(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、外周部、中空部、前記外周部より一段低い円環状のステージ、及び前記ステージ上に設けられた少なくとも３点の凸部を有するとともに、前記加熱手段により加熱する間において前記凸部上に前記半導体基板を担持する基板担持手段と、前記半導体基板の裏面から放射される光を検出することによって、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段とを含む熱処理装置の設計方法であって、
前記基板担持手段の径方向における前記半導体基板と前記基板担持手段との重なり長と、前記凸部の高さとの比を設計値とし、前記設計値を任意に複数選択して、選択された前記設計値により特定される前記基板担持手段と前記半導体基板との間に形成された隙間を介して前記温度測定手段に入射する前記光の入射率を前記設計値毎に計算するステップと、
算出された前記入射率を前記設計値を変数としてプロットし、前記プロットに対する近似曲線を求めるステップと、
前記熱処理装置において許容される前記入射率の最大値に対応する前記設計値を、前記近似曲線に基づいて求めるステップと、
前記近似曲線に基づいて求められた前記設計値に応じて、前記入射率が前記最大値以下となるような前記設計値を決定し、決定された前記設計値により前記基板担持手段を設計するステップとを有することを特徴とする熱処理装置の設計方法。
【請求項２】
半導体基板の表面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、外周部、中空部、前記外周部より一段低い円環状のステージ、及び前記ステージ上に設けられた少なくとも３点の凸部を有するとともに、前記加熱手段により加熱する間において前記凸部上に前記半導体基板を担持する基板担持手段と、前記半導体基板の裏面から放射される光を検出することによって、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段とを含む熱処理装置の設計をコンピュータにより支援するプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記プログラムは、
前記コンピュータに、前記基板担持手段の径方向における前記半導体基板と前記基板担持手段との重なり長と、前記凸部の高さとの比を設計値とし、前記設計値を任意に複数選択して、選択された前記設計値により特定される前記基板担持手段と前記半導体基板との間に形成された隙間を介して前記温度測定手段に入射する前記光の入射率を前記設計値毎に計算させ、
算出された前記入射率を前記設計値を変数としてプロットして、前記プロットに対する近似曲線を求めさせ、
前記熱処理装置において許容される前記入射率の最大値に対応する前記設計値を、前記近似曲線に基づいて求めさせることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板に対して所定の熱処理を施す熱処理装置の設計方法、及び該設計方法を実現するためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路をウェーハ上に形成するためのＣＶＤ装置やアニール装置等の熱処理装置においては、加熱源が光を照射することにより該ウェーハを加熱するが、加熱された該ウェーハの温度が常に均一であるようにするため、加熱中においては上記加熱源に対向する所定の面内において該ウェーハを回転させる。
【０００３】
図１は、上記のような熱処理装置において、該ウェーハを保持するために使用される従来のガードリング１０の構成を示す図である。図１（ａ）に示されるように、このガードリング１０は外周部３２と、中空部３１とを有するドーナツ型であって、該中空部３１と外周部３２の間には外周部３２より一段低い円環状のステージ３３が形成される。なお、上記ガードリング１０は、炭化珪素（SiC）により形成される。
【０００４】
ここで図１（ｂ）に示されるように、上記のような構成を有するガードリング１０においては、そのステージ３３上に図１（ａ）には示されていないウェーハ３０が載置され、図１（ｂ）の上方に位置する加熱源（図示していない）から照射される光により加えられる熱によって、所望の熱処理を施すための温度に加熱される。
【０００５】
しかしながら、図１（ｂ）に示されるように、従来のガードリング１０は熱処理の対象とするウェーハ３０を、熱容量の大きなガードリング１０においてステージ３３上で面接触させる構造を有するため、ウェーハ３０の端部における温度上昇率が他の部分に比して小さくなる。これにより、ウェーハ３０の熱処理において処理温度の不均一性を招来するという問題があった。
【０００６】
ここで、このような問題を回避するために、図２に示されるような構造を有するガードリング２１が考案されている。すなわち、図２に示されるように、ガードリング２１は、図１に示されたガードリング１０と同様な構成を有するが、ステージ３３上の少なくとも３点に凸部３５が設けられ、該凸部３５の上にウェーハ３０が載置される。
【０００７】
このような構成を有することにより、ウェーハ３０は上記凸部３５においてのみガードリング２１と接触することになるため、ガードリング２１の大きな熱容量がウェーハ３０に与える上記影響を回避することができる。
【０００８】
