JPS611017A - 半導体基板の熱処理装置 - 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】 （技術分野） 本発明は半導体装置の製造工程において、赤外線または
可視光線によって半導体基板を急速に加熱し熱処理を行
う装置に関幇るものである。このような加熱処理は特に
微細加工の製造プロセスにおいて有効であって、たとえ
ばイオン注入された半導体基板においては、注入イオン
の分布変化を極小にする電気的活性化や、Ｐ　Ｓ　Ｇ　
（ＩＪンケイ酸ガラス）等の層間絶縁膜の短時間リフロ
ーによる平坦化、ノリサイド（ケイ素化物）の形成、浅
い酸化膜の形成などに有効で用途が広い。

（従来の技術） 半導体基板の熱処理装置については従来から種々のもの
が提案されているが、本発明者も特願昭５８−８９１３
９号、特願昭５８−２１７８３５号、芙願昭５８−１７
８８２０号等の提案を１１っている。

系 まず加熱について説明する。赤外線などの光熱＾ 線照射によってウエノ・を加熱することは公知であるが
、従来はウェハを支持板（サセプタと呼ぶ）上に置き、
ウェハ面の上方から赤外線を照射する方法が用いられた
。しかしこの方法ではウニ・・の上面が急速に温度上昇
するに反して、熱容量の大きいサセプタに接げるウェハ
の下面は温度」二昇が遅れ、ウェハの上、下面間に大き
な温度勾配を生じ種々な欠陥の原因になる。この対策と
してサセプタを石英などの赤外線透過材で製作し、サセ
プタ下側からも赤外線照射を行い、またサセプタ上に５
点程の突起を設け、この突起上にウェハを置けば温度勾
配はかなり減少するが、赤外線源の配置間隔や赤外線放
射量のばらつきなどによって、ウェハ面での温度勾配を
除くことはできないことが知られている。このウェハ表
面の温度勾配を除くにはサセプタを回転させればよいが
、装置が複雑になるという欠点があるので、本発明者は
前記の提案においてはソ円板状の薄いウェハの両面より
赤外線を照射し、サセプタは使用せずにウエノ・を下面
から不活性ガスを噴射させることによって浮揚状態で回
転させ、均一な加熱処理を得ることを示したが、後記の
ような改善づべき問題があることが明らかになった。

則・１図は従来の半導体基板熱処理装置の一例の基板浮
揚保持部分の横断面図（Ａｌ、上面図（１３）、半導体
基板表面のシート抵抗特性図（Ｃ１を示１゜これらの図
中の１は半導体基板、２は石英などの近赤外線および可
視光透過材を用いて作られた構造物で、この上下に設け
られた熱源（図示せず）によって基板１を加熱ゴる。こ
の構造体（以下台というンのｐ面には、不活性ガスを基
板１に向は噴射するための小孔が複数個設けてあり、６
は半導体基板（以下ウェハといつつを浮揚または回転さ
せるための小孔、３′はウニ／・を一定位置に浮揚保持
するための小孔で、矢印はガスの噴出方向を示づ。４は
ウェハを台２上にその一方側ｂ・ら搬入し、同一側また
は反対側に搬出ｊるための溝である。

台２の上に搬入されたウェハは下方からのガス噴出によ
って浮揚しながら、あるいは浮揚回転状態にて上下から
加熱されろ。男・１図（Ｃ１はイオン圧入されたウェハ
を加熱処理した後、ウエノ・表面のシート抵抗を測定し
た結果の一例図である。この図に示１ように台２には溝
があるためにシート抵抗（面積抵抗率）の不均一が生じ
ている。１なわちウェハの径方向に不均一な温度分布が
生じたことを示している。また後述の溝のない台を用い
た場合と比較して浮揚および回転のためのガス流量が同
じなら、ウェハの浮揚と回転状態はより不安定で、安定
性を増づにはガス流量を増づ必要があることがわかった
。さらにこの台の構造は溝があるため構造が複雑で高価
となり、製造方法によっては加熱時熱歪によってクラッ
クが入ることがあるなどの欠点がある。

次に本発明者の提案になる前記特願昭５８−８９１３９
号では矛２図囚にその断面図を示したが、この図におい
て１１はウェハ、１２はウエノｈ保持板、１３はガス排
出口、１４はウェハの浮揚位置決めガス噴出口、１５は
浮揚ガス噴出口、１６は回転用ガス噴出口、１７は上蓋
、１８は反射板付赤外線照射装置、１９は赤外線透過性
のガス導管である。第２図（Ｂ）は保持板１２上のガス
排出口と噴出口の配置図である。

矛２図に示した装置では、倒・１図の装置のような溝を
設けてないためウェハの温度分布は良好にできる利点が
ある力（、ウェハをこの加熱位置に搬送する場合に問題
がある。づなわち図示のように狭い空間にウェハ上面を
何にも触れずに搬入、搬出することはかなり困難である
。なお１２の上面と浮揚したウェハ下面の間隔はたとえ
ば０２〜０．６龍程度である。

