JPS6143416A - 加熱装置 - 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〕 本発明は加熱処理技術に関するもので、たとえば半導体
装置の製造における半導体ウェハの加熱処理に利用して
有効な技術に関する。

〔背景技術〕

周知のように、半導体素子を製造する場合、加熱処理が
多用されている。たとえば各種ベーク処理、アニール処
理、不純物拡散処理、気相成長処理等がある。従来、こ
れらの加熱方式はたとえば１９７８年１１月１日付発行
の電子材料７０頁に記載されているようにヒータおよび
赤外線ランプ等による加熱が主流である。これらの加熱
法は熱伝導、ふく射によシ被加熱物を外部から加熱する
外部加熱方式であり、加熱効率が極めて悪い。この為各
種加熱処理を行なう半導体素子製造処理時間が長く、装
置を自動化した場合大型化する傾向にあシ、かつ消費電
力が大きくなる欠点がある。

最近、上述した欠点を解決するために電磁波であるマイ
クロ波を利用した加熱法が提案されている。たとえば１
９８１年１０月１５日付ソリッドステートテクノロジ（
日本版）６３〜７ｏ頁に記載されているようにマイクロ
波照射によるホトレジストベーク処理方法が考案されて
いる。

しかし、次の欠点がアシ、量産実用化されるに至りでい
ない。つまシ、同一マイクロ波出力を加熱炉内に照射し
ても、被加熱物である、半導体ウェハの負荷容量が極め
て小さいため、反射波が生じ、炉内のマイクロ波強度分
布を一定に保つことが出来なく、加熱される半導体ウェ
ハ内の温度分布が悪くなる。このため高い温度精度を要
求する半導体ウェハ製造装置として量産実用化していな
いのが実状である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は被加熱物を均一かつ精度よく効率的に加
熱処理する加熱処理方法とその装置を提供することにあ
る。

本発明の前記目的と新規な特徴は本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。

〔発明の概要〕

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下記の通シである。

すなわち、被加熱処理物を均一にかつ精度良く加熱する
手段として、被加熱物の材質、形状、大きさおよび支持
状態に応じ均一加熱ができるように被加熱物に作用する
マイクロ波強度分布を調整できる機能を有し、かつ、上
述マイクロ波強度分布を乱すことなく、一方向のみにマ
イクロ波を伝搬しながらその定常状態に保たれたマイク
ロ波強度分布中で被加熱物を加熱することによシ均一で
かつ精度良く、効率的に加熱処理するものである。

〔実施例１〕 ｇｉ図は本発明の一実施例による半導体ウェハ製造にお
ける不純物イオン打込み後の打込み層のダメージを７二
−リングするアニーリング処理装置の要部断面図である
。

′装置構成から説明すると、導波管１の中央に回転する
ステージ２があシ、そのステージ２上には被処理物であ
るウェハ３がセットされている。このウェハ３の表面は
不純物イオン打込み時に発生した、ダメージ層４が生じ
ている。

一方導波管１右端には電磁波発生部となるマイクロ波発
生装置ＭＷＧ５が設けてあシ、電磁波と。

なるマイクロ波６が発生され、左方向に伝送される。導
波管１の中央ステージ２にセットされたウェハ３位置に
相轟する上部には、マイク四波強度分布調整具７があシ
、この形状を変えることによシ、ウェハ３に作用するマ
イクロ波強度分布を所定の分布に設定することができる
。

伝送されたマイクロ波６がウェハ３に作用すると、熱変
換され、ウェハ３を昇温するが、その一部は不用マイク
ロ波８として左方向に伝送される。

導波管１の左端はマイクロ波を透過する石英等の材質、
で構成された吸収材となる水負荷９になっており、供給
口１０から低温水が供給され、排水口１１から排水され
、常に・水負荷は一定温度に保たれている。前記不用マ
イクロ波８はこの水負荷９によシ熱変換され吸収される
。

一方、ウェハ３の温度はのぞき窓１２を通し、温度モニ
タＴＭ１３により計測され、そのウェハ温度情報１４が
制御部ＣＰＵＩ　５に伝送され、制御部ＣＰＵＩ　５で
加熱すべきウェハ３の処理情報１６と比較し、最適な電
力１７をマイクロ波発生装置ＭＷＧ５に供給する。

なお、ステージ２のモータＭ。ｔ１８は制御部ＣＰＵ１
５によシ制御され所定の回転数を得ることができる。

次に、この装置により、ウェハ３表面に生じたダメージ
層４をアニーリング処理する方法について説明する。こ
の基本的考え方は不純物イオン打込み時に発生したウェ
ハ３表面の結晶欠陥層であるダメージ層４に８００〜９
００（’Ｃ）前後の熱を加え、結晶回復をはかるもので
ある・以下、その方法について説明する。ダメージ層４
のあるウェハ３をステージ２上にセットする。

