JPS63269515A - 光照射装置 - 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、半導体ウェハの処理工程に使用されるランプ
・アニール装置等の光照射装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の光照射装置として、上述のランプ・アニール装
置の他、スパッタリング装置、エピタキシャル装置、ア
ッシング装置の補助加熱装置が知られている。いずれの
装置においても、加熱温度の制御とともに基板内の反応
の一様性を確保するため、半導体ウェハ（以下ウェハと
呼称）の温度分布の均一化を図る必要がある。特にラン
プ・アニール装置では、ウェハ周辺部での熱の逃げによ
り温度分布が不均一となり、その結果スリップラインが
発生する。ウェハ内半導体の特性が相違する、といった
問題が生じていた。そこで、従来より実用化されている
棒状光源を用いた装置では、例えば特開昭５８−１９４
３３２号公報に開示される如く、周辺加熱用補助加熱源
を設けることによって温度分布の均一化を図る提案がな
されている。またランプ出力の制御に関するものとして
、例えば特開昭６１−６７１１５号公報の如く、光源を
直交配置した上でブロック毎に制御を行う構成や、特開
昭６０−６０７１２号公報の如（ウェハの片面及び両面
の選択加熱を行ためにウェハを挟んで対向する加熱光源
の出力を各々独立に制御する構成も提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、棒状光源を用いた光照射装置では、上記
の如きいかなる制御法を採用したとしてもウェハの温度
分布を均一化するのは困難であり、光源の制御手段の構
成が複雑になるばかりであった。

そこで本発明の目的は、ウェハの温度分布の均゛　　−
化が可能で、しかも光加熱用光源の制御装置の構成が簡
単な光照射装置を堤供することを目的としている。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明は、先に特願昭６１−２１１２０８号として提案
した、同心状に配置された複数の環状光源を用いた光照
射装置を前提とするものである。

そして、各環状光源を１本のランプではなく複数の光源
を組み合わせて構成することとし、光加熱の際には、実
質的に同心状の光源の配置を維持するために、１つの環
状光源を構成する複数の光源を一括制御し、各環状光源
ごとに発光量の制御が可能な構成としたものである。

そして、具体的構成としては、各環状光源を構成する複
数の光源をほぼ等しい定格として、これらを並列接続し
て一括制御する構成とすることが望ましい。

〔作用〕

上記の先願に開示した同心状の環状光源を用いた本発明
の基本となる構成によって、はぼ円形のウェハ形状に合
わせた実質的に回転対称な光源が構成され、均一な光照
射を行ない得る。そし゛ζ各環状光源を１本のランプで
はなく複数の光源を組み合わせて構成しているため、環
状光源を１本の光源で構成する場合に製造上の制約から
電極の間隔が大きくなって非発光部が大きくなり均一照
明が難しくなるという欠点を解消することができ、さら
に１つの環状光源を形成する複数の光源を一括して制御
する構成としているため、同心状に発光量の制御が可能
となり、ウェハ周辺部から半径方向外向きの熱の逃げに
よる温度分布の不均一性を解消するにも有利であり、回
転対称な形状のウェハを均一な温度分布を維持しつつ加
熱することが容易に可能となる。

そして、各環状光源を構成する複数の光源をほぼ等しい
定格とすることによって、これらを並列接続した状態で
、各光源の単位長さ当たりの発光量を一定に維持するこ
とができるので、制御手段を１つの環状光源に対して１
つのみという簡単な構成とすることが可能となる。

〔実施例〕

以下、実施例に基づいて本発明を詳述する。

本発明による実施例は、先の出願（特願昭６１−２１１
２０８号）にて開示した通り、従来の棒状光源に変えて
同心状に配置された複数の環状光源によって、被照射物
体を照射する光照射装置を基本とするものである。

第１図はこのような光照射装置の概略構成を示す断面図
であり、第２図はこの装置における同心状に配置された
環状光源の構成を示す平面図である０図示のとおり、支
持台６に支持された被照射物体であるウェハ５は石英な
どで作られ加熱用照射光を透過するチャンバ４内に置か
れる。チャンバ４の上方には、ウェハ５と平行な平面上
にて第２図に示す如く同心状に配置された３本の環状光
源を形成する半円状光源１ａ、ｌｂ、２ａ、２ｂ、３ａ
、３ｂが配置され、チャンバ４の下方には同様に同心状
に配置された３本の環状光源を形成する半円状光源１０
ａ、ｌｏｂ、２０ａ＋２０ｂ＋３０ａ、３０ｂが配置さ
れている。ウェハの上方及び下方にそれぞれ同心状に配
置された３ケづつの環状光源は、最も内側の第１環状光
源が２つの半円状光源１ａ、　１ｂ（１０ａ、　１０ｂ
）で構成され、中間の第２環状光源が２つの半円状光ａ
２ａ　、　２ｂ　（２０ａ、２０ｂ）で構成され、最も
外側の第３環状光源は２つの半円状光源３ａ、３ｂ（３
０ａ、３０ｂ）で構成されている。

