JP2001102321A - 半導体製造装置における基板加熱方法及び半導体製造装置 - Google Patents

半導体製造装置における基板加熱方法及び半導体製造装置

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JP2001102321A JP26408599A JP26408599A JP2001102321A JP 2001102321 A JP2001102321 A JP 2001102321A JP 26408599 A JP26408599 A JP 26408599A JP 26408599 A JP26408599 A JP 26408599A JP 2001102321 A JP2001102321 A JP 2001102321A
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一郎 川居
Yuji Maeda
祐二 前田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板から生じる拡散物質を低減することがで
きる半導体製造装置における基板加熱方法及び半導体製
造装置を提供する。 【解決手段】 熱処理装置１によりウェハＷの熱処理を
行う場合、まずウェハＷを処理チャンバ２内に搬送して
基板支持部材３に保持する。続いて、処理チャンバ２内
におけるウェハ表面側空間Ｓｂにプロセスガスを供給す
ると共に、ウェハ裏面側閉空間Ｓａに酸素含有ガスを供
給する。これとほぼ同時に、ウェハＷを回転させると共
に、複数の加熱ランプ９を点灯させる。すると、ウェハ
Ｗの温度が上昇していき、所定温度に達すると、ウェハ
Ｗの裏面に酸化膜ＳｉＯ2が形成される。これにより、
ＳｉＯの昇華やリン等の発生といったウェハＷの裏面か
らの外部拡散が低減される。

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（基
板）の加熱を行う半導体製造装置における基板加熱方法
及び半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造装置の１つである熱処理装置
は、例えば、処理チャンバと、この処理チャンバ内に設
置され、半導体ウェハを支持する回転可能な基板支持部
材と、この基板支持部材の上方に配置され、基板支持部
材に支持された半導体ウェハを加熱する加熱ランプと、
処理チャンバのベース部に設けられ、半導体ウェハの温
度を光学的に検出する温度センサとを備えている。基板
支持部材としては、処理チャンバのベース部に取り付け
られた円筒フレームと、この円筒フレームの上端に結合
された支持用リングフレームとで構成されたものがあ
る。このような熱処理装置においては、基板支持部材の
支持用リングフレームに半導体ウェハが支持されたとき
には、半導体ウェハの裏面側に、ベース部と基板支持部
材とウェハとで囲まれ、温度センサによる半導体ウェハ
の温度検出のために光学的に閉じられた閉空間が形成さ
れるようになっている。
【０００３】上記の熱処理装置により半導体ウェハの熱
処理を行う場合は、半導体ウェハを基板支持部材に支持
した後、処理チャンバ内にプロセスガスを供給する。そ
して、基板を回転させると共に、温度センサにより半導
体ウェハの温度を監視しながら、加熱ランプにより半導
体ウェハを所定の温度まで加熱する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、半導体ウェハの熱処理によりウェハ
から外部拡散が起こり、その拡散物質が処理チャンバの
壁部や温度センサ等の測定端子部等に付着するという不
具合が生じていた。特に、ウェハ裏面からの拡散物質が
温度センサの測定端子部に付着・堆積すると、温度セン
サによる温度測定の安定性が低下し、熱処理条件の温度
再現性が損なわれ、結果としてプロセスの安定性が低下
してしまう。
【０００５】本発明の目的は、基板から生じる拡散物質
を低減することができる半導体製造装置における基板加
熱方法及び半導体製造装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
を重ねた結果、基板（シリコンウェハ）の熱処理を行う
と、基板の抵抗制御のために基板に添加されたリン、砒
素、ボロン等のドーパントが発生すると共に、基板の表
面に形成された自然酸化膜であるシリコン亜酸化物（Ｓ
ｉＯ）が昇華することを見い出し、本発明を完成するに
至った。
【０００７】すなわち、上記の目的を達成するため、本
発明は、処理チャンバと、この処理チャンバ内に設置さ
れ基板を支持する基板支持部材と、この基板支持部材に
支持された基板を加熱する加熱部材とを備え、基板支持
部材に基板が支持されたときに、基板の裏面側に実質的
に閉じられた閉空間が形成される半導体製造装置におけ
る基板加熱方法であって、基板支持部材に基板を支持し
た後、第１のガスを処理チャンバ内における閉空間の外
部に供給すると共に、基板の裏面に改質層を形成するた
めの改質層形成用ガスを含む第２のガスを閉空間内に供
給するステップと、基板支持部材に支持された基板を加
熱部材により加熱するステップとを含む。
【０００８】なお、上記の半導体製造装置において、基
板支持部材に基板が支持されているときには、閉空間内
が加圧されても基板の自重等により当該空間内が実質的
に閉状態に維持され、閉空間内から改質層形成用ガスを
含む第２のガスが漏れることはほとんど無く、たとえ漏
れたとしても極少となるように構成されている。
【０００９】このように改質層形成用ガスを含む第２の
ガスを閉空間内に供給することにより、基板の裏面に改
質層が形成されるため、ＳｉＯの昇華といった基板裏面
からの外部拡散が抑えられると共に、当該改質層によっ
て基板に添加されたリン等のドーパントの基板裏面から
の外部拡散も起こりにくくなる。したがって、基板の裏
面から生じる拡散物質が低減される。
【００１０】好ましくは、第２のガスを閉空間内に供給
するときに、閉空間内に供給される第２のガスの流量を
閉空間内から排出されるガスの流量よりも少なくする。
これにより、処理チャンバ内における閉空間の外部に供
給された第１のガスの一部が、基板と基板支持部材との
間に形成された僅かな間隙等を介して閉空間内に引き込
まれることになるため、閉空間内に供給された改質層形
成用ガスが基板の表面側に回り込むことが防止される。
【００１１】また、好ましくは、第２のガスを閉空間内
に供給するときに、閉空間内から排出されるガスの流量
を検出し、閉空間内からのガスの排出流量と閉空間内へ
の第２のガスの供給流量との差が所定範囲内に入るよう
に調整する。これにより、何らかの要因により、閉空間
内から排出されるガスの流量が変動しても、閉空間内に
供給される第２のガスの流量を上記のように調整するこ
とによって、改質層形成用ガスが基板の表面側に回り込
むことが防止される。
【００１２】さらに、好ましくは、閉空間内から排出さ
れるガス中の改質層形成用ガスの濃度を検出し、当該改
質層形成用ガスの濃度が所定範囲内にないときには、基
板の加熱を中止する。これにより、改質層形成用ガスが
基板の表面側に回り込んで基板の表面処理に悪影響を及
ぼすことや、基板の裏面に形成される改質層の厚みが不
十分になることが防止される。
【００１３】また、処理チャンバ内における閉空間の外
部から排出されるガス中の改質層形成用ガスの濃度を検
出し、当該改質層形成用ガスの濃度が所定値を超える
と、基板の加熱を中止してもよい。これにより、改質層
形成用ガスが基板の表面処理に悪影響を及ぼすことが防
止される。
【００１４】例えば、改質層形成用ガスとしてＯ2ガス
