(57)【要約】熱処理システムは、略円形の被処理体に対して、加熱ランプシステムを用いて放射熱を与えることによって所定の熱処理を実施する。加熱ランプシステムは、被処理体に対応する同心円状に配置された複数のランプを有する。複数のランプは、被処理体の夫々のゾーンに対して個別的に制御される。
2004514269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円形の被処理体に対して加熱ランプシステムを用いて放射熱を与えることで所定の熱処理を実施する熱処理システムであって、
上記加熱ランプシステムは上記被処理体に対応するよう同心円状に配置された複数のランプを有し、
上記複数のランプは、上記被処理体の夫々のゾーンに対して個別的に制御される構成の熱処理システム。
【請求項２】
上記ゾーンは夫々同心円の形状を有してなる請求項１記載の熱処理システム。
【請求項３】
上記複数のランプは円弧形状のランプよりなる請求項１記載の熱処理システム。
【請求項４】
上記複数のランプは、ロッド形状のランプよりなる請求項１記載の熱処理システム。
【請求項５】
上記複数のランプは異なる半径を有する複数の同心円を形成するよう配置されてなる請求項１記載の熱処理システム。
【請求項６】
上記加熱ランプシステムと上記被処理体との間にある透過窓と、
上記透過窓を補強する補強部材とを更に有してなる請求項１記載の熱処理システム。
【請求項７】
上記補強部材は並列に配置された複数の部材よりなる請求項６記載の熱処理システム。
【請求項８】
上記補強部材は同心円状に配置された複数のランプに対応する同心円スリットを有してなる請求項６記載の熱処理システム。
【請求項９】
上記各スリットは円弧形状である構成の請求項８記載の熱処理システム。
【請求項１０】
上記被処理体が密閉され減圧された雰囲気下で処理される密閉された処理容器を更に有し、
上記透過窓は上記処理容器の一部として気密に設けられ、
上記加熱ランプシステムは上記処理容器の外側に設けられ、上記透過窓を通して上記処理容器中の上記被処理体に放射熱を与える構成の請求項６記載の熱処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［技術分野］
本発明は、半導体ウェハ等の被処理体に熱処理、例えば、アニール処理、ＣＶＤ（化学気相成長）等を実施するために加熱ランプシステムを用いるシステムに関する。
【０００２】
［背景技術］
一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウェハ等のシリコン基板に対して成膜処理、アニール処理、酸化拡散処理、スパッタ処理、エッチング処理、窒化処理等の各種の処理が複数回にわたって繰り返し行われる。
【０００３】
この場合、集積回路の電気的特性や製品のスループットを高く維持するためには、上述したような各種の熱処理は、ウェハの表面全体にわたって均一に行われなくてはならない。このためには、熱処理の進行がそのときのウェハの温度に大きく依存するため、熱処理においてウェハの温度はその表面にわたって精度よく均一でなくてはならない。
【０００４】
このように、ウェハの表面における温度を均一に維持するために、様々な方法が公知である。例えば、枚様式の熱処理システムにおいて使用される一方法では、半導体ウェハが載置される載置台を回転させて温度の不均一性の発生を回避する。
【０００５】
図１及び図２は、従来技術における熱処理システムの２つの例を示す図である。
【０００６】
図１では、真空引き可能になされた処理容器２では、容器２の底部で支持される載置台４が設置され、この台の上面に半導体ウェハＷが置かれる。処理容器２の天井部には処理容器２に成膜ガス等必要な処理ガスを処理容器２内へ導入するためのシャワーヘッド６が設置されている。また、処理容器２の底部には、例えば、石英ガラスよりなる透過窓８が気密に取り付けられており、この下方には例えば、ハロゲンランプ等よりなる複数の加熱ランプ１０が反射板を兼用する回転台１２に取り付けられている。この回転台１２を回転しつつ、加熱ランプ１０からの放射熱によってウェハＷをその裏面側から加熱する。これにより、ウェハＷの表面を均一に加熱することができる。
【０００７】
図２に示す熱処理システムでは、処理容器２の側壁の一側に処理ガスを導入するガス導入ノズル１４が設けられ、他側に真空排気する排気口１６が設けられる。処理容器２の天井部及び底部に夫々石英ガラス製の透過窓１８、２０が設けられる。更に、上側透過窓１８の上方及び下側透過窓２０の下方に夫々加熱ランプ２２が配置され、それにより、ウェハＷを上下両面から加熱することができる。載置台４は、容器の底部を気密に貫通した回転軸２４に支持されており、その結果回転可能である。このシステムでは、ウェハＷを回転しつつその両側より加熱し、ウェハの表面における温度の均一性を高めるようになっている。
【０００８】
