JPH10335251A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱炉のチャンバのフランジやリブにテー
パ部分を設けることにより、チャンバ材料内部の透過光
を、そこから外部に放出させ、透過光によるＯリングの
加熱を防止する。ウエハ加熱ヒータからの光が、チャン
バの材質内部を透過して伝搬し、Ｏリングを加熱劣化さ
せる。 【解決手段】 石英チャンバ１０１の一部分に特定の角
度のテーパ部１０９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置ま
たは半導体デバイスとその製造方法に関し、特に、チャ
ンバ内に収められた被処理物を、加熱などによって処理
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体や半導体デバイスを製造する装置
として、従来用いられてきたものとして、例えば、石英
チャンバ内に収められたシリコンウエハを、チャンバ外
部からランプやヒータから放射された輻射熱によって加
熱し、チャンバ内に酸素ガスなどを流すことによって、
ウエハ表面に酸化膜層を形成する、加熱処理装置があ
る。

【０００３】半導体素子や半導体デバイスでは、動作さ
せる際の消費電力を小さくする、あるいはこれにより発
熱量を低く抑えて動作速度を向上させるために、半導体
素子を微細化することが求められる。近年ではこの素子
の微細に形成する技術が急速に進歩しており、素子のさ
らなる微細化が要求されている。また、フラッシュメモ
リーなどの新しい構造を持ったデバイスが出現し広く用
いられるようになってきており、これらのデバイスにお
いても、記憶できる要領の増大等が求められている。こ
れらの要求を満たすため、半導体ウェハ上の酸化膜を、
例えば厚さ数ｎｍ程度と非常に薄く形成する必要が生じ
ている。

【０００４】そのためには、ウェハの加熱温度は約9０
０℃乃至１０００℃以上と非常に高い温度とすると同時
に、ウェハの加熱する時間をなるべく短くすることが必
要である。なぜならば、加熱昇温中にも酸化膜形成が進
んでしまうので、均質で厚さの薄い膜形成が困難になる
からである。

【０００５】そこで、できるかぎり短い時間で、ウエハ
に熱を与えるために、石英チャンバの外部から、例えば
ハロゲンランプやヒータなどから放出される輻射光をウ
エハに照射して、ウエハを直接加熱する方法が、一般に
知られている。この技術においては、輻射光のエネルギ
ーは、約２〜３μｍの赤外光に含まれているが、この波
長の光は、チャンバの材質である石英には吸収されない
ので、石英が加熱されることなく、石英チャンバを透過
した後、ウエハに到達し、吸収されることによってウエ
ハは加熱される。

【０００６】ところが、この輻射光が石英チャンバを透
過する際に、その一部は石英材質内部を石英の表面で反
射しつつ伝搬し、光の入射点から離れたところにも到達
する。すなわち、石英チャンバが光の導波管の様な役割
を果たしてしまうことがわかった。

【０００７】また、石英チャンバの強度を保つために、
チャンバの表面に設けられたリブ状の突起である構造体
表面から熱線が入射した場合にも、入射した熱線の方向
は屈折によって大きく進行方向が変えられてしまい、熱
線は石英表面での内部反射を繰り返し、石英材料の外部
に脱出できなくなってしまう。あるいは、石英の表面に
存在する小さな凹凸や、石英内部に存在する気泡の界面
などにおいても、熱線は屈折によってその進行方向を大
きく変えられてしまう。

【０００８】そして、このような石英チャンバの材質内
部の透過光は、石英チャンバ表面に装着した部品を、加
熱し劣化させてしまう。

【０００９】例えば、石英チャンバの真空封じ切りのた
めに、別なチャンバとの接合部には、フッ素ゴムなどの
高分子化合物で作られたＯリングが使用されている。こ
れは、石英のような割れやすい材質の封じ切りには、高
分子化合物のような柔らかくて弾性のある材質でなけれ
ばならないからである。しかし、、このような材質は耐
熱性が良くない。たとえば、上記高分子材での耐熱性は
高々約３００℃程度までの温度で変質を生じてしまうも
のであり、これ以上に加熱されると材質が劣化して、真
空封じ切りの役目を果たせなくなってしまう。

【００１０】そこで、石英チャンバ内部の透過光を低減
するために、石英チャンバの一部分を、不透明化する技
術が、例えば、特開平２−２６８４２０号公報に記載さ
れている。この従来技術では、石英チャンバである炉心
管の一部分を不透明石英によって形成することによっ
て、その部分を通ってＯリングへと向かう透過光を遮断
している。同様に、特開平３-６７４９９号公報では、
石英管内部で発生させたプラズマから放出された光が、
石英管内部を伝搬してＯリングを加熱するのを防止する
ために、やはり石英管の一部分を不透明な物質で形成し
ている。

