JP2013161936A - Heat treatment apparatus and heat treatment method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat treatment apparatus capable of preventing crack of a substrate in application of flash light, and a heat treatment method.SOLUTION: An upper flash lamp UFL is provided above a chamber 6 for housing a semiconductor wafer W, and a lower flash lamp LFL is provided below the chamber 6. Flash light from the upper flash lamp UFL and flash light from the lower flash lamp LFL are applied to a rear surface of the semiconductor wafer W at a time. Thereby temperature distribution generates that the surface temperature and the rear surface temperature of the semiconductor wafer W reach to the maximum temperature, and the inside temperature in a thickness direction reaches to the minimum temperature. Therefore a tensile stress generated due to a thermal expansion of the surface and the rear surface of the semiconductor wafer W acts on the inside in the thickness direction. Therefore, even if blem is formed on the rear surface, it is possible to prevent crack taking the blem as a starting point, of the semiconductor wafer W in application of flash light.

Description

本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等の薄板状の精密電子基板(以下、単に「基板」と称する)にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置および熱処理方法に関する。   The present invention relates to a heat treatment apparatus and a heat treatment method for heating a thin plate-shaped precision electronic substrate (hereinafter simply referred to as “substrate”) such as a semiconductor wafer or a glass substrate for a liquid crystal display device by irradiating flash light. .

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入は半導体ウェハー内にpn接合を形成するための必須の工程である。現在、不純物導入は、イオン打ち込み法とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン(B)、ヒ素(As)、リン(P)といった不純物の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。この際に、アニール時間が数秒程度以上であると、打ち込まれた不純物が熱によって深く拡散し、その結果接合深さが要求よりも深くなり過ぎて良好なデバイス形成に支障が生じるおそれがある。   In the semiconductor device manufacturing process, impurity introduction is an indispensable step for forming a pn junction in a semiconductor wafer. Currently, impurities are generally introduced by ion implantation and subsequent annealing. The ion implantation method is a technique in which impurity elements such as boron (B), arsenic (As), and phosphorus (P) are ionized and collided with a semiconductor wafer at a high acceleration voltage to physically perform impurity implantation. The implanted impurities are activated by annealing. At this time, if the annealing time is about several seconds or more, the implanted impurities are deeply diffused by heat, and as a result, the junction depth becomes deeper than required, and there is a possibility that good device formation may be hindered.

そこで、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するアニール技術として、近年フラッシュランプアニール(FLA)が注目されている。フラッシュランプアニールは、キセノンフラッシュランプ(以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する)を使用して半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射することにより、不純物が注入された半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間(数ミリ秒以下)に昇温させる熱処理技術である。   Therefore, in recent years, flash lamp annealing (FLA) has attracted attention as an annealing technique for heating a semiconductor wafer in an extremely short time. Flash lamp annealing is a semiconductor wafer in which impurities 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). Is a heat treatment technique for raising the temperature of only the surface of the material in a very short time (several milliseconds or less).

キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーにフラッシュ光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハーを急速に昇温することが可能である。また、数ミリ秒以下の極めて短時間のフラッシュ光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。このため、キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、不純物を深く拡散させることなく、不純物活性化のみを実行することができるのである。   The radiation spectral distribution of a xenon flash lamp ranges from the ultraviolet region to the near infrared region, has a shorter wavelength than the conventional halogen lamp, and almost coincides with the fundamental absorption band of a silicon semiconductor wafer. Therefore, when the semiconductor wafer is irradiated with flash light from the xenon flash lamp, the semiconductor wafer can be rapidly heated with little transmitted light. Further, it has been found that if the flash light irradiation is performed for a very short time of several milliseconds or less, only the vicinity of the surface of the semiconductor wafer can be selectively heated. For this reason, if the temperature is raised for a very short time by the xenon flash lamp, only the impurity activation can be performed without deeply diffusing the impurities.

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には、半導体ウェハーをホットプレートに載置して所定の温度まで予備加熱し、その後フラッシュランプからのフラッシュ光照射によって表面温度を所望の処理温度にまで昇温する装置が開示されている。また、特許文献2には、半導体ウェハーの上側にフラッシュランプを配置するとともに、下側にハロゲンランプを配置し、ハロゲンランプからの光照射によって半導体ウェハーを予備加熱し、その後フラッシュランプからウェハー表面にフラッシュ光照射を行う装置が開示されている。いずれにおいても、注入された不純物の拡散が生じない温度まで予備加熱し、その後半導体ウェハーの表面にフラッシュ光照射を行って表面を急速に処理温度にまで加熱して不純物活性化を実行している。   As a heat treatment apparatus using such a xenon flash lamp, in Patent Document 1, a semiconductor wafer is placed on a hot plate, preheated to a predetermined temperature, and then the surface temperature is desired by irradiation with flash light from the flash lamp. An apparatus for raising the temperature to the processing temperature is disclosed. In Patent Document 2, a flash lamp is disposed on the upper side of the semiconductor wafer, a halogen lamp is disposed on the lower side, the semiconductor wafer is preheated by light irradiation from the halogen lamp, and then the flash lamp is applied to the wafer surface. An apparatus for performing flash light irradiation is disclosed. In any case, the impurity is activated by preheating to a temperature at which the implanted impurities do not diffuse, and then irradiating the surface of the semiconductor wafer with flash light to rapidly heat the surface to the processing temperature. .

特開2007−5532号公報JP 2007-5532 A 特開2009−231676号公報JP 2009-231676 A

上述した従来のフラッシュランプアニールでは、予備加熱後に半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射して表面温度を急速に上昇させている。そうすると、半導体ウェハーの厚さ方向において最も温度が高くなるのは表面であり、最も温度が低くなるのは必ず裏面となる。その結果、半導体ウェハーの表面には大きな熱膨張が生じるのに対して、裏面では熱膨張の程度が相対的に小さいため、裏面に引張応力が作用する。   In the conventional flash lamp annealing described above, the surface temperature is rapidly increased by irradiating the surface of the semiconductor wafer with flash light after preheating. As a result, the surface having the highest temperature in the thickness direction of the semiconductor wafer is the front surface, and the surface having the lowest temperature is always the back surface. As a result, a large thermal expansion occurs on the surface of the semiconductor wafer, whereas a tensile stress acts on the back surface because the degree of thermal expansion is relatively small on the back surface.

また、半導体ウェハーに裏面には傷が存在する場合がある。このような傷はフラッシュランプアニールよりも前の工程にて形成されることが多い。裏面に傷が存在する半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射して加熱すると、裏面には引張応力が作用し、その結果裏面の傷を起点としてウェハー割れが発生するという問題が生じていた。   In addition, there may be a scratch on the back surface of the semiconductor wafer. Such scratches are often formed in a process prior to flash lamp annealing. When the surface of a semiconductor wafer having scratches on the back surface is irradiated with flash light and heated, tensile stress acts on the back surface, and as a result, there has been a problem that wafer cracking occurs starting from scratches on the back surface.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュ光照射時の基板の割れを防止することができる熱処理装置および熱処理方法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 and heat processing method which can prevent the crack of the board | substrate at the time of flash light irradiation.

上記課題を解決するため、請求項1の発明は、基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を支持する支持部材と、前記支持部材に支持された基板の裏面にフラッシュ光を照射して前記基板を裏面から加熱する第1フラッシュランプと、前記支持部材に支持された基板の表面にフラッシュ光を照射して前記基板を表面から加熱する第2フラッシュランプと、を備え、前記第1フラッシュランプのフラッシュ光照射期間および前記第2フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の少なくとも一部は互いに重なり合うことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention is a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with flash light, a chamber for accommodating the substrate, and a support member for supporting the substrate in the chamber. A first flash lamp that irradiates the back surface of the substrate supported by the support member with flash light and heats the substrate from the back surface, and irradiates the surface of the substrate supported by the support member with flash light and And a second flash lamp that heats the substrate from the surface, wherein at least a part of the flash light irradiation period of the first flash lamp and the flash light irradiation period of the second flash lamp overlap each other.

また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る熱処理装置において、前記第1フラッシュランプの発光出力と前記第2フラッシュランプの発光出力とは異なることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first aspect of the present invention, the light emission output of the first flash lamp is different from the light emission output of the second flash lamp.

また、請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明に係る熱処理装置において、前記第1フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の始期と前記第2フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の始期とは異なることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first or second aspect of the present invention, the start of the flash light irradiation period of the first flash lamp and the start of the flash light irradiation period of the second flash lamp Are different.

また、請求項4の発明は、請求項1から請求項3のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記第1フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の終期と前記第2フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の終期とは異なることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the first to third aspects, the end of the flash light irradiation period of the first flash lamp and the flash light irradiation period of the second flash lamp. It is characterized by being different from the end of.

また、請求項5の発明は、請求項4の発明に係る熱処理装置において、前記第1フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の終期は、前記裏面から前記表面への熱伝導に要する熱伝導時間以内の範囲で前記第2フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の終期よりも早いことを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the end of the flash light irradiation period of the first flash lamp is within a heat conduction time required for heat conduction from the back surface to the surface. The range is earlier than the end of the flash light irradiation period of the second flash lamp.

また、請求項6の発明は、請求項1から請求項5のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記第1フラッシュランプおよび前記第2フラッシュランプは棒状ランプであり、前記第1フラッシュランプと前記第2フラッシュランプとは互いに直交するように配置されることを特徴とする。   The invention of claim 6 is the heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the first flash lamp and the second flash lamp are rod-shaped lamps; The second flash lamps are arranged to be orthogonal to each other.

また、請求項7の発明は、請求項1から請求項6のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記支持部材の周囲に前記第1フラッシュランプと前記第2フラッシュランプとの間を遮光する遮光部材を設けることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the first to sixth aspects of the present invention, light shielding is provided between the first flash lamp and the second flash lamp around the support member. A light shielding member is provided.

また、請求項8の発明は、請求項1から請求項7のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記支持部材は、石英にて形成され、ベルヌーイ効果によって前記基板を非接触で保持するベルヌーイチャックを含むことを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the first to seventh aspects, the support member is made of quartz and holds the substrate in a non-contact manner by a Bernoulli effect. A chuck is included.

また、請求項9の発明は、基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、チャンバー内にて支持部材に支持された基板の裏面にフラッシュ光を照射して前記基板を裏面から加熱する裏面フラッシュ加熱工程と、前記支持部材に支持された前記基板の表面にフラッシュ光を照射して前記基板を表面から加熱する表面フラッシュ加熱工程と、を備え、前記裏面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間および前記表面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の少なくとも一部は互いに重なり合うことを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the heat treatment method for heating the substrate by irradiating the substrate with flash light, the substrate is supported by irradiating the back surface of the substrate supported by the support member in the chamber with the flash light. A back flash heating step for heating from the back side, and a surface flash heating step for heating the substrate from the surface by irradiating the surface of the substrate supported by the support member with flash light. The flash light irradiation period and at least a part of the flash light irradiation period in the surface flash heating step overlap each other.

また、請求項10の発明は、請求項9の発明に係る熱処理方法において、前記裏面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光の発光出力と前記表面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光の発光出力とは異なることを特徴とする。   The invention of claim 10 is the heat treatment method according to claim 9, wherein the light emission output of the flash light in the back flash heating step is different from the light emission output of the flash light in the surface flash heating step. Features.

また、請求項11の発明は、請求項9または請求項10の発明に係る熱処理方法において、前記裏面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の始期と前記表面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の始期とは異なることを特徴とする。   The invention of claim 11 is the heat treatment method according to the invention of claim 9 or claim 10, wherein the flash light irradiation period in the back surface flash heating step and the flash light irradiation period in the surface flash heating step are It is different from the beginning.

また、請求項12の発明は、請求項9から請求項11のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記裏面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の終期と前記表面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の終期とは異なることを特徴とする。   The invention of claim 12 is the heat treatment method according to any one of claims 9 to 11, wherein the flash light irradiation period in the back flash heating step and the flash light in the surface flash heating step are used. It is characterized by being different from the end of the irradiation period.

また、請求項13の発明は、請求項12の発明に係る熱処理方法において、前記裏面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の終期は、前記裏面から前記表面への熱伝導に要する熱伝導時間以内の範囲で前記表面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の終期よりも早いことを特徴とする。   The invention according to claim 13 is the heat treatment method according to claim 12, wherein the end of the flash light irradiation period in the back surface flash heating step is within a heat conduction time required for heat conduction from the back surface to the surface. In the range, it is earlier than the end of the flash light irradiation period in the surface flash heating step.

請求項1から請求項8の発明によれば、基板の裏面にフラッシュ光を照射する第1フラッシュランプのフラッシュ光照射期間および基板の表面にフラッシュ光を照射する第2フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の少なくとも一部は互いに重なり合うため、フラッシュ光照射時の最低温度領域は基板の厚さ方向内部に現出することとなり、フラッシュ光照射時の基板の割れを防止することができる。   According to the first to eighth aspects of the present invention, the flash light irradiation period of the first flash lamp that irradiates the back surface of the substrate with the flash light and the flash light irradiation period of the second flash lamp that irradiates the surface of the substrate with the flash light. Since at least a part of the two overlap each other, the lowest temperature region at the time of flash light irradiation appears inside the substrate in the thickness direction, and cracking of the substrate at the time of flash light irradiation can be prevented.

特に、請求項5の発明によれば、第1フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の終期は、裏面から表面への熱伝導に要する熱伝導時間以内の範囲で第2フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の終期よりも早いため、第2フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の終期の時点でも裏面側から表面側への熱伝導によって表面側の加熱を補助することができる。   In particular, according to the invention of claim 5, the end of the flash light irradiation period of the first flash lamp is within the heat conduction time required for heat conduction from the back surface to the front surface within the flash light irradiation period of the second flash lamp. Since it is earlier than the end, heating on the front side can be assisted by heat conduction from the back side to the front side even at the end of the flash light irradiation period of the second flash lamp.

特に、請求項6の発明によれば、第1フラッシュランプおよび第2フラッシュランプは棒状ランプであり、第1フラッシュランプと第2フラッシュランプとは互いに直交するように配置されるため、棒状ランプからのフラッシュ光照射に起因した照度ムラを第1フラッシュランプおよび第2フラッシュランプが相互に解消して基板の面内温度分布を均一にすることができる。   In particular, according to the invention of claim 6, the first flash lamp and the second flash lamp are rod-shaped lamps, and the first flash lamp and the second flash lamp are arranged so as to be orthogonal to each other. The first flash lamp and the second flash lamp can mutually eliminate the uneven illuminance caused by the flash light irradiation, and the in-plane temperature distribution of the substrate can be made uniform.

特に、請求項7の発明によれば、支持部材の周囲に第1フラッシュランプと第2フラッシュランプとの間を遮光する遮光部材を設けるため、各フラッシュランプからのフラッシュ光が基板の端縁部を回り込むのを防止することができる。   In particular, according to the seventh aspect of the present invention, since the light shielding member for shielding light between the first flash lamp and the second flash lamp is provided around the support member, the flash light from each flash lamp is transmitted to the edge portion of the substrate. Can be prevented.

特に、請求項8の発明によれば、支持部材は、石英にて形成され、ベルヌーイ効果によって基板を非接触で保持するベルヌーイチャックを含むため、フラッシュ光照射時に基板の変形を拘束する応力が作用せず、基板の割れを防止することができる。   In particular, according to the invention of claim 8, since the support member is made of quartz and includes a Bernoulli chuck that holds the substrate in a non-contact manner by the Bernoulli effect, a stress that restrains deformation of the substrate during flash light irradiation acts. Without cracking the substrate.

また、請求項9から請求項13の発明によれば、基板の裏面にフラッシュ光を照射する裏面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間および基板の表面にフラッシュ光を照射する表面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の少なくとも一部は互いに重なり合うため、フラッシュ光照射時の最低温度領域は基板の厚さ方向内部に現出することとなり、フラッシュ光照射時の基板の割れを防止することができる。   According to the invention of claim 9 to claim 13, in the flash light irradiation period in the back surface flash heating step of irradiating the back surface of the substrate with flash light and in the surface flash heating step of irradiating the surface of the substrate with flash light. Since at least a part of the flash light irradiation period overlaps with each other, the lowest temperature region at the time of flash light irradiation appears inside the substrate in the thickness direction, and cracking of the substrate at the time of flash light irradiation can be prevented.

特に、請求項13の発明によれば、裏面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の終期は、裏面から表面への熱伝導に要する熱伝導時間以内の範囲で表面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の終期よりも早いため、表面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の終期の時点でも裏面側から表面側への熱伝導によって表面側の加熱を補助することができる。   In particular, according to the invention of claim 13, the end of the flash light irradiation period in the back surface flash heating step is within the range of the heat conduction time required for heat conduction from the back surface to the surface, and the flash light irradiation in the surface flash heating step. Since it is earlier than the end of the period, heating of the front side can be assisted by heat conduction from the back side to the front side even at the end of the flash light irradiation period in the front side flash heating step.

本発明に係る熱処理装置の要部構成を示す図である。It is a figure which shows the principal part structure of the heat processing apparatus which concerns on this invention. 上側フラッシュランプ、下側フラッシュランプおよびハロゲンランプの配置関係を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the arrangement | positioning relationship of an upper side flash lamp, a lower side flash lamp, and a halogen lamp. フラッシュランプの駆動回路を示す図である。It is a figure which shows the drive circuit of a flash lamp. 図1の熱処理装置における半導体ウェハーの処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the semiconductor wafer in the heat processing apparatus of FIG. 第1実施形態における半導体ウェハーの表面および裏面の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change of the surface of the semiconductor wafer in 1st Embodiment, and a back surface. 第1実施形態における下側フラッシュランプおよび上側フラッシュランプの発光出力プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the light emission output profile of the lower side flash lamp and upper side flash lamp in 1st Embodiment. 第1実施形態における半導体ウェハーの厚さ方向における温度分布を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution in the thickness direction of the semiconductor wafer in 1st Embodiment. 第2実施形態における半導体ウェハーの表面および裏面の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change of the surface of a semiconductor wafer in 2nd Embodiment, and a back surface. 第2実施形態における下側フラッシュランプおよび上側フラッシュランプの発光出力プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the light emission output profile of the lower side flash lamp and upper side flash lamp in 2nd Embodiment. 第2実施形態における半導体ウェハーの厚さ方向における温度分布を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution in the thickness direction of the semiconductor wafer in 2nd Embodiment. 第3実施形態における半導体ウェハーの表面および裏面の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change of the surface of a semiconductor wafer in 3rd Embodiment, and a back surface. 第3実施形態における下側フラッシュランプおよび上側フラッシュランプの発光出力プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the light emission output profile of the lower side flash lamp and upper side flash lamp in 3rd Embodiment. 第3実施形態における半導体ウェハーの厚さ方向における温度分布を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution in the thickness direction of the semiconductor wafer in 3rd Embodiment. 第4実施形態における半導体ウェハーの表面および裏面の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change of the surface of a semiconductor wafer in 4th Embodiment, and a back surface. 第4実施形態における下側フラッシュランプおよび上側フラッシュランプの発光出力プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the light emission output profile of the lower side flash lamp and upper side flash lamp in 4th Embodiment. 第4実施形態における半導体ウェハーの厚さ方向における温度分布を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution in the thickness direction of the semiconductor wafer in 4th Embodiment. 第4実施形態における半導体ウェハーの厚さ方向における温度分布を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution in the thickness direction of the semiconductor wafer in 4th Embodiment. 第5実施形態の熱処理装置の要部構成を示す図である。It is a figure which shows the principal part structure of the heat processing apparatus of 5th Embodiment. ベルヌーイチャックの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of Bernoulli chuck. 第5実施形態における半導体ウェハーの表面および裏面の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change of the surface of a semiconductor wafer in 5th Embodiment, and a back surface. 第5実施形態における下側フラッシュランプおよび上側フラッシュランプの発光出力プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the light emission output profile of the lower side flash lamp and upper side flash lamp in 5th Embodiment. 第5実施形態における半導体ウェハーの厚さ方向における温度分布を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution in the thickness direction of the semiconductor wafer in 5th Embodiment. 上側フラッシュランプおよび下側フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の一例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows an example of the flash light irradiation period of an upper side flash lamp and a lower side flash lamp. 上側フラッシュランプおよび下側フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の他の例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the other example of the flash light irradiation period of an upper side flash lamp and a lower side flash lamp. 上側フラッシュランプおよび下側フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の他の例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the other example of the flash light irradiation period of an upper side flash lamp and a lower side flash lamp. ベルヌーイチャックの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of Bernoulli chuck.

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.

<第1実施形態>
図1は、本発明に係る熱処理装置1の要部構成を示す図である。この熱処理装置1は、基板としての略円形の半導体ウェハーWにフラッシュ光を照射して加熱処理を行うフラッシュランプアニール装置である。なお、図1および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a heat treatment apparatus 1 according to the present invention. The heat treatment apparatus 1 is a flash lamp annealing apparatus that performs heat treatment by irradiating a substantially circular semiconductor wafer W as a substrate with flash light. In FIG. 1 and the subsequent drawings, the size and number of each part are exaggerated or simplified as necessary for easy understanding.

熱処理装置1は、主たる構成として、半導体ウェハーWを収容する略円筒形状のチャンバー6と、チャンバー6内にて半導体ウェハーWを保持する保持部7と、保持部7に対して半導体ウェハーWの受け渡しを行う移載部79と、チャンバー6の上側に設けられた上側加熱部5と、チャンバー6の下側に設けられた下側加熱部4と、チャンバー6内に処理ガスを供給するガス供給部8と、チャンバー6から排気を行う排気部2と、を備えている。また、熱処理装置1は、これらの各部を制御して半導体ウェハーWの加熱処理を実行させる制御部3を備える。   The heat treatment apparatus 1 mainly includes a substantially cylindrical chamber 6 that houses a semiconductor wafer W, a holding unit 7 that holds the semiconductor wafer W in the chamber 6, and the delivery of the semiconductor wafer W to the holding unit 7. A transfer part 79 for performing the above, an upper heating part 5 provided on the upper side of the chamber 6, a lower heating part 4 provided on the lower side of the chamber 6, and a gas supply part for supplying a processing gas into the chamber 6 8 and an exhaust part 2 for exhausting air from the chamber 6. In addition, the heat treatment apparatus 1 includes a control unit 3 that controls each of these units to perform the heat treatment of the semiconductor wafer W.