尚、これらの半円状光源はハロゲンランプであり、その
電極は半円状の発光部に対して垂直に伸びた伸長部に設
けられ、電極間の間隔を小さくして非発光部が少なくな
るように構成されている。

第３図は上記実施例における各光源の発光星制御のため
の構成を示す回路図である。チャンバ４の上方に配置さ
れた６個の半円状光ｉ！ｌｌａ、ｌｂ、２ａ、２ｂ、３
ａ、３ｂのうち、最も内側の第１環状光源を形成する２
つの半円状光源１ａ、　ｌｂとチャンバ４の下方に配置
された６個の半円状光源１０ａ、　１０ｂ、　２０ａ、
　２０ｂ。

３０ａ、３０ｂのうち、最も内側の第１環状光源を形成
する２つづつの半円状光［１ａ、ｌｂと１０ａ、１０ｂ
との４つの半円状光源はそれぞれ交流電源１００に対し
て並列接続されて、それぞれの半円状光源は電力制御手
段７ａ、　７ｂ、　７０ａ、　７０ｂによって発光量が
制御されている。そして、第２環状光源を構成する上下
各１対の半円状光源２ａ、２ｂ、２０ａ、２０ｂもそれ
ぞれ交流電源１００に対して並列接続されてそれぞれ電
力制御手段８ａ、８ｂ、８０ａ、８０ｂによって発光量
が制御され、外側の第３環状光源を構成する上下各１対
の半円状光ｆｉ３ａ、３ｂ、３０ａ、３０ｂもそれぞれ
交流電源１００に対して並列接続されてそれぞれ電力制
御手段９ａ、９ｂ、９０ａ、９０ｂによって発光量が制
御される。

そして、各環状光源を構成する半円状光源の発光量は、
主制御手段２００からの信号によって一括制？１１され
ると共に、例えば、同心状に配置された環状光源の同心
中心上に配置された図示なき測温光学系によるウェハ面
上の温度分布情報に基づいて、２つづつの半円状光源で
構成された各環状光源の発光量が、主制御手段２００か
らの信号ｘ、　ｙ。

Ｚによりそれぞれ独立に制御される。

ここで各電力制御手段は、交流電源１００から供給され
る電力をサイリスクを用いた位相制御器により各光源に
必要な電力に調整して発光量を調整するものである。ま
た、主制御手段２００は各電力制御手段におけるサイリ
スクによる位相制御の制？Ｉｉを規定する信号を発する
ものであり、例えば同心状に配置された環状光源の同心
中心上に配置された図示なき測温光学系による走査型放
射温度計によるウェハ面上の温度分布情報に応じて、或
いは被加熱ウェハの半径に応じて、発光量を制御する制
御信号Ｘ、Ｙ、Ｚを出力するマイクロプロセッサ等を含
むものである。

このような各半円状光源の制御のための接Ｖｔ構成にお
いては、各環状光源を構成する半円状光源がそれぞれ並
列接続されて主制御手段からの信号ｘ、ｙ、ｚによりそ
れぞれ一括制御されるため、各環状光源における発光量
の均一性を維持することができるので加熱光源としての
回転対称性を常に維持することが可能であり、均一照射
を効率良く行うことが可能である。

ところで、光源は製造上の問題から、同一の光源であっ
ても抵抗値が異なり同一電力印加時のランプ単位長さ当
たりの発光量が異なる場合がある。

この場合第３図に示した実施例の構成においては、ある
環状光源を構成する同曲率の半円状光源について、基準
となる半円状光源を決定し、その制御信号に対し同曲率
の他の半円状光源の単位長さ当たりの発光パワーを基準
となる半円状光源と等しくする様に制御信号にある係数
を乗じることとすれば、１つの環状光源を構成する半円
状光源の単位長さ当たりの発光量を常に一定に維持する
ことができる。従って、主制御手段２００から発する環
状光源ごとに対する制御信号ｘ、　ｙ、　’ｚのそれぞ
れによって、回転対称な発光状態を維持しながらウェハ
の均一加熱を行うことが可能である。

第４図は上記第１図及び第２図に示した光照射装置にお
いて、各環状光源を構成する半円状光源の接続構成をよ
り簡単にした場合の接続構成を示す回路図である。この
構成では、チャンバの上下にそれぞれ同心状に配置され
た環状光源のうち、最も内側の第１環状光源を構成する
半円状光源１ａ。

