JP2000243719A - ランプアニール方法とその装置 - Google Patents

ランプアニール方法とその装置

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JP2000243719A
JP2000243719A JP11041124A JP4112499A JP2000243719A JP 2000243719 A JP2000243719 A JP 2000243719A JP 11041124 A JP11041124 A JP 11041124A JP 4112499 A JP4112499 A JP 4112499A JP 2000243719 A JP2000243719 A JP 2000243719A
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JP
Japan
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chamber
wafer
quartz chamber
heat treatment
quartz
Prior art date
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JP11041124A
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English (en)
Inventor
Shigeo Yasujima
成雄 安島
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光学的干渉により発生する2次輻射熱を吸収し
てウェハの温度を均一に制御する。 【解決手段】石英チャンバ1と、冷却用チャンバ2との
組み合わせを有している。石英チャンバ1内にウェハW
を搬入し、熱処理は、カーボン製のサセプタ6上にウェ
ハWを載せてウェハ裏面をシールドして行い、光学的干
渉により発生する2次輻射熱を吸収させてウェハWの温
度を一定に制御する。冷却チャンバ2内では、石英チャ
ンバ1から搬送されてきた熱処理終了後のウェハWを受
入れ、微量な窒素ガス導入するとともに、窒素ガス噴き
つけ手段13によりチャンバウォールの外周に窒素を吹
き付けて冷却チャンバ2内を強制冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハ(以
下ウェハという)のアニール処理を行うランプアニール
方法とその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のランプアニール装置を図2に示
す。図2において、21は、石英チャンバ、22はハロ
ゲンランプである。従来のランプアニール装置において
は、ウェハWを、ウェハ支持ピン23上で支えて石英チ
ャンバ21内にセットし、ハロゲンランプ22のパワー
バランスを調整可能にすることと、石英チャンバ21内
に導入するガスのフローを最適化するしくみをもって、
処理雰囲気を向上させ、処理するウェハを均一に加熱す
るようになっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図2に示すランプアニ
ール装置を用い、上記のような方法によって、ウェハの
熱処理の均一性はかなりの程度に期待することができる
が、熱処理の温度の均一性は、ウェハの表面状態、特に
裏面の膜の種類や厚さに依存してしまうことがわかって
いる。
【0004】また、特開昭60−22316号公報にい
おいては、熱伝導による冷却効果と、輻射によるそれと
はウェハの周辺部で大きいため、周辺部に熱膨張率の差
によって大きな熱歪が発生し、スリップと呼ばれる直線
状の欠陥を誘導することを指摘している。
【0005】従来のランプアニール装置を用いてウェハ
の熱処理を行った結果を図3,4に示す。図3,4は、
従来のランプアニール装置において、処理温度を102
0℃に設定し、その温度の保持時間を30秒としたとき
の、裏面膜の厚さの違いにおけるシート抵抗値を比較し
たものである。
【0006】図3は、 ウェハの裏面にSiO2の膜、図
4は、 ウェハの裏面にSiO2/SiNの膜を形成し、
それぞれの膜の膜厚をゼロから順次変化させて増大させ
ていった場合のシート抵抗(Ω/sq)の変化を示して
いる。
【0007】図3,4から明らかなように、同じ温度で
アニールしても裏面膜の膜厚の違いによって、シート抵
抗値に差が出てしまうことがわかる。その原因は、ウェ
ハの表面から発生する2次輻射熱が吸収できないこと、
並びに、熱処理時の雰囲気ガスによる散乱が発生し、輻
射熱がウェハに均一に分散されないので、実際にはウェ
ハの裏面状態によって、ウェハ温度を一定にすることが
できないためであると推察される。
【0008】本発明の目的は、光学的干渉により発生す
る2次輻射熱を吸収してウェハの温度を均一に制御が可
能なランプアニール方法と、その装置を提供することに
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するた
め、本発明によるランプアニール方法においては、加熱
用ランプを用いて石英チャンバ内のウェハを熱処理する
ランプアニール方法であって、熱処理は、ウェハをのせ
るカーボン製のサセプタによってウェハ裏面をシールド
