JPS60137027A - 光照射加熱方法 - 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】 本発明は半導体ウェハー（以下、単にウェハーと言う）
を光照射で加熱する方法に関するものである。

一般に加熱処理を行なうための装置のうち、白熱電球よ
りの放射光を被処理物に照射する光照射炉は、種々の特
長を有するため、鋼材等の熱処理および乾燥、グラスチ
ック成型、熱特性試験装置等に巾広く利用されている。

特に最近においては、ウェハーの製造における加熱が必
要とされる工程、例えば不純物拡散工程、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ノ・
−の表層を窒化若しくは酸化せしめるための熱処理工程
を遂行する場合の加熱炉として、従来から用いられてい
る電気炉、高周波炉等に代わって、光照射炉の利用が検
討されている。これは、光照射炉においては、ウェハー
を汚染し或いは電気的に悪影響を与えることがないこと
、消費電力が小さいこと等の！ネか、従来の加熱炉では
大面積のウェハーを均一に加熱することができず、最近
におけるウェハーの大面積化に対応することができない
からである。

ところで、イオンが打ち込まれたウェハーを光照射によ
り短時間で高速加熱して熱処理するとき、ソート抵抗値
や接合深さなどの特性値をバラツキのない良好な値とす
るために、ウェハーの熱処理条件を厳密に管理する必要
がち鼠。シート抵抗は打ち込まれたイオンが１００チ電
気的活性化すれば大きく変化しないが、接合深さは熱処
理温度によって大きく影響されるのでその重要性は太き
い。

そこで、光照射により急速加熱を行う際に、つエバーの
温度を直接検出し、これをフィードバンクしてクローズ
ド制御によって温度制御することがもし可能であれば、
熱処理条件の管理は容易となるが、実際はこのクローズ
ド制御は光照射加熱の特長を生かして、生産性良く高速
加熱処理を行う場合は困難である。なぜならば、従来、
ウェハーの温度を測定する方法として、熱電対をウェハ
ーに直接接触させるか、あるいは、熱電対をウェハー近
傍の照射空間に露出しておくことが行われていたが、こ
の方法では熱電対によってウェハーが汚染され、また、
熱電対とウェハーとでは光照射による被加熱条件が異る
ので十分な測温精度、とくに早い応答性と両者の温度の
相関性が得られない問題点があるからである。更に、ウ
ェハーを適当な大きさのサセプターにセットして加熱す
る場合には、サセプターに熱電対を埋め込んで測温する
方法があるが、これはサセプターの熱容敢が太きいため
敏感に温度制御するのが困難であって、早い応答性がな
く、かつ冒速加熱ではウェハーとサセプターの温度の相
関性がくずれる欠点がある。

従って、あらかじめプログラムされた電力制御パターン
によるオープン制御方式で昇温速度を一定とし、これに
よって熱処理温度を一定に管理するのが好ましい。

ところで第６−は、ウェハーを熱処理する際のウェハー
の温度と加熱源であるラングの負荷電力との関係を定性
的に示すが、最初の数秒間に高負荷をかけて急速昇温し
、１００［］〜１２５０　℃程度の熱処理温度に到達す
ると負荷を小さくして６〜１０秒間程度その温度に保持
し、以後は自然冷却される。そして、このとき負荷電力
のがけがたを一定にしてウェハーの熱処理を行うと、ウ
ェハーによって昇温速度にバラツキが生じ、この結果、
第３図の点線で示すように到達温度が異って、熱処理温
度も一定とならず、ウェハーの特性値に影響を与えるが
、この要因としてウェハー表面の平均光反射率をあげる
ことができる。

ウェハーは、通常直径が３〜６インチ程度、厚さが４０
０〜６００μｍ程度の大きさの単結晶シリコンからなシ
、その表面に５ｉｎ２薄膜などからなるパターンが形成
されている。従って、パターンの種類や薄膜の構成材料
、形成方法などによってウェハーの表面の平均光反射率
が異なってくる。

