JPH0450735B2 - - Google Patents

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JPH0450735B2
JPH0450735B2 JP58008826A JP882683A JPH0450735B2 JP H0450735 B2 JPH0450735 B2 JP H0450735B2 JP 58008826 A JP58008826 A JP 58008826A JP 882683 A JP882683 A JP 882683A JP H0450735 B2 JPH0450735 B2 JP H0450735B2
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semiconductor wafers
heat treatment
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/12—Substrate holders or susceptors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/06—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
    • C30B31/14—Substrate holders or susceptors

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は、ガス伝導による半導体ウエーハの熱
処理装置に関するもので、特に、ガスが半導体ウ
エーハの周囲の近傍から導入されるガス伝導によ
つて半導体ウエーハを高度に一様に熱処理する装
置に関するものである。
〔従来技術とその問題点〕
半導体ウエーハの処理、たとえば集積回路を製
造するための処理において、ウエーハが上昇する
温度の影響を受けることがしばしば生じている。
不純物の拡散、エピタキシヤル層の成長、高品質
の金属膜の適用又は金属半導体接触の焼なまし等
に対して、このような温度が上昇することは望ま
しいことである。このような場合において、制御
され、一様な方法で熱エネルギを加えることが望
ましい。イオンインプランテイシヨン、エツチン
グのような他の応用例に対して、熱エネルギは望
ましくない副産物である。このような応用例にお
いて、ウエーハを上昇する温度にさらすことは望
ましくない。なぜなら、例えば、エピタキシヤル
界面における不純物の分離と同様に、予め定めら
れた限度以上の不必要な拡散は望ましくないから
である。中間フオトレジスト層もまた上昇する温
度の影響を受ける。この問題は、大規模集積回路
（LSI）デハイス、超大規模集積回路（VLSI）デ
ハイスの製造において強まるものである。なぜな
らば、多数の処理工程が連続しておこなわれなけ
ればならず、特に、連続処理の終り近くでは、適
所に多数の不純物、伝導層又は絶縁層があり、熱
処理によつてこれら物理的形状を乱すことは望ま
しくないからである。このような場合、制御さ
れ、一様な方法で半導体ウエーハを冷却すること
が望ましい。従つて、１つの処理において必要が
あるときには半導体ウエーハの温度を上昇させ、
望ましくない熱が生成されるときには半導体ウエ
ーハの温度を下げることが望ましい。
半導体ウエーハを熱するいろいろなアプローチ
には、ウエーハが配置されたプラテンを抵抗加熱
すること、ウエーハの露出表面を赤外線加熱する
こと、熱伝導性部材上に配置されたウエーハを誘
導加熱すること、又は予熱されたガス流による対
流加熱をすることがある。これらのアプローチ
は、加熱速度があまりにも遅く、ウエーハを横切
る温度分布があまりにも不一様で、ウエーハの平
衡温度が製造環境において受け入れがたいもので
あるから、全く不十分である。
エツチング又はイオンインプランテイシヨンを
受ける半導体ウエーハを冷却するためのいろいろ
な試みには、イオンビーム又はウエーハのいずれ
か又は両方を走査することにより間断な露出をお
こなうこと（従つて生産量に制限がある）、静止
した半導体ウエーハに対して故意に冷却された
（グリース又はオイルでコートされている）プレ
ートを備えること、又は静電力を加え故意に冷却
されたプレート上に僅かに加圧可能な表面へ向け
てウエーハを保持することがある。例えば、エ
ル・デイー・ボリンガー（L.D.Bollinger）によ
る“半導体製造処理に対するイオンミリング”
（ソリツド・ステイト・テクノロジー、1977年11
月）を参照。これら従来技術及びデバイスは、高
イオン束又はエネルギレベルを受けるとき、半導
体ウエーハの冷却には、効果的とは言いがたい。
半導体が留め付けされる凸状プラテンは、アー
ル・エイ・フアレトラ（R.A.Faretra）による、
“柔軟な熱伝導表面に対して半導体ウエーハを機
