ランプアニール装置 - 特開２０００－１５６３５５

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【発明の名称】	ランプアニール装置
【発明者】	【氏名】小林博文
【要約】	【課題】ランプアニール装置において、加熱されるウェハの温度を全面で均一にするとともに、石英チャンバの内壁に付着する汚れを低減する。【解決手段】ハロゲンランプ１２から光熱が供給され、石英チャンバ１１の所定位置に設置されたウェハ１３が加熱される。石英チャンバ１３内には、プロセスガスが吸気口１４ａ，１４ｂを介して送り込まれる。吸気口１４ａを介して送り込まれたプロセスガスは、ガス導入部１６ａを通り、このガス導入部１６ａに設けられた複数の噴射口１７からウェハ１３の上面全体に噴射される。同様に、吸気口１４ｂを介して送り込まれたプロセスガスは、ガス導入部１６ｂを通り、複数の噴射口１７からウェハ１３の下面全体に噴射される。

【特許請求の範囲】
【請求項１】石英チャンバ内にガスを導入する吸気部と、この吸気部から導入された前記ガスを、前記石英チャンバ内に配置されるウェハの両面に供給するガス供給手段と、前記石英チャンバ内のガスを排出する排気部と、前記石英チャンバを加熱する加熱手段とを備えることを特徴とするランプアニール装置。
【請求項２】前記ガス供給手段は、前記ウェハの両面全体に対し、前記ガスを均一に噴射することを特徴とする請求項１記載のランプアニール装置。
【請求項３】前記ガス供給手段は、前記ガスを噴射する複数の噴射口を有し、この複数の噴射口を前記ウェハの両面に対向するように配置することを特徴とする請求項１または２記載のランプアニール装置。
【請求項４】前記吸気部は、前記石英チャンバ内にガスを導入する複数の吸気口を有することを特徴とする請求項１、２または３記載のランプアニール装置。
【請求項５】前記排気部は、前記石英チャンバ内のガスが排出される複数の排気口を有し、この複数の排気口は、それぞれ異なる方向に前記ガスを排出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項記載のランプアニール装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、チャンバ内でウェハを加熱する装置に関し、特に、ハロゲンランプなどでウェハを加熱するランプアニール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ウェハを加工して半導体装置を製造する工程において、アニール処理(annealing)を行う工程がある。この工程は、所望のプロセスガスを供給するとともに、チャンバ内に配置されたウェハを加熱する工程である。この工程で使用されるアニール装置のうち、加熱手段にハロゲンランプを使用するランプアニール装置の従来例を図５及び図６を参照して説明する。
【０００３】図５は、ランプアニール装置３の垂直方向の断面を示し、図６は、ランプアニール装置３内におけるウェハの配置状態を説明するための図である。
【０００４】ランプアニール装置３は、石英チャンバ３１内にウェハ３３を設置し、加熱手段を用いてウェハ３３を加熱する装置である。なお、ウェハ３３の設置部材は図面簡略化のため図示していない。ウェハ３３を加熱する加熱手段としては、図５に示されるように、ハロゲンランプ３２を石英チャンバ３１の上面外部、及び下面外部に設けてこれを使用する。
【０００５】予め石英チャンバ３１に設けられている扉を介し、オペレータによりウェハ３３が所定の位置に設置されると、ハロゲンランプ３２に電流が供給される。ハロゲンランプ３２は、電流の供給に応じて光熱を発生する。発生された光熱は、石英チャンバ３１を介してウェハ３３に照射され、ウェハ３３が加熱される。石英チャンバ３１内の温度は７００～１１００℃まで上昇される。
【０００６】この際、石英チャンバ３１内には、常温のプロセスガスが吸気口３４を介して送られるとともに、石英チャンバ３１内のプロセスガスが排気口３５を介して石英チャンバ３１外に排出される。吸気口３４と排気口３５とは、石英チャンバ３１を上部から見るとウェハ３３を挟むように設けられている（図６参照）。また、プロセスガスには、Ｎ₂やＮ₂Ｏが用いられ、石英チャンバ３１内には毎分４～２０リットルの量が送られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したランプアニール装置では、以下に説明する２つの問題点がある。
【０００８】第１に、７００～１１００℃の温度に達した石英チャンバ内に、吸気口を介して一方向から常温のプロセスガスが供給されるため、ウェハの温度が均一にならないことである。すなわち、従来のランプアニール装置では、吸気口に近い部分は、他の部分に比べてウェハの温度が低くなる。このため、アニール処理によるウェハ上の処理が均一にならず、ウェハの部分によっては製造される半導体装置が不良品となる場合がある。
