JPH0817755A - 半導体ウエハーの熱処理装置 - Google Patents

半導体ウエハーの熱処理装置

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JPH0817755A
JPH0817755A JP14352594A JP14352594A JPH0817755A JP H0817755 A JPH0817755 A JP H0817755A JP 14352594 A JP14352594 A JP 14352594A JP 14352594 A JP14352594 A JP 14352594A JP H0817755 A JPH0817755 A JP H0817755A
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JP
Japan
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semiconductor wafer
heating
temperature
wafer
heat treatment
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JP14352594A
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English (en)
Inventor
Atsushi Horiuchi
淳 堀内
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication of JPH0817755A publication Critical patent/JPH0817755A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 加熱に伴って生ずるおそれのある半導体ウエ
ハーに対する特に表・裏面の温度差による悪影響を防止
できる半導体ウエハーの熱処理装置の提供。 【構成】 半導体ウエハー1を、該半導体ウエハー1の
一方の面1a(裏面)を加熱する加熱手段2と、他方の
面1b(表面)を加熱する加熱手段3とにより熱処理す
る際、半導体ウエハー1の裏面1aの温度と、表面1b
の温度とをそれぞれ別個に測定できる機構(温度測定手
段4,5)を設け、又は更に各温度測定結果に基づいて
それぞれの加熱手段2,3を制御する加熱手段制御機構
6,7を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハーの熱処
理装置に関する。本発明は、半導体デバイスの製造プロ
セス等において、半導体ウエハーを加熱処理する各種の
場合に用いることができる。
【0002】
【従来の技術】半導体ウエハーの熱処理装置としては、
従来より、例えばウエハーをハロゲンランプ等のランプ
により加熱するランプアニール装置が知られている。
【0003】一般に、ランプアニール装置は、高温かつ
短時間のウエハー熱処理を行う枚葉式の加熱装置であ
る。この種の装置の従来の例を図2に示す。被処理ウエ
ハー1を配置した処理室8である石英チャンバーの上
部、及び下部に、該石英チャンバー内のウエハー1と水
平に並ぶようにランプが10〜20本程度それぞれ配置
されている。これらが、それぞれウエハーの上面(一般
に素子形成面である表面)、及び下面(一般に裏面であ
るベアSi面)を加熱する加熱手段3,2をなしてい
る。
【0004】ウエハー1は、処理室8である石英チャン
バー内に搬送されサセプター(図示せず)上に置かれ
る。処理室8(石英チャンバー)内は、ウエハー1の搬
送後、窒素や酸素などのプロセスガス雰囲気に置換させ
る。
【0005】ウエハー1の加熱は、処理室外部の加熱手
段2,3であるランプを発光させ、その発光エネルギー
をウエハー1が吸収し、ウエハー1内部で熱エネルギー
に変換することで行われる。ウエハー1の温度は、測温
手段4aにより測定し、制御機構6aにフィードバック
してランプパワーを制御する。この測温手段4aは、通
常、ウエハー1の下面、つまり裏面の温度を計測するよ
うに設けられている。例えば通常、熱電対をウエハー1
裏面に接触させたり、処理室8である石英チャンバー外
部からパイロメーターによりウエハー1の裏面の温度を
計測している。
【0006】ここで問題になるのは、ウエハー1の発光
エネルギー吸収で、これはその構造や抵抗率により異な
ることである。特に金属とSiでは、吸収係数が大きく
異なる。
【0007】例として、図3に、Si基板(何も成膜し
ていないベアなSi基板)とSi基板の一方の面(表
面)上に金属膜をつけたウエハーを、同じランプパワー
で処理した場合の温度モニターの例を示す。
【0008】金属膜は発光エネルギーの吸収率がSiに
比べ高いので、図3のグラフIから理解されるように、
金属膜付きSiウエハーについては、加熱昇温時に急激
に温度が上昇している。通常は前述のようにウエハー裏
面(つまりSi面)の温度を測定してこれに基づいたラ
ンプパワーの制御を行っており、図3の測温データもS