を使用し、改質層として酸化膜を形成する。この場合、
基板の裏面には、ＳｉＯの昇華を防ぐことが可能な酸化
膜であるＳｉＯ2が形成される。
【００１５】また、改質層形成用ガスとしてＮＨ3ガ
ス、ＮＯガス、Ｎ2Ｏガスのいずれを使用し、改質層と
して窒化膜または酸窒化膜を形成してもよい。例えば、
改質層形成用ガスとしてＮＨ3ガスを使用した場合に
は、基板の裏面にはＳｉ3Ｎ4が形成される。また、好ま
しくは、第２のガスとして、改質層形成用ガスと第１の
ガスとを含むガスを使用する。これにより、使用するガ
スが必要最小限で済み、低コスト化が図れる。
【００１６】また、第２のガスとして、改質層形成用ガ
スとＮ2ガスとを含むガスを使用してもよい。これによ
り、第２のガスのコストが安価になる。
【００１７】例えば、半導体製造装置は熱処理装置であ
る。これにより、熱処理装置による熱処理プロセスが安
定して行える。
【００１８】また、上記の目的を達成するため、処理チ
ャンバと、この処理チャンバ内に設置され基板を支持す
る基板支持部材と、この基板支持部材に支持された基板
を加熱する加熱手段と、基板支持部材に基板が支持され
たときに、基板の裏面側に形成される、実質的に閉じら
れた閉空間を利用して基板の温度を検出するセンサ手段
とを備えた半導体製造装置における基板加熱方法であっ
て、処理チャンバ内に導入された基板を基板支持部材に
支持することにより閉空間を形成するステップと、基板
の裏面に改質層を形成するための改質層形成用ガスを含
むガスを閉空間内に供給するステップとを含む。これに
より、上述したように基板の裏面から生じる拡散物質を
低減させることができる。
【００１９】また、上記の目的を達成するため、本発明
は、処理チャンバと、この処理チャンバ内に設置され基
板を支持する基板支持部材と、この基板支持部材に支持
された基板を加熱する加熱手段とを備え、基板支持部材
に基板が支持されたときに、基板の裏面側に実質的に閉
じられた閉空間が形成される半導体製造装置であって、
第１のガスを処理チャンバ内における閉空間の外部に供
給するための第１のガス供給手段と、基板の裏面に改質
層を形成するための改質層形成用ガスを含む第２のガス
を閉空間内に供給するための第２のガス供給手段とを備
える。
【００２０】このように第２のガス供給手段を設けるこ
とにより、基板の裏面に改質層を形成することができる
ため、上述したように、基板の裏面からのＳｉＯの昇華
やリン等の発生といった外部拡散を低減することができ
る。
【００２１】好ましくは、第２のガス供給手段は、閉空
間内から排出されるガスの流量を調整するバルブ手段を
有する。これにより、例えば、閉空間内に供給される第
２のガスの流量が閉空間内から排出されるガスの流量よ
りも少なくなるようにバルブ手段を調整することで、改
質層形成用ガスが基板の表面側に回り込むことを防止す
ることができる。
【００２２】また、好ましくは、第２のガス供給手段
は、閉空間内に供給される第２のガスの流量を制御する
供給流量制御手段を有する。この場合には、供給流量制
御手段を操作することによって、閉空間内に供給される
第２のガスの流量を閉空間内から排出されるガスの流量
よりも少なくすることができる。
【００２３】さらに、好ましくは、閉空間内から排出さ
れるガスの流量を検出する流量検出手段と、流量検出手
段の検出値に基づいて、閉空間内から排出されるガスの
流量と閉空間内に供給される第２のガスの流量との差が
所定範囲内に入るように供給流量制御手段を制御する手
段とを更に備える。これにより、何らかの要因により、
閉空間内から排出されるガスの流量が変動しても、改質
層形成用ガスが基板の表面側に回り込むことが防止され
る。また、第２のガスの供給流量が所望の流量となるよ
うに自動制御されるため、オペレータの負担が軽減され
る。
【００２４】この場合、好ましくは、第２のガス供給手
段は、閉空間内から排出されるガスの流れをオン・オフ
する第１の開閉弁と、第１の開閉弁に並列に接続され、
閉空間内から排出されるガスの流れをオン・オフする第
２の開閉弁とを有し、流量検出手段は、第２の開閉弁の
下流側に接続されている。この場合、通常は、第１の開
閉弁を開、第２の開閉弁を閉とし、閉空間内からのガス
を第１の開閉弁を介して排出し、第２のガスの供給流量
の調整を必要とするときだけ、第１の開閉弁を閉、第２
の開閉弁を開とし、閉空間内からのガスを第２の開閉弁
を介して排出することによって、第２のガス供給手段の
ガス排出系に設けられた機器の寿命が長くなる。
【００２５】この場合、好ましくは、第１の開閉弁及び
第２の開閉弁のいずれか一方が開状態のときは他方が閉
状態になるように、第１の開閉弁及び第２の開閉弁の開
閉を設定する設定手段を更に備える。これにより、第１
の開閉弁及び第２の開閉弁の両方をいちいち操作する必
要がなくなり、オペレータの負担が軽減される。また、
好ましくは、閉空間内から排出されるガス中の改質層形
成用ガスの濃度を検出する手段と、その検出値に基づい
て改質層形成用ガスの濃度が所定範囲内にあるかどうか
を判断し、当該濃度が所定範囲内にないと判断される
と、プロセス中止信号を出力する手段を更に備える。こ
のとき、プロセス中止信号が出力されたときには、少な
くとも第２のガスの供給を停止するか、あるいは加熱手
段による基板の加熱を停止することによって、改質層形
成用ガスが基板の表面側に回り込んで基板の表面処理に
悪影響を及ぼすことや、基板の裏面に形成される改質層
の膜厚が不十分になることが防止される。
【００２６】また、処理チャンバ内における閉空間の外
部から排出されるガス中の改質層形成用ガスの濃度を検
出する手段と、その検出値に基づいて改質層形成用ガス
の濃度が所定値を超えたかどうかを判断し、当該濃度が
所定値を超えたと判断されると、プロセス中止信号を出
力する手段を更に備えていてもよい。このとき、プロセ
ス中止信号が出力されたときには、少なくとも第２のガ
スの供給を停止するか、あるいは加熱手段による基板の
加熱を停止することによって、改質層形成用ガスが基板
の表面処理に悪影響を及ぼすことを防止できる。
【００２７】さらに、好ましくは、プロセス状況を表示
する表示手段を更に備える。これにより、上記のプロセ
ス中止信号が表示手段に出力されたときには、オペレー
タは表示手段を見て、プロセスが中止になったことを把
握することができる。
【００２８】また、好ましくは、処理チャンバは、閉空
間を形成し且つセンサが設置されたセンサ設置領域をも
ったベース部を有し、第２のガス供給手段は、ベース部
に設けられ、第２のガスを閉空間内に供給するためのガ
ス供給口と、ベース部に設けられ、第２のガスを閉空間
内から排出するためのガス排出口とを有し、ガス供給口
とガス排出口との間にセンサ設置領域が設けられてい
る。これにより、ベース部に設置されたセンサの上端部
に閉塞物が存在しても、その閉塞物は第２のガスと一緒
にガス排出口から排出されるため、センサによる測定の
安定性が確保される。
【００２９】また、上記の目的を達成するため、本発明
の半導体製造装置は、処理チャンバと、この処理チャン
バ内に設置され基板を支持する基板支持部材と、この基
板支持部材に支持された基板を加熱する加熱手段と、基
板支持部材に基板が支持されたときに、基板の裏面側に
形成される、実質的に閉じられた閉空間を利用して基板
の温度を検出するセンサ手段と、基板の裏面に改質層を
形成するための改質層形成用ガスを含むガスを閉空間内
に供給するガス供給手段とを備える。これにより、上述
したように基板の裏面から生じる拡散物質を低減させる
ことができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体製造装
