JP2000286267A - 熱処理方法 - Google Patents
熱処理方法Info
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- JP2000286267A JP2000286267A JP11092504A JP9250499A JP2000286267A JP 2000286267 A JP2000286267 A JP 2000286267A JP 11092504 A JP11092504 A JP 11092504A JP 9250499 A JP9250499 A JP 9250499A JP 2000286267 A JP2000286267 A JP 2000286267A
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- gas
- temperature
- wafer
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
- H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
Abstract
(57)【要約】
【課題】 処理室内の載置部に半導体ウエハを載置し、
ウエハと対向するガス供給部からガスをウエハに供給し
ながら例えば１０００℃付近でアニール処理を行うにあ
たって、昇温時及び／または降温時におけるウエハの面
内温度差を小さくしてスリップの発生を抑えること。 【解決手段】 ガス供給部をウエハの中央部に対向する
領域と周縁部に対向する領域とに分割し、中央部と周縁
部との間でガスの流量を変えることができるように構成
する。そして昇温時には例えばウエハよりも温度の高い
(低い)ガスを、中央部の単位面積当りの流量が周縁部の
それよりも大きく(小さく)なるように供給する。また降
温時には例えばウエハよりも温度の高い(低い)ガスを中
央部の単位面積当りの流量が周縁部のそれよりも小さく
(大きく)なるように供給する。
ウエハと対向するガス供給部からガスをウエハに供給し
ながら例えば１０００℃付近でアニール処理を行うにあ
たって、昇温時及び／または降温時におけるウエハの面
内温度差を小さくしてスリップの発生を抑えること。 【解決手段】 ガス供給部をウエハの中央部に対向する
領域と周縁部に対向する領域とに分割し、中央部と周縁
部との間でガスの流量を変えることができるように構成
する。そして昇温時には例えばウエハよりも温度の高い
(低い)ガスを、中央部の単位面積当りの流量が周縁部の
それよりも大きく(小さく)なるように供給する。また降
温時には例えばウエハよりも温度の高い(低い)ガスを中
央部の単位面積当りの流量が周縁部のそれよりも小さく
(大きく)なるように供給する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ハなどの基板に対して熱処理を行う熱処理方法に関す
る。
ハなどの基板に対して熱処理を行う熱処理方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウエハ（以下ウエハという）の製
造プロセスの中には、アニ−ル、酸化、拡散処理といっ
た１０００℃付近もの高温雰囲気下で行う処理がある。
この種の熱処理を枚葉式熱処理装置で行う場合、ウエハ
を処理室内の載置台に載置してランプなどの加熱手段に
よりウエハを処理温度まで加熱すると共に、ウエハと対
向するように設けられたシャワ−ヘッドやインジェクタ
−などのガス供給部からウエハ表面に処理ガスを供給
し、その後ウエハの−温度が例えば４００℃以下まで降
温してからウエハを処理室の外に搬出するようにしてい
る。なおウエハの昇温時及び降温時には処理室内を不活
性ガス雰囲気にしている。またアニ−ル処理の場合には
不活性ガスを供給しながら処理が行われ、この場合この
不活性ガスが処理ガスに相当する。
造プロセスの中には、アニ−ル、酸化、拡散処理といっ
た１０００℃付近もの高温雰囲気下で行う処理がある。
この種の熱処理を枚葉式熱処理装置で行う場合、ウエハ
を処理室内の載置台に載置してランプなどの加熱手段に
よりウエハを処理温度まで加熱すると共に、ウエハと対
向するように設けられたシャワ−ヘッドやインジェクタ
−などのガス供給部からウエハ表面に処理ガスを供給
し、その後ウエハの−温度が例えば４００℃以下まで降
温してからウエハを処理室の外に搬出するようにしてい
る。なおウエハの昇温時及び降温時には処理室内を不活
性ガス雰囲気にしている。またアニ−ル処理の場合には
不活性ガスを供給しながら処理が行われ、この場合この
不活性ガスが処理ガスに相当する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところでウエハを処理
温度まで昇温させる過程では、ウエハの周縁部における
単位面積当たりの吸熱量が中央部よりも大きくなるの
で、ウエハの周縁部の温度の昇温速度が中央部よりも早
くなり、このため周縁部の温度が中央部よりも高くな
る。またウエハを処理温度から降温させる過程では、ウ
エハの周縁部における単位面積当たりの放熱量が中央部
よりも大きくなるので、ウエハの周縁部の温度の降温速
度が中央部よりも早くなり、ウエハの周縁部の温度が中
央部よりも低くなる。ウエハの温度がおよそ８５０℃を
越えると、ウエハの面内での温度差が大きい場合、スリ
ップと呼ばれる結晶欠陥を生じることがあり、そのため
歩留まりが悪くなる。
温度まで昇温させる過程では、ウエハの周縁部における
単位面積当たりの吸熱量が中央部よりも大きくなるの
で、ウエハの周縁部の温度の昇温速度が中央部よりも早
くなり、このため周縁部の温度が中央部よりも高くな
る。またウエハを処理温度から降温させる過程では、ウ
エハの周縁部における単位面積当たりの放熱量が中央部
よりも大きくなるので、ウエハの周縁部の温度の降温速
度が中央部よりも早くなり、ウエハの周縁部の温度が中
