JP2000216095A - 枚葉式熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被処理体を十分に温度むらのない面内均一に
熱処理することを可能とする。 【解決手段】 側壁２に被処理体ｗの搬入出口３、排気
口４等の開口部を有する処理室１内に被処理体ｗを収容
して所定の処理ガス雰囲気下で熱処理する枚葉式熱処理
装置において、前記処理室１内に熱処理時に前記被処理
体ｗの周囲を前記開口部３，４から遮蔽するための遮蔽
手段１３を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、枚葉式熱処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造プロセスにおいて
は、被処理体である半導体ウエハに酸化、拡散、成膜、
アニール等の処理を施すために、各種の熱処理装置が使
用されている。この熱処理装置としては、一度に多数枚
の半導体ウエハの熱処理が可能なバッチ式の熱処理装置
と、半導体ウエハを一枚ずつ熱処理する枚葉式の熱処理
装置とが知られている。特に、枚葉式熱処理装置は、半
導体ウエハの面内均一な熱処理および急速な昇降温を要
する熱処理が比較的容易に可能であることから、ウエハ
サイズの大型化及び半導体素子の微細化に伴い多く使用
されるようになってきている。

【０００３】この枚葉式熱処理装置は一般的に、処理室
内に面状のヒータ−を設け、このヒータ−の上方に半導
体ウエハを支持し、半導体ウエハに対向するシャワーヘ
ッドから処理ガスを供拾して、所定の処理ガス雰囲気下
で所定の熱処理を施するように構成されている。特に、
枚葉式熱処理装置においては、歩留まりの向上を図るた
めに、半導体ウエハを温度むらのない面内均一に加熱す
ることが要求されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
枚葉式熱処理装置においては、その構造上、半導体ウエ
ハを面内均一に加熱するのに不十分なものがあった。

【０００５】先ず、枚葉式熱処理装置においては、半導
体ウエハを収容してその周囲を取囲む処理室の側壁に、
半導体ウエハの搬出入口や排気口等の開口部が存在して
いるため、これらの開口部の存在により、半導体ウエハ
に対する側壁の熱的パラメータ（反射率、形態係数、温
度）が周方向に等方にならい。そのため、半導体ウエハ
の周方向に温度むらが生じる原因となっている。

【０００６】また、処理室がアルミニウムやステンレス
等の金属で構成されているので、全体的には熱の放射率
が小さいが、その側壁の開口部が存在する部分は熱の放
射率が大きい。そのため、開口部のある部分と、開口部
のない部分の実効放射率の違いから、半導体ウエハの開
口部寄りの部分の温度が、他の部分よりも低くなってし
まい、半導体ウエハの周方向に温度分布の不均一が生じ
る原因となっている。具体的には、開口部のある部分の
実放射率は、例えばアスペクト比５（開口部の口径が１
に対し開口部の深さが５の場合）のときに約０．７であ
るのに対し、開口部のない部分のアルミニウムの放射率
（高研磨品）の実放射率は、０．０４であり、両者には
相当大きな差が存在している。

【０００７】更に、処理室内における半導体ウエハの上
方には半導体ウエハに対向するシャワーヘッドが存在す
るが、成膜やクリーニングによってシャワーヘッドの表
面の反射率が変化する。その影響で半導体ウエハに温度
むらが生じる原因となっている。

【０００８】そこで、本発明は、前述した課題を解決す
べくなされたもので、被処理体を十分に温度むらのない
面内均一に熱処理することができる枚葉式熱処理装置を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ために本発明のうち、請求項１の発明は、側壁に被処理
体の搬出入口、排気口等の開口部を有する処理室内に被
処理体を収容して所定の処理ガス雰囲気下で熱処理する
枚葉式熱処理装置において、前記処理室内に熱処理時に
前記被処理体の周囲を前記開口部から遮蔽するための遮
蔽手段を設けたことを特徴とする。

【００１０】請求項２の発明は、処理室内に被処理体を
収容し、この被処理体に対向するシャワーヘッドから処
理ガスを供拾して熱処理する枚葉式熱処理装置におい
て、前記シャワーヘッドの被処理体対向面に反射の影響
を抑制するための表面処理を施したことを特徴とする。

