JP2011060897A - Annealing apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アニール装置及びアニール方法に関する。 The present invention relates to an annealing apparatus and an annealing method.
従来の技術として、並べられた複数のフラッシュランプのうち、端部側のフラッシュランプをウエハ表面に近づけて配置する熱処理装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 As a conventional technique, a heat treatment apparatus is known in which, among a plurality of arranged flash lamps, an end side flash lamp is arranged close to the wafer surface (see, for example, Patent Document 1).
この熱処理装置によると、端部側のフラッシュランプがウエハ表面に近づけて配置されているので、アニール処理の際、端部側のフラッシュランプの照度が、他のフラッシュランプ側からの照度よりも相対的に強められ、ウエハの中央部と外周部の温度差が少なくなるとしている。 According to this heat treatment apparatus, since the flash lamp on the end side is disposed close to the wafer surface, the illuminance of the flash lamp on the end side is relatively higher than the illuminance from the other flash lamp side during the annealing process. It is said that the temperature difference between the central portion and the outer peripheral portion of the wafer is reduced.
また、従来の技術として、ウエハの中央部と外周部で温度差を設けて加熱することで、アニール処理の際の中央部と外周部の温度差を少なくするホットプレートが知られている(例えば、特許文献2参照。)。 Further, as a conventional technique, there is known a hot plate that reduces the temperature difference between the central portion and the outer peripheral portion during annealing by providing a temperature difference between the central portion and the outer peripheral portion of the wafer and heating (for example, , See Patent Document 2).
しかし、特許文献1に記載の熱処理装置では、各フラッシュランプは、同時に点灯されるため、ウエハ上における所望の温度分布を得られ難い。また、特許文献2に記載のホットプレートでは、ウエハの中央部と外周部で温度差を設けて加熱することは、非晶質化した不純物を注入した層において固相成長を助長することになり、フラッシュランプから発せられた光の反射率が増大し、外周部での高温化を阻害する。
However, in the heat treatment apparatus described in
本発明の目的は、アニール処理において半導体基板の所望の温度分布が得られるアニール装置及びアニール方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an annealing apparatus and an annealing method capable of obtaining a desired temperature distribution of a semiconductor substrate in an annealing process.
本発明の一態様は、半導体基板の上方の前記半導体基板に対応する第1の領域に配置された第1のフラッシュランプ部と、前記第1の領域の周辺に位置する第2の領域に配置された第2のフラッシュランプ部と、前記第1のフラッシュランプ部と前記第2のフラッシュランプ部を異なるタイミングで発光させるように制御する制御部と、を備えたアニール装置を提供する。 One embodiment of the present invention is arranged in a first flash lamp portion disposed in a first region corresponding to the semiconductor substrate above the semiconductor substrate, and in a second region located around the first region. There is provided an annealing apparatus comprising: the second flash lamp unit that is configured; and a control unit that controls the first flash lamp unit and the second flash lamp unit to emit light at different timings.
本発明の他の一態様は、半導体基板の上方の前記半導体基板に対応する第1の領域に配置された第1のフラッシュランプ部と前記第1の領域の周辺に位置する第2の領域に配置された第2のフラッシュランプ部を異なるタイミングで発光させるアニール方法を提供する。 According to another aspect of the present invention, a first flash lamp unit disposed in a first region corresponding to the semiconductor substrate above the semiconductor substrate and a second region positioned around the first region are provided. Provided is an annealing method for emitting light at a different timing from the arranged second flash lamp section.
本発明によれば、アニール処理において半導体基板の所望の温度分布が得られる。 According to the present invention, a desired temperature distribution of the semiconductor substrate can be obtained in the annealing process.
[第1の実施の形態]
(アニール装置の構成)
図1(a)は、本発明の第1の実施の形態に係るアニール装置の模式図であり、(b)は、アニール装置の側面図である。このアニール装置1は、図1(a)及び(b)に示すように、複数のフラッシュランプ20からなるランプ部2と、半導体基板としてのウエハ4を下側から加熱するホットプレート3とを備えて概略構成されている。
[First embodiment]
(Configuration of annealing equipment)
FIG. 1A is a schematic diagram of an annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a side view of the annealing apparatus. As shown in FIGS. 1A and 1B, the
ランプ部2は、後述するチャンバの外側に設けられ、例えば、複数のフラッシュランプ20が、ホットプレート3の上方に、長手方向が一定の間隔で隣り合うように並んで配置されている。また、ランプ部2は、ウエハ4の上方の、ウエハ4に対応する第1の領域200に配置された第1のフラッシュランプ部としての上部ランプ部22と、第1の領域200の周辺に位置する第2の領域202に配置された第2のフラッシュランプ部としての第1及び第2の側部ランプ部24、26とを備えて構成される。
The
