JP2004363623A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理装置において反射板の反射面の反射率の低下を抑える。
【解決手段】ウエハＷに熱処理を行う熱処理装置の一種であるランプアニールであって、ウエハＷを保持する支持ピン６１と、支持ピン６１に保持されたウエハＷに熱処理を行うためのランプ２１と、支持ピン６１に保持されたウエハＷの表面に対向する反射面を有し、かつ穴７２が形成された反射板７２と、穴７２に設けられ、かつウエハＷの温度を計測する温度計測部７０と、反射板７２を覆い、光透過性を有し、上端が平面で閉塞された円筒状の透過キャップ６０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板に対して熱処理を行う熱処理装置に関する。

従来から、半導体ウエハ等の基板（以下「ウエハ」とする）に対して熱処理を行うものとしてランプアニール等の熱処理装置が用いられている。

図５は、従来の熱処理装置の一種であるランプアニールの縦断面図である。この熱処理装置は１００は、主に炉体１１０、発光部１２０、石英ガラス１３０、ウエハ保持回転部１４０、反射板１４７、温度・反射率計測部１５０、制御部１６０を備えている。

炉体１１０は、上部をリフレクタ１１１、下部をハウジング１１２とする円筒形状の炉体であり、炉体１１０の片側側部には搬出入口１１０ａが設けられており、加熱処理の際には、図示しない外部搬送装置により炉体１１０内に対するウエハＷの搬出入が行われる。

発光部１２０は、リフレクタ１１１の内側に設けられた多数のランプ１２１を備えている。そして、制御部１６０からの制御信号を受けたランプドライバ１２２がその信号に応じた電力をランプ１２１に供給するとランプ１２１が点灯し、その放射光によりウエハＷを加熱する。

石英ガラス１３０は、ウエハＷの上方で、かつ発光部１２０の下方に設けられ、ランプ１２１からの放射光を透過する。

ウエハ保持回転部１４０は、ウエハＷの周縁部分を全周に渡って保持するとともに、その周縁部からの熱の放出を補償する均熱リング１４１が、その直径より大きな内径を有する円筒の支持脚１４２により支持されている。そして、支持脚１４２の下端には、その外周に沿ってベアリング１４３が設けられている。また、ベアリング１４３の外周に設けられたギアには回転モータ１４４の回転軸のギア１４４ａが噛み合っており、その駆動により均熱リング１４１が鉛直方向を軸として回転可能となっている。そして、制御部１６０の駆動信号に応じてモータドライバ１４５がモータ１４４に電力を供給することにより、均熱リング１４１とともにウエハＷを所定の速度で回転させる。

反射板１４７は、ウエハＷの裏面からの放射光を反射し、それによりウエハＷの裏面との間で多重反射を生じさせる。多重反射された放射光は、温度・反射率計測部１５０にて温度や反射率が計測される。この温度計測部１５０は、実質的に温度を計測する検出器１５７と、円板状の板状部材を有する回転セクタ１５３と、回転セクタ１５３を回転させるモータ１５４と、モータドライバ１５５とを備えている。モータドライバ１５５から供給される電力によるモータ１５４の回転により、回転セクタ１５３は、板状部材の板面に平行な平面内で回転自在となっている。検出器１５７は、演算部１５８に電気的に接続されており、回転セクタ１５３が有する板状部材のスリットおよび切り欠き部のそれぞれを通過して光を検出する。検出された光は、それぞれ放射強度を信号として演算部１５８へ送信する。

従来の熱処理装置では、反射板１４７の反射面は、ステンレス材等の金属をラッピングやバフなどの処理により鏡面化し反射率を高める手法がとられている。しかしながら、ステンレス材を用いるとステンレス自体の反射率として０．６程度までしか高めることができない。また、反射板１４７に、より高反射率のアルミ材などを用いることも考えられるが、アルミ材の場合、アルミ材自体が非常に酸化しやすいため反射面がくもりやすいという問題と、金属自体が柔らかいため傷つきやすいという問題がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、反射板の反射面の反射率の低下を抑えることができる熱処理装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、基板に熱処理を行う熱処理装置であって、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板に熱処理を行うための熱源と、前記保持手段に保持された基板表面に対向する反射面を有し、かつ穴が形成された反射板と、前記穴内に設けられ、かつ基板の温度を計測する温度計測手段と、前記反射板を覆い、光透過性を有し、上端が平面で閉塞された円筒状の透過キャップと、を備えたことを特徴とする。なお、「保持手段による基板の保持」には、支持部材で基板の裏面を支持することによる基板の保持、保持部材による基板の周縁部を保持することによる基板の保持などが含まれている。

