JP2003289049A

JP2003289049A - 熱処理装置

Info

Publication number: JP2003289049A
Application number: JP2002090569A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Imaoka; 康浩今岡; Tatsufumi Kusuda; 達文楠田; Hiromi Murayama; 博美村山; Norio Yamamoto; 範夫山本; Naoto Mori; 直人森; Yoko Yoshihara; 陽子葭原
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2003-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】複数のフラッシュ加熱手段を使用した場合に
おいても、基板を均一に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、基板Ｗを予備加熱する加
熱プレート７４と、基板Ｗ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Ｗを処理温度まで昇温させる
複数のキセノンフラッシュランプ６９とを備えたる。熱
処理時においては、基板Ｗの表面と各キセノンフラッシ
ュランプ６９との間の距離が４０ｍｍ以上１００ｍｍ以
下となるように基板Ｗの位置が調整される。

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】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。

【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。

【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、複数のキセノンフラッシュランプを列設した
構成を採用した場合においては、基板上にキセノンフラ
ッシュランプの光強度勾配に相当する熱勾配が発生し、
基板を均一に熱処理できないという問題が発生する。

【０００７】フラッシュランプを使用しない一般的な熱
処理装置においては、熱処理中の基板を回転させること
によりこのような熱勾配の問題を解消することが可能で
あるが、フラッシュランプを使用した熱処理装置におい
ては、閃光の照射時間はきわめて短いことから、基板を
回転させても熱勾配の問題は解消しない。

【０００８】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、複数のフラッシュ加熱手段を使用した
場合においても、基板を均一に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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板に対して閃光を照射することにより、基板を処
理温度まで昇温させる複数のフラッシュ加熱手段を備え
た熱処理装置であって、基板の表面と前記各フラッシュ
加熱手段との間の距離を４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下と
したことを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載の発明は、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複数のフラッシュ加熱手段
とを備えた熱処理装置であって、基板の表面と前記各フ
ラッシュ加熱手段との間の距離を４０ｍｍ以上１００ｍ
ｍ以下としている。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２のいずれかに記載の発明において、基板の表面
と前記各フラッシュ加熱手段との間の距離を調整する調
整機構を備えたことを特徴とする。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の発明において、前記調整機構は基板の位置を調整す
る。

【００１３】請求項５に記載の発明は、請求項３に記載
の発明において、前記調整機構は複数のフラッシュ加熱
手段の位置を調整する。

【００１４】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請
求項５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２００度乃至摂氏６００度の温度
に予備加熱する。

【００１５】請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請
求項５のいずれかに記載の発明において、前記フラッシ
ュ加熱手段は基板を摂氏１０００度乃至摂氏１１００度
まで昇温させる。

【００１６】

【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はこの発明の第
１実施形態に係る熱処理装置の側断面図である。

【００１７】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。

【００１８】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。半導体ウエハー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。

【００１９】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２７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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】熱拡散板７３および加熱プレート７４は、
モータ４０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。

【００２５】すなわち、加熱プレート７４は、筒状体４
１を介して移動板４２に連結されている。この移動板４
２は、熱処理室６５の底板６２に釣支されたガイド部材
４３により案内されて昇降可能となっている。また、ガ
イド部材４３の下端部には、固定板４４が固定されてお
り、この固定板４４の中央部にはボールネジ４５を回転
駆動するモータ４０が配設されている。そして、このボ
ールネジ４５は、移動板４２と連結部材４６、４７を介
して連結されたナット４８と螺合している。このため、
熱拡散板７３および加熱プレート７４は、モータ４０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

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】半導体ウエハーＷ熱処理位置に配置された
状態においては、基板Ｗの表面と各キセノンフラッシュ
ランプ６９との間の距離は、４０ｍｍ以上１００ｍｍ以
下となっている。そして、この基板Ｗの表面と各キセノ
ンフラッシュランプ６９との間の距離は、モータ４０の
回転量を制御することにより、４０ｍｍ以上１００ｍｍ
以下の範囲において、任意の値に設定することが可能と
なっている。

