JP2011077147A - Heat treatment apparatus - Google Patents

Heat treatment apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2011077147A
JP2011077147A JP2009224738A JP2009224738A JP2011077147A JP 2011077147 A JP2011077147 A JP 2011077147A JP 2009224738 A JP2009224738 A JP 2009224738A JP 2009224738 A JP2009224738 A JP 2009224738A JP 2011077147 A JP2011077147 A JP 2011077147A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat treatment
semiconductor wafer
substrate
chamber
treatment apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
JP2009224738A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyoshi Kiyama
弘喜 樹山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd filed Critical Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2009224738A priority Critical patent/JP2011077147A/en
Publication of JP2011077147A publication Critical patent/JP2011077147A/en
Abandoned legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat treatment apparatus capable of prohibiting a temperature decrease in a through-hole part for a supporting pin and equalizing a heat treatment of a substrate. <P>SOLUTION: A hot plate 71 and a susceptor 72 are provided with a through-hole 77 for the supporting pin 70, and a cylindrical pin hole sleeve 78 is inserted in the through-hole 77. The pin hole sleeve 78 has a height in a range of ±0.2 mm with respect to a susceptor surface and a thickness in a range of 0.5-10 mm corresponding to a shape of the susceptor 72. The pin hole sleeve 78 is inserted with a margin of about 1 mm with respect to the through-hole 77. In a case where the susceptor 72 is made of quartz, by using a material with a thermal conductivity higher than that of quartz, such as ALN and SiC, a temperature of a part corresponding to the through-hole 77 can be set higher than the case of quartz. As a result, the temperature decrease in the part of the through-hole 77 for the supporting pin 70 can be prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

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 Patent Documents 1, 2, and 3, a pulse light emitting lamp such as a flash lamp is disposed on the front surface side of a semiconductor wafer, and a continuous lighting lamp such as a halogen lamp is disposed on the back surface side. Are arranged and a desired heat treatment is performed by a combination thereof. In the heat treatment apparatuses disclosed in Patent Documents 1, 2, and 3, the temperature of the semiconductor wafer is raised to a certain temperature by a halogen lamp or the like, and then raised to a desired processing temperature by pulse heating from a flash lamp.

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.

特開2009−004410号公報JP 2009-004410 A 特開2009−070948号公報JP 2009-070948 A 特開2009−004427号公報JP 2009-004427 A

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 Patent Documents 1, 2, and 3, when a through hole for a pin is formed in the heater and the quartz susceptor, the temperature of the through hole portion is reduced. There is a problem that non-uniform heat treatment is performed on the semiconductor wafer.

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 claim 1 is a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with light, a hot plate for preheating the substrate, and a substrate mounted on the hot plate. A substrate holding unit that holds and holds the substrate in a horizontal position, a light irradiation unit that emits light to the substrate supported by the substrate support unit, and the substrate holding while supporting the substrate. A support pin that raises and lowers the substrate relative to a portion, and a through hole that penetrates the hot plate and the susceptor for the support pin, and the through hole has a material having higher thermal conductivity than the susceptor. The pin hole sleeve is formed.

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 claim 1, wherein the material forming the pin hole sleeve is formed of any one of ALN, SiC, alumina, carbon, and silicon. It is characterized by being.

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 claim 1 or 2, wherein the pin hole sleeve is fitted into the through hole.

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.

本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the heat processing apparatus which concerns on this invention. チャンバーをガス導入バッファの位置にて水平面で切断した断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the chamber in the horizontal surface in the position of the gas introduction buffer. 基板保持部の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a board | substrate holding part. ホットプレートを示す平面図である。It is a top view which shows a hot plate. 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。It is a graph which shows the temperature difference with the target temperature in a through-hole and its periphery.

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 heat treatment apparatus 1 according to the present invention. The heat treatment apparatus 1 is a flash lamp annealing apparatus that irradiates the surface of a substantially circular semiconductor wafer W as a substrate with flash light and heats the semiconductor wafer W.

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 heat treatment apparatus 1 includes a substantially cylindrical chamber 6 that accommodates a semiconductor wafer W, and a lamp house 5 that houses a plurality of flash lamps FL. Further, the heat treatment apparatus 1 includes a control unit 3 that controls each operation mechanism provided in the chamber 6 and the lamp house 5 to execute the heat treatment of the semiconductor wafer W.

