(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧可能な処理室内に被処理体を載置する載置板の周縁部を支持すると共に下方の空間を遮蔽する環状の遮蔽体を備え、前記載置板上の被処理体を加熱して処理ガス雰囲気下で処理する枚葉式熱処理装置において、前記遮蔽体の内周に載置板の周縁部下面および周縁部上面をそれぞれ支持する支持部材を配置し、これら上下の支持部材の外周もしくは遮蔽体の内周に、これら相互の接触面積を小さくするための複数の突起部を形成したことを特徴とする枚葉式熱処理装置。
【請求項２】
前記上支持部材の外周には、前記遮蔽体の内周側上面を覆って処理ガスの浸入を抑制する覆い部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の枚葉式熱処理装置。
【請求項３】
前記載置板には、前記被処理体の周囲を取囲むように隆起部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の枚葉式熱処理装置。
【請求項４】
前記遮蔽体側から上支持部材上に延出させて上支持部材の上面を点接触で押える複数の押え腕が設けられていることを特徴とする請求項１記載の枚葉式熱処理装置。
【請求項５】
前記遮蔽体側から前記上支持材を貫通して前記載置板に突き刺した状態の温度検知部材が周方向に適宜間隔で複数配設されていることを特徴とする請求項１記載の枚葉式熱処理装置。
【請求項６】
前記支持部材は、アルミナ、炭化珪素、酸化ケイ素、石英のいずれかよりなることを特徴とする請求項１記載の枚葉式熱処理装置。
【請求項７】
前記遮蔽体の上面に開口部が設けられ、前記押え腕の基部側は前記開口部を塞ぐために取付けられた蓋の上面部に固定されていることを特徴とする請求項４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】
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用いられている。この熱処理装置としては、ウエハを一枚ずつ処理する枚葉式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ようになっている。
【０００３】
この枚葉式熱処理装置は、減圧可能な処理室内にウエハを載置する載置板の周縁部を支持すると共に下方の空間を遮蔽する環状の遮蔽体を備え、前記載置板上のウエハを加熱して処理ガス雰囲気下で処理するように構成されている。この場合、前記載置板の周縁部を遮蔽体に直接支持させると、載置板の周縁部から遮蔽体への接触熱伝導による放熱量が多くなり、ウエハの面内均一な処理が困難となるため、載置板の周縁部を低熱伝導性の支持部材を介して遮蔽体に間接的に支持させることが好ましい。
【０００４】
そこで、図７に示すように、遮蔽体５の内周に載置板３の周縁部下面および周縁部上面をそれぞれ支持する低熱伝導性の支持部材３０，３１を配置する構造が提案されている（未公開）。この場合、処理室内を減圧する際の初期の粗引き時などに、載置板３が飛ばされたり、移動したりするのを防止するため、および、上下の支持部材３０，３１と載置板３もしくは遮蔽体５との隙間から下方の空間ないし載置板の裏面に処理ガスが浸入ないし回り込むのを抑制するために、上下の支持部材３０，３１を金属製のネジ５０で接合し、更に、下支持部材３０を係止すべく遮蔽体５の内周に形成された係止部３２に下支持部材３０を金属製のネジ５１で固定する構造が考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記構造の枚葉式熱処理装置においては、支持部材３０，３１が低熱伝導性であるといえども、処理室内の真空度によっては放射よりも接触熱伝導による放熱の方が主体的となる場合があり、その場合、前記支持部材３０，３１と遮蔽体５の接触面積が大きいことから、支持部材３０，３１から遮蔽体５への放熱量が多くなる。このため、載置板３には、中央部よりも周縁部の温度が低くなる温度分布が生じ、ウエハを面内均一に加熱して処理するのに限界がある。また、前述したように支持部材３０，３１をネジ５０，５１で押える構造では、ネジ５０，５１を介して熱の逃げが多くなるため、載置板３の周縁部が熱的に不安定になり、ウエハの面内均一な加熱を阻害する要因となる。
【０００６】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、被処理体を載置する載置板の周縁部からの放熱を抑制して被処理体を面内均一に処理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。
【０００７】