また、本発明は、前記透光キャップが石英製であることを特徴とする。また、本発明は、前記保持手段が、基板の周縁部分を保持し、前記透過キャップの上面に基板を支持する支持ピンが設けられ、前記透過キャップが昇降されることにより、基板が前記保持手段と前記支持ピンとの間で受け渡しされることを特徴とする。また、本発明は、前記穴の周囲における前記反射板の反射面に金属薄膜を形成したことを特徴とする。

本発明によれば、保持手段に保持された基板表面に対向する反射面を有し、かつ穴が形成された反射板と、穴内に設けられ、かつ基板の温度を計測する温度計測手段と、反射板を覆い、光透過性を有し、上端が平面で閉塞された円筒状の透過キャップと、を備えるので、反射板の反射面が処理ガスと反応して反射率が低下することを抑えることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態である熱処理装置の一種であるランプアニールの縦断面図である。

熱処理装置１は、主にチャンバ１０、発光部２０、透過カバー３０、保持回転部４０、反射部５０、透過キャップ６０、温度計測部７０、昇降駆動部８０および制御部９０を備えている。

チャンバ１０は、上部にリフレクタ１１、下部にハウジング１２を有する円筒形状の炉体であり、この炉体の内部壁面は石英で覆われているとともに、その内部には基板の一種であるウエハＷに熱処理を行うための空間であって処理室となる処理空間ＰＳを有している。また、リフレクタ１１の内部には、冷媒を通して冷却する多数の冷却管１３（参照符号一部省略）が設けられている。なお、リフレクタ１１とハウジング１２とは上下に分離されており、両者は、ハウジング１２の外周面外側を覆う伸縮可能な金属ベローズ１４により連結されている。

また、チャンバ１０の側面には図示しない外部の基板搬送機構との間でウエハＷを受け渡してチャンバ１０内に搬出入するための搬出入口１０ａの他、上側ガス供給路１０ｂ、上側ガス排出路１０ｃ、下側ガス供給路１０ｄが設けられている。そのうち、上側ガス供給路１０ｂには、化学反応により窒化膜や酸化膜等の成膜のために一酸化窒素ガス（Ｎ２Ｏ）や酸素ガス（Ｏ２）等の処理ガスを供給するためにチャンバ１０外に設けられた処理ガス供給源１５と、チャンバ１０内に充満した処理ガスを置換して排出するための化学的反応性の低い窒素ガス（Ｎ２）等の置換ガスを供給する外部の置換ガス供給源１６と、に接続されている。また、上側ガス排出路１０ｃは、チャンバ１０内に供給された処理ガスおよび置換ガス（以下、両者を総称する場合には単に「ガス」という）を外部に排出する。さらに、下側ガス供給路１０ｄは、置換ガス供給源１６のみに接続されている。

また、搬出入口１０aの外側にはシャッタ１７が設けられており、図示しない昇降機構の駆動によりシャッタ１７は搬出入口１０ａに対して上下方向に開閉することができる。

発光部２０は、リフレクタ１１の下方内側に設けられ、熱源としてハロゲンランプであるランプ２１を多数備えている。ランプ２１は、ウエハＷの表面と対向し、かつウエハＷと平行な面内において略均一に分布して設けられている。そのため、ランプ２１が点灯すると、その光はウエハＷへ照射され、ウエハＷは均一に加熱される。

透過カバー３０は、発光部２０の下方に設けられた化学的反応性の低い石英製カバーであって、ランプ２１による放射光を透過する。この透過カバー３０の上面内部には、上側ガス供給路１０ｂに連通されているガス溜め３０ａが形成されている。

また、透過カバー３０の下面には、ガス溜め３０ａに通じる複数の細孔である上側ガス導入口３０ｂが設けられている。そして、ガス供給の際にはガスが上側ガス導入口３０ｂを通じてシャワー状に処理空間ＰＳに供給される。このように、この熱処理装置１では、上側ガス導入口３０ｂがウエハＷの被処理面に平行な面内において均一に設けられいるので、ウエハＷの被処理面内におけるガス流が均一になり、ガス流によるウエハＷの温度低下の不均一も抑えられる。

保持回転部４０は、ウエハＷ端部を周縁部分を全周にわたって保持するとともに、その周縁部からの熱の放出を補償するＳｉＣ製の均熱リング４１が、その直径より大きな内径を有する円筒の支持脚４２により支持されている。そして、支持脚４２の外周面下端に回転子４３ａが設けられ、それに対応する固定子４３ｂが固定部材５２に取り付けられている。その回転子４３ａが回転すると支持脚４２がその円筒の中心を軸として回転し、それに伴い、均熱リング４１もその水平面内での中心を軸としてウエハＷの被処理面（上面）と平行な水平面内で回転可能となっている。

