(57)【要約】【課題】載置台の中心部にクールスポットが発生することを阻止して、この載置台自体が破損することを防止することができると共に、被処理体に対する熱処理の面内均一性を高めることができる載置台構造を提供する。【解決手段】熱処理装置の処理容器２２内に設けられて、熱処理すべき被処理体である半導体ウエハＷを載置するための載置台構造において、前記被処理体を載置するための載置台５２と、前記載置台の下面の中心部に連結されて前記載置台を支持する筒体状の支柱５４と、前記支柱内の上部に、前記載置台の下面に接近させて設けた熱反射部５６とを備える。これにより、載置台の中心部にクールスポットが発生することを阻止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理装置の処理容器内に設けられて、熱処理すべき被処理体を載置するための載置台構造において、
前記被処理体を載置するための載置台と、
前記載置台の下面の中心部に連結されて前記載置台を支持する筒体状の支柱と、
前記支柱内の上部に、前記載置台の下面に接近させて設けた熱反射部と、
を備えたことを特徴とする載置台構造。
【請求項２】
前記熱反射部は、１枚、或いは複数段に亘って配置された複数枚の熱反射板よりなることを特徴とする請求項１記載の載置台構造。
【請求項３】
前記熱反射板は、断熱板と、該断熱板の上面側に設けた熱反射層とよりなることを特徴とする請求項２記載の載置台構造。
【請求項４】
前記熱反射板は、金属板、或いは金属層を含むことを特徴とする請求項３記載の載置台構造。
【請求項５】
前記金属板は、銅、アルミニウム、アルミニウム合金、金、ステンレスよりなる群から選択される１の材料よりなることを特徴とする請求項４記載の載置台構造。
【請求項６】
前記断熱板は、セラミック材よりなることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の載置台構造。
【請求項７】
前記熱反射部は、前記処理容器の底部から起立された支持棒により支持されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の載置台構造。
【請求項８】
前記載置台には、前記被処理体を加熱する加熱手段が設けられると共に、前記支柱内には前記加熱手段に対して給電を行う給電棒が設けられ、前記支持棒はパイプ状になされており、前記支持棒内に前記給電棒が挿通されていることを特徴とする請求項７記載の載置台構造。
【請求項９】
前記載置台には、載置台電極が設けられると共に、前記支柱内には前記載置台電極に対して給電を行う給電棒が設けられ、前記支持棒はパイプ状になされており、前記支持棒内に前記給電棒が挿通されていることを特徴とする請求項７記載の載置台構造。
【請求項１０】
前記支持棒は、金属、或いはセラミック材よりなることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の載置台構造。
【請求項１１】
前記熱反射部は、前記支柱の内壁に支持されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の載置台構造。
【請求項１２】
被処理体に対して所定の熱処理を施すための熱処理装置において、
排気可能になされた処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を載置するために設けられた請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の載置台構造と、
前記被処理体を加熱するための加熱手段と、
前記処理容器内へガスを導入するためのガス導入手段と、
を備えたことを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に所定の熱処理を施す熱処理装置及び載置台構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するには、半導体ウエハ等の被処理体に、成膜処理、エッチング処理、熱処理、改質処理、結晶化処理等の各種の処理を繰り返し行なって、所望する集積回路を形成するようになっている。上記したような各種の処理を行なう場合には、その処理の種類に対応して必要な処理ガス、例えば成膜処理の場合には成膜ガスやハロゲンガスを、改質処理の場合にはオゾンガス等を、結晶化処理の場合にはＮ２ ガス等の不活性ガスやＯ２ ガス等をそれぞれ処理容器内へ導入する。
【０００３】
