JP2010114145A

JP2010114145A - Heat treatment method and heat treatment apparatus

Info

Publication number: JP2010114145A
Application number: JP2008283294A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nishihara; 英夫西原
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2028-11-04
Also published as: JP5465416B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat treatment method and a heat treatment apparatus capable of further increasing the surface temperature of a semiconductor substrate, while suppressing cracks of the substrate. <P>SOLUTION: Two-step photoirradiation heat treatment is performed so that a total photoirradiation time is not longer than one second and that a first step of photoirradiation of a semiconductor wafer is performed by using a light-emission output L1 as an average value, and subsequently; and a second step of photoirradiation of the semiconductor wafer is performed according to the output waveform that peaks at the average light-emission output L1 of the first step and a second light-emission output L2 which is larger than the maximum light-emission outputs in the first step. Performing preliminary photoirradiation with a relatively low light-emission output in the first step and then performing intense photoirradiation with a higher peak in the second step enables the surface temperature of a semiconductor wafer to further increase with an amount of energy smaller than those in the conventional cases, while suppressing cracks in the semiconductor wafer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等（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方法および熱処理装置に関する。 The present invention relates to a heat treatment method and a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating light onto a semiconductor wafer, a glass substrate for a liquid crystal display device 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フラッシュ光を照射することにより、イオンが注入された半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間（数ミリセカンド以下）に昇温させる技術が提案されている（例えば、特許文献１，２）。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フラッシュ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フラッシュ光照射であれば、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, 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 “flash lamp” means xenon flash lamp). Has been proposed (for example, Patent Documents 1 and 2) in which the temperature is raised only for a very 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. Further, it has been found that if the flash light is irradiated 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.

特開２００４−５５８２１号公報JP 2004-55821 A 特開２００４−８８０５２号公報JP 2004-88052 A

ところで、イオンが打ち込まれた半導体ウェハーの特性を示す代表的な指標としてシート抵抗値Ｒｓが用いられている。イオンの活性化によって半導体ウェハーＷの表面のシート抵抗値が低下し、一般にはシート抵抗値が低くなっているほど良好なイオン活性化処理がなされたとされる。このため、さらなるシート抵抗値の低下が望まれている。シート抵抗値をより低下させるためには、半導体ウェハーの表面を温度をより高温に昇温すれば良い。 By the way, the sheet resistance value Rs is used as a typical index indicating the characteristics of the semiconductor wafer into which ions are implanted. The sheet resistance value on the surface of the semiconductor wafer W decreases due to the activation of ions, and generally, the lower the sheet resistance value, the better the ion activation process is performed. For this reason, further reduction of the sheet resistance value is desired. In order to further reduce the sheet resistance value, the temperature of the surface of the semiconductor wafer may be raised to a higher temperature.

しかしながら、フラッシュランプからのフラッシュ光照射によって半導体ウェハーの表面到達温度をより高温に昇温するためには、極めて短時間の間にさらに大きな照射エネルギーにてフラッシュ光を照射する必要があり、フラッシュランプやその駆動回路の負荷も大きなものとならざるを得ない。その結果、フラッシュランプの寿命が短くなるという問題も生じる。 However, in order to raise the surface temperature of the semiconductor wafer to a higher temperature by flash light irradiation from the flash lamp, it is necessary to irradiate flash light with a larger irradiation energy in a very short time. In addition, the load on the drive circuit must be large. As a result, there also arises a problem that the life of the flash lamp is shortened.

また、極めて短時間の間に巨大な照射エネルギーのフラッシュ光を照射して半導体ウェハーの表面を瞬間的に大きく昇温すると、ウェハー表面のみに急激な熱膨張が生じて半導体ウェハーが割れる(Shattering)という問題も発生する。 In addition, if the surface of a semiconductor wafer is heated to a large temperature instantaneously by irradiating flash light with enormous irradiation energy in an extremely short time, the semiconductor wafer will break due to rapid thermal expansion only on the wafer surface (Shattering). The problem also occurs.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の割れを抑制しつつ基板表面をより高温に昇温することができる熱処理方法および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 method and a heat treatment apparatus that can raise the temperature of the substrate surface to a higher temperature while suppressing cracking of the substrate.

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方法において、平均値を第１の発光出力として基板に光照射を行う第１光照射工程と、前記第１光照射工程に引き続いてピークが前記第１の発光出力および前記第１光照射工程における発光出力の最大値よりも大きな第２の発光出力となる出力波形にて基板に光照射を行う第２光照射工程と、を備え、前記第１光照射工程での光照射時間と前記第２光照射工程での光照射時間との合計が１秒以下であ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 method for heating a substrate by irradiating the substrate with light, wherein the substrate is irradiated with light having an average value as a first light emission output. Substrate with a light irradiation step and an output waveform having a second light emission output whose peak is larger than the maximum value of the first light emission output and the light emission output in the first light irradiation step following the first light irradiation step. A second light irradiation step for performing light irradiation, wherein the total of the light irradiation time in the first light irradiation step and the light irradiation time in the second light irradiation step is 1 second or less. And

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記第２の発光出力は前記第１の発光出力の１．５倍以上であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the heat treatment method according to the first aspect of the invention, the second light emission output is 1.5 times or more of the first light emission output.

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記第２光照射工程での光照射時間は０．１ミリセカンド以上１０ミリセカンド以下であることを特徴とする。 The invention of claim 3 is the heat treatment method according to claim 1 or claim 2, wherein the light irradiation time in the second light irradiation step is not less than 0.1 milliseconds and not more than 10 milliseconds. Features.

また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る熱処理方法において、前記第１光照射工程での光照射時間は５ミリセカンド以上であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the heat treatment method according to the third aspect of the present invention, the light irradiation time in the first light irradiation step is 5 milliseconds or more.

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方法において、前記第１光照射工程および前記第２光照射工程での光照射はフラッシュランプによって行うことを特徴とする。 The invention of claim 5 is the heat treatment method according to any one of claims 1 to 4, wherein the light irradiation in the first light irradiation step and the second light irradiation step is performed by a flash lamp. It is characterized by.

また、請求項６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、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段の発光出力を制御する発光制御手段と、を備え、前記発光制御手段は、光照射の総時間が１秒以下となる範囲内にて、平均値を第１の発光出力として基板に第１の光照射を行い、引き続いてピークが前記第１の発光出力および前記第１の光照射の発光出力の最大値よりも大きな第２の発光出力となる出力波形にて基板に第２の光照射を行うように前記光照射手段の発光出力を制御することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in a heat treatment apparatus that heats a substrate by irradiating the substrate with light, a holding unit that holds the substrate, and light that irradiates the substrate held by the holding unit with light. And a light emission control means for controlling the light emission output of the light irradiation means, wherein the light emission control means sets the first average value within a range where the total light irradiation time is 1 second or less. As a light emission output, the substrate is irradiated with the first light, and subsequently, an output waveform having a second light emission output whose peak is larger than the maximum value of the first light emission output and the light emission output of the first light irradiation. The light emission output of the light irradiation means is controlled so as to perform the second light irradiation on the substrate.

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２の発光出力は前記第１の発光出力の１．５倍以上であ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 second light emission output is 1.5 times or more the first light emission output.

また、請求項８の発明は、請求項６または請求項７の発明に係る熱処理装置において、前記第２の光照射の光照射時間は０．１ミリセカンド以上１０ミリセカンド以下であることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the heat treatment apparatus according to claim 6 or claim 7, wherein the light irradiation time of the second light irradiation is not less than 0.1 milliseconds and not more than 10 milliseconds. And

また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る熱処理装置において、前記第１の光照射の光照射時間は５ミリセカンド以上であることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the eighth aspect of the present invention, the light irradiation time of the first light irradiation is 5 milliseconds or more.

また、請求項１０の発明は、請求項６から請求項９のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記光照射手段はフラッシュランプを備えることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the sixth to ninth aspects, the light irradiating means includes a flash lamp.

請求項１から請求項５の発明によれば、平均値を第１の発光出力として基板に光照射を行う第１光照射工程と、それに引き続いてピークが第１の発光出力および第１光照射工程における発光出力の最大値よりも大きな第２の発光出力となる出力波形にて基板に光照射を行う第２光照射工程と、を備え、第１光照射工程での光照射時間と第２光照射工程での光照射時間との合計が１秒以下であるため、比較的弱い発光出力にて基板を予備的に加熱した後に大きなピークを有する強い光照射を行うこととなり、基板の割れを抑制しつつも基板表面をより高温に昇温することができる。 According to the first to fifth aspects of the present invention, the first light irradiation step of irradiating the substrate with the average value as the first light emission output, and the subsequent peaks having the first light emission output and the first light irradiation. A second light irradiation step of irradiating the substrate with an output waveform having a second light emission output larger than the maximum value of the light emission output in the step, wherein the light irradiation time in the first light irradiation step and the second light irradiation time Since the total of the light irradiation time in the light irradiation process is 1 second or less, strong light irradiation having a large peak is performed after the substrate is preliminarily heated with a relatively weak light emission output, and cracking of the substrate is caused. While suppressing, the substrate surface can be heated to a higher temperature.

