JP2009231694A - Heat treatment apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat treatment apparatus capable of directly and accurately measuring the temperature of a substrate heated by light irradiation. <P>SOLUTION: After the temperature of a semiconductor wafer W is raised by halogen lamps HL, the lamps are turned off, and a shutter plate 21 is inserted into a light blocking position. The subsequent temperature of the semiconductor wafer W is measured by radiation thermometers 120 and 130. The radiation light from the halogen lamps HL is blocked by the shutter plate 21 immediately after the lamps are turned off, thereby the radiation thermometer 120 can directly and accurately measure the temperature of the semiconductor wafer W without being affected by disturbance light. The radiation thermometer 130 makes temperature measurement through a small hole 23 in the shutter plate 21. As the distance between the end of a quartz rod 133 and the shutter plate 21 is ≤3 mm, the radiation thermometer 130 can also accurately measure the temperature of the semiconductor wafer W with the effects of disturbance light minimized. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、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関する。   The present invention relates to a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating light onto a semiconductor wafer, a glass substrate or the like (hereinafter simply referred to as “substrate”).

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が一般的に使用されていた。このようなランプアニール装置においては、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, a lamp annealing apparatus using a halogen lamp has been generally used in an ion activation process of a semiconductor wafer after ion implantation. In such a lamp annealing apparatus, ion activation of a semiconductor wafer is performed 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.

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半導体ウェハー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 semiconductor wafer at a speed of several hundred degrees per second, ions such as boron and phosphorus implanted in the semiconductor wafer are heated. It was 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.

このため、キセノンフラッシュランプ(以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する)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。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。   For this reason, only the surface of the semiconductor wafer into which ions have been implanted by irradiating the surface of the semiconductor wafer with flash light using a xenon flash lamp (hereinafter simply referred to as “xenon flash lamp”). There has been proposed a technique for raising the temperature of the material in an extremely short time (several milliseconds or less). 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.

このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置として、特許文献1,2には、半導体ウェハーの表面側にフラッシュランプ等のパルス発光ランプを配置し、裏面側にハロゲンランプ等の連続点灯ランプを配置し、それらの組み合わせによって所望の熱処理を行うものが開示されている。特許文献1,2に開示の熱処理装置においては、ハロゲンランプ等によって半導体ウェハーをある程度の温度まで予備加熱し、その後フラッシュランプからのパルス加熱によって所望の処理温度にまで昇温している。また、特許文献3には、半導体ウェハーをホットプレートに載置して所定の温度まで予備加熱し、その後フラッシュランプからの閃光照射によって所望の処理温度にまで昇温する装置が開示されている。   As a heat treatment apparatus using such a xenon flash lamp, in Patent Documents 1 and 2, a pulse emitting lamp such as a flash lamp is arranged on the front side of a semiconductor wafer, and a continuous lighting lamp such as a halogen lamp is arranged on the back side. And what performs desired heat processing by those combination is disclosed. In the heat treatment apparatuses disclosed in Patent Documents 1 and 2, the semiconductor wafer is preheated to a certain temperature with a halogen lamp or the like, and then heated to a desired processing temperature by pulse heating from a flash lamp. Patent Document 3 discloses an apparatus for placing a semiconductor wafer on a hot plate, preheating it to a predetermined temperature, and then raising the temperature to a desired processing temperature by flash irradiation from a flash lamp.

特開昭60−258928号公報JP-A-60-258928 特表2005−527972号公報JP 2005-527972 A 特開2007−5532号公報JP 2007-5532 A

特許文献1〜3に開示の装置は、いずれも半導体ウェハーを所定温度まで予備加熱してからフラッシュランプによる閃光照射を行うものであり、フラッシュ発光のタイミングを決定するために半導体ウェハーの予備加熱温度を測定することが重要となる。特許文献3に開示の装置においては、ホットプレートの内部に熱電対を設け、ホットプレートによって半導体ウェハーを予備加熱するときには、その熱電対にて計測されたプレート温度をもってウェハー温度としている。すなわち、ホットプレートに載置された半導体ウェハーの温度はプレート温度とほぼ等しいとみなされるため、半導体ウェハーの温度を直接測定するのではなく、ホットプレートの温度を測定することによって間接的にウェハー温度を測定しているのである。   Each of the apparatuses disclosed in Patent Documents 1 to 3 preheats a semiconductor wafer to a predetermined temperature and then performs flash irradiation with a flash lamp. In order to determine the timing of flash emission, the preheating temperature of the semiconductor wafer is determined. It is important to measure In the apparatus disclosed in Patent Document 3, a thermocouple is provided inside a hot plate, and when the semiconductor wafer is preheated by the hot plate, the plate temperature measured by the thermocouple is used as the wafer temperature. That is, since the temperature of the semiconductor wafer placed on the hot plate is considered to be approximately equal to the plate temperature, the wafer temperature is indirectly measured by measuring the temperature of the hot plate instead of directly measuring the temperature of the semiconductor wafer. Is measured.

一方、ハロゲンランプとフラッシュランプとの組み合わせによって熱処理を行う特許文献1,2に開示の装置においては、予備加熱にホットプレートを使用していないため、予備加熱時に半導体ウェハーの温度を直接測定しなければならない。特許文献1には、光高温計を設けて半導体ウェハーの温度を直接測定することが開示されている。   On the other hand, in the apparatuses disclosed in Patent Documents 1 and 2 that perform heat treatment by a combination of a halogen lamp and a flash lamp, a hot plate is not used for preheating, so the temperature of the semiconductor wafer must be directly measured during preheating. I must. Patent Document 1 discloses that an optical pyrometer is provided to directly measure the temperature of a semiconductor wafer.

しかしながら、特許文献1,2に開示の装置においてはハロゲンランプによって半導体ウェハーを加熱しており、半導体ウェハーからの放射光の強度を計測してウェハー温度を測定するタイプの温度測定機構では、ハロゲンランプからの強い外乱光の影響によって正確にウェハー温度を測定することが困難になるという問題が生じる。   However, in the apparatuses disclosed in Patent Documents 1 and 2, the semiconductor wafer is heated by a halogen lamp, and in the temperature measuring mechanism of the type that measures the intensity of the radiated light from the semiconductor wafer to measure the wafer temperature, the halogen lamp This causes a problem that it becomes difficult to accurately measure the wafer temperature due to the influence of strong disturbance light from the light source.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光照射によって加熱される基板の温度を直接かつ正確に測定することができる熱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 thereof is to provide a heat treatment apparatus capable of directly and accurately measuring the temperature of a substrate heated by light irradiation.

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、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を水平姿勢に保持する保持手段と、前記チャンバーの上側に設けられ、前記保持手段に保持された基板にフラッシュ光を照射して加熱する第1光照射手段と、前記チャンバーの下側に設けられ、前記保持手段に保持された基板に光を照射して加熱する第2光照射手段と、前記第2光照射手段から照射された光を遮光するシャッター部材と、前記第2光照射手段と前記保持手段との間の遮光位置に前記シャッター部材を挿脱するシャッター駆動手段と、前記保持手段に保持された基板の斜め下方であって当該基板と平面視で重ならない位置に設けられ、前記保持手段に保持された基板から放射される赤外光の強度を測定して当該基板の温度を測定する第1放射温度計と、を備え、前記第1放射温度計の高さ位置は前記遮光位置と前記保持手段との間であり、前記第1放射温度計が基板の温度を測定するときには、前記シャッター駆動手段が前記シャッター部材を前記遮光位置に挿入することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention is a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with light, a chamber for accommodating the substrate, and the substrate in a horizontal position in the chamber. A holding means for holding; a first light irradiation means for heating the substrate held by the holding means by irradiating flash light; and a holding means provided for the lower side of the chamber. A second light irradiating unit that irradiates and heats the substrate held on the substrate, a shutter member that blocks light emitted from the second light irradiating unit, and the second light irradiating unit and the holding unit. A shutter driving means for inserting / removing the shutter member at a light shielding position therebetween, and a position that is obliquely below the substrate held by the holding means and does not overlap the substrate in plan view. A first radiation thermometer that measures the temperature of the substrate by measuring the intensity of infrared light emitted from the substrate held by the means, and the height position of the first radiation thermometer is the light shielding position When the first radiation thermometer measures the temperature of the substrate, the shutter driving means inserts the shutter member into the light shielding position.

また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る熱処理装置において、前記保持手段に保持された基板の直下であって前記遮光位置よりも下方に設けられ、前記保持手段に保持された基板から放射される赤外光の強度を測定して当該基板の温度を測定する第2放射温度計をさらに備え、前記シャッター部材には、前記遮光位置に挿入されたときの前記第2放射温度計の直上部位に穴が形成されていることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the heat treatment apparatus is provided directly below the substrate held by the holding means and below the light shielding position, and held by the holding means. A second radiation thermometer that measures the intensity of infrared light emitted from the substrate to measure the temperature of the substrate; and the second radiation temperature when the shutter member is inserted into the light shielding position. A hole is formed in a portion immediately above the meter.

また、請求項3の発明は、請求項2の発明に係る熱処理装置において、前記第2放射温度計は、基板からの赤外光を受光する石英ロッドを含み、前記遮光位置に挿入された前記シャッター部材と前記石英ロッドの先端との距離は3mm以下であることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the heat treatment apparatus according to claim 2, wherein the second radiation thermometer includes a quartz rod that receives infrared light from a substrate, and is inserted in the light shielding position. The distance between the shutter member and the tip of the quartz rod is 3 mm or less.

また、請求項4の発明は、請求項2または請求項3の発明に係る熱処理装置において、前記第1放射温度計および前記第2放射温度計によって温度測定される基板面内の位置は互いに異なることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the second or third aspect of the present invention, the positions in the substrate surface where the temperature is measured by the first and second radiation thermometers are different from each other. It is characterized by that.

また、請求項5の発明は、請求項1から請求項4のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記保持手段に保持された基板に接触して当該基板の温度を測定する接触式温度計をさらに備えることを特徴とする。   Further, the invention of claim 5 is the heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the contact thermometer measures the temperature of the substrate in contact with the substrate held by the holding means. Is further provided.

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熱処理装置において、前記第2光照射手段からの光照射によって基板が所定温度以上に加熱された後、前記シャッター部材が前記遮光位置に挿入されて前記第1放射温度計によって測定された基板の温度が前記所定温度まで降温した時点で当該基板にフラッシュ光を照射するように前記第1光照射手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする。   The invention of claim 6 is the heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the substrate is heated to a predetermined temperature or higher by light irradiation from the second light irradiation means, and When the shutter member is inserted into the light shielding position and the temperature of the substrate measured by the first radiation thermometer is lowered to the predetermined temperature, the first light irradiation unit is controlled to irradiate the substrate with flash light. And further comprising a control means.

また、請求項7の発明は、請求項6の発明に係る熱処理装置において、前記第1光照射手段はフラッシュランプを備え、前記第2光照射手段はハロゲンランプを備えることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the sixth aspect of the invention, the first light irradiation means includes a flash lamp, and the second light irradiation means includes a halogen lamp.

本発明によれば、保持手段に保持された基板から放射される赤外光の強度を測定して当該基板の温度を測定する第1放射温度計が基板の温度を測定するときには、シャッター部材を第2光照射手段と保持手段との間の遮光位置に挿入するため、第2光照射手段から放射される外乱光の影響を排除して基板の温度を直接かつ正確に測定することができる。   According to the present invention, when the first radiation thermometer for measuring the temperature of the substrate by measuring the intensity of the infrared light emitted from the substrate held by the holding means measures the temperature of the substrate, the shutter member is Since it is inserted at the light shielding position between the second light irradiation means and the holding means, the influence of the disturbance light emitted from the second light irradiation means can be eliminated and the substrate temperature can be measured directly and accurately.