械的に留め付ける装置”と題する米国特許第
4282924号に開示されている。この装置の冷却効
率は、ウエーハの背面が実際に熱伝導表面と接触
することで制限を受ける。なぜなら、原子レベル
で、２つの表面の非常に小さな面積（典型的には
５％以下）が実際に接触しているからである。
ガス伝導の技術は、２つの向い合つた表面の間
で有効な熱結合ができると知られており、その技
術は広く採用されている。例えば、オー・イー・
アンドラス（O.E.Andrus）の“層の間に配置さ
れた熱移動材料を有する多重層管”と題する米国
特許第３，062507号では、ガス（又は液体）が、
最適な熱移動を得るために管の層間に存在する。
冷却ポンプの熱移動スイツチ（switching）の議
論に対しては、例えば、ビー・エス・デンホイ
（B.S.Denhoy）による“冷却ポンプ用のオン−オ
フ熱スイツチ”と題する米国特許第3525229号、
テイ・ビー・ホスマーによる“冷却熱スイツチ”
と題する米国特許第3717201号、アール・ダブリ
ユ・スチユアート（R.W.Stuart）等による“冷
却装置用の熱スイツチ”と題する米国特許第
3430455号、及びダブリユ・エイチ・ヒガによる
“冷却装置”と題する米国特許第3421331号を参
照。これらにおいて、向い合つた表面の間におけ
る熱の移動は、ガス伝導によつて得られる。アー
ル・ブイ・スチユアート（R.V.Stuart）による
“真空チエンバ用の冷却装置”と題する米国特許
第3566960号において、固体表面間の不十分な接
触の問題は議論され（第３欄、第２行以後）、真
空チエンバ内の加工品を伝導的に冷却するための
ガス媒体が説明されている。同様に、真空チエン
バ内の加工品のガス伝導冷却は、エム・キング
（M.King）とピー・エイチ・ローズによる“ウ
エーハのガス冷却実験”（イオン装置及び技術に
おける第３回国際会議、議事録、オンタリオ州、
キングストン、クウイーンズ、ユニバーシテイ．
1980年５月）、及びエム・キングによる“真空下
で処理される物へ又は物から熱を伝導する方法”
と題する米国特許第4264762号に示されている。
この装置において、ガスは、半導体の背後にある
中間空胴の中へと導入される。熱冷却はガスを、
ガス伝導技術で典型的に成し遂げられる装置の主
要部へと通すことでおこなわれる。しかし、実際
には、シールが不完全なためガスが漏出し、その
ため空胴の中央とその周囲との間に圧力勾配が存
在する。ガスの熱伝導性は圧力に比例するので、
より高い圧力が存在する中心で熱がより移動し、
したがつてウエーハには温度勾配が存在すること
になる。この温度勾配は、金属コーテイングのよ
うな処理に対してその処理が不均一となり、望ま
しくない。
従つて、本発明の目的は、ガス伝導による一様
な熱移動をおこなう半導体を保持し、熱的に処理
するための装置を提供することである。
更に、本発明の目的は、圧力勾配が半導体の背
面にわたつて存在しないように、半導体の背後で
あつてその周囲にわたり、漏出のある近傍で熱移
動をおこなわせる装置を提供することである。
更に、本発明の他の目的は、ガス伝導結合によ
る半導体ウエーハの一様な熱処理装置を提供する
ことである。
〔発明の概要〕
ガス伝導により半導体ウエーハを一様に熱処理
する熱処理装置は、適切な温度に維持された熱体
（thermal mass）に向かい合つた、ガスが充満す
る空胴全体を覆うようにウエーハを保持する。ガ
スは半導体ウエーハの背後でその周囲から導入さ
れる。したがつて、ウエーハの周囲を除いてガス
の吹き込み、吹き出しが存在せず、ウエーハの背
後にわたつて殆ど一定のガスが維持される。結
局、熱伝導は一様で、温度も一様で、そして一様
な処理がウエーハにわたつて成し遂げられる。
〔好適実施例〕
第１図及び第２図には、ガス伝導冷却装置１０
が胴体１３から成り、その胴体１３が外から接続
可能な入口１４及び出口１５を有するフランジ２
２内に内部冷却チヤネルネツトワークを通して、
冷媒を流すことで冷却されることが示されてい
る。胴体１３はまた、ヒータ６により熱の影響を
敏感に受けるのである。ステンレススチールから
好適に作られた胴体１３は、半導体ウエーハが適
所に保持されている作業領域へガスを導入するた
めの導管１６を有している。この導管は胴体１３
内に中心を合わして配置されているが、本発明の
装置では中央に配置することは必ずしも必要では
ない。プレート１１は胴体１３の縁を形成し、プ
レート１２が僅かに間隔をおいてそのプレート１
１に固定されており、両プレートとも銅又はアル
ミニウムによつて好適に作られている。プレート
１１及び１２は相互にそして胴体１２に直接ろう
付けされ固着され、高度の熱伝導性及び良好な温
度一様性を確実にしている。プレート１１と１２
の間の空間は、ガスが導管１６から導入される空
胴１７を形成している。空胴１７は、第１図に示