i面のものであるが、金属膜はさらに高温になっている
と予想される。昇温スピードによっては、表面金属膜と
Siとの温度差によるひずみからクラック等が生じる可
能性がある。
【0009】
【発明の目的】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
して、半導体ウエハーの熱処理装置において、加熱に伴
って生ずるおそれのある半導体ウエハーに対する悪影響
を防止することができる半導体ウエハーの熱処理装置を
提供することを目的とする。
【0010】
【目的を達成するための手段】本出願の請求項1の発明
は、半導体ウエハーを、該半導体ウエハーの一方の面を
加熱する加熱手段と、他方の面を加熱する加熱手段とに
より熱処理する半導体ウエハーの熱処理装置において、
上記半導体ウエハーの上記一方の面の温度と、上記他方
の面の温度とをそれぞれ別個に測定できる機構を設けた
ことを特徴とする半導体ウエハーの熱処理装置であっ
て、これにより上記目的を達成するものである。
【0011】本出願の請求項2の発明は、半導体ウエハ
ーを、該半導体ウエハーの一方の面を加熱する加熱手段
と、他方の面を加熱する加熱手段とにより熱処理する半
導体ウエハーの熱処理装置において、上記半導体ウエハ
ーの上記一方の面の温度と、上記他方の面の温度とをそ
れぞれ別個に測定できる機構を設け、該それぞれの温度
測定結果に基づいてそれぞれの加熱手段を制御する構成
としたことを特徴とする半導体ウエハーの熱処理装置で
あって、これにより上記目的を達成するものである。
【0012】
【作用】本出願の請求項1の発明によれば、半導体ウエ
ハーを、該半導体ウエハーの一方の面を加熱する加熱手
段と、他方の面を加熱する加熱手段とにより熱処理する
半導体ウエハーの熱処理装置において、上記半導体ウエ
ハーの上記一方の面の温度と、上記他方の面の温度とを
それぞれ別個に測定できる機構を設けたので、双方の面
の温度の正確な情報に基づいて加熱状況の制御(例えば
一面の冷却やサセプタ移動その他の加熱環境の制御や、
加熱出力の制御など)を行うことができ、これにより熱
処理に伴う悪影響を制御することができる。。
【0013】本出願の請求項2の発明によれば、同様な
熱処理装置において、上記半導体ウエハーの上記一方の
面の温度と、上記他方の面の温度とをそれぞれ別個に測
定でいる機構を設け、該それぞれの温度測定結果に基づ
いてそれぞれの加熱手段を制御する構成としたので、悪
影響を避ける制御を容易かつ確実に達成できる。
【0014】いずれの発明においても、被処理半導体ウ
エハーの双方の面の加熱時における温度差に由来する悪
影響を抑えるように制御することができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。但し当然のことではあるが、本発明は図
示の実施例により限定を受けるものではない。
【0016】実施例1 この実施例は、本発明を、Si基板の一面(素子形成
面。これを表面とする。)に金属膜特にTi/TiN膜
を形成し、他面(裏面)はベアなSi面になっているS
i半導体ウエハーの熱処理について適用した。本実施例
の半導体ウエハーの熱処理装置の構成を図1に示す。
【0017】この実施例は、図1に示すように、半導体
ウエハー1を、該半導体ウエハー1の一方の面1a(裏
面)を加熱する加熱手段2と、他方の面1b(表面)を
加熱する加熱手段3とにより熱処理する半導体ウエハー
の熱処理装置において、上記半導体ウエハー1の上記一
方の面1aの温度と、上記他方の面1bの温度とをそれ
ぞれ別個に測定できる機構(ここでは温度測定手段4,
5)を設けたものである。
【0018】特に本実施例に係る半導体ウエハーの熱処
理装置は、上記半導体ウエハー1の上記一方の面1aの
温度と、上記他方の面1bの温度とをそれぞれ別個に測
定できる機構を設けるとともに、該それぞれの温度測定
結果に基づいてそれぞれの加熱手段2,3を制御する構
成(加熱手段制御機構6,7を設ける)としたものであ
る。
【0019】更に詳しくは、本実施例の熱処理装置は、
ランプを加熱手段2,3とするアニーラーであり、図1
に示すように、被処理半導体ウエハー1が処理室8であ
る石英チャンバー内に配置され、処理室8外の下部にあ
る下部加熱用ランプが加熱手段2としてウエハー1の一
方の面1a(図の下面。ここでは裏面)を加熱し、処理
室8外の上部にある上部加熱用ランプが加熱手段3とし
てウエハー1の他方の面1b(図の上面。ここでは表
面)を加熱する構成になっている。この実施例の温度測
定手段4はウエハー下部測定用パイロメーターであり、
温度測定手段5はウエハー表面測定用パイロメーターで
ある。
【0020】本実施例の半導体ウエハーの熱処理装置に
おいて、処理室8である石英チャンバー内に搬送された
ウエハー1は、上部及び下部のランプ(加熱手段3,
2)により加熱される。ウエハー1の温度は表面と裏面
をそれぞれ計測できるように処理室8(石英チャンバ
ー)の上下に温度測定手段5,4であるパイロメーター
を配置してある(なおこの例では温度計測は赤外放射を
