JP3584864B2 - ウェーハ用サセプタ及びこれを備えたウェーハ熱処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ）等の熱処理の際にウェーハを載置するために用いられるウェーハ用サセプタ及びこれを備えたウェーハ熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＺ（チョクラルスキー）法で引上成長されたシリコン単結晶を加工して作製されたシリコンウェーハは、酸素不純物を多く含んでおり、この酸素不純物は転位や欠陥等を生じさせる酸素析出物（ＢＭＤ：Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）となる。この酸素析出物がデバイスが形成される表面にある場合、リーク電流増大や酸化膜耐圧低下等の原因になって半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼす。
【０００３】
このため、従来、シリコンウェーハ表面に対し、１１５０℃以上の高温で短時間の急速加熱・急冷の熱処理（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ）を所定の雰囲気ガス中で施し、内部に過剰空孔を埋設するとともに表裏面側では空孔を外方拡散させることによりＤＺ層（無欠陥層）を表面に形成する方法が用いられている。
このような熱処理は、赤外線ランプ加熱方式の熱処理炉により、シリコンウェーハを複数のピンで支持した状態又はサセプタ上に載置した状態で行われているが、例えば７００℃、１０秒の短時間の熱処理でもピンで支持している場合には、ピン跡からウェーハに欠陥が入り、またサセプタに載置している場合でも、面接触しているように見えるが、実際は面状の部分のある特定の点だけが接触し、そこを起点としてスリップ等の欠陥が導入されてしまうことが知られている。また、これは、熱処理が高温になればなるほど顕著になる。
【０００４】
この対策のため、従来は、例えば特許公報第３０６１４０１号及び特開平９−３３０９３５号公報等に記載されているように、ウェーハを載置する支持台やボート等のサセプタに複数の穴（噴出口）が設けられ、これらの穴から気体を噴出させてウェーハを浮遊又はウェーハの接触圧力を低減させてスリップ等の欠陥の発生を抑制させる技術が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のサセプタによるウェーハ支持技術では、以下のような課題が残されている。すなわち、上記従来のサセプタには、ウェーハ下面全体に気体を吹き付けるように複数の噴出口をウェーハ下面全体に対向させて配したものがあるが、この場合、部材が大きくなって熱容量が大きくなり、面内の温度均一性を十分に保つことができずに、スリップ等の欠陥を発生させるおそれがあった。また、スリップ等の欠陥は、ウェーハを支持する際の応力に起因するだけでなく、ウェーハ面内の熱分布にも依存して発生する。すなわち、上記従来のサセプタは、いずれも複数の噴出口を互いに単に離間させて配設しているため、ウェーハの噴出口直上の部分が局所的に熱分布が変化し、この場合もスリップ等の発生要因となるおそれがあった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、熱処理において面内の温度均一性を向上させ、さらにウェーハの局所的な熱分布の変化を抑制することができるウェーハ用サセプタ及びこれを備えたウェーハ熱処理装置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】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のウェーハ用サセプタは、半導体ウェーハの熱処理時に半導体ウェーハを載置するサセプタであって、中央に開口部を有する円環状に形成され、載置する前記半導体ウェーハの下面周縁部に沿って上面に円環状の溝部が形成され、該溝部内には、上方に向けてガスを噴出する複数の噴出口が互いに円周方向に離間して形成され、前記半導体ウェーハを前記サセプタから浮遊させ又は前記半導体ウェーハと前記サセプタとの接触圧力を低減させることを特徴とする。
【０００８】
このウェーハ用サセプタでは、中央に開口部を有する円環状に形成されているので、ウェーハの下面全体を支持するものよりも部材が小さく熱容量も小さくすることができ、面内の温度均一性を向上させることができる。さらに、円環状の溝部内に上方に向けてガスを噴出する複数の噴出口が互いに円周方向に離間して形成されているので、噴出口から出たガスが溝部内に溜まって円環状のガス層となり、熱分布の変化を抑制することができる。
【０００９】
また、本発明のウェーハ熱処理装置は、半導体ウェーハを載置するサセプタを備え、該サセプタ上の半導体ウェーハに熱処理を施す装置であって、前記サセプタは、上記本発明のウェーハ用サセプタであり、前記サセプタの噴出口から噴出するガスを該噴出口に供給するガス供給機構と、前記サセプタの上方及び下方にそれぞれ配置された加熱用ランプとを備えていることを特徴とする。