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

チャンバー6の天井部を構成するチャンバー窓61は、石英により形成された円板形状部材であり、ランプハウス5から出射された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 chamber window 61 constituting the ceiling portion of the chamber 6 is a disk-shaped member made of quartz, and functions as a quartz window that transmits the flash light emitted from the lamp house 5 to the heat treatment space 65. The chamber bottom 62 and the chamber side 63 constituting the main body of the chamber 6 are formed of, for example, a metal material having excellent strength and heat resistance such as stainless steel, and a ring on the upper side of the inner side surface of the chamber side 63. 631 is formed of an aluminum (Al) alloy or the like having durability superior to stainless steel against deterioration due to flash light irradiation.

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

チャンバー底部62には、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 chamber bottom 62 has a plurality of (this embodiment) for supporting the semiconductor wafer W from the lower surface (the surface opposite to the side irradiated with the flash light from the lamp house 5) through the substrate holding portion 7. In the embodiment, three support pins 70 are erected. The support pin 70 is made of, for example, quartz and is fixed from the outside of the chamber 6 and can be easily replaced.

チャンバー側部63は、半導体ウエハ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(N)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(0)ガス等)を導入する導入路81が形成され、その一端は弁82を介して図示省略の給気機構に接続され、他端はチャンバー側部63の内部に形成されるガス導入バッファ83に接続される。また、搬送開口部66には熱処理空間65内の気体を排出する排出路86が形成され、弁87を介して図示省略の排気機構に接続される。 The chamber side portion 63 has a transfer opening 66 for loading and unloading the semiconductor wafer W, and the transfer opening 66 can be opened and closed by a gate valve 185 that rotates about a shaft 662. In a portion of the chamber side 63 opposite to the transfer opening 66, an inert gas such as nitrogen (N 2 ) gas, helium (He) gas, or argon (Ar) gas is provided in the heat treatment space 65, Alternatively, an introduction path 81 for introducing oxygen (0 2 ) gas or the like is formed, one end of which is connected to an air supply mechanism (not shown) via a valve 82, and the other end is formed inside the chamber side portion 63. Connected to the gas introduction buffer 83. A discharge passage 86 for discharging the gas in the heat treatment space 65 is formed in the transfer opening 66 and is connected to an exhaust mechanism (not shown) via a valve 87.

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

また、熱処理装置1は、チャンバー6の内部において半導体ウエハ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 heat treatment apparatus 1 also includes a substantially disk-shaped substrate holding unit 7 that holds the semiconductor wafer W in a horizontal position inside the chamber 6 and performs preheating of the held semiconductor wafer W before irradiation with flash light. A substrate holding unit elevating mechanism 4 for elevating the substrate holding unit 7 with respect to the chamber bottom 62 which is the bottom surface of the chamber 6. 1 includes a substantially cylindrical shaft 41, a moving plate 42, guide members 43 (three are arranged around the shaft 41 in the present embodiment), a fixed plate 44, and a ball screw 45. And a nut 46 and a motor 40. A substantially circular lower opening 64 having a smaller diameter than that of the substrate holding portion 7 is formed in the chamber bottom 62 which is the lower portion of the chamber 6, and the stainless steel shaft 41 is inserted through the lower opening 64 to form a substrate. The substrate holding unit 7 is supported by being connected to the lower surface of the holding unit 7 (strictly, the hot plate 71 of the substrate holding unit 7).

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 nut 46 that is screwed into the ball screw 45 is fixed to the moving plate 42. The moving plate 42 is slidably guided by a guide member 43 that is fixed to the chamber bottom 62 and extends downward, and is movable in the vertical direction. Further, the moving plate 42 is connected to the substrate holding unit 7 through the shaft 41.

モータ40は、ガイド部材43の下端部に取り付けられる固定板44に設置され、タイミングベルト401を介してボールネジ45に接続される。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 motor 40 is installed on a fixed plate 44 attached to the lower end of the guide member 43, and is connected to the ball screw 45 via the timing belt 401. When the substrate holding part 7 is raised and lowered by the substrate holding part raising / lowering mechanism 4, the motor 40 as a driving part rotates the ball screw 45 under the control of the control part 3, and the moving plate 42 to which the nut 46 is fixed is the guide member 43. Along the vertical direction. As a result, the shaft 41 fixed to the moving plate 42 moves along the vertical direction, and the substrate holding part 7 connected to the shaft 41 moves to the delivery position of the semiconductor wafer W shown in FIG. Ascend and descend smoothly.

