JP6289404B2

JP6289404B2 - アニール装置

Info

Publication number: JP6289404B2
Application number: JP2015043084A
Authority: JP
Inventors: 勝前田; 錠治丸山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2035-03-05
Also published as: JP2016162984A

Description

本発明は、被加熱部材を加熱するアニール装置に関する。

パワー半導体素子の製造工程では、一般的に、半導体ウエハの表面側に半導体素子を形成した後、当該半導体ウエハの裏面側に不純物層を形成する必要がある。なお、不純物層の形成の際には、半導体ウエハを加熱（アニール）する加熱処理が行われる。以下においては、半導体ウエハを、簡略化して、「ウエハ」ともいう。

当該加熱処理は、半導体ウエハの表面側に設けられた半導体素子に影響を与えないように行われ必要がある。そのため、当該加熱処理は、レーザー光をウエハに照射するレーザー式アニールが主流となっている。当該レーザー式アニールは、ウエハにおいて局所的な加熱が可能な加熱処理である。

レーザー式アニールは、被加熱部材であるウエハに対し、スポット状のレーザー光を走査することにより、当該ウエハの加熱を行う。なお、当該レーザー式アニールを行う装置に含まれる、レーザー光を出射する出射口の面積は非常に小さい。当該出射口の面積は、例えば、４ｍｍ^２程度である。また、当該出射口の直径は、例えば、約２．３ｍｍである。

そのため、レーザー式アニールは、ウエハ全体の加熱が完了するまでの時間が長く掛かっていた。また、レーザー式アニールでは、ウエハのサイズにより、当該ウエハ全体の加熱が完了するまでの時間（以下、「加熱時間」ともいう）が大きく左右される。以下においては、被加熱部材を加熱する装置を、「アニール装置」ともいう。

レーザー式アニールでは、ウエハのサイズが大きくなる程、加熱時間が長くなる。例えば、６インチのウエハの加熱時間は、約４分半である。８インチのウエハの加熱時間は、約８分である。つまり、レーザー式アニールでは、ウエハのサイズが大きくなる程、アニール装置１台当たりの加熱のスループットが低下する。

そのため、レーザー式アニールにおいて、加熱のスループットの低下を防ぐためには、複数のアニール装置を用意する必要がある。したがって、レーザー式アニールでは、アニール装置の導入における高いコストと、アニール装置を導入するために大きなスペースを確保する必要があるという問題がある。

これに対して、ウエハを加熱する他の技術として、特許文献１ではウエハ内に電流を流すことでウエハ自体を発熱させる技術（以下、「関連技術Ａ」ともいう）が開示されている。

特開平０９−０８２７８５号公報

しかしながら、関連技術Ａでは、以下のような問題点がある。具体的には、関連技術Ａは、導電性を有する複数の支持部材にウエハ（被加熱部材）を載せてから、当該ウエハに電流を流すことにより、当該ウエハを加熱する。すなわち、関連技術Ａでは、導電性を有しない被加熱部材を加熱することはできない。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、電流を使用した構成において、被加熱部材が導電性を有するか否かに関わらず、当該被加熱部材を加熱することが可能なアニール装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るアニール装置は、被加熱部材を加熱する。前記アニール装置は、導電性を有する複数の棒状部材と、前記複数の棒状部材の各々が発熱するように、当該複数の棒状部材の各々に電流を流すための制御を行う電流制御部と、発熱した前記複数の棒状部材が前記被加熱部材に接触するように、当該複数の棒状部材を移動させるための制御を行う移動制御部と、を備え、発熱した前記複数の棒状部材が前記被加熱部材に接触するとき、当該複数の棒状部材の各々には前記電流が流れていない。

本発明によれば、電流制御部は、導電性を有する複数の棒状部材の各々が発熱するように、当該複数の棒状部材の各々に電流を流すための制御を行う。移動制御部は、発熱した前記複数の棒状部材が被加熱部材に接触するように、当該複数の棒状部材を移動させるための制御を行う。

これにより、電流を使用した構成において、被加熱部材が導電性を有するか否かに関わらず、当該被加熱部材を加熱することができる。

本発明の実施の形態１に係るアニール装置の構成を示す図である。加熱制御処理Ａのフローチャートである。棒状部材を加熱する処理を説明するための図である。被加熱部材を加熱する処理を説明するための図である。比較例に係るアニール装置の構成を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。

なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。

＜比較例＞
まず、比較例としてのアニール装置について説明する。図５は、比較例に係るアニール装置２００の構成を示す図である。アニール装置２００は、レーザー光を使用する装置である。すなわち、アニール装置２００は、レーザー式アニール装置である。

