(57)【要約】      （修正有）【課題】より簡易な構造で装置全体の気密性等を良好に保ちつつ、かつ、清掃や再組立等のメインテナンスの頻度を最小限にすることができ、さらに、半導体基板の温度を精度良く制御し、且つ半導体基板の品質を容易に維持でき、また加熱処理を高歩留まりにできる加熱処理装置及び加熱処理方法を提供する。【解決手段】反応室１０は反応ガスを導入するガス導入口４と反応ガスを排出するガス排出口５を有するとともに赤外線透過窓１６を備え、前記反応室１０内部には半導体基板１を載置するサセプタ２を具備し、前記反応室１０外部には、前記半導体基板１を加熱する加熱手段８と、前記赤外線透過窓１６を介して前記半導体基板１の温度を測定する基板温度測定手段１１ａと、前記反応室１０全体を冷却する反応室冷却手段１２と、前記赤外線透過窓１６を冷却する窓冷却手段１３とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室内で半導体基板を加熱処理する装置であって、少なくとも、前記反応室は反応ガスを導入するガス導入口と反応ガスを排出するガス排出口を有するとともに赤外線透過窓を備え、前記反応室内部には半導体基板を載置するサセプタを具備し、前記反応室外部には、前記半導体基板を加熱する加熱手段と、前記赤外線透過窓を介して前記半導体基板の温度を測定する基板温度測定手段と、前記反応室全体を冷却する反応室冷却手段と、前記赤外線透過窓を冷却する窓冷却手段とを具備するものであることを特徴とする加熱処理装置。
【請求項２】
前記反応室外部に、前記赤外線透過窓の温度を測定する窓温度測定手段及び／又は前記サセプタの温度を測定するサセプタ温度測定手段を具備するものであることを特徴とする請求項１に記載の加熱処理装置。
【請求項３】
前記赤外線透過窓は、石英ガラスからなるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加熱処理装置。
【請求項４】
前記加熱手段は、ランプヒータであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の加熱処理装置。
【請求項５】
前記各温度測定手段は、放射温度計であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の加熱処理装置。
【請求項６】
前記窓冷却手段は、前記赤外線透過窓と反応しない冷却用流体をノズルより吹き付けるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の加熱処理装置。
【請求項７】
前記冷却用流体は、空気、窒素ガス、アルゴンガスのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の加熱処理装置。
【請求項８】
前記窓冷却手段は、前記冷却用流体を少なくとも０．１ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付けるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の加熱処理装置。
【請求項９】
前記窓冷却手段のノズルは、円環形状であり、前記冷却用流体を前記赤外線透過窓の外周部から内側に向かって吹き付けるように内周側に吹出し口を備えるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の加熱処理装置。
【請求項１０】
反応室内で半導体基板を加熱処理する方法であって、前記反応室内に配置されたサセプタに半導体基板を載置し、反応室外部に設けられた反応室冷却手段により前記反応室全体を冷却し、前記反応室に備えられた赤外線透過窓を介して反応室外部の基板温度測定手段により前記半導体基板の温度を測定しながら、反応室外部の加熱手段により外部から加熱して基板温度を制御し、且つ少なくとも前記反応室のガス導入口から反応ガスを導入している間は、反応室外部に設けられた窓冷却手段により前記赤外線透過窓を外部から冷却して、加熱処理を行なうことを特徴とする加熱処理方法。
【請求項１１】
前記加熱処理の際に、前記反応室外部の窓温度測定手段及び／又はサセプタ温度測定手段により前記赤外線透過窓及び／又は前記サセプタの温度も測定しながら温度制御を行なうことを特徴とする請求項１０に記載の加熱処理方法。
【請求項１２】
前記半導体基板として、シリコンからなるものを用いることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の加熱処理方法。