図１に示すシステムでは、加熱ランプ１０は回転されている。しかしながら、このシステムは、ウェハＷを搬出入するためのゲートバルブ２６が処理容器２の側壁に設けられる構造を有している。従って、温度的に必ずしも等方性が十分でない。その結果、ウェハＷの表面にわたって十分に均一な温度分布を実現することが可能にならない場合もある。
【０００９】
図２に示すシステムでは、ウェハＷ自体が回転されると、処理容器２の側壁の温度的等方性はそれ程問題とならない。しかしながら、上側透過窓１８が加熱ランプ２２及びウェハＷからの放射熱により非常に高温となるため、特に、成膜処理の場合には、この透過窓に成膜又は反応副生成物が付着するなどして、透過窓１８が透過する光度を変化させ、再現性を劣化させるか粒子の発生原因となるなどの不都合があった。更に、このように成膜の付着や反応副生成物の付着問題は、載置台４の裏面側に不活性な窒素ガスを微量ずつ供給するなどのＮ２パージを行っているが、下側透過窓２０側にも程度は少ないが同様に発生していた。
【００１０】
更には、この成膜や反応副生成物の問題は、処理容器２の内壁も高温であることから、この内壁に対しても同様に発生する。従って、処理容器２を頻繁に掃除する必要がある。
【００１１】
更には、上記各透過窓８、１８、及び、２０は、耐圧性を増す必要から肉厚である。そのため、熱容量が増加し、ウェハＷの温度制御性が劣化してしまう。更には、加熱ランプとウェハＷとの間の距離は、透過窓の厚さが増すと共に大きくなる。その結果、加熱ランプの指向性が劣化する。
【００１２】
加熱ランプの指向性を改善するためには、加熱ランプの放射熱の拡散を少なくするようウェハＷの表面と加熱ランプ（図２において例えば、２２）との間の距離を小さくすることが効果的である。
【００１３】
例えば、図３Ａ及び図３Ｂは、加熱ランプの指向性と上記距離Ｄとの間の関係を示すグラフである。図３Ａは、距離Ｄが５５ｍｍの指向性を示し、図３Ｂは距離Ｄが３５ｍｍの指向性を示す。図中の各曲線は、夫々一つの加熱ランプによるウェハ上の温度依存性を示している。図から明らかなように、図３Ａの場合、各曲線のピークはなだらかである。従って、ウェハの特定のゾーンを加熱することに寄与する加熱ランプの数が大きくなり、指向性は悪化する。これに対して、図３Ｂに示す場合、各曲線のピークが鋭いので、ウェハの特定のゾーンを加熱することに寄与する加熱ランプの数は小さくなり、指向性は向上する。
【００１４】
従って、加熱ランプの指向性を改善するためには、距離Ｄを小さくすることが好ましい。しかしながら、ウェハの熱処理が真空（減圧）雰囲気で行われる場合には、石英ガラス製の透過窓２０の厚さｔは、その耐圧性を高めるために、例えば、直径が４００ｍｍのオーダーのときには３０乃至４０ｍｍのオーダーに設定しなければならない。それにより、加熱ランプの指向性が劣化するだけでなく、透過窓２０が肉厚になるためのその熱容量が増加して温度制御性が劣化する。
【００１５】
この問題を解決するためには、透過窓２０の耐圧性は、図４に示すように、この形状を例えば、略半球状のドーム形状とすることで増加され得る。しかしながら、この場合、透過窓２０自体の厚さを１０乃至２０ｍｍのオーダーに薄くすることはできるが、ドーム形状の透過窓２０の全体の高さＨが６０乃至７０ｍｍのオーダーとなってしまう。従って、この方法は、上記した、距離Ｄが小さくされなくてはならないといった問題を解決しない。
【００１６】
図５及び図６は、従来技術の熱処理システムの別の例を示す図である。図５は、熱処理システムの一般的な構造を示し、図６は、熱処理システムの加熱ランプの配置を示す平面図である。図５に示すように、処理容器１０２内には、環状の載置台１０４が設けられている。半導体ウェハＷの底部側の周縁は、載置台１０４の上部でその内周と接触しており、従って、ウェハＷは載置台１０４によって支持されている。この載置台１０４は、環状のベアリング部１０３を通じて処理容器１０９の底部で支持される円筒状の脚部１０６の上端に固定されている。これにより、載置台１０４は、円筒状の脚部１０６の円周方向に沿って回転可能である。
【００１７】
脚部１０６の円周方向に沿って脚部１０６の内壁側にラック１１０が設けられている。更には、容器１０２の下に設けられる駆動モータ１１２の駆動軸１１４は、気密に容器１０２の底部を通って上方向に突出する。駆動軸１１４は、その上部に小歯車１１６が設けられ、この小歯車１１６が上記ラック１１０と係合している。それにより、脚部１０６と、それと一体化している載置台１０４は、回転される。更に、例えば、石英ガラスよりなる平坦な透過窓１１８は、気密に処理容器１０４の上部に設けられる。透過窓１１８の上には、複数の加熱ランプ１２０が設けられている。次に、ランプ１０２からの放射熱を用いて、ウェハＷが所定の温度まで加熱される。加熱時に載置台４が回転される結果、載置台１０４に配置されるウェハＷは、回転されながら加熱される。従って、ウェハＷの表面における温度は均一となる。
【００１８】
