(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に熱処理を施す基板熱処理装置であって、
(a) 基板を収容する処理室と、
(b) 前記基板を光照射により加熱する加熱手段と、
(c) 前記処理室内にて前記基板を略水平に支持する支持手段と、
(d) ガス導入口から前記処理室内に導入した熱分解性ガスを排気口から排気することにより前記支持手段に支持された前記基板とほぼ平行な前記熱分解性ガスのガス流を形成するガス流形成手段と、
(e) 前記支持手段に支持された前記基板とほぼ平行かつ同一平面内に設けられるとともに、前記加熱手段の光照射により前記基板とともに温度上昇する光吸収性材料により形成され、前記支持手段に支持された前記基板に対して平面視で前記処理室内の少なくとも前記ガス流の上流側をほぼ覆い、前記基板の外縁を囲む穴を有する板状部材と、
を備えることを特徴とする基板熱処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板熱処理装置であって、
前記板状部材が平面視で前記処理室内全体をほぼ覆うものであることを特徴とする基板熱処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の基板熱処理装置であって、
前記板状部材によって前記支持手段に支持された基板の主面の上下両面に熱分解性ガスのガス流が形成されることを特徴とする基板熱処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の基板熱処理装置であって、
前記板状部材がＳｉＣにより形成されていることを特徴とする基板熱処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の基板熱処理装置であって、
前記熱分解性ガスが亜酸化窒素ガスであることを特徴とする基板熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板（以下、単に「基板」という。）に熱処理を施す基板熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の光照射型の基板熱処理装置の概略構成を説明するための図である。図６（ａ）に示すように従来の基板熱処理装置は、光透過性材料で構成された偏平形状の処理室９１を水平に設置し、上下に配置した光源（図示せず）より光を照射し、処理室９１内に水平に保持した被処理基板Ｗを加熱する。この場合、処理中の雰囲気となるガスは処理室９１の一方端に設けられたガス導入口９２より導入し、他方端に設けられた排気口９３より排出する構造となっている。つまり、被処理基板Ｗの周囲には矢印で示すような方向性を持った雰囲気ガスの流れが生じる。
【０００３】
ところで、半導体製造の分野では、近年基板表面の絶縁膜に窒素原子を導入することによる絶縁膜の膜質改善技術が研究され、その処理雰囲気として亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ等）ガスが利用されるに及び、このガス流れによる処理不均一の問題が注目されている。すなわち、処理室内に導入された亜酸化窒素ガスは、複数の形に熱分解しながら基板表面に到達して基板との熱化学反応を引き起こす。
【０００４】
ところで、被処理基板Ｗの処理面上において、上記ガスは上流側から下流側へ流れる間に加熱されて分解が徐々に進行し、しかも分解したガスは基板Ｗとの反応でさらに分解したり、一部が基板材料と反応して捕捉されたりする。そのため、ガス流の上流側と下流側では、ガス中に分解によって生じた反応性の異なる複数種類のガス分子が存在し、ガスの組成が異なるものとなり、したがって、基板面内での反応の不均一が発生する。
【０００５】
このようなガスの成分変化による基板処理の不均一を緩和させる手法として以下の２つの方法が知られている。すなわち、
