JPH04713A

JPH04713A - 基板の加熱装置

Info

Publication number: JPH04713A
Application number: JP33927189A
Authority: JP
Inventors: Eiryo Takasuka; 英良高須賀
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-12-26
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1992-01-06

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】り墓上公■土云１本発明は基板の加熱装置に関し、より詳しくは半導体製
造分野において、シリコンウェハ等の基板の熱処理、又
は基板上へのエピタキシャル成長等に使用される基板の
加熱装置に関する。

炙米立肢蓋集積回路の製造工程には、エピタキシャル成長あるいは
、イオン注入等によって発生した欠陥を低減するための
アニール処理のように、シリコンウェハ等からなる基板
を高温に加熱する工程がある。従来この工程においては
、基板の加熱の不均一から熱応力が発生し、高温による
基板の機械的強度の低下と相まって、基板にスリップと
いう欠陥を発生させ、基板上に作られた回路の性能を大
きく低下させることがあった。

例えばシリコンのエピタキシャル装置では、装置内に導
入した原料ガスの反応を引き起こしたり、エピタキシャ
ル成長した膜の欠陥を低減するために、赤外線等の加熱
ランプを用いて基板を１ｏｏｏ〜１２００℃の高温に加
熱するが、このとき、基板を保持する試料台が周囲へ放
熱するため、試料台の周縁に向かって温度が低下して基
板の温度が不均一となり、これが熱応力発生の原因にな
っていた。

この問題を解決するために、近年では赤外線ランプの輻
射強度を調節し、加熱中の基板温度を均一にして熱応力
の発生を抑制する装置の開発検討が種々行なわれている
。

例えば、特開昭６２−１５４６１６号公報では、第７図
及び第８図に示したようなエピタキシャル装置が提案さ
れている。すなわち、第７図及び第８図において５１は
略直方体の形状をなす反応室であり、その側壁には原料
ガスの排出孔５２、導入孔５３がそれぞれ形成されてい
る。反応室５１内には、基板５４を保持する回転可能な
試料台５５が設けられており、この反応室５１の上部に
は試料台５５の中心位置に対応する仕切り桟５１ｂを挟
んで２つの開口部５１ａ、５１ａが対称的に形成されて
いる。さらに開口部５１ａ、５１ａ上にはそれぞれ透明
石英板５６が押え枠５７により圧設されており、透明石
英板５６の上方には、試料台５５上の基板５４を透明石
英板５６を透して加熱する複数の棒状の赤外線ランプ５
８が等間隔に並設されている。また、赤外線ランプ５８
の背後には反射鏡５８　ａが配設されているにの装置で
は、試料台５５を回転させつつ赤外線ランプ５８から基
板５４に赤外線を照射すると、開口部５１ａ間の仕切り
桟５１ｂや押え枠５７の仕切り桟５７ａにより、基板５
４の中心部は赤外線の照射が制限される一方、基板５４
の周縁は中心部より多く照射され、結果的に基板５４の
温度の均一化が図られることとなる。

また、特開昭６２−９３３７８号公報では、第９図に示
したようなエピタキシャル装置の提案がなされている。

すなわち、第９図において６１は円筒形状をなす反応室
であり、その側壁には原料ガスの排出孔５２、導入孔５
３がそれぞれ形成されている。反応室６１内には、基板
５４を保持する回転可能な試料台５５が配設されており
、基板５４上方には、複数の棒状の赤外線ランプ６９ａ
が等間隔に並設され、その両端はそれぞれ反応室６１の
側壁を貫通している。また、試料台５５の下方には、赤
外線ランプ６９ａに対して直交する複数の棒状の赤外線
ランプ６９ｂが等間隔に並設されており、やはりその両
端はそれぞれ反応室６１の側壁を貫通している。そして
、反応室６１の内面は拡散反射を生じる材料、又は鏡面
反射を生じる材料で被覆されている。この装置では、上
記した赤外線ランプ６９ａ、６９ｂをゾーン毎に分割し
、試料台５５を回転させつつ赤外線ランプ６９ａ、６９
ｂの赤外線の輻射強度を各ゾーン毎に調節することによ
り、基板５４の温度の均一化を図っている。

