JP2010003801A - Heat treatment device - Google Patents
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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)に対して閃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 a semiconductor wafer, a glass substrate or the like (hereinafter simply referred to as “substrate”) with flash light.
従来より、不純物注入後の半導体ウェハーの不純物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、半導体ウェハーの不純物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 impurity activation process of a semiconductor wafer after impurity implantation. In such a lamp annealing apparatus, the semiconductor wafer is heated (annealed) to a temperature of about 1000 ° C. to 1100 ° C., for example, to activate the impurities of the semiconductor wafer. 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不純物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不純物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 the impurity activation of the semiconductor wafer is performed using the above-described lamp annealing apparatus that raises the temperature of the semiconductor wafer at a speed of about several hundred degrees per second, impurities 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、不純物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、不純物を深く拡散させることなく、不純物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 impurities have been implanted is irradiated by flashing the surface of the semiconductor wafer using a xenon flash lamp (hereinafter simply referred to as “flash lamp” means 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 the xenon flash lamp, only the impurity activation can be performed without deeply diffusing the impurities.
キセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置においては、極めて高いエネルギーを有する光を瞬間的に半導体ウェハーに照射するため、一瞬で半導体ウェハーの表面温度が急速に上昇し、ウェハー表面に急激な熱膨張が生じて半導体ウェハーが高い確率で割れていた。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特有の割れを解決するために、例えば特許文献1,2には半導体ウェハーを保持するサセプタのウェハポケットの周縁部にテーパを形成する技術が開示されている。
In heat treatment equipment that uses a xenon flash lamp, the semiconductor wafer is irradiated with extremely high energy light instantaneously, so the surface temperature of the semiconductor wafer rises rapidly and abrupt thermal expansion occurs on the wafer surface. The semiconductor wafer was broken with high probability. In order to solve the cracks peculiar to the heat treatment using such a xenon flash lamp, for example,
特許文献1,2に開示されているような技術を用いることによって、キセノンフラッシュランプを使用した場合における半導体ウェハーの割れをある程度は防止できるようになったものの、半導体ウェハーの種類や熱処理条件(予備加熱温度、照射エネルギー)によっては依然として相当な頻度で割れが生じていた。
By using techniques such as those disclosed in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュランプからの閃光照射時の基板の割れを防止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 of the present invention is to provide a heat treatment apparatus that can prevent the substrate from being cracked during flash irradiation from a flash lamp.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、基板に対して閃光を照射することによって該基板を加熱する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部材と、前記保持部材に保持された基板に閃光を照射するフラッシュランプと、前記保持部材に保持された前記基板を光照射によって予備加熱する光照射手段と、を備え、前記保持部材は、平面視で前記基板の平面サイズよりも小さな平板状の凹部を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
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、前記基板は円板形状を有し、前記凹部は前記基板よりも小径の円板形状であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first aspect of the invention, the substrate has a disk shape, and the concave portion has a disk shape having a smaller diameter than the substrate.
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、前記凹部の深さは1mm以上10mm以下であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the second aspect of the present invention, the depth of the recess is 1 mm or more and 10 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、前記凹部の直径は、前記基板の直径の80%以上99%以下であ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 diameter of the recess is not less than 80% and not more than 99% of the diameter of the substrate.
また、請求項5の発明は、基板に対して閃光を照射することによって該基板を加熱する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部材と、前記保持部材に保持された基板に閃光を照射するフラッシュランプと、前記保持部材に保持された前記基板を光照射によって予備加熱する光照射手段と、を備え、前記保持部材は、上方に向かって開口が広くなる円錐台形状の凹部を備え、前記円錐台形状の上底面は前記基板の平面サイズよりも大きく、下底面は該平面サイズよりも小さいことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating a flash with the substrate, a chamber for accommodating the substrate, and a holding member for holding the substrate in a horizontal posture in the chamber. A flash lamp for irradiating the substrate held by the holding member with flash light; and a light irradiation means for preheating the substrate held by the holding member by light irradiation, the holding member facing upward. In this case, a truncated cone-shaped concave portion having a wide opening is provided, and the upper bottom surface of the truncated cone shape is larger than the planar size of the substrate, and the lower bottom surface is smaller than the planar size.
