(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、被加熱物を収容する石英製のチャンバーと、
該チャンバーの一端から前記チャンバー内にガスを供給するガス供給部と、
該ガス供給部から供給されたガスを前記チャンバーの他端から排出するガス排出部と、
前記チャンバーの外側に配置した前記被加熱物を加熱する加熱ランプとを具備し、
前記チャンバー内にガスを流しながら前記被加熱物に加熱処理を施す枚葉式の熱処理装置において、
前記ガス供給部が、少なくとも、
前記チャンバーの中央部側にガスを供給する中央供給口と、
該中央供給口の外側を取り囲んでおり、前記チャンバーの内壁に沿ったガスを供給する外周供給口とを具備するものであり、
前記中央供給口と前記外周供給口からガスを供給しつつ前記被加熱物に熱処理を施すものであることを特徴とする枚葉式の熱処理装置。
【請求項２】
前記ガス供給部は、前記中央供給口と前記外周供給口から供給するガスの流量を個別に制御できるものであることを特徴とする請求項１に記載の枚葉式の熱処理装置。
【請求項３】
前記中央供給口と前記外周供給口との面積比が３：１であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の枚葉式の熱処理装置。
【請求項４】
前記ガス排出部は、少なくとも、
前記チャンバーの中央部側のガスを排出する中央排出口と、
該中央排出口の外周に位置して前記チャンバーの内壁に沿ったガスを排出する外周排出口とを具備するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の枚葉式の熱処理装置。
【請求項５】
前記ガス排出部は、前記中央排出口と前記外周排出口から排出するガスの排出圧力を個別に制御できるものであることを特徴とする請求項４に記載の枚葉式の熱処理装置。
【請求項６】
少なくとも、石英製のチャンバーに被加熱物を収容し、
前記チャンバーの一端に位置するガス供給部から前記チャンバー内にガスを供給し、該供給されたガスを前記チャンバーの他端に位置するガス排出部により排出することによって前記チャンバー内にガスを流し、
前記チャンバーの外側に配置された加熱ランプにより前記被加熱物に加熱処理を施す熱処理方法において、
前記ガス供給部から前記チャンバー内にガスを供給する際、前記チャンバーの中央部側にガスを供給する中央供給口と該中央供給口の外側を取り囲んで前記チャンバーの内壁に沿ったガスを供給する外周供給口とからガスを供給しつつ前記被加熱物に熱処理を施すことを特徴とする熱処理方法。
【請求項７】
前記中央供給口と前記外周供給口から供給するガスの流量を個別に制御することを特徴とする請求項６に記載の熱処理方法。
【請求項８】
前記中央供給口と前記外周供給口から供給するガスの流量比を、３：１とすることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の熱処理方法。
【請求項９】
前記供給されたガスを前記ガス排出部により排出する際、前記中央部側のガスを排出する中央排出口と該中央排出口の外周に位置して前記チャンバーの内壁に沿ったガスを排出する外周排出口とからガスを排出することを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の熱処理方法。
【請求項１０】
前記中央排出口と前記外周排出口から排出するガスの排出圧力を、前記中央排出口のガスより前記外周排出口のガスが負圧となるように制御することを特徴とする請求項９に記載の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバー内にガスを流しながら加熱ランプにより被加熱物に加熱処理を施す枚葉式の熱処理装置及び熱処理方法に関し、特には例えばアルゴン等の不活性ガス雰囲気中でシリコン単結晶ウェーハ１枚に急速加熱・急速冷却処理を施す枚葉式熱処理装置及び熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デバイス装置の製造に使用される半導体ウェーハを製造する工程では、シリコン単結晶ウェーハに急速加熱・急速冷却の熱処理（いわゆるＲＴＡ処理：Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）を施すことがある。
【０００３】
例えばＣＺ（チョクラルスキー）法により作製されたシリコンウェーハには、酸素不純物が多く含まれており、この酸素不純物は転位や欠陥等を生じさせる酸素析出物（ＢＭＤ：Ｂｕｌｋ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｆｅｃｔ）となる。このような酸素析出物が、デバイスの形成される表面にあると、リーク電流増大や酸化膜耐圧低下等の原因になって半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼす。そのため、特許文献１では、ウェーハ表層部に高品質のＤＺ層（無欠陥層）を有し、かつバルク部にはゲッタリング効果のあるＢＭＤ層を形成する際、抵抗加熱式の熱処理炉を用いて熱処理した後、急速加熱・急速冷却装置を用いて熱処理を施すことが開示されている。
