JP2003133250A - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents
熱処理装置および熱処理方法Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
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- C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
- C30B31/06—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
- C30B31/12—Heating of the reaction chamber
-
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- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体ウエハーを均一に、かつ、清浄に処理
することができ、また、装置の寿命を低下させることの
ない熱処理装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 半導体ウエハーＷに対して熱処理を行う
際には、半導体ウエハーＷが加熱状態にある熱拡散板７
３と接触することにより予備加熱されるとともに、熱処
理室６５内が減圧される。そして、半導体ウエハーＷの
表面温度が予備加熱温度Ｔ１となった直後に、キセノン
フラッシュランプ６９が点灯し、フラッシュ加熱が行わ
れる。
することができ、また、装置の寿命を低下させることの
ない熱処理装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 半導体ウエハーＷに対して熱処理を行う
際には、半導体ウエハーＷが加熱状態にある熱拡散板７
３と接触することにより予備加熱されるとともに、熱処
理室６５内が減圧される。そして、半導体ウエハーＷの
表面温度が予備加熱温度Ｔ１となった直後に、キセノン
フラッシュランプ６９が点灯し、フラッシュ加熱が行わ
れる。
Description
【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
処理装置および熱処理方法に関する。
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
処理装置および熱処理方法に関する。
【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。
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。
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】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。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５０
０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。
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。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５０
０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。
【０００５】一方、特開２００１−２３７１９５号にお
いては、このような問題に対応するため、キセノンフラ
ッシュランプにより基板を加熱するに先立って、予備加
熱手段により基板を予備加熱する熱処理装置が開示され
ている。
いては、このような問題に対応するため、キセノンフラ
ッシュランプにより基板を加熱するに先立って、予備加
熱手段により基板を予備加熱する熱処理装置が開示され
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような熱処理装置
においては、キセノンフラッシュランプにより閃光を照
射した際に、半導体ウエハーを収納した熱処理室内の気
体が反応を起こす場合がある。例えば、気体中に酸素が
存在した場合、この酸素から瞬間的にオゾンが生成さ
れ、一瞬にして熱処理室内の圧力が低下する。このよう
な急激な圧力の低下が生じた場合には、比較的大きな
音、すなわち、振動が発生する。そして、このような振
動が発生した場合には、この振動により熱処理室内のパ
ーティクルが拡散することになり、このパーティクルが
熱処理中の半導体ウエハーに付着するという問題が生ず
る。また、極端な場合には、この振動が半導体ウエハー
を移動させる場合もある。
においては、キセノンフラッシュランプにより閃光を照
射した際に、半導体ウエハーを収納した熱処理室内の気
体が反応を起こす場合がある。例えば、気体中に酸素が
存在した場合、この酸素から瞬間的にオゾンが生成さ
れ、一瞬にして熱処理室内の圧力が低下する。このよう