特に、請求項3の発明によれば、遮光位置に挿入されたシャッター部材と第2放射温度計の石英ロッドの先端との距離は3mm以下であるため、第2放射温度計も第2光照射手段から放射される外乱光の影響を抑制して基板の温度を直接かつ正確に測定することができる。   In particular, according to the invention of claim 3, since the distance between the shutter member inserted at the light shielding position and the tip of the quartz rod of the second radiation thermometer is 3 mm or less, the second radiation thermometer also emits the second light. The temperature of the substrate can be directly and accurately measured while suppressing the influence of disturbance light emitted from the means.

特に、請求項4の発明によれば、第1放射温度計および第2放射温度計によって温度測定される基板面内の位置は互いに異なるため、基板の面内温度分布を計測することができる。   In particular, according to the invention of claim 4, since the positions in the substrate surface where the temperatures are measured by the first radiation thermometer and the second radiation thermometer are different from each other, the in-plane temperature distribution of the substrate can be measured.

特に、請求項5の発明によれば、保持手段に保持された基板に接触して当該基板の温度を測定する接触式温度計を備えるため、第2光照射手段からの放射光の影響を受けることなく基板の温度を直接計測することができる。   In particular, according to the invention of claim 5, since the contact-type thermometer for measuring the temperature of the substrate in contact with the substrate held by the holding means is provided, it is affected by the radiation light from the second light irradiation means. The substrate temperature can be directly measured without any problems.

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.

図1は、本発明に係る熱処理装置1の構成を示す側断面図である。本実施形態の熱処理装置1は基板としてφ300mmの円板形状の半導体ウェハーWに閃光(フラッシュ光)を照射してその半導体ウェハーWを加熱するフラッシュランプアニール装置である。   FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of a heat treatment apparatus 1 according to the present invention. The heat treatment apparatus 1 of the present embodiment is a flash lamp annealing apparatus that heats a semiconductor wafer W by irradiating flash light (flash light) onto a disk-shaped semiconductor wafer W having a diameter of 300 mm as a substrate.

熱処理装置1は、半導体ウェハーWを収容するチャンバー6と、複数のフラッシュランプFLを内蔵するフラッシュ加熱部5と、複数のハロゲンランプHLを内蔵するハロゲン加熱部4と、シャッター機構2と、を備える。チャンバー6の上側にフラッシュ加熱部5が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部4が設けられている。また、熱処理装置1は、チャンバー6の内部に、半導体ウェハーWを水平姿勢に保持する保持部7と、保持部7と装置外部との間で半導体ウェハーWの受け渡しを行う移載機構10と、を備える。さらに、熱処理装置1は、シャッター機構2、ハロゲン加熱部4、フラッシュ加熱部5およびチャンバー6に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーWの熱処理を実行させる制御部3を備える。   The heat treatment apparatus 1 includes a chamber 6 that accommodates a semiconductor wafer W, a flash heating unit 5 that houses a plurality of flash lamps FL, a halogen heating unit 4 that houses a plurality of halogen lamps HL, and a shutter mechanism 2. . A flash heating unit 5 is provided on the upper side of the chamber 6, and a halogen heating unit 4 is provided on the lower side. The heat treatment apparatus 1 includes a holding unit 7 that holds the semiconductor wafer W in a horizontal posture inside the chamber 6, and a transfer mechanism 10 that transfers the semiconductor wafer W between the holding unit 7 and the outside of the apparatus, Is provided. Further, the heat treatment apparatus 1 includes a control unit 3 that controls the operation mechanisms provided in the shutter mechanism 2, the halogen heating unit 4, the flash heating unit 5, and the chamber 6 to perform the heat treatment of the semiconductor wafer W.

チャンバー6は、筒状のチャンバー側部61の上下に石英製のチャンバー窓を装着して構成されている。チャンバー側部61は上下が開口された概略筒形状を有しており、上側開口には上側チャンバー窓63が装着されて閉塞され、下側開口には下側チャンバー窓64が装着されて閉塞されている。チャンバー6の天井部を構成する上側チャンバー窓63は、石英により形成された円板形状部材であり、フラッシュ加熱部5から出射された光をチャンバー6内に透過する石英窓として機能する。また、チャンバー6の床部を構成する下側チャンバー窓64も、石英により形成された円板形状部材であり、ハロゲン加熱部4からの光をチャンバー6内に透過する石英窓として機能する。   The chamber 6 is configured by mounting quartz chamber windows above and below a cylindrical chamber side portion 61. The chamber side portion 61 has a substantially cylindrical shape with upper and lower openings. The upper opening is closed by an upper chamber window 63 and the lower opening is closed by a lower chamber window 64. ing. The upper chamber window 63 constituting the ceiling of the chamber 6 is a disk-shaped member made of quartz, and functions as a quartz window that transmits light emitted from the flash heating unit 5 into the chamber 6. The lower chamber window 64 constituting the floor portion of the chamber 6 is also a disk-shaped member made of quartz and functions as a quartz window that transmits light from the halogen heating unit 4 into the chamber 6.

また、チャンバー側部61の内側の壁面の上部には反射リング68が装着され、下部には反射リング69が装着されている。反射リング68,69は、ともに円環状に形成されている。上側の反射リング68は、チャンバー側部61の上側から嵌め込むことによって装着される。一方、下側の反射リング69は、チャンバー側部61の下側から嵌め込んで図示省略のビスで留めることによって装着される。すなわち、反射リング68,69は、ともに着脱自在にチャンバー側部61に装着されるものである。チャンバー6の内側空間、すなわち上側チャンバー窓63、下側チャンバー窓64、チャンバー側部61および反射リング68,69によって囲まれる空間が熱処理空間65として規定される。   A reflection ring 68 is attached to the upper part of the inner wall surface of the chamber side part 61, and a reflection ring 69 is attached to the lower part. The reflection rings 68 and 69 are both formed in an annular shape. The upper reflecting ring 68 is attached by fitting from above the chamber side portion 61. On the other hand, the lower reflection ring 69 is mounted by being fitted from the lower side of the chamber side portion 61 and fastened with a screw (not shown). That is, the reflection rings 68 and 69 are both detachably attached to the chamber side portion 61. An inner space of the chamber 6, that is, a space surrounded by the upper chamber window 63, the lower chamber window 64, the chamber side portion 61, and the reflection rings 68 and 69 is defined as a heat treatment space 65.

図2は、チャンバー6の側部を拡大した部分断面図である。チャンバー側部61に反射リング68,69が装着されることによって、チャンバー6の内壁面に凹部62が形成される。すなわち、チャンバー側部61の内壁面のうち反射リング68,69が装着されていない中央部分と、反射リング68の下端面と、反射リング69の上端面とで囲まれた凹部62が形成される。凹部62は、チャンバー6の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウェハーWを保持する保持部7を囲繞する。   FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view of the side portion of the chamber 6. By attaching the reflection rings 68 and 69 to the chamber side portion 61, a recess 62 is formed on the inner wall surface of the chamber 6. That is, a recess 62 surrounded by a central portion of the inner wall surface of the chamber side portion 61 where the reflection rings 68 and 69 are not mounted, a lower end surface of the reflection ring 68, and an upper end surface of the reflection ring 69 is formed. . The recess 62 is formed in an annular shape along the horizontal direction on the inner wall surface of the chamber 6, and surrounds the holding portion 7 that holds the semiconductor wafer W.

図2に示すように、凹部62を挟んで上下のそれぞれに装着された反射リング68,69の内周面はテーパ面とされている。上側の反射リング68のテーパ面は下側に向けて径が大きくなる。逆に、下側の反射リング69のテーパ面は上側に向けて径が大きくなる。一方、図1に示すように、半導体ウェハーWを保持する保持部7は凹部62の高さ位置に設けられている。従って、上側の反射リング68および下側の反射リング69ともに石英窓(上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64)の側から保持部7の側に向けて拡がるテーパ面が形成されていることとなる。   As shown in FIG. 2, the inner peripheral surfaces of the reflection rings 68 and 69 mounted on the upper and lower sides with the concave portion 62 interposed therebetween are tapered surfaces. The diameter of the tapered surface of the upper reflection ring 68 increases toward the lower side. Conversely, the tapered surface of the lower reflecting ring 69 increases in diameter toward the upper side. On the other hand, as shown in FIG. 1, the holding portion 7 that holds the semiconductor wafer W is provided at the height position of the recess 62. Accordingly, both the upper reflection ring 68 and the lower reflection ring 69 are formed with tapered surfaces extending from the quartz window (upper chamber window 63 and lower chamber window 64) side toward the holding portion 7 side. Become.

チャンバー側部61および反射リング68,69は、強度と耐熱性に優れた金属材料(例えば、ステンレススチール)にて形成されている。また、反射リング68,69の内周面(つまりテーパ面)は電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。   The chamber side portion 61 and the reflection rings 68 and 69 are formed of a metal material (for example, stainless steel) having excellent strength and heat resistance. Further, the inner peripheral surfaces (that is, taper surfaces) of the reflection rings 68 and 69 are mirrored by electrolytic nickel plating.

また、チャンバー側部61には、チャンバー6に対して半導体ウェハーWの搬入および搬出を行うための搬送開口部(炉口)66が形設されている。搬送開口部66は、ゲートバルブ185によって開閉可能とされている。搬送開口部66は凹部62の外周面に連通接続されている。このため、ゲートバルブ185が搬送開口部66を開放しているときには、搬送開口部66から凹部62を通過して熱処理空間65への半導体ウェハーWの搬入および熱処理空間65からの半導体ウェハーWの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ185が搬送開口部66を閉鎖するとチャンバー6内の熱処理空間65が密閉空間とされる。   The chamber side 61 is formed with a transfer opening (furnace port) 66 for carrying the semiconductor wafer W into and out of the chamber 6. The transfer opening 66 can be opened and closed by a gate valve 185. The transport opening 66 is connected to the outer peripheral surface of the recess 62. Therefore, when the gate valve 185 opens the transfer opening 66, the semiconductor wafer W is carried into the heat treatment space 65 through the recess 62 from the transfer opening 66 and the semiconductor wafer W is carried out from the heat treatment space 65. It can be performed. Further, when the gate valve 185 closes the transfer opening 66, the heat treatment space 65 in the chamber 6 becomes a sealed space.

また、チャンバー6においては、熱処理空間65の上部から処理ガス(本実施形態では窒素ガス(N2))を供給するとともに、下部から排気を行うように構成されている。図2に示すように、チャンバー6の上部において、チャンバー側部61に装着された反射リング68と上側チャンバー窓63とは密接しておらず、それらの間には隙間が形成されている。上側チャンバー窓63は円板状であり、反射リング68は円環状であるため、上側チャンバー窓63と反射リング68の上端面との間に形成される隙間も円環状のスリット81となる。また、チャンバー側部61と反射リング68との間に緩衝空間82が形成されている。緩衝空間82も円環状に形成されることとなる。緩衝空間82はスリット81と連通している。 Further, the chamber 6 is configured to supply a processing gas (nitrogen gas (N 2 ) in the present embodiment) from the upper part of the heat treatment space 65 and exhaust from the lower part. As shown in FIG. 2, in the upper part of the chamber 6, the reflection ring 68 attached to the chamber side portion 61 and the upper chamber window 63 are not in close contact with each other, and a gap is formed between them. Since the upper chamber window 63 has a disc shape and the reflection ring 68 has an annular shape, the gap formed between the upper chamber window 63 and the upper end surface of the reflection ring 68 also becomes an annular slit 81. Further, a buffer space 82 is formed between the chamber side portion 61 and the reflection ring 68. The buffer space 82 is also formed in an annular shape. The buffer space 82 communicates with the slit 81.

また、緩衝空間82にはガス配管83が連通接続されている。ガス配管83の基端部は窒素ガス供給源85に接続されている(図1)。ガス配管83の経路途中にはバルブ84が介挿されている。バルブ84が開放されると、窒素ガス供給源85から緩衝空間82に窒素ガスが送給される。緩衝空間82に流入した窒素ガスはスリット81を通過してチャンバー6内の熱処理空間65に供給される。   A gas pipe 83 is connected to the buffer space 82 in communication. The base end of the gas pipe 83 is connected to a nitrogen gas supply source 85 (FIG. 1). A valve 84 is inserted in the middle of the path of the gas pipe 83. When the valve 84 is opened, nitrogen gas is supplied from the nitrogen gas supply source 85 to the buffer space 82. Nitrogen gas flowing into the buffer space 82 passes through the slit 81 and is supplied to the heat treatment space 65 in the chamber 6.

