JPS6352421A - ウエハの加熱処理方法および加熱処理装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、板状部材（ウェハ）の加熱処理技術に関し
、例えば、マイクロ波の照射による半導体ウェハの加熱
処理に利用して有効な技術に関する。

［従来の技術］ 従来、半導体ウェハを加熱処理するにあたっては、例え
ば、抵抗加熱炉体の中に半導体ウェハをＭ置し、該半導
体ウェハを加熱処理することが行なわれている。

また、従来、半導体ウェハを加熱処理するにあたって、
半導体ウェハに赤外線を照射し、該半導体ウェハの加熱
処理を行なうことも行なわれている。

さらにまた、従来、マイクロ波の照射により半導体ウェ
ハを加熱処理することが行なわれている（１９８５年に
ＩＥＥＥに発表されたｒＩＥＤＭＪ第２２４頁参照）、
その概要は、半導体ウェハ中にイオン打ち込みされた不
純物をマイクロ波によって活性化させるようにしたもの
である。

［発明が解決しようとする問題点］ 前述した、抵抗加熱方法では、炉体全体の′ｆ；ｊＬ度
を上げて半導体ウェハの加熱を行なうので、半導体ウェ
ハの加熱が均一に行なわれろという利点はあるが、反面
、消費電力が大きくなり、また、炉体の昇温と降温に時
間を要するという難点があった。

また、前述した赤外線加熱方法では、半導体ウェハのみ
ならず、加熱中、半導体ウェハを支持する治具や容器も
が加熱されてしまうので、加熱に耐え得る材料選択が必
要となる。この場合、治具や容器等の材料の選択により
、赤外線吸収の度合いを変えて半導体ウェハのみの選択
的な加熱を行なうことも考えられるが、材料による赤外
線吸収の差は小さいので選択的な加熱処理は困難である
。

一方、前述した従来のマイクロ波の照射により半導体ウ
ェハを加熱処理する方法によれば、半導体ウェハのみを
選択的に加熱処理をすることが可能である。理由は以下
の通りである。

すなわち、一般に、マイクロ波が物体に入射する際に該
物体に吸収されるエネルギは次式で表わされる。

Ｗ＝１／２・ω・Ｅ′・Ｅ、′・ｔａｎδここで、ω；
用いたマイクロ波の周波数、Ｅ、；物体内の電界強度、
ε′　；誘電率、ｔａｎδ；誘電圧接であり、また、Ｅ
ｏは、マイクロ波の電界強度をＥとすれば、Ｅ＝Ｅ、ｓ
ｉｎωｔで示される。

したがって、誘電率Ｅ′と誘電正接ｔａｎδを異ならし
めるように材料の選択を行なえば、特定の物体のみに選
択的にマイクロ波のエネルギを吸収させることが可能と
なる。

しかしながら、この従来の方法においては、半導体ウェ
ハの設置位置については考慮されておらず、加熱効率が
悪いという問題点があった。

この発明は、かかる点に鑑みなされたもので、加熱効率
の高いウェハの加熱処理方法及び装置を提供することを
目的とする。

この発明の前記ならびにその他の目的と特徴については
１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。

［問題点を解決するための手段］ 本願において開示される発明の代表的なものの概要をｒ
ｉ　ｊｌｌに説明すれば、下記のとおりである。

即ち、ウェハの設置位置をマイクロ波の照射源またはマ
イクロ波反射板からマイクロ波波長の１／４の奇数倍の
距離隔たる位置近傍として加熱処理を行なうようにした
ものである。

［作用コ 上記した手段によれば、マイクロ波照射源またはマイク
ロ波反射板からマイクロ波波長の１／４の奇数倍の距離
隔てたマイクロ波の最もエネルギの高い部分に半導体ウ
ェハが設置されて加熱処理されるので、電力効率の向上
および加熱時間の短縮を図るという上記目的を連成する
ことができる。

［実施例〕 第１図にはこの発明の一実施例であるマイクロ波加熱処
理装置が示されている。

この図面において１は石英製のベルジャを表わしており
、このベルジャ１はマイクロ波導波管２内に設置されて
いる。この導波管２はベルジャ１に外嵌される大径部と
その大径部上方に連設される小径部とから構成され、そ
の小径部の自由端部にはマイクロ波照射源であるマグネ
トロン３が設置されるとともに、その途中部分にはアイ
ソレータ４が設置されている。また、ベルジャ１の下側
にはメタル製の反射板５が設置されており、この反射板
５によって、ベルジャ１内にマイクロ波の定在波を形成
できるようになっている。つまり。

マグネトロン３と反射板５との距離は波長の整数倍とな
るようになされている。さらに、ベルジヤ１内部には石
英製の治具６（高さ調整機構を具備しており、しかも高
精度な位置調整ができるものとなっている）が立設され
ており、この治具６によって、反射板５からマイクロ波
波長の１／４の奇数倍の距離り隔てた位置の近傍に板状
部材（ウェハ）である半導体ウェハ７が支持されるよう
になっている。この結果、半導体ウェハ７は、マグネト
ロン３からマイクロ波波長の１／４の奇数倍の距離隔て
た位置の近傍に支持されることとなる。

