JPH10321547A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の表面の温度分布のばらつきを抑制する
ことができるようにする。 【解決手段】 熱処理装置３０は、ウェーハ５０を熱処
理するための処理容器３１と、この処理容器３１に収納
されたウェーハ５０を加熱するためのハロゲンランプ３
４（１）〜３４（６），３５（１）〜３５（６）と、処
理容器３１に収納されたウェーハ５０の上面側と下面側
に設けられ、ウェーハ５０の表面の温度を均一にするた
めの均熱板４０，４１と、均熱板４１の熱容量を部分的
に変更するとともに、光を遮るための熱容量変更・遮光
チップ４４，４５とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体装
置のウェーハを熱処理するための熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体装置のウェーハを処理す
るウェーハ処理プロセスにおいては、アニール処理や成
膜処理等に見られるように、熱処理が多く用いられる。
この熱処理は、例えば、ランプ式の熱処理装置によって
行われる。ここで、ランプ式の熱処理装置とは、加熱源
としてランプを用いる熱処理装置である。

【０００３】図５は、このランプ式の熱処理装置の従来
構成を示す図である。図示のランプ式の熱処理装置１０
は、ウェーハ２０を熱処理するための石英製の処理容器
１１と、この処理容器１１に収納されたウェーハ２０を
支持するための円盤状のウェーハ支持台１２と、このウ
ェーハ支持台１２に図示しないモータの回転を伝達する
ための回転軸１３と、処理容器１１に収納されたウェー
ハ２０を加熱するためのハロゲンランプ１４（１）〜１
４（６），１５（１）〜１５（６）と、このハロンゲン
ランプ１４（１）〜１４（６），１５（１）〜１５
（６）から発せられる熱を反射するための水冷式反射板
１６，１７とを有し、ウェーハ２０を回転させながら、
ハロゲンランプ１４（１）〜１４（６），１５（１）〜
１５（６）で加熱するようになっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成では、ウェーハ２０の表面の温度分布を均一に
保つことができないという問題があった。

【０００５】すなわち、熱処理中のウェーハ２０の表面
の温度分布は、その周囲に存在するハードウェアの表面
の温度分布の影響を受け易い。このため、図５の構成で
は、ウェーハ２０の表面の温度分布は、ウェーハ２０と
平行なウェーハ支持台１２の表面の温度分布の影響を受
けやすい。

【０００６】ここで、ウェーハ支持台１２の表面の温度
分布は、中心部が低くなるような温度分布になってい
る。これは、ウェーハ支持台１２の中心部の温度が回転
軸１３を介して奪われるからである。これにより、図５
の構成では、ウェーハ２０の中心部の温度が低下する。

【０００７】この様子を図６に示す。この図６は、熱処
理中のウェーハ２０の表面の温度分布を示す図である。
図において、横軸は、ウェーハ２０の中心を通る直線上
の位置を示し、縦軸は、ウェーハ２０の表面の温度を示
す。図示のごとく、従来のランプ式の熱処理装置におい
ては、ウェーハ２０の中心部で温度が低下する。

【０００８】そこで、本発明は、ウェーハ等の基板の表
面の温度分布のばらつきを抑制することができる熱処理
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の熱処理装置は、基板を熱処理するため
の処理容器と、この処理容器に収納された基板を加熱す
るための加熱源と、処理容器に収納された基板の一方の
面側と他方の面側に設けられ、基板の表面の温度を均一
にするための均熱板とを設けるようにしたものである。

【００１０】この請求項１記載の熱処理装置では、基板
の両面側に設けられた均熱板により、基板の周囲の温度
分布のばらつきが抑制される。これにより、基板の表面
の温度分布のばらつきが抑制される。

【００１１】請求項２記載の熱処理装置は、請求項１記
載の装置において、均熱板にその熱容量を部分的に変更
するための熱容量変更部材を設けるようにしたものであ
る。

【００１２】この請求項２記載の熱処理装置では、熱容
量変更部材により、均熱板の熱容量が部分的に変更され
る。これにより、基板の表面の温度が部分的に変更され
る。その結果、単に、均熱板を設ける場合より、基板の
表面の温度分布のばらつきを抑制する効果を高めること
ができる。また、基板の表面の温度を部分的に操作する
ことを簡単に行うことができる。

【００１３】請求項３記載の熱処理装置は、請求項１記
載の装置において、均熱板の厚みを部分的に変更するこ
とにより、その熱容量を部分的に変更するようにしたも
のである。

【００１４】この請求項３記載の熱処理装置でも、請求
項２記載の熱処理装置と同様に、均熱板の熱容量が部分
的に変更される。これにより、単に、均熱板を設ける場
合より、基板の表面の温度分布のばらつきを抑制する効
果を高めることができるとともに、基板の表面の温度を
部分的に操作することを簡単に行うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態を詳細に説明する。まず、本発明に係る
熱処理装置の第１の実施の形態を説明する。