例えば半導体ウエハに対して１枚毎に熱処理を施す枚葉式の熱処理装置を例にとれば、真空引き可能になされた処理容器内に、例えば抵抗加熱ヒータを内蔵した載置台を設置し、この上面に半導体ウエハを載置し、所定の温度（例えば１００℃から１０００℃）で加熱した状態で所定の処理ガスを流し、所定のプロセス条件下にて半導体ウエハに各種の熱処理を施すようになっている（特許文献１〜５）。このため処理容器内の部材については、これらの加熱に対する耐熱性と処理ガスに曝されても腐食されない耐腐食性が要求される。
【０００４】
ところで、半導体ウエハを載置する載置台構造に関しては、一般的には耐熱性及び耐腐食性を持たせると共に、金属コンタミネーション等の金属汚染を防止する必要から例えばＡｌＮ等のセラミック材中に発熱体として抵抗加熱ヒータを埋め込んで高温で一体焼成して載置台を形成し、また別工程で同じくセラミック材等を焼成して支柱を形成し、この一体焼成した載置台側と上記支柱とを、例えば熱拡散接合で溶着して一体化して載置台構造を製造している。そして、このように一体成形した載置台構造を処理容器内の底部に起立させて設けるようにしている。また上記セラミック材に代えて耐熱耐腐食性のある石英ガラスを用いる場合もある。
【０００５】
ここで従来の載置台構造の一例について説明する。図１０は従来の載置台構造の一例を示す断面図である。この載置台構造は、真空排気が可能になされた処理容器内に設けられており、図１０に示すように、この載置台構造はＡｌＮ等のセラミック材よりなる円板状の載置台２を有している。そして、この載置台２の下面の中央部には同じく例えばＡｌＮ等のセラミック材よりなる円筒状の支柱４が例えば熱拡散接合にて接合されて一体化されている。従って、両者は熱拡散接合部６により気密に接合されることになる。
【０００６】
ここで上記載置台２の大きさは、例えば半導体ウエハサイズが３００ｍｍの場合には、直径が３５０ｍｍ程度であり、支柱４の直径は５０〜６０ｍｍ程度である。上記載置台２内には例えば加熱ヒータ等よりなる加熱手段８が設けられ、載置台２上の被処理体としての半導体ウエハＷを加熱するようになっている。
【０００７】
上記支柱４の下端部は、容器底部９に固定ブロック１０により固定されることにより起立状態になっている。そして、上記載置台２の下面の中央部には、これに穴を開けるなどして上記加熱手段８に対する接続端子１２が設けられている。そして、上記円筒状の支柱４内には、その上端が上記加熱手段８の接続端子１２に接続された給電棒１４が設けられており、この給電棒１４の下端部側は絶縁部材１６を介して容器底部を下方へ貫通して外部へ引き出されている。これにより、この支柱４内へプロセスガス等が侵入することを防止して、上記給電棒１４や接続端子１２等が上記腐食性のプロセスガスにより腐食されることを防止するようになっている。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−２７８３２２号公報
【特許文献２】特開平０７−０７８７６６号公報
【特許文献３】特開平０６−２６０４３０号公報
【特許文献４】特開２００４−３５６６２４号公報
【特許文献５】特開２００６−２９５１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、半導体ウエハに対するプロセス時には、載置台２自体は高温状態になる。この場合、支柱４を構成する材料は熱伝導率がそれ程良好ではないセラミック材よりなるとはいえ、載置台２と支柱４とは熱拡散により接合されていることから、この支柱４を伝わって多量の熱が載置台２の中心側から支柱４側へ逃げることは避けられない。
【００１０】
このため、特に載置台２の昇降温時では載置台２の中心部の温度が低くなってクールスポットが生じるのに対して周辺部の温度が高くなって載置台２の面内で大きな温度差が生じ、この結果、載置台２の中心部に大きな熱応力が集中して生じ、この熱応力により上記載置台２に割れが生じて載置台２を破損する、といった問題があった。
【００１１】
更には、上記クールスポットの発生により、この載置台２上に載置されている半導体ウエハＷに温度分布が発生して半導体ウエハの温度分布の面内均一性が劣化してしまい、膜厚などに分布が生じて熱処理の面内均一性が低下してしまう、といった問題もあった。ここで、上記温度分布の一例を示すと、図１１は載置台２の表面の温度分布の一例を示す温度分布図である。
【００１２】
ここではプロセス温度を６５０℃に設定して成膜処理を行った時の温度分布を示しており、”２℃”間隔の等温線を示している。これによれば、載置台２の中心部の温度が最も低くなってここにクールスポットが発生しており、載置台２の面内で最大２３℃程度の温度差が生じていることが判る。
【００１３】
特に、プロセスの種類にも依存するが、載置台２の温度は７００℃以上にも達するので上記温度差はかなり大きくなり、これに加えて、載置台の昇降温の繰り返しにより上記熱応力による破損が促進されてしまう、といった問題があった。
