JP3716762B2 - Light processing equipment - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセスにおけるシリコン半導体基板の酸化絶縁膜形成に使用する光処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
二酸化珪素(SiO)は、禁制帯幅が約9eVと広く、容易に価電子帯の電子を伝導帯に励起できない上に、Siとの界面のエネルギー障壁高さが電子については、約3.1eV、正孔に対して3.8eVと高く、容易にSi基板からの電荷を注入することができない。このため、Si半導体基板上に形成されたSiO絶縁膜は優れた絶縁特性を示す。半導体プロセスにおいて、シリコン半導体基板上に酸化絶縁薄膜を形成する方法としては、熱酸化膜形成法、CVD法、PVD(スパッタリング)法などがある。
【0003】
特に熱酸化膜形成法は、現在半導体製造プロセスで最も広く利用されている。ここで熱酸化膜形成は、一般的には、ヒーターにより加熱された石英ガラス製の炉芯管内に半導体基板をセットし、その後(1)窒素ガスをキャリアガスとして所定の濃度の酸素ガスを処理室内に流して酸化処理を行うドライ酸素酸化、(2)窒素ガスをキャリアガスとして加熱水を通して酸素ガスとを供給するウェット酸素酸化、(3)加熱水蒸気(スチーム)による100%スチーム酸化、(4)スチームとともに窒素ガスを流すスチーム酸化、(5)水素ガスと酸素ガスを燃焼し、生成した純度の高い水蒸気を供給するパイロジェニック酸化、(6)窒素ガスをキャリアガスとして酸素ガスを液体酸素を通して流す酸素分圧酸化、(7)窒素ガスと酸素ガスと一緒に塩素ガスを添加して流す塩酸酸化などがある。
【0004】
熱酸化膜形成法は、特に良質なSiOの絶縁膜が得られる事が知られており、MOSトランジスタのゲート絶縁膜やキャパシタ絶縁膜には、熱酸化膜形成法によるSiOの絶縁膜が用いられている。昨今のMOSトランジスタあるいはキャパシタの微細化あるいは、高密度化、高速化に伴い、このゲート絶縁膜の厚みは、薄膜化かつ高信頼性の傾向にある。
【0005】
ゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜に要求される性能として、ピンホールなどの欠陥がなく、絶縁膜としての完全性が高いことが挙げられる。より具体的には、絶縁耐圧が高く、形成されたSiO膜とシリコンとの境界面における固定電荷やトラップ等が少ないなどの電気的特性がよく、一定電圧を印加した時の絶縁破壊に至るまでの時間が長く、形成されたSiO膜に一定の電流を流し続ける場合に絶縁破壊に至るまでの総電荷量が多いことなどが上げられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
先に述べた絶縁膜の薄膜化の傾向にともない、上記以外の要求として、Si半導体基板全面に均一な膜厚を形成することが不可欠であるが、現状のゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜の厚みは10nmを切るところまできている。ここで、原子レベルで観察した場合、例えば単結晶Siの(100)面の原子段差は、約0.18nmとなり、10nmの絶縁膜の厚みに対して約2%、5nmのそれに対しては約4%となる。昨今の半導体基板径が8〜12インチにも達する全面で、完全に原子段差をなくすことは技術的に非常に困難である。
【0007】
たとえば文献(半導体プロセス技術 丹呉浩侑編 P140〜143)にあるように、熱酸化膜形成は、良質なSiO膜が得られる反面、薄膜形成速度が早く、例えば10nm程度の厚さのSiO2膜は、900℃の乾燥酸素中で約10分、同温度の水蒸気中で1分程度で得られる。しかし、900℃という低温では、酸化にともない発生する応力の開放が進まず、シリコン溝(トレンチ)で酸化が遅くなることが知られており、また1分では、厚みの制御が困難である。したがって、今後の微細化に伴い、半導体基板全体にサブナノメータから数ナノメータ程度の均一な薄膜を得ることは従来の熱酸化膜形成では容易ではなかった。
【0008】
この理由には様々な要因が考えられるが、薄膜であるが故に、短時間に半導体基板を昇温し、半導体基板全体を均一な温度に維持しなければならないこと、また半導体基板表面近房の酸素分子や水分子といった酸化剤の濃度を均一に維持すること、酸化プロセスを所望の厚みで確実に停止させるために、短時間で降温しなければならないこと、また上述したシリコンの酸化による体積膨張にともなう応力発生などが考えられる。
【0009】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱酸化膜形成のみでは、達成しえなかった半導体基板全面にわたって10nm以下の絶縁薄膜の厚みの均一性並びに均質性を被照射物の加熱と同時に半導体基板表面に真空紫外光を照射することにより、達成することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
