JP3130009B2 - Single wafer heat treatment equipment - Google Patents
Single wafer heat treatment equipmentInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、枚葉式の熱処理装
置に関する。The present invention relates to a single-wafer heat treatment apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、半導体デバイスを製造するに
は、半導体ウエハに成膜処理、成膜された薄板の改質処
理、酸化拡散処理、アニール処理、エッチング処理等の
多くの熱処理が所定の順序に従って繰り返し施されるこ
とによって所望のデバイスを製造する。この熱処理の中
でも、成膜処理及び必要な場合にはそれに伴って行なわ
れる改質処理は、半導体デバイスが高密度化、高集積
化、薄膜化及び多層構造化するに従って、その仕様が年
々厳しくなってきており、そのため、熱処理の面内均一
性も高いものが要求されてきている。例えば絶縁膜とし
ては、従来はシリコン酸化膜やシリコンナイトライド膜
等が用いられていたが、より絶縁特性が良好な材料とし
て、例えば酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）等が用いられる
傾向にある。この酸化タンタル膜は、成膜後にこれに紫
外線等を照射する改質処理を施すことにより、一層絶縁
性が高められることが知られている。一般的な改質処理
は、例えば処理容器内の載置台上に半導体ウエハを載置
し、このウエハを載置台内に埋め込まれた加熱ヒータで
所定の温度に加熱維持しつつ、処理容器内にオゾン等の
改質ガスを導入し、これと同時に紫外線を照射してガス
を活性化し、ウエハ表面の膜、例えば酸化タンタル膜を
改質するようになっている。2. Description of the Related Art Generally, in order to manufacture a semiconductor device, many heat treatments such as a film forming process on a semiconductor wafer, a reforming process of a formed thin plate, an oxidative diffusion process, an annealing process, and an etching process are performed in a predetermined order. To produce a desired device. Among the heat treatments, the specifications of the film forming process and, if necessary, the reforming process performed accordingly become more and more stringent year by year as the semiconductor device becomes denser, more highly integrated, thinner, and multilayered. Therefore, a material having a high in-plane uniformity of the heat treatment is required. For example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like has been conventionally used as an insulating film, but as a material having better insulating properties, for example, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) or the like tends to be used. It is known that the tantalum oxide film is further improved in insulation by performing a modification process of irradiating the tantalum oxide film with ultraviolet rays or the like after the film is formed. In a general reforming process, for example, a semiconductor wafer is mounted on a mounting table in a processing container, and the wafer is heated to a predetermined temperature by a heater embedded in the mounting table, and is maintained in the processing container. A reforming gas such as ozone is introduced, and at the same time, the gas is activated by irradiating an ultraviolet ray to reform the film on the wafer surface, for example, a tantalum oxide film.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的な枚
葉式の熱処理装置にあっては、その処理容器の側壁はコ
ールドウォール状態となっているので、この側壁に近い
載置台の周縁部はその中心部よりもかなり放熱量が多く
なって中心部よりも温度が低くなる傾向にある。このた
め、熱処理時にウエハ面内に大きな温度分布が生じて面
内温度が不均一となり、熱処理、ここでは改質処理がウ
エハ面内に均一に施すことが困難になるといった問題が
発生した。特に、このような問題は、ウエハサイズが６
インチ、８インチから１２インチへと大きくなるに従っ
て、許容できない程度まで拡大してきた。そして、この
ような問題は、上記した改質処理に限らず、成膜処理、
熱拡散処理等の一般的な熱処理全体について共通した問
題となっている。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、構造を複雑化したり、コストを高騰させ
ることなく簡単な構造で、被処理体の温度の面内均一性
を向上させることができる枚葉式の熱処理装置を提供す
ることにある。By the way, in a general single-wafer heat treatment apparatus, the side wall of the processing vessel is in a cold wall state. There is a tendency for the amount of heat radiation to be considerably larger than at the center and the temperature to be lower than at the center. For this reason, a large temperature distribution occurs in the wafer surface during the heat treatment, and the in-plane temperature becomes non-uniform, which causes a problem that it is difficult to perform the heat treatment, in this case, the reforming process uniformly on the wafer surface. In particular, such a problem is caused when the wafer size is 6
As the size has increased from 8 inches to 12 inches, it has grown to an unacceptable level. And such a problem is not limited to the above-described reforming process, but also a film forming process,
This is a problem common to all general heat treatments such as thermal diffusion treatment. The present invention has been devised in view of the above problems and effectively solving them. An object of the present invention is to provide a single-wafer heat treatment apparatus that can improve the in-plane uniformity of the temperature of an object to be processed with a simple structure without complicating the structure or increasing the cost. is there.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、真空引き可能になされた処理容器内で、加熱ヒータ
を内部に有する載置台上に載置した被処理体に対して所
定の熱処理を施す枚葉式の熱処理装置において、前記載
置台の裏面の周縁部に、この周縁部より外方へ逃げる熱
を補償するために前記載置台からの熱線、或いは輻射熱
により加熱される熱補償部材を設けるように構成したも
のである。これにより、載置台の周縁部は、コールドウ
ォール状態の側壁に近いために、載置台中央部と比較し
て多くの熱が奪われる傾向にあるが、その分の熱量が載
置台の裏面周縁部に設けた熱補償部材からの反射熱等に
よって補給されて温度補償がなされる。従って、全体的
には、被処理体の温度の面内均一性を向上させることが
可能となる。According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus for processing an object to be processed, which is mounted on a mounting table having a heater therein, in a processing chamber which can be evacuated. In a single-wafer heat treatment apparatus for performing heat treatment, a heat ray or radiant heat from the mounting table is provided on a peripheral portion of the back surface of the mounting table to compensate for heat escaping outward from the peripheral portion.
