JP2002334819A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハの温度分布の均一性を向上さ
せ，これにより半導体ウエハなどの被処理体に形成する
薄膜の膜厚分布の均一性を向上させる。 【解決手段】 処理ガスが供給される処理容器内のサセ
プタ３０上に半導体ウエハＷを載置し，加熱ランプから
の熱線によりサセプタを介して半導体ウエハを加熱する
熱処理装置において，サセプタ３０に内蔵する温度セン
サ９２，９３などの異種部材と同程度又はそれ以下の熱
線透過率を有する材料でサセプタを構成した。これによ
り，透過率の低い異種部材とサセプタとの温度差を少な
くすることができるので，半導体ウエハの温度分布の均
一性を向上させることができる。

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
被処理体を加熱し，成膜処理等を施す熱処理装置に関す
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，半導体ウエハなどの被処理体の表面に配線パタ
ーンや電極等を形成するためにＷ（タングステン），Ｗ
Ｓｉ（タングステンシリサイド），Ｔｉ（チタン），Ｔ
ｉＮ（チタンナイトライド），ＴｉＳｉ（チタンシリサ
イド）等の金属或いは金属化合物を堆積させて薄膜を形
成することが行なわれている。この種の薄膜を形成する
装置としては，例えばランプ加熱型の熱処理装置が使用
される。

【０００３】このような熱ＣＶＤ装置で成膜処理を行う
場合，図１１に示すように装置中央に設置されたサセプ
タ２０１上に半導体ウエハＷが載置され，この半導体ウ
エハはクランプリング２０２で保持される。

【０００４】上記サセプタ２０１には，半導体ウエハ用
のリフタピン２０３が昇降可能なピン孔（逃げ孔）２０
４がリフタピン２０３の数（例えば図１２に示すように
３つ）だけ形成されている。このリフタピン２０３は図
示しないアクチュエータにより昇降自在に構成された昇
降軸に支持されたアーム上に取り付けられており，上記
リフタピン孔２０４内を昇降するようになっている。

【０００５】上記サセプタ２０１は，下方に配置したハ
ロゲンランプなどで構成された加熱ランプ２０５により
所定の温度に保持され，サセプタ２０１を介して半導体
ウエハの面に熱が均一に伝わるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，従来，
実際には種々の要因で半導体ウエハの温度分布が不均一
になる場合があった。半導体ウエハの温度分布が不均一
になると，半導体ウエハに均一な薄膜を形成することが
困難となるので，種々の要因を解消して極力温度分布が
均一となるようにすることが課題となる。

【０００７】上述したように温度分布が不均一となる原
因としては，以下のようなことが考えられる。第１に，
サセプタ２０１には，例えばシース熱電対で構成された
温度センサ（ＴＣ）などサセプタとは異なる材質の異種
部材を内蔵する場合があり，このような異種部材を内蔵
した場合にサセプタ２０１と異種部材との熱線透過率の
相違に基づいて温度分布が不均一になることが考えられ
る。

【０００８】上記サセプタ２０１は加熱ランプ２０５か
らのランプ光，特に赤外線等の波長（熱線）を吸収する
ことにより熱を発生するため，サセプタ２０１における
熱線透過率が高いと赤外線等の波長が吸収され難くサセ
プタ２０１の温度は低くなる。通常は上記サセプタ２０
１全体の熱線透過率は均一であるため全体の温度分布も
均一となる。しかしながら，サセプタ２０１に熱線透過
率の異なる温度センサなど異種部材が内蔵されると，そ
の熱線透過率の差が大きいほどサセプタ２０１内で温度
が異なる部位が生じ，サセプタ２０１において温度分布
が不均一になると考えられる。

【０００９】例えば，直径２００ｍｍの半導体ウエハを
扱う熱ＣＶＤ装置では，半導体ウエハの温度制御を行う
ため，サセプタ２０１の端部から比較的浅い位置まで温
度センサ（ＴＣ）を挿入することがある。また，より大
きな直径３００ｍｍの半導体ウエハを扱う熱ＣＶＤ装置
では，サセプタ２０１の端部の温度センサだけでは温度
制御が不十分となるため，２本目の温度センサ（ＴＣ）
をサセプタ２０１の端部からより深い中央付近まで挿入
することがある。具体的には，図１３に示すように棒状
の温度センサ２０６をサセプタ２０１の端部から１５ｍ
ｍ程度の位置まで挿入するとともに，２本目の棒状の温
度センサ２０７をサセプタ２０１の端部から１２０ｍｍ
程度の中央付近まで挿入し，２本の温度センサ２０６，
２０７に基づいて半導体ウエハの温度制御を行う。

【００１０】従来，このような温度センサなどの異種部
材が内蔵されたサセプタ２０１を例えば白色を呈するＡ
ｌＮ（窒化アルミニウム）系セラミックスのように熱線
透過率の高い材料で構成していたため，熱線透過率の低
い温度センサ２０６をサセプタ２０１に内蔵すると，そ
の熱線透過率の差が大きく，半導体ウエハの温度分布が
不均一となる原因の１つとなっていた。特に，直径３０
０ｍｍの半導体ウエハを扱う熱ＣＶＤ装置では，２本の
温度センサ２０６，２０７を内蔵すること，そのうちの
１本はサセプタ２０１の中央付近まで位置することなど
から，半導体ウエハの温度分布に与える影響が大きい。

【００１１】また，上記サセプタ２０１に内臓される異
種部材としては，上述した温度センサ２０６，２０７の
他に，図１４に示すような半導体ウエハ静電吸着用の電
極２０８がある。図１１に示すように半導体ウエハをク
ランプリング２０２によりクランプで固定する代りに，
静電気によってサセプタ２０１に吸着させることによっ
て固定させる場合である。この場合も上記と同様な問題
を生じる。すなわち，従来，サセプタ２０１を白色を呈
するＡｌＮ系セラミックスのように熱線透過率の高い材
料で構成していたため，サセプタ２０１と電極２０８と
の熱線透過率の差が大きく，半導体ウエハの温度分布が
不均一となる原因の１つとなっていた。

