JP2014045067A - Heat treatment method and heat treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
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当該基板を加熱する熱処理方法および熱処理装置に関する。 The present invention relates to a heat treatment method and a heat treatment apparatus 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. .
従来より、イオン(不純物)注入後の半導体ウェハーの不純物活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したランプアニール装置が一般的に使用されていた。このようなランプアニール装置においては、半導体ウェハーを、例えば、1000℃ないし1100℃程度の温度に加熱(アニール)することにより、半導体ウェハーの不純物活性化を実行している。そして、このような熱処理装置においては、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用することにより、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する構成となっている。 Conventionally, a lamp annealing apparatus using a halogen lamp has been generally used in an impurity activation process of a semiconductor wafer after ion (impurity) implantation. In such a lamp annealing apparatus, the semiconductor wafer is heated (annealed) to a temperature of about 1000 ° C. to 1100 ° C., for example, to activate the impurities of the semiconductor wafer. In such a heat treatment apparatus, the temperature of the substrate is raised at a rate of several hundred degrees per second by using the energy of light irradiated from the halogen lamp.
一方、近年、半導体デバイスの高集積化が進展し、ゲート長が短くなるにつれて接合深さも浅くすることが望まれている。しかしながら、毎秒数百度程度の速度で半導体ウェハーを昇温する上記ランプアニール装置を使用して半導体ウェハーの不純物活性化を実行した場合においても、半導体ウェハーに打ち込まれたボロンやリン等の不純物が熱によって深く拡散するという現象が生ずることが判明した。このような現象が発生した場合においては、接合深さが要求よりも深くなり過ぎ、良好なデバイス形成に支障が生じることが懸念される。 On the other hand, in recent years, as semiconductor devices have been highly integrated, it is desired to reduce the junction depth as the gate length becomes shorter. However, even when the impurity activation of the semiconductor wafer is performed using the above-described lamp annealing apparatus that raises the temperature of the semiconductor wafer at a speed of about several hundred degrees per second, impurities such as boron and phosphorus implanted in the semiconductor wafer are heated. It was found that the phenomenon of deep diffusion occurs. When such a phenomenon occurs, there is a concern that the junction depth becomes deeper than required, which hinders good device formation.
このため、キセノンフラッシュランプ(以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する)を使用して半導体ウェハーの表面に閃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(数ミリセカンド以下)に昇温させる技術が提案されている。キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーに閃光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハーを急速に昇温することが可能である。また、数ミリセカンド以下の極めて短時間の閃光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。このため、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。 For this reason, only the surface of the semiconductor wafer into which impurities have been implanted is irradiated by flashing the surface of the semiconductor wafer using a xenon flash lamp (hereinafter simply referred to as “flash lamp” means xenon flash lamp). There has been proposed a technique for raising the temperature of the material in an extremely short time (several milliseconds or less). The radiation spectral distribution of a xenon flash lamp ranges from the ultraviolet region to the near infrared region, has a shorter wavelength than the conventional halogen lamp, and almost coincides with the fundamental absorption band of a silicon semiconductor wafer. Therefore, when the semiconductor wafer is irradiated with flash light from the xenon flash lamp, the semiconductor wafer can be rapidly heated with little transmitted light. It has also been found that if the flash irradiation is performed for a very short time of several milliseconds or less, only the vicinity of the surface of the semiconductor wafer can be selectively heated. For this reason, if the temperature is raised by a flash lamp for a very short time, only impurity activation can be performed without deeply diffusing the impurities.
ところが、フラッシュランプを使用した熱処理装置では極めて短時間に非常に巨大な光エネルギーをウェハー表面に照射するため、その表面温度が急速に上昇し、ウェハーの表面のみが急激に膨張することとなる。そして、フラッシュランプから照射するエネルギーが過剰であると、表面のみが急激に膨張した結果ウェハー表面にスリップが生じたり、最悪の場合ウェハー割れが生じることも判明している。一方、照射エネルギーが少ないと不純物活性化を行うことができない。従って、フラッシュランプから照射する光エネルギーの範囲を適正化することが重要となる。 However, in a heat treatment apparatus using a flash lamp, a very large amount of light energy is irradiated onto the wafer surface in a very short time, so that the surface temperature rises rapidly and only the wafer surface expands rapidly. It has also been found that if the energy irradiated from the flash lamp is excessive, only the surface expands rapidly, resulting in slippage on the wafer surface, or in the worst case, wafer cracking. On the other hand, if the irradiation energy is low, impurity activation cannot be performed. Therefore, it is important to optimize the range of light energy emitted from the flash lamp.
一般に、照射時間が極めて短いフラッシュランプの場合、半導体ウェハーの温度測定結果に基づくランプ出力のフィードバック制御は不可能であるため、パターン形成のなされていないベアウェハーにイオン注入を行い、そのウェハーに実際に光照射を行ってから処理後の特性(例えばシート抵抗値等)を測定し、その結果に基づいてフラッシュランプから照射される光エネルギーを調整するようにしている。 In general, in the case of a flash lamp with an extremely short irradiation time, it is impossible to perform feedback control of the lamp output based on the temperature measurement result of a semiconductor wafer. Therefore, ion implantation is performed on a bare wafer that has not been patterned, and the wafer is actually The characteristics (for example, sheet resistance value) after processing after light irradiation are measured, and the light energy irradiated from the flash lamp is adjusted based on the result.
