JPS61127133A - 熱処理方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体基板等（以下、「ウェハ」という）
の被熱処理体を、その表裏両面から光照射して熱処理を
行なうようにする熱処理方法に関し、特に複数枚のウェ
ハを１枚ずつ加熱炉内へ搬入し、所要の熱処理を施すに
当って、各ウェハについての熱処理を均一にするための
方法に関する。

〔従来の技術〕

一般にウェハの熱処理プロセスは、イオン注入の後処理
としてイオン注入層を活性化し均一な組成とするための
熱処理を始め、シリコン膜を安定化させるための熱処理
等、非常に広範囲にわたって利用されている。これらの
熱処理のいずれおいても、ウェハの表裏面を含む全面に
対して均一な加熱を施す必要があるが、熱処理の迅速化
のため、加熱手段としてハロゲンランプ等の加熱用光源
からの光照射によった場合には、ウェハに対する加熱光
源からの光照射の均一化を正確に行なわなければならな
い。

ウェハ全面に対する照度分布の均一化を図るための方法
として、例えば特開昭５７−１４７２３７号公報に開示
されているように、加熱炉内に収容されたウェハを光源
に対して水平方向に移動させ、あるいはウェハを所定の
振幅をもって水平方向に移動させるようにしたものが知
られている。しかし、このような方法でウェハに対する
光照射の均一化を図るにしても、加熱炉内の雰囲気が均
一に加熱されていない熱処理運転開始直後においては、
所要枚数のウェハのうち、最初の１枚目と数枚目とにお
ける熱処理結果（アニーリング効果）が同一にならない
といった、製品品質上の問題点があった。

また加熱炉内雰囲気を所望の温度に制御する従来の技術
としては、例えば特開昭５３−１２００７５号公報や特
開昭５８−７０５３６号公報に開示されているものがあ
る。

また本出願人は、被熱処理体を加熱炉内に搬入する前に
、記憶装置にあらかじめ記憶させておいた。光源の出力
を制御するための出力プログラムに基づいて炉内を予備
加熱する熱処理方法を、特願昭５９−１０５５７１号と
して提案している。

Ｃ発明が解決しようとする問題点〕 特開昭５３−１２００７５号公報や特開昭５８−７０５
３６号公報に開示された方法にあっては、長時間にわた
って熱処理を停止し、その後再び熱処理を開始するよう
な場合、再開後におけるウェハの熱処理結果と前回のそ
れとの間で品質上の差異を生じていた。

このような問題点を解決しようとして特願昭５９−１０
５５７１号に開示された発明がなされたものであるが、
この発明は同号発明をさらに改良したものであって、ウ
ェハの熱処理を各ウェハ間で均一に行なうことができる
ような方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、ウェハ等の被熱処理体を加熱
炉内に搬入する前に炉内の予備加熱を行なうのであるが
、この予備加熱を、記憶装置にあらかじめ記憶させてお
いた、加熱用光源の出力を制御するための出力プログラ
ムに基づいて実施し、かつその出力プログラムに基づく
単位加熱工程を少くとも２回は繰り返すように構成され
ている。そして各単位加熱工程において、炉内温度が上
昇して第１設定温度となった時点から、やがて炉内温度
がピークに達した後下降し始め、第２設定温度にまで下
がった時点までの間の経過時間がほぼ一定値に近づく時
点をもって予備加熱終了時点とするようにしたことを特
徴としている。すなおちこの発明に係る熱処理方法は、
被熱処理体を加熱炉内に搬入し、被熱処理体の表裏各面
にそれぞれ対向して配設された光源からの光照射によっ
て被熱処理体を加熱処理する熱処理方法において、被熱
処理体を加熱炉内に搬入する前に、記憶装置にあらかじ
め記憶させておいた、光源の８力を制御するための出力
プログラムに基づく単位加熱工程を２回ないしそれ以上
繰り返すことによって炉内の予備加熱を行ない、各単位
加熱工程において。

炉内温度の昇温時における第１設定温度通過時点から炉
内温度の降温時における第２設定温度通過時点までに要
する時間を計測し、その計測時間と前回単位加熱工程に
おける同様の計測時間とを比較し、その差の絶対値が所
定の値以内になった時点をもって予備加熱を終了するこ
とを特徴とする。