【００１２】第２に，サセプタ２０１とクランプリング
２０２との熱線透過率の相違に基づいて温度分布が不均
一になることが考えられる。この場合，クランプリング
２０２はリング上であるため，サセプタ２０１よりも面
積が狭いことから，同じ熱源である熱線を受けても，ク
ランプリング２０２の温度の方がサセプタ２０１の温度
よりも低くなる。しかも，クランプリング２０２は半導
体ウエハの周縁部とのみ接触するため，半導体ウエハ周
縁部の熱がクランプリング２０２に吸熱されて温度分布
が不均一になる。

【００１３】図１５にクランプリング２０２とサセプタ
２０１とをともに熱線透過率の高い白色を呈するＡｌＮ
系セラミックスで構成して加熱ランプ２０５からの熱線
によりサセプタ２０１を介して半導体ウエハを加熱した
場合における半導体ウエハの面内温度を測定した実験結
果を示す。この場合，成膜ガス以外の処理ガスＡｒ，Ｈ
2，Ｎ2などを処理容器内に導入して，圧力略１０６００
Ｐａに設定し，半導体ウエハＷが４４５℃になるように
制御している。また，半導体ウエハ上にはウエハ上の温
度を測定するための熱電対が設けられている。同図中，
横軸には直径３００ｍｍの半導体ウエハについて中央位
置を０とした場合の測定位置をとり，縦軸にはその測定
位置における温度をとっている。また，黒三角形のグラ
フは半導体ウエハの面内温度を示し，白三角形で示した
点はクランプリング２０２の温度を示している。

【００１４】この実験結果を見ると，クランプリング２
０２の温度（白三角形）が半導体ウエハの中央部ないし
その周辺部（−１００ｍｍ〜１００ｍｍ）の温度よりも
低くなり，半導体ウエハの周縁部（１００ｍｍ〜１５０
ｍｍ，−１００ｍｍ〜−１５０ｍｍ）の温度も中央部な
いしその周辺部よりも低下しており，面内温度分布が不
均一となっていることがわかる。このように，従来はク
ランプリング２０２についてもサセプタ２０１と同じ熱
線透過率の高い材料で構成していたことから熱線を受け
る面積の相違に基づいて温度差が生じており，これが面
内温度分布が不均一となる要因の１つになっていた。

【００１５】第３に，サセプタ２０１に設けたピン孔に
基づいて温度分布が不均一になることが考えられる。例
えば図１２に示すようにサセプタ２０１の周縁部にはリ
フタピン２０３のリフタピン孔２０４が同心円上に同間
隔で３つ設けられているが，このリフタピン孔２０４か
ら加熱ランプ２０５からの熱線が透過する可能性があ
る。このため，リフタピン孔２０４の間隔が大きいと，
サセプタ２０１の周縁部において温度分布が不均一にな
ることも考えられる。

【００１６】そこで，本発明は，このような問題に鑑み
てなされたもので，その目的とするところは，半導体ウ
エハの温度分布の均一性を向上させることができ，これ
により半導体ウエハなどの被処理体に形成する薄膜の膜
厚分布の均一性を向上させることができる熱処理装置を
提供しようとするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，本発明は，請求項１に記載のように，処理ガスが供
給される処理容器内の受光発熱体上に被処理体を載置
し，熱源からの熱線により前記受光発熱体を介して前記
被処理体を加熱する熱処理装置において，前記受光発熱
体に内蔵する異種部材と同程度又はそれ以下の熱線透過
率を有する材料で受光発熱体を構成したことを特徴とす
る熱処理装置を提供する。受光発熱体として例えばサセ
プタに温度センサなどの熱線透過率の低い異種部材を内
蔵することがあり，本発明によればこのような場合に該
異種部材と同程度又はそれ以下の熱線透過率を有する材
料でサセプタを構成することにより，また請求項２に記
載のように受光発熱体を熱線透過率の低い黒色を呈する
ＡｌＮ系部材で構成することにより，透過率の低い異種
部材とサセプタとの温度差を少なくすることができるの
で，異種部材が内蔵されることによるサセプタの温度分
布への影響を軽減することができ，半導体ウエハの面内
温度分布の均一性を向上させることができる。

【００１８】また，請求項３に記載のように，処理ガス
が供給される処理容器内の受光発熱体上に被処理体を載
置し，この被処理体の周縁部をリング状の被処理体押さ
え部材により保持した状態で，熱源からの熱線により前
記受光発熱体を介して前記被処理体を加熱する熱処理装
置において，前記受光発熱体よりも熱線透過率の低い材
料で前記被処理体押さえ部材を構成することにより，受
光発熱体と被処理体押さえ部材との温度差を少なくする
ことができ，半導体ウエハ周縁部の熱が被処理体押さえ
部材に吸熱されることを防止できる。これにより，例え
ばサセプタなどの受光発熱体と被処理体押さえ部材の熱
線を受ける面積の相違に基づいて生じる半導体ウエハの
面内温度の差を少なくすることができるため，半導体ウ
エハの面内温度分布の均一性を向上させることができ
る。また，請求項４に記載のように，受光発熱体に対し
て相対的に温度が低くなりやすい被処理体押さえ部材を
熱線透過率の低い黒色を呈するＡｌＮ系部材で構成する
ことにより，例えばサセプタなどの受光発熱体と被処理
体押さえ部材との温度差を少なくすることができ，半導
体ウエハの面内温度分布の均一性を向上させることがで
きる。この場合，サセプタの厚みを薄くすればするほど
熱線透過率は高くなってしまうが，サセプタも熱線透過
率の低い黒色を呈するＡｌＮ系部材で構成すれば，サセ
プタの厚みを薄くしても熱線透過率を低くすることがで
きるので，サセプタの熱効率が高くなり，サセプタと被
処理体押さえ部材との温度差を少なくすることができ
る。これにより，半導体ウエハの面内全体の温度分布の
均一性をより向上させることができる。