また、請求項６から請求項１０の発明によれば、光照射の総時間が１秒以下となる範囲内にて、平均値を第１の発光出力として基板に第１の光照射を行い、引き続いてピークが第１の発光出力および第１の光照射の発光出力の最大値よりも大きな第２の発光出力となる出力波形にて基板に第２の光照射を行うため、比較的弱い発光出力にて基板を予備的に加熱した後に大きなピークを有する強い光照射を行うこととなり、基板の割れを抑制しつつも基板表面をより高温に昇温することができる。 Further, according to the inventions of claims 6 to 10, the first light irradiation is performed on the substrate with the average value as the first light emission output within a range in which the total time of the light irradiation is 1 second or less, Subsequently, the substrate is subjected to the second light irradiation with an output waveform having a second light emission output whose peak is larger than the maximum value of the first light emission output and the light emission output of the first light irradiation. After the substrate is preliminarily heated with output, strong light irradiation having a large peak is performed, and the substrate surface can be heated to a higher temperature while suppressing cracking of the substrate.

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.

まず、本発明に係る熱処理装置の全体構成について概説する。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。熱処理装置１は基板として略円形の半導体ウェハーＷに光を照射してその半導体ウェハーＷを加熱するランプアニール装置である。 First, the overall configuration of the heat treatment apparatus according to the present invention will be outlined. 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 is a lamp annealing apparatus that irradiates a substantially circular semiconductor wafer W as a substrate with light and heats the semiconductor wafer W.

熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容する略円筒形状のチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するランプハウス５と、を備える。また、熱処理装置１は、チャンバー６およびランプハウス５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 substantially cylindrical chamber 6 that accommodates a semiconductor wafer W, and a lamp house 5 that houses a plurality of flash lamps FL. Further, the heat treatment apparatus 1 includes a control unit 3 that controls each operation mechanism provided in the chamber 6 and the lamp house 5 to execute the heat treatment of the semiconductor wafer W.

チャンバー６は、ランプハウス５の下方に設けられており、略円筒状の内壁を有するチャンバー側部６３、および、チャンバー側部６３の下部を覆うチャンバー底部６２によって構成される。また、チャンバー側部６３およびチャンバー底部６２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。熱処理空間６５の上方は上部開口６０とされており、上部開口６０にはチャンバー窓６１が装着されて閉塞されている。 The chamber 6 is provided below the lamp house 5 and includes a chamber side 63 having a substantially cylindrical inner wall and a chamber bottom 62 covering the lower part of the chamber side 63. A space surrounded by the chamber side 63 and the chamber bottom 62 is defined as a heat treatment space 65. An upper opening 60 is formed above the heat treatment space 65, and a chamber window 61 is attached to the upper opening 60 to be closed.

チャンバー６の天井部を構成するチャンバー窓６１は、石英により形成された円板形状部材であり、ランプハウス５から出射された光を熱処理空間６５に透過する石英窓として機能する。チャンバー６の本体を構成するチャンバー底部６２およびチャンバー側部６３は、例えば、ステンレススチール等の強度と耐熱性に優れた金属材料にて形成されており、チャンバー側部６３の内側面の上部のリング６３１は、光照射による劣化に対してステンレススチールより優れた耐久性を有するアルミニウム（Ａｌ）合金等で形成されている。 The chamber window 61 constituting the ceiling portion of the chamber 6 is a disk-shaped member made of quartz and functions as a quartz window that transmits the light emitted from the lamp house 5 to the heat treatment space 65. The chamber bottom 62 and the chamber side 63 constituting the main body of the chamber 6 are formed of, for example, a metal material having excellent strength and heat resistance such as stainless steel, and a ring on the upper side of the inner side surface of the chamber side 63. 631 is formed of an aluminum (Al) alloy or the like having durability superior to stainless steel against deterioration due to light irradiation.

また、熱処理空間６５の気密性を維持するために、チャンバー窓６１とチャンバー側部６３とはＯリングによってシールされている。すなわち、チャンバー窓６１の下面周縁部とチャンバー側部６３との間にＯリングを挟み込むとともに、クランプリング９０をチャンバー窓６１の上面周縁部に当接させ、そのクランプリング９０をチャンバー側部６３にネジ止めすることによって、チャンバー窓６１をＯリングに押し付けている。 Further, in order to maintain the airtightness of the heat treatment space 65, the chamber window 61 and the chamber side portion 63 are sealed by an O-ring. That is, the O-ring is sandwiched between the lower surface peripheral portion of the chamber window 61 and the chamber side portion 63, the clamp ring 90 is brought into contact with the upper peripheral portion of the chamber window 61, and the clamp ring 90 is attached to the chamber side portion 63. The chamber window 61 is pressed against the O-ring by screwing.

チャンバー底部６２には、保持部７を貫通して半導体ウェハーＷをその下面（ランプハウス５からの光が照射される側とは反対側の面）から支持するための複数（本実施の形態では３本）の支持ピン７０が立設されている。支持ピン７０は、例えば石英により形成されており、チャンバー６の外部から固定されているため、容易に取り替えることができる。 The chamber bottom 62 has a plurality (in this embodiment) for supporting the semiconductor wafer W from the lower surface (surface opposite to the side irradiated with light from the lamp house 5) through the holding portion 7. 3) support pins 70 are provided upright. The support pin 70 is made of, for example, quartz and is fixed from the outside of the chamber 6 and can be easily replaced.

チャンバー側部６３は、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６６を有し、搬送開口部６６は、軸６６２を中心に回動するゲートバルブ１８５により開閉可能とされる。チャンバー側部６３における搬送開口部６６とは反対側の部位には熱処理空間６５に処理ガス（例えば、窒素（Ｎ₂）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス、あるいは、酸素（０₂）ガス等）を導入する導入路８１が形成され、その一端は弁８２を介して図示省略の給気機構に接続され、他端はチャンバー側部６３の内部に形成されるガス導入バッファ８３に接続される。また、搬送開口部６６には熱処理空間６５内の気体を排出する排出路８６が形成され、弁８７を介して図示省略の排気機構に接続される。 The chamber side 63 has a transfer opening 66 for carrying in and out the semiconductor wafer W, and the transfer opening 66 can be opened and closed by a gate valve 185 that rotates about a shaft 662. A portion of the chamber side 63 opposite to the transfer opening 66 is provided with a processing gas (for example, an inert gas such as nitrogen (N ₂ ) gas, helium (He) gas, argon (Ar) gas) in the heat treatment space 65, Alternatively, an introduction path 81 for introducing oxygen (0 ₂ ) gas or the like is formed, one end of which is connected to an air supply mechanism (not shown) via a valve 82, and the other end is formed inside the chamber side portion 63. Connected to the gas introduction buffer 83. A discharge passage 86 for discharging the gas in the heat treatment space 65 is formed in the transfer opening 66 and is connected to an exhaust mechanism (not shown) via a valve 87.

図２は、チャンバー６をガス導入バッファ８３の位置にて水平面で切断した断面図である。図２に示すように、ガス導入バッファ８３は、図１に示す搬送開口部６６の反対側においてチャンバー側部６３の内周の約１／３に亘って形成されており、導入路８１を介してガス導入バッファ８３に導かれた処理ガスは、複数のガス供給孔８４から熱処理空間６５内へと供給される。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the chamber 6 cut along a horizontal plane at the position of the gas introduction buffer 83. As shown in FIG. 2, the gas introduction buffer 83 is formed over about ３ of the inner periphery of the chamber side 63 on the opposite side of the transfer opening 66 shown in FIG. Then, the processing gas guided to the gas introduction buffer 83 is supplied into the heat treatment space 65 from the plurality of gas supply holes 84.

また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部において半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持しつつ光照射前にその保持する半導体ウェハーＷの予備加熱を行う略円板状の保持部７と、保持部７をチャンバー６の底面であるチャンバー底部６２に対して昇降させる保持部昇降機構４と、を備える。図１に示す保持部昇降機構４は、略円筒状のシャフト４１、移動板４２、ガイド部材４３（本実施の形態ではシャフト４１の周りに３本配置される）、固定板４４、ボールネジ４５、ナット４６およびモータ４０を有する。チャンバー６の下部であるチャンバー底部６２には保持部７よりも小さい直径を有する略円形の下部開口６４が形成されており、ステンレススチール製のシャフト４１は、下部開口６４を挿通して、保持部７（厳密には保持部７のホットプレート７１）の下面に接続されて保持部７を支持する。 The heat treatment apparatus 1 also includes a substantially disk-shaped holding unit 7 that holds the semiconductor wafer W in a horizontal position in the chamber 6 and performs preheating of the semiconductor wafer W held before light irradiation, and a holding unit. And a holding unit elevating mechanism 4 that elevates 7 with respect to the chamber bottom 62 which is the bottom surface of the chamber 6. 1 includes a substantially cylindrical shaft 41, a moving plate 42, guide members 43 (three arranged around the shaft 41 in the present embodiment), a fixed plate 44, a ball screw 45, It has a nut 46 and a motor 40. A substantially circular lower opening 64 having a smaller diameter than the holding portion 7 is formed in the chamber bottom 62 which is the lower portion of the chamber 6, and the stainless steel shaft 41 is inserted through the lower opening 64 to hold the holding portion. 7 (strictly speaking, the hot plate 71 of the holding unit 7) is connected to the lower surface of the holding unit 7 to support it.

移動板４２にはボールネジ４５と螺合するナット４６が固定されている。また、移動板４２は、チャンバー底部６２に固定されて下方へと伸びるガイド部材４３により摺動自在に案内されて上下方向に移動可能とされる。また、移動板４２は、シャフト４１を介して保持部７に連結される。 A nut 46 that is screwed into the ball screw 45 is fixed to the moving plate 42. The moving plate 42 is slidably guided by a guide member 43 that is fixed to the chamber bottom 62 and extends downward, and is movable in the vertical direction. Further, the moving plate 42 is connected to the holding unit 7 via the shaft 41.

