JP2003218039A - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents
熱処理装置および熱処理方法Info
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Abstract
き、パーティクルの発生を低減して熱処理を行うことが
できる熱処理装置および熱処理方法を提供する。 【解決手段】熱処理容器1内に回転可能に備えられる、
ウェーハWを載置するためのサセプタ2と、熱処理容器
1内に設けられる台座4に支持され、サセプタ2の周囲
を近接且つ非接触に囲む予熱リング3と、サセプタ2に
載置されるウェーハWを加熱する加熱装置8とが備えら
れる熱処理装置100において、予熱リング3を、内周
中心31aが外周32に対して偏心するように形成す
る。予熱リング3をサセプタ2の周りで移動させて、予
熱リング3の内周中心31aとサセプタ2の中心2bと
の距離が最小となるように予熱リングを位置決めした
後、ウェーハWに対して熱処理を実施する。
Description
理を行う熱処理装置および熱処理方法に関する。
(以下、ウェーハと記載する)等の半導体基板の主表面
上に、シリコンエピタキシャル層や窒化珪素膜等の薄膜
を形成する処理やエッチングを施す処理などは、熱処理
装置を用いて行われている。熱処理装置には、例えば石
英等によって形成された透光性の熱処理容器が備えられ
ており、その内部にはウェーハを載置し回転させるため
のサセプタが設けられている。また熱処理容器の周囲に
は、ハロゲンランプ等で構成された加熱装置が設けら
れ、熱処理容器外部からサセプタに載置されたウェーハ
を加熱できるようになっている。さらに熱処理容器の側
部には、熱処理容器内に反応ガス等を供給するためのガ
ス供給口と、ガス排出口とが形成されるとともに、熱処
理装置にはガス供給装置等が備えられ、ガス供給口から
様々な反応ガス等を、所定の組成および流量で、熱処理
容器内に供給することができるようになっている。
内温度分布をより均一にして好適に熱処理を施すため
に、サセプタの側方周囲を囲む予熱リングが設けられて
いる(例えば、特開平7−78863号公報)。予熱リ
ングは、例えば図5に示す予熱リング53のように、サ
セプタ52の外周を囲む所定の幅のリング状に形成さ
れ、熱処理容器内のサセプタ52側方に備えられる台座
54に支持されて設けられる。尚、図5において、
(a)は上面図、(b)は(a)のB−B’断面図であ
って、予熱リング53は台座54の座ぐり54aに載置
されている。
熱装置によってサセプタ52に載置されるウェーハWと
ともに加熱される。それによって、例えばコールドウォ
ール式の熱処理装置では、熱処理中に熱処理容器の内側
にポリシリコン等が堆積することを防止するために、熱
処理容器が冷却手段で冷却されるが、この予熱リング5
3がサセプタ52の周囲を囲むことで、冷却されている
熱処理容器の影響でサセプタに配されるウェーハW周辺
部の温度が低下することが防止される。また、熱処理容
器内に供給されるガスがガス供給口からウェーハWに達
するまでの間に、予熱リング53上を通過することによ
り、ガスが適度に温められて、好適に熱処理が行われる
ようになっている。
サセプタ52にできるだけ近接するように備えられるこ
とが望ましい一方で、熱処理中に内側でサセプタ52が
回転することから、サセプタ52とは非接触とされる必
要がある。そこで、サセプタ52と予熱リング53との
間には、僅かな隙間Aが設けられるようになっている。
また、予熱リング53が熱膨張によって台座54上で移
動してサセプタ52と接触することを防止するため、座
ぐり54aの内周54aaと予熱リング53との間には
僅かな隙間Cが設けられるとともに、熱膨張による移動
が所定の範囲内となるように隙間Cの幅が設定されてい
る。
おいては、図5のようにサセプタ52と予熱リング53
とが同心円となるように設計されるものの、熱処理装置
を構成する各部材の精度や、組み立て精度の誤差によっ
て、図6に示すように、サセプタ52の中心52bと予