【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、減圧可能な処理室内に被処理体を載置する載置板の周縁部を支持すると共に下方の空間を遮蔽する環状の遮蔽体を備え、前記載置板上の被処理体を加熱して処理ガス雰囲気下で処理する枚葉式熱処理装置において、前記遮蔽体の内周に載置板の周縁部下面および周縁部上面をそれぞれ支持する支持部材を配置し、これら上下の支持部材の外周もしくは遮蔽体の内周に、これら相互の接触面積を小さくするための複数の突起部を形成したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の枚葉式熱処理装置において、前記上支持部材の外周に、前記遮蔽体の内周側上面を覆って処理ガスの浸入を抑制する覆い部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１記載の枚葉式熱処理装置において、前記載置板に、前記被処理体の周囲を取囲むように隆起部が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１記載の枚葉式熱処理装置において、前記遮蔽体側から前記上支持部材上に延出させて上支持部材の上面を点接触で押える複数の押え腕が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１記載の枚葉式熱処理装置において、前記遮蔽体側から前記上支持部材を貫通して前記載置板に突き刺した状態の温度検知部材が周方向に適宜間隔で複数配設されていることを特徴とする。
前記支持部材は、アルミナ、炭化珪素、酸化ケイ素、石英のいずれかよりなることが好ましい。前記遮蔽体の上面に開口部が設けられ、前記押え腕の基部側は前記開口部を塞ぐために取付けられた蓋の上面部に固定されていることが好ましい。
【００１２】
【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。図１は本発明の実施の形態を示す枚葉式熱処理装置の概略的縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視平面図、図３は図１の要部拡大断面図、図４は図３のＢ−Ｂ矢視断面図、図５は図２のＣ−Ｃ矢視拡大断面図である。
【００１３】
図１において、１は被処理体例えば半導体ウエハｗを１枚ずつ収容して所定の処理例えばＣＶＤ処理を施す枚葉式熱処理装置で、減圧可能な気密構造の箱状の処理室（チャンバ）２を備えている。この処理室２は、耐熱性、耐食性およびウエハｗに対して非汚染性を有する材料例えばアルミニウムにより形成されている。この処理室２内には、ウエハｗを載置する載置板（サセプタ）３と、この載置板３の周縁部を支持すると共に下方の空間４ａ，４ｂを処理ガスから遮蔽するための環状の金属製例えばアルミニウム製の遮蔽体（シールドリング）５とが設けられている。
【００１４】
この遮蔽体５は、同心円状に配した内筒部５ａおよび外筒部５ｂと、これら内筒部５ａおよび外筒部５ｂの上端部間を覆うように設けられた環状の平板部５ｃとを有している。内筒部５ａには、ウエハｗの移載時に載置板３上からウエハｗを突き上げ下げする昇降機構６の複数例えば３本のＬ字状のリフタピン７の移動を許容する開口部８が周方向に適宜間隔例えば等間隔で複数例えば３箇所形成されている。また、平板部５ｃには、昇降機構６の調整ないしメンテナンスを行うための開口部９が周方向に適宜間隔例えば等間隔で複数例えば３つ形成されていると共に、各開口部９を上方から覆う蓋１０がネジ止めにより着脱可能に取付けられている（図２参照）。
【００１５】
前記載置板３には、前記リフタピン７の起立した先端部が上下方向に貫通可能な貫通孔１１が形成されている。リフタピン７の基端部は、内筒部５ａと外筒部５ｂの間の環状空間４ｂに配された環状の共通の昇降枠１２にそれぞれ固定され、この昇降枠１２には、処理室２の底部を貫通した昇降軸１３を介して前記昇降機構６の駆動部（アクチュエータ）１４が連結されている。処理室２内を気密状態に保持するために、処理室２と昇降機構６の駆動部１４との間にはベローズ１５が設けられていることが好ましい。また、前記リフタピン７は、熱線透過材料例えば石英により形成されている。
【００１６】
前記載置板３の下方には、この載置板３を介してウエハｗを加熱するための加熱手段として、複数の加熱ランプ１６が処理室２の底部に設けられた熱線透過材料例えば石英からなる透過窓１７を介して設けられている。この透過窓１７は、処理室２の底部中央すなわち前記遮蔽体５の内筒部５ａで区画された中央空間４ａを介して前記載置板３と対向する位置に気密に設けられている。処理室２の外底部には、前記透過窓１７を囲むように箱状の加熱室１８が設けられ、この加熱室１８内に前記加熱ランプ１６が配置されている。
【００１７】