【請求項１３】
前記加熱処理は、前記半導体基板の主表面上に気相成長を行なう処理であることを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項に記載の加熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応室内に所定の反応ガスを導入して半導体基板に目的の処理を行う加熱処理装置及び加熱処理方法に関し、さらに詳しくは半導体基板の温度を精度良く制御し、且つ半導体基板の品質を容易に維持できるとともにメインテナンスの頻度を最小限に抑えた加熱処理装置及び加熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板に目的の処理を行う加熱処理装置として、気相成長装置、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、光励起ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置等があげられる。ここで、例えば気相成長装置として、シリコン半導体基板等の半導体基板に対してエピタキシャル成長を行う成膜装置があげられ、該装置は、反応室に反応ガスであるソースガスを導入し、そこで気相反応及び／又は化学反応を行うことによって半導体基板上に薄膜を形成させるものである。
【０００３】
図３は、従来の反応室を備えた成膜装置の一例を示す概略図である。例えば石英ガラスからなる反応室１０の内部において、半導体基板１がサセプタ２の上に載置され、サセプタ回転機構３により回転する。そして、ガス導入口４から反応ガス（ソースガス）を反応室１０に導入してガス排出口５から排出されていく過程において、半導体基板１の表面を通過するソースガス（図中に矢印で示されている）の一部が該表面上で化学反応をすることによって薄膜が生成し、それが堆積されていく。
【０００４】
このような成膜過程においては、反応室１０に備えられた反応室上壁６及び反応室下壁７の内側表面にソースガスの一部が分解して生成した反応生成物が付着・堆積する。この付着・堆積した反応生成物が剥離して、成膜中の半導体基板上に塵となって付着し、成膜品質や成膜工程の歩留まりを低下させることがある。
【０００５】
そこで、反応室（成膜室）の機能構成をアウターチャンバーとインナーチャンバーの二重構造とし、成膜品質を維持するために必要な付着・堆積物を除去するメインテナンスの容易化を図る成膜室が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
一方、特許文献２に記載の従来のＣＶＤ装置では、例えば反応室内のサセプタに半導体基板を載置し、所定の温度に加熱した状態で反応ガスを供給して半導体基板表面に膜を形成している。この場合、ヒータ等によって下方からサセプタを加熱し、その上に載置された半導体基板を加熱する。そして、サセプタの温度制御はサセプタに熱電対を押しつけて温度を測定し、これが設定温度になるようにヒータ発熱量を調整するといった方法で行われている。このとき、実際の半導体基板温度を正確に測定するために、熱電対付きダミー基板を用いてダミー基板温度とサセプタ温度との校正を事前に行い、この結果に基づいて実際の半導体基板温度を推定するなどの対策がとられている。
【０００７】
しかし、ダミー基板と表面状態が違う半導体基板を処理すると、両者は熱放射の吸収率，放射率が異なるためダミー基板の温度と実際の半導体基板の温度が大きくずれる場合がある。また、ＣＶＤプロセスで最も多用される０.０１〜１００Ｔｏｒｒの圧力範囲では、サセプタ温度が一定でも半導体基板温度は圧力に依存して変化することが分かっている。
【０００８】
このような問題は、放射温度計を用いて半導体基板の温度を直接測定すれば解消できる。放射温度計を使用して半導体基板の温度を測定する方法の一つに、反応室上部に備えられた赤外線透過窓を介して外部から温度を測定する方法がある。
【０００９】
この場合、赤外線透過窓は反応ガスにさらされるため、窓の内側に反応生成物が付着・堆積して窓が曇り、赤外線の透過率が時間とともに減少してしまう。そのため放射温度計が測定する赤外線強度がしだいに減少し、測定した温度が実際の基板温度より低くなるという問題があった。これに対して、反応室内側で窓の周囲から不活性ガスを吹き付け、反応ガスが赤外線透過窓に触れないようにして反応生成物の付着・堆積を防止するという構造が考案されていた。しかし、この方法では、不活性ガスの流れが反応ガスの流れに影響を及ぼし、成膜の均一性が損なわれるといった問題があった。さらに、不活性ガスを供給するために装置構造が複雑になり、また成膜中は常に不活性ガスを流しておく必要があるため、ガスの消費量が多くなってしまう。