このシステムでは、加熱ランプ１２０は、図６に示すように、例えば、略球状のランプ本体１２２と、ランプ本体１２２の背面側にあり、凹部形状の反射板１２４とを含む。それにより、放射熱を効率的に使用することができる。更には、大量の電力を供給することを可能にするためには、ランプ本体１２２は、その中にウェハＷの方にらせん状に延在するフィラメント１２６を含む。このようなタイプのランプ本体は、いわゆる「シングルエンド型ランプ本体」と称している。この場合、複数の加熱ランプ１２０が、上記半導体ウェハＷの上表面を覆うように配置されている。
【００１９】
図７及び図８は、従来技術における別の熱処理システムを示す図である。このシステムでは、上記したような球のようなランプ本体１２２の代わりに、筒形状のランプ本体１２８が加熱ランプ１４０で用いられる。このランプ本体１２８の背面側には、略半円状の反射板１３２が配置されている。各ランプ本体１２８内には、その長手方向に例えば、らせん状に巻回したフィラメント１３４が収容されており、両端に電気端子３６が設けられている。このようなタイプのランプ本体１２８をいわゆる「ダブルエンド型ランプ本体」と称している。加熱ランプ１３０は、所定の間隔で複数本並列に配置されている。
【００２０】
図５及び図６に示すように球形のランプ１２０と凹部形状の反射板１２４が使用されるとき、放射熱の指向性及び制御性は非常に良好である。しかしながら、各ランプ１２０のこのような構造では、横方向への放射熱の量が多く、これを反射させてウェハの方へ方向付けているので、反射毎にエネルギーが損失する。従って、大量のエネルギーが損失してしまう。
【００２１】
これに対して、図７及び図８に示す筒状のランプ１３０が使用されるとき、大量の放射熱がウェハに直接的に照射される。従って、エネルギー損失は比較的少ない。しかしながら、この場合、各ランプ本体１２８が覆うウェハ表面は比較的大きくなくてはならない。更には、ランプ本体１２８がウェハを横切るように配置されるため、指向性が劣化してしまう。従って、精度良くウェハの温度を均一にすることが困難となる。
【００２２】
更には、放射熱の指向性を改善するためには、ウェハＷの表面と例えば、加熱ランプ１２０（図５参照）との間の距離Ｄは、図３Ａ及び図３Ｂを参照して上記した通り、放射熱の拡散が小さくなるよう小さくされなくてはならない。更にこの場合には、図４を参照して上記した通り、透過窓の厚さを薄くするために透過窓１１８としてドーム形状の透過窓を用いることを考慮することができる。しかしながら、上記した通り、このような方法を用いても問題を根本的に解決することはできない。
【００２３】
［発明の開示］
本発明は、以上のような問題点に着目し、指向性が高く、温度制御性も良好な加熱ランプを用いた熱処理システム及び方法を提供することを目的とする。
【００２４】
本発明による熱処理システムは、略円形の被処理体に対し、加熱ランプを用いて被処理体に放射熱を与えることで所定の熱処理を実施し、加熱ランプは、被処理対に対応するように同心円状に配置される複数のランプを有し、複数のランプは、被処理体の夫々のゾーンに関して個別的に制御される。
【００２５】
それにより、例えば、個別的に夫々の同心円ゾーンに関して被処理体を加熱することが可能となる。従って、ランプの放射熱の指向性と、ウェハＷのような被処理体の温度制御性を改善することが可能となる。更には、ウェハＷの同心円状に分割されたゾーン夫々に対してウェハＷの温度を個別的に制御することにより、一つずつ夫々のゾーンに関してウェハＷの温度を制御し、それにより、高い精度でウェハＷの表面全体にわたってウェハＷの温度を均一にすることが可能となる。
【００２６】
特に、例えば、ウェハＷの周縁が自然に冷却され易いため、ウェハＷの中心から遠いところに位置するランプ夫々により大きい電力が供給される。それにより、ウェハＷを均一に加熱することができる。従って、円形のウェハＷに同心円状に対応してランプが配置されるため、夫々の同心円状に配置されたゾーンに関して夫々のランプに供給される電力を制御することでウェハＷの表面にわたってウェハＷの温度を均一にする等のような制御がしやすくなる。つまり、本発明によると、加熱ランプの構造は、円形のウェハＷの同心円状温度変化特性／分布に対応してなされる。
【００２７】
熱処理システムは、更に、
加熱ランプシステムと被処理体との間にある透過窓と、
透過窓を補強する補強部材とを有する。
【００２８】
補強部材を設けることにより、ウェハＷを気密に密閉し、熱処理が減圧又は真空雰囲気下で実施されるような処理容器が設けられる場合においても透過窓の厚さを効果的に薄くすることができる。従って、加熱ランプシステムとウェハＷとの間の距離を小さくすることができる。それにより、放射熱の指向性を更に改善することが可能となる。更には、透過窓の厚さを薄くすることにより透過窓の熱容量を減少することができるため、夫々のゾーンに対するウェハＷの温度制御性を更に改善することも可能となる。
【００２９】
更には、同心円状に配置された複数のランプに対応する同心円スリットを補強部材に形成することにより、ウェハＷを加熱するランプの放射熱を効率的に利用することが可能となる。また、補強部材にスリットを設けることにより透明な又は半透明な透過窓以外でランプとウェハＷとの間に存在するものがないため、ウェハＷの加熱をより正確に制御することができる。
