(57)【要約】【課題】連続処理において１枚目と２枚目以降の酸化膜厚差を無くすことと、１枚目のウェハ跳ねやウェハ割れ防止することの双方を満足するランプ熱処理装置を提供する。【解決手段】ランプ熱処理装置は、金属製のチャンバを有し、チャンバ内にはランプ光源となるタングステンハロゲンランプ等からなるランプユニットと、ランプユニットを仕切る石英板と、ウェハを水平に支持するシリコンカーバイド製支持リングと、シリコンカーバイド製支持リングを載せる回転シリンダーと、ウェハの裏面側にある放射温度計と、シリコンカーバイド製支持リングのみを短時間に冷却するための冷却用ガスラインもしくはシリコンカーバイド製冷却用リングを備えている。【選択図】　図１
2004134631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内の上部に設けた加熱用のランプユニットと、
前記チャンバ内の下部に設けた放射温度計と、
前記チャンバ内に設けたウェハを載せる支持リングと、
前記支持リングを載せ、回転させる回転シリンダーとを備え、
前記支持リングを冷却する冷却機構とを有することを特徴とするランプ熱処理装置。
【請求項２】
前記冷却機構は、前記支持リングに冷却用ガスを吹き付けるガスラインであることを特徴とする請求項１に記載のランプ熱処理装置。
【請求項３】
前記冷却用ガスにヘリウムガスを用いることを特徴とする請求項２に記載のランプ熱処理装置。
【請求項４】
前記冷却機構は、前記支持リングを冷却する冷却用リングであることを特徴とする請求項１に記載のランプ熱処理装置。
【請求項５】
前記冷却用リングは、上下運動して前記支持リングの裏面と接触することを特徴とする請求項４に記載のランプ熱処理装置。
【請求項６】
前記支持リングは、シリコンカーバイド製であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のランプ熱処理装置。
【請求項７】
前記冷却用リングは、シリコンカーバイド製であることを特徴とする請求項４または５に記載のランプ熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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、半導体ウェハの酸化処理または熱処理に使用するランプ熱処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ウェハに酸化を行なう際に、急速加熱および急速冷却が可能なランプ熱処理装置が用いられている。従来の熱処理装置は、金属製のチャンバ内に入れられた半導体ウェハをタングステンハロゲ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（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような従来のランプ熱処理装置について図面を参照して説明する。図２は従来のランプ熱処理装置の概略図である。従来の装置は、図２に示すように金属製のチャンバ２０１を有し、チャンバ２０１内にはランプ光源となるタングステンハロゲンランプ等からなるランプユニット２０２と、ランプユニット２０２を仕切る石英板２０３と、ウェハ２０４を水平に支持するシリコンカーバイド製支持リング２０５と、シリコンカーバイド製支持リング２０５を載せ、回転させる回転シリンダー２０６と、ウェハ２０４の裏面側にある放射温度計２０７とを備えている。
【０００４】
また、チャンバ２０１はチャンバ２０１内にプロセスガスを供給するためのガス供給ライン２０８と、処理ガスを排出するためのガス排気ライン２０９が設けられている。回転シリンダー２０６は、駆動機構により回転し、ウェハ２０４をチャンバ２０１内で９０回転／分で回転させることができる。放射温度計２０７はウェハ２０４の裏面からの放射光を受けて、温度に換算して温度測定をしている。なお、ウェハ２０４の面内の温度を読むため、ウェハ２０４の中心から外周の裏面の位置に複数の放射温度計を置いている。
【０００５】
このような構造を有する従来のランプ熱処理装置を用いてウェハ２０４を熱処理する場合には、ウェハ２０４をチャンバ２０１内へ搬入し、シリコンカーバイド製支持リング２０５上に載せる。次いで、ガス供給ライン２０８から所望のプロセスガスを供給し、ランプユニット２０２を点灯してウェハ２０４を回転させながら熱処理を行なう。
【０００６】
