JP2010225645A - Heat treatment apparatus - 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)に対してフラッシュ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、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 has been 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(閃光)を照射することにより、イオンが注入された半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間(数ミリセカンド以下)に昇温させる技術が提案されている。キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーに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閃光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。このため、キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、イオンを深く拡散させることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。 For this reason, a semiconductor into which ions are implanted by irradiating the surface of a semiconductor wafer with flash light (flash light) using a xenon flash lamp (hereinafter, simply referred to as “flash lamp” means xenon flash lamp). Techniques have been proposed for raising the temperature of only the wafer surface in a very short time (a few milliseconds or less). The radiation spectral distribution of a xenon flash lamp ranges from the ultraviolet region to the near infrared region, has a shorter wavelength than the conventional halogen lamp, and almost coincides with the fundamental absorption band of a silicon semiconductor wafer. Therefore, when the semiconductor wafer is irradiated with flash light from the xenon flash lamp, the semiconductor wafer can be rapidly heated with little transmitted light. It has also been found that if the flash irradiation is performed for a very short time of several milliseconds or less, only the vicinity of the surface of the semiconductor wafer can be selectively heated. For this reason, if the temperature is raised for a very short time by a xenon flash lamp, only the ion activation can be performed without diffusing ions deeply.
このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置として、特許文献1,2には、半導体ウェハーの表面側にフラッシュランプ等のパルス発光ランプを配置し、裏面側にハロゲンランプ等の連続点灯ランプを配置し、それらの組み合わせによって所望の熱処理を行うものが開示されている。特許文献1,2に開示の熱処理装置においては、ハロゲンランプ等によって半導体ウェハーをある程度の温度まで予備加熱し、その後フラッシュランプからのパルス加熱によって所望の処理温度にまで昇温している。また、特許文献3には、半導体ウェハーをホットプレートに載置して所定の温度まで予備加熱し、その後フラッシュランプからの閃光照射によって所望の処理温度にまで昇温する装置が開示されている。 As a heat treatment apparatus using such a xenon flash lamp, in Patent Documents 1 and 2, a pulse emitting lamp such as a flash lamp is arranged on the front side of a semiconductor wafer, and a continuous lighting lamp such as a halogen lamp is arranged on the back side. And what performs desired heat processing by those combination is disclosed. In the heat treatment apparatuses disclosed in Patent Documents 1 and 2, the semiconductor wafer is preheated to a certain temperature with a halogen lamp or the like, and then heated to a desired processing temperature by pulse heating from a flash lamp. Patent Document 3 discloses an apparatus for placing a semiconductor wafer on a hot plate, preheating it to a predetermined temperature, and then raising the temperature to a desired processing temperature by flash irradiation from a flash lamp.
特許文献3に開示されるようなホットプレートにて半導体ウェハーを予備加熱する場合は、プレート温度を正確に温調すればウェハー温度の面内分布を比較的均一なものとすることができる。一方、特許文献1,2に開示されるようなハロゲンランプにて予備加熱を行う場合には、比較的高い予備加熱温度にまで半導体ウェハーを短時間で昇温することができてプロセス上のメリットが得られるものの、ウェハー端縁部の温度が中心部よりも低くなる現象が生じる。 When preheating a semiconductor wafer with a hot plate as disclosed in Patent Document 3, the in-plane distribution of the wafer temperature can be made relatively uniform by accurately adjusting the plate temperature. On the other hand, when preheating is performed with a halogen lamp as disclosed in Patent Documents 1 and 2, the semiconductor wafer can be heated up to a relatively high preheating temperature in a short time, and this is a process advantage. However, a phenomenon occurs in which the temperature at the edge of the wafer is lower than that at the center.