〔作　　用〕 光源の出力を制御するための出力プログラムに基づく単
位加熱工程を繰り返し、炉内温度がいったん上昇し、ピ
ークを経た後下降する各温度履歴において、昇温過程に
おける第１設定温度通過時点から降温過程における第２
設定温度通過時点までの所要時間がほぼ安定化するまで
炉内の予備加熱を行なうので、予備加熱終了時、従って
被熱処理体の加熱炉内への搬入時における炉内雰囲気を
、全被熱処理体を通して常に同一条件とすることができ
る。

〔実　施　例〕

以下、図面を参照しながらこの発明の実施例について詳
細に説明する。

第１図は、この発明に関係して使用される熱処理装置の
１例を示す要部断面図である。図において、被熱処理体
であるウェハ（１１）は、ウェハ支持器（１３）に載置
され、加熱炉（１４）の側壁（１８）と−緒に図面上左
方向から移動され、加熱炉（１４）内に搬入される。一
方、加熱炉（１４）内には、ウェハ（１１）と同一平面
内にモニター用ウェハ（１２）が設置されている。この
モニター用ウェハ（１２）としては、第２図の断面図に
その１例を示すように、ウェハ（１１）と同一材質の一
対の小片（１２’）、（１２”）ヲ熱伝導の良い接着剤
（２ｏ）を介在させて重ね合わせ、それらの間に熱電対
（１９）を挿入して接合したような構造のものとしても
よい。尚、熱電対（１９）は加熱炉（１４）の内壁面に
接触させて配置するようにしてもよい。

加熱炉（１４）の上下には、ウェハ（１１）の表裏各面
にそれぞれ対向してハロゲンランプ等の光源（１５）が
所定ピッチで配置されており、各光源（１５）の背面側
には各々反射板（１６）が配置されている。ま゛たウェ
ハ支持器（１３）を一端に連設固定したアーム（１７）
は、側壁（１８）に穿設された貫通孔内を往復摺動し、
これによってウェハ支持器（１３）は水平方向に揺動さ
れる。

第３図は、上記熱処理装置における制御系の概略構成を
示すブロック図である。記憶装置（２１）はＲＡＭ　（
バルブメモリ、フロッピーディスク等の場合もある）を
内蔵しており、加熱炉（１４）内を予備加熱する際、あ
るいはウェハ（１１）に熱処理を施す際に、光源（１５
）の出力を制御するための出力プログラムをあらかじめ
記憶させておくものである。

比較器（２２）は、モニター用ウェハ（１２）の表面温
度と、所定の温度設定値とを比較し、モニター用ウェハ
（１２）の表面温度が設定値を越えた時点で、記憶装置
（２１）に記憶させておいた出力プログラムに基づく加
熱炉（１４）内の予備加熱、あるいはウェハ（１１）の
熱処理を開始することを指示する信号を出す装置であり
、その信号が記憶装置（２１）に出力されると、以後は
、記憶装置（２１）に記憶された出力プログラムによっ
て光源（１５）の出力が制御されることとなる。

定電カニニット（２４）は、記憶装置（２１）に記憶さ
れた出力プログラムによって光源（１５）の出力を制御
する場合、外部電源の電圧変動の影響をまともに受けな
いように付設されたもので、電源周波数の半サイクルご
とに光源（１５）の出力を検出し、該出力信号に応じて
光［（１５）への供給電力を制御している６また出カニ
ニット（２５）は。

サイリスタＳＣＲを内蔵しており、光源（１５）の出力
を定電カニニット（２４）からの出力に応じて制御する
ものである。そして以上の各構成機器は、熱処理装置制
御器（２３）によって全体的に制御される。

次に第４図は、この発明の１実施例に係る熱処理方法、
特にウェハ（１１）を加熱炉（１４）内に搬入する前に
行なう予備加熱工程を説明するためのフローチャートで
ある。

