JPS6267813A - 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ウェハ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！！置し、チューブの周囲に設けられ
たブロックヒーター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、ウェハの中心部と周辺部とでは温度差を
生じ、ウェハ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たとえば、石英ガラス等で形
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。

このとき、チャンバ内の温度制御を如何に正確に行うか
がアニール処理の良否を決定することになるが、そのた
めにはウェハ表面の温度を正確に検知して、熱源である
ハロゲンランプを制御する必要がある。

しかし、上記構造のアニール装置では、熱電対等の温度
センサはランプ照射の妨げとなるため、ウェハの表面も
しくは裏面には取付けることができない。そのため、温
度センサはチャンバ内のウェハの周辺に設置し、近似的
にウェハの温度を検知することにより、ウェハ表面の温
度を間接的に検出することが考えられる。

ところが、このように温度センサがウェハから離れて設
置されているため、温度センサはウェハの温度と正確に
対応した温度プロファイルを示さない場合のあることが
本発明者によって明らかにされた。　これは温度センサ
が設置されたウェハの周辺部分では窒素ガス等が充満し
ているために温度分布に微妙な影響を与え、そのため正
確なウェハの温度を検出することが難しくなるためであ
ると考えられる。

さらに、チャンバ内に設置された温度センサが汚染源と
なり、処理の妨げになる場合のあることも合わせて本発
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、ウェハ
の表裏両面方向からハロゲンランプで照射加熱する構造
の装置が記載されている文献としては以下のものがある
。

■セミコンダクタ・ワールド（Ｓｅｓ＋１ｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒＷｏｒｌｄ）　１９８５年、第４Ｓ、第４号、Ｐ
６２〜Ｐ６６、 ■セミコンダクタ・ワールド（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ
ｏｒＷｏｒｌｄ）　１９８５年、第４巻、第４号、Ｐ１
１６〜Ｐ１２２、 ■電子材料、１９８５年、第２４巻、第３号、Ｐｌ　０
４〜Ｐ１０９、 ［発明の目的］ 本発明の目的は、被処理物の正確な温度検知を行うこと
により均一な処理を行うことのできる熱処理技術を提供
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］ 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、被処理物と熱源との間に回転中の被処理物に
照射される熱線量の調整が可能な形状を存し、かつ温度
センサを備えた遮光板が取付けられた熱処理装置構造と
することにより、被処理物からの放射光を直接検知して
その放射光によりウェハの正確な温度を検出することが
できるため、これに基づく熱源の制御により均一な熱処
理を行うことができる。

［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
示す概略断面図、第２図は実施例１のランプアニール装
置の遮光板および熱電対の取付は状態を示す概略平面図
である。

本実施例１のランプアニール装置ｌは回転式ランプアニ
ール装置であり、炉体部分は平行に並べられた一対のラ
ンプ群２ａ、２ｂと該ランプ群２ａ、２ｂに挟まれたチ
ャンバ３とを有している。

チャンバ３の内部は仕切板４により仕切られる上下二段
からなる流体空間５ａおよび５ｂを有しており、上部空
間５ａには円板状のホルダ６が仕切板４に形成された小
凹部７に中心突起部８を係合させた状態で載置されてい
る。さらに、ホルダ６の上には該ホルダ５と同心円状に
被処理物であるウェハ９が着脱自在な状態でｓ！直され
ている。

また、仕切板４には下部空間５ｂから上部空間５ａの方
向に貫通する複数の流体吹出口１０が開設されており、
この流体吹き出し口１０は上部空間５ａからみて前記仕
切板４の小凹部７を中心に　゛各々偏心された状態で開
設され、この吹出口１０からの吹出流体により上部空間
５ａのホルダ６は中心突起部８すなわち軸部を中心に回
転するようになっている。

このような構造のチャンバ３およびホルダ６はたとえば
透明な石英ガラスで構成され、上部空間５ａのホルダ６
に載置されるウェハ９の上下面にチャンバ３の外部から
赤外線等の熱線が照射可能な構造とされている。

また、チャンバ３の上部空間５ａの側面にはシャフタ機
構１１が設けられており、該シャッタ機構１１を通じて
フォーク等（図示せず）によりチャンバ３の内部、すな
わち上部空間５ａへのウェハ９の挿入および取り出し操
作を行うことが可能となっている。