これら課題を解決するために、請求項1の発明においては、プロセスガス雰囲気を形成する処理室と、真空紫外光を放射するランプが収容され窒素ガスまたはアルゴンガス雰囲気を形成するランプハウスとが光透過窓により分離されており、該処理室内には被処理物が置かれるステージと、該被処理物に近接して該被処理物と平行なXY−2軸面のX方向に移動可能なスリットの形成された遮光マスクが配設され、該ステージは加熱機構を具備し、該ランプハウス内には、円筒状の放電容器の端部に200nm以下の真空紫外光を透過する窓部を具備し、該放電容器内部に単一または複数からなるエキシマー生成ガスを封入し、該放電容器を構成する誘電体を介してエキシマー生成ガスを放電せしめ、エキシマー光を該窓部から放射するランプと、該ランプの中心を遮光マスクの隙間に位置させ該ランプを前記被処理物の表面と平行かつ速度可変に移動させる機構とが配設されてなり、該エキシマー光を前記被処理物に部分的に照射するために、該遮光マスクは、該ランプの中心を遮光マスクの隙間に位置させ該ランプを前記被処理物の表面と平行に移動させ、X方向に移動させるときに該ランプのX方向の動きに合わせ移動させることを特徴とするシリコン半導体基板の酸化膜形成をする光処理装置とする。
【0011】
請求項2に記載の発明は、前記ステージが回転機構を備えて成ることを特徴とする請求項1に記載の光処理装置とする。
【0013】
【作用】
次に、本発明による作用について説明する。請求項1に記載の本発明によれば、被処理物は、被処理物を置くステージに設置された加熱機構(ヒーター)により加熱がなされると同時に、ランプから放射された真空紫外光によって、被処理物表面近傍のプロセスガス雰囲気が活性化され、また被処理物が適切な温度に保持されていることから、活性化したプロセスガスの処理が精緻にかつ均質に制御される。
【0014】
被処理物の処理の度合い(例えば、形成される絶縁薄膜の厚み)は、被処理物温度、プロセスガスの分圧、照射された光の放射強度等に依存している。また、前記被処理物の表面と平行かつ速度可変にランプを移動させることによって、被処理物の特定個所の光の照射量が可変できる。従って、予めランプを一定速度で動かし、被処理物の処理の度合いを測定し、この処理度合いと光の照度量から要求される被処理物の照射量分布を既知とし、これを実現することで所望の処理が行える。
【0015】
ランプは、円筒形の放電容器の端部に200nm以下の真空紫外光を透過する窓部を具備し、該放電容器内部で生成する200nm以下の発光波長を有するエキシマー光を該窓面から被処理物に向け、放電容器の長手軸を中心に同心円状の放射照度分布、例えば、中心で最も放射照度が高く中心から離れるにしたがい照度が減少するGaussian分布とすることができる。また、ランプハウス内を不活性雰囲気とすることで、ランプハウス内のランプの窓部から放射される真空紫外光が、雰囲気により吸収されることを極力抑え、プロセスガス雰囲気と被処理物の表面に効率的に吸収かつ照射することとなる。
【0016】
請求項2に記載の発明としたことによって、前記被処理物の表面と平行かつ速度可変にランプを移動させる機構が、被処理物の回転中心から被処理物の円周最端部を結ぶ直線のみに簡素化し、しかも回転中心の径方向に対して、被処理物の特定個所の処理量を可変、または、被処理物の全面の処理量を均一化できる。
【0018】
なお、真空紫外光の照射に際し、棒状の紫外線ランプを被処理物に平行に配置して使用することが考えられるが、棒状の紫外線ランプを使用すると発生した光の利用効率が極めて悪くなる不具合がある。
【0019】
そこで、中心照度の強い紫外線ランプとして、本請求項1に記載の「円筒状の放電容器の端部に200nm以下の真空紫外光を透過する窓部を具備し、該放電容器内部に単一または複数からなるエキシマー生成ガスを封入し、該放電容器を構成する誘電体を介してエキシマー生成ガスを放電せしめ、エキシマー光を該真空紫外光透過窓から放射するランプ」(以降ヘッドオン型バリアランプと称す)を使用することになる。ヘッドオン型バリアランプを使用すると中心部の強度が強く、発生した光の利用効率が高くなるからである。
【0020】
しかし、ヘッドオン型バリアランプの場合、同心円状に概ねガウス分布の照度分布を有しており、遮光マスクを使用しての露光が積算光量プロファイルを簡単に計算するために必要である。実際の膜形成においては、一定速度移動の照射では、基板近傍のガス濃度、基板温度分布の存在で、均一な膜形成ができず、所定の積算光量(照射量)分布が半導体基板上で必要である。遮光マスクとヘッドオン型バリアランプを組み合わせて照射する場合、速度可変をして照射することにより、所望の積算光量プロファイルを誤差なく得られるという理由で所定の照射量分布を半導体基板上で達成可能となった。
【0021】
ここで、ヘッドオン型バリアランプについて説明をする。