置の好適な一実施形態について図面を参照して説明す
る。
【００３１】図１は、本発明に係る半導体製造装置とし
て熱処理装置の一部断面を示す斜視図であり、図２は、
その熱処理装置の部分拡大断面図である。同図におい
て、熱処理装置１は、シリコンウェハ（基板）Ｗを温度
制御しながら熱処理を行う枚葉式急速加熱熱処理装置で
あり、ベース部２ａ、側壁部２ｂ、蓋部２ｃとで構成さ
れた処理チャンバ２を備えている。
【００３２】この処理チャンバ２内には、ウェハＷを支
持する基板支持部材３が設置されている。この基板支持
部材３は、ベース部２ａにベアリング４を介して回転自
在に取り付けられた円筒フレーム５と、この円筒フレー
ム５の上端に設けられたリングフレーム６とからなって
おり、リングフレーム６の内側縁部には、ウェハＷのエ
ッジ部が支持される支持用段部６ａが形成されている。
ここで、ウェハＷが基板支持部材３に支持された状態
（図２）では、ウェハＷの裏面側に、ベース部２ａと基
板支持部材３とウェハＷとで囲まれた閉空間（以下、ウ
ェハ裏面側閉空間という）Ｓａが形成される。なお、リ
ングフレーム６の支持用段部６ａにウェハＷのエッジ部
が載ったときには、構造上、ウェハＷとリングフレーム
６との間に若干の間隙が生じることがある。
【００３３】ベース部２ａの下部には、搬送ロボット
（図示せず）により処理チャンバ２内に搬送されたウェ
ハＷを基板支持部材３に支持するためのリフト部材７が
設けられている。このリフト部材７は、ベース部２ａを
貫通してウェハＷを持ち上げる複数本（例えば３本）の
支持ピン８を有している。
【００３４】処理チャンバ２の蓋部２ｃの上方には、基
板支持部材３に支持されたウェハＷを加熱する複数の加
熱ランプ９からなるランプ群９Ｇが配置されている。蓋
部２ｃには円形のランプ用窓部Ｌｗが設けられており、
加熱ランプ９の熱はそのランプ用窓Ｌｗを介してウェハ
Ｗに伝えられる。また、ベース部２ａには、ウェハＷの
温度を光学的に検出する温度センサ１０が設けられてい
る。この温度センサ１０は、ベース部２ａにおける基板
支持部材３に囲まれた円形プレート１１において、その
中心と周縁の一部を含み所定の角度（例えば９０度）を
もった略扇形のセンサ設置領域内に複数組み込まれてい
る。なお、上述したウェハ裏面側閉空間Ｓａは光学的に
は完全な閉空間となっており、光学的温度センサ１０に
よる閉空間Ｓａを利用してのウェハＷの温度検出が支障
なく行える。
【００３５】処理チャンバ２の側壁部２ｂには、ガス供
給口１２とガス排出口１３とが対向して設けられてい
る。ガス供給口１２には、処理チャンバ２内におけるウ
ェハ裏面側空間Ｓａの外部（以下、ウェハ表面側空間と
いう）Ｓｂにプロセスガス（第１のガス）を供給するた
めのガス供給系１４（図３参照）が接続されている。ガ
ス排出口１３には、ウェハ表面側空間Ｓｂ内のガスを処
理チャンバ２の外部に排出するためのガス排出系１５
（図３参照）が接続されている。なお、プロセスガスと
は、プロセスに使用されるガスのことであり、ここで
は、窒素ガス（Ｎ2ガス）が使用される。
【００３６】ベース部２ａの円形プレート１１には、ガ
ス供給口１６及びガス排出口１７が設けられている。ガ
ス供給口１６には、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に改質層
形成用を含むガス（第２のガス）を供給するためのガス
供給系１８が接続され、ガス排出口１７には、ウェハ裏
面側閉空間Ｓａ内のガスを処理チャンバ２の外部に排出
するためのガス排出系１９が接続されている。
【００３７】ここで、改質層形成用ガスとしては、ウェ
ハＷの裏面に二酸化珪素ＳｉＯ2の改質層（化学的な保
護膜）を形成するための酸素ガス（Ｏ2ガス）が使用さ
れ、改質層形成用ガスを含むガスとしては、Ｏ2ガスと
Ｎ2ガスの混合ガス（以下、酸素含有ガスという）が使
用される。このように酸素含有ガスを、プロセスガスと
同じＮ2ガスを含むガスとすることにより、ウェハＷの
裏面への改質膜形成のための酸素濃度が必要最小限で済
むと共に、ウェハＷの表面側に漏れた際に生じる被害が
最少となる。また、本プロセスで使用するガスが２種類
で済むため、低コスト化が図れる。
【００３８】円形プレート１１の周縁におけるセンサ設
置領域を含む部位には、断面Ｌ字型の突起片２０が設け
られ、この突起片２０の内側にガス供給口１６が形成さ
れている。また、ガス排出口１７は、円形プレート１１
においてその中心からガス供給口１６の反対側にわずか
にずれた位置に形成され、ガス供給口１６とガス排出口
１７との間にセンサ設置領域が設けられた構成となって
いる。これにより、ガス供給口１６から導入された酸素
含有ガスは、円形プレート１１におけるセンサ設置領域
全範囲の上方を通ってガス排出口１７から排出される。
【００３９】ここで、ガス供給口１２、ガス排出口１
３、ガス供給系１４、ガス排出系１５は、第１のガス
（プロセスガス）を処理チャンバ２内における閉空間
（ウェハ裏面側閉空間）Ｓａの外部（ウェハ表面側空
間）Ｓｂに供給するための第１のガス供給手段を構成
し、ガス供給口１６、ガス排出口１７、ガス供給系１
８、ガス排出系１９は、基板Ｗの裏面に改質層を形成す
るための改質層形成用ガスを含む第２のガス（酸素含有
ガス）を閉空間Ｓａ内に供給するための第２のガス供給
手段を構成する。
【００４０】上記のプロセスガス及び酸素含有ガスの供
給系の構成図を図３に示す。同図において、ガス供給系
１４は、窒素ガス供給源２１と、処理チャンバ２のガス
供給口１２と窒素ガス供給源２１との間に設けられ、窒
素ガス供給源２１からウェハ表面側空間Ｓｂ内に供給さ
れるプロセスガスの流れをオン・オフするエアバルブ２
２と、ウェハ表面側空間Ｓｂ内に供給されるプロセスガ
スの流量を制御するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）
２３とを有している。ガス排出系１５は、処理チャンバ
２のガス排出口１３に接続されたプレッシャコントロー
ルバルブ（ＰＣＶ）２４を有し、このＰＣＶ２４の二次
側には排気ポンプが接続されている。
【００４１】ガス供給系１８は、酸素ガス供給源２５及
び窒素ガス供給源２６と、処理チャンバ２のガス供給口
１６とガス供給源２５，２６との間に設けられ、これら
のガス供給源２５，２６からウェハ裏面側閉空間Ｓａ内
に供給される酸素含有ガスの流れをオン・オフするエア
バルブ２７と、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に供給される
Ｏ2ガス及びＮ2ガスの流量をそれぞれ制御するＭＦＣ２
８，２９とを有している。
【００４２】ガス排出系１９は、処理チャンバ２のガス
排出口１７に接続され、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内から
処理チャンバ２の外部に排出されるガスの流量を調整す
るニードルバルブ３０と、このニードルバルブ３０の二
次側に接続され、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内から排出さ
れるガスの流れをオン・オフする主エアバルブ３１と、
この主エアバルブ３１の二次側に並列に接続された補助
エアバルブ３２，３３と、補助エアバルブ３３の二次側
にフィルタ３４を介して接続され、ウェハ裏面側閉空間
Ｓａ内から排出されるガスの流量を検出するマスフロー
メータ（ＭＦＭ）３５とを有している。補助エアバルブ
３２の二次側及びＭＦＭ３５の下流側はスクラバとつな
がっており、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内から排出された