図3は、熱処理空間65への気体供給を示す平面図である。緩衝空間82からスリット81へと至る気体の通過経路において、気体の進行方向に対して垂直となる面の断面積が緩衝空間82の方がスリット81よりも大きい。すなわち、緩衝空間82の方がスリット81よりも流体抵抗が小さい。このため、図3に示すように、ガス配管83から緩衝空間82へ流入した窒素ガスの一部は直ちにスリット81に流れるものの、大部分はより抵抗の小さい緩衝空間82内を拡がるように流れる。そして、緩衝空間82内に満たされた窒素ガスがスリット81を通って熱処理空間65に供給される。従って、環状のスリット81の全周にわたって均一に窒素ガスが供給されることとなる。   FIG. 3 is a plan view showing gas supply to the heat treatment space 65. In the gas passage route from the buffer space 82 to the slit 81, the cross-sectional area of the surface perpendicular to the gas traveling direction is larger in the buffer space 82 than in the slit 81. In other words, the buffer space 82 has a smaller fluid resistance than the slit 81. For this reason, as shown in FIG. 3, although a part of the nitrogen gas flowing into the buffer space 82 from the gas pipe 83 immediately flows into the slit 81, most of the nitrogen gas flows so as to expand in the buffer space 82 having a smaller resistance. Then, nitrogen gas filled in the buffer space 82 is supplied to the heat treatment space 65 through the slit 81. Therefore, nitrogen gas is uniformly supplied over the entire circumference of the annular slit 81.

一方、チャンバー6の底部においても上部と同様に、反射リング69と下側チャンバー窓64とは密接しておらず、それらの間には隙間が形成されている。下側チャンバー窓64は円板状であり、反射リング69は円環状であるため、下側チャンバー窓64と反射リング69の下端面との間に形成される隙間も円環状のスリット86となる。また、チャンバー側部61に形成された円環状の緩衝空間87がスリット86と連通している。緩衝空間87にはガス配管88が連通接続されている。ガス配管88の基端部は排気部90に接続されている。ガス配管88の経路途中にはバルブ89が介挿されている。バルブ89が開放されると、熱処理空間65の気体がスリット86から緩衝空間87を経てガス配管88へと排出される。   On the other hand, at the bottom of the chamber 6 as well as the top, the reflection ring 69 and the lower chamber window 64 are not in close contact with each other, and a gap is formed between them. Since the lower chamber window 64 has a disc shape and the reflection ring 69 has an annular shape, the gap formed between the lower chamber window 64 and the lower end surface of the reflection ring 69 also becomes an annular slit 86. . In addition, an annular buffer space 87 formed in the chamber side portion 61 communicates with the slit 86. A gas pipe 88 is connected to the buffer space 87 in communication. A proximal end portion of the gas pipe 88 is connected to the exhaust portion 90. A valve 89 is inserted midway along the gas pipe 88. When the valve 89 is opened, the gas in the heat treatment space 65 is discharged from the slit 86 through the buffer space 87 to the gas pipe 88.

スリット86から緩衝空間87へと至る気体の通過経路においても、気体の進行方向に対して垂直となる面の断面積が緩衝空間87の方がスリット86よりも大きい。すなわち、緩衝空間87の方がスリット86よりも流体抵抗が小さい。このため、環状のスリット86の全周にわたって均一に気体が排気される。なお、図示の便宜上、図1と図2とではガス配管83,88の位置が異なっているが、ガス配管83,88は円環状の緩衝空間82,87の任意の位置に接続して良く、両ガス配管83,88を図1のように接続しても図2のように接続しても良い。また、緩衝空間82,87に接続されるガス配管83,88は一本に限定されるものではなく、複数本であっても良い。複数本のガス配管83,88を緩衝空間82,87に均等に接続すれば、環状のスリット81,86からより均一な給排気を行うことができる。   Also in the gas passage route from the slit 86 to the buffer space 87, the buffer space 87 is larger in the cross-sectional area of the surface perpendicular to the gas traveling direction than the slit 86. In other words, the buffer space 87 has a smaller fluid resistance than the slit 86. For this reason, the gas is uniformly exhausted over the entire circumference of the annular slit 86. For convenience of illustration, the positions of the gas pipes 83 and 88 are different between FIGS. 1 and 2, but the gas pipes 83 and 88 may be connected to arbitrary positions of the annular buffer spaces 82 and 87. Both gas pipes 83 and 88 may be connected as shown in FIG. 1 or as shown in FIG. Further, the gas pipes 83 and 88 connected to the buffer spaces 82 and 87 are not limited to one, and a plurality of gas pipes may be used. If a plurality of gas pipes 83, 88 are evenly connected to the buffer spaces 82, 87, more uniform air supply / exhaust can be performed from the annular slits 81, 86.

このように、熱処理装置1は、チャンバー6内に保持された半導体ウェハーWを挟んで概ね上下対称に給排気機構を備えている。すなわち、バルブ84、ガス配管83および緩衝空間82を有する給気機構によって、上側チャンバー窓63とチャンバー6の内壁上端との間に環状に形成された隙間であるスリット81からチャンバー6内の熱処理空間65に処理ガス(窒素ガス)を供給する。それとともに、バルブ89、ガス配管88および緩衝空間87を有する排気機構によって、下側チャンバー窓64とチャンバー6の内壁下端との間に環状に形成された隙間であるスリット86からチャンバー6内の気体を排気する。なお、窒素ガス供給源85および排気部90は、熱処理装置1に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置1が設置される工場のユーティリティであっても良い。   As described above, the heat treatment apparatus 1 is provided with a supply / exhaust mechanism substantially symmetrically with respect to the semiconductor wafer W held in the chamber 6. That is, the heat treatment space in the chamber 6 from the slit 81 which is a gap formed annularly between the upper chamber window 63 and the inner wall upper end of the chamber 6 by the air supply mechanism having the valve 84, the gas pipe 83 and the buffer space 82. Process gas (nitrogen gas) is supplied to 65. At the same time, the gas in the chamber 6 from the slit 86 which is a gap formed between the lower chamber window 64 and the lower end of the inner wall of the chamber 6 by the exhaust mechanism having the valve 89, the gas pipe 88 and the buffer space 87. Exhaust. The nitrogen gas supply source 85 and the exhaust unit 90 may be a mechanism provided in the heat treatment apparatus 1 or may be a utility of a factory where the heat treatment apparatus 1 is installed.

図4は、半導体ウェハーWの保持位置から見たチャンバー6の平面図である。保持部7は、サセプタ70および均熱リング75を備えて構成される。サセプタ70は、石英により形成され、円環形状のリング部71に複数の爪部72(本実施形態では4本)を立設して構成される。リング部71が凹部62の底面に載置されることによって、サセプタ70がチャンバー6に装着される。   FIG. 4 is a plan view of the chamber 6 as seen from the holding position of the semiconductor wafer W. FIG. The holding unit 7 includes a susceptor 70 and a soaking ring 75. The susceptor 70 is made of quartz, and is configured such that a plurality of claw portions 72 (four in this embodiment) are erected on an annular ring portion 71. The susceptor 70 is attached to the chamber 6 by placing the ring portion 71 on the bottom surface of the recess 62.

均熱リング75は、炭化ケイ素(SiC)によって形成されたリング状部材であり、サセプタ70の爪部72に設けられた支持ピンによって支持される。均熱リング75の内周には図示を省略する複数の爪が突設されており、それら複数の爪によって半導体ウェハーWの周縁部が支持されて半導体ウェハーWが水平姿勢にて保持される。なお、複数の爪に代えて均熱リング75の内周に沿って鍔を設け、それによって半導体ウェハーWを保持するようにしても良い。   The soaking ring 75 is a ring-shaped member made of silicon carbide (SiC), and is supported by a support pin provided on the claw portion 72 of the susceptor 70. A plurality of claws (not shown) project from the inner circumference of the heat equalizing ring 75, and the peripheral edge portion of the semiconductor wafer W is supported by the plurality of claws to hold the semiconductor wafer W in a horizontal posture. Instead of the plurality of claws, a ridge may be provided along the inner periphery of the soaking ring 75 so that the semiconductor wafer W is held.

図5は、移載機構10の平面図である。また、図6は、移載機構10の側面図である。移載機構10は、2本の移載アーム11を備える。移載アーム11は、概ね円環状の凹部62に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム11には2本のリフトピン12が立設されている。各移載アーム11は水平移動機構13によって回動可能とされている。水平移動機構13は、一対の移載アーム11を保持部7に対して半導体ウェハーWの移載を行う移載動作位置(図5の実線位置)と保持部7に保持された半導体ウェハーWと平面視で重ならない退避位置(図5の二点鎖線位置)との間で水平移動させる。水平移動機構13としては、個別のモータによって各移載アーム11をそれぞれ回動させるものであっても良いし、リンク機構を用いて1個のモータによって一対の移載アーム11を連動させて回動させるものであっても良い。   FIG. 5 is a plan view of the transfer mechanism 10. FIG. 6 is a side view of the transfer mechanism 10. The transfer mechanism 10 includes two transfer arms 11. The transfer arm 11 has an arc shape that follows the generally annular recess 62. Two lift pins 12 are erected on each transfer arm 11. Each transfer arm 11 can be rotated by a horizontal movement mechanism 13. The horizontal movement mechanism 13 includes a transfer operation position (a position indicated by a solid line in FIG. 5) for transferring the pair of transfer arms 11 to the holding unit 7 and the semiconductor wafer W held by the holding unit 7. It is moved horizontally between the retracted positions (two-dot chain line positions in FIG. 5) that do not overlap in plan view. As the horizontal movement mechanism 13, each transfer arm 11 may be rotated by an individual motor, or a pair of transfer arms 11 may be interlocked by a single motor using a link mechanism. It may be moved.

また、一対の移載アーム11は、昇降機構14によって水平移動機構13とともに昇降移動される。昇降機構14が一対の移載アーム11を移載動作位置にて上昇させると、計4本のリフトピン12が均熱リング75の内側を通過し、リフトピン12の上端が均熱リング75の上側に突き出る。一方、昇降機構14が一対の移載アーム11を移載動作位置にて下降させ、水平移動機構13が一対の移載アーム11を開くように移動させると各移載アーム11が退避位置に移動する。   The pair of transfer arms 11 are moved up and down together with the horizontal moving mechanism 13 by the lifting mechanism 14. When the elevating mechanism 14 raises the pair of transfer arms 11 at the transfer operation position, a total of four lift pins 12 pass through the inside of the soaking ring 75, and the upper end of the lift pin 12 is on the upper side of the soaking ring 75. Stick out. On the other hand, when the elevating mechanism 14 lowers the pair of transfer arms 11 at the transfer operation position and the horizontal movement mechanism 13 moves the pair of transfer arms 11 to open, each transfer arm 11 moves to the retracted position. To do.

一対の移載アーム11の退避位置は、サセプタ70のリング部71の直上である。リング部71は凹部62の底面に載置されているため、移載アーム11の退避位置は凹部62の内側となる。   The retracted position of the pair of transfer arms 11 is directly above the ring portion 71 of the susceptor 70. Since the ring portion 71 is placed on the bottom surface of the recess 62, the retracted position of the transfer arm 11 is inside the recess 62.