このような工程以外でも、ウェーハ製造工程においてＲＴＡ処理をウェーハに施すことは少なくない。
【０００４】
ＲＴＡ処理は、一般的に１枚づつのウェーハに対して施され、図５に示すような枚葉式の熱処理装置により行われる。図５は、従来の枚葉式の熱処理装置の概略図である。
このＲＴＡ処理用の熱処理装置５１は、石英からなるチャンバー５２を有し、このチャンバー５２内でウェーハＷを熱処理するようになっている。加熱は、チャンバー５２の上下に配置した加熱ランプ５５によって行う。このランプはそれぞれ独立に供給される電力を制御できるようになっている。
またこの熱処理装置５１は、チャンバー５２の内部に雰囲気ガスＧを供給するためのガス供給部５３と、雰囲気ガスＧを排出するガス排出部５４とを具備する。チャンバー５２にはウェーハＷを搬出入するための搬出入口５７が設けられており、シャッター５８により搬出入口５７にふたができるようになっている。そして、ウェーハＷは３点支持部が形成された石英製のサセプタ５６上に載置され、ＲＴＡ処理が施される。
さらに、チャンバー５２には温度測定用特殊窓（不図示）が設けられており、チャンバー５２の外部に設置されたパイロメータ（不図示）により、その特殊窓を通してＲＴＡ処理中のウェーハＷの温度をチャンバー５２の外部から測定することができるようになっている。
【０００５】
このような熱処理装置５１を使用してＲＴＡ処理をウェーハＷに施すには、まず、ウェーハハンドリング装置（不図示）でシリコン単結晶ウェーハＷを搬出入口５７からチャンバー５２内に入れ、サセプタ５６上に載置した後、シャッター５８を閉める。
そして、窒素ガスで十分パージした後、水素、アルゴン、あるいは窒素と酸素等の混合ガスを雰囲気ガスＧとしてガス供給部５３から流しながら、加熱ランプ５５に電力を供給してウェーハＷを目的の温度まで昇温する。そして、この所望温度でウェーハＷに高温熱処理を所定時間加えた後、ランプ５５の出力を下げてウェーハＷの温度を下げ、ウェーハハンドリング装置によってウェーハＷを取り出して、ＲＴＡ処理を完了する。
【０００６】
このような、従来の熱処理装置を使用してＲＴＡ処理を不活性ガス中でウェーハＷに施す場合、処理温度が例えば１０００℃以上の高温であると、パージ時間を時間単位で長く設定したり、十分に不純物濃度を下げたガスを使用したりしても、高温ＲＴＡ処理後、取り出したウェーハの表面には面荒れが発生していた。そのウェーハの表面ラフネスをＡＦＭ（原子間力顕微鏡：Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で測定すると、ＲＴＡ処理前に研磨によって表面ラフネスが調整されたウェーハのラフネスが、ＲＴＡ処理後に大きくなるということがあった。これは不活性ガスを使用しているため、高温では石英製のチャンバー表面からＳｉＯが気化し、被加熱物であるウェーハＷの表面に付着して反応するために起こることが示唆されていた。
【０００７】
そこで、一般的にはアルゴン等の雰囲気ガスに水素を添加して面荒れを抑制する方法が採られているが、ウェーハの種類によっては、あまり有効な対策とはならないことが多かった。また、水素ガスをアルゴン等の不活性ガスに添加すると、ウェーハが金属汚染したり、スリップ転位が発生する等といった問題があった。さらに、水素ガスを扱うため、ＲＴＡ処理作業の安全面上その取り扱いには十分な注意が必要であった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−４３３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、例えばシリコン単結晶ウェーハのような被加熱物に対して、処理温度が例えば１０００℃以上の高温で急速加熱・急速冷却の熱処理を施す際に、被加熱物の表面に面荒れが発生することを簡単且つ安全に抑制できる枚葉式の熱処理装置及び熱処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、少なくとも、被加熱物を収容する石英製のチャンバーと、
該チャンバーの一端から前記チャンバー内にガスを供給するガス供給部と、
該ガス供給部から供給されたガスを前記チャンバーの他端から排出するガス排出部と、
前記チャンバーの外側に配置した前記被加熱物を加熱する加熱ランプとを具備し、
前記チャンバー内にガスを流しながら前記被加熱物に加熱処理を施す枚葉式の熱処理装置において、