熱リング53の中心53aとが僅かにずれることがあ
る。特に径の大きいウェーハを処理する熱処理装置の場
合、1〜2mm程度もずれることがあり、サセプタ2と予熱
リング53とが接触してしまうことがある。このような
接触が起こると、熱処理中にサセプタ52と予熱リング
53とが擦れて大量のパーティクルが発生し、ウェーハ
に付着して結晶欠陥を生じさせるなど、歩留まりを低下
させてしまう。
ング53をサセプタ52のずれに応じて台座54の座ぐ
り54a内で移動させようとしても、座ぐり54aの内
周54aaと予熱リング53との隙間Cは上記のように
制限されることから限界がある。また、予熱リング53
の内径を大きくすると、予熱リング53とサセプタ52
との距離が大きくなり、その機能を十分に発揮すること
ができなくなるので不都合である。従って、サセプタ5
2と予熱リング53との接触を避けるためには、サセプ
タの支持手段等を調整するなどの作業が必要となり、非
常に煩雑で時間を要するものとなっている。特に熱処理
容器の洗浄等のメンテナンス後、このサセプタ52と予
熱リング53との調整に時間がかかるため、操業停止時
間が長くなる原因にもなっている。
の接触を容易に防止することができ、パーティクルの発
生を低減して好適に熱処理を実施できる熱処理装置、お
よび熱処理方法を提供することである。
めの本発明による第1の手段は、熱処理容器(1)内に
回転可能に備えられ、基板が載置されるサセプタ(2)
と、前記熱処理容器内に設けられる支持手段(例えば台
座4)に支持され、前記サセプタに近接して且つ非接触
となるように、前記サセプタの周囲を囲む予熱リング
(3)と、前記サセプタに載置される基板(ウェーハ
W)を加熱する加熱装置(8)と、が備えられている熱
処理装置(100)において、前記予熱リングは、内周
中心(31a)が当該予熱リングの外周(32)に対し
て偏心するように形成されていることを特徴とする。
心が、予熱リングの外周に対して偏心するように形成さ
れているので、サセプタが、予熱リングの支持手段に対
してずれている場合でも、サセプタの中心と予熱リング
の内周中心との距離が最も小さくなるように予熱リング
を位置決めして支持手段に支持させることにより、サセ
プタ周囲と予熱リングとの間に適切な隙間を形成するこ
とができ、サセプタと予熱リングとの接触を防止するこ
とができる。従って、熱処理中にサセプタと予熱リング
との接触によってパーティクルが発生することを防止で
きるので、パーティクルの基板への付着を低減でき、歩
留まりの低下を抑えることができる。また、予熱リング
をサセプタと非接触に備えるための調整が容易であり、
熱処理装置のメンテナンス後の調整等で要していた操業
停止時間を短縮することができるので好ましい。
理装置において、前記支持手段は、前記予熱リングを載
置するための座ぐり(4a)が形成された台座(4)で
あることを特徴とする。
奏することは無論のこと、予熱リングを座ぐりが形成さ
れた台座に支持させることにより、予熱リングは台座の
座ぐりによって外周の位置決めを容易に行うことがで
き、且つサセプタの中心がずれていても、サセプタの中
心と予熱リングの内周の中心との距離が最小となるよう
に予熱リングを周方向に回転移動したり台座内で位置移
動することによって、予熱リングとサセプタとが非接触
となるように容易に調整することができる。
おける前記支持手段に支持される前記予熱リングを、前
記サセプタの周りで移動させて、前記予熱リングの内周
の中心と前記サセプタの中心との距離が最小となるよう
に前記予熱リングを位置決めし、その後、前記サセプタ
に基板を載置して、当該基板に熱処理を施すことを特徴
とする熱処理方法である。
た前記予熱リングをサセプタの周りで移動させて予熱リ
ングを位置決めした後、基板に熱処理を施すことによ
り、予熱リングとサセプタとを非接触にしてパーティク
ルの発生を抑え、基板に好適に熱処理を施すことができ
る。
手段は、第2の手段の熱処理装置の支持手段のように、
座ぐりの形成された台座でもよい。この場合、台座に載
置された予熱リングを、座ぐり内で周方向に回転移動し
