JPH0542136B2 - - Google Patents

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
コンウエ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、上記赤外線ランプヲ用いてシリ
コンウエハを加熱した場合、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（PSG）によつて異なり、かつ
シリコン中の不純物濃度や燐化ガラス中の燐濃度
によつても異なり、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つ
た。

一方、面状ヒータでは輻射、対流を利用してウ
エ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つた。

（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、シリコンウエ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］ （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
することによつて、シリコンウエハ等の被熱処理
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つて、該基板の周縁を含
む全体を均一に昇温できる。従つて、シリコンウ
エ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て短時間加
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１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１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200
mm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50mm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
底部の間にはシヤツタ７が配置されている。この
シヤツタ７は、被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、具体的には第２図
に示すように約600mm×200mmの長方形で、中央部
に非遮蔽部としての直径150mmの穴８が開口され
た形状を有する。こうした支持部材１、中空形状
のヒータ３、円板状ヒータ６及びシヤツタ７は図
示しないチヤ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に示すようにシヤツタ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つて被熱処理基板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、シヤツタ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
すようにシヤツタ７の穴８が前記基板９に対向す
る場所で停止させる。これによりシヤツタ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アイ等）によつて異なるが、
概略1100〜1200℃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、シヤツタ７を更に
同一方向（矢印に示す左方向）に移動させ、同図
ｃに示すようにシヤツタ７で閉じ、図示しなすホ
ルダによつて基板９を支持部材１の４本の支持棒
２上から前記シヤツタ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
成することによつて、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
ガスをシヤツタ７の開時に基板９に強制的に吹き
付けることによつて、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つて、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。従つて、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によりプレヒートすれ
ば、シヤツタ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、前記形状のシヤツタ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
部である穴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、前記シヤツタ７の穴８の左端をLs、右端を
Rs，前記基板９の左端をＬ、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
ヤツタ７を左方向（矢印方向）に移動させる開動
作に際し、シヤツタ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Ｌが最後にシヤツタ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までのシヤ
ツタ７による開動作過程において、基板９の左端
Ｌは加熱時間が最も短く、右端Ｒ側に向かうほど
加熱時間が長くなる。一方、第１図ｂから第１図
ｃの状態にシヤツタ７を同一の方向（左方向）に
移動させる閉動作に際し、シヤツタ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Ｌが最後にシヤツタ７の穴８
の右端Rsに対向して遮蔽される。つまり、第１
図ｂから第１図ｃまでのシヤツタ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Ｌ
側に向かうほど加熱時間が長くなる。従つて、非
遮蔽部としての穴８を有するシヤツタ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
よつて、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Ｌ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Ｌ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ヤツタ７の開閉に
際し、前記基板９の左端Ｌ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、前述した形状のシヤツタ７を一方向
に移動させて開閉することによつて、シヤツタ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
ードをシヤツタ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１、ヒ
ータ３，６等の各部材が収納される図示しないチ
ヤ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10torr〜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
てもよい。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、チヤンバ内
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、チヤンバ内に導
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］ 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つて、シリコン
ウエ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示す短時間
熱処理装置の概略断面図、第２図は第１図の処理
装置に使用されるシヤツタの平面図である。 １……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……シヤツタ、８……穴、９……被
熱処理基板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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 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ヤツタを
   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 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。