このため、光照射されたときの熱量吸収量が異なり、負
荷旬：力のかけかたを一定にしたのでは前述の通り熱処
理条件が一定とならない。ここで平均光反射率の差が最
ｉ冑加熱温度に及ぼす彩管の一例を示せは、直径５イン
チ、厚さ５２５μｍの大きさの単結晶、シリコンウェハ
ーで、表面にパターンが形成されずに平均光反射率が０
．６５であるものと、厚さ１μｍの８ｉ０．薄膜による
パターンが形成されて平均光反射率が０．２８であるも
のの２種類のウェハーｔ−２６Ｗ／ｃｒ７Ｌの強度で５
秒間照射【７たときの到達温度はそれぞれ１２２９℃と
１２８６℃であって、５７℃の差があり、ウェハーの特
性値に大きな影＃を与えることが判明した。

そこで本発明は、ウェハーを光で照射して急速に昇温せ
しめる際に、オーブン制御によって熱処理温度を一定と
することが可能な光照射加熱方法を提供することを目的
とする。そしてこの目的は、ウェハーが光照射される前
にその表面の平均光反射率を測定し、この測定信号に基
いてラングの負荷電力を制御して昇温速度と熱処理温度
を一定とすることを特徴とする光照射加熱方法によって
達成される。更に、熱処理されるウェハーの表面に形成
されるパターンの種類が比較的限られているときはパタ
ーン毎の平均光反射率を測定しておき、パターンの種類
によってランプの負荷電力を制御して昇温速度と熱処理
温度を一定とすることを特徴とする光照射加熱方法によ
っても同じ目的を達成することができる。

以下に図面に幕いて本発明の実施例を具体的に説明する
。

第１図と第２図は本発明の実施例に使用される光照射炉
を示すが、炉内の上面と下面には、８５０Ｗのハロゲン
ランプ２がそれぞれ平面状に密に並べられ、その背部に
は反射部材６が設けられてランプ２よｐの発光が加熱空
間５に向けて照射されるようになっている。側方にも副
反射部材４が設けられているが、反射部材６、副反射部
材４の内部には冷却水路が設けられて水冷されている。

加熱空間５には石英ガラス製の反応容器６が配置され、
その内部中央には被処理物であるウェハー７が石英製の
支持具８で支持されているが、一方の副反射部材４が開
閉扉を兼ねており、支持具８はこの開閉扉に固着されて
いる。この光照射炉の開閉口にはウェハー７の搬入コン
ベヤ１１と搬出コンベヤ１２が配設されており、開閉扉
が前後動じて両コンベヤ１１．１２の間に支持４％８が
移動可能となっている。そして搬入コンベヤ１１の端部
上方にはウェハー７表面の平均光反射率測定用のセンサ
ー１が設置されており、熱処理のために待機しているウ
ェハー７の平均光反射率が順次測定される。そしてこの
センサー１よりの一１定信号はランプ２の電力制御部に
入力され、それに基いて次のサイクルで熱処理されるウ
ェハー７用の負荷電力のかけかたが決定される。この負
荷電力のかけかたとは、第６図に示すような負荷電力値
とその時間のプログラムを言うが、ウェハー７の平均光
反射率が中央値より大きい場合はその偏位量に応じて負
＃電力値やその値の時間、あるいはその両方を大きくし
、逆に中央値より小さい場合はこれらの値を小さくされ
るが、平均光反射率と負荷電力のプログラムの間にはこ
のような相関関係が予めめられている。従ってセンサー
１よりの測定信号が制御部に入力されるとそれに対応す
るプログラムが決定され、このプロクラムにて熱処理さ
れると平均光反射率の相異にかかわらずウェハー７の昇
温速度と熱処理温度が一定となる。

以ヒ説明した発明では、ウェハー７全数の平均光反射率
をセンサー１で測定して、その測定信号に基いて制御し
たが、ウェハー７の表面に形成されるパターンの種類が
限られているときは、パターンの種類ごとの平均光反射
率を予め測定しておき、平均光反射率測定用センサー１
０代りにパターンの種類を識別するセンサーを設置して
、その識別信号によって制御しても同じ効果を得ること
ができる。