【００１９】また，請求項５に記載のように，前記被処
理体を保持して前記受光発熱体上に載置させるための複
数の支持部材を出し入れ可能な逃げ孔とこれらの逃げ孔
と同形状の孔とを，各孔が同心円上に等間隔に並ぶよう
に前記受光発熱体に設けることにより，各孔の間隔が狭
くなり，しかも各孔が等間隔に並ぶので，熱源からの熱
線が各孔から均等に透過する。このため，熱線が逃げ孔
のみから透過する場合に比して，サセプタなどの受光発
熱体の周縁部における温度分布の均一性を向上させるこ
とができる。これにより，半導体ウエハの面内温度分布
の均一性を向上させることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下，本発明に係る熱処理装置の
第１の実施の形態を図１ないし図７を参照しながら説明
する。図１は本発明に係る熱処理装置の一例を示す断面
図，図２は図１に示す載置台を兼ねる受光発熱体として
のサセプタの周縁部を示す拡大断面図である。本実施例
では熱処理装置として加熱ランプを用いた高速昇温が可
能な枚葉式の成膜装置を例に取って説明する。

【００２１】この成膜装置２２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２４を
有しており，この処理容器２４内には，容器底部より起
立させたリング状の反射支柱２６上に，例えば載置台を
兼ねたサセプタ３０の周方向に適宜配置された断面Ｌ字
状の３つの保持部材２８を介して被処理体としての半導
体ウエハＷを載置するための載置台を兼ねたサセプタ３
０が設けられている。サセプタ３０の直径は，処理すべ
きウエハＷの直径と略同一となるように設定されてい
る。また，反射支柱２６及び保持部材２８は，後述する
加熱ランプ５２からの熱線，主に赤外線の波長（熱線）
を透過する材料，例えば石英により構成されている。

【００２２】このサセプタ３０の下方には，支持部材と
して複数本（例えば３本）のＬ字状のリフタピン３２が
設けられており，各リフタピン３２は図示しないリング
により互いに連結されている。このリフタピン３２を容
器底部に貫通して設けられた押し上げ棒３４により上下
動させることにより，上記リフタピン３２をサセプタ３
０に貫通させて設けた逃げ孔としてのリフタピン孔３６
に挿通させてサセプタ３０からウエハＷを持ち上げた
り，サセプタ３０に支持し得るようになっている。上記
押し上げ棒３４の下端は，処理容器２４内の気密状態を
保持するために伸縮可能なベローズ３８を介してアクチ
ュエータ４０に接続されている。上記サセプタ３０の周
縁部には，ウエハＷの固定手段，例えばウエハＷの周縁
部を押し付けてこれをサセプタ３０側へ固定するための
リング状のセラミックス製のクランプリング４２が設け
られており，このクランプリング４２は，上記保持部材
２８を遊嵌状態で貫通した石英製のリングアーム４４を
介して上記リフタピン３２に連結されており，リフタピ
ン３２と一体的に昇降するようになっている。ここで保
持部材２８とリフタピン３２の水平部分との間のリング
アーム４４にはコイルバネ４６が介設されており，クラ
ンプリング４２等を下方向へ付勢し，且つウエハＷのク
ランプを確実ならしめている。これらのリフタピン３２
及び保持部材２８も石英等の熱線透過部材により構成さ
れている。

【００２３】また，サセプタ３０の直下の処理容器２４
の底部には，石英等の熱線透過材料よりなる透過窓４８
が気密に設けられており，この下方には，透過窓４８を
囲むように箱状の加熱室５０が設けられている。この加
熱室５０内には加熱手段としてハロゲンランプなどで構
成された複数の加熱ランプ５２が反射鏡も兼ねる回転台
５４に取り付けられており，この回転台５４は，回転軸
を介して加熱室５０の底部に設けた回転モータ５６によ
り回転される。従って，この加熱ランプ５２より放出さ
れた熱線は，透過窓４８を透過してサセプタ３０の下面
を照射してこれを加熱し，これからの熱伝導によってウ
エハＷを加熱し得るようになっている。透過窓４８の上
方には，透過窓４８の外周に沿うようにして筒状のリフ
レクター（反射支柱）２６が設けられ，その内周面は鏡
面加工され，ランプ５２からの熱線を効率よくサセプタ
３０へ反射して導くようになっている。

【００２４】上記加熱ランプ５２は，中央から放射線状
に多数配置されている。中央部に配置された加熱ランプ
５２はサセプタ３０の主として中央部を加熱し，その外
側に配置された加熱ランプ５２はサセプタ３０の主とし
て中央から端部までを加熱し，最も外側に配置された加
熱ランプ５２は主としてクランプリング４２を加熱する
ように３ゾーンのランプ配置になっている。

【００２５】この加熱室５０の側壁には，この加熱室５
０内や透過窓４８を冷却するための冷却エアを導入する
冷却エア導入口５８及びこのエアを排出する冷却エア排
出口６０が設けられている。そして，透過窓４８の外周
に沿うように設けられたリフレクター（反射支柱）２６
の下部には環状の位置に均等に配置するように不活性ガ
スを供給するガス導入穴７１が複数（例えば８つ）設け
られており，サセプタ３０の下方の室７０内に不活性ガ
ス（Ｎ2 ，Ａｒ等），例えばＡｒを貯留する図示しない
Ａｒガス源から流量制御されたＡｒガスをバックサイド
ガスとして室７０内に流すことにより，この室７０内に
処理ガスが侵入して熱線に対して不透明化の原因となる
成膜が透過窓４８の内面等に付着することを防止してい
る。

【００２６】また，サセプタ３０の外周側には，多数の
整流孔６２を有するリング状の整流板６４が，上下方向
に環状に成形された支持コラム６６と処理容器２４の内
壁との間で支持させて設けられている。支持コラム６６
の上端内周側には，この内周端に支持させてリング状の
石英製アタッチメント部材６８が設けられており，サセ
プタ３０より下方側の室内へ処理ガスができるだけ流れ
込まないように処理容器２４内を上下の室に区画してい
る。支持コラム６６の上部には，水冷ジャケット８０が
設けられ，整流板６４側を主に冷却するようになってい
る。整流板６４の下方の底部には排気口７４が設けら
れ，この排気口７４には図示しない真空ポンプに接続さ
れた排気路７６が接続されており，処理容器２４内を真
空引きして所定の真空度（例えば０．５Ｔｏｒｒ〜１０
０Ｔｏｒｒ）に維持し得るようになっている。そして，
上記支持コラム６６には，圧力逃し弁７８が設けられて
おり，サセプタ３０の下方の室７０内が過度に陽圧状態
になることを防止している。