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 plate 42, a mechanical stopper 451 having a substantially semi-cylindrical shape (a shape obtained by cutting the cylinder in half along the longitudinal direction) is provided so as to extend along the ball screw 45. If the upper limit of the mechanical stopper 451 is struck against the end plate 452 provided at the end of the ball screw 45, the moving plate 42 is prevented from rising abnormally. Thereby, the substrate holding part 7 does not rise above a predetermined position below the chamber window 61, and the collision between the substrate holding part 7 and the chamber window 61 is prevented.

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 unit elevating mechanism 4 has a manual elevating unit 49 that manually elevates and lowers the substrate holding unit 7 when performing maintenance inside the chamber 6. The manual elevating part 49 has a handle 491 and a rotation shaft 492. By rotating the rotation shaft 492 via the handle 491, the ball screw 45 connected to the rotation shaft 492 is rotated via the timing belt 495 to hold the substrate. The part 7 can be raised and lowered.

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 shaft 41 and extends downward is provided below the chamber bottom 62, and its upper end is connected to the lower surface of the chamber bottom 62. On the other hand, the lower end of the bellows 47 is attached to the bellows lower end plate 471. The bellows lower end plate 471 is attached by being screwed to the shaft 41 by a hook-like member 411. The bellows 47 is contracted when the substrate holder 7 is raised relative to the chamber bottom 62 by the substrate holder lifting mechanism 4, and the bellows 47 is expanded when it is lowered. Even when the substrate holder 7 moves up and down, the bellows 47 expands and contracts to maintain the airtight state in the heat treatment space 65.

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 substrate holding unit 7. The substrate holding unit 7 includes a hot plate (heating plate) 71 for preheating (so-called assist heating) the semiconductor wafer W before the flash light irradiation, and an upper surface of the hot plate 71 (the substrate holding unit 7 holds the semiconductor wafer W). And a susceptor 72 placed on the side surface. As described above, the shaft 41 that moves up and down the substrate holding unit 7 is connected to the lower surface of the substrate holding unit 7 (see FIG. 1).

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 susceptor 72 is made of quartz. The susceptor 72 made of quartz is placed on the hot plate 71 with its lower surface in contact with the upper surface of the hot plate 71. Further, a concave portion 176 having a tapered periphery is formed on the upper surface of the susceptor 72, and the semiconductor wafer W is placed in the concave portion 176 (the bottom surface of the concave portion 176). Further, a pin 75 that prevents the semiconductor wafer W from being displaced is provided on the upper surface of the susceptor 72 and outside the recess 176. The pin 75 may be formed of pyrolytic boron nitride or may be formed of quartz.

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

図4は、ホットプレート71を示す平面図である。図4に示すように、ホットプレート71は、保持される半導体ウエハ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 hot plate 71. As shown in FIG. 4, the hot plate 71 includes a disk-shaped zone 711 and an annular zone 712 that are concentrically arranged in a central portion of a region facing the semiconductor wafer W to be held, and the zone 712. There are four zones 713 to 716 obtained by equally dividing a peripheral substantially annular region into four equal parts in the circumferential direction, and a slight gap is formed between the zones. The hot plate 71 is provided with three through holes 77 through which the support pins 70 are inserted, every 120 ° on the circumference of the gap between the zone 711 and the zone 712.

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 pin hole sleeves 78 are fitted into the three through holes 77. The pin hole sleeve 78 has a height in the range of +/− 0.2 mm and a thickness in the range of 0.5 to 10 mm with respect to the susceptor surface in accordance with the shape of the susceptor 72. The pin hole sleeve 78 is fitted into the through hole 77 with a margin of about 1 mm. In the case where the susceptor 72 is made of quartz, if any material of ALN, SiC, alumina, carbon, or silicon having a higher thermal conductivity than quartz is used as the material forming the pin hole sleeve, the through hole 77 is used. The temperature of the part corresponding to can be set higher than in the case of quartz.

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 pin hole sleeve 78 is fitted in the three through holes 77 has a smaller deviation from the target temperature than the prior art. . Therefore, the present invention can suppress the temperature drop of the through-hole 77 portion for the support pins 70 as compared with the prior art, and uniformize the heat treatment of the semiconductor wafer W.

