JP3874900B2 - 半導体装置の熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置、特に不揮発性メモリであるフラッシュＥＥＰＲＯＭの製造装置に係り、詳しくは、そのランプ加熱による熱処理炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、例えば、第３５回 ＶＬＳＩ ＦＯＲＵＭ 「極薄酸化膜の新しい形成法と信頼性」（１９９４年２月２５日（株）プレスジャーナル主催）に開示されるものがあった。
【０００３】
上記文献に示されるメモリのトンネル酸化膜は、浮遊ゲートの電荷を保持するための絶縁膜として機能している。
【０００４】
一般に、従来のメモリのトンネル酸化膜は書き込みの際、電荷が貫通することと、消去時トンネル電流にて電荷を引き込むため、膜厚は８０〜１２０Åと極薄膜で、高い信頼性が必要とされており、上記文献に開示されているように、酸化膜の窒化による酸窒化膜が使用されている。
【０００５】
図１０はかかる従来のメモリのトンネル酸窒化膜の製造工程図であり、各図は製造段階で得られた構造体の断面を概略的に示している。
【０００６】
（１）まず、図１０（ａ）に示すように、基板１００の表面にＬＯＣＯＳ技術を用いて分離酸化膜１０１を形成し、アクティブ領域１０２を形成する。
【０００７】
（２）次に、図１０（ｂ）に示すように、アクティブ領域１０２に酸化膜１０３を急速熱処理酸化法（ＲＴＯ）により形成する。
【０００８】
（３）次に、その酸化膜１０３を、図１０（ｃ）に示すように、急速熱処理窒化法（ＲＴＮ）により窒化し、酸窒化膜１０４を形成する。また、一般に窒化においてＮＨ3 雰囲気が用いられることから、膜の信頼性向上を目的として酸窒化膜１０４の脱水素の処理として、Ｎ2 Ｏ雰囲気で急速熱処理酸窒化法（ＲＴＯＮ）による再酸化処理を行っている。
【０００９】
（４）次に、図１０（ｄ）に示すように、酸窒化膜１０４上に浮遊ゲート１０５と層間絶縁膜１０６及び制御ゲート１０７を形成し、ソース領域１０８とドレイン領域１０９を形成する。
【００１０】
このようにして、フラッシュＥＥＰＲＯＭのセルトランジスタを形成することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のメモリのトンネル酸窒化膜の製造方法では、ウエハ間、つまり処理毎の成膜膜厚がばらつき、再現性に問題点があり、技術的に満足できるものは得られなかった。
【００１２】
その膜厚の再現性について実験したデータをもとに詳細に説明する。
【００１３】
従来の製造装置による急速熱処理酸化法（ＲＴＯ）＋急速熱処理窒化法（ＲＴＮ）＋急速熱処理酸窒化法（ＲＴＯＮ）による３ステップ処理のシーケンス例を図１１に示す。温度シーケンスは急速加熱仕様である。
【００１４】
まず、ウエハを搬入すると、チャンバーに流していたＮ2 ガスを止め、チャンバー内を真空ポンプで、１Ｅ−１Ｔｏｒｒ以下の真空度まで引く。
【００１５】
次に、Ｏ2 ガスを流して大気圧まで戻し、ランプ加熱により５０〜２００℃／秒のレートで昇温させ、１０００〜１１００℃で所定膜厚の酸化膜を生成する。
【００１６】
次に、ランプを切り６００℃以下まで降温させ、再度真空ポンプで、１Ｅ−１Ｔｏｒｒ以下まで真空を引き、Ｏ2 ガスを除去し、ＮＨ3 ガスを流して大気圧まで戻す。
【００１７】
次に、ランプ加熱により酸化工程と同様にウエハ温度を昇温させ、窒化工程を完了させる。
【００１８】
次に、酸化工程と同様に真空ポンプにてＮＨ3 ガスを除去し、Ｎ2 Ｏガスを流し大気圧まで戻し、酸化工程と同様にウエハを昇温させ、再酸化処理を完了させ、３ステップ処理でのトンネル酸窒化膜の生成が終了する。
【００１９】
まず、最初の酸化工程であるＲＴＯの再現性、つまり、繰り返し精度の実験結果を図１２に示す。この図において、縦軸は酸化膜厚（Å）、横軸は処理枚数を示している。
【００２０】
この図に示すように、２５枚連続してＲＴＯ（１１００℃×４０秒）で処理すると１枚目では、１１９．８Åであったものが、１０枚目で１２１．０Å、１５枚目で１２０．６Å、２５枚目では１２３．６Åと、膜厚が３．２％厚くなっており、ロット処理において問題となっていた。ここでは図示しないが、ＲＴＯ＋ＲＴＮ＋ＲＴＯＮの３ステップ処理においても、最初のＲＴＯのステップで膜厚の増加が見られることから、トンネル膜として大きな問題であった。
【００２１】
酸窒化膜をトンネル酸化膜として機能させると、トンネル電流は近似的に電界の二乗に比例し、電界は膜厚に反比例するから、膜厚の増加はトンネル電流を二次の関係で減少させるため、ウエハ間の膜厚差は少ない程良く、一般に３σで±３Å程度がデバイスの動作上の限界であり、従来の酸窒化成膜炉は、その限界を越えていた。
【００２２】
この膜厚の増加の原因について、図１３を用いて説明する。
【００２３】
図１３は従来の赤外線放射温度計の断面図であり、枝管３００と赤外線放射温度計本体４０１の気密を取るためのＯリング４０２と、測温赤外線を取り出す窓ガラス４０３と、その気密のためのＯリング４０４および、赤外線光学系４０５と赤外線検出器４０６で構成されている。
【００２４】
膜厚の増加がみられた際、窓ガラス４０３を見ると表面に僅かな「曇り」があり、またＯリング４０２を点検すると枝管３００に融着していた。そのため、窓ガラス４０３の表面にあった「曇り」はＯリング４０２が融けた際の「煙」が付着したと判定した。その後、窓ガラス４０３の表面を拭き取り、装置を作動させたが、２００〜３００枚程度処理すると、ガス切り替えの真空ステップにおいて、真空引き時間の増加がみられ、到達真空度も一桁悪化し、再度Ｏリング４０２を点検すると、クラックが入っており、微小リークが発生していることが判明した。
【００２５】
このＯリング４０２の融着の原因について、図１４と図１５を用いて説明する。
【００２６】
図１４に示すように、枝管３００は内径１０ｍｍ、外径１５ｍｍの石英製のパイプで、Ｏリング４０２は枝管３００の付け根より１００ｍｍの位置に気密のため固定されている。
【００２７】
また、加熱炉について見ると、図１５に示すように、石英ガラス製チャンバー２００には反射鏡２０１を具備したハロゲンランプ２０２が、十数本から数十本上下に対向して取り付けられている。チャンバー２００内にはウエハを支持するウエハトレイ２０３とウエハ２０４があり、ハロゲンランプ２０２により、ウエハ温度１２００℃程度まで昇温可能な構造であり、チャンバー２００の下面には測温のための枝管３００と、その先端には赤外線放射温度計６００が具備されており、ウエハ２０４の測温を行っている。
【００２８】
また、赤外線放射温度計６００の測温信号はランプ電力制御器５００に送られ、ハロゲンランプ２０２をクローズドループ制御しており、ウエハ２０４の温度を設定値に制御している。
【００２９】
更に、チャンバー２００には排気管２０５及び真空バルブとＡＰＣ（自動真空度制御器）２０６と、ターボ分子ポンプ２０７及びロータリーポンプ２０８によってチャンバー２００内の真空引きを行っている。
【００３０】
また、チャンバー２００にはガス導入口２０９及びバルブ２１０〜２１４により、各種ガスの導入が可能となっている。
【００３１】
したがって、枝管３００の付け根（チャンバー２００との接合部分）の温度は加熱処理時、最高で６００℃程度に加熱されており、Ｏリング４０２の融着が熱伝導によるものであるか否かを検討する。
【００３２】
枝管３００の断面積は約１ｃｍ2 であり、石英の熱伝導率は０．００３３９ｃａｌ・℃／ｃｍ・ｓと言われており、仮に５ｃｍの距離を熱伝導するとして、温度差は一端が６００℃で、Ｏリングがシリコンゴム製であり、耐熱３００℃とし、その差を３００℃とすると、０．００３３９×３００／５＝０．２０となり、０．２ｃａｌの熱が伝導する。