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、前記保持部材は石英にて形成され、前記光照射手段は前記チャンバーの下方から光照射を行い、前記フラッシュランプは前記チャンバーの上方から閃光照射を行うことを特徴とする。
The invention of
また、請求項7の発明は、請求項1から請求項6のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記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 any one of the first to sixth aspects, the light irradiation means includes a halogen lamp.
本発明によれば、保持部材と基板との間に気体層が挟み込まれることとなり、フラッシュランプからの閃光照射時にはその気体層が抵抗となって基板の振動を抑制して基板の割れを防止することができる。また、気体層によって保持部材と基板との間の熱伝導を防いで保持部材からの熱影響を最小限に抑制することができる。 According to the present invention, the gas layer is sandwiched between the holding member and the substrate, and the gas layer acts as a resistance during flash irradiation from the flash lamp to suppress the vibration of the substrate and prevent the substrate from cracking. be able to. Moreover, the heat conduction between the holding member and the substrate can be prevented by the gas layer, and the thermal influence from the holding member can be suppressed to the minimum.
特に、請求項2の発明によれば、基板の端縁部が線接触にて保持されることとなるため、保持部が摩耗するおそれはなく、しかも基板の下面に傷が付くことも防止される。
In particular, according to the invention of
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の構成を示す縦断面図である。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 longitudinal sectional view showing a configuration of a
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
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
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
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の内壁面にくぼみ部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くぼみ部62が形成される。くぼみ部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。
By attaching the
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の内周面は電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。
The
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はくぼみ部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からくぼみ部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
また、チャンバー6の内壁上部には熱処理空間65に処理ガス(本実施形態では窒素ガス(N2))を供給するガス供給孔81が形設されている。ガス供給孔81は、くぼみ部62よりも上側位置に形設されており、反射リング68に設けられていても良い。ガス供給孔81はチャンバー6の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間82を介してガス供給管83に連通接続されている。ガス供給管83は窒素ガス供給源85に接続されている。また、ガス供給管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、ガス供給孔81よりも流体抵抗の小さい緩衝空間82内を拡がるように流れてガス供給孔81から熱処理空間65内へと供給される。
Further, a
一方、チャンバー6の内壁下部には熱処理空間65内の気体を排気するガス排気孔86が形設されている。ガス排気孔86は、くぼみ部62よりも下側位置に形設されており、反射リング69に設けられていても良い。ガス排気孔86はチャンバー6の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間87を介してガス排気管88に連通接続されている。ガス排気管88は排気部90に接続されている。また、ガス排気管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の気体がガス排気孔86から緩衝空間87を経てガス排気管88へと排出される。なお、ガス供給孔81およびガス排気孔86は、チャンバー6の周方向に沿って複数設けられていても良いし、スリット状のものであっても良い。また、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。
On the other hand, a
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ガス排気管91が接続されている。ガス排気管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。
A
保持部7は、サセプタ70および保持プレート74を備えて構成される。図2は保持プレート74の斜視図であり、図3は保持プレート74の縦断面図である。また、図4は、保持プレート74を含む保持部7全体の平面図である。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。
The holding unit 7 includes a
保持プレート74は石英にて形成された概略円板状部材である。保持プレート74の直径は半導体ウェハーWの直径よりも大きい。保持プレート74には、平面視で半導体ウェハーWの直径よりも小さな直径を有する円板形状の凹部(ザグリ)78が形設されている。凹部78は平坦な円板形状であるため、保持プレート74に保持された半導体ウェハーWと凹部78の底面とは平行となる。
The holding
凹部78の深さtは1mm以上10mm以下であり、本実施形態においては3mmとしている。また、円板形状である凹部78の直径r1は円形の半導体ウェハーWの直径r2(通常は300mmまたは200mm)の80%以上99%以下とされている。
The depth t of the
このような凹部78が形成された保持プレート74によって半導体ウェハーWを保持するときには、凹部78よりも半導体ウェハーWの方が大きいため、図3,4に示すように、凹部78を囲繞する円環状のエッジ部79によって半導体ウェハーWの端縁部が線接触にて支持されることとなる。その結果、半導体ウェハーWの下面と凹部78の底面と間に所定間隔の隙間が形成され、その隙間に気体層が挟み込まれることとなる。
When the semiconductor wafer W is held by the holding
