JPH0234164B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体基板等の被熱処理体（以
下、「ウエハ」という）に光照射することにより、
ウエハの熱処理を行なうようにした光照射型熱処
理装置に関する。

〔従来の技術〕

一般にウエハの熱処理プロセスは、イオン注入
やイオン蒸着の後処理としてイオン層を活性化し
て均一な組成とするための熱処理に限らず、その
他のシリコン膜等の成膜を安定化させるための熱
処理等、非常に広範囲にわたつて用いられてい
る。これらの熱処理のいずれにおいても、ウエハ
の全面に対して均一に加熱する必要があり、ウエ
ハに対する加熱が不均一である場合、所要の電気
的特性が得られなかつたり、成膜が不安定となつ
たり、満足なオーミツクコンタクトが得られなか
つたりする等の問題が生ずる。

従つて従来の光照射型熱処理装置においても、
例えば特開昭57−147237号公報に開示されている
ように、加熱炉内に収容したウエハを水平方向
に、移動させるようにしたりしている。また、本
出願人の提出に係る特願昭59−30934号明細書に
示すように、赤外線を放射する光源の反射板を所
定角度で正逆回転させることにより、加熱炉内の
ウエハに対して均一な赤外光照射を与えるように
したり、同じく本出願人提出に係る実願昭59−
55005号明細書に示すように、加熱炉内でウエハ
を保持する支持器に、ウエハの周縁を囲繞する環
状体を配設し、ウエハ自体における温度分布を可
及的に均一化するようにしたりしている。さらに
また、実開昭59−98300号公報には、石英や金網
等の材質からなるフイルタを加熱器とウエハとの
間に介在させ、ウエハの中心部が受ける熱エネル
ギー密度を変化させることによつて、実質的にウ
エハの表面温度を均一にした光照射炉が記載され
ており、特開昭59−101825号公報には、輻射熱な
いし光源のエネルギー及び反射板からのエネルギ
ーを、拡散板を通してウエハに照射するようにし
た光照射型熱処理装置が記載されている。

第４図は、従来の、この種の光照射型熱処理装
置の炉内の概略構成を示す断面図であり、ウエハ
１をウエハ支持器２に載置して駆動手段１０によ
りチヤンバー３内に搬入した状態を示している。
このチヤンバー３は石英製の箱体であつて、ウエ
ハを所要のガス雰囲気内にて清浄に保持するため
のものである。そして、このチヤンバー３の上下
両面には、所定距離を介して赤外線を放射する光
源４及び光反射板９が対向配置されており、この
加熱手段からの光照射によつてウエハ１は両面か
ら加熱される。チヤンバー３の一側面の開口部５
はフランジ６により密封されており、またチヤン
バー３内にはガス導入管７を介して不活性ガス、
例えばN₂ガスが導入され、そしてガス排出管８
によつてチヤンバー３外に排気される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の光照射型熱処理装置は、ウエハの表裏面
を含む全面に対する加熱の均一化を図り、温度む
らを少なくするため、例えば第４図に示すよう
に、光源４及び反射板９の配設ピツチを上方と下
方とでずらせたり、また上方の光源４と下方の光
源４との各配設方向が互いに直交するように配置
したり、あるいは、中央部と周辺部とで透過率を
変化させたフイルタや拡散板を介してウエハを加
熱したりしている。しかしながらいずれにして
も、それらの手段によつてはチヤンバー上下壁面
において、その中央部と周辺部とにおける温度差
をなくすことができず、そのためチヤンバー３の
壁面から放射される輻射熱は部位によつて区々と
なる。その結果、この輻射熱の影響をウエハ１が
直接に受けて、あるいはチヤンバー３内における
雰囲気温度にむらを生じ、ウエハ１に対する均一
な加熱が施されないという問題があつた。また光
源４による加熱を中止した場合でも、チヤンバー
３の壁面はしばらくの間、熱を保持しており、こ
のためチヤンバーの壁面からの輻射熱がウエハ１
に供給されることとなり、その結果、ウエハ１の
温度降下に時間を要し、ウエハ１を所要の温度上
昇下降特性でもつて熱処理することが困難であ
り、また、一のウエハ１を熱処理してから別のウ
エハ１を熱処理するまでに待ち時間を要し、生産
性に問題があつた。