図8はヘッドオン型バリアランプ100(図1のバリアランプ5に相当)の断面図である。放電容器は石英ガラス製の外側管102と石英ガラス製の内側管101とから構成されており外側管102の一端に合成石英ガラス製の窓部103を具備している。放電空間114内にはキセノン等が封入され、真空紫外光が該窓部 103から放出される。
【0022】
内側管101は端部104、105において密閉構造となっている。外側電極112はアルミニウム板を半円板状に曲げた2本の電極部材からなる光反射板を兼ねた円管状電極である。内側電極113は外側電極同様にアルミウム板を半円板状に曲げた2本の電極部材からなり、内側電極113への電気入力は内側電極の一端に設けられた螺旋状バネ106に接続された高電圧リード109を通して、電源111に接続することにより行われる。
【0023】
図9は、別形態のヘッドオン型バリアランプの断面図である。内側管を使用せず数本の支柱にコイル状に巻き付けた内部電極113、Mo線107、Mo箔108を有している。また、外側電極112は図8と同構造である。
電極である。これ以外でも、例えば、特開平7-226190、特開平8-236084等に開示されているようなランプを適用することが可能である。
【0024】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の第一の実施例を示す。XY-2軸面で速度可変出来る駆動台4が設置されたランプハウス1は、窒素またはアルゴンの不活性雰囲気に保たれ、バリアランプ5は駆動台4に固定されている。バリアランプ5は、円筒型で、放電容器の端部から図3に示すガウス分布の照度分布を有するエキシマー光を照射できる。
【0025】
また、ランプハウス1に隣接し、被処理物を配置する処理室2は、所定の濃度の酸素分圧を保つための処理ガスを流せ、且つ、減圧に排気出来るような構造になっている。被処理物である半導体基板は、ヒータ81を内蔵したステージ8に乗せられ450℃程度に加熱され、透過窓3を通して、約120mm離れたバリアランプ5からエキシマー光を照射することが出来る。尚、半導体基板7と数mm離れて幅30mmの遮光マスク6が配置され、ランプ5のX方向の動きに合わせ移動させるが、これはエキシマー光を部分的に照射するためのものである。
【0026】
図2は遮光マスク6の隙間に半導体基板7のB部を位置させ、バリアランプ5の中心を遮光マスク6の隙間に位置させ、バリアランプ5を速度可変させながら移動させることを示している。A部は半導体基板7の中心を通る領域、B部は半導体基板7の端部を通る領域である。図中、半導体基板、ステージは便宜上実線で示している。
【0027】
処理室内には、シリコン半導体基板上に酸化膜を形成するためのプロセスガスとして酸化剤が使用され、具体的にはバッファガスとして窒素を利用し、酸化剤として乾燥酸素、水蒸気、またこれらにさらに塩素ガス添加した雰囲気ガスが処理ガス供給口21から導入され、処理ガス排気口22から排出され、所定の濃度の酸素分圧雰囲気(例えば5乃至30%)を形成する。
【0028】
図4(a)、(b)は、均一な酸化絶縁膜を形成するために必要な基板上のA部、B部の照射量分布で、図5(a)、(b)は、要求される照射量分布を実現するためのランプの各位置での照射時間(1/ランプの移動速度)を示し、図6(a)、(b)は図5(a)、(b)の照射時間で実際に照射することで得られた照射量分布を示したものである。なお、ランプの移動速度の可変は、基板表面近傍のプロセスガス雰囲気と基板の温度とを関連付けて行われる。
【0029】
図7に本発明の第二の実施例を示す。ランプハウス1内の駆動台4は、1軸であり、処理室2のステージ8は等速で回転させることが出来る。82は回転台である。要求される照射量分布は、基板中心を中心として径方向に対称な分布であり、図4(a)と同じである。この場合、ランプのX方向の各位置での照射時間を図5(a) に示された値に径の距離の2乗をかけた時間とすると、実際に得られる照射量分布は、図6(a)と同様になった。
【0030】
具体的な結果としては、実施例1においては、ピンホールなどの欠陥がなく、シリコン半導体基板上に10nm以下の絶縁薄膜を厚さのバラツキが±7%以内の均一な膜(酸化膜)を実現でき、実施例2においては、厚さのバラツキが±5%以内の均一な膜(酸化膜)を実現できた。
【0031】
【発明の効果】
本発明によって、熱酸化膜形成のみでは、達成しえなかった10nm以下の絶縁薄膜の厚みの均一性、均質性をシリコン半導体基板を加熱するのと同時に半導体基板表面に真空紫外光を照射することにより、半導体基板全面にわたって絶縁薄膜の厚みの均一化することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光処理装置の第一の実施例の構成を示す模式図である。
【図2】 第一の実施例におけるシリコン半導体基板と遮光マスクの移動を説明する図である。
【図3】 バリアランプの放射照度分布を示す図である。
【図4】 均一な酸化絶縁膜を形成する照射量分布図である。
【図5】 要求される照射量分布を実現するためのランプの各位置での照射時間(1/移動スピード)を示す図である。
