JP2003007633A

JP2003007633A - 熱処理装置

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Publication number: JP2003007633A
Application number: JP2001185757A
Authority: JP
Inventors: Tatsufumi Kusuda; 達文楠田
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2003-01-10
Anticipated expiration: 2021-06-20
Also published as: JP3696527B2

Abstract

(57)【要約】【課題】基板を短時間に処理温度まで昇温させること
によりイオンの拡散を防止することができ、また、フラ
ッシュ加熱手段から出射される閃光の光量に変化が生じ
た場合においても基板を安定して熱処理することが可能
な熱処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】熱処理装置は、半導体ウエハーＷを予備
加熱するハロゲンランプ２２と、半導体ウエハーＷに対
して閃光を照射することによりハロゲンランプ２２で予
備加熱された半導体ウエハーＷを処理温度まで昇温させ
るキセノンフラッシュランプ２１と、キセノンフラッシ
ュランプ２１から出射される閃光の光量に応じて対応す
るハロゲンランプ２２による予備加熱温度を制御する制
御部５０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウエハー
等の基板に光を照射することにより基板を熱処理する熱
処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入後の半導体ウエハーのイオン
活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したラン
プアニール装置等の熱処理装置が使用される。このよう
な熱処理装置においては、半導体ウエハーを、例えば、
摂氏１０００度乃至摂氏１１００度程度の温度に加熱す
ることにより、半導体ウエハーのイオン活性化を実行し
ている。そして、このような熱処理装置においては、ハ
ロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用する
ことにより、毎秒数百度程度の速度で基板を降温する構
成となっている。

【０００３】しかしながら、毎秒数百度程度の速度で基
板を昇温する熱処理装置を使用して半導体ウエハーのイ
オン活性化を実行した場合においても、半導体ウエハー
に打ち込まれたイオンのプロファイルがなまる、すなわ
ち、イオンが拡散してしまうという現象が生ずることが
判明した。このような現象が発生した場合においては、
半導体ウエハーの表面にイオンを高濃度で注入しても、
注入後のイオンが拡散してしまうことから、イオンを必
要以上に注入する必要が生ずるという問題が生ずる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した問題を解決す
るするため、キセノンフラッシュランプ等を使用して半
導体ウエハーの表面に閃光を照射することにより、イオ
ンが注入された半導体ウエハーの表面のみを極めて短時
間に昇温させることが考えられる。

【０００５】しかしながら、キセノンフラッシュランプ
を使用して半導体ウエハーの表面を昇温させる構成を採
用した場合、半導体ウエハーの表面を極めて短時間に昇
温させることが可能ではあるが、その昇温温度は５００
度程度であり、半導体ウエハーをイオン活性化に必要な
摂氏１０００度乃至摂氏１１００度程度の温度まで加熱
することは不可能である。

【０００６】また、このような熱処理装置に使用される
キセノンフラッシュランプ等のフラッシュランプは、そ
こから出射される閃光の光量の経時変化が大きい。すな
わち、キセノンフラッシュランプ等のフラッシュランプ
においては、放電時間の微妙な変化に伴って閃光の光量
が変化する。また、電圧の変動やコンデンサーの静電容
量の変動とによっても、フラッシュランプから出射され
る閃光の光量は変化する。このようにフラッシュランプ
から出射される閃光の光量が変化した場合においては、
基板を安定して熱処理することができないという問題が
生ずる。

【０００７】この発明は上記課題を解決するためになさ
れたものであり、基板を短時間に処理温度まで昇温させ
ることによりイオンの拡散を防止することができ、ま
た、フラッシュ加熱手段から出射される閃光の光量に変
化が生じた場合においても基板を安定して熱処理するこ
とが可能な熱処理装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板に光を照射することにより基板を熱処理する熱
処理装置において、基板を予備加熱するための複数のア
シスト加熱手段と、前記アシスト加熱手段と対応して配
置され、基板に対して閃光を照射することにより前記ア
シスト加熱手段で予備加熱された基板を処理温度まで昇
温させるフラッシュ加熱手段と、前記各フラッシュ加熱
手段から出射される閃光の光量に応じて対応するアシス
ト加熱手段による予備加熱温度を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記複数のアシスト加熱手段と前記複
数のフラッシュ加熱手段とは、基板の表面側および裏面
側において、互いに対向するように１対１に対応して配
置される。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の発明において、前記アシスト加熱手段
と前記フラッシュ加熱手段とは、棒状のランプである。