【００１４】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、載置台の中心部にクールスポットが発生することを阻止して、この載置台自体が破損することを防止することができると共に、被処理体に対する熱処理の面内均一性を高めることができる載置台構造及び熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に係る発明は、熱処理装置の処理容器内に設けられて、熱処理すべき被処理体を載置するための載置台構造において、前記被処理体を載置するための載置台と、前記載置台の下面の中心部に連結されて前記載置台を支持する筒体状の支柱と、前記支柱内の上部に、前記載置台の下面に接近させて設けた熱反射部と、を備えたことを特徴とする載置台構造である。
【００１６】
このように、熱処理装置の処理容器内に設けた載置台構造において、載置台を支持する筒体状の支柱内の上部に、載置台の下面に接近させて熱反射部を設けるようにしたので、載置台の中心部の下面から放射される輻射熱を上記熱反射部により反射させて戻すことができ、この結果、載置台の中心部にクールスポットが発生することを阻止して、この載置台自体が破損することを防止することができると共に、被処理体に対する熱処理の面内均一性を高めることができる。
【００１７】
この場合、例えば請求項２に記載したように、前記熱反射部は、１枚、或いは複数段に亘って配置された複数枚の熱反射板よりなる。
また例えば請求項３に記載したように、前記熱反射板は、断熱板と、該断熱板の上面側に設けた熱反射層とよりなる。
また例えば請求項４に記載したように、前記熱反射板は、金属板、或いは金属層を含む。
【００１８】
また例えば請求項５に記載したように、前記金属板は、銅、アルミニウム、アルミニウム合金、金、ステンレスよりなる群から選択される１の材料よりなる。
また例えば請求項６に記載したように、前記断熱板は、セラミック材よりなる。
また例えば請求項７に記載したように、前記熱反射部は、前記処理容器の底部から起立された支持棒により支持されている。
【００１９】
また例えば請求項８に記載したように、前記載置台には、前記被処理体を加熱する加熱手段が設けられると共に、前記支柱内には前記加熱手段に対して給電を行う給電棒が設けられ、前記支持棒はパイプ状になされており、前記支持棒内に前記給電棒が挿通されている。
また例えば請求項９に記載したように、前記載置台には、載置台電極が設けられると共に、前記支柱内には前記載置台電極に対して給電を行う給電棒が設けられ、前記支持棒はパイプ状になされており、前記支持棒内に前記給電棒が挿通されている。
【００２０】
また例えば請求項１０に記載したように、前記支持棒は、金属、或いはセラミック材よりなる。
また例えば請求項１１に記載したように、前記熱反射部は、前記支柱の内壁に支持されている。
【００２１】
請求項１２に係る発明は、被処理体に対して所定の熱処理を施すための熱処理装置において、排気可能になされた処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を載置するために設けられた請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の載置台構造と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、前記処理容器内へガスを導入するためのガス導入手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る載置台構造及び熱処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
熱処理装置の処理容器内に設けた載置台構造において、載置台を支持する筒体状の支柱内の上部に、載置台の下面に接近させて熱反射部を設けるようにしたので、載置台の中心部の下面から放射される輻射熱を上記熱反射部により反射させて戻すことができ、この結果、載置台の中心部にクールスポットが発生することを阻止して、この載置台自体が破損することを防止することができると共に、被処理体に対する熱処理の面内均一性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る載置台構造及び熱処理装置の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る載置台構造を用いた熱処理装置を示す構成図、図２は載置台構造の一部を模式的に示す部分拡大斜視図、図３は載置台構造を模式的に示す断面図、図４は載置台と支柱との接合部を模式的に示す拡大断面図、図５は熱反射板を支持する支持棒の一例を示す分解斜視図である。