【００２７】一方，上記サセプタ３０と対向する処理容
器２４の天井部には，処理ガスやクリーニングガス等の
必要ガスを反応室８２内へ導入するためのガス供給部８
４が設けられている。具体的には，このガス供給部（シ
ャワーヘッド）８４は，シャワーヘッド構造になされて
おり，例えばアルミニウム等により円形箱状に成形され
たヘッド本体８６を有し，この天井部にはガス導入口８
８が設けられている。このガス導入口８８は，ガス通路
や複数の分岐路を介して図示しないガス源に接続してお
り，各ガス源からＮ2 ，Ｈ2，ＷＦ6 ，Ａｒ，ＳiＨ4，
ＣlＦ3等がそれぞれ供給されるようになっている。

【００２８】ヘッド本体８６の下面であるサセプタ対向
面には，ヘッド本体８６内へ供給されたガスを放出する
ための多数のガス孔１００が面内に均等に配置されてお
り，ウエハ表面に亘って均等にガスを放出するようにな
っている。また，ヘッド本体８６内には，多数のガス分
散孔１０２を有する２枚の拡散板１０４が上下２段に配
設されており，ウエハ面に，より均等にガスを供給する
ようになっている。

【００２９】ここで，本実施の形態におけるサセプタ３
０についてさらに詳述する。サセプタ３０には，このサ
セプタ３０とは異なる材質で構成された異種部材として
サセプタ温度制御のための温度センサ（ＴＣ）が内蔵さ
れている。第１の実施の形態に係る成膜装置２２は，直
径３００ｍｍの半導体ウエハＷを扱うため，サセプタ３
０の端部の温度センサだけでは温度制御が不十分となる
ことから，２本目の温度センサ（ＴＣ）をサセプタの端
部からより深い中央付近まで挿入し，これらにより温度
制御を行うようにしている。具体的には，図３及び図４
に示すように棒状の温度センサ９１をサセプタ３０の端
部から１５ｍｍ程度の位置まで挿入するとともに，２本
目の棒状の温度センサ９２をサセプタ３０の端部から１
２０ｍｍ程度の中央付近まで挿入する。例えば，温度セ
ンサ９１，９２は，シース熱電対で構成される。このシ
ース材質は例えばハステロイ，インコネル，純ニッケル
などの耐熱金属である。

【００３０】これら温度センサ９１，９２は熱線透過率
が低いので，従来のように上記サセプタ３０を白色を呈
するＡｌＮ系セラミックスのような熱線透過率の高い材
質で構成したのでは，透過率の差が大きくなってしま
う。透過率の差が大きいと熱線吸収率の差も大きくなる
ので，サセプタ３０内において温度分布の不均一が生じ
てしまう。

【００３１】このため，第１の実施の形態に係る成膜装
置２２におけるサセプタ３０は，熱線透過率が低い黒色
を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成する。上記ＡｌＮ
系セラミックスは，一般に，優れた熱伝導性や機械的特
性があるため，サセプタなどの受光発熱体に使用され
る。このＡｌＮ系セラミックスの色は，不純物や焼結助
剤の種類・量によって変化する。例えば白色又は灰色を
呈するＡｌＮ系セラミックスは，遷移金属不純物が少な
い高純度ＡｌＮ原料を使用して焼成形成される。また，
黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスは，ＡｌＮ原料にチ
タニウム，コバルト等を含ませたり，ＡｌＯＮ又はカー
ボン等を含ませたりすることにより形成される。特にＡ
ｌＯＮを含むものは色むらが少なく機械的特性にも優れ
るので有効である。

【００３２】図５にＡｌＮ系セラミックスを透過させた
光の波長とその透過率との関係を示す。同図は，対数グ
ラフであり，横軸にＡｌＮ系セラミックスを透過させた
光の波長をとり，縦軸に透過率（対数で表示）をとって
いる。白色を呈するＡｌＮ系セラミックスについてはグ
ラフ１で示し，黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスにつ
いてはグラフ２に示している。ＡｌＮ系セラミックスは
白色，黒色ともに３．５ｍｍの厚さのものを使用した。

【００３３】図５に示すように１μｍ程度以上の波長で
は，黒色のものの透過率は白色のものに対して１／４０
程度低くなる。いわゆる熱線とされる波長は赤外光
（０．７８μｍ〜１０００μｍ）であり，黒色のものは
特にこの熱線の透過率が低くなることがわかる。熱源で
ある加熱ランプ５２として熱線とされる０．６μｍ〜３
μｍの波長を出力することができるハロゲンランプを使
用すれば，黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスはこの熱
線の透過率を１／４０程度低くすることができる。

【００３４】第１の実施の形態におけるサセプタ３０は
このような熱線の透過率が低い黒色を呈するＡｌＮ系セ
ラミックスで構成するため，サセプタ３０と内蔵された
温度センサ９１，９２との間の熱線透過率の差を小さく
することができ，サセプタ３０内の温度差を小さくする
ことができる。このため，温度分布の均一性を向上させ
ることができる。

【００３５】なお，サセプタ３０を構成するＡｌＮ系セ
ラミックスの色は，不純物や焼結助剤の種類・量によっ
て変るため，サセプタ３０に内蔵する異種部材の熱線透
過率と同程度又はそれ以下の熱線透過率となるＡｌＮ系
セラミックスであれば，異種部材が内蔵されることによ
るサセプタ３０の温度分布への影響を軽減することがで
き，温度分布の均一性を向上させることができる。

