JPS6220307A - 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、熱処理技術、特に、半導体装置の製造におＬ
Ｊるウェハのアニール処理に適用し２て有効な技術に関
する。

「背景技術」 たとｉば、超人規模隼積回路などの製造においては、シ
リＪ１ンなどの円盤状の基板、ずなわらうエバに所定の
半導体装ｒを構成する過程で、たとえばｐｎ接合形成の
ための不純物をウニへ表面乙こ導入する手段として、イ
オン７１人操作がｊ］われる場合がある。

この場合、イオン７１入に、Ｌっでウコーハ裏面に導入
された不純物の活性化や、イオン注入によって発生され
た不純物導入部の結晶欠陥の回復、消滅などを図るため
、ｉｍ常、ウェハを非酸化性の雰囲気で所定の温度に比
較的短時間加熱するアニールが行われる。

このようなアニールを行う装置としては、次のような構
造のものが考えられる。

すなわち、平面状に配設された加熱ランプに平面状の反
射板を平行に対向して設け、この反射板と加熱ランプと
の間にウェハを位置させ、所定の時間加熱光線を照射す
ることによりウェハを所定の温度に加熱してアニールを
行うものである。

しかしながら、上記のような構造のアニール装置におい
ては、たとえば、加熱ランプから放射される熱線の波長
領域とウェハに効率よく吸収される波長領域の相違など
によって、加熱効率の向上には限界があり、必要とされ
る加熱速度が得られない場合があるという欠点がある。

さらに、ウェハが比較的大口径となった場合、ウェハ全
体を均一に加熱することが困難であり、熱の散逸速度の
比較的大なウェハの周辺部と中央部との間に発生される
温度差などに起因してウェハに熱応力転位などの結晶欠
陥が発生され、うエバに形成された半導体素子が損傷さ
れるなど、種々の欠点があることを本発明者は見いだし
た。

なお、ウェハのアニール技術について説明されている文
献としては、株式会社工業調査会、昭和５６年１１月１
０日発行［電子材料Ｊ　１９８２年１１月号別冊、Ｐ１
０２〜Ｐ１０８がある。

［発明の目的］ 本発明の目的は、被処理物を迅速かつ均一に加熱するこ
とが可能な熱処理技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の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
。

［発明の概要コ 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、つぎの通りである。

すなわち、被処理物が位置される処理室の内壁面が閉曲
面からなる反射面をなす構造とすることにより、前記処
理室内に導入され、被処理物に照射される光線が閉曲面
からなる反射面をなす内壁面で反射されながらあらゆる
方向から繰り返し均一に被処理物に照射されるようにし
て、被処理物に照射される光線による被処理物の加熱効
率を向上させ、被処理物を迅速かつ均一に加熱すること
を可能にしたものである。

［実施例１］ 第１図は、本発明の一実施例であるアニール装置の要部
を示す断面図である。

球形の処理室１は、半球形の基体部２およびこの基体部
２に着脱自在な半球形の蓋体３で構成され、中央部にお
いて上下方向に分割可能にされている。

前記基体部２および蓋体３の着脱部にはフランジ４およ
びフランジ５が設けられ、フランジ４に装着されたＯリ
ング６によって基体部２および蓋体３が合体されて構成
される球形の処理室ｌの内部の気密が保持されるように
構成されている。

この場合、球形の処理室ｌの内壁面は鏡面加工され、球
面（閉曲面）からなる反射面Ｒをなすように構成されて
いる。

一方、前記基体部１には、光透過窓７が形成され、処理
室１の外部に設けられたタングステンランプなどの光源
８から放射される光線９が所定のレンズ群などからなる
光学系１０を経て処理室１の内部に導入されるように構
成され、光源８の近傍に設けられたシャッタ機構１１に
よって光線９の処理室１の内部への入射および遮断が制
御される構造とされている。

処理室１の内部中央には石英などからなるサセプタ１２
に載置されてウェハ１３（被処理物）が位置され、光透
過窓７を通じて処理室１の内部に導入され、反射面Ｒに
反射された光線９があらゆる方向から繰り返し照射され
ることによって光線９の一部がウェハ１３に吸収されて
熱エネルギに変換され、ウェハ１３が加熱されるもので
ある。

また、蓋体３には観測窓１４が設けられ、処理室ｌの外
部に設けられたパイロメータ１５によって処理室１の内
部のウェハ１３の温度が計測可能にされている。

さらに、蓋体３乙、−はガスノズ月用６が置ＬＪられ、
処ｆ！１１室ｌの内部に窒素ガスなどの不活ｉノ［ガス
が’４人されるように構成さね−Ｃいる。

また、基体部２ζ、こは、処理室ｌの夕１部に設けられ
た真空ポンプ１７　（排気機構）に接続される排気ノズ
月用８が設ｉｔられ、処理室１の内部がＩＪＩ気される
ことによって所定の真空度εこされろよ・）に構成され
ている。