（１）図６（ｂ）に示すように、基板Ｗを水平面内で回転させる回転機構９４を設けて基板Ｗを回転させ、それにより、基板Ｗの上流側と下流側とを常時交代させる。
【０００６】
（２）図６（ｃ）に示すように、ガス導入口９２を基板Ｗ直上に配置して、ガスを基板Ｗ上方からシャワー状に吹き付ける。
【０００７】
というものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、（１）の装置については、
▲１▼回転機構の追加により、装置の構造が複雑になる。
【０００９】
▲２▼回転の中心から周辺に向かってはガス流れの影響が残るため、この方向の処理の不均一に対しては効果が十分でない。
【００１０】
などの問題がある。
【００１１】
また、（２）の装置については、
▲１▼処理室上面に大がかりなガス供給経路を設けなければならない。
【００１２】
▲２▼ガスの温度が被処理基板の温度より低いため、被処理基板の各ガス導入口９２の近くにおいて局所的な温度の低下が生じてその部分の反応性が低下し、さらなる基板処理の不均一の原因となる。
【００１３】
などの問題があった。
【００１４】
この発明は、従来技術における上述の問題の克服を意図しており、簡単な装置構成で均一な処理を行うことができる基板熱処理装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、この発明の請求項１に記載の装置は、基板に熱処理を施す基板熱処理装置であって、(a) 基板を収容する処理室と、(b) 基板を光照射により加熱する加熱手段と、(c) 処理室内にて基板を略水平に支持する支持手段と、(d)ガス導入口から処理室内に導入した熱分解性ガスを排気口から排気することにより支持手段に支持された基板とほぼ平行な熱分解性ガスのガス流を形成するガス流形成手段と、(e) 支持手段に支持された基板とほぼ平行かつ同一平面内に設けられるとともに、加熱手段の光照射により前記基板とともに温度上昇する光吸収性材料により形成され、支持手段に支持された基板に対して平面視で処理室内の少なくともガス流の上流側をほぼ覆い、前記基板の外縁を囲む穴を有する板状部材とを備える。
【００１６】
また、この発明の請求項２に記載の装置は、請求項１に記載の基板熱処理装置であって、板状部材が平面視で処理室内全体をほぼ覆うものであることを特徴とする。
【００１９】
また、この発明の請求項３に記載の装置は、請求項１または請求項２に記載の基板熱処理装置であって、板状部材によって支持手段に支持された基板の主面の上下両面に熱分解性ガスのガス流が形成されることを特徴とする。
【００２０】
また、この発明の請求項４に記載の装置は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の基板熱処理装置であって、板状部材がＳｉＣにより形成されていることを特徴とする。
さらに、この発明の請求項５に記載の装置は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の基板熱処理装置であって、熱分解性ガスが亜酸化窒素ガスであることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
＜１．実施の形態の装置構成＞
図１は、本発明に係る基板熱処理装置を示す側面図である。
【００２３】
炉壁５５の内部にはチャンバ（処理室）１０および複数のランプ２０が設けられている。また、チャンバ１０の前側（図１における右側）には炉口ブロック５０が設けられている。ランプ２０としては、赤外線ランプ、ハロゲンランプ、キセノンアークランプ等が使用される。チャンバ１０は、光を透過させる性質の材料（石英等）を用いて構成されており、ランプ２０から照射された光をその内部に透過させる。チャンバ１０と炉壁５５および炉口ブロック５０との接続部分にはそれぞれＯリング５５ａおよびＯリング５０ｂが設けられており、チャンバ１０内部の気密性が保てる構造とされている。
