JP3422464B2 - 加熱炉及びその製造方法 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B1/00—Details of electric heating devices
- H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
- H05B1/0227—Applications
- H05B1/023—Industrial applications
- H05B1/0233—Industrial applications for semiconductors manufacturing
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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- C23C16/481—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation by radiant heating of the substrate
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
- C30B25/105—Heating of the reaction chamber or the substrate by irradiation or electric discharge
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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- G01J5/0003—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter
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- H—ELECTRICITY
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/0033—Heating devices using lamps
- H05B3/0038—Heating devices using lamps for industrial applications
- H05B3/0047—Heating devices using lamps for industrial applications for semiconductor manufacture
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、珪素半導体単結晶
基板等のウェーハの表面に珪素半導体単結晶薄膜等の薄
膜を形成する際に用いる加熱炉の製造方法に関するもの
である。
基板等のウェーハの表面に珪素半導体単結晶薄膜等の薄
膜を形成する際に用いる加熱炉の製造方法に関するもの
である。
【０００２】
【関連技術】珪素半導体単結晶基板等のウェーハの表面
に珪素半導体単結晶薄膜等の薄膜を形成する際には、加
熱用の光を放出する光源と該光源からの光を反射する壁
面を有するランプハウス等を備えた放射加熱による通称
ランプ加熱炉が用いられている。
に珪素半導体単結晶薄膜等の薄膜を形成する際には、加
熱用の光を放出する光源と該光源からの光を反射する壁
面を有するランプハウス等を備えた放射加熱による通称
ランプ加熱炉が用いられている。
【０００３】図１は、加熱炉の構成の一例を示す。この
加熱炉は、ウェーハ１を収容する石英ガラス１５からな
る反応炉１４と、該反応炉１４の上部に複数の赤外線ラ
ンプ等の光源１１が配置されたランプハウス１０が設け
られている。光源１１は円周状に複数個配置されてお
り、ランプハウス１０の内壁面には、光源ランプ１１か
ら発せられる光を反射するための鏡面反射板１２が取り
付けられている。また、必要に応じて、点線で表示した
内面及び外面が鏡面の鏡面反射筒１３も取り付けられ
る。この鏡面反射筒１３は着脱可能であり、加熱計算に
基づいて加熱分布の調整のため取り付けられるものであ
る。
加熱炉は、ウェーハ１を収容する石英ガラス１５からな
る反応炉１４と、該反応炉１４の上部に複数の赤外線ラ
ンプ等の光源１１が配置されたランプハウス１０が設け
られている。光源１１は円周状に複数個配置されてお
り、ランプハウス１０の内壁面には、光源ランプ１１か
ら発せられる光を反射するための鏡面反射板１２が取り
付けられている。また、必要に応じて、点線で表示した
内面及び外面が鏡面の鏡面反射筒１３も取り付けられ