And a heat compensating member heated by the above. Thereby, since the periphery of the mounting table is close to the side wall in the cold wall state, a large amount of heat tends to be taken as compared with the center of the mounting table. Is supplied by the heat reflected from the heat compensating member provided in the above, and the temperature is compensated. Therefore, it is possible to generally improve the in-plane uniformity of the temperature of the object to be processed.
【０００５】この場合、請求項２に規定するように、前
記熱補償部材は、リング状の薄板により形成することが
できる。また、請求項３に規定するように、前記リング
状の薄板は、その内径が前記載置台の半径以上で直径よ
りも小さい大きさであり、外径が前記載置台の直径以上
の大きさとする。また、請求項４に規定するように、前
記熱補償部材は、その上面が熱線を反射するための鏡面
にすることにより、熱線（輻射熱）を効果的に載置台に
向けて反射できるので、温度補償効率を一層向上させる
ことが可能となる。[0005] In this case, the thermal compensation member may be formed of a ring-shaped thin plate. Also, the ring may be as defined in claim 3.
The thin plate has a diameter equal to or greater than the radius of the mounting table.
Size is smaller than the diameter of the mounting table
Size. Further, as defined in claim 4, wherein the thermal compensation member, by a mirror surface to the upper surface for reflecting heat rays, since it reflects the effective table heat rays (radiant heat), the temperature It is possible to further improve the compensation efficiency.
【０００６】更に、請求項５に規定するように、前記熱
補償部材は、前記載置台の裏面に接して設けるようにす
れば、熱反射に加えて熱伝導によっても載置台に熱量を
供給できるので、温度補償効率を更に向上させて、被処
理体温度の面内均一性を更に向上させることが可能とな
る。 Furthermore, as specified in claim 5, wherein the thermal compensation member, if so provided in contact with the rear surface of the mounting table can supply heat to be mounting table by thermal conduction in addition to the heat reflection Therefore, it is possible to further improve the temperature compensation efficiency and further improve the in-plane uniformity of the temperature of the object to be processed .
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る枚葉式の熱
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は本発明に係る枚葉式の熱処理装置を示す概略構成
図、図２はシャワーヘッド部を示す平面図、図３は図１
に示す熱処理装置において用いられる熱補償部材を示す
斜視図である。ここでは被処理体として半導体ウエハを
用い、熱処理装置として例えばこの半導体ウエハの表面
に形成されている金属酸化膜、例えば酸化タンタル膜を
改質する場合を例にとって説明する。図示するように、
熱処理装置としての改質装置２は、例えばアルミニウム
により筒体状に成形された処理容器４を有している。こ
の処理容器４の底部４Ａの中心部には、給電線挿通孔６
が形成されると共に周辺部には、真空引きポンプ、例え
ばターボ分子ポンプ８及びドライポンプ１０を介設した
真空排気系１２に接続された排気口１４が設けられてお
り、容器内部を真空引き可能としている。この排気口１
４は、容器底部４Ａに複数個、例えば等間隔で同一円周
上に４個程度設けられ、各排気口１４は、真空排気系１
２により共通に連通されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a single-wafer heat treatment apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a single-wafer heat treatment apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a plan view showing a shower head portion, and FIG.
It is a perspective view which shows the heat compensation member used in the heat processing apparatus shown in FIG. Here, a case where a semiconductor wafer is used as an object to be processed and a metal oxide film, for example, a tantalum oxide film formed on a surface of the semiconductor wafer is modified as a heat treatment apparatus will be described as an example. As shown
The reforming device 2 as a heat treatment device has a processing container 4 formed into a cylindrical shape by, for example, aluminum. A feed line insertion hole 6 is provided at the center of the bottom 4A of the processing container 4.
Is formed, and an exhaust port 14 connected to a vacuum exhaust system 12 provided with a vacuum pump, for example, a turbo molecular pump 8 and a dry pump 10 is provided in the peripheral portion, so that the inside of the container can be evacuated. And This exhaust port 1
4 are provided on the container bottom 4A in plural numbers, for example, about four at the same interval on the same circumference.
2 communicates in common.
