(57)【要約】【課題】  高温での熱処理ができる半導体ウエハの熱処理装置を提供する。【解決手段】  金属等の高耐熱性部材で構成され、真空状態及び処理ガス雰囲気とすることが可能な処理室２の内部に、誘導加熱コイル３とこの誘導加熱コイル３により誘導加熱され、ウエハＷを取り囲むように略扁平な筒状に形成されている加熱体４を備える。そして、この加熱体４の内側にウエハＷを収容して熱処理する半導体ウエハの熱処理装置１とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物が１枚ずつ収容可能とされかつ当該被処理物を取り囲むように略扁平な筒状に形成されている誘導加熱可能な加熱体と、この加熱体の外側に設けられた当該加熱体を誘導加熱する誘導加コイルと、加熱体と誘導加熱コイルが収容されるとともに密閉可能とされ、かつ石英を超える耐熱性を有する高耐熱部材からなる処理室と、この処理室を真空にする真空排気手段と、当該処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、が備えられていることを特徴とする半導体ウエハの熱処理装置。
【請求項２】
前記処理室を形成する壁面と誘導加熱コイルとの間に、加熱体からの輻射を遮る輻射シールドが設けられている請求項１に記載の半導体ウエハの熱処理装置。
【請求項３】
少なくとも前記誘導加熱コイルの表面にセラミックスコーティングが施されている請求項１または２に記載の半導体ウエハの熱処理装置。
【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ための処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体ウエハ（以下ウエハともいう）を熱処理するための半導体ウエハの熱処理装置としては、ウエハが収容される処理室と、この処理室の外側に設けられた熱線供給手段とを備えた縦型熱処理装置が知られている（例えば特許文献１参照）。これは、石英よりなる反応管の内部に、処理ガスを供給しつつ、その外周に設けられた抵抗加熱ヒータによりウエハを熱処理するものである。
また、ＳｉＣからなる加熱体の内周面にウエハを載置させた状態で、係る加熱体を誘導加熱するものも知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−９０１８６号公報（図１）
【特許文献２】特開２００３−６８６６９号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年ウエハの結晶欠陥を短時間で回復処理するために、より高い温度での熱処理が要求されてきている。しかしながら、従来から使用されてきた例えば特許文献１の熱処理装置では、ウエハを収容する処理室は石英製のものであることと、その処理室を取り囲んで断熱材が使用されていることから、それらの耐熱性の制約で１２００℃を超える熱処理には適さなかった。
【０００５】
また、特許文献２で使用されているＳｉＣは、急激な温度変化が生じる雰囲気下では、その強度が弱くなる傾向がある。したがって、急速に昇降温され、ウエハの大型化に伴い汎用される枚葉式熱処理措置には適さない。さらに、ウエハを加熱体の上に直接載置していることから、加熱体の温度分布がウエハに直接反映してしまい温度ムラが発生する。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、高温での熱処理ができる半導体ウエハの熱処理装置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】
【０００６】
上記目的を達成すべく、本発明は次の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明の半導体ウエハの熱処理装置は、被処理物が１枚ずつ収容可能とされかつ当該被処理物を取り囲むように略扁平な筒状に形成されている誘導加熱可能な加熱体と、この加熱体の外側に設けられた当該加熱体を誘導加熱する誘導加コイルと、加熱体と誘導加熱コイルが収容されるとともに密閉可能とされ、かつ石英を超える耐熱性を有する高耐熱部材からなる処理室と、この処理室を真空にする真空排気手段と、当該処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、が備えられていることを特徴とするものである。
上記の半導体ウエハの熱処理装置によれば、処理室の内側に石英部材やそれを取り囲む断熱材を設けていないので、それらの耐熱性の制約がなくなる。加えて、処理室の構成部材を石英を超える耐熱性を有する高耐熱性部材で構成しているので、石英の耐熱性を超える高温域（例えば１２００℃を超える温度）でのウエハの熱処理が可能となる。また、被処理物を誘導加熱される加熱体で収容することで、真空状態であっても輻射熱により当該被処理物を効率よく加熱することが可能となっている。
【０００７】