たり、位置移動することにより、予熱リングの内周の中
心とサセプタの中心との距離が最小となるように予熱リ
ングを位置決めすることができ、その後、サセプタに基
板を載置して熱処理を施せば、予熱リングとサセプタと
を非接触にしてパーティクルの発生を抑え、基板に好適
に熱処理を施すことができる。
の形態を説明する。図1は、本発明の一例としての枚葉
式の熱処理装置100を示す概略構成図、図2は熱処理
装置100に備えられるサセプタ2と、予熱リング3
と、台座4とを示す上面図である。熱処理装置100
は、例えばシリコン単結晶ウェーハ(ウェーハW)など
の基板の主表面に、気相エピタキシャル成長や、窒化珪
素膜の形成などの、加熱を伴う処理を1枚ずつ行う装置
である。
理を施すための熱処理容器1が備えられている。熱処理
容器1の頂壁1aおよび底壁1bは、透光性の石英によ
って形成されている。熱処理容器1の一方の側には、熱
処理容器1内に反応ガスを供給するためのガス供給口5
が形成され、また他方の側には、熱処理容器1からガス
を排出させるガス排出口6が形成されている。
炭化ケイ素(SiC)コーティングが施されて形成された
サセプタ2が備えられている。サセプタ2の主表面に
は、ウェーハWを略水平方向に載置するための略円形の
座ぐり2aが形成されている。このサセプタ2の外周の
中心(座ぐり2aの中心と同一である)を2bで示す。
サセプタ2は、下方からサポート手段7によって支持さ
れている。サポート手段7は、サセプタ2の下方におい
て上下方向に延在する回転軸7aと、回転軸7aの上端
部から放射状に分岐して、その先端部がサセプタ2下面
を支えるスポーク7bと、により主に構成されている。
回転軸7aには、図示しない回転駆動手段が連結されて
おり、サセプタ2はこのサポート手段7に支持されるこ
とによって、熱処理容器1内で2bを中心に回転可能と
なるように備えられている。
ゲンランプ等で構成される加熱装置8が設けられ、サセ
プタ2に載置されるウェーハWを加熱できるようになっ
ている。また熱処理装置100には、様々な反応ガス等
を所定の組成および流量で熱処理容器1内に供給するた
めのガス供給装置(図示略)等が備えられており、ガス
供給管9等を介して熱処理容器1にガスが供給されるよ
うになっている。
サセプタ2側方において、サセプタ2の周囲を囲むよう
に設けられており、上部には、予熱リング3を載置する
ための座ぐり4aが形成されている。
素(SiC)がコーティングされたリング状の部材であっ
て、熱処理容器1内において台座4の座ぐり4a上に載
置(支持)され、サセプタ2の側方周囲を囲むように設
けられている。予熱リング3の内周を31、外周を32
とする。
ため、予熱リング3が載置された状態において、台座4
の座ぐり内周4aaと、予熱リング3の外周32との間
には所定の隙間Cができるように、予熱リング3の外径
の大きさ(および台座4の座ぐり4aの大きさ)が設定
される。ここで、予熱リング3はサセプタ2の中心に合
わせて座ぐり4a内に設置されるため、予熱リング3の
周囲において隙間Cの幅に偏りが生じる場合がある。隙
間Cの幅が小さく設定されていると、上記のように予熱
リング3の周囲で隙間Cの幅に偏りが生じた場合、熱膨
張した予熱リング3が隙間Cの幅の狭い部分で座ぐり内
周4aaと接触して、予熱リング3がずれて結局サセプ
タ2と接触してしまう。一方で、座ぐり内周4aaと、
予熱リング3との隙間Cの幅が大きすぎると、予熱リン
グ3を台座4上で位置決めし難くなる。そこで、予熱リ
ング3が熱処理中に1.5〜2.5mm程度熱膨張することを考
慮して、この予熱リング3と座ぐり内周4aaとの隙間
Cの大きさとしては、約2.0mmとすると好ましく、予熱
リング3の外径はこの隙間Cの範囲を鑑みて設定する。
状態で、サセプタ2の周囲との間に所定の隙間を設けて
非接触となるようにするとともに、サセプタ2に近接し
て備えられるようにする。サセプタ2と予熱リング3と
の隙間Aが大きすぎると、サセプタ2との距離が大きく
なり、ウェーハW周囲の温度低下を防止するなどの予熱
