JP3277421B2 - 加熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置を急速加熱
する加熱処理装置およびその熱処理方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】試料を急速に加熱する装置としては、例
えば図８に示すような加熱処理装置〔例えばＲＴＡ（Ra
pid Thermal Annealing ）装置〕１０１がある。そ
の構成は、加熱処理室１１１と、当該加熱処理室１１１
の上部と下部とに設けた加熱ランプ１１２，１１３とか
ら成る。上記加熱処理室１１１の内部には、試料１９１
を載置するステージ１１４が設けられている。また上記
加熱処理室１１１の加熱ランプ１１２，１１３側には、
例えば石英ガラスからなる赤外線透過窓１１５，１１６
が設けられている。上記加熱処理装置１０１で試料１９
１を加熱するには、常温でステージ１１４に試料１９１
を載置した後、加熱ランプ１１２，１１３を点灯させる
ことによって、当該試料１９１を急速に加熱する。

【０００３】また図９に示すように、上記構成のＲＴＡ
装置１０１の加熱処理室１１１にヒーター１１７で加熱
する予備加熱室１１８を設けた構成のものも提案されて
いる。上記予備加熱室１１８内には試料１９１を載置す
るもので昇降自在なボート１１９が設けられている。ま
た図示しないが、加熱処理室１１１の予備加熱室１１８
側には、搬送手段が設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
８で説明したＲＴＡ装置では、試料を急速に加熱するこ
とは可能であるが、試料を徐々に加熱することは難し
い。すなわち、通常、加熱ランプに用いている赤外線ラ
ンプは、試料を徐々に加熱するように発熱量を制御する
ことが難しいためである。またそのように発熱量を制御
できたとしても、赤外線ランプの負荷は非常に大きくな
る。このため、赤外線ランプの寿命は非常に短くなる。

【０００５】通常、試料を急速に加熱した場合には、当
該試料に熱応力がかかる。このため、特に試料表面に酸
化シリコン膜が形成されている場合には、所定の温度範
囲（例えば酸化シリコン膜の転移点前後の温度範囲）
で、緩やかに温度を上げる必要がある。その加熱速度
は、例えば５℃／ｍｉｎ程度に設定される。

【０００６】また上記ＲＴＡ装置では、プロセスチェン
バーとなる加熱処理室が加熱されないので、水蒸気酸化
を行うことが難しい。水蒸気酸化によって形成した酸化
膜は、ドライ酸素雰囲気中で形成した酸化膜と比較し
て、電流ストレスに対する耐性が高い利点がある。従来
のＲＴＡ装置では、酸化処理後、プロセスチェンバーが
室温まで冷却されるため、チェンバーの内壁に結露を発
生し、水滴が付着する。このため、水滴が不純物にな
る、酸化速度が不安定になる等の悪影響が発生する。し
たがって、従来のＲＴＡ装置では、良質な水蒸気酸化膜
を形成することが難しい。

【０００７】上記図９で説明したＲＴＡ装置では、予備
加熱室で試料を所定温度まで加熱することができるが、
予備加熱した試料を加熱処理室に移動して急速加熱する
までの間に試料の温度が低下する。このため、予備加熱
した効果が低下または無くなる。また水蒸気酸化を行っ
た場合には、予備加熱室と加熱処理室との間が開放状態
になっているため、予備加熱室に収納されている試料に
不必要な酸化膜が形成される。

【０００８】本発明は、試料に発生するストレスを最小
限にして熱処理を行うのに優れていて、水蒸気酸化が行
えるような加熱処理装置および熱処理方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされた加熱処理装置およびその熱処理方
法である。

【００１０】加熱処理装置には、予備加熱される試料が
搬入される予備加熱室と、それに接続した急速加熱室と
が備えられている。そして予備加熱室と急速加熱室とを
囲む状態に第１加熱手段が設けられている。さらに急速
加熱室内に載置される試料に熱線を照射することによっ
て予備加熱温度に加熱した試料をその温度よりも高い温
度に短時間で急速に加熱する第２加熱手段が、急速加熱
室の外部に設けられている。

【００１１】上記加熱処理装置は以下のように構成され
ている。すなわち、第１の加熱処理装置には、予備加熱
される試料が搬入されるもので、当該試料を搬出入する
第１開閉部を設けた予備加熱室が備えられている。さら
に予備加熱室には第２開閉部を介して急速加熱室が接続
されている。予備加熱室内には昇降自在な第１試料載置
部が設置され、急速加熱室内には昇降自在な第２試料載
置部が設置されている。さらに予備加熱室と急速加熱室
との周囲には第１加熱手段が設けられている。また急速
加熱室には熱線照射窓が設けられている。そしてその窓
から急速加熱室内に熱線を照射することによって、予備
加熱温度に保持した試料をその温度よりも高い温度に短
時間で急速に加熱する第２加熱手段が、急速加熱室の外
部に設けられている。また第１，第２開閉部を通って各
室との間を往復して試料を搬送する搬送アームと、この
搬送アームを往復動させる駆動部とが備えられている。