この場合、ウエハｗの面内均一な加熱を行うために、加熱ランプ１６は、反射鏡を兼ねた回転板１９上に取付けられ、加熱室１８の底部に設けられたモータ２０によって回転可能に構成されていることが好ましい。この加熱ランプ１６の点灯により加熱ランプ１６から透過窓１７を介して載置板３の下面に熱線が照射され、これにより加熱された載置板３を介してウエハｗを面内均一に加熱し得るようになっている。また、処理室２の底部には、前記載置板３の下方の中央空間４ａ内に不活性ガス例えば窒素ガスを導入する図示しない不活性ガス導入部が設けられており、載置板３および遮蔽体５の外側から内側への処理ガスの侵入が抑制されている。
【００１８】
また、処理室２内に処理ガスを導入する手段として、処理室２の天上部には、前記載置板３と対向する位置に、ウエハｗの上面（被処理面）に処理ガスを均等に供給可能なシャワーヘッド２１が設けられている。このシャワーヘッド２１の上部には、流量制御された必要な処理ガスを導入するためのガス導入部２２が設けられている。
【００１９】
処理室２の側壁部には図示しない搬送アーム機構によりウエハｗを搬入搬出するための出入口２３が形成されていると共に、この出入口２３を開閉するゲートバルブ２４が設けられている。また、前記遮蔽体５の上端の外周側には、多数の整流孔２５を有する環状の整流板２６が、処理室２の内側との間を覆うように設けられている。処理室２における整流板２６よりも下方の側壁部には、処理室２内を減圧排気可能な排気部２７が設けられ、この排気部２７には処理室２内を所定の圧力ないし真空度に減圧制御可能な減圧ポンプや圧力制御機構を備えた排気系が接続されている（図示省略）。
【００２０】
一方、前記載置板３は、ウエハｗよりも大きい円板状に例えば炭化珪素（ＳｉＣ）により形成されている。この載置板３の上面には、ウエハｗの周縁部からの放熱を抑制するために、ウエハｗの周囲を取囲むように環状の隆起部２８が形成されていることが好ましい。また、載置板３の周縁部には、これを後述の支持部材３０，３１により上下から挟んだ状態で支持するために、鍔部２９が周方向に連続して形成されていることが好ましい。
【００２１】
前記遮蔽体５の上端内周には、図３にも示すように、載置板３の周縁部下面および周縁部上面をそれぞれ支持する低熱伝導性の支持部材３０，３１が配置されている。下部の支持部材（下支持部材、ベースリングともいう。）３０は、載置板３の高さ方向の位置決めをするベースとしての機能を有している。上部の支持部材（上支持部材、アイソレーションリングともいう。）３１は、載置板３の水平方向の位置決めをする機能と、処理室２内を減圧する際の初期の粗引き時などに、載置板３が飛ばされたり、移動したりするのを防止すべく上方から押える機能とを有している。
【００２２】
これら上下の支持部材３０，３１は、耐熱性、ウエハｗに対して非汚染性および低熱伝導性を有する材料例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）により形成されていることが好ましい。なお、支持部材３０，３１の材料としては、アルミナ以外に、例えば炭化珪素、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、石英等であっても良い。
【００２３】
前記前記遮蔽体５の内周の上側部には、載置板３の周縁部下面を支持する下支持部材３０の下面を係止するための鍔状の係止部３２が形成されている。この係止部３２は、下支持部材３０から遮蔽体５への接触熱伝導による熱の逃げないし放熱を抑制ないし低減すべく接触面積を小さくするために、周方向に適宜間隔例えば等間隔で複数例えば３つ形成されていることが好ましい。なお、係止部３２は、周方向に連続して形成されていても良い。
【００２４】
下支持部材３０の下面には、前記係止部３２の上面に接触する突起部３３が周方向に連続して形成されている。なお、この突起部３３は、前記係止部３２が周方向に連続して形成されている場合には、接触面積を小さくするために、周方向に適宜間隔で複数形成されていることが好ましい。また、下支持部材３０の外周には、遮蔽体５の内周との接触面積を小さくするために、突起部３４が周方向に適宜間隔例えば等間隔で複数例えば３つ形成されている。
【００２５】
上支持部材３１は、下支持部材３０の上面に載置されており、内周には載置板３の周縁部上面すなわち鍔部２９の上面を押える鍔状の押え部３５が周方向に連続して形成されている。遮蔽体５の上端の内周には、前記載置板３の鍔部２９と略同じ高さ位置に段部３６が形成されており、前記上支持部材３１の外周には、その段部３６と対応する鍔部（外周鍔部）３７が形成されている。
【００２６】
また、上支持部材３１の外周鍔部３７よりも下側の外周には、図４にも示すように、遮蔽体５の内周との接触面積を小さくするための突起部３８が周方向に適宜間隔例えば等間隔で複数例えば３つ形成されている。更に、上支持部材３１の外周鍔部３７よりも上側の外周には、前記遮蔽体５の内周側上面を覆って上下の支持部材３０，３１と遮蔽体５の隙間４５から中央空間４ａ内ないし載置板３の裏面への処理ガスの浸入ないし回り込みを抑制するための鍔状の覆い部３９が形成されている。
【００２７】
