JP2004179510A - Heat treatment apparatus and susceptor therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a susceptor for heat treatment and a heat treatment apparatus in which a wafer may be prevented from being cracked during heat treatment. <P>SOLUTION: In a susceptor 73, a recess 97 having a tapered surface 95 and a placing surface 99 is formed. A gradient α of the tapered surface 95 to the placing surface 99 is made ≥5°and <30°. Thus, when the susceptor 73 receives a semiconductor wafer W, the semiconductor wafer W may be positioned on the placing surface 99 by the tapered surface 95. Even when a wafer surface is rapidly thermally expanded by radiation with flashing light, excessive stress is suppressed from being imparted to the semiconductor wafer W, such that the semiconductor wafer W may be prevented from being cracked during the heat treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハー等の基板を熱処理するときにその処理対象となる基板を保持する熱処理用サセプタおよびその熱処理用サセプタを備えた熱処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、イオン注入後の半導体ウェ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ている。このような熱処理装置においては、半導体ウェハーを、例えば、1000℃ないし1100℃程度の温度に加熱(アニール)することにより、半導体ウェ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昇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ェハーのイオン活性化を実行した場合においても、半導体ウェ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、熱により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、半導体ウェ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しなければならないという問題が生じていた。
【0004】
上述した問題を解決するため、キセノンフラッシュランプ等を使用して半導体ウェ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ェハーの表面のみを極めて短時間(数ミリセカンド以下)に昇温させる技術が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、イオンが拡散するための十分な時間がないため、半導体ウェハーに打ち込まれたイオンのプロファイルをなまらせることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。
【0005】
また、光照射による加熱方式に限らず、一般に熱処理装置においては、耐熱性に優れたサセプタに基板を保持させた状態にて熱処理が行われることが多い(例えば、特許文献3,4参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開昭59−169125号公報
【特許文献2】
特開昭63−166219号公報
【特許文献3】
特開平10−74705号公報
【特許文献4】
特開2000−355766号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、キセノンフラッシュランプは極めて高いエネルギーを有する光を瞬間的に半導体ウェハーに照射するため、一瞬で半導体ウェハーの表面温度が急速に上昇し、照射する光のエネルギーがある閾値を超えると急速な表面の熱膨張によって半導体ウェハーが高い確率で割れることとなる。このため、実際に熱処理を行うときには、上記閾値未満のある程度余裕(プロセスマージン)を持たせたエネルギーの光を照射するようにしている。
【0008】
しかしながら、サセプタに半導体ウェハーを保持させた状態にてキセノンフラッシュランプからの閃光照射によって該ウェハーを加熱したときには、上記閾値未満のエネルギーの閃光を照射したとしても、半導体ウェハーが割れることがあった。これは、一瞬の閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張して半導体ウェハーが凸状に反ろうとしたときに、ウェハー端部がサセプタのポケット縁や位置決めピンに接触していたりすると、その接触部に大きな力が加わる一方で、そのような応力を緩和すべくウェハーがサセプタ上を滑って移動する時間的余裕がないためである。その結果、上記閾値未満のエネルギーの閃光を照射したときであっても、半導体ウェハーの端部が何かに接触していると瞬間的な熱膨張時にそこから受ける応力によってウェハーが割れることとなっていたのである。
【0009】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱処理時の基板の割れを防止することができる熱処理用サセプタおよび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】
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、熱処理を行うときに処理対象となる基板を保持する熱処理用サセプタにおいて、前記基板の平面サイズ以上の領域を有する平坦な載置面と、前記載置面の周縁部を環囲して前記載置面を規定するテーパ面と、を備え、前記テーパ面の下端部を前記載置面の前記周縁部に連接させるとともに、前記テーパ面を上方に向けて広くなるように形成し、前記載置面に対する前記テーパ面の勾配を5°以上30°未満としている。
【0011】
また、請求項2の発明は、請求項1の発明にかかる熱処理用サセプタにおいて、前記テーパ面の表面平均粗さを1.6μm以下としている。
【0012】
また、請求項3の発明は、熱処理を行うときに処理対象となる基板を保持する熱処理用サセプタにおいて、熱処理時に前記基板を収容する凹部を備え、前記凹部に、平坦な底面および当該底面の周縁部を環囲する傾斜面を有させ、前記底面に対する前記傾斜面の勾配を5°以上30°未満としている。
【0013】
また、請求項4の発明は、基板に対して光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、複数のランプを有する光源と、前記光源の下方に設けられ、前記光源から出射された光を透過するチャンバー窓を上部に備えるチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を略水平姿勢にて保持する保持手段と、を備え、前記保持手段に、請求項1から請求項3のいずれかの発明にかかる熱処理用サセプタを有させている。
【0014】
また、請求項5の発明は、請求項4の発明にかかる熱処理装置において、前記複数のランプのそれぞれをキセノンフラッシュランプとし、前記保持手段に、保持する基板を予備加熱するアシスト加熱手段をさらに有させている。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0016】
図1および図2は本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。この熱処理装置は、キセノンフラッシュランプからの閃光によって円形の半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。
【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ェハーWを収納して熱処理するためのチャンバー65を備える。チャンバー65の上部を構成する透光板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おり、光源5から出射された光を透過してチャンバー65内に導くチャンバー窓として機能している。また、チャンバー65を構成する底板62には、後述するサセプタ73および加熱プレート74を貫通して半導体ウェハー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、チャンバー65を構成する側板64には、半導体ウェハー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。半導体ウェハー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チャンバー65内に搬入される。また、チャンバー65内にて半導体ウェハーWの熱処理が行われるときには、ゲートバルブ68により開口部66が閉鎖される。
【0019】
チャンバー65は光源5の下方に設けられている。光源5は、複数(本実施形態においては27本)のキセノンフラッシュランプ69(以下、単に「フラッシュランプ69」とも称する)と、リフレクタ71とを備える。複数のフラッシュランプ69は、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が水平方向に沿うようにして互いに平行に列設されている。リフレクタ71は、複数のフラッシュランプ69の上方にそれらの全体を被うように配設されている。