【００１１】請求項３の発明は、側壁に被処理体の搬出
入口、排気口等の開口部を有する処理室内に被処理体を
収容して所定の処理ガス雰囲気下で熱処理する枚葉式熱
処理装置において、前記処理室の内壁面に前記開口部の
放射率との差をなくすための表面処理を施したことを特
徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００１３】図１は本発明の第１の実施の形態である枚
葉式熱処理装置を示す縦断面図である。図１において、
１は枚葉式熱処理装置の処理室で、この処理室１は、耐
食性および耐熱性を有する材料例えばアルミニウム合金
により密閉処理容器として形成されている。前記処理室
１の側壁２には、被処理体例えば半導体ウエハｗを出し
入れするための搬入出口（搬送ポート）３と、処理室１
内を減圧排気するための排気口（排気ポート）４とが設
けられている。

【００１４】前記搬入出口３には、ゲートバルブ５が設
けられている。前記排気口４には、処理室１内を所定の
圧力例えば７００〜１０^-3Ｔｏｒｒ程度に減圧制御可能
な図示しない真空ポンプおよび圧力制御機構を有する排
気管６が接続されている。

【００１５】処理室１内には、半導体ウエハｗを水平に
載置するための石英製の載置台７が処理室１内を上部と
下部に仕切る如く設けられている。載置台７の上面のレ
ベルは、搬入出口３を通して図示しない搬送アームによ
り半導体ウエハｗの搬入搬出がスムーズに行えるよう
に、搬入出口３とほぼ同じレベルに設定されている。

【００１６】前記載置台７の下方に半導体ウエハｗを所
定の温度例えば６００〜１０００℃程度に加熱制御可能
な面状のヒーター８が設けられている。このヒーター８
は、例えば渦巻き状や同心円状等に面状に配設された発
熱抵抗体（発熱抵抗線）からなっている。ヒーター８
は、断熱材９の上面に載置されている。ヒーター８と載
置台７の間には、例えば炭化珪素等からなる均熱材１０
が設けられていることが好ましい。

【００１７】また、前記載置台７の上方、すなわち処理
室１内の天井部には、載置台７上の半導体ウエハｗの被
処理面（上面）に処理ガスを供給するための多数のガス
噴出孔１１を有するシャワーヘッド１２が半導体ウエハ
ｗと対向して設けられている。そして、半導体ウエハｗ
に対する側壁２の熱的パラメータを等方にするために、
処理室１内には、熱処理時に半導体ウエハｗの周囲を前
記開口部である搬入出口３や排気口４から遮蔽するため
の遮蔽手段１３が設けられている。

【００１８】この遮蔽手段１３は、載置台７上の半導体
ウエハｗを取り囲むように設けられた円筒状の固定遮蔽
リング１３ａと、この固定遮蔽リング１３ａの上方に昇
降可能（上下移動可能）に設けられた円筒状の可動遮蔽
リング１３ｂとから主に構成されている。可動遮蔽リン
グ１３ｂが下降して固定遮蔽リング１３ａの上縁部にオ
ーバーラップすることにより、これら両遮蔽リング１３
ａ，１３ｂにより半導体ウエハｗの周囲全周を側壁２の
開口部である搬入出口３および排気口４から遮蔽するよ
うになっている。また、可動遮蔽リング１３ｂが上昇し
て固定遮蔽リング１３ａから離れることにより、搬出入
口３が露出し、半導体ウエハｗの搬入搬出が可能になる
ようになっている。

【００１９】前記可動遮蔽リング１３ｂには、これを外
部から昇降操作するための昇降機構１４が連結されてお
り、この昇降機構１４によって、可動遮蔽リング１３ｂ
が熱処理時には下降され、半導体ウエハｗの搬入搬出出
時には上昇されるようになっている。前記両遮蔽リング
１３ａ，１３ｂは、耐食性および耐熱性を有する材料例
えばアルミニウム合金により形成されている。また、遮
蔽リング１３ａ，１３ｂは、高温環境下でも変形しない
ようにするために、冷却水を循環させる冷却構造とされ
ていることが好ましい。