【０００８】この処理容器４内には、非導電性材料、例
えばアルミナ製の円板状の載置台１６が設けられ、この
載置台１６の下面中央部には下方に延びる中空円筒状の
脚部１８が一体的に形成され、この脚部１８の下端は上
記容器底部４Ａの給電線挿通孔６の周辺部にＯリング等
のシール部材２０を介在させてボルト２２等を用いて気
密に取り付け固定される。従って、この中空脚部１８内
は、外側に開放され、処理容器４内に対して気密状態と
なっている。上記載置台１６には、例えば、ＳｉＣによ
りコーティングされたカーボン製の加熱ヒータ２４が埋
め込まれており、この上面側に載置される被処理体とし
ての半導体ウエハＷを所望の温度に加熱し得るようにな
っている。この載置台１６の上部は、内部に銅などの導
電板よりなるチャック用電極２５を埋め込んだ薄いセラ
ミックス製の静電チャック２６として構成されており、
この静電チャック２６が発生するクーロン力により、こ
の上面にウエハＷを吸着保持するようになっている。
尚、この静電チャック２６の表面にＨｅガスなどのバッ
クサイドガスを流してウエハへの熱伝導性を向上させた
り、ウエハ裏面への成膜を防止するようにしてもよい。
また、この静電チャック２６に代えてメカニカルクラン
プを用いるようにしてもよい。A disc-shaped mounting table 16 made of a non-conductive material, for example, alumina, is provided in the processing vessel 4. A hollow cylindrical leg extending downward is provided at the center of the lower surface of the mounting table 16. The lower end of the leg 18 is air-tightly attached and fixed to the periphery of the feed line insertion hole 6 of the container bottom 4A with a bolt 22 or the like via a sealing member 20 such as an O-ring. Is done. Therefore, the inside of the hollow leg portion 18 is opened to the outside, and the inside of the processing container 4 is airtight. The mounting table 16 has a carbon heater 24 embedded therein, for example, coated with SiC, and can heat a semiconductor wafer W as a processing object mounted on the upper surface side to a desired temperature. It has become. The upper portion of the mounting table 16 is configured as a thin ceramic electrostatic chuck 26 in which a chuck electrode 25 made of a conductive plate such as copper is embedded.
The Coulomb force generated by the electrostatic chuck 26 suction-holds the wafer W on the upper surface.
A backside gas such as He gas may be flowed over the surface of the electrostatic chuck 26 to improve the thermal conductivity to the wafer or prevent film formation on the back surface of the wafer.
Further, a mechanical clamp may be used instead of the electrostatic chuck 26.
【０００９】上記加熱ヒータ２４には、絶縁された給電
用のリード線２８が接続され、このリード線２８は、処
理容器４内に晒すことなく円筒状の脚部１８内及び給電
線挿通孔６を通って外へ引き出され、開閉スイッチ３０
を介して給電部３２に接続される。また、静電チャック
２６のチャック用電極２５には、絶縁された給電用のリ
ード線３４が接続され、このリード線３４も処理容器４
内に晒すことなく円筒状の脚部１８内及び給電線挿通孔
６を通って外へ引き出され、開閉スイッチ３６を介して
高圧直流電源３８に接続される。載置台１６の周辺部の
所定の位置には、複数のリフタ孔４０が上下方向に貫通
させて設けられており、このリフタ孔４０内に上下方向
に昇降可能にウエハリフタピン４２が収容されており、
ウエハＷの搬入・搬出時に図示しない昇降機構によりリ
フタピン４２を昇降させることにより、ウエハＷを持ち
上げたり、持ち下げたりするようになっている。このよ
うなウエハリフタピン４２は、一般的にはウエハ周縁部
に対応させて３本設けられる。An insulated power supply lead wire 28 is connected to the heater 24. The power supply wire 28 is connected to the inside of the cylindrical leg 18 and the power supply line insertion hole 6 without being exposed to the inside of the processing container 4. Through the open / close switch 30
Is connected to the power supply unit 32 via the. Further, an insulated power supply lead wire 34 is connected to the chuck electrode 25 of the electrostatic chuck 26, and this lead wire 34 is also connected to the processing container 4.
It is pulled out through the inside of the cylindrical leg 18 and through the feeder line insertion hole 6 without being exposed to the inside, and is connected to the high-voltage DC power supply 38 via the open / close switch 36. A plurality of lifter holes 40 are provided at predetermined positions in the peripheral portion of the mounting table 16 so as to penetrate in the vertical direction, and the wafer lifter pins 42 are accommodated in the lifter holes 40 so as to be able to move up and down in the vertical direction. Yes,
By lifting and lowering the lifter pins 42 by a lifting mechanism (not shown) when loading / unloading the wafer W, the wafer W can be lifted or lowered. Generally, three such wafer lifter pins 42 are provided corresponding to the peripheral portion of the wafer.
