JPH05291169A - 光照射半導体製造装置および半導体加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、半導体基板の加熱に際し、昇
温、降温速度の低下を伴なわずに基板の中心部と端部と
の温度差を解消できる光照射半導体製造装置および半導
体加熱方法を提供しようとするものである。 【構成】 半導体基板(1) 全体あるいは端部を除く領域
を光照射して基板(1) の中心部を加熱するランプ(2)
と、基板(1) 端部のみあるいは主に端部を光照射して基
板(1) の端部を加熱するランプ(4) と、基板(1) の中心
部の温度を検出するパイロメータ(6) と、基板(1) の端
部の温度を検出するパイロメータ(8) と、パイロメータ
(6) により検出された温度に基づいてランプ(2) を制
御、およびパイロメータ(8) により検出された温度に基
づいてランプ(4) を制御する制御装置(10)と、を具備す
る。このような装置であると、基板(1) の中心部および
端部それぞれの温度に基づいてランプ(2) およびランプ
(4) が独立制御され、昇温、降温速度の低下を伴わずに
基板の中心部と端部との温度差を解消して処理できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光照射により半導体
基板を加熱処理する光照射半導体製造装置および半導体
加熱方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、イオン注入による半導体基板中へ
の不純物導入法が行われているが、この方法では、注入
後に不純物の活性化、イオン注入による照射損傷を回復
するための熱処理が必要である。この際、注入された不
純物の深さ方向の濃度分布が熱拡散により変化しないよ
うに短時間で行わなければならない。このような要請に
より、最近、半導体基板を光照射する方法が開発されつ
つある。この方法によれば、数秒の短時間で１０００℃
以上まで昇温可能である。また、この方法の温度制御性
の迅速さを利用した、酸化、窒化、シリサイド化反応の
開発も行われている。

【０００３】ところで、このような装置では、急速加熱
を可能とするため、被加熱物の熱容量を可能な限り小さ
くすることが必要である。このため、半導体基板は熱伝
導損失が放射損失に比べ十分に小さくなるよう熱的に分
離されて保持される。このため、加熱される半導体基板
の温度は、光源および周囲からの輻射熱量と基板表面か
らの放射熱量との平衡で決まる。

【０００４】ところが、半導体基板を基板上下方向から
均一に光照射しても、基板端部に入射する光量は少な
く、かつ基板端部においては、基板端部面積からの熱放
射があり、基板中心部に比べ、熱放射量が多い。

【０００５】このため、半導体基板周辺部温度は中心部
に比べ低くなり、一般に基板端面から１０ｍｍ程度の領
域（以下、基板端部と称す）に温度勾配が生じ、その温
度差は数十℃に及ぶと考えられている。

【０００６】この温度差のため、プロセス上の重要な物
性値である抵抗値や、接合深さが不均一になり、さらに
は“反り”、“スリップライン”が発生することもあ
る。“反り”が発生すると、例えばフォトエッチング工
程でパタ−ン精度が悪化し、また、“スリップライン”
が発生した場合には半導体として使用不能になる等の重
大な損失を起こす原因となる。

【０００７】従来、この温度差を解消するために、半導
体基板周囲にリング状のランプ、あるいは光照射によっ
て昇温するような部材等の補助過熱装置を配置して半導
体基板の温度を均一化するようにされている。

【０００８】あるいは、光源と半導体基板間に中心部の
光透過性を減少させることによりフィルタ機能を有した
石英製窓を配置し、基板中心部の入射光量を抑制する等
の方法も研究され、一部は実用化されている。図９およ
び図１０は補助過熱装置を配置した従来の光照射半導体
製造装置の断面図である。

【０００９】図９および図１０に示すように、半導体基
板１は第１のランプ２により石英製窓１２の上部を介し
て加熱されるとともに、第２のランプ４により石英製窓
１２の下部を介して加熱される。参照符号６は、基板１
の温度を測定するパイロメータである。そして、基板１
の周囲を囲むようにリング状のランプ７Ａ、あるいは昇
温部材７Ｂが配置されている。このような装置に用いら
れる石英製窓１２はその上部、下部とも、全体的に一様
な光透過性を有している。

