JPS6252926A - 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けるウ
ェハのアニール処理に適用して有効な技術に関する。

［背景技術］ イオン注入によって半導体ウェハ（以下単にウェハとい
う）に導入された不純物の活性化や、イオン注入によっ
て発生した不純物導入部の結晶欠陥の回復、消滅等を図
るために前記ウェハのアニール処理を行う熱処理装置が
ある。

この熱処理装置としては、複数枚のウェハを立設した状
態でチューブ内に載置し、該チューブの周囲に設けられ
たブロックヒータにより加熱処理を行う電気炉アニール
装置が知られているが、この電気炉アニール装置による
アニールではウェハを載せた石英ボートの熱容量が大き
すぎるため、ウェハの中心部とＩ！１辺部とでは温度差
を生じ、ウェハの全面にわたって均一なアニール処理を
行うことができない場合がある。

このことから、ウェハを一枚ずつハロゲンランプ等の熱
源で照射して加熱処理を行う、いわゆるランプアニール
装置が考えられる。このランプアニール装置は、例えば
石英ガラス等で構成されたチャンバ内に被処理物である
ウェハを回転可能な状態で載置して、その上下両面方向
からハロゲンランプで回転するウェハを照射してアニー
ル処理を行うものである。

ところが、上記構造のランプアニール装置では、チャン
バ内の雰囲気の温度すなわち環境温度がアニール処理に
微妙な影響を与えることが本発明者によって明らかにさ
れた。

すなわち、第２図は上記構造のランプアニール装置を用
いた温度プロファイルの一例を示したものであるが、こ
の第２図からも明らかなように、装置の作動開始時から
２〜３回程度の処理回数まではチャンバ内の環境温度が
一定せず、そのためにアニール時のピーク温度も不安定
となり、均一な処理を再現性良く行うことができないこ
とが明らかにされた。

この点について、ダミーウェハを用いて数回程度のダミ
ー処理を行い、チャンバ内の雰囲気温度を一定にした後
に実際のウェハによる本処理を行うことも考えられるが
、前記ダミー処理に時間がかかり、効率的なアニール処
理を実現することが困難となることがさらに本発明者に
よって明らかにされた。

なお、ハロゲンランプアニール装置の例としては以下の
文献がある。

■セミコンダクタ・ワールド　（Ｓｅｍｉｄｏｎｄｕｃ
ｔｏｒＷｏｒｌｄ）　１９８５年、第４巻、第４号、Ｐ
６２〜Ｐ６６、 ■セミコンダクタ・ワールド　（Ｓｅｍｉｄｏｎｄｕｃ
ｔｏｒＷｏｒｌｄ）　１９８５年、第４＠、第４号、Ｐ
１１６〜Ｐ１２２、 ■電子材料、１９８５年、第２４巻、第３号、Ｐ１０４
〜Ｐ１０９゜ ［発明の目的］ 本発明の目的は、再現性が良好で均一な処理を効率的に
行うことのできる熱処理装置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］ 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、次の通りである。

すなわち、被処理物の温度を検出する被処理物温度検出
機構と、被処理物の周囲の雰囲気温度を検出する雰囲気
温度検出機構と、被処理物を加熱する加熱機構と、前記
雰囲気温度検出機構により検出された雰囲気温度に基づ
き処理時のピーク温度を制御する制御機構とを有する熱
処理装置構造とすることにより、作業開始における初回
の処理時からウェハのピーク温度を一定値に制御するこ
とができるため、再現性が良好で常に均一な処理を行う
ことのできる熱処理装置を提供することができる。

［実施例１］ 第１図は本発明の一実施例であるランプアニール装置を
示す概略図、第３図は本実施例のランプアニール装置に
おける温度プロファイルを示す図、第４図は本実施例の
ランプアニール装置において環境温度の制御を行った場
合の温度プロファイルを示す図である。

本実施例の熱処理装置は第り図に示すように、ウェハ２
のアニール処理を行うランプアニール装置１であり、そ
の炉体部分には平行に並べられた一対のランプ群３ａ、
３ｂと、該ランプ群３ａ。

３ｂに挟まれた状態で取付けられたチャンバ４とを有し
ている。

チャンバ４の内部にはホルダ５が水平に設置され、この
ホルダ５の上には被処理物であるウェハ２がｉｆｌ！置
されている。ここで、前記ウェハ２はホルダ５に設けら
れた複数の突起部５ａにより点接触状態で支持されてお
り、Ｒ置されるウェハ２がチャンバ４からの熱的影響を
受けにくい構造となっている。

また、上記のチャンバ４およびホルダ５は、例えば透明
な石英ガラス等で形成されており、チャンバ４の内部に
載置されるウェハ２の上下面にチャンバ４の外部から赤
外線等の熱線が照射できる構造となっている。

なお、チャンバ４の側面にはシャフタ機構６が設けられ
ており、このシャッタ機構６を通じてチャンバ４の内部
にウェハ２の挿入および取り出しが行えるようになって
いる。

チャンバ４の内部上方には熱電対等からなる環境温度セ
ンサ７が取付けられており、これによりチャンバ４内の
雰囲気の温度が検知され、環境温度信号として制御部８
に伝達される構造となっている。

さらに、チャンバ４の外部上面には放射温度計９が取付
けられており、チャンバ４内のウェハ２からの放射光を
検出することにより、ウェハ２の温度を検知するように
なっている。なお、このウェハ２の検知温度もウェハ温
度信号として制御部８に伝達される構造となっている。

上記チャンバ４の上下両方向に設けられているランプ群
３ａ、３ｂの個々のランプ３Ｃはたとえばハロゲンラン
プであり、各ランプ３Ｃの背面側には各々反射板１０が
取付けられており、背面側への熱線が効率的にチャンバ
４内のウェハ２の方向に照射されるようになっている。