リング3の機能を十分発揮することができないからであ
る。従って、隙間Aの幅としては約1.0〜2.5mm程度とな
るようにすることが好ましく、予熱リング3の内径はこ
の隙間Aを鑑みて設定する。
サセプタ2の中心2bと、台座4の座ぐり4aの内周中
心4bとが一致して、サセプタ2の外周と、台座4の座
ぐり内周4aaとが同心円となるように設計される。し
かし、熱処理装置100を構成する各部材の精度や、組
み立て精度の誤差等によって、図2に示すように、サセ
プタ2の中心2bと、台座4の座ぐり4aの内周中心4
bとに僅かなずれが生じることがある。そこで予熱リン
グ3を、図3に示すように、内周中心31aと外周中心
32aとがずれるように、即ち、外周32に対して内周
中心31aが偏心した形状となるように形成する。
に対して偏心させる程度については、個々の熱処理装置
によってサセプタ2と台座4とのずれの程度が異なるた
め、適宜設定する。一例として、直径300mmのウェーハ
Wを処理する枚葉式の熱処理装置のうち、サセプタ2の
外周の直径が約373mm、台座4の座ぐり内周4aaの直
径が約447mm、予熱リングの内径が約377mm、外径が約44
3mmである熱処理装置の場合、サセプタ2の中心2b
が、台座4の座ぐり4aの内周中心4bに対して、1〜2
mmずれることが多い。従って、このタイプの熱処理装置
においては、内周中心と外周中心とが1〜2mmずれるよう
に形成した予熱リングを用いればよい。また、他の大き
さのウェーハWを処理する熱処理装置においても、サセ
プタが台座に対してずれる大きさの程度を適宜鑑みて、
予熱リングを形成すればよい。
は、予熱リング3を台座4に載置した後、予熱リング3
の全周囲に亘って座ぐり内周4aaとの間に上記のよう
な隙間Cができるように、予熱リング3の外周部分を台
座4に対して位置決めする。予熱リング3の一部が座ぐ
り内周4aaに接触して備えられた場合、熱処理中に予
熱リング3が熱膨張してサセプタ2の方向にずれること
があるためである。また、予熱リング3の内周中心31
aと、サセプタ2の中心2bとの距離が最小となるよう
に、予熱リング3の周方向の向きを位置決めする。この
ように周方向の位置決めをすることで、サセプタ2の外
周と、予熱リング3の内周31とを、より同心円に近い
状態にすることができるため、サセプタ2と予熱リング
3との隙間Aをサセプタ2の全周囲に亘ってより均一に
形成することができ、予熱リング3とサセプタ2とをよ
り好適に非接触にすることができるからである。尚、予
熱リング3の内周中心31aと、サセプタ2の中心2b
とが一致すれば、最も好ましい。
説明する。まず、熱処理容器1内において、予熱リング
3を台座4に載置して、上記のように、台座4の座ぐり
内周4aaと、サセプタ2とに対して、予熱リング3を
位置決めする。
ウェーハWを載置して、熱処理を施す。熱処理は、ウェ
ーハWを載置したサセプタ2を周方向に回転させるとと
もに、加熱装置8によって、ウェーハWと予熱リング3
とを所定の温度に加熱する。そして、ウェーハW表面上
にガスが流れるように、ガス供給口5側からガス排出口
6方向に反応ガスを所定の流量および組成で流通させ
る。例えば、シリコンエピタキシャル層形成の場合には
シリコン原料ガス(例えばジクロロシラン、トリクロロ
シラン等)やドーパントガス等を、また窒化珪素膜形成
の場合にはモノシランとアンモニア等を、またエッチン
グでは三フッ化窒素(NF3)や三フッ化塩素(ClF3)等
のエッチングガスを、水素ガスなどのキャリアガスとと
もに加熱したウェーハW上に供給する。この反応ガスと
キャリアガスとの混合ガスによって、ウェーハW主表面
にシリコンエピタキシャル層や窒化珪素膜等の薄膜形
成、エッチングが行われる。尚、加熱温度、流通させる
ガスの組成および流量、流通時間等は、所望とする薄膜
の特性や厚さ、あるいはエッチングであればエッチング
厚さ等、処理毎に適宜設定する。
サセプタ2および台座4の座ぐり4aに対して、所定の
隙間Aおよび隙間Cを設けて、ウェーハWに熱処理を行
うことにより、熱処理中に予熱リング3が熱膨張した