前記ガス供給部が、少なくとも、
前記チャンバーの中央部側にガスを供給する中央供給口と、
該中央供給口の外周に位置して前記チャンバーの内壁に沿ったガスを供給する外周供給口とを具備するものであり、
前記中央供給口と前記外周供給口からガスを供給しつつ前記被加熱物に熱処理を施すものであることを特徴とする枚葉式の熱処理装置を提供する。
【００１１】
また、本発明は、少なくとも、石英製のチャンバーに被加熱物を収容し、
前記チャンバーの一端に位置するガス供給部から前記チャンバー内にガスを供給し、該供給されたガスを前記チャンバーの他端に位置するガス排出部により排出することによって前記チャンバー内にガスを流し、
前記チャンバーの外側に配置された加熱ランプにより前記被加熱物に加熱処理を施す熱処理方法において、
前記ガス供給部から前記チャンバー内にガスを供給する際、前記チャンバーの中央部側にガスを供給する中央供給口と該中央供給口の外周に位置して前記チャンバーの内壁に沿ったガスを供給する外周供給口とからガスを供給しつつ前記被加熱物に熱処理を施すことを特徴とする熱処理方法を提供する。
【００１２】
このように本発明は、チャンバー内にガスを流しながら被加熱物に加熱処理を施す枚葉式の熱処理装置において、ガス供給部が、少なくとも、チャンバーの中央部側にガスを供給する中央供給口と、該中央供給口の外周に位置してチャンバーの内壁に沿ったガスを供給する外周供給口とを具備するものであり、ガス供給部からチャンバー内にガスを供給する際、中央供給口とチャンバーの内壁に沿ったガスを供給する外周供給口とからガスを供給する。
【００１３】
これにより、ＲＴＡ処理時に石英製のチャンバー表面からＳｉＯが気化しても、気化したＳｉＯが被加熱物に付着しないようなガスの流れを中央供給口と外周供給口によってチャンバー内に作り出すことができるので、ＲＴＡ処理中、特に高温の加熱処理では、チャンバー表面から気化したＳｉＯが被加熱物に付着することをガスの流れだけで簡単に抑制できる。従って、ＲＴＡ処理中の被加熱物表面の面荒れを防止でき、ＲＴＡ処理を施しても被加熱物は所望のラフネスを維持することができる。
また、ガスの流れだけで被加熱物表面の面荒れを抑制することができるので、被加熱物の面荒れ対策として使用される水素ガスを必ずしも取り扱うことなく、安全面でも有利な上、使用するガスを不活性ガス１００％とすることができ、水素ガス添加による被加熱物の金属汚染やスリップ転位も発生することはない。
【００１４】
この場合、前記ガス供給部は、前記中央供給口と前記外周供給口から供給するガスの流量を個別に制御できるものであることが好ましく、また、前記中央供給口と前記外周供給口から供給するガスの流量を個別に制御することが好ましい。
【００１５】
このように、中央供給口と外周供給口から供給するガスの流量を個別に制御することにより、それぞれのガスの供給口の大きさに合わせて、気化したＳｉＯが処理中の被加熱物に付着しないようなガス流を簡単に作り出すことができる。
【００１６】
そして、前記中央供給口と前記外周供給口との面積比が３：１であることが好ましい。
このように、ガスを供給する中央供給口と外周供給口との面積比が３：１であることにより、チャンバー内壁付近をとおる外周供給口から供給されたガスが、中央供給口から供給されたガスがチャンバー内壁にぶつからない程度の十分な厚さのガス流層を作り出すことができる。
【００１７】
さらに、前記中央供給口と前記外周供給口から供給するガスの流量比を、３：１とすることが好ましい。
このように、中央供給口と外周供給口から供給するガスの流量比を、３：１とすることにより、中央供給口と外周供給口との面積比が３：１であった場合において、中央供給口から出るガスと、外周供給口から出るガスの単位面積あたりの供給量を同じとすることができ、チャンバー内で中央供給口及び外周供給口によって作り出した層流が混ざり難くなる。
【００１８】
また、本発明では、前記ガス排出部は、少なくとも、前記チャンバーの中央部側のガスを排出する中央排出口と、該中央排出口の外周に位置して前記チャンバーの内壁に沿ったガスを排出する外周排出口とを具備するものであることが好ましく、前記供給されたガスを前記ガス排出部により排出する際、前記中央部側のガスを排出する中央排出口と該中央排出口の外周に位置して前記チャンバーの内壁に沿ったガスを排出する外周排出口とからガスを排出することが好ましい。
【００１９】
このように、ガス排出部もガス供給部に対応した形で、チャンバーの中央部側のガスを排出する中央排出口と、該中央排出口の外周に位置してチャンバーの内壁に沿ったガスを排出する外周排出口とを具備して供給したガスを排出することによって、よりチャンバー中央に流れるガスと、内壁に沿ったガスとの混ざり合いを少なくすることができ、被加熱物の面荒れを十分に防止することができる。
