(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を収容する処理室の上部に透過窓を介して加熱ランプを設け、処理室内にその底部から被処理体を浮かせた状態に該被処理体の周縁部を支持する環状の支持体を設けてなる枚葉式熱処理装置において、前記処理室内の底部に被処理体の降温速度を速くするための凹凸加工を施してなることを特徴とする枚葉式熱処理装置。
【請求項２】
被処理体を収容する処理室の上部に透過窓を介して加熱ランプを設け、処理室内にその底部から被処理体を浮かせた状態に該被処理体の周縁部を支持する環状の支持体を設けてなる枚葉式熱処理装置において、前記処理室内の底部に被処理体の降温速度を速くするための中央部から周縁部に向けて傾斜する加工を施してなることを特徴とする枚葉式熱処理装置。
【請求項３】
被処理体を収容する処理室の上部に透過窓を介して加熱ランプを設け、処理室内にその底部から被処理体を浮かせた状態に該被処理体の周縁部を支持する環状の支持体を設けてなる枚葉式熱処理装置において、前記処理室内の底部に被処理体の降温速度を速くするための処理を施してなり、前記処理が降温速度を面内均一にすべく部分的に施されていることを特徴とする枚葉式熱処理装置。
【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】
半導体デバイスの製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに酸化、拡散ＣＶＤ、アニール等の処理を施すために、各種の熱処理装置が使用されている。
この熱処理装置の一つとして、ウエハを一枚ずつ熱処理する枚葉式の熱処理装置が知られている。この枚葉式熱処理装置は、ウエハの面内均一な熱処理および急速な昇降温を要する熱処理が比較的容易に可能であることから、ウエハサイズの大型化および半導体素子の微細化に伴い多く使用されるようになっている。
【０００３】
この枚葉式熱処理装置としては、ウエハを収容する処理室の上部に透過窓を介して加熱ランプを設け、処理室内にその底部からウエハを浮かせた状態に該ウエハの周縁部を支持する環状の支持体を設けてなるものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記枚葉式熱処理装置においては、エネルギーロスを少なくするために、加熱ランプと対向する熱処理室の底部が反射率の高い金属面とされており、ウエハを上方および下方の両面から加熱する形態がとられている。このため、ウエハを効率良く急速昇温させることが可能であるが、反面、降温速度が遅くなる傾向があり、これが熱処理の結果に悪影響を与える要因になっている。
【０００５】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、降温速度を速くすることができる枚葉式熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項１の発明は、被処理体を収容する処理室の上部に透過窓を介して加熱ランプを設け、処理室内にその底部から被処理体を浮かせた状態に該被処理体の周縁部を支持する環状の支持体を設けてなる枚葉式熱処理装置において、前記処理室内の底部に被処理体の降温速度を速くするための凹凸加工を施してなることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、被処理体を収容する処理室の上部に透過窓を介して加熱ランプを設け、処理室内にその底部から被処理体を浮かせた状態に該被処理体の周縁部を支持する環状の支持体を設けてなる枚葉式熱処理装置において、前記処理室内の底部に被処理体の降温速度を速くするための中央部から周縁部に向けて傾斜する加工を施してなることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、被処理体を収容する処理室の上部に透過窓を介して加熱ランプを設け、処理室内にその底部から被処理体を浮かせた状態に該被処理体の周縁部を支持する環状の支持体を設けてなる枚葉式熱処理装置において、前記処理室内の底部に被処理体の降温速度を速くするための処理を施してなり、前記処理が降温速度を面内均一にすべく部分的に施されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳述する。
【００１４】
図１において、１は被処理体例えば半導体ウエハｗを一枚ずつ熱処理する枚葉式熱処理装置の処理室で、この処理室１は耐熱性および耐食性ならびにウエハｗに対して非汚染性を有する材質の金属例えばアルミニウムにより形成されている。この処理室１の上部には、透過窓２を介して加熱ランプ３が設けられている。
前記処理室１の上方は開口され、処理室１の上部には、その開口を覆い且つ密閉するように石英ガラスからなる透過窓２が設けられている。