央部よりも低くなる。ウエハの温度がおよそ８５０℃を
越えると、ウエハの面内での温度差が大きい場合、スリ
ップと呼ばれる結晶欠陥を生じることがあり、そのため
歩留まりが悪くなる。
【０００４】なお加熱源の発熱量をウエハの径方向にお
いて調整することも検討されているが、この場合レスポ
ンスの遅れ分があるので制御が難しく、遅れ分が大きい
場合にはかえって面内均一性が悪くなるという問題があ
る。
いて調整することも検討されているが、この場合レスポ
ンスの遅れ分があるので制御が難しく、遅れ分が大きい
場合にはかえって面内均一性が悪くなるという問題があ
る。
【０００５】本発明はこのような事情に基づいてなされ
たものであり、その目的は、被処理体であるウエハなど
の基板を熱処理するにあたって昇温及び／または降温時
に基板の面内温度差を抑えることのできる方法を提供す
ることにある。
たものであり、その目的は、被処理体であるウエハなど
の基板を熱処理するにあたって昇温及び／または降温時
に基板の面内温度差を抑えることのできる方法を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決する手段】請求項１の発明は、処理室内の
載置部に基板を載置し、この基板を加熱しながらガス供
給部からガスを供給して基板を熱処理する方法におい
て、基板の昇温時及び／または降温時に基板の中央部と
周縁部との間での温度変化の速度の不均一化を補償して
面内温度の均一化を図るために、基板の中央部と周縁部
との間で、ガス供給部から供給されるガスの単位面積当
たりの流量、ガスの熱容量及びガスの温度の少なくとも
一方を変えることを特徴とする。
載置部に基板を載置し、この基板を加熱しながらガス供
給部からガスを供給して基板を熱処理する方法におい
て、基板の昇温時及び／または降温時に基板の中央部と
周縁部との間での温度変化の速度の不均一化を補償して
面内温度の均一化を図るために、基板の中央部と周縁部
との間で、ガス供給部から供給されるガスの単位面積当
たりの流量、ガスの熱容量及びガスの温度の少なくとも
一方を変えることを特徴とする。
【０００７】具体的には、基板の昇温時に以下のａ．ま
たはｂを行う。
たはｂを行う。
【０００８】ａ．基板よりも温度の高いガスを、基板の
中央部の流速が基板の周縁部よりも大きくなるように基
板に供給する ｂ．基板よりも温度の低いガスを、基板の中央部の流速
が基板の周縁部よりも小さくなるように基板に供給する また基板の降温時には、以下のａ．またはｂを行う。
中央部の流速が基板の周縁部よりも大きくなるように基
板に供給する ｂ．基板よりも温度の低いガスを、基板の中央部の流速
が基板の周縁部よりも小さくなるように基板に供給する また基板の降温時には、以下のａ．またはｂを行う。
【０００９】ａ．基板よりも温度の高いガスを、基板の
中央部の流速が基板の周縁部よりも小さくなるように基
板に供給する ｂ．基板よりも温度の低いガスを、基板の中央部の流速
が基板の周縁部よりも大きくなるように基板に供給する 前記ガス供給部は、例えば載置部に載置された基板と対
向しかつ基板とほぼ同じかそれよりも広い領域に亘って
複数のガス供給穴を設けて構成される。この場合、複数
のガス供給穴は同じ大きさに形成され、基板と対向する
面に描かれる複数の同心円に沿って配列され、各同心円
の円周の長さとその同心円に沿って配列されたガス供給
穴の数との比がいずれの同心円においても同じであるこ
とが好ましい。
中央部の流速が基板の周縁部よりも小さくなるように基
板に供給する ｂ．基板よりも温度の低いガスを、基板の中央部の流速
が基板の周縁部よりも大きくなるように基板に供給する 前記ガス供給部は、例えば載置部に載置された基板と対
向しかつ基板とほぼ同じかそれよりも広い領域に亘って
複数のガス供給穴を設けて構成される。この場合、複数
のガス供給穴は同じ大きさに形成され、基板と対向する
面に描かれる複数の同心円に沿って配列され、各同心円
の円周の長さとその同心円に沿って配列されたガス供給
穴の数との比がいずれの同心円においても同じであるこ
とが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る熱処理方法
の実施の形態に用いられる熱処理装置を示す断面図であ
る。この装置は処理室２を形成する円筒状のチャンバ２
０を備えており、このチャンバ２０の側面には基板であ
るウエハＷの搬送口２１を開閉するゲ−トバルブＧが設
けられている。また処理室２の底面は、例えば石英から
なる透過窓２２により構成されている。
の実施の形態に用いられる熱処理装置を示す断面図であ
る。この装置は処理室２を形成する円筒状のチャンバ２
０を備えており、このチャンバ２０の側面には基板であ
るウエハＷの搬送口２１を開閉するゲ−トバルブＧが設
けられている。また処理室２の底面は、例えば石英から
なる透過窓２２により構成されている。
【００１１】前記透過窓２２の中央部には、シャフト３
１が鉛直に貫通されており、このシャフト３１は駆動部
３２により昇降できかつ鉛直軸の回りに回転できるよう
に構成されている。シャフト３１の上部にはウエハ載置
部３３が設けられている。また透過窓２２の下方側に
は、ウエハＷを加熱するための加熱手段であるランプ２
３が配置されている。
１が鉛直に貫通されており、このシャフト３１は駆動部
３２により昇降できかつ鉛直軸の回りに回転できるよう
に構成されている。シャフト３１の上部にはウエハ載置
部３３が設けられている。また透過窓２２の下方側に
は、ウエハＷを加熱するための加熱手段であるランプ２
３が配置されている。
【００１２】一方処理室２の上部には、ウエハ載置部３
３に載置されたウエハＷに対向するようにガス供給部４
が設けられている。このガス供給部４は、下面つまりウ
エハＷに対向する面がガス供給板４１として構成されて
おり、このガス供給板４１にはウエハＷとほぼ同じかそ
れよりも広い領域に亘って複数のガス供給穴４２が穿設