【００２０】
また、本発明では、前記ガス排出部は、前記中央排出口と前記外周排出口から排出するガスの排出圧力を個別に制御できるものとすることができ、さらに前記中央排出口と前記外周排出口から排出するガスの排出圧力を、前記中央排出口のガスより前記外周排出口のガスが負圧となるように制御することが好ましい。
【００２１】
このように、ガス排出部は、中央排出口と外周排出口から排出するガスの排出圧力を個別に制御でき、中央排出口のガスより外周排出口のガスが負圧となるように制御することにより、中央排出口よりも外周排気口の方が排気スピードが早くなるため、チャンバーの内壁に沿ったガスが、外周排気口の付近で勢いを失って中央部に流れ込むことを効果的に抑制でき、さらにＳｉＯが被加熱物に付着することを防止できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る枚葉式の熱処理装置及び熱処理方法であれば、被加熱物に対して、処理温度が例えば１０００℃以上の高温で急速加熱・急速冷却の熱処理を施しても、面荒れ防止用のガスを雰囲気ガスに添加せずに、ガスの流れだけで被加熱物の表面に面荒れの発生を安全に抑制できる。その上、ＲＴＡ処理中では不活性ガスを１００％で雰囲気ガスとして使用することが可能となり、面荒れが少なく、ＲＴＡ処理において金属汚染が発生する恐れの少ない被加熱物の熱処理装置及び熱処理方法とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
前述したように、被加熱物に急速加熱・急速冷却処理（ＲＴＡ処理）を施すための熱処理装置内にシリコンウェーハ等の被加熱物を載置して、不活性ガス雰囲気下でＲＴＡ処理をウェーハに施す場合、ＲＴＡ処理前に窒素ガスによるチャンバー内部のパージ時間を時間単位で長く設定したり、ＲＴＡ処理中に不純物濃度を十分に下げた雰囲気ガスを使用しても、例えば１０００℃以上の高温でシリコンウェーハをアニールするとウェーハ表面は面荒れが発生し、そのため、そのウェーハをＡＦＭで測定するとＲＴＡ処理前よりラフネスは大きくなることがあった。
これは不活性ガスを使用しているため、高温では石英製のチャンバー表面からＳｉＯが気化し、ウェーハ表面に付着し反応するために起こることが示唆されていた。
【００２４】
そこで本発明者らは、このような問題を解決すべく、鋭意研究を重ねた。
まず、ウェーハ製造工程において、ウェーハを不活性ガスで高温アニールする工程はいくつかあり、使用される熱処理炉も様々なタイプのものがある。被加熱物を複数枚まとめて処理可能なバッチ式にも横型炉や縦型炉等があり、ウェーハを１枚づつ処理する枚葉式のものもある。これらの熱処理装置において、バッチ式のものにはウェーハ表面に目立った面荒れが起こることはなかった。
【００２５】
これはバッチ式熱処理炉の石英チューブとウェーハとの距離が十分に離れているためと考えられる。つまり、石英チューブからＳｉＯが気化しても、気化したＳｉＯがすぐにウェーハに付着しないぐらい距離が離れている。そこで石英チューブの内壁にウェーハに近づけて載置して熱処理を施したところ、ウェーハ表面に面荒が発生した。
【００２６】
従って、枚葉式のＲＴＡ処理用の熱処理装置もウェーハと石英チャンバーの距離をとれば、面荒れを防止できると考えられたが、ウェーハを１枚ずつ処理する枚葉式の熱処理装置は、そのチャンバーの大きさを小型化して熱均一性を高めているため、そのチャンバーが大きくなると、枚葉式の利点がそがれ、ウェーハ面内で熱均一性が悪化するので、ウェーハとチャンバー内壁との距離をとるような対策は取れなかった。
【００２７】
しかも、枚葉式の熱処理装置を使用し、不活性ガス雰囲気中の高温アニールでは被加熱物であるウェーハ表面に面荒れが発生するという問題を解決する方法として雰囲気ガスに水素ガスを添加する方法があるが、水素ガスを添加してＲＴＡ処理を施すと、熱処理で、金属汚染や、スリップ転位が発生するといった問題があった。また水素ガスを扱うため、安全面でも雰囲気ガスの取り扱いに注意する必要があった。
【００２８】
従って、雰囲気ガスには不活性ガス１００％を使用した方が有利であり、不活性ガス１００％での高温熱処理において面荒れのないＲＴＡ処理が可能になれば様々な処理が可能になる。また、ウェーハ表面に面荒れが起こらないで１００％不活性ガス雰囲気下での高温ＲＴＡ処理が可能となれば、十分なマイグレーションの効果でウェーハ表面のラフネスが小さくなる等の利点がある。しかし、熱均一性を図れば、チャンバーを小さくする必要があった。
【００２９】
