(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板状をなし、内周縁が、基板の外周縁とその外側に間隙を設けて対向する形状に形成された薄板本体部と、この薄板本体部の内周縁部からその求心方向へ延設され基板を水平姿勢に支持する支持部とからなり、サセプタによって水平姿勢に保持される基板擬似補形板を有し、
前記サセプタを水平方向へ往復移動自在に支持して光照射加熱炉内への挿入及び光照射加熱炉内からの取出しを可能とし、又は、前記サセプタを光照射加熱炉内に固定した、基板の光照射式熱処理装置において、
前記基板擬似補形板の前記支持部を、前記薄板本体部と平行で薄板本体部の厚みと同等もしくはそれより薄く形成された薄板状小突起としたことを特徴とする、基板の光照射式熱処理装置。
【請求項２】
基板擬似補形板の全体又は表面部分が高純度シリコンカーバイドで形成された請求項１記載の、基板の光照射式熱処理装置。
【請求項３】
基板擬似補形板の薄板状小突起が、薄板本体部の内周縁部の下面から延設された請求項１又は請求項２記載の、基板の光照射式熱処理装置。
【請求項４】
基板擬似補形板の薄板状小突起の両面が鏡面研磨された請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の、基板の光照射式熱処理装置。
【請求項５】
基板擬似補形板の薄板状小突起の上面側に微小凸部が形成された請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の、基板の光照射式熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えばランプアニール装置のように、半導体ウエハ等の基板を光照射によって急速加熱し処理する基板の光照射式熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板、例えば半導体ウエハを光照射によって加熱する光照射式熱処理装置を使用すれば、基板を急速加熱して１，１００℃以上の温度まで数秒間で昇温させることができ、また光照射用光源を消灯することで急速冷却することができる。ところが、このように半導体ウエハを急速加熱する場合、半導体ウエハに対する光照射を均一に行なっていても、その昇温の過程で、半導体ウエハの外周縁も光が照射される関係上、半導体ウエハの外周縁部の方が中央部よりも温度が高くなり、また、昇温後、高温の状態を保持する過程や、急速冷却の過程では、半導体ウエハの外周縁部からの熱放散が中央部からの熱放散より多くなって、半導体ウエハの外周縁部と中央部との間で温度差を生じる（中央部より外周縁部の方が温度が低くなる）。このように、半導体ウエハの外周縁部と中央部とにおいて温度分布の状態が不均一になると、半導体ウエハにスリップと呼ばれる欠陥が発生することとなる。
【０００３】
半導体ウエハに上記したような欠陥が発生しないように、半導体ウエハを急速加熱、急速冷却する際に半導体ウエハの外周縁部と中央部との間で温度差が生じるのを防止する方法として、例えば特公昭６２−４４８４８号公報、特公昭６３−３１０９６号公報等には、モリブデンやタングステン、タンタルのような金属材料で薄板環状に形成され光照射を受けてそれ自身で昇温する補助加熱源を、半導体ウエハの外周を取り囲むように配置し、その補助加熱源によって半導体ウエハの外周縁部を補助的に加熱するようにする方法が開示されている。この方法では、図８に縦断面図を示すように、補助加熱源である環状金属薄板１の内周側にウエハＷを配置し、そのウエハＷの外周縁部を、環状金属薄板１の内周縁部下面から円弧状にウエハＷの方へ突き出た複数本の支持部（爪）２によって支承するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特公昭６２−４４８４８号公報や特公昭６３−３１０９６号公報に開示された方法におけるように、補助加熱源である環状金属薄板１の内周縁部下面から円弧状に突出した支持部２によって半導体ウエハＷの下面側を支承するようにしたときは、支持部２が円弧状に湾曲している分だけ、その支持部２に照射される単位面積当りの光のエネルギーが、半導体ウエハＷの下面に照射される単位面積当りの光のエネルギーに比べて少なくなる。