JPH0566974U - 赤外線急速熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体基板の熱処理の際の品質低下および空気
の流入による雰囲気の汚染を防止するとともに、作業効
率の向上を達成する赤外線熱処理装置を提供する。 【構成】本装置は、赤外線熱処理石英管内、二重ドア緩
和室１０１、石英管内とドア緩和室を連結するガス通路
及び制御装置、高周波誘導加熱源、自動取置き装置、半
導体基板輸送装置、温度の測定と制御装置及びコンピュ
―タ―制御装置で構成されている。赤外線熱処理石英管
内は、矩形石英管１、石英管の回りにある高周波コイル
２、石英管内に固定する赤外線反射板、反射板内の上下
二枚のグラファイト板を有している。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、超大型集積回路と半導体基板製造技術のプロセスに関する。

【０００２】

【従来の技術】

６０年代にイオン注入技術が新しい半導体の混合プロセスになって以来、半導 体集積回路の発展が大いに促された。集積回路の発展に伴って、イオン注入の焼 きなまし技術が更に高く要求された。

【０００３】 イオン注入の最大の長所は混合の量が正確で、混合分布がコントロ―ルできる ことにある。だが、この長所は注入後に必ず行なわれる高温焼きなましで破壊さ れてしまう。高い電気活性化率を得るには、また注入損害を無くすために、高温 焼きなましの温度を高くし（９００℃〜１０００℃）、時間をも長くする必要で ある（何十分間）。拡散が起こるため、注入不純物の再分布がびどいこともある 。この拡散はＭＯＳ回路の源漏結を深くするだけでなく、有効溝をも短かくした ので、これは超大型集積回路の技術において、望ましくないことである。このた めに、１０数年来、新しい焼きなまし技術−急速熱処理設備を世界中の専門家が 研究してきた。

【０００４】 本考案者は高周波誘導法で石英管内の高純度グラファイトを加熱することによ ってふく射熱源とし、シリコン基板は２枚平行石墨板の間で急速に加熱され、そ して受熱ゾンのすぐそと側には、急速に温度を下げてしまう赤外線急速熱処理技 術を発明した。この技術及び実現装置はアメリカの特許の一つと中国の特許二つ を獲得している（米の特許番号４７９４２１７、中国の特許番号８５１００１３ １．９と９８７２０２６７９．５）。

【０００５】 上記の技術を使えば、二枚のグラファイト板の間にある半導体基板は高温グラ ファイト板の熱ふく射を受けるとともに、半導体は保護ガス（例えば高純度窒素 ガス）の熱伝導と熱対流によって温度が上げられる。これは熱処理の初期段階に おいて、もっとも重要である。加熱の初期段階には半導体は温度が低く、赤外線 に対する吸収性が悪くて、大部分の赤外線ふく射エネルギ―は半導体基板を透か して無駄になる。もし、初期段階で熱伝導と熱対流で早く昇温させたら、半導体 はもっと多くのふく射エネルギ―を吸収し、昇温速度も早くなれる。そして、昇 温後の半導体基板が（半導体の電導率は温度指数について上昇）高周波電磁場に て、うずまきがおきて、温度の上昇を一段早くする。これで本考案は３秒間位で 、半導体基板を１０００℃まで加熱することができる。昇温速度がほかの急速高 温焼きなましの設備より早い。要求された熱処理時間が終わると、半導体基板が 直ぐにグラファイト板加熱ゾンからはずされ、急速に温度をさげてしまい、これ で、熱処理時間の正確さを保つことができ、半導体基板に注入した超固溶度擬安 定性キャリアが緩やかな冷却のため活性を失うことがない。これは高濃度の浅Ｐ Ｎ結をつくるのに非常に重要である。

【０００６】 本技術の設備について全体の説明は図１に示す。それは矩形石英管（１）、高 周波コイル（２）、高周波炉（３）で構成した熱処理石英管部、主動輪（４）、 受動輪（５）及び細いワイヤ（６）でできた機械連動システムと時間制御システ ム、石英棒（７）及びワイヤにつけている石英棒の固定枠で構成した基板輸送装 置、高純度保護ガス容器（９）、ガス流量メ―タ―と調節バルブ（１０）で構成 したガス補充システム及び測温メ―タ―（１１）等である。

【０００７】 加熱の温度を均一にするため、本技術には三つの方法を取る。１．シリコン基 板より大きいグラファイト板を熱ふく射源にする。２．上下二枚の距離の近い平 行のグラファイト板の間に半導体基板を加熱する。３．グラファイト板の回りに 高効率の赤外線反射板をつけ、大部分のふく射エネルギ―を反射できる。こうす れば、グラファイト板の間の温度が非常に均一になれる。加熱後、半導体基板が そったり、変形したり、結晶粒が滑ったりすることがない。

