JPS6335093B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は例えば光照射炉内で平面状の被加熱物
例えば半導体ウエハー等を光照射して加熱する場
合に用いられる加熱器組立体に関するものであ
る。

最近、半導体ウエハー（以下単に「ウエハー」
という。）への不純物の導入方法として、不純物
濃度、接合の深さを精密に制御し得ることから、
不純物をイオン状態にして加速してウエハーに打
ち込むイオン注入法が使用されてきている。この
イオン注入法においては、イオンが注入された後
のウエハーの表面における結晶状態が変化して荒
れたものとなるため、この荒れを消失せしめて良
好な表面状態とするために、イオン注入後約1000
℃またはそれ以上の温度にウエハーを加熱処理す
る必要があり、この加熱処理は、注入された不純
物の深さ方向の濃度分布が熱拡散により変化しな
いように短時間で行なわなければならない。ま
た、生産性を向上させるためにもウエハーの急速
加熱、急速冷却が要請されている。

このような加熱処理の他にも、半導体の製造に
おいて加熱が必要とされる工程があり、例えば不
純物拡散工程、化学的気相成長工程、電気的活性
化のための熱処理工程、更にはシリコンウエハー
の表層を窒化若しくは酸化せしめるための熱処理
工程等があり、これらの工程を遂行する場合にも
上述と同様にウエハーの急速加熱、急速冷却が要
請される。

このような要請により、最近、ウエハーを光照
射で加熱する光照射炉が開発され、この光照射炉
によれば、わずか数秒間という短時間で1000℃〜
1400℃まで昇温が可能である。

ところで、ウエハー、例えば単結晶シリコンを
これに単に光照射することにより、数秒間以内の
短時間において、温度1150℃前後の処理温度に昇
温せしめ更にこの処理温度に保つという加熱処理
を施す場合には、昇温時及び処理温度時において
ウエハーにおける外周部若しくは外周近傍部と中
央部との間に比較的大きな温度差が生じ、この温
度差が原因となつてウエハーに後の処理工程で支
障をきたすような大きな「反り」が発生し、更に
は「スリツプライン」と呼ばれる損傷が発生する
ことが分つた。

これは、ウエハーの厚さは普通0.5mm前後程度
と非常に薄く、厚さ方向における温度分布は、時
間的には10^-3秒の桁の程度で緩和されるので実質
的には悪影響を及ぼすことはないが、ウエハーの
面に沿つた方向における温度分布は、たとえウエ
ハーの表面を均一な照射エネルギー密度で光照射
しても、ウエハー外周部若しくは外周近傍部から
の熱放散ウエハーの中央部からの熱放散よりも相
当大きいので、昇温時においてはウエハーの外周
部若しくは外周近傍部の温度がウエハーの中央部
の温度に追従できず、処理温度時においてもウエ
ハーの外周部若しくは外周近傍部の温度がウエハ
ーの中央部の温度にまで達することがなく、結局
ウエハーの外周部若しくは外周近傍部の温度はウ
エハーの中央部の温度より相当に低くなつてしま
うからである。

このようにウエハーに大きな「反り」が発生す
ると、後の処理工程例えばフオトエツチング処理
工程においてパターン像が乱れるため支障をきた
し、また「スリツプライン」が発生すると、ウエ
ハーそのものが半導体材料として使用し得ない無
価値なものとなり重大な損失を招くこととなる。

このような事情から、ウエハーの外周部若しく
は外周近傍部を更に補助的に加熱する手段が提案
されている。この手段は、ウエハーの表面をハロ
ゲンランプなどの光照射源よりの光照射により主
加熱する一方、ウエハーの外周部若しくは外周近
傍部をランプ或いはヒータなどの加熱源により補
助的に加熱しながらウエハーを加熱する手段であ
る。

本発明はこのような補助的に加熱する手段を採
用した新規な構成の加熱器組立体に関するもので
あつて、十分な補助加熱効果を得ることができる
と共に、簡単な構成により被加熱物を保持するこ
とができ、しかも被加熱物を保持する保持具を安
定に支持することができると共に、当該保持具を
容易に単独に分離することができて便利な加熱器
組立体を提供することを目的とし、その特徴とす
るところは、平面状の被加熱物をこれに接触して
重力により保持する環状の保持具と、この環状の
保持具と分離可能に組み合せて設けた、主として
前記被加熱物の外周若しくは外周近傍を加熱する
環状の加熱源とを具えて成り、前記環状の保持具
は、前記環状の加熱源により鉛直方向に掛止され
ると共に水平方向に係止されて支持される点にあ
る。

