JP3997379B2 - ランプアニール装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造プロセスにおいて、半導体ウエハの酸化、窒化、熱処理等に使用するランプアニール装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体ウエハに酸化膜あるいは窒化膜等を形成する際に、急速加熱および急速冷却が可能なランプアニール装置が用いられている。従来のランプアニール装置は、石英製あるいは金属製のチャンバ内に入れられた半導体ウエハをキセノンランプ等の光照射により加熱する装置であって、チャンバには処理工程に応じて必要とする複数のプロセスガス源が接続されている。
【0003】
このような従来のランプアニール装置の構造について、図面を参照して説明する。図2は従来のランプアニール装置の概略図である。従来の装置は、図2に示すように石英製あるいは金属製のチャンバ10を有し、チャンバ10内にはランプ光源となるキセノンランプ等からなるランプユニット1と、ランプユニット1を仕切る石英板11と、1枚の半導体ウエハ2を水平に支持する支持リング3と、支持リング3を載せる回転シリンダー4とを備えている。
【0004】
この回転シリンダー4は、図示していない駆動機構により回転し、半導体ウエハ2をチャンバ10内で回転させることができる。また、チャンバ10は内部底面に温度の安定性を確保するためのリフレクター(Al製反射鏡)7が設けられ、さらに、チャンバ1内にプロセスガスを供給するためのガス供給ライン5と、処理ガスを排出するためのガス排気ライン6が設けられている。
【0005】
また、熱処理中に発生するリフレクター7の曇りを防止するために、裏面ガスをチャンバ10の下部から半導体ウエハ2の裏面に向けて吹き出すための裏面ガス供給ライン8が設けられ、この裏面ガス供給ライン8は複数本に分岐してリフレクター7に開けられた複数の裏面ガス供給口12にそれぞれ接続され、この裏面ガス供給口12を介して裏面ガスがチャンバ10内に吹き出すようになっている。
【0006】
そして、この裏面ガスを排出するための裏面ガス排気口13がリフレクター7の表面の周辺部に複数開けられ、それぞれの裏面ガス排気口13は裏面ガス排気ライン9に接続されてチャンバ10から裏面ガスを排出するようになっている。また、半導体ウエハ2が全体的に均一な温度分布となるように、温度制御するためのセンサー(図示せず)がリフレクター7のわずか下方の裏面ガス供給ライン中に埋設されている。
【0007】
このような構造を有する従来のランプアニール装置を用いて半導体ウエハ2を加熱する場合には、まず、半導体ウエハ2を搬入口(図示せず)からチャンバ10内へ搬入し、支持リング3上に載置する。次いで、ガス供給ライン5から所望のプロセスガスを供給すると同時に裏面ガスも供給し、ランプユニット1を点灯して半導体ウエハ2を回転させながら加熱昇温を行なうようになっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
この従来のランプアニール装置では、温度の安定性を確保するために設けたリフレクター7の上面に、熱処理中に半導体ウエハ2からの外方拡散(アウトディフュージョン)によって曇りが発生することがある。そこで、この曇りの発生を防止するために、半導体ウエハ2の裏面側に向けてリフレクター7に開けられた裏面ガス供給口12から裏面ガスとして窒素ガスを吹き出させ、アウトディフュージョンを吹き飛ばしている。
【0009】
しかし、半導体ウエハ2には、熱処理前から自然酸化膜が薄く形成されており、この自然酸化膜と裏面ガスである窒素ガスとが反応して酸化シリコンの微粒子が発生する。そのため、裏面側からの窒素ガスの吹き付けによってアウトディフュージョンの問題は解決できるというものの、新たに酸化シリコンによるリフレクターの曇りが発生するという問題が生じてきた。
【0010】
そこで、この新たな問題を解決するためには、裏面ガスである窒素ガス中に酸素ガスを添加すればよいことが確かめられており、実施されている。しかし、裏面ガスは支持リングの隙間などからウエハ表面側に回り込むことがあり、その結果、添加する酸素ガスの量によってはウエハ表面側の素子形成面が酸化されてトランジスタ特性が変動するという問題を引き起こしている。さらに、裏面側のガスと表面側のプロセスガスの分離性が悪く、双方のガスが回り込むという問題を有していた。
【0011】
このように、従来のランプアニール装置では、特開平2−280319号公報に示されているように、プロセスガスの流量制御は行なわれているものの裏面ガスの流量制御は行なわれておらず、特に酸素ガスの調整がうまく行かないとトランジスタ特性が変動し、不良品の発生につながる。