されている。ウエハＷとガス供給板４１との距離は例え
ば１０ｍｍである。ガス供給穴４２は、例えば図２に示
すようにガス供給板４１の中心Ｐ（ウエハＷの中心に対
応している）を中心とした複数の同心円に沿って配列さ
れており、各同心円の円周の長さとその同心円に配列さ
れたガス供給穴４２との比がいずれの同心円においても
同じに設定されている。図２中Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、最
外郭から夫々１、２、３番目の同心円の一部を示してお
り、各同心円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の円周の長さをＬ１、Ｌ
２、Ｌ３とし、それらに配列されているガス供給穴４２
の数をｎ１、ｎ２、ｎ３とするとｎ１／Ｌ１、ｎ２／Ｌ
２、ｎ３／Ｌ３は一定である。
３に載置されたウエハＷに対向するようにガス供給部４
が設けられている。このガス供給部４は、下面つまりウ
エハＷに対向する面がガス供給板４１として構成されて
おり、このガス供給板４１にはウエハＷとほぼ同じかそ
れよりも広い領域に亘って複数のガス供給穴４２が穿設
されている。ウエハＷとガス供給板４１との距離は例え
ば１０ｍｍである。ガス供給穴４２は、例えば図２に示
すようにガス供給板４１の中心Ｐ（ウエハＷの中心に対
応している）を中心とした複数の同心円に沿って配列さ
れており、各同心円の円周の長さとその同心円に配列さ
れたガス供給穴４２との比がいずれの同心円においても
同じに設定されている。図２中Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、最
外郭から夫々１、２、３番目の同心円の一部を示してお
り、各同心円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の円周の長さをＬ１、Ｌ
２、Ｌ３とし、それらに配列されているガス供給穴４２
の数をｎ１、ｎ２、ｎ３とするとｎ１／Ｌ１、ｎ２／Ｌ
２、ｎ３／Ｌ３は一定である。
【００１３】そしてガス供給部４は径方向に複数例えば
２つに分割された第１の通気室５１、及び第２の通気室
５２を備えている。例えば８インチウエハを処理する装
置の場合、第１の通気室５１はガス供給板４１の中心Ｐ
から例えば半径５ｃｍの円の中に入るガス供給穴４２に
連通し、第２の通気室５２はその外側のガス供給穴４２
に連通している。また図１中４３はガス供給源であり、
ここからガス供給管４４及び分岐管４５、４６を通じて
通気室５１、５２にガスを供給するようになっている。
ＶＯ、Ｖ１、Ｖ２はバルブであり、Ｍは流量調整部であ
る。
２つに分割された第１の通気室５１、及び第２の通気室
５２を備えている。例えば８インチウエハを処理する装
置の場合、第１の通気室５１はガス供給板４１の中心Ｐ
から例えば半径５ｃｍの円の中に入るガス供給穴４２に
連通し、第２の通気室５２はその外側のガス供給穴４２
に連通している。また図１中４３はガス供給源であり、
ここからガス供給管４４及び分岐管４５、４６を通じて
通気室５１、５２にガスを供給するようになっている。
ＶＯ、Ｖ１、Ｖ２はバルブであり、Ｍは流量調整部であ
る。
【００１４】次に上述の熱処理装置を用いてウエハＷを
熱処理する様子について、図３及び図４を参照しながら
説明する。先ず搬送口２１から基板であるウエハＷを図
示しないア−ムにより処理室２内に搬入する。このとき
の時刻をｔ０とする。そしてランプ２３によりウエハＷ
を、例えば平均昇温速度１００℃／ｓ（秒）で例えば１
０００℃まで昇温し、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間１
０００℃の設定温度に維持してウエハＷに対してアニ−
ル処理を行う。次いで例えばランプ２３の電源を切って
時刻ｔ２からウエハＷを降温させ、例えば４００℃以下
になった時刻ｔ３にウエハＷを搬出する。
熱処理する様子について、図３及び図４を参照しながら
説明する。先ず搬送口２１から基板であるウエハＷを図
示しないア−ムにより処理室２内に搬入する。このとき
の時刻をｔ０とする。そしてランプ２３によりウエハＷ
を、例えば平均昇温速度１００℃／ｓ（秒）で例えば１
０００℃まで昇温し、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間１
０００℃の設定温度に維持してウエハＷに対してアニ−
ル処理を行う。次いで例えばランプ２３の電源を切って
時刻ｔ２からウエハＷを降温させ、例えば４００℃以下
になった時刻ｔ３にウエハＷを搬出する。
【００１５】こうした一連のプロセスにおいてガス供給
部４からのガスの流し方について述べると、時刻ｔ０か
らｔ１までの間は、バルブＶ０、Ｖ２を開き、バルブＶ
１を閉じておくことにより、第２の通気室５２からガス
供給穴４２を介してウエハＷに不活性ガス例えばＮ2 ガ
スを例えば流速４０ｃｍ／ｓで供給する。Ｎ2 ガスは常
温でガス供給部５まで流れるため、ガス供給穴４２から
吹き出してウエハＷに到達するときの温度はウエハＷよ
りも低い温度である。即ち図４（ａ）に示すようにウエ
ハＷの周縁部にＮ2 ガスを供給し、中央部にはＮ2 ガス
を供給しないようにしている。
部４からのガスの流し方について述べると、時刻ｔ０か
らｔ１までの間は、バルブＶ０、Ｖ２を開き、バルブＶ
１を閉じておくことにより、第２の通気室５２からガス
供給穴４２を介してウエハＷに不活性ガス例えばＮ2 ガ
スを例えば流速４０ｃｍ／ｓで供給する。Ｎ2 ガスは常
温でガス供給部５まで流れるため、ガス供給穴４２から
吹き出してウエハＷに到達するときの温度はウエハＷよ
りも低い温度である。即ち図４（ａ）に示すようにウエ
ハＷの周縁部にＮ2 ガスを供給し、中央部にはＮ2 ガス
を供給しないようにしている。
【００１６】また時刻ｔ１からｔ２までの間はバルブＶ
４を開いて、Ｎ2 ガスを通気室５１からガス供給穴４２
を介してウエハＷの中央部にも供給している、即ち図４