モータ４０は、ガイド部材４３の下端部に取り付けられる固定板４４に設置され、タイミングベルト４０１を介してボールネジ４５に接続される。保持部昇降機構４により保持部７が昇降する際には、駆動部であるモータ４０が制御部３の制御によりボールネジ４５を回転し、ナット４６が固定された移動板４２がガイド部材４３に沿って鉛直方向に移動する。この結果、移動板４２に固定されたシャフト４１が鉛直方向に沿って移動し、シャフト４１に接続された保持部７が図１に示す半導体ウェハーＷの受渡位置と図５に示す半導体ウェハーＷの処理位置との間で滑らかに昇降する。 The motor 40 is installed on a fixed plate 44 attached to the lower end of the guide member 43, and is connected to the ball screw 45 via the timing belt 401. When the holding part 7 is raised and lowered by the holding part raising / lowering mechanism 4, the motor 40 as the driving part rotates the ball screw 45 under the control of the control part 3, and the moving plate 42 to which the nut 46 is fixed follows the guide member 43. Move vertically. As a result, the shaft 41 fixed to the moving plate 42 moves along the vertical direction, and the holding unit 7 connected to the shaft 41 moves between the delivery position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 1 and the semiconductor wafer W shown in FIG. Move up and down smoothly between the processing positions.

移動板４２の上面には略半円筒状（円筒を長手方向に沿って半分に切断した形状）のメカストッパ４５１がボールネジ４５に沿うように立設されており、仮に何らかの異常により移動板４２が所定の上昇限界を超えて上昇しようとしても、メカストッパ４５１の上端がボールネジ４５の端部に設けられた端板４５２に突き当たることによって移動板４２の異常上昇が防止される。これにより、保持部７がチャンバー窓６１の下方の所定位置以上に上昇することはなく、保持部７とチャンバー窓６１との衝突が防止される。 On the upper surface of the moving plate 42, a mechanical stopper 451 having a substantially semi-cylindrical shape (a shape obtained by cutting the cylinder in half along the longitudinal direction) is provided so as to extend along the ball screw 45. If the upper limit of the mechanical stopper 451 is struck against the end plate 452 provided at the end of the ball screw 45, the moving plate 42 is prevented from rising abnormally. Thereby, the holding part 7 does not rise above a predetermined position below the chamber window 61, and the collision between the holding part 7 and the chamber window 61 is prevented.

また、保持部昇降機構４は、チャンバー６の内部のメンテナンスを行う際に保持部７を手動にて昇降させる手動昇降部４９を有する。手動昇降部４９はハンドル４９１および回転軸４９２を有し、ハンドル４９１を介して回転軸４９２を回転することより、タイミングベルト４９５を介して回転軸４９２に接続されるボールネジ４５を回転して保持部７の昇降を行うことができる。 The holding unit lifting mechanism 4 has a manual lifting unit 49 that manually lifts and lowers the holding unit 7 when performing maintenance inside the chamber 6. The manual elevating part 49 has a handle 491 and a rotating shaft 492. By rotating the rotating shaft 492 via the handle 491, the ball screw 45 connected to the rotating shaft 492 is rotated via the timing belt 495 to hold the holding part. 7 can be moved up and down.

チャンバー底部６２の下側には、シャフト４１の周囲を囲み下方へと伸びる伸縮自在のベローズ４７が設けられ、その上端はチャンバー底部６２の下面に接続される。一方、ベローズ４７の下端はベローズ下端板４７１に取り付けられている。べローズ下端板４７１は、鍔状部材４１１によってシャフト４１にネジ止めされて取り付けられている。保持部昇降機構４により保持部７がチャンバー底部６２に対して上昇する際にはベローズ４７が収縮され、下降する際にはべローズ４７が伸張される。そして、保持部７が昇降する際にも、ベローズ４７が伸縮することによって熱処理空間６５内の気密状態が維持される。 A telescopic bellows 47 that surrounds the shaft 41 and extends downward is provided below the chamber bottom 62, and its upper end is connected to the lower surface of the chamber bottom 62. On the other hand, the lower end of the bellows 47 is attached to the bellows lower end plate 471. The bellows lower end plate 471 is attached by being screwed to the shaft 41 by a flange-shaped member 411. The bellows 47 is contracted when the holding portion 7 is raised with respect to the chamber bottom 62 by the holding portion lifting mechanism 4, and the bellows 47 is expanded when the holding portion 7 is lowered. When the holding unit 7 moves up and down, the airtight state in the heat treatment space 65 is maintained by the expansion and contraction of the bellows 47.

図３は、保持部７の構成を示す断面図である。保持部７は、半導体ウェハーＷを予備加熱（いわゆるアシスト加熱）するホットプレート（加熱プレート）７１、および、ホットプレート７１の上面（保持部７が半導体ウェハーＷを保持する側の面）に設置されるサセプタ７２を有する。保持部７の下面には、既述のように保持部７を昇降するシャフト４１が接続される。サセプタ７２は石英（あるいは、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）等であってもよい）により形成され、その上面には半導体ウェハーＷの位置ずれを防止するピン７５が設けられる。サセプタ７２は、その下面をホットプレート７１の上面に面接触させてホットプレート７１上に設置される。これにより、サセプタ７２は、ホットプレート７１からの熱エネルギーを拡散してサセプタ７２上面に載置された半導体ウェハーＷに伝達するとともに、メンテナンス時にはホットプレート７１から取り外して洗浄可能とされる。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the holding unit 7. The holding unit 7 is installed on a hot plate (heating plate) 71 that preheats the semiconductor wafer W (so-called assist heating), and an upper surface of the hot plate 71 (a surface on the side where the holding unit 7 holds the semiconductor wafer W). The susceptor 72 is provided. As described above, the shaft 41 that moves up and down the holding unit 7 is connected to the lower surface of the holding unit 7. The susceptor 72 is made of quartz (or may be aluminum nitride (AIN) or the like), and a pin 75 for preventing displacement of the semiconductor wafer W is provided on the upper surface thereof. The susceptor 72 is installed on the hot plate 71 with its lower surface in surface contact with the upper surface of the hot plate 71. Thus, the susceptor 72 diffuses the thermal energy from the hot plate 71 and transmits it to the semiconductor wafer W placed on the upper surface of the susceptor 72, and can be removed from the hot plate 71 and cleaned during maintenance.

ホットプレート７１は、ステンレススチール製の上部プレート７３および下部プレート７４にて構成される。上部プレート７３と下部プレート７４との間には、ホットプレート７１を加熱するニクロム線等の抵抗加熱線７６が配設され、導電性のニッケル（Ｎｉ）ロウが充填されて封止されている。また、上部プレート７３および下部プレート７４の端部はロウ付けにより接着されている。 The hot plate 71 includes an upper plate 73 and a lower plate 74 made of stainless steel. A resistance heating wire 76 such as a nichrome wire for heating the hot plate 71 is disposed between the upper plate 73 and the lower plate 74, and is filled with a conductive nickel (Ni) solder and sealed. The end portions of the upper plate 73 and the lower plate 74 are bonded by brazing.

図４は、ホットプレート７１を示す平面図である。図４に示すように、ホットプレート７１は、保持される半導体ウェハーＷと対向する領域の中央部に同心円状に配置される円板状のゾーン７１１および円環状のゾーン７１２、並びに、ゾーン７１２の周囲の略円環状の領域を周方向に４等分割した４つのゾーン７１３〜７１６を備え、各ゾーン間には若干の間隙が形成されている。また、ホットプレート７１には、支持ピン７０が挿通される３つの貫通孔７７が、ゾーン７１１とゾーン７１２との隙間の周上に１２０°毎に設けられる。 FIG. 4 is a plan view showing the hot plate 71. As shown in FIG. 4, the hot plate 71 includes a disc-shaped zone 711 and an annular zone 712 that are concentrically arranged in a central portion of a region facing the held semiconductor wafer W, and a zone 712. There are four zones 713 to 716 obtained by equally dividing a peripheral substantially annular region into four equal parts in the circumferential direction, and a slight gap is formed between the zones. The hot plate 71 is provided with three through holes 77 through which the support pins 70 are inserted, every 120 ° on the circumference of the gap between the zone 711 and the zone 712.

６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、相互に独立した抵抗加熱線７６が周回するように配設されてヒータが個別に形成されており、各ゾーンに内蔵されたヒータにより各ゾーンが個別に加熱される。保持部７に保持された半導体ウェハーＷは、６つのゾーン７１１〜７１６に内蔵されたヒータにより加熱される。また、ゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、熱電対を用いて各ゾーンの温度を計測するセンサ７１０が設けられている。各センサ７１０は略円筒状のシャフト４１の内部を通り制御部３に接続される。 In each of the six zones 711 to 716, heaters are individually formed so that mutually independent resistance heating wires 76 circulate, and each zone is individually formed by a heater built in each zone. Heated. The semiconductor wafer W held by the holding unit 7 is heated by heaters built in the six zones 711 to 716. Each of the zones 711 to 716 is provided with a sensor 710 that measures the temperature of each zone using a thermocouple. Each sensor 710 passes through the inside of a substantially cylindrical shaft 41 and is connected to the control unit 3.

