JP2000150524A

JP2000150524A - 半導体装置の製造装置

Info

Publication number: JP2000150524A
Application number: JP10316714A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Fujii; 良久藤井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2000-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウェハ内あるいは半導体ウェハ間の温
度の均一性を向上させる半導体装置の製造装置を提供す
る。【解決手段】ウェハホルダーとヒータとを有する半導
体装置の製造装置において、ウェハホルダーは、半導体
ウェハを受容する上面と、上面に対向し、ヒータからの
熱を受ける下面を有し、ウェハホルダーの上面に平行な
面内方向の熱伝導率が、上面に垂直な方向の熱伝導率よ
りも高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
装置に関する。より詳しくは、ヒータによってウェハホ
ルダーを加熱することにより、ウェハホルダー上の半導
体ウェハを所定の温度に加熱する半導体装置の製造装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩをはじめとするＳｉ系半導体装置
は言うまでもなく、ＧａＡｓなどの化合物半導体を用い
た高速用電子デバイスや半導体レーザ、発光ダイオード
などの発光素子の需要も益々拡大してきており、現在で
は半導体装置はあらゆる産業に不可欠なものになってい
ることは周知の事実である。

【０００３】あらゆる分野において、特性のばらつきが
少なく信頼性に優れた半導体装置が要求されているが、
このためには半導体装置を製造する各工程においてバッ
チごとあるいは同一処理バッチ内での特性の再現性、均
一性を十分良好なものとすることが不可欠であり、その
ような半導体装置の製造装置を開発することが必要であ
る。

【０００４】半導体装置を製造するためには、半導体ウ
ェハを所定の温度に加熱した上でその上に薄膜を形成す
る、半導体ウェハを所定の温度に加熱し熱処理を行う、
半導体ウェハを不純物元素の雰囲気中で所定の温度に加
熱し不純物を拡散させるなど、半導体ウェハを所定の温
度に加熱した上で所定の工程を行うものが非常に多く用
いられている。

【０００５】半導体の電気的な性質は、半導体中のｐｐ
ｂ、ｐｐｍオーダーの極微量の不鈍物によって大きく変
化するため、これら微量の不純物の絶対量あるいはその
分布を厳密に制御することが必要である。たとえば半導
体薄膜を形成する際に同時に不純物元素を取り込ませる
場合、不純物元素の取り込まれる量は半導体ウェハ表面
の温度に大きく依存することが多い。また熱的に不純物
を拡散させるような場合でもその拡散量は半導体ウェハ
の絶対的な温度に大きく依存する。このように半導体装
置を製造する際の半導体ウェハプロセスではその工程で
のウェハの温度を非常に厳密に制御することを要求され
ることが多い。

【０００６】また半導体装置を安価で大量に生産するた
めには製造の各工程において一度に大量のウェハを処理
することが望ましい。大量のウェハを処理するための大
型の装置になるほど、バッチ内あるいは、バッチ間で、
半導体ウェハ表面の温度均一性を厳密に制御することは
困難となり、製造される半導体装置の特性のばらつき、
および歩留りの低下の原因となることが多い。

【０００７】半導体ウェハをウェハホルダーに乗せて、
ウェハホルダーを半導体装置の製造装置内でヒータによ
り加熱することによって半導体ウェハを所定の温度に加
熱する半導体装置の製造装置において、ウェハホルダー
内での温度を均一化するための方法としては従来は以下
のような方法が用いられてきた。

【０００８】ウェハホルダーはその下部に位置するヒー
ターからの加熱により昇温されるが、通常、ウェハホル
ダーの端部は、ウェハホルダー中央部に比べて熱が放出
されやすく、温度が低くなることが多い。これを改善す
るための第１の方法として、図２に示すように、ウェハ
ホルダー１２の中央部１４を厚くしてヒーター１６から
の熱伝導を悪くすることによって、ウェハホルダー１２
全体の温度均一性を改善する方法がある。なお、図中の
矢印は熱伝導を模式的に示す。