【図6】 図5の照射時間で実際に得られる照射量分布を示した図である。
【図7】 本発明の光処理装置の第二の実施例の構成を示す模式図である。
【図8】 ヘッドオン型バリアランプの断面図である。
【図9】 別形態のヘッドオン型バリアランプの断面図である。
【符号の説明】
1 ランプハウス
2 処理室
21処理ガス供給口
22処理ガス排気口
3 透過窓
4 駆動台
5 バリアランプ
6 遮光マスク
7 半導体基板
8 ステージ
81ヒータ
82回転台
100 ヘッドオン型バリアランプ
101内側管
102外側管
103窓部
104端部
105端部
106バネ
107Mo線
108Mo箔
109高電圧リード
110高電圧リード
111電源
112外側電極
113内側電極
114放電空間
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical processing apparatus used for forming an oxide insulating film on a silicon semiconductor substrate in a semiconductor manufacturing process.
[0002]
[Prior art]
Silicon dioxide (SiO 2 ) has a wide band gap of about 9 eV, and cannot easily excite electrons in the valence band to the conduction band, and the energy barrier height at the interface with Si is about 3. The charge is as high as 1 eV and 3.8 eV with respect to holes, so that charges from the Si substrate cannot be easily injected. For this reason, the SiO 2 insulating film formed on the Si semiconductor substrate exhibits excellent insulating properties. In a semiconductor process, a method for forming an oxide insulating thin film on a silicon semiconductor substrate includes a thermal oxide film forming method, a CVD method, a PVD (sputtering) method, and the like.
[0003]
In particular, the thermal oxide film forming method is currently most widely used in semiconductor manufacturing processes. Here, the thermal oxide film formation is generally performed by setting a semiconductor substrate in a quartz glass furnace core tube heated by a heater, and then (1) treating oxygen gas of a predetermined concentration using nitrogen gas as a carrier gas. (2) wet oxygen oxidation in which oxygen gas is supplied through heated water using nitrogen gas as a carrier gas, (3) 100% steam oxidation with heated steam (steam), (4) ) Steam oxidation in which nitrogen gas is flowed with steam, (5) Pyrogenic oxidation in which hydrogen gas and oxygen gas are burned and high purity water vapor is generated, (6) Nitrogen gas is used as carrier gas and oxygen gas is passed through liquid oxygen There are oxygen partial pressure oxidation to flow, (7) hydrochloric acid oxidation to flow by adding chlorine gas together with nitrogen gas and oxygen gas.