【００１０】
そこで、反応室の構成を、半導体基板に対面して設けた反応ガス供給ヘッドと、この反応ガス供給ヘッドに設けた反応ガス導入口と、この反応ガス導入口の孔を通してウエハを測定するように配置した少なくとも１個の放射温度計と、放射温度計と反応ガス供給ヘッドとの間に設けられた赤外線透過窓とを有するものとして、反応生成物が赤外線透過窓に付着するのを反応ガス流自体により防止する技術が開示されている（特許文献２）。
しかし、このような装置も非常に複雑な構成であり、しかも反応ガスを汚染するおそれがあり、成膜された膜の品質が低下するといった問題が生じることがある。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２４６３１４号公報
【特許文献２】特開平０６−２０４１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、より簡易な構造で装置全体の気密性等を良好に保ちつつ、かつ、清掃や再組立等のメインテナンスの頻度を最小限にすることができ、さらに、半導体基板の温度を精度良く制御し、且つ半導体基板の品質を容易に維持でき、また加熱処理を高歩留まりとできる加熱処理装置及び加熱処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的達成のため、本発明は、反応室内で半導体基板を加熱処理する装置であって、少なくとも、前記反応室は反応ガスを導入するガス導入口と反応ガスを排出するガス排出口を有するとともに赤外線透過窓を備え、前記反応室内部には半導体基板を載置するサセプタを具備し、前記反応室外部には、前記半導体基板を加熱する加熱手段と、前記赤外線透過窓を介して前記半導体基板の温度を測定する基板温度測定手段と、前記反応室全体を冷却する反応室冷却手段と、前記赤外線透過窓を冷却する窓冷却手段とを具備するものであることを特徴とする加熱処理装置を提供する（請求項１）。
【００１４】
このように、反応室外部に、反応室冷却手段の他に、窓冷却手段を具備する加熱処理装置であれば、装置全体の気密性等を良好に保ったまま反応室外部から赤外線透過窓を効果的に冷却することができ、該窓の反応室内側に反応生成物が付着・堆積するのを防止することができる。従って、半導体基板の温度を精度良く制御して、例えば長時間あるいは高温の加熱処理であっても半導体基板の品質を容易に維持でき、反応生成物による汚染や結晶欠陥が発生しない、高歩留まりで加熱処理ができる加熱処理装置とできる。また清掃や再組立等のメインテナンスの頻度を最小限にすることができるものとなる。
【００１５】
この場合、前記反応室外部に、前記赤外線透過窓の温度を測定する窓温度測定手段及び／又は前記サセプタの温度を測定するサセプタ温度測定手段を具備するものであることが好ましい（請求項２）。
このように、反応室外部に窓温度測定手段を具備するものであれば、冷却する窓の温度を正確に測定することができ、例えば窓温度の測定結果により窓冷却手段を制御して確実に反応生成物の付着・堆積を防止できる窓温度とすることができる。またサセプタ温度測定手段を具備するものであれば、半導体基板を載置するサセプタ温度を正確に測定することができ、これを基板温度測定と共に行なうことで、半導体基板の温度をより精度良く制御することができるものとなる。
【００１６】
また、前記赤外線透過窓は、石英ガラスからなるものであることが好ましい（請求項３）。
このように、赤外線透過窓が石英ガラスからなるものであれば、赤外線の透過率が高く、反応室内の半導体基板を反応室外部から効率よく加熱でき、また精度よく温度測定・温度制御ができる。
【００１７】
また、前記加熱手段は、ランプヒータであることが好ましい（請求項４）。
このように、加熱手段がランプヒータであれば、赤外線透過窓を介して、外部から半導体基板を容易に加熱することができる。
【００１８】
また、前記各温度測定手段は、放射温度計であることが好ましい（請求項５）。
このように、半導体基板、窓、サセプタ等の温度を測定する温度測定手段が放射温度計であれば、赤外線透過窓を介して外部から容易に温度測定ができ、半導体基板の温度をより精度よく検出することができる。
【００１９】