【０００９】第２の方法として、図３に示すように、ウ
ェハホルダー１２の裏面中央付近に溝１３を入れ、中央
部１４をヒーター１６からの熱伝導を悪くすることによ
ってウェハホルダー１２全体の温度均一性を改善する方
法がある。（たとえば‘ＷａｆｅｒＴｅｍｐｅｒａｔ
ｕｒｅＵｎｉｆｏｒｍｉｔｙＯｐｔｉｍｉｚａｔｉ
ｏｎｉｎＭＯＣＶＤＶｅｒｔｉｃａ１Ｒｏｔａ
ｔｉｎｇＤｉｓｋＲｅａｃｔｏｒｓｗｉｔｈＳｉ
ｎｇ１ｅＺｏｎｅＨｅａｔｉｎｇ‘、Ａ．Ｉ．−Ｇ
ｕｒａｒｙｅｔａ１．ＥｍｃｏｒｅＣｏｒｐｏｒ
ａｔｉｏｎを参照。）また第３の方法として図４に示す
ようにヒータ１６を分割するなど、ヒータ１６の形状お
よび構造を工夫することによって、ウェハホルダー１２
全体の温度均一性を改善する方法がある。（たとえば
‘ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＷａｆｅ
ｒＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＵｎｉｆｏｒｍｉｔｙ
ｉｎａｎＯＭＶＰＥＶｅｒｔｉｃａｌＲｏｔａｔ
ｉｎｇＤｉｓｋＲｅａｃｔｏｒ‘、Ａ．Ｉ．Ｇｕｒ
ａｒｙｅｔａ１．ＥｍｃｏｒｅＣｏｒｐｏｒａ
ｔｉｏｎ、Ｊｏｕｒｎａ１ｏｆＥ１ｅｃｔｒｏｎｉ
ｃＭａｔｅｒｉａ１ｓ、ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．１１、
１９９５を参照。）

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の第１から第３の方法では、ウェハホルダー
１２内の温度分布は改善はされるが、温度分布は、製造
装置のヒータ１６とウェハホルダー１２との相対的な距
離や、ウェハホルダー１２の材質の違いに大きく左右さ
れてしまう。また、各製造装置毎に温度分布を均一にす
るための試行錯誤的な条件の合わせ込みが必要な上に、
バッチごとの温度均一性については、わずかなウェハホ
ルダー１２の位置の違いに左右されるため、再現性が乏
しい。

【００１１】また、上述のような従来の第１から第３の
方法は、使用する半導体ウェハの形状および大きさによ
って制限され、同一ウェハ内あるいはウェハ間の温度を
完全に均一にすることは不可能である。

【００１２】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、同一半導体ウェハ内あるいは半導体ウ
ェハ間の温度の均一性を向上させる半導体装置の製造装
置を提供することを目的とする。また、本発明の他の局
面では、半導体ウェハに限られず基板を均一に加熱でき
る装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造装置は、ウェハホルダーとヒータとを有する半導体装
置の製造装置であって、該ウェハホルダーは、半導体ウ
ェハを受容する上面と、該上面に対向し、該ヒータから
の熱を受ける下面を有し、該ウェハホルダーの該上面に
平行な面内方向の熱伝導率が、該上面に垂直な方向の熱
伝導率よりも高く、このことにより、上記の目的が達成
される。

【００１４】前記ウェハホルダーは、前記上面に平行な
面内方向の熱伝導率が、該上面に垂直な方向の熱伝導率
よりも高い、異方性熱伝導層を有してもよい。

【００１５】前記異方性熱伝導層は、黒鉛で形成される
ことが好ましい。

【００１６】前記ウェハホルダーは、第１層と、該第１
層の前記上面側に設けられた第２層を有し、該第１層の
熱伝導率は、該第２層の熱伝導率よりも高く、該第１層
および該第２層は等方性熱伝導層である、構成としても
よい。

