JP2003257882A - 半導体ウエーハの熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スリップ転位を発生させることなく、短時間
で効率的にウエーハに熱処理を行うことができる熱処理
装置及び熱処理方法を提供する。 【解決手段】 半導体ウエーハの熱処理装置であって、
少なくとも、前記半導体ウエーハが投入されて外部と雰
囲気を遮断する熱処理室、前記熱処理室内に半導体ウエ
ーハを投入するためのウエーハ投入口、前記熱処理室内
の半導体ウエーハを加熱する加熱装置、前記熱処理室内
の半導体ウエーハにガスを吹き付けることによって該半
導体ウエーハを非接触状態で保持するベルヌーイチャッ
ク、前記ベルヌーイチャックにガスを導入する第一のガ
ス導入口、熱処理室内に導入されたガスを排出するガス
排出口、前記熱処理室内の温度を制御する温度コントロ
ーラとを具備すること特徴とする熱処理装置、及び該熱
処理装置を用いる熱処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエーハに
熱処理を行う熱処理装置及び熱処理方法に関するもので
あり、特に半導体ウエーハに急速加熱プロセス（ＲＴ
Ｐ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ）処
理を行う熱処理装置（以下、ＲＴＰ処理装置という）及
び熱処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの材料となるシリコンウ
エーハ（以下Ｓｉウエーハという）は、一般的にチョク
ラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ ｍｅｔｈｏ
ｄ：以下ＣＺ法という）によりシリコン単結晶を成長さ
せ、得られたシリコン単結晶を切断、ラッピング、エッ
チング、研磨等の工程を施すことにより作製することが
できる。このように作製されたＳｉウエーハには、通常
７〜１０×１０^１７（ＪＥＩＤＡ：日本電子工業振興協
会規格）程度の酸素が過飽和状態で含まれている。その
ため、このようなＳｉウエーハにデバイスプロセス等に
おいて熱処理が施されると、Ｓｉウエーハ内の過飽和な
酸素が酸素析出物として析出する。

【０００３】この酸素析出物は、ウエーハ内のデバイス
活性領域に発生すると、接合リーク等のデバイス特性に
悪影響を及ぼすため問題となるが、一方、デバイス活性
領域以外のバルク中に発生すると内部微小欠陥（ＢＭ
Ｄ）を形成し、デバイスプロセス中に混入した金属元素
を捕獲するゲッタリングサイトとして機能するため有効
である。

【０００４】近年、Ｓｉウエーハの出荷段階ではウエー
ハ内部に酸素析出は発生してないが、その後デバイスプ
ロセス等において熱処理を行うことによって、デバイス
活性領域であるウエーハ表面近傍は酸素析出物のない無
欠陥層（Ｄｅｎｕｄｅｄ Ｚｏｎｅ、以下ＤＺ層とい
う）を維持したまま、デバイス活性領域より深い位置に
あるバルク中にＢＭＤが形成されてゲッタリング能力を
有するように設計されたＳｉウエーハの製造方法とし
て、例えば、特表２００１−５０３００９号公報に記載
されているようなＳｉウエーハをＲＴＰ処理する方法が
提案されている。

【０００５】このＲＴＰ処理とは、Ｓｉウエーハを窒
素、水素、アンモニア、アルゴン、酸素等のガスまたは
これらの混合ガス雰囲気中で、例えば５０℃／ｓｅｃの
昇温速度で室温付近より急速加熱し、１２００℃前後の
温度で数十秒程度加熱保持した後、例えば５０℃／ｓｅ
ｃの降温速度で急速に冷却するといった熱処理方法であ
る。

【０００６】このようなＳｉウエーハのＲＴＰ処理に用
いられる熱処理装置としては、多数の市販されているＲ
ＴＰ処理装置（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ
Ａｎｎｅａｌｅｒと呼ばれることもある）を用いること
ができる。以下に、従来用いられているＲＴＰ処理装置
の一例を、図２を参照しながら説明する。図２は、従来
のＲＴＰ処理装置の一例を示した概略断面説明図を示し
ている。

【０００７】このＲＴＰ処理装置１５は、ハウジング１
３内に石英チューブからなる熱処理室３が設けられてお
り、該熱処理室３の上下に加熱用のハロゲンランプ２が
配置されている。このとき、ハロゲンランプ２は半導体
ウエーハの中心位置から同心円状に配置することもでき
る。また、ハウジング１３には、熱処理室３に半導体ウ
エーハを投入するためのウエーハ投入口１１が設けられ
ている。熱処理室３は、その一方に置換用ガスやプロセ
スガスのガス導入口７が、また他方の端には熱処理室３
に導入されたガスを排出するためのガス排出口８が設け
られており、この熱処理室３内に石英からなる保持ピン
５が設置されており、この保持ピン５上に被処理対象物
である半導体ウエーハ４を保持することができる。さら
に、この熱処理室３内に保持された半導体ウエーハの温
度を計測するために、ハウジング１３の空隙に赤外線温
度センサー６（以下ＩＲセンサーという）が配置されて
おり、ＩＲセンサー６で検出した温度信号は制御用コン
トローラー９に送られて、この温度コントローラー９に
よって設定した昇温速度、保持温度、及び降温速度にな
るようにランプ加熱電源１０の出力を制御することがで
きるようになっている。

【０００８】次に、このようなＲＴＰ処理装置１５を用
いてＳｉウエーハ４にＲＴＰ処理を行う方法について説
明する。 （１）Ｓｉウエーハのローディング まず、Ｓｉウエーハ４を熱処理室３に投入するため、ウ
エーハ投入口１１を開き、例えば、搬送用ロボット（図
示せず）を用いて、Ｓｉウエーハ４を熱処理室３内に導
入して保持ピン５上に保持する。その後、ウエーハ投入
口１１を閉じて熱処理室３の雰囲気を外部と遮断する。

【０００９】（２）プリパージ 次に、Ｓｉウエーハ４を熱処理室３に投入する際に熱処
理室３内に混入した空気を除去するために、ガス導入口
７から例えば不活性ガスであるＮ_２等の置換用ガスを導
入し、熱処理室３内を置換用ガス雰囲気にする。

【００１０】（３）プロセスガスの導入 熱処理室３を置換用ガス雰囲気にした後、ガス導入口７
から導入されている置換用ガスを、例えばＮＨ_３とＡｒ
の混合ガスのようなプロセスガスに切り替えて処理室３
に導入し、処理室３を置換用ガス雰囲気からプロセスガ
ス雰囲気に置換する。

【００１１】（４）加熱処理 熱処理室３が所望のプロセスガス雰囲気に完全に置換さ
れた後、プロセスガスをガス導入口７から流した状態の
まま、加熱用のハロゲンランプ２に電源を入れてＳｉウ
エーハ４を加熱する。このとき、Ｓｉウエーハ４の温度
はＩＲセンサー６で測定され、このＩＲセンサー６の信
号がコントローラー９に送られてランプ加熱電源１０の
出力を制御することによって、室温付近より所望の処理
温度（例えば１２００℃）まで所望の昇温速度で昇温す
ることができる。このようにしてＳｉウエーハが所望の
処理温度まで加熱された後、その状態で必要時間（通常
は数十秒程度）保持される。

