JP2005207997A - Substrate processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体ウェハーやガラス基板等(以下、単に「基板」と称する)に閃光を照射することにより該基板を熱処理する熱処理装置に関し、特に閃光照射時の基板の温度を計測する基板処理装置に関する。 The present invention relates to a heat treatment apparatus for heat-treating a semiconductor wafer, a glass substrate or the like (hereinafter simply referred to as “substrate”) by flashing the substrate, and more particularly to a substrate processing apparatus for measuring the temperature of the substrate during flash irradiation. About.
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。 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.
このようなハロゲンランプを使用したランプアニール装置においては、半導体ウェハーの裏面側に設置した放射温度計により加熱処理時のウェハー温度を非接触にて計測する技術が例えば特許文献1に開示されている。特許文献1記載の技術では、回転式セクタによって2種類の実効反射率を作り出し、それら2種類の実効反射率に対応した放射強度を測定した結果に基づいて所定の演算を行うことにより加熱処理時の半導体ウェハーの温度を算出している。 In such a lamp annealing apparatus using a halogen lamp, for example, Patent Document 1 discloses a technique for measuring a wafer temperature during heat treatment in a non-contact manner using a radiation thermometer installed on the back side of a semiconductor wafer. . In the technique described in Patent Document 1, two types of effective reflectivity are created by a rotary sector, and a predetermined calculation is performed based on the result of measuring the radiation intensity corresponding to the two types of effective reflectivity during heat treatment. The temperature of the semiconductor wafer is calculated.
一方、近年、半導体デバイスの高集積化が進展し、ゲート長が短くなるにつれて接合深さも浅くすることが望まれている。しかしながら、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する上記ランプアニール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ボロンやリン等のイオンが熱によって深く拡散する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、接合深さが要求よりも深くなり過ぎ、良好なデバイス形成に支障が生じることが懸念される。 On the other hand, in recent years, as semiconductor devices have been highly integrated, it is desired to reduce the junction depth as the gate length becomes shorter. However, even when ion activation of a semiconductor wafer is performed using the above-described lamp annealing apparatus that raises the temperature of the substrate at a rate of several hundred degrees per second, ions such as boron and phosphorus implanted in the semiconductor wafer are heated by heat. It has been found that the phenomenon of deep diffusion occurs. When such a phenomenon occurs, there is a concern that the junction depth becomes deeper than required, which hinders good device formation.
このような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2,3参照)。キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーに閃光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハーを急速に昇温することが可能である。また、数ミリセカンド以下の極めて短時間の閃光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。このため、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、イオンを深く拡散させることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。 To solve such 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 have been implanted is made extremely short (less than several milliseconds). Techniques for raising the temperature have been proposed (see, for example, Patent Documents 2 and 3). The radiation spectral distribution of a xenon flash lamp ranges from the ultraviolet region to the near infrared region, has a shorter wavelength than the conventional halogen lamp, and almost coincides with the fundamental absorption band of a silicon semiconductor wafer. Therefore, when the semiconductor wafer is irradiated with flash light from the xenon flash lamp, the semiconductor wafer can be rapidly heated with little transmitted light. It has also been found that if the flash irradiation is performed for a very short time of several milliseconds or less, only the vicinity of the surface of the semiconductor wafer can be selectively heated. For this reason, if the temperature is raised for a very short time by a xenon flash lamp, only the ion activation can be performed without diffusing ions deeply.
しかしながら、キセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置に、従来のハロゲンランプを使用したランプアニール装置における測温技術を適用しても加熱処理時のウェハー温度を計測することは極めて困難である。その理由は、まず、昇温されるのがウェハー表面近傍に限定されており、ウェハー裏面側に放射温度計を設置しても表面側の瞬時最高温度を計測することができないからである。ウェハー表面側に放射温度計を設置することは、キセノンフラッシュランプからの強烈な閃光を直接受けることとなるため不可能である。また、特許文献1に開示されているような回転式セクタによって2種類の実効反射率を作り出すためにはある程度の時間を要するが、その時間はキセノンフラッシュランプからの閃光照射によるウェハー昇温時間よりも長いため、ウェハーの瞬間的な最高温度を的確に計測することができないという理由もある。 However, it is extremely difficult to measure the wafer temperature during the heat treatment even if a temperature measuring technique in a lamp annealing apparatus using a conventional halogen lamp is applied to a heat treatment apparatus using a xenon flash lamp. The reason is that the temperature is first limited to the vicinity of the wafer surface, and even if a radiation thermometer is installed on the back side of the wafer, the instantaneous maximum temperature on the front side cannot be measured. It is impossible to install a radiation thermometer on the front side of the wafer because it directly receives the intense flash from the xenon flash lamp. Further, it takes a certain amount of time to produce two types of effective reflectivity by the rotary sector as disclosed in Patent Document 1, but this time is longer than the wafer heating time by flash irradiation from the xenon flash lamp. For this reason, the maximum instantaneous temperature of the wafer cannot be measured accurately.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュランプから閃光を照射して加熱した基板の温度を計測することができる基板処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of measuring the temperature of a substrate heated by irradiation with flash light from a flash lamp.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、基板に対して閃光を照射することによって該基板を加熱する基板処理装置であって、基板を収容して加熱処理を行う加熱処理室と、前記加熱処理室内に収容された基板の表面に閃光を照射するフラッシュランプと、前記フラッシュランプからの閃光照射が行われる前に処理対象基板の表面の反射率を測定する反射率測定手段と、前記フラッシュランプから閃光が照射されて加熱された前記処理対象基板の表面からの熱放射の放射強度を測定する放射強度測定手段と、前記反射率測定手段によって測定された反射率および前記放射強度測定手段によって測定された放射強度から前記処理対象基板の温度を算定する温度算定手段と、を備える。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is a substrate processing apparatus for heating a substrate by irradiating flash light on the substrate, and a heat treatment chamber for accommodating the substrate and performing heat treatment; A flash lamp that irradiates a surface of a substrate accommodated in the heat treatment chamber with flash light; a reflectance measuring means that measures the reflectance of the surface of the substrate to be processed before the flash light is irradiated from the flash lamp; and Radiation intensity measuring means for measuring the radiation intensity of thermal radiation from the surface of the substrate to be processed which is heated by being irradiated with flash light from a flash lamp, and the reflectance measured by the reflectance measuring means and the radiation intensity measuring means Temperature calculating means for calculating the temperature of the substrate to be processed from the radiation intensity measured by
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る基板処理装置において、前記反射率測定手段に、波長2μm以上の所定波長の光の反射率を測定させ、前記放射強度測定手段に、前記所定波長の光の放射強度を測定させている。 Further, the invention of claim 2 is the substrate processing apparatus according to the invention of claim 1, wherein the reflectance measuring means measures the reflectance of light having a wavelength of 2 μm or more, and the radiation intensity measuring means The radiation intensity of the light having the predetermined wavelength is measured.
また、請求項3の発明は、請求項1の発明に係る基板処理装置において、前記反射率測定手段に、波長2μm以上の第1波長および第2波長の光のそれぞれの反射率を測定させ、前記放射強度測定手段に、前記第1波長および第2波長の光のそれぞれの放射強度を測定させ、前記温度算定手段に、前記第1波長の光の反射率と第2波長の光の反射率とから求まる放射率比および前記第1波長の光の放射強度と第2波長の光の放射強度との放射強度比率から前記処理対象基板の温度を算定させている。 Further, the invention of claim 3 is the substrate processing apparatus according to the invention of claim 1, wherein the reflectance measuring means measures the reflectance of each of the light having the wavelength of 2 μm or more and the first wavelength and the second wavelength, The radiation intensity measuring unit measures the radiation intensity of each of the first wavelength light and the second wavelength light, and the temperature calculation unit causes the first wavelength light reflectance and the second wavelength light reflectance to be measured. The temperature of the substrate to be processed is calculated from the emissivity ratio determined from the above and the radiation intensity ratio between the radiation intensity of the first wavelength light and the radiation intensity of the second wavelength light.
また、請求項4の発明は、請求項1から請求項3のいずれかの発明に係る基板処理装置において、前記加熱処理室に収容された処理対象基板と前記フラッシュランプとの間に配置され、前記処理対象基板の表面からの熱放射を前記放射強度測定手段に導く石英ロッドをさらに備える。 Further, the invention of claim 4 is the substrate processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the substrate is disposed between the processing target substrate accommodated in the heat treatment chamber and the flash lamp, A quartz rod is further provided for guiding thermal radiation from the surface of the substrate to be processed to the radiation intensity measuring means.
また、請求項5の発明は、請求項4の発明に係る基板処理装置において、前記石英ロッドと前記放射強度測定手段との間を遮光する遮光部材と、前記処理対象基板からの熱放射が前記放射強度測定手段に入射する測定状態と前記熱放射が遮光された非測定状態とを切り換えるように前記遮光部材を移動させる移動手段と、をさらに備え、前記移動手段に、前記フラッシュランプからの閃光照射が行われる直前に前記測定状態となるように前記遮光部材を移動させている。 According to a fifth aspect of the present invention, in the substrate processing apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the light shielding member that shields light between the quartz rod and the radiation intensity measuring means, and the thermal radiation from the processing target substrate Moving means for moving the light shielding member so as to switch between a measurement state incident on the radiation intensity measuring means and a non-measurement state where the thermal radiation is shielded, and the moving means includes flash light from the flash lamp. The light-shielding member is moved so as to be in the measurement state immediately before irradiation is performed.
また、請求項6の発明は、請求項1から請求項5のいずれかの発明に係る基板処理装置において、前記反射率測定手段および前記放射強度測定手段に、前記処理対象基板の表面の略同一位置における反射率および放射強度をそれぞれ測定させている。 According to a sixth aspect of the present invention, in the substrate processing apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the surface of the substrate to be processed is substantially the same as the reflectance measuring means and the radiation intensity measuring means. The reflectance and radiation intensity at each position are measured.