【００２９】なお、筒状体４１の外周部の移動板４２と
熱処理室６５の底板６２との間の位置には、熱処理室６
５を気密状体に維持するための蛇腹７７が配設されてい
る。

【００３０】熱処理室６５における開口部６６と逆側の
側板６３には、開閉弁８０に接続する導入路７８が形成
されている。この導入路７８は、熱処理室６５内に処理
に必要なガスを導入するためのものである。一方、側板
６４における開口部６６には、排出路７９が形成されて
いる。この排出路７９は、熱処理室６５内の気体を排出
するためのものであり、開閉弁８１を介して図示しない
排気手段と接続されている。

【００３１】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。

【００３２】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。しかる後、熱拡散板７３および加
熱プレート７４がモータ４０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。

【００３３】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、半
導体ウエハーＷの温度が順次上昇する。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】そして、半導体ウエハーＷの表面温度が予
備加熱温度Ｔ１となれば、キセノンフラッシュランプ６
９を点灯してフラッシュ加熱を行う。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６
９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。

【００３７】この状態においては、半導体ウエハーＷの
表面温度は、温度Ｔ２となる。この温度Ｔ２は、摂氏１
０００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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】フラッシュ加熱工程が終了すれば、熱拡散
板７３および加熱プレート７４がモータ４０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７０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。

【００４１】ところで、上述したフラッシュ加熱工程に
おいては、上述したように、基板Ｗの表面と各キセノン
フラッシュランプ６９との間の距離は、４０ｍｍ以上１
００ｍｍ以下となっている。基板Ｗの表面と各キセノン
フラッシュランプ６９との間の距離をこのような範囲に
設定することにより、複数のキセノンフラッシュランプ
６９を使用した場合においても、基板Ｗを均一に熱処理
することが可能となる。

【００４２】図４は、基板Ｗの表面におけるキセノンフ
ラッシュランプ６９から照射される光の照度とキセノン
フラッシュランプ６９の列設方向の位置との関係を模式
的に示すグラフである。

【００４３】このグラフにおいて、符号Ａは基板Ｗの表
面と各キセノンフラッシュランプ６９との間の距離を２
０ｍｍとした状態を、符号Ｂは基板Ｗの表面と各キセノ
ンフラッシュランプ６９との間の距離を４０ｍｍとした
状態を、符号Ｃは基板Ｗの表面と各キセノンフラッシュ
ランプ６９との間の距離を５０ｍｍとした状態を、符号
Ｄは基板Ｗの表面と各キセノンフラッシュランプ６９と
の間の距離を１００ｍｍとした状態を、符号Ｅは基板Ｗ
の表面と各キセノンフラッシュランプ６９との間の距離
を１５０ｍｍとした状態を示している。

【００４４】基板Ｗの表面と各キセノンフラッシュラン
プ６９との間の距離を２０ｍｍとした状態においては、
照度の平均値に対する照度のバラツキのレンジは約１０
％となり、基板Ｗの表面と各キセノンフラッシュランプ
６９との間の距離を４０ｍｍとした状態においては、照
度の平均値に対する照度のバラツキのレンジは約５％と
なり、基板Ｗの表面と各キセノンフラッシュランプ６９
との間の距離を５０ｍｍとした状態においては、照度の
平均値に対する照度のバラツキのレンジは約３％とな
り、基板Ｗの表面と各キセノンフラッシュランプ６９と
の間の距離を１００ｍｍとした状態においては、照度の
平均値に対する照度のバラツキのレンジは約５％とな
り、基板Ｗの表面と各キセノンフラッシュランプ６９と
の間の距離を１５０ｍｍとした状態においては、照度の
平均値に対する照度のバラツキのレンジは約６％とな
る。

【００４５】このような熱処理装置においては、基板Ｗ
を処理するときの照度のバラツキを５％以下とすること
が好ましい。このため、この実施形態に係る熱処理装置
においては、上述したように、基板Ｗの表面と各キセノ
ンフラッシュランプ６９との間の距離を４０ｍｍ以上１
００ｍｍ以下として熱処理を実行している。

【００４６】なお、基板Ｗの表面と各キセノンフラッシ
ュランプ６９との間の距離が４０ｍｍより小さくなった
場合には、基板Ｗと透光板６１とが近接しすぎて熱処理
室６５内の気体の流れを阻害するという問題も発生す
る。一方、基板Ｗの表面と各キセノンフラッシュランプ
６９との間の距離が１００ｍｍより大きくなった場合に
は、基板Ｗの周縁付近において熱の発散による温度低下
が生ずるという問題も発生する。

