JPH09115845A

JPH09115845A - 半導体ウエハーの加熱処理装置

Info

Publication number: JPH09115845A
Application number: JP29349895A
Authority: JP
Inventors: Kozo Ogino; 耕三荻野; Nobuhiro Munetomo; 宣浩宗友; Yasutoshi Tanishita; 保亟谷下
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1995-10-16
Publication date: 1997-05-02
Anticipated expiration: 2015-10-16
Also published as: JP2865603B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウエハーＷを均一に加熱することができ
る半導体ウエハーの加熱処理装置を提供する。【解決手段】半導体ウエハーＷを支持するウエハー支持
体２の基盤２１上に、不透明な石英からなるとともに、
外径が半導体ウエハーＷの平均外径よりも小さい熱反射
板２３を設けた。

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、半導体ウエハー
の製造プロセスにおいて、アニール酸化膜を形成した
り、不純物を拡散させたり、蒸着膜を形成したりするた
めに使用される半導体ウエハーの加熱処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】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、急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、半導体ウエハーを、一枚ず
つ水平に支持した状態で加熱する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、プロセスチャン
バー内に供給された半導体ウエハーを、水平に支持する
ウエハー支持体と、このウエハー支持体に支持された半
導体ウエハーを、加熱チャンバーに移送する昇降手段
と、加熱チャンバーに移送された半導体ウエハーを、放
射加熱する赤外線ヒータ等を備えており、上記ウエハー
支持体を昇降手段によって上昇させることにより、ウエ
ハー支持体に支持された半導体ウエハーを、ローディン
グ位置から加熱チャンバーに移送して、所定の加熱処理
を行うことができる。また、上記加熱処理が完了した時
点で、ウエハー支持体を下降させることにより、半導体
ウエハーを再び上記ローディング位置に復帰させて、プ
ロセスチャンバーから取り出すことができる。

【０００４】ところが、上記従来の加熱処理装置は、円
板状の半導体ウエハーを、加熱チャンバーで加熱処理す
る際に、赤外線ヒータに対する位置関係に起因して、半
導体ウエハーの中心部よりも外周側に対して、より多く
の赤外線が照射される。このため、半導体ウエハーの外
周側が中央部よりも高温に加熱されて、例えばケイ素ウ
エハーにアニール酸化膜を形成する場合には、膜厚が不
揃いとなって、その表面の抵抗値が不均一になるという
問題が生じていた。

【０００５】この発明は、上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、半導体ウエハーを均一に加熱することがで
きる半導体ウエハーの加熱処理装置を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
のこの発明の半導体ウエハーの加熱処理装置は、円板状
の半導体ウエハーを、基盤上に立設された支持ピンによ
って、基盤から浮揚させた状態で水平に支持するウエハ
ー支持体と、上記ウエハー支持体に支持された半導体ウ
エハーを、加熱チャンバーに移送する昇降手段と、上記
加熱チャンバーに移送された半導体ウエハーを放射加熱
するヒータとを備える半導体ウエハーの加熱処理装置に
おいて、上記基盤上に、不透明な石英からなるととも
に、外径が半導体ウエハーの平均外径よりも小さい熱反
射板を設けたことを特徴とする。

【０００７】上記の構成の半導体ウエハーの加熱処理装
置によれば、上記基盤上に設けた不透明な石英からなる
熱反射板によって、半導体ウエハーを透過した熱線を乱
反射させて、半導体ウエハーの裏面に照射することがで
きる。しかも、上記熱反射板の外径が、半導体ウエハー
の平均外径よりも小さいので、上記反射させた熱線を、
半導体ウエハーの外周側よりも裏面中央部に対してより
多く照射することができる。即ち、この発明は、半導体
ウエハーを透過した熱線を、当該半導体ウエハーの裏面
に反射させることができるという知見を得、かかる知見
に基づいて完成されたものである。

【０００８】上記熱反射板は、その外周上部に、曲面か
らなる面取部が形成されているのが好ましく、この場合
には、反射板に対してその側方から照射される熱線を、
上記面取部によって乱反射させて、半導体ウエハーの裏
面に効果的に照射することができる。