【００１６】図１は、本発明に係る熱処理装置の第１の
実施の形態の構成を示す側断面図である。なお、図に
は、ランプ式の熱処理装置を代表として示す。

【００１７】図示の熱処理装置３０は、ウェーハ５０を
熱処理するための処理容器３１と、ウェーハ５０を支持
するためのウェーハ支持台３２と、図示しないモータの
回転をウェーハ支持台３２に伝達するための支持台回転
軸３３と、ウェーハ５０を加熱するためのハロゲンラン
プ３４（１）〜３４（６），３５（１）〜３５（６）
と、これらハロンゲンランプ３４（１）〜３４（６），
３５（１）〜３５（６）から発せられる熱を反射するた
めの水冷式反射板３６，３７と、処理容器３１を保護す
るための保護部材３８と、ウェーハ出入口４７を封止す
るためのゲートバルブ３９とを有する。

【００１８】また、図示の熱処理装置３０は、ウェーハ
５０の表面の温度を均一にするための均熱板４０，４１
と、これら均熱板４０，４１を支持するための均熱板支
持体４２，４３と、均熱板４１の熱容量を部分的に変更
するとともに、光を遮るための熱容量変更・遮光チップ
４４，４５とを有する。

【００１９】上記処理容器３１は、例えば、両端が閉塞
された円筒状に形成されている。また、この処理容器３
１は、例えば、石英によって構成されている。このよう
な構成において、処理容器３１は、例えば、中心軸が垂
直となるように配設されている。

【００２０】上記ウェーハ支持台３２は、例えば、円盤
状に形成されている。この場合、ウェーハ支持台３２の
径は、例えば、ウェーハ５０の径とほぼ同じ値に設定さ
れている。このような構成において、ウェーハ支持台３
２は、処理容器３１の内部、すなわち、処理室に収納さ
れている。この場合、このウェーハ支持台３２は、処理
容器３１の上面と下面に平行に配設されている。上記ウ
ェーハ５０は、このウェーハ支持台３２の上面に配設さ
れる。

【００２１】上記支持台回転軸３３は、ウェーハ支持台
３２の下面の中心部に接続されている。また、この回転
軸３３は、処理容器３１の下面に一体的に形成された軸
受け４６に支持されている。

【００２２】上記ハロゲンランプ３４（１）〜３４
（６）は、リング状に形成されている。この場合、ハロ
ゲンランプ３４（１）〜３４（６）の径は、それぞれ異
なる値に設定されている。このような構成において、こ
れらハロゲンランプ３４（１）〜３４（６）は、処理容
器３１の上面側に配設されている。この場合、これらの
ハロゲンランプ３４（１）〜３４（６）は、処理容器３
１の中心軸に同心円状に配設されている。

【００２３】上記ハロゲンランプ３５（１）〜３５
（６）も、径の異なるリング状に形成されている。ま
た、これらハロゲンランプ３５（１）〜３５（６）は、
処理容器３１の下面３１２側において、その中心軸に同
心円状に配設されている。

【００２４】上記水冷式反射板３６は、処理容器３１の
上面側において、ハロゲンランプ３４（１）〜３４
（６）を被うように配設されている。同様に、上記水冷
式反射板３７は、処理容器３１の下面側において、ハロ
ゲンランプ３５（１）〜３５（６）を被うように配設さ
れている。

【００２５】上記保護部材３８は、処理容器３１の側面
を被うように設けられている。この保護部材３８と処理
容器３１の側面には、ウェーハ出入口４７が形成されて
いる。このウェーハ出入口４７は、上記ゲートバルブ３
９によって封止されるようになっている。

【００２６】上記均熱板４０は、円盤状に形成されてい
る。この均熱板４０の径は、ウェーハ５０の径より大き
くなるように設定されている。また、この均熱板４０の
中心部には、円形の穴４０１が形成されている。この穴
４０１の径は、ウェーハ５０の径より大きくなるように
設定されている。このような構成において、この均熱板
４０は、処理容器３１の下面に設けられた均熱板支持台
４２に支持されている。この場合、この均熱板４０は、
ウェーハ支持台に支持されたウェーハ５０の下面側に位
置し、かつ、ウェーハ５０とほぼ平行になるように配設
されている。また、この均熱板４０は、このウェーハ支
持台３２と同一平面上で、かつ、このウェーハ支持台３
２と同軸的に配設されている。

【００２７】上記均熱板４１は、円盤状に形成されてい
る。この均熱板４１の径は、均熱板４０の径とほぼ同じ
値に設定されている。このような構成において、均熱板
４１は、均熱板４０の上面の縁部に設けられた支持台４
３に支持されている。この場合、この均熱板４１は、ウ
ェーハ支持台３２に支持されたウェーハ５０の上面側に
位置し、かつ、このウェーハ５０とほぼ平行になるよう
に配設されている。

