JPS6032317A - 半導体ウエハの熱処理方法および熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体素子の製造工程に於ける熱処理方法に
係シ、特に、処理時間を１分以内と短時間化する場合、
結晶欠陥の発生を軽減させるのに好適な加熱方法および
その加熱装置にｉ＝Ａする。

〔発明の背景〕

熱処理を短時間に行なう方法としては、従来の電気炉に
よる処理時間を単に短縮する方法の他、電子線、大出力
ランプや板状ヒーターを加熱Ｗとする方法が知られてい
る。短時間熱処理の問題のひとつは、ウェハ周辺部と中
央部で熱的境界条件が異なるため、単にウェハ全域に均
一なエネルギーを投入するだけでは周辺部の温度は中央
部の温度よシ低くなる結果、スリップラインと称される
結晶欠陥の発生がしばしば見られることである。

このため、従来はウェハの周辺部を補助ヒーター、ある
いはランプで補助加熱する方法、もしくは、ウェハの外
周を、ウェハと同材質のドーナツ板（厚みはウェハと略
同じ）で囲み、被処理ウニ・・を実効的に境界から遠ざ
ける方法によって均熱化を図っている。然るに、補助加
熱の方法では冷却時の均熱化が困難であシ、また、ドー
ナツ板で囲む方法ではウェハとドーナツ板を等測的に一
枚の板と見做せるような精確な相対配置が要求されるが
オリエンテーションフラットを有する実用ウェハに対し
ては実際上精確な配置は困難であるとの欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来法の問題点を解消するために
、ウェハ周辺部からの熱輻射によるエネルギー損失量を
中心部の熱輻射損失量と同程度とすることによって、加
熱時及び冷却時の全過程に於いて均熱化を図シ、かつ、
ウェハのハンドリングによる若干の位置ずれによる影響
の少ない実用作業性を有する熱処理方法およびその装置
を提供することにある。

〔発明の概蟹〕

上記目的を達成するための本発明の構成はウェハ周辺部
に対向して赤外線反射鏡を設けることにある。以下、従
来クリの比較を行なって本発明の説明を行なう。

バッチ処理を前提とした従来の電気炉による熱処理に於
ては、充分な時間を費し、ウェハとウェハに比しはるか
に熱容量の大きな発熱体との間を熱的平衡（輻射平衡）
状態とすることにょシ均熱化を図っている。然るに、短
時間熱処理ではこのような方策を採ることは原理的に限
界が生じる。

一方、枚葉処理を前提とした高温、短時間アニールに於
ては、ウェハと加熱源の間に熱的平衡状態が実現するこ
とは殆んどなく、加熱的に於ては被処理ウェハへの非平
衡エネルギー投入と熱輻射損失量トバランスが問題とな
る。とくに冷却時には熱輻射損失のみが支配要因である
から、輻射損失の均一化を図ることが基本となる。つま
り、投入エネルギーの均一化と併せて、輻射損失の均一
化を図ることが必要である。具体的には、上述の９口く
、ウェハの形状に基づく、ウェハの中心部と周辺部の輻
射損失の差を解消するように、ウェハ周辺部からの輻射
光の一部を赤外波長領域の光に対する反射率の昼い材質
の反射鏡により、再びウェハ周辺部に戻すことによって
均一化を図る。この場合、反射鏡の温度如伺は反射率が
高い（輻射率が低い）限り問題にならない。また、反射
鏡の面積をある程贋大きくすれば、ウェハと反射鏡との
位置関係はそれ程厳密でなくとも良く、実用作業上支障
ないものとすることができる。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の熱処理装置の一実施例の主要構成要素
を模式的に示したものである。該装置は複数のハロゲン
ランプからなるランプ集合体１、及び、反射板２、シャ
ッター３から構成される加熱源ラングハウス４と被加熱
処理体であるウェハ５、均熱用反射鏡６を収容するウェ
ハ処理チャンバー７、および、非接触型温度計８，８′
とそれに連結されたランプ電源制御系９から構成されて
いる。なお、ウェハ５は公知の保持具（図示せずンで保
持されておればよい。ランプハウス４とチャンバー７と
は二重の石英板１０によシ隔離されており、チャンバー
７の内部は、ウェハ５の搬入後、一旦真空排気された陵
、所望のガスを導入し、迅速に清浄雰囲気が実現できる
ようになっている。

