(57)【要約】【課題】半導体基板に局所的な温度低下を生じさせることなく均一に熱処理を行うことができる半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体製造装置の一種である加熱処理装置１０は、基板Ｗを支持する支持部材１２と、支持部材１２に支持された基板Ｗを加熱するための加熱手段たるランプ１４と、支持部材１２と基板Ｗを収容するチャンバ１６と、所定波長の光を放射する光源たるスポットライト２０を具備する。支持部材１２の一部または全部に導光部材を用い、支持部材１２に支持された基板Ｗがランプ１４により加熱された際にスポットライト２０から導光部材へ所定の強さの光が照射され、基板Ｗから支持部材１２を伝って逃げる熱量と同等の熱量が支持部材１２から基板Ｗへ供給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を支持する支持部材と、
前記支持部材に支持された半導体基板を加熱するための加熱手段と、
前記支持部材と半導体基板を収容するチャンバと、
所定波長の光を放射する光源とを具備し、
前記支持部材の一部または全部に導光部材を用い、前記支持部材に支持された半導体基板が前記加熱装置により加熱された際に前記光源から前記導光部材へ所定の強さの光が照射され、前記半導体基板から前記支持部材を伝って逃げる熱量と同等の熱量が前記支持部材から前記半導体基板へ供給されることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記導光部材は、所定の屈折率を有するコア部と、このコア部の外側に設けられ前記コア部の屈折率よりも小さい屈折率を有するクラッド部とからなり、波長が０．４μｍ〜１０μｍの光を導波することができることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
半導体基板と前記支持部材とが前記加熱装置により加熱された際に同等の光学的特性を示すように、前記導光部材の表面にＳｉ膜，ＳｉＣ膜，Ｓｉ３Ｎ４膜およびＣ膜から選ばれる少なくとも１種の膜が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記導光部材の採光口と前記光源とが離間しており、
前記支持部材とこれに支持された半導体基板とを一体的に回転させる回転機構をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
一部または全体に導光部材を用いてなる支持部材が設けられたチャンバに半導体基板を搬入してこの支持部材に半導体基板を支持させ、
前記チャンバの内部を所定の雰囲気に保持し、
前記半導体基板に光または熱を供給して前記半導体基板を所定の温度に加熱し、その際に前記導光部材へ所定の波長および強さの光を照射して、前記半導体基板から前記支持部材を伝って逃げる熱量と同等の熱量を前記支持部材から前記半導体基板へ供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、急速な昇温／降温を伴う熱処理を半導体基板に施すための半導体製造装置と、このような熱処理プロセスを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造プロセスにおいては、イオン注入法等の、所謂、インプラ技術によりＳｉ基板に不純物を導入し、こうしてＳｉ基板内の不純物を活性化させる際に所望の不純物プロファイルを得るために、Ｓｉ基板を急速に昇温／降温することができる熱処理（アニール）技術が必要とされている。このような急速昇温／降温アニール（所謂、スパイクアニール）を行うための装置として、熱源としてハロゲンランプ等のランプの放射光を利用したコールドウォール型装置が用いられている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
しかしながら、Ｓｉ基板を支持するための支持部材等のＳｉ基板と接触している部分では、Ｓｉ基板の熱がこの接触部を通じて支持部材側へ拡散してしまうため、この部分は支持部材等と接触していない他の部分と比較して、温度が下がってしまう。これにより、不純物を十分に活性化させることができず、所望の導電率が得られなくなる。また、１枚のＳｉ基板から複数の製品を切り出したときに、製品に品質のバラツキが生じるという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−２２４０８２号公報（図１、段落［００２４］〜［００３０］等）