されているように、全断面にして示されている。
しかし、空胴１７を通して胴体１３とプレート１
２との間で熱的障壁が発生しないように、１つの
実施例として、複数の半径方向の導管を中心導管
１６から開口１９の下方の環状リング空胴へと伸
ばしてもよい。こうして、熱移動を行わせるた
め、空胴１３のプレート１１とプレート１２との
間の大きな容積がプレート１１の伸長部により張
り巡らされる。半径方向の導管及び環状空胴は、
十分なガス伝導性が与えられる程度に大きく、十
分な熱移動を可能にする程度に小さいものであ
る。
プレート１２は、半導体ウエーハを押付ける手
段（図示されていない）、例えば、アール・エイ
チ・シヨウ（R.H.Shaw）による“ウエーハ支持
組立体”と題する米国特許第4306731号の第２乃
至第３図に示されたクリツプ手段によつて適所に
保持する、リツプ１８をプレートの周囲にそつて
有している。リツプ１８の内側では、一連の開口
１９が、ガスを半導体ウエーハ２０の直後の領域
２１へと導入することを可能にしている。開口１
９がリツプ１８に非常に近いので、ガスはガス漏
出がおこるであろう装置の唯一の場所、例えば、
ガスが偶然に真空装置へ漏出するであろう場所又
はガスが故意にスパツタ装置へと導入され、スパ
ツタリングガスの一部を供給するであろう場所の
近傍に必然的に導入される。後者の場合におい
て、ガスはウエーハとリツプとの間に存在する微
視的な通路を通つて導入される。このような通路
は、弁又はフランジといつた技術を使つて、ウエ
ーハ、リツプという２つの硬い表面をシールしな
いならば、これら表面の間に存在することにな
る。プレート１２の内側には漏出点がなく、他の
内部吹き出しがないので、プレート１２の背後の
ガス圧は一様で、リツプ１８付近で降下する。こ
のことが、第３及び第５図に示されたデータと同
様の領域について示した第４図に図示されてい
る。導管１６を通り、従つてプレート１２の開口
１９を通るガス流の速度は外部弁（図示されてい
ない）によつて制御される。本発明の装置による
ウエーハ２０の背後の空間を横切つて発生する一
様な圧力（第４図）は、ガスが中心から導入され
る、第３図に示す従来技術のガス伝導装置の圧力
の外郭とは非常に対照的となつている。
本発明のガスの周囲からの導入及び一様な圧力
の結果、第５図に示されているようにプレート１
２とウエーハ２０との間でガスによる熱伝導がお
こなわれる。それはガス圧と熱伝導性との間の関
係によるものである。このことは、エス・ダスマ
ン（S.Dushman）等の“低出力での熱伝導性）”
と題してセクシヨン1.10で議論されている（真空
技術の科学的基礎．pp43−53（1962））。熱移動速
度はウエーハの中央空間にわたつて一様である。
実際、数パーセント以内の一様な温度の輪郭が得
られた。熱移動速度は、ウエーハとプレートとの
間の空間が非常にせまいために付加的な寄与を受
けるので、リツプ１８の中央で上昇する。最終的
に、熱移動速度は、リツプ１８の外端に近づくに
つれて、ガス圧が零に下降するので、零に下降す
る。
加熱又は冷却モードの選択は、第１にヒータで
ある抵抗加熱ユニツト６を付勢することによつ
て、又は抵抗加熱ユニツト６を弱め、次にフラン
ジ２２から冷却を優勢にすることによつておこな
う。加熱モードにおいて、ウエーハの端から伝え
られるさらなる加熱の寄与は、ウエーハ２０の外
端からの放射による局部的に増加した放射熱損失
の補償をおこなうために役立つ。この補償はウエ
ーハの周辺で温度の不一様性を最少にするもので
あり、従来技術を超える重要な改良点である。典
型的には、ウエーハ２０は、端７を張り出させる
ために、リツプ１８よりも大きな直径を有してい
る。従つて、ウエーハが熱処理装置に中心をはず
して配置されたとしても、端７はリツプ１８上に
なく、リツプ１８が処理されることがない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の装置の側断面図である。第２
図は本発明の装置の正面図である。第３図は従来
技術のガス伝導冷却装置におけるウエーハの背後
のガス圧を示すグラフである。第４図は本発明の
装置に配置されたウエーハの背後のガス圧を示す
曲線である。第５図は第２図のプレートとウエー
ハとの間における熱伝導性を示す図である。 主要符号の説明、６……ヒータ、１０……ガス
伝導冷却装置、１１……プレート、１２……プレ
ート、１３……胴体、１４……入口、１５……出
口、１６……導管、１７……空胴、１８……リツ
プ、１９……開口、２０……ウエーハ、２２……
フランジ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ガス伝導による半導体ウエーハの一様な熱処
    理装置であつて、 ａ 熱エネルギの主要な放出又は吸収体となる熱
    的な大きさを有し、 ガス伝導によつて熱処理するための、前記ガ
