JP3130607B2 - 処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】ウェハを１葉ずつ処理する枚葉式
処理装置に関し特にランプ加熱を用いたウェハの加熱装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体装置の製造に
あっては、シリコンなどの半導体基板を繰返し処理し所
望の半導体をウェハ上に形成している。このような半導
体ウエハーの処理には、スパッタ、ＣＶＤなどによって
ウエハー上に薄膜を形成する処理がある。このような処
理では薄膜をウェハ上に適切に成長させるためにウェハ
の全面を均一にかつ所定の温度に加熱する必要がある。
このようなウェハの加熱方式には大別してヒータによる
加熱とランプによる加熱があり、ランプ加熱は熱エネル
ギーが輻射線として真空中を供給されるため熱伝達媒体
の密度に依存して温度上昇の速度が変わることがないの
で、多く使われるようになっている。

【０００３】従来のランプによる加熱の例を図５に示
す。真空容器２にはシリコンなどのウェハ１が配置さ
れ、シランなどの反応ガスがウェハ上に供給される。真
空容器の外部に固定されたランプリフレクタモジュール
８からの並行光線が石英の窓５を通過して照射され、ウ
ェハは下面から加熱されるように構成されている。この
ようなランプからの光線による加熱では、光線の照射量
の多い個所の温度が他の個所の温度よりも高くなるた
め、ウェハの全体にわたって均一に加熱することが困難
であった。

【０００４】この問題を解決するために、ウェハとラン
プとの間に、石英、炭化珪素、カーボンなどからなるサ
セプタ２０を配置することが提案された。すなわち、サ
セプタを光で照射加熱し、与えられたエネルギーを均一
な熱エネルギーに変換して、この熱をウェハに放射しウ
ェハの全面を均一な温度に加熱するようにした、サセプ
タを用いたランプ加熱方式が提案されている。

【０００５】このようなサセプタからの輻射熱による加
熱方式によれば、ウェハの全面を均一な温度に加熱する
ことはできるが、サセプタを加熱するために大出力大容
量のランプが必要となりエネルギー効率が低下するばか
りでなく、真空容器中の反応ガスの圧力によって輻射熱
の熱伝導度が異なるので、反応ガスの圧力によってウェ
ハの加熱速度が異なり、温度の制御が複雑になるという
問題がある。また、サセプタにはアルカリ金属などの微
量の不純物が含まれているために、ランプからの光線に
よって照射加熱すると、サセプタ中の不純物が遊離し真
空容器中に浮遊して処理されるウェハを汚染するおそれ
がある。さらに、ＣＶＤなどの工程にあって、プロセス
などが大きく変化したときにはプロセスによってウェハ
からの熱の逃げが異なるために、光の照射パターンを変
えなければならないことがあるが、従来の方式にあって
はこのような状況の変化に対応できない。加えて、ウェ
ハを真空容器内に保持するには、ウェハの周囲をプッシ
ャピンにて支え、ウェハの周囲の上方からクランプリン
グで固定することが行われているが、下方から供給され
た熱がクランプリングを経由して逃散し、ウェハの全面
にわたって均一に熱が供給されるにもかかわらず、ウェ
ハの周辺部の温度が低下してしまう欠点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ランプ加熱式半導体ウ
ェハ処理装置の上記問題点に鑑み、本発明は、サセプタ
を使用することなくランプによって半導体ウェハの全面
を均一に加熱できるとともに、クランプリングからの熱
の逃散を補償し、熱の逃散があってもウェハ全面にわた
って均一な温度を得ることができる加熱手段を有する処
理装置を提供する。さらにこのような処理装置におい
て、被処理体であるウェハの大きさなどが変化しても、
容易に最適な加熱パターンを得ることができる処理装置
を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】真空容器内に設けた載置
手段（プッシャーピン）上に円板形状の周縁部が載置さ
れクランプリングで固定された被加熱体を処理する装置
であって、被加熱体に対向して設けられた複数個のラン
プと、該複数個のランプを円周状に配列載置した回転体
と、該回転体を駆動する駆動源とからなり、前記被加熱
体の周縁部の照射光量が多くなるようにした処理装置を
構成する。