なお、下部空間５ｂの側部には流体流入口１２が開設さ
れており、窒素ガス等の所定の流体１３が下部空間５ｂ
に供給されるようになっている。

チャンバ３の外部上面には、チャンバ３内に収容された
ウェハ９の半径方向と対応するように遮光板１４が取付
けられている。この遮光板１４には温度センサ機構とし
ての熱電対が取付けられており、遮光板の温度を測定す
る構造となっている。

前記遮光板１４はたとえばシリコン（Ｓｔ）からなる扇
形の形状を存し、第２図に示すように、その側線部１４
ａはチャンバ３内で回転するウェハ９の半径に整合する
位置となるように取付けられている。

また、熱電対１５の遮光板１４側とは反対側の端部は検
知部１６に接続され、遮光板１４の温度を検知するよう
になっている。この検知情報はさらに制御部１７に伝達
されるようになっている。

チャンバ３の上下方向に各々設けられているランプ群２
ａ、２ｂはたとえばハロゲンランプであり、各ランプ群
２ａ、２ｂの背面側には各々反射板１８ａ、１８ｂが取
付けられており、背面側への熱線も効率的にチャンバ３
の方向に照射されるようになっている。

前記ランプ群２ａ、２ｂは制御口部１７によつてｔ！１
１１２１されており、この制御部１７による制御はたと
えば比例動作、積分動作、微分動作を組み合わせた、い
わゆるＰＩＤ制御である。

次に、本実施例の作用について説明する。

まず、チャンバ３の上部空間５ａにシャッタ機構１１を
通じてウェハ９が挿入され、ホルダ６の上に載置される
と、シャフタ機構１１が閉塞され流体供給口１１より窒
素ガス等の流体１３が下部空間５ｂ内に供給される。

下部空間５ｂに流体１３が充満すると、下部空間５ｂの
内圧が増加し、流体１３は仕切板４の流体吹出口１０か
ら上部空間５ａ内に噴出する。このとき、前記吹出口１
０は各々偏心状態でホルダ６の下部に開設されているた
め、吹出口１０からの流体１３の吹き出しによりホルダ
６が回転され、これにともないホルダ６上のウェハ９も
回転状態となる。

上記の動作とともにチャンバ３の上下に設置されたラン
プ群２ａ、２ｂも点灯され、熱線がチャンバ３の内部に
照射されて徐々にウェハ９の加熱が開始される。

制御部１７はランプ群２ａ、２ｂによる加熱を制御し、
ウェハ９を常に所定の温度、たとえば９５０℃〜１２０
０℃程度の範囲内の一定温度となるように制御する。

本実施例１によれば、遮光板は、ウェハ９が受ける放射
光と同質の光を受けるため、ウェハ９の温度の変化に比
例した温度を検出することができる。

なお、実際のウェハ温度と遮光板１４の温度とは較正さ
れている。

また、ランプ群２ａ、２ｂからウェハ９への照射光を遮
る遮光板１４は、回転するウェハ９の形状に対応した扇
形の形状を有しているため、ウェハ全体に受ける光量の
均一性は損なわれることはない。

このようにして２０〜４０秒程度のアニール処理を終了
したウェハ９は、図示しないフォーク等の治具によりシ
ャンク機構１１を経て取り出される。

このように、本実施例１によればウェハ９に照射される
熱線量の均一性を損なうことなく、ウェハ９の正確な温
度検知を行うことができるため、ウェハ９に対する加熱
制御を的確に行うことができ、均一でしかも再現性の良
いアニール処理を実現することができる。

［実施例２］ 第３図は本発明の他の実施例であるランプアニール装置
の遮光板および熱電対の形成状態を示す概略図である。

本実施例２では、遮光板２４の形状が実施例１で説明し
た遮光板１４と異なるものである。すなわち、本実施例
２の遮光板２４は、実施例１で説明した遮光板１４をそ
の頂点部分を中心に一対に対向状態で形、成したプロペ
ラ形状を有するものであり、熱電対２５等の温度センサ
は一対構造の遮光板２４ａ、２４ｂ部分のうち、いずれ
の部分に取り付けたものであってもよい。

このように、本実施例では、遮光板２４が各々対向位置
に形成された一対の三角形状の遮光板部分２４ａ、およ
び２４ｂからなるため、ウェハ９が低速で回転する場合
であっても、ウェハに照射される熱量の均一性を損なう
ことなく、ウェハ９の正確な温度検知を行うことができ
る。そのため、ウェハ９に対する加熱制御を的確に行う
ことができ、均一でしかも再現性の良いアニール処理を
実現することができるものである。