【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、該ガラス管の外局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印加し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瞬時に流れ、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ミリセカンドないし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】
光源5と透光板61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】
フラッシュランプ69から放射された光の一部は直接に光拡散板72および透光板61を透過してチャンバー65内へと向かう。また、フラッシュランプ69から放射された光の他の一部は一旦リフレクタ71によって反射されてから光拡散板72および透光板61を透過してチャンバー65内へと向かう。
【0023】
チャンバー65内には、加熱プレート74とサセプタ73とが設けられている。サセプタ73は加熱プレート74の上面に貼着されている。加熱プレート74およびサセプタ73によって、チャンバー65内にて半導体ウェハーWを略水平姿勢にて保持する保持手段が構成されている。
【0024】
加熱プレート74は、半導体ウェハーWを予備加熱(アシスト加熱)するためのものである。この加熱プレート74は、窒化アルミニウムにて構成され、その内部にヒータと該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、サセプタ73は、半導体ウェハーWを位置決めして保持するとともに、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ェハーWを均一に予備加熱するためのものである。このサセプタ73の材質としては、窒化アルミニ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。サセプタ73の詳細についてはさらに後述する。
【0025】
サセプタ73および加熱プレート74は、モータ40の駆動により、図1に示す半導体ウェハーWの搬入・搬出位置と図2に示す半導体ウェハーWの熱処理位置との間を昇降する構成となっている。
【0026】
すなわち、加熱プレート74は、筒状体41を介して移動板42に連結されている。この移動板42は、チャンバー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、サセプタ73および加熱プレート74は、モータ40の駆動により、図1に示す半導体ウェハーWの搬入・搬出位置と図2に示す半導体ウェハーWの熱処理位置との間を昇降することができる。
【0027】
図1に示す半導体ウェハー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ェハー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ェハーWを開口部66から搬出することができるように、サセプタ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、サセプタ73および加熱プレート74に形成された貫通孔を通過し、サセプタ73の表面より上方に突出する。
【0028】
一方、図2に示す半導体ウェハーWの熱処理位置は、半導体ウェハーWに対して熱処理を行うために、サセプタ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。サセプタ73および加熱プレート74が図1の搬入・搬出位置から図2の熱処理位置に上昇する過程において、支持ピン70に載置された半導体ウェハーWはサセプタ73によって受け取られ、その下面をサセプタ73の表面に支持されて上昇し、チャンバー65内の透光板61に近接した位置に水平姿勢にて保持される。逆に、サセプタ73および加熱プレート74が熱処理位置から搬入・搬出位置に下降する過程においては、サセプタ73に支持された半導体ウェハーWは支持ピン70に受け渡される。
【0029】
半導体ウェハーWを支持するサセプタ73および加熱プレート74が熱処理位置に上昇した状態においては、それらに保持された半導体ウェハーWと光源5との間に透光板61が位置することとなる。なお、このときのサセプタ73と光源5との間の距離についてはモータ40の回転量を制御することにより任意の値に調整することが可能である。
【0030】
また、チャンバー65の底板62と移動板42との間には筒状体41の周囲を取り囲むようにしてチャンバー65を気密状体に維持するための伸縮自在の蛇腹77が配設されている。サセプタ73および加熱プレート74が熱処理位置まで上昇したときには蛇腹77が収縮し、サセプタ73および加熱プレート74が搬入・搬出位置まで下降したときには蛇腹77が伸長してチャンバー65内の雰囲気と外部雰囲気とを遮断する。
【0031】
チャンバー65における開口部66と反対側の側板63には、開閉弁80に連通接続された導入路78が形成されている。この導入路78は、チャンバー65内に処理に必要なガス、例えば不活性な窒素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、開閉弁81に連通接続された排出路79が形成されている。この排出路79は、チャンバー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。
【0032】
サセプタ73についてさらに説明を続ける。図3および図4は、それぞれサセプタ73の側断面図および平面図である。本実施形態のサセプタ73は、円盤形状の部材に上面視円形の凹部97を形成して構成されている。この凹部97が半導体ウェハーWを位置決めしてサセプタ73上に保持するために機能するものである。
【0033】
サセプタ73の載置面99は凹部97の底面である。載置面99は、半導体ウェハーWの径よりも若干大きな径を有する円形の平面であり、すなわち半導体ウェハーWの平面サイズ以上の領域を有する平坦な面である。この凹部97の底面である載置面99の周縁部を環囲するようにテーパ面95が形成されている。テーパ面95は、凹部97を形成するための傾斜面ともなっている。テーパ面95の下端部95aは載置面99の周縁部と連接されており、見方を変えればテーパ面95によって載置面99が規定されていることとなる。
【0034】
一方、テーパ面95の上端部95bはサセプタ73の周縁面91と連接されている。周縁面91は、円環形状の平面であって、載置面99に平行である。周縁面91の内径は載置面99の径よりも大きい。つまり、テーパ面95は上方に向けて広くなるように形成されているのである。
【0035】
そして、凹部97を形成するための傾斜面であるテーパ面95の載置面99に対する勾配αは5°以上30°未満であり、例えば15°とすれば良い(図5参照)。また、テーパ面95の表面平均粗さ(Ra)は1.6μm以下としている。
【0036】
次に、本発明にかかる熱処理装置による半導体ウェハーWの熱処理動作について説明する。この熱処理装置において処理対象となる半導体ウェハーWは、イオン注入後の半導体ウェハーである。
【0037】
この熱処理装置においては、サセプタ73および加熱プレート74が図1に示す半導体ウェハーWの搬入・搬出位置に配置された状態にて、図示しない搬送ロボットにより開口部66を介して半導体ウェハーWが搬入され、支持ピン70上に載置される。半導体ウェハーWの搬入が完了すれば、開口部66がゲートバルブ68により閉鎖される。しかる後、サセプタ73および加熱プレート74がモータ40の駆動により図2に示す半導体ウェハーWの熱処理位置まで上昇し、半導体ウェハーWを水平姿勢にて保持する。また、開閉弁80および開閉弁81を開いてチャンバー65内に窒素ガスの気流を形成する。
【0038】
ここで、サセプタ73および加熱プレート74が上昇する過程において、支持ピン70に載置された半導体ウェハーWをサセプタ73が受け取ることとなる。このときに、支持ピン70からサセプタ73に半導体ウェハーWが移された後数秒間はサセプタ73と半導体ウェハーWとの間に薄い空気層が挟み込まれ、その空気層によって半導体ウェハーWがサセプタ73から僅かに浮上した状態となる。このような状態においては、何らかの原因(例えば、微妙な傾斜)によって半導体ウェハーWが凹部97内を滑るように移動し、ウェハー端部がテーパ面95によって跳ね返されるという現象が数秒間繰り返される。その後、やがて上記空気層が抜けることによって、サセプタ73の凹部97内に半導体ウェハーWが安定して保持されることとなる。すなわち、僅かに浮上している半導体ウェハーWがテーパ面95によって位置決めされ、特別な位置決めピン等を設けなくても凹部97の最下位置つまり載置面99上に保持されることとなるのである。なお、載置面99の径は半導体ウェハーWの径よりも若干大きく、通常載置面99上にて半導体ウェハーWが偏心して位置決め・保持されるため、その周端部の一点がテーパ面95に接触した状態で安定して保持されることとなる。
【0039】
サセプタ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所定温度に加熱されている。このため、サセプタ73および加熱プレート74が半導体ウェハーWの熱処理位置まで上昇した状態においては、半導体ウェハーWが加熱状態にあるサセプタ73と接触することにより予備加熱され、半導体ウェハーWの温度が次第に上昇する。
【0040】
この状態においては、半導体ウェハーWはサセプタ73により継続して加熱される。そして、半導体ウェハーWの温度上昇時には、図示しない温度センサにより、半導体ウェハー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。
【0041】
なお、この予備加熱温度T1は、例えば200℃ないし600℃程度の温度である。半導体ウェハーWをこの程度の予備加熱温度T1まで加熱したとしても、半導体ウェハーWに打ち込まれたイオンが拡散してしまうことはない。
【0042】