    スを流通する手段を有し、更に、 ガス伝導によつて前記半導体ウエーハと熱的
    に接触する、ほぼ平らな表面を有するところの
    胴体と、 ｂ 前記ガスを流通するための前記手段と連通
    し、周囲の近傍で前記半導体ウエーハの背後に
    前記ガスを導入する、前記胴体に取り付けられ
    た手段と、 ｃ 前記胴体を冷却するための、前記胴体と低度
    の熱抵抗接触している手段と、 ｄ 前記胴体を加熱するための、前記胴体と低度
    の熱抵抗接触している手段と、 から成る装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載された半導体ウ
    エーハの一様な熱処理装置であつて、 前記胴体に取り付けられた手段が、前記胴体の
    前記平らな表面に間隔をあけて取り付けられたプ
    レートからなり、 該プレートが、前記胴体と低度の熱抵抗接触を
    し、半導体ウエーハを自らの外表面上に受け入れ
    られる形状となつており、周囲にそつてその中に
    複数の開口を有し、前記ガスを流通するための前
    記手段から前記周囲に隣接した前記半導体ウエー
    ハの前記背後にガスを連通させるところの装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載された半導体ウ
    エーハの一様な熱処理装置であつて、 前記プレートが、半導体ウエーハを収容するた
    めの前記外周囲のまわりにリツプを有していると
    ころの装置。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載された半導体ウ
    エーハの一様な熱処理装置であつて、 前記胴体を加熱するための前記手段が、前記胴
    体と低度の熱抵抗接触をする抵抗加熱要素である
    ところの装置。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載された半導体ウ
    エーハの一様な熱処理装置であつて、 前記胴体を冷却するための前記手段が、前記胴
    体と低度の熱抵抗接触をするフランジであり、該
    フランジが、冷却剤が流通する内部冷却チヤネル
    を有しているところの装置。 ６ 特許請求の範囲第３項に記載された半導体ウ
    エーハの一様な熱処理装置であつて、 前記ウエーハが前記リツプ上の適所に保持さ
    れ、前記リツプを半導体処理のための露出から保
    護するために、前記リツプの直径より大きな直径
    を有しているところの装置。
JP58008826A 1982-01-29 1983-01-24 周囲にガス入口を組み込んだガス伝導による半導体ウエ−ハ熱処理装置 Granted JPS58132937A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US343794 1982-01-29
US06/343,794 US4512391A (en) 1982-01-29 1982-01-29 Apparatus for thermal treatment of semiconductor wafers by gas conduction incorporating peripheral gas inlet

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Publication Number Publication Date
JPS58132937A JPS58132937A (ja) 1983-08-08
JPH0450735B2 true JPH0450735B2 (ja) 1992-08-17

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ID=23347695

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JP58008826A Granted JPS58132937A (ja) 1982-01-29 1983-01-24 周囲にガス入口を組み込んだガス伝導による半導体ウエ−ハ熱処理装置

Country Status (6)

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US (1) US4512391A (ja)
JP (1) JPS58132937A (ja)
CH (1) CH665058A5 (ja)
DE (1) DE3301288A1 (ja)
FR (1) FR2520929B1 (ja)
GB (1) GB2114813B (ja)

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