JP2000077348A - 半導体ウェハの熱処理法及び保持装置 - Google Patents
半導体ウェハの熱処理法及び保持装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体ウェハの熱処理法及び保持装置
【解決手段】 処理室中で上方及び下方熱源を用いて半
導体ウェハを熱処理する場合に、間隔を空けて平行に重
ねて設置され、かつ幾何学的寸法及び熱材料特性に関し
て同一である少なくとも２つのウェハを熱処理する。
導体ウェハを熱処理する場合に、間隔を空けて平行に重
ねて設置され、かつ幾何学的寸法及び熱材料特性に関し
て同一である少なくとも２つのウェハを熱処理する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、処理室中で上方又
は下方熱源を用いて半導体ウェハを熱処理するための方
法に関する。更に本発明は熱処理の間に半導体ウェハを
保持するための装置にも関する。
は下方熱源を用いて半導体ウェハを熱処理するための方
法に関する。更に本発明は熱処理の間に半導体ウェハを
保持するための装置にも関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェハは数多くの処理法、例えば
熱処理法に付される。焼き戻し法又はＲＴＰ法（Rapid
Thermal Processing)とも称されるこの熱処理法の間、
半導体ウェハは短時間、有利に数秒間、有利に５００〜
１２００℃の温度に加熱される。このような熱処理は例
えば、結晶欠陥のアニール、薄層表面被覆の製造で又は
清浄化の目的で使用され、かつ制御可能な熱源、例えば
ランプを備えているＲＴＰ−反応器で行われる。この場
合、材料の加熱は可視光又は赤外光を処理室中に比較的
低い出力で照射することにより行う。ＲＴＰ−反応器は
従って、材料温度の処理室中での急速な変化を可能にす
る。
熱処理法に付される。焼き戻し法又はＲＴＰ法（Rapid
Thermal Processing)とも称されるこの熱処理法の間、
半導体ウェハは短時間、有利に数秒間、有利に５００〜
１２００℃の温度に加熱される。このような熱処理は例
えば、結晶欠陥のアニール、薄層表面被覆の製造で又は
清浄化の目的で使用され、かつ制御可能な熱源、例えば
ランプを備えているＲＴＰ−反応器で行われる。この場
合、材料の加熱は可視光又は赤外光を処理室中に比較的
低い出力で照射することにより行う。ＲＴＰ−反応器は
従って、材料温度の処理室中での急速な変化を可能にす
る。
【０００３】最適な処理（迅速な加熱、保持工程、迅速
な冷却）は、処理すべき材料のみが加熱され、広い面積
の反応器壁又は大量のガス容量が加熱されないように形
成されているコンパクトなシングルウェハ反応器中で可
能である。
な冷却）は、処理すべき材料のみが加熱され、広い面積
の反応器壁又は大量のガス容量が加熱されないように形
成されているコンパクトなシングルウェハ反応器中で可
能である。
【０００４】しかし、迅速な加熱及び迅速な冷却だけで
なく、半導体ウェハ全体への均一な温度分布及び半導体
ウェハバッチの同一の熱処理が、処理の成功のために重
要である。
なく、半導体ウェハ全体への均一な温度分布及び半導体
ウェハバッチの同一の熱処理が、処理の成功のために重
要である。
【０００５】ＲＴＰ−反応器、例えば半導体ウェハのた
めの保持装置又は熱源の様々な構造が、殊に処理すべき
材料の縁部での温度の様々な不均一性を引き起こす。
めの保持装置又は熱源の様々な構造が、殊に処理すべき
材料の縁部での温度の様々な不均一性を引き起こす。
【０００６】更に例えば、内径がウェハ形の材料の直径
よりも大きい環状素子は熱処理の間にウェハの縁部のと
ころでの多大な熱損失を補償しうることが公知になって
いる。異なる材料又は被覆を１つの幾何学的又は化学的
に構造化された形で有する複数のウェハを熱処理する場
合に殊に、構造による温度の不均一性が生じる。ウェハ
を同時に上方及び下方から加熱することができる装置中
のランプ出力の独立した制御及び上方及び下方のランプ
バンクの独立した制御による、構造に依存した熱不均一
性の低減がドイツ特許（ＤＥ）第４２２３１３３Ｃ２号
