WO1997031389A1 - Dispositif de traitement thermique - Google Patents

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WO1997031389A1
WO1997031389A1 PCT/JP1997/000477 JP9700477W WO9731389A1 WO 1997031389 A1 WO1997031389 A1 WO 1997031389A1 JP 9700477 W JP9700477 W JP 9700477W WO 9731389 A1 WO9731389 A1 WO 9731389A1
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WO
WIPO (PCT)
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gas
wafer
processing
heat treatment
container
Prior art date
Application number
PCT/JP1997/000477
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wataru Ohkase
Kazutsugu Aoki
Masaaki Hasei
Original Assignee
Tokyo Electron Limited
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Priority claimed from JP26777596A external-priority patent/JPH1092754A/ja
Priority claimed from JP26777496A external-priority patent/JP3738494B2/ja
Application filed by Tokyo Electron Limited filed Critical Tokyo Electron Limited
Priority to US09/125,336 priority Critical patent/US6111225A/en
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    • H01L21/677—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
    • H01L21/67739—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber

Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment apparatus for performing heat treatment such as treatment, oxidation treatment, and thermal diffusion treatment on a semiconductor wafer or the like.
  • a pattern etching step is repeated as much as a female or oxidized diffusion is performed on the surface of a semiconductor wafer.
  • a vertical batch-type processing apparatus has been mainly used because a large number of wafers can be processed at one time.
  • the important point in this type of heat treatment process is to control the temperature within the wafer surface with good uniformity during the heat treatment from the viewpoint of uniforming the characteristics of the product circuit and improving the yield.
  • a main object of the present invention is to provide a single-wafer heat treatment apparatus 3 capable of improving the in-plane uniformity of an object to be processed such as a wafer.
  • a single-wafer processing apparatus provided with a processing vessel and a processing body holder provided in the processing vessel for processing an object.
  • a lower heating means provided below the workpiece holder in the processing vessel to heat the workpiece; and the workpiece holder in the processing vessel to heat the workpiece.
  • a processing gas supply unit for supplying a processing gas between the physical holder and the front fH ⁇ unit heating unit.
  • the heating body can be heated from above and the processing object can be heated. Uniform and high-energy heating can be achieved with good controllability, and the processing gas can be directly supplied to the processing object. It is possible to increase the average.
  • Each of the upper and lower heating means may be housed in a processing vessel which is sealed in a sealed state with respect to the processing vessel and provided with a predetermined gas supply system and a gas exhaust system.
  • the pressure difference between the processing vessel and the processing vessel is constantly Therefore, the partition wall of the heating means container with respect to the processing container is made thin enough to withstand the pressure difference, and the thermal efficiency of the heating means is increased to improve the uniformity of the in-plane temperature. Improvement can be achieved.
  • FIG. 1 is an overall view of a processing system including a single-wafer heat treatment apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of the single-wafer heat treatment apparatus in the processing system shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view showing a heating means provided in the heat treatment device of FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the heat equalizing ring member.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a gas supply system and a gas exhaust system.
  • FIG. 6A and FIG. 6B are graphs showing pressure changes in the processing vessel and the heating means vessel in the conventional and the present invention, respectively.
  • FIGS. 7A and 7B are graphs showing the in-plane iSS profiles of the object to be processed in the case of conventional one-side heating and the case of both-side heating of the present invention.
  • FIGS. 8A and 8B are diagrams showing different examples of the heat equalizing ring member.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a modification in which the internal structure of the heat treatment apparatus is integrated.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the inside shown in FIG.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view of the integrated internal structure shown in FIG.
  • FIG. 12 is a view showing a modification of the gas supply system and the gas exhaust system.
  • FIG. 13 is a longitudinal sectional view of a second example of the single-wafer heat treatment apparatus of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view of a workpiece holder used in the Ift processing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 15 is a diagram showing resistance heating means used in the heat treatment apparatus shown in FIG.
  • FIG. 16 is a longitudinal sectional view of a third embodiment of the single-wafer heat treatment apparatus of the present invention.
  • FIG. 17 is a perspective view showing a workpiece holder used in the heat treatment apparatus of FIG.
  • FIG. 18 is a longitudinal sectional view showing a modification of the object holder.
  • FIG. 19 is a cutaway perspective view of a part of the workpiece holder of FIG.
  • FIG. 20 is a view showing a modification of the workpiece holder.
  • FIG. 21 is an explanatory diagram of the operation when the object to be processed is carried in and out of the holder.
  • FIG. 22 is a longitudinal sectional view of an embodiment of a heat treatment apparatus using an auxiliary support.
  • FIG. 23 is a perspective view showing the auxiliary support.
  • FIG. 24 is a view showing a modification of the auxiliary support base.
  • FIG. 25 is a cutaway perspective view of a part of the auxiliary support base of FIG.
  • FIG. 26 is a longitudinal sectional view showing another modification of the auxiliary support.
  • FIG. 27 is a schematic configuration diagram showing an example in which a preheating chamber is provided between the processing container and the load lock chamber.
  • FIG. 1 schematically shows a processing system using a heat treatment apparatus according to the present invention.
  • a heat treatment system 3 includes a gate valve G 1 in front of the heat treatment apparatus 2, in addition to the heat treatment apparatus 2 of the present invention that substantially treats an object to be processed, that is, a semiconductor wafer.
  • the load lock chamber 42 is provided mainly through a load lock chamber 42 provided through a gate valve G 2 in front of the load lock chamber 42. I have.
  • a cassette table 7 that can be moved up and down is provided in the cassette chamber 5, and a cassette 9 capable of accommodating a plurality of, for example, 5 to 25 wafers W is loaded thereon.
  • the load lock chamber 42 is connected to an evacuation pump via a vacuum pump (not shown) so that the inside of the load lock chamber 42 can be evacuated.
  • a robot having a transfer arm 44 capable of bending and stretching and rotating is provided inside the load lock chamber 42 so that the wafer W can be transferred to and from the armored enclosure 2 and the cassette chamber 5. are doing.
  • the load lock chamber 42 is also provided with a supply system (not shown) for an inert gas for purging such as N 2 gas.
  • the heat treatment device 3 has a processing container 4 formed into a cylindrical shape by aluminum or the like, and the bottom and the ceiling of the processing container 4 are opened as shown in FIG.
  • a lower heating vessel 6 made of quartz
  • an upper heating means vessel 8 also made of quartz, which is airtightly partitioned from the inside of the processing vessel 4. It is provided in a sealed state.
  • the lower heating vessel 6 is provided with a bowl 6A which is inserted into the processing vessel 4 in a convex shape and has a flat upper end force, and is provided with an opening at the lower end thereof so that an external force ⁇ atmosphere.
  • the TOM section 6B is provided and is hermetically provided at the bottom of the processing vessel 4 via a sealing member 10 such as an O-ring.
  • the thickness of the bowl 6A is set to be as thin as 4 mmgjg, for example, so that the hot mouth in this portion is suppressed and the thermal responsiveness is improved.
  • the pressure in the lower heating means container 6 is also changed by following the pressure fluctuation in the processing container 4 so that the pressure difference between the two containers is changed. Is set so as to be equal to or less than the pressure resistance strength of the thin plate bowl 6 A.
  • the thickness of the thick plate cover 6B is set to a thickness that can withstand a substantially large distance, for example, a distance of 15 to 2 Omm.
  • a support shaft 15 of a workpiece holder 14 made of, for example, quartz, which is vertically airtightly penetrated through a magnetic fluid seal 12 through a magnetic fluid seal 12 is provided at a central portion of the lower fresh-stage container 6 with a wafer uniform heating.
  • At the upper end of the holder 14 are formed three claw portions 14 A arranged at equal intervals on the same circumference, and the holder 14 is covered on the claw portion 14 A.
  • the corrugated portion 6A is inserted into the processing container 4 in a convex shape as described above, and is formed so as to be as close as possible to the back surface of the semiconductor wafer W.
  • a resistance heater 16 as a lower step is provided on almost the entire surface.
  • the wafer W is heated from the lower surface side.
  • a rotary drive mechanism 22 such as a motor is provided below the support shaft 15 of the holder 14 so that the wafer W is heated while rotating.
  • the thick plate lid 6B is provided with a purge gas inlet 18 for introducing a purge gas such as N 2 gas into the lower heating means container 6 and a purge gas exhaust port 20 for exhausting the internal atmosphere gas. I have.
  • the upper E-side container 8A has a thin plate bowl portion 8A that is convexly inserted into the processing container 4 and has a flat lower end.
  • a cover 8B is provided to cover the upper end opening and the outside is exposed to the atmosphere.
  • the cover 8B is air-tightly provided on the ceiling of the processing container 4 via a sealing member 24 such as an O-ring.
  • the thickness of the bowl portion 8A is as thin as 4 mm, for example, 4 mm, so that heat loss in this portion is suppressed and thermal responsiveness is improved.
  • the thickness of the »K bowl section 8 mm is thin, the pressure in the upper processing vessel 8 is also changed according to the pressure fluctuation in the processing vessel 4 so that the pressure difference between the two vessels is reduced. It is set to be less than the pressure resistance of section 8 A.
  • the thickness of the lid 8B is set to a thickness that can withstand substantially atmospheric pressure, for example, 15 to 2 OmmgJS.
  • a resistance heater 26 is provided as an upper step over substantially the entire surface, so that the wafer W is heated from the upper surface side.
  • the distance between the wafer W and the upper and lower resistance heaters 26 and 16 is very small, for example, each is set to 1 OmmS, so that the wafer W can be efficiently heated from above and below. I'm in
  • a gas supply head 28 having a shower head structure in the form of, for example, a quartz container in which a processing gas for introducing a processing gas is provided.
  • the gas inlet pipe is connected to the 30 'power.
  • the processing gas introduced from the introduction pipe 30 is supplied to a large number of ejection holes 3 2 provided on the entire lower surface of the gas supply head 28.
  • the processing gas is ejected toward the entire upper surface of the wafer W.
  • the thick plate lid portion 8B is provided with a purge gas introduction port 36 for introducing a purge gas such as N 2 gas into the wafer side heating means container 8 and a purge gas exhaust port 38 for exhausting the ambient gas therein. .
  • a gas exhaust port 34 connected to a vacuum pump (not shown) for evacuating the atmosphere in the vessel is provided at the periphery of the bottom of the processing vessel 4, and N n is provided on the ceiling.
  • a purge gas introduction port 40 for introducing a purge gas such as a gas into the processing container 4 is provided.
  • the purge gas inlet 40 may also serve as the gas supply head 28.
  • the gate valve G1 which is opened and closed when the wafer W is carried out is provided on the side wall of the processing container 4, and the load lock chamber 42 is provided through the gate valve G1.
  • the base of the transfer arm 44 therein is formed as a vertically movable slide 46 so that the overall force of the arm 44 can be raised and lowered.
  • the upper and lower resistance heaters 26 and 16 are concentrically arranged as shown in FIG. 3, for example, three zones 26 a (16 a) and 26 b (16 b ), 26 c
  • the power supply unit 48 controls the supplied power individually to each zone to distribute and supply the power.
  • the number of zones is not limited to three, but may be two or four or more.
  • the arc-shaped portion of the heat equalizing ring member 50 facing the gate valve G1 is cut off from the main body side as a shutter portion 50A and separated therefrom. A chassis penetrating the bottom of container 4 5 2 power is connected.
  • a metal extensible bellows 54 is provided in the penetrating portion of the shirt rod 52 to allow this vertical movement while maintaining airtightness.
  • the reference numeral 53 indicates that the shirt part 50 A can be moved up and down.
  • the shirt portion 5OA is moved up and down in synchronization with the opening and closing of the gate valve G1.
  • the gas supply system and the gas exhaust system that control the pressure in the upper container 4 and the lower and upper heating means containers 6 and 8 are configured as shown in FIG. That is, the gas supply system 56 for supplying a purge gas such as N 2 gas has a common gas passage 58 commonly connected to the purge gas inlets 40, 18 and 36 of the containers 4, 6 and 8. It is connected to each of the purge gas inlets 40, 18, and 36 through each branch pipe 60 branched from this. Each branch pipe 60 is provided with a fixed-side fixed needle valve 62 that opens at a predetermined differential pressure between the upstream and downstream sides thereof.For example, when the N 2 gas for large return is supplied, However, it is possible to supply N 2 gas without excessively increasing the differential pressure in each container.
  • the gas exhaust system 64 for exhausting the ambient gas in each container is shared by the gas exhaust holes 34 of the processing container 4 and the purge gas exhaust ports 20 and 38 of the lower and upper heating means containers 6 and 8. It has a common gas passage 6 6 to be connected, and each branch i ⁇ ⁇
  • the gas exhaust port 34 and the purge gas exhaust ports 20 and 38 are connected through 68.
  • Each branch pipe 68 is provided with an exhaust-side fixed needle valve 70 that opens at a predetermined differential pressure between the upstream and downstream sides thereof. For example, when the processing vessel is evacuated, it is connected to the other vessels. The ambient gas is exhausted without excessively increasing the differential pressure of the ambient air.
  • the exhaust common gas passage 66 is provided with a mass flow controller 72 and a vacuum pump 74 for exhausting a certain amount of gas at the time of exhaust.
  • this is achieved by extending the transfer arm 44 of the load lock chamber 42.
  • the unprocessed semiconductor wafer W is carried into the processing vessel 4 through the opened gate valve G1, and the arm W is lowered by a small distance to move the wafer W into the processing object in the processing vessel 4. Transfer to holder 14. Then, the arm 44 is retracted, the gate valve G1 is closed, and the inside of the processing container 4 is sealed.
  • the inside of the processing container 4 is evacuated to a predetermined process pressure, and a processing gas is supplied into the processing container 4 in a shower form from a gas supply head 28 to maintain the process pressure.
  • power is supplied to the heat exchangers 16 and 26 housed in the lower and upper heating means containers 6 and 8 or the supply power is increased, and the electric power is placed on the holder 14.
  • the wafer W is heated from the upper and lower ⁇ and maintained in the process, and a predetermined thermal process is performed.
  • the upper and lower resistance heaters 26, 16 individually control the SA power for each zone so that the wafer surface is uniformly heated by iWlO.
  • a mixed gas of, for example, silane and hydrogen gas is used as a processing gas
  • an Ar gas is flown as a carrier gas
  • the process pressure is set to about 0.5 Torr. Set the temperature to 1 050 and turn it on.
  • resistance heaters 26 and 16 are arranged above and below it, and the heaters 26 and 16 are sealed with stone-stage heating vessels 8 and 6, respectively.
  • the wafers can be heated from both sides without causing wafer contamination. Therefore, it is a powerful function to heat the wafer at high speed and in-plane; that is, at a uniform rate of ft.
  • the thin plate portions 8A and 6A of the respective cooking vessels 8 and 6 are removed.
  • each dragon bowl 8 A, 6 A of stone ⁇ is set very thin at 4 mm Therefore, the fefi loss in this part is small, and since it is thin and has a small heat capacity, it has excellent thermal responsiveness, and it is possible to control the SJ ⁇ of the wafer w with good responsiveness.