【００１２】（５）ポストパージ Ｓｉウエーハ４を所望の処理温度で必要時間保持した
後、所望の降温速度となるようにハロゲンランプ２へ印
加する加熱電源１０の出力を制御しながらＳｉウエーハ
４を所望の温度（例えば８００℃）まで冷却し、その後
に熱処理室３に導入しているプロセスガスを置換用ガス
に切り替えて、熱処理室３内の毒性または可燃性ガスの
濃度が許容濃度または爆発下限以下等になるまで置換用
ガスで置換する。

【００１３】（６）Ｓｉウエーハの取り出し Ｓｉウエーハ４が所望の温度まで下がり、また熱処理室
３が十分に置換用ガスで置換された後、ウエーハ投入口
１１を開けて、例えば搬送用ロボット（図示せず）を用
いて熱処理室３内の保持ピン５上に保持されているＳｉ
ウエーハ４を取り出す。

【００１４】しかしながら、上記のようなＲＴＰ処理を
行う場合、加熱処理後に半導体ウエーハを冷却する際に
ハロゲンランプへの電源を完全に遮断しても、加熱され
て高温となった熱処理室の壁面からの輻射熱の影響で所
望の冷却速度を得られないといった弊害が生じる恐れが
ある。そのため、通常、ＲＴＰ処理装置１５は、このよ
うな弊害を防止するために、熱処理室３を強制的に空冷
して熱処理室自体が高温にならないように設計され、ま
た半導体ウエーハ４が熱処理室３からの輻射熱の影響を
受けないように、ウエーハ４と熱処理室３の壁まではあ
る一定距離以上離れるように設計されている。したがっ
て、従来のＲＴＰ処理装置１５では、熱処理室３がどう
してもある程度以上の容積を有するように大きくしなけ
ればならなく、その結果、ＲＴＰ処理を行う際に熱処理
室３を目的の雰囲気に置換するためのパージ時間を長く
する必要があった。

【００１５】例えば、図２に示す従来のＲＴＰ処理装置
１５を用いて、置換用ガスとしてＮ _２ガスを、またプロ
セスガスとしてＮＨ_３／Ａｒ混合ガスを用い、ＮＨ_３／
Ａｒ混合ガス雰囲気中、昇温速度５０℃／ｓｅｃで室温
から１２００℃まで昇温し、１２００℃で１０秒間保持
した後、８００℃まで降温速度５０℃／ｓｅｃで冷却す
るＲＴＰ処理を行った時のタイミングチャートを図７に
示す。尚、１２００℃から８００℃までの降温時間（８
ｓｅｃ）は、図７のタイミングチャートにおいては加熱
処理（４１ｓｅｃ）の中に含めてある。図７に示したよ
うに、上記のようなＲＴＰ処理を行った場合、１枚のＳ
ｉウエーハをＲＴＰ処理するために必要な時間はトータ
ル３５１秒であり、また各工程ごとの処理時間を見てみ
ると、ＲＴＰ処理の全処理時間の内２７０秒間がプリパ
ージ、プロセスガス導入、ポストパージのような熱処理
室３を目的の雰囲気に置換する工程に費やされており、
このパージ時間の長さがＲＴＰ処理時間の短縮を妨げて
おり、結果として生産性の低下を招いている。

【００１６】さらに、上記のような従来のＲＴＰ処理装
置１５でＲＴＰ処理を行う場合、半導体ウエーハ４が直
接保持ピン５により保持されているため、ＲＴＰ処理中
に半導体ウエーハは自重に起因する応力を受け、さらに
ウエーハと保持ピンの接触部から局所的な放熱が生じて
ウエーハ面内の温度分布が不均一となり、その結果、熱
処理中に半導体ウエーハに保持ピンとの接触部からスリ
ップ転位が発生してしまうという品質上の問題がある。

【００１７】また、一般にＲＴＰ処理したＳｉウエーハ
を熱処理して発生する酸素析出物のウエーハ深さ方向の
濃度分布は、ＲＴＰ処理の条件により変化することが知
られている（特開２００１−２０３２１０号公報参
照）。例えば、ＲＴＰ処理をＮ_２／Ａｒ混合ガス雰囲気
中で行って作製したウエーハと、Ａｒガス雰囲気中で行
ったウエーハとでは、図３及び図４に示すように、熱処
理後にウエーハに析出する酸素析出物の濃度分布は大き
く異なる。このことから、半導体ウエーハをＲＴＰ処理
する際にウエーハ表面と裏面で異なるプロセスガスを流
すことができれば、酸素析出物の深さ方向の濃度分布を
目的に応じて所望されるように制御することが可能とな
り、高品質の半導体ウエーハを製造できることが考えら
れる。しかしながら、上記のような従来のＲＴＰ処理装
置では、ＲＴＰ処理する際に半導体ウエーハの表面と裏
面とで異なるプロセスガスを用いて処理することは不可
能とされている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、上記
問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、
熱処理の際にスリップ転位を発生させることなく熱処理
を行うことができ、また熱処理雰囲気をプロセスガス等
で置換するような熱処理において、短時間で置換して効
率的に半導体ウエーハに熱処理を行うことができる熱処
理装置及び熱処理方法を提供することにあり、さらに半
導体ウエーハの表面と裏面とを異なるプロセスガスで同
時に熱処理することができる熱処理装置及び熱処理方法
を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、半導体ウエーハの熱処理装置であ
って、少なくとも、前記半導体ウエーハが投入されて外
部と雰囲気を遮断する熱処理室、前記熱処理室内に半導
体ウエーハを投入するためのウエーハ投入口、前記熱処
理室内の半導体ウエーハを加熱する加熱装置、前記熱処
理室内の半導体ウエーハにガスを吹き付けることによっ
て該半導体ウエーハを非接触状態で保持するベルヌーイ
チャック、前記ベルヌーイチャックにガスを導入する第
一のガス導入口、熱処理室内に導入されたガスを排出す
るガス排出口、前記熱処理室内の温度を制御する温度コ
ントローラとを具備することを特徴とする熱処理装置が
提供される（請求項１）。

【００２０】このように、少なくとも、熱処理室、ウエ
ーハ投入口、加熱装置、ベルヌーイチャック、ベルヌー
イチャックにガスを導入する第一のガス導入口、ガス排
出口、温度コントローラとを具備する半導体ウエーハの
熱処理装置であれば、熱処理を行う際に半導体ウエーハ
を非接触状態で保持することができるため、ウエーハに
応力がかからずスリップ転位が発生することがない。ま
た、半導体ウエーハはベルヌーイチャックから吹き付け
られるガスに直接曝されているため、熱処理室の壁から
の輻射熱の影響を受けにくい。そのため、熱処理室の容
積を小さくすることが可能となり、熱処理装置を小型化
することができ、熱処理室のガス置換に時間がかからな
い。