【００２４】
移動フランジ３０にはサセプタ（支持手段）３５が固設されている。サセプタ３５上には５本の支柱３７が設けられており、それら支柱３７により板状部材４０がほぼ水平姿勢にて支持されている。なお、板状部材４０の形状についてはさらに後述する。また、サセプタ３５は３本の支持ピン３６を備えており（図１および図３の側面図では２本のみ図示）、それら支持ピン３６によって処理対象の基板Ｗが略水平姿勢にて支持される。
【００２５】
そして、移動フランジ３０は、水平方向（図１中のＸ軸方向）に移動可能に構成されている。移動フランジ３０に固設されたサセプタ３５は板状部材４０を支持するとともに基板Ｗをも支持しているため、移動フランジ３０の移動に伴って板状部材４０および基板ＷもＸ軸の正負方向に移動する。すなわち、移動フランジ３０に固設されたサセプタ３５は、板状部材４０を支持し、かつ基板Ｗを支持した状態でチャンバ１０への進入および退出を行うのである。
【００２６】
移動フランジ３０がチャンバ１０側に移動し、炉口ブロック５０に当接すると、炉口が塞がれるとともに、基板Ｗがチャンバ１０内の所定位置に略水平に収容・保持される。そして、この状態にてランプ２０から光照射を行うことにより基板Ｗの加熱処理が行われるのである。なお、炉口ブロック５０にはＯリング５０ａが設けられており、移動フランジ３０が炉口ブロック５０に当接した状態においては、Ｏリング５０ａによってチャンバ１０内部の気密性が維持される。
【００２７】
一方、移動フランジ３０がチャンバ１０とは反対側に移動すると、炉口が開放され、さらに移動フランジ３０が移動することにより基板Ｗがチャンバ１０および炉口ブロック５０の外側に引き出される。そして、この状態においては、装置外部の基板搬送ロボット（図示省略）とサセプタ３５との間で基板Ｗの受け渡し（未処理の基板Ｗと処理済み基板Ｗとの交換作業）が行われるのである。
【００２８】
既述したように、基板Ｗの加熱処理中は、加熱された基板Ｗに対して膜形成等の処理を施すため、周辺雰囲気を熱分解性の亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ等）ガス（熱分解性ガス）により満たすとともに、ほぼ水平方向の亜酸化窒素ガスのガス流をチャンバ１０内に形成する必要がある。そのため、本実施の形態の基板熱処理装置には、ガス流形成手段としてガス導入口６０およびガス排気口７０が設けられている。ガス導入口６０は、炉壁５５およびチャンバ１０の端部を貫通して設けられており、装置外部のガス供給手段に連通されている。また、ガス排気口７０は、炉口ブロック５０を貫通して設けられており、装置外部の排気手段に連通されている。そして、ガス導入口６０から導入された亜酸化窒素ガスは、チャンバ１０内を流れ、ガス排気口７０から排気されることによりチャンバ１０内にガス流ＧＳを形成する。すなわち、図１に示すように、ガス導入口６０側である上流側ＵＳからガス排気口７０側の下流側ＤＳに向けて亜酸化窒素ガスが流れるのである。
【００２９】
以上のような概略構成を有する基板熱処理装置において、加熱処理を行うときは、まず移動フランジ３０が図１中のＸ軸の正側に移動した状態において、基板搬送ロボットからサセプタ３５に未処理の基板Ｗが渡される。そして、移動フランジ３０がチャンバ１０に向けて（Ｘ軸の負方向）移動し、チャンバ１０内の所定位置に基板Ｗが収容・保持される（図１の実線の状態）。
【００３０】
次に、ガス導入口６０から導入された亜酸化窒素ガスがガス排気口７０から排気されてチャンバ１０内に基板Ｗと略平行のガス流ＧＳを形成するとともに、基板Ｗに対して複数のランプ２０からの光照射が行われて加熱処理が実行される。このとき、板状部材４０は基板Ｗとともにチャンバ１０内に搬入されて、基板Ｗとともに加熱され、基板Ｗとともに搬出される。
【００３１】