【００３３】
一方、空気中への熱伝導での伝導距離は、対流が引き起こす境界相の厚さであり、秒速１ｃｍの対流の場合、ほぼ１ｃｍであり、また、空気の伝導率は０．００００６８２ｃａｌ・℃／ｃｍ・ｓであり、同様に枝管３００の５ｃｍの距離の熱伝導は、０．００００６８２×（３００／２）×４．７（表側の表面積）×５で近似させることができ、伝導熱量は０．２４ｃａｌ／ｓである。なお、温度差３００℃を２で割っているのは、表面より熱放散しているため、枝管３００の付け根では６００℃であるが、伝導するとその温度は低下し、５ｃｍの距離の熱伝導でのシリコンゴムの耐熱性の３００℃と仮定したので、近似的に半分としたためである。
【００３４】
この近似計算によると、５ｃｍの距離の熱伝導でも、表面からの熱放散（熱伝導）量の方が多く、この熱処理炉では１０ｃｍであり、かつ、シリコンゴムの耐熱性は３００℃であることから、融着の原因を熱伝導では説明することができない。
【００３５】
しかし、チャンバー２００には、加熱用のハロゲンランプ２０２が具備されており、その加熱容量は約２ＫＷ／ｃｍ2 であり、熱量換算すると、１０．７５ｃａｌ／ｓ・ｃｍ2 であり、ウエハ２０４を１００〜２００℃／ｓの昇温速度で１２００℃程度まで加熱できるエネルギー密度であり、伝導熱量の５０倍以上である。
【００３６】
また、加熱ランプのスペクトル波長は０．５〜３μｍであり、枝管３００は石英製であるところから、透過しやすく輻射熱エネルギーは容易に枝管３００を伝達することができ、また、閉ざされた空間であるためエネルギー密度の低下も少ないと考えられ、枝管３００の表面に固定されているＯリング４０２の表面が加熱溶融したと判断することができる。つまり、Ｏリング４０２融着の原因とした。
【００３７】
このランプ輻射熱の伝達を防止する方法として、枝管３００の材質を不透明化することも考えられるが、石英ガラスと同等の熱膨張係数の材質はなく、たとえあったとしても、枝管３００が途中で輻射熱エネルギーを吸収し高温化するため、枝管３００の一端を具備している赤外線放射温度計６００に輻射し、測温誤差が生じることから、単純なガラス材変更では済まない技術的な問題があった。
【００３８】
本発明は、上記問題点を除去し、赤外線放射温度計への無用な輻射を無くし、測温を正確に行うことができる半導体装置の熱処理装置を提供することを目的とする。
【００３９】
【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、
〔１〕半導体装置の熱処理装置において、チャンバーと、このチャンバーから延びる枝管と、この枝管に接続される赤外線放射温度計本体と、前記枝管の赤外線放射温度計本体との接続部に配置されるＯリングとを具備する半導体装置の熱処理装置において、前記Ｏリングが接触する枝管外周面の位置より前記赤外線放射温度計と反対側の位置の枝管外周面に溝を形成し、この溝により前記枝管を伝達する輻射熱エネルギーを前記Ｏリングに与えない方向に反射させるＯリングの熱遮蔽手段を具備するようにしたものである。
【００４０】
〔２〕上記〔１〕記載の半導体装置の熱処理装置において、前記Ｏリングの熱遮蔽手段は、前記溝が輻射熱エネルギーの透過面と斜面を有し、この斜面により前記枝管を伝達する輻射熱エネルギーが主に前記枝管の内周方向に向かうように構成したものである。
【００４１】
〔３〕上記〔１〕記載の半導体装置の熱処理装置において、前記Ｏリングの熱遮蔽手段は、前記溝が輻射熱エネルギーの透過面と斜面を有し、この斜面により、前記枝管を伝達する輻射熱エネルギーが主に該枝管の外周方向に向かうように構成したものである。
【００４２】
〔４〕上記〔１〕記載の半導体装置の熱処理装置において、前記Ｏリングの熱遮蔽手段は、前記溝が輻射熱エネルギーの透過面と斜面を有し、この斜面により、前記枝管を伝達する輻射熱エネルギーが前記枝管の内周及び外周方向に向かうようにするとともに、前記枝管の内周に向かう輻射熱エネルギーを透過する前記溝とは異なる複数の溝を形成するようにしたものである。
【００４３】
〔５〕上記〔１〕記載の半導体装置の熱処理装置において、前記Ｏリングの熱遮蔽手段は、前記溝とは別に前記枝管の内周面に形成された溝を前記外周面に形成された溝と交互に配置するようにしたものである。
【００４４】
〔６〕上記〔２〕記載の半導体装置の熱処理装置において、前記溝の前記チャンバー側の斜面と前記枝管の外周面が形成する角度が１３５°以上の斜面を有するようにしたものである。
【００４５】
〔７〕上記〔４〕記載の半導体装置の熱処理装置において、前記溝とは異なる複数の溝の前記枝管の内周面に対する角度が１３５°以上の斜面を有するようにしたものである。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４７】
まず、発明の第１実施例について説明する。
【００４８】
この実施例によれば、赤外線放射温度計を取り付けるための石英製枝管において、その枝管の途中に設けられるシールのためのＯリングの位置よりチャンバー側枝管外周面に、臨界角より深い溝を形成し、更に、この溝の温度計側の面を枝管外周面に対する角度が１３５°（鈍角）以上である斜面を形成した構造に改善したものである。
【００４９】
図１は本発明の第１実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図、図２は図１のＡ部拡大断面図、図３は本発明の第１実施例を示す光の反射と屈折の説明図である。従来例と同じ部分については同じ符号を付して、それらの説明は省略する。
【００５０】
図１に示すように、放射温度計本体６０１には枝管３１０とＯリング４０２が配置されており、放射温度計本体６０１と気密が保たれている。枝管３１０には、Ｏリング４０２の位置よりチャンバー側に臨界角より深い透過面３１２と斜面３１３が形成された溝３１１が設けられている。そのため、図２に示すように、枝管３１０を伝達してきた輻射熱エネルギー３０１は透過面３１２を透過し、斜面３１３に達する。
【００５１】
この斜面３１３での光線の反射と屈折について、図１乃至図３を用いて詳細に説明する。
【００５２】
これらの図に示すように、枝管３１０に形成される溝３１１の斜面３１３に対し、輻射熱エネルギー３０１である入射光３１４の入射角θ2 は、斜面３１３が枝管３１０の外周面に対する角度θ1 が１３５°（鈍角）の場合、４５°となり、斜面３１３では、入射光３１４は反射光３１５と屈折光３１７に分かれ、反射光３１５の強度は５％以下であり、大部分は屈折光３１７となる。ここで、屈折角θ4 は、スネル（Ｓｎｅｌｌ）の法則によって決定され、波長２．２μｍでの石英の屈折率１．４３では２９．６°となる。なお、角度θ3 は反射角である。
【００５３】
本発明の第１実施例の効果を確認するために、ＲＴＯ（１１００℃×３０秒）を１００枚処理後、Ｏリング４０２の点検を実施したが、枝管３１０との融着は見られなかった。溝３１１の斜面３１３での屈折角は２９．６°であるため、枝管３１０の外周表面近傍を伝達した輻射熱エネルギー３０１は斜面３１３で屈折し、外周面に対し１５．４°の角度で内周側に屈折光３１７として伝達する。
【００５４】
このため、Ｏリング４０２への輻射熱エネルギーは伝達されることはない。例え、伝達できても僅かな量でしかない。
【００５５】
また、輻射熱エネルギー３０１を、枝管３１０の途中で吸収したわけではないため、放射温度計への無用な輻射が無く、測温誤差が発生する恐れもない。
【００５６】
更に、枝管３１０を伝達し、最下面より輻射する輻射熱エネルギーの波長スペクトルは０．５〜３μｍであり、通常の測温赤外線波長である４〜１０μｍと重複していないため、測温誤差が生じることはない。
【００５７】
次に、本発明の第２実施例について説明する。
【００５８】