ホットプレート７１が加熱される際には、センサ７１０により計測される６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が予め設定された所定の温度になるように、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７６への電力供給量が制御部３により制御される。制御部３による各ゾーンの温度制御はＰＩＤ(Proportional,Integral,Derivative)制御により行われる。ホットプレート７１では、半導体ウェハーＷの熱処理（複数の半導体ウェハーＷを連続的に処理する場合は、全ての半導体ウェハーＷの熱処理）が終了するまでゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が継続的に計測され、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７６への電力供給量が個別に制御されて、すなわち、各ゾーンに内蔵されたヒータの温度が個別に制御されて各ゾーンの温度が設定温度に維持される。なお、各ゾーンの設定温度は、基準となる温度から個別に設定されたオフセット値だけ変更することが可能とされる。 When the hot plate 71 is heated, the resistance heating wire disposed in each zone is set so that the temperature of each of the six zones 711 to 716 measured by the sensor 710 becomes a predetermined temperature. The amount of power supplied to 76 is controlled by the control unit 3. The temperature control of each zone by the control unit 3 is performed by PID (Proportional, Integral, Derivative) control. In the hot plate 71, the temperature of each of the zones 711 to 716 is continuously measured until the heat treatment of the semiconductor wafer W (when plural semiconductor wafers W are continuously processed, the heat treatment of all the semiconductor wafers W) is completed. Then, the power supply amount to the resistance heating wire 76 disposed in each zone is individually controlled, that is, the temperature of the heater built in each zone is individually controlled, and the temperature of each zone becomes the set temperature. Maintained. The set temperature of each zone can be changed by an offset value set individually from the reference temperature.

６つのゾーン７１１〜７１６にそれぞれ配設される抵抗加熱線７６は、シャフト４１の内部を通る電力線を介して電力供給源（図示省略）に接続されている。電力供給源から各ゾーンに至る経路途中において、電力供給源からの電力線は、マグネシア（マグネシウム酸化物）等の絶縁体を充填したステンレスチューブの内部に互いに電気的に絶縁状態となるように配置される。なお、シャフト４１の内部は大気開放されている。 The resistance heating wires 76 respectively disposed in the six zones 711 to 716 are connected to a power supply source (not shown) via a power line passing through the inside of the shaft 41. On the way from the power supply source to each zone, the power lines from the power supply source are arranged so as to be electrically insulated from each other inside a stainless tube filled with an insulator such as magnesia (magnesium oxide). The The interior of the shaft 41 is open to the atmosphere.

次に、ランプハウス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、ランプハウス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。ランプハウス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部材である。ランプハウス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がチャンバー窓６１と相対向することとなる。ランプハウス５は、チャンバー６内にて保持部７に保持される半導体ウェハーＷにランプ光放射窓５３およびチャンバー窓６１を介してフラッシュランプＦＬから光を照射することにより半導体ウェハーＷを加熱する。 Next, the lamp house 5 includes a light source composed of a plurality of (30 in this embodiment) xenon flash lamps FL inside the housing 51, and a reflector 52 provided so as to cover the light source, It is configured with. A lamp light emission window 53 is attached to the bottom of the casing 51 of the lamp house 5. The lamp light radiation window 53 constituting the floor of the lamp house 5 is a plate-like member made of quartz. By installing the lamp house 5 above the chamber 6, the lamp light emission window 53 faces the chamber window 61. The lamp house 5 heats the semiconductor wafer W by irradiating the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 in the chamber 6 with light from the flash lamp FL through the lamp light emission window 53 and the chamber window 61.

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.

図６は、フラッシュランプＦＬの駆動回路を示す図である。同図に示すように、コンデンサ９３と、コイル９４と、フラッシュランプＦＬと、スイッチング素子９６とが直列に接続されている。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陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）９２と、該ガラス管９２の外周面上に付設されたトリガー電極９１とを備える。コンデンサ９３には、電源ユニット９５によって所定の電圧が印加され、その印加電圧に応じた電荷が充電される。また、トリガー電極９１にはトリガー回路９７から電圧を印加することができる。トリガー回路９７がトリガー電極９１に電圧を印加するタイミングは制御部３によって制御される。 FIG. 6 is a diagram showing a driving circuit for the flash lamp FL. As shown in the figure, a capacitor 93, a coil 94, a flash lamp FL, and a switching element 96 are connected in series. The flash lamp FL includes a rod-shaped glass tube (discharge tube) 92 in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode are disposed at both ends thereof, and a trigger electrode provided on the outer peripheral surface of the glass tube 92. 91. A predetermined voltage is applied to the capacitor 93 by the power supply unit 95, and a charge corresponding to the applied voltage is charged. A voltage can be applied from the trigger circuit 97 to the trigger electrode 91. The timing at which the trigger circuit 97 applies a voltage to the trigger electrode 91 is controlled by the control unit 3.

本実施の形態では、スイッチング素子９６として絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；Insulated gate bipolar transistor）を用いている。ＩＧＢＴは、ゲート部にＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor）を組み込んだバイポーラトランジスタであり、大電力を取り扱うのに適したスイッチング素子である。スイッチング素子９６のゲートには制御部３のパルス発生器３１からパルス信号が印加される。 In the present embodiment, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) is used as the switching element 96. The IGBT is a bipolar transistor in which a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is incorporated in a gate portion, and is a switching element suitable for handling high power. A pulse signal is applied from the pulse generator 31 of the control unit 3 to the gate of the switching element 96.

コンデンサ９３が充電された状態でスイッチング素子９６のゲートにパルスが出力されてガラス管９２の両端電極に高電圧が印加されたとしても、キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、通常の状態ではガラス管９２内に電気は流れない。しかしながら、トリガー回路９７がトリガー電極９１に電圧を印加して絶縁を破壊した場合には両端電極間の放電によってガラス管９２内に電流が瞬時に流れ、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。 Even if a pulse is output to the gate of the switching element 96 and the high voltage is applied to both end electrodes of the glass tube 92 with the capacitor 93 being charged, the xenon gas is electrically an insulator. In this state, electricity does not flow in the glass tube 92. However, when the trigger circuit 97 applies a voltage to the trigger electrode 91 to break the insulation, an electric current instantaneously flows in the glass tube 92 due to the discharge between the two end electrodes, and the excitation of the xenon atoms or molecules at that time Light is emitted.

また、図１のリフレクタ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。このような粗面化加工を施しているのは、リフレクタ５２の表面が完全な鏡面であると、複数のフラッシュランプＦＬからの反射光の強度に規則パターンが生じて半導体ウェハーＷの表面温度分布の均一性が低下するためである。 Further, the reflector 52 of FIG. 1 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 the 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. The roughening process is performed when the surface of the reflector 52 is a perfect mirror surface, and a regular pattern is generated in the intensity of the reflected light from the plurality of flash lamps FL, so that the surface temperature distribution of the semiconductor wafer W is obtained. This is because the uniformity of the is reduced.

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構成される。また、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備えるとともに、入力部３３に接続されている。入力部３３としては、キーボード、マウス、タッチパネル等の種々の公知の入力機器を採用することができる。入力部３３からの入力内容に基づいて波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を発生する。 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 is configured with a magnetic disk. The control unit 3 includes a pulse generator 31 and a waveform setting unit 32 and is connected to the input unit 33. As the input unit 33, various known input devices such as a keyboard, a mouse, and a touch panel can be employed. The waveform setting unit 32 sets the waveform of the pulse signal based on the input content from the input unit 33, and the pulse generator 31 generates the pulse signal according to the waveform.

上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にフラッシュランプＦＬおよびホットプレート７１から発生する熱エネルギーによるチャンバー６およびランプハウス５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のチャンバー側部６３およびチャンバー底部６２には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ランプハウス５は、内部に気体流を形成して排熱するための気体供給管５５および排気管５６が設けられて空冷構造とされている（図１，５参照）。また、チャンバー窓６１とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、ランプハウス５およびチャンバー窓６１を冷却する。 In addition to the above configuration, the heat treatment apparatus 1 is used for various cooling purposes in order to prevent excessive temperature rise of the chamber 6 and the lamp house 5 due to the heat energy generated from the flash lamp FL and the hot plate 71 during the heat treatment of the semiconductor wafer W. It has the structure of For example, water-cooled tubes (not shown) are provided on the chamber side 63 and the chamber bottom 62 of the chamber 6. The lamp house 5 has an air cooling structure provided with a gas supply pipe 55 and an exhaust pipe 56 for exhausting heat by forming a gas flow therein (see FIGS. 1 and 5). Air is also supplied to the gap between the chamber window 61 and the lamp light emission window 53 to cool the lamp house 5 and the chamber window 61.

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による光照射加熱処理（アニール）により実行される。以下に説明する熱処理装置１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り進行する。 Next, a processing procedure for the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1 will be described. Here, the semiconductor wafer W to be processed is a semiconductor substrate to which impurities (ions) are added by an ion implantation method, and activation of the added impurities is executed by light irradiation heating processing (annealing) by the heat treatment apparatus 1. . The processing procedure of the heat treatment apparatus 1 described below proceeds by the control unit 3 controlling each operation mechanism of the heat treatment apparatus 1.