が　゛しよ゛とする課しかしながら、上記した前者の特開昭６２−１５４６１
６号公報に提案された装置では、基板５４の加熱を制御
すべく、開口部５１ａ間の仕切り桟５１ｂや押え枠５７
の仕切り桟５７ａにより赤外線の輻射を一部遮光してい
るため、赤外線ランプ５８から輻射される熱エネルギの
効率が低下するという課題があった。

また、前者のこの装置及び後者の特開昭６２−９３３７
８号公報に提案された装置とも、基板５４の円周方向の
加熱を均一にすべく、試料台５５を回転させつつ赤外線
を照射しているが、温度の均一化を十分に図るためには
試料台５５を高速で回転させる必要があり、そのための
技術的検討も必要であるという課題があった。しかも、
高速回転可能な試料台５５を備えた加熱系の製作には多
大な費用を要し、使用時のエネルギコストも高くつくと
いう課題を有していた。

さらに、上記両者の装置では、試料台５５を回転させつ
つ基板５４の上下に並設された棒状の赤外線ランプ５８
・・・あるいは６９ａ、６９ｂから赤外線を照射してい
るので、たとえゾーン毎に赤外線の輻射強度を調節した
としても、円運動する基板５４に対して赤外線ランプ５
８・・・、６９ａ、６９ｂは直線状であるため、赤外線
ランプ５８・・・、６９ａ、６９ｂによる基板５４の加
熱状況は時々刻々と変化することとなり、一定化されな
い、このため、基板５４の温度の均一化が十分に図れな
いという課題もあった。

本発明は上記した課題に鑑みなされたものであり、エネ
ルギ効率良く基板の温度の均一化が図れ、しかも加熱系
の製作費及びエネルギコストが削減できる基板の加熱装
置を提供することを目的としている。

課　を”する７１．の上記した目的を達成するために本発明に係る基板の加熱
装置は、赤外線ランプに対向する面が赤外線透過性材料
で形成された容器と、その内部に基板を載置するための
円板状試料台とを備えた基板の加熱装置において、前記
赤外線ランプが前記円板状試料台の回転軸を中心として
同心円状に複数列配列されていることを特徴としく１）
、また上記（１）の装置において、各列の赤外線ランプ
に対応する試料台の各ゾーン毎に試料台の温度を測定す
る手段を備え、かつその測定値に従って前記赤外線ラン
プの発熱量を制御する手段を具備していることを特徴と
している（２）。

さらに、上記（１）又は（２）の装置において、基板に
エピタキシャル気相成長させるためのガス導入孔及びガ
ス排出孔を備えていることを特徴としている（３）。

■ 上記（１）記載の装置によれば、試料台の形状が円板状
であるため、同心円状に複数列配列された前記赤外線ラ
ンプに通流せしめる電流を各列毎に制御すると、各列の
赤外線ランプに対応する試料台の各ゾーン毎に、赤外線
ランプによる加熱がエネルギ効率良く効果的に、また前
記円板状試料台に載置される基板の均一的加熱が行なわ
れる。

また上記（２）記載の装置によれば、各列の赤外線ラン
プに対応する試料台の各ゾーン毎に試料台の温度が測定
され、その測定値に従い赤外線ランプの発熱量がフィー
ドバック制御されることとなり、試料台に載置された基
板の温度はより均一となる。

さらに上記（３）記載の装置によれば、容器内の基板に
エピタキシャル気相成長による均質な薄膜が形成でき、
しかも基板のスリップも少ない。

夫亘困以下、本発明に係る基板の加熱装置の一実施例を図面に
基づいて説明する。

第１図及び第２図はそれぞれ本発明に係る基板の加熱装
置（横型炉）の模式的平面図、模式的断面図であり、図
中１１はその上面が石英等の赤外線透過材料で形成され
ている略直方体形状の容器を示している。容器１１の下
面の略中心位置には、これを直交する方向に貫通する回
転軸１２が気密にかつ回動自在に設けられており、回転
軸１２の上端には、複数の基板１４を載置するための円
板状の試料台１３が、その細心を回転軸１２のそれと同
一にして配設されている。また、容器１１の試料台１３
側方の両側壁１１ａはステンレスにより形成され、一方
の側壁１１ａには、基板１４にエピタキシャル気相成長
させるためのガス導入孔１５が形成され、他方の側壁１
１ａには、試料台１３を挟んでガス導入孔１５に対向す
る位置にガス排出孔１６が形成されている。

