JP2003077851A

JP2003077851A - 熱処理方法及び装置

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Publication number: JP2003077851A
Application number: JP2001258123A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Tsukamoto; 俊之塚本; Masaru Asechi; 大阿世知
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2003-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】基板をスパイクアニールする際に、基板から
の物質の拡散を十分に抑制することができ、温度制御を
安定に行うことが可能な熱処理方法等を提供する。【解決手段】熱処理装置１内の基板支持部３にＳｉウ
ェハＷを載置した後、空間Ｓｂ内へプロセスガスとして
のＨｅガスを供給しながらＳｉウェハＷを上方からラン
プ加熱し、急峻に昇温させる。ＳｉウェハＷの温度が例
えば１０００℃に達した時点で、ランプを消灯又は出力
を低下させると共に、ＳｉウェハＷの裏面側の閉空間Ｓ
ａにＨｅガスで希釈したＯ₂ガスを供給する。Ｓｉウェ
ハＷが急速に冷却されると同時に、Ｏ₂ガスによって裏
面が酸化され、裏面に存在し得るＳｉＯが改質されてＳ
ｉＯ₂膜が形成される。これにより、ＳｉＯの昇華やリ
ン等の発生といったＳｉウェハＷの裏面からの外部拡散
を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理方法及び装
置に関し、詳しくは、半導体装置の製造において基板を
スパイクアニールする熱処理方法及びそのための装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、メモリ素子、論理素子等の半導体
装置（デバイス）の製造に用いられる熱処理方法として
は、炉（Ｆｕｒｎａｃｅ）、高周波加熱装置、ランプ加
熱装置等、種々の装置を用いたプロセスが行われてい
る。特に近年は、デバイスの微細化及び薄層（膜）化が
急加速しており、更に、デバイスが形成される基板の大
口径化が進んでいる状況下、基板の熱履歴（サーマルバ
ジェット）の低減が切望されており、これに対応すべ
く、基板の急速加熱・急速冷却を行うＲＴＰ（RapidThe
rmal Process）処理が多用されつつある。

【０００３】このようなＲＴＰを用いた熱処理の一つと
して、熱履歴の更なる低減と膜質の更なる改善を図るべ
く、いわゆるスパイクアニール等のＲＴＡ（Rapid Ther
malAnneal）プロセスが採用されている。このスパイク
アニール処理は、加熱ランプの高熱出力により基板を急
速に（急峻に）加熱し、所定の温度に達した後、直ちに
加熱を停止して基板を急速に冷却する方法である。この
ような熱処理を実施するための装置としては、例えば加
熱ランプを熱源として用いたランプ加熱装置、より具体
的には、例えば、基板が支持されるサセプタの上方に配
置されたハロゲンランプ等の加熱ランプと、光学式等の
非接触方式で基板温度を検出する温度センサとを有する
チャンバを備えたランプ加熱装置が有効である。

【０００４】上記のランプ加熱装置を用いてＲＴＡプロ
セスを行う場合には、Ｓｉウェハ等の基板をサセプタ等
に支持した後、チャンバ内にプロセスガスを供給する。
次いで、基板を回転させると共に、加熱ランプを点灯し
て所定の熱出力とする。この状態で、温度センサにより
基板温度を監視しながら所定の温度まで急速に加熱す
る。温度センサとして光学式センサを用いる場合には、
例えば、基板の裏面側に光学的に閉止された空間を画成
し、該空間内に温度センサを設置する。そして、基板が
所定温度に達した直後に加熱ランプを消灯して基板を急
速に冷却する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
熱処理においては、基板上の物質が加熱によって外部へ
拡散し、その拡散物質がチャンバの内壁、チャンバ内に
設置された部材等、更には、温度センサのセンシング
部、その測定端子部等に付着する傾向にある。特に、拡
散物質が温度センサに付着・堆積し、センシング部の
‘くもり’や端子部の導電特性の変化等が生じると、温
度測定の安定性が低下し、ひいては熱処理における基板
面内（ＷＩＷ）の温度均一性、及び基板間（ＷＴＷ）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
低下してしまい、デバイスの性能劣化が生じるおそれが
ある。

【０００６】また、ＲＴＡプロセスを含め、急激な温度
変化を伴うＲＴＰ処理においては、基板面内の温度管理
が非常に重要となる。殊に、デバイスの更なる微細化、
薄層化等が望まれるなか、例えば、マイクロプロセッサ
等のサブミクロンデザインルール以降のデバイス製造に
不可欠となるＵＳＪ（Ultra Shallow Junction）形成技
術においては、膜中不純物の過度の拡散を防止するた
め、スパイクアニール等のＲＴＡプロセスが極めて有望
であり、かかるＵＳＪを形成する際には基板温度管理が
一層重要となる。このため、基板上の複数点で温度測定
を行い、リアルタイムで複数の加熱ランプの熱出力制御
を実施し、基板面内の温度均一性、及び基板間の温度再
現性に極めて優れた手法が知られている。

【０００７】しかし、このように厳密な温度制御を行う
際に、上述した基板からの拡散物質による温度センサの
‘くもり’等が生じてしまうと、温度検出の精度・確度
が低下してしまい、加熱ランプの温度制御を精確に実施
することが困難となってしまう。この場合、拡散物質が
温度センサに僅かに付着しただけでも、所望の温度制御
が困難となる傾向にある。こうなると、例えばＵＳＪ形
成のための熱処理では、必要以上の熱印加によってジャ
ンクションが過度に深くなってしまい、ひいては、デバ
イス性能が劣化したり、製品歩留まりが低下するおそれ
がある。

【０００８】そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなさ
れたものであり、基板のＲＴＰ処理、特に基板をスパイ
クアニールする際に、基板からの物質の拡散を十分に抑
制することができ、これにより、熱処理における温度制
御を安定に行うことが可能な熱処理方法及び装置を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、リン、ヒ素、
ボロン等のドーパントが注入された膜が形成されたＳｉ
ウェハ等の基板に対してスパイクアニールを行うと、膜
中のドーパント物質が基板外に放出されると共に、基板
表面に形成された自然酸化膜であるシリコン亜酸化物
（ＳｉＯ）の昇華が生じることが確認された。本発明者
らは、この知見に基づいて更に研究を進め、本発明を完
成するに至った。