フラッシュランプ20は、例えば、円筒形の細長い形状を有し、パルス状に発光することによってウエハ4の表面を加熱するXeランプである。Xeランプは、ガラス管内部に絶縁性を有するXeガスが封入され、その両端部にコンデンサに接続された陽電極及び陰電極が配置されている。また、Xeランプは、ガラス管外部に第1の電源部6と接続されたトリガ電極を有している。
The
Xeランプは、第1の電源部6からトリガ電極に高電圧が付加されると、トリガ電極に沿ったガラス管内部のXeガスがイオン化する。Xeガスがイオン化すると陽電極及び陰電極間の電気抵抗値が低下し導通状態になり、コンデンサに充電したエネルギーがXeランプを通じて放電する。Xeランプは、この放電電流がXeガス中を流れる事で発光するものである。このフラッシュランプ20を複数配列したランプ部2による加熱によって、ウエハ4の表面温度は、およそ1200〜1300℃に達する。
In the Xe lamp, when a high voltage is applied from the first power supply unit 6 to the trigger electrode, Xe gas inside the glass tube along the trigger electrode is ionized. When the Xe gas is ionized, the electric resistance value between the positive electrode and the negative electrode is lowered to be in a conductive state, and the energy charged in the capacitor is discharged through the Xe lamp. The Xe lamp emits light when this discharge current flows through the Xe gas. The surface temperature of the
なお、フラッシュランプ20は、Xeランプに限定されず、例えば、他の希ガス、水銀及び水素を用いたフラッシュランプ、エキシマレーザ、YAG(Yttrium Aluminum Garnet)レーザ、一酸化炭素ガスレーザ、及び二酸化炭素ガスレーザ等のレーザ、又はXeアーク放電ランプ等のような高輝度発光が可能な光源であっても良い。
Note that the
第1の領域200は、例えば、図1(b)に示すように、ホットプレート3に載せられたウエハ4を、ホットプレート3の表面の垂直方向に投影し、その投影したウエハが投影される複数のフラッシュランプ20によって作られる領域である。第2の領域202は、第1の領域200以外のフラッシュランプ20によって形成される領域である。
In the first region 200, for example, as shown in FIG. 1B, the
上部ランプ部22は、例えば、ウエハ4の表面対して垂直方向からウエハ4を見たとき、当該ウエハ4を中心とし、かつウエハ4全体が含まれるような正方形の領域内に、フラッシュランプ20が並べて形成される。
For example, when the
第1の側部ランプ部24は、例えば、図1(b)に示す上部ランプ部22の左側に配置された少なくとも1つのフラッシュランプ20から構成される。同様に、第2の側部ランプ部26は、例えば、図1(b)に示す上部ランプ部22の右側に配置された複数のフラッシュランプ20から構成される。
The first
ホットプレート3は、後述するチャンバ内に配置され、例えば、その内部にニクロム線等の電熱線、又はハロゲンランプ等の赤外線ランプ等が配置されている。ホットプレート3は、例えば、ウエハ4の表面温度をおよそ500℃まで上昇させる。
The hot plate 3 is disposed in a chamber to be described later. For example, a heating wire such as a nichrome wire or an infrared lamp such as a halogen lamp is disposed therein. The hot plate 3 raises the surface temperature of the
本実施の形態におけるホットプレート3は、例えば、ウエハ4の中央部40及び外周部42が同じ温度となるようにウエハ4を加熱するように構成されている。なお、ホットプレート3は、例えば、非晶質化した不純物を注入した層において固相成長を助長しない範囲内で、ウエハ4の中央部40及び外周部42で温度差を付けて加熱するように構成しても良い。
For example, the hot plate 3 in the present embodiment is configured to heat the
図2は、本発明の第1の実施の形態に係るアニール装置の構成ブロック図である。アニール装置1は、図2に示すように、さらに、ランプ制御部5と、第1の電源部6と、第2の電源部7と、制御部8と、チャンバ10とを備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the
ランプ制御部5は、例えば、制御部8による制御に基づいて上部ランプ部22、第1及び第2のランプ部24、26と第1の電源部6との接続を切り替えるものである。
The lamp control unit 5 switches the connection between the
第1の電源部6は、例えば、およそ0.5〜2.0m秒のパルス幅で、ランプ制御部5を介してランプ部2を駆動する。
The first power supply unit 6 drives the
第2の電源部7は、制御部8の制御に基づいてホットプレート3に電力を供給する。
The second
制御部8は、例えば、工程データ80とタイミングデータ81を備えている。工程データ80は、例えば、第2の電源部7を介してホットプレート3に供給する電力量等のアニール処理に関するデータである。タイミングデータ81は、例えば、上部ランプ部22、第1及び第2の側部ランプ部24、26に供給する電力のパルス幅、ランプ強度及び発光タイミング等に関するデータである。
The
制御部は、例えば、第1の電源部6を制御してランプ部2の駆動のためのパルス幅及びランプ強度を制御する。ランプ部2のランプ強度密度は、例えば、15〜30J/cm2である。また制御部8は、例えば、工程データ80に基づいて第2の電源部7を制御してホットプレート3に供給する電力を制御することでホットプレート3の温度を調整する。
For example, the control unit controls the first power supply unit 6 to control the pulse width and the lamp intensity for driving the
制御部8は、例えば、工程データ80及びタイミングデータ81に基づいてランプ制御部5を制御して第1の電源部6から供給される電力をどのフラッシュランプ20に供給するかを切り替える。
For example, the
チャンバ10は、例えば、ランプ部2からの光を透過する窓12を有している。ランプ部2は、この窓12を介してホットプレート3上のウエハ4の表面温度を上昇させる。
The chamber 10 includes, for example, a window 12 that transmits light from the
以下に、本実施の形態のアニール装置1の動作の一例について説明する。
Below, an example of operation | movement of the
(アニール装置の動作)
まず、上部ランプ部22と第1及び第2の側部ランプ部24、26のランプ強度を同じにし、上部ランプ部22よりも第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光タイミングをΔt1m秒遅らせてアニール処理を行う場合について説明する。
(Operation of annealing equipment)
First, the lamp intensity of the
図3(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る上部ランプ部と第1及び第2の側部ランプ部のランプ強度が同じ場合のランプ強度と時間のグラフであり、(b)は、中央部ウエハ表面温度と時間のグラフであり、(c)は、外周部ウエハ表面温度と時間のグラフである。図3(a)は、横軸が時間、縦軸がランプ強度であり、(b)及び(c)は、横軸が時間(m秒)、縦軸が室温(例えば27℃。)を原点としたウエハ表面温度である。なお、以下の各実施の形態において、ランプ強度は、例えば、1つのフラッシュランプ20のランプ強度を示しており、中央部ウエハ表面温度は、ウエハ4の中央部40の平均した表面温度を示し、外周部ウエハ表面温度は、ウエハ4の外周部42の平均した表面温度を示している。