明細書中に記載されている。
よりも大きい環状素子は熱処理の間にウェハの縁部のと
ころでの多大な熱損失を補償しうることが公知になって
いる。異なる材料又は被覆を１つの幾何学的又は化学的
に構造化された形で有する複数のウェハを熱処理する場
合に殊に、構造による温度の不均一性が生じる。ウェハ
を同時に上方及び下方から加熱することができる装置中
のランプ出力の独立した制御及び上方及び下方のランプ
バンクの独立した制御による、構造に依存した熱不均一
性の低減がドイツ特許（ＤＥ）第４２２３１３３Ｃ２号
明細書中に記載されている。
【０００７】これに対してドイツ特許（ＤＥ）第４４３
７３６１Ｃ２号明細書は、半導体工業の不安定な素子、
例えば半導体ウェハ上の集積回路を迅速に熱処理するた
めの、能動的及び受動的構造依存性熱不均一性をそれに
より低減することができる方法及び装置を記載してい
る。その際、この発明では、光変換プレート及び高温計
を使用することにより、特殊に背面被覆され、かつ不安
定な素子を備えられた半導体ウェハを効率的に熱処理す
る。しかしこの方法の欠点は、常に１つの製品ウェハし
か処理することができず、かつ先ず、光変換プレートを
加熱しなければならないことである。従って、経済的製
造に関して工業的に定められた加熱速度及び容量要求は
これでは満たすことができない。更に、製品ウェハの処
理の後にその度ごとに、様々な被覆、熱的材料特性又は
幾何学的寸法を有する製品ウェハの後続の処理のため
に、光変換プレートを交換しなければならない。しかし
光変換プレートの毎度の交換は、製品ウェハにも同様に
不利な影響を及ぼす。それというのも、処理室中に汚
染、例えば粒子が持ち込まれるためである。
７３６１Ｃ２号明細書は、半導体工業の不安定な素子、
例えば半導体ウェハ上の集積回路を迅速に熱処理するた
めの、能動的及び受動的構造依存性熱不均一性をそれに
より低減することができる方法及び装置を記載してい
る。その際、この発明では、光変換プレート及び高温計
を使用することにより、特殊に背面被覆され、かつ不安
定な素子を備えられた半導体ウェハを効率的に熱処理す
る。しかしこの方法の欠点は、常に１つの製品ウェハし
か処理することができず、かつ先ず、光変換プレートを
加熱しなければならないことである。従って、経済的製
造に関して工業的に定められた加熱速度及び容量要求は
これでは満たすことができない。更に、製品ウェハの処
理の後にその度ごとに、様々な被覆、熱的材料特性又は
幾何学的寸法を有する製品ウェハの後続の処理のため
に、光変換プレートを交換しなければならない。しかし
光変換プレートの毎度の交換は、製品ウェハにも同様に
不利な影響を及ぼす。それというのも、処理室中に汚
染、例えば粒子が持ち込まれるためである。
【０００８】前記の文献中には、半導体ウェハ並びに半
導体工業の不安定な素子を均一に熱処理するための様々
な解決の提案がなされているが、その際、熱処理のこの
技術は、それぞれ１枚の製品ウェハの処理にのみ限られ
ている。これに対して、構造により生じる熱的不均一性
を受けず、かつ熱損失を相互作用的に補償しうる、少な
くとも２枚の半導体ウェハ、有利に同じ幾何学的寸法を
有する単結晶超純粋シリコンウェハの均一な熱処理はい
ずれの文献でも開示されていない。
導体工業の不安定な素子を均一に熱処理するための様々
な解決の提案がなされているが、その際、熱処理のこの
技術は、それぞれ１枚の製品ウェハの処理にのみ限られ
ている。これに対して、構造により生じる熱的不均一性
を受けず、かつ熱損失を相互作用的に補償しうる、少な
くとも２枚の半導体ウェハ、有利に同じ幾何学的寸法を
有する単結晶超純粋シリコンウェハの均一な熱処理はい
ずれの文献でも開示されていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、それを用いて少なくとも２枚の半導体ウェハを同時
に均一に熱処理し、かつ続けて製品ウェハとして使用す
る方法及び装置を提供することである。
は、それを用いて少なくとも２枚の半導体ウェハを同時
に均一に熱処理し、かつ続けて製品ウェハとして使用す
る方法及び装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この課題は、処理室中で