そして、前記載置板３および支持部材３０，３１を固定ないし押えるために、本実施の形態では、図２ないし図５に示すように、前記遮蔽体５側から水平に前記上支持部材３１を貫通して前記載置板３に突き刺した状態で細い棒状の温度検知部材４０が、周方向に適宜間隔例えば等間隔で複数例えば３本放射状に配設されている。この温度検知部材４０は、載置板３の温度を検知するもので、直径が１〜２ｍｍ程度の細い例えばアルミナ製の絶縁管で被覆されており、その先端の内部に熱電対が設けられている（図示省略）。
【００２８】
前述のように温度検知部材４０を配設するために、前記上支持部材３１および載置板３には、温度検知部材４０の先端側を径方向外方から内方へ串差し状に挿入するための挿入孔４１，４２が形成されており、遮蔽体５の上面には、温度検知部材４０の基部側を収容する上部が開放された溝４３が形成されている。そして、遮蔽体５の上面には、溝４３内の温度検知部材４０を覆うカバー部材４４ａ，４４ｂがネジ止めにより着脱可能に取付けられている。温度検知部材４０の後端部から引き出された配線は、処理室２の側壁部もしくは底部を気密に貫通して外部に導かれ、加熱ランプ１６の出力を制御して載置板３の温度制御を行うための制御装置に接続されている（図示省略）。
【００２９】
次に、以上のように構成された枚葉式熱処理装置１の作用を述べる。先ず、処理室２の出入口２３のゲートバルブ２４を開けて搬送アーム機構により処理室２内にウエハｗを搬入し、リフタピン７を上昇させ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７に受け渡す。次いで、リフタピン７を降下させてウエハｗを載置板３上に載置し、前記ゲートバルブ２４を閉める。
【００３０】
次に、処理室２内を排気部２７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２２からシャワーヘッド２１を介して処理ガスを処理室２内に所定流量で導入すると共に、加熱ランプ１６を点灯させて載置板３を介してウエハｗを加熱昇温させ、ウエハｗの被処理面に所定の処理例えばＣＶＤ処理を開始する。加熱ランプ１６の点灯により、加熱ランプ１６から透過窓１７を介して載置板３の裏面に熱線が照射され、載置板３が加熱されるが、この加熱板３の厚さが数ｍｍ程度と薄いことから迅速に加熱され、この載置板３上に載置されたウエハｗを所定の温度に迅速に加熱昇温させることができる。
【００３１】
加熱された載置板３からは、その周縁部の支持部材３０，３１や温度検知部材４０を伝わって遮蔽体５側に接触熱伝導により熱が逃げようとするが、支持部材３０，３１の外周には対向する遮蔽体５の内周との接触面積を小さくするための複数の突起部３４，３８が形成されているため、支持部材３０，３１から遮蔽体５への接触熱伝導による熱の逃げないし放熱を抑制することができる。また、温度検知部材４０は細い絶縁管で被覆されているため、温度検知部材４０を介しての載置板３から遮蔽体５への熱の逃げないし放熱を抑制することができる。
【００３２】
従って、ウエハｗを載置する載置板３の周縁部からの放熱を抑制してウエハｗを面内均一に処理することが可能となる。また、ウエハｗにおいては、その周縁部からの放熱量が多いが、前記載置板３にはウエハｗの周囲を取囲むように環状の隆起部２８が形成されているため、ウエハｗの周縁部からの放熱を抑制することができ、ウエハｗの処理における面内均一性の更なる向上が図れる。
【００３３】
前記支持部材３０，３１の外周に複数の突起部３８を設けたことにより支持部材３０，３１の外周と遮蔽体５の内周との間に隙間４５が形成され、この隙間４５から処理ガスが中央空間４ａ内に侵入し易くなるが、上支持部材３１の外周には、前記遮蔽体５の内周側上面を覆って処理ガスの浸入を抑制する覆い部３９が形成されているため、支持部材３０，３１と遮蔽体５の隙間４５から載置板３の裏面への処理ガスの回り込みを抑制することができ、載置板３の裏面における処理ガスの付着生成物による熱的均一性の悪化を防止することができる。
【００３４】
また、前記温度検知部材４０は、遮蔽体５側から上支持部材３１を貫通して載置板３に突き刺した状態で周方向に適宜間隔例えば等間隔で複数例えば３本配設されているため、ネジや後述の押え腕４６を用いることなく、載置板３の温度を測定する温度検知部材４０を利用して載置板３および支持部材３０，３１を遮蔽体５側から確実かつ簡単に固定ないし押えることができる。
【００３５】
図６は、本発明の他の実施の形態を示している。本実施の形態において、前記実施の形態と同一部分は、同一参照符号を付して説明を省略する。図６の実施の形態においては、載置板３および支持部材３０，３１を固定するために、遮蔽体５側から上支持部材３１上に延出させて上支持部材３１の上面を点接触で押える複数例えば３本の押え腕４６が設けられている。この押え腕４６は、例えば石英もしくはアルミニウム等により形成されている。
【００３６】