【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請
求項３のいずれかに記載の発明において、前記アシスト
加熱手段は基板を摂氏４００度乃至摂氏６００度の温度
に予備加熱し、前記フラッシュ加熱手段は基板を摂氏１
０００度乃至摂氏１１００度まで昇温させる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１はこの発明に係る熱処理装
置の側断面図である。

【００１３】この熱処理装置は、その内部に半導体ウエ
ハーＷを収納して熱処理するための熱処理炉１１を備え
る。この熱処理炉１１は、例えば石英等の赤外線透過性
を有する材料から構成されている。熱処理炉１１の一端
には、半導体ウエハーＷの搬入および搬出を行うための
開口部１２が形成されている。

【００１４】熱処理炉１１の開口１２側には、炉口ブロ
ック１３が配設されている。炉口ブロック１３に形成さ
れた開口部は、ゲートバルブ１４により開閉可能となっ
ている。このゲートバルブ１４の内面側には、半導体ウ
エハーＷを水平姿勢で支持可能なサセプタ１５が一体的
に固着されている。

【００１５】このため、ゲートバルブ１４が水平方向に
往復移動することにより、サセプタ１５に支持された半
導体ウエハーＷが熱処理炉１１内へ搬入され、また、熱
処理炉１１から搬出される。そして、ゲートバルブ１４
が熱処理炉１１側へ移動して炉口ブロック１３に当接す
ることにより、炉口ブロック１３に形成された開口部が
閉塞されるとともに、サセプタ１５に支持された半導体
ウエハーＷが熱処理炉１１内の所定位置に収納される。

【００１６】熱処理炉１１の上方には、棒状のキセノン
フラッシュランプ２１が互いに平行に複数個（この実施
形態においては９個）列設されている。

【００１７】このキセノンフラッシュランプ２１は、そ
の内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデン
サーに接続された陽極および陰極が配設されたガラス管
と、このガラス管の外周部に巻回されたトリガー電極と
を備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であること
から、通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。し
かしながら、トリガー電極に高電圧を加えて絶縁を破壊
した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス
管内に流れ、そのときのジュール熱でキセノンガスが加
熱されて光が放出される。このキセノンフラッシュラン
プ２１においては、予め蓄えられていた静電エネルギー
が０．１ミリセカンド乃至１０ミリセカンドという極め
て短い光パルスに変換されることから、連続点灯の光源
に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有す
る。

【００１８】一方、熱処理炉１１の下方には、棒状のハ
ロゲンランプ２２が互いに平行に複数個（この実施形態
においては９個）列設されている。このハロゲンランプ
２２は、毎秒数百度程度の速度で半導体ウエハーＷを昇
温する機能を有する。

【００１９】図２は、キセノンフラッシュランプ２１と
ハロゲンランプ２２との配置関係を模式的に示す平面図
である。

【００２０】図１および図２に示すように、上述した複
数のキセノンフラッシュランプ２１と複数のハロゲンラ
ンプ２２とは、半導体ウエハーＷの表面側および裏面側
において、互いに対向するように１対１に対応して配置
されている。すなわち、複数のキセノンフラッシュラン
プ２１と複数のハロゲンランプ２２とは、図２に示すよ
うに、平面視において同一の位置に、同一の数だけ配設
されていることになる。

【００２１】なお、図１および図２に示す実施形態にお
いては、各キセノンフラッシュランプ２１および各ハロ
ゲンランプ２２を同一のピッチで配置している。しかし
ながら、温度低下を起こしやすい開口部１２側や両端部
付近においては、各キセノンフラッシュランプ２１およ
び各ハロゲンランプ２２を、その中央部のピッチより小
さいピッチで配置するようにしてもよい。

【００２２】再度図１を参照して、キセノンフラッシュ
ランプ２１の上方には、リフレクタ３１が配設されてい
る。また、ハロゲンランプ２２の下方には、リフレクタ
３４が配設されている。さらに、キセノンフラッシュラ
ンプ２１およびハロゲンランプ２２の側方には、リフレ
クタ４１が配設されている。