  • the gas supply head 28 is formed into a flat shape, and is disposed immediately below the upper resistance step 26 and directly above the workpiece holder 14, thereby forming the upper resistance step. It is possible to perform heating with high energy by bringing the 26 close to the top surface of the wafer W, and also to supply the processing gas directly directly onto the wafer W, preventing the formation of i3 ⁇ 4iv
  • the S anti-heaters 26 and 16 are concentrically divided into a plurality of zones, and the supply power can be controlled individually for each zone. Can be finely controlled.
  • a heat equalizing ring member 50 is provided around the periphery of the wafers W and W so that the wafer W can be heated by the reflection width radiant heat from now on. Not only can the in-plane uniformity be further improved, but also the heat leakage to the processing vessel can be reduced, so that the thermal efficiency can be improved accordingly.
  • the heat equalizing ring member 50 in this manner, it is possible to partially provide a hot wall function to the heat equalizing ring member 50. Therefore, the unnecessary heat wall member conventionally attached to the inner wall surface of the processing vessel is unnecessary. Since it is possible to attach such a ⁇ 3 ⁇ 4 to the easily-equipped heat equalizing ring member 50 side without attaching it to the inner wall surface of the container, maintenance such as cleaning can be performed in ⁇ .
  • the wafer can be heated to a temperature higher than 1000 ° C. Note that a halogen lamp may be used instead of the heater.
  • the gas supply system 56 and the gas exhaust system 64 have fixed needle valves 62 and 70 in the manifolds 60 and 68, respectively. As a result, the valve opening changes automatically.
  • each of the thin plate sections 6A and 8A which divide the two containers, can be made as thin as about 4 mm as described above, suppressing heat loss and improving thermal responsiveness. Can be contributed to.
  • the lids 6B and 8B exposed to the atmospheric pressure are formed thick so as to withstand the atmospheric pressure.
  • FIG. 7A shows the energy profile in the case of conventional single-sided heating
  • FIG. 7B shows the wafer temperature profile in the case of double-sided heating as in the present invention.
  • the heater zone is divided into two, and the setting is 1,040.
  • a soaking ring W 50 having a lifter part 5 OA which can be raised and lowered was provided to protect the gate valve G 1 from heat.
  • a slit having a slit-shaped opening 50 B large enough to insert the wafer W is provided at the center of one side surface of the heat equalizing ring member 50. Is also good.
  • the gate valve is made rotatable, and after loading / unloading the wafer W, the heat equalizing ring member 50 is rotated approximately 180 degrees in the circumferential direction.
  • a heat treatment ring member 50 is provided with a concave notch 50 C at a lower portion of one side surface, which is large enough to allow the wafer W to be inserted. May be used.
  • the ring 3 ⁇ 4W50 in order to protect the gate valve G1 from heat, the ring 3 ⁇ 4W50 can be rotated or moved up and down, and after carrying in and out of the wafer W, the heat equalizing ring member 50 is moved to approximately 180 °. It may be rotated in the circumferential direction, or may be moved downward.
  • a gas supply head 28 having a shower head structure, a heat equalizing ring member 50 and a workpiece holder 14 are separately provided, and a gas exhaust hole 34 is provided around the bottom of the processing vessel 4.
  • the gas exhaust holes are replaced with gas exhaust heads 76 having a structure similar to that of the shower head structure. It may be formed integrally. That is, the gas supply head 28 ′ having a shower head structure is connected to the heat equalizing ring member 50 ′ having the structure shown in FIG. 8A, and the three ring members 50 ′ are arranged from the inner wall surface of the ring member 50 ′ toward the center. Workpiece holder 14 'with claw 14A is projected.
  • the gas exhaust head 76 has a shower head structure similar to the gas supply head 28 shown in FIG.
  • the gas outlet may be connected to the gas exhaust hole 34. These can be formed "" ⁇ , for example, with quartz.
  • the processing gas supplied from the gas supply head 28 to the lower ⁇ W side will flow laterally toward the outside of the wafer after coming into contact with this surface.
  • the gas flows inside the ring member 50 'so as to be sucked into the gas exhaust head 76 below the ring member 50'. Accordingly, the processing gas does not spread and flow to the peripheral portion in the processing container 4, but flows efficiently so as to be in contact with the wafer surface, so that the use efficiency of the processing gas can be increased.
  • the gas supply system 56 and the gas exhaust system 64 are fixed as shown in FIG.
  • dollar pressure valves 62 and 70 are provided to control the pressure difference between the containers
  • the present invention is not limited to this, and may be configured as shown in FIG. That is, of the branch pipes 60, 68 of the gas supply system 56 and the gas exhaust system 64, the branch pipes 60, 68 communicating with the heating means containers 6, 8 are provided with valves instead of needle valves.
  • the degree of opening can be controlled freely.3 ⁇ 4S control valves 80 A, 80 B. Provided 82 A, 82 B, and the branch pipe 60 connected to the processing vessel 4 Do not provide a valve.
  • a first differential pressure measuring section 84 for detecting a pressure difference between the processing container 4 and the lower heating means container 6 is provided, and the first valve opening degree is determined based on the differential pressure value detected thereby.
  • the controller 86 controls the control valves 80 B and 82 B on the supply side or the exhaust side of the lower heating means container 6.
  • a second differential pressure measuring unit 88 for detecting a pressure difference between the processing container 4 and the upper heating means container 8 is provided, and a second valve opening degree control is performed based on the 3 ⁇ 4JE value detected thereby.
  • the section 90 controls the flow MSi control valves 80 A and 82 A on the supply side or the exhaust side of the upper heating means container 8.
  • the first and second valve opening degree control units 86, 90 provide the detection values of the differential pressure measurement units 84, 88 with the bowl units 6A, 8
  • the opening degree of each exhaust-side 3 ⁇ 4fi control valve 82 A, 82 B is controlled so as to be maintained within the pressure resistance range of A, for example, within ⁇ 1 OT orr.
  • the valve opening of 0 A and 80 B will be controlled. Therefore, also in this embodiment, the same operation and effect as the configuration shown in FIG. 5 can be obtained.
  • a gate valve G1 is provided only at the Hi of the processing vessel 4, and the Loading / unloading the wafer * While the wafer was unloaded, another gate valve may be provided at a position opposite to this, and the wafer loading and unloading ports may be separated.
  • two shutter portions 5OA and the like of the heat equalizing ring member 50 are provided correspondingly.
  • the physical body is not limited to a semiconductor wafer, but can be applied to a glass substrate, an LCD substrate and the like.
  • the heating means is arranged on both sides of the object to be heated on both sides, the uniformity of the in-plane temperature can be greatly improved even if the size of the body becomes large.
  • the heating means is housed in the heating means container, and the pressure inside the processing vessel is changed by following the pressure fluctuation to maintain a low differential pressure between the two containers, thereby forming a partition wall for partitioning the two containers. Therefore, not only the thermal efficiency can be increased and the uniformity of the in-plane temperature of the object to be processed can be further improved, but also the thermal response can be improved.
  • the heat release can be reduced and the thermal efficiency can be increased, and the uniformity of the in-plane fijg can be improved accordingly.
  • this ring member can form a partial hot wall structure, unnecessary film formation can be prevented from adhering to the side wall of the processing container, and maintenance can be easily performed.
  • the heat treatment unit 1 22 has a cylindrical processing container 1 36 made of high quartz, and an upwardly convex shape inserted into the bottom opening of the container 1 36 to seal the inside of the container.
  • the processing vessel 1 36 has a ceiling section 1 36 A covering this upper section, a ring-shaped middle volume ⁇ 151 3 6 B kneaded through a sealing member 144 such as a 0 ring, It is composed of a cylindrical lower-stage container portion 1336C connected to this via a sealing member 146 such as an O-ring.
  • a gas exhaust port 1488 connected to a vacuum exhaust system (not shown) is provided on the side wall of the lower vessel section 1336C, so that the inside can be evacuated.
  • the ceiling part 1336A is made of transparent quartz so as to invert the color, and is formed in a dome shape so that it can withstand a large amount because the inside of the container is in a vacuum state. Therefore, even if the wall thickness is thin, it is possible to exhibit a predetermined value.
  • the gas supply head 141 is provided below the ceiling part 135 so as to face the object holder 140.
  • the entire gas supply head 141 is also made of, for example, high-purity transparent quartz so as to transmit heat rays.
  • the gas supply head 144 is formed so as to have a closed space with a vertical cross section that is semi-elliptical, and the flat T® has a large number of gas outlet holes facing the processing chamber.
  • a gas introduction pipe 154 extends upward from its upper end, and a sealing member such as a 0-ring is formed in a hole 156 provided in the ceiling section 136 A. It is airtight ⁇ by passing through.
  • a gas inlet 160 is formed in the gas introduction pipe 154 so that a predetermined processing gas can be introduced.
  • the gas introduction pipe 154 has a double pipe structure in which the temperature measurement pipe 162 is coaxially housed.
  • the lower end of 154 is opened to the processing space through the gas supply head 144, and the upper end is hermetically sealed with transparent quartz.
  • the upper end is measured to measure the surface SJ of the wafer. 1 6 4 are installed.
  • the SJ3 ⁇ 4 measuring tube 16 2 is provided in a direction substantially perpendicular to the surface of the wafer W, and emits radiated light from the wafer W!
  • the resistor stage 150 A provided on the ceiling portion 1336 A side is provided so as to cover the entire upper surface of the ceiling portion 13 A, and can supply thermal energy from above the wafer W.
  • the outer side of the heat-insulating means 150 A is formed by, for example, a dome-shaped cut made of alumina! ⁇ 166.
  • the upper surface of the heat-insulating material 1666 is made of aluminum or the like.
  • the metal film 161 may be applied by vapor deposition or the like, and may be reflected downward.
  • the above-mentioned resistance heating means 150 A and the resistance heating means 150 B on the side of the inlet bottom 1 38 are constituted by resistance heating wires such as, for example, polybutadiene, which can increase the heat load per unit. You.
  • the above-mentioned ceiling part 1336A is a middle container part 1336B and a lower container part 1336C which do not need to reduce the force formed by transparent quartz from It is made of milky white opaque quartz containing air bubbles, and is itself configured as a light shielding member.
  • the diameter of the quartz insertion bottom portion 1338 is set to be considerably smaller than the inner diameter of the lower container portion 1336C, so that a downward exhaust passage 166 of a predetermined width can be formed.
  • the hollow insertion convex part 138 A set to the outer diameter and the lower end opening of the lower container part 1336 C provided at this lower end are hermetically sealed via a sealing member 168 such as a 0 ring.
  • a sealing member 168 such as a 0 ring.
  • sea Ring bottom plate 1 3 8 B The lower end of the insertion projection 1 38 A is opened, and the upper light transmission plate 170 is positioned immediately below the workpiece holder 140 and is formed to be curved downward and concave.
  • the material of the leg portion of the insertion projection 1338A is made of, for example, a milky white opaque stone in which air bubbles are contained in the inside of the material, and itself is configured as a light blocking member.
  • a heater base 172 is inserted from below into the insertion projection 1338A whose lower end is opened, and the upper end is formed into a concave shape, and the molybdenum digaide is formed in this portion.
  • a resistance heating means 150B composed of the same is mounted so that the wafer W can be heated from below.
  • the heating means 150 B is constituted by concentrically winding a resistance generator made of, for example, molybdenum digayide, and as shown in FIG. In the illustrated example, it is divided into, for example, three zones. Then, by kneading variable resistors 1774A, 1774B, and 1774C with the power supply 1776 for each zone, the zone S3 ⁇ 4 can be controlled individually. I have. This individual control for each zone is similarly applied to the resistance heating means 15 O A on the ceiling 13 A side. Thus, the energy input to the wafer W can be controlled for each zone.
  • the diameter L1 of the lower stage 150B is set within a range of 1.2 to 1.5 times the diameter L2 of the wafer W, and the heat dissipation is larger than that of the center. A sufficient amount of energy can be input to the wafer periphery, which tends to become more and more.
  • a side heater 178 is provided on the upper side wall of the heater base 172 to heat the leg of the insertion protrusion 138 A, so that the leg is heated. It has become.
  • the heater base 17 2 is formed of stainless steel or the like with a heat insulator 17 9 such as alumina interposed in the middle, and a cooling jacket 18 0 Is provided to lower the temperature of this part to a safe temperature.
  • inert gas for purging for example New 2 gas is provided a gas injection nozzle 1 5 5 Power supplies, by introducing New 0 gas through this The processing gas is prevented from flowing around the back side of the wafer W.
  • the holder 140 on which the wafer W is placed is also shown in FIG. 14, which is made of high transparent quartz or SiC, and is made of a ring-shaped plate member set slightly larger than the diameter of the wafer W.
  • a plurality of, for example, three projections 182 that support geno of Weno and W are formed at equal intervals in the circumferential direction on the upper surface on the inner peripheral side.
  • the support position of the wafer W by l82 is not the peripheral portion of the wafer, but a position fi which is closer to the center of the wafer by a certain distance than the peripheral portion of the wafer W. The amount of the wafer itself is reduced.
  • each of the legs 184 is, for example, a high i1 ⁇ 2S It is connected to a quartz position adjustment rod 1886.
  • This position haze adjusting pad 1886 constitutes one of the height fi adjusting means 142, and the lower part thereof can be moved up and down in a hole formed in the bottom plate 1338B.
  • a gear mechanism 190 consisting of, for example, a pinion and a rack is provided at the lower end, and this is driven by a motor 188, so that the position adjusting rod 186 is slightly moved upward and downward.
  • An extendable bellows 192 is provided at the penetrating portion of the position adjustment opening 186 with respect to the bottom plate 138 B, so that the rod 188 is formed while maintaining the airtightness in the container. 6 adjustment movements are allowed.
  • connection port 19 4 connected to the load lock chamber 42 is provided, and this connection port 19 4
  • the heat shield box 19 1 is kept airtight.
  • a heat shield plate 198 is provided to block the passage connecting the lever connection port 194 and the load lock chamber 42, thereby suppressing the transmission of heat to the gate valve G1 side.
  • a bellows 1995 is also provided on the rod 1993 of the elevating mechanism 1996 to make the container airtight.
  • an unprocessed half wafer W is taken into this chamber by the transfer arm 44 in the load lock chamber 42 via the gate valve G 2 (FIG. 1), and the inside of the chamber is evacuated to a predetermined pressure.
  • the wafer is loaded into the processing container 136 which is maintained in a vacuum state in advance via the gate valve G1, and transferred to the holder 140.
  • the transfer of the wafer W may be performed by rotating the motor 1888 of the height position adjusting means 144 by iE and moving the holder 140 in the vertical direction, or the transfer arm 44 itself. May be movable in the height direction (Z direction), and may be moved up and down.
  • the surface of the wafer W is supported by the projections 182 provided on the holder 140.