る。この鏡面反射筒１３は着脱可能であり、加熱計算に
基づいて加熱分布の調整のため取り付けられるものであ
る。
【０００４】従来、このような加熱炉を設計・製作する
際には、まず試作した加熱炉について、図１のように熱
電対２を用いて加熱実験によりウェーハ１の加熱温度分
布の測定を行い、その結果に基づいて加熱炉の試作改良
を行い、再度加熱実験により温度測定をするという試行
錯誤を繰り返していた。すなわち、経験に基づいて設計
・製作されていた。したがって、完成までの試行錯誤の
回数が夥しく多かった。
際には、まず試作した加熱炉について、図１のように熱
電対２を用いて加熱実験によりウェーハ１の加熱温度分
布の測定を行い、その結果に基づいて加熱炉の試作改良
を行い、再度加熱実験により温度測定をするという試行
錯誤を繰り返していた。すなわち、経験に基づいて設計
・製作されていた。したがって、完成までの試行錯誤の
回数が夥しく多かった。
【０００５】そこで、数値計算による温度予測を行い、
試行錯誤の回数を減らす試みも行われていた。これは、
光源から放出される光が全て乱反射すると仮定してシミ
ュレーションするものである。
試行錯誤の回数を減らす試みも行われていた。これは、
光源から放出される光が全て乱反射すると仮定してシミ
ュレーションするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年用いられ
ている珪素半導体単結晶基板等のウェーハを加熱する加
熱炉のランプハウスの壁面は、鏡面からなる反射板が用
いられているために、ランプハウスの壁面での光の反射
は、乱反射よりむしろ正反射すなわち鏡面反射として考
えなければ正確な温度予測はできない。また、加熱する
ウェーハは主表面が鏡面加工された鏡面ウェーハなの
で、ウェーハ表面における光の反射も考慮する必要があ
る。したがって、従来の放射加熱及び乱反射板からなる
加熱炉で適用されるようなシミュレーション方法で、鏡
面からなる反射板がランプハウスの鏡面に用いられた加
熱炉により鏡面ウェーハを加熱する場合の温度予測を行
うことは困難であった。
ている珪素半導体単結晶基板等のウェーハを加熱する加
熱炉のランプハウスの壁面は、鏡面からなる反射板が用
いられているために、ランプハウスの壁面での光の反射
は、乱反射よりむしろ正反射すなわち鏡面反射として考
えなければ正確な温度予測はできない。また、加熱する
ウェーハは主表面が鏡面加工された鏡面ウェーハなの
で、ウェーハ表面における光の反射も考慮する必要があ
る。したがって、従来の放射加熱及び乱反射板からなる
加熱炉で適用されるようなシミュレーション方法で、鏡
面からなる反射板がランプハウスの鏡面に用いられた加
熱炉により鏡面ウェーハを加熱する場合の温度予測を行
うことは困難であった。
【０００７】さらに詳細に説明すると、近年用いられて
いる加熱炉による加熱においては、鏡面を有するウェー
ハと鏡面反射板が構成要素として含まれるために、光源
から発せられた光が夥しい回数の反射を行いながらウェ
ーハにエネルギーを与えるので、乱反射を主とする加熱
炉とは異なり、ウェーハ上のエネルギー分布の予測が困
難である。そのために、光が全て乱反射すると仮定した
シミュレーションでは、温度分布などの予測が不十分と
なり、完成度の低い加熱炉しか得られず、加熱効率の低
下などの問題を解決するために結局、余分な試行錯誤を
繰り返す必要があった。これは、時間・費用だけでな
く、地球資源の損失でもある。
いる加熱炉による加熱においては、鏡面を有するウェー
ハと鏡面反射板が構成要素として含まれるために、光源
から発せられた光が夥しい回数の反射を行いながらウェ
ーハにエネルギーを与えるので、乱反射を主とする加熱
炉とは異なり、ウェーハ上のエネルギー分布の予測が困
難である。そのために、光が全て乱反射すると仮定した
シミュレーションでは、温度分布などの予測が不十分と
なり、完成度の低い加熱炉しか得られず、加熱効率の低
下などの問題を解決するために結局、余分な試行錯誤を
繰り返す必要があった。これは、時間・費用だけでな
く、地球資源の損失でもある。
【０００８】そこで、加熱分布を予測し、この予測結果
に基づいて加熱炉を設計・製造する方法の開発が望まれ
ていた。本発明は上記のような問題点に鑑みてなされた
ものであり、ウェーハを加熱する際に予め加熱分布を予
測し、少ない試行錯誤で所望の加熱分布を有する加熱炉
を製造することができる方法を提供することを目的とす
る。
に基づいて加熱炉を設計・製造する方法の開発が望まれ
ていた。本発明は上記のような問題点に鑑みてなされた
ものであり、ウェーハを加熱する際に予め加熱分布を予
測し、少ない試行錯誤で所望の加熱分布を有する加熱炉
