JP2012169308A - 熱処理装置および半導体装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の照射によってウェーハを加熱する活性化熱処理において、ウェーハ面内の温度の均一化を図ることのできる熱処理装置を提供すること。
【解決手段】複数の支持部２４と、光射出部１０と、透過板３０と、を備える熱処理装置１００が提供される。支持部は、ウェーハ６０を第１面６０ａ側から支持する。光射出部は、第１面の反対面である第２面６０ｂに向けて支持部に支持されたウェーハに照射光を射出する。透過板は、支持部に支持されるウェーハと光射出部との間に設けられて照射光を透過させる。透過板は、照射光の透過率が他の領域よりも高い高透過率領域を有する。高透過率領域は、ウェーハの第２面のうち支持部に支持された部分の反対面側となる部分に照射される照射光が透過する領域の少なくとも一部に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱処理装置および半導体装置の製造装置に関する。

半導体装置の素子の微細化に伴い、半導体装置に含まれるＭＯＳＦＥＴの寄生抵抗およびショートチャネル効果が大きくなる。このため、シリコン基板などのウェーハに対して、低抵抗で浅い活性層の形成が重要となる。活性層の抵抗を下げるためには、不純物の活性化熱処理を高温で行う必要がある。また、活性化熱処理は短時間で行われることが好ましい。

高温かつ短時間での熱処理を行う手法として、ランプなどの光源から射出される光を照射してウェーハを加熱するＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）と呼ばれる手法や、さらに短時間で処理を行うＳｐｉｋｅ ＲＴＡと呼ばれる手法などがある。

このような熱処理では、ウェーハ面内での温度の均一化を図ることで、ウェーハ面内でのデバイス特性のばらつきを抑えることが求められている。

特開２００７−１２３８４４号公報

本発明は、光の照射によってウェーハを加熱する活性化熱処理において、ウェーハ面内の温度の均一化を図ることのできる熱処理装置を提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、複数の支持部と、光射出部と、透過板と、を備える熱処理装置が提供される。複数の支持部は、ウェーハを第１面側から支持する。光射出部は、第１面の反対面である第２面に向けて支持部に支持されたウェーハに照射光を射出する。透過板は、支持部に支持されるウェーハと光射出部との間に設けられて照射光を透過させる。透過板は、照射光の透過率が他の領域よりも高い高透過率領域を有する。高透過率領域は、ウェーハの第２面のうち支持部に支持された部分の反対面側となる部分に照射される照射光が透過する領域の少なくとも一部に形成される。

図１は、第１の実施の形態にかかる熱処理装置の概略構成を示す模式図。 図２は、支持ピンに支持されたウェーハを照射面側から見た平面図。 図３は、図１に示すＡ−Ａ線に沿って見た透過板の平面図。 図４は、図３に示すＢ−Ｂ線に沿った透過板の矢視断面図。 図５は、第１の実施の形態の変形例１にかかる透過板の平面図。 図６は、図５に示すＣ−Ｃ線に沿った透過板の矢視断面図。 図７は、第１の実施の形態の変形例２にかかる透過板の平面図。 図８は、図７に示すＤ−Ｄ線に沿った透過板の矢視断面図。

以下に添付図面を参照して、実施の形態にかかるウェーハの製造装置および半導体装置の製造装置を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる熱処理装置の概略構成を示す模式図である。第１の実施の形態にかかる熱処理装置は、例えば、シリコンなどの半導体からなるウェーハに注入された不純物を活性化するための熱処理に用いるものである。熱処理装置１００は、光射出部１０、処理部２０、透過板３０、制御部４０を備える。

光射出部１０は、熱処理装置１００によって熱処理が行われるウェーハ６０に向けて照射光を射出する。光射出部１０から射出される照射光は、例えば、RTP装置やSpike RTA装置に用いられるハロゲンランプ光や、フラッシュランプアニール装置で用いられるパルス幅が０．１ｍｓ以上１００ｍｓ以下のパルス光である。

光射出部１０には、例えばハロゲンランプやキセノンフラッシュランプ等のランプ１０ａが用いられる。他にも、光射出部１０には、例えば他の希ガス、水銀、水素を用いたランプや、キセノンアーク放電ランプを用いてもよい。なお、光射出部１０には、ランプ１０ａを複数並べたものを用いてもよい。また、高輝度を実現するために棒状ランプを用いてもよい。