図５を参照して、アニール装置２００は、レーザー光出射装置（図示せず）と、ステージＳＴ１と、冷媒流路９０とを備える。

レーザー光出射装置は、レーザー光を出射する装置である。ステージＳＴ１は、被加熱部材Ｗ１を載せるためのステージ（台）である。ステージＳＴ１は、例えば、ガラスで構成される。被加熱部材Ｗ１は、導電性を有する部材である。被加熱部材Ｗ１は、例えば、ウエハ（半導体ウエハ）である。平面視における被加熱部材Ｗ１の形状は、円状である。

ステージＳＴ１は、主面ＳＴ１ａと、裏面ＳＴ１ｂとを有する。主面ＳＴ１ａは、被加熱部材Ｗ１が載せられる面である。裏面ＳＴ１ｂは、ステージＳＴ１において主面ＳＴ１ａと反対側の面である。

また、被加熱部材Ｗ１は、平面Ｗ１ａ，Ｗ１ｂを有する。平面Ｗ１ａは、半導体素子等が形成される面である。平面Ｗ１ｂは、被加熱部材Ｗ１において主面Ｗ１ａと反対側の面である。

冷媒流路９０は、液体である冷媒を通過させるための経路である。冷媒流路９０は、当該冷媒流路９０の一部が、ステージＳＴ１の裏面ＳＴ１ｂに接するように設けられる。図５では、一例として、冷媒が、冷媒流路９０の左側から、冷媒流路９０の右側へ矢印の方向に沿って流れる状態を示す。

次に、アニール装置２００が行う処理（以下、「加熱制御処理Ｎ」ともいう）について説明する。加熱制御処理Ｎでは、アニール装置２００のレーザー光出射装置（図示せず）が、ステージＳＴ１に載せられた被加熱部材Ｗ１の平面Ｗ１ｂに対し、レーザー光を出射する。なお、レーザー光出射装置は、被加熱部材Ｗ１の平面Ｗ１ｂ全体にレーザー光が照射されるように、平面Ｗ１ｂにおけるレーザー光の照射位置を移動させる。

このような加熱制御処理Ｎでは、被加熱部材Ｗ１の平面Ｗ１ｂ全体を加熱するのに要する時間が非常に長いという問題点がある。そこで、以下の実施の形態において、上記比較例で述べた上記問題点を解決する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るアニール装置１００の構成を示す図である。なお、図１には、説明のために、アニール装置１００に含まれない被加熱部材Ｗ１も示される。被加熱部材Ｗ１は、前述したように、導電性を有する部材である。被加熱部材Ｗ１は、例えば、ウエハである。被加熱部材Ｗ１の構成は、前述した構成と同じである。被加熱部材Ｗ１の形状は、板状である。アニール装置１００は、詳細は後述するが、被加熱部材Ｗ１を加熱する装置である。以下においては、アニール装置１００が、被加熱部材Ｗ１を加熱する処理を、「加熱制御処理Ａ」ともいう。

図１において、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各々は、互いに直交する。以下の図に示されるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各々も、互いに直交する。以下においては、Ｘ方向と、当該Ｘ方向の反対の方向（−Ｘ方向）とを含む方向を「Ｘ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｙ方向と、当該Ｙ方向の反対の方向（−Ｙ方向）とを含む方向を「Ｙ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｚ方向と、当該Ｚ方向の反対の方向（−Ｚ方向）とを含む方向を「Ｚ軸方向」ともいう。

また、以下においては、Ｘ軸方向およびＹ軸方向を含む平面を、「ＸＹ面」ともいう。また、以下においては、Ｘ軸方向およびＺ軸方向を含む平面を、「ＸＺ面」ともいう。また、以下においては、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を含む平面を、「ＹＺ面」ともいう。

図１を参照して、アニール装置１００は、チャンバー（図示せず）と、加熱部３０と、電流制御部４０と、移動制御部５０と、ステージＳＴ１と、冷媒流路９０とを備える。

チャンバーは、密封された反応容器である。チャンバー内には、加熱部３０、電流制御部４０、移動制御部５０、ステージＳＴ１および冷媒流路９０が設けられる。

加熱部３０は、被加熱部材Ｗ１を加熱する機能を有する。加熱部３０は、加熱部３０を移動させるための、図示されない機械（以下、「加熱部移動機械」ともいう）に取付けられる。加熱部移動機械は、加熱部３０を、ＸＹ面に沿った方向、および、Ｚ軸方向に移動させることが可能なように構成される。