また、保持プレート74の上面(凹部78を囲む上段部分)には、保持プレート74の外周円と同心円の周上に沿って複数本(本実施形態では6本)のガイドピン76が立設されている。6本のガイドピン76によって形成される円の径は半導体ウェハーWの径よりも若干大きい。各ガイドピン76は石英にて形成されている。なお、これら複数個のガイドピン76に代えて上側に向けて拡がるように水平面と所定の角度をなすテーパ面が形成された円環状部材を設けるようにしても良い。
A plurality of (six in this embodiment) guide pins 76 are provided on the upper surface of the holding plate 74 (upper portion surrounding the recess 78) along a circumference that is concentric with the outer circumference of the holding
リング部71がくぼみ部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。そして、保持プレート74はチャンバー6に装着されたサセプタ70の爪部72によって支持される。チャンバー6に搬入された半導体ウェハーWはサセプタ70に支持された保持プレート74の上に水平姿勢にて載置される。
The
図5は、サセプタ70によって支持される保持プレート74を示す図である。サセプタ70の各爪部72には支持棒73が立設されている。支持棒73の上端部が保持プレート74の下面に穿設された穴部に嵌合することによって、保持プレート74が位置ずれすることなくサセプタ70に支持される。
FIG. 5 is a view showing the holding
また、ガイドピン76も保持プレート74の上面に穿設された穴部に嵌着されて立設されている。保持プレート74の上面に立設されたガイドピン76の上端は当該上面から突出し、その高さ位置は保持プレート74によって保持される半導体ウェハーWの上面よりも高い。このため、複数のガイドピン76によって半導体ウェハーWの水平方向の位置ずれが防止される。なお、ガイドピン76を保持プレート74と一体に加工するようにしても良い。
The guide pins 76 are also erected by being fitted into holes formed in the upper surface of the holding
また、図2および図4に示すように、保持プレート74には、2つの開口部75が形成されている。2つの開口部75は、図示を省略する接触式温度計および放射温度計が保持プレート74に保持された半導体ウェハーWの温度を測定するためのものである。接触式温度計は、熱電対を備えており、その熱電対の先端を一方の開口部75を介して半導体ウェハーWの下面に接触させる。また、放射温度計は、赤外線センサを備えており、他方の開口部75を介して半導体ウェハーWの下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。
As shown in FIGS. 2 and 4, the holding
図6は、移載機構10の平面図である。また、図7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、概ね円環状のくぼみ部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6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6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. 6 is a plan view of the
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が保持プレート74に穿設された貫通孔77(図2,4参照)を通過し、リフトピン12の上端が保持プレート74の上面から突き出る。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てリフトピン12を貫通孔77から抜き取り、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。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はくぼみ部62の底面に載置されているため、移載アーム11の退避位置はくぼみ部62の内側となる。なお、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の近傍にも図示省略の排気機構が設けられており、移載機構10の駆動部周辺の雰囲気がチャンバー6の外部に排出されるように構成されている。
The pair of
図1に戻り、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。
Returning to FIG. 1, the
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、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。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, when the insulation is broken by applying a high voltage to the trigger electrode, the electricity stored in the capacitor flows instantaneously in the glass tube, and light is emitted by excitation of atoms or molecules of xenon at that time. 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
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8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
また、図8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端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の端縁部により多い光量の照射を行うことができる。 In addition, as shown in FIG. 8, the arrangement density of the halogen lamps HL in the region facing the edge portion is higher than the region facing the center portion of the semiconductor wafer W held by the holding portion 7 in both the upper and lower steps. ing. 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 edge 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、図1に示すように、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。
As shown in FIG. 1, the
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
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
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 for the semiconductor wafer W in the