チャンバー6は、上下両端が開放された略円筒状の内壁を有するチャンバー側部63を備える。チャンバー側部63は、強度と耐熱性に優れた金属材料(例えば、ステンレススチール等)にて形成される。チャンバー6の上部開口および下部開口には上側チャンバー窓61および下側チャンバー窓64がそれぞれ装着されて閉塞されている。チャンバー側部63、上側チャンバー窓61および下側チャンバー窓64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。   The chamber 6 includes a chamber side portion 63 having a substantially cylindrical inner wall whose upper and lower ends are open. The chamber side portion 63 is formed of a metal material (for example, stainless steel) having excellent strength and heat resistance. An upper chamber window 61 and a lower chamber window 64 are respectively attached to the upper opening and the lower opening of the chamber 6 so as to be closed. A space surrounded by the chamber side portion 63, the upper chamber window 61, and the lower chamber window 64 is defined as a heat treatment space 65.

チャンバー6の天井部を構成する上側チャンバー窓61は、石英により形成された円板形状部材であり、上側加熱部5から出射された光を熱処理空間65に透過する石英窓として機能する。同様に、チャンバー6の床部を構成する下側チャンバー窓64も石英により形成された円板形状部材であり、下側加熱部4から出射された光を熱処理空間65に透過する石英窓として機能する。   The upper 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 light emitted from the upper heating unit 5 to the heat treatment space 65. Similarly, the lower chamber window 64 constituting the floor of the chamber 6 is also a disk-shaped member made of quartz, and functions as a quartz window that transmits the light emitted from the lower heating unit 4 to the heat treatment space 65. To do.

また、熱処理空間65の気密性を維持するために、上側チャンバー窓61および下側チャンバー窓64とチャンバー側部63とは図示省略のOリングによってシールされている。具体的には、上側チャンバー窓61の下面周縁部および下側チャンバー窓64の上面周縁部とチャンバー側部63との間にそれぞれOリングを挟み込み、これらの隙間から気体が流出入するのを防いでいる。   In order to maintain the airtightness of the heat treatment space 65, the upper chamber window 61, the lower chamber window 64, and the chamber side portion 63 are sealed by an O-ring (not shown). Specifically, an O-ring is sandwiched between the lower peripheral edge of the upper chamber window 61 and the upper peripheral edge of the lower chamber window 64 and the chamber side 63 to prevent gas from flowing in and out of these gaps. It is out.

チャンバー側部63には、半導体ウェハーWの搬入および搬出を行うための搬送開口部66が設けられている。搬送開口部66は、図示を省略するゲートバルブによって開閉可能とされている。搬送開口部66が開放されると、図外の搬送ロボットによってチャンバー6に対する半導体ウェハーWの搬入および搬出が可能となる。また、搬送開口部66が閉鎖されると、熱処理空間65が外部との通気が遮断された密閉空間となる。   The chamber side 63 is provided with a transfer opening 66 for carrying in and out the semiconductor wafer W. The transfer opening 66 can be opened and closed by a gate valve (not shown). When the transfer opening 66 is opened, the semiconductor wafer W can be carried into and out of the chamber 6 by a transfer robot (not shown). When the transfer opening 66 is closed, the heat treatment space 65 becomes a sealed space in which ventilation with the outside is blocked.

チャンバー6内に設けられた保持部7は、支持リング72および遮光部材71を備える。遮光部材71は、チャンバー側部63の内側壁面に固設されている。遮光部材71は、フラッシュランプFLおよびハロゲンランプHLからの光に対して不透明な材質、例えば炭化ケイ素(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ホウ素(BN)などのセラミックによって形成すれば良い。遮光部材71は、略円筒形状のチャンバー側部63の内壁から突出するように円環形状に設けられている。遮光部材71の上面内周部に支持リング72が載置されている。すなわち、支持リング72の周囲に遮光部材71が設けられている。   The holding unit 7 provided in the chamber 6 includes a support ring 72 and a light shielding member 71. The light shielding member 71 is fixed to the inner wall surface of the chamber side portion 63. The light shielding member 71 may be formed of a material that is opaque to the light from the flash lamp FL and the halogen lamp HL, for example, a ceramic such as silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), or boron nitride (BN). The light shielding member 71 is provided in an annular shape so as to protrude from the inner wall of the substantially cylindrical chamber side portion 63. A support ring 72 is placed on the inner periphery of the upper surface of the light shielding member 71. That is, the light shielding member 71 is provided around the support ring 72.

支持リング72は円環形状(リング状)の板状部材である。支持リング72は、例えば炭化ケイ素にて形成される。円環形状の支持リング72の外径は半導体ウェハーWの直径(本実施形態ではφ300mm)よりも大きい。また、支持リング72の内径は半導体ウェハーWの直径よりも若干小さい。このため、支持リング72は、その内周部分にて半導体ウェハーWの周縁部を支持することができる。   The support ring 72 is a ring-shaped (ring-shaped) plate-shaped member. The support ring 72 is made of, for example, silicon carbide. The outer diameter of the annular support ring 72 is larger than the diameter of the semiconductor wafer W (φ300 mm in this embodiment). Further, the inner diameter of the support ring 72 is slightly smaller than the diameter of the semiconductor wafer W. For this reason, the support ring 72 can support the peripheral portion of the semiconductor wafer W at the inner peripheral portion thereof.

チャンバー6内に搬入された半導体ウェハーWは、支持リング72によってチャンバー6内にて水平姿勢(主面の法線が鉛直方向に向く姿勢)で支持される。本実施形態では、支持リング72および遮光部材71がいずれもフラッシュランプFLおよびハロゲンランプHLからの光に対して不透明な材質にて形成されているため、支持リング72に支持された半導体ウェハーWの周囲において上側加熱部5と下側加熱部4とが光学的に遮断されている。すなわち、上側加熱部5からの光が半導体ウェハーWの周縁部外方を回り込んで下面周縁部に到達することはなく、逆に下側加熱部4からの光が上面周縁部に到達することも防がれる。   The semiconductor wafer W carried into the chamber 6 is supported in a horizontal posture (a posture in which the normal line of the main surface is directed in the vertical direction) in the chamber 6 by the support ring 72. In the present embodiment, since both the support ring 72 and the light shielding member 71 are made of a material that is opaque to the light from the flash lamp FL and the halogen lamp HL, the semiconductor wafer W supported by the support ring 72 is formed. The upper side heating part 5 and the lower side heating part 4 are optically interrupted around. That is, the light from the upper heating unit 5 does not go around the outer periphery of the semiconductor wafer W and reach the lower surface peripheral portion, but conversely, the light from the lower heating unit 4 reaches the upper surface peripheral portion. Is also prevented.

保持部7の下方には移載部79が設けられている。移載部79は、図示省略の駆動機構によって水平方向の移動と鉛直方向の移動とが可能に構成されている。移載動作を行わないときには、移載部79は遮光部材71の下側の待機位置に待機している。保持部7に対して半導体ウェハーWの移載を行う際には、移載部79が待機位置から支持リング72の内周よりも内側に水平移動した後、鉛直方向に沿って上昇する。これにより、移載部79のピンの上端が支持リング72の上面から突き出る。移載動作が終了すると、移載部79は再び待機位置に戻る。   A transfer unit 79 is provided below the holding unit 7. The transfer unit 79 is configured to be movable in the horizontal direction and in the vertical direction by a drive mechanism (not shown). When the transfer operation is not performed, the transfer unit 79 stands by at a standby position below the light shielding member 71. When the semiconductor wafer W is transferred to the holding unit 7, the transfer unit 79 moves horizontally from the standby position to the inner side of the inner periphery of the support ring 72 and then rises along the vertical direction. Thereby, the upper end of the pin of the transfer part 79 protrudes from the upper surface of the support ring 72. When the transfer operation is completed, the transfer unit 79 returns to the standby position again.

ガス供給部8は、チャンバー6内の熱処理空間65に処理ガスを供給する。ガス供給部8は、処理ガス供給源81とバルブ82とを備えており、バルブ82を開放することによって熱処理空間65に処理ガスを供給する。ガス供給部8が供給する処理ガスとしては、窒素(N)、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)などの不活性ガス、または、酸素(O)、水素(H)、塩素(Cl)、水蒸気(HO)、塩化水素(HCl)、オゾン(O)、アンモニア(NH)などの反応性ガスを用いることができる。なお、処理ガス供給源81としては、熱処理装置1内に設けられた気体タンクと送給ポンプとで構成するようにしても良いし、熱処理装置1が設置される工場の用力を用いるにようにしても良い。 The gas supply unit 8 supplies a processing gas to the heat treatment space 65 in the chamber 6. The gas supply unit 8 includes a processing gas supply source 81 and a valve 82, and supplies the processing gas to the heat treatment space 65 by opening the valve 82. The processing gas supplied by the gas supply unit 8 is an inert gas such as nitrogen (N 2 ), argon (Ar), helium (He), or oxygen (O 2 ), hydrogen (H 2 ), chlorine (Cl 2 ), a reactive gas such as water vapor (H 2 O), hydrogen chloride (HCl), ozone (O 3 ), ammonia (NH 3 ), or the like can be used. The processing gas supply source 81 may be constituted by a gas tank provided in the heat treatment apparatus 1 and a feed pump, or use the power of the factory where the heat treatment apparatus 1 is installed. May be.

排気部2は、排気装置21およびバルブ22を備えており、バルブ22を開放することによってチャンバー6内の雰囲気を排気する。排気装置21としては、真空ポンプや熱処理装置1が設置される工場の排気ユーティリティを用いることができる。排気装置21として真空ポンプを採用し、ガス供給部8から処理ガスを供給することなく密閉空間である熱処理空間65の雰囲気を排気すると、チャンバー6内を真空雰囲気にまで減圧することができる。また、排気装置21として真空ポンプを用いていない場合であっても、ガス供給部8から処理ガスを供給することなく排気を行うことにより、チャンバー6内を大気圧よりも低い気圧に減圧することができる。   The exhaust unit 2 includes an exhaust device 21 and a valve 22, and exhausts the atmosphere in the chamber 6 by opening the valve 22. As the exhaust device 21, an exhaust utility of a factory where the vacuum pump or the heat treatment device 1 is installed can be used. When a vacuum pump is employed as the exhaust device 21 and the atmosphere of the heat treatment space 65 that is a sealed space is exhausted without supplying the processing gas from the gas supply unit 8, the inside of the chamber 6 can be decompressed to a vacuum atmosphere. Further, even when a vacuum pump is not used as the exhaust device 21, the inside of the chamber 6 is decompressed to a pressure lower than the atmospheric pressure by performing exhaust without supplying the processing gas from the gas supply unit 8. Can do.

本実施形態においては、保持部7に半導体ウェハーWが保持されているときには、遮光部材71、支持リング72および半導体ウェハーWによって熱処理空間65が上下に雰囲気分離される。このため、図1に示すように、熱処理空間65の保持部7よりも上側と下側のそれぞれにガス供給部8が処理ガスを供給するとともに、それぞれから排気部2が排気を行うようにするのが好ましい。   In the present embodiment, when the semiconductor wafer W is held by the holding unit 7, the heat treatment space 65 is vertically separated by the light shielding member 71, the support ring 72, and the semiconductor wafer W. Therefore, as shown in FIG. 1, the gas supply unit 8 supplies the processing gas to the upper side and the lower side of the holding unit 7 of the heat treatment space 65, and the exhaust unit 2 exhausts the gas from each. Is preferred.

上側加熱部5は、チャンバー6の上方に設けられている。上側加熱部5は、複数本のフラッシュランプFLを有する光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ52と、を備えて構成される。上側加熱部5は、チャンバー6内にて支持リング72に支持される半導体ウェハーWの上面に石英の上側チャンバー窓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。   The upper heating unit 5 is provided above the chamber 6. The upper heating unit 5 includes a light source having a plurality of flash lamps FL, and a reflector 52 provided so as to cover the light source. The upper heating unit 5 irradiates flash light from the flash lamp FL on the upper surface of the semiconductor wafer W supported by the support ring 72 in the chamber 6 through the quartz upper chamber window 61.

一方、下側加熱部4は、チャンバー6の下方に設けられている。下側加熱部4は、複数本のフラッシュランプFLおよび複数本のハロゲンランプHLを有する光源と、その光源の下方を覆うように設けられたリフレクタ42と、を備えて構成される。下側加熱部4は、チャンバー6内にて支持リング72に支持される半導体ウェハーWの下面に石英の下側チャンバー窓64を介してフラッシュランプFLまたはハロゲンランプHLから光を照射する。なお、上側加熱部5のフラッシュランプFLと下側加熱部4のフラッシュランプFLとを特に区別するときには、上側加熱部5のフラッシュランプFLを上側フラッシュランプ(第2フラッシュランプ)UFLと称し、下側加熱部4のフラッシュランプFLを下側フラッシュランプ(第1フラッシュランプ)LFLと称する。上側フラッシュランプUFLと下側フラッシュランプLFLとは配置位置が異なるものの同一の棒状のキセノンフラッシュランプであり、それらの区別を要しないときには単にフラッシュランプFLとする。   On the other hand, the lower heating unit 4 is provided below the chamber 6. The lower heating unit 4 includes a light source having a plurality of flash lamps FL and a plurality of halogen lamps HL, and a reflector 42 provided to cover the lower side of the light source. The lower heating unit 4 irradiates the lower surface of the semiconductor wafer W supported by the support ring 72 in the chamber 6 from the flash lamp FL or the halogen lamp HL through the lower chamber window 64 of quartz. When the flash lamp FL of the upper heating unit 5 and the flash lamp FL of the lower heating unit 4 are particularly distinguished, the flash lamp FL of the upper heating unit 5 is referred to as an upper flash lamp (second flash lamp) UFL. The flash lamp FL of the side heating unit 4 is referred to as a lower flash lamp (first flash lamp) LFL. Although the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL are the same bar-shaped xenon flash lamps although the arrangement positions are different, they are simply referred to as the flash lamp FL when it is not necessary to distinguish them.

図2は、上側フラッシュランプUFL、下側フラッシュランプLFLおよびハロゲンランプHLの配置関係を示す斜視図である。複数の上側フラッシュランプUFL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支持リング72に支持される半導体ウェハーWの主面に沿って(つまり水平方向に沿って)互いに平行となるように平面状に配列されている。同様に、複数の下側フラッシュランプLFLも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支持リング72に支持される半導体ウェハーWの主面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。   FIG. 2 is a perspective view showing an arrangement relationship of the upper flash lamp UFL, the lower flash lamp LFL, and the halogen lamp HL. Each of the plurality of upper flash lamps UFL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape, and the longitudinal direction of each of the upper flash lamps UFL is along the main surface of the semiconductor wafer W supported by the support ring 72 (that is, along the horizontal direction). ) They are arranged in a plane so as to be parallel to each other. Similarly, the plurality of lower flash lamps LFL are also rod-shaped lamps each having a long cylindrical shape, and the respective longitudinal directions thereof are parallel to each other along the main surface of the semiconductor wafer W supported by the support ring 72. Are arranged in a plane.

図2に示すように、上側加熱部5の上側フラッシュランプUFLと下側加熱部4の下側フラッシュランプLFLとは互いに直交するように配置されている。すなわち、上側加熱部5の上方から見ると、上側フラッシュランプUFLの配列と下側フラッシュランプLFLの配列とが井桁状に交差するように配置されている。   As shown in FIG. 2, the upper flash lamp UFL of the upper heating unit 5 and the lower flash lamp LFL of the lower heating unit 4 are arranged to be orthogonal to each other. That is, when viewed from the upper side of the upper heating unit 5, the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL are arranged so as to cross like a cross.

図3は、フラッシュランプFLの駆動回路を示す図である。同図に示すように、コンデンサ93と、コイル94と、フラッシュランプFLと、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)96とが直列に接続されている。また、図3に示すように、制御部3は、パルス発生器31および波形設定部32を備えるとともに、入力部33に接続されている。入力部33としては、キーボード、マウス、タッチパネル等の種々の公知の入力機器を採用することができる。入力部33からの入力内容に基づいて波形設定部32がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってパルス発生器31がパルス信号を発生する。   FIG. 3 is a diagram showing a driving circuit for the flash lamp FL. As shown in the figure, a capacitor 93, a coil 94, a flash lamp FL, and an IGBT (insulated gate bipolar transistor) 96 are connected in series. As shown in FIG. 3, the control unit 3 includes a pulse generator 31 and a waveform setting unit 32 and is connected to the input unit 33. As the input unit 33, various known input devices such as a keyboard, a mouse, and a touch panel can be employed. The waveform setting unit 32 sets the waveform of the pulse signal based on the input content from the input unit 33, and the pulse generator 31 generates the pulse signal according to the waveform.

フラッシュランプFLは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部に陽極および陰極が配設された棒状のガラス管(放電管)92と、該ガラス管92の外周面上に付設されたトリガー電極91とを備える。コンデンサ93には、電源ユニット95によって所定の電圧が印加され、その印加電圧(充電電圧)に応じた電荷が充電される。また、トリガー電極91にはトリガー回路97から高電圧を印加することができる。トリガー回路97がトリガー電極91に電圧を印加するタイミングは制御部3によって制御される。   The flash lamp FL includes a rod-shaped glass tube (discharge tube) 92 in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode are disposed at both ends thereof, and a trigger electrode provided on the outer peripheral surface of the glass tube 92. 91. A predetermined voltage is applied to the capacitor 93 by the power supply unit 95, and a charge corresponding to the applied voltage (charging voltage) is charged. A high voltage can be applied to the trigger electrode 91 from the trigger circuit 97. The timing at which the trigger circuit 97 applies a voltage to the trigger electrode 91 is controlled by the control unit 3.

IGBT96は、ゲート部にMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor)を組み込んだバイポーラトランジスタであり、大電力を取り扱うのに適したスイッチング素子である。IGBT96のゲートには制御部3のパルス発生器31からパルス信号が印加される。IGBT96のゲートに所定値以上の電圧(Highの電圧)が印加されるとIGBT96がオン状態となり、所定値未満の電圧(Lowの電圧)が印加されるとIGBT96がオフ状態となる。このようにして、フラッシュランプFLを含む駆動回路はIGBT96によってオンオフされる。IGBT96がオンオフすることによってフラッシュランプFLと対応するコンデンサ93との接続が断続される。   The IGBT 96 is a bipolar transistor in which a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is incorporated in a gate portion, and is a switching element suitable for handling high power. A pulse signal is applied from the pulse generator 31 of the control unit 3 to the gate of the IGBT 96. The IGBT 96 is turned on when a voltage higher than a predetermined value (High voltage) is applied to the gate of the IGBT 96, and the IGBT 96 is turned off when a voltage lower than the predetermined value (Low voltage) is applied. In this way, the drive circuit including the flash lamp FL is turned on / off by the IGBT 96. When the IGBT 96 is turned on / off, the connection between the flash lamp FL and the corresponding capacitor 93 is interrupted.

コンデンサ93が充電された状態でIGBT96がオン状態となってガラス管92の両端電極に高電圧が印加されたとしても、キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、通常の状態ではガラス管92内に電気は流れない。しかしながら、トリガー回路97がトリガー電極91に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には両端電極間の放電によってガラス管92内に電流が瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。   Even if the IGBT 96 is turned on while the capacitor 93 is charged and a high voltage is applied to both end electrodes of the glass tube 92, the xenon gas is electrically an insulator, so that the glass is normal in the state. No electricity flows in the tube 92. However, when the trigger circuit 97 applies a high voltage to the trigger electrode 91 to break the insulation, an electric current instantaneously flows in the glass tube 92 due to the discharge between the both end electrodes, and excitation of the xenon atoms or molecules at that time Emits light.

図3に示すような駆動回路は、上側加熱部5の複数の上側フラッシュランプUFLおよび下側加熱部4の複数の下側フラッシュランプLFLのそれぞれに個別に設けられている。従って、上側フラッシュランプUFLと下側フラッシュランプLFLとでは互いに異なる制御態様とすることができる。   A drive circuit as shown in FIG. 3 is individually provided for each of the plurality of upper flash lamps UFL of the upper heating unit 5 and the plurality of lower flash lamps LFL of the lower heating unit 4. Therefore, the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL can have different control modes.

図2に戻り、下側加熱部4の複数のハロゲンランプHL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支持リング72に支持される半導体ウェハーWの主面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。図2に示すように、下側フラッシュランプLFLとハロゲンランプHLとは互いに直交するように配置されている。よって、上側フラッシュランプUFLとハロゲンランプHLとは結果的に互いに平行となる。   Returning to FIG. 2, the plurality of halogen lamps HL of the lower heating unit 4 are rod-shaped lamps each having a long cylindrical shape, and the main surface of the semiconductor wafer W whose longitudinal direction is supported by the support ring 72. Are arranged in a plane so as to be parallel to each other. As shown in FIG. 2, the lower flash lamp LFL and the halogen lamp HL are arranged so as to be orthogonal to each other. Therefore, the upper flash lamp UFL and the halogen lamp HL are consequently parallel to each other.

また、下側加熱部4において、下側フラッシュランプLFLの配列面はハロゲンランプHLの配列面よりも上側となる。すなわち、下側フラッシュランプLFLはハロゲンランプHLよりもチャンバー6内の支持リング72に近い位置に配置されている。従って、ハロゲンランプHLから出射された光の一部はフラッシュランプFLを透過してチャンバー6内に入射することとなる。   In the lower heating unit 4, the arrangement surface of the lower flash lamp LFL is located above the arrangement surface of the halogen lamp HL. That is, the lower flash lamp LFL is disposed closer to the support ring 72 in the chamber 6 than the halogen lamp HL. Accordingly, part of the light emitted from the halogen lamp HL passes through the flash lamp FL and enters the chamber 6.

ハロゲンランプHLは、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素(ヨウ素、臭素等)を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプHLは、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特性を有する。   The halogen lamp HL is a filament-type light source that emits light by making the filament incandescent by energizing the filament disposed inside the glass tube. Inside the glass tube, a gas obtained by introducing a trace amount of a halogen element (iodine, bromine, etc.) into an inert gas such as nitrogen or argon is enclosed. By introducing a halogen element, it is possible to set the filament temperature to a high temperature while suppressing breakage of the filament. Therefore, the halogen lamp HL has a characteristic that it has a longer life than a normal incandescent bulb and can continuously radiate strong light.