この第２実施例は、赤外線放射温度計を取り付けるため、石英製枝管において、その枝管の途中でシールのためのＯリングの位置よりチャンバー側に、臨界角より深い溝を形成し、その溝のチャンバー側の斜面と枝管外周面が形成する角度θ6 （図５）が１３５°（鈍角）以上の構造に改善したものである。
【００５９】
図４は本発明の第２実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図、図５は図４のＢ部拡大断面図である。従来例と同じ部分は同じ符号を付し、それらの説明は省略する。
【００６０】
図４に示すように、放射温度計本体６０１には枝管３２０とＯリング４０２が同様に具備されており、放射温度計本体６０１と気密が保たれている。枝管３２０には、Ｏリング４０２の位置よりチャンバー側に臨界角より深い溝を形成し、その溝は、図５に示すように、チャンバー側の斜面３２１と枝管外周面に対する角度を、１３５°（鈍角）以上としているため、枝管３２０を伝達してきた輻射熱エネルギー３０１と、斜面３２１が形成する入射角は４５°以上となる。波長２．２μｍでの石英ガラスの屈折率が１．４３であり、臨界角が４４．４°であるため、入射角が臨界角より大きく、枝管３２０に伝達されたエネルギーは斜面３２１で全反射され、枝管３２０の内周側に伝達される。
【００６１】
このように構成したので、第２実施例によれば、第１実施例と同様の効果があるとともに、以下に示す効果も有する。
【００６２】
屈折率の大きい媒質から屈折率の小さい媒質間での全反射を用いているため、輻射熱エネルギーの遮断がより完璧になり、また、反射させる斜面をチャンバー側に形成したため、Ｏリングにより近接して斜面を形成できることとなり、より浅い溝に小面積の断面で効果が得られる特徴を有する。
【００６３】
次に、本発明の第３実施例について説明する。
【００６４】
第３実施例は、赤外線放射温度計を取り付けるため、石英製枝管において、その枝管の途中でシールのためのＯリングの位置よりチャンバー側の外周面に溝を形成し、更に溝の温度計側の面を枝管外周面に対する角度が、１７０°（鈍角）以上である斜面を形成し、その溝に対向しない位置の内周面に溝を形成し、同様に斜面を形成した構造に改善したものである。
【００６５】
図６は本発明の第３実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図であり、従来例と同じ部分はそのままの番号を用いて、それらの説明は省略する。
【００６６】
図６に示すように、放射温度計本体６０１には枝管３３０とＯリング４０２が同様に具備されており、放射温度計本体６０１と気密が保たれている。枝管３３０には、枝管３３０の途中でシールのためのＯリングの位置よりチャンバー側の外周面に溝を形成し、更に、溝の温度計側の面を枝管外周面に対する角度が１７０°（鈍角）以上である斜面を形成し、その溝に対向しない位置の内周面に溝を形成し、同様に斜面を形成した構造としているため、枝管３３０を伝達してきた輻射熱エネルギー３０１は透過面３３１を透過し、斜面３３２に達する。
【００６７】
斜面３３２での光線の反射と屈折について、図７を用いて詳細に説明する。
【００６８】
ここで、斜面３３２に対し、輻射熱エネルギー３０１である入射光３３３の入射角θ7 は、斜面３３２が枝管３３０の外周面に対する角度が１７０°（鈍角）以上の場合、８０°となり、斜面３３２では入射光３３３は反射光３３５と屈折光３３７に分かれ、反射角θ8 の反射光３３５の強度は４０％程度となり、残り分は屈折光３３７となる。ここで、屈折角θ9 は、スネル（Ｓｎｅｌｌ）の法則によって決定され、波長２．２μｍでの石英の屈折率１．４３では４３．５３°となる。
【００６９】
この反射率の計算は、Ｆｒｅｓｎｅｌの公式にスネルの法則より求めた入射角と屈折角をもとに計算したが、式について若干説明する。透過率ΤはＴH （光のベクトルが入射面に平行な成分）とＴV （光のベクトルが入射面に垂直な成分）の二つの透過率の平均値で表すことができ、おのおの透過率は下記に示す式が知られている（引用文献「光学の原理Ｉ」東海大学出版会 ６７頁 （３５）式）。
【００７０】
ＴH ＝ｓｉｎ２θｉ・ｓｉｎ２θｔ／ｓｉｎ2 （θｉ＋θｔ）・ｃｏｓ2 （θｉ−
θｔ）
ＴV ＝ｓｉｎ２θｉ・ｓｉｎ２θｔ／ｓｉｎ2 （θｉ＋θｔ）
ここで、θｉは入射角で８０°を、また、θｔは、屈折角（透過角）で４３．５３°を当てはめると、ＴH ≒０．７２、ＴV ≒０．４７が各々求められ、Ｔ≒０．５９５、つまり透過率は０．６であり、反射率０．４が求められる。
【００７１】
第３実施例によれば、第１実施例と同様の効果があるとともに、以下に示す効果も有する。
【００７２】
屈折率の小さい媒質から屈折率の大きい媒質間での大入射角の反射を用いているため、臨界角は無く、波長２．２〜３μｍの輻射熱エネルギーも減衰できる効果があり、また、外周側と内周側に形成し枝管の軸上より投影すると重複しているため、輻射熱エネルギー減衰のための斜面の形成箇所に自由度がある特徴も有する。
【００７３】
次に、本発明の第４実施例について説明する。
【００７４】
第４実施例は、赤外線放射温度計を取り付けるため、石英製枝管において、その枝管の途中でシールのためのＯリングの位置よりチャンバー側で枝外周部に溝を形成し、更に溝のチャンバー側の斜面は枝管外周面に対する角度が１３５°（鈍角）以上の斜面を形成し、その溝と対向しない位置の内周面に溝を形成し、同様に斜面を形成した構造に改善したものである。
【００７５】
図８は本発明の第４実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図であり、従来例と同じ部分はそのままの番号を用いて、それらの説明は省略する。
【００７６】
この図において、放射温度計本体６０１には枝管３４０とＯリング４０２が同様に具備されており、放射温度計本体６０１と気密が保たれている。
【００７７】
枝管３４０には、Ｏリングの位置よりチャンバー側に溝を形成し、更に溝のチャンバー側の斜面３４１は、枝管３４０外周面に対する角度が１３５°（鈍角）以上の斜面を形成しているため、枝管３４０を伝達してきた輻射熱エネルギー３０１と斜面３４１が形成する入射角は４５°以上となる。
【００７８】
ここで、鈍角が１３５°の場合、波長２．２μｍでの石英ガラスの屈折率が１．４３であり、臨界角は４４．４°となるため、入射角は臨界角より大きく、枝管３４０に伝達されたエネルギーは斜面３４１で全反射され、枝管３４０の内周側に伝達される。また、同様に、枝管３４０の内周面に形成した斜面３４２は同様に全反射し、外周側に伝達される。
【００７９】
第４実施例によれば、第１実施例と同様の効果があるとともに、以下に示す効果も有する。
【００８０】
屈折率の大きい媒質から屈折率の小さい媒質間での全反射を用いているため、輻射熱エネルギー３０１の遮断がより完璧である。また、全反射させる二つの斜面３４１，３４２は枝管３４０の軸方向での投影にて重複させているため、ほぼ完全に枝管３４０を伝達する輻射熱エネルギーを遮断することができ、斜面の形成箇所に自由度がある特徴も有する。
【００８１】
次に、本発明の第５実施例について説明する。
【００８２】
第５実施例は、赤外線放射温度計を取り付けるため、石英製枝管において、その枝管の途中でシールのためのＯリングの位置よりチャンバー側の外周面に溝を形成し、更に、この溝の温度計側の面を枝管外周面に対する角度が１７０°（鈍角）以上である斜面を形成し、その斜面により作られる屈折光の到達枝管内周面に、屈折光が透過できる断面を形成したものであり、また、枝管外周面の溝に対向しない位置の内周面に溝を形成し、同様に鈍角１７０°の斜面とその斜面が作る屈折光を透過する断面を形成した構造に改善したものである。
【００８３】