しかしながら、図２に示されたように、ガードリング２１のステージ３３に対してウェーハ３０を浮かせるような構造とすると、ウェーハ３０を加熱するために照射される放射光３６が隙間３４を介してガードリング２１の中空部３１へ侵入する。
【０００９】
従って、図２に示されるように、ウェーハ３０の下方に設けられた石英ロッド２９を用いてウェーハ３０から放射される光を検出することにより、加熱されたウェーハ３０の温度を検出する熱処理装置においては、上記のように隙間３４を介して中空部３１へ侵入するいわゆる迷光は、石英ロッド２９による上記光検出においてノイズとして働くため、ウェーハ３０の温度を精度よく検出することができなくなってしまうという問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を解消するためになされたもので、ウェーハに対して精度の高い熱処理を施すことができる熱処理装置の設計方法及び該設計方法を実現するためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体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】
上記の目的は、半導体基板の表面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、外周部、中空部、前記外周部より一段低い円環状のステージ、及び前記ステージ上に設けられた少なくとも３点の凸部を有するとともに、前記加熱手段により加熱する間において前記凸部上に前記半導体基板を担持する基板担持手段と、前記半導体基板の裏面から放射される光を検出することによって、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段とを含む熱処理装置の設計方法であって、前記基板担持手段の径方向における前記半導体基板と前記基板担持手段との重なり長と、前記凸部の高さとの比を設計値とし、前記設計値を任意に複数選択して、選択された前記設計値により特定される前記基板担持手段と前記半導体基板との間に形成された隙間を介して前記温度測定手段に入射する前記光の入射率を前記設計値毎に計算するステップと、算出された前記入射率を前記設計値を変数としてプロットし、前記プロットに対する近似曲線を求めるステップと、前記熱処理装置において許容される前記入射率の最大値に対応する前記設計値を、前記近似曲線に基づいて求めるステップと、前記近似曲線に基づいて求められた前記設計値に応じて、前記入射率が前記最大値以下となるような前記設計値を決定し、決定された前記設計値により前記基板担持手段を設計するステップとを有することを特徴とする熱処理装置の設計方法を提供することにより達成される。
【００１２】
このような手段によれば、基板担持手段と半導体基板との間に形成される隙間を介して入射する光が、ノイズとして温度測定手段により検出されることを回避した基板担持手段を容易に設計することができる。
【００１３】
また、本発明の目的は、半導体基板の表面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、外周部、中空部、前記外周部より一段低い円環状のステージ、及び前記ステージ上に設けられた少なくとも３点の凸部を有するとともに、前記加熱手段により加熱する間において前記凸部上に前記半導体基板を担持する基板担持手段と、前記半導体基板の裏面から放射される光を検出することによって、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段とを含む熱処理装置の設計をコンピュータにより支援するプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記プログラムは、前記コンピュータに、前記基板担持手段の径方向における前記半導体基板と前記基板担持手段との重なり長と、前記凸部の高さとの比を設計値とし、前記設計値を任意に複数選択して、選択された前記設計値により特定される前記基板担持手段と前記半導体基板との間に形成された隙間を介して前記温度測定手段に入射する前記光の入射率を前記設計値毎に計算させ、算出された前記入射率を前記設計値を変数としてプロットして、前記プロットに対する近似曲線を求めさせ、前記熱処理装置において許容される前記入射率の最大値に対応する前記設計値を、前記近似曲線に基づいて求めさせることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにより達成される。
【００１４】
このような手段によれば、該コンピュータ読み取り可能な記録媒体をコンピュータに装着して、上記プログラムを該コンピュータに実行させることにより、基板担持手段と半導体基板との間に形成される隙間を介して入射する光が、ノイズとして温度測定手段により検出されることを回避した基板担持手段を、ソフトウェアにより容易に設計することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１８】