【００３０】
［発明を実行する最適モード］
本発明の他の目的及び更なる特徴は、添付の図面と共に以下の詳細な説明からより明らかとなるであろう。
【００３１】
図９は、本発明の実施例における熱処理システムの構造を示す図であり、図１０は、図９の線Ａ−Ａについて取られた同じ熱処理システムの断面図である。図１１は、支持フレーム部材の平面図であり、図１２は、管状の加熱ランプの配置を示す平面図である。
【００３２】
図示するように、この熱処理システム４０は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム等から成る円筒形に形成された処理容器４２を含む。処理容器４２の上部側壁には、処理容器４２に必要な処理ガスを導入する処理ガスノズル４４が設けられ、上記ノズル４４の反対側で処理容器４２の側壁には排気口４６が設けられる。この排気口４６に図示しない真空ポンプ等が介設されていることで処理容器４２内を真空引き可能としている。
【００３３】
処理容器４２内には、例えば、円形リング状にされた載置台として機能する支持リング４８が設けられ、それにより半導体ウェハＷのような被処理体を支持することができる。この支持リング４８は、円筒形状に成形された脚部５０の上端に接合されている。上記支持リング４８は、その内側上端部を円周方向にＬ字形状に切り欠くことによって、ウェハ保持部５１を形成している。被処理体としての半導体ウェハＷの周縁の裏側は、ウェハ保持部５１と当接されている。それにより、ウェハＷは、支持リング４９によって支持／保持されている。
【００３４】
ウェハＷの温度が例えば、最大１０００℃程度の高温になるため、支持リングは、耐熱性に優れたセラミックス例えば、ＳｉＣにより形成されている。更には、脚部５０に設けられる後述する磁石等を熱的に保護する目的で支持リング４８と脚部５０との接続部５３には断熱材料、例えば、石英ガラスが用いられている。
【００３５】
磁石部５２及びコイル部５４は、脚部５０と処理用器の下部側壁に夫々設けられる。具体的には、図１０にも示すように、磁石部５２は、脚部５０の直径方向にその外周面に互いから離間されて配置される例えば、一対の永久磁石よりなる。
【００３６】
コイル部５４は、処理容器４２の内壁面に、その周方向も所定の間隔（電気角）で配置された複数のコイルユニット５６よりなる。これらコイルユニット５６は、水平レベルにおいて磁石部５２と僅かな間隙を隔てて対向するように設置されている。コイルユニット５６には、例えば、所定の位相差の交流（電気）電流が周方向に順次流される。それにより、回転速度が制御され得る回転磁界が処理容器４２の底部近くに形成され得る。そして、回転磁界によって磁気的に吸引される磁石部５２は、回転磁界の回転に追従するように吸引される。従って、脚部５０は、回転されるようになる。
【００３７】
この場合、脚部５０の低端は、処理容器４２の底部に接合されておらず、そこから浮上可能である。具体的には、図９に示すように、脚部５０の中段には、その外周壁に沿って円形リング状の浮上用磁石部５８鍔状に取り付けられ固定されている。浮上磁石部５８は、例えば、薄板によりなり、水平方向に延在する円形リング状の永久磁石である。
【００３８】
ここでは、浮上用磁石部５８の上側がＮ極、底側がＳ極と仮定する。処理容器４２の内周壁には、鍔状の浮上用磁石部５８を自在に可動な状態で収容できるよう、水平方向及び周方向に延在して磁石保持凹部６０が形成される。
【００３９】
磁石保持凹部６０は、処理容器４２の周方向に沿ってリング状に形成される。更に、浮上用磁石部５８に浮上力を磁気的に付与するよう、磁石保持凹部６０の所定の位置には複数の浮上用磁石ユニット６２が設けられる。具体的には、図１０に示すように、磁石ユニット６２は、処理容器４２の周方向に沿って等間隔で浮上用電磁石部６２が設けられている。各浮上用電磁石手段６２は、上記浮上用磁石部５８を上下に挟み込むようにして配置された上側コイルユニット６２Ａ、６２Ｂ及び６２Ｃと、下側コイルユニット６２ａ、６２ｂ及び６２ｃを有する。
【００４０】
各コイルユニット６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２ａ、６２ｂ、及び６２ｃによって生成される電磁石の力、例えば、反発力は、各コイルユニットに対して個別的に流される電流を制御することで制御可能である。この場合、電流は、電磁石の反発力を発生させ、それにより、各コイル部に上記浮上用磁石部５８に対して反発力を生ぜしめるような方向に各コイルユニットを流れるようにされる。その結果、脚部５０、つまり、浮上用磁石部５８は、浮上する。図示されていないが、脚部５０の水平位置や高さ位置を検出するセンサも設けられている。それにより、コイルユニットを流れる電流は適当に制御される。
【００４１】