上方及び下方熱源、殊に複数の上方及び複数の下方ラン
プ又はランプバンクを用いて半導体ウェハを熱処理する
ための方法により解決され、その際これは、熱処理を、
平行に、間隔を空けて重ねて設置され、かつ幾何学的寸
法及び熱的材料特性に関して同一である少なくとも２つ
のウェハにおいて行うことを特徴とする。
上方及び下方熱源、殊に複数の上方及び複数の下方ラン
プ又はランプバンクを用いて半導体ウェハを熱処理する
ための方法により解決され、その際これは、熱処理を、
平行に、間隔を空けて重ねて設置され、かつ幾何学的寸
法及び熱的材料特性に関して同一である少なくとも２つ
のウェハにおいて行うことを特徴とする。
【００１１】この課題は、処理室中で半導体ウェハを熱
処理するための保持装置によっても解決され、その際こ
れは、処理室に固定され、かつ平行な間隔を可能にする
載置部（３）を伴う内側向きの（２）を有する支持フレ
ーム（１）を有することを特徴とする。
処理するための保持装置によっても解決され、その際こ
れは、処理室に固定され、かつ平行な間隔を可能にする
載置部（３）を伴う内側向きの（２）を有する支持フレ
ーム（１）を有することを特徴とする。
【００１２】２つのウェハを平行に、間隔を空けて重ね
て設置すると、スタックの対面しているウェハ表面が熱
源から、それぞれ他方のウェハにより覆われる。それに
より、個々のウェハ表面の不均一な温度分布が生じて、
ウェハのこのバッチの同一な熱処理は期待できない。
て設置すると、スタックの対面しているウェハ表面が熱
源から、それぞれ他方のウェハにより覆われる。それに
より、個々のウェハ表面の不均一な温度分布が生じて、
ウェハのこのバッチの同一な熱処理は期待できない。
【００１３】しかし意外にも、２つの半導体ウェハが、
有利に単結晶超純粋シリコンウェハが幾何学的寸法にお
いて、かつ熱的材料特性において同一であり、かつ平行
に、間隔を空けて重ねて処理室中の本発明の保持装置中
に設置されて熱処理される場合には、これらを均一に熱
処理できることが判明した。
有利に単結晶超純粋シリコンウェハが幾何学的寸法にお
いて、かつ熱的材料特性において同一であり、かつ平行
に、間隔を空けて重ねて処理室中の本発明の保持装置中
に設置されて熱処理される場合には、これらを均一に熱
処理できることが判明した。
【００１４】本発明の方法は、プレート間のエネルギー
伝達の利用に基づいている。ランプに向いているウェハ
表面は、上方又は下方ランプ（後記では一次エネルギー
源と記載）からの放射線エネルギーの受容により加熱さ
れる。それぞれ他方のウェハに向いている表面は、それ
ぞれ他方の半導体ウェハの放射エネルギー（後記では二
次エネルギー源と記載）の反射及び放出により加温され
る。その場合、放射エネルギーの放射は同一である。そ
れというのも熱的な材料特性及び幾何学的寸法に関して
同一のウェハであるためである。熱処理は、一次及び二
次エネルギー源により行われる。
伝達の利用に基づいている。ランプに向いているウェハ
表面は、上方又は下方ランプ（後記では一次エネルギー
源と記載）からの放射線エネルギーの受容により加熱さ
れる。それぞれ他方のウェハに向いている表面は、それ
ぞれ他方の半導体ウェハの放射エネルギー（後記では二
次エネルギー源と記載）の反射及び放出により加温され
る。その場合、放射エネルギーの放射は同一である。そ
れというのも熱的な材料特性及び幾何学的寸法に関して
同一のウェハであるためである。熱処理は、一次及び二
次エネルギー源により行われる。
【００１５】従来技術に比べて本発明の方法では、容量
上昇が特に有利であることが判明している。それという
のも、均一な熱処理により、両方のプレートが製品プレ
ートとして使用されるためである。光交換プレートの交
換が省かれ、かつ本発明の保持装置が処理室中に設置さ
れているので、例えば粒子のような汚染が処理室中に入
り込まない。
上昇が特に有利であることが判明している。それという
のも、均一な熱処理により、両方のプレートが製品プレ
ートとして使用されるためである。光交換プレートの交
換が省かれ、かつ本発明の保持装置が処理室中に設置さ