【００１１】また、特開昭６４−４４０１６号公報で
は、石英管の材質内部に透過光の遮蔽板を埋め込んでい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チャン
バを石英と不透明石英とで形成すると、それ自身の機械
的強度が弱くなるという問題が生じる。例えば、物理特
性を両者で比較する一例を示すと、石英ガラスの粘性は
１２００℃において透明石英で４００ＧＰａ・ｓである
のに対し、不透明石英では７４ＧＰａ・ｓしかない。ま
た、径２４ｍｍの棒状試料の室温における圧縮強さは、
透明石英で１１３０ＭＰａあるのに対し、不透明石英で
は２６８ＭＰａしかない。また、室温において、透明石
英の捻りの曲げ強さは４６．５ＭＰａあるのに対し、不
透明石英では１５．８ＭPaしかない。長時間加熱時の粘
性低下によりたわみが生じる温度は透明石英で１１００
℃なのに対し、不透明石英では１０５０℃である。この
ように、二つの材質の機械的強度が大きく異なる。

【００１３】ひとつのチャンバを作るためには、熔接や
接着等の方法によって二つの材質を接合しなければなら
ない。上記の従来技術においては、機械的強度の異なる
二つの材質の材質接合部分に、物性の相違による応力が
発生し、例えば、昇温加熱時に割れが生じたり、内部応
力が蓄積されるなどの問題については考慮されていなか
った。

【００１４】すなわち、このように、急激な昇温加熱を
行う炉体を、異なる材質で作ることは、強度信頼性の点
から困難がある。また、チャンバ全体を、不透明石英で
作ってしまうと、チャンバ内にあるウエハまで光が届か
なくなってしまうのは、言うまでもない。

【００１５】Ｏリングの装着部分を、水冷などによって
冷却する技術も考えられるが、熱伝導による冷却には限
界があり、ランプやヒータの高出力化にとってネックと
なる。また、水冷配管などの敷設には、漏水対策がさら
に必要となり、装置価格や生産コストの面で問題があ
る。

【００１６】ウエハの急速昇温によって極薄酸化膜を形
成する場合に、以上のような問題があるために、ヒータ
出力を上げることができず、昇温速度に限界が生じて、
極薄化に限界が生じてしまう。フラッシュメモリーなど
の性能は、酸化膜の薄膜化と膜質の均一性などに大きな
影響を受けるが、以上に述べたようなことが問題となっ
て、デバイス性能に限界が生じている。

【００１７】本発明は上記課題を解決するものであり、
その第１の目的は、ヒータからもたらされるチャンバ内
部を透過する光はチャンバ材質の外部に放出され、Ｏリ
ングなどへ到達する光のエネルギーの一部あるいは全部
を減ずる、あるいは完全に無くすことができる半導体製
造装置を提供することである。さらに、Ｏリングの透過
光による加熱劣化に制限されることなく、ヒータ出力を
上げることができるので、被処理ウエハの昇温速度を上
げることが可能になり、処理膜の極薄化をさらに進め、
より高い性能のデバイスを生産できる半導体製造装置を
提供することである。

【００１８】さらに、別の目的は、チャンバや加熱炉の
蓋を同一の材料、例えばすべて透明石英で製作すること
ができるようになるので、チャンバや蓋の強度向上によ
る信頼性を向上できる。また製作コストを下げることが
できる半導体製造装置を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願発明は、半導体を収納する容器と、この容器内
の前記半導体を加熱する前記容器外部に配置された光源
とを備える半導体製造装置において、 前記容器の表面
に設けられた前記光源からの光を放出する突出部を備え
たものである。

【００２０】さらに、前記突出部に前記容器の表面に対
して傾斜して設けられた表面を備えたものである。さら
には、前記突出部を前記容器に設けられたフランジ、も
しくは前記容器に設けられたリブ状の構造体に備えたも
のである。

【００２１】さらに、前記フランジの前記傾斜した表面
が、前記容器の表面に対して３°以上かつ８７°以下の
範囲のいずれかの傾斜角度を備えた構成、あるいは、前
記リブ状の構造体が矩形状の断面形状と、前記リブ状の
構造体の端面に前記容器の表面と46.5°以上かつ87°以
下の角度の範囲で傾斜する表面とを備えた構成としても
よい。あるいは、前記突出部が三角形状の断面形状と、
前記容器の表面とと４６．５°以上かつ８７°以下の角
度の範囲で傾斜する表面とを備えても良い。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る半導体処理
装置の実施の形態を示す図であり、特にウエハ加熱処理
用の加熱炉に石英のチャンバを使用した場合を示す縦断
面図である。