【００１０】すなわち、本発明による熱処理方法は、半
導体装置の製造において基板をスパイクアニールする方
法であって、基板を第１の所定温度に昇温させる基板加
熱工程と、基板が第１の所定温度に達した後にその基板
を第２の所定温度に降温させる基板冷却工程と、基板加
熱工程及び基板冷却工程を実施している期間のうち少な
くとも一部の期間において、基板における半導体装置が
形成される面の裏面側に、分子中に酸素原子を含む第１
のガスと希釈ガスとしての第２のガスとを含有する改質
用ガスを供給する改質用ガス供給工程を備えることを特
徴とする。

【００１１】なお、本発明における「スパイクアニー
ル」とは、基板を一定又は不定の温度勾配で昇温させ、
上記第１の所定温度に達した後、可能な限り短い時間、
具体的には、好ましくは５秒以下、より好ましくは１秒
以下、更に好ましくは０．５秒以下、特に好ましくは実
質的に０秒（すなわち、プロセスタイムが０秒）経過後
に、基板の冷却を開始して基板を降温させる熱処理をい
う。

【００１２】このような熱処理方法においては、基板加
熱工程と基板冷却工程とを引き続き実施することにより
基板のスパイクアニールが行われる。このとき、基板加
熱工程及び基板冷却工程を実施している期間のうち少な
くとも一部の期間において改質用ガス供給工程を実施す
ると、加熱状態にあって昇華物質が発生しやすい基板の
裏面側に供給された改質用ガスが基板から熱エネルギー
を付与される。これにより、改質用ガス中の第１のガス
が活性化され、酸素原子を含む化学種の活性種によって
基板の裏面側物質が酸化される。

【００１３】よって、例えば、基板がＳｉウェハの場合
に、その裏面側に存在し得るＳｉＯ等の自然酸化物がよ
り安定な酸化態となり（言わば改質され）、昇華による
ＳｉＯの外部拡散が抑えられる。また、微視的にＳｉが
露呈しているような場合にも、Ｓｉが酸化されて（言わ
ば改質されて）裏面側の略全体により安定な酸化膜が形
成される。その結果、基板中にドーパントが注入されて
いる場合にも、ドーパントの基板裏面からの外部拡散が
起こり難くなる。したがって、これらにより基板からの
物質の拡散が防止される。

【００１４】なお、改質用ガス供給工程は上記の如く基
板加熱工程及び基板冷却工程の実施期間内に実行すれば
よく、例えば、基板加熱工程の一部若しくは全実施期間
のみ、基板冷却工程の一部若しくは全実施期間のみ、両
者の全実施期間、或いは、両者の実施期間に跨って実施
してもよいし、両者の実施期間内であれば、複数回に分
けて実施しても構わない。本発明者らの知見によれば、
これらのなかでも、基板冷却工程の開始直後から改質用
ガス供給工程を実施すると好ましい。これは、基板加熱
時に圧力の変動があった場合、酸化源たる第１のガスが
基板表面側へ拡散してしまう危険を回避するためであ
る。

【００１５】ここで、第１のガスとしては、酸素
（Ｏ₂）、オゾン（Ｏ₃）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）、酸化二窒
素（Ｎ₂Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、三酸化二窒素（Ｎ₂
Ｏ₃）、二酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）、五酸化二窒素（Ｎ
₂Ｏ₅）、三酸化窒素（ＮＯ₃）等が挙げられ、これらの
中では、酸化性、工業上利用性、入手容易性等の観点か
ら、Ｏ₂ガス、Ｎ₂Ｏガスが好ましく、更にこれらの中で
もＯ₂ガスがより好ましい。この場合、Ｎ₂Ｏガス等の分
子中に窒素原子をも含むガスを用いると、温度条件等の
プロセス条件によって、基板裏面の酸窒化が行われ得
る。

【００１６】また、Ｏ₂ガス等の第１のガスの希釈用ガ
スとして用いる第２のガスは、特に制限されないが、化
学的に不活性であってしかも熱伝導性に優れるものが望
ましく、スパイクアニールに極めて好適な観点より、Ｈ
ｅガスを用いると有用である。すなわち、改質用ガス供
給工程においては、第１のガスとしてＯ₂ガスを含有し
且つ第２のガスとしてＨｅガスを含有する改質用ガスを
用いると好適である。

【００１７】より具体的には、改質用ガス供給工程にお
いては、改質用ガス中の第１のガスの濃度が好ましくは
５００ｐｐｍ以上、より好ましくは５００〜１０００ｐ
ｐｍ、特に好ましくは６５０〜８００ｐｐｍとなるよう
に、第１のガスと第２のガスとを混合すると好適であ
る。

【００１８】この第１のガスの濃度が５００ｐｐｍ未満
であると、スパイクアニールのような昇温開始から降温
終了までの時間（基板加熱工程及び基板冷却工程の全期
間）が比較的短いプロセスでは、基板の酸化改質が必ず
しも十分に行われない傾向にある。また、基板における
半導体装置が形成される方の表面（‘おもて’面）側へ
の改質用ガスの流入量を抑止して、その表面側の酸化を
防止するには、この第１のガスの濃度が１０００ｐｐｍ
を超えないように第１及び第２のガスを混合することが
望ましい。

【００１９】さらに、改質用ガス供給工程においては、
基板の温度に基づいて改質用ガス中の第１のガスの濃度
が所定範囲内の値となるように、第１のガスと第２のガ
スとを混合してもよい。

【００２０】スパイクアニールは、基板を急峻に昇温及
び降温する必要があり、よって、基板加熱工程及び基板
冷却工程における温度勾配が大きいため、基板と周囲の
気相を含めた熱化学的及び熱力学的な状態の変化も急激
となり易い。したがって、基板温度に基づいて改質用ガ
ス中の第１のガス濃度を、例えば予め定めておいた範囲
内の値となるように調整すれば、基板及び周囲温度に応
じて最適な量又は濃度の第１のガスを基板の裏面側に供
給でき、第１のガスの過少又は過剰供給に起因する不都
合、つまり、不十分な酸化改質、又は表面側への第１の
ガスの流入量の増大等を防止できる。

【００２１】また、本発明による熱処理方法は、半導体
装置が形成される基板が収容されるチャンバと、このチ
ャンバ内に設置されこの基板を支持する基板支持部と、
その基板支持部に支持された基板を加熱する加熱部とを
備えており、その基板支持部に基板が支持されたとき
に、その基板の裏面側に実質的に閉止された閉空間が形
成される半導体製造装置における熱処理方法であって、
基板支持部に支持された状態の基板を加熱部により加熱
して第１の所定温度に昇温させる基板加熱工程と、基板
加熱工程を実施した後の基板を冷却して第２の所定温度
に降温させる基板冷却工程と、基板加熱工程及び基板冷
却工程を実施している期間のうち少なくとも一部の期間
において、基板における半導体装置が形成される面の裏
面側に、分子中に酸素原子を含む第１のガスと、希釈ガ
スとしての第２のガスとを含有する改質用ガスを供給し
て該裏面側に存在する物質を酸化する改質用ガス供給工
程とを備える方法であってもよい。