そこで本発明者らは、熱均一性を保持するためにチャンバーを大きくせずに、雰囲気ガスとして不活性ガス１００％を使用しても、面荒れの少ないＲＴＡ処理を可能とするためには、被加熱物にＲＴＡ処理を施す際に、石英製のチャンバーから気化したＳｉＯが、被加熱物であるウェーハに付着しないようなガスの流れを狭いチャンバーに作り出せばよいことに想到し、本発明を完成させた。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜４を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明に係る枚葉式の熱処理装置の概略を示す斜視図である。図２は、図１に示す熱処理装置のガス排出部側からみたガス供給部の概略図である。図３は、図１に示す熱処理装置の縦断面図である。図４は、図１に示す熱処理装置の平面視断面図である。
【００３１】
まず、図１に示した本発明の枚葉式の熱処理装置について説明する。
この枚葉式の熱処理装置１は、被加熱物Ｗを収容する石英製のチャンバー２と、該チャンバー２の一端からチャンバー２内にガスを供給するガス供給部３と、該ガス供給部３から供給されたガスをチャンバー２の他端から排出するガス排出部４と、チャンバー２の外側に配置した被加熱物Ｗを加熱するための複数本の加熱ランプ５とを具備し、チャンバー２内にガスを流しながら被加熱物Ｗに加熱処理を施すものである。
【００３２】
チャンバー２は、被加熱物Ｗを搬出入するための搬出入口７が形成されており、該搬出入口７を閉じてチャンバー２を閉空間とするためのシャッター８を有する。
また、チャンバー２は、被加熱物Ｗをその内部に載置するための突起が形成されたサセプタ６を有する。
加熱ランプ５はチャンバーの上下に複数本設置されており、それぞれ個別に電力制御できるようになっている。この加熱ランプ５としては、例えば、赤外線ランプの一つであるハロゲンランプ等を使用することができる。
【００３３】
そして、さらに本発明の枚葉式の熱処理装置１は、そのガス供給部３が、チャンバー２の中央部側にガスを供給する中央供給口３Ａと、該中央供給口３Ａの外周に位置してチャンバー２の内壁に沿ったガスを供給する外周供給口３Ｂとを具備する。
【００３４】
このように、ガス供給部３が、中央供給口３Ａと外周供給口３Ｂによって２重管構造となっていることにより、チャンバー２内で、ガスの層流を作り出すことができる。つまり、図２及び図３のように、ガス供給部３は、中央供給口３Ａと外周供給口３Ｂとによって、チャンバー２の中央部側に供給されるガスＧＡと、チャンバー２の内壁に沿ったガスＧＢとを供給することで、ガスをチャンバー内で層状とすることができる。
【００３５】
このようなガスの層流を作り出せる中央供給口３Ａと外周供給口３Ｂとをガス供給部３が具備することにより、外周供給口から供給されてチャンバー内壁に沿ったガスが、高温のＲＴＡ処理によってチャンバー内壁から気化したＳｉＯをチャンバー中央部に流れ込むことを防止できるので、ＲＴＡ処理時に石英製のチャンバー表面からＳｉＯが気化しても、気化したＳｉＯが被加熱物に付着しにくくなる。
従って、ＲＴＡ処理中、特に１０００℃以上といった高温の加熱処理であっても、チャンバー表面から気化したＳｉＯが被加熱物に付着することをガスの流れだけで簡単に抑制できる。
【００３６】
またこれにより、ＲＴＡ処理中において被加熱物表面が面荒れすることを防止でき、ＲＴＡ処理を施しても被加熱物は所望のラフネスを維持することができる。
さらに、中央供給口と外周供給口が作り出すガスの流れだけで被加熱物表面の面荒れを抑制することができるので、被加熱物の面荒れ対策として使用される水素ガスを取り扱うことなく、安全面でも有利な上、使用するガスを不活性ガス１００％とすることができ、水素ガス添加による被加熱物の金属汚染やスリップ転位も発生することはない。
【００３７】
この場合、ガス供給部３は、中央供給口３Ａと外周供給口３Ｂから供給するガスの流量を個別に制御できるものであることが好ましい。
このように、中央供給口と外周供給口から供給するガスの流量を個別に制御できるものであれば、それぞれのガスの供給口の面積に合わせて、チャンバー内壁から気化したＳｉＯが処理中の被加熱物に付着しないようなガス流を簡単に作り出すことができる。
【００３８】
また、ガス供給部３の具備する中央供給口３Ａと外周供給口３Ｂとの面積比は３：１であることが好ましい。
このように、（中央供給口３Ａの面積）：（外周供給口３Ｂの面積）＝３：１であることにより、チャンバー２の内壁に沿う外周供給口から供給されたガスが、中央供給口から供給されたガスがチャンバー内壁にぶつからない程度の十分な厚さのガス層を作り出すことができる。
【００３９】
さらに本発明において、ガス排出部４は、チャンバー２の中央部側のガスを排出する中央排出口４Ａと、該中央排出口４Ａの外周に位置してチャンバー２の内壁に沿ったガスを排出する外周排出口４Ｂとを具備するものであることが好ましい。