まず、保持部７が図５に示す処理位置から図１に示す受渡位置に下降する。「処理位置」とは、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷに光照射が行われるときの保持部７の位置であり、図５に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。また、「受渡位置」とは、チャンバー６に半導体ウェハーＷの搬出入が行われるときの保持部７の位置であり、図１に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。熱処理装置１における保持部７の基準位置は処理位置であり、処理前にあっては保持部７は処理位置に位置しており、これが処理開始に際して受渡位置に下降するのである。図１に示すように、保持部７が受渡位置にまで下降するとチャンバー底部６２に近接し、支持ピン７０の先端が保持部７を貫通して保持部７の上方に突出する。 First, the holding unit 7 is lowered from the processing position shown in FIG. 5 to the delivery position shown in FIG. The “processing position” is the position of the holding unit 7 when the semiconductor wafer W is irradiated with light from the flash lamp FL, and is the position in the chamber 6 of the holding unit 7 shown in FIG. Further, the “delivery position” is the position of the holding unit 7 when the semiconductor wafer W is carried in and out of the chamber 6, and is the position of the holding unit 7 shown in FIG. The reference position of the holding unit 7 in the heat treatment apparatus 1 is the processing position. Before the processing, the holding unit 7 is located at the processing position, and this is lowered to the delivery position at the start of processing. As shown in FIG. 1, when the holding portion 7 is lowered to the delivery position, the holding portion 7 comes close to the chamber bottom portion 62, and the tip of the support pin 70 penetrates the holding portion 7 and protrudes above the holding portion 7.

次に、保持部７が受渡位置に下降したときに、弁８２および弁８７が開かれてチャンバー６の熱処理空間６５内に常温の窒素ガスが導入される。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を介して半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入され、複数の支持ピン７０上に載置される。 Next, when the holding unit 7 is lowered to the delivery position, the valve 82 and the valve 87 are opened, and normal temperature nitrogen gas is introduced into the heat treatment space 65 of the chamber 6. Subsequently, the gate valve 185 is opened to open the transfer opening 66, and the semiconductor wafer W is loaded into the chamber 6 through the transfer opening 66 by the transfer robot outside the apparatus and placed on the plurality of support pins 70. Is done.

半導体ウェハーＷの搬入時におけるチャンバー６への窒素ガスのパージ量は約４０リットル／分とされ、供給された窒素ガスはチャンバー６内においてガス導入バッファ８３から図２中に示す矢印ＡＲ４の方向へと流れ、図１に示す排出路８６および弁８７を介してユーティリティ排気により排気される。また、チャンバー６に供給された窒素ガスの一部は、べローズ４７の内側に設けられる排出口（図示省略）からも排出される。なお、以下で説明する各ステップにおいて、チャンバー６には常に窒素ガスが供給および排気され続けており、窒素ガスの供給量は半導体ウェハーＷの処理工程に合わせて様々に変更される。 The purge amount of nitrogen gas into the chamber 6 when the semiconductor wafer W is loaded is about 40 liters / minute, and the supplied nitrogen gas is moved from the gas introduction buffer 83 in the direction of the arrow AR4 shown in FIG. Then, the exhaust gas is exhausted by utility exhaust via the discharge path 86 and the valve 87 shown in FIG. A part of the nitrogen gas supplied to the chamber 6 is also discharged from an outlet (not shown) provided inside the bellows 47. In each step described below, nitrogen gas is continuously supplied to and exhausted from the chamber 6, and the supply amount of the nitrogen gas is variously changed according to the processing process of the semiconductor wafer W.

半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入されると、ゲートバルブ１８５により搬送開口部６６が閉鎖される。そして、保持部昇降機構４により保持部７が受渡位置からチャンバー窓６１に近接した処理位置にまで上昇する。保持部７が受渡位置から上昇する過程において、半導体ウェハーＷは支持ピン７０から保持部７のサセプタ７２へと渡され、サセプタ７２の上面に載置・保持される。保持部７が処理位置にまで上昇するとサセプタ７２に保持された半導体ウェハーＷも処理位置に保持されることとなる。 When the semiconductor wafer W is loaded into the chamber 6, the transfer opening 66 is closed by the gate valve 185. The holding unit lifting mechanism 4 raises the holding unit 7 from the delivery position to a processing position close to the chamber window 61. In the process in which the holding unit 7 is lifted from the delivery position, the semiconductor wafer W is transferred from the support pins 70 to the susceptor 72 of the holding unit 7 and is placed and held on the upper surface of the susceptor 72. When the holding unit 7 is raised to the processing position, the semiconductor wafer W held by the susceptor 72 is also held at the processing position.

ホットプレート７１の６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれは、各ゾーンの内部（上部プレート７３と下部プレート７４との間）に個別に内蔵されたヒータ（抵抗加熱線７６）により所定の温度まで加熱されている。保持部７が処理位置まで上昇して半導体ウェハーＷが保持部７と接触することにより、その半導体ウェハーＷはホットプレート７１に内蔵されたヒータによって予備加熱されて温度が次第に上昇する。 Each of the six zones 711 to 716 of the hot plate 71 is heated to a predetermined temperature by a heater (resistive heating wire 76) individually incorporated in each zone (between the upper plate 73 and the lower plate 74). ing. When the holding unit 7 rises to the processing position and the semiconductor wafer W comes into contact with the holding unit 7, the semiconductor wafer W is preheated by the heater built in the hot plate 71 and the temperature gradually rises.

図７は、予備加熱が開始されてからの半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。処理位置にて時間ｔｐの予備加熱が行われ、半導体ウェハーＷの温度が予め設定された予備加熱温度Ｔ１まで上昇する。予備加熱温度Ｔ１は、半導体ウェハーＷに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、２００℃ないし８００℃程度、好ましくは３５０℃ないし６００℃程度とされる（本実施の形態では６００℃）。また、半導体ウェハーＷの予備加熱を行う時間ｔｐは、約３秒〜２００秒とされる（本実施の形態では６０秒）。なお、保持部７とチャンバー窓６１との間の距離は、保持部昇降機構４のモータ４０の回転量を制御することにより任意に調整することが可能とされている。 FIG. 7 is a diagram showing a change in the surface temperature of the semiconductor wafer W since the preheating is started. Preheating is performed for a time tp at the processing position, and the temperature of the semiconductor wafer W rises to a preset preheating temperature T1. The preheating temperature T1 is set to about 200 ° C. to 800 ° C., preferably about 350 ° C. to 600 ° C. (in this embodiment, 600 ° C.) at which impurities added to the semiconductor wafer W are not likely to diffuse due to heat. . The time tp for preheating the semiconductor wafer W is about 3 seconds to 200 seconds (60 seconds in the present embodiment). The distance between the holding unit 7 and the chamber window 61 can be arbitrarily adjusted by controlling the rotation amount of the motor 40 of the holding unit lifting mechanism 4.

時間ｔｐの予備加熱時間が経過した後、時刻ＡにてフラッシュランプＦＬによる半導体ウェハーＷの光照射加熱が開始される。フラッシュランプＦＬからの光照射を行うに際しては、予め電源ユニット９５によってコンデンサ９３に電荷を蓄積しておく。そして、コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にて、制御部３のパルス発生器３１からスイッチング素子９６にパルス信号を出力する。 After the preheating time of time tp has elapsed, light irradiation heating of the semiconductor wafer W by the flash lamp FL is started at time A. When irradiating light from the flash lamp FL, charges are accumulated in the capacitor 93 by the power supply unit 95 in advance. Then, a pulse signal is output from the pulse generator 31 of the control unit 3 to the switching element 96 in a state where charges are accumulated in the capacitor 93.

図８は、パルス信号の波形と回路に流れる電流との相関の一例を示す図である。ここでは、図８（ａ）に示すような波形のパルス信号がパルス発生器３１から出力される。パルス信号の波形は、入力部３３からパルスの立ち上がっている時間（ＯＮ時間）とパルス間のスペース時間（ＯＦＦ時間）とを順次設定したレシピを入力することによって規定することができる。このようなレシピをオペレータが入力部３３から制御部３に入力すると、制御部３の波形設定部３２は図８（ａ）に示すようなパルス波形を設定する。図８（ａ）に示すパルス波形においては、前段部に比較的短い複数のパルスＰＡが設定されるとともに、それに続く後段部に比較的長い単一のパルスＰＢが設定されている。そして、波形設定部３２によって設定されたパルス波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を出力する。その結果、スイッチング素子９６のゲートには図８（ａ）のような波形のパルス信号が印加され、スイッチング素子９６のオンオフ駆動が制御されることとなる。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the correlation between the waveform of the pulse signal and the current flowing through the circuit. Here, a pulse signal having a waveform as shown in FIG. The waveform of the pulse signal can be defined by inputting a recipe in which a pulse rising time (ON time) and a space time between pulses (OFF time) are sequentially set from the input unit 33. When the operator inputs such a recipe from the input unit 33 to the control unit 3, the waveform setting unit 32 of the control unit 3 sets a pulse waveform as shown in FIG. In the pulse waveform shown in FIG. 8A, a plurality of relatively short pulses PA are set in the preceding stage, and a relatively long single pulse PB is set in the succeeding succeeding part. Then, the pulse generator 31 outputs a pulse signal according to the pulse waveform set by the waveform setting unit 32. As a result, a pulse signal having a waveform as shown in FIG. 8A is applied to the gate of the switching element 96, and the on / off driving of the switching element 96 is controlled.