FIG. 3A is a graph of lamp intensity and time when the lamp intensity of the upper lamp unit and the first and second side lamp units according to the first embodiment of the present invention are the same, (b ) Is a graph of the central wafer surface temperature and time, and (c) is a graph of the outer peripheral wafer surface temperature and time. 3A, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents lamp intensity. In FIGS. 3B and 3C, the horizontal axis represents time (msec) and the vertical axis represents room temperature (for example, 27 ° C.). The wafer surface temperature. In each of the following embodiments, the lamp intensity indicates, for example, the lamp intensity of one
ここで以下の各実施の形態において、上部ランプ部22、第1及び第2の側部ランプ部24、26の第1の電源部6から供給される電力のパルス幅は、同一のtm秒(例えば、0.5〜2.0m秒。)とする。また、以下の各実施の形態において、上部ランプ部22、第1及び第2の側部ランプ部24、26のランプ強度は、強い方をaJ(例えば、24J。)、弱い方をfJ(例えば、22J。)とする。このランプ強度の差(=a―f)は、例えば、10%以内であることが好ましく、5%以下であることがより好ましい。
Here, in each of the following embodiments, the pulse width of the power supplied from the first power supply unit 6 of the
まず、アニール装置1の制御部8は、工程データ80に基づいて、ウエハ4がホットプレート3に載せられた後、第2の電源部7を制御してホットプレート3を介してウエハ4をおよそ500℃まで加熱する。
First, the
次に、制御部8は、工程データ80及びタイミングデータ81に基づいてランプ制御部5及び第1の電源部6を介し、例えば、上部ランプ部22をtm秒間、ランプ強度aJで駆動し、Δt1m秒後に、第1及び第2の側部ランプ部24、26をtm秒間、ランプ強度aJで駆動し、ウエハ4のアニール処理を終了する。
Next, the
上部ランプ部22を構成するフラッシュランプ20のランプ強度は、例えば、図3(a)に示すように、曲線100となり、第1及び第2の側部ランプ部24、26を構成するフラッシュランプ20のランプ強度は、例えば、曲線102となる。
The lamp intensity of the
上部ランプ部22の発光により変化する中央部ウエハ表面温度は、例えば、図3(b)に示すように、曲線104となる。また、第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光により変化する中央部ウエハ表面温度は、例えば、図3(b)に示すように、曲線106となる。
The central wafer surface temperature that changes due to the light emitted from the
上部ランプ部22の発光と、上部ランプ部22よりもΔt1m秒後の第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光によって、ウエハ4の中央部40における表面温度は、最大温度bを頂点とする凸形状の曲線108となる。
The surface temperature at the central portion 40 of the
また、上部ランプ部22の発光により変化する外周部ウエハ表面温度は、例えば、図3(c)に示すように、曲線110となる。また、第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光により変化する外周部ウエハ表面温度は、例えば、図3(c)に示すように、曲線112となる。
Further, the outer peripheral wafer surface temperature that changes due to the light emission of the
上部ランプ部22の発光と、上部ランプ部22よりもΔt1m秒後の第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光によって、ウエハ4の外周部42における表面温度は、最大温度cを頂点とする凸形状の曲線108となる。
The surface temperature of the outer peripheral portion 42 of the
この最大温度b及びcは、例えば、1200〜1300℃であることが好ましく、1220〜1270℃であることがより好ましい。さらに、最大温度bとcの差の絶対値は、例えば、0〜50℃であることが好ましく、0〜25℃であることがより好ましい。 For example, the maximum temperatures b and c are preferably 1200 to 1300 ° C, and more preferably 1220 to 1270 ° C. Furthermore, the absolute value of the difference between the maximum temperatures b and c is preferably, for example, 0 to 50 ° C, and more preferably 0 to 25 ° C.
この中央部ウエハ表面温度の最大温度bは、中央部40における上部ランプ部22の温度プロファイルである曲線104と第1及び第2の側部ランプ部24、26の温度プロファイルである曲線106に基づいて設定される。外周部ウエハ表面温度の最大温度cは、外周部42における上部ランプ部22の温度プロファイルである曲線110と第1及び第2の側部ランプ部24、26の温度プロファイルである曲線112に基づいて設定される。
The maximum temperature b of the central wafer surface temperature is based on a
続いて、第1及び第2の側部ランプ部24、26よりも上部ランプ部22の発光タイミングをΔt2m秒遅らせてアニール処理を行う場合について説明する。
Next, a case where the annealing process is performed by delaying the light emission timing of the
図4(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る上部ランプ部と第1及び第2の側部ランプ部のランプ強度が同じ場合のランプ強度と時間のグラフであり、(b)は、中央部ウエハ表面温度と時間のグラフであり、(c)は、外周部ウエハ表面温度と時間のグラフである。図4(a)は、横軸が時間、縦軸がランプ強度であり、(b)及び(c)は、横軸が時間(m秒)、縦軸が室温を原点としたウエハ表面温度である。 FIG. 4A is a graph of lamp intensity and time when the lamp intensity of the upper lamp unit and the first and second side lamp units according to the first embodiment of the present invention are the same, (b ) Is a graph of the central wafer surface temperature and time, and (c) is a graph of the outer peripheral wafer surface temperature and time. In FIG. 4A, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents lamp intensity, and (b) and (c) represent the wafer surface temperature with the horizontal axis representing time (msec) and the vertical axis representing room temperature as the origin. is there.