また、支持部２が湾曲している分だけ、その支持部２の体積が増し、支持部２の熱容量が増えることになる。これらのため、半導体ウエハＷを光照射によって急速加熱しまた急速冷却した際に、支持部２の温度が半導体ウエハＷの温度変化に十分追従することができず、半導体ウエハＷの、支持部２との接触点及びその極く近傍に、面内温度分布が不均一となる部分が生じる。この結果、１，１００℃を越える高温で半導体ウエハを熱処理したときに、半導体ウエハの支持点の周囲にスリップが発生したり、その支持点の個所に結晶性の点欠陥を生じたりしていた。
【０００５】
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、基板を光照射によって急速加熱しまた急速冷却して基板を高温で熱処理する際に、基板の面内温度分布の均一性を向上させ、従来生じていたようなスリップや結晶点欠陥を生じないようにすることができる基板の光照射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】
請求項１に係る発明は、薄板状をなし、内周縁が、基板の外周縁とその外側に間隙を設けて対向する形状に形成された薄板本体部と、この薄板本体部の内周縁部からその求心方向へ延設され基板を水平姿勢に支持する支持部とから構成された基板擬似補形板であって、サセプタにより水平姿勢に保持される基板擬似補形板を有し、前記サセプタを水平方向へ往復移動自在に支持して光照射加熱炉内への挿入及び光照射加熱炉内からの取出しを可能とし、又は、前記サセプタを光照射加熱炉内に固定した、基板の光照射式熱処理装置において、前記基板擬似補形板の前記支持部を、前記薄板本体部と平行で薄板本体部の厚みと同等もしくはそれより薄く形成された薄板状小突起としたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、上記基板擬似補形板の全体又は表面部分を高純度シリコンカーバイド（ＳｉＣ）で形成したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の熱処理装置において、上記基板擬似補形板の薄板状小突起を、薄板本体部の内周縁部の下面から延設したことを特徴とし、請求項４に係る発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、上記基板擬似補形板の薄板状小突起の両面を鏡面研磨したことを特徴とする。また、請求項５に係る発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、上記基板擬似補形板の薄板状小突起の上面側に微小凸部を形成したことを特徴とする。
【０００９】
【作用】
請求項１に係る発明の熱処理装置では、基板は、その外周縁が基板擬似補形板の薄板本体部の内周縁と対向するように薄板本体部に取り囲まれ、基板擬似補形板は、基板の加熱時には光照射を受けて基板と共に昇温し、基板の冷却時には基板と共に降温するので、基板と基板擬似補形板とを連続した１枚の板状体とみなすことができ、この場合には、基板の外周縁部が前記板状体では外周縁部とならない。このため、基板の外周縁部からの熱放散と中央部からの熱放散とが同じになり、基板の外周縁部と中央部との間では温度差を生じなくなる。そして、基板擬似補形板の支持部は、薄板本体部と平行、従って基板と平行な薄板状小突起であるので、光照射による輻射エネルギーを基板と同様に有効に受け取り、また、基板から支持部への輻射による熱損失も低減される。また、基板擬似補形板の支持部は、薄板本体部の厚みと同等もしくはそれより薄く形成された薄板状小突起であるので、支持部の熱容量は小さい。従って、基板を光照射によって急速加熱しまた急速冷却した際にも、基板擬似補形板の支持部の温度が基板の温度変化に十分追従し、基板の、支持部との接触点及びその近傍の温度が、その他の部分の温度との間で差を生じる、といったことがない。このため、基板を高温で熱処理したときでも、基板の支持点の周囲にスリップや結晶点欠陥が発生することはない。