図1に戻り、上側加熱部5のリフレクタ52は、複数の上側フラッシュランプUFL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、複数の上側フラッシュランプUFLから出射されたフラッシュ光を熱処理空間65の側に反射するというものである。一方、下側加熱部4のリフレクタ42は、複数の下側フラッシュランプLFLおよびハロゲンランプHLの下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42の基本的な機能は、複数の下側フラッシュランプLFLおよび複数のハロゲンランプHLから出射された光を熱処理空間65の側に反射するというものである。リフレクタ52およびリフレクタ42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。   Returning to FIG. 1, the reflector 52 of the upper heating unit 5 is provided above the plurality of upper flash lamps UFL so as to cover them entirely. The basic function of the reflector 52 is to reflect the flash light emitted from the plurality of upper flash lamps UFL toward the heat treatment space 65. On the other hand, the reflector 42 of the lower heating unit 4 is provided below the plurality of lower flash lamps LFL and halogen lamps HL so as to cover them entirely. The basic function of the reflector 42 is to reflect light emitted from the plurality of lower flash lamps LFL and the plurality of halogen lamps HL toward the heat treatment space 65. The reflector 52 and the reflector 42 are 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.

制御部3は、熱処理装置1に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。制御部3のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部3は、各種演算処理を行うCPU、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるROM、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるRAMおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えて構成される。制御部3のCPUが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置1における処理が進行する。また、図3に示したように、制御部3は、パルス発生器31および波形設定部32を備える。上述のように、入力部33からの入力内容に基づいて、波形設定部32がパルス信号の波形を設定し、それに従ってパルス発生器31がIGBT96のゲートにパルス信号を出力する。   The control unit 3 controls the various operation mechanisms provided in the heat treatment apparatus 1. The configuration of the control unit 3 as hardware is the same as that of a general computer. That is, the control unit 3 stores a CPU that performs various arithmetic processes, a ROM that is a read-only memory that stores basic programs, a RAM that is a readable and writable memory that stores various information, control software, data, and the like. It is configured with a magnetic disk. The processing in the heat treatment apparatus 1 proceeds as the CPU of the control unit 3 executes a predetermined processing program. As shown in FIG. 3, the control unit 3 includes a pulse generator 31 and a waveform setting unit 32. As described above, the waveform setting unit 32 sets the waveform of the pulse signal based on the input content from the input unit 33, and the pulse generator 31 outputs the pulse signal to the gate of the IGBT 96 in accordance therewith.

次に、上記構成を有する熱処理装置1における半導体ウェハーWの処理手順について説明する。図4は、熱処理装置1における半導体ウェハーWの処理手順を示すフローチャートである。以下に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 of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1 having the above configuration will be described. FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure for the semiconductor wafer W in 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、図示省略のゲートバルブ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を介して処理対象となる半導体ウェハーWがチャンバー6内に搬入される(ステップS11)。第1実施形態において、処理対象となる半導体ウェハーWは、表面にパターン形成がなされて不純物が注入されたシリコンの半導体基板である。なお、パターン形成および不純物注入は、例えば、熱処理装置1とは別に設置されたフォトリソグラフィ装置およびイオン注入装置によってそれぞれ行うようにすれば良い。   First, a gate valve (not shown) is opened to open the transfer opening 66, and a semiconductor wafer W to be processed is transferred into the chamber 6 through the transfer opening 66 by a transfer robot outside the apparatus (step S11). . In the first embodiment, a semiconductor wafer W to be processed is a silicon semiconductor substrate having a pattern formed on the surface and implanted with impurities. Note that pattern formation and impurity implantation may be performed by, for example, a photolithography apparatus and an ion implantation apparatus installed separately from the heat treatment apparatus 1.

このような半導体ウェハーWを保持した搬送ロボットのハンドが搬送開口部66からチャンバー6内に進入し、保持部7の直上(正確には、半導体ウェハーWの中心軸と支持リング72の中心軸とが一致する位置)にて停止する。続いて、移載部79が遮光部材71の下側の待機位置から支持リング72の内周よりも内側に水平移動した後、鉛直方向に沿って上昇し、移載部79のピンが支持リング72よりも上側に突き出て搬送ロボットのハンドから半導体ウェハーWを受け取る。その後、搬送ロボットのハンドがチャンバー6から退出するとともに、搬送開口部66が閉鎖されることによりチャンバー6内の熱処理空間65が密閉空間とされる。そして、半導体ウェハーWを受け取った移載部79が下降することにより、半導体ウェハーWは移載部79のピンから支持リング72に渡される(ステップS12)。半導体ウェハーWは、その中心軸が支持リング72の中心軸と一致するように支持される。よって、支持リング72は、半導体ウェハーWの全周にわたって周縁部下面を支持する。支持リング72に半導体ウェハーWを渡した移載部79は待機位置に戻る。   The hand of the transfer robot holding the semiconductor wafer W enters the chamber 6 from the transfer opening 66 and is directly above the holding unit 7 (more precisely, the center axis of the semiconductor wafer W and the center axis of the support ring 72 are Stops at the position where the two match. Subsequently, after the transfer portion 79 horizontally moves from the lower standby position of the light shielding member 71 to the inner side of the inner periphery of the support ring 72, the transfer portion 79 rises along the vertical direction, and the pin of the transfer portion 79 is supported by the support ring. A semiconductor wafer W is received from the hand of the transfer robot protruding above 72. Thereafter, the hand of the transfer robot moves out of the chamber 6 and the transfer opening 66 is closed, whereby the heat treatment space 65 in the chamber 6 is made a sealed space. Then, when the transfer unit 79 that has received the semiconductor wafer W is lowered, the semiconductor wafer W is transferred from the pins of the transfer unit 79 to the support ring 72 (step S12). The semiconductor wafer W is supported such that its central axis coincides with the central axis of the support ring 72. Therefore, the support ring 72 supports the lower surface of the peripheral edge over the entire circumference of the semiconductor wafer W. The transfer unit 79 that has transferred the semiconductor wafer W to the support ring 72 returns to the standby position.

ここで、半導体ウェハーWの表面とはデバイスが形成される主面であり、上述のように表面にはパターン形成がなされて不純物が注入されている。半導体ウェハーWの表面においては、パターンによって光の吸収率が異なるために吸収率の面内分布が均一ではない。一方、半導体ウェハーWの裏面とは、表面とは反対側の主面である。半導体ウェハーWの裏面には、通常は膜形成もパターン形成もなされない。但し、表面に膜形成がなされた結果として不可避的に裏面にも、例えば酸化膜、窒化膜、ポリシリコンなどの薄膜が形成されることはあるが、このような場合には均一な膜形成がなされる。いずれにしても、半導体ウェハーWの裏面においては、光の吸収率の面内分布は均一である。また、半導体ウェハーWの裏面には、前工程であるフォトリソグラフィ装置やイオン注入装置にて傷が形成されていることがある。   Here, the surface of the semiconductor wafer W is a main surface on which a device is formed. As described above, a pattern is formed on the surface and impurities are implanted. On the surface of the semiconductor wafer W, the in-plane distribution of the absorptance is not uniform because the absorptance of light varies depending on the pattern. On the other hand, the back surface of the semiconductor wafer W is a main surface opposite to the front surface. Normally, neither film formation nor pattern formation is performed on the back surface of the semiconductor wafer W. However, as a result of film formation on the front surface, a thin film such as an oxide film, a nitride film, or polysilicon may be inevitably formed on the back surface. Made. In any case, on the back surface of the semiconductor wafer W, the in-plane distribution of the light absorptance is uniform. Further, scratches may be formed on the back surface of the semiconductor wafer W by a photolithography apparatus or an ion implantation apparatus which is a previous process.

第1実施形態では、半導体ウェハーWの表面が上面を向いた状態でチャンバー6内に搬入されて支持リング72に支持される。なお、半導体ウェハーWの上面とは鉛直方向の上側を向いている主面であり、下面とは下側を向いている面である。よって、半導体ウェハーWの表面が上面を向いていることもあり、下面を向いていることもある。   In the first embodiment, the semiconductor wafer W is loaded into the chamber 6 and supported by the support ring 72 with the surface of the semiconductor wafer W facing upward. The upper surface of the semiconductor wafer W is a main surface facing the upper side in the vertical direction, and the lower surface is a surface facing the lower side. Therefore, the surface of the semiconductor wafer W may face the upper surface, and may face the lower surface.

また、搬送開口部66が閉鎖されて熱処理空間65が密閉空間とされた後、バルブ82が開放されてガス供給部8から熱処理空間65に処理ガス(本実施形態では窒素ガス)を供給する。これとともに、バルブ22が開放されて排気部2が熱処理空間65から排気を行う。これにより、チャンバー6内の熱処理空間65に窒素ガスの気流が形成され、保持部7に保持された半導体ウェハーWの周辺は窒素雰囲気とされる。なお、チャンバー6内の雰囲気置換効率を高める観点からは、処理ガスを供給することなく排気部2が熱処理空間65の排気を行って一旦大気圧よりも低い減圧雰囲気とした後に、ガス供給部8から処理ガスを供給するのが好ましい。   In addition, after the transfer opening 66 is closed and the heat treatment space 65 is closed, the valve 82 is opened to supply a processing gas (nitrogen gas in this embodiment) from the gas supply unit 8 to the heat treatment space 65. At the same time, the valve 22 is opened and the exhaust unit 2 exhausts from the heat treatment space 65. Thereby, an air flow of nitrogen gas is formed in the heat treatment space 65 in the chamber 6, and the periphery of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 is made a nitrogen atmosphere. From the viewpoint of increasing the atmosphere replacement efficiency in the chamber 6, the gas supply unit 8 is provided after the exhaust unit 2 exhausts the heat treatment space 65 without supplying the processing gas to once form a reduced-pressure atmosphere lower than the atmospheric pressure. It is preferable to supply the processing gas from.

半導体ウェハーWが保持部7の支持リング72に載置されて支持された後、制御部3の制御によって下側加熱部4の複数のハロゲンランプHLが一斉に点灯して予備加熱が開始される(ステップS13)。ハロゲンランプHLから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓64を透過して支持リング72に支持された半導体ウェハーWの裏面から照射される。ハロゲンランプHLからの光照射を受けることによって半導体ウェハーWの温度が上昇する。なお、移載部79は遮光部材71の下側の待機位置に退避しているため、ハロゲンランプHLによる予備加熱の障害となることは無い。また、ハロゲンランプHLから出射された光の一部はフラッシュランプFLを透過して半導体ウェハーWの裏面に照射されることとなるが、フラッシュランプFLはフィラメントを備えていないため、これも予備加熱の障害となることは無い。   After the semiconductor wafer W is placed on and supported by the support ring 72 of the holding unit 7, a plurality of halogen lamps HL of the lower heating unit 4 are turned on at the same time under the control of the control unit 3 and preheating is started. (Step S13). The halogen light emitted from the halogen lamp HL is irradiated from the back surface of the semiconductor wafer W supported by the support ring 72 through the lower chamber window 64 formed of quartz. The temperature of the semiconductor wafer W rises by receiving light irradiation from the halogen lamp HL. In addition, since the transfer part 79 is retracted to the standby position below the light shielding member 71, there is no obstacle to preheating by the halogen lamp HL. In addition, a part of the light emitted from the halogen lamp HL passes through the flash lamp FL and is irradiated on the back surface of the semiconductor wafer W. However, since the flash lamp FL does not include a filament, this is also preheated. There will be no obstacles.

半導体ウェハーWは、ハロゲンランプHLからの光照射によって予め設定された予備加熱温度にまで昇温される。予備加熱温度は300℃以上800℃以下であり、第1実施形態では500℃としている。半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度に到達した後、半導体ウェハーWをその予備加熱温度に暫時維持するように制御部3がハロゲンランプHLの出力を維持する。具体的には、半導体ウェハーWの温度は図示省略の温度センサ(接触式温度計または放射温度計)によって計測されており、当該温度センサによって測定される半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度に到達した時点にて制御部3がハロゲンランプHLの出力を制御して半導体ウェハーWの温度をほぼ予備加熱温度に維持する。なお、半導体ウェハーWの温度が室温から予備加熱温度に到達するまでの時間および予備加熱温度に維持される時間はいずれも数秒程度である。   The semiconductor wafer W is heated to a preset preheating temperature by light irradiation from the halogen lamp HL. The preheating temperature is 300 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, and is 500 ° C. in the first embodiment. After the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature, the control unit 3 maintains the output of the halogen lamp HL so as to maintain the semiconductor wafer W at the preheating temperature for a while. Specifically, the temperature of the semiconductor wafer W is measured by a temperature sensor (contact thermometer or radiation thermometer) (not shown), and the temperature of the semiconductor wafer W measured by the temperature sensor reaches the preheating temperature. At this point, the control unit 3 controls the output of the halogen lamp HL to maintain the temperature of the semiconductor wafer W at approximately the preheating temperature. The time until the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature from the room temperature and the time for maintaining the preheating temperature are about several seconds.

次に、半導体ウェハーWの温度を予備加熱温度に所定時間維持した後、下側加熱部4の複数のフラッシュランプFL(下側フラッシュランプLFL)および上側加熱部5の複数のフラッシュランプFL(上側フラッシュランプUFL)から半導体ウェハーWの裏面および表面のそれぞれにフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を実行する(ステップS14)。図5は、半導体ウェハーWの表面および裏面の温度変化を示す図である。   Next, after maintaining the temperature of the semiconductor wafer W at the preheating temperature for a predetermined time, the plurality of flash lamps FL (lower flash lamp LFL) of the lower heating unit 4 and the plurality of flash lamps FL (upper side) of the upper heating unit 5 Flash heating is executed by irradiating flash light from the flash lamp UFL to each of the back surface and the front surface of the semiconductor wafer W (step S14). FIG. 5 is a view showing temperature changes on the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W. FIG.

半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度(本実施形態では500℃)に到達して所定時間が経過した時刻t11に、制御部3の制御によって下側加熱部4の複数のフラッシュランプFLおよび上側加熱部5の複数のフラッシュランプFLからフラッシュ光を出射する。フラッシュランプFLがフラッシュ光照射を行うに際しては、予め電源ユニット95によってコンデンサ93に電荷を蓄積しておく。そして、コンデンサ93に電荷が蓄積された状態にて、制御部3のパルス発生器31からIGBT96にパルス信号を出力してIGBT96をオンオフ駆動する。   At time t11 when a predetermined time has elapsed since the temperature of the semiconductor wafer W reached the preheating temperature (500 ° C. in the present embodiment), the plurality of flash lamps FL and the upper side heating of the lower heating unit 4 are controlled by the control unit 3. Flash light is emitted from the plurality of flash lamps FL of the unit 5. When the flash lamp FL irradiates flash light, the electric power is accumulated in the capacitor 93 by the power supply unit 95 in advance. Then, in a state where charges are accumulated in the capacitor 93, a pulse signal is output from the pulse generator 31 of the control unit 3 to the IGBT 96 to drive the IGBT 96 on and off.

パルス信号の波形は、パルス幅の時間(オン時間)とパルス間隔の時間(オフ時間)とをパラメータとして順次設定したレシピを入力部33から入力することによって規定することができる。このようなレシピをオペレータが入力部33から制御部3に入力すると、それに従って制御部3の波形設定部32はオンオフを繰り返すパルス波形を設定する。そして、波形設定部32によって設定されたパルス波形に従ってパルス発生器31がパルス信号を出力する。その結果、IGBT96のゲートにはオンオフを繰り返すパルス信号が印加され、IGBT96のオンオフ駆動が制御されることとなる。具体的には、IGBT96のゲートに入力されるパルス信号がオンのときにはIGBT96がオン状態となってコンデンサ93およびフラッシュランプFLを含む回路が閉じることとなり、パルス信号がオフのときにはIGBT96がオフ状態となって当該回路が開くこととなる。   The waveform of the pulse signal can be defined by inputting from the input unit 33 a recipe in which the pulse width time (on time) and the pulse interval time (off time) are sequentially set as parameters. When the operator inputs such a recipe from the input unit 33 to the control unit 3, the waveform setting unit 32 of the control unit 3 sets a pulse waveform that repeats ON / OFF accordingly. Then, the pulse generator 31 outputs a pulse signal according to the pulse waveform set by the waveform setting unit 32. As a result, a pulse signal that repeatedly turns on and off is applied to the gate of the IGBT 96, and the on / off driving of the IGBT 96 is controlled. Specifically, when the pulse signal input to the gate of the IGBT 96 is on, the IGBT 96 is on and the circuit including the capacitor 93 and the flash lamp FL is closed. When the pulse signal is off, the IGBT 96 is off. Thus, the circuit is opened.

また、パルス発生器31から出力するパルス信号がオンになるタイミングと同期して制御部3がトリガー回路97を制御してトリガー電極91に高電圧(トリガー電圧)を印加する。コンデンサ93に電荷が蓄積された状態にてIGBT96のゲートにパルス信号が入力され、かつ、そのパルス信号がオンになるタイミングと同期してトリガー電極91に高電圧が印加されることにより、パルス信号がオンのときにはガラス管92内の両端電極間で必ず電流が流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。   Further, in synchronization with the timing when the pulse signal output from the pulse generator 31 is turned on, the control unit 3 controls the trigger circuit 97 to apply a high voltage (trigger voltage) to the trigger electrode 91. A pulse signal is input to the gate of the IGBT 96 in a state where electric charges are accumulated in the capacitor 93 and a high voltage is applied to the trigger electrode 91 in synchronization with the timing when the pulse signal is turned on. When is turned on, a current always flows between both end electrodes in the glass tube 92, and light is emitted by the excitation of atoms or molecules of xenon at that time.

制御部3からIGBT96のゲートにオンオフを繰り返すパルス信号を出力するとともに、該パルス信号がオンになるタイミングと同期してトリガー電極91に高電圧を印加することにより、フラッシュランプFLを含む回路中に断続的に電流が流れる。このように、回路中にスイッチング素子たるIGBT96を接続してそのゲートにオンオフを繰り返すパルス信号を出力することにより、コンデンサ93からフラッシュランプFLへの電荷の供給をIGBT96によって断続してフラッシュランプFLに流れる電流を制御しているのである。すなわち、IGBT96のゲートに入力されるパルス信号がオンのときにはフラッシュランプFLのガラス管92内に流れる電流値が増加し、オフのときには電流値が減少するようなノコギリ波形の電流がフラッシュランプFLに流れる。なお、各パルスに対応する個々の電流波形はコイル94の定数によって規定される。   A pulse signal that repeatedly turns on and off is output from the control unit 3 to the gate of the IGBT 96, and a high voltage is applied to the trigger electrode 91 in synchronization with the timing at which the pulse signal is turned on. Current flows intermittently. In this way, by connecting the IGBT 96 as a switching element in the circuit and outputting a pulse signal that repeatedly turns on and off to the gate, the supply of charge from the capacitor 93 to the flash lamp FL is intermittently performed by the IGBT 96 and the flash lamp FL is supplied. The flowing current is controlled. That is, a current of a sawtooth waveform that increases in the glass tube 92 of the flash lamp FL when the pulse signal input to the gate of the IGBT 96 is on and decreases when it is off is applied to the flash lamp FL. Flowing. Each current waveform corresponding to each pulse is defined by a constant of the coil 94.

このようなノコギリ波形の電流が流れてフラッシュランプFLが発光する。IGBT96によってコンデンサ93からフラッシュランプFLへの電荷の供給を断続してフラッシュランプFLに流れる電流の波形をノコギリ波形とすることにより、いわばフラッシュランプFLの発光がチョッパ制御されることとなる。すなわち、コンデンサ93に蓄積された電荷が分割して消費され、極めて短い時間の間にフラッシュランプFLが点滅を繰り返す。但し、フラッシュランプFLに流れる電流値が完全に”0”になる前に次のパルスがIGBT96のゲートに印加されて電流値が再度増加するため、フラッシュランプFLが点滅を繰り返している間も発光出力が完全に”0”になるものではない。従って、比較的間隔の短いパルス信号がIGBT96に出力されているときには、その間フラッシュランプFLが連続して発光していることとなる。   Such a sawtooth current flows, and the flash lamp FL emits light. By intermittently supplying the charge from the capacitor 93 to the flash lamp FL by the IGBT 96 and making the waveform of the current flowing through the flash lamp FL into a sawtooth waveform, the light emission of the flash lamp FL is chopper-controlled. That is, the electric charge accumulated in the capacitor 93 is divided and consumed, and the flash lamp FL repeatedly blinks in a very short time. However, since the next pulse is applied to the gate of the IGBT 96 before the current value flowing through the flash lamp FL becomes completely “0”, the current value increases again, so that the light is emitted even while the flash lamp FL is repeatedly blinking. The output is not completely “0”. Therefore, when pulse signals with relatively short intervals are output to the IGBT 96, the flash lamp FL is continuously emitting light during that time.

パルス信号の波形は、パルス幅の時間およびパルス間隔の時間を規定することによって任意に設定することができる。このため、IGBT96のオンオフ駆動も任意に制御することができ、比較的パルス間隔の短いパルスを多数設定することにより、フラッシュランプFLの発光時間を10ミリ秒〜1000ミリ秒に適宜に設定することができる。   The waveform of the pulse signal can be arbitrarily set by defining the time of the pulse width and the time of the pulse interval. For this reason, the on / off drive of the IGBT 96 can be arbitrarily controlled, and by setting a large number of pulses having a relatively short pulse interval, the light emission time of the flash lamp FL can be appropriately set to 10 milliseconds to 1000 milliseconds. Can do.

図6は、下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLの発光出力の出力波形(プロファイル)を示す図である。第1実施形態においては、下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLの発光を時刻t11に同時に開始し、時刻t12に同時に終了している。また、下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLの発光出力の出力波形も同じにしている。すなわち、下側フラッシュランプLFLに対応するIGBT96および上側フラッシュランプUFLに対応するIGBT96に同一のパルス信号を出力することにより、下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLを同時期に同等の出力で発光させているのである。なお、時刻t11から時刻t12までのフラッシュランプFLの発光時間は40ミリ秒としている。   FIG. 6 is a diagram showing output waveforms (profiles) of light emission outputs of the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL. In the first embodiment, the light emission of the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL starts simultaneously at time t11 and ends simultaneously at time t12. The output waveforms of the light emission outputs of the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL are also the same. That is, by outputting the same pulse signal to the IGBT 96 corresponding to the lower flash lamp LFL and the IGBT 96 corresponding to the upper flash lamp UFL, the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL emit light at the same time at the same time. It is letting me. The light emission time of the flash lamp FL from time t11 to time t12 is 40 milliseconds.