【００１７】前記ウェハホルダーは、前記第１層の前記
下面側に設けられた第３層を更に有し、該第３層の熱伝
導率は、該第１層の熱伝導率よりも低く、該第１層、該
第２層および該第３層は等方性熱伝導層である、構成と
してもよい。

【００１８】本発明の他の局面による基板加熱装置は、
基板ホルダーとヒータとを有し、該基板ホルダーは、基
板を受容する上面と、該上面に対向し、該ヒータからの
熱を受ける下面を有し、該基板ホルダーの該上面に平行
な面内方向の熱伝導率が、該上面に垂直な方向の熱伝導
率よりも高く、そのことによって上記目的が達成され
る。

【００１９】以下、作用について説明する。

【００２０】本発明の半導体装置の製造装置に含まれ
る、半導体ウェハを受容する上面と、ヒータからの熱を
受ける下面とを有するウェハホルダーにおいて、上面に
平行な面内方向の熱伝導率が上面に垂直な方向の熱伝導
率よりも高いので、下面から供給される熱がウェハホル
ダーの上面に伝わるよりも速く面内方向に伝導し、ヒー
タからの熱が不均一な分布を有していてもウェハホルダ
ー上面の温度の面内分布を低減することができる。

【００２１】ウェハホルダーは異方性導電層を用いるこ
とによって形成することができる。特に、黒鉛は、大き
な熱伝導異方性（層平面内の熱伝導率は約１９５０Ｗ／
（ｍ・Ｋ）、層平面に垂直なｃ軸方向の熱伝導率は約
５．７Ｗ／（ｍ・Ｋ））を有し、それぞれの方向におけ
る熱伝導率の絶対値も十分に大きいので、黒鉛の層平面
をウェハホルダの上面に平行になるようにウェハホルダ
を形成することによって、面内分布が非常に均一な加熱
を実現することができる。

【００２２】複数の互いに熱伝導率の異なる等方性材料
を積層することによって、熱伝導異方性を有するウェハ
ホルダを形成することができる。下面に設けられた高熱
伝導層は面内方向に素速く熱を伝え、上面側に設けらた
低熱伝導層は面内分布が均一にされた熱を上面に伝え
る。熱伝導率異方性を有する層と等方的な熱伝導率を有
する層とを積層してもよい。このとき、下面側に設けら
れる層の面内方向の熱伝導率が上面側に設けられる層の
熱伝導率よりも高いことが好ましい。上記の関係を有す
る２つの層に加え、他の層を追加し３層以上の積層構成
としても良い。３層以上の積層構成において、例えば、
最下層に中央層よりも熱伝導率の高い層を設けることに
より、熱伝導率の低い中央層をより均一に加熱すること
が可能となり、温度均一性がより向上する。また、最下
層が熱吸収性の高い材料で形成されている場合には、加
熱効率が向上し、より小さいヒーターのパワーで同じ基
板温度を得ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の半導体装置の製造装置に
よって半導体ウェハを均一に加熱する機構を、図１
（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明する。

【００２４】図１（ａ）に示されるように、本発明の半
導体装置の製造装置は、ウェハホルダー２２とヒータ２
６とを有する。ウェハホルダー２２は、半導体ウェハ２
８を受容する上面２１と、上面２１に対向し、ヒータ２
６からの熱を受ける下面２３とを有する。本発明の半導
体装置の製造装置のウェハホルダー２２の上面２１に平
行な面内方向の熱伝導率は、上面２１に垂直な方向の熱
伝導率よりも高い。

【００２５】図１（ａ）中の矢印は、ヒータ２６および
ウェハホルダー２２における熱伝導を模式的に示す。矢
印の長さは熱伝導率の大きさを示し、矢印の方向は熱伝
導の方向を示す。ウェハホルダー２２の上面２１に平行
な面内方向の熱伝導率は、上面２１に垂直な方向の熱伝
導率よりも高いので、ウェハホルダー２２の上面２１に
平行な面内方向の矢印の長さを上面２１に垂直な方向の
矢印よりも長く示している。