【００２１】このとき、前記第一のガス導入口とは別
に、熱処理室内にガスを導入する第二のガス導入口を具
備することが好ましい（請求項２）。このように、熱処
理室内にガスを導入する第二のガス導入口を具備するこ
とにより、第一のガス導入口とは別に第二のガス導入口
から熱処理室にガスを導入することができるため、熱処
理室を置換するためのパージ時間をさらに短縮すること
ができる。

【００２２】また、前記第一のガス導入口と第二のガス
導入口は相互に、同じかまたは異なる置換用ガス及び／
またはプロセスガスを供給できるものであることが好ま
しい（請求項３）。このように、第一のガス導入口と第
二のガス導入口は相互に、同じかまたは異なる置換用ガ
ス及び／またはプロセスガスを供給できるものであれ
ば、半導体ウエーハの表面と裏面を、同じガス雰囲気で
熱処理することもできるし、またはベルヌーイチャック
で保持されているウエーハの面と他方の面とで別々のプ
ロセスガスに曝されるようにすることも可能となり、ウ
エーハの表面と裏面とを異なるガスで同時に熱処理する
こともできる。

【００２３】さらに、本発明の熱処理装置は、急速加熱
プロセス処理を行うものとすることができ（請求項
４）、また熱処理室内にアルゴン、窒素、水素、アンモ
ニア、酸素、またはこれらの混合ガスが導入されるもの
とすることができる（請求項５）。このように、本発明
の熱処理装置は、急速加熱プロセス処理を行うもの、す
なわち、ＲＴＰ処理装置として使用することによって、
プロセスの短縮に大きな寄与をすることができ、また、
熱処理室内にアルゴン、窒素、水素、アンモニア、酸
素、またはこれらの混合ガスが導入される熱処理装置と
することによって、デバイス活性領域が無欠陥層でかつ
十分なゲッタリング能力をもつ半導体ウエーハを容易に
作製できる熱処理装置とすることができる。

【００２４】また、このとき、前記ベルヌーイチャック
の半導体ウエーハの保持面に、半導体ウエーハのずれを
防止するためのガードピンが設けられていることが好ま
しい（請求項６）。このように、ベルヌーイチャックの
ウエーハ保持面にガードピンが設けられていれば、ベル
ヌーイチャックに半導体ウエーハを保持する際に、また
ウエーハを保持して熱処理する間に、ウエーハがずれる
ことを防止することができる。

【００２５】さらに、本発明によれば、半導体ウエーハ
に熱処理を行う方法であって、前記半導体ウエーハを熱
処理室に投入し、前記半導体ウエーハを保持するための
ベルヌーイチャックから、該ベルヌーイチャックに設け
られた第一のガス導入口より導入されたガスを半導体ウ
エーハの一主表面に吹き付けることによって、ベルヌー
イチャックに半導体ウエーハを非接触状態で保持した
後、該ベルヌーイチャックでウエーハを保持したまま前
記半導体ウエーハに熱処理を行うことを特徴とする半導
体ウエーハの熱処理方法が提供される（請求項７）。

【００２６】このように、ベルヌーイチャックに半導体
ウエーハを非接触状態で保持した後、該ベルヌーイチャ
ックでウエーハを保持したまま半導体ウエーハに熱処理
を行う熱処理方法であれば、半導体ウエーハを被接触状
態で保持することができるため、ウエーハに応力がほと
んどかからず、その後熱処理を行ってもウエーハにスリ
ップ転位が発生することがなく、高品質の半導体ウエー
ハを作製することができる。また、ベルヌーイチャック
で半導体ウエーハを保持したまま熱処理が行われるた
め、半導体ウエーハはベルヌーイチャックから吹き付け
られるガスに直接曝されるため、熱処理室の壁からの輻
射熱の影響を受け難くすることができる。これにより、
熱処理室の容積を小さくすることができるため、熱処理
装置の小型化および熱処理室のパージ時間の短縮につな
がる。また、半導体ウエーハが直接ガスに曝されるた
め、加熱処理後、冷却する際に大きな降温速度を実現す
ることが可能となるとともに降温速度の制御も容易かつ
高精度にすることができる。

【００２７】このとき、前記ベルヌーイチャックに設け
られた第一のガス導入口より置換用ガスを導入し、該置
換用ガスをベルヌーイチャックから半導体ウエーハに吹
き付けることによって、該半導体ウエーハを非接触状態
で保持して前記熱処理室を置換用ガス雰囲気にし、その
後、前記第一のガス導入口から導入している置換用ガス
をプロセスガスに切り替えて前記熱処理室をプロセスガ
ス雰囲気にした後、前記半導体ウエーハに熱処理を行う
ことができる（請求項８）。

【００２８】このようにすることによって、半導体ウエ
ーハを非接触状態で保持したまま熱処理室の置換、プロ
セスガスの導入および当該ガス雰囲気中で熱処理を行う
ことができる。また、上述のように、半導体ウエーハを
ベルヌーイチャックからガスを吹き付けて保持したまま
熱処理が行われることから、熱処理室からの輻射熱の影
響を受けにくく、そのため、熱処理室の容積を小さくで
き、熱処理室に置換用ガスやプロセスガスを導入して目
的の雰囲気にするためのパージ時間を一層短縮すること
が可能となる。さらに、半導体ウエーハがベルヌーイチ
ャックに保持されている一主表面のみをプロセスガス雰
囲気中で熱処理する場合には、ウエーハとベルヌーイチ
ャックとの間のわずかな空間のみをプロセスガスで置換
すれば良いため、さらに短時間で効率的にパージを行う
ことができる。これにより、熱処理工程の全処理時間を
大幅に短縮できるため、生産性の向上を図ることが可能
となる。

【００２９】このとき、前記半導体ウエーハをベルヌー
イチャックに非接触状態で保持した後、前記第一のガス
導入口とは別に前記熱処理室に設けられた第二のガス導
入口から置換用ガスを導入して前記熱処理室を置換用ガ
ス雰囲気にし、その後、前記第二のガス導入口からプロ
セスガスを導入することが好ましく（請求項９）、さら
に、前記第二のガス導入口から導入される置換用ガス及
び／またはプロセスガスを、前記第一のガス導入口から
導入されるものと同じかまたは異なるものとすることが
好ましい（請求項１０）。

【００３０】このように、半導体ウエーハをベルヌーイ
チャックに非接触状態で保持した後、第一のガス導入口
とは別に熱処理室に設けられた第二のガス導入口から置
換用ガスを導入して熱処理室を置換用ガス雰囲気にし、
その後、第二のガス導入口からプロセスガスを導入する
ことによって、熱処理室を効率的にかつ短時間で置換用
ガス雰囲気またはプロセスガス雰囲気にすることができ
る。さらにこのとき、第二のガス導入口から導入される
置換用ガス及び／またはプロセスガスを、第一のガス導
入口から導入されるものと同じものとしても良いし、あ
るいは異なるものとすることもでき、これによって、半
導体ウエーハを熱処理する際にウエーハの表面と裏面と
を、同じ種類のまたは異なる種類のガスを用いて同時に
熱処理することが可能となるため、目的に応じより高品
質の半導体ウエーハを作製することができる。

