JP2002110579A - 基板の光照射式熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱処理中に基板から蒸発した物質が熱処理炉
の内壁面に付着して内壁面に曇りを生じても、処理の均
一性が確保される基板の処理枚数を可及的に多くし、熱
処理炉の洗浄作業の頻度を少なくして装置の稼働効率を
向上させる装置を提供する。 【解決手段】 熱処理炉１０内に保持された基板Ｗの上
面と光照射用光源２０との間に光拡散板３２ａを配設
し、拡散光が基板面に照射されるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばランプア
ニール装置のように、光照射により半導体ウエハ等の各
種基板を１枚ずつ熱処理する基板の光照射式熱処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の製造工程においては、近
年、バッチ式電気炉に代わり、ハロゲンランプ、アーク
ランプ等のランプからの光照射を利用して半導体ウエハ
を加熱し熱処理する枚葉式のランプアニール装置が、各
種工程で広く使用されている。このランプアニール装置
は、その構成の１例を図５に概略側断面図で示すよう
に、半導体ウエハＷの搬入および搬出を行なうための開
口１２を前部側に有する熱処理炉１０を備えている。

【０００３】熱処理炉１０の炉壁は、赤外線透過性を有
する材料、例えば石英ガラスによって形成されている。
熱処理炉１０の開口１２側には、熱処理炉１０に連接す
る炉口ブロック１４が配設されている。炉口ブロック１
４の前面開口は、ゲートバルブ１６によって開閉自在に
閉塞される。ゲートバルブ１６の内面側には、ウエハＷ
を水平姿勢に支持するサセプタ１８が一体的に固着され
ており、ゲートバルブ１６が水平方向へ往復自移動する
ことにより、サセプタ１８に支持されたウエハＷが熱処
理炉１０内へ搬入されまた熱処理炉１０内から搬出され
る。そして、ゲートバルブ１６が熱処理炉１０側へ移動
して炉口ブロック１４に当接することにより、炉口ブロ
ック１４の前面開口が閉塞されるとともに、サセプタ１
８に支持されたウエハＷが熱処理炉１０内の所定位置に
収容される。

【０００４】熱処理炉１０の上・下方向にはそれぞれ、
熱処理炉１０の上壁面および下壁面に対向してハロゲン
ランプ、アークランプ等のランプ群からなる光照射用光
源２０が配設されている。そして、各光源２０の背後な
らびに熱処理炉１０の両側部（紙面の手前側および向う
側）および後部には、熱処理炉１０を取り囲むようにリ
フレクタ（反射板）２２ａ、２２ｂがそれぞれ配設され
ている。それぞれのリレフレクタ２２ａ、２２ｂの内面
側は、鏡面研磨等が施されて光を効率良く反射すること
ができるようにされている。なお、光照射用光源２０
は、熱処理炉１０の上方側だけに配設されるようにして
もよい。

【０００５】熱処理炉１０には、後部側にガス導入路２
４が形設されており、そのガス導入路２４は、後部リフ
レクタ２２ｂに形設されたガス導入孔２６を経て窒素等
の処理ガス供給源に流路接続されている。一方、炉口ブ
ロック１４には、ガス排気路２８が形成されている。ま
た、熱処理炉１０の内部の気密性を高く保つために、炉
口ブロック１４および後部リフレクタ２２ｂにＯ−リン
グ３０がそれぞれ取り付けられている。

【０００６】上記したような構成のランプアニール装置
において、サセプタ１８に支持されてウエハＷが熱処理
炉１０内へ挿入され、炉口ブロック１４の開口面がゲー
トバルブ１６によって閉塞されると、ガス導入路２４を
通して熱処理炉１０内へ窒素等の処理ガスが導入され、
熱処理炉１０内がパージされてガス排気路２８を通して
排気される。そして、図示しないウエハ温度検知装置お
よび温度コントローラにより、予めプログラムされた所
望の温度にウエハＷが加熱されるように、上下の光照射
用光源２０に電力が供給され、ウエハＷが光照射によっ
て加熱される。熱処理が終了すると、ウエハＷは、熱処
理炉１０内において所望の温度まで冷却された後、熱処
理炉１０内から搬出される。