基体部２才５よび蓋体３の夕）周部Ｃコは、それぞれン
Ａｊ体ジｔ・ゲット１９および流体シャツ１−・ノ［２
０が設（１られ、流体ジャケット１９および２０乙こそ
れイ渕１設けられ〕、−流体人ＴＴ＋ノズル２１および
涜体入［１ノズル２２、流体用「１ノズル２３および流
体用「１ノズル２４を通し２て所定の温度の冷却水が流
通されるごとにより、処理室１の内壁面が所定の温度に
保持される構造とされている。

以下、本実施例の作用について説明する。

Ｌｌしめに、蓋体３が基体部２から分離され、処理室１
の内部に設は−）れたり゛セプタ１２にウエノ＼１３が
叔置きねる。

イ＋、て、蓋体３が基体部２に合体さね、ｒ・Ｈ形の処
理室１が気密に構成されるとともに、基体部２および蓋
体３にそわぞれ設けられた流体シャゲット１９および２
０には所定の温度の冷ｊｌｌｌ水が流通され、処理室１
の内壁面が所定の温度に保持される。

次に、ガスノズ刀用６を通じて窒素ガスが処１１１室１
の内部に流入されるとともに、排気ノズ月４８に接続さ
れる真空ポンプ１７によって処理室１の内部が排気され
、処理室１の内部雰囲気が窒素ガスに置換され、さらに
窒素ガスの供給を停止トＵ２排気操作のみを継続するこ
とによって処理室１の内部は所定の真空度のＪ１酸化性
雰囲気にされる。

次に、光源８のシャッタ機構１１が開放され、光ｔＡ８
から放射される光線９が光学系１０およびｙｆ−：透過
窓７をへて処理室１の内部に大引され、処理室１の内部
中宍ぼ位置されろうエバ１３に照射され、うエバ１３の
加熱が開始される。

この場合、処理室１の内壁面が球面からなる反射面Ｒを
なｔ、ｈうに構成されているため、処理室１の中央部に
位置されるウェハ１３には処理室１内に導入され反η・
）而Ｒにおいて反射された光線９があらゆる方向から均
一な照度で繰り返し照射される状態となる。

このため、たと誠ば光線９の持つ光エネルギのウェハ１
３に対する吸収率が比較的低く、加熱効率が劣る場合で
あっても、ウェハ１３を透過された光線９が反射面Ｒに
よって反射され再びウェハ１３に照射されることが繰り
返されることによって、光線９のもつ光エネルギのウェ
ハ１３を加熱する熱エネルギへの変換効率が向−Ｌされ
、処理室１の内部に位置されるウェハ１３は迅速かつ均
一に所定のアニール温度に加熱され、所定の時間°アニ
ール温度に保持されることによって、たとえばイオン注
入などによるウェハ１３の導入不純物の活性化や不純物
導入部の結晶欠陥の回復や消滅などがウェハ１３の全面
にわたって均一に行われる。

また、処理室１の内壁面が、処理室１の外周部に設けら
れた流体ジャケット１９および流体ジャゲット２０によ
って所定の温度に冷却されていることにより、処理室ｌ
の内壁面の温度が過度に十臂されることなどに起因ｊ−
で、処理室１の内壁面を構成する金属原子などが処理室
１の内部雰囲気中に飛散され、ウェハ１３に（＝ｉ着し
てウェハ１３を汚染することが防止される。

所定の時間経過後、光源８のシャッタ機構１１が閉面さ
れ、処理室１内におけるウェハ１３の加熱操作が停屯さ
れ、ウェハ１３の温度は常温まで降下される。

この時、処理室１の内部は所定の真空度にされているこ
とにより、処理室１内の雰囲気の熱対流の発生が防止さ
れ、ウェハ１３のアニール温度までの胃温およびアニー
ル温度から常温までの降温操作などに於いてウェハ１３
の周辺部からの熱の散逸速度がウェハ１３の中央部に比
較して大となることに起因して、ウェハ１３の中央部と
周辺部との間に大きな温度差を生じることが回避され、
ウェハ１３に熱応力転位などの結晶欠陥が発生されるこ
とが防止される。

次に、真空ポンプ１７による処理室１の内部の排気操作
が停止されるとともに、ガスノズル１６から窒素ガスが
導入され、処理室１の内部は大気圧に復帰され、蓋体１
が開放され、アニールされたウェハ１３は処理室１の外
部に取り出される。

上記の一連の操作を繰り返すことによって、多数のウェ
ハ１３が適切にアニール処理される。

［実施例２］ 第２図は、本発明の他の実施例である低圧化学気相成長
装置の要部を示す断面図である。

本実施例２においては、前記実施例１におけるカスノズ
ル１６に所定の反応ガス源２５が接続され、処理室１の
内部に位置されるウェハ１３の表面に所定の温度および
減圧下において所定の物質からなる薄膜が形成されるよ
うに構成されているとごろが前記実施例１と異なる。

すなわち、所定の真空度にされた球形の処理室１の内部
に位置され、処理室１の内部に入射された光線９の照射
によって所定の温度に加熱された状態にあるウェハ１３
に、反応ガス源２５からガスノズル１６を通して所定の
組成の反応ガスが供給され、処理室１の内部におＬｊる
熱エネルギによって反応ガスのウェハ１３の表面におけ
る所定の物質からなる膜形成反応が促進されるものであ
る。