  • the inside of the processing vessel 1336 is heated to a certain degree in advance, for example, 200 to 800, by resistance heating means 150A and 150B arranged above and below, or the processing temperature. After the wafer W, additional power is applied to raise the temperature of the wafer to the process temperature, for example, about 1200, or to keep the temperature within the wafer surface uniform at the processing temperature. I do.
  • the processing gas for example, silane gas and O 2 gas, is supplied from the gas supply head 141 into the processing vessel 136, and the inside is maintained at a predetermined process pressure. Processing will be performed. Since the resistance heating means 15 OA and 150 B use molybdenum digaide or the like which can increase the current value and increase the load density, it can be heated to the process' quickly.
  • the amount of heat transmitted from the iJdJD heating means 15 O A. 150 B may fluctuate slightly, and the amount of heat supplied to the wafer may be different.
  • the processing gas supplied from the gas ejection holes 152 of the gas supply head 141 stays with the wafer surface.
  • the holder 140 is raised or lowered by slightly raising or lowering the position adjustment load 186 by using the height position S adjusting means 1442 to lower the wafer. The height is adjusted, and the distance between the gas supply head 141 and the wafer W is adjusted to an optimum position.
  • the wafer W has a force measured by a SS meter 164 provided on the ceiling 1336 A (in this case, light emitted from the surface of the wafer W toward ⁇ ⁇ Since the light is directly incident on the iS densitometer 164 via the MS tube 162, there are no obstacles blocking the light on the way, so that the wafer surface can be refined as compared with the case of using a thermocouple. It can be detected frequently.
  • the installation position of the radiometer 164 is not limited to the vertical direction with respect to the wafer surface as long as it can directly face the surface of the wafer w. Is also good.
  • the diameter of the lower resistance heating means 150 B is set within a range of 1.2 to 1.5 times the diameter of the wafer W, the amount of heat radiation is larger than that of the central part. A large amount of energy can be intensively applied to the inclined wafer peripheral portion, thereby compensating for the release of the US and maintaining high uniformity of the in-plane temperature of the wafer.
  • the mounting surface of the resistance heating means 150B is formed in a concave shape toward the wafer side, energy can be supplied more efficiently to the wafer W.
  • the upper and lower resistor stages 15 OA and 150 B are concentrically divided into a plurality of, for example, three zones so that the temperature can be controlled for each zone.
  • the uniformity of the in-plane temperature of the enormous ⁇ ⁇ can be further increased by controlling the heat energy to be increased.
  • the diameter of the resistance heating means 150 B is smaller than 1.2 times the diameter of the wafer W, a large amount of heat energy corresponding to the radiation of this portion is injected into the peripheral portion of the wafer. Becomes difficult and the in-plane uniformity "" deteriorates rapidly. On the other hand, if it is set to be larger than 1.5 times, the diameter of the concealment becomes unnecessarily large, which is not preferable.
  • the gas exhaust port 148 is mounted at a position lower than the horizontal level of the wafer W, the processing gas released from the gas supply head 141 almost stays on the wafer surface. The gas passes through here without being discharged, and is exhausted from the gas exhaust port 148. Particularly, in combination with the above-mentioned adjustment of the distance between the wafer W and the gas supply head 141, the gas stagnation phenomenon on the wafer surface can be almost certainly eliminated, and the uniformity in the surface of the wafer can be reduced. Properties can be further improved.
  • the middle container section 1336 B, the lower container section 13 C, or The insertion protruding part 1 38 A legs are made of opaque material to block light, so that these parts are not unnecessarily heated excessively and heat efficiency can be increased. .
  • the thickness is large even if the thickness is reduced. It is possible to secure enough strength to withstand the heat.
  • the heat treatment is described as an example of the heat treatment.
  • the present invention is not limited to this, and it is needless to say that the present invention can be applied to other heat treatments, such as an oxidation treatment and a heat treatment.
  • the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and other substrates such as an LCD substrate and a glass substrate can be used.
  • FIG. 16 shows a third example of the ⁇ S ⁇ arrangement of the present invention.
  • This heat treatment apparatus is generally denoted by reference numeral 2 ', and has a structure similar to that of the heat treatment apparatus S2 of the first embodiment already described with reference to FIG.
  • the same reference numerals are used to denote the same parts, and description thereof is omitted. Only the parts of the third embodiment that differ from the first embodiment will be described below.
  • the heat equalizing ring member 50 provided in the first embodiment of FIG. 2 and the elevations t3 ⁇ 4H 52, 53 are omitted.
  • the object holder 14 ′ is made of, for example, heat-resistant quartz and has a ring-shaped holder base 25 4, the center of which has a gas flow for flowing gas vertically. It is configured as a hole 260.
  • the gas circulation holes 260 facilitate the flow of the heated gas to the wafer rear side on the holder, so that the wafer can be efficiently and uniformly heated at an in-plane temperature.
  • the holder base 25 4 is fixed to the support shaft 15 by, for example, three legs 2 56.
  • the semiconductor wafer W can directly contact and support the periphery of the S® of the semiconductor wafer W.
  • the number of the supports 52S2 58 is not limited to three.
  • a ring-shaped gas retaining flange 262 is provided at the peripheral edge of the holder base 254 so as to protrude upward along the circumferential direction, so that the heated gas is retained on the wafer side. And efficiently heat the wafer.
  • the height of the gas retaining flange 26 2 is set to be several mrngg lower than the height of the support 25 8, and the arm 44 is connected to the gas flange 2 when the wafer W is unloaded. 6 It does not interfere with 2.
  • the gas retaining flange 26 2 may be set at substantially the same height as the above-mentioned support ⁇ 58, and a cutout may be provided only at a portion where the fork-shaped arm 44 passes.
  • an unprocessed semiconductor wafer W is loaded into the processing container 4 via the opened gate valve G1 via the load lock chamber 42, and transferred onto the workpiece holder 14 '.
  • the holders 14 ' are pre-heated to process or below S.
  • the arm 44 is contracted to close the gate pulp G1, and the inside of the processing container 4 is sealed.
  • the inside of the processing container 4 is evacuated to a predetermined process pressure by a vacuum bow 1 and a processing gas is supplied into the processing container 4 in a shower form from a gas supply head 28 to maintain the process pressure.
  • the power supplied to each of the resistance heaters 16 and 26 contained in the lower and upper heating means containers 6 and 8 is increased, or the supplied power is increased and the power is placed on the holder 14 '.
  • the placed wafer W is heated from both the upper and lower surfaces and is lifted to the process Si to perform a predetermined thermal process.
  • the upper and lower resistance heaters 16 and 26 individually control the input power for each zone so as to uniformly heat the wafer surface.
  • the heated internal atmosphere gas force arrow 26 4 (FIG. 16) is shown.
  • the heated gas flows upward from below the workpiece holder 14 'through the gas flow holes 260, contacts the back surface of the body wafer W, heats it, and flows in the horizontal direction. Go. Then, the gas stays in the gas retaining flange 26 2 provided on the peripheral portion of the holder base 25 4 temporarily because of its flow force, and the gas stays in the upper end of the gas retaining flange 26 2. It will flow outward through the gap with the wafer edge.
  • the heated gas is raised to flow into the back side of the wafer to heat it, so that the heating efficiency of the wafer is improved. It is possible to further improve the uniformity of the in-plane temperature by increasing the temperature.
  • the heated gas is temporarily retained on the wafer side by the gas retaining flange 262 provided on the peripheral portion of the holder base 254, thereby increasing the heating efficiency of the wafer and increasing the surface area. It is possible to further improve the uniformity of SJ3 ⁇ 4.
  • the support projections 258 of the holder base 254 in the above embodiment are provided at three points in a scattered manner. Instead, as shown in FIG. 18 and FIG.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing such an object holder
  • FIG. 19 is a partial cross-sectional perspective view thereof.
  • the support 3 ⁇ 4g 268 is formed so as to protrude in a ring shape along the circumferential direction of the holder 14 ′, and a plurality of rectangular gas removal holes 26, for example, are formed on the side wall thereof. Is provided.
  • This gas vent hole 26 6 is defined along the circumferential direction of the ring.
  • the size and the number of the passages be as large as possible.
  • the support 268 can support this load by making contact with the wafer back surface in a ring shape. As a result, it is possible to suppress the contact pressure and the deflection of the wafer, thereby suppressing the occurrence of slips and crystal defects. Acts on ⁇ ⁇ ⁇ of the wafer.
  • the gas flow holes 260 provided in the holder base 250 were made to be large-diameter holes, but instead, the holder base 250 was formed as shown in FIG.
  • a gas flow hole 270 may be provided by forming a disk shape and forming a large number of small-diameter holes in the center.
  • the wafer W at room temperature is carried into the processing container 4 by the transfer arm 44 and placed on the physical holder 14 ′, the wafer W is heated to a high temperature in advance at approximately room temperature. Since the object to be processed 14 ′ is to be placed on the heated object holder 14 ′, the wafer 1 W is locally rapidly heated, and there is a possibility that a slip or crystal defect may occur in this. Therefore, in order to suppress this, instead of placing the wafer W on the processing body holder 14 ′ immediately after loading the wafer, the wafer W is processed by the transfer arm 44 as shown in FIG. 21.
  • the wafer W After the wafer W has been loaded, the wafer W is kept on standby for a while, and the wafer W is preheated to a predetermined level.
  • the standby time and the preheating temperature depend on the process temperature of the wafer. For example, when the process temperature is looo ° cmg, the standby time is set to 1 second to 20 seconds, and the wafer W is set at 600 ° C. It may be preheated to about 700.
  • the distance L 1 between the waiting wafer W and the support 3 ⁇ 4jg 2 58 of the workpiece holder 14 ′ is 1.0 to L 0 mm. It is preferable to set the value within the range in consideration of the preheating effect and the preheating time.
  • FIG. 22 is a configuration diagram showing a processing device provided with such an auxiliary support
  • FIG. 23 is a perspective view showing the auxiliary support.
  • the ft S ⁇ S shown in FIG. 22 has exactly the same configuration as the heat treatment apparatus 2 shown in FIG. 16 except that the structure of the object holder is different and an auxiliary support is provided. Therefore, the same parts are denoted by the same ⁇ , and the description thereof is omitted. That is, in the case shown in FIG. 16, the whole is configured by providing the object holder 14 ′ on the three legs 2556 at the upper end of the support shaft 15. A workpiece holder 272 is constituted by 15 and three legs 2 56 provided at the upper end thereof. Then, the object holder 14 ′ shown in FIG. 16 is separated from the leg portion 256, and is configured as an auxiliary support base 274 here.
  • the auxiliary support 274 has the same configuration as the workpiece holder 14 ′ shown in FIG. 16 except that the wafer W is placed on the upper part. In this state, the wafer W is loaded and unloaded to and from the processing container 4 together with the wafer W, and the auxiliary support base 274 is provided on the workpiece holder 14 ′ in a concealable manner.
  • FIG. 22 shows a state in which the auxiliary support 274 is carried out into the load lock chamber 42.
  • the auxiliary support 274 shown in FIG. 23 is made of, for example, heat-resistant quartz and has a ring shape.
  • a support base 276 is provided, and the center of the support base 276 is formed as a gas flow hole 278 through which gas flows vertically.
  • the gas circulation holes 278 allow the heated gas to flow easily into the back surface of the wafer, and the wafer can be efficiently heated with good in-plane 'SJ' uniformity.
  • three support protrusions 280 arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction are provided so as to protrude upward by, for example, about 10 mm.
  • the upper end is in direct contact with and supports the peripheral edge of the back surface of the semi-energy W.
  • the number of the supports 280 is not limited to three, but may be increased to, for example, six to reduce the load applied to one support and reduce the amount of deflection of the wafer itself. You may do so.
  • a ring-shaped gas retaining flange 282 is provided on the periphery of the support base base 276 so as to protrude upward along the circumferential direction, and the gas heated to the S® side of the wafer is provided. Stays and efficiently heats the wafer.
  • the height of the gas retaining flange 282 is set to be several mmS lower than the height of the support 280, and is transferred when the wafer W is separated from the auxiliary support base 274.
  • the arm 4 4 does not interfere with the gas retaining flange 28 2.
  • the gas retaining flange 282 may be set at substantially the same height as the support 280, and a notch may be provided only at a portion that passes through the fork-shaped «K arm 44».
  • auxiliary support base supports 284 for mounting and supporting the auxiliary support base 274 are provided, and these are used alternately. ing.
  • the number of the supports 284 is not limited to this, and may be one or three or more.
  • These auxiliary support base supports 284 are provided at positions where they do not interfere with the transfer arm 44. Of course.
  • auxiliary support 274 on the auxiliary support receiver 284 of the load lock chamber 42 is described.
  • the unprocessed wafer W which has been taken in from a cassette chamber (not shown) by using the arm 44, is transferred onto the auxiliary support base 274.
  • the transfer arm 44 is bent and extended so that it is positioned below the auxiliary support 274 to hold the wafer W together with the auxiliary support 274, and in this state, the wafer W is transferred to the auxiliary support 274.
  • it is carried into the processing vessel 4 through the opened gate valve G 1.
  • this auxiliary support 274 with the wafer is mounted on the substrate holder 2 7 2 in the processing vessel 4.
  • the wafer W is placed on top and the transfer of wafer W is completed.
  • a predetermined heat treatment as described above is performed, and when this is completed, the wafer W is unloaded by performing the reverse operation as described above. That is, the a ⁇ i arm 44 is inserted below the auxiliary support base 27 4 and lifted for each wafer W, and the transfer arm 44 is retracted, whereby the auxiliary support base 27 7 4 Is taken into the load lock chamber 42 and is placed on the auxiliary support base receiver 28 4. In this state, the air and W are left to cool for a predetermined time to cool them to some extent. During this cooling, the unprocessed wafer W is loaded into the processing vessel 4 using the other auxiliary support 274 in the same manner as described above, and the ift treatment is performed.
  • the transfer arm 44 is bent and extended to leave the auxiliary support 27 4 on the auxiliary support receiver 28 4, and the cooled wafer is left. It is sufficient to hold only W and carry it out to a cassette chamber or the like (not shown).
  • auxiliary support 274 By using the auxiliary support 274 as described above, the wafer W in the high temperature state immediately after the treatment is prevented from directly contacting the arm 444 at room temperature, and the wafer W is locally sharply reduced. Since cooling is no longer performed, it is possible to almost certainly prevent slip ⁇ crystal defects from occurring. Further, since the auxiliary support 27 4 is formed in the same manner as the support holder 14 ′ shown in FIG. 16, the heated gas flows into the back surface of the wafer, so that the It can also contribute to the improvement of the heating efficiency and the uniformity of SJt in the wafer surface.
  • the shapes of 272 and the auxiliary support 274 only indicate U, and are not limited to this.
  • the auxiliary support 274 may be stacked on the support holder 14 ′ shown in FIG. 16 to perform the heat treatment in a so-called two-stage stack.
  • FIGS. 24 and 25 are provided at three points in a scattered manner, but instead of this, a ring shape is provided as shown in FIGS. 24 and 25.