【００４７】以下、この発明の他の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図３はこの発明の第２実施形態に係
る熱処理装置の側断面図である。

【００４８】上述した第１実施形態においては、基板Ｗ
の位置を制御することにより基板Ｗの表面と各キセノン
フラッシュランプ６９との間の距離を調整している。一
方、この第２実施形態においては、各キセノンフラッシ
ュランプ６９の位置を制御することにより基板Ｗの表面
と各キセノンフラッシュランプ６９との間の距離を調整
する構成となっている。なお、上述した第１実施形態に
係る熱処理装置と同様の部材については、同一の符号を
付して詳細な説明を省略する。

【００４９】この第２実施形態に係る熱処理装置におい
ては、キセノンフラッシュランプ６９およびリフレクタ
７１を収納するケーシング５１が、一対のモータ５２に
より回転するボールネジ５３の駆動を受けて昇降する構
成となっている。そして、基板Ｗの表面と各キセノンフ
ラッシュランプ６９との間の距離は、モータ５２の回転
量を制御することにより、４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下
の範囲において、任意の値に設定することが可能となっ
ている。

【００５０】この第２実施形態に係る熱処理装置におい
ても、第１実施形態に係る熱処理装置と同様、複数のキ
セノンフラッシュランプ６９を使用した場合において
も、基板Ｗを均一に熱処理することが可能となる。

【００５１】なお、上述した第１、第２実施形態におい
ては、いずれも、アシスト加熱手段として加熱プレート
７４を使用しているが、アシスト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。

【００５２】

【発明の効果】請求項１乃至請求項７に記載の発明によ
れば、基板の表面と各フラッシュ加熱手段との間の距離
を４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下としたことから、複数の
フラッシュ加熱手段を使用した場合においても、基板を
均一に熱処理することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態に係る熱処理装置の側
断面図である。

【図２】この発明の第１実施形態に係る熱処理装置の側
断面図である。

【図３】この発明の第２実施形態に係る熱処理装置の平
面概要図である。

【図４】基板Ｗの表面におけるキセノンフラッシュラン
プ６９から照射される光の照度とキセノンフラッシュラ
ンプ６９の列設方向の位置との関係を模式的に示すグラ
フである。

【符号の説明】

４０モータ４１筒状体４２移動板４３ガイド部材４４固定板４５ボールネジ４８ナット５１ケーシング５２モータ５３ボールネジ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７７蛇腹７８導入路７９排出路８０開閉弁８１開閉弁Ｗ半導体ウエハー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者楠田達文京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神北町１番地の１大日本スクリーン製造株式会社内 (72)発明者村山博美京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神北町１番地の１大日本スクリーン製造株式会社内 (72)発明者山本範夫京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神北町１番地の１大日本スクリーン製造株式会社内 (72)発明者森直人京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神北町１番地の１大日本スクリーン製造株式会社内 (72)発明者葭原陽子京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神北町１番地の１大日本スクリーン製造株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に対して閃光を照射することによ
り、基板を処理温度まで昇温させる複数のフラッシュ加
熱手段を備えた熱処理装置であって、基板の表面と前記各フラッシュ加熱手段との間の距離を
４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下としたことを特徴とする熱
処理装置。
【請求項２】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
させる複数のフラッシュ加熱手段とを備えた熱処理装置
であって、基板の表面と前記各フラッシュ加熱手段との間の距離を
４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下としたことを特徴とする熱
処理装置。
【請求項３】請求項１または請求項２のいずれかに記
載の熱処理装置において、基板の表面と前記各フラッシュ加熱手段との間の距離を
調整する調整機構を備えた熱処理装置。
【請求項４】請求項３に記載の熱処理装置において、前記調整機構は基板の位置を調整する熱処理装置。
【請求項５】請求項３に記載の熱処理装置において、前記調整機構は複数のフラッシュ加熱手段の位置を調整
する熱処理装置。
【請求項６】請求項１乃至請求項５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７】請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
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。