ランプハウス４の壁、反射板２、シャッター３、石英板
１０、チャンバー７の壁、および、反射鏡６は水又はガ
スによシ冷却され、所足の温度以下に保持され、ウェハ
５以外は高温にならないようにして、清浄雰囲気のもと
で、再現性の良好な高温処理が可能になっている。ラン
プ集合体１けウェハ５の全領域にわたシ均一に光エネル
ギーが投入されるように各ランプの電源及びヒーター線
（図示せず）が調整されている。ウェハ５の温度は近赤
外放射強度、及び、緑から赤の可視光反射率を検出する
温度計８，８′によりモニタされランプ電源制御系を通
して、所望の値に設定される。

（温度測定の８／Ｎ比向上のため、瞬時のあいだランプ
光をシャッター３で遮断することもできる。

また、反射率測定のプローブ光はチョップされロックイ
ン計測されている。） 本実施例で用いられている均熱用反射鏡６はウェハ５の
周辺端に中心を有する直径約３Ｃｒｎの近似円の約１／
３円弧をウェハ周辺に沿って動かして得る凹面状鏡面研
Δ面を持つアルミニウム製の反射鏡である。この反射鏡
６０輻射率は０．０４程度と小さいため、ウェハ周辺部
からの輻射光の約１／３弱をウェハ周辺部に反射する。

一方、ウェハ中心部に戻る輻射光は少ないためウェハ５
の中心部と周辺部の実効的熱輻射損失量の差は小さくな
る。実際上は、ウェハ中心部の温度Ｔｃと周辺部の温度
Ｔｐを温度計８．８′で実測し、その差が第２図に示し
た温度勾配によシ欠陥が発生する確率の低い許答頒域に
留まるように反射鏡の形状及び設＋１位置を設置した（
本実施例で採用した反射鏡６の形状、設置位置は、熱処
理装置、とくにチャンバー構造の詳細に依存するもので
あシ、必ずしも一般性全有するものではない。）。本実
施例に於ては１１００Ｃまでの短時間熱処理に関してス
リップライン発生の抑制に効果がある。

以上説明した均熱化の方法およびその装置は、上記実施
例に限定されるものではなく、加熱源としてランプ以外
に、板状ヒーターを用いる場合、電子線などの粒子ビー
ムを用いる場合、マイクロ波を用いる場合、あるいは、
これらの加熱源を複数同時に用いる場合にも適用できる
。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、急熱急冷を伴なう
１分以内の高温短時間熱処理に於ても、ウェハ周辺部の
温度が、中央部の温度に比し相対的に低くなる現象を簡
便に防ぐことができる。例えば１ｉｏｏｃの熱処理に対
してウエノ１内の温度分布を５Ｃ程度以内で均一化する
ことが可能である。

その結果、温度勾配が原因で生じる欠陥の発生を抑制で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての半導体ウェハの熱処
理装置の模式図、第２図はウエノ・内温度分布を制御す
べき範囲を示した特性図である。 １・・・ランプ集合体、２・・・反射板、３・・・シャ
ッター、４・・・ランプハウス、訃・・ウェハ、６・・
・反射鏡、７・・・処理チャンバー、８，８′・・・温
度モニタ、９・・・第　１　口 奉　２　囚 Ｔｃ　（Ｘ　１００”Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体ウェハを一枚ずつ処理する熱処理プロセスに
   於て、ウェハ周辺部に対向して赤外線反射鏡を設けるこ
   とによシ、上記半導体ウェハの温度分布を均一化させる
   ことを特徴とする半導体ウェハの熱処理方法。 ２、半導体ウェハを一枚ずつ処理する保持台を有した半
   導体ウェハ熱処理装置において、上記ウェハ周辺部に対
   向した赤外線反射鏡を設けたことを特徴とする半導体ウ
   ェハの熱処理装置。