JPH02270329A - 短時間熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、短時間熱処理装置に関し、特にシリコンウェ
ハ等の半導体基板を枚葉に短時間熱処理する装置に係わ
る。

（従来の技術） 短時間熱処理装置の熱源としては、赤外線ランプを使用
するものが主に開発され、面状ヒータを熱源としたもの
では、カーボンヒータが知られている。

しかしながら、上記赤外線ランブラ用いてシリコンウェ
ハを加熱した場合、赤外線の吸収係数がシリコン単結晶
、多結晶シリコン、シリコン酸化膜、燐化ガラス（ＰＳ
Ｇ）によって異なり、かつシリコン中の不純物濃度や燐
化ガラス中の燐濃度によっても異なり、更に光の屈折、
反射、干渉等が発生し、実デバイス構造を有したシリコ
ンウエハでは均一に昇温させることは非常に困難であっ
た。

一方、面状ヒータでは輻射、対流を利用してウェハを加
熱することが可能となる。しかしながら、ヒータがカー
ボンで形成され、雰囲気中に酸化性ガスが残留している
と、燃焼してしまうため、高真空雰囲気にしないと実際
上は使用することが困難となり、面状ヒータの輻射、対
流の長所を十分に生かしきれない問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、シリコンウェハ等の被熱処理基板を大気等の酸化
性ガスを含む雰囲気中でも短時間で均一に昇温し得る短
時間熱処理装置を提供しようとするものである。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は、被熱処理基板を支持する支持部材と、この支
持部材上の基板と対向して配置され、底面に複数のガス
流通孔を開口したシリコンカーバイドを主材料とする中
空形状のヒータと、このヒータの上壁に挿着された絶縁
性のガス導入管とを具備したことを特徴とする短時間熱
処理装置で、　　ある。

（作用） 本発明によれば、中空形状のヒータを耐酸化性の優れた
シリコンカーバイドを主材料として形成することによっ
て、シリコンウェハ等の被熱処理基板を大気等の酸化性
ガスを含む雰囲気中でも短時間で昇温できる。また、ヒ
ータを中空形状とし、そのヒータに挿着した絶縁性のガ
ス導入管を通して所定のガスを中空部に導入し、該ヒー
タ底部のガス流通孔から対向する非熱処理基板に強制的
に吹き付けることによって、該基板の周縁を含む全体を
均一に昇温できる。従って、シリコンウェハ等の被熱処
理基板を大気等の酸化性ガスを含む雰囲気中でも短時間
で均一に昇温しで短時間加熱を達成することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図及び第２図を参照して詳
細に説明する。

図中の１は、被処理基板を支持するための支持部材であ
る。この支持部材ｌは、４本の支持棒２から構成され、
各支持棒２の上端は水平面に描かれた正方形の角に位置
するように配置されると共に、途中で外側に２回屈曲さ
せた形状を有する。

前記支持部材Ｉの上方には、高純度シリコンカーバイド
からなり、直径２００ｍｍの上下端を封止した円筒状を
なす中空形状のヒータ　３が配置されている。この中空
形状のヒータ　３の円形状底部には、複数のガス流通孔
４が開口されている。前記中空形状のヒータ　３の上壁
には、所望のガスを該ヒータ　３内に導入するための絶
縁性のガス導入管５が挿着されている。また、前記支持
棒２の屈曲部内には高純度シリコンカーバイドからなる
直径２００ｆｆｌ１１の円板状ヒータ　６が前記中空形
状のヒータ　３の底部と平行に対向するように配置され
ている。なお、中空形状のヒータ　３の底部と円板状ヒ
ータ　６とは５０■の間隔をあけて対向されている。そ
して、前記支持部材１と前記中空形状のヒータ３の底部
の間にはシャッタ　７が配置されている。このシャッタ
　７は、被遮蔽部を挾んで少なくとも両側に遮蔽部を有
する形状をなし、具体的には第２図に示すように約６０
０ｍｖ　Ｘ　　２００■の長方形で、中央部に非遮蔽部
としての直径１５０■の穴８が開口された形状を有する
。こうした支持部材Ｉ、中空形状のヒータ　３、円板状
ヒータ　６及びシャッタ　７は図示しない゛チャンバ内
に収納されている。

次に、上述した短時間熱処理装置の作用を第１図（ａ）
〜（Ｃ）を参照して説明する。

まず、同図（ａ）に示すようにシャッタ　７を閉じた状
態で、中空形状のヒータ　３及び円板状ヒータ　６を昇
温させると共に、ガス導入管５から例えばアルゴンガス
を中空形状のヒータ　３に導入させ、図示しないホルダ
によって被熱処理基板９を支持部材１の４本の支持棒２
上にロードする。

