JP2006005177A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被処理体が熱伸縮しても面内温度の均一性を高く維持しつつパーティクルの発生を抑制することが可能な熱処理装置を提供する。
【解決手段】 被処理体Ｗに対して所定の熱処理を施す熱処理装置４において、前記被処理体を収容可能になされた処理容器６と、前記被処理体を加熱する加熱手段２６と、前記処理容器内へ所定のガスを供給するガス供給手段１０と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段１８と、前記被処理体を支持する支持手段３６とを備え、前記支持手段は、前記被処理体の裏面の周辺部と接触して支持する少なくとも３本の支持ピン部４６を有すと共に、前記支持ピン部の先端の接触面の面積は、０．０７〜０．６４ｍｍ^２ の範囲内に設定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対してアニール処理等の所定の熱処理を施すための熱処理装置に関する。

一般に、半導体集積回路を製造するためには、シリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、アニール処理等の各種の熱処理が繰り返し施される。そして、ウエハサイズが例えば８インチから１２インチへ大きくなるに従って、熱処理の面内均一性が比較的に得易い枚葉式の熱処理装置が多用される傾向にある（特許文献１、２）。例えば熱処理の一例としてアニール処理を例にとって説明すると、このアニール処理は、前工程で形成された薄膜や不純物のドープされたウエハ表面の特性を安定化させるために主に用いられ、例えばシリコン酸化膜の表面をマイクロ波によって窒化することによりゲート用のシリコン窒化膜を形成した時には、このシリコン窒化膜を改質して安定化するために１０００℃程度の高温でアニール処理が行われる。

この種のアニール処理を行う枚葉式の熱処理装置では、例えば図１７に示すように、処理容器内へ導入された半導体ウエハＷは、その裏面の周辺部を先端の尖った、例えば上端接触面の直径Ｄ０が０．１ｍｍ程度になされた石英製の３本の支持ピン２（図示例では１本のみ記す）で支持することにより保持され、この状態で図示しない加熱ランプ等の加熱手段で高温、例えば１０５０℃程度に加熱されて改質のためのアニール処理が行われる。ここで上記のように先端の尖った支持ピンを用いる理由は、支持ピンを介して逃げる熱量をできるだけ抑制してウエハ全面の熱的均一性を高く維持するためである。

またこの種の熱処理装置の外に、上記のように支持された半導体ウエハと上下方向において平行に、この半導体ウエハと同じ形態となるように形成された摸擬ウエハを設置し、そして、上下の両面側に加熱手段として独立制御可能な加熱ランプをそれぞれ配置し、上記摸擬ウエハの温度を放射温度計等でモニタしながら、所望の温度・温度分布になるように上下の加熱手段を全く同じく制御する装置も知られている。尚、上述のような摸擬ウエハを用いた温度制御をミラーリング制御とも称される。

特開２００４−７９９８５号公報 特開２００３−３３２４０８号公報

ところで、上記したような熱処理（アニール処理等）を行う時に、半導体ウエハ自体に熱伸縮が発生することは避けられない。この場合、例えば石英製の支持ピン２の先端部は、上述したように熱伝導による熱の逃げを抑制するために非常に鋭く例えば針状に形成され、例えば支持ピン２の上端部の接触面の大きさは直径が０．１ｍｍ程度になされている。このため、半導体ウエハＷの昇降温時の熱伸縮によって、この支持ピン２の先端部がウエハＷの裏面を引っ掻くような状態となり、ここに引っ掻きによるパーティクルが発生する、といった問題があった。実際に、熱処理後にウエハＷの裏面を観察すると、上記支持ピン２の接触点を中心として例えば３箇所の接触点全体で１０００〜２０００個程度の多数のパーティクルが確認された。

このような昇降温時の熱伸縮量は、ウエハサイズが大きくなるに従って長くなり、例えば直径が３００ｍｍのウエハの場合には、熱処理温度が１０５０℃の時に直径方向に１．５ｍｍ程度も熱伸縮し、上記した問題点の早期の解決が望まれている。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、被処理体が熱伸縮しても面内温度の均一性を高く維持しつつパーティクルの発生を抑制することが可能な熱処理装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、被処理体に対して所定の熱処理を施す熱処理装置において、前記被処理体を収容可能になされた処理容器と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へ所定のガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、前記被処理体を支持する支持手段とを備え、前記支持手段は、前記被処理体の裏面の周辺部と接触して支持する少なくとも３本の支持ピン部を有すと共に、前記支持ピン部の先端の接触面の面積は、０．０７〜０．６４ｍｍ^２ の範囲内に設定されていることを特徴とする熱処理装置である。
このように、処理容器内で被処理体の裏面周辺部を支持する支持ピン部の先端の接触面の面積を０．０７〜０．６４ｍｍ^２ の範囲内に設定するようにしたので、被処理体が熱伸縮しても面内温度の均一性を高く維持しつつパーティクルの発生を抑制することができる。

この場合、例えば請求項２に規定するように、前記接触面は円形であって、その直径は０．３〜０．９ｍｍの範囲内に設定されている。
また例えば請求項３に規定するように、前記支持ピン部の上端部は、その断面積が所定の長さ以上に亘って一定になされている。
これによれば、支持ピン部の上端部の断面積が所定の長さ以上に亘って一定に小さくなされているので、この熱伝導による被処理体からの熱の逃げ量を更に抑制できるので、面内温度の均一性を一層向上させることができる。

