JP4019444B2 - 半導体製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体製造装置に係り、特に急速熱プロセス（ＲＴＰ；Rapid Thermal Process ）を行う半導体装置の製造方法（以下、「ＲＴＰ処理方法」という）及びＲＴＰ処理を行う半導体製造装置（以下、「ＲＴＰ処理装置」という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
次世代の半導体集積回路においては、更なるデバイスサイズの縮小化に伴い、垂直及び水平方向の微細化・集積化が今後ますます重要となってくる。
水平方向の微細化は、より微細なパターンを形成するリソグラフィ技術の改善とこの微細パターンに忠実に加工する微細加工技術の改善とにより達成される。他方、垂直方向の微細化は、必ずしも水平方向の微細化と同様な展開を示すものではない。それは、例えば配線材料を加工して配線抵抗を形成する場合や、絶縁膜材料を加工して層間膜容量を形成する場合において、デバイスの動作速度の高速化の要求と垂直方向のスケーリングの縮小化の要求とが相反するものとなるからである。
【０００３】
但し、拡散層の接合深さに関しては、水平方向及び垂直方向の両方において、ほぼ同じ割合でスケーリングの縮小化が進められている。これは、主にトランジスタの短チャネル効果を抑制しようとする要求を満たすためであるが、将来的には接合深さが更に浅く、且つ拡散層の抵抗が小さいことが要求されるようになるであろう。
【０００４】
このような浅い接合を実現する際に、既存のバッチ式拡散炉を用いた技術の場合、特にその熱処理時間の制約による限界が表面化してきている。そのため、近年においては、ＲＴＰ処理方法を用いて拡散層に注入された不純物イオンを活性化することについての検討が進められている。
ここで、ＲＴＰ処理方法とは、ランプ等の光源からの赤外線の照射により短時間に半導体ウェーハ（以下、「ウェーハ」と略する）を加熱したり、又は冷却したりする技術をいう。従って、このＲＴＰ処理方法を用いることにより、ウェーハは実効的に短時間のみ加熱されるため、拡散層内の各種不純物イオンの注入プロファイルの変化を少なくして、浅い接合を実現することが可能となる。同時に、拡散層内の不純物イオンの活性化率は最高熱処理温度で決定されるため、イオン活性化率を比較的高く維持して、拡散層の低抵抗化を実現することも可能となる。同様に、ゲート電極等の熱処理による低抵抗化を行う際にも、ＲＴＰ処理方法を利用することができる。
このような利点から、次世代の微細デバイスを作製するためには、ＲＴＰ処理方法は必要不可欠なものであると考えられている。
【０００５】
以下、従来のＲＴＰ処理装置を用いたＲＴＰ処理方法を、図６を用いて説明する。ここで、図６は従来のＲＴＰ処理装置を示す概略断面図である。
例えば石英チューブからなるＲＴＰ処理室６０の一方の端には、所定の雰囲気ガスを内部に導入するためのガス導入口６２が設けられ、他方の端には、その雰囲気ガスを外部に排出するためのガス排出部６４が設けられている。
また、ＲＴＰ処理室６０内には、例えば石英からなるウェーハホールダ６６が設置され、その上に例えばＳｉ（シリコン）ウェーハ６８を搭載するようになっている。また、このＳｉウェーハ６８の周囲には、例えばポリシリコン等を材料とするガードリング７０が配置され、Ｓｉウェーハ６８の中央部と周辺部との間に生じるウェーハ温度の不均一を抑制するようになっている。
【０００６】
また、ＲＴＰ処理室６０を上下に挟んで、加熱源としてのハロゲンランプ７２が複数個等間隔をおいて配置されている。そしてこれら複数個のハロゲンランプ７２の背後には、各ハロゲンランプ７２を焦点とする放物面形状をなす反射板７４が設置され、ＲＴＰ処理室６０内のウェーハホールダ６６上に搭載されたＳｉウェーハ６８表面に向かうハロゲンランプ７２の反射光が略平行光になるようにしている。
【０００７】
次に、図６のＲＴＰ処理装置を用いたＲＴＰ処理方法について述べる。
先ず、ガス導入口６２からＲＴＰ処理室６０内に雰囲気ガスの導入を開始した後、このＲＴＰ処理室６０内に、Ｓｉウェーハ６８を搭載したウェーハホールダ６６をローディング（loading ）する。
次いで、複数個のハロゲンランプ７２のスイッチをオン（ＯＮ）にして、ＲＴＰ処理室６０内のウェーハホールダ６６上に搭載したＳｉウェーハ６８を加熱し、その昇温を開始する。このとき、複数個のハロゲンランプ７２の強力な発熱によってＲＴＰ処理装置の本質的な特徴である急峻な温度上昇が可能であるため、ウェーハ温度は室温から所定の処理温度に急速に上昇する。そしてウェーハ温度が所定の処理温度に到達した段階で、目的とする熱処理を開始する。この熱処理は、必要に応じて所望の時間行う。
【０００８】
次いで、所望の処理時間が経過した時点で、熱処理を終了する。同時に、複数個のハロゲンランプ７２のスイッチをオフ（ＯＦＦ）にして、Ｓｉウェーハ６８の冷却を開始する。そしてウェーハ温度が所定の処理温度から室温に達した時点で、Ｓｉウェーハ６８の降温を終了する。
次いで、ＲＴＰ処理室６０内からＳｉウェーハ６８を搭載したウェーハホールダ６６をアンローディング（unloading ）した後、このウェーハホールダ６６上から、所定の熱処理を施したＳｉウェーハ６８を取り出す。そしてＲＴＰ処理室６０内に流している雰囲気ガスの導入を停止する。こうして、ＲＴＰ処理を完了する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＲＴＰ処理装置を用いたＲＴＰ処理方法には、以下に示す幾つかのＲＴＰ処理装置等に起因するウェーハ面内における温度分布の不均一性という問題点がある。
【００１０】
（１）ランプの形状を反映した温度分布の不均一性。
ＲＴＰ処理装置の加熱源としては、上述のように、一般に直線形状のハロゲンランプが使用される。そしてウェーハ全体を均等に加熱するために、直線形状のハロゲンランプを短冊状に配置して加熱を行っているが、この短冊状に配置されたハロゲンランプの形状を反映した温度分布がウェーハ面内に観測されるという問題もある。
勿論、ハロゲンランプの後方にはハロゲンランプを焦点とする放物面形状の反射板が配置され、ウェーハ表面上へは略平行なランプ光が照射されるように工夫されてはいるが、ハロゲンランプには有限の大きさがあるため、ウェーハ表面においてランプ光密度を完全に均一化することは不可能である。
なお、ハロゲンランプの配置や形状を工夫して、ウェーハの表面温度の均一性を向上させようとする試みも行われている。しかし、同一工程において同時に製造されたハロゲンランプであってもその特性が個々に微妙に異なっているのが通例であるため、幾つかのハロゲンランプを組合せて配置する場合、ウェーハ温度を均一化することが困難であるという問題がある。また、ハロゲンランプは消耗品であり、たとえ初期特性が同一であっても劣化曲線は個々に微妙に異なっているのが通例であるため、ハロゲンランプの個々に異なる劣化によりウェーハ温度の均一性が悪化してしまうという問題もある。
【００１１】
（２）ウェーハが有限の大きさを有することに起因する温度分布の不均一性。
ウェーハ外周は、通常、室温のガス雰囲気と接するために、中央部分に比べて冷却され易く、そのために温度が低くなる傾向にある。そしてこのウェーハ面内における温度勾配はウェーハ外周ほど大きくなり易く、従ってウェーハ外周部にスリップラインが発生するという問題があった。
この問題に対して、ウェーハ外周にガードリングを配置することによりスリップラインの発生を抑制しようとする技術が開発されている。しかしながら、このガードリングの設置は、被加熱物の熱容量を増加させるために急俊な温度制御の追随性が悪くなり、熱処理温度や熱処理時間によっては逆にウェーハ外周部分の方が実効的な熱処理量の増加を招いてしまうという問題も生じる。
【００１２】
（３）雰囲気ガスの流れに起因する温度分布の不均一性。
ＲＴＰ処理の種類としては、いわゆるＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）処理やＲＴＯ（Rapid Thermal Oxidation ）処理等がある。そして例えばＳｉ基板中に注入した不純物イオンを活性化するための熱処理や、Ｔｉ（チタン）等の高融点金属層をシリサイド化するための熱処理等を行うＲＴＡ処理の場合には、通常、Ｎ2 （窒素）やＡｒ（アルゴン）等の不活性ガス雰囲気中において処理されるが、急速酸化を行うＲＴＯ処理の場合には、Ｏ2 （酸素）を含む酸化性ガス雰囲気中において処理される。いずれの場合も、雰囲気ガスの流れは一般に導入口から排出口に向かう所定の方向に定まっている場合が多く、その場合、この一定方向に流れる雰囲気ガスの冷却効果により、その雰囲気ガスの流量や温度に応じてウェーハ面内に温度差が生じてしまうという問題があった。
【００１３】
このようなＲＴＰ処理におけるウェーハ面内における温度分布の不均一性は、本発明者が行った実験によっても裏付けられた。
例えば、雰囲気ガスの温度を変化させてＲＴＡ処理を行い、直径８インチのウェーハにおけるｐ+ 拡散層のシート抵抗及びＷＳｉｘ（タングステン・シリサイド）層とポリシリコン層を積層したポリサイド構造のゲート電極のシート抵抗の面内均一性を評価したところ、図７のグラフに示す分布となった。両シート抵抗は、温度以外にも、不純物濃度（ｐ+ 拡散層の場合）や膜厚（ＷＳｉｘの場合）によっても変化するが、両シート抵抗の変化の仕方が同じなので、ウェーハ面内（のチップ位置）によって温度が異なるのがシート抵抗の分布の原因と考えられる。この場合、ウェーハ内の測定したチップの部分の温度が瞬間的に何度にまで上昇したかは不明であるが、実効的には８インチ・ウェーハの有効チップ領域内において、その温度分布に約３０℃の温度差が認められる。
また、このときのｐ+ 拡散層のシート抵抗の面内分布形状をとると、図８の鳥瞰図（Bird's-eye View ）に示すようになった。このｐ+ 拡散層のシート抵抗の面内分布形状からは、並列に配置されている直線状のハロゲンランプの形状の影響と明らかに考えられる形状が得られる。
【００１４】
また、ＲＴＰ処理におけるウェーハ面内の温度分布について論じている文献によれば、８インチ・ウェーハ面内における温度分布の実測値及び計算結果において４０〜５０℃の温度差を有することが報告されている（Karson L. Knutson,etal., "Modeling of Tree-Dimensional Effects on Temperature Uniformity in Rapid Thermal Processing of Eight Inch Wafers",IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUFACTURING,VOL.7,No.1,Feb.1994 参照）。
従って、このようなＲＴＰ処理におけるウェーハ面内の温度分布の不均一性が今後改善されなければ、現在より更に低温のＲＴＰ処理方法を採用する場合や、使用するウェーハを大口径化する場合、ＲＴＰ処理方法を適用したデバイス特性のバラツキが更に大きくなるおそれが強い。
【００１５】
更にまた、ＲＴＰ処理方法の抱えるもう一つの問題点として、ウェーハの降温特性の制御の問題がある。
即ち、ＲＴＰ処理方法においては、例えば強力な出力のハロゲンランプを用いることにより昇温時に急俊に温度を上昇させることは容易に可能であるが、降温時においては、ハロゲンランプをオフにしてウェーハの自然冷却に任せているのが現状である。特にウェーハの温度分布の面内均一性を向上させるためにガードリングを装着した場合には、ウェーハ全体としての熱容量が増加することから、ハロゲンランプのオフ後も直ぐにはウェーハは冷却されない。このため、ウェーハの降温時においては、極めて短時間の熱処理の制御が困難になるという問題があった。これに対して、降温時に大量の雰囲気ガスを流すことによってウェーハを急冷することも考えられるが、単なる大量のガス流による急冷の場合、ガス流のパターンに応じてウェーハの降温時の温度分布が極端に不均一化するという問題が生じる。
従って、以上述べた状況下においては、ＲＴＰ処理における実効的な温度のウェーハ面内均一性を向上させることが次世代の微細デバイスを作製するに当って必要とされ始めている。
【００１６】