れているので、例えば粒子のような汚染が処理室中に入
り込まない。
【００１６】有利な実施態様では先ず、半導体ウェハ
を、有利に単結晶超純粋シリコンウェハを、制御可能な
ランプバンク又は制御可能なランプを有するＲＴＰ反応
器の処理室中に固定されている本発明の保持装置に移
す。その場合、保持装置に、少なくとも２つの単結晶超
純粋シリコンウェハを同時に、又は連続して載せること
ができる。次いで、ウェハを放射エネルギーにより、有
利には５０〜５００℃／秒の加熱速度で有利には５００
〜１２００℃の温度に加熱する。引き続き、温度を続く
エネルギー放射により有利には１〜３００秒保持する。
最後に、冷却相を−１０〜−１００℃／秒で行う。
を、有利に単結晶超純粋シリコンウェハを、制御可能な
ランプバンク又は制御可能なランプを有するＲＴＰ反応
器の処理室中に固定されている本発明の保持装置に移
す。その場合、保持装置に、少なくとも２つの単結晶超
純粋シリコンウェハを同時に、又は連続して載せること
ができる。次いで、ウェハを放射エネルギーにより、有
利には５０〜５００℃／秒の加熱速度で有利には５００
〜１２００℃の温度に加熱する。引き続き、温度を続く
エネルギー放射により有利には１〜３００秒保持する。
最後に、冷却相を−１０〜−１００℃／秒で行う。
【００１７】ウェハの熱処理の前に先ず、例えばランプ
出力の最適化を、一連の実験により行う必要があるの
で、同じ熱的材料特性及び幾何学的寸法を有する同じ種
類のウェハを、有利には単結晶超純粋シリコンウェハを
熱処理するのが有利である。
出力の最適化を、一連の実験により行う必要があるの
で、同じ熱的材料特性及び幾何学的寸法を有する同じ種
類のウェハを、有利には単結晶超純粋シリコンウェハを
熱処理するのが有利である。
【００１８】
【実施例】当業者が求める半導体ウェハ全体での均一な
温度分布並びに同じ種類の半導体ウェハバッチの同じ熱
処理は、本発明の方法を用いると達成される。図１は方
法の効率性を示している。平行に、間隔を有利に１〜３
０ｍｍ、特に有利に１０〜２０ｍｍ空けて重ねて設置さ
れた２つの単結晶超純粋シリコンウェハの上に、熱電対
を設置する。引き続き、ウェハを本発明の方法で熱処理
する。熱電対によって測定された温度の相対差ΔＴ
（％）を図１中に縦座標で示した；横座標には、時間軸
ｔ（秒）を示した。本発明の方法により加熱相（４）、
保持相（５）及び冷却相（６）の間、ウェハのこのバッ
チのほぼ同じ熱処理が可能である。
温度分布並びに同じ種類の半導体ウェハバッチの同じ熱
処理は、本発明の方法を用いると達成される。図１は方
法の効率性を示している。平行に、間隔を有利に１〜３
０ｍｍ、特に有利に１０〜２０ｍｍ空けて重ねて設置さ
れた２つの単結晶超純粋シリコンウェハの上に、熱電対
を設置する。引き続き、ウェハを本発明の方法で熱処理
する。熱電対によって測定された温度の相対差ΔＴ
（％）を図１中に縦座標で示した；横座標には、時間軸
ｔ（秒）を示した。本発明の方法により加熱相（４）、
保持相（５）及び冷却相（６）の間、ウェハのこのバッ
チのほぼ同じ熱処理が可能である。
【００１９】方法を実施するための本発明の保持装置
は、ウェハを汚染しない耐熱材料、例えば石英ガラス、
酸化アルミニウム、炭化ケイ素又はケイ素から製造され
ている。保持装置の有利な実施態様を図２及び図３に示
したが、その際、本発明の装置は、これらの支持フレー
ム及びアームの形及び大きさ並びにアーム及び載置台の
数に限定されない。保持形のもう１つの有利な実施形は
図４に示した。
は、ウェハを汚染しない耐熱材料、例えば石英ガラス、
酸化アルミニウム、炭化ケイ素又はケイ素から製造され
ている。保持装置の有利な実施態様を図２及び図３に示
したが、その際、本発明の装置は、これらの支持フレー
ム及びアームの形及び大きさ並びにアーム及び載置台の
数に限定されない。保持形のもう１つの有利な実施形は
図４に示した。
【００２０】有利な実施形は支持フレーム（１）及び３
つの内部に向かっているアーム（２）からなっている。
アーム（２）の所に載置部（３）が半導体ウェハを保持
するために設置されている。この載置部は、半導体ウェ
ハ相互の平行な間隔を可能にするように設計されてい