やがて、半導体ウェハーWの表面温度が予備加熱温度T1に到達すると、フラッシュランプ69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フラッシュランプ69の点灯時間は、0.1ミリセカンドないし10ミリセカンド程度の時間である。このように、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。
【0043】
このようなフラッシュ加熱により、半導体ウェハーWの表面温度は瞬間的に温度T2に到達する。この温度T2は、1000℃ないし1100℃程度の半導体ウェハーWのイオン活性化処理に必要な温度である。半導体ウェハーWの表面がこのような処理温度T2にまで昇温されることにより、半導体ウェハーW中に打ち込まれたイオンが活性化される。
【0044】
このとき、半導体ウェハーWの表面温度が0.1ミリセカンドないし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、半導体ウェハーW中のイオン活性化は短時間で完了する。従って、半導体ウェハーWに打ち込まれたイオンが拡散することはなく、半導体ウェハー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。なお、イオン活性化に必要な時間はイオンの拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、0.1ミリセカンドないし10ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であってもイオン活性化は完了する。
【0045】
また、フラッシュランプ69を点灯して半導体ウェハーWを加熱する前に、加熱プレート74を使用して半導体ウェハーWの表面温度を200℃ないし600℃程度の予備加熱温度T1まで加熱していることから、フラッシュランプ69により半導体ウェハーWを1000℃ないし1100℃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。
【0046】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、サセプタ73および加熱プレート74がモータ40の駆動により図1に示す半導体ウェハーWの搬入・搬出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。サセプタ73および加熱プレート74が下降することにより、サセプタ73から支持ピン70に半導体ウェハーWが受け渡される。そして、支持ピン70上に載置された半導体ウェハーWが図示しない搬送ロボットにより搬出される。以上のようにして、一連の熱処理動作が完了する。
【0047】
ところで、フラッシュランプ69を点灯して半導体ウェハーWを加熱する際には、一瞬の閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張して半導体ウェハーWが凸状に反ろうとする。そして、このときに、半導体ウェハーWの端部が位置決めピン等に接触していると瞬間的な熱膨張時にそこから受ける応力によって半導体ウェハーWが割れるおそれのあることは既述した通りである。
【0048】
本実施形態においては、載置面99に対するテーパ面95の勾配αを15°としている。上述した如く、半導体ウェハーWは、通常その周端部の一点がテーパ面95に接触した状態で安定して保持されている。ここで、テーパ面95の勾配αが30°未満であれば、図5に示す如く、半導体ウェハーWが瞬間的に熱膨張したときであっても図中矢印AR5にて示すように、半導体ウェハーWの端部(テーパ面95に接触している端部)がテーパ面95に対して滑ることができる。つまり、テーパ面95の勾配αを30°未満とすることにより、半導体ウェハーWの端部がテーパ面95によって拘束されることがなくなるため、フラッシュランプ69の点灯時に半導体ウェハーWが自由に膨張することができるのである。その結果、一瞬の閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張しても半導体ウェハーWがテーパ面95から大きな応力を受けることはなくなり、閃光照射時の半導体ウェハーWの割れを防止することができる。
【0049】
このような瞬間的な熱膨張時に半導体ウェハーWの端部がテーパ面95に対して滑ることができるためには、載置面99に対するテーパ面95の勾配αを30°未満としなければならない。テーパ面95の勾配αが30°以上になると、半導体ウェハーWの端部とテーパ面95との静止摩擦力が大きくなり、瞬間的な熱膨張時に半導体ウェハーWの端部(テーパ面95に接触している端部)が滑ることができなくなり、その結果テーパ面95からの拘束応力によって半導体ウェハーWが割れるおそれがあるためである。テーパ面95の勾配αが30°未満であれば半導体ウェハーWの端部がテーパ面95に対して滑ることができ、特に勾配αが20°未満であれば半導体ウェハーWの端部とテーパ面95との間の摩擦力が極めて小さくなり、閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張しても半導体ウェハーWがテーパ面95から受ける応力は微小なものとなるため、閃光照射時の半導体ウェハーWの割れをより確実に防止することができる。
【0050】
一方、載置面99に対するテーパ面95の勾配αが5°未満になると、上述したようなテーパ面95による半導体ウェハーWの位置決め効果がほとんど得られなくなり、サセプタ73が半導体ウェハーWを受け取ったときにその半導体ウェハーWが周縁面91に乗り上げるおそれがある。このため、載置面99に対するテーパ面95の勾配αは5°以上とする必要があり、特に安定した半導体ウェハーWの位置決め効果を得るためには勾配αを10°以上とすることが好ましい。
【0051】
また、半導体ウェハーWの端部とテーパ面95との間の摩擦力を小さくして当該端部が自由に滑れるようにするためには、テーパ面95の表面性状も重要となる。すなわち、半導体ウェハーWの端部とテーパ面95との間の摩擦係数が小さいと、該端部がテーパ面95に対して滑り易くなる。このため、テーパ面95の表面平均粗さ(Ra)は1.6μm以下としており、この範囲であれば半導体ウェハーWの端部とテーパ面95との間の摩擦力がより小さくなり、閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張しても半導体ウェハーWがテーパ面95から受ける応力がより小さくなるため、閃光照射時の半導体ウェハーWの割れをより確実に防止することができる。本実施形態においてはRa=1.6μmとしている。
【0052】
以上の内容を集約すると、本発明にかかるサセプタ73のテーパ面95には半導体ウェハーWの位置決めおよび閃光照射時の半導体ウェハーWの割れ防止という二つの機能が与えられている。そして、これら二つの機能を両立すべく、載置面99に対するテーパ面95の勾配αを5°以上30°未満としているのである。勾配αが5°以上あればサセプタ73が半導体ウェハーWを受け取ったときにテーパ面95によって半導体ウェハーWを載置面99上に位置決めすることができ、30°未満であれば閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張したときにも半導体ウェハーWに過大な応力を与えることが抑制される。このような二つの機能をより効果的に得るためには、載置面99に対するテーパ面95の勾配αを10°以上20°未満とするのが好ましい。さらに、テーパ面95の表面平均粗さ(Ra)を1.6μm以下とすれば半導体ウェハーWの端部とテーパ面95との間の摩擦力がより小さくなり、閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張したときにも半導体ウェハーWに過大な応力を与えることがより確実に抑制される。
【0053】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては光源5に27本のフラッシュランプ69を備えるようにしていたが、これに限定されずフラッシュランプ69の本数は任意のものとすることができる。
【0054】
また、上記実施形態においては、支持ピン70を固定するとともにサセプタ73および加熱プレート74自体をを昇降させることによってそれらの間で半導体ウェハーWの受け渡しを行うようにしていたが、サセプタ73および加熱プレート74を固定して支持ピン70を上下動させることによってそれらの間で半導体ウェハーWの受け渡しを行うようにしても良い。すなわち、サセプタ73および加熱プレート74と支持ピン70とを相対的に昇降させるように構成する形態であれば良い。
【0055】
また、上記実施形態においては、半導体ウェハーに光を照射してイオン活性化処理を行うようにしていたが、本発明にかかる熱処理装置による処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではない。例えば、窒化シリコン膜や多結晶シリコン膜等の種々のシリコン膜が形成されたガラス基板に対して本発明にかかる熱処理装置による処理を行っても良い。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明によれば、載置面に対するテーパ面の勾配を5°以上30°未満としているため、基板を載置面上に適切に位置決めすることができるとともに、熱処理時に基板表面が急激に熱膨張したときにも基板に過大な応力が作用することを抑制して熱処理時の基板の割れを防止することができる。
【0057】
また、請求項2の発明によれば、テーパ面の表面平均粗さが1.6μm以下であるため、基板とテーパ面との間の摩擦力がより小さくなり、熱処理時に基板表面が急激に熱膨張したときにも基板に過大な応力が作用することをより確実に抑制することができる。
【0058】
また、請求項3の発明によれば、凹部の底面に対する傾斜面の勾配を5°以上30°未満としているため、基板を凹部内に適切に位置決めすることができるとともに、熱処理時に基板表面が急激に熱膨張したときにも基板に過大な応力が作用することを抑制して熱処理時の基板の割れを防止することができる。
【0059】