【００１０】また、処理容器４の天井部には、図２に示
すようなシャワーヘッド４４が設けられる。このシャワ
ーヘッド４４は、紫外線を９０％以上透過させる材料、
例えば石英よりなる。具体的には、このシャワーヘッド
４４は、ウエハＷの直径よりも大きなリング状になされ
た管径の太い分配リング管４６と、この分配リング管４
６間に縦横に格子状に配設して接続した複数のガス噴射
管４８により構成される。このリング管４６及びガス噴
射管４８の内径は、それぞれ１６ｍｍと４．３５ｍｍ程
度であり、各ガス噴射管の下面側には、直径が例えば
０．３〜０．５ｍｍ程度の多数の噴射孔５０が等ピッチ
で形成されており、オゾン含有の処理ガスを噴出し得る
ようになっている。この場合、各ガス噴射管４８の載置
台１６上のウエハＷに対する投影面積は、ウエハ表面の
面積の２０％よりも小さく設定するのが好ましく、ガス
噴射管４８の格子間の空間部に、後述するようにより多
くの紫外線ＵＶが通過して直接ウエハ面に照射するよう
になっている。[0010] A shower head 44 as shown in FIG. 2 is provided on the ceiling of the processing vessel 4. The shower head 44 is made of a material that transmits 90% or more of ultraviolet rays,
For example, it is made of quartz. More specifically, the shower head 44 includes a distribution ring tube 46 having a ring shape larger than the diameter of the wafer W and having a large diameter, and a distribution ring tube 4.
It is composed of a plurality of gas injection pipes 48 arranged and connected in a grid pattern vertically and horizontally between the six. The inner diameters of the ring tube 46 and the gas injection tube 48 are about 16 mm and 4.35 mm, respectively, and a number of injection holes 50 having a diameter of, for example, about 0.3 to 0.5 mm are provided on the lower surface side of each gas injection tube. Are formed at an equal pitch so that a processing gas containing ozone can be ejected. In this case, it is preferable that the projected area of each gas injection pipe 48 with respect to the wafer W on the mounting table 16 is set to be smaller than 20% of the area of the wafer surface. As a result, more ultraviolet rays UV pass through and directly irradiate the wafer surface.
【００１１】そして、処理容器４の天井部には、ウエハ
径よりも大きく設定された円形の開口５２が形成されて
おり、この開口５２には、紫外線に対して透明な材料、
例えば石英により形成された円形の透過窓５４が天井部
との間でＯリング等のシール部材５６を介して固定枠５
８により気密に取り付けられている。この透過窓５４
は、大気圧に対して耐え得るように厚さが例えば２０ｍ
ｍ程度に設定されている。そして、この透過窓５４の上
方には、処理容器４内に向けて紫外線ＵＶを放射するた
めの紫外線照射手段６０が設けられており、これより放
出される紫外線ＵＶにより活性酸素原子を発生させるよ
うになっている。具体的には、この紫外線照射手段６０
は、複数の円筒体状の紫外線ランプ６２を有しており、
ここでは７本の紫外線ランプ６２を石英製の透過窓５４
の外側に、載置台１６の載置面に対向させて平行となる
ように配列している。ランプ６２の数は、必要とする紫
外線強度を得るために適宜増加される。このような紫外
線ランプとしては例えば２０Ｗ程度の小さな電力で、例
えば波長が２５４ｎｍを中心とする多くの紫外線を放出
することが可能な冷陰極管を用いることができる。In the ceiling of the processing container 4, a circular opening 52 set to be larger than the diameter of the wafer is formed.
For example, a circular transmission window 54 made of quartz is fixed to the fixed frame 5 via a sealing member 56 such as an O-ring between the ceiling window and the ceiling.
8 is hermetically attached. This transmission window 54
Has a thickness of, for example, 20 m to withstand the atmospheric pressure.
m. Above the transmission window 54, an ultraviolet irradiation means 60 for irradiating the ultraviolet UV toward the inside of the processing container 4 is provided, and the ultraviolet UV emitted from this means generates active oxygen atoms. It has become. Specifically, this ultraviolet irradiation means 60
Has a plurality of cylindrical ultraviolet lamps 62,
In this case, the seven ultraviolet lamps 62 are connected to a transmission window 54 made of quartz.
Are arranged so as to be parallel to and facing the mounting surface of the mounting table 16. The number of lamps 62 is appropriately increased to obtain the required ultraviolet intensity. As such an ultraviolet lamp, for example, a cold cathode tube capable of emitting a large amount of ultraviolet light having a wavelength of about 254 nm with a small power of about 20 W can be used.
【００１２】この複数の紫外線ランプ６２の全体は、箱
状のケーシング６４により覆われており、この内側面は
ランプより上方に向かう紫外線を下方に向けて反射する
ための反射面として形成される。そして、このように構
成された装置において、上記載置台１６の裏面側に本発
明の特徴とする熱補償部材６６が設けられる。具体的に
は、この熱補償部材６６は、図３にも示すように厚さが
２〜３ｍｍ程度の、例えばステンレス板をリング状の薄
板６８として加工することにより形成されている。この
リング状の薄板６８を載置台１６の裏面１６Ａの周縁部
の近傍に対応させて設置し、支持部材７０により脚部１
８に固定している。そして、好ましくは、このリング状
の薄板６８の上面を鏡面７２として、熱線或いは輻射熱
を載置台１６に向けて反射し易くなるように形成するの
がよい。これにより、載置台１６の周縁部に対して熱線
或いは輻射熱を供給してこの部分の温度補償を行なうよ
うになっている。The whole of the plurality of ultraviolet lamps 62 is covered by a box-shaped casing 64, and an inner surface thereof is formed as a reflecting surface for reflecting the ultraviolet light upward from the lamp downward. In the device configured as described above, a heat compensating member 66 which is a feature of the present invention is provided on the back surface of the mounting table 16. Specifically, the heat compensating member 66 is formed by processing a stainless steel plate having a thickness of about 2 to 3 mm as a ring-shaped thin plate 68 as shown in FIG. This ring-shaped thin plate 68 is set in correspondence with the vicinity of the peripheral edge of the back surface 16A of the mounting table 16, and the leg 1
8 fixed. Preferably, the upper surface of the ring-shaped thin plate 68 is formed as a mirror surface 72 so that heat rays or radiant heat can be easily reflected toward the mounting table 16. Thus, a heating wire or radiant heat is supplied to the peripheral portion of the mounting table 16 to perform temperature compensation of this portion.