【００３１】またこのとき、前記半導体ウエーハに行わ
れる熱処理を、１０００〜１３５０℃の急速加熱プロセ
ス処理とすることができ（請求項１１）、また前記プロ
セスガスを、アルゴン、窒素、水素、アンモニア、酸
素、またはこれらの混合ガスとすることができる（請求
項１２）。

【００３２】このように、半導体ウエーハに行われる熱
処理を、１０００〜１３５０℃の急速加熱プロセス処理
とすれば、上述したように、短時間でウエーハの熱処理
を行うことができるし、半導体ウエーハの表面と裏面を
同じかまたは異なるプロセスガスで同時にＲＴＰ処理す
ることもできる。さらにこのとき、プロセスガスを、ア
ルゴン、窒素、水素、アンモニア、酸素、またはこれら
の混合ガスとすることによって、ウエーハに発生する酸
素析出物の深さ方向の濃度分布を所望するように制御す
ることが可能となり、より高品質の半導体ウエーハを高
生産性で製造することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について実施の形態
を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。従来の熱処理装置を用いて熱処理を行う場合、熱処
理中の半導体ウエーハは直接保持ピンにより保持されて
いるため、半導体ウエーハの自重起因の応力及びウエー
ハ面内の不均一な温度分布により、熱処理中の半導体ウ
エーハにスリップ転位が発生してしまうという問題があ
る。さらに、半導体ウエーハをプロセスガス雰囲気中で
ＲＴＰ処理する場合は、ウエーハが熱処理室からの輻射
熱の影響を受けないように熱処理室の容積をある程度以
上に大きくしなければならず、また熱処理装置の構成上
プロセスガスを熱処理室全体に流す必要があるため、熱
処理室を目的のガス雰囲気に置換するためのパージ時間
が長くならざるを得ず、ＲＴＰ処理時間の短縮化を妨
げ、結果として生産性の低下を招いていた。

【００３４】そこで、本発明者等は、熱処理の際にスリ
ップを発生させることがなく熱処理を行うことができ、
また熱処理雰囲気をプロセスガス等で置換して行うよう
な熱処理において、短い処理時間で効率的に半導体ウエ
ーハに熱処理を行うことができる半導体ウエーハの熱処
理装置及び熱処理方法について検討を重ねた結果、半導
体ウエーハを保持する際に、ウエーハにガスを吹き付け
てベルヌーイ効果を利用することにより半導体ウエーハ
を非接触状態でベルヌーイチャックに保持し、ウエーハ
が非接触状態で保持されているまま熱処理を行うことに
よって、半導体ウエーハにスリップ転位を発生させるこ
となく熱処理を行うことができることを見出し、さらに
ウエーハに吹き付けているガスが熱処理室からの輻射熱
の影響を低減することができることから熱処理室の小型
化が可能となり、それによって熱処理室の雰囲気をガス
で置換する際のパージ時間を短縮できるため、ＲＴＰ処
理のようなプロセスガス雰囲気中での熱処理を短い処理
時間で効率的に行うことができることを見出し、本発明
を完成させるに至った。

【００３５】すなわち、本発明の熱処理装置は、少なく
とも、半導体ウエーハが投入されて外部と雰囲気を遮断
する熱処理室、前記熱処理室内に半導体ウエーハを投入
するためのウエーハ投入口、前記熱処理室内の半導体ウ
エーハを加熱する加熱装置、前記熱処理室内の半導体ウ
エーハにガスを吹き付けることによって該半導体ウエー
ハを非接触状態で保持するベルヌーイチャック、前記ベ
ルヌーイチャックにガスを導入する第一のガス導入口、
熱処理室内に導入されたガスを排出するガス排出口、前
記熱処理室内の温度を制御する温度コントローラとを具
備することを特徴とする熱処理装置である。また、本発
明の方法は、このような熱処理装置を用いて、半導体ウ
エーハを熱処理室に投入し、ベルヌーイチャックから第
一のガス導入口より導入されたガスを半導体ウエーハの
一主表面に吹き付けてベルヌーイチャックに半導体ウエ
ーハを非接触状態で保持した後、該ベルヌーイチャック
でウエーハを保持したまま半導体ウエーハに熱処理を行
うことを特徴とする。このような本発明の装置および方
法によって、半導体ウエーハにスリップ転位を発生させ
ることなく熱処理を行うことができるものであり、さら
に熱処理装置の小型化が可能となるため、熱処理雰囲気
をプロセスガス等で置換するような熱処理を行う場合で
も置換時間を短縮し、効率的に半導体ウエーハに熱処理
を行うことができる。

【００３６】さらに、本発明は、第一のガス導入口とは
別に、熱処理室内にガスを導入する第二のガス導入口を
具備することにより、第二のガス導入口から導入される
ガスを、第一のガス導入口から導入されるものと同じも
のとすることも、異なるものとすることもでき、これに
よって、半導体ウエーハにＲＴＰ処理のような熱処理を
行う際にウエーハの第一主表面と第二主表面とを、同じ
かまたは異なる種類のプロセスガスを用いて同時に熱処
理することが可能となる。尚、ここでいう半導体ウエー
ハの第一主表面とは、ベルヌーイチャックに保持されて
いる半導体ウエーハの一主表面であり、また半導体ウエ
ーハの第一主表面と第二主表面とは、ウエーハの表面と
裏面の関係にあり、表面、裏面のいずれかを第一主表面
とすれば、第二主表面とは第一主表面と反対側の面を意
味するものである。

【００３７】まず、本発明により提供される熱処理装置
について、図１を参照しながら詳細に説明するが、本発
明はこれらに限定されるものではない。図１は本発明の
熱処理装置の一例を示す概略断面説明図である。

【００３８】この熱処理装置１は、ハウジング１３内に
石英チューブからなり外部との雰囲気を遮断する熱処理
室３が設けられており、該熱処理室３の上下には半導体
ウエーハを加熱するためのハロゲンランプ２が配置され
ている。このとき、ハロゲンランプ２は半導体ウエーハ
の中心位置から同心円状に配置することもできる。ま
た、ハウジング１３には、熱処理室３内に半導体ウエー
ハを投入するためのウエーハ投入口１１が設けられてい
る。

【００３９】また、熱処理装置１には、半導体ウエーハ
４にガスを吹き付けることによって半導体ウエーハ４を
非接触状態で保持するための透明石英からなるベルヌー
イチャック１２が設置されており、このベルヌーイチャ
ック１２には、ベルヌーイチャック１２にガスを導入す
る第一のガス導入口１２ａ、半導体ウエーハ４を保持す
るウエーハ保持面１２ｂ、半導体ウエーハを保持する際
にまた保持中にウエーハのずれを防止するためのガード
ピン１２ｃが取り付けられている。ベルヌーイチャック
１２は、半導体ウエーハ４の保持を容易にするため、上
下動可能に構成してもよいが、保持するウエーハとの間
隔を十分小さく設定すれば固定式であってもよい。

【００４０】さらに、熱処理室３には、その一方に上記
のベルヌーイチャック１２に取り付けられている第一の
ガス導入口１２ａとは別に熱処理室３内にガスを導入す
ることのできる第二のガス導入口１４が設けられてお
り、また他方の端には熱処理室内に導入されたガスを排
出するためのガス排出口８が設けられている。このと
き、ベルヌーイチャック１２に取り付けられている第一
のガス導入口１２ａと熱処理室３に設けられた第二のガ
ス導入口１４とは相互に、同じかまたは異なる置換用ガ
ス及び／またはプロセスガスを供給することができるよ
うになっている。