しかしながら、実際に処理対象となるウェハーはパターン形成がなされたものであり、無地のベアウェハーとは光吸収特性が異なることが多い。通常、同じエネルギーの光を照射したとしても、パターン形成のなされたウェハーの方がベアウェハーよりも多くの光エネルギーを吸収する傾向にある。このため、ベアウェハーにて照射エネルギーの適正化を行ったとしても、実際に処理するウェハーではより多くの光エネルギーを吸収した結果ウェハー割れが生じたりするという問題が発生していた。これを防止するためには、ベアウェハーでの適正照射エネルギー値に対して処理対象のウェハー毎に補正を行わなければならない。 However, the wafer to be actually processed is a pattern-formed wafer, and often has a light absorption characteristic different from that of a plain bare wafer. In general, even when irradiated with light of the same energy, a patterned wafer tends to absorb more light energy than a bare wafer. For this reason, even if the irradiation energy is optimized in the bare wafer, there has been a problem that the wafer to be actually processed absorbs more light energy, resulting in wafer cracking. In order to prevent this, it is necessary to correct the appropriate irradiation energy value on the bare wafer for each wafer to be processed.
このような課題を解決するために、特許文献1〜3には、ベアウェハーおよび実際に処理対象となる半導体ウェハーの反射光強度を測定してそれぞれが吸収する光エネルギー値を算出し、それらに基づいてベアウェハーに対する処理対象ウェハーの光エネルギー吸収比率を求めることが開示されている。そして、その光エネルギー吸収比率とベアウェハーに照射する光の適正エネルギー値とから処理対象ウェハーに照射すべきフラッシュ光の適正エネルギー値を算出する技術が開示されている。 In order to solve such a problem, Patent Documents 1 to 3 calculate the light energy values absorbed by measuring the reflected light intensity of the bare wafer and the semiconductor wafer that is actually processed, and based on them. It is disclosed that the light energy absorption ratio of the wafer to be processed with respect to the bare wafer is obtained. And the technique of calculating the appropriate energy value of the flash light which should be irradiated to a process target wafer from the optical energy absorption ratio and the appropriate energy value of the light irradiated to a bare wafer is disclosed.
しかしながら、一般に光源には強度が波長に依存するという分光特性が存在し、反射光強度を測定する際に使用する連続点灯光源の強度の分光分布とフラッシュランプの強度の分光分布とは相違する。このため、連続点灯光源を用いて半導体ウェハーの反射光強度を測定し、それに基づいてフラッシュ光照射時にウェハーが吸収する光エネルギー等を算定したとしても、実際の吸収エネルギー値とは乖離している可能性があった。また、半導体ウェハーの放射率(または反射率)自体も全ての波長について均一ではなく、分光特性を有しているが、特許文献1〜3に開示の技術においては、半導体ウェハーの分光放射率は考慮されていなかった。このため、フラッシュ光照射時にウェハーが吸収する光エネルギー等を正確に算定できないという問題があった。 However, the light source generally has a spectral characteristic that the intensity depends on the wavelength, and the spectral distribution of the intensity of the continuous lighting light source used when measuring the reflected light intensity is different from the spectral distribution of the intensity of the flash lamp. For this reason, even if the reflected light intensity of a semiconductor wafer is measured using a continuous lighting light source, and the light energy absorbed by the wafer upon flash light irradiation is calculated based on the measured intensity, the actual absorbed energy value is different. There was a possibility. Further, the emissivity (or reflectance) of the semiconductor wafer itself is not uniform for all wavelengths and has spectral characteristics, but in the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3, the spectral emissivity of the semiconductor wafer is It was not considered. For this reason, there has been a problem that it is impossible to accurately calculate the light energy and the like absorbed by the wafer during flash light irradiation.
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に処理対象基板が吸収する光エネルギーを正確に算定することができる熱処理方法および熱処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat treatment method and a heat treatment apparatus capable of accurately calculating the light energy absorbed by the substrate to be treated 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、処理対象基板にフラッシュ光を照射することによって当該処理対象基板を加熱する熱処理方法において、(a) ハロゲンランプの分光強度を取得する工程と、(b) 前記ハロゲンランプから処理対象基板の表面にハロゲン光を照射して得られる反射光の分光強度を測定する工程と、(c) 前記工程(a)にて得られた前記ハロゲンランプの分光強度と前記工程(b)にて得られた反射光の分光強度とから前記処理対象基板の分光放射率を算定する工程と、(d) 前記処理対象基板の分光放射率とフラッシュランプの分光強度とに基づいて、前記フラッシュランプから前記処理対象基板の表面にフラッシュ光を照射したときに前記処理対象基板が吸収する光エネルギーを算定する工程と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 is a heat treatment method for heating a substrate to be processed by irradiating the substrate to be processed with flash light, and (a) obtaining a spectral intensity of a halogen lamp; (b) measuring the spectral intensity of the reflected light obtained by irradiating the surface of the substrate to be processed from the halogen lamp with the halogen light; and (c) spectroscopic analysis of the halogen lamp obtained in the step (a). Calculating the spectral emissivity of the substrate to be processed from the intensity and the spectral intensity of the reflected light obtained in the step (b), and (d) the spectral emissivity of the substrate to be processed and the spectral intensity of the flash lamp. And calculating a light energy absorbed by the substrate to be processed when flash light is irradiated onto the surface of the substrate to be processed from the flash lamp.
