JP2927877B2 - 半導体製造装置の均一加熱構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱処理室内で発生する大きな対流がウェハ
ーに与える影響を防止し、且つ、ウェハー周辺での温度
低下を抑制し、ウェハー全面にわたって温度むらをなく
す事の出来る半導体製造装置の均一加熱構造に関する。

（従来技術とその問題点） 半導体製造工程においては、一般的にイオン打ち込み
後、ウェハー（２′）を急速に加熱してイオンの活性化
を計ったり、あるいは酸素ガス雰囲気中で急速に加熱し
て薄い膜厚の酸化皮膜を形成するなど各種の熱処理を施
すものである。このような加熱方法としては、従来では
第４図に示すように、単にウェハー（２′）の上方に熱
源（７′）を配置してウェハー（２′）の加熱を行うだ
けのものであったが、その場合ウェハー（２′）上に大
きな対流が生じ、ウェハー（２′）の外周部ほど熱放散
と対流が相い重なり、温度が中央部に比べて著しく低下
するという欠点があった。かかる構造を有する装置では
熱処理室を真空にして加熱する場合は、ウェハー
（２′）への熱の出入りが熱輻射を主として行なわれる
ので複雑な熱対流は生じずウェハー（２′）の周辺部か
らの熱輻射のみを主体象にして改善すれば均熱性は向上
するが、熱処理室（１′）に何等かの気体を流入乃至封
入して加熱する場合は気体の圧力が高い程、複雑且つ大
きな対流が生じ、ウェハー（２′）の均一加熱が非常に
困難となるものであった。

また、GaAs等の化合物半導体や蒸気圧の高い物質を表
面上に設けたウェハー（２′）を熱処理する場合、熱処
理室（１′）内の気体の圧力が低い程、その蒸気が装置
内壁に蒸着し、次に熱処理するウェハー（２′）の汚染
の原因になると言う欠点は元より、高蒸気圧物質の蒸発
により目的のウェハー（２′）の物性が損なわれるとい
う欠点もあった。

（本発明の目的） 本発明はかかる従来例の問題点に鑑みてなされたもの
で、その目的の第１は、ウェハー上の対流発生を防止
し、且つウェハー周辺での温度放散を抑制し、ウェハー
の温度むらを無くす事が出来、第２は、ウェハーから蒸
発し易い高蒸気圧物質の蒸発を防ぐ事が出来る半導体製
造装置の均一加熱構造を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記問題点を解決するために、請求項
（１）において、 下面の外周部の肉厚が中央部の肉厚より薄くなるよう
形成された熱処理室（１）内のウェハー支持基板（３）
上にウェハーを載置し、 ウェハー（１）及びウェハー支持基板（３）に近接さ
せて上下の対流防止板（５）（５）を配設し、 ウェハー支持基板（３）を囲繞する環状遮蔽物（４）
を上下の対流防止板（５）（５）に近接する。

と言う技術的手段を採用しており、 請求項（２）では； 熱処理室（１）の気密室とし、熱処理時に熱処理室
（１）内の気圧を大気圧以上に保持する。

と言う技術的手段を採用しており、 請求項（３）では； 対流防止板（５）をガラス板とすると共にウェハー
（２）の表裏両面が露出するように熱処理室（１）に露
光窓（６）（６）を開設し、 熱処理室（１）の外部にて露出窓（６）（６）を臨む
位置に主熱源（７）を配置する。