【００１２】または上記加熱照射装置は以下のように構
成されている。すなわち、第２の加熱処理装置には、中
心部から放射状に設けた仕切り壁によって、予備加熱室
と急速加熱室と試料収納室とに仕切られているチェンバ
ーが備えられている。これらの３室を加熱する第１加熱
手段がチェンバーの外部に設けられている。予備加熱室
と試料収納室との内部には昇降自在な第１，第３試料載
置部が設置されている。そして急速加熱室の対向する壁
には熱線照射窓が設けられている。さらにその窓から急
速加熱室の内部に熱線を照射することによって、予備加
熱温度に保持した試料をその温度よりも高い温度に短時
間で急速に加熱する第２加熱手段がチェンバーの外部に
設けられている。また各仕切り壁には、第１，第２，第
３開閉部が設けられている。さらに放射状に設けた仕切
り壁の中心部には搬送アームを備えた回動軸が設けられ
ている。その回動軸には駆動部が接続されている。

【００１３】第１の熱処理方法としては、予備加熱室で
試料を徐々に加熱する予備加熱を行ってから、当該試料
を予備加熱した温度状態に保ちながら予備加熱室から急
速加熱室に搬送し、その後、急速加熱室で当該試料を予
備加熱温度よりも高い温度に短時間で加熱する。

【００１４】第２の熱処理方法としては、予備加熱室で
試料を徐々に加熱する予備加熱を行ってから、当該試料
を予備加熱した温度状態に保ちながら予備加熱室から急
速加熱室に搬送し、その後、酸化性の雰囲気で、当該試
料を予備加熱した温度状態を保ちながら予備加熱温度よ
りも高い温度に短時間で加熱して、当該試料に酸化膜を
形成する。

【００１５】第３の熱処理方法としては、予備加熱室で
試料を徐々に加熱する予備加熱を行ってから、当該試料
を予備加熱した温度状態に保ちながら予備加熱室から急
速加熱室に搬送し、その後、当該試料を予備加熱した温
度状態を保ちながら予備加熱温度よりも高い温度に短時
間で加熱して、当該試料中に不純物を拡散させる。

【００１６】

【作用】上記構成の加熱処理装置では、予備加熱室と急
速加熱室との周囲に第１加熱手段が設けられていること
から、急速加熱室の内部に試料を載置して急速加熱する
まで、試料を予備加熱温度に保てる。

【００１７】上記構成の第１の加熱処理装置では、上記
同様の理由によって、試料を急速加熱するまで、試料を
予備加熱温度に保てる。また予備加熱室と急速加熱室と
が第１開閉部を介して接続されていることから、各室の
雰囲気は独立が保てる。このため、急速加熱室で水蒸気
酸化処理や拡散処理を行っても、予備加熱室内に収納さ
れている試料に影響が及ばない。

【００１８】上記構成の第２の加熱照射装置では、予備
加熱室と急速加熱室と試料収納室とからなるチェンバー
の外部に、これらの３室を加熱する第１加熱手段が設け
られていることから、試料を急速加熱するまで、試料を
予備加熱温度に保てる。また各室が仕切り壁によって仕
切られていることから、各室の雰囲気はほぼ独立が保て
る。このため、急速加熱室で水蒸気酸化処理や拡散処理
を行っても、予備加熱室内に収納されている試料に影響
が及ばない。さらに試料収納室が第１加熱手段で加熱さ
れるので、急速加熱した試料は急激に冷却されることが
ない。このため、冷却時にストレス緩和が行える。

【００１９】上記第１の熱処理方法では、予備加熱室で
予備加熱した試料を予備加熱した温度状態に保ちながら
急速加熱室に搬送し、その後急速加熱室で当該試料を予
備加熱温度よりも高い温度に短時間で加熱することか
ら、急速加熱するまで試料は予備加熱温度に保たれる。
このため、急速加熱を行っても試料には大きなストレス
が発生しない。

【００２０】第２の熱処理方法としては、予備加熱室で
試料を徐々に加熱した後、当該試料を予備加熱した温度
状態に保ちながら酸化性雰囲気に搬送して予備加熱温度
よりも高い温度に短時間で加熱することによって、当該
試料に酸化膜を形成することから、生成される酸化膜の
膜厚を制御し易い。また転移点付近（例えば酸化膜の場
合５７３℃付近）をゆっくりした加熱速度で試料を加熱
できるので、ストレスの発生が少ない。さらに外部燃焼
させた水蒸気で酸化を行った場合には、予備加熱室内お
よび急速加熱室内が、例えば５００℃程度に加熱されて
いるので、水滴が発生することがない。