ガスはスクラバに送られる。なお、補助エアバルブ３３
とＭＦＭ３５との間にフィルタ３４を設けたのは、ガス
中に含まれる粒子等がＭＦＭ３５に入り込んで詰まるこ
とを防止するためである。
【００４３】補助エアバルブ３２及びＭＦＭ３５とスク
ラバとの間のガス排出経路には、ウェハ裏面側閉空間Ｓ
ａ内から排出されるガス中の酸素濃度を検出する濃度セ
ンサ３６が設けられている。また、処理チャンバ２のガ
ス排出口１３とＰＣＶ２４との間のガス排出経路には、
ウェハ表面側空間Ｓｂ内から排出されるガス中の酸素濃
度を検出する濃度センサ３７が設けられている。
【００４４】上記のＭＦＭ３５、濃度センサ３６，３７
の検出値は、電気信号として制御装置３８に送られる。
この制御装置３８には、補助エアバルブ３２，３３の開
閉を切り換えるためのオンオフ入力スイッチ３９と、現
在のプロセス状況を画面表示する画面表示部４０とが接
続されている。制御装置３８は、ＭＦＭ３５、濃度セン
サ３６，３７の各検出信号及び入力スイッチ３９の指示
信号を入力し、所定の処理を行い、その処理結果を電気
信号としてＭＦＣ２３，２８，２９、補助エアバルブ３
２，３３及び画面表示部４０に出力する。なお、ＭＦＣ
２３は、何らかの指示があったとき以外は、常にオン状
態となるように制御装置３８により制御される。また、
図３には示していないが、制御装置３８は、複数の温度
センサ１０の検出値に基づいて複数の加熱ランプ９を制
御し、ウェハＷの温度制御を行う機能も有している。こ
のような制御装置３８の処理機能の詳細を図４に示す。
【００４５】同図において、制御装置３８は、補助エア
バルブ切換設定部３８ａと、酸素含有ガス供給流量設定
部３８ｂと、プロセス続行・中止判断部３８ｃとを有し
ている。補助エアバルブ切換設定部３８ａは、入力スイ
ッチ３９からの指示信号を入力し、指示信号がオフのと
きは、補助エアバルブ３２を開状態、補助エアバルブ３
３を閉状態にするような設定信号を補助エアバルブ３
２，３３に出力し、指示信号がオンのときは、補助エア
バルブ３２を閉状態、補助エアバルブ３３を開状態にす
るような設定信号を補助エアバルブ３２，３３に出力す
る。このように入力スイッチ３９をオン・オフにするだ
けで補助エアバルブ３２，３３の開閉が自動的に切り換
わるので、オペレータは補助エアバルブ３２，３３の両
方を手動操作する必要が無く、オペレータの負担が軽減
する。
【００４６】酸素含有ガス供給流量設定部３８ｂは、Ｍ
ＦＭ３５の検出値に基づいてＭＦＣ２８，２９を制御
し、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に供給されるＯ2ガス及
びＮ2ガスの流量を制御する。ここでは、酸素含有ガス
供給流量設定部３８ｂは、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に
供給される酸素含有ガスの流量とウェハ裏面側閉空間Ｓ
ａ内から排出されるガスの流量との差分を所定値にする
ための設定信号を生成してＭＦＣ２８，２９に出力す
る。なお、上記の酸素含有ガス供給流量設定部３８ｂの
機能は、制御装置３８ではなく、ＭＦＭ３５またはＭＦ
Ｃ２８，２９に設けても良い。
【００４７】プロセス続行・中止判断部３８ｃは、濃度
センサ３６，３７の各検出値を入力し、ウェハ裏面側閉
空間Ｓａ内から排出されるガス中の酸素濃度及びウェハ
表面側空間Ｓｂ内から排出されるガス中の酸素濃度がそ
れぞれ予め決められた規格内にあるかどうかを判断す
る。そして、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内から排出される
ガス中の酸素濃度が対応する規格から外れるか、あるい
はウェハ表面側空間Ｓｂ内から排出されるガス中の酸素
濃度が対応する規格を超えた時点で、ウェハＷの加熱処
理を中止すべく、プロセス中止信号をＭＦＣ２８，２９
に出力し、処理チャンバ２内に酸素含有ガスが供給され
ないようにする。なお、上記のプロセス中止信号を各加
熱ランプ９に送出し、全加熱ランプ９の出力をオフにし
てもよい。また、プロセス続行・中止判断部３８ｃは、
プロセス中止信号を画面表示部４０にも出力し、プロセ
ス中止情報を画面表示部４０に表示させ、場合によって
は警報を発生させる。これにより、オペレータは、画面
表示部４０を見たり、警報音を聞くことにより、プロセ
スが中止になったことを知ることができる。
【００４８】次に、以上のように構成した熱処理装置１
を用いてウェハＷを１枚ずつ熱処理する手順について、
図５のタイムチャートを用いて説明する。まず本処理を
行う前に、基板支持部材３にウェハＷを支持して処理チ
ャンバ２内にウェハ裏面側閉空間Ｓａ及びウェハ表面側
空間Ｓｂを形成し、ガス流量の初期調整を行う。ここ
で、基板支持部材３にウェハＷが支持されているときに
は、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内が加圧されてもウェハＷ
の自重により当該空間Ｓａ内が実質的に閉状態に維持さ
れるようになっている。なお、基板支持部材３にウェハ
Ｗをクランプする部材を設け、ウェハＷを強制的に基板
支持部材３に密着させてウェハ裏面側閉空間Ｓａを維持
させてもよい。
【００４９】ガス流量の初期調整を行うときは、まずエ
アバルブ２２，２７，３１を開状態にすると共に、入力
スイッチ３９をオンにして、補助エアバルブ３３を開状
態にし、補助エアバルブ３２を閉状態にする。また、Ｍ
ＦＣ２９を稼動させる。これにより、処理チャンバ２内
におけるウェハ表面側空間ＳｂにＮ2ガスが供給される
と共に、ウェハ裏面側閉空間ＳａにＮ2ガスが供給さ
れ、処理チャンバ２内にプロセス雰囲気が形成される。
このとき、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内は、ウェハＷの自
重等により実質的に閉状態に維持されているため、ウェ
ハ裏面側閉空間Ｓａ内からウェハ表面側空間Ｓｂに漏れ
るガスはほとんど無い。
【００５０】そして、ＭＦＭ３５の検出値を監視しなが
ら、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に供給されるガスの流量
がウェハ裏面側閉空間Ｓａから排出されるガスの流量よ
りも少なくなるように、ニードルバルブ３０によりウェ
ハ裏面側閉空間Ｓａからのガスの排出流量を制御する。
これにより、基板支持部材３とウェハＷとの間に形成さ
れたわずかな間隙を通って、ウェハ表面側空間Ｓｂ内の
Ｎ2ガスがウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に流れ込み、強制
的な流体の閉空間が作られる。
【００５１】上記の初期調整が終了したら、入力スイッ
チ３９をオフにして、補助エアバルブ３２を開状態、補
助エアバルブ３３を閉状態としてから、実際のウェハＷ
の熱処理を実行する。まず、搬送ロボット（図示せず）
により処理すべきウェハＷが処理チャンバ２内に搬送さ
れる。その後、ｔ1時間経過すると、リフト部材７によ
り３本の支持ピン８が上昇してウェハＷを持ち上げ、そ
の後支持ピン８が下降し、ウェハＷが基板支持部材３の
リングフレーム６上に載置される。
【００５２】その後、ｔ2時間経過すると、以下の熱処
理プロセスが開始される。まず、制御装置３８からＭＦ
Ｃ２８，２９に所定の流量設定信号が送出される。する
と、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に酸素含有ガスが供給さ
れる。このとき、ニードルバルブ３０は、ウェハ裏面側
閉空間Ｓａ内に供給される酸素含有ガスの流量がウェハ
