
く、或いは支持凸部82全体を連結してリング状に成形
してもよい。ただし、図示例のように支持凸部82を3
つ設けた場合には、必ず全ての支持凸部82がウエハ裏
面と接触することになり、ウエハ裏面のどこの部分が載
置面と接触するか判らないといった不安定要素を確実に
なくすことができる。
【0025】このような構成により、支持凸部82以外
のウエハ部分は載置台28からの放射熱により加熱さ
れ、支持凸部82に対応するウエハ部分は熱伝導と放射
熱により加熱されることになる。支持凸部82の厚みL
3は、小さ過ぎると、ウエハの変形により支持凸部以外
の部分でも載置面と接触して好ましくなく、また、厚み
L3が大きすぎると載置面から離れ過ぎて熱効率が劣化
し、好ましくない。適正な厚みL3は、略0.2mm程
度から略1.5mm程度の範囲がよく、特に、略1.0
mmが好ましい。
【0026】また、載置面28Aの深さは、ウエハWを
載置した時にウエハ上面と載置台周縁部の上面とが略同
一水平レベルとなるような深さに設定し、処理ガス供給
時のガスの流れを乱さないように構成する。また、載置
台28の外周側に石英製の第1及び第2の断熱部材3
0、32が設けてあるといえども、載置台の周縁部にお
ける放熱量は、その中心側と比較してかなり多くなる。
そこで、載置台28の直径をウエハWの直径と略同一に
設定するのではなく、例えば載置台28の半径方向にお
いて載置台28の段部の長さL4及びその段部の内側端
面とウエハ外周との僅かな間隙の長さだけ載置台28を
ウエハWよりも大きく設定し、ウエハ周縁部における熱
線受光面積を大きくして多くの熱量を受けるようにして
いる。これにより、放熱量が多くなる傾向にある載置台
周縁部の温度補償を行なうようになっている。上記長さ
L4は、ウエハサイズにもよるが、例えば8インチウエ
ハの場合には80〜100mm程度に設定する。
【0027】載置台28の温度制御を行なう場合、載置
台28の中心からの距離に応じて温度が異なることが予
想されるので、図4に示すように載置台28には半径方
向に3本の熱電対棒83が120度間隔で挿脱自在に埋
め込まれており、各熱電対棒83には半径方向の異なる
位置に複数、図示例では3つの熱電対84が埋め込まれ
ている。そして、各熱電対の検出値に基づいて加熱ラン
プ40の出力をゾーン毎に制御することにより、載置台
28のゾーン毎の温度制御が可能となる。
【0028】また、第1の断熱部材30と載置台28と
は、両者の熱変形を許容する必要があることから両者は
相互に固定して設けることができないため、両者間の僅
かな間隙を通って処理ガスが載置台28の裏面側の空間
に侵入して成膜し、放射率等が次第に変化する傾向にあ
るが、本発明においてはこれを防止するために2つの対
策が取られている。
【0029】第1の対策は、載置台28の裏面にガス侵
入阻止部材86を設けた点であり、第2の対策は載置台
28の裏面側空間に不活性ガス供給手段88を設けた点
である。まず、ガス侵入阻止部材86は、載置台28の
裏面側周縁部に設けた円筒状の部材90により構成さ
れ、この外側の第1の断熱部材30との間で僅かな間隙
が形成されている。この円筒状の部材90は、載置台2
8と同一材料のカーボンや石英等で形成することができ
る。この構成により、処理ガスが第1の断熱部材30と
円筒状のガス侵入阻止部材86との間の僅かな間隙を介
して侵入しようとすると、両者の加熱されている壁面に
成膜が形成されて途中で処理ガスを消費してトラップす
るようになっている。
【0030】この円筒状部材90の長さL5は、短か過
ぎると処理ガスのトラップ効果を十分に発揮することが
できず、また、長さL5が長過ぎるとそこからの放熱量
が多くなって熱効率が低下したり、熱的バランスがとれ
なくなってしまう。従って、円筒状部材90の長さは、
載置台のサイズにもよるが例えば略15mmから略30
mmの範囲内が良く、好ましくは載置台の直径が300