【００２２】なお、上記の半導体製造装置において、基
板支持部に基板が支持されている時には、閉空間内が加
圧されたとしても、基板の自重等によって当該空間内は
実質的に閉止（封止）状態に維持される。よって、閉空
間内から第１のガスを含む改質用ガスが漏出することは
殆ど無く、たとえ漏出しても極僅少量となるように構成
され得る。このように、閉空間に改質用ガスを供給する
ことにより、基板の裏面側の酸化改質を確実に行うこと
ができ、基板の裏面から生じる拡散物質が低減される。

【００２３】より具体的には、改質用ガス供給工程にお
いては、閉空間内への改質用ガスの供給流量を、閉空間
内からの改質用ガスの排出流量よりも少なくする、すな
わち、閉空間内に供給流量と排出流量とが異なるいわゆ
るバイアスフローを形成すると好適である。

【００２４】こうすれば、基板の裏面側である閉空間
が、その外部に比して負圧となるため、チャンバ内の閉
空間の外部つまり基板の表（おもて）面側に通常供給さ
れるプロセスガスの一部が、基板と基板支持部との間に
形成され得る僅かな間隙を通って閉空間内に引き込まれ
る易くなる。よって、閉空間内に供給された改質用ガス
が基板の表面側に流入してしまうことが防止される。な
お、かかるプロセスガスとしては、特に制限されないも
のの、スパイクアニールにおいて高い熱伝導性が要求さ
れることから、第２のガスと同様にＨｅガスを用いるこ
とが望ましい。

【００２５】さらに、改質用ガス供給工程においては、
改質用ガスの排出流量を検出し、その排出流量の検出値
に基づいて、改質用ガスの供給流量と排出流量との差が
所定範囲内の値となるように、供給流量及び排出流量を
調整すると好ましい。

【００２６】閉空間から排出される改質用ガスの流量
は、閉空間の外部である基板の表面側から流入し得るプ
ロセスガスの影響を受け、また、閉空間の容積や排出出
力によって変化するのに対し、閉空間への改質用ガスの
供給流量は、供給系のハード設定等により把握し易い。
よって、排出流量の実際の検出値に基づいて、供給流量
及び排出流量を調整することにより、最適なバイアスフ
ローを形成させ易くなる。

【００２７】さらに、改質用ガス供給工程においては、
閉空間内から排出される改質用ガス中の第１のガスの濃
度を検出し、その第１のガスの濃度の検出値が所定範囲
内の値でないときに、基板加熱工程又は改質用ガス供給
工程を中止するとより好ましい。

【００２８】改質用ガスが基板の表面側に流入した場合
には、閉空間から排出される改質用ガス中の第１のガス
の濃度は、閉空間に供給した改質用ガス中の第１のガス
の濃度から基板裏面の酸化反応で消費された分を差し引
いた値よりも小さくなり得る。よって、閉空間から排出
される改質用ガス中の第１のガスの濃度を検出すれば、
改質用ガスが基板の表面側に過度に流入しているか否か
を把握できる。そして、その検出値に基づいて、基板の
加熱又は改質用ガスの供給を停止してプロセスを中止す
れば、基板の表面に対する悪影響が生じること、及び、
基板の裏面に形成される酸化膜から成る改質層の厚みが
不十分となることが防止される。

【００２９】或いは、改質用ガス供給工程においては、
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
の第１のガスの濃度を検出し、その第１のガスの濃度の
検出値が所定範囲内の値でないときに、前記基板加熱工
程又は改質用ガス供給工程を中止しても好適である。こ
のようにしても、基板の表面に対する悪影響が生じるこ
と、及び、基板の裏面側に形成される酸化膜から成る改
質層の厚みが不十分となることが防止される。

【００３０】また、本発明による熱処理装置は、本発明
の熱処理方法を有効に実施するためのものであり、半導
体装置の製造において基板がスパイクアニールされるも
のであって、半導体装置が形成される基板が収容される
チャンバと、チャンバ内に設置され基板を支持する基板
支持部と、基板支持部に支持された基板を加熱する加熱
部と、チャンバに接続されており、基板支持部に基板が
支持されたときに、その基板における半導体装置が形成
される面の裏面側に形成される実質的に封止された閉空
間に、分子中に酸素原子を含む第１のガスと、希釈ガス
としての第２のガスとを含有する改質用ガスを供給する
改質用ガス供給部とを備えるものである。

【００３１】さらに、チャンバに接続されており、閉空
間内へ供給される改質用ガスの供給流量を調整する供給
量調整部と、チャンバに接続されており、閉空間から排
出される改質用ガスの排出流量を調整する排出量調整部
とを更に備えると好ましい。

【００３２】またさらに、閉空間内から排出される改質
用ガスの排出流量を検出する流量検出部と、流量検出部
で取得された改質用ガスの排出流量の検出値に基づい
て、閉空間内への改質用ガスの供給流量と閉空間内から
の改質用ガスの排出流量との差が所定範囲内の値となる
ように、供給量調整部と排出量調整部とを制御する流量
制御部とを更に備えるとより好ましい。

【００３３】さらにまた、閉空間内から排出される改質
用ガス中の第１のガスの濃度、又は、チャンバにおける
閉空間の外部から排出されるガス中の第１のガスの濃度
を検出する濃度検出部を更に備えると一層好適である。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、添付図を参照して本発明の
実施形態について説明する。なお、同一の要素には同一
の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左
右等の位置関係については、特に規定しない限り、図面
の上下左右等の位置関係に基づくものとする。

【００３５】図１は、本発明による熱処理装置の好適な
一実施形態を示す斜視図（一部断面図）である。また、
図２は、その熱処理装置の部分拡大断面図である。熱処
理装置１は、ＳｉウェハＷ（基板）を温度制御しながら
スパイクアニール処理を行うための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
で構成されたチャンバ２を備えるものである。

【００３６】このチャンバ２内には、ＳｉウェハＷを支
持するサセプタ等の基板支持部３が設置されている。こ
の基板支持部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
ら成っている。また、リングフレーム６の内側縁部に
は、ＳｉウェハＷのエッジ部が支持される支持用段部６
ａが形成されている。