【００１０】図１１はフィルタ機能を有した石英製窓１
３を配置した従来の光照射半導体製造装置の断面図であ
る。図１１において、図９および図１０と同一の部分に
ついては同一の参照符号を付す。

【００１１】この種の装置においては、例えば図１２に
示すように、その石英製窓１３が光透過性を減少させた
領域９を有している。この領域９は、基板１にほぼ対応
した大きさを有している。ところが、これらの方法に
は、以下に述べるような問題点があった。

【００１２】リング状ランプ７Ａを補助加熱装置として
半導体基板１の周囲に配置する場合、リング状ランプ７
Ａが半導体基板１の極近傍に配置されるため、ランプそ
のものの発光強度不均一性や、基板との距離の不均一性
により、均一な加熱が困難となる。また、非常に高温と
なるランプ表面が基板１近傍に存在することから、ラン
プ表面から放出される不純物による汚染も問題である。

【００１３】光照射により昇温するような部材７Ｂを補
助加熱装置として配置する場合、一般に、この種の補助
加熱装置の熱容量は半導体基板１に比べて大きいため、
補助加熱装置、すなわち、昇温部材７Ｂの温度変化速度
は半導体基板１に比べて小さい。このため、半導体基板
１の昇温中にはその端部を加熱する効果が不十分にな
り、逆に降温中には補助加熱装置の降温速度が小さいた
め、基板１端部の加熱が過剰になってしまう。よって、
昇温、降温速度は補助加熱装置の熱容量で律速されてし
まうことになる。さらに、リング状ランプ７Ａ同様に不
純物汚染の問題がある。

【００１４】光源と半導体基板間にフィルタ機能を有す
る石英製窓１３を配置し、基板中心部の入射光量を抑制
する方法においても、半導体熱処理温度、時間、昇およ
び降温速度の変化により、基板中心部と端部とへの最適
な照射光量比率は変化するのに対して、この方法では固
定された比率となるため、熱処理全工程を通して基板温
度を均一化することは困難である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みてなされたもので、その目的は、半導体基板
の加熱に際し、昇温、降温速度の低下を伴なわずに基板
の中心部と端部との温度差を解消できる光照射半導体製
造装置および半導体加熱方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明の光照射半導体
製造装置および半導体加熱方法は、半導体基板全体ある
いは基板端部を除く領域を光照射して基板の中心部を加
熱する第１の加熱手段と、前記基板端部のみ、あるいは
主に端部を光照射して基板の端部を加熱する第２の加熱
手段と、を設けている。さらに前記基板の中心部の温度
を検出する第１の検出手段および前記基板の端部の温度
を検出する第２の検出手段とを設けて、制御手段によ
り、前記第１の検出手段により検出された前記基板の中
心部の温度に基づき前記第１の加熱手段の照射量を制
御、および前記第２の検出手段により検出された前記基
板の端部の温度に基づき前記第２の加熱手段の照射量を
制御するようにしている。

【００１７】

【作用】上記のような装置および加熱方法にあっては、
半導体基板の中心部とその端部とがそれぞれ、第１の加
熱手段および第２の加熱手段により別個に加熱される。
さらに基板の中心部および端部それぞれの温度に基づ
き、制御手段により、第１の加熱手段および第２の加熱
手段がそれぞれ独立して制御される。このため、基板の
中心部と端部との温度差を解消できる。これとともに、
加熱処理に際し、昇温速度、降温速度が低下することも
ない。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明を一実施例に
より説明する。この説明において、全図にわたり共通部
分には共通の参照符号を付す。図１は、この発明の第１
の実施例に係わる光照射半導体製造装置の断面図、図
２、図３は上記装置に用いられる石英製窓の斜視図であ
る。