なお、このようなＲＴＰ処理におけるウェーハ温度の面内均一性を向上させるために、種々の提案がなされている。
例えば特開平４−２８６３１９号の「ハロゲンランプ及び熱処理炉」においては、加熱源としてのハロゲンランプの筒状管内にそれぞれ発熱部の位置が異なる３本のタングステン線を封入することにより、ハロゲンランプの長手方向に沿う温度分布を調整可能にすると共に、このようなハロゲンランプをその長手方向が熱処理炉本体の前後方向に対して直角となるような配置関係でもって熱処理炉本体の前後方向に多数配列することにより、熱処理炉の前後間及び左右間の温度分布の容易に調整できるようにして、熱処理炉内に挿入したウェーハ面内における温度分布の均一化を実現しようとしている。
【００１７】
しかし、本提案のように加熱源としてのランプを工夫する手法は、既に述べたように、各ランプ間の製造上の特性ばらつきが大きいことや、消耗品であることによる劣化曲線が個々に異なるという問題がある。こうした一般的な問題に加えて、本提案に係るハロゲンランプは、その筒状管内に３本のタングステン線を封入しているため、新しいハロゲンランプに交換する度に温度制御のパラメータの設定を行う必要が生じる。しかもこの場合、本当に温度が均一化されているかを評価することは困難であり、また一度パラメータを適切に設定してもその後の経時変化に適宜対処することは殆ど不可能である。従って、本提案はハロゲンランプの温度制御のパラメータが多く、これらのパラメータを制御・維持することが困難であるという問題がある。
【００１８】
更に、その筒状管内に３本のタングステン線を封入しているハロゲンランプを実際に製造するとなると、その製造コストが大きくなることを無視できず、その結果、ＲＴＰ処理装置の製造コストも大きくなる。従って、本提案はハロゲンランプの製造コストの上昇、引いてはＲＴＰ処理装置の製造コストの上昇を招くという問題がある。
【００１９】
また、特開平７−３２６５７８号の「薄膜製造装置」においては、ウェーハの局所を直接加熱する加熱源として例えばＹＡＧレーザ、又はハロゲンランプやキセノンアークランプ等を用い、こうした加熱源をウェーハの半径方向に走査しつつ、同時にウェーハを回転させることにより、ウェーハ上をまんべんなく加熱して、高い制御精度をもって熱分布の均一化を実現しようとしている。
しかし、現在使用可能な加熱源において、レーザはハロゲンランプ等と比較してそのコストが非常に高い。このため、レーザによる加熱は、レーザでなければ不可能な用途、例えば数ｍ秒の短時間の加熱や局所的な加熱等の場合に限って行われているのが通例である。従って、本提案は、加熱源として例えばレーザを用いる場合には、装置の製造コストの上昇を招くという問題がある。
【００２０】
また、加熱源としてハロゲンランプやキセノンアークランプ等を用いる場合、これらのランプの一次光は放射状に進むため、レンズを用いて集光し、且つ光路を変更する等の操作を行う必要がある。そしてこうした操作を行う度にランプ光が減衰していく。従って、本提案は、加熱源として例えばハロゲンランプやキセノンアークランプ等を用いる場合には、ランプ光による加熱効率が低下するという問題がある。
【００２１】
そこで本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、ＲＴＰ処理を行う際に、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保することができる半導体製造装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の本発明に係る半導体製造装置によって達成される。
【００２３】
請求項１に係る半導体製造装置は、急速熱プロセスを行う半導体製造装置であって、所定の雰囲気ガス中において、加熱源と半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段を有し、前記加熱源と半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段が、ウェーハを偏心自転させる手段であるように構成されていることにより、単なる自転の場合よりも加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が大きくなるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００２４】
また、請求項２に係る半導体製造装置は、急速熱プロセスを行う半導体製造装置であって、所定の雰囲気ガス中において、加熱源と半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段を有し、前記加熱源と半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段が、前記半導体ウェーハを偏心自転させつつ公転させる手段であるように構成されていることにより、単なる自転の場合よりも加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が大きくなるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００２５】
また、請求項３に係る半導体製造装置は、上記請求項１に係る半導体製造装置において、および請求項４に係る半導体製造装置は上記請求項２に係る半導体製造装置において、ウェーハの偏心自転の偏心率を調整する手段を有するように構成されていることにより、他の熱処理条件に応じて加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合を最適にすることが可能になるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００２６】
また、請求項５に係る半導体製造装置は、急速熱プロセスを行う半導体製造装置であって、所定の雰囲気ガス中において、前記加熱源と前記半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段が、ウェーハを偏心公転させる手段であるように構成されていることにより、単なる公転の場合よりも加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が大きくなるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００２７】
また、請求項６に係る半導体製造装置は、急速熱プロセスを行う半導体製造装置であって、所定の雰囲気ガス中において、前記加熱源と前記半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段が、ウェーハを偏心公転させる手段であるように構成されていることにより、単なる公転の場合よりも加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が大きくなるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００２８】
また、請求項７に係る半導体製造装置は、上記請求項５に係る半導体製造装置において、および請求項８に係る半導体製造装置は上記請求項５に係る半導体製造装置において、ウェーハの偏心公転の偏心率を調整する手段を有するように構成されていることにより、他の熱処理条件に応じて加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合を最適にすることが可能になるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るＲＴＰ処理装置を示す概略断面図、図２は図１のＲＴＰ処理装置に装填されたウェーハ等を示す平面図、図３は図１のＲＴＰ処理装置を用いたＲＴＡ処理のタイムチャートを示す図である。
図１に示すように、例えば石英チューブからなるＲＴＰ処理室１０の一方の端には、所定の雰囲気ガスを内部に導入するためのガス導入口１２が設けられ、他方の端には、その雰囲気ガスを外部に排出するためのガス排出部１４が設けられている。なお、図示はしないが、ガス導入口１２の前段には、ガス導入口１２からＲＴＰ処理室１０内に導入する雰囲気ガスの流量を調整するガス流量制御部が設置されている。
【００３０】
また、ＲＴＰ処理室１０内には、例えば石英からなるウェーハホールダ１６が設置され、その上に例えばＳｉウェーハ１８を搭載するようになっている。また、Ｓｉウェーハ１８の周囲には、例えばポリシリコン等を材料とするガードリング２０が配置され、Ｓｉウェーハ１８の中央部と周辺部との間に生じるウェーハ温度の不均一を抑制するようになっている。
【００３１】
また、ウェーハホールダ１６は、回転伝達部２２を介して回転駆動部２４に接続され、回転駆動部２４によって図中に破線で示す回転軸Ｌ1 の回りを水平回転すると共に、その回転速度を制御するようになっている。
そしてこのウェーハホールダ１６の水平回転の回転軸Ｌ1 は、図２に示すように、ウェーハホールダ１６上のＳｉウェーハ１８の中心点Ｃ1 を通るのではなく、例えばＳｉウェーハ１８のオリエンテーションフラットの反対側に僅かに偏位した偏心点Ｃ2 を通っている。このため、ウェーハホールダ１６の水平回転に伴い、ウェーハホールダ１６上に搭載されたＳｉウェーハ１８は偏心点Ｃ2 を中心として偏心自転することになる。
【００３２】
また、ＲＴＰ処理室１０を上下に挟んで、例えば直線形状のハロゲンランプ２６が加熱源として複数個等間隔をおいて短冊状に配置されている。そしてこれら複数個のハロゲンランプ２６の背後には、各ハロゲンランプ２６を焦点とする放物面形状をなす反射板２８が設置され、ＲＴＰ処理室１０内のウェーハホールダ１６上に搭載されたＳｉウェーハ１８表面に向かうハロゲンランプ２６の反射光が略平行光になるようにしている。なお、ハロゲンランプ２６の代わりに、例えばキセノンランプ等を加熱源として用いてもよい。
【００３３】
次に、図１のＲＴＰ処理装置を用いたＲＴＡ処理方法を、図３のタイムチャートの時間軸ｔに沿って説明する。
（１）雰囲気ガスの導入開始（時刻ｔ1 ）
ガス導入口１２からＲＴＰ処理室１０内に、雰囲気ガスとして例えばＡｒガスの導入を開始する。このとき、Ａｒガスの流量は例えば０．５ｓｌｍとし、その温度は室温とする。なお、Ａｒガスの代わりに、例えばＨｅガスやＮ2 ガス等の不活性ガスを雰囲気ガスとして使用してもよい。
【００３４】
（２）ウェーハの装填（時刻ｔ2 ）
ウェーハホールダ１６上にＳｉウェーハ１８を搭載した後、Ｓｉウェーハ１８を搭載したウェーハホールダ６６をＲＴＰ処理室１０内にローディングする。
通常の場合は、Ｓｉウェーハ１８をウェーハホールダ１６上に特に固定する必要はない。但し、Ｓｉウェーハ１８の自転速度が高速になるなどの理由により、Ｓｉウェーハ１８をウェーハホールダ１６上に固定する必要が生じた場合において、略大気圧下でＲＴＡ処理を行うときは真空チャックを用いて固定すればよいし、減圧下でＲＴＡ処理を行うときは静電チャックを用いて固定すればよい。
【００３５】
（３）ウェーハの自転開始（時刻ｔ3 ）
回転駆動部２４により、回転伝達部２２を介してウェーハホールダ１６を水平回転させる。このウェーハホールダ１６の水平回転の回転軸Ｌ1 は、Ｓｉウェーハ１８の中心点Ｃ1 ではなく僅かに偏位した偏心点Ｃ2 を通っているため、ウェーハホールダ１６の水平回転に伴い、Ｓｉウェーハ１８は偏心点Ｃ2 を中心とする偏心自転を開始する。このとき、Ｓｉウェーハ１８の自転速度は例えば６０ｒｐｍ程度、即ち毎秒１回転する程度の速度とする。
【００３６】
（４）ウェーハの昇温開始（時刻ｔ4 ）
複数個のハロゲンランプ２６のスイッチをオンにして、ＲＴＰ処理室１０内のウェーハホールダ１６上に搭載したＳｉウェーハ１８を加熱し、その昇温を開始する。このとき、高出力のハロゲンランプ２６の強力な発熱光によってＲＴＰ処理装置の本質的な特徴である急峻な温度上昇が可能であるため、ウェーハ温度は室温から所定の処理温度に急速に上昇する。
【００３７】
（５）熱処理開始（時刻ｔ5 ）
ウェーハ温度が所定の処理温度に到達した段階で、目的とする熱処理を開始する。この熱処理は、必要に応じて所望の時間行えばよいが、ここでは処理時間を例えば１０秒程度とする。
【００３８】
（６）熱処理終了（時刻ｔ6 ）