容器１１の上方には、長さの短い棒状の赤外線ランプ１
７が複数個、試料台１３の回転軸１２を中心として同心
円状に複数列配列されており、その中心部には球状の赤
外線ランプ１７が配設されている。ここで棒状の赤外線
ランプ１７としては１例えば−本の長さが１００ｍｍで
あり、最外周の多数の赤外線ランプ１７により形成され
る円の直径が５００ｍｍであるものが用いられる。これ
ら赤外線ランプ１７は、第３図に示した如く、同一円内
においてそれぞれ導線１７ａによって接続されており、
第４図に示した各列の赤外線ランプ１７の導線導入部１
７ｂは図示しないＰＩＤコントローラとそれぞれ接続さ
れている。

赤外線ランプ１７の上方にはステンレス製の支持板１８
が配設されており、赤外線ランプ１７は、第５図に示し
た如く、その両端が支持板１８の電極支持部１８ａに挿
嵌されることよって、所定寸法隔てて支持板１８にそれ
ぞれ支持されている。また、支持板１８下面の赤外線ラ
ンプ１７に面した部分には、放物面状の金メツキからな
る反射面２１ａを有した反射板２１が配設されておリ、
この反射板２１により赤外線ランプ１７がらの赤外線輻
射の指向性が向上し、各列の赤外線ランプ１７直下の基
板１４の各ゾーンが特に強く加熱されるようになってい
る。反射板２１内部の反射面２１ａと反射面２１ａとの
間に対応する位置、すなわち赤外線ランプ１７間に対応
する位置には、反射面２１ａ保護のために水冷管１９が
形成されており、また支持板１８上部には、導線１７ａ
、１７ｂの保護のために赤外線ランプ１７間に冷却用の
圧縮空気を送る圧縮空気導入口２゜が形成されている。

一方、容器１１の下方には、各列の赤外線ランプ１７に
対応する試料台１３の各ゾーン毎に放射温度計２３が配
設されており、また試料台１３の下面中央位置には、回
転軸１２より挿入された熱電対２２が埋設されている。

そして、これら熱電対２２及び放射温度計２３により試
料台１３の温度は各ゾーン毎に測定されるようになって
いる。

このように構成された加熱装置を用いて試料台１３に載
置された基板１４を加熱する場合は、試料台１３を回転
軸１２を中心にして回転させつつ赤外線ランプ１７から
赤外線を照射する。このことにより基板１４は加熱され
、その温度は試料台１３を介して熱電対２２及び放射温
度計２３により各ゾーン毎に測定される。測定された温
度情報は、それぞれ温度コントローラに送られ、温度コ
ントローラはこの温度情報と温度プログラマから入力さ
れた目標温度とを比較して、試料台１３の各ゾーンの温
度が目標温度となるように各ＰＩＤコントローラに制御
信号を出力する。そして各ＰＩＤコントローラは、送ら
れてきた制御信号に基づいてサイリスタによる制御を行
ない、赤外線ランプ１７に通流させる電流を増減する。

従って、赤外線ランプ１７が基板１４の動きに合わせた
形状、すなわち回転軸１２を軸とした円形に複数列配列
されているので、基板１４に対する赤外線ランプ１７の
相対的位置に変化が生じず、安定した加熱が可能となる
。しかも、赤外線ランプ１７は各列毎にその輻射強度が
、すなわち発熱量がフィードバック制御されるので、急
速加熱を行なっても試料台１３に載置された基板１４の
温度は常に均一となり、温度の不均一による基板のスリ
ップの発生が防止される。

また、容器１１の側壁１１ａには、ガス導入孔１５及び
ガス排出孔１６が形成されていることから、容器１１内
の基板１４にエピタキシャル成長による均質な薄膜を形
成させることが可能である。

