(57)【要約】【課題】急速加熱に伴い発生する熱線供給手段の温度ムラを緩和して、被処理物を急速かつ均一に加熱することができ、しかも加熱をより正確に行うことができる枚葉式熱処理装置を提供する。【解決手段】本発明の枚葉式熱処理装置１は、処理室３と、この処理室３の外壁面３ａ側に配設された熱線供給手段４とを備えている。そして、前記処理室３を熱線不透過性材料で形成し、この処理室３内に収容された被処理物（半導体ウエハ）Ｗを雰囲気加熱するようにした。熱線不透過性材料として、例えば不透明石英を用いる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の被処理物が１枚ずつ収容される処理室と、前記処理室の外壁面側に配置され、その処理室の外壁面に向けて熱線を供給する熱線供給手段と、を備えた枚葉式熱処理装置であって、
前記処理室が熱線不透過性材料で形成され、かつ、前記処理室内に収容された被処理物を雰囲気加熱するよう構成したことを特徴とする枚葉式熱処理装置。
【請求項２】
前記熱線不透過性材料が不透明石英である請求項１記載の枚葉式熱処理装置。
【請求項３】
前記熱線供給手段が、誘導加熱コイルと、この誘導加熱コイルにより誘導加熱される加熱体とを有する請求項１または２記載の枚葉式熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、枚葉式熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体デバイスや表示デバイス等の製造においては、半導体ウエハなどの平板状の被処理物に、酸化、拡散、成膜（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ等）、アニールなどの熱処理を行うために、各種の熱処理装置が用いられている。この種の熱処理装置としては、複数枚の平板状の被処理物を一括で熱処理するバッチ式の熱処理装置と、１枚ずつ熱処理する枚葉式の熱処理装置が知られている。このうち、枚葉式熱処理装置は、バッチ式に比べ、急速な昇降温を要する熱処理や半導体ウエハ面内の均一な熱処理を比較的容易にできることから、半導体ウエハの大径化に伴い、汎用されつつある。
【０００３】
枚葉式熱処理装置は、加熱手段（熱線供給手段）に応じて、誘導加熱式、抵抗加熱式、ランプ加熱式に分類できるが、いずれの方式も、平板状の被処理物の面内温度の均一化と昇降温速度の向上とが大きな技術課題となっている。すなわち、面内温度の均一化は、プロセス時はもちろんのこと、昇降温の過程においても重要であり、半導体ウエハの品質や歩留まりを支配する極めて重要な因子である。一方、昇降温速度の向上は、スループットの向上やサーマルバジェットの低減を実現するのに極めて重要な因子である。ところが、一般に、昇降温の速度を大きくすると面内温度のばらつきが発生しやすくなる。つまり、面内温度の均一化と昇降温速度の向上は二律背反の関係にあり、半導体ウエハの品質や歩留まりの向上と、スループット向上やサーマルバジェット低減の双方を実現するのは非常に難しい。
【０００４】
このようななか、従来の枚葉式熱処理装置では、平板状の被処理物が収容されるチャンバの材質として、透明石英がよく用いられている（例えば、特許文献１参照）。これは、透明石英の光透過率（加熱に大きく寄与する近赤外線波長１〜５μｍの光透過率）が９０％以上と大きいことから、熱線供給手段からの熱線が、チャンバ自体に殆ど吸収されることなく、直接的に被処理物に供給されることによる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２２４８７９号公報（第４頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近の半導体ウエハなどの被処理物の大型化（例えば直径３００ｍｍ以上の半導体ウエハ）、スループット向上やサーマルバジェット低減に対する要求のさらなる高まりから、面内温度の均一化及び昇降温速度の向上について一層要求が高くなっており、透明石英製のチャンバを用いた直接的な加熱では、その要求に応えるのが難しくなってきている。
具体的には、被処理物に熱線を直接的に供給すると、（１）急速加熱に伴い発生する熱線供給手段の温度ムラがそのまま被処理物の面内温度の均一化に悪影響を及ぼす、（２）被処理物の温度上昇の方が処理室内の雰囲気温度の上昇よりも速いので、処理室内の所定位置に配置した熱電対で処理室内の雰囲気温度を測定しその測定データに基づいて加熱制御を行っている現状では、被処理物の過剰加熱などが発生しやすく、被処理物の正確な加熱制御が非常に難しい、などの問題がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、急速加熱に伴い発生する熱線供給手段の温度ムラを緩和して、被処理物を急速かつ均一に加熱することができ、しかも加熱をより正確に行うことができる枚葉式熱処理装置の提供をその目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の枚葉式熱処理装置は、平板状の被処理物が１枚ずつ収容される処理室と、前記処理室の外壁面側に配置され、その処理室の外壁面に向けて熱線を供給する熱線供給手段と、を備えた枚葉式熱処理装置であって、前記処理室が熱線不透過性材料で形成され、かつ、前記処理室内に収容された被処理物を雰囲気加熱するよう構成したことを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、熱線供給手段から熱線が供給されると、熱線不透過性材料製の処理室自体が熱線を吸収して発熱する。