所望の処理時間が経過した時点で、熱処理を終了する。同時に、複数個のハロゲンランプ２６のスイッチをオフにし、Ｓｉウェーハ１８の冷却を開始する。このとき、ガス流量制御部（図示省略）により、ＲＴＰ処理室１０内に流しているＡｒガスの流量をそれまでの０．５ｓｌｍから例えば５ｓｌｍに大幅に増加し、Ｓｉウェーハ１８の降温速度を加速する。
【００３９】
（７）ウェーハの降温終了（時刻ｔ7 ）
流量を０．５ｓｌｍから５ｓｌｍに増加した大量のＡｒガス流により、ウェーハ温度は所定の処理温度から急速に下降し、室温に達した時点で、Ｓｉウェーハ１８の降温が終了する。
【００４０】
（８）ウェーハの自転終了（時刻ｔ8 ）
回転駆動部２４によるウェーハホールダ１６の水平回転を停止して、Ｓｉウェーハ１８の偏心自転を停止する。同時に、ＲＴＰ処理室１０内に流しているＡｒガスの流量を降温時の５ｓｌｍから元の０．５ｓｌｍに減少する。
【００４１】
（９）ウェーハの取り出し（時刻ｔ9 ）
ＲＴＰ処理室１０内からＳｉウェーハ１８を搭載したウェーハホールダ１６をアンローディングした後、このウェーハホールダ１６上から、所定の熱処理を施したＳｉウェーハ１８を取り出す。
【００４２】
（１０）雰囲気ガスの導入停止（時刻ｔ10）
ＲＴＰ処理室１０内に流しているＡｒガスの導入を停止する。こうしてＲＴＡ処理を完了する。
【００４３】
以上のように本実施形態によれば、ＲＴＰ処理装置には、回転伝達部２２を介してウェーハホールダ１６を水平回転させる回転駆動部２４が設置され、この回転駆動部２４によるウェーハホールダ１６の水平回転に伴い、このウェーハホールダ１６の上に搭載したＳｉウェーハ１８をその中心点Ｃ1 から僅かに偏位した偏心点Ｃ2 を中心として偏心自転させるように構成されていることにより、ＲＴＡ処理の際に、Ｓｉウェーハ１８を例えば自転速度６０ｒｐｍ程度で偏心自転させて、加熱源としての複数個のハロゲンランプ２６とＳｉウェーハ１８との相対位置を変化させながら熱処理を行うことが可能になるため、例えば複数個の直線形状のハロゲンランプ２６が短冊状に配置されている加熱源の形状を反映した温度分布の不均一性等を解消して、ウェーハ温度の面内均一性を確保することができる。また、複数個のハロゲンランプ２６のうちのある特定のハロゲンランプが他のハロゲンランプランプと微妙に異なる特性を有している場合においても、また異なる劣化曲線を有し、劣化の度合いが異なる場合においても、こうした複数個のハロゲンランプ２６間の差異に起因する温度分布の均一性の悪化を抑制することができる。
【００４４】
また、回転駆動部２４の回転速度を制御して、Ｓｉウェーハ１８の自転速度を制御することが可能なため、熱処理期間の長さ等に応じてＳｉウェーハ１８の自転速度を調整することにより、たとえ処理期間を変化させる必要が生じた場合においても、その処理期間中を通じてウェーハ温度の面内均一性を維持することができる。
【００４５】
また、熱処理を行う際、雰囲気ガスとして例えば流量０．５ｓｌｍのＡｒガスをガス導入口１２からガス排出部１４に向かって一定方向に流しても、Ｓｉウェーハ１８を偏心自転させることにより、Ａｒガスの一定方向の流れに対してもＳｉウェーハ１８の相対位置を変化させることが可能になるため、雰囲気ガスとしてのＡｒガスの流れに起因する温度分布の不均一性を解消し、ウェーハ温度の面内均一性を確保することが可能になる。
【００４６】
また、熱処理の後のＳｉウェーハ１８を冷却する際に、ガス流量制御部によりＲＴＰ処理室１０内に流しているＡｒガスの流量を０．５ｓｌｍから５ｓｌｍに増加し、ウェーハ温度を所定の処理温度から室温にまで急冷することが可能になる。こうした大量のＡｒ流によりＳｉウェーハ１８を急冷する場合においても、Ｓｉウェーハ１８の偏心自転によってＡｒガスの流れに対するＳｉウェーハ１８の相対位置を変化させることにより、大量のＡｒガスの流れに起因する温度分布の不均一性を解消することが可能になるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保することができる。このことは、ガス流量制御部によってＡｒガスの流量を調整することにより、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保しつつ、Ｓｉウェーハ１８の降温速度を制御することが可能であることを意味している。
【００４７】
なお、上記第１の実施形態においては、熱処理の後のＳｉウェーハ１８を降温する際に、室温のＡｒガスの流量を０．５ｓｌｍから５ｓｌｍに増加してＳｉウェーハ１８を急冷する場合にも、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保することができることについて述べたが、単に雰囲気ガスを大量に流すことによりＳｉウェーハ１８を急冷する手法のみならず、冷却された雰囲気ガスを流すことによりＳｉウェーハ１８を急冷する手法を採ることも可能である。
即ち、ガス導入口１２の前段に、ＲＴＰ処理室１０内に導入する雰囲気ガスの温度を調整するガス温度制御部を設置し、熱処理が終了した時点（時刻ｔ6 ）で、ガス温度制御部によって室温より低い温度に冷却したＡｒガスをＲＴＰ処理室１０内に流すようにする。こうして、室温より低温に冷却したＡｒガスを流すことにより、ウェーハ温度を所定の処理温度から室温にまで急冷する場合においても、Ｓｉウェーハ１８の偏心自転によってＡｒガスの流れに対するＳｉウェーハ１８の相対位置を変化させることにより、冷却したＡｒガスの流れに起因する温度分布の不均一性を解消することが可能になるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保することができる。このことは、ガス温度制御部によってＡｒガスの温度を調整することにより、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保しつつ、Ｓｉウェーハ１８の降温速度を制御することが可能であることを意味している。
【００４８】
更に、上記２つの手法を組み合わせ、冷却された雰囲気ガスを大量に流すことによりＳｉウェーハ１８を急冷する手法を採ることも可能である。即ち、熱処理が終了した時点（時刻ｔ6 ）で、ガス温度制御部によってＡｒガスを室温より低温に冷却すると共に、この冷却したＡｒガスの流量をガス流量制御部によって増加することにより、ウェーハ温度を所定の処理温度から室温にまで急冷することが可能である。こうした大量の冷却したＡｒ流によりＳｉウェーハ１８を急冷する場合においても、Ｓｉウェーハ１８の偏心自転によってＡｒガスの流れに対するＳｉウェーハ１８の相対位置を変化させることにより、大量の冷却したＡｒガスの流れに起因する温度分布の不均一性を解消することが可能になるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保することができる。
【００４９】
また、上記第１の実施形態においては、ウェーハホールダ１６の水平回転に伴ってその上に搭載したＳｉウェーハ１８をその中心点Ｃ1 から僅かに偏位した偏心点Ｃ2 を中心として偏心自転させるように構成されているが、ウェーハホールダ１６の水平回転の中心軸Ｌ1 がＳｉウェーハ１８の中心点Ｃ1 を通るようにして、Ｓｉウェーハ１８の中心点Ｃ1 を中心として単なる自転をするようにしてもよい。この場合、偏心自転と比較すると、加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が制限されるが、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保するという効果を奏することは可能である。
【００５０】
これとは逆に、Ｓｉウェーハ１８の偏心自転の偏心率を調整する偏心率調整部を設置し、この偏心率調整部により、他の熱処理条件に応じて加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が最適になるようにＳｉウェーハ１８の偏心自転の偏心率を制御してもよい。この場合、加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合の最適化により、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００５１】
（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態に係るＲＴＰ処理装置を示す概略断面図、図５は図４のＲＴＰ処理装置に装填されたウェーハ等を示す平面図である。
例えば石英チャンバからなるＲＴＰ処理室３０内の上部には、ガス導入管３２が設置されている。そしてこのガス導入管３２には、多数の孔が下向きに開口されたシャワー部３４が設けられ、ガス導入口３６から導入された所定の雰囲気ガスが多数の孔からＲＴＰ処理室３０内に下向きに吹き出すようになっている。また、ＲＴＰ処理室３０の下端部には、ＲＴＰ処理室３０内の雰囲気ガスを外部に排出するためのガス排出部３８が設けられている。なお、図示はしないが、ガス導入口３６の前段には、ＲＴＰ処理室３０内に導入する雰囲気ガスの流量を調整するガス流量制御部が設置されている。
【００５２】
また、ＲＴＰ処理室３０内には、回転支持台４０が設置され、その中心を通る回転軸Ｌ2 の回りに水平回転するようになっている。また、この回転支持台４０上には、回転軸Ｌ2 から僅かに偏位した位置に回転駆動部４２が取り付けられ、この回転駆動部４２により、回転伝達部４４を介して円盤４６をその中心点Ｃ3を通る回転軸Ｌ3 の回りに水平回転させると共に、その回転速度を制御するようになっている。
【００５３】
また、円盤４６の外周に沿って、４つのウェーハホールダ４８が一定の間隔をおいて配置され、各ウェーハホールダ４８上にそれぞれＳｉウェーハ５０を搭載するようになっている。そしてウェーハホールダ４８上に搭載されたＳｉウェーハ５０は、ガス導入管３２のシャワー部３４下方に位置するようになっている。また、各ウェーハホールダ４８下には、それぞれ歯車５２が接着されており、この歯車５２の回転に伴い、ウェーハホールダ４８がその中心点Ｃ4 を通る回転軸Ｌ4 の回りに水平回転するようになっている。
【００５４】
また、円盤４６の外周面には歯車５２のピッチと同一ピッチの凹凸が刻まれており、円盤４６の回転に伴ってその外周を歯車５２が自転しつつ公転するようになっている。即ち、これらの円盤４６及び４つの歯車５２は、いわゆる差動歯車機構（Differential gearing）のうちの遊星歯車機構（Planetary gearing ）を構成し、円盤４６がいわゆる太陽歯車に相当し、４つの歯車５２がいわゆる遊星歯車に相当するようになっている。
従って、回転駆動部４２の回転によって円盤４６が回転軸Ｌ3 の回りに水平回転すると、この円盤４６の外周に沿って歯車５２、即ちウェーハホールダ４８が自転しつつ公転する。また、回転駆動部４２自体が、回転支持台４０の回転によって回転軸Ｌ2 の回りに水平回転する。そしてこれらの回転運動が複合されて、ウェーハホールダ４８上に装填されたＳｉウェーハ５０が自転しつつ偏心公転することになる。
【００５５】
また、ＲＴＰ処理室３０上には、例えば直線形状のハロゲンランプ５４が複数個等間隔をおいて短冊状に配置されている。そしてこれら複数個のハロゲンランプ５４の背後には、各ハロゲンランプ５４を焦点とする放物面形状をなす反射板５６が設置され、ＲＴＰ処理室３０内のウェーハホールダ４８上に搭載されたＳｉウェーハ５０表面に向かってハロゲンランプ５４の反射光が略平行光になるようにしている。
【００５６】
次に、図４のＲＴＰ処理装置を用いたＲＴＡ処理方法を説明するが、上記図３のタイムチャートの時間軸ｔに沿って説明した第１の実施形態の場合とほぼ同様であるため、共通する点の説明は簡略にし、異なる点のみ重点的に説明する。
（１）雰囲気ガスの導入開始、及び（２）ウェーハの装填の各ステップは、上記第１の実施形態の場合とほぼ同様に行う。なお、この場合の雰囲気ガスとしてのＡｒガスの流量は、ＲＴＰ処理室３０の大きさ等を考慮して適切に設定する。また、上記第１の実施形態の場合と同様に、Ａｒガスの代わりに、例えばＨｅガスやＮ2 ガス等の不活性ガスを雰囲気ガスとして使用してもよい。
【００５７】