を製造することができる方法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】本願の請求項１記載の発
明は、光源と該光源を取り囲むランプハウスを有するウ
ェーハ加熱用の加熱炉の製造において、光源から放出さ
れた光束がランプハウスの壁面で鏡面反射を行うと仮定
すると共に、ウェーハ表面上でも鏡面反射を行うと仮定
し、ランプハウス壁の表面上での反射及びウェーハの表
面上での反射による光束の経路を追跡し、少なくともウ
ェーハの表面上での反射とともに起こる光束の吸収を熱
エネルギーに換算する計算を、光源から放出される複数
の光束について行うことにより、ウェーハ上の加熱分布
を算出し、その結果に基づいて光源とランプハウスの構
造を決定することを特徴とする加熱炉の製造方法を提供
する。
明は、光源と該光源を取り囲むランプハウスを有するウ
ェーハ加熱用の加熱炉の製造において、光源から放出さ
れた光束がランプハウスの壁面で鏡面反射を行うと仮定
すると共に、ウェーハ表面上でも鏡面反射を行うと仮定
し、ランプハウス壁の表面上での反射及びウェーハの表
面上での反射による光束の経路を追跡し、少なくともウ
ェーハの表面上での反射とともに起こる光束の吸収を熱
エネルギーに換算する計算を、光源から放出される複数
の光束について行うことにより、ウェーハ上の加熱分布
を算出し、その結果に基づいて光源とランプハウスの構
造を決定することを特徴とする加熱炉の製造方法を提供
する。
【００１０】本願の請求項２記載の発明は、請求項１に
おいて、ウェーハに１回目に入射する光束による加熱分
布と、ウェーハ表面上での１回目の反射後２回目以降に
入射する光束による加熱分布とが異なるように構造を決
定することを特徴とする加熱炉の製造方法を提供する。
おいて、ウェーハに１回目に入射する光束による加熱分
布と、ウェーハ表面上での１回目の反射後２回目以降に
入射する光束による加熱分布とが異なるように構造を決
定することを特徴とする加熱炉の製造方法を提供する。
【００１１】本願の請求項３記載の発明は、請求項１又
は請求項２において、光源を複数の点光源の集合体と仮
定し、各点光源から各角度に放出される複数の光束につ
いて前記計算をそれぞれに行った結果を、全角度及び全
点光源について合算することを特徴とする加熱炉の製造
方法を提供する。
は請求項２において、光源を複数の点光源の集合体と仮
定し、各点光源から各角度に放出される複数の光束につ
いて前記計算をそれぞれに行った結果を、全角度及び全
点光源について合算することを特徴とする加熱炉の製造
方法を提供する。
【００１２】本願の請求項４記載の発明は、光源と該光
源を取り囲むランプハウスを有するウェーハ加熱用の加
熱炉において、ウェーハに１回目に入射する光束による
加熱分布と、ウェーハ表面上での１回目の反射後２回目
以降に入射する光束による加熱分布とが異なる構造を有
し、前記構造が、ウェーハに１回目に入射する光束によ
りウェーハの外周部がより強く加熱され、ウェーハに２
回目に入射する光束によりウェーハの中心部がより強く
加熱される構造であることを特徴とする加熱炉を提供す
る。
源を取り囲むランプハウスを有するウェーハ加熱用の加
熱炉において、ウェーハに１回目に入射する光束による
加熱分布と、ウェーハ表面上での１回目の反射後２回目
以降に入射する光束による加熱分布とが異なる構造を有
し、前記構造が、ウェーハに１回目に入射する光束によ
りウェーハの外周部がより強く加熱され、ウェーハに２
回目に入射する光束によりウェーハの中心部がより強く
加熱される構造であることを特徴とする加熱炉を提供す
る。
【００１３】
【００１４】発明者らは、光を用いて加熱する場合にお
ける特性に着目し、図２に示すような光の直進性と反射
の性質を素直に記述する数値計算により加熱分布を予測
し、その結果に基づいて加熱炉を製造する方法を開発し
た。光源１１から鏡面加工が施されたウェーハ１に向け
て発せられた光束１１ａは、ウェーハ１の表面において
反射率Ｒ（ただし、０＜Ｒ＜１）に従って鏡面反射する
が、この時にウェーハ１内に（１−Ｒ）の割合で反射前
の光のエネルギーの一部が与えられるものと仮定した。
すなわち、光束１１ａの有する光エネルギーＩｏのう
ち、ウェーハ１に吸収されるエネルギーＩａｂは（１−
Ｒ）Ｉｏとなる。ここで光束１１ａとは、光源１１から
単位時間当たりに発せられるエネルギーのことである。
ける特性に着目し、図２に示すような光の直進性と反射
の性質を素直に記述する数値計算により加熱分布を予測
し、その結果に基づいて加熱炉を製造する方法を開発し
た。光源１１から鏡面加工が施されたウェーハ１に向け
て発せられた光束１１ａは、ウェーハ１の表面において
反射率Ｒ（ただし、０＜Ｒ＜１）に従って鏡面反射する