裏面側閉空間Ｓａ内から排出されるガスの流量よりも少
なくなるように制御されているため、ウェハ表面側空間
Ｓｂ内のＮ2ガスの一部がウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に
引き込まれることになり、これにより、ウェハ裏面側閉
空間Ｓａ内のＯ 2ガスがウェハ表面側空間Ｓｂに入り込
むことはほとんど無い。なお、ここでは、酸素含有ガス
中のＯ2ガスとＮ2ガスを同時にウェハ裏面側閉空間Ｓａ
内に供給しているが、まずＮ2ガスを供給し、所定時間
経過してからＯ2ガスを供給するようにしてもよい。
【００５３】上記のプロセスガス及び酸素含有ガスの供
給とほぼ同時に、駆動手段（図示せず）により基板支持
部材３を回転駆動させてウェハＷを回転させると共に、
複数の加熱ランプ９を点灯させる。これにより、ウェハ
Ｗの温度は、図５に示すように、室温（２５℃）から徐
々に上昇していく。そして、ｔ3時間経過した時点で、
ウェハＷの温度が７５０℃程度に達し、ウェハＷの裏面
に、自然酸化膜であるシリコン亜酸化物ＳｉＯの昇華を
抑える二酸化珪素ＳｉＯ2の酸化膜が形成される。その
後、ｔ4時間経過した時点で、ウェハＷの温度が１００
０℃に達する。
【００５４】その後、ｔ5時間経過すると、熱処理プロ
セスが終了する。つまり、ウェハＷの回転を停止させ、
複数の加熱ランプ９の温度がウェハ搬出温度（７５０
℃）となるように制御されると共に、制御装置３８から
ＭＦＣ２８，２９に流量ゼロ信号が送出され、処理チャ
ンバ２内への酸素含有ガスの供給が終了する。これによ
り、ウェハＷの温度は、ほぼ７５０℃まで徐々に下降し
ていく。その後、ｔ6時間経過すると、搬送ロボット
（図示せず）によりウェハＷが処理チャンバ２の外部に
取り出される。
【００５５】以上のようなウェハＷの熱処理において、
ニードルバルブ３０にガス中の粒子等が付着・堆積する
と、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内から排出されるガスの流
量とウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に供給される酸素含有ガ
スの流量との差が所定値よりも小さくなり、その結果、
ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内のＯ2ガスがウェハ表面側空
間Ｓｂに入り込んでしまう恐れがある。このような事を
防止するためには、定期的に入力スイッチ３９をオンに
して、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内から排出されたガスが
ＭＦＭ３５を通るようにする。この場合には、ウェハ裏
面側閉空間Ｓａ内から排出されるガスの流量とウェハ裏
面側閉空間Ｓａ内に供給される酸素含有ガスの流量との
差が所定値になるように、酸素含有ガスの供給流量が自
動的に制御されるため、Ｏ2ガスがウェハＷの表面側に
回り込むことが回避される。
【００５６】次に、以上のような熱処理装置１による熱
処理において、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に酸素含有ガ
スを供給する際に必要とする酸素濃度について説明す
る。
【００５７】図６に、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内のガス
中の酸素濃度とウェハＷ内のリン濃度及びウェハＷ裏面
に形成された酸化膜ＳｉＯ2の膜厚との関係の一例を示
す。同図において、実線Ａは、ガス中の酸素濃度とウェ
ハＷ裏面に形成された酸化膜ＳｉＯ2の膜厚の変化分
（縦軸左側を参照）との関係を示し、一点鎖線Ｂは、ガ
ス中の酸素濃度と熱処理後におけるウェハＷ内のリン濃
度（縦軸右側を参照）との関係を示している。また、図
中の点線Ｃは、熱処理前におけるウェハＷ内のリン濃度
（縦軸右側を参照）を示している。なお、ガス中の酸素
濃度は７６０Ｔｏｒｒ下での濃度であり、またプロセス
タイム（プロセス開始からプロセス終了までの時間）は
６０秒としてある。
【００５８】図６から分かるように、ガス中の酸素濃度
がゼロのときは、熱処理による酸化膜ＳｉＯ2の膜厚の
変化分は−３．３Ａである。また、熱処理後のウェハＷ
内のリン濃度は２．１９Ｅ２０であり、熱処理により１
０．０１Ｅ２０に対応する分のリンがウェハＷから外部
拡散されることになる。次いで、ガス中の酸素濃度が
０．０５％（５００ｐｐｍ）のときは、熱処理による酸
化膜ＳｉＯ2の膜厚の変化分は８．３Ａであり、酸素ガ
スを添加しない場合に比べて増大する。また、熱処理後
のウェハＷ内のリン濃度は１１．７Ｅ２０であり、熱処
理によりウェハＷから外部拡散するリンは０．５Ｅ２０
に対応する分となり、酸素ガスを添加しない場合に比べ
て大幅に低減される。次いで、ガス中の酸素濃度が１％
のときは、熱処理による酸化膜ＳｉＯ2の膜厚の変化分
は３２Ａであり、酸素濃度が０．０５％の時に比べて更
に増大する。また、熱処理後のウェハＷ内のリン濃度は
１２．１Ｅ２０であり、酸素濃度が０．０５％の時に比
べて、熱処理によりウェハＷから外部拡散するリンはわ
ずかに少なくなるだけである。
【００５９】上記の結果により、ガス中の酸素濃度が５
００ｐｐｍ以上となるようにウェハ裏面側閉空間Ｓａ内
に酸素含有ガスを供給すると、熱処理によるリンの外部
拡散が効果的に抑制される。しかし、ガス中の酸素濃度
が高すぎると、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内の酸素ガスが
ウェハＷの表面側に回り込んだときに、ウェハＷの表面
処理に悪影響を与える可能性がある。また、ガス中の酸
素濃度が低すぎると、ウェハＷの裏面に形成される酸化
膜ＳｉＯ2の膜厚が薄くなり、拡散抑制効果を十分に発
揮できなくなる可能性がある。したがって、図６の例で
は、ガス中の酸素濃度が５００ｐｐｍ程度となるように
酸素含有ガスをウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に供給するの
が、最も好ましいと考えられる。
【００６０】図７に、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内のガス
中の酸素濃度とウェハ表面側空間Ｓｂ内のガス中の酸素
濃度との関係の一例を示す。同図において、細実線ｅ
は、酸素ガスの供給流量を１ｓｃｃｍとしたときのウェ
ハ裏面側閉空間Ｓａ内の酸素濃度（縦軸左側を参照）を
示し、太実線Ｅは、その時のウェハ表面側空間Ｓｂ内の
酸素濃度（縦軸右側を参照）を示している。また、細実
線ｆは、酸素ガスの供給流量を２ｓｃｃｍとしたときの
ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内の酸素濃度を示し、太実線Ｆ
は、その時のウェハ表面側空間Ｓｂ内の酸素濃度を示
し、細実線ｇは、酸素ガスの供給流量を５ｓｃｃｍとし
たときのウェハ裏面側閉空間Ｓａ内の酸素濃度を示し、
太実線Ｇは、その時のウェハ表面側空間Ｓｂ内の酸素濃
度を示している。なお、ここでは、ウェハ裏面側閉空間
Ｓａ内に供給される窒素ガスの流量は全て１ｓｌｍ、ウ
ェハ裏面側閉空間Ｓａ内から排出されるガスの流量は全
て２ｓｌｍ、ウェハ表面側空間Ｓｂ内に供給される窒素
ガス（プロセスガス）の流量は全て１０ｓｌｍとしてあ
る。
【００６１】図７から分かるように、例えば酸素ガスの
供給流量を２ｓｃｃｍとした場合、加熱ランプ９を点灯
した後の定常状態では、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内のガ