また、真空排気手段とガス供給手段によりプロセスの要求に応じた種々の熱処理を可能としている。さらに、低温域（例えば８００℃以下）では、処理室内をガス供給手段によりガス雰囲気とし、その温度を超えたあたりから当該処理室内を真空排気手段により真空状態に切り替えることにより、熱損失を抑制し低温域から高温域にわたり高い加熱効率を維持するといった運転も可能としている。また、加熱体が被処理物を取り囲むように略扁平な筒状に形成されていることから、加熱体からウエハ全体に向けて、熱を均等に放射（輻射）でき、当該ウエハ全体を均一にムラなく熱処理することができる。
さらに、上記本発明において、前記処理室を形成する壁面と誘導加熱コイルとの間に、加熱体からの輻射を遮る輻射シールドが設けられていることが好ましい。これにより、輻射熱の処理室壁への散逸を抑え、ウエハをより効率良く加熱することができる。
また、上記本発明において、少なくとも前記誘導加熱コイルの外表面にセラミックスコーティングが施されていることが好ましい。これにより、絶縁体層が形成され誘導加熱コイルによりウエハ表面が金属汚染されるのを抑制することができるとともに、処理室との間の真空中での放電を有効に防止できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高温での熱処理ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る半導体ウエハの熱処理装置１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。本実施形態に係る半導体ウエハの熱処理装置１は、例えば円盤状のウエハＷの結晶欠陥の回復処理等をするための熱処理に用いられるものである。この半導体ウエハの熱処理装置１は、ウエハＷを収容する加熱体４と、この加熱体４の外側に設けられた誘導加熱コイル３と、当該加熱体４と誘導加熱コイル３が収容されるとともに密閉可能とされた処理室２とが備えられ、さらに誘導加熱コイル３と処理室壁の間に設けられた輻射シールド９とを備えている。さらに、ガス供給手段として、ガス供給口５に接続され処理ガスを供給するガス供給装置（図示せず）を備え、さらに真空排気手段として、真空排気口６に接続された真空排気装置（図示せず）を備えている。
【００１０】
本実施形態に係る半導体ウエハの熱処理装置１は、その内側からウエハＷを収容する加熱体４と、この加熱体４との間に隙間を空けて当該加熱体４の周囲全体を取り囲んで配置される誘導加熱コイル３と、この誘導加熱コイル３のさらに外側で当該誘導加熱コイル３との間に隙間を空けて取り囲むようにして配置される輻射シールド９と、当該加熱体４と、誘導加熱コイル３と、輻射シールド９とを収容する、処理室２とを備えている。
そして、これらはすべて、図１（ａ）に示すように、左側（図１（ｂ）左側）を開口方向とした同軸的に、それぞれが上下両側に平坦部と、この上下両側の平坦部をその左右（図１（ａ）左右）で繋ぐ湾曲部とを有し、軸方向周りで断面略扁平な形状で形成されている。そして、これら各構成部材は、それぞれが隙間を空けつつ配置されている。
処理室２は、上下両側に平坦部と、この上下両側の平坦部を繋ぐ左右（図１（ａ）左右）の湾曲部とを備えた、略扁平な筒状に形成されている。この処理室２は、例えばステンレス鋼のような金属製の素材で構成される水冷ジャケット付き真空容器で、その内部は、ウエハＷを１枚ずつ収容でき、さらに誘導加熱体３等を具備できる容積が確保されている。
【００１１】
また、処理室２の一端側（図１（ｂ）では左側）にウエハを搬出入するための開口部２ａを有し、他端側（図１（ｂ）では右側）に内部を監視する監視窓２ｂを有している。処理室２の上部にはガス供給口５が備えられ、処理室２の下部には真空排気口６が備えられている。また、処理室２の上部から加熱体４の外周面の間近まで、雰囲気温度を測定する熱電対７が配設されている。さらに、開口部２ａ、ガス供給口５、真空排気口６には、処理室２を密閉空間にするための蓋体や弁体等（図示せず）が適宜設けられ、処理室２内を処理ガス雰囲気から、真空状態へ切り替え可能とされている。
【００１２】
ウエハＷの加熱は、誘導加熱式のものが採用され、本実施形態にかかる半導体ウエハの熱処理装置１は、誘導加熱コイル３と、この誘導加熱コイル３により誘導加熱される加熱体４と、誘導加熱コイル３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。
この誘導加熱コイル３は、図１（ａ）に示すように、周方向に巻回されており、銅等の材料で作製された断面四角形の中空管とされ、管内に冷却水を循環させている。
【００１３】
加熱体４は、グラファイトなどの熱伝導率が大きい導電性材料の表面に高純度炭化ケイ素（ＳｉＣ）のＣＶＤ（化学蒸着法）コーティングを施したものにより構成されている。加熱体４は、前記誘導加熱コイル３の内方に離間して設けられ、ウエハＷを取り囲むように略扁平な筒状に形成されている。具体的には、この加熱体４は、ウエハＷの上下両面全体に近接して沿う上下両側の平坦部と、この上下両側の平坦部をその左右（図１（ａ）左右）で繋いでいる湾曲部とを有している。このような形状とすることで、加熱体４からの熱線がウエハＷの両面に効率よく照射されるようにしている。そして、ウエハＷは、互いに対向する加熱体４の前記平坦部の対向面間に、かつ当該対向面と略平行に設置されている。