（ｂ）に示すようにウエハＷ全面にＮ2 ガスを例えば流
速４０ｃｍ／ｓで供給するようにしている。更に時刻ｔ
２からｔ３までの間はバルブＶ２を閉じて、図４（ｃ）
に示すようにウエハＷの中央部にＮ2 ガスを例えば流速
４０ｃｍ／ｓで供給し、周縁部には供給しないようにし
ている。
４を開いて、Ｎ2 ガスを通気室５１からガス供給穴４２
を介してウエハＷの中央部にも供給している、即ち図４
（ｂ）に示すようにウエハＷ全面にＮ2 ガスを例えば流
速４０ｃｍ／ｓで供給するようにしている。更に時刻ｔ
２からｔ３までの間はバルブＶ２を閉じて、図４（ｃ）
に示すようにウエハＷの中央部にＮ2 ガスを例えば流速
４０ｃｍ／ｓで供給し、周縁部には供給しないようにし
ている。
【００１７】上述の実施の形態によれば、昇温時及び降
温時においてウエハＷの面内の温度均一性がよくなる。
図５（ａ）は、昇温時に、ウエハＷよりも温度の低いＮ
2 ガス（ク−ルガス）をウエハＷ全面に亘って供給した
場合における面内温度分布を模式的に示したものであ
り、発明が解決しようとする課題の項目にて記載したよ
うにウエハＷの周縁部の温度が中央部よりも高くなる。
これに対して上述のようにク−ルガスを流すと、このク
−ルガスが基板の周縁部の熱を奪って周縁部の昇温速度
を遅くする働きをするため、図５（ｂ）に示すように面
内温度の均一化が図られる。
温時においてウエハＷの面内の温度均一性がよくなる。
図５（ａ）は、昇温時に、ウエハＷよりも温度の低いＮ
2 ガス（ク−ルガス）をウエハＷ全面に亘って供給した
場合における面内温度分布を模式的に示したものであ
り、発明が解決しようとする課題の項目にて記載したよ
うにウエハＷの周縁部の温度が中央部よりも高くなる。
これに対して上述のようにク−ルガスを流すと、このク
−ルガスが基板の周縁部の熱を奪って周縁部の昇温速度
を遅くする働きをするため、図５（ｂ）に示すように面
内温度の均一化が図られる。
【００１８】また図６（ａ）は、降温時に、ウエハＷよ
りも温度の低いＮ2 ガス（ク−ルガス）をウエハＷ全面
に渡って供給した場合における面内温度分布を模式的に
示したものであり、既述のように逆にウエハＷの周縁部
の温度が中央部よりも低くなる。これに対して上述のよ
うにク−ルガスを流すと、このク−ルガスが基板の中央
部の熱を奪って中央部の降温速度を早くする働きをする
ため、図６（ｂ）に示すように面内温度の均一化が図ら
れる。
りも温度の低いＮ2 ガス（ク−ルガス）をウエハＷ全面
に渡って供給した場合における面内温度分布を模式的に
示したものであり、既述のように逆にウエハＷの周縁部
の温度が中央部よりも低くなる。これに対して上述のよ
うにク−ルガスを流すと、このク−ルガスが基板の中央
部の熱を奪って中央部の降温速度を早くする働きをする
ため、図６（ｂ）に示すように面内温度の均一化が図ら
れる。
【００１９】このように本実施の形態では、昇温時及び
降温時において、ウエハＷの中央部と周縁部との間にお
ける温度変化の速度速度の不均一化を補償して温度の面
内温度の均一化を図っているので、スリップの発生を防
止できる。なおＮ2 ガスの供給については、ガス供給管
４４に温度調整部（図示せず）を介設し、ここで温度を
調整してガス供給部４に供給するようにしてもよい。
降温時において、ウエハＷの中央部と周縁部との間にお
ける温度変化の速度速度の不均一化を補償して温度の面
内温度の均一化を図っているので、スリップの発生を防
止できる。なおＮ2 ガスの供給については、ガス供給管
４４に温度調整部（図示せず）を介設し、ここで温度を
調整してガス供給部４に供給するようにしてもよい。
【００２０】更に昇温時にウエハＷの中央部においても
Ｎ2ガスを供給し、中央部における単位面積当りのガス
流量が周縁部における単位面積当りの流量より小さくす
るようにしてもよいし、降温時にウエハＷの周縁部に、
中央部における単位面積当りのガス流量よりも小さくな
るようにＮ2ガスを供給してもよい。即ち上述の実施の
形態は、ウエハＷの中央部と周縁部との間で単位面積当
りのガスの流量を変える一つの例として中央部（周縁
部）のガスの流量をゼロにしたものであり、本発明でい
う流量について中央部より周縁部が大きい（小さい）と
して比較する場合の小さい方の流量はゼロをも含むもの
である。
Ｎ2ガスを供給し、中央部における単位面積当りのガス
流量が周縁部における単位面積当りの流量より小さくす
るようにしてもよいし、降温時にウエハＷの周縁部に、
中央部における単位面積当りのガス流量よりも小さくな
るようにＮ2ガスを供給してもよい。即ち上述の実施の
形態は、ウエハＷの中央部と周縁部との間で単位面積当
りのガスの流量を変える一つの例として中央部（周縁
部）のガスの流量をゼロにしたものであり、本発明でい
う流量について中央部より周縁部が大きい（小さい）と
して比較する場合の小さい方の流量はゼロをも含むもの
である。
【００２１】次に本発明の他の実施の形態について図７
を参照しながら説明する。この実施の形態は、ウエハＷ
の昇温時及び降温時にガス供給部４からウエハＷよりも
温度の高いＮ2ガス(ホットガス)をウエハＷに供給する
ようにしたものであり、例えば分岐管４５、４６におけ
るガス供給部４の入口直前にヒータ６を設けている。ま
た各分岐管４５、４６には夫々ガス流量を調整するため
の流量調整部Ｍ１、Ｍ２が介設されている。
を参照しながら説明する。この実施の形態は、ウエハＷ
の昇温時及び降温時にガス供給部４からウエハＷよりも
温度の高いＮ2ガス(ホットガス)をウエハＷに供給する
ようにしたものであり、例えば分岐管４５、４６におけ
るガス供給部４の入口直前にヒータ６を設けている。ま
た各分岐管４５、４６には夫々ガス流量を調整するため
の流量調整部Ｍ１、Ｍ２が介設されている。
【００２２】一方処理室２内には、ウエハＷの周縁部及
び中心部の温度を測定するための放射温度計の一部をな
す、温度検出部である光ファイバ６１、６２、６３が設