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 zones 711 to 716, heaters are individually formed so that mutually independent resistance heating wires 76 circulate, and each zone is individually formed by a heater built in each zone. Heated. The semiconductor wafer W held on the substrate holder 7 is heated by heaters built in the six zones 711 to 716. Each of the zones 711 to 716 is provided with a sensor 710 that measures the temperature of each zone using a thermocouple. Each sensor 710 passes through the inside of a substantially cylindrical shaft 41 and is connected to the control unit 3.

ホットプレート71が加熱される際には、センサ710により計測される6つのゾーン711〜716のそれぞれの温度が予め設定された所定の温度になるように、各ゾーンに配設された抵抗加熱線76への電力供給量が制御部3により制御される。制御部3による各ゾーンの温度制御はPID(Proportional,Integral,Derivative)制御により行われる。ホットプレート71では、半導体ウエハ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 hot plate 71 is heated, the resistance heating wire disposed in each zone is set so that the temperature of each of the six zones 711 to 716 measured by the sensor 710 becomes a predetermined temperature. The amount of power supplied to 76 is controlled by the control unit 3. The temperature control of each zone by the control unit 3 is performed by PID (Proportional, Integral, Derivative) control. In the hot plate 71, the temperature of each of the zones 711 to 716 is continuously measured until the heat treatment of the semiconductor wafer W (when the plurality of semiconductor wafers W are continuously processed, the heat treatment of all the semiconductor wafers W) is completed. Then, the power supply amount to the resistance heating wire 76 disposed in each zone is individually controlled, that is, the temperature of the heater built in each zone is individually controlled, and the temperature of each zone becomes the set temperature. Maintained. The set temperature of each zone can be changed by an offset value set individually from the reference temperature.

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

次に、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 lamp house 5 is provided above the substrate holding portion 7 in the chamber 6. The lamp house 5 includes a flash light source including a plurality of (30 in this embodiment) xenon flash lamps FL and a reflector 52 provided so as to cover the light source inside the housing 51. Configured. A lamp light emission window 53 is attached to the bottom of the casing 51 of the lamp house 5. The lamp light radiation window 53 constituting the floor of the lamp house 5 is a plate-like member made of quartz. By installing the lamp house 5 above the chamber 6, the lamp light emission window 53 faces the chamber window 61. The lamp house 5 heats the semiconductor wafer W by irradiating the semiconductor wafer W held by the substrate holder 7 in the chamber 6 with flash light from the flash lamp FL via the lamp light emission window 53 and the chamber window 61. To do.

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 reflector 52 is provided above the plurality of flash lamps FL so as to cover all of them. The basic function of the reflector 52 is to reflect the flash light emitted from the plurality of flash lamps FL toward the substrate holding unit 7. The reflector 52 is formed of an aluminum alloy plate, and the surface (the surface facing the flash lamp FL) is roughened by blasting to exhibit a satin pattern. The roughening process is performed if the surface of the reflector 52 is a perfect mirror surface, a regular pattern is generated in the intensity of the reflected light from the plurality of flash lamps FL, and the surface temperature distribution of the semiconductor wafer W This is because the uniformity of the is reduced.

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 heat treatment apparatus 1 is used for various cooling purposes in order to prevent excessive temperature rise of the chamber 6 and the lamp house 5 due to the heat energy generated from the flash lamp FL and the hot plate 71 during the heat treatment of the semiconductor wafer W. It has the structure of For example, water-cooled tubes (not shown) are provided on the chamber side 63 and the chamber bottom 62 of the chamber 6. The lamp house 5 has an air cooling structure provided with a gas supply pipe 55 and an exhaust pipe 56 for exhausting heat by forming a gas flow therein (see FIG. 1). Air is also supplied to the gap between the chamber window 61 and the lamp light emission window 53 to cool the lamp house 5 and the chamber window 61.

次に、熱処理装置1における半導体ウエハ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 heat treatment apparatus 1 will be described. Here, the semiconductor wafer W to be processed is a semiconductor substrate to which impurities (ions) are added by an ion implantation method, and activation of the added impurities is performed by light irradiation heating processing (annealing) by the heat treatment apparatus 1. . The processing procedure of the heat treatment apparatus 1 described below proceeds by the control unit 3 controlling each operation mechanism of the heat treatment apparatus 1.