以下図面によつて本発明の一実施例を説明す
る。

本発明の一実施例を半導体ウエハーを光照射で
加熱する場合について説明する。

第１図は、光照射炉内に配置されたウエハー
（一点鎖線で示す）１を上方から見た説明図、第
２図は、第１図を側方から見た説明図であつて、
図には示されていないがウエハー１の上方及び下
方には、各々消費電力1150Wの棒状のハロゲン電
球12本を一平面上に近接して並べて成る面光源が
配置され、この面光源によりウエハー１の表面に
おける照射エネルギー密度が均一となり且つウエ
ハー１の表面温度がウエハー１の中央部１ａで約
1150℃になるようにウエハー１が光照射されるよ
うになつている。光照射のための前記面光源の全
消費電力は約28KWに及び、ウエハー１は直径４
インチ、厚さが0.4mmの円板状であつてホウ素を
イオン注入した単結晶シリコンより成るものであ
る。

２は環状部２３及びこの環状部２３の両端部か
らそれぞれ一方向に伸びる移動用腕部２４とより
成る石英ガラス製の封体２１を具えた、ハロゲン
電球若しくは赤外線電球などより成る環状の加熱
源であつて、その封体２１内部にフイラメント２
２を有し、このフイラメント２２は前記封体２１
の環状部２３内に位置する部分が発光部であり、
腕部２４内に位置する部分は非発光部である。２
５はフイラメントサポータ、２６はモリブデンな
どの金属箔、２７は外部リードである。この加熱
源２はウエハー１の外周部１ｃ若しくは外周近傍
部１ｂを主として加熱するよう、ウエハー１の下
面側に配置する。

３は加熱源２と組み合せられて加熱器組立体を
構成する、ウエハー１を保持するための環状の保
持具であり、この保持具３は、加熱源２における
封体２１の環状部２３の外周に接触してこの外周
を外側から取囲む円弧状のリング部３１と、この
リング部３１の例えば四方の個所の各々に固定さ
れた、当該リング部３１の上部から伸び加熱源２
の封体２１の上部外周と接触するよう屈曲して伸
びる封止部３２と、これら各々封止部３２の例え
ば内端部３３にこれより上方に突出して伸び、ウ
エハー１の例えば外周部１ｃから１mm以上中央側
に位置する微小面積部分と接触する突起部３４
と、各々の封止部３２の外端部３５に設けたスト
ツパー３６とにより構成され、この保持具３はそ
の全体が例えば石英ガラスにより一体的に形成さ
れ、透光性を有している。そして保持具３は、加
熱源２の封体２１により、鉛直方向については４
つの掛止部３２が封体２１に掛止されることによ
つて保持具３の自重により支持され、水平方向に
ついては円弧状のリング部３１が封体２１の環状
部２３の外周に接触して取囲む状態で係止されて
支持され、保持具３と加熱源２とは分離可能に一
体的に構成されている。

以上のような構成により次のようにしてウエハ
ー１の加熱が行なわれる。即ち保持具３の４つの
突起部３４により４ケ所の微小面積部分において
自重で保持されたウエハー１を前記面光源により
光照射して加熱する際に、或いはこの光照射に先
だつて、加熱源２に加える電力を例えば400W〜
1300Wの範囲で調整して点灯することにより、ウ
エハー１の外周部１ｃ若しくは外周近傍部１ｂに
おける温度と加熱源２の管壁の温度とが約500℃
以上の温度域においてほぼ同じになるように、ウ
エハー１の外周部１ｃ若しくは外周近傍部１ｂを
補助的に加熱する。

上記実施例によれば、ウエハー１の両面が上方
及び下方から面光源により光照射を受けて主加熱
が行なわれるが、本発明加熱器組立体の加熱源２
により、ウエハー１の外周部１ｃ若しくは外周近
傍部１ｂが補助的に加熱されるため、この結果中
央部１ａと外周部１ｃ若しくは外周近傍部１ｂと
の温度差が極めて小さくなつてウエハー１の全体
の温度が均一化されるようになり、結局後の処理
工程で支障をきたすような大きな「反り」の発生
を防止することができると共に「スリツプライ
ン」の発生を防止することができる。そして、保
持具３は、外部から支持される加熱源２に対して
鉛直方向に掛止されると共に水平方向にも係止さ
れて支持されるため、当該保持具３が安定に支持
されると共に、このように安定に支持された保持
具３によつてウエハー１を確実に所期の状態に保
持することができる。更に、保持具３は加熱源２
と分離可能に設けてあるため、保持具３のみを取
外して洗浄することが容易であり、従つて保持具
３を適宜洗浄することによつてウエハー１に汚れ
が付着することを防止することができ、また光照
射雰囲気を汚染することも防止することができ、
この結果ウエハー１の良好な加熱を行なうことが
できる。そして加熱源２のみ或いは保持具３のみ
を独立に交換することもでき、両者が分離不可能
に一体的に固定された場合に比して交換に要する
コストが小さくて済み経済的である。そして上記
実施例におけるように加熱源２に移動用腕部２４
を設けた場合には、本発明加熱器組立体を光照射
炉内に進退自在に移動せしめる自動移動機構に容
易に取付けることができる。即ち光照射雰囲気は
通常清浄であることが要求され、また遮光防止等
の理由から自動移動機構の構成部分を光照射炉内
に進入させないことが必要であるが、腕部２４の
長さを利用して加熱器組立体のみを光照射炉内に
位置せしめることができるので、自動移動機構と
して特別な構成のものを用いる必要がなく簡単な
構成のものでよい。そして上記実施例におけるよ
うにウエハー１の保持が当該ウエハー１の外周部
１ｃより１mm以上中央側に位置する微小面積部分
において行なわれることが好ましく、この場合に
はウエハー１の保持具３の突起部３４との接触部
において当該接触部から保持具３への熱伝導によ
る熱逃散があつてもこれによる温度低下が小さ
く、「反り」また「スリツプライン」の発生を招
来することはない。