【特許文献２】特開２００１−２３９４１号公報（図１、段落［００１６］〜［００１９］等）
【特許文献３】特開２００３−１００６５０号公報（図１、図３、段落［００２５］等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、半導体基板に局所的な温度低下を生じさせることなく均一に熱処理を行うことができる半導体製造装置およびこのような熱処理プロセスを有する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の観点によれば、半導体基板を支持する支持部材と、前記支持部材に支持された半導体基板を加熱するための加熱手段と、前記支持部材と半導体基板を収容するチャンバと、所定波長の光を放射する光源とを具備し、前記支持部材の一部または全部に導光部材を用い、前記支持部材に支持された半導体基板が前記加熱装置により加熱された際に前記光源から前記導光部材へ所定の強さの光が照射され、前記半導体基板から前記支持部材を伝って逃げる熱量と同等の熱量が前記支持部材から前記半導体基板へ供給されることを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【０００６】
また、本発明の第２の観点によれば、一部または全体に導光部材を用いてなる支持部材が設けられたチャンバに半導体基板を搬入してこの支持部材に半導体基板を支持させ、前記チャンバの内部を所定の雰囲気に保持し、前記半導体基板に光または熱を供給して前記半導体基板を所定の温度に加熱し、その際に前記導光部材へ所定の波長および強さの光を照射して、前記半導体基板から前記支持部材を伝って逃げる熱量と同等の熱量を前記支持部材から前記半導体基板へ供給することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体基板における支持部材との接触部において局所的な温度低下を生じさせることがないので、基板全体を均一に熱処理することができる。これにより１枚の半導体基板から製造される複数の半導体装置について、その電気的特性等のばらつきを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に、半導体製造装置の一種であり、本発明の第１の実施形態に係る加熱処理装置の概略断面図を示す。
【０００９】
この加熱処理装置１０は、半導体基板（以下「基板」という）Ｗを所定の雰囲気において処理するためのチャンバ１６の内部に、基板Ｗを支持するための支持部材１２が配置され、支持部材１２に支持された基板Ｗを加熱するための加熱装置たるランプ１４がチャンバ１６の外部に配置された構造を有している。
【００１０】
チャンバ１６の構造は詳細には図示していないが、チャンバ１６の内部が窒素雰囲気等の所定のガス雰囲気（例えば、窒素雰囲気）に保持されるように、チャンバ１６にはガス供給管（図示せず）と排気管（図示せず）が設けられている。また、チャンバ１６に対して基板Ｗを搬入出するための基板搬入出口が、例えば、チャンバ１６の側面（図１では紙面に垂直な方向の手前側または奥側）に設けられており、その基板搬入出口はシャッタにより開閉自在となっている。
【００１１】
ランプ１４としてはハロゲンランプが好適に用いられる。この加熱処理装置１０では棒状のハロゲンランプを使用している。ランプ１４から放射される光がチャンバ１６内に収容された基板Ｗに直接照射されるように、チャンバ１６はランプ１４の光を透過することができる石英や溶融石英等の透光性材料で構成されている。設置されるランプ１４の数や照射能力は、例えば、基板Ｗを１００〜２５０℃／秒の昇温速度で８００℃〜１１５０℃へ昇温することができるように、適宜、設計される。
【００１２】
支持部材１２は、円板状の基台部１２ａと、導光部材の１種である光ファイバ１２ｂで構成されている。
【００１３】
基台部１２ａは、石英または溶融石英等の透光性材料で構成されており、これによりチャンバ１６の下側に配置されたランプ１４から基板Ｗへ向けて照射される光の基台部１２ａによる減衰を抑制している。
【００１４】