支持リング72に支持された半導体ウェハーWの表面および裏面に同時期に同等の出力にてフラッシュ光を照射することにより、半導体ウェハーWが表裏からフラッシュ加熱される。これにより、図5に示すように、半導体ウェハーWの表面および裏面が時刻t11から時刻t12にかけて急速に昇温して目標温度にまで到達する。目標温度は注入された不純物の活性化が達成される1000℃以上であり、第1実施形態では1050℃としている。   By irradiating the front and back surfaces of the semiconductor wafer W supported by the support ring 72 with flash light with the same output at the same time, the semiconductor wafer W is flash-heated from the front and back. Thereby, as shown in FIG. 5, the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W are rapidly heated from time t11 to time t12 and reach the target temperature. The target temperature is 1000 ° C. or higher at which the implanted impurity is activated, and is 1050 ° C. in the first embodiment.

また、フラッシュ加熱による半導体ウェハーWの表裏面の昇温速度は毎秒1000℃以上、毎秒40000℃以下となるようにしている。この昇温速度は、IGBT96のゲートに印加するパルス信号のパルス幅およびパルス間隔の時間を調整することによって設定することができる。表裏面の昇温速度が毎秒40000℃を超えると、急激な熱膨張によって半導体ウェハーWが割れるおそれがある。一方、昇温速度が毎秒1000℃未満であると、注入された不純物の拡散が懸念される。また、半導体ウェハーWの表面に形成した高誘電率膜(High-k膜)のアニール処理を行う場合であれば、昇温速度が毎秒1000℃未満であるとシリコンの基材と高誘電率膜との間の酸化膜が成長する懸念がある。   In addition, the heating rate of the front and back surfaces of the semiconductor wafer W by flash heating is set to 1000 ° C. or more and 40000 ° C. or less per second. This rate of temperature rise can be set by adjusting the pulse width of the pulse signal applied to the gate of the IGBT 96 and the time of the pulse interval. If the heating rate of the front and back surfaces exceeds 40000 ° C. per second, the semiconductor wafer W may break due to rapid thermal expansion. On the other hand, when the temperature rising rate is less than 1000 ° C. per second, there is a concern about diffusion of the implanted impurities. In addition, when annealing a high dielectric constant film (High-k film) formed on the surface of the semiconductor wafer W, a silicon base material and a high dielectric constant film have a temperature rising rate of less than 1000 ° C. per second. There is a concern that an oxide film may grow between the two.

図7は、半導体ウェハーWの厚さ方向における温度分布を示す図である。同図は、時刻t12に半導体ウェハーWの表裏面が目標温度(1050℃)に到達した時点での温度分布を示している。また、同図において、半導体ウェハーWの表面からの深さを横軸に示している。第1実施形態の半導体ウェハーWはφ300mmのシリコンウェハーであり、その厚さは規格によって0.775mmに標準化されている。従って、深さ0mmが半導体ウェハーWの表面を示し、深さ0.775mmが半導体ウェハーWの裏面を示している。   FIG. 7 is a view showing a temperature distribution in the thickness direction of the semiconductor wafer W. As shown in FIG. This figure shows the temperature distribution when the front and back surfaces of the semiconductor wafer W reach the target temperature (1050 ° C.) at time t12. Moreover, in the same figure, the depth from the surface of the semiconductor wafer W is shown on the horizontal axis. The semiconductor wafer W of the first embodiment is a silicon wafer having a diameter of 300 mm, and its thickness is standardized to 0.775 mm according to the standard. Therefore, the depth of 0 mm indicates the front surface of the semiconductor wafer W, and the depth of 0.775 mm indicates the back surface of the semiconductor wafer W.

半導体ウェハーWの表面および裏面はともに時刻t12に目標温度に同時に到達する。また、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーWの表面で発生した熱は裏面側へと伝わり、裏面で発生した熱は表面側へと伝わる。その結果、図7に示すように、半導体ウェハーWの表面および裏面が互いに等しい最高温度となり、厚さ方向の中央部が最低温度となるような温度分布が現出する。従って、半導体ウェハーWの表面および裏面に同程度の熱膨張が生じ、最も温度の低い半導体ウェハーWの厚さ方向中央部近傍に引張応力が作用することとなる。   Both the front and back surfaces of the semiconductor wafer W simultaneously reach the target temperature at time t12. Further, the heat generated on the front surface of the semiconductor wafer W due to the flash light irradiation is transmitted to the back surface side, and the heat generated on the back surface is transmitted to the front surface side. As a result, as shown in FIG. 7, a temperature distribution appears such that the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W have the same maximum temperature, and the central portion in the thickness direction has the minimum temperature. Therefore, the same degree of thermal expansion occurs on the front and back surfaces of the semiconductor wafer W, and tensile stress acts near the central portion in the thickness direction of the semiconductor wafer W having the lowest temperature.

時刻t12に上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLによる同時期・同出力のフラッシュ光照射が終了すると、半導体ウェハーWの温度が表裏ともに降温する。その後、所定時間(数秒)が経過した時点で下側加熱部4のハロゲンランプHLも消灯する。これにより、半導体ウェハーWは予備加熱温度よりも低い温度にまで急速に降温する。   At the time t12, when the irradiation of flash light of the same time and the same output by the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL is completed, the temperature of the semiconductor wafer W is lowered on both the front and back sides. Thereafter, when a predetermined time (several seconds) has elapsed, the halogen lamp HL of the lower heating unit 4 is also turned off. Thereby, the temperature of the semiconductor wafer W is rapidly lowered to a temperature lower than the preheating temperature.

半導体ウェハーWの温度が所定以下にまで降温した後、移載部79が待機位置から支持リング72の内周よりも内側に水平移動した後、鉛直方向に沿って上昇し、移載部79のピンが処理後の半導体ウェハーWを持ち上げて支持リング72から離間させる。そして、搬送開口部66が開放されて搬送ロボットのハンドがチャンバー6内に進入し、半導体ウェハーWの直下にて停止する。続いて、移載部79が下降して搬送ロボットのハンドに処理後の半導体ウェハーWを渡す。その後、半導体ウェハーWを受け取った搬送ロボットのハンドがチャンバー6から退出することにより半導体ウェハーWが搬出され、熱処理装置1におけるフラッシュ加熱処理が完了する(ステップS15)。なお、搬送開口部66を開放する前に、チャンバー6内の熱処理空間65を大気雰囲気に置換するようにしても良い。   After the temperature of the semiconductor wafer W has dropped to a predetermined value or less, the transfer unit 79 moves horizontally from the standby position to the inside of the inner periphery of the support ring 72 and then rises along the vertical direction. The pins lift the processed semiconductor wafer W away from the support ring 72. Then, the transfer opening 66 is opened, and the hand of the transfer robot enters the chamber 6 and stops just below the semiconductor wafer W. Subsequently, the transfer unit 79 descends and delivers the processed semiconductor wafer W to the hand of the transfer robot. Thereafter, the hand of the transfer robot that has received the semiconductor wafer W leaves the chamber 6 to carry out the semiconductor wafer W, and the flash heat treatment in the heat treatment apparatus 1 is completed (step S15). Note that the heat treatment space 65 in the chamber 6 may be replaced with an atmospheric atmosphere before the transfer opening 66 is opened.

第1実施形態においては、予備加熱後の半導体ウェハーWの表面および裏面に同時期に同等の出力にてフラッシュ光を照射している。これにより、時刻t11から時刻t12にかけて半導体ウェハーWの表面および裏面が同様に昇温して最高温度である目標温度に到達する。そして、フラッシュ光照射期間中には、半導体ウェハーWの表面および裏面が常に最高温度となり、厚さ方向の中央部が常に最低温度となるような温度分布が生じる。従って、半導体ウェハーWの表面および裏面には同程度の熱膨張が生じることとなり、これらの一方面に対して他方面の熱膨張に起因した引張応力は作用しない。その一方、最も温度の低い半導体ウェハーWの厚さ方向中央部近傍には、表面および裏面の熱膨張による引張応力が作用する。   In the first embodiment, the front and back surfaces of the pre-heated semiconductor wafer W are irradiated with flash light at the same time with the same output. Thereby, from the time t11 to the time t12, the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W are similarly heated to reach the target temperature that is the maximum temperature. During the flash light irradiation period, a temperature distribution is generated such that the front and back surfaces of the semiconductor wafer W are always at the highest temperature, and the central portion in the thickness direction is always at the lowest temperature. Therefore, the same degree of thermal expansion occurs on the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W, and the tensile stress resulting from the thermal expansion of the other surface does not act on these one surfaces. On the other hand, tensile stress due to thermal expansion of the front and back surfaces acts in the vicinity of the central portion in the thickness direction of the semiconductor wafer W having the lowest temperature.

このため、仮に前工程にて半導体ウェハーWの裏面に傷が形成されていたとしても、その裏面には引張応力がほとんど作用しないため、傷を起点としたフラッシュ光照射時の半導体ウェハーWの割れを防止することができる。   For this reason, even if a scratch is formed on the back surface of the semiconductor wafer W in the previous step, since the tensile stress hardly acts on the back surface, the crack of the semiconductor wafer W at the time of flash light irradiation starting from the scratch Can be prevented.

また、半導体ウェハーWの表面および裏面に同時期にフラッシュ光を照射しているため、従来のように半導体ウェハーWの表面にのみフラッシュ光を照射するのと比較して、ウェハー厚さ方向における最高温度と最低温度との温度差を小さくすることができる。このことによっても、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーWの割れを抑制することができる。   In addition, since the front and back surfaces of the semiconductor wafer W are irradiated with flash light at the same time, it is the highest in the wafer thickness direction as compared with the conventional case where the flash light is irradiated only on the front surface of the semiconductor wafer W. The temperature difference between the temperature and the minimum temperature can be reduced. Also by this, the crack of the semiconductor wafer W at the time of flash light irradiation can be suppressed.

また、第1実施形態においては、上側加熱部5の上側フラッシュランプUFLと下側加熱部4の下側フラッシュランプLFLとが互いに直交するように配置されている。このため、上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLにおける棒状ランプの配列に起因した照度ムラを互いに解消して半導体ウェハーWの面内温度分布を均一にすることができる。   In the first embodiment, the upper flash lamp UFL of the upper heating unit 5 and the lower flash lamp LFL of the lower heating unit 4 are arranged so as to be orthogonal to each other. For this reason, the unevenness in illuminance caused by the arrangement of the rod-shaped lamps in the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL can be eliminated and the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W can be made uniform.

また、支持リング72および遮光部材71がいずれもフラッシュランプFLおよびハロゲンランプHLからの光に対して不透明な材質にて形成されているため、上側加熱部5からの光が半導体ウェハーWの周縁部外方を回り込んで下面周縁部に到達してその周縁部を加熱することは防がれる。同様に、下側加熱部4からの光が半導体ウェハーWの周縁部外方を回り込んで上面周縁部に到達し、周縁部を加熱することも防止される。よって、半導体ウェハーWの面内温度分布をより均一にすることができる。   Further, since both the support ring 72 and the light shielding member 71 are formed of a material that is opaque to the light from the flash lamp FL and the halogen lamp HL, the light from the upper heating unit 5 is transmitted to the peripheral portion of the semiconductor wafer W. It is possible to prevent the peripheral edge from being heated by going around the outside and reaching the peripheral edge of the lower surface. Similarly, the light from the lower heating unit 4 is prevented from going around the outer periphery of the semiconductor wafer W to reach the upper surface periphery and heating the periphery. Therefore, the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W can be made more uniform.

さらに、半導体ウェハーWの表面を同じ目標温度に到達させるのに、ウェハー表面にのみフラッシュ光を照射するのと比較してフラッシュランプFLの発光出力を小さくすることができる。このため、フラッシュ光照射時にフラッシュランプFLに流れる電流を小さくすることができ、フラッシュランプFLの負荷を低減することができる。特に、フラッシュランプFLの寿命は流れる電流が大きくなるほど短くなるため、本実施形態のようにすればフラッシュランプFLの寿命も長くすることができる。   Furthermore, the light emission output of the flash lamp FL can be reduced in order to reach the same target temperature on the surface of the semiconductor wafer W as compared with the case where the flash light is irradiated only on the wafer surface. For this reason, the electric current which flows into the flash lamp FL at the time of flash light irradiation can be made small, and the load of the flash lamp FL can be reduced. In particular, since the life of the flash lamp FL is shortened as the flowing current increases, the life of the flash lamp FL can be extended according to this embodiment.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態の熱処理装置の構成は第1実施形態と全く同様である。また、第2実施形態における半導体ウェハーWの処理手順も第1実施形態と概ね同様である。第2実施形態が第1実施形態と相違するのは、フラッシュランプFLの発光出力である。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the heat treatment apparatus of the second embodiment is exactly the same as that of the first embodiment. Further, the processing procedure of the semiconductor wafer W in the second embodiment is substantially the same as that in the first embodiment. The second embodiment differs from the first embodiment in the light emission output of the flash lamp FL.

第2実施形態においても、半導体ウェハーWを予備加熱した後に、下側加熱部4の複数のフラッシュランプFL(下側フラッシュランプLFL)および上側加熱部5の複数のフラッシュランプFL(上側フラッシュランプUFL)から半導体ウェハーWの裏面および表面のそれぞれにフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を実行する。図8は、第2実施形態における半導体ウェハーWの表面および裏面の温度変化を示す図である。同図において、半導体ウェハーWの表面温度を実線にて示し、裏面温度を点線にて示している。   Also in the second embodiment, after preheating the semiconductor wafer W, the plurality of flash lamps FL (lower flash lamp LFL) of the lower heating unit 4 and the plurality of flash lamps FL (upper flash lamp UFL) of the upper heating unit 5 are used. ) To irradiate each of the back surface and the front surface of the semiconductor wafer W with flash light to execute flash heating. FIG. 8 is a view showing temperature changes on the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W in the second embodiment. In the figure, the surface temperature of the semiconductor wafer W is indicated by a solid line, and the back surface temperature is indicated by a dotted line.

半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度(500℃)に到達して所定時間が経過した時刻t21に、制御部3の制御によって下側加熱部4の複数のフラッシュランプFLおよび上側加熱部5の複数のフラッシュランプFLからフラッシュ光を出射する。下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLの発光制御は、概ね第1実施形態と同様である。すなわち、制御部3からIGBT96のゲートにパルス信号を出力することによってコンデンサ93から下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLへの電荷の供給を断続し、これらの発光をチョッパ制御している。   At time t21 when a predetermined time has elapsed since the temperature of the semiconductor wafer W reached the preheating temperature (500 ° C.), the plurality of flash lamps FL of the lower heating unit 4 and the plurality of upper heating units 5 are controlled by the control unit 3. Flash light is emitted from the flash lamp FL. The light emission control of the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL is substantially the same as in the first embodiment. That is, by supplying a pulse signal from the control unit 3 to the gate of the IGBT 96, the supply of electric charges from the capacitor 93 to the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL is intermittently performed, and the light emission is chopper-controlled.

図9は、第2実施形態における下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLの発光出力の出力波形(プロファイル)を示す図である。同図において、半導体ウェハーWの表面に照射する上側フラッシュランプUFLの発光出力プロファイルを実線にて示し、裏面に照射する下側フラッシュランプLFLの発光出力プロファイルを点線にて示している。第2実施形態においては、上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLの発光を時刻t21に同時に開始し、時刻t22に同時に終了している。但し、図9に示すように、第2実施形態では、半導体ウェハーWの表面に照射する上側フラッシュランプUFLの発光出力を裏面に照射する下側フラッシュランプLFLの発光出力よりも大きくしている。具体的には、上側フラッシュランプUFLに対応するIGBT96に出力するパルス信号に比較的パルス幅の長い複数のパルスを設定し、下側フラッシュランプLFLに対応するIGBT96に出力するパルス信号には比較的パルス幅の短い複数のパルスを設定する。これにより、上側フラッシュランプUFLに対応するIGBT96の総オン時間が長くなって、上側フラッシュランプUFLの発光出力を下側フラッシュランプLFLよりも大きくすることができる。なお、時刻t21から時刻t22までのフラッシュランプFLの発光時間は40ミリ秒としている。   FIG. 9 is a diagram showing output waveforms (profiles) of light emission outputs of the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL in the second embodiment. In the figure, the light emission output profile of the upper flash lamp UFL that irradiates the surface of the semiconductor wafer W is indicated by a solid line, and the light emission output profile of the lower flash lamp LFL that irradiates the rear surface is indicated by a dotted line. In the second embodiment, light emission from the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL starts simultaneously at time t21 and ends simultaneously at time t22. However, as shown in FIG. 9, in the second embodiment, the light emission output of the upper flash lamp UFL that irradiates the surface of the semiconductor wafer W is made larger than the light emission output of the lower flash lamp LFL that irradiates the back surface. Specifically, a plurality of pulses having a relatively long pulse width are set in the pulse signal output to the IGBT 96 corresponding to the upper flash lamp UFL, and the pulse signal output to the IGBT 96 corresponding to the lower flash lamp LFL is relatively Set multiple pulses with short pulse width. Thereby, the total ON time of the IGBT 96 corresponding to the upper flash lamp UFL becomes longer, and the light emission output of the upper flash lamp UFL can be made larger than that of the lower flash lamp LFL. The light emission time of the flash lamp FL from time t21 to time t22 is 40 milliseconds.

支持リング72に支持された半導体ウェハーWの表面および裏面に同時期にフラッシュ光を照射することにより、半導体ウェハーWが表裏からフラッシュ加熱される。これにより、図8に示すように、半導体ウェハーWの表面および裏面が時刻t21から時刻t22にかけて急速に昇温する。   By irradiating the front and back surfaces of the semiconductor wafer W supported by the support ring 72 with flash light at the same time, the semiconductor wafer W is flash-heated from the front and back. Thereby, as shown in FIG. 8, the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W are rapidly heated from time t21 to time t22.

第2実施形態においては、発光時期は同じであるものの、上側フラッシュランプUFLの発光出力が下側フラッシュランプLFLの発光出力よりも大きい。よって、半導体ウェハーWの表面に照射されるフラッシュ光の強度が裏面に照射されるフラッシュ光の強度よりも強くなり、表面の方がより早い昇温速度にて高い温度にまで昇温する。第2実施形態では、時刻t22に半導体ウェハーWの表面が目標温度である1050℃に到達するようにしている。また、フラッシュ加熱による半導体ウェハーWの表面の昇温速度は毎秒1000℃以上、毎秒40000℃以下となるようにしている。なお、第2実施形態では、半導体ウェハーWの裏面は目標温度である1050℃には到達しない。   In the second embodiment, the light emission timing is the same, but the light emission output of the upper flash lamp UFL is larger than the light emission output of the lower flash lamp LFL. Therefore, the intensity of the flash light applied to the front surface of the semiconductor wafer W becomes stronger than the intensity of the flash light applied to the back surface, and the temperature of the front surface is increased to a higher temperature at a faster temperature increase rate. In the second embodiment, the surface of the semiconductor wafer W reaches the target temperature of 1050 ° C. at time t22. Further, the rate of temperature rise on the surface of the semiconductor wafer W by flash heating is set to 1000 ° C. or more and 40000 ° C. or less per second. In the second embodiment, the back surface of the semiconductor wafer W does not reach the target temperature of 1050 ° C.

図10は、第2実施形態における半導体ウェハーWの厚さ方向における温度分布を示す図である。同図は、時刻t22に半導体ウェハーWの表面が目標温度に到達した時点での温度分布を示している。また、同図においては第1実施形態と同様に、半導体ウェハーWの表面からの深さを横軸に示している。   FIG. 10 is a view showing a temperature distribution in the thickness direction of the semiconductor wafer W in the second embodiment. This figure shows the temperature distribution at the time when the surface of the semiconductor wafer W reaches the target temperature at time t22. Moreover, in the same figure, the depth from the surface of the semiconductor wafer W is shown on the horizontal axis similarly to 1st Embodiment.

半導体ウェハーWの表面は時刻t22に目標温度に到達する。一方、表面へのフラッシュ光の強度が強い第2実施形態においては、時刻t22における半導体ウェハーWの裏面温度は目標温度よりは低い。但し、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーWの表面で発生した熱は裏面側へと伝わり、裏面で発生した熱は表面側へと伝わるのは第1実施形態と同様である。その結果、図10に示すように、半導体ウェハーWの厚さ方向中央部よりも若干裏面寄りに最低温度領域が現出することとなる。半導体ウェハーWの表面および裏面に生じた熱膨張に起因した引張応力は、この最低温度領域に作用する。   The surface of the semiconductor wafer W reaches the target temperature at time t22. On the other hand, in the second embodiment where the intensity of flash light on the surface is high, the back surface temperature of the semiconductor wafer W at time t22 is lower than the target temperature. However, the heat generated on the front surface of the semiconductor wafer W due to the flash light irradiation is transmitted to the back surface side, and the heat generated on the back surface is transmitted to the front surface side as in the first embodiment. As a result, as shown in FIG. 10, the lowest temperature region appears slightly closer to the back surface than the central portion in the thickness direction of the semiconductor wafer W. The tensile stress resulting from the thermal expansion generated on the front and back surfaces of the semiconductor wafer W acts on this minimum temperature region.

このように、第2実施形態においても第1実施形態と同様に、予備加熱後の半導体ウェハーWの表面および裏面に同時期にフラッシュ光を照射している。但し、半導体ウェハーWの表面に照射されるフラッシュ光の強度は裏面に照射されるフラッシュ光の強度よりも強い。このため、フラッシュ光照射期間中には、半導体ウェハーWの厚さ方向中央部よりも裏面寄りに最低温度領域が現出するものの、表面または裏面は最低温度とはならない。従って、半導体ウェハーWの表面および裏面の熱膨張による引張応力は、厚さ方向中央部よりも若干裏面寄りの最低温度領域に作用する。   As described above, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the front and back surfaces of the pre-heated semiconductor wafer W are irradiated with flash light at the same time. However, the intensity of the flash light applied to the front surface of the semiconductor wafer W is stronger than the intensity of the flash light applied to the back surface. For this reason, during the flash light irradiation period, although the minimum temperature region appears closer to the back surface than the central portion in the thickness direction of the semiconductor wafer W, the front or back surface does not reach the minimum temperature. Therefore, the tensile stress due to the thermal expansion of the front and back surfaces of the semiconductor wafer W acts on the lowest temperature region slightly closer to the back surface than the central portion in the thickness direction.