また、請求項7の発明は、請求項1から請求項6のいずれかの発明に係る基板処理装置において、未処理基板を装置内に搬入するためのインデクサ部をさらに備え、前記反射率測定手段を、前記インデクサ部から前記加熱処理室に至る基板の搬送系路上に配置している。 The invention according to claim 7 is the substrate processing apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising an indexer unit for carrying an unprocessed substrate into the apparatus, wherein the reflectance measuring means Is disposed on the substrate transfer path from the indexer to the heat treatment chamber.
また、請求項8の発明は、請求項7の発明に係る基板処理装置において、未処理基板の向きを一定方向に向けるアライメント部をさらに備え、前記反射率測定手段を前記アライメント部に配置している。 The invention according to claim 8 is the substrate processing apparatus according to claim 7, further comprising an alignment unit that directs the direction of the unprocessed substrate in a certain direction, and the reflectance measuring means is arranged in the alignment unit. Yes.
請求項1の発明によれば、フラッシュランプからの閃光照射が行われる前に予め測定した処理対象基板の表面の反射率と、フラッシュランプから閃光が照射されて加熱された処理対象基板の表面からの熱放射の放射強度とに基づいて処理対象基板の温度を算定しているため、フラッシュランプから閃光を照射して極めて短時間にて加熱した基板の温度を計測することができる。 According to the first aspect of the present invention, the reflectance of the surface of the processing target substrate measured in advance before the flash light irradiation from the flash lamp is performed, and the surface of the processing target substrate heated by the flash light irradiation from the flash lamp. Since the temperature of the substrate to be processed is calculated based on the radiation intensity of the thermal radiation, it is possible to measure the temperature of the substrate heated in a very short time by irradiating flash light from a flash lamp.
また、請求項2の発明によれば、反射率測定手段が波長2μm以上の所定波長の光の反射率を測定するとともに、放射強度測定手段がその所定波長の光の放射強度を測定するため、フラッシュランプの波長範囲外にて測定を行うことができ、しかも応答速度の速い単色にて測定することとなり、フラッシュ加熱による基板の温度測定に適している。 According to the invention of claim 2, the reflectance measuring means measures the reflectance of light having a predetermined wavelength of 2 μm or more, and the radiation intensity measuring means measures the radiation intensity of the light having the predetermined wavelength. Measurement can be performed outside the wavelength range of the flash lamp, and the measurement is performed with a single color having a fast response speed, which is suitable for measuring the temperature of the substrate by flash heating.
また、請求項3の発明によれば、反射率測定手段が波長2μm以上の第1波長および第2波長の光のそれぞれの反射率を測定し、放射強度測定手段が第1波長および第2波長の光のそれぞれの放射強度を測定し、温度算定手段が第1波長の光の反射率と第2波長の光の反射率とから求まる放射率比および第1波長の光の放射強度と第2波長の光の放射強度との放射強度比率から処理対象基板の温度を算定するため、フラッシュランプの波長範囲外にて測定を行うことができ、しかも二色にて測定することとなり、放射率の温度依存性の大きな基板の温度測定に適している。 According to the invention of claim 3, the reflectance measuring means measures the reflectance of each of the first wavelength and the second wavelength having a wavelength of 2 μm or more, and the radiation intensity measuring means is the first wavelength and the second wavelength. The temperature calculation means measures the radiation intensity of each of the light beams of the first wavelength, and the temperature ratio calculating means obtains the radiation ratio of the first wavelength light from the reflectance of the first wavelength and the second wavelength light. Since the temperature of the substrate to be processed is calculated from the ratio of the radiant intensity to the radiant intensity of the light of the wavelength, the measurement can be performed outside the wavelength range of the flash lamp, and it is measured in two colors, Suitable for temperature measurement of substrates with large temperature dependence.
また、請求項4の発明によれば、処理対象基板の表面からの熱放射を放射強度測定手段に導く石英ロッドを処理対象基板とフラッシュランプとの間に配置しているため、閃光照射による加熱処理を阻害することなく、処理対象基板の表面の温度測定を行うことができる。 According to the invention of claim 4, since the quartz rod for guiding the heat radiation from the surface of the substrate to be processed to the radiation intensity measuring means is disposed between the substrate to be processed and the flash lamp, heating by flash irradiation is performed. The temperature of the surface of the substrate to be processed can be measured without hindering the processing.
また、請求項5の発明によれば、フラッシュランプからの閃光照射が行われる直前に処理対象基板からの熱放射が放射強度測定手段に入射する測定状態となるように遮光部材を移動させているため、放射強度測定手段のゼロ点ドリフトの影響を抑制できるとともに、熱放射の瞬間最高強度を的確に測定することができる。
According to the invention of
また、請求項6の発明によれば、処理対象基板の表面の略同一位置における反射率および放射強度を測定しているため、より正確な温度測定を行うことができる。 According to the invention of claim 6, since the reflectance and the radiation intensity are measured at substantially the same position on the surface of the substrate to be processed, more accurate temperature measurement can be performed.
また、請求項7の発明によれば、インデクサ部から加熱処理室に至る基板の搬送系路上に反射率測定手段を配置しているため、通常の基板搬送を実行している最中に反射率測定を行うことができ、良好な処理効率が得られる。 According to the seventh aspect of the present invention, since the reflectance measuring means is disposed on the substrate transportation system path from the indexer section to the heat treatment chamber, the reflectance is being measured during normal substrate transportation. Measurements can be made and good processing efficiency is obtained.
また、請求項8の発明によれば、反射率測定手段をアライメント部に配置しているため、未処理基板の向きを一定方向に向ける位置合わせを行ったときに反射率測定を行うことができ、良好な処理効率が得られる。 According to the invention of claim 8, since the reflectance measuring means is arranged in the alignment section, the reflectance measurement can be performed when alignment is performed in which the direction of the unprocessed substrate is directed in a certain direction. Good processing efficiency can be obtained.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<1.第1実施形態>
<1−1.基板処理装置の全体構成>
図1は本発明にかかる基板処理装置100を示す平面図であり、図2は正面図である。なお、図1および図2において適宜部分的に断面図としており、細部については適宜簡略化している。また、図1および図2においては、それらの方向関係を明確にするため必要に応じてZ軸方向を鉛直方向とし、XY平面を水平面とするXYZ直交座標系を付している。
<1. First Embodiment>
<1-1. Overall configuration of substrate processing apparatus>
FIG. 1 is a plan view showing a
図1および図2に示すように基板処理装置100は、未処理の半導体ウェハーWを装置内に搬入するとともに処理済みの半導体ウェハーWを装置外に搬出するためのインデクサ部110、インデクサ部110に対して半導体ウェハーWの出し入れを行う受渡ロボット120、未処理の半導体ウェハーWの位置決めを行うアライメント部130、処理済みの半導体ウェハーWの冷却を行う冷却部(クーラ)140、アライメント部130、冷却部140等に対して半導体ウェハーWの出し入れを行う搬送ロボット150、および、半導体ウェハーWにフラッシュ加熱処理を施す加熱処理部160を有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、搬送ロボット150による半導体ウェハーWの搬送空間として搬送ロボット150を収容する搬送室170が設けられており、アライメント部130、冷却部140および加熱処理部160が搬送室170に連結されて配置されている。
In addition, a
インデクサ部110は2つのキャリア91が無人搬送車(AGV)等により搬送されて載置される部位であり、半導体ウェハーWはキャリア91に収容された状態で基板処理装置100に対して搬出入される。また、インデクサ部110では、受渡ロボット120による任意の半導体ウェハーWの出し入れを行うことができるようにキャリア91が矢印91Uにて示す如く昇降移動されるように構成されている。
The
受渡ロボット120は、矢印120Sにて示すようにスライド移動可能であるとともに矢印120Rにて示すように回動可能とされており、これにより、2つのキャリア91に対して半導体ウェハーWの出し入れを行い、さらに、アライメント部130および冷却部140に対して半導体ウェハーWの受け渡しを行う。
The
なお、受渡ロボット120によるキャリア91に対する半導体ウェハーWの出し入れは、ハンド121のスライド移動、および、キャリア91の昇降移動により行われる。また、受渡ロボット120とアライメント部130または冷却部140との半導体ウェハーWの受け渡しは、ハンド121のスライド移動、および、ピン(アライメント部130や冷却部140において半導体ウェハーWを突き上げるピン)による半導体ウェハーWの昇降移動により行われる。
In addition, the semiconductor wafer W is put in and out of the
