JPS63263719A - 半導体ウエ−ハの熱処理用加熱装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は半導体材料の熱処理装置に関するもので、特に
、高輝度のＣＷ電灯を使用して、改良された均一性およ
び最小の「すべり」　（スリッペイジ）で半導体ウェー
ハを熱処理する装置に関するものである。

従来の技術 現在、半導体ウェーハの熱処理に、高輝度の電灯を使用
する加熱装置が利用されている。例えば、カリフォルニ
ア州パロアルトのＡ、　Ｇ、　Ａｓ５−ｏｃｉａｔｅｓ
により製造販売されているヒートパルマＴＭシステムは
、イオン打込みされた半導体ウェーハの急速な焼きなま
しにより、温度を１１００℃まで急速に上昇（ランプア
ップ（ｒａｍｐ　ｕｐ））させて、１０秒程度の時間、
この温度を維持することができる。次に、温度は迅速に
低下され、これによって、結晶格子構造中のドーパント
イオンの運動を最小にする。この装置は、燐ドープされ
た酸化物のりフロー金属珪化物の作成、焼きなまし、そ
の他の半導体の処理に使用できるであろう。

発明が解決しようとする問題点 １０００℃またはそれ以上の温度で半導体ウェーハを熱
処理する時、熱的に導入されるストレスおよびこれによ
って生じる結晶構造の「すベリ」（スリッペイジ）を防
止するために、加熱の均一性が重要である。従来、ウェ
ーハを加熱するために、すべて平行に整列してウェーハ
の上下に配列された電灯列が使用されていて、各電灯に
おける電流は装置内に成る程度の温度の均一性を得て。

これを維持するように制御される。しかし、ウェーハ縁
付近における放射熱のために、均一の温度を維持するこ
とは出来なかった。この問題を解決する手段として、ウ
ェーハの縁部に密接してウェーハを取囲む全体的に円形
の形態の補助電灯を使用することが試みられた。このよ
うな補助電灯を使用することは、加熱電灯の列の複雑性
を増大するのみならず、このような補助電灯の使用の明
らかな欠点は、電灯をウェーハの１つの直径サイズに限
定することにある。しかし、実際上には、３インチ（７
，６２ｃｍ）ないし６インチ（１５゜２４ｃｍ）の種々
の直径のウェーハに適用できなければならない。

従って１本発明の目的は、半導体ウェーハの輻射加熱の
ための改良された装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、種々の直径のウェーハの加熱にあ
たって容易に制御できる高温電灯加熱装置を提供するこ
とにある。

問題点を解決するための手段 本発明の特徴は、種々のサイズの半導体ウェーハを加熱
するように構成され、ウェーハの縁に治う温度勾配を最
小とする高温電灯の列にある。

簡単にいえば、本発明は、高輝度の電灯を２列使用し、
その間でウェーハを加熱するものである。各列は複数個
の電灯を含み、１つの列における電灯は他の列における
電灯に対して角度をもっている。好ましくは、電灯の各
列は平行で、２つの電灯の列は互いに直角に配置される
。

いずれのサイズのウェーハでもウェーハを横切って大体
均一の温度を維持するために、電灯は２またはそれ以上
のグループで独立に付勢され、１つの列における１つの
グループは他の列における１つのグループと共に付勢さ
れるように相互接続されて、電灯の２つのグループを同
時に且つ同等に付勢できるようになっている。全ての電
灯は外方にのびる複数の加熱区域を与えるように接続さ
れる。電灯のグループは独立に制御されるので、ウェー
ハの縁付近の熱を増大して、ウェーハ内の温度勾配を最
小とすることができる。

ウェーハの１つの特定のサイズについて望ましい温度を
得るために、予め設定された電球電流に従って、電灯へ
供給されるパワーを制御できる。

これに代えて、加熱されたウェーハの温度を感知するセ
ンサを設は電灯のグループを自動的に制御するフィード
バックループを設けることもできる。

さらに、電力定格に関して個々の電灯を注意深く選択す
ることにより、電灯のグループの相対的パワーを調節す
ることによって、所望の温度勾配のプロフィールを与え
ることができる。