が、この時にウェーハ１内に（１−Ｒ）の割合で反射前
の光のエネルギーの一部が与えられるものと仮定した。
すなわち、光束１１ａの有する光エネルギーＩｏのう
ち、ウェーハ１に吸収されるエネルギーＩａｂは（１−
Ｒ）Ｉｏとなる。ここで光束１１ａとは、光源１１から
単位時間当たりに発せられるエネルギーのことである。
【００１５】なお、ウェーハ１は室温などの低温ではラ
ンプ加熱炉によく用いられる赤外線を透過するものの、
高温（例えば６００℃以上）では灰色体となるので、加
熱時には透過を考慮する必要がなくなる。
ンプ加熱炉によく用いられる赤外線を透過するものの、
高温（例えば６００℃以上）では灰色体となるので、加
熱時には透過を考慮する必要がなくなる。
【００１６】従って、図２中のＩａｂがウェーハ１に与
えられる。このように、本発明においては、簡単な原理
だけに基づいた計算を行い、ウェーハ１の表面の場所毎
に与えられる光のエネルギーを加算することにより、ウ
ェーハ１の加熱分布を予測する。更に、その計算結果に
基づいて加熱炉を設計・製作する。製作した加熱炉にお
けるウェーハ１の温度確認については、従来のように熱
電対２を取り付けた珪素半導体単結晶基板１を、例えば
図１のように反応炉１４内に載置して温度測定を行う。
えられる。このように、本発明においては、簡単な原理
だけに基づいた計算を行い、ウェーハ１の表面の場所毎
に与えられる光のエネルギーを加算することにより、ウ
ェーハ１の加熱分布を予測する。更に、その計算結果に
基づいて加熱炉を設計・製作する。製作した加熱炉にお
けるウェーハ１の温度確認については、従来のように熱
電対２を取り付けた珪素半導体単結晶基板１を、例えば
図１のように反応炉１４内に載置して温度測定を行う。
【００１７】また、本発明においては、ウェーハ表面の
加熱分布について加熱炉の複雑な形状をそのまま計算に
用いながら詳細に予測できるので、加熱炉の試作と温度
測定からなる試行錯誤を繰り返していた場合に比較し
て、速やかに加熱炉を完成させることができる。特に、
加熱炉内の光源、反射板の配置に関する要点が把握でき
るので、設計の指針が容易に決定できる。その結果、改
良を要する点が明確に把握でき、試行錯誤の回数を大幅
に減らして加熱炉の製作を行うことができる。
加熱分布について加熱炉の複雑な形状をそのまま計算に
用いながら詳細に予測できるので、加熱炉の試作と温度
測定からなる試行錯誤を繰り返していた場合に比較し
て、速やかに加熱炉を完成させることができる。特に、
加熱炉内の光源、反射板の配置に関する要点が把握でき
るので、設計の指針が容易に決定できる。その結果、改
良を要する点が明確に把握でき、試行錯誤の回数を大幅
に減らして加熱炉の製作を行うことができる。
【００１８】また、複雑な光束の経路を予測することに
より、光源からの光束がウェーハ表面において行う１回
目の反射によりウェーハに与えるエネルギーと、２回目
以降の反射によりウェーハに与えるエネルギーの分布と
が変化するように設計することが可能となるので、エネ
ルギー効率の高い加熱炉を製造できるという作用があ
る。
より、光源からの光束がウェーハ表面において行う１回
目の反射によりウェーハに与えるエネルギーと、２回目
以降の反射によりウェーハに与えるエネルギーの分布と
が変化するように設計することが可能となるので、エネ
ルギー効率の高い加熱炉を製造できるという作用があ
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の製造方法について、数値
計算に基づく設計について最初に説明し、次に加熱エネ
ルギー分布について説明する。
計算に基づく設計について最初に説明し、次に加熱エネ
ルギー分布について説明する。
【００２０】最初に、図１の加熱炉を図２に示す原理に
基づいて数値計算により解析して、ウェーハ１に与えら
れるエネルギーの計算値と実測の温度とを比較した。具
体的には、光源１１から放出される光束１１ａの強度か
らウェーハ１に吸収されるエネルギーＩａｂを計算し、
これとウェーハ１の実測温度とを比較した。その結果を
図３に示す。放射エネルギーによる熱伝達においては、
高温物体の温度の１乗と放射エネルギーの１／４乗との
間に直線関係が存在することがステファン−ボルツマン
の法則として知られているが、この法則が本発明におい
て開発したシミュレーション技術においても成立してい
ることが分かり、本発明が一般性のあるシミュレーショ
ン技術であることが確認された。
基づいて数値計算により解析して、ウェーハ１に与えら
れるエネルギーの計算値と実測の温度とを比較した。具
体的には、光源１１から放出される光束１１ａの強度か
らウェーハ１に吸収されるエネルギーＩａｂを計算し、
