JPH0420253B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は半導体装置の製造工程において、赤外
線またはは可視光線によつて半導体基板を急速に
加熱し熱処理を行う装置に関するものである。こ
のような加熱処理は特に微細加工の製造プロセス
において有効であつて、たとえばイオン注入され
た半導体基板においては、注入イオンの分布変化
を極小にする電気的活性化や、PSG（リンケイ酸
ガラス）等の層間絶縁膜の短時間リフローによる
平坦化、シリサイド（ケイ素化物）の形成、浅い
酸化膜の形成などに有効で用途が広い。

（従来の技術） 半導体基板の熱処理装置については従来からら
種々のものが提案されているが、本発明者も特願
昭58−89139号、特願昭58−217835号、実願昭58
−178820号等の提案を行つている。

まず加熱系について説明する。赤外線などの光
熱線照射によつウエハを加熱することは公知であ
るが、従来はウエハを支持板（サセプタと呼ぶ）
上に置き、ウエハ面の上方から赤外線を照射する
方法が用いられた。しかしこの方法ではウエハの
上面が急速に温度上昇するに反して、熱容量の大
きいサセプタに接するウエハの下面は温度上昇が
遅れ、ウエハの上、下面間に大きな温度勾配を生
じ種々な欠陥の原因になる。この対策としてサセ
プタを石英などの赤外線透過材で製作し、サセプ
タ下側からも赤外線照射を行い、またサセプタ上
に３点程の突起を設け、この突起上にウエハを置
けば温度勾配はかなり減少するが、赤外線源の配
置間隔や赤外線源放射量のばらつきなどによつ
て、ウエハ面での温度勾配を除くことはできない
ことが知られている。このウエハ表面の温度勾配
を除くにはサセプタを回転させればよいが、装置
が複雑になるという欠点があるので、本発明者は
前記の提案においてほゞ円板状の薄いウエハの両
面より赤外線源を照射し、サセプタは使用せずに
ウエハを下面から不活性ガスを噴射させることに
よつて浮揚状態で回転させ、均一な加熱処理を得
ることを示したが、後記のような改善すべき問題
があることが明らかになつた。

第１図は従来の半導体基板熱処理装置の一例の
基板浮揚保持部分の横断面図Ａ、上面図Ｂ、半導
体基板表面のシート抵抗特性図Ｃを示す。これら
の図中の１は半導体基板、２は石英などの近赤外
線および可視光透過材を用いて作られた構造物
で、この上下に設けられた熱源（図示せず）によ
つて基板１を加熱する。この構造体（以下台とい
う）の表面には、不活性ガスを基板１に向け噴射
するための小孔が複数個設けてあり、３は半導体
基板（以下ウエハという）を浮揚または回転させ
るための小孔、３′はウエハを一定位置に浮揚保
持するための小孔で、矢印はガス噴出方向を示
す。４はウエハを台２上にその一方側から搬入
し、同一側または反対側に搬出するための溝溝で
ある。

台２の上に搬入されたウエハは下方からのガス
噴出によつて浮揚しながら、あるいは浮揚回転状
態にて上下から加熱される。第１図Ｃはイオン注
入されたウエハを加熱処理した後、ウエハ表面の
シート抵抗を測定した結果の一例図である。この
図に示すように台２には溝があるためにシート抵
抗（面積抵抗率）の不均一が生じている。すなわ
ちウエハの径方向に不均一な温度分布が生じたこ
とを示している。また後述の溝のない台を用いた
場合と比較して浮揚および回転のためのガス流量
が同じなら、ウエハの浮揚と回転状態はより不安
定で、安定性を増すにはガス流量を増す必要があ
ることがわかつた。さらにこの台の構造は溝があ
るため構造が複雑で高価となり、製造方法によつ
ては加熱時熱歪によつてクラツクが入ることがあ
るなどの欠点がある。

次に本発明者の提案になる前記特願昭58−
89139号では第２図Ａにその断面図を示したが、
この図において１１はウエハ、１２はウエハ保持
板、１３はガス排出口、１４はウエハの浮揚位置
決めガス噴出口、１５は浮揚ガス噴出口、１６は
回転用ガス噴出口、１７は上蓋、１８は反射板付
赤外線照射装置、１９は赤外線透過性のガス導管
である。第２図Ｂは保持板１２上のガス排出口と
噴出口の配置図である。