【００２６】ヒータ２６からウェハホルダー２２の下面
２３に供給される熱は、様々な方向を有する矢印で示さ
れるように、熱伝導方向が不均一な分布を有している。
下面２３に供給された不均一な分布を有する熱は、ウェ
ハホルダー２２の上面２１に伝わるよりも速く、ウェハ
ホルダー２２の面内方向に伝導する。従って、結果的に
ウェハホルダー２２の上面に配置されている半導体ウェ
ハ２８に熱が到達するときには、熱は均一な分布を有し
ている。

【００２７】上述のように、図１（ａ）に示される本発
明の半導体装置の製造装置によると、ヒータ２６からの
熱の分布が不均一であっても、熱がウェハホルダ内を伝
導する間に、ウェハホルダー２２の上面２１に平行な面
内方向に均一化され、均一化された熱がウェハホルダー
２２の上面２１に垂直な方向（ウェハホルダーの「厚さ
方向）に伝わり、上面２１の温度分布が均一となる。そ
の結果、ウェハホルダー２２の上面２１上に配置された
半導体ウェハ２８の表面温度の面内方向の分布の均一性
が向上する。

【００２８】なお、図１（ａ）に示すように、ウェハホ
ルダー２２が単一の層から形成されている場合には、ウ
ェハホルダー２２は異方性熱伝導層で形成される必要が
ある。しかし本願発明はこれに限られず、上面に平行な
面内方向の熱伝導率が、上面に垂直な方向の熱伝導率よ
りも高いウェハホルダーを形成することができれば、ウ
ェハホルダー２２を等方性熱伝導材料からなる層を複数
組み合わせて形成してもよいし、また、等方性熱伝導材
料からなる層と異方性熱伝導材料からなる層とを複数組
み合わせてもよい。

【００２９】次に、ウェハホルダー２２を複数の等方性
熱伝導材料からなる層を組み合わせて形成した場合につ
いて説明する。図１（ｂ）に示される本発明の他の半導
体装置の製造装置のウェハホルダー４２は、第１層４２
ｂと、第１層４２ｂのウェハホルダー４２の上面４１側
に設けられた第２層４２ａを有し、第１層４２ｂの熱伝
導率が、第２層４２ａの熱伝導率よりも高く、第１層お
よび第２層は等方性熱伝導層である。なお、図１（ｂ）
の矢印も図１（ａ）と同様に、熱伝導を模式的に示して
いる。

【００３０】図１（ｂ）に示される本発明の半導体装置
の製造装置は、ヒータ２６からの熱の分布が不均一であ
っても、ヒータ２６からの熱を受ける下面４３側に設け
られている第１層４２ｂが、上面４１側の第２層４２ａ
の熱伝導率よりも高いので、下面４３から供給された熱
が上面４１に平行な面内方向に均一化され、均一化され
た熱がウェハホルダー４２に含まれる第２層４２ａを通
して、半導体ウェハ２８伝えられる。その結果、半導体
ウェハ２８の温度均一性が向上する。

【００３１】以下に本発明を具体的な実施例を詳細に説
明する。なお、以下の実施例においては、ウェハホルダ
ーの材料としては黒鉛、モリブデン、石英ガラス、グラ
ファイト、炭化ケイ素を例として説明しているが、層の
材料、厚さ、熱伝導率および熱容量を適切に調整するこ
とによって、上面に平行な面内方向の熱伝導率が、上面
に垂直な方向の熱伝導率よりも高いウェハホルダーを形
成することができれば、これ以外の材料も使用可能であ
る。本願明細書において「黒鉛」とは、黒鉛単結晶を意
味し、例えば黒鉛シート（商品名；Ｇｒｏｆｏｉｌ）が
これに近い。また、「グラファイト」（人造黒鉛成型
品）は、異方性を有する黒鉛結晶の多結晶体を意味し、
巨視的には等方性の熱伝導率を有する。