次にアニーリング処理するための処理温度、処理時間、
クエへ回転数の処理情報１６を制御部ＣＰＵ１５に設定
し、装置をスタートさせる。

処理情報１６に応じモータＭ。ｔ１８によシ、ステージ
２が所定回転数に回転されると同時にマイクロ波発生装
置ＭＷＧ５から適正な出力量のマイクロ波６が照射され
る。

なお、ウェハ３の温度は電磁波の分布を制御するための
治具であるマイクロ波強度分布調整治具７、温度モニタ
ＴＭ１３および制御部ＣＰＵ１５によシ所定温度に均一
かつ精度よく加熱される。

特に、ウェハ３加熱に寄与しない不用マイクロ波８が水
負荷９に吸収されるため、反射波を発生することなく、
ウェハ３に作用するマイクロ波強度分布を変えることな
く定常状態でフェノ・３を加熱することができる。

〔実施例２〕 第２図は本発明を半導体つエバ製造における被加熱物で
ある半導体ウニへ表面に形成されたホトレジスト族をベ
ーク処理する装置の要部断面図である。

本実施例は実施例２と異なυ、電磁波となるマイクロ波
の伝送路にマイクロ波をリークされる部位を設け、そこ
からリークしたマイクロ波により加熱するものである。

以下装置構成について説明する。

実施例１同様導波ＩＷ１９右端にマイクロ波発生部ＭＷ
Ｇ２０が設けられており、マイクロ波が発生し、伝送マ
イクロ波２１として左方向に伝送される。導波管１９の
中央部には伝送マイクロ波２１をリークさせるＴＪＬ磁
波リーク部位となる窓開部であるスロット穴２２が明け
られている。一方そのスロット穴２２からリークするリ
ークマイクロ波２３のマイクロ波強度分布を所定の値に
設定するための治具であるリーク量！！ｌ整治具２４が
設けられている。このリーク量詞整治Ａ２４の形状を変
えることによシ、所定のリークマイクロ波２３０マイク
ロ波強度分布を得ることができる。

また、リークしきらなかった過剰伝送マイクロ波２５は
導波管１９左端にある吸収材となる導波管水負荷２６に
吸収される。

一方、導波管１９下部にはマイクロ波を反射する金属等
で構成された加熱室２７がちシ、中央にホトレジスト被
膜ウェハ２８を保持するビンステージ２９があ）、モー
タＭｏｔ３Ｑによシ所定回転数で回転可能となっている
。

前述した導波管１９のスロット穴２２からリークしたリ
ークマイクロ波２３はホトレジスト被膜ウェハ２８に作
用して、ホトレジスト被膜ウェア１２８を加熱する。ま
たホトレジスト被膜ウェア）２８の加熱に寄与しなかり
た、過剰リークマイクロ波３１は加熱室２７の全内壁に
石英等のマイクロ波を透過する材質で構成した吸収材と
なる加熱室水負荷３２に吸収される。このため加熱室２
７内にリークマイクロ波２３による反射波が存在しなく
、ホトレジスト被膜ウェハ２８に作用するリークマイク
ロ波２３のマイクロ波強度分布は定常状態に保たれる。

なお、このリークマイクロ波２３０マイクロ波強度分布
はリーク量調整治具２４の形状をかえることによシ可能
である。

また、実施例１同様ホトレジスト被膜ウ工ノ１２８温度
はのぞき窓３３を通し、温度モニタＴＭ３４によシ計測
され、そのウニノ一温度情報３５が制御部３６へ伝送さ
れ、制御部３６でホトレジストベーク処理情報３７と比
較され、適正電力３８をマイクロ波発生部ＭＷ０２０に
供給し、所定温度に均一かつ高精度に保たれる。

つぎに、この装置にこの装置によシウェハ表面に形成さ
れたホトレジスト被膜をベーキングする方法について説
明する。

前記ホトレジスト被膜は露光現像処理前の塗布されたの
みのホトレジスト被Ｍあるいは露光現像処理されたホト
レジスト被膜である。この種のウェハを処理する場合、
処理すべきホトレジスト被ｊＪｆＪエバ２８をビンステ
ージ２９にセットし、処理温度、処理時間、ステージ回
転数等のホトレジストベーク処理情報３７を制御部３６
に設定し、装置をスタートさせる。

モータＭ。ｔ　３０により、ビンステージ２９が所定回
転数で回転し、マイクロ波発生部ＭＷＧ２０からホトレ
ジストベーク処理情報３７に応じた適正出力のマイクロ
波が照射され、実施例１同様所定温度グロファイルでホ
トレジスト被膜ウェハ２８上のホトレジスト被膜がベー
ク処理される。

所定時間ベーク処理されるとマイクロ波発生部ＭＷＧ２
０からのマイクロ波がしゃ断され、ホトレジストベーク
処理が完了する。

〔効果〕

（１）　　本発明は被加熱物に作用するマイクロ波強度
分布を所定強度分布に設定することが出来、かつその設
定されたマイクロ波強度分布を常に一定に保つことがで
きることから、被加熱物を均一かつ高精度に加熱処理す
ることができる。