一実施例では、脚部５０と支持リング４８とは、磁気浮上により非接触で回転される。しかしながら、脚部５０を処理容器４２の底部にあるベアリングによって回転可能に支持させて、処理容器４２の外側に配置した磁石により磁気結合で回転させることもできる。或いは、支持リングが図２に示すような回転軸で回転されてもよい。
【００４２】
処理容器４２の上部は開いており、この位置では、上記支持フレーム部材６６は例えば、Ｏリングのようなシーリング部材６４を介して設けられている。更に、上記支持フレーム部材６６の上には、石英ガラスよりなる透明な透過窓６８が周方向にＯリングのようなシーリング部材７０を介して気密に取り付けられている。具体的には、支持フレーム部材６６の上面が透過窓６８の下面と接触していることで透過窓６８の耐圧性が改善する。例えば、支持フレーム部材６６全体は、金属汚染等のような問題を引き起こさないアルミニウム、ステンレス鋼等の材料からなる。この支持フレーム部材６６は、図１１に示すように、円形リング状の周縁を有し、その内側には、複数の支持フレーム７２が略等間隔で互いに対して並列に形成される。図中、支持フレームの数は５である。しかしながら、実際には、ウェハＷの直径に対応する例えば、１０数本設けられる。
【００４３】
更には、複数の支持フレーム７２が本例では互いに並列に設けられているが、支持フレームの構造はこれに限定されない。例えば、複数の支持フレームが格子状になるよう互いに直交するよう設けられることも可能である。透過窓６８を面で支える支持フレーム部材６６を設けることで、透過窓６８の厚さが薄くされても高い耐圧性を維持することが可能となる。支持フレーム７２の数が増加すると、透過窓の耐圧性が改善される。しかしながら、透過窓に透過されるべき加熱ランプシステム８６によって生成される放射熱の量を考慮して、開口率（放射熱が通過できる面積の割合）が６０％以上に設定することが好ましい。この場合、具体的には、例えば、各支持フレーム７２の幅Ｌ１は１２ｍｍのオーダーであり、各隣接する支持フレーム７２の間の間隔Ｌ２は１６ｍｍのオーダーである。
【００４４】
更に、図１１に示すように、温度制御媒体路７４が、ドリルを用いたドリル処理によって支持フレーム部材７２及び支持フレーム部材６６の周縁中に設けられる。各路７４の一端は、媒体入口７６を有する入口ヘッダ７８に共通に連通されている。更に、他端は、出口ヘッダ８０を有する出口ヘッダ８２に共通に連通されている。それにより、加熱が行われるとき、加熱水等が流される。冷却が行われるとき、冷却水等が流される。従って、支持フレーム部材６６、従って、透過窓６８は、温度が制御されるよう加熱されるか冷却される。この場合、具体的には、例えば、各媒体路７４の直径Ｌ３は約３ｍｍである。
【００４５】
透過窓６８の上には、ランプ箱８４が設けられる。ランプ箱８６の中には、上記加熱ランプシステム８６が設けられ、そこから発せられる放射熱によって処理容器４２内にある半導体ウェハＷを加熱する。具体的には、図１２に示すように、加熱ランプシステム８６は、略円形である半導体ウェハＷに対応するよう同心円状に配置され、夫々の両端に電気端子９２が設けられた複数の管状の加熱ランプ９０を有する。図１２に示す例では、異なる曲げ半径を有し、略半円状であり、円弧形状を有する複数種類の略半円形筒状ダブルエンド型が加熱ランプ９０の対は、略円形の半導体ウェハＷに対応するよう同心円状に配置される。各加熱ランプ９０の電気端子９２は、電力供給線（図示せず）に接続されている。各管状の加熱ランプ９０の中には、フィラメント９４（図９参照）が２つの端子９２の間で接続されるよう設けられる。従って、各加熱ランプ９０は、例えば、ハロゲンランプである。
【００４６】
上記同心円状に配置された管状の加熱ランプ９０は、複数の同心円ゾーン、つまり、例えば、図１２に示すようにウェハＷの表面の内周ゾーン９６Ａ、中周ゾーン９６Ｂ及び外周ゾーン９６Ｃを加熱するために使用される。図１２の例では、加熱ランプ９０は、内周ゾーン９６Ａには一重円、中周ゾーン９６Ｂには二重円、外周ゾーン９６Ｃには二重円となるように配置される。しかしながら、実際には、更に多数の異なる直径の円のランプが設けられる。
【００４７】
上記各管状の加熱ランプ９０夫々の上には、図９に示すように、断面が略半円形状又は台形状の反射板９８が取り付けられている。それにより、反射された光は、ウェハＷに与えられる。図１２では、反射板９８の表示を省略されている。
【００４８】
上記管状の加熱ランプ９０は、各ゾーンに関してランプ制御部２００と接続されている。更に、処理容器４２の底部には、図９に示すように、各ゾーンに対応する複数の放射温度計が設けられ、加熱ランプ９０の温度は、夫々個別的に各放射温度計２０２を通じて得られたウェハの温度に基づいてフィードバックに従って各ゾーンに対して制御される。従って、ウェハＷの温度は、特に、半径方向において、その表面全体にわたって所定の均一な温度で維持される。
【００４９】
