(57)【要約】【課題】  効率よく半導体ウエハを加熱することができる技術を提供する。【解決手段】  熱処理装置１０は、支持台２２と加熱ブロック２６とシャッター２８を備える。支持台２２は、半導体ウエハ５０を支持する。加熱ブロック２６は、支持台２２に対して接近及び離間可能である。シャッター２８は、加熱ブロック２６が移動する軌跡上に設けられており、支持台２２と加熱ブロック２６とが接近するときに開放し、支持台２２と加熱ブロック２６とが離間したときに閉鎖する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハの熱処理装置であって、
半導体ウエハを支持する支持台と、
支持台に対して相対的に接近及び離間可能な加熱源と、
支持台又は加熱源が移動する軌跡上に設けられており、支持台と加熱源とが接近するときに開放し、支持台と加熱源とが離間したときに閉鎖するシャッターと、
を備える熱処理装置。
【請求項２】
支持台に支持された半導体ウエハに冷媒を供給する冷却手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
加熱源を収容する第１チャンバと、半導体ウエハを収容する第２チャンバとを備え、
第１チャンバと第２チャンバは、支持台によって隔離されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
支持台は、半導体ウエハよりも熱伝導率が高いことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハを熱処理する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、半導体ウエハを熱処理する熱処理装置が開示されている。この熱処理装置は、ウエハ支持リングとランプとシャッター板とを備える。半導体ウエハは、ウエハ支持リングに支持された状態で、ランプによって加熱される。半導体ウエハの加熱が終了すると、シャッター板が閉じられる。この結果、半導体ウエハとランプとが遮断される。この熱処理装置では。ランプの輻射熱を遮断することによって、半導体ウエハの冷却を促進させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８２４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この熱処理装置では、半導体ウエハとランプとの間に、シャッター板を配置するための間隔を設けなければならない。この結果、半導体ウエハを効率よく加熱することができない。
本発明は、上記の実情に鑑みて創作されたものであり、効率よく半導体ウエハを加熱することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、半導体ウエハを熱処理するための熱処理装置に具現化される。この熱処理装置は、支持台と加熱源とシャッターを備える。支持台は、半導体ウエハを支持する。加熱源は、支持台に対して相対的に接近及び離間可能である。シャッターは、支持台又は加熱源が移動する軌跡上に設けられている。シャッターは、支持台と加熱源とが接近するときに開放し、支持台と加熱源とが離間したときに閉鎖する。
【０００６】
ここで、「加熱源は、支持台に対して相対的に接近及び離間可能である」とは、以下の３つの構成を含む。
（１）加熱源が移動することによって、加熱源と支持台とが接近及び離間可能である。
（２）支持台が移動することによって、支持台と加熱源とが接近及び離間可能である。
（３）加熱源と支持台の両者が移動することによって、支持台と加熱源とが接近及び離間可能である。
【０００７】
この熱処理装置では、半導体ウエハを加熱する場合、シャッターを開放するとともに、加熱源を支持台に対して相対的に接近させる。ここで、シャッターは、支持台又は加熱源が移動する軌跡上に設けられている。この構成から、加熱源と支持台は、開放されたシャッターを越えて、十分に近接することができる。このため、支持台に支持された半導体ウエハを、効率よく加熱することができる。半導体ウエハを加熱した後は、加熱源を支持台に対して相対的に離間させるとともに、シャッターを閉鎖する。それにより、半導体ウエハを速やかに冷却することができる。