けられており、光ファイバ６１はシャフト３１の中を貫
通して設けられ、光ファイバ６２、６３は例えばチャン
バ２０の側壁を貫通して設けられている。これら光ファ
イバ６１、６２、６３はウエハＷの裏面側の輻射光を図
示しない光電変換部に導き、その電気信号は信号処理部
６４で処理される。信号処理部６４は、入力された電気
信号に基づいてウエハＷの中央部及び周縁部の例えば最
大温度差を求め、その温度差を制御部６５に送る。制御
部６５は、前記温度差に基づき、例えば予め作成された
テーブルのデータを読み込んで前記流量調整部Ｍ１、Ｍ
２を調整し、ウエハＷの中央部及び周縁部に供給される
各ホットガスの流量を制御し、以ってウエハＷの面内温
度均一性を高めるようにしている。
び中心部の温度を測定するための放射温度計の一部をな
す、温度検出部である光ファイバ６１、６２、６３が設
けられており、光ファイバ６１はシャフト３１の中を貫
通して設けられ、光ファイバ６２、６３は例えばチャン
バ２０の側壁を貫通して設けられている。これら光ファ
イバ６１、６２、６３はウエハＷの裏面側の輻射光を図
示しない光電変換部に導き、その電気信号は信号処理部
６４で処理される。信号処理部６４は、入力された電気
信号に基づいてウエハＷの中央部及び周縁部の例えば最
大温度差を求め、その温度差を制御部６５に送る。制御
部６５は、前記温度差に基づき、例えば予め作成された
テーブルのデータを読み込んで前記流量調整部Ｍ１、Ｍ
２を調整し、ウエハＷの中央部及び周縁部に供給される
各ホットガスの流量を制御し、以ってウエハＷの面内温
度均一性を高めるようにしている。
【００２３】ガスの流量の制御の手法については、昇温
時には図８に示すようにウエハＷの中央部にのみホット
ガスを供給し、ウエハＷの面内温度差を検出して、その
値がゼロになるように流量調整部Ｍ１を調整する。また
降温時には図９に示すようにウエハＷの周縁部にのみホ
ットガスを供給し、同様にウエハＷの面内温度差がゼロ
になるように流量調整部Ｍ２を調整する。この場合Ｎ2
ガスを供給する領域を３つ以上に分割し、各分割領域毎
に温度検出部を設け、その温度信号により各分割領域の
ガス流量を制御するようにしてもよい。なおガス供給系
をホットガスとクールガスとの両方を供給できるように
構成し、昇温時は本発明の実施の形態のようにウエハＷ
にホットガスを供給し、降温時は先の実施の形態のよう
にクールガスを供給してもよい。
時には図８に示すようにウエハＷの中央部にのみホット
ガスを供給し、ウエハＷの面内温度差を検出して、その
値がゼロになるように流量調整部Ｍ１を調整する。また
降温時には図９に示すようにウエハＷの周縁部にのみホ
ットガスを供給し、同様にウエハＷの面内温度差がゼロ
になるように流量調整部Ｍ２を調整する。この場合Ｎ2
ガスを供給する領域を３つ以上に分割し、各分割領域毎
に温度検出部を設け、その温度信号により各分割領域の
ガス流量を制御するようにしてもよい。なおガス供給系
をホットガスとクールガスとの両方を供給できるように
構成し、昇温時は本発明の実施の形態のようにウエハＷ
にホットガスを供給し、降温時は先の実施の形態のよう
にクールガスを供給してもよい。
【００２４】本発明は、昇温時及び降温時の少なくとも
一方において、ガス供給部４からのガスを利用してウエ
ハＷの面内温度分布を調整しようとするものであり、従
ってウエハＷの中央部と周縁部との間でガスの温度を変
えるようにしてもよいし、ガスの熱容量を変えるように
してもよい。例えば昇温（降温）時には、中央部に供給
されるガスの温度が周縁部に供給されるガスの温度より
も高く（低く）するようにしてもよいし、中央部に供給
されるガスの熱容量が周縁部に供給されるガスの熱容量
よりも大きく（小さく）なるようにガスの種類を変えて
もよい。またガスの流量、温度、熱容量を選定し、これ
らの組み合わせ中央部と周縁部との間で変えるようにし
てもよい。なおこのようしてウエハＷの面内温度均一性
を高める手法は、プロセス中つまり時刻ｔ１からｔ２に
至るまでの間で行ってもよい。
一方において、ガス供給部４からのガスを利用してウエ
ハＷの面内温度分布を調整しようとするものであり、従
ってウエハＷの中央部と周縁部との間でガスの温度を変
えるようにしてもよいし、ガスの熱容量を変えるように
してもよい。例えば昇温（降温）時には、中央部に供給
されるガスの温度が周縁部に供給されるガスの温度より
も高く（低く）するようにしてもよいし、中央部に供給
されるガスの熱容量が周縁部に供給されるガスの熱容量
よりも大きく（小さく）なるようにガスの種類を変えて
もよい。またガスの流量、温度、熱容量を選定し、これ
らの組み合わせ中央部と周縁部との間で変えるようにし
てもよい。なおこのようしてウエハＷの面内温度均一性
を高める手法は、プロセス中つまり時刻ｔ１からｔ２に
至るまでの間で行ってもよい。
【００２５】ここで図１０に示すように、ヒータ７１を
上部に備えた炉７２の中に外管７３及びこの外管７３の
中に位置する反応管７４を設け、反応管７４の外側を介
して上部のガス供給管７５から、サセプタ７５上のウエ
ハＷにＮ2ガスを供給するように構成された装置を用い
て次のような実験を行った。ガス供給管７５におけるガ
ス流量を５ＳＬＭ、１０ＳＬＭ、１５ＳＬＭ、２０ＳＬ
Ｍの４通りに設定し、夫々の流量でＮ2ガスを供給しな
がら、６インチサイズのウエハＷを常温から昇温温度１
０００℃／分で１１００℃まで昇温して、そのときの面
内温度分布を調べた。なおウエハＷの温度の測定ポイン
トは、中心部と、周縁部の周方向４等分点の５ポイント
とし、中心部の温度と周縁部の４ポイントの温度との最
大温度差を調べた。そしてこの実験をガス供給管７５の
口径ｄを１４ｍｍ、６０ｍｍ、８６ｍｍの３通りに設定
して行った。なおガス供給管７５とウエハＷの中心軸と
はほぼ一致している。
上部に備えた炉７２の中に外管７３及びこの外管７３の
中に位置する反応管７４を設け、反応管７４の外側を介
して上部のガス供給管７５から、サセプタ７５上のウエ