り、サセプタ2が回転しても、予熱リング3とサセプタ
2とが接触することがなく、また予熱リング3がサセプ
タ2周囲を近接して囲み、好適に熱処理を実施すること
ができる。
ング3は内周中心31aが外周32に対して偏心した形
状となるように形成されているので、サセプタ2の中心
が台座4の座ぐり内周4aaに対してずれている場合で
も、予熱リング3を台座4に載置して、サセプタ2の中
心と予熱リング3の内周31の中心との距離が最小にな
るように、予熱リング3を位置決めすることにより、サ
セプタ2の全周囲に亘って予熱リング3との間に所定の
隙間Aを形成することができる。従って、サセプタ2と
予熱リング3とが近接且つ非接触となるように容易に調
整することができる。またそれによって、熱処理装置の
メンテナンス後の調整等に要する時間も短縮できるの
で、生産性を向上させることも可能となり好ましい。さ
らに、サセプタ2と予熱リング3とが近接且つ非接触に
して熱処理を行うことができるので、熱処理サセプタ2
と予熱リング3との接触によるパーティクルの発生を低
減することができ、ウェーハWに付着するパーティクル
を減少させることができる。その結果歩留まり低下を抑
えることが可能となり好適である。
れるものではない。例えば、予熱リングを支持する支持
手段は、台座のほか、アームなどで予熱リング下面の複
数箇所を下方から支持するものでもよい。このような熱
処理装置においても、サセプタが予熱リングの支持手段
に対してずれている場合に、予熱リングを支持手段上で
移動させれば、サセプタ全周囲に亘って予熱リングを非
接触且つ近接するように備えることができる。また、一
度に複数枚のウェーハWを処理するサセプタを備えた熱
処理装置に本発明を適用してもよい。さらに熱処理装置
において、外周中心に対して内周中心を偏心させる程度
を変えた予熱リングを複数用意して、サセプタ中心が予
熱リングの支持手段に対してずれている程度を鑑みなが
ら、予熱リングを適宜選択して使用するようにしてもよ
い。
ける熱処理装置100を用いて、直径300mmのウェーハ
に気相エピタキシャル成長を施した。使用した熱処理装
置100は、サセプタ外周の直径が約373mm、台座の座
ぐり内周の直径が約447mmであって、台座の内周中心に
対して、サセプタの中心が約1mmずれていた。また予熱
リングは、内径が約377mm、外径が約443mmで、内周中心
と外周中心とが1mmずれるように、内周中心を外周に対
して偏心させて形成した。
座の座ぐりに載置した後、予熱リングを台座の座ぐり内
周と、サセプタとに対して位置決めした。この状態にお
いて、予熱リングと、サセプタとは、サセプタ全周囲に
亘って約1.5〜2.5mmの範囲の隙間が形成されていた。
その後、サセプタにウェーハを載置して、シリコン単結
晶薄膜の気相成長を施した。気相成長は、加熱装置によ
りウェーハを約1110℃〜1190℃に加熱し、所定の時間熱
処理容器内にシリコン原料ガス等を供給することによ
り、ウェーハ主表面上に約3μmのシリコンエピタキシャ
ル層を形成させた。
たウェーハについて、レーザー光を用いるパーティクル
カウンターにより、ウェーハ主表面に付着したパーティ
クルの検出を行った。その結果、ウェーハの主表面上で
検出されたパーティクル数は、0.12〜10.0μmのパーテ
ィクルが6個、10μmより大きいパーティクルは検出され
なかった。このウェーハ上で検出されたパーティクルを
図4(a)に示す。
中心と一致している予熱リングを備えた従来の熱処理装
置を用いて、予熱リングとサセプタとが接触した状態
で、上記実施例と同一条件でシリコン単結晶薄膜の気相
成長を施した。このシリコンエピタキシャル層が形成さ
れたウェーハについて、上記実施例と同様にウェーハ主
表面のパーティクルの検出を行ったところ、パーティク
ル数は0.12〜10.0μmのパーティクルが183個、10μmよ
り大きいパーティクルは33個であった。このウェーハ上
で検出されたパーティクルを図4(b)に示す。尚、図
4(b)において、ウェーハ周囲の矢印で示す箇所は、
サセプタと予熱リングとが接触した位置に対応する。
