JPH11154649A

JPH11154649A - 急速熱処理装置

Info

Publication number: JPH11154649A
Application number: JP31944597A
Authority: JP
Inventors: Osamu Noguchi; 修野口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 1999-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハ基板等の被処理基板を急速熱処理する
際に、加熱手段としてのハロゲンランプ等の照度の不均
一性に基づく被処理基板の表面の温度分布の不均一性を
改善する。また、反応チャンバーに導入するガスの温度
により生ずる被処理基板の表面の温度分布の不均一性を
改善する。【解決手段】ガス導入口４と排気口５とが設けられた
反応チャンバー１内に、被処理基板３を保持する保持手
段２が設置され、反応チャンバー１の外部に被処理基板
３を加熱するための加熱手段６が設けられてなる急速熱
処理装置において、被処理基板３の被加熱処理面に平行
な面内で加熱手段６を自転させる加熱手段自転機構７と
その面内を移動させる加熱手段走査機構８とを設ける。
しかも被処理基板３の被加熱処理面に平行な面内で保持
手段２を自転させる保持手段自転機構を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ＬＳＩなどの半導
体装置を製造する際に用いられる急速熱処理装置（RTA:
Rapid Thermal Annealer）に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置を製造する場合、種々の薄膜
をウエハ上に形成した際に発生する応力を緩和するため
に、あるいは浅いＰＮ接合を形成したり、非常に薄い熱
酸化薄膜又は熱窒化膜を形成したりするためにウエハを
加熱する必要があるが、近年では加熱手段として従来の
電気炉に代えて、熱処理時間の大幅な短縮が可能なハロ
ゲンランプを使用する急速加熱処理装置が広く用いられ
るようになっている。

【０００３】図４に従来の急速熱処理装置の概略構成図
を示す。この装置においては、石英から作製された反応
チャンバー４１内に配置されたサセプタ４２上にウエハ
基板４３が配置される。また、このウエハ４３基板を収
容するチャンバー４１内の雰囲気は、加熱処理の際に必
要に応じて真空にすることができ、あるいはガス導入口
４４から反応チャンバー４１内に特定のガス（例えば、
アニール処理の際には窒素ガス、酸化処理の場合（酸化
膜の形成の場合）は酸素ガス、窒化処理の場合（窒化膜
の形成の場合）はアンモニアガス）を導入し、排気口４
５から排気することもできるようになっている。なお、
ウエハ基板４３の加熱は、反応チャンバー４１の外部に
設けられた複数のハロゲンランプ４６ａからなる加熱ラ
ンプ素子４６によって行われる（図５（ａ））。

【０００４】

【発明が解決すべき課題】しかしながら、図４に示すよ
うな急速熱処理装置の場合、加熱手段として複数のハロ
ゲンランプ４６ａからなる加熱ランプ素子４６（図５
（ａ））を使用するが、個々のハロゲンランプ４６ａの
照度強度が同一ではないために、図５（ｂ）に示すよう
な加熱ランプ素子４６全体の照度分布が均一ではないと
いう問題がある。このように照度分布が均一ではない場
合には、その不均一な照度分布に従ってウエハ基板４３
の表面温度分布や生成させる薄膜の厚みが不均一とな
る。

【０００５】また、反応チャンバー４１内に窒素ガスな
どのガスを導入する場合、通常は常温のガスを導入口４
４から反応チャンバー４１内に導入するために、ガス導
入口４４に近い側（ガスの流れの上流側）のウエハ基板
４３の表面から熱が導入ガスによって奪われるという問
題がある。このため、図６に示すように、ガスの流れの
方向に対してウエハ基板４３の実温に不均一が生じ、表
面温度分布や生成させる薄膜の厚みが不均一となる。

【０００６】本発明は、以上の従来の技術の課題を解決
しようとするものであり、ウエハ基板等の被処理基板を
急速熱処理する際に、加熱手段としてのハロゲンランプ
等の照度の不均一性に基づく被処理基板の表面の温度分
布の不均一性を改善することにより、また、反応チャン
バーに導入するガスの温度により生ずる被処理基板の表
面の温度分布の不均一性を改善することにより、より均
一なＰＮ接合の形成や均一な熱酸化膜や熱窒化膜等を形
成できるようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、急速熱処理
装置の加熱手段に、被処理基板の平面に平行な面内で加
熱手段を自転させる自転機構及びその面内で加熱手段を
走査させる走査機構を設けることにより、加熱手段とし
てのハロゲンランプ等の照度の不均一性に基づく被処理
基板の表面の温度分布の不均一性を改善することができ
ること、また、被処理基板を保持するサセプタ等の保持
手段を自転させる自転機構を保持手段に設けることによ
り、反応チャンバーに導入するガスの温度により生ずる
被処理基板の表面の温度分布の不均一性を改善すること
ができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