ハＷにＮ2ガスを供給するように構成された装置を用い
て次のような実験を行った。ガス供給管７５におけるガ
ス流量を５ＳＬＭ、１０ＳＬＭ、１５ＳＬＭ、２０ＳＬ
Ｍの４通りに設定し、夫々の流量でＮ2ガスを供給しな
がら、６インチサイズのウエハＷを常温から昇温温度１
０００℃／分で１１００℃まで昇温して、そのときの面
内温度分布を調べた。なおウエハＷの温度の測定ポイン
トは、中心部と、周縁部の周方向４等分点の５ポイント
とし、中心部の温度と周縁部の４ポイントの温度との最
大温度差を調べた。そしてこの実験をガス供給管７５の
口径ｄを１４ｍｍ、６０ｍｍ、８６ｍｍの３通りに設定
して行った。なおガス供給管７５とウエハＷの中心軸と
はほぼ一致している。
【００２６】図１１はウエハＷを搬入した後、ウエハＷ
を昇温し、この昇温過程においてガスを供給しない場合
に面内温度差がどのように変わっていくかを示す図であ
り、ウエハＷの中心部が高い場合を＋に、低い場合を−
にとっている。また図１２は、同様に昇温過程におい
て、ガスを供給した場合における面内温度差を示すもの
で、流量の大きさが(１)＜（２）＜（３）の関係となっ
ている。なお図１１、図１２は実際の実験に基づいて、
傾向を示すために記載してある。
を昇温し、この昇温過程においてガスを供給しない場合
に面内温度差がどのように変わっていくかを示す図であ
り、ウエハＷの中心部が高い場合を＋に、低い場合を−
にとっている。また図１２は、同様に昇温過程におい
て、ガスを供給した場合における面内温度差を示すもの
で、流量の大きさが(１)＜（２）＜（３）の関係となっ
ている。なお図１１、図１２は実際の実験に基づいて、
傾向を示すために記載してある。
【００２７】具体的な結果は図１３に示す通りである。
図１３の縦軸は、中心部の温度から周縁部の温度を差し
引いた温度差の最大値であり、横軸は流量である。図１
３中（１）〜（３）で示すグラフは夫々口径ｄが１４ｍ
ｍ、６０ｍｍ、８６ｍｍにおけるデータに対応する。ま
た縦軸が例えば２０℃とは、中心部の温度が周縁部より
も２０℃高いということであり、例えば−２０℃とは周
縁部の温度が中心部よりも２０℃高いということであ
る。図１３から分かるようにＮ2ガスを供給しないとき
つまり流量がゼロのときは周縁部の温度が中央部よりも
高い。
図１３の縦軸は、中心部の温度から周縁部の温度を差し
引いた温度差の最大値であり、横軸は流量である。図１
３中（１）〜（３）で示すグラフは夫々口径ｄが１４ｍ
ｍ、６０ｍｍ、８６ｍｍにおけるデータに対応する。ま
た縦軸が例えば２０℃とは、中心部の温度が周縁部より
も２０℃高いということであり、例えば−２０℃とは周
縁部の温度が中心部よりも２０℃高いということであ
る。図１３から分かるようにＮ2ガスを供給しないとき
つまり流量がゼロのときは周縁部の温度が中央部よりも
高い。
【００２８】図１０に示す装置では、ガス供給管７４の
上部にヒータ７１が設けられていて、ここを通るＮ2ガ
スはウエハＷの温度よりも高いホットガスであるため、
このホットガスをウエハＷの中央部に供給することによ
りウエハＷの中央部の昇温温度が早くなる。図１３の結
果では、ガス流量を大きくするにつれて右上りになって
おり、このことはウエハＷの中央部の昇温速度が早くな
り、ガス流量をあまり大きくすると今度は中央部の昇温
速度が早くなり過ぎて周縁部の温度よりも高くなり、面
内温度差が大きくなってしまうことを意味している。ま
たこうした傾向は、ガス供給管７４の口径によって変わ
り、同じ流量であれば口径が大きい程、中央部の温度か
ら周縁部の温度を差し引いた値は小さくなっている。
上部にヒータ７１が設けられていて、ここを通るＮ2ガ
スはウエハＷの温度よりも高いホットガスであるため、
このホットガスをウエハＷの中央部に供給することによ
りウエハＷの中央部の昇温温度が早くなる。図１３の結
果では、ガス流量を大きくするにつれて右上りになって
おり、このことはウエハＷの中央部の昇温速度が早くな
り、ガス流量をあまり大きくすると今度は中央部の昇温
速度が早くなり過ぎて周縁部の温度よりも高くなり、面
内温度差が大きくなってしまうことを意味している。ま
たこうした傾向は、ガス供給管７４の口径によって変わ
り、同じ流量であれば口径が大きい程、中央部の温度か
ら周縁部の温度を差し引いた値は小さくなっている。
【００２９】従って図１３の結果を踏まえれば、図１に
示すガス供給部４において中央部と周縁部との分割領域
の大きさとガス流量とを調整することにより、更にはま
たガス温度をも調整することによりウエハＷの面内温度
均一性を高めることができる。なおガス供給部４からの
ガス供給領域は中央部と周縁部との２つに分割すること
に限らず、同心円状に３つ以上に分割する（通気室を径
方向に３つ以上に分割する）ようにしてもよい。
示すガス供給部４において中央部と周縁部との分割領域
の大きさとガス流量とを調整することにより、更にはま
たガス温度をも調整することによりウエハＷの面内温度
均一性を高めることができる。なおガス供給部４からの
ガス供給領域は中央部と周縁部との２つに分割すること
に限らず、同心円状に３つ以上に分割する（通気室を径
方向に３つ以上に分割する）ようにしてもよい。
【００３０】次に図２に示すようにガス供給穴４２を配
列した場合の有効性についての検討例を説明する。今ガ
ス供給板４１の有効領域（ガスの供給が行われる領域）
の半径をｒ0、ウエハの半径をｒ1とし、ｒ0＜ｒ1とす
る。図１４はこのモデルを示す説明図であり、供給穴４
２での流速をＡ、ウエハ上において中心から半径ｒの位
置での流速をＢとする。流速Ｂは、ｒの位置での中心か
ら供給されたガスの流量（Ａπｒ2）を、ｒの位置での
微小リング状領域の単位断面積（２πｒ）で割った値で
あるから（１）式が成り立つ。即ちｒ＜ｒ0のときは、
ウエハ上の半径方向の流速はｒに比例して増加する。
列した場合の有効性についての検討例を説明する。今ガ
ス供給板４１の有効領域（ガスの供給が行われる領域）