第２図に示した装置では、第１図の装置のよう
な溝を設けてないためウエハの温度分布は良好に
できる点があるが、ウエハをこの加熱位置に搬送
する場合に問題がある。すなわち図示のように狭
い空間にウエハ上面を何にも触れずに搬入、搬出
することはかなり困難である。なお１２の上面と
浮揚したたウエハ下面の間隔はたとえば0.2〜0.3
mm程度である。

次にウエハを浮揚回転させながら加熱処理する
方法には次にような欠点がある。

ａ ガスを噴出しているため一般にウエハに対す
る冷却効果があり、ガスを噴出させないでウエ
ハを３点にて支持し加熱する場合に比べると約
５％のパワー損失がある。

ｂ ガスとしてN₂ガスを用いるとウエハ裏面が
シリコンのとき裏面のガス噴出部位にリンク状
の膜（分析によりSiN膜であることがわかつ
た）を生じると共に、保持板や台のガス噴出口
の近傍に付着物が生じることがある。この付着
物は蒸発したSiがガスの冷却効果によつて生じ
たものであろう。

ｃ 一般にウエハにはオリエンテイシヨンフラツ
ト（第５図の３２に一例を示す）があるので、
ウエハの回転はやゝ不安定になる傾向がある。

ｄ ウエハの直径によつて位置決め用の穴位置が
異なり、浮揚回転させるための保持板や台の構
造を変更することが必要である。

（発明の目的） 本発明は上記の欠点を取除くために行つたもの
で具体的には ａ 溝がなく一様な石英製保持板面を用い、温度
分布がよく構造が簡単である。

ｂ ウエハは回転できるが回転は安定である。

ｃ ウエハの搬送は容易である。

ｄ ウエハや石英板面にガス冷却による汚れが発
生しない。

ｅ ウエハに対する浮揚ガスによる冷却効果を生
じない。

ｆ 直径の異るウエハや円形でないウエハに対し
ても石英台や板を取替えずに使用できる。

等の要求を満足する装置を提供することである。

（発明の構成） 第３図〜第５図は本発明実施例装置を説明する
ための図で、第３図は装置の構造例断面図であ
る。この図において２６と２７は互に上、下でか
つ直角な方向に配置された多数の棒状タングステ
ンハロゲンランプ、２４，２５はランプから放射
された光を効率良く反射するるためのリフレクタ
である。上下のランプ群２７と２６を互に直交配
置とすることは熱処理中にウエハ１を十分早い速
度で回転すれば特に必要はないが、通常用いられ
る回転速度20〜40rpmで、かつごく短時間（約５
秒以下）で熱処理が行われる場合には回転数を補
う効果がある。２３は側面のリフレクタ、２１は
加熱用の光を透過させる石英製チヤンバ（熱処理
室）で、処理用雰囲気を周辺から隔離する。２８
は本発明の特徴となる石英円板、２９はウエハ１
を石英円板２８上に保持するための突起物すなわ
ち石英ピンで、２８上に同心円状に３個取付けて
あることは第３図の一部を拡大して示した第４図
Ａと、その上面図である第４図Ｂに示す通りであ
る。

また第４図３０はウエハを熱処理室２１へ搬入
および搬出を行うためのフオークであつて、一般
に石英製である。３１は石英円板２８をウエハ１
をのせたまゝ浮揚し円転させるための石英構造物
（石英台または基台）２２にガスを導入するため
の導入口で、石英台２２には第１図同様のガス噴
出孔３と３′が設けられている。なお上下のラン
プ群はそれぞれ複数のゾーンに分割して、それぞ
れの電源供給を制御して照度分布の制御を行える
ようにすることは、本発明者の前願（実願昭58−
178820号）と同様である。

（作用の説明） 第５図はウエハ１を均一に加熱する方法の説明
図で、ウエハの中心に極座標の原点とりウエハを
回転させると回転方向θの均一加熱化が図られ、
光源２６，２７のゾーンコントロールを行うこと
によつて、ウエハの半径ｒ方向の均一化が図られ
るが、これらは極めて有効であることが、加熱初
期においては十分活性化されていないイオン打込
みされたウエハの加熱後のシート抵抗測定などに
よつてて実験的に確かめられている。

本発明は前記従来の浮揚一回転法の欠点を排除
して、どのようにウエハの回転を行うかというこ
とに重点がある。第３図において石英チヤンバ２
１内部には常時浮揚一回転用石英治具とも言える
石英台２２と、石英ピン２９が取付けてある石英
円板２８が配設されている。チヤンバ２１の外部
でウエハ１を石英フオーク３０上にのせてから、
フオーク３０を水平に移動させてウエハ１をチヤ
ンバ内に入れ、石英円板２８の直上でフオークを
僅か下降させれば、第４図に示すようにウエハ１
は石英ピン２９の上にこれと接触して停止し、フ
オーク３０はウエハや石英円板２８とは非接触の
状態になる。フオーク３０はこのまゝ再び水平移
動させてチヤンバ２１の外部に移す。または十分
に細いフオークを用いてウエハの加熱結果に有意
な影響を与えずにチヤンバ２１内に停めることも
可能である。