これとウェーハ１の実測温度とを比較した。その結果を
図３に示す。放射エネルギーによる熱伝達においては、
高温物体の温度の１乗と放射エネルギーの１／４乗との
間に直線関係が存在することがステファン−ボルツマン
の法則として知られているが、この法則が本発明におい
て開発したシミュレーション技術においても成立してい
ることが分かり、本発明が一般性のあるシミュレーショ
ン技術であることが確認された。
【００２１】図４は、加熱炉の設計時に実施したシミュ
レーションの一例を示す。これは、光源１１から発した
光束１１ａが加熱炉の外に出て行くまでに辿る経路を詳
細に追跡した結果である。ランプハウス１０の一端に配
置された光源１１から斜め上方の２方向に発した光束１
１ａは、鏡面反射筒１３がない場合（図４（ａ））に
は、鏡面反射板１２で２回反射した後に加熱炉の反対側
に到達するが、鏡面反射筒１３がある場合（図４
（ｂ））には、鏡面反射筒１３と外側の鏡面反射板１２
との間で１２回反射を繰り返し、ウェーハ１の表面に２
回到達した後に加熱炉の反対側に出て行く様子が示され
ている。つまり、本発明において開発したシミュレーシ
ョン技術により、光源１１から発した光束１１ａの経路
について鏡面反射筒１３の有無による違いが具体的に予
測できることが分かる。
レーションの一例を示す。これは、光源１１から発した
光束１１ａが加熱炉の外に出て行くまでに辿る経路を詳
細に追跡した結果である。ランプハウス１０の一端に配
置された光源１１から斜め上方の２方向に発した光束１
１ａは、鏡面反射筒１３がない場合（図４（ａ））に
は、鏡面反射板１２で２回反射した後に加熱炉の反対側
に到達するが、鏡面反射筒１３がある場合（図４
（ｂ））には、鏡面反射筒１３と外側の鏡面反射板１２
との間で１２回反射を繰り返し、ウェーハ１の表面に２
回到達した後に加熱炉の反対側に出て行く様子が示され
ている。つまり、本発明において開発したシミュレーシ
ョン技術により、光源１１から発した光束１１ａの経路
について鏡面反射筒１３の有無による違いが具体的に予
測できることが分かる。
【００２２】図５は、図１に示した加熱炉について、本
発明の方法により算出した、ウェーハ１に与えられたエ
ネルギー分布を示す。ここでは赤外線ランプ１１を２０
本円周状に配置した加熱炉を用いた。具体的な計算方法
を次に示す。まず、１個の赤外線ランプ１１を同一軸上
に等間隔に並んだ４個の点光源の集合体とみなし、１個
の点光源について、前記軸を含みウェーハ１の方向の仮
想面上において１８０°の範囲で１°毎の角度に発せら
れる光束１１ａの各々について、その光束１１ａが鏡面
反射板１２とウェーハ１の表面上で反射する経路を順次
追跡するとともに、ウェーハ１の表面上で反射する毎に
起こる光束１１ａの吸収を熱エネルギーに換算する計算
を行う。この計算を、前記１個の点光源について、前記
軸を含む面を前記軸中心に１°毎に３６０°回転させた
場合についても行う。更に、これらの計算を４個の点光
源全てについて行い、これを更に２０本の赤外線ランプ
１１についてそれぞれ行った結果を合算することによ
り、上記ウェーハ１に与えられたエネルギー分布が得ら
れる。なお、鏡面反射板１２の表面での反射は反射率Ｒ
＝１．０（吸収率が０）とし、ウェーハ１上での反射は
反射率Ｒ＝０．３（吸収率が０．７）として計算した。
発明の方法により算出した、ウェーハ１に与えられたエ
ネルギー分布を示す。ここでは赤外線ランプ１１を２０
本円周状に配置した加熱炉を用いた。具体的な計算方法
を次に示す。まず、１個の赤外線ランプ１１を同一軸上
に等間隔に並んだ４個の点光源の集合体とみなし、１個
の点光源について、前記軸を含みウェーハ１の方向の仮
想面上において１８０°の範囲で１°毎の角度に発せら
れる光束１１ａの各々について、その光束１１ａが鏡面
反射板１２とウェーハ１の表面上で反射する経路を順次
追跡するとともに、ウェーハ１の表面上で反射する毎に
起こる光束１１ａの吸収を熱エネルギーに換算する計算
を行う。この計算を、前記１個の点光源について、前記
軸を含む面を前記軸中心に１°毎に３６０°回転させた
場合についても行う。更に、これらの計算を４個の点光
源全てについて行い、これを更に２０本の赤外線ランプ
１１についてそれぞれ行った結果を合算することによ
り、上記ウェーハ１に与えられたエネルギー分布が得ら
れる。なお、鏡面反射板１２の表面での反射は反射率Ｒ
＝１．０（吸収率が０）とし、ウェーハ１上での反射は
反射率Ｒ＝０．３（吸収率が０．７）として計算した。
【００２３】図５によれば、鏡面反射筒１３がない場合
には、ウェーハ１の中心部で光束１１ａの吸収による加
熱強度が高く、外周部で低い加熱状態となることが予測
される。一方、鏡面反射筒１３を置いた時にはウェーハ