また、光射出部１０には、各種のパルス光を射出するパルス発光型のレーザを用いてもよい。この場合には、光射出部１０から射出されたレーザ光を、ウェーハ６０上に走査させることで、実質的にウェーハ６０の全体に光を照射させるように構成してもよい。このようなレーザとして、例えばエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、一酸化炭素ガスレーザ、二酸化炭素ガスレーザが挙げられる。

また、光射出部１０には、発光のための電力を供給する電源１２が接続される。なお、電源１２は、制御部４０に含まれてもよい。

処理部２０は、処理室２１、ピン保持部２２、窓部２３を有する。処理室２１は、内部にウェーハ６０を収容可能とされる。処理室は、内部に収容されたウェーハ６０と光射出部との間を遮る部分に開口２１ａが形成されている。開口２１ａは、窓部２３に塞がれ、処理室２１の内部は気密にされる。また、処理室２１には、必要に応じて内部にガスを供給できるように、ガス導入口２１ｂとガス排出口２１ｃとが設けられる。

ピン保持部２２は、処理室２１の内部に設けられる。ピン保持部２２には、複数（本実施の形態では３本）の支持ピン（支持部）２４が立設される。支持ピン２４は、図１に示すように、ウェーハ６０に対して裏面（第１面）６０ａ側から接触して、ウェーハ６０を支持する。ピン保持部２２は、処理室２１内で回転可能とされており、ピン保持部２２の回転に伴って支持ピン２４が回転し、支持ピン２４に支持されたウェーハ６０も回転するようになっている。ピン保持部２２に立設される支持ピン２４の本数は３本に限られず、ウェーハ６０を安定して支持できるのであれば何本立設されても構わない。

ピン保持部２２には、ピン保持部２２を回転させるための第１回転部２５が接続されている。第１回転部２５は、例えばモータである。第１回転部２５は、ピン保持部２２を回転させることで、支持ピン２４に支持されたウェーハ６０を回転させる。第１回転部２５は、処理室２１の内部に設けられてもよいし、外部に設けられてもよい。

図２は、支持ピン２４に支持されたウェーハ６０を表面６０ｂ側から見た平面図である。支持ピン２４が回転することで、ウェーハ６０は矢印Ｘに示す方向に回転する。ウェーハ６０の回転速度は、例えばＳｐｉｋｅ ＲＴＡと呼ばれる活性化熱処理では、９０ｒｐｍ程度とされる。なお、Ｓｐｉｋｅ ＲＴＡでは活性化熱処理が２〜３秒で終了する場合があり、この場合には活性加熱処理の間に、２回〜３回ウェーハ６０は回転することとなる。図２に示すように、ウェーハ６０は裏面６０ａ側から支持ピン２４に支持されている。以下の説明において、表面６０ｂのうち支持ピン２４に支持された部分の反対側となる部分を支持領域Ｔと呼ぶ。

窓部２３は、光を透過させる透光性の板部材で構成される。光射出部１０から射出された照射光を窓部２３が透過させることで、ウェーハ６０の表面（第２面）６０ｂに照射光を照射することができる。窓部２３は照射光の照射などにより高温になるため、窓部２３には石英などの耐熱性の高い材料が用いられる。

透過板３０は、処理室２１の外部に設けられ、支持ピン２４に支持されたウェーハ６０と光射出部１０との間に配置される。透過板３０は、光を透過させる透光性の板部材で構成される。光射出部１０から射出された照射光を窓部２３が透過させることで、ウェーハ６０の表面６０ｂに照射光を照射することができる。すなわち、光射出部１０から射出された照射光は、透過板３０と窓部２３を透過してウェーハ６０に照射される。透過板３０は照射光の照射などにより高温になるため、透過板３０には石英などの耐熱性の高い材料が用いられる。

図３は、図１に示すＡ−Ａ線に沿って見た透過板３０の平面図である。図４は、図３に示すＢ−Ｂ線に沿った透過板３０の矢視断面図である。透過板３０には、開口３１が形成される。開口３１部分では、光射出部１０から射出された照射光が透過板３０に遮られない。そのため、開口３１は、他の領域（開口３１が形成されていない領域）よりも照射光の透過率が高い高透過率領域となる。一方、他の領域では、透過板３０を透過することで、照射光の強度が低下する。