【００１０】
請求項２に係る発明のように、基板擬似補形板の全体又は表面部分が高純度ＳｉＣで形成されているときは、基板擬似補形板は高耐熱性、高熱伝導性を有し、また、基板に対する汚染性を有しない。
【００１１】
請求項３に係る発明のように、基板擬似補形板の薄板状小突起が薄板本体部の内周縁部の下面から延設されているときは（図６参照）、薄板状小突起が薄板本体部の内周面から延設されているもの（図４参照）に比べて、両者の薄板本体部の厚みを同じにした場合には基板の外周端面と対向する薄板本体部内周面の面積が大きくなり、基板の外周縁部からの熱放散がより少なくなって、基板の外周縁部と中央部との間で温度差を生じる可能性がより一層小さくなる。
【００１２】
請求項４に係る発明のように、基板擬似補形板の薄板状小突起の両面が鏡面研磨されているときは、薄板状小突起の透明度が高くなり、薄板状小突起による光の遮蔽量が少なくなって、基板の、薄板状小突起（支持部）と接触している部分と他の部分とにおける光照射のエネルギーがより均一化する。
【００１３】
請求項５に係る発明のように、基板擬似補形板の薄板状小突起の上面側に微小凸部が形設されているときは、基板の下面は微小凸部と接触するだけであり、基板の下面の、支持部との接触面積がより小さくなるので、基板と支持部との間の熱伝導がより小さくなり、基板に対する支持部の熱的影響がより小さくなる。
【００１４】
【実施例】
以下、この発明の好適な実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
最初に、図３により、基板の光照射式熱処理装置の概略構成の１例について説明する。この熱処理装置は、基板の挿入及び取出し用の開口１２を有した加熱炉１０を備えている。加熱炉１０は、赤外線透過性を有する石英ガラスによって形成されている。加熱炉１０の開口１２側には、加熱炉１０に連接するように筒状の前室１４が設けられている。前室１４の前端開口面は、蓋体１６によって開閉自在に閉塞され、閉塞時には加熱炉１０内を気密に保持することができる構造となっている。また、加熱炉１０の上下方向にはそれぞれ、加熱炉１０の上壁面及び下壁面に対向してハロゲンランプ、キセノンアークランプ等の光照射用光源１８が複数個列設されている。そして、各光源１８の背後に反射板２０がそれぞれ配設されている。尚、光照射用光源は、加熱炉の上方側又は下方側のいずれか一方側だけに配設されていてもよい。
【００１６】
蓋体１６の内面側には、例えば石英ガラスで形成されたサセプタ２２が固着されており、サセプタ２２上に、後述する基板擬似補形板２６が水平姿勢に保持され、その基板擬似補形板２６に基板Ｗが水平姿勢に支持される。蓋体１６の外面側は支持ブロック２４に固着されており、図示しない駆動機構によって支持ブロック２４を矢印方向へ直線的に往復移動させることにより、蓋体１６を開閉させるとともに、開口１２を通して加熱炉１０内へ基板Ｗを搬入し、また加熱炉１０内から基板Ｗを搬出する構成となっている。尚、基板擬似補形板を保持するサセプタを加熱炉内に固設し、基板移載機構により、基板を加熱炉内へ搬入して基板擬似補形板上に支持させ、また、熱処理後の基板を基板擬似補形板上から取り出して加熱炉外へ搬出するような機構の熱処理装置であってもよい。
【００１７】
図１は、基板擬似補形板２６の平面図であり、図２は、基板擬似補形板２６に基板Ｗを支持した状態を示す、図１のII−II矢視縦断面図である。この基板擬似補形板２６は、抜き孔を有する薄板状に形成された薄板本体部２８と、この薄板本体部２８の内周縁部からその中心の方向へ延設された薄板状小突起３０とから構成されている。薄板本体部２８の内周縁は、基板の外周縁とその外側に間隙を設けて対向する形状に形成されている。薄板本体部２８の厚みは、基板Ｗと同等程度もしくはそれより多少厚くする程度とし、例えば１mm程度とする。但し、薄板本体部２８の厚みは、基板の種類と薄板本体部の熱容量、熱伝導度などの物性値との関係で、適宜決められるものである。