また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がＯＮになるタイミングと同期して制御部３がトリガー回路９７を制御してトリガー電極９１に電圧を印加する。これにより、スイッチング素子９６のゲートに入力されるパルス信号がＯＮのときにはガラス管９２内の両端電極間で必ず電流が流れ、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。制御部３からスイッチング素子９６のゲートに図８（ａ）の波形のパルス信号を出力するとともに、該パルス信号がＯＮになるタイミングと同期してトリガー電極９１に電圧を印加することにより、フラッシュランプＦＬを含む回路中に図８（ｂ）に示すような波形の電流が流れる。すなわち、スイッチング素子９６のゲートに入力されるパルス信号がＯＮのときにはフラッシュランプＦＬのガラス管９２内に流れる電流値が増加し、ＯＦＦのときには電流値が減少する。なお、各パルスに対応する個々の電流波形はコイル９４の定数によって規定される。 Further, in synchronization with the timing when the pulse signal output from the pulse generator 31 is turned on, the control unit 3 controls the trigger circuit 97 to apply a voltage to the trigger electrode 91. Thus, when the pulse signal input to the gate of the switching element 96 is ON, a current always flows between the both end electrodes in the glass tube 92, and light is emitted by excitation of the xenon atoms or molecules at that time. The controller 3 outputs a pulse signal having the waveform shown in FIG. 8A to the gate of the switching element 96 and applies a voltage to the trigger electrode 91 in synchronization with the timing at which the pulse signal is turned on. A current having a waveform as shown in FIG. 8B flows in a circuit including FL. That is, the value of the current flowing in the glass tube 92 of the flash lamp FL increases when the pulse signal input to the gate of the switching element 96 is ON, and the current value decreases when the pulse signal is OFF. Each current waveform corresponding to each pulse is defined by a constant of the coil 94.

図８（ｂ）に示すような波形の電流が流れてフラッシュランプＦＬが発光する。フラッシュランプＦＬの発光出力は、フラッシュランプＦＬに流れる電流にほぼ比例する。従って、フラッシュランプＦＬの発光出力の出力波形（プロファイル）は図９（ａ）に示すようなパターンとなる。図９（ａ）に示す如きフラッシュランプＦＬからの出力波形にて、処理位置の保持部７に保持された半導体ウェハーＷに光照射が行われる。その結果、半導体ウェハーＷの表面温度は図９（ｂ）に示すように変化する。 A current having a waveform as shown in FIG. 8B flows, and the flash lamp FL emits light. The light emission output of the flash lamp FL is substantially proportional to the current flowing through the flash lamp FL. Accordingly, the output waveform (profile) of the light emission output of the flash lamp FL has a pattern as shown in FIG. With the output waveform from the flash lamp FL as shown in FIG. 9A, light irradiation is performed on the semiconductor wafer W held by the holding portion 7 at the processing position. As a result, the surface temperature of the semiconductor wafer W changes as shown in FIG.

従来のように、スイッチング素子９６を使用することなくフラッシュランプＦＬを発光させた場合には、コンデンサ９３に蓄積されていた電荷が１回の発光で消費され、フラッシュランプＦＬからの出力波形は幅が０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度のシングルパルスとなる。これに対して、本実施の形態のように、回路中にスイッチング素子９６を接続してそのゲートに図８（ａ）のようなパルス信号を出力することにより、いわばフラッシュランプＦＬの発光がチョッパ制御されることとなり、コンデンサ９３に蓄積された電荷が分割して消費され、極めて短い時間の間にフラッシュランプＦＬが点滅を繰り返す。なお、図８に示すように、電流値が完全に”０”になる前に次のパルスがスイッチング素子９６のゲートに印加されて電流値が再度増加するため、フラッシュランプＦＬが点滅を繰り返している間も発光出力が完全に”０”になるものではない。 When the flash lamp FL is caused to emit light without using the switching element 96 as in the prior art, the charge accumulated in the capacitor 93 is consumed by one light emission, and the output waveform from the flash lamp FL has a width. Becomes a single pulse of about 0.1 to 10 milliseconds. On the other hand, as in the present embodiment, the switching element 96 is connected in the circuit and the pulse signal as shown in FIG. As a result, the electric charge accumulated in the capacitor 93 is divided and consumed, and the flash lamp FL repeatedly blinks in a very short time. As shown in FIG. 8, since the next pulse is applied to the gate of the switching element 96 before the current value becomes completely “0” and the current value increases again, the flash lamp FL repeatedly blinks. The light emission output does not become “0” completely during the period.

図９（ａ）に示す如き光の出力波形は、２段階の光照射を行っているものとみなすことができる。すなわち、比較的小さくフラットな出力波形にて半導体ウェハーＷに光照射を行う第１段階と、比較的大きなピークを有する出力波形にて半導体ウェハーＷに光照射を行う第２段階と、によって構成される２段照射を行っている。 The output waveform of light as shown in FIG. 9A can be regarded as performing two-stage light irradiation. That is, the first stage of irradiating the semiconductor wafer W with a relatively small and flat output waveform and the second stage of irradiating the semiconductor wafer W with an output waveform having a relatively large peak are constituted. Two-stage irradiation is performed.

より詳細に述べれば、まずパルス発生器３１がスイッチング素子９６のゲートに比較的短い複数のパルスＰＡを出力することによって、スイッチング素子９６がオンオフを繰り返してフラッシュランプＦＬを含む回路に図８（ｂ）の前段に示すような波形の電流が流れる。その結果、図９（ａ）の前段に示すような平均値が発光出力Ｌ１（第１の発光出力）となる概ねフラットな出力波形にてフラッシュランプＦＬが発光して半導体ウェハーＷに第１段階の光照射が行われる。第１段階の光照射時間ｔ１は５ミリセカンド以上（本実施の形態では１０ミリセカンド）である。 More specifically, first, the pulse generator 31 outputs a plurality of relatively short pulses PA to the gate of the switching element 96, whereby the switching element 96 is repeatedly turned on and off to form a circuit including the flash lamp FL in FIG. A current having a waveform as shown in the preceding stage flows. As a result, the flash lamp FL emits light with a substantially flat output waveform in which the average value shown in the previous stage of FIG. 9A becomes the light emission output L1 (first light emission output), and the semiconductor wafer W is in the first stage. The light irradiation is performed. The first stage light irradiation time t1 is 5 milliseconds or longer (in this embodiment, 10 milliseconds).

続いて、パルス発生器３１がスイッチング素子９６のゲートに比較的長い単一のパルスＰＢを出力することによって、スイッチング素子９６が暫時オン状態を維持した後にオフとなり、フラッシュランプＦＬを含む回路に図８（ｂ）の後段に示すようなピークを有する波形の電流が流れる。その結果、図９（ａ）の後段に示すような、ピークの値が第１段階の平均発光出力Ｌ１および第１段階における発光出力の最大値よりも大きな発光出力Ｌ２（第２の発光出力）となる出力波形にてフラッシュランプＦＬが発光して半導体ウェハーＷに第２段階の光照射が行われる。第２段階の光照射のピークの発光出力Ｌ２は第１段階の平均の発光出力Ｌ１の１．５倍以上である。また、第２段階の光照射時間ｔ２は０．１ミリセカンド以上１０ミリセカンド以下（本実施の形態では３ミリセカンド）である。但し、１回のフラッシュ加熱におけるフラッシュランプＦＬの光照射の総時間、つまり第１段階での光照射時間ｔ１と第２段階での光照射時間ｔ２との合計は１秒以下である。 Subsequently, the pulse generator 31 outputs a relatively long single pulse PB to the gate of the switching element 96, so that the switching element 96 is turned off after maintaining the ON state for a while, and the circuit including the flash lamp FL is illustrated. A current having a waveform having a peak as shown in the subsequent stage of 8 (b) flows. As a result, as shown in the latter part of FIG. 9A, the light emission output L2 (second light emission output) having a peak value larger than the average light emission output L1 in the first stage and the maximum value of the light emission output in the first stage. The flash lamp FL emits light with an output waveform as follows, and the semiconductor wafer W is irradiated with the second stage light. The light emission output L2 at the peak of the second stage light irradiation is 1.5 times or more the average light output L1 of the first stage. The light irradiation time t2 in the second stage is not less than 0.1 milliseconds and not more than 10 milliseconds (3 milliseconds in this embodiment). However, the total light irradiation time of the flash lamp FL in one flash heating, that is, the total of the light irradiation time t1 in the first stage and the light irradiation time t2 in the second stage is 1 second or less.

図９（ｂ）に示すように、第１段階の平均値が発光出力Ｌ１となるフラットな出力波形にて半導体ウェハーＷに光照射を行うことによって、半導体ウェハーＷの表面温度は予備加熱温度Ｔ１から一旦温度Ｔ２まで昇温される。それに引き続いてピークの値が発光出力Ｌ２となる出力波形にて半導体ウェハーＷに光照射を行うことによって、半導体ウェハーＷの表面温度は温度Ｔ２から処理温度Ｔ３にまで昇温される。処理温度Ｔ３は、半導体ウェハーＷに注入された不純物の活性化が生じる温度であって、本実施の形態では１３００℃以上とされる。 As shown in FIG. 9B, by irradiating the semiconductor wafer W with light with a flat output waveform in which the average value of the first stage is the light emission output L1, the surface temperature of the semiconductor wafer W becomes the preheating temperature T1. Is once raised to temperature T2. Subsequently, the surface temperature of the semiconductor wafer W is increased from the temperature T2 to the processing temperature T3 by irradiating the semiconductor wafer W with light in an output waveform in which the peak value is the light emission output L2. The processing temperature T3 is a temperature at which the impurities implanted into the semiconductor wafer W are activated, and is set to 1300 ° C. or higher in the present embodiment.