な急激な圧力の低下が生じた場合には、比較的大きな
音、すなわち、振動が発生する。そして、このような振
動が発生した場合には、この振動により熱処理室内のパ
ーティクルが拡散することになり、このパーティクルが
熱処理中の半導体ウエハーに付着するという問題が生ず
る。また、極端な場合には、この振動が半導体ウエハー
を移動させる場合もある。
【０００７】また、熱処理室中に気体が存在した場合に
は、熱処理室内で対流が発生する。このため、予備加熱
手段による予備加熱時およびキセノンフラッシュランプ
によるフラッシュ加熱時に、半導体ウエハーの全面を均
一に加熱することが困難となっている。
は、熱処理室内で対流が発生する。このため、予備加熱
手段による予備加熱時およびキセノンフラッシュランプ
によるフラッシュ加熱時に、半導体ウエハーの全面を均
一に加熱することが困難となっている。
【０００８】さらに、上述した熱処理装置においては、
熱処理室を密閉し、あるいは高温に保つために数多くの
材料を使用するが、熱処理室内に酸素が存在した場合に
は、キセノンフラッシュランプによるフラッシュ加熱時
にこれらの材料が酸化し、熱処理室の寿命を短縮すると
いう問題を生ずる。また、熱処理室内の気体に有機物が
含まれていた場合には、それが黒化して熱処理室を構成
する透光板に付着することにより、熱処理装置の寿命を
低下させるという問題も発生する。
熱処理室を密閉し、あるいは高温に保つために数多くの
材料を使用するが、熱処理室内に酸素が存在した場合に
は、キセノンフラッシュランプによるフラッシュ加熱時
にこれらの材料が酸化し、熱処理室の寿命を短縮すると
いう問題を生ずる。また、熱処理室内の気体に有機物が
含まれていた場合には、それが黒化して熱処理室を構成
する透光板に付着することにより、熱処理装置の寿命を
低下させるという問題も発生する。
【０００９】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、半導体ウエハーを均一に、かつ、清浄
に処理することができ、また、装置の寿命を低下させる
ことのない熱処理装置を提供することを目的とする。
れたものであり、半導体ウエハーを均一に、かつ、清浄
に処理することができ、また、装置の寿命を低下させる
ことのない熱処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【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、基板を収納する熱処理室と、基板を
予備加熱するアシスト加熱手段と、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、前記フラッシュ加熱手段による基板の昇温時に前
記熱処理室内を減圧する減圧手段とを備えたことを特徴
とする。
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、基板を収納する熱処理室と、基板を
予備加熱するアシスト加熱手段と、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、前記フラッシュ加熱手段による基板の昇温時に前
記熱処理室内を減圧する減圧手段とを備えたことを特徴
とする。
【００１１】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、前記アシスト加熱手段は基板を摂氏２
００度乃至摂氏６００度の温度に予備加熱する。
の発明において、前記アシスト加熱手段は基板を摂氏２
００度乃至摂氏６００度の温度に予備加熱する。
【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、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。
の発明において、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。
【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請
求項３いずれかに記載の発明において、前記フラッシュ
加熱手段は、０．１ミリセカンド乃至１０ミリセカンド
の間に基板を処理温度まで昇温させる。
求項３いずれかに記載の発明において、前記フラッシュ
加熱手段は、０．１ミリセカンド乃至１０ミリセカンド
の間に基板を処理温度まで昇温させる。
【００１４】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記減圧手段は前記熱処理室内を１／
１０気圧乃至１／１０００気圧まで減圧する。
の発明において、前記減圧手段は前記熱処理室内を１／
１０気圧乃至１／１０００気圧まで減圧する。
【００１５】請求項６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方法において、
基板を熱処理室内に搬入する基板搬入工程と、前記熱処
理室内に搬入された基板を予備加熱する予備加熱工程
と、前記熱処理室内を減圧する減圧工程と、前記熱処理
室内の基板があらかじめ設定した予備加熱温度まで昇温