そして、開口３１を通過した照射光が照射される位置が、ウェーハ６０の支持領域Ｔとなるような位置に、開口３１は形成されている。本実施の形態では、ウェーハ６０の表面６０ｂに対して垂直な方向となるように照射光を照射しているので、支持領域Ｔを垂直方向に投影した位置に開口３１が形成されている。なお、開口３１の直径は、例えば２０ｍｍ〜３０ｍｍである。

また、透過板３０には第２回転部２６が接続される。第２回転部２６は、透過板３０を矢印Ｙに示す方向に回転させる。すなわち、透過板３０の回転方向と、ウェーハ６０の回転方向は一致する。第２回転部２６は、例えばモータである。なお、ウェーハ６０の回転軸と、透過板３０の回転軸とは、同一直線上に重なる。

制御部４０は、光射出部１０からの照射光の照射時間や照射強度を調節する、また、第１回転部２５と第２回転部２６とを制御することで、ウェーハ６０の回転と透過板３０の回転とを同期させる。すなわち、ウェーハ６０の回転と透過板３０の回転とを同期させる同期部として機能する。制御部４０は、これにより、ウェーハ６０が回転した場合でも、開口３１を透過した光を支持領域Ｔに照射させ続けることができる。

以上説明したように、ウェーハ６０は、熱処理装置１００による活性化熱処理において、光射出部１０から射出された照射光が表面６０ｂに照射される。表面６０ｂに照射光が照射されることで、表面６０ｂの温度が上昇する。活性化熱処理では、表面６０ｂの温度が均一に上昇することが好ましく、表面６０ｂで面内温度にばらつきが生じると、デバイス特性が変動しやすくなる。

図２に示すように、ウェーハ６０は裏面６０ａ側から支持ピン２４に支持されている。そのため、ウェーハ６０から支持ピン２４に熱が逃げてしまい、表面６０ｂのうち支持領域Ｔやその周辺部分では、他の部分よりも温度が上昇しにくくなる。そのため、ウェーハ６０の表面６０ｂに温度のばらつきが生じやすくなる。

ここで、本実施の形態では、支持領域Ｔには透過板３０を透過していない照射光、すなわち、周りの領域に照射される照射光よりも高強度の照射光が照射される。これにより、支持領域Ｔやその周辺部分が周りの領域よりも温度が低くなるのを抑えて、ウェーハ６０の表面６０ｂの面内温度にばらつきが生じるのを抑えることができる。

また、透過板３０が、ウェーハ６０の回転と同期して回転するので、ウェーハ６０を回転させた場合であっても、ウェーハ６０の表面６０ｂの面内温度にばらつきが生じるのを抑えることができる。

図５は、第１の実施の形態の変形例１にかかる透過板３０の平面図である。図６は、図５に示すＣ−Ｃ線に沿った透過板３０の矢視断面図である。本変形例１では、透過板３０に対して、図３，４に示す開口に代えて、凹み３２が形成されている。図６に示すように、凹み３２部分では、他の領域よりも透過板３０の厚みが小さくなる。

これにより、透過板３０を透過した際の照射光の強度の低下が他の領域よりも小さくなる。すなわち、凹み３２は、他の領域（凹み３２が形成されていない領域）よりも照射光の透過率が高い高透過率領域となる。

したがって、透過板３０に開口を形成した場合と同様に、高透過率領域を透過した照射光が支持領域Ｔ（図２も参照）に照射される。これにより、支持領域Ｔやその周辺部分が周りの領域よりも温度が低くなるのを抑えて、ウェーハ６０の表面６０ｂの面内温度にばらつきが生じるのを抑えることができる。

また、ウェーハ６０を回転させた場合であっても、ウェーハ６０の回転と同期して透過板３０を回転させることで、高透過率領域を透過した照射光を支持領域Ｔに照射し続けることができ、ウェーハ６０の表面６０ｂの面内温度にばらつきが生じるのを抑えることができる。

図７は、第１の実施の形態の変形例２にかかる透過板３０の平面図である。図８は、図７に示すＤ−Ｄ線に沿った透過板３０の矢視断面図である。本変形例２では、図３において１つの開口３１が形成された部分（領域Ｓ）に、複数の開口３３を形成している。すなわち、複数の開口３３を高透過率領域としている。