図９は本発明の第５実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図であり、従来例と同じ部分はそのままの番号を用いて、それらの説明は省略する。
【００８４】
図９に示すように、放射温度計本体６０１には枝管３５０とＯリング４０２が同様に具備されており、放射温度計本体６０１と気密が保たれている。
【００８５】
枝管３５０には、枝管の途中でシールのためのＯリングの位置よりチャンバー側の外周面に溝を形成し、更に溝の温度計側の面を枝管外周面に対する角度が１７０°（鈍角）以上である斜面３５２を形成している。そのため、輻射熱エネルギー３０１は透過面３５１を透過し、斜面３５２に達する。
【００８６】
斜面３５２での光線の反射と屈折については第３実施例にて詳細に説明したので省略するが、斜面３５２に対し輻射熱エネルギー３０１である入射光の入射角は、斜面３５２が枝管３５０の外周面に対する角度が１７０°の場合、８０°となり、斜面３５２では、入射光が反射光３５９と屈折光３６０に分かれ、反射光３５９の強度は４０％程度となり、残り分は屈折光３６０となる。
【００８７】
ここで、屈折角はスネル（Ｓｎｅｌｌ）の法則によって決定され、波長２．２μｍでの石英の屈折率１．４３では４３．５３°となる。そのため、屈折光３６０は枝管内周面に対し、３３．５３°の角度で伝達する。伝達した屈折光３６０は、枝管内周面に対する角度が１３５°（鈍角）以上を持った斜面３５３を複数形成した断面群３５４に達し、その斜面３５３に対し入射角が１１°程度であるため透過する。
【００８８】
同様に、枝管３５０の枝管内周側の輻射熱エネルギー３０１は透過面３５５を透過し、入射角８０°で斜面３５６に達し、反射光３６１と屈折光３６２に分離し、屈折光３６２は枝管外周面に形成した断面群３５８の斜面３５７を透過する。
【００８９】
第５実施例によれば、第１実施例と同様の効果があるとともに、以下に示す効果も有する。
【００９０】
屈折率の小さい媒質から屈折率の大きい媒質間での大入射角の反射を用いているため、臨界角は無く、波長２．２〜３μｍの輻射熱エネルギーも遮断できる効果があり、また、外周側と内周側に形成し枝管の軸上より投影すると重複しているため、輻射熱エネルギー遮断のための斜面の形成箇所に自由度がある特徴も有する。
【００９１】
また、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００９２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００９３】
（Ａ）枝管を伝達する輻射熱エネルギーをＯリングに与えない方向に反射させることができるため、Ｏリングの枝管との融着を防止することができる。
【００９４】
（Ｂ）枝管に形成される溝の斜面での屈折角は２９．６°であるため、枝管の外周表面近傍を伝達した輻射熱エネルギーは斜面で屈折し、外周面に対し１５．４°の角度で内周側に屈折光として伝達する。このため、Ｏリングへ輻射熱エネルギーは伝達されることがない。
【００９５】
また、輻射熱エネルギーを枝管の途中で吸収するわけではないため、放射温度計への無用な輻射が無く、測温誤差も発生しない。
【００９６】
また、枝管を伝達し最下面より輻射する輻射熱エネルギーの波長スペクトルは０．５〜３μｍであり、通常の測温赤外線波長である４〜１０μｍと重複していないため、測温誤差は生じない。
【００９７】
（Ｃ）屈折率の大きい媒質から屈折率の小さい媒質間での全反射を用いているため、輻射熱エネルギーの遮断がより完璧であり、また反射させる斜面をチャンバー側に形成したので、Ｏリングに、より近接して斜面を形成できることになり、より浅い溝に小面積の断面で効果を得ることができる。
【００９８】
（Ｄ）屈折率の小さい媒質から屈折率の大きい媒質間での大入射角の反射を用いているため、臨界角は無く、波長２．２〜３μｍの輻射熱エネルギーも減衰できる。また、外周側と内周側に形成し枝管の軸上より投影すると重複しているため、輻射熱エネルギー減衰のための斜面の形成箇所に自由度がある。
【００９９】
（Ｅ）屈折率の大きい媒質から屈折率の小さい媒質間での全反射を用いているため、輻射熱エネルギーの遮断がより完璧である。また、全反射させる二つの斜面は枝管の軸方向での投影にて重複させているため、ほぼ完全に枝管を伝達する輻射熱エネルギーを遮断でき、斜面の形成箇所に自由度がある。
【０１００】
（Ｆ）屈折率の小さい媒質から屈折率の大きい媒質間での大入射角の反射を用いているため、臨界角は無く、波長２．２〜３μｍの輻射熱エネルギーも遮断できる。また、外周側と内周側に形成し枝管の軸上より投影すると重複しているため、輻射熱エネルギー遮断のための斜面の形成箇所に自由度がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図である。
【図２】 図１のＡ部拡大断面図である。
【図３】 本発明の第１実施例を示す光の反射と屈折の説明図である。
【図４】 本発明の第２実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図である。
【図５】 図４のＢ部拡大断面図である。
【図６】 本発明の第３実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図である。
【図７】 本発明の第３実施例を示す光の反射と屈折の説明図である。
【図８】 本発明の第４実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図である。
【図９】 本発明の第５実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図である。
【図１０】 従来のメモリのトンネル酸窒化膜の製造工程図である。
【図１１】 従来の半導体不揮発性メモリの酸窒化膜の形成工程の３ステップ処理シーケンス例を示す図である。
【図１２】 従来の酸化（ＲＴＯ）工程の繰り返し精度の実験結果を示す図である。
【図１３】 従来の赤外線放射温度計の断面図である。
【図１４】 従来の赤外線放射温度計の枝管の断面図である。
【図１５】 従来の半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の構成図である。
【符号の説明】
３０１ 輻射熱エネルギー
３１０，３２０，３３０，３４０，３５０ 枝管
３１１ 溝
３１２，３３１，３５１，３５５ 透過面
３１３，３２１，３３２，３４１，３４２，３５２，３５３，３５６，３５７ 斜面
３１４，３３３ 入射光
３１５，３３５，３５９，３６１ 反射光
３１７，３３７，３６０，３６２ 屈折光
３５４，３５８ 断面群
４０２ Ｏリング
６０１ 放射温度計本体
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置、特に不揮発性メモリであるフラッシュＥＥＰＲＯＭの製造装置に係り、詳しくは、そのランプ加熱による熱処理炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、例えば、第３５回 ＶＬＳＩ ＦＯＲＵＭ 「極薄酸化膜の新しい形成法と信頼性」（１９９４年２月２５日（株）プレスジャーナル主催）に開示されるものがあった。
【０００３】
上記文献に示されるメモリのトンネル酸化膜は、浮遊ゲートの電荷を保持するための絶縁膜として機能している。
【０００４】
一般に、従来のメモリのトンネル酸化膜は書き込みの際、電荷が貫通することと、消去時トンネル電流にて電荷を引き込むため、膜厚は８０〜１２０Åと極薄膜で、高い信頼性が必要とされており、上記文献に開示されているように、酸化膜の窒化による酸窒化膜が使用されている。
【０００５】
図１０はかかる従来のメモリのトンネル酸窒化膜の製造工程図であり、各図は製造段階で得られた構造体の断面を概略的に示している。