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、ガス供給孔81から熱処理空間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、ガス排気孔86からチャンバー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の下部から排気される。
First, the
また、バルブ92が開放されることによって、搬送開口部66からもチャンバー6内の気体が排気される。さらに、図示省略の排気機構によって移載機構10の駆動部周辺の雰囲気も排気される。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9の処理ステップに応じて適宜変更される。
Further, when the
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を介して不純物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が貫通孔77を通って保持プレート74の上面から突き出て半導体ウェハーWを受け取る。
Subsequently, the
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の保持プレート74に受け渡されて水平姿勢に保持される。保持プレート74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、すなわちくぼみ部62の内側に退避する。
After the semiconductor wafer W is placed on the lift pins 12, the transfer robot leaves the
凹部78の直径r1は半導体ウェハーWの直径r2の80%以上99%以下であるため、一対の移載アーム11が移載動作位置で下降すると、半導体ウェハーWの端縁部が凹部78を囲繞する円環状のエッジ部79によって線接触にて支持されることとなる。これにより、半導体ウェハーWの下面と凹部78の底面と間に厚さ3mmの隙間が形成され、その隙間に気体層が挟み込まれることとなる。
Since the diameter r1 of the
半導体ウェハーWが保持部7の保持プレート74に載置されて保持された後、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および保持プレート74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。また、ハロゲンランプHLから出射された光のうち特に赤外領域の光の一部は石英製の下側チャンバー窓64および保持プレート74によって吸収されるため、これらも若干温度上昇する。なお、移載機構10の移載アーム11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くぼみ部62の内側に退避しているため、ハロゲンランプHLから半導体ウェハーWに照射された光が移載アーム11によって遮られることはない。
After the semiconductor wafer W is placed and held on the holding
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の端縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、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端縁部に対向する領域の方が高くなっている。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーWの端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 edge portion of the semiconductor wafer W that is more likely to radiate heat tends to be lower than that in the central portion. However, the arrangement density of the halogen lamps HL in the halogen heating portion 4 is The region facing the edge portion is higher than the region facing the central portion. For this reason, the light quantity irradiated to the edge part of the semiconductor wafer W which is easy to generate heat 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の内周面は鏡面とされているため、この反射リング69の内周面によって半導体ウェハーWの端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。
Furthermore, since the inner peripheral surface of the
ハロゲンランプHLによる予備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が保持部7に保持された半導体ウェハーWの下面に保持プレート74の開口部75を介して接触して昇温中のウェハー温度を測定する。測定された半導体ウェハーWの温度は制御部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 preheating with the halogen lamp HL is performed, the temperature of the semiconductor wafer W is measured by a contact thermometer. That is, a contact-type thermometer with a built-in thermocouple contacts the lower surface of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 through the
本実施の形態においては、予備加熱温度T1は800℃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に到達したことが検知されたら直ちにステップS5に進ん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。このとき、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。
In the present embodiment, the preheating temperature T1 is 800 ° C. When it is detected that the temperature of the semiconductor wafer W has reached the preheating temperature T1, the process immediately proceeds to step S5, and flash light is irradiated from the flash lamp FL of the
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T2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。なお、フラッシュ加熱時およびその後の所定時間はハロゲンランプHLからの光照射も継続して行われている。
That is, the flash light irradiated from the flash lamp FL of the