【００３６】このように構成された成膜装置２２に基づ
いて行なわれる成膜処理について説明する。ここでは，
Ｓｉウエハ表面にスパッタ装置で予めＴｉＮバリアメタ
ル層を形成してある表面に，タングステン膜をＣＶＤ成
膜する場合を例に取って説明する。まず，ロードロック
室１１８内に収容されているＴｉＮバリアメタル層付き
の半導体ウエハＷを図示しない搬送アームにより予め真
空状態になされている処理容器２４内にゲートバルブ１
１６を介して搬入し，リフタピン３２を押し上げること
によりウエハＷをリフタピン３２側に受け渡す。そし
て，アクチュエータ４０を作動して押し上げ棒３４を下
げることによってリフタピン３２を降下させ，ウエハＷ
をサセプタ３０上に載置すると共に更に押し上げ棒３４
を下げることによってウエハＷの周縁部をリング状のク
ランプリング４２の内側端面と接触させて押し下げて，
これを固定する。そして，処理容器２４内をベース圧力
まで真空引きした後，加熱室５０内の加熱ランプ５２を
点灯しながら回転させ，熱線を放射する。

【００３７】加熱ランプ５２から放射された熱線は，透
過窓４８を透過した後，サセプタ３０の裏面を照射して
これを加熱する。そして，温度センサ９１，９２からの
測定温度に基づいて加熱ランプ５２の出力を調整するこ
とにより，温度制御を行う。このとき，サセプタ３０は
加熱ランプ５２からの熱線の透過率が低い黒色を呈する
ＡｌＮ系セラミックスで構成するため，サセプタ３０と
内蔵された温度センサ９１，９２との間の熱線透過率の
差が小さくなることから，サセプタ３０内の温度差も小
さくなり，サセプタ３０の温度分布の均一性が向上す
る。従って，このようなサセプタ３０からの熱伝導によ
り熱が伝わるサセプタ３０上の半導体ウエハＷの温度分
布の均一性も向上し，成膜を均一に行うことができる。

【００３８】そして，半導体ウエハＷがプロセス温度に
達したならば，図示しないガス源からそれぞれキャリア
ガスとしてＮ2 ガス，処理ガスとしてＷＦ6 ガス，還元
ガスとしてＨ2 ガス及びＡｒガスを，処理容器２４内の
反応室８２内へ供給する。なお，Ｎ2 ガス又はＡｒガス
に替えてヘリウム（Ｈｅ）ガスも用いることができる。
こうして，供給された混合ガスは，所定の化学反応を生
じ，タングステン膜がＴｉＮ膜上に形成される。この成
膜処理は，所定の膜厚を得るまで行なわれる。

【００３９】このように成膜処理が行なわれている間，
サセプタ３０の下方の室７０内に処理ガスが侵入してく
ることを防止するため，例えばＮ_２ガス源に接続されて
いる不活性ガスのガス導入穴７１よりＮ_２ガスをバック
サイドガスとして供給してこの室７０内を上方の反応室
８２に対して僅かに陽圧となるように設定する。また，
図２に示すようにサセプタ３０の下方の室７０内に供給
されたバックサイドガスが，サセプタ３０の外側端面と
アタッチメント部材６８の内側端面との間に形成される
幅Ｌ１（例えば０．５〜１０ｍｍ，好ましくは１〜５ｍ
ｍ）の入口及びクランプリング４２のリフトピン穴から
矢印に示すようにガスパージ通路１０８内を流れ，クラ
ンプリング４２の外側端部より反応室８２内に抜けて行
く。このように，クランプリング４２のクランプ状態に
おいて，この下面とアタッチメント部材６８の内周側段
部部分１１０の上面とで区画するように僅かな幅Ｌ２
（例えば，０．５〜１０ｍｍ，好ましくは１〜１０ｍ
ｍ）のガスパージ通路１０８を形成して，下方へ侵入し
た処理ガスを完全にパージするようになっている。

【００４０】このように，第１の実施の形態において
は，サセプタ３０を加熱ランプ５２からの熱線透過率が
低い黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成すること
により，サセプタ３０と内蔵された温度センサ９１，９
２との間の熱線透過率の差が小さくすることができ，サ
セプタ３０内の温度差も小さくすることができる。これ
により，サセプタ３０の温度分布の均一性が向上する。
従って，サセプタ３０上の半導体ウエハＷの温度分布の
均一性も向上し，半導体ウエハＷに形成する膜厚の均一
性も向上させることができる。この場合，温度センサ等
の異種部材と同程度又はそれ以下の熱線透過率を有する
材料（上記黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスを含む）
でサセプタ３０を構成することにより，サセプタ３０と
内蔵された温度センサ等の異種部材との間の熱線透過率
の差をより小さくすることができ，サセプタ３０内の温
度差もより小さくすることができる。これにより，サセ
プタ３０の温度分布の均一性もより向上する。従って，
サセプタ３０上の半導体ウエハＷの温度分布の均一性も
より向上し，半導体ウエハＷに形成する膜厚の均一性も
より向上させることができる。例えば，ＡｌＮ系セラミ
ックスの黒色は，ＡｌＯＮなどの不純物や焼結助剤の種
類・量によって変り，それによって熱線透過率も変るた
め，異種部材と同程度又はそれ以下の熱線透過率を有す
る程度の色の黒いＡｌＮ系セラミックスでサセプタ３０
を構成してもよい。

【００４１】なお，第１の実施の形態においては，サセ
プタ３０内に異種部材として温度センサ（ＴＣ）９１，
９２を内蔵した場合について説明したが，必ずしもこれ
に限定されるものではなく，他の異種部材をサセプタに
内蔵する場合に適用してもよい。例えば，図６に示すよ
うにサセプタ３０内に異種部材として半導体ウエハ静電
吸着用の電極９３を内蔵する場合に，サセプタ３０を黒
色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成してもよい。こ
れにより，サセプタ３０と内蔵された電極９３との間の
熱線透過率の差が小さくすることができ，サセプタ３０
内の温度差も小さくすることができる。これにより，サ
セプタ３０の温度分布の均一性が向上する。従って，サ
セプタ３０上の半導体ウエハＷの温度分布の均一性も向
上し，半導体ウエハＷに形成する膜厚の均一性も向上さ
せることができる。