ス中の酸素濃度が８００ｐｐｍとなっており（細実線ｆ
参照）、その時、ウェハ表面側空間Ｓｂ内のガス中の酸
素濃度は２ｐｐｍ以下に保持されている（太実線Ｆ参
照）。したがって、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内のガス中
の酸素濃度が上述したように５００ｐｐｍとなるように
酸素ガスを添加した場合には、ウェハ表面側空間Ｓｂ内
のガス中の酸素濃度は２ｐｐｍ以下に保持されることに
なり、この程度であれば、ウェハＷの熱処理に悪影響を
与えることはほとんど無い。
【００６２】次に、熱処理時においてウェハ裏面側閉空
間Ｓａ内に酸素ガスを添加したときと酸素ガスを添加し
ないときの、ウェハＷのシート抵抗特性及びその均一性
特性の一例を図８に示す。ここで、図８（ａ）は酸素ガ
スを添加しないときの特性を示し、図８（ｂ）は酸素ガ
スを添加したときの特性を示している。
【００６３】図８（ａ）において、実線Ｊは、ウェハＷ
の処理枚数とその時のウェハＷのシート抵抗（縦軸左側
を参照）を示し、１点鎖線Ｋは、ウェハＷの処理枚数と
その時のウェハＷのシート抵抗の均一性（縦軸右側を参
照）を示している。なお、ここでは、処理チャンバ２内
の圧力を７６５Ｔｏｒｒ、プロセス温度を１０００℃、
プロセスタイムを１０秒とし、ウェハ表面側空間Ｓｂ内
に供給される窒素ガスの流量を５ｓｌｍとしている。ま
た、ウェハＷに対するイオン注入条件としては、ドーパ
ントをＢＦ2、加速電圧を２０ｋＶ、ドーズ量を５Ｅ１
５ａｔｍｓ／ｃｍ2としている。
【００６４】ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に酸素ガスを添
加しない場合には、ウェハＷの抵抗制御のために添加さ
れたドーパントがウェハＷの裏面から発生すると共に、
ウェハＷの裏面のシリコン亜酸化物ＳｉＯが昇華し、そ
れらの拡散物質が処理チャンバ２のベース部２ａや基板
支持部材３、温度センサ１１の端子等に付着・堆積する
ことが確認された。これに伴い、図８（ａ）に示すよう
に、ウェハＷのシート抵抗及びその均一性が徐々に低下
していくプロセスシフトが確認され、具体的には５０枚
のウェハＷを処理した時点でのシート抵抗の偏差が±
１．４２％であった。
【００６５】一方、図８（ｂ）において、実線Ｍは、ウ
ェハＷの処理枚数とその時のウェハＷのシート抵抗（縦
軸左側を参照）を示し、１点鎖線Ｎは、ウェハＷの処理
枚数とその時のウェハＷのシート抵抗の均一性（縦軸右
側を参照）を示している。なお、ここでは、プロセス温
度を１０００℃、プロセスタイムを１０秒とし、またウ
ェハ表面側空間Ｓｂ内に供給される窒素ガスの流量を５
ｓｌｍ、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に供給される酸素ガ
スの流量を１ｓｃｃｍ、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に供
給される窒素ガスの流量を１ｓｌｍとし、この時のウェ
ハ裏面側閉空間Ｓａ内のガス中の酸素濃度が４５０ｐｐ
ｍとなっている。また、ウェハＷに対するイオン注入条
件としては、ドーパントをホウ素（Ｂ）、加速電圧を５
ｋＶ、ドーズ量を１Ｅ１５ａｔｍｓ／ｃｍ2としてい
る。
【００６６】ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に酸素ガスを添
加した場合には、ウェハＷを５０枚熱処理した時点で
は、ウェハＷの裏面から生じる拡散物質が処理チャンバ
２のベース部２ａや基板支持部材３、温度センサ１１の
端子等に付着することがほとんど確認されず、ウェハ裏
面側閉空間Ｓａ内は清浄な状態に保たれた。また、図８
（ｂ）に示すように、ウェハＷの熱処理に伴うウェハＷ
のシート抵抗及びその均一性の低下が抑えられ、具体的
には５０枚のウェハＷを処理した時点でのシート抵抗の
偏差が±０．３５％であり、酸素ガスを添加しない場合
に比べて大幅に改善された。
【００６７】次に、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に酸素ガ
スを添加した状態で、１０００枚のウェハＷを熱処理し
たときの、ウェハＷのシート抵抗特性及びその均一性特
性の一例を図９に示す。同図において、実線Ｐは、ウェ
ハＷの処理枚数とその時のウェハＷのシート抵抗（縦軸
左側を参照）を示し、１点鎖線Ｑは、ウェハＷの処理枚
数とその時のウェハＷのシート抵抗の均一性（縦軸右側
を参照）を示している。なお、ここでは、プロセス温度
を１０００℃、プロセスタイムを１０秒とし、またウェ
ハ表面側空間Ｓｂ内に供給される窒素ガスの流量を１０
ｓｌｍ、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に供給される酸素ガ
スの流量を２ｓｃｃｍ、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に供
給される窒素ガスの流量を１ｓｌｍ、ＭＦＭ３５を通過
するガスの排出流量を３ｓｌｍとしている。また、ウェ
ハＷに対するイオン注入条件としては、ドーパントをＢ
Ｆ2、加速電圧を１０ｋＶ、ドーズ量を１Ｅ１５ａｔｍ
ｓ／ｃｍ2としている。
【００６８】図９から分かるように、ウェハＷを１００
０枚処理した時点でのシート抵抗の偏差が±０．３％で
あり（実線Ｐ参照）、これだけ多くのウェハＷを処理し
ても安定した状態が保たれている。
【００６９】以上のように本実施形態にあっては、ウェ
ハＷの熱処理時に、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に酸素ガ
スを供給するようにしたので、ウェハＷの裏面が改質さ
れ、ＳｉＯの昇華やリン等のドーパントの発生といった
ウェハＷ裏面からの外部拡散が抑えられ、処理チャンバ
２のベース部２ａや温度センサ１０の端子等への拡散物
質の付着・堆積が低減される。したがって、ウェハＷの
温度制御のための測定系が安定するようになり、温度の
再現性が向上し、結果としてプロセスの安定性が向上す
る。また、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内が清浄な状態に保
たれるため、発塵が抑制され、これによりパーティクル
の発生が少なくなり、歩留まりが向上する。
【００７０】また、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内からのガ
スの排出流量がウェハ裏面側閉空間Ｓａ内への酸素含有
ガスの供給流量よりも多くなるようにニードルバルブ３
１またはＭＦＣ２８，２９を操作するようにしたので、
ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内の酸素ガスがウェハ表面側空
間Ｓｂ内に入り込んでウェハＷの表面処理に悪影響を及
ぼすことが防止され、ウェハＷの表面の雰囲気制御が安
定に保たれる。
【００７１】このとき、ガス排出系１９に排出ラインを
２系統設け、通常の熱処理時には、ウェハ裏面側閉空間
Ｓａ内からの排出ガスがフィルタ３４やＭＦＭ３５を通
らないようにしたので、フィルタ３４やＭＦＭ３５の寿
命が長くなり、これらを頻繁に交換する必要が無くな
る。
【００７２】また、濃度センサ３６，３７によりウェハ
裏面側閉空間Ｓａ内のガス中の酸素濃度ガス及びウェハ
表面側空間Ｓｂ内のガス中の酸素濃度を監視し、これら
の酸素濃度のいずれか一方が対応する規格から外れる
と、プロセスを強制的に自動停止させるようにしたの
で、ガス中の酸素濃度が高すぎることでウェハＷの表面
処理に悪影響を及ぼしたり、酸素濃度が低すぎることで