した後に、基板に対して閃光を照射することにより、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
加熱工程と、前記熱処理室内を大気解放する大気解放工
程と、前記熱処理室内から基板を搬出する基板搬出工程
とを備えたことを特徴とする。
することにより基板を熱処理する熱処理方法において、
基板を熱処理室内に搬入する基板搬入工程と、前記熱処
理室内に搬入された基板を予備加熱する予備加熱工程
と、前記熱処理室内を減圧する減圧工程と、前記熱処理
室内の基板があらかじめ設定した予備加熱温度まで昇温
した後に、基板に対して閃光を照射することにより、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
加熱工程と、前記熱処理室内を大気解放する大気解放工
程と、前記熱処理室内から基板を搬出する基板搬出工程
とを備えたことを特徴とする。
【００１６】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
の発明において、前記フラッシュ加熱工程においては、
前記熱処理室内の基板があらかじめ設定した予備加熱温
度まで昇温した直後に、基板に対して閃光を照射するこ
とにより、予備加熱された基板を処理温度まで昇温させ
る。
の発明において、前記フラッシュ加熱工程においては、
前記熱処理室内の基板があらかじめ設定した予備加熱温
度まで昇温した直後に、基板に対して閃光を照射するこ
とにより、予備加熱された基板を処理温度まで昇温させ
る。
【００１７】請求項８に記載の発明は、請求項７に記載
の発明において、前記予備加熱工程においては、基板を
摂氏２００度乃至摂氏６００度の温度に予備加熱する。
の発明において、前記予備加熱工程においては、基板を
摂氏２００度乃至摂氏６００度の温度に予備加熱する。
【００１８】請求項９に記載の発明は、請求項７に記載
の発明において、前記フラッシュ加熱工程においては、
基板を摂氏１０００度乃至摂氏１１００度まで昇温させ
る。
の発明において、前記フラッシュ加熱工程においては、
基板を摂氏１０００度乃至摂氏１１００度まで昇温させ
る。
【００１９】請求項１０に記載の発明は、請求項７乃至
請求項９いずれかに記載の発明において、前記フラッシ
ュ加熱工程においては、０．１ミリセカンド乃至１０ミ
リセカンドの間に基板を処理温度まで昇温させる。
請求項９いずれかに記載の発明において、前記フラッシ
ュ加熱工程においては、０．１ミリセカンド乃至１０ミ
リセカンドの間に基板を処理温度まで昇温させる。
【００２０】請求項１１に記載の発明は、請求項６また
は請求項７に記載の発明において、前記減圧工程におい
ては、前記熱処理室内を１／１０気圧乃至１／１０００
気圧まで減圧する。
は請求項７に記載の発明において、前記減圧工程におい
ては、前記熱処理室内を１／１０気圧乃至１／１０００
気圧まで減圧する。
【００２１】
【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および図２はこの発明に係
る熱処理装置の側断面図であり、図３はその平面概要図
である。
面に基づいて説明する。図１および図２はこの発明に係
る熱処理装置の側断面図であり、図３はその平面概要図
である。
【００２２】この熱処理装置は、透光板６１、底板６２
および一対の側板６３、６４からなり、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室６５
を備える。熱処理室６５を構成する透光板６１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。また、熱処理室６５を構成する底板６２には、後
述する熱拡散板７３および加熱プレート７４を貫通して
半導体ウエハーＷをその下面から支持するための支持ピ
ン７０が立設されている。
および一対の側板６３、６４からなり、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室６５
を備える。熱処理室６５を構成する透光板６１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。また、熱処理室６５を構成する底板６２には、後
述する熱拡散板７３および加熱プレート７４を貫通して
半導体ウエハーＷをその下面から支持するための支持ピ
ン７０が立設されている。
【００２３】また、熱処理室６５を構成する側板６４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６６が形成されている。開口部６６は、軸６７を中
心に回動するゲートバルブ６８により開閉可能となって
いる。半導体ウエハＷは、開口部６６が解放された状態
で、図示しない搬送ロボットにより熱処理室６５内に搬
入される。
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６６が形成されている。開口部６６は、軸６７を中
心に回動するゲートバルブ６８により開閉可能となって
いる。半導体ウエハＷは、開口部６６が解放された状態
で、図示しない搬送ロボットにより熱処理室６５内に搬
入される。