第２段階の光照射も終了すると、半導体ウェハーＷの表面温度は処理温度Ｔ３から急速に降温する。そして、フラッシュランプＦＬによる２段階の光照射加熱が終了し、処理位置における約１０秒間の待機の後、保持部７が保持部昇降機構４により再び図１に示す受渡位置まで下降し、半導体ウェハーＷが保持部７から支持ピン７０へと渡される。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、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷは装置外部の搬送ロボットにより搬出され、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの光照射加熱処理が完了する。 When the second stage of light irradiation is also completed, the surface temperature of the semiconductor wafer W rapidly decreases from the processing temperature T3. Then, the two-stage light irradiation heating by the flash lamp FL is completed, and after waiting for about 10 seconds at the processing position, the holding unit 7 is lowered again to the delivery position shown in FIG. W is passed from the holding portion 7 to the support pin 70. Subsequently, the transfer opening 66 closed by the gate valve 185 is opened, and the semiconductor wafer W placed on the support pins 70 is unloaded by the transfer robot outside the apparatus, and the light of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1 is transferred. Irradiation heat treatment is completed.

既述のように、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チャンバー６に継続的に供給されており、その供給量は、保持部７が処理位置に位置するときには約３０リットル／分とされ、保持部７が処理位置以外の位置に位置するときには約４０リットル／分とされる。 As described above, nitrogen gas is continuously supplied to the chamber 6 during the heat treatment of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1, and the supply amount is about 30 liters / minute when the holding unit 7 is located at the processing position. When the holding unit 7 is located at a position other than the processing position, the rate is about 40 liters / minute.

従来のようにシングルパルスのフラッシュ光照射の場合、シート抵抗値を下げるべく半導体ウェハーＷの表面到達温度をより高温に昇温しようとするとコンデンサ９３により大きな電荷を蓄積してフラッシュランプＦＬの発光出力を極めて大きなものとせざるを得なかった。そうすると、フラッシュランプＦＬの寿命が短くなるだけでなく、ウェハー表面の急激な熱膨張によって半導体ウェハーＷに割れるおそれのあることは既述した通りである。 In the case of single pulse flash light irradiation as in the prior art, if the surface arrival temperature of the semiconductor wafer W is increased to a higher temperature in order to lower the sheet resistance value, a large charge is accumulated in the capacitor 93 and the light emission output of the flash lamp FL Must be extremely large. As described above, not only the life of the flash lamp FL is shortened but also the semiconductor wafer W may be broken due to rapid thermal expansion of the wafer surface.

本実施形態においては、まず平均値を発光出力Ｌ１として半導体ウェハーＷに第１段階の光照射を行い、それに引き続いてピークの値が第１段階の平均発光出力Ｌ１および第１段階における発光出力の最大値よりも大きな発光出力Ｌ２となる出力波形にて半導体ウェハーＷに第２段階の光照射を行うという２段階の光照射加熱処理を行っている。このようにすれば、最初に比較的小さな平均発光出力Ｌ１にて第１段階の光照射を行うことによって半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１から温度Ｔ２にまで昇温してある程度の蓄熱がなされる。それに引き続いてピークの値が比較的大きな発光出力Ｌ２となる出力波形にて半導体ウェハーＷに光照射を行えば、従来のシングルパルスのフラッシュ光照射と比較して少ないトータル照射エネルギーでウェハー表面の最終到達温度をより高温にすることができる。その結果、従来よりも少ないエネルギーでシート抵抗値をより低下させることができる。換言すれば、第１段階の比較邸弱い光照射は第２段階の強い光照射のためのある種の予備的な光照射加熱である。 In this embodiment, first, the semiconductor wafer W is irradiated with the first-stage light with the average value as the light-emission output L1, and subsequently the peak value is the first-stage average light-emission output L1 and the light-emission output in the first stage. A two-stage light irradiation heating process is performed in which the semiconductor wafer W is irradiated with a second-stage light with an output waveform that has a light emission output L2 larger than the maximum value. In this way, first, the surface temperature of the semiconductor wafer W is raised from the preheating temperature T1 to the temperature T2 by performing the first-stage light irradiation with a relatively small average light output L1, so that a certain amount of heat is stored. Is made. Subsequently, if the semiconductor wafer W is irradiated with light with an output waveform having a relatively large light emission output L2, the final surface of the wafer can be obtained with less total irradiation energy compared to conventional single pulse flash light irradiation. The ultimate temperature can be increased. As a result, the sheet resistance value can be further reduced with less energy than conventional. In other words, the first stage comparatively weak light irradiation is a kind of preliminary light irradiation heating for the second stage strong light irradiation.

また、第１段階の光照射を行う過程において、半導体ウェハーＷの表面側の熱がある程度裏面側にも達して表面と裏面との温度差が小さくなる。この状態にて、第２段階の強い光照射を行えば、半導体ウェハーＷの割れを抑制しつつ表面到達温度を高温の処理温度Ｔ３にまで昇温することができる。 Further, in the process of performing the first stage of light irradiation, the heat on the front side of the semiconductor wafer W reaches the back side to some extent, and the temperature difference between the front and back sides becomes small. If intense light irradiation in the second stage is performed in this state, the surface arrival temperature can be raised to the high processing temperature T3 while suppressing cracking of the semiconductor wafer W.

さらに、２段階に分けて光照射を行うようにすれば、瞬間的なフラッシュランプＦＬおよびその駆動回路の負荷は過大なものとならないため、フラッシュランプＦＬ等の寿命が短くなるのを防止することもできる。 Furthermore, if the light irradiation is performed in two stages, the momentary load of the flash lamp FL and its driving circuit will not be excessive, so that the life of the flash lamp FL and the like is prevented from being shortened. You can also.

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、フラッシュランプＦＬの発光出力の出力波形は図９（ａ）の例に限定されるものではなく、図１０のようなものであっても良い。図１０（ａ）に示す例においても、平均値を発光出力Ｌ１としたフラットな出力波形にて半導体ウェハーＷに第１段階の光照射を行い、それに引き続いてピークが第１段階の平均発光出力Ｌ１および第１段階における発光出力の最大値よりも大きな発光出力Ｌ２となる出力波形にて半導体ウェハーＷに第２段階の光照射を行うという２段階の光照射加熱処理を行っている。図１０（ａ）の例が図９（ａ）と相違するのは、第１段階の光照射時間が図９（ａ）の例よりも長時間である点である。 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, the output waveform of the light emission output of the flash lamp FL is not limited to the example of FIG. 9A, and may be as shown in FIG. Also in the example shown in FIG. 10A, the first stage of light irradiation is performed on the semiconductor wafer W with a flat output waveform with the average value as the light emission output L1, and then the average light emission output with the peak at the first stage. A two-stage light irradiation heating process is performed in which the semiconductor wafer W is irradiated with the second-stage light with an output waveform having a light-emitting output L2 that is larger than the maximum value of the light-emitting output in L1 and the first stage. The example of FIG. 10A is different from FIG. 9A in that the first stage light irradiation time is longer than the example of FIG. 9A.

フラッシュランプＦＬの発光出力プロファイルを図１０（ａ）に示す例のようにすれば、比較的弱い第１段階の光照射が長時間行われるため、第２段階の強い光照射が行われる時点での半導体ウェハーＷの表面と裏面との温度差がより小さくなって半導体ウェハーＷが割れる頻度をさらに低下させることができる。第１段階の光照射時間は、５ミリセカンド以上であれば図１０（ａ）の例よりもさらに長時間（例えば数１００ミリセカンド）であっても良いが、第１段階での光照射時間と第２段階での光照射時間との合計は１秒以下である。 If the light emission output profile of the flash lamp FL is as in the example shown in FIG. 10A, the relatively weak first-stage light irradiation is performed for a long time, and therefore, when the second-stage strong light irradiation is performed. The frequency difference between the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W becomes smaller and the frequency at which the semiconductor wafer W is broken can be further reduced. The light irradiation time in the first stage may be longer than the example of FIG. 10A as long as it is 5 milliseconds or longer (for example, several hundred milliseconds). And the light irradiation time in the second stage is 1 second or less.

また、図１０（ｂ）に示す例においては、第１段階でのフラッシュランプＦＬの出力波形がフラットではなく時間の経過とともに発光出力が高くなる傾きを有している。逆に、図１０（ｃ）に示す例においては、第１段階でのフラッシュランプＦＬの出力波形が時間の経過とともに発光出力が低くなる傾きを有している。但し、いずれの例においても、第１段階の発光出力の平均値はＬ１である。また、第２段階のピークの発光出力Ｌ２は、第１段階における発光出力の最大値よりも大きい。これらのようにしても、比較的弱い第１段階の光照射を行った後、大きなピークを有する第２段階の強い光照射を行っているため、半導体ウェハーＷの割れを抑制しつつ従来よりも少ないエネルギーでウェハー表面の到達温度を高温にすることができる。 Further, in the example shown in FIG. 10B, the output waveform of the flash lamp FL in the first stage is not flat but has a slope in which the light emission output increases with time. On the other hand, in the example shown in FIG. 10C, the output waveform of the flash lamp FL in the first stage has a slope where the light emission output decreases with time. However, in any of the examples, the average value of the first-stage light emission output is L1. The light emission output L2 at the peak of the second stage is larger than the maximum value of the light emission output at the first stage. Even in these cases, since the second-stage strong light irradiation having a large peak is performed after the relatively weak first-stage light irradiation, it is possible to suppress cracking of the semiconductor wafer W as compared with the conventional case. The ultimate temperature of the wafer surface can be increased with less energy.