連続処理を行なう場合には、１枚目と２枚目以降の酸化膜厚差を無くすためのウェハ２０４が無い状態でランプユニット２０２を５〜１０分点灯するプリヒート処理が行なわれる。その後、１枚目のウェハ２０４をチャンバ２０１内へ搬入し、１枚目のウェハ２０４の熱処理を行なう。１枚目のウェハ２０４の熱処理が終了し搬出後、２枚目のウェハ２０４をチャンバ２０１内へ搬入し熱処理が行なわれる。３枚目以降も前のウェハ２０４の処理が終了し搬出後、次のウェハ２０４をチャンバ２０１内へ搬入し熱処理が行なわれる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−１３３５５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のランプ熱処理装置では、連続処理において１枚目の前に５〜１０分のプリヒート処理を設けてチャンバ内を温めないと１枚目と２枚目以降の酸化膜厚に差が生じ、１枚目だけが薄くなる。
【０００９】
しかしながら、プリヒート処理を行なうとシリコンカーバイド製支持リングの温度が過度に上昇し、１枚目のウェハ投入時にウェハの中心と外周とに１００℃以上の温度差が生じるので、ウェハ跳ねやウェハ割れが生じる。
【００１０】
また、プリヒート処理後、シリコンカーバイド製支持リングの温度が十分に下がるように、長時間の自然冷却時間を設けるとウェハの中心と外周との温度差が１００℃以下になりウェハ跳ねやウェハ割れを防ぐことができるが、チャンバ内が冷えてしまうので、１枚目と２枚目以降の酸化膜厚に差が生じて１枚目だけが薄くなる。
【００１１】
つまり、従来のランプ熱処理装置では、連続処理において１枚目と２枚目以降との酸化膜厚差を無くすことと、１枚目のウェハ跳ねやウェハ割れ防止することはトレードオフの関係になり、双方満足することができない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のランプ熱処理装置は、チャンバ内の上部に設けた加熱用のランプユニットと、前記チャンバ内の下部に設けた放射温度計と、前記チャンバ内に設けたウェハを載せる支持リングと、前記支持リングを載せ、回転させる回転シリンダーとを備え、前記支持リングを冷却する冷却機構とを有することを特徴とする。
【００１３】
この構成により、連続処理においてプリヒート処理後の１枚目のウェハが投入される前にチャンバ内は冷まさず、支持リングのみを短時間に冷却することができる。したがって、１枚目のウェハ投入時に、ウェハの中心と外周との温度差が１００℃以下に抑えられ、ウェハ跳ねやウェハ割れを防止することができる。また、チャンバ内は温まったままなので、１枚目と２枚目以降の膜厚差も生じない。
【００１４】
上記のランプ熱処理装置において、前記冷却機構は、前記支持リングに冷却用ガスを吹き付けるガスラインであることが好ましい。
【００１５】
上記のランプ熱処理装置において、前記冷却用ガスにヘリウムガスを用いることが好ましい。
【００１６】
上記のランプ熱処理装置において、前記冷却機構は、前記支持リングを冷却する冷却用リングであることが好ましい。
【００１７】
上記のランプ熱処理装置において、前記冷却用リングは、上下運動して前記支持リングの裏面と接触することが好ましい。
【００１８】
上記のランプ熱処理装置において、前記支持リングは、シリコンカーバイド製であることが好ましい。
【００１９】
上記のランプ熱処理装置において、前記冷却用リングは、シリコンカーバイド製であることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係わるランプ熱処理装置の概略図である。
【００２１】
本発明のランプ熱処理装置は、図１に示すように、金属製のチャンバ１０１を有し、チャンバ１０１内にはランプ光源となるタングステンハロゲンランプ等からなるランプユニット１０２と、ランプユニット１０２を仕切る石英板１０３と、ウェハ１０４を水平に支持するシリコンカーバイド製支持リング１０５と、シリコンカーバイド製支持リング１０５を載せる回転シリンダー１０６と、ウェハ１０４の裏面側にある放射温度計１０７と、シリコンカーバイド製支持リング１０５のみを短時間に冷却するための冷却用ガスライン１１０もしくはシリコンカーバイド製冷却用リング１１１を備えている。
【００２２】
また、チャンバ１０１はチャンバ１０１内にプロセスガスを供給するためのガス供給ライン１０８と、処理ガスを排出するためのガス排気ライン１０９が設けられている。回転シリンダー１０６は、駆動機構により回転し、ウェハ１０４をチャンバ１０１内で９０回転／分で回転させることができる。放射温度計１０７はウェハ１０４の裏面からの放射光を受けて、温度に換算して温度測定をしている。なお、ウェハ１０４の面内の温度を読むため、ウェハ１０４の中心から外周の裏面の位置に複数の放射温度計を置いている。
【００２３】