【００２３】キセノンフラッシュランプ２１と熱処理炉
１１との間には、光拡散板３２が一対の支持部材３３に
より支持された状態で配設されている。また、ハロゲン
ランプ２２と熱処理炉１１との間には、光拡散板３５が
一対の支持部材３６により支持された状態で配設されて
いる。これらの光拡散板３２、３５は、赤外線透過材料
としての石英ガラスの表面に光拡散加工を施したものが
使用される。

【００２４】熱処理炉１１の側方には、ガス導入路４３
が形成されている。このガス導入路４３は、リフレクタ
４１に形成されたガス導入孔４２を介して窒素ガス等の
処理ガスの供給源と接続されている。一方、炉口ブロッ
ク１３には、ガス排出路４４が形成されている。このガ
ス排出路４４は、排ガス処理部と接続されている。ま
た、熱処理炉１１の気密性を高く保つため、炉口ブロッ
ク１３およびリフレクタ４１に、オーリング４５がそれ
ぞれ取り付けられている。

【００２５】リフレクタ３１における各キセノンフラッ
シュランプ２１と対向する位置には、開口部５２が形成
されている。そして、この開口部５２の上方には、光量
センサ５１が配設されている。これらの光量センサ５１
は、各キセノンフラッシュランプ２１の光量を、開口部
５２を介して測定するためのものである。

【００２６】各光量センサ５１は、複数の制御機構５３
から構成される制御部５０を介して各ハロゲンランプ２
２と接続されている。この制御部５０は、光量センサ５
１による各キセノンフラッシュランプ２１から出射され
る閃光の光量の測定値に応じて、各ハロゲンランプ２２
の出力、すなわち、各ハロゲンランプ２２による加熱温
度を制御するためのものである。

【００２７】次に、上述した熱処理装置による半導体ウ
エハーＷの熱処理動作について説明する。図３は、熱処
理動作中における半導体ウエハーＷの表面温度を示すタ
イムチャートである。なお、図３においては、横軸は経
過時間を、また、縦軸は半導体ウエハーＷの表面温度を
示している。

【００２８】この熱処理装置において、サセプタ１５に
より支持された半導体ウエハーＷが熱処理炉１１内に挿
入され、炉口ブロック１３の開口部がゲートバルブ１４
により閉塞されると、ガス導入路４３を介して熱処理炉
１１内に窒素ガス等の処理ガスが供給され、熱処理炉１
１内が処理ガスによりパージされる。

【００２９】この状態において、ハロゲンランプ２２を
点灯する。そして、図示しない温度センサにより半導体
ウエハーＷの表面温度を測定し、基板半導体ウエハーＷ
の表面温度が図３に示す温度Ｔ１となるまでハロゲンラ
ンプ２２を利用して半導体ウエハーＷを予備加熱する。
この予備加熱温度Ｔ１は、摂氏４００度乃至摂氏６００
度程度の温度である。半導体ウエハーＷをこの程度の予
備加熱温度Ｔ１まで加熱したとしても、半導体ウエハー
Ｗに打ち込まれたイオンに変化はなく、イオンが拡散し
てしまうことはない。

【００３０】半導体ウエハーＷの表面温度が予備加熱温
度Ｔ１となれば、キセノンフラッシュランプ２１を点灯
する。このときの点灯時間は、０．１ミリセカンド乃至
１０ミリセカンド程度の時間である。このため、キセノ
ンフラッシュランプ２１においては、予め蓄えられてい
た静電エネルギーがこのように極めて短い光パルスに変
換されることから、極めて強い閃光が照射されることに
なる。

【００３１】この状態においては、半導体ウエハーＷの
表面温度は、図３に示す温度Ｔ２となる。この温度Ｔ２
は、摂氏１０００度乃至摂氏１１０００度程度の半導体
ウエハーＷの処理に必要な温度である。基板の表面がこ
のような処理温度Ｔ２にまで昇温された場合において
は、半導体ウエハーＷ中のイオンが活性化される。

