JP2986739B2 - 縦型加熱処理装置における加熱処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば半導体ウ
エハーの製造プロセスにおいて、酸化膜を形成したり、
不純物を拡散させたり、蒸着膜を形成したりするために
使用される縦型加熱処理装置における加熱処理方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウエハーの製造プロセスに
おいては、焼鈍、リン，ヒ素等の不純物の拡散、酸化膜
の形成、化学蒸着等のために、加熱炉を備える加熱処理
装置が使用されている。この加熱処理装置の一つに、円
板状の半導体ウエハーを一枚又は複数枚ずつ水平に支持
した状態で加熱する縦型炉方式のものが提供されている
（例えば特開平２−１４５１４号公報参照）。

【０００３】この種の加熱処理装置は、図４に示すよう
に、半導体ウエハーＷを加熱処理するためのプロセスチ
ャンバー９１の下方に、半導体ウエハーＷをプロセスチ
ャンバー９１に供給したり、加熱処理の完了した半導体
ウエハーＷをプロセスチャンバー９１から取り出したり
するための搬送チャンバー９２を設け、この搬送チャン
バー９２に供給された半導体ウエハーＷを、支持体９３
によって支持するとともに、昇降手段９４によって上記
搬送チャンバー９２からプロセスチャンバー９１に移送
して、抵抗加熱方式のヒータ９５を備え、上記プロセス
チャンバー９１の上部を覆う加熱炉９６によって加熱処
理するものである。

【０００４】上記従来の縦型加熱処理装置を用いた加熱
処理方法は、加熱炉９６のヒータ９５を、プロセスチャ
ンバー９１のドーム状の天井面の頂部９１ｂ付近に集中
的に配置して、プロセスチャンバー９１内の温度分布
を、頂部９１ｂが最も高く、その下方に向かって漸次低
くなるように設定し、これによって、半導体ウエハーＷ
の上面側を、効率よく加熱するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
加熱処理方法では、特に加熱処理開始直後の数枚の半導
体ウエハーＷについて、単品における膜厚等の処理精度
の均一性（いわゆるユニフォーミティ）を保つのが困難
であるとともに、複数枚の半導体ウエハーＷ相互間にお
ける膜厚等の処理精度の均一性（いわゆるリピータビリ
ティ）を保つのが困難であるという問題があった。

【０００６】本願発明者は、上記問題点が生じる原因を
究明すべく、鋭意研究を行った結果、その一因は以下に
あるとの知見を得た。すなわち、上記縦型加熱処理装置
においては、炉内温度の最も高いプロセスチャンバー９
１の頂部９１ｂが、ヒータ９５による代表的な加熱プロ
ットであると考えられるので、半導体ウエハーＷをプロ
セスチャンバー９１の加熱処理位置９１ａにセットした
状態では、上記ヒータ９５からの輻射熱のかなりの量
が、半導体ウエハーＷによって遮られて、当該半導体ウ
エハーＷの下方に、図４の斜線で示すように、温度の低
いいわゆる影の部分が生じる。ところが、この影の部分
は、プロセスチャンバー９１の側壁９１ｃの一部に掛か
っているので、加熱処理中において当該側壁９１ｃの一
部の温度が低下する。このため、半導体ウエハーＷの昇
降時の熱履歴が変化して、ユニフォーミティ及びリピー
タビリティを確保するのが困難となる。この発明は、か
かる知見に基づいてなされたものであり、被処理品のユ
ニフォーミティ及びリピータビリティを向上させること
ができる縦型加熱処理装置における加熱処理方法を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
のこの発明の縦型加熱処理装置における加熱処理方法
は、搬送チャンバーに供給された円板状の被処理物を、
支持体によって支持した状態で、昇降手段によってプロ
セスチャンバーに移送し、この移送した被処理物を、抵
抗加熱方式のヒータを備え、上記プロセスチャンバーの
上部を覆う加熱炉によって、上記プロセスチャンバーの
天井面と上記支持体の中心線との交点を代表的な加熱プ
ロットとして加熱処理する縦型加熱処理装置における加
熱処理方法であって、上記被処理物の外径を入力し、 入
力された外径に応じて、上記被処理物を上昇させた場合
に、上記交点と、上記プロセスチャンバーの底面開口縁
とを結ぶ仮想コーンの円錐面に当該被処理物の外周縁が
接する位置までの限度内で上昇ストロークを演算し、 上
記上昇ストロークに従って上記被処理物を上昇させ、上
記被処理物を加熱処理することを特徴とする。