このように、ガス排出部４も、ガス供給部３に対向配置する形で、中央部側のガスを排出する中央排出口４Ａと、チャンバー２の内壁に沿ったガスを排出する外周排出口４Ｂとを具備するものであることにより、よりチャンバー中央に流れるガスと、内壁に沿ったガスとの混ざり合いを少なくすることができ、被加熱物の面荒れを十分に防止することができる。
【００４０】
そして、上記ガス排出部４は、中央排出口４Ａと外周排出口４Ｂから排出するガスの排出圧力を個別に制御できるものとすることが好ましい。
このように、中央排出口４Ａと外周排出口４Ｂから排出するガスの排出圧力を個別に制御できるものであれば、外周と中央の排出圧力を調整することにより、被加熱物にＳｉＯが付着することをより効果的に防止することができる。
【００４１】
なお、図１において、ガスを供給する中央供給口３Ａと外周供給口３Ｂ、及びガスを排出する中央排出口４Ａと外周排出口４Ｂは、口の形を長方形としたが、どのような形であってもよい。本発明では、中央供給口（中央排出口）の外側を取り囲む外周供給口（外周排出口）を形成するため、中央供給口（中央排出口）を、チャンバー２内に設け、チャンバー２の内壁と中央供給口（中央排出口）に挟まれた領域を外周供給口（外周排出口）にするという構成とした。
【００４２】
しかし、本発明はこれに限られず、外周供給口（外周排出口）は、例えば口が円形である管を複数本中央供給口（中央排出口）を取り囲むように配置されたものであってもよい。
中央供給口（中央排出口）も、例えば口が円形である管を複数本まとめたものであってもよく、図１のような長方形の口であっても、その供給（排出）量や圧力をウェーハ面内で均等化することを目的として、スリットが入っているものであってもよい。
さらに、上記では、中央供給口（中央排出口）と外周供給口（外周排出口）とを二重管とする場合を例として説明したが、三重管、あるいはそれ以上とすることも可能である。
【００４３】
次に、上記に説明した図１に示す枚葉式の熱処理装置１を使用して、被加熱物Ｗに熱処理を施す本発明の熱処理方法について説明する。
以下説明する熱処理方法は、被加熱物Ｗであるシリコンウェーハに対して１０００℃以上といった高温でかつ急速加熱・急速冷却（ＲＴＡ）処理を施す場合についてであるが、当然ながら本発明はこれに限定されない。
【００４４】
まず、図１に示すような枚葉式の熱処理装置１を用意する。
次に、石英製のチャンバー２のシャッター８を開放し、搬出入口７から被加熱物であるシリコンウェーハＷを搬入して、チャンバー２内にあるサセプタ６に載置し、シャッター８を閉めて、チャンバー２内にシリコンウェーハＷを収容する。
搬入方法は、特に限定しないが、ウェーハハンドリング装置（不図示）等を使用してもよい。
【００４５】
そして、チャンバー２内の雰囲気を窒素等のガスを流すことによってパージした後、チャンバー２の一端に位置するガス供給部３からチャンバー２内にガスを供給する。
このとき、チャンバー２の中央部側にガスを供給する中央供給口３Ａと該中央供給口３Ａの外周に位置してチャンバー２の内壁に沿ったガスを供給する外周供給口３Ｂとからガスを供給する。該供給するガスとしては、中央供給口３Ａも外周供給口３Ｂも同じアルゴンガス１００％とする。
【００４６】
このように、中央供給口３Ａと外周供給口３Ｂとによって構成されている２重管構造からガスを供給することによって、図３及び図４に示すように、シリコンウェーハに直接当たる可能性のあるチャンバーの中央部を流れるガスＧＡと、チャンバーの内壁に沿うガスＧＢとが層状となり、内壁に沿ったガスＧＢの層によって、中央付近のガスＧＡがチャンバー内壁にぶつかることを抑制することができる。そのため、ＲＴＡ処理時に石英製のチャンバー表面からＳｉＯが気化しても、気化したＳｉＯが被加熱物に付着しないようなガスの流れとなるので、ＲＴＡ処理中の被加熱物表面が面荒れするのを防止でき、ＲＴＡ処理を施しても被加熱物は所望のラフネスを維持することができる。
【００４７】
また、ガスの流れだけで被加熱物表面の面荒れを抑制することができるので、被加熱物の面荒れ対策として使用される水素ガスを取り扱うことなく、安全面でも有利な上、使用するガスを不活性ガス１００％とすることができ、水素ガス添加によってシリコンウェーハが金属汚染したり、スリップ転位が発生する恐れも少なくなる。
【００４８】
また、中央供給口３Ａと外周供給口３Ｂから供給するガスの流量を個別に制御することが好ましく、特に本発明では、中央供給口３Ａと外周供給口３Ｂから供給するガスの流量比を、３：１とすることが好ましい。
このように、中央供給口と外周供給口から供給するガスの流量を個別に制御し、その比を３：１とすることにより、それぞれのガスの供給口の大きさに合わせて、気化したＳｉＯが処理中の被加熱物に付着しないようなガス流を簡単に作り出すことができ、中央供給口と外周供給口との面積比が３：１であった場合、中央供給口から出るガスと、外周供給口から出るガスの単位面積あたりのガス供給量を同じとすることができる。そのため、チャンバー内で中央供給口及び外周供給口によって作り出した層流が混ざり難くなり、さらにＳｉＯによるウェーハ表面の面荒れを防止することができる。