【００１３】この場合、図１に示すように、リング状の
薄板６８を載置台１６の裏面１６Ａから僅かに間隙を隔
てて設置するようにしてもよいし、或いは図４に示すよ
うに、載置台１６の裏面１６Ａに接合させるようにして
設置させてもよい。このように接合させることにより、
熱線や輻射熱の反射のみならず、熱伝導によっても載置
台１６の周縁部に熱を供給することが可能となる。ま
た、リング状の薄板６８の内径Ｄ１は、載置台１６の半
径以上で直径よりも小さい範囲に設定し、外径Ｄ２は載
置台１６の直径以上の大きさとする。これにより、載置
台周縁部に対して効率的に熱を投入してその温度補償が
可能となる。具体的には、載置台１６の直径を８インチ
サイズのウエハに対応させて２６ｃｍ程度とすると、内
径Ｄ１は１７ｃｍ程度、外径Ｄ２は２６ｃｍ程度であ
る。また、この処理容器４の側壁の一部には、ウエハ搬
出入口７６が設けられ、ここに真空引き可能になされた
ロードロック室７８との間を連通・遮断する前記ゲート
バルブＧを設けている。In this case, as shown in FIG. 1, the ring-shaped thin plate 68 may be provided with a slight gap from the back surface 16A of the mounting table 16, or as shown in FIG. It may be installed so as to be joined to the back surface 16A of the table 16. By joining in this way,
Heat can be supplied to the peripheral portion of the mounting table 16 not only by reflection of heat rays and radiant heat but also by heat conduction. Further, the inner diameter D1 of the ring-shaped thin plate 68 is set to a range equal to or larger than the radius of the mounting table 16 and smaller than the diameter, and the outer diameter D2 is set to be equal to or larger than the diameter of the mounting table 16. This makes it possible to efficiently supply heat to the peripheral portion of the mounting table and to compensate for the temperature. Specifically, assuming that the diameter of the mounting table 16 is about 26 cm corresponding to an 8-inch wafer, the inner diameter D1 is about 17 cm and the outer diameter D2 is about 26 cm. Further, a part of the side wall of the processing container 4 is provided with a wafer loading / unloading port 76, in which the gate valve G for communicating with and shutting off a load lock chamber 78 which can be evacuated is provided. .
【００１４】次に、以上のように構成された装置を用い
て行なわれる改質処理について説明する。まず、改質の
対象となる金属酸化膜、例えば酸化タンタル膜が形成さ
れている半導体ウエハＷを、真空状態に維持された処理
容器４内に、ロードロック室７８側からウエハ搬出入口
７６を介して導入し、これを載置台１６上に載置して静
電チャック２６のクーロン力により吸着保持する。そし
て、加熱ヒータ２４によりウエハＷを所定のプロセス温
度に維持すると共に、処理容器４内を真空引きして所定
のプロセス圧力に維持しつつ、改質ガスとしてオゾンと
窒素ガスを供給して改質処理を開始する。シャワーヘッ
ド４４に導入されたオゾン含有の改質ガスは、まず、リ
ング状の分配リング管４６に沿って回り込んで、各ガス
噴射管４８に流入する。そして、この改質ガスはガス噴
射管４８に設けた多数の噴射孔５０より処理容器４内に
供給されることになり、ウエハ面に対して均一にオゾン
ガスを供給することができる。Next, a description will be given of a reforming process performed by using the above-configured apparatus. First, a semiconductor wafer W on which a metal oxide film to be reformed, for example, a tantalum oxide film is formed, is loaded into the processing vessel 4 maintained in a vacuum state from the load lock chamber 78 through the wafer loading / unloading port 76. This is mounted on the mounting table 16 and is attracted and held by the Coulomb force of the electrostatic chuck 26. Then, while maintaining the wafer W at a predetermined process temperature by the heater 24 and evacuating the processing chamber 4 to maintain a predetermined process pressure, ozone and nitrogen gas are supplied as reforming gas to reform the wafer W. Start processing. The ozone-containing reformed gas introduced into the shower head 44 first wraps around the ring-shaped distribution ring pipe 46 and flows into each gas injection pipe 48. Then, the reformed gas is supplied into the processing container 4 from the many injection holes 50 provided in the gas injection pipe 48, so that the ozone gas can be uniformly supplied to the wafer surface.