予備加熱工程において、加熱炉（１４）内にはモニター
用ウェハ（１２）のみが収容されており、加熱炉（１４
）は封止されている。この状態で、第３図に示す熱処理
装置制御器（２３）に配設されている図示しない予備加
熱スイッチをオンにすると（第４図ステップａ）、記憶
装置（２１）のプログラムが「予備加熱」に自動選定さ
れ（同図ステップｂ）、同時に定電カニニット（２４）
が始動し、光源（１５）への定電力の供給が可能な状態
となる（同図ステップｃ）、そこで単位加熱工程の回数
ｎを１回と設定しく同図ステップｄ）、モ二ター用ウェ
ハ（１２）に付設された熱電対（１９）によって検知さ
れた加熱炉（１４）内の温度θが、ウェハ（１１）を加
熱炉（１４）内に搬入しても良い温度θ、より低いこと
を確認した後（同図ステップｅ）、定電カニニット（２
４）からの出力に応じて、出カニニット（２５）から一
定電力Ｖ（θ２）を光源（１５）に供給する（同図ステ
ップｆ）６そして第５図に示すように、加熱炉（１４）
内のモニター用ウェハ（１２）の表面温度θが上昇し、
Ｔ工時間抜に第１設定温度θ２を越えることによって比
較器（２２）からその信号が記憶装置（２１）へ出力さ
れると（同図ステップｇ）、記憶装置（２１）の「予備
加熱」プログラムに記憶された、例えば第６図に示すよ
うな出力信号が出され（同図ステップｈ）、この出力信
号にほぼ比例した電力がそれまでの定電力に代わって光
源（１５）に供給され、その出力開始と同時にタイマー
がスタートする（同図ステップｉ）。

ここで、モニター用ウェハ（１２）の表面温度θが０２
まで昇温する間、光源（１５）に一定の設定電力が与え
られるのは、初期温度等の雰囲気条件が予備加熱の開始
時において異なる場合があるためであり、そこで上記し
たように、モニター用ウェハ（１２）の表面温度θが０
２以上になった時点で始めて、記憶装置（２１）から「
予備加熱」プログラムの読出しを開始するようにしてい
るのである。

そして第５図に示すように、モニター用ウェハ（１２）
の表面温度θが一旦θ３を越え（同図ステップｊ）、Ｔ
ｚ時間後にθ、１例えばθ、＝ｔ　、　ｏｏｏ℃まで達
した後、一定時間Ｔ２〜Ｔ、の間その温度θ、を維持さ
せる０次いでＴ１時間後に光源（１５）への電力供給が
中止され、モニター用ウェハ（１２）の表面温度θが降
下し、７４時間後にθ≦θ、となった時点で（同図ステ
ップｋ）、記憶装置（２１）の「予備加熱」プログラム
が終了する（同図ステップ１）、さらにモニター用ウェ
ハ（１２）の表面温度θが降下して第２設定温度θ０、
例えば４００℃以下になった時点で（同図ステップｍ）
、タイマが停止する（同図ステップｎ）、これで予備加
熱における単位加熱工程が１回終了するのであるが、そ
の回数が１回目であるか否かがチェックされ（同図ステ
ップ０）、１回目であるときは、単位加熱工程の回数を
２と設定しく同図ステップｑ）、第４図のｆ−ｎのステ
ップを再度繰り返す。尚、第２設定温度θ、は第１設定
温度θ２と同一か。

もしくはそれより低い温度とすることが好ましいが、第
２設定温度θ、を第１設定温度θ２より高い温度に設定
する場合は、次の予備加熱に備えて第１設定温度θ２ま
で降温させるための待ち時間が必要となる。

そして、モニター用ウェハ（１２）の表面温度θが第１
設定温度θ２になった時点Ｔ１から第２設定温度θ、に
なった時点Ｔ、　　（Ｔ、’）までの。

タイマにより計測される第１回目の時間ｔ□と第２回目
の時間ｔ２とを比較し、その差Δｔ＝１、−１□の絶対
値が所定の値ｔｃ、（例えばｔｃ＝１秒）以内であるか
どうかをチェックする（同図ステップｐ）。この場合、
絶対値１Δｔ１がｔｃ以下であれば、そこで予備加熱を
終了するのであるが、そうでなければ、予備加熱におけ
る単位加熱工程の回数を（ｒｌ　＝　ｎ　＋１）回目と
設定し直しく同図ステップｑＬ、第４図ステップｆ−ｐ
の単位加熱工程をさらに繰り返すことになる。