受渡ロボット120からアライメント部130へは半導体ウェハーWの中心が所定の位置に位置するように半導体ウェハーWが渡される。そして、アライメント部130は半導体ウェハーWを回転させて半導体ウェハーWを適切な向きに向ける。また、アライメント部130は反射率測定機構を備えており、半導体ウェハーWの表面の所定位置の反射率を測定する。なお、アライメント部130についてはさらに後述する。
The semiconductor wafer W is delivered from the
搬送ロボット150は鉛直方向を向く軸を中心に矢印150Rにて示すように旋回可能とされるとともに、複数のアームセグメントからなる2つのリンク機構を有し、2つのリンク機構の末端にはそれぞれ半導体ウェハーWを保持する搬送アーム151a,151bが設けられる。これらの搬送アーム151a,151bは上下に所定のピッチだけ隔てて配置され、リンク機構によりそれぞれ独立して同一水平方向に直線的にスライド移動可能とされている。また、搬送ロボット150は2つのリンク機構が設けられるベースを昇降移動することにより、所定のピッチだけ離れた状態のまま2つの搬送アーム151a,151bを昇降移動させる。
The
搬送ロボット150がアライメント部130、加熱処理部160または冷却部140を受け渡し相手として半導体ウェハーWの受け渡し(出し入れ)を行う際には、まず、両搬送アーム151a,151bが受け渡し相手と対向するように旋回し、その後(または旋回している間に)昇降移動していずれかの搬送アームが受け渡し相手と半導体ウェハーWを受け渡しする高さに位置する。そして、搬送アーム151a(151b)を水平方向に直線的にスライド移動させて半導体ウェハーWの受け渡しを行う。
When the
加熱処理部160は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)からの閃光を半導体ウェハーWに照射して加熱処理を行う部位である。この加熱処理部160についても後に詳述する。
The
加熱処理部160にて処理が施された直後の半導体ウェハーWは温度が高いため、搬送ロボット150により冷却部140に載置されて冷却される。冷却部140にて冷却された半導体ウェハーWは処理済の半導体ウェハーWとして受渡ロボット120によりキャリア91に返却される。
Since the temperature of the semiconductor wafer W immediately after being processed by the
また、既述のように、基板処理装置100では搬送ロボット150の周囲が搬送室170で覆われ、この搬送室170にアライメント部130、冷却部140および加熱処理部160が接続される。受渡ロボット120とアライメント部130および冷却部140との間にはそれぞれゲート弁181,182が設けられ、搬送室170とアライメント部130、冷却部140および加熱処理部160との間にはそれぞれゲート弁183,184,185が設けられる。そして、アライメント部130、冷却部140および搬送室170の内部が清浄に維持されるようにそれぞれに窒素ガス供給部(図示省略)から高純度の窒素ガスが供給され、余剰の窒素ガスは適宜排気管から排気される。なお、半導体ウェハーWが搬送される際に適宜これらのゲート弁が開閉される。
Further, as described above, in the
また、アライメント部130および冷却部140は受渡ロボット120と搬送ロボット150との間の互いに異なる位置に位置し、アライメント部130では半導体ウェハーWの位置決めを行うために半導体ウェハーWが一時的に載置され、冷却部140では処理済の半導体ウェハーWを冷却するために半導体ウェハーWが一時的に載置される。
The
<1−2.アライメント部の構成>
図3は、アライメント部130の概略構成を示す側断面図である。アライメント部130は、アライメントチャンバー131の内部にアライメントヘッド132とウェハーステージ133とを備えて構成されている。アライメントチャンバー131には、受渡ロボット120から半導体ウェハーWが渡されるための開口および搬送ロボット150が半導体ウェハーWを搬出するための開口が形成され、それぞれの開口にはゲート弁181,183が設けられている。ゲート弁181,183が閉じることによって、アライメントチャンバー131内が密閉空間となる。
<1-2. Configuration of alignment unit>
FIG. 3 is a side sectional view showing a schematic configuration of the
アライメントヘッド132は、一対の投光部および受光部からなるセンサを備えており、該センサによって半導体ウェハーWのノッチを検出する(φ300mmの半導体ウェハーWの場合)。なお、φ200mmの半導体ウェハーWでは位置合わせのためのオリフラが形成されており、アライメントヘッド132のセンサはそのオリフラを検出する。
The
ウェハーステージ133にはピン134が立設されている。ピン134は図示を省略する昇降機構によってウェハーステージ133に対して昇降自在に構成されている。なお、ピン134をウェハーステージ133に固定し、ウェハーステージ133自体を昇降させるようにしても良い。また、ウェハーステージ133はモータ135によって鉛直方向に沿った軸を中心に回転され、それに伴ってピン134も回転する。
また、アライメント部130には半導体ウェハーWの表面の反射率を測定するための反射率測定機構230が設けられている。反射率測定機構230は、投光部231、受光部232および検出部235を備える。投光部231および受光部232は、反射鏡233に取り付けられている。反射鏡233はドーム形状の凹面鏡であり、アライメントチャンバー131の天井部分に設置されている。反射鏡233の内面は鏡面とされており、そのドーム形状は例えば半球状であっても良いし、楕円体であっても良い。
Further, the
投光部231には光源236が内蔵されている。光源236としては、例えば可視光から赤外光までの放射光分布を有するハロゲンランプを使用する。光源236は、図示を省略する電源回路に接続されている。一方、受光部232には石英ロッド237および集光レンズ238が内蔵されている。投光部231からの光が直接受光部232に入射しないようにするために、投光部231の光源236および受光部232の石英ロッド237、集光レンズ238はそれぞれ筒状のカバーによって覆われている。
A
また、ピン134に支持された半導体ウェハーWの表面の法線に対して光源236のランプ軸のなす角度と石英ロッド237の中心軸のなす角度とは同じ角度となるようにする。さらに、その角度がなるべく小さく(好ましくは45°以下)なるように、つまり投光部231および受光部232をなるべく反射鏡233の頂上近傍に設置して投光部231からの直接光が受光部232に入射しにくいようにする。このようにすることによって、投光部231の光源236から出射されて半導体ウェハーWの表面で反射された反射光の進路上に受光部232が位置することとなり、反射光のみを効率的に集光することができる。該反射光は受光部232の石英ロッド237に入射して集光レンズ238によって集光され、光ファイバ234の端面に入射して検出部235に導かれる。
In addition, the angle formed by the lamp axis of the
半導体ウェハーWの反射率測定に際して重要なことは、受光部232に半導体ウェハーWの表面で反射された反射光のみを受光させ、外乱光や投光部231からの直接光が入射しないようにすることである。このため、光源236、石英ロッド237、集光レンズ238を筒状のカバーによって覆うとともに、投光部231および受光部232の取り付け位置を上述の如く調整しているのである。また、投光部231から出射された光がアライメントチャンバー131の内壁で反射されて受光部232に入射しないように、アライメントチャンバー131の内壁表面に無反射処理を施すのが好ましい。さらに、安定した反射率測定を行うためには、光源236の電源回路に定電力電源制御系を設け、投光部231からの出射光の強度を一定にすることが好ましい。
What is important when measuring the reflectance of the semiconductor wafer W is that only the reflected light reflected by the surface of the semiconductor wafer W is received by the
なお、反射鏡233の主たる役割は受光部232に外乱光が入射するのを防止するためである。従って、反射鏡233の内面は必ずしも鏡面とする必要はない。また、アライメントチャンバー131によって受光部232に外乱光が入射するのを確実に防止できるのであれば、反射鏡233は不要であり、投光部231および受光部232を直接アライメントチャンバー131の天井部分に固設するようにしても良い。
The main role of the reflecting
検出部235はアライメント部130に付設されており、回転チョッパ239と、フィルタ240と、検出素子241と、反射率算出部243とを備える。図4は、回転チョッパ239の平面図である。回転チョッパ239は、円盤状部材239aの周囲の相対向する位置に2枚の扇形羽根239bを取り付けて構成されている。扇形羽根239bは、光源236の反射光を遮光することができ、その中心角は90°である。従って、円盤状部材239aの周囲はその周方向に沿って90°ごとに光源236の反射光が透過する領域と遮光される領域とが形成されている。回転チョッパ239はモータ242によって鉛直方向に沿った軸を中心として回転される。そして、回転チョッパ239が90°回転するごとに、光ファイバ234によって導かれた光が検出素子241に入射する状態と、その光が遮光される状態とが切り換わるように回転チョッパ239は設置されている。
The
図3に戻り、フィルタ240は、2μm以上の波長の光を選択的に透過する光学フィルタである。検出素子241は、例えば硫化鉛(PbS)の素子であり、光電効果を利用して受光した光の強度を測定する。硫化鉛はキセノンフラッシュランプの閃光の波長範囲外である2μm以上の赤外域での光電効果が大きく、検出素子241は2μm以上の赤外域の光の検出に適している。
Returning to FIG. 3, the
反射率算出部243は、検出素子241と電気的に接続されており、光ファイバ234によって導かれた光を受光した検出素子241の出力信号に基づいて半導体ウェハーWの表面の反射率を算出する演算回路である。なお、反射率算出部243をCPU等を備えたコンピュータによって構成し、該CPUに反射率算出のためのプログラムを実行させるようにしても良い。反射率算出部243によって算出された半導体ウェハーWの反射率は後述する加熱処理部160の測温機構260に送信される。
The
受渡ロボット120からアライメント部130へ半導体ウェハーWを搬入するときには、ゲート弁181が開き、半導体ウェハーWを保持するハンド121がアライメントチャンバー131内に進入して半導体ウェハーWの中心がウェハーステージ133の中心直上に位置したところで停止する。そして、ピン134が上昇してハンド121から半導体ウェハーWを受け取る。その後、ハンド121がアライメントチャンバー131から退出するとともに、ゲート弁181が閉じる。続いて、半導体ウェハーWが所定の高さ位置に位置するようにピン134が下降する。なお、このときにも半導体ウェハーWが直接ウェハーステージ133と接することはなく、半導体ウェハーWは常にピン134によって支持されている。
When the semiconductor wafer W is transferred from the
半導体ウェハーWが所定の高さ位置にてピン134によって支持された状態にて、モータ135が回転を開始する。モータ135の回転に連動してウェハーステージ133およびピン134も回転し、それに伴ってピン134に支持された半導体ウェハーWも回転する。そして、アライメントヘッド132が半導体ウェハーWのノッチ(またはオリフラ)を検出した時点で、モータ135が回転を停止する。これによって、半導体ウェハーWは一定方向を向くこととなる。半導体ウェハーWが一定方向を向いて停止した後、反射率測定機構230が半導体ウェハーWの表面の所定位置の反射率を測定する。なお、反射率算出方法についてはさらに後述する。
The
半導体ウェハーWの反射率測定が終了した後、ゲート弁183が開くとともに、ピン134が上昇する。続いて、搬送ロボット150の搬送アーム151a(151b)がアライメントチャンバー131内に進入して半導体ウェハーWの直下にて停止する。そして、ピン134が下降して搬送アーム151a(151b)が半導体ウェハーWを受け取り、アライメントチャンバー131から退出する。このようにして、搬送ロボット150によるアライメント部130からの半導体ウェハーWの搬出が完了する。
After the measurement of the reflectance of the semiconductor wafer W is completed, the
<1−3.加熱処理部の構成>
次に、加熱処理部160の構成についてさらに説明する。図5および図6は、加熱処理部160を示す側断面図である。この加熱処理部160において、半導体ウェハーW等の基板のフラッシュ加熱が行われる。
<1-3. Configuration of heat treatment unit>
Next, the configuration of the
加熱処理部160は、透光板61、底板62および円筒形の側板63(64)からなり、その内部に半導体ウェハーWを収容して加熱処理を行うためのチャンバー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、石英等の光透過性を有する材料から構成されており、フラッシュランプ69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、後述するウェハ支持部材73および加熱プレート74からなる保持手段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。
The
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弁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が開放された状態で、搬送ロボット150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、ゲート弁68により開口部66が閉鎖される。
Further, an
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30本)のフラッシュランプ69と、リフレクタ71とを内蔵する。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。
The
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。なお、キセノンフラッシュランプ69に代えて、他の希ガスを封入したフラッシュランプ、例えばクリプトンフラッシュランプを使用するようにしても良い。
The
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、光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。なお、光拡散板72を使用しないかわりに、透光板61に光拡散のための表面加工を施すようにしても良い。