【0012】
本発明は、リフレクターの曇りを防止し、熱処理温度の安定化を図るとともに、半導体ウエハ表面側の素子形成面の酸化を防止することを目的としたランプアニール装置を提供する。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明のランプアニール装置は、チャンバ内の上部に加熱用のランプユニットを、また、チャンバ内の下部に温度を安定させるためのリフレクターを有し、チャンバ内の回転シリンダー上に載置されて回転する半導体ウエハの表面側の素子形成面にプロセスガスを流し、裏面側のシリコン面にリフレクターの曇り防止用のガスを流す構造のランプアニール装置において、前記裏面側に流すガスを窒素ガスと酸素ガスの混合ガスとし、窒素ガスに対して酸素ガスを100ppm〜10000ppmの混合比となるように希釈する装置を備えたことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のランプアニール装置における実施の形態について、図面を参照して説明する。図1は本発明のランプアニール装置の概略図である。本発明のランプアニール装置は、図1に示すように石英製あるいは金属製のチャンバ10を有し、チャンバ10内にはランプ光源となるキセノンランプ等からなるランプユニット1と、ランプユニット1を仕切る石英板11と、半導体ウエハ2を水平に支持する支持リング3と、支持リング3を載せる回転シリンダー4とを備えている。
【0018】
この回転シリンダー4は、図示していない駆動機構により回転し、半導体ウエハ2をチャンバ10内で回転させることができる。また、チャンバ10は内部底面に温度の安定性を確保するためのリフレクター(Al製反射鏡)7aが設けられ、さらに、チャンバー10内にプロセスガスを供給するためのガス供給ライン5と、処理後のガスを排出するためのガス排気ライン6が設けられている。
【0019】
また、熱処理中に半導体ウエハ2からの外方拡散(アウトディフュージョン)により発生するリフレクター7aの曇りを防止するために、裏面ガスをチャンバ10の下部から半導体ウエハ2の裏面に向けて吹き出す裏面ガス供給ライン8が設けられ、この裏面ガス供給ライン8は複数本に分岐してリフレクター7aに開けられた複数の裏面ガス供給口12にそれぞれ接続され、この裏面ガス供給口12を介して裏面ガスがチャンバ10内に吹き出すようになっている。
【0020】
そして、この裏面ガスを排出するための裏面ガス排気口13は、リフレクター7aが設置されているチャンバ10内の底面の、リフレクター7aの外周部に沿った位置に複数開けられ、それぞれの裏面ガス排気口13は裏面ガス排気ライン9に接続されてチャンバ10から裏面ガスを排出するようになっている。
【0021】
すなわち、チャンバ10内に供給された裏面ガスは、リフレクター7aの外周部を回り込んで回転シリンダー4との隙間から裏面ガス排気口13に流れ込み、裏面ガス排気ライン9を経て外部へ排出されることになる。また、半導体ウエハ2が全体的に均一な温度分布となるように、温度制御するためのセンサー(図示せず)がリフレクター7aのわずか下方の裏面ガス供給ライン中に埋設されている。
【0022】
また、裏面ガス供給ライン8に供給される裏面ガスは、窒素ガスと酸素ガスが所望の混合比になるようにそれぞれのガス配管にマスフローコントローラ15a、15b、15c、15dを設けて調整され、このマスフローコントローラ15a〜15dによって調整された裏面ガスはガス混合機14を経て裏面ガス供給ライン8に供給されるようになっている。また、本実施の形態では、酸素ガスの供給量を段階的に調整できるように酸素ガス配管を3本に分岐させ、それぞれの配管にマスフローコントローラ15b、15c、15dを設けて切り換えて使用できるようにしている。
【0023】
以下に、本実施の形態の動作について図1を用いて説明する。図1に示すような本発明のランプアニール装置を用いて半導体ウエハ2を加熱する場合には、まず、1枚の半導体ウエハ2を搬入口(図示せず)からチャンバ10内へ搬入し、回転シリンダー4に載っている支持リング3上に載置する。
【0024】
次いで、ガス供給ライン5から所望のプロセスガスを供給すると同時に裏面ガス供給ライン8からも裏面ガスを供給し、加熱源のランプユニット1を点灯して図示していない駆動機構により回転シリンダー4を回転させ、半導体ウエハ2を回転させながら加熱昇温を行なう。
【0025】