請求項４に係る発明は、被処理体に対して所定の熱処理を施す熱処理装置において、前記被処理体を収容可能になされた処理容器と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へ所定のガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、前記被処理体を支持する支持手段とを備え、前記支持手段は、前記被処理体の裏面の周辺部と接触して支持する少なくとも３本の支持ピン部を有すと共に、前記支持ピン部は、前記被処理体の半径方向に沿って揺動可能に設けられることを特徴とする熱処理装置である。
このように、処理容器内で被処理体の裏面周辺部を支持する支持ピン部を揺動可能に設けるようにしたので、被処理体が熱伸縮した時にこれに伴って支持ピン部は一体的に揺動し、この結果、被処理体の裏面周辺部とこれに接する支持ピン部の上端との間には引っ掻きが生ずることがなくなり、従って、被処理体が熱伸縮しても面内温度の均一性を高く維持しつつパーティクルの発生を抑制することが可能となる。

この場合、例えば請求項５に規定するように、前記支持手段の下端部側は、ピン収容容器内に収容されて支持される。
また例えば請求項６に規定するように、前記支持手段の下端部には、重り部材が設けられる。

請求項７に係る発明は、被処理体に対して所定の熱処理を施す熱処理装置において、前記被処理体を収容可能になされた処理容器と、前記処理容器の天井部側に配置された天井部側加熱ユニット及び前記処理容器の底部側に配置された底部側加熱ユニットを有する加熱手段と、前記処理容器内へ所定のガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、前記被処理体を支持する支持手段と、前記被処理体に対して平行に配置されると共に、水平方向へ熱伸縮可能に支持された摸擬被処理体と、前記摸擬被処理体の熱伸縮を許容しつつ位置ずれを防止するために前記摸擬被処理体の外周側に設けられた複数本の位置ずれ防止ピンと、を備えたことを特徴とする熱処理装置である。
このように、被処理体に対して平行に設けられる摸擬被処理体を水平方向へ熱伸縮可能に支持すると共に、この位置ずれを防止するための位置ずれ防止ピンを設けるようにしたので、この摸擬被処理体の裏面側でパーティクルが発生してもこれが被処理体側へ飛散して付着することを防止することができる。

この場合、例えば請求項８に規定するように、例えば前記位置ずれ防止ピンは、前記摸擬被処理体の周辺部に設けられた円弧状のピン収容凹部内に位置されている。
また例えば請求項９に規定するように、前記支持手段は、前記摸擬被処理体に設けられている。

また例えば請求項１０に規定するように、前記摸擬被処理体と前記被処理体とを一体的に回転する回転機構を更に有する。
また例えば請求項１１に規定するように、前記加熱手段は、複数の加熱ランプを有する。
また例えば請求項１２に規定するように、前記被処理体を昇降させる昇降機構を更に備える。

本発明の熱処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１乃至３に係る発明によれば、処理容器内で被処理体の裏面周辺部を支持する支持ピン部の先端の接触面の面積を０．０７〜０．６４ｍｍ^２ の範囲内に設定するようにしたので、被処理体が熱伸縮しても面内温度の均一性を高く維持しつつパーティクルの発生を抑制することができる。
請求項４乃至６に係る発明によれば、処理容器内で被処理体の裏面周辺部を支持する支持ピン部を揺動可能に設けるようにしたので、被処理体が熱伸縮した時にこれに伴って支持ピン部は一体的に揺動し、この結果、被処理体の裏面周辺部とこれに接する支持ピン部の上端との間には引っ掻きが生ずることがなくなり、従って、被処理体が熱伸縮しても面内温度の均一性を高く維持しつつパーティクルの発生を抑制することができる。

請求項７乃至１２に係る発明によれば、被処理体に対して平行に設けられる摸擬被処理体を水平方向へ熱伸縮可能に支持すると共に、この位置ずれを防止するための位置ずれ防止ピンを設けるようにしたので、この摸擬被処理体の裏面側でパーティクルが発生してもこれが被処理体側へ飛散して付着することを防止することができる。

以下に、本発明に係る熱処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る熱処理装置を示す断面図、図２は図１に示す熱処理装置の動作を示す断面図、図３は被処理体を支持する支持手段を示す平面図、図４は支持手段の支持ピン部の第１実施例を示す図である。
＜第１実施例＞
まず、本発明の第１実施例について説明する。
図示するように、この熱処理装置４は、アルミニウム等により筒体状に成形された処理容器６を有している。この処理容器６の側壁には、この中に被処理体としての半導体ウエハＷを搬出入するために気密に開閉可能になされたゲートバルブ８が設けられると共に、この処理容器６内へアニール等の熱処理時に必要な所定のガスを供給するためのガス供給手段１０が設けられる。ここではこのガス供給手段１０として、例えば石英よりなるガス供給ノズル１０Ａが処理容器６の側壁を貫通させて設けられており、図示しないマスフローコントローラ等の流量制御器により流量制御しつつガスを供給できるようになっている。尚、このガス供給ノズル１０Ａに替えて、例えば石英製のシャワーヘッド構造等を用いてもよい。