前記中空形状のヒータ　３及び円板状ヒータ　６が共に
充分に昇温したら、シャッタ　７を一方向（例えば矢印
に示す左方向）に移動させ、同図（ｂ）に示すようにシ
ャッタ　７の穴８が前記基板９に対向する場所で停止さ
せる。これによりシャッタ　７が開き、基板９の上面側
を中空形状のヒータ　３の輻射、対流及びその底部の複
数の流通孔４から吹き出された加熱アルゴンガスで加熱
し、かつ同基板９の裏面側を円板状ヒータ　６により昇
温させ、熱処理する。熱処理温度及び時間は、熱処理対
象（例えば燐化ガラス膜の溶融、イオン注入された不純
物の活性化、気相成長法で形成されたシリコン酸化膜の
デンシファイ等）によって異なるが、概略１１００〜１
２００℃で、５〜２０秒間の条件に設定される。

所要の熱処理が完了すると、シャッタ　７を更に同一方
向（矢印に示す左方向）に移動させ、同図（Ｃ）に示す
ようにシャッタ　７で閉じ、図示しなすホルダによって
基板９を支持部材ｌの４本の支持棒２上から前記シャッ
タ　７の移動方向に対して直交する方向にアンロードす
る。

しかして、本発明によれば中空計上のヒータ　３として
耐酸化性に優れたシリコンカーバイドで形成することに
よって、酸化性ガスを含む大気中で、の熱処理が可能と
なる。その結果、中空形状のヒータ３の底部からの輻射
、対流が充分に生かされ、かつ昇温速度を高くできるた
め、被熱処理基板９を短時間で加熱できる。しかも、前
記中空形状のヒータ３の上壁にガス導入管５を挿着し、
該導入管５からアルゴンガス等の所望のガスをヒータ　
３の中空部内に導入し、ヒータ　３底部に開口された複
数のガスり流通孔４からヒータ加熱されたガスをシャッ
タ　７の開時に基板９に強制的に吹き付けることによっ
て、基板９を極めて良好に均一加熱できる。即ち、面状
のヒータでこれと対向する基板を輻射、対流により加熱
した場合、ヒータの中心付近では外部からの空気等の冷
却ガスの流入がないため、該ヒータによる輻射作用と対
流作用により基板が高温に加熱される。これに対し、ヒ
ータの周辺部では空気等の対流により常に冷却されるた
め、ヒータの中心付近との間で加熱温度差が生じる恐れ
がある。このようなことから、本発明ではガス導入管５
から所望のガスをヒータ　３の中空部内に導入し、ヒー
タ　３底部に開口された複数のガス流通孔４からヒータ
加熱されたガスを基板９に強制的に吹き付けることによ
って、中空形状のヒータ３の中心付近と周辺部との間で
の温度差を解消できるため、基板９の周辺を含む全体を
均一加熱できる。従って、中空形状のヒータ　３の底部
からの輻射、対流と、該ヒータ　３底部のガス流通孔４
からの加熱ガスの強制的な吹き付けにより被熱処理基板
９の昇温速度を均一に高めることができるため、基板９
を短時間で極めて均一に加熱することができる。

また、支持部材１内に円板状ヒータ　６を配置し、中空
形状のヒータ　３で被熱処理基板９を加熱する前に該円
板状ヒータ　６によりブレヒートすれば、シャッタ　７
の開放後の中空形状のヒータ　３による所定温度まで昇
温する時間を短縮でき、より一層の短時間熱処理を行う
ことが可能となる。

更に、前記形状のシャッタ　７を一方向（例えば左方向
）に移動させて開閉を行えば、その非遮蔽部である六８
による被熱処理基板９の加熱時間が各点において同一と
なるため、基板９面内の熱処理による均一性を向上でき
る。これを前述した第１図（ａ）〜（ｃ）を参照して具
体的に説明する。