  • the support protrusion 286 may be provided.
  • FIG. 24 is a sectional view showing such an auxiliary support
  • FIG. 25 is a partial sectional perspective view thereof.
  • the support S286 is formed so as to protrude upward in a ring shape along the circumferential direction of the auxiliary support base 274, and has, for example, a plurality of rectangular gas vent holes 2 on its side wall. 8 8 are provided.
  • the gas vent holes 288 are formed at predetermined intervals along the circumferential direction of the ring, and the size and number of the gas vent holes 288 are preferably as large as possible.
  • the support ⁇ 2886 can contact the wafer 3 ⁇ 4® in a ring shape to support this load. Since the pressure and deflection of the wafer can be suppressed, the occurrence of slip and crystal defects can be suppressed accordingly. This is particularly effective for a wafer having a size of 12 inches, in which the wafer size and its own weight increase. 282 indicates a ring-shaped gas retaining flange.
  • the gas flow holes 278 provided in the support base 2776 are large-diameter flow holes.
  • FIG. May be formed in a disc shape, and a number of small-diameter holes may be formed in the center to provide the gas flow holes 292.
  • a preheating chamber 296 may be provided between the processing container 4 and the load lock chamber 42 so as to be opened and closed by gate valves G3 and G4.
  • a heating table 300 having a built-in heater 2998 is provided in the preliminary heating chamber 2996, and the wafer W is placed on the auxiliary support 2274 with ⁇ 3 ⁇ 4.
  • the wafer W is heated preliminarily with the auxiliary support 2 7 4. According to this, not only the thermal shock to the wafer can be further reduced to further reduce the occurrence of slip- ⁇ crystal defects, but also the throughput of the heat treatment can be improved by the amount of preheating. .
  • the stroke of the Kt arm 44 used here is, of course, set to be longer by the length of the preliminary load 296.
  • the present invention can be used for heat treatment of a glass substrate, an LCD substrate, and the like in addition to a semiconductor wafer.
  • the heat treatment includes an oxidation treatment, a treatment, an annealing treatment, and the like, in addition to the film formation treatment.

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Description

明 TO 害 熱 処 理 装 置 技術分野
本発明は、 半導体ウェハ等に対して成) 理、 酸化処理、 熱拡散処理等の熱処 理を施す枚 の熱処理装置に関する。
背景技術
一般に、 半導体集積回路の製造においては、 半導体ウェハ表面に雌や酸化' 拡散を施す 程ゃパターンエッチングする工程を繰り返し行なう。 従来、 例えば 8インチサイズのウェハを熱処理する場合には、 一度に多数枚のウェハを 理できることから主に縦型のバッチ式の 理装置が使用されていた。 この 種の熱処理工程で重要な点は、 製品回路の特性の均一 び歩留まりの向上の観 点より、 熱処理時において、 ウェハ面内の温度を均一性良く制御する点である。 ところで、 回路の高集積化及び高細化に伴って、 ウェハサイズも大口径化さ れ、 例えば 1 2インチサイズのウェハの使用が検討されている。
このようにウェハサイズが 8インチから 1 2インチ （略 3 O c m) に拡大する と、 ウェハ自重が 8インチサイズのウェハと ittiして 2. 5〜3倍 に增加し、 しかも、 ウェハ面内の均熱性を考 Itすると、 のバッチ式の «tSの熱処 S¾ffi では対応し難くなつた。 すなわち、 ウェハ自重か Ήのように数倍になった結果、 多数のウェハを支持するウェハボートが 上耐えられなくなったり、 或いは、 大口径ィ匕によりウェハ面積が大きくなつたことから、 所定のピッチで配列された ウェハの側方より加熱する方式ではウェハ面内の均一加熱を十分に行ない難くな つた。
そこで、 上記問題点を解決するために、 ウェハを一枚ずつ処理する枚葉式の熱 処理装置も種々提案されており、 この装置ではウェハホルダの下方に配置したハ ロゲンランプゃ抵抗ヒータにより、 ホルダ上に支持或 t、は載置したゥェハを加熱 するようになつている。 しかしながら、 従来の枚^の熱処理装置を用いた場合 であつても、 大口径ィ匕のウェハを面内温度の均一性良く加熱することは現状のヒ 一夕の単位 ®¾当たりの発熱量を勘案すると、 かなり難しく、 従来装置で十分で あるとは言えなかった。
本発明は、 以上のような問題を有効に解決すべく創案されたものである。 本発 明の主目的は、 ウェハのような被処理体の面内 の均一性を向上させることが できる枚葉式の熱処3¾匿を提供することにある。
発明の開示
本発明によれば、 上記目的を するために、 処理容器と、 被処理体を^^す ベく前記処理容器内に設けられた¾½理体ホルダとを權えた枚葉式 理装置に おいて、 被処理体を加熱するために、 前記処理容器内で前記被処理体ホルダの下 方に設けた下部加熱手段と、 被処理体を加熱するために、 前記処理容器内で前記 ¾ 理体ホルダの上方に設けた上部加熱手段と、 前記 理体ホルダと前 fH±部 加熱手段との間に処理ガスを供給するための処理ガス供铪部と、 を有する 理 装 Bが提供される。
このように、 ホルダの上下に加 段を配置し、 かつ ¾½理体ホルダと上部加 熱手段との間に処理ガス供給部を設けることにより、 理体を から加熱で き、 被処理体への均一かつ、 高エネルギーでの加熱を制御性良く達成でき、 被処 理体への処理ガスの直接供給が可能となり、処理容器等への不必要な成膜を防止 して被処理体の処理の均 を高めることが可能となる。
上部および下部の加熱手段の各々を処理容器に対して気密伏態で Mlられた加 段容器内に収容して所定のガス供給系とガス排気系を設けるようにすること ができる。 このようにした場合には、 処理容器内と加 ^段容器内の圧力差を常 に少なくでき、 その分、 加熱手段容器の処理容器に対する区画壁を圧力差に耐え 得る程度まで薄くして、 加熱手段の熱効率を高めて面内温度の均一性の向 ±¾び 熱制御性の向上を図ることが可能となる。
図面の簡単な説明
図 1は本発明による枚葉式熱処理装置を含む処理システムの全体図である。 図 2は図 1に示す処理システム中の枚葉式熱処理装置の第 1実施例を示す縦断 面図である。
図 3は図 2の熱処 @ ^置に設けられる加熱手段を示す平面図である。
図 4は均熱リング部材を示す斜視図である。
図 5はガス供給系とガス排気系を示す模式図である。
図 6 A及び図 6 Bは、 それぞれ、 従来及び本発明における処理容器内と加熱手 段容器内の圧力変化を示すグラフである。
図 7 A及び図 7 Bは、 従来の片面加熱と本発明の両面加熱の場合の被処理体の 面内 iSSプロフィールを示すグラフである。
図 8 A及び図 8 Bは、 均熱リング部材の異なる^例を示す図である。
図 9は、 熱処理装置の内部構造物を一体化した変形例を示す縦断面図である。 図 1 0は図 9に示す一体内 の横断面図である。
図 1 1は図 9に示す一体内部構造物の斜視模式図である。
図 1 2はガス供給系とガス排気系の変形例を示す図である。
図 1 3は本発明の枚葉式熱処理装置の第 2 例の縦断面図である。
図 1 4は図 1 3に示す Ift 理装置に用いられている被処理体ホルダの斜視図で める。
図 1 5は図 1 3に示す熱処理装置に用いる抵抗加熱手段を示す図である。 図 1 6は、 本発明の枚葉式熱処理装置の第 3実施例の縦断面図である。
図 1 7は図 1 6の熱処理装置に用いる被処理体ホルダを示す斜視図である。 図 1 8は被処理体ホルダの変形例を示す縦断面図である。
図 1 9は図 1 8の被処理体ホルダの一部の切除斜視図である。
図 2 0は被処理体ホルダの変形例を示す図である。
図 2 1は被処理体をホルダに対して搬入、搬出する場合の作用の説明図である。 図 2 2は補助支持台を用いた熱処理装置の実施例の縦断面図である。
図 2 3は補助支持台を示す斜視図である。
図 2 4は補助支持台の変形例を示す図である。
図 2 5は図 2 4の補助支持台の一部の切除斜視図である。
図 2 6は補助支持台の他の変形例を示す縱断面図である。
図 2 7は、 処理容器とロードロック室との間に予備加熱室を設けた例を示す概 略構成図である。
発明を実施するための^の形態
以下に、 本発明に係る 理装置の実施例を添付 に基づいて詳述する。 図 1は本発明に係る熱処理装置を用いた処理システムの概略を示している。 同 図において、 この熱処理システム 3は、 実質的に被処理体、 すなわち半導体ゥェ ハに対して 理を施す本発明の熱処理装置 2の他に、 この熱処理装置 2の前段 にゲートバルブ G 1を介して設けられて真空引き可能になされたロードロック室 4 2と、 更にこのロードロック室 4 2の前段にゲー卜バルブ G 2を介して設けら れたカセット室 5とにより主に構成されている。
上記カセット室 5内には、 昇降可能になされたカセット台 7が設けられており、 この上に、 複数枚、 例えば 5〜2 5枚のウェハ Wを収容し得るカセッ卜 9力載 B される。 上記ロードロック室 4 2には、 図示しない真空ポンプを介設した真空排 i lが接続されて、 内部を真空引き可能としている。 このロードロック室 4 2の内部には、 屈伸及び回転可能とした搬送アーム 4 4をもつロボットが設け られており、 ウェハ Wを 理装匿 2及びカセット室 5との間で受け渡し可能と している。 なお、 ロードロック室 4 2には、 N2 ガス等のパージ用不活性ガスの 供給系 （図示せず） も設けられる。
熱処3¾置 2は、 アルミニゥム等により円筒体状に成形された処理容器 4を有 しており、 図 2に示すように処理容器 4の底部と天井部は、 それぞれ開口されて いる。 底部の開口内には、 例えば石英製の下側加鮮段容器 6が、 天井部の開口 内には同じく石英製の上側加熱手段容器 8がそれぞれ処理容器 4内に対して気密 に区画されて密閉状態で設けられている。
上記下側加熱容器 6は、処理容器 4内に向けて凸状に挿入されて上端力平面状 になされた 椀部 6 Aと、 この下端開口部を ¾つて設けられて外側力 <大気に哂 される TOM部 6 Bとにより構成され、 0リング等のシール部材 1 0を介して処 理容器 4の底部に気密に設けられる。
上記 椀部 6 Aの厚さは例えば 4 mmgjgと薄く設定され、 この部分におけ る熱口スを抑制すると共に熱応答性を良好にしている。 このように 椀部 6 A の厚みは薄 L、ことから、 するように処理容器 4内の圧力変動に追従させてこ の下側加熱手段容器 6内の圧力も変動させて両容器内の差圧が薄板椀部 6 Aの耐 圧強度以下になるように設定している。 また、 厚板蓋部 6 Bの厚みは略大 ¾Εに 耐え得るような厚さ、例えば 1 5〜2 O mm離に設定される。
この下側加鮮段容器6の中央部には、 磁性流体シール 1 2を介して上下方向 に気密に貫通された例えば石英製の被処理体ホルダ 1 4の支持軸 1 5がウェハ均 熱加熱のために回転可能に設けられており、 ホルダ 1 4の上端には同一円周上に 等間隔で配置された 3つの爪部 1 4 Aが形成されて、 この爪部 1 4 A上に被処理 体である半 ゥエノヽ Wの裏面周縁部が支持されるようになっている。
ここで、 ¾«婉部 6 Aは前述のように処理容器 4内に凸状に挿入されて、 でき るだけ半導体ウェハ Wの裏面に近付くように形成されており、 この 椀部 6 A の上端平面部の内側に、 下側の加 段として例えば抵抗ヒータ 1 6が略全面に 亘つて設けられており、 ウェハ Wを下面側から加熱するようになっている。 そし て、 ホルダ 1 4の支持軸 1 5の下部には、 例えばモータの如き回転駆動機構 2 2 が設けられており、 これによりウェハ Wを回転しつつ加熱するようになっている。 厚板蓋部 6 Bには、 下側加熱手段容器 6内に N2 ガス等のパージガスを導入す るパージガス導入口 1 8及び内部の雰囲気ガスを排気するパージガス排気口 2 0 がそれぞれ設けられている。