（２）本発明により、被加熱物のみを直接加熱処理する
ことができることから、加熱対象物の加熱エネルギー容
量を最小にできることから、加熱源出力を最小にするこ
とができる。

（３）前記（２）のように加熱対象物の加熱エネルギー
容量を最小にできることから、短時間に効率的に被加熱
処理物を加熱することができる。

（４）被加熱物はマイクロ波によって加熱される。

この加熱は電磁波照射による被加熱物内に生じる抵抗損
、誘電損等の電磁気損失によシ、発熱するため、被加熱
物内部での発熱であシ、加熱効率が極めて良い。

（５）前記（２）のように、被加熱物のみの加熱であシ
、加熱室内壁や被加熱物保持共材質をマイクロ波を吸収
する材質もしくは反射する材質で構成することによシ、
加熱室内壁や被加熱物保持具を加熱することなく、炉壁
、保持具に加熱による不要生成物を生成することなく清
浄雰囲気の処理が可能となる。

（６）前記（１）、（５）によシ、高精度な加熱あるい
は汚染のない加熱処理が行なえることから、品質の安定
した信頼性の高い加熱処理が可能となる相乗効果を奏す
る。

（７）前記（３）　、　（４）よシ、大幅な加熱効率向
上が図れ、それに伴い大幅な加熱処理時間の短縮が図れ
、装置を自動化した場合一枚ずつの処理が可能となシ、
装置構造の簡素化、小型化が可能となる。

以上、本発明の実施例に基づいて具体的に説明したが、
本発明は上記実施例に限定されるものでなく、その要旨
を逸脱しない範囲で種々に変形可能であることはいうま
でもない。

また、本発明は反応処理を伴う加熱処理をはじめ高圧雰
囲気中、低圧雰囲気中、真空中およびマイクロ波を透過
する物質中等で前記処理が可能となシ、いずれの場合で
も前記実施例と同様な効果を得ることができる。

〔利用分野〕

以上の説明では主として、本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野である半導体素子製造に
おける半導体ウエノ・処理のアニーリング処理装置、ホ
トレジストベーク処理装置に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、たとえば半導
体材料や、その他覚磁的損失効果のある全ての物質につ
いて結晶成長方法、不純物拡散処理方法、ＣＶＤ処理方
法。

結晶アニール処理方法、ドライエツチング処理方法、ド
ライ現像処理方法等をはじめ、あらゆる分野における加
熱処理方法や反応を伴う加熱処理に応用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるアニーリング処理装置
の要部断面図、 第２図は本発明の他の実施例であるホトレジスト膜ベー
ク処理装置の要部断面図である。 １・・・導波管、２・・・ステージ、３・・・ウェハ、
４・・・ダメージ層、５・・・マイクロ波発生装置ＭＷ
Ｇ、６・・・マイクロ波、７・・・マイクロ波強度分布
調整治具、８・・・不用マイクロ波、９・・・水負荷、
１０供給口、１１・・・排水口、１２・・・のぞき窓、
１３・・・温度モニタＴＭ、１４・・・ウェハ温度情報
、１５・・・制御部ＣＰＵ、１６・・・処理情報、１７
・・・最適電力、１８・・・モータ、１９・・・導波管
、２０・・・マイクロ波発生部ＭＮＧ、２１・・・伝送
マイクロ波、２２・・・スロット穴、２３・・・リーク
マイクロ波、２４・・・リーク量調整治具、２５・・・
過剰伝送マイクロ波、２６・・・導波管水負荷、２７・
・・加熱室、２８・・・ホトレジスト被膜ウェハ、２９
・・・ピンステージ、３０・・・七−タＭｏｔ、３１・
・・過剰リークマイクロ波、３２・・・加熱室水負荷、
３３・・・のぞき窓、３４・・・温度モニタＴＭ１３５
・・・ウェハ温度情報、３６・・・制御部ＣＰＵ。 ３７・・・ホトレジストベーク処理情報、３８・・・適
正電力・ 第　　　１　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電磁波発生部と、電磁波を被加熱部に照射し、被加
   熱物を加熱する加熱装置であって、前記電磁波の分布を
   制御するための治具と、前記電磁波の吸収材とを具備し
   、定在波が発生することなく、進行波のみ存在する定常
   状態に保った電磁波分布内で被加熱物を加熱することを
   特徴とする加熱装置。 ２、前記吸収材は、電磁波伝送方向に設けられ、ている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の加熱装置
   。 ３、前記治具は、被加熱物近傍に配設され該治具形状で
   電磁波分布を制御することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項又は第２項記載の加熱装置。 ４、前記被加熱物と前記治具との間に少なくとも１つの
   窓開部を有する電磁波リーク部位が具備されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項又は、第２項又は第
   ３項記載の加熱方法。