高周波電流供給手段は、処理室２外に設置されており、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３の所定位置への出力制御が行えるように構成されている。
【００１４】
筒状の加熱体４の内周面の下側平坦部上には、ウエハＷを当該加熱体４との間に隙間を空けつつウエハＷを支持するための支持部材８が備えられている。この支持部材８でウエハＷを支持して熱処理が行われる。
誘導加熱コイル３と処理室壁との間には、これらと離間させた状態で当該誘導加熱コイル３の外側を取り巻くように例えば高い反射率の表面を有する耐火金属材料等の板、箔またはその積層体からなる輻射シールド９が設けられている。この輻射シールド９により、輻射熱の処理室壁への散逸を抑え、ウエハＷをより効率良く加熱することができる。
また、誘導加熱コイル３の表面には、セラミックスコーティングが施されている。これにより、誘導加熱コイル３によるウエハ表面の金属汚染を抑制することができるとともに、処理室との間の真空中での放電を有効に防止できる。
【００１５】
上記構成の半導体ウエハの熱処理装置１によるウエハＷの熱処理は、例えば次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３に供給されると、この誘導加熱コイル３から磁束（磁力線）が発生する。そして、この磁束が加熱体４を貫通すると、加熱体４に渦電流が発生し、この渦電流と加熱体４自体の電気抵抗とによりジュール熱が生じて、加熱体４が発熱する。その後、この加熱体４からの熱線により支持部材８に支持されているウエハＷが加熱される。
この際、処理室２内を真空排気して真空状態とすることにより、加熱体４から処理室壁への対流伝熱を抑えることができる。このため、本実施形態に係る半導体ウエハの熱処理装置１では、処理室２の内側に断熱材を設けていない。したがって、処理室内の塵の発生がないのは勿論のこととして、従来のような耐熱性の制約がなくなるとともに、高速な熱処理、特に冷却を可能としている。このことに加え、処理室２をステンレス鋼のような金属製の素材で構成しているので、石英の耐熱性を超える高温域（例えば１２００℃を超える温度）でウエハの熱処理が可能となっている。また、ウエハＷを誘導加熱される加熱体４で収容することで、真空状態であっても輻射熱により当該被処理物を効率よく加熱することが可能となっている。
【００１６】
さらに、処理室２内は、ガス雰囲気と真空状態の切り替え可能となっているので、ウエハＷの加熱過程において、場合によっては、例えば約８００℃までは、ガス供給手段によってガス供給口５から雰囲気ガスを注入しつつウエハＷの熱処理を行う。そして、約８００℃を超えたあたりから、ガス供給を停止するとともにガス供給口５を閉塞し、密閉された処理室２内を真空排気手段によって真空排気口６から真空引きして当該処理室２を真空状態とすることも可能である。
即ち、プロセスが許容する場合には、低温域では、雰囲気ガスによる対流伝熱により効率よくウエハＷを加熱し、高温域では真空状態に切り替えて、加熱体４による輻射熱のみでウエハＷを効率よく加熱する。これにより、低温域から高温域まで、高い加熱効率を維持することができる。なお、雰囲気ガスには、酸素、空気等の酸化性ガスあるいは、アルゴン、窒素、その他各種の不活性ガスなどが使用される。
【００１７】
また、加熱体４は、ウエハＷを取り囲むように略扁平な筒状に形成されているので、当該加熱体４からウエハＷ全体に向けて、熱を均等に放射（輻射）することができる。これにより、ウエハＷ全体を均一にムラなく熱処理することができる。
このように、本実施形態に係る半導体ウエハの熱処理装置１は、１２００℃を超える高温での熱処理が可能で、かつ全温度域にわたり高い加熱効率を維持できる。さらに、ウエハＷ表面が金属汚染されるのを抑制しつつ、当該ウエハＷ全体を均一にムラなく熱処理できるので高品質のウエハＷを得ることができる。
このため、例えば従来の熱処理装置では困難であった、短時間でのウエハＷの結晶欠陥の回復処理が可能になる等の利点を有する。
なお、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではない。例えば、被処理物の形状などを問わない。また、本実施形態では処理室２の断面（図１（ａ））を矩形状としてもよい。また、加熱体４等の材質は特に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は、本発明に係る半導体ウエハの熱処理装置の正面断面図であり、（ｂ）は、同側面断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１      半導体ウエハの熱処理装置
２      処理室
３      誘導加熱コイル
４      加熱体
５      ガス供給口
６      真空排気口
８      支持部材
９      輻射シールド
Ｗ      ウエハ
【図１】
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