【００２０】次に前記枚葉式熱処理装置の作用を述べ
る。先ず、可動遮蔽リング１３ｂを上昇させておき、ゲ
ートバルブ５を開けて搬送アームにより半導体ウエハｗ
を搬入出口３から処理室１内に搬入し、載置台７上に載
置する。搬送アームが処理室１外に後退してゲートバル
ブ５が閉められたなら、可動遮蔽リング１３ｂが下降し
て固定遮蔽リング１３ａの上縁部に重なり、載置台７上
の半導体ウエハｗを側壁２の開口部である搬入出口３や
排気口４から遮蔽する。

【００２１】次いで、シャワヘッド１２から不活性ガス
例えば窒素ガスを導入して処理室１内を一旦不活性ガス
で置換した後、ヒーター８を所定の温度に昇温させると
共に、シャワーヘッド１２から所定の処理ガスを導入す
ることにより、また、処理室１内を所定の減圧雰囲気に
することにより、半導体ウエハｗに対して所定の熱処理
例えば減圧熱ＣＶＤ処理を開始する。所定の熱処理が終
了したなら、前記とは逆の手順で半導体ウエハｗを処理
室外に搬出すればよい。

【００２２】このように構成された枚葉式熱処理装置に
よれば、側壁２に半導体ウエハｗの搬出入口３、排気口
４等の開口部を有する処理室１内に半導体ウエハｗを収
容して所定の処理ガス雰囲気下で熱処理する枚葉式熱処
理装置において、前記処理室１内に熱処理時に前記半導
体ウエハｗの周囲を前記開口部３，４から遮蔽するため
の遮蔽手段１３を設けているため、遮蔽手段１３により
半導体ウエハｗに対する側壁２の熱的パラメータを等方
にすることができる。すなわち、遮蔽手段１３によっ
て、処理室１の側壁２の開口部３，４から半導体ウエハ
ｗに及ぼす熱的影響を抑制することができ、半導体ウエ
ハｗを十分に温度むらのない面内均一に熱処理すること
ができる。この場合、側壁２の開口部３，４に起因する
半導体ウエハｗの周方向の温度むらを防止することがで
きる。

【００２３】また、前記遮蔽手段１３が固定遮蔽リング
１３ａと可動遮蔽リング１３ｂとからなるため、簡単な
構造で、処理室１の側壁２の熱的パラメータを等方にす
ることができる。また、可動遮蔽リング１３ｂが上下に
移動可能に設けられているため、半導体ウエハｗの搬入
搬出時に邪魔になることがない。更に、遮蔽リング１３
ａ，１３ｂを冷却構造とすることにより、熱変形を防止
し、周方向の熱的パラメータの等方性を維持することが
できる。

【００２４】図２は、本発明の第２の実施の形態である
枚葉式熱処理装置を示す概略的縦断面図である。本実施
の形態の枚葉式熱処理装置においては、シャワーヘッド
１２の表面状態の変化に伴う半導体ウエハｗに対する反
射の影響を抑制するために、シャワーヘッド１２の半導
体ウエハ対向面である下面に、ヒーター８からの光熱
（輻射熱）の反射を抑制するための表面処理１５が施さ
れている。表面処理１５としては、例えば０．０１〜１
ｍｍピッチの同心円状または螺旋状の溝（筋）１６をシ
ャワーヘッド１２の下面全域に設けけることが好まし
い。

【００２５】本実施の形態の枚葉式熱処理装置によれ
ば、処理室１内に半導体ウエハｗを収容し、この半導体
ウエハｗに対向するシャワーヘッド１２から処理ガスを
供拾して熱処理する枚葉式熱処理装置において、前記シ
ャワーヘッド１２の半導体ウエハ対向面に反射の影響を
抑制するための表面処理１５を施しているため、シャワ
ーヘッド１２から半導体ウエハｗに及ぼす熱的影響を抑
制することができ、半導体ウエハｗを十分に温度むらの
ない面内均一に熱処理することができる。本実施の形態
では、表面処理１５として、例えば０．０１〜１ｍｍピ
ッチの同心円状または螺旋状の溝（筋）１６をシャワー
ヘッド１２の下面全域に設けているため、ヒーター８か
らの輻射熱を乱反射させることができ、半導体ウエハｗ
への反射の影響を抑制することができる。