—方、 上 E 側加!^段容器 8は、 上記下側容器 6と同様に、 処理容器 4内に 向けて凸状に挿入されて下端が平面状になされた薄板椀部 8 Aと、 この上端開口 部を覆つて設けられて外側が大気に晒される J ^蓋部 8 Bとにより構成さ: 0 リング等のシール部材 2 4を介して処理容器 4の天井部に気密に設けられる。 上記 椀部 8 Aの厚さは例えば 4 m m .と薄く IS¾され、 この部分におけ る熱ロスを抑制すると共に熱応答性を良好にしている。
このように »K椀部 8 Αの厚みも薄 、ことから、 処理容器 4内の圧力変動に追 従させてこの上側加 段容器 8内の圧力も変動させて両容器内の差圧が 椀 部 8 Aの耐圧強度以下になるように設定している。 また、 J?¾蓋部 8 Bの厚みは 略大気圧に耐え得るような厚さ、 例えば 1 5〜2 O mmgJSに設定される。
この 椀部 8 Aの下 ¾ 面部の内側に、 上側の加 段として例えば抵抗ヒ 一夕 2 6が略全面に亘つて設けられており、 ウェハ Wを上面側から加熱するよう になっている。 ここで、 ウェハ Wと上下の各抵抗ヒータ 2 6、 1 6との間の距離 は非常に小さく、 例えばそれぞれ 1 O mm Sに設定されており、 効率良くゥェ ハ Wを上下から加熱するようになついる。
また、 上側加熱手段容器 8の下面側には、 例えば石英製の容器状のシャワーへ ッド構造になされたガス供給へッ ド 2 8が設けられており、 これには処理ガスを 導入する処理ガス導入管 3 0力'接続されている。 そして、 この導入管 3 0より導 入された処理ガスは、 ガス供給へッ ド 2 8の下面全体に設けた多数の噴出孔 3 2 よりウェハ Wの上面全域に向けて処理ガスを噴出するようになっている。
厚板蓋部 8 Bには、 ウェハ側加熱手段容器 8内に N2 ガス等のパージガスを導 入するパージガス導入口 3 6及び内部の棼囲気ガスを排気するパージガス排気口 3 8がそれぞれ設けられる。
—方、 処理容器 4の底部周縁部には、 容器内の棼囲気を排気するために図示し ない真空ポンプに接続されたガス排気口 3 4が設けられ、 また、 天井部には、 Nn ガス等のパージガスを処理容器 4内に導入するためのパージガス導入口 4 0 が設けられている。 なお、 このパージガス導入口 4 0としてガス供耠ヘッ ド 2 8 を兼用するようにしてもよい。
また、 処理容器 4の側壁には、 ウェハ Wの «¾λ ·搬出時に開閉される前記ゲー トバルブ G 1が設けらてれおり、 このゲートバルブ G 1を介して前記ロードロッ ク室 4 2力く設けられ、 その内部の前記搬送アーム 4 4のベースは、 昇降可能なス ライド 4 6に されており、 アーム 4 4全体力昇降可能となっている。
—方、 上Β±側及び下側の抵抗ヒータ 2 6、 1 6は図 3に示すように同心円状 に複数、 例えば 3つのゾーン 2 6 a ( 1 6 a ) 、 2 6 b ( 1 6 b) 、 2 6 c
( 1 6 c ) に分割されており、 電力供給部 4 8から各ゾーンに対して個別に供耠 電力を制御して電力を分配して供給できるようになつている。 なお、 ゾーン分割 数は、 3つに限定されず、 2つ或いは 4つ以上でもよい。
そして、 図 2に示すように、 処理容器 4内の被処理体ホルダ 1 4の周辺部には、 これに保持されたウェハ Wの側部を Sうように例えば石英製の均熱リング部材 5 0 (図 4も参照） が設けられており、 これからの反射による輻射熱によりゥェ ハ Wを加熱すると同時に、 処理容器 4の側壁に対しては断熱機能を発揮するよう になっている。 この均熱リング部材 5 0の における、 ゲートバルブ G 1と対 向する円弧状の部分は、 シャッタ部 5 0 Aとして本体側から切断されて分離され ており、 このシャツタ部 5 O Aには、 処理容器 4の底部を貫通させて設けたシャ ッ夕棒 5 2力接続されている。 そして、 このシャツタ棒 5 2の貫通部には、 気密 性を保持しつつこの上下動を許容する金属性の伸縮可能なベローズ 5 4が設けら ており、 ウェハ Wの搬入'搬出時に、 昇降機構 5 3によりこのシャツタ部 5 0 A を上下動させ得るようになつている。 このシャツタ部 5 O Aは、 ゲートバルブ G 1の開閉に同期して上下動される。
—方、 上 理容器 4内、 下側及び上側加熱手段容器 6、 8内の圧力を制御す るガス供給系とガス排気系は図 5に示すように構成される。 すなわち、 N2 ガス 等のパージガスを供給するガス供給系 5 6は、 各容器 4、 6、 8のパージガス導 入口 4 0、 1 8、 3 6に共通に接続される共通ガス通路 5 8を有しており、 これ より分岐した各分岐管 6 0を介して各パージガス導入口 4 0、 1 8、 3 6に接続 される。 そして、 各分岐管 6 0にはその上下流側間の所定の差圧で開動作する供 袷側固定ニードル弁 6 2力介設されており、 例えば大 復帰のための N2 ガス 供袷時には、 各容器内の差圧を過度に大きくすることなく、 N2 ガスを供袷し得 るようになっている。
また、 各容器内の棼囲気ガスを排出するガス排気系 6 4は処理容器 4のガス排 気孔 3 4及び下側及び上側加熱手段容器 6、 8のパージガス排気口 2 0、 3 8に 共通に接続される共通ガス通路 6 6を有しており、 これより分岐した各分 i¾
6 8を介してガス排気孔 3 4及び各パージガス排気口 2 0、 3 8に接続される。 そして、 各分岐管 6 8には、 その上下流側間の所定差圧で開動作する排気側固定 ニードル弁 7 0が介設されており、 例えば処理容器内の真空引き時には他の容器 内との差圧を過度に大きくすることなく棼囲気ガスを排気するようになつている。 そして、 排気用の共通ガス通路 6 6には、 排気時に一定量ずつのガスを排気す るためのマスフローコントローラ 7 2及び真空ポンプ 7 4力介設されている。 次に、 以上のように構成された本実施例の動作について説明する。
まず、 ロードロック室 4 2の搬送アーム 4 4を伸長させることによってこれに ^^した未処理の半導体ウェハ Wを、 開放されたゲートバルブ G 1を介して処理 容器 4内に搬入し、 アーム 4 4を微小距離だけ降下させてウェハ Wを処理容器 4 内の被処理体ホルダ 1 4上に受け渡す。 そして、 アーム 4 4を縮退させてゲート バルブ G 1を閉じ、 処理容器 4内を密閉状態とする。
次に、 処理容器 4内を所定のプロセス圧力まで真空引きすると共にこの中に処 理ガスをガス供耠へッド 2 8からシャワー状に供給し、 プロセス圧力を維持する。 これと同時に、 下側及び上側加熱手段容器 6、 8内に収容してある^ 熱ヒ 一夕 1 6、 2 6に電力を供給し、 或いは供給電力を増大し、 ホルダ 1 4に載置し てあるウェハ Wを上下の βから加熱してこれをプロセス に維持し、 所定の 熱プロセスを行なう。 この場合、 上下の抵抗加熱ヒータ 2 6、 1 6は、 ウェハ面 内を均 iWlO熱するように各ゾーン毎に個別に SA電力を制御する。
熱処理として、 例えば C VD (Chemical Vapor Deposition)を行なう場合には、 処理ガスとして例えばシランと水素ガスの混合ガスを用い、 キヤリアガスとして A rガスを流し、 プロセス圧を 0. 5 T o r r程度、 プロセス温度を 1 0 5 0て 翻 に設定する。
ここでウエノ、 Wを加熱するために、 その上下に抵抗加熱ヒータ 2 6、 1 6を配 置し、 且つ、 ヒータ 2 6、 1 6をそれぞれ石 の加»段容器 8、 6で密閉し ているので、 ウェハの汚染を引き起こすことなくウェハを両面から加熱すること ができる。 従って、 ウェハを高速で且つ面内; ^の均" ft良く加熱すること力河 能となる。 特に、 この実施例では、 各加鮮段容器 8、 6の薄板捥部 8 A、 6 A を処理容器 4内に凸状に挿入させてその内面に各ヒータ 2 6、 1 6を配置した結 果、 ウェハ面と各ヒータ面とを可能な限り近付けて両者間の距離を非常に小さく できるので、 ウエノヽサイズが大きくても面内温度の均" ftをより向上させる ことか'可能となる。
また、 石^の各龍椀部 8 A、 6 Aの厚みは、 4 mm と非常に薄く設定 されているので、 この部分における fefi失は少なく、 しかも薄くて熱容量が小さ いことから熱応答性に優れ、 ウェハ wの SJ^を応答性良く制御することが可能と なる。
図 2に示すようにガス供給へッ ド 2 8を偏平な形状にして、 上側抵抗加 段 2 6の直下で、 しかも被処理体ホルダ 1 4の真上に配置することにより、 上側抵 „ 段 2 6をウェハ Wの上面に近付けて高エネルギーで加熱を行うことがで き、 しかもウェハ W上へ処理ガスを均一に直接供給でき、 処理容器等への; i¾iv| な成膜を防止することができる。
また、 S抗加熱ヒータ 2 6、 1 6は、 図 3に示すように同心円状に複数にゾ ーン分割されて、 ゾーン毎に個別に供給電力を制御することができるので、 ゥェ ハ¾¾を細かくコントロールすることができる。
更には、 ゥエノ、 Wの周辺部には、 これを Sうように均熱リング部材 5 0を設け て、 これからの反射幅射熱によってもウェハ Wを加熱することができるので、 ゥ ェハ fijgの面内均一性を一層向上させることができるのみならず、 処理容器への 熱の漏れも少なくなるので、 その分、 熱効率も向上させることができる。 また、 このように均熱リング部材 5 0を設けることにより、 これに部分的にホッ トウォ ール機能を持たせることができ、 従って、 従来においては処理容器の内壁面に付 着していた不要な β¾»を、 容器内壁面に付着させることなく着脱容易な均熱リン グ部材 5 0側に付着させることができるので、 クリーニング等のメンテナンスを ^に行なうことができる。
更に、 ここでは発 «の大きな抵抗ヒータ 1 6、 2 6を用いているので、
1 0 0 0て以上の髙温にウェハを加熱することができる。 なお、 このヒータに代 えて、 ハロゲンランプを用いてもよい。
また、 処理容器 4内の圧力変化により、 これと上側及び下側の加 段容器 8、 6内との間で過度の圧力差が生ずることが考えられる力 <、 上側及び下側の加 段容器 8、 6内の圧力も処理容器 4内の圧力に追従して変動させるようになって いるので、 両容器間の区画壁が破損することはない。 これを図 5を参照して説明 する。
前述したように、 ガス供給系 5 6及びガス排気系 6 4の^岐管 6 0、 6 8に はそれぞれ固定ニードル弁 6 2、 7 0が設けられており、 上下流側間の差圧によ り弁開度が自動的に変化するようになっている。
まず、 真空引きする場合を説明すると、 的に容量の異なる 2つの容器から 同一 ¾£Sで別個独立に真空引きすると、 図 6 Aに示すように大容量の容器内の圧 力は曲線 Lのように緩やかに低下するが、 小容量の容器の圧力は曲線 Sのように 急激に低下し、 両容器間には大きな圧力差が生ずる。 しかしながら、本発明のよ うに分 iK 6 8に排気側固定二一ドル弁 Ί 0を介設して、 真空ポンプ 7 4により マスフローコトンローラ 7 2の制御下で一定の流 iずつ例えば毎分数リッ卜ルず つ排気すると、 各固定ニードル弁 7 0の作用により、 容量の小さな上側及び下側 の加 段容器 8、 6内の雰囲気は小量ずつ排気されるのに対して、容量の大き な処理容器 4内の棼囲気は大量に排気さ その結果、 図 6 Bに示すように加熱 手段容器 6、 8内の圧力は処理容器 4内の圧力に追従するように変動し、 処理容 器 4と加^段容器 6、 8内の圧力差は常に少ない状態に維持されて真空引きさ れることになる。
このことは、 各容器内を大気圧復帰させるために N2 ガスをパージする場合も 同様であり、 図 5に示すようにガス供給系 5 6の各分岐管 6 0にそれぞれ固定二 一ドル弁 6 2を介設した結果、 N2ガス供給時においても各容器間の圧力差が常 に少ない伏態に維持されて N。 ガスが供給されることになる。 従って、 処理容器 4と両加熱手段容器 6、 8間の圧力差は常に少なく、 例えば、 1 O T o r r程度 の差圧になっている。 従って、 両容器を区画する各薄板捥部 6 A、 8 Aは前述の ように 4 mm程度の薄さで済ませることができ、 熱損失の抑制や熱応答性の向上 に寄与することができる。 なお、 大気圧に晒される両 蓋部 6 B、 8 Bは大気 圧に耐え得るように肉厚に成形している。
次に、 ウエノ、に対して片面加熱の場合と本発明のようにウエノ、の 側に加熱 手段を配置した両面加熱の場合のウェハ Sigプロフィールをシミュレーションに より求めたので、 その結果について説明する。
図 7 Aは従来の片面加熱の場合のゥエノヽ fijgプロフィールを示し、 図 7 Bは本 発明のような両面加熱の場合のウェハ温度プロフィールを示す。 それぞれ、 ヒー タのゾーンは 2分割であり、 設定 は 1 0 4 0てである。
図 7 Aに示すように片面加熱の場合は、 ウェハの周辺部に行く程、 少しずつ温 度が低下して中心部との間で 1 0 °C程度の fiS が生じ、 面内; ¾の均一性がそ れ 好でなく、 しかも、 この時の外側ゾーンのヒータには定格の 7 KW以上の 電力を投入しなければならなかった。 これに対して、 図 7 Bに示す 加熱の場 合には、 ウェハ中心部と周辺部との間にほとんど温度差はなく、 面内温度の均一 性を高く維持することができた。 しカヽも、 全体としての使用電力は片面加熱の場 合よりも少し多くなつたが、 各ゾーン毎のヒータへの投入電力は全て定 以下 であつた。
上記実施例においては、 図 4に示すように、 ゲートバルブ G 1を熱から保護す るために昇降可能なシャツタ部 5 O Aを有する均熱リング ®W 5 0を設けたが、 これに代えて、 図 8 Aに示すように均熱リング部材 5 0の一側面の中央に、 ゥェ ハ Wを挿通し得る大きさのスリッ ト状の開口 5 0 Bを設けたものを用いるように してもよい。 この場合には、 ゲートバルブを熱から保護するために、 回転可能と し、 ウェハ Wの搬入 ·搬出後、 この均熱リング部材 5 0を略 1 8 0度 ^周方向 へ回転させるようにすればよ L、。
また、 上記構成に代えて、 図 8 Bに示すように均熱リング部材 5 0の一側面の 下部に、 ウェハ Wを挿通し得る大きさの凹部状の切り欠き 5 0 Cを設けたものを 用いてもよい。 この場合には、 ゲートバルブ G 1を熱から保護するためにリング ¾W 5 0を回転可能、 或いは昇降可能とし、 ウェハ Wの搬入 ·搬出後、 この均熱 リング部材 5 0を略 1 8 0度程度周方向へ回転させるようにしてもよいし、 或い は下方向へ移動させるようにしてもよい。