【００２４】
ここでは熱処理装置として平行平板型のプラズマ熱処理装置を例にとって説明する。図１に示すように、この熱処理装置２０は、例えばアルミニウム合金等により筒体状に成形された処理容器２２を有している。この処理容器２２の底部の中央部は、更に下方へ凸状に窪ませて設けた排気空間２４が有底円筒状の区画壁２６により区画形成されており、この区画壁２６の底部が容器底部の一部となっている。この区画壁２６の側壁には排気口２８が設けられており、この排気口２８には、図示しない圧力調整弁や真空ポンプ等が途中に介設された排気管３０が接続されており、上記処理容器は２２を所望の圧力に真空引きできるようになっている。尚、熱処理の態様によっては、プラズマを用いないで大気圧付近で熱処理する場合もある。
【００２５】
また上記処理容器２２の側壁には、被処理体である半導体ウエハＷを搬出入する搬出入口３２が形成されると共に、この搬出入口３２にはゲートバルブ３４が設けられており、半導体ウエハＷの搬出入時にこのゲートバルブ３４を開閉するようになっている。
【００２６】
また処理容器２２の天井は開口され、この開口部には絶縁部材３６を介してガス導入手段としてのシャワーヘッド３８が設けられる。この際、上記シャワーヘッド３８と絶縁部材３６との間には、容器内の気密性を維持するために例えばＯリング等よりなるシール部材４０が介設されている。このシャワーヘッド３８の上部にはガス導入口４２が設けられると共に、下面のガス噴射面には複数のガス噴射孔４４が設けられており、必要な処理ガスを処理空間Ｓに向けて噴射するようになっている。ここではシャワーヘッド３８内は１つの空間になっているが、内部空間を複数に区画し、それぞれ異なるガスをシャワーヘッド３８内で混合させることなく別々に処理空間Ｓへ供給する形式のシャワーヘッドもある。
【００２７】
また、このシャワーヘッド３８は、プラズマ発生用の上部電極としての機能を有し、具体的には、このシャワーヘッド３８にはマッチング回路４６を介してプラズマ発生用の高周波電源４８が接続されている。この高周波電源４８の周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚであるが、この周波数に限定されない。
【００２８】
そして、この処理容器２２内には、半導体ウエハＷを載置するために本発明に係る載置台構造５０が設けられている。この載置台構造５０は、その上面である載置面に半導体ウエハＷを直接的に載置する略円板状に形成された載置台５２と、この載置台５２を容器底部から起立させて支持する筒体状の支柱５４と、上記支柱５４内の上部に設けられた本発明の特徴とする熱反射部５６とにより主に構成されている。
【００２９】
上記載置台５２の下方には、半導体ウエハＷの搬出入時に、これを下から突き上げて支持する昇降ピン機構５８が設けられる。この昇降ピン機構５８は、載置台５２の周方向に沿って等間隔で配置された例えば３本（図示例では２本のみ記す）の昇降ピン６０を有しており、各昇降ピン６０の下端部は例えば円弧状のベース板６２により支持されている。このベース板６２は、容器底部を貫通してアクチュエータ６４により上下動可能になされた昇降ロッド６６に連結されており、また昇降ロッド６６の容器底部の貫通部には容器内の気密性を維持しつつ昇降ロッド６６の上下動を許容するために伸縮可能になされたベローズ６８が設けられる。
【００３０】
また上記載置台５２には、上記各昇降ピン６０に対応させてピン挿通孔７０が設けられており、上記昇降ロッド６６を上下動させることにより、上記ピン挿通孔７０内を挿通された昇降ピン６０が、載置面上に出没して半導体ウエハＷを突き上げて持ち上げたり、持ち下げたりできるようになっている。
【００３１】
そして、上記載置台５２の全体及び支柱５４の全体は、金属汚染がなく、且つ耐熱性に優れた材料、例えばセラミック材や石英により形成されている。この支柱５４は、ここでは円筒体状に形成されており、上記載置台５２の下面の中心部に熱拡散接合や溶着等により気密に接合されている。この支柱５４の下端部は、容器内の気密性を維持するためにＯリング等のシール部材７２を介して容器底部に形成した開口７４の周辺部分に図示しないボルト等により連結されている。上記セラミック材としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、石英（ＳｉＯ２ ）等を用いることができる。
【００３２】
