(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板の載置台が設けられた処理容器と、前記載置台に載置された被処理基板を加熱処理するための加熱源と、被処理基板の温度分布を調節するために熱線の反射率を変えることができるように構成された反射部と、を備え、
前記反射部は、反射面を形成する板状部と、この板状部に形成された複数の孔部と、これら孔部内に露出、没入自在に設けられ、先端面が反射面をなす可動部材と、を含み、孔部内における可動部材の位置を変えることによって反射率を変えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
反射部は載置台と対向して設けられていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理基板に対して例えば加熱ランプにより熱処理を行う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過程で例えば半導体をｎ型或いはｐ型にする工程は熱拡散により行われる。このような熱処理を行うための装置としては例えばレーザまたは電子ビームを使ってウエハを加熱する装置や抵抗加熱体による装置、またランプ熱によって加熱する装置等が知られている。
【０００３】
中でもランプ熱により加熱を行うランプアニール装置は量産性に優れ、高速昇温可能なことが知られており、ここに従来のランプアニール装置を図６に示す。
【０００４】
処理容器１１内には石英よりなる載置台１２が設けられ、ガス供給管１６により不活性ガスが供給されるようになっている。加熱ランプ１４からの熱線は透過窓１３及び載置台１２を介してウエハＷに照射される構造となっている。載置台１２上に置かれたウエハＷは、裏面側から加熱ランプ１４により加熱されるが、ウエハＷや載置台１２を透過して処理容器１１内に入射した熱線が処理容器１１の内壁にて反射され、その反射された熱線も受けて加熱される。ウエハＷの温度制御は熱電対等の測温計で検出した、例えばウエハ裏面の温度を加熱ランプ１４のランプパワーへとフィードバックして行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ウエハＷの面内温度均一性を確保するため、例えばウエハＷの径方向の温度調整ができるように、同心円毎に発熱制御ができる加熱ランプなどを用いる工夫などがされているが、ウエハの中央部と周縁部とでは、発熱量及び放熱量のバランスにおいて程度の差が大きいため、現状では高い面内均一性の確保が困難になっている。
【０００６】
例えばウエハＷを昇温し、加熱処理し、降温するときのウエハＷの中央部と周縁部との昇降温特性についてみると、後述する実施の形態の説明で用いている図３に示してあるように、設定されたプロセス温度でウエハ周辺部の温度が中央部より低くなっており、同一ウエハ内で温度差が生じていることが分かる。  一方、図３にもあるように従来型ランプアニール装置では、所定のプロセス温度（図３では１０００℃）に致るまでの昇温時には、プロセス温度における加熱処理時とは逆にウエハ中央部の方が周縁部よりも低くなる。これは、加熱ランプからの発熱量が安定したときには、ウエハ周縁部の放熱量がどうしても大きくなってしまい、また昇温時には周縁部からの吸熱量が大きいためである。ここで今後のデバイス微細化に伴い、プロセス温度における加熱処理時は勿論のこと昇温時におけるウエハ温度の面内均一性も膜質に大きく効いてくるため、この問題を解決する方法が求められている。
【０００７】
また一部の高速昇温加熱装置では、従来型ランプアニール装置で示したようなウエハ下方側の加熱ランプに加えて、ウエハ上方側にも加熱ランプを設けるものも見られるが、ウエハの温度均一性を確保することが困難であるため、例えば加熱ランプを回転させる機構などを設ける必要があり、装置が大型化、複雑化してしまうという課題があった。
【０００８】
本発明は以上のような問題点に着目し、その目的は被処理基板温度の面内均一性を向上させることのできる熱処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理基板の載置台が設けられた処理容器と、前記載置台に載置された被処理基板を加熱処理するための加熱源と、被処理基板の温度分布を調節するために熱線の反射率を変えることができるように構成された反射部と、を備え、前記反射部は、反射面を形成する板状部と、この板状部に形成された複数の孔部と、これら孔部内に露出、没入自在に設けられ、先端面が反射面をなす可動部材と、を含み孔部内における可動部材の位置を変えることによって反射率を変えることを特徴とする熱処理装置である。
【００１０】