【００３７】ここで、ＳｉウェハＷが基板支持部３に支
持された状態（図２参照）では、ＳｉウェハＷの裏面側
に、ベース部２ａと基板支持部３とＳｉウェハＷとで画
成された（囲まれた）閉空間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ＳｉウェハＷのエ
ッジ部が載置されたときには、装置の構造上、Ｓｉ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。

【００３８】また、ベース部２ａの下部には、搬送ロボ
ット（図示せず）によりチャンバ２内に搬送されたＳｉ
ウェハＷを基板支持部３に支持させるためのリフト機構
７が設けられている。このリフト機構７は、ベース部２
ａを貫通してＳｉ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。

【００３９】さらに、チャンバ２の蓋部２ｃの上方に
は、基板支持部３に支持されたＳｉウェハＷを加熱する
複数の加熱ランプ９（加熱部）から成るランプ群９Ｇ
（加熱部）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の輻射熱
が、そのランプ用窓部Ｌｗを介してＳｉウェハＷに伝え
られる。また、ベース部２ａには、ＳｉウェハＷの温度
を光学的に検出する放射温度計等の温度センサ１０が設
けられている。

【００４０】この温度センサ１０は、ベース部２ａにお
ける基板支持部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且つ所定の角度（例え
ば９０度）を有する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、上述した閉空間Ｓａは光学的に
は完全な閉空間とされており、光学式の温度センサ１０
による閉空間Ｓａを利用してのＳｉウェハＷの温度検出
が支障なく行える。

【００４１】また、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、チャンバ２内における閉空間
Ｓａの外部、すなわちＳｉウェハＷの表面側の空間Ｓｂ
にプロセスガスとしてのＨｅガスを供給するためのガス
供給系１４（後述する図３参照）が接続されている。一
方、ガス排出口１３には、空間Ｓｂ内のガスをチャンバ
２の外部に排出するためのガス排出系１５（後述する図
３参照）が接続されている。

【００４２】さらに、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、閉空間Ｓａ内にＯ₂ガス
（第１のガス）及びその希釈ガスとしてのＨｅガス（第
２のガス）とから成る改質用ガスＧｏを供給するための
ガス供給系１８（改質用ガス供給部と供給量調整部とを
兼ねる）が接続され、ガス排出口１７には、閉空間Ｓａ
内のガスをチャンバ２の外部に排出するためのガス排出
系１９（排出量調整部）が接続されている。

【００４３】またさらに、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、円形プレート１１におい
てその中心からガス供給口１６の反対側に僅かにずれた
位置にガス排出口１７が形成され、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
れた改質用ガスＧｏ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。

【００４４】図３は、図１に示す熱処理装置１における
ガス供給系等の構成を示すブロック図である。同図にお
いて、ガス供給系１４は、Ｈｅガス供給源２１と、チャ
ンバ２のガス供給口１２とＨｅガス供給源２１との間に
設けられ、Ｈｅガス供給源２１から空間Ｓｂ内に供給さ
れるＨｅガスＧｐの流れをオン・オフするバルブ２２
と、空間Ｓｂ内に供給されるＨｅガスＧｐの流量を調整
するマスフローコントローラ（以下、「ＭＦＣ」とい
う）２３とを有している。他方、ガス排出系１５は、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（以下、「ＰＣＶ」という）２４を有し
ており、このＰＣＶ２４の二次側には排気ポンプＰが接
続されている。

【００４５】また、ガス供給系１８は、Ｏ₂ガス供給源
２５及びその希釈ガスであるＨｅガス供給源２６と、チ
ャンバ２のガス供給口１６とこれらのガス供給源２５，
２６との間に設けられ、これらのガス供給源２５，２６
から閉空間Ｓａ内に供給される改質用ガスＧｏの流れを
オン・オフするバルブ２７と、閉空間Ｓａ内に供給され
るＯ₂ガス及びＨｅガスの流量をそれぞれ調整するＭＦ
Ｃ２８，２９とを有している。

【００４６】一方、ガス排出系１９は、チャンバ２のガ
ス排出口１７に接続され、閉空間Ｓａ内からチャンバ２
の外部に排出される改質用ガスの流量を調整するニード
ルバルブ等のバルブ３０と、このバルブ３０の二次側に
接続され、閉空間Ｓａ内から排出される改質用ガスＧｏ
の流れをオン・オフする主バルブ３１と、この主バルブ
３１の二次側に並列に接続された補助バルブ３２，３３
と、補助バルブ３３の二次側に粒子捕集用のフィルタ３
４を介して接続され、閉空間Ｓａ内から排出される改質
用ガスＧｏの流量を検出するマスフローメータ（以下、
「ＭＦＭ」という）３５（流量検出部）とを有してい
る。補助バルブ３２の二次側及びＭＦＭ３５の下流側は
スクラバＳｃへと接続されており、閉空間Ｓａ内から排
出された改質用ガスＧｏがスクラバＳｃに送られる。

【００４７】さらに、補助バルブ３２及びＭＦＭ３５と
スクラバＳｃとの間のガス排出経路には、閉空間Ｓａ内
から排出される改質用ガスＧｏ中のＯ₂ガス濃度を検出
する濃度センサ３６（濃度検出部）が設けられている。
また、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、空間Ｓｂ内から排出されるガス中
のＯ₂濃度を検出する濃度センサ３７（濃度検出部）が
設けられている。

【００４８】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（流量制御
部）に送られる。この制御装置３８には、補助バルブ３
２，３３の開閉を切り換えるためのオンオフの入力スイ
ッチ３９と、現在のプロセス状況を表示する画面表示部
４０とが接続されている。制御装置３８には、ＭＦＭ３
５、濃度センサ３６，３７の各検出信号及び入力スイッ
チ３９の指示信号が入力され、これらの信号に基づいて
所定の処理を行い、その処理結果を電気信号としてＭＦ
Ｃ２３，２８，２９、補助バルブ３２，３３及び画面表
示部４０に出力する。

【００４９】なお、ＭＦＣ２３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、ＳｉウェハＷの温度制
御を行う機能も有している。