このため、第1実施形態と同様に、仮に前工程にて半導体ウェハーWの裏面に傷が形成されていたとしても、その裏面には引張応力がほとんど作用しないため、傷を起点としたフラッシュ光照射時の半導体ウェハーWの割れを防止することができる。また、第1実施形態と同様に、半導体ウェハーWの厚さ方向における最高温度と最低温度との温度差を小さくすることによっても、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーWの割れを抑制することができる。さらには、フラッシュ光照射時にフラッシュランプFLに流れる電流を小さくしてフラッシュランプFLの負荷を低減することもできる。   For this reason, as in the first embodiment, even if a flaw is formed on the back surface of the semiconductor wafer W in the previous step, a tensile stress hardly acts on the back surface. The crack of the semiconductor wafer W at the time of irradiation can be prevented. Similarly to the first embodiment, cracking of the semiconductor wafer W during flash light irradiation can also be suppressed by reducing the temperature difference between the maximum temperature and the minimum temperature in the thickness direction of the semiconductor wafer W. . Furthermore, it is possible to reduce the load on the flash lamp FL by reducing the current flowing through the flash lamp FL during flash light irradiation.

また、第2実施形態においては、半導体ウェハーWの裏面に照射するフラッシュ光の強度が比較的小さく、裏面の最高到達温度は目標温度未満であるため、フラッシュ加熱後の半導体ウェハーW全体の温度を比較的低くすることができ、降温速度を速めることができる。その一方、第2実施形態では、半導体ウェハーWの表面に照射するフラッシュ光の強度が比較的大きいため、表面に形成されたパターンによって光吸収率の面内分布が不均一となっている場合には、その影響を受けて表面の面内温度分布が不均一となりやすい。このため、第2実施形態は、表面のパターンに起因した吸収率の面内分布不均一が比較的軽度の半導体ウェハーWのフラッシュ加熱に好適である。   In the second embodiment, the intensity of the flash light irradiated on the back surface of the semiconductor wafer W is relatively small, and the maximum temperature reached on the back surface is lower than the target temperature. Therefore, the temperature of the entire semiconductor wafer W after the flash heating is determined. The temperature can be made relatively low, and the cooling rate can be increased. On the other hand, in the second embodiment, since the intensity of the flash light applied to the surface of the semiconductor wafer W is relatively large, the in-plane distribution of the light absorptance is uneven due to the pattern formed on the surface. The surface temperature distribution of the surface is likely to be non-uniform under the influence of this. For this reason, the second embodiment is suitable for flash heating of the semiconductor wafer W in which the in-plane distribution of the absorptance due to the surface pattern is relatively light.

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態の熱処理装置の構成は第1実施形態と全く同様である。また、第3実施形態における半導体ウェハーWの処理手順も第1実施形態と概ね同様である。第3実施形態が第1実施形態と相違するのは、フラッシュランプFLの発光出力である。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The configuration of the heat treatment apparatus of the third embodiment is exactly the same as that of the first embodiment. Further, the processing procedure of the semiconductor wafer W in the third embodiment is substantially the same as that in the first embodiment. The third embodiment differs from the first embodiment in the light emission output of the flash lamp FL.

第3実施形態においても、半導体ウェハーWを予備加熱した後に、下側加熱部4の複数のフラッシュランプFL(下側フラッシュランプLFL)および上側加熱部5の複数のフラッシュランプFL(上側フラッシュランプUFL)から半導体ウェハーWの裏面および表面のそれぞれにフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を実行する。図11は、第3実施形態における半導体ウェハーWの表面および裏面の温度変化を示す図である。同図において、半導体ウェハーWの表面温度を実線にて示し、裏面温度を点線にて示している。   Also in the third embodiment, after preheating the semiconductor wafer W, the plurality of flash lamps FL (lower flash lamp LFL) of the lower heating unit 4 and the plurality of flash lamps FL (upper flash lamp UFL) of the upper heating unit 5 are used. ) To irradiate each of the back surface and the front surface of the semiconductor wafer W with flash light to execute flash heating. FIG. 11 is a diagram illustrating temperature changes on the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W in the third embodiment. In the figure, the surface temperature of the semiconductor wafer W is indicated by a solid line, and the back surface temperature is indicated by a dotted line.

半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度(500℃)に到達して所定時間が経過した時刻t31に、制御部3の制御によって下側加熱部4の複数のフラッシュランプFLおよび上側加熱部5の複数のフラッシュランプFLからフラッシュ光を出射する。下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLの発光制御は、概ね第1実施形態と同様である。すなわち、制御部3からIGBT96のゲートにパルス信号を出力することによってコンデンサ93から下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLへの電荷の供給を断続し、これらの発光をチョッパ制御している。   At time t31 when a predetermined time has elapsed since the temperature of the semiconductor wafer W reached the preheating temperature (500 ° C.), the plurality of flash lamps FL of the lower heating unit 4 and the plurality of upper heating units 5 are controlled by the control unit 3. Flash light is emitted from the flash lamp FL. The light emission control of the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL is substantially the same as in the first embodiment. That is, by supplying a pulse signal from the control unit 3 to the gate of the IGBT 96, the supply of electric charges from the capacitor 93 to the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL is intermittently performed, and the light emission is chopper-controlled.

図12は、第3実施形態における下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLの発光出力の出力波形(プロファイル)を示す図である。同図において、半導体ウェハーWの表面に照射する上側フラッシュランプUFLの発光出力プロファイルを実線にて示し、裏面に照射する下側フラッシュランプLFLの発光出力プロファイルを点線にて示している。第3実施形態においては、上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLの発光を時刻t31に同時に開始し、時刻t32に同時に終了している。但し、図12に示すように、第3実施形態では第2実施形態とは逆に、半導体ウェハーWの表面に照射する上側フラッシュランプUFLの発光出力を裏面に照射する下側フラッシュランプLFLの発光出力よりも小さくしている。具体的には、上側フラッシュランプUFLに対応するIGBT96に出力するパルス信号に比較的パルス幅の短い複数のパルスを設定し、下側フラッシュランプLFLに対応するIGBT96に出力するパルス信号には比較的パルス幅の長い複数のパルスを設定する。これにより、上側フラッシュランプUFLに対応するIGBT96の総オン時間が短くなって、上側フラッシュランプUFLの発光出力を下側フラッシュランプLFLよりも小さくすることができる。なお、時刻t31から時刻t32までのフラッシュランプFLの発光時間は40ミリ秒としている。   FIG. 12 is a diagram showing output waveforms (profiles) of light emission outputs of the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL in the third embodiment. In the figure, the light emission output profile of the upper flash lamp UFL that irradiates the surface of the semiconductor wafer W is indicated by a solid line, and the light emission output profile of the lower flash lamp LFL that irradiates the rear surface is indicated by a dotted line. In the third embodiment, light emission from the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL starts simultaneously at time t31 and ends simultaneously at time t32. However, as shown in FIG. 12, in the third embodiment, contrary to the second embodiment, the light emission of the lower flash lamp LFL that irradiates the back surface with the light emission output of the upper flash lamp UFL that irradiates the surface of the semiconductor wafer W. It is smaller than the output. Specifically, a plurality of pulses having a relatively short pulse width are set in the pulse signal output to the IGBT 96 corresponding to the upper flash lamp UFL, and the pulse signal output to the IGBT 96 corresponding to the lower flash lamp LFL is relatively Set multiple pulses with long pulse width. Thereby, the total on time of the IGBT 96 corresponding to the upper flash lamp UFL is shortened, and the light emission output of the upper flash lamp UFL can be made smaller than that of the lower flash lamp LFL. The light emission time of the flash lamp FL from time t31 to time t32 is 40 milliseconds.

支持リング72に支持された半導体ウェハーWの表面および裏面に同時期にフラッシュ光を照射することにより、半導体ウェハーWが表裏からフラッシュ加熱される。これにより、図11に示すように、半導体ウェハーWの表面および裏面が時刻t31から時刻t32にかけて急速に昇温する。   By irradiating the front and back surfaces of the semiconductor wafer W supported by the support ring 72 with flash light at the same time, the semiconductor wafer W is flash-heated from the front and back. As a result, as shown in FIG. 11, the front and back surfaces of the semiconductor wafer W are rapidly heated from time t31 to time t32.

第3実施形態においては、発光時期は同じであるものの、上側フラッシュランプUFLの発光出力が下側フラッシュランプLFLの発光出力よりも小さい。よって、半導体ウェハーWの裏面に照射されるフラッシュ光の強度が表面に照射されるフラッシュ光の強度よりも強くなり、裏面の方がより早い昇温速度にて高い温度にまで昇温する。第3実施形態では、時刻t32に半導体ウェハーWの表面が目標温度である1050℃に到達するようにしている。よって、第3実施形態では、半導体ウェハーWの裏面の最高到達温度は目標温度である1050℃を超えることとなる。また、フラッシュ加熱による半導体ウェハーWの表面の昇温速度は毎秒1000℃以上、毎秒40000℃以下となるようにしている。   In the third embodiment, although the light emission timing is the same, the light emission output of the upper flash lamp UFL is smaller than the light emission output of the lower flash lamp LFL. Therefore, the intensity of the flash light applied to the back surface of the semiconductor wafer W becomes stronger than the intensity of the flash light applied to the front surface, and the back surface is heated to a higher temperature at a faster temperature increase rate. In the third embodiment, the surface of the semiconductor wafer W reaches the target temperature of 1050 ° C. at time t32. Therefore, in the third embodiment, the highest temperature reached on the back surface of the semiconductor wafer W exceeds the target temperature of 1050 ° C. Further, the rate of temperature rise on the surface of the semiconductor wafer W by flash heating is set to 1000 ° C. or more and 40000 ° C. or less per second.

図13は、第3実施形態における半導体ウェハーWの厚さ方向における温度分布を示す図である。同図は、時刻t32に半導体ウェハーWの表面が目標温度に到達した時点での温度分布を示している。また、同図においては第1実施形態と同様に、半導体ウェハーWの表面からの深さを横軸に示している。   FIG. 13 is a view showing a temperature distribution in the thickness direction of the semiconductor wafer W in the third embodiment. This figure shows the temperature distribution at the time when the surface of the semiconductor wafer W reaches the target temperature at time t32. Moreover, in the same figure, the depth from the surface of the semiconductor wafer W is shown on the horizontal axis similarly to 1st Embodiment.

半導体ウェハーWの表面は時刻t32に目標温度に到達する。一方、裏面へのフラッシュ光の強度が強い第3実施形態においては、時刻t32における半導体ウェハーWの裏面温度は目標温度よりも高くなる。但し、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーWの表面で発生した熱は裏面側へと伝わり、裏面で発生した熱は表面側へと伝わるのは第1実施形態と同様である。その結果、図13に示すように、半導体ウェハーWの厚さ方向中央部よりも若干表面寄りに最低温度領域が現出することとなる。半導体ウェハーWの表面および裏面に生じた熱膨張に起因した引張応力は、この最低温度領域に作用する。   The surface of the semiconductor wafer W reaches the target temperature at time t32. On the other hand, in the third embodiment where the intensity of flash light on the back surface is high, the back surface temperature of the semiconductor wafer W at time t32 is higher than the target temperature. However, the heat generated on the front surface of the semiconductor wafer W due to the flash light irradiation is transmitted to the back surface side, and the heat generated on the back surface is transmitted to the front surface side as in the first embodiment. As a result, as shown in FIG. 13, the lowest temperature region appears slightly closer to the surface than the central portion in the thickness direction of the semiconductor wafer W. The tensile stress resulting from the thermal expansion generated on the front and back surfaces of the semiconductor wafer W acts on this minimum temperature region.

このように、第3実施形態においても第1実施形態と同様に、予備加熱後の半導体ウェハーWの表面および裏面に同時期にフラッシュ光を照射している。但し、半導体ウェハーWの裏面に照射されるフラッシュ光の強度は表面に照射されるフラッシュ光の強度よりも強い。このため、フラッシュ光照射期間中には、半導体ウェハーWの厚さ方向中央部よりも表面寄りに最低温度領域が現出するものの、表面または裏面は最低温度とはならない。従って、半導体ウェハーWの表面および裏面の熱膨張による引張応力は、厚さ方向中央部よりも若干裏面寄りの最低温度領域に作用する。   As described above, also in the third embodiment, similarly to the first embodiment, the front and back surfaces of the semiconductor wafer W after the preheating are irradiated with flash light at the same time. However, the intensity of the flash light applied to the back surface of the semiconductor wafer W is higher than the intensity of the flash light applied to the front surface. For this reason, during the flash light irradiation period, although the minimum temperature region appears closer to the front surface than the central portion in the thickness direction of the semiconductor wafer W, the front or back surface does not reach the minimum temperature. Therefore, the tensile stress due to the thermal expansion of the front and back surfaces of the semiconductor wafer W acts on the lowest temperature region slightly closer to the back surface than the central portion in the thickness direction.

このため、第1実施形態と同様に、仮に前工程にて半導体ウェハーWの裏面に傷が形成されていたとしても、その裏面には引張応力がほとんど作用しないため、傷を起点としたフラッシュ光照射時の半導体ウェハーWの割れを防止することができる。また、第1実施形態と同様に、半導体ウェハーWの厚さ方向における最高温度と最低温度との温度差を小さくすることによっても、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーWの割れを抑制することができる。さらには、フラッシュ光照射時にフラッシュランプFLに流れる電流を小さくしてフラッシュランプFLの負荷を低減することもできる。   For this reason, as in the first embodiment, even if a flaw is formed on the back surface of the semiconductor wafer W in the previous step, a tensile stress hardly acts on the back surface. The crack of the semiconductor wafer W at the time of irradiation can be prevented. Similarly to the first embodiment, cracking of the semiconductor wafer W during flash light irradiation can also be suppressed by reducing the temperature difference between the maximum temperature and the minimum temperature in the thickness direction of the semiconductor wafer W. . Furthermore, it is possible to reduce the load on the flash lamp FL by reducing the current flowing through the flash lamp FL during flash light irradiation.

また、第3実施形態においては第2実施形態とは逆に、半導体ウェハーWの表面に照射するフラッシュ光の強度が比較的小さいため、表面に形成されたパターンによって光吸収率の面内分布が不均一となっている場合であっても、その影響を抑制することができる。但し、第3実施形態では、半導体ウェハーWの裏面に照射するフラッシュ光の強度が比較的大きく、裏面の最高到達温度は目標温度を超えるため、フラッシュ加熱後の半導体ウェハーW全体の温度が比較的高くなり、第2実施形態と比べて降温に長時間を要することとなる。よって、第3実施形態は、表面のパターンに起因した吸収率の面内分布不均一が比較的大きい半導体ウェハーWのフラッシュ加熱に好適である。   Further, in the third embodiment, contrary to the second embodiment, the intensity of the flash light applied to the surface of the semiconductor wafer W is relatively small, so that the in-plane distribution of the light absorptance is caused by the pattern formed on the surface. Even when it is non-uniform, the influence can be suppressed. However, in the third embodiment, the intensity of the flash light applied to the back surface of the semiconductor wafer W is relatively large, and the maximum temperature reached on the back surface exceeds the target temperature, so that the temperature of the entire semiconductor wafer W after flash heating is relatively high. It becomes higher, and it takes a longer time to lower the temperature than in the second embodiment. Therefore, the third embodiment is suitable for flash heating of the semiconductor wafer W in which the in-plane distribution unevenness of the absorptance due to the surface pattern is relatively large.

<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態について説明する。第4実施形態の熱処理装置の構成は第1実施形態と全く同様である。また、第4実施形態における半導体ウェハーWの処理手順も第1実施形態と概ね同様である。第4実施形態が第1実施形態と相違するのは、フラッシュランプFLの発光時期および発光出力である。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The configuration of the heat treatment apparatus of the fourth embodiment is exactly the same as that of the first embodiment. Further, the processing procedure of the semiconductor wafer W in the fourth embodiment is substantially the same as that in the first embodiment. The fourth embodiment differs from the first embodiment in the light emission timing and light emission output of the flash lamp FL.

第4実施形態においても、半導体ウェハーWを予備加熱した後に、下側加熱部4の複数のフラッシュランプFL(下側フラッシュランプLFL)および上側加熱部5の複数のフラッシュランプFL(上側フラッシュランプUFL)から半導体ウェハーWの裏面および表面のそれぞれにフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を実行する。図14は、第4実施形態における半導体ウェハーWの表面および裏面の温度変化を示す図である。同図において、半導体ウェハーWの表面温度を実線にて示し、裏面温度を点線にて示している。   Also in the fourth embodiment, after preheating the semiconductor wafer W, the plurality of flash lamps FL (lower flash lamp LFL) of the lower heating unit 4 and the plurality of flash lamps FL (upper flash lamp UFL) of the upper heating unit 5 are used. ) To irradiate each of the back surface and the front surface of the semiconductor wafer W with flash light to execute flash heating. FIG. 14 is a diagram showing temperature changes on the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W in the fourth embodiment. In the figure, the surface temperature of the semiconductor wafer W is indicated by a solid line, and the back surface temperature is indicated by a dotted line.

半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度(500℃)に到達して所定時間が経過した時刻t41に、制御部3の制御によって下側加熱部4の複数のフラッシュランプFLからフラッシュ光を出射する。続いて、時刻t42に、制御部3の制御によって上側加熱部5の複数のフラッシュランプFLからフラッシュ光を出射する。下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLの発光制御は、概ね第1実施形態と同様である。すなわち、制御部3からIGBT96のゲートにパルス信号を出力することによってコンデンサ93から下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLへの電荷の供給を断続し、これらの発光をチョッパ制御している。   Flash light is emitted from the plurality of flash lamps FL of the lower heating unit 4 under the control of the control unit 3 at time t41 when a predetermined time has elapsed after the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature (500 ° C.). Subsequently, at time t <b> 42, flash light is emitted from the plurality of flash lamps FL of the upper heating unit 5 under the control of the control unit 3. The light emission control of the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL is substantially the same as in the first embodiment. That is, by supplying a pulse signal from the control unit 3 to the gate of the IGBT 96, the supply of electric charges from the capacitor 93 to the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL is intermittently performed, and the light emission is chopper-controlled.

図15は、第4実施形態における下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLの発光出力の出力波形(プロファイル)を示す図である。同図において、半導体ウェハーWの表面に照射する上側フラッシュランプUFLの発光出力プロファイルを実線にて示し、裏面に照射する下側フラッシュランプLFLの発光出力プロファイルを点線にて示している。第4実施形態においては、下側フラッシュランプLFLの発光を時刻t41に開始し、時刻t43に終了している。また、上側フラッシュランプUFLの発光を時刻t41よりも後の時刻t42に開始し、時刻t43よりも後の時刻t44に終了している。すなわち、第4実施形態では、下側フラッシュランプLFLを上側フラッシュランプUFLよりも先に発光開始させて先に発光終了させているのである。時刻t41から時刻t43までの下側フラッシュランプLFLの発光時間、および、時刻t42から時刻t44までの上側フラッシュランプUFLの発光時間はいずれも40ミリ秒である。また、時刻t41から時刻t42までの経過時間および時刻t43から時刻t44までの経過時間、つまり上側フラッシュランプUFLの発光時期を遅らす遅延時間は5ミリ秒としている。従って、時刻t42から時刻t43までの35ミリ秒間は、上側フラッシュランプUFLの発光時期と下側フラッシュランプLFLの発光時期とが重なっている。   FIG. 15 is a diagram showing output waveforms (profiles) of light emission outputs of the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL in the fourth embodiment. In the figure, the light emission output profile of the upper flash lamp UFL that irradiates the surface of the semiconductor wafer W is indicated by a solid line, and the light emission output profile of the lower flash lamp LFL that irradiates the rear surface is indicated by a dotted line. In the fourth embodiment, light emission of the lower flash lamp LFL starts at time t41 and ends at time t43. The upper flash lamp UFL starts emitting light at time t42 after time t41, and ends at time t44 after time t43. That is, in the fourth embodiment, the lower flash lamp LFL starts to emit light before the upper flash lamp UFL and ends light emission first. The light emission time of the lower flash lamp LFL from time t41 to time t43 and the light emission time of the upper flash lamp UFL from time t42 to time t44 are both 40 milliseconds. The elapsed time from time t41 to time t42 and the elapsed time from time t43 to time t44, that is, the delay time for delaying the light emission timing of the upper flash lamp UFL is 5 milliseconds. Accordingly, the light emission timing of the upper flash lamp UFL and the light emission timing of the lower flash lamp LFL overlap each other for 35 milliseconds from time t42 to time t43.

また、図15に示すように、半導体ウェハーWの表面に照射する上側フラッシュランプUFLの発光出力を裏面に照射する下側フラッシュランプLFLの発光出力よりも小さくしている。具体的には、上側フラッシュランプUFLに対応するIGBT96に出力するパルス信号に比較的パルス幅の短い複数のパルスを設定し、下側フラッシュランプLFLに対応するIGBT96に出力するパルス信号には比較的パルス幅の長い複数のパルスを設定する。これにより、上側フラッシュランプUFLに対応するIGBT96の総オン時間が短くなって、上側フラッシュランプUFLの発光出力を下側フラッシュランプLFLよりも小さくすることができる。   Further, as shown in FIG. 15, the light emission output of the upper flash lamp UFL that irradiates the surface of the semiconductor wafer W is made smaller than the light emission output of the lower flash lamp LFL that irradiates the back surface. Specifically, a plurality of pulses having a relatively short pulse width are set in the pulse signal output to the IGBT 96 corresponding to the upper flash lamp UFL, and the pulse signal output to the IGBT 96 corresponding to the lower flash lamp LFL is relatively Set multiple pulses with long pulse width. Thereby, the total on time of the IGBT 96 corresponding to the upper flash lamp UFL is shortened, and the light emission output of the upper flash lamp UFL can be made smaller than that of the lower flash lamp LFL.

支持リング72に支持された半導体ウェハーWの裏面に時刻t41に下側フラッシュランプLFLからのフラッシュ光照射が開始されることによって、まず半導体ウェハーWの裏面が加熱される。時刻t41から時刻t42までの間は、半導体ウェハーWの表面にはフラッシュ光が照射されていない。従って、時刻t41から時刻t42までの間は、半導体ウェハーWの裏面側からのみ加熱されることとなる。   At the time t41, flash light irradiation from the lower flash lamp LFL is started on the back surface of the semiconductor wafer W supported by the support ring 72, so that the back surface of the semiconductor wafer W is first heated. From time t41 to time t42, the surface of the semiconductor wafer W is not irradiated with flash light. Therefore, during the period from time t41 to time t42, heating is performed only from the back surface side of the semiconductor wafer W.