【００３２】なお、ウェハホルダの面内あるいは面に垂
直な方向の熱伝導率の測定は、例えば、電子ビームやレ
ーザ等で試料を瞬間的に加熱する非定常法を用いて行う
ことが可能である。

【００３３】（実施形態１）図５は本発明の実施形態１
の半導体装置の製造装置に含まれるウェハホルダー５２
の断面図を示す。本実施形態１において、ウェハホルダ
ー５２は、半導体ウェハを受容する上面５１と、上面５
１に対向し、ヒータからの熱を受ける下面５３を有す
る。ウェハホルダー５２は、異方性熱伝導材料の黒鉛で
形成され、上面５１に平行な面内方向５２Ａの熱伝導率
（約１９５０Ｗ／（ｍ・Ｋ））が、上面５２に垂直な方
向５２Ｂの熱伝導率（約５．７Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも
高い。

【００３４】黒鉛は異方性熱伝導材料として知られてお
り、層平面内の熱伝導率はそれに垂直なｃ軸方向の熱伝
導率に比べて約４００倍も高い。（例えば、改訂炭素材
料入門、炭素材料学会の５．炭素の熱的性質、高橋洋一
を参照。）具体的には、黒鉛は、層平面内の熱伝導率が
約１９５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、層平面に垂直なｃ軸
方向の熱伝導率は約５．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。図５
に示されるウェハホルダー５２は、熱伝導率の高い方向
が、ウェハホルダー上面５１に平行な面内方向５２Ａ
（平面方向）になるように、かつ、熱伝導率の低い方向
がウェハホルダー上面５１に垂直な方向５２Ｂ（厚み方
向）になるように形成されている。

【００３５】上述のようなウェハホルダー５２を、図６
に示すような、ガス導入口３２および排気ポンプに接続
された排気口３４を有する真空反応室３０内に設けられ
た、本発明の半導体装置の製造装置１００に用いる。半
導体ウェハ２８の温度が約２００℃から１５００℃の範
囲の所定の温度になるように、ウェハホルダー２２をヒ
ータ２６（ヒータの能力を約４ｋＷ）により加熱する。

【００３６】従来用いられていた熱伝導率に異方性のな
い材料、たとえばモリブデンで形成される直径２００ｍ
ｍのウェハホルダーを用いて、半導体ウェハの温度を、
例えば、約７００℃になるように加熱する場合は、ヒー
ターの形状、ウェハホルダーの形状を最適化しても、半
導体ウェハの温度均一性は±３℃の範囲内である。これ
に対して、本実施形態１のように、ウェハホルダーが異
方性熱伝導性を有する黒鉛で形成されている場合、半導
体ウェハの温度の均一性は±０．１℃と良好な温度均一
性が得られる。

【００３７】なお、上記の結果が得られる半導体ウェハ
は、例えば、ＧａＡｓで形成されており、サイズは約４
５ｍｍ×約２７ｍｍ、厚さ約３００μｍ以下である。ウ
ェハホルダーの形状が円形であれば、ウェハホルダーの
縁が中心から等しい距離にあるので、半導体ウェハを最
も均一に加熱することができる。ウェハホルダーの厚み
は、ウェハホルダーの重さと温度上昇時のウェハホルダ
ーのそりにより、好ましい範囲が決定される。

【００３８】上述したように、従来のようにヒータを分
割することなく従来よりも均一性の高い加熱が可能とな
る。なお、ヒータの形状は上記の例に限られず、ヒータ
の形状を最適化することによって加熱の均一性を更に向
上させることができる。

【００３９】なお、本実施の形態１においては、ウェハ
ホルダー２２を異方性熱伝導材料（黒鉛）で形成してい
るが、本発明はこれに限られず、ウェハホルダーの上面
に平行な面内方向の熱伝導率が、上面に垂直な方向の熱
伝導率よりも高くなるようにウェハホルダーを形成する
ことができれば、ウェハホルダーが、異方性熱伝導層と
等方性熱伝導層とを積層して形成しても良い。