【００５０】図４は、図３に示す制御装置３８における
処理の流れを示すブロック図である。同図において、制
御装置３８は、補助バルブ切換設定部３８ａと、改質用
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。補助バルブ切換設定部３８ａ
は、入力スイッチ３９からの指示信号が入力され、指示
信号がオフのときは、補助バルブ３２を開状態及び補助
バルブ３３を閉状態にするような設定信号をそれぞれ補
助バルブ３２，３３に出力する。また、同指示信号がオ
ンのときは、補助バルブ３２を閉状態及び補助バルブ３
３を開状態にするような設定信号をそれぞれ補助バルブ
３２，３３に出力する。このように入力スイッチ３９を
オン・オフにするのみで補助バルブ３２，３３の開閉が
自動的に切り換えられる。

【００５１】一方、改質用ガス供給流量設定部３８ｂ
は、ＭＦＭ３５の検出値に基づいてＭＦＣ２８，２９を
制御し、閉空間Ｓａ内に供給されるＯ₂ガス及びＨｅガ
スの流量を制御する。改質用ガス供給流量設定部３８ｂ
は、閉空間Ｓａ内に供給される改質用ガスＧｏの流量と
閉空間Ｓａ内から排出される改質用ガスＧｏ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、その設定
信号に応じた流量信号をそれぞれＭＦＣ２８，２９に出
力する。

【００５２】他方、プロセス続行・中止判断部３８ｃ
は、濃度センサ３６，３７の各検出値が入力され、閉空
間Ｓａ内から排出される改質用ガスＧｏ中のＯ₂濃度及
び空間Ｓｂ内から排出されるガス中のＯ₂濃度がそれぞ
れ予め決められた範囲内の値にあるかどうかを判断す
る。そして、閉空間Ｓａ内から排出される改質用ガスＧ
ｏ又は空間Ｓｂ内から排出されるガス中のＯ₂濃度がそ
れぞれの所定範囲を超えた時点で、ＳｉウェハＷの加熱
処理を中止すべく、プロセス中止信号をＭＦＣ２８，２
９に出力し、閉空間Ｓａ内への改質用ガスＧｏの供給を
停止する。或いは、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の出力をオフにするか、所定
の熱出力まで低下させる。

【００５３】このように構成された熱処理装置１を用い
てＳｉウェハＷを１枚ずつスパイクアニールする手順の
一例（本発明による熱処理方法の一実施形態）について
以下に説明する。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ
（Ａ）Ｓｉウェハの温度プロファイル（ランププロファ
イル）、（Ｂ）閉空間ＳａへのＯ₂ガスの供給シーケン
ス、及び、（Ｃ）閉空間ＳａへのＨｅガスの供給シーケ
ンスを示すタイムチャートである。

【００５４】まず、時刻ｔ０において、内部がＨｅガス
等の不活性ガス等で置換された又は未置換のチャンバ２
内に、図示しない搬送用ロボットを用いて処理すべきＳ
ｉウェハＷを搬送した後、時刻ｔ１において、リフト機
構７により支持ピン８を上昇させてＳｉウェハＷを一旦
持ち上げた後、支持ピン８を下降させ、ＳｉウェハＷを
基板支持部３のリングフレーム６上に載置する。これに
より、チャンバ２内に閉空間Ｓａ及び空間Ｓｂが画成さ
れる。

【００５５】次に、バルブ２２，３１を開状態にすると
共に、入力スイッチ３９をオンにして、補助バルブ３３
を開状態にし、補助バルブ３２を閉状態にすると共に、
ＭＦＣ２９を稼動させる。これにより、チャンバ２内に
おける空間Ｓｂ内にプロセスガスとしてのＨｅガスＧｐ
を供給し、チャンバ２内にプロセス雰囲気を形成させ
る。また、閉空間Ｓａ内のガスを所定の流量で排出す
る。因みに、閉空間Ｓａは、上述の如く、Ｓｉ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、
このとき閉空間Ｓａから空間ＳｂへのＨｅガスの漏出は
殆ど無い。

【００５６】それから、ＭＦＭ３５の検出値を監視しな
がら、閉空間Ｓａ内が空間Ｓｂに比して負圧となるよう
にする。これにより、空間Ｓｂ内のＨｅガスが、基板支
持部３とＳｉウェハＷとの間の僅かな間隙を通って閉空
間Ｓａ内に流れ込み、閉空間Ｓａは強制的な流体の閉空
間とされる。空間Ｓｂ内が所定の圧力値、例えば９００
Ｔｏｒｒとなった後、入力スイッチ３９をオフにして補
助バルブ３２を開状態、補助バルブ３３を閉状態とす
る。

【００５７】その後、時刻ｔ２において、図示しない駆
動手段により基板支持部３を回転駆動させてＳｉウェハ
Ｗを回転させると共に、制御装置３８から各加熱ランプ
９へ点灯信号を送出し、複数の加熱ランプ９を点灯させ
る。これにより、ＳｉウェハＷの温度を室温（２５℃）
から、例えば、１００〜１５０℃／秒程度の温度勾配で
急峻に昇温する（基板加熱工程）。この間、複数の温度
センサ１０により、ＳｉウェハＷの裏面温度の測定を非
接触で経時的に実施し、制御装置３８により、Ｓｉウェ
ハＷ内の面内温度が均一となるように、各加熱ランプ９
の熱出力調整又は点灯・消灯の制御を行う。

【００５８】このような加熱を数秒〜１０数秒程度行な
い、ＳｉウェハＷが所定温度（図５（Ａ）においては、
１０００℃（第１の所定温度）の場合を例示した）とな
った時点、つまり時刻ｔ３において、ランプ群９Ｇを消
灯、或いは予熱的な熱出力となるように調整する。ま
た、時刻ｔ３において、入力スイッチ３９をオンにし
て、補助バルブ３２を閉じ、補助バルブ３３を開状態に
すると共に、バルブ２７を開状態とし、更にＭＦＣ２９
を稼動する。このとき、バルブ２２，３１は引き続き開
状態としておく。これにより、チャンバ２内における空
間Ｓｂと共に閉空間Ｓａ内にもＨｅガスを供給し、Ｓｉ
ウェハＷが表面側及び裏面側から冷却される（基板冷却
工程）。

【００５９】この基板冷却工程は、ＳｉウェハＷの温度
が所定の搬出温度（図５（Ａ）においては、７５０℃
（第２の所定温度）の場合を例示した）となるまで継続
する。この場合の、降温速度としては、好ましくは５０
〜９０℃／秒程度の温度勾配で降温すると好適である。
また、時刻ｔ３以後は、必要に応じて、ＳｉウェハＷの
回転を停止させてもよい。