【０００７】ところで、上記したような枚様式のランプ
アニール装置を使用して、例えばＢＰＳＧ膜（ボロン・
リン・ドープ・ガラス膜）のリフロー工程やアルミ配線
膜のシンター工程などを行なう場合には、加熱されてい
るウエハＷの膜中の成分が蒸発し、その蒸発物質が熱処
理炉１０の内壁面に付着する、といったことが起こる。
そして、ウエハの処理枚数が増えるのに伴って熱処理炉
１０の壁面に曇りを生じ、光照射用光源２０からの光線
の一部が熱処理炉１０の壁面によって遮られ、ウエハＷ
への照射光量が減少する、といった不都合を生じること
になる。特に、ウエハＷの加熱により熱処理炉１０内の
ガスが自然対流してウエハＷからの蒸発物質が上昇し、
熱処理炉１０の内壁面の、ウエハＷの直上に相当する部
分に蒸発物質が著しく付着する。この結果、熱処理炉１
０の内壁面にウエハ形状の曇りが出来たり、熱処理炉１
０内をガスが複雑に流動することに伴って熱処理炉１０
内壁面の場所によって曇り方にむらを生じたりする。こ
のように、熱処理炉１０の内壁面に曇りを生じると、ウ
エハＷ面上へ実際に照射される光量が部分的に減少し、
ウエハＷ面上の温度の均一性が損なわれて、熱処理品質
の低下を招くことになる。

【０００８】以上のような不都合を回避するために、従
来は、ウエハの熱処理結果の評価により、処理の均一性
が許容できなくなる水準に至るウエハの処理枚数を予め
求めておき、ウエハの処理枚数がその所定枚数に達する
と、装置から熱処理炉１０を取り外し、その熱処理炉１
０の内壁面を洗浄して曇りを除去した後、再び熱処理炉
１０を装置に取り付け、熱処理操作を再開するようにし
ていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように熱処理炉１０を装置から取り外して洗浄する方法
では、上部のリフレクタ２２ａを開放し、熱処理炉１０
を上方へ引き上げて取り外し、熱処理炉１０の内壁面を
洗浄した後、熱処理炉１０を再び装着して、上部のリフ
レクタ２２ａを閉じるなど、一連の作業に時間がかか
る。また、熱処理炉１０の取付け後に、熱処理炉１０内
の気密性を確認するための作業を行なう必要もある。こ
れらのために、熱処理装置の非稼働時間が長くなって、
装置の稼働効率が低下する、といった問題点がある。

【００１０】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、熱処理中に基板から蒸発した物質が
熱処理炉の内壁面に付着して内壁面に曇りを生じ、特
に、熱処理炉の内壁面の、基板の直上に相当する部分に
蒸発物質が著しく付着する結果、熱処理炉の内壁面に基
板形状の曇りが出来たり、熱処理炉内壁面の場所によっ
て曇り方にむらを生じたりしても、基板面上へ実際に照
射される光量の、位置による変化を抑えて、基板面上の
温度の均一性が保持されて処理の均一性が確保される基
板の処理枚数を可及的に多くし、熱処理炉の洗浄作業の
頻度を少なくして、装置の稼働効率を向上させることが
できる基板の光照射式熱処理装置を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
炉壁が光透過性材料で形成され内部に基板が搬入されて
水平姿勢で保持される熱処理炉と、この熱処理炉内に保
持された基板の少なくとも上面に対向して配設された光
照射加熱手段とを備えた基板の光照射式熱処理装置にお
いて、前記熱処理炉内に保持された基板の少なくとも上
面と前記光照射加熱手段との間に光拡散手段を配設した
ことを特徴とする。