移動制御部５０は、加熱部移動機械が加熱部３０を移動させるように、当該加熱部移動機械を制御する。

ステージＳＴ１および冷媒流路９０は、前述した構成と同じ構成を有するので詳細な説明は繰り返さない。以下、簡単に説明する。ステージＳＴ１は、主面ＳＴ１ａと、裏面ＳＴ１ｂとを有する。主面ＳＴ１ａは、被加熱部材Ｗ１が載せられる面である。

加熱部３０は、基板２０と、複数の棒状部材１０とを含む。基板２０の形状は、板状である。また、基板２０のＸＹ面における形状は、例えば、円状または四角状である。基板２０は、主面２０ａを有する。

基板２０には、複数の棒状部材１０が設けられる。具体的には、基板２０の主面２０ａには、複数の棒状部材１０が所定の間隔をあけて固定される。当該複数の棒状部材１０は、被加熱部材Ｗ１のＸＹ面における形状に適応する形態で、基板２０の主面２０ａに固定される。なお、図１では、一例として、１０個の棒状部材１０が示されている。当該１０個の棒状部材１０は、基板２０に設けられる複数の棒状部材１０のうち、Ｘ軸方向に沿って並ぶ一部の棒状部材である。なお、基板２０の主面２０ａに固定される、Ｘ軸方向に沿って並ぶ棒状部材１０の数は、１０に限定されず、被加熱部材Ｗ１のサイズ、加熱の程度等適応した数（２〜９、または、１１以上）であってもよい。なお、基板２０の主面２０ａには、Ｙ軸方向にも、複数の棒状部材１０が間隔をあけて固定される。

当該各棒状部材１０は、導電性を有する。各棒状部材１０は、例えば、金属で構成される。当該各棒状部材１０は、後述の加熱制御処理Ａにおいて、被加熱部材Ｗ１が有する平面Ｗ１ｂに接触する部材である。すなわち、平面Ｗ１ｂは、各棒状部材１０が接触するための平面である。

棒状部材１０の形状は、棒状である。棒状部材１０は、端部１０ａと、端部１０ｂとを有する。端部１０ａは、棒状部材１０の一方側の端部である。端部１０ａの形状は、針状である。端部１０ｂは、棒状部材１０の他方側の端部である。端部１０ｂの形状は、例えば、円柱状である。基板２０の主面２０ａには、棒状部材１０の端部１０ｂが固定される。

電流制御部４０は、詳細は後述するが、複数の棒状部材１０の各々に電流を流すための制御を行う。電流制御部４０は、電源（図示せず）を有する。基板２０に設けられる各棒状部材１０の端部１０ｂは、電流制御部４０の電源（図示せず）に接続されている。

次に、加熱制御処理Ａについて説明する。加熱制御処理Ａは、要約すれば、各棒状部材１０を発熱させ、当該各棒状部材１０の余熱により被加熱部材Ｗ１を加熱する処理である。

図２は、加熱制御処理Ａのフローチャートである。加熱制御処理Ａでは、まず、ステップＳ１１０の処理が行われる。

ステップＳ１１０では、移動処理Ａ１が行われる。移動処理Ａ１では、移動制御部５０が、加熱部移動機械（図示せず）に対し、加熱部３０を移動ための制御を行う。

具体的には、図３に示すように、各棒状部材１０の端部１０ａが板状の導電体Ｅ１に接触するように、加熱部移動機械（図示せず）が、移動制御部５０の制御に従って、加熱部３０を移動させる。当該導電体Ｅ１は、ステージＳＴ２に設けられる。導電体Ｅ１は、例えば、金属で構成される。また、当該導電体Ｅ１は、グランド（接地電位）に接続されている。

ステップＳ１２０では、発熱処理が行われる。発熱処理では、電流制御部４０が、基板２０に設けられる複数の棒状部材１０の各々が発熱するように、当該複数の棒状部材１０の各々に電流を流すための制御を行う。具体的には、電流制御部４０が、各棒状部材１０の端部１０ｂに接続される電源を起動して当該電源に電圧を発生させる。

これにより、電荷が、各棒状部材１０の端部１０ｂから、当該各棒状部材１０の端部１０ａを介して、導電体Ｅ１へ移動する。すなわち、各棒状部材１０に電流が流れる。その結果、当該各棒状部材１０自体に、熱（ジュール熱）が発生する。すなわち、当該各棒状部材１０自体が発熱する。

ステップＳ１３０では、移動処理Ａ２が行われる。移動処理Ａ２では、移動制御部５０が、加熱部移動機械（図示せず）に対し、発熱した複数の棒状部材１０が被加熱部材Ｗ１に接触するように、当該複数の棒状部材１０を移動させるための制御を行う。

