JPS6020508A - 加熱装置 - 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】 〔技術分野〕 本発明は加熱処理技術に関するもので、たとえば、半導
体装置の製造における半導体ウェハの加熱処理、および
反応を伴う加熱処理に利用して有効な技術に関する。

〔背景技術〕

周知のように、半導体素子を製造する場合には、結晶成
長処理をはじめ、不純物拡散処理、結晶アニール処理、
パッシベーション膜生成処理、ドライエツチング処理、
ホトレジベーク処理等種々の形で加熱処理、または、反
応を伴う加熱処理が行なわれている。

従来、これらの加熱処理方法はたとえば、１９６８年１
２月１日付発行の電子材料の１０６頁に記載されている
ように、ヒータ、高周波加熱等、種々の加熱方法が考案
されている。これらの加熱処理方法は被加熱処理物を加
熱雰囲気中に治具等で支持し、加熱するか、被加熱処理
物をヒータブロック等の加熱源に直接接地させて、加熱
処理する方法である。いずれの方法も、被加熱処理物が
支持体に接触している。

上述の方法で被加熱処理物を精度よく加熱するには、被
加熱処理物以外の被加熱処理物支持治具。

ヒータブロック等も加熱処理物同様に精度良く加熱しな
ければならない。同時に゛周囲の処理室内壁も加熱され
る。このため、上述方法では極めて加熱効率が悪く、処
１．！ｌ’！時間が長い。丑た、治具や、ヒータブロッ
クが太きいと装置が大形化する欠点がある。

また、反応を伴う加熱処理では反応を必要としない被加
熱処理物以外の部分が加熱されるため、反応を必要とし
ない被加熱処理物以外で反応を起こし、不要生成物が、
被加熱処理物支持治具や、処理室内壁に生成される。こ
の結果、反応を伴う加熱処理により、半導体素子を製造
する際半導体素子を製造する被加熱処理物上に落下し、
製造する半導体素子の品質低下を招く。また、この場合
、処理室内壁に生成された不要生成物の清浄作業などの
付帯作業が増える。

また、前記の方法では、全体加熱構造となっていること
から、被加熱処理物を外部的に選択加熱することが難か
しい欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は被加熱処理物のみおるいは被加熱処理物
上の必要部分のみを精度よく均一にかつ効率的に加熱処
理する加熱処理技術および反応物質と反応を必要とする
被加熱処理物領域のみを活性化し、反応させる反応処理
技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
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。

〔発明の概蚤〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、回転する半導体ウェハ全体にマイクロ波を照
射して半導体ウェハ全体を加熱するとともに、レーザ光
を半導体ウェハの半径方向に移動させながら半導体ウェ
ハに照射させて局所加熱を行なうことによって、半導体
ウェハを部分的にかつ短時間に高温度に高めて高精度効
率的なアニール処理が達成できるものである。

〔実施例１〕 第１図は本発明の一実施例による加熱処理装置の要部を
示す断面図であって、半導体装置製造における半導体ウ
ェハのアニーリング装置に適用した例を示す要部断面図
である。すなわち、半導体ウェハにイオンインプランテ
ーションを施した場合にはイオンインプランテーション
による半導体ウェハ表層部に発生した・結晶ダメージを
回復させるためにアニーリングを施す必要がある。

同図において処理室１はマイクロ派を反射する材質（導
電性で電気抵抗の小さいもの、たとえば金属）によって
構成された箱体となっていて、被加熱処理物である半導
体ウエノ・２を加熱する室となっている。処理室１の中
央部には半導体ウエノヘ２（表面に結晶ダメージ３を受
けている。）をビンで保持するステージ４が配設されて
いる。このステージ４はマイクロ波を通過し、かつ、電
磁気損失の小さい材質たとえば石英等で形成されている
。

また、処理室ｌ内には清浄化された不活性ガス５がガス
供給部６より、ガス供給パイプ７を通し、供給されてい
る。一方、マイクロ波８がマイクロ波発生部９より発生
され、導波管１０全通し、処理室１内に照射され、半導
体ウエノ・２が加熱される。

同時に、処理室１上方窓１１からレーザ光１２がレーザ
発振部１３より発生され、ステーション部１４に設置さ
れたレーザ照射部１５から半導体ウェハ２に照射され、
照射された部分は追加加熱され、高温領域１６となる。

一方この高温領域１６は同一ステーション部１４に設置
された温度センサ１７により、温度計測される。

温度センサ１７により、計測された情報は温度計測部１
８により処理され、全体制御部１９へ伝送される。一方
、ステージ４はモータ２１により回転される。

全体制御部１９ではガス供給部６より供給されるガス量
の指定および、温度計測部１８に応じて、マイクロ波発
生部９から発生するマイクロ波８強度ならびにレーザ発
振部１３から発生するレーザ光１２０強度を制御し、半
導体ウニ’・２上の高温領域１６の温度を一定に制御す
る機能がある。

