(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
幾何学的寸法及び熱的な材料特性に関して同一である、間隔を空けて平行に重ねて設置された２つの半導体ウェハを、処理室中で半導体ウェハの上方及び下方に設置されたランプを用いて熱処理する方法であり、その際、該半導体ウェハが相互に向かい合った面、およびランプに向かい合った面を有している方法において、該ランプはランプに向かい合った半導体ウェハの面を直接加熱し、かつ相互に向かい合った半導体ウェハ面は主に、それぞれ他方の半導体ウェハの放射エネルギーの反射及び放出により加熱されることを特徴とする、半導体ウェハの熱処理法。
【請求項２】
ウェハが互いに１〜３０ｍｍ離れている、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理室中で上方又は下方熱源を用いて半導体ウェハを熱処理するための方法に関する。更に本発明は熱処理の間に半導体ウェハを保持するための装置にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハは数多くの処理法、例えば熱処理法に付される。焼き戻し法又はＲＴＰ法（Rapid Thermal Processing)とも称されるこの熱処理法の間、半導体ウェハは短時間、有利に数秒間、有利に５００〜１２００℃の温度に加熱される。このような熱処理は例えば、結晶欠陥のアニール、薄層表面被覆の製造で又は清浄化の目的で使用され、かつ制御可能な熱源、例えばランプを備えているＲＴＰ−反応器で行われる。この場合、材料の加熱は可視光又は赤外光を処理室中に比較的低い出力で照射することにより行う。ＲＴＰ−反応器は従って、材料温度の処理室中での急速な変化を可能にする。
【０００３】
最適な処理（迅速な加熱、保持工程、迅速な冷却）は、処理すべき材料のみが加熱され、広い面積の反応器壁又は大量のガス容量が加熱されないように形成されているコンパクトなシングルウェハ反応器中で可能である。
【０００４】
しかし、迅速な加熱及び迅速な冷却だけでなく、半導体ウェハ全体への均一な温度分布及び半導体ウェハバッチの同一の熱処理が、処理の成功のために重要である。
【０００５】
ＲＴＰ−反応器、例えば半導体ウェハのための保持装置又は熱源の様々な構造が、殊に処理すべき材料の縁部での温度の様々な不均一性を引き起こす。
【０００６】
更に例えば、内径がウェハ形の材料の直径よりも大きい環状素子は熱処理の間にウェハの縁部のところでの多大な熱損失を補償しうることが公知になっている。異なる材料又は被覆を１つの幾何学的又は化学的に構造化された形で有する複数のウェハを熱処理する場合に殊に、構造による温度の不均一性が生じる。ウェハを同時に上方及び下方から加熱することができる装置中のランプ出力の独立した制御及び上方及び下方のランプバンクの独立した制御による、構造に依存した熱不均一性の低減がドイツ特許（ＤＥ）第４２２３１３３Ｃ２号明細書中に記載されている。
【０００７】
これに対してドイツ特許（ＤＥ）第４４３７３６１Ｃ２号明細書は、半導体工業の不安定な素子、例えば半導体ウェハ上の集積回路を迅速に熱処理するための、能動的及び受動的構造依存性熱不均一性をそれにより低減することができる方法及び装置を記載している。その際、この発明では、光変換プレート及び高温計を使用することにより、特殊に背面被覆され、かつ不安定な素子を備えられた半導体ウェハを効率的に熱処理する。しかしこの方法の欠点は、常に１つの製品ウェハしか処理することができず、かつ先ず、光変換プレートを加熱しなければならないことである。従って、経済的製造に関して工業的に定められた加熱速度及び容量要求はこれでは満たすことができない。更に、製品ウェハの処理の後にその度ごとに、様々な被覆、熱的材料特性又は幾何学的寸法を有する製品ウェハの後続の処理のために、光変換プレートを交換しなければならない。しかし光変換プレートの毎度の交換は、製品ウェハにも同様に不利な影響を及ぼす。それというのも、処理室中に汚染、例えば粒子が持ち込まれるためである。
【０００８】
前記の文献中には、半導体ウェハ並びに半導体工業の不安定な素子を均一に熱処理するための様々な解決の提案がなされているが、その際、熱処理のこの技術は、それぞれ１枚の製品ウェハの処理にのみ限られている。これに対して、構造により生じる熱的不均一性を受けず、かつ熱損失を相互作用的に補償しうる、少なくとも２枚の半導体ウェハ、有利に同じ幾何学的寸法を有する単結晶超純粋シリコンウェハの均一な熱処理はいずれの文献でも開示されていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、それを用いて少なくとも２枚の半導体ウェハを同時に均一に熱処理し、かつ続けて製品ウェハとして使用する方法及び装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題は、幾何学的寸法及び熱的な材料特性に関して同一である、間隔を空けて平行に重ねて設置された２つの半導体ウェハを、処理室中で半導体ウェハの上方及び下方に設置されたランプを用いて熱処理する方法であり、その際、該半導体ウェハが相互に向かい合った面、およびランプに向かい合った面を有している方法において、該ランプはランプに向かい合った半導体ウェハの面を直接加熱し、かつ相互に向かい合った半導体ウェハ面は主に、それぞれ他方の半導体ウェハの放射エネルギーの反射及び放出により加熱されることを特徴とする、半導体ウェハの熱処理法により解決される。