また、この処理容器６の底部の周辺部には、排気口１２が設けられており、この排気口１２には、排気通路１４に真空ポンプ等の排気ポンプ１６を介設してなる排気手段１８が接続されて、上記処理容器６内の雰囲気を排気、例えば真空引きできるようになっている。
また、上記処理容器６の天井部６Ａ及び底部６Ｂには、それぞれ大口径の開口部２０Ａ、２０Ｂが形成されており、これらの開口部２０Ａ、２０Ｂには、それぞれＯリング等のシール部材２２Ａ、２２Ｂを介して例えば透明石英板よりなる照射窓２４Ａ、２４Ｂが気密に取り付け固定されている。そして上記各照射窓２４Ａ、２４Ｂの外側には、加熱手段２６が設けられている。この加熱手段２６は、天井部側の照射窓２４Ａの上方に位置する天井部側加熱ユニット２６Ａと、底部側の照射窓２４Ｂの下方に位置する底部側加熱ユニット２６Ｂとよりなる。尚、上記２つの加熱ユニット２６Ａ、２６Ｂの内のいずれか一方の加熱ユニットのみを設けるようにしてもよい。上記各加熱ユニット２６Ａ、２６Ｂは、内面がそれぞれ反射面になされたランプハウス２８Ａ、２８Ｂを有しており、各ランプハウス２８Ａ、２８Ｂ内には、それぞれ直管状になされた例えばハロゲンランプよりなる加熱ランプ３０Ａ、３０Ｂがそれぞれ多数本ずつ平列に配置されており、これらの各加熱ランプ３０Ａ、３０Ｂからの放射光でウエハＷを両面より加熱し得るようになっている。また、ここでは底部側加熱ユニット２６Ｂ内に、例えばパイロセンサ（放射温度計）よりなる温度測定器３２が設けられており、この測定値が例えばマイクロコンピュータ等よりなる温度制御部３４へ入力され、上記測定値に基づいて上記各加熱ユニット２６Ａ、２６Ｂへの投入電力を制御してウエハを所定の温度に制御できるようになっている。

そして、この処理容器６内には、上記半導体ウエハＷを支持するために本発明の特徴とする支持手段３６が設けられている。尚、ここではこの支持手段３６は、ウエハＷの搬出入時にウエハを昇降させる昇降機構３８の一部を兼ねている。
具体的には、上記支持手段３６は、例えばクォーツ（石英）よりなる大口径の円形リング状の昇降板４０を有しており、この昇降板４０は、その周縁部が処理容器６の内面に取り付け固定された同じくクォーツよりなる大口径の円形リング状の載置板４２上に載置されている。上記リング状の昇降板４０からは、その中央方向に向けて複数本、図示例（図３参照）では例えばクォーツよりなる３本の支持アーム４４が延在させて設けられている。この支持アーム４４は、昇降板４０の周方向に沿って等間隔で配置されている。そして、上記各支持アーム４４の先端部には、例えばクォーツよりなる支持ピン部４６が取り付け固定されており、各支持ピン部４６の上端面を上記ウエハＷの裏面の周辺部に接触させて、このウエハＷを支持するようになっている。

具体的には、この支持ピン部４６の先端部は支持突起４６Ａとして形成され、ここではこの支持突起４６Ａは、図４（Ａ）に示すように細いストレートな円柱状に成形されており、その断面積が所定の長さＬ１に亘って一定になるように設定されている。ここで、この支持突起４６Ａの上端面である接触面４６Ｂの面積は、０．０７〜０．６４ｍｍ^２ の範囲内に設定されており、ウエハＷから熱伝導で逃げる熱量を抑制すると共に、ウエハＷが熱伸縮して接触面４６Ｂに対して摺動しても、上記接触面４６Ｂへの単位面積当たりの面圧を、図１７に示す従来の支持ピンの場合よりも小さくすることによってパーティクルの発生を極力抑制できるようになっている。この場合、上記接触面４６Ｂの形状が円形の場合には、その直径Ｄ１は０．３〜０．９ｍｍの範囲内である。また、上記長さＬ１は５ｍｍ程度である。そして、支持ピン部４６の本体の直径Ｄ２は、１．５ｍｍ程度である。更にこの時のウエハＷの大きさは例えば直径が３００ｍｍで、その重さが１８０ｇ程度である。

そして、上記昇降板４０を昇降させるために、昇降機構３８の一部として処理容器６の底部６Ｂには、昇降アクチュエータ４８が設けられている。この昇降アクチュエータ４８は、上記底部６Ｂの周方向に沿って例えば３本（図示例では２本のみ記す）設けられている。各昇降アクチュエータ４８には、容器底部６Ｂの貫通孔５０を遊嵌状態で挿通された昇降ロッド５２が設けられている。また、上記載置板４２にも昇降ロッド５２を通すための挿通孔５４が形成されており、この挿通孔５４に上記昇降ロッド５２の上端部を挿通させて上記昇降板４０を上方へ押し上げることができようになっている（図２参照）。従って、この昇降アクチュエータ４８と上記支持手段３６とで、昇降機構３８を形成している。また上記昇降ロッド５２の底部貫通部には、伸縮可能になされた金属ベローズ５６が介設されており、上記処理容器６内の気密性を維持しつつ上記昇降ロッド５２の昇降移動を許容し得るようになっている。