【０００６】
（１）まず、図１０（ａ）に示すように、基板１００の表面にＬＯＣＯＳ技術を用いて分離酸化膜１０１を形成し、アクティブ領域１０２を形成する。
【０００７】
（２）次に、図１０（ｂ）に示すように、アクティブ領域１０２に酸化膜１０３を急速熱処理酸化法（ＲＴＯ）により形成する。
【０００８】
（３）次に、その酸化膜１０３を、図１０（ｃ）に示すように、急速熱処理窒化法（ＲＴＮ）により窒化し、酸窒化膜１０４を形成する。また、一般に窒化においてＮＨ3 雰囲気が用いられることから、膜の信頼性向上を目的として酸窒化膜１０４の脱水素の処理として、Ｎ2 Ｏ雰囲気で急速熱処理酸窒化法（ＲＴＯＮ）による再酸化処理を行っている。
【０００９】
（４）次に、図１０（ｄ）に示すように、酸窒化膜１０４上に浮遊ゲート１０５と層間絶縁膜１０６及び制御ゲート１０７を形成し、ソース領域１０８とドレイン領域１０９を形成する。
【００１０】
このようにして、フラッシュＥＥＰＲＯＭのセルトランジスタを形成することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のメモリのトンネル酸窒化膜の製造方法では、ウエハ間、つまり処理毎の成膜膜厚がばらつき、再現性に問題点があり、技術的に満足できるものは得られなかった。
【００１２】
その膜厚の再現性について実験したデータをもとに詳細に説明する。
【００１３】
従来の製造装置による急速熱処理酸化法（ＲＴＯ）＋急速熱処理窒化法（ＲＴＮ）＋急速熱処理酸窒化法（ＲＴＯＮ）による３ステップ処理のシーケンス例を図１１に示す。温度シーケンスは急速加熱仕様である。
【００１４】
まず、ウエハを搬入すると、チャンバーに流していたＮ2 ガスを止め、チャンバー内を真空ポンプで、１Ｅ−１Ｔｏｒｒ以下の真空度まで引く。
【００１５】
次に、Ｏ2 ガスを流して大気圧まで戻し、ランプ加熱により５０〜２００℃／秒のレートで昇温させ、１０００〜１１００℃で所定膜厚の酸化膜を生成する。
【００１６】
次に、ランプを切り６００℃以下まで降温させ、再度真空ポンプで、１Ｅ−１Ｔｏｒｒ以下まで真空を引き、Ｏ2 ガスを除去し、ＮＨ3 ガスを流して大気圧まで戻す。
【００１７】
次に、ランプ加熱により酸化工程と同様にウエハ温度を昇温させ、窒化工程を完了させる。
【００１８】
次に、酸化工程と同様に真空ポンプにてＮＨ3 ガスを除去し、Ｎ2 Ｏガスを流し大気圧まで戻し、酸化工程と同様にウエハを昇温させ、再酸化処理を完了させ、３ステップ処理でのトンネル酸窒化膜の生成が終了する。
【００１９】
まず、最初の酸化工程であるＲＴＯの再現性、つまり、繰り返し精度の実験結果を図１２に示す。この図において、縦軸は酸化膜厚（Å）、横軸は処理枚数を示している。
【００２０】
この図に示すように、２５枚連続してＲＴＯ（１１００℃×４０秒）で処理すると１枚目では、１１９．８Åであったものが、１０枚目で１２１．０Å、１５枚目で１２０．６Å、２５枚目では１２３．６Åと、膜厚が３．２％厚くなっており、ロット処理において問題となっていた。ここでは図示しないが、ＲＴＯ＋ＲＴＮ＋ＲＴＯＮの３ステップ処理においても、最初のＲＴＯのステップで膜厚の増加が見られることから、トンネル膜として大きな問題であった。
【００２１】
酸窒化膜をトンネル酸化膜として機能させると、トンネル電流は近似的に電界の二乗に比例し、電界は膜厚に反比例するから、膜厚の増加はトンネル電流を二次の関係で減少させるため、ウエハ間の膜厚差は少ない程良く、一般に３σで±３Å程度がデバイスの動作上の限界であり、従来の酸窒化成膜炉は、その限界を越えていた。
【００２２】
この膜厚の増加の原因について、図１３を用いて説明する。
【００２３】
図１３は従来の赤外線放射温度計の断面図であり、枝管３００と赤外線放射温度計本体４０１の気密を取るためのＯリング４０２と、測温赤外線を取り出す窓ガラス４０３と、その気密のためのＯリング４０４および、赤外線光学系４０５と赤外線検出器４０６で構成されている。
【００２４】
膜厚の増加がみられた際、窓ガラス４０３を見ると表面に僅かな「曇り」があり、またＯリング４０２を点検すると枝管３００に融着していた。そのため、窓ガラス４０３の表面にあった「曇り」はＯリング４０２が融けた際の「煙」が付着したと判定した。その後、窓ガラス４０３の表面を拭き取り、装置を作動させたが、２００〜３００枚程度処理すると、ガス切り替えの真空ステップにおいて、真空引き時間の増加がみられ、到達真空度も一桁悪化し、再度Ｏリング４０２を点検すると、クラックが入っており、微小リークが発生していることが判明した。
【００２５】
このＯリング４０２の融着の原因について、図１４と図１５を用いて説明する。
【００２６】
図１４に示すように、枝管３００は内径１０ｍｍ、外径１５ｍｍの石英製のパイプで、Ｏリング４０２は枝管３００の付け根より１００ｍｍの位置に気密のため固定されている。
【００２７】
また、加熱炉について見ると、図１５に示すように、石英ガラス製チャンバー２００には反射鏡２０１を具備したハロゲンランプ２０２が、十数本から数十本上下に対向して取り付けられている。チャンバー２００内にはウエハを支持するウエハトレイ２０３とウエハ２０４があり、ハロゲンランプ２０２により、ウエハ温度１２００℃程度まで昇温可能な構造であり、チャンバー２００の下面には測温のための枝管３００と、その先端には赤外線放射温度計６００が具備されており、ウエハ２０４の測温を行っている。
【００２８】
また、赤外線放射温度計６００の測温信号はランプ電力制御器５００に送られ、ハロゲンランプ２０２をクローズドループ制御しており、ウエハ２０４の温度を設定値に制御している。
【００２９】
更に、チャンバー２００には排気管２０５及び真空バルブとＡＰＣ（自動真空度制御器）２０６と、ターボ分子ポンプ２０７及びロータリーポンプ２０８によってチャンバー２００内の真空引きを行っている。
【００３０】
また、チャンバー２００にはガス導入口２０９及びバルブ２１０〜２１４により、各種ガスの導入が可能となっている。
【００３１】
したがって、枝管３００の付け根（チャンバー２００との接合部分）の温度は加熱処理時、最高で６００℃程度に加熱されており、Ｏリング４０２の融着が熱伝導によるものであるか否かを検討する。
【００３２】
枝管３００の断面積は約１ｃｍ2 であり、石英の熱伝導率は０．００３３９ｃａｌ・℃／ｃｍ・ｓと言われており、仮に５ｃｍの距離を熱伝導するとして、温度差は一端が６００℃で、Ｏリングがシリコンゴム製であり、耐熱３００℃とし、その差を３００℃とすると、０．００３３９×３００／５＝０．２０となり、０．２ｃａｌの熱が伝導する。
【００３３】
一方、空気中への熱伝導での伝導距離は、対流が引き起こす境界相の厚さであり、秒速１ｃｍの対流の場合、ほぼ１ｃｍであり、また、空気の伝導率は０．００００６８２ｃａｌ・℃／ｃｍ・ｓであり、同様に枝管３００の５ｃｍの距離の熱伝導は、０．００００６８２×（３００／２）×４．７（表側の表面積）×５で近似させることができ、伝導熱量は０．２４ｃａｌ／ｓである。なお、温度差３００℃を２で割っているのは、表面より熱放散しているため、枝管３００の付け根では６００℃であるが、伝導するとその温度は低下し、５ｃｍの距離の熱伝導でのシリコンゴムの耐熱性の３００℃と仮定したので、近似的に半分としたためである。
【００３４】
この近似計算によると、５ｃｍの距離の熱伝導でも、表面からの熱放散（熱伝導）量の方が多く、この熱処理炉では１０ｃｍであり、かつ、シリコンゴムの耐熱性は３００℃であることから、融着の原因を熱伝導では説明することができない。
【００３５】
しかし、チャンバー２００には、加熱用のハロゲンランプ２０２が具備されており、その加熱容量は約２ＫＷ／ｃｍ2 であり、熱量換算すると、１０．７５ｃａｌ／ｓ・ｃｍ2 であり、ウエハ２０４を１００〜２００℃／ｓの昇温速度で１２００℃程度まで加熱できるエネルギー密度であり、伝導熱量の５０倍以上である。
