JPH0626182B2 - 赤外線加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、水素雰囲気中での赤外線加熱装置、特に半導
体工業で利用されるSi（シリコン）ウエハの赤外線加熱
装置に関するものである。

従来の技術 従来の加熱装置は、電気炉で加熱するという方法が採用
されていた。この方法を大気中で行なった場合、蓋を開
けた状態で、目的温度に容器を加熱し、半導体ウエハの
出し入れも行えば、急速加熱、急速冷却も可能となる。
しかし大気にさらすことによって、ウエハが酸化すると
いう問題があり、ウエハの空気との接触を避けるために
ガス雰囲気中で加熱、冷却を行わなければならない。し
かしながら通常の電気炉では熱容量が大きいため、ガス
雰囲気中では急速加熱、急速冷却ができないという問題
点があった。そこで近年、装置自体の熱容量を小さくす
ることによって急速加熱、急速冷却を可能にした赤外線
加熱、装置が注目されている。

以下図面を参照しながら上述した従来の赤外線加熱装置
の一例について説明する。

第４図は従来の赤外線加熱装置を示すものである。

１は赤外線透過容器としての石英ベルジャーであり、前
記石英ベルジャー１とベース板２とによって完全に外気
を遮断することができるようになっている。ベース板２
にはガスを供給するためのガス供給口３と、ガスを排出
するためのガス排出口４が取り付けられている。またベ
ース板２には、半導体基板５を載せる基台６が設置され
ている。基台６は不純物の汚染あるいは、加熱による分
解を避けるため透明石英でできている。また石英ベルジ
ャー１の上部外側には、半導体基板５を加熱するための
赤外線ランプ７と、赤外線ランプ７の光線を効率よく石
英ベルジャー１内の半導体基板５に照射するための反射
鏡８が取り付けられている。

以上のように構成された赤外線加熱装置について、以下
その動作について説明する。

ガス供給口３から供給された水素ガスは、ガス排出口４
から排出され、基台６上に載置された半導体基板５は、
水素雰囲気中で、赤外線ランプ７からの光線を受け、約
1000℃に加熱される。

さらに、同じ装置で多結晶シリコン膜の気相成長に適用
した場合について説明する。構成要素はまったく同じで
あり、基台６上に載置された半導体基板５は、赤外線ラ
ンプ７からの光照射を受け約７００〜８００℃程度の温
度に加熱される。一方図示されていないガス供給装置
で、反応ガスとしてのモノシランと、キャリヤーガスと
しての水素の混合ガスが供給される。この混合ガスは、
ガス排出口４に向かって流れ、この時基台６および半導
体基板５に接触して熱を奪い所定温度以上に達した反応
ガス分子が分解析出して半導体基板上に多結晶シリコン
膜が堆積される（例えば「最新ＬＳＩプロセス技術」，
工業調査会，P211〜229,P385〜P393）。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、基台６は透明石英
であるため、赤外線ランプ７の光をほとんど透過するた
めに、あまり温度が上がらない。そのため、半導体基板
５は、上面からたえず加熱光線を受けるが、下方からど
んどん熱が吸収されることになる。また基台６に注目し
てみれば、上部から熱を吸収するが、その吸収した熱
も、下方及び側方に熱を放出することになる。そのた
め、熱の流れとしては、下方と側方に流れ、上面に置い
た半導体基板５の内部にもその影響が及び、半導体基板
５の下方及び側方に向けて熱が放出される。その結果半
導体基板５上の温度は、中央に比べて端の方が温度が低
く、温度の均一性が悪くなり、熱応力による結晶欠陥が
生じるという問題点を有していた。また同じ構成でこの
装置を気相成長に適用した場合も、同じように温度の不
均一から堆積膜の膜厚の不均一が生じるという問題点を
有していた。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の赤外線加熱装置
は、ガスの供給口と排出口を有する少なくとも一部分が
光透過性の容器と、前記容器の外部にあって、前記容器
の内部を輻射加熱する赤外線ランプと、前記容器の内部
にあって、外周近傍がその他の部分より光の吸収率が大
きい材質からなる半導体基板を載置するための基台とを
備えたものである。