次いで、上記第１の実施形態の場合の（３）ウェーハの自転開始のステップの代わりに、（３）ウェーハの自公転開始のステップを行う。即ち、回転支持台４０の回転によって回転駆動部４２を回転軸Ｌ2 の回りに水平回転させると共に、この回転駆動部４２自体の回転によって円盤４６を回転軸Ｌ3 の回りに水平回転させ、この円盤４６の外周に沿って４つのウェーハホールダ４８を自転させつつ公転させる。こうして、ウェーハホールダ４８上に装填されたＳｉウェーハ５０をその中心点Ｃ4 を通る回転軸Ｌ4 の回りに自転させつつ回転軸Ｌ2 の回りに偏心公転させる。なお、このときの回転支持台４０及び回転駆動部４２の各回転速度は、ウェーハ温度の面内均一性を確保することができる範囲内で適切に設定する。
【００５８】
次いで、（４）ウェーハの昇温開始、（５）熱処理開始、（６）熱処理終了、及び（７）ウェーハの降温終了の各ステップは、それぞれ上記第１の実施形態の場合とほぼ同様に行う。なお、処理温度及び処理時間は、処理目的に応じて適切に設定し、また冷却時のＡｒガスの増量は、ウェーハ温度の面内均一性を確保することができる範囲内で適切に行う。
次いで、上記第１の実施形態の場合の（８）ウェーハの自転終了のステップの代わりに、（８）ウェーハの自公転終了のステップを行う。即ち、回転支持台４０の回転及び回転駆動部４２自体の回転を停止し、Ｓｉウェーハ５０の自転及び偏心公転を停止する。
次いで、（９）ウェーハの取り出し、及び（１０）雰囲気ガスの導入停止の各ステップは、それぞれ上記第１の実施形態の場合とほぼ同様に行う。
【００５９】
以上のように本実施形態によれば、ＲＴＰ処理装置には、円盤４６及び４つの歯車５２からなる遊星歯車機構を介してウェーハホールダ４８を回転軸Ｌ3 の回りに自公転させる回転駆動部４２並びにこの回転駆動部４２を回転軸Ｌ2 の回りに水平回転させる回転支持台４０が設置され、ウェーハホールダ４８上に搭載したＳｉウェーハ５０を自転させつつ偏心公転させるように構成されていることにより、ＲＴＡ処理の際に、Ｓｉウェーハ５０を自転させつつ偏心公転させて、加熱源としての複数個のハロゲンランプ５４とＳｉウェーハ５０との相対位置を変化させながら熱処理を行うことが可能になるため、例えば複数個の直線形状のハロゲンランプ５４が短冊状に配置されている加熱源の形状を反映した温度分布の不均一性等を解消して、ウェーハ温度の面内均一性を確保することができる。また、複数個のハロゲンランプ５４のうちのある特定のハロゲンランプが他のハロゲンランプランプと微妙に異なる特性を有している場合においても、また異なる劣化曲線を有し、劣化の度合いが異なる場合においても、こうした複数個のハロゲンランプ５４間の差異に起因する温度分布の均一性の悪化を抑制することができる。
【００６０】
また、ＲＴＡ処理の際に、Ｓｉウェーハ５０を偏心公転させ、加熱源としての複数個のハロゲンランプ５４とＳｉウェーハ５０との相対位置を変化させながら熱処理を行うことが可能になるため、Ｓｉウェーハ５０の中心部と外周部との温度差を解消して、ウェーハ温度の面内均一性を確保することができる。従って、上記第１の実施形態のウェーハ１６を偏心自転させるだけの場合と比較すると、公転運動が加わることによってウェーハ温度の面内均一性を更に向上させることができる。
【００６１】
また、回転支持台４０及び回転駆動部４２の回転速度を制御することにより、Ｓｉウェーハ５０の自転及び偏心公転の速度を制御することが可能なため、熱処理期間の長さ等に応じてＳｉウェーハ１８の自転及び偏心公転の速度を調整することにより、たとえ処理期間を変化させる必要が生じた場合においても、その処理期間中を通じてウェーハ温度の面内均一性を維持することができる。
【００６２】
また、熱処理や熱処理の後の冷却を行う際に、雰囲気ガスとしてのＡｒガスの流れに起因する温度分布の不均一性を解消し、ウェーハ温度の面内均一性を確保することが要求されるが、Ｓｉウェーハ５０を自転させつつ偏心公転させてＡｒガスの流れに対するＳｉウェーハ５０の相対位置を変化させることに加え、Ａｒガスがガス導入管３２のシャワー部３４から下方のＳｉウェーハ５０表面に略均等に吹き出すようになっているため、ガス流量制御部によりＡｒガス流量を増加したり、ガス温度制御部を別個に設置して室温より低い温度にＡｒガスを冷却したりしても、容易にウェーハ温度の面内均一性を確保することが可能になる。このことは、上記第１の実施形態の場合と同様に、ガス流量制御部によってＡｒガスの流量を調整したり、ガス温度制御部によってＡｒガス温度を低下したりすることにより、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保しつつ、Ｓｉウェーハ５０の降温速度を制御することが可能であることを意味している。
【００６３】
なお、上記第２の実施形態においては、回転支持台４０の回転によって回転駆動部４２を回転軸Ｌ2 の回りに水平回転させ、回転駆動部４２の回転によって円盤４６及び４つの歯車５２からなる遊星歯車機構を介してウェーハホールダ４８を回転軸Ｌ3 の回りに自公転させることにより、Ｓｉウェーハ５０を自転させつつ偏心公転させるように構成されているが、回転支持台４０の回転軸Ｌ2 と回転駆動部４２の回転軸Ｌ3 とを一致させて、Ｓｉウェーハ５０が自転しつつ単に公転するようにしてもよい。この場合、自転しつつ偏心公転する場合と比較すると、加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が制限されるが、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保するという効果を奏することは可能である。
これとは逆に、Ｓｉウェーハ５０の偏心公転の偏心率を調整する偏心率調整部を設置し、この偏心率調整部により、他の熱処理条件に応じて加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が最適になるようにＳｉウェーハ１８の偏心公転の偏心率を制御してもよい。この場合、加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合の最適化により、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００６４】
また、上記第２の実施形態においては、各ウェーハホールダ４８下に接着された歯車５２の回転に伴い、ウェーハホールダ４８上に搭載したＳｉウェーハ５０をその中心点Ｃ4 を通る回転軸Ｌ4 の回りに自転させるように構成しているが、上記第１の実施形態と同様にして、ウェーハホールダ４８上のＳｉウェーハ５０をその中心点Ｃ4 から僅かに偏位した偏心点を中心として偏心自転させるように構成して、Ｓｉウェーハ５０を偏心自転させつつ偏心公転させるようにしてもよい。この場合、加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合は更に大きくなり、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００６５】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、ＲＴＰ処理装置を用いてＲＴＡ処理を行う場合について説明しているが、ＲＴＡ処理に限定されるものではなく、例えばＲＴＰ処理装置を用いてＲＴＯ処理を行う場合にも本発明を適用することは可能である。このＲＴＯ処理を行う場合、上記第１及び第２の実施形態において使用したＡｒガスの代わりに、Ｏ2 を含む酸化性ガスを雰囲気ガスとして使用すればよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明に係る半導体製造装置によれば、次のような効果を奏することができる。
【００６７】
また、請求項１および２に係る半導体製造装置によれば、ウェーハを偏心自転させる手段を有することにより、単なる自転の場合よりも加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が大きくなるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることができる。
【００６８】
また、請求項３および４に係る半導体製造装置によれば、ウェーハの偏心自転の偏心率を調整する手段を有することにより、他の熱処理条件に応じて加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合を最適にすることが可能になるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることができる。
【００６９】
また、請求項５および６に係る半導体製造装置によれば、ウェーハを偏心公転させる手段を有することにより、単なる公転の場合よりも加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が大きくなるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることができる。
【００７０】
また、請求項７および８に係る半導体製造装置によれば、ウェーハの偏心公転の偏心率を調整する手段を有することにより、他の熱処理条件に応じて加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合を最適にすることが可能になるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係るＲＴＰ処理装置を示す概略断面図である。
【図２】 図１のＲＴＰ処理装置に装填されたウェーハ等を示す平面図である。
【図３】 図１のＲＴＰ処理装置を用いたＲＴＡ処理のタイムチャートを示す図である。
【図４】 本発明の第２の実施形態に係るＲＴＰ処理装置を示す概略断面図である。
【図５】 図４のＲＴＰ処理装置に装填されたウェーハ等を示す平面図である。
【図６】 従来のＲＴＰ処理装置を示す概略断面図である。
【図７】 従来のＲＴＰ処理を行った場合のｐ+ 拡散層のシート抵抗及びポリサイド構造のゲート電極のシート抵抗の面内分布を示すグラフである。
【図８】 従来のＲＴＰ処理を行った場合のｐ+ 拡散層のシート抵抗の面内分布形状を示す鳥瞰図である。
【符号の説明】
１０……ＲＴＰ処理室、１２……ガス導入口、１４……ガス排出部、１６……ウェーハホールダ、１８……ウェーハ、２０……ガードリング、２２……回転伝達部、２４……回転駆動部、２６……ハロゲンランプ、２８……反射板、３０……ＲＴＰ処理室、３２……ガス導入管、３４……シャワー部、３６……ガス導入口、３８……ガス排出部、４０……回転支持台、４２……回転駆動部、４４……回転伝達部、４６……円盤、４８……ウェーハホールダ、５０……ウェーハ、５２……歯車、５４……ハロゲンランプ、５６……反射板、６０……ＲＴＰ処理室、６２……ガス導入口、６４……ガス排出部、６６……ウェーハホールダ、６８……ウェーハ、７０……ガードリング、７２……ハロゲンランプ、７４……反射板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体製造装置に係り、特に急速熱プロセス（ＲＴＰ；Rapid Thermal Process ）を行う半導体装置の製造方法（以下、「ＲＴＰ処理方法」という）及びＲＴＰ処理を行う半導体製造装置（以下、「ＲＴＰ処理装置」という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
次世代の半導体集積回路においては、更なるデバイスサイズの縮小化に伴い、垂直及び水平方向の微細化・集積化が今後ますます重要となってくる。
水平方向の微細化は、より微細なパターンを形成するリソグラフィ技術の改善とこの微細パターンに忠実に加工する微細加工技術の改善とにより達成される。他方、垂直方向の微細化は、必ずしも水平方向の微細化と同様な展開を示すものではない。それは、例えば配線材料を加工して配線抵抗を形成する場合や、絶縁膜材料を加工して層間膜容量を形成する場合において、デバイスの動作速度の高速化の要求と垂直方向のスケーリングの縮小化の要求とが相反するものとなるからである。
【０００３】
但し、拡散層の接合深さに関しては、水平方向及び垂直方向の両方において、ほぼ同じ割合でスケーリングの縮小化が進められている。これは、主にトランジスタの短チャネル効果を抑制しようとする要求を満たすためであるが、将来的には接合深さが更に浅く、且つ拡散層の抵抗が小さいことが要求されるようになるであろう。