【０００８】
熱処理装置は、支持台に支持された半導体ウエハに冷媒を供給する冷却手段を備えていることが好ましい。
この構成によれば、半導体ウエハの冷却を促進させることができる。
【０００９】
熱処理装置は、加熱源を収容する第１チャンバと、半導体ウエハを収容する第２チャンバとを備えていることが好ましい。この場合、第１チャンバと第２チャンバは、支持台によって隔離されていることが好ましい。
この構成では、半導体ウエハが加熱源と隔離される。このため、加熱源の構成元素が半導体ウエハに混入することによって、半導体ウエハが汚染されることを防止することができる。
【００１０】
支持台は、半導体ウエハよりも熱伝導率が高いことが好ましい。
加熱源からの熱が不均一であると、半導体ウエハの温度分布が不均一になることがある。このとき、支持台が半導体ウエハよりも熱伝導率が高ければ、半導体ウエハの熱が支持台を介して伝達されて、半導体ウエハに生じた不均一な温度分布を緩和することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、加熱源を半導体ウエハに十分に近接させることが可能となり、半導体ウエハを効率よく加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】加熱ブロックが最上位置に位置する場合の熱処理装置の構成を示す縦断面図。
【図２】加熱ブロックが最下位置に位置する場合の熱処理装置の構成を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施する好適な実施形態を列記する。
（形態１）  加熱源は、高熱伝導性の材料で作製された加熱ブロックと、加熱ブロックの内部に配設された電熱線とを備えていてもよい。しかしながら、これに限らず、例えば、ランプやヒータ線であってもよい。いずれの加熱源であっても、半導体ウエハに接近させることによって、半導体ウエハを効率よく加熱することができる。
（形態２）  容器の内側表面は、断熱性の材料で作製されていてもよい。
【実施例】
【００１４】
本発明を実施した実施例について図面を参照しながら説明する。図１に、本実施例の熱処理装置１０の縦断面図を示す。熱処理装置１０は、半導体ウエハ５０を熱処理する装置である。熱処理装置１０による熱処理により、導電型不純物の拡散処理や酸化膜の形成処理を行うことができる。
【００１５】
図１に示すように、熱処理装置１０は、主に、容器１２と支持台２２と加熱ブロック２６と冷却装置１４とシャッター２８を備えている。
容器１２は、内側に内部空間３４を有している。容器１２の内側表面は、断熱材１６，３２で覆われている。容器１２には、支持台２２が収容されている。支持台２２は、容器１２の内側表面に固定されている。支持台２２は、半導体ウエハ５０と比較して、高熱伝導率、かつ、小熱容量の材料で作製されている。支持台２２の材料は、例えば、カーボンナノチューブ、ＳｉＣ等である。支持台２２は、内部空間３４をメインチャンバ２４と保温チャンバ３０の２つの空間に分割している。即ち、メインチャンバ２４と保温チャンバ３０は、支持台２２によって隔離されている。メインチャンバ２４は、支持台２２の上方の空間である。保温チャンバ３０は、支持台２２の下方の空間である。支持台２２には、中央部に凹部２２ａが形成されている。凹部２２ａには、半導体ウエハ５０が戴置される。半導体ウエハ５０は、支持台２２に支持された状態で、メインチャンバ２４に収容される。
【００１６】
容器１２には、メインチャンバ２４内に半導体ウエハ５０を出し入れするための出入口（図示省略）が形成されている。出入口には、開閉可能な扉（図示省略）が配置されている。また、容器１２には、メインチャンバ２４と大気とを連通する排気口２０が設けられている。
【００１７】
冷却装置１４は、配管１４ａとシャワープレート１８等を備える。冷却装置１４は、容器１２の外側から、例えば窒素ガス等の冷却ガスをメインチャンバ２４内に供給する。シャワープレート１８の下面は、支持台２２に戴置された半導体ウエハ５０の上面と対向して配置されている。冷却ガスは、配管１４ａを通過して、シャワープレート１８に形成されている多数の孔（図示省略）を介して、半導体ウエハ５０に吹き掛けられる。シャワープレート１８の下面は、半導体ウエハ５０の上面よりもその面積が大きい。シャワープレート１８から流出した冷却ガスは、半導体ウエハ５０の上面の全体に吹き掛けられる。