る。有利な平行な間隔は１〜３０ｍｍ、特に有利な平行
な間隔は１０〜２０ｍｍである。保持装置図４は様々な
直径を有するウェハの保持を可能にする。
つの内部に向かっているアーム（２）からなっている。
アーム（２）の所に載置部（３）が半導体ウェハを保持
するために設置されている。この載置部は、半導体ウェ
ハ相互の平行な間隔を可能にするように設計されてい
る。有利な平行な間隔は１〜３０ｍｍ、特に有利な平行
な間隔は１０〜２０ｍｍである。保持装置図４は様々な
直径を有するウェハの保持を可能にする。
【００２１】保持装置は有利には、外部から侵入する汚
染を阻止するために処理室中に固定されている。
染を阻止するために処理室中に固定されている。
【図１】本発明の方法を用いた場合の、熱電対によって
測定された相対温度差を処理工程に従って示したグラ
フ。
測定された相対温度差を処理工程に従って示したグラ
フ。
【図２】本発明の保持装置の１実施形の俯瞰図。
【図３】図２に示した本発明の保持装置の断面図。
【図４】本発明の保持装置の１実施形の断面図。
１ 支持フレーム、 ２ アーム、 ３ 載置部
フロントページの続き (72)発明者 ヨハン シュパール ドイツ連邦共和国 ジムバッハ／イン イ ンシュトラーセ 61 (72)発明者 テレジア バウアー ドイツ連邦共和国 ブルクキルヒェン オ ルトレーナーシュトラーセ 19
Claims (5)
- 【請求項１】 処理室中での上方熱源及び下方熱源を用
いての半導体ウェハの熱処理法において、間隔を空けて
平行に重ねて設置され、かつ幾何学的寸法及び熱的な材
料特性に関して同一である少なくとも２つのウェハにつ
いて熱処理を実施することを特徴とする、処理室中での
上方及び下方熱源を用いての半導体ウェハの熱処理法。 - 【請求項２】 ウェハが互いに１〜３０ｍｍ離れてい
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 熱処理を一次熱源及び二次熱源により行
う、請求項１又は２に記載の方法。 - 【請求項４】 処理室中で半導体ウェハを熱処理するた
めの保持装置において、処理室に固定され、かつ平行な
間隔を可能にする載置部（３）を伴う内側向きのアーム
（２）を有する支持フレーム（１）を有することを特徴
とする、処理室中で半導体ウェハを熱処理するための保
持装置。 - 【請求項５】 装置が、半導体ウェハを汚染しない耐熱
性材料からなる、請求項４に記載の保持装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19839092.0 | 1998-08-27 | ||
| DE19839092A DE19839092A1 (de) | 1998-08-27 | 1998-08-27 | Verfahren und Vorrichtung für die Wärmebehandlung von Halbleiterplatten |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000077348A true JP2000077348A (ja) | 2000-03-14 |
| JP3754846B2 JP3754846B2 (ja) | 2006-03-15 |
Family
ID=7878969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23860499A Expired - Fee Related JP3754846B2 (ja) | 1998-08-27 | 1999-08-25 | 半導体ウェハの熱処理法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020008098A1 (ja) |
| EP (1) | EP0982761A1 (ja) |
| JP (1) | JP3754846B2 (ja) |
| KR (1) | KR100370857B1 (ja) |
| DE (1) | DE19839092A1 (ja) |