つぎにガス導入口３１からガスを供給すると、
ガス噴出口３および３′からのガスの流れによつ
て石英円板２８は従来の装置同様浮揚回転する。
この状態でランプ２６，２７に所定の電力を投入
する。（電力の設定についてウエハ周辺の構造の
熱履歴の影響を避けるためと、ランプ群の寿命を
延ばすためなどの理由から、ウエハの搬入、搬出
時にもある電力が加えられたまゝのこともある。）
ウエハ１の搬出には前記の搬入時と逆のシーケン
スで行う。

ここで実際の数値を例示すると、本発明の装置
では石英円板２８は厚さ0.7〜１mmで、その直径
は175〜200mmである。この直径は直径150mmのウ
エハを処理するに必要であるが、これより小さい
ウエハにも使用できることは明らかである。石英
ピン２９は長さ約３mm、下部は石英円板に溶着さ
せるがその直径は約２mm、その上端はウエハとの
間の熱伝導を防止するためにＲ（丸味）をつけ点
接触に近付ける。

ウエハ浮揚回転用のガス噴出口の配置が噴出方
向はたとえば第２図Ｂと同じである。たゞし構造
を簡単にするために実施例ではガス導入口３１は
１個所とし、浮揚と回転用のガス噴出孔は兼用と
した。さらに石英円板２８の回転の開始と停止時
に石英円板２８が所定の位置からそれるのを防止
するために防壁３２を設けた。

本発明装置は従来の浮揚一回転を用いた装置と
比較して石英円板２８があるため光透過率の低下
と、石英ピンを通じての熱伝導が問題になると思
われるが、実測によればウエハの温度度上昇およ
び加熱むら共に処理上有意な相違は見出されなか
つた。たゞし石英ピン２９は点接触に近くしない
と加熱によつて結晶欠陥を生ずることがあること
がわかつた。

またガスによるウエハの冷却効果や汚れは生じ
ないことも実験で確認され、発明の目的に掲げた
各項が達成されたことがわかつた。

（発明の効果） 本発明の効果は発明の目的に示したａ）〜ｆ）
の各項を達成できることである。また加熱対象物
が半導体基板に限られることはなく、比較的軽い
薄板状物体の浮揚や浮揚回転等に利用できること
は明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の半導体基板熱処理装置の一例の
基板浮揚保持部分の横断面図Ａ、上面図Ｂおよび
イオン打込み後熱処理した半導体基板のシート抵
抗分布図Ｃを示す。第２図は別な従来の装置の断
面図Ａとガス噴出と排出口の配置図Ｂを示し、第
３〜第５図は本発明を実施した装置に関するもの
で、第３図は構造例断面図、第４図は第３図中の
主要部の拡大図でＡは断面図、Ｂはその上面図、
第５図は半導体基板を均一に加熱する方法の説明
図である。 １…半導体基板（ウエハ）、３…浮揚回転ガス
噴出孔、３′…位置決めガス噴出孔、２１…熱処
理室（チヤンバ）、２２…石英製基台、２３…側
面のリフレクタ、２４，２５…リフレクタ、２
６，２７…赤外線ランプ（丸棒状）、２８…石英
円板、２９…石英製突起（石英ピン）、３０…フ
オーク、３１…ガス導入口、３２…ウエハのはず
れ防止壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外部雰囲気に対して密閉され上、下の面を赤
   外線または可視光線に対してほゞ透明な材料にて
   構成し、その上、下面を通して被加熱物が外部よ
   り加熱される熱処理室と、その内部に設けられガ
   ス導入口と複数のガス噴出孔を有する赤外線また
   は可視光線透過性の基台と、該基台のガス噴出孔
   より噴出するガスによつてほゞ一定位置に浮揚し
   かつ回転する赤外線または可視光線透過性の円板
   と、該円板上に取付けられ熱処理すべき半導体基
   板を載置する複数個の突起体よりなることを特徴
   とする半導体基板の熱処理装置。 ２ 基台上面の周縁に半導体基板を塔載して浮揚
   回転する前記円板が定位置よりはずれることを防
   止する壁を設けたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の半導体基板の熱処理装置。