図4に示すように、チャンバー側部61のうち移載機構10の駆動部(水平移動機構13および昇降機構14)が設けられている部位には、排気管93が連通接続されている。排気管93は排気部90に接続されている。排気管93の経路途中にはバルブ94が介挿されている。バルブ94を開放することによって、移載機構10の駆動部周辺を介してチャンバー6内の気体が排気される。また、搬送開口部66の先端にも熱処理空間65内の気体を排出する排気管91が接続されている。排気管91はバルブ92を介して排気部90に接続されている。バルブ92を開放することによって、搬送開口部66を介してチャンバー6内の気体が排気される。なお、本実施形態では3系統の排気機構の排気部90を共通のものとしていたが、これを別個のものとしても良い。   As shown in FIG. 4, an exhaust pipe 93 is connected to a portion of the chamber side portion 61 where the drive unit (the horizontal movement mechanism 13 and the lifting mechanism 14) of the transfer mechanism 10 is provided. The exhaust pipe 93 is connected to the exhaust unit 90. A valve 94 is inserted in the course of the exhaust pipe 93. By opening the valve 94, the gas in the chamber 6 is exhausted through the periphery of the drive unit of the transfer mechanism 10. Further, an exhaust pipe 91 that exhausts the gas in the heat treatment space 65 is also connected to the tip of the transfer opening 66. The exhaust pipe 91 is connected to the exhaust unit 90 via a valve 92. By opening the valve 92, the gas in the chamber 6 is exhausted through the transfer opening 66. In the present embodiment, the exhaust units 90 of the three exhaust mechanisms are common, but they may be separate.

チャンバー6の上方に設けられたフラッシュ加熱部5は、筐体51の内側に、複数本(本実施形態では30本)のキセノンフラッシュランプFLからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ52と、を備えて構成される。また、フラッシュ加熱部5の筐体51の底部にはランプ光放射窓53が装着されている。フラッシュ加熱部5の床部を構成するランプ光放射窓53は、石英により形成された板状の石英窓である。フラッシュ加熱部5がチャンバー6の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓53が上側チャンバー窓63と相対向することとなる。フラッシュランプFLはチャンバー6の上方からランプ光放射窓53および上側チャンバー窓63を介して熱処理空間65に閃光を照射する。   The flash heating unit 5 provided above the chamber 6 is provided inside the housing 51 so as to cover a light source composed of a plurality of (30 in this embodiment) xenon flash lamps FL and the light source. And the reflector 52 formed. A lamp light emission window 53 is mounted on the bottom of the casing 51 of the flash heating unit 5. The lamp light emission window 53 constituting the floor of the flash heating unit 5 is a plate-like quartz window made of quartz. By installing the flash heating unit 5 above the chamber 6, the lamp light emission window 53 faces the upper chamber window 63. The flash lamp FL irradiates the heat treatment space 65 with flash light from above the chamber 6 through the lamp light emission window 53 and the upper chamber window 63.

複数のフラッシュランプFL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保持部7に保持される半導体ウェハーWの主面に沿って(つまり水平方向に沿って)互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプFLの配列によって形成される平面も水平面である。   Each of the plurality of flash lamps FL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape, and the longitudinal direction of each of the flash lamps FL is along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 (that is, along the horizontal direction). They are arranged in a plane so as to be parallel to each other. Therefore, the plane formed by the arrangement of the flash lamps FL is also a horizontal plane.

キセノンフラッシュランプFL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棒状のガラス管(放電管)と、該ガラス管の外周面上に付設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、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても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。このようなキセノンフラッシュランプFLにおいては、予めコンデンサーに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、ハロゲンランプHLの如き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。   The xenon flash lamp FL has a rod-shaped glass tube (discharge tube) in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode connected to a capacitor at both ends thereof, and an outer peripheral surface of the glass tube. And a triggered electrode. Since xenon gas is an electrical insulator, electricity does not flow into the glass tube under normal conditions even if electric charges are accumulated in the capacitor. 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 such a xenon flash lamp FL, the electrostatic energy previously stored in the capacitor is converted into an extremely short light pulse of 0.1 to 10 milliseconds, so that the continuous lighting such as the halogen lamp HL is possible. It has the characteristic that it can irradiate extremely strong light compared with a light source.

また、リフレクタ52は、複数のフラッシュランプFLの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ52の基本的な機能は、複数のフラッシュランプFLから出射されたフラッシュ光を保持部7の側に反射するというものである。リフレクタ52はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面(フラッシュランプFLに臨む側の面)はブラスト処理により粗面化加工が施されて梨地模様を呈する。   In addition, the reflector 52 is provided above the plurality of flash lamps FL so as to cover all of them. The basic function of the reflector 52 is to reflect flash light emitted from the plurality of flash lamps FL toward the holding unit 7. The reflector 52 is formed of an aluminum alloy plate, and the surface (the surface facing the flash lamp FL) is roughened by blasting to exhibit a satin pattern.

チャンバー6の下方に設けられたハロゲン加熱部4の内部には複数本(本実施形態では40本)のハロゲンランプHLが内蔵されている。複数のハロゲンランプHLはチャンバー6の下方から下側チャンバー窓64を介して熱処理空間65への光照射を行う。図7は、複数のハロゲンランプHLの配置を示す平面図である。本実施形態では、上下2段に各20本ずつのハロゲンランプHLが配設されている。各ハロゲンランプHLは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに20本のハロゲンランプHLは、それぞれの長手方向が保持部7に保持される半導体ウェハーWの主面に沿って(つまり水平方向に沿って)互いに平行となるように配列されている。よって、上段、下段ともにハロゲンランプHLの配列によって形成される平面は水平面である。   A plurality of halogen lamps HL (40 in this embodiment) are built in the halogen heating unit 4 provided below the chamber 6. The plurality of halogen lamps HL irradiate the heat treatment space 65 from below the chamber 6 through the lower chamber window 64. FIG. 7 is a plan view showing the arrangement of the plurality of halogen lamps HL. In the present embodiment, 20 halogen lamps HL are arranged in two upper and lower stages. Each halogen lamp HL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape. The 20 halogen lamps HL in both the upper and lower stages are arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 (that is, along the horizontal direction). Yes. Therefore, the plane formed by the arrangement of the halogen lamps HL in both the upper stage and the lower stage is a horizontal plane.

また、図7に示すように、上段、下段ともに保持部7に保持される半導体ウェハーWの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプHLの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも端部側の方がハロゲンランプHLの配設ピッチが短い。このため、ハロゲン加熱部4からの光照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーWの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。   Further, as shown in FIG. 7, the arrangement density of the halogen lamps HL in the region facing the peripheral portion is higher than the region facing the central portion of the semiconductor wafer W held by the holding portion 7 in both the upper stage and the lower stage. Yes. That is, in both the upper and lower stages, the arrangement pitch of the halogen lamps HL is shorter on the end side than on the center part of the lamp array. For this reason, it is possible to irradiate a larger amount of light to the peripheral portion of the semiconductor wafer W where the temperature is likely to decrease during heating by light irradiation from the halogen heating unit 4.

また、上段のハロゲンランプHLからなるランプ群と下段のハロゲンランプHLからなるランプ群とが格子状に交差するように配列されている。すなわち、上段の各ハロゲンランプHLの長手方向と下段の各ハロゲンランプHLの長手方向とが直交するように計40本のハロゲンランプHLが配設されている。   Further, the lamp group composed of the upper halogen lamp HL and the lamp group composed of the lower halogen lamp HL are arranged so as to intersect in a lattice pattern. That is, a total of 40 halogen lamps HL are arranged so that the longitudinal direction of the upper halogen lamps HL and the longitudinal direction of the lower halogen lamps HL are orthogonal to each other.

ハロゲンランプHLは、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素(ヨウ素、臭素等)を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプHLは、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特性を有する。また、ハロゲンランプHLは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプHLを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーWへの放射効率が優れたものとなる。   The halogen lamp HL is a filament-type light source that emits light by making the filament incandescent by energizing the filament disposed inside the glass tube. Inside the glass tube, a gas obtained by introducing a trace amount of a halogen element (iodine, bromine, etc.) into an inert gas such as nitrogen or argon is enclosed. By introducing a halogen element, it is possible to set the filament temperature to a high temperature while suppressing breakage of the filament. Therefore, the halogen lamp HL has a characteristic that it has a longer life than a normal incandescent bulb and can continuously radiate strong light. Further, since the halogen lamp HL is a rod-shaped lamp, it has a long life, and by arranging the halogen lamp HL along the horizontal direction, the radiation efficiency to the upper semiconductor wafer W becomes excellent.

また、熱処理装置1は、ハロゲン加熱部4およびチャンバー6の側方にシャッター機構2を備える。シャッター機構2は、シャッター板21およびスライド駆動機構22を備える。シャッター板21は、ハロゲン光に対して不透明な板であり、例えばチタン(Ti)にて形成されている。スライド駆動機構22は、シャッター板21を水平方向に沿ってスライド移動させ、ハロゲン加熱部4と保持部7との間の遮光位置にシャッター板21を挿脱する。スライド駆動機構22がシャッター板21を前進させると、チャンバー6とハロゲン加熱部4との間の遮光位置(図1の二点鎖線位置)にシャッター板21が挿入され、下側チャンバー窓64と複数のハロゲンランプHLとが遮断される。これによって、複数のハロゲンランプHLから熱処理空間65の保持部7へと向かう光は遮光される。逆に、スライド駆動機構22がシャッター板21を後退させると、チャンバー6とハロゲン加熱部4との間の遮光位置からシャッター板21が退出して下側チャンバー窓64の下方が開放される。   Further, the heat treatment apparatus 1 includes a shutter mechanism 2 on the side of the halogen heating unit 4 and the chamber 6. The shutter mechanism 2 includes a shutter plate 21 and a slide drive mechanism 22. The shutter plate 21 is a plate that is opaque to the halogen light, and is formed of, for example, titanium (Ti). The slide drive mechanism 22 slides the shutter plate 21 along the horizontal direction, and inserts and removes the shutter plate 21 to and from the light shielding position between the halogen heating unit 4 and the holding unit 7. When the slide drive mechanism 22 advances the shutter plate 21, the shutter plate 21 is inserted into the light shielding position (the two-dot chain line position in FIG. 1) between the chamber 6 and the halogen heating unit 4, and the lower chamber window 64 and the plurality of the lower chamber window 64. The halogen lamp HL is cut off. Accordingly, light traveling from the plurality of halogen lamps HL toward the holding portion 7 of the heat treatment space 65 is shielded. Conversely, when the slide drive mechanism 22 retracts the shutter plate 21, the shutter plate 21 retracts from the light shielding position between the chamber 6 and the halogen heating unit 4 and the lower portion of the lower chamber window 64 is opened.

図4に示すように、チャンバー6の内部には、半導体ウェハーWの温度を測定するための放射温度計(第1放射温度計)120および接触式温度計140が設けられている。また、図1に示すように、ハロゲン加熱部4にも半導体ウェハーWの温度を測定するための放射温度計(第2放射温度計)130が設けられている。図8は、熱処理装置1における半導体ウェハーWの温度測定機構を模式的に示す図である。   As shown in FIG. 4, a radiation thermometer (first radiation thermometer) 120 and a contact thermometer 140 for measuring the temperature of the semiconductor wafer W are provided inside the chamber 6. As shown in FIG. 1, the halogen heating unit 4 is also provided with a radiation thermometer (second radiation thermometer) 130 for measuring the temperature of the semiconductor wafer W. FIG. 8 is a diagram schematically showing a temperature measurement mechanism of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1.

放射温度計120は、保持部7の均熱リング75に保持された半導体ウェハーWの裏面から放射された放射光(赤外光)の強度(エネルギー量)を測定して当該半導体ウェハーWの温度を測定する。具体的には、放射温度計120は、図示を省略する集光レンズおよび赤外線センサを内蔵し、均熱リング75に保持された半導体ウェハーWの裏面から放射された赤外光を受光して電気信号として出力する。放射温度計120から出力された電気信号は検出器121によって温度を示す信号に変換されて制御部3に伝達される。   The radiation thermometer 120 measures the intensity (energy amount) of the radiated light (infrared light) radiated from the back surface of the semiconductor wafer W held by the soaking ring 75 of the holding unit 7 to measure the temperature of the semiconductor wafer W. Measure. Specifically, the radiation thermometer 120 includes a condensing lens and an infrared sensor (not shown), and receives infrared light emitted from the back surface of the semiconductor wafer W held by the soaking ring 75 to electrically Output as a signal. The electrical signal output from the radiation thermometer 120 is converted into a signal indicating temperature by the detector 121 and transmitted to the control unit 3.