１の中心部におけるエネルギーの吸収が抑えられるの
で、外周部が少々高い加熱分布となるものの、ウェーハ
全体の加熱強度がより均一になることが予測される。
には、ウェーハ１の中心部で光束１１ａの吸収による加
熱強度が高く、外周部で低い加熱状態となることが予測
される。一方、鏡面反射筒１３を置いた時にはウェーハ
１の中心部におけるエネルギーの吸収が抑えられるの
で、外周部が少々高い加熱分布となるものの、ウェーハ
全体の加熱強度がより均一になることが予測される。
【００２４】上記シミュレーション結果に基づいて、珪
素半導体単結晶基板１を１０００℃に昇温し、図１のよ
うにして前記珪素半導体単結晶基板１の中心部から外周
部までの温度分布を測定したところ、鏡面反射筒１３が
ない場合には外周部が中心部より約１００℃低く、鏡面
反射筒１３がある場合には外周部が中心部より少々高い
ものの温度差が３℃以内という優れて均一な温度分布を
形成できた。すなわち、ほとんど試行錯誤を行わなくて
も均一な温度分布を得ることができた。このように、本
発明の方法により加熱分布を予測することによって、最
少回数の試行錯誤で所望の加熱分布を有する加熱炉を完
成させることができるのである。
素半導体単結晶基板１を１０００℃に昇温し、図１のよ
うにして前記珪素半導体単結晶基板１の中心部から外周
部までの温度分布を測定したところ、鏡面反射筒１３が
ない場合には外周部が中心部より約１００℃低く、鏡面
反射筒１３がある場合には外周部が中心部より少々高い
ものの温度差が３℃以内という優れて均一な温度分布を
形成できた。すなわち、ほとんど試行錯誤を行わなくて
も均一な温度分布を得ることができた。このように、本
発明の方法により加熱分布を予測することによって、最
少回数の試行錯誤で所望の加熱分布を有する加熱炉を完
成させることができるのである。
【００２５】本発明のシミュレーション方法において次
に重要な点は、ウェーハの表面における反射回数の進行
に伴い、ウェーハに与えられるエネルギーの分布状態が
変化することを予測して設計できることである。
に重要な点は、ウェーハの表面における反射回数の進行
に伴い、ウェーハに与えられるエネルギーの分布状態が
変化することを予測して設計できることである。
【００２６】図６は、図１の加熱炉において、鏡面反射
筒１３がない場合についてウェーハ１の表面に光が入射
する回数をウェーハ１の直径方向に計算した結果を示
す。光源１１から直接又は鏡面反射板１２で反射して初
めてウェーハ１に入射する光束（第１回目の反射）の分
布では、ウェーハ１の中心部に入射回数が多く、外周部
で少ない入射回数分布が形成されている。この分布状態
は、第２、３回目の反射においても変わらずに同じ分布
状態を示している。
筒１３がない場合についてウェーハ１の表面に光が入射
する回数をウェーハ１の直径方向に計算した結果を示
す。光源１１から直接又は鏡面反射板１２で反射して初
めてウェーハ１に入射する光束（第１回目の反射）の分
布では、ウェーハ１の中心部に入射回数が多く、外周部
で少ない入射回数分布が形成されている。この分布状態
は、第２、３回目の反射においても変わらずに同じ分布
状態を示している。
【００２７】一方、図７は、図１の加熱炉において、鏡
面反射筒１３がある場合の計算結果を示す。第１回目の
反射では外周部に入射する回数が顕著に多くなっている
ものの、第２、３回目では第１回目とは逆に中心部分の
ほうが高い入射回数分布を示している。なお、ウェーハ
１の表面における反射回数とエネルギー分布は、図２の
説明から分かるように比例関係にある。また、第１回目
の反射後であっても、通常は光源から発せられた初期の
エネルギーの約３０％を有しているので、無視できない
影響を持っている。図７の場合を考えると、実際には第
１回目の反射及び第２回目以降の反射を合計した結果が
ウェーハの加熱分布に対応する。したがって、第１回目
の反射時にウェーハに与えられたエネルギー分布を第２
回目以降の反射が穏やかな加熱分布になるように補正す
る働きをしていることが分かる。
面反射筒１３がある場合の計算結果を示す。第１回目の
反射では外周部に入射する回数が顕著に多くなっている
ものの、第２、３回目では第１回目とは逆に中心部分の
ほうが高い入射回数分布を示している。なお、ウェーハ
１の表面における反射回数とエネルギー分布は、図２の
説明から分かるように比例関係にある。また、第１回目
の反射後であっても、通常は光源から発せられた初期の
エネルギーの約３０％を有しているので、無視できない
影響を持っている。図７の場合を考えると、実際には第
１回目の反射及び第２回目以降の反射を合計した結果が
ウェーハの加熱分布に対応する。したがって、第１回目