図３は、本発明の実施の形態に係る急速加熱熱処理装置（ＲＴＰ（Rapid Thermal Process）装置）の構成を示す図である。図３に示されるように、本実施の形態に係る急速加熱熱処理装置は、ハロゲンランプ１６に供給する電力を調整するハロゲンランプハウス１５と、ハロゲンランプ１６と、ウェーハ３０を熱処理するチャンバ１７と、放射温度計１９とを備える。なお、ウェーハ３０を加熱する手段として、上記のようなランプの代わりに、抵抗へ電流を流すことによる発熱を利用する抵抗加熱源を備えることとしても良い。
【００１９】
ここで、チャンバ１７はウェーハ３０を支持するガードリング２１と、ガードリング２１を支持する石英サポートリング２３と、ウェーハ３０が装着されたガードリング２１を回転させるための回転部２４とを備える。そして、該回転部２４は磁性体２５と、ベアリング２７と、チャンバ１７の外部に配設された磁石２０とを含む。またチャンバ１７には、ウェーハ３０から放射された光を検出すると共に光ファイバによって放射温度計１１に接続される石英ロッド２９が具設されると共に、上記チャンバ１７の内部は真空状態とされる。
【００２０】
上記のような構成を有する急速加熱熱処理装置１においては、ウェーハ３０がハロゲンランプ１６により加熱される間、ウェーハ３０が装着されたガードリング２１が回転部２４により回転される。これにより、ハロゲンランプ１６からの放射光がウェーハ３０の全面に対して偏り無く照射されることになるため、該加熱下でのウェーハ３０の温度分布は、ウェーハ３０を回転させない場合に比してその均一性が向上される。
【００２１】
ここで上記回転部２４は、磁性体２５を磁石２０により磁化すると共に、該磁石２０を磁性体２５の外周において回転させるマグネットカップリングにより、磁性体２５が具設された石英サポートリング２３をベアリング２７上で回転させる。これにより、石英サポートリング２３により支持されウェーハ３０が装着されたガードリング２１がハロゲンランプ１６に対向する所定の面上において回転される。
【００２２】
図４は、図３に示されたガードリング２１の断面構造を示す拡大図である。図４に示されるように、ガードリング２１のステージ３３上には少なくとも３点に凸部３５が設けられ、凸部３５の上に熱処理対象とするウェーハ３０が載置される。ここで、図４に示されるように、ウェーハ３０とガードリング２１とが径方向において重なる長さはＤ１、ウェーハ３０の下面とガードリング２１のステージ３３との間隔はＤ２と設計される。
【００２３】
以下において、上記長さＤ１と間隔Ｄ２の決定法を、図５に示されたフローチャートを参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、ハロゲンランプ１６における色温度３０００℃に相当する放射輝度は、14216858.49（W/(m2・Sr)）とする。
【００２４】
まず最初にステップＳ１において、ガードリング２１の反射率をガードリング２１の材質に応じて選択する。ここでは、一例として該反射率が０．２の場合と、０．４の場合とが選択される。
【００２５】
次に、ステップＳ２において、長さＤ１と間隔Ｄ２とを任意に選択し、選択された長さＤ１及び間隔Ｄ２を有するガードリング２１を急速加熱熱処理装置１に装着した場合の石英ロッド２９に対する迷光入射率（％）を計算する。なお、長さＤ１と間隔Ｄ２の値は、それらの比Ｄ１／Ｄ２が異なるように複数組選択され、それぞれの組に応じた迷光入射率（％）が算出される。
【００２６】
ここで「迷光入射率」とは、ウェーハ３０の下方に配設された石英ロッド２９で検出される光量のハロゲンランプ１６による放射光量に対する比率である。そして、この迷光入射率は、図４に示されたウェーハ３０とガードリング２１との間に形成される隙間３４を、迷光がウェーハ３０及びガードリング２１において反射しながら進入する場合の減衰率を計算することにより求められる。なお、一例として上記計算においてはウェーハ３０の放射率は０と仮定される。
【００２７】
次に、ステップＳ３においては、図６に示されるような縦軸が迷光入射率（％）で横軸が比Ｄ１／Ｄ２とされるグラフ上に、ステップＳ２において算出された結果をプロットする。なお、図６においては、ガードリング２１の反射率を０．２とした場合の計算結果が黒丸で示され、該反射率を０．４とした場合の計算結果が四角で示される。
【００２８】
次に、ステップＳ４において、反射率が０．２の場合と０．４の場合とについてそれぞれの上記プロットに対する近似曲線を求める。なお、より具体的には指数関数によりフィッティングすることができる。そして、図６に示されるように、反射率が０．２の場合に対しては、次式（１）により示される近似曲線４１が得られる。
ｙ＝105.22 exp(-4.4752x)  （１）
また、同様に反射率が０．４の場合に対しては、次式（２）により示される近似曲線４２が得られる。
ｙ＝101.28 exp(-2.8112x)  （２）
次に、ステップＳ５においては、急速加熱熱処理装置１において許容される最大迷光入射率に対応する比Ｄ１／Ｄ２を、上記近似曲線に基づいて算出する。以下において、具体例を示す。
【００２９】
急速加熱熱処理装置１においては、石英ロッド２９への迷光の入射は、最大0.00004（W/(m2・Sr)）の放射輝度に対応する量まで許容されると仮定する。このとき、迷光入射率（％）は(0.00004/14216858.49) ×100 であるため、この値を例えば上記の式（２）の左辺に代入すると、ｘとしてこのときの比Ｄ１／Ｄ２が９．４６と算出される。
【００３０】