【００１５】一方、これと同時に、紫外線照射手段６０
の各紫外線ランプ６２からは多量の紫外線ＵＶが放出さ
れ、この紫外線ＵＶは直接、或いはケーシング６４の反
射面で反射された後に石英製の透過窓５４を透過して所
定の真空圧に維持された処理容器４内に入り、更に、石
英製の格子状のシャワーヘッド４４の主に空間部を通過
して処理空間の改質ガス中に注がれる。ここで、改質ガ
スはオゾンを主体成分としており、このオゾンは紫外線
の照射により励起されて多量の活性酸素原子を発生し、
この活性酸素原子が先のウエハ表面に形成されている金
属酸化膜に作用してこれを略完全に酸化し、改質を行な
うことになる。この場合、処理容器４は真空状態に維持
されていることから、発生した活性酸素原子が他のガス
原子或いはガス分子と衝突する確立が非常に少なくなっ
て、その分、活性酸素原子の密度が向上し、改質処理を
迅速に行なうことができる。この改質処理によって、金
属酸化膜の絶縁性を迅速に且つ大幅に向上させることが
可能となる。On the other hand, at the same time, the ultraviolet irradiation means 60
A large amount of ultraviolet light UV is emitted from each of the ultraviolet light lamps 62, and this ultraviolet light UV is directly or after being reflected by the reflecting surface of the casing 64, is transmitted through the quartz transmission window 54 and maintained at a predetermined vacuum pressure. After entering into the processing vessel 4, it is further poured into a reformed gas in the processing space mainly through a space portion of a quartz lattice-shaped shower head 44. Here, the reformed gas is mainly composed of ozone, and this ozone is excited by irradiation of ultraviolet rays to generate a large amount of active oxygen atoms,
The active oxygen atoms act on the metal oxide film formed on the surface of the wafer to oxidize the metal oxide film almost completely, thereby performing the reforming. In this case, since the processing vessel 4 is maintained in a vacuum state, the probability that the generated active oxygen atoms collide with other gas atoms or gas molecules is very small, and the density of the active oxygen atoms is reduced accordingly. Thus, the reforming process can be performed quickly. By this reforming process, the insulating property of the metal oxide film can be rapidly and significantly improved.
【００１６】改質中における処理容器４内の圧力は、１
〜６００Ｔｏｒｒの範囲内に設定する。この範囲外の圧
力では、改質の進行が遅かったり、或いは十分でなく、
金属酸化膜の絶縁耐圧が低下してしまう。また、改質プ
ロセス時のウエハ温度は、３２０〜７００℃の範囲内に
設定する。ウエハ温度が３２０℃よりも小さい場合は、
絶縁耐圧が十分でなく、また、７００℃を越えると、金
属の結晶化温度が７００〜７５０℃程度であることか
ら、結晶化により十分な改質を得ることができない。こ
のような改質工程において、処理容器４の側壁はコール
ドウォール状態なので、これに近い載置台１６の周縁部
の熱がその中央部と比較して多く奪われるので、載置台
１６の中央に比較して周縁部の温度がかなり低下する傾
向にある。しかしながら、この装置にあっては、載置台
１６の裏面の周縁部に対応させて、例えばステンレス製
のリング状の薄板６８よりなる熱補償部材６６を設けて
いるので、この薄板６８が載置台１６からくる熱線や輻
射熱を反射して再度、載置台１６へ戻すように作用する
ことになる。或いはこの薄板６８自体が加熱されて、こ
れからの輻射熱が載置台１６へ投入されるように作用す
ることになる。The pressure in the processing vessel 4 during the reforming is 1
Set within the range of -600 Torr. At a pressure outside this range, the progress of the reforming is slow or not sufficient,
The withstand voltage of the metal oxide film is reduced. Further, the wafer temperature during the reforming process is set within a range of 320 to 700 ° C. If the wafer temperature is lower than 320 ° C,
If the withstand voltage is not sufficient, and if it exceeds 700 ° C., since the crystallization temperature of the metal is about 700 to 750 ° C., sufficient modification cannot be obtained by crystallization. In such a reforming step, since the side wall of the processing vessel 4 is in a cold wall state, more heat is taken off at the peripheral portion of the mounting table 16 near the side thereof than at the center thereof. As a result, the temperature at the peripheral edge tends to decrease considerably. However, in this apparatus, a heat compensating member 66 made of, for example, a stainless steel ring-shaped thin plate 68 is provided so as to correspond to the peripheral edge of the back surface of the mounting table 16. It acts to reflect the heat rays and radiant heat coming from it and return it to the mounting table 16 again. Alternatively, the thin plate 68 itself is heated and acts so that radiant heat from the thin plate 68 is supplied to the mounting table 16.