プロセスガスとしては、例えば窒素ガス、酸素ガス、アンモニアガス、アルゴンガス、水蒸気などがあり、それぞれのプロセスガスはマスフローコントローラ(図示せず)によって調整され、酸化、窒化、熱処理等に応じてガスの種類が選択され、ガス供給ライン5からチャンバ10内に供給され、半導体ウエハ2の表面側に接触して熱処理が行なわれる。
【0026】
チャンバ10内はリフレクター7aにより温度を一定に保つことができるようになっているが、熱処理中に半導体ウエハ2からの外方拡散(アウトディフュージョン)によって生ずるリフレクター7aの曇りを防止するために、裏面ガス供給ライン8から裏面ガスを供給している。供給された裏面ガスは裏面ガス排気ライン9から排気している。
【0027】
その際、排気される裏面ガスは、リフレクター7aの外周部と回転シリンダー4との隙間からチャンバ10の裏面ガス排気口13へ流れ、この裏面ガス排気口13を経て裏面ガス排気ライン9から排気する構造となっているため、表面側のガスと裏面側のガスの分離性を高めることができる。
【0028】
すなわち、従来はリフレクター周辺部に直接裏面ガス排気口13が設けられていたため、リフレクター周辺部に曇りが発生することが多かったが、本発明では裏面ガスをリフレクター周辺部から回り込ませて裏面ガス排気口13に流し排気するようにしたため、リフレクター全面のガス流が安定し、曇りが発生しにくくなっている。
【0029】
また、裏面ガス供給ライン8に供給される裏面ガスは、複数のマスフローコントローラ15a〜15dにより所望の混合比になるように希釈調整され、ガス混合機14で混合される構造となっており、ppmオーダーの酸素を含む窒素ガスを半導体ウエハ2の裏面に安定して供給することができる。
【0030】
例えば、図1に示した実施の形態では、裏面ガスとして窒素ガスをマスフローコントローラ15aにより10l/分に調整して供給し、酸素ガスは必要に応じてマスフローコントローラ15b、15c、15dのいずれかに切り換えて供給し、ガス混合機14で窒素ガスと混合される。この際、マスフローコントローラ15bは100cc/分に調整されており、15cは10cc/分、15dは1cc/分にそれぞれ調整されている。
【0031】
これにより、半導体ウエハ2からの外方拡散(アウトディフュージョン)およびシリコン面に形成されている自然酸化膜と窒素ガスの反応による酸化シリコン微粒子の発生を抑制することが可能となり、リフレクター7aの曇りを防止し、温度の安定化を図ることができる。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のランプアニール装置は、以下に記載するような効果を奏する。第1の効果は、所望のガスを希釈する装置を備えているため、ppmオーダーの酸素を含む窒素ガスを半導体ウエハの裏面に安定して供給することができ、シリコン面に形成された自然酸化膜と窒素ガスの反応による酸化シリコン微粒子の発生を抑制し、リフレクターの曇りを防止し、温度の安定化を図ることができる。
【0033】
第2の効果は、半導体ウエハの表面と裏面をそれぞれ異なる組成のガスに接触させることができるようになったことによって、裏面のシリコン面にppmオーダーの酸素を含む窒素ガスを供給し、表面の素子形成面に窒素ガスを供給することができるため、前記第1の効果を奏しつつ、表面の素子形成面の酸化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のランプアニール装置の概略図である。
【図2】従来のランプアニール装置の概略図である。
【符号の説明】
1 ランプユニット
2 半導体ウエハ
3 支持リング
4 回転シリンダー
5 ガス供給ライン
6 ガス排気ライン
7、7a リフレクター
8 裏面ガス供給ライン
9 裏面ガス排気ライン
10 チャンバ
11 石英板
12 裏面ガス供給口
13 裏面ガス排気口
14 ガス混合機
15a、15b、15c、15d マスフローコントローラ
Claims (1)
- チャンバ内の上部に加熱用のランプユニットを、また、チャンバ内の下部に温度を安定させるためのリフレクターを有し、チャンバ内の回転シリンダー上に載置されて回転する半導体ウエハの表面側の素子形成面にプロセスガスを流し、裏面側のシリコン面にリフレクターの曇り防止用のガスを流す構造のランプアニール装置において、前記裏面側に流すガスを窒素ガスと酸素ガスの混合ガスとし、窒素ガスに対して酸素ガスを100ppm〜10000ppmの混合比となるように希釈する装置を備えたことを特徴とするランプアニール装置。
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