この場合、ウェハＩ３に均一に薄膜が形成されるために
は、ウェハ１３の各部が均一に加熱されることが重要と
なるが、本実施例においては、処理室ｌの内壁面が球面
からなる反則面Ｒをなすように構成されているため、処
理室１の中央部に位置されるウェハ１３には、処理室１
内に導入され、ウェハ１３を加熱する光線９が反射面Ｒ
において反射されてあらゆる方向から均一な照度で繰り
返し照射される状態となり、ウェハ１３を所定の温度に
迅速かつ均一に加熱することができ、ウェハ１３の表面
に所定の物質からなる薄膜を均一に形成できるものであ
る。

［効果］ （１）、処理室内に位置される被処理物に所定の光線を
照射することによって加熱する熱処理装置の、前記被処
理物が位置される前記処理室の内壁面が閉曲面からなる
反射面をなす構造であるため、処理室内に入射される光
線が閉曲面からなる反射面をなす処理室の内壁面で反射
されながら、あらゆる方向から繰り返し均一に被処理物
に照射され、被処理物に照射される光線による被処理物
の加熱効率を向上させることができ、被処理物を迅速か
つ均一に加熱することができる。

（２）、処理室が排気機構に接続され、光線による被処
理物の加熱処理が所定の真空度の下で行われることによ
り、処理室内の雰囲気の熱対流の発生が防止され、被処
理物のアニール温度までの昇温およびアニール温度から
常温までの降温操作などに於いて、処理室内の雰囲気の
熱対流によって被処理物の周辺部からの熱の散逸速度が
被処理物の中央部に比較して大となり、被処理部の中央
部と周辺部との間に大きな温度差を生しることが回避で
き、たとえば、アニールされるウェハに熱応力転位など
の結晶欠陥が発生されることが防止され、アニールにお
ける歩留りが向」二できる。

（３）８反射面を構成する処理室の内壁面が、処理室の
外周部に設けられた流体ジャケットによって所定の温度
に冷却されていることにより、処理室の内壁面の温度が
過度に上昇されることなどに起因して、処理室の内壁面
を構成する金属原子などが処理室の内部雰囲気中に飛散
し、ウェハに付着してウェハを汚染することが防止され
る。

（４）、前記（１）の結果、低圧化学気相成長装置の処
理室内に位置されるウェハが全体的に均一に加熱され、
ウェハに所定の物質からなる薄膜が均一に形成できる。

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。

たとえば、反射面を構成する閉曲面としては、球面に限
らず、回転楕円面などであっても良い。

また、処理装置を単なる加熱乾燥装置として用いること
も可能である。

［利用分野］ １）シｌの説明で１．Ｊ　、）−２：　ｊ、て本発明−
Ｈに、ｌ、っ−Ｃなさ旧た発明をイのｊｌ＋、景占な−
、八へ用分野であるウェハの熱処理技術に適用した場合
にて〕いて説明（２かが、それに限定さ４するものでは
なく、被処理物を迅速か−）均一に加熱するこＪ、が必
要、しされる技術に広く適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の・実施測子・あるア；−ル装置の要
部を示Ａ断面図、 第２図は、本発明の他の実施例であるイＩ（圧化学気相
成長装置の要部を示すＷ「面図である。 ■・・・処理室、２・・・Ｗ体部、３・・・蓋体、４．
５・・・フランジ、６・・・０リング、７・・・光透過
窓、８・・・光源、９・・・光線、１０・・・光学系、
１１・・・シャッタ機構、１２・・・リセプタ、１３・
・・ウェハ（被処理物）、１４・・・観測窓、１５・・
・パイロメータ、１　ｆｉ・・・ガスノスル、１７・・
・真空ポンプ（排気機構）、１８・・・１ノド気ノズル
、１９．２０・・・流体ジャうノド、２］、２２・・・
流体入［−１ノズル、２３．２４・・・流体用［−１ノ
ズル、２５・・・反応ガス源、Ｒ・・・反射面。 代理人　弁理−１小　川　Ｂ　　ｙ’、（Ｊで）１Ｇ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、処理室内に位置される被処理物に所定の光線を照射
   することによって加熱する熱処理装置であって、前記被
   処理物が位置される前記処理室の内壁面が閉曲面からな
   る反射面をなすことを特徴とする熱処理装置。 ２、前記閉曲面が球面であり、前記被処理物が該球面の
   中心部に位置されることを特徴とする特許請求の範囲１
   項記載の熱処理装置。 ３、前記処理室が排気機構に接続され、前記光線による
   被処理物の加熱処理が所定の真空度の下で行われること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱処理装置。 ４、前記反射面を構成する前記処理室の前記内壁面が、
   該処理室の外周部に設けられた流体ジャケットによって
   所定の温度に冷却されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の処理装置。 ５、前記被処理物がウエハであり、前記熱処理装置がア
   ニール装置であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の熱処理装置。 ６、前記処理室が、排気機構および反応ガス源にそれぞ
   れ接続され、前記熱処理装置が、低圧化学気相成長装置
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱
   処理装置。