JP2011077147A - Heat treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体ウエハやガラス基板等の基板(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基板を加熱する熱処理装置に関する。 The present invention relates to a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating light onto a substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate (hereinafter simply referred to as “substrate”).
従来より、イオン注入後の半導体ウエハ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、半導体ウエハを、例えば、摂氏1000度ないし1100度程度の温度に加熱(アニール)することにより、半導体ウエハ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、ハロゲンランプに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させている。
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 to 1100 degrees Celsius, for example. In such a heat treatment apparatus, the temperature of the substrate is raised at a speed of about several hundred degrees per second by using the energy of light irradiated by 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エハを昇温するランプアニール装置を使用して半導体ウエハのイオン活性化を実行した場合においても、半導体ウエハ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 a lamp annealing apparatus that raises the temperature of the semiconductor wafer at a speed of about several hundred degrees per second, ions such as boron and phosphorus implanted in the semiconductor wafer are heated by heat. It has been 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エハの表面に閃光を照射することにより、イオンが注入された半導体ウエハ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エハ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エハに閃光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウエハ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、半導体ウエハ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 are 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 that raises the temperature 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 that of a 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. In addition, it has been found that the temperature of only the vicinity of the surface of the semiconductor wafer can be selectively raised by flash irradiation for a very short time of several milliseconds or less. 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1,2,3には、半導体ウエハ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1,2,3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エハをある程度の温度まで昇温し、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。
As a heat treatment apparatus using such a xenon flash lamp, in
このような従来の熱処理装置においては、半導体ウエハへの汚染を防止するために、ヒータと半導体ウエハとの間に石英サセプタを配置している。そして、ウエハをヒータに載せかえる際には、ピン等を用いて半導体ウエハをリフトアップする必要があるので、ヒータ及び石英サセプタにピン用の貫通孔が形成されている。 In such a conventional heat treatment apparatus, in order to prevent contamination of the semiconductor wafer, a quartz susceptor is disposed between the heater and the semiconductor wafer. When the wafer is placed on the heater, it is necessary to lift up the semiconductor wafer by using pins or the like, so that through holes for pins are formed in the heater and the quartz susceptor.
しかしながら、特許文献1,2,3に開示の熱処理装置のように、ヒータ及び石英サセプタにピン用の貫通孔が形成されていると、この貫通孔の部分は、温度が低下してしまうので、半導体ウエハに対して不均一な加熱処理が行われるという問題がある。
However, as in the heat treatment devices disclosed in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、支持ピン用の貫通孔部分の温度低下を抑制し、基板の加熱処理を均一化できる熱処理装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the heat processing apparatus which suppresses the temperature fall of the through-hole part for support pins, and can equalize the heat processing of a board | substrate.
上述した課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、基板に対して光を照射することによって基板を加熱する熱処理装置において、基板に予備加熱を行うホットプレート及び前記ホットプレートに載置されるサセプタを有し、基板を水平姿勢に載置して保持する基板保持部と、前記基板支持部に支持された基板に光を照射する光照射手段と、基板を支持しつつ前記基板保持部に対して基板を昇降させる支持ピンと、前記ホットプレート及び前記サセプタに、前記支持ピン用に貫通された貫通孔と、を備え、前記貫通孔には、前記サセプタよりも熱伝導率の高い材料のピン孔用スリーブを形成されていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the invention described in
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の熱処理装置において、前記ピン孔用スリーブを形成している材料が、ALN、SiC、アルミナ、カーボン、シリコンのいずれかにより形成されていることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the heat treatment apparatus according to
さらに、請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の熱処理装置において、前記ピン孔用スリーブが、前記貫通孔に嵌め込まれていることを特徴とする。
Furthermore, the invention according to claim 3 is the heat treatment apparatus according to
本発明に記載の熱処理装置によれば、支持ピン用のために、ホットプレート及びサセプタに貫通された貫通孔には、サセプタよりも熱伝導率の高い材料であるピン孔用スリーブが形成されているので、支持ピン用の貫通孔部分の温度低下を抑制し、基板の加熱処理を均一化できるという効果がある。 According to the heat treatment apparatus of the present invention, a pin hole sleeve, which is a material having a higher thermal conductivity than the susceptor, is formed in the through hole penetrating the hot plate and the susceptor for the support pin. Therefore, there is an effect that the temperature reduction of the through hole portion for the support pin can be suppressed and the heat treatment of the substrate can be made uniform.