作 用 本発明は上記した構成によって、赤外線ランプからの加
熱光線を受けた半導体基板は、下方に熱が吸収される
が、従来例に比べて、外周近傍が光の吸収率の大きい材
質よりなるため、半導体基板からの側方への熱の流れ
は、外周近傍からの熱伝達あるいは熱放射によって結果
的に少なくなり、半導体基板上の温度の均一性が向上す
る。

実施例 以下本発明の一実施例の赤外線加熱装置について図面を
参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における赤外線加熱装置
の断面図を示すものである。

第１図において、９は加熱室であり、内部に水冷溝１０
が設けられたステンレス等の耐熱耐食性金属より成る壁
面部材１１と上部開閉ブロック12とから構成されてい
る。この上部開閉ブロック12には、内部に赤外線発生源
としての赤外線ランプヒーターユニット１３が設置され
ており、更にこの赤外線ランプヒーターユニット１３に
近接した位置に透明石英プレート１４がＯリング等のガ
スシール手段を介して固定具１５により固定されてい
る。この上部開閉ブロック１２は上下昇降動作が可能で
あり、上方へ持ち上げることによって、加熱室上部が開
口し、半導体基板１６の投入，取出しが行える。またこ
の上部開閉ブロック１２を降下させＯリングを介して壁
面部材１１に接触する位置に固定することで、外気から
完全に遮断された気密室が構成される。またこの加熱室
９の一端には、ガス供給装置（図示せず）から伸びたガ
ス供給管１７が結合されたガス供給口１８と、更に他端
には排気管１９が結合されているガス排気口２０とが備
えられている。加熱室９の内部には半導体基板１６を石
英プレート１４を介して赤外線ランプヒーターユニット
１３に対向した位置に載置するための基台２１が設置さ
れている。基台２１は図２に示すように、内側は透明石
英２２，外側はグラファイト２３からなる。図のように
上からはめ込むように構成されている。

以上のように構成された赤外線加熱装置について、第１
図，第２図を用いて動作を節明する。

ガス供給口１８から供給された水素ガスは、ガス排気口
２０から排気される。水素雰囲気中で赤外線ランプヒー
ターユニット１３からの光線を受けた半導体基板１６お
よび基台２１は、1000℃に加熱される。

基台２１は、透明石英２２，グラファイト２３から構成
されており、赤外線ランプヒーターユニット１３からの
光線は、透明石英２２よりグラファイト２３の方が多く
吸収される。その結果透明石英２２には、上から赤外線
ランプヒーターユニット１３および半導体基板１６から
熱が供給され、さらに側方グラファイト２３からも熱が
供給される。そのために透明石英２２の内部の熱の流れ
は、中央から側方へ向かうものが減少し、大部分が下方
へ向かうことになる。その結果半導体基板１６から基台
２１に対して放出される熱の流れの分布も均一になり、
半導体基板１６の端と中央の温度差が減少して温度分布
の均一化を図ることができる。

この装置で多結晶シリコン膜の気相成長に適用した場合
について説明する。半導体基板１６および基台２１は約
７００〜８００℃に加熱される。一方図示されていない
ガス供給装置で、反応ガスとしてのモノシランとキャリ
ヤーガスとしての水素の混合ガスがガス供給口１８から
供給され、ガス排気口２０から排出される。この混合ガ
スは、基台２１および半導体基板１６上で熱を吸収し所
定温度以上に達したとき、反応ガス分子が分解し、半導
体基板上に多結晶シリコン膜が堆積される。この場合、
半導体基板の温度分布が均一になっているため、堆積さ
れた膜の膜厚も均一になる。

以上のように本実施例によれば、半導体基板を載置する
ための基台として、外周近傍の赤外光吸収率がその他の
部分よりも大きな材質の物を用いることにより、半導体
基板上の温度分布の均一化を図ることができる。