なお、ここで、上記距離りは、マイクロ波の波長を２．
４５ＧＨｚとしかつ導波管２をＪＩＳに規定するＴＩＯ
のマイクロ波のみを導くように構成した場合、約３ａｍ
、９ａａ、１５ａ１、・・・・である、また、ベルジャ
１の周壁にはガス導入管８が接続され、このガス導入管
８を通じてガスをベルジャ１内におくことができるよう
になっている。また、ベルジヤ１下部にはガス排気管９
が接続され、このガス排気管９を通じてベルジャ１内の
ガスを排出することができるようになっている。さらに
、ベルジャ１上方には赤外線温度測定器１ｏが設けられ
、この温度測定器１０によって半導体ウェハ７の昇温状
態または降温状態が検知できるようになっている。また
、この温度測定器１０は制御器１３を介在してマグネト
ロン電源１１に接続されており、温度測定器１０の信号
によってマグネトロン電源１１を制御できるようになっ
ている。

次に、このマイクロ波加熱処理装置によって行なわれる
ウェハの加熱処理方法について説明する。

先ず、ベルジャ１内の治具６上に半導体ウェハ７を載置
する。その際、半導体ウェハ７の載置位置が、上述のよ
うに、マグネトロン３または反射板５からマイクロ波波
長の１／４の奇数倍の距離隔てた位置り近傍となるよう
に治具６の位置調整を行なう、この場合、半導体ウェハ
７と治具６の間に、半導体ウェハ７と同一材質またはそ
れよりマイクロ波エネルギの吸収率の高い材質によって
形成された板状部材１２を介装するとよい、なお、この
場合、上記位置調整は板状部材１２の厚みを加味したも
のとするのは勿論のことである。次いで、マグネトロン
３から半導体ウェハ７に向けてマイクロ波を照射する。

その際、マイクロ波は半導体ウェハ７を透過して反射板
Ｓに当り、ここで反射されてベルジャ１内に定在波を形
成する。そうして、この定在波の最もエネルギの高い部
分によって半導体ウェハ７の加熱を行なう。この加熱に
よって、例えば、プラズマを用いたドライプロセスにお
いて形成した薄膜と半導体ウェハ７の界面や薄膜中に形
成された蓄積電荷および中性のトラップ準位等の除去が
なされる。すなわち半導体ウェハのアニール処理がなさ
れることになる。また、この加熱処理中、半導体ウニ八
７の昇温状態を温度測定器１０で検出して、該温度測定
器１０からの４ｇ号によってマグネトロン電源１１を制
御し、マグネトロン電源１１からマグネトロン３に供給
される電力を調整する。その結果、半導体ウェハ７の温
度を所定の値に調整し制御することができる。

なお、半導体ウェハ７の加熱の際にベルジャ１内のゴミ
や汚れを除去する必要がある場合には、ガス排気管９を
通じてベルジャ１内のガスを排気すれば良い。また、半
導体ウェハ７の加熱にあたり所定のガス雰囲気が必要の
場合には、それに見合うガスをガス導入管８を通じてベ
ルジャ１内に供給すれば良い。また、半導体ウェハ７と
同一材質またはそれよりマイクロ波エネルギの吸収率の
高い材質によって形成された板状部材１２によって半導
体ウェハ７をはさみ込むようにして加熱処理を行なって
も良い。この場合には、マイクロ波のエネルギ吸収効率
が高まるので、さらに加熱効率が高くなる。また、半導
体ウェハ７単独で加熱処理を行なうようにしても良い、
また、水を大量に含む薄膜を加熱処理する場合には、マ
イクロ波の周波数を約２０ＧＨｚまたは１８０Ｇ七とす
るとともに減圧状態で加熱処理を行なっても良い、この
ようにすれば、半導体ウェハ７の薄膜中の水分除去が促
進され、薄膜の硬化が能率良く行なわれることになる。

また、導波管２内にマイクロ波導入の調整器を設けて、
導波管２内のマイクロ波の分布を変えるようにしても良
い、このようにすれば半導体ウェハ７の加熱がさらに均
一化されることとなる。なお、ここでは加熱処理の一例
として、プラズマを用いたドライプロセスにおいて形成
した薄膜と半導体ウェハの界面や３膜中に形成された蓄
ｖＬ電荷および中性のトラップ準位等の除去（すなわち
いわゆるアニール処理といわれるもの）について挙げた
が、その他■薄膜にパターンを形成するために行なった
ドライエツチング時に形成された半導体ウェハ表面の欠
陥や、半導体ウェハと絶縁膜との間に生じる準位および
絶縁膜中の準位等の除去、■イオン打ち込み時に形成さ
れる半導体ウェハ中の欠陥層や、不純物イオンが通過し
た絶縁膜中のトラップ準位等の除去および不純物の活性
化、■溶剤を多量に含む塗布膜の硬化等の広義のアニー
ル処理も行なえることは勿論である。