放射温度計120は、保持部7に保持された半導体ウェハーWの斜め下方であって当該半導体ウェハーWと平面視で重ならない位置に設けられている。具体的には、保持部7に保持された半導体ウェハーWよりも下方の凹部62に放射温度計120は設置されている。よって、放射温度計120の高さ位置はシャッター板21の遮光位置と保持部7との間である。なお、放射温度計120の一部または全部が凹部62を形成するチャンバー側部61に埋設されていても良い。   The radiation thermometer 120 is provided obliquely below the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 and at a position that does not overlap the semiconductor wafer W in plan view. Specifically, the radiation thermometer 120 is installed in the recess 62 below the semiconductor wafer W held by the holding unit 7. Therefore, the height position of the radiation thermometer 120 is between the light shielding position of the shutter plate 21 and the holding unit 7. A part or all of the radiation thermometer 120 may be embedded in the chamber side portion 61 that forms the recess 62.

また、放射温度計120は、赤外線を集光する集光レンズの光軸122が水平面に対して所定角度傾斜するように設置されている。集光レンズの光軸122の水平面に対する傾斜角度は0°より大きく90°未満である。半導体ウェハーWからの赤外線を集光するためには水平面に対する光軸122の傾斜角度が大きい方が好ましいのであるが、放射温度計120が半導体ウェハーWと平面視で重ならないようにしつつ傾斜角度を大きくするためにはチャンバー6の高さ方向サイズを顕著に大きくせざるを得ない。このため、本実施形態においては、集光レンズの光軸122の水平面に対する傾斜角度が約14°となるように放射温度計120を設置している。   Moreover, the radiation thermometer 120 is installed so that the optical axis 122 of the condensing lens which condenses infrared rays may incline by a predetermined angle with respect to a horizontal surface. The inclination angle of the optical axis 122 of the condenser lens with respect to the horizontal plane is greater than 0 ° and less than 90 °. In order to collect infrared rays from the semiconductor wafer W, it is preferable that the inclination angle of the optical axis 122 with respect to the horizontal plane is large. However, the inclination angle is set so that the radiation thermometer 120 does not overlap the semiconductor wafer W in plan view. In order to increase the size, the size in the height direction of the chamber 6 must be significantly increased. For this reason, in this embodiment, the radiation thermometer 120 is installed so that the inclination angle of the optical axis 122 of the condenser lens with respect to the horizontal plane is about 14 °.

放射温度計120は、保持部7に保持された半導体ウェハーWの面内のうち集光レンズの光軸122と交差する領域Aから放射される赤外光を受光して温度測定を行う。従って、厳密には、放射温度計120は保持部7に保持された半導体ウェハーWの領域Aの温度を測定する。   The radiation thermometer 120 receives infrared light emitted from the region A intersecting the optical axis 122 of the condenser lens in the surface of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 and measures temperature. Therefore, strictly speaking, the radiation thermometer 120 measures the temperature of the region A of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7.

放射温度計130も保持部7の均熱リング75に保持された半導体ウェハーWの裏面から放射された放射光(赤外光)の強度を測定して当該半導体ウェハーWの温度を測定する。放射温度計130は、受光のための石英ロッド133および赤外線センサ(図示省略)を備えており、均熱リング75に保持された半導体ウェハーWの裏面から放射された赤外光を石英ロッド133で受光して電気信号として出力する。放射温度計130から出力された電気信号は検出器131によって温度を示す信号に変換されて制御部3に伝達される。   The radiation thermometer 130 also measures the temperature of the semiconductor wafer W by measuring the intensity of the radiated light (infrared light) emitted from the back surface of the semiconductor wafer W held by the soaking ring 75 of the holding unit 7. The radiation thermometer 130 includes a quartz rod 133 for receiving light and an infrared sensor (not shown). The infrared light emitted from the back surface of the semiconductor wafer W held by the soaking ring 75 is transmitted by the quartz rod 133. Light is received and output as an electrical signal. The electrical signal output from the radiation thermometer 130 is converted into a signal indicating temperature by the detector 131 and transmitted to the control unit 3.

放射温度計130は、保持部7に保持された半導体ウェハーWの直下であってシャッター板21の遮光位置よりも下方に設けられている。具体的には、下側チャンバー窓64よりも下方のハロゲン加熱部4に放射温度計130は設置されている。放射温度計130は、保持部7に保持された半導体ウェハーWの直下から赤外線を受光することができるものの、半導体ウェハーWからの測定距離は放射温度計120よりも長くなる。   The radiation thermometer 130 is provided directly below the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 and below the light shielding position of the shutter plate 21. Specifically, the radiation thermometer 130 is installed in the halogen heating unit 4 below the lower chamber window 64. Although the radiation thermometer 130 can receive infrared rays from directly below the semiconductor wafer W held by the holding unit 7, the measurement distance from the semiconductor wafer W is longer than that of the radiation thermometer 120.

放射温度計130の石英ロッド133は石英製の棒状部材である。放射温度計130は、石英ロッド133の光軸132が鉛直方向に沿うように設けられている。放射温度計130は、保持部7に保持された半導体ウェハーWの面内のうち石英ロッド133の光軸132と交差する領域Bから放射される赤外光を受光して温度測定を行う。従って、厳密には、放射温度計130は保持部7に保持された半導体ウェハーWの領域Bの温度を測定する。   The quartz rod 133 of the radiation thermometer 130 is a quartz rod-shaped member. The radiation thermometer 130 is provided so that the optical axis 132 of the quartz rod 133 is along the vertical direction. The radiation thermometer 130 receives infrared light emitted from the region B intersecting the optical axis 132 of the quartz rod 133 in the plane of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 and measures temperature. Therefore, strictly speaking, the radiation thermometer 130 measures the temperature of the region B of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7.

また、シャッター板21には小孔23が鉛直方向に貫通して穿設されている。シャッター板21が遮光位置に挿入されたときの石英ロッド133の直上部位に小孔23は形成されている。従って、シャッター板21が遮光位置に挿入されて下側チャンバー窓64と複数のハロゲンランプHLとを遮断しても、半導体ウェハーWからの放射光は小孔23を介して石英ロッド133によって受光されることとなり、放射温度計130による半導体ウェハーWの温度測定は可能である。シャッター板21が遮光位置に挿入されたとき、石英ロッド133の上端とシャッター板21との距離は3mm以下である。   Further, a small hole 23 is formed in the shutter plate 21 so as to penetrate in the vertical direction. A small hole 23 is formed in a portion immediately above the quartz rod 133 when the shutter plate 21 is inserted into the light shielding position. Therefore, even if the shutter plate 21 is inserted at the light shielding position and the lower chamber window 64 and the plurality of halogen lamps HL are blocked, the emitted light from the semiconductor wafer W is received by the quartz rod 133 through the small holes 23. Therefore, the temperature measurement of the semiconductor wafer W by the radiation thermometer 130 is possible. When the shutter plate 21 is inserted at the light shielding position, the distance between the upper end of the quartz rod 133 and the shutter plate 21 is 3 mm or less.

一方、接触式温度計140は、図示を省略する熱電対を内蔵しており、保持部7の均熱リング75に保持された半導体ウェハーWの裏面に接触して当該半導体ウェハーWの温度を測定する。接触式温度計140の先端が均熱リング75に保持された半導体ウェハーWの裏面に接触することによって熱電対に発生した起電力の電圧が検出器141によって温度を示す信号に変換されて制御部3に伝達される。なお、接触式温度計140は、チャンバー側部61から突設して設ければ良い。   On the other hand, the contact-type thermometer 140 incorporates a thermocouple (not shown) and measures the temperature of the semiconductor wafer W by contacting the back surface of the semiconductor wafer W held by the soaking ring 75 of the holding unit 7. To do. The voltage of the electromotive force generated in the thermocouple when the tip of the contact-type thermometer 140 contacts the back surface of the semiconductor wafer W held by the soaking ring 75 is converted into a signal indicating temperature by the detector 141, and the control unit. 3 is transmitted. The contact thermometer 140 may be provided so as to protrude from the chamber side portion 61.

また、制御部3は、熱処理装置1に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。制御部3のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部3は、各種演算処理を行うCPU、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるROM、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるRAMおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えている。   Further, the control unit 3 controls the various operation mechanisms provided in the heat treatment apparatus 1. The configuration of the control unit 3 as hardware is the same as that of a general computer. That is, the control unit 3 stores a CPU that performs various arithmetic processes, a ROM that is a read-only memory that stores basic programs, a RAM that is a readable and writable memory that stores various information, control software, data, and the like. It has a magnetic disk.

上記の構成以外にも熱処理装置1は、半導体ウェハーWの熱処理時にハロゲンランプHLおよびフラッシュランプFLから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部4、フラッシュ加熱部5およびチャンバー6の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー6の壁体には水冷管(図示省略)が設けられている。また、ハロゲン加熱部4およびフラッシュ加熱部5は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓63とランプ光放射窓53との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部5および上側チャンバー窓63を冷却する。   In addition to the above configuration, the heat treatment apparatus 1 prevents an excessive temperature rise in the halogen heating unit 4, the flash heating unit 5, and the chamber 6 due to thermal energy generated from the halogen lamp HL and the flash lamp FL during the heat treatment of the semiconductor wafer W. Therefore, various cooling structures are provided. For example, the wall of the chamber 6 is provided with a water-cooled tube (not shown). Further, the halogen heating unit 4 and the flash heating unit 5 have an air cooling structure in which a gas flow is formed inside to exhaust heat. Air is also supplied to the gap between the upper chamber window 63 and the lamp light emission window 53 to cool the flash heating unit 5 and the upper chamber window 63.

次に、熱処理装置1における半導体ウェハーWの処理手順について簡単に説明する。ここで処理対象となる半導体ウェハーWはイオン注入法により不純物(イオン)が添加された半導体基板であり、添加された不純物の活性化が熱処理装置1によるフラッシュ加熱処理により実行される。図9は、熱処理時の半導体ウェハーWの温度プロファイルを示す図である。また、図10は、熱処理装置1における半導体ウェハーWの処理手順を示すフローチャートである。以下に示す半導体ウェハーWの処理手順は、制御部3が熱処理装置1の各動作機構を制御することによって実行される。   Next, a processing procedure of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1 will be briefly described. Here, the semiconductor wafer W to be processed is a semiconductor substrate to which an impurity (ion) is added by an ion implantation method, and the activation of the added impurity is performed by a flash heating process by the heat treatment apparatus 1. FIG. 9 is a diagram showing a temperature profile of the semiconductor wafer W during the heat treatment. FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure for the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1. The processing procedure of the semiconductor wafer W shown below is executed by the control unit 3 controlling each operation mechanism of the heat treatment apparatus 1.

まず、給気のためのバルブ84が開放されるとともに、排気用のバルブ89,92,94が開放されてチャンバー6内に対する給排気が開始される(ステップS1)。バルブ84が開放されると、上側チャンバー窓63とチャンバー6の内壁上端との間に形成された環状のスリット81の全周から均一に熱処理空間65に窒素ガスが供給される。また、バルブ89が開放されると、下側チャンバー窓64とチャンバー6の内壁下端との間に形成された環状のスリット86の全周から均一にチャンバー6内の気体が排気される。これにより、チャンバー6内の熱処理空間65の最上部から供給された窒素ガスが下方へと流れ、熱処理空間65の最下部から排気される。   First, the air supply valve 84 is opened, and the exhaust valves 89, 92, and 94 are opened, and supply / exhaust into the chamber 6 is started (step S1). When the valve 84 is opened, nitrogen gas is uniformly supplied to the heat treatment space 65 from the entire circumference of the annular slit 81 formed between the upper chamber window 63 and the upper end of the inner wall of the chamber 6. When the valve 89 is opened, the gas in the chamber 6 is uniformly exhausted from the entire circumference of the annular slit 86 formed between the lower chamber window 64 and the lower end of the inner wall of the chamber 6. Thereby, the nitrogen gas supplied from the uppermost part of the heat treatment space 65 in the chamber 6 flows downward and is exhausted from the lowermost part of the heat treatment space 65.