【００２８】上記熱容量変更・遮光チップ４４，４５
は、均熱板４１の上面に配設されている。この熱容量変
更・遮光チップ４４，４５は、実際には、３つ以上あっ
て、例えば、処理容器３１の中心軸の周りにリング状に
配列されている。

【００２９】上記構成において、動作を説明する。

【００３０】ウェーハ５０は、処理容器３１の外部から
図示しないウェーハ出し入れ口を介して処理容器３１の
内部に搬入される。処理容器３１の内部に搬入されたウ
ェーハ５０は、ウェーハ支持台３２によって支持され
る。ウェーハ支持台３２に支持されたウェーハ５０は、
熱処理を受ける。

【００３１】すなわち、ハロゲンランプ３４（１）〜３
４（６）から出力される熱は、直接、または、水冷式反
射板３６により反射された後、処理容器３１に伝達され
る。同様に、ハロゲンランプ３５（１）〜３５（６）か
ら出力される熱は、直接、または、水冷式反射板３７に
より反射された後、処理容器３１に伝達される。これに
より、処理容器３１が加熱され、その内部の雰囲気が加
熱される。その結果、ウェーハ支持台３２に支持されて
いるウェーハ５０が加熱される。

【００３２】この場合、均熱板４０がウェーハ５０の下
面側に配設され、かつ、均熱板４１がウェーハ５０の上
面側に配設されているので、ウェーハ５０の周囲の温度
のばらつきが抑制される。これにより、ウェーハ５０の
表面の温度のばらつきが抑制される。

【００３３】また、均熱板４１の上面に熱容量変更・遮
光チップ４４，４５が配設されているので、この熱容量
変更・遮光チップ４４，４５が配設された部分で、均熱
板４１の熱容量が大きくなる。これにより、この部分の
温度が下がる。その結果、この部分の周囲に存在する雰
囲気の温度が下がる。よって、ウェーハ５０において、
熱容量変更・遮光チップ４４，４５の配設位置に対応す
る部分の温度が下げられる。

【００３４】以上の様子を図２に示す。図２は、図５の
場合と同じ条件（ランプの出力等）で、均熱板４１にあ
る大きさの熱容量変更・遮光チップ４４，４５を乗せた
場合のウェーハ５０の表面の温度分布を示すものであ
る。

【００３５】図示のごとく、本実施の形態では、均熱板
４０，４１の均熱作用により、ウェーハ５０の中心部
で、その温度が上がる。また、熱容量変更・遮光チップ
４４，４５の熱容量変更作用により、その配設位置Ｐ
１，Ｐ２で、ウェーハ５０の表面の温度が下がる。

【００３６】熱容量変更・遮光チップ４４，４５による
温度の降下量は、熱容量変更・遮光チップ４４，４５の
熱容量によって決まる。図２には、熱容量変更・遮光チ
ップ４４，４５の熱容量を適切な値より大きくした場合
を示す。この場合、熱容量変更・遮光チップ４４，４５
の配設位置Ｐ１，Ｐ２で、ウェーハ５０の表面の温度が
下がり過ぎてしまう。図３は、熱容量変更・遮光チップ
４４，４５の熱容量を適切な値に設定した場合を示す。
この場合、熱容量変更・遮光チップ４４，４５の配設位
置Ｐ１，Ｐ２でのウェーハ５０の表面の温度は、他の部
分の温度とほぼ同じ温度に設定される。

【００３７】以上詳述した本実施の形態によれば、ウェ
ーハ５０の下面側と上面側に、ウェーハ５０の表面の温
度を均一にするための均熱板４０、４１を配設するよう
にしたので、ウェーハ５０の表面の温度分布のばらつき
を抑制することができる。

【００３８】また、本実施の形態によれば、上側の均熱
板４１に熱容量変更・遮光チップ４４，４５を配設する
ことにより、ウェーハ５０の表面の温度を部分的に操作
するようにしたので、均熱板４０，４１だけを設ける場
合より、温度分布のばらつきを抑制する効果を高めるこ
とができる。

【００３９】また、このような構成によれば、ウェーハ
５０の表面の温度を部分的に操作することを簡単に行う
ことができる。

【００４０】すなわち、ウェーハ５０の表面の温度を部
分的に操作する方法としては、ウェーハ５０の表面で温
度が低くなっている部分に最も近いハロゲンランプ３４
（ｎ）（ｎ＝１〜６）または３５（ｎ）の出力を高くす
ることが考えられる。しかしながら、このような構成で
は、温度が低くなっている部分の温度のみを操作するこ
とが困難である。