図２および図３は、サセプタ３５に板状部材４０が載置され、基板Ｗが支持された状態を示す平断面図および側面図である。サセプタ３５は、２本の平行棒状部３５ａ，３５ａと一部切欠きを有する円環状部３５ｂとを組み合わせた部材である。そして、サセプタ３５の円環状部３５ｂの内側には基板Ｗを支持する３本の支持ピン３６が設けられている。
【００３２】
ここで、板状部材４０の形状、材質および機能についてさらに説明する。板状部材４０は、その外縁がチャンバ１０の内部水平断面とほぼ一致し（ほぼ合同）、したがって、基板Ｗ位置以外のチャンバ１０の内部水平断面をほぼ覆い尽くす（平面視でチャンバ１０内をほぼ覆う）ものとなっている。また、板状部材４０は、サセプタ３５に取り付けられた状態において、支持ピン３６に支持された基板Ｗとほぼ同一高さに設けられている。これにより、板状部材４０は、上流側ＵＳから下流側ＤＳにかけて基板Ｗの主面の上下両側に、それと略平行に一様で安定したガス流ＧＳを形成することができる「ガス整流手段」としての機能を有している。
【００３３】
また、上述のように板状部材４０は支持ピン３６に支持された基板Ｗとほぼ同一高さなので、抜き穴４０ａの内周面と基板Ｗの端縁とが近く、したがって、基板Ｗの外縁から放熱された場合に基板Ｗの端縁に熱を補うことで、基板Ｗの外縁の温度低下を防止する「熱補償手段」としての機能をも有している。これにより、基板Ｗ全体を均一な温度に保ちながら加熱することができる。
【００３４】
また、板状部材４０のほぼ中央には基板Ｗの外縁とほぼ一致する（ほぼ合同）抜き穴４０ａ（窓）が設けられている。そして、抜き穴４０ａはサセプタ３５の支持ピン３６に支持された基板Ｗと平面視で整合するようにほぼ同心に設けられている。そのため、サセプタ３５に支持された基板Ｗに加熱処理が施される場合には、チャンバ１０上方および下方のランプ２０により照射された光は、板状部材４０に遮られることなく、直接、基板Ｗに至り、基板Ｗを急速に加熱することができるものとなっている。また、基板Ｗと板状部材４０との間隙Ｓが小さいので基板Ｗの下面により温められた亜酸化窒素ガスが基板Ｗ周囲から基板Ｗ上面に回り込む量が少ないので、よりガス流ＧＳの乱れを抑えることができる。
【００３５】
また、それと同様に、板状部材４０が抜き穴４０ａを有することによって、板状部材４０にもランプ２０から照射された光が至る。ところで、本実施の形態の板状部材４０は、光吸収性および熱伝導性がよく化学的に安定した材料であるＳｉＣ製であり、特に半導体製造の分野でＳｉ基板の製造等に対して適したものとなっている。そのため、基板Ｗの加熱処理中、板状部材４０も加熱され、それにより、ガス導入口６０から導入される亜酸化窒素ガスはチャンバ１０の上流側ＵＳから基板Ｗに至るまでの間に板状部材により加熱されて、その分解が進行し、基板Ｗに至る頃には基板Ｗの温度における化学的に平衡な状態に近い組成比のものとされる。すなわち、板状部材４０は「ガス加熱手段」としての機能をも有している。そのため、基板Ｗ上においては、亜酸化窒素ガスの組成の変化が少なくなる。
【００３６】
図４は、この実施の形態による基板処理の均一性を説明する図であり、図４（ａ）および図４（ｂ）はそれぞれ従来装置および実施の形態の装置により基板の被処理面に形成された膜厚分布を示している。図中には基板の被処理面を表わすＸ−Ｙ平面と、基板の被処理面に形成された膜厚を示すＺ軸とからなるＸ−Ｙ−Ｚ座標が定義されている。図４（ａ）と図４（ｂ）を比較すると明らかなように、この実施の形態の装置を用いることにより膜厚の均一性すなわち、基板処理の均一性の著しい向上が認められる。
【００３７】
処理の説明に戻る。基板Ｗの加熱処理が終了すると、移動フランジ３０が図１のＸ軸正方向に移動し、基板Ｗがチャンバ１０および炉口ブロック５０の外側に出される。そして、基板搬送ロボットがサセプタ３５から処理済み基板Ｗを取り出すことによって、一連の加熱処理が終了する。
【００３８】