まず、アニール装置1の制御部8は、ホットプレート3を介してウエハ4をおよそ500℃まで加熱する。
First, the
次に、制御部8は、工程データ80及びタイミングデータ81に基づいてランプ制御部5及び第1の電源部6を介し、例えば、第1及び第2の側部ランプ部24、26をtm秒間、ランプ強度aJで駆動し、Δt2m秒後に、上部ランプ部22をtm秒間、ランプ強度aJで駆動し、ウエハ4のアニール処理を終了する。
Next, based on the process data 80 and the timing data 81, the
第1及び第2の側部ランプ部24、26を構成するフラッシュランプ20のランプ強度は、例えば、図4(a)に示すように、曲線116となり、上部ランプ部22を構成するフラッシュランプ20のランプ強度は、例えば、曲線118となる。
The lamp intensity of the
第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光により変化する中央部ウエハ表面温度は、例えば、図4(b)に示すように、曲線120となる。また上部ランプ部22の発光により変化する中央部ウエハ表面温度は、例えば、図4(b)に示すように、曲線122となる。
The central wafer surface temperature that is changed by the light emission of the first and second
また、第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光と、第1及び第2の側部ランプ部24、26よりもΔt2m秒後の上部ランプ部22の発光によって、ウエハ4の中央部40における表面温度は、最大温度dを頂点とする凸形状の曲線124となる。
Further, the light emission of the first and second
また、第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光により変化する外周部ウエハ表面温度は、例えば、図4(c)に示すように、曲線126となる。上部ランプ部22の発光により変化する外周部ウエハ表面温度は、例えば、図4(c)に示すように、曲線128となる。
Further, the outer peripheral wafer surface temperature that changes due to the light emission of the first and second
第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光と、第1及び第2の側部ランプ部24、26よりもΔt2m秒後の上部ランプ部22の発光によって、ウエハ4の外周部42における表面温度は、最大温度eを頂点とする凸形状の曲線130となる。
The outer peripheral portion 42 of the
この最大温度d及びeは、上記の最大温度b及びcと同様の温度範囲が好ましい。 The maximum temperatures d and e are preferably in the same temperature range as the maximum temperatures b and c.
また、この中央部ウエハ表面温度の最大温度dは、中央部40における第1及び第2の側部ランプ部24、26の温度プロファイルである曲線120と上部ランプ部22の温度プロファイルである曲線122に基づいて設定される。外周部ウエハ表面温度の最大温度eは、外周部42における第1及び第2の側部ランプ部24、26の温度プロファイルである曲線126と上部ランプ部22の温度プロファイルである曲線128に基づいて設定される。
The maximum temperature d of the central wafer surface temperature is a
続いて、発光タイミングとランプ強度を変えてアニール処理を行う場合について説明する。発光タイミングは、第1及び第2の側部ランプ部24、26の方が、上部ランプ部22よりも遅く、ランプ強度は、上部ランプ部22の方が、第1及び第2の側部ランプ部24、26よりも強くなっている。
Next, the case where the annealing process is performed by changing the light emission timing and the lamp intensity will be described. The light emission timing is slower in the first and second
図5(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る上部ランプ部と第1及び第2の側部ランプ部のランプ強度が異なる場合のランプ強度と時間のグラフであり、(b)は、中央部ウエハ表面温度と時間のグラフであり、(c)は、外周部ウエハ表面温度と時間のグラフである。図5(a)は、横軸が時間、縦軸がランプ強度であり、(b)及び(c)は、横軸が時間(m秒)、縦軸が室温を原点としたウエハ表面温度である。 FIG. 5A is a graph of lamp intensity and time when the lamp intensity of the upper lamp unit according to the first embodiment of the present invention is different from that of the first and second side lamp units. ) Is a graph of the central wafer surface temperature and time, and (c) is a graph of the outer peripheral wafer surface temperature and time. 5A, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents lamp intensity, and (b) and (c) represent the wafer surface temperature with the horizontal axis representing time (msec) and the vertical axis representing room temperature as the origin. is there.
まず、アニール装置1の制御部8は、ホットプレート3を介してウエハ4をおよそ500℃まで加熱する。
First, the
次に、制御部8は、工程データ80及びタイミングデータ81に基づいてランプ制御部5及び第1の電源部6を介し、例えば、上部ランプ部22をtm秒間、ランプ強度aJで駆動し、Δt3m秒後に、第1及び第2の側部ランプ部24、26をtm秒間、ランプ強度fJで駆動し、ウエハ4のアニール処理を終了する。このアニール処理において、ランプ強度は、上部ランプ部22の方が、第1及び第2の側部ランプ部24、26よりも強く設定されている。
Next, the
上部ランプ部22を構成するフラッシュランプ20のランプ強度は、例えば、図5(a)に示すように、曲線132となり、第1及び第2の側部ランプ部24、26を構成するフラッシュランプ20のランプ強度は、例えば、曲線134となる。
The lamp intensity of the
上部ランプ部22の発光により変化する中央部ウエハ表面温度は、例えば、図5(b)に示すように、曲線136となる。また、第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光により変化する中央部ウエハ表面温度は、例えば、図5(b)に示すように、曲線138となる。
The central wafer surface temperature that changes due to the light emitted from the
上部ランプ部22の発光と、上部ランプ部22よりもΔt3m秒後の第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光によって、ウエハ4の中央部40における表面温度は、最大温度gを頂点とする凸形状の曲線140となる。
The surface temperature at the central portion 40 of the
また、上部ランプ部22の発光により変化する外周部ウエハ表面温度は、例えば、図5(c)に示すように、曲線142となる。また、第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光により変化する外周部ウエハ表面温度は、例えば、図5(c)に示すように、曲線144となる。
Further, the outer peripheral wafer surface temperature that changes due to the light emission of the
上部ランプ部22の発光と、上部ランプ部22よりもΔt3m秒後の第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光によって、ウエハ4の外周部42における表面温度は、最大温度hを頂点とする凸形状の曲線146となる。
The surface temperature at the outer peripheral portion 42 of the
この最大温度g及びhは、上記の最大温度b及びcと同様の温度範囲が好ましい。 The maximum temperatures g and h are preferably in the same temperature range as the maximum temperatures b and c.