[0004]
The thermal oxide film forming method is known to obtain a particularly good SiO 2 insulating film, and the insulating film of SiO 2 formed by the thermal oxide film forming method is used for the gate insulating film and capacitor insulating film of the MOS transistor. It is used. With the recent miniaturization, high density, and high speed of MOS transistors or capacitors, the thickness of the gate insulating film tends to be thin and highly reliable.
[0005]
As the performance required for the gate insulating film or the capacitor insulating film, there is no defect such as pinholes and the integrity as an insulating film is high. More specifically, the dielectric breakdown is high when a constant voltage is applied because the dielectric strength is high and the electric characteristics such as fixed charges and traps are small at the interface between the formed SiO 2 film and silicon. For example, the amount of charge until the dielectric breakdown is increased when a constant current continues to flow through the formed SiO 2 film.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Along with the above-mentioned trend of thinning the insulating film, it is indispensable to form a uniform film thickness on the entire surface of the Si semiconductor substrate as a request other than the above, but the thickness of the current gate insulating film or capacitor insulating film Has reached 10 nm. Here, when observed at the atomic level, for example, the atomic step on the (100) plane of single crystal Si is about 0.18 nm, about 2% with respect to the thickness of the insulating film of 10 nm, and about 5 nm with respect to that of 5 nm. 4%. It is technically very difficult to completely eliminate atomic steps on the entire surface where the diameter of a semiconductor substrate of recent times reaches 8 to 12 inches.
[0007]
For example, as described in the literature (Semiconductor Process Technology edited by Hiroshi Tangu, P140-143), the formation of a thermal oxide film can provide a high-quality SiO 2 film, but has a high thin film formation speed, for example, a SiO 2 film having a thickness of about 10 nm. Can be obtained in about 10 minutes in dry oxygen at 900 ° C. and in about 1 minute in water vapor at the same temperature. However, it is known that at a low temperature of 900 ° C., release of stress generated by oxidation does not proceed, and oxidation is slowed down in a silicon trench (trench), and it is difficult to control the thickness in one minute. Therefore, with the miniaturization in the future, it has been difficult to obtain a uniform thin film of about sub-nanometers to several nanometers over the entire semiconductor substrate by conventional thermal oxide film formation.
[0008]
There are various reasons for this, but because it is a thin film, the temperature of the semiconductor substrate must be raised in a short time to maintain the entire semiconductor substrate at a uniform temperature. To maintain a uniform concentration of oxidizers such as oxygen and water molecules, to ensure that the oxidation process stops at the desired thickness, the temperature must be lowered in a short time, and the volume expansion due to the oxidation of silicon described above It is possible to generate stress due to this.
[0009]
The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to provide a uniform and uniform thickness of an insulating thin film of 10 nm or less over the entire surface of a semiconductor substrate that cannot be achieved only by forming a thermal oxide film. This is achieved by irradiating the surface of the semiconductor substrate with vacuum ultraviolet light simultaneously with heating of the irradiated object.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve these problems, in the invention of claim 1, the processing chamber for forming the process gas atmosphere and the lamp house for accommodating the lamp for emitting vacuum ultraviolet light and forming the nitrogen gas or argon gas atmosphere are light A stage that is separated by a transmission window and in which the object to be processed is placed in the processing chamber, and a slit that is movable in the X direction on the XY-2 axis plane that is close to the object to be processed and parallel to the object to be processed The stage is equipped with a heating mechanism, and the lamp house has a window portion that transmits vacuum ultraviolet light of 200 nm or less at the end of a cylindrical discharge vessel. A single or plural excimer generating gas is sealed inside the discharge vessel, the excimer generating gas is discharged through a dielectric constituting the discharge vessel, and excimer light is emitted from the window. And a mechanism for moving the lamp parallel to the surface of the object to be processed and at a variable speed so that the center of the lamp is located in the gap of the light shielding mask. In order to irradiate the light, the shading mask is positioned when the center of the lamp is positioned in the gap of the shading mask and the lamp is moved in parallel with the surface of the workpiece and moved in the X direction. An optical processing apparatus for forming an oxide film on a silicon semiconductor substrate, characterized by being moved in accordance with the movement of the direction.