予備加熱段階での半導体ウェハーの温度分布が不均一となり、そのままフラッシュ光を照射すると、ウェハー表面の最終到達温度も不均一となり、処理不良の原因となる。また、予備加熱段階での温度分布不均一性を残したままフラッシュ光を照射すると、瞬間的なウェハー表面の熱膨張によって半導体ウェハーの割れが発生しやすくなるという問題もあった。 If the temperature distribution of the semiconductor wafer in the preheating stage becomes non-uniform, and the flash light is irradiated as it is, the final reached temperature on the surface of the wafer becomes non-uniform, causing a processing failure. In addition, when the flash light is irradiated while leaving the temperature distribution non-uniformity in the preheating stage, there is a problem that the semiconductor wafer is easily cracked due to instantaneous thermal expansion of the wafer surface.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ハロゲンランプによって予備加熱する基板の面内温度分布を均一に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 capable of making the in-plane temperature distribution of a substrate preheated by a halogen lamp uniform.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、基板に対してフラッシュ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載置して水平姿勢に保持する石英の保持プレートと、前記保持プレートに保持された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記保持プレートに保持された基板を光照射によって予備加熱するハロゲンランプと、前記保持プレートに載置され、予備加熱される基板の端縁部の温度を補償する温度補償部材と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention is a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with flash light, and a chamber for accommodating the substrate, and placing the substrate in the chamber. A quartz holding plate that is held in a horizontal position, a flash lamp that irradiates flash light onto the substrate held on the holding plate, a halogen lamp that preheats the substrate held on the holding plate by light irradiation, And a temperature compensating member that is placed on the holding plate and compensates for the temperature of the edge of the substrate to be preheated.
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、前記温度補償部材は炭化ケイ素にて形成され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 present invention, the temperature compensation member is made of silicon carbide.
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装置において、前記保持プレートに設置され、基板を前記保持プレートの上方に近接させて点接触にて支持する複数の支持ピンをさらに備え、前記温度補償部材は、前記保持プレートに保持される基板の端縁部に近接して環状に配置されることを特徴とする。 The invention of claim 3 is the heat treatment apparatus according to claim 1 or claim 2, wherein the heat treatment apparatus is installed on the holding plate and supports the substrate in a point contact with the substrate close to the holding plate. The temperature compensation member may further include a support pin, and the temperature compensation member may be annularly disposed adjacent to an edge portion of the substrate held by the holding plate.
また、請求項4の発明は、請求項1または請求項2の発明に係る熱処理装置において、前記温度補償部材は、前記保持プレートに保持される基板の端縁部に沿って環状に配置され、当該基板の端縁部を支持す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 first or second aspect of the present invention, the temperature compensation member is annularly disposed along an edge portion of the substrate held by the holding plate, It supports the edge of the substrate.
請求項1から請求項4の発明によれば、予備加熱される基板の端縁部の温度を補償する温度補償部材を保持プレートに載置しているため、ハロゲンランプによって基板を予備加熱するときに基板の端縁部から失われた熱を補償して基板の面内温度分布を均一にすることができる。 According to the first to fourth aspects of the invention, since the temperature compensating member for compensating the temperature of the edge portion of the substrate to be preheated is placed on the holding plate, when the substrate is preheated by the halogen lamp. The in-plane temperature distribution of the substrate can be made uniform by compensating for heat lost from the edge of the substrate.
特に、請求項2の発明によれば、温度補償部材を赤外線吸収率の良好な炭化ケイ素にて形成しているため、ハロゲンランプからの光照射によって温度補償部材が昇温して基板の端縁部の温度を安定して補償することができる。 In particular, according to the invention of claim 2, since the temperature compensation member is made of silicon carbide having a good infrared absorption rate, the temperature compensation member is heated by light irradiation from the halogen lamp, and the edge of the substrate The temperature of the part can be stably compensated.
特に、請求項3の発明によれば、温度補償部材が保持プレートに保持される基板の端縁部に近接して環状に配置されるため、予備加熱される基板の端縁部の温度をより確実に補償することができる。 In particular, according to the invention of claim 3, since the temperature compensation member is arranged in an annular shape in the vicinity of the edge portion of the substrate held by the holding plate, the temperature of the edge portion of the preheated substrate is further increased. It can be compensated reliably.