【００１２】請求項２に係る発明は、請求項１記載の光
照射式熱処理装置において、上記光拡散手段を、平面視
で基板と同等もしくはそれ以上の大きさとしたことを特
徴とする。

【００１３】請求項３に係る発明は、請求項１または請
求項２記載の光照射式熱処理装置において、熱処理炉の
外壁面と光照射加熱手段との間に、光拡散加工が施され
た石英板を介挿させて、それを上記光拡散手段としたこ
とを特徴とする。

【００１４】請求項４に係る発明は、請求項１または請
求項２記載の光照射式熱処理装置において、熱処理炉
の、その内部に保持された基板の少なくとも上面に対向
する炉壁を、光拡散加工が施された石英板で形成するこ
とにより、上記光拡散手段を構成したことを特徴とす
る。

【００１５】請求項５に係る発明は、請求項１または請
求項２記載の光照射式熱処理装置において、熱処理炉の
内部に保持された基板の少なくとも上面と熱処理炉の内
壁面との間に、光拡散加工が施された石英板を介挿させ
て、それを上記光拡散手段としたことを特徴とする。

【００１６】請求項１に係る発明の光照射式熱処理装置
においては、熱処理中に基板から蒸発した物質が熱処理
炉の内壁面に付着して内壁面に曇りを生じ、特に、熱処
理炉の内壁面の、基板の直上に相当する部分に蒸発物質
が著しく付着する結果、熱処理炉の内壁面に基板形状の
曇りが出来たり、熱処理炉内壁面の場所によって曇り方
にむらを生じたりしても、光照射加熱手段から放射され
た光は、光拡散手段によって多方向に拡散され、その散
光が基板面に照射されるので、光照射加熱手段からの光
がそのまま基板面に照射される場合に比べて、熱処理炉
の内壁面に付着した蒸発物質の曇りによる照射光量分布
の影響が半減する。このため、基板面上へ実際に照射さ
れる光量の、位置による変化が抑えられ、基板面上の温
度の均一性が保持されて処理の均一性が確保される基板
の処理枚数が多くなり、熱処理炉の洗浄作業の頻度が少
なくなる。

【００１７】請求項２に係る発明の光照射式熱処理装置
では、光照射加熱手段からの光がそのまま基板面に照射
されることはなく、基板面には、光拡散手段によって拡
散された散光が照射されることになる。したがって、請
求項１に係る発明の上記作用が最適に奏される。

【００１８】請求項３に係る発明の光照射式熱処理装置
では、光照射加熱手段から放射された光は、熱処理炉の
外壁面と光照射加熱手段との間に介挿された石英板によ
って多方向に拡散され、その散光が基板面に照射され
る。

【００１９】請求項４に係る発明の光照射式熱処理装置
では、光照射加熱手段から放射された光は、熱処理炉の
炉壁を形成する石英板自体によって多方向に拡散され、
その散光が基板面に照射される。

【００２０】請求項５に係る発明の光照射式熱処理装置
では、光照射加熱手段から放射された光は、熱処理炉の
内部に保持された基板の上面と熱処理炉の内壁面との間
に介挿された石英板によって多方向に拡散され、その散
光が基板面に照射される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
について図面を参照しながら説明する。

【００２２】図１は、この発明の実施形態の１例を示
し、光照射式熱処理装置であるランプアニール装置の概
略側断面図である。この図１において（後述する図３お
よび図４においても同じ）、図５で使用した符号と同一
符号を付した部分は、図５に基づいて説明した上記ラン
プアニール装置の各構成要素と同一機能を有する同一の
構成要素であり、ここではそれらについての説明を省略
する。