そして、ステップＳ６では、ステップＳ５において得られた比Ｄ１／Ｄ２により、間隔Ｄ２とそれに応じた長さＤ１が算出される。すなわち、上記の例において例えば間隔Ｄ２を０．５ｍｍとすれば、上記比Ｄ１／Ｄ２の値９．４６から長さＤ１として４．８ｍｍが求められる。これより、上記の例においては、熱処理の対象とするウェーハ３０をガードリング２１のステージ３３から０．５ｍｍだけ浮かすように設計する場合には、ガードリング２１が径方向においてウェーハ３０と重なる長さＤ１は４．８ｍｍ以上であることが必要であり、換言すれば最低限４．８ｍｍあれば色温度３０００℃のハロゲンランプ１６を使用しても、ハロゲンランプ１６からの迷光を許容限度内にカットすることができる。
【００３１】
なお、上記の例において、例えば長さＤ１が４ｍｍである場合には、上記の式（２）を用いることにより、石英ロッド２９へ入射する迷光の放射輝度として0.0024（W/(m2・Sr)）の値が算出される。従って、この場合には、ハロゲンランプ１６の色温度が３０００℃のときでも、測定下限が３００℃の放射温度計１９における測定誤差は１０℃程度に抑えられることとなる。
【００３２】
また、他の例として、ウェーハ３０を加熱するために使用されるハロゲンランプ１６の色温度が２５００℃である場合を示す。この場合には、該ハロゲンランプ１６の放射光の輝度は4357645.298（W/(m2・Sr)）となるため、許容される最大迷光入射率（％）は(0.00004/4357645.298) ×100 により求められる。そして、この値を例えば上記式（２）の左辺に代入することにより、ｘとしてこのときの比Ｄ１／Ｄ２が９．０４と算出される。従って、間隔Ｄ２を上記と同様に０．５ｍｍとすれば、長さＤ１として４．１ｍｍが算出される。
【００３３】
これより、上記の例においては、ガードリング２１が径方向においてウェーハ３０と重なる長さＤ１は４．１ｍｍ以上であることが必要であり、換言すれば色温度２５００℃のハロゲンランプ１６を使用する場合には、長さＤ１が最低限４．１ｍｍであれば、該ハロゲンランプ１６からの迷光を許容限度内にカットすることができることになる。
【００３４】
なお、上記のような急速加熱熱処理装置１の設計方法は、ソフトウェアにより容易に実現できる。すなわち、図５に示された設計方法をプログラムにより記述し、該プログラムをＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録する。そして、該記録媒体をコンピュータに装着して、該コンピュータに上記プログラムを実行させることにより、上記長さＤ１及び間隔Ｄ２に関する設計値を得ることができる。
【００３５】
以上より、本発明の実施の形態に係る熱処理装置によれば、ウェーハ３０との位置関係が最適となるよう設計されたガードリング２１を備えることにより、ウェーハ３０を加熱するために照射される放射光が、ノイズとして石英ロッド２９へ入射することが回避されるため、放射温度計１９によるウェーハ３０の温度測定の精度を高めることができる。
【００３６】
これにより、急速加熱熱処理装置１における温度制御の精度を高めることができるため、ウェーハ３０に対してより精度の高い熱処理を施すことができる。
【発明の効果】
上述の如く、本発明に係る熱処理装置の設計方法によれば、基板担持手段と半導体基板との間に形成される隙間を介して入射する光が、ノイズとして温度測定手段により検出されることを回避した基板担持手段を容易に設計することができるため、精度のよい熱処理装置を低コストで提供することができる。
【００３８】
また、本発明に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体によれば、上記設計をソフトウェアにより実現することができるため、さらに容易に熱処理装置を設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来におけるガードリングの構成を示す第一の図である。
【図２】従来におけるガードリングの構成を示す第二の図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る急速加熱熱処理装置の構成を示す図である。
【図４】図３に示されたガードリングの断面構造を示す拡大図である。
【図５】図４に示されたガードリングの設計方法を示すフローチャートである。
【図６】図５に示された設計方法における迷光入射率のシミュレーション結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  急速加熱熱処理装置
１０，２１  ガードリング
１５  ハロゲンランプハウス
１６  ハロゲンランプ
１７  チャンバ
１９  放射温度計
２０  磁石
２３  石英サポートリング
２４  回転部
２５  磁性体
２７  ベアリング
２９  石英ロッド
３０  ウェーハ
３１  中空部
３２  外周部
３３  ステージ
３４  隙間
３５  凸部
３６  放射光
【図１】
0004842429.tif 000002
【図２】
0004842429.tif 000003
【図３】
0004842429.tif 000004
【図４】
0004842429.tif 000005
【図５】
0004842429.tif 000006
【図６】
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