【００４１】さらに、この熱処理室３内でベルヌーイチ
ャック１２に非接触状態で保持された半導体ウエーハの
温度を計測するために、ハウジング１３の空隙にＩＲセ
ンサー６が配置されており、ＩＲセンサー６で検出した
温度信号は制御用コントローラー９に送られて、コント
ローラー９が設定した昇温速度、保持温度、及び降温速
度になるようにランプ加熱電源１０の出力を制御するこ
とによって熱処理室内の温度を制御することができる。
このコントローラー９は、例えばガスの導入速度、排気
速度等を制御することによって、ウエーハの降温速度を
制御するようにするものとすることも可能である。

【００４２】このような構成を有する本発明の熱処理装
置であれば、半導体ウエーハを非接触状態で保持するこ
とができるため、熱処理を行う際に半導体ウエーハに応
力や不均一温度分布が生じず、例え高温で熱処理しても
スリップ転位が発生することがない。また、熱処理中、
半導体ウエーハはベルヌーイチャックから吹き付けられ
るガスに直接曝されているから、熱処理室からの輻射熱
の影響を低減することができるため、熱処理室３の容積
を小さくすることが可能となり、その結果、熱処理装置
を小型化することができ、置換等の時間を大幅に短縮す
ることができる。

【００４３】次に、上記のような本発明の熱処理装置１
を用いて半導体ウエーハに熱処理を行う方法について、
一例として、プロセスガス雰囲気中でＳｉウエーハを１
０００〜１３５０℃のＲＴＰ処理する場合について説明
する。

【００４４】（１）Ｓｉウエーハのローディング まず、Ｓｉウエーハ４を熱処理室３に投入するため、ウ
エーハ投入口１１を開き、例えば、搬送用ロボット（図
示せず）を用いて、Ｓｉウエーハ４を熱処理室３内に入
れ、ベルヌーイチャック１２のウエーハ保持面１２ｂの
直下に配置する。この状態でベルヌーイチャック１２に
設けられた第一のガス導入口１２ａより、例えば置換用
ガスとしてＮ_２やＡｒのような不活性ガスを導入し、ベ
ルヌーイチャック１２からＳｉウエーハ４の一主表面に
吹き付けてベルヌーイ効果を利用することにより、Ｓｉ
ウエーハをベルヌーイチャックに非接触状態で吸着・保
持する。その後、ウエーハ投入口１１を閉じて熱処理室
３の雰囲気を外部と遮断する。

【００４５】（２）プリパージ ウエーハ投入口１１を閉じた後、第一のガス導入口１２
ａより置換用ガスを導入し続けてＳｉウエーハ４を非接
触状態で保持するとともに、Ｓｉウエーハ４を熱処理室
３に投入する際に熱処理室３内に混入した空気を除去し
て熱処理室３を置換用ガス雰囲気にする。このとき、上
述のように、本発明の熱処理装置は従来のＲＴＰ処理装
置よりも熱処理室の容積を小さくすることができるた
め、熱処理室を置換用ガス雰囲気にするためのパージ時
間を短縮することが可能となる。また、このとき同時に
第二のガス導入口１４から、第一のガス導入口１２ａよ
り導入する置換用ガスと同じかまたは異なる種類の置換
用ガスを導入して、熱処理室３を置換用ガス雰囲気にす
ることもでき、それによって、熱処理室を置換用ガス雰
囲気にするためのパージ時間をさらに短縮することがで
きる。

【００４６】（３）プロセスガスの導入 熱処理室３を置換用ガス雰囲気にした後、第一のガス導
入口１２ａからベルヌーイチャック１２を通して導入し
ていた置換用ガスを所望のプロセスガスに切り替えて熱
処理室３に導入し、熱処理室３を不活性ガス雰囲気から
プロセスガス雰囲気に置換する。このとき、上述のよう
に熱処理室３はその容積を小さくすることができるた
め、熱処理室３をプロセスガス雰囲気にするためのパー
ジ時間を短縮することが可能となる。

【００４７】さらに、第一のガス導入口１２ａとは別に
第二のガス導入口１４からプロセスガスを導入して熱処
理室３をプロセスガス雰囲気にすることもできる。この
ように、第一のガス導入口１２ａと第二のガス導入口１
４とからプロセスガスを導入することによって、熱処理
室をプロセスガス雰囲気に置換するためのパージ時間を
さらに短縮することができる。

【００４８】このとき、熱処理室３に導入するプロセス
ガスは、アルゴン、窒素、水素、アンモニア、酸素、ま
たはこれらの混合ガスとすることが好ましく、さらに第
一のガス導入口１２ａより導入するプロセスガスと、第
二のガス導入口１４より導入するプロセスガスとは、同
じプロセスガスとすることもできるし、異なる種類のプ
ロセスガスとすることもできる。それによって、半導体
ウエーハの第一主表面と第二主表面に異なる種類のプロ
セスガスを供給することができ、それによって、ＲＴＰ
処理後、得られる半導体ウエーハの酸素析出物の深さ方
向の濃度分布を目的に応じて所望されるように制御する
ことが可能となり、より高品質の半導体ウエーハを製造
することができる。

【００４９】また、半導体ウエーハの第一主表面側のみ
をプロセスガス雰囲気中で熱処理する場合には、ベルヌ
ーイチャックのウエーハ保持面１２ｂと半導体ウエーハ
４との間のわずかな空間のみを第一のガス導入口１２ａ
から導入されるプロセスガスで置換すれば良いため、短
時間で効率的に置換することができる。実際に、ベルヌ
ーイチャックに保持されている半導体ウエーハ４とウエ
ーハ保持面１２ｂとの距離は１ｍｍ以下であるため、こ
の空間をプロセスガスで置換するのに要する時間は２秒
以下でり、短時間で半導体ウエーハの第一主表面全面に
プロセスガスを供給することができる。

【００５０】（４）加熱処理 熱処理室３が所望のプロセスガス雰囲気に完全に置換さ
れた後、プロセスガスを流した状態のまま、加熱用のハ
ロゲンランプ２に電源を入れてＳｉウエーハ４を加熱す
る。このとき、Ｓｉウエーハ４の温度はＩＲセンサー６
で測定され、このＩＲセンサー６の信号がコントローラ
ー９に送られてランプ加熱電源１０の出力を制御するこ
とによって、室温付近より所望の処理温度（例えば１２
００℃）まで所望の昇温速度で昇温することができる。
Ｓｉウエーハが所望の処理温度まで加熱された後、その
状態で必要時間（通常は数十秒程度）保持される。