そして、この処理室の再輻射によって処理室内の雰囲気温度が上昇し、再輻射とともに雰囲気による対流伝熱を伴った被処理物の熱処理を行うことができる。このため、急速加熱に伴う熱線供給手段の温度ムラがそのまま被処理物の面内温度の不均一化に繋がるのを抑制することができ、その結果として被処理物を急速かつ均一に加熱することができる。また、本発明の誘導加熱装置によれば、処理室内の所定位置に配設した温度センサによって処理室内の雰囲気温度を測定しその測定データに基づき加熱制御を行っても、雰囲気温度の上昇の方が被処理物の温度上昇よりも速くなるので、被処理物の過剰加熱などの発生を抑制でき、被処理物のより正確な加熱制御を行うことができる。
【００１０】
ここで、本発明において「熱線供給手段」とは、加熱に大きく寄与する近赤外線波長（１〜５μｍ）を含む熱線を供給するものをいい、誘導加熱式、抵抗加熱式、ランプ加熱式といった公知の加熱手段を含む。
また、「熱線不透過性材料」とは、加熱に大きく寄与する近赤外線波長（１〜５μｍ）の光透過率が透明石英に比べて小さい各種の材料をいう。なかでも、光透過率が１５％以下である材料が好ましい。
【００１１】
上記の枚葉式熱処理装置において、前記熱線不透過性材料が不透明石英であるのが好ましい。この場合、確実に、急速加熱に伴い発生する熱線供給手段の温度ムラを緩和して、被処理物を急速かつ均一に加熱することができ、しかも加熱をより正確に行うことができる。
【００１２】
上記の枚葉式熱処理装置において、前記熱線供給手段が、誘導加熱コイルと、この誘導加熱コイルにより誘導加熱される加熱体とを有するのが好ましい。この場合、抵抗加熱式に比べ、昇降温速度を大きくすることができるという利点がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る枚葉式熱処理装置の構成を示す正面断面図を示し、図１（ｂ）はその側面断面図である。本形態に係る枚葉式熱処理装置１は、例えば被処理物としての円板状の半導体ウエハＷの熱処理（酸化、拡散、成膜、アニール等）に用いられ、半導体ウエハＷが１枚ずつ収容される処理室３と、この処理室３の外壁面３ａ側に離隔して外装された熱線供給手段（加熱手段）４と、前記処理室３の外壁面３ａと熱線供給手段４の内壁面４ａとの間に設けられた冷却媒体用流通路５とを備えている。
【００１４】
処理室３は、全体が略偏平な筒状であり、その一端側（図１（ｂ）では左側）に半導体ウエハＷを搬出入するための開口３ｂを有し、他端側（図１（ｂ）では右側）にガスの導入や脱気等のための小径の通気口３ｃを有している。また、処理室３の内部には、半導体ウエハＷを載置できるように、支持部３ｄが設けられている。なお、図示しないが、処理室３内には、雰囲気温度を測定すべく、温度センサとしての熱電対が所定位置に配設される。また、同様に図示しないが、開口３ｂや通気口３ｃには、処理室３を密閉空間にすることができるように、蓋体や弁体などが適宜配設される。
【００１５】
そして、前記処理室３は、その全体が熱線不透過性材料としての不透明石英で形成されている。不透明石英は、良質の珪石を溶融して形成されたものであり、アルカリ金属や銅などの不純物の含有量が少なく、全体に多数の微小気泡を有するものである。このように多数の微小気泡が表面から内部にまで分布した不透明石英は、近赤外線波長（１〜５μｍ）の光線を約９０％吸収する。このため、処理室３自体が、熱線供給手段４から供給された熱線により高温となる。
【００１６】
熱線供給手段４は、例えば誘導加熱式のものが採用されており、処理室３の外壁面側に巻回され、鉄心４ｂ内に軸方向（図１（ｂ）では左右方向）に所定の間隔で配列された誘導加熱コイル４ｃと、この誘導加熱コイル４ｃにより誘導加熱される略偏平な筒状でグラファイトなどの熱伝導率及び輻射率が大きい導電性材料により形成された加熱体４ｄと、前記誘導加熱コイル４ｃと加熱体４ｄとの間に介在させ、加熱体４ｄの輻射熱から誘導加熱コイル４ｃを保護するための略偏平な筒状の断熱材４ｅと、誘導加熱コイル４ｃに接続された高周波電流供給手段（図示せず）とを有している。なお、高周波電流供給手段は、高周波（３０〜５０ｋＨｚ程度）の交流電源を備える他、軸方向に配列された誘導加熱コイル４ｃの所定位置への出力制御が行えるよう構成されている。
【００１７】
