(57)【要約】【課題】  ガードリングの均熱性を保つことによって、基板の均熱性を保つことを可能とする。【解決手段】  熱処理装置は、ウェハＷを収容する加熱容器１０と、加熱容器１０外に設けられ、加熱容器１０内に収容されるウェハＷを加熱するランプユニット３０と、加熱容器１０内に設けられ、加熱容器１０内に収容されるウェハＷを保持するためのサセプタ２２とを備える。熱処理装置は、さらに、サセプタ２２に保持されて、ウェハＷの周縁部を支持するリング状のガードリング２５と、サセプタ２２に保持されて、ガードリング２５の外周部に、ガードリング２５と同じ材料で構成され、ガードリング２５に対して近接させてリング状に配設されるガードリングガード２６とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する容器と、
容器外に設けられ、容器内に収容される基板を加熱する赤外放射源と、
容器内に設けられ、容器内に収容される基板を保持するためのサセプタと、
を備え、
前記サセプタ上に保持されて、前記基板の周縁部を支持するリング状のガードリングと、
前記サセプタ上に保持されて、前記ガードリングの外周部に、ガードリングと同じ材料で構成され、前記ガードリングに対して近接させてリング状に配設されるガードリングガードと
を備えた熱処理装置。
【請求項２】
前記ガードリングガードが、分割された複数のセグメントから構成されてい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】
前記サセプタと前記ガードリングガードとの間にガードリング受けが設けられ、
前記ガードリングガードは、前記ガードリング受けに設けた凹部に遊嵌されていることを特徴とする請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記ガードリング及びガードリングガードを前記基板と同じシリコンで構成し、
前記ガードリング受け及びサセプタを石英で構成したことを特徴とする請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項５】
基板を収容した容器内の熱処理空間において、
前記基板の外周部に、リング状のガードリングを前記基板に対して近接させて配設し、
前記基板及び前記ガードリングを前記容器外の赤外放射源から赤外線照射を行って前記基板を熱処理するに当り、
前記ガードリングの外周部に、ガードリングガードを前記ガードリングに対して近接させてリング状に配設して、前記熱処理を行うことを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板をランプなどの赤外放射源で加熱する熱処理装置及び熱処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱処理装置は、基板を収容する容器と、容器外に設けられ容器内に収容される基板を加熱する赤外放射源と、容器内に設けられ容器内に収容される基板の周縁部を保持するためのサセプタとを備え、サセプタに保持された基板を、赤外放射源から赤外線照射して加熱処理するようになっている。
この加熱処理の際、基板の周縁部からサセプタへの熱伝導により、基板の周縁部の温度が低下して、基板の面内均熱性を保つことが困難である。
そこで、従来、基板の面内均熱性を保つために、サセプタと基板との間に基板の周縁部を支持するガードリングを介在し、このガードリングにも基板とともに赤外線を照射することによって基板の面内均熱性を向上させている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述した従来の技術では、ガードリングの周縁部からサセプタへの熱伝導により、ガードリングの周縁部の温度が低下するため、ガードリングの均熱性が保てない。ガードリングの均熱性が保てないと、折角、基板の外周にガードリングを設けても、ガードリングの温度傾斜の影響が基板の周縁部にも生じるため、基板の均熱性を保つことが困難であった。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、ガードリングの均熱性を保つことによって、基板の均熱性を保つことが可能な熱処理装置及び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】
【０００４】
第１の発明は、基板を収容する容器と、容器外に設けられ、容器内に収容される基板を加熱する赤外放射源と、容器内に設けられ、容器内に収容される基板を保持するためのサセプタとを備え、前記サセプタ上に保持されて、前記基板の周縁部を支持するリング状のガードリングと、前記サセプタ上に保持されて、前記ガードリングの外周部に、ガードリングと同じ材料で構成され、前記ガードリングに対して近接させてリング状に配設されるガードリングガードとを備えた熱処理装置である。