【００２１】第３の熱処理方法としては、予備加熱室で
は試料を徐々に加熱した後、当該試料を予備加熱した温
度状態に保ちながら搬送して予備加熱温度よりも高い温
度に短時間で加熱することによって、当該試料中に不純
物を拡散させる形成することから、急速加熱による拡散
処理を行っても試料には大きなストレスが発生しない。

【００２２】

【実施例】本発明の基本的構成の一例を、図１の概略構
成図で説明する。図（１）は上方から見たレイアウト断
面図であり、図（２）は正面から見たレイアウト断面図
である。

【００２３】図に示すように、予備加熱される試料９１
（２点鎖線で示す部分）が搬入される予備加熱室１１が
備えられている。この予備加熱室１１には急速加熱室１
２が、例えば電磁式の第１開閉部２１を介して接続され
ている。

【００２４】さらに上記予備加熱室１１と上記急速加熱
室１２とは、例えば炭化シリコンからなる均熱管４１で
囲まれている。さらに均熱管４１の外周には第１加熱手
段１３が設けられている。この第１加熱手段１３は、例
えば電熱線からなるヒーターで構成されている。

【００２５】上記急速加熱室１２には、その内部に載置
される試料９１の表面側と裏面側とに熱線を照射するこ
とによって、予備加熱温度よりも高い温度に短時間で急
速に試料９１を加熱する第２加熱手段１４が、当該急速
加熱室１２の外部に設けられている。したがって、急速
加熱室１２の第２加熱手段１４を設置した側は熱線を透
過する材料で形成されている。この第２加熱手段１４
は、予備加熱温度に保持した試料９１をその温度よりも
高い温度に短時間で急速に加熱するものであればよく、
例えば、赤外線ランプ、レーザ光発振装置または試料９
１面で熱に変換されるような光を発するランプで構成さ
れる。

【００２６】さらに、急速加熱室１２とは反対側の上記
予備加熱室１１には、第２開閉部２２を介して、試料９
１を搬送する搬送手段（図示せず）が備えられている。
この搬送手段は、例えば急速加熱室１２とは反対側の予
備加熱室１１側に備えてもよい。

【００２７】上記構成の加熱処理装置１の動作を説明す
る。

【００２８】まず、第２開閉部２２を開放してから、搬
送手段によって、予備加熱室１１内に試料９１を収納す
る。次いで、第１加熱手段１３で予備加熱室１１の内部
と急速加熱室１２の内部とを予備加熱温度になるまで、
例えば試料９１に熱ストレスがかからないように加熱速
度で徐々に加熱する。

【００２９】そして予備加熱室１１の内部で試料９１が
予備加熱温度まで加熱されたら、搬送手段によって、予
備加熱した試料９１を、当該予備加熱室１１から開放し
た第１開閉部２１を通して急速加熱室１２に搬送する。

【００３０】その後第１開閉部２１を閉じて、第２加熱
手段１４によって、試料９１を急速加熱する。そのと
き、急速加熱室１２の内部は所定の雰囲気になってい
る。

【００３１】上記構成の加熱処理装置１では、予備加熱
室１１と急速加熱室１２との側周に第１加熱手段１３が
設けられていることから、試料９１を急速加熱するま
で、試料９１の温度を予備加熱した温度に保てる。

【００３２】次に上記加熱処理装置の具体的構成を第１
実施例として、図２の概略構成図で説明する。図（１）
は上方から見たレイアウト断面図であり、図（２）は正
面から見たレイアウト断面図である。なお図１で説明し
たと同様の構成部品には同一符号を付す。

【００３３】予備加熱温度に加熱する試料９１を載置し
た保持具９２が搬入される予備加熱室１１が備えられて
いる。この予備加熱室１１には、当該試料９１を搬出入
する第１開閉部２１とそれとほぼ対向する位置に第２開
閉部２２とが設けられている。この予備加熱室１１の内
部には昇降自在に設けた第１試料載置部２３が設置され
ている。この第１試料載置部２３は、上下方向にかつ等
間隔に、複数の収納部２４が設けられている。各収納部
２４の上面には、保持具９２を位置決めする複数の位置
決め突起２５が形成されている。

【００３４】上記予備加熱室１１には、第１開閉部２１
を介して急速加熱室１２が接続されている。この急速加
熱室１２の内部には、昇降自在な第２試料載置部２６が
設けられている。この第２試料載置部２６の上面には、
保持具９２を位置決めする位置決め突起２７が形成され
ている。

【００３５】そして予備加熱室１１と急速加熱室１２と
の外周囲には均熱管４１が形成され、その側周には第１
加熱手段１３が設けられている。この第１加熱手段１３
は、例えば電熱線ヒーターで構成されている。

【００３６】また急速加熱室１２の上部側と下部側とに
は熱線を透過する熱線照射窓２８，２９が設けられてい
る。さらに上記急速加熱室１２外部でその上方と下方と
には、上記熱線照射窓２８，２９から当該急速加熱室１
２の内部に熱線を照射する第２加熱手段１４が設けられ
ている。この第２加熱手段１４は、例えば赤外線ランプ
で構成されている。上記第２加熱手段１４は、所定温度
に保持した試料９１を当該所定温度よりも高い温度に短
時間で急速に加熱するものであればよく、例えば、赤外
線ランプ、レーザ光発振装置または試料９１の表面で熱
に変換されるような光を発するランプで構成される。