まず、この処理容器６内へ半導体ウエハＷを搬入する場合には、開放されたゲートバルブ８を介して図示しない搬送アームで半導体ウエハＷを処理容器６内へ搬入し、この状態で図２に示すように昇降機構３８の昇降アクチュエータ４８を駆動して昇降ロッド５２を上方へ延ばし、これにより、支持手段３６の昇降板４０を上方へ押し上げて支持ピン部４６を上昇させる。これによりウエハＷが搬送アーム（図示せず）から支持ピン部４６側へ受け渡されてこれに保持される。
このように、ウエハＷを支持ピン部４６で保持した状態で、上記昇降ロッド５２を降下させることにより、図１に示すように昇降板４０は載置板４２上に載置されることになる。そして、ゲートバルブ８を閉じて処理容器６内を密閉し、ガス供給手段１０から必要なガスを処理容器６内へ供給しつつ排気手段１８を駆動して処理容器６内を所定の圧力雰囲気に維持する。そして、同時に加熱手段２６である天井部側加熱ユニット２６Ａ及び底部側加熱ユニット２６Ｂの各加熱ランプ３０Ａ、３０Ｂを点灯してウエハＷの温度を所定の温度、例えば１０５０℃程度に維持しつつ熱処理、例えばアニール処理を施すことになる。

ここで、この高温の熱処理によって、ウエハＷは例えばウエハサイズにもよるが直径３００ｍｍの場合には、１．５ｍｍ程度も熱伸縮し、これにより図１７に示すような従来構造の場合には、支持ピン２の鋭く尖った先端面がウエハＷの裏面を引っ掻くように摺動して（擦れ合って）パーティクルを発生させていたが、本発明の第１実施例の場合には、支持ピン部４６の支持突起４６Ａの先端の接触面４６Ｂの面積を適正な範囲、すなわち０．０７〜０．６４ｍｍ^２ の範囲内に設定したので、支持突起４６Ａに対してウエハＷの裏面が熱伸縮によって摺動しても、すなわち擦れ合ってもウエハ裏面がほとんど削られることはないので、ここにパーティクルが発生することを極力抑制することができる。換言すれば、接触面に加わる単位面積当たりの面圧を上記のように適正な範囲に設定したので、パーティクルの発生を極力抑制することができる。この場合、実験の結果、上記接触面の面積を０．０７ｍｍ^２ （円形の場合には直径０．３ｍｍに相当）よりも小さく設定した場合には、図１７に示す従来構造と同様に単位面積当たりの面圧が大きくなり過ぎて、擦れ合い時にウエハ裏面が削られてパーティクルが多く発生してしまい、好ましくない。また、上記接触面の面積を０．６４ｍｍ^２ （円形の場合には直径０．９ｍｍに相当）よりも大きく設定した場合には、ウエハＷにスリップ（結晶割れ）が発生したり、或いはこの支持ピン部を介して逃げる熱量が多くなり過ぎてしまい、ウエハ温度の面内均一性を低下させる原因となってしまい、好ましくない。

また上述のように支持突起４６Ａの形状を、図４（Ａ）に示すように細いストレートな円柱状に成形して所定の長さＬ１、例えば５ｍｍ以上の長さだけその断面積を一定にすることにより、この部分を介してウエハＷから逃げる熱量は非常に少なくなり、その結果、ウエハ温度の面内均一性を一層向上させることができる。尚、透明石英（クォーツ）は加熱ランプからの照射光を、吸収損失をほとんど生ずることなく透過するのは勿論である。図４（Ａ）に示す支持ピン部４６の支持突起４６Ａは針状に形成したが、これに替えて、図４（Ｂ）に示すようにこの支持突起４６Ａの部分を例えば円錐状に成形してもよい。この場合にも、接触面４６Ｂは平坦面になされてその面積（接触面積）は、図４（Ａ）に示す場合と同じである。

＜第２〜第４実施例＞
次に、本発明の第２〜第４実施例について説明する。
図５は、本発明の第２実施例の支持ピン部を示す拡大断面図、図６は本発明の第３実施例の支持ピン部を示す拡大断面図、図７は本発明の第４実施例の支持ピン部を示す拡大断面図である。先に図４を参照して説明した第１実施例の場合には、支持ピン部４６は、支持アーム４４の先端部に固定的に取り付けていたが、この第２〜第４実施例の場合には、半導体ウエハＷの半径方向に沿って揺動可能に設けられている。

具体的には、第２実施例の場合には、図５に示すように、クォーツよりなる支持アーム４４の先端部には、同じくクォーツよりなるピン収容容器６０が取り付け固定されている。このピン収容容器６０は、上端が開口されてその内径が２ｍｍ程度の円筒体として形成されている。そして、支持手段３６の支持ピン部４６の下部には、例えばクォーツよりなる円板状の鍔部６２が設けられると共に、この鍔部６２からは下方向に向けて例えばクォーツよりなる細長い重りロッド６４が延びており、この重りロッド６４を上記ピン収容容器６０内へ遊嵌状態で挿入している。この時、上記鍔部６２の直径はピン収容容器６０の内径よりも大きく設定される。またこの鍔部６２の下面６２Ａは、下方に凸となるように曲面状に成形されており、この曲面状の下面６２Ａがピン収容容器６０の上端面に当接し、上述したように支持ピン部４６を一定の微小なストローク範囲内で揺動可能に支持するようになっている。ここでの支持ピン部４６は、図４（Ｂ）で説明した場合と同様に形成されている。