ここで、前記シャッタ　フの穴８の左端をＬｓ、右端を
Ｒｓ、前記基板９の左端をし、右端をＲとして説明する
。まず、第１図（ａ）から第１図（ｂ）の状態にシャッ
タ　７を左方向（矢印方向）に移動させる開動作に際し
、シャッタ　７の穴８の左端Ｌｓが最初に基板９の右端
Ｒに対向して中空形状のヒータ３で加熱され、同基板６
の左端りが最後にシャッタ７の穴８の左端Ｌｓに対向し
て同ヒータ３で加熱される。つまり、第１図（ａ）から
第１図（ｂ）までのシャッタ　７による開動作過程にお
いて、基板９の左端りは加熱時間が最も短く、右端Ｒ側
に向かうほど加熱時間が長（なる。一方、第１図（ｂ）
から第１図（ｃ）の状態にシャッタ７を同一の方向（左
方向）に移動させる閉動作に際し、シャッタ７の穴８の
右端Ｒｓが最初に基板９の右端Ｒに対向して遮蔽され、
同基板９の左端りが最後にシャッタ　７の穴８の右端Ｒ
ｓに対向して遮蔽される。つまり、第１図（ｂ）から第
１図（Ｃ）までのシャッタ　７による閉動作過程におい
て、最初に遮蔽される基板９の右端Ｒは加熱時間が最も
短く、遮蔽が最後になる左端り側に向かうほど加熱時間
が長くなる。従って、非遮蔽部としての六８を有するシ
ャッタ　８を一方向（例えば左方向）に移動させて開閉
を行うことによって、開時に最も長い時間加熱される基
板９の右端Ｒは閉時に最も短い時間加熱され、開時に最
も短い時間加熱される基板９の左端りは閉時に最も長い
時間加熱されるため、トータル的には基板９の右端Ｒ左
端りが共に同じ時間加熱されることになり、基板９面内
を均一に熱処理できる。特に、短時間熱処理においては
シャッタの開閉に際し、前記基板９の左端りと右端Ｒで
の加熱開始時間、加熱終了時間の遅れは不均一加熱に多
大に影響するが、前述した形状のシャッタ　７を一方向
に移動させて開閉することによって、シャッタ　７の穴
８と基板９の左右端との位置関係による不均一加熱を解
消して基板９面内を均一に短時間熱処理できる。

更に、基板９のホルダによるロード及びアンロードをシ
ャッタ　７の移動方向に対して直交させるようにすれば
、基板９面内のより一層の均一加熱を達成できる。

なお、上記実施例において前記支持部材ｌ、ヒータ　３
．６等の各部材が収納される図示しないチャンバ内を減
圧下にした状態で、基板のロードを行ない、その後に数
ｔｏｔｏｒｒ〜数１００ｔｏｒｒ間でガスを導入し、基
板の短時間加熱を行ない、ひきつづいて再度減圧にして
アンロードを行なうようにし、　でもよい。かかる操作
において、酸化や窒化し易い処理面を持つ基板を使用す
る場合、チャンバ内に導入するガスとして不活性ガスを
用いれば、処理面の酸化や窒化がなされることなく短時
間熱処理を行なうことができる。一方、チャンバ内に導
入するガスとして反応性ガスや反応性プラズマ等を用い
れば、基板の処理面の酸化や窒化を行なうことができる
。

上記実施例においては中空形状のヒータや板状ヒータを
高純度シリコンカーバイドから形成したが、モリブデン
やタンタル等の高融点金属の基材表面に高純度シリコン
カーバイド膜を被覆した構造にしてもよい。

〔発明の効、果コ 以上詳述した如く、本発明によればシリコンカーバイド
を主材料とし、底部に複数のガス流通孔が開口され、上
壁にガス導入管が挿着された中空形状のヒータを使用す
ることによって、シリコンウェハ等の被熱処理基板を大
気等の酸化性ガスを含む雰囲気中でも短時間で均一に昇
温でき、更に酸素や窒素の雰囲気下で該基板の酸化や窒
化を行なうことが可能な短時間熱処理装置を提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施例をる。 ｌ・・・支持部材、３・・・中空形状のヒータ、４・・
・ガス流通孔、５・・・ガス導入管、６・・・円板状ヒ
ータ、７・・・シャッタ、８・・・穴、９・・・被熱処
理基板。 第２０

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被熱処理基板を支持する支持部材と、この支持部
   材上の基板と対向して配置され、底面に複数のガス流通
   孔を開口したシリコンカーバイドを主材料とする中空形
   状のヒータと、このヒータの上壁に挿着された絶縁性の
   ガス導入管とを具備したことを特徴とする短時間熱処理
   装置。
2. （２）非遮蔽部を挟んで少なくとも両側に遮蔽部を有す
   る形状をなし、一方向への移動により前記非遮蔽部及び
   両側の遮蔽部で開閉を行うシャッタを支持部材と面状ヒ
   ータの間に配置したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の短時間熱処理装置。
3. （３）支持部材は被熱処理基板を支持した状態で該基板
   の裏面の大部分を露出させるような形状を有し、かつ前
   記基板の裏面側にシリコンカーバイトを主材料とする別
   の面状ヒータを配置したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の短時間熱処理装置。