の半径をｒ0、ウエハの半径をｒ1とし、ｒ0＜ｒ1とす
る。図１４はこのモデルを示す説明図であり、供給穴４
２での流速をＡ、ウエハ上において中心から半径ｒの位
置での流速をＢとする。流速Ｂは、ｒの位置での中心か
ら供給されたガスの流量（Ａπｒ2）を、ｒの位置での
微小リング状領域の単位断面積（２πｒ）で割った値で
あるから（１）式が成り立つ。即ちｒ＜ｒ0のときは、
ウエハ上の半径方向の流速はｒに比例して増加する。
【００３１】 Ｂ＝Ａπｒ2／２πｒ＝１／２・Ａ・ｒ…（１） 一方ｒ＞ｒ0のときはｒでの領域にはガスが供給されな
いので、（２）式が成り立ち、今度は逆にｒに反比例し
て流速が減少する。
いので、（２）式が成り立ち、今度は逆にｒに反比例し
て流速が減少する。
【００３２】 Ｂ＝Ａπｒ02／２πｒ＝１／２・Ａ・ｒ02・１／ｒ…（２） またウエハ面内温度差があまり大きくなければ、ウエハ
面上を半径方向に一定流速Ｂで流れるガスとウエハとの
熱伝達係数Ｈは（３）式で表される。
面上を半径方向に一定流速Ｂで流れるガスとウエハとの
熱伝達係数Ｈは（３）式で表される。
【００３３】 Ｈ＝０．３３２λ・Ｐ1/3・ν-1/2・（Ｂ／ｒ）1/2…（３） ただしλはガスの熱伝導率、Ｐはプラントル係数（ν／
λ）、νはガスの動粘度である。
λ）、νはガスの動粘度である。
【００３４】（１）式を（３）式に代入するとＨは一定
値になり、このことから単位面積当りのガス供給穴４２
の面積をガス供給板４１上で一定にすれば、例えば既述
のように各ガス供給穴の口径を同じにし、かつ各同心円
の長さとガス供給穴の数との比を一定にすれば、ｒ＜ｒ
0の関係で設計することにより、ウエハ面内ではどの位
置でも均一な熱伝達係数になり、例えば１０００℃の温
度でアニールを行っている間においても高い面内温度均
一性が確保できる。ｒ＜ｒ0の関係にするとは、ガス供
給穴の配列領域がウエハとほぼ同じ大きさかあるいはそ
れより広くするということである。
値になり、このことから単位面積当りのガス供給穴４２
の面積をガス供給板４１上で一定にすれば、例えば既述
のように各ガス供給穴の口径を同じにし、かつ各同心円
の長さとガス供給穴の数との比を一定にすれば、ｒ＜ｒ
0の関係で設計することにより、ウエハ面内ではどの位
置でも均一な熱伝達係数になり、例えば１０００℃の温
度でアニールを行っている間においても高い面内温度均
一性が確保できる。ｒ＜ｒ0の関係にするとは、ガス供
給穴の配列領域がウエハとほぼ同じ大きさかあるいはそ
れより広くするということである。
【００３５】これに対して昇温時及び／または降温時に
ｒ＞ｒ0を実現すれば、熱伝達係数はｒに対して反比例
で小さくなり、ウエハの中央部を局所的に加熱し、ある
いは冷却することができる。
ｒ＞ｒ0を実現すれば、熱伝達係数はｒに対して反比例
で小さくなり、ウエハの中央部を局所的に加熱し、ある
いは冷却することができる。
【００３６】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ウエハな
どの基板を熱処理するにあたって昇温時及び／または降
温時に基板の面内温度差を抑えることができる。
どの基板を熱処理するにあたって昇温時及び／または降
温時に基板の面内温度差を抑えることができる。
【図１】本発明の熱処理方法を実施するための熱処理装
置の一例を示す断面図である。
置の一例を示す断面図である。
【図２】上記熱処理装置に用いられるガス供給板を示す
平面図である。
平面図である。
【図３】ウエハの温度の時間的変化パターンの一例を示
す特性図である。
す特性図である。
【図４】ウエハの温度とガス供給領域との関係を示す説
明図である。
明図である。
【図５】昇温時にクールガスを周縁部に供給する場合の
効果を示す説明図である。
効果を示す説明図である。
【図６】降温時にクールガスを中央部に供給する場合の
効果を示す説明図である。
効果を示す説明図である。
【図７】本発明方法に用いられる熱処理装置の他の例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図８】昇温時にホットガスを中央部に供給する場合の
効果を示す説明図である。
効果を示す説明図である。
【図９】降温時にホットガスを周縁部に供給する場合の
効果を示す説明図である。
効果を示す説明図である。
【図１０】本発明の効果を確認するための実験装置の一
例を示す断面図である。
例を示す断面図である。
【図１１】図９の実験装置を用い、ガスを供給しない場
合の温度と面内温度差との関係を示す特性図である。
合の温度と面内温度差との関係を示す特性図である。
【図１２】図９の実験装置を用い、ガスを供給した場合
の温度と面内温度差との関係を示す特性図である。
の温度と面内温度差との関係を示す特性図である。
【図１３】図９の実験装置を用いて、ガス流量、ガス供
給管の口径及び面内温度差の関係を求めた実験結果を示
す特性図である。
給管の口径及び面内温度差の関係を求めた実験結果を示
す特性図である。
【図１４】ガス流速を求めるためのモデルを示す説明図
である。
である。
２ 処理室 ２０ チャンバ ２３ ランプ ３３ 載置部 ４ ガス供給部 ４１ ガス供給板 ４２ ガス供給穴 ４３ ガス供給源 Ｃ１〜Ｃ３ 同心円 ５１、５２ 通気室 ７１ ヒータ ７２ 炉 ７４ 反応管 ７５ ガス供給管
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 北村 昌幸 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 八木 宏憲 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 森崎 英介 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 (5)
- 【請求項１】 処理室内の載置部に基板を載置し、この
基板を加熱しながらガス供給部からガスを供給して基板