そして、上記載置台５２には、載置台電極として静電チャックのチャック電極７６と加熱手段としての加熱ヒータ部７８とがそれぞれ埋め込んで設けられている。上記加熱ヒータ部７８としては、例えばカーボンワイヤヒータを用いることができる。上記チャック電極７６は、載置面の直下に設けられて半導体ウエハＷを静電力により吸着保持し、このチャック電極７６の下方に上記加熱ヒータ部７８が設けられて半導体ウエハＷを加熱するようになっている。
【００３３】
また、ここでは上記チャック電極７６は、プラズマに対する下部電極として兼用されている。上記チャック電極７６及び加熱ヒータ部７８は、上記の他に高融点金属、またはこれらの化合物、または上記金属の合金よりなり、高融点金属としてはＷ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ等を用いることができ、主としてＭｏまたはＷもしくはこれらの合金が用いられる。
【００３４】
そして、上記加熱ヒータ部７８は、複数、ここでは同心円状に例えば２つの加熱ゾーン、すなわち内側加熱ゾーン８０Ａと外側加熱ゾーン８０Ｂとに電気的に分離されており、各ゾーン毎に温度制御できるようになっている。すなわち、上記内側加熱ゾーン８０Ａに対応する上記加熱ヒータ部７８の部分には、２本の給電棒８２Ａ、８２Ｂが接続され、また上記外側加熱ゾーン８０Ｂに対応する上記加熱ヒータ部７８の部分には、２本の給電棒８２Ｃ、８２Ｄがそれぞれ接続されており、それぞれゾーン毎に個別に電力制御を行うことができるようになっている。また同様に、下部電極を兼ねる上記チャック電極７６にも給電棒８２Ｅが接続されている。
【００３５】
図２では、内側加熱ゾーン８０Ａの加熱ヒータ部７８に対する２本の給電棒８２Ａ、８２Ｂのみを代表して記載している。ここで、実際には、各給電棒８２Ａ〜８２Ｅは中央部に集中させて設けられるが、図１、図３及び図４では、発明内容を理解し易くするために、各給電棒８２Ａ〜８２Ｅを横方向へ展開して示している。
【００３６】
そして、上記各給電棒８２Ａ〜８２Ｅは、円筒状の支柱５４内を下方向へ挿通されて、容器底部の開口７４から下方へ延びている。そして、上記加熱ヒータ部７８用の各給電棒８２Ａ〜８２Ｄは、それぞれライン８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃ、８４Ｄを介してヒータ電源８６に接続されている。またチャック電極７６用の給電棒８２Ｅは、ライン８４Ｅを介してチャック用の直流電源８８とバイアス用の高周波電源９０とにそれぞれ接続されている。尚、図示されていないが、上記載置台５２には、上記支柱５４内を挿通させて温度測定用の棒状の熱電対も設けられている。
【００３７】
そして、このような支柱５４内の上部に、上述したように上記載置台５２の中央部の下面に接近させて熱反射部５６が設けられている。具体的には、図２乃至図４にも示すように、この熱反射部５６は、ここでは複数枚、例えば５枚の熱反射板９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃ、９２Ｄ、９２Ｅを所定のピッチで複数段に亘って配置することにより構成されている。
【００３８】
上記熱反射板９２Ａ〜９２Ｅは、例えば直径が上記支柱５４の内径よりも僅かに小さく設定され、また厚さは０．５〜２．０ｍｍ程度であって、これらの熱容量自体を小さくしている。そして、各熱反射板９２Ａ〜９２Ｅは、例えば１．２ｍｍ程度のピッチで上下方向に配置されている。各熱反射板９２Ａ〜９２Ｅは、例えば銅等の金属板により形成されており、この上方に位置する載置台５２からの輻射熱を再び載置台５２に向けて反射するようになっている。上記金属板としては、銅、アルミニウム、アルミニウム合金、金、ステンレスよりなる群から選択される１の材料を用いることができる。
【００３９】
そして、上記各熱反射板９２Ａ〜９２Ｅは、上記処理容器２２の底部から上記支柱５４内に起立された支柱棒９４により支持されている。具体的には、図５にも示すように、ここでは上記各熱反射板９２Ａ〜９２Ｅに対応させて５本の支持棒９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃ、９４Ｄ、９４Ｅを有しており、各支持棒９４Ａ〜９４Ｅにより上記各熱反射板９２Ａ〜９２Ｅをそれぞれ支持するようになっている。
【００４０】
上記各支持棒９４Ａ〜９４Ｅは、ここではパイプ状（円筒状）に成形されており、その上端部に支持すべき対応する熱反射板９２Ａ〜９２Ｅをそれぞれ溶着等により固定している。そして、パイプ状の上記各支持棒９４Ａ〜９４Ｅ内に、上記各給電棒８２Ａ〜８２Ｅをそれぞれ挿通させている。
【００４１】