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.
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の構成を示す縦断面図である。熱処理装置1は基板として略円形の半導体ウエハWの表面にフラッシュ光を照射してその半導体ウエハWを加熱するフラッシュランプアニール装置である。
The overall configuration of the heat treatment apparatus according to the present invention will be outlined. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a
熱処理装置1は、半導体ウエハ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エハWの熱処理を実行させる制御部3を備える。
The
チャンバー6は、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
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から出射されたフラッシュ光を熱処理空間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、フラッシュ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
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
チャンバー底部62には、基板保持部7を貫通して半導体ウエハWをその下面(ランプハウス5からのフラッシュ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
チャンバー側部63は、半導体ウエハ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
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
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エハWを水平姿勢にて保持しつつフラッシュ光照射前にその保持する半導体ウエハWの予備加熱を行う略円板状の基板保持部7と、基板保持部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基板保持部昇降機構4と、を備える。図1に示す基板保持部昇降機構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には基板保持部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、基板保持部7(厳密には基板保持部7のホットプレート71)の下面に接続されて基板保持部7を支持する。
The
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を介して基板保持部7に連結される。
A
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。基板保持部昇降機構4により基板保持部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に接続された基板保持部7が図1に示す半導体ウエハWの受渡位置と、半導体ウエハWの処理位置との間で滑らかに昇降する。
The
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、基板保持部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、基板保持部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
また、基板保持部昇降機構4は、チャンバー6の内部のメンテナンスを行う際に基板保持部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を回転させることより、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を回転させて基板保持部7の昇降を行うことができる。
Further, the substrate holding
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。ベローズ下端板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。基板保持部昇降機構4により基板保持部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、下降する際にはベローズ47が伸張される。そして、基板保持部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
図3は、基板保持部7の構成を示す断面図である。基板保持部7は、フラッシュ光照射前に半導体ウエハ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(基板保持部7が半導体ウエハWを保持する側の面)に載置されるサセプタ72を有する。基板保持部7の下面には、既述のように基板保持部7を昇降するシャフト41が接続される(図1参照)。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the
サセプタ72は石英で形成されている。石英にて形成されたサセプタ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。また、サセプタ72の上面には周縁をテーパ面とした凹部176が形設されており、半導体ウエハWはその凹部176内(凹部176の底面)に載置される。さらに、サセプタ72の上面であって凹部176の外側には半導体ウエハWの位置ずれを防止するピン75が設けられる。ピン75はパイロリティックボロンナイトライドにて形成するようにしても良いし、石英にて形成するようにしても良い。
The
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
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エハ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
この3つの貫通孔77には、円筒状のピン孔用スリーブ78が嵌め込まれている。このピン孔用スリーブ78は、サセプタ72の形状に合わせて、サセプタ面に対して+/−0.2mmの範囲の高さであり、0.5〜10mmの範囲の厚さである。また、ピン孔用スリーブ78は、貫通孔77に対して約1mmの余裕を持たせて嵌め込まれている。なお、サセプタ72が石英の場合、ピン孔用スリーブを形成している材料に、石英よりも熱伝導率の高いALN、SiC、アルミナ、カーボン、シリコンのいずれかの材料を用いると、貫通孔77に対応する部分の温度は、石英の場合より高く設定できる。
Cylindrical
図5は、貫通孔とその周辺における目標温度との温度差を示すグラフである。図5(a)は、従来技術における目標温度に対するズレを示すグラフであり、図5(b)は、本発明における目標温度に対するズレを示すグラフである。図5(a)(b)から明らかなように、3つの貫通孔77に円筒状のピン孔用スリーブ78が嵌め込んだ本発明の方が、従来技術に比べて、目標温度に対するズレは小さい。したがって、本発明は、従来技術に比べて支持ピン70用の貫通孔77部分の温度低下を抑制し、半導体ウエハWの加熱処理を均一化できる。
FIG. 5 is a graph showing a temperature difference between the through hole and a target temperature in the vicinity thereof. Fig.5 (a) is a graph which shows the deviation with respect to the target temperature in a prior art, and FIG.5 (b) is a graph which shows the deviation with respect to the target temperature in this invention. As is clear from FIGS. 5A and 5B, the present invention in which the cylindrical
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。基板保持部7に保持された半導体ウエハ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
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、半導体ウエハWの熱処理(複数の半導体ウエハWを連続的に処理する場合は、全ての半導体ウエハ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
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
次に、再度図1を参照して、ランプハウス5は、チャンバー6内の基板保持部7の上方に設けられている。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からなるフラッシュ光源と、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内にて基板保持部7に保持される半導体ウエハ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からフラッシュ光を照射することにより半導体ウエハWを加熱する。
Next, referring again 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基板保持部7に保持される半導体ウエハ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 substrate holder 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、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 stored in the capacitor in advance is converted into an extremely short light pulse of 0.1 millisecond to 10 millisecond, which is extremely incomparable with a continuous light source. It has the feature that it can irradiate strong light.