【００３７】さらに上記予備加熱室１１には、第２開閉
部２２を介して、搬送手段１５が設けられている。この
搬送手段１５は、駆動部３０とそれに取りつけられた搬
送アーム３１とからなる。搬送アーム３１は、駆動部３
０に第１関節３２，３２を介して回動自在に設けられて
いる第１アーム３３，３３と、当該第１アーム３３，３
３に第２関節３４，３４を介して回動自在に設けられて
いる第２アーム３５，３５と、当該第２アーム３５，３
５に第３関節３６，３６を介して回動自在に設けられて
いる第３アーム３７，３７とからなる。また第３アーム
３７，３７は、図示するように連結されていてもよい。

【００３８】上記搬送アーム３１の先端部には着脱自在
な保持具９２が取付けられる。この保持具９２は、例え
ば、試料９１の外周にそって環状に形成されていて、そ
の内周側にそって試料９１が収まる段差部９３が形成さ
れている。また保持具９２には、上記搬送アーム３１に
設けられている位置決め突起３８が遊挿される位置決め
孔（図示せず）が形成されている。さらに、第１，第２
試料載置部２３，２６に設けた位置決め突起２５，２７
が遊挿される位置決め孔９４が形成されている。

【００３９】上記構成の加熱処理装置２の動作を説明す
る。

【００４０】まず、予備加熱室１１内の第１試料載置部
２３に保持具９２で保持した試料９１を収納する。次い
で、第１加熱手段１３で予備加熱室１１の内部と急速加
熱室１２の内部とを予備加熱温度になるまで、試料に熱
ストレスがかからないようにな加熱速度で徐々に加熱す
る。

【００４１】そして予備加熱室１１の内部で試料９１が
予備加熱温度まで加熱されたら、搬送手段１５によっ
て、予備加熱した試料９１を保持具９２とともに当該予
備加熱室１１から開放した第１開閉部２１を通して急速
加熱室１２に搬送する。そして第２試料載置部２６に試
料９１を保持した状態で保持具９２を載置する。

【００４２】その後第１，第２開閉部２１，２２を閉じ
て、急速加熱室１２の内部を所定の雰囲気（例えば不活
性な雰囲気）にする。そのとき、第１加熱手段１３によ
って急速加熱室１２は加熱されているので、試料９１の
温度は予備加熱温度に保持される。そして第２加熱手段
１４によって、試料９１を急速加熱する。

【００４３】保持具９２を移送する際の上記搬送手段１
５の搬送アーム３１は、駆動部３０によって、第１アー
ム３３，３３と第２アーム３５，３５とがパンタグラフ
のように矢印ア方向に伸縮する。それによって、第３ア
ーム３７，３７は矢印イ方向に往復運動する。

【００４４】次いで第１試料載置部２３に収納された保
持具９２を搬送する場合を、図３で説明する。図３の
（１）に示すように、各収納部２４には、保持具９２の
位置決め孔９４に収納部２４に形成した位置決め突起２
５が遊挿されて、当該保持具９２に載置されている。こ
の保持具９２上には試料９１が載置されている。そして
収納部２４，２４間の所定の位置に搬送アーム３１を挿
入する。

【００４５】次いで図３の（２）に示すように、第１試
料載置部２３を矢印タ方向に降下させて保持具９２を搬
送アーム３１上に載置する。このとき、搬送アーム３１
に形成された位置決め突起３８が保持具９２に形成され
た位置決め孔９５に遊挿される。

【００４６】続いて図３の（３）に示すように、搬送ア
ーム３１を矢印チ方向に駆動させて、保持具９２を急速
加熱室１２内の所定位置に移送する。

【００４７】そして図３の（４）に示すように、第２試
料載置部２６を上昇させて保持具９２を搬送アーム３１
から外し、当該第２試料載置部２６に載せる。このと
き、第２試料載置部２６の位置決め突起２７に保持具９
２の位置決め孔９４が遊挿される。

【００４８】上記構成の加熱処理装置２では、予備加熱
室１１と急速加熱室１２との周囲に第１加熱手段１３が
設けられていることから、試料９１を急速加熱するま
で、試料９１の温度を予備加熱した温度に保てる。また
予備加熱室１１と急速加熱室１２とが第１開閉部２５１
介して接続されていることから、予備加熱室１１の雰囲
気と急速加熱室１２の雰囲気とは独立した状態に保て
る。このため、急速加熱室１２で水蒸気酸化処理や拡散
処理を行っても、予備加熱室１１内に収納されている試
料９１には影響を及ぼさない。