また、本実施形態の熱処理装置1は、ハロゲンランプHLによって半導体ウェハーWを予備加熱温度T1(800℃)にまで予備加熱してからフラッシュランプFLからの閃光照射によってフラッシュ加熱を行っている。半導体ウェハーWの温度が600℃以上になると添加された不純物の熱拡散が生じる可能性があるが、ハロゲンランプHLは比較的急速に半導体ウェハーWを800℃まで昇温することができるため、添加不純物の拡散を最小限に抑制することができる。また、半導体ウェハーWを予備加熱温度T1にまで昇温してからフラッシュランプFLからの閃光照射を行うことにより、半導体ウェハーWの表面温度を処理温度T2まで速やかに上昇させることができる。さらに、予備加熱温度T1から処理温度T2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、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。
In the
フラッシュランプFLが点灯してフラッシュ加熱が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプHLが消灯し、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 flash lamp FL is turned on and the flash heating is completed, the halogen lamp HL is turned off after a predetermined time has elapsed, and the temperature of the semiconductor wafer W is started to be lowered (step S6). At the same time that the halogen lamp HL is extinguished, the
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による温度測定を開始する。すなわち、保持部7に保持された半導体ウェハーWの下面から保持プレート74の開口部75を介して放射された赤外光の強度を放射温度計が測定して降温中の半導体ウェハーWの温度を測定する。測定された半導体ウェハーWの温度は制御部3に伝達される。
Further, temperature measurement with a radiation thermometer is started when the
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、放射温度計はシャッター板21が遮光位置に挿入されているときに半導体ウェハーWの温度測定を行うため、ハロゲンランプHLからチャンバー6内の熱処理空間65へと向かう放射光は遮光される。従って、放射温度計は外乱光の影響を受けることなく、保持プレート74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。
Although a certain amount of radiation continues to be emitted from the high-temperature halogen lamp HL immediately after the light is turned off, the radiation thermometer measures the temperature of the semiconductor wafer W when the
制御部3は、放射温度計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が保持プレート74の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーWを保持プレート74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S9)、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。
The
ところで、上記の熱処理工程において、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T2まで上昇する一方、その瞬間の裏面温度は予備加熱温度T1からさほどには上昇しない。このため、ウェハー表面側のみに急激な熱膨張が生じ、半導体ウェハーWに上面を凸面とするように反ろうとする応力が作用する。次に瞬間には、半導体ウェハーWの表面温度が急速に下降する一方、表面から裏面への熱伝導により裏面温度も若干上昇するため、半導体ウェハーWには上記とは逆向きに反ろうとする応力が作用する。その結果、半導体ウェハーWが保持プレート74の上で激しく振動しようとする。
Meanwhile, in the above heat treatment step, the surface temperature of the semiconductor wafer W flash-heated by flash irradiation from the flash lamp FL instantaneously rises to a processing temperature T2 of about 1000 ° C. to 1100 ° C., while the back surface temperature at that moment Does not increase so much from the preheating temperature T1. For this reason, rapid thermal expansion occurs only on the wafer surface side, and stress that warps the semiconductor wafer W so that the upper surface is convex is applied. Next, at the moment, the surface temperature of the semiconductor wafer W rapidly decreases, but the back surface temperature also slightly increases due to heat conduction from the front surface to the back surface, so that the semiconductor wafer W has a stress that tends to warp in the opposite direction. Act. As a result, the semiconductor wafer W tries to vibrate vigorously on the holding
本実施形態においては、半導体ウェハーWの端縁部が凹部78を囲繞するエッジ部79によって線接触にて支持され、半導体ウェハーWの下面と凹部78の底面と間に厚さ3mmのほぼ閉じられた隙間が形成されている。これにより、半導体ウェハーWの下面内側部分と凹部78との間には厚さ3mmの薄い気体層が挟み込まれることとなる。このような薄い気体層は半導体ウェハーWの振動の抵抗として作用する。すなわち、半導体ウェハーWの下面内側部分と凹部78との間の薄い気体層へは瞬間的な気体の出入りが困難であるため、極短時間での容積変化が生じにくく、これが半導体ウェハーWの振動の抵抗となるのである。その結果、フラッシュランプFLからの閃光照射がなされたときにも、半導体ウェハーWは保持プレート74のエッジ部79に支持されたままほとんど動かず、半導体ウェハーWの割れを防止することができる。
In the present embodiment, the edge portion of the semiconductor wafer W is supported by line contact by the
なお、凹部78には開口部75および貫通孔77が形成されており、半導体ウェハーWの下面と凹部78との間の隙間は完全な気密とはされていない。しかし、フラッシュ光の照射時間は0.1ミリ秒ないし10ミリ秒程度の極めて短いものであり、この程度の極短時間で開口部75または貫通孔77から大量に気体が出入りすることは不可能であるため、上記の気体層はフラッシュ加熱時における半導体ウェハーWの振動の抵抗に十分なり得る。
Note that an