【０００４】
このような浅い接合を実現する際に、既存のバッチ式拡散炉を用いた技術の場合、特にその熱処理時間の制約による限界が表面化してきている。そのため、近年においては、ＲＴＰ処理方法を用いて拡散層に注入された不純物イオンを活性化することについての検討が進められている。
ここで、ＲＴＰ処理方法とは、ランプ等の光源からの赤外線の照射により短時間に半導体ウェーハ（以下、「ウェーハ」と略する）を加熱したり、又は冷却したりする技術をいう。従って、このＲＴＰ処理方法を用いることにより、ウェーハは実効的に短時間のみ加熱されるため、拡散層内の各種不純物イオンの注入プロファイルの変化を少なくして、浅い接合を実現することが可能となる。同時に、拡散層内の不純物イオンの活性化率は最高熱処理温度で決定されるため、イオン活性化率を比較的高く維持して、拡散層の低抵抗化を実現することも可能となる。同様に、ゲート電極等の熱処理による低抵抗化を行う際にも、ＲＴＰ処理方法を利用することができる。
このような利点から、次世代の微細デバイスを作製するためには、ＲＴＰ処理方法は必要不可欠なものであると考えられている。
【０００５】
以下、従来のＲＴＰ処理装置を用いたＲＴＰ処理方法を、図６を用いて説明する。ここで、図６は従来のＲＴＰ処理装置を示す概略断面図である。
例えば石英チューブからなるＲＴＰ処理室６０の一方の端には、所定の雰囲気ガスを内部に導入するためのガス導入口６２が設けられ、他方の端には、その雰囲気ガスを外部に排出するためのガス排出部６４が設けられている。
また、ＲＴＰ処理室６０内には、例えば石英からなるウェーハホールダ６６が設置され、その上に例えばＳｉ（シリコン）ウェーハ６８を搭載するようになっている。また、このＳｉウェーハ６８の周囲には、例えばポリシリコン等を材料とするガードリング７０が配置され、Ｓｉウェーハ６８の中央部と周辺部との間に生じるウェーハ温度の不均一を抑制するようになっている。
【０００６】
また、ＲＴＰ処理室６０を上下に挟んで、加熱源としてのハロゲンランプ７２が複数個等間隔をおいて配置されている。そしてこれら複数個のハロゲンランプ７２の背後には、各ハロゲンランプ７２を焦点とする放物面形状をなす反射板７４が設置され、ＲＴＰ処理室６０内のウェーハホールダ６６上に搭載されたＳｉウェーハ６８表面に向かうハロゲンランプ７２の反射光が略平行光になるようにしている。
【０００７】
次に、図６のＲＴＰ処理装置を用いたＲＴＰ処理方法について述べる。
先ず、ガス導入口６２からＲＴＰ処理室６０内に雰囲気ガスの導入を開始した後、このＲＴＰ処理室６０内に、Ｓｉウェーハ６８を搭載したウェーハホールダ６６をローディング（loading ）する。
次いで、複数個のハロゲンランプ７２のスイッチをオン（ＯＮ）にして、ＲＴＰ処理室６０内のウェーハホールダ６６上に搭載したＳｉウェーハ６８を加熱し、その昇温を開始する。このとき、複数個のハロゲンランプ７２の強力な発熱によってＲＴＰ処理装置の本質的な特徴である急峻な温度上昇が可能であるため、ウェーハ温度は室温から所定の処理温度に急速に上昇する。そしてウェーハ温度が所定の処理温度に到達した段階で、目的とする熱処理を開始する。この熱処理は、必要に応じて所望の時間行う。
【０００８】
次いで、所望の処理時間が経過した時点で、熱処理を終了する。同時に、複数個のハロゲンランプ７２のスイッチをオフ（ＯＦＦ）にして、Ｓｉウェーハ６８の冷却を開始する。そしてウェーハ温度が所定の処理温度から室温に達した時点で、Ｓｉウェーハ６８の降温を終了する。
次いで、ＲＴＰ処理室６０内からＳｉウェーハ６８を搭載したウェーハホールダ６６をアンローディング（unloading ）した後、このウェーハホールダ６６上から、所定の熱処理を施したＳｉウェーハ６８を取り出す。そしてＲＴＰ処理室６０内に流している雰囲気ガスの導入を停止する。こうして、ＲＴＰ処理を完了する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＲＴＰ処理装置を用いたＲＴＰ処理方法には、以下に示す幾つかのＲＴＰ処理装置等に起因するウェーハ面内における温度分布の不均一性という問題点がある。
【００１０】
（１）ランプの形状を反映した温度分布の不均一性。
ＲＴＰ処理装置の加熱源としては、上述のように、一般に直線形状のハロゲンランプが使用される。そしてウェーハ全体を均等に加熱するために、直線形状のハロゲンランプを短冊状に配置して加熱を行っているが、この短冊状に配置されたハロゲンランプの形状を反映した温度分布がウェーハ面内に観測されるという問題もある。
勿論、ハロゲンランプの後方にはハロゲンランプを焦点とする放物面形状の反射板が配置され、ウェーハ表面上へは略平行なランプ光が照射されるように工夫されてはいるが、ハロゲンランプには有限の大きさがあるため、ウェーハ表面においてランプ光密度を完全に均一化することは不可能である。
なお、ハロゲンランプの配置や形状を工夫して、ウェーハの表面温度の均一性を向上させようとする試みも行われている。しかし、同一工程において同時に製造されたハロゲンランプであってもその特性が個々に微妙に異なっているのが通例であるため、幾つかのハロゲンランプを組合せて配置する場合、ウェーハ温度を均一化することが困難であるという問題がある。また、ハロゲンランプは消耗品であり、たとえ初期特性が同一であっても劣化曲線は個々に微妙に異なっているのが通例であるため、ハロゲンランプの個々に異なる劣化によりウェーハ温度の均一性が悪化してしまうという問題もある。
【００１１】
（２）ウェーハが有限の大きさを有することに起因する温度分布の不均一性。
ウェーハ外周は、通常、室温のガス雰囲気と接するために、中央部分に比べて冷却され易く、そのために温度が低くなる傾向にある。そしてこのウェーハ面内における温度勾配はウェーハ外周ほど大きくなり易く、従ってウェーハ外周部にスリップラインが発生するという問題があった。
この問題に対して、ウェーハ外周にガードリングを配置することによりスリップラインの発生を抑制しようとする技術が開発されている。しかしながら、このガードリングの設置は、被加熱物の熱容量を増加させるために急俊な温度制御の追随性が悪くなり、熱処理温度や熱処理時間によっては逆にウェーハ外周部分の方が実効的な熱処理量の増加を招いてしまうという問題も生じる。
【００１２】
（３）雰囲気ガスの流れに起因する温度分布の不均一性。
ＲＴＰ処理の種類としては、いわゆるＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）処理やＲＴＯ（Rapid Thermal Oxidation ）処理等がある。そして例えばＳｉ基板中に注入した不純物イオンを活性化するための熱処理や、Ｔｉ（チタン）等の高融点金属層をシリサイド化するための熱処理等を行うＲＴＡ処理の場合には、通常、Ｎ2 （窒素）やＡｒ（アルゴン）等の不活性ガス雰囲気中において処理されるが、急速酸化を行うＲＴＯ処理の場合には、Ｏ2 （酸素）を含む酸化性ガス雰囲気中において処理される。いずれの場合も、雰囲気ガスの流れは一般に導入口から排出口に向かう所定の方向に定まっている場合が多く、その場合、この一定方向に流れる雰囲気ガスの冷却効果により、その雰囲気ガスの流量や温度に応じてウェーハ面内に温度差が生じてしまうという問題があった。
【００１３】
このようなＲＴＰ処理におけるウェーハ面内における温度分布の不均一性は、本発明者が行った実験によっても裏付けられた。
例えば、雰囲気ガスの温度を変化させてＲＴＡ処理を行い、直径８インチのウェーハにおけるｐ+ 拡散層のシート抵抗及びＷＳｉｘ（タングステン・シリサイド）層とポリシリコン層を積層したポリサイド構造のゲート電極のシート抵抗の面内均一性を評価したところ、図７のグラフに示す分布となった。両シート抵抗は、温度以外にも、不純物濃度（ｐ+ 拡散層の場合）や膜厚（ＷＳｉｘの場合）によっても変化するが、両シート抵抗の変化の仕方が同じなので、ウェーハ面内（のチップ位置）によって温度が異なるのがシート抵抗の分布の原因と考えられる。この場合、ウェーハ内の測定したチップの部分の温度が瞬間的に何度にまで上昇したかは不明であるが、実効的には８インチ・ウェーハの有効チップ領域内において、その温度分布に約３０℃の温度差が認められる。
また、このときのｐ+ 拡散層のシート抵抗の面内分布形状をとると、図８の鳥瞰図（Bird's-eye View ）に示すようになった。このｐ+ 拡散層のシート抵抗の面内分布形状からは、並列に配置されている直線状のハロゲンランプの形状の影響と明らかに考えられる形状が得られる。
【００１４】
また、ＲＴＰ処理におけるウェーハ面内の温度分布について論じている文献によれば、８インチ・ウェーハ面内における温度分布の実測値及び計算結果において４０〜５０℃の温度差を有することが報告されている（Karson L. Knutson,etal., "Modeling of Tree-Dimensional Effects on Temperature Uniformity in Rapid Thermal Processing of Eight Inch Wafers",IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUFACTURING,VOL.7,No.1,Feb.1994 参照）。
従って、このようなＲＴＰ処理におけるウェーハ面内の温度分布の不均一性が今後改善されなければ、現在より更に低温のＲＴＰ処理方法を採用する場合や、使用するウェーハを大口径化する場合、ＲＴＰ処理方法を適用したデバイス特性のバラツキが更に大きくなるおそれが強い。
【００１５】
更にまた、ＲＴＰ処理方法の抱えるもう一つの問題点として、ウェーハの降温特性の制御の問題がある。
即ち、ＲＴＰ処理方法においては、例えば強力な出力のハロゲンランプを用いることにより昇温時に急俊に温度を上昇させることは容易に可能であるが、降温時においては、ハロゲンランプをオフにしてウェーハの自然冷却に任せているのが現状である。特にウェーハの温度分布の面内均一性を向上させるためにガードリングを装着した場合には、ウェーハ全体としての熱容量が増加することから、ハロゲンランプのオフ後も直ぐにはウェーハは冷却されない。このため、ウェーハの降温時においては、極めて短時間の熱処理の制御が困難になるという問題があった。これに対して、降温時に大量の雰囲気ガスを流すことによってウェーハを急冷することも考えられるが、単なる大量のガス流による急冷の場合、ガス流のパターンに応じてウェーハの降温時の温度分布が極端に不均一化するという問題が生じる。
従って、以上述べた状況下においては、ＲＴＰ処理における実効的な温度のウェーハ面内均一性を向上させることが次世代の微細デバイスを作製するに当って必要とされ始めている。
【００１６】
なお、このようなＲＴＰ処理におけるウェーハ温度の面内均一性を向上させるために、種々の提案がなされている。
例えば特開平４−２８６３１９号の「ハロゲンランプ及び熱処理炉」においては、加熱源としてのハロゲンランプの筒状管内にそれぞれ発熱部の位置が異なる３本のタングステン線を封入することにより、ハロゲンランプの長手方向に沿う温度分布を調整可能にすると共に、このようなハロゲンランプをその長手方向が熱処理炉本体の前後方向に対して直角となるような配置関係でもって熱処理炉本体の前後方向に多数配列することにより、熱処理炉の前後間及び左右間の温度分布の容易に調整できるようにして、熱処理炉内に挿入したウェーハ面内における温度分布の均一化を実現しようとしている。
【００１７】
しかし、本提案のように加熱源としてのランプを工夫する手法は、既に述べたように、各ランプ間の製造上の特性ばらつきが大きいことや、消耗品であることによる劣化曲線が個々に異なるという問題がある。こうした一般的な問題に加えて、本提案に係るハロゲンランプは、その筒状管内に３本のタングステン線を封入しているため、新しいハロゲンランプに交換する度に温度制御のパラメータの設定を行う必要が生じる。しかもこの場合、本当に温度が均一化されているかを評価することは困難であり、また一度パラメータを適切に設定してもその後の経時変化に適宜対処することは殆ど不可能である。従って、本提案はハロゲンランプの温度制御のパラメータが多く、これらのパラメータを制御・維持することが困難であるという問題がある。