【００４９】次に第２実施例を、図４の概略構成図で説
明する。中心部から放射状に設けた仕切り壁６１，６
２，６３によって、予備加熱室５１と急速加熱室５２と
試料収納室５３とに仕切られているチェンバー５４が備
えられている。上記チェンバー５４の外部には、予備加
熱室５１と急速加熱室５２と試料収納室５３とを加熱す
る第１加熱手段５５が設けられている。この第１加熱手
段５５は、例えば電熱線からなるヒーターで構成されて
いる。

【００５０】上記予備加熱室５１の内部には、昇降自在
な第１試料載置部６４が設置されている。この第１試料
載置部６４は、前記第１実施例で説明した第１試料載置
部（２３）と同様の構成をなす。また上記試料収納室５
３の内部には、昇降自在な第２試料載置部６５が設置さ
れている。この第２試料載置部６５も上記第１試料載置
部６４と同様の構成をなす。なお急速加熱室５２に内部
に、上記第１実施例で説明した第２試料載置部（２５）
と同様の構成をなす第３試料載置部（図示せず）を形成
することも可能である。

【００５１】上記急速加熱室５２の上部側の壁と下部側
の壁とには熱線を透過する熱線照射窓６６が設けられて
いる（ただし下部側の熱線照射窓は図示せず）。さらに
上記急速加熱室５２外部でその上方と下方とには、上記
熱線照射窓６６から当該急速加熱室５２の内部に熱線を
照射する第２加熱手段５６が設けられている（ただし下
方側の第２加熱手段は図示せず）。この第２加熱手段５
６は、予備加熱温度に保持した試料９１をその温度より
も高い温度に短時間で急速に加熱するものであればよ
く、例えば、赤外線ランプ、レーザ光発振装置または試
料９１（２点鎖線で示す）の表面で熱に変換されるよう
な光を発するランプで構成される。

【００５２】上記予備加熱室５１と上記急速加熱室５２
との間の仕切り壁６１には第１開閉部６８が設置されて
いる。上記急速加熱室５２と上記試料収納室５３との間
の仕切り壁６２には第２開閉部６９が設置されている。
さらに上記試料収納室５３と上記急速加熱室５２との間
の仕切り壁６３には第３開閉部７０が設置されている。
上記各第１，第２，第３開閉部６８，６９，７０は、例
えば電磁式の開閉扉で構成されている。

【００５３】そして上記放射状に設けた仕切り壁６１，
６２，６３の中心部には回動軸７１が形成されている。
この回動軸７１には、各第１，第２，第３開閉部６８，
６９，７０を通って予備加熱室５１と急速加熱室５２と
試料収納室５３との相互間を回動して試料９１を搬送す
る搬送アーム７２が設けられている。また回動軸７１に
はそれを回動させる駆動部７３（破線の斜線で示す部
分）が接続されている。このように、回動軸７１、搬送
アーム７２、駆動部７３とで搬送手段が構成される。

【００５４】上記搬送アーム７２の先端部には着脱自在
な保持具９２が設けられる。この保持具９２は、上記第
１実施例で説明したと同様の構成を成すので、ここでの
説明は省略する。

【００５５】次に上記構成の加熱処理装置３の動作を説
明する。

【００５６】まず、予備加熱室５１内の第１試料載置部
６４に保持具９２で保持した試料９１を収納する。次い
で、第１加熱手段５５で予備加熱室５１と急速加熱室５
２と試料収納室５３との各内部を所定温度（例えば室
温）になるまで、試料に熱ストレスがかからないように
な加熱速度で徐々に加熱する。

【００５７】そして予備加熱室５１の内部で試料９１が
予備加熱温度になるまで加熱されたら、駆動部７３で搬
送アーム７２を矢印カ方向に回動することによって、予
備加熱した試料９１を保持具９２とともに当該予備加熱
室５１から開放した第１開閉部６８を通して急速加熱室
５２に搬送する。

【００５８】その後第１，第２開閉部６８，６９を閉じ
て、急速加熱室５２の内部を所定の雰囲気にする。その
とき、第１加熱手段５５によって急速加熱室５２は加熱
されているので、試料９１の温度は低下しない。そして
第２加熱手段５６によって、搬送アーム７２に載置され
ている保持具９２上の試料９１を急速加熱する。

【００５９】そして試料９１を急速加熱処理した後、第
２開閉部６９を開放して搬送アーム７２を回動させ、試
料９１とともに保持具９２を第２試料載置部６５に収納
する。

【００６０】搬送アーム７２で第１試料載置部６４から
保持具９２を移送する、または第２試料載置部６５に保
持具を収納する方法は、第１実施例で説明したと同様に
して行う。