【００１９】図１に示すように、半導体基板１の主面上
方には、基板１全体、あるいは基板の端部を除く領域を
光照射するための長尺ハロゲンランプ等からなる第１の
ランプ２が密に並べられて配され、基板１とランプ２と
の間には上部石英製窓３が設置されている。この石英製
窓３には、図２（ａ）に示すような全体的に均一に光を
透過する窓、または図２（ｂ）に示すような基板１端部
への光透過率を抑制する領域９を持つ窓のいずれかが使
用される。半導体基板１の裏面下方には、基板１の端部
のみ、あるいはあるいは主に端部を光照射するための第
２のランプ４が密に並べられて配され、基板１とランプ
４との間には下部石英製窓５が設置されている。この石
英製窓５には、図３に示すような基板１中心部への光透
過率を抑制する領域９を持つ窓が使用される。

【００２０】基板１の温度を光学的に検出する基板中心
部温度検出用パイロメータ６は、基板１中心部直下でラ
ンプの影響を受けないランプ４間に設置されている。さ
らに、基板端部温度検出用パイロメータ８が、基板１端
部またはその周辺部直下に設置されている。図１中に示
す装置では、周辺部温度検出用パイロメータ８が１つだ
け設けられるているが、基板１端部またはその周辺部直
下に複数取り付けられても良い。

【００２１】これらのパイロメータ６、８はそれぞれ、
温度制御装置１０に接続されている。制御装置１０はパ
イロメータ６の検出結果に基づいて第１のランプ２の照
射量を所望の量に制御するとともに、パイロメータ８の
検出結果に基づいて第２のランプ４の照射量を所望の量
に制御する。これにより、基板１の温度は、その中心部
および端部がそれぞれ独立制御され、基板１温度の均一
化が図られる。図４は、この発明の第２の実施例に係わ
る光照射半導体製造装置の断面図である。図４に示すよ
うに、石英製窓１１を上部、下部とも一体に形成しても
良い。図５、図６は、第２の実施例に係わる装置に使用
される石英製窓１１の斜視図である。

【００２２】石英製窓１１の上部は、図５（ａ）に示す
ように均一な光透過性を有するように形成され、その下
部には、図５（ｂ）に示すように、基板１中心部への光
透過率を減少させた領域９が形成されている。

【００２３】また、図６（ａ）に示すように、石英製窓
１１の上部に、基板１端部への光透過率を減少させた領
域９を形成するとともに、その下部に、基板１中心部へ
の光透過率を減少させた領域９を形成するようにしても
良い。図７は、この発明の第３の実施例に係わる光照射
半導体製造装置の断面図である。図７に示すように、第
１のランプ２を、長尺ハロゲンランプから長尺アークラ
ンプに代えても良い。

【００２４】この構成においては、上部石英製窓３を図
２（ａ）または図２（ｂ）に示すもので、下部石英製窓
５を図３に示すものでそれぞれ構成し、制御装置１０に
よりパイロメータ６の検出結果に基づいて第１のランプ
２の照射量を制御、およびパイロメータ８の検出結果に
基づいて第２のランプ４の照射量を制御する構成とす
る。このような構成においても、第１の実施例と同様な
効果が得られる。図８は、この発明の第４の実施例に係
わる光照射半導体製造装置の断面図である。

【００２５】図８に示すように、第１のランプ２を、長
尺ハロゲンランプから長尺アークランプに代え、かつ上
部と下部とを一体に形成した石英製窓１０を設ける構成
としても良い。この構成の場合には、石英製窓１１が、
図５、または図６に示したもので構成される。

【００２６】上記第１〜第４の実施例により説明した構
成の光照射半導体製造装置であると、基板１を全体的
に、あるいはその端部を除いて加熱する第１のランプ２
と、基板１の端部、あるいはその端部を主に加熱する第
２のランプ４を有している。そして、制御装置１０によ
り、第１のランプ２が基板１中心部の温度に基づいて、
また第２のランプ４が基板１端部の温度に基づいてそれ
ぞれ独立して、その照射量りが制御される。よって、い
かなる熱処理履歴においても半導体基板中心部とその端
部部との間に温度差を生ずることなく、しかも、急速に
加熱することが可能となる。