【０００８】即ち、第１の本発明は、ガス導入口と排気
口とが設けられた反応チャンバー内に、被処理基板を保
持する保持手段が設置され、反応チャンバーの外部に被
処理基板を加熱するための加熱手段が設けられてなる急
速熱処理装置において、加熱手段に被処理基板の被加熱
処理面に平行な面内で加熱手段を自転させる加熱手段自
転機構とその面内を移動させる加熱手段走査機構とが設
けられていることを特徴とする急速熱処理装置を提供す
る。

【０００９】また、第２の本発明は、ガス導入口と排気
口とが設けられた反応チャンバー内に、被処理基板を保
持する保持手段が設置され、反応チャンバーの外部に被
処理基板を加熱するための加熱手段が設けられてなる急
速熱処理装置において、保持手段に、被処理基板の被加
熱処理面に平行な面内で保持手段を自転させる保持手段
自転機構が設けられていることを特徴とする急速熱処理
装置を提供する。

【００１０】更に、第３の本発明は、ガス導入口と排気
口とが設けられた反応チャンバー内に、被処理基板を保
持する保持手段が設置され、反応チャンバーの外部に被
処理基板を加熱するための加熱手段が設けられてなる急
速熱処理装置において、加熱手段に、被処理基板の被加
熱処理面に平行な面内で加熱手段を自転させる加熱手段
自転機構とその面内を移動させる加熱手段走査機構とが
設けられており、且つ保持手段に、被処理基板の被加熱
処理面に平行な面内で保持手段を自転させる保持手段自
転機構が設けられていることを特徴とする急速熱処理装
置を提供する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照しなが
ら詳細に説明する。

【００１２】まず、第１の本発明の急速熱処理装置の実
施例を図１に示す。この処理装置は、従来の急速熱処理
装置と同様に、石英等からなる反応チャンバー１内に、
シリコンウエハなどの被処理基板３を保持するためのサ
セプタ等の保持手段２が設置されており、また、反応チ
ャンバー１にはガス導入口４と排気口５が設けられ、反
応チャンバー１の外部には加熱手段として複数のハロゲ
ンランプから構成される加熱ランプ素子６が、被処理基
板３の上方に設置されている。

【００１３】更に、図１の急速熱処理装置の場合、被処
理基板３の平面に平行な面内で加熱ランプ素子６を自転
させるための加熱手段自転機構としてのモータ７と、加
熱ランプ素子６を被処理基板３の平面に平行な面内で走
査するための加熱手段走査機構８とが加熱ランプ素子６
に設けられている。

【００１４】次に、図１の急速熱処理装置の動作の例を
以下に説明する。

【００１５】被処理基板３を反応チャンバー１に導入し
た後、加熱ランプ素子６を、モータ７で回転（毎分１０
０回転）させると共に、被処理基板３の例えば約１／２
の距離を２往復／分のスピードで走査させながら点灯さ
せ、被処理基板３の急速熱処理を行う。これにより、加
熱ランプ素子６の照度分布が仮に図５（ｂ）のような特
性であっても、自転及び走査によって照度分布が平均化
されるので、被処理基板３の表面温度分布がより均一な
ものとなる。

【００１６】なお、この際の加熱ランプ素子６の回転速
度が遅すぎると、温度分布の平均化の効果が薄れるため
に、ある程度以上の回転速度が必要となる。また、走査
範囲が狭すぎたり、走査スピードが遅すぎたりする場合
も、温度分布の平均化の効果が薄れるので、ある程度の
走査範囲と走査スピードとが必要となる。実際には、被
処理基板の材質や大きさ、加熱ランプ素子６の加熱エネ
ルギーの程度などに応じて決定することになる。