図16および図17は、第4実施形態における半導体ウェハーWの厚さ方向における温度分布を示す図である。これら両図においては、半導体ウェハーWの表面からの深さを横軸に示している。図16は、時刻t42の直前、つまり半導体ウェハーWの裏面のみにフラッシュ光が照射されている時点での温度分布を示している。   16 and 17 are diagrams showing a temperature distribution in the thickness direction of the semiconductor wafer W in the fourth embodiment. In both these drawings, the horizontal axis indicates the depth from the surface of the semiconductor wafer W. FIG. 16 shows the temperature distribution immediately before time t42, that is, at the time when only the back surface of the semiconductor wafer W is irradiated with flash light.

時刻t41から時刻t42までの間は、半導体ウェハーWの裏面のみにフラッシュ光が照射されるため、厚さ方向の温度分布において裏面が最高温度となる。フラッシュ光照射によって半導体ウェハーWの裏面に発生した熱は表面側へと伝わるものの、この期間では図16に示す如く半導体ウェハーWの表面の温度が最も低い。但し、時刻t41から時刻t42までの5ミリ秒程度の時間では、半導体ウェハーWの裏面が大きくは昇温しないため、表面に大きな引張応力は作用しない。   Between time t41 and time t42, flash light is irradiated only on the back surface of the semiconductor wafer W, so that the back surface has the highest temperature in the temperature distribution in the thickness direction. Although heat generated on the back surface of the semiconductor wafer W due to flash light irradiation is transferred to the front surface side, the temperature of the surface of the semiconductor wafer W is the lowest during this period as shown in FIG. However, during the time of about 5 milliseconds from time t41 to time t42, the back surface of the semiconductor wafer W does not increase in temperature significantly, so that a large tensile stress does not act on the surface.

続いて時刻t42には、半導体ウェハーWの表面にもフラッシュ光が照射される。これにより、時刻t42以降は半導体ウェハーWが表裏からフラッシュ加熱されることとなる。半導体ウェハーWの表面には裏面よりも遅れてフラッシュ光が照射されるため、図14に示すように、表面は裏面よりもやや遅れて昇温する。   Subsequently, at time t42, the surface of the semiconductor wafer W is also irradiated with flash light. Thereby, after time t42, the semiconductor wafer W is flash-heated from the front and back. Since the front surface of the semiconductor wafer W is irradiated with the flash light later than the back surface, as shown in FIG. 14, the temperature of the front surface rises slightly later than the back surface.

時刻t42から時刻t43までの間は、半導体ウェハーWの表面および裏面の双方にフラッシュ光が照射され続ける。そして、時刻t43に、表面に先行して半導体ウェハーWの裏面へのフラッシュ光照射が終了する。半導体ウェハーWの裏面には時刻t41から時刻t43までフラッシュ光が照射されることとなり、これにより、半導体ウェハーWの裏面は時刻t41から時刻t43にかけて昇温する。   From time t42 to time t43, flash light is continuously applied to both the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W. Then, at time t43, the flash light irradiation on the back surface of the semiconductor wafer W precedes the front surface. The back surface of the semiconductor wafer W is irradiated with flash light from time t41 to time t43, whereby the temperature of the back surface of the semiconductor wafer W rises from time t41 to time t43.

時刻t43から時刻t44までの間は、半導体ウェハーWの表面のみにフラッシュ光が照射される。但し、この期間においても、先行して昇温している半導体ウェハーWの裏面から表面への熱伝導は継続している。そして、時刻t44に、半導体ウェハーWの表面へのフラッシュ光照射が終了する。半導体ウェハーWの表面には時刻t42から時刻t44までフラッシュ光が照射されることとなり、これにより、半導体ウェハーWの表面は時刻t42から時刻t44にかけて昇温する。   From time t43 to time t44, only the surface of the semiconductor wafer W is irradiated with flash light. However, even during this period, heat conduction from the back surface to the front surface of the semiconductor wafer W that has been heated in advance continues. At time t44, the flash light irradiation on the surface of the semiconductor wafer W is completed. The surface of the semiconductor wafer W is irradiated with flash light from time t42 to time t44, whereby the temperature of the surface of the semiconductor wafer W rises from time t42 to time t44.

第4実施形態においては、時刻t44に半導体ウェハーWの表面が目標温度である1050℃に到達するようにしている。また、フラッシュ加熱による半導体ウェハーWの表面の昇温速度は毎秒1000℃以上、毎秒40000℃以下となるようにしている。   In the fourth embodiment, the surface of the semiconductor wafer W reaches the target temperature of 1050 ° C. at time t44. Further, the rate of temperature rise on the surface of the semiconductor wafer W by flash heating is set to 1000 ° C. or more and 40000 ° C. or less per second.

図17は、時刻t44に半導体ウェハーWの表面が目標温度に到達した時点での厚さ方向における温度分布を示している。時刻t42に半導体ウェハーWの表面へのフラッシュ光照射が開始されることによって、半導体ウェハーWは表裏からフラッシュ加熱されることとなり、表面で発生した熱は裏面側へと伝わり、裏面で発生した熱は表面側へと伝わる。その結果、当初半導体ウェハーWの表面に現出していた最低温度領域が厚さ方向内部へと移動し、時刻t44の時点では図17に示すように、ほぼ厚さ方向の中央部近傍にまで移動している。時刻t44の時点で半導体ウェハーWの表面に生じている熱膨張に起因した引張応力は、この厚さ方向中央部近傍の最低温度領域に作用する。なお、時刻t44の時点では、半導体ウェハーWの裏面へのフラッシュ光照射は既に終了しているため、裏面温度は若干低下しており、表面に比較すると熱膨張の程度も小さくなっている。   FIG. 17 shows the temperature distribution in the thickness direction when the surface of the semiconductor wafer W reaches the target temperature at time t44. By starting flash light irradiation on the surface of the semiconductor wafer W at time t42, the semiconductor wafer W is flash-heated from the front and back, and heat generated on the front surface is transferred to the back surface side, and heat generated on the back surface side. Is transmitted to the surface side. As a result, the lowest temperature region initially appearing on the surface of the semiconductor wafer W moves to the inside in the thickness direction, and moves to the vicinity of the central portion in the thickness direction at time t44 as shown in FIG. doing. The tensile stress resulting from the thermal expansion occurring on the surface of the semiconductor wafer W at the time t44 acts on the lowest temperature region near the central portion in the thickness direction. At time t44, since the flash light irradiation on the back surface of the semiconductor wafer W has already been completed, the back surface temperature is slightly lowered, and the degree of thermal expansion is smaller than that on the front surface.

以上のように、第4実施形態においては、上側フラッシュランプUFLのフラッシュ光照射期間と下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射期間とが一部オーバーラップしており、時刻t42から時刻t43までの期間は半導体ウェハーWの表面および裏面に同時期にフラッシュ光が照射される。このため、時刻t41から時刻t42にかけて一旦は半導体ウェハーWの表面に現出した最低温度領域が時刻t42以降は厚さ方向内部に移動し、表面が目標温度に到達する時刻t44では厚さ方向の中央部近傍にまで移動する。従って、半導体ウェハーWの表面および裏面に大きな熱膨張が生じる時刻t43から時刻t44にかけては厚さ方向の内部に最低温度領域が存在しており、表面および裏面の熱膨張による引張応力はその内部の最低温度領域に作用する。   As described above, in the fourth embodiment, the flash light irradiation period of the upper flash lamp UFL and the flash light irradiation period of the lower flash lamp LFL partially overlap, and the period from time t42 to time t43. The flash light is irradiated to the front surface and back surface of the semiconductor wafer W at the same time. For this reason, from time t41 to time t42, the lowest temperature region that once appeared on the surface of the semiconductor wafer W moves to the inside in the thickness direction after time t42, and at time t44 when the surface reaches the target temperature, Move to near the center. Accordingly, there is a minimum temperature region in the thickness direction from time t43 to time t44 at which large thermal expansion occurs on the front and back surfaces of the semiconductor wafer W, and the tensile stress due to thermal expansion on the front and back surfaces Acts on the lowest temperature range.

このため、第1実施形態と同様に、仮に前工程にて半導体ウェハーWの裏面に傷が形成されていたとしても、その裏面には引張応力がほとんど作用しないため、傷を起点としたフラッシュ光照射時の半導体ウェハーWの割れを防止することができる。また、第1実施形態と同様に、半導体ウェハーWの厚さ方向における最高温度と最低温度との温度差を小さくすることによっても、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーWの割れを抑制することができる。特に、第4実施形態では、表面が目標温度に到達する時刻t44では最低温度領域と半導体ウェハーWの裏面との温度差はほとんど無いため、裏面側から作用する応力は極めて小さい。さらには、フラッシュ光照射時にフラッシュランプFLに流れる電流を小さくしてフラッシュランプFLの負荷を低減することもできる。   For this reason, as in the first embodiment, even if a flaw is formed on the back surface of the semiconductor wafer W in the previous step, a tensile stress hardly acts on the back surface. The crack of the semiconductor wafer W at the time of irradiation can be prevented. Similarly to the first embodiment, cracking of the semiconductor wafer W during flash light irradiation can also be suppressed by reducing the temperature difference between the maximum temperature and the minimum temperature in the thickness direction of the semiconductor wafer W. . In particular, in the fourth embodiment, since there is almost no temperature difference between the lowest temperature region and the back surface of the semiconductor wafer W at time t44 when the surface reaches the target temperature, the stress acting from the back surface side is extremely small. Furthermore, it is possible to reduce the load on the flash lamp FL by reducing the current flowing through the flash lamp FL during flash light irradiation.

また、第4実施形態においては、下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射期間の始期(時刻t41)が上側フラッシュランプUFLのフラッシュ光照射期間の始期(時刻t42)よりも早い。このため、裏面側からの熱伝導による補助を受けつつフラッシュ光照射によって表面を加熱することができ、上側フラッシュランプUFLから照射するフラッシュ光の強度を小さくして表面に形成されたパターンによる影響を小さくすることができる。   In the fourth embodiment, the start time (time t41) of the flash light irradiation period of the lower flash lamp LFL is earlier than the start time (time t42) of the flash light irradiation period of the upper flash lamp UFL. For this reason, the surface can be heated by irradiation with flash light while being assisted by heat conduction from the back side, and the influence of the pattern formed on the surface is reduced by reducing the intensity of the flash light irradiated from the upper flash lamp UFL. Can be small.

また、第4実施形態においては、下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射期間の終期(時刻t43)が上側フラッシュランプUFLのフラッシュ光照射期間の終期(時刻t44)よりも早い。このため、半導体ウェハーWの表面が目標温度に到達する時刻t44では裏面温度は若干低下している。その結果、フラッシュ加熱後の半導体ウェハーW全体の温度を比較的低くすることができ、降温速度を速めることができる。   In the fourth embodiment, the end of the flash light irradiation period of the lower flash lamp LFL (time t43) is earlier than the end of the flash light irradiation period of the upper flash lamp UFL (time t44). For this reason, the back surface temperature is slightly lowered at time t44 when the surface of the semiconductor wafer W reaches the target temperature. As a result, the temperature of the entire semiconductor wafer W after flash heating can be made relatively low, and the temperature drop rate can be increased.

特に、第4実施形態においては、下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射期間の終期から上側フラッシュランプUFLのフラッシュ光照射期間の終期までの時間を半導体ウェハーWの裏面から表面への熱伝導に要する熱伝導時間よりも短くしている。ここで、「熱伝導時間」とは、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーWの裏面に発生した熱が表面に伝導するのに要する時間である。熱伝導時間は、半導体ウェハーWの材質および外寸によって規定されるものであり、本実施形態の如きφ300mmのシリコンウェハー(規格により厚さは0.775mmに標準化されている)であれば約15ミリ秒である。このように、下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射期間の終期を熱伝導時間以内(第4実施形態では15ミリ秒以内)の範囲で上側フラッシュランプUFLのフラッシュ光照射期間の終期よりも早くすることにより、上側フラッシュランプUFLのフラッシュ光照射期間の終期である時刻t44の時点でも裏面側からの熱伝導による補助を受けることができる。この観点からは、下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射期間の終期から上側フラッシュランプUFLのフラッシュ光照射期間の終期までの時間は5ミリ秒に限定されるものではなく、15ミリ秒以内であれば良い。   In particular, in the fourth embodiment, the time from the end of the flash light irradiation period of the lower flash lamp LFL to the end of the flash light irradiation period of the upper flash lamp UFL is required for heat conduction from the back surface to the surface of the semiconductor wafer W. It is shorter than the heat conduction time. Here, the “heat conduction time” is the time required for the heat generated on the back surface of the semiconductor wafer W by the flash light irradiation to be conducted to the surface. The heat conduction time is defined by the material and outer dimensions of the semiconductor wafer W, and about 15 for a φ300 mm silicon wafer (thickness is standardized to 0.775 mm by the standard) as in this embodiment. Milliseconds. As described above, the end of the flash light irradiation period of the lower flash lamp LFL is made earlier than the end of the flash light irradiation period of the upper flash lamp UFL within the range of the heat conduction time (within 15 milliseconds in the fourth embodiment). Thus, it is possible to receive assistance by heat conduction from the back side even at time t44, which is the end of the flash light irradiation period of the upper flash lamp UFL. From this point of view, the time from the end of the flash light irradiation period of the lower flash lamp LFL to the end of the flash light irradiation period of the upper flash lamp UFL is not limited to 5 milliseconds, but may be within 15 milliseconds. It ’s fine.

<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態について説明する。図18は、第5実施形態の熱処理装置1aの要部構成を示す図である。図18において、第1実施形態の図1と同一の要素については同一の符号を付している。第5実施形態が第1実施形態と相違するのは、保持部7がベルヌーイチャック170を備える点、および、下側加熱部4が光源としてフラッシュランプFLのみを備える点である。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 18 is a diagram illustrating a main configuration of the heat treatment apparatus 1a according to the fifth embodiment. In FIG. 18, the same elements as those in FIG. 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The fifth embodiment is different from the first embodiment in that the holding unit 7 includes a Bernoulli chuck 170 and the lower heating unit 4 includes only a flash lamp FL as a light source.

第5実施形態の保持部7は、ベルヌーイチャック170および遮光部材71を備える。遮光部材71は、第1実施形態と同様に、フラッシュランプFLからの光に対して不透明な材質にて形成された円環形状の部材であり、略円筒形状のチャンバー側部63の内壁から突出するように設けられている。遮光部材71の上面内周部にベルヌーイチャック170が載置されている。   The holding unit 7 of the fifth embodiment includes a Bernoulli chuck 170 and a light shielding member 71. As in the first embodiment, the light shielding member 71 is an annular member formed of a material opaque to the light from the flash lamp FL, and protrudes from the inner wall of the substantially cylindrical chamber side portion 63. It is provided to do. A Bernoulli chuck 170 is placed on the inner periphery of the upper surface of the light shielding member 71.

図19は、ベルヌーイチャック170の一例を示す図である。ベルヌーイチャック170は、フラッシュランプFLからのフラッシュ光を透過する石英にて形成されている。ベルヌーイチャック170は、石英の壁面の内部に中空部173を設けて構成される。ベルヌーイチャック170の天井部の石英壁面は、半導体ウェハーWを載置する円形の載置面171とされている。載置面171の径は、半導体ウェハーWの径よりも小さい。また、載置面171の周囲を取り囲むように円環形状の凹部172が設けられている。さらに、その凹部172を取り囲む円環状にガイド部175が設けられている。   FIG. 19 is a diagram illustrating an example of Bernoulli chuck 170. Bernoulli chuck 170 is formed of quartz that transmits the flash light from flash lamp FL. The Bernoulli chuck 170 is configured by providing a hollow portion 173 inside a quartz wall. The quartz wall surface at the ceiling of the Bernoulli chuck 170 is a circular mounting surface 171 on which the semiconductor wafer W is mounted. The diameter of the mounting surface 171 is smaller than the diameter of the semiconductor wafer W. Further, an annular recess 172 is provided so as to surround the periphery of the mounting surface 171. Further, a guide portion 175 is provided in an annular shape surrounding the concave portion 172.

また、載置面171には、気体の噴出孔174が形成されている。図19に示すように、噴出孔174はベルヌーイチャック170の中心側から斜め上方に向けて形成されている。噴出孔174は、円形の載置面171と同心円上に沿って設けられた複数の円形の孔であっても良いし、複数のスリット状の孔であっても良い。但し、噴出孔174は、その出口がベルヌーイチャック170に保持される半導体ウェハーWの端縁部よりも内側となるように形成されている。また、ベルヌーイチャック170には移載部79のピンが貫通するための貫通孔(図示省略)が形成されており、その貫通孔の内側と中空部173とは雰囲気分離されている。   Further, a gas ejection hole 174 is formed on the mounting surface 171. As shown in FIG. 19, the ejection hole 174 is formed obliquely upward from the center side of the Bernoulli chuck 170. The ejection holes 174 may be a plurality of circular holes provided concentrically with the circular placement surface 171 or may be a plurality of slit-shaped holes. However, the ejection hole 174 is formed so that its outlet is inside the edge of the semiconductor wafer W held by the Bernoulli chuck 170. The Bernoulli chuck 170 is formed with a through hole (not shown) through which the pin of the transfer portion 79 passes, and the inside of the through hole and the hollow portion 173 are separated from each other.

ベルヌーイチャック170の中空部173にはチャック用ガス供給部180から窒素ガスが供給される。図18に示すように、チャック用ガス供給部180は、給気配管184、ガス供給源181、バルブ182および流量調整バルブ183を備える。給気配管184の一端はベルヌーイチャック170の中空部173に連通接続されるとともに、他端はガス供給源181に接続される。また、給気配管184の経路途中には、バルブ182および流量調整バルブ183が介挿されている。バルブ182を開放することによって、ガス供給源181からベルヌーイチャック170の中空部173にチャック用ガス(第5実施形態では窒素)が供給される。チャック用ガス供給部180がベルヌーイチャック170に供給する窒素の流量は流量調整バルブ183によって調整される。   Nitrogen gas is supplied from the chuck gas supply unit 180 to the hollow portion 173 of the Bernoulli chuck 170. As shown in FIG. 18, the chuck gas supply unit 180 includes an air supply pipe 184, a gas supply source 181, a valve 182, and a flow rate adjustment valve 183. One end of the air supply pipe 184 is connected to the hollow portion 173 of the Bernoulli chuck 170 and the other end is connected to the gas supply source 181. Further, a valve 182 and a flow rate adjustment valve 183 are inserted in the middle of the route of the air supply pipe 184. By opening the valve 182, chuck gas (nitrogen in the fifth embodiment) is supplied from the gas supply source 181 to the hollow portion 173 of the Bernoulli chuck 170. The flow rate of nitrogen supplied from the chuck gas supply unit 180 to the Bernoulli chuck 170 is adjusted by a flow rate adjusting valve 183.

バルブ182を開放してチャック用ガス供給部180が中空部173に窒素を供給すると、中空部173の内圧が上昇して窒素が噴出孔174から噴出される。ベルヌーイチャック170の載置面171に半導体ウェハーWが載置されているときにチャック用ガス供給部180が中空部173に窒素を供給すると、噴出孔174から半導体ウェハーWの下面周縁部に向けて窒素が噴出される。噴出孔174は斜め上方に向けて形成されているため、図19に示すように、噴出された窒素は半導体ウェハーWを載置面171から若干浮上させ、半導体ウェハーWの下面周縁部と載置面171との間にできた隙間を凹部172に向けて(つまり、半導体ウェハーWの中心側から端縁部に向けて)流れる。   When the valve 182 is opened and the chuck gas supply unit 180 supplies nitrogen to the hollow portion 173, the internal pressure of the hollow portion 173 increases and nitrogen is ejected from the ejection hole 174. When the chuck gas supply unit 180 supplies nitrogen to the hollow portion 173 when the semiconductor wafer W is mounted on the mounting surface 171 of the Bernoulli chuck 170, the nozzle hole 174 is directed toward the lower surface peripheral portion of the semiconductor wafer W. Nitrogen is blown out. Since the ejection holes 174 are formed obliquely upward, as shown in FIG. 19, the ejected nitrogen slightly floats the semiconductor wafer W from the placement surface 171 and places it on the lower peripheral edge of the semiconductor wafer W. The gap formed between the surface 171 flows toward the recess 172 (that is, from the center side of the semiconductor wafer W toward the edge).

ところで、窒素の如き流体が流れるときには、流体が外界に及ぼす圧力である静圧は低下する(ベルヌーイ効果)。窒素の流速が早くなるほど、静圧の低下も大きくなる。従って、窒素の流れが形成されている半導体ウェハーWの下面と載置面171との間の隙間の圧力は大気圧よりも小さくなり、その結果半導体ウェハーWには周辺雰囲気から載置面171に向けて押し付けるような圧力が作用する。すなわち、噴出孔174から斜め上方に向けて窒素を噴出することにより、窒素の噴出圧力によって半導体ウェハーWを載置面171から若干浮上させるとともに、浮上により形成された半導体ウェハーWと載置面171との隙間を窒素が流れて半導体ウェハーWに載置面171に押し付けるような圧力を作用させているのである。このような窒素の噴出圧力と窒素流のベルヌーイ効果とによってベルヌーイチャック170は半導体ウェハーWを非接触で吸着保持する。   By the way, when a fluid such as nitrogen flows, the static pressure, which is the pressure exerted by the fluid on the outside, decreases (Bernoulli effect). The faster the nitrogen flow rate, the greater the drop in static pressure. Accordingly, the pressure in the gap between the lower surface of the semiconductor wafer W on which the nitrogen flow is formed and the mounting surface 171 becomes smaller than the atmospheric pressure. As a result, the semiconductor wafer W is moved from the ambient atmosphere to the mounting surface 171. The pressure which pushes it toward acts. That is, by ejecting nitrogen from the ejection hole 174 obliquely upward, the semiconductor wafer W is slightly floated from the mounting surface 171 by the nitrogen ejection pressure, and the semiconductor wafer W and the mounting surface 171 formed by levitation. A pressure is applied so that nitrogen flows through the gap and presses the semiconductor wafer W against the mounting surface 171. The Bernoulli chuck 170 adsorbs and holds the semiconductor wafer W in a non-contact manner by such a nitrogen jet pressure and the Bernoulli effect of the nitrogen flow.