【００１８】
更に、その筒状管内に３本のタングステン線を封入しているハロゲンランプを実際に製造するとなると、その製造コストが大きくなることを無視できず、その結果、ＲＴＰ処理装置の製造コストも大きくなる。従って、本提案はハロゲンランプの製造コストの上昇、引いてはＲＴＰ処理装置の製造コストの上昇を招くという問題がある。
【００１９】
また、特開平７−３２６５７８号の「薄膜製造装置」においては、ウェーハの局所を直接加熱する加熱源として例えばＹＡＧレーザ、又はハロゲンランプやキセノンアークランプ等を用い、こうした加熱源をウェーハの半径方向に走査しつつ、同時にウェーハを回転させることにより、ウェーハ上をまんべんなく加熱して、高い制御精度をもって熱分布の均一化を実現しようとしている。
しかし、現在使用可能な加熱源において、レーザはハロゲンランプ等と比較してそのコストが非常に高い。このため、レーザによる加熱は、レーザでなければ不可能な用途、例えば数ｍ秒の短時間の加熱や局所的な加熱等の場合に限って行われているのが通例である。従って、本提案は、加熱源として例えばレーザを用いる場合には、装置の製造コストの上昇を招くという問題がある。
【００２０】
また、加熱源としてハロゲンランプやキセノンアークランプ等を用いる場合、これらのランプの一次光は放射状に進むため、レンズを用いて集光し、且つ光路を変更する等の操作を行う必要がある。そしてこうした操作を行う度にランプ光が減衰していく。従って、本提案は、加熱源として例えばハロゲンランプやキセノンアークランプ等を用いる場合には、ランプ光による加熱効率が低下するという問題がある。
【００２１】
そこで本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、ＲＴＰ処理を行う際に、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保することができる半導体製造装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の本発明に係る半導体製造装置によって達成される。
【００２３】
請求項１に係る半導体製造装置は、急速熱プロセスを行う半導体製造装置であって、所定の雰囲気ガス中において、加熱源と半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段を有し、前記加熱源と半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段が、ウェーハを偏心自転させる手段であるように構成されていることにより、単なる自転の場合よりも加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が大きくなるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００２４】
また、請求項２に係る半導体製造装置は、急速熱プロセスを行う半導体製造装置であって、所定の雰囲気ガス中において、加熱源と半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段を有し、前記加熱源と半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段が、前記半導体ウェーハを偏心自転させつつ公転させる手段であるように構成されていることにより、単なる自転の場合よりも加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が大きくなるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００２５】
また、請求項３に係る半導体製造装置は、上記請求項１に係る半導体製造装置において、および請求項４に係る半導体製造装置は上記請求項２に係る半導体製造装置において、ウェーハの偏心自転の偏心率を調整する手段を有するように構成されていることにより、他の熱処理条件に応じて加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合を最適にすることが可能になるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００２６】
また、請求項５に係る半導体製造装置は、急速熱プロセスを行う半導体製造装置であって、所定の雰囲気ガス中において、前記加熱源と前記半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段が、ウェーハを偏心公転させる手段であるように構成されていることにより、単なる公転の場合よりも加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が大きくなるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００２７】
また、請求項６に係る半導体製造装置は、急速熱プロセスを行う半導体製造装置であって、所定の雰囲気ガス中において、前記加熱源と前記半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段が、ウェーハを偏心公転させる手段であるように構成されていることにより、単なる公転の場合よりも加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が大きくなるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００２８】
また、請求項７に係る半導体製造装置は、上記請求項５に係る半導体製造装置において、および請求項８に係る半導体製造装置は上記請求項５に係る半導体製造装置において、ウェーハの偏心公転の偏心率を調整する手段を有するように構成されていることにより、他の熱処理条件に応じて加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合を最適にすることが可能になるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るＲＴＰ処理装置を示す概略断面図、図２は図１のＲＴＰ処理装置に装填されたウェーハ等を示す平面図、図３は図１のＲＴＰ処理装置を用いたＲＴＡ処理のタイムチャートを示す図である。
図１に示すように、例えば石英チューブからなるＲＴＰ処理室１０の一方の端には、所定の雰囲気ガスを内部に導入するためのガス導入口１２が設けられ、他方の端には、その雰囲気ガスを外部に排出するためのガス排出部１４が設けられている。なお、図示はしないが、ガス導入口１２の前段には、ガス導入口１２からＲＴＰ処理室１０内に導入する雰囲気ガスの流量を調整するガス流量制御部が設置されている。
【００３０】
また、ＲＴＰ処理室１０内には、例えば石英からなるウェーハホールダ１６が設置され、その上に例えばＳｉウェーハ１８を搭載するようになっている。また、Ｓｉウェーハ１８の周囲には、例えばポリシリコン等を材料とするガードリング２０が配置され、Ｓｉウェーハ１８の中央部と周辺部との間に生じるウェーハ温度の不均一を抑制するようになっている。
【００３１】
また、ウェーハホールダ１６は、回転伝達部２２を介して回転駆動部２４に接続され、回転駆動部２４によって図中に破線で示す回転軸Ｌ1 の回りを水平回転すると共に、その回転速度を制御するようになっている。
そしてこのウェーハホールダ１６の水平回転の回転軸Ｌ1 は、図２に示すように、ウェーハホールダ１６上のＳｉウェーハ１８の中心点Ｃ1 を通るのではなく、例えばＳｉウェーハ１８のオリエンテーションフラットの反対側に僅かに偏位した偏心点Ｃ2 を通っている。このため、ウェーハホールダ１６の水平回転に伴い、ウェーハホールダ１６上に搭載されたＳｉウェーハ１８は偏心点Ｃ2 を中心として偏心自転することになる。
【００３２】
また、ＲＴＰ処理室１０を上下に挟んで、例えば直線形状のハロゲンランプ２６が加熱源として複数個等間隔をおいて短冊状に配置されている。そしてこれら複数個のハロゲンランプ２６の背後には、各ハロゲンランプ２６を焦点とする放物面形状をなす反射板２８が設置され、ＲＴＰ処理室１０内のウェーハホールダ１６上に搭載されたＳｉウェーハ１８表面に向かうハロゲンランプ２６の反射光が略平行光になるようにしている。なお、ハロゲンランプ２６の代わりに、例えばキセノンランプ等を加熱源として用いてもよい。
【００３３】
次に、図１のＲＴＰ処理装置を用いたＲＴＡ処理方法を、図３のタイムチャートの時間軸ｔに沿って説明する。
（１）雰囲気ガスの導入開始（時刻ｔ1 ）
ガス導入口１２からＲＴＰ処理室１０内に、雰囲気ガスとして例えばＡｒガスの導入を開始する。このとき、Ａｒガスの流量は例えば０．５ｓｌｍとし、その温度は室温とする。なお、Ａｒガスの代わりに、例えばＨｅガスやＮ2 ガス等の不活性ガスを雰囲気ガスとして使用してもよい。
【００３４】
（２）ウェーハの装填（時刻ｔ2 ）
ウェーハホールダ１６上にＳｉウェーハ１８を搭載した後、Ｓｉウェーハ１８を搭載したウェーハホールダ６６をＲＴＰ処理室１０内にローディングする。
通常の場合は、Ｓｉウェーハ１８をウェーハホールダ１６上に特に固定する必要はない。但し、Ｓｉウェーハ１８の自転速度が高速になるなどの理由により、Ｓｉウェーハ１８をウェーハホールダ１６上に固定する必要が生じた場合において、略大気圧下でＲＴＡ処理を行うときは真空チャックを用いて固定すればよいし、減圧下でＲＴＡ処理を行うときは静電チャックを用いて固定すればよい。
【００３５】
（３）ウェーハの自転開始（時刻ｔ3 ）
回転駆動部２４により、回転伝達部２２を介してウェーハホールダ１６を水平回転させる。このウェーハホールダ１６の水平回転の回転軸Ｌ1 は、Ｓｉウェーハ１８の中心点Ｃ1 ではなく僅かに偏位した偏心点Ｃ2 を通っているため、ウェーハホールダ１６の水平回転に伴い、Ｓｉウェーハ１８は偏心点Ｃ2 を中心とする偏心自転を開始する。このとき、Ｓｉウェーハ１８の自転速度は例えば６０ｒｐｍ程度、即ち毎秒１回転する程度の速度とする。
【００３６】
（４）ウェーハの昇温開始（時刻ｔ4 ）
複数個のハロゲンランプ２６のスイッチをオンにして、ＲＴＰ処理室１０内のウェーハホールダ１６上に搭載したＳｉウェーハ１８を加熱し、その昇温を開始する。このとき、高出力のハロゲンランプ２６の強力な発熱光によってＲＴＰ処理装置の本質的な特徴である急峻な温度上昇が可能であるため、ウェーハ温度は室温から所定の処理温度に急速に上昇する。
【００３７】
（５）熱処理開始（時刻ｔ5 ）
ウェーハ温度が所定の処理温度に到達した段階で、目的とする熱処理を開始する。この熱処理は、必要に応じて所望の時間行えばよいが、ここでは処理時間を例えば１０秒程度とする。
【００３８】
（６）熱処理終了（時刻ｔ6 ）
所望の処理時間が経過した時点で、熱処理を終了する。同時に、複数個のハロゲンランプ２６のスイッチをオフにし、Ｓｉウェーハ１８の冷却を開始する。このとき、ガス流量制御部（図示省略）により、ＲＴＰ処理室１０内に流しているＡｒガスの流量をそれまでの０．５ｓｌｍから例えば５ｓｌｍに大幅に増加し、Ｓｉウェーハ１８の降温速度を加速する。
【００３９】
（７）ウェーハの降温終了（時刻ｔ7 ）
流量を０．５ｓｌｍから５ｓｌｍに増加した大量のＡｒガス流により、ウェーハ温度は所定の処理温度から急速に下降し、室温に達した時点で、Ｓｉウェーハ１８の降温が終了する。
【００４０】
（８）ウェーハの自転終了（時刻ｔ8 ）
回転駆動部２４によるウェーハホールダ１６の水平回転を停止して、Ｓｉウェーハ１８の偏心自転を停止する。同時に、ＲＴＰ処理室１０内に流しているＡｒガスの流量を降温時の５ｓｌｍから元の０．５ｓｌｍに減少する。
【００４１】
（９）ウェーハの取り出し（時刻ｔ9 ）
ＲＴＰ処理室１０内からＳｉウェーハ１８を搭載したウェーハホールダ１６をアンローディングした後、このウェーハホールダ１６上から、所定の熱処理を施したＳｉウェーハ１８を取り出す。
【００４２】
（１０）雰囲気ガスの導入停止（時刻ｔ10）
ＲＴＰ処理室１０内に流しているＡｒガスの導入を停止する。こうしてＲＴＡ処理を完了する。
【００４３】