【００５１】（５）ポストパージ Ｓｉウエーハ４を処理温度で必要時間保持した後、所望
の降温速度となるようにハロゲンランプ２へ印加する加
熱電源１０の出力を制御しながらＳｉウエーハ４を所望
の温度（例えば８００℃）まで冷却し、その後、第一の
ガス導入口１２ａ、または第一のガス導入口１２ａと第
二のガス導入口１４から熱処理室３に導入していたプロ
セスガスをＮ_２やＡｒのような置換用ガスに切り替え
て、熱処理室３内に残存するプロセスガスの毒性または
可燃性ガスの濃度が許容濃度または爆発下限以下になる
まで置換用ガスで置換する。このとき、半導体ウエーハ
はベルヌーイチャック１２から吹き付けられる置換用ガ
スに直接曝されているため、熱処理室３からの輻射熱の
影響が小さく、また置換用ガスで直接ウエーハを冷却す
ることができるため、従来のようにハロゲンランプへの
電源を遮断した時よりも大きな降温速度で冷却すること
が可能となる。また、導入するガスの流量、特に第一の
ガス導入口１２ａからのガスの流量を制御することによ
って、高精度にウエーハ４の降温速度を制御することが
できる。さらに、熱処理室３は、上述のように、その容
積を小さくすることができるため、熱処理室３を置換用
ガス雰囲気にするためのパージ時間も短縮することが可
能となる。

【００５２】また、半導体ウエーハの第一主表面側のみ
をプロセスガス雰囲気中で熱処理する場合には、プロセ
スガスの導入及び加熱処理の工程の際も第二のガス導入
口１４からは置換用ガスが導入されているため、熱処理
室３内のプロセスガスの濃度は非常に低くなっている。
そのため、ポストパージにおいて熱処理室３内に残存す
るプロセスガスの毒性または可燃性ガスの濃度を許容濃
度または爆発下限以下に下げるために必要なパージ時間
を大きく短縮することができる。

【００５３】（６）Ｓｉウエーハの取り出し Ｓｉウエーハを所望の温度まで降温し、かつ熱処理室３
を十分に置換用ガスで置換した後、ウエーハ投入口１１
を開けて、例えば搬送用ロボット（図示せず）を用いて
熱処理室３内のベルヌーイチャック１２の下にアームを
配置した状態で、ベルヌーイチャックに導入していたガ
スを止めることによって、Ｓｉウエーハはベルヌーイチ
ャックより落下してアーム上に積載され、熱処理室外へ
取り出すことができる。

【００５４】このように、本発明の熱処理方法では、例
えば熱処理雰囲気をプロセスガス等で置換して、１００
０〜１３５０℃のＲＴＰ処理するような熱処理でも、短
い熱処理時間で効率的にプロセスガス雰囲気中で半導体
ウエーハに熱処理を行うことができ、さらに、半導体ウ
エーハを熱処理する際にウエーハの第一主表面と第二主
表面とを、同じかまたは異なる種類のプロセスガスを用
いて同時に熱処理することが可能となる。

【００５５】また、このようにして半導体ウエーハに熱
処理を行うことによって、ベルヌーイチャックに非接触
状態で保持されたまま熱処理が行われるため、ウエーハ
に自重起因による応力が発生することなく、また半導体
ウエーハ全面に渡って均一な温度分布を得ることができ
る。その結果、熱処理中に半導体ウエーハに発生するス
リップ転位をなくすことができ、高品質の半導体ウエー
ハを製造することができる。

【００５６】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示して本発明をよ
り具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるも
のではない。 （実施例１）まず、チョクラルスキー（ＣＺ）法によ
り、直径２００ｍｍ、方位＜１００＞のシリコン単結晶
棒を引き上げ、得られた単結晶棒をスライスし、面取
り、ラッピング、エッチング、研磨を施してＳｉウエー
ハを作製した。続いて、作製したＳｉウエーハに図１に
示すような本発明の熱処理装置１を用いて、ＮＨ_３／Ａ
ｒ混合ガス雰囲気中で以下の処理手順に従ってＲＴＰ処
理を行った。

【００５７】（１）Ｓｉウエーハのローディング ウエーハ投入口１１を開き、搬送用ロボットを用いてＳ
ｉウエーハ４を熱処理室３内に投入した後、第一のガス
導入口１２ａより置換用ガスとしてＮ_２ガスを導入して
ベルヌーイチャック１２からＳｉウエーハ４の一主表面
に吹き付けることによって、Ｓｉウエーハ４をベルヌー
イチャック１２に非接触状態で保持した。その後、ウエ
ーハ投入口１１を閉じて熱処理室３の雰囲気を外部と遮
断した。

【００５８】（２）プリパージ その後、第一のガス導入口１２ａよりＮ_２ガスを導入し
続けてＳｉウエーハ４をベルヌーイチャックに非接触状
態で保持したまま、同時に第二のガス導入口１４からを
Ｎ_２ガスを導入することによって、熱処理室３をＮ_２ガ
ス雰囲気に置換した。

【００５９】（３）プロセスガスの導入 熱処理室３をＮ_２ガス雰囲気にした後、第一のガス導入
口１２ａ及び第二のガス導入口１４から導入していたＮ
_２ガスを、所望の流量に制御したＮＨ_３ガスとＡｒガス
の混合ガスに徐々に切り替えて、熱処理室３をＮＨ_３／
Ａｒ混合ガス雰囲気にした。

【００６０】（４）加熱処理 熱処理室３をＮＨ_３／Ａｒ混合ガス雰囲気にした後、Ｎ
Ｈ_３／Ａｒ混合ガスを流した状態のまま、加熱用のハロ
ゲンランプ２に電源を入れてＳｉウエーハ４を、昇温速
度５０℃／ｓｅｃで１２００℃まで加熱し、その後１２
００℃で１０秒間保持した。

【００６１】（５）ポストパージ Ｓｉウエーハ４を１２００℃で所定時間保持した後、５
０℃／ｓｅｃの降温速度で８００℃までＳｉウエーハ４
を冷却し、その後に第一のガス導入口１２ａ及び第二の
ガス導入口１４から熱処理室３に導入していたＮＨ_３／
Ａｒ混合ガスをＮ_２ガスに切り替えて、熱処理室３内の
ＮＨ_３ガス濃度が許容濃度または爆発下限以下になるま
で置換する。

【００６２】（６）Ｓｉウエーハの取り出し Ｓｉウエーハ４が所望の温度まで下がり、かつ熱処理室
３が十分にＮ_２ガスで置換された後、ウエーハ投入口１
１を開けて、搬送用ロボットを用いてＳｉウエーハ４を
取り出した。

【００６３】図５に上記のＮＨ_３／Ａｒ混合ガス雰囲気
でＲＴＰ処理を行った時のタイミングチャートを示す。
また、得られたＳｉウエーハ表面をＸ線トポグラフによ
り観察した結果、１２００℃という高温で熱処理したに
も関わらず、ウエーハの表面にスリップ転位は観察され
なかった。

【００６４】（実施例２）ＣＺ法により、実施例１と同
様にシリコン単結晶棒を育成し、得られた単結晶棒から
Ｓｉウエーハを作製した。続いて、図１に示すような本
発明の熱処理装置１を用いて、以下の処理手順に従っ
て、作製したＳｉウエーハの第一主表面全面に、ＮＨ_３
／Ａｒ混合ガス雰囲気のＲＴＰ処理を行った。