【００１７】この結果、温度が低下する傾向にある載置
台周縁部には、熱補償部材６６から熱が投入されること
になり、その分、載置台周縁部の温度補償を行なうこと
ができ、従って、ウエハ温度の面内温度の均一性を向上
させることが可能となる。この場合、リング状の薄板３
８の上面を鏡面７２として仕上げておけば、熱線等の反
射効率が高くなるので、その分、載置台周縁部に対して
戻す熱量が多くなり、ウエハの面内温度の均一性を一層
向上させることができる。また、図４に示すように載置
台周縁部の裏面に、リング状の薄板６８を密着させて取
り付けておけば、上述した熱線等の反射に加えて、熱伝
導によっても載置台周縁部側へ熱を伝えることができ、
従って、ウエハの面内温度の均一性を更に向上させるこ
とが可能となる。As a result, heat is input from the heat compensating member 66 to the peripheral edge of the mounting table where the temperature tends to decrease, and the temperature of the peripheral edge of the mounting table can be compensated accordingly. Therefore, it is possible to improve the uniformity of the in-plane temperature of the wafer temperature. In this case, the ring-shaped thin plate 3
By finishing the upper surface of the mirror 8 as a mirror surface 72, the reflection efficiency of heat rays and the like is increased, so that the amount of heat returned to the peripheral portion of the mounting table is increased, and the uniformity of the in-plane temperature of the wafer is further improved. be able to. Further, as shown in FIG. 4, if a ring-shaped thin plate 68 is closely attached to the back surface of the mounting table peripheral portion, in addition to the above-described reflection of heat rays and the like, the mounting table peripheral edge side is also heated. Can transmit heat,
Therefore, it is possible to further improve the uniformity of the in-plane temperature of the wafer.
【００１８】図４に示す場合には、リング状の薄板６８
の厚さを、ウエハの昇降効率が低下しない範囲で更に厚
くして、例えば厚さを２〜１０ｍｍ程度としてこの熱容
量を大きくし、熱伝導による熱供給量を多くするように
してもよい。ここで、熱補償部材を設けた本発明装置と
熱補償部材を設けていない従来装置による載置台上の温
度について実際に評価を行なったので、その評価結果に
ついて説明する。図５はその評価結果を示すグラフであ
り、ウエハ温度は中央部と、周縁部（上、下、左、右）
の４点において測定しており、図５中に測定ポイントを
模式的に示している。設定温度は４４５℃であり、設定
圧力は３０Ｔｏｒｒである。このグラフから明らかなよ
うに、従来装置の場合には、中央部と周縁部（上、下、
左、右）との温度差は最大１１℃程度にも達して、温度
分布が大きいのに対して、本発明装置の場合には最大６
℃程度であって温度分布が小さいことが判明した。計算
の結果、ウエハ温度の面内均一性は、従来装置が±５．
６℃となってかなり大きいのに対して、本発明装置の場
合には±３．２℃となって大幅にウエハ温度の面内均一
性を向上させることができた。In the case shown in FIG. 4, a ring-shaped thin plate 68 is used.
May be further increased as long as the elevating efficiency of the wafer does not decrease, for example, the thickness may be set to about 2 to 10 mm to increase the heat capacity and increase the amount of heat supplied by heat conduction. Here, the temperature of the mounting table of the present invention provided with the heat compensation member and the temperature of the mounting table of the conventional device not provided with the heat compensation member were actually evaluated, and the evaluation results will be described. FIG. 5 is a graph showing the evaluation results, in which the wafer temperature was measured at the center and at the periphery (up, down, left, right).
Are measured at four points, and the measurement points are schematically shown in FIG. The set temperature is 445 ° C. and the set pressure is 30 Torr. As is clear from this graph, in the case of the conventional device, the central portion and the peripheral portion (upper, lower,
(Left, right) reaches a maximum of about 11 ° C., and the temperature distribution is large.
It was found that the temperature distribution was about ℃ and the temperature distribution was small. As a result of the calculation, the in-plane uniformity of the wafer temperature was ± 5.
While the temperature was 6 ° C., which is considerably large, in the case of the apparatus of the present invention, the temperature was ± 3.2 ° C., so that the in-plane uniformity of the wafer temperature could be greatly improved.