また、請求項4の発明によれば、熱処理装置の保持手段が請求項1から請求項3のいずれかの発明にかかる熱処理用サセプタを有しているため、該熱処理装置にて光照射により熱処理を行うときに基板の割れを防止することができる。
【0060】
また、請求項5の発明によれば、複数のランプのそれぞれがキセノンフラッシュランプであり、保持手段が基板を予備加熱するアシスト加熱手段を有するため、キセノンフラッシュランプからの光照射により熱処理を行うときにも基板の割れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図2】本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図3】図1の熱処理装置のサセプタの側断面図である。
【図4】図1の熱処理装置のサセプタの平面図である。
【図5】閃光照射時の半導体ウェハーの挙動を示す図である。
【符号の説明】
5 光源
40 モータ
65 チャンバー
69 フラッシュランプ
70 支持ピン
71 リフレクタ
73 サセプタ
74 加熱プレート
91 周縁面
95 テーパ面
99 載置面
W 半導体ウェハー
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat treatment susceptor that holds a substrate to be treated when a substrate such as a semiconductor wafer is heat treated, and a heat treatment apparatus including the heat treatment susceptor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an ion activation process of a semiconductor wafer after ion implantation, a heat treatment apparatus such as a lamp annealing apparatus using a halogen lamp has been used. In such a heat treatment apparatus, the semiconductor wafer is ion-activated by heating (annealing) the semiconductor wafer to a temperature of about 1000 ° C. to 1100 ° C., for example. In such a heat treatment apparatus, the temperature of the substrate is raised at a rate of several hundred degrees per second by using the energy of light irradiated from the halogen lamp.
[0003]
However, even when ion activation of a semiconductor wafer is performed using a heat treatment apparatus that raises the temperature of the substrate at a speed of several hundred degrees per second, the profile of ions implanted into the semiconductor wafer is reduced, that is, due to heat It has been found that a phenomenon occurs in which ions diffuse. When such a phenomenon occurs, even if ions are implanted at a high concentration on the surface of the semiconductor wafer, the ions after implantation are diffused, so that ions must be implanted more than necessary. Has occurred.
[0004]
In order to solve the above-mentioned problems, the surface of the semiconductor wafer is irradiated with flash light using a xenon flash lamp or the like, so that only the surface of the semiconductor wafer into which ions are implanted is raised in a very short time (several milliseconds or less). Techniques for heating have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). If the temperature is raised for a very short time with a xenon flash lamp, there is not enough time for ions to diffuse, so only ion activation is performed without the profile of the ions implanted in the semiconductor wafer being distorted. Can do it.
[0005]
In addition, the heat treatment is not limited to the heating method by light irradiation. Generally, in a heat treatment apparatus, heat treatment is often performed in a state where a substrate is held by a susceptor having excellent heat resistance (see, for example, Patent Documents 3 and 4).
[0006]
[Patent Document 1]
JP 59-169125 A
[Patent Document 2]
JP 63-166219 A
[Patent Document 3]
JP-A-10-74705
[Patent Document 4]
JP 2000-355766 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since the xenon flash lamp instantaneously irradiates the semiconductor wafer with light having extremely high energy, the surface temperature of the semiconductor wafer rapidly rises instantaneously, and when the energy of the irradiating light exceeds a certain threshold value, the surface rapidly changes. Due to the thermal expansion of the semiconductor wafer, the semiconductor wafer is cracked with high probability. For this reason, when the heat treatment is actually performed, light of energy having a certain margin (process margin) less than the above threshold is irradiated.
[0008]
However, when the wafer is heated by flash irradiation from a xenon flash lamp in a state where the semiconductor wafer is held on the susceptor, the semiconductor wafer may be broken even if flash light having an energy less than the above threshold is irradiated. This is because when the wafer surface suddenly thermally expands due to flash exposure and the semiconductor wafer tries to warp convexly, if the wafer edge is in contact with the pocket edge of the susceptor or positioning pins, This is because there is no time for the wafer to slide on the susceptor to relieve such stress while a large force is applied to the substrate. As a result, even when a flash of energy less than the above threshold is irradiated, if the edge of the semiconductor wafer is in contact with something, the wafer will be cracked by the stress received from it during instantaneous thermal expansion. It was.