A
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。
Part of the light emitted from the
チャンバー65内には、加熱プレート74と半導体ウェハーWを保持するウェハ支持部材(サセプタ)73とが設けられている。ウェハ支持部材73は加熱プレート74の上面に設置されている。また、ウェハ支持部材73の表面には、半導体ウェハーWの位置ずれ防止ピン75が付設されている。
A
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、ウェハ支持部材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ェハーWを均一に予備加熱するためのものである。このウェハ支持部材73の材質としては、高純度セラミックスや石英等が採用される。なお、ウェハ支持部材73を加熱プレート74と同様に、窒化アルミニウムにて構成するようにしても良い。
The
ウェハ支持部材73および加熱プレート74は、モータ40の駆動により、図5に示す半導体ウェハーWの搬入・搬出位置と図6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。
The
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、ウェハ支持部材73および加熱プレート74は、モータ40の駆動により、図5に示す半導体ウェハーWの搬入・搬出位置と図6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。
That is, the
図5に示す半導体ウェハーWの搬入・搬出位置は、搬送ロボット150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、ウェハ支持部材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、ウェハ支持部材73および加熱プレート74に形成された貫通孔を通過し、ウェハ支持部材73の表面より上方に突出する。
The semiconductor wafer W shown in FIG. 5 is loaded or unloaded by placing the semiconductor wafer W carried in from the
一方、図6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、ウェハ支持部材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。ウェハ支持部材73および加熱プレート74が図5の搬入・搬出位置から図6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はウェハ支持部材73によって受け取られ、その下面をウェハ支持部材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、ウェハ支持部材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、ウェハ支持部材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。
On the other hand, the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 6 is a position where the
半導体ウェハーWを支持するウェハ支持部材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、このときのウェハ支持部材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となっている。
In a state where the
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。ウェハ支持部材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、ウェハ支持部材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。
Further, between the
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。
In the
また、加熱処理部160には、フラッシュランプ69から閃光が照射されて半導体ウェハーWが昇温したときにその温度を計測する測温機構260が付設されている。図7は、測温機構260の構成を示す図である。測温機構260は、主たる構成として採光部261および測定部262を備える。
Further, the
採光部261は、石英ロッド264と、コネクタ265と、集光レンズ266とを備える。石英ロッド264は、石英製の円柱状部材であって、ここの例ではφ3mmとしている。石英ロッド264の先端部は、カット面の法線が石英ロッド264の中心軸と45°の角度をなすようにカットされている。一方、石英ロッド264の基端部はコネクタ265に挿着されている。なお、石英ロッド264の基端部はロッド中心軸と垂直に切断されている。そして、コネクタ265内において石英ロッド264の基端部に対向して集光レンズ266が配置されている。コネクタ265の石英ロッド264が挿着されている側と反対側には例えばφ0.4mmの光ファイバ263の一端が接続されている。
The
チャンバー65の側板64には石英ロッド264を遊挿可能な細孔64aが水平方向に穿設されている。側板64の外壁における細孔64aの周囲にコネクタ265を装着することができる。石英ロッド264が挿着されたコネクタ265を側板64の外壁に装着することにより、石英ロッド264は細孔64aを挿通して、その先端部はウェハ支持部材73に支持された半導体ウェハーWと透光板61との間に到達する。なお、ウェハ支持部材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であっても、それらに支持された半導体ウェハーWと石英ロッド264とが干渉しないような位置に細孔64aは穿設されている。従って、ウェハ支持部材73および加熱プレート74によって熱処理位置にまで上昇された処理対象の半導体ウェハーWの表面とフラッシュランプ69との間に、石英ロッド264はその中心軸を水平方向に沿わせて配置されていることとなる(図6参照)。
In the
半導体ウェハーWからの熱放射の光は石英ロッド264内を導かれ、光ファイバ263の端面に入射するように集光レンズ266によって集光される。光ファイバ263の端面に入射した光は光ファイバ263によって測定部262まで導かれる。
The heat radiation light from the semiconductor wafer W is guided through the
第1実施形態の測定部262は、いわゆる単色の放射温度計を備えている。測定部262は、アライメント部130の検出部235と類似した構成を有しており、回転チョッパ269と、フィルタ270と、検出素子271と、温度算出部273とを備えている。回転チョッパ269は、図4の回転チョッパ239と同一の構成を備える。すなわち、回転チョッパ269は、扇形羽根によって石英ロッド264と検出素子271との間を遮光することができる。そして、回転チョッパ269がモータ272によって90°回転するごとに、光ファイバ263によって導かれた熱放射の光が検出素子271に入射する測定状態と、その光が遮光される非測定状態とが切り換わる。
The
フィルタ270は、2μm以上の波長の光を選択的に透過する光学フィルタである。第1実施形態の検出素子271は、例えば硫化鉛の素子にて構成されており、光電効果を利用して受光した光の強度を測定する。既述したように、硫化鉛はキセノンフラッシュランプの閃光の波長範囲外である2μm以上の赤外域での光電効果が大きく、検出素子271は2μm以上の赤外域の光の検出に適している。また、硫化鉛は1ミリセカンド以下の応答速度を期待できる。
The
温度算出部273は、アライメント部130の検出部235および検出素子271と電気的に接続されており、光ファイバ263によって導かれた熱放射の光を受光した検出素子271の出力信号および検出部235から送信された半導体ウェハーWの反射率に基づいて後述の演算手法により半導体ウェハーWの表面の温度を算出する演算回路である。第1実施形態においては、検出素子271と温度算出部273とによっていわゆる単色の放射温度計が構成されている。なお、温度算出部273をCPU等を備えたコンピュータによって構成し、該CPUに温度算出のためのプログラムを実行させるようにしても良い。
The
温度算出部273は温度表示部275とも電気的に接続されており、温度算出部273によって算出された半導体ウェハーWの表面温度は温度表示部275に表示される。温度表示部275は、例えば液晶表示器にて構成すれば良く、基板処理装置100の操作部等に配置される。
The
<1−4.基板処理装置の処理手順>
次に、本発明にかかる基板処理装置100による半導体ウェハーWの処理手順について説明する。図8は、基板処理装置100の処理手順を示すフローチャートである。この基板処理装置100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。
<1-4. Processing procedure of substrate processing apparatus>
Next, a processing procedure of the semiconductor wafer W by the
基板処理装置100では、まず、イオン注入後の半導体ウェハーWがキャリア91に複数枚収容された状態でインデクサ部110上に載置される。そして、受渡ロボット120がキャリア91から処理対象の半導体ウェハーWを1枚ずつ取り出し、アライメント部130に搬入する(ステップS1)。アライメント部130は、半導体ウェハーWの向きを一定方向に向ける位置決めの他に、半導体ウェハーWの表面の反射率測定も行う(ステップS2)。
In the
半導体ウェハーWの位置決めについては上述した通りであり、半導体ウェハーWが一定方向を向いた状態にて、反射率測定機構230が半導体ウェハーWの表面の所定位置の反射率を測定する。反射率測定は、投光部231から出射されて半導体ウェハーWの表面にて反射された光を受光部232にて受光し、その光のうちの特定波長の強度を検出素子241にて測定した結果に基づいて反射率算出部243が反射率を算出することにより実行される。反射率測定の精度を向上させるためには、投光部231から出射されて半導体ウェハーWの表面にて反射された光を確実に受光部232に受光させるとともに、外乱光、投光部231からの直接光および半導体ウェハーWの表面以外にて反射された反射光が受光部232に入射しないようにすることが必要である。このために、反射鏡233を設けるとともに、光源236、石英ロッド237、集光レンズ238を筒状のカバーにて覆い、さらに半導体ウェハーWの表面の法線に対して光源236のランプ軸のなす角度と石英ロッド237の中心軸のなす角度とが同じ角度となるように投光部231および受光部232を設置している。
The positioning of the semiconductor wafer W is as described above, and the
また、反射率測定に使用する上記特定波長は2μm以上の赤外域波長である。この特定波長は、加熱処理部160でのフラッシュ加熱時に測定部262が半導体ウェハーWの温度測定に使用する波長と同じである。特定波長を2μm以上としているのは、フラッシュランプ69からのフラッシュ光の波長範囲外の波長の放射光を温度測定に使用するためである。すなわち、フラッシュ光が温度測定に影響しないようにフラッシュ光の波長範囲外の波長2μm以上の放射光にて半導体ウェハーWの温度測定を行い、その放射光の波長における半導体ウェハーWの反射率を測定するのである。
Moreover, the said specific wavelength used for a reflectance measurement is an infrared region wavelength of 2 micrometers or more. This specific wavelength is the same as the wavelength used by the
受光部232が受光した反射光は光ファイバ234によって検出部235まで導かれる。検出部235においては、回転チョッパ239が20Hz程度で回転しており、光ファイバ234によって導かれた光が回転チョッパ239によって遮光される状態と検出素子241に入射する状態とが繰り返される。回転チョッパ239を通過した光はフィルタ240に入射し、2μm以上の波長の光が選択的に透過されて検出素子241に入射する。
The reflected light received by the
検出素子241は受光した光のうちの上記特定波長の強度を電気信号に変換して反射率算出部243に伝達する。反射率算出部243は、回転チョッパ239によって遮光されているときの検出素子241の出力と遮光されていないときの検出素子241の出力との差分を受光部232が受光した反射光の強度を示す検出素子241の出力とする。このように、回転チョッパ239を回転(チョッピング)させつつ、回転チョッパ239が遮光しているときと遮光していないときとの差分を測定値とする手法を一般にACモードと称する。
The
検出素子241からの出力信号を受信した反射率算出部243は、次の数1に基づいて処理対象の半導体ウェハーWの表面の反射率Rを算出する。
The
数1において、V0は反射率測定の校正時の検出素子241の出力であり、Vwaferは処理対象の半導体ウェハーWの反射光を受光した検出素子241の出力である。反射率測定の校正は、処理対象半導体ウェハーWの処理に先立って、アルミ膜を蒸着したウェハーまたはアルミ反射鏡をアライメント部130にセットして予め行っておく。アルミ膜を蒸着したウェハーは赤外光をほぼ全反射し、その反射率を”1”とみなすことができる。そして、反射率”1”のアルミ膜蒸着ウェハーの反射光を受光したときの検出素子241の出力をV0としているのである。なお、V0およびVwaferともに上述したACモードによる測定値である。
In Equation 1, V 0 is an output of the
数1により、反射率”1”のときの検出素子241の出力と実際の処理対象半導体ウェハーWの反射光を受光した検出素子241の出力との比から該半導体ウェハーWの反射率Rを算出することができる。
From Equation 1, the reflectance R of the semiconductor wafer W is calculated from the ratio between the output of the
ところで、ウェハーの放射率ε、透過率T、反射率Rの間には次の数2の関係が成り立つ。 By the way, the following equation 2 holds among the emissivity ε, the transmittance T, and the reflectance R of the wafer.