同時に全体制御部１９ではステーション部１４を左右動
するステーション駆動部２０を作動させ、ステーション
部１４を所要スピード、所要移動量を制御する。またモ
ータ２１を作動させ、半導体ウェハ２を所要速度で回転
させる〇 一方、不活性ガス５は処理室１内に供給され、処理室１
内を清浄な不活性雰囲気にすると同時に、排気部２２か
ら排気ガス２３とに排気される。

つぎに、前記装置により半導体ウエノ・２表面上に発生
した結晶ダメージをアニールする方法について説明する
。

被加熱処理物である半導体ウエノ・２をステージ４上に
セットすると、ガス供給部６から不活性ガス５を供給す
る。同時に、ステージ４がモータ２１によシ回転される
。回転状態にある半導体ウエノ・２は、マイクロ波発生
部９で発生され、導波管１０から処理室ｌ内に案内照射
されたマイクロ波８により加熱される。この加熱は半導
体ウニ／・２以外の各部は電磁気損失の小さい材質で構
成されているため、半導体ウェハ２のみが加熱される。

さらに、レーザ発振部１３から発振されたレーザ光がレ
ーザ照射部１５からスポット状のレーザ光１２として、
前記半導体ウエノ・２に部分的に照射され、局所集中加
熱され、高温領域１６がつくられる。半導体ウェハ２の
表層部に形成された結晶ダメージ３はこの高温領域１６
によシアニーリングされる。また、前記レーザ照射部１
５は半導体ウェハ２の半径方向に走査する構造となって
おり、高温領域１６の移動によシ、半導体ウエノ・２の
全面の結晶アニーリング方法が可能となる。この際、レ
ーザ照射部１５の移動速度を順次調整し、半導体ウェハ
２各部でのレーザ光照射時間を一定にすれば、均一加熱
ができる。

また全体制御部１９はｌｆ計測部１８からのウェハ温度
情報に応じ、マイクロ波発生部９から照射するマイクロ
波８強度の制御、レーザ発振部１３から発振さｉｚるレ
ーザ光１２強度の制御、ならびにガス供給部６から供給
される不活性ガス５の供給量の制御等を行ない、高温領
域１６を精度よく制御し、高品タノ１なアニーリング処
理が可能である。

〔実施例２〕 第２図は本発明を半導体装置製造における半導体ウェハ
の表面に保獲膜を生成させる例を示す要部断面図である
。

この装置は前記実施例１と同様にマイクロ波を反射する
材質で構成された処理室２４を有しており、中央にマイ
クロ波を通過し、かつ反応物質に耐えうる材質で構成さ
れた反応室２５を備えており、反応室２５内には被処理
物である半導体ウェハ２６がマイクロ波を透過する材質
で構成されたステージ２７上に保持されている。

一方反応室２５内にはガス供給部２８から、反応ガス２
９が供給されておシ、反応処理後排気部３０から排気ガ
ス３８として排気される。一方処理室２４内にはマイク
ロ波供給部３１から導波管３２をへて、マイクロ波３３
が供給されている。

マイクロ波３３は反応室２５内にも伝送される。

一方反応室２５外側に、左右、前後に移動可能な磁石対
３４がおり、半導体ウェハ２６に強磁界３５が作用して
いる。

この強磁界３５が作用している範囲にマイクロ波３３と
反応ガス２９が供給されるとマイクロ波３３の電子が強
磁界により、スピン運動し、反応ガス２９が励起され、
活性化し、反応しやすい状態となる。

全体制御部３６はガス供給部２８から供給される反応ガ
ス２９の供給量ならびに供給タイミングを制御すると同
時にマイクロ波供給部３１から供給されるマイクロ波３
３０強度を制御すると同時に磁石対３４の位置を制御す
る。

つぎに、前記装置によって半導体ウェハ２６表面に保訛
膜３７を生成する方法について説明する。

被処理物である半導体ウェハ２６をステージ２７上にセ
ットする。半導体ウェノ・２６をステージ上にセットす
ると、マイクロ波３３がマイクロ波供給部３１より導波
管３２を経由し、処理室２４内に照射され、反応室２５
内にも透過伝送される。

これにより半導体ウェハ２６のみが加熱される。

一方、反応ガス２９がガス供給部２８から反応室２５内
に供給され、強磁界３５領域でマイクロ波３３と強磁界
３５によシ活性化され半導体ウェハ２６上で反応し、反
応物質生成物である保護膜３７を形成する。

反応室２５内壁およびステージ２７表面はマイクロ波透
過によって半導体ウェハ２６の表面に比較して極めて低
温であり、かつ、反応ガス２９に対して不活性であυ、
反応ガス２９との反応が生ぜず、不用な生成物が生成さ
れない。このことよシ半導体ウェハ２６のみの反応が精
度よくかつ高品質に行なわれる。