【００２３】図１に示したランプアニール装置には、熱
処理炉１０の外壁面と光照射用光源２０との間に、赤外
線透過性材料、例えば石英ガラスで形成され光拡散加工
が施された光拡散板（ディフューズ板）３２ａ、３２ｂ
が、熱処理炉１０の上・下にそれぞれ配設されている。
光拡散板３２ａ、３２ｂは、熱処理炉１０および後部リ
フレクタ２２ｂにそれぞれ固着された支持具３４ａ、３
４ｂによって支持されており、熱処理炉１０の洗浄の際
などには簡単に取り外すことができるようになってい
る。この光拡散板３２ａ、３２ｂは、例えば、石英板の
表面を磨って微細な凹凸をもつ粗面に加工したり、石英
板に多数の微細な気泡が含まれるように加工したりする
などして製作される。光拡散板３２ａ、３２ｂの大きさ
は、平面視でウエハＷと同等もしくはそれ以上であるこ
とが好ましく、図２にウエハＷとの関係を平面図で示す
ように、ウエハＷの全面を完全に覆ってしまう程度の大
きさとすることがより好ましい。なお、光拡散板３２
ａ、３２ｂの平面形状は、図示例では矩形状であるが、
ウエハＷと相似形の円形等であってもよい。また、熱処
理炉１０の上方側だけに光拡散板３２ａを配設するよう
にしてもよい。

【００２４】図１に示した構成を有するランプアニール
装置においても、従来の装置と同様に、熱処理中にウエ
ハＷから蒸発した物質が熱処理炉１０の内壁面に付着し
て内壁面に曇りを生じる。そして、ウエハＷ面へ実際に
照射される光量は、ウエハＷの処理枚数の増加に従って
減少する。しかしながら、この装置では、光照射用光源
２０から放射された光は、光拡散板３２ａ、３２ｂによ
って多方向に拡散され、その散光がウエハＷ面に照射さ
れることになる。このため、光照射用光源２０からの光
がそのままウエハＷ面に照射される従来の装置に比べる
と、熱処理炉１０の内壁面に付着した蒸発物質の曇りに
よる照射光量分布の影響が半減することになる。この結
果、ウエハＷ面上へ実際に照射される光量の、位置によ
る変化が抑えられ、処理の均一性が許容できなくなる水
準に至るまでのウエハＷの処理枚数が多くなる。したが
って、熱処理炉１０の洗浄作業を行う間隔を長くするこ
とが可能になる。

【００２５】図３は、この発明の別の実施形態を示すラ
ンプアニール装置の概略側断面図である。この装置で
は、赤外線透過性を有する材料、例えば石英ガラスによ
って形成された熱処理炉３６の炉壁のうち、熱処理炉３
６の内部に収容されたウエハＷと光照射用光源２０との
間に介在する上・下の炉壁３８ａ、３８ｂ自体が、光拡
散加工の施された光拡散板により構成されている。な
お、上部の炉壁３８ａだけを、光拡散加工が施された光
拡散板により構成するようにしてもよい。この図３に示
した装置でも、図１に示した装置と全く同様の作用効果
が得られる。

【００２６】次に、図４に概略側断面図を示すランプア
ニール装置には、熱処理炉１０の内部に収容されたウエ
ハＷと熱処理炉１０の内壁面との間、したがって熱処理
炉１０の内部に、赤外線透過性材料、例えば石英ガラス
で形成され光拡散加工が施された光拡散板４０ａ、４０
ｂが、ウエハＷの上方および下方にそれぞれ配設されて
いる。各光拡散板４０ａ、４０ｂは、熱処理炉１０の内
壁面に取着された支持具４２によってそれぞれ支持され
ており、熱処理炉１０の洗浄の際などには、熱処理炉１
０の内部から簡単に取り出すことができるようになって
いる。光拡散板４０ａ、４０ｂの大きさは、平面視でウ
エハＷと同等もしくはそれ以上であることが好ましく、
図１および図２に示した装置における場合と同様に、ウ
エハＷの全面を完全に覆ってしまう程度の大きさとする
ことがより好ましい。光拡散板４０ａ、４０ｂの平面形
状は、矩形状であってもよいし、ウエハＷと相似形の円
形等であってもよい。また、ウエハＷの上方側だけに光
拡散板４０ａを配設するようにしてもよい。