このランプ群３ａ、３ｂは１１ｍ部８によって出力が制
御されるようになっている。

上記制御部８は温度プロファイル成形部１１、出力制御
部１２および電力分配部１３からなり、温度プロファイ
ル成形部１１には予め環境温度に対応する出力制御情報
が入力されており、前記環境温度信号に基づき処理時の
ウェハ２のピーク温度を常に一定値に保つ補正信号を出
力制御部１２に伝達するようになっている。出力制御部
１２はこの補正信号に基づいて電力分配部１３を経て各
ランプ３Ｃを制御するようになっている。

次に本実施例の作用について説明する。

チャンバ４の内部に図示しない流体供給手段により窒素
ガス等の流体が供給されると、シャッタ機構６を通じて
ウェハ２が挿入され、ホルダ５の上に載置される。

次に、上下のランプ群３ａ、３ｂが点灯され、熱線がチ
ャンバ４の内部に照射されて徐々にウェハ２の加熱が開
始される。

このとき、加熱の開始に先立って環境温度センサ７から
の環境温度信号が制御部８の温度プロファイル成形部１
１に伝達される。この温度プロファイル成形部１１によ
り一定ピーク値となるように補正された信号に基づいて
、出力制御部１２および電力分配部１３によりランプ群
３ａ、３ｂの点灯が制御され、ウェハ２は急速に加熱さ
れ、一定のピーク値を維持した後、ランプ群３ａ、３ｂ
の点灯が停止されウェハ２の温度は降下する。

このようにしてｌす・イクルのアニール処理が完了する
と処理済のウェハ２がチャンバ４内から取り出されて、
新たなウェハ２がチャンバ４内のホルダ５上に載置され
る。このときチャンバ４内の環境温度は初回の処理開始
時の環境温度よりも高い温度となっている。このような
新たな環境温度信号に基づいて温度プロファイル成形部
１１では新たな補正信号を出力制御部１２に伝達して、
ピーク時には一定の温度値が維持される。

このように、本実施例によれば複数のウェハ２を連続し
て処理した場合であっても、温度プロファイル成形部１
１によって、各処理開始時の環境温度を検知してピーク
値を補正することによって、第３図に示すように常にピ
ーク温度を一定に維持することができるため、再現性が
良好で常に均一なアニール処理を行うことができる。ま
た、作業開始時の初回のアニール処理から一定のピーク
温度を維持することができるため、ダミー処理を行うこ
となくウェハ２のアニール処理を開始することができる
。

なお、特に高精度のアニール再現性が要求される場合に
はピーク温度の制御のみでなく、環境温度の制御も行う
ことが可能である。

この場合には温度プロファイル成形部１１に、予め所定
の環境温度を記憶させておき、アニール処理を行わない
ウェハの出し入れ時においても、ランプ群３ａ、３ｂの
制御により常にチャンバ４内が一定の温度となるように
環境温度を制御することが可能である。

このようにピーク温度とともに、環境温度の制御を行う
ことにより、第４図に示すようにさらに再現性の良好な
アニール処理を行うことができるため、高精度の均一処
理を実現できる。

［効果〕 （１）、被処理物の温度を検出する被処理物温度検出機
構と、被処理物の周囲の雰囲気温度を検出する雰囲気温
度検出機構と、被処理物を加熱する加熱機構と、前記雰
囲気温度検出機構により検出された雰囲気温度に基づき
処理時のピーク温度を制御する制御機構とを有する熱処
理装置構造とすることにより、常にピーク温度を一定に
維持することができるため、再現性が良好で常に均一な
熱処理を行うことができる。

（２）、前記（１１により、作業開始における初回の処
理時から被処理物のピーク温度を一定値に制御すること
ができるため、ダミー処理が不要となり、効率的な熱処
理工程を実現することができる。

（３）、制御機構がピーク温度の制御とともに環境温度
の制御を行う構造とすることにより、非処理時において
も環境温度を常に一定温度に維持することができるため
、処理の再現性を高精度に実現することが可能となり、
処理の均一性をさらに高めることができる。

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、実施例ではウェハの温度検知については放射
温度計を用いた場合について説明したが、これに限らず
雰囲気温度の検知と同様の熱電対形の温度センサであっ
てもよい。

［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
をその利用分野である、いわゆるウェハの７ニール処理
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、たとえば酸化膜形成装置等の他の熱
処理装置に適用しても有効な技術である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるランプアニール装置を
示す概略図、 第２図は従来のランプアニール装置における温度プロフ
ァイルを示す図、 第３図は本実施例のランプアニール装置における温度プ
ロファイルを示す図、 第４図は本実施例のランプアニール装置において環境温
度の制御を行った場合の温度プロファイルを示す図であ
る。 ｌ・・・ランプアニール装置、２・・・ウェハ、３ａ、
３ｂ・・・ランプ群、３ｃ・・・ランプ、４・・・チャ
ンバ、５・・・ホルダ、６・・・シャンタ機構、７・・
・環境温度センサ、８・・・制御部、９・・・放射温度
計、１０・・・反射板、１１・・・温度プロファイル成
形部、１２・・・出力制御部、１３・・・電力分配部。 第　　　１　　図 デ グ 第　　２　　図 悪櫂Ｅ破　　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被処理物の温度を検出する被処理物温度検出機構と
   、被処理物の周囲の環境温度を検出する環境温度検出機
   構と、被処理物を加熱する加熱機構と、前記環境温度検
   出機構により検出された環境温度に基づき処理時のピー
   ク温度を制御する制御機構とを有することを特徴とする
   熱処理装置。 ２、前記制御機構がピーク温度の制御とともに環境温度
   の制御を行う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。 ３、被処理物が半導体ウェハ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。