以上のように本実施形態によれば、ＲＴＰ処理装置には、回転伝達部２２を介してウェーハホールダ１６を水平回転させる回転駆動部２４が設置され、この回転駆動部２４によるウェーハホールダ１６の水平回転に伴い、このウェーハホールダ１６の上に搭載したＳｉウェーハ１８をその中心点Ｃ1 から僅かに偏位した偏心点Ｃ2 を中心として偏心自転させるように構成されていることにより、ＲＴＡ処理の際に、Ｓｉウェーハ１８を例えば自転速度６０ｒｐｍ程度で偏心自転させて、加熱源としての複数個のハロゲンランプ２６とＳｉウェーハ１８との相対位置を変化させながら熱処理を行うことが可能になるため、例えば複数個の直線形状のハロゲンランプ２６が短冊状に配置されている加熱源の形状を反映した温度分布の不均一性等を解消して、ウェーハ温度の面内均一性を確保することができる。また、複数個のハロゲンランプ２６のうちのある特定のハロゲンランプが他のハロゲンランプランプと微妙に異なる特性を有している場合においても、また異なる劣化曲線を有し、劣化の度合いが異なる場合においても、こうした複数個のハロゲンランプ２６間の差異に起因する温度分布の均一性の悪化を抑制することができる。
【００４４】
また、回転駆動部２４の回転速度を制御して、Ｓｉウェーハ１８の自転速度を制御することが可能なため、熱処理期間の長さ等に応じてＳｉウェーハ１８の自転速度を調整することにより、たとえ処理期間を変化させる必要が生じた場合においても、その処理期間中を通じてウェーハ温度の面内均一性を維持することができる。
【００４５】
また、熱処理を行う際、雰囲気ガスとして例えば流量０．５ｓｌｍのＡｒガスをガス導入口１２からガス排出部１４に向かって一定方向に流しても、Ｓｉウェーハ１８を偏心自転させることにより、Ａｒガスの一定方向の流れに対してもＳｉウェーハ１８の相対位置を変化させることが可能になるため、雰囲気ガスとしてのＡｒガスの流れに起因する温度分布の不均一性を解消し、ウェーハ温度の面内均一性を確保することが可能になる。
【００４６】
また、熱処理の後のＳｉウェーハ１８を冷却する際に、ガス流量制御部によりＲＴＰ処理室１０内に流しているＡｒガスの流量を０．５ｓｌｍから５ｓｌｍに増加し、ウェーハ温度を所定の処理温度から室温にまで急冷することが可能になる。こうした大量のＡｒ流によりＳｉウェーハ１８を急冷する場合においても、Ｓｉウェーハ１８の偏心自転によってＡｒガスの流れに対するＳｉウェーハ１８の相対位置を変化させることにより、大量のＡｒガスの流れに起因する温度分布の不均一性を解消することが可能になるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保することができる。このことは、ガス流量制御部によってＡｒガスの流量を調整することにより、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保しつつ、Ｓｉウェーハ１８の降温速度を制御することが可能であることを意味している。
【００４７】
なお、上記第１の実施形態においては、熱処理の後のＳｉウェーハ１８を降温する際に、室温のＡｒガスの流量を０．５ｓｌｍから５ｓｌｍに増加してＳｉウェーハ１８を急冷する場合にも、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保することができることについて述べたが、単に雰囲気ガスを大量に流すことによりＳｉウェーハ１８を急冷する手法のみならず、冷却された雰囲気ガスを流すことによりＳｉウェーハ１８を急冷する手法を採ることも可能である。
即ち、ガス導入口１２の前段に、ＲＴＰ処理室１０内に導入する雰囲気ガスの温度を調整するガス温度制御部を設置し、熱処理が終了した時点（時刻ｔ6 ）で、ガス温度制御部によって室温より低い温度に冷却したＡｒガスをＲＴＰ処理室１０内に流すようにする。こうして、室温より低温に冷却したＡｒガスを流すことにより、ウェーハ温度を所定の処理温度から室温にまで急冷する場合においても、Ｓｉウェーハ１８の偏心自転によってＡｒガスの流れに対するＳｉウェーハ１８の相対位置を変化させることにより、冷却したＡｒガスの流れに起因する温度分布の不均一性を解消することが可能になるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保することができる。このことは、ガス温度制御部によってＡｒガスの温度を調整することにより、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保しつつ、Ｓｉウェーハ１８の降温速度を制御することが可能であることを意味している。
【００４８】
更に、上記２つの手法を組み合わせ、冷却された雰囲気ガスを大量に流すことによりＳｉウェーハ１８を急冷する手法を採ることも可能である。即ち、熱処理が終了した時点（時刻ｔ6 ）で、ガス温度制御部によってＡｒガスを室温より低温に冷却すると共に、この冷却したＡｒガスの流量をガス流量制御部によって増加することにより、ウェーハ温度を所定の処理温度から室温にまで急冷することが可能である。こうした大量の冷却したＡｒ流によりＳｉウェーハ１８を急冷する場合においても、Ｓｉウェーハ１８の偏心自転によってＡｒガスの流れに対するＳｉウェーハ１８の相対位置を変化させることにより、大量の冷却したＡｒガスの流れに起因する温度分布の不均一性を解消することが可能になるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保することができる。
【００４９】
また、上記第１の実施形態においては、ウェーハホールダ１６の水平回転に伴ってその上に搭載したＳｉウェーハ１８をその中心点Ｃ1 から僅かに偏位した偏心点Ｃ2 を中心として偏心自転させるように構成されているが、ウェーハホールダ１６の水平回転の中心軸Ｌ1 がＳｉウェーハ１８の中心点Ｃ1 を通るようにして、Ｓｉウェーハ１８の中心点Ｃ1 を中心として単なる自転をするようにしてもよい。この場合、偏心自転と比較すると、加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が制限されるが、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保するという効果を奏することは可能である。
【００５０】
これとは逆に、Ｓｉウェーハ１８の偏心自転の偏心率を調整する偏心率調整部を設置し、この偏心率調整部により、他の熱処理条件に応じて加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が最適になるようにＳｉウェーハ１８の偏心自転の偏心率を制御してもよい。この場合、加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合の最適化により、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００５１】
（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態に係るＲＴＰ処理装置を示す概略断面図、図５は図４のＲＴＰ処理装置に装填されたウェーハ等を示す平面図である。
例えば石英チャンバからなるＲＴＰ処理室３０内の上部には、ガス導入管３２が設置されている。そしてこのガス導入管３２には、多数の孔が下向きに開口されたシャワー部３４が設けられ、ガス導入口３６から導入された所定の雰囲気ガスが多数の孔からＲＴＰ処理室３０内に下向きに吹き出すようになっている。また、ＲＴＰ処理室３０の下端部には、ＲＴＰ処理室３０内の雰囲気ガスを外部に排出するためのガス排出部３８が設けられている。なお、図示はしないが、ガス導入口３６の前段には、ＲＴＰ処理室３０内に導入する雰囲気ガスの流量を調整するガス流量制御部が設置されている。
【００５２】
また、ＲＴＰ処理室３０内には、回転支持台４０が設置され、その中心を通る回転軸Ｌ2 の回りに水平回転するようになっている。また、この回転支持台４０上には、回転軸Ｌ2 から僅かに偏位した位置に回転駆動部４２が取り付けられ、この回転駆動部４２により、回転伝達部４４を介して円盤４６をその中心点Ｃ3を通る回転軸Ｌ3 の回りに水平回転させると共に、その回転速度を制御するようになっている。
【００５３】
また、円盤４６の外周に沿って、４つのウェーハホールダ４８が一定の間隔をおいて配置され、各ウェーハホールダ４８上にそれぞれＳｉウェーハ５０を搭載するようになっている。そしてウェーハホールダ４８上に搭載されたＳｉウェーハ５０は、ガス導入管３２のシャワー部３４下方に位置するようになっている。また、各ウェーハホールダ４８下には、それぞれ歯車５２が接着されており、この歯車５２の回転に伴い、ウェーハホールダ４８がその中心点Ｃ4 を通る回転軸Ｌ4 の回りに水平回転するようになっている。
【００５４】
また、円盤４６の外周面には歯車５２のピッチと同一ピッチの凹凸が刻まれており、円盤４６の回転に伴ってその外周を歯車５２が自転しつつ公転するようになっている。即ち、これらの円盤４６及び４つの歯車５２は、いわゆる差動歯車機構（Differential gearing）のうちの遊星歯車機構（Planetary gearing ）を構成し、円盤４６がいわゆる太陽歯車に相当し、４つの歯車５２がいわゆる遊星歯車に相当するようになっている。
従って、回転駆動部４２の回転によって円盤４６が回転軸Ｌ3 の回りに水平回転すると、この円盤４６の外周に沿って歯車５２、即ちウェーハホールダ４８が自転しつつ公転する。また、回転駆動部４２自体が、回転支持台４０の回転によって回転軸Ｌ2 の回りに水平回転する。そしてこれらの回転運動が複合されて、ウェーハホールダ４８上に装填されたＳｉウェーハ５０が自転しつつ偏心公転することになる。
【００５５】
また、ＲＴＰ処理室３０上には、例えば直線形状のハロゲンランプ５４が複数個等間隔をおいて短冊状に配置されている。そしてこれら複数個のハロゲンランプ５４の背後には、各ハロゲンランプ５４を焦点とする放物面形状をなす反射板５６が設置され、ＲＴＰ処理室３０内のウェーハホールダ４８上に搭載されたＳｉウェーハ５０表面に向かってハロゲンランプ５４の反射光が略平行光になるようにしている。
【００５６】
次に、図４のＲＴＰ処理装置を用いたＲＴＡ処理方法を説明するが、上記図３のタイムチャートの時間軸ｔに沿って説明した第１の実施形態の場合とほぼ同様であるため、共通する点の説明は簡略にし、異なる点のみ重点的に説明する。
（１）雰囲気ガスの導入開始、及び（２）ウェーハの装填の各ステップは、上記第１の実施形態の場合とほぼ同様に行う。なお、この場合の雰囲気ガスとしてのＡｒガスの流量は、ＲＴＰ処理室３０の大きさ等を考慮して適切に設定する。また、上記第１の実施形態の場合と同様に、Ａｒガスの代わりに、例えばＨｅガスやＮ2 ガス等の不活性ガスを雰囲気ガスとして使用してもよい。
【００５７】
次いで、上記第１の実施形態の場合の（３）ウェーハの自転開始のステップの代わりに、（３）ウェーハの自公転開始のステップを行う。即ち、回転支持台４０の回転によって回転駆動部４２を回転軸Ｌ2 の回りに水平回転させると共に、この回転駆動部４２自体の回転によって円盤４６を回転軸Ｌ3 の回りに水平回転させ、この円盤４６の外周に沿って４つのウェーハホールダ４８を自転させつつ公転させる。こうして、ウェーハホールダ４８上に装填されたＳｉウェーハ５０をその中心点Ｃ4 を通る回転軸Ｌ4 の回りに自転させつつ回転軸Ｌ2 の回りに偏心公転させる。なお、このときの回転支持台４０及び回転駆動部４２の各回転速度は、ウェーハ温度の面内均一性を確保することができる範囲内で適切に設定する。
【００５８】
次いで、（４）ウェーハの昇温開始、（５）熱処理開始、（６）熱処理終了、及び（７）ウェーハの降温終了の各ステップは、それぞれ上記第１の実施形態の場合とほぼ同様に行う。なお、処理温度及び処理時間は、処理目的に応じて適切に設定し、また冷却時のＡｒガスの増量は、ウェーハ温度の面内均一性を確保することができる範囲内で適切に行う。
次いで、上記第１の実施形態の場合の（８）ウェーハの自転終了のステップの代わりに、（８）ウェーハの自公転終了のステップを行う。即ち、回転支持台４０の回転及び回転駆動部４２自体の回転を停止し、Ｓｉウェーハ５０の自転及び偏心公転を停止する。
次いで、（９）ウェーハの取り出し、及び（１０）雰囲気ガスの導入停止の各ステップは、それぞれ上記第１の実施形態の場合とほぼ同様に行う。
【００５９】