特に、請求項4の発明によれば、温度補償部材が保持プレートに保持される基板の端縁部に沿って環状に配置され、当該基板の端縁部を支持するため、予備加熱される基板の端縁部の温度をより確実に補償することができる。また、基板と温度補償部材との接触圧力が比較的低くなり、基板に傷が付くのを防止することができる。さらに、基板の平面度を維持して基板と保持プレートとの距離を均一にすることができ、基板の面内温度分布の均一性を向上させることができる。 In particular, according to the invention of claim 4, the temperature compensation member is annularly arranged along the edge portion of the substrate held by the holding plate, and is preheated to support the edge portion of the substrate. It is possible to more reliably compensate for the temperature of the edge portion of the. Further, the contact pressure between the substrate and the temperature compensation member becomes relatively low, and it is possible to prevent the substrate from being damaged. Furthermore, the flatness of the substrate can be maintained, the distance between the substrate and the holding plate can be made uniform, and the uniformity of the in-plane temperature distribution of the substrate can be improved.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<1.第1実施形態>
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。第1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。
<1. First Embodiment>
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a heat treatment apparatus 1 according to the present invention. The heat treatment apparatus 1 of the first embodiment is a flash lamp annealing apparatus that heats a semiconductor wafer W by irradiating flash light onto a disk-shaped semiconductor wafer W having a diameter of 300 mm as a substrate.
熱処理装置1は、半導体ウェハーWを収容するチャンバー6と、複数のフラッシュランプFLを内蔵するフラッシュ加熱部5と、複数のハロゲンランプHLを内蔵するハロゲン加熱部4と、シャッター機構2と、を備える。チャンバー6の上側にフラッシュ加熱部5が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部4が設けられている。また、熱処理装置1は、チャンバー6の内部に、半導体ウェハーWを水平姿勢に保持する保持部7と、保持部7と装置外部との間で半導体ウェハーWの受け渡しを行う移載機構10と、を備える。さらに、熱処理装置1は、シャッター機構2、ハロゲン加熱部4、フラッシュ加熱部5およびチャンバー6に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーWの熱処理を実行させる制御部3を備える。
The heat treatment apparatus 1 includes a
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の内壁面に凹部62が形成される。すなわち、チャンバー側部61の内壁面のうち反射リング68,69が装着されていない中央部分と、反射リング68の下端面と、反射リング69の上端面とで囲まれた凹部62が形成される。凹部62は、チャンバー6の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウェハーWを保持する保持部7を囲繞する。
By attaching the reflection rings 68 and 69 to 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は凹部62の外周面に連通接続されている。このため、ゲートバルブ185が搬送開口部66を開放しているときには、搬送開口部66から凹部62を通過して熱処理空間65への半導体ウェハーWの搬入および熱処理空間65からの半導体ウェハーWの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ185が搬送開口部66を閉鎖するとチャンバー6内の熱処理空間65が密閉空間とされる。
The
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、凹部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、凹部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
図2は、保持部7の構成を示す斜視図である。また、図3は、保持部7の平面図である。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。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。
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of the holding
図4は、保持プレート74の縦断面図である。保持プレート74は石英にて形成された円形の平板状部材である。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。すなわち、保持プレート74は、半導体ウェハーWよりも大きな平面サイズを有する。また、保持プレート74の上面には複数個のバンプ(支持ピン)75が立設されている。本実施形態においては、保持プレート74の外周円と同心円の周上に沿って60°毎に計6本のバンプ75が立設されている。6本のバンプ75を配置した円の径(対向するバンプ75間の距離)は半導体ウェハーWの径よりも小さく、本実施形態ではφ280mmである。それぞれのバンプ75は石英にて形成された支持ピンである。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the holding
また、図2および図3に示すように、保持プレート74には、2つの開口部77および4つの貫通孔79が穿設されている。2つの開口部77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77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77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(赤外線)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。4つの貫通孔79は、後述する移載機構10のリフトピン12が通過するためのものである。
As shown in FIGS. 2 and 3, the holding
保持プレート74の上面周縁部には温度補償リング76が載置される。温度補償リング76は炭化ケイ素(SiC)にて形成された円環状部材である。温度補償リング76の外径は保持プレート74の直径と等しい。一方、第1実施形態の温度補償リング76の内径は半導体ウェハーWの径より若干大きく、φ300mmの半導体ウェハーWであれば305mm〜310mmである。また、温度補償リング76の厚さは1mm〜3mm(第1実施形態では1mm)である。
A
リング部71が凹部62の底面に載置されることによって、サセプタ70がチャンバー6に装着される。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に載置される。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に保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、保持プレート74に半導体ウェハーWが載置されたときの温度補償リング76近傍を拡大した図である。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凹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に保持される。
FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of the
また、バンプ75は保持プレート74の上面に穿設された凹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バンプ75の上端は当該上面から突出する。半導体ウェハーWは保持プレート74に立設された複数のバンプ75によって点接触にて支持されて保持プレート74上に載置される。バンプ75の上端の高さ位置から保持プレート74の上面までの距離は0.5mm以上3mm以下(本実施形態では1mm)である。従って、半導体ウェハーWは複数のバンプ75によって保持プレート74の上面から0.5mm以上3mm以下の間隔を隔てて支持されることとなる。なお、バンプ75を保持プレート74と一体に加工するようにしても良い。
Further, the
また、保持プレート74の上面周縁部に載置された温度補償リング76の内径は半導体ウェハーWの径より若干大きく、その厚さは半導体ウェハーWを支持するバンプ75の高さとほぼ等しい。従って、温度補償リング76は、保持プレート74に保持される半導体ウェハーWの端縁部に近接して当該端縁部を取り囲むように環状に配置されることとなる。なお、保持プレート74に設けた孔に温度補償リング76の突起を嵌合させて温度補償リング76の位置ずれを防止するようにしても良い。
Further, the inner diameter of the
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、概ね円環状の凹部62に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム11には2本のリフトピン12が立設されている。各移載アーム11は水平移動機構13によって回動可能とされている。水平移動機構13は、一対の移載アーム11を保持部7に対して半導体ウェハーWの移載を行う移載動作位置(図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79(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79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は凹部62の底面に載置されているため、移載アーム11の退避位置は凹部62の内側となる。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にフラッシュ光を照射する。
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両端電極間の放電によって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 instantaneously flows into the glass tube due to the discharge between the electrodes at both ends, and the excitation of the xenon atoms or molecules at that time Light is emitted. In such a xenon flash lamp FL, the electrostatic energy previously stored in the capacitor is converted into an extremely short light pulse of 0.1 to 10 milliseconds, so that the continuous lighting such as the halogen lamp HL is possible. It has the characteristic that it can irradiate extremely strong light compared with a light source.
また、リフレクタ52は、複数のフラッシュランプFLの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ52の基本的な機能は、複数のフラッシュランプFLから出射されたフラッシュ光を保持部7の側に反射するというものである。リフレクタ52はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面(フラッシュランプFLに臨む側の面)はブラスト処理により粗面化加工が施されて梨地模様を呈する。
In addition, the
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
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 heat treatment apparatus 1 includes a shutter mechanism 2 on the side of the halogen heating unit 4 and 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 control unit 3 controls the various operation mechanisms provided in the heat treatment apparatus 1. The configuration of the control unit 3 as hardware is the same as that of a general computer. That is, the control unit 3 stores a CPU that performs various arithmetic processes, a ROM that is a read-only memory that stores basic programs, a RAM that is a readable and writable memory that stores various information, control software, data, and the like. It has a magnetic disk.
上記の構成以外にも熱処理装置1は、半導体ウェハーWの熱処理時にハロゲンランプHLおよびフラッシュランプFLから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部4、フラッシュ加熱部5およびチャンバー6の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー6の壁体には水冷管(図示省略)が設けられている。また、ハロゲン加熱部4およびフラッシュ加熱部5は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓63とランプ光放射窓53との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部5および上側チャンバー窓63を冷却する。
In addition to the above configuration, the heat treatment apparatus 1 prevents an excessive temperature rise in the halogen heating unit 4, the
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 heat treatment apparatus 1 will be described. Here, the semiconductor wafer W to be processed is a semiconductor substrate to which an impurity (ion) is added by an ion implantation method, and the activation of the added impurity is performed by a flash heating process by the heat treatment apparatus 1. FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure for the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1. The processing procedure of the semiconductor wafer W shown below is executed by the control unit 3 controlling each operation mechanism of the heat treatment apparatus 1.