【００６５】（１）Ｓｉウエーハのローディング、及び
（２）プリパージ 実施例１と同様に、Ｓｉウエーハ４を熱処理室３内に投
入し、ベルヌーイチャックに非接触状態で保持した後、
ウエーハ投入口１１を閉じて熱処理室３の雰囲気を外部
と遮断した。その後、第一のガス導入口１２ａよりＮ_２
ガスを導入し続けてＳｉウエーハ４をベルヌーイチャッ
ク１２に保持したまま、同時に第二のガス導入口１４か
らＮ _２ガスを導入して、熱処理室３をＮ_２ガス雰囲気に
した。

【００６６】（３）プロセスガスの導入 熱処理室３をＮ_２ガス雰囲気にした後、第一のガス導入
口１２ａから導入していたＮ_２ガスを、所望の流量に制
御したＮＨ_３ガスとＡｒガスの混合ガスに徐々に切り替
えて、Ｓｉウエーハの表面全面をＮＨ_３／Ａｒ混合ガス
雰囲気にした。この表面側のプロセスガスへの置換は、
数秒で可能であるため、５秒とした。このとき、第二の
ガス導入口１４からは続けてＮ_２ガスを導入した。

【００６７】（４）加熱処理 ベルヌーイチャック１２とＳｉウエーハ４との間の空間
をＮＨ_３／Ａｒ混合ガス雰囲気にした後、第一のガス導
入口１２ａからＮＨ_３／Ａｒ混合ガスを流した状態のま
ま、加熱用のハロゲンランプ２の電源を入れてＳｉウエ
ーハ４を、昇温速度５０℃／ｓｅｃで１２００℃まで加
熱し、その後１２００℃で１０秒間保持した。

【００６８】（５）ポストパージ Ｓｉウエーハ４を１２００℃で所定時間保持した後、５
０℃／ｓｅｃの降温速度で８００℃までＳｉウエーハ４
を冷却し、その後に第一のガス導入口１２ａから熱処理
室３に導入していたＮＨ_３／Ａｒ混合ガスをＮ_２ガスに
切り替えて、熱処理室３内のＮＨ_３ガス濃度が許容濃度
または爆発下限以下になるまで置換する。

【００６９】（６）Ｓｉウエーハの取り出し Ｓｉウエーハ４が所望の温度まで下がり、かつ熱処理室
３が十分にＮ_２ガスで置換された後、ウエーハ投入口１
１を開けて、搬送用ロボットを用いてＳｉウエーハ４を
取り出した。

【００７０】図６に上記の半導体ウエーハの第一主表面
のみをＮＨ_３／Ａｒ混合ガス雰囲気にしてＲＴＰ処理を
行った時のタイミングチャートを示す。また、得られた
Ｓｉウエーハ表面をＸ線トポグラフにより観察した結
果、ウエーハの表面にスリップ転位は観察されなかっ
た。尚、図５及び図６のタイミングチャートに記載され
た加熱処理（４１ｓｅｃ）は、１２００℃から８００℃
への降温時間（８ｓｅｃ）を含んだ時間である。

【００７１】（比較例）ＣＺ法により、実施例１と同様
にシリコン単結晶棒を育成し、得られた単結晶棒からＳ
ｉウエーハを作製した。続いて、作製したＳｉウエーハ
に図２に示すような従来のＲＴＰ処理装置１５を用い
て、ＮＨ_３／Ａｒ混合ガス雰囲気中で以下の処理手順に
従ってＲＴＰ処理を行った。

【００７２】（１）Ｓｉウエーハのローディング、及び
（２）プリパージ ウエーハ投入口１１を開き、搬送用ロボットを用いて、
Ｓｉウエーハ４を熱処理室３内に投入して保持ピン５上
に保持した。その後、ウエーハ投入口１１を閉じて熱処
理室３の雰囲気を外部と遮断した。その後、ガス導入口
７からＮ_２ガスを導入し、熱処理室３をＮ_２ガス雰囲気
にした。

【００７３】（３）プロセスガスの導入 熱処理室３をＮ_２ガス雰囲気にした後、ガス導入口７か
ら導入されているＮ_２ガスを所定の流量に制御したＮＨ
_３／Ａｒ混合ガスに切り替えて熱処理室３に導入し、熱
処理室３をＮＨ_３／Ａｒ混合ガス雰囲気にした。

【００７４】（４）加熱処理 熱処理室３をＮＨ_３／Ａｒ混合ガス雰囲気にした後、Ｎ
Ｈ_３／Ａｒ混合ガスを流した状態のまま、加熱用のハロ
ゲンランプ２の電源を入れてＳｉウエーハ４を、昇温速
度５０℃／ｓｅｃで１２００℃まで加熱し、１２００℃
で１０秒間保持した。

【００７５】（５）ポストパージ Ｓｉウエーハ４を１２００℃で所定時間保持した後、５
０℃／ｓｅｃの降温速度で８００℃までＳｉウエーハ４
を冷却し、その後に熱処理室３に導入していたＮＨ_３／
Ａｒ混合ガスをＮ_２ガスに切り替えて、熱処理室３内の
ＮＨ_３ガス濃度が許容濃度または爆発下限以下になるま
で置換する。

【００７６】（６）Ｓｉウエーハの取り出し Ｓｉウエーハ４が所望の温度まで下がり、かつ熱処理室
３が十分にＮ_２ガスで置換された後、ウエーハ投入口１
１を開けて、搬送用ロボットを用いてＳｉウエーハ４を
取り出した。

【００７７】図７に上記の従来のＲＴＰ処理装置１５を
用いてＮＨ_３／Ａｒ混合ガス雰囲気でＲＴＰ処理を行っ
た時のタイミングチャートを示す。また、得られたＳｉ
ウエーハ表面をＸ線トポグラフにより観察した結果、ウ
エーハの表面、特に保持ピンで支持された所からスリッ
プ転位が発生していることが確認された。

【００７８】実施例１のタイミングチャート（図５）
と、比較例のタイミングチャート（図７）とを比較して
みると、本発明の熱処理装置１の熱処理室３がその容積
を従来のＲＴＰ処理装置１５より小さくできることか
ら、実施例１のＲＴＰ処理におけるプリパージ、プロセ
スガス導入、ポストパージの各工程のパージ時間は、い
ずれも従来のＲＴＰ処理装置１５を用いた場合よりも短
縮することができた（実施例の熱処理室の径は、比較例
のものの約７０％、容積は約５０％である）。その結
果、比較例における全ＲＴＰ処理時間が３５１秒である
のに対し、実施例１における全ＲＴＰ処理時間は２６１
秒と短縮することができた。

【００７９】さらに、半導体ウエーハの第一主表面のみ
をＮＨ_３／Ａｒ混合ガス雰囲気中で処理した実施例２の
場合は、ベルヌーイチャック１２と半導体ウエーハ４と
の間のわずかな空間のみをＮＨ_３／Ａｒ混合ガスに置換
すれば良いため、プロセスガス導入の処理時間を５秒と
大幅に短縮することができ、さらに、Ｎ_２ガスは、第二
のガス導入口１４から加熱処理の工程の間も熱処理室３
内に導入されていたため、加熱処理後の熱処理室３内の
ＮＨ_３ガスの濃度が非常に低く、ポストパージの工程で
熱処理室をＮ_２ガスに置換するのに必要な時間を４５秒
と大きく短縮することができた。その結果、全ＲＴＰ処
理時間を１９１秒とさらに大幅に短縮することができ
た。