この発明は、これらの問題を解決するためにな
されたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明では、上記問題点を解決するための技
術的手段として、チヤンバー内に搬入され、保持
された状態のウエハ（被処理基板）とチヤンバー
の壁面との間に、ウエハより大きい平面部を有す
る石英製の板状体からなり、ウエハに近接して所
要波長より波長の長い赤外線を吸収する中間部材
を配設し、中間部材でウエハ表面を覆うように構
成した。すなわち、この発明に係る光照射型熱処
理装置は、ウエハを所要の雰囲気下で熱処理する
チヤンバーと、このチヤンバー外に配設され、そ
のチヤンバーの壁面を通して光照射することによ
り、チヤンバー内に搬入されたウエハを加熱する
加熱用光源と、ウエハをチヤンバー内で保持し、
かつウエハをチヤンバー内に出し入れする搬送保
持手段とを備え、前記チヤンバーの壁面が、前記
光源からの光照射により、ウエハを光照射加熱す
るための所要波長より長い波長の赤外線を放射す
る材料からなる光照射型熱処理装置において、前
記チヤンバー内に収容された状態のウエハを覆う
ように、好ましくはウエハ表面に近接して、前記
中間部材を配線したことを特徴とする。

ここで、中間部材にはそれぞれ複数個の孔を穿
設することが好ましい。

〔作用〕

チヤンバー内に収容されたウエハを、その表面
温度が約1000℃前後になるように加熱手段によつ
て光（主として波長１〜3μｍの赤外線）照射し
て加熱する際に、チヤンバーの壁面は数100℃の
温度にまで加熱されて昇温し、その結果、チヤン
バーの壁面から輻射熱を放射することとなる。こ
のとき、チヤンバーの壁面の表面温度にはむらが
あり、従つてその壁面から放射される輻射熱も部
位によつて変化する。ところが第５図からも分か
るように、数100℃の表面温度をもつ物体から放
射される輻射熱の多くは波長λが4μｍ以上の赤
外線によるものであり、一方石英は、第６図にそ
の透過率曲線を示したように、波長１〜4μｍの
範囲の赤外線のみを透過させ、波長4μｍ以上の
赤外線をほとんど透過させずに吸収する。この石
英のように波長4μｍ以上の赤外線をほとんど透
過させないが、しかし加熱手段からの光線は透過
する材料を使用して中間部材を製作し、本願発明
におけるように、ウエハとチヤンバーの内壁面と
の間に中間部材を配設することにより、数100℃
前後のチヤンバー壁面において温度むらが生じて
も、壁面からの輻射熱のほとんどは中間部材に吸
収されてしまい。その輻射熱によつて直後にウエ
ハが影響を受けることはない。したがつて、ウエ
ハはチヤンバー壁面かの輻射熱に影響されること
なく、光源からの赤外線の作用によつてのみ加熱
される。

なお、光源からの赤外線を照射しつづけると、
中間部材のいずれは数100℃の温度になつて輻射
熱を出し、ウエハを不均一に加熱することになる
のではないかとの疑問があろうが、そのような不
都合が生じない。それは、光源から照射された赤
外線のうち、中間部材を加熱するような比較的長
い赤外線は、石英製であるチヤンバー壁面によつ
てすでに吸収されているから、中間部材へ達する
赤外線は中間部材を透過するような波長の赤外線
だけであり、中間部材は光源によつては、ほとん
ど加熱されない。また、光源がチヤンバー壁面を
加熱する赤外線の強さほど、チヤンバー壁面から
中間部材への輻射熱は強烈でなく、そしてチヤン
バー壁面と中間部材との間にある程度距離をもた
せておけば、中間部材はあまり高温にならない。
もし仮に、中間部材がある程度高温になつたとし
ても、チヤンバー壁面ほど大きな熱容量もなく寸
法も小さいことから、ほとんど温度むらがないた
め、ウエハの温度を不均一にすることはない。

また、本発明に係る光照射型熱処理装置におい
ては、前述したように数100℃前後のチヤンバー
壁面からの輻射熱のほどんどは中間部材に吸収さ
れるため、光源による加熱を中止した後において
はウエハに輻射熱が供給されることがない。

