JPH0917741A - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱処理時における被処理物の面内温度の均一
性を向上させる。 【構成】 熱処理中に半導体ウエハ４を支持する第２支
持手段６を、半導体ウエハ４と同一材料によって構成す
るとともに、その外径が半導体ウエハ４の外径よりも大
径のリング状の部材によって構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理装置および熱処
理技術に関し、特に、半導体集積回路装置の製造工程に
用いる熱処理装置および熱処理方法に適用して有効な技
術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体集積回路装置の熱処理技術
においては、半導体ウエハ面内の温度の均一化が重要な
課題とされてきた。特に、光源からの光エネルギーによ
って半導体ウエハだけを加熱する、いわゆるコールドウ
ォール形の熱処理装置においては、半導体ウエハの外周
からの熱放散に起因して半導体ウエハ面内の温度均一化
が阻害される問題があった。

【０００３】これに応えて、この種の熱処理装置におい
ては、光源を複数設け、その各々の熱量を分割制御する
ゾーンコントロールの最適化技術や半導体ウエハの外周
部にその外周部からの熱放射を抑え温度低下を補うセラ
ミック製のガードリング等を設ける技術等、様々な改善
が図られてきた。

【０００４】なお、そのゾーンコントロール法およびガ
ードリングを設ける技術については、例えば、株式会社
工業調査会、１９９３年１１月２０日発行「超ＬＳＩ製
造試験装置」Ｐ６２〜Ｐ６４に記載がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、本発明者が
検討した熱処理技術においては、以下の問題があること
を本発明者は見い出した。

【０００６】第１は、半導体ウエハの外周部からの放熱
に起因する半導体ウエハ面内の温度不均一性の問題に対
して充分な効果が得られていないという問題である。こ
れは、半導体ウエハが大口径になるにつれて問題とな
る。

【０００７】例えばゾーンコントロール法においては、
その制御が難しい等の問題があり、充分な効果が得られ
ない場合がある。また、セラミック製のガードリングを
設ける技術においては、ウエハ支持部の高さとガードリ
ングの主面の高さとが同一となっていると、半導体ウエ
ハを搬送部材によってウエハ支持部上に載置する際にガ
ードリングが邪魔となり支持部上に載置できなくなって
しまうので、ガードリングを半導体ウエハから多少離し
た位置に配置しなければならない結果、ガードリングに
よる充分な効果が得られない場合がある。

【０００８】第２は、熱処理に際して被処理物を支持す
る支持部から熱が逃げる結果、被処理物の面内の温度が
不均一となる問題である。これは、その支持部が通常は
石英等のような光の吸収する度合いが違う部材によって
構成されているので暖まりにくいことに起因する問題で
ある。

【０００９】本発明の目的は、熱処理時における被処理
物の面内温度の均一性を向上させることのできる技術を
提供することにある。

【００１０】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、明細書の記述および添付図面から明らかにな
るであろう。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１２】すなわち、本発明の熱処理装置は、処理室
内に収容された被処理物を主加熱源からの光によって加
熱する熱処理装置であって、前記被処理物の熱処理中に
前記被処理物に接触する構成部分を、前記被処理物と同
一材料によって構成したものである。

【００１３】また、本発明の熱処理装置は、処理室内に
収容された被処理物を主加熱源からの光によって加熱す
る熱処理装置であって、前記被処理物を処理室内に搬入
出する搬入出手段と、前記被処理物を搬入出手段によっ
て処理室内に搬入出するにあたって前記被処理物を仮に
支持する第１支持手段と、前記被処理物を熱処理中に接
触した状態で支持する第２支持手段とを備え、前記第２
支持手段を、前記被処理物と同一の材料によって構成す
るとともに、前記被処理物を取り囲むような形状の部材
によって構成したものである。