【００６０】また、ガス供給源２６からのＨｅガスの供
給と同時に、ＭＦＭ３５の流量検出値に基づいて、閉空
間Ｓａ内に供給されるＨｅガスの流量が閉空間Ｓａから
排出されるＨｅガスの流量よりも少なくなるように、す
なわちバイアスフローが形成されるように、バルブ３０
により閉空間ＳａからのＨｅガスの排出流量を調節す
る。これにより、空間Ｓｂ内のＨｅガスが、基板支持部
３とＳｉウェハＷとの間の僅かな間隙を通って閉空間Ｓ
ａ内に流れ込み、強制的な流体の閉空間としての閉空間
Ｓａが速やかに形成される。

【００６１】次いで、このようなバイアスフローが形成
された時刻ｔ４（時刻ｔ３の直後）において、ＭＦＣ２
８を稼動する。これにより、バルブ２７の前段でＨｅガ
スにＯ₂ガスが添加・混合されて改質用ガスＧｏとな
る。この改質用ガスＧｏを、ガス供給口１６を通して閉
空間Ｓａ内に供給する（改質用ガス供給工程）。この
際、制御装置３８から所定の流量設定信号をＭＦＣ２
８，２９に送出して開度等を調節し、改質用ガスＧｏ中
のＯ₂ガスの濃度が、好ましくは５００ｐｐｍ以上、よ
り好ましくは５００〜１０００ｐｐｍ、特に好ましくは
６５０〜８００ｐｐｍとなるように、Ｏ₂ガスとＨｅガ
スとを混合する。

【００６２】この際、Ｈｅガスに添加混合するＯ₂ガス
量が数千ｐｐｍ程度であれば、閉空間Ｓａ内のバイアス
フローは十分に維持される。また、必要に応じてバルブ
３０の微調整を行って閉空間Ｓａからの改質用ガスＧｏ
の排出流量を再調整することにより所望のバイアスフロ
ーを再形成させることも可能である。これにより、閉空
間Ｓａ内を流通するＯ₂ガスが空間Ｓｂに流入してしま
うおそれは殆ど無い。さらに、スパイクアニールにおい
ては、ＳｉウェハＷの急冷を行うためにＨｅガスが呈す
る高い熱伝導特性が非常に有効であるが、本発明者らの
知見によれば、数千ｐｐｍ程度のＯ₂ガスをＨｅガスに
添加混合しても、温度勾配が鈍化するといった現象は認
められず、改質用ガスＧｏはＨｅガスと同等の熱伝導特
性を奏することが確認された。

【００６３】このように、閉空間Ｓａ内に供給された改
質用ガスＧｏは、ＳｉウェハＷからの輻射又は希釈ガス
であるＨｅガスによる熱伝導によって熱エネルギーを付
与され、ＳｉウェハＷの裏面の近傍で酸素原子を含む活
性種を生じる。かかる活性種は、ＳｉウェハＷの裏面上
に形成された自然酸化膜であるＳｉＯを酸化し、ＳｉＯ
の昇華を抑える得るより安定なＳｉＯ₂へと改質され
る。また、裏面上に微視的にＳｉが露呈している部分が
存在すれば、これも酸化されてＳｉＯ₂が生じ得る。よ
って、ＳｉウェハＷの裏面全体に、昇華物質、及び、Ｓ
ｉウェハＷ内に注入されているリン等のドーパントの外
部拡散を有効に防止するＳｉＯ₂膜が形成される。

【００６４】ここで、時刻ｔ２〜ｔ５、時刻ｔ３〜ｔ
５、又は時刻ｔ４〜ｔ５の期間においては、閉空間Ｓａ
から排出される改質用ガスＧｏ及び空間Ｓｂから排出さ
れるガス中のＯ₂ガス濃度を濃度センサ３６，３７を用
いて連続的にモニターする。そして、閉空間Ｓａから排
出される改質用ガスＧｏ中のＯ₂ガス濃度が、所定の範
囲内の値、例えば５００ｐｐｍを下回った場合には、プ
ロセスを強制的に停止すると好適である。これにより、
ＳｉウェハＷの裏面に形成されるＳｉＯ₂膜の膜厚を十
分に確保できる傾向にある。

【００６５】また、閉空間Ｓａから排出される改質用ガ
スＧｏ中のＯ₂ガス濃度が、所定の範囲内の値、例えば
１０００ｐｐｍを上回った場合にもプロセスを強制的に
停止すると好ましい。こうすれば、万一、改質用ガスＧ
ｏが空間Ｓｂ内へ流入してしまった場合にも、Ｓｉウェ
ハＷの表面の不都合な酸化を抑え得る。さらに、空間Ｓ
ｂから排出されるガス中のＯ₂ガス濃度が、所定の範囲
内の値、例えば数ｐｐｍを上回った場合にもプロセスを
強制的に停止すると好ましい。これによっても、Ｓｉウ
ェハＷの表面の不都合な酸化を抑え得る。

【００６６】その後、時刻ｔ５において、ＳｉウェハＷ
が所定の搬出温度（例えば、７５０℃）となった時点で
スパイクアニール処理を終了し、制御装置３８からＭＦ
Ｃ２８，２９に流量ゼロ信号が送出し、チャンバ２内へ
の改質用ガスＧｏの供給を停止する。そして、図示しな
い搬送ロボットによりＳｉウェハＷをチャンバ２の外部
へ取り出す。

【００６７】このような構成を有する熱処理装置１及び
これを用いた本発明による熱処理方法の一例によれば、
ＳｉウェハＷをスパイクアニールする際に、Ｓｉウェハ
Ｗの裏面側の閉空間Ｓａ内にＯ₂ガスを含む改質用ガス
Ｇｏを供給するので、ＳｉウェハＷの裏面が酸化・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ＳｉウェハＷ裏面からの外部拡散を十分に抑制するこ
とができる。

【００６８】よって、チャンバ２のベース部２ａ、温度
センサ１０のセンシング部又は端子等、チャンバ２内の
部材に拡散物質が付着・堆積してしまうことを防止でき
る。したがって、ＳｉウェハＷの温度制御を長期にわた
って安定に遂行することができる。その結果、ＲＴＰ処
理の中でも特に基板温度の面内均一性及び基板間再現性
が要求されるスパイクアニールにおいても優れた温度管
理及び制御性能を実現でき、ひいてはプロセスの安定性
を向上できる。