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る熱処理方法において、(e) 前記工程(d)にて得られた前記処理対象基板が吸収する光エネルギーからフラッシュ光照射時に前記処理対象基板の表面が到達する温度を算定する工程をさらに備えることを特徴とする。 Further, the invention of claim 2 is the heat treatment method according to the invention of claim 1, in which (e) the processing target is obtained at the time of flash light irradiation from the light energy absorbed by the processing target substrate obtained in the step (d). The method further includes a step of calculating a temperature reached by the surface of the substrate.
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方法において、(f) 前記フラッシュランプの分光強度と当該分光強度のフラッシュ光が照射されたときの処理結果との相関関係とが既知である標準基板の分光放射率を取得する工程と、(g) 前記標準基板の分光放射率と前記フラッシュランプの分光強度とに基づいて、前記フラッシュランプから前記標準基板の表面にフラッシュ光を照射したときに前記標準基板が吸収する光エネルギーを算定する工程と、(h) 前記工程(d)にて得られた算定結果と前記工程(g)にて得られた算定結果とに基づいて、前記標準基板に対する前記処理対象基板の光エネルギー吸収比率を算定する工程と、(i) 前記相関関係と前記光エネルギー吸収比率とに基づいて、前記処理対象基板に照射するフラッシュ光の分光強度を決定する工程と、をさらに備えることを特徴とする。
The invention of
また、請求項4の発明は、処理対象基板にフラッシュ光を照射することによって当該処理対象基板を加熱する熱処理装置において、ハロゲン光を出射するハロゲンランプと、フラッシュ光を出射するフラッシュランプと、前記ハロゲンランプから処理対象基板の表面にハロゲン光を照射して得られる反射光の分光強度を測定する反射光強度測定部と、前記ハロゲンランプの分光強度と前記反射光の分光強度とから前記処理対象基板の分光放射率を算定し、前記フラッシュランプの分光強度と前記分光放射率とに基づいて、前記フラッシュランプから前記処理対象基板の表面にフラッシュ光を照射したときに前記処理対象基板が吸収する光エネルギーを算定する吸収エネルギー算定部と、を備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in a heat treatment apparatus that heats a processing target substrate by irradiating the processing target substrate with flash light, a halogen lamp that emits halogen light, a flash lamp that emits flash light, A reflected light intensity measuring unit that measures the spectral intensity of reflected light obtained by irradiating the surface of the substrate to be processed from the halogen lamp with the spectral intensity of the halogen lamp and the spectral intensity of the reflected light. The spectral emissivity of the substrate is calculated, and based on the spectral intensity and the spectral emissivity of the flash lamp, the processing target substrate absorbs when the flash lamp is irradiated with flash light from the flash lamp. And an absorbed energy calculation unit for calculating light energy.
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、前記吸収エネルギー算定部にて算定された前記処理対象基板が吸収する光エネルギーからフラッシュ光照射時に前記処理対象基板の表面が到達する温度を算定する温度算定部をさらに備えることを特徴とする。
Further, the invention of
また、請求項6の発明は、請求項4または請求項5の発明に係る熱処理装置において、前記フラッシュランプの分光強度と標準基板に当該分光強度のフラッシュ光を照射したときの処理結果との相関関係が既知であり、前記吸収エネルギー算定部は、前記標準基板の分光放射率と前記フラッシュランプの分光強度とに基づいて、前記フラッシュランプから前記標準基板の表面にフラッシュ光を照射したときに前記標準基板が吸収する光エネルギーを算定し、前記フラッシュランプからフラッシュ光が照射されたときの前記標準基板に対する前記処理対象基板の光エネルギー吸収比率を算定し、前記相関関係と前記光エネルギー吸収比率とに基づいて、前記処理対象基板に照射するフラッシュ光の分光強度を決定するフラッシュ光強度決定部と、を備えることを特徴とする。
The invention of
請求項1から請求項3の発明によれば、ハロゲンランプの分光強度とそのハロゲンランプから処理対象基板の表面にハロゲン光を照射して得られる反射光の分光強度とから処理対象基板の分光放射率を算定し、得られた分光放射率とフラッシュランプの分光強度とに基づいて、フラッシュランプから処理対象基板の表面にフラッシュ光を照射したときに処理対象基板が吸収する光エネルギーを算定するため、ハロゲンランプ、フラッシュランプおよび処理対象基板の分光特性を考慮して正確に処理対象基板が吸収する光エネルギーを算定することができる。 According to the first to third aspects of the present invention, the spectral emission of the substrate to be processed is obtained from the spectral intensity of the halogen lamp and the spectral intensity of the reflected light obtained by irradiating the surface of the substrate to be processed from the halogen lamp. To calculate the light energy absorbed by the target substrate when the flash lamp is irradiated with flash light from the flash lamp based on the obtained spectral emissivity and the spectral intensity of the flash lamp. The light energy absorbed by the substrate to be processed can be accurately calculated in consideration of the spectral characteristics of the halogen lamp, the flash lamp, and the substrate to be processed.