【００１９】尚、本発明装置はウエハサイズに限定され
ず、例えば６インチ、８インチ、１２インチサイズの全
てのウエハに対して適用可能である。また、ここでは熱
処理装置として改質処理を例にとって説明したが、これ
に限定されず、成膜装置、熱拡散装置、アニール装置、
エッチング装置等の全ての枚葉式の熱処理装置に適用す
ることができる。更には、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基板等にも適用
できる。The apparatus of the present invention is not limited to the wafer size, but is applicable to all wafers of, for example, 6 inch, 8 inch and 12 inch sizes. Further, here, the description has been given by taking the reforming process as an example of the heat treatment apparatus, but is not limited thereto, and the film forming apparatus, the heat diffusion apparatus, the annealing apparatus,
The present invention can be applied to all single-wafer heat treatment apparatuses such as an etching apparatus. Further, the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, but can be applied to a glass substrate, an LCD substrate, and the like.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の枚葉式の
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。載置台の裏面周縁部に熱補償部材を
設けて、載置台からの熱線や輻射熱を反射させて戻すよ
うにしたので、載置台周縁部の温度補償を行なうことが
でき、従って、複雑な構造を採用することなく被処理体
温度の面内均一性を向上させることができる。また、熱
補償部材の上面を鏡面として熱線等の反射効率を上げる
ようにすれば、載置台周縁部に戻す熱がその分だけ多く
なり、被処理体温度の面内均一性を一層向上させること
ができる。更に、熱補償部材を載置台の裏面に接して設
けるようにすれば、熱反射のみならず、熱伝導によって
も熱を伝えることができ、被処理体温度の面内均一性を
更に向上させることができる。As described above, according to the single-wafer heat treatment apparatus of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited. A heat compensation member is provided on the periphery of the back surface of the mounting table to reflect and return the heat rays and radiant heat from the mounting table, so that the temperature of the mounting table can be compensated for. The in-plane uniformity of the temperature of the object to be processed can be improved without adoption. In addition, if the upper surface of the heat compensating member is mirror-finished to increase the reflection efficiency of heat rays or the like, the amount of heat returned to the peripheral portion of the mounting table is increased by that much, and the in-plane uniformity of the temperature of the processing object is further improved. Can be. Furthermore, if the heat compensation member is provided in contact with the back surface of the mounting table, heat can be transmitted not only by heat reflection but also by heat conduction, and the in-plane uniformity of the temperature of the processing object can be further improved. Can be.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明に係る枚葉式の熱処理装置を示す概略構
成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a single-wafer heat treatment apparatus according to the present invention.
【図２】シャワーヘッド部を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a shower head unit.
【図３】図１に示す熱処理装置において用いられる熱補
償部材を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a heat compensation member used in the heat treatment apparatus shown in FIG.
【図４】本発明装置の変形例を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing a modified example of the device of the present invention.
【図５】熱補償部材を設けた本発明装置と熱補償部材を
設けていない従来装置による載置台上の温度についての
評価結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the evaluation results of the temperature on the mounting table of the device of the present invention provided with the heat compensating member and the conventional device not provided with the heat compensating member.
２ 熱処理装置（成膜装置） ４ 処理容器 １６ 載置台 １６Ａ 裏面 ２４ 加熱ヒータ ４４ シャワーヘッド ５４ 透過窓 ６０ 紫外線照射手段 ６６ 熱補償部材 ６８ リング状の薄板 ７０ 支持部材 ７２ 鏡面 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体） Reference Signs List 2 heat treatment apparatus (film forming apparatus) 4 processing container 16 mounting table 16A back surface 24 heater 44 shower head 54 transmission window 60 ultraviolet irradiation means 66 heat compensation member 68 ring-shaped thin plate 70 support member 72 mirror surface W semiconductor wafer (object to be processed) )
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−306921（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−198516（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−64544（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3105 C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/22 511 H01L 21/3065 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-9-306921 (JP, A) JP-A-5-198516 (JP, A) JP-A-8-64544 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3105 C23C 16/00-16/56 H01L 21/205 H01L 21/22 511 H01L 21/3065
Claims (7)
加熱ヒータを内部に有する載置台上に載置した被処理体
に対して所定の熱処理を施す枚葉式の熱処理装置におい
て、前記載置台の裏面の周縁部に、この周縁部より外方
へ逃げる熱を補償するために前記載置台からの熱線、或
いは輻射熱により加熱される熱補償部材を設けるように
構成したことを特徴とする枚葉式の熱処理装置。Claims: 1. In a processing vessel made evacuable,
In a single-wafer heat treatment apparatus for performing a predetermined heat treatment on an object mounted on a mounting table having a heating heater therein, a peripheral portion on the back surface of the mounting table escapes outward from the peripheral portion. A single-wafer heat treatment apparatus characterized in that a heat compensation member that is heated by heat rays from the mounting table or radiant heat is provided to compensate for heat.
なることを特徴とする請求項１記載の枚葉式の熱処理装
置。2. The single-wafer heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the heat compensating member is formed of a ring-shaped thin plate.
載置台の半径以上で直径よりも小さい大きさであり、外
径が前記載置台の直径以上の大きさであることを特徴と
する請求項２記載の枚葉式の熱処理装置。3. The ring-shaped thin plate has an inner diameter equal to or larger than the radius of the mounting table and smaller than a diameter, and an outer diameter equal to or larger than the diameter of the mounting table. claim 2 Symbol placement of single wafer type heat treatment apparatus.
射するための鏡面になされていることを特徴とする請求
項１乃至３のいずれかに記載の枚葉式の熱処理装置。Wherein said thermal compensation member, single wafer type heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that its upper surface is made to a mirror surface for reflecting heat rays.
接して設けられていることを特徴とする請求項１乃至４
のいずれかに記載の枚葉式の熱処理装置。Wherein said thermal compensation member according to claim 1 to 4, characterized in that provided in contact with the rear surface of the mounting table
A single-wafer heat treatment apparatus according to any one of the above.
ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の
枚葉式の熱処理装置。6. The single-wafer heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the heat compensating member is made of a stainless steel plate.
の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１乃
至６のいずれかに記載の枚葉式の熱処理装置。7. The thickness of the heat compensating member is 2 to 10 mm.
The single-wafer heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the heat treatment apparatus is set within the range of:
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