【０００８】 上記の石英管内構造は図２に示す。矩形石英管内（１）の回りには高周波コイ ル（２）がある。管内の一端にはガス補充管（１２）がある。もう一端にはあな のある平らな管内キャップ（１３）がある。石英管内には反射膜のつけた赤外線 反射板（１４）が固定されている。二重のグラファイト板（１５）が石英のわく （１７）で赤外線反射板（１４）のなかに固定されている。半導体基板が石英の みぞ（１６）にそってグラファイト板の加熱ゾンに送入したり、引き出したりす ることができる。上部のグラファイト板と赤外線反射板には測温あなを開けてあ る。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

上記の装置は同類のものより遙かなメリットとして、半導体基板を急速に加熱 処理する要求に満たしている。しかし、下記のような不足点もある。１．半導体 基板をのせる石英基板の枠は石英溝に移動する過程で摩擦によって粉末ができ、 半導体基板の熱処理の品質にひびく。２．上記の石英管内は単腔構造で、急速熱 処理の時、連続方式を取るため、半導体基板をのせる石英基板の枠は頻繁に出入 、そとから空気が中まで漏れることが避けられず、雰囲気が汚染されてしまう。 ３．上記の装置は手作業で基板を取り置くので、効率がよくない。

【００１０】 本考案は、上記の不足点を克服し、装置の構造を改新し、半導体基板の加熱処 理の過程において、更に品質を保ち、装置の信頼度と効率を高め、工業化生産の 需要を満たすことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案による新型の赤外線熱処理装置は、赤外線熱処理石英管内、管内と連結 するガス通路と制御装置、高周波誘導加熱源、半導体基板を輸送する構造、温度 の観測と制御装置で構成されている。赤外線熱処理石英管内は、矩形石英管、石 英管の回りにある高周波コイル、石英管内に固定する赤外線反射板、反射板内の 上下二枚のグラファイト板から構成されている。その特徴として、同時に開かな い二つのドアの間の緩和室を持つことである。この緩和室は赤外線熱処理石英管 内の一端と連結、ガス通路もこれと連結しており、また、自動加熱取置き装置と コンピュ―タ―制御装置とも連結している。自動加熱取置き装置、温度の測定と 制御装置、高周波誘導加熱源の操作はみな既製のプログラムによってコンピュ― タ―で制御する。

【００１２】

【作用】

本考案では、緩和室の外側のドアがまず開けられ、半導体基板をのせる石英基 板の枠を入れてからドアがすぐ閉められ、緩和室に数秒経ってから、内側のドア が開けられ、半導体基板が石英管内に送入される。熱処理後の場合も先に内側の ドアが開けられ、半導体基板をのせる石英基板の枠が緩和室に入ってから、ドア がすぐ閉められ、数秒経ってから、外側のドアが開けられ、石英基板の枠を引き 出す。こうすれば、緩和室にも窒素ガスがあり、半導体基板をのせる石英基板の 枠が石英管内に入るとき、空気が中に漏れるのを防ぎ、外部の空気による汚染も 避けられる。基板を運ぶ機構としては、モ―タ―で連動させた棒とレ―ルの車、 車に固定した腕と腕の一端にある石英枠である。腕が車に動かされて、半導体基 板をのせる石英基板の枠が摩擦なしで緩和室と石英管内を送入したり、引き出し たりする。また本考案は基板を自動的に取り置く装置をつけたので、装置の作業 効率は大いに高められた。