このように形成された第２実施例によれば、ウエハ熱処理時に、ウエハＷに熱伸縮が生じた場合、これに応じて支持ピン部４６は、この下部に設けた鍔部６２の下面６２Ａを支点としてウエハ半径方向へ一体的に揺動することになる。例えばウエハＷが熱膨張すれば、支持ピン部４６は外側（ウエハの半径方向外側）へ倒れることになる。この結果、支持ピン部４６の上端の接触面４６ＢはウエハＷの下面の同一点に接触したままの状態となってウエハ下面に対して擦れ合うことはなく、その分、パーティクルの発生をより抑制することができる。換言すれば、上記支持ピン部４６の上端の接触面４６Ｂは、ウエハＷの下面の同一点に接触した状態で、ウエハＷの半径方向の熱伸縮に応じて支持ピン部４６自体がウエハ半径方向へ揺動するので、ウエハ裏面に対する引っ掻きがなくなってパーティクルの発生を一層抑制することができる。この場合、鍔部６２の下面６２Ａは曲面状になっているので、揺動時の抵抗を少なくできる。

図６は本発明の第３実施例を示しており、図６（Ａ）は縦断面、図６（Ｂ）は図６（Ａ）中のＡ−Ａ線矢視断面図である。図６に示す第３実施例では、ピン収容容器６０は、その断面が例えばウエハ半径方向に長軸を有する略楕円形状になされており、このピン収容容器６０内のウエハ中心側の内側壁６０Ａは、上方に向かうに従ってウエハ中心方向へ傾斜する傾斜面として形成されている。そして、支持ピン部４６からは、下方へ細長い重りロッド６４が延びており、この重りロッド６４の下端部は、ピン収容容器６０内の底部に接するようにして支持されている。従って、この支持ピン部４６は、上記重りロッド６４の下端部を支点としてウエハ半径方向へ揺動可能に支持されることになる。また、この支持ピン部４６は、フリーな状態、すなわちウエハＷを支持していない状態では図６（Ａ）に示すように、常に傾斜内壁面６０Ａ側へ角度θの傾斜角でもって倒れた状態となる。尚、支持ピン部４６は、図４（Ｂ）で説明した場合と同様に形成されている。

この第３実施例の場合には、第２実施例と同様に動作する。すなわち、ウエハ熱処理時に、ウエハＷに熱伸縮が生じた場合、これに応じて支持ピン部４６がウエハＷの半径方向へ揺動することになる。例えばウエハＷが熱膨張すると、支持ピン部４６はウエハの半径方向外方へ倒れることになり、この結果、支持ピン部４６の上端の接触面４６ＢはウエハＷの下面の同一点に接触したままの状態となってウエハ下面に対して擦れ合うことはなく、その分、パーティクルの発生をより抑制することができる。
図７は本発明の第４実施例を示している。この場合には、ピン収容容器６０の底部も開口されており、また支持ピン部４６の本体は例えばクォーツで球形に成形され、この上方に接触面４６Ｂを有する円錐状の支持突起４６Ａが形成されている。この球形の支持ピン部４６の本体は、図５中の鍔部６２と同様な作用を示すことになる。また、この支持ピン部４６より下方に延びる重りロッド６４は下方へ突き出ており、この下端部に例えばクォーツよりなる重り部材６８を取り付けている。これにより支持ピン部６４は、揺動可能に支持されることになる。

この第４実施例の場合にも、第２実施例と同様に動作する。すなわち、ウエハ熱処理時に、ウエハＷに熱伸縮が生じた場合、これに応じて支持ピン部４６がウエハＷの半径方向へ揺動することになる。例えばウエハＷが熱膨張すると、支持ピン部４６はウエハの半径方向外方へ倒れることになり、この結果、支持ピン部４６の上端の接触面４６ＢはウエハＷの下面の同一点に接触したままの状態となってウエハ下面に対して擦れ合うことはなく、その分、パーティクルの発生をより抑制することができる。
尚、この第２〜第４実施例においては、支持ピン部４６として図４（Ｂ）に示す形状を用いたが、これに限定されず、図４（Ａ）に示す支持ピン部の構造、或いはウエハの熱伸縮に応じて支持ピン部も揺動することから、図１７に示すような従来の先端部が尖った支持ピン部を用いてもよい。

次に、上記各実施例の一部及び比較例について実験を行って、そのパーティクルの評価を行ったので、その評価結果について説明する。図８はパーティクルの評価結果を示すグラフである。ここではウエハを７５枚処理した時のパーティクル数（０．１６μｍ以上）の変化を示している。曲線Ａは図４（Ａ）に示す第１実施例（ストレート円柱状）の結果を示し、曲線Ｂは図４（Ｂ）に示す第１実施例（円錐状）の結果を示し、曲線Ｃは図１７に示すような従来の形状で材質は石英を用いた場合を示し、曲線Ｄは図１７に示すような従来品の形状で材質はサファイアを用いた場合を示す。尚、第１実施例の場合、接触面４６Ｂの直径Ｄは０．６ｍｍに設定した。

図８から明らかなように、曲線Ａ、Ｂに示す本発明の第１実施例の場合には、パーティクル数は３００個程度よりも少なく、良好な結果が示されていることを確認できた。これに対して、曲線Ｃに示す石英製の従来形状の場合には、パーティクル数は５００前後であり、場合によっては１０００個程度にも達し好ましくないことが確認できた。また曲線Ｄに示すサファイア製の従来形状の場合には、上記曲線Ｃの場合よりもパーティクル数が少ない場合もあるが、突発的に多量のパーティクル数が計測されており、あまり好ましくないことが確認できた。
尚、図２に示す第２実施例（先端部は従来品と同じ形状）についても上記と同様な実験を行った結果、曲線Ａ或いは曲線Ｂと略同じ計測結果が得られ、良好な結果が得られることを確認することができた。