【００１５】
前記加熱ランプ３は、例えばハロゲンランプからなり、処理室１内のウエハｗを所望の温度例えば５００℃〜１０００℃程度に加熱制御可能な加熱部４を構成している。この加熱部４は、処理室１の上部に着脱可能に設けられている。前記加熱ランプ３としては、球状のものであってもよく、あるいは、管状のものであってもよい。加熱部４は、処理室１内に対向して収容されているウエハｗを面内均一に加熱し得るように複数の加熱ランプ３を面状ないし同心円状に配設して構成されている。また、加熱ランプ３の背面側には、反射体５が設けられている。
【００１６】
前記処理室１内には、ウエハｗを面内均一に熱処理すべく回転可能に支持するために、処理室１内の底部（底板部ともいう）６からウエハｗを浮かせた状態に該ウエハｗの周縁部を支持する環状の支持体７が設けられている。この支持体７は、ウエハｗの周縁部を支持する機能の他に、ウエハｗの周縁部における急激な温度変化によるスリップ（結晶ずれ）を防止する機構、および、底部６および回転機構２０が加熱ランプ３からの輻射熱を直接受けないように遮蔽する機能を備えている。
【００１７】
前記支持体７は、処理室１が通常サイズ例えば直径２００ｍｍのウエハだけでなく、大サイズ例えば直径３００ｍｍのウエハにも対応し得るように大きく形成されていることから、幅広に形成されている。この支持体７の内周側と外周側の温度差に起因する内部応力による変形や割れを防止するために、支持体７は、図３にも示すように、内周側支持体７Ａと外周側支持体７Ｂとに同心円状に二つに分割可能に形成されている。また、内周側支持体７Ａは、昇降温時のウエハｗとの温度差をできるだけ小さくすべくウエハｗと同じ程度に熱容量を小さくするために、外周側支持体７Ｂよりも厚さが薄く形成されている。
【００１８】
内側支持体７Ａはウエハｗと同じ材質例えば珪素（Ｓｉ）からなることが好ましく、外側支持体７Ｂはウエハｗおよび内側支持体７Ａの荷重を支えるため、強度を有する材質例えば炭化珪素（ＳｉＣ）からなることが好ましい。なお、内側支持体７Ａおよび外側支持体７Ｂが共に炭化珪素からなっていてもよく、あるいは、共に珪素からなっていてもよい。あるいは、内側支持体７Ａが炭化珪素からなり、外側支持体７Ｂが珪素からなっていてもよい。
【００１９】
前記内周側支持体７Ａの内周部には、直径ｄ１例えばｄ１＝２００ｍｍのウエハの周縁部を支持する鍔状の支持部８が形成されている。内周側支持体７Ａには、ウエハｗの周縁部を位置決めするため、および、内周支持体７Ａ自体を補強するため、周方向に連続した突条部９が形成されていることが好ましい。前記外周側支持体７Ｂの内周部には、図３もしくは図４に示すように、内周側支持体７Ａの外周縁部もしくは内周側支持体７Ａと同じ外径（直径）ｄ２例えばｄ２＝３００ｍｍのウエハｗｘの周縁部を位置決め支持可能に鍔状の支持部１０が形成されている。
【００２０】
前記処理室１の底部６の下面には、環状の支柱１１が設けられ、この支柱１１およびち底部６には、処理室１内に連通開口した環状の溝１２が形成されている。この溝１２内に環状の内側回転体１３が軸受１４を介して回転可能に設けられ、この内側回転体１３の上部に前記外側支持体７Ｂがネジ止めにより固定されている。この内側回転体１３を外部から非接触で回転駆動するために、前記支柱１１の外周部には、図示しない電動モータの駆動ピニオンにより回転駆動される歯車１５を外周に有する外側回転体１６が軸受１７を介して回転可能に設けられ、これら内側回転体１３と外側回転体１６とには、回転力を伝えるための磁石１８，１９が支柱１１の溝壁を挟んで対向して設けられている。これにより、支持体７を介してウエハｗを底部６と非接触状態で回転させる回転機構２０が構成されている。
【００２１】
処理室１の一側部には、図示しない搬送アーム機構によりウエハｗを処理室１内に搬入、搬出するための出入口２１が形成され、この出入口２１にはこれを開閉するゲートバルブ２２が設けられている。処理室１の他側部には、石英ガラスからなる覗き窓２３が設けられている。また、処理室１の他の一側部には、図２に示すように、処理ガスや不活性ガス例えば窒素（Ｎ2）ガスを導入するシャワヘッド状のガス導入部２４が設けられ、他側部には、処理室１内を排気するための排気部２５が設けられている。ガス導入部２４にはガス供給源が接続され、排気部２５には処理室１内を所望の圧力に減圧制御可能な減圧制御機構を備えた排気系が接続されている。
【００２２】
前記処理室１の底部６には、搬送アーム機構と支持体７間のウエハｗの受け渡しを行うためにウエハｗを持ち上げ下げする複数例えば３本のリフタピン２６が貫通状態に設けられ、これらリフタピン２６の下端部にはこれらを上下動するための図示しないアクチュエータが設けられている。また、処理室１の底部には、ウエハｗの温度を検知するための放射温度計２７が設けられている。
【００２３】