また、中間部材にそれぞれ複数個の孔を穿設し
た場合には、チヤンバー内に供給される不活形ガ
スは多数の孔を通過する際に整流され、ウエハ表
面に対するガスの流れ具合が均一になる。

〔実施例〕

以下、第１図ないし第３図に基づいて、この発
明の実施例について説明する。

第１図は、この発明の１実施例である光照射型
熱処理装置炉内の要部を示す断面図である。チヤ
ンバー３は石英ガラスからなり、その一側面には
開口部５が設けられ、ウエハ支持器２に載置され
たウエハ１はそ開口部５を介してチヤンバー３に
搬送装置１０の動きにより搬入され、そして搬出
される。チヤンバー３の他側面には不活性ガスの
供給管１１が連通しており、供給孔１２を介して
精密にろ過された不活性ガスをチヤンバー３内に
送り込み、排出管１１′より排気し、炉内の気圧
を炉外の気圧より高く保つようにしている。供給
孔１２の穿設位置及び穿設方向は、ウエハ１の表
面に対するガスの流れによる影響をできるだけ少
くするように考慮し、ウエハ１の局所冷却といつ
たことが起らないようにする。その他、光源４、
光反射板９及びフランジ６が配設されている点に
ついては、前記第４図に関して説明したのと同様
である。

そしてこの発明に係る光照射型熱処理装置にお
いては、チヤンバー３の各内壁面とウエハ１との
間に一対の中間部材１３，１３′を、好ましくは
ウエハ１の表裏各面に近接し、かつそれとほぼ平
行に付設している。第１図に示した実施例装置で
は、中間部材１３，１３′は石英製のサポート２
８，２８′によつてチヤンバー３の各内壁面に連
設支持されている。また、中間部材１３，１３′
は石英製（もしくはそれと類似の赤外線透過特性
を示す材料）であり、その厚さは、チヤンバー３
の壁厚に比べて薄い程中間部材それ自体の輻射熱
の量が少ないので、また表面温度が均一になるの
で好ましい。中間部材１３，１３′の平面部の形
状は、ウエハ１と相似形、例えば円形としてもよ
いし、また四角形等の多角形としてもよい。その
平面部の面積は、ウエハ１の全面を覆うことがで
きる程度に十分大きくする。

第２図は、この発明の別の実施例に係る光照射
型熱処理装置の要部（図示上光源を省略）を示す
斜視図である。この実施例装置においては、一対
の中間部材１３，１３′は、支持器２の支持杆１
４の部位に側板１５を介して連設固定されてお
り、ウエハ１は下方の中間部材１３′に突設され
た支持ピン１６によつて支持されている。上下一
対の中間部材１３，１３′には、供給管１１から
送られた不活性ガスの整流作用を行なうための孔
１７が多数穿設されている。また支持杆１４に
は、その軸部に気体給排気用孔１８が貫通してお
り、またその外面の一部にチヤンバー３の扉とな
るフランジ６が固設されている。

一方、チヤンバー３の内部には、コの字形のフ
レーム１９が付設されており、ウエハ１を載置し
て一対の中間部材１３，１３′をチヤンバー３内
に挿入すると、フレーム１９と一対の中間部材１
３，１３′とが係合し、フレーム１９が側面を形
成し、中間部材１３，１３′がそれぞれ上面及び
下面を形成し、全体として内部チヤンバーを構成
することになる。そしてフレーム１９をチヤンバ
ー３内で保持する支持杆２０には給気用孔２１を
軸部に穿設する。

この第２図に示した実施例装置において、熱処
理の直前および熱処理中は気体給排気用孔１８と
給気用孔２１とから排気するが、熱処理を終えた
ウエハ１をチヤンバー３外へ搬出する際、支持杆
１４に配設された気体給排気用孔１８から一対の
中間部材１３，１３′間へウエハ１に向かつて不
活性ガスを吹き出すようにすれば、中間部材１
３，１３′およびウエハ１が速やかに冷却され、
また外気中の塵埃がウエハ１表面に飛来して付着
することを防止することができて有利である。