また、上記各熱反射板９２Ａ〜９２Ｅには、上記各支持棒９４Ａ〜９４Ｅ或いは各給電棒８２Ａ〜８２Ｅを挿通させるための挿通孔９６がそれぞれ形成されている。これらの挿通孔９６は、給電棒８２Ａ〜８２Ｅだけを挿通させる部分では直径が小さくなされ、各支持棒９４Ａ〜９４Ｅを挿通させる部分では直径が大きくなされている。また上記各熱反射板９２Ａ〜９２Ｅには、図示しない棒状の熱電対を挿通する熱電対用挿通孔９８も形成されている（図５参照）。この熱電対用挿通孔９８の直径は全て同一寸法になされている。
【００４２】
ここで、上記パイプ状の各支持棒９４Ａ〜９４Ｅは、金属、或いはセラミック材よりなり、パイプ状の支持棒９４Ａ〜９４Ｅが金属よりなる場合には、これらの中に挿通される各給電棒８２Ａ〜８２Ｅとの間でショートが生じないように十分にスペースを確保する。この各給電棒８２Ａ〜８２Ｅの金属としては、上記熱反射板９２Ａ〜９２Ｅと同じ材料を用いることができる。
【００４３】
そして、図１に戻って、上述のように形成された上記円筒状の支柱５４内へは、不活性ガス供給部１００によりＮ２ 等の不活性ガスが導入され、上記各金属表面の酸化を防ぐようになっている。この不活性ガスとしてはＮ２ ガスの他にＡｒ等の希ガスも用いることができる。
【００４４】
次に、以上のように構成された熱処理装置２０の動作について説明する。
まず、未処理の半導体ウエハＷは、図示しない搬送アームに保持されて開状態となったゲートバルブ３４、搬出入口３２を介して処理容器２２内へ搬入され、この半導体ウエハＷは、上昇された昇降ピン６０に受け渡された後に、この昇降ピン６０を降下させることにより、半導体ウエハＷを載置台構造５０の載置台５２の上面に載置してこれを支持する。
【００４５】
次に、シャワーヘッド３８へ各種の処理ガスとして例えば成膜ガスを、それぞれ流量制御しつつ供給して、このガスをガス噴射孔４４より噴射し、処理空間Ｓへ導入する。そして、図示してないが排気管３０に設けた真空ポンプの駆動を継続することにより、処理容器２２内や排気空間２４内の雰囲気を真空引きし、そして、圧力調整弁の弁開度を調整して処理空間Ｓの雰囲気を所定のプロセス圧力に維持する。この時、半導体ウエハＷの温度は所定のプロセス温度に維持されている。すなわち、載置台５２の加熱ヒータ部７８にヒータ電源８６より給電棒８２Ａ〜８２Ｄを介して電圧を印加することにより加熱ヒータ部７８を加熱し、これにより載置台５２の全体が加熱される。
【００４６】
この結果、載置台５２上に載置した半導体ウエハＷが昇温加熱される。この時、載置台５２に設けた図示しない熱電対では半導体ウエハ温度が測定され、この測定値に基づいて温度制御されることになる。
【００４７】
またこれと同時にプラズマ処理を行うために、高周波電源４８を駆動することにより、上部電極であるシャワーヘッド３８と下部電極である載置台５２との間に高周波を印加し、処理空間Ｓにプラズマを立てると同時に、静電チャックを形成するチャック電極７６に電圧を印加し、静電力により半導体ウエハＷを吸着する。そして、この状態で所定のプラズマ処理を行う。また、この際に、載置台５２のチャック電極７６にバイアス用の高周波電源９０から高周波を印加することにより、プラズマイオンの引き込みを行うことができる。
【００４８】
このような状況下において、載置台５２の中央部からは、この下面に接続された支柱５４を介して熱伝導により熱が逃げる傾向になっている。この場合、従来の載置台構造にあっては、この載置台の中央部に温度が低いクールスポットが発生していたが、本発明の場合には、ここに設けた熱反射部５６により輻射熱が反射されるので、載置台５２の中央部にクールスポットが発生することを防止することができる。
【００４９】
すなわち、上記載置台５２の中央部の下面に接近させて、上記熱反射部５６として例えば金属板よりなる５枚の熱反射板９２Ａ〜９２Ｅを設けているので、上記載置台５２の中央部の下面より放射された輻射熱が複数段に亘って設けた上記５枚の熱反射板９２Ａ〜９２Ｅにより反射されて再び載置台５２に戻り、これを加熱するように作用する。従って、従来の載置台構造とは異なって載置台５２の中央部にクールスポットが発生することを防止でき、この結果、載置台５２の温度の面内均一性を高めることが可能となる。この場合、上記各熱反射板９２Ａ〜９２Ｅは非常に薄くなされて熱容量自体が小さくなされているので、上記載置台５２に対して熱的に悪影響を与えることもない。
【００５０】
また、上記載置台５２の下面と熱反射板９２Ａ〜９２Ｅとの間の距離は、できるだけ近い方が好ましく、例えば載置台５２の下面と最上段の熱反射板９２Ｅとの間の距離は、５ｍｍ以内に設定するのがよい。また、この熱反射板９２Ａ〜９２Ｅの枚数は特には制限されないが、全体の熱容量と輻射熱の反射効果を考慮すると１〜５枚程度の範囲内が好ましい。
【００５１】