と言う技術的手段を採用しており、 請求項（４）では； ウェハー支持基板（３）の材質を、ガラス、又はシリ
コン、又はグラファイト乃至シリコンカーバイドとす
る。

と言う技術的手段を採用しており、 請求項（５）では； ウェハー支持基板（３）の外周部に設ける薄肉部分の
テーパ角度を１゜〜10゜とする。

と言う技術的手段を採用しており、 請求項（６）では； 環状遮蔽物（４）の材質を、ガラス、又はシリコン、
又はグラファイト乃至シリコンカーバイドとする。

と言う技術的手段を採用しており、 請求項（７）では； 環状遮蔽物（４）（４′）を２重に設ける。

と言う技術的手段を採用しており、 請求項（８）では； 断面Ｔ字状に環状遮蔽物（４″）を形成し、その上部
張り出し部分を受光面部（4a）とする。

と言う技術的手段を採用している。

（作用） 熱処理室（１）内の空気をアニール用の不活性ガスな
どと置換し、次いで主熱源（７）に通電し、ウェハー
（２）の表裏両面を所定の温度迄急速に加熱する。

加熱される際、封入された不活性ガス雰囲気は、上側
及び下側対流防止板（５）（５）及び環状遮蔽物（４）
並びにウェハー（２）を乗せたウェハー支持基板（３）
により構成されたほぼ封じ込められた狭い閉空間内にお
いてウェハー支持基板（３）の外周部付近で対流し、ガ
ス温度自体も急速に上昇するが、ウェハー支持基板
（３）が外周部に行く程薄くなるようにテーパ状に形成
してあるためにウェハー支持基板（３）の外周部程副熱
源である環状遮蔽物（４）で加熱されたウェハー支持基
板（３）の外周部付近の雰囲気ガスの活発な対流により
効率良く加熱され、加えてウェハー支持基板（３）を取
り囲む環状遮蔽物（４）の輻射熱でウェハー支持基板
（３）のテーパ状に形成された外周部が加熱され、その
結果、ウェハー支持基板（３）全体が均熱状態となって
温度低下を招きやすいウェハー（２）の外周部分の温度
低下を防止する事が出来る。

一方、上側対流防止板（５）はウェハー（２）に近接
して配置されているためにウェハー（２）の表面上での
対流は抑制され、前記均熱効果と相まってウェハー
（２）の温度むらの発生が防止される。

（実 施 例） 以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。

熱処理容器本体（８）には、露光窓（６）を形成して
あり、２枚の厚手の耐圧耐熱性に優れた、例えば石英ガ
ラスのような窓用ガラス板（９）が一定の間隔を明けて
上下に嵌め込まれて熱処理容器（Ａ）を構成している。
ここで、窓用ガラス板（９）間が熱処理室（１）となっ
ており、熱処理容器本体（８）と窓用ガラス板（９）と
の間にＯリング（10）を嵌め込んであり、熱処理室
（１）を高圧にしてもリークが生じないように構成して
ある。熱処理容器本体（８）には、熱処理室（１）に通
ずるガス供給路（11）とガス排出路（12）とを設けてあ
り、それぞれバルブ（13）を設けてガスの流量や熱処理
室（１）内の気圧調整を行っている。窓用ガラス板
（９）の外側には主熱源（７）となる例えばハロゲンラ
ンプを配設してあって、窓用ガラス板（９）を通して熱
処理室（１）内に熱を供給するようになっている。熱処
理室（１）内について説明すると、図中下側の窓用ガラ
ス板（９）の上方に薄手の耐熱性載置用ガラス板が配置
されており、これが下側の対流防止板（５）であり、支
持金具（15）にて浮かされている。下側の対流防止板
（５）の上面には、下面が外周部程肉厚が薄くなるよう
に同心円状に角度が１゜〜10゜であるテーパを設けたウ
ェハー支持基板（３）が載置されており、ウェハー支持
基板（３）上にウェハー（２）が載置されるようになっ
ている。

ウェハー支持基板（３）の周囲にはこれを取り囲むよ
うに環状遮蔽物（４）が配置されており、副熱源となる
と共に熱処理室（１）に生ずる大きな対流に対して遮蔽
物の役割を果たす。

更に、ウェハー（２）の上方に薄手の耐熱性保護ガラ
ス板が配置されており、これが上側の対流防止板（５）
で、吊持用金具（14）にて吊持されている。熱処理容器
本体（８）は上下に２分割されており、開成状態にてウ
ェハー（２）をウェハー支持基板（３）上にセットし、
然る後、閉成して熱処理室（１）内を気密状態にする。
熱処理容器本体（８）を閉成すると環状遮蔽物（４）の
頂点が上側の対流防止板（５）の下面に近接して上側の
対流防止板（５）、環状遮蔽物（４）及び下側の対流防
止板（５）とで一つの狭い閉空間を形成する。

而して、熱処理室（１）内の空気をアニール用の不活
性ガスなどと置換する。この場合熱処理室（１）内の気
圧は大気圧より高められ、10Kg/cm²程度に保持される。
次いで主熱源（７）に通電し、窓用ガラス板（９）、上
下の対流防止板（５）を通してウェハー（２）の表裏両
面を所定の温度迄急速に加熱する。この時ウェハー支持
基板（３）の材質に、透明石英ガラス等の光を吸収せず
通過させるものを用いた場合は、ウェハー（２）が直接
加熱される。又、ウェハー支持基板（３）の材質にグラ
ファイト、シリコンカーバイド、シリコン等の光を吸収
する材質を用いた場合にはウェハー（２）とウェハー支
持基板（３）とが同時に加熱される。加熱される際、封
入された不活性ガス雰囲気は、上側及び下側対流防止板
（５）（５）及び環状遮蔽物（４）並びにウェハー
（２）を乗せたウェハー支持基板（３）により構成され
たほぼ封じ込められた狭い閉空間内においてウェハー支
持基板（３）の外周部付近で活発に対流し、ガス温度自
体も急速に上昇するが、ウェハー支持基板（３）の外周
部程薄くなるようにテーパ状に形成してあるためにウェ
ハー支持基板（３）の外周部程副熱源である環状遮蔽物
（４）で加熱された雰囲気ガスの対流が活発であり、ウ
ェハー支持基板（３）の外周部分が効率良く加熱され
る。しかしながら、ウェハー（２）の表面側には上側対
流防止板（５）が近接して配置されているためにウェハ
ー（２）の表面側での対流は抑制され、対流によるウェ
ハー（２）の温度むらは解消される。