【００２４】熱処理室６５の上方には、棒状のキセノン
フラッシュランプ６９が互いに平行に複数個（この実施
形態においては２１個）列設されている。また、キセノ
ンフラッシュランプ６９の上方には、リフレクタ７１が
配設されている。
フラッシュランプ６９が互いに平行に複数個（この実施
形態においては２１個）列設されている。また、キセノ
ンフラッシュランプ６９の上方には、リフレクタ７１が
配設されている。
【００２５】このキセノンフラッシュランプ６９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６９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。
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６９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。
【００２６】キセノンフラッシュランプ６９と透光板６
１との間には、光拡散板７２が配設されている。この光
拡散板７２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。
１との間には、光拡散板７２が配設されている。この光
拡散板７２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。
【００２７】熱処理室６５内には、熱拡散板７３と加熱
プレート７４とがこの順で配設されている。また、熱拡
散板７３の表面には、半導体ウエハーＷの位置ずれ防止
ピン７５が付設されている。
プレート７４とがこの順で配設されている。また、熱拡
散板７３の表面には、半導体ウエハーＷの位置ずれ防止
ピン７５が付設されている。
【００２８】加熱プレート７４は、半導体ウエハーＷを
予備加熱するためのものである。この加熱プレート７４
は、窒化アルミニウムから構成され、その内部にヒータ
とこのヒータを制御するためのセンサとを収納した構成
を有する。一方、熱拡散板７３は、加熱プレート７４か
らの熱エネルギーを拡散して半導体ウエハーＷを均一に
加熱するためのものである。この熱拡散板７３の材質と
しては、サファイヤ（酸化アルミニュウム）や石英等の
比較的熱伝導率が小さいものが採用される。
予備加熱するためのものである。この加熱プレート７４
は、窒化アルミニウムから構成され、その内部にヒータ
とこのヒータを制御するためのセンサとを収納した構成
を有する。一方、熱拡散板７３は、加熱プレート７４か
らの熱エネルギーを拡散して半導体ウエハーＷを均一に
加熱するためのものである。この熱拡散板７３の材質と
しては、サファイヤ（酸化アルミニュウム）や石英等の
比較的熱伝導率が小さいものが採用される。
【００２９】熱拡散板７３および加熱プレート７４は、
エアシリンダ７６の駆動により、図１に示す半導体ウエ
ハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウエハーＷ
の熱処理位置との間を昇降する構成となっている。
エアシリンダ７６の駆動により、図１に示す半導体ウエ
ハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウエハーＷ
の熱処理位置との間を昇降する構成となっている。
【００３０】図１に示す半導体ウエハーＷの搬入・搬出
位置は、図示しない搬送ロボットを使用して開口部６６
から搬入した半導体ウエハーＷを支持ピン７０上に載置
し、あるいは、支持ピン７０上に載置された半導体ウエ
ハーＷを開口部から搬出するため、熱拡散板７３および
加熱プレート７４が下降した位置である。この状態にお
いては、支持ピン７０の上端は、熱拡散板７３および加
熱プレート７４に形成された貫通孔を通過し、熱拡散板
７３の表面より上方に配置される。なお、図１において
は、説明の便宜上、本来側面図では図示されない熱拡散
板７３および加熱プレート７４の貫通孔を図示してい
る。
位置は、図示しない搬送ロボットを使用して開口部６６
から搬入した半導体ウエハーＷを支持ピン７０上に載置
し、あるいは、支持ピン７０上に載置された半導体ウエ
ハーＷを開口部から搬出するため、熱拡散板７３および
加熱プレート７４が下降した位置である。この状態にお
いては、支持ピン７０の上端は、熱拡散板７３および加
熱プレート７４に形成された貫通孔を通過し、熱拡散板
７３の表面より上方に配置される。なお、図１において
は、説明の便宜上、本来側面図では図示されない熱拡散
板７３および加熱プレート７４の貫通孔を図示してい
る。
【００３１】図２に示す半導体ウエハーＷの熱処理位置
は、半導体ウエハーＷに対して熱処理を行うため、熱拡
散板７３および加熱プレート７４が支持ピン７０の上端
より上方に上昇した位置である。この状態においては、
半導体ウエハーＷはその下面を熱拡散板７３の表面に支
持されて上昇し、透光板６１に近接した位置に配置され
る。
は、半導体ウエハーＷに対して熱処理を行うため、熱拡
散板７３および加熱プレート７４が支持ピン７０の上端
より上方に上昇した位置である。この状態においては、
半導体ウエハーＷはその下面を熱拡散板７３の表面に支