を熱処理する方法において、 基板の昇温時及び／または降温時に基板の中央部と周縁
部との間での温度変化の速度の不均一化を補償して面内
温度の均一化を図るために、基板の中央部と周縁部との
間で、ガス供給部から供給されるガスの流速、ガスの熱
容量及びガスの温度の少なくとも一方を変えることを特
徴とする熱処理方法。 - 【請求項２】 処理室内の載置部に基板を載置し、この
基板を加熱しながらガス供給部からガスを供給して基板
を熱処理する方法において、 基板の昇温時に基板の中央部と周縁部との間での吸熱量
の不均一化を補償して面内温度の均一化を図るために以
下のａ．またはｂを行うことをことを特徴とする熱処理
方法。 ａ．基板よりも温度の高いガスを、基板の中央部の流速
が基板の周縁部よりも大きくなるように基板に供給する ｂ．基板よりも温度の低いガスを、基板の中央部の流速
が基板の周縁部よりも小さくなるように基板に供給する - 【請求項３】 処理室内の載置部に基板を載置し、この
基板を加熱しながらガス供給部からガスを供給して基板
を熱処理する方法において、 基板の降温時に基板の中央部と周縁部との間での放熱量
の不均一化を補償して温度の面内温度の均一化を図るた
めに以下のａ．またはｂを行うことをことを特徴とする
熱処理方法。 ａ．基板よりも温度の高いガスを、基板の中央部の流速
が基板の周縁部よりも小さくなるように基板に供給する ｂ．基板よりも温度の低いガスを、基板の中央部の流速
が基板の周縁部よりも大きくなるように基板に供給する - 【請求項４】 ガス供給部は、載置部に載置された基板
と対向しかつ基板とほぼ同じかそれよりも広い領域に亘
って複数のガス供給穴を設けて構成されたことを特徴と
する請求項１ないし３にいずれか記載の熱処理方法。 - 【請求項５】 複数のガス供給穴は同じ大きさに形成さ
れ、基板と対向する面に描かれる複数の同心円に沿って
配列され、各同心円の円周の長さとその同心円に沿って
配列されたガス供給穴の数との比がいずれの同心円にお
いても同じであることを特徴とする請求項４記載の熱処
理方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11092504A JP2000286267A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 熱処理方法 |
| US09/537,768 US6473993B1 (en) | 1999-03-31 | 2000-03-30 | Thermal treatment method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11092504A JP2000286267A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 熱処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000286267A true JP2000286267A (ja) | 2000-10-13 |
Family
ID=14056149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11092504A Pending JP2000286267A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 熱処理方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6473993B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000286267A (ja) |
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| KR100772270B1 (ko) | 2006-08-02 | 2007-11-01 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 웨이퍼 휨 현상의 방지를 위한 급속 열처리 장치 및 방법 |
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| CN102569137B (zh) | 2006-07-07 | 2015-05-06 | Telfsi股份有限公司 | 用于处理微电子工件的设备和方法 |
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| KR101690047B1 (ko) | 2008-05-09 | 2016-12-27 | 티이엘 에프에스아이, 인코포레이티드 | 개방 동작 모드와 폐쇄 동작 모드사이를 용이하게 변경하는 처리실 설계를 이용하여 마이크로일렉트로닉 워크피이스를 처리하는 장치 및 방법 |
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| US20130164948A1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-06-27 | Intermolecular, Inc. | Methods for improving wafer temperature uniformity |
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| CN111834247B (zh) * | 2019-04-23 | 2023-09-08 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 冷却装置和半导体处理设备 |
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