【００４２】また，サセプタ３０に内蔵する温度センサ
によっては，温度センサ自体の各部位によって，熱線透
過率が異なることがある。このような場合に，サセプタ
３０を従来のように熱線透過率の高い白色を呈するＡｌ
Ｎ系セラミックスで構成すると，温度センサが内蔵され
ている部分でも温度分布が不均一が生じる。このため，
サセプタ３０を介して加熱する半導体ウエハＷの面内温
度分布も温度センサの部分内に不均一が生じ，成膜を行
った場合に膜厚が不均一になる。

【００４３】ところが，第１の実施の形態のように，サ
セプタ３０を熱線透過率の低い黒色を呈するＡｌＮ系セ
ラミックスで構成することにより，この温度センサ部分
の温度分布の均一性も向上することができる。

【００４４】図７に半導体ウエハに成膜処理を施し，温
度センサ部分上に形成された膜厚を測定した実験結果を
示す。処理ガスＷＦ6，Ａｒ，ＳｉＨ4，Ｈ2，Ｎ2などを
使用して，圧力略５００Ｐａの下で核を形成し，圧力略
１０６６６Ｐａの下でタングステンを成膜し，半導体ウ
エハ上に形成された膜厚の中央側から縁部側へポイント
（１〜５）をとってそのポイントの抵抗値を測定し，各
抵抗値に基づいて膜厚を算出した。ここでは半導体ウエ
ハＷが４４５℃になるように制御している。

【００４５】また，図７では横軸に各ポイントをとり，
縦軸にそのポイントにおける膜厚の値をとっている。各
ポイント１〜５は，それぞれ半導体ウエハＷの中央から
４ｍｍ，１５ｍｍ，３４ｍｍ，６０ｍｍ，９５ｍｍであ
る。また，同図中，黒四角形のグラフは従来のようにサ
セプタを熱線透過率の高い白色を呈するＡｌＮ系セラミ
ックスで構成して成膜処理を施した場合のそれぞれの膜
厚値を示し，黒丸のグラフは第１の実施の形態における
ようにサセプタを熱線透過率の低い黒色を呈するＡｌＮ
系セラミックスで構成して成膜処理を施した場合の膜厚
値を示す。

【００４６】この図７の実験結果を見ると，黒丸のグラ
フのように第１の実施の形態にかかる熱線透過率の低い
サセプタによる場合は，黒四角形のグラフのような熱線
透過率の高いサセプタの場合に比して，膜厚値の最大・
最小の差が小さくなっており，温度センサ部分上の膜厚
は均一に向上していることがわかる。

【００４７】このように，サセプタ３０を熱線透過率の
低い黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成したこと
により，サセプタ３０内における温度センサ部分の温度
分布の均一性をも向上させることができる。これによ
り，温度センサ部分上における半導体ウエハＷ上にも形
成された膜厚を均一に向上させることができる。

【００４８】次に，本発明に係る熱処理装置の第２の実
施の形態を図８及び図９を参照しながら説明する。な
お，本実施の形態についても，上記第１の実施の形態と
同様に熱処理装置として加熱ランプを用いた高速昇温が
可能な枚葉式の成膜装置を例に取って説明する。この成
膜装置の全体構成の断面図，サセプタの周縁部を示す拡
大断面図は，それぞれ図１，図２と同様であるため，そ
の詳細な説明を省略する。図８はサセプタ３０とクラン
プリング４２の周縁部を拡大した概略図である。

【００４９】本実施の形態においては，図８に示すよう
にサセプタ３０を白色を呈するＡｌＮ系セラミックスで
構成するとともに，被処理体押さえ部材としてのクラン
プリング４２を黒色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構
成する。

【００５０】この場合，もしも上記サセプタ３０とクラ
ンプリング４２とを同じ白色を呈するＡｌＮ系セラミッ
クスで構成すれば，クランプリング４２はリング形状で
ありサセプタ３０よりも熱放出面が広いため熱の逃げも
大きいので，同じ環状の熱源である加熱ランプ５２から
熱線を受けても，図１５に示す場合と同様にクランプリ
ング４２の温度の方がサセプタ３０の温度よりも低くな
る。しかも，クランプリング４２は半導体ウエハＷの周
縁部とのみ接触するため，半導体ウエハ周縁部（１００
ｍｍ〜１５０ｍｍ，−１００ｍｍ〜−１５０ｍｍ）の熱
がクランプリング４２に吸熱されて半導体ウエハＷの周
縁部の温度が中央部ないしその周辺部（−１００ｍｍ〜
１００ｍｍ）の温度よりも低くなる。このため，温度分
布が不均一になると考えられる。

【００５１】そこで，本実施の形態においては，クラン
プリング４２をサセプタ３０よりも熱線透過率の低い黒
色を呈するＡｌＮ系セラミックスで構成する。これによ
り，同じ熱源である加熱ランプ５２から熱線を受けて
も，クランプリング４２の温度の方がサセプタ３０の温
度よりも高くなるので，半導体ウエハ周縁部の熱がクラ
ンプリング４２に吸熱されて温度分布が不均一になるこ
とを防止できる。