〔効果〕

（１）　本発明は被処理物および反応物質のみを直接加
熱処理もしくは反応処理することから加熱対象物の加熱
エネルギーもしくは反応対象物の反応エネルギーの容量
を最小にできる作用から加熱源。

反応エネルギー源の出力を最小にすることができる。

（２）被加熱処理物はヒータブロック等に直接接触する
ことなく、マイクロ波等の電磁波により自己加熱するこ
とから保持ステージとの接触面積を少なく出来る作用か
ら、被加熱処理物から熱が逃げることなく、被加熱処理
物の均一加熱が維持でき、高精度な加熱が可能となる。

（３）前、記（２）のように、被加熱処理物から熱が逃
げ難いことから、余分な加熱は不要となり、加熱源の出
力低下が可能となる。

（４）前記（１）および（２）のように加熱対象物の容
量低下および加熱対象物からの放熱を少なくできること
から、加熱容量が小さくなるため、短時間に効率的に被
処理物を加熱することができる。

（５）被処理物はマイクロ波等の電磁波によって加熱さ
れる。この加熱は電磁波の照射による被処理物内に生じ
る抵抗損、誘電損等の電磁気損失によシ発熱するため、
被処理物内部での発熱から加熱効率が極めて良い。さら
に必要部分のみをレーザ光等で集中加熱するため、加熱
効率はさらに向上する。

（６）被処理物を反応物質で反応処理する場合、反応を
必要とする領域のみを強磁界状態にし、反応物質ならび
にマイクロ波を供給し、反応物質および反応を必要とす
る被処理物領域のみ活性化し、反応させる。このため、
従来のように、不要生成物が発生することも少なく、処
理室内壁や、被加熱処理物の表面を不要生成物で汚染す
ることも少なくなる。

（７）前記実施例１．実施例２では被処理物を１枚ずつ
処理することから、装置構造の簡素化、小型化が可能と
なり、自動処理化、連続処理化も可能となる。

（８）前記（２１（５）（６）により、均一高精度な加
熱あるいは汚染のない反応処理が行なえることから、品
質の安定した信頼度の高い加熱処理が可能となる相乗効
果を奏する。

（９）被処理物はマイクロ波によシ、常に比較的高い温
度で加熱されているため、レーザ光の照射により高温領
域が比較的短時間でつくられアニーリング等の時間の短
縮が図れる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例にもとづ
いて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
形可能であることはいうまでもない。

例えば強磁界の作用方法は本実施例以外にも、回転磁界
として作用させながらマイクロ波を照射し、反応現象の
活性化を図ることも可能となる。

この場合は反応効率の向上により、良質の反応および処
理時間の短縮が可能となる効果が追加される。

また、本発明は高圧雰囲気中、常圧雰四気中。

低圧雰囲気中、真空中、およびマイクロ波を透過する物
質中等で前記処理が可能となり、いずれの場合でも前記
実施例と同様な効果を得ることができる。

〔利用分野〕

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装置の製
造における半導体ウェハ表面の結晶ダメージのアニール
処理、および半導体ウェハ表面への保護膜の形成に適用
した場合について説明したが、これに限定されるもので
はなく、たとえば半導体材料や、その低電磁的損失効果
のある全ての物質について結晶成長方法をはじめ、気相
成長方法、不純物拡散処理方法、結晶アニール処理方法
、ドライエツチング処刑方法、現像処理方法、ホトレジ
ストドライ除去処理方法等、種々の加熱処理方法や反応
を伴う加熱処理に応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の来施例１による加熱処理装置の吸部断
面図、 第２図は本発明の実施例２による反応処理装置の要部断
面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被処理物全体を加熱する加熱機構と、被処理物の所
   望部分を加熱する高温加熱機構と、を有する加熱装置。 ２、被処理物全体にマイクロ波を照射させる加熱機構と
   、被処理物の所望部分にレーザ光を照射させる高温加熱
   機構と、を有することを特徴とする特許請求の＠囲第１
   項記載の加熱装置。 ３、被処理物を支持する支持台は回転可能となシかつ高
   温加熱ｊｒ！Ｊ、宿はレーザ光照射位置を経時的に変化
   させるように構成されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の加熱装置。 ４、被処理物全体にマイクロ波を照射させる加熱機構と
   、被処理物の一部の領域を取り囲む空間を強磁界として
   被処理物の部分加熱をする高温加熱機構と、を有する特
   許請求の範囲第１項記載の加熱装置。 ５、前記強磁界領域は変動制御可能となっていることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項記載の加　′熱装置。 ６、前記空間には反応物質が存在していることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載の加熱装置。