JP2013140909A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ランプヒータの温度のばらつきに起因するウェーハの特性劣化を低減することができる熱処理装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる熱処理装置１は、チャンバー１１と、サセプタ１２と、ランプヒータ１３と、遮光板１４と、を備える。サセプタ１２は、チャンバー１１の内部でウェーハＷを支持する。ランプヒータ１３は、サセプタ１２に支持されたウェーハＷを加熱する。遮光板１４は、ウェーハＷとランプヒータ１３との間に配置され、ウェーハＷに対する加熱温度を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は熱処理装置に関し、特に半導体ウェーハを熱処理する熱処理装置に関する。

５インチ、６インチのウェーハサイズのＧａＡｓ電子デバイス製造ラインにおいて、ＧａＡｓ基板とメタルとの合金層が形成される。合金層を形成する際に、ウェーハ面内の処理温度が不均一となると、合金層の出来栄えにばらつきが生じる。その結果、コンタクト抵抗が変動してしまう。

合金層の形成には、ランプアロイ処理が用いられている。ランプアロイ処理においては、上記のコンタクト抵抗の変動を抑えるために、ウェーハ面内の処理温度が均一となることが望ましい。

特許文献１には、ウェーハに対する平行な面内に複数本のＣＷアークランプを配し、各ＣＷアークランプへの供給電力の割合をそれぞれに可変する可変抵抗器を備える光照射加熱装置が開示されている。ウェーハの温度分布が均一となるように、ＣＷアークランプの照射効率に合わせて可変抵抗器の抵抗値を設定して光照射加熱処理を行う。個々のＣＷアークランプヒータに印加するパワーを調整することによりＣＷアークランプの並び方向の温度分布を均一にする。

特開平５−１１４５７０号公報

特許文献１に開示された光照射加熱装置は、ＣＷアークランプ毎にパワーを調整する。しかしながら、ＣＷアークランプの並び方向における温度のばらつきを調整することはできても、ＣＷアークランプの長手方向における温度のばらつきを調整することができない。そのため、合金層の出来栄えにばらつきが生じ、ウェーハの特性が劣化するという問題がある。

本発明にかかる熱処理装置は、チャンバーと、前記チャンバーの内部でウェーハを支持するサセプタと、前記サセプタに支持された前記ウェーハを加熱する加熱手段と、前記ウェーハと前記加熱手段との間に配置され、前記ウェーハに対する加熱温度を調整する温度調整部材と、を備えるものである。このため、加熱手段において温度が調整できない場合でも、温度調整部材がウェーハに対する加熱温度を調整する。したがって、加熱手段の温度にばらつきがある場合でも、ウェーハに対する加熱温度が均一になるように調整できる。その結果、ウェーハの特性劣化を低減できる。

本発明によれば、ランプヒータの温度のばらつきに起因するウェーハの特性劣化を低減することができる熱処理装置を提供することができる。

実施の形態にかかるランプアロイ装置の断面図である。 実施の形態にかかるランプヒータの配置構成を示す図である。 関連するランプアロイ装置の断面図である。 関連するランプヒータの並び方向の温度測定位置と処理温度の関係を示すグラフである。 関連するランプヒータの長手方向の温度測定位置と処理温度の関係を示すグラフである。 実施の形態にかかるランプヒータとウェーハの位置関係及び温度測定位置を示す図である。 実施の形態にかかる遮光板の構成を説明するための図である。 実施の形態にかかるランプヒータの長手方向の温度測定位置と処理温度との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態にかかるランプアロイ装置１の断面図を図１に示す。ランプアロイ装置１（熱処理装置）は、チャンバー１１と、サセプタ１２と、ランプヒータ１３と、遮光板１４と、カバー部１５と、トレイ部１６と、ガス供給機構１７と、ガス排出機構１８と、蓋１９と、温度計２０と、を備える。

チャンバー１１内において、ウェーハＷはサセプタ１２上に載置される。サセプタ１２の下側には、トレイ部１６が設けられており、トレイ部１６がサセプタ１２を支持する。なお、チャンバー１１及びトレイ部１６は、石英を用いて形成されている。

チャンバー１１の下側には、ランプヒータ１３が配置されている。ウェーハＷは、当該ランプヒータ１３によって加熱される。ランプヒータ１３は、カバー部１５によって保持されている。ランプヒータ１３の下側には、ウェーハＷの温度をセンサするモニタ用温度計２０ａと、ウェーハＷの温度を制御する制御用温度計２０ｂと、が配置されている。