請求項4から請求項6の発明によれば、ハロゲンランプの分光強度とそのハロゲンランプから処理対象基板の表面にハロゲン光を照射して得られる反射光の分光強度とから処理対象基板の分光放射率を算定し、得られた分光放射率とフラッシュランプの分光強度とに基づいて、フラッシュランプから処理対象基板の表面にフラッシュ光を照射したときに処理対象基板が吸収する光エネルギーを算定するため、ハロゲンランプ、フラッシュランプおよび処理対象基板の分光特性を考慮して正確に処理対象基板が吸収する光エネルギーを算定することができる。 According to the fourth to sixth aspects of the present invention, the spectral emission of the substrate to be processed is obtained from the spectral intensity of the halogen lamp and the spectral intensity of the reflected light obtained by irradiating the surface of the substrate to be processed from the halogen lamp. To calculate the light energy absorbed by the target substrate when the flash lamp is irradiated with flash light from the flash lamp based on the obtained spectral emissivity and the spectral intensity of the flash lamp. The light energy absorbed by the substrate to be processed can be accurately calculated in consideration of the spectral characteristics of the halogen lamp, the flash lamp, and the substrate to be processed.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<1.第1実施形態>
まず、本発明に係る熱処理装置100の全体概略構成について簡単に説明する。図1は、本発明に係る熱処理装置100を示す平面図であり、図2はその正面図である。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。また、図1,2および以降の各図においては、それらの方向関係を明確にするためZ軸方向を鉛直方向とし、XY平面を水平面とするXYZ直交座標系を必要に応じて付している。
<1. First Embodiment>
First, the overall schematic configuration of the
図1および図2に示すように、熱処理装置100は、未処理の半導体ウェハーWを外部から装置内に搬入するとともに処理済みの半導体ウェハーWを装置外に搬出するためのインデクサ部101、未処理の半導体ウェハーWの位置決めを行うアライメント部130、加熱処理後の半導体ウェハーWの冷却を行う冷却部140、半導体ウェハーWにフラッシュ加熱処理を施すフラッシュ加熱部160並びにアライメント部130、冷却部140およびフラッシュ加熱部160に対して半導体ウェハーWの搬送を行う搬送ロボット150を備える。また、熱処理装置100は、上記の各処理部に設けられた動作機構および搬送ロボット150を制御して半導体ウェハーWに対する処理を進行させる制御部3を備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
インデクサ部101は、複数のキャリアC(本実施形態では2個)を並べて載置するロードポート110と、各キャリアCから未処理の半導体ウェハーWを取り出すとともに、各キャリアCに処理済みの半導体ウェハーWを収納する受渡ロボット120とを備えている。未処理の半導体ウェハーWを収容したキャリアCは無人搬送車(AGV、OHT)等によって搬送されてロードポート110に載置されるともに、処理済みの半導体ウェハーWを収容したキャリアCは無人搬送車によってロードポート110から持ち去られる。また、ロードポート110においては、受渡ロボット120がキャリアCに対して任意の半導体ウェハーWの出し入れを行うことができるように、キャリアCが図2の矢印CUにて示す如く昇降移動可能に構成されている。なお、キャリアCの形態としては、半導体ウェハーWを密閉空間に収納するFOUP(front opening unified pod)の他に、SMIF(Standard Mechanical Inter Face)ポッドや収納した半導体ウェハーWを外気に曝すOC(open cassette)であっても良い。
The
また、受渡ロボット120は、矢印120Sにて示すようなスライド移動、矢印120Rにて示すような旋回動作および昇降動作が可能とされている。これにより、受渡ロボット120は、2つのキャリアCに対して半導体ウェハーWの出し入れを行うとともに、アライメント部130および冷却部140に対して半導体ウェハーWの受け渡しを行うことができる。受渡ロボット120によるキャリアCに対する半導体ウェハーWの出し入れは、ハンド121のスライド移動、および、キャリアCの昇降移動により行われる。また、受渡ロボット120とアライメント部130または冷却部140との半導体ウェハーWの受け渡しは、ハンド121のスライド移動、および、受渡ロボット120の昇降動作によって行われる。
In addition, the
アライメント部130は、半導体ウェハーWを回転させて続くフラッシュ加熱に適切な向きに向ける処理部である。受渡ロボット120からアライメント部130へは半導体ウェハーWの中心が所定の位置に位置するように半導体ウェハーWが渡される。また、アライメント部130は後述の光学測定ユニット30を備えており、その光学測定ユニット30によって半導体ウェハーWの反射光強度等を測定する。
The
熱処理装置100の主要部であるフラッシュ加熱部160は、キセノンフラッシュランプFLからの閃光(フラッシュ光)を半導体ウェハーWに照射してフラッシュ加熱処理を行う処理部である。なお、フラッシュ加熱部160およびアライメント部130の構成については後に詳述する。
The
冷却部140は、金属製の冷却プレートの上面に石英板を載置して構成されている。フラッシュ加熱部160にてフラッシュ加熱処理が施された直後の半導体ウェハーWは温度が高いため、冷却部140にて上記石英板上に載置されて冷却される。