次にウェハを浮揚回転させながら加熱処理する方法には
次のような欠点がある。

−）　　ガスを噴出してｂるため一般にウエノ・に対す
る冷却効果があり、ガスを噴出させないでウェハを３点
にて支持し加熱する場合に比べると約５係のパワー損失
がある。

ｂ）ガスとしてＮ２ガスを用いるとウェハ裏面がシリコ
ンのとき裏面のガス噴出部位にリング状の膜（分析によ
り５ｊ−Ｎ膜であることがわかった）を生じると共に、
保持板や台のガス噴出口の近傍に付着物が生じることが
ある。この付着物は蒸発したＳｌがガスの冷却効果によ
って生じたものであろう。

Ｃ）一般にウェハにはオリエンティンヨンフラット（、
ｔＦｓ図の３２に一例を示す）があるので、ウェハの回
転はや〜不安定になる傾向がある。

ｄ）ウェハの直径によって位置決め用の穴位置が異なり
、浮揚回転させるための保持板や台の構造を変更するこ
とが必要である。

（発明の目的） 本発明は上記の欠点を取除くために行ったもので、具体
的には αン溝がなく一様な石英製保持板面を用い、温度分布が
よく構造が簡単である。

ｂ）ウェハは回転できるが回転は安定である。

リ　ウェハの搬送は容易である。ｄ）ウェハや石英板面
にガス冷却による汚れが発生しない。ｅ）ウェハに対す
る浮揚ガスによる冷却効果を生じない。ｆ）直径の異る
ウェハや円形でないウェハに対しても石英台や板を取替
えずに使用できる。等の要求を満足する装置を提供する
ことである。

（発明の構成） 矛３図〜矛５図は本発明実施例装置を説明するだめの図
で、牙６図は装置の構造側断面図である。

この図（（おいて２６と２７は互に上、下でかつ直角な
方向に配置された多数の棒状タンクステンハロゲンラン
プ、２４．２５はラングから放射された光を効率良く反
射するためのりフレフタである。

上下のランプ群２７と２６を互に直交配置とすることは
熱処理中にウェハ１を十分早い速度で回転すれば特に必
要はないが、通常用いられる回転速度２０〜４０　ｒｐ
ｍで、かつごく短時間（約５秒以下）で熱処理が行われ
る場合には回転数を補う効果がある。２６は側面のりフ
レフタ、２１は加熱用の元を透過させる石英製チャンバ
（熱処理室）で、処理用雰囲気を周辺から隔離する。２
８は本発明の特徴となる石英円板、２９はウェハ１を石
英円板２８上に保持するための突起物すなわち石英ピン
で、２８上に同心円状に６個取付けであることは３７６
図の一部を拡大して示した牙４図（Ａ）と、その上面図
である矛４図（Ｂ）に示す通りである。

また矛４図３０はウェハを熱処理室２１へ搬入および搬
出を行うためのフォークであって、一般に石英製である
。３１は石英円板２８をウェハ１をのせたま＼浮揚し円
転させるための石英構造物（石英台または基台）２２に
ガスを導入するための導入口で、石英台２２には、１−
１図同様のガス噴出孔６と３′が設けられている。なお
上下のラング群はそれぞれ複数のゾーンに分割して、そ
れぞれの電源供給を制御して照度分布の制御を行えるよ
うにすることは、本発明者の前願（笑願昭５８−１７８
８２０号）と同様である。

（作用の説明） 矛５図はウェハ１を均一に加熱する方法の説明図で、ウ
ェハの中心に極座標の原点をとりウェハを回転させると
回転方向θの均−加熱化が図られ、光源２６．２７のゾ
ーンコントロールを行うことによって、ウェハの半径ｒ
方向の均一化が図られるが、これらは極めて有効である
ことが、加熱初期においては十分活性化されていないイ
オン打込みされたウェハの加熱後のシート抵抗測定など
によって実験的に確かめられている。

本発明は前記従来の浮揚−回転法の欠点を排除して、ど
のようにウェハの回転を行うかということに重点がある
。矛６図において石英チャンバ２１内部には常時浮揚一
回転用石英治具とも冨える石英台２２と、石英ピン２９
が取付けである石英円板２８が配設されている。チャン
バ２１の外部でウェハ１を石英フォーク３０」二にのせ
てから、フォーク６０を水平に移動させてウェハ１をチ
ャンバ内に入れ、石英円板２８の直上でフォークを菫か
下降させれば、矛４図に示すようにウニ・・１は石英ピ
ン２９の上てこれと接触して停止し、フォーク６０はウ
ェハや石英円板２８とは非接触の状態になる。フォーク
３０はこのま＼再び水平移動させてチャンバ２１の外部
に移す。または十分に細いフォークを用いてウェハの加
熱結果に有意な影響を与えずにチャンバ２１内に停める
ことも可能である。