持されて上昇し、透光板６１に近接した位置に配置され
る。
【００３２】なお、加熱プレート７４を支持する支持部
材８０と熱処理室６５の底板６２との間には、熱拡散板
７３および加熱プレート７４が半導体ウエハーＷの搬入
・搬出位置と熱処理位置との間を昇降する際に発生する
パーティクルが半導体ウエハーＷに付着することを防止
するための蛇腹７７が配設されている。
材８０と熱処理室６５の底板６２との間には、熱拡散板
７３および加熱プレート７４が半導体ウエハーＷの搬入
・搬出位置と熱処理位置との間を昇降する際に発生する
パーティクルが半導体ウエハーＷに付着することを防止
するための蛇腹７７が配設されている。
【００３３】熱処理室６５における開口部６６と逆側の
側板６３には、導入路７８が形成されている。この導入
路７８は、後述する大気解放時に空気を導入するための
ものである。なお、空気を導入する代わりに、窒素ガス
等を導入するようにしてもよい。
側板６３には、導入路７８が形成されている。この導入
路７８は、後述する大気解放時に空気を導入するための
ものである。なお、空気を導入する代わりに、窒素ガス
等を導入するようにしてもよい。
【００３４】一方、熱処理室６５における底板６２に
は、排出路７９が形成されている。この排出路７９は、
開閉弁８１を介して真空ポンプ等の減圧機構と接続され
ている。この排出路７９、開閉弁８１および図示しない
減圧機構は、この発明に係る減圧手段を構成する。
は、排出路７９が形成されている。この排出路７９は、
開閉弁８１を介して真空ポンプ等の減圧機構と接続され
ている。この排出路７９、開閉弁８１および図示しない
減圧機構は、この発明に係る減圧手段を構成する。
【００３５】次に、この発明に係る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４は
この発明に係る熱処理装置による半導体ウエハーＷの熱
処理動作を示すフローチャートであり、図５はそのとき
の半導体ウエハーＷの温度の推移等を示すグラフであ
る。
導体ウエハーＷの熱処理動作について説明する。図４は
この発明に係る熱処理装置による半導体ウエハーＷの熱
処理動作を示すフローチャートであり、図５はそのとき
の半導体ウエハーＷの温度の推移等を示すグラフであ
る。
【００３６】この熱処理装置においては、熱拡散板７３
および加熱プレート７４が図１に示す半導体ウエハーＷ
の搬入・搬出位置に配置された状態で、図示しない搬送
ロボットにより開口部６６を介して半導体ウエハーＷが
搬入され、支持ピン７０上に載置される。半導体ウエハ
ーＷの搬入が完了すれば、開口部６６がゲートバルブ６
８により閉鎖される（ステップＳ１）。しかる後、熱拡
散板７３および加熱プレート７４がエアシリンダ７６の
駆動により図２に示す半導体ウエハーＷの熱処理位置ま
で上昇する。
および加熱プレート７４が図１に示す半導体ウエハーＷ
の搬入・搬出位置に配置された状態で、図示しない搬送
ロボットにより開口部６６を介して半導体ウエハーＷが
搬入され、支持ピン７０上に載置される。半導体ウエハ
ーＷの搬入が完了すれば、開口部６６がゲートバルブ６
８により閉鎖される（ステップＳ１）。しかる後、熱拡
散板７３および加熱プレート７４がエアシリンダ７６の
駆動により図２に示す半導体ウエハーＷの熱処理位置ま
で上昇する。
【００３７】熱拡散板７３および加熱プレート７４は、
加熱プレート７４に内蔵されたヒータの作用により、予
め加熱されている。このため、熱拡散板７３および加熱
プレート７４が図２に示す半導体ウエハーＷの熱処理位
置まで上昇した状態においては、半導体ウエハーＷが加
熱状態にある熱拡散板７３と接触することにより予備加
熱され、図５に示すように、半導体ウエハーＷの温度が
順次上昇する（ステップＳ２）。
加熱プレート７４に内蔵されたヒータの作用により、予
め加熱されている。このため、熱拡散板７３および加熱
プレート７４が図２に示す半導体ウエハーＷの熱処理位
置まで上昇した状態においては、半導体ウエハーＷが加
熱状態にある熱拡散板７３と接触することにより予備加
熱され、図５に示すように、半導体ウエハーＷの温度が
順次上昇する（ステップＳ２）。
【００３８】この予備加熱工程と並行して、熱処理室６
５内を減圧する（ステップＳ３）。すなわち、開閉弁８
１を解放して導入路７８を図示しない減圧機構と接続す
ることにより、熱処理室６５内を排気して減圧する。こ
のときには、後述する諸効果を効果的に奏せしめるた
め、熱処理室６５内を１／１０気圧乃至１／１０００気
圧まで減圧することが好ましい。
５内を減圧する（ステップＳ３）。すなわち、開閉弁８
１を解放して導入路７８を図示しない減圧機構と接続す
ることにより、熱処理室６５内を排気して減圧する。こ
のときには、後述する諸効果を効果的に奏せしめるた
め、熱処理室６５内を１／１０気圧乃至１／１０００気
圧まで減圧することが好ましい。
【００３９】この状態においては、半導体ウエハーＷは
熱拡散板７３を介して継続して加熱される。そして、半
導体ウエハーＷの温度上昇時には、図示しない温度セン
サにより、半導体ウエハーＷの表面温度が予備加熱温度
Ｔ１に到達したか否かを常に監視する（ステップＳ
４）。
熱拡散板７３を介して継続して加熱される。そして、半