【０００９】第２の問題点は、ウェハから放出されるガス（不純物）により石英チャンバの内壁に汚れが付着してしまうことである。この内壁に付着した汚れのため、ハロゲンランプから放射される光熱がウェハに十分供給されない虞がある。
【００１０】アニール処理を行う場合、石英チャンバ内に設置されたウェハには、ＰＳＧ(Phosphor-Silicate Glass)膜やＢＰＳＧ(Boron-doped Phosphor-Silicate Glass)膜などのリンやボロンを含んだ膜が形成されていることが多い。アニール処理中では、このような不純物を含んだ膜からガスが放出され、石英チャンバの内壁に汚れが付着する。
【００１１】このような汚れのため、ハロゲンランプから放射される光熱がウェハに十分供給されない虞が生じる。さらに、温度測定を行うパイロメータを用いるタイプのランプアニール装置では、付着した汚れのため、石英チャンバ内の温度を正確に測定できない場合もある。このような不具合を回避するために、従来では、一月に２回程度の割合で石英チャンバ内を洗浄する必要がある。
【００１２】そこでこの発明の課題は、加熱されるウェハの温度を全面で均一にするとともに、石英チャンバの内壁に付着する汚れを低減することが可能なランプアニール装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明に係るランプアニール装置は、石英チャンバ内にガスを導入する吸気部と、この吸気部から導入された前記ガスを、前記石英チャンバ内に配置されるウェハの両面に供給するガス供給手段と、前記石英チャンバ内のガスを排出する排気部と、前記石英チャンバを加熱する加熱手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】前記ガス供給手段は、前記ウェハの両面全体に対し、前記ガスを均一に噴射するように構成することが好ましい。
【００１５】また、前記ガス供給手段は、前記ガスを噴射する複数の噴射口を有し、この複数の噴射口を前記ウェハの両面に対向するように配置するように構成してもよい。
【００１６】さらに、前記吸気部が、前記石英チャンバ内にガスを導入する複数の吸気口を有するように構成したり、前記排気部が、前記石英チャンバ内のガスが排出される複数の排気口を有し、この複数の排気口が、それぞれ異なる方向に前記ガスを排出するように構成してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照したこの発明に係るランプアニール装置の第１及び第２実施形態について説明する。
【００１８】まず、図１及び図２を参照して第１実施形態について説明する。
【００１９】図１は、ランプアニール装置１の断面を示し、図２は、石英チャンバ１１内のガス導入部１６ａ及びこれに設けられた複数の噴射口１７と、設置されるウェハ１３との配置関係を説明するための図である。
【００２０】ランプアニール装置１は、石英を材料として形成された石英チャンバ１１とハロゲンランプ１２とにより構成されている。ハロゲンランプ１２は、石英チャンバ１１内に設置されるウェハ１３の加熱手段として、石英チャンバ１１の上面外部及び下面外部に石英チャンバ１１を挟むように設けられている。
【００２１】石英チャンバ１１は、図示しない扉を介してウェハ１３を設置することができる。なお、ウェハ１３を石英チャンバ１１内に固定設置する部材は図面簡略化のため図示していない。石英チャンバ１１には、アニール処理中にプロセスガスを吸入するための２つの吸気口１４ａ，１４ｂと、石英チャンバ１１内のプロセスガスを排出するための排気口１５が設けられている。また、石英チャンバ１１内には、吸気口１４ａを介して送り込まれたプロセスガスをウェハ１３の上面全体に導くためのガス導入部１６ａ、同じく、吸気口１４ｂを介して送り込まれたプロセスガスをウェハ１３の下面全体に導くためのガス導入部１６ｂが設けられている。
【００２２】ガス導入部１６ａ，１６ｂには複数のガス噴射口１７がそれぞれ設けられている。例えば、ガス導入部１６ａには、図２に示されるように、ウェハ１３（鎖線にて図示）の上面全体にガスが噴射されるように均等に複数のガス噴射口１７が設けられている。なお、図示されてはいないがガス導入部１６ｂについても同様である。また、プロセスガスには、Ｎ₂やＮ₂Ｏが用いられ、石英チャンバ１１内には吸入口１４ａ，１４ｂそれぞれより、毎分約３リットルの量が送り込まれる。
【００２３】ハロゲンランプ１２は、電流の供給に応じて光熱を発生する。
【００２４】次に、この第１実施形態の動作について説明する。
【００２５】オペレータによりウェハ１３が石英チャンバ１１の所定の位置に設置されると、ハロゲンランプ１２に電流が供給される。ハロゲンランプ１２は、電流の供給に応じて光熱を発生する。発生された光熱は、石英チャンバ１１及び導入部１６ａ，１６ｂを介してウェハ１３に照射され、ウェハ１３が加熱される。通常、石英チャンバ１１内の温度は７００～１１００℃まで上昇される。