まず、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 substrate holder 7 is lowered from the processing position to the delivery position shown in FIG. The “processing position” is the position of the substrate holding part 7 when the semiconductor wafer W is irradiated with light from the flash lamp FL. The “delivery position” is the position of the substrate holding part 7 when the semiconductor wafer W is carried in and out of the chamber 6, and is the position in the chamber 6 of the substrate holding part 7 shown in FIG. The reference position of the substrate holding unit 7 in the heat treatment apparatus 1 is the processing position. Before the processing, the substrate holding unit 7 is located at the processing position, and this is lowered to the delivery position at the start of processing. As shown in FIG. 1, when the holding unit 7 is lowered to the delivery position, it approaches the chamber bottom 62, and the tip of the support pin 70 penetrates the holding unit 7 and protrudes above the substrate holding unit 7.

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 substrate holder 7 is lowered to the delivery position, the valve 82 and the valve 87 are opened, and normal temperature nitrogen gas is introduced into the heat treatment space 65 of the chamber 6. Subsequently, the gate valve 185 is opened to open the transfer opening 66, and the semiconductor wafer W is loaded into the chamber 6 through the transfer opening 66 by the transfer robot outside the apparatus and placed on the plurality of support pins 70. Is done.

半導体ウエハ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 chamber 6 when the semiconductor wafer W is loaded is about 40 liters / minute, and the supplied nitrogen gas is moved from the gas introduction buffer 83 in the direction of the arrow AR4 shown in FIG. Then, the exhaust gas is exhausted by utility exhaust via the discharge path 86 and the valve 87 shown in FIG. A part of the nitrogen gas supplied to the chamber 6 is also discharged from an outlet (not shown) provided inside the bellows 47. In each step described below, nitrogen gas is continuously supplied to and exhausted from the chamber 6, and the supply amount of the nitrogen gas is variously changed according to the processing process of the semiconductor wafer W.

半導体ウエハ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 chamber 6, the transfer opening 66 is closed by the gate valve 185. Then, the substrate holder 7 is raised from the delivery position to the processing position close to the chamber window 61 by the substrate holder lifting mechanism 4. In the process in which the substrate holding unit 7 is lifted from the delivery position, the semiconductor wafer W is transferred from the support pins 70 to the susceptor 72 of the substrate holding unit 7, and is placed and supported on the recess 176 of the susceptor 72 in a horizontal posture. In this state, the semiconductor wafer W is placed in the center of the concave portion 176 of the susceptor 72, but the semiconductor wafer W may be slightly slid and its end portion may be in contact with the tapered surface of the concave portion 176. When the substrate holder 7 is raised to the processing position, the semiconductor wafer W supported by the susceptor 72 is also held at the processing position.

ホットプレート71の6つのゾーン711〜716のそれぞれは、各ゾーンの内部(上部プレート73と下部プレート74との間)に個別に内蔵されたヒータ(抵抗加熱線76)により所定の温度まで加熱されている。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 zones 711 to 716 of the hot plate 71 is heated to a predetermined temperature by a heater (resistive heating wire 76) individually incorporated in each zone (between the upper plate 73 and the lower plate 74). ing. When the substrate holding part 7 rises to the processing position and the semiconductor wafer W comes into contact with the substrate holding part 7, the semiconductor wafer W is preheated by the heater built in the hot plate 71, and the temperature gradually rises.

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 lamp house 5 toward the semiconductor wafer W under the control of the control unit 3 while the substrate holding unit 7 is positioned at the processing position. At this time, a part of the flash light emitted from the flash lamp FL goes directly to the substrate holder 7 in the chamber 6, and the other part is once reflected by the reflector 52 and then goes into the chamber 6. The flash heating of the semiconductor wafer W is performed by the irradiation of the flash light. Since flash heating is performed by flash light irradiation from the flash lamp FL, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be increased in a short time.

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 lamp house 5 is converted to a light pulse whose electrostatic energy stored in advance is extremely short, and the irradiation time is about 0.1 to 10 milliseconds. A short and strong flash. Then, the surface temperature of the semiconductor wafer W flash-heated by flash light irradiation from the flash lamp FL instantaneously rises to a processing temperature T2 of about 1000 degrees Celsius to 1100 degrees Celsius, and impurities added to the semiconductor wafer W After being activated, the surface temperature drops rapidly. As described above, in the heat treatment apparatus 1, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be raised and lowered in a very short time, so that the impurities are activated while suppressing diffusion of impurities added to the semiconductor wafer W due to heat. Can do. Since the time required for activation of the added impurity is extremely short compared to the time required for thermal diffusion, activation is possible even for a short time when no diffusion of about 0.1 millisecond to 10 millisecond occurs. Is completed.