【００２３】ウェハ導入管１１０から入れたウェハ１０
２を、搬送機構１１１によって接続チャンバ１０５を通
して石英チャンバ１０１内に搬送する。石英チャンバ１
０１と接続チャンバ１０５、接続チャンバ１０５とウェ
ハ導入室１１０は、それぞれゲ−トバルブ１１２によっ
て仕切られている。石英チャンバ１０１内にはプロセス
ガス導入管１１３から、プロセスガス１１４をいれ、加
熱により処理を行う。石英チャンバ１０１内は、排気ポ
ンプ１１５により排気されており、プロセスガス１１４
もこれにより排気される。

【００２４】石英チャンバ１０１は、断面がほぼ矩形の
形状になっている。ウエハ１０２を急速に加熱するため
には、ウエハにヒータ１０３をできるだけ近付けなけれ
ばならないため、ウエハ１０２面と石英チャンバ１０１
の内面との間隔が狭く、石英チャンバ１０１の断面は細
長い長方形となっている。

【００２５】石英チャンバ１０１内は、処理の前や処理
中に減圧したり、特殊なガスを流したりする場合もある
ので、真空排気できるようになっており、その際に外圧
によって破損することのないように、リブ１０４が補強
部材として石英チャンバ１０１の外面に熔接されてい
る。リブ１０４には、例えば石英チャンバ１０１と同様
に板材が用いられる。このリブ１０４の高さが充分に高
くないと必要な強度が得られないため、一般にはリブ１
０４の幅の寸法よりも、高さの寸法の方が大きい。

【００２６】また、石英チャンバ１０１内で処理された
ウエハ１０２は、石英チャンバ１０１内に外部からガス
が入らないようにして別なチャンバに搬送されて、次の
処理に受け渡される。そのために、石英チャンバ１０１
は、別な部材で構成される接続チャンバ１０５に、気密
性を保ちながら接続されている。このために、フランジ
１０６にはＯリング１０７を備え、このＯリング１０７
が石英チャンバ１０１と接続チャンバ１０７との間で押
しつけられて、気密性が保たれる構造となっている。フ
ランジ１０６には、板材が用いられており、炉体に熔接
されている。

【００２７】ヒータ１０３から輻射される光によって、
ウエハ１０２が加熱されるが、前述のように、このとき
に石英チャンバ１０１内を透過する透過光１０８の一部
が石英チャンバ１０１内を伝達してＯリング１０７を加
熱して劣化させる。よってＯリング１０７の材質には、
光による加熱に耐える耐熱性と同時に、化学的な安定性
や石英を傷つけないための柔らかさなどが求められる。
このようなＯリングの材質として一般に用いられるもの
としては、フッ素ゴムが挙げられる。

【００２８】本実施の形態は、図１のＡ部とＢ部におい
て、石英チャンバ１０１内部を伝達してＯリング１０７
を加熱する原因となっている透過光１０８を、テーパ部
１０９から外部に放出する構成を有している。この外部
は、石英チャンバ１０１の材質外部であって、石英チャ
ンバ１０１の外方のみならず、チャンバ内部つまり真空
側に向かって、透過光１０８が放出されるようにしても
よい。

【００２９】図２は、石英などの材質内を内部反射によ
って透過していく光の方向を示す図である。材料２０１
の内部において、界面２０２への入射光２０３と界面２
０２の法線２０４とがなす角度をθｔ、界面２０２を通
過して材料２０１の外部へ出ていく射出光２０５と界面
の法線とがなす角度をθｒとする。二つの異なる媒質の
界面における屈折および反射の条件は、スネルの法則と
して知られており、界面２０２における反射光２０６と
界面の法線２０４とがなす角度はθｔになる。また、材
料２０１の屈折率をＮｔ、材料の外部の媒質の屈折率を
Ｎｒとすると、界面２０２への入射光が、界面２０２で
全反射をするときの、この角度より大きい角度で入射し
た光のエネルギーはすべて界面で全反射される臨界角度
θｃは、次の式を満たす。

【００３０】 θｔ＞θｃ＝ ａｒｃｓｉｎ（ Ｎｒ ／ Ｎｔ） ………（１） 次に、図３ないし図５を用いて、材料が石英であるとき
の臨界角度θｃについて説明する。図３は、石英におけ
る臨界角度θｃの、波長λによる変化を示す図である。
図４は、ヒータの温度をパラメータとする輻射光の波長
λの変化に対する輻射光の強さの変化を示す図である。
図５は、臨界角度の変化に対する石英内部を透過する光
の強さの変化を示す図である。