【００６１】上記構成の加熱処理装置３では、予備加熱
室５１と急速加熱室５２と試料収納室５３とからなるチ
ェンバー５４の外部に、これらの３室を加熱する第１加
熱手段５５が設けられていることから、試料９１を急速
加熱するまで、試料９１の温度を予備加熱した温度に保
てる。また予備加熱室５１と急速加熱室５２とが第１開
閉部６８を介して接続されていることから、各室の雰囲
気はほぼ独立が保てる。このため、急速加熱室５２で水
蒸気酸化処理や拡散処理を行っても予備加熱室５１内に
収納されている試料９１に影響が及ばない。さらに試料
収納室５３の第１加熱手段５５で加熱されるので、急速
加熱した試料９１は急激に冷却されることがない。

【００６２】次に上記説明した各加熱処理装置を用いて
試料を熱処理（結晶性の改善アニール処理、酸化処理、
拡散処理等）する方法を、以下に説明する。

【００６３】まず結晶性の改善アニール処理を説明す
る。図５に示すように、第１工程として予備加熱工程を
行う。この工程では、予備加熱室で試料を徐々に加熱す
る。例えば、試料に酸化シリコン膜が形成されているシ
リコンウエハを用いた場合には、酸化シリコンの転移点
より高い温度付近まで５℃／分程度の加熱速度でシリコ
ンウエハを加熱する。この加熱速度は、上記速度に限定
されることはなく、試料の材質によって適宜選択され
る。

【００６４】次いで第２工程として試料搬送工程を行
う。この工程では、当該試料を予備加熱した温度状態を
保ちながら予備加熱室から急速加熱室に搬送する。この
とき、試料の温度がその転移点（または変態点）よりも
低下しないように予備加熱室の温度と急速加熱室の温度
とを管理する。

【００６５】そして第３工程として急速加熱工程を行
う。この工程では、急速加熱室で試料を予備加熱温度よ
りも高い所定の温度に短時間で加熱する。例えば酸化シ
リコン膜が形成されたシリコンウエハのアニール処理で
は、数秒間で９５０℃まで加熱する。そして例えば６０
秒間、その温度に保持する。次いで試料を、例えば３℃
／分程度の冷却速度で徐々に冷却した後、搬出する。

【００６６】上記図５で説明した熱処理方法では、予備
加熱室で加熱された温度状態を保持した状態から、試料
が急速加熱されることから、試料の転移点（または変態
点）を通ることなく急速加熱することが可能になる。こ
のため、急速加熱を行っても試料には大きなストレスが
発生しない。したがって、結晶性の改善をストレスの発
生がほとんどない状態で行える。

【００６７】次に上記説明した各加熱処理装置を用いて
試料を酸化処理する方法を、以下に説明する。

【００６８】図６に示すように、第１工程として予備加
熱工程を行う。この工程では、予備加熱室を非酸化性の
雰囲気（例えば窒素雰囲気または不活性ガス雰囲気）に
して、その雰囲気を５００℃程度に加熱しておく。その
ような状態の予備加熱室内に試料を搬入する。そして試
料を徐々に加熱する。例えば、試料にシリコンウエハを
用いて、その表面に酸化シリコン膜を形成する場合に
は、例えば５℃／分程度の加熱速度でシリコンウエハを
７００℃程度まで加熱する。この加熱速度は、上記速度
に限定されることはなく、試料の材質によって適宜選択
される。

【００６９】次いで第２工程として試料搬送工程を行
う。この工程では、当該試料を予備加熱した温度状態
（７００℃程度）を保ちながら予備加熱室から急速加熱
室に搬送する。このとき、試料の温度が７００℃程度よ
りも低下しないように予備加熱室の温度と急速加熱室の
温度とを管理する。

【００７０】そして第３工程として酸化工程を行う。こ
の工程では、急速加熱室を酸化性の雰囲気（例えば酸素
雰囲気または外部燃焼させた水蒸気雰囲気）にして、当
該試料を、例えば数秒間で８５０℃まで急速加熱して、
例えば６０秒間、その８５０℃に保つことによって、当
該試料表面に酸化膜を形成する。次いで試料を、例えば
３℃／分程度の冷却速度で徐々に冷却した後、搬出す
る。

【００７１】上記図６で説明した熱処理方法では、雰囲
気を切り換えて急速に加熱するので、生成される酸化膜
の膜厚を制御し易い。また転移点付近（例えば酸化膜の
場合５７３℃付近）をゆっくりした加熱速度で試料を加
熱できるので、ストレスの発生が少ない。さらに外部燃
焼させた水蒸気で酸化を行った場合には、予備加熱室内
および急速加熱室内が、例えば５００℃程度に加熱され
ているので、水滴が発生することがない。

【００７２】次に上記説明した各加熱処理装置を用いて
試料を不純物拡散処理する方法を、以下に説明する。

【００７３】図７に示すように、第１工程として予備加
熱工程を行う。この工程では、予備加熱室を非酸化性の
雰囲気（例えば窒素雰囲気または不活性ガス雰囲気）に
して、その雰囲気を７００℃程度に加熱しておく。その
ような状態の予備加熱室内に試料を搬入する。そして試
料を、例えば８５０℃まで徐々に加熱する。例えば、試
料にシリコンウエハを用いて、その内部に不純物を拡散
させる場合には、例えば５℃／分程度の加熱速度でシリ
コンウエハを８５０℃程度まで加熱する。この加熱速度
は、上記速度に限定されることはなく、試料の材質によ
って適宜選択される。