[0009]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat treatment susceptor and a heat treatment apparatus capable of preventing the substrate from cracking during heat treatment.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is a heat treatment susceptor for holding a substrate to be processed when performing heat treatment, a flat mounting surface having a region larger than the planar size of the substrate, A taper surface surrounding the peripheral portion of the placement surface to define the placement surface, and connecting the lower end portion of the tapered surface to the peripheral portion of the placement surface and raising the tapered surface upward The inclination of the tapered surface with respect to the mounting surface is 5 ° or more and less than 30 °.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the heat treatment susceptor according to the first aspect of the present invention, the surface average roughness of the tapered surface is 1.6 μm or less.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a heat treatment susceptor for holding a substrate to be processed when heat treatment is performed, the heat treatment susceptor including a recess for accommodating the substrate at the time of heat treatment, and a flat bottom surface and a peripheral edge of the bottom surface. An inclined surface surrounding the portion is provided, and the gradient of the inclined surface with respect to the bottom surface is set to 5 ° or more and less than 30 °.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in a heat treatment apparatus that heats a substrate by irradiating the substrate with light, the light source having a plurality of lamps is provided below the light source and emitted from the light source. 4. A chamber having an upper chamber window that transmits light, and a holding unit that holds the substrate in a substantially horizontal position in the chamber, wherein the holding unit includes any one of claims 1 to 3. The susceptor for heat treatment according to the invention is provided.
[0014]
The invention of claim 5 is the heat treatment apparatus according to claim 4, wherein each of the plurality of lamps is a xenon flash lamp, and the holding means further includes an assist heating means for preheating the substrate to be held. I am letting.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
1 and 2 are side sectional views showing the structure of a heat treatment apparatus according to the present invention. This heat treatment apparatus is an apparatus for performing heat treatment of a substrate such as a circular semiconductor wafer by flash light from a xenon flash lamp.
[0017]
This heat treatment apparatus includes a light transmitting plate 61, a bottom plate 62, and a pair of side plates 63 and 64, and includes a chamber 65 for housing the semiconductor wafer W and heat-treating it. The translucent plate 61 constituting the upper part of the chamber 65 is made of, for example, a material having infrared transparency such as quartz, and functions as a chamber window that transmits light emitted from the light source 5 and guides it into the chamber 65. doing. The bottom plate 62 constituting the chamber 65 is provided with support pins 70 that pass through a susceptor 73 and a heating plate 74 described later and support the semiconductor wafer W from the lower surface thereof.
[0018]
Further, an opening 66 for carrying in and out the semiconductor wafer W is formed in the side plate 64 constituting the chamber 65. The opening 66 can be opened and closed by a gate valve 68 that rotates about a shaft 67. The semiconductor wafer W is loaded into the chamber 65 by a transfer robot (not shown) with the opening 66 released. Further, when the semiconductor wafer W is heat-treated in the chamber 65, the opening 66 is closed by the gate valve 68.
[0019]
The chamber 65 is provided below the light source 5. The light source 5 includes a plurality (27 in the present embodiment) of xenon flash lamps 69 (hereinafter also simply referred to as “flash lamps 69”) and a reflector 71. The plurality of flash lamps 69 are rod-shaped lamps each having a long cylindrical shape, and are arranged in parallel with each other such that the longitudinal direction thereof is along the horizontal direction. The reflector 71 is disposed above the plurality of flash lamps 69 so as to cover them entirely.
[0020]
The xenon flash lamp 69 includes a glass tube in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode connected to a capacitor at both ends thereof, and a trigger electrode wound around an external portion of the glass tube. Is provided. Since xenon gas is an electrical insulator, electricity does not flow into the glass tube under normal conditions. However, if the insulation is broken by applying a high voltage to the trigger electrode, the electricity stored in the capacitor instantaneously flows into the glass tube, and the xenon gas is heated by Joule heat at that time, and light is emitted. . In the xenon flash lamp 69, the electrostatic energy stored in advance is converted into an extremely short light pulse of 0.1 millisecond to 10 millisecond. It has the feature that it can.
[0021]
A light diffusing plate 72 is disposed between the light source 5 and the translucent plate 61. As the light diffusion plate 72, a surface of quartz glass as an infrared transmitting material subjected to light diffusion processing is used.
[0022]
Part of the light emitted from the flash lamp 69 passes directly through the light diffusing plate 72 and the light transmitting plate 61 toward the chamber 65. Further, another part of the light emitted from the flash lamp 69 is once reflected by the reflector 71, then passes through the light diffusing plate 72 and the light transmitting plate 61 and goes into the chamber 65.
[0023]
A heating plate 74 and a susceptor 73 are provided in the chamber 65. The susceptor 73 is attached to the upper surface of the heating plate 74. The heating plate 74 and the susceptor 73 constitute holding means for holding the semiconductor wafer W in the chamber 65 in a substantially horizontal posture.
[0024]
The heating plate 74 is for preheating (assist heating) the semiconductor wafer W. The heating plate 74 is made of aluminum nitride and has a configuration in which a heater and a sensor for controlling the heater are housed. On the other hand, the susceptor 73 is for positioning and holding the semiconductor wafer W, and for preheating the semiconductor wafer W uniformly by diffusing the thermal energy from the heating plate 74. As the material of the susceptor 73, a material having a relatively low thermal conductivity such as aluminum nitride or quartz is employed. Details of the susceptor 73 will be described later.
[0025]
The susceptor 73 and the heating plate 74 are configured to move up and down between the loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 1 and the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG.
[0026]
That is, the heating plate 74 is connected to the moving plate 42 via the cylindrical body 41. The moving plate 42 can be moved up and down by being guided by a guide member 43 supported by a bottom plate 62 of the chamber 65. A fixed plate 44 is fixed to the lower end portion of the guide member 43, and a motor 40 that rotationally drives a ball screw 45 is disposed at the central portion of the fixed plate 44. The ball screw 45 is screwed with a nut 48 connected to the moving plate 42 via connecting members 46 and 47. For this reason, the susceptor 73 and the heating plate 74 can be moved up and down between the loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 1 and the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG.
[0027]
The loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 1 is placed on the support pin 70 by placing the semiconductor wafer W loaded from the opening 66 using a transfer robot (not shown). The susceptor 73 and the heating plate 74 are lowered so that the semiconductor wafer W can be carried out from the opening 66. In this state, the upper end of the support pin 70 passes through a through hole formed in the susceptor 73 and the heating plate 74 and protrudes upward from the surface of the susceptor 73.