【００３１】石英は、半導体製造装置の加熱処理炉に一
般的に利用される材料である。（１）式における石英の
屈折率Ｎｔは光の波長λによって変化する。そこで、各
波長λにおける石英の屈折率を、上式のＮｔに代入する
ことによって、各波長λごとの臨界角θｃを求めること
ができる。このようにして求められた、各波長毎の臨界
角θｃを図３に示す。

【００３２】一方、石英内部を透過する光はヒータから
の輻射光であり、輻射光の波長λごとにその強度が異な
る。各波長λごとの輻射光の強さを、ヒータの温度ごと
に求めた輻射光の強さＥを図４に示す。この輻射光が石
英内部を透過する熱線である。

【００３３】以上の二つの結果を光の波長λによって結
び付けることができる。すなわち、臨界角θｃごとに、
石英内部を透過する熱線の強さを得ることができる。こ
の関係をグラフにしたものを図５に示す。この図５にお
いて示されるように、石英内部を透過する光において
は、所定の値以上の臨界角を有する光を石英の外部に放
出することにより、光のエネルギーの大部分を放出でき
る臨界角の値を決定できることがわかる。本発明におい
ては、この値は例えば、４３．５°と決定される。
（１）式で示したように、それ以上の入射角度で石英内
部から界面に入射する透過光を石英外部に放射すること
により、内部を透過する光のエネルギーを大きく低減で
きる。

【００３４】以上の説明は、石英チャンバと、加熱ヒー
タを用いた装置の場合についてであるが、言うまでもな
く、チャンバの材質が石英以外であったり、各波長λご
との光の強さが上記の図で示した場合と異なる分布を持
っている場合においても、同様な手法によって、臨界角
を求めることが可能である。

【００３５】チャンバの材質内部を伝搬する光を、図１
に示された透過光１０８のように、ヒータ１０３からＯ
リング１０７への方向、すなわち、石英チャンバ１０１
の長軸方向に進む成分と、図１の紙面に対して垂直な方
向、つまり石英チャンバ１０１の外周方向に進む成分と
に分けて考えた場合に、これらの成分は互いに独立して
考えることが可能である。なぜなら、外周方向に進む成
分は、その進行方向を考慮すればＯリング１０７まで到
達することはなく、Ｏリング１０７の加熱に寄与してい
ない。したがって、Ｏリング１０７の加熱を防止するう
えで、透過光１０８のＯリング１０７の方向に進む成分
のみについて考えれば充分であることがわかる。そこ
で、以下の説明では、チャンバの材質内部の光の進行に
ついて説明する際に、図１におけるチャンバ１０１をこ
のチャンバの長軸方向で切った断面図を用いる。

【００３６】以下、本発明に係る半導体処理装置におけ
る具体的なチャンバの構成についての実施の形態を図６
ないし図９を用いて説明する。図６は、図１におけるフ
ランジ部Ａの拡大図を示す縦断面図である。図６におい
ては、チャンバ６０１の端に設けられたフランジ６０２
の断面を示している。このフランジ部Ａは、チャンバ６
０１に同じく石英で作られたフランジ６０２が熔接され
て形成される。一般的なチャンバでは、フランジのシー
ト面はチャンバに対して垂直であるため、本実施の形態
ではこの形状について説明するが、取付け角度が異なる
場合でも、以下に説明する技術を困難なく適用すること
が可能であり、同様な効果を得ることができる。

【００３７】図６に示すようにチャンバ６０１の内部を
伝搬してくる透過光６０３は、チャンバ６０１の表面で
内部反射を繰り返している。例えば、そのうちのひとつ
をＥ点とすれば、前述した反射の法則によって、ρ＜９
０°−θｃとなるものだけが内部反射され、フランジ６
０２へ向かう。これらの光は、まずフランジ６０２のシ
ート面６０４に入射し、その法線に対して角度ρで入射
する。このうちρ＞θｃのものが、シート面６０４で内
部反射され、反対側のテーパ部６０５へと向かう。テー
パ部６０５は、シート面６０４に対して角度βをなす凸
部である。このテーパ部６０５への入射角をθｔとする
と、、テーパ部６０５へ到達する透過光６０３の入射角
θｔが変化する範囲がもとめられ、一方、テーパ部６０
５において、内部反射を生じさせなければ、Ｏリング６
０６へ透過光６０３が到達できないようにすることがで
きる。以上から、 ９０°−２θｃ＜β＜２θｃ ……（２） となるように、βを定めればよいことがわかる。