具体的には、図４に示すように、各棒状部材１０の端部１０ａが、被加熱部材Ｗ１の平面Ｗ１ｂに接触するように、加熱部移動機械（図示せず）が、移動制御部５０の制御に従って、加熱部３０を移動させる。なお、各棒状部材１０の端部１０ａが、被加熱部材Ｗ１の平面Ｗ１ｂに接触する際に当該被加熱部材Ｗ１を傷つけないように、当該被加熱部材Ｗ１に対する、各棒状部材１０の端部１０ａの圧力は予め調整されている。

前述したように、被加熱部材Ｗ１は、電気を通す性質である導電性を有する部材である。なお、被加熱部材Ｗ１は、導電性を有しない部材であってもよい。

なお、各棒状部材１０は、Ｚ軸方向に伸縮自在に構成されてもよい。当該構成では、例えば、当該各棒状部材１０の内部に弾性部材（例えば、バネ）が設けられる。この構成により、被加熱部材Ｗ１に対する、各棒状部材１０の端部１０ａの圧力の調整を容易にすることができる。

また、各棒状部材１０は、弾性部材（例えば、バネ）により、基板２０に固定される構成としてもよい。当該構成においても、被加熱部材Ｗ１に対する、各棒状部材１０の端部１０ａの圧力の調整を容易にすることができる。

なお、基板２０の主面２０ａは、各棒状部材１０が被加熱部材Ｗ１の平面Ｗ１ｂに接触する際において当該平面Ｗ１ｂと対向する。

本実施の形態では、基板２０に設けられる複数の棒状部材１０は、被加熱部材Ｗ１のＸＹ面のサイズに適応して設けられる。具体的には、当該複数の棒状部材１０は、発熱した当該複数の棒状部材１０が被加熱部材Ｗ１の平面Ｗ１ｂに接触した場合に当該平面Ｗ１ｂ全体が加熱されるように、基板２０の主面２０ａに分散して設けられる。

以上の処理および構成により、被加熱部材Ｗ１の平面Ｗ１ｂ全体を一括して加熱することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、電流制御部４０は、導電性を有する複数の棒状部材１０の各々が発熱するように、当該複数の棒状部材１０の各々に電流を流すための制御を行う。移動制御部５０は、発熱した複数の棒状部材１０が被加熱部材Ｗ１に接触するように、当該複数の棒状部材１０を移動させるための制御を行う。

これにより、電流を使用した構成において、被加熱部材Ｗ１が導電性を有するか否かに関わらず、当該被加熱部材Ｗ１を加熱することができる。

また、本実施の形態によれば、複数の棒状部材１０は、発熱した当該複数の棒状部材１０が被加熱部材Ｗ１の平面Ｗ１ｂに接触した場合に当該平面Ｗ１ｂ全体が加熱されるように、基板２０の主面２０ａに分散して設けられる。これにより、被加熱部材Ｗ１の平面Ｗ１ｂ全体を一括して加熱することができる。言い換えれば、被加熱部材Ｗ１において、平面Ｗ１ａを除く、平面Ｗ１ｂ全体を局所的に加熱することができる。

また、本実施の形態によれば、被加熱部材Ｗ１の平面Ｗ１ｂ全体を一括して加熱することができる。そのため、本実施の形態によれば、比較例に係るアニール装置２００のようにレーザー光によりスポット的に加熱する処理に比べ、被加熱部材Ｗ１の平面Ｗ１ｂ全体を加熱する時間を大幅に短縮することができる。すなわち、本実施の形態によれば、加熱のスループットを、アニール装置２００よりも大幅に改善することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０棒状部材、２０基板、３０加熱部、４０電流制御部、５０移動制御部、１００，２００アニール装置。

Claims

被加熱部材を加熱するアニール装置であって、
導電性を有する複数の棒状部材と、
前記複数の棒状部材の各々が発熱するように、当該複数の棒状部材の各々に電流を流すための制御を行う電流制御部と、
発熱した前記複数の棒状部材が前記被加熱部材に接触するように、当該複数の棒状部材を移動させるための制御を行う移動制御部と、を備え、
発熱した前記複数の棒状部材が前記被加熱部材に接触するとき、当該複数の棒状部材の各々には前記電流が流れていない
アニール装置。
前記被加熱部材の形状は、板状であり、
前記被加熱部材は、前記各棒状部材が接触するための平面を有し、
前記アニール装置は、前記複数の棒状部材が設けられた基板をさらに備え、
前記基板は、前記各棒状部材が前記被加熱部材の平面に接触する際において当該平面と対向する主面を有し、
前記複数の棒状部材は、発熱した当該複数の棒状部材が前記被加熱部材の平面に接触した場合に当該平面全体が加熱されるように、前記基板の前記主面に分散して設けられる
請求項１に記載のアニール装置。