また、前記窓冷却手段は、前記赤外線透過窓と反応しない冷却用流体をノズルより吹き付けるものであることが好ましい（請求項６）。
このように、窓冷却手段が、赤外線透過窓と反応しない冷却用流体をノズルより吹き付けるものであれば、赤外線透過窓が冷却用流体と反応して劣化したり、また冷却用流体の反応生成物が窓に付着・堆積するということがないので、半導体基板の温度をより長期間にわたり精度よく検出することができ、半導体基板の品質を維持できる。またこのように冷却用流体をノズルで吹き付けるので、窓の必要な部分だけを集中的かつ効率的に冷却できる。
【００２０】
また、前記冷却用流体は、空気、窒素ガス、アルゴンガスのいずれかであることが好ましい（請求項７）。
このように、冷却用流体が空気、窒素ガス、アルゴンガスのいずれかであれば、取り扱いが容易であり、また赤外線透過窓と反応することが全くないので、窓の劣化及び堆積物の発生を防止して、確実に半導体基板の温度を長期間にわたり精度よく検出することができる。
【００２１】
また、前記窓冷却手段は、前記冷却用流体を少なくとも０．１ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付けるものであることが好ましい（請求項８）。
このように、窓冷却手段が、冷却用流体を少なくとも０．１ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付けるものであれば、充分な冷却効果があり、赤外線透過窓の反応室内側に反応生成物が付着・堆積するのを確実に防止することができる。
なお、冷却用流体の圧力は、その最大値が５ｋｇ／ｃｍ２であれば、冷却手段も大掛かりなものとならず、またそれ以上の圧力をかけたとしても反応生成物の付着・堆積を防止する効果が著しく向上するわけではないので十分である。
【００２２】
また、前記窓冷却手段のノズルは、円環形状であり、前記冷却用流体を前記赤外線透過窓の外周部から内側に向かって吹き付けるように内周側に吹出し口を備えるものであることが好ましい（請求項９）。
このように、窓冷却手段のノズルが円環形状であり、冷却用流体を赤外線透過窓の外周部から内側に向かって吹き付けるように内周側に吹出し口を備えるものであれば、反応室外部にある加熱手段や基板温度測定手段と、反応室内部のサセプタに載置された半導体基板との間の障害とはならないので、加熱や温度測定・制御を妨げず、半導体基板を効率的に加熱し、その温度を精度よく制御することができる。そして、このような吹出し口を備えるものであれば、赤外線透過窓を一様に、かつ効率よく冷却できる。
【００２３】
また、本発明は、反応室内で半導体基板を加熱処理する方法であって、前記反応室内に配置されたサセプタに半導体基板を載置し、反応室外部に設けられた反応室冷却手段により前記反応室全体を冷却し、前記反応室に備えられた赤外線透過窓を介して反応室外部の基板温度測定手段により前記半導体基板の温度を測定しながら、反応室外部の加熱手段により外部から加熱して基板温度を制御し、且つ少なくとも前記反応室のガス導入口から反応ガスを導入している間は、反応室外部に設けられた窓冷却手段により前記赤外線透過窓を外部から冷却して、加熱処理を行なうことを特徴とする加熱処理方法を提供する（請求項１０）。
【００２４】
このように、反応室内に配置されたサセプタに半導体基板を載置し、反応室外部に設けられた反応室冷却手段により反応室全体を冷却するとともに、これとは別に、少なくとも前記反応室のガス導入口から反応ガスを導入している間は、反応室外部に設けられた窓冷却手段により前記赤外線透過窓を外部から冷却して加熱処理を行なえば、装置全体の気密性等を良好に保ったまま反応室外部から赤外線透過窓を効果的に冷却することができ、該窓の反応室内側に反応生成物が付着・堆積するのを防止することができる。
このように、赤外線透過窓には反応生成物が付着・堆積しないので、半導体基板直上の赤外線透過窓から反応生成物が剥離・落下して半導体基板を汚染することもなく、反応中、半導体基板表面に結晶欠陥が発生することを防止できる。
従って、半導体基板の温度を精度良く制御して、例えば長時間あるいは高温の加熱処理であっても半導体基板の品質を容易に維持でき、反応生成物による汚染や結晶欠陥が発生せず高歩留まりで加熱処理ができる。
【００２５】
この場合、前記加熱処理の際に、前記反応室外部の窓温度測定手段及び／又はサセプタ温度測定手段により前記赤外線透過窓及び／又は前記サセプタの温度も測定しながら温度制御を行なうことが好ましい（請求項１１）。