【００１０】
このウェーハ熱処理装置では、上記円環状に形成されたウェーハ用サセプタ上に半導体ウェーハを載置し、その上下に加熱用ランプが配設されているので、サセプタ中央の開口部からも下方の加熱用ランプで半導体ウェーハを直接加熱することができ、より短時間で効率的に熱処理することができる。
【００１１】
本発明のウェーハ熱処理装置は、半導体ウェーハを載置するサセプタを備え、該サセプタ上の半導体ウェーハに熱処理を施す装置であって、前記サセプタは、上記本発明のウェーハ用サセプタであり、前記サセプタの噴出口から噴出するガスを該噴出口に供給するガス供給機構を備えていることを特徴とする。
このウェーハ熱処理装置では、サセプタが上記本発明のウェーハ用サセプタであるので、熱処理時における熱分布の変化を抑制することができ、スリップ等の欠陥の発生を低減することができる。
【００１２】
また、本発明のウェーハ熱処理装置は、前記ガス供給機構が前記ガスを加熱するガス加熱機構を備えていることが好ましい。すなわち、このウェーハ熱処理装置では、ガス供給機構がガスを加熱するガス加熱機構を備えているので、ウェーハ下面に吹き付けるガスによって温度が下がり熱分布が変化してしまうことをさらに抑制することができる。
【００１３】
さらに、本発明のウェーハ熱処理装置は、前記ガス加熱機構が、前記サセプタを収容する容器内に前記ガスの配管を最短距離で配設した場合よりも冗長に配設していることが好ましい。すなわち、このウェーハ熱処理装置では、サセプタを収容する容器内にガスの配管を冗長に配設しているので、ウェーハを加熱する際に配管内を流れるガスが十分に加熱されて、特殊な加熱機構を装備しなくても、容易にガスの加熱を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るウェーハ用サセプタ及びこれを備えたウェーハ熱処理装置の一実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１にあって、符号１はサセプタ、２はＲＴＡ装置、３はガス供給機構、４は赤外線ランプを示している。
【００１５】
図１は、本発明のウェーハ用サセプタ（以下、単にサセプタと称す）１を示すものであり、図２は、サセプタ１を備えた枚葉式のＲＴＡ装置（ウェーハ熱処理装置）２を示すものである。
サセプタ１は、図１及び図２に示すように、シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）Ｗを一枚載置可能な石英製の支持部材であり、中央に開口部１ａを有する円環状に形成されている。また、サセプタ１には、載置するシリコンウェーハＷの下面周縁部に沿って上面に円環状の溝部１ｂが形成され、該溝部１ｂ内には、上方に向けてガス（例えば、窒素等の不活性のプロセスガス）を噴出する複数の噴出口１ｃが互いに円周方向に離間して形成されている。なお、溝部１ｂの内壁部分には、溝部１ｂから開口部１ａへとガスの一部が抜けるように複数の切欠部１ｄが設けられている。
【００１６】
また、本発明のＲＴＡ装置２は、サセプタ１の噴出口１ｃから噴出するガスを該噴出口１ｃに供給するガス供給機構３と、サセプタ１の上方及び下方にそれぞれ配置された複数の赤外線ランプ（加熱用ランプ）４とを備えている。
上記ガス供給機構３は、上記ガスを供給するガス供給源５と、該ガス供給源５とチャンバ（容器）６内に設置されたサセプタ１の各噴出口１ｃとを接続するガスの供給配管７とを備えている。
【００１７】
また、ガス供給機構３は、供給するガスを加熱するガス加熱機構として、サセプタ１を収容するチャンバ６内に供給配管７を、最短距離で配設した場合よりも冗長に配設している。すなわち、供給配管７は、チャンバ６内への挿入部分から噴出口１ｃまでの最短距離をもって配設されるのではなく、チャンバ６内で複数回折り返して冗長に配設された状態で各噴出口１ｃに接続されている。
【００１８】
次に、本発明のサセプタ１及びＲＴＡ装置２によるシリコンウェーハＷの熱処理方法について説明する。
【００１９】
まず、シリコンウェーハＷをＲＴＡ装置２のチャンバ６内に搬入し、チャンバ６内に設置されたサセプタ１上に中心軸を合わせて載置する。
次に、ガス供給源５からガスを供給配管７を介してサセプタ１の各噴出口１ｃに供給し、各噴出口１ｃからシリコンウェーハＷの下面に向けてガスを噴出させる。このとき、噴出したガスは、シリコンウェーハＷを上方に押し上げようとすると共に溝部１ｂ内を周方向に流通し、帯状のガス層を発生させることにより、ウェーハＷをサセプタ１から浮遊させ又はウェーハＷとサセプタ１との接触圧力を大幅に低減させる。
【００２０】
上記の状態で、赤外線ランプ４により所定温度、所定時間かつ所定の雰囲気下で高温短時間の急速加熱・急冷の熱処理を施す。このとき、サセプタ１が、中央に開口部１ａを有する円環状に形成されているので、ウェーハＷの下面全体を支持するものよりも部材が小さく熱容量も小さくすることができ、面内の温度均一性を向上させることができる。また、円環状に形成されたサセプタ１の上下に赤外線ランプ４が配設されているので、サセプタ１中央の開口部１ａからも下方の赤外線ランプ４でシリコンウェーハＷを直接加熱することができ、より短時間で効率的に熱処理することができる。