更に、図９に示すように、媒体路２０４が中に温度制御媒体を通すために、処理容器４２の周縁の略全体にわたって処理容器４２の側壁及び底板に形成される。側壁の一部分に設けられている媒体入口２０４Ａから、温度制御媒体が媒体路２０４の中に入れられ、側壁の別の部分に設けられた媒体出口２０４Ｂからは温度制御媒体が出される。この温度制御媒体は、支持フレーム部材６６に設けられた媒体路７４の中を流れるよう使用される温度制御媒体と同じでもよい。ウェハＷに対して実施されるべき処理に関する要求に従って、温度制御媒体は、処理容器４２の温度を制御するよう処理容器を冷却又は加熱するために使用される。支持フレーム部材６６の媒体路７４を通る温度制御媒体、及び、処理容器４２の媒体路を通る温度制御媒体は、夫々独立して温度制御が可能となるよう独立したシステムでもよい。その代わりに、温度制御媒体が媒体路７４及び１０４に連続的に流れるようなシステムを設けることも可能である。
【００５０】
図９では、半導体ウェハＷが処理容器４２の中に搬入され及び処理容器から搬出されるときゲートバルブ２０６は開閉される。更に、図示されていないが、ウェハＷの搬入搬出時に動作する、ウェハＷを昇降させるリフタピンも処理容器４２の底部に設けられる。
【００５１】
上記した、本発明の実施例における熱処理システムの動作をここで説明する。
【００５２】
第１に、半導体ウェハＷは、真空状態で維持されている処理容器４２の中に、開かれたゲートバルブ２０６を通じて図示されていないロードロック室等から搬入される。このウェハＷは、上記リフタピンを用いて支持リング４８のウェハ保持部５１上に配置され保持される。
【００５３】
ウェハＷの搬入が完了した後、ゲートバルブ２０６は閉じられ、処理容器４２は密閉され、更に、ウェハＷに対して実施されるべき処理に対応する所定の処理ガスが処理ガスノズル４４を通じて処理容器４２の中に導入され、処理容器４２中の圧力は、その中を真空にするよう減少される。次に、所定の処理圧力が処理容器４２で維持される。例えば、熱処理として成膜処理がウェハＷに対して実施される場合、成膜ガスがＮ２ガスのようなキャリアガスと共に処理容器４２中の処理空間Ｓに導入される。
【００５４】
処理容器の天井部に設けられた加熱ランプシステム８６は、加熱ランプ９０がオンになるよう駆動される。加熱ランプシステム８６によって発せられる熱線は、透明な透過窓６８を通って処理空間Ｓに入射される。熱線は、半導体ウェハＷの上面に与えられるため、ウェハＷの表面は所定の温度に加熱される。そして、この温度で維持される。
【００５５】
同時に、処理容器４２の内側の下部に設けられた上記コイル部５４の各コイルユニット５６は、所定の位相差の交流（電気）電流が順次流れている。それにより、所定の回転速度の回転磁界が処理容器４２の内側に形成される（図１０参照）。脚部５０の磁石部５２は、回転磁界に追従するよう移動する。従って、脚部５０と支持リング４８とは、回転される。その結果、支持リング４８によって保持される半導体ウェハＷは、熱処理期間中に回転される。従って、ウェハＷの表面にわたって温度が均一である状態が維持される。
【００５６】
更に、この時点では、処理容器４２の磁石保持凹部６０に設けられた３つの各浮上用磁石部６２の上側及び下側コイルユニット６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２ａ、６２ｂ、及び、６２ｃは、中に電流が流されており、それにより、これらコイルユニットとコイルユニットの間に位置する鍔状の浮上用磁石部５８との間で反発力が生成される。反発力により、鍔状の浮上用磁石部５８とそれと一体化した脚部５０とは浮上する。従って、脚部５０は、磁気浮上する状態において回転される。その結果、脚部５０は、磁気浮上する状態で安定的に回転される。それにより、脚部５０は、ベアリング等を用いないで非接触で支持される。その結果、摩擦により粒子の発生、金属汚染等の問題が回避される。
【００５７】
更には、透過窓６８の耐圧性を相当改善するよう、複数の支持フレーム７２を有する支持フレーム部材６６によって面接触状態で透過窓６８の底面が固く支持されているため、透過窓６８は補強されている。従って、透過窓６８の厚さを薄くすることができる。例えば、図５に示す従来技術のシステムでは、透過窓の厚さは、４００ｍｍの直径に対して３０乃至４０ｍｍである。しかしながら、上記した本発明の実施例では、２乃至５ｍｍのオーダーの厚さだけで十分である。従って、透過窓６８の厚さｔを著しく薄くすることが可能となる。透過窓６８の厚さｔを薄くすることにより、ウェハＷの表面と加熱ランプシステム８６との距離Ｄを小さくすることが可能となる。それにより、加熱ランプシステム８６からの放射熱の指向性を改善することが可能となる。
【００５８】