また、本実施形態の基板熱処理装置においては、サセプタ３５が板状部材４０を載置しかつ基板Ｗを支持した状態でチャンバ１０への進入および退出を行う。従って、次に未処理の基板Ｗをサセプタ３５にて受け取る際に、サセプタ３５及び板状部材４０が常にチャンバ１０内にある場合に比較して、サセプタ３５および板状部材４０の温度がある程度低下しており、基板Ｗに急激な温度変化を与えるのを防止することができる。
【００３９】
以上説明したように、この実施の形態の基板熱処理装置によれば、サセプタ３５に支持された基板Ｗとほぼ平行に設けられるとともに、その基板に対してガス流の上流側をほぼ覆う板状部材４０を備えるので、板状部材４０の近傍を通過する間に亜酸化窒素ガス（一般に熱分解性ガス）の化学的な分解が進行し、基板Ｗに達する際にはほぼ平衡状態に達するので、基板回転手段やガス供給経路等の大掛かりな機構を必要としない簡単な装置構成で、基板位置を流れる間の亜酸化窒素ガスの分解の度合いの変化を抑えて均一な処理を行うことができる。
【００４０】
また、板状部材４０が平面視でチャンバ１０内部をほぼ覆うものであるため、ガス流ＧＳを整流して、より均一な処理を行うことができる。
【００４１】
また、板状部材４０が抜き穴４０ａを備えるため、抜き穴４０ａに光透過性の板をはめ込んだ場合等と比較して製造コストを抑えることができる。
【００４２】
また、板状部材４０の抜き穴４０ａが基板Ｗの外縁とほぼ一致するため、基板Ｗの外縁からの熱の放出を補償することができ、さらに、基板Ｗの下面において熱せられた亜酸化窒素ガスが基板Ｗの周囲から基板Ｗの上面側に回り込むことを抑えることができるので、より均一な処理を行うことができる。
【００４３】
また、板状部材４０がサセプタ３５に支持された基板Ｗとほぼ同一平面内に位置するため、上記の基板Ｗの外縁の熱補償をより効果的に行うことができる。
【００４４】
また、ランプ２０の光照射により基板Ｗの加熱を行うところ、板状部材４０が光吸収性材料により形成されているため、板状部材４０が基板Ｗとともに温度上昇することにより、上記の亜酸化窒素ガスの化学的な分解の進行をその時点での基板Ｗの温度における平衡状態にまで進行させることができるとともに、上記の基板Ｗの外縁の熱補償をより正確に行うことができる。
【００４５】
さらに、板状部材４０をサセプタ３５に取付け、基板Ｗを支持したサセプタとともにチャンバ１０に対して出し入れするため、板状部材をチャンバ内に常設する場合のように板状部材が常に高温であることがないので、基板Ｗの搬入時にも基板Ｗとの温度差が少なく、基板Ｗの処理品質に悪影響を及ぼすことが少ない。
【００４６】
＜２．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。
【００４７】
例えば、上記実施の形態においては、板状部材４０を基板Ｗとほぼ同一高さとなるように設けるものとしたが、基板Ｗより下方に大きく隔たった状態で設けてもよく、その場合にも「ガス加熱手段」としての機能およびそれによる効果を有する。また、基板Ｗの上方に設けてもよく、その場合にも上記の「ガス加熱手段」としての機能およびそれによる効果を有する。
【００４８】
また、上記実施の形態においては、板状部材４０の抜き穴４０ａを基板Ｗの外縁とほぼ一致するものとしたが、抜き穴４０ａは基板Ｗの外縁より大きなものとしたり、小さなものとしてもよい。すなわち、抜き穴４０ａと基板Ｗの外縁部分が若干重なりあうように設けてもよい。
【００４９】
また、上記実施の形態では板状部材４０の外縁をチャンバ１０の内部断面を覆い尽くす大きさとしたが、この変形例の板状部材を説明する図５に示すように上流側ＵＳおよび基板Ｗの周囲を覆い、下流側ＤＳにおいては基板Ｗの周縁近傍のみ存在するものとしたり、さらには基板Ｗより上流側ＵＳの領域ＡＲのみを覆うものとしてもよい。これらの場合にも、前者は「ガス加熱手段」、「ガス整流手段」、「熱補償手段」としての機能およびそれによる効果、後者は「ガス加熱手段」、「ガス整流手段」としての機能およびそれによる効果を有する。