また、この中央部ウエハ表面温度の最大温度gは、中央部40における上部ランプ部22の温度プロファイルである曲線136と第1及び第2の側部ランプ部24、26の温度プロファイルである曲線138に基づいて設定される。外周部ウエハ表面温度の最大温度hは、外周部42における上部ランプ部22の温度プロファイルである曲線142と第1及び第2の側部ランプ部24、26の温度プロファイルである曲線144に基づいて設定される。
The maximum temperature g of the central wafer surface temperature is a
続いて、ランプ強度は、上記と同じで、発光タイミングが、上部ランプ部22の方が、第1及び第2の側部ランプ部24、26よりも遅い場合について説明する。
Subsequently, the case where the lamp intensity is the same as described above and the light emission timing is slower in the
図6(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る上部ランプ部と第1及び第2の側部ランプ部のランプ強度が異なる場合のランプ強度と時間のグラフであり、(b)は、中央部ウエハ表面温度と時間のグラフであり、(c)は、外周部ウエハ表面温度と時間のグラフである。図6(a)は、横軸が時間、縦軸がランプ強度であり、(b)及び(c)は、横軸が時間(m秒)、縦軸が室温を原点としたウエハ表面温度である。 FIG. 6A is a graph of lamp intensity and time when the lamp intensity of the upper lamp unit according to the first embodiment of the present invention is different from that of the first and second side lamp units. ) Is a graph of the central wafer surface temperature and time, and (c) is a graph of the outer peripheral wafer surface temperature and time. 6A, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents lamp intensity, and (b) and (c) represent the wafer surface temperature with the horizontal axis representing time (msec) and the vertical axis representing room temperature as the origin. is there.
まず、アニール装置1の制御部8は、ホットプレート3を介してウエハ4をおよそ500℃まで加熱する。
First, the
次に、制御部8は、工程データ80及びタイミングデータ81に基づいてランプ制御部5及び第1の電源部6を介し、例えば、第1及び第2の側部ランプ部24、26をtm秒間、ランプ強度fJで駆動し、Δt4m秒後に、上部ランプ部22をtm秒間、ランプ強度aJで駆動し、ウエハ4のアニール処理を終了する。
Next, based on the process data 80 and the timing data 81, the
第1及び第2の側部ランプ部24、26を構成するフラッシュランプ20のランプ強度は、例えば、図6(a)に示すように、曲線148となり、上部ランプ部22を構成するフラッシュランプ20のランプ強度は、例えば、曲線150となる。
The lamp intensity of the
第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光により変化する中央部ウエハ表面温度は、例えば、図6(b)に示すように、曲線152となる。また上部ランプ部22の発光により変化する中央部ウエハ表面温度は、例えば、図6(b)に示すように、曲線154となる。
The central wafer surface temperature that changes due to the light emission of the first and second
また、第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光と、第1及び第2の側部ランプ部24、26よりもΔt4m秒後の上部ランプ部22の発光によって、ウエハ4の中央部40における表面温度は、最大温度iを頂点とする凸形状の曲線156となる。
Further, the light emission of the first and second
また、第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光により変化する外周部ウエハ表面温度は、例えば、図6(c)に示すように、曲線158となる。上部ランプ部22の発光により変化する外周部ウエハ表面温度は、例えば、図6(c)に示すように、曲線160となる。
Further, the outer peripheral wafer surface temperature that changes due to the light emission of the first and second
第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光と、第1及び第2の側部ランプ部24、26よりもΔt4m秒後の上部ランプ部22の発光によって、ウエハ4の外周部42における表面温度は、最大温度jを頂点とする凸形状の曲線162となる。
The outer peripheral portion 42 of the
この最大温度i及びjは、上記の最大温度b及びcと同様の温度範囲が好ましい。 The maximum temperatures i and j are preferably in the same temperature range as the maximum temperatures b and c.
また、この最大温度iは、中央部40における第1及び第2の側部ランプ部24、26の温度プロファイルである曲線152と上部ランプ部22の温度プロファイルである曲線154に基づいて設定される。外周部ウエハ表面温度の最大温度jは、中央部40における第1及び第2の側部ランプ部24、26の温度プロファイルである曲線158と上部ランプ部22の温度プロファイルである曲線160に基づいて設定される。
The maximum temperature i is set based on a
次に、発光タイミングの範囲について説明する。 Next, the range of the light emission timing will be described.