【００１３】

【実施例】

本考案の赤外線熱処理装置の最良の実施例を図３に示す。本装置は赤外線熱処 理石英管内、二重ドア緩和室、石英管内とドア緩和室を連結するガス通路と制御 装置、高周波誘導加熱源、自動的取置き装置、半導体基板を輸送する機構、温度 の測定と制御装置及びコンピュ―タ―制御装置で構成されている。具体的な構造 は図４−図６に示す。図について詳細に説明する。図４は本考案の実施例の赤外 線処理石英管内構造を示す。赤外線熱処理石英管内は、矩形石英管（１）で、管 部は二つに区分され、左の管内には石英管の枠（１９）があり、枠の上下、前後 、左右には赤外線反射板（１４）があり、上下の反射板が枠の上につけられ、前 後、左右の反射板が石英ピンで枠に掛けられている。反射板内のグラファイト板 （１５）が上下平行に枠の石英基板に置かれ、グラファイト板と枠との接触面を グラファイト板の滑走を防ぐためにざらざらにといてもよい。グラファイト酸化 と炭素汚染を避けるため、グラファイトの外側に高純度ＳｉＣ保護膜でコ―ティ ングしてもよい。二枚のグラファイト板の間が熱処理の高温区（１０２）となり 、上下反射板内とグラファイト板には測温穴（１８）がある。この部分の石英管 外に高周波コイル（２）がある。測温計の探知先（１１１）を測温穴に当てて、 高温区内のグラファイト或は半導体基板の温度を測定することができる。石英管 内の右半分は予熱（冷）区（１０３）である。この部分の石英管外には第二の探 知先（１１２）がある。半導体基板を高温区に入れる前或は出した後の温度を測 定できる。石英管内の一端にはガス補充管（１２１）が熔接してあり、石英管内 に保護ガス或は作業ガスを導入することができる。例えば高純度窒素ガスを入れ て、管内の気圧を１気圧以上に保つ。石英管内のもう一端はしっかりとフェンダ ―カバ―（１３）と連結している。フェンダ―カバ―、前の赤外線反射板とグラ ファイト板との間の高温区に相応する高さで細長い口が開けられていて、半導体 基板（７０）をのせる石英基板の枠（７１）を通らせる。半導体基板（７０）と 石英基板の枠（７１）がグラファイト高温区の熱処理過程において、また出入す る過程において、腕によって、高温区中にぶら下がられて、ほかのものと接触さ せない。二重ドア緩和室はしっかりとフェンダ―カバ―（１３）のもう一端と連 結している。

【００１４】 二重ドアの緩和室は室内（２２）と室内両端に接続している二つのバルブ（２ ４１，２５１）で構成されている。これを図５に示す。バルブはバルブ本体（２ ４２，２５２）細長いあなのあるバルブレバ―で構成されている。バルブレバ― はバルブ本体の中で軸に沿って回転でき、これによって緩和室の両端を開か閉の 状態にすることができる。緩和室にはガス補充管（１２２）と換気管（１２３） があり、室内に保護ガスを入れることができ、気流量も独自に調整できる。半導 体基板を緩和室に入れてから、第一バルブが閉められ、数秒後、第二のバルブが 開けられる。これで、石英管内の清潔を保つために、緩和室は常時に一つのドア が閉鎖状態にある。緩和室はステンレスで作ることができ、室壁はステンレス板 或は石英板で組立てられる。此の装置はデジタル光学の無接触高温計でグラファ イトと半導体基板の温度を測定する。高温計は二つの探知先（１１１）（１１２ ）、光学伝導フイ―バ―、ズ―ムで構成されている。二つの探知先がそれぞれ加 熱ゾンのグラファイト或は半導体基板の温度と予熱（冷）区の半導体基板の温度 を測定する。高温計探知先が測定先にあたると、測定先の物体表面からふく射エ ネルギ―の一部を受け、光学伝導フイ―バ―を通じて、探知先に伝わり、光から 電気信号に変わり、アンプを経て、規格化されてから温度は数字あるいはスクリ ンで表示される。この高温計は高温に耐えられ、電気磁場の妨害への抵抗力も強 くて、温度測定の安定性と信頼度が高い。

【００１５】 本実施例の中に自動基板取り出し装置が二重ドアの緩和室の外側につけてある 。自動基板取り出し装置は図６に示したように、基板箱１（２６）、基板箱２（ ２７）、基板台（２８）、基板吸着口（２９）、相関の駆動モ―タ―（３１，３ ２，３３，３４）、ワイヤ棒（４１，４２，４３）とギヤ棒（４４）、滑板（４ ５）、レ―ル（４６）等で構成されている。作業の順序として、処理後の半導体 基板が基板台（２８）によって、石英基板の枠（７１）の中から出された時に、 基板吸着口（２９）は半導体基板の入っている箱１（２６）の上部の一枚（７０ １）と基板台（７０２）の半導体基板を吸着するところに位置してある（この位 置は吸着口の初期の位置）。吸着口（２９）は真空圧で二枚の半導体基板を吸着 した後、吸着口（２９）が滑走台（４５）によって右に移動され、基板台（２８ ）がやや下へ降りて、そして止まると、処理済の基板（７０２）を箱２（２７） に入れ、同時にもう一枚未処理の半導体基板（７０１）は今度上昇となる基板台 （２８）が受け入れて、石英枠に置かれてから基板台が最低の位置まで降下する 。このとき、半導体基板を輸送する装置が半導体基板を乗せる石英枠（７１）を 石英管内に入れて加熱させる。これで一対の半導体基板を取り置きするプロセス が完了となる。それから駆動システムが滑走台（４５）をレ―ルに沿って移動さ せ、吸着口（２９）を初期の位置にもどす。モ―タ―（３１）とワイヤ棒（４１ ）が基板箱１（２６）を一枚の半導体基板の大きさまで上昇させると同時にモ― タ―（３３）とワイヤ棒（４３）が基板箱２（２７）を一枚の半導体基板の大き さまで下降させて、つぎの半導体基板を取り置きするのを待機する繰返しの作業 である。 本装置のガス通路及び制御部分は三つのガス通路と一つの真空パイプ を含む。そのうちの二つのガス通路は石英管内に保護ガス（窒素ガス）と作業ガ ス（アンモニア）を入れ、もう一つのガス通路は保護ガスを二重ドアの緩和室に 入れる。流量はコンピュ―タ―が制御している流量メ―タ―で行なわれる。真空 管路は吸着口と連結し、コンピュ―タ―で基板の取り置き過程を制御する。