導体ウエハーＷの温度上昇時には、図示しない温度セン
サにより、半導体ウエハーＷの表面温度が予備加熱温度
Ｔ１に到達したか否かを常に監視する（ステップＳ
４）。
【００４０】なお、この予備加熱温度Ｔ１は、摂氏２０
０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。
０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。
【００４１】そして、半導体ウエハーＷの表面温度が図
５に示す予備加熱温度Ｔ１となった直後に、キセノンフ
ラッシュランプ６９を点灯してフラッシュ加熱を行う
（ステップＳ５）。このフラッシュ加熱工程におけるキ
セノンフラッシュランプ６９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
ように、キセノンフラッシュランプ６９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。
５に示す予備加熱温度Ｔ１となった直後に、キセノンフ
ラッシュランプ６９を点灯してフラッシュ加熱を行う
（ステップＳ５）。このフラッシュ加熱工程におけるキ
セノンフラッシュランプ６９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
ように、キセノンフラッシュランプ６９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。
【００４２】この状態においては、半導体ウエハーＷの
表面温度は、図５に示す温度Ｔ２となる。この温度Ｔ２
は、摂氏１０００度乃至摂氏１１００度程度の半導体ウ
エハーＷの処理に必要な温度である。半導体ウエハーＷ
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。
表面温度は、図５に示す温度Ｔ２となる。この温度Ｔ２
は、摂氏１０００度乃至摂氏１１００度程度の半導体ウ
エハーＷの処理に必要な温度である。半導体ウエハーＷ
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。
【００４３】このとき、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。
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。
【００４４】また、キセノンフラッシュランプ６９を点
灯して半導体ウエハーＷを加熱する前に、加熱プレート
７４を使用して半導体ウエハーＷの表面温度を摂氏２０
０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６９によ
り半導体ウエハーＷを摂氏１０００度乃至摂氏１１００
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。
灯して半導体ウエハーＷを加熱する前に、加熱プレート
７４を使用して半導体ウエハーＷの表面温度を摂氏２０
０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６９によ
り半導体ウエハーＷを摂氏１０００度乃至摂氏１１００
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。
【００４５】また、上述したフラッシュ加熱工程は、減
圧下で実行される。このため、従来のように熱処理室６
５内で気体が反応してパーティクルを拡散させたり半導
体ウエハーＷを移動させたりすることはない。
圧下で実行される。このため、従来のように熱処理室６
５内で気体が反応してパーティクルを拡散させたり半導
体ウエハーＷを移動させたりすることはない。
【００４６】同様に、熱処理室６５を減圧することによ
り、熱処理室２５内で対流が発生することはなく、予備
加熱工程およびフラッシュ加熱工程において、半導体ウ
エハーＷの全面を均一に加熱することが可能となる。
り、熱処理室２５内で対流が発生することはなく、予備
加熱工程およびフラッシュ加熱工程において、半導体ウ
エハーＷの全面を均一に加熱することが可能となる。
【００４７】さらには、熱処理室６５内を減圧すること
により、熱処理室６５内から酸素や有機物を排除するこ
とが可能となる。このため、熱処理室６５を構成する材
料の酸化や有機物の黒化に起因する熱処理装置の寿命の
低下を防止することが可能となる。
により、熱処理室６５内から酸素や有機物を排除するこ
とが可能となる。このため、熱処理室６５を構成する材
料の酸化や有機物の黒化に起因する熱処理装置の寿命の
低下を防止することが可能となる。
【００４８】フラッシュ加熱工程が終了すれば、開閉弁
８１を閉止するとともに導入路７８から空気を導入する
ことにより、熱処理室６５を大気解放する（ステップＳ
６）。また、加熱プレート７４を利用しての半導体ウエ
ハーＷの加熱を停止する（ステップＳ７）。
８１を閉止するとともに導入路７８から空気を導入する
ことにより、熱処理室６５を大気解放する（ステップＳ
６）。また、加熱プレート７４を利用しての半導体ウエ
ハーＷの加熱を停止する（ステップＳ７）。