[0028]
On the other hand, the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 2 is a position where the susceptor 73 and the heating plate 74 are raised above the upper ends of the support pins 70 in order to perform heat treatment on the semiconductor wafer W. In the process in which the susceptor 73 and the heating plate 74 are raised from the loading / unloading position in FIG. 1 to the heat treatment position in FIG. 2, the semiconductor wafer W placed on the support pins 70 is received by the susceptor 73. It rises while being supported by the surface, and is held in a horizontal position at a position close to the translucent plate 61 in the chamber 65. Conversely, in the process in which the susceptor 73 and the heating plate 74 are lowered from the heat treatment position to the carry-in / carry-out position, the semiconductor wafer W supported by the susceptor 73 is transferred to the support pins 70.
[0029]
In a state where the susceptor 73 and the heating plate 74 that support the semiconductor wafer W are raised to the heat treatment position, the translucent plate 61 is located between the semiconductor wafer W held by them and the light source 5. Note that the distance between the susceptor 73 and the light source 5 at this time can be adjusted to an arbitrary value by controlling the rotation amount of the motor 40.
[0030]
Further, between the bottom plate 62 of the chamber 65 and the moving plate 42, a telescopic bellows 77 is disposed so as to surround the cylindrical body 41 and maintain the chamber 65 in an airtight body. When the susceptor 73 and the heating plate 74 are raised to the heat treatment position, the bellows 77 contracts, and when the susceptor 73 and the heating plate 74 are lowered to the loading / unloading position, the bellows 77 is extended, and the atmosphere in the chamber 65 and the external atmosphere are increased. Cut off.
[0031]
In the side plate 63 opposite to the opening 66 in the chamber 65, an introduction path 78 connected to the on-off valve 80 is formed. The introduction path 78 is for introducing a gas necessary for processing, for example, an inert nitrogen gas, into the chamber 65. On the other hand, a discharge passage 79 connected to the on-off valve 81 is formed in the opening 66 in the side plate 64. The discharge path 79 is for discharging the gas in the chamber 65, and is connected to an exhaust means (not shown) via the on-off valve 81.
[0032]
Further description of the susceptor 73 will be continued. 3 and 4 are a side sectional view and a plan view of the susceptor 73, respectively. The susceptor 73 of this embodiment is configured by forming a concave portion 97 having a circular shape when viewed from above on a disk-shaped member. The recess 97 functions to position and hold the semiconductor wafer W on the susceptor 73.
[0033]
The mounting surface 99 of the susceptor 73 is the bottom surface of the recess 97. The mounting surface 99 is a circular plane having a diameter slightly larger than the diameter of the semiconductor wafer W, that is, a flat surface having a region equal to or larger than the plane size of the semiconductor wafer W. A tapered surface 95 is formed so as to surround the peripheral portion of the mounting surface 99 which is the bottom surface of the recess 97. The tapered surface 95 is also an inclined surface for forming the recess 97. The lower end portion 95a of the taper surface 95 is connected to the peripheral edge portion of the placement surface 99, and the placement surface 99 is defined by the taper surface 95 if the way of viewing is changed.
[0034]
On the other hand, the upper end portion 95 b of the tapered surface 95 is connected to the peripheral surface 91 of the susceptor 73. The peripheral surface 91 is an annular plane and is parallel to the placement surface 99. The inner diameter of the peripheral surface 91 is larger than the diameter of the mounting surface 99. That is, the tapered surface 95 is formed so as to widen upward.
[0035]
The gradient α of the tapered surface 95, which is an inclined surface for forming the recess 97, with respect to the mounting surface 99 is 5 ° or more and less than 30 °, for example, 15 ° (see FIG. 5). Further, the surface average roughness (Ra) of the tapered surface 95 is set to 1.6 μm or less.
[0036]
Next, the heat treatment operation of the semiconductor wafer W by the heat treatment apparatus according to the present invention will be described. A semiconductor wafer W to be processed in this heat treatment apparatus is a semiconductor wafer after ion implantation.
[0037]
In this heat treatment apparatus, the semiconductor wafer W is loaded through the opening 66 by a transfer robot (not shown) in a state where the susceptor 73 and the heating plate 74 are arranged at the loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. , Placed on the support pin 70. When the loading of the semiconductor wafer W is completed, the opening 66 is closed by the gate valve 68. Thereafter, the susceptor 73 and the heating plate 74 are raised to the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 2 by driving the motor 40, and the semiconductor wafer W is held in a horizontal posture. Further, the on-off valve 80 and the on-off valve 81 are opened to form a nitrogen gas flow in the chamber 65.
[0038]
Here, in the process in which the susceptor 73 and the heating plate 74 are raised, the susceptor 73 receives the semiconductor wafer W placed on the support pins 70. At this time, a thin air layer is sandwiched between the susceptor 73 and the semiconductor wafer W for several seconds after the semiconductor wafer W is transferred from the support pins 70 to the susceptor 73, and the semiconductor wafer W is removed from the susceptor 73 by the air layer. Slightly floated. In such a state, the phenomenon that the semiconductor wafer W moves so as to slide in the recess 97 due to some cause (for example, a slight inclination) and the wafer end is rebounded by the tapered surface 95 is repeated for several seconds. Thereafter, the air layer is eventually removed, so that the semiconductor wafer W is stably held in the recess 97 of the susceptor 73. That is, the slightly floating semiconductor wafer W is positioned by the taper surface 95 and is held on the lowest position of the recess 97, that is, on the mounting surface 99 without providing a special positioning pin or the like. . The diameter of the mounting surface 99 is slightly larger than the diameter of the semiconductor wafer W, and the semiconductor wafer W is normally positioned and held eccentrically on the mounting surface 99. It will be stably held in contact with the
[0039]
The susceptor 73 and the heating plate 74 are preheated to a predetermined temperature by the action of a heater built in the heating plate 74. For this reason, in a state where the susceptor 73 and the heating plate 74 are raised to the heat treatment position of the semiconductor wafer W, the semiconductor wafer W is preliminarily heated by coming into contact with the heated susceptor 73, and the temperature of the semiconductor wafer W gradually increases. To do.
[0040]
In this state, the semiconductor wafer W is continuously heated by the susceptor 73. When the temperature of the semiconductor wafer W rises, a temperature sensor (not shown) always monitors whether or not the surface temperature of the semiconductor wafer W has reached the preheating temperature T1.
[0041]
The preheating temperature T1 is, for example, about 200 ° C. to 600 ° C. Even if the semiconductor wafer W is heated to such a preheating temperature T1, ions implanted into the semiconductor wafer W will not diffuse.