【００８０】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本
発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的
に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、
いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含され
る。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、半導体ウエーハを熱処
理する際に半導体ウエーハをベルヌーイチャックにより
非接触状態で保持したまま熱処理が行われるため、熱処
理中に半導体ウエーハにスリップ転位が発生することが
なく、面内品質も均一な高品質の半導体ウエーハを製造
することができる。また、熱処理雰囲気をプロセスガス
等で置換するための時間も短縮でき、短い熱処理時間で
効率的に熱処理を行うことができ、生産性を著しく向上
させることができる。さらに半導体ウエーハを熱処理す
る際にウエーハの第一主表面と第二主表面とを同じかま
たは異なる種類のガスを用いて同時に熱処理することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱処理装置の一例を示す概略断面説明
図である。

【図２】従来のＲＴＰ処理装置の一例を示す概略断面説
明図である。

【図３】Ｎ_２／Ａｒ混合ガス雰囲気中でＲＴＰ処理した
ウエーハの酸素析出物の濃度分布を示した図である。

【図４】Ａｒガス雰囲気中でＲＴＰ処理したウエーハの
酸素析出物の濃度分布を示した図である。

【図５】実施例１においてＲＴＰ処理を行った時のタイ
ミングチャートである。

【図６】実施例２においてＲＴＰ処理を行った時のタイ
ミングチャートである。

【図７】従来のＲＴＰ処理装置を用いてＮＨ_３／Ａｒ混
合ガス雰囲気でＲＴＰ処理を行った時のタイミングチャ
ートである。

【符号の説明】

１…熱処理装置、 ２…ハロゲンランプ、３…熱処理
室、 ４…半導体ウエーハ、５…保持ピン、 ６…赤外
線温度センサー（ＩＲセンサー）、７…ガス導入口、
８…ガス排出口、９…温度コントローラー、 １０…ラ
ンプ加熱電源、１１…ウエーハ投入口、 １２…ベルヌ
ーイチャック、１２ａ…第一のガス導入口、 １２ｂ…
ウエーハ保持面、１２ｃ…ガードピン、 １３…ハウジ
ング、１４…第二ののガス導入口、 １５…ＲＴＰ処理
装置。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエーハの熱処理装置であって、
   少なくとも、前記半導体ウエーハが投入されて外部と雰
   囲気を遮断する熱処理室、前記熱処理室内に半導体ウエ
   ーハを投入するためのウエーハ投入口、前記熱処理室内
   の半導体ウエーハを加熱する加熱装置、前記熱処理室内
   の半導体ウエーハにガスを吹き付けることによって該半
   導体ウエーハを非接触状態で保持するベルヌーイチャッ
   ク、前記ベルヌーイチャックにガスを導入する第一のガ
   ス導入口、熱処理室内に導入されたガスを排出するガス
   排出口、前記熱処理室内の温度を制御する温度コントロ
   ーラとを具備することを特徴とする半導体ウエーハの熱
   処理装置。
2. 【請求項２】 前記第一のガス導入口とは別に、熱処理
   室内にガスを導入する第二のガス導入口を具備すること
   を特徴とする請求項１に記載の半導体ウエーハの熱処理
   装置。
3. 【請求項３】 前記第一のガス導入口と第二のガス導入
   口は相互に、同じかまたは異なる置換用ガス及び／また
   はプロセスガスを供給できるものであることを特徴とす
   る請求項２に記載の半導体ウエーハの熱処理装置。
4. 【請求項４】 前記熱処理装置が、急速加熱プロセス処
   理を行うものであることを特徴とする請求項１ないし請
   求項３のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの熱処理
   装置。
5. 【請求項５】 前記熱処理装置が、熱処理室内にアルゴ
   ン、窒素、水素、アンモニア、酸素、またはこれらの混
   合ガスが導入されるものであることを特徴とする請求項
   １ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体ウエー
   ハの熱処理装置。
6. 【請求項６】 前記ベルヌーイチャックの半導体ウエー
   ハの保持面に、半導体ウエーハのずれを防止するための
   ガードピンが設けられていることを特徴とする請求項１
   ないし請求項５のいずれか一項に記載の半導体ウエーハ
   の熱処理装置。
7. 【請求項７】 半導体ウエーハに熱処理を行う方法であ
   って、前記半導体ウエーハを熱処理室に投入し、前記半
   導体ウエーハを保持するためのベルヌーイチャックか
   ら、該ベルヌーイチャックに設けられた第一のガス導入
   口より導入されたガスを半導体ウエーハの一主表面に吹
   き付けることによって、ベルヌーイチャックに半導体ウ
   エーハを非接触状態で保持した後、該ベルヌーイチャッ
   クでウエーハを保持したまま前記半導体ウエーハに熱処
   理を行うことを特徴とする半導体ウエーハの熱処理方
   法。
8. 【請求項８】 前記ベルヌーイチャックに設けられた第
   一のガス導入口より置換用ガスを導入し、該置換用ガス
   をベルヌーイチャックから半導体ウエーハに吹き付ける
   ことによって、該半導体ウエーハを非接触状態で保持し
   て前記熱処理室を置換用ガス雰囲気にし、その後、前記
   第一のガス導入口から導入している置換用ガスをプロセ
   スガスに切り替えて前記熱処理室をプロセスガス雰囲気
   にした後、前記半導体ウエーハに熱処理を行うことを特
   徴とする請求項７に記載の半導体ウエーハの熱処理方
   法。
9. 【請求項９】 前記半導体ウエーハをベルヌーイチャッ
   クに非接触状態で保持した後、前記第一のガス導入口と
   は別に前記熱処理室に設けられた第二のガス導入口から
   置換用ガスを導入して前記熱処理室を置換用ガス雰囲気
   にし、その後、前記第二のガス導入口からプロセスガス
   を導入することを特徴とする請求項７または請求項８に
   記載の半導体ウエーハの熱処理方法。
10. 【請求項１０】 前記第二のガス導入口から導入される
    置換用ガス及び／またはプロセスガスを、前記第一のガ
    ス導入口から導入されるものと同じかまたは異なるもの
    とすることを特徴とする請求項９に記載の半導体ウエー
    ハの熱処理方法。
11. 【請求項１１】 前記半導体ウエーハに行われる熱処理
    を、１０００〜１３５０℃の急速加熱プロセス処理とす
    ることを特徴とする請求項７ないし請求項１０のいずれ
    か一項に記載の半導体ウエーハの熱処理方法。
12. 【請求項１２】 前記プロセスガスを、アルゴン、窒
    素、水素、アンモニア、酸素、またはこれらの混合ガス
    とすることを特徴とする請求項７ないし請求項１１のい
    ずれか一項に記載の半導体ウエーハの熱処理方法。