冷却用ガスライン１１０は、シリコンカーバイド製支持リング１０５に向いており、冷却用ガスを直接吹き付けられる。また、冷却用ガスはヘリウムガスを用いている。また、シリコンカーバイド製冷却用リング１１１は、シリコンカーバイド製支持リング１０５の下に位置しており、上下運動を行なうことによってシリコンカーバイド製支持リング１０５の裏面に接触したり、離れたりすることができる。
【００２４】
このような冷却機構を有する本発明のランプ熱処理装置を用いて、ウェハ１０４を酸化処理する場合について、以下に説明する。
【００２５】
まず、ウェハ１０４をチャンバ１０１内へ搬入し、シリコンカーバイド製支持リング１０５上に載せる。次いで、ガス供給ライン１０８から所望のプロセスガス、例えば酸素ガスを供給し、ランプユニット１０２を点灯してウェハ１０４を回転させながら熱処理を行なう。
【００２６】
連続処理において１枚目と２枚目以降の酸化膜厚差を無くすため、ウェハ１０４が無い状態でランプユニット１０２を５〜１０分点灯するプリヒート処理を行なう。その後、シリコンカーバイド製支持リング１０５に向いている冷却用ガスライン１１０に流量１０リットル／分のヘリウムガスを１０秒間流し、シリコンカーバイド製支持リング１０５にヘリウムガスを直接吹き付けて短時間に冷却する。もしくは、シリコンカーバイド製冷却用リング１１１を上げて１０秒間シリコンカーバイド製支持リング１０５の裏面に接触させ、シリコンカーバイド製支持リング１０５を短時間に冷却した後、シリコンカーバイド製冷却用リング１１１を下げる。
【００２７】
次に、１枚目のウェハ１０４をチャンバ１０１内へ搬入し、１枚目のウェハ１０４の熱処理を行なう。１枚目のウェハ１０４の熱処理が終了し搬出後、２枚目のウェハ１０４をチャンバ１０１内へ搬入し熱処理が行なわれる。３枚目以降も前のウェハ１０４の処理が終了し搬出後、次のウェハ１０４をチャンバ１０１内へ搬入し熱処理が行なわれる。
【００２８】
以上のように、連続処理において１枚目と２枚目以降の酸化膜厚差を無くすためのプリヒート処理後の、１枚目のウェハが投入される前に、シリコンカーバイド製支持リング１０５にヘリウムガスを直接吹き付けることにより、シリコンカーバイド製支持リング１０５のみを短時間に冷却することができる。
【００２９】
もしくは、シリコンカーバイド製冷却用リング１１１をシリコンカーバイド製支持リング１０５の裏面に接触させて、シリコンカーバイド製支持リング１０５に蓄積する熱をシリコンカーバイド製冷却用リング１１１に直接逃がし、シリコンカーバイド製支持リング１０５のみを短時間に冷却することができる。
【００３０】
これらのことにより、１枚目のウェハ投入時に、ウェハの中心と外周との温度差を１００℃以下に抑え、ウェハ跳ねやウェハ割れを防止することができる。また、シリコンカーバイド製支持リング１０５のみを短時間に冷却するため、チャンバ内は温まったままなので、１枚目と２枚目以降の膜厚差も生じない。
【００３１】
なお、本実施形態においては、ウェハの酸化処理について説明したが、他の窒化処理や単なる熱処理に本発明を適用しても、同様の効果を得られることは言うまでもない。
【００３２】
また、シリコンカーバイド製支持リングの冷却機構には、冷却用ガスラインとシリコンカーバイド製冷却用リングとについて説明したが、何れか一方を備えていれば本発明の効果を得られることは言うまでもない。
【００３３】
また、シリコンカーバイド製支持リングおよびシリコンカーバイド製冷却用リングを用いたが、ウェハと熱伝導性がほぼ等しい他の材料で製作しても良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のランプ熱処理装置は、連続処理においてプリヒート処理後の１枚目のウェハが投入される前にチャンバ内は冷まさず、支持リングのみを短時間に冷却することができる。したがって、１枚目のウェハ投入時に、ウェハの中心と外周との温度差が１００℃以下に抑えられ、ウェハ跳ねやウェハ割れを防止することができる。また、チャンバ内は温まったままなので、１枚目と２枚目以降の膜厚差も生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のランプ熱処理装置の概略図
【図２】従来のランプ熱処理装置の概略図
【符号の説明】
１０１　チャンバ
１０２　ランプユニット
１０３　石英板
１０４　ウェハ
１０５　シリコンカーバイド製支持リング
１０６　回転シリンダー
１０７　放射温度計
１０８　ガス供給ライン
１０９　ガス排気ライン
１１０　冷却用ガスライン
１１１　シリコンカーバイド製冷却用リング
【図１】
2004134631.tif 000003
【図２】
2004134631.tif 000004