mm程度に対して、長さL5を20mm程度に設定する
のがよい。
【0031】一方、不活性ガス供給手段88は、容器底
部から透過窓34の内側に臨ませて設けた噴射ノズル9
2を有しており、この噴射ノズル92は配管94を介し
てN2 等の不活性ガスを貯留する不活性ガス源96に接
続されている。また、この配管94の途中には開閉弁9
8及び流量を制御するマスフローコントローラ100が
介在されており、流量を制御しつつ載置台28の裏面側
にN2 ガスを供給することにより、載置台28と第1の
断熱部材30との間の間隙に逆圧が加わり、処理ガスが
侵入することを防止し得るようになっている。これらの
ガス侵入阻止部材86と不活性ガス供給手段88は、少
なくともいずれか一方或いは両者ともに設けるようにし
てもよい。
【0032】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、図示しないロードロック
室から運ばれてきた未処理の半導体ウエハWは、ゲート
バルブ68を介して処理容器26内へ搬入され、予め加
熱ランプ40によりプロセス温度或いはそれ以下に昇温
されている載置台28の所定の位置に、ウエハリフタ7
4を昇降することにより載置させ、これをウエハクラン
プ78により固定する。
【0033】次に、シャワーヘッド部44より窒素ガス
を供給して、後述するように載置台が固定されている場
合にはこれと同時に、或いは図示例のように載置台が断
熱部材上に単に載置してある場合には載置台の浮き上が
りを防止するためにヘッド部44からの窒素ガスの供給
の後に、載置台下方の不活性ガス供給手段88から載置
台28の裏面側空間に窒素ガスを供給して、処理室内を
真空引きしつつ所定のプロセス圧、例えば5Torr程
度に維持する。尚、載置台28の裏面側空間のN2 ガス
は、載置台28と第1の断熱部材30との間隙を介して
次第に処理室側に抜けて行き、排気口70から排出され
る。
【0034】次に、加熱ランプ40の出力を上げて、ウ
エハWを所定のプロセス温度、例えば640℃まで昇温
して安定化させた後、シャワーヘッド部44からのN2
ガスを減らしつつその分、処理ガス、すなわちシランガ
スとホスフィンをそれぞれ所定量ずつ供給し、リンドー
プシリコン膜の成膜を開始する。所定の時間だけ成膜処
理を行なって成膜操作が完了したならば、前記と逆の操
作を行なってウエハを搬出する。すなわち、処理ガスの
供給を停止しつつ窒素ガスの供給を続行して処理室内の
雰囲気を窒素ガスで置換し、これと共に加熱ランプ40
の出力も低下させてウエハを搬送用温度、例えば500
℃程度まで降下させる。
【0035】これと同時に、載置台28の浮き上がりを
防止するために、まず、不活性ガス供給手段88のマス
フローコントローラ100を絞り込んで載置台28の裏
面側に供給していた窒素ガス量を減少させ、次にシャワ
ーヘッド部44から供給していた窒素ガスの供給量も減
少させる。そして、不活性ガス供給手段88からの窒素
ガスの供給を停止し、次いで、シャワーヘッド部44か
らの窒素ガスの供給を停止する。尚、載置台28が固定
されている場合には、この浮き上がりの心配はないこと
からシャワーヘッド部44及び不活性ガス供給手段88
からの窒素ガスの供給量の減少及び停止は同時に行なう
ようにしてもよい。
【0036】このようにして処理室内の圧力がロードロ
ック室と同圧か、或いはそれよりも少し低くなったなら
ば窒素ガスの供給を停止して、ゲートバルブ68を開い
て処理済みのウエハWを搬出し、また、未処理のウエハ
を搬入して上記と同様な操作を行なえばよい。上記のよ
うな処理室内とロードロック室内の圧力関係とすること
により、ゲートバルブ68を開いた時に有害ガスが処理
室からロードロック室側へ流入することを防止すること
ができる。
【0037】さて、成膜の処理中においては、シラン等
の処理ガスが載置台28と第1の断熱部材30との間隙
を通って載置台28の裏面側空間に侵入しようとする傾