また、この円筒状の支柱５４内には、Ｎ２ ガス等の不活性ガスの雰囲気になされているので、上記各給電棒８２Ａ〜８２Ｅが腐食されることを防止できることは勿論のこと、金属板よりなる各熱反射板９２Ａ〜９２Ｅも腐食されることを防止することができる。
【００５２】
このように、熱処理装置２０の処理容器２２内に設けた載置台構造５０において、載置台５２を支持する筒体状の支柱５４内の上部に、載置台５２の下面に接近させて例えば熱反射板９２Ａ〜９２Ｅを有する熱反射部５６を設けるようにしたので、載置台５２の中心部の下面から放射される輻射熱を上記熱反射部５６により反射させて戻すことができ、この結果、載置台５２の中心部にクールスポットが発生することを阻止して、この載置台自体が破損することを防止することができると共に、被処理体である半導体ウエハＷに対する熱処理の面内均一性を高めることができる。
【００５３】
＜熱反射板９２Ａ〜９２Ｅの材料の評価＞
ここで上記熱反射板９２Ａ〜９２Ｅの構成材料について検討を行ったので、その評価結果について説明する。上記熱反射板９２Ａ〜９２Ｅの材料として金属、セラミック材、プラスチックについて検討を行った。その結果を図６に示す。図６は熱線（光）の波長と放射率・吸収率との関係を示すグラフである。
【００５４】
図６において、輻射熱を形成する近赤外線の領域の波長は０．７〜４μｍ程度の範囲内である。この範囲内では、セラミック材やプラスチックは放射率や吸収率が高いのに対して、金属は放射率や吸収率が比較的低くて輻射熱を多く反射するので、これにより上記熱反射板９２Ａ〜９２Ｅの材料として金属が好ましいことが理解できる。
【００５５】
＜シミュレーションによる載置台の放射量＞
次に、載置台５２から支柱５４内に対する熱放射量（熱エネルギー）についてシミュレーションによって評価を行ったので、その評価結果について説明する。
ここでは載置台５２として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用い、熱反射部５６として１枚の銅製の熱反射板を用いた。載置台５２の温度は６８０℃（＝９５３Ｋ）に設定し、熱反射板の温度に関して６００℃、５００℃、４００℃、３００℃の４種類の温度について検討した。
【００５６】
まず、載置台５２の放射係数ｆεは以下のようになる。
ｆε＝１／（（１／ε１）＋（１／ε２）−１）＝０．２０
ε１：載置台５２の放射率（＝０．９）
ε２：熱反射板の放射率（＝０．２）
尚、載置台５２の有効面積は”０．００１８０８６４ｍ２ ”である。
【００５７】
次に、載置台５２の放射エネルギーＥは以下のようになる。
Ｅ＝ｆε・σ・（Ｔ１−４−Ｔ２−４）
σ：ステファンボルツマン定数（＝５．６７×１０−８Ｗ／ｍ２ ・Ｋ４ ）
Ｔ１：載置台５２の温度
Ｔ２：熱反射部（熱反射板）５６の温度
【００５８】
上記計算式によれば、載置台５２からの熱の移動量（放射エネルギーｆε）は、熱反射部の温度が６００℃の時は４．９Ｗ（ワット）、５００℃の時は９．４Ｗ、４００℃の時は１２．４Ｗ、３００℃の時は１４．４Ｗであった。これに対して、従来の載置台構造では７６．１Ｗであった。
【００５９】
以上の結果より、従来の載置台構造と比較して、本発明の載置台構造によれば、３００〜６００℃の全ての温度範囲において載置台５２から支柱５４側へ逃げる熱移動量を抑制することができる、ということを理解することができる。
【００６０】
＜熱反射部の変形実施形態＞
次に、上記熱反射部５６の変形実施形態について説明する。図７は熱反射部の第１の変形実施形態の構造を示す拡大断面図である。尚、図１乃至図６に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００６１】
上記実施形態にあっては、熱反射部５６を形成する各熱反射板９２Ａ〜９２Ｅを、それぞれ金属板で形成したが、これを断熱板と熱反射層とにより形成してもよい。すなわち、図７に示すように、ここでは熱反射板９２Ａを、薄い断熱板１０２と、この断熱板１０２の上面側に設けた熱反射層１０４とにより構成している。
【００６２】
図７では代表的に１枚の熱反射板９２Ａについて記載しているが、他の熱反射板９２Ｂ〜９２Ｅについても同様に構成されている。この断熱板１０２としては、例えば薄い板状のセラミック材を用いることができる。また、上記熱反射層１０４としては、薄い金属層を用いることができ、この金属層としては先に説明した金属板と同じ材料、例えば銅、アルミニウム、アルミニウム合金、金、ステンレスよりなる群から選択される１の材料を用いることができる。
【００６３】
このような金属層は、例えばメッキやスパッタリング等を用いて板状のセラミック材よりなる断熱板１０２の表面に形成することができる。これによれば、載置台５２からの熱伝導を抑制しつつ輻射熱を反射することができる。この場合にも、先に図１乃至図６を参照して説明した実施形態と同様な作用効果を発揮することができる。