基台部１２ａは、ベアリング１８を介して、チャンバ１６の底板に支持されている。このベアリング１８は、支持部材１２とこれに支持された基板Ｗを一体的に回転させることを可能とする回転機構を構成する。支持部材１２と基板Ｗを回転させる駆動力は、チャンバ１６の内部へ供給される雰囲気ガスによって付与することができる。すなわち、チャンバ１６の内部への雰囲気ガスを供給する際に、この雰囲気ガスが支持部材１２または基板Ｗに回転力を付与するように、チャンバ１６内での雰囲気ガスの流れが制御される。
【００１５】
支持部材１２では３本光ファイバ１２ｂが用いられている。光ファイバ１２ｂによる基板Ｗの支持位置の具体例を図２の平面図に示す。３本の光ファイバ１２ｂはそれぞれ、基板Ｗを支持するための端部（以下「支持側端部」という）が、基板Ｗを正三角形の３つの頂点で支持することができるように基台部１２ａの上面の所定位置において上方に突出し、光ファイバ１２ｂに光を取り込むための端部（以下「採光側端部」という）が基台部１２ａの下面中央部から下方に突出するように、基台部１２ａに取り付けられている。支持部材１２の回転を妨げることのないように、光ファイバ１２ｂの採光側端部はチャンバ１６の底板とは離間している。
【００１６】
図３に光ファイバ１２ｂの斜視図を示す。光ファイバ１２ｂは、所定の波長の光を導波するためのコア部２２と、このコア部２２の外周に設けられ、コア部２２の屈折率よりも小さい屈折率を有するクラッド部２４から構成されている。例えば、コア部２２は、屈折率ｎ１＝１．５５の材料（例えば、ＧｅやＰを添加した石英ガラス等）からなり、クラッド部２４は屈折率ｎ２＝１．４５の材料（例えば、ＢやＦを添加した石英ガラス等）からなる。コア部２２としては、波長が０．４μｍ〜１０μｍの光の透過率が高い材料、例えば、ＧｅやＰを添加した石英ガラス等が好適に用いられる。このような波長の光を用いるのは、このような光の波長域がスパイクアニール時の被加熱対象の光の吸収率が高い領域であるからである。
【００１７】
チャンバ１６の外側であって基台部１２ａの中央部下方には、光ファイバ１２ｂの採光側端部に所定の波長の光を照射するための光源として、スポットライト２０が配置されている。このスポットライト２０には、前述したように、波長が０．４μｍ〜１０μｍの光を含むものが用いられる。３本の光ファイバ１２ｂはそれぞれ、採光側端部から支持側端部にかけて、伝搬する光が可能な限り減衰しないように曲げの曲率が設定されている。
【００１８】
図４に基板Ｗの加熱処理時における光の照射および熱の移動の状態を模式的に示す。加熱処理装置１０による基板Ｗの処理では、基板Ｗがチャンバ１６に搬入されて支持部材１２に支持されると、チャンバ１６が密閉されてチャンバ１６の内部が所定のガス雰囲気に保持され、その後、ランプ１４から所定の強さの光（図４では「ランプ放射光」の矢印で模式的に示されている）を支持部材１２に支持された基板Ｗに照射して基板Ｗを加熱する。
【００１９】
基板Ｗが加熱されると、基板Ｗから光ファイバ１２ｂを伝って熱が逃げる。この熱は図４においては「散熱」の矢印で模式的に示されている。そこで、基板Ｗがランプ１４によって加熱される際に、スポットライト２０から光ファイバ１２ｂの採光側端部へも所定の強さの光（図４において「スポットライト光」の矢印で模式的に示す）が照射される。
【００２０】
なお、チャンバ１６の内部へ供給される雰囲気ガスによって支持部材１２とこれに支持された基板Ｗがベアリング１８を介して回転している状態でも、光ファイバ１２ｂの採光側端部は常に基台部１２ａの中央部にあるので、光ファイバ１２ｂへのスポットライト２０の光の入射が途切れるということはない。
【００２１】
スポットライト２０の照射光は、チャンバ１６の底板を透過して光ファイバ１２ｂの採光側端部へ入射し、コア部２２を伝搬して、支持側端部から放射され、基板Ｗを加熱する。このとき、光ファイバ１２ｂから基板Ｗに供給される熱量を、基板Ｗから光ファイバ１２ｂを伝って逃げる熱量と同等とすることにより、基板Ｗにおける光ファイバ１２ｂとの接触部分では、基板Ｗと光ファイバ１２ｂとの間の熱量の移動が平衡状態となって、基板Ｗにおける局所的な温度分布の発生が抑制される。
【００２２】
このようにして、加熱処理装置１０では、基板Ｗ全体を均一に加熱することができるので、例えば、基板Ｗがイオン注入処理後の不純物活性化のための熱処理である場合には、この活性化処理を基板Ｗ全体で均一に行うことができ、導電率の分布を均一にすることができる。
【００２３】