ガードリングの外周部に、ガードリングに対して近接させてリング状にガードリングガードを配設したので、赤外放射源は基板とガードリングのみならずガードリングガードをも加熱する。したがって、ガードリングの周縁部の温度低下をガードリングガードにより防ぐことができる。その結果、ガードリングの均熱性ひいては基板の均熱性を向上させることができる。
【０００５】
第２の発明は、第１の発明において、前記ガードリングガードが、分割された複数のセグメントから構成されていることを特徴とする熱処理装置である。
ガードリングガードは、これを一体物で構成すると、ガードリングの外周部にリング状に設けられるために、ガードリングよりも表面積が増大して、より熱膨張の影響を受けやすいが、複数のセグメントから構成して熱膨張の影響を受けにくいようにしたので、ガードリングガードを熱膨張による破損から確実に保護できる。
【０００６】
第３の発明は、第２の発明において、前記サセプタと前記ガードリングガードとの間にガードリング受けが設けられ、前記複数のセグメントは、前記ガードリング受けに設けた凹部に遊嵌されていることを特徴とする熱処理装置である。
ガードリングガードを構成する複数のセグメントをガードリング受けの凹部に遊嵌したので、セグメントが熱膨張しても、セグメントのリング状の配列を維持できるので、ガードリングガードを熱膨張による破損からより確実に保護できる。
【０００７】
第４の発明は、第３の発明において、前記ガードリング及びガードリングガードを前記基板と同じシリコンで構成し、前記ガードリング受け及びサセプタを石英で構成したことを特徴とする熱処理装置である。
ガードリング及びガードリングガードを前記基板と同じシリコンで構成したので、ガードリングの均熱性ひいては基板の均熱性を一層向上させることができる。
【０００８】
第５の発明は、基板を収容した容器内の熱処理空間において、前記基板の外周部に、リング状のガードリングを前記基板に対して近接させて配設し、前記基板及び前記ガードリングを前記容器外の赤外放射源により加熱して前記基板を熱処理するに当り、前記ガードリングの外周部に、ガードリングガードを前記ガードリングに対して近接させてリング状に配設して、前記熱処理を行うことを特徴とする熱処理方法である。
ガードリングの周縁部の温度低下をガードリングガードにより防ぐことができるので、ガードリングの均熱性ひいては基板の均熱性を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガードリングの均熱性ひいては基板の均熱性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態に係る熱処理装置及び熱処理方法を説明する。
熱処理装置は、真空又は常圧で、大気と遮断された気密構造の容器内の基板を、容器外のランプユニットにより加熱処理するものであり、基板を均熱加熱するために基板を回転させている。基板を回転させる回転機構は、一般に、基板を保持する基板保持手段（サセプタ）を回転させる回転軸と、回転軸に回転を伝達する回転伝達軸とを基板の中心軸上に重ねて一軸構成としている。
【００１１】
しかし、回転軸と回転伝達軸を一軸構成として基板の中心軸上に重ねると、ランプユニットにより加熱される基板の温度測定ポイントを、基板の中心軸上に設けることができなくなる。温度測定ポイントが基板の中心軸上にないと、基板の中心部の温度を直接測定できないので、ランプユニットを有効に制御することが困難であり、基板を均熱加熱する上で好ましくない。
【００１２】
そこで、これを回避するために、図３に示すように、ウェハＷを保持するサセプタ２２の回転軸を内部が空洞の筒状回転体１５で形成し、回転伝達軸を筒状回転体１５の外側に配設したモータ１７の回転軸１８で形成して二軸構成とすることにより、放射温度計２１による温度測定ポイントを底壁１１の中心部にも確保し、底壁中心部の測定温度をフィードバックできるようにしている。
【００１３】
また、熱処理装置は、ハロゲンランプ等のランプユニット３０で加熱する枚葉式高速加熱処理（ＲＴＰ：Rapid Thermal Process）装置であり、ウェハＷの周りにガードリング２５を設置し、ウェハＷの均熱性を向上させる。さらに、ガードリング２５の外周に後述するガードリングガード、ガードリングガード受けを設置するという構成になっている。
【００１４】
図３に示すように、熱処理装置は、加熱容器１０と、加熱容器１０内の基板としてのシリコンウェハ（以下単にウェハ）Ｗを、石英窓からなる上壁９を介して加熱する赤外放射源としてのランプユニット３０とを備える。加熱容器１０内の底壁１１の底壁中央部１２を、底壁周辺部１３よりも高くして、底壁周辺部１３上に底壁中央部１２よりも一段低い収納空間１４を形成している。筒状回転体１５は、底壁中央部１２に嵌装し、筒状回転体１５と底壁中央部１２の周壁との間に設けられた軸受１６に回転可能に支持されている。また、回転伝達軸となるモータ１７の回転軸１８が加熱容器１０の底壁１１を貫通して加熱容器１０内の収納空間１４に挿入される。回転軸１８の端部に取り付けられたギヤ１９が筒状回転体１５の外周に設けられたギヤ２０と噛み合って回転伝達機構を構成している。このように回転軸と回転伝達軸とを二軸構成としたため、モータ１７の回転により筒状回転体１５を回転させながらランプユニット３０でウェハＷを加熱しても、底壁中央部１２の中心部はスペースが確保され、底壁１１の周辺部とともに、その底壁中央部１２の中心にも放射温度計２１を設置することができるようになっている。