まず、給気のためのバルブ84が開放されるとともに、排気用のバルブ89,92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 valve 92 is opened, the gas in 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79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、すなわち凹部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
保持プレート74に渡された半導体ウェハーWは保持プレート74の上面から所定の間隔(本実施形態では1mm)を隔てて6本のバンプ75によって点接触にて支持される。そして、6本のバンプ75によって支持される半導体ウェハーWの端縁部の周囲は温度補償リング76によって囲繞される。但し、第1実施形態においては、半導体ウェハーWの端縁部と温度補償リング76とは近接しているものの非接触である。
The semiconductor wafer W transferred to the holding
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。なお、移載機構10の移載アーム11は凹部62の内側に退避しているため、ハロゲンランプHLによる予備加熱の障害となることは無い。
After the semiconductor wafer W is placed and held on the holding
ハロゲンランプHLによる予備加熱の工程においては、半導体ウェハーWとともに温度補償リング76も加熱されることとなる。すなわち、下側チャンバー窓64および保持プレート74を透過したハロゲン光は半導体ウェハーWのみならず温度補償リング76にも照射され、そのハロゲン光によって温度補償リング76が加熱される。
In the preheating step using the halogen lamp HL, the
図10は、石英および炭化ケイ素の分光吸収率を示す図である。同図において、実線が石英の分光吸収率を示し、点線が炭化ケイ素の分光吸収率を示している。図10に示すように、赤外光の波長領域において、炭化ケイ素は石英に比べて高い吸収率を有している。このため、石英の下側チャンバー窓64および保持プレート74を透過したハロゲン光も炭化ケイ素の温度補償リング76によって吸収され、温度補償リング76が昇温する。
FIG. 10 is a diagram showing the spectral absorptance of quartz and silicon carbide. In the figure, the solid line indicates the spectral absorptance of quartz, and the dotted line indicates the spectral absorptance of silicon carbide. As shown in FIG. 10, silicon carbide has a higher absorptance than quartz in the wavelength region of infrared light. For this reason, the halogen light transmitted through 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77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)。第1実施形態においては、予備加熱温度T1は800℃とされる。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
ところで、予備加熱中の半導体ウェハーWには中心部分に比較して端縁部の温度が低くなりやすい傾向が認められる。このような現象が生じる原因としては、半導体ウェハーWの端縁部からの熱放射、比較的低温の保持プレート74との間で半導体ウェハーWの端縁部近傍に生じる対流、或いは半導体ウェハーWの端縁部から保持プレート74への熱伝導などが考えられる。
By the way, it is recognized that the temperature of the edge portion tends to be lower in the semiconductor wafer W being preheated than in the central portion. Such a phenomenon may be caused by heat radiation from the edge of the semiconductor wafer W, convection generated in the vicinity of the edge of the semiconductor wafer W with the relatively low
このため、第1実施形態においては、保持プレート74に保持される半導体ウェハーWの端縁部に近接して当該端縁部を取り囲むように環状に炭化ケイ素の温度補償リング76を設けている。石英の下側チャンバー窓64は赤外光をほとんど吸収しないため、ハロゲンランプHLによって半導体ウェハーWが800℃程度にまで予備加熱されているときであっても200℃〜300℃にまでしか昇温しないのに対して、赤外光を吸収する炭化ケイ素の温度補償リング76は半導体ウェハーWと同程度にまで昇温する。その結果、予備加熱中の半導体ウェハーWの端縁部から熱が失われれる一方、それと同等の熱が温度補償リング76から半導体ウェハーWの端縁部に与えられる。換言すれば、ハロゲンランプHLによって予備加熱される半導体ウェハーWの端縁部から失われた熱がの温度補償リング76によって補償されることとなり、予備加熱中の半導体ウェハーWの面内温度分布を均一にすることができる。
For this reason, in the first embodiment, the
また、ハロゲン加熱部4におけるハロゲンランプHLの配設密度は、半導体ウェハーWの中央部に対向する領域よりも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。 The arrangement density of the halogen lamps HL in the halogen heating unit 4 is higher in the region facing the edge than in the region facing the center of the semiconductor wafer W. 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
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。