＜第５実施例＞
次に、本発明の第５実施例について説明する。
これより説明する第５実施例以降の各実施例では、半導体ウエハと平行に並列させて摸擬被処理体、例えば摸擬ウエハを用いている。図９は本発明の熱処理装置の第５実施例を示す断面図、図１０は摸擬被処理体（摸擬ウエハ）を示す平面図、図１１は摸擬ウエハの取り付け部を示す部分拡大断面図、図１２は支持ピン部を示す拡大図、図１３は載置板の位置検出機構の一例を示す模式図である。尚、ここでは図１に示した装置構成と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。

図９に示すように、ここでは昇降板４０を支持するリング状の載置板４２は、処理容器６の側壁に固定されているではなく、回転機構７０によって回転可能になされている。具体的には、この回転機構７０は、処理容器６の側壁に軸受７２を介して回転自在に支持された複数の回転ローラ７４を有している。この回転ローラ７４は、処理容器６の周方向に沿って均等な間隔を隔てて少なくとも３個（図示例では２個示す）設けられている。上記軸受７２は、処理容器６内の気密性を維持しつつ上記回転ローラ７４の回転を許容するために例えば磁性流体によりシールされている。上記各回転ローラ７４は例えばクォーツよりなり、例えば截頭円錐台状に成形されており、各回転ローラ７４の上面側に上記載置板４２を載置して支持させており、この回転ローラ７４を回転駆動することにより、上記載置板４２をその周方向へ回転し得るようになっている。この回転駆動を得るために、上記３つの回転ローラ７４の内の１つに駆動モータ７６を接続している。

また上記載置板４２の外側角部には、その周方向に沿って例えばＳｉＣよりなる硬い受け部材７８が設けられており、この受け部材７８に上記回転ローラ７４を直接的に接触させている。この受け部材７８を設けることにより、ここにパーティクルが発生することを防止するようになっている。
そして、上記載置板４２には、その中心方向へ水平に延びる例えばクォーツよりなる複数本の支持ロッド８０が設けられる。この支持ロッド８０は、載置板４２の周方向に沿って等間隔で例えば３本（図示例では２本のみ記す）設けられており、その先端部は上方へＬ字状に屈曲されている。そして、各支持ロッド８０の先端部で円板状の摸擬被処理体としての摸擬ウエハ８２を水平に支持している。この摸擬ウエハ８２は半導体ウエハＷと同じ形態になるように形成されている。具体的には、この摸擬ウエハ８２としては半導体ウエハＷと同じ直径及び厚さの例えばシリコンウエハを用いることができ、熱処理時に半導体ウエハＷと略同じ熱膨張率で半径方向へ伸縮するようになっている。また表面に何も形成されていないシリコンウエハ（ベアウエハ）においては、赤外線領域の波長に対して透過性があることから、この領域の波長を吸収して半導体ウエハＷと同じように加熱されるように、摸擬ウエハ８２の表面には、ＳｉＮ等よりなるコーティング膜が形成されている。

上記支持ロッド８０の上端部の上記摸擬ウエハ８２に対する接続部には、図１１（Ａ）に示すように、例えばクォーツ製のコマ部材８４が設けられており、このコマ部材８４を、上記摸擬ウエハ８２に形成した貫通孔８６に遊嵌状態で嵌め込むことにより、上記摸擬ウエハ８２の熱伸縮を許容しつつこれを支持できるようになっている。尚、この場合、上記貫通孔８６ではなく、図１１（Ｂ）に示すように摸擬ウエハ８２の下面に係合凹部８８を座ぐって形成し、ここに高さ寸法が短くなされたコマ部材９０を設けるようにしてもよく、この場合にはこの部分の摺動によって発生したパーティクルが上方のウエハＷ側に飛散することを防止することができる。

そして、上記摸擬ウエハ８２上に、先に図４（Ｂ）を参照して説明したような複数、例えば３本（図１０参照）の支持ピン部材４６（図１２（Ａ）参照）が周方向に沿って等間隔で溶着等によって取り付けられている。そして、この各支持ピン部材４６の上端部でウエハＷを支持するようになっている。これにより、摸擬ウエハ８２は、半導体ウエハＷに対して平行に配列されることになる。この場合、支持ピン部材４６は、図１２（Ｂ）に示すようにその下端部に取付ピン９２を設けてこれを摸擬ウエハ８２に設けた取付孔９４に着脱可能に取り付けてもよいし、或いは図１２（Ｃ）に示すように台座９６の付いた取付ピン９２を設けて、これを取付孔９４に着脱可能に取り付けてもよい。更には、この支持ピン部４６として図４（Ａ）に示す形状のもの、或いは図１７に示す従来品と同じ形状のものを用いてもよい。

そして、上記昇降板４０から延びる各支持アーム４４の先端には、上方へ起立させたリフトピン１００が取り付けられている。このリフトピン１００は、上記摸擬ウエハ８２に形成したピン孔１０２内を上方へ貫通して設けられており、このリフトピン１００を昇降させることによって、ウエハＷを上方へ押し上げてウエハＷの受け渡しができるようになっている。従って、このリフトピン１００は、ウエハを持ち上げる昇降機構３８の一部として構成されている。
また図１３に示すように、上記載置板４２の一部には位置決め孔１０４が形成されており、この位置決め孔１０４の上下に例えばレーザ光を発する発行器１０６と、レーザ光を受光する受光器１０８とを設け、この位置決め孔１０４を通るレーザ光を検出することにより、上記載置板４２のホームポジションを検出できるようになっている。