[0011]
The invention according to claim 2 is the optical processing apparatus according to claim 1, wherein the stage includes a rotation mechanism.
[0013]
[Action]
Next, the operation of the present invention will be described. According to the first aspect of the present invention, the object to be processed is heated by a heating mechanism (heater) installed on a stage on which the object to be processed is placed, and at the same time, by vacuum ultraviolet light emitted from the lamp, Since the process gas atmosphere in the vicinity of the surface of the workpiece is activated and the workpiece is maintained at an appropriate temperature, the treatment of the activated process gas is controlled precisely and uniformly.
[0014]
The degree of processing of the object to be processed (for example, the thickness of the insulating thin film to be formed) depends on the temperature of the object to be processed, the partial pressure of the process gas, the radiation intensity of the irradiated light, and the like. Further, by moving the lamp parallel to the surface of the object to be processed and at a variable speed, it is possible to vary the amount of light irradiation at a specific portion of the object to be processed. Therefore, by moving the lamp at a constant speed in advance, measuring the degree of processing of the object to be processed, and making the required irradiation amount distribution of the object to be processed known from this degree of processing and the amount of illuminance of light, this is realized. Desired processing can be performed.
[0015]
The lamp has a window portion that transmits vacuum ultraviolet light of 200 nm or less at the end of a cylindrical discharge vessel, and excimer light having an emission wavelength of 200 nm or less generated inside the discharge vessel is processed from the window surface. A concentric irradiance distribution centering on the longitudinal axis of the discharge vessel toward the object, for example, a Gaussian distribution in which the irradiance is highest at the center and decreases as it moves away from the center. In addition, by making the inside of the lamp house an inert atmosphere, the vacuum ultraviolet light emitted from the lamp window in the lamp house is suppressed from being absorbed by the atmosphere as much as possible, and the process gas atmosphere and the surface of the object to be processed Will be absorbed and irradiated efficiently.
[0016]
According to the second aspect of the present invention, the mechanism for moving the lamp parallel to the surface of the object to be processed and at a variable speed is a straight line connecting the rotation center of the object to be processed and the circumferential end of the object to be processed. In addition, the processing amount at a specific portion of the object to be processed can be varied or the processing amount of the entire surface of the object to be processed can be made uniform with respect to the radial direction of the center of rotation.
[0018]
In addition, it is conceivable to use a rod-shaped ultraviolet lamp in parallel with the object to be processed when irradiating with vacuum ultraviolet light. However, when a rod-shaped ultraviolet lamp is used, the efficiency of using the generated light becomes extremely poor. is there.
[0019]
Therefore, as an ultraviolet lamp having a strong central illuminance, “a window portion that transmits vacuum ultraviolet light of 200 nm or less is provided at the end of the cylindrical discharge vessel according to claim 1, and the discharge vessel has a single or A lamp that encloses a plurality of excimer generation gases, discharges the excimer generation gas through a dielectric that constitutes the discharge vessel, and emits excimer light from the vacuum ultraviolet light transmission window ”(hereinafter referred to as a head-on type barrier lamp) Will be used. This is because when the head-on type barrier lamp is used, the strength of the central portion is strong and the utilization efficiency of the generated light is increased.
[0020]
However, in the case of a head-on type barrier lamp, it has an illuminance distribution having a substantially Gaussian distribution concentrically, and exposure using a light-shielding mask is necessary to easily calculate the integrated light amount profile. In actual film formation, uniform film formation cannot be achieved with the gas concentration and substrate temperature distribution in the vicinity of the substrate when irradiation is performed at a constant speed, and a predetermined integrated light intensity (irradiation amount) distribution is required on the semiconductor substrate. It is. When irradiating with a combination of a light-shielding mask and a head-on type barrier lamp, the desired dose distribution can be achieved on the semiconductor substrate because the desired integrated light intensity profile can be obtained without error by irradiating at a variable speed. It became.
[0021]
Here, the head-on type barrier lamp will be described.
FIG. 8 is a cross-sectional view of the head-on type barrier lamp 100 (corresponding to the barrier lamp 5 in FIG. 1). The discharge vessel is composed of an outer tube 102 made of quartz glass and an inner tube 101 made of quartz glass, and a synthetic quartz glass window 103 is provided at one end of the outer tube 102. Xenon or the like is enclosed in the discharge space 114, and vacuum ultraviolet light is emitted from the window portion 103.