【００４９】なお、半導体ウエハーＷの表面温度が予備
加熱温度Ｔ１となった直後にフラッシュ加熱を行うとと
もに、フラッシュ加熱工程完了後に熱処理室６５内を大
気解放するのは、次のような理由による。
加熱温度Ｔ１となった直後にフラッシュ加熱を行うとと
もに、フラッシュ加熱工程完了後に熱処理室６５内を大
気解放するのは、次のような理由による。
【００５０】すなわち、この発明に係る熱処理装置にお
いては、加熱プレート７４を減圧された熱処理室６５内
に設置していることから、加熱プレート７４を降温する
ことが困難となり、加熱プレート７４を所望の温度に維
持することが難しくなる。このような問題に対応するた
め、ペルチェ素子等の降温手段を使用した場合には、半
導体ウエハーＷに対する温度の均一性が低下する。
いては、加熱プレート７４を減圧された熱処理室６５内
に設置していることから、加熱プレート７４を降温する
ことが困難となり、加熱プレート７４を所望の温度に維
持することが難しくなる。このような問題に対応するた
め、ペルチェ素子等の降温手段を使用した場合には、半
導体ウエハーＷに対する温度の均一性が低下する。
【００５１】このため、この発明に係る熱処理装置にお
いては、半導体ウエハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ
１となった直後にフラッシュ加熱を行うことにより、フ
ラッシュ加熱が、半導体ウエハーＷが予備加熱温度Ｔ１
より高い温度となった時点で実行されることを防止する
とともに、フラッシュ加熱工程完了後に熱処理室６５内
を大気解放することにより熱処理室６５内を降温してい
る。これにより、図５に示すように、半導体ウエハーＷ
の温度は、予備加熱温度Ｔ１に対して若干のオーバーシ
ュートＨを生じた後、速やかに低下する。
いては、半導体ウエハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ
１となった直後にフラッシュ加熱を行うことにより、フ
ラッシュ加熱が、半導体ウエハーＷが予備加熱温度Ｔ１
より高い温度となった時点で実行されることを防止する
とともに、フラッシュ加熱工程完了後に熱処理室６５内
を大気解放することにより熱処理室６５内を降温してい
る。これにより、図５に示すように、半導体ウエハーＷ
の温度は、予備加熱温度Ｔ１に対して若干のオーバーシ
ュートＨを生じた後、速やかに低下する。
【００５２】熱処理室６５の大気解放が完了すれば、熱
拡散板７３および加熱プレート７４がエアシリンダ７６
の駆動により図１に示す半導体ウエハーＷの熱処理位置
まで下降するとともに、ゲートバルブ６８により閉鎖さ
れていた開口部６６が解放される。そして、支持ピン７
０上に載置された半導体ウエハーＷが図示しない搬送ロ
ボットにより搬出される（ステップＳ８）。
拡散板７３および加熱プレート７４がエアシリンダ７６
の駆動により図１に示す半導体ウエハーＷの熱処理位置
まで下降するとともに、ゲートバルブ６８により閉鎖さ
れていた開口部６６が解放される。そして、支持ピン７
０上に載置された半導体ウエハーＷが図示しない搬送ロ
ボットにより搬出される（ステップＳ８）。
【００５３】なお、上述した実施形態においては、予備
加熱手段として加熱プレート７４を使用しているが、予
備加熱手段としてハロゲンランプ等のランプを使用して
もよい。
加熱手段として加熱プレート７４を使用しているが、予
備加熱手段としてハロゲンランプ等のランプを使用して
もよい。
【００５４】
【発明の効果】請求項１乃至請求項１１に記載の発明に
よれば、熱処理室内を減圧した状態でフラッシュ加熱を
行うことから、熱処理室内で気体が反応してパーティク
ルを拡散させたり半導体ウエハーを移動させたりするこ
とはない。また、熱処理室を減圧することにより、熱処
理室内で対流が発生することはなく、半導体ウエハーの
全面を均一に加熱することが可能となる。さらには、熱
処理室内を減圧することにより、熱処理室を構成する材
料の酸化や有機物の黒化に起因する熱処理装置の寿命の
低下を防止することが可能となる。
よれば、熱処理室内を減圧した状態でフラッシュ加熱を
行うことから、熱処理室内で気体が反応してパーティク
ルを拡散させたり半導体ウエハーを移動させたりするこ
とはない。また、熱処理室を減圧することにより、熱処
理室内で対流が発生することはなく、半導体ウエハーの
全面を均一に加熱することが可能となる。さらには、熱
処理室内を減圧することにより、熱処理室を構成する材
料の酸化や有機物の黒化に起因する熱処理装置の寿命の
低下を防止することが可能となる。
【００５５】また、特に、請求項７に記載の発明によれ
ば、熱処理室内の基板があらかじめ設定した予備加熱温
度まで昇温した直後にフラッシュ加熱を行うことから、
熱処理室を減圧した状態においても、予備加熱温度とな
った状態でフラッシュ加熱行程を実行することが可能と
なる。
ば、熱処理室内の基板があらかじめ設定した予備加熱温
度まで昇温した直後にフラッシュ加熱を行うことから、
熱処理室を減圧した状態においても、予備加熱温度とな
った状態でフラッシュ加熱行程を実行することが可能と
なる。
【図１】この発明に係る熱処理装置の側断面図である。