As soon as it is detected that the temperature of the semiconductor wafer W has reached the preheating temperature T1, the process proceeds to step S5 where 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。
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 heat treatment apparatus 1 of the present embodiment, the semiconductor wafer W is preheated to the preheating temperature T1 (800 ° C.) by the halogen lamp HL, and then flash heating is performed by flash irradiation from the flash lamp FL. When the temperature of the semiconductor wafer W reaches 600 ° C. or higher, thermal diffusion of the added impurities may occur, but the halogen lamp HL can raise the temperature of the semiconductor wafer W to 800 ° C. relatively quickly. Impurity diffusion can be minimized. Further, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be rapidly raised to the processing temperature T2 by performing flash irradiation from the flash lamp FL after the temperature of the semiconductor wafer W is raised to the preheating temperature T1. Further, since the temperature increase range by the flash heating from the preheating temperature T1 to the processing temperature T2 is relatively small, the energy of the flash light irradiated from the flash lamp FL can be made relatively small. As a result, the semiconductor wafer W is heated during the flash heating. The thermal shock given to the can be reduced.
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 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 shutter mechanism 2 inserts 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77を介して放射された赤外線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。消灯直後の高温のハロゲンランプHLからは多少の赤外線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へと向かう赤外線は遮光される。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。
Further, temperature measurement with a radiation thermometer is started 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 controller 3 monitors whether or not the temperature of the semiconductor wafer W measured by the radiation thermometer has dropped to a predetermined temperature (step S8). Then, after the temperature of the semiconductor wafer W is lowered to a predetermined temperature or lower, the pair of
第1実施形態においては、保持プレート74に保持される半導体ウェハーWの端縁部に近接して当該端縁部を取り囲むように環状に炭化ケイ素の温度補償リング76を設けている。炭化ケイ素は赤外光の吸収率が比較的高いため、ハロゲンランプHLによって予備加熱される半導体ウェハーWとともに温度補償リング76も加熱・昇温されることとなり、予備加熱中の半導体ウェハーWの端縁部から失われた熱は温度補償リング76によって補償される。よって、ハロゲンランプHLによって予備加熱される半導体ウェハーWの面内温度分布を均一にすることができ、その結果フラッシュランプFLからの閃光照射によって到達する半導体ウェハーWの表面の面内温度分布をも均一なものとすることができる。
In the first embodiment, a
また、予備加熱中の半導体ウェハーWの面内温度分布が温度補償リング76によって均一なものとされていれば、フラッシュランプFLからフラッシュ光が照射されたときの瞬間的なウェハー表面の熱膨張に起因した半導体ウェハーWの反りも緩和される。半導体ウェハーWの反りが小さいことは、フラッシュ光照射後にウェハー表面の急速な温度降下によってその反りが元に戻るときの反動が小さいことを意味している。その結果、フラッシュ光照射にともなう半導体ウェハーWの動きが小さなものとなり、半導体ウェハーWの割れが抑制される。また、フラッシュ光照射にともなう半導体ウェハーWの動きが小さなものであれば、バンプ75によって半導体ウェハーWの裏面に傷が付くことが防がれ、同時にバンプ75の先端が削られることも防止される。
Further, if the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W being preheated is made uniform by the
<2.第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態における熱処理装置の全体構成および半導体ウェハーWの処理手順は第1実施形態と同様である。第2実施形態が第1実施形態と相違するのは、半導体ウェハーWを水平姿勢に保持して予備加熱を行う保持部7の構成である。