反射部５０は、均熱リング４１に保持されたウエハＷと平行に、上面が反射率の高い鏡面である反射板５１を固定部材５２を介してハウジング１２に固定したものであり、反射板５１によりウエハＷからの放射光を反射する。そして、ウエハＷの下面も反射光をさらに反射することにより、ウエハＷと反射板５１との間で放射光の反射が繰り返される多重反射の現象が生じる。また、反射板５１には複数の穴５１ａが設けられている。

透過キャップ６０は、光透過性が高く、上端が平面で閉鎖された円筒状をなした化学的反応性の低い石英製の部材であって、反射部５０の上部を覆っている。これにより、反射板５１の反射面が処理ガスと反応して「くもる」等して反射率が低下することを抑えている。また、透過キャップ６０の上面には、同心円上の３本の石英製の支持ピン６１が設けられており、保持手段としてそれら支持ピン６１の上端にウエハＷを水平に載置できるものとなっている。

また、透過キャップ６０の下部には透過キャップ６０全体を昇降させるエアシリンダ６２が設けられている。このエアシリンダ６２の伸縮により、ウエハＷを受け取る際には、透過キャップ６０を上昇させて支持ピン６１上にウエハＷを載置し、その後に透過キャップ６０を下降させることによって保持回転部４０の均熱リング４１上にウエハＷを載置する。逆に、ウエハＷを基板搬送機構に受け渡す際には逆の手順を行う。

なお、透過カバー３０、透過キャップ６０およびチャンバ１０の内部壁部が石英製であり、均熱リング４１がＳｉＣ製であることにより、チャンバ１０の内部において金属部材が処理ガスに直接さらされることは少ないので、ウエハＷに金属汚染を及ぼすことはない。

温度計測部７０は、反射板５１に複数設けられた円筒状の穴５１ａのそれぞれの下方に取り付けられ、穴５１ａを通じて内部に多重反射後の光を取り入れることができるものとなっている。そして、温度計測部７０内部に設けられた図示しない放射温度計により、それら光に基づいてウエハＷの温度を計測し、その温度信号を後述する制御部９０へ送信する。なお、温度計測部７０の具体的な構造については後述する。

昇降駆動部８０は、ボールねじ８１とモータ８２とを備えており、モータ８２の回転によりハウジング１２およびそれに取り付けられた反射部５０、保持回転部４０、温度計測部７０を一体として昇降（リフレクタ１１に対して相対的に、近接・隔離）させることができる。そして、それにより均熱リング４１上に載置されたウエハＷを上下方向に昇降させることができる。

制御部９０は、内部に図示しないＣＰＵおよびメモリ等を備えるとともに、各部との電気的接続は図示しないが、シャッタ１７、ランプ２１、リニアモータ４３、モータ８２のそれぞれに電力を供給する図示しないドライバに接続され、それらドライバによる供給電力の制御を通じて上記各部の動作を制御するとともに、エアシリンダ６２への図示しないエア供給源、処理ガス供給源１５、置換ガス供給源１６に設けられた図示しない電磁弁の開閉により、エアやガスの供給量を制御する。

図２は、この発明の実施の形態である熱処理装置の温度計測部の構成を示す図である。

図２に示すように、ウエハＷの下面に対する対向面を有するステンレス等の反射板７１には、円筒形状の穴７２が形成されており、この穴７２内およびその下方には温度計測部７０のケーシング７３が設けられており、ケーシング７３の上部には穴７２の内面が円筒状の空洞部ＣＰとなっている。この空洞部ＣＰの下方には円盤状の回転セクタ７４が設けられている。さらに、ケーシング７３の内部には、冷却管７３０が設けられており、ケーシング７３内部の温度を抑える構造になっている。なお、冷却管７３０の具体的な構造については、後述する。

回転セクタ７４は、円盤を直交する２本の直径で４等分したうちの隣り合わない２つの扇形が表裏両面が鏡面である反射部となっており、また、他の扇形部分は黒化処理された吸収部となっている。また、反射部および吸収部には、弧のスリットが設けられている。そして、回転セクタ７４の中心ＣＥがモータ７５の回転軸７５０に取り付けられている。したがって、モータドライバ７６から供給される電力によるモータ７５の回転により回転セクタ７４は、回転セクタ７４の板面に平行な平面内で回転自在となっている。

また、回転セクタ７４の下側のケーシング７３の内面７３１は黒化処理が施されており、回転セクタ７４の吸収部または反射部のスリットを通過した光のうち多くは、黒化処理が施された内面７３１により吸収され、反射されることはない。また、内面７３１には、穴７３２が形成されており、穴７３２の内部にはレンズ７３３と検出器７３４とが設けられている。穴７３２の内部に入ってきた光はレンズ７３３を介して検出器７３４で検出される。検出器７３４は、回転セクタ７４の反射部および吸収部のスリットのそれぞれを通過した光を検出して、それぞれの放射強度（放射エネルギー）を求める。そして、それぞれの放射強度に基づいて、ウエハＷの温度を求め、その温度信号を制御部９０へ送信する。