上記の反射部は載置台と対向して設けられていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の熱処理方法に用いられる熱処理装置の一実施の形態を示した断面図である。２１はアルミニウムよりなる処理容器であり、この処理容器２１内には例えばＳｉＣによってコーティングされたカーボン製の載置台４３が設けられている。載置台４３上方の処理容器２１天井の壁部には例えば口径１０ｍｍ程度の円筒状の孔部２４が多数穿設されている。ここでウエハＷに対向する処理容器２１の天井部のうち、孔部２４が設けられた部分を便宜的に反射部２０と呼ぶことにすると、この反射部２０は、例えば図２のように点線で示す多数の同心円に沿って孔部２４が配置されており、最外周の同心円はウエハＷより幾分大きな円をなしている。
【００１４】
この夫々の孔部２４内には可動部材であるピン２３が電磁コイル２２及び図示しないバネによって上下自在に、つまり孔部内に没入した位置と孔部が設けられていない内壁面のレベルと同じレベル位置である露出位置との間を移動自在に設けられており、制御部２５から送信される信号に応じてピン２３が前記孔部内を上下する。なお図２では孔部２４とピン２３とは便宜上共通の円で描いてある。反射部２０の具体例を挙げると、例えば８インチウエハでは、７個の同心円を構成し、各同心円に沿った孔部の配列間隔は例えば１５ｍｍ程度とする。ピン２３の没入位置は例えば１６ｍｍ程度とする。この例では処理容器２１天井の壁部は反射面をなす板状部に相当する。
【００１５】
前記載置台４３の周囲にはウエハリフト４２が設けられており、このウエハリフト４２は、ウエハＷの搬入出を行う図示しない搬送アームにウエハＷを受け渡しすることができるように、上下する構造となっている。
【００１６】
また、載置台４３の上方には支持部材３３により処理容器２１の天井部に固定され、下方にガス噴出孔３５を有するガス供給部３４が載置台４３と対向して設けられており、ガス供給源３２とはバルブ３１及びガス供給管３０を介して接続されている。更に載置台４３の下方には多数のガス孔を有するガス整流板４４と、その更に下方側には処理容器２１の下方開口部を塞ぐようにして透過窓５１が下向き凸状かつ気密に取り付けられている。なお、ガス供給部３４、ガス供給管３０、ガス整流板４４及び透過窓５１は例えば石英製のものが使われる。
【００１７】
前記透過窓５１の内側には、Ｎ2 ガス供給源３７からバルブ３６及びガス供給管３８を介してＮ2 ガスが供給されるようになっており、これは前述のガス整流板４４と共に、例えば本装置をＣＶＤ等に用いる場合を考慮して設置されているものである。一方、透過窓５１下方側には回転テーブル６３上に同心円に沿って複数の加熱ランプ６１及び反射部６２が設けられ、これが一体となって加熱手段を形成している。反射部６２は夫々の加熱ランプ６１の側周及び底部を囲むようにした複数のすり鉢状くぼみを有した構成となっており、また加熱ランプ６１は例えばハロゲンランプやアークランプが用いられる。
【００１８】
次に、上述実施の形態によるウエハＷの加熱処理について説明する。先ず図示しない搬送アームによりウエハＷがゲートバルブ４１より処理容器２１内へと搬送され、ウエハリフト４２に受け渡された後ウエハリフト４２が降下して載置台４３中央上へ載置される。処理容器２１内には例えばウエハＷの酸化を防ぐために、ガス供給管３０及びバルブ３１を介してガス供給源３２から送られた不活性ガス例えばＮ2 ガスがガス供給部３４下部にあるガス噴出孔３５から供給される。
【００１９】
ここで加熱ランプ６１による加熱を開始する。載置台４３には図示されない測温計例えば熱電対が、ウエハ裏面に接するように埋め込まれており、この熱電対により得られる検出値は図示されない伝達経路を経て制御部２５へ送られ、加熱ランプ６１の発光量を調節するためにフィードバックされる。そしてウエハＷは所定のプロセス温度、例えば１０００℃まで昇温され、その後所定のプロセス温度に所定時間維持され、しかる後降温する。
【００２０】
上述の温度制御はウエハＷの中央部を基準に行われるため、ウエハＷ中央部は図３実線のように推移する。またウエハＷの周縁部は図３の点線のように推移する。ここで発明が解決しようとする課題でも述べたようにウエハＷの中央部と周縁部との間に温度差が生じているため、この実施の形態では加熱ランプ６１と対向する処理容器２１内壁面に埋設されたピン２３を上下することで夫々の箇所に反射する熱エネルギーの量を調節してウエハＷ表面の温度差を解消しようとしている。
【００２１】
電磁コイル２２はＯＮの状態でピン２３を図示しないバネの復元力に抗して孔部内に没入した形態をとるため、処理容器２１内壁面に凹みができ、その箇所の熱線の反射率が小さくなる。一方電磁コイル２２がＯＦＦの状態では、バネの復元力によって処理容器２１の内壁面と同レベルの位置にピン２３下端が位置し、孔部をピン２３が塞ぐような形態となり、熱線の反射率が先の状態よりは大きくなる。ここで電磁コイル２２の制御は以下の通りに進行する。