【図２】この発明に係る熱処理装置の側断面図である。
【図３】この発明に係る熱処理装置の平面概要図であ
る。
る。
【図４】この発明に係る熱処理装置による半導体ウエハ
ーＷの熱処理動作を示すフローチャートである。
ーＷの熱処理動作を示すフローチャートである。
【図５】半導体ウエハーＷの温度の推移等を示すグラフ
である。
である。
６１ 透光板
６２ 底板
６３ 側板
６４ 側板
６５ 熱処理室
６６ 開口部
６８ ゲートバルブ
６９ キセノンフラッシュランプ
７０ 支持ピン
７２ 光拡散板
７３ 熱拡散板
７４ 加熱プレート
７５ 位置ずれ防止ピン
７６ エアシリンダ
７７ 蛇腹
７８ 導入路
８０ 排出路
８１ 開閉弁
Ｈ オーバーシュート
Ｔ１ 予備加熱温度
Ｔ２ 処理温度
Ｗ 半導体ウエハー
Claims (11)
- 【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、 基板を収納する熱処理室と、 基板を予備加熱するアシスト加熱手段と、 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、 前記フラッシュ加熱手段による基板の昇温時に前記熱処
理室内を減圧する減圧手段と、 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、 前記アシスト加熱手段は基板を摂氏２００度乃至摂氏６
００度の温度に予備加熱する熱処理装置。 - 【請求項３】 請求項１に記載の熱処理装置において、 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。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３いずれかに記載の
熱処理装置において、 前記フラッシュ加熱手段は、０．１ミリセカンド乃至１
０ミリセカンドの間に基板を処理温度まで昇温させる熱
処理装置。 - 【請求項５】 請求項１に記載の熱処理装置において、 前記減圧手段は前記熱処理室内を１／１０気圧乃至１／
１０００気圧まで減圧する熱処理装置。 - 【請求項６】 基板に光を照射することにより基板を熱
処理する熱処理方法において、 基板を熱処理室内に搬入する基板搬入工程と、 前記熱処理室内に搬入された基板を予備加熱する予備加
熱工程と、 前記熱処理室内を減圧する減圧工程と、 前記熱処理室内の基板があらかじめ設定した予備加熱温
度まで昇温した後に、基板に対して閃光を照射すること
により、予備加熱された基板を処理温度まで昇温させる
フラッシュ加熱工程と、 前記熱処理室内を大気解放する大気解放工程と、 前記熱処理室内から基板を搬出する基板搬出工程と、 を備えたことを特徴とする熱処理方法。 - 【請求項７】 請求項６に記載の熱処理方法において、 前記フラッシュ加熱工程においては、前記熱処理室内の
基板があらかじめ設定した予備加熱温度まで昇温した直
後に、基板に対して閃光を照射することにより、予備加
熱された基板を処理温度まで昇温させる熱処理方法。 - 【請求項８】 請求項７に記載の熱処理方法において、 前記予備加熱工程においては、基板を摂氏２００度乃至
摂氏６００度の温度に予備加熱する熱処理方法。 - 【請求項９】 請求項７に記載の熱処理方法において、 前記フラッシュ加熱工程においては、基板を摂氏１００
０度乃至摂氏１１００度まで昇温させる熱処理方法。 - 【請求項１０】 請求項７乃至請求項９いずれかに記載
の熱処理方法において、 前記フラッシュ加熱工程においては、０．１ミリセカン
ド乃至１０ミリセカンドの間に基板を処理温度まで昇温
させる熱処理方法。 - 【請求項１１】 請求項６または請求項７に記載の熱処
理方法において、 前記減圧工程においては、前記熱処理室内を１／１０気
圧乃至１／１０００気圧まで減圧する熱処理方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001330230A JP3798674B2 (ja) | 2001-10-29 | 2001-10-29 | 熱処理装置および熱処理方法 |
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| KR10-2002-0062350A KR100480831B1 (ko) | 2001-10-29 | 2002-10-14 | 열처리장치 및 열처리방법 |
| TW091123938A TW561528B (en) | 2001-10-29 | 2002-10-17 | Heat treating apparatus and method |
| US11/158,985 US7327947B2 (en) | 2001-10-29 | 2005-06-22 | Heat treating apparatus and method |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003133250A true JP2003133250A (ja) | 2003-05-09 |
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