の反射時にウェーハに与えられたエネルギー分布を第２
回目以降の反射が穏やかな加熱分布になるように補正す
る働きをしていることが分かる。
【００２８】本発明において開発したシミュレーション
技術を用いて加熱分布を予測することにより、第１回目
と第２回目以降の反射においてウェーハに与えられるエ
ネルギー分布を変えることが可能となり、従来は無視さ
れていた第２回目以降の反射を有効に利用することが可
能となった。この結果、加熱炉のエネルギー効率を向上
させることができ、地球環境の保護においても有効な加
熱炉を実現できる。
技術を用いて加熱分布を予測することにより、第１回目
と第２回目以降の反射においてウェーハに与えられるエ
ネルギー分布を変えることが可能となり、従来は無視さ
れていた第２回目以降の反射を有効に利用することが可
能となった。この結果、加熱炉のエネルギー効率を向上
させることができ、地球環境の保護においても有効な加
熱炉を実現できる。
【００２９】本発明には、ウェーハとして珪素半導体単
結晶基板の他に例えば化合物半導体基板等が含まれるこ
とは当然のことである。また、本明細書に示した反射
板、光源とウェーハの配置は本発明の一例であり、これ
ら構造に限定されるものではない。
結晶基板の他に例えば化合物半導体基板等が含まれるこ
とは当然のことである。また、本明細書に示した反射
板、光源とウェーハの配置は本発明の一例であり、これ
ら構造に限定されるものではない。
【００３０】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、鏡面
反射による光束の経路を追跡して加熱分布を予測するこ
とにより所望の温度分布を自在に設計し、試行錯誤の回
数を最小限に抑えて加熱炉を設計・製造することができ
る。また、加熱分布が完全に把握されているので、加熱
炉使用時の温度分布調整においても、やはり試行錯誤の
回数が少なくて済む加熱炉を製造できるため、加熱条件
の変更などが自在であるという効果をも有する。
反射による光束の経路を追跡して加熱分布を予測するこ
とにより所望の温度分布を自在に設計し、試行錯誤の回
数を最小限に抑えて加熱炉を設計・製造することができ
る。また、加熱分布が完全に把握されているので、加熱
炉使用時の温度分布調整においても、やはり試行錯誤の
回数が少なくて済む加熱炉を製造できるため、加熱条件
の変更などが自在であるという効果をも有する。
【図１】加熱炉の一例を示す概略構成図である。
【図２】光源から発せられた光束のウェーハによる反射
・吸収を説明する図である。
・吸収を説明する図である。
【図３】光強度と加熱温度との関係を示すグラフであ
る。
る。
【図４】光源から発せられた光束の経路を示す説明図で
ある。
ある。
【図５】ウェーハの加熱分布を示すグラフである。
【図６】鏡面反射筒を用いない場合のウェーハの加熱分
布を示すグラフである。
布を示すグラフである。
【図７】鏡面反射筒を用いた場合のウェーハの加熱分布
を示すグラフである。
を示すグラフである。
１０ ランプハウス
１１ 光源
１２ 鏡面反射板
１３ 鏡面反射筒
１４ 反応炉
１５ 石英ガラス
Claims (4)
- 【請求項１】 光源と該光源を取り囲むランプハウスを
有するウェーハ加熱用の加熱炉の製造において、光源か
ら放出された光束がランプハウスの壁面で鏡面反射を行
うと仮定すると共に、ウェーハ表面上でも鏡面反射を行
うと仮定し、ランプハウス壁の表面上での反射及びウェ
ーハの表面上での反射による光束の経路を追跡し、少な
くともウェーハの表面上での反射とともに起こる光束の
吸収を熱エネルギーに換算する計算を、光源から放出さ
れる複数の光束について行うことにより、ウェーハ上の
加熱分布を算出し、その結果に基づいて光源とランプハ
ウスの構造を決定することを特徴とする加熱炉の製造方
法。 - 【請求項２】 ウェーハに１回目に入射する光束による
加熱分布と、ウェーハ表面上での１回目の反射後２回目
以降に入射する光束による加熱分布とが異なるように構
造を決定することを特徴とする請求項１記載の加熱炉の
製造方法。 - 【請求項３】 光源を複数の点光源の集合体と仮定し、
各点光源から各角度に放出される複数の光束について前
記計算をそれぞれに行った結果を、全角度及び全点光源
について合算することを特徴とする請求項１又は請求項
２に記載の加熱炉の製造方法。 - 【請求項４】 光源と該光源を取り囲むランプハウスを
有するウェーハ加熱用の加熱炉において、ウェーハに１
回目に入射する光束による加熱分布と、ウェーハ表面上
での１回目の反射後２回目以降に入射する光束による加
熱分布とが異なる構造を有し、 前記構造は、ウェーハに１回目に入射する光束によりウ
ェーハの外周部がより強く加熱され、ウェーハに２回目