また、 ここではシャワーへッ ド構造のガス供給へッ ド 2 8と、 均熱リング部材 5 0と被処理体ホルダ 1 4を別個 に設け、 ガス排気孔 3 4は、 処理容器 4の 底部周辺部に設けた構造としたが、 これに代えて図 9乃至図 1 1に示すように、 ガス排気孔をシャワーへッド構造と同様な構造のガス排気へッ ド 7 6としてこれ ら全てを一体的に成形するようにしてもよい。 すなわち、 シャワーへッ ド構造の ガス供給ヘッド 2 8' を図 8 Aに示す構造の均熱リング部材 5 0 ' と連結し、 こ のリング部材 5 0 ' の内壁面から中心に向けて 3つの爪部 1 4 A付きの被処理体 ホルダ 1 4' を突出させる。 そして、 ガス排気へッド 7 6は、 図 2に示すガス供 給へッ ド 2 8と同様な構造のシャワーへッド構造としてその上面にガスを吸入す る多数の吸入孔 7 8を設け、 ガス出口をガス排気孔 3 4に接続すればよい。 これ らは、 例えば石英により""^的に形成することが可能である。
このように形成することにより、 ガス供袷へッ ド 2 8から下方のゥエノヽ W側へ 供給された処理ガスは、 この表面に接した後にゥェハの半 向外方へ向かつて 横に流れてリング部材 5 0' の内側でその下方のガス排気へッ ド 7 6内に吸引さ れるように流れる。 従って、 処理ガスが処理容器 4内の周縁部にまで拡がって流 れることがなく、 効率的にウェハ面と接するように流れることとなり、 処理ガス の使用効率を高めることか可能となる。
また、 この一体構造物に不要な が付着した場合には、 この一 造物のみ をクリーニングすればよく、 メンテナンス作業を効率的に行なうことが可能とな る。
上記実施例では、 図 5に示すようにガス供給系 5 6とガス排気系 6 4に固定二 一ドル弁 6 2、 7 0を設けて各容器間の圧力差をコントロールしているが、 これ に限定されず、 図 1 2に示すように構成してもよい。 すなわち、 ガス供給系 5 6 及びガス排気系 6 4の各分岐管 6 0、 6 8の内、 加熱手段容器 6、 8に連通され る分岐管 6 0、 6 8にはニードル弁に代えて弁開度を自由にコン卜ロールするこ とができる ¾S制御弁 8 0 A、 8 O B. 8 2 A、 8 2 Bを設け、 処理容器 4に連 通される分岐管 6 0には、 これらの弁を設けないようにする。 そして、 処理容器 4と下側の加熱手段容器 6内の圧力差を検出する第 1の差圧測定部 8 4を設け、 それにより検出された差圧値に基づいて、 第 1の弁開度制御部 8 6力く、 下側加熱 手段容器 6の供袷側或いは排気側の 御弁 8 0 B、 8 2 Bを制御する。
また、 処理容器 4と上側の加熱手段容器 8内の圧力差を検出する第 2の差圧測 定部 8 8を設け、 それにより検出された ¾JE値に基づいて、 第 2の弁開度制御部 9 0が上側加熱手段容器 8の供給側或いは排気側の流 MSi御弁 8 0 A、 8 2 Aを 制御する。
このような構成によれば、 真空引き時には第 1及び第 2の弁開度制御部 8 6、 9 0は、 各差圧測定部 8 4、 8 8の検出値が、 椀部 6 A、 8 Aの耐圧範囲内、 例えば ± 1 O T o r r以内に維持されるように排気側の各 ¾fi制御弁 8 2 A、 8 2 Bの弁開度を制御することになる。 また、 処理容器 4内の大気圧復帰のため に Nn ガスをパージする場合には、 同様に検出値が ± 1 O T o r r以内に維持さ れるように供铪側の各 MS^J御弁 8 0 A、 8 0 Bの弁開度が制御されることにな る。 従って、 この実施例でも、 図 5に示した構成と同様な作用効果を得ることが できる。
なお、 本 H¾例においては、 熱処理として C V Dにより雄処理を行なう場合 を例にとって説明した力く、 これに限らず、 酸化'拡散処理、 ァニール処理等の他 の熱処理にも適用し得るのは勿論である。
また、 ここでは処理容器 4の Hiにのみゲートバルブ G 1を設けてこれよりゥ ェハを搬入 *搬出するようにしたが、 これと対向する位置にもう 1つのゲートバ ルブを設けて、 ウェハの搬入口と搬出口とを别々にしてもよい。 この場合には、 それに対応させて均熱リング部材 5 0のシャッタ部 5 O A等も 2つ設けるように する。
更には、 ¾^理体としては半導体ウェハに限定されず、 ガラス基板、 L C D基 板等にも適用することができる。
以上説明した実施例の 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。
被処理体の両面側に加熱手段を配置して両面加熱するようにしたので、 «理 体のサイズが大きくなってもこの面内温度の均一性を大幅に向上させることがで きる。
また、 加熱手段を加熱手段容器内に収容して、 内部を処理容器内の圧力変動に 追従させて圧力変動させて両容器間の差圧を少なく維持することにより、 両容器 を区画する区画壁を薄くでき、 その分、 熱効率を高めて被処理体の面内温度の均 を更に向上させることができるのみならず、 熱応答性も良好にすることがで きる。
更に、 波処理体の側部を均熱リング部材で覆うことにより、 外部に放出される を少なくして熱効率を高めることができると共に、 その分、 面内 fijgの均一 性を向上させることができる。 また、 このリング部材により、 部分的なホッ トウ オール構造とすることができるので、 処理容器側壁に不要な成膜が付着すること を防止でき、 メンテナンスも容易に行なうことができる。
また、 ガス供給へッドと、 均熱リング部材と、 被処理体ホルダと、 ガス排気へ ッドを一 造化することにより、 側部に漏れ出る処理ガスが少なくなり、 処理 ガスの ^効率を向上させることができるのみならず、 メンテナンス pmも容易 に行なうことができる。 次に、 図 1 3に基づいて本発明の熱処理装匱の第 2の実施例を説明する。 図示 するようにこの熱処3¾置 1 2 2は、 高 石英製の筒体状の処理容器 1 3 6と、 この容器 1 3 6の底部開口に挿入されて容器内部を密閉する上向きに凸状の高純 度石英製の挿入底部 1 3 8と、 容器 1 3 6の天井部側と揷入底部 1 3 8側に設け た抵抗加熱手段 1 5 O A, 1 5 0 Bと、 被処理体としてのウェハ Wを載置して保 持するホルダ 1 4 0と、 処理ガスを容器内部に導入するガス供絵へッド 1 4 1と、 上記ホルダ 1 4 0の高さ調整を行なう位置調整手段 1 4 2とにより主に構成され ている。
上記処理容器 1 3 6は、 この上部を覆う天井部 1 3 6 Aと、 これに 0リング等 のシール部材 1 4 4を介して接練されるリング状の中段容^ 151 3 6 Bと、 これ に 0リング等のシール部材 1 4 6を介して接続される筒体状の下段容器部 1 3 6 Cとにより構成される。 この下段容器部 1 3 6 Cの側壁には、 図示しない真空排 気系に接続されるガス排気口 1 4 8が設けられており、 内部を真空引き可能とし ている。
上記天井部 1 3 6 Aは、 赚を翻するように透明な石英で構成され、 且つ容 器内部が真空状態になされることから大 に耐え得るようにドーム状に湾曲さ せて形成されており、 肉厚が薄くても所定の を発揮できるようになっている。 そして、 この天井部 1 3 6 Αの下方に、 上記被処理体ホルダ 1 4 0と対向するよ うに前記ガス供給へッド 1 4 1が設けられる。 このガス供耠へッド 1 4 1の全体 も熱線を透過し得るように例えば高純度の透明な石英により構成されている。 こ のガス供給へッ ド 1 4 1は、 垂直断面が半楕円状の密閉空間をもつように形成さ れ、 その平面状の T®には処理室間に臨ませて多数のガス喷出孔 1 5 2力形成さ れると共に、 その上端からはガス導入管 1 5 4が上方に延び、 これを上記天井部 1 3 6 Aに設けた孔 1 5 6に 0リング等のシール部材 1 5 8を介して挿通させる ことにより気密に^^している。 そして、 このガス導入管 1 5 4にはガス入口 1 6 0が形成され、 これより所定 の処理ガスを導入し得るようになつている。 上記ガス導入管 1 5 4は、 内部に温 度測定管 1 6 2を同軸状に収容した 2重管構造になされており、 ガス導入管
1 5 4の下端は上記ガス供給へッ ド 1 4 1を貫通して処理空間に開放され、 上端 は気密に透明石英によりシールされて、 この上端にウェハの表面' SJ を測定する ために 計 1 6 4を設置している。 この SJ¾測定管 1 6 2はゥェハWの面 に対して略直角となる方向に設けられ、 ウェハ Wからの放射光を放!^度計
1 6 4により直接検出できるようになっている。
上記天井部 1 3 6 A側に配設される抵„ 段 1 5 0 Aは、 この天井部 1 3 6 Aの上面全体を覆うように設けられ、 ウェハ Wの上方より熱エネルギーを 供給し得るようになっている。 そして、 この抵 熱手段 1 5 0 Aの外側は、 例 えばアルミナよりなるドーム状断！^ 1 6 6により Sわれる。 この断熱材 1 6 6 の上面には、 アルミニウム等の金属の膜 1 6 1を蒸着等により施し、 ,を下方 へ反射するようにしてもよい。
上記抵抗加熱手段 1 5 0 A及び揷入底部 1 3 8側の抵抗加熱手段 1 5 0 Bは、 単位 ®¾当たりの熱負荷を大きくできる例えば二ゲイ化乇リブデン等の抵抗発熱 線により構成される。
上記天井部 1 3 6 Aは、 ,を ¾ する' から透明石英により形成される力 を ¾1する必要のない中段容器部 1 3 6 B、 下段容器部 1 3 6 Cは、 例えば 材料の内部に気泡を含ませた乳白色の不透明石英により構成し、 これ自体を光遮 断部材として構成している。
—方、 石英製の上記挿入底部 1 3 8は、 その径が上記下段容器部 1 3 6 Cの内 径ょりもかなり小さく設定されて所定の幅の下向き排気通路 1 6 6を形成し得る 外径に設定された中空の挿入凸部 1 3 8 Aと、 この下端に設けられて上記下段容 器部 1 3 6 Cの下端開口部を 0リング等のシール部材 1 6 8を介して気密にシー ルするリングフランジ状の底板 1 3 8 Bとよりなる。 この揷入凸部 1 3 8 Aの下 端は開放されると共に上端の光透過板 1 7 0は被処理体ホルダ 1 4 0の直下に位 置されて下向きに凹状に湾曲して形成されており、 前述の天井部 1 3 6 Aと同様 に肉厚が薄くても所定の ¾ ^を発揮できるようになつている。 この挿入凸部 1 3 8 Aの脚部の材料は、 例えば材料の内部に気泡を含ませた乳白色の不透明石 英により構成されており、 これ自体を光遮断部材として構成している。
そして、 下端が開放されたこの揷入凸部 1 3 8 A内に、 その下方よりヒータ台 1 7 2が挿入されており、 この上端を凹状に湾曲形成してこの部分に上記二ゲイ 化モリブデン等よりなる抵抗加熱手段 1 5 0 Bを装着しており、 それによりゥェ ハ Wを下方から加熱し得るようになっている。 この場合にも、 加熱手段 1 5 0 B は例えば二ゲイ化モリブデンよりなる抵抗発,を同心円状に巻回することによ り構成されており、 図 1 5に示すように同心状に複数、 図示例にあっては例えば 3つのゾーンに区分されている。 そして、 各ゾーン毎に電源 1 7 6に対して可変 抵抗 1 7 4 A、 1 7 4 B、 1 7 4 Cを接練するなどして、 ゾーン S¾を個別にコ ントロールし得るようになつている。 このゾーン毎の個別制御は、 天井部 1 3 6 A側の抵抗加熱手段 1 5 O Aにも同様に適用されている。 これにより、 ウェハ W に投入するエネルギーをゾーン毎に制御し得ることになる。
ここで、 下方の抵 段 1 5 0 Bの直径 L 1は、 ウェハ Wの直径 L 2の 1. 2〜1. 5倍の範囲内に設定されており、 中心と比較して放熱量が多くなる 傾向にあるウェハ周縁部へ十分な量のエネルギーを投入し得るようになつている。 また、 ヒータ台 1 7 2の上部側壁には、 揷入凸部 1 3 8 Aの脚部を加熱するた めの、 側部加熱ヒータ 1 7 8力設けられており、 脚部を加熱するようになってい る。
上記ヒータ台 1 7 2は、 途中に例えばアルミナ等の断熱材 1 7 9を介在させて ステンレス綱等により形成されており、 その下端部には、 冷却ジャケッ ト 1 8 0 を設けてこの部分の温度を安全温度まで下げている。
また、 上記光 ϋ過板 1 7 0には、 ガスパージ用の不活性ガス、 例えば Ν2 ガス を供給するガス導入ノズル 1 5 5力設けられており、 これを経て Ν0 ガスを導入 することによりウェハ Wの裏面側に処理ガスが廻り込むことを防止している。 ウェハ Wを載 するホルダ 1 4 0は図 1 4にも示されており、 これは高 の 透明石英や S i Cよりなり、 ウェハ Wの径よりも少し大きく設定されたリング状 の板部材よりなり、 この内周側の上面に、 ウエノ、 Wの g®を支持する複数、 例え ば 3つの突起 1 8 2が周方向に等間隔で形成される。 この場合、 l 8 2によ るウェハ Wの支持位置は、 ウェハの周縁部ではなく、 それよりもウェハ中心方向 にある程度の距離だけ近づいた位 fiを支持するようになっており、 熱処理時にお けるウェハ自体の^量を抑制するようになっている。
このホルダ 1 4 0の裏面側には、 ホルダ 1 4 0の直径方向に配列された 、 例えば 2本の脚部 1 8 4が形成されており、 この各脚部 1 8 4は、 例えば高 i½S の石英製の位置調整ロッド 1 8 6に接統される。
この位置靄整口ッ ド 1 8 6は、 前記高さ位 fi調整手段 1 4 2の一^を構成する ものであり、 その下部は、 底板 1 3 8 Bに形成した孔内を上下動可能に貫通して 設けら その下端に、 例えばピニオンとラックよりなる歯車機構 1 9 0を設け て、 これをモータ 1 8 8により することにより、 位置調整ロッド 1 8 6を上 下方向に微妙に移動させてホルダ 1 4 0の高さ調整を行ない得るようになつてい る。 また、 底板 1 3 8 Bに対する位置調整口ッド 1 8 6の貫通部には、 伸縮可能 になされたべローズ 1 9 2が設けられており、 容器内の気密性を^しつつロッ ド 1 8 6の調整移動を許容している。
—方、 処理容器 1 3 6の中段容器部 1 3 6 Bの一側部には、 前記ロードロック 室 4 2に接続される接続口 1 9 4力設けられ、 この接続口 1 9 4には、 熱遮蔽箱 1 9 1が気密に保持される。 この箱 1 9 1内には昇降!^ 1 9 6により上 ¾し てこの接続口 1 9 4とロードロック室 4 2とを連通する通路を遮るように す る熱遮蔽板 1 9 8が設けられており、 ゲートバルブ G 1側へ伝わる^ ¾を抑制し ている。 この昇降機構 1 9 6のロッ ド 1 9 3にもべローズ 1 9 5を設けて、 容器 内の気密性を^^している。
