JP2012104808A - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表面に薄膜が形成された半導体ウェハーWがチャンバー6内に搬入されて保持プレート7に保持される。半導体ウェハーWは保持プレート7に内蔵されたヒータなどによって所定温度に温調される。その後、フラッシュ照射部5のフラッシュランプFLから半導体ウェハーWに向けてフラッシュ光が照射され、薄膜の焼成処理が行われる。発光時間が極めて短く強度の強いフラッシュ光であれば、薄膜の表面温度を瞬間的に昇温させてすぐに降温させることができる。このため、膜中に長時間焼成に起因した異常結晶成長が生じるのを防止することができる。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明に係る熱処理装置1の要部構成を示す図である。この熱処理装置1は、基板として略円形の半導体ウェハーWの表面に薄膜を形成したものにフラッシュ光を照射してその薄膜の焼成処理を行うフラッシュランプアニール装置である。図1および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態の熱処理装置の構成は第1実施形態と同じである(図1参照)。また、半導体ウェハーWの処理手順についても概ね第1実施形態と同様である(図4参照)。第2実施形態では、特に、ALD(Atomic Layer Deposition)などによって半導体ウェハーWの表面に堆積したハフニウム(Hf)などのhigh-k材料(高誘電率材料)にフラッシュ加熱処理を行う。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記各実施形態においては、保持プレート7に加熱手段たるヒータ71および冷却手段たる水冷管72の双方を設けるようにしていたが、ヒータ71または水冷管72のいずれか一方のみを温調手段として保持プレート7に設けるようにしても良い。もっとも、ヒータ71および水冷管72の双方を設けた方が、室温近傍から200℃以下までの範囲に渡って適切な半導体ウェハーWの温調が可能となる。
3 制御部
5 フラッシュ照射部
6 チャンバー
7 保持プレート
8 ガス供給部
9 排気部
65 熱処理空間
68 吹き出しプレート
69 吐出孔
71 ヒータ
72 水冷管
73 温度センサ
81 不活性ガス供給部
83,86,89 バルブ
84 反応性ガス供給部
87 クリーニングガス供給部
93 排気口
180 濃度センサ
183,186,189 流量調整バルブ
FL フラッシュランプ
W 半導体ウェハー
Claims (24)
- 基板の表面に形成された薄膜の焼成処理を行う熱処理装置であって、
薄膜が表面に形成された基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて前記基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に設けられ、前記保持手段が保持する前記基板を所定温度に温調する温調手段と、
前記チャンバー内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記チャンバーから排気を行う排気手段と、
前記保持手段に保持されて前記温調手段によって所定温度に温調されている前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
を備えることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項1記載の熱処理装置において、
前記温調手段は、
前記基板を200℃以下の温度に温調することを特徴とする熱処理装置。 - 請求項1または請求項2に記載の熱処理装置において、
前記温調手段は、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記基板を冷却する冷却手段と、
を含むことを特徴とする熱処理装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記ガス供給手段は、
前記基板の表面に形成された薄膜と反応する反応性ガスを供給する反応性ガス供給手段を含むことを特徴とする熱処理装置。 - 請求項4記載の熱処理装置において、
前記ガス供給手段は、
不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を含み、
前記チャンバー内に反応性ガスと不活性ガスとを混合した混合ガスを供給することを特徴とする熱処理装置。 - 請求項5記載の熱処理装置において、
前記チャンバー内における混合ガス中の反応性ガスの濃度を測定する濃度測定手段と、
前記濃度測定手段の測定結果に基づいて、反応性ガスおよび不活性ガスの少なくともいずれか一方の流量を調整して混合ガス中の反応性ガスの濃度を調整する濃度調整手段と、
をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項6記載の熱処理装置において、
前記ガス供給手段は、反応性ガスとしての酸素に不活性ガスとしての窒素を混合した混合ガスを供給することを特徴とする熱処理装置。 - 請求項6記載の熱処理装置において、
前記ガス供給手段は、反応性ガスとしての水素に不活性ガスとしての窒素を混合した混合ガスを供給することを特徴とする熱処理装置。 - 請求項6記載の熱処理装置において、
前記ガス供給手段は、反応性ガスとしての窒素に不活性ガスとしてのヘリウムまたはアルゴンを混合した混合ガスを供給することを特徴とする熱処理装置。 - 請求項1から請求項9のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記ガス供給手段は、
前記チャンバー内に付着した汚染物質と反応して当該汚染物質を除去するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給手段を含むことを特徴とする熱処理装置。 - 請求項1から請求項10のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記保持手段に保持された前記基板の表面に対向して設けられ、当該表面に対向する領域に均一な密度にて複数の吐出孔を穿設し、前記ガス供給手段から供給された処理ガスを前記複数の吐出孔から前記基板に向けて吹き出す吹き出しプレートをさらに備えることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項1から請求項11のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記排気手段は、
前記チャンバー内を大気圧よりも低い気圧に減圧する減圧手段を含むことを特徴とする熱処理装置。 - 請求項1から請求項12のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射する前後に前記基板を所定温度に維持するように前記温調手段を制御する温度制御手段をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。 - 基板の表面に形成された薄膜の焼成処理を行う熱処理方法であって、
薄膜が表面に形成された基板をチャンバー内に収容する収容工程と、
前記チャンバーから排気を行う排気工程と、
前記チャンバー内に処理ガスを供給するガス供給工程と、
前記チャンバー内に収容された前記基板を温調手段を有する保持手段に保持することによって所定温度に温調する温調工程と、
所定温度に温調されている前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュ照射工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。 - 請求項14記載の熱処理方法において、
前記温調工程では、前記基板を200℃以下の温度に温調することを特徴とする熱処理方法。 - 請求項14または請求項15に記載の熱処理方法において、
前記ガス供給工程では、前記チャンバー内に前記基板の表面に形成された薄膜と反応する反応性ガスを供給することを特徴とする熱処理方法。 - 請求項16記載の熱処理方法において、
前記ガス供給工程では、前記チャンバー内に反応性ガスと不活性ガスとを混合した混合ガスを供給することを特徴とする熱処理方法。 - 請求項17記載の熱処理方法において、
前記チャンバー内における混合ガス中の反応性ガスの濃度を測定する濃度測定工程と、
前記濃度測定工程での測定結果に基づいて、反応性ガスおよび不活性ガスの少なくともいずれか一方の流量を調整して混合ガス中の反応性ガスの濃度を調整する濃度調整工程と、
をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。 - 請求項18記載の熱処理方法において、
前記ガス供給工程では、反応性ガスとしての酸素に不活性ガスとしての窒素を混合した混合ガスを供給することを特徴とする熱処理方法。 - 請求項18記載の熱処理方法において、
前記ガス供給工程では、反応性ガスとしての水素に不活性ガスとしての窒素を混合した混合ガスを供給することを特徴とする熱処理方法。 - 請求項18記載の熱処理方法において、
前記ガス供給工程では、反応性ガスとしての窒素に不活性ガスとしてのヘリウムまたはアルゴンを混合した混合ガスを供給することを特徴とする熱処理方法。 - 請求項14から請求項21のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記チャンバー内に付着した汚染物質と反応して当該汚染物質を除去するクリーニングガスを供給するクリーニング工程をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。 - 請求項14から請求項22のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記排気工程は、前記チャンバー内を大気圧よりも低い気圧に減圧する減圧工程を含むことを特徴とする熱処理方法。 - 請求項14から請求項23のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記温調工程は、前記フラッシュ照射工程の前後に前記基板を所定温度に維持することを特徴とする熱処理方法。
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