【００６４】
また図８は熱反射部の第２の変形実施形態の構造を示す図である。先の実施形態では、１枚の熱反射板を１本の支持棒で支持したが、これに限定されず、１本の支持棒で複数枚の熱反射板を支持させるようにしてもよい。図８に示す場合には、熱反射部５６を形成する５枚の熱反射板９２Ａ〜９２Ｅを１本のパイプ状の支持棒９４で支持するようにしている。
【００６５】
この場合には、このパイプ状の支持棒９４内に５本の給電棒８２Ａ〜８２Ｅの内のいずれか１本の給電棒を挿通させる。この場合にも、先に図１乃至図６を参照して説明した実施形態と同様な作用効果を発揮することができ、更には支持棒９４の数を減少させることができる。
【００６６】
また、以上の各実施形態では、支持棒９４、９４Ａ〜９４Ｅとしてパイプ状（中空状）の支持棒を用いたが、これに限定されず、内部が詰まった支持棒を用いてもよい。また、以上の各実施形態においては、熱反射部５６を形成する熱反射板９２Ａ〜９２Ｅを支持棒９４Ａ〜９４Ｅにより支持するようにしたが、これに限定されない。
【００６７】
例えば図９に示す熱反射部の第３の変形実施形態のように、支柱５４の外側面より内側に向けて例えばセラミック材製の複数の支持ピン１１０Ａ〜１１０Ｅを複数段に亘って挿入し、この支持ピン１１０Ａ〜１１０Ｅの先端部に上記各熱反射板９２Ａ〜９２Ｅの周辺部を載置させて支持するようにしてもよい。この場合にも、先に図１乃至図６を参照して説明した実施形態と同様な作用効果を発揮することができ、更には支持棒９４の数を減少させることができる。
【００６８】
尚、上記各実施形態において支持棒９４、９４Ａ〜９４Ｅや断熱板１０２等にセラミック材を用いることができるが、このセラミック材としては、アルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等よりなる群から選択される１の材料用いることができる。
【００６９】
また上記各実施形態では、プラズマを用いた成膜処理を例にとって説明したが、これに限定されず、プラズマを用いない熱ＣＶＤによる成膜処理、熱拡散処理、改質処理、結晶化処理、エッチング処理等の他の全ての熱処理に対して本発明を適用することができる。
【００７０】
更には、ここでは加熱手段７８を載置台５２内に埋め込む場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えば加熱手段７８として加熱ランプを用い、この加熱ランプを載置台５２と対向する処理容器２２の天井部に設けるようにしてもよい。この場合には、ガス導入手段３８としてはシャワーヘッドではなく、処理容器２２の側壁に貫通させて設けたガスノズル等を用いる。
【００７１】
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック材基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る載置台構造を用いた熱処理装置を示す構成図である。
【図２】載置台構造の一部を模式的に示す部分拡大斜視図である。
【図３】載置台構造を模式的に示す断面図である。
【図４】載置台と支柱との接合部を模式的に示す拡大断面図である。
【図５】熱反射板を支持する支持棒の一例を示す分解斜視図である。
【図６】熱線（光）の波長と放射率・吸収率との関係を示すグラフである。
【図７】熱反射部の第１の変形実施形態の構造を示す拡大断面図である。
【図８】熱反射部の第２の変形実施形態の構造を示す図である。
【図９】熱反射部の第３の変形実施形態の構造を示す部分拡大断面図である。
【図１０】従来の載置台構造の一例を示す断面図である。
【図１１】載置台の表面の温度分布の一例を示す温度分布図である。
【符号の説明】
【００７３】
２０  熱処理装置
２２  処理容器
３８  シャワーヘッド（ガス導入手段）
５０  載置台構造
５２  載置台
５４  支柱
５６  熱反射部
７６  チャック電極（載置台電極）
７８  加熱ヒータ部（加熱手段）
８２Ａ〜８２Ｅ  給電棒
８６  ヒータ電源
９２Ａ〜９２Ｅ  熱反射板
９４，９４Ａ〜９４Ｅ  支持棒
１０２    断熱板
１０４  熱反射層
１１０Ａ〜１１０Ｅ  支持ピン
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【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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