と、予熱リングとが接触すると、非接触の状態に比べて
パーティクル数が極端に増加している。また、サセプタ
と予熱リングとの接触箇所に近い箇所で多くのパーティ
クルが検出されていることから、サセプタと予熱リング
との接触がパーティクル発生に大きく関与していると考
えられる。従って、外周に対して内周中心が偏心した予
熱リングを形成し、サセプタと非接触かつ近接するよう
に位置決めして熱処理を施すことにより、パーティクル
の発生を大幅に低減することができるので、ウェーハに
対するパーティクルの付着を防止して、歩留まりの低下
を抑えることができるので好適である。
の中心が、予熱リングの支持手段に対してずれている場
合でも、サセプタの中心と予熱リングの内周中心との距
離が最も小さくなるように予熱リングを移動して支持手
段に支持させることで、サセプタと予熱リングとの間に
適切な隙間を形成することができ、サセプタと予熱リン
グとが接触することを防止できる。また第2の手段によ
れば、予熱リングを台座の座ぐり内で外周を位置決めで
きるとともに、サセプタが台座に対してずれている場合
でも、予熱リングを台座内で移動することによって、予
熱リングとサセプタとが非接触となるように容易に調整
できる。第3の手段によれば、予熱リングとサセプタと
を非接触にしてパーティクルの発生を抑えた状態で、基
板に好適に熱処理を施すことができる。従って、サセプ
タと予熱リングとの接触を容易に防止することができ、
パーティクルが発生して基板に付着することを防止でき
るので、熱処理における歩留まり低下を抑えることが可
能となる。また、予熱リングとサセプタとの調整が容易
となって熱処理装置のメンテナンス等における操業停止
時間を短縮することができ好適である。
概略構成図である。
ている熱処理装置において、予熱リングをサセプタ周囲
に備えた様子を示す上面図である。
上面図である。
理装置、(b)サセプタと予熱リングとが接触した状態
の熱処理装置、のそれぞれを用いてウェーハに薄膜の気
相成長を施した場合の、ウェーハ主表面で検出されたパ
ーティクルを示す上面図である。
予熱リングおよび台座の座ぐり中心とが一致している様
子を示す上面図である。
予熱リングの台座の座ぐり中心とがずれ、サセプタと予
熱リングとが接触している様子を示す上面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】熱処理容器内に回転可能に備えられ、基板
が載置されるサセプタと、 前記熱処理容器内に設けられる支持手段に支持され、前
記サセプタに近接して且つ非接触となるように、前記サ
セプタの周囲を囲む予熱リングと、 前記サセプタに載置される基板を加熱する加熱装置と、 が備えられている熱処理装置において、 前記予熱リングは、内周中心が当該予熱リングの外周に
対して偏心するように形成されていることを特徴とする
熱処理装置。 - 【請求項2】前記支持手段は、前記予熱リングを載置す
るための座ぐりが形成された台座であることを特徴とす
る請求項1に記載の熱処理装置。 - 【請求項3】請求項1に記載の熱処理装置における前記
支持手段に支持される前記予熱リングを、前記サセプタ
の周りで移動させて、前記予熱リングの内周の中心と前
記サセプタの中心との距離が最小となるように前記予熱
リングを位置決めし、その後、前記サセプタに基板を載
置して、当該基板に熱処理を施すことを特徴とする熱処
理方法。 - 【請求項4】請求項2に記載の熱処理装置における台座
に載置された前記予熱リングを、前記座ぐり内で移動さ
せて、前記予熱リングの内周の中心と前記サセプタの中
心との距離が最小となるように前記予熱リングを位置決
めし、その後、前記サセプタに基板を載置して、当該基
板に熱処理を施すことを特徴とする熱処理方法。 - 【請求項5】前記予熱リングを位置決めした後、前記サ
セプタに基板を載置して、当該基板に薄膜の気相成長を
施すことを特徴とする請求項3または4に記載の熱処理
方法。
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