【００４０】（実施形態２）図７は本発明の実施形態２
の半導体装置の製造装置に含まれるウェハホルダー６２
の断面図を示す。実施形態２のウェハホルダー６２は、
半導体ウェハを受容する上面６１と、上面６１に対向
し、ヒータからの熱を受ける下面６３を有する。ウェハ
ホルダー６２は、第１層６２ｂと、第１層６２ｂのウェ
ハホルダー６２上面６１側に設けられた第２層６２ａを
有し、第１層６２ｂの熱伝導率は、第２層６２ａの熱伝
導率よりも高い。さらに、第１層６２ｂおよび第２層６
２ａはともに等方性熱伝導性を有する。

【００４１】本実施形態２において、ウェハホルダー６
２は、等方性熱伝導性を有するモリブデン（例えば市販
されている高純度モリブデン板）で形成される第１層６
２ｂ、および石英ガラスで形成される第２層６２ａを含
む２層構造を有している。

【００４２】モリブデンおよび石英ガラスは等方性材料
であり、熱伝導率は、それぞれ約１３９Ｗ／（ｍ・Ｋ）
および約１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。図７に示すよう
に、ウェハホルダー６２は、熱伝導率の高いモリブデン
で形成されている第１層６２ｂ（ヒータ側）と熱伝導率
の低い石英ガラスで形成されている第２層６２ａ（半導
体ウェハ側）との積層構造を有している。なお、本実施
の形態２において、ウェハホルダー６２は、モリブデン
で形成される第１層６２ｂ（厚さ約３ｍｍ）の溝６６
に、石英ガラスで形成される第２層６２ａ（厚さ約０．
５ｍｍ）を挿入することによって形成されている。な
お、ウェハホルダーの大きさは、例えば直径約２００ｍ
ｍである。第１層６２ｂと第２層６２ａとの積層方法は
これに限られない。

【００４３】上述の実施の形態１と同様に、図７に示さ
れるウェハホルダー６２を図６に示すような、本発明の
半導体装置の製造装置１００に用いる。半導体ウェハ２
８の温度が約２００℃から１５００℃の範囲の所定の温
度になるように、ウェハホルダー６２をヒータ２６によ
り加熱する。

【００４４】従来用いられていた熱伝導率に異方性のな
い材料、たとえばモリブデンで形成される直径２００ｍ
ｍのウェハホルダーを用いて、半導体ウェハの温度を、
例えば、約７００℃になるように加熱する場合は、ヒー
ターの形状、ウェハホルダーの形状を最適化しても、半
導体ウェハの温度均一性は±３℃の範囲内である。これ
に対して、本実施形態２のような、それぞれがモリブデ
ンおよび石英ガラスで形成されている第１層２２ｂおよ
び第２層２２ａを有するウェハホルダーを用いると、半
導体ウェハ温度の均一性は±０．３℃と良好な温度均一
性が得られる。

【００４５】なお、等方性熱伝導性を有する第１層６２
ｂと第２層６２ａとが直接接している必要はない。ウェ
ハホルダーの上面に平行な面内方向の熱伝導率が、上面
に垂直な方向の熱伝導率よりも高くなるようにウェハホ
ルダーを形成することができれば、２層の等方性熱伝導
層６２ｂと６２ａとの間に間隙（約５ｍｍ以下）を設け
てもよい。

【００４６】（実施形態３）図８は本発明の実施形態３
の半導体装置の製造装置に含まれるウェハホルダ８２の
断面図を示す。実施形態３のウェハホルダー８２は、半
導体ウェハを受容する上面８１と、上面８１に対向し、
ヒータからの熱を受ける下面８３を有する。ウェハホル
ダー８２は、第１層８２ｂ、第２層８２ａに加えて、更
に、第１層８２ｂのウェハホルダー８２下面８３側に設
けられた第３層８２ｃを有する。また、第２層８２ａお
よび第３層８２ｃの熱伝導率は、第１層８２ｂの熱伝導
率よりも低い。さらに、第１層８２ｂ、第２層８２ａお
よび第３層８２ｃはいずれも等方性熱伝導性を有する。

