熱処理（アニール）とは　炉でまとめて熱する方式から一瞬の閃光まで

アニールは、もともと金属を熱してからゆっくり冷まし、内部のひずみを取る「焼きなまし」の意味です。半導体では、ウエハーに熱を加える工程を広くアニールや熱処理と呼びます。成膜、イオン注入、配線の後など、工程の途中で何度も出てきます。

熱する目的は3つ

• 結晶の修復と活性化：イオン注入で原子を打ち込むと、シリコンの結晶の並びが乱れます。熱を加えると並びが戻り、打ち込んだホウ素やリンなどが電気を運ぶ役目を果たすようになります。
• 膜の質の改善：成膜した絶縁膜を熱して、膜を詰まった状態にし、中の不純物を抜きます。
• 配線の安定：銅の配線を熱すると、銅の結晶の粒が大きくなり、電気が流れやすくなります。

熱を長くかけすぎると、打ち込んだ原子が周りに広がり、トランジスタの寸法が崩れます。微細化が進むほど、必要な所だけを、必要な時間だけ熱する技術が工夫されてきました。

炉、ランプ、レーザー

熱し方は、時間の長さで大きく3つに分かれます。

アニールの主な方式

方式	熱し方	製品の例と仕様
縦型炉（バッチ式）	多くのウエハーを重ねて炉で熱する	KOKUSAI ELECTRICの「VERTEX Revolution」。200ミリ用で1回175枚の炉を用意
ランプ（RTP）	ランプの光で1枚ずつ短い時間で熱する	マットソン「Millios」。下側のランプの昇温は毎秒50〜150度、中間の温度は700〜1000度
フラッシュランプ	1000分の1秒単位の閃光で表面だけ熱する	同じ「Millios」で、昇温は毎秒10万度以上
レーザー	レーザーで表面のごく浅い所を熱する	SCREENの「LT-3100」。ナノ秒単位の紫外線レーザー

マットソンの「Millios」は、下からランプで全体を温めた上で、表からフラッシュランプで表面だけを一瞬熱します。熱をかける時間は10秒以下で、1時間に55枚のウエハーを処理します。キヤノンマーケティングジャパンが国内で扱っています。

KOKUSAI ELECTRICは、多くのウエハーをまとめて処理する縦型炉で、酸化、拡散、低温から超高温までのアニールに対応します。1枚ずつ処理する「TANDUO」もアニールに使います。SCREENは2016年に、ナノ秒単位の紫外線レーザーアニール装置「LT-3100」を仏CEA-Letiの研究拠点に入れると発表しています。

関連する用語

• イオン注入：アニールの前の工程で、ホウ素やリンなどの原子をシリコンに打ち込みます。
• 熱酸化：シリコンを酸素の中で熱し、表面に酸化膜をつくる工程です。装置は縦型炉と共通の部分が多くあります。
• サーマルバジェット：工程全体でウエハーにかけてよい熱の総量のことです。

熱処理の装置も持つKOKUSAI ELECTRICの2026年7〜9月期の売上収益は886億円でした。SCREENの半導体製造装置事業の同期間の売上高は1582億円です。