次に第３図は、この発明のさらに別の実施例装
置を示す断面図である。この実施例では、チヤン
バー３内に角型の内部チヤンバー２２を配設し、
チヤンバー３内へ支持器２に載置されて搬入され
たウエハ１の周囲を壁面で取り囲むようにしてい
る。そして内部チヤンバー２２の上下両壁を一対
の中間部材１３，１３′より形成しており、中間
部材１３，１３′には不活性ガスの通路となる孔
１７が穿設されている。内部チヤンバー２２の、
ウエハ１の挿入口側の開口部は、支持杆１４に固
定されたフランジ２３よつて密封されており、支
持杆１４さらにはチヤンバー３の開口部５を閉塞
するフランジ６が固定され、ウエハ支持器駆動手
段１０に連設している。またチヤンバー３の開口
部５付近には気体排気管２４が設けられ、チヤン
バー３の他側面側には気体供給管２５が連通して
いる。そして内部チヤンバー２２の保持杆２６は
その気体供給管２５内部を挿通して固定されてお
り、保持杆２６の軸心部には内部チヤンバー２２
に連通する気体給排気孔２７が穿設されている。
この気体給排気孔２７により、必要に応じて内部
チヤンバー２２からの排気もしくは内部チヤンバ
ー２２への不活性ガスを行なうようにすれば、例
えば熱処理を開始するに当つて内部チヤンバー２
２内の不要な空気を極めて迅速に排除してしまう
ことができ、作業性が向上する。

またウエハ１を内部チヤンバー２２及びチヤン
バー３から外部へ搬出する際に、上記した気体給
排気管２４を介してチヤンバー３内へ不活性ガス
を吹き出すようにすれば、内部チヤンバー２２内
には外気が流入することがないので異物の混入を
避けることができ、また搬出時にウエハ１の表面
がその吹活性ガスによつて冷却されて次工程への
移行がスムーズに行なえる。

この第３図に示した実施例装置においては、ウ
エハ１は内部チヤンバー２２内に収容されている
ので、気体供給管２５を介してチヤンバー３内に
供給された不活性ガスは、中間部材１３，１３′
に穿設された孔１７を通つた後にウエハ１の表面
に触れることとなり、ウエハ１周囲の雰囲気が均
一化する。なおこのような作用効果は、前述の第
２図に示した実施例装置についても同様に行なわ
れる。

なお、特に図示はしないが、チヤンバーの一側
面からウエハを搬入し、処理後に他側面よりウエ
ハを搬出する、いわゆるインライン型の熱処理炉
がついても、本発明を適用し得ることはいうまで
もない。そして、上記各実施例においては、搬送
保持手段は、ウエハを保持する支持器と、この支
持器を処理炉内へ出し入れする搬送装置とから構
成されるものであるが、この他に、例えばウエハ
下面へ加圧した不活性ガスを噴出させることによ
り、その噴出圧の作用でもつてウエハを保持およ
び搬送する装置を搬送保持手段としてもよく、こ
のように本発明では搬送保持手段は限定しない。

また、中間部材１３は板状体であれば、その形
状は平板状であるのに限定されるものでなく、例
えばアーチ型のような曲面状や、ドーム型のよう
な球面状でもよい。中間部材１３の配置も、ウエ
ハと平行である場合に限らず、やや傾斜させて配
置してもよい。このような中間部材１３の形状お
よび配置のうち、いずれか最良かは特定できるも
のではなく、チヤンバー３の形状や不活性ガス供
給管１１の配置等によつて決まるガスの流れの方
向等を考慮して選択されるものである。

さらに、上記各実施例は、ウエハ１の表裏両面
へそれぞれ中間部材１３，１３′を配設している
が、例えば加熱手段がウエハ１の片面側にのみ設
置されていて、もう一方の側ではチヤンバーの壁
面が完璧に冷却されていて輻射熱を発しない等の
場合には、加熱手段のある方の側にのみ中間部材
を配設すればよい。

なお、上記各実施例において、気体を供給す
る、ないし排気する管は、図示の如き位置に限定
されるものではない。要するに、ウエハを加熱す
る前には、ウエハの周囲の空気を速やかに排気し
て、所要のガスと交換し、加熱中に所要のガスが
ウエハの全面に均一に供給でき、そして、好まし
くはウエハがガスによつて冷却されるようになつ
ていればよい。