前記押え腕４６の基部側は、例えば遮蔽体５の上面にメンテナンス用の開口部９を塞ぐために取付けられた蓋１０の上面部に固定されている。押え腕４６は、蓋１０と異なる材料の場合、蓋１０にネジ等で取付けられるが、蓋１０と同じ材料の場合、蓋１０に一体形成されていても良い。押え腕４６の先端部には、上支持部材３１の上面に点接触で当接する球状の当接部４６ａが設けられている。図６の実施の形態によれば、前記遮蔽体５側から前記上支持部材３１上に延出させて上支持部材３１の上面を点接触で押える複数の押え腕４６が設けられているため、ネジで押える構造と異なり、ネジ等の押え部材からの熱の逃げを抑制することが可能となり、載置板３の周縁部における熱的安定性の向上が図れる。
【００３７】
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、支持部材と遮蔽体の接触面積を小さくするために、支持部材の外周に複数の突起部を形成しているが、遮蔽体の内周に複数の突起部を形成しても良い。また、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、例えばガラス基板、ＬＣＤ基板等が適用可能である。
【００３８】
【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。
【００３９】
（１）請求項１の発明によれば、減圧可能な処理室内に被処理体を載置する載置板の周縁部を支持すると共に下方の空間を遮蔽する環状の金属製遮蔽体を備え、前記載置板上の被処理体を加熱して処理ガス雰囲気下で処理する枚葉式熱処理装置において、前記遮蔽体の内周に載置板の周縁部下面および周縁部上面をそれぞれ支持する支持部材を配置し、これら上下の支持部材の外周もしくは遮蔽体の内周に、これら相互の接触面積を小さくするための複数の突起部を形成しているため、支持部材から遮蔽体への接触熱伝導による放熱を抑制することが可能となり、これにより被処理体を載置する載置板の周縁部からの放熱を抑制して被処理体を面内均一に処理することが可能となる。
【００４０】
（２）請求項２の発明によれば、前記上支持部材の外周に、前記遮蔽体の内周側上面を覆って処理ガスの浸入を抑制する覆い部が形成されているため、支持部材と遮蔽体の隙間から載置板の裏面への処理ガスの回り込みを抑制することが可能となり、載置板の裏面における処理ガスの付着生成物による熱的均一性の悪化を防止することが可能となる。
【００４１】
（３）請求項３の発明によれば、前記載置板に、前記被処理体の周囲を取囲むように隆起部が形成されているため、被処理体の周縁部からの放熱を抑制することが可能となり、被処理体の処理における面内均一性の更なる向上が図れる。
【００４２】
（４）請求項４の発明によれば、前記遮蔽体側から前記上支持部材上に延出させて上支持部材の上面を点接触で押える複数の押え腕が設けられているため、ネジで押える構造と異なり、ネジ等の押え部材からの熱の逃げを抑制することが可能となり、載置板の周縁部における熱的安定性の向上が図れる。
【００４３】
（５）請求項５の発明によれば、前記遮蔽体側から前記上支持部材を貫通して前記載置板に突き刺した状態の温度検知部材が周方向に適宜間隔で複数配設されているため、ネジや押え腕を用いることなく、載置板の温度を測定する温度検知部材を利用して載置板および支持部材を確実かつ簡単に押えることが可能となり、また、温度検知部材は細い絶縁管で被覆されているため、温度検知部材を介しての載置板から遮蔽体への熱の逃げを抑制することができる。
【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概略的縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視平面図である。
【図３】図１の要部拡大断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図５】図２のＣ−Ｃ矢視拡大断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す要部断面図である。
【図７】先行技術を示す断面図である。
【符号の説明】
ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
１  枚葉式熱処理装置
２  処理室
３  載置板
５  遮蔽体
２８  隆起部
３０，３１  支持部材
３４，３８  突起部
３９  覆い部
４０  温度検知部材
４６  押え腕
【図１】
0004409714.tif 000002
【図２】
0004409714.tif 000003
【図３】
0004409714.tif 000004
【図４】
0004409714.tif 000005
【図５】
0004409714.tif 000006
【図６】
0004409714.tif 000007
【図７】
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