【００２７】また、上記第１〜第４の実施例に係わる装
置によれば、第１のランプ２および第２のランプ４がと
もに石英製窓３、５、あるいは１１を介して、基板１を
照射する構成となっているため、図９、図１０に示した
装置で問題となっていたランプ表面から放出される不純
物による基板１の汚染の問題も解消できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、半導体基板の加熱に際し、昇温、降温速度の低下を
伴なわずに基板の中心部と端部との温度差を解消できる
光照射半導体製造装置および半導体加熱方法を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の第１の実施例に係わる光照
射半導体製造装置の断面図。

【図２】図２は、図１に示す装置に使用される上部石英
製窓を示す図で、（ａ）はその第１の例の斜視図、
（ｂ）はその第２の例の斜視図。

【図３】図３は、図１に示す装置に使用される下部石英
製窓の斜視図。

【図４】図４は、この発明の第２の実施例に係わる光照
射半導体製造装置の断面図。

【図５】図５は、図４に示す装置に使用される石英製窓
を第１の例を示す図で、（ａ）はその上部から見た斜視
図、（ｂ）はその下部から見た斜視図。

【図６】図６は、図４に示す装置に使用される石英製窓
を第２の例を示す図で、（ａ）はその上部から見た斜視
図、（ｂ）はその下部から見た斜視図。

【図７】図７は、この発明の第３の実施例に係わる光照
射半導体製造装置の断面図。

【図８】図８は、この発明の第４の実施例に係わる光照
射半導体製造装置の断面図。

【図９】図９は、第１の従来例に係わる光半導体製造装
置の断面図。

【図１０】図１０は、第２の従来例に係わる光半導体製
造装置の断面図。

【図１１】図１１は、第３の従来例に係わる光照射半導
体製造装置断面図。

【図１２】図１２は、図１１に示す装置に使用される石
英製窓の斜視図である。

【符号の説明】

１…半導体基板、２…第１のランプ、３…石英製窓、４
…第２のランプ、５…石英製窓、６…基板中心部温度検
出用パイロメータ、８…基板周辺部温度検出用パイロメ
ータ、９…光透過率を減少させた領域、１０…制御装
置、１１…石英製窓。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板全体あるいは基板端部を除く
   領域を光照射し、前記基板の中心部を加熱する第１の加
   熱手段と、 基板端部のみ、あるいは主に端部を光照射し、前記基板
   の端部を加熱する第２の加熱手段と、 前記基板の中心部の温度を検出する第１の検出手段と、 前記基板の端部の温度を検出する第２の検出手段と、 前記第１の検出手段により検出された前記基板の中心部
   の温度に基づき前記第１の加熱手段の照射量を制御およ
   び前記第２の検出手段により検出された前記基板の端部
   の温度に基づき前記第２の加熱手段の照射量を制御する
   制御手段と、 を具備することを特徴とする光照射半導体製造装置。
2. 【請求項２】 半導体基板の中心部を、この基板全体あ
   るいは基板端部を除く領域を光照射して加熱する第１の
   加熱手段により加熱し、 前記基板の端部を、この基板端部のみ、あるいは主に端
   部を光照射して加熱する第２の加熱手段により加熱し、 前記基板の中心部の温度を第１の検出手段により検出
   し、 前記基板の端部の温度を第２の検出手段により検出し、 前記第１の検出手段により検出された前記基板の中心部
   の温度に基づき前記第１の加熱手段の照射量を制御およ
   び前記第２の検出手段により検出された前記基板の端部
   の温度に基づき前記第２の加熱手段の照射量を制御する
   ことを特徴とする半導体加熱方法。