次に、 上記のように構成された第 2実施例の動作について説明する。
まず、 未処理の半^ウェハ Wを、 ゲートバルブ G 2 (図 1 ) を介してロード ロック室 4 2内の搬送ァーム 4 4によりこの室内に取り込み、 この内部を所定の 圧力まで真空引きした後に、 このウェハを予め真空伏態に維持されている処理容 器 1 3 6内にゲートバルブ G 1を介して搬入し、 ホルダ 1 4 0に受け渡す。 この ウェハ Wの受け渡しは、 高さ位置調整手段 1 4 2のモータ 1 8 8を iE ¾転させて ホルダ 1 4 0を上下方向に移動させることにより行なってもよいし、 或いは搬送 アーム 4 4自体を高さ方向 （Z方向） へ移動可能として、 これを上下移動させる ようにしてもよい。
この受け渡しにより、 ウェハ Wはホルダ 1 4 0に設けた突起 1 8 2によりその 表面が支持されることになる。
処理容器 1 3 6内は、 その上下に配置した抵抗加熱手段 1 5 0 A、 1 5 0 Bに より、 予めある程度、 例えば 2 0 0〜8 0 0てに加熱されており、 或いは処理温 度に一定に^されており、 ウェハ Wの 後、 更にパワーを投入してウェハを プロセス温度、 例えば 1 2 0 0 程度まで昇温したり、 或いは処理温度のままで ウェハ面内の温度を均一にする。 これと同時に、 ガス供給ヘッ ド 1 4 1から処理 容器 1 3 6内に処理ガス、 例えばシランガスと 02 ガス等を供袷しつつ内部を所 定のプロセス圧力に維持し、 熱処理、 例えば成膜処理を行なうことになる。 抵抗 加熱手段 1 5 O A, 1 5 0 Bとしては電流値を大きくとれて負荷密度を大きくで きる二ゲイ化モリブデン等を用いているので急 ϋにプロセス' まで加熱するこ とができる。 ここで、 例えばウェハ Wを 1枚或いは複数枚処理する毎に、 容器内面、 ガス供 袷へッ ド 1 4 1の表面、 ホルダ 1 4 0の表面等に非常に僅かではあるが薄膜が形 成されるために、 抵 iJdJD熱手段 1 5 O A. 1 5 0 Bからの熱透過量等が僅かに変 動し、 ウェハに対する供給熱量が異なってくる場合がある。 また、 ガス供給へッ ド 1 4 1のガス噴出孔 1 5 2から供給された処理ガスがウェハ表面との間で滞留 する場合もある。 このような場合は、 高さ位 S調整手段 1 4 2を して位置調 整ロヅ ド 1 8 6を僅かに上昇或いは下降させることによりホルダ 1 4 0を上昇或 いは下降させてウェハの高さ調整を行ない、 ガス供耠へッド 1 4 1とウェハ Wと の間隔を最適な位置に調整する。
のようにして、 ウェハの微妙な i¾g調整が可能となり、 しかもウェハ上に おける処理ガスの滞留もなくなり、 成膜のゥェハ面内均一性を高めること力河能 となる。 このようなウェハの高さ位置調整は、 同一熱処理を施している過程でも 行なうし、 また、 異種の熱プロセスを行なう場合にもそのプロセスに合った高さ 位置に調整を行ない、 常に 適な 特性等を得ることが可能となる。 なお、 ホ ルダの高さ位置調整を行なうと、 これとガス供給へッ ドとの間隔を調整できるの みならず、 抵 熱手段との間隔も調整できるという利点を有するが、 これに替 えガス供給へッド部の高さ位覼を、 高さ調整手段により変え得るようにしてもよ い o
また、 ウェハ Wの は、 天井部 1 3 6 Aに設けた放 SS計 1 6 4により測 定する力《、 この場合、 ウェハ Wの表面から ±^に向けて発する光が、 中空の測定 'MS管 1 6 2を介して放 iS度計 1 6 4に直接入射するので、 途中に光を遮断す る障害物がなく、 従って、 熱電対を用いた場合と比較してウェハ表面の を精 度良く検出することができる。 なお、 この放 ίΜ度計 1 6 4の設置位置は、 ゥェ ハ wの表面を直接臨むことができるのであれば、 ウェハ面に対して垂 向だけ に限定されず、 例えば斜め上方に設けてもよい。 更には、 下方の抵抗加熱手段 1 5 0 Bの直径は、 ウェハ Wの直径の 1. 2〜 1. 5倍の範囲内に設定されているので、 中心部と比較して放熱量が多くなる傾 向にあるウェハ周縁部へ集中的に多量のエネルギーを投入することができ、 これ により放 USを補償してウェハの面内温度の均一性を高く維持することができる。 また、 抵抗加熱手段 1 5 0 Bの取り付け面をウェハ側に向けて凹入状に形成して いるので、 エネルギーをウェハ Wに向けてより効率的に供袷することができる。 この場合、 上下の抵 ί¾Π 段 1 5 O A, 1 5 0 Bは、 複数、 例えば 3ゾーンに 同心状に区切られてゾーン毎に温度制御が可能になされていることから、 例えば 外側ゾーンに行く程、 発熱ェネルギーを多くするように制御するなどして ±1己し たウエノヽの面内温度の均 を一層高めることができる。
ここで、 抵抗加熱手段 1 5 0 Bの直径をウェハ Wの直径の 1. 2倍よりも小さ くすると、 ウェハ周縁部にこの部分の放 ϋ¾»に見合った多くの熱エネルギーを投 入することが困難になり、 面内 の均"" が急激に劣化してしまう。 また、 1. 5倍よりも大きく設定すると、 装匿の径が必要以上に大きくなり過ぎ、 好ま しくない。
また、 ガス排気口 1 4 8の取付位置を、 ウェハ Wの水平レベルよりも下方に位 置させているので、 ガス供給へッ ド 1 4 1から放出された処理ガスがウェハ面上 にほとんど滞留することなくここを通過し、 ガス排気口 1 4 8から排出されるこ とになる。 特に、 前述したウェハ Wとガス供給へッド 1 4 1との間隔を調整でき ることと相俟って、 ウェハ面上でのガス滞留現象を略確実になくすことができ、 の面内均一性を一段と向上させることができる。
更に、 ホルダ 1 4 0の S®側には、 ガス導入ノズル 1 5 5から Ν2 ガスがパー ジされているのでこのエリアに処理ガスが侵入することがなく、 従って、 ホルダ 1 4 0等の表面に成膜が付着することを防止することができ、 従って、 熱効率が 劣ィ匕したり、 パーティクルが発生することを大幅に抑制することができる。 また、 ウェハ Wを加熱するために抵抗加熱手段 1 5 0 A、 1 5 O Bからの を透過しなければならないエリアを除いて例えば中段容器部 1 3 6 Bや下段容器 部 1 3 6 C、或いは挿入凸部 1 3 8 Aの脚部は、 不透明材料により構成して光を 遮断しているので、 これらの部分が不必要に過度に加熱されることはなく、 熱効 率を高めることができる。
また、 処理容器 1 3 6の天井部 1 3 6 Aや挿入底部 1 3 8の光透過板 1 7 0は、 それぞれドーム状に β¾¾されているので、 その肉厚を薄くしても大^ Εに耐え得 るに十分な強度を確保することか 能となる。
なお、上記第 2 例では熱処理として成瞧理を例にとって説明したが、 こ れに限定されず、 他の熱処理、 例えば酸化処理、 熱拡 ¾ 理等にも適用し得るの は勿論である。 更には、被処理体としても半導体ウェハに限定されず、 他の基板、 例えば L C D基板、 ガラス基板等も用いることができる。
図 1 6は本発明の ^S^置の第 3の 例を示す。 この熱処理装置は全体的 に符号 2' で示してあり、 その一部を除いて図 2について既に説明した第 1実施 例の熱処理装 S 2と均等な構造をもっているので、 第 1実施例と均等な部分には 同じ符号を付して説明を省略し、 第 3実施例が第 1実施例と異なる部分のみにつ いて次に説明する。
まず、 この第 3 ¾6¾例では、 図 2の第 1実施例に設けられていた均熱リング部 材 5 0とその昇降 t¾H5 2、 5 3が省略されている。
この第 3 ¾6fe例が特徴とするのは被処理体ホルダ 1 4' である。 この被処理体 ホルダ 1 4' は、前述のように例えば耐熱性の石英よりなり、 リング状のホルダ ベース 2 5 4を有しており、 その中心部がガスを上下方向へ流すためのガス流通 孔 2 6 0として構成されている。 このガス流通孔 2 6 0により、 ホルダ上のゥェ ハ裏面側に加熱されたガスが流れ込み易くしてウェハを効率的に、 面内温度の均 良く加熱し得るようになつている。 このホルダベース 2 5 4は、 例えば 3本の脚部 2 5 6によって前記支持軸 1 5 に固定されている。 このリング状のホルダベース 2 5 4の上面には、 その周方向 に略等間隔に配置された 3つの支^起 2 5 8力例えば 1 O mmgjg上方へ突出 させて設けられており、 その上端で半導体ウェハ Wの S®周縁部と直接的に接触 してこれを支持し得るようになつている。 なお、 この支持 5¾S2 5 8は 3個に限 定されず、 それ JiLt增加させて、 例えば 6個 に增加させて 1つの支持^が 受ける荷重を減らすと共にウェハ自体の撓み量も少なくするようにしてもよい。 また、 ホルダベース 2 5 4の周縁部には、 その周方向に沿ってリング状のガス 滞留フランジ 2 6 2力上方へ突出させて設けられており、 ウェハの 側に加熱 されたガスが滞留して効率的にウェハを加熱するようになっている。 ここで、 ガ ス滞留フランジ 2 6 2の高さは、 上記支^起 2 5 8の高さよりも数 mrngg低 くなされており、 ウェハ Wの «¾λ ·搬出時に アーム 4 4がガス^フランジ 2 6 2と干渉しないようになっている。 なお、 このガス滞留フランジ 2 6 2を上 記支持^ 5 8と略同じ高さに設定して、 フォーク状の アーム 4 4が通る 部分だけに切り欠きを設けるなどしてもよい。
次に、 以上のように構成された第 3難例の動作について説明する。
まず、 ロードロック室 4 2を介して未処理の半導体ウェハ Wを、 開放されたゲ ートバルブ G 1を介して処理容器 4内に ίΚΛし、 被処理体ホルダ 1 4' 上に受け 渡す。 ここで、 ホルダ 1 4' は、 プロセス 或いはそれ以下の Sに予め加熱 されている。 そして、 アーム 4 4を縮退させてゲートパルプ G 1を閉じ、 処理容 器 4内を密閉状態とする。
次に、 処理容器 4内を所定のプロセス圧力まで真空弓 1きすると共にこの中に処 理ガスをガス供袷へッド 2 8からシャワー状に供給し、 プロセス圧力を維持する。 これと同時に、 下側及び上側加熱手段容器 6、 8内に収容してある各抵抗ヒータ 1 6、 2 6への供給電力を増加し、 或いは供給電力を増大し、 ホルダ 1 4' に載 置してあるウェハ Wを上下の両面から加熱してこれをプロセス Si に昇 ¾l持し、 所定の熱プロセスを行なう。 この場合、 上下の抵抗加熱ヒータ 1 6、 2 6は、 ゥ ェハ面内を均熱加熱するように各ゾーン毎に個別に投入電力を制御する。
特に、 本実施例では被処理体ホルダ 1 4' のホルダベース 2 5 4にガス流通孔 2 6 0を設けているので、 加熱された内部雰囲気ガス力矢印 2 6 4 (図 1 6 ) に 示すように被処理体ホルダ 1 4' の下方より上記ガス流通孔 2 6 0を通つて上方 に流れ、 この加熱ガスは^体ゥェハ Wの裏面と接触してこれを加熱して水平方 向に流れて行く。 そして、 このガスは、 ホルダベース 2 5 4の周縁部に設けたガ ス滞留フランジ 2 6 2がその流れ力一時的に阻害されてここに滞留しつっこのガ ス滞留フランジ 2 6 2の上端とウェハ周縁部との間隙を通って外方へ流れて行く ことになる。
このように、 ホルダベース 2 5 4にガス ¾ES孔 2 6 0を設けることによって、 加熱されたガスを上昇させてウェハ裏面側に流れ込ませてこれを加熱させるよう にしたので、 ウェハの加熱効率を高めてこの面内温度の均一を更に向上させるこ とが可能となる。
また、 ホルダベース 2 5 4の周縁部に設けたガス滞留フランジ 2 6 2により、 加熱されたガスはウェハ ¾®側に一時的に滞留することとなり、 その分、 ウェハ の加熱効率を高め且つ面内 SJ¾の均一性を一層高めることが可能となる。
上記実施例のホルダベース 2 5 4の支持突起 2 5 8は、 散在させて 3点設けて いるが、 これに代えて、 図 1 8及び図 1 9に示すようにリング伏の支持突起
2 6 8を設けるようにしてもよい。 図 1 8はそのような被処理体ホルダを示す断 面図であり、 図 1 9はその部分断面斜視図である。
ここでは図示するように支持 ¾g2 6 8は、 ホルダ 1 4 ' の周方向に沿ってリ ング状に へ突出されて形成されており、 その側壁に例えば矩形状の複数のガ ス抜孔 2 6 6を設けている。 このガス抜孔 2 6 6は、 リング周方向に沿って所定 の間隔で形成されるが、 その大きさ、 数はできるだけ流路面積が大きくなる方が 好ましい。 これにより、 下方からガス流通孔 2 6 0を介して上昇してきた加熱さ れたガスは、 矢印 2 7 8に示すようにウェハ裏面に当たってこれを加熱した後に、 ガス抜孔 2 6 6を介してその外側へ流れて行くことになる。 この場合には、 前述 のようにゥェハの加 ϋ¾¾率及び面内 ί¾¾の均" を高めることができるのみなら ず、 支^起 2 6 8がウェハ裏面とリング状に接してこの荷重を支持できること から、 ウェハの接触圧力や撓みを抑制することができ、 その分、 スリップや結晶 欠陥の発生を抑制することが可能となる。 このことは、 特に、 ウェハサイ ¾び 自重が大きくなる 1 2インチサイズのウェハに ¾に作用する。
また、 上 §Βϋ施例では、 ホルダベース 2 5 4に設けたガス流通孔 2 6 0は、 大 口径の 孔としたが、 これに代えて図 2 0に示すようにホルダベース 2 5 4を 円板状に形成し、 この中心部に多数の小口径の孔を形成することによりガス流通 孔 2 7 0を設けるようにしてもよい。
また、 上記実施例では、 搬送アーム 4 4で室温のウェハ Wを処理容器 4内へ搬 入して ¾^理体ホルダ 1 4 ' に載置する場合、 ウェハ Wを略室温のまま予め高温 に加熱されている被処理体ホルダ 1 4 ' 上に載置することとしているので、 ゥェ ハ 1 W局部的に急激に加熱されることからこれにスリップゃ結晶欠陥が生ずる恐 れがある。 そこで、 これを抑制するために、 ウェハ搬入後直ちにこれを¾½理体 ホルダ 1 4 ' 上に載置するのではなく、 図 2 1に示すように搬送アーム 4 4によ りウェハ Wを処理容器内へ搬入したならば、 しばらくの間、 そのままウェハ Wを 浮かした状態で待機させ、 ウェハ Wを所定の まで予備加熱させる。 この待機 時間及び予熱温度は、 ウェハのプロセス温度にもよるが、 例えばプロセス温度が l o o o°cmgの場合には、 待機時間を 1秒〜 2 0秒 に設定し、 ウェハ Wを 6 0 0 °C〜7 0 0て程度まで予熱すればよい。 この場合、 待機中のウェハ Wと被 処理体ホルダ 1 4 ' の支持 ¾jg 2 5 8との間の距離 L 1は 1. 0〜； L 0 mm の範囲内に設定するのが、 予熱効果と予熱時間との兼ね合いで好ましい。