【００６９】しかも、希釈ガスであるＨｅガスを主成分
とし、これにＯ₂ガスを添加混合したものを改質用ガス
Ｇｏとして用いるので、Ｈｅガスが有する高い熱伝導特
性を阻害することなく、ＳｉウェハＷの急冷を行うこと
ができる。よって、スパイクアニール自体に影響を与え
ることがないので、例えば、ＳｉウェハＷが過度に加熱
されることに起因するデバイスのジャンクション深さが
不都合な程に深くなってしまうことを抑制できる。

【００７０】また、スパイクアニール処理では、Ｓｉウ
ェハＷの加熱開始から冷却が終了してＳｉウェハＷをチ
ャンバ２外へ取り出すまでの時間（時刻ｔ２〜ｔ５）が
極めて短いが、改質用ガスＧｏ中のＯ₂ガス濃度を５０
０ｐｐｍ以上とすれば、ＳｉウェハＷの裏面の酸化改質
を十分に行い得る。加えて、Ｏ₂ガスの希釈ガスとし
て、プロセスガスと同じＨｅガスを用いるので、上述の
如く、改質用ガスＧｏに高い熱伝導性を付与しつつ、使
用するガスの種類が二種類と少ないために低コスト化を
図り得る。

【００７１】さらに、バイアスフローによって閉空間Ｓ
ａから空間Ｓｂ内への改質用ガスＧｏの流入が十分に抑
止されるので、ＳｉウェハＷの表面の酸化を十分に防止
することができる。これにより、ＳｉウェハＷの表面の
雰囲気制御を安定に行うことができる。しかも、ガス排
出系１９に排出ラインを２系統設け、閉空間Ｓａ内から
排出される改質用ガスＧｏがフィルタ３４及びＭＦＭ３
５を常に流通することがないようにしたので、フィルタ
３４及びＭＦＭ３５の寿命を延長でき、交換頻度を低減
できる。

【００７２】またさらに、改質用ガスＧｏ中のＯ₂ガス
濃度を１０００ｐｐｍ以下とした場合には、万一、空間
Ｓｂへ改質用ガスＧｏが流入した場合にも、Ｓｉウェハ
Ｗの表面の酸化がプロセスに影響を与えないレベルに抑
えることができる。さらにまた、空間Ｓｂ内へ改質用ガ
スＧｏが誤って流入した場合でも、閉空間Ｓａから排出
される改質用ガスＧｏ中のＯ₂ガス濃度、及び、空間Ｓ
ｂから排出されるガス中のＯ₂ガス濃度を検出し、検出
値がそれぞれの所定の濃度範囲内の値にないときにはプ
ロセスを強制的に中止するので、これによってもＳｉウ
ェハＷの表面の酸化を防止できる。

【００７３】また、昇華物質等の外部拡散が抑えられる
ので、閉空間Ｓａ内を清浄な状態に保つことができる。
これにより、プロセス中の発塵が抑制されてパーティク
ルの発生が少なくなるので、半導体装置の製品歩留まり
を向上できる利点もある。さらに、ガス供給口１６及び
ガス排出口１７を、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、その閉塞物は改質用ガス
Ｇｏの流れによってガス排出口１７から排出され得る。
したがって、温度センサ１０による温度検出の安定性を
更に向上できる。

【００７４】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されるものではなく、例えば、閉空間Ｓａ内へのＨｅガ
スの供給を時刻ｔ２又はｔ３から開始してもよい。ま
た、閉空間Ｓａ内への改質用ガスＧｏの供給を時刻ｔ２
又はｔ３から開始してもよく、時刻ｔ２〜ｔ５の期間の
うちの少なくと一部の期間で実施しても構わない。この
場合、ＳｉウェハＷの温度が好ましくは７５０℃以上の
状態（時間）において改質用ガスＧｏを供給すると、Ｓ
ｉＯ₂膜の形成が促進されるので好適である。

【００７５】さらに、制御装置３８における改質用ガス
供給流量設定部３８ｂの機能を、制御装置３８の代りに
ＭＦＭ３５またはＭＦＣ２８，２９に設けてもよい。ま
たさらに、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
を発生させてもよい。これにより、オペレータがいる場
合に、プロセス中止の認知性を高め得る。

【００７６】加えて、バルブやＭＦＣの調整によっても
閉空間Ｓａ内への改質用ガスＧｏの供給流量と閉空間Ｓ
ａからの改質用ガスＧｏの排出流量との差異が所定の範
囲内の値とすることができないときにプロセスを強制的
に中止しても構わない。これにより、予期しないＳｉウ
ェハＷの表面酸化を防止できる。

【００７７】また、基板支持部３にＳｉウェハＷをクラ
ンプする部材を設け、或いは、チャックにより、Ｓｉウ
ェハＷを強制的に基板支持部３に密着させて閉空間Ｓａ
を維持させてもよい。さらに、スパイクアニール時に、
バルブ３０に粒子等が付着したり、堆積したりすると、
閉空間Ｓａ内からの改質用ガスＧｏの排出流量と、閉空
間Ｓａへの同供給流量との差が所定値よりも小さくな
り、その結果、閉空間Ｓａ内のＯ₂ガスが空間Ｓｂに入
り込むおそれがある。これを防止すべく、入力スイッチ
３９を、定期的にオンにして、閉空間Ｓａ内から排出さ
れた改質用ガスＧｏがＭＦＭ３５を通過するようにして
もよい。こうすれば、改質用ガスＧｏの排出流量と供給
流量との差が所定値になるように定期的に且つ自動で制
御され、Ｏ ₂ガスのＳｉウェハＷの表面側への流入を確
実に回避できる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板のＲＴＰ処理、特に基板をスパイクアニールする処
理において、基板の裏面側に、分子中に酸素原子を含む
第１のガスと希釈ガスとしての第２のガスとを含有する
改質用ガスを供給することにより、基板裏面を酸化・改
質し、これにより基板からの物質の拡散を十分に抑制す
ることができる。よって、基板が収容されるチャンバ内
の部材に付着・堆積する拡散物質を十分に低減できる。
その結果、基板の温度制御に係る測定系等が安定し、熱
処理条件の温度一定性及び再現性が良好になり、ひいて
はプロセスの安定性が向上する。それに加え、チャンバ
内を清浄な状態に保持でき、パーティクル等の異物の発
生を抑制できる利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による熱処理装置の好適な一実施形態を
示す斜視図（一部断面図）である。

【図２】図１に示す熱処理装置の部分拡大断面図であ
る。

【図３】図１に示す熱処理装置におけるガス供給系等の
構成を示すブロック図である。

【図４】図３に示す制御装置における処理の流れを示す
ブロック図である。

【図５】図５（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ（Ａ）Ｓｉウ
ェハの温度（ランプ）プロファイル、（Ｂ）閉空間Ｓａ
へのＯ₂ガスの供給シーケンス、及び、（Ｃ）閉空間Ｓ
ａへのＨｅガスの供給シーケンスを示すタイムチャート
である。