【００３８】石英においては、θｃ＝４３．５°とする
とチャンバ内を透過する光のエネルギーを大きく低減で
きることは、前に述べた。これを上式にあてはめると、 ３°＜β＜８７° ……（３） となる。すなわち、角度βをこの範囲となるようにテー
パ部６０５を設けることにより、チャンバ６０１からテ
ーパ部６０５に到達した透過光が、そこで内部反射でき
ずにすべて外部に放出されてしまう。

【００３９】また、図中のテーパ部６０５の長さＬが短
すぎると、シート面６０４から反射してきた光のすべて
を放出することができなくなってしまう。図６に示した
ように、シート面６０４で反射してからテーパ部６０５
へ向かう光のうち、最も外側すなわちＯリング６０６の
方に到達する光が、テーパ部６０５に入射しなければな
らない。そのためには、フランジ６０２の厚みＷを、適
正な範囲とすることが必要である。たとえば、テーパ部
６０５がフランジ６０２の裏面から立ち上がる点Ｂと、
チャンバ６０１の外面との距離をＬとすれば、 Ｌ＞Ｗ×ｔａｎ（ρ）＋（Ｗ＋Ｌ×ｔａｎ（β））×ｔａｎ（ρ）…（４） とすれば、上記の作用を奏することができる。

【００４０】ここで、上式の右辺にある角度ρは上述し
た範囲で変化するので、この角度ρ が上限値をとる場合を考えると、（５）式から、 β＜ａｒｃｔａｎ［ｃｏｔ（θｃ）］ ……（５） Ｌ＜２Ｗ／（ｃｏｔ（θｃ）−ｔａｎ（β））……（６） という条件を得ることができる。チャンバ６０１を透過
する光をすべてテーパ部から放出するために必要な、β
とＬの条件である。ちなみに、石英においてはθｃを上
記の値にすることで透過する光のエネルギーを大きく低
減できるので、この値をを上の二つの式に代入した場合
には、 β＜４６．５°かつＬ＞２ｗ／（１．１−ｔａｎ（β）） …（７） となる。

【００４１】また、図においてＯリング６０６がフラン
ジ６０２の内側に入り過ぎていると、すなわち、Ｏリン
グ６０６の径が小さすぎると、チャンバからの伝搬光が
直接Ｏリングの接点へあたってしまう可能性がある。そ
こで、Ｏリング６０６の内周とチャンバ６０１の外面と
の距離をＭとすれば、 Ｍ＞（Ｗ＋Ｌ×ｔａｎ（β））×ｔａｎ（ρ）……（７） でなければいけないことが、幾何学的に求められる。ま
た、図６のＡ点などのように、シート面において入射し
た光の一部は、反射せずにそのまま透過するものもある
が、それらが接続チャンバ６０７の表面で反射されて、
フランジ６０２に再入射してしまうことがある。これを
防ぐためには、接続チャンバ６０７の表面に反射防止処
理を施しても良い。あるいは、接続チャンバ６０７の内
周と、チャンバ６０１の外面との距離Ｋを、 Ｋ＞（Ｗ＋Ｌ×ｔａｎ（β））×ｔａｎ（ρ）……（８） の範囲とすることで、チャンバ６０１、もしくはフラン
ジ６０２から外部へ出た光を再度チャンバ６０１、フラ
ンジ６０２に反射しないように接続チャンバ６０７を配
置できる。

【００４２】上の二つの式の右辺にある角度ρが上限値
をとる場合を考えて、 Ｍ＞（Ｗ＋Ｌ×ｔａｎ（β））ｃｏｔ（θｃ）……（９） Ｋ＞（ｗ＋Ｌ×ｔａｎ（β））ｃｏｔ（θｃ）……（１０） となる。ちなみに、石英において臨界角θｃを４３．５
°とした場合には、 Ｍ＞１．１（Ｗ＋Ｌ×ｔａｎ（β）） ……（１１） Ｋ＞１．１（Ｗ＋Ｌ×ｔａｎ（β）） ……（１２） とすることができる。

【００４３】以上説明したように、フランジ６０２とテ
ーパ部６０５の形状を定めれば、透過光６０３をチャン
バの外部に放出することが可能になり、Ｏリング６０６
の透過光６０３による加熱を抑制して、ウェハを短時間
で高い温度まで加熱することができる。