ｌｂ、　１０ａ、　１０ｂを並列接続して１つの電力制
御手段１１０によって発光量制御する構成としたもので
ある。同様に、上下一対の第２環状光源を構成する半円
状光源２ａ、２ｂ、２０ａ、２０ｂを並列接続して１つ
の電力制御手段１２０によって発光量制御し、上下一対
の第３環状光源を構成する半円状光ｍ３ａ、３ｂ、３０
ａ、３０ｂを並列接続して１つの電力制御手段１３０に
よって発光量制御する。このような構成によれば、電力
制御手段を環状光源の数だけ設ければ良いため、簡単な
構成とすることができ、しかも第３図の場合と同様に、
常にチャンバの上下から同一の環状光源によって光照射
するためウェハの表裏から等しく加熱することが可能と
なり、ウェハのそり等を防止することができる。

さて、上記実施例は同心状に配置された環状光源のそれ
ぞれを２つの半円状光源を組み合わせて構成する場合に
ついて説明したが、本発明はこれらに限らず、複数の円
弧状または棒状光源で概略環状光源を構成するものにも
適用出来る。例えば、１２０　”の円弧状ランプや９０
″の円弧状ランプのみで構成する、あるいはそれらを組
み合わせて構成するなどが考えられる。

第５図は第２実施例における環状光源の構成を示す平面
図である。この第２実施例では、図示の如（、最も内側
の第１環状光源を２つの半円状光源１１ａ、ｌｌｂ　（
１２ａ、１２ｂ）で構成し、第２環状光源を同心中心に
対して角度はぼ１２０°の３つの円弧状光［２１ａ、２
１ｂ、２１ｃ　（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）で、また最
も外方の第３環状光源を同心中心に対して角度はぼ９０
″の４つの円弧状光源３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ
　（３２ａ、３２ｂ、　３２ｃ、　３２ｄ）で構成して
いる。この構成では全ての光源を均一発光量で使用する
時の各光源の定格や光源の大きさを比較的そろえること
が出来る利点がある。　第６図は第５図に示した配置の
環状光源の制御手段の構成を示す回路図である。図示の
如（、この実施例においても、各環状光源を構成する円
弧状光源をそれぞれ並列に接続し、チャンバの上下に位
置する同一曲率の円弧状光源をまとめて１つの電力制御
手段によって制御するものである。即ち、上下一対の第
１環状光源を構成する合計４つの半円状光ｆｉｌｌａ、
　ｌｌｂ　（１２ａ、　１２ｂ）は電力制御手段１１１
により一括制御され、上下一対の第２環状光源を構成す
る合計６つの円弧状光１２１ａ、２１ｂ、２１ｃ　（２
２ａ、２２ｂ、２２ｃ）は電力制御手段１２１により一
括制御され、また上下一対の第３環状光源を構成する８
つの円弧状光源３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ　（３
２ａ、　３２ｂ、　３２ｃ、　３２ｄ）は電力制御手段
１３１によって一括制御される。主制御手段２００によ
る制御は前述した実施例と同様である。

上記の各実施例では、各環状光源を構成する円弧状光源
の電極部や電極の間隔としての非発光部が、同心中心に
対して同一半径方向に位置するように配置された場合を
掲げたが、より均一な光照射によるウェハの均一加熱を
行うためには、以下のような構成とすることか望ましい
。

（１）まず、一つの環状光源を構成する複数の光源の間
の非発光部の位置する半径方向が、該一つの環状光源に
隣接する環状光源を構成する複数の光源の間の非発光部
の位置する半径方向と異なるように構成することが望ま
しい。

例えば、第７図の平面図に示す如く、第１環状光源を形
成する半円状光源１ａ、　ｌｂの電極部及び電極間隔と
しての非発光部ＬＡの同心中心Ｎからの半径方向と、第
２環状光源を形成する２つの半円状光源２ａ、２ｂの非
発光部２Ａの同心中心Ｎからの半径方向とが角度α（は
ぼ９０゛）をなし、また第２環状光源における非発光部
２への同心中心Ｎからの半径方向と、第３環状光源を形
成する半円状光源３ａ、３ｂの非発光部３＾の同心中心
Ｎからの半径方向とが角度βだけずれて配置されている
。このように互いに隣接する環状光源における非発光部
が同一半径方向に位置することがないように配置するこ
とによって、特定の半径方向での部分的光量の低下を防
止することができ、より均一な光照射が可能となる。

（２）更に、ウェハの上下にそれぞれ配置される同心状
の環状光源に対しても、はぼ同一の曲率半径を有する上
下１対の環状光源における非発光部の位置する半径方向
が、同心中心Ｎから同一の半径方向に位置することのな
いように配置することが望ましい。

具体的には、例えば第８図の平面図に示す如く、ウェハ
の上方に配置される環状光源を形成する半円状光１Ｅｆ
２ａ、２ｂにおける非発光部２Ａ、２Ｂに対して、ウェ
ハの下方に配置される環状光源を形成する半円状光源２
０ａ　、　２０ｂにおける非発光部２ＯＡ、２０Ｂ　　
（破線で図示）を角度γだけ相対的に回転して配置する
。この角度γは、第７図に示した角度α及びβのうちの
小さい方の値の約半分の値程度とすることが望ましい。