ウェハＷの裏面に形成される酸化膜ＳｉＯ2の膜厚が薄
くなることが防止される。
【００７３】さらに、ガス供給口１６及びガス排出口１
７を、処理チャンバ２のベース部２ａにセンサ設置領域
を挟むように設けたので、各温度センサ１０の端子部に
閉塞物が存在しても、その閉塞物は酸素含有ガスと一緒
に流されてガス排出口１７から排出される。従って、温
度センサ１０による温度検出の安定性が向上する。
【００７４】以上、本発明の好適な実施形態について説
明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されないこ
とは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、改質
層形成用ガスとして、ウェハＷの裏面に酸化膜ＳｉＯ2
を形成するための酸素ガスを使用したが、ウェハＷの裏
面に窒化膜または酸窒化膜を形成するためのガスを使用
してもよい。このようなガスとしては、例えば、ＳｉＮ
xを形成するためのアンモニアガス（ＮＨ3ガス）あるい
はＳｉＯxＮyを形成するための一酸化窒素ガス（ＮＯガ
ス）や一酸化二窒素ガス（Ｎ2Ｏガス）等が考えられ
る。また、ウェハ裏面側閉空間Ｓａ内に供給するガスと
して、酸素ガスと窒素ガスの混合ガスを使用したが、特
にこれに限られず、酸素ガス等の改質膜形成用ガスとＡ
ｒガス等の不活性ガスとの混合ガスを使用してもよい。
【００７５】また、上記実施形態では、ガス排出系１９
にニードルバルブ３１を設けると共に、ガス供給系１８
にＭＦＣ２８，２９を設けたが、ニードルバルブ３１及
びＭＦＣ２８，２９のいずれか一方のみ設けてもよく、
あるいはウェハＷの自重等によりウェハ裏面側閉空間Ｓ
ａ内の酸素含有ガスがウェハ表面側空間Ｓｂにほとんど
漏れないような場合には、そのような手段は特に無くて
もかまわない。また、入力スイッチ３９により補助エア
バルブ３２，３３の開閉を切り換えるようにしたが、そ
のような入力スイッチ３９は設けずに、補助エアバルブ
３２，３３の開閉を手動で個々に切り換えるようにして
もよい。また、ガス排出系１９に２本の排出ラインを設
けたが、排出ラインは１本であってもよい。さらに、濃
度センサ３６，３７によりウェハ裏面側閉空間Ｓａ内の
ガス中の酸素濃度及びウェハ表面側空間Ｓｂ内のガス中
の酸素濃度を監視するようにしたが、そのような濃度セ
ンサは必ずしも２個設ける必要はなく、場合によっては
無くてもかまわない。
【００７６】また、上記実施形態は熱処理装置について
説明したものであるが、本発明は、基板支持部材に基板
が支持されたときに、基板の裏面側に実質的に閉じられ
た閉空間が形成され、かつ基板を加熱する加熱手段を備
えたものであれば、ＣＶＤ装置等の半導体製造装置にも
適用できる。このとき、基板の裏面側に閉空間を形成で
きるのであれば、処理チャンバ内の圧力は、真空減圧さ
れていてもよく、常圧状態または加圧状態（例えば８０
０ｔｏｒｒ）であってもよい。
【００７７】
【発明の効果】本発明によれば、基板支持部材に基板を
支持した後、第１のガスとは別に、改質層形成用ガスを
含む第２のガスを閉空間内に供給するようにしたので、
基板の裏面が改質され、これにより基板の裏面からの外
部拡散が低減し、処理チャンバの壁部や各種測定系に付
着・堆積する拡散物質が少なくなる。したがって、ウェ
ハＷの温度制御のための測定系が安定し、熱処理条件の
温度再現性が良好になり、結果としてプロセスの安定性
が向上する。また、処理チャンバ内が清浄な状態に保た
れると共に、異物の発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体製造装置として熱処理装置
の一部断面を示す斜視図である。
【図２】図１に示す熱処理装置における処理チャンバを
含む部位を示す断面図である。
【図３】図１に示す熱処理装置におけるガス供給系の構
成図である。
【図４】図３に示す制御装置の制御機能を示す図であ
る。
【図５】図１に示す熱処理装置を用いて熱処理を行う動
作シーケンスとウェハ温度との関係を示すタイムチャー
トである。
【図６】ウェハ裏面側閉空間内のガス中の酸素濃度とウ
ェハ内のリン濃度及びウェハ裏面に形成された酸化膜Ｓ
ｉＯ2の膜厚との関係の一例を示す図である。
【図７】ウェハ裏面側閉空間内のガス中の酸素濃度とウ
ェハ表面側空間内のガス中の酸素濃度との関係の一例を
示す図である。
【図８】熱処理時においてウェハ裏面側閉空間内に酸素
ガスを添加したときと酸素ガスを添加しないときの、ウ
ェハのシート抵抗特性及びその均一性特性の一例を示す
図である。
【図９】ウェハ裏面側閉空間内に酸素ガスを添加した状
態で、１０００枚のウェハの熱処理を行ったときの、ウ
ェハのシート抵抗特性及びその均一性特性の一例を示す
図である。
【符号の説明】
１…熱処理装置（半導体製造装置）、２…処理チャン
バ、２ａ…ベース部、３…基板支持部材、９…加熱ラン
プ（加熱手段）、１０…温度センサ（センサ手段）、１
２…ガス供給口（第１のガス供給手段）、１３…ガス排
出口（第１のガス供給手段）、１４…ガス供給系（第１
のガス供給手段）、１５…ガス排出系（第１のガス供給
手段）、１６…ガス供給口（第２のガス供給手段）、１
７…ガス排出口（第２のガス供給手段）、１８…ガス供
給系（第２のガス供給手段）、１９…ガス排出系（第２
のガス供給手段）、２８，２９…マスフローコントロー
ラ（供給流量制御手段）、３０…ニードルバルブ（バル
ブ手段）、３２…補助エアバルブ（第１の開閉弁）、３
３…補助エアバルブ（第２の開閉弁）、３５…マスフロ
ーメータ（流量検出手段）、３６，３７…濃度センサ、
３８…制御装置、３８ａ…補助エアバルブ切換設定部
（設定手段）、３８ｂ…酸素含有ガス供給流量設定部、
３８ｃ…プロセス続行・中止判断部、３９…入力スイッ
チ（設定手段）、４０…画面表示部（表示手段）、Ｓａ
…ウェハ裏面側閉空間（閉空間）、Ｓｂ…ウェハ表面側
空間、Ｗ…ウェハ（基板）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川居 一郎 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 (72)発明者 前田 祐二 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 Ｆターム(参考） 5F045 AB32 AB33 AB34 AC11 AC12 AF03 BB06 DP04 EE12 EE17 EK11 GB07

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 処理チャンバと、この処理チャンバ内に
    設置され基板を支持する基板支持部材と、この基板支持
    部材に支持された前記基板を加熱する加熱部材とを備
    え、前記基板支持部材に前記基板が支持されたときに、
    前記基板の裏面側に実質的に閉じられた閉空間が形成さ
    れる半導体製造装置における基板加熱方法であって、 前記基板支持部材に前記基板を支持した後、第１のガス
    を前記処理チャンバ内における前記閉空間の外部に供給
    すると共に、前記基板の裏面に改質層を形成するための
    改質層形成用ガスを含む第２のガスを前記閉空間内に供
    給するステップと、 前記基板支持部材に支持された前記基板を前記加熱部材
    により加熱するステップとを含む基板加熱方法。
  2. 【請求項２】 前記第２のガスを前記閉空間内に供給す
    るときに、前記閉空間内に供給される前記第２のガスの
    流量を前記閉空間内から排出されるガスの流量よりも少