【０００９】上記熱反射板を構成する不透明な石英とし
ては、気泡及び繊維の少なくとも一方を内包しているも
のであるのが好ましく、この場合には、上記気泡及び繊
維の少なくとも一方によって、熱線を効果的に乱反射さ
せることができる。

【００１０】上記気泡が内包された石英については、当
該気泡の平均外径が、５０〜１００μｍであるのが好ま
しく、この場合には、石英中に気泡を一様に分布させる
ことができるので、熱線を一様に乱反射させることがで
きる。

【００１１】

【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２はこの発明
の半導体ウエハーの加熱処理装置の一つの実施の形態を
示す概略断面図である。この加熱処理装置は、半導体ウ
エハーＷを加熱する急熱炉１と、プロセスチャンバーＣ
の内部において半導体ウエハーＷを支持するウエハー支
持体２と、このウエハー支持体２に支持された半導体ウ
エハーＷを昇降させる昇降手段３と、ウエハー支持体２
に半導体ウエハーＷを供給したり、ウエハー支持体２か
ら半導体ウエハーＷを取り出したりするハンドリング手
段４と、上記昇降手段３やハンドリング手段４の駆動を
制御する制御部５等によって主要部が構成されている。

【００１２】上記急熱炉１は、プロセスチャンバＣを構
成する筒体１１の上部外周に、赤外線ヒータ１２を配置
したものであり、上記筒体１１の途中部は、断熱材１３
によって覆われている。上記筒体１１は、石英、ＳｉＣ
等からなるものであり、上部が閉塞されているととも
に、下部が開口されている。この筒体１１の下部の開口
は、上記ハンドリング手段４が構成された搬送チャンバ
ーＢに連通されており、この搬送チャンバーＢの底部は
底板Ｂ１によって閉塞されている。なお、上記プロセス
チャンバＣの上部は加熱チャンバーＡとして構成されて
いる。

【００１３】ウエハー支持体２は、図１に詳細を示すよ
うに、石英、ＳｉＣ等からなる平板状の基盤２１上に、
石英からなる複数本の支持ピン２２を立設したものであ
る。各支持ピン２２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。なお、上
記支持ピン２２の下端部は、基盤２１に固着されてい
る。

【００１４】上記ウエハー支持体２の基盤２１の表面に
は、赤外線ヒータ１２から照射される赤外線を、半導体
ウエハーＷの裏面に乱反射させるための熱反射板２３が
設けられている。この熱反射板２３は、不透明な石英か
らなる環状のものであり、上記半導体ウエハーＷと同心
に配置されている。また、上記熱反射板２３の外径は、
半導体ウエハーＷの平均外径よりも小さくなるように設
定されている。この熱反射板２３外径と半導体ウエハー
Ｗの平均外径との差は、半導体ウエハーＷの材質、熱反
射板２３と半導体ウエハーＷとの距離等に応じて適宜設
定される。なお、上記熱反射板２３の厚みとしては、１
ｍｍ程度に設定されており、その内径としては、後述す
る昇降ロッド３１の内径程度に設定されている。

【００１５】上記熱反射板２３を構成する石英は、気泡
を内包させることによって不透明としたものであり、当
該熱反射板２３に照射された赤外線を、上記気泡によっ
て乱反射させることができる。この気泡の平均外径は、
赤外線を一様に乱反射させることができるように、５０
〜１００μｍに設定されている。上記気泡の平均外径が
５０μｍ未満であると、石英中に気泡を一様に分布させ
ることが困難となって、赤外線を一様に乱反射させ難く
なり、気泡の平均外径が１００μｍを超えると、石英中
に気泡を一様に分布させ易いものの、やはり赤外線を一
様に乱反射させ難くなる。また、上記石英の密度として
は、２．０ｇ／ｃｍ³程度のものが好適である。

【００１６】さらに、上記熱反射板２３の外周及び内周
のそれぞれの上部には、曲面からなる面取部２３ａが形
成されている。この面取部２３ａは、熱反射板２３の側
面から当該熱反射板２３に照射される赤外線を、半導体
ウエハーＷの裏面に対して効果的に乱反射させるための
ものである。この面取部２３ａの半径としては、熱反射
板２３の厚み以下に設定するのが好ましい。