また、半導体ウェハーWの下面と凹部78との間に厚さ3mmの気体層が挟み込まれるため、半導体ウェハーWの温度は保持プレート74からの影響を受けにくい。保持プレート74は石英にて形成されているため、予備加熱段階におけるハロゲンランプHLからのハロゲン光による温度上昇の程度はシリコンの半導体ウェハーWに比較すると低い。このためロットを構成する複数の半導体ウェハーWを連続して処理する場合に、上記の気体層が存在しなければ、特に最初に処理する半導体ウェハーWについては保持プレート74に熱が伝導して予備加熱温度T1まで昇温するのに長時間を要する。逆に、ロットの2枚目以降の半導体ウェハーWについては、既にある程度昇温された保持プレート74からの熱影響を受けるため、予備加熱温度T1までの昇温時間が短くなる。よって、1つのロット内において半導体ウェハーW間の温度履歴にバラツキが生じる。
Further, since a gas layer having a thickness of 3 mm is sandwiched between the lower surface of the semiconductor wafer W and the
本実施形態においては、半導体ウェハーWの下面と凹部78との間に厚さ3mmの気体層が挟み込まれるため、半導体ウェハーWと保持プレート74との間での熱伝導が生じにくく、連続して処理する複数の半導体ウェハーW間での上述のような温度履歴のバラツキを抑制することができる。
In the present embodiment, since a gas layer having a thickness of 3 mm is sandwiched between the lower surface of the semiconductor wafer W and the
凹部78の深さtが1mm未満であると、半導体ウェハーWが凹部78の底面に近接して保持されることとなるため、半導体ウェハーWと保持プレート74との間での熱伝導が生じやすくなり、連続して処理する複数の半導体ウェハーW間での温度履歴のバラツキが発生する。このため、凹部78の深さtは1mm以上とする必要があり、半導体ウェハーWと保持プレート74との間での熱伝導をより効果的に防ぐためには3mm以上とするのが好ましい。
If the depth t of the
一方、凹部78の深さtが10mmを超えると、半導体ウェハーWの下面内側部分と凹部78との間に形成される気体層が厚くなり、その容積変化が比較的容易となるため、気体層がフラッシュ加熱時における半導体ウェハーWの振動の抵抗となり得なくなる。このため、凹部78の深さtは10mm以下とする必要があり、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーWの振動をより効果的に抑制するためには5mm以下とするのが好ましい。よって、凹部78の深さtは1mm以上10mm以下としており、望ましくは3mm以上5mm以下である。
On the other hand, when the depth t of the
また、半導体ウェハーWと保持プレート74との間の熱伝導をより少なくして半導体ウェハーW間での温度履歴のバラツキを抑制するためには、エッジ部79と半導体ウェハーWとの接触面積をなるべく小さくしておくのが好ましく、少なくとも凹部78の直径r1を半導体ウェハーWの直径r2の80%以上としておくのが好ましい。このため、凹部78の直径r1は半導体ウェハーWの直径r2の80%以上99%以下としている。なお、凹部78の直径r1を半導体ウェハーWの直径r2の99%以下としているのは、エッジ部79によって半導体ウェハーWを確実に保持するためである。
Further, in order to reduce the heat conduction between the semiconductor wafer W and the holding
また、本実施形態においては、保持プレート74の凹部78を囲繞する円環状のエッジ部79によって半導体ウェハーWの端縁部を線接触にて支持しているため、ピンなどによって点接触で半導体ウェハーWを支持するのに比較して接触面積が広くなり、エッジ部79との接触部位における単位面積当たりの荷重は小さくなる。このため、フラッシュ加熱時に半導体ウェハーWが若干動いても、保持プレート74のエッジ部79が摩耗するおそれはなく、しかも半導体ウェハーWの下面端縁部に傷が付くおそれもない。
In this embodiment, since the edge of the semiconductor wafer W is supported by line contact by the
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、保持プレート74に平面視で半導体ウェハーWの直径よりも小さな直径を有する円板形状の凹部78を形設していたが、凹部78の形状は円板形状に限定されるものではない。凹部78の形状としては、例えば多角形の板状であってもよく、平面視で半導体ウェハーWの平面サイズよりも小さな平板状であれば半導体ウェハーWと凹部との間に概ね閉じた隙間を形成して気体層を挟み込むことができ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。もっとも、凹部78の平面形状は処理対象基板の平面形状と相似形であることが好ましく、円形の半導体ウェハーWであれば円板形状の凹部78が好ましい。
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 embodiment, the disk-shaped
また、保持プレート74に図10に示すような凹部178を形設しても良い。この保持プレート74には、上方に向かって開口が広くなる円錐台形状の凹部178が形設されている。そして、その円錐台形状の上底面(凹部178の開口面)は半導体ウェハーWの平面サイズよりも大きく、下底面(凹部178の底面178a)は半導体ウェハーWの平面サイズよりも小さい。従って、凹部178が形成された保持プレート74によって半導体ウェハーWを保持するときには、図10に示すように、凹部178のテーパ面178bによって半導体ウェハーWの端縁部が支持されることとなる。その結果、半導体ウェハーWの下面と保持プレート74の上面と間に隙間が形成されて気体層が挟み込まれることとなる。
Further, the holding
図10に示すような凹部178を形成した保持プレート74にて半導体ウェハーWを保持してフラッシュ加熱を行うようにしても、半導体ウェハーWの下面と凹部178の底面178aとの間に気体層が挟み込まれるため、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーWの振動を抑制することができるとともに、半導体ウェハーWと保持プレート74との間での熱伝導を防止して複数の半導体ウェハーW間での温度履歴のバラツキを抑制することができる。
Even when the semiconductor wafer W is held by the holding
また、上記実施形態においては、半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1に到達した時点でハロゲンランプHLを点灯したままフラッシュランプFLからの閃光照射を行うようにしていたが、半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1に到達する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てフラッシュランプFLからの閃光照射を行うようにしても良い。また、ハロゲンランプHLによって半導体ウェハーWを予備加熱温度T1を超えて昇温した後、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て半導体ウェハーWが予備加熱温度T1にまで降温した時点で閃光照射を行うようにしても良い。