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基板保持部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エハWの表面温度分布の均一性が低下するためである。
In addition, 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
上記の構成以外にも熱処理装置1は、半導体ウエハ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
次に、熱処理装置1における半導体ウエハ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エハ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
まず、基板保持部7が処理位置から図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から半導体ウエハWに光照射が行われるときの基板保持部7の位置である。また、「受渡位置」とは、チャンバー6に半導体ウエハWの搬出入が行われるときの基板保持部7の位置であり、図1に示す基板保持部7のチャンバー6内における位置である。熱処理装置1における基板保持部7の基準位置は処理位置であり、処理前にあっては、基板保持部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を貫通して基板保持部7の上方に突出する。
First, the
次に、基板保持部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を介して半導体ウエハ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
半導体ウエハ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エハ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
半導体ウエハ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、基板保持部昇降機構4により基板保持部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。基板保持部7が受渡位置から上昇する過程において、半導体ウエハWは支持ピン70から基板保持部7のサセプタ72へと渡され、サセプタ72の凹部176に水平姿勢に載置・支持される。この状態では、サセプタ72の凹部176の中央に半導体ウエハWが載置されているが、半導体ウエハWが多少横滑りしてその端部が凹部176のテーパ面に接触していても良い。基板保持部7が処理位置にまで上昇するとサセプタ72に支持された半導体ウエハ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
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。基板保持部7が処理位置まで上昇して半導体ウエハWが基板保持部7と接触することにより、その半導体ウエハ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
この処理位置にて約60秒間の予備加熱が行われ、半導体ウエハ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、半導体ウエハWに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、摂氏200度ないし800度程度、好ましくは摂氏350度ないし550度程度とされる。 Preheating is performed at this processing position for about 60 seconds, 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 550 ° C., in which impurities added to the semiconductor wafer W are not likely to diffuse due to heat.