そして、前記処理室１内の底部６には、ウエハｗの降温速度を速くするための処理が施されている。ところで、ウエハｗから底部６への熱流束Ｑは、
Ｑ＝εＡＦσ（Ｔｗ4−Ｔｐ4）
の式により表わすことができる。ここで、εは底部表面の放射率、Ａは底部表面の表面積、Ｆは底部表面の形態係数であり、ここではＦ＝１とする。σはステファンボルツマン定数、Ｔｗはウエハの温度、Ｔｐは底部の温度である。
【００２４】
前記式より、ウエハｗの降温速度を大きくするためには、放射率εを大きくするか、表面積Ａを大きくするか、（Ｔｗ4−Ｔｐ4）を大きくする、すなわち底部６の温度Ｔｐを小さくすればよい。
【００２５】
そこで、本実施の形態では、図５に示すように、底部６の表面（上面）には、放射率を大きくする表面処理（放射率の大きい表面処理）例えばアルマイト処理２８が施されている。このアルマイト処理２８は、アルミニウム（Ａｌ）からなる底部６の表面を酸化させて黒色の酸化アルミニウムの膜を形成するものである。なお、底部６の材質が、ステンレス（ＳＵＳ）である場合には、底部の表面を酸化処理すればよい。また、本実施の形態では、図１に示すように、底部６の温度を小さく（低く）するために、底部６には冷却水を通して温度制御するための冷却水通路２９が形成されている。
【００２６】
次に、以上の構成からなる枚葉式熱処理装置の作用を述べる。先ず、処理室１の出入口２１のゲートバルブ２２を開けて搬送アーム機構により処理室１内にウエハｗを搬入し、リフタピン２６を押し上げることによりウエハｗを搬送アーム機構からリフタピン２６に受け渡す。次いで、リフタピン２６を降下させてウエハｗの周縁部を支持体７に支持させると共に、前記ゲートバルブ２２を閉める。
【００２７】
次に、処理室１内を排気部２５から排気系により吸引排気して所定の真空度に制御し、ガス導入部２４から処理ガスを処理室１内に所定流量で導入すると共に、加熱ランプ３を点灯させてウエハｗを加熱昇温させ、支持体７を介してウエハｗを回転機構２０により回転させながら所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を開始する。
【００２８】
前記加熱ランプ３の点灯により加熱ランプ３から輻射熱（熱線）が放射され、この輻射熱が透過窓２を透過してウエハｗの表面に直接照射されることにより、ウエハｗが所定の温度に急速昇温される。この時、ウエハｗの温度が放射温度計２７により検知され、その検知温度を基に加熱ランプ３の出力が制御され、ウエハｗの温度が所定の熱処理温度に制御されている。
【００２９】
所定の熱処理時間に達したなら、処理ガスの供給を停止すると共に、加熱ランプ３を消灯させて、熱処理を終了する。加熱ランプ３の消灯により、処理室１内およびウエハｗの温度が降温する。この時、処理室１内に不活性ガス例えば窒素ガスを導入して処理室内を不活性ガスで置換することにより、降温が促進される。しかし、処理室１の透過窓２の石英ガラスは勿論のこと、ウエハｗ自体も温度が上がっているため、ウエハｗの降温速度を速めることに限界がある。
【００３０】
そこで、本実施の形態では、ウエハｗと対向する底部６には、ウエハｗを降温させるための処理として、放射率を大きくする表面処理例えばアルマイト処理２８が施されている共に、底部６の温度を小さく（低く）するための冷却水通路２９が形成されているため、ウエハｗからの輻射熱を吸収してウエハｗの降温速度を速くすることができる。
【００３１】
また、前記支持体７が内周側支持体７Ａと外周側支持体７Ｂとに分割可能に形成され、内周側支持体７Ａの厚さが外周側支持体７Ｂよりも薄く形成されているため、ウエハｗと支持体７間の熱容量の違いによる温度差を小さくすることができると共に、ウエハｗの降温速度を速くすることができ、しかも、内周側と外周側の温度差に起因する支持体７の割れを防止することができる。
【００３２】
この場合、前記外周側支持体７Ｂが内周側支持体７Ａもしくは内周側支持体７Ａと同じ外径のウエハｗを支持可能に形成されているため、内周側支持体７Ａの脱着により外径の異なるウエハｗ，ｗｘの熱処理が可能となる。すなわち、外周側支持体７Ｂに内周側支持体７Ａを取付けておけば、内周側支持体７Ａに直径ｄ１例えばｄ１＝２００ｍｍのウエハｗを支持させることができ、外周側支持体７Ｂから内周側支持体７Ａを取外しておけば、外周側支持体７Ｂに直径ｄ２例えばｄ２＝３００ｍｍのウエハｗｘを支持させることができ、一台の枚葉式熱処理装置で、直径の異なる２種類のウエハｗ，ｗｘの熱処理が可能となる。
【００３３】
図６〜図８は、本発明の他の実施の形態を概略的に示している。図６の実施の形態では、ウエハｗの降温速度を速くするための処理として、処理室１の底部６の表面積を大きくする処理例えば凹凸加工３０が施されている。この凹凸加工３０は同心円状に施されていることが好ましい。図６の実施の形態によれば、処理室１の底部６の表面に凹凸加工３０が施されているため、底部６の表面積が大きくなることによりウエハｗから底部６への熱流束が多くなると共に、底部６からウエハｗへの反射が少なくなり、ウエハｗの降温速度を速くすることができる。