シリコンの半導体ウェハーWにおいて1.2μm以上の波長域では、放射率εと透過率Tとに温度依存性があり室温では半透明であることが知られているが、反射率Rには温度依存性がなく、数1に基づいて反射率算出部243が算出した半導体ウェハーWの反射率Rはフラッシュ加熱によって昇温されたときにも同じ値である。
It is known that emissivity ε and transmissivity T are temperature-dependent in a wavelength region of 1.2 μm or more in a silicon semiconductor wafer W and are translucent at room temperature. The reflectance R of the semiconductor wafer W calculated by the
処理対象の半導体ウェハーWの反射率測定が終了すると、搬送ロボット150の搬送アーム151a(または151b)がその半導体ウェハーWをアライメント部130から搬送室170内へと取り出し、搬送ロボット150が加熱処理部160を向くように旋回する。
When the reflectance measurement of the semiconductor wafer W to be processed is completed, the
搬送ロボット150が加熱処理部160に向くと、搬送アーム151a(151b)がアライメント部130から取り出した半導体ウェハーWを加熱処理部160へと搬入する(ステップS3)。このときに搬送ロボット150は、フラッシュランプ69の長手方向と垂直に搬送アーム151a,151bをスライド移動させる。
When the
加熱処理部160においては、ウェハ支持部材73および加熱プレート74が図5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、搬送ロボット150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。この半導体ウェハーWは既にアライメント部130にて一定方向を向くように位置決めされたものであり、加熱処理部160への搬入時にも必ず一定方向を向くように支持ピン70上に載置される。また、この半導体ウェハーWはアライメント部130にてその表面の反射率Rが算出されたものである。
In the
半導体ウェハーWの搬入が完了すれば、開口部66がゲート弁68により閉鎖される。しかる後、ウェハ支持部材73および加熱プレート74がモータ40の駆動により図6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。
When the loading of the semiconductor wafer W is completed, the
ウェハ支持部材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、ウェハ支持部材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が加熱状態にあるウェハ支持部材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(ステップS4)。
この状態においては、半導体ウェハーWはウェハ支持部材73を介して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、図示しない加熱プレート74内部の温度センサにより、半導体ウェハーWの表面温度が予備加熱温度T1になるように加熱プレート74の内部温度をモニタし、設定温度に到達したか否かを常に監視する。なお、この温度センサは測温機構260とは異なるセンサであり、例えば熱電対等を用いることができる。
In this state, the semiconductor wafer W is continuously heated via the
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。 The preheating temperature T1 is a temperature of about 200 ° C. to 600 ° C., for example. Even if the semiconductor wafer W is heated to such a preheating temperature T1, ions implanted into the semiconductor wafer W will not diffuse.
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(ステップS5)。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。
Eventually, when the surface temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the
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。 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.
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。 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, it is possible to prevent the phenomenon that ions implanted into the semiconductor wafer W diffuse. 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.
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。
Further, before the
ここで、本実施形態においては、半導体ウェハーWのフラッシュ加熱時にその表面温度の測温を行っている。フラッシュランプ69から閃光が照射されて加熱された半導体ウェハーWの表面からはその温度に応じた熱放射が生じる。加熱処理部160の測温機構260は、該熱放射の放射強度を測定し(ステップS6)、その測定結果とアライメント部130にて測定された半導体ウェハーWの表面の反射率Rとに基づいて半導体ウェハーWの温度を算定する(ステップS7)。
Here, in this embodiment, the surface temperature of the semiconductor wafer W is measured during flash heating. Thermal radiation corresponding to the temperature is generated from the surface of the semiconductor wafer W heated by the flash light emitted from the
加熱された半導体ウェハーWから石英ロッド264に入射した放射光のうち石英ロッド264の中心軸に垂直に入射した光は、石英ロッド264の先端のカット面にて全反射され、石英ロッド264内をその中心軸に沿って伝播する。
Of the radiated light incident on the
図9は、半導体ウェハーWからの放射光が石英ロッド264内を全反射して伝播する様子を示す図である。石英ロッド264のカット面264aは、その法線が石英ロッド264の中心軸と45°の角度をなすようにカットされている。従って、加熱された半導体ウェハーWから石英ロッド264に入射した放射光のうち石英ロッド264の中心軸に垂直に入射した光は、石英ロッド264の先端のカット面264aに入射角45°にて入射する。
FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which the radiated light from the semiconductor wafer W is totally reflected and propagates in the
一方、石英の臨界角は43.2°である。臨界角とは屈折率の大きい媒体中(石英)を進む光束が屈折率の小さい媒体(外気)との界面で全反射する最低入射角度である。従って、図9に示すように、石英ロッド264の中心軸に垂直に入射した光はカット面264aにて全反射され、石英ロッド264内をその中心軸と平行に伝播する。第1実施形態では石英ロッド264がφ3mmであるため、半導体ウェハーWの表面のうちの長径4.2mm、短径3mmの楕円領域からの熱放射が石英ロッド264によって採光されることとなる。なお、石英ロッド264に入射してもカット面264aに到達しない放射光はそのまま石英ロッド264を透過することとなる。
On the other hand, the critical angle of quartz is 43.2 °. The critical angle is the lowest incident angle at which a light beam traveling in a medium having a high refractive index (quartz) is totally reflected at the interface with a medium having a low refractive index (outside air). Therefore, as shown in FIG. 9, the light incident perpendicularly to the central axis of the
また、熱放射を採光する上記楕円領域は反射率測定機構230によって反射率Rを測定した領域と同一位置にする。上述したとおり、反射率測定はアライメント部130にて半導体ウェハーWが一定方向を向いた後に実行される。そして、加熱処理部160への搬入時にも半導体ウェハーWは一定方向を向くようにされる。従って、半導体ウェハーWの表面の反射率測定を行った位置の直上にカット面264aが位置するように石英ロッド264を設置すれば、処理対象の半導体ウェハーWの同一位置における反射率および放射強度を測定することができる。
In addition, the elliptical area for collecting thermal radiation is set at the same position as the area where the reflectance R is measured by the
石英ロッド264によって採光された放射光は、集光レンズ266によって集光されて光ファイバ263に入射した後、光ファイバ263によって測定部262まで導かれる。測定部262の回転チョッパ269は回転しておらず、半導体ウェハーWの表面温度測定を行わないときには、光ファイバ263と検出素子271との間が遮光された非測定状態となるように回転チョッパ269が停止している。そして、フラッシュランプ69からの閃光照射が行われる直前(約1秒前)に、回転チョッパ269が90°回転して光ファイバ263によって導かれた放射光が検出素子271に入射する測定状態に切り換わる。
The emitted light collected by the
回転チョッパ269を通過した放射光はフィルタ270に入射し、2μm以上の波長の光が選択的に透過されて検出素子271に入射する。検出素子271は受光した放射光の強度を電気信号に変換して温度算出部273に伝達する。ここで、第1実施形態においては、検出素子271が受光した放射光のうち反射率測定に使用した特定波長の光の強度を測定する。当該特定波長はフラッシュ光の波長範囲外の2μm以上である。そして、温度算出部273は、回転チョッパ269によって遮光されているときの検出素子271の出力と遮光されていないときの検出素子271の出力との差分の最高値を、半導体ウェハーWが瞬間最高温度に到達したときの熱放射の放射強度とする。
Radiated light that has passed through the
このように、回転チョッパ269の回転を行わず、フラッシュ加熱の直前に測定状態として回転チョッパ269が遮光しているときと遮光していないときとの検出素子271の出力の差分を測定値とする手法を一般にDCモードと称する。DCモードではゼロ点ドリフトが生じやすいが、本実施形態ではフラッシュランプ69からの閃光照射が行われる直前に測定状態としているためゼロ点ドリフトの影響は受けない。また、反射率測定に採用したACモードでは、半導体ウェハーWが最高温度に到達した瞬間に回転チョッパ269によって放射光が遮光されるおそれがあるが、DCモードではそのような瞬間的に得られる放射光強度をも確実に検出素子271が受光して測定することができる。フラッシュ加熱のように、半導体ウェハーWの昇温時間が極めて短い場合にはDCモードが有効である。さらに、硫化鉛の検出素子271は、応答速度が極めて速いため、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昇温時間であっても半導体ウェハーWが最高温度に到達した瞬間の放射光を捉えることができる。