【００７４】次いで第２工程として試料搬送工程を行
う。この工程では、当該試料を予備加熱した温度状態
（８５０℃程度）を保ちながら予備加熱室から急速加熱
室に搬送する。このとき、試料の温度が８５０℃程度よ
りも低下しないように予備加熱室の温度と急速加熱室の
温度とを管理する。

【００７５】そして第３工程として拡散工程を行う。こ
の工程では、急速加熱室を不活性な雰囲気（例えば窒素
雰囲気または不活性ガス雰囲気）にし、当該試料を例え
ば数秒間で１０５０℃まで急速加熱して、例えば１０秒
間、その温度に保つ。そして試料中に導入された不純物
を拡散する。その後第２加熱手段による加熱を停止す
る。次いで試料を、例えば３℃／分程度の冷却速度で徐
々に冷却した後、搬出する。もしくは、導入しようとす
る不純物雰囲気にしてから、急速加熱することによっ
て、試料９１中に不純物を拡散する。

【００７６】上記図７で説明した熱処理方法では、雰囲
気を切り換えて急速に加熱するので、拡散速度を制御し
易い。また転移点付近をゆっくりした加熱速度で試料を
加熱することができるので、ストレスの発生が少ない。

【００７７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
予備加熱室と急速加熱室とに第１加熱手段が設けられて
いるので、試料を急速加熱するまで、試料の温度を予備
加熱した温度に保つことができる。このため、試料には
ストレスがほとんど発生しない。

【００７８】また予備加熱室と急速加熱室とが第１開閉
部を介して接続されているので、各室の雰囲気は独立が
保てる。このため、急速加熱室で酸化処理（酸素雰囲気
中の酸化処理、水蒸気酸化処理等）や拡散処理を行って
も予備加熱室内に収納されている試料に影響が及ぶこと
がない。

【００７９】さらにチェンバーを３室に仕切った加熱処
理装置によれば、上記同様に、予備加熱室と急速加熱室
とを第１加熱手段で加熱することができる。このため、
試料を急速加熱するまで、試料の温度を予備加熱した温
度に保つことができる。また仕切り壁によって各室が仕
切られているので、各室の雰囲気をほぼ独立に保つこと
ができる。このため、急速加熱室で水蒸気酸化処理や拡
散処理を行っても、予備加熱室内に収納されている試料
に影響が及ばない。さらに試料収納室が第１加熱手段で
加熱されるので、急速加熱した試料は急激に冷却される
ことがない。

【００８０】第１の熱処理方法によれば、予備加熱室で
加熱された温度状態を保持した状態で、試料が急速加熱
されるので、試料の転移点（または変態点）を通ること
なく急速加熱することが可能になる。このため、急速加
熱を行っても試料には大きなストレスが発生しない。

【００８１】第２の熱処理方法によれば、予備加熱では
試料を徐々に加熱した後、酸化性の雰囲気で、当該試料
を予備加熱した温度状態を保ちながら短時間で加熱し
て、当該試料に酸化膜を形成するので、生成される酸化
膜の膜厚を制御することが容易にできる。また転移点付
近をゆっくりした加熱速度で試料を加熱することができ
るので、ストレスの発生が少ない。さらに外部燃焼させ
た水蒸気で酸化を行った場合には、予備加熱室内および
急速加熱室内が加熱されているので、水滴が発生して、
急速加熱室の壁面に付着することがない。

【００８２】第３の熱処理方法によれば、予備加熱では
試料を徐々に加熱した後、当該試料を予備加熱した温度
状態を保ちながら短時間で加熱して、当該試料中に不純
物を拡散させるので、試料には大きなストレスが発生し
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成の概略構成図である。

【図２】第１実施例の概略構成図である。

【図３】保持具の載置方法の説明図である。

【図４】第２実施例の概略構成図である。

【図５】熱処理方法の説明図である。

【図６】酸化処理方法の説明図である。

【図７】拡散処理方法の説明図である。

【図８】第１従来例の概略構成図である。

【図９】第２従来例の概略構成図である。

【符号の説明】

１ 加熱処理装置 ２ 加熱処理装置 ３ 加熱処理装置 １１ 予備加熱室 １２ 急速加熱室 １３ 第１加熱手段 １４ 第２加熱手段 ２１ 第１開閉部 ２２ 第２開閉部 ２３ 第１試料載置部 ２６ 第２試料載置
部 ２８ 熱線照射窓 ２９ 熱線照射窓 ３０ 駆動部 ３１ 搬送アーム ５１ 予備加熱室 ５２ 急速加熱室 ５３ 試料収納室 ５４ チェンバー ５５ 第１加熱手段 ５６ 第２加熱手段 ６１ 仕切り壁 ６２ 仕切り壁 ６３ 仕切り壁 ６４ 第１試料載置
部 ６５ 第２試料載置部 ６６ 熱線照射窓 ６８ 第１開閉部 ６９ 第２開閉部 ７０ 第３開閉部 ７１ 回動軸 ７２ 搬送アーム ７３ 駆動部 ９１ 試料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/26 H01L 21/22 501 H01L 21/31 H01L 21/324