The
搬送ロボット150は、鉛直方向に沿った軸を中心に矢印150Rにて示すように旋回可能とされるとともに、複数のアームセグメントからなる2つのリンク機構を有し、それら2つのリンク機構の末端にはそれぞれ半導体ウェハーWを保持する搬送アーム151a,151bが設けられる。これらの搬送アーム151a,151bは上下に所定のピッチだけ隔てて配置され、リンク機構によりそれぞれ独立して同一水平方向に直線的にスライド移動可能とされている。また、搬送ロボット150は、2つのリンク機構が設けられるベースを昇降移動することにより、所定のピッチだけ離れた状態のまま2つの搬送アーム151a,151bを昇降移動させる。
The
また、搬送ロボット150による半導体ウェハーWの搬送空間として搬送ロボット150を収容する搬送室170が設けられており、アライメント部130、冷却部140およびフラッシュ加熱部160は搬送室170に連結されて配置されている。搬送ロボット150がアライメント部130、フラッシュ加熱部160または冷却部140を受け渡し相手として半導体ウェハーWの受け渡し(出し入れ)を行う際には、まず、両搬送アーム151a,151bが受け渡し相手と対向するように旋回する。その後(または旋回している間に)、搬送ロボット150は、昇降移動を行っていずれかの搬送アーム151a(151b)が受け渡し相手と半導体ウェハーWを受け渡しする高さに位置する。そして、搬送アーム151a(151b)を水平方向に直線的にスライド移動させて受け渡し相手と半導体ウェハーWの受け渡しを行う。
In addition, a
また、インデクサ部101とアライメント部130および冷却部140との間にはそれぞれゲートバルブ181,182が設けられ、搬送室170とアライメント部130、冷却部140およびフラッシュ加熱部160との間にはそれぞれゲートバルブ183,184,185が設けられる。そして、アライメント部130、冷却部140および搬送室170の内部が清浄に維持されるようにそれぞれに窒素ガス供給部(図示省略)から高純度の窒素ガスが供給され、余剰の窒素ガスは適宜排気管から排気される。なお、半導体ウェハーWが搬送される際には、適宜これらのゲートバルブが開閉される。
また、アライメント部130および冷却部140は、インデクサ部101と搬送ロボット150との間のウェハー搬送経路の往路および復路にそれぞれ位置し、アライメント部130では半導体ウェハーWの位置決めを行うために半導体ウェハーWが一時的に載置され、冷却部140では加熱処理後の半導体ウェハーWを冷却するために半導体ウェハーWが一時的に載置される。
The
次に、フラッシュ加熱部160の構成について説明する。図3は、フラッシュ加熱部160の構成を示す縦断面図である。フラッシュ加熱部160は基板として略円形の半導体ウェハーWに閃光を照射してその半導体ウェハーWを加熱する熱処理ユニットである。
Next, the configuration of the
フラッシュ加熱部160は、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、複数のフラッシュランプFLを内蔵するランプハウス5と、を備える。なお、チャンバー6およびランプハウス5に設けられた各動作機構は、熱処理装置100に設けられた制御部3によって制御されて半導体ウェハーWの熱処理を進行する。
The
チャンバー6は、ランプハウス5の下方に設けられており、略円筒状の内壁を有するチャンバー側部63、および、チャンバー側部63の下部を覆うチャンバー底部62によって構成される。また、チャンバー側部63およびチャンバー底部62によって囲まれる空間が熱処理空間65として規定される。熱処理空間65の上方は上部開口60とされており、上部開口60にはチャンバー窓61が装着されて閉塞されている。
The
チャンバー6の天井部を構成するチャンバー窓61は、石英により形成された円板形状部材であり、フラッシュランプFLから出射されたフラッシュ光を熱処理空間65に透過する石英窓として機能する。チャンバー6の本体を構成するチャンバー底部62およびチャンバー側部63は、例えば、ステンレススチール等の強度と耐熱性に優れた金属材料にて形成されており、チャンバー側部63の内側面の上部のリング631は、光照射による劣化に対してステンレススチールより優れた耐久性を有するアルミニウム(Al)合金等で形成されている。
The
また、熱処理空間65の気密性を維持するために、チャンバー窓61とチャンバー側部63とはOリングによってシールされている。すなわち、チャンバー窓61の下面周縁部とチャンバー側部63との間にOリングを挟み込むとともに、クランプリング90をチャンバー窓61の上面周縁部に当接させ、そのクランプリング90をチャンバー側部63にネジ止めすることによって、チャンバー窓61をOリングに押し付けている。
Further, in order to maintain the airtightness of the
チャンバー底部62には、保持部7を貫通して半導体ウェハーWをその下面(フラッシュランプFLからフラッシュ光が照射される側とは反対側の面)から支持するための複数(本実施の形態では3本)の支持ピン70が立設されている。支持ピン70は、例えば石英により形成されており、チャンバー6の外部から固定されているため、容易に取り替えることができる。
The chamber bottom 62 has a plurality (in this embodiment) for supporting the semiconductor wafer W from the lower surface (the surface opposite to the side irradiated with the flash light from the flash lamp FL) through the holding
チャンバー側部63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を有し、搬送開口部66は、軸662を中心に回動するゲートバルブ185により開閉可能とされる。チャンバー側部63における搬送開口部66とは反対側の部位には熱処理空間65に処理ガス(例えば、窒素(N2)ガスやヘリウム(He)ガス、アルゴン(Ar)ガス等の不活性ガス、あるいは、酸素(O2)ガス等)を導入する導入路81が形成され、その一端は弁82を介して図示省略の給気機構に接続され、他端はチャンバー側部63の内部に形成されるガス導入バッファ83に接続される。また、搬送開口部66には熱処理空間65内の気体を排出する排出路86が形成され、弁87を介して図示省略の排気機構に接続される。