【００５０】
また、上記実施の形態では板状部材４０に窓部として抜き穴４０ａを設けるものとしたが、抜き穴に石英等の光透過性の板を埋め込んだ窓部としてもよい。なお、この場合には、板状部材の下面において熱せられたガスが窓部を通じて板状部材の上面側に至る気流の形成を妨げ、よりガス流ＧＳの乱れを抑えることができる。
【００５１】
また、上記実施の形態では板状部材４０をサセプタ３５に取付け、基板Ｗとともにチャンバ１０に対して出し入れするものとしたが、板状部材および基板の支持手段をチャンバ内に常設するものとして、基板のみを出し入れするものとしてもよい。
【００５２】
また、上記実施の形態ではサセプタ３５に支持ピン３６を設けて、それにより基板Ｗを支持したが、板状部材に支持ピンを設けて、それにより基板を支持するものとしてもよい。
【００５３】
また、上記実施の形態では熱処理に使用する熱分解性ガスを亜酸化窒素ガスとしたが、熱分解性のガスであれば塩化水素ガス等その他のガスを用いてもよい。
【００５４】
さらに、上記実施の形態では抜き穴４０ａの形状を円形としたが、窓部の形状は正多角形や楕円形等その他の形状としてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項５の発明によれば、支持手段に支持された基板とほぼ平行かつ同一平面内に設けられるとともに、加熱手段の光照射により基板とともに温度上昇する光吸収性材料により形成され、支持手段に略水平に支持された基板に対して平面視で処理室内の少なくともガス流の上流側をほぼ覆い、その基板の外縁を囲む穴を有する板状部材を備えるので、板状部材の近傍を通過する間に熱分解性ガスの化学的な分解が進行し、基板に達する際にはほぼ平衡状態に達するので、基板回転手段やガス供給経路等の大掛かりな機構を必要としない簡単な装置構成で、基板位置を流れる間の熱分解性ガスの分解の度合いの変化を抑えて均一な処理を行うことができる。また、基板の外縁からの熱の放出を補償することができ、さらに、基板の下面において熱せられた熱分解性ガスが基板の周囲から基板の上面側に回り込むことを抑えることができるので、より均一な処理を行うことができる。また、穴に光透過性の板をはめ込んだ場合等と比較して製造コストを抑えることができる。
【００５６】
また、特に請求項２の発明によれば、板状部材が平面視で処理室内全体をほぼ覆うため、ガス流形成手段により形成されたガス流を整流して、より均一な処理を行うことができる。
【００５９】
さらに、特に請求項４の発明によれば、板状部材がＳｉＣにより形成されているため、光吸収性および熱伝導性が良好で化学的にも安定している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基板熱処理装置を示す側面図である。
【図２】サセプタに板状部材および基板が支持された状態を示す水平断面図である。
【図３】サセプタに板状部材が載置され、基板が支持された状態を示す側面図である。
【図４】この実施の形態による基板処理の均一性を説明する図である。
【図５】変形例の板状部材を説明する図である。
【図６】従来より用いられていた基板熱処理装置を示す側面図である。
【符号の説明】
１０  チャンバ（処理室）
２０  ランプ（加熱手段）
３５  サセプタ（支持手段）
４０  板状部材
４０ａ  抜き穴（窓部）
６０  ガス導入口
７０  ガス排気口（６０と併せてガス流形成手段）
Ｗ  基板
【図１】
0004037535.tif 000002
【図２】
0004037535.tif 000003
【図３】
0004037535.tif 000004
【図４】
0004037535.tif 000005
【図５】
0004037535.tif 000006
【図６】
0004037535.tif 000007