図３は、反射板および反射板の反射面を示す断面図である。反射板７１そのものは、ステンレス製であり、ウエハＷの下面に対向する反射面にはバフ研磨が施され、さらに鏡面処理がなされている。鏡面処理がなされた反射板７１の反射面にはアルミニウムが蒸着されている。さらに、アルミニウムの表面には、ＳｉＯ２が保護膜として蒸着されている。

図４は、冷却部の構造を示す模式図である。図４に示すように、円筒状の穴７２の周囲に配置されているとともに、ケーシング７３内には円筒状の冷却管７３０が形成されている。この冷却管７３０の下面には、冷却水を冷却管７３０内に供給するための供給口７３０ａと、冷却水を冷却管７３０内から排出するための排出口７３０ｂとがそれぞれ形成されている。供給口７３０ａと排出口７３０ｂとは、それぞれ穴７２に対して対称的な位置に形成されている。供給口７３０ａは、供給管７３０ｃと連通接続されており、図示しない冷却水供給源から矢印Ａに示すように冷却水が流れ、供給口７３０ａから冷却管７３０へ供給される。冷却管７３０内へ供給された冷却水は矢印Ｂに示すように穴７２の周囲を流れる。冷却管７３０内を流れた冷却水は、矢印Ｃに示すように、排出口７３０ｂから冷却管７３０ｄを介して排出される。

この発明の実施の形態である熱処理装置によれば、次のような効果がある。すなわち、ウエハＷの表面に対向する反射面を有し、かつ円筒状の穴７２が形成された反射板７１の処理面に金属薄膜であるアルミニウムが形成されているので、簡易な構成で反射板７１の反射面を高反射率状態を保つことができ、温度計測における多重反射効果を増幅させることができる。

また、アルミニウムの表面に酸化膜（ＳｉＯ２）が保護膜として蒸着されているので、金属薄膜であるアルミニウムの表面が傷つくことがないという効果がある。

また、反射板７１の反射面が、鏡面処理がなされているので、反射板７１への熱吸収を抑制することができ、ウエハＷの加熱に対する熱効率を向上させることができる。

また、反射板７１の反射面とは反対側に水冷管７３を設けているので、反射板７１の温度上昇を抑制させ、温度計測に対する誤差要因となる外乱を防止できる。

また、穴７２の表面にも、反射板７１の反射面と同様、金属薄膜であるアルミニウムが形成されているので、反射板７１の反射面及び穴７２の表面を高反射率状態に保つことができ、温度計測における多重反射効果をさらに増幅させることができる。

さらに、冷却管７３０が円筒状の穴７２の周囲に配置されているとともに、この冷却管７３０の下面には、冷却水を冷却管７３０内に供給するための供給口７３０ａと、冷却水を冷却管７３０内から排出するための排出口７３０ｂとが形成されているので、反射板７１および穴７２の温度上昇を抑制させ、温度計測に対する誤差要因となる外乱をさらに効果的に防止できる。

この発明の実施の形態である熱処理装置の一種であるランプアニールの縦断面図である。 温度計測部の構成を示す図である。 反射板および反射板の反射面を示す断面図である。 冷却部の構造を示す模式図である。 従来の熱処理装置の一種であるランプアニールの縦断面図である。

符号の説明

１０ チャンバ
１１ リフレクタ
１２ ハウジング
２１ ランプ
５０ 反射部
６０ 透過キャップ
６１ 支持ピン
６２ エアシリンダ
７０ 温度計測部
７１ 反射板
１４１ 均熱リング
Ｗ ウエハ

Claims (4)

1. 基板に熱処理を行う熱処理装置であって、
   基板を保持する保持手段と、
   前記保持手段に保持された基板に熱処理を行うための熱源と、
   前記保持手段に保持された基板表面に対向する反射面を有し、かつ穴が形成された反射板と、
   前記穴内に設けられ、かつ基板の温度を計測する温度計測手段と、
   前記反射板を覆い、光透過性を有し、上端が平面で閉塞された円筒状の透過キャップと、
   を備えたことを特徴とする熱処理装置。
2. 請求項１に記載の熱処理装置であって、
   前記透過キャップが石英製であることを特徴とする熱処理装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の熱処理装置であって、
   前記保持手段が、基板の周縁部分を保持し、
   前記透過キャップの上面に基板を支持する支持ピンが設けられ、
   前記透過キャップが昇降されることにより、基板が前記保持手段と前記支持ピンとの間で受け渡しされることを特徴とする熱処理装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱処理装置であって、
   前記穴の周囲における前記反射板の反射面に金属薄膜を形成したことを特徴とする熱処理装置。

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