遮光板１４（温度調整部材）は、チャンバー１１とランプヒータ１３との間に設けられている。これにより、チャンバー１１内部全体の温度調整をすることができる。なお、遮光板１４の配置位置は、これに限られるものではなく、ウェーハＷとランプヒータ１３との間であればよい。

遮光板１４は、例えば石英等を用いて形成される。遮光板１４には、ランプヒータ１３の長手方向における温度ばらつきの傾向に合わせて、高温方向に遮光性を高くする処理（石英表面に擦りを入れる処理）が施されている。具体的には、ランプヒータ１３が高温となる部分の遮光性が高くなるように処理されている。高温部分の遮光性を高くすることにより、高温部分と対向するウェーハＷの加熱を抑えることができる。つまり、遮光板１４は、ウェーハＷに対する加熱温度を調整する。

ガス供給機構１７には、ガス注入口１７１を介して、外部からガスが注入される。ガス供給機構１７は、多数のガス穴を有するシャワーヘッド１７２を備える。ガス供給機構１７は、シャワーヘッド１７２を用いて、注入されたガスをチャンバー１１内に供給する。チャンバー１１内に供給されたガスによって、ウェーハＷ上に金属膜が成膜される。そして、チャンバー内に残ったガスは、ガス排出機構１８の排出口１８１から外部に排出される。

なお、図１においては、チャンバー１１の上側にもランプヒータが設けられているが、本発明はこのような構成に限られるものではない。チャンバー１１の上側又は下側のみにランプヒータが設けられていても良い。

図２にランプヒータ１３の配置構成を示す。図２は、ランプヒータ１３を上側から（ウェーハＷ側から）見下ろした図である。複数の棒状のランプヒータ１３が、ランプヒータ１３の幅方向（長手方向と直交する方向）に並べられている。以下では、複数のランプヒータ１３が並んでいる方向を並び方向と称す。

本実施の形態においては、図示しない制御部が、各ランプヒータ１３の温度を個別に調整できるものとする。また、ランプヒータ１３の処理温度は、ランプヒータ１３の並び方向において、均一となるように制御部により制御されている。

続いて、ウェーハＷ内面の温度分布について詳細に説明する。まず、遮光板１４を設けないランプアロイ装置について説明する。図３に遮光板１４を設けていないランプアロイ装置の断面図を示す。なお、遮光板１４以外の構成は図１のランプアロイ装置１と同様の構成であるため、説明を省略する。また、ランプヒータ配置方向と処理温度の関係を図４〜図６に示す。図４は並び方向の温度測定位置と処理温度の関係、図５は長手方向の温度測定位置と処理温度の関係、図６はランプヒータとウェーハＷの位置関係及び温度測定位置を、それぞれ示している。

図４及び図５の縦軸は処理温度を示し、横軸は温度測定位置を示す。それぞれの温度測定位置の番号は、図６に示すウェーハＷの番号に対応している。なお、温度の測定時のランプヒータ１３とウェーハＷの位置関係は、図６に示すような位置関係である。

上記したように、ランプヒータ１３の並び方向の処理温度は、均一となるように制御されている。そのため、ランプヒータ１３の並び方向の処理温度は、３９５℃〜４０５℃の範囲に収まっており、ばらつきが低減されている（図４参照）。

一方、ランプヒータ１３の長手方向における処理温度のばらつきは、ランプヒータ１３毎に発生する。つまり、一つのランプヒータ１３において、一端の処理温度と、他端の処理温度との間に温度差が生じる。具体的には、ランプヒータ１３の長手方向において（図６の測定位置６から測定位置９において）、２０℃以上の温度差が生じている（図５参照）。この原因としては、ランプヒータ１３自身の発光特性や反応管内のガスの流れの影響等が考えられる。

次に、本実施の形態にかかる遮光板１４を備えたランプアロイ装置１について説明する。上述したように、遮光板１４には、高温方向に遮光性を高くする処理が施されている。より詳細には、図７に示すように、遮光板１４には、表面に擦りが入っている。図７において、遮光板１４の色が濃い部分は、擦りが入っている部分である。

このとき、図７の遮光板１４の左側は、図６の測定位置６側に対応する。遮光板１４の右側は、図６の測定位置９側に対応する。つまり、処理温度が高い方がより擦りが入るように、遮光板１４には、程度の異なる擦りが入っている。言い換えると、遮光板１４の遮光性は、ランプヒータ１３の温度分布に応じて、ウェーハＷの面方向に分布している。より詳細には、遮光板１４には、処理温度のばらつきに対応して、ランプヒータ１３の長手方向に遮光性の勾配がついている。このため、遮光板１４の遮光率の勾配が処理温度の勾配（ばらつき）と相殺され、ウェーハＷ内面の処理温度の均一化を図ることができる。