図7(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る発光タイミングがΔt5の場合のランプ強度と時間のグラフであり、(b)は、発光タイミングがΔt5の場合の外周部ウエハ表面温度と時間のグラフである。図7(a)及び(b)は、上部ランプ部22に続いて第1及び第2のランプ部24、26が発光する場合を示している。
FIG. 7A is a graph of lamp intensity and time when the light emission timing is Δt5 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 7B is the outer peripheral wafer surface when the light emission timing is Δt5. It is a graph of temperature and time. FIGS. 7A and 7B show a case where the first and
図7(a)に示すように、ランプ強度の曲線164と曲線166が交差しない発光タイミングで上部ランプ部22と第1及び第2の側部ランプ部24、26を駆動する。発光タイミングが離れていることから、ランプ強度の曲線164に基づく外周部ウエハ温度の曲線168とランプ強度の曲線166に基づく外周ウエハ温度の曲線170とに重なり合う部分が無くなる。
As shown in FIG. 7A, the
この際の外周部42の温度プロファイルは、例えば、2つの凸形状を有する曲線172となる。この2つの凸部の頂点が、目標とする表面温度となるようにアニール処理を行うと、中央部40と外周部42の熱ストレスが顕著となり、ウエハ4にダメージが残る。よって、上部ランプ部22の発光と第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光は、上部ランプ部22の発光によるランプ強度の曲線と第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光によるランプ強度の曲線が、少なくとも重なり合う発光タイミングで行われることが好ましい。
At this time, the temperature profile of the outer peripheral portion 42 is, for example, a
(第1の実施の形態の効果)
本発明の第1の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)上部ランプ部22と、第1及び第2の側部ランプ部24、26との発光タイミングを異なるものとするので、上部ランプ部22、第1及び第2の側部ランプ部24、26を同時に発光させる場合と比べて、容易にウエハ4の温度分布を所望の温度分布とすることができる。
(2)上部ランプ部22と、第1及び第2の側部ランプ部24、26との発光タイミングを異なるものとするので、上部ランプ部22、第1及び第2の側部ランプ部24、26を同時に発光させる場合と比べて、最大出力が小さい第1の電源部6を用いることができ、アニール装置1の製造コストを抑制することができる。
(3)発光タイミングに加え、上部ランプ部22と第1及び第2の側部ランプ部24、26のランプ強度に差を設けることで、上部ランプ部22と第1及び第2の側部ランプ部24、26の発光タイミングとランプ強度に差を設けないものに比べ、容易にウエハ4の温度分布を所望の温度分布とすることができる。
(4)フラッシュランプ20の数や配置を変更しないので、既存のアニール装置を用いることが可能となり、既存のアニール装置によって製造される半導体装置の性能を向上させ、また、半導体装置の製造コストを抑制することができる。
(Effects of the first embodiment)
According to the first embodiment of the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Since the
(2) Since the
(3) In addition to the light emission timing, by providing a difference in lamp intensity between the
(4) Since the number and arrangement of the
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態は、上部ランプ部22、第1及び第2の側部ランプ部24、26に加えて第3及び第4の側部ランプ部28、30を備える点で第1の実施の形態と異なっている。なお、以下において、第1の実施の形態と同様の機能及び構成を有する部分については、第1の実施の形態と同様の符号を付し、その説明は省略する。
[Second Embodiment]
The second embodiment is the first embodiment in that it includes third and fourth
(アニール装置の構成)
図8(a)は、本発明の第2の実施の形態に係るアニール装置の模式図であり、(b)は、アニール装置の側面図である。
(Configuration of annealing equipment)
FIG. 8A is a schematic diagram of an annealing apparatus according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a side view of the annealing apparatus.
本実施の形態のアニール装置1は、図8(a)に示すように、上部ランプ部22と第1〜第4の側部ランプ部24、26、28、30を有するランプ部2を備える。
As shown in FIG. 8A, the
第3の側部ランプ部28は、例えば、少なくとも1つのフラッシュランプ20からなり、図8(a)及び(b)に示すように、上部ランプ部22、第1及び第2の側部ランプ部24、26を構成するフラッシュランプ20の長手方向の一方端部下側に設けられている。
The third
また第4の側部ランプ部30は、例えば、少なくとも1つのフラッシュランプ20からなり、図8(a)及び(b)に示すように、上部ランプ部22、第1及び第2の側部ランプ部24、26を構成するフラッシュランプ20の長手方向の他端部下側に設けられている。第3の側部ランプ部28は、第4の側部ランプ部30と対向して設けられている。
The fourth
この第3及び第4の側部ランプ部28、30は、図8(a)に示すように、主に、上部ランプ部22、第1及び第2の側部ランプ部24、26の端部の下側に対応するウエハ4の領域400、401の表面温度を上昇させるために設置される。
As shown in FIG. 8A, the third and fourth
この領域400、401は、上部ランプ部22、第1及び第2の側部ランプ部24、26の端部の下側に位置するため、第1の実施の形態におけるフラッシュランプ20の配置では、十分に表面温度が上昇しない可能性がある領域である。
Since the
(第2の実施の形態の動作)
まず、アニール装置1の制御部8は、工程データ80に基づいて、ウエハ4がホットプレート3に載せられた後、第2の電源部7を制御してホットプレート3を介してウエハ4をおよそ500℃まで加熱する。
(Operation of Second Embodiment)
First, the
第1及び第2の側部ランプ部24、26と第3及び第4の側部ランプ部28、30の駆動を遅らせる場合の動作は、まず、制御部8は、工程データ80及びタイミングデータ81に基づいてランプ制御部5及び第1の電源部6を介して上部ランプ部22を駆動する。続いて、第1及び第2の側部ランプ部24、26と第3及び第4の側部ランプ部28、30を駆動し、ウエハ4のアニール処理を終了する。
In the operation of delaying the driving of the first and second
上部ランプ部22の駆動を遅らせる場合の動作は、まず、制御部8は、工程データ80及びタイミングデータ81に基づいてランプ制御部5及び第1の電源部6を介して第1及び第2の側部ランプ部24、26と第3及び第4の側部ランプ部28、30を駆動する。続いて、制御部8は、上部ランプ部22を駆動し、ウエハ4のアニール処理を終了する。
The operation in the case of delaying the driving of the
ここで、第1〜第4の側部ランプ部24、26、28、30は、ランプ強度を上部ランプ部22と異なるものとしても良い。
Here, the first to fourth
(第2の実施の形態の効果)
本発明の第2の実施の形態によれば、上部ランプ部22、第1及び第2の側部ランプ部24、26に加え、第3及び第4の側部ランプ部28、30を設けるので、第3及び第4の側部ランプ部28、30を設けない場合と比べ、上部ランプ部22、第1及び第2の側部ランプ部24、26を構成するフラッシュランプ20の短手方向の端部に対応するウエハ4の領域400、401の表面温度を所望の表面温度とすることができ、ウエハ4の温度分布を所望の温度分布とすることができる。
(Effect of the second embodiment)
According to the second embodiment of the present invention, the third and fourth
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態は、第1及び第2の側部ランプ24、26が、上部ランプ部22の端部下側に設けられた点で上記の各実施の形態と異なっている。
[Third Embodiment]
The third embodiment is different from the above-described embodiments in that the first and
図9(a)は、本発明の第3の実施の形態に係るアニール装置の模式図であり、(b)は、アニール装置の側面図である。 FIG. 9A is a schematic view of an annealing apparatus according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a side view of the annealing apparatus.