【００４７】図８に示される本実施形態３のウェハホル
ダー８２は、炭素（グラファイト）で形成される第１層
８２ｂ（中央部）、炭化ケイ素（β−ＳｉＣ）で形成さ
れる第２層８２ａ（半導体ウェハ側）および第３層８２
ｃ（ヒータ側）を含む３層積層構造を有している。グラ
ファイトおよびβ−ＳｉＣの熱伝導率は、それぞれ、１
２８Ｗ／（ｍ・Ｋ）および４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
図８に示すように、ウェハホルダー８２は、グラファイ
トで形成されている第１層８２ｂ（中央部）とグラファ
イトよりも熱伝導率の低い炭化ケイ素で形成されている
第２層８２ａ（半導体ウェハ側）および第３層８２ｃ
（ヒータ側）との積層構造を有している。

【００４８】なお、本実施形態３のウェハホルダー８２
は、グラファイトにより形成された平行平板状ウェハホ
ルダー（厚み約２ｍｍ）の表面全体に、化学的気相成長
法（ＣＶＤ法）によって炭化ケイ素を約２００μｍの厚
さだけ堆積することによって形成される。

【００４９】上述の実施の形態１と同様に、図７に示さ
れるウェハホルダー８２を図６に示すような半導体装置
の製造装置１００に用い、ヒータ２６によって加熱し、
半導体ウェハ温度を約２００℃から１５００℃の範囲の
所定の温度に加熱する。

【００５０】従来用いられていた熱伝導率に異方性のな
い材料、たとえばモリブデンで形成される直径約２００
ｍｍのウェハホルダーを用いて、半導体ウェハの温度
を、例えば、約７００℃になるように加熱する場合は、
ヒーターの形状、ウェハホルダーの形状を最適化して
も、半導体ウェハの温度均一性は±３℃の範囲内であ
る。これに対して、本実施形態３のような熱伝導の高い
グラファイトで形成される第１層８２ｂ、熱伝導の低い
炭化ケイ素で形成される第３層８２ｃ、および第２層８
２ａを含むウェハホルダーを用いると、半導体ウェハの
温度の均一性は±０．２℃と良好な温度均一性が得られ
る。

【００５１】なお、等方性熱伝導性を有する第１層８２
ｂ、第２層８２ａおよび第３層８２ｃは直接接している
必要はない。ウェハホルダーの上面に平行な面内方向の
熱伝導率が、上面に垂直な方向の熱伝導率よりも高くな
るようにウェハホルダーを形成することができれば、第
１層８２ｂ、第２層８２ａおよび第３層８２ｃの間に間
隙（例えば約５ｍｍ以下）を設けても良い。また、ウェ
ハホルダーが、４層以上の等方性熱伝導層で形成されて
もよい。また、ウェハホルダーが、等方性熱伝導層と異
方性熱伝導層とを複数組み合わせて形成されても良い。

【００５２】３層以上の積層構成において、例えば、最
下層に中央層よりも熱伝導率の高い層を設けることによ
り、熱伝導率の低い中央層をより均一に加熱することが
可能となり、温度均一性がより向上する。また、最下層
が熱吸収性の高い材料で形成されている場合には、加熱
効率が向上し、より小さいヒーターのパワーで同じ基板
温度を得ることができる。