更に、媒体路７４は、図１１に示すように、冷却する場合に支持フレーム部材６６の支持フレーム７２に設けられる。冷媒、例えば、冷水のような温度制御媒体を流すことによって、支持フレーム部材６６、従って、その上にある透過窓６８を処理容器４２の室温のオーダーに温度に冷却することが可能となる。従って、支持フレーム部材６６が融けることによる金属汚染の発生、透過窓６８の底面或いは支持フレーム部材６６の表面への反応副生成物等の付着等が、特に成膜処理において回避され得る。更に、冷媒の温度及び／又は流量を制御することによって冷却温度を一定の温度に制御することで、支持フレーム部材６６及び透過窓６８がウェハＷに与える熱影響は常に一定となる。従って、熱によって敏感に影響を受けやすい、各ウェハＷに実施される熱処理の程度に差がなくなる。それにより、再現性を著しく改善することができる。透過窓６８が、処理に従う要求により加熱されるべき場合には、加熱媒体が路７４に流される。
【００５９】
同様にして、冷却が実施されるとき、温度制御媒体、例えば、冷水のような冷媒は、上記した通り処理容器４２の側壁及び底板に設けられた媒体路の中を流される。それにより、処理容器４２の側壁及び底板は、それらの表面の略全てが完全に冷たい壁の状態に入るよう冷却される。従って、成膜処理等の場合に生成される、反応副生成物又は成膜が処理用器４２の内壁に付着することが回避される。更にこの場合、冷却温度が一定となるよう冷媒の温度及び／又は流量を制御することによって、前述したと同様な理由によって、ウェハＷに対する熱処理の再現性を高めることが可能となる。
【００６０】
従って、処理容器４２の上部、つまり、透過窓６８、側壁、底壁等は、反応副生成物、成膜等が付着することから回避される。従って、生成される粒子の量は減少され、処理容器４２等を掃除する操作の回数の頻度も少なくすることができる。
【００６１】
熱処理として成膜処理が実施される場合における処理容器４２の透過窓６８、側壁、及び、底板の特定の制御温度をここで説明する。反応副生成物又は成膜の付着を回避するためには、ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＮＨ３を用いてシリコン窒化膜を堆積する場合には反応服生成物であるＮＨ４Ｃｌ等の付着を回避するために例えば、１５０乃至５００℃のオーダーで温度が維持される。ＳｉＨ４又はＳｉ２Ｈ６を用いてポリシリコン膜を堆積する場合には、例えば、０乃至４００℃のオーダーで温度が維持される。Ｔａ２（ＯＣ２Ｈ５）５（ペンタエトキシタンタル）等を用いてＴａ２Ｏ５を堆積する場合には原料ガス又は液化副生成物の付着を回避するために例えば、１５０℃未満で温度が維持される。温度は、ＴＥＯＳを用いてＳＩＯ２膜を堆積する場合にはＴＥＯＳ自体の付着を回避するために例えば、１００乃至２００℃のオーダーで温度が維持される。
【００６２】
上記実施例では、加熱ランプシステム８６は、略半円形上を有するように形成された同心円状に配置された管状の加熱ランプ９０を含み、ランプ９６に供給される電力は各ゾーンに関して夫々、制御部２００の制御を通じて個別的に制御される。従って、最初に、図５及び図６に示すようにシングルエンド型ランプを使用する場合と比較して、ランプ９０から発せられる大量の放射熱は反射されないが、ウェハＷに直接的に供給される。従って、ウェハＷを効率的に加熱することが可能となる。
【００６３】
更に、前述の通り、ウェハＷの周縁は、中心と比べて比較的大量の熱を放出する。このような状況を上記実施例で取り扱うためには、上記の通りランプ９０が同心円状に配置され供給電力が各同心円ゾーン夫々に対して制御されることにより、ランプの指向性を改善し、ウェハＷの半径方向に沿って高い精度で温度制御を実施することが可能となる。従って、ウェハＷの表面の温度をウェハＷの表面にわたって均一になるよう効果的に制御することが可能となる。上記指向性は、前述したとおり、透過窓６８の厚さｔを減少させることでも改善され得る。
【００６４】
図１２の例では、各加熱ランプ９０は、半円となるように形成される。しかしながら、その円弧形状の開口角はこれに限定されず、各加熱ランプ９０を、開口角が９０℃（１／４円弧）の円弧形状、開口角が６０℃（１／６円弧）の円弧形状等に形成することもできる。更には、異なるゾーンに対して異なる開口角を有する円弧形状の管状の加熱ランプが組み合わされることも可能である。
【００６５】
図１３に示すように、円の一部だけが切り欠けられている略円形リング形状の管状の加熱ランプ１９Ａを用いることも可能である。
【００６６】
更には、図１４及び図１５に示すように、支持フレーム部材６６の中には、温度制御媒体路７４Ａを含む支持フレーム７２Ａが、これら支持フレーム７２Ａが図１４に示す同心円状に配置された円弧形状の管状の加熱ランプ９０Ｃから放出される放射熱を遮らないよう成形され得る。本例では、図１５に示すように、スリット７２Ｂが図１４に示すような各円弧形状の管状の加熱ランプ９０Ｃの位置に対応するような位置に夫々形成される。従って、ランプ９０Ｃによって放出される放射熱は、透過窓６８を通じてウェハＷに効果的に到達することができ、従って、ウェハＷを加熱することに効率的に利用される。更に、図１４及び図１５に示す構造において、各ランプ９０Ｃが夫々のスリット７２Ｂを通じて支持フレーム７２Ａによって遮られることなくウェハＷに面するため、各ランプ９０ＣがウェハＷの夫々のゾーンを直接的に加熱することが可能となる。従って、より高い精度でウェハＷの温度を制御することができる。従って、ウェハＷの温度制御性が改善される。