【００４９】
次に、チャンバー２の他端に位置するガス排出部４により供給されたガスを排出し、これによりチャンバー内にガスが流れる。
そして、供給されたガスをガス排出部４により排出する際、中央部側のガスを排出する中央排出口４Ａと該中央排出口４Ａの外周に位置してチャンバー２の内壁に沿ったガスを排出する外周排出口４Ｂとからガスを排出する。
【００５０】
このように、ガス供給部に対応したガス排出部より、チャンバーの中央部側のガスを排出する中央排出口と、該中央排出口の外周に位置してチャンバーの内壁に沿ったガスを排出する外周排出口とから排出することによって、よりチャンバー中央に流れるガスと、内壁に沿ったガスとの混ざり合いを少なくすることができ、被加熱物の面荒れを十分に防止することができる。
【００５１】
そして、中央排出口４Ａと外周排出口４Ｂから排出するガスの排出圧力を、中央排出口４Ａのガスより外周排出口４Ｂのガスが負圧となるように制御することが好ましい。
中央排出口４Ａと外周排出口４Ｂから排出するガスの排出圧力を個別に制御できるガス排出部により、中央排出口のガスより外周排出口のガスが負圧となるように制御すれば、中央排出口よりも外周排気口の方が排気スピードが早くなるため、チャンバーの内壁に沿ったガスが、外周排気口の付近で勢いを失って中央部に流れ込むことを効果的に抑制でき、さらにＳｉＯが被加熱物に付着することを防止できる。
【００５２】
次に、チャンバー２の外側に配置された加熱ランプ５により被加熱物Ｗを目的の温度まで昇温する。そして、この所望温度で高温熱処理を所定時間加えた後、加熱ランプ５の出力を下げて被加熱物Ｗの温度を下げて取り出して、ＲＴＡ処理を完了する。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明の実施例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
＜熱処理装置の仕様＞
実施例１で使用する枚葉式の熱処理装置は、石英製のチャンバー、ガス供給部、ガス排出部、複数本のハロゲンランプとを具備する。チャンバーにはウェーハの搬出入口が形成されており、それを閉じるためのシャッターが取付けられている。また、チャンバー内には被加熱物であるシリコンウェーハを載置するためのサセプタが設置されている。
そして、ガス排出部は、排出口を１つ具備し、ガス供給部は、チャンバーの中央部側にガスを供給する中央供給口と、チャンバーの内壁に沿ったガスを供給する外周供給口とを具備している。この中央供給口と、外周供給口の形、配置は、図１に示したものと同様なものとする。
また、中央供給口と外周供給口との面積比は、３：１とした。
【００５４】
＜熱処理＞
上記枚葉式の熱処理装置を使用し、直径３００ｍｍのシリコンウェーハに急速加熱・急速冷却処理を施した。このとき、雰囲気ガスとしてアルゴンガス１００％を使用し、中央供給口と外周供給口から流量比が口の面積比と同じとなるように、３：１で流した。そして、１１００℃までシリコンウェーハを加熱し、３０秒間保持し、その後すぐにハロゲンランプの出力を下げて、シリコンウェーハを冷却した。
【００５５】
＜ウェーハ表面のラフネス測定＞
このように高温のＲＴＡ処理が施されたシリコンウェーハをチャンバーから取り出し、目視でウェーハ表面を観察したところ、ＲＴＡ処理前のウェーハと比べて変化がなかった。また、ＡＦＭでウェーハ表面のラフネス（測定領域１０μｍ×１０μｍのＲｍａｘ）を測定した結果、ＲＴＡ処理前のウェーハ表面のラフネスが１．１ｎｍであるのに対し、ＲＴＡ処理後のウェーハ表面のラフネスは０．９ｎｍであった。
これにより、面荒れ防止用のガスを添加せずに、不活性ガス１００％を使用して高温のＲＴＡ処理をシリコンウェーハに施しても、面荒れの少ない処理をでき、効果的なマイグレーションを得られることがわかる。
【００５６】
（実施例２）
＜熱処理装置の仕様＞
実施例２で使用する枚葉式の熱処理装置は、ガス排出部以外は全て実施例１で使用した熱処理装置と同じ構成のものを使用した。
そして、ガス排出部は、実施例１のように１つの排出口ではなく、チャンバーの中央部側のガスを排出する中央排出口と、該中央排出口の外周に位置してチャンバーの内壁に沿ったガスを排出する外周排出口とを具備するものとした。
この中央排出口と、外周排出口の形、配置は、図１に示したものと同様なものとする。
また、中央排出口と外周排出口との面積比は、ガス供給部に対応させるように３：１とした。
【００５７】
＜熱処理＞
上記枚葉式の熱処理装置を使用し、直径３００ｍｍのシリコンウェーハに急速加熱・急速冷却処理を施した。このとき、雰囲気ガスとしてアルゴンガス１００％を使用し、中央供給口と外周供給口から流量比が口の面積比と同じとなるように、３：１で流した。