【００１７】次に、第２の本発明の急速熱処理装置の実
施例を図２に従って説明する。

【００１８】この処理装置は、図１の急速熱処理装置と
同様に、石英等からなる反応チャンバー１内に、シリコ
ンウエハなどの被処理基板３を保持するためのサセプタ
等の保持手段２が設置されており、また、反応チャンバ
ー１にはガス導入口４と排気口５が設けられており、更
に、反応チャンバー１の外部には加熱手段として複数の
ハロゲンランプから構成される加熱ランプ素子６が、被
処理基板３の上方に設置されている構造を有する。

【００１９】更に、図２の急速熱処理装置の場合、被処
理基板３を保持する保持手段２を自転させるために、保
持手段２に回転軸９とそれを回転させるモータ１０とか
らなる保持手段自転機構が設けられている。なお、この
装置には、保持手段２に被処理基板３を真空吸着させる
ために、真空配管１１と真空ポンプ１２とからなるバキ
ュームチャック機構を設けることが好ましい。

【００２０】次に、図２の急速熱処理装置の動作の例を
以下に説明する。

【００２１】被処理基板３を反応チャンバー１に導入し
た後、保持手段２を毎分２回転程度の速度で自転させな
がら、加熱ランプ素子６で被処理基板３を急速熱処理す
る。これにより、ガス導入口４側（ガスの上流側）での
温度低下を補償して被処理基板３の表面温度分布の不均
一性を改善することができる。

【００２２】なお、ここで保持手段２の回転速度が大き
くなり過ぎると、反応チャンバー１内でのガスの乱流や
被処理基板３周辺の風切り効果により、被処理基板３の
周辺の温度が低下するので、比較的緩やかな回転速度と
することが必要である。実際には、被処理基板の材質や
大きさ、導入ガスの種類や温度などに応じて決定するこ
とになる。

【００２３】また、サセプタ等の保持手段２としては、
熱伝導率が高い材質であると熱エネルギーが回転軸９を
通じて逃げてしまい温度分布の不均一性を増長すること
が懸念されるので、石英やセラミックなどの熱伝導率の
低い材質から形成することが好ましい。

【００２４】なお、図２の実施例では、被処理基板３を
保持手段２に固定するためにバキュームチャック機構を
設けているが、保持手段２の自転中に被処理基板３のず
れが生じず、その表面温度分布を低下させず、しかもガ
スの流れを阻害するものでなければクランプなどの機械
的固定方式を採用してもよい。

【００２５】次に、第３の本発明の急速熱処理装置の実
施例を図３に従って説明する。

【００２６】この急速熱処理装置は、図１の装置の特徴
と図２の装置の特徴とを同時に備えた装置である。即
ち、この急速熱処理装置は、石英等からなる反応チャン
バー１内に、シリコンウエハなどの被処理基板３を保持
するためのサセプタ等の保持手段２が設置されており、
また、反応チャンバー１にはガス導入口４と排気口５が
設けられており、更に、反応チャンバー１の外部には加
熱手段として複数のハロゲンランプから構成される加熱
ランプ素子６が、被処理基板３の上方に設置されている
構造を有する。

【００２７】更に、この加熱ランプ素子６には、被処理
基板３の平面に平行な面内で加熱ランプ素子６を自転さ
せるための加熱手段自転機構としてのモータ７と、加熱
ランプ素子６を被処理基板３の平面に平行な面内で走査
するための加熱手段走査機構８とが設けられ、しかも同
時に、被処理基板３を保持する保持手段２を自転させる
ために、保持手段２に回転軸９とそれを回転させるモー
タ１０とからなる保持手段自転機構が設けられている。
このため、図３の急速熱処理装置は、図１の急速熱処理
装置の効果（即ち、加熱ランプ素子６の照度分布が仮に
図５（ｂ）のような特性であっても、自転及び走査によ
って照度分布が平均化されるので、被処理基板３の表面
温度分布がより均一なものとなるという効果）と、図２
の急速熱処理装置の効果（即ち、ガス導入口４側（ガス
の上流側）での温度低下を補償して被処理基板３の表面
温度分布の不均一性を改善することができるという効
果）とを合わせもった急速熱処理装置となる。