一方、環状遮蔽物（４）はウェハーの加熱時に同時に
加熱され、自ら副熱源となると同時に熱処理室（１）内
において加熱すべき中央部からより温度の低い外周部へ
の熱放散を遮蔽する。このようにして環状遮蔽物（４）
の材質は、熱輻射を効率良く吸収して自らの温度が効率
良く高まる物、例えばグラファイト、シリコンカーバイ
ドあるいはシリン等が適当である。これにより、従来の
ようにウェハー（２）の中央部の熱が外周部から放散し
てウェハー（２）の外周部の温度が中央部より低下する
という事がなく、ウェハー（２）のほぼ全面にわたって
均一な温度に加熱することが出来るものである。

次に本発明の第２実施例を第２図に従って説明する。
第１図において用いた環状遮蔽物（４）に加えて、更に
外側に第２の環状遮蔽物（４′）を近接して配置する。
外側の第２の環状遮蔽物（４′）の存在により、内側の
第１の環状遮蔽物（４）は熱処理室（１）内の中央部か
らより温度の低い外周部への熱放散により直接冷やされ
る事なく保温され、ウェハー（２）の加熱時における副
熱源としての効果が更に高められ、ウェハー（２）の均
一加熱を行う事が出来るものである。

更に、第３図に示した実施例における環状遮蔽物
（４″）は、第１図に示した環状遮蔽物（４）の体積を
大きく増やす事なしに加熱時に輻射光を効率良く吸収さ
せるための受光面部（4a）を設けた断面Ｔ字状なる構造
にとしたものである。これにより、副熱源としての温度
上昇が速く、且つ、大きくなり、その結果ウェハー
（２）の均一加熱がより向上するものである。

第３図における環状遮蔽物（４″）を第２図の例に示
したように内側と外側の２重に設ける事により、内側の
環状示物（４）の保温効果が高まり、その結果副熱源と
しての効果が更に向上する事は言うまでもない。

また、ここで主熱源（７）は、外部からの加熱である
ため、従来のような内部加熱の場合と違ってウェハー
（２）表面が加熱材料に汚染されず、高い清浄度が得ら
れるものである。更に、前述のようにウェハー（２）は
上側の対流防止板（５）、環状遮蔽物（４）及び下側の
対流防止板（５）とで構成される一つの狭い閉空間内に
収納されているので、閉空間の内外での対流が阻害され
てほとんど起こらず、たとえウェハー（２）が高蒸気圧
物質を含むものであったとしてもその蒸発が抑制され、
ウェハー（２）の物性劣化や装置内部の汚損を軽減する
事が出来るものである。

尚、前記高蒸気圧物質がウェハー（２）からわずかに
蒸発しても上側対流防止板（５）に蒸着してしまい、上
側対流防止板（５）の取り替えだけで足り、装置内部の
清浄度を保持する事が出来るものである。

（効果） 本発明は、叙上のように面の外周部の肉厚が中央部の
肉厚より薄くなるよう形成された熱処理室内のウェハー
支持基板上にウェハーを載置し、ウェハー及び支持基板
に近接させて上下の対流防止板を配設し、ウェハー支持
基板を囲繞する環状遮蔽物を上下の対流防止板に近接さ
せて設置してあるが、第１に、ウェハーに近接して上側
対流防止板を配置してあるためにウェハー上面での対流
発生を抑制する事が出来て対流によるウェハー外周々辺
での温度放散を抑制する事が出来、これにより対流を原
因とするウェハーの温度むらを無くす事が出来、更に
は、ウェハー支持基板を囲繞する環状遮蔽物を上下の対
流防止板に近接させて設置してあるので、環状遮蔽物に
て加熱されたウェハー支持基板の外周部付近の不活性ガ
ス雰囲気の対流並びに環状遮蔽物からの輻射熱により、
熱放散により温度低下を招きやすいウェハー支持基板の
外周部が加熱されて温度低下が起こりにくくなり、その
結果、ウェハーの均一加熱を達成する事が出来る。この
時、ウェハー支持基板の外周部は中央部に比べて薄肉と
なっているので昇温しやすい。