In this way, the
検出素子271からの出力信号を受信した温度算出部273は、アライメント部130にて反射率測定機構230によって既に測定された反射率Rおよび検出素子271によって測定された放射強度に基づいて、以下のようにして処理対象の半導体ウェハーWの瞬間最高温度を算定する。
The
まず、瞬間最高温度T(K)に到達した半導体ウェハーWからの放射光を受光したときの検出素子271の瞬間最高出力Vmaxと温度Tの黒体炉の放射光を検出素子271によって測定したときの出力Lb(T)との間には次の数3の関係が成り立つ。
First, the
数3において、εは半導体ウェハーWの放射率である。既述したように、半導体ウェハーWの放射率ε、透過率T、反射率Rの間には数2の関係が成立する。反射率Rについてはアライメント部130にておいて測定済みである。また、フラッシュ加熱時の半導体ウェハーWの瞬間最高温度は1000℃ないし1100℃程度となるが、この温度域における透過率Tはほぼ”0”とみなすことができる。よって、次の数4が成立する。
In Equation 3, ε is the emissivity of the semiconductor wafer W. As described above, the relationship of Equation 2 is established among the emissivity ε, the transmittance T, and the reflectance R of the semiconductor wafer W. The reflectance R has been measured in the
一方、温度Tの黒体炉を測定した出力Lb(T)については数5に示す単色の放射温度計の特性式で表すことができる。
On the other hand, the output Lb (T) measured in the blackbody furnace at the temperature T can be expressed by the characteristic equation of the monochromatic radiation thermometer shown in
数5において、A,B,Cは単色放射温度計の固有定数である。また、C2は放射の第二定数であり、1.4388×10-2m・Kである。数5から次の数6が導かれる。
In
従って、温度算出部273は、測定済みの反射率Rおよび検出素子271の瞬間最高出力Vmaxとに基づいて数4からLb(T)を算出し、さらに数6から半導体ウェハーWの瞬間最高温度Tを算定することができる。なお、数5,数6の固有定数A,B,Cは、石英ロッド264を含む測温機構260全体を黒体炉にて校正して予め求めておく。
Accordingly, the
図10は、測温機構260の校正の様子を示す図である。測温機構260のコネクタ265を水冷板302に固定するとともに、石英ロッド264の先端を黒体炉のキャビティ301の恒温領域にまで挿入する。図10に示す状態にて、黒体炉のキャビティ301の温度を少なくとも3点以上に変化させて、検出素子271が放射強度を測定することにより、測温機構260を校正して数5からその固有定数A,B,Cを求めることができる。
FIG. 10 is a diagram showing how the
半導体ウェハーWの表面の温度測定を伴うフラッシュ加熱工程が終了した後に、ウェハ支持部材73および加熱プレート74がモータ40の駆動により図5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、ゲート弁68により閉鎖されていた開口部66が開放される。そして、支持ピン70上に載置された半導体ウェハーWが搬送ロボット150により搬出される(ステップS8)。
After the flash heating process involving temperature measurement of the surface of the semiconductor wafer W is completed, the
次に、搬送ロボット150は冷却部140に向くように旋回し、搬送アーム151a(または151b)が処理済の半導体ウェハーWを冷却部140内に載置する。冷却部140にて冷却された半導体ウェハーWは受渡ロボット120によりキャリア91へと返却され、一連の基板処理が完了する。
Next, the
以上のように、第1実施形態においては、フラッシュランプ69からの閃光照射が行われる前に処理対象の半導体ウェハーWの表面の反射率を反射率測定機構230によって測定するとともに、フラッシュランプ69から閃光が照射されて加熱された処理対象の半導体ウェハーWの表面からの熱放射の放射強度を検出素子271によって測定し、その反射率および放射強度から半導体ウェハーWの表面の瞬間最高温度を温度算出部273が算定している。一般に非接触の放射温度計によって半導体ウェハーWの温度を測定するためには、その放射率と放射強度とを測定する必要がある。そして、正確な温度測定のためには、加熱時の昇温された状態の半導体ウェハーWの放射率および放射強度を測定するのが最も好ましい。
As described above, in the first embodiment, the reflectance of the surface of the semiconductor wafer W to be processed is measured by the
このため、特許文献1に記載されたような従来のハロゲンランプを使用したランプアニール装置では、ウェハーが昇温された期間中に回転式セクタによって2種類の実効反射率を作り出し、それぞれの実効反射率に対応した放射強度を測定することによって成立する二元の式からウェハーの放射率および温度を算出していたのである。しかしながら、加熱時間の極めて短いフラッシュ加熱式の装置ではウェハー昇温中に2種類の実効反射率を作り出すだけの時間的余裕がない。このため、第1実施形態ではフラッシュ加熱を行う前に予め処理対象の半導体ウェハーWの表面の反射率を測定しておき、フラッシュ加熱時には半導体ウェハーWからの熱放射の最高放射強度のみを硫化鉛の検出素子271によって瞬間的に測定し、半導体ウェハーWの表面の瞬間最高温度を算出しているのである。
For this reason, in the lamp annealing apparatus using the conventional halogen lamp as described in Patent Document 1, two types of effective reflectivity are generated by the rotating sector during the period when the wafer is heated, and each effective reflection is generated. The emissivity and temperature of the wafer were calculated from a binary equation established by measuring the radiation intensity corresponding to the rate. However, a flash heating type apparatus with an extremely short heating time does not have time to create two types of effective reflectivity during wafer temperature rise. For this reason, in the first embodiment, the reflectance of the surface of the semiconductor wafer W to be processed is measured in advance before flash heating, and only the highest radiation intensity of thermal radiation from the semiconductor wafer W is measured during lead heating. The instantaneous maximum temperature of the surface of the semiconductor wafer W is calculated by instantaneously measuring with the detecting
予めアライメント部130にて測定した反射率Rは室温の半導体ウェハーWの反射率であるが、この反射率Rの温度依存性は小さい。また、硫化鉛は1ミリセカンド以下の応答速度を期待できるため、フラッシュ加熱時に最高温度に到達した瞬間の半導体ウェハーWからの熱放射の放射強度を硫化鉛の検出素子271によって正確に測定することができる。このため、本実施形態の装置によれば、フラッシュランプ69から閃光を照射して加熱した半導体ウェハーWの表面の温度を正確に計測することができる。
The reflectance R measured in advance by the
また、反射率測定機構230が波長2μm以上の特定波長の光の反射率を測定し、検出素子271が加熱時の半導体ウェハーWの表面から放射された該特定波長の光の放射強度を測定し、温度算出部273がその特定波長の光の反射率および放射強度から半導体ウェハーWの表面の温度を算定している。すなわち、測温機構260は、一つの波長にて測温を行ういわゆる単色の放射温度計を備えるものである。単色の放射温度計であれば、検出素子271が上記特定波長の光の放射強度のみを測定すれば良いため応答時間が短く、昇温時間の短いフラッシュ加熱による半導体ウェハーWの測温に適している。
The
また、測定波長としてフラッシュランプ69からのフラッシュ光の波長範囲外である2μm以上を使用するため、石英ロッド264にフラッシュ光が入射したとしても半導体ウェハーWの温度測定には影響しない。また、そのようなフラッシュ光はフィルタ270によって除去される。
Further, since 2 μm or more which is outside the wavelength range of the flash light from the
また、第1実施形態においては、チャンバー65内に直接測定部262を設置せずに、チャンバー65内に収容された処理対象の半導体ウェハーWとフラッシュランプ69との間に石英ロッド264を配置し、その石英ロッド264によって半導体ウェハーWの表面からの熱放射光を測定部262に導くようにしている。フラッシュ加熱では半導体ウェハーWの表面のみが瞬間的に昇温されて裏面側はあまり昇温しないため、表面側から測温する必要があるが、半導体ウェハーWの表面側に石英ロッド264を配置することにより、その表面からの熱放射を採光して表面温度を的確に測温することができる。また、半導体ウェハーWの表面側に石英ロッド264を配置すれば、強烈なフラッシュ光が直接測定部262に到達することもなく、さらに測定部262によって半導体ウェハーWへの閃光照射が阻害される(測定部262が影になる)懸念もない。
Further, in the first embodiment, the
また、第1実施形態においては、半導体ウェハーWの表面の同一位置における反射率および放射強度が測定されて測温されるため、放射強度が測定された位置の反射率を使用して半導体ウェハーWの表面温度を算定することができ、より正確な測温が可能となる。 In the first embodiment, since the reflectance and radiation intensity at the same position on the surface of the semiconductor wafer W are measured and measured for temperature, the reflectance at the position where the radiation intensity is measured is used to measure the semiconductor wafer W. The surface temperature can be calculated, and more accurate temperature measurement is possible.