して行い、光学的干渉により発生する2次輻射熱を吸収
させてウェハの温度を一定に制御するものである。ま
た、熱処理は、石英チャンバ内を排気して真空状態にて
行い、処理雰囲気ガスによって発生するランプからの光
の散乱を防ぎ、石英チャンバ内の温度の均一性を上げる
処理である。また、熱処理は、石英チャンバ内を真空ポ
ンプによって排気せず、石英チャンバ内にあらかじめプ
リヒートした微量なパージガスを導入しながら行うもの
である。また、加熱用ランプを用いて石英チャンバ内の
ウェハをする熱処理方法であって、真空ポンプによって
排気された石英チャンバ内のカーボン製サセプタ上で半
導体ウェハの熱処理を行い、熱処理後、ウェハを別の冷
却チャンバに搬出し、冷却チャンバ内でウェハを強制冷
却するものである。
【0010】また、本発明によるランプアニール装置に
おいては、石英チャンバと、冷却用チャンバとの組み合
わせを有するランプアニール装置であって、石英チャン
バは、加熱用ランプを装備し、石英チャンバ内にウェハ
を載せるカーボン製サセプタを有し、冷却チャンバは、
石英チャンバから搬送されてきた熱処理終了後のウェハ
を受入れ、微量な窒素ガス導入するとともに、チャンバ
ウォールの外周に窒素を吹き付けてチャンバ内を強制冷
却する手段を有するものである。
【0011】本発明は、カーボン製のサセプタ上でウェ
ハを加熱処理するものであり、ウェハ裏面はサセプタに
よってシールドされ、光学的干渉により発生する2次輻
射熱を吸収することが可能になり、サセプタの温度をコ
ントロールすれば、ウェハの温度を均一に制御でき、従
来設備の問題点を改善できる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図に
よって説明する。図1において、本発明によるランプア
ニール装置においては、石英チャンバ1と、冷却チャン
バ2との組合わせを有し、両チャンバ1,2間は、ゲー
トバルブ3によって繋がれている。
【0013】石英チャンバ1の外周部には、熱処理手段
となる加熱用ランプとして、ハロゲンランプ4が配置さ
れ、石英チャンバ1内には、サセプタガイド5で支えた
カーボン製のサセプタ6を設置している。
【0014】サセプタガイド5には、冷却水の給水並び
に排水を行う冷却水配管7を備えており、石英チャンバ
1の側壁には、窒素ガスの送気用ガス配管8および石英
チャンバ1内の気体を排気する真空ポンプ9が接続され
ている。
【0015】石英チャンバ1内には、さらにリフトピン
10を備えている。リフトピン10は、搬入されたウェ
ハを吸着させてサセプタ6上に乗せるためのものであ
る。
【0016】一方、冷却チャンバ2は、石英チャンバ1
内で熱処理されたウェハWを受入れてこれを強制冷却す
るチャンバである。冷却チャンバ2には、窒素ガスの送
入用ガス配管11が接続され、チャンバの内部には、ウ
ェハを支える石英のピン12を備えている。また、冷却
チャンバ2には、強制冷却手段として、チャンバウォー
ルの外周に窒素ガスを噴きつける噴きつけ手段13を装
備されている。
【0017】この実施形態において、これから熱処理を
しようとするウェハWは、カセットキャリア(図示略)
から1枚ずつ取出され、装置の搬送機構(ロボット等)
に保持されて石英チャンバ1内に搬送される。
【0018】石英チャンバ1内に搬送されたウェハW
は、リフトピン10に吸着され、カーボン製のサセプタ
6上に下降し、その上に乗せられる。
【0019】次いで、石英チャンバ1内は、真空ポンプ
9によって排気され、石英チャンバ1内は、大気圧から
10Pa以下までに真空状態が保たれる。石英チャンバ
1内の圧力は、キャパシタンスマノメータで測定され、
設定の圧力以下にならないと、次のステップに移行しな
いようになっている。
【0020】その後、石英チャンバ1の外周に配置され
たハロゲンランプ4によって、ウェハWを設定温度(1
000℃程度)まで急速加熱をし、その温度を設定され
た時間保持し、熱処理としてのアニールを行う。
【0021】本発明において、ウェハWの裏面は、サセ
プタ6によってシールドされることになり、この結果、
光学的干渉により発生する2次輻射熱が吸収され、ウェ
ハの裏面の膜に依存することなくサセプタにより均一に
ウェハを加熱することができる。これによりウェハ内の
温度は、一定に制御され、温度のバラツキを±1℃以内
におさえることが可能となる。
【0022】さらに、この実施形態においては、石英チ
ャンバ内は真空ポンプにて真空状態となっているので、
処理雰囲気ガスによって発生するランプからの光の散乱
が阻止され、石英チャンバ内の温度の均一性が向上す
る。
【0023】アニールが終了すると、ハロゲンランプ4
をOFFし、真空ポンプ9の運転を停止し、石英チャン
バ1内を窒素にて大気開放させるとともに、石英チャン
バ1内の雰囲気温度を下げる。
【0024】又、これと同時に、サセプタ6を支えてい
るサセプタガイド5に、冷却水配管7を通じて冷却水を
給水し、サセプタ6を急速に冷却することで、ウェハの
間接冷却を行う。
【0025】石英チャンバ1内のウェハWの温度が60
0℃程度まで下がったときに、リフトピン10を動作さ
せ、サセプタ6上からウェハWを持ち上げ、石英チャン
バ1と冷却チャンバ2との間にあるゲートバルブ3を開
き、内部の搬送機構(図示略)によって、石英チャンバ
1内からウェハWを搬出して、これを冷却チャンバ2に