<2. Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The overall configuration of the heat treatment apparatus and the processing procedure for the semiconductor wafer W in the second embodiment are the same as those in the first embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the holding
図11は、第2実施形態の保持部7の平面図である。また、図12は、第2実施形態の保持プレート74の縦断面図である。なお、図11および図12において、第1実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。
FIG. 11 is a plan view of the holding
第2実施形態の保持部7もサセプタ70および保持プレート74を備えて構成される。サセプタ70は第1実施形態と同様のものである。また、保持プレート74も第1実施形態と同じく石英にて形成された円形の平板状部材であり、そ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、半導体ウェハーWの温度を測定するための2つの開口部77およびリフトピン12が通過するための4つの貫通孔79が穿設されている。但し、第2実施形態の保持部7にはバンプは設けられていない。
The holding
保持プレート74の上面周縁部には温度補償リング176が載置される。第1実施形態と同じく、温度補償リング176は炭化ケイ素にて形成された円環状部材であり、その外径は保持プレート74の直径と等しい。第2実施形態の温度補償リング176の内径は第1実施形態よりも小さく、半導体ウェハーWの径よりも若干小さい(φ300mmの半導体ウェハーWであれば294mm〜298mm)。また、温度補償リング176の厚さは0.5mm〜3mm(第2実施形態では1mm)である。
A
図11および図12に示すように、第2実施形態においては、半導体ウェハーWは端縁部を温度補償リング176によって支持されることにより保持プレート74上に載置される。すなわち、温度補償リング176の内径は半導体ウェハーWの径よりも小さいため、温度補償リング176は半導体ウェハーWの下面端縁部に接触して半導体ウェハーWを支持する。温度補償リング176の厚さは0.5mm以上3mm以下であるため、半導体ウェハーWは温度補償リング176によって保持プレート74の上面から0.5mm以上3mm以下の間隔を隔てて支持されることとなる。
As shown in FIGS. 11 and 12, in the second embodiment, the semiconductor wafer W is placed on the holding
第2実施形態における熱処理装置の残余の構成は第1実施形態と同じである。また、第2実施形態の熱処理装置における半導体ウェハーWの処理手順も図9に示すのと同様である。図9の手順中、ハロゲンランプHLによる予備加熱の工程(ステップS3)においては、半導体ウェハーWとともに温度補償リング176も加熱される。第2実施形態では、保持プレート74に保持される半導体ウェハーWの端縁部に沿って環状に温度補償リング176が配置されており、その温度補償リング176がハロゲンランプHLによって昇温されることにより、予備加熱中の半導体ウェハーWの端縁部から失われた熱が温度補償リング176によって補償されることとなる。よって、第1実施形態と同様に、ハロゲンランプHLによって予備加熱される半導体ウェハーWの面内温度分布を均一にすることができ、その結果フラッシュランプFLからの閃光照射によって到達する半導体ウェハーWの表面の面内温度分布をも均一なものとすることができる。なお、第2実施形態においては、半導体ウェハーWの下面のうち温度補償リング176と接触している部位にはハロゲンランプHLからのハロゲン光が直接到達しないため、かかる部位はハロゲン光によって昇温した温度補償リング176によって間接的に加熱されることとなる。
The remaining configuration of the heat treatment apparatus in the second embodiment is the same as that in the first embodiment. Further, the processing procedure of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus of the second embodiment is the same as that shown in FIG. In the procedure of FIG. 9, the
また、第2実施形態の温度補償リング176は半導体ウェハーWの下面端縁部を面接触にて支持するため、複数のバンプ75によって半導体ウェハーWの下面を点接触にて支持する第1実施形態と比較して接触面積が大きい。このため、温度補償リング176と半導体ウェハーWとの接触圧は比較的小さく、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーWが動いたとしても、半導体ウェハーWの裏面に傷が付くことが防止される。
Further, since the
さらに、第2実施形態の温度補償リング176は半導体ウェハーWの端縁部に沿って環状に配置されており、半導体ウェハーWの全周にわたって支持している。このため、複数のバンプ75によって半導体ウェハーWを点接触にて支持する第1実施形態と比較して半導体ウェハーWの平面度を維持することが容易となり、保持プレート74と半導体ウェハーWとの距離をより均一なものとすることができる。ハロゲン光を透過する保持プレート74は予備加熱中もあまり昇温せず(200℃〜300℃)、半導体ウェハーWの予備加熱温度に影響を与えるのであるが、保持プレート74と半導体ウェハーWとの距離を均一なものとすることができれば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, the
<3.変形例>
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は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。上記各実施形態においては、温度補償リング76,176を炭化ケイ素にて形成するようにしていたが、これに限定されるものではなく、少なくとも赤外線を吸収して半導体ウェハーWの端縁部の温度を補償できるものであれば良く、例えば窒化アルミニウム(AlN)にて温度補償リング76,176を形成するようにしても良い。
<3. Modification>
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. In each of the embodiments described above, the