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予備加熱する試料が搬入される予備加熱
   室と、 前記予備加熱室に接続した急速加熱室と、 前記予備加熱室と前記急速加熱室とを囲む状態に設けた
   第１加熱手段と、 前記急速加熱室内に載置される試料面に熱線を照射する
   ことによって、予備加熱温度の試料をその温度よりも高
   い温度に短時間で急速に加熱するもので、当該急速加熱
   室の外部に設けた第２加熱手段とを備えたことを特徴と
   する加熱処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の加熱処理装置であって、 予備加熱する試料が搬入されるもので、当該試料を搬出
   入する第１開閉部を設けた予備加熱室と、 前記予備加熱室の内部に設置した昇降自在な第１試料載
   置部と、 前記予備加熱室に第２開閉部を介して接続されている急
   速加熱室と、 前記急速加熱室の内部に設置した昇降自在な第２試料載
   置部と、 前記予備加熱室と前記急速加熱室との周囲に設けた第１
   加熱手段と、 前記急速加熱室に設けた熱線照射窓と、 前記熱線照射窓から前記急速加熱室の内部に熱線を照射
   することによって、予備加熱温度に保持した試料をその
   温度よりも高い温度に短時間で急速に加熱するもので、
   当該急速加熱室の外部に設けた第２加熱手段と、 前記第１，第２開閉部を通って前記予備加熱室と前記急
   速加熱室との間を往復して試料を搬送する搬送アーム
   と、 前記搬送アームを往復動させる駆動部とからなることを
   特徴とする加熱処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の加熱処理装置であって、 中心部から放射状に設けた仕切り壁によって、予備加熱
   室と急速加熱室と試料収納室とに仕切られているチェン
   バーと、 前記予備加熱室と前記急速加熱室と前記試料収納室とを
   加熱するもので、前記チェンバーの外部に設けた第１加
   熱手段と、 前記予備加熱室の内部に設置した昇降自在な第１試料載
   置部と、 前記急速加熱室の対向する壁に設けた熱線照射窓と、 前記各熱線照射窓から前記急速加熱室の内部に熱線を照
   射することによって、予備加熱温度に保持した試料をそ
   の温度よりも高い温度に短時間で急速に加熱するもの
   で、当該チェンバーの外部に設けた第２加熱手段と、 前記試料収納室の内部に設置した昇降自在な第２試料載
   置部と、 前記予備加熱室と前記急速加熱室との間の仕切り壁に設
   けた第１開閉部と、 前記急速加熱室と前記試料収納室との間の仕切り壁に設
   けた第２開閉部と、 前記試料収納室と前記急速加熱室との間の仕切り壁に設
   けた第３開閉部と、 前記放射状に設けた仕切り壁の中心部に設けた回動軸
   と、 前記第１，第２，第３開閉部を通って前記予備加熱室と
   前記急速加熱室と前記試料収納室との間を回動して試料
   を搬送するもので、前記回動軸に設けた搬送アームと、 前記回動軸に接続されている駆動部とからなることを特
   徴とする加熱処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１、請求項２または請求項３記載
   の加熱処理装置を用いた熱処理方法であって、 予備加熱室で試料を徐々に加熱する予備加熱を行ってか
   ら、当該試料を予備加熱した温度状態に保ちながら予備
   加熱室から急速加熱室に搬送した後、 前記急速加熱室で当該試料を予備加熱温度よりも高い温
   度に短時間で加熱することを特徴とする加熱処理方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の熱処理方法において、 予備加熱室で試料を徐々に加熱する予備加熱を行ってか
   ら、当該試料を予備加熱した温度状態に保ちながら予備
   加熱室から急速加熱室に搬送した後、 酸化性の雰囲気で、当該試料を予備加熱した温度状態に
   保ちながら予備加熱温度よりも高い温度に短時間で加熱
   して、当該試料に酸化膜を形成することを特徴とする熱
   処理方法。
6. 【請求項６】 請求項４記載の熱処理方法において、 予備加熱室で試料を徐々に加熱する予備加熱を行ってか
   ら、当該試料を予備加熱した温度状態を保ちながら予備
   加熱室から急速加熱室に搬送した後、 当該試料を予備加熱した温度状態に保ちながら予備加熱
   温度よりも高い温度に短時間で加熱して、当該試料中に
   不純物を拡散させることを特徴とする熱処理方法。