このように構成された第５実施例においては、ウエハＷの熱処理時の温度制御として、いわゆるミラーリング制御が行われる。すなわち、加熱手段２６の天井部側加熱ユニット２６Ａと底部側加熱ユニット２６Ｂとによって摸擬ウエハ８２が所望する温度になるように温度検出器３２で摸擬ウエハの温度をモニタしつつ温度制御する。この時、天井部側加熱ユニット２６Ａと底部側加熱ユニット２６Ｂへ投入される電力はそれぞれ全く同じであり、半導体ウエハＷと摸擬ウエハ８２はこれら上下の加熱ユニット２６Ａ、２６Ｂにより加熱されるようになっている。これにより、半導体ウエハＷの温度を摸擬ウエハ８２の温度と同一になるように制御でき、結果的に半導体ウエハＷの温度を所望の温度に維持できることになる。

尚、実際的には、半導体ウエハＷと摸擬ウエハ８２の光吸収率の違いから、上下の加熱ユニット２６Ａ、２６Ｂに投入される電力は全く同じではなく、これらの間にはオフセット的な値のズレは存在する。このようにミラーリング制御を行う理由は、摸擬ウエハ８２の表面は光学的に安定しているのに対して、半導体ウエハＷとしては、種々の処理が前工程で行われたものが搬入されるので、光学的に常に一定のものが搬入されてくるとは限らず、このような半導体ウエハＷの温度を放射温度計よりなる温度検出器３２で精度良く検出するのは困難だからである。

さて、半導体ウエハＷの熱処理時には、図９に示すような状態で、載置板４２は回転ローラ７４によって一定の速度で回転されているので、ウエハ温度の面内均一性を高く維持することができる。この熱処理においては、半導体ウエハＷは熱伸縮（熱膨張）を生ずるが、この場合、この下方に位置する摸擬ウエハ８２も、上記半導体ウエハＷと略同じ熱膨張率で熱伸縮することになる。そしてこの場合、支持ピン部４６は、上記摸擬ウエハ８２上に起立させて設けていることから、上記摸擬ウエハ８２の熱伸縮に伴って支持ピン部４６もウエハＷの半径方向へ僅かに移動することになる。この結果、支持ピン部４６の上端の接触面４６ＢはウエハＷの下面の同一点に接触したままの状態となってウエハ下面に対して擦れ合うことはなく、その分，パーティクルの発生をより抑制することができる。

また載置板４２の回転を止める時には、図１３に示すように、発光器１０６からのレーザ光を受光器１０８で受けることにより、載置板４２の位置決め孔１０４の位置を確認しているので、所定のホームポジションにて載置板４２の回転を停止することができる。尚、ここでは載置板４２を回転させる構造としたが、これに限定されず、これを図１に示すように処理容器６の側壁に固定的に設けるようにしてもよい。

＜第６実施例＞
次に、本発明の第６実施例について説明する。
先の図９に示す第５実施例では、図１１（Ａ）に示したように、摸擬ウエハ８２と、これに接触するコア部材８４との擦れ合いによりパーティクルが発生し、これが上方に位置する半導体ウエハＷに飛散する恐れがあるが、この第６実施例ではこの恐れをなくしている。
図１４はこのような本発明の熱処理装置の第６実施例を示す断面図、図１５は摸擬ウエハ（摸擬被処理体）を示す平面図である。尚、図１及び図９に示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。図示するように、この第６実施例では、載置板４２から延びる支持ロッド８０の先端部には、図１１（Ａ）に示したようなコマ部材８４は何ら設けられておらず、この支持ロッド８０の先端部を摸擬ウエハ８２の下面に直接接触させて、この摸擬ウエハ８２を支持するようになっている。

この場合、上記摸擬ウエハ８２が支持ロッド８０の上端上を滑って横すべりして位置ずれする恐れがある。そこでこの位置ずれを防止するために、上記各支持ロッド８０の途中から、上方に向けて例えばクォーツよりなる位置ずれ防止ピン１１０を起立させて設けている。この位置ずれ防止ピン１１０の上端部は、上記摸擬ウエハ８２の外周側に僅かに摸擬ウエハ端面より離間させて設けている。具体的には、図１５にも示すように、摸擬ウエハ８２の周辺部には、略半円状の円弧状に形成されたピン収容凹部１１２が形成されており、このピン収容凹部１１２内に上記位置ずれ防止ピン１１０の上端部を位置させている。このように構成することにより、熱処理時に摸擬ウエハ８２が熱伸縮することによって、この下面が支持ロッド８０の上端面と擦れ合ってここにパーティクルが発生する場合が生ずるが、この部分には上方に向かう貫通孔が何ら形成されていないので、この発生したパーティクルは、摸擬ウエハ８２の下方へ排気ガスと共にそのまま排出されることになり、上方の半導体ウエハＷ側に向かって飛散することはない。

またこの摸擬ウエハ８２が横すべりした場合には、この摸擬ウエハ８２の外周側に起立させて設けた位置ずれ防止ピン１１０によりそれ以上の横すべりが阻止されることになり、この摸擬ウエハ８２が過度に位置ずれすることを防止することができる。
尚、上記実施例における位置ずれ防止ピン１１０の形状を図１６に示す位置ずれ防止ピンの変形例に示すように、位置ずれ防止ピン１１０の下部を、直径が大きい円錐台形状に形成するようにしてもよい。これによれば、摸擬ウエハ８２が熱伸縮により熱膨張した際に、図１６（Ｂ）に示すように、摸擬ウエハ８２の端面の下部が位置ずれ防止ピン１１０の円錐台形状の斜面に当接してこの斜面に案内されて上方へ移動するようになるので、この結果、位置ずれを防止することができる。