半導体ウェハーWが非接触でベルヌーイチャック170に保持された状態において、半導体ウェハーWの端縁部と凹部172との間隔(凹部172から端縁部までの高さ)は3mm以上とするのが好ましい。これは、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーWが変形したときに、端縁部が凹部172に接触するのを防ぐためである。   In a state where the semiconductor wafer W is held by the Bernoulli chuck 170 in a non-contact manner, the distance between the edge of the semiconductor wafer W and the recess 172 (the height from the recess 172 to the edge) is preferably 3 mm or more. . This is to prevent the edge portion from coming into contact with the recess 172 when the semiconductor wafer W is deformed during flash light irradiation.

ベルヌーイ効果によって非接触で保持される半導体ウェハーWは水平方向に横滑りするおそれがある。このため、凹部172の周囲にガイド部175を設けている。ガイド部175の上端は、窒素の噴出によって非接触で保持される半導体ウェハーWの高さ位置よりも高い。また、その高さ位置において、ガイド部175の内径は半導体ウェハーWの直径よりも若干大きい。このため、非接触で保持される半導体ウェハーWの水平方向位置はガイド部175によって規制される。また、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーWがガイド部175に接触して割れるのを防止するために、ガイド部175の内側壁面をテーパ面としておくのが好ましい。   The semiconductor wafer W held in a non-contact manner by the Bernoulli effect may be slid in the horizontal direction. For this reason, a guide portion 175 is provided around the recess 172. The upper end of the guide part 175 is higher than the height position of the semiconductor wafer W held in a non-contact manner by nitrogen ejection. Further, at the height position, the inner diameter of the guide portion 175 is slightly larger than the diameter of the semiconductor wafer W. For this reason, the horizontal position of the semiconductor wafer W held in a non-contact manner is regulated by the guide portion 175. Further, in order to prevent the semiconductor wafer W from coming into contact with the guide portion 175 and cracking during flash light irradiation, the inner wall surface of the guide portion 175 is preferably a tapered surface.

また、第5実施形態においては、下側加熱部4が光源としての複数本のフラッシュランプFLとリフレクタ42とを備えるものの、ハロゲンランプを備えていない。すなわち、第5実施形態の熱処理装置1aは、フラッシュランプFLのみを熱源として備えている。第1実施形態と同様に、上側加熱部5の上側フラッシュランプUFLと下側加熱部4の下側フラッシュランプLFLとは互いに直交するように配置されている。   In the fifth embodiment, the lower heating unit 4 includes a plurality of flash lamps FL and reflectors 42 as light sources, but does not include a halogen lamp. That is, the heat treatment apparatus 1a of the fifth embodiment includes only the flash lamp FL as a heat source. Similar to the first embodiment, the upper flash lamp UFL of the upper heating unit 5 and the lower flash lamp LFL of the lower heating unit 4 are arranged to be orthogonal to each other.

第5実施形態の熱処理装置1aにおいて、保持部7がベルヌーイチャック170を備える点、および、下側加熱部4がハロゲンランプを備えていない点以外の残余の構成は第1実施形態の熱処理装置1と同じである。   In the heat treatment apparatus 1a of the fifth embodiment, the remaining configuration other than the point that the holding unit 7 includes the Bernoulli chuck 170 and the lower heating unit 4 does not include the halogen lamp are the heat treatment apparatus 1 of the first embodiment. Is the same.

第5実施形態における半導体ウェハーWの処理手順は第1実施形態と概ね同様である。すなわち、まず、装置外部の搬送ロボットによって処理対象となる半導体ウェハーWがチャンバー6内に搬入されてベルヌーイチャック170に渡される。このときには、半導体ウェハーWを保持した搬送ロボットのハンドが搬送開口部66からチャンバー6内に進入し、保持部7の直上にて停止する。続いて、移載部79が遮光部材71の下側の待機位置からベルヌーイチャック170の下側に水平移動した後、鉛直方向に沿って上昇し、移載部79のピンがベルヌーイチャック170の貫通孔を通って載置面171よりも上側に突き出て搬送ロボットのハンドから半導体ウェハーWを受け取る。その後、搬送ロボットのハンドがチャンバー6から退出するとともに、搬送開口部66が閉鎖されることによりチャンバー6内の熱処理空間65が密閉空間とされる。そして、半導体ウェハーWを受け取った移載部79が下降することにより、半導体ウェハーWは移載部79のピンからベルヌーイチャック170に渡されて載置面171に載置される。ベルヌーイチャック170に半導体ウェハーWを渡した移載部79は待機位置に戻る。第5実施形態においても、パターン形成がなされて不純物が注入された表面が上面を向いた状態で半導体ウェハーWがチャンバー6内に搬入されてベルヌーイチャック170に載置される。   The processing procedure for the semiconductor wafer W in the fifth embodiment is substantially the same as that in the first embodiment. That is, first, a semiconductor wafer W to be processed is carried into the chamber 6 by a transfer robot outside the apparatus and delivered to the Bernoulli chuck 170. At this time, the hand of the transfer robot holding the semiconductor wafer W enters the chamber 6 through the transfer opening 66 and stops immediately above the holding unit 7. Subsequently, the transfer unit 79 horizontally moves from the lower standby position of the light shielding member 71 to the lower side of the Bernoulli chuck 170 and then rises along the vertical direction, and the pin of the transfer unit 79 penetrates the Bernoulli chuck 170. The semiconductor wafer W is received from the hand of the transfer robot by protruding upward from the mounting surface 171 through the hole. Thereafter, the hand of the transfer robot moves out of the chamber 6 and the transfer opening 66 is closed, whereby the heat treatment space 65 in the chamber 6 is made a sealed space. When the transfer unit 79 that has received the semiconductor wafer W is lowered, the semiconductor wafer W is transferred from the pins of the transfer unit 79 to the Bernoulli chuck 170 and mounted on the mounting surface 171. The transfer unit 79 that has transferred the semiconductor wafer W to the Bernoulli chuck 170 returns to the standby position. Also in the fifth embodiment, the semiconductor wafer W is loaded into the chamber 6 and placed on the Bernoulli chuck 170 in a state where the surface on which the pattern is formed and the impurities are implanted faces upward.

次に、搬送開口部66が閉鎖されて熱処理空間65が密閉空間とされた後、バルブ82が開放されてガス供給部8から熱処理空間65に処理ガス(第5実施形態では窒素ガス)を供給し、バルブ22が開放されて排気部2が熱処理空間65から排気を行う。これとともに、バルブ182が開放されてチャック用ガス供給部180からベルヌーイチャック170の中空部173に窒素を供給する。中空部173に供給された窒素が噴出孔174から斜め上方に向けて噴出されることにより、窒素の噴出圧力と窒素流のベルヌーイ効果とによって半導体ウェハーWがベルヌーイチャック170に非接触で吸着保持される。   Next, after the transfer opening 66 is closed and the heat treatment space 65 is made a sealed space, the valve 82 is opened and the processing gas (nitrogen gas in the fifth embodiment) is supplied from the gas supply unit 8 to the heat treatment space 65. Then, the valve 22 is opened and the exhaust unit 2 exhausts from the heat treatment space 65. At the same time, the valve 182 is opened to supply nitrogen from the chuck gas supply unit 180 to the hollow portion 173 of the Bernoulli chuck 170. Nitrogen supplied to the hollow portion 173 is ejected obliquely upward from the ejection hole 174, so that the semiconductor wafer W is adsorbed and held on the Bernoulli chuck 170 in a non-contact manner by the nitrogen ejection pressure and the Bernoulli effect of the nitrogen flow. The

半導体ウェハーWがベルヌーイチャック170に非接触で保持された後、下側加熱部4の複数のフラッシュランプFL(下側フラッシュランプLFL)および上側加熱部5の複数のフラッシュランプFL(上側フラッシュランプUFL)から半導体ウェハーWの裏面および表面のそれぞれにフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を実行する。すなわち、第5実施形態においては、ハロゲンランプによる予備加熱を行うことなく、室温の半導体ウェハーWの表裏面にフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を行っているのである。図20は、第5実施形態における半導体ウェハーWの表面および裏面の温度変化を示す図である。   After the semiconductor wafer W is held in the Bernoulli chuck 170 in a non-contact manner, the plurality of flash lamps FL (lower flash lamp LFL) of the lower heating unit 4 and the plurality of flash lamps FL (upper flash lamp UFL) of the upper heating unit 5 ) To irradiate each of the back surface and the front surface of the semiconductor wafer W with flash light to execute flash heating. That is, in the fifth embodiment, flash heating is performed by irradiating the front and back surfaces of the semiconductor wafer W at room temperature with flash light without performing preliminary heating with a halogen lamp. FIG. 20 is a diagram showing a temperature change of the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W in the fifth embodiment.

所定の時刻t51に、制御部3の制御によって下側加熱部4の複数のフラッシュランプFLおよび上側加熱部5の複数のフラッシュランプFLからフラッシュ光を出射する。下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLの発光制御は、概ね第1実施形態と同様である。すなわち、制御部3からIGBT96のゲートにパルス信号を出力することによってコンデンサ93から下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLへの電荷の供給を断続し、これらの発光をチョッパ制御している。   At a predetermined time t51, flash light is emitted from the plurality of flash lamps FL of the lower heating unit 4 and the plurality of flash lamps FL of the upper heating unit 5 under the control of the control unit 3. The light emission control of the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL is substantially the same as in the first embodiment. That is, by supplying a pulse signal from the control unit 3 to the gate of the IGBT 96, the supply of electric charges from the capacitor 93 to the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL is intermittently performed, and the light emission is chopper-controlled.

図21は、第5実施形態における下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLの発光出力の出力波形(プロファイル)を示す図である。第5実施形態においては、下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLの発光を時刻t51に同時に開始し、時刻t52に同時に終了している。また、下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLの発光出力の出力波形も同じにしている。すなわち、下側フラッシュランプLFLに対応するIGBT96および上側フラッシュランプUFLに対応するIGBT96に同一のパルス信号を出力することにより、下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLを同時期に同等の出力で発光させているのである。なお、時刻t51から時刻t52までのフラッシュランプFLの発光時間は80ミリ秒としている。   FIG. 21 is a diagram showing output waveforms (profiles) of light emission outputs of the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL in the fifth embodiment. In the fifth embodiment, the light emission of the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL starts simultaneously at time t51 and ends simultaneously at time t52. The output waveforms of the light emission outputs of the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL are also the same. That is, by outputting the same pulse signal to the IGBT 96 corresponding to the lower flash lamp LFL and the IGBT 96 corresponding to the upper flash lamp UFL, the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL emit light at the same time at the same time. It is letting me. The light emission time of the flash lamp FL from time t51 to time t52 is 80 milliseconds.

また、下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLの発光出力がピーク到達後に発光終了時点(時刻t52)に向けて徐々に小さくなってゼロに漸近するようにしている。具体的には、時刻t51から時刻t52にかけてパルス幅が徐々に短くなるとともにパルス間隔が徐々に長くなる複数のパルスを設定したパルス信号を下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLに対応するIGBT96に出力する。これにより、下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLは、時刻t51から時刻t52までの80ミリ秒間発光し、その発光出力はピーク到達後に時刻t52に向けて徐々に小さくなってゼロに漸近する。   Further, the light emission outputs of the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL are gradually decreased toward the light emission end point (time t52) after reaching the peak, and gradually approach zero. Specifically, a pulse signal in which a plurality of pulses having a pulse width gradually decreasing and a pulse interval gradually increasing from time t51 to time t52 is set to the IGBT 96 corresponding to the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL. Output. Thus, the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL emit light for 80 milliseconds from time t51 to time t52, and the light emission output gradually decreases toward time t52 after reaching the peak and gradually approaches zero.

ベルヌーイチャック170に非接触で保持された半導体ウェハーWの表面および裏面に同時期に同等の出力にてフラッシュ光を照射することにより、半導体ウェハーWが表裏からフラッシュ加熱される。なお、下側フラッシュランプLFLから出射されたフラッシュ光は、石英のベルヌーイチャック170を透過し、ベルヌーイチャック170に非接触保持された半導体ウェハーWの裏面に照射される。このような表裏両面からのフラッシュ加熱により、図20に示すように、半導体ウェハーWの表面および裏面が時刻t51から時刻t52にかけて急速に昇温して目標温度(1050℃)にまで到達する。また、フラッシュ加熱による半導体ウェハーWの表裏面の昇温速度は毎秒1000℃以上、毎秒40000℃以下となるようにしている。   By irradiating the front and back surfaces of the semiconductor wafer W held in a non-contact manner with the Bernoulli chuck 170 with flash light at the same time, the semiconductor wafer W is flash-heated from the front and back surfaces. The flash light emitted from the lower flash lamp LFL passes through the quartz Bernoulli chuck 170 and is irradiated on the back surface of the semiconductor wafer W held in non-contact with the Bernoulli chuck 170. As shown in FIG. 20, the front and back surfaces of the semiconductor wafer W are rapidly heated from time t51 to time t52 to reach the target temperature (1050 ° C.) by flash heating from both the front and back surfaces. In addition, the heating rate of the front and back surfaces of the semiconductor wafer W by flash heating is set to 1000 ° C. or more and 40000 ° C. or less per second.

図22は、第5実施形態における半導体ウェハーWの厚さ方向における温度分布を示す図である。同図は、時刻t52に半導体ウェハーWの表面が目標温度に到達した時点での温度分布を示している。また、同図においては第1実施形態と同様に、半導体ウェハーWの表面からの深さを横軸に示している。   FIG. 22 is a diagram showing a temperature distribution in the thickness direction of the semiconductor wafer W in the fifth embodiment. This figure shows the temperature distribution at the time when the surface of the semiconductor wafer W reaches the target temperature at time t52. Moreover, in the same figure, the depth from the surface of the semiconductor wafer W is shown on the horizontal axis similarly to 1st Embodiment.

半導体ウェハーWの表面および裏面はともに時刻t52に目標温度に同時に到達する。また、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーWの表面で発生した熱は裏面側へと伝わり、裏面で発生した熱は表面側へと伝わる。その結果、図22に示すように、半導体ウェハーWの表面および裏面が互いに等しい最高温度となり、厚さ方向の中央部に最低温度領域が現出する。従って、半導体ウェハーWの表面および裏面に同程度の熱膨張が生じ、最も温度の低い半導体ウェハーWの厚さ方向中央部近傍に引張応力が作用することとなる。   Both the front and back surfaces of the semiconductor wafer W simultaneously reach the target temperature at time t52. Further, the heat generated on the front surface of the semiconductor wafer W due to the flash light irradiation is transmitted to the back surface side, and the heat generated on the back surface is transmitted to the front surface side. As a result, as shown in FIG. 22, the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W have the same maximum temperature, and the lowest temperature region appears at the center in the thickness direction. Therefore, the same degree of thermal expansion occurs on the front and back surfaces of the semiconductor wafer W, and tensile stress acts near the central portion in the thickness direction of the semiconductor wafer W having the lowest temperature.

時刻t52に上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLによる同時期・同出力のフラッシュ光照射が終了すると、半導体ウェハーWの温度が表裏ともに降温する。半導体ウェハーWの温度が所定以下にまで降温した後、移載部79が待機位置からベルヌーイチャック170の下側に水平移動した後、鉛直方向に沿って上昇し、移載部79のピンが処理後の半導体ウェハーWを持ち上げてベルヌーイチャック170から離間させる。そして、搬送開口部66が開放されて搬送ロボットのハンドがチャンバー6内に進入し、半導体ウェハーWの直下にて停止する。続いて、移載部79が下降して搬送ロボットのハンドに半導体ウェハーWを渡す。その後、半導体ウェハーWを受け取った搬送ロボットのハンドがチャンバー6から退出することにより半導体ウェハーWが搬出され、熱処理装置1aにおけるフラッシュ加熱処理が完了する。   At the time t52, when the irradiation with the flash light of the same time and the same output by the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL is completed, the temperature of the semiconductor wafer W is lowered on both sides. After the temperature of the semiconductor wafer W is lowered to a predetermined level or lower, the transfer unit 79 moves horizontally from the standby position to the lower side of the Bernoulli chuck 170 and then rises along the vertical direction, and the pins of the transfer unit 79 are processed. The subsequent semiconductor wafer W is lifted away from the Bernoulli chuck 170. Then, the transfer opening 66 is opened, and the hand of the transfer robot enters the chamber 6 and stops just below the semiconductor wafer W. Subsequently, the transfer unit 79 descends and transfers the semiconductor wafer W to the hand of the transfer robot. Thereafter, the hand of the transfer robot that has received the semiconductor wafer W is withdrawn from the chamber 6 to carry out the semiconductor wafer W, and the flash heat treatment in the heat treatment apparatus 1a is completed.

第5実施形態においては、室温の半導体ウェハーWの表面および裏面に同時期に同等の出力にてフラッシュ光を照射している。これにより、時刻t51から時刻t52にかけて半導体ウェハーWの表面および裏面が同様に昇温して最高温度である目標温度に到達する。そして、フラッシュ光照射期間中には、半導体ウェハーWの表面および裏面が常に最高温度となり、厚さ方向の中央部が常に最低温度となるような温度分布が生じる。従って、半導体ウェハーWの表面および裏面には同程度の熱膨張が生じることとなり、これらの一方面に対して他方面の熱膨張に起因した引張応力は作用しない。その一方、最も温度の低い半導体ウェハーWの厚さ方向中央部近傍には、表面および裏面の熱膨張による引張応力が作用する。   In the fifth embodiment, the front and back surfaces of the semiconductor wafer W at room temperature are irradiated with flash light at the same time at the same output. Thereby, from the time t51 to the time t52, the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W are similarly heated and reach the target temperature which is the maximum temperature. During the flash light irradiation period, a temperature distribution is generated such that the front and back surfaces of the semiconductor wafer W are always at the highest temperature, and the central portion in the thickness direction is always at the lowest temperature. Therefore, the same degree of thermal expansion occurs on the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W, and the tensile stress resulting from the thermal expansion of the other surface does not act on these one surfaces. On the other hand, tensile stress due to thermal expansion of the front and back surfaces acts in the vicinity of the central portion in the thickness direction of the semiconductor wafer W having the lowest temperature.

このため、第1実施形態と同様に、仮に前工程にて半導体ウェハーWの裏面に傷が形成されていたとしても、その裏面には引張応力がほとんど作用しないため、傷を起点としたフラッシュ光照射時の半導体ウェハーWの割れを防止することができる。また、第1実施形態と同様に、半導体ウェハーWの厚さ方向における最高温度と最低温度との温度差を小さくすることによっても、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーWの割れを抑制することができる。   For this reason, as in the first embodiment, even if a flaw is formed on the back surface of the semiconductor wafer W in the previous step, a tensile stress hardly acts on the back surface. The crack of the semiconductor wafer W at the time of irradiation can be prevented. Similarly to the first embodiment, cracking of the semiconductor wafer W during flash light irradiation can also be suppressed by reducing the temperature difference between the maximum temperature and the minimum temperature in the thickness direction of the semiconductor wafer W. .

また、第5実施形態においては、ハロゲンランプによる予備加熱を行うことなく、下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLからのフラッシュ光照射のみによって半導体ウェハーWを室温から1000℃以上の目標温度にまで到達させている。従来、特許文献1に開示されるようなホットプレートによって予備加熱を行う場合には1分程度の予備加熱時間が必要となり、ハロゲンランプによって予備加熱を行う場合であっても数秒程度の時間を必要としていたところ、フラッシュ光照射のみによって半導体ウェハーWを目標温度まで加熱すれば1秒以内に全ての熱処理を完了させることができる(第5実施形態では約0.1秒)。従って、熱処理装置1aにおける処理時間を顕著に短時間とすることができ、スループットを大幅に高めることができる。また、処理時間が短時間となれば、チャンバー側部63などの部材の不要な温度上昇を抑制することもでき、フラッシュ光照射後の半導体ウェハーWの降温速度を高速にすることができる。   In the fifth embodiment, the semiconductor wafer W is brought from room temperature to a target temperature of 1000 ° C. or higher only by flash light irradiation from the lower flash lamp LFL and upper flash lamp UFL without preheating with a halogen lamp. Is reaching. Conventionally, when preheating is performed using a hot plate as disclosed in Patent Document 1, a preheating time of about 1 minute is required, and even when preheating is performed using a halogen lamp, a time of about several seconds is required. However, if the semiconductor wafer W is heated to the target temperature only by flash light irradiation, all heat treatments can be completed within 1 second (about 0.1 second in the fifth embodiment). Therefore, the processing time in the heat treatment apparatus 1a can be remarkably shortened, and the throughput can be significantly increased. In addition, if the processing time is short, an unnecessary temperature rise of members such as the chamber side portion 63 can be suppressed, and the temperature lowering rate of the semiconductor wafer W after the flash light irradiation can be increased.

また、第5実施形態においては、透明なベルヌーイチャック170がベルヌーイ効果によって半導体ウェハーWを非接触で保持しているため、昇温した半導体ウェハーWからベルヌーイチャック170への熱伝導はほとんど生じない。半導体ウェハーWがチャックに接触して保持されていると、その接触部位近傍のみで熱伝導が生じて温度が低下し、面内温度分布が不均一となることがある。第2実施形態では、半導体ウェハーWからベルヌーイチャック170への熱伝導がほとんど生じないため、そのような部分的な温度低下も生じず、半導体ウェハーWの面内温度分布を均一にすることができる。   In the fifth embodiment, since the transparent Bernoulli chuck 170 holds the semiconductor wafer W in a non-contact manner by the Bernoulli effect, almost no heat conduction from the heated semiconductor wafer W to the Bernoulli chuck 170 occurs. When the semiconductor wafer W is held in contact with the chuck, heat conduction occurs only in the vicinity of the contact portion, the temperature is lowered, and the in-plane temperature distribution may be uneven. In the second embodiment, since heat conduction from the semiconductor wafer W to the Bernoulli chuck 170 hardly occurs, such a partial temperature drop does not occur, and the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W can be made uniform. .

もっとも、ベルヌーイチャック170は、噴出孔174から半導体ウェハーWの下面周縁部に窒素を噴出してベルヌーイ効果を生じさせているため、その気流によって半導体ウェハーWの周縁部の温度が低下することはある。しかし、第5実施形態ではフラッシュ光照射のみによって1秒以内に全ての熱処理を完了させているため、その極めて短い時間では噴出気流による温度低下の影響はほとんど生じない。   However, since the Bernoulli chuck 170 generates the Bernoulli effect by jetting nitrogen from the ejection hole 174 to the peripheral edge of the lower surface of the semiconductor wafer W, the temperature of the peripheral edge of the semiconductor wafer W may be lowered by the air flow. . However, in the fifth embodiment, all the heat treatments are completed within 1 second only by flash light irradiation, and therefore, the influence of the temperature drop due to the jet airflow hardly occurs in that very short time.