【００２２】
例えばプロセス温度を１０００℃に設定すると、先ずウエハＷの加熱開始時から１０００℃に達するまでの昇温プロセス（図３中ａで示される部分）では図４（ａ）の（イ）で示すようにウエハＷ周縁部に対向する箇所のピンが引込む（没入する）と共に図４（ａ）の（ロ）で示されるようにウエハＷ中央部に対向する箇所のピンが露出する（例えばピンの先端面が孔部以外の壁面と同じレベルになる）。従って反射部２０からウエハＷに放射される発熱量についてみれば、ウエハＷの中央部よりも周縁部の方が小さく、このことは図２で示す温度分布を相殺する方向に作用するので、昇温時におけるウエハＷの面内温度均一性が高くなる。
【００２３】
この後の図３（ｂ）で示されるｔ1 からｔ2 に致る処理プロセスでは、前述のようにウエハＷ周縁部の温度が中央部よりも低下するので夫々イ及びロに配置された電磁コイル２２のＯＦＦ、ＯＮが逆転し（図４（ｂ））、ウエハＷ周縁部に対向する箇所のピンが露出し、中央部に対向する箇所のピンが没入し、これによりウエハＷ表面の温度差が相殺される。
【００２４】
図３（ｃ）で示される時間ｔ2 経過後は装置を高速に冷却するため、加熱ランプ６１への電力供給を停止するとともに図４（ｃ）のように全てのピンを没入状態とし、反射部２０の反射率を最も低い状態として降温を早めるようにする。
【００２５】
上述実施の形態によれば、半導体ウエハの加熱処理において、昇温プロセス、処理プロセス及び降温プロセスの夫々に応じた温度制御を反射部２０の反射率を変化させることにより行っているため、加熱開始から所定の温度における熱処理終了まで一貫して高いウエハの温度面内均一性を保つことができ、均一性の高いアニール処理を行うことができる。また加熱終了後にはウエハの冷却を高速に行うことができ、高いスループットが得られる。
【００２６】
図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示した例は、いわばオープン制御であるが、例えばクローズループで、ウエハＷの表面温度に応じ露出されるピンと没入されるピンとの配列パターンを選定してもよい。またピンは露出、没入の２つの位置をとるだけでなく、没入量を調整できるように構成し、装置のセットアップの段階でピンの没入量を調整して適切な反射率を有する反射部としてもよいし、あるいはウエハの温度検出値に応じてリアルタイムで各ピンの没入量を調整するようにしてもよい。
【００２７】
ここで図５は本発明に係る他の実施の形態を表したものである。この装置では加熱ランプ６１等で構成される加熱手段がウエハＷ上方に設けられ、その加熱手段と対向するように載置台４３下方側の処理容器２１内壁面に反射部２０が設けられる。この実施の形態では、載置台４３の下面から放射される熱線を反射部２０で反射し、その反射率を調整することにより載置台４３の面内温度均一性を高め、以ってウエハＷの面内温度均一性を高めるようにしている。
【００２８】
これまで述べた実施の形態において、加熱手段に加熱ランプを用いる装置を例示したが、加熱源は加熱ランプに限定されるものではなく、例えば抵抗加熱体による加熱源を採用することも可能である。
【００２９】
更に、本発明の用途は上述の加熱手段による効果を応用して例えばウエハの成膜等に利用することも可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、例えばウエハと対向するように反射率が可変な反射部を設けているため、ウエハ温度について高い面内均一性を維持できる。また、ウエハの加熱処理終了後には高速な放熱が為されるため、スループットが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一の実施の形態を表す断面図である。
【図２】図１の実施の形態で用いられる反射部を下から見た平面図である。
【図３】被処理基板中央部及び周縁部の温度変化を表した温度プロファイルである。
【図４】被処理基板の温度変化に応じて、ピンが上下する様子をあらわした反射部の断面図である。
【図５】本発明に係る他の実施の形態を表す断面図である。
【図６】従来発明に係るランプアニール装置を表す断面図である。
【符号の説明】
Ｗ    ウエハ
２０  反射部
２１  処理容器
２２  電磁コイル
２３  ピン
２４  孔部
２５  制御部
３４  ガス供給部
４３  載置台
４４  ガス整流板
５１  透過窓
６１  加熱ランプ
【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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