[0022]
The inner tube 101 has a sealed structure at the end portions 104 and 105. The outer electrode 112 is a tubular electrode that also serves as a light reflecting plate composed of two electrode members obtained by bending an aluminum plate into a semicircular shape. Like the outer electrode, the inner electrode 113 is composed of two electrode members obtained by bending an aluminum plate into a semicircular shape, and an electric input to the inner electrode 113 is connected to a spiral spring 106 provided at one end of the inner electrode. This is done by connecting to the power supply 111 through the high voltage lead 109.
[0023]
FIG. 9 is a cross-sectional view of another type of head-on type barrier lamp. It has an internal electrode 113, a Mo wire 107, and a Mo foil 108 that are wound around several columns without using an inner tube. The outer electrode 112 has the same structure as that shown in FIG.
Electrode. Other than this, it is possible to apply a lamp as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 7-226190 and 8-236084.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. The lamp house 1 in which the drive base 4 capable of varying the speed on the XY-2 axis plane is maintained in an inert atmosphere of nitrogen or argon, and the barrier lamp 5 is fixed to the drive base 4. The barrier lamp 5 has a cylindrical shape and can irradiate excimer light having an illuminance distribution of Gaussian distribution shown in FIG. 3 from the end of the discharge vessel.
[0025]
A processing chamber 2 adjacent to the lamp house 1 in which an object to be processed is arranged has a structure in which a processing gas for maintaining an oxygen partial pressure of a predetermined concentration can be flowed and exhausted to a reduced pressure. A semiconductor substrate, which is an object to be processed, is placed on a stage 8 including a heater 81 and heated to about 450 ° C., and excimer light can be irradiated from the barrier lamp 5 about 120 mm away through the transmission window 3. A light-shielding mask 6 having a width of 30 mm is arranged several mm away from the semiconductor substrate 7 and is moved in accordance with the movement of the lamp 5 in the X direction. This is for partial irradiation with excimer light.
[0026]
FIG. 2 shows that the portion B of the semiconductor substrate 7 is positioned in the gap of the light shielding mask 6, the center of the barrier lamp 5 is positioned in the gap of the light shielding mask 6, and the barrier lamp 5 is moved while changing the speed. Part A is a region passing through the center of the semiconductor substrate 7, and part B is a region passing through the end of the semiconductor substrate 7. In the figure, the semiconductor substrate and the stage are indicated by solid lines for convenience.
[0027]
In the processing chamber, an oxidant is used as a process gas for forming an oxide film on the silicon semiconductor substrate. Specifically, nitrogen is used as a buffer gas, and dry oxygen, water vapor, and these are further used as an oxidant. An atmosphere gas added with chlorine gas is introduced from the processing gas supply port 21 and discharged from the processing gas exhaust port 22 to form an oxygen partial pressure atmosphere (for example, 5 to 30%) having a predetermined concentration.
[0028]
4 (a) and 4 (b) show the dose distribution of the A part and the B part on the substrate necessary for forming a uniform oxide insulating film, and FIGS. 5 (a) and 5 (b) are required. 6 (a) and 6 (b) show the irradiation time (1 / lamp moving speed) at each position of the lamp for realizing the irradiation amount distribution shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). The irradiation dose distribution obtained by actually irradiating with is shown. The lamp moving speed is varied in association with the process gas atmosphere in the vicinity of the substrate surface and the substrate temperature.
[0029]
FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention. The driving table 4 in the lamp house 1 has one axis, and the stage 8 in the processing chamber 2 can be rotated at a constant speed. Reference numeral 82 denotes a turntable. The required dose distribution is a distribution symmetrical in the radial direction about the center of the substrate, and is the same as FIG. In this case, assuming that the irradiation time at each position in the X direction of the lamp is a value obtained by multiplying the value shown in FIG. 5 (a) by the square of the distance of the diameter, the actually obtained irradiation dose distribution is as shown in FIG. It became the same as (a).
[0030]
As a concrete result, in Example 1, a uniform film (oxide film) having no defects such as pinholes and having an insulating thin film of 10 nm or less on a silicon semiconductor substrate with a thickness variation within ± 7% is obtained. In Example 2, a uniform film (oxide film) having a thickness variation of within ± 5% could be realized.