【００２１】
さらに、円環状の溝部１ｂ内に上方に向けてガスを噴出する複数の噴出口１ｃが形成されているので、溝部１ｂ内に円環状のガス層ができ、このガス層全体でウェーハＷを上方に押し上げようとするため、熱分布の変化を抑制することができる。
また、サセプタ１を収容するチャンバ６内にガスの供給配管７を冗長に配設しているので、ウェーハＷを加熱する際に供給配管７内を流れるガスも同時に加熱されて、ウェーハＷ下面に吹き付けるガスによって温度が下がり熱分布が変化してしまうことを抑制することができる。
【００２２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
上記実施形態では、ガスを加熱する手段として、チャンバ６内の供給配管７を冗長にしたが、他の手段により供給するガスを加熱しても構わない。例えば、電流供給源に接続されたリボンヒータをチャンバ６外の供給配管７に巻回して加熱してもよい。なお、上記実施形態のように、チャンバ６内の供給配管７を冗長に配設すれば、特殊な加熱機構を装備しなくても、容易にガスを加熱することができる。
【００２３】
また、上記実施形態では、サセプタ１の形状を完全な円環状としたが、ウェーハＷ搬送のハンドリング等の都合により、ウェーハの支持に支障のない程度に一部分を欠いた不完全な円環状（ほぼ円形の円弧状）に形成しても、中央に開口部を有することから同様の効果を得ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のウェーハ用サセプタによれば、中央に開口部を有する円環状に形成されているので、熱容量が小さく、面内の温度均一性を向上させることができると共に、円環状の溝部内に上方に向けてガスを噴出する複数の噴出口が互いに円周方向に離間して形成されているので、溝部内に円環状のガス層が形成され、熱分布の変化を抑制することができる。したがって、熱処理時にスリップ等の欠陥の発生を抑制することができる。
【００２５】
また、本発明のウェーハ熱処理装置によれば、上記本発明のウェーハ用サセプタ上に半導体ウェーハを載置し、その上下に加熱用ランプが配設されているので、上記サセプタの効果に加えて、サセプタ中央の開口部からも下方の加熱用ランプで半導体ウェーハを直接加熱することができ、より短時間で効率的に熱処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るウェーハ用サセプタの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】本発明に係るウェーハ熱処理装置の一実施形態を示す概略的な断面である。
【符号の説明】
１ サセプタ
１ａ サセプタの開口部
１ｂ 溝部
１ｃ 噴出口
２ ＲＴＡ装置（ウェーハ熱処理装置）
３ ガス供給機構
４ 赤外線ランプ（加熱用ランプ）
５ ガス供給源
６ チャンバ（容器）
７ 供給配管
Ｗ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）

Claims (5)

1. 半導体ウェーハの熱処理時に半導体ウェーハを載置するサセプタであって、
   中央に開口部を有する円環状に形成され、
   載置する前記半導体ウェーハの下面周縁部に沿って上面に円環状の溝部が形成され、
   該溝部内には、上方に向けてガスを噴出する複数の噴出口が互いに円周方向に離間して形成され、
   前記半導体ウェーハを前記サセプタから浮遊させ又は前記半導体ウェーハと前記サセプタとの接触圧力を低減させることを特徴とするウェーハ用サセプタ。
2. 半導体ウェーハを載置するサセプタを備え、該サセプタ上の半導体ウェーハに熱処理を施す装置であって、
   前記サセプタは、請求項１に記載のウェーハ用サセプタであり、
   前記サセプタの噴出口から噴出するガスを該噴出口に供給するガス供給機構と、
   前記サセプタの上方及び下方にそれぞれ配置された加熱用ランプとを備えていることを特徴とするウェーハ熱処理装置。
3. 半導体ウェーハを載置するサセプタを備え、該サセプタ上の半導体ウェーハに熱処理を施す装置であって、
   前記サセプタは、請求項１に記載のウェーハ用サセプタであり、
   前記サセプタの噴出口から噴出するガスを該噴出口に供給するガス供給機構を備えていることを特徴とするウェーハ熱処理装置。
4. 請求項３に記載のウェーハ熱処理装置において、
   前記ガス供給機構は、前記ガスを加熱するガス加熱機構を備えていることを特徴とするウェーハ熱処理装置。
5. 請求項４に記載のウェーハ熱処理装置において、
   前記ガス加熱機構は、前記サセプタを収容する容器内に前記ガスの配管を最短距離で配設した場合よりも冗長に配設していることを特徴とするウェーハ熱処理装置。

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