【００４１】これに対し、本実施の形態では、上側の均
熱板４１に熱容量変更・遮光チップ４４，４５を配設
し、この均熱板４１の熱容量を部分的に変更することに
より、ウェーハ５０の表面の温度を部分的に操作するよ
うにしたので、温度が低くなっている部分の温度を簡単
に操作することができる。

【００４２】次に、本発明の第２の実施の形態を詳細に
説明する。

【００４３】先の実施の形態では、均熱板の熱容量を部
分的に変更する場合、均熱板に熱容量温変更チップを配
設することにより変更する場合を説明した。これに対
し、本実施の形態では、均熱板の厚みを部分的に変更す
ることにより変更するようにしたものである。

【００４４】これを図４を用いて説明する。図４は、本
実施の形態の構成を示す側断面図である。なお、図４に
おいて、先の図１とほぼ同一機能を果たす部分には同一
符号を付して詳細な説明を省略する。

【００４５】図において、６１は、本実施の形態の上側
の均熱板を示す。この均熱板６１の厚みは、図示のごと
く、部分的に厚くなるように設定されている。この厚み
拡大部６１１，６１２は、例えば、図１に示す熱容量変
更・遮光チップ４４，４５の配設位置Ｐ１，Ｐ２と同じ
位置に設定されている。すなわち、ウェーハ５０の表面
の温度を高めたい部分に設定されている。

【００４６】このような構成においても、均熱板６１の
熱容量を部分的に大きくすることができるので、先の実
施の形態と同様に、ウェーハ５０の表面の温度のばらつ
きを抑制する効果を高めることができる。

【００４７】以上、本発明の２つの実施の形態を詳細に
説明したが、本発明は、上述したような実施の形態に限
定されるものではない。

【００４８】例えば、先の実施の形態では、本発明を、
加熱源として、ランプを用いる熱処理装置に適用する場
合を説明した。しかしながら、本発明は、ランプ以外の
加熱源を用いる熱処理装置にも適用することができる。
例えば、本発明は、加熱源としてヒータを用いる熱処理
装置にも適用することができる。

【００４９】また、先の実施の形態では、本発明を、半
導体装置のウェーハを熱処理する熱処理装置に適用する
場合を説明した。しかしながら、本発明は、ウェーハ以
外の基板を熱処理する熱処理装置にも適用することがで
きる。例えば、本発明は、液晶表示装置のガラス基板を
熱処理する熱処理装置にも適用することができる。

【００５０】このほかにも、本発明は、その要旨を逸脱
しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論であ
る。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１記載の熱処
理装置によれば、基板の一方の面側と他方の面側に、基
板の表面の温度分布を均一にするための均熱板を配設す
るようにしたので、基板の表面の温度分布のばらつきを
抑制することができる。

【００５２】また、請求項２または３記載の熱処理装置
によれば、均熱板の熱容量を部分的に変更することによ
り、基板の表面の温度を部分的に操作するようにしたの
で、均熱板だけを設ける場合より、ウェーハの表面の温
度分布のばらつきを抑制する効果を高めることができる
とともに、基板の表面の温度を部分的に操作することを
簡単に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱処理装置の第１の実施の形態の
構成を示す側断面図である。

【図２】本発明に係る熱処理装置の第１の実施の形態の
効果を説明するための特性図である。

【図３】本発明に係る熱処理装置の第１の実施の形態の
効果を説明するための特性図である。

【図４】本発明に係る熱処理装置の第２の実施の形態の
構成を示す側断面図である。

【図５】本発明に係る熱処理装置の第２の実施の形態の
構成を示す側断面図である。

【図６】従来の熱処理装置の問題を説明するための特性
図である。

【符号の説明】

３０…熱処理装置、３１…処理容器、３２…ウェーハ支
持台、３３…支持台回転軸、３４（１）〜３４（６），
３５（１）〜３５（６）…ハロゲンランプ、３６，３７
…水冷式反射板、３８…保護部材、３９…ゲートバル
ブ、４０，４１，６１…均熱板、４２，４３…均熱板支
持台、４４，４５…熱容量変更・遮光チップ、４６…軸
受け、４７…ウェーハ出入口、４０１…穴、６１１，６
１２…厚み拡大部、５０…ウェーハ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を熱処理するための処理容器と、 この処理容器に収納された前記基板を加熱するための加
   熱源と、 前記処理容器に収納された前記基板の一方の面側と他方
   の面側に設けられ、前記基板の表面の温度を均一にする
   ための均熱板とを備えたことを特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記均熱板に設けられ、この均熱板の熱
   容量を部分的に変更するための熱容量変更部材を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
3. 【請求項３】 前記均熱板は、その厚みを部分的に変更
   することにより、その熱容量を部分的に変更するように
   構成されていることを特徴とする請求項１記載の熱処理
   装置。