搬入する。
【0026】ウェハWを受入れた冷却チャンバ2内で
は、ウェハWを石英のピン12上に保持したあと、ガス
配管11を通して、冷却チャンバ2内に微量の窒素ガス
を導入するとともに、窒素ガス噴きつけ手段13から冷
却チャンバ2の外周に窒素ガスを吹き付けて冷却チャン
バ2ごと強制冷却を行い、冷却チャンバ2内のウェハW
の温度を常温近くまで下げる。温度の下がったウェハW
は、装置の搬送機構(図示略)により元のカセットキャ
リアへ戻し一連の動作を終了する。
【0027】以上、実施形態においては、石英チャンバ
1内を真空ポンプ9にて排気し、石英チャンバ1内を真
空状態にすることで、石英チャンバ1内の温度の均一性
を保持したが、あるいは、熱処理としては、カーボン製
のサセプタ6上でウェハWを加熱するだけでも十分にウ
ェハWの温度を一定に制御して均一に加熱することが可
能である。
【0028】よって、石英チャンバ1内を真空ポンプ9
によって排気せず、石英チャンバ1内にあらかじめプリ
ヒートした微量なパージガス(窒素)を導入する方法を
適用することでも、同じような効果が得られる。
【0029】すなわち、必ずしもチャンバ内を真空状態
にする場合に限らず、処理雰囲気ガスによって発生する
ランプからの光の散乱を防ぐことができ、石英チャンバ
内の温度の均一性を上げることが可能となる。
【0030】
【発明の効果】以上のように、本発明によるときには、
カーボン製のサセプタ上でウェハを加熱するので、ウェ
ハ裏面はサセプタによってシールドされ、光学的干渉に
より発生する2次輻射熱を吸収することが可能になり、
ウェハの裏面の膜に依存することなく且つ、サセプタに
よりウェハの温度を一定に制御して均一にウェハを加熱
することができる。
【0031】また、石英チャンバ内を真空ポンプにて真
空状態に排気しつつ熱処理を行えば、処理雰囲気ガスに
よって発生する、ランプからの光の散乱を防ぐことがで
き、これにより石英チャンバ内の均一性を上げることが
できる。したがって、熱処理条件の設定により、サセプ
タの温度をコントロールすれば、ウェハの温度を均一に
制御でき、従来設備の問題点を改善することができる。
【0032】さらに、石英チャンバと冷却チャンバとの
組合わせを用い、石英チャンバ内で熱処理後、ウェハを
別の冷却チャンバに搬出し、冷却チャンバ内でウェハを
冷却することによって、能率良くウェハの熱処理を行う
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す図である。
【図2】従来のランプアニール装置を示す図である。
【図3】ウェハの裏面にSiO2の膜を形成し、それぞ
れの膜の膜厚を変化させたときのシート抵抗の変化を示
す図である。
【図4】ウェハの裏面にSiO2/SiNの膜を形成
し、それぞれの膜の膜厚を変化させたときのシート抵抗
の変化を示す図である。
【符号の説明】
1 石英チャンバ 2 冷却チャンバ 3 ゲートバルブ 4 ハロゲンランプ 5 サセプタガイド 6 サセプタ 7 冷却水配管 8 送気用ガス配管 9 真空ポンプ 10 リフトピン 11 ガス配管 12 ピン 13 強制冷却手段

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加熱用ランプを用いて石英チャンバ内の
    半導体ウェハを熱処理するランプアニール方法であっ
    て、 熱処理は、ウェハをのせるカーボン製のサセプタによっ
    てウェハ裏面をシールドして行い、光学的干渉により発
    生する2次輻射熱を吸収させて半導体ウェハの温度を一
    定に制御することを特徴とするランプアニール方法。
  2. 【請求項2】 熱処理は、石英チャンバ内を排気して真
    空状態にて行い、処理雰囲気ガスによって発生するラン
    プからの光の散乱を防ぎ、石英チャンバ内の温度の均一
    性を上げる処理であることを特徴とする請求項1に記載
    のランプアニール方法。
  3. 【請求項3】 熱処理は、石英チャンバ内を真空ポンプ
    によって排気せず、石英チャンバ内にあらかじめプリヒ
    ートした微量なパージガスを導入しながら行うものであ
    ることを特徴とする請求項1に記載のランプアニール方
    法。
  4. 【請求項4】 加熱用ランプを用いて石英チャンバ内の
    半導体ウェハを処理する熱処理方法であって、 真空ポンプによって排気された石英チャンバ内のカーボ
    ン製サセプタ上で半導体ウェハの熱処理を行い、熱処理
    後、半導体ウェハを別の冷却チャンバに搬出し、冷却チ
    ャンバ内で半導体ウェハを強制冷却することを特徴とす
    る熱処理方法。
  5. 【請求項5】 石英チャンバと、冷却用チャンバとの組
    み合わせを有するランプアニール装置であって、 石英チャンバは、加熱用ランプを装備し、石英チャンバ
    内にウェハを載せるカーボン製サセプタを有し、 冷却チャンバは、石英チャンバから搬送されてきた熱処
    理終了後のウェハを受入れ、微量な窒素ガス導入すると
    ともに、チャンバウォールの外周に窒素を吹き付けてチ
    ャンバ内を強制冷却する手段を有するものであることを
    特徴とするランプアニール装置。
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