In the above embodiment, when the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the flash lamp FL is irradiated while the halogen lamp HL is turned on. As soon as the temperature reaches the preheating temperature T1, the halogen lamp HL is turned off, and the
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
また、本発明に係る熱処理装置によって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く、液晶表示装置などに用いるガラス基板であっても良い。処理対象基板が矩形のガラス基板であれば、凹部78を当該ガラス基板と相似形の矩形板形状とするのが好ましい。
The substrate to be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and may be a glass substrate used for a liquid crystal display device or the like. If the substrate to be processed is a rectangular glass substrate, it is preferable that the
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
61 チャンバー側部
62 くぼみ部
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
71 リング部
72 爪部
74 保持プレート
75 開口部
78,178 凹部
79 エッジ部
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
Claims (7)
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部材と、
前記保持部材に保持された基板に閃光を照射するフラッシュランプと、
前記保持部材に保持された前記基板を光照射によって予備加熱する光照射手段と、
を備え、
前記保持部材は、平面視で前記基板の平面サイズよりも小さな平板状の凹部を備えることを特徴とする熱処理装置。 A heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating a flash with the substrate,
A chamber for housing the substrate;
A holding member for holding the substrate in a horizontal position in the chamber;
A flash lamp for irradiating a flash on the substrate held by the holding member;
A light irradiation means for preheating the substrate held by the holding member by light irradiation;
With
The heat treatment apparatus, wherein the holding member includes a flat plate-like recess that is smaller than a planar size of the substrate in a plan view.
前記基板は円板形状を有し、
前記凹部は前記基板よりも小径の円板形状であることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein
The substrate has a disc shape;
The heat treatment apparatus characterized in that the recess has a disk shape having a smaller diameter than the substrate.
前記凹部の深さは1mm以上10mm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 depth of the said recessed part is 1 mm or more and 10 mm or less, The heat processing apparatus characterized by the above-mentioned.
前記凹部の直径は、前記基板の直径の80%以上99%以下であ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 diameter of the recess is 80% to 99% of the diameter of the substrate.
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部材と、
前記保持部材に保持された基板に閃光を照射するフラッシュランプと、
前記保持部材に保持された前記基板を光照射によって予備加熱する光照射手段と、
を備え、
前記保持部材は、上方に向かって開口が広くなる円錐台形状の凹部を備え、前記円錐台形状の上底面は前記基板の平面サイズよりも大きく、下底面は該平面サイズよりも小さいことを特徴とする熱処理装置。 A heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating a flash with the substrate,
A chamber for housing the substrate;
A holding member for holding the substrate in a horizontal position in the chamber;
A flash lamp for irradiating a flash on the substrate held by the holding member;
A light irradiation means for preheating the substrate held by the holding member by light irradiation;
With
The holding member includes a truncated cone-shaped recess having an opening that widens upward, and the upper bottom surface of the truncated cone shape is larger than the planar size of the substrate, and the lower bottom surface is smaller than the planar size. Heat treatment equipment.
前記保持部材は石英にて形成され、
前記光照射手段は前記チャンバーの下方から光照射を行い、
前記フラッシュランプは前記チャンバーの上方から閃光照射を行う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,
The holding member is made of quartz,
The light irradiation means performs light irradiation from below the chamber,
A heat treatment apparatus, wherein the flash lamp performs flash irradiation from above the chamber.
前記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。 In the heat processing apparatus in any one of Claims 1-6,
The light irradiation means includes a halogen lamp.
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