この際、第１回目の単位加熱工程の計測時間ｔ工より第
２回目の計測時間ｔ２の方が長くなり、第２回目の計測
時間ｔ２より第３回目の計測時間ｔ１の方がさらに長く
なるが、それらの時間差の絶対値は次第に小さくなって
くる。そして単位加熱工程第ｎ回目の計測時間ｔ％と、
その前同第ｎ−１回目の計測時間ｔ％−１との差の絶対
値１Δｔｌ＝　　ｉｔ％−ｔ％−１１が１゜（例えば１
秒）より短かくなった時点をもって。

加熱炉（１４）内の温度はほぼ一定になったものとし、
予備加熱を完了する。

予備加熱を終えた後は、加熱炉（１４）内を第２設定温
度θ１に維持し、その第２設定温度θ□にてウェハ（１
１）を加熱炉（１４）内に搬入するようにし、１枚ずつ
連続して熱処理を行なう。この自動熱処理工程について
はこの発明と特に関係がないので、その説明は省略する
。

尚、上述した予備加熱工程で使用する出力プログラムは
、自動熱処理工程においてウェハ（１１）に施す熱処理
の出力プログラムと同一のものを使用してもよいし、全
く別の適宜な出力プログラムを使用してもよい。

〔効　　果〕

この発明は１以上述べたような構成を有するので、次の
ような諸効果を奏する。

■　加熱炉内を予備加熱するに際し、単に予備加熱を所
要回数繰り返したり、加熱する時間を所要時間に設定し
たりする場合に比べ、この発明においては、予備加熱完
了時における条件を明確にし、その条件が満足されるま
で単位加熱工程を繰り返すため、予備加熱完了時におけ
る加熱炉内は、より確実に均一な温度条件下にあること
となり、その結果、被熱処理体を１枚ずつ連続して熱処
理する場合に、各被熱処理体についての熱処理開始条件
が均一となり、製品品質における均一性を確保すること
ができる。また連続自動熱処理を一旦停止し、その後再
開した場合であっても、それらの被熱処理体間での製品
品質に差がない。

■　単位加熱工程における所要時間の差が所定の値以内
になった時点をもって予備加熱を終了するという条件を
設定しているため、必要以上に予備加熱に時間をかけた
り、また予備加熱が不充分になったりすることがなく、
経済的でかつ正確な熱処理管理を行なうことができる。

■　加熱炉の形状を変更したり、加熱炉に付属物を付設
したりした場合等においても、予備加熱終了時における
炉内の温度条件を均一にすることができ、製品品質に及
ぼすそれらの影響を排除することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る方法を適用し得る熱処理装置
の１例を示す要部断面図、第２図は、同装置に設定され
るモニター用ウェハの１例を示す断面図、第３図は、同
装置の制御系を示すブロック図であり、第４図は、この
発明に係る熱処理方法の予備加熱工程を説明するための
フローチャートである。また第５図は、予備加熱工程に
おけるモニター用ウェハの表面温度の時間的変化を表わ
すグラフであり、第６図は、予備加熱工程における記憶
装置からの出力信号の時間的変化を表わすグラフである
。 １１・・・被熱処理体（ウェハ） １２・・・モニター用ウェハ　　１４・・・加熱炉１５
・・・光源　　　　　　　　２１・・・記憶装置第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被熱処理体を加熱炉内に搬入し、被熱処理体の少な
   くとも片面に対向して配設された光源からの光照射によ
   って被熱処理体を加熱処理する熱処理方法において、被
   熱処理体を加熱炉内に搬入する前に、単位加熱工程を少
   なくとも２回繰り返すとともに、各単位加熱工程におい
   て、炉内温度の昇温時における第１設定温度通過時点か
   ら炉内温度の降温時における第２設定温度通過時点まで
   に要する時間を計測し、それらの計測時間の差の絶対値
   が所定値以内になった時点をもって予備加熱を終了する
   ようにしたことを特徴とする熱処理方法。 ２、被熱処理体の加熱炉内への搬入は、加熱炉内が第２
   設定温度にある時点で行なうようにした特許請求の範囲
   第１項記載の熱処理方法。 ３、単位加熱工程を、加熱炉内が第１設定温度に昇温し
   た時点で開始するようにした特許請求の範囲第１項記載
   の熱処理方法。 ４、第１設定温度は第２設定温度と同一、もしくはそれ
   より高い温度である特許請求の範囲第１項記載の熱処理
   方法。 ５、第２設定温度は４００℃より低い温度である特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載の熱処理方法。