本発明の目的および特徴は、次に説明する詳細説明から
容易に理解できるであろう。

実施例 以下、図面に示す実施例について説明する。

第１図は本発明による加熱装置の分解斜視図である。全
体的に３０によって指示し、１−１０の番号を付した第
１の電灯列がウェーハの位置の上側にあり且つ全体的に
３２で指示し１１−２０の番号を付した第２の電灯列が
ウェーハの位置の下側にある。これらの電灯は従来のタ
ングステンハロゲン灯でよい。電灯３２の列の下に光反
射器３４が配置され、電灯３０の列の上に光反射器３６
が配置されている。加熱されたウェーハの温度を感知す
る２つの温度センサ３８が反射器３４に指示されている
。適当なセンサは、イリノイ州スユーキの１．　Ｒ，Ｃ
ｏｎ、　Ｉｎｃ、により製造販売されている光学高温計
である。

第２図は第１図の装置の側面図で、電灯３０゜３２の間
のウェーハ４ｏの配置を示す。センサ３８の１つばウェ
ーハ４０中心の下に位置し、他のセンサ３８はウェーハ
４０の縁近くに位置する。

第３図は２つの電灯列、およびこれらの電灯の十文字の
パターンに整列して電灯列の間に位置したウェーハ４０
を示す。この図に示すように、各列における電灯は最外
列の電灯１．１ｏおよび１１．２０から始めて順次に対
をなしていて、最内側の電灯の対５．６および１５．１
６まで内方に向けて作用する。２つの列の中の電灯の対
応する対は、好ましくは、並列に、相互に接続されて、
同時的に且つ同等に付勢されるようになっている。

例えば、第３図に示すように、電灯の上部列における２
つの電灯３．８は電灯の上部列の対応する対の電灯１３
．１８と接続されて、４個の電灯は並列に接続され、パ
ワー制御ユニット４２により同時に付勢される。

１つの動作モードにおいては電灯を通るパワーは、一定
のピーク振巾をもつ電圧を位相変調することにより、或
いは、そのデユーティサイクルを制御することによって
制御される。これらの電灯の対にＥＰ加される電圧は、
各サイズのウェーハについて、および、特定の熱処理に
ついて予め設定できる０例えば、温度が３秒で７００”
Ｃにランプアップ（ｒａｍｐ　ｕｐ）Ｌ、　１０秒間安
定状態に維持され、次に３秒でランプダウン（ｒａｍｐ
　ｄｏ％ｉｎ）する。４インチ（１０，１６ｃ　ｍ）の
ウェーハの熱処理は次表に従ってなし得る。

ランプ状態表 正規強さ＝１＝３０％ピーク ３秒　　　１０秒　　　３秒 ランプアップ　安定　　　ランプダウン１秒　　　２秒
　　　３秒 グループ！　　　　　１　　　．８０　　　．７　　　
．４　　　０２　　　　１．１　　．８０　　　．７　
　　．４　　　０３　　　　１．２　　．８５　　　．
７５　　　．４３　　　０４　　　　１．３　　．９０
　　　．８　　　．４５　　　０５　　　　１．５　　
１．０　　　　．９　　　．５０　　　０上記の電灯に
ついて所定の電源を使用する開ループシステムは、１０
秒の安定状態に対して７００℃プラス、マイナス７℃の
焼なまし温度を与え得る。他のサイズのウェーハおよび
他の焼なましパターンについては正規の電流の強さは変
化する。

本発明の他の実施例においては、第２図に示す温度セン
サ３８が電灯電流のコンピュータによるコントロールの
ためのフィードバックを与えることができるようにされ
る。第５図はセンサが使用されるコントロール装置の作
用を示すブロックダイアグラムである。温度センサ３８
からの信号は信号調節器４４において適当に調節され、
マルチプレクサ４６を通ってアナログ／デジタル変換器
４８にＥＰ加される。次に、変換器４８からのデジタル
信号はマイクロプロセッサ５０に印加される。マイクロ
プロセッサ５０は感知された温度に応対して、Ｔ４電灯
５６を付勢する際にタイマ５２および位相制御器５４を
制御するようにプログラムされている。この電流センサ
を使用する閉グループシステムはウェーハを熱処理する
のに使用される温度のプロフィールを、より容易に変化
できる。２以上の温度センサを使用することによって、
より大なるコントロールをなし得る。