ランプアロイ装置１におけるランプヒータ１３の長手方向の温度測定位置と処理温度との関係を図８に示す。破線のグラフが図５に示した遮光板１４設置前の処理温度を示すグラフである。実線のグラフが遮光板１４設置後の処理温度を示すグラフである。ランプヒータ１３の温度が高い部分ほど遮光性が高いため、処理温度が下がっている。その結果、ランプヒータ１３の長手方向における処理温度は、３８５℃近傍で均一となっている。

以上のように、本実施の形態にかかるランプアロイ装置１の構成によれば、ウェーハＷとランプヒータ１３との間に、遮光板１４を備えている。そして、遮光板１４は、ランプヒータ１３の長手方向において、ランプヒータ１３の温度分布に応じた遮光性の勾配（分布）を有している。そのため、ランプヒータ１３の温度のばらつきと遮光性の勾配とが相殺され、ウェーハＷ内面の処理温度のばらつきを低減することができる。その結果、ウェーハＷの特性劣化を抑制することができる。

（変形例）
本実施の形態にかかる変形例について説明する。変形例にかかるランプアロイ装置は、遮光板１４に替えて熱容量板を備える。熱容量板は、熱容量の大きい材質から形成される。熱容量板の材料は、例えば、石英、炭化ケイ素、カーボン等である。

熱容量板は、ランプヒータ１３の長手方向において、ランプヒータ１３の温度分布に応じて、厚さが異なっている。熱容量板の厚さが厚い部分は、熱容量が大きい。つまり、熱容量板の熱量量は、ランプヒータ１３の温度分布に応じて、ウェーハＷの面方向に分布している。より詳細には、熱容量板には、ランプヒータ１３の長手方向において、ランプヒータ１３の温度分布に応じた熱容量の勾配がついている。

具体的には、熱容量板において、ランプヒータ１３の温度が高い部分を厚くし、ランプヒータ１３の温度が低い部分を薄くする。言い換えると、熱容量板において、ランプヒータ１３の温度が高い部分の熱容量を大きくし、ランプヒータ１３の温度が低い部分の熱容量を小さくする。熱容量が大きい部分はウェーハＷの温度変化が小さくなるため、ランプヒータ１３の温度のばらつきと熱容量の勾配とが相殺され、ウェーハＷ内面の処理温度のばらつきを低減することができる。その結果、ウェーハＷの特性劣化を抑制することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更及び組み合わせをすることが可能である。例えば、ランプアロイ装置の構成は、図１に示す構成に限られるものではない。また、上記実施の形態における遮光板及び熱容量板は、ランプヒータ１３の長手方向において、遮光性及び熱容量の分布を有しているが、これに限られるものではない。遮光板及び熱容量板が、並び方向において遮光性及び熱容量の分布を有し、並び方向の加熱温度を調整してもよい。これにより、各ランプヒータ１３の並び方向の温度を調整するための制御を行う必要がなくなる。

１ ランプアロイ装置
１１ チャンバー
１２ サセプタ
１３ ランプヒータ
１４ 遮光板
１５ カバー部
１６ トレイ部
１７ ガス供給機構
１８ ガス排気機構
１９ 蓋
２０ 温度計

Claims (5)

1. チャンバーと、
   前記チャンバーの内部でウェーハを支持するサセプタと、
   前記サセプタに支持された前記ウェーハを加熱する加熱手段と、
   前記ウェーハと前記加熱手段との間に配置され、前記ウェーハに対する加熱温度を調整する温度調整部材と、
   を備える熱処理装置。
2. 前記加熱手段は、複数の棒状のランプヒータからなり、
   前記温度調整部材は、前記ランプヒータの長手方向において、前記ウェーハに対する加熱温度を調整する請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記温度調整部材の遮光性は、前記加熱手段の温度分布に応じて、前記ウェーハの面方向に分布している請求項１又は２に記載の熱処理装置。
4. 前記温度調整部材の熱容量は、前記加熱手段の温度分布に応じて、前記ウェーハの面方向に分布している請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
5. 前記加熱手段は、前記チャンバーの外部に設けられており、
   前記温度調整部材は、前記加熱手段と前記チャンバーとの間に配置されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱処理装置。