また、第1実施形態においては、反射率測定機構230をアライメント部130に配置し、アライメント部130にて処理対象の半導体ウェハーWの反射率を測定している。そして、アライメント部130はインデクサ部110から加熱処理部160に至る半導体ウェハーWの搬送経路(往路)の一部である。従って、反射率測定のための特別な搬送工程は不要であり、インデクサ部110から加熱処理部160への通常の搬送手順を実行しているときに半導体ウェハーWの表面反射率を測定することができ、スループットを大きく低下させることなく半導体ウェハーWの測温を行うことができる。
In the first embodiment, the
<2.第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態の基板処理装置の構成は第1実施形態と概ね同じである。また、アライメント部130にて予め半導体ウェハーWの表面の反射率を測定した後にフラッシュ加熱時の放射強度を測定して表面の瞬間最高温度を算定するという処理手順も第1実施形態とほぼ同じである。
<2. Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the substrate processing apparatus of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. Further, the processing procedure of measuring the reflectance of the surface of the semiconductor wafer W in advance by the
第1実施形態では単色の放射温度計によって測温していたのに対し、第2実施形態では二色の放射温度計によって半導体ウェハーWの表面温度を測温する点が相違する。まず、第2実施形態においては、アライメント部130に搬入されて位置決めがなされた半導体ウェハーWに対し、反射率測定機構230が波長2μm以上の第1波長λ1および第2波長λ2の光のそれぞれの反射率を測定する。二色の反射率を測定する点を除いて、具体的な反射率測定手法は第1実施形態と同じである。すなわち、数1から第1波長λ1の反射率R1および第2波長λ2の反射率R2をそれぞれ算出する。なお、第1波長λ1および第2波長λ2の両測定波長を2μm以上としているのは第1実施形態と同じく、温度測定に与えるフラッシュ光の影響を排除するためである。
In the first embodiment, the temperature is measured by a monochromatic radiation thermometer, but in the second embodiment, the surface temperature of the semiconductor wafer W is measured by a two-color radiation thermometer. First, in the second embodiment, with respect to the semiconductor wafer W that is carried into the
そして、第2実施形態の測定部262は、いわゆる二色の放射温度計を備えている。フラッシュ加熱時においては、検出素子271が受光した放射光のうち反射率測定に使用した第1波長λ1および第2波長λ2の光のそれぞれの放射強度を測定する。このときの具体的な測定手法も第1実施形態と同じである。すなわち、フラッシュランプ69からのフラッシュ加熱時に、半導体ウェハーWの表面からの熱放射光を石英ロッド264によって採光し、その採光した放射光のうちの第1波長λ1および第2波長λ2のそれぞれの強度をDCモードにて検出素子271が測定する。続いて、温度算出部273が、第1波長λ1の光の反射率R1と第2波長λ2の光の反射率R2とから求まる放射率比および第1波長λ1の光の放射強度と第2波長λ2の光の放射強度との放射強度比率から以下のようにして処理対象の半導体ウェハーW表面の瞬間最高温度を算定する。
The
フラッシュ加熱時に半導体ウェハーWの表面が瞬間最高温度T(K)に到達したとすると、第1波長λ1および第2波長λ2の両測定波長における半導体ウェハーWの表面からの放射強度比率M(T)は次の数7にて表される。 If the surface of the semiconductor wafer W reaches the instantaneous maximum temperature T (K) during the flash heating, the radiation intensity ratio M (T) from the surface of the semiconductor wafer W at both the first wavelength λ1 and the second wavelength λ2 is measured. Is expressed by the following equation (7).
数7において、L(λ1,T)は温度Tの黒体炉からの波長λ1の放射光を検出素子271によって測定したときの放射強度であり、同様に、L(λ2,T)は温度Tの黒体炉からの波長λ2の放射光を検出素子271によって測定したときの放射強度である。一方、Wienの式によれば、温度Tの黒体炉から波長λの放射光を検出素子271によって測定したときの黒体放射強度L(λ,T)は数8にて表される。
In Equation 7, L (λ1, T) is the radiation intensity when the detecting
数7および数8より次の数9が成立する。 From Equation 7 and Equation 8, the following Equation 9 is established.
数9において、C2は第1実施形態にて示した放射の第二定数である。また、λ1,λ2は予め設定された既知の値である。従って、放射強度比率M(T)は温度Tのみの関数となり、次の数10が導かれる。 In Equation 9, C2 is the second constant of radiation shown in the first embodiment. Λ1 and λ2 are known values set in advance. Therefore, the radiation intensity ratio M (T) is a function of only the temperature T, and the following formula 10 is derived.
瞬間最高温度Tに到達した半導体ウェハーWからの放射光を受光したときに検出素子271によって測定された第1波長λ1の光の放射強度と第2波長λ2の光の放射強度との放射強度比率M(S)は次の数11にて表される。
Radiation intensity ratio between the radiation intensity of the light of the first wavelength λ1 and the radiation intensity of the light of the second wavelength λ2 measured by the
数11において、ε(λ1,T)は温度Tの半導体ウェハーWの表面における第1波長λ1の光の放射率であり、ε(λ2,T)は温度Tの半導体ウェハーWの表面における第2波長λ2の光の放射率である。よって、ε(λ1,T)/ε(λ2,T)は半導体ウェハーWの表面の第1波長λ1と第2波長λ2との放射率比εrである。数11から次の数12が導かれる。 In Equation 11, ε (λ1, T) is the emissivity of light having the first wavelength λ1 on the surface of the semiconductor wafer W at the temperature T, and ε (λ2, T) is the second emissivity on the surface of the semiconductor wafer W at the temperature T. This is the emissivity of light of wavelength λ2. Therefore, ε (λ1, T) / ε (λ2, T) is an emissivity ratio εr between the first wavelength λ1 and the second wavelength λ2 on the surface of the semiconductor wafer W. The following equation 12 is derived from the equation 11.
数12において、R1,R2は、既にアライメント部130において測定された半導体ウェハーWの表面における第1波長λ1の反射率および第2波長λ2の反射率である。フラッシュ加熱時の半導体ウェハーWの到達温度域では、その透過率はほぼ”0”である。このため、アライメント部130において反射率測定機構230により測定された第1波長λ1の光の反射率R1と第2波長λ2の光の反射率R2とから放射率比εr=ε(λ1,T)/ε(λ2,T)=(1−R1)/(1−R2)が求まる。その放射率比εrおよび実際に検出素子271によって測定された第1波長λ1の光の放射強度と第2波長λ2の光の放射強度との放射強度比率M(S)からM(T)が算出されるのである。そして、求まったM(T)を数10に代入することにより、半導体ウェハーWの瞬間最高温度Tを算定することができる。
In Equation 12, R1 and R2 are the reflectance of the first wavelength λ1 and the reflectance of the second wavelength λ2 on the surface of the semiconductor wafer W that has already been measured in the
第2実施形態においても、フラッシュランプ69からの閃光照射が行われる前に処理対象の半導体ウェハーWの表面の反射率を反射率測定機構230によって測定するとともに、フラッシュランプ69から閃光が照射されて加熱された処理対象の半導体ウェハーWの表面からの熱放射の放射強度を検出素子271によって測定し、その反射率および放射強度から半導体ウェハーWの表面の瞬間最高温度を温度算出部273が算定している。このため、第1実施形態と同様に、フラッシュランプ69から閃光を照射して加熱した半導体ウェハーWの表面の温度を正確に計測することができる。
Also in the second embodiment, the reflectance of the surface of the semiconductor wafer W to be processed is measured by the
特に、第2実施形態の測温機構260は、二つの波長にて測温を行ういわゆる二色の放射温度計を備えるものである。このような二色の放射温度計による温度測定は、処理対象となる半導体ウェハーWの放射率に大きな温度依存性がある場合に有効である。例えば、表面にアモルファスシリコンが成膜された半導体ウェハーWの場合、予備加熱時に500℃以上に加熱されると結晶成長が生じてその表面の放射率が大きく変動することが知られている。このような場合、室温で測定した反射率から半導体ウェハーWの放射率を算定しても、フラッシュ加熱時の実際の放射率と算定した放射率とが異なる。
In particular, the
しかしながら、上記の例の如く放射率に温度依存性がある場合であっても放射率比にはほとんど温度依存性はないと考えることができる。波長λ1での放射率が温度によって変動するときには,波長λ2での放射率もそれと同様に変動すると考えられるからである。従って、第2実施形態のように、二色の放射温度計を使用して放射率比と実際に測定した放射強度の比率から半導体ウェハーWの表面の温度を測定すれば、その半導体ウェハーWの放射率に温度依存性がある場合であっても正確な測温を行うことができる。なお、放射率比の温度依存性をなるべく少なくするために、測定波長である第1波長λ1と第2波長λ2との波長幅は小さくする方が好ましい。 However, even if the emissivity is temperature-dependent as in the above example, it can be considered that the emissivity ratio has almost no temperature dependence. This is because when the emissivity at the wavelength λ1 varies with temperature, the emissivity at the wavelength λ2 is considered to vary in the same manner. Therefore, if the temperature of the surface of the semiconductor wafer W is measured from the ratio of the emissivity ratio and the actually measured radiation intensity using a two-color radiation thermometer as in the second embodiment, Even when the emissivity is temperature-dependent, accurate temperature measurement can be performed. In order to reduce the temperature dependence of the emissivity ratio as much as possible, it is preferable to reduce the wavelength width between the first wavelength λ1 and the second wavelength λ2, which are measurement wavelengths.