【００１４】さらに、本発明の熱処理装置は、処理室内
に収容された被処理物を主加熱源からの光によって加熱
する熱処理装置であって、前記被処理物を処理室内に搬
入出する搬入出手段と、前記被処理物を支持する支持手
段と、前記被処理物の厚さ方向に離間した位置に設けら
れ、前記被処理物の熱処理中における外周温度を補正す
るために、前記被処理物を取り囲むように形成されたセ
ラミックからなる温度補正手段とを備え、前記温度補正
手段を加熱する副加熱源を、前記主加熱源とは独立して
制御可能な状態で設けたものである。

【００１５】

【作用】上記した本発明の熱処理装置によれば、熱処理
中に被処理物と接触する部分を被処理物と同一材料によ
って構成したことにより、その接触部分からの放熱作用
を抑制することができるので、熱処理中における被処理
物の面内温度均一性を向上させることが可能となる。

【００１６】また、上記した本発明の熱処理装置によれ
ば、熱処理中の被処理物を支持する第２支持手段を被処
理物と同一材料によって構成したことにより、被処理物
の外周部からの放熱を抑制することができる。また、第
２支持手段を、被処理物と同一材料からなり、かつ、被
処理物を取り囲むような形状の部材によって構成したこ
とにより、実効上、被処理物の径を大きくしたのと等価
な状態を作ることができ、被処理物が中央の均一温度領
域にあるようにすることが可能となる。したがって、熱
処理中における被処理物の面内温度均一性を向上させる
ことが可能となる。

【００１７】さらに、上記した本発明の熱処理装置によ
れば、温度補正手段を副加熱源によって加熱することに
より、半導体ウエハの外周部からの放熱を抑制すること
ができるので、熱処理中における被処理物の面内温度均
一性を向上させることが可能となる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１９】（実施例１）図１は本発明の一実施例であ
る熱処理装置の説明図、図２は図１の熱処理装置の平面
図、図３および図４は図１および図２の熱処理装置を用
いる場合の被処理物搬送工程から熱処理工程までの説明
図である。

【００２０】本実施例１の熱処理装置は、図１および図
２に示すように、例えば半導体集積回路装置の短時間ア
ニール工程で用いる枚葉式のランプアニール装置１であ
る。

【００２１】ランプアニール装置１を構成する加熱源
（主加熱源）２は、例えば複数本の円筒状のランプ２ａ
が互いに直交するように２段重ねされて構成されてい
る。そして、このランプ２ａ群は所定数のゾーンに分割
され、それぞれ独立にパワー設定することが可能な構造
となっている。このランプ２ａには、例えばタングステ
ンハロゲンランプが使用されている。

【００２２】加熱源２の下方には、処理室３が設けられ
ている。加熱源２と処理室３とは、石英等からなる透明
な隔壁板（図示せず）を介して隔てられている。処理室
３は、例えばＳｉ単結晶からなる半導体ウエハ（被処理
物）４に対して熱処理を施すための部屋であり、その処
理室３内には、第１支持手段５と、第２支持手段６とが
設けられているとともに、その側面に設けられた開口部
を開閉する開閉扉７が設けられている。

【００２３】熱処理前の半導体ウエハ４は、開閉扉７を
開けた後、その開口部を通じて処理室３内へ搬入され、
熱処理後の半導体ウエハ４は、開閉扉７を開けた後、そ
の開口部を通じて処理室３内から搬出されるようになっ
ている。

【００２４】第１支持手段５は、処理室３内に搬送され
た半導体ウエハ４を仮に支持するための構成部であり、
支持台５ａと、その上に立設された３本の支持ピン５ｂ
とを有している。支持台５ａおよび支持ピン５ｂは、例
えば石英等からなり、上下動可能な構造となっている。
なお、図示はしないが、支持台５ａと処理室３を構成す
る筐体との接触部には処理室３内の気密性を確保するた
めの封止部材が設けられている。

【００２５】また、第２支持手段６は、熱処理に際して
半導体ウエハ４を直接接触した状態で支持する構成部で
あり、例えば平面リング状に形成されている。第２支持
手段６の外径は、半導体ウエハ４の直径よりも大径とな
っており、第２支持手段６の内径は、半導体ウエハ４の
直径よりも小径となっている。