【００４４】また、チャンバをすべて同一の部材、例え
ば透明石英で製作することができるようになるので、不
透明石英等を用いた場合で異なる部材同士の接触面での
熱に起因する亀裂や欠損の発生を防止できる。

【００４５】なお、図６の実施例においては、透過光６
０３が大気側に放出されるような構造にしてあるが、テ
ーパ部６０５を真空側に設け、透過光６０３が真空側に
放出されるようにしても、同様な効果が得られる。

【００４６】次に、図１に示したＢ部におけるリブから
透過光を放出させる実施の形態について説明する。図７
は、本発明に係る半導体処理装置における、リブ内に進
入してくる透過光をリブから外部へ放出するためのリブ
構造の実施の形態を示す断面図である。例えば、リブの
断面形状が矩形であり、その一面がチャンバの表面に熔
接されている場合には、チャンバからリブ内に進入した
光の一部は内部反射を繰り返して、またチャンバの材料
内部に戻されてしまう。しかしながら、以下に示すよう
な形状に、リブ内に進入してくる光のすべてを放出する
ことができる。

【００４７】リブ７０１が断面において板状のチャンバ
７０２に熔接されており、リブ７０１の先端には角度α
のテーパ面７０３が設けられている。

【００４８】チャンバ７０２の内部を図中の右側から伝
搬してくる透過光７０４は、チャンバ７０２の表面で内
部反射を繰り返している。例えば、そのうちのひとつを
Ｅ点とすれば、前述した反射の法則によって、ρ＜９０
°−θｃとなるものだけが内部反射され、リブ７０１へ
向かう。これらの光は、まずリブ７０１の側面に入射
し、その法線に対して角度ρで入射する。このうちρ＞
θｃのものが内部反射され、反対側の側面へと向かう。
これが繰り返されて、リブの上面、すなわち図中のテー
パ部７０５へと向かう。この角度ρの範囲は上述の範囲
と同じである。

【００４９】図中のテーパ部７０３は、リブ７０１の左
側面に対して角度αをなす凸部である。このテーパ面へ
の入射角をθｔとすると、テーパ部７０３へ到達する透
過光７０４の入射角θｔの変化する範囲が求められう。
一方、テーパ部７０３において、内部反射を生じさせな
いためには、θｔが−θｃ＜θｔ＜θｃの範囲にあれば
よい。この条件が満たされれば、テーパ部７０３に到達
した光は外部に放出され、内部反射することがないの
で、Ｏリングへと向かう光を低減できる。この式をθｔ
が満たすためには、−θｃ＜α＋θｃ−９０°かつα−
θｃ＜θｃの範囲で、αを定めればよいことになる。

【００５０】 −θｃ−２θｃ＜α＜２θｃ ……（１３） さらに、図７の構造において、テーパ面に対して図中の
右方向から入射する場合について図８を用いて説明す
る。この図において、リブ８０１内に入った透過光８０
４は、テーパ面８０３に対して右方向から入射し、Ａ点
に到達する。このときの入射角度をθｔとし、Ａ点で内
部反射された光は、リブ８０１の左側面に向かうので、
そこでの入射角をθｕとすると、テーパ部８０３の左側
面において、内部反射を生じさせないためには、上式の
θｕが−θｃ＜θｕ＜θｃの範囲にあればよいので、こ
の式をθｕが満たすためには、−θｃ＜９０°＋θｃ−
２αかつ１８０°−θｃ−２α＜θｃの範囲で、 ９０°−θｃ＜α＜４５°＋θｃ ……（１４） となるように、αを定めればよいことになる。

【００５１】図７と図８でそれぞれ扱った透過光を、い
ずれもリブから外部に放出するには、（１３）式と（１
５）式が同時に成り立たなければならない。石英におい
ては、臨界角θｃを４３．５°した場合には、３°＜α
＜８７°及び４６．５°＜α＜８８．５°という範囲が
導かれ、これら二つが同時に成り立つように、 ４６．５°＜α＜８７° ……（１５） となるように、テーパ部の角度を定める。このようにす
ることで、このチャンバからテーパ部に到達した透過光
は、そこで内部反射できずに外部に放出されてしまう。
このため、透過光のエネルギーの大部分がＯリングに到
達することはなく、Ｏリングの透過光による加熱を低減
することができる。

【００５２】以上は、平行な側面を持ったリブの構造で
あるが、図９に示されるような、断面が三角形のリブに
おいても、同様な効果が得られる。図９は、断面が三角
形のリブを有する実施の形態を示す図である。