向にあるが、本実施例においては、まず、載置台裏面側
に円筒状部材90よりなるガス侵入阻止部材86を設け
てあるので、図2に示すように第1の断熱部材30の内
周面と阻止部材86の外周面との間に形成される間隙1
02に処理ガスが流れる時に高温状態となっているこの
部分に成膜104が形成されて処理ガスが消費されてし
まい、結果的には、載置台28の裏面側空間に処理ガス
が侵入することを防止することができる。
【0038】また、これと同時に不活性ガス供給手段8
8からは載置台28の裏面側空間には窒素ガスが供給さ
れて、処理室内側と比較して余圧状態となっているの
で、上述のように間隙102を流入してきた処理ガス
は、余圧状態の窒素ガスにより押し戻されて侵入が防止
される。このガス侵入阻止手段86と不活性ガス供給手
段88は、少なくともいずれか一方を設ければ良いが、
両者を併用することにより処理ガスの侵入阻止を一層確
実に行なうことができる。
【0039】従って、載置台28の裏面や透明窓34の
内側面及びガス整流板36の表面に放射率等の変動の原
因となる成膜が付着することを略確実に防止することが
できるので、載置台28に不均一な温度分布が生じてウ
エハの面内温度が不均一になったり、或いは処理枚数が
増加してもウエハ毎に熱的条件が変動することを抑制で
き、処理の再現性を大幅に向上させることが可能とな
る。ここで、キャリアガスとして水素ガスではなく、こ
れよりも拡散係数の小さな窒素ガスを用いることによ
り、原料ガスの拡散が抑制され、これが載置台の裏面側
空間に流れ込むことを更に抑制することが可能となる。
この場合、ガス整流板36のガス孔35は、例えば井桁
状或は同心円状に配列されてガス流量が面内均一となる
ように設定されているので、ガス整流板36のガス孔3
5を、不活性ガス供給手段88から供給されるN2 ガス
が通過することにより、このガスは載置台28の裏面側
に均一に供給される。その結果、処理ガスの侵入防止効
果が、載置台28と断熱部材30との間隙全体にわたっ
て均一に及ぶ。また、載置台28と前記N2ガスとの伝
熱が均一に行われるので、前記N2ガスが、ウエハWの
温度の面内均一性を損なわない。
【0040】また、ウエハWの裏面周縁部は、載置面2
8Aの周縁部に配置した3つの支持凸部82に直接接触
することにより支持されて、それ以外のウエハ部分は載
置面28Aから1mm程度浮いた状態となっている。従
って、支持凸部82の部分ではウエハは熱伝導と熱放射
により加熱され、それ以外の部分では熱放射のみにより
加熱されることになる。
【0041】このようなウエハ支持態様は、ウエハが僅
かに熱変形していても同じである。従って、従来装置の
場合には、ウエハ裏面のどの部分が載置面と点接触する
か不明であるといった不安定要素が常に存在していたた
めに精度の良い温度制御が行ない難かったが、上述のよ
うに支持凸部82を設けた結果、ウエハ裏面の接触部分
を常に特定することができ、上記したような不安定要素
をなくすことができる。従って、ウエハ周縁部のみが接
触することに起因する熱的アンバランスを加味した温度
制御を、ゾーン毎に制御可能な加熱ランプ40により行
なうことにより、載置台の温度制御を精度良く行なうこ
とが可能となる。従って、従来装置にて発生していた載
置台の不均一な温度分布をなくすことが可能となる。
【0042】この場合、放熱量が多くなる傾向となる載
置台周縁部への供給熱量を載置台周縁部の受光面積を大
きくしたり或いは対応する加熱ランプの出力を上げたり
するなどして大きくすることにより熱補償しているの
で、載置台の不均一な温度分布を一層なくすことができ
る。また、載置台28の周縁部は、その中心側と比較し
て側壁に近いことから、第1及び第2の断熱部材30、
32を設けているとはいえ、その放熱量が多くなって温
度が低下する傾向になっている。そこで、本実施例では
載置台28の直径をウエハWの直径よりもかなり大きく