The
図4は、チャンバー6をガス導入バッファ83の位置にて水平面で切断した断面図である。図4に示すように、ガス導入バッファ83は、図3に示す搬送開口部66の反対側においてチャンバー側部63の内周の約1/3に亘って形成されており、導入路81を介してガス導入バッファ83に導かれた処理ガスは、複数のガス供給孔84から熱処理空間65内へと供給される。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
図3に戻り、フラッシュ加熱部160は、チャンバー6の内部において半導体ウェハーWを水平姿勢にて保持しつつフラッシュ光照射前にその保持する半導体ウェハーWの予備加熱を行う略円板状の保持部7と、保持部7をチャンバー6の底面であるチャンバー底部62に対して昇降させる保持部昇降機構4と、を備える。図3に示す保持部昇降機構4は、略円筒状のシャフト41、移動板42、ガイド部材43(本実施の形態ではシャフト41の周りに3本配置される)、固定板44、ボールネジ45、ナット46およびモータ40を有する。チャンバー6の下部であるチャンバー底部62には保持部7よりも小さい直径を有する略円形の下部開口64が形成されており、ステンレススチール製のシャフト41は、下部開口64を挿通して、保持部7(厳密には保持部7のホットプレート71)の下面に接続されて保持部7を支持する。
Returning to FIG. 3, the
移動板42にはボールネジ45と螺合するナット46が固定されている。また、移動板42は、チャンバー底部62に固定されて下方へと伸びるガイド部材43により摺動自在に案内されて上下方向に移動可能とされる。また、移動板42は、シャフト41を介して保持部7に連結される。
A
モータ40は、ガイド部材43の下端部に取り付けられる固定板44に設置され、タイミングベルト401を介してボールネジ45に接続される。保持部昇降機構4により保持部7が昇降する際には、駆動部であるモータ40が制御部3の制御によりボールネジ45を回転し、ナット46が固定された移動板42がガイド部材43に沿って鉛直方向に移動する。この結果、移動板42に固定されたシャフト41が鉛直方向に沿って移動し、シャフト41に接続された保持部7が図3に示す半導体ウェハーWの受渡位置と図7に示す半導体ウェハーWの処理位置との間で滑らかに昇降する。
The
移動板42の上面には略半円筒状(円筒を長手方向に沿って半分に切断した形状)のメカストッパ451がボールネジ45に沿うように立設されており、仮に何らかの異常により移動板42が所定の上昇限界を超えて上昇しようとしても、メカストッパ451の上端がボールネジ45の端部に設けられた端板452に突き当たることによって移動板42の異常上昇が防止される。これにより、保持部7がチャンバー窓61の下方の所定位置以上に上昇することはなく、保持部7とチャンバー窓61との衝突が防止される。
On the upper surface of the moving
また、保持部昇降機構4は、チャンバー6の内部のメンテナンスを行う際に保持部7を手動にて昇降させる手動昇降部49を有する。手動昇降部49はハンドル491および回転軸492を有し、ハンドル491を介して回転軸492を回転することより、タイミングベルト495を介して回転軸492に接続されるボールネジ45を回転して保持部7の昇降を行うことができる。
The holding
チャンバー底部62の下側には、シャフト41の周囲を囲み下方へと伸びる伸縮自在のベローズ47が設けられ、その上端はチャンバー底部62の下面に接続される。一方、ベローズ47の下端はベローズ下端板471に取り付けられている。べローズ下端板471は、鍔状部材411によってシャフト41にネジ止めされて取り付けられている。保持部昇降機構4により保持部7がチャンバー底部62に対して上昇する際にはベローズ47が収縮され、下降する際にはべローズ47が伸張される。そして、保持部7が昇降する際にも、ベローズ47が伸縮することによって熱処理空間65内の気密状態が維持される。
A telescopic bellows 47 that surrounds the
図5は、保持部7の構成を示す断面図である。保持部7は、半導体ウェハーWを予備加熱(いわゆるアシスト加熱)するホットプレート(加熱プレート)71、および、ホットプレート71の上面(保持部7が半導体ウェハーWを保持する側の面)に設置されるサセプタ72を有する。保持部7の下面には、既述のように保持部7を昇降するシャフト41が接続される。サセプタ72は石英(あるいは、窒化アルミニウム(AIN)等であってもよい)により形成され、その上面には半導体ウェハーWの位置ずれを防止するピン75が設けられる。サセプタ72は、その下面をホットプレート71の上面に面接触させてホットプレート71上に設置される。これにより、サセプタ72は、ホットプレート71からの熱エネルギーを拡散してサセプタ72上面に載置された半導体ウェハーWに伝達するとともに、メンテナンス時にはホットプレート71から取り外して洗浄可能とされる。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the holding
ホットプレート71は、ステンレススチール製の上部プレート73および下部プレート74にて構成される。上部プレート73と下部プレート74との間には、ホットプレート71を加熱するニクロム線等の抵抗加熱線76が配設され、導電性のニッケル(Ni)ロウが充填されて封止されている。また、上部プレート73および下部プレート74の端部はロウ付けにより接着されている。
The
図6は、ホットプレート71を示す平面図である。図6に示すように、ホットプレート71は、保持される半導体ウェハーWと対向する領域の中央部に同心円状に配置される円板状のゾーン711および円環状のゾーン712、並びに、ゾーン712の周囲の略円環状の領域を周方向に4等分割した4つのゾーン713〜716を備え、各ゾーン間には若干の間隙が形成されている。また、ホットプレート71には、支持ピン70が挿通される3つの貫通孔77が、ゾーン711とゾーン712との隙間の周上に120°毎に設けられる。
FIG. 6 is a plan view showing the
6つのゾーン711〜716のそれぞれには、相互に独立した抵抗加熱線76が周回するように配設されてヒータが個別に形成されており、各ゾーンに内蔵されたヒータにより各ゾーンが個別に加熱される。保持部7に保持された半導体ウェハーWは、6つのゾーン711〜716に内蔵されたヒータにより加熱される。また、ゾーン711〜716のそれぞれには、熱電対を用いて各ゾーンの温度を計測するセンサ710が設けられている。各センサ710は略円筒状のシャフト41の内部を通り制御部3に接続される。