【符号の説明】

１…熱処理装置、２…チャンバ、３…基板支持部、７…
リフト機構、９Ｇ…ランプ群、９…加熱ランプ（加熱
部）、９Ｇ…ランプ群（加熱部）、１０…温度センサ、
１４…ガス供給系、１５…ガス排出系、１８…ガス供給
系（改質用ガス供給部、供給量調整部）、１９…ガス排
出系（排出量調整部）、２１…ガス供給源、２５…ガス
供給源、２６…ガス供給源、３５…ＭＦＭ（流量検出
部）、３６，３７…濃度センサ（濃度検出部）、３８…
制御装置（流量制御部）、Ｇｏ…改質用ガス、Ｓａ…閉
空間、Ｗ…Ｓｉウェハ（基板）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塚本俊之千葉県成田市新泉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)発明者阿世知大千葉県成田市新泉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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体装置の製造において基板をスパイ
クアニールする熱処理方法であって、前記基板を第１の所定温度に昇温させる基板加熱工程
と、前記基板が前記第１の所定温度に達した後に該基板を第
２の所定温度に降温させる基板冷却工程と、前記基板加熱工程及び前記基板冷却工程を実施している
期間のうち少なくとも一部の期間において、前記基板に
おける前記半導体装置が形成される面の裏面側に、分子
中に酸素原子を含む第１のガスと希釈ガスとしての第２
のガスとを含有する改質用ガスを供給する改質用ガス供
給工程を更に備える、ことを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】前記改質用ガス供給工程においては、前
記第１のガスとしてＯ₂ガスを含有し且つ前記第２のガ
スとしてＨｅガスを含有する前記改質用ガスを用いる、
ことを特徴とする請求項１記載の熱処理方法。
【請求項３】前記改質用ガス供給工程においては、前
記改質用ガス中の前記第１のガスの濃度が５００ｐｐｍ
以上となるように、該第１のガスと前記第２のガスとを
混合する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱
処理方法。
【請求項４】前記改質用ガス供給工程においては、前
記基板の温度に基づいて前記改質用ガス中の前記第１の
ガスの濃度が所定範囲内の値となるように、前記第１の
ガスと前記第２のガスとを混合する、ことを特徴とする
請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱処理方法。
【請求項５】半導体装置が形成される基板が収容され
るチャンバと、該チャンバ内に設置され該基板を支持す
る基板支持部と、該基板支持部に支持された該基板を加
熱する加熱部とを備えており、該基板支持部に該基板が
支持されたときに、該基板の裏面側に実質的に閉止され
た閉空間が形成される半導体製造装置における熱処理方
法であって、前記基板支持部に支持された状態の前記基板を前記加熱
部により加熱して第１の所定温度に昇温させる基板加熱
工程と、前記基板加熱工程を実施した後の前記基板を冷却して第
２の所定温度に降温させる基板冷却工程と、前記基板加熱工程及び前記基板冷却工程を実施している
期間のうち少なくとも一部の期間において、前記基板に
おける前記半導体装置が形成される面の裏面側に、分子
中に酸素原子を含む第１のガスと、希釈ガスとしての第
２のガスとを含有する改質用ガスを供給して該裏面側に
存在する物質を酸化する改質用ガス供給工程と、を備え
る熱処理方法。
【請求項６】前記改質用ガス供給工程においては、前
記閉空間内への前記改質用ガスの供給流量を、該閉空間
内からの該改質ガスの排出流量よりも少なくする、請求
項５記載の熱処理方法。
【請求項７】前記改質用ガス供給工程においては、前
記改質用ガスの前記排出流量を検出し、該排出流量の検
出値に基づいて、該改質用ガスの前記供給流量と該排出
流量との差が所定範囲内の値となるように、該供給流量
及び該排出流量を調整する、請求項６記載の熱処理方
法。
【請求項８】前記改質用ガス供給工程においては、前
記閉空間内から排出される前記改質用ガス中の前記第１
のガスの濃度を検出し、該第１のガスの濃度の検出値が
所定範囲内の値でないときに、前記基板加熱工程又は前
記改質用ガス供給工程を中止する、請求項５〜７のいず
れか一項に記載の熱処理方法。
【請求項９】前記改質用ガス供給工程においては、前
記チャンバ内における前記閉空間の外部から排出される
ガス中の前記第１のガスの濃度を検出し、該第１のガス
の濃度の検出値が所定範囲内の値でないときに、前記基
板加熱工程又は前記改質用ガス供給工程を中止する、請
求項５〜８のいずれか一項に記載の熱処理方法。
【請求項１０】半導体装置の製造において基板がスパ
イクアニールされる熱処理装置であって、半導体装置が形成される基板が収容されるチャンバと、前記チャンバ内に設置され基板を支持する基板支持部
と、前記基板支持部に支持された前記基板を加熱する加熱部
と、前記チャンバに接続されており、前記基板支持部に前記
基板が支持されたときに、該基板における前記半導体装
置が形成される面の裏面側に形成される実質的に閉止さ
れた閉空間に、分子中に酸素原子を含む第１のガスと、
希釈ガスとしての第２のガスとを含有する改質用ガスを
供給する改質用ガス供給部と、を備える熱処理装置。
【請求項１１】前記チャンバに接続されており、前記
閉空間内へ供給される前記改質用ガスの供給流量を調整
する供給量調整部と、前記チャンバに接続されており、前記閉空間から排出さ
れる前記改質用ガスの排出流量を調整する排出量調整部
と、を更に備える請求項１０記載の熱処理装置。
【請求項１２】前記閉空間内から排出される前記改質
用ガスの排出流量を検出する流量検出部と、前記流量検出部で取得された前記改質用ガスの排出流量
の検出値に基づいて、前記閉空間内への前記改質用ガス
の供給流量と前記閉空間内からの前記改質用ガスの排出
流量との差が所定範囲内の値となるように、前記供給量
調整部と前記排出量調整部とを制御する流量制御部と、
を更に備える請求項１０又は１１に記載の熱処理装置。
【請求項１３】前記閉空間内から排出される前記改質
用ガス中の前記第１のガスの濃度、又は、前記チャンバ
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
第１のガスの濃度を検出する濃度検出部を更に備える、
請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の熱処理装置。