[0042]
Eventually, when the surface temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the flash lamp 69 is turned on to perform flash heating. The lighting time of the flash lamp 69 in this flash heating process is a time of about 0.1 to 10 milliseconds. Thus, in the flash lamp 69, the electrostatic energy stored in advance is converted into such an extremely short light pulse, so that an extremely strong flash light is irradiated.
[0043]
By such flash heating, the surface temperature of the semiconductor wafer W instantaneously reaches the temperature T2. This temperature T2 is a temperature necessary for the ion activation treatment of the semiconductor wafer W at about 1000 ° C. to 1100 ° C. When the surface of the semiconductor wafer W is heated to such a processing temperature T2, ions implanted into the semiconductor wafer W are activated.
[0044]
At this time, since the surface temperature of the semiconductor wafer W is raised to the processing temperature T2 in an extremely short time of about 0.1 to 10 milliseconds, ion activation in the semiconductor wafer W is completed in a short time. . Therefore, the ions implanted into the semiconductor wafer W do not diffuse, and it is possible to prevent the phenomenon that the profile of the ions implanted into the semiconductor wafer W is lost. Since the time required for ion activation is extremely short compared with the time required for ion diffusion, the ion activation is performed even for a short time in which no diffusion of about 0.1 millisecond to 10 millisecond occurs. Complete.
[0045]
Further, before the flash lamp 69 is turned on to heat the semiconductor wafer W, the surface temperature of the semiconductor wafer W is heated to the preheating temperature T1 of about 200 ° C. to 600 ° C. using the heating plate 74. The flash lamp 69 makes it possible to quickly raise the temperature of the semiconductor wafer W to the processing temperature T2 of about 1000 ° C. to 1100 ° C.
[0046]
After the flash heating process is completed, the susceptor 73 and the heating plate 74 are lowered to the loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 1 by driving the motor 40 and the opening 66 closed by the gate valve 68 is released. Is done. As the susceptor 73 and the heating plate 74 are lowered, the semiconductor wafer W is transferred from the susceptor 73 to the support pins 70. Then, the semiconductor wafer W placed on the support pins 70 is carried out by a transfer robot (not shown). As described above, a series of heat treatment operations is completed.
[0047]
By the way, when the semiconductor wafer W is heated by turning on the flash lamp 69, the surface of the wafer is suddenly thermally expanded by the flash irradiation, and the semiconductor wafer W tends to warp in a convex shape. At this time, if the end portion of the semiconductor wafer W is in contact with the positioning pins or the like, the semiconductor wafer W may be cracked by the stress received from it during instantaneous thermal expansion as described above.
[0048]
In the present embodiment, the gradient α of the tapered surface 95 with respect to the mounting surface 99 is 15 °. As described above, the semiconductor wafer W is normally stably held in a state where one point of the peripheral end portion is in contact with the tapered surface 95. Here, if the slope α of the taper surface 95 is less than 30 °, as shown in FIG. 5, even when the semiconductor wafer W is instantaneously thermally expanded, as shown by the arrow AR5 in the figure, the semiconductor wafer The end of W (the end in contact with the tapered surface 95) can slide with respect to the tapered surface 95. That is, by setting the slope α of the tapered surface 95 to less than 30 °, the end of the semiconductor wafer W is not restrained by the tapered surface 95, so that the semiconductor wafer W expands freely when the flash lamp 69 is turned on. It can be done. As a result, even if the wafer surface undergoes rapid thermal expansion due to instantaneous flash irradiation, the semiconductor wafer W is not subjected to a large stress from the tapered surface 95, and cracking of the semiconductor wafer W during flash irradiation can be prevented.
[0049]
In order for the end portion of the semiconductor wafer W to slide with respect to the tapered surface 95 during such instantaneous thermal expansion, the gradient α of the tapered surface 95 with respect to the mounting surface 99 must be less than 30 °. When the gradient α of the taper surface 95 is 30 ° or more, the static frictional force between the end portion of the semiconductor wafer W and the taper surface 95 increases, and the end portion of the semiconductor wafer W (contacts with the taper surface 95 during instantaneous thermal expansion). This is because the semiconductor wafer W may break due to the restraining stress from the tapered surface 95 as a result. If the slope α of the taper surface 95 is less than 30 °, the end of the semiconductor wafer W can slide with respect to the taper surface 95. Particularly, if the slope α is less than 20 °, the end of the semiconductor wafer W and the taper surface 95, the frictional force between the semiconductor wafer W and the semiconductor wafer W is very small even when the wafer surface undergoes rapid thermal expansion due to flash irradiation. Can be more reliably prevented.
[0050]
On the other hand, when the gradient α of the tapered surface 95 with respect to the mounting surface 99 is less than 5 °, the positioning effect of the semiconductor wafer W by the tapered surface 95 as described above can hardly be obtained, and the susceptor 73 receives the semiconductor wafer W. In addition, the semiconductor wafer W may run on the peripheral surface 91. For this reason, the gradient α of the tapered surface 95 with respect to the mounting surface 99 needs to be 5 ° or more. In order to obtain a particularly stable positioning effect of the semiconductor wafer W, the gradient α is preferably 10 ° or more.
[0051]
Further, in order to reduce the frictional force between the end portion of the semiconductor wafer W and the tapered surface 95 so that the end portion can freely slide, the surface property of the tapered surface 95 is also important. In other words, when the coefficient of friction between the end portion of the semiconductor wafer W and the tapered surface 95 is small, the end portion easily slides with respect to the tapered surface 95. For this reason, the surface average roughness (Ra) of the tapered surface 95 is set to 1.6 μm or less, and within this range, the frictional force between the end portion of the semiconductor wafer W and the tapered surface 95 becomes smaller, and the flash irradiation is performed. As a result, even if the wafer surface undergoes rapid thermal expansion, the stress that the semiconductor wafer W receives from the tapered surface 95 becomes smaller, so that the cracking of the semiconductor wafer W during flash irradiation can be prevented more reliably. In this embodiment, Ra = 1.6 μm.
[0052]
In summary, the tapered surface 95 of the susceptor 73 according to the present invention is provided with two functions of positioning the semiconductor wafer W and preventing cracking of the semiconductor wafer W during flash irradiation. And in order to make these two functions compatible, gradient (alpha) of the taper surface 95 with respect to the mounting surface 99 is 5 degrees or more and less than 30 degrees. If the slope α is 5 ° or more, the semiconductor wafer W can be positioned on the mounting surface 99 by the tapered surface 95 when the susceptor 73 receives the semiconductor wafer W, and if it is less than 30 °, the wafer surface is irradiated by flash light irradiation. It is possible to suppress an excessive stress from being applied to the semiconductor wafer W even when the thermal expansion of the semiconductor wafer rapidly increases. In order to obtain these two functions more effectively, it is preferable that the gradient α of the tapered surface 95 with respect to the mounting surface 99 is 10 ° or more and less than 20 °. Further, if the surface average roughness (Ra) of the tapered surface 95 is set to 1.6 μm or less, the frictional force between the end of the semiconductor wafer W and the tapered surface 95 becomes smaller, and the wafer surface is sharply exposed by flash irradiation. Even when the thermal expansion occurs, it is possible to more reliably suppress an excessive stress from being applied to the semiconductor wafer W.