【００１７】上記昇降手段３は、上記ウエハー支持体２
を支承する昇降ロッド３１と、この昇降ロッド３１を昇
降自在に支持する静圧軸受３２と、昇降ロッド３１を昇
降させる昇降駆動部３３とを備えている。上記昇降ロッ
ド３１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２の基盤２１の底部に接続されてい
る。また、上記昇降ロッド３１は、熱反射板２３の内周
部に連通されており、その内部を通して加熱処理に必要
なドライ酸素等のガスを供給することができるようにな
っている。

【００１８】上記昇降駆動部３３は、モータ３３ａと、
このモータ３３ａによって回転駆動されるスパイラルギ
ヤ３３ｂと、上記昇降ロッド３１の下端部が連結され、
スパイラルギヤ３３ｂに対して螺合された昇降部材３３
ｃと、昇降部材３２ｃの昇降をガイドするガイドロッド
３３ｄと、昇降ロッド３１の昇降ストロークを制御する
ためのエンコーダ３３ｅ等を備えている。また、上記昇
降手段３には、昇降ロッド３１を回転させるための回転
駆動機構も構成されている。

【００１９】ハンドリング手段４は、水平方向へ旋回可
能なロボットアーム４１の先端に、半導体ウエハーＷの
裏面（下面）を真空吸着するための吸着盤４２を設けた
ものであり（図１参照）、当該半導体ウエハーＷをウエ
ハー支持体２の支持ピン２２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２２上から取り
出したりすることができる。

【００２０】以上の構成であれば、加熱チャンバーＡに
おいて半導体ウエハーＷを加熱処理する際に、上記基盤
２１上に設けた不透明な石英からなる熱反射板２３によ
って、半導体ウエハーＷを透過した赤外線を乱反射させ
て、半導体ウエハーＷの裏面に照射することができる。
この際、上記熱反射板２３の外径が、半導体ウエハーＷ
の平均外径よりも小さいので、上記乱反射させた赤外線
を、半導体ウエハーＷの外周側よりも裏面中央部に対し
てより多量に照射することができる。このため、半導体
ウエハーＷの中央部と外周側との間で温度差が生じるの
を抑制することができる。

【００２１】また、上記熱反射板２３の外周及び内周の
それぞれの上部に形成された、曲面からなる面取部２３
ａによって、熱反射板２３の側面から当該熱反射板２３
に照射される赤外線を、半導体ウエハーＷの裏面に対し
て効果的に乱反射させることができるので、半導体ウエ
ハーＷの加熱効率を高めることができる。

【００２２】しかも、上記熱反射板２３が、気泡を内包
する石英からなるので、半導体ウエハーＷが汚染される
虞れがなく、ＩＣの歩留りが悪くなるのを防止すること
ができる。即ち、上記熱反射板２３を、例えばセラミッ
ク繊維からなるペーパ又は織物によって構成することも
考えられるが、この場合には、熱反射板から剥離したセ
ラミックの繊維によって、半導体ウエハーが汚染され
て、ＩＣの歩留りが悪くなるという不都合が生じるのに
対して、上記熱反射板２３が、気泡を内包する石英から
なる場合には、このような不都合が生じるのを防止する
ことができる。

【００２３】

【実施例】気泡を内包した石英によって、内径が３６ｍ
ｍ、外径が５７ｍｍ、厚みが１ｍｍの熱反射板２３を作
製し、この熱反射板を、ウエハー支持体２の基盤２１の
中心に配置した。上記石英の泡径は、平均で８０μｍ、
密度は２．０ｇ／ｃｍ³である。また、石英純度として
は、Ａｌが１２ｐｐｍ、Ｃｕが０．０１ｐｐｍ、Ｆｅが
０．２ｐｐｍ、Ｋが０．２ｐｐｍ、Ｌｉが０．１ｐｐ
ｍ、Ｎａが０．９ｐｐｍである。

【００２４】上記実施例に示す加熱処理装置と、上記熱
反射板２３を設けない加熱処理装置（比較例）をそれぞ
れ用いて、以下の条件で半導体ウエハーに酸化膜を形成
し、各半導体ウエハーの膜厚の均一性についての評価試
験を行った。［試験条件］半導体ウエハーＳｉ製、平均径１５０ｍｍ加熱温度１１５０°Ｃ加熱時間３０秒供給ガスドライＯ₂