に入射する光束によりウェーハの中心部がより強く加熱
される構造である ことを特徴とする加熱炉。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08805798A JP3422464B2 (ja) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | 加熱炉及びその製造方法 |
| US09/267,695 US6194691B1 (en) | 1998-03-17 | 1999-03-15 | Heating furnace and manufacturing method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08805798A JP3422464B2 (ja) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | 加熱炉及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11265858A JPH11265858A (ja) | 1999-09-28 |
| JP3422464B2 true JP3422464B2 (ja) | 2003-06-30 |
Family
ID=13932225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08805798A Expired - Fee Related JP3422464B2 (ja) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | 加熱炉及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6194691B1 (ja) |
| JP (1) | JP3422464B2 (ja) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4854263B1 (en) * | 1987-08-14 | 1997-06-17 | Applied Materials Inc | Inlet manifold and methods for increasing gas dissociation and for PECVD of dielectric films |
| JP2973611B2 (ja) * | 1991-06-26 | 1999-11-08 | キヤノン株式会社 | 光励起プロセス装置及びそれを用いた半導体デバイスの製造方法 |
| US5445675A (en) * | 1992-07-09 | 1995-08-29 | Tel-Varian Limited | Semiconductor processing apparatus |
| US5650082A (en) * | 1993-10-29 | 1997-07-22 | Applied Materials, Inc. | Profiled substrate heating |
| US5504831A (en) * | 1993-11-10 | 1996-04-02 | Micron Semiconductor, Inc. | System for compensating against wafer edge heat loss in rapid thermal processing |
| US6005231A (en) * | 1998-05-29 | 1999-12-21 | Matsushita Industrial Equipment Corp. Of America | Method for determining the temperature of a thermoluminescence element being heated for thermoluminescence dosimetry |
-
1998
- 1998-03-17 JP JP08805798A patent/JP3422464B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-03-15 US US09/267,695 patent/US6194691B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6194691B1 (en) | 2001-02-27 |
| JPH11265858A (ja) | 1999-09-28 |
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