【００１８】
保温チャンバ３０には、加熱ブロック２６が収容されている。加熱ブロック２６は、ブロック本体２６ｂとヒータ線２６ａを備える。ブロック本体２６ｂは、比較的に高い熱伝導率の材料で作製されている。ブロック本体２６ｂの材料は、熱容量の大きな材料が好ましく、例えば、断熱材等に用いられるアルミナとシリカの混合物を用いてもよい。これにより、加熱ブロック２６が後述する第２保温チャンバ３０ｂから第１保温チャンバ３０ａに移動する際に、熱逃げによる温度の低下を抑制することができる。ヒータ線２６ａは、ブロック本体２６ｂの内部に配設されている。ブロック本体２６ｂは、ヒータ線２６ａによって、加熱される。加熱ブロック２６は、アクチュエータ（図示省略）によって、保温チャンバ３０内で上下方向に移動可能に構成されている。図１では、加熱ブロック２６が最上位置に位置する状態が示されている。図２では、加熱ブロック２６が最下位置に位置する状態が示されている。図１に示すように、最上位置では、加熱ブロック２６の上面が、支持台２２の下面に当接する。
【００１９】
加熱ブロック２６が移動する軌跡上には、シャッター２８が配置されている。シャッター２８は、断熱材で作製された平板形状である。シャッター２８は、容器１２に対して移動可能に設置されている。シャッター２８が閉鎖されると、保温チャンバ３０は第１保温チャンバ３０ａと第２保温チャンバ３０ｂに隔離される。シャッター２８が閉鎖された状態から、シャッター２８が容器１２に対して移動することによって、第１保温チャンバ３０ａと第２保温チャンバ３０ｂとが連通される。
【００２０】
続いて、熱処理装置１０の動作を説明する。最初に、熱処理する半導体ウエハ５０を支持台２２の凹部２２ａに載置する。この作業では、図２に示すように、加熱ブロック２６を最下位置まで移動させ、加熱ブロック２６を支持台２２に対して離間させておくとともに、シャッター２８を閉鎖しておく。即ち、加熱ブロック２６を、第２保温チャンバ３０ｂ内に隔離しておく。
次いで、シャッター２８を開放し、加熱ブロック２６を上方に移動させ、加熱ブロック２６を支持台２２に対して接近させる。図１に示すように、半導体ウエハ５０を加熱する場合、加熱ブロック２６は、最上位置、即ち、加熱ブロック２６の上面と支持台２２の下面が当接する位置で維持される。このとき、シャッター２８は閉鎖されている。
半導体ウエハ５０の加熱が終了すると、シャッター２８が開放され、加熱ブロック２６が下方に移動する。これにより、加熱ブロック２６と半導体ウエハ５０とが互いに離間する。加熱ブロック２６が最下位置まで移動すると、シャッター２８が閉鎖される。これにより、加熱ブロック２６は、第２保温チャンバ３０ｂ内で隔離される。
【００２１】
半導体ウエハ５０の加熱が終了すると、冷却装置１４は、メインチャンバ２４内に冷却ガスを供給する。これにより、半導体ウエハ５０が冷却される。熱処理が終了すると、半導体ウエハ５０が容器１２から取り出され、別の半導体ウエハ５０が支持台２２に戴置される。続いて、シャッター２８が開放され、加熱ブロック２６が上方に移動する。加熱ブロック２６が最上位置まで移動されると、シャッター２８が閉鎖される。
【００２２】
熱処理装置１０では、半導体ウエハ５０を加熱する場合、加熱ブロック２６は、シャッター２８を越えて移動し、支持台２２の下面に当接する。この構成によれば、加熱ブロック２６と半導体ウエハ５０との間にシャッター２８を配置するための隙間を設ける必要がない。このため、加熱ブロック２６を半導体ウエハ５０に接近させることができる。加熱ブロック２６の熱が効率よく半導体ウエハ５０に伝達される。
【００２３】
半導体ウエハ５０の加熱が終了すると、加熱ブロック２６は、下方に移動する。加熱ブロック２６が下方に移動して第２保温チャンバ３０ｂに到達すると、シャッター２８が閉鎖される。即ち、半導体ウエハ５０と加熱ブロック２６とが断熱材で作製されたシャッター２８によって隔離される。このため、加熱終了後に加熱ブロック２６の熱が半導体ウエハ５０に伝達されることを防止することができる。
【００２４】