In each of the six
ホットプレート71が加熱される際には、センサ710により計測される6つのゾーン711〜716のそれぞれの温度が予め設定された所定の温度になるように、各ゾーンに配設された抵抗加熱線76への電力供給量が制御部3により制御される。制御部3による各ゾーンの温度制御はPID(Proportional,Integral,Derivative)制御により行われる。ホットプレート71では、半導体ウェハーWの熱処理(複数の半導体ウェハーWを連続的に処理する場合は、全ての半導体ウェハーWの熱処理)が終了するまでゾーン711〜716のそれぞれの温度が継続的に計測され、各ゾーンに配設された抵抗加熱線76への電力供給量が個別に制御されて、すなわち、各ゾーンに内蔵されたヒータの温度が個別に制御されて各ゾーンの温度が設定温度に維持される。なお、各ゾーンの設定温度は、基準となる温度から個別に設定されたオフセット値だけ変更することが可能とされる。
When the
6つのゾーン711〜716にそれぞれ配設される抵抗加熱線76は、シャフト41の内部を通る電力線を介して電力供給源(図示省略)に接続されている。電力供給源から各ゾーンに至る経路途中において、電力供給源からの電力線は、マグネシア(マグネシウム酸化物)等の絶縁体を充填したステンレスチューブの内部に互いに電気的に絶縁状態となるように配置される。なお、シャフト41の内部は大気開放されている。
The
次に、ランプハウス5は、熱処理チャンバー6の上方に設けられている。ランプハウス5は、筐体51の内側に、複数本(本実施形態では30本)のキセノンフラッシュランプFLからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ52と、を備えて構成される。また、ランプハウス5の筐体51の底部にはランプ光放射窓53が装着されている。ランプハウス5の床部を構成するランプ光放射窓53は、石英により形成された板状部材である。ランプハウス5が熱処理チャンバー6の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓53がチャンバー窓61と相対向することとなる。ランプハウス5は、チャンバー6内にて保持部7に保持される半導体ウェハーWにランプ光放射窓53およびチャンバー窓61を介してフラッシュランプFLからフラッシュ光を照射することにより半導体ウェハーWを加熱する。
Next, the
複数のフラッシュランプFLは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が保持部7に保持される半導体ウェハーWの主面に沿って(つまり水平方向に沿って)互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプFLの配列によって形成される平面も水平面である。 Each of the plurality of flash lamps FL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape, and the longitudinal direction of each of the flash lamps FL is along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 (that is, along the horizontal direction). They are arranged in a plane so as to be parallel to each other. Therefore, the plane formed by the arrangement of the flash lamps FL is also a horizontal plane.
キセノンフラッシュランプFLは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設された棒状のガラス管(放電管)と、該ガラス管の外周面上に付設されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプFLにおいては、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが0.1ミリセカンドないし100ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。 The xenon flash lamp FL has a rod-shaped glass tube (discharge tube) in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode connected to a capacitor at both ends thereof, and an outer peripheral surface of the glass tube. And a triggered electrode. Since xenon gas is an electrical insulator, electricity does not flow into the glass tube under normal conditions even if electric charges are accumulated in the capacitor. However, when the insulation is broken by applying a high voltage to the trigger electrode, the electricity stored in the capacitor flows instantaneously in the glass tube, and light is emitted by excitation of atoms or molecules of xenon at that time. In such a xenon flash lamp FL, the electrostatic energy stored in the capacitor in advance is converted into an extremely short light pulse of 0.1 millisecond to 100 millisecond. It has the feature that it can irradiate strong light.