【００３２】このとき、上述したように、半導体ウエハ
ーＷの表面温度が０．１ミリセカンド乃至１０ミリセカ
ンド程度の極めて短い時間で処理温度Ｔ２まで昇温され
ることから、半導体ウエハーＷ中のイオンの活性化は短
時間で完了する。従って、半導体ウエハーＷに打ち込ま
れたイオンが拡散することはなく、半導体ウエハーＷに
打ち込まれたイオンのプロファイルがなまるという現象
の発生を防止することが可能となる。

【００３３】また、キセノンフラッシュランプ２１を点
灯して半導体ウエハーＷを加熱する前に、ハロゲンラン
プ２２を使用して半導体ウエハーＷの表面温度を摂氏４
００度乃至摂氏６００度程度の予備加熱温度Ｔ１まで加
熱していることから、キセノンフラッシュランプ２１に
より半導体ウエハーＷを摂氏１０００度乃至摂氏１１０
００度程度の処理温度Ｔ２まで速やかに昇温させること
が可能となる。

【００３４】ところで、上述したような熱処理装置に使
用されるキセノンフラッシュランプ２１においては、そ
こから出射される閃光の光量の経時変化が大きい。すな
わち、キセノンフラッシュランプ２１等のフラッシュラ
ンプにおいては、放電時間の微妙な変化に伴って閃光の
光量が変化する。また、電圧の変動やコンデンサーの静
電容量の変動とによっても、フラッシュランプから出射
される閃光の光量は変化する。

【００３５】このため、この熱処理装置においては、上
述したように、複数のキセノンフラッシュランプ２１と
複数のハロゲンランプ２２とを、半導体ウエハーＷの表
面側および裏面側において互いに対向するように１対１
に対応して配置するとともに、各キセノンフラッシュラ
ンプ２１から出射される閃光の光量に応じて、対応する
ハロゲンランプ２２による予備加熱温度を制御すること
により、キセノンフラッシュランプ２１における閃光の
光量の経時変化に対応するようにしている。

【００３６】すなわち、この熱処理装置においては、最
初の半導体ウエハーＷをイオン活性化処理するためにキ
セノンフラッシュランプ２１を点灯したとき、光量セン
サ５１により、リフレクタ３１における各キセノンフラ
ッシュランプ２１と対向する位置に形成された開口部５
２を介して、キセノンフラッシュランプ２１による閃光
の光量を測定する。そして、制御部５０における各制御
機構５３の制御により、光量センサ５１によるキセノン
フラッシュランプ２１の閃光の光量の測定値に対応して
各ハロゲンランプ２２からの光の出射量を調整すること
により、各ハロゲンランプ２２による予備加熱温度を制
御する。

【００３７】例えば、半導体ウエハーＷを摂氏１０００
度で熱処理する必要がある場合において、図３に示すハ
ロゲンランプ２２による予備加熱温度Ｔ１が摂氏５００
度、また、キセノンフラッシュランプ２１の閃光の作用
による半導体ウエハーＷ昇温温度が５００度に設定され
ているものと想定する。この場合において、光量センサ
５１によるあるキセノンフラッシュランプ２１の閃光の
光量の測定値から、そのキセノンフラッシュランプ２１
の閃光の作用による半導体ウエハーＷ昇温温度が４８５
度と想定される場合には、このキセノンフラッシュラン
プ２１と対向して配置されたハロゲンランプ２２による
予備加熱温度を５１５度に設定する。これにより、半導
体ウエハーＷを摂氏１０００度の処理温度で熱処理する
ことが可能となる。

【００３８】なお、上述した実施形態においては、キセ
ノンフラッシュランプ２１およびハロゲンランプ２２と
して、棒状の形状を有するものを使用している。しかし
ながら、キセノンフラッシュランプ２１およびハロゲン
ランプ２２として、その他の形状のものを使用してもよ
い。