このように、加熱処理の際に、窓温度測定手段及び／又はサセプタ温度測定手段により赤外線透過窓及び／又はサセプタの温度も測定しながら温度制御を行なえば、窓温度の測定結果により窓冷却手段を制御して確実に反応生成物の付着・堆積を防止できる窓温度とすることができる。またサセプタ温度測定を基板温度測定と共に行なうことで、半導体基板の温度をより精度良く制御することができる。
【００２６】
また、前記半導体基板として、シリコンからなるものを用いることが好ましい（請求項１２）。
このように、半導体基板としてシリコンからなるものを用いれば、半導体集積回路用として主流のシリコン基板を、反応生成物による汚染や結晶欠陥の発生を防止して、高歩留まりで加熱処理できる。
【００２７】
また、前記加熱処理は、前記半導体基板の主表面上に気相成長を行なう処理であることが好ましい（請求項１３）。
このように、加熱処理が半導体基板の主表面上に気相成長を行なう処理であれば、例えば厚い気相成長膜を形成するために長時間あるいは高温の加熱処理を必要とする場合であっても、品質を維持して膜を形成することが容易にでき、反応生成物による汚染や結晶欠陥の発生を防止して、高歩留まりで気相成長処理ができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に従えば、加熱処理装置全体の気密性等を良好に保ったまま反応室外部から赤外線透過窓を効果的に冷却することができ、該窓の反応室内側に反応生成物が付着・堆積するのを防止することができる。従って、半導体基板の温度を精度良く制御して、例えば長時間あるいは高温の加熱処理であっても半導体基板の品質を容易に維持でき、反応生成物による汚染や結晶欠陥が発生しない、高歩留まりの加熱処理ができる加熱処理装置あるいは加熱処理方法とできる。また清掃や再組立等のメインテナンスの頻度を最小限にすることができる加熱処理装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明について詳述する。
従来の成膜装置やＣＶＤ装置等の加熱処理装置に存在した、反応生成物が反応室内壁に付着・堆積してしまうという問題に対処するため、例えば特許文献１又は２のような技術が開示されている。
しかし、特許文献１に開示された技術は、反応生成物の付着・堆積を防止するものではないため、定期的なメインテナンスが必要である。
さらに、いずれの文献に開示された技術も、反応室の内部構造の改造であることにかわりはなく、根本的な解決策ではなかった。
すなわち、いずれの技術も反応室を二重構造にするものであるが、この場合装置が複雑となるので、構造上の精度向上のためにコストアップが伴っていた。また、二重構造であるため、反応室の気密性が低下するおそれもあった。
【００３０】
これに対して、反応室外部に赤外線透過窓専用の窓冷却手段を具備する加熱処理装置であれば、装置全体の気密性等を良好に保ったまま反応室外部から赤外線透過窓を効果的に冷却することができ、該窓の反応室内側に反応生成物が付着・堆積するのを防止することができる。従って、装置のメインテナンスの頻度が最小限で済み、そして半導体基板の温度を精度良く制御して、例えば厚いエピタキシャル膜を形成させる場合のように、長時間を要したり、堆積速度を向上させるため高温とする必要がある加熱処理であっても半導体基板の品質を容易に維持でき、半導体基板に反応生成物による汚染や結晶欠陥が発生せず、高歩留まりで加熱処理ができる加熱処理装置とできる。本発明者らは以上のことを想到し、本発明を完成させた。
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３１】
図１は、本発明に係る加熱処理装置の実施形態の一例を示す概略図である。
この加熱処理装置２０の例えば石英ガラスからなる反応室１０は、反応ガスを導入するガス導入口４と反応ガスを排出するガス排出口５を有するとともに、例えば石英ガラスからなる赤外線透過窓１６を備え、反応室１０の内部には例えばシリコンからなる半導体基板１を載置するサセプタ２を具備する。反応室１０の外部には、半導体基板１を加熱する例えばランプヒータ等の加熱手段８と、加熱手段８からの光を反射して加熱効率を高める例えばアルミ製のリフレクタ９と、赤外線透過窓１６を介して半導体基板１の温度を測定する例えば放射温度計等の基板温度測定手段１１ａと、反応室１０の全体を冷却する空気を送風するための例えばブロアー等の反応室冷却手段１２と、赤外線透過窓１６を冷却する窓冷却手段１３とを具備するものである。さらに、反応室１０の外部に、例えば放射温度計等の窓温度測定手段１１ｂ及びサセプタ温度測定手段１１ｃを具備することが好ましい。