【００２６】図３は、図２の枚葉式熱処理装置の変形例
を示す概略的縦断面図である。図３に示すように、シャ
ワヘッド１２の直径Ｄが半導体ウエハｗの直径ＷＤより
も大きく、且つ、半導体ウエハｗとシャワーヘッド１２
の間隔ｈが小さい場合には、シャワーヘッド１２の下面
における半導体ウエハｗよりも大きい部分の下面領域
に、反射の影響を抑制するための表面処理１５を施すこ
とが好ましい。この場合、ｄ＝ｋｈであり、ｋ≦５であ
ることが好ましい。前記表面処理１５としては、例えば
図４に示すように断面ノコ刃形状の溝１６を設けること
が効果的である。なお、表面処理１５の他の例として
は、シャワーヘッド１２の下面に例えばブラスト処理等
により粗面加工を施したり、あるいは、金属光沢面をな
くすべく灰色または黒色に着色するようにしてもよい。

【００２７】図５は、本発明の第３の実施の形態である
枚葉式熱処理装置を示す概略的縦断面図である。前述し
たように、処理室１の側壁２に搬入出口３等の開口部が
あると、内壁面の放射率に差が生じ、これが半導体ウエ
ハｗの温度むらの原因となる。そこで、本実施の形態で
は、処理室１の内壁面に、開口部である搬入出口３の放
射率との差をなくすための表面処理１６が施されてい
る。この場合の表面処理１６としては、例えばアルマイ
ト処理が好適である。

【００２８】このアルマイト処理により、処理室１の内
壁面に硬質アルマイトの被膜を例えば４０μｍ程度の厚
さで形成すればよく、被膜の厚さは厚い程よい。本実施
の形態の枚葉式熱処理装置によれば、側壁２に半導体ウ
エハｗの搬出入口３、排気口等の開口部を有する処理室
１内に半導体ウエハｗを収容して所定の処理ガス雰囲気
下で熱処理する枚葉式熱処理装置において、前記処理室
の内壁面に前記開口部３の放射率との差をなくすための
表面処理１６例えばアルマイト処理を施しているため、
処理室１の側壁２の開口部３から半導体ウエハｗに及ぼ
す熱的影響を抑制することができ、半導体ウエハｗを十
分に温度むらのない面内均一に熱処理することができ
る。

【００２９】すなわち、処理室１の内壁面をアルマイト
処理することにより、内壁面が黒色や灰色になり、開口
部３と処理室１内壁面の実効放射率の差が軽減する。つ
まり、放射率の差を縮めることで、ヒーター８から流れ
ていく熱流束を均一にし、半導体ウエハｗの温度分布を
一定化させることができる。

【００３０】アルマイト処理を施した場合の放射率を調
べてみたところ、次のような結果が得られた。すなわ
ち、搬入出口３の実放射率がアスペクト比５のときに約
０．８５（この値は、搬入出口３の内壁にもアルマイト
処理されている場合である。搬入出口３の内壁にアルマ
イト処理されていないときは、約０．７である。）であ
るのに対し、アルマイト処理を施した場合の壁面の放射
率は０．６であった。このように放射率の差が少なくな
ることにより、開口部３の存在による温度むらの発生を
減らすことができる。従って、半導体ウエハｗの回転に
より温度むらを減らす場合と比較して、半導体ウエハｗ
の回転機構が不要になる分だけ、構造が簡単になり、低
コストで温度むらの解消を図ることができる。なお、前
記表面処理１６としては、アルマイト処理以外に、例え
ばアルミナ溶射等のセラミック処理が適用可能である。

【００３１】以上、本発明の実施の形態を図面により詳
述してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の
設計変更等が可能である。例えば、第１の実施の形態で
は、遮蔽リング１３ａ，１３ｂにより搬入出口３や排気
口４を半導体ウエハｗから覆い隠すようにしたが、図６
に示すように、処理室１内の載置台７を熱処理時に下降
位置より上昇させて、側壁２に設けた搬入出口３から半
導体ウエハｗをずらすことにより、半導体ウエハｗに対
する側壁２の熱的パラメータを周方向に等方にするよう
にしてもよい。なお、この枚葉式熱処理装置の場合、半
導体ウエハｗを上昇させた位置で熱処する構造上、ヒー
ター８が処理室１の天井部に設けられている。