また、バルブ92,94が開放されることによって、それぞれ搬送開口部66および移載機構10の駆動部周辺を介してチャンバー6内の気体が排気される。これにより、チャンバー6内の熱処理空間65の最上部から供給された窒素ガスが搬送開口部66および移載機構10の駆動部周辺を流れて排気される。なお、熱処理装置1における半導体ウェハーWの熱処理時には窒素ガスが熱処理空間65に継続的に供給されており、その供給量は図10の処理ステップに応じて適宜変更される。   Further, when the valves 92 and 94 are opened, the gas in the chamber 6 is exhausted through the transport opening 66 and the periphery of the drive unit of the transfer mechanism 10. Thereby, the nitrogen gas supplied from the uppermost part of the heat treatment space 65 in the chamber 6 flows around the transfer opening 66 and the drive unit of the transfer mechanism 10 and is exhausted. Note that nitrogen gas is continuously supplied to the heat treatment space 65 during the heat treatment of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1, and the supply amount is appropriately changed according to the processing steps of FIG. 10.

続いて、ゲートバルブ185が開いて搬送開口部66が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部66を介してイオン注入後の半導体ウェハーWがチャンバー6内の熱処理空間65に搬入される(ステップS2)。搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーWは保持部7の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構10の一対の移載アーム11が退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン12が均熱リング75の内側を通って上方に突き出て搬送ロボットから半導体ウェハーWを受け取る。   Subsequently, the gate valve 185 is opened to open the transfer opening 66, and the semiconductor wafer W after the ion implantation is transferred into the heat treatment space 65 in the chamber 6 through the transfer opening 66 by a transfer robot outside the apparatus ( Step S2). The semiconductor wafer W carried in by the carrying robot advances to a position directly above the holding unit 7 and stops. Then, when the pair of transfer arms 11 of the transfer mechanism 10 moves horizontally from the retracted position to the transfer operation position and rises, the lift pin 12 protrudes upward through the inside of the heat equalizing ring 75 and moves from the transfer robot. A semiconductor wafer W is received.

半導体ウェハーWがリフトピン12に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間65から退出し、ゲートバルブ185によって搬送開口部66が閉鎖される。そして、一対の移載アーム11が下降することにより、半導体ウェハーWは移載機構10から保持部7の均熱リング75に受け渡されて水平姿勢に保持される。均熱リング75の下方にまで下降した一対の移載アーム11は水平移動機構13によって退避位置、すなわち凹部62の内側に退避する。なお、保持部7に半導体ウェハーWが保持された後も、熱処理空間65の最上部から供給された窒素ガスは半導体ウェハーWの側方(保持部7の爪部72の隙間)を通って下方へと流れる。   After the semiconductor wafer W is placed on the lift pins 12, the transfer robot leaves the heat treatment space 65 and the transfer opening 66 is closed by the gate valve 185. When the pair of transfer arms 11 are lowered, the semiconductor wafer W is transferred from the transfer mechanism 10 to the heat equalizing ring 75 of the holding unit 7 and held in a horizontal posture. The pair of transfer arms 11 lowered to the lower side of the heat equalizing ring 75 is retracted to the retracted position, that is, inside the recess 62 by the horizontal moving mechanism 13. Even after the semiconductor wafer W is held by the holding unit 7, the nitrogen gas supplied from the uppermost part of the heat treatment space 65 passes through the side of the semiconductor wafer W (the gap between the claw portions 72 of the holding unit 7). It flows to.

半導体ウェハーWが保持部7の均熱リング75に保持された後、40本のハロゲンランプHLが一斉に点灯して予備加熱(アシスト加熱)が開始される(ステップS3)。ハロゲンランプHLから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓64を透過して半導体ウェハーWの裏面から照射される。ハロゲンランプHLからの光照射を受けることによって半導体ウェハーWが予備加熱されて温度が上昇する。なお、放射温度計120は、保持部7に保持された半導体ウェハーWと平面視で重ならない位置に設けられているため、ハロゲンランプHLから半導体ウェハーWに照射された光が放射温度計120によって遮られることはない。   After the semiconductor wafer W is held by the soaking ring 75 of the holding unit 7, the 40 halogen lamps HL are turned on all at once and preheating (assist heating) is started (step S3). The halogen light emitted from the halogen lamp HL passes through the lower chamber window 64 made of quartz and is irradiated from the back surface of the semiconductor wafer W. By receiving light from the halogen lamp HL, the semiconductor wafer W is preheated and the temperature rises. The radiation thermometer 120 is provided at a position that does not overlap with the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 in plan view, so that the light irradiated to the semiconductor wafer W from the halogen lamp HL is emitted by the radiation thermometer 120. There is no blocking.

予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーWの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、均熱リング75によって周縁部の放熱が補償されるため、半導体ウェハーWの面内温度分布が均一に維持される。また、ハロゲン加熱部4におけるハロゲンランプHLの配設密度は、半導体ウェハーWの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっているため、放熱が生じやすい半導体ウェハーWの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーWの面内温度分布をより均一なものとすることができる。   In the preheating stage, the temperature of the peripheral portion of the semiconductor wafer W, which is more likely to radiate heat, tends to be lower than that of the central portion. The in-plane temperature distribution is kept uniform. In addition, the arrangement density of the halogen lamps HL in the halogen heating unit 4 is higher in the region facing the peripheral portion than in the region facing the central portion of the semiconductor wafer W, so that the semiconductor wafer W is likely to generate heat. The amount of light irradiated on the peripheral edge of the semiconductor wafer increases, and the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W in the preheating stage can be made more uniform.

さらに、チャンバー側部61に装着された反射リング69に保持部7の側に向けて拡がるテーパ面が形成され、そのテーパ面はニッケルメッキによって鏡面とされているため、この反射リング69のテーパ面によって半導体ウェハーWの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーWの面内温度分布をより均一なものとすることができる。   Further, the reflecting ring 69 attached to the chamber side portion 61 is formed with a tapered surface that expands toward the holding portion 7, and the tapered surface is made into a mirror surface by nickel plating. As a result, the amount of light reflected toward the peripheral edge of the semiconductor wafer W increases, and the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W in the preheating stage can be made more uniform.

ハロゲンランプHLによる加熱を行うときには、半導体ウェハーWの温度が接触式温度計140によって測定されている。すなわち、熱電対を内蔵する接触式温度計140が保持部7に保持された半導体ウェハーWの裏面に接触して昇温中のウェハー温度を測定する。接触式温度計140によって測定された半導体ウェハーWの温度は検出器141から制御部3に伝達される。制御部3は、ハロゲンランプHLからの光照射によって昇温する半導体ウェハーWの温度が所定の予備加熱温度T1に到達したか否かを監視する(ステップS4)。なお、ハロゲンランプHLからの光照射によって半導体ウェハーWを昇温するときには、放射温度計120,130による温度測定は行わない。これは、ハロゲンランプHLから照射されるハロゲン光が放射温度計120,130に外乱光として入射し、正確な温度測定ができないためである。   When heating with the halogen lamp HL, the temperature of the semiconductor wafer W is measured by the contact thermometer 140. That is, a contact thermometer 140 incorporating a thermocouple contacts the back surface of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 and measures the temperature of the wafer being heated. The temperature of the semiconductor wafer W measured by the contact thermometer 140 is transmitted from the detector 141 to the control unit 3. The control unit 3 monitors whether or not the temperature of the semiconductor wafer W that is heated by light irradiation from the halogen lamp HL has reached a predetermined preheating temperature T1 (step S4). Note that when the temperature of the semiconductor wafer W is increased by light irradiation from the halogen lamp HL, temperature measurement by the radiation thermometers 120 and 130 is not performed. This is because the halogen light irradiated from the halogen lamp HL enters the radiation thermometers 120 and 130 as disturbance light, and accurate temperature measurement cannot be performed.

本実施の形態においては、予備加熱温度T1は830℃程度とされる。そして、半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1に到達したことが接触式温度計140によって検知された後、ハロゲンランプHLの出力が調整されて半導体ウェハーWが予備加熱温度T1に維持され、所定時間の予備加熱が実行される(ステップS5)。温度T1での予備加熱時間は数秒程度である。   In the present embodiment, the preheating temperature T1 is about 830 ° C. After the contact thermometer 140 detects that the temperature of the semiconductor wafer W has reached the preheating temperature T1, the output of the halogen lamp HL is adjusted to maintain the semiconductor wafer W at the preheating temperature T1, Time preheating is performed (step S5). The preheating time at the temperature T1 is about several seconds.

所定時間の予備加熱が終了した後、40本のハロゲンランプHLが一斉に消灯し、半導体ウェハーWの降温が開始される(ステップS6)。また、ハロゲンランプHLが消灯するのと同時に、シャッター機構2がシャッター板21をハロゲン加熱部4とチャンバー6との間の遮光位置に挿入する(ステップS7)。ハロゲンランプHLが消灯しても、すぐにフィラメントや管壁の温度が低下するものではなく、暫時高温のフィラメントおよび管壁から輻射熱が放射され続け、これが半導体ウェハーWの降温を妨げる。シャッター板21が挿入されることによって、消灯直後のハロゲンランプHLから熱処理空間65に放射される輻射熱が遮断されることとなり、半導体ウェハーWの降温速度を高めることができる。   After the preheating for a predetermined time is completed, the 40 halogen lamps HL are turned off all at once, and the temperature lowering of the semiconductor wafer W is started (step S6). At the same time that the halogen lamp HL is extinguished, the shutter mechanism 2 inserts the shutter plate 21 into the light shielding position between the halogen heating unit 4 and the chamber 6 (step S7). Even if the halogen lamp HL is turned off, the temperature of the filament and the tube wall does not decrease immediately, but radiation heat continues to be radiated from the filament and tube wall that are hot for a while, which prevents the temperature of the semiconductor wafer W from falling. By inserting the shutter plate 21, the radiant heat radiated from the halogen lamp HL immediately after the light is turned off to the heat treatment space 65 is cut off, and the temperature drop rate of the semiconductor wafer W can be increased.

また、シャッター板21が遮光位置に挿入された時点で放射温度計120,130による温度測定を開始する。すなわち、放射温度計120,130が保持部7に保持された半導体ウェハーWの裏面から放射された赤外光の強度を測定して降温中の半導体ウェハーWの温度を測定する。放射温度計120,130によって測定された半導体ウェハーWの温度はそれぞれ検出器121,131から制御部3に伝達される。   Moreover, temperature measurement by the radiation thermometers 120 and 130 is started when the shutter plate 21 is inserted at the light shielding position. That is, the radiation thermometers 120 and 130 measure the intensity of the infrared light emitted from the back surface of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 to measure the temperature of the semiconductor wafer W during the temperature drop. The temperatures of the semiconductor wafers W measured by the radiation thermometers 120 and 130 are transmitted from the detectors 121 and 131 to the control unit 3, respectively.

放射温度計130は遮光位置よりも下方に設けられており、遮光位置に挿入されたシャッター板21は半導体ウェハーWと放射温度計130とを遮断するのであるが、シャッター板21には小孔23が形成されており、シャッター板21が遮光位置に挿入されたときには石英ロッド133の直上部位に小孔23が位置する。このため、シャッター板21が遮光位置に挿入されて半導体ウェハーWと放射温度計130とを遮断しても、半導体ウェハーWからの赤外光は小孔23を介して石英ロッド133によって受光されることとなり、放射温度計130による半導体ウェハーWの温度測定は可能である。   The radiation thermometer 130 is provided below the light shielding position, and the shutter plate 21 inserted in the light shielding position blocks the semiconductor wafer W and the radiation thermometer 130, but the shutter plate 21 has a small hole 23. When the shutter plate 21 is inserted at the light shielding position, the small hole 23 is located at a position directly above the quartz rod 133. For this reason, even if the shutter plate 21 is inserted at the light shielding position and the semiconductor wafer W and the radiation thermometer 130 are blocked, the infrared light from the semiconductor wafer W is received by the quartz rod 133 through the small hole 23. Therefore, the temperature measurement of the semiconductor wafer W by the radiation thermometer 130 is possible.