【００５２】図９にクランプリング４２をサセプタ３０
よりも熱線透過率の低い黒色を呈するＡｌＮ系セラミッ
クスで構成して加熱ランプ５２からの熱線によりサセプ
タ３０を介して半導体ウエハＷを加熱した場合における
半導体ウエハＷの面内温度を測定した実験結果を示す。
この場合，成膜ガス以外の処理ガスＡｒ，Ｈ2，Ｎ2，Ａ
ｒ，ＳiＨ4などを処理容器２４内に導入して，圧力略１
０６６６Ｐａに設定し，半導体ウエハＷが４４５℃にな
るように制御している。同図中，横軸には直径３００ｍ
ｍの半導体ウエハＷについて中央位置を０とした場合の
測定位置をとり，縦軸にはその測定位置における温度を
とっている。また，黒丸のグラフは半導体ウエハＷの面
内温度を示し，白丸で示した点はクランプリング４２の
温度を示している。図９に示す実験結果をクランプリン
グ４２とサセプタ３０を同じ白色を呈するＡｌＮ系セラ
ミックスで構成した場合の図１５に示す実験結果と比較
すると，クランプリング４２の温度（白丸）が半導体ウ
エハＷの中央部ないしその周辺部（−１００ｍｍ〜１０
０ｍｍ）の温度よりも高くなり，半導体ウエハＷの周縁
部（１００ｍｍ〜１５０ｍｍ，−１００ｍｍ〜−１５０
ｍｍ）の温度も図１５に示す場合に比して低下していな
いことがわかる。すなわち，クランプリング４２が熱線
透過率の低い分だけ加熱されることにより，半導体ウエ
ハＷの周縁部からの熱の逃げ分を補っていることがわか
る。これにより，半導体ウエハＷの周縁部の温度が，中
央部ないしその周辺部の温度に比して低下することを防
止し，半導体ウエハＷの面内温度分布の均一性を向上さ
せることができる。

【００５３】このように，クランプリング４２をサセプ
タ３０よりも熱線透過率の低い黒色を呈するＡｌＮ系セ
ラミックスで構成することにより，半導体ウエハ周縁部
の熱がクランプリング４２に吸熱されることを防止でき
る。これにより，熱線を受ける面積の相違に基づいて生
じる半導体ウエハＷの面内温度の差を少なくすることが
できるため，半導体ウエハＷに形成する膜厚の均一性も
向上させることができる。

【００５４】特に，半導体ウエハＷの直径が大きくなる
と，半導体ウエハＷの周縁部からの熱の逃げが大きくな
るので，中央部と周縁部との温度差が生じやすく，半導
体ウエハＷの温度分布の不均一も生じやすくなり，本発
明を適用する場合の効果は大きい。

【００５５】また，半導体ウエハＷへの熱伝導効率を高
めるためにサセプタ３０として厚みが薄いものを使用す
ることがある。サセプタ３０の厚みとして，例えば７ｍ
ｍ〜１０ｍｍのものを１ｍｍ〜７ｍｍくらいまで薄くす
る。このような場合には，サセプタ３０の厚みを薄くす
ればするほど，サセプタ３０の熱伝導効率は向上する
が，熱線透過率がより高くなるので熱線吸収率が低くな
り，さらに周縁部からの熱の逃げが大きくなるのでサセ
プタ３０の温度がクランプリング４２の温度に対して相
対的に低くなってしまう。

【００５６】従って，サセプタ３０の厚みを例えば１ｍ
ｍ〜７ｍｍ（好ましくは３．５ｍｍ〜５ｍｍ）くらいま
で薄くする場合はクランプリング４２のみならずサセプ
タ３０をも熱線透過率が低い黒色を呈するＡｌＮ系セラ
ミックスで構成するのが効果的である。これにより，サ
セプタ３０の厚みを薄くしたことに基づいて生じる半導
体ウエハＷの面内温度の差も少なくすることができるた
め，半導体ウエハＷに形成する膜厚の均一性をより向上
させることができる。しかも，このようにした場合は，
第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
すなわち，第２の実施の形態におけるサセプタ３０内に
温度センサ（ＴＣ）９１，９２などの異種部材を内蔵し
た場合でも，半導体ウエハＷの面内温度分布の均一性を
向上させることができて，膜圧の均一性が向上し，抵抗
値も均一性も向上する。

【００５７】なお，上記第１の実施の形態及び第２の実
施の形態において，図１０に示すように，サセプタ３０
に，リフタピン３２を出し入れ可能な逃げ孔としての複
数のリフタピン孔３６の他に，このリフタピン孔３６と
同形状の温度調整孔９４を，各孔３６，９４が同心円上
に等間隔に並ぶように形成してもよい。これにより，各
孔３６，９４の間隔が狭くなり，しかも各孔３６，９４
が等間隔に並ぶので，加熱ランプ２０５からの熱線が各
孔３６，９４から均等に透過する。このため，熱線がリ
フタピン孔２０４のみから透過する図１２に示す場合に
比して，サセプタ３０の周縁部における温度分布の均一
性を向上させることができる。

【００５８】また，上記第１の実施の形態及び第２の実
施の形態においては，スパッタ成膜又はＣＶＤ成膜され
たＴｉＮのバリアメタル上にタングステンＣＶＤ成膜を
行なう場合について説明したが，バリアメタルやその上
の金属成膜としてこの種類に限定されず，例えばバリア
メタルとして，Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏなどのシリサイド
或いはその窒化物も用いることができ，金属成膜として
例えばアルミニウム成膜を行なう場合にも適用すること
ができる。また，このようなバリアメタルを介した成膜
のみならず，通常の成膜処理時にもこの熱処理装置を適
用できる。

【００５９】以上，添付図面を参照しながら本発明に係
る好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例
に限定されないことは言うまでもない。当業者であれ
ば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種
の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであ
り，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属す
るものと了解される。

【００６０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば，半
導体ウエハの温度分布の均一性を向上させることがで
き，これにより半導体ウエハなどの被処理体に形成する
薄膜の膜厚分布の均一性を向上させることができる熱処
理装置を提供できるものである。

【００６１】具体的には，請求項１に記載のように，受
光発熱体に内蔵する異種部材と同程度以上の熱線透過率
を有する材料で受光発熱体を構成することにより，また
請求項２に記載のように受光発熱体を熱線透過率の低い
黒色を呈するＡｌＮ系部材で構成することにより，異種
部材が内蔵されることによるサセプタなどの受光発熱体
の温度分布への影響を軽減することができ，半導体ウエ
ハの面内温度分布の均一性を向上させることができる。