【００２６】ところで、本実施例１においては、この第
２支持手段６が、例えば半導体ウエハ４と同一材料のＳ
ｉ単結晶によって構成されている。ただし、第２支持手
段６の全部をＳｉ単結晶によって構成しても良いし、第
２支持手段６を石英等からなる基台の上面にＳｉ単結晶
からなる層を設けることで構成しても良い。

【００２７】このようにしたことにより、熱処理中にお
いて、半導体ウエハ４の径を大きくしたのと等価な状態
を作ることで、半導体ウエハ４が中央の均一温度領域に
存在するようになる。また、半導体ウエハ４を第２支持
手段６上に接触させた状態で載置することにより、半導
体ウエハ４の外周部の熱が逃げ難くくなる。これらによ
り、熱処理中における半導体ウエハ４の面内の温度均一
性を向上させることが可能となっている。

【００２８】次に、本実施例１のランプアニール装置１
の熱処理方法を図３および図４によって説明する。

【００２９】まず、図３に示すように、ランプアニール
装置１の開閉扉７を開け、半導体ウエハ４を、ランプア
ニール装置１の搬送手段８に保持した状態で処理室３内
に搬入した後、支持ピン５ｂ上に載置する。なお、搬送
手段８は、例えば石英または炭化シリコン（ＳｉＣ）等
のようなセラミック等からなる。

【００３０】この際、ランプアニール装置１の搬送手段
８が第２支持手段６に接触しないように、支持ピン５ｂ
の先端位置を第２支持手段６の主面よりも高い位置に設
定しておく。また、第２支持手段６を加熱源２によって
予め所定温度に加熱しておいても良い。

【００３１】続いて、図４に示すように、搬送手段８を
処理室３内から取り出し、開閉扉７を閉じた後、支持台
５ａを図４の下方に下降し、半導体ウエハ４を第２支持
手段６上に載置する。

【００３２】その後、加熱源２の電源を入れることによ
り、半導体ウエハ４を、第２支持手段６を含めて所定時
間、例えば８００℃〜１１００℃程度に加熱する。熱処
理後は、支持台５ａを図４の上方に上昇させた後、開閉
扉７を開けて搬送手段８（図３参照）によって熱処理後
の半導体ウエハ４を処理室３内から取り出す。

【００３３】このように、本実施例１によれば、以下の
効果を得ることが可能となる。

【００３４】(1).半導体ウエハ４を、これと同一材料か
らなる大径の第２支持手段６に接触させた状態で支持し
加熱することにより、半導体ウエハ４の径を大きくした
のと等価な状態を作ることができ、半導体ウエハ４が中
央の均一温度領域にあるようにすることが可能となる。

【００３５】(2).半導体ウエハ４を、これと同一材料か
らなる大径の第２支持手段に接触させた状態で支持し加
熱することにより、半導体ウエハ４の外周部の熱を逃げ
難くすることが可能となる。

【００３６】(3).上記(1),(2) により、熱処理中におけ
る半導体ウエハ４の面内の温度均一性を向上させること
が可能となる。

【００３７】(4).上記(3) により、半導体ウエハ４の面
内の温度が不均一となることに起因する結晶欠陥の発生
率を低減することができるので、半導体集積回路装置の
歩留りおよび信頼性を向上させることが可能となる。

【００３８】(5).上記(3) により、半導体ウエハ４の面
内の半導体集積回路装置の電気的特性の均一性を向上さ
せることが可能となる。

【００３９】（実施例２）図５は本発明の他の実施例で
ある熱処理装置の説明図である。

【００４０】本実施例２においては、処理室３内におい
て、熱処理中に収容される半導体ウエハ４の外周下方
に、半導体ウエハ４の外周部の温度低下を補うための温
度補正手段９が設けられている。

【００４１】温度補正手段９は、例えばＳｉＣ等のよう
なセラミックからなり、その外径が半導体ウエハ４の直
径よりも大径であり、その内径が半導体ウエハ４の直径
よりも小径である。