なお、加熱容器１０内の前記収納空間１４よりも上方が、ウェハＷを収容した熱処理空間２３を構成する。
【００１５】
前記筒状回転体１５は、その上部外周から底壁中央部１２の上部周縁部にまで延出したプレート部１５ａを有している。プレート部１５ａは、ウェハＷを略等間隔で略点状に支持するために筒状回転体１５の上部外周に複数個設けられる。例えば３点支持であればプレート部１５ａは３本、４点支持であれば４本設けられる。
このプレート部１５ａの内周縁上に、ウェハＷを保持するためのサセプタ２２がそれぞれ支持されている。このサセプタ２２上にはさらに、ウェハＷの周縁部を支持するリング状のガードリング２５が設けられ、ウェハＷの周縁部の温度低下を防止している。ガードリング２５は、例えばウェハＷと同じ材料であるシリコンで構成されている。
本実施の形態では、さらに、このガードリング２５の外周部に、ガードリング２５と同じ材料で構成され、ガードリング２５に対して近接させてリング状に配設される後述するガードリングガードが設けられている。このガードリングガードについては、ウェハ保持部の詳細を示す図１〜図２を用いて具体的に説明する。
【００１６】
図１はウェハ保持部の平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面拡大図である。
図１、図２に示すように、ウェハ保持部は、ガードリング２５と、ガードリングガード２６と、ガードリングガード受け２７と、サセプタ２２とから構成される。
【００１７】
ガードリング２５はリング状をしており、ウェハＷの周縁部を支持する。ガードリングガード２６は、ガードリング２５の外周部にリング状に配設される。このガードリングガード２６は、分割された複数の矩形状のセグメント２６１から構成され、これらがガードリング２５の外周部にリング状に配設されている。
【００１８】
ガードリングガード受け２７は、リング状をしており、ガードリングガード２６を保持する。このガードリングガード受け２７は、図２に示すように、上面にリング状の凹部２７ａを有する。このリング状の凹部２７ａに複数の矩形状のセグメント２６１がリング状に配列される。
【００１９】
サセプタ２２は、矩形状をしており、ウェハＷの外周部に等間隔に複数個設けられる。図示例では、９０度間隔に４個設けられている。サセプタ２２は、ガードリング受け２７からガードリング２５の周縁部の下を跨ぐようにウェハＷの径方向に設けられる。このサセプタ２２は、上面の中央部に凹部２２ａを有し、凸部となる上面の内周縁部に段差部２２ｂを有する。４個のサセプタ２２の凹部２２ａにリング状のガードリング受け２７の４箇所を遊嵌してガードリング受け２７を保持する。また、４個のサセプタ２２の段差部２２ｂにガードリング２５の外周縁部の４箇所を係止してガードリング２５を保持する。
【００２０】
特に図１に示すように、ガードリング２５の外周縁部の下面に凹状の被係止部２５ａを設け、サセプタ２２の段差部２２ｂにガードリング２５の被係止部２５ａが係止される凸状の係止部２２ｃを設け、サセプタ２２の係止部２２ｃにガードリング２５の被係止部２５ａを係止することにより、ガードリング２５をサセプタ２２上に位置決めしている。
【００２１】
図２に示すように、サセプタ２２の内周縁部では、凸部の一部２２ｄを残すことにより、ガードリングガード２６をガードリング２５に対して近接させる。また、サセプタ２２の段差部２２ｂには、サセプタ２２の凹部２２ａにガードリング受け２７を介して収納されたガードリングガード２６の上面と、ガードリング２５の上面とが略面一になるような大きさの段差を設ける。ガードリングガード２６の上面と、ガードリング２５の上面とが略面一になると、ガードリングガード２６がガードリング２５と均等に加熱される。
ガードリングガード受け２７及びガードリング２５を保持するサセプタ２２は、前述した筒状回転体１５のプレート部１５ａに固着する形で設けられる。
【００２２】
上述したガードリング２５及びガードリングガード２６は、例えばウェハＷと同じシリコンで構成し、ガードリング受け２７及びサセプタ２２は、例えば石英で構成している。
ウェハ保持部は、上述したように構成される。
【００２３】
次に、上述した熱処理装置を用いてウェハＷを加熱処理する方法について説明する。
【００２４】
加熱容器１０内に基板移載機構（図示せず）により搬入したウェハＷを、筒状回転体１５の上部にサセプタ２２を介して設けたガードリング２５上に保持する。加熱容器１０内にガス供給口（図示せず）からＮ2ガスなどの不活性ガスを供給しつつ排気口（図示せず）から排気することにより、加熱容器１０内を不活性ガス雰囲気とする。また、ウェハＷ、ガードリング２５、及びプレート部１５ａの下方に位置する底壁中央部１２の略全面に設けられた冷却通路（図示せず）に冷却水を流して、底壁中央部１２の全体を冷却する。