又、上側の対流防止板、環状遮蔽物及び下側の対流防
止板とで構成される一つの狭い閉空間内にウェハーを収
納することにより、ウェハーから蒸発し易い高蒸気圧物
質の蒸発を抑制する事が出来、ウェハーの物性劣化を防
止する事が出来るだけでなく、閉空間内外の対流を抑制
する事が出来ると同時に蒸発物質は上側対流防止板に蒸
着して蒸発物質の閉空間からの漏れによる装置内部の汚
染がほとんどなく、装置内部の清浄度を保つ事が出来る
という利点がある。

尚、対流防止板をガラス板とすると共にウェハーの表
裏両面が露出するように熱処理室に露光窓を開設し、熱
処理室の外部にて露光窓を臨む位置に主熱源を配置する
事により、主熱源が装置外に位置して従来のように装置
内部に主熱源を配置した事による主熱源によるウェハー
の汚染を防止する事が出来るものである。

又、ウェハー支持基板又は／及び環状遮蔽物の材質
を、ガラス、又はシリコン、又はグラファイト乃至シリ
コンカーバイドとする事により、熱輻射を効率良く吸収
して自らの温度を効率良く高め、副熱源としての役割を
効果的に果たす事が出来るものである。

又、ウェハー支持基板の外周部に設ける薄肉部分のテ
ーパ角度を１゜〜10゜とする事により、ウェハー加熱時
に熱処理室内に封入された不活性ガス雰囲気は、上側及
び下側対流防止及び環状遮蔽物並びにウェハーを乗せた
ウェハー支持基板により構成されたほぼ封じ込められた
狭い閉空間内で対流してガス温度自体も急速に上昇する
が、ウェハー支持基板が外周部に行く程薄くなるように
テーパ状に形成してあるために、ウェハー支持基板の外
周部程副熱源である環状遮蔽物で加熱された雰囲気ガス
の対流が活発となって効率良く加熱され、ウェハーの外
周部分の温度低下を防ぐ事が出来るものである。

又、環状遮蔽物を２重に設ける事により、内側の環状
示物の保温効果が高まり、その結果副熱源としての効果
が更に向上するものである。

又、断面Ｔ字状に環状遮蔽物を形成し、その上部張り
出し部分を受光面部とした場合には、受熱効率が高ま
り、環状遮蔽物の体積を大きく増やす事なしに加熱時に
輻射光を効率良く吸収する事が出来、これにより、副熱
源としての温度上昇が速く、且つ、大きくなり、その結
果ウェハーの均一加熱がより向上するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図……本発明の第一実施例の縦断面図、 第２図……本発明の第２実施例の要部縦面図、 第３図……本発明の第３実施例の要部縦面図、 第４図……従来の熱処理状態の要部縦断面図。 （１）……熱処理室、（２）……ウェハー （３）……ウェハー支持基板 （４）（４′）（４″）……環状遮蔽物 （4a）……受光面部、（５）……対流防止板

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下面の外周部の肉厚が中央部の肉厚より薄
   くなるよう形成された熱処理室内のウェハー支持基板上
   にウェハーを載置し、ウェハー及びウェハー支持基板に
   近接させて上下の対流防止板を配設し、ウェハー支持基
   板を囲繞する環状遮蔽物を上下の対流防止板に近接させ
   て配置してなる事を特徴とする半導体製造装置の均一加
   熱構造。
2. 【請求項２】熱処理室を気密室とし、熱処理時に熱処理
   室内の気圧を大気圧以上に保持してなる事を特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の半導体製造装置の均一加
   熱構造。
3. 【請求項３】対流防止板をガラス板とすると共にウェハ
   ーの表裏両面が露出するように熱処理室に露光窓を開設
   し、熱処理室の外部にて露出窓を臨む位置に熱源を配置
   して成る事を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   半導体製造装置の均一加熱構造。
4. 【請求項４】ウェハー支持基板の材質を、ガラス、又は
   シリコン、又はグラファイト乃至シリコンカーバイドと
   する事を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半導
   体製造装置の均一加熱構造。
5. 【請求項５】ウェハー支持基板の外周部に設ける薄肉部
   分のテーパ角度を１゜〜10゜とする事を特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の半導体製造装置の均一加熱構
   造。
6. 【請求項６】環状遮蔽物の材質を、ガラス、又はシリコ
   ン、又はグラファイト乃至シリコンカーバイドとする事
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半導体製造
   装置の均一加熱構造。
7. 【請求項７】環状遮蔽物を２重に設ける事を特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の半導体製造装置の均一加
   熱構造。
8. 【請求項８】断面Ｔ字状に環状遮蔽物を形成し、その上
   部張り出し部分を受光面部としてなる事を特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の半導体製造装置の均一加熱
   構造。