【００４２】すなわち、半導体ウエハ４の外周下方にセ
ラミックからなる温度補正手段９を設けたことにより、
熱処理中において半導体ウエハ４の径を大きくしたのと
等価な状態を作ることができ、半導体ウエハ４が中央の
均一温度領域にあるようにすることが可能となってい
る。

【００４３】また、本実施例２においては、温度補正手
段９の下部にこれを加熱する副加熱源１０が設けられて
いる。副加熱源１０は、例えば抵抗加熱器からなり、加
熱源２とは独立して制御することが可能な構造となって
いる。これにより、半導体ウエハ４の外周部近傍の温度
を所定温度に設定することができるので、半導体ウエハ
４の外周部から熱が逃げてしまうのを抑制することが可
能となっている。

【００４４】さらに、本実施例２においては、支持ピン
５ｂが、例えば半導体ウエハ４と同一材料のＳｉ単結晶
等によって構成されている。これにより、熱処理中にお
ける半導体ウエハ４の熱が支持ピン５ｂを通じて逃げて
しまうのを抑制することが可能となっている。なお、本
実施例２においては支持台５ａは上下動せず、固定され
た状態で設置されている。

【００４５】このように、本実施例２においては、以下
の効果を得ることが可能となっている。

【００４６】(1).半導体ウエハ４の外周下方にセラミッ
クからなる温度補正手段９を設けたことにより、熱処理
中において半導体ウエハ４の径を大きくしたのと等価な
状態を作ることができ、半導体ウエハ４が中央の均一温
度領域にあるようにすることが可能となる。

【００４７】(2).温度補正手段９の下部に副加熱源１０
を設けたことにより、半導体ウエハ４の外周部近傍の温
度を所定温度に設定することができるので、半導体ウエ
ハ４の外周部から熱が逃げてしまうのを抑制することが
可能となる。

【００４８】(3).支持ピン５ｂを半導体ウエハ４と同一
材料のＳｉ単結晶等によって構成したことにより、熱処
理中における半導体ウエハ４の熱が支持ピン５ｂを通じ
て逃げてしまうのを抑制することが可能となる。

【００４９】(4).上記(1),(2),(3) により、半導体ウエ
ハ４の面内の温度均一性を向上させることが可能とな
る。

【００５０】(5).上記(4) により、半導体ウエハ４の面
内の温度が不均一となることに起因する結晶欠陥の発生
率を低減することができるので、半導体集積回路装置の
歩留りおよび信頼性を向上させることが可能となる。

【００５１】(6).上記(4) により、半導体ウエハ４の面
内の半導体集積回路装置の電気的特性の均一性を向上さ
せることが可能となる。

【００５２】（実施例３）図６は本発明の他の実施例で
ある熱処理装置の説明図である。

【００５３】本実施例３の熱処理装置は、図６に示すよ
うに、例えば半導体集積回路装置の短時間アニール処理
に用いる枚葉式のランプアニール装置１である。

【００５４】ランプアニール装置１を構成する加熱源２
は、例えば複数本の円筒状のランプ２ａが、半導体ウエ
ハ４の主面側と裏面側との双方に配置され構成されてい
る。

【００５５】このランプ２ａ群は、前記実施例１と同様
に所定数のゾーンに分割され、それぞれ独立にパワー設
定することが可能な構造となっている。このランプ２ａ
には、例えばタングステンハロゲンランプが使用されて
いる。なお、ランプ２ａの背面側には、反射板１１が設
置されている。

【００５６】処理室３は、石英管１２によって形成され
ている。石英管１２の一端側には半導体ウエハ４を搬入
出するための開口部が形成されている。この開口部は、
蓋１３によって閉止されるようになっている。

【００５７】処理室３内には、石英サセプタ１４が収容
されている。石英サセプタ１４上には、その主面上に設
置された支持ピン１５（支持手段）を介して半導体ウエ
ハ４が載置されている。すなわち、半導体ウエハ４は、
その石英サセプタ１４上の支持ピン１５上に支持された
状態で熱処理されるようになっている。