また、第2実施形態において、保持プレート74の上面に第1実施形態と同様の複数のバンプ75を設けるようにしても良い。もっとも、温度補償リング176によって半導体ウェハーWの端縁部を支持するためには、バンプ75の高さを温度補償リング176の厚さよりも低くしておく必要がある。
In the second embodiment, a plurality of
また、第1実施形態において、温度補償リング76の内径を半導体ウェハーWの径よりも若干小さく(第2実施形態と同程度)するとともに、温度補償リング76の厚さをバンプ75の上端の高さ位置から保持プレート74の上面までの距離よりも小さくするようにしても良い。このようにしても、保持プレート74に保持される半導体ウェハーWの端縁部に近接して非接触にて温度補償リング76が配置されることとなる。よって、第1実施形態と同様に、予備加熱中の半導体ウェハーWの端縁部から失われた熱を温度補償リング76によって補償することができ、半導体ウェハーWの面内温度分布を均一にすることができる。
In the first embodiment, the inner diameter of the
また、上記実施形態においては、熱処理空間65に供給する処理ガスを窒素ガス(N2)としていたが、これに限定されるものではなく、例えば、ヘリウム(He)ガス、アルゴン(Ar)ガス等の不活性ガス、あるいは、酸素(02)ガスや清浄エアであっても良い。もっとも、熱処理空間65にて加熱される半導体ウェハーWは数百℃から1000℃以上の高温に昇温されるため、処理ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが好ましく、特にコスト面からは安価な窒素ガスが好ましい。
In the above embodiment, the processing gas supplied to the
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、温度補償リング76,176を当該ガラス基板の外形に対応する矩形枠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
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
74 保持プレート
75 バンプ
76,176 温度補償リング
FL フラッシュランプ
HL ハロゲンランプ
W 半導体ウェハー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat processing apparatus 2 Shutter mechanism 3 Control part 4
Claims (4)
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載置して水平姿勢に保持する石英の保持プレートと、
前記保持プレートに保持された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
前記保持プレートに保持された基板を光照射によって予備加熱するハロゲンランプと、
前記保持プレートに載置され、予備加熱される基板の端縁部の温度を補償する温度補償部材と、
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 the substrate with flash light,
A chamber for housing the substrate;
A quartz holding plate for placing the substrate in the chamber and holding it in a horizontal position;
A flash lamp for irradiating flash light to the substrate held by the holding plate;
A halogen lamp for preheating the substrate held by the holding plate by light irradiation;
A temperature compensation member that is placed on the holding plate and compensates for the temperature of the edge of the substrate to be preheated;
A heat treatment apparatus comprising:
前記温度補償部材は炭化ケイ素にて形成されることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein
The heat treatment apparatus, wherein the temperature compensation member is made of silicon carbide.
前記保持プレートに設置され、基板を前記保持プレートの上方に近接させて点接触にて支持する複数の支持ピンをさらに備え、
前記温度補償部材は、前記保持プレートに保持される基板の端縁部に近接して環状に配置されることを特徴とする熱処理装置。 In the heat treatment apparatus according to claim 1 or 2,
A plurality of support pins that are installed on the holding plate and support the substrate in a point contact with the substrate close to the upper side of the holding plate;
The heat treatment apparatus, wherein the temperature compensation member is arranged in an annular shape adjacent to an edge portion of a substrate held by the holding plate.
前記温度補償部材は、前記保持プレートに保持される基板の端縁部に沿って環状に配置され、当該基板の端縁部を支持することを特徴とする熱処理装置。 In the heat treatment apparatus according to claim 1 or 2,
The temperature compensation member is annularly disposed along an edge portion of a substrate held by the holding plate, and supports the edge portion of the substrate.
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