また、消灯直後の高温のハロゲンランプHLからは多少の放射光が放射され続けるのであるが、ハロゲン加熱部4とチャンバー6との間の遮光位置にシャッター板21を挿入することによってチャンバー6内の熱処理空間65への放射は遮光される。従って、遮光位置と保持部7との間の高さ位置に設置された放射温度計120は、外乱光の影響を受けることなく、保持部7に保持された半導体ウェハーWの温度を正確に測定することができる。   In addition, although some radiated light continues to be emitted from the high-temperature halogen lamp HL immediately after the lamp is turned off, the shutter plate 21 is inserted into the light shielding position between the halogen heating unit 4 and the chamber 6 to thereby store the inside of the chamber 6. Radiation to the heat treatment space 65 is shielded from light. Therefore, the radiation thermometer 120 installed at a height position between the light shielding position and the holding unit 7 accurately measures the temperature of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 without being affected by disturbance light. can do.

一方、放射温度計130は、遮光位置よりも下方のハロゲン加熱部4に設置されているのであるが、シャッター板21が遮光位置に挿入されたとき、石英ロッド133の先端とシャッター板21との距離は3mm以下である。このため、消灯直後のハロゲンランプHLからの放射光が石英ロッド133の先端に入射することは最小限に抑制され、放射温度計130は、外乱光の影響を極力排除して保持部7に保持された半導体ウェハーWの温度を正確に測定することができる。   On the other hand, the radiation thermometer 130 is installed in the halogen heating section 4 below the light shielding position. When the shutter plate 21 is inserted into the light shielding position, the tip of the quartz rod 133 and the shutter plate 21 The distance is 3 mm or less. For this reason, the radiation light from the halogen lamp HL immediately after extinguishing is prevented from entering the tip of the quartz rod 133 to the minimum, and the radiation thermometer 130 is held in the holding unit 7 by eliminating the influence of disturbance light as much as possible. The temperature of the semiconductor wafer W thus obtained can be accurately measured.

制御部3は、放射温度計120,130によって測定される半導体ウェハーWの温度が所定温度T2まで降温したか否かを監視する(ステップS8)。そして、半導体ウェハーWの温度が所定温度T2まで降温したことが放射温度計120,130によって検知された時点でフラッシュ加熱部5のフラッシュランプFLから半導体ウェハーWへ向けてフラッシュ光が照射される(ステップS9)。本実施形態におけるフラッシュ発光の温度T2は800℃である。フラッシュランプFLから放射されるフラッシュ光の一部は直接に熱処理空間65内の保持部7へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ52により反射されてから熱処理空間65内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーWのフラッシュ加熱が行われる。フラッシュ加熱は、フラッシュランプFLからの閃光照射により行われるため、半導体ウェハーWの表面温度を短時間で上昇することができる。   The controller 3 monitors whether or not the temperature of the semiconductor wafer W measured by the radiation thermometers 120 and 130 has dropped to a predetermined temperature T2 (step S8). Then, when the radiation thermometers 120 and 130 detect that the temperature of the semiconductor wafer W has decreased to the predetermined temperature T2, flash light is irradiated from the flash lamp FL of the flash heating unit 5 toward the semiconductor wafer W ( Step S9). The temperature T2 of flash emission in this embodiment is 800 ° C. A part of the flash light emitted from the flash lamp FL directly goes to the holding unit 7 in the heat treatment space 65, and another part is once reflected by the reflector 52 and then goes into the heat treatment space 65. Flash heating of the semiconductor wafer W is performed by irradiation with flash light. Since the flash heating is performed by flash irradiation from the flash lamp FL, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be increased in a short time.

すなわち、フラッシュ加熱部5のフラッシュランプFLから照射されるフラッシュ光は、予め蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が0.1ミリ秒ないし10ミリ秒程度の極めて短く強い閃光である。そして、フラッシュランプFLからの閃光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウェハーWの表面温度は、瞬間的に1000℃ないし1100℃程度の処理温度T3まで上昇し、半導体ウェハーWに添加された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。このように、熱処理装置1では、半導体ウェハーWの表面温度を極めて短時間で昇降することができるため、半導体ウェハーWに添加された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、添加不純物の活性化に必要な時間はその熱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活性化は完了する。   That is, the flash light irradiated from the flash lamp FL of the flash heating unit 5 has an irradiation time of about 0.1 to 10 milliseconds, in which the electrostatic energy stored in advance is converted into an extremely short light pulse. It is a very short and strong flash. The surface temperature of the semiconductor wafer W flash-heated by flash irradiation from the flash lamp FL instantaneously rises to a processing temperature T3 of about 1000 ° C. to 1100 ° C., and the impurities added to the semiconductor wafer W are activated. After being done, the surface temperature drops rapidly. As described above, in the heat treatment apparatus 1, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be raised and lowered in a very short time, so that the impurities are activated while suppressing diffusion of impurities added to the semiconductor wafer W due to heat. Can do. Since the time required for activation of the added impurity is extremely short compared to the time required for thermal diffusion, activation is possible even for a short time when no diffusion of about 0.1 millisecond to 10 millisecond occurs. Is completed.

本実施形態の熱処理装置1は、ハロゲンランプHLによって加熱された温度T2(800℃)の半導体ウェハーWにフラッシュランプFLから閃光を照射してフラッシュ加熱を行っている。このため、半導体ウェハーWの表面温度を処理温度T3(1000℃〜1100℃)まで速やかに上昇させることができる。また、フラッシュ発光の温度T2から処理温度T3までのフラッシュ加熱による昇温幅が比較的小さいため(200℃〜300℃)、フラッシュランプFLから照射する閃光のエネルギーを比較的小さくすることができ、その結果フラッシュ加熱時に半導体ウェハーWに与える熱的衝撃を緩和することができる。   The heat treatment apparatus 1 of the present embodiment performs flash heating by irradiating flash light from a flash lamp FL onto a semiconductor wafer W having a temperature T2 (800 ° C.) heated by a halogen lamp HL. For this reason, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be quickly raised to the processing temperature T3 (1000 ° C. to 1100 ° C.). In addition, since the temperature rise range by flash heating from the flash emission temperature T2 to the processing temperature T3 is relatively small (200 ° C. to 300 ° C.), the energy of the flash light emitted from the flash lamp FL can be relatively small As a result, the thermal shock applied to the semiconductor wafer W during flash heating can be mitigated.

フラッシュ加熱後も放射温度計120,130による半導体ウェハーWの温度測定は継続される。そして、半導体ウェハーWの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構10の一対の移載アーム11が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン12が均熱リング75の内側から突き出て熱処理後の半導体ウェハーWを保持部7から受け取る。続いて、ゲートバルブ185により閉鎖されていた搬送開口部66が開放され、リフトピン12上に載置された半導体ウェハーWが装置外部の搬送ロボットにより搬出され(ステップS10)、熱処理装置1における半導体ウェハーWのフラッシュ加熱処理が完了する。   Even after the flash heating, the temperature measurement of the semiconductor wafer W by the radiation thermometers 120 and 130 is continued. Then, after the temperature of the semiconductor wafer W is lowered to a predetermined temperature or lower, the pair of transfer arms 11 of the transfer mechanism 10 is again moved horizontally from the retracted position to the transfer operation position, so that the lift pins 12 are leveled. The semiconductor wafer W protruding from the inside of the heat ring 75 and subjected to the heat treatment is received from the holding unit 7. Subsequently, the transfer opening 66 closed by the gate valve 185 is opened, and the semiconductor wafer W placed on the lift pins 12 is unloaded by the transfer robot outside the apparatus (step S10), and the semiconductor wafer in the heat treatment apparatus 1 is transferred. The W flash heat treatment is completed.

本実施形態の熱処理装置1は、ハロゲンランプHLを消灯した後の半導体ウェハーWの温度を放射温度計120,130によって測定している。シャッター板21の遮光位置と保持部7との間の高さ位置に設置されている放射温度計120が半導体ウェハーWから放射される赤外光の強度を測定してウェハー温度の測定を行うときには、スライド駆動機構22がシャッター板21を遮光位置に挿入する。このため、放射温度計120は、消灯直後のハロゲンランプHLから放射される外乱光の影響をうけることなく、半導体ウェハーWの温度を直接かつ正確に測定することができる。   The heat treatment apparatus 1 of the present embodiment measures the temperature of the semiconductor wafer W after turning off the halogen lamp HL with the radiation thermometers 120 and 130. When the radiation thermometer 120 installed at a height position between the light shielding position of the shutter plate 21 and the holding unit 7 measures the intensity of infrared light emitted from the semiconductor wafer W to measure the wafer temperature. The slide drive mechanism 22 inserts the shutter plate 21 into the light shielding position. For this reason, the radiation thermometer 120 can directly and accurately measure the temperature of the semiconductor wafer W without being affected by the disturbance light emitted from the halogen lamp HL immediately after being turned off.

また、ハロゲン加熱部4に設けられた放射温度計130は、半導体ウェハーWから放射される赤外光を遮光位置に挿入されたシャッター板21の小孔23を介して受光してウェハー温度を測定する。放射温度計130の石英ロッド133の先端とシャッター板21との距離は3mm以下であるため、放射温度計130は、消灯直後のハロゲンランプHLから放射される外乱光の影響を最小限に抑制しつつ、半導体ウェハーWの温度を直接かつ正確に測定することができる。   The radiation thermometer 130 provided in the halogen heating unit 4 receives the infrared light emitted from the semiconductor wafer W through the small hole 23 of the shutter plate 21 inserted in the light shielding position, and measures the wafer temperature. To do. Since the distance between the tip of the quartz rod 133 of the radiation thermometer 130 and the shutter plate 21 is 3 mm or less, the radiation thermometer 130 minimizes the influence of disturbance light radiated from the halogen lamp HL immediately after extinguishing. Meanwhile, the temperature of the semiconductor wafer W can be directly and accurately measured.

ハロゲンランプHL消灯後の半導体ウェハーWの温度を放射温度計120,130によって正確に測定することにより、半導体ウェハーWが温度T2まで降温したときに再現良くフラッシュ発光を行うことができ、その結果フラッシュ加熱時の半導体ウェハーWの表面温度を安定して処理温度T3に昇温することができる。   By accurately measuring the temperature of the semiconductor wafer W after the halogen lamp HL is extinguished by the radiation thermometers 120 and 130, the flash emission can be performed with good reproducibility when the temperature of the semiconductor wafer W is lowered to the temperature T2. The surface temperature of the semiconductor wafer W during heating can be stably raised to the processing temperature T3.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、ハロゲンランプHLを消灯した後の半導体ウェハーWの温度を放射温度計120,130によって測定していたが、これと併せて、接触式温度計140による測定を行うようにしても良い。もっとも、熱電対によって温度測定を行う接触式温度計140は、放射温度計120,130に比較して応答性が低く、フラッシュ発光のタイミング決定には放射温度計120,130による測定結果を用いる方が好ましい。その一方、接触式温度計140は、外乱光による影響を全く受けないため、ハロゲンランプHLを点灯しているときには放射温度計120,130よりも正確に半導体ウェハーWの温度を測定することができる。   While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the temperature of the semiconductor wafer W after the halogen lamp HL is turned off is measured by the radiation thermometers 120 and 130. In addition to this, the measurement by the contact thermometer 140 is performed. Anyway. However, the contact-type thermometer 140 that measures the temperature with a thermocouple is less responsive than the radiation thermometers 120 and 130, and the measurement result of the radiation thermometers 120 and 130 is used to determine the timing of flash emission. Is preferred. On the other hand, since the contact-type thermometer 140 is not affected by ambient light at all, the temperature of the semiconductor wafer W can be measured more accurately than the radiation thermometers 120 and 130 when the halogen lamp HL is turned on. .