【００３６】
また、加熱ランプのスペクトル波長は０．５〜３μｍであり、枝管３００は石英製であるところから、透過しやすく輻射熱エネルギーは容易に枝管３００を伝達することができ、また、閉ざされた空間であるためエネルギー密度の低下も少ないと考えられ、枝管３００の表面に固定されているＯリング４０２の表面が加熱溶融したと判断することができる。つまり、Ｏリング４０２融着の原因とした。
【００３７】
このランプ輻射熱の伝達を防止する方法として、枝管３００の材質を不透明化することも考えられるが、石英ガラスと同等の熱膨張係数の材質はなく、たとえあったとしても、枝管３００が途中で輻射熱エネルギーを吸収し高温化するため、枝管３００の一端を具備している赤外線放射温度計６００に輻射し、測温誤差が生じることから、単純なガラス材変更では済まない技術的な問題があった。
【００３８】
本発明は、上記問題点を除去し、赤外線放射温度計への無用な輻射を無くし、測温を正確に行うことができる半導体装置の熱処理装置を提供することを目的とする。
【００３９】
【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、
〔１〕半導体装置の熱処理装置において、チャンバーと、このチャンバーから延びる枝管と、この枝管に接続される赤外線放射温度計本体と、前記枝管の赤外線放射温度計本体との接続部に配置されるＯリングとを具備する半導体装置の熱処理装置において、前記Ｏリングが接触する枝管外周面の位置より前記赤外線放射温度計と反対側の位置の枝管外周面に溝を形成し、この溝により前記枝管を伝達する輻射熱エネルギーを前記Ｏリングに与えない方向に反射させるＯリングの熱遮蔽手段を具備するようにしたものである。
【００４０】
〔２〕上記〔１〕記載の半導体装置の熱処理装置において、前記Ｏリングの熱遮蔽手段は、前記溝が輻射熱エネルギーの透過面と斜面を有し、この斜面により前記枝管を伝達する輻射熱エネルギーが主に前記枝管の内周方向に向かうように構成したものである。
【００４１】
〔３〕上記〔１〕記載の半導体装置の熱処理装置において、前記Ｏリングの熱遮蔽手段は、前記溝が輻射熱エネルギーの透過面と斜面を有し、この斜面により、前記枝管を伝達する輻射熱エネルギーが主に該枝管の外周方向に向かうように構成したものである。
【００４２】
〔４〕上記〔１〕記載の半導体装置の熱処理装置において、前記Ｏリングの熱遮蔽手段は、前記溝が輻射熱エネルギーの透過面と斜面を有し、この斜面により、前記枝管を伝達する輻射熱エネルギーが前記枝管の内周及び外周方向に向かうようにするとともに、前記枝管の内周に向かう輻射熱エネルギーを透過する前記溝とは異なる複数の溝を形成するようにしたものである。
【００４３】
〔５〕上記〔１〕記載の半導体装置の熱処理装置において、前記Ｏリングの熱遮蔽手段は、前記溝とは別に前記枝管の内周面に形成された溝を前記外周面に形成された溝と交互に配置するようにしたものである。
【００４４】
〔６〕上記〔２〕記載の半導体装置の熱処理装置において、前記溝の前記チャンバー側の斜面と前記枝管の外周面が形成する角度が１３５°以上の斜面を有するようにしたものである。
【００４５】
〔７〕上記〔４〕記載の半導体装置の熱処理装置において、前記溝とは異なる複数の溝の前記枝管の内周面に対する角度が１３５°以上の斜面を有するようにしたものである。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４７】
まず、発明の第１実施例について説明する。
【００４８】
この実施例によれば、赤外線放射温度計を取り付けるための石英製枝管において、その枝管の途中に設けられるシールのためのＯリングの位置よりチャンバー側枝管外周面に、臨界角より深い溝を形成し、更に、この溝の温度計側の面を枝管外周面に対する角度が１３５°（鈍角）以上である斜面を形成した構造に改善したものである。
【００４９】
図１は本発明の第１実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図、図２は図１のＡ部拡大断面図、図３は本発明の第１実施例を示す光の反射と屈折の説明図である。従来例と同じ部分については同じ符号を付して、それらの説明は省略する。
【００５０】
図１に示すように、放射温度計本体６０１には枝管３１０とＯリング４０２が配置されており、放射温度計本体６０１と気密が保たれている。枝管３１０には、Ｏリング４０２の位置よりチャンバー側に臨界角より深い透過面３１２と斜面３１３が形成された溝３１１が設けられている。そのため、図２に示すように、枝管３１０を伝達してきた輻射熱エネルギー３０１は透過面３１２を透過し、斜面３１３に達する。
【００５１】
この斜面３１３での光線の反射と屈折について、図１乃至図３を用いて詳細に説明する。
【００５２】
これらの図に示すように、枝管３１０に形成される溝３１１の斜面３１３に対し、輻射熱エネルギー３０１である入射光３１４の入射角θ2 は、斜面３１３が枝管３１０の外周面に対する角度θ1 が１３５°（鈍角）の場合、４５°となり、斜面３１３では、入射光３１４は反射光３１５と屈折光３１７に分かれ、反射光３１５の強度は５％以下であり、大部分は屈折光３１７となる。ここで、屈折角θ4 は、スネル（Ｓｎｅｌｌ）の法則によって決定され、波長２．２μｍでの石英の屈折率１．４３では２９．６°となる。なお、角度θ3 は反射角である。
【００５３】
本発明の第１実施例の効果を確認するために、ＲＴＯ（１１００℃×３０秒）を１００枚処理後、Ｏリング４０２の点検を実施したが、枝管３１０との融着は見られなかった。溝３１１の斜面３１３での屈折角は２９．６°であるため、枝管３１０の外周表面近傍を伝達した輻射熱エネルギー３０１は斜面３１３で屈折し、外周面に対し１５．４°の角度で内周側に屈折光３１７として伝達する。
【００５４】
このため、Ｏリング４０２への輻射熱エネルギーは伝達されることはない。例え、伝達できても僅かな量でしかない。
【００５５】
また、輻射熱エネルギー３０１を、枝管３１０の途中で吸収したわけではないため、放射温度計への無用な輻射が無く、測温誤差が発生する恐れもない。
【００５６】
更に、枝管３１０を伝達し、最下面より輻射する輻射熱エネルギーの波長スペクトルは０．５〜３μｍであり、通常の測温赤外線波長である４〜１０μｍと重複していないため、測温誤差が生じることはない。
【００５７】
次に、本発明の第２実施例について説明する。
【００５８】
この第２実施例は、赤外線放射温度計を取り付けるため、石英製枝管において、その枝管の途中でシールのためのＯリングの位置よりチャンバー側に、臨界角より深い溝を形成し、その溝のチャンバー側の斜面と枝管外周面が形成する角度θ6 （図５）が１３５°（鈍角）以上の構造に改善したものである。
【００５９】
図４は本発明の第２実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図、図５は図４のＢ部拡大断面図である。従来例と同じ部分は同じ符号を付し、それらの説明は省略する。
【００６０】
図４に示すように、放射温度計本体６０１には枝管３２０とＯリング４０２が同様に具備されており、放射温度計本体６０１と気密が保たれている。枝管３２０には、Ｏリング４０２の位置よりチャンバー側に臨界角より深い溝を形成し、その溝は、図５に示すように、チャンバー側の斜面３２１と枝管外周面に対する角度を、１３５°（鈍角）以上としているため、枝管３２０を伝達してきた輻射熱エネルギー３０１と、斜面３２１が形成する入射角は４５°以上となる。波長２．２μｍでの石英ガラスの屈折率が１．４３であり、臨界角が４４．４°であるため、入射角が臨界角より大きく、枝管３２０に伝達されたエネルギーは斜面３２１で全反射され、枝管３２０の内周側に伝達される。