検知するパイロメーターで行っているが、ウエハー表面
及び裏面に熱電対を接触させ温度計測する構成にしても
よい)。
【0021】このとき、加熱手段2,3であるランプの
パワーの制御であるが、上部ランプはウエハー表面の温
度を、下部のランプはウエハー裏面の温度をフィードバ
ックし、それぞれ別個に制御できるシステムになってい
る。これらのフィードバックによる制御は、図1におけ
る加熱手段制御機構6,7により行う。
【0022】ここで、本実施例のように、Si基板上に
Ti/TiN膜を30/70nm厚で堆積したウエハー
を、650℃30秒のアニール処理を行った場合、従来
のウエハー裏面の温度のみを測定しランプパワーを制御
するシステムでは、昇温速度を30℃/sec程度に抑
える必要があった(一般的なランプアニーラー装置は最
大200℃/secの昇温性能が有る)。これは昇温速
度をこれ以上あげると、Ti/TiN膜の表面温度がS
i基板にくらべ急激に上昇するために、Ti/TiN膜
とSi基板との温度差が大きくなり、Ti/TiN膜に
クラックが発生したり剥がれが生じるためである。
【0023】しかし、本発明を適用したこの実施例のシ
ステムを使用した場合は、ウエハー1の裏面(一方の面
1a)と同時に表面(他方の面1b)の温度も測定して
いる。さらに加熱手段2である下部ランプはウエハー裏
面温度を、加熱手段3である上部ランプはウエハー表面
温度を、それぞれモニターし、これに基づいて加熱手段
制御機構6,7によりフィードバック制御されている。
そのため上部のランプ(加熱手段3)はTi/TiN膜
の、下部のランプ(加熱手段2)はSi基板の発光エネ
ルギー吸収係数に対応したランプパワーを発生すること
になる。つまりTi/TiN膜を堆積したSi基板をア
ニールする場合、一般に上部ランプは下部ランプに比べ
少ないランプパワーを発生するように制御されることに
なる。したがって、従来のシステムでは使用できなかっ
た高い昇温速度でウエハーを加熱しても、Ti/TiN
膜とSi基板の温度差は最小限に抑えられるので、剥が
れはもちろんクラックも発生しない。
【0024】このように本実施例では、加熱手段3,2
である上下のランプパワーをウエハー表面、裏面の状態
に応じてそれぞれ制御することができるので、ウエハー
の構造によらず精密な加熱制御ができる。
【0025】上述のように、本実施例によれば、Si基
板上に金属膜を堆積したウエハー1を加熱処理する場
合、ウエハー表面と裏面の温度差を最小限にすることが
できる。このことにより温度差から発生する悪影響を抑
えることができる。また従来よりも昇温速度をあげるこ
とが可能となる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、半導体ウエハーの熱処
理装置において、加熱に伴って生ずるおそれのある半導
体ウエハーに対する悪影響、特に被処理半導体ウエハー
の両面の温度差に基づく悪影響を防止することができる
半導体ウエハーの熱処理装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1を示す構成図である。
【図2】従来例を示す構成図である。
【図3】問題点を示す図である。
【符号の説明】
1 半導体ウエハー 1a 半導体ウエハーの一方の面(裏面) 1b 半導体ウエハーの他方の面(表面) 2 加熱手段(裏面加熱用ランプ) 3 加熱手段(表面加熱用ランプ) 4 温度測定手段(裏面温度計測用) 5 温度測定手段(表面温度計測用) 6 加熱手段制御機構(裏面加熱用ランプのパワ
ー制御手段) 7 加熱手段制御機構(表面加熱用ランプのパワ
ー制御手段) 8 処理室(石英チャンバー)
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年10月28日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体ウエハーを、該半導体ウエハーの一
    方の面を加熱する加熱手段と、他方の面を加熱する加熱
    手段とにより熱処理する半導体ウエハーの熱処理装置に
    おいて、 上記半導体ウエハーの上記一方の面の温度と、上記他方
    の面の温度とをそれぞれ別個に測定できる機構を設けた
    ことを特徴とする半導体ウエハーの熱処理装置。
  2. 【請求項2】半導体ウエハーを、該半導体ウエハーの一
    方の面を加熱する加熱手段と、他方の面を加熱する加熱
    手段とにより熱処理する半導体ウエハーの熱処理装置に
    おいて、 上記半導体ウエハーの上記一方の面の温度と、上記他方
    の面の温度とをそれぞれ別個に測定できる機構を設け、
    該それぞれの温度測定結果に基づいてそれぞれの加熱手
    段を制御する構成としたことを特徴とする半導体ウエハ
    ーの熱処理装置。
JP14352594A 1994-06-24 1994-06-24 半導体ウエハーの熱処理装置 Pending JPH0817755A (ja)

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