本実施の形態のアニール装置1は、図9(a)及び(b)に示すように、上部ランプ部22と、上部ランプ部22を構成するフラッシュランプ20の短手方向の一方端部下側に設けられた第1の側部ランプ部24と、他方端部下側に設けられた第2の側部ランプ部26と、を有するランプ部2を備えている。
As shown in FIGS. 9A and 9B, the
アニール装置1は、上部ランプ部22と、第1及び第2の側部ランプ部24、26との発光タイミング、又は発光タイミングとランプ強度が異なる。
The
(第3の実施の形態の動作)
まず、アニール装置1の制御部8は、工程データ80に基づいて、ウエハ4がホットプレート3に載せられた後、第2の電源部7を制御してホットプレート3を介してウエハ4をおよそ500℃まで加熱する。
(Operation of the third embodiment)
First, the
第1及び第2の側部ランプ部24、26の駆動を遅らせる場合の動作は、まず、制御部8は、工程データ80及びタイミングデータ81に基づいてランプ制御部5及び第1の電源部6を介して上部ランプ部22を駆動する。続いて、第1及び第2の側部ランプ部24、26を駆動し、ウエハ4のアニール処理を終了する。
In the operation of delaying the driving of the first and second
上部ランプ部22の駆動を遅らせる場合の動作は、まず、制御部8は、工程データ80及びタイミングデータ81に基づいてランプ制御部5及び第1の電源部6を介して第1及び第2の側部ランプ部24、26を駆動する。続いて、制御部8は、上部ランプ部22を駆動し、ウエハ4のアニール処理を終了する。
The operation in the case of delaying the driving of the
ここで、第1及び第2の側部ランプ部24、26は、ランプ強度を上部ランプ部22と異なるものとしても良い。
Here, the first and second
(第3の実施の形態の効果)
本発明の第3の実施の形態によれば、上部ランプ部22の側部下側に、第1及び第2の側部ランプ部24、26を設けるので、上部ランプ部22の側部下側に、第1及び第2の側部ランプ部24、26を設けないものに比べて、ウエハ4の外周部42の表面温度を所望の表面温度にし易く、ウエハ4の温度分布を所望の温度分布とすることができる。
(Effect of the third embodiment)
According to the third embodiment of the present invention, since the first and second
[第4の実施の形態]
第4の実施の形態は、第1〜第4の側部ランプ24、26、28、30が、上部ランプ部22の各側面の下側に設けられた点で上記の各実施の形態と異なっている。
[Fourth Embodiment]
The fourth embodiment differs from the above-described embodiments in that the first to
図10は、本発明の第4の実施の形態に係るアニール装置の模式図であり、図11(a)は、本発明の第4の実施の形態に係るアニール装置の側面図であり、(b)は、アニール装置の上面図である。 FIG. 10 is a schematic view of an annealing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 11A is a side view of the annealing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. b) is a top view of the annealing apparatus.
本実施の形態のアニール装置1は、上部ランプ部22と、上部ランプ部22の各側面の下側に配置された第1〜第4の側部ランプ部24、26、28、30と、を有するランプ部2を備えている。
The
第1〜第4の側部ランプ部24、26、28、30は、図10、図11(a)及び(b)に示すように、例えば、それぞれが、少なくとも1つのフラッシュランプ20から構成される。また、第1の側部ランプ部24は、第2の側部ランプ部26と対向し、第3の側部ランプ部28は、第4の側部ランプ部30と対向している。
As shown in FIGS. 10, 11 (a) and 11 (b), each of the first to fourth
このアニール装置1は、例えば、上部ランプ部22と、第1〜第4の側部ランプ部24、26、28、30との発光タイミング、又は発光タイミングとランプ強度が異なる。
In the
第1〜第4の側部ランプ部24、26、28、30は、図11(b)に示すように、ウエハ4の表面対して垂直方向からウエハ4を見たとき、当該ウエハ4を中心とし、かつウエハ4全体が含まれるような正方形状に配置される。第1〜第4の側部ランプ部24、26、28、30は、ウエハ4を囲むように配置されることから、例えば、図8(a)に示した領域400、401を生じることなく、アニール処理を行うことができる。
As shown in FIG. 11B, the first to fourth
また、第1〜第4の側部ランプ部24、26、28、30がウエハ4を囲むようにして配置されることで、外周部42の表面温度にむらが生じ難くなり、外周部42の表面温度の制御が容易となるため、上部ランプ部22と同じ発光タイミングで発光しても良く、発光タイミングを同一とし、ランプ強度を異なるものとしても良い。
Further, since the first to fourth
図12(a)〜(c)は、本発明の第4の実施の形態に係る上部ランプ部と側部ランプ部の配置に関する概略図である。以下において、第1〜第4の側部ランプ部24、26、28、30を代表して側部ランプ部2Aとし、上部ランプ部22に対する配置について説明する。
12A to 12C are schematic diagrams relating to the arrangement of the upper lamp part and the side lamp part according to the fourth embodiment of the present invention. Below, the 1st-4th
図12(a)に示すように、上部ランプ部22の端部のフラッシュランプ20と、側部ランプ部2Aの最上部のフラッシュランプ20との水平方向の距離Wは、例えば、大きくなるにつれ、側部ランプ部2Aの発光による外周部42の温度上昇幅が小さくなり、距離Wが小さくなるにつれ、側部ランプ部2Aの発光による外周部42の温度上昇幅が大きくなる。
As shown in FIG. 12 (a), the horizontal distance W between the
図12(b)に示すように、垂直方向を基準とした側部ランプ部2Aの角度θは、例えば、角度θが大きくなるにつれ、側部ランプ部2Aの発光による外周部42の外周部42の温度上昇幅が小さくなり、角度θが0°に近づくにつれ、側部ランプ部2Aの発光による外周部42の温度上昇幅が大きくなる。ここで、上部ランプ部22の直下に側部ランプ部2Aが配置される角度θであるとき、上部ランプ部22の端部に位置するフラッシュランプ20の発光が側部ランプ部2Aに遮られることから、外周部42の表面温度が上昇し難くなり好ましくない。
As shown in FIG. 12B, the angle θ of the