【００３２】
赤外線透過窓１６は、石英ガラスからなるものであれば赤外線の透過率が高く好ましいが、石英ガラスに限らず、赤外線を透過するものであればよい。
また、加熱手段８はランプヒータであれば容易に加熱できるので好ましいが、赤外線透過窓を介して赤外線加熱できるものであれば特に限定はされない。加熱手段の設置位置は、半導体基板を均一に加熱するために、反応室１０の上下に設置することが好ましい。
各温度測定手段１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、放射温度計であれば外部から容易に温度測定ができるので好ましいが、例えばＣＣＤカメラ等を用いたサーマルカメラ等を用いることもできる。各温度測定手段の設置位置については、基板温度測定手段１１ａは赤外線透過窓１６の上方、窓温度測定手段１１ｂは赤外線透過窓１６の斜め上方、サセプタ温度測定手段１１ｃは反応室下方に設置することができるが、正確な温度測定ができ、且つ加熱手段等と干渉しない位置であれば特に限定はされない。
【００３３】
反応室冷却手段１２は、装置内に空気を送風するブロアー等とすることができるが、反応室１０の全体を冷却できるものであれば特に限定はされない。
窓冷却手段１３は、赤外線透過窓１６と反応しない冷却用流体をノズルより吹き付けるものであれば、赤外線透過窓１６が冷却用流体と反応して劣化したり、また冷却用流体の反応生成物が窓１６に付着・堆積するということがないので、半導体基板の温度をより長期間にわたり精度よく検出することができる。またこのように冷却用流体をノズルで吹き付けるので、窓１６の必要な部分だけを集中的かつ効率的に冷却できる。
【００３４】
図２は窓冷却手段の実施形態の一例である冷却リングノズルを示す概略図である。この冷却リングノズル１４は、円環形状のリング部１４ａと、複数の吹出し口１４ｂとを備えている。吹出し口１４ｂは、冷却ガス供給管１５からリング部１４ａに供給される冷却ガスを赤外線透過窓１６の外周部から内側に向かって吹き付けるように、リング部１４ａの内周側に備えられている。このようにすれば、反応室外部から加熱や温度測定をする際の障害とならず、また窓１６を一様に、かつ効率よく冷却できる。吹出し口１４ｂはリング部１４ａに等間隔に配置されることが好ましく、その数は例えば３〜２４個程度である。また、冷却ガス供給管１５は１箇所だけでもよいが、各吹出し口から一様に冷却ガスを吹き出して一様に冷却を行なうため、リング部１４ａの２箇所以上に設けてもよい。また、供給管にバランスバルブ（不図示）を取付けたものであれば、吹き付けるガス流量を適量に調節して、冷却ガスを安定して一様に吹き付けることができる。また、吹出し口は、方向や窓に対する角度を自由に変えることができるものであれば、必要に応じて吹き付け方向や角度を変えることにより、より冷却効果を高めることができる。
【００３５】
冷却用流体は、空気、窒素ガス、アルゴンガスのいずれかであれば、取り扱いが容易であり、また赤外線透過窓と反応することが全くないので、より確実に半導体基板の温度を長期間にわたり精度よく検出することができる。
また、窓冷却手段が、冷却用流体を少なくとも０．１〜５ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付けるものであれば、充分な冷却効果があり、赤外線透過窓の反応室内側に反応生成物が付着・堆積するのを確実に防止することができるし、冷却手段が大掛かりとならないので好ましい。
【００３６】
次に、図１のような装置を用いた半導体基板の加熱処理方法について説明する。
まず、反応室１０内に配置されたサセプタ２に半導体基板１を載置する。この半導体基板１としては特に限定されないが、シリコン単結晶基板等とすることができる。このようにシリコンからなるものを用いれば、半導体集積回路用として主流のシリコン基板を、反応生成物による汚染や結晶欠陥の発生を防止して、高歩留まりで加熱処理できるので好ましい。
【００３７】
次に、反応室冷却手段１２により反応室１０の全体を冷却し、赤外線透過窓１６を介して基板温度測定手段１１ａにより半導体基板１の温度を測定しながら、加熱手段８により外部から加熱して基板温度を制御する。この制御は、例えば測定基板温度と設定基板温度が一致するように加熱手段８の出力を調整するものである。