約60秒間の予備加熱時間が経過した後、基板保持部7が処理位置に位置したまま制御部3の制御によりランプハウス5のフラッシュランプFLから半導体ウエハ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チャンバー6内の基板保持部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チャンバー6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エハ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からのフラッシュ光照射により行われるため、半導体ウエハWの表面温度を短時間で上昇することができる。
After the preheating time of about 60 seconds elapses, flash light is emitted from the flash lamp FL of the
すなわち、ランプハウス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ミリセカンドないし10ミリセカンド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からのフラッシュ光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウエハWの表面温度は、瞬間的に摂氏1000度ないし1100度程度の処理温度T2まで上昇し、半導体ウエハ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、半導体ウエハ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、半導体ウエハ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、フラッシュ加熱の前に基板保持部7により半導体ウエハWを予備加熱しておくことにより、フラッシュランプFLからのフラッシュ光照射によって半導体ウエハ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。
Further, by preheating the semiconductor wafer W by the
フラッシュ加熱が終了し、処理位置における約10秒間の待機の後、基板保持部7が基板保持部昇降機構4により再び図1に示す受渡位置まで下降し、半導体ウエハWが基板保持部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エハ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における半導体ウエハWのフラッシュ加熱処理が完了する。
After the flash heating is finished and the standby for about 10 seconds at the processing position, the
既述のように、熱処理装置1における半導体ウエハ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、基板保持部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、基板保持部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
ところで、フラッシュランプFLからの数ミリセカンド程度の閃光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウエハWの表面温度は瞬間的に摂氏1000度ないし1100度程度の処理温度T2まで上昇する一方、その瞬間の裏面温度は摂氏350度ないし550度程度の予備加熱温度T1からさほどには上昇しない。このため、ウエハ表面側のみに急激な熱膨張が生じ、半導体ウエハWが上面を凸面とするように反る。そして、次に瞬間には、半導体ウエハWの表面温度が急速に下降する一方、表面から裏面への熱伝導により裏面温度も若干上昇するため、半導体ウエハWには上記とは逆向きに反ろうとする応力が作用する。その結果、半導体ウエハWがサセプタ72の上で激しく振動し、そのときの衝撃で半導体ウエハWの割れが生じるおそれがあった。
By the way, the surface temperature of the semiconductor wafer W that is flash-heated by flash irradiation of about several milliseconds from the flash lamp FL instantaneously rises to the processing temperature T2 of about 1000 degrees Celsius to about 1100 degrees Celsius, while the back surface temperature at that moment. Does not increase so much from the preheating temperature T1 of about 350 to 550 degrees Celsius. For this reason, rapid thermal expansion occurs only on the wafer surface side, and the semiconductor wafer W warps so that the upper surface is convex. Then, at the next moment, while the surface temperature of the semiconductor wafer W rapidly decreases, the back surface temperature also slightly increases due to heat conduction from the front surface to the back surface, so that the semiconductor wafer W is warped in the opposite direction. Stress to act. As a result, the semiconductor wafer W vibrates vigorously on the
この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 this 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エハ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。 Further, 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.
1 熱処理装置
3 制御部
4 基板保持部昇降機構
5 ランプハウス
6 チャンバー
7 基板保持部
60 上部開口
61 チャンバー窓
65 熱処理空間
70 支持ピン
71 ホットプレート
72 サセプタ
73 上部プレート
74 下部プレート
75 ピン
76 抵抗加熱線
77 貫通孔
78 ピン孔用スリーブ
FL フラッシュランプ
W 半導体ウエハ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
基板に予備加熱を行うホットプレート及び前記ホットプレートに載置されるサセプタを有し、基板を水平姿勢に載置して保持する基板保持部と、
前記基板支持部に支持された基板に光を照射する光照射手段と、
基板を支持しつつ前記基板保持部に対して基板を昇降させる支持ピンと、
前記ホットプレート及び前記サセプタに、前記支持ピン用に貫通された貫通孔と、を備え、
前記貫通孔には、前記サセプタよりも熱伝導率の高い材料のピン孔用スリーブが形成されていることを特徴とする熱処理装置。 In a heat treatment apparatus that heats a substrate by irradiating the substrate with light,
A substrate holding unit that has a hot plate for preheating the substrate and a susceptor mounted on the hot plate, and holds and holds the substrate in a horizontal position;
A light irradiation means for irradiating light to the substrate supported by the substrate support;
A support pin for raising and lowering the substrate relative to the substrate holding part while supporting the substrate;
The hot plate and the susceptor are provided with a through-hole penetrating for the support pin,
A heat treatment apparatus, wherein a pin hole sleeve made of a material having a higher thermal conductivity than the susceptor is formed in the through hole.
前記ピン孔用スリーブを形成している材料は、ALN、SiC、アルミナ、カーボン、シリコンのいずれかにより形成されていることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 1,
A material for forming the pin hole sleeve is formed of any one of ALN, SiC, alumina, carbon, and silicon.
前記ピン孔用スリーブは、前記貫通孔に嵌め込まれてい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 heat treatment apparatus, wherein the pin hole sleeve is fitted in the through hole.
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