図12(c)に示すように、上部ランプ部22の端部のフラッシュランプ20と、側部ランプ部2Aの最上部のフラッシュランプ20との垂直方向の距離Hは、例えば、大きくなるにつれ、側部ランプ部2Aの発光による外周部42の温度上昇幅が大きくなり、距離Hが小さくなるにつれ、側部ランプ部2Aの発光による外周部42の温度上昇幅が小さくなる。
As shown in FIG. 12C, the vertical distance H between the
上記の各実施の形態において、発光タイミングやランプ強度に加えて、第1〜第4の側部ランプ部24、26、28、30の距離W、H及び角度θを変化させることで、例えば、ウエハ4の外周部42の表面温度が調整される。
In each of the above embodiments, in addition to the light emission timing and the lamp intensity, by changing the distances W and H and the angle θ of the first to fourth
(第4の実施の形態の動作)
まず、アニール装置1の制御部8は、工程データ80に基づいて、ウエハ4がホットプレート3に載せられた後、第2の電源部7を制御してホットプレート3を介してウエハ4をおよそ500℃まで加熱する。
(Operation of the fourth embodiment)
First, the
第1及び第2の側部ランプ部24、26と第3及び第4の側部ランプ部28、30の駆動を遅らせる場合の動作は、まず、制御部8は、工程データ80及びタイミングデータ81に基づいてランプ制御部5及び第1の電源部6を介して上部ランプ部22を駆動する。続いて、第1及び第2の側部ランプ部24、26と第3及び第4の側部ランプ部28、30を駆動し、ウエハ4のアニール処理を終了する。
In the operation of delaying the driving of the first and second
上部ランプ部22の駆動を遅らせる場合の動作は、まず、制御部8は、工程データ80及びタイミングデータ81に基づいてランプ制御部5及び第1の電源部6を介して第1及び第2の側部ランプ部24、26と第3及び第4の側部ランプ部28、30を駆動する。続いて、制御部8は、上部ランプ部22を駆動し、ウエハ4のアニール処理を終了する。
The operation in the case of delaying the driving of the
ここで、第1〜第4の側部ランプ部24、26、28、30は、ランプ強度を上部ランプ部22と異なるものとしても良い。
Here, the first to fourth
(第4の実施の形態の効果)
本発明の第4の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)上部ランプ部22の各側面の下側に第1〜第4の側部ランプ部24、26、28、30が配置されるので、本構成を採用しない場合と比べ、ウエハ4の温度分布を所望の温度分布とすることができる。
(2)ウエハ4の温度分布を所望の温度分布とすることができるので、ウエハ4の所望の温度分布を得られない場合に比べ、アニール処理による不純物の活性化が、ウエハ4の中央部40と外周部42とで偏り無く行われ、半導体装置の性能を向上させることができ、また、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
(3)上部ランプ部22と第1〜第4の側部ランプ部24、26、28、30との距離W、H及び角度θを変化させることができるので、距離W、H及び角度θを変化させることができない場合と比べて、ウエハ4の温度分布を所望の温度分布とすることができる。
(4)上部ランプ部22と第1〜第4の側部ランプ部24、26、28、30とで発光タイミングを同時にすることができるので、発光タイミングを異なるものとする場合に比べて、ランプ部2の制御が容易となる。
(Effect of the fourth embodiment)
According to the fourth embodiment of the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Since the first to fourth
(2) Since the temperature distribution of the
(3) Since the distances W, H, and the angle θ between the
(4) Since the
(変形例)
図13は、本発明のアニール装置の変形例を示す概略図である。この変形例における第1〜第6の側部ランプ部24、26、28、30、32、34は、6方向の辺に沿うように並べて配置されている。
(Modification)
FIG. 13 is a schematic view showing a modification of the annealing apparatus of the present invention. The first to sixth
この第1〜第6の側部ランプ部24、26、28、30、32、34は、上部ランプ部22の下側に位置している。この構成を備えることによって、側部ランプ部の数が少ない場合に比べて、ウエハ4の外周部42の表面温度を所望の表面温度とすることが容易に可能となり、ウエハ4の温度分布を所望の温度分布とすることができる。また、少なくとも3つの辺を有する対称図形の各辺に沿ってフラッシュランプ20を配置するので、対称にフラッシュランプ20を配置しない場合比べて、偏りのない温度分布を得ることができる。なお、配置は、6角形に限定されず、他の多角形でも良い。
The first to sixth
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形および組み合わせが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and combinations can be made without departing from or changing the technical idea of the present invention.
1…アニール装置、4…ウエハ、8…制御部、20…フラッシュランプ、22…上部ランプ部、24…第1の側部ランプ部、26…第2の側部ランプ部、28…第3の側部ランプ部、30…第4の側部ランプ部、201…第1の領域、202…第2の領域
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1の領域の周辺に位置する第2の領域に配置された第2のフラッシュランプ部と、
前記第1のフラッシュランプ部と前記第2のフラッシュランプ部を異なるタイミングで発光させるように制御する制御部と、
を備えたアニール装置。 A first flash lamp unit disposed in a first region corresponding to the semiconductor substrate above the semiconductor substrate;
A second flash lamp unit disposed in a second region located around the first region;
A control unit that controls the first flash lamp unit and the second flash lamp unit to emit light at different timings;
Annealing equipment equipped with.
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