【０００８】一つの実施態様においては、該複数個のラ
ンプを該被加熱体の外周縁と略同一の形状に配列する。

【０００９】他の実施態様にあっては、該回転体の回転
軸と回転体上に配列されたランプ配列の中心とを偏心さ
せる。

【００１０】さらに他の実施態様にあっては、該回転体
上に配列されたランプの光軸の傾斜角度を調整するラン
プ傾斜調整機構を具備させる。

【００１１】

【実施例】［実施例１］ 本発明を半導体ウェハのスパッタリング処理又はＣＶＤ
処理に用いた場合の構成を図１を用いて説明する。上記
処理を実施するに当たって最適な温度に加熱される被加
熱体である円板形状の半導体ウェハ１はその周縁部が、
真空容器２内に設けられた載置手段であるプッシャーピ
ン３の上に載置され、図示されないクランプリングによ
って固定される。真空容器２内の中央部には照射光をウ
ェハに集中して照射する様に内面が反射面に構成された
光ダクト４が設けられる。真空容器２の下部開口には容
器の外側に設けた光源からの光を真空容器内に導入する
石英ガラスからなる窓５が気密に設けられ、容器内の真
空をウェハの処理に適した真空度（例えば、ＣＶＤにあ
っては、５０Ｔｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度の真空）に
維持するように構成されている。

【００１２】真空容器２の外部下方には枠６およびハウ
ジング１５とからなる光源室１７が設けられ、該光源室
には複数個のランプ８を載置したターンテーブル７が配
設されている。ターンテーブル７は外部に取り付けた誘
導電動機１２によりプーリ１３を介して駆動される軸１
１に取付けられる。回転軸１１の回転中心線１０は、ウ
ェハ１の中心線と一致する様に設けられており、ターン
テーブル７が光源室内で毎分３０〜６０回転するように
構成されている。ターンテーブル上に配置された例えば
６個のランプ８は、ターンテーブル７の回転中心軸１０
から偏心して設けられた中心軸９を持つ円周に沿って等
間隔に配置されている。従って、ランプ８の回転軌跡は
１本の線とはならず、ターンテーブル７の回転中心軸１
０を中心とし、ウェハの周縁近傍に一定の幅を持って設
けられた複数本の円を形成する。回転する複数のランプ
８には回転軸１１の下方に設けられたスリップリング１
４から電力が供給され、各ランプ８の周囲には、焦点に
ランプ８のフィラメントが位置する放物面又は回転楕円
面からなる反射鏡１６が設けられている。

【００１３】ウェハ１とランプ８の配列の中心の位置関
係を図２を用いて説明する。プッシャーピン３上に載置
されたウェハ１が破線で示されている。回転軸１１の上
端に取付けられたターンテーブル７の中心９は、図示の
ように回転軸１１の中心１０すなわちウェハの中心から
偏心して設けられている。従って、軸１１が回転する
と、ターンテーブル７上に設けられた各ランプ８の内、
図の３時の位置にあるランプは、ウェハ１と同心でかつ
最小の径の円を描いて回転する。また図の９時の位置に
あるランプは、ウェハ１と同心でかつ最大の径の円を描
いて回転する。同様に、図の１時と５時の位置にあるラ
ンプと、７時と１１時の位置にあるランプとは、それぞ
れ上記の同心円の間に位置する大きさの径の円を描いて
回転する。このようにランプの回転によって描かれる複
数の円はいずれもウェハ１の周辺部に位置するように構
成されているので、ウェハに供給される光の量は、ウェ
ハの周縁部分で大きくなっている。従って、ウェハ周辺
部には、その周辺に接触したクランプリングからの熱の
逃散に見合った熱量が中心部に比較して余分に供給され
るので、ウェハは周辺部と中心部の温度が均一に維持さ
れ、ウェハの全面にわたって均質な反応が進行し、特性
の均一な優れたウェハを得ることができる。

【００１４】ランプの照射強度およびウェハの温度の関
係を本発明と従来技術について図４に示す。従来のサセ
プタを用いてウェハを均一に加熱する技術の場合、ウェ
ハに照射される熱の分布は、太い破線で示すように均一
になるが、ウェハに接するクランプリングから熱が逃散
するために、ウェハの温度は細い破線で示すようにウェ
ハの周縁部で低下し、ウェハの全面にわたって均一な温
度を得ることができない。本発明にあっては、加熱用ラ
ンプの照射軸中心を被加熱体となるウェハの外周縁上に
位置させることができるため、光の照射強度は、太い実
線で示すようにウェハの外周縁上で最大となる。従っ
て、ウェハに接するクランプリングからの熱の逃散を補
償でき、ウェハの温度は細い実線で示すようにウェハの
中心部と周辺部とで温度の差が生じず全面にわたって均
一な温度に保たれる。