但し、二色の放射温度計の応答速度は単色の放射温度計よりも遅い。このため、フラッシュランプ69から閃光照射時間があまりに短いと有効な測定が困難になる懸念もあり、フラッシュランプ69の点灯時間が5ミリセカンドないし10ミリセカンド程度の比較的長時間の場合に第2実施形態を採用することが好ましい。
However, the response speed of the two-color radiation thermometer is slower than that of the single-color radiation thermometer. For this reason, if the flash irradiation time from the
<3.変形例>
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、上記各実施形態においては光源5に30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。
<3. Modification>
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above examples. For example, in each of the above embodiments, the
また、光源5にフラッシュランプ69に代えて他の種類のランプ(例えばハロゲンランプ)を備え、当該ランプからの光照射によって半導体ウェハーWの加熱を行う熱処理装置であっても本発明に係る技術を適用することができる。さらに、連続アークランプアニール装置や光CVD装置にも本発明に係る技術を適用することができる。これらの場合であっても、加熱処理前に予め半導体ウェハーWの反射率を測定しておき、その反射率と加熱処理時のウェハー表面からの放射強度から処理対象ウェハーの温度を算定するようにすれば良い。
Further, the technique according to the present invention can be applied to a heat treatment apparatus that includes another type of lamp (for example, a halogen lamp) instead of the
また、上記実施の形態では、基板収容部110にキャリア91が2つ載置されるが、キャリア91が1つだけ載置されてもよく、3つ以上であってもよい。また、受渡ロボット120が2つのキャリア91間を移動するようになっているが、受渡ロボット120が2つ設けられてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the two
また、搬送ロボット150の上側の搬送アーム151aを未処理の半導体ウェハーWを保持する専用のアームとして設計し、下側の搬送アーム151bを処理済の半導体ウェハーWを保持する専用のアームとして設計することにより、搬送ロボット150の小型化、および搬送の信頼性の向上を図ることができる。
The
また、反射率測定機構230はアライメント部130に配置することに限定されるものではなく、インデクサ部110から加熱処理部160に至る半導体ウェハーWの搬送経路上のいずれかに配置すればよい。インデクサ部110から加熱処理部160に至る半導体ウェハーWの搬送経路、つまり往路上に反射率測定機構230を配置すれば、通常の搬送手順の工程中にて半導体ウェハーWの表面反射率を測定することができ、スループットを大きく低下させることなく半導体ウェハーWの測温を行うことができる。特に、反射率測定と放射強度測定とを半導体ウェハーWの表面上の同一位置にて行うためには、位置合わせ後に反射率の測定を行う必要があるため、反射率測定機構230を例えば搬送室170に設置するようにすれば良い。また、加熱処理部160自体に反射率測定機構230を設け、フラッシュ加熱前に半導体ウェハーWの表面の反射率を測定するようにしても良い。
Further, the
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、本発明にかかる基板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基板処理装置による処理を行っても良い。一例として、CVD法によりガラス基板上に形成した多結晶シリコン膜にシリコンをイオン注入して非晶質化した非晶質シリコン膜を形成し、さらにその上に反射防止膜となる酸化シリコン膜を形成する。この状態で、本発明にかかる基板処理装置により非晶質のシリコン膜の全面に光照射を行い、非晶質のシリコン膜が多結晶化した多結晶シリコン膜を形成することもできる。処理対象基板の放射率の温度依存性が大きい場合には、第2実施形態を採用することが好ましい。 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 substrate processing apparatus according to the present invention is not limited to the semiconductor wafer. Absent. 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 substrate processing apparatus according to the present invention. As an example, an amorphous silicon film made amorphous by ion implantation of silicon into a polycrystalline silicon film formed on a glass substrate by a CVD method is formed, and a silicon oxide film serving as an antireflection film is further formed thereon. Form. In this state, the entire surface of the amorphous silicon film can be irradiated with the substrate processing apparatus according to the present invention to form a polycrystalline silicon film in which the amorphous silicon film is polycrystallized. When the temperature dependence of the emissivity of the substrate to be processed is large, it is preferable to adopt the second embodiment.
また、ガラス基板上に下地酸化シリコン膜、アモルファスシリコンを結晶化したポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜にリンやボロン等の不純物をドーピングした構造のTFT基板に対して本発明にかかる基板処理装置により光照射を行い、ドーピング工程で打ち込まれた不純物の活性化を行うこともできる。 Further, a substrate according to the present invention is formed on a TFT substrate having a structure in which a base silicon oxide film and a polysilicon film obtained by crystallizing amorphous silicon are formed on a glass substrate, and the polysilicon film is doped with impurities such as phosphorus and boron. It is also possible to activate the impurities implanted in the doping process by irradiating light with a processing apparatus.
5 光源
65 チャンバー
69 フラッシュランプ
73 ウェハ支持部材
74 加熱プレート
100 基板処理装置
110 インデクサ部
130 アライメント部
140 冷却部
150 搬送ロボット
160 加熱処理部
170 搬送室
230 反射率測定機構
231 投光部
232 受光部
233 反射鏡
260 測温機構
262 測定部
264 石英ロッド
269 回転チョッパ
270 フィルタ
271 検出素子
272 モータ
273 温度算出部
W 半導体ウェハー
DESCRIPTION OF
Claims (8)
基板を収容して加熱処理を行う加熱処理室と、
前記加熱処理室内に収容された基板の表面に閃光を照射するフラッシュランプと、
前記フラッシュランプからの閃光照射が行われる前に処理対象基板の表面の反射率を測定する反射率測定手段と、
前記フラッシュランプから閃光が照射されて加熱された前記処理対象基板の表面からの熱放射の放射強度を測定する放射強度測定手段と、
前記反射率測定手段によって測定された反射率および前記放射強度測定手段によって測定された放射強度から前記処理対象基板の温度を算定する温度算定手段と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。 A substrate processing apparatus for heating a substrate by irradiating a flash with the substrate,
A heat treatment chamber for accommodating a substrate and performing heat treatment;
A flash lamp for irradiating the surface of the substrate accommodated in the heat treatment chamber with flash light;
Reflectivity measuring means for measuring the reflectivity of the surface of the substrate to be processed before the flash irradiation from the flash lamp is performed;
A radiation intensity measuring means for measuring a radiation intensity of thermal radiation from the surface of the substrate to be processed which is heated by being irradiated with flash light from the flash lamp;
Temperature calculating means for calculating the temperature of the substrate to be processed from the reflectance measured by the reflectance measuring means and the radiation intensity measured by the radiation intensity measuring means;
A substrate processing apparatus comprising:
前記反射率測定手段は、波長2μm以上の所定波長の光の反射率を測定し、
前記放射強度測定手段は、前記所定波長の光の放射強度を測定することを特徴とする基板処理装置。 The substrate processing apparatus according to claim 1,
The reflectance measuring means measures the reflectance of light having a predetermined wavelength of 2 μm or longer,
The substrate processing apparatus, wherein the radiation intensity measuring means measures a radiation intensity of the light having the predetermined wavelength.
前記反射率測定手段は、波長2μm以上の第1波長および第2波長の光のそれぞれの反射率を測定し、
前記放射強度測定手段は、前記第1波長および第2波長の光のそれぞれの放射強度を測定し、
前記温度算定手段は、前記第1波長の光の反射率と第2波長の光の反射率とから求まる放射率比および前記第1波長の光の放射強度と第2波長の光の放射強度との放射強度比率から前記処理対象基板の温度を算定することを特徴とする基板処理装置。 The substrate processing apparatus according to claim 1,
The reflectance measuring means measures the reflectance of each of the light having the first wavelength and the second wavelength having a wavelength of 2 μm or more,
The radiant intensity measuring means measures the radiant intensity of each of the light of the first wavelength and the second wavelength,
The temperature calculating means includes an emissivity ratio obtained from a reflectance of the light of the first wavelength and a reflectance of the light of the second wavelength, a radiation intensity of the light of the first wavelength, and a radiation intensity of the light of the second wavelength. A substrate processing apparatus that calculates the temperature of the substrate to be processed from the radiation intensity ratio.
前記加熱処理室に収容された処理対象基板と前記フラッシュランプとの間に配置され、前記処理対象基板の表面からの熱放射を前記放射強度測定手段に導く石英ロッドをさらに備えることを特徴とする基板処理装置。 In the substrate processing apparatus in any one of Claims 1-3,
A quartz rod is further provided between the processing target substrate accommodated in the heat processing chamber and the flash lamp, and guides heat radiation from the surface of the processing target substrate to the radiation intensity measuring means. Substrate processing equipment.
前記石英ロッドと前記放射強度測定手段との間を遮光する遮光部材と、
前記処理対象基板からの熱放射が前記放射強度測定手段に入射する測定状態と前記熱放射が遮光された非測定状態とを切り換えるように前記遮光部材を移動させる移動手段と、
をさらに備え、
前記移動手段は、前記フラッシュランプからの閃光照射が行われる直前に前記測定状態となるように前記遮光部材を移動させることを特徴とする基板処理装置。 The substrate processing apparatus according to claim 4, wherein
A light shielding member that shields light between the quartz rod and the radiation intensity measuring means;
Moving means for moving the light shielding member so as to switch between a measurement state in which thermal radiation from the substrate to be processed enters the radiation intensity measurement means and a non-measurement state in which the thermal radiation is shielded;
Further comprising
The substrate processing apparatus, wherein the moving means moves the light shielding member so as to be in the measurement state immediately before the flash light is emitted from the flash lamp.
前記反射率測定手段および前記放射強度測定手段は、前記処理対象基板の表面の略同一位置における反射率および放射強度をそれぞれ測定することを特徴とする基板処理装置。 In the substrate processing apparatus in any one of Claims 1-5,
The substrate processing apparatus, wherein the reflectance measuring unit and the radiation intensity measuring unit respectively measure a reflectance and a radiation intensity at substantially the same position on the surface of the substrate to be processed.
未処理基板を装置内に搬入するためのインデクサ部をさらに備え、
前記反射率測定手段は、前記インデクサ部から前記加熱処理室に至る基板の搬送系路上に配置されることを特徴とする基板処理装置。 In the substrate processing apparatus in any one of Claims 1-6,
It further includes an indexer unit for carrying an untreated substrate into the apparatus,
The substrate processing apparatus, wherein the reflectivity measuring means is disposed on a substrate transfer system path from the indexer unit to the heat treatment chamber.
未処理基板の向きを一定方向に向けるアライメント部をさらに備え、
前記反射率測定手段は前記アライメント部に配置されることを特徴とする基板処理装置。 The substrate processing apparatus according to claim 7, wherein
It further comprises an alignment unit that directs the orientation of the untreated substrate in a certain direction,
The substrate processing apparatus, wherein the reflectance measuring unit is disposed in the alignment unit.
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