【００３９】図４は、このような実施形態に係るキセノ
ンフラッシュランプ２３とハロゲンランプ２４との配置
関係を模式的に示す平面図である。

【００４０】この実施形態においては、平面視において
円形のキセノンフラッシュランプ２３とハロゲンランプ
２４とを使用し、中央に配置されたキセノンフラッシュ
ランプ２３またはハロゲンランプ２４の周囲を、キセノ
ンフラッシュランプ２３またはハロゲンランプ２４によ
り二重に取り囲んだような構成を有する。この実施形態
の場合においても、複数のキセノンフラッシュランプ２
３と複数のハロゲンランプ２４とは、半導体ウエハーＷ
の表面側および裏面側において、互いに対向するように
１対１に対応して配置されていることになる。すなわ
ち、複数のキセノンフラッシュランプ２３と複数のハロ
ゲンランプ２４とは、図４に示すように、平面視におい
て同一の位置に、同一の数だけ配設されていることにな
る。

【００４１】但し、図２および図４に示すいずれの実施
形態の場合であっても、１個のキセノンフラッシュラン
プ２１、２３に対応させて２個のハロゲンランプ２２、
２４を配設したり、３個のキセノンフラッシュランプ２
１、２３に対して４個のハロゲンランプ２２、２４を配
置するなど、キセノンフラッシュランプ２１、２３とハ
ロゲンランプ２２、２４との数は同一でなくてもよい。
この明細書でいう「対応して」とは、このような形態を
も含む概念である。

【００４２】上述した実施形態においては、アシスト加
熱手段として、複数のハロゲンランプ２２、２４を使用
しているが、アシスト加熱手段として、例えば、ヒータ
により半導体ウエハーＷを予備加熱するベーク装置等
の、ランプ以外の構成のものを使用してもよい。

【００４３】

【発明の効果】請求項１乃至請求項４に記載の発明によ
れば、基板を予備加熱するための複数のアシスト加熱手
段と、アシスト加熱手段と対応して配置され基板に対し
て閃光を照射することによりアシスト加熱手段で予備加
熱された基板を処理温度まで昇温させるフラッシュ加熱
手段とを備えることから、基板を短時間に処理温度まで
昇温させることにより、熱処理後のイオンの拡散を防止
することが可能となる。

【００４４】そして、各フラッシュ加熱手段から出射さ
れる閃光の光量に応じて対応するアシスト加熱手段によ
る予備加熱温度を制御する制御手段とを備えることか
ら、フラッシュ加熱手段からの閃光の光量に変化が生じ
た場合であっても、基板を安定して熱処理することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る熱処理装置の側断面図である。

【図２】キセノンフラッシュランプ２１とハロゲンラン
プ２２との配置関係を模式的に示す平面図である。

【図３】熱処理動作中における半導体ウエハーＷの表面
温度を示すタイムチャートである。

【図４】キセノンフラッシュランプ２３とハロゲンラン
プ２４との配置関係を模式的に示す平面図である。

【符号の説明】

１１熱処理炉１２開口部１３炉口ブロック１４ゲートバルブ１５サセプタ２１キセノンフラッシュランプ２２ハロゲンランプ２３キセノンフラッシュランプ２４ハロゲンランプ３１リフレクタ３２光拡散板３４リフレクタ３５光拡散板４３ガス導入路４４ガス排出路５０制御部５１光量センサ５２開口部５３制御機構Ｔ１予備加熱温度Ｔ２処理温度Ｗ半導体ウエハー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に光を照射することにより基板を熱
処理する熱処理装置において、基板を予備加熱するための複数のアシスト加熱手段と、前記アシスト加熱手段と対応して配置され、基板に対し
て閃光を照射することにより前記アシスト加熱手段で予
備加熱された基板を処理温度まで昇温させるフラッシュ
加熱手段と、前記各フラッシュ加熱手段から出射される閃光の光量に
応じて対応するアシスト加熱手段による予備加熱温度を
制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】請求項１に記載の熱処理装置において、前記複数のアシスト加熱手段と前記複数のフラッシュ加
熱手段とは、基板の表面側および裏面側において、互い
に対向するように１対１に対応して配置される熱処理装
置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の熱処理
装置において、前記アシスト加熱手段と前記フラッシュ
加熱手段とは、棒状のランプである熱処理装置。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の熱処理装置において、前記アシスト加熱手段は基板を摂氏４００度乃至摂氏６
００度の温度に予備加熱し、前記フラッシュ加熱手段は
基板を摂氏１０００度乃至摂氏１１００度まで昇温させ
る熱処理装置。