上記（１）及び（２）に従った配置を行うことで、非発
光部により生ずる被照射物体としてのウェハの不均一な
温度分布をなくすことが可能とな以上の説明においては
、半円又は円弧状の光源を使用した場合について述べた
が、本発明の構成は各環状光源を棒状の光源を多角形に
組み合わせて構成する場合にも適用することが可能であ
る。

つまり、はぼウェハ中心位置における法線Ｎを中心とす
る所定半径の円に接するように複数の直線状光源を配置
し、１つの環状光源を構成する複数の直線状光源を並列
接続して、電力制御手段によって一括制御することが可
能である。

例えば、第９図の平面図に示す如く、内側の環状光源を
４本の直線状光源１０ａ、　１０ｂ、　１０ｃ、　１０
ｄを正方形状に組み合わせて構成し、八本の直線状光源
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２
０ｇ、２０ｈを正八角形に組み合わせて外方の環状光源
を構成したものである。そして、この実施例では全ての
棒状光源を同一とすることができるので、一種類のみの
光源で構成することが可能となる。

尚、ここで言う直線状光源とは発光部が直線ということ
であり、例えば、第１０図の側面図に示す如（、直線状
の発光部りに対してその両側に垂直に伸びた伸長部Ｌａ
、Ｌｂの端部に電極Ｌ＾、ＬＢを形成するように構成す
ることが望ましい。このように電極を発光部に対して垂
直な方向に配置することによって、これらの光源を組み
合わせて１つの環状光源を構成する場合に避けることの
できない非発光部を最小限に留めることが可能となり、
理想的な環状光源に近づけることができる。

また、以上では円弧状光源を中心に主に３つの環状光源
を同心状に配置した場合について説明したが、環状光源
の数に制約はない、また、ウェハに対し上下両側に光源
を配置した例を中心に説明したが、片側だけでもよい。

〔発明の効果〕

以上の様に本発明によれば、各環状光源を構成する複数
の光源を一括制御するため、ウェハの温度分布の均一化
を図りつつ、ウェハの加熱を少ないＵＳ信号で制御する
ことが可能となり、簡単な構成とすることができる。

なお、本発明に係る光照射装置は、ランプ・アニール装
置以外、スパッタリング装置、エピタキシャル装置、ア
ッシング装置など、その他の半導体プロセスの補助加熱
装置にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光照射装置の概略構成を示す断面
図、第２図は第１実施例において同心状に配置された環
状光源の構成を示す平面図、第３図は第１実施例におけ
る各光源の光量制御を行うための制御手段の構成を示す
回路図、第４図は第１実施例における各光源の光量制御
を行うための別の制御手段の構成を示す回路図、第５図
は本発明の第２実施例における同心状に配置された環状
光源の構成を示す平面図、第６図は第２実施例における
各光源の光量制御を行うための制御手段の構成を示す回
路図、第７図及び第８図は同心状に配置された複数の環
状光源における配置の様子を示す平面図、第９図は環状
光源を直線状の光源の組み合わせによって構成した場合
の平面図、第１Ｏ図は直線状光源の構成の例を示す側面
図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ５・・・ウェハ　　　　　Ｎ・・・環状光源の同心中心
ｌａ、　ｌｂ、　２ａ、　２ｂ、　３ａ、　３ｂ、　ｌ
Ｏａ、　１０ｂ、　２０ａ、　２０ｂ、　３０ａ、　３
０ｂ；　１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ＋２１ｃ、３
１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ　・＝直線状光源を形成
する光源 ７ａ、　７ｂ、　７０ａ、　７０ｂ、　８ａ＋　８ｂ、
　８０ａ、　８０ｂ、　９ａ、　９ｂ＋　９０ａ、　９
０ｂ、　１１０．１２０，１３０，１１１，１２１．１
３１川電力制御手段２００・・・主制御手段 １００・・・電源 出願人　　日本光学工業株式会社 代理人　弁理士　渡　辺　隆　男 第４図 ２Ａ 第７図 第８図 ０ａ 第９図 第１Ｏ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）同心状に配置された複数の環状光源を有する光照射
   装置において、該複数の環状光源のそれぞれを複数の光
   源の組み合わせで構成し、該環状光源を構成する複数の
   光源を一括して発光量制御するための制御手段を設けた
   ことを特徴とする光照射装置。 ２）前記同心状に配置された環状光源のうちの各１つの
   環状光源を構成する複数の光源は互いにほぼ等しい定格
   を有し、該各環状光源を構成する複数の光源を一括して
   発光量制御するための制御手段は、前記複数の光源を並
   列接続して一括制御することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の光照射装置。