【００６７】
更に、図１６に示すように、夫々のゾーンに対して略同心円状に配置された多目的且つ安価な複数の直線ロッド形状の管状加熱ランプ９０Ｂを用いることもできる。この場合、各直接のロッド形状の加熱ランプ９０Ｂの長さは、夫々のゾーンの曲率に対応するよう異なるべきである。
【００６８】
更に、これら直線の管状の加熱ランプ９０Ｂを上記した円弧形状の管状の加熱ランプ９０、９０Ａと適当に組合すことも可能である。
【００６９】
更には、成膜又は反応副生成物の付着が処理によって深刻でない及び／又はそれほど問題とならない状況では、図１７に示すように処理容器４２の側壁及び底いたから媒体路２０４を設けることを省略することも可能である。
【００７０】
更に、上記実施例では、処理は、ＣＶＤプロセスのような減圧下または真空雰囲気下において実施される。しかしながら、熱処理がアニール処理や拡散処理等の大気圧雰囲気又は大気圧雰囲気に近い雰囲気下で実施される場合、図９に示すように、透過窓の耐圧性を増加させるために支持フレーム部材６６を設ける必要がない。この場合、図１８に示すように、透過窓６８は、Ｏリング６４だけを介して処理容器４２の天井部に直接的に設置される。それにより、ウェハＷの表面と加熱ランプシステム８６との間の距離Ｄを更に小さくすることが可能となる。従って、加熱ランプシステム８６の指向性は更に改善され、従って、夫々のゾーンに対する温度制御の精度を更に改善することができる。
【００７１】
上記実施例では、支持フレーム部材６６と、透過窓６８と、加熱ランプシステム８６とは処理容器４２の上部分に設置されている。しかしながら、それらを処理容器４２の底部分に設置するか、上部分及び底部分夫々に設置することも可能である。
【００７２】
被処理体は、本実施例において半導体ウェハＷであるが、本発明をガラス基板、ＬＣＤ基板等に適用することも可能である。
【００７３】
更には、本発明による全ての熱処理システムは、上記アニール処理以外のＣＶＤ処理、のような成膜処理、酸化処理等に適用することもできる。
【００７４】
本発明の各実施例において、ウェハＷの配置部分に対して加熱ランプシステムを回転することも可能である。それにより、ウェハＷを更に均一に加熱することが可能となる。
【００７５】
更に、本発明は、上記実施例に制限されず、本発明の範囲から逸脱することなく変化及び変更がなされてもよい。
【００７６】
本出願は２０００年４月２０日に出願された日本基礎出願第２０００−１１９９９７号及び第２０００−１１９９９８号に基づいており、ここで引用することによってその全内容が組み入れられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来技術における熱処理システムの第１の例を示す図である。
【図２】
従来技術における熱処理システムの第２の例を示す図である。
【図３】
（Ａ）は加熱ランプの指向性とランプからの距離との間の関係を示すグラフであり、（Ｂ）は加熱ランプの指向性とランプからの距離との間の関係を示すグラフである。
【図４】
一例におけるドーム形状の透過窓の断面図である。
【図５】
従来技術における熱処理システムの第３の例である。
【図６】
図５に示すシステムの加熱ランプの配置を示す図である。
【図７】
従来技術における別処理システムの第４の例である。
【図８】
図７に示すシステムの加熱ランプの配置を示す図である。
【図９】
本発明の一実施例における熱処理システムの側面の断面図である。
【図１０】
図９の線Ａ−Ａについて取られた、熱処理システムの断面図である。
【図１１】
図９に示す熱処理システムの支持フレーム部材の平面図である。
【図１２】
図９に示す熱処理システムの加熱ランプシステムの加熱ランプの配置の平面図である。
【図１３】
図９に示す熱処理システムにおいて使用されてもよい、加熱ランプシステムの加熱ランプの別の配置の平面図である。
【図１４】
図９に示す熱処理システムにおいて使用されてもよい、加熱ランプシステムの加熱ランプの別の配置の平面図である。
【図１５】
図９に示す熱処理システムにおいて図１４に示す加熱ランプシステムと一緒に使用されてもよい別の支持フレーム部材の平面図である。
【図１６】
図９に示す熱処理システムにおいて使用されてもよい加熱ランプシステムの加熱ランプの別の配置の平面図である。
【図１７】
処理容器の側壁及び底板から温度制御用の媒体路が省略されている、図９に示す本発明の実施例の変形例における熱処理システムの側面断面図である。
【図１８】
熱処理が大気圧で実施される、図９に示す本発明の第１の実施例の別の変形例における熱処理システムの側面断面図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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