以上のように本実施形態によれば、ＲＴＰ処理装置には、円盤４６及び４つの歯車５２からなる遊星歯車機構を介してウェーハホールダ４８を回転軸Ｌ3 の回りに自公転させる回転駆動部４２並びにこの回転駆動部４２を回転軸Ｌ2 の回りに水平回転させる回転支持台４０が設置され、ウェーハホールダ４８上に搭載したＳｉウェーハ５０を自転させつつ偏心公転させるように構成されていることにより、ＲＴＡ処理の際に、Ｓｉウェーハ５０を自転させつつ偏心公転させて、加熱源としての複数個のハロゲンランプ５４とＳｉウェーハ５０との相対位置を変化させながら熱処理を行うことが可能になるため、例えば複数個の直線形状のハロゲンランプ５４が短冊状に配置されている加熱源の形状を反映した温度分布の不均一性等を解消して、ウェーハ温度の面内均一性を確保することができる。また、複数個のハロゲンランプ５４のうちのある特定のハロゲンランプが他のハロゲンランプランプと微妙に異なる特性を有している場合においても、また異なる劣化曲線を有し、劣化の度合いが異なる場合においても、こうした複数個のハロゲンランプ５４間の差異に起因する温度分布の均一性の悪化を抑制することができる。
【００６０】
また、ＲＴＡ処理の際に、Ｓｉウェーハ５０を偏心公転させ、加熱源としての複数個のハロゲンランプ５４とＳｉウェーハ５０との相対位置を変化させながら熱処理を行うことが可能になるため、Ｓｉウェーハ５０の中心部と外周部との温度差を解消して、ウェーハ温度の面内均一性を確保することができる。従って、上記第１の実施形態のウェーハ１６を偏心自転させるだけの場合と比較すると、公転運動が加わることによってウェーハ温度の面内均一性を更に向上させることができる。
【００６１】
また、回転支持台４０及び回転駆動部４２の回転速度を制御することにより、Ｓｉウェーハ５０の自転及び偏心公転の速度を制御することが可能なため、熱処理期間の長さ等に応じてＳｉウェーハ１８の自転及び偏心公転の速度を調整することにより、たとえ処理期間を変化させる必要が生じた場合においても、その処理期間中を通じてウェーハ温度の面内均一性を維持することができる。
【００６２】
また、熱処理や熱処理の後の冷却を行う際に、雰囲気ガスとしてのＡｒガスの流れに起因する温度分布の不均一性を解消し、ウェーハ温度の面内均一性を確保することが要求されるが、Ｓｉウェーハ５０を自転させつつ偏心公転させてＡｒガスの流れに対するＳｉウェーハ５０の相対位置を変化させることに加え、Ａｒガスがガス導入管３２のシャワー部３４から下方のＳｉウェーハ５０表面に略均等に吹き出すようになっているため、ガス流量制御部によりＡｒガス流量を増加したり、ガス温度制御部を別個に設置して室温より低い温度にＡｒガスを冷却したりしても、容易にウェーハ温度の面内均一性を確保することが可能になる。このことは、上記第１の実施形態の場合と同様に、ガス流量制御部によってＡｒガスの流量を調整したり、ガス温度制御部によってＡｒガス温度を低下したりすることにより、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保しつつ、Ｓｉウェーハ５０の降温速度を制御することが可能であることを意味している。
【００６３】
なお、上記第２の実施形態においては、回転支持台４０の回転によって回転駆動部４２を回転軸Ｌ2 の回りに水平回転させ、回転駆動部４２の回転によって円盤４６及び４つの歯車５２からなる遊星歯車機構を介してウェーハホールダ４８を回転軸Ｌ3 の回りに自公転させることにより、Ｓｉウェーハ５０を自転させつつ偏心公転させるように構成されているが、回転支持台４０の回転軸Ｌ2 と回転駆動部４２の回転軸Ｌ3 とを一致させて、Ｓｉウェーハ５０が自転しつつ単に公転するようにしてもよい。この場合、自転しつつ偏心公転する場合と比較すると、加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が制限されるが、ウェーハ面内における温度分布の均一性を確保するという効果を奏することは可能である。
これとは逆に、Ｓｉウェーハ５０の偏心公転の偏心率を調整する偏心率調整部を設置し、この偏心率調整部により、他の熱処理条件に応じて加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が最適になるようにＳｉウェーハ１８の偏心公転の偏心率を制御してもよい。この場合、加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合の最適化により、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００６４】
また、上記第２の実施形態においては、各ウェーハホールダ４８下に接着された歯車５２の回転に伴い、ウェーハホールダ４８上に搭載したＳｉウェーハ５０をその中心点Ｃ4 を通る回転軸Ｌ4 の回りに自転させるように構成しているが、上記第１の実施形態と同様にして、ウェーハホールダ４８上のＳｉウェーハ５０をその中心点Ｃ4 から僅かに偏位した偏心点を中心として偏心自転させるように構成して、Ｓｉウェーハ５０を偏心自転させつつ偏心公転させるようにしてもよい。この場合、加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合は更に大きくなり、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることが可能になる。
【００６５】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、ＲＴＰ処理装置を用いてＲＴＡ処理を行う場合について説明しているが、ＲＴＡ処理に限定されるものではなく、例えばＲＴＰ処理装置を用いてＲＴＯ処理を行う場合にも本発明を適用することは可能である。このＲＴＯ処理を行う場合、上記第１及び第２の実施形態において使用したＡｒガスの代わりに、Ｏ2 を含む酸化性ガスを雰囲気ガスとして使用すればよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明に係る半導体製造装置によれば、次のような効果を奏することができる。
【００６７】
また、請求項１および２に係る半導体製造装置によれば、ウェーハを偏心自転させる手段を有することにより、単なる自転の場合よりも加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が大きくなるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることができる。
【００６８】
また、請求項３および４に係る半導体製造装置によれば、ウェーハの偏心自転の偏心率を調整する手段を有することにより、他の熱処理条件に応じて加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合を最適にすることが可能になるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることができる。
【００６９】
また、請求項５および６に係る半導体製造装置によれば、ウェーハを偏心公転させる手段を有することにより、単なる公転の場合よりも加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合が大きくなるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることができる。
【００７０】
また、請求項７および８に係る半導体製造装置によれば、ウェーハの偏心公転の偏心率を調整する手段を有することにより、他の熱処理条件に応じて加熱源とウェーハとの相対位置の変化の度合を最適にすることが可能になるため、ウェーハ面内における温度分布の均一性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係るＲＴＰ処理装置を示す概略断面図である。
【図２】 図１のＲＴＰ処理装置に装填されたウェーハ等を示す平面図である。
【図３】 図１のＲＴＰ処理装置を用いたＲＴＡ処理のタイムチャートを示す図である。
【図４】 本発明の第２の実施形態に係るＲＴＰ処理装置を示す概略断面図である。
【図５】 図４のＲＴＰ処理装置に装填されたウェーハ等を示す平面図である。
【図６】 従来のＲＴＰ処理装置を示す概略断面図である。
【図７】 従来のＲＴＰ処理を行った場合のｐ+ 拡散層のシート抵抗及びポリサイド構造のゲート電極のシート抵抗の面内分布を示すグラフである。
【図８】 従来のＲＴＰ処理を行った場合のｐ+ 拡散層のシート抵抗の面内分布形状を示す鳥瞰図である。
【符号の説明】
１０……ＲＴＰ処理室、１２……ガス導入口、１４……ガス排出部、１６……ウェーハホールダ、１８……ウェーハ、２０……ガードリング、２２……回転伝達部、２４……回転駆動部、２６……ハロゲンランプ、２８……反射板、３０……ＲＴＰ処理室、３２……ガス導入管、３４……シャワー部、３６……ガス導入口、３８……ガス排出部、４０……回転支持台、４２……回転駆動部、４４……回転伝達部、４６……円盤、４８……ウェーハホールダ、５０……ウェーハ、５２……歯車、５４……ハロゲンランプ、５６……反射板、６０……ＲＴＰ処理室、６２……ガス導入口、６４……ガス排出部、６６……ウェーハホールダ、６８……ウェーハ、７０……ガードリング、７２……ハロゲンランプ、７４……反射板。
Claims (8)
- 急速熱プロセスを行う半導体製造装置であって、
所定の雰囲気ガス中において、加熱源と半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段を有し、
前記加熱源と半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段が、前記半導体ウェーハを偏心自転させる手段である
ことを特徴とする半導体製造装置。 - 急速熱プロセスを行う半導体製造装置であって、
所定の雰囲気ガス中において、加熱源と半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段を有し、
前記加熱源と前記半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段が、前記半導体ウェーハを偏心自転させつつ公転させる手段である
ことを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項１記載の半導体製造装置において、
前記半導体ウェーハの偏心自転の偏心率を調整する手段を有する
ことを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項２記載の半導体製造装置において、
前記半導体ウェーハの偏心自転の偏心率を調整する手段を有する
ことを特徴とする半導体製造装置。 - 急速熱プロセスを行う半導体製造装置であって、
所定の雰囲気ガス中において、加熱源と半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段を有し、
前記加熱源と前記半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段が、前記半導体ウェーハを偏心公転させる手段である
ことを特徴とする半導体製造装置。 - 急速熱プロセスを行う半導体製造装置であって、
所定の雰囲気ガス中において、加熱源と半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段を有し、
前記加熱源と半導体ウェーハとの相対位置を変化させる手段が、前記半導体ウェーハを自転させつつ偏心公転させる手段である
ことを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項５記載の半導体製造装置において、
前記半導体ウェーハの偏心公転の偏心率を調整する手段を有する
ことを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項６記載の半導体製造装置において、
前記半導体ウェーハの偏心公転の偏心率を調整する手段を有する
ことを特徴とする半導体製造装置。
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