なお、図示しないがチャンバ構造および検知、制御シス
テムについては実施例１で説明したものと同様のもので
よい。

［実施例３］ 第４図は本発明の他の実施例であるランプアニール装置
の遮光板および光ファイバの形成状態を示す概略図であ
る。

本実施例３では、温度センサとして光フアイバーケーブ
ル３５を用いて輻射熱による温度測定を行う点が異なる
ものである。

また、本実施例３の遮光板３４の形状は実施例１で説明
した遮光板１４と同様に、チャンバ３の外側上部にウェ
ハ９の半径方向と整合する直上位置に取付けられるもの
であるが、実施例１の遮光板１４とは側線部１４ａの円
周部近傍に切断部３４ａが形成されている点が異なる。

すなわち、上記のような遮光板構造とすることにより、
回転アニール処理時に温度低下を生じ易いウェハ９の周
辺方向に照射される熱線量を増加補正することが可能と
なる。

なお、光フアイバケーブル３５の端部３５ａは遮光板３
４の頂点部から円周方向にかけて複数並設された構造と
なっている。したがって、被処理物であるウェハ９から
の放射光をその中心部から円周部にかけてほぼ全域で検
知することが可能となる、そのため、ウェハ９の半径方
向の各部位での温度検知が可能となり、より微細な温度
制御を行うことができる。

なお、図示しないがチャンバ構造および検知、制御シス
テムについては実施例１で説明したものと同様のもので
よい。

［効果］ （１）、被処理物と熱源との間に回転中の被処理物に照
射される熱線量の調整が可能な形状を有し、かつ温度セ
ンサの検知部を備えた遮光板が取付けられた熱処理装置
構造とすることにより、被処理物からの放射光を直接検
知してその放射光によりウェハの正確な温度を検出する
ことができる。

（２）、前記（１）により、被処理物の正確な温度を検
出することが可能となるため、これに基づく熱源の制御
をより的確に行うことができ、均一な熱処理を行うこと
ができる。

（３）、遮光板の形状を被処理物の半径と同長の側線を
有する扇形構造とすることにより、被処理物全面に照射
される熱線量を均一に維持することができる。

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、熱源であるランプ群については制御部によっ
て一体制御される場合についてのみ説明したが、これに
限らずランプ群をウェハの中心および周辺部にかけて複
数のゾーンに分割して、ウェハの各部分で検知された温
度情報に基づいて各ゾーンのランプの照射を制御するも
のであってもよい。

［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、いわゆるウェハのアニール処理
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加熱手
段を必要とする他の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図は本発明の実施例１であるランプアニール装置を
示す概略断面図、 第２図は実施例１のランプアニール装置の温度センサの
取付は状態を示す概略平面図、第３図は本発明の実施例
２であるランプアニール装置の遮光板および熱電対の形
成状態を示す概略図である。 第４図は本発明の実施例３であるランプアニール装置の
遮光板および光フアイバケーブルの形成状態を示す概略
図である。 １・・・ランプアニール装置、２ａ、２ｂ・・・ランプ
群、３・・・チャンバ、４・・・仕切板、５ａ・・・上
部空間、５ｂ・・・下部空間、６・・・ホルダ、７・・
・小凹部、８・・・中心突起部、９・・・ウェハ、１０
・・・流体吹出口、１１・・・シャフタ機構、１２・・
・流体流入口、１３・・・流体、１４・・・遮光板、１
４ａ・・・側線部、１５・・・熱電対、１６・・・検知
部、１７・・・制御部、１８ａ、１８ｂ・・・反射板、
２４・・・遮光板、２４ａ、２４ｂ・・・遮光板部分、
２５・・・熱電対、３４・・・遮光板、３４ａ・・・切
断部、３５・・・光フアイバケーブル、３５ａ・・・光
フアイバケーブルの端部。 第　　１　　図 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　４　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転している被処理物に熱線を照射することにより
   加熱を行う熱処理装置であって、被処理物と熱源との間
   に回転中の被処理物に照射される熱線量の調整が可能な
   形状を有し、かつ温度センサを備えた遮光板が取付けら
   れていることを特徴とする熱処理装置。 ２、遮光板の形状が被処理物の半径と同長或いはそれ以
   上の側線を有する扇形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。 ３、熱源がハロゲンランプ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。