【００５３】図９のチャンバ９０１の内部を伝搬してく
る透過光９０２は、チャンバ９０１の表面で内部反射を
繰り返す。例えば、そのうちのひとつをＥ点とすれば、
前述した反射の法則によって、ρ＜９０°−θｃとなる
ものだけが内部反射される。テーパ部９０３は、チャン
バ９０１の表面に対して角度γをなす凸部である。この
テーパ部９０３への入射角をθｔとすると、上記と同様
の考え方によって、適正なγの範囲が求められ、−θｃ
＜θｃ−γかつ９０°−γ＜θｃの範囲で、９０°−θ
ｃ＜γ＜２θｃとなるように、γを定めればよい。さら
に、石英においては、臨界角をθｃ＝４３．５°とした
場合には、４６．５°＜γ＜８７°となるγの範囲が求
まる。

【００５４】すなわち、この範囲となるようにテーパ部
９０３を設ければ、透過光９０２は、そこで内部反射で
きずに外部に放出されてしまうので、光エネルギーの大
部分はＯリングに到達することがなく、Ｏリングの透過
光による加熱が抑制され、短時間で高い温度にウェハを
加熱することができる。

【００５５】ところで、石英材料がチャンバとしてでな
く、別なチャンバの蓋として使用される場合には、蓋そ
のものを機械加工して作ることが比較的容易にできるの
で、熔接で付けられるリブとは異なり、透過光を放出す
るための凹凸形状の幅を広くすることができる。さら
に、一体構造となるので、強度をリブを接着する場合よ
りさらに大きくでき、信頼性を高めることができる。ま
た、強度を高めるというリブの本来の効果が不必要であ
っても、Ｏリングを加熱する光を外部へ放出する目的
で、リブを設けても良い。

【００５６】図１０は、本発明に係る半導体処理装置の
他の実施の形態を示す図である。チャンバ１００１の中
に処理が施されるウエハ１００２が収められており、上
部には例えば石英板で作られた蓋１００３がある。ヒー
タ１００４からの光は、Ｏリング１００５の部分にあた
らないように、ヒータカバー１００６によって遮られて
いる。チャンバ１００１と蓋１００３との間はＯリング
１００５で気密が保たれ、ヒータ１００４から発せられ
た光が透明な蓋１００３を通してウエハ１００２にあた
って加熱する。しかし、光の一部は蓋１００３の内部を
透過光１００７として伝搬し、Ｏリング１００５を加熱
して劣化させることがあるのは、すでに述べた。従来
は、チャンバ１００１とＯリング１００５が接する部分
を冷却するなどして、Ｏリング１００５の加熱を防止し
ていたが、そのための製作コストや維持コストが問題と
なっていた。

【００５７】そこで、蓋１００３の中の透過光１００７
によってＯリングが加熱されないように、Ｏリング１０
０５の付近に突起部１００８が設けられている。突起部
１００８の形状としては、例えば図９に示した断面が三
角形のリブとすることができる。このようにすると、蓋
１００３から突起部１００８の中に入った透過光は、そ
こから外部へと放出されてしまうので、Ｏリング１００
５へ到達する透過光１００７を効果的にカットすること
ができ、Ｏリング１００５の加熱を防止できる。蓋をす
べて同一の部材、例えば透明石英で製作することができ
るようになるので、不透明石英等を用いた場合で異なる
部材同士の接触面での熱に起因する亀裂や欠損の発生を
防止できる。ところで、図７から１０においては、リブ
やテーパ部は大気側に設けられており、透過光は大気側
に放出されるようになっている。しかしながら、テーパ
部は必ずしも大気側である必要はなく、例えば、真空側
に設けて、透過光を真空側に放出するようにしても、同
様な効果が得られる。また、突起部１００８の形状は三
角形のリブとしたが、本発明の効果はこの形状に限定さ
れるものではない。

【００５８】また、以上の実施の形態ではチャンバの材
質の一例として、一般に加熱処理装置に用いられている
石英である場合について述べたが、そのほかの材質につ
いても、各波長における屈折率について、本実施例と同
様な考察を行い、適切にテーパ角や構造を決定すること
によって、同様な効果を得ることができる。

【００５９】また、以上の実施の形態ではヒータから輻
射される光について述べたものであるが、プラズマエッ
チング装置のように、装置内部で発生するプラズマから
放出された光が、石英管内部を内部反射することによっ
て伝搬し、Ｏリングを加熱劣化させてしまうという場合
にも、応用できる。すなわち、上記実施の形態では、図
４に示したように、ヒータから放出された輻射光の波長
による強度分布を用いてテーパ角度を計算しているが、
そのかわりに、プラズマから放出される光の波長による
強度分布を用いれば、その後同様な計算を行うことによ
って、プラズマからの光をチャンバの材質外部に放出す
るテーパ角や、その構造などを決定することができる。