【００２６】この際、石英チャンバ１３内には、常温のプロセスガスが吸気口１４ａ，１４ｂを介して送り込まれる。吸気口１４ａを介して送り込まれたプロセスガスは、ガス導入部１６ａを通り、このガス導入部１６ａに設けられた複数の噴射口１７からウェハ１３の上面全体に噴射される。同様に、吸気口１４ｂを介して送り込まれたプロセスガスは、ガス導入部１６ｂを通り、このガス導入部１６ｂに設けられた複数の噴射口１７からウェハ１３の下面全体に噴射される。
【００２７】ウェハ１３の両面に噴射されたプロセスガスは、ハロゲンランプ１２が設置されている側の内壁（上部、下部側の内壁）近傍を通ることなく、石英チャンバ１１内のウェハ１３とほぼ同じ位置の水平面にそって流れ、排気口１５を介して石英チャンバ１１外部に排出される。これらのプロセスガスの流れに沿って、ウェハ１３から放出される不純物を含んだガスも排気口１５を介して石英チャンバ１１外部に排出される。
【００２８】以上、この第１実施形態のランプアニール装置によれば、常温のプロセスガスがウェハ１３の両表面に均一に噴射される。これにより、ウェハ１３の温度均一性を保つことができ、製品不良の発生を低減することができる。さらに、ウェハ１３から放出される不純物を含んだガスは、ウェハ１３に噴射されたプロセスガスの流れに沿って排気口１５から排出される。このため、ハロゲンランプ１２から送られる光熱を通過させる内壁に、不純物を含んだガスがあたる割合が低減され、結果として石英チャンバ１１の内壁に付着する汚れを低減することができる。
【００２９】次に、この発明に係るランプアニール装置の第２実施形態について、図３及び図４を参照して説明する。
【００３０】図３は、第２実施形態のランプアニール装置２の断面を示す図であり、図４は、石英チャンバ２１に設けられた複数の排気口２５ａ～２５ｄと、ウェハ１３との配置関係を説明するための図である。なお、上述した第１実施形態と同様の構成要素については、同じ参照符号を付して説明は省略する。
【００３１】この第２実施形態のランプアニール装置２は、石英チャンバ２１に設けられた排気口２５ａ～２５ｄに特徴がある。図５及び図６に示される従来のランプアニール装置３では、排気口３５が石英チャンバ３１に一ヶ所しか設けられていない。このため、ウェハ１３から放出される不純物を含んだガスが排気口３５近傍に集中し、排気口３５周辺の内壁が他の部分の内壁に比べて極度に汚れが付着する。このため、ウェハ３３の排気口３５に近い部分の温度低下が発生する。
【００３２】このような不具合を防止するため、この第２実施形態では、前述した第１実施形態のランプアニール装置１では１つしか設けられていない排気口１５を、石英チャンバ２１の４つの側壁それぞれに排気口２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、及び２５ｄとして設けている（図３及び図４参照）。
【００３３】したがって、ウェハ１３から放出される不純物を含んだガスは、ウェハ１３に噴射されたプロセスガスの流れに沿って排気口２５ａ～２５ｄから排出される。これにより、１つの排気口からプロセスガス及び不純物を含んだガスを排出する場合に比べて排気口付近の内壁に付着する汚れを分散することができる。これにより、ウェハ１３の温度均一性を保持することができる。
【００３４】また、前記第１実施形態と同様に、常温のプロセスガスがウェハ１３の両表面に均一に噴射される。これにより、ウェハ１３の温度均一性を保つことができ、製品不良の発生を低減することができる。さらに、ハロゲンランプ１２から送られる光熱を通過させる内壁に、不純物を含んだガスがあたる割合が低減され、結果として石英チャンバ２１の内壁に付着する汚れを低減することができる。
【００３５】このランプアニール装置２の石英チャンバ２１には、ウェハ１３を出し入れするための扉を設ける必要がある。この扉を例えば排気口２５ａ近傍に設ける場合には、この排気口２５ａの設けられている面に沿って石英チャンバ２１の上面及び下面の２方向からプロセスガスを排出するように、排気口２５ａをさらに２つの排気口に分割してもよい。
【００３６】なお、上述した第１及び第２実施形態は、ＯＬＣ(Open Loop Control)処理を前提として説明しているが、パイロメータ及びウェハ接触式熱電対を用いたＣＬＣ(Closed Loop Control)処理を適用することもできる。
【００３７】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、加熱されるウェハの温度を全面で均一にするとともに、石英チャンバの内壁に付着する汚れを低減することが可能となる。

【出願人】	【識別番号】０００００２３６９【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
【出願日】	平成１０年１１月１９日（１９９８．１１．１９）
【代理人】	【識別番号】１０００９３３８８【弁理士】【氏名又は名称】鈴木喜三郎（外２名）
【公開番号】	特開２０００－１５６３５５（Ｐ２０００－１５６３５５Ａ）
【公開日】	平成１２年６月６日（２０００．６．６）
【出願番号】	特願平１０－３２９４７２