【００６１】
このように構成したので、第２実施例によれば、第１実施例と同様の効果があるとともに、以下に示す効果も有する。
【００６２】
屈折率の大きい媒質から屈折率の小さい媒質間での全反射を用いているため、輻射熱エネルギーの遮断がより完璧になり、また、反射させる斜面をチャンバー側に形成したため、Ｏリングにより近接して斜面を形成できることとなり、より浅い溝に小面積の断面で効果が得られる特徴を有する。
【００６３】
次に、本発明の第３実施例について説明する。
【００６４】
第３実施例は、赤外線放射温度計を取り付けるため、石英製枝管において、その枝管の途中でシールのためのＯリングの位置よりチャンバー側の外周面に溝を形成し、更に溝の温度計側の面を枝管外周面に対する角度が、１７０°（鈍角）以上である斜面を形成し、その溝に対向しない位置の内周面に溝を形成し、同様に斜面を形成した構造に改善したものである。
【００６５】
図６は本発明の第３実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図であり、従来例と同じ部分はそのままの番号を用いて、それらの説明は省略する。
【００６６】
図６に示すように、放射温度計本体６０１には枝管３３０とＯリング４０２が同様に具備されており、放射温度計本体６０１と気密が保たれている。枝管３３０には、枝管３３０の途中でシールのためのＯリングの位置よりチャンバー側の外周面に溝を形成し、更に、溝の温度計側の面を枝管外周面に対する角度が１７０°（鈍角）以上である斜面を形成し、その溝に対向しない位置の内周面に溝を形成し、同様に斜面を形成した構造としているため、枝管３３０を伝達してきた輻射熱エネルギー３０１は透過面３３１を透過し、斜面３３２に達する。
【００６７】
斜面３３２での光線の反射と屈折について、図７を用いて詳細に説明する。
【００６８】
ここで、斜面３３２に対し、輻射熱エネルギー３０１である入射光３３３の入射角θ7 は、斜面３３２が枝管３３０の外周面に対する角度が１７０°（鈍角）以上の場合、８０°となり、斜面３３２では入射光３３３は反射光３３５と屈折光３３７に分かれ、反射角θ8 の反射光３３５の強度は４０％程度となり、残り分は屈折光３３７となる。ここで、屈折角θ9 は、スネル（Ｓｎｅｌｌ）の法則によって決定され、波長２．２μｍでの石英の屈折率１．４３では４３．５３°となる。
【００６９】
この反射率の計算は、Ｆｒｅｓｎｅｌの公式にスネルの法則より求めた入射角と屈折角をもとに計算したが、式について若干説明する。透過率ΤはＴH （光のベクトルが入射面に平行な成分）とＴV （光のベクトルが入射面に垂直な成分）の二つの透過率の平均値で表すことができ、おのおの透過率は下記に示す式が知られている（引用文献「光学の原理Ｉ」東海大学出版会 ６７頁 （３５）式）。
【００７０】
ＴH ＝ｓｉｎ２θｉ・ｓｉｎ２θｔ／ｓｉｎ2 （θｉ＋θｔ）・ｃｏｓ2 （θｉ−
θｔ）
ＴV ＝ｓｉｎ２θｉ・ｓｉｎ２θｔ／ｓｉｎ2 （θｉ＋θｔ）
ここで、θｉは入射角で８０°を、また、θｔは、屈折角（透過角）で４３．５３°を当てはめると、ＴH ≒０．７２、ＴV ≒０．４７が各々求められ、Ｔ≒０．５９５、つまり透過率は０．６であり、反射率０．４が求められる。
【００７１】
第３実施例によれば、第１実施例と同様の効果があるとともに、以下に示す効果も有する。
【００７２】
屈折率の小さい媒質から屈折率の大きい媒質間での大入射角の反射を用いているため、臨界角は無く、波長２．２〜３μｍの輻射熱エネルギーも減衰できる効果があり、また、外周側と内周側に形成し枝管の軸上より投影すると重複しているため、輻射熱エネルギー減衰のための斜面の形成箇所に自由度がある特徴も有する。
【００７３】
次に、本発明の第４実施例について説明する。
【００７４】
第４実施例は、赤外線放射温度計を取り付けるため、石英製枝管において、その枝管の途中でシールのためのＯリングの位置よりチャンバー側で枝外周部に溝を形成し、更に溝のチャンバー側の斜面は枝管外周面に対する角度が１３５°（鈍角）以上の斜面を形成し、その溝と対向しない位置の内周面に溝を形成し、同様に斜面を形成した構造に改善したものである。
【００７５】
図８は本発明の第４実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図であり、従来例と同じ部分はそのままの番号を用いて、それらの説明は省略する。
【００７６】
この図において、放射温度計本体６０１には枝管３４０とＯリング４０２が同様に具備されており、放射温度計本体６０１と気密が保たれている。
【００７７】
枝管３４０には、Ｏリングの位置よりチャンバー側に溝を形成し、更に溝のチャンバー側の斜面３４１は、枝管３４０外周面に対する角度が１３５°（鈍角）以上の斜面を形成しているため、枝管３４０を伝達してきた輻射熱エネルギー３０１と斜面３４１が形成する入射角は４５°以上となる。
【００７８】
ここで、鈍角が１３５°の場合、波長２．２μｍでの石英ガラスの屈折率が１．４３であり、臨界角は４４．４°となるため、入射角は臨界角より大きく、枝管３４０に伝達されたエネルギーは斜面３４１で全反射され、枝管３４０の内周側に伝達される。また、同様に、枝管３４０の内周面に形成した斜面３４２は同様に全反射し、外周側に伝達される。
【００７９】
第４実施例によれば、第１実施例と同様の効果があるとともに、以下に示す効果も有する。
【００８０】
屈折率の大きい媒質から屈折率の小さい媒質間での全反射を用いているため、輻射熱エネルギー３０１の遮断がより完璧である。また、全反射させる二つの斜面３４１，３４２は枝管３４０の軸方向での投影にて重複させているため、ほぼ完全に枝管３４０を伝達する輻射熱エネルギーを遮断することができ、斜面の形成箇所に自由度がある特徴も有する。
【００８１】
次に、本発明の第５実施例について説明する。
【００８２】
第５実施例は、赤外線放射温度計を取り付けるため、石英製枝管において、その枝管の途中でシールのためのＯリングの位置よりチャンバー側の外周面に溝を形成し、更に、この溝の温度計側の面を枝管外周面に対する角度が１７０°（鈍角）以上である斜面を形成し、その斜面により作られる屈折光の到達枝管内周面に、屈折光が透過できる断面を形成したものであり、また、枝管外周面の溝に対向しない位置の内周面に溝を形成し、同様に鈍角１７０°の斜面とその斜面が作る屈折光を透過する断面を形成した構造に改善したものである。
【００８３】
図９は本発明の第５実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図であり、従来例と同じ部分はそのままの番号を用いて、それらの説明は省略する。
【００８４】
図９に示すように、放射温度計本体６０１には枝管３５０とＯリング４０２が同様に具備されており、放射温度計本体６０１と気密が保たれている。
【００８５】
枝管３５０には、枝管の途中でシールのためのＯリングの位置よりチャンバー側の外周面に溝を形成し、更に溝の温度計側の面を枝管外周面に対する角度が１７０°（鈍角）以上である斜面３５２を形成している。そのため、輻射熱エネルギー３０１は透過面３５１を透過し、斜面３５２に達する。
【００８６】
斜面３５２での光線の反射と屈折については第３実施例にて詳細に説明したので省略するが、斜面３５２に対し輻射熱エネルギー３０１である入射光の入射角は、斜面３５２が枝管３５０の外周面に対する角度が１７０°の場合、８０°となり、斜面３５２では、入射光が反射光３５９と屈折光３６０に分かれ、反射光３５９の強度は４０％程度となり、残り分は屈折光３６０となる。
【００８７】