【０００８】上記の構成の加熱処理方法によれば、被処
理物が、プロセスチャンバーの天井面と支持体の中心線
との交点と、プロセスチャンバーの底面開口縁とを結ぶ
仮想コーンの内方で加熱処理される。従って、ヒータか
らの輻射熱が被処理物によって遮られることにより、被
処理物の下方に生じる温度の低い影の部分が、プロセス
チャンバーの側壁に掛かるのが防止される。このため、
加熱処理中において当該側壁の温度が低下するのを抑制
して、被処理物の昇降時の熱履歴を一定にすることがで
きる。

【０００９】上記加熱処理方法においては、被処理物
を、上記仮想コーンの内方の略最上部で加熱処理するの
が好ましく、この場合には、被処理物をヒータに接近さ
せた状態で、加熱処理することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら詳述する。図１はこの発明
の加熱処理方法の実施に使用される縦型加熱処理装置を
示す概略断面図である。この縦型加熱処理装置は、被処
理物としての半導体ウエハーＷを導入するプロセスチャ
ンバー１と、プロセスチャンバー１に導入した半導体ウ
エハーＷを加熱する加熱炉２と、上記半導体ウエハーＷ
を支持するウエハー支持体３と、このウエハー支持体３
に支持された半導体ウエハーＷを昇降させる昇降手段４
と、上記プロセスチャンバー１の下方に設けられ、上記
ウエハー支持体３に半導体ウエハーＷを供給したり、ウ
エハー支持体３から半導体ウエハーＷを取り出したりす
るための搬送チャンバー５と、この搬送チャンバー５に
臨ませて設けられたハンドリング手段６と、上記昇降手
段４やハンドリング手段６の駆動を制御する制御部７等
によって主要部が構成されている。

【００１１】上記プロセスチャンバー１は、石英、Ｓｉ
Ｃ等からなる筒体１１によって構成されており、その上
面は閉塞され底面は開口されている。また、上記筒体１
１の天井面は、アーチ状に形成されており、この天井面
を含む上部側は、上記加熱炉２によって、側壁１１ａの
下部側は断熱材１２によって、それぞれ覆われている。
上記筒体１１の底面の開口部は、上記搬送チャンバー５
に連通されており、この搬送チャンバー５の底部は底板
５１によって閉塞されている。

【００１２】加熱炉２は、炉壁２ａの内面側に沿って抵
抗加熱方式のヒータ２１を設けたものである。上記ヒー
タ２１はプロセスチャンバー１の上部を覆うように設け
られており、その代表的な加熱プロットは筒体１１の頂
部１１ｃに設定されている。

【００１３】ウエハー支持体３は、石英、ＳｉＣ等から
なる円板状の基盤３１上に、例えば石英からなる複数本
の支持ピン３２を立設したものである（図２参照）。各
支持ピン３２の高さは、半導体ウエハーＷを水平に支持
できるように、均一に設定されている。上記支持ピン３
２の下端部は、基盤３１に固着されている。