光ファイバ１２に代えて支持部材１２に用いられる別の光ファイバの構造を図５に示す。この光ファイバ１２ｃは、基板Ｗと同等の光学的特性、つまり光が照射されたときに基板Ｗと同じように加熱されるという熱的特性を示すように、光ファイバ１２ｂの表面にＳｉ膜，ＳｉＣ膜やＳｉ３Ｎ４膜等のＳｉ化合物膜、Ｃ膜から選ばれる少なくとも１種のコーティング膜２６が形成された構造を有している。このコーティング膜２６は、少なくとも基板Ｗを支持する部分、つまり基台部１２から突出している部分にのみ設ければよい。
【００２４】
光ファイバ１２ｃにおいてコーティング膜２６が形成された部分は、支持部材１２に支持された基板Ｗをランプ１４により加熱する際に、このランプ１４の照射光を吸収しやすくなるため、基板Ｗと同等の温度に加熱される。これにより、基板Ｗから光ファイバ１２ｂを通じて逃げる熱量が少なくなる。
【００２５】
また、光ファイバ１２ｃは光ファイバ１２ｂと同様に、スポットライト２０の照射光をその採光側端部から取り込み、支持側端部から放射して基板Ｗを加熱することができるので、基板Ｗから光ファイバ１２ｃを伝って逃げる熱量と同等の熱量を光ファイバ１２ｃから基板Ｗに供給することで、基板Ｗにおける光ファイバ１２ｂとの接触部分で局所的な温度分布が発生することを抑制することができる。
【００２６】
なお、光ファイバ１２ｃを用いた場合には、基板Ｗから光ファイバ１２ｃへ逃げる熱量が少ないので、スポットライト２０の照射高強度を光ファイバ１２ｂを用いている場合よりも小さくすることができる。そのため、低出力のスポットライトを用いることができ、スポットライト２０の光による直接的な基板Ｗの局所加熱を防止することができるという効果も得られる。
【００２７】
コーティング膜２６としてのＳｉ膜の具体例としてはポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜が挙げられ、この場合の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることが好ましい。ＳｉＣ膜の場合は２ｎｍ以上３００ｎｍ以下とし、Ｓｉ３Ｎ４膜の場合は１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とし、Ｃ膜の場合は１ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることが好ましい。これらの下限値よりも膜厚が薄い場合には、コーティング膜を設ける効果が小さく、一方、これらの上限値よりも膜厚が厚い場合には、ライト１４からの光による影が基板Ｗに投影されて基板Ｗに温度むらを生じさせるおそれがある。
【００２８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した形態に限定されるものではない。例えば、支持部材として導光部材を基台部に取り付けた構成のものを取り上げたが、これに限られず、支持部材には導光部材のみからなるものも用いられる。
【００２９】
このような支持部材として、基板Ｗを回転させる必要がない場合に用いられる支持部材としては、具体的には、所定数の光ファイバが、チャンバ１６の底板を貫通してこれに保持されるとともに、スポットライト２０から基板Ｗを支持する位置までは光の減衰が起こり難い曲率で曲げられた構造を有するものが挙げられる。また、支持部材として、所定数の光ファイバが、チャンバ１６の底板を貫通し、かつ、この底板に保持されるように鉛直に固定された構造を有するものが挙げられる。この支持部材を用いる場合には、１本の光ファイバごとにスポットライトを設けてもよい。
【００３０】
基板Ｗは３点で支持されなければならないものではなく、支持部材はより多くの箇所で基板Ｗを支持する構造であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施形態に係る加熱処理装置の概略構成を示す断面図。
【図２】光ファイバによる基板の支持位置の例を示す平面図。
【図３】光ファイバの斜視図。
【図４】基板の加熱処理時における光の照射および熱の移動の状態を模式的に示す図。
【図５】別の光ファイバの斜視図。
【符号の説明】
【００３２】
１０…加熱処理装置、１２…支持部材、１４…ランプ、１６…チャンバ、２０…スポットライト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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