しかして、上記構成の光照射炉において、未処理のウェ
ハー７が搬入コンベヤ１１によって搬送されて来るが、
その終端でセンサー１により平均光反射率が測定される
か、平均光反射率が既知のパターンの種類が識別され、
炉外の支持具８に移される。そして炉内に装入されて熱
処理されるが、前述のように平均光反射率に対応した負
荷電カプログラムで加熱されるので、最高加熱温度が１
」椋温度と一致し、ウェハー７のシート抵抗値や接合深
さなどの特性価が変動せずに一様な品質のものを得るこ
とができる。

以上説明したように本発明の一つは、ウニノー−が光照
射される前にその表面の平均光反射率を測定し、この測
定信号に基いてランプの負荷電力を制御し、他の発明は
、予め平均光反射率が測定されたパターンの種類を識別
し、その識別信号に茫いてランプの負荷電力を制御する
ようにしたので、ウェハーの平均光反射率の変動にかか
わらず熱処理温度が一定となり、高品質のウェハーを得
ることができる。従って本発明によれば、ウェハーを光
で照射して急速に昇温せしめる際に、オープン制御方式
によって熱処理条件を一定とすることが可能な光照射加
熱方法を提供することができる。

冑、仁の方法は熱処理条件は第６図のような単純な熱処
理の場合だけでなく、第４図のような複雑な熱処理曲線
の場合にも適用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に使用される装置の側面断面図
、第２図は同じく平面断面図、第３図と第４図は熱処理
温度一時間曲線を示す。 １・・・センサー　２・・・ランプ　６・・・反射部材
６・・・反応容器　７・・・ウェハー　８・・・支持具
１１・・・搬入コンベヤ　１２・・・振出コンベヤ出願
人　ウシオ電機株式会社 代理人　弁理士　田原寅之助 第：１図 琲　朋 間−閘 手続補正書（自発） 昭和５９年　１月３０日 特許庁長官　若杉和夫殿 １　事件の表示 昭和５８年　特許　１第２４４３２２号２　発明の名称
　光照射加熱方法 ３　補正をする者 ４１件との関係　ｌ特許出願人 代表者湯本太蔵 ４、代理人 ”　’　（８４１１）弁理士田原寅之助５　補正命令の
日付　自発 ６、　補正により増加する発明の数　ナシ７、補正の対
象 １、特許請求の範囲を次の通り補正する。 １、　半導体ウェハーを光で照射して急速に列温１−１
加熱処理を行う元照射加執方法において、半導体ウェハ
ーが光照射される前にその表面の平均光反射率を測定（
−１この４１す定値に基いてラングの負荷電力を制＠【
−て１桝処理湿（一時間（（（１線を一定とするととな
％徴とする光照射加熱力法。 ２、半２卿２体ウェハーを光で照射して急速に昇温Ｌ１
加熱処理を行う光照射加熱方法において、半導体ウェハ
ーが光照射さハる曲にその表面に形成されたＳ＋　０１
　Ｈｉ！’ａ、’などのパターンｊダに予めその平均光
反射・ネ（をＮｌｌ　ｔｉ；　ｌ−ておキ、該パターン
の棟類によってラングの鈎ず行′ｒ口、力を制卸して久
処理温度一時間曲線を一定とすることを一時蔽とする光
照射加熱力法。 ２、　明細書第７貞６行目、架、９頁２行目、同１３行
目から１４行目にかけて、第１０頁１行目、弔１１白４
行目の５箇所の［測定信号」を「測定値」に補正する７
゜ 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体ウェハーを光で照射して急速に昇温し、加熱
   処理を行う光照射加熱方法において、半導体ウェハーが
   光照射される前にその表面の平均光反射率を測定し、こ
   の測定信号に基いてランプの負荷電力を制御して熱処理
   温度一時間曲線を一定とすることを特徴とする光照射加
   熱方法。 ２　半導体ウェハーを光で照射して急速に昇温し・加熱
   処理全行う光照射加熱方法において、半導体ウェハーが
   光照射される前にその表面に形成されたＳｉｎ、薄膜な
   どのパターン毎に予めその平均光反射率を測定しておき
   、該パターンの種類によってランプの負荷電力を制御し
   て熱処理温度一時間曲線を一定とすることを特徴とする
   光照射加熱方法。