【００１４】昇降手段４は、上記ウエハー支持体３を支
承する昇降ロッド４１と、この昇降ロッド４１の途中部
を昇降自在に支持する静圧軸受４２と、昇降ロッド４１
の下端部側を支持する支持部材４３と、この支持部材４
３を昇降駆動させる昇降駆動部４４とを備えている。上
記昇降ロッド４１は、石英管からなるものであり、その
上端部が上記ウエハー支持体３の基盤３１の底面に接続
されている。この昇降ロッドの内部は、半導体ウエハー
Ｗに処理ガスを供給するためのガス供給路として構成さ
れている。また、上記昇降ロッド４１を昇降駆動させる
昇降駆動部４４は、モータ４４ａと、このモータ４４ａ
によって回転駆動されるスパイラルギヤ４４ｂと、上記
支持部材４３が取付けられ、スパイラルギヤ４４ｂに対
して螺合された昇降部材４４ｃと、昇降部材４４ｃの昇
降をガイドするガイドロッド４４ｄと、昇降ロッド４１
の昇降ストロークを制御するためのエンコーダ４４ｅ等
を備えている。

【００１５】ハンドリング手段６は、図２に示すよう
に、水平方向へ旋回可能なロボットアーム６１と、この
ロボットアーム６１の先端に設けられた、半導体ウエハ
ーＷを真空吸着するための吸着部材６２とを備えるもの
であり、当該半導体ウエハーＷを、側方からウエハー支
持体３の支持ピン３２上に供給したり、加熱処理が完了
した半導体ウエハーＷを支持ピン３２上から側方へ取り
出したりすることができる。なお、上記ウエハー支持体
３及び昇降ロッド４１は、プロセスチャンバー１を構成
する筒体１１の軸心Ｌと同心に設けられている。また、
上記ハンドリング手段６は、半導体ウエハーＷを、上記
筒体１１の軸心Ｌとほぼ同心となるようにウエハー支持
体３上に供給する。

【００１６】以上の構成の縦型加熱処理装置を用いたこ
の発明の加熱処理方法は、半導体ウエハーＷを、プロセ
スチャンバー１の天井面とウエハー支持体３の中心線と
の交点Ｐ（プロセスチャンバー１の頂部１１ｃ）と、当
該プロセスチャンバー１の底面開口縁１１ｂとを結ぶ仮
想コーンＸ（図１斜線部参照）の内方で加熱処理するも
のである。より具体的には、制御部７に対して半導体ウ
エハーＷの外径を入力すると、当該制御部７は、半導体
ウエハーＷを上昇させた場合に、当該半導体ウエハーＷ
の外周縁が、上記仮想コーンＸの内方であって当該仮想
コーンＸの円錐面に接する位置（仮想コーンＸ内での略
最上部）か又はその近傍に達するように、昇降ロッド４
１の上昇ストロークを演算し、この演算結果とエンコー
ダ４４ｅからのフィードバック信号とに基づいて、昇降
ロッド４１の上昇を制御する。従って、上記加熱処理方
法においては、外径の大きい半導体ウエハーＷほど、そ
の加熱処理位置が下方に移行することになる（図１二点
鎖線参照）。

【００１７】この加熱処理方法によれば、半導体ウエハ
ーＷを上記仮想コーンＸの内方で加熱処理するので、当
該加熱処理時において、プロセスチャンバー１の側壁１
１ａに対して、ヒータ２１からの輻射熱が半導体ウエハ
ーＷによって遮られることなく常に照射されることにな
る。このため、上記側壁１１ａの温度が低下するのを抑
制して、半導体ウエハーＷ昇降時の熱履歴を一定にする
ことができる。従って、特に加熱処理開始直後の数枚の
半導体ウエハーＷについて、その単品における膜厚等の
処理精度の均一性と、複数枚の半導体ウエハーＷ相互間
における膜厚等の処理精度の均一性とを確保することが
できる。また、上記加熱処理方法においては、半導体ウ
エハーＷを、上記仮想コーンＸの内方の略最上部又はそ
の近傍で加熱処理するので、ヒータ２１に接近させた状
態で、加熱処理することができる。このため、その加熱
処理を効率よく行うことができる。