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 substrate holding unit 7 before the flash heating, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be rapidly raised to the processing temperature T2 by the flash light irradiation from the flash lamp FL. it can.

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 substrate holder 7 is lowered again to the delivery position shown in FIG. 1 by the substrate holder lifting mechanism 4, and the semiconductor wafer W is supported from the substrate holder 7. Passed to pin 70. Subsequently, the transfer opening 66 closed by the gate valve 185 is opened, and the semiconductor wafer W placed on the support pins 70 is unloaded by a transfer robot outside the apparatus, and the semiconductor wafer W is flushed in the heat treatment apparatus 1. The heat treatment is completed.

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 chamber 6 during the heat treatment of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1, and the supply amount is about 30 liters / second when the substrate holding unit 7 is located at the processing position. When the substrate holding unit 7 is located at a position other than the processing position, the rate is about 40 liters / minute.

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 susceptor 72, and the semiconductor wafer W may be cracked by the impact at that time.

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 lamp house 5 is provided with 30 flash lamps FL. However, the present invention is not limited to this, and the number of flash lamps FL can be any number. The flash lamp FL is not limited to a xenon flash lamp, and may be a krypton flash lamp.

また、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 SYMBOLS 1 Heat processing apparatus 3 Control part 4 Substrate holding part raising / lowering mechanism 5 Lamp house 6 Chamber 7 Substrate holding part 60 Upper opening 61 Chamber window 65 Heat treatment space 70 Support pin 71 Hot plate 72 Susceptor 73 Upper plate 74 Lower plate 75 Pin 76 Resistance heating wire 77 Through-hole 78 Pin hole sleeve FL Flash lamp W Semiconductor wafer

Claims (3)

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.
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.
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.
JP2009224738A 2009-09-29 2009-09-29 Heat treatment apparatus Abandoned JP2011077147A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009224738A JP2011077147A (en) 2009-09-29 2009-09-29 Heat treatment apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009224738A JP2011077147A (en) 2009-09-29 2009-09-29 Heat treatment apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011077147A true JP2011077147A (en) 2011-04-14

Family

ID=44020856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009224738A Abandoned JP2011077147A (en) 2009-09-29 2009-09-29 Heat treatment apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011077147A (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013038417A (en) * 2011-07-20 2013-02-21 Ultratech Inc FAST ANNEALING FOR GaN LED
CN109518276A (en) * 2018-11-02 2019-03-26 山东天岳先进材料科技有限公司 A kind of preparation method and its device of high-quality silicon carbide crystal
WO2019073941A1 (en) * 2017-10-10 2019-04-18 住友電気工業株式会社 Wafer-heating heater unit
JP2019071351A (en) * 2017-10-10 2019-05-09 住友電気工業株式会社 Heater unit for wafer heating
JP2019071349A (en) * 2017-10-10 2019-05-09 住友電気工業株式会社 Heater unit for wafer heating
JP2019071350A (en) * 2017-10-10 2019-05-09 住友電気工業株式会社 Heater unit for wafer heating
JP2019514214A (en) * 2016-04-11 2019-05-30 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated Semiconductor processing chamber
JPWO2021053724A1 (en) * 2019-09-17 2021-03-25
JP2023036566A (en) * 2021-09-02 2023-03-14 ウォニク アイピーエス カンパニー リミテッド Substrate processing apparatus