このように、 処理容器 4内でゥェハを浮かせて待機させることによつて予備加 熱する方法を採用することにより、 ウェハ Wを被処理体ホルダ 1 4 ' 上に載置し た時に熱的ショックを和らげることができ、 スリップゃ結晶欠陥の発生を抑制す ることか^!能となる。
以上の各実施例では、 ウェハ Wを直接的に被処理体ホルダ 1 4' 上に載匿する こととしているので、 前述のように予備加熱した場合でも、 例えば両者の が大き過ぎる場合にはウェハにスリップゃ結晶欠陥が発生する恐れが依然として 存在するが、 この恐れを略完全になくすために、 ウェハと共に搬入 '搬出される 補助支持台を設けるようにしてもよい。 図 2 2はこのような補助支持台を設けた 理装置を示す構成図、 図 2 3は補助支持台を示す斜視図である。
この図 2 2に示す ft S^Sは、 図 1 6に示す熱処理装置 2に対して被処理体 ホルダの構造が異なる点及び補助支持台を設けた点を除き、 全く同様に構成され ているので、 同一部分には同一^を付してその説明を省略する。 すなわち、 図 1 6に示す場合には、 支持軸 1 5の上端の 3つの脚部 2 5 6に被処理体ホルダ 1 4' を設けることにより、 全体を構成しているが、 ここでは支持軸 1 5とこの 上端に設けた 3つの脚部 2 5 6により被処理体ホルダ 2 7 2を構成する。 そして、 図 1 6に示す被処理体ホルダ 1 4 ' を脚部 2 5 6から分離して、 ここではこれを 補助支持台 2 7 4として構成する。 従って、 この補助支持台 2 7 4は、 図 1 6に 示す被処理体ホルダ 1 4' と全く同様に構成されているカ、 ただし、 この補助支 持台 2 7 4はウェハ Wを上部に載 した; 態で処理容器 4に対してウェハ Wと一 緒に搬入 ·搬出され、 上記被処理体ホルダ 1 4 ' 上に補助支持台 2 7 4が載匿可 能に設けられる。 図 2 2においてはこの補助支持台 2 7 4がロードロック室 4 2 内に搬出されている状態を示している。
図 2 3に示す補助支持台 2 7 4は、 例えば耐熱性の石英よりなり、 リング状の 支持台ベース 2 7 6を有しており、 その中心部がガスを上下方向へ流すためのガ ス流通孔 2 7 8として構成されている。 このガス流通孔 2 7 8により、 ウェハ裏 面側に加熱されたガスが流れ込み易く してウェハを効率的に、 面内' SJ¾の均一性 良く加熱し得るようになつている。
このリング状の支持台ベース 2 7 6の上面には、 その周方向に略等間隔で配置 された 3つの支持突起 2 8 0が例えば 1 O mm程度上方へ突出させて設けられて おり、 この上端で半 ゥエノヽ Wの裏面周縁部と直接的に接触してこれを支持し 得るようになつている。 なお、 この支持魏 2 8 0は 3個に限定されず、 それ以 上增加させて、 例えば 6個 に增加させて 1つの支持部が受ける荷重を滅らす と共にウェハ自体の撓み量も少なくするようにしてもよい。
また、 支持台ベース 2 7 6の周縁部には、 その周方向に沿ってリング状のガス 滞留フランジ 2 8 2が上方へ突出させて設けられており、 ウェハの S®側に加熱 されたガスが滞留して効率的にウェハを加熱するようになっている。 ここで、 ガ ス滞留フランジ 2 8 2の高さは、 上記支 ^¾£2 8 0の高さよりも数 mmS¾低 くされており、 ウェハ Wを補助支持台 2 7 4から分離する際に搬送アーム 4 4が ガス滞留フランジ 2 8 2と干渉しないようになっている。 なお、 このガス滞留フ ランジ 2 8 2を上記支持 ¾¾ 2 8 0と略同じ高さに設定して、 フォーク状の «K アーム 4 4か り抜ける部分だけに切り欠きを設けてもよい。
一方、 ロードロック室 4 2内には、 上記補助支持台 2 7 4を載置して保持する ための補助支持台受け 2 8 4が 2個設置されており、 これらを交互に使うように なっている。 なお、 この受け 2 8 4の個数はこれに限定されず、 1つでも 3個以 上でもよく、 これらの補助支持台受け 2 8 4は、 搬送アーム 4 4と千渉しない位 置に設けられるは勿論である。
次に、 このように補助支持台 2 7 4を用いた場合の熱処理の流れについて説明 すると、 ロードロック室 4 2の補助支持台受け 2 8 4上に空の補助支持台 2 7 4 を載置しておき、 この上に、例えば図示しないカセット室から アーム 4 4を 用いて取り込んできた未処理のウェハ Wを上記補助支持台 2 7 4上に移載する。 次に、 搬送アーム 4 4を屈伸することによりこれを補助支持台 2 7 4の下方に させて補助支持台 2 7 4ごとウェハ Wを"^に保持し、 この状態でウェハ W を補助支持台 2 7 4と一緒に、 開かれたゲートバルブ G 1を介して処理容器 4内 に搬入する。 そして、 ウェハ付きのこの補助支持台 2 7 4を処理容器 4内の拠 理体ホルダ 2 7 2上に載匿し、 ウェハ Wの移載を完了する。
この後、 先に説明したような所定の熱処理を行ない、 これが完了したならば、 前述したと逆の操作を行なって、 ウェハ Wを搬出する。 すなわち、 a^iアーム 4 4を補助支持台 2 7 4の下方に挿入してこれをウェハ Wごとに持ち上げ、 そし て、搬送アーム 4 4を縮退させることによってウェハ付きの補助支持台 2 7 4を ロードロック室 4 2内に取り込み、 これを補助支持台受け 2 8 4上に載置する。 この优態でゥエノ、Wを所定の時間放置することにより、 これをある程度冷却す る。 この冷却の間は、他方の補助支持台 2 7 4を用いて未処理のウェハ Wを前述 したと同様に処理容器 4内へ搬入して ift 理を行なえばよ 、。
このようにして、 所定の fijgまでの冷却が完了したならば、 搬送アーム 4 4を 屈伸操作して補助支持台 2 7 4を補助支持台受け 2 8 4上に残して冷却済みのゥ ェハ Wのみを保持し、 これを図示しないカセット室等に向けて搬出すればよい。
このように補助支持台 2 7 4を用いることにより、 室温の «ίϋアーム 4 4と処 理済み直後の高温状態のウェハ Wが直^触することがなくなり、 ウェハ Wが局 部的に急激に冷却されることがなくなるのでこれにスリップゃ結晶欠陥が生ずる ことを略確実に防止することが可能となる。 また、 この補助支持台 2 7 4は、 図 1 6に示した支持台ホルダ 1 4' と同様に形成されているので、加熱されたガス がウェハ裏面に流れ込むことになり、前述したと同様に加熱効率やウェハの面内 'SJtの均 ~¾の向上にも寄与することができる。 ここでは、 支^:ホルダ 2 7 2や補助支持台 2 7 4の形状は単に Uを示したに過ぎず、 これに限定され ないのは勿論である。 例えば、 図 1 6に示した支持体ホルダ 1 4 ' に、 上記補助 支持台 2 7 4を重ねて、 いわゆる 2段重ねにして熱処理を行なうようにしてもよ い o
また、 上記実施例の支持台べ一ス 2 7 6の支持突起 2 8 0は、 散在させて 3点 設けているが、 これに代えて、 図 2 4及び図 2 5に示すようにリング状の支持突 起 2 8 6を設けるようにしてもよい。 図 2 4はそのような補助支持台を示す断面 図、 図 2 5はその部分断面斜視図である。
ここでは図示するように支持 ¾S2 8 6は、補助支持台 2 7 4の周方向に沿つ てリング状に上方へ突出されて形成されており、 その側壁に例えば矩形状の複数 のガス抜孔 2 8 8を設けている。 このガス抜孔 2 8 8は、 リング周方向に沿って 所定の間隔で形成されるが、 その大きさ、数はできるだけ 面積力'大きくなる 方が好ましい。 これにより、 下方からガス流通孔 2 7 8を介して上昇してきた加 熱されたガスは、 矢印 2 9 0に示すようにウェハ裏面に当たってこれを加熱した 後に、 ガス抜孔 2 8 8を介してその外側へ流れて行くことになる。 この場合には、 前述のようにウェハの加 率及び面内 の均 を高めることができるのみ ならず、 支持^ 2 8 6がウェハ ¾®とリング状に接してこの荷重を支持できる ことから、 ウェハの 圧力や撓みを抑制することができることから、 その分、 スリップや結晶欠陥の発生を抑制することが可能となる。 このことは、 特に、 ゥ ェハサイズ及び自重が大きくなる 1 2インチサイズのウェハに有効に作用する。 2 8 2はリング状ガス滞留フランジを示している。
また、 上記実施例では、 支持台ベース 2 7 6に設けたガス流通孔 2 7 8は、 大 口径の流通孔としたが、 これに代えて図 2 6に示すように支持台ベース 2 7 6を 円板状に形成し、 この中心部に多数の小口径の孔を形成することによりガス流通 孔 2 9 2を設けるようにしてもよい。 更に、 以上説明した各 例は、 ロードロック室 4 2と処理容器 4とを、 ゲー 卜バルブ G 1を介して直接連結した場合を例にとって説明したが、 これに限定さ れず、 図 2 7に示すように処理容器 4とロードロック室 4 2との間にゲートバル ブ G 3、 G 4で開閉可能に仕切られた予備加熱室 2 9 6を設けてもよい。 この予 備加熱室 2 9 6内には、 ヒータ 2 9 8を内蔵した加熱台 3 0 0が設けられており、 ウェハ Wを ^¾で、 或いは補助支持台 2 7 4上に載置されたウェハ Wを補助支持 台 2 7 4ごと予儼加熱するようになっている。 これによれば、 ウェハに対する熱 的衝撃をより少なく してスリップゃ結晶欠陥が発生することを更に減少できるの みならず、 予備加熱した分だけ、 熱処理のスループッ トを向上させることも可能 となる。 なお、 ここで用いられる «Ktアーム 4 4のストロークは、 予備加^ 2 9 6の長さ分だけ長く設定されているのは勿論である。
産 m±の利用可
本発明は、 半導体ウェハ以外に、 ガラス基板、 L C D基板などの熱処理に用い ることができる。 熱処理は、 成膜処理以外に、 酸イ匕処理、 処理、 ァニール処 理等を含む。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 処理容器と、 被処理体を^^すベく前記処理容器内に設けられた披処理 体ホルダとを備えた枚葉式熱処理装置であつて、
被処理体を加熱するために、 前記処理容器内で前記被処理体ホルダの下方に設 けた下部加 段と、
被処理体を加熱するために、 前 理容器内で前記 理体ホルダの上方に設 けた上部加 段と、
前記被処理体ホルダと前記上部加熱手段との間に処理ガスを供給するための処 理ガス供袷部と、
を有する熱処理装置。
2. 前記下部加熱手段を前記処理容器に対して気密状態で収容する下部加熱 手段容器と、
前言 S±部加熱手段を前 §ΞΜ理容器に対して気密伏態で収容する上部加熱手段容 器と、
を備える請求項 1記載の熱処理装置。
3. 前 §Η 理容器と前記両加 段容器に接続さ これら 3つの容器内の 圧力を所定の圧力範囲内に維持しつつガスを供給するガス供耠系と、 前記処理容 器と前記両加熟手段容器に接続され、 これら 3つの容器内の圧力を所定の圧力範 囲内に維持しつつ内部雰囲気を排出するガス排気系を備える、 請求項 2記載の熱 処理装置。
4. 前記ガス供給系とガス排 の各々は、 前記 3つの容器に共通に接続さ れた共通ガス通路と、 この共通ガス通路を各容器に連結させる通路と、 この各通 路に介設された差圧 f¾¾弁を有している、請求項 3記載の 理装重。
5. 前記ガス供給系とガス排気系の各々は、 前記 3つの容器に共通に接統さ れた共通ガス通路と、 この共通ガス通路を各容器に連結させる通路と、 共通ガス 通路を下部加熱手段容器に接続する通路に設けた第 1の流量制御弁と、 共通ガス 通路を上部加熱手段容器に接続する通路に設けた第 2の流 S ^御弁と、 第 1の流 a ^御弁の開度を、 前記処理容器内圧力と下部加熱手段容器内圧力の差に応じて 制御する手段と、 第 2の ¾S J御弁の開度を、前記処理容器内圧力と上部加熱手 段容器圧力の差に応じて制御する手段とを備えている、請求項 3記載の熱処理装
6. 前記被処理体ホルダの周辺部に位置し、 このホルダに保持された前記被 処理体の側部を Sう筒状の均熱リング部材を備える、請求項 1記載の熱処理装置。
7. 前記均熱リング部材は上下に変位可能とされている、 請求項 6記載の熱 処理装置。
8. 前記下部および上部加熱手段は 抵抗ヒータである、請求項 1記載の 理装置。
9. 前記被処理体ホルダが上下に位置調 ffiS^T能に設けられている、 請求項 1 tseの 理装置。
1 0. 前記処理ガス供給部が水平方向に偏平な形状を有し、 その T®に多数 の処理ガス喷出孔を有している、請求項 1
Figure imgf000035_0001
1 1. ΙίίΙΞ処理容器の上部には、 前記 «理体からの酣光を検出して' MS を測定するための放 is度計が設けられている、 請求項 1記載の熱処理装置。
1 2. 前言 度計は、前 理容器上部、上部加熱手段及び処理ガス供 給部を上下方向に貫通する温度測定管を備えている、 請求項 1 1記載の熱処理装
&0
1 3. 前記処理容器の上部はドーム状に形成されている、 請求項 1記載の熱 処理装置。
1 4. 前記下部加！^段は、 処理容器内にその底部から突出する熱線 ¾1性 の挿入凸部内に設けられている、 請求項 1記載の熱処3¾置。
1 5. 前記挿入凸部は凹入状の湾曲上面を有する、 請求項 1 4記載の熱処理 装置。
1 6. 前記被処理体ホルダよりも低い位置に、 処理容器内の雰囲気を排出す るガス排気口力《設けられている、 請求項 1記載の熱処理装置。
1 7. 前記下部及び上部加熱手段の各々は、 同心状に のゾーンに別けら れており、 ゾーン毎に 制御可能になされている、 請求項 1記載の熱処3¾置。
1 8. 前記下部及び上部加熱手段の各々は、 前記被処理体の直径の 1. 2〜 1. 5倍の直径を有している、請求項 1記載の熱処3¾匿。
1 9. 前記被処理体ホルダの下方に、 ガスパージ用の不活性ガスを供給する ガスノズルが設けられている、 請求項 1言 H¾の熱処理装置。
2 0. 前記被処理体ホルダは、 ホルダベースと、 これより上方へ突出されて 前記被処理体の裏面周縁部を支持する支^ eと、 前記ホルダベースに設けられ て上下方向へガスを¾1させるガス流通孔を有している、 請求項 l Bi¾の 理 装置。
2 1. 前記支^ gは、 リング状にきされると共にそれにガス抜孔が設け られている、 請求項 2 0 3Rの熱処理装置。
2 2. 前記被処理体ホルダ上に載匿可能で、 しかも ¾^理体を直接的に受け る補助支持台を備え、 この補助支持台は、被処理体を受けたままで、処理容器内 への搬入および処理容器外への搬出が可能とされている、 請求項 1記載の »理 装置。
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