【００６０】

【発明の効果】このようにすると、半導体処理装置にお
いて、ヒータからもたらされるチャンバ内部を透過する
光はチャンバ材質の外部に放出され、Ｏリングなどへ到
達する光のエネルギーの一部あるいは全部を減ずる、あ
るいは完全に無くすことができる。

【００６１】したがって、Ｏリングの透過光による加熱
劣化に制限されることなく、ヒータ出力を上げることが
できるので、被処理ウエハの昇温速度を上げることが可
能になり、処理膜の極薄化をさらに進め、より高い性能
のデバイスを生産できるようになる。

【００６２】また、チャンバや加熱炉の蓋を同一の材
料、例えばすべて透明石英で製作することができるよう
になるので、チャンバや蓋の強度向上による信頼性を向
上できる。また製作コストを下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体処理装置の実施の形態を示
す図である。

【図２】石英などの材質内を内部反射によって透過して
いく光の方向を示す図である。

【図３】石英における臨界角度θｃの、波長λによる変
化を示す図である。

【図４】ヒータの温度をパラメータとする輻射光の波長
λの変化に対する輻射光の強さの変化を示す図である。

【図５】臨界角度の変化に対する石英内部を透過する光
の強さの変化を示す図である。

【図６】図１に示す半導体処理装置のフランジ部Ａの拡
大図を示す縦断面図である。

【図７】本発明に係る半導体処理装置における、リブ内
に進入してくる透過光をリブから外部へ放出するための
リブ構造の実施の形態を示す断面図である。

【図８】図７に示す半導体処理装置において光の異なる
入射方向における場合を示す図である。

【図９】図９は、断面が三角形のリブを有する実施の形
態を示す図である。

【図１０】本発明に係る半導体処理装置の他の実施の形
態を示す図である。

【符号の説明】

１０１…石英チャンバ、１０２…ウエハ、１０３…ヒー
タ、１０４…リブ、１０５…接続チャンバ、１０６…フ
ランジ、１０７…Ｏリング、１０８…透過光、１０９…
テーパ部、２０１…材料、２０２…界面、２０３…入射
光、２０４…法線、２０５…射出光、２０６…反射光、
６０１…チャンバ、６０２…フランジ、６０３…透過
光、６０４…シート面、６０５…テーパ部、６０６…Ｏ
リング、６０７…接続チャンバ、７０１…リブ、７０２
…チャンバ、７０３…テーパ部、７０４…透過光、８０
１…リブ、８０２…チャンバ、８０３…テーパ部、８０
４…透過光、９０１…チャンバ、９０２…透過光、９０
３…テーパ部、１００１…チャンバ、１００２…ウエ
ハ、１００３…蓋、１００４…ヒータ、１００５…Ｏリ
ング、１００６…ヒータカバー、１００７…透過光、１
００８…突起部である。

フロントページの続き (72)発明者 妻木 伸夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 宮田 敏光 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体を収納する容器と、この容器内の前
   記半導体を加熱する前記容器外部に配置された光源とを
   備える半導体製造装置において、 前記容器の表面に設けられた前記光源からの光を放出す
   る突出部を備えた半導体製造装置。
2. 【請求項２】前記請求項１記載のの半導体製造装置にお
   いて、前記突出部に前記容器の表面に対して傾斜して設
   けられた表面を備えた半導体製造装置。
3. 【請求項３】前記請求項１または２に記載の半導体製造
   装置において、前記突出部を前記容器に設けられたフラ
   ンジ、もしくは前記容器に設けられたリブ状の構造体に
   備えた半導体製造装置。
4. 【請求項４】前記請求項３記載の半導体製造装置におい
   て、前記フランジの前記傾斜した表面が、前記容器の表
   面に対して３°以上かつ８７°以下の範囲のいずれかの
   傾斜角度を備えた半導体製造装置。
5. 【請求項５】前記請求項３記載の半導体製造装置におい
   て、前記リブ状の構造体が矩形状の断面形状と、前記リ
   ブ状の構造体の端面に前記容器の表面と４６．５°以上
   かつ８７°以下の角度の範囲で傾斜する表面とを備えた
   半導体製造装置。
6. 【請求項６】前記請求項２記載の半導体製造装置におい
   て、前記突出部が三角形状の断面形状と、前記容器の表
   面とと４６．５°以上かつ８７°以下の角度の範囲で傾
   斜する表面とを備えた半導体製造装置。