して、例えば載置台28の段部の長さL4及びその段部
の内側端面とウエハ外周との僅かな間隙の長さだけ半径
方向の長さを大きくしているので、その分、載置台周縁
部における受光面が大きくなって多量の熱エネルギをラ
ンプ40から受けるようになっている。すなわち、載置
台の周縁部の放熱量が多い分だけここで多量に熱エネル
ギを受けるようになっており、上記放熱量を補償するよ
うになっている。
【0043】この場合、載置台28が面内均一加熱状態
となると、放熱量の多いウエハの周縁部の温度が低下す
るので、あえて載置台28の周縁部の温度を中心側より
少し高くして、温度分布を持たせることにより、ウエハ
Wの面内温度の均一性を確保することが可能となる。上
述のように、放熱量の大きな載置台の周縁部の温度補償
を行なうことにより、ウエハの面内温度の均一性を大幅
に向上させることができる。
【0044】また、どのような装置を組み立てる場合に
おいてもそうであるが、載置台28と第1の断熱部材3
0とを組み立てるに際しても、組立誤差が発生すること
は避けることができない。この場合、従来装置にあって
は、載置台とコールドウォールとなる容器側壁或いはこ
れと熱的に同じレベルとなる保護リングとの間を過度に
狭くしていたために、載置台の組立誤差による僅かな偏
心が発生しただけで、載置台は熱的に不均一な影響を受
けて好ましくなかったが、本実施例の場合には、容器側
壁と熱的に同じレベルとなる保護リング80と載置台2
0との間の距離L2を、載置台の組立誤差が発生しても
載置台28の受けている熱的影響がほとんど変動しない
ような大きな距離、例えば10mm程度に設定したので
載置台が不均一な温度分布となることはない。例えば、
従来装置のように載置台28と保護リング80との間隙
を1.0mm程度に狭く設定して組立誤差が最大0.5
mmとすると、載置台の直径方向における一方の間隙は
1.5mmの幅となり、他方の間隙は0.5mmの幅と
なるので、保護リング80から受ける熱的影響が両端間
で非常なアンバランスとなり上述のように不均一な温度
分布の原因となる。
【0045】これに対して、本発明のように載置台28
と保護リング80との間隙を10.0mm程度と広く設
定すると、0.5mmの組立誤差が発生しても載置台の
直径方向における一方の間隙は10.5mmの幅とな
り、他方の間隙は9.5mmの幅となって、組立誤差に
対する両間隙の変動の割合は僅かで無視し得る程度であ
る。従って、載置台両端における保護リングから受ける
熱的影響はほとんど変動せず、載置台の均一な温度分布
を維持することができる。
【0046】また、上述のように組立誤差に左右されず
に載置台における温度分布の安定性を確保できるので、
ウエハの成膜処理の再現性を高めることが可能となる。
尚、上記実施例では、載置台28は第1の断熱部材30
の上端に単に載置してあるだけの構造のため、この載置
台28の裏面側空間に不活性ガス供給手段88より窒素
ガスを、例えば勢い良く流し込むと載置台28が一瞬浮
き上がってパーティクル等を発生する原因となるが、こ
れを防止するために図5に示すように載置台28を固定
するように構成してもよい。すなわち、載置台28の裏
面周縁部に設けたガス侵入阻止部材86の途中に外側へ
屈曲させた段部106を設け、この段部106の下面に
第1の断熱部材30の上端30Aを接触させて支持す
る。
【0047】また、第2の断熱部材32は、その上部に
載置台中心方向へ延びた断面L字状の係合凸部108を
設け、この係合凸部108の下面108Aを上記段部1
06の上面106Aに接触させると共に第2の断熱部材
32の下端をボルト110等により容器底部に取り付け
ることにより載置台28を浮き上がらないように固定し
ている。この場合、第1の断熱部材30の上端30A及
び上記段部106の上面106Aは、平坦ではなくそれ
ぞれテーパが付けられて断面が鋭角のエッジとなってお
り、相手部材と面接触ではなく線接触するようになって