以下本発明の他の実施例について図面を参照しながら説
明する。

第３図(a)〜(h)はそれぞれ本発明の他の実施例を示す赤
外線装置の基台であり、赤外線加熱装置はいずれも第２
図の構成と同じである。

第３図(a)に示す基台は、第２図と同じように透明石英
２２ａにグラファイト２３ａをはめ込む形となっている
が、第２図と違うのは、半導体基板１６の周囲がグラフ
ァイト２３ａに接触している点である。

第３図(b)に示す基台は、半導体基板１６下方に空間を
設けた点で第３図(a)に示す基台と異なる。

第３図(c)に示す基台は、透明石英２２ｃとグラファイ
ト２３ｃどちらも加熱室１９に直接置く形となってい
る。

第３図(d)に示す基台は、第３図(c)に示す基台と透明石
英２２ｄおよびグラファイト２３ｄは同じ形であるが、
半導体基板１６下方に空間を設けた点で異なる。

第３図(e)の基台は、半導体基板１６がグラファイト２
３ｅから一定の間隔離れていて、透明石英２２ｅ上に置
かれた形になっている。

第３図(f)の基台は、凹形のグラファイト２３ｆに透明
石英２２ｆをはめ込む形となっている。

第３図(g)の基台は、透明石英２２ｇの外側面から一定
の間隔をあけて設けられた溝にグラファイト２３ｇをは
め込む形となっている。

第３図(h)の基台は第３図(g)の基台と透明石英２２ｈ，
グラファイト２３ｈとも同じであるが、半導体基板１６
の周囲がグラファイト２３ｈに接触している点で異なっ
ている。

以上のように構成されたそれぞれの基台は、熱の流れに
ついては、第２図に示す基台の場合と全く原理的には同
じであり、半導体基板１６の側方への熱の流れが少なく
なり、その結果温度分布の均一化を図ることができる。

なお、上記の各実施例において、基台２１は、外周がグ
ラファイト内周は透明石英としたが、外周が内周より赤
外光を多く吸収する物質であれば他の材質のものを用い
ても良い。

また、透明石英プレート１４は、透明石英としたが、赤
外光透過性を有するものであれば、他の材質を用いても
よい。

なお本実施例においては、基台は、外周をグラファイト
としたが、不純物の汚染を考えて、グラファイトを炭化
ケイ素でコーティングしたものとしてもよい。

発明の効果 以上のように本発明は、輻写加熱される容器の内部にあ
って半導体基板を載置するための基台を外周近傍が他の
部分より光の吸収率が大きい材質にすることにより、半
導体基板上で均一性の良い温度分布を得ることができ、
その結果として、熱応力による半導体基板の結晶欠陥を
防止し、気相成長における堆積膜の膜厚の均一性を向上
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における赤外線加熱装置の断
面図、第２図は、基台の分解斜視図、第３図(a)〜(h)は
他の実施例における基台の断面図、第４図は従来の赤外
線加熱装置の断面図である。 ９……加熱室、１３……赤外線ランプヒーターユニッ
ト、１４……透明石英プレート、１６……半導体基板、
１８……ガス供給口、２０……ガス排気口、２１……基
台、２２……透明石英、２３……グラファイト。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−42225（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−219130（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−263428（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスの供給口と排出口を有する、少くとも
   一部分が光透過性の容器と、前記容器の外部にあって、
   前記容器の内部を輻射加熱する赤外線発生源と、前記容
   器の内部にあって半導体基板を載置する基台とを備え、
   前記基台は、中央部が石英ガラスからなり前記半導体基
   板の外周部または外周部近傍は前記石英ガラスより光の
   吸収率の大きい材質からなる赤外線加熱装置。
2. 【請求項２】基台の外周近傍がグラファイトからなる特
   許請求の範囲第１項記載の赤外線加熱装置。
3. 【請求項３】基台の外周近傍が炭化ケイ素をコーティン
   グしたグラファイトからなり、その他の部分が透明石英
   からなる特許請求の範囲第１項記載の赤外線加熱装置。