また、中央排出口と外周排出口から排出するガスの排出圧力を、中央排出口から排出するガスの圧力より外周排出口から排出するガスの圧力の方がより負圧となるように制御した。
そして、１１００℃までシリコンウェーハを加熱し、３０秒間保持し、その後すぐにハロゲンランプの出力を下げて、シリコンウェーハを冷却した。
【００５８】
＜ウェーハ表面のラフネス測定＞
このように高温のＲＴＡ処理が施されたシリコンウェーハをチャンバーから取り出し、目視でウェーハ表面を観察したところ、ＲＴＡ処理前のウェーハと比べて変化がなかった。また、ＡＦＭでウェーハ表面のラフネスを測定した結果、ＲＴＡ処理前のウェーハ表面のラフネスが１．１ｎｍであるのに対し、ＲＴＡ処理後のウェーハ表面のラフネスは０．８ｎｍであった。
この実施例２の結果と実施例１の結果と比較すると、さらにウェーハ表面のラフネスの変化が抑えられていることがわかる。
これにより、面荒れ防止用のガスを添加せずに、不活性ガス１００％を使用して高温のＲＴＡ処理をシリコンウェーハに施しても、ガス排出部も２重管構造とすることにより、さらに面荒れの少ない処理をでき、より効果的なマイグレーションを得られることがわかる。
【００５９】
（比較例）
＜熱処理装置の仕様＞
比較例で使用する枚葉式の熱処理装置は、石英製のチャンバー、ガス供給部、ガス排出部、複数本のハロゲンランプとを具備する。チャンバーにはウェーハの搬出入口が形成されており、それを閉じるためのシャッターが取付けられている。また、チャンバー内には被加熱物であるシリコンウェーハを載置するためのサセプタが設置されている。
そして、ガス供給部とガス排出部は、それぞれ供給口と排出口を１つづつ具備している。
【００６０】
＜熱処理＞
上記枚葉式の熱処理装置を使用し、直径３００ｍｍのシリコンウェーハに急速加熱・急速冷却処理を施した。このとき、雰囲気ガスとしてアルゴンガス１００％を流した。そして、１１００℃までシリコンウェーハを加熱し、３０秒間保持し、その後すぐにハロゲンランプの出力を下げて、シリコンウェーハを冷却した。
【００６１】
＜ウェーハ表面のラフネス測定＞
このように高温のＲＴＡ処理が施されたシリコンウェーハをチャンバーから取り出し、目視でウェーハ表面を観察したところ、ＲＴＡ処理前のウェーハと比べて面荒れが発生していた。また、ＡＦＭでウェーハ表面のラフネスを測定した結果、ＲＴＡ処理前のウェーハ表面のラフネスが１．１ｎｍであるのに対し、ＲＴＡ処理後のウェーハ表面のラフネスは２．４ｎｍであった。この結果より、ガス供給部が２重管構造となっていない場合、高温のＲＴＡ処理後におけるウェーハの表面ラフネスは、ＲＴＡ処理前よりかなり大きくなっていることがわかる。
【００６２】
以上の結果より、ガス供給部が２重管構造である実施例１、及びガス供給部もガス排出部も２重管構造である実施例２と、供給口、排出口を２重管構造としていない比較例の結果を比較すると、実施例の方が、面荒れの少ないＲＴＡ処理を施すことができ、より効果的なマイグレーションを得られることがわかる。
【００６３】
従って、本発明に係る枚葉式の熱処理装置及び熱処理方法であれば、例えば１０００℃以上の高温で急速加熱・急速冷却の熱処理をシリコンウェーハに施しても、面荒れ防止用のガスを雰囲気ガスに添加せずに、ガスの流れだけで面荒れの発生を抑制できる。その上、ＲＴＡ処理中では不活性ガスを１００％で雰囲気ガスとして使用することが可能となり、面荒れが少なく、ＲＴＡ処理において金属汚染が発生する恐れの少ないシリコンウェーハとすることができる。
【００６４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係る枚葉式の熱処理装置の概略を示す斜視図である。
【図２】図１に示す熱処理装置のガス排出部側からみたガス供給部の概略図である。
【図３】図１に示す熱処理装置の縦断面図である。
【図４】図１に示す熱処理装置の平面視断面図である。
【図５】従来の枚葉式の熱処理装置の概略図である。
【符号の説明】
【００６６】
１、５１…枚葉式の熱処理装置、  ２、５２…チャンバー、
３、５３…ガス供給部、  ３Ａ…中央供給口、  ３Ｂ…外周供給口、
４、５４…ガス排出部、  ４Ａ…中央排出口、  ４Ｂ…外周排出口、
５、５５…加熱ランプ、  ６、５６…サセプタ、  ７、５７…搬出入口、
８、５８…シャッター、  Ｇ…雰囲気ガス、
ＧＡ…チャンバーの中央部側をとおるガス、  ＧＢ…チャンバーの内壁を沿うガス、
Ｗ…被加熱物（シリコンウェーハ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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