いる。これにより、載置台28から断熱部材30、32
側に伝導する放熱量を抑制して保温性を高めるようにな
っている。
【0048】尚、上記実施例において、原料ガスとして
シラン等を、キャリアガスとして窒素ガスを用いたが、
これらに限定するものではなく、例えば原料ガスとして
ジシランや他のガスを用いることができ、また、キャリ
アガスとして他の不活性ガス、例えばアルゴンガス、ヘ
リウムガス、キセノンガス等も用いることができる。ま
た、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、ガラス基板、高分子基板等も用
いることができる。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の枚葉式の
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。第1の発明によれば、載置台の裏面
側にガス侵入阻止部材を設けたので、裏面側空間に侵入
しようとする処理ガスが、この阻止部材の表面に成膜が
付着することにより消費されてしまい、結果的に載置台
裏面側への処理ガスの侵入或いは回り込みを防止するこ
とができる。従って、載置台の裏面や透過窓等に成膜が
付着することを防止することができるので、熱線に対す
る放射率等が変動することを防止して熱処理の再現性を
高く維持することができるのみならず、被処理体の面内
温度の均一性及び成膜の膜厚の均一性を高めることがで
きる。
【0050】第2の発明によれば、載置台の裏面側に不
活性ガス供給手段を設けて、ここに不活性ガスを供給す
るようにしたので、この圧力により処理ガスが載置台の
裏面側へ侵入すること或いは回り込むことを防止するこ
とができ、上記した第1の発明の場合と同様な作用効果
を発揮することができる。第3の発明によれば、載置台
の載置面の周縁部に僅かな高さの支持凸部を設け、ここ
に被処理体の裏面周縁部を接触させて支持させるように
したので、僅かに変形している可能性のある被処理体の
裏面のどの部分が載置面と実際に接触するか不明である
といった不安定要素をなくすことができ、載置台及び被
処理体の温度制御が行ない易くなって、熱処理の再現性
を向上できるのみならず、被処理体の温度及び成膜の膜
厚の面内均一性を高めることができる。
【0051】第4の発明によれば、載置台の側部と処理
容器の側壁或いはこれと熱的に同じレベルの部材(保護
リング)との間隙をある程度以上大きく設定したので、
載置台の組立誤差によりこれが偏心して取り付けられて
も熱的影響が変動することを防止することができる。従
って、載置台に不均一な温度分布が生ずることを防止で
き、熱処理の再現性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る枚葉式の熱処理装置を示す断面図
である。
【図2】図1に示す装置の載置台の周縁部近傍を示す拡
大断面図である。
【図3】図1に示す装置の載置台を示す平面図である。
【図4】載置台に設けた熱電対の状態を示す図である。
【図5】本発明の変形例の載置台の周辺部近傍を示す拡
大断面図である。
【図6】従来の枚葉式の熱処理装置の一例を示す断面図
である。
【図7】載置台の組立誤差により生ずる温度分布の不均
一性を示す図である。
【符号の説明】
24 CVD装置(熱処理装置) 26 処理容器 28 載置台 28A 載置面 30 第1の断熱部材(断熱性支柱) 32 第2の断熱部材 40 加熱ランプ 44 シャワーヘッド部 58 処理ガス源 60 キャリアガス源 62 クリーニングガス源 74 ウエハリフタ 78 ウエハクランプ 80 保護リング 82 支持凸部 86 ガス侵入阻止部材 88 不活性ガス供給手段 96 不活性ガス源 W 半導体ウエハ(被処理体)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 一二 神奈川県津久井郡城山町町屋1丁目2番41 号 東京エレクトロン東北株式会社相模事 業所内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 断熱性支柱の上に支持された載置台に載