【００１５】［実施例２］第２の実施例について図３を
用いて説明する。第２の実施例では、ターンテーブル７
上に配設されたランプ８の配列の中心が回転軸１１の回
転中心軸１０と同軸に設けられている点と、ターンテー
ブル７上に配置された各ランプ８を配列の半径方向に傾
斜させるようにしたランプ傾斜機構が設けられている点
で図１に示された実施例と異なっており、その他の点で
は図１の実施例と同じ構成とされている。図１と同じ符
号はそれぞれ同じ要素を表している。

【００１６】すなわち、この実施例においては、ウェハ
１の中心軸と同軸に配列されたランプ配列を配置したタ
ーンテーブル７が回転すると、ターンテーブル上に設け
られたランプ８はウェハ１と同心円状に回転させられ
る。ここで、各ランプ８は、それぞれ各ランプに設けら
れたランプ傾斜機構１９によってランプの配列の半径方
向に揺動傾斜できるように構成され、光軸１８を自由に
傾斜させることできるようになっている。従って、ラン
プの傾斜角度をそれぞれ異ならせるときには、図１に示
された実施例と同様にランプの回転軌跡を複数本得るこ
とができ、図１と同様に広い幅で光の照射量を増大させ
ることができる。また、各ランプの傾斜角度を等しく変
更するときには、ウェハの大きさに対応して所望の大き
さの光照射円を容易に得ることができ、プロセスが変更
して放熱パターンが変わっても、その変化に対応した加
熱パターンを速やかにかつ容易に得ることができる。

【００１７】

【発明の効果】以上に記載したように、本発明によれ
ば、（１）ランプによる直接的な加熱方式を採用したこ
とにより、反応ガスの圧力に関係なく速やかにウェハを
加熱することができるとともに、ランプを回転させるの
でウェハへの光の照射量を円周方向で一定にすることが
できランプ加熱において必要とされていたサセプタを使
用せずにすみ、サセプタに含まれる不純物によるウェハ
の汚染が防止できる、（２）ウェハの周縁部の光照射量
を多くして、クランプリングからの熱の逃散を補償する
ようにウェハを加熱することができるので、ウェハの周
辺部の温度が中心部に比較して低くなることを防ぐこと
ができ、ウェハ全面にわたって均一な温度を容易に得ら
れ、良好なウェハ処理ができる、（３）ランプ配列の中
心をターンテーブルの回転軸中心から偏心させることに
よって、光の照射量の大きな範囲を広くすることができ
る、（４）ランプ傾斜機構を備えることにより、加熱領
域を簡単な機構で自由に変更することができるので、圧
力、ガス種の変更などプロセスの変更があっても、迅速
に加熱パターンを対応させることができる、などの優れ
た効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の構成を示す図。

【図２】本発明のウェハとランプとの配置関係を示す
図。

【図３】本発明の他の実施例の構成を示す図。

【図４】本発明と従来例の加熱の特性を示す図。

【図５】従来のランプ加熱の例を示す図。

【符号の説明】

１ ウェハ、 ２ 真空容器、 ３ プッシャーピン、
４ 光ダクト、 ５石英ガラス窓、 ６ 枠、 ７
ターンテーブル、 ８ ランプ、 ９ ランプ配列の中
心、 １０ 回転軸中心、 １１ 回転軸、 １２ 誘
導電動機、１３ プーリ、 １４ スリップリング、
１５ ハウジング、 １６ 反射鏡、 １７ 光源室、
１８ 光軸、 １９ ランプ傾斜機構、 ２０ サセ
プタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊谷 浩洋 東京都新宿区西新宿２丁目３番１号 東 京エレクトロン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−228609（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−206141（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/317 H01L 21/26 H01L 21/324 C23C 14/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内に設けた載置手段上に円板形
   状の周縁部が載置されクランプリングで固定された被加
   熱体を処理する装置であって、 被加熱体に対向して設けられた複数個のランプと、 該複数個のランプを円周状に配列載置した回転体と、 該回転体を駆動する駆動源からなり、 前記被加熱体の周縁部の照射光量を多くした ことを特徴
   とする処理装置。
2. 【請求項２】 複数個のランプが該被加熱体の外周縁と
   略同一の形状に配列されている請求項１に記載の処理装
   置。
3. 【請求項３】 該回転体の回転軸と回転体上に配列され
   たランプ配列の中心とが偏心している請求項１または請
   求項２に記載の処理装置。
4. 【請求項４】 該回転体上に配列されたランプの光軸の
   傾斜角度を調整するランプ傾斜調整機構を備えた請求項
   １または請求項２に記載された処理装置。