また、半導体ウェハーWはベルヌーイチャック170から浮上して非接触保持されているため、フラッシュ光照射時に急激な温度変化によって半導体ウェハーWが変形したとしても、その変形を拘束するような応力は作用しない。これによっても、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーWの割れを防止することができる。   In addition, since the semiconductor wafer W floats from the Bernoulli chuck 170 and is held in a non-contact manner, even if the semiconductor wafer W is deformed due to a rapid temperature change at the time of flash light irradiation, stress that restricts the deformation does not act. . This can also prevent cracking of the semiconductor wafer W during flash light irradiation.

さらに、第5実施形態においては、下側フラッシュランプLFLおよび上側フラッシュランプUFLの発光出力がピーク到達後に発光終了時点に向けて徐々に小さくなってゼロに漸近するようにしている。これにより、フラッシュ光照射の終了時点において、半導体ウェハーWの表裏面が過度に昇温するのを防止することができる。また、ウェハー深さ方向における温度差がフラッシュ光照射の終了時点に向けて徐々に滑らかに小さくなるようにすることができる。その結果、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーWに作用する熱応力を緩和してウェハー割れをより確実に防止することができる。   Further, in the fifth embodiment, the light emission outputs of the lower flash lamp LFL and the upper flash lamp UFL gradually decrease toward the end of light emission after reaching the peak and gradually approach zero. Thereby, it is possible to prevent the front and back surfaces of the semiconductor wafer W from being excessively heated at the end of the flash light irradiation. Further, the temperature difference in the wafer depth direction can be gradually and gradually reduced toward the end of the flash light irradiation. As a result, the thermal stress acting on the semiconductor wafer W at the time of flash light irradiation can be relieved and wafer cracking can be prevented more reliably.

<変形例>
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射期間の始期および終期を図23から図25に示すようなものとしても良い。図23から図25は、上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射期間を示すタイミングチャートであり、上側フラッシュランプUFLのフラッシュ光照射期間を実線にて示し、下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射期間を点線にて示している。
<Modification>
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit of the present invention. For example, the start and end of the flash light irradiation period of the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL may be as shown in FIGS. 23 to 25 are timing charts showing flash light irradiation periods of the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL. The flash light irradiation period of the upper flash lamp UFL is indicated by a solid line, and the lower flash lamp LFL The flash light irradiation period is indicated by a dotted line.

図23は、上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射期間の始期が同時のケースである。図23(a)は、上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射を同時に開始して同時に終了する例であり、上記第1実施形態のケースに相当する。また、図23(b)は、上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射を同時に開始し、下側フラッシュランプLFLによるウェハー裏面へのフラッシュ光照射を先行して終了する例である。さらに、図23(c)は、上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射を同時に開始し、上側フラッシュランプUFLによるウェハー表面へのフラッシュ光照射を先行して終了する例である。   FIG. 23 shows a case where the beginning of the flash light irradiation period of the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL is the same. FIG. 23A shows an example in which the flash light irradiation of the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL starts simultaneously and ends simultaneously, and corresponds to the case of the first embodiment. FIG. 23B is an example in which the flash light irradiation of the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL is started at the same time, and the flash light irradiation to the wafer back surface by the lower flash lamp LFL is terminated in advance. . Further, FIG. 23C is an example in which the flash light irradiation of the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL is started simultaneously, and the flash light irradiation on the wafer surface by the upper flash lamp UFL is terminated in advance.

図24は、上側フラッシュランプUFLによる半導体ウェハーWの表面へのフラッシュ光照射を下側フラッシュランプLFLに先行して開始するケースである。図24(a)は、上側フラッシュランプUFLのフラッシュ光照射を先行して開始し、上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射を同時に終了する例である。また、図24(b)は、上側フラッシュランプUFLのフラッシュ光照射を先行して開始し、下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射を先行して終了する例である。さらに、図24(c)は、上側フラッシュランプUFLのフラッシュ光照射を先行して開始し、先行して終了する例である。   FIG. 24 shows a case where irradiation of flash light on the surface of the semiconductor wafer W by the upper flash lamp UFL is started prior to the lower flash lamp LFL. FIG. 24A shows an example in which the flash light irradiation of the upper flash lamp UFL is started in advance, and the flash light irradiation of the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL is simultaneously ended. FIG. 24B is an example in which the flash light irradiation of the upper flash lamp UFL is started in advance and the flash light irradiation of the lower flash lamp LFL is ended in advance. Further, FIG. 24C is an example in which the flash light irradiation of the upper flash lamp UFL is started in advance and ended in advance.

図25は、下側フラッシュランプLFLによる半導体ウェハーWの裏面へのフラッシュ光照射を上側フラッシュランプUFLに先行して開始するケースである。図25(a)は、下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射を先行して開始し、上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射を同時に終了する例である。また、図25(b)は、下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射を先行して開始し、先行して終了する例であり、第4実施形態のケースに相当する。さらに、図25(c)は、下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射を先行して開始し、上側フラッシュランプUFLのフラッシュ光照射を先行して終了する例である。   FIG. 25 shows a case where irradiation of flash light on the back surface of the semiconductor wafer W by the lower flash lamp LFL is started prior to the upper flash lamp UFL. FIG. 25A shows an example in which the flash light irradiation of the lower flash lamp LFL is started in advance, and the flash light irradiation of the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL is simultaneously ended. FIG. 25B is an example in which the flash light irradiation of the lower flash lamp LFL is started in advance and ended in advance, and corresponds to the case of the fourth embodiment. Further, FIG. 25C is an example in which the flash light irradiation of the lower flash lamp LFL is started in advance and the flash light irradiation of the upper flash lamp UFL is ended in advance.

図23から図25に示すように、上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射のタイミングについては種々の組み合わせが可能である。但し、いずれの組み合わせであったとしても、上側フラッシュランプUFLのフラッシュ光照射期間および下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射期間の少なくとも一部は互いに重なり合うようにしている。このようにすれば、その重なり合っている期間では半導体ウェハーWの表面および裏面に同時期にフラッシュ光が照射されることとなり、最低温度領域は半導体ウェハーWの厚さ方向の内部に存在する。従って、半導体ウェハーWの裏面に傷が形成されていたとしても、その裏面には引張応力がほとんど作用しないため、傷を起点としたフラッシュ光照射時の半導体ウェハーWの割れを防止することができる。   As shown in FIGS. 23 to 25, various combinations of flash light irradiation timings of the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL are possible. However, in any combination, at least part of the flash light irradiation period of the upper flash lamp UFL and the flash light irradiation period of the lower flash lamp LFL overlap each other. In this way, in the overlapping period, the front and back surfaces of the semiconductor wafer W are irradiated with flash light at the same time, and the lowest temperature region exists inside the thickness direction of the semiconductor wafer W. Therefore, even if a scratch is formed on the back surface of the semiconductor wafer W, since the tensile stress hardly acts on the back surface, it is possible to prevent the semiconductor wafer W from being cracked during flash light irradiation starting from the scratch. .

図23から図25に示した例において、上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射時間は特に限定されるものではなく、IGBT96に出力するパルス信号の波形によって適宜に設定することができる。もっとも、上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射期間の総時間は1秒以下である。また、下側フラッシュランプLFLのフラッシュ光照射期間については、半導体ウェハーWの裏面から表面への熱伝導に要する熱伝導時間よりも長くした方が表面への熱伝導によって表面のフラッシュ加熱を補助できるため、全体としての加熱効率が高まる。   In the example shown in FIGS. 23 to 25, the flash light irradiation time of the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL is not particularly limited, and may be set as appropriate according to the waveform of the pulse signal output to the IGBT 96. it can. However, the total flash irradiation period of the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL is 1 second or less. Further, the flash light irradiation period of the lower flash lamp LFL is longer than the heat conduction time required for heat conduction from the back surface to the surface of the semiconductor wafer W, so that the surface flash heating can be assisted by heat conduction to the surface. Therefore, the heating efficiency as a whole increases.

また、図23から図25に示した例において、上側フラッシュランプUFLおよび下側フラッシュランプLFLの発光出力は、同じであっても良いし、互いに異なるものであっても良い。   In the example shown in FIGS. 23 to 25, the light emission outputs of the upper flash lamp UFL and the lower flash lamp LFL may be the same or different from each other.

また、第5実施形態のベルヌーイチャックを図26に示すようなものとしても良い。図26において、図19と同一の要素については同一の符号を付している。図19のベルヌーイチャック170が面一の載置面171を備えていたのに対して、図26のベルヌーイチャック170aは円環状の載置部177を備えている。円環状の載置部177の径は、半導体ウェハーWの径よりも小さい。その載置部177の周囲を取り囲むように円環形状の凹部172が設けられている。   Further, the Bernoulli chuck of the fifth embodiment may be as shown in FIG. In FIG. 26, the same elements as those in FIG. 19 are denoted by the same reference numerals. The Bernoulli chuck 170 in FIG. 19 has the same mounting surface 171, whereas the Bernoulli chuck 170 a in FIG. 26 has an annular mounting portion 177. The diameter of the annular mounting portion 177 is smaller than the diameter of the semiconductor wafer W. An annular recess 172 is provided so as to surround the periphery of the mounting portion 177.

載置部177の側面はテーパ面とされている。そして、ベルヌーイチャック170aの天井部の石英壁面には、載置部177の内周側テーパ面の傾斜に沿うように噴出孔174が形成されている。よって、噴出孔174から斜め上方に向けて噴出された窒素ガスは、そのまま載置部177の内周側テーパ面に沿って流れる。ベルヌーイチャック170aの残余の構成については図19のベルヌーイチャック170と同じである。   The side surface of the mounting portion 177 is a tapered surface. An ejection hole 174 is formed in the quartz wall surface of the ceiling portion of the Bernoulli chuck 170a so as to follow the inclination of the inner peripheral side tapered surface of the mounting portion 177. Therefore, the nitrogen gas ejected obliquely upward from the ejection hole 174 flows along the inner peripheral side tapered surface of the mounting portion 177 as it is. The remaining configuration of the Bernoulli chuck 170a is the same as that of the Bernoulli chuck 170 of FIG.

ベルヌーイチャック170aの載置部177に半導体ウェハーWが載置されているときにチャック用ガス供給部180が中空部173に窒素を供給すると、噴出孔174から半導体ウェハーWの下面周縁部に向けて窒素が噴出される。図26に示すように、噴出された窒素は載置部177の内周側テーパ面に沿って斜め上方に流れ、載置部177の頂上部に載置された半導体ウェハーWを載置部177から若干浮上させる。そして、半導体ウェハーWの下面周縁部と載置部177との間にできた隙間に、半導体ウェハーWの中心側から端縁部に向かう窒素ガス流が形成される。半導体ウェハーWと載置部177との間にできた隙間に窒素の気体流が形成されることにより、ベルヌーイ効果によって半導体ウェハーWには周辺雰囲気から載置部177に向けて押し付けるような圧力が作用する。よって、第5実施形態と同様に、窒素の噴出圧力と窒素流のベルヌーイ効果とによってベルヌーイチャック170aは半導体ウェハーWを非接触で吸着保持することができる。   When the chuck gas supply unit 180 supplies nitrogen to the hollow portion 173 when the semiconductor wafer W is mounted on the mounting portion 177 of the Bernoulli chuck 170a, the nozzle hole 174 is directed toward the lower surface peripheral portion of the semiconductor wafer W. Nitrogen is blown out. As shown in FIG. 26, the ejected nitrogen flows obliquely upward along the inner peripheral side taper surface of the mounting portion 177, and the semiconductor wafer W placed on the top of the mounting portion 177 passes through the mounting portion 177. To surface slightly. Then, a nitrogen gas flow from the center side of the semiconductor wafer W toward the edge portion is formed in the gap formed between the peripheral surface of the lower surface of the semiconductor wafer W and the mounting portion 177. By forming a nitrogen gas flow in the gap formed between the semiconductor wafer W and the mounting portion 177, the Bern wafer effect causes the semiconductor wafer W to be pressed against the mounting portion 177 from the surrounding atmosphere. Works. Therefore, as in the fifth embodiment, the Bernoulli chuck 170a can adsorb and hold the semiconductor wafer W in a non-contact manner by the nitrogen ejection pressure and the Bernoulli effect of the nitrogen flow.

また、遮光部材71の材質は、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などのセラミックに限定されるものではなく、フラッシュランプFLおよびハロゲンランプHLからの光に対して不透明な材質であれば良く、例えば不透明石英などであっても良い。不透明石英は、例えば、石英に微小な気泡を含有させて遮光機能を有するようにしたものである。また、遮光部材71は、金属製(例えば、ステンレススチール製)であっても良い。遮光部材71を金属製とする場合には、フラッシュ光照射に耐えられるように遮光部材71を水冷するとともに、遮光部材71の表面を鏡面とするのが好ましい。ステンレススチール製のチャンバー側部63の一部でもって遮光部材71を形成するようにしても良い。   The material of the light shielding member 71 is not limited to ceramic such as silicon carbide, aluminum nitride, boron nitride, and may be any material that is opaque to the light from the flash lamp FL and the halogen lamp HL. It may be opaque quartz. The opaque quartz is, for example, made by containing fine bubbles in quartz so as to have a light shielding function. The light shielding member 71 may be made of metal (for example, stainless steel). When the light shielding member 71 is made of metal, it is preferable that the light shielding member 71 is water-cooled so that it can withstand flash light irradiation and that the surface of the light shielding member 71 is a mirror surface. The light shielding member 71 may be formed by a part of the chamber side portion 63 made of stainless steel.

また、ベルヌーイチャック170のうちの保持する半導体ウェハーWよりも外側の領域を不透明石英にて形成するようにしても良い。このようにすれば、上側加熱部5からの光が半導体ウェハーWの周縁部外方を回り込んで下面周縁部に到達してその周縁部を加熱することが防がれる。同様に、下側加熱部4からの光が半導体ウェハーWの周縁部外方を回り込んで上面周縁部に到達し、周縁部を加熱することも防止される。   Further, an area outside the semiconductor wafer W held in the Bernoulli chuck 170 may be formed of opaque quartz. In this way, it is possible to prevent the light from the upper heating unit 5 from going around the outer periphery of the semiconductor wafer W and reaching the lower surface periphery to heat the periphery. Similarly, the light from the lower heating unit 4 is prevented from going around the outer periphery of the semiconductor wafer W to reach the upper surface periphery and heating the periphery.

また、半導体ウェハーの表面にニッケル膜を成膜し、本発明に係る熱処理装置によってフラッシュ加熱処理を施してニッケルシリサイドを形成するようにしても良い(シリサイド化)。さらに、半導体ウェハーの表面にハフニウムなどを含む高誘電率膜(High-k膜)を形成し、本発明に係る熱処理装置によってフラッシュ加熱処理を施して高誘電率膜の結晶化を促進するようにしても良い(PDA:Post Deposition Anneal)。   Alternatively, a nickel film may be formed on the surface of the semiconductor wafer, and flash heat treatment may be performed by a heat treatment apparatus according to the present invention to form nickel silicide (silicidation). Further, a high dielectric constant film (High-k film) containing hafnium or the like is formed on the surface of the semiconductor wafer, and flash heat treatment is performed by the heat treatment apparatus according to the present invention to promote crystallization of the high dielectric constant film. (PDA: Post Deposition Anneal).

また、本発明に係る熱処理技術によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。   The substrate to be processed by the heat treatment technique according to the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and may be a glass substrate or a solar cell substrate used for a liquid crystal display device or the like.

1,1a 熱処理装置
2 排気部
3 制御部
4 下側加熱部
5 上側加熱部
6 チャンバー
7 保持部
8 ガス供給部
65 熱処理空間
71 遮光部材
72 支持リング
79 移載部
96 IGBT
170,170a ベルヌーイチャック
FL フラッシュランプ
HL ハロゲンランプ
LFL 下側フラッシュランプ
UFL 上側フラッシュランプ
W 半導体ウェハー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1a Heat processing apparatus 2 Exhaust part 3 Control part 4 Lower side heating part 5 Upper side heating part 6 Chamber 7 Holding part 8 Gas supply part 65 Heat processing space 71 Light-shielding member 72 Support ring 79 Transfer part 96 IGBT
170, 170a Bernoulli chuck FL Flash lamp HL Halogen lamp LFL Lower flash lamp UFL Upper flash lamp W Semiconductor wafer

Claims (13)

基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を支持する支持部材と、
前記支持部材に支持された基板の裏面にフラッシュ光を照射して前記基板を裏面から加熱する第1フラッシュランプと、
前記支持部材に支持された基板の表面にフラッシュ光を照射して前記基板を表面から加熱する第2フラッシュランプと、
を備え、
前記第1フラッシュランプのフラッシュ光照射期間および前記第2フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の少なくとも一部は互いに重なり合うことを特徴とする熱処理装置。
A heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with flash light,
A chamber for housing the substrate;
A support member for supporting the substrate in the chamber;
A first flash lamp that irradiates the back surface of the substrate supported by the support member with flash light to heat the substrate from the back surface;
A second flash lamp that irradiates the surface of the substrate supported by the support member with flash light to heat the substrate from the surface;
With
At least part of the flash light irradiation period of the first flash lamp and the flash light irradiation period of the second flash lamp overlap each other.
請求項1記載の熱処理装置において、
前記第1フラッシュランプの発光出力と前記第2フラッシュランプの発光出力とは異なることを特徴とする熱処理装置。
The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein
A heat treatment apparatus, wherein a light emission output of the first flash lamp is different from a light emission output of the second flash lamp.
請求項1または請求項2記載の熱処理装置において、
前記第1フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の始期と前記第2フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の始期とは異なることを特徴とする熱処理装置。
In the heat treatment apparatus according to claim 1 or 2,
A heat treatment apparatus, wherein a start time of a flash light irradiation period of the first flash lamp is different from a start time of a flash light irradiation period of the second flash lamp.
請求項1から請求項3のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記第1フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の終期と前記第2フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の終期とは異なることを特徴とする熱処理装置。
In the heat processing apparatus in any one of Claims 1-3,
An end of a flash light irradiation period of the first flash lamp is different from an end of a flash light irradiation period of the second flash lamp.
請求項4記載の熱処理装置において、
前記第1フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の終期は、前記裏面から前記表面への熱伝導に要する熱伝導時間以内の範囲で前記第2フラッシュランプのフラッシュ光照射期間の終期よりも早いことを特徴とする熱処理装置。
The heat treatment apparatus according to claim 4, wherein
The end of the flash light irradiation period of the first flash lamp is earlier than the end of the flash light irradiation period of the second flash lamp within a heat conduction time required for heat conduction from the back surface to the front surface. Heat treatment equipment.
請求項1から請求項5のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記第1フラッシュランプおよび前記第2フラッシュランプは棒状ランプであり、
前記第1フラッシュランプと前記第2フラッシュランプとは互いに直交するように配置されることを特徴とする熱処理装置。
In the heat processing apparatus in any one of Claims 1-5,
The first flash lamp and the second flash lamp are bar lamps;
The heat treatment apparatus, wherein the first flash lamp and the second flash lamp are arranged to be orthogonal to each other.
請求項1から請求項6のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記支持部材の周囲に前記第1フラッシュランプと前記第2フラッシュランプとの間を遮光する遮光部材を設けることを特徴とする熱処理装置。
In the heat processing apparatus in any one of Claims 1-6,
A heat treatment apparatus, comprising: a light shielding member that shields light between the first flash lamp and the second flash lamp around the support member.
請求項1から請求項7のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記支持部材は、石英にて形成され、ベルヌーイ効果によって前記基板を非接触で保持するベルヌーイチャックを含むことを特徴とする熱処理装置。
In the heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 7,
The heat treatment apparatus, wherein the support member is made of quartz and includes a Bernoulli chuck that holds the substrate in a non-contact manner by a Bernoulli effect.
基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法であって、
チャンバー内にて支持部材に支持された基板の裏面にフラッシュ光を照射して前記基板を裏面から加熱する裏面フラッシュ加熱工程と、
前記支持部材に支持された前記基板の表面にフラッシュ光を照射して前記基板を表面から加熱する表面フラッシュ加熱工程と、
を備え、
前記裏面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間および前記表面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の少なくとも一部は互いに重なり合うことを特徴とする熱処理方法。
A heat treatment method for heating a substrate by irradiating the substrate with flash light,
A back flash heating step of heating the substrate from the back surface by irradiating flash light on the back surface of the substrate supported by the support member in the chamber;
A surface flash heating step of heating the substrate from the surface by irradiating the surface of the substrate supported by the support member with flash light;
With
At least part of the flash light irradiation period in the back surface flash heating step and the flash light irradiation period in the front surface flash heating step overlap each other.
請求項9記載の熱処理方法において、
前記裏面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光の発光出力と前記表面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光の発光出力とは異なることを特徴とする熱処理方法。
The heat treatment method according to claim 9, wherein
The light-emitting output of the flash light in the said back surface flash heating process differs from the light-emitting output of the flash light in the said surface flash heating process.
請求項9または請求項10記載の熱処理方法において、
前記裏面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の始期と前記表面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の始期とは異なることを特徴とする熱処理方法。
In the heat treatment method according to claim 9 or 10,
A heat treatment method, wherein a start time of a flash light irradiation period in the back surface flash heating step is different from a start time of a flash light irradiation period in the front surface flash heating step.
請求項9から請求項11のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記裏面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の終期と前記表面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の終期とは異なることを特徴とする熱処理方法。
In the heat treatment method according to any one of claims 9 to 11,
A heat treatment method, wherein the end of the flash light irradiation period in the back surface flash heating step is different from the end of the flash light irradiation period in the front surface flash heating step.
請求項12記載の熱処理方法において、
前記裏面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の終期は、前記裏面から前記表面への熱伝導に要する熱伝導時間以内の範囲で前記表面フラッシュ加熱工程でのフラッシュ光照射期間の終期よりも早いことを特徴とする熱処理方法。
The heat treatment method according to claim 12,
The end of the flash light irradiation period in the back surface flash heating process is earlier than the end of the flash light irradiation period in the front surface flash heating process within a heat conduction time required for heat conduction from the back surface to the surface. A heat treatment method characterized by the above.
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