以上のように構成された実施例の方法によれば、下記の
ような効果を得ることができる。

（１）マイクロ波の照射源またはマイクロ波反射板５か
らマイクロ波波長の１７４の奇数倍の距離隔てた位置の
近傍に半導体ウェハ７を置くようにしたので、マイクロ
波のエネルギの最も高い部分で半導体ウェハ７の加熱処
理がなされるという作用により、半導体ウェハ７の加熱
の際の加熱効率が向上することになるとともに、半導体
ウェハ７の昇温時間の短縮化を図ることが可能になると
いう効果がある。

（２）マイクロ波による加熱であることから、半導体ウ
ェハ７のみが加熱され、治具６およびベルジャ１等は加
熱されないという作用により、冷却の際の熱放出が容易
となり、半導体ウェハ７の降温も比較的速やかに行なわ
れることとなる。したがって、半導体装置の製造時間の
短縮化が図れることとなる。

（３）半導体ウェハ７の加熱処理中、半導体ウェハ７の
加熱状態を温度測定器１０によって検知し、その検知結
果に甚づいてマグネトロン３を制御するようにしている
ので、半導体ウェハ７の温度制御が容易である。

（４）治具６と半導体ウェハ７との間に、半導体ウェハ
７と同一材質またはそれよりマイクロ波エネルギの吸収
率の高い材質によって形成された板状部材１２を介装し
てウェハの加熱処理を行なう場合、板状部材１２と半導
体ウェハ７との間で熱の受は渡しが行なわれ、その結果
、半導体ウェハ７の均一な加熱ができることとなる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にツづき具
体的に説明したが、本発明は上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０例えば、上記実施例では反射板５を設けてベル
ジャ１内に定在波を形成して半導体ウェハ７の加熱処理
を行なうようにしているが、反射板５を設けずに誘電率
の高い無反射終端板を用いて、半導体ウェハ７を透過し
たマイクロ波のエネルギを吸収させるようにしても良い
５但し、その場合には、熱効率が約半分に落ちることと
なる。

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
をその背景となった利用分野である半導体製造技術につ
いて説明してきたが、それに限定されるものではなく１
例えば、マイクロ波を吸収する部材すなわち誘電体であ
る板状部材を加熱処理する技術一般に適用できる。

［発明の効果コ 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

即ち、マイクロ波によるウェハの加熱処理しこおける加
熱効率の向上が図れる。また、マイクロ波による加熱処
理時間の短縮が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるマイクロ波加熱処理装
置の概略縦断面図である。 １・・・・ベルジャ、３・・・・マグネトロン（マイク
ロ波照射源）、５・・・反射板、６・・・・治具、７・
・・・単心体ウェハ、１２・・・・板状部材、１３・・
・・制御器。 代理人　弁理士　小川勝男・′−さ 、イ元 １、　　　、 第　　１　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マイクロ波をウェハに照射することにより該ウェハ
   を加熱処理するウェハの加熱処理方法であって、上記マ
   イクロ波の照射源からマイクロ波波長の１／４の奇数倍
   の距離を隔てた位置の近傍に上記ウェハを設置して加熱
   を行なうようにしたことを特徴とするウェハの加熱処理
   方法。 ２、マイクロ波をウェハに照射することにより該ウェハ
   を加熱処理するウェハの加熱処理方法であって、マイク
   ロ波反射板からマイクロ波波長の１／４の奇数倍の距離
   を隔てた位置の近傍に上記ウェハを設置して加熱を行な
   うようにしたことを特徴とするウェハの加熱処理方法。 ３、ウェハの片側及びまたは両側の近傍に、ウェハと同
   一材質またはそれよりマイクロ波エネルギの吸収率の高
   い材質によって形成された板状部材を設置することを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載のウェハの加熱処理
   方法。 ４、ウェハは誘電体であることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載のウェハの加熱処理方法。 ５、ベルジャと、ベルジャに導波管を介在させて連結さ
   れているマグネトロンと、マグネトロンに電気接続され
   ているマグネトロン電源と、ベルジャ内に設けられてい
   るウェハを支持する治具とを有する加熱処理装置であっ
   て、ウェハの温度状態を検知できる温度測定器がベルジ
   ャ近傍に設けられてなり、この温度測定器がマグネトロ
   ン電源を制御する制御器を介してマグネトロン電源に接
   続されていることを特徴とする加熱処理装置。 ６、ベルジャには、ベルジャ内の圧力を調整する手段と
   、ベルジャ内にガスを供給できる手段とが設けられてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の加熱処
   理装置。 ７、ベルジャ内には、マグネトロンからのマイクロ波を
   反射する反射板が設けられていることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載の加熱処理装置。