【００２８】なお、加熱ランプ素子６の自転速度は、保
持手段２の自転速度より速くすることが好ましい。ま
た、本発明の急速熱処理装置を構成する各要素について
は、従来公知のもの（例えば、反応チャンバー、サセプ
タ、加熱ランプ素子走査機構、バキュームチャック機
構、真空ポンプ等）を使用することができる。

【００２９】以上説明した本発明の急速熱処理装置は、
半導体装置の製造の際、種々の薄膜をウエハ基板上に形
成した際に発生する応力を緩和するために、あるいは浅
いＰＮ接合を形成したり、非常に薄い熱酸化薄膜又は熱
窒化膜を形成したりするために好ましく使用することが
できる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、ウエハ基板等の被処理
基板を急速熱処理する際に、加熱手段としてのハロゲン
ランプ等の照度の不均一性に基づく被処理基板の表面の
温度分布の不均一性を改善することができる。また、反
応チャンバーに導入するガスの温度により生ずる被処理
基板の表面の温度分布の不均一性を改善することができ
る。従って、被処理基板に、より均一なＰＮ接合の形成
や均一な熱酸化膜、熱窒化膜等を形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の急速熱処理装置の実施例の構造概略図
である。

【図２】本発明の急速熱処理装置の実施例の構造概略図
である。

【図３】本発明の急速熱処理装置の実施例の構造概略図
である。

【図４】従来の急速熱処理装置の構造概略図である。

【図５】従来の急速熱処理装置における、加熱ランプ素
子の照度ばらつきの説明図である。

【図６】従来の急速熱処理装置における、導入ガスによ
り被処理基板の実温の不均一性の説明図である。

【符号の説明】

１反応チャンバー、２保持手段、３被処理基
板、４ガス導入口、５排気口、６加熱ランプ
素子、７モータ、８加熱ランプ素子走査機構、
９回転軸、１０モータ、１１真空配管、１
２真空ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス導入口と排気口とが設けられた反応
チャンバー内に、被処理基板を保持する保持手段が設置
され、反応チャンバーの外部に被処理基板を加熱するた
めの加熱手段が設けられてなる急速熱処理装置におい
て、加熱手段に、被処理基板の被加熱処理面に平行な面
内で加熱手段を自転させる加熱手段自転機構とその面内
を移動させる加熱手段走査機構とが設けられていること
を特徴とする急速熱処理装置。
【請求項２】加熱手段がハロゲンランプである請求項
１記載の急速熱処理装置。
【請求項３】加熱手段が、加熱手段走査機構により直
線上を往復移動する請求項１又は２記載の急速熱処理装
置。
【請求項４】ガス導入口と排気口とが設けられた反応
チャンバー内に、被処理基板を保持する保持手段が設置
され、反応チャンバーの外部に被処理基板を加熱するた
めの加熱手段が設けられてなる急速熱処理装置におい
て、保持手段に、被処理基板の被加熱処理面に平行な面
内で保持手段を自転させる保持手段自転機構が設けられ
ていることを特徴とする急速熱処理装置。
【請求項５】保持手段に、被処理基板を固定するため
のバキュームチャック機構が設けられている請求項４記
載の急速熱処理装置。
【請求項６】加熱手段がハロゲンランプである請求項
４記載の急速熱処理装置。
【請求項７】ガス導入口と排気口とが設けられた反応
チャンバー内に、被処理基板を保持する保持手段が設置
され、反応チャンバーの外部に被処理基板を加熱するた
めの加熱手段が設けられてなる急速熱処理装置におい
て、加熱手段に、被処理基板の被加熱処理面に平行な面
内で加熱手段を自転させる加熱手段自転機構とその面内
を移動させる加熱手段走査機構とが設けられており、且
つ保持手段に、被処理基板の被加熱処理面に平行な面内
で保持手段を自転させる保持手段自転機構が設けられて
いることを特徴とする急速熱処理装置。
【請求項８】加熱手段がハロゲンランプである請求項
７記載の急速熱処理装置。
【請求項９】加熱手段が、加熱手段走査機構により直
線上を往復移動する請求項７又は８記載の急速熱処理装
置。
【請求項１０】保持手段に、被処理基板を固定するた
めのバキュームチャック機構が設けられていることを請
求項７〜９のいずれかに記載の急速熱処理装置。
【請求項１１】加熱手段の自転速度が、保持手段の自
転速度より速い請求項７〜１０のいずれかに記載の急速
熱処理装置。