薄板状小突起３０は、この実施例では円周方向に３個所等配されており、この３個所の薄板状小突起３０により、基板擬似補形板２６に基板Ｗを支持するようになっていて、薄板状小突起３０が基板擬似補形板２６の支持部をなしている。薄板状小突起３０は、図４に部分拡大縦断面図を示すように、薄板本体部２８と一体形成されて、その内周面から突き出ており、上面が薄板本体部２８の上面と平行で、下面が薄板本体部の下面と同一平面をなしている。この薄板状小突起３０は、薄板本体部２８と同等もしくは図示例のようにそれより薄く形成されるが、少なくとも基板Ｗを支持するのに必要な程度の強度を持つように形成され、例えば厚みが０．５mm程度とされる。尚、薄板状小突起３０は、可能な限り薄くかつ小さく形成することが、その熱容量を最小限にして基板Ｗの温度に対する追従性を良好にする上で好ましい。また、薄板状小突起３０の数は、必要最小限に止めることが、基板Ｗに対する熱的影響を最小限とする上で好ましい。
【００１８】
基板擬似補形板２６を製造するには、例えば、全体を焼結法やＣＶＤ法（化学気相成長法）によって高純度ＳｉＣで形成したり、カーボングラファイトを成形加工したものにＣＶＤ法によって高純度ＳｉＣをコーティングしたり、シリコン（Ｓｉ）の結晶を所望の形状に削り出したりすればよい。特に、基板擬似補形板２６の全体を高純度ＳｉＣで形成したり基板擬似補形板２６の表面に高純度ＳｉＣをコーティングしたりしたときは、基板擬似補形板２６が高耐熱性、高熱伝導性を持つとともに、基板に対する汚染性を全く有しない。また、薄板状小突起３０を形成するには、例えば、前記したいずれかの方法により、図５の（ａ）に部分平面図を、（ｂ）に（ａ）のＡ−Ａ縦断面図をそれぞれ示すように、内周面に小突起３４を有する環状薄板３２を製作し、その後に、小突起３４を片面側から研磨して、図５の（ｃ）に示すように小突起３４の部分だけが薄くなるように加工すればよい。
【００１９】
尚、薄板状小突起３０の両面を鏡面に研磨するようにしてもよい。特に高純度ＳｉＣで基板擬似補形板２６を形成したような場合には、薄板状小突起３０の両面を鏡面に研磨することにより、黒色を帯びていた薄板状小突起３０が透明となり、その透光度が高くなって薄板状小突起３０による光の遮蔽量が少なくなり、基板Ｗ面内において薄板状小突起３０と接触している部分と他の部分とにおける光照射のエネルギーがより均一化することとなる。
【００２０】
次に、図６は、薄板状小突起の別の形態を示す部分拡大縦断面図である。図６に示した基板擬似補形板３６では、薄板状小突起４０が薄板本体部３８の内周縁部の下面から延設されており、薄板状小突起４０の下面が薄板本体部３８の下面と平行をなし薄板本体部３８下面から出っ張っている。このような構造の基板擬似補形板３６では、図４に示した基板擬似補形板２６のように薄板状小突起３０が薄板本体部２８の内周面から延設されているものと比べた場合、両者の薄板本体部２６、３６の厚みを同じにしたとすると、基板Ｗの外周端面と対向する薄板本体部３８の内周面の面積が、基板Ｗの外周端面と対向する薄板本体部２８の内周面の面積より大きくなる。このため、図６に示した基板擬似補形板３６では、基板Ｗの外周縁部からの熱放散がより少なくなって、基板Ｗの外周縁部と中央部との間で温度差を生じる可能性が、図４に示した基板擬似補形板２６より小さくなる。
【００２１】
また、図７に部分拡大縦断面図を示した基板擬似補形板４６は、薄板本体部４８の内周縁部から延設された薄板状小突起５０の上面側に微小凸部５２が形成された構造を有する。薄板状小突起５０に微小凸部５２を形成するには、微小凸部５２以外の部分をより薄くなるように研磨するようにすればよい。微小凸部５２の高さは、例えば０．１mm程度とする。このような構造の基板擬似補形板４６では、基板Ｗの下面は微小凸部５２の上端面と接触するだけであり、基板Ｗの下面と薄板状小突起５０との接触面積が、図４及び図６に示した基板擬似補形板２６、３６に比べてより小さくなるので、基板Ｗと薄板状小突起（支持部）５０との間の熱伝導がより小さくなり、基板Ｗに対する薄板状小突起（支持部）５０の熱的影響がより小さくなる。