[0031]
【The invention's effect】
According to the present invention, the surface of the semiconductor substrate is irradiated with vacuum ultraviolet light at the same time as heating the silicon semiconductor substrate to achieve uniformity and homogeneity of the thickness of the insulating thin film of 10 nm or less, which could not be achieved only by forming the thermal oxide film. Thus, the thickness of the insulating thin film can be made uniform over the entire surface of the semiconductor substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a first embodiment of an optical processing apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining the movement of a silicon semiconductor substrate and a light shielding mask in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing an irradiance distribution of a barrier lamp.
FIG. 4 is a dose distribution diagram for forming a uniform oxide insulating film.
FIG. 5 is a diagram showing irradiation time (1 / movement speed) at each position of a lamp for realizing a required irradiation amount distribution;
6 is a diagram showing a dose distribution actually obtained with the irradiation time of FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a schematic view showing a configuration of a second embodiment of the light processing apparatus of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a head-on type barrier lamp.
FIG. 9 is a cross-sectional view of another embodiment of a head-on type barrier lamp.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lamphouse 2 Processing chamber 21 Processing gas supply port 22 Processing gas exhaust port 3 Transmission window 4 Drive stand 5 Barrier lamp 6 Shading mask 7 Semiconductor substrate 8 Stage 81 Heater 82 Turntable 100 Head-on type barrier lamp 101 inner tube 102 outer tube 103 window portion 104 end portion 105 end portion 106 spring 107 Mo wire 108 Mo foil 109 high voltage lead 110 high voltage lead 111 power source 112 outer electrode 113 inner electrode 114 discharge space

Claims (2)

プロセスガス雰囲気を形成する処理室と、真空紫外光を放射するランプが収容され窒素ガスまたはアルゴンガス雰囲気を形成するランプハウスとが光透過窓により分離されており、該処理室内には被処理物が置かれるステージと、該被処理物に近接して該被処理物と平行なXY−2軸面のX方向に移動可能なスリットの形成された遮光マスクが配設され、該ステージは加熱機構を具備し、該ランプハウス内には、円筒状の放電容器の端部に200nm以下の真空紫外光を透過する窓部を具備し、該放電容器内部に単一または複数からなるエキシマー生成ガスを封入し、該放電容器を構成する誘電体を介してエキシマー生成ガスを放電せしめ、エキシマー光を該窓部から放射するランプと、該ランプの中心を遮光マスクの隙間に位置させ該ランプを前記被処理物の表面と平行かつ速度可変に移動させる機構とが配設されてなり、該エキシマー光を前記被処理物に部分的に照射するために、該遮光マスクは、該ランプの中心を遮光マスクの隙間に位置させ該ランプを前記被処理物の表面と平行に移動させ、X方向に移動させるときに該ランプのX方向の動きに合わせ移動させることを特徴とするシリコン半導体基板の酸化膜形成をする光処理装置。A processing chamber that forms a process gas atmosphere and a lamp house that contains a lamp that radiates vacuum ultraviolet light and that forms an atmosphere of nitrogen gas or argon gas are separated by a light transmission window. And a light-shielding mask having slits that are movable in the X direction on the XY-2 axial plane parallel to the object to be processed and disposed near the object to be processed. In the lamp house, the end of the cylindrical discharge vessel is provided with a window that transmits vacuum ultraviolet light of 200 nm or less, and an excimer-generating gas composed of a single or a plurality of gases is contained inside the discharge vessel. The excimer-generating gas is discharged through a dielectric that forms the discharge vessel, and the excimer light is emitted from the window, and the center of the lamp is positioned in the gap of the light-shielding mask. And a mechanism for moving the substrate in parallel with the surface of the object to be processed at a variable speed, and for partially irradiating the object to be processed with the excimer light, the light-shielding mask has a center of the lamp. Of the silicon semiconductor substrate, wherein the lamp is moved in parallel with the surface of the object to be processed, and moved in the X direction when the lamp is moved in the X direction. An optical processing apparatus for forming an oxide film. 前記ステージが回転機構を備えて成ることを特徴とする請求項1に記載の光処理装置。The optical processing apparatus according to claim 1, wherein the stage includes a rotation mechanism.
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