本発明に係る基板の加熱装置の他の実施例を第６図に示
す。

第６図の装置は、基板にエピタキシャル膜を形成するの
に用いられる平面視円形の縦型炉である。装置の各部の
名称が第１図及び第２図と同じ部位については、第６図
に第１図及び第２図と同じ番号を付し説明を省略する。

縦型炉の場合にも、赤外線ランプ１７と試料台１３の位
置関係、試料台１３の温度を測定する手段とその測定値
に従って赤外線ランプ１７の発熱量を制御する手段等、
第１図及び第２図に示す模型炉とほぼ同様である。ただ
し、基板１４にエピタキシャル膜を成長させるためのガ
スを導入するガス導入孔１５は、試料台１３の回転軸内
に設け、ガス排出孔１６は容器１１の底部の外周部近傍
に設けるのが望ましい。その方が、基板上に均質な薄膜
を形成させるのに適しているからである。

なお、上記実施例では赤外線を照射する際に試料台１３
を回転させでいるが、同心円状に複数列配列させた赤外
線ランプ１７を各列毎に制御しているので、赤外線を照
射する際に試料台１３を回転させな（でも、基板１４の
温度の均一化を図ることができる。

また上記実施例では、赤外線ランプ１７として棒状の赤
外線ランプ１７を複数個、同心円状に複数列配列させた
が、これに限定されるものではなく、各列毎に円形又は
半円形の赤外線ランプを用いても良い。

１更二四玉以上の説明により明らがなように、本発明に係る基板の
加熱装置によれば、赤外線ランプが前記円板状試料台の
回転軸を中心として同心円状に複数列配列されているの
で、試料台を回転させなくても、赤外線ランプに対応す
る試料台の所要のゾーンをエネルギ効率良く加熱できる
。この場合には、回転可能な試料台の作製に伴う加熱系
の費用が削減できる。

また、赤外線ランプの各列毎の輻射強度が、すなわち各
列毎の発熱量がフィードバック制御される場合には、急
速加熱を行なっても試料台に載置された基板を常に均一
にしかもエネルギ効率良く加熱でき、温度の不均一によ
るスリップの発生が防止できる。

さらに容器にガス導入孔及びガス排出孔が形成されてい
る場合には、容器内の基板上にエピタキシャル成長によ
る均質な薄膜を形成でき、しかも基板のスリップも少な
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る基板の加熱装置（横型炉）の模式
的平面図、第２図は基板の加熱装置の模式的断面図９第
３図は同一円内の赤外線ランプの接続部分を示す部分拡
大断面図、第４図は同一円内の赤外線ランプの電線導入
部を示す部分拡大断面図、第５図は赤外線ランプが支持
板に支持された状態を示す部分拡大斜視図、第６図は本
発明に係る基板の他の加熱装置（縦型炉）の模式的断面
図、第７図は従来の加熱装置を示す模式的断面図、第８
図は第７図の模式的平面図、第９図は従来の別の加熱装
置を示す模式的断面図である。１１・・・容器　　１２・・・回転軸　　１３・・・試
料台１４・・・基板　　１５・・・ガス導入孔　　１６
・・・ガス排出孔　　１７・・・赤外線ランプ　　２２
・・・熱電対２３・・・放射温度計

Claims

【特許請求の範囲】

（１）赤外線ランプに対向する面が赤外線透過性材料で
形成された容器と、その内部に基板を載置するための円
板状試料台とを備えた基板の加熱装置において、前記赤
外線ランプが前記円板状試料台の回転軸を中心として同
心円状に複数列配列されていることを特徴とする基板の
加熱装置。
（２）各別の赤外線ランプに対応する試料台の各ゾーン
毎に試料台の温度を測定する手段を備え、かつその測定
値に従って前記赤外線ランプの発熱量を制御する手段を
具備した請求項１記載の基板の加熱装置。
（３）基板にエピタキシャル気相成長させるためのガス
導入孔及びガス排出孔を備えた請求項１又は請求項２記
載の基板の加熱装置。