上記各実施例においては、加熱ランプ３０Ａ、３０Ｂとしては直線状のハロゲンランプを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、球形のハロゲンランプを用いてもよい。
また熱処理としてはアニール処理に限定されず、他の熱処理、例えば酸化拡散処理等にも本発明を適用することができる。また被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等を用いてもよいのは勿論である。

本発明に係る熱処理装置を示す断面図である。 図１に示す熱処理装置の動作を示す断面図である。 被処理体を支持する支持手段を示す平面図である。 支持手段の支持ピン部の第１実施例を示す図である。 本発明の第２実施例の支持ピン部を示す拡大断面図である。 本発明の第３実施例の支持ピン部を示す拡大断面図である。 本発明の第４実施例の支持ピン部を示す拡大断面図である。 パーティクルの評価結果を示すグラフである。 本発明の熱処理装置の第５実施例を示す断面図である。 摸擬被処理体（摸擬ウエハ）を示す平面図である。 摸擬ウエハの取り付け部を示す部分拡大断面図である。 支持ピン部を示す拡大図である。 載置板の位置検出機構の一例を示す模式図である。 本発明の熱処理装置の第６実施例を示す断面図である。 摸擬ウエハ（摸擬被処理体）を示す平面図である。 位置ずれ防止ピンの変形例を示す図である。 従来の枚葉式の熱処理装置の支持ピンの一部を示す図である。

符号の説明

４ 熱処理装置
６ 処理容器
１０ ガス供給手段
１０Ａ ガス供給ノズル
１８ 排気手段
２４Ａ，２４Ｂ 照射窓
２６ 加熱手段
２６Ａ 天井部側加熱ユニット
２６Ｂ 底部側加熱ユニット
３０Ａ，３０Ｂ 加熱ランプ
３２ 温度測定器（放射温度計）
３４ 温度制御部
３６ 支持手段
３８ 昇降機構
４０ 昇降板
４２ 載置板
４６ 支持ピン部
４６Ａ 支持突起
４６Ｂ 接触面
６０ 収容容器
６４ 重り部材
７０ 回転機構
８２ 摸擬ウエハ（摸擬被処理体）
１１０ 位置ずれ防止ピン
１１２ ピン収容凹部
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (12)

1. 被処理体に対して所定の熱処理を施す熱処理装置において、
   前記被処理体を収容可能になされた処理容器と、
   前記被処理体を加熱する加熱手段と、
   前記処理容器内へ所定のガスを供給するガス供給手段と、
   前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、
   前記被処理体を支持する支持手段とを備え、
   前記支持手段は、前記被処理体の裏面の周辺部と接触して支持する少なくとも３本の支持ピン部を有すと共に、前記支持ピン部の先端の接触面の面積は、０．０７〜０．６４ｍｍ^２ の範囲内に設定されていることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記接触面は円形であって、その直径は０．３〜０．９ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
3. 前記支持ピン部の上端部は、その断面積が所定の長さ以上に亘って一定になされていることを特徴とする請求項１または２記載の熱処理装置。
4. 被処理体に対して所定の熱処理を施す熱処理装置において、
   前記被処理体を収容可能になされた処理容器と、
   前記被処理体を加熱する加熱手段と、
   前記処理容器内へ所定のガスを供給するガス供給手段と、
   前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、
   前記被処理体を支持する支持手段とを備え、
   前記支持手段は、前記被処理体の裏面の周辺部と接触して支持する少なくとも３本の支持ピン部を有すと共に、前記支持ピン部は、前記被処理体の半径方向に沿って揺動可能に設けられることを特徴とする熱処理装置。
5. 前記支持手段の下端部側は、ピン収容容器内に収容されて支持されることを特徴とする請求項４記載の熱処理装置。
6. 前記支持手段の下端部には、重り部材が設けられることを特徴とする請求項４または５記載の熱処理装置。
7. 被処理体に対して所定の熱処理を施す熱処理装置において、
   前記被処理体を収容可能になされた処理容器と、
   前記処理容器の天井部側に配置された天井部側加熱ユニット及び前記処理容器の底部側に配置された底部側加熱ユニットを有する加熱手段と、
   前記処理容器内へ所定のガスを供給するガス供給手段と、
   前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、
   前記被処理体を支持する支持手段と、
   前記被処理体に対して平行に配置されると共に、水平方向へ熱伸縮可能に支持された摸擬被処理体と、
   前記摸擬被処理体の熱伸縮を許容しつつ位置ずれを防止するために前記摸擬被処理体の外周側に設けられた複数本の位置ずれ防止ピンと、
   を備えたことを特徴とする熱処理装置。
8. 前記位置ずれ防止ピンは、前記摸擬被処理体の周辺部に設けられた円弧状のピン収容凹部内に位置されていることを特徴とする請求項７記載の熱処理装置。
9. 前記支持手段は、前記摸擬被処理体に設けられていることを特徴とする請求項７または８記載の熱処理装置。
10. 前記摸擬被処理体と前記被処理体とを一体的に回転する回転機構を更に有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の熱処理装置。
11. 前記加熱手段は、複数の加熱ランプを有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の熱処理装置。
12. 前記被処理体を昇降させる昇降機構を更に備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の熱処理装置。
    
    

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