【００６２】また，請求項３に記載のように，受光発熱
体よりも熱線透過率の低い材料で被処理体押さえ部材を
構成することにより，受光発熱体と被処理体押さえ部材
との温度差を少なくすることができ，半導体ウエハ周縁
部の熱が被処理体押さえ部材に吸熱されることを防止で
きるため，半導体ウエハの面内温度分布の均一性を向上
させることができる。また，請求項４に記載のように，
受光発熱体に対して相対的に温度が低くなりやすい被処
理体押さえ部材を熱線透過率の低い黒色を呈するＡｌＮ
系部材で構成することにより，サセプタなどの受光発熱
体と被処理体押さえ部材との温度差を少なくすることが
でき，半導体ウエハの面内温度分布の均一性を向上させ
ることができる。

【００６３】また，請求項５に記載のように，被処理体
を保持して受光発熱体上に載置させるための複数の支持
部材を出し入れ可能な逃げ孔とこれらの逃げ孔と同形状
の孔とを，各孔が同心円上に等間隔に並ぶように受光発
熱体に設けることにより，熱源からの熱線が各孔から均
等に透過するため，サセプタなどの受光発熱体の周縁部
における温度分布の均一性を向上させることができるの
で，半導体ウエハの面内温度分布の均一性を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る熱処理装置の
構成を示す断面図。

【図２】図１に示すサセプタの周縁部を示す拡大断面
図。

【図３】本発明の第１の実施の形態における黒色を呈す
るＡｌＮ系セラミックスで構成したサセプタとこれに内
蔵された温度センサとを説明する図。

【図４】本発明の第１の実施の形態における黒色を呈す
るＡｌＮ系セラミックスで構成したサセプタとこれに内
蔵された温度センサとを説明する図。

【図５】白色を呈するＡｌＮ系セラミックスと黒色を呈
するＡｌＮ系セラミックスにおける透過させる波長とそ
の波長の透過率との関係を示す図。

【図６】本発明の第１の実施の形態における黒色を呈す
るＡｌＮ系セラミックスで構成したサセプタとこれに内
蔵された電極とを説明する図。

【図７】半導体ウエハの温度センサ部位上に成膜処理を
施した膜厚分布を示すグラフであり，黒四角形のグラフ
は白色を呈するＡｌＮ系セラミックスでサセプタを構成
した場合の膜厚分布を示し，黒丸のグラフは黒色を呈す
るＡｌＮ系セラミックスでサセプタを構成した場合の膜
厚分布を示す。

【図８】本発明の第２の実施の形態における白色を呈す
るＡｌＮ系セラミックスで構成したサセプタと黒色を呈
するＡｌＮ系セラミックスで構成したクランプリングに
ついて説明する図。

【図９】本発明の第２の実施の形態における熱処理装置
で成膜処理を行った場合の半導体ウエハの面内温度とそ
の測定位置の関係を示す図。

【図１０】リフタピン孔とこのリフタピン孔と同形状の
孔を形成したサセプタを説明する図。

【図１１】従来の熱処理装置におけるサセプタ周辺を簡
略化した構成図。

【図１２】従来の熱処理装置においてリフタピン孔を形
成したサセプタを示す図。

【図１３】従来の熱処理装置において２つの温度センサ
を内蔵したサセプタを示す図。

【図１４】従来の熱処理装置において半導体ウエハ静電
吸着用の電極を内蔵したサセプタを示す図。

【図１５】従来の熱処理装置で成膜処理を行った場合の
半導体ウエハの面内温度とその測定位置の関係を示す
図。

【符号の説明】

２２…成膜装置 ２４…処理容器 ３０…サセプタ ３２…リフタピン ３６…リフタピン孔 ４２…クランプリング ５０…加熱室 ７１…ガス導入穴 ９１…温度センサ ９２…温度センサ ９３…電極 ９４…温度調整孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA04 AA06 BA20 CA04 FA10 JA10 KA24 LA15 4M104 AA01 BB25 BB26 BB27 BB28 BB30 BB31 BB32 BB33 DD37 DD43 DD44 DD45 DD78 DD80 FF18 HH20 5F045 BB02 DP03 EB02 EB03 EF05 EK13 EM09 EM10 GB05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理ガスが供給される処理容器内の受光
   発熱体上に被処理体を載置し、熱源からの熱線により前
   記受光発熱体を介して前記被処理体を加熱する熱処理装
   置において，前記受光発熱体に内蔵する異種部材と同程
   度又はそれ以下の熱線透過率を有する材料で受光発熱体
   を構成したことを特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 処理ガスが供給される処理容器内の受光
   発熱体上に被処理体を載置し，熱源からの熱線により前
   記受光発熱体を介して前記被処理体を加熱する熱処理装
   置において，前記受光発熱体を黒色を呈するＡｌＮ系部
   材で構成したことを特徴とする熱処理装置。
3. 【請求項３】 処理ガスが供給される処理容器内の受光
   発熱体上に被処理体を載置し，この被処理体の周縁部を
   リング状の被処理体押さえ部材により保持した状態で，
   熱源からの熱線により前記受光発熱体を介して前記被処
   理体を加熱する熱処理装置において，前記受光発熱体よ
   りも熱線透過率の低い材料で前記被処理体押さえ部材を
   構成したことを特徴とする熱処理装置。
4. 【請求項４】 処理ガスが供給される処理容器内の受光
   発熱体上に被処理体を載置し，この被処理体の周縁部を
   リング状の被処理体押さえ部材により保持した状態で，
   熱源からの熱線により前記受光発熱体を介して前記被処
   理体を加熱する熱処理装置において，前記被処理体押さ
   え部材を黒色を呈するＡｌＮ系部材で構成したことを特
   徴とする熱処理装置。
5. 【請求項５】 処理ガスが供給される処理容器内の受光
   発熱体上に被処理体を載置し，熱源からの熱線により前
   記受光発熱体を介して前記被処理体を加熱する熱処理装
   置において，前記被処理体を支持して前記受光発熱体上
   に載置させるための複数の支持部材を出し入れ可能な逃
   げ孔とこれらの逃げ孔と同形状の孔とを，各孔が同心円
   上に等間隔に並ぶように前記受光発熱体に設けたことを
   特徴とする熱処理装置。