【００１８】図３は、この発明の加熱処理方法と従来の
加熱処理方法とを用いて、半導体ウエハーに酸化膜を形
成した場合の、それぞれの膜厚の比較データを示すグラ
フ図である。この加熱処理において、処理ガスはドライ
Ｏ₂ を使用し、半導体ウエハーの処理温度は１０００°
Ｃに設定し、処理時間は６０秒に設定した。また、半導
体ウエハーは、８インチのものを用いた。なお、各膜厚
のデータは、半導体ウエハーの外周縁から５ｍｍを除い
た部分の円周上の３９箇所の計測点の平均値である。ま
た、同図において上段のグラフは、処理枚数が１枚目か
ら２５枚目までの各半導体ウエハーの膜厚を経時的に計
測した値であり、下段のグラフは、１枚の半導体ウエハ
ーにおける膜厚のバラツキを３σ（σ：分散）で示した
データである。

【００１９】図３から、本発明の加熱処理方法で処理し
た半導体ウエハーは、特に処理開始直後における膜厚の
低下が解消されていることが明らかである。また、１枚
の半導体ウエハーについての膜厚のバラツキについて
も、従来よりも減少していることが明らかである。すな
わち、良好なユニフォーミティとリピータビリティとを
確保することができることが明らかである。この発明の
加熱処理方法は、上記半導体ウエハーの他、液晶等の他
の被処理物の加熱処理にも勿論適用することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、この発明の縦型加熱処理
装置における加熱処理方法によれば、被処理物が、その
外径に応じて演算された上昇ストロークだけ上昇して、
プロセスチャンバーの天井面と被処理物を支持する支持
体の中心線との交点と、プロセスチャンバーの底面開口
縁とを結ぶ仮想コーンの内方で加熱処理されるので、当
該加熱処理時にヒータからの輻射熱が被処理物によって
遮られて、プロセスチャンバーの側壁の温度が低下する
のを抑制することができる。このため、被処理物の昇降
時の熱履歴を一定にして、良好なユニフォーミティ及び
リピータビリティを確保することができる。

【００２１】特に、被処理物を、上記仮想コーンの内方
の略最上部で加熱処理する場合には、被処理物を効率的
に加熱処理することができるという特有の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の加熱処理方法に使用する縦型加熱処
理装置を示す断面図である。

【図２】要部拡大断面図である。

【図３】比較試験結果を示すグラフ図である。

【図４】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ プロセスチャンバー １１ｂ プロセスチャンバーの底面開口縁 ２ 加熱炉 ２１ ヒータ ３ ウエハー支持体 ４ 昇降手段 ５ 搬送チャンバー Ｗ 半導体ウエハー（被処理物） Ｘ 仮想コーン Ｐ プロセスチャンバーの天井面と被処理物の中心
線との交点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅ ｌａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ. Ａ. (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/22 H01L 21/205

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】搬送チャンバーに供給された円板状の被処
   理物を、支持体によって支持した状態で、昇降手段によ
   ってプロセスチャンバーに移送し、この移送した被処理
   物を、抵抗加熱方式のヒータを備え、上記プロセスチャ
   ンバーの上部を覆う加熱炉によって、上記プロセスチャ
   ンバーの天井面と上記支持体の中心線との交点を代表的
   な加熱プロットとして加熱処理する縦型加熱処理装置に
   おける加熱処理方法であって、 上記被処理物の外径を入力し、 入力された外径に応じて、上記被処理物を上昇させた場
   合に、上記 交点と、上記プロセスチャンバーの底面開口
   縁とを結ぶ仮想コーンの円錐面に当該被処理物の外周縁
   が接する位置までの限度内で上昇ストロークを演算し、 上記上昇ストロークに従って上記被処理物を上昇させ、
   上記被処理物を 加熱処理することを特徴とする縦型加熱
   処理装置における加熱処理方法。
2. 【請求項２】被処理物を、上記仮想コーンの内方の略最
   上部で加熱処理する請求項１記載の縦型加熱処理装置に
   おける加熱処理方法。