冷却媒体用流通路５は、処理室３の外壁面３ａと加熱手段４の内壁面４ａとの間に、処理室３の長手方向（図１（ｂ）では左右方向）に沿って延設され、かつ周方向に沿って偏平な環状に構成されている。そして、図示しない冷却媒体供給手段から供給された冷却ガスなどの冷却媒体が流通することによって、高温となった加熱体４ｄや処理室３自体、さらには処理室３内の雰囲気を冷却するよう構成されている。
【００１８】
上記構成の枚葉式熱処理装置１による半導体ウエハＷの熱処理は、例えば、つぎのようにして行われる。すなわち、図示しない高周波電流供給手段によって高周波電流が誘導加熱コイル４ｃに供給されると、誘導加熱コイル４ｃから磁束（磁力線）が発生する。そして、この磁束が加熱体４ｄを貫通すると、加熱体４ｄ内に渦電流が発生し、この渦電流と加熱体４ｄ自体の電気抵抗とによりジュール熱が生じて、加熱体４ｄが発熱する。その後、この加熱体４ｄからの熱線が処理室３の外壁面３ａに向けて供給され、不透明石英製の処理室３がその熱線を殆ど透過させずに吸収し、これにより処理室３自体の温度が上昇する。そして、処理室３自体の温度が高くなると、処理室３の再輻射によって処理室３内の雰囲気温度が上昇し、再輻射とともに雰囲気による対流伝熱を伴った半導体ウエハＷの加熱（雰囲気加熱）が行われる。続いて、冷却は、例えば、つぎのようにして行われる。すなわち、図示しない冷却媒体供給手段によって冷却媒体としての冷却ガスが冷却媒体用流通路５に供給されると、その冷却ガスが流通路５を流通しながら加熱体４ｄと処理室３自体の熱を奪う。これにより、加熱体４ｄと処理室３自体の温度が下降する。そして、処理室３自体の温度が処理室３内の雰囲気温度よりも低くなると、輻射伝熱による半導体ウエハＷの冷却に加え、処理室３自体が処理室３内の雰囲気から熱を奪ってその雰囲気温度が下降し、さらにその雰囲気が半導体ウエハＷから熱を奪うことで冷却が行われる。
【００１９】
上記のように構成された本形態に係る枚葉式熱処理装置１は、処理室３自体が熱線を吸収して発熱し、発熱した処理室３からの再輻射によって処理室３内の雰囲気温度が上昇し、再輻射とともに雰囲気による対流伝熱を伴った半導体ウエハＷの熱処理を行うことができるので、急速加熱に伴う熱線供給手段４の温度ムラがそのまま半導体ウエハＷの面内温度の不均一化に繋がるのを緩和することができる。また、処理室３内の所定位置に配設された温度センサとしての熱電対からの雰囲気温度の測定データに基づいて加熱制御を行っても、処理室３内の雰囲気温度を上昇させてから被処理物の加熱処理を行うので、半導体ウエハＷに対し過剰に加熱処理を行ってしまうといったこともない。よって、従来の枚葉式熱処理装置に比べ、大径の半導体ウエハＷの品質や歩留まりを向上させることができるとともに、スループットの向上やサーマルバジェットの低減を実現することができる。また、上記の枚葉式熱処理装置において、誘導加熱コイル４ｃの縦列方向（図１（ｂ）の左右方向）に誘導加熱コイル４ｃへのゾーニング等による出力制御を行って加熱制御を行う場合、従来の透明石英製の処理室では、縦列方向に直交する方向（図１（ｂ）の上下方向）の温度ムラを解消するのが非常に難しかったが、熱線不透過性材料製の処理室にして被処理物を雰囲気加熱するよう構成したことにより、縦列方向に直交する方向の温度ムラを大幅に解消できるという利点を有する。
【００２０】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、熱線不透過性材料として、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いてもよい。また、被処理物２は、半導体ウエハに限らず、平板状であれば形状、材質を問わない。代表的なものとしては、ガラス基板等の絶縁性基板と、その表面に形成された各種の薄膜を含むものであってもよい。また、処理室３は、矩形状のものでも良い。さらに、熱線供給手段（加熱手段）４は、例えば抵抗ヒータを用いる抵抗加熱式、ハロゲンランプを用いるランプ加熱式でもよい。なお、抵抗加熱式により急速加熱を行う場合は、予め加熱された処理室に被処理物を導入する等によって行うことができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の枚葉式熱処理装置は、熱線不透過性材料で形成された処理室を備え、この処理室内に収容された被処理物を雰囲気加熱するよう構成されているので、急速加熱に伴い発生する熱線供給手段の温度ムラを緩和して、被処理物を急速かつ均一に加熱することができ、しかも加熱をより正確に行うことができる。したがって、従来の枚葉式熱処理装置に比べ、大径の半導体ウエハ等の被処理物の品質や歩留まりの向上、およびスループットの向上やサーマルバジェットの低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る枚葉式熱処理装置の正面断面図であり、（ｂ）はその側面断面図である。
【符号の説明】
１    枚葉式熱処理装置
３    処理室
３ａ  外壁面
４    熱線供給手段
４ｃ  誘導加熱コイル
４ｄ  加熱体
Ｗ    半導体ウエハ（被処理物）
【図１】
2004349479.tif 000003