したがって、支持領域Ｔ（図２も参照）の一部に、高透過率領域を通過した照射光を照射することができる。これにより、支持領域Ｔやその周辺部分が、周りの領域よりも温度が低くなるのを抑えて、ウェーハ６０の表面６０ｂの面内温度にばらつきが生じるのを抑えることができる。

また、ウェーハ６０を回転させた場合であっても、ウェーハ６０の回転と同期して透過板３０を回転させることで、高透過率領域を透過した照射光を支持領域Ｔに照射し続けることができる。これにより、ウェーハ６０の表面６０ｂの面内温度にばらつきが生じるのを抑えることができる。なお、複数の凹みを形成して高透過率領域としても同様の効果を得ることができる。

また、ウェーハ６０を処理室２１内で支持する支持部は支持ピン２４に限られない。ウェーハ６０に対して裏面６０ａから接触して、ウェーハ６０の熱を逃げさせて、表面６０ｂの面内温度にばらつきを生じさせるものであれば、そこに照射される照射光が透過する透過板３０部分を高透過率領域とすることで、上述したものと同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、ウェーハ６０を回転させる構成を例に挙げて説明したが、ウェーハ６０を回転させない構成であっても構わない。この場合には、透過板３０も回転させないようにすることで、高透過率領域を透過した照射光を支持領域Ｔに照射し続けることができる。

また、ウェーハ６０を回転させないのであれば、窓部２３に凹みを形成して、その凹みを高透過率領域としてもよい。すなわち、窓部２３に透過板としての機能を発揮させてもよい。この場合、窓部２３を回転させる必要がないため、窓部２３と処理室２１との間で気密を保持することができ、さらに、高透過率領域を開口ではなく凹みとすることで処理室２１の気密を維持することができる。窓部２３を透過板とすれば、図１に示す透過板３０が不要となり、部品点数の削減を図って、製造コストの抑制を図ることができる。

また、本実施の形態では、熱処理装置を例に挙げて説明したが、ウェーハを加工し、ＮＡＮＤフラッシュメモリなどの半導体装置を製造する半導体装置の製造装置にも、上述した構成を適用することができる。

１０ａ ランプ、１０ 光射出部、１２ 電源、２０ 処理部、２１ 処理室、２１ａ 開口、２１ｂ ガス導入口、２１ｃ ガス排出口、２２ ピン保持部、２３ 窓部、２４ 支持ピン（支持部）、２５ 第１回転部、２６ 第２回転部、３０ 透過板、３１ 開口（高透過率領域）、３２ 凹み（高透過率領域）、３３ 開口（高透過率領域）、４０ 制御部、６０ ウェーハ、６０ａ 裏面（第１面）、６０ｂ 表面（第２面）、１００ 熱処理装置、Ｓ 領域、Ｔ 支持領域。

Claims (5)

1. ウェーハを第１面側から支持する複数の支持部と、
   前記第１面の反対面である第２面に向けて前記支持部に支持された前記ウェーハに照射光を射出する光射出部と、
   前記支持部に支持される前記ウェーハと前記光射出部との間に設けられて前記照射光を透過させる透過板と、を備え、
   前記透過板は、前記照射光の透過率が他の領域よりも高い高透過率領域を有し、
   前記高透過率領域は、前記ウェーハの第２面のうち前記支持部に支持された部分の反対面側となる部分に照射される前記照射光が透過する領域の少なくとも一部に形成される熱処理装置。
2. 前記高透過率領域には、開口が形成されている請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記高透過率領域には、凹みが形成されている請求項１に記載の熱処理装置。
4. 前記ウェーハを回転させるために前記支持部を回転させる第１回転部と、
   前記透過板を回転させる第２回転部と、
   前記第１回転部と前記第２回転部との回転周期を同期させる同期部と、をさらに備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
5. ウェーハを第１面側から支持する複数の支持部と、
   前記第１面の反対面である第２面に向けて前記支持部に支持された前記ウェーハに照射光を射出する光射出部と、
   前記支持部に支持される前記ウェーハと前記光射出部との間に設けられて前記照射光を透過させる透過板と、を備え、
   前記透過板は、前記照射光の透過率が他の領域よりも高い高透過率領域を有し、
   前記高透過率領域は、前記ウェーハの第２面のうち前記支持部に支持された部分の反対面側となる部分に照射される前記照射光が透過する領域の少なくとも一部に形成される半導体装置の製造装置。

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