    なくする請求項１記載の基板加熱方法。
  3. 【請求項３】 前記第２のガスを前記閉空間内に供給す
    るときに、前記閉空間内から排出されるガスの流量を検
    出し、前記閉空間内からのガスの排出流量と前記閉空間
    内への前記第２のガスの供給流量との差が所定範囲内に
    入るように調整する請求項１または２記載の基板加熱方
    法。
  4. 【請求項４】 前記閉空間内から排出されるガス中の前
    記改質層形成用ガスの濃度を検出し、当該改質層形成用
    ガスの濃度が所定範囲内にないときには、前記基板の加
    熱を中止する請求項１〜３のいずれか一項記載の基板加
    熱方法。
  5. 【請求項５】 前記処理チャンバ内における前記閉空間
    の外部から排出されるガス中の前記改質層形成用ガスの
    濃度を検出し、当該改質層形成用ガスの濃度が所定値を
    超えると、前記基板の加熱を中止する請求項１〜４のい
    ずれか一項記載の基板加熱方法。
  6. 【請求項６】 前記改質層形成用ガスとしてＯ2ガスを
    使用し、前記改質層として酸化膜を形成する請求項１〜
    ５のいずれか一項記載の基板加熱方法。
  7. 【請求項７】 前記改質層形成用ガスとしてＮＨ3ガ
    ス、ＮＯガス、Ｎ2Ｏガスのいずれを使用し、前記改質
    層として窒化膜または酸窒化膜を形成する請求項１〜５
    のいずれか一項記載の基板加熱方法。
  8. 【請求項８】 前記第２のガスとして、前記改質層形成
    用ガスと前記第１のガスとを含むガスを使用する請求項
    １〜７のいずれか一項記載の基板加熱方法。
  9. 【請求項９】 前記第２のガスとして、前記改質層形成
    用ガスとＮ2ガスとを含むガスを使用する請求項１〜７
    のいずれか一項記載の基板加熱方法。
  10. 【請求項１０】 前記半導体製造装置は熱処理装置であ
    る請求項１〜９のいずれか一項記載の基板加熱方法。
  11. 【請求項１１】 処理チャンバと、この処理チャンバ内
    に設置され基板を支持する基板支持部材と、この基板支
    持部材に支持された前記基板を加熱する加熱手段と、前
    記基板支持部材に前記基板が支持されたときに、前記基
    板の裏面側に形成される、実質的に閉じられた閉空間を
    利用して前記基板の温度を検出するセンサ手段とを備え
    た半導体製造装置における基板加熱方法であって、 前記処理チャンバ内に導入された前記基板を前記基板支
    持部材に支持することにより前記閉空間を形成するステ
    ップと、 前記基板の裏面に改質層を形成するための改質層形成用
    ガスを含むガスを前記閉空間内に供給するステップとを
    含む基板加熱方法。
  12. 【請求項１２】 処理チャンバと、この処理チャンバ内
    に設置され基板を支持する基板支持部材と、この基板支
    持部材に支持された前記基板を加熱する加熱手段とを備
    え、前記基板支持部材に前記基板が支持されたときに、
    前記基板の裏面側に実質的に閉じられた閉空間が形成さ
    れる半導体製造装置であって、 第１のガスを前記処理チャンバ内における前記閉空間の
    外部に供給するための第１のガス供給手段と、 前記基板の裏面に改質層を形成するための改質層形成用
    ガスを含む第２のガスを前記閉空間内に供給するための
    第２のガス供給手段とを備える半導体製造装置。
  13. 【請求項１３】 前記第２のガス供給手段は、前記閉空
    間内から排出されるガスの流量を調整するバルブ手段を
    有する請求項１２記載の半導体製造装置。
  14. 【請求項１４】 前記第２のガス供給手段は、前記閉空
    間内に供給される前記第２のガスの流量を制御する供給
    流量制御手段を有する請求項１２または１３記載の半導
    体製造装置。
  15. 【請求項１５】 前記閉空間内から排出されるガスの流
    量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段の検出
    値に基づいて、前記閉空間内から排出されるガスの流量
    と前記閉空間内に供給される前記第２のガスの流量との
    差が所定範囲内に入るように前記供給流量制御手段を制
    御する手段とを更に備える請求項１４記載の半導体製造
    装置。
  16. 【請求項１６】 前記第２のガス供給手段は、前記閉空
    間内から排出されるガスの流れをオン・オフする第１の
    開閉弁と、前記第１の開閉弁に並列に接続され、前記閉
    空間内から排出されるガスの流れをオン・オフする第２
    の開閉弁とを有し、前記流量検出手段は、前記第２の開
    閉弁の下流側に接続されている請求項１５記載の半導体
    製造装置。
  17. 【請求項１７】 前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉
    弁のいずれか一方が開状態のときは他方が閉状態になる
    ように、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁の開閉
    を設定する設定手段を更に備える請求項１６記載の半導
    体製造装置。
  18. 【請求項１８】 前記閉空間内から排出されるガス中の
    前記改質層形成用ガスの濃度を検出する手段と、その検
    出値に基づいて前記改質層形成用ガスの濃度が所定範囲
    内にあるかどうかを判断し、当該濃度が所定範囲内にな
    いと判断されると、プロセス中止信号を出力する手段を
    更に備える請求項１２〜１７のいずれか一項記載の半導
    体製造装置。
  19. 【請求項１９】 前記処理チャンバ内における前記閉空
    間の外部から排出されるガス中の前記改質層形成用ガス
    の濃度を検出する手段と、その検出値に基づいて前記改
    質層形成用ガスの濃度が所定値を超えたかどうかを判断
    し、当該濃度が所定値を超えたと判断されると、プロセ
    ス中止信号を出力する手段を更に備える請求項１２〜１
    ８のいずれか一項記載の半導体製造装置。
  20. 【請求項２０】 プロセス状況を表示する表示手段を更
    に備える請求項１２〜１９のいずれか一項記載の半導体
    製造装置。
  21. 【請求項２１】 前記処理チャンバは、前記閉空間を形
    成し且つセンサが設置されたセンサ設置領域をもったベ
    ース部を有し、 前記第２のガス供給手段は、前記ベース部に設けられ、
    前記第２のガスを前記閉空間内に供給するためのガス供
    給口と、前記ベース部に設けられ、前記第２のガスを前
    記閉空間内から排出するためのガス排出口とを有し、前
    記ガス供給口と前記ガス排出口との間に前記センサ設置
    領域が設けられている請求項１２〜２０のいずれか一項
    記載の半導体製造装置。
  22. 【請求項２２】 処理チャンバと、 この処理チャンバ内に設置され基板を支持する基板支持
    部材と、 この基板支持部材に支持された前記基板を加熱する加熱
    手段と、 前記基板支持部材に前記基板が支持されたときに、前記
    基板の裏面側に形成される、実質的に閉じられた閉空間
    を利用して前記基板の温度を検出するセンサ手段と、 前記基板の裏面に改質層を形成するための改質層形成用
    ガスを含むガスを前記閉空間内に供給するガス供給手段
    とを備える半導体製造装置。
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