【００１６】 本装置は妨害に強いＳＴＤシステム工業制御コンピュ―タ―で以下の作業等を 完成させる。基板箱から基板箱まで自動的に基板を取り置きさせ、二重のドアが 自動的に開閉し、腕に固定した車は（腕につけた石英枠）自動的に動き出すか止 まり、正確に半導体基板の加熱温度と時間を制御し、数本のガス通路の流量を制 御する。

【００１７】

【考案の効果】

本考案の装置によれば、緩和室にも窒素ガスがあるので、半導体基板をのせる 石英基板の枠を石英管内に入れる際の空気の流入が防止され、外部の空気による 汚染も避けられる。基板を自動的に取り置く装置を設けたので、作業効率が大い に高まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の装置の総面図である。

【図２】従来の赤外線処理石英管内構造図である。

【図３】本考案の実施例の総面図である。

【図４】本考案の実施例の赤外線処理石英管内を示す。

【図５】本考案の実施例の二重ドア緩和室構造図であ
る。

【図６】本考案の実施例の自動的取置き装置図である。

【符号の説明】

１…矩形石英管、２…高周波コイル、１４…赤外線反射
板、１５…グラファイト板、１０１…緩和室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 チェン・ビシァン 中華人民共和国 ベイジンシ、ハイディア ンチュ、チンファユアン（番地無し）、チ ンファ・ダーシュエ内 (72)考案者 リン・フィワン 中華人民共和国 ベイジンシ、ハイディア ンチュ、チンファユアン（番地無し）、チ ンファ・ダーシュエ内 (72)考案者 リ・ズィジァン 中華人民共和国 ベイジンシ、ハイディア ンチュ、チンファユアン（番地無し）、チ ンファ・ダーシュエ内

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線熱処理石英管内、石英管内と連結
   するガス通路と気流量の制御装置、 高周波誘導加熱源、基板輸送装置、温度の測定と制御装
   置及びコンピュ―タ―システム等で構成されている赤外
   線急速熱処理装置において、赤外線熱処理石英管内は、
   矩形石英管、石英管の回りにある高周波コイル、石英管
   内に固定する赤外線反射板、反射板内の上下二枚のグラ
   ファイト板から構成されていて、同時に開かない二つの
   ドアのある緩和室を持ち、この緩和室は赤外線熱処理石
   英管内の一端と連結し、ガス通路は緩和室と連結してお
   り、コンピュ―タ―制御装置と自動取置き装置も含まれ
   ていることを特徴とする赤外線急速熱処理装置。
2. 【請求項２】 基板輸送装置がモ―タ―でワイヤを駆動
   させたレ―ルの車、車に固定した腕と腕の頂にある石英
   基板の枠から構成されていることを特徴とする請求項１
   記載の装置。
3. 【請求項３】 石英管内が熱処理区と予熱（冷）区の二
   つの区域に分けられており、温度の測定と制御装置には
   二つの探知先があり、それぞれ熱処理区と予熱（冷）区
   に当てていることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】 二重ドアの緩和室が室壁、室壁両端に接
   続している二つのバルブで構成されていて、バルブがバ
   ルブ本体と細長いあなのあるバルブレバ―で構成されて
   おり、バルブレバ―はバルブ本体の中で軸に沿って回転
   でき、これによって緩和室の両端を開か閉の状態にする
   ことができ、緩和室にはガス補充管と換気管があること
   を特徴とする請求項２記載の装置。
5. 【請求項５】 二重ドアの緩和室が室壁、室壁両端に接
   続している二つのバルブで構成されていて、バルブがバ
   ルブ本体と細長いあなのあるバルブレバ―で構成されて
   おり、バルブレバ―はバルブ本体の中で軸に沿って回転
   でき、これによって緩和室の両端を開か閉の状態にする
   ことができ、緩和室にはガス補充管と換気管があること
   を特徴とする請求項３記載の装置。
6. 【請求項６】 自動取置き装置が基板箱１、基板箱２、
   基板台、基板吸着口、相応の駆動モ―タ―、ワイヤ棒と
   ギヤ棒、滑走台、レ―ル等で構成されていることを特徴
   とする請求項１、２、３、４のいずれかに記載の装置。