支持台２２は、高熱伝導率の材料で作製されている。このため、加熱ブロック２６の上面の表面温度にばらつきがあっても、支持台２２によって、温度のばらつきが緩和されて半導体ウエハ５０に伝達される。この結果、半導体ウエハ５０の温度分布の不均一を抑制することができる。さらに、支持台２２が半導体ウエハ５０よりも高い熱伝導率の材料で作製されているため、半導体ウエハ５０の熱が支持台２２を介して伝達される。これにより、半導体ウエハ５０の温度勾配が緩和される。例えば、処理対象とする半導体ウエハ５０がシリコンウエハ（熱伝導率が１５７Ｗ／ｍＫ）である場合、支持台２２を形成する材料に、カーボンナノチューブ（熱伝導率が３０００〜５５００Ｗ／ｍＫ）、ＳｉＣ（熱伝導率が１７５Ｗ／ｍＫ）を採用することができる。但し、カーボンナノチューブは、酸素含有雰囲気下で高温になると燃焼するため、支持台２２をカーボンナノチューブで作製する場合には、支持台２２をＳｉＣ等でコーティングすることが好ましい。窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で使用される場合には、当該コーティングを必ずしも必要としない。
【００２５】
熱処理装置１０では、支持台２２によって、半導体ウエハ５０と加熱ブロック２６とが隔離されている。このため、加熱状態の半導体ウエハ５０が、加熱ブロック２６の構成元素によって汚染されることを防止することができる。そのことから、加熱ブロック２６を構成する材料の選定する際に、半導体ウエハ５０の汚染を考慮する必要がない。
【００２６】
加熱ブロック２６は、最下位置に位置する状態で、シャッター２８が閉塞される。この結果、加熱ブロック２６は、第２保温チャンバ３０ｂ内に収容される。第２保温チャンバ３０ｂの外壁を構成するシャッター２８と容器１２の内側表面は、断熱材で作製されている。このため、加熱ブロック２６の放熱が抑制され、加熱ブロック２６の温度が低下することを抑制することができる。
【００２７】
メインチャンバ２４内には、冷却装置１４のシャワープレート１８が配置されている。この構成では、半導体ウエハ５０の近傍に冷却ガスを供給することができる。これにより、半導体ウエハ５０の冷却時間を短縮することができる。また、シャワープレート１８は、半導体ウエハ５０の上面全体に冷却ガスを吹き掛ける。これにより、冷却途中の半導体ウエハ５０の温度差を抑制することができる。また、支持台２２の熱容量を半導体ウエハ５０よりも小さくすることにより、半導体ウエハ５０の冷却速度を高くすることができる。
【００２８】
（変形例）
（１）上記した熱処理装置１０では、半導体ウエハ５０を加熱するための加熱源として、加熱ブロック２６を利用している。しかしながら、加熱ブロック２６以外にも、ランプやヒータ線等を利用してもよい。
（２）上記した熱処理装置１０では、加熱ブロック２６が、支持台２２に対して接近及び離間可能に移動している。しかしながら、支持台２２が加熱ブロック２６に対して接近及び離間可能に移動する構成であってもよく、加熱ブロック２６と支持台２２の両者が移動する構成であってもよい。
（３）上記した熱処理装置１０では、加熱ブロック２６は、支持台２２によって半導体ウエハ５０と隔離されている。しかしながら、加熱ブロック２６は、半導体ウエハ５０と隔離されていなくてもよい。また、加熱ブロック２６は、半導体ウエハ５０を上方から加熱する構成であってもよい。
（４）上記した熱処理装置１０では、加熱ブロック２６が最下位置からシャッター２８を越えて上方に移動されると、シャッター２８は閉鎖される。しかしながら、シャッター２８は、加熱ブロック２６が第２保温チャンバ３０ｂ内に位置する場合のみ閉鎖する構成であってもよい。
【００２９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３０】
１０：熱処理装置
１２：容器
１４：冷却装置
１８：シャワープレート
２２：支持台
２４：メインチャンバ
２６：加熱ブロック
２８：シャッター
３０：保温チャンバ
５０：半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
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