〔効果〕

この発明は以上のような構成を有するので、次
のような効果を奏する。

(i) チヤンバーの壁面からの輻射熱のほとんどは
中間部材によつて遮断されてしまい、その輻射
熱によつてウエハが熱的影響を受けることがな
く、ウエハ全面に対す均一な加熱処理を施すこ
とができ、製品の品質が向上する。また中間部
材に多数の小孔を穿設した場合には、チヤンバ
ー内に供給された不活性ガスは、その小孔を通
つた後にウエハ表面に触れることとなり、ガス
流による影響の均一化を図ることができるの
で、上記効果を一層促進することができる。

(ii) 熱処理炉壁面からの輻射熱は中間部材に吸収
されるため、光源からの光照射を中止したとき
は、ウエハに対して輻射熱が供給されることが
なく、このウエハは比較的速やかに温度降下
し、次の別の処理工程への移行がスムーズに行
なわれ、すぐに次の処理を行なうことができ、
一連の作業能率が向上する。また、次に加熱処
理すべきウエハを、まだ熱処理炉が冷えないう
ちにすぐさま入れたとしても、炉壁からの輻射
熱によつて加熱手段を駆動する前にウエハが加
熱されることはない。したがつて、熱処理装置
それ自体の処理能率も向上する。しかも、ウエ
ハを急速加熱、急速冷却できるため、ウエハに
注入された物質の拡散層における濃度分布を変
化させることなく加熱処理でき、これによつて
歩留りの向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の１実施例を示す光照射型
熱処理装置の炉内の要部断面図、第２図は、この
発明の別の実施例装置の炉内の要部斜視図、第３
図は、この発明のさらに別の実施例装置の炉内の
断面図であり、第４図は、従来の光照射型熱処理
装置の炉内を示す断面図である。また第５図は、
物体の各表面温度における放射赤外線の波長と輻
射熱との関係を示す線図、第６図は、石英におけ
る波長と透過率との関係を示す曲線である。 １……ウエハ（被処理基板）、２……支持器、
３……チヤンバー、４……光源、９……光反射
板、１０……駆動手段、１３，１３′……中間部
材、１７……孔、２２……内部チヤンバー、２７
……気体給排気孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被処理基板を所要の雰囲気下で熱処理するチ
   ヤンバーと、このチヤンバー外に配設され、その
   チヤンバーの壁面を通して光照射することによ
   り、チヤンバー内に搬入された被処理基板を加熱
   する加熱用光源と、被処理基板をチヤンバー内で
   保持し、かつ被処理基板をチヤンバー内に出し入
   れする搬送保持手段とを備え、前記チヤンバーの
   壁面が、前記光源からの光照射により、被処理基
   板を光照射加熱するための所要波長より長い波長
   の赤外線を放射する材料からなる光照射型熱処理
   装置において、前記チヤンバー内に保持された被
   処理基板を覆うよう、チヤンバー内壁面と被処理
   基板との間に、被処理基板より大きい平面部を有
   する石英製の板状体からなり、所要波長より長い
   波長の赤外線を吸収する中間部材を配設したこと
   を特徴とする光照射型熱処理装置。 ２ 中間部材には複数個の孔が穿設された特許請
   求の範囲第１項記載の光照射型熱処理装置。 ３ 中間部材は、被処理基板の表裏両面に配設さ
   れた特許請求の範囲第１項又は第２項記載の光照
   射型熱処理装置。 ４ 中間部材はチヤンバーの内壁に連設固定され
   た特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか
   に記載の光照射型熱処理装置。 ５ 搬送保持手段が、被処理基板を保持する支持
   器と、この支持器をチヤンバー内へ出し入れする
   搬送装置とからなり、中間部材はこの支持器に付
   設された特許請求の範囲第１項ないし第３項のい
   ずれかに記載の光照射型熱処理装置。 ６ 中間部材が上下壁面となるようにして、チヤ
   ンバー内にて被処理基板を囲繞する内部チヤンバ
   ーを形成する特許請求の範囲第１項ないし第３項
   のいずれかに記載の光照射型熱処理装置。 ７ 内部チヤンバーには給気又は排気用の配管を
   連通した特許請求の範囲第６項記載の光照射型熱
   処理装置。