【００２５】
モータ１７が駆動されて回転軸１８が回転すると、ギヤ１９、２０を介して筒状回転体１５が回転してガードリング２５を介してサセプタ２２上に保持されたウェハＷが回転する。
【００２６】
回転が安定したら、ランプユニット３０の電源を投入して複数のリング状のランプ３１を同時点灯し、加熱容器１０の上壁９を介して、ランプ３１からウェハＷ、ガードリング２５、及びガードリングガード２６に向けて赤外線放射光を照射し、回転するウェハＷを高速ランプ加熱する。ウェハＷの温度は、底壁中央部１２の中心から周辺部に設けた複数の放射温度計２１に計測されてランプユニット３０にフィードバック制御される。また、底壁中央部１２の略全面に設けられた冷却通路を流れる冷却水により、底壁中央部１２がバランスよく均一に冷却されるので、ウェハＷは均熱加熱される。これによりウェハＷを加熱処理する。
【００２７】
加熱処理後、ランプ３１を消灯し、モータ１７の運転を停止して筒状回転体１５の回転を止める。加熱処理後のウェハＷを、加熱容器１０から基板移載機構（図示せず）により搬出する。
【００２８】
ところで、ウェハＷをランプ加熱する際、ガードリング２５の外周部に、ガードリング２５に対して近接させてガードリングガード２６をリング状に配設したことにより、ウェハＷとガードリング２５のみならずガードリングガード２６も加熱される。この加熱により、ガードリングガード２６からガードリング２５へ向けて熱放射が生じる。これにより、ガードリング２５の周縁部からサセプタ２２への熱伝導による温度低下が抑制され、ガードリングの熱変動を抑えることができる。したがって、ガードリング２５の周縁部の温度低下をガードリングガード２６により防ぐことができ、ガードリング２５の均熱性ひいてはウェハＷの均熱性を向上させることができる。
【００２９】
また、ガードリングガード２６が分割された複数のセグメント２６１から構成され、これらがガードリング２５の外周部にリング状に配設されているので、ガードリングガード２６を熱膨張による破損から確実に保護できる。すなわち、ガードリングガード２６は、これを一体物で構成すると、ガードリング２５の外周部にリング状に設けられるために、ガードリング２５よりも表面積が増大して、より熱膨張の影響を受けやすいが、熱膨張の影響を受けにくいように複数のセグメント２６１から構成されているので、ガードリングガード２６を熱膨張による破損から確実に保護できる。
【００３０】
また、ガードリングガード２６とサセプタ２２との間にガードリング受け２７が設けられ、ガードリングガード２６をガードリング受け２７の凹部２７ａにリング状に配列されるように遊嵌したので、セグメント２６１が熱膨張しても、セグメント２６１のリング状の配列を乱すことなく、ガードリングガード２６を熱膨張による破損からより確実に保護できる。
【００３１】
また、ガードリング２５の加熱条件を、ウェハＷ及びガードリングガード２６と同じにするために、ウェハＷ及びガードリングガード２６と同じ材質のシリコンで構成し、これらを保持するガードリング受け２７及びサセプタ２２を石英で構成したので、ガードリング２５の均熱性ひいてはウェハＷの均熱性を一層向上させることができる。
【００３２】
以上述べたように実施の形態によれば、熱伝達によるガードリングの周縁部の温度低下を、ガードリングガードによりカバーすることができるので、半導体製造工程の一工程であるウェハの加熱処理工程で、ウェハの均熱性を安定して確保でき、正確な温度制御のもとにウェハを加熱処理できる。またガードリングの熱変動を抑え、ガードリングの寿命を長くすることができる。
【００３３】
なお、熱処理装置は、回転伝達機構が容器内に存在する実施の形態における枚葉式高速加熱処理装置に限定されない。例えば、加熱容器内にサセプタを回転させる内部ロータを設け、この内部ロータを真空壁を介して容器外に設けた外部ロータと磁気結合するようにして、容器内から回転伝達機構を取り去った装置にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施の形態における熱処理装置の一部を構成するウェハ保持部の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面拡大図である。
【図３】実施の形態における枚葉式高速加熱処理装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
Ｗ  基板
１０  加熱容器
２２  サセプタ
２５  ガードリング
２６  ガードリングガード
２７  ガードリング受け
３０  ランプユニット（赤外放射源）
２６１  セグメント
【図１】
2006339187.tif 000003
【図２】
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【図３】
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