【００２２】
尚、上記した各実施例では、基板擬似補形板の薄板本体部と薄板状小突起とは一体形成されており、このように両部分が一体形成されているときは、薄板本体部と薄板状小突起との間の熱伝導性が最良となり、薄板状小突起の温度低下が防止されて好ましいが、薄板本体部に薄板状小突起を接着して一体化するようにしても差し支えない。また、熱処理中の基板の温度をシース熱電対などで接触式に測定する場合において、シース熱電対を高純度ＳｉＣなどで被覆した温度検出部先端で基板の一部を支持することができるようなときには、基板擬似補形板の薄板状小突起の数を２つ、或いは、複数本の熱電対を使用するような場合には１つにしてもよい。さらに、上記実施例では、基板擬似補形板の平面形状を円形状としたが、熱処理しようとする基板が角形であるような場合には、それに合わせて基板擬似補形板の平面形状も角形状とすればよい。また、上記実施例では、基板擬似補形板が１枚の薄板で形成されているが、１枚の薄板を分割して複数の薄板片から基板擬似補形板を構成するようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の光照射式熱処理装置を使用して基板の熱処理を行なうようにしたときは、基板が光照射によって急速加熱されまた急速冷却されて基板が高温で熱処理される際における基板の面内温度分布の均一性が向上することになるため、従来生じていたようなスリップや結晶点欠陥が生じるようなことがなくなる。
【００２４】
請求項２に係る発明の光照射式熱処理装置では、基板擬似補形板は高耐熱性、高熱伝導性を有し、また、基板に対する汚染性を有しないので、基板擬似補形板による効果が確実に発揮されるとともに、基板の汚染による品質低下が防止される。
【００２５】
請求項３に係る発明の光照射式熱処理装置では、基板の外周縁部からの熱放散がより少なくなって、基板の外周縁部と中央部との間で温度差を生じる可能性がより一層小さくなるため、請求項１に係る発明の効果がより一層確実に奏される。
【００２６】
請求項４に係る発明の光照射式熱処理装置では、基板面内において基板擬似補形板の支持部との接触部分と他の部分とにおける光照射のエネルギーがより均一化するため、請求項１に係る発明の効果がより確実に奏される。
【００２７】
請求項５に係る発明の光照射式熱処理装置では、基板と基板擬似補形板の支持部との間の熱伝導がより小さくなり、基板に対する支持部の熱的影響がより小さくなるため、請求項１に係る発明の効果がより確実に奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の１実施例を示し、基板の光照射式熱処理装置に使用される基板擬似補形板の平面図である。
【図２】基板擬似補形板に基板を支持した状態を示す、図１のII−II矢視縦断面図である。
【図３】基板の光照射式熱処理装置の概略構成の１例を示す一部縦断面正面図である。
【図４】図１及び図２に示した基板擬似補形板の部分拡大縦断面図である。
【図５】基板擬似補形板に薄板状小突起を形成する方法の１例について説明するための図であって、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ縦断面図、（ｃ）は部分拡大縦断面図である。
【図６】薄板状小突起の別の形態を示す基板擬似補形板の部分拡大縦断面図である。
【図７】薄板状小突起のさらに別の形態を示す基板擬似補形板の部分拡大縦断面図である。
【図８】従来技術を説明するための縦断面図である。
【符号の説明】
１０  加熱炉
１２  基板の挿入及び取出し用の開口
１８  光照射用光源
２２  サセプタ
２６、３６、４６  基板擬似補形板
２８、３８、４８  薄板本体部
３０、４０、５０  薄板状小突起
５２  薄板状小突起の微小凸部
Ｗ  基板
【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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