【００１２】
２つのウェハを平行に、間隔を空けて重ねて設置すると、スタックの対面しているウェハ表面が熱源から、それぞれ他方のウェハにより覆われる。それにより、個々のウェハ表面の不均一な温度分布が生じて、ウェハのこのバッチの同一な熱処理は期待できない。
【００１３】
しかし意外にも、２つの半導体ウェハが、有利に単結晶超純粋シリコンウェハが幾何学的寸法において、かつ熱的材料特性において同一であり、かつ平行に、間隔を空けて重ねて処理室中の本発明の保持装置中に設置されて熱処理される場合には、これらを均一に熱処理できることが判明した。
【００１４】
本発明の方法は、プレート間のエネルギー伝達の利用に基づいている。ランプに向いているウェハ表面は、上方又は下方ランプ（後記では一次エネルギー源と記載）からの放射線エネルギーの受容により加熱される。それぞれ他方のウェハに向いている表面は、それぞれ他方の半導体ウェハの放射エネルギー（後記では二次エネルギー源と記載）の反射及び放出により加温される。その場合、放射エネルギーの放射は同一である。それというのも熱的な材料特性及び幾何学的寸法に関して同一のウェハであるためである。熱処理は、一次及び二次エネルギー源により行われる。
【００１５】
従来技術に比べて本発明の方法では、容量上昇が特に有利であることが判明している。それというのも、均一な熱処理により、両方のプレートが製品プレートとして使用されるためである。光交換プレートの交換が省かれ、かつ本発明の保持装置が処理室中に設置されているので、例えば粒子のような汚染が処理室中に入り込まない。
【００１６】
有利な実施態様では先ず、半導体ウェハを、有利に単結晶超純粋シリコンウェハを、制御可能なランプバンク又は制御可能なランプを有するＲＴＰ反応器の処理室中に固定されている本発明の保持装置に移す。その場合、保持装置に、少なくとも２つの単結晶超純粋シリコンウェハを同時に、又は連続して載せることができる。次いで、ウェハを放射エネルギーにより、有利には５０〜５００℃／秒の加熱速度で有利には５００〜１２００℃の温度に加熱する。引き続き、温度を続くエネルギー放射により有利には１〜３００秒保持する。最後に、冷却相を−１０〜−１００℃／秒で行う。
【００１７】
ウェハの熱処理の前に先ず、例えばランプ出力の最適化を、一連の実験により行う必要があるので、同じ熱的材料特性及び幾何学的寸法を有する同じ種類のウェハを、有利には単結晶超純粋シリコンウェハを熱処理するのが有利である。
【００１８】
【実施例】
当業者が求める半導体ウェハ全体での均一な温度分布並びに同じ種類の半導体ウェハバッチの同じ熱処理は、本発明の方法を用いると達成される。図１は方法の効率性を示している。平行に、間隔を有利に１〜３０ｍｍ、特に有利に１０〜２０ｍｍ空けて重ねて設置された２つの単結晶超純粋シリコンウェハの上に、熱電対を設置する。引き続き、ウェハを本発明の方法で熱処理する。熱電対によって測定された温度の相対差ΔＴ（％）を図１中に縦座標で示した；横座標には、時間軸ｔ（秒）を示した。本発明の方法により加熱相（４）、保持相（５）及び冷却相（６）の間、ウェハのこのバッチのほぼ同じ熱処理が可能である。
【００１９】
方法を実施するための本発明の保持装置は、ウェハを汚染しない耐熱材料、例えば石英ガラス、酸化アルミニウム、炭化ケイ素又はケイ素から製造されている。保持装置の有利な実施態様を図２及び図３に示したが、その際、本発明の装置は、これらの支持フレーム及びアームの形及び大きさ並びにアーム及び載置台の数に限定されない。保持形のもう１つの有利な実施形は図４に示した。
【００２０】
有利な実施形は支持フレーム（１）及び３つの内部に向かっているアーム（２）からなっている。アーム（２）の所に載置部（３）が半導体ウェハを保持するために設置されている。この載置部は、半導体ウェハ相互の平行な間隔を可能にするように設計されている。有利な平行な間隔は１〜３０ｍｍ、特に有利な平行な間隔は１０〜２０ｍｍである。保持装置図４は様々な直径を有するウェハの保持を可能にする。
【００２１】
保持装置は有利には、外部から侵入する汚染を阻止するために処理室中に固定されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を用いた場合の、熱電対によって測定された相対温度差を処理工程に従って示したグラフ。
【図２】本発明の保持装置の１実施形の俯瞰図。
【図３】図２に示した本発明の保持装置の断面図。
【図４】本発明の保持装置の１実施形の断面図。
【符号の説明】
１  支持フレーム、  ２  アーム、  ３  載置部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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