以上において加熱器組立体の高さＬはできるだ
け小さいことが好ましく、この場合には光照射炉
の出入口の面積を小さくすることができ、光照射
炉内の雰囲気状態を乱すことがなく安定した加熱
処理を行なうことができる。そしてウエハー１の
保持具３により保持される微小面積部分はウエハ
ー１が安定に保持される少なくとも３ケ所以上あ
れば十分であり、ウエハー１の前記微小面積部分
の各面積は0.5mm²以内であることが実用上好まし
い。また保持具３の突起部３４の形状は種々変更
が可能であつてその全体が円弧状に沿つて屈曲し
た形状、或いはその先端が円味を帯びた形状また
はとがつた形状等に形成してもよい。そして加熱
源２としても上記実施例におけるようないわば自
己発熱型のものばかりでなく、例えば光照射を受
けて昇温する高融点金属により構成してもよい。
また第３図に示すように保持具３において突起部
３４を設けずに掛止部３２をその先端部が下方に
傾斜するよう形成してこの傾斜面部３７によりウ
エハー１の外周部１ｃを保持せしめるようにして
もよい。そして保持具３の構成を、第４図に示す
ようにリング部３１を加熱源２の環状部２３に直
接接触せしめずに補助足部３８を設けてこれによ
り水平方向に係止されて支持される構成、第５図
に示すように掛止部３２を加熱源２の環状部２３
に直接接触せしめずにリング部３１のみを環状部
２３の斜め上部に当接せしめることにより鉛直方
向に掛止されると共に水平方向に係止されて支持
される構成としてもよい。

以上本発明の一実施例について説明したが本発
明はこれに限定されず、例えば半導体の製造にお
ける加熱が必要とされる工程、即ち不純物拡散工
程、化学的気相成長工程、イオン打ち込み層の結
晶欠陥の回復工程、電気的活性化のための熱処理
工程、更にはシリコンウエハーの表層を酸化せし
めるための熱処理工程を遂行する場合等に広く適
用することができる。

以上のように本発明によれば、十分な補助加熱
効果を得ることができると共に、簡単な構成によ
り、被加熱物を保持する保持具を安定に支持する
ことができて被加熱物を好適に保持することがで
き、しかも被加熱物を保持する保持具を容易に単
独に分離することができて便利な加熱器組立体を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の一実施例
を示す説明用平面図及び説明用縦断正面図、第３
図〜第５図はそれぞれ他の実施例の要部を示す説
明用縦断正面図である。 １…半導体ウエハー、１ａ…中央部、１ｂ…外
周近傍部、１ｃ…外周部、２…補助加熱源、２１
…封体、２２…フイラメント、２３…環状部、２
４…腕部、３…保持具、３１…リング部、３２…
掛止部、３４…突起部、３６…ストツパー、３７
…傾斜面部、３８…補助足部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平面状の被加熱物をこれに接触して重力によ
   り保持する環状の保持具と、この環状の保持具と
   分離可能に組み合せて設けた、主として前記被加
   熱物の外周若しくは外周近傍を加熱する環状の加
   熱源とを具えて成り、前記環状の保持具は、前記
   環状の加熱源により鉛直方向に掛止されると共に
   水平方向に係止されて支持されることを特徴とす
   る加熱器組立体。 ２ 前記保持具は石英ガラスにより一体的に形成
   され、円弧状に沿つて伸びるリング部と、このリ
   ング部に固定された、加熱源に鉛直方向に掛止さ
   れる複数の掛止部と、これら掛止部の各々におい
   て被加熱物と接触してこれを重力により保持する
   突起部とを有して成ることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の加熱器組立体。