【００５３】なお、半導体装置の製造装置は図６に示さ
れるような真空反応室３０に代えて、半導体ウェハを加
熱しながら雰囲気を制御できるものであればよく、ウェ
ハホルダーとヒーターを有していれば本願発明の効果を
得ることができる。本発明は、半導体を用いた素子を製
造する際に不可欠な、半導体ウェハを熱処理、あるいは
所定の温度に加熱しながら薄膜の形成を行うなど、半導
体ウェハを所定の温度に加熱しながら工程を行う半導体
装置の製造装置に好適に用いられる。

【００５４】

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造装置によれ
ば、同一バッチ内での各半導体ウェハの温度分布の均一
性、複数の半導体ウェハ間の温度の均一性あるいはバッ
チ間での温度の再現性を、各工程で要求される温度制御
範囲に比べて十分良好にできる。厳密な半導体ウェハ温
度の制御を要望される、例えば、半導体薄膜層に不純物
を添加する工程に用いられる半導体装置の製造装置にお
いて、温度均一性を飛躍的に向上させ、半導体装置の特
性ばらつきを低減し、製造歩留まりを向上させることが
できる。また、大量生産に適した大型の半導体装置の製
造装置においても同様に、優れた温度均一性を得ること
が容易になり、特性のそろった半導体装置を安価に供給
することができ、これら商品の普及を一段と拡大するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明による半導体装
置の製造装置の有するウェハホルダーおよびその周辺部
を示す模式図である。

【図２】従来の半導体装置の製造装置の有するウェハホ
ルダーおよびその周辺部を示す模式図である。

【図３】従来の半導体装置の製造装置の有するウェハホ
ルダーおよびその周辺部を示す模式図である。

【図４】従来の半導体装置の製造装置の有するウェハホ
ルダーおよびその周辺部を示す模式図である。

【図５】本発明の実施の形態１による半導体装置の製造
装置の有するウェハホルダーを示す模式図である。

【図６】半導体装置の製造装置を示す模式図である。

【図７】本発明の実施の形態２による半導体装置の製造
装置の有するウェハホルダーを示す模式図である。

【図８】本発明の実施の形態３による半導体装置の製造
装置の有するウェハホルダーを示す模式図である。

【符号の説明】

１２、２２、４２、５２、６２、８２ウェハホルダー２６ヒータ２８半導体ウェハ３０真空反応室３２ガス導入口３４排気口２１、４１、５１、６１、８１上面２３、４３、５３、６３、８３下面４２ａ、６２ａ、８２ａ第２層４２ｂ、６２ｂ、８２ｂ第１層８２ｃ第３層１００半導体装置の製造装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウェハホルダーとヒータとを有する半導
体装置の製造装置であって、該ウェハホルダーは、半導体ウェハを受容する上面と、
該上面に対向し、該ヒータからの熱を受ける下面を有
し、該ウェハホルダーの該上面に平行な面内方向の熱伝導率
が、該上面に垂直な方向の熱伝導率よりも高い、半導体
装置の製造装置。
【請求項２】前記ウェハホルダーは、前記上面に平行
な面内方向の熱伝導率が、該上面に垂直な方向の熱伝導
率よりも高い、異方性熱伝導層を有する、請求項１に記
載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】前記異方性熱伝導層は、黒鉛で形成され
ている、請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】前記ウェハホルダーは、第１層と、該第
１層の前記上面側に設けられた第２層を有し、該第１層
の熱伝導率は、該第２層の熱伝導率よりも高く、該第１
層および該第２層は等方性熱伝導層である、請求項１に
記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】前記ウェハホルダーは、前記第１層の前
記下面側に設けられた第３層を更に有し、該第３層の熱
伝導率は、該第１層の熱伝導率よりも低く、該第１層、
該第２層および該第３層は等方性熱伝導層である、請求
項４に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項６】基板ホルダーとヒータとを有する基板加
熱装置であって、該基板ホルダーは、基板を受容する上面と、該上面に対
向し、該ヒータからの熱を受ける下面を有し、該基板ホルダーの該上面に平行な面内方向の熱伝導率
が、該上面に垂直な方向の熱伝導率よりも高い、基板加
熱装置。