| TW (1) | TW417209B (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6599818B2 (en) * | 2000-10-10 | 2003-07-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device manufacturing method, heat treatment apparatus, and heat treatment method |
| DE10127889A1 (de) * | 2001-06-08 | 2002-12-19 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum Umschmelzen von auf Verbindungsstellen aufgebrachtem Lotmaterial |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6079729A (ja) * | 1983-10-07 | 1985-05-07 | Hitachi Ltd | ウエハ酸化方式 |
| GB8421568D0 (en) * | 1984-08-24 | 1984-09-26 | Plastex Bradford Ltd | Pinned insert |
| JPH0217633A (ja) * | 1988-07-05 | 1990-01-22 | Nec Corp | 縦型ウェハーボート |
| JPH02102523A (ja) * | 1988-10-11 | 1990-04-16 | Nec Corp | ウェハーボート |
| JPH0653301A (ja) * | 1992-07-29 | 1994-02-25 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 半導体ウエハのｂｔ処理装置 |
| JP3250628B2 (ja) * | 1992-12-17 | 2002-01-28 | 東芝セラミックス株式会社 | 縦型半導体熱処理用治具 |
| JPH07230965A (ja) * | 1994-02-16 | 1995-08-29 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 熱処理装置 |
| JPH08167577A (ja) * | 1994-12-09 | 1996-06-25 | Kokusai Electric Co Ltd | 半導体成膜装置 |
| JPH09139352A (ja) * | 1995-11-15 | 1997-05-27 | Nec Corp | 縦型炉用ウェーハボート |
| JPH1064921A (ja) * | 1996-08-21 | 1998-03-06 | Kokusai Electric Co Ltd | 半導体製造装置の基板加熱装置 |
-
1998
- 1998-08-27 DE DE19839092A patent/DE19839092A1/de not_active Withdrawn
-
1999
- 1999-08-05 EP EP99115069A patent/EP0982761A1/de not_active Withdrawn
- 1999-08-17 TW TW088114012A patent/TW417209B/zh not_active IP Right Cessation
- 1999-08-23 US US09/378,897 patent/US20020008098A1/en not_active Abandoned
- 1999-08-25 JP JP23860499A patent/JP3754846B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1999-08-25 KR KR10-1999-0035416A patent/KR100370857B1/ko not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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