[0053]
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above examples. For example, in the above embodiment, the light source 5 is provided with 27 flash lamps 69, but the present invention is not limited to this, and the number of flash lamps 69 may be arbitrary.
[0054]
In the above embodiment, the support pins 70 are fixed and the susceptor 73 and the heating plate 74 are moved up and down to transfer the semiconductor wafer W between them. 74 may be fixed and the support pins 70 moved up and down to deliver the semiconductor wafer W between them. That is, any configuration may be used as long as the susceptor 73 and the heating plate 74 and the support pin 70 are moved up and down relatively.
[0055]
In the above embodiment, the semiconductor wafer is irradiated with light to perform the ion activation process. However, the substrate to be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention is not limited to the semiconductor wafer. . For example, the glass substrate on which various silicon films such as a silicon nitride film and a polycrystalline silicon film are formed may be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention of claim 1, since the gradient of the tapered surface with respect to the mounting surface is 5 ° or more and less than 30 °, the substrate can be appropriately positioned on the mounting surface, Even when the substrate surface undergoes rapid thermal expansion during heat treatment, it is possible to prevent excessive stress from acting on the substrate and to prevent cracking of the substrate during heat treatment.
[0057]
According to the invention of claim 2, since the surface average roughness of the tapered surface is 1.6 μm or less, the frictional force between the substrate and the tapered surface becomes smaller, and the substrate surface is heated rapidly during the heat treatment. Even when the substrate expands, it is possible to more reliably suppress an excessive stress from acting on the substrate.
[0058]
According to the invention of claim 3, since the slope of the inclined surface with respect to the bottom surface of the recess is set to 5 ° or more and less than 30 °, the substrate can be properly positioned in the recess and the substrate surface is sharpened during the heat treatment. Even when the substrate is thermally expanded, it is possible to prevent the substrate from being cracked during the heat treatment by suppressing the excessive stress from acting on the substrate.
[0059]
According to the invention of claim 4, since the holding means of the heat treatment apparatus has the susceptor for heat treatment according to any one of claims 1 to 3, the heat treatment is performed by light irradiation in the heat treatment apparatus. It is possible to prevent the substrate from cracking when performing.
[0060]
According to the invention of claim 5, since each of the plurality of lamps is a xenon flash lamp and the holding means has an assist heating means for preheating the substrate, the heat treatment is performed by light irradiation from the xenon flash lamp. In addition, the substrate can be prevented from cracking.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of a heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view showing a configuration of a heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a side sectional view of a susceptor of the heat treatment apparatus of FIG.
4 is a plan view of a susceptor of the heat treatment apparatus of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing the behavior of a semiconductor wafer during flash irradiation.
[Explanation of symbols]
5 Light source
40 motor
65 chambers
69 Flash lamp
70 Support pin
71 reflector
73 Susceptor
74 Heating plate
91 Peripheral surface
95 Tapered surface
99 Placement surface
W Semiconductor wafer

Claims (5)

熱処理を行うときに処理対象となる基板を保持する熱処理用サセプタであって、
前記基板の平面サイズ以上の領域を有する平坦な載置面と、
前記載置面の周縁部を環囲して前記載置面を規定するテーパ面と、
を備え、
前記テーパ面の下端部が前記載置面の前記周縁部に連接されるとともに、前記テーパ面は上方に向けて広くなるように形成され、前記載置面に対する前記テーパ面の勾配は5°以上30°未満であることを特徴とする熱処理用サセプタ。
A susceptor for heat treatment that holds a substrate to be processed when performing heat treatment,
A flat mounting surface having a region equal to or larger than the planar size of the substrate;
A tapered surface surrounding the peripheral edge of the mounting surface and defining the mounting surface;
With
The lower end portion of the tapered surface is connected to the peripheral edge portion of the mounting surface, and the tapered surface is formed so as to widen upward, and the gradient of the tapered surface with respect to the mounting surface is 5 ° or more. A susceptor for heat treatment, characterized by being less than 30 °.
請求項1記載の熱処理用サセプタにおいて、
前記テーパ面の表面平均粗さは1.6μm以下であることを特徴とする熱処理用サセプタ。
The susceptor for heat treatment according to claim 1,
A heat treatment susceptor, wherein the taper surface has a surface average roughness of 1.6 μm or less.
熱処理を行うときに処理対象となる基板を保持する熱処理用サセプタであって、
熱処理時に前記基板を収容する凹部を備え、
前記凹部は、平坦な底面および当該底面の周縁部を環囲する傾斜面を有し、
前記底面に対する前記傾斜面の勾配は5°以上30°未満であることを特徴とする熱処理用サセプタ。
A susceptor for heat treatment that holds a substrate to be processed when performing heat treatment,
A recess for accommodating the substrate during heat treatment;
The concave portion has a flat bottom surface and an inclined surface surrounding a peripheral portion of the bottom surface,
The susceptor for heat treatment, wherein the slope of the inclined surface with respect to the bottom surface is 5 ° or more and less than 30 °.
基板に対して光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
複数のランプを有する光源と、
前記光源の下方に設けられ、前記光源から出射された光を透過するチャンバー窓を上部に備えるチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を略水平姿勢にて保持する保持手段と、
を備え、
前記保持手段は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の熱処理用サセプタを有することを特徴とする熱処理装置。
A heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with light,
A light source having a plurality of lamps;
A chamber provided below the light source, and provided with a chamber window at the top for transmitting light emitted from the light source;
Holding means for holding the substrate in a substantially horizontal posture in the chamber;
With
The said holding | maintenance means has the susceptor for heat processing in any one of Claims 1-3, The heat processing apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項4記載の熱処理装置において、
前記複数のランプのそれぞれはキセノンフラッシュランプであり、
前記保持手段は、保持する基板を予備加熱するアシスト加熱手段をさらに有することを特徴とする熱処理装置。
The heat treatment apparatus according to claim 4, wherein
Each of the plurality of lamps is a xenon flash lamp,
The heat treatment apparatus, wherein the holding means further includes assist heating means for preheating the substrate to be held.
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