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001084886A1 (en) * 2000-05-02 2001-11-08 Ibiden Co., Ltd. Ceramic heater
JP2003022947A (en) * 2001-07-05 2003-01-24 Tokyo Electron Ltd Heat treatment system
JP2004247340A (en) * 2003-02-10 2004-09-02 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Heat treatment system and method
JP2006128205A (en) * 2004-10-26 2006-05-18 Kyocera Corp Wafer supporting member
JP2008042127A (en) * 2006-08-10 2008-02-21 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Heat treatment apparatus, and susceptor for heat treatment
JP2009200176A (en) * 2008-02-20 2009-09-03 Hitachi High-Technologies Corp Substrate supporting device, substrate measuring device, heat-conductive sheet fitting tool, and heat-conductive sheet fitting method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001084886A1 (en) * 2000-05-02 2001-11-08 Ibiden Co., Ltd. Ceramic heater
JP2003022947A (en) * 2001-07-05 2003-01-24 Tokyo Electron Ltd Heat treatment system
JP2004247340A (en) * 2003-02-10 2004-09-02 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Heat treatment system and method
JP2006128205A (en) * 2004-10-26 2006-05-18 Kyocera Corp Wafer supporting member
JP2008042127A (en) * 2006-08-10 2008-02-21 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Heat treatment apparatus, and susceptor for heat treatment
JP2009200176A (en) * 2008-02-20 2009-09-03 Hitachi High-Technologies Corp Substrate supporting device, substrate measuring device, heat-conductive sheet fitting tool, and heat-conductive sheet fitting method

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013038417A (en) * 2011-07-20 2013-02-21 Ultratech Inc FAST ANNEALING FOR GaN LED
US10741428B2 (en) 2016-04-11 2020-08-11 Applied Materials, Inc. Semiconductor processing chamber
JP2019514214A (en) * 2016-04-11 2019-05-30 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated Semiconductor processing chamber
JP2019071351A (en) * 2017-10-10 2019-05-09 住友電気工業株式会社 Heater unit for wafer heating
JP2019071349A (en) * 2017-10-10 2019-05-09 住友電気工業株式会社 Heater unit for wafer heating
JP2019071350A (en) * 2017-10-10 2019-05-09 住友電気工業株式会社 Heater unit for wafer heating
WO2019073941A1 (en) * 2017-10-10 2019-04-18 住友電気工業株式会社 Wafer-heating heater unit
CN109518276A (en) * 2018-11-02 2019-03-26 山东天岳先进材料科技有限公司 A kind of preparation method and its device of high-quality silicon carbide crystal
JPWO2021053724A1 (en) * 2019-09-17 2021-03-25
WO2021053724A1 (en) * 2019-09-17 2021-03-25 株式会社Kokusai Electric Substrate processing apparatus, susceptor cover, and method for manufacturing semiconductor apparatus
JP7270049B2 (en) 2019-09-17 2023-05-09 株式会社Kokusai Electric Substrate processing apparatus, susceptor cover, semiconductor device manufacturing method, and substrate processing method
JP2023036566A (en) * 2021-09-02 2023-03-14 ウォニク アイピーエス カンパニー リミテッド Substrate processing apparatus
JP7463459B2 (en) 2021-09-02 2024-04-08 ウォニク アイピーエス カンパニー リミテッド Substrate Processing Equipment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5221099B2 (en) Heat treatment apparatus and heat treatment method
JP5346484B2 (en) Heat treatment method and heat treatment apparatus
JP2011077147A (en) Heat treatment apparatus
JP2007005532A (en) Susceptor for use in heat treatment, and heat treatment apparatus
JP5036248B2 (en) Heat treatment apparatus and susceptor for heat treatment
JP5318455B2 (en) Heat treatment equipment
JP5465416B2 (en) Heat treatment method
JP5523735B2 (en) Heat treatment method and heat treatment apparatus
JP5543123B2 (en) Heat treatment susceptor and heat treatment apparatus
JP5465449B2 (en) Heat treatment susceptor and heat treatment apparatus
JP2010073787A (en) Heat treatment apparatus
JP5052970B2 (en) Heat treatment apparatus and method of manufacturing heat treatment apparatus
JP2010045113A (en) Thermal treatment apparatus
JP2008028084A (en) Heat treatment apparatus
JP5525174B2 (en) Heat treatment equipment
JP5828997B2 (en) Heat treatment method and heat treatment apparatus
JP5143436B2 (en) Heat treatment equipment
JP2008288520A (en) Thermal treatment equipment
JP2010238743A (en) Heat treatment apparatus
JP2013206897A (en) Susceptor for heat treatment and thermal treatment apparatus
JP6096592B2 (en) Heat treatment equipment
JP4879003B2 (en) Heat treatment equipment
JP5813291B2 (en) Heat treatment apparatus and heat treatment method
JP2012074540A (en) Heat treatment apparatus
JP5998191B2 (en) Heat treatment method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20120514

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130815

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20130820

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A762 Written abandonment of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762

Effective date: 20131017