ここで、屈折角はスネル（Ｓｎｅｌｌ）の法則によって決定され、波長２．２μｍでの石英の屈折率１．４３では４３．５３°となる。そのため、屈折光３６０は枝管内周面に対し、３３．５３°の角度で伝達する。伝達した屈折光３６０は、枝管内周面に対する角度が１３５°（鈍角）以上を持った斜面３５３を複数形成した断面群３５４に達し、その斜面３５３に対し入射角が１１°程度であるため透過する。
【００８８】
同様に、枝管３５０の枝管内周側の輻射熱エネルギー３０１は透過面３５５を透過し、入射角８０°で斜面３５６に達し、反射光３６１と屈折光３６２に分離し、屈折光３６２は枝管外周面に形成した断面群３５８の斜面３５７を透過する。
【００８９】
第５実施例によれば、第１実施例と同様の効果があるとともに、以下に示す効果も有する。
【００９０】
屈折率の小さい媒質から屈折率の大きい媒質間での大入射角の反射を用いているため、臨界角は無く、波長２．２〜３μｍの輻射熱エネルギーも遮断できる効果があり、また、外周側と内周側に形成し枝管の軸上より投影すると重複しているため、輻射熱エネルギー遮断のための斜面の形成箇所に自由度がある特徴も有する。
【００９１】
また、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００９２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００９３】
（Ａ）枝管を伝達する輻射熱エネルギーをＯリングに与えない方向に反射させることができるため、Ｏリングの枝管との融着を防止することができる。
【００９４】
（Ｂ）枝管に形成される溝の斜面での屈折角は２９．６°であるため、枝管の外周表面近傍を伝達した輻射熱エネルギーは斜面で屈折し、外周面に対し１５．４°の角度で内周側に屈折光として伝達する。このため、Ｏリングへ輻射熱エネルギーは伝達されることがない。
【００９５】
また、輻射熱エネルギーを枝管の途中で吸収するわけではないため、放射温度計への無用な輻射が無く、測温誤差も発生しない。
【００９６】
また、枝管を伝達し最下面より輻射する輻射熱エネルギーの波長スペクトルは０．５〜３μｍであり、通常の測温赤外線波長である４〜１０μｍと重複していないため、測温誤差は生じない。
【００９７】
（Ｃ）屈折率の大きい媒質から屈折率の小さい媒質間での全反射を用いているため、輻射熱エネルギーの遮断がより完璧であり、また反射させる斜面をチャンバー側に形成したので、Ｏリングに、より近接して斜面を形成できることになり、より浅い溝に小面積の断面で効果を得ることができる。
【００９８】
（Ｄ）屈折率の小さい媒質から屈折率の大きい媒質間での大入射角の反射を用いているため、臨界角は無く、波長２．２〜３μｍの輻射熱エネルギーも減衰できる。また、外周側と内周側に形成し枝管の軸上より投影すると重複しているため、輻射熱エネルギー減衰のための斜面の形成箇所に自由度がある。
【００９９】
（Ｅ）屈折率の大きい媒質から屈折率の小さい媒質間での全反射を用いているため、輻射熱エネルギーの遮断がより完璧である。また、全反射させる二つの斜面は枝管の軸方向での投影にて重複させているため、ほぼ完全に枝管を伝達する輻射熱エネルギーを遮断でき、斜面の形成箇所に自由度がある。
【０１００】
（Ｆ）屈折率の小さい媒質から屈折率の大きい媒質間での大入射角の反射を用いているため、臨界角は無く、波長２．２〜３μｍの輻射熱エネルギーも遮断できる。また、外周側と内周側に形成し枝管の軸上より投影すると重複しているため、輻射熱エネルギー遮断のための斜面の形成箇所に自由度がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図である。
【図２】 図１のＡ部拡大断面図である。
【図３】 本発明の第１実施例を示す光の反射と屈折の説明図である。
【図４】 本発明の第２実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図である。
【図５】 図４のＢ部拡大断面図である。
【図６】 本発明の第３実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図である。
【図７】 本発明の第３実施例を示す光の反射と屈折の説明図である。
【図８】 本発明の第４実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図である。
【図９】 本発明の第５実施例を示す半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の赤外線放射温度計を取り付ける石英製枝管の断面図である。
【図１０】 従来のメモリのトンネル酸窒化膜の製造工程図である。
【図１１】 従来の半導体不揮発性メモリの酸窒化膜の形成工程の３ステップ処理シーケンス例を示す図である。
【図１２】 従来の酸化（ＲＴＯ）工程の繰り返し精度の実験結果を示す図である。
【図１３】 従来の赤外線放射温度計の断面図である。
【図１４】 従来の赤外線放射温度計の枝管の断面図である。
【図１５】 従来の半導体不揮発性メモリを製造するランプ加熱による熱処理炉の構成図である。
【符号の説明】
３０１ 輻射熱エネルギー
３１０，３２０，３３０，３４０，３５０ 枝管
３１１ 溝
３１２，３３１，３５１，３５５ 透過面
３１３，３２１，３３２，３４１，３４２，３５２，３５３，３５６，３５７ 斜面
３１４，３３３ 入射光
３１５，３３５，３５９，３６１ 反射光
３１７，３３７，３６０，３６２ 屈折光
３５４，３５８ 断面群
４０２ Ｏリング
６０１ 放射温度計本体
Claims (7)
- チャンバーと、該チャンバーから延びる枝管と、該枝管に接続される赤外線放射温度計本体と、前記枝管の赤外線放射温度計本体との接続部に配置されるＯリングとを具備する半導体装置の熱処理装置において、
前記Ｏリングが接触する枝管外周面の位置より前記赤外線放射温度計と反対側の位置の枝管外周面に溝を形成し、該溝により前記枝管を伝達する輻射熱エネルギーを前記Ｏリングに与えない方向に反射させるＯリングの熱遮蔽手段を具備することを特徴とする半導体装置の熱処理装置。 - 請求項１記載の半導体装置の熱処理装置において、前記Ｏリングの熱遮蔽手段は、前記溝が輻射熱エネルギーの透過面と斜面を有し、該斜面により前記枝管を伝達する輻射熱エネルギーが主に前記枝管の内周方向に向かうように構成することを特徴とする半導体装置の熱処理装置。
- 請求項１記載の半導体装置の熱処理装置において、前記Ｏリングの熱遮蔽手段は、前記溝が輻射熱エネルギーの透過面と斜面を有し、該斜面により、前記枝管を伝達する輻射熱エネルギーが主に該枝管の外周方向に向かうように構成したことを特徴とする半導体装置の熱処理装置。
- 請求項１記載の半導体装置の熱処理装置において、前記Ｏリングの熱遮蔽手段は、前記溝が輻射熱エネルギーの透過面と斜面を有し、該斜面により、前記枝管を伝達する輻射熱エネルギーが前記枝管の内周及び外周方向に向かうようにするとともに、前記枝管の内周に向かう輻射熱エネルギーを透過する前記溝とは異なる複数の溝を形成することを特徴とする半導体装置の熱処理装置。
- 請求項１記載の半導体装置の熱処理装置において、前記Ｏリングの熱遮蔽手段は、前記溝とは別に前記枝管の内周面に形成された溝を前記外周面に形成された溝と交互に配置することを特徴とする半導体装置の熱処理装置。
- 請求項２記載の半導体装置の熱処理装置において、前記溝の前記チャンバー側の斜面と前記枝管の外周面が形成する角度が１３５°以上の斜面を有することを特徴とする半導体装置の熱処理装置。
- 請求項４記載の半導体装置の熱処理装置において、前記溝とは異なる複数の溝の前記枝管の内周面に対する角度が１３５°以上の斜面を有することを特徴とする半導体装置の熱処理装置。
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