このとき、窓温度測定手段１１ｂ及びサセプタ温度測定手段１１ｃにより赤外線透過窓１６及びサセプタ２の温度も測定しながら温度制御を行なえば、窓温度の測定結果により窓冷却手段１３を制御して、確実に反応生成物の付着・堆積を防止できる窓温度とすることができるので好ましい。またサセプタ温度測定を基板温度測定と共に行なうことで、半導体基板１の温度をより精度良く制御することができるので好ましい。なお、図１に示した実施形態では、サセプタ温度測定手段１１ｃは例えば石英ガラスからなる反応室下壁７を介して温度測定を行なう。加熱処理中は反応ガスは反応室１０内で半導体基板１より上方を通過するので、反応室下壁７にはほとんど接触しない。従って反応室下壁７への反応生成物の付着・堆積は反応室冷却手段１２による冷却だけで十分防止できるので、正確なサセプタ温度測定が可能となる。
【００３８】
そして、ガス導入口４から所定の反応ガスを導入し、ガス排出口５から排出するが、少なくとも反応ガスを導入している間は、窓冷却手段１３により赤外線透過窓１６を外部から冷却して、加熱処理を行なう。このように反応室冷却手段１２により反応室１０の全体を冷却し、さらに窓冷却手段１３により反応室外部から赤外線透過窓１６を個別にかつ効果的に冷却することにより、窓１６の反応室内側への反応生成物の付着・堆積が防止できる。
【００３９】
このように、赤外線透過窓には反応生成物が付着・堆積しないので、半導体基板直上の窓から反応生成物が剥離・落下して半導体基板を汚染することもなく、反応中、半導体基板表面に結晶欠陥が発生することを防止できる。また、窓を介して測定される基板の温度を正確に測定できる。
従って、半導体基板の温度を精度良く制御して、半導体基板の品質を容易に維持でき、反応生成物による汚染や結晶欠陥が発生しない、高歩留まりで加熱処理ができる。
特に、本発明の加熱処理方法は、精度の高い基板温度制御と汚染や結晶欠陥のない基板品質が長時間にわたり維持できるので、高温で長い処理時間が必要な厚さ１０〜１００μｍ程度の厚い膜の気相成長を行なう際に特に効果的である。
【実施例】
【００４０】
以下に本発明の実施例および比較例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１、比較例１）
本発明の実施例として、図１の加熱処理装置を用いて、直径２００ｍｍのシリコン単結晶基板の主表面上に気相成長によりシリコン単結晶層を約９００秒間エピタキシャル成長させた。反応ガスとしてＳｉＨＣｌ３を用い、基板温度は１１３０℃に制御し、成長膜厚は６０μｍとした。石英ガラス製の赤外線透過窓の冷却には空気を用い、吹出し口を等間隔で１２箇所設置した図２のリングノズルにより、空気を１ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付けながら気相成長を行なった。また、冷却効果の確認のため、石英ガラス窓の温度測定も行なった。
また、比較例として、リングノズルによる空気の吹き付けを行なわない以外は実施例と同一条件の気相成長を行なった。
【００４１】
その結果、空気を吹き付けない比較例の場合は、窓の温度は４５０℃近くに達し、反応生成物の付着により窓に曇りが見られた。一方、冷却ガスを吹き付けた場合は、窓の温度は４００℃程度に抑制され、窓に曇りが発生しなかった。
【００４２】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的思想に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る加熱処理装置の実施形態の一例を示す概略図である。
【図２】本発明に係る窓冷却手段の実施形態の一例である冷却リングノズルを示す概略図である。
【図３】従来の反応室を備えた成膜装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…半導体基板、  ２…サセプタ、  ３…サセプタ回転機構、  ４…ガス導入口、
５…ガス排出口、  ６…成膜室上壁、  ７…成膜室（反応室）下壁、  ８…加熱手段、
９…リフレクタ、  １０…反応室、  １１ａ…基板温度測定手段、
１１ｂ…窓温度測定手段、  １１ｃ…サセプタ温度測定手段、
１２…反応室冷却手段、  １３…窓冷却手段、  １４…冷却リングノズル、
１４ａ…リング部、  １４ｂ…吹出し口、  １５…冷却ガス供給管、
１６…赤外線透過窓、  ２０…加熱処理装置。
【図１】
2006019583.tif 000003
【図２】
2006019583.tif 000004
【図３】
2006019583.tif 000005