【００３４】
図７の実施の形態では、ウエハｗの降温速度を速くするための処理として、処理室１の底部６の表面積を大きくする処理例えば中央部から周縁部に向って下降傾斜した円錐状の傾斜加工３１が施されている。図７の実施の形態によれば、処理室１の底部６の表面に傾斜加工３１が施されているため、底部６の表面積が大きくなることによりウエハｗから底部６への熱流束が多くなると共に、底部６からウエハｗへの反射が少なくなり、ウエハｗの降温速度を速くすることができる。
【００３５】
図８の実施の形態では、ウエハｗの周縁部が中央部よりも放熱し易く、降温速度が速いことから、降温速度を面内均一にするために、底部６の表面全体でなく中央部のみに部分的に、ウエハｗの降温速度を速くするための処理例えば放射率を大きくする表面処理であるアルマイト処理２８が施されている。なお、このアルマイト処理の代りに、表面積を大きくするための凹凸加工もしくは傾斜加工が施されていていてもよい。図８の実施の形態によれば、処理室１の底部６の表面に全体的でなく降温速度の遅い部分のみに部分的に、ウエハｗの降温速度を速くするための処理例えばアルマイト処理２８が施されているため、ウエハｗを面内均一に降温させることができる。なお、図６〜図８の実施の形態においても、処理室１の底部６には冷却水通路が形成されていることが好ましい。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。例えば、前記実施の形態では、支持体が二つに分割されている例が示されているが、支持体は複数例えば三つに分割されていてもよい。また、支持体の材質としては、珪素（Ｓｉ）や炭化珪素（ＳｉＣ）以外に、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であってもよい。被処理体としては、半導体ウエハ以外に、例えばガラス基板やＬＣＤ基板が適用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００４０】
（１）請求項１の発明によれば、被処理体を収容する処理室の上部に透過窓を介して加熱ランプを設け、処理室内にその底部から被処理体を浮かせた状態に該被処理体の周縁部を支持する環状の支持体を設けてなる枚葉式熱処理装置において、前記処理室内の底部に被処理体の降温速度を速くするための凹凸加工を施してなるため、底部の表面積が大きくなることにより被処理体から底部への熱流束が多くなると共に、底部から被処理体への反射が少なくなり、被処理体の降温速度を速くすることができる。
【００４１】
（２）請求項２の発明によれば、被処理体を収容する処理室の上部に透過窓を介して加熱ランプを設け、処理室内にその底部から被処理体を浮かせた状態に該被処理体の周縁部を支持する環状の支持体を設けてなる枚葉式熱処理装置において、前記処理室内の底部に被処理体の降温速度を速くするための中央部から周縁部に向けて傾斜する加工を施してなるため、底部の表面積が大きくなることにより被処理体から底部への熱流束が多くなると共に、底部から被処理体への反射が少なくなり、被処理体の降温速度を速くすることができる。
【００４２】
（３）請求項３の発明によれば、被処理体を収容する処理室の上部に透過窓を介して加熱ランプを設け、処理室内にその底部から被処理体を浮かせた状態に該被処理体の周縁部を支持する環状の支持体を設けてなる枚葉式熱処理装置において、前記処理室内の底部に被処理体の降温速度を速くするための処理を施してなり、前記処理が降温速度を面内均一にすべく部分的に施されているため、被処理体を面内均一に降温させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す枚葉式熱処理装置の縦断面図である。
【図２】同熱処理装置の横断面図である。
【図３】支持体の構造を示す断面図である。
【図４】外周側支持体にウエハを支持させた状態を示す断面図である。
【図５】底部を表面処理した構造を概略的に示す断面図である。
【図６】底部を凹凸加工した構造を概略的に示す断面図である。
【図７】底部を傾斜加工した構造を概略的に示す断面図である。
【図８】底部を部分的に表面処理した構造を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
１  処理室
２  透過窓
３  加熱ランプ
６  底部
７  支持体
７Ａ  内周側支持体
７Ｂ  外周側支持体
２８  アルマイト処理（表面処理）
３０  凹凸加工
３１  傾斜加工
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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