つぎにガス導入口３１からガスを供給すると、ガス噴出
口３および６′からのガスの流れによって石英円板２８
は従来の装置同様浮揚回転する。この状態でラング２６
．２７に所定の電力を投入する。（電力の設定について
ウエノ・周辺の構造の熱履歴の影響を避けるためと、ラ
ンプ群の寿命を延（ばすためなどの理由から、ウエノ・
の搬入、搬出時にもある電力が加えられたま＼のことも
ある。）ウェハ１の搬出には前記の搬入時と逆のンーケ
ンスで行う。

ここで実際の数値を例示すると、本発明の装置では石英
円板２８は厚さ０７〜１　ｍｍで、その直径は１７５〜
２００＋ｎｍである。この直径は直径１５０龍のウェハ
を処理するに心安であるが、これより小さいウェハにも
使用できることは明らかである。

石英ピン２９は長さ約６朋、下部は石英円板に溶着させ
るがその直径は約２＋ｎｍ、その上端はウエノ・どの間
の熱伝導を防止するためにＦ（丸味）をつけ点接触に近
付ける。

ウニ・・浮揚回転用のガス噴出孔の配置や噴出方向はた
とえば牙２図（Ｂ）と同じである。たソし構造を簡単に
するために実施例ではガス導入口３１は１個所とし、浮
揚と回転用のガス噴出孔は兼用とした。さらに石英円板
２８の回転の開始と停止時に石英円板２８が所定の位置
からそれるのを防止するために防壁６２を設けた。

本発明装置は従来の浮揚一回転を用いた装置と比較して
石英円板２８があるため光透過率の低下と、石英ピンを
通じての熱伝導が問題（でなると思われるが、実測によ
れはウェハの温変上昇および加熱むら共に処理」二有意
な相違は見出されなかった。たソし石英ピン２９は点接
触に近くしないと加熱によって結晶欠陥を生ずることが
あることがわかった。

またガスによるウェハの冷却効果や汚れは生じないこと
も実験で確認され、発明の目的に掲げた各項が達成され
たことがわかった。

（発明の効果） 本発明の効果は発明の目的に示したｃＬ）〜ｆ）の各項
を達成できることである。また加熱対象物が半導体基板
に限られることはなく、比較的軽い薄板状物体の浮揚や
浮揚回転等に利用できることは明白である。

【図面の簡単な説明】

矛１図は従来の半導体基板熱処理装置の一例の基板浮揚
保持部分の横断面図（Ａ）、上面図（Ｂ）およびイオン
打込み後熱処理した半導体基板のソート抵抗分布図（Ｃ
）を示す。剖・２図は別な従来の装置の断面図（ＡＪと
ガス噴出と排出口の配置図（Ｂ）を示し、矛６図〜月・
５図は本発明を実施した装置に関するもので、矛６図は
構造側断面図、矛４図はオ６図中の主要部の拡大図で（
Ａｌは断面図、（ａｔはその上面図。 到・５図は半導体基板を均一に加熱する方法の説明図で
ある。 １・・・半導体基板（ウェハ）、　　６・・・浮揚回転
ガス噴出孔、　　ろ′・・・位置決めガス噴出孔、　　
２１・・・熱処理室（チャンバ）、　　２２・・石英製
基台、２６・・・側面のりフンフタ、　　２４　、２５
　・・リフレクタ、　　２６　、２７・・・赤外線ラン
プ（丸棒状）、２８・・・石英円板１１９石英製突起（
石英ピン）、ｌ＼ ろＯ・・・フォーク、　　５１・・・ガス導入口、　　
６２・・・ウェハのはずれ防止壁。 −ら６− 尤１０ Ａ１ →ウエハニ１立−３Ｌ 第２図 ＋Ａ１ 戸３図 第４閃

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部雰囲気に対して密閉され上、下の面を赤外線
   または可視光線に対してほゞ透明な材料にて構成し、そ
   の上、下面を通して被加熱物が外部より加熱される熱処
   理室と、その内部に設けられガス導入口と複数のガス噴
   出孔を有する赤外線または可視光線透過性の基台と、該
   基台のガス噴出孔より噴出するガスによつてほゞ一定位
   置に浮揚しかつ回転する赤外線または可視光線透過性の
   円板と、該円板上に取付けられ熱処理すべき半導体基板
   を載置する複数個の突起体よりなることを特徴とする半
   導体基板の熱処理装置。
2. （２）基台上面の周縁に半導体基板を塔載して浮揚回転
   する前記円板が定位置よりはずれることを防止する壁を
   設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半
   導体基板の熱処理装置。