    置した被処理体を、その下方の加熱ランプにより間接加
    熱して熱処理を行なう枚葉式の熱処理装置において、前
    記載置台の裏面の周縁部に、この載置台の裏面に処理ガ
    スが回り込むことを防止するためのガス侵入阻止部材を
    設けるように構成したことを特徴とする枚葉式の熱処理
    装置。
  2. 【請求項2】 前記ガス侵入阻止部材は、前記周縁部に
    沿って形成された所定の長さの円筒状部材であることを
    特徴とする請求項1記載の枚葉式の熱処理装置。
  3. 【請求項3】 前記ガス侵入阻止部材と前記断熱性支柱
    との間に僅かな間隙が形成されていることを特徴とする
    請求項1または2記載の枚葉式の熱処理装置。
  4. 【請求項4】 断熱性支柱の上に支持された載置台に載
    置した被処理体を、その下方の加熱ランプにより間接加
    熱して熱処理を行なう枚葉式の熱処理装置において、前
    記載置台の裏面側に、これに前記処理ガスが回り込むこ
    とを防止するために不活性ガスを供給する不活性ガス供
    給手段を設けるように構成したことを特徴とする枚葉式
    の熱処理装置。
  5. 【請求項5】 前記載置台の裏面の周縁部に、この載置
    台の裏面に処理ガスが回り込むことを防止するためのガ
    ス侵入阻止部材を設けるように構成したことを特徴とす
    る請求項4記載の枚葉式の熱処理装置。
  6. 【請求項6】 前記ガス侵入阻止部材は、前記周縁部に
    沿って形成された所定の長さの円筒状部材であることを
    特徴とする請求項5記載の枚葉式の熱処理装置。
  7. 【請求項7】 前記ガス侵入阻止部材と前記断熱性支柱
    との間に僅かな間隙が形成されていることを特徴とする
    請求項5または6記載の枚葉式の熱処理装置。
  8. 【請求項8】 載置台に載置した被処理体に対して熱処
    理を施す枚葉式の熱処理装置において、前記載置台に、
    前記被処理体の裏面の周縁部と直接接触して前記被処理
    体の裏面を前記載置台の上面に対して僅かな間隙だけ離
    間させるための支持凸部を設けるように構成したことを
    特徴とする枚葉式の熱処理装置。
  9. 【請求項9】 前記支持凸部は、前記載置台の周縁部の
    周方向に沿って離散的に配置されていることを特徴とす
    る請求項8記載の枚葉式の熱処理装置。
  10. 【請求項10】 処理容器内に設けた載置台に載置した
    被処理体を、その下方の加熱ランプにより間接加熱して
    熱処理を行なう枚葉式の熱処理装置において、前記載置
    台の側部と前記処理容器の側壁またはこの側壁と熱的に
    同じレベルとなる部材との間隔を、前記載置台の組立誤
    差に起因して発生する熱的影響を抑制し得る距離以上に
    設定するように構成したことを特徴とする枚葉式の熱処
    理装置。
  11. 【請求項11】 前記熱的影響を抑制し得る距離は、前
    記組立誤差の10倍以上であることを特徴とする請求項
    10記載の枚葉式の熱処理装置。
  12. 【請求項12】 前記側壁と熱的に同じレベルとなる部
    材は前記載置台の外周に設けた保護リングであることを
    特徴とする請求項10乃至11記載の枚葉式の熱処理装
    置。
JP21966995A 1995-08-04 1995-08-04 枚葉式の熱処理装置 Expired - Fee Related JP3430277B2 (ja)

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