【００２５】上記評価試験の結果を図３に示す。この評
価試験の結果、実施例の加熱処理装置を用いた場合に
は、平均膜厚に対する誤差の分布割合が０．７７％であ
るのに対して、比較例の加熱処理装置のそれは２．０６
％であった。このことから、上記熱反射板２３によっ
て、半導体ウエハーＷの外周側と中央部との間で加熱む
らが生じるのが抑制されていることが明らかである。な
お、上記平均膜厚は、２４０オングストロームであっ
た。

【００２６】なお、図３における膜厚の分布は、半導体
ウエハーＷの４９点の膜厚を測定し、その標準偏差を計
算して分散を求め、平均膜厚に対する誤差の分布割合を
％で表示したものである。さらに、半径位置のｒは、半
導体ウエハーＷの外周から５ｍｍを除いた半径であるなお、上記熱反射板２３を構成する石英としては、上記
気泡に代えて、ガラスやアルミナ等からなる繊維を内包
させることによって不透明としたものであってもよく、
この場合にも、当該繊維によって、赤外線を効果的に乱
反射させることができる。また、上記石英は、気泡と繊
維の双方を内包させることによって不透明としたもので
あってもよい。

【００２７】さらに、処理用のガスを昇降ロッドの内部
を通すことなくプロセスチャンバＣ内に供給する場合に
は、上記熱反射板２３は、中心部にガス供給用の穴を有
しない円板状のもので構成することもできる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体ウエハ
ーの加熱処理装置によれば、ウエハー支持体に設けた熱
反射板によって、半導体ウエハーを均一に加熱すること
ができるので、不純物の拡散や酸化膜の形成等の加熱処
理を、均一且つ高精度に行うことができる。しかも、上
記熱反射板が、不透明な石英からなるので、加熱処理に
際して半導体ウエハーが汚染される虞れがない。このた
め、当該汚染によってＩＣの歩留りが悪くなるのを防止
することができる。

【００２９】特に、上記熱反射板の外周上部に、曲面か
らなる面取部が形成されている場合には、反射板に対し
てその側方から照射される熱線を、上記面取部によって
乱反射させて、半導体ウエハーの裏面に効果的に照射す
ることができるので、当該半導体ウエハーを効率よく加
熱することができる。

【００３０】また、上記熱反射板を構成する不透明な石
英が、気泡及び繊維の少なくとも一方を内包している場
合には、当該気泡及び繊維の少なくとも一方によって、
熱線を効果的に乱反射させることができる。このため、
半導体ウエハーをより均一に加熱することができる。

【００３１】さらに、上記気泡が内包された石英の泡径
が、５０〜１００μｍである場合には、石英中に気泡を
一様に分布させることができるので、熱線を一様に乱反
射させることができる。このため、半導体ウエハーをよ
り均一に加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の半導体ウエハーの加熱処理装置の一
つの実施の形態を示す要部断面図である。

【図２】加熱処理装置の全体を示す概略断面図である。

【図３】評価試験結果を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１急熱炉２ウエハー支持体２１基盤２２支持ピン２３熱反射板２３ａ面取部３昇降手段Ａ加熱チャンバーＷ半導体ウエハー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円板状の半導体ウエハーを、基盤上に立設
された支持ピンによって、基盤から浮揚させた状態で水
平に支持するウエハー支持体と、上記ウエハー支持体に支持された半導体ウエハーを、加
熱チャンバーに移送する昇降手段と、上記加熱チャンバーに移送された半導体ウエハーを放射
加熱するヒータとを備える半導体ウエハーの加熱処理装
置において、上記基盤上に、不透明な石英からなるとともに、外径が
半導体ウエハーの平均外径よりも小さい熱反射板を設け
たことを特徴とする半導体ウエハーの加熱処理装置。
【請求項２】上記熱反射板の外周上部に、曲面からなる
面取部が形成されている請求項１記載の半導体ウエハー
の加熱処理装置。
【請求項３】上記熱反射板を構成する不透明な石英が、
気泡及び繊維の少なくとも一方を内包している請求項１
記載の半導体ウエハーの加熱処理装置。
【請求項４】上記石英に内包される気泡の平均外径が５
０〜１００μｍである請求項３記載の半導体ウエハーの
加熱処理装置。