【００２７】図４に示した装置によっても、図１に示し
た装置と同様の作用効果が得られる。ただし、図４に示
した装置では、ウエハＷの熱処理中にウエハＷの上面
（回路形成面）から蒸発した物質の相当量は、上側の光
拡散板４０ａの下面に付着し、熱処理炉１０の内壁面に
付着する量は少なくなる。したがって、熱処理炉１０の
洗浄の際には、同時に、光拡散板４０ａ（、４０ｂ）を
熱処理炉１０の内部から取り出して洗浄しあるいは交換
することが必要になる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１に係る発明の光照射式熱処理装
置を使用すると、光照射加熱手段からの光がそのまま基
板面に照射される従来の装置に比べて、基板面上の温度
の均一性が保持されて処理の均一性が確保される基板の
処理枚数が多くなり、熱処理炉の洗浄作業の頻度が少な
くなるので、装置の稼働効率を向上させることができ
る。

【００２９】請求項２に係る発明の光照射式熱処理装置
では、基板面には拡散光だけが照射され光照射加熱手段
からの光がそのまま基板面に照射されることはないの
で、請求項１に係る発明の上記効果が最大に得られる。

【００３０】請求項３ないし請求項５に係る各発明の光
照射式熱処理装置によると、請求項１に係る発明の効果
が確実に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態の１例を示し、光照射式熱
処理装置であるランプアニール装置の概略側断面図であ
る。

【図２】図１に示したランプアニール装置の構成要素の
１つである光拡散板とウエハとの形状および大きさの関
係を示す平面図である。

【図３】この発明の別の実施形態を示すランプアニール
装置の概略側断面図である。

【図４】この発明のさらに別の実施形態を示すランプア
ニール装置の概略側断面図である。

【図５】従来のランプアニール装置の構成の１例を示す
概略側断面図である。

【符号の説明】

１０、３６ 熱処理炉 １２ 熱処理炉の開口 １４ 炉口ブロック １６ ゲートバルブ １８ サセプタ ２０ 光照射用光源 ２２ａ、２２ｂ リフレクタ（反射板） ２４ ガス導入路 ２６ ガス導入孔 ２８ ガス排気路 ３０ Ｏ−リング ３２ａ、３２ｂ、４０ａ、４０ｂ 光拡散板 ３４ａ、３４ｂ、４２ 支持具 ３８ａ、３８ｂ 熱処理炉の上・下の炉壁 Ｗ 半導体ウエハ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉壁が光透過性材料で形成され内部に基
   板が搬入されて水平姿勢で保持される熱処理炉と、 この熱処理炉内に保持された基板の少なくとも上面に対
   向して配設された光照射加熱手段と、を備えた基板の光
   照射式熱処理装置において、 前記熱処理炉内に保持された基板の少なくとも上面と前
   記光照射加熱手段との間に光拡散手段を配設したことを
   特徴とする基板の光照射式熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記光拡散手段が、平面視で基板と同等
   もしくはそれ以上の大きさを有する請求項１記載の基板
   の光照射式熱処理装置。
3. 【請求項３】 前記光拡散手段が、前記熱処理炉の外壁
   面と前記光照射加熱手段との間に介挿され光拡散加工が
   施された石英板である請求項１または請求項２記載の基
   板の光照射式熱処理装置。
4. 【請求項４】 前記熱処理炉の炉壁が石英板で形成さ
   れ、前記光拡散手段が、前記熱処理炉の、その内部に保
   持された基板の少なくとも上面に対向する炉壁を形成す
   る光拡散加工が施された石英板である請求項１または請
   求項２記載の基板の光照射式熱処理装置。
5. 【請求項５】 前記光拡散手段が、前記熱処理炉の内部
   に保持された基板の少なくとも上面と熱処理炉の内壁面
   との間に介挿され光拡散加工が施された石英板である請
   求項１または請求項２記載の基板の光照射式熱処理装
   置。