【００３２】前記実施の形態においては、周方向の温度
むらを一層効果的に減らすために、半導体ウエハｗを回
転させたり、シャワーヘッド１２を回転させたりしても
よい。被処理体としては、半導体ウエハ以外に、例えば
ガラス基板やＬＣＤ基板等が適用可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な効果を奏することができる。

【００３４】（１）請求項１の発明によれば、側壁に被
処理体の搬出入口、排気口等の開口部を有する処理室内
に被処理体を収容して所定の処理ガス雰囲気下で熱処理
する枚葉式熱処理装置において、前記処理室内に熱処理
時に前記被処理体の周囲を前記開口部から遮蔽するため
の遮蔽手段を設けているため、処理室の側壁の開口部か
ら被処理体に及ぼす熱的影響を抑制することができ、被
処理体を十分に温度むらのない面内均一に熱処理するこ
とができる。

【００３５】（２）請求項２の発明によれば、処理室内
に被処理体を収容し、この被処理体に対向するシャワー
ヘッドから処理ガスを供拾して熱処理する枚葉式熱処理
装置において、前記シャワーヘッドの被処理体対向面に
反射の影響を抑制するための表面処理を施しているた
め、シャワーヘッドから被処理体に及ぼす熱的影響を抑
制することができ、被処理体を十分に温度むらのない面
内均一に熱処理することができる。

【００３６】（３）請求項３の発明によれば、側壁に被
処理体の搬出入口、排気口等の開口部を有する処理室内
に被処理体を収容して所定の処理ガス雰囲気下で熱処理
する枚葉式熱処理装置において、前記処理室の内壁面に
前記開口部の放射率との差をなくすための表面処理を施
しているため、処理室の側壁の開口部から被処理体に及
ぼす熱的影響を抑制することができ、被処理体を十分に
温度むらのない面内均一に熱処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である枚葉式熱処理
装置を示す縦断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態である枚葉式熱処理
装置の要部を示す概略的縦断面図である。

【図３】図２の枚葉式熱処理装置の変形例を示す概略的
縦断面図である。

【図４】図３のＡ部拡大図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態である枚葉式熱処理
装置を示す概略的縦断面図である。

【図６】本発明の他の実施の形態である枚葉式熱処理装
置を示す概略的縦断面図である。

【符号の説明】

ｗ 半導体ウエハ（被処理体） １ 処理室 ２ 側壁 ３ 搬出入口（開口部） ４ 排気口（開口部） １２ シャワーヘッド １３ 遮蔽手段 １５ 表面処理 １６ 表面処理

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大加瀬 亘 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 (72)発明者 重岡 隆 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 (72)発明者 堀口 貴弘 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 Ｆターム(参考） 5F045 AA06 EC05 EF11

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 側壁に被処理体の搬出入口、排気口等の
   開口部を有する処理室内に被処理体を収容して所定の処
   理ガス雰囲気下で熱処理する枚葉式熱処理装置におい
   て、前記処理室内に熱処理時に前記被処理体の周囲を前
   記開口部から遮蔽するための遮蔽手段を設けたことを特
   徴とする枚葉式熱処理装置。
2. 【請求項２】 処理室内に被処理体を収容し、この被処
   理体に対向するシャワーヘッドから処理ガスを供拾して
   熱処理する枚葉式熱処理装置において、前記シャワーヘ
   ッドの被処理体対向面に反射の影響を抑制するための表
   面処理を施したことを特徴とする枚葉式熱処理装置。
3. 【請求項３】 側壁に被処理体の搬出入口、排気口等の
   開口部を有する処理室内に被処理体を収容して所定の処
   理ガス雰囲気下で熱処理する枚葉式熱処理装置におい
   て、前記処理室の内壁面に前記開口部の放射率との差を
   なくすための表面処理を施したことを特徴とする枚葉式
   熱処理装置。