集約すれば、平均値を発光出力Ｌ１として半導体ウェハーＷに第１段階の光照射を行い、それに引き続いてピークが第１段階の平均発光出力Ｌ１より大きく、かつ、第１段階における発光出力の最大値よりも大きな発光出力Ｌ２となる出力波形にて半導体ウェハーＷに第２段階の光照射を行うものであれば良い。このような２段階の光照射加熱処理を行えば、半導体ウェハーＷの割れを抑制しつつウェハー表面をより高温に昇温することができる。 In summary, the first stage of light irradiation is performed on the semiconductor wafer W with the average value as the light emission output L1, and subsequently the peak is larger than the average light output L1 of the first stage, and the maximum light emission output in the first stage is obtained. Any semiconductor device may be used as long as the semiconductor wafer W is irradiated with the second stage light with an output waveform having a light emission output L2 larger than the value. If such a two-stage light irradiation heat treatment is performed, the wafer surface can be heated to a higher temperature while suppressing cracking of the semiconductor wafer W.

また、パルス信号の波形の設定は、入力部３３から逐一パルス幅等のパラメータを入力することに限定されるものではなく、例えば、オペレータが入力部３３から波形を直接グラフィカルに入力するようにしても良いし、以前に設定されて磁気ディスク等の記憶部に記憶されていた波形を読み出すようにしても良いし、或いは熱処理装置１の外部からダウンロードするようにしても良い。 The setting of the waveform of the pulse signal is not limited to inputting parameters such as the pulse width one by one from the input unit 33. For example, the operator directly inputs the waveform graphically from the input unit 33. Alternatively, the waveform previously set and stored in the storage unit such as a magnetic disk may be read, or may be downloaded from the outside of the heat treatment apparatus 1.

また、上記実施形態においては、パルス信号がＯＮになるタイミングと同期してトリガー電極９１に電圧を印加するようにしていたが、トリガー電圧を印加するタイミングはこれに限定されるものではなく、パルス信号の波形とは無関係に一定間隔で印加するようにしても良い。また、パルス信号のスペース幅が狭く、あるパルスによってフラッシュランプＦＬを流れた電流の電流値が所定値以上残っている状態で次のパルスによって通電を開始されるような場合であれば、そのままフラッシュランプＦＬに電流が流れ続けるため、パルス毎にトリガー電圧を印加する必要はない。上記実施形態の図８（ａ）のように、パルス信号の全てのスペース幅が狭い場合には、最初のパルスが印加されたときのみにトリガー電圧を印加するようにしても良く、その後はトリガー電圧を印加せずともスイッチング素子９６のゲートに図８（ａ）のパルス信号を出力するだけで図８（ｂ）のような電流波形を形成することができる。つまり、パルス信号がＯＮになるときに、フラッシュランプＦＬに電流が流れるタイミングであれば、トリガー電圧の印加タイミングは任意である。 In the above embodiment, the voltage is applied to the trigger electrode 91 in synchronization with the timing when the pulse signal is turned on. However, the timing at which the trigger voltage is applied is not limited to this. You may make it apply at fixed intervals irrespective of the waveform of a signal. If the current width of the pulse signal is narrow and the current value of the current flowing through the flash lamp FL by a certain pulse remains above a predetermined value, energization is started by the next pulse. Since the current continues to flow through the lamp FL, it is not necessary to apply a trigger voltage for each pulse. As shown in FIG. 8A of the above embodiment, when all the space widths of the pulse signal are narrow, the trigger voltage may be applied only when the first pulse is applied. Even if no voltage is applied, a current waveform as shown in FIG. 8B can be formed only by outputting the pulse signal of FIG. 8A to the gate of the switching element 96. That is, the application timing of the trigger voltage is arbitrary as long as the current flows through the flash lamp FL when the pulse signal is turned on.

また、上記実施形態においては、ランプハウス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。 In the above embodiment, the lamp house 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.

また、上記実施形態においては、スイッチング素子９６としてＩＧＢＴを使用していたが、これに限定されるものではなく、ＩＧＢＴ以外の他のトランジスタであっても良いし、入力されたパルス信号の波形に応じて回路をオンオフできる素子であれば良い。もっとも、フラッシュランプＦＬの発光には相当に大きな電力が消費されるため、大電力の取り扱いに適したＩＧＢＴやＧＴＯ(Gate Turn Off)サイリスタをスイッチング素子９６として採用するのが好ましい。 In the above-described embodiment, the IGBT is used as the switching element 96. However, the present invention is not limited to this, and other transistors other than the IGBT may be used. The waveform of the input pulse signal may be used. Any element can be used as long as the circuit can be turned on and off accordingly. However, since a considerable amount of power is consumed for the light emission of the flash lamp FL, it is preferable to employ an IGBT or a GTO (Gate Turn Off) thyristor suitable for handling a large amount of power as the switching element 96.

また、２段階の光照射を行うことができれば、図６とは異なる回路構成であっても良く、例えば、コイル定数の異なる２つの電力供給回路を１つのフラッシュランプＦＬに接続するようにしても良い。 Further, if the two-stage light irradiation can be performed, the circuit configuration may be different from that in FIG. 6. For example, two power supply circuits having different coil constants may be connected to one flash lamp FL. good.

さらに、２段階の光照射を行うことができれば、光源としてはフラッシュランプＦＬに限定されるものではなく、照射時間が１秒以下の光照射が可能なものであれば良く、例えばレーザであっても良い。 Furthermore, as long as the two-stage light irradiation can be performed, the light source is not limited to the flash lamp FL, and any light source capable of light irradiation with an irradiation time of 1 second or less may be used. Also good.

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。また、本発明に係る技術は、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化に適用するようにしても良い。 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. Further, the technique according to the present invention may be applied to bonding of metal and silicon or crystallization of polysilicon.

本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the heat processing apparatus which concerns on this invention. 図１の熱処理装置のガス路を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the gas path of the heat processing apparatus of FIG. 保持部の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a holding | maintenance part. ホットプレートを示す平面図である。It is a top view which shows a hot plate. 図１の熱処理装置の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the heat processing apparatus of FIG. フラッシュランプの駆動回路を示す図である。It is a figure which shows the drive circuit of a flash lamp. 予備加熱が開始されてからの半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the surface temperature of the semiconductor wafer after preheating is started. パルス信号の波形と回路に流れる電流との相関の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the correlation with the waveform of a pulse signal, and the electric current which flows into a circuit. フラッシュランプの発光出力と半導体ウェハーの表面温度との相関の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the correlation with the light emission output of a flash lamp, and the surface temperature of a semiconductor wafer. フラッシュランプの発光出力プロファイルの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the light emission output profile of a flash lamp.

Explanation of symbols

１熱処理装置
３制御部
４保持部昇降機構
５ランプハウス
６チャンバー
７保持部
３１パルス発生器
３２波形設定部
３３入力部
６０上部開口
６１チャンバー窓
６５熱処理空間
７１ホットプレート
７２サセプタ
９１トリガー電極
９２ガラス管
９３コンデンサ
９４コイル
９６スイッチング素子
９７トリガー回路
ＦＬフラッシュランプ
Ｗ半導体ウェハー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat processing apparatus 3 Control part 4 Holding part raising / lowering mechanism 5 Lamphouse 6 Chamber 7 Holding part 31 Pulse generator 32 Waveform setting part 33 Input part 60 Upper opening 61 Chamber window 65 Heat treatment space 71 Hot plate 72 Susceptor 91 Trigger electrode 92 Glass tube 93 Capacitor 94 Coil 96 Switching element 97 Trigger circuit FL Flash lamp W Semiconductor wafer

Claims

A heat treatment method for heating a substrate by irradiating the substrate with light,
A first light irradiation step of irradiating the substrate with an average value as a first light emission output;
Subsequent to the first light irradiation step, the substrate is irradiated with light with an output waveform in which the peak is the first light emission output and the second light emission output is greater than the maximum value of the light emission output in the first light irradiation step. A second light irradiation step;
With
A heat treatment method, wherein the total of the light irradiation time in the first light irradiation step and the light irradiation time in the second light irradiation step is 1 second or less.

The heat treatment method according to claim 1,
The heat treatment method, wherein the second light emission output is 1.5 times or more the first light emission output.

In the heat processing method of Claim 1 or Claim 2,
The light irradiation time in the second light irradiation step is not less than 0.1 milliseconds and not more than 10 milliseconds.

In the heat processing method of Claim 3,
The light irradiation time in the first light irradiation step is 5 milliseconds or longer.

In the heat treatment method according to any one of claims 1 to 4,
A heat treatment method characterized in that light irradiation in the first light irradiation step and the second light irradiation step is performed by a flash lamp.

A heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with light,
Holding means for holding the substrate;
Light irradiation means for irradiating light onto the substrate held by the holding means;
Light emission control means for controlling the light emission output of the light irradiation means;
With
The light emission control means performs the first light irradiation on the substrate with the average value as the first light emission output within a range where the total light irradiation time is 1 second or less, and subsequently the peak is the first light emission. Controlling the light emission output of the light irradiation means so that the substrate is subjected to the second light irradiation with an output waveform that is a second light emission output larger than the maximum value of the output and the light emission output of the first light irradiation. A heat treatment apparatus characterized by

The heat treatment apparatus according to claim 6, wherein
The heat treatment apparatus characterized in that the second light emission output is 1.5 times or more the first light emission output.

In the heat treatment apparatus according to claim 6 or 7,
The light irradiation time of the second light irradiation is not less than 0.1 milliseconds and not more than 10 milliseconds.

The heat treatment apparatus according to claim 8, wherein
The heat treatment apparatus characterized in that the light irradiation time of the first light irradiation is 5 milliseconds or more.

In the heat treatment apparatus according to any one of claims 6 to 9,
The heat irradiation apparatus, wherein the light irradiation means includes a flash lamp.