また、上記実施形態においては、異なる位置に2つの放射温度計120,130を設けていたが、正確に半導体ウェハーWの温度を測定できるのであればいずれか一方のみ設けるようにしても良い。放射温度計120については、測定対象である半導体ウェハーWからの距離が近く、しかもシャッター板21を遮光位置に挿入することによってハロゲンランプHLからの外乱光の影響をほぼ完全に無くすことができるという利点がある。また、シャッター板21に小孔を設ける必要もない。一方、放射温度計130については、測定対象である半導体ウェハーWの主面に対して垂直方向から赤外光を受光することができるという利点がある。もっとも、上記実施形態のように、2つの放射温度計120,130を設け、双方が半導体ウェハーWの面内の互いに異なる位置(領域Aおよび領域B)の温度を測定するようにすれば、半導体ウェハーWの面内温度分布を計測することも可能である。   In the above-described embodiment, the two radiation thermometers 120 and 130 are provided at different positions, but only one of them may be provided as long as the temperature of the semiconductor wafer W can be accurately measured. As for the radiation thermometer 120, the distance from the semiconductor wafer W to be measured is short, and the influence of disturbance light from the halogen lamp HL can be almost completely eliminated by inserting the shutter plate 21 in the light shielding position. There are advantages. Further, it is not necessary to provide a small hole in the shutter plate 21. On the other hand, the radiation thermometer 130 has an advantage that infrared light can be received from a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor wafer W to be measured. However, if the two radiation thermometers 120 and 130 are provided as in the above-described embodiment and both measure the temperature at different positions (region A and region B) in the surface of the semiconductor wafer W, the semiconductor It is also possible to measure the in-plane temperature distribution of the wafer W.

また、予備加熱温度T1、フラッシュ発光を行う温度T2および処理温度T3は上記の例に限定されるものではなく、任意の温度に設定することができる。例えば、予備加熱温度T1を950℃程度としても良い。   Further, the preheating temperature T1, the temperature T2 at which flash emission is performed, and the processing temperature T3 are not limited to the above example, and can be set to arbitrary temperatures. For example, the preheating temperature T1 may be about 950 ° C.

また、上記実施形態においては、熱処理空間65に供給する処理ガスを窒素ガス(N2)としていたが、これに限定されるものではなく、例えば、ヘリウム(He)ガス、アルゴン(Ar)ガス等の不活性ガス、あるいは、酸素(02)ガスや清浄エアであっても良い。もっとも、熱処理空間65にて加熱される半導体ウェハーWは数百℃から1000℃以上の高温に昇温されるため、処理ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが好ましく、特にコスト面からは安価な窒素ガスが好ましい。 In the above embodiment, the processing gas supplied to the heat treatment space 65 is nitrogen gas (N 2 ). However, the present invention is not limited to this. For example, helium (He) gas, argon (Ar) gas, etc. Inert gas, or oxygen (0 2 ) gas or clean air may be used. However, since the semiconductor wafer W heated in the heat treatment space 65 is heated to a high temperature of several hundred to 1000 ° C., an inert gas such as nitrogen, helium, or argon is preferable as the processing gas. In terms of surface, inexpensive nitrogen gas is preferable.

また、上記実施形態においては、フラッシュ発光の温度T2よりも高温の予備加熱温度T1にまでハロゲンランプHLによって半導体ウェハーWを昇温した後、ハロゲンランプHLを消灯して半導体ウェハーWが温度T2まで降温した時点でフラッシュ加熱を行うようにしていたが、ハロゲンランプHLによって半導体ウェハーWが温度T2まで昇温したときに直ちにフラッシュランプFLのフラッシュ発光を行うようにしても良い。この場合、フラッシュ発光を行うのと同時にハロゲンランプHLを消灯するとともにシャッター板21を遮光位置に挿入し、放射温度計120,130によって降温中の半導体ウェハーWの温度を測定する。   In the above embodiment, the temperature of the semiconductor wafer W is increased by the halogen lamp HL to the preheating temperature T1 higher than the flash emission temperature T2, and then the halogen lamp HL is turned off and the semiconductor wafer W reaches the temperature T2. The flash heating is performed when the temperature is lowered. However, the flash lamp FL may be flashed immediately when the temperature of the semiconductor wafer W is increased to the temperature T2 by the halogen lamp HL. In this case, simultaneously with the flash emission, the halogen lamp HL is turned off and the shutter plate 21 is inserted into the light shielding position, and the temperature of the semiconductor wafer W being cooled is measured by the radiation thermometers 120 and 130.

また、上記実施形態においては、フラッシュ加熱部5に30本のフラッシュランプFLを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプFLの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプFLはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲン加熱部4に備えるハロゲンランプHLの本数も40本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。   In the above embodiment, the flash heating unit 5 is provided with 30 flash lamps FL. However, the present invention is not limited to this, and the number of flash lamps FL can be any number. . The flash lamp FL is not limited to a xenon flash lamp, and may be a krypton flash lamp. Further, the number of halogen lamps HL provided in the halogen heating unit 4 is not limited to 40, and may be an arbitrary number.

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。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、本発明にかかる熱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。   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. 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 is irradiated with light by the heat treatment apparatus according to the present invention, so that a polycrystalline silicon film obtained by polycrystallizing the amorphous silicon film can be formed.

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熱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 heat treatment according to the present invention is applied to 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 an apparatus.

本発明に係る熱処理装置の構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the structure of the heat processing apparatus which concerns on this invention. チャンバーの側部を拡大した部分断面図である。It is the fragmentary sectional view which expanded the side part of the chamber. 熱処理空間への気体供給を示す平面図である。It is a top view which shows the gas supply to heat processing space. 半導体ウェハーの保持位置から見たチャンバーの平面図である。It is the top view of the chamber seen from the holding position of the semiconductor wafer. 移載機構の平面図である。It is a top view of a transfer mechanism. 移載機構の側面図である。It is a side view of a transfer mechanism. 複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of a some halogen lamp. 熱処理装置における半導体ウェハーの温度測定機構を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the temperature measurement mechanism of the semiconductor wafer in a heat processing apparatus. 熱処理時の半導体ウェハーの温度プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the temperature profile of the semiconductor wafer at the time of heat processing. 図1の熱処理装置における半導体ウェハーの処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the semiconductor wafer in the heat processing apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 熱処理装置
2 シャッター機構
3 制御部
4 ハロゲン加熱部
5 フラッシュ加熱部
6 チャンバー
7 保持部
10 移載機構
21 シャッター板
22 スライド駆動機構
23 小孔
61 チャンバー側部
62 凹部
63 上側チャンバー窓
64 下側チャンバー窓
65 熱処理空間
70 サセプタ
75 均熱リング
120,130 放射温度計
133 石英ロッド
140 接触式温度計
FL フラッシュランプ
HL ハロゲンランプ
W 半導体ウェハー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat processing apparatus 2 Shutter mechanism 3 Control part 4 Halogen heating part 5 Flash heating part 6 Chamber 7 Holding part 10 Transfer mechanism 21 Shutter plate 22 Slide drive mechanism 23 Small hole 61 Chamber side part 62 Recessed part 63 Upper chamber window 64 Lower chamber Window 65 Heat treatment space 70 Susceptor 75 Soaking ring 120, 130 Radiation thermometer 133 Quartz rod 140 Contact thermometer FL Flash lamp HL Halogen lamp W Semiconductor wafer

Claims (7)

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、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を水平姿勢に保持する保持手段と、
前記チャンバーの上側に設けられ、前記保持手段に保持された基板にフラッシュ光を照射して加熱する第1光照射手段と、
前記チャンバーの下側に設けられ、前記保持手段に保持された基板に光を照射して加熱する第2光照射手段と、
前記第2光照射手段から照射された光を遮光するシャッター部材と、
前記第2光照射手段と前記保持手段との間の遮光位置に前記シャッター部材を挿脱するシャッター駆動手段と、
前記保持手段に保持された基板の斜め下方であって当該基板と平面視で重ならない位置に設けられ、前記保持手段に保持された基板から放射される赤外光の強度を測定して当該基板の温度を測定する第1放射温度計と、
を備え、
前記第1放射温度計の高さ位置は前記遮光位置と前記保持手段との間であり、
前記第1放射温度計が基板の温度を測定するときには、前記シャッター駆動手段が前記シャッター部材を前記遮光位置に挿入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 chamber for housing the substrate;
Holding means for holding the substrate in a horizontal position in the chamber;
A first light irradiating means provided on the upper side of the chamber and irradiating the substrate held by the holding means with flash light;
A second light irradiating means provided on the lower side of the chamber and irradiating and heating the substrate held by the holding means;
A shutter member for shielding light emitted from the second light irradiation means;
Shutter driving means for inserting and removing the shutter member at a light shielding position between the second light irradiation means and the holding means;
The substrate is measured by measuring the intensity of infrared light that is provided obliquely below the substrate held by the holding means and does not overlap with the substrate in plan view and emitted from the substrate held by the holding means. A first radiation thermometer for measuring the temperature of
With
The height position of the first radiation thermometer is between the light shielding position and the holding means,
When the first radiation thermometer measures the temperature of the substrate, the shutter driving means inserts the shutter member into the light shielding position.
請求項1記載の熱処理装置において、
前記保持手段に保持された基板の直下であって前記遮光位置よりも下方に設けられ、前記保持手段に保持された基板から放射される赤外光の強度を測定して当該基板の温度を測定する第2放射温度計をさらに備え、
前記シャッター部材には、前記遮光位置に挿入されたときの前記第2放射温度計の直上部位に穴が形成されていることを特徴とする熱処理装置。
The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein
The temperature of the substrate is measured by measuring the intensity of infrared light that is provided directly below the substrate held by the holding unit and below the light shielding position and emitted from the substrate held by the holding unit. A second radiation thermometer
A heat treatment apparatus, wherein a hole is formed in the shutter member at a position directly above the second radiation thermometer when inserted into the light shielding position.
請求項2記載の熱処理装置において、
前記第2放射温度計は、基板からの赤外光を受光する石英ロッドを含み、
前記遮光位置に挿入された前記シャッター部材と前記石英ロッドの先端との距離は3mm以下であることを特徴とする熱処理装置。
The heat treatment apparatus according to claim 2,
The second radiation thermometer includes a quartz rod that receives infrared light from the substrate,
A heat treatment apparatus, wherein a distance between the shutter member inserted at the light shielding position and a tip of the quartz rod is 3 mm or less.
請求項2または請求項3に記載の熱処理装置において、
前記第1放射温度計および前記第2放射温度計によって温度測定される基板面内の位置は互いに異なることを特徴とする熱処理装置。
In the heat treatment apparatus according to claim 2 or claim 3,
The heat treatment apparatus characterized in that positions on the substrate surface where temperatures are measured by the first radiation thermometer and the second radiation thermometer are different from each other.
請求項1から請求項4のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記保持手段に保持された基板に接触して当該基板の温度を測定する接触式温度計をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
In the heat processing apparatus in any one of Claims 1-4,
A heat treatment apparatus, further comprising a contact thermometer that contacts the substrate held by the holding means and measures the temperature of the substrate.
請求項1から請求項5のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記第2光照射手段からの光照射によって基板が所定温度以上に加熱された後、前記シャッター部材が前記遮光位置に挿入されて前記第1放射温度計によって測定された基板の温度が前記所定温度まで降温した時点で当該基板にフラッシュ光を照射するように前記第1光照射手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
In the heat processing apparatus in any one of Claims 1-5,
After the substrate is heated to a predetermined temperature or higher by light irradiation from the second light irradiation means, the temperature of the substrate measured by the first radiation thermometer after the shutter member is inserted into the light shielding position is the predetermined temperature. And a control means for controlling the first light irradiating means so as to irradiate the substrate with flash light when the temperature is lowered to a temperature.
請求項6記載の熱処理装置において、
前記第1光照射手段はフラッシュランプを備え、
前記第2光照射手段はハロゲンランプを備えることを特徴とする熱処理装置。
The heat treatment apparatus according to claim 6, wherein
The first light irradiation means includes a flash lamp,
The heat treatment apparatus, wherein the second light irradiation means includes a halogen lamp.
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