【００５８】ところで、本実施例３においては、支持ピ
ン１５が、例えば半導体ウエハ４と同一材料のＳｉ単結
晶によって構成されている。これにより、熱処理中にお
ける半導体ウエハ４の熱が支持ピン１５から逃げてしま
うのを抑制することができるので、半導体ウエハ４の面
内の温度均一性を向上させることが可能となっている。

【００５９】なお、図６の符号１６は、処理室３内のガ
スをパージするためのガスパージノズルを示している。
また、符号１７は、半導体ウエハ４用の放射温度計を示
している。

【００６０】このように、本実施例３によれば、熱処理
中に半導体ウエハ４を支持する支持ピン１５を、例えば
半導体ウエハ４と同一材料のＳｉ単結晶によって構成し
たことにより、半導体ウエハ４の熱が支持ピン１５を通
じて逃げてしまうのを抑制することができるので、半導
体ウエハ４の面内の温度均一性を向上させることが可能
となる。

【００６１】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
１〜３に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００６２】例えば前記実施例１においては、第１支持
手段を上下動可能としたが、これに限定されるものでは
なく、例えば第２支持手段を上下動可能としても良い。

【００６３】また、前記実施例１においては、第２支持
手段のみで熱処理中の半導体ウエハの外周部における温
度低下を補う構造としたが、例えば第２支持手段の下部
にこれを加熱するための副加熱源を設けても良い。この
場合、副加熱源は主加熱源とは独立して制御可能となっ
ている。副加熱源には、例えば抵抗加熱、光加熱または
高周波加熱源が用いられている。

【００６４】また、前記実施例１，２においては、半導
体ウエハの主面上方側に主加熱源を設けた場合について
説明したが、これに限定されるものではなく、例えば図
７に示すように、半導体ウエハ４の裏面側にランプ２ａ
によって構成された加熱源２を設けても良い。

【００６５】また、前記実施例１〜３においては、主加
熱源を構成するランプを複数本のランプによって主加熱
源を構成する熱処理装置に本発明を適用した場合につい
て説明したが、これに限定されるものではなく、例えば
図８に示すように、１つのランプ２ｂによって構成され
た加熱源２を有する熱処理装置にも適用できる。なお、
図８のランプアニール装置１のランプ２ｂは、例えばア
ークランプからなり、その背面側には、反射板１１が設
けられている。なお、処理室３と加熱源２とは、例えば
石英等のような透明な隔壁板（図示せず）を介して隔て
られている。

【００６６】また、前記実施例２においては、副加熱源
を抵抗加熱器とした場合について説明したが、これに限
定されるものではなく種々変更可能であり、例えば光加
熱、高周波加熱源を用いても良い。

【００６７】また、前記実施例３においては、支持ピン
を半導体ウエハと同一材料によって構成した場合につい
て説明したが、前記実施例２と同様に、半導体ウエハ外
周下方に温度補正手段およびこれを加熱する副加熱源を
設けても良い。

【００６８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００６９】(1).本発明の熱処理装置によれば、熱処理
中に被処理物と接触する部分を被処理物と同一材料によ
って構成したことにより、その接触部分からの放熱作用
を抑制することができるので、熱処理中における被処理
物の面内温度均一性を向上させることが可能となる。

【００７０】(2).上記した本発明の熱処理装置によれ
ば、熱処理中の被処理物を支持する第２支持手段を被処
理物と同一材料によって構成したことにより、被処理物
の外周部からの放熱を抑制することができる。また、第
２支持手段を、被処理物と同一材料からなり、かつ、被
処理物を取り囲むような形状の部材によって構成したこ
とにより、実効上、被処理物の径を大きくしたのと等価
な状態を作ることができ、被処理物が中央の均一温度領
域にあるようにすることが可能となる。したがって、熱
処理中における被処理物の面内温度均一性を向上させる
ことが可能となる。

【００７１】(3).上記した本発明の熱処理装置によれ
ば、温度補正手段を副加熱源によって加熱することによ
り、半導体ウエハの外周部からの放熱を抑制することが
できるので、熱処理中における被処理物の面内温度均一
性を向上させることが可能となる。