別の動作モードにおいては、単一の中央センサを使用し
て、電灯の中央グループを制御するようにすることがで
きる。その他の電灯は中央のグループの強さから所定の
偏差をもつものとし、中央グループの強さが変化するの
に伴って、他のグループが自動的に変化するようにする
ことができる。

２つのセンサを使用する時には、中央のセンサが電灯の
中央グループを制御することができ、また、２つのセン
サの間の温度差が外側の電灯の外側グループの偏差を制
御することができる。

他の動作モードにおいては、これらの電灯のグループが
、成る電圧に対して、それぞれ異なる安定状態の強さを
有し所望の温度勾配をつくるようにすることができる。

各ウェーハのサイズに、電子的制御と無関係の特定の勾
配を与えることができる。

発明の効果 本発明による高輝度のＣＷ電灯を使用する加熱装置は、
ウェーハの温度をより精密に制御し。

ウェーハ内に所望の温度勾配を維持する。温度センサお
よびフィードバックを使用することによって、ウェーハ
の熱処理の際に、温度のプロフ！−ルを、より大なる融
通性をもって制御することができ、且つ電灯を適当に選
択することによって、電子的制御の必要なしに、所望の
温度勾配を得ることができる。

ここに１本発明の特定の実施例について説明したが、上
記の説明は本発明の例示であって、本発明を限定しよう
とするものではない。本発明の技術的範囲を逸脱するこ
となしに、当業者は種々の変型をなし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による加熱装置の分解斜視図
である。 第２図は第１図の加熱装置の側面図で、その中のウェー
ハを示す。 第３図は２つの電灯列を示す概略上面図で、その間にお
けるウェーハの配置、および対をなして電灯を付勢する
状態を示す。 第４図は第２図の列における電灯の２つの対の付勢状態
を示、す概略図である。 第５図は本発明の一実施例における電灯列を制御する制
御回路の作用を示すブロックダイアグラムである。 １−１０．３０・・・第１の電灯列 １１−２０．３２・・・第２の電灯列 ３６・・・反射器　　　３８・・・温度センサ４ｏ・・
・ウェーハ ゛　４２・・・パワー制御ユニット ４４・・・信号調整器 ４６・・・マルチプレクサ ４８・・・アナログ／デジタル変換器 ５０・・・マイクロプロセッサ 図面の浄書 眠 ；内容に変更なＬ′） １、事件の表示　　昭和６２年特許願第９８４９０号２
９発明の名称　　半導体ウェーハの熱処理用加熱装置３
、補正をする者 事件との関係　　出願人 名　称　　エイジ−アソシェイッ ４、代理人

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）所望の径方向温度勾配に従って、種々のサイズの
   半導体ウェーハを加熱する装置において、第１の複数個
   の電灯と、 第２の複数個の電灯とを備え、上記の第２の複数個の電
   灯は上記の第１の複数個の電灯から間隔を隔て、且つこ
   れに対して角度をもっていて、これらの間に半導体ウェ
   ーハを配置できるようになっていて、 上記の第１の複数個の電灯における電灯の複数グループ
   を電気的に接続する手段および上記の第２の複数個の電
   灯における電灯の複数グループを電気的に相互接続する
   手段を備え、それぞれの複数個の電灯における電灯は最
   内側の電灯から始めて最外側の電灯までグループ化され
   ていて且つ上記の第１の複数個の電灯における各電灯グ
   ループを上記の第２の複数個の電灯における電灯の１グ
   ループに電気的に相互接続する手段を備え、これにより
   、相互接続された電灯グループにおける複数の電灯が同
   時に且つ同等に付勢されるようにしたことを特徴とする
   加熱装置。
2. （２）電灯の各グループは少なくとも２つの電灯を含む
   特許請求の範囲第（１）項記載の装置。
3. （３）複数個の電灯の各々における電灯は平行に整列さ
   れている特許請求の範囲第（２）項記載の装置。
4. （４）電灯の相互接続されたグループへのパワーを制御
   する手段を含み、これにより、上記の第１の複数個の電
   灯と上記の第２の複数個の電灯との間でウェーハを加熱
   する時に、所望の可変の温度勾配を維持できるようにし
   た特許請求の範囲第（３）項記載の装置。