【００７２】(4).上記(1),(2),(3) により、本発明を半
導体集積回路装置の製造工程における熱処理に用いるこ
とによって、熱処理中における半導体ウエハ面内の温度
均一性を向上させることができるので、半導体ウエハの
結晶欠陥等を低減することができ、半導体集積回路装置
の歩留りおよび信頼性を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である熱処理装置の説明図で
ある。

【図２】図１の熱処理装置の平面図である。

【図３】図１および図２の熱処理装置を用いる場合の被
処理物搬送工程から熱処理工程までの説明図である。

【図４】図１および図２の熱処理装置を用いる場合の被
処理物搬送工程から熱処理工程までの説明図である。

【図５】本発明の他の実施例である熱処理装置の説明図
である。

【図６】本発明の他の実施例である熱処理装置の説明図
である。

【図７】本発明の他の実施例である熱処理装置の説明図
である。

【図８】本発明の他の実施例である熱処理装置の説明図
である。

【符号の説明】

１ ランプアニール装置（熱処理装置） ２ 加熱源（主加熱源） ２ａ，２ｂ ランプ ３ 処理室 ４ 半導体ウエハ（被処理物） ５ 第１支持手段 ５ａ 支持台 ５ｂ 支持ピン ６ 第２支持手段 ７ 開閉扉 ８ 搬送手段 ９ 温度補正手段 １０ 副加熱源 １１ 反射板 １２ 石英管 １３ 蓋 １４ 石英サセプタ １５ 支持ピン（支持手段） １６ ガスパージノズル １７ 放射温度計

フロントページの続き (72)発明者 永山 智士 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室内に収容された被処理物を主加熱
   源からの光によって加熱する熱処理装置であって、前記
   被処理物の熱処理中に前記被処理物に接触する構成部分
   を、前記被処理物と同一材料によって構成したことを特
   徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の熱処理装置において、前
   記被処理物に接触する構成部分は、前記被処理物を支持
   する支持手段であることを特徴とする熱処理装置。
3. 【請求項３】 処理室内に収容された被処理物を主加熱
   源からの光によって加熱する熱処理装置であって、前記
   被処理物を処理室内に搬入出する搬入出手段と、前記被
   処理物を搬入出手段によって処理室内に搬入出するにあ
   たって前記被処理物を仮に支持する第１支持手段と、前
   記被処理物を熱処理中に接触した状態で支持する第２支
   持手段とを備え、前記第２支持手段を、前記被処理物と
   同一の材料によって構成するとともに、前記被処理物を
   取り囲むような形状の部材によって構成したことを特徴
   とする熱処理装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の熱処理装置において、前
   記第２支持手段を加熱する副加熱源を、前記主加熱源と
   は独立して制御可能な状態で設けたことを特徴とする熱
   処理装置。
5. 【請求項５】 処理室内に収容された被処理物を主加熱
   源からの光によって加熱する熱処理装置であって、前記
   被処理物を処理室内に搬入出する搬入出手段と、前記被
   処理物を支持する支持手段と、前記被処理物の厚さ方向
   に離間した位置に設けられ、前記被処理物の熱処理中に
   おける外周温度を補正するために、前記被処理物を取り
   囲むように形成されたセラミックからなる温度補正手段
   とを備え、前記温度補正手段を加熱する副加熱源を、前
   記主加熱源とは独立して制御可能な状態で設けたことを
   特徴とする熱処理装置を特徴とする熱処理装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の熱処理装置において、前
   記主加熱源が光加熱源であり、前記副加熱源が、光加熱
   源、抵抗加熱源または高周波加熱源であることを特徴と
   する熱処理装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱
   処理装置において、前記被処理物が半導体ウエハである
   ことを特徴とする熱処理装置。
8. 【請求項８】 請求項３または４記載の熱処理装置を用
   いた熱処理方法であって、前記被処理物を加熱処理する
   のに先立って、前記第２支持手段を加熱することにより
   所定温度に維持する工程を有することを特徴とする熱処
   理方法。