また、リフレクタ52は、複数のフラッシュランプFLの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ52の基本的な機能は、複数のフラッシュランプFLから出射されたフラッシュ光を保持部7の側に反射するというものである。リフレクタ52はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面(フラッシュランプFLに臨む側の面)はブラスト処理により粗面化加工が施されている。このような粗面化加工を施しているのは、リフレクタ52の表面が完全な鏡面であると、複数のフラッシュランプFLからの反射光の強度に規則パターンが生じて半導体ウェハーWの表面温度分布の均一性が低下するためである。
In addition, the
上記の構成以外にもフラッシュ加熱部160は、半導体ウェハーWの熱処理時にフラッシュランプFLおよびホットプレート71から発生する熱エネルギーによる熱処理チャンバー6およびランプハウス5の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、熱処理チャンバー6のチャンバー側部63およびチャンバー底部62には水冷管(図示省略)が設けられている。また、ランプハウス5は、内部に気体流を形成して排熱するための気体供給管55および排気管56が設けられて空冷構造とされている(図3,7参照)。また、チャンバー窓61とランプ光放射窓53との間隙にも空気が供給され、ランプハウス5およびチャンバー窓61を冷却する。
In addition to the above-described configuration, the
次に、アライメント部130の構成について説明する。図8は、アライメント部130の構成を示す図である。アライメント部130は、チャンバー131にウェハ保持部132と光学測定ユニット30とを備えて構成されている。チャンバー131は半導体ウェハーWを収容する金属製の筐体である。チャンバー131の側壁には受渡ロボット120および搬送ロボット150がアクセスするための開口133,134がそれぞれ設けられており、それぞれの開口はゲートバルブ181,183によって開閉される。なお、図8では、ゲートバルブ181,183の図示を省略している。
Next, the configuration of the
チャンバー131の底部にはウェハ保持部132が設けられている。ウェハ保持部132は、3本の支持ピン136(図8では図示の便宜上2本のみ記載)とモータ135とを備えている。3本の支持ピン136は半導体ウェハーWを下面から支持して載置する。3本の支持ピン136は相互に連結されており、それら3本の支持ピン136はモータ135によって連動して鉛直方向軸まわりで回転可能とされている。また、アライメント部130は、図示を省略する検出ヘッドを備えており、支持ピン136に支持されて回転する半導体ウェハーWの切り欠き部(φ300mmウェハーの場合はノッチ、φ200mmウェハーの場合はオリフラ)を検出する。
A
光学測定ユニット30は、測定光学系31と、この測定光学系31に対して投光用光ファイバ32を介して結合された投光器33と、測定光学系31に対して受光用光ファイバ34を介して結合された分光器35とを含む。光学測定ユニット30の構成要素のうち測定光学系31はチャンバー131の天井部分に固定設置されており、他の要素はチャンバー131の外部に設けられている。
The
投光器33はハロゲンランプHLを内蔵している。ハロゲンランプHL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中にて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。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。ハロゲンランプHLは、連続的に一定光量のハロゲン光を出射し続ける。投光器33のハロゲンランプHLから出射された光は投光用光ファイバ32を介して測定光学系31に導かれる。
The
図9は、測定光学系31の構成を説明するための図である。測定光学系31は、支持ピン136に支持された半導体ウェハーWの主面に光を照射するとともに、該主面からの反射光を受光する投受光部として機能するものである。測定光学系31は、下から順に、アクロマティックレンズ36、ハーフミラー37および全反射ミラー38を鉛直方向に沿って配列している。また、全反射ミラー38からの反射光が向かう方向に沿ってディフューザ39を配置している。
FIG. 9 is a diagram for explaining the configuration of the measurement
ハーフミラー37は、支持ピン136に支持される半導体ウェハーWに対して45°の角度(水平面に対して45°の角度)をなす姿勢で設けられており、投光用光ファイバ32の出射端32aからの水平方向の光を受け、これを鉛直方向下方に向けて反射する。ハーフミラー37によって反射された光は、アクロマティックレンズ36を透過して下方に向かって進行する。こうして測定光学系31から下方に向けて出射された光は、支持ピン136に支持された半導体ウェハーWの上面に照射されることとなる。
The
半導体ウェハーWの上面にて反射された反射光は、アクロマティックレンズ36およびハーフミラー37を順に透過し、全反射ミラー38によってディフューザ39に向けて反射される。ディフューザ39に入射した反射光は拡散均一化処理を受けて、受光用光ファイバ34の入射端34aに入射する。すなわち、ディフューザ39は、受光用光ファイバ34の入射端34aと全反射ミラー38との間に介挿されていて、その入射端面39aが全反射ミラー38に対向するとともに、その出射端面39bが受光用光ファイバ34の入射端34aに対向している。また、アクロマティックレンズ36は、半導体ウェハーWからの反射光をディフューザ39の入射端面39aに集束させる働きを有する。
The reflected light reflected from the upper surface of the semiconductor wafer W sequentially passes through the
受光用光ファイバ34に入射された光は、分光器35によってスペクトル分解処理を受け、その処理結果として分光器35から出力された信号が測定部95に伝達される。測定部95は、分光器35から出力された信号に基づいて、受光用光ファイバ34に入射された光(つまり、半導体ウェハーWにて反射された反射光)の分光強度を測定する。測定部95による測定結果は制御部3に伝達される。
The light incident on the light receiving
制御部3は、熱処理装置100の全体を管理するコントローラであり、フラッシュ加熱部160や光学測定ユニット30を制御するとともに、後述するようにしてフラッシュ光照射時に半導体ウェハーWが吸収する光エネルギー等を算出する。図10は、制御部3の構成を示すブロック図である。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CPU11、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ROM12、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるRAM13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14をバスライン19に接続して構成されている。
The
また、バスライン19には、測定部95およびフラッシュランプFLの電源ユニット96が電気的に接続されている。さらに、バスライン19には、光学測定ユニット30の投光器33および分光器35も測定部95を介して電気的に接続されている。制御部3のCPU11は、磁気ディスク14に格納された処理用ソフトウェアを実行することにより、これらの機構を制御し、半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーを算定する吸収エネルギー算定部、半導体ウェハーWの表面到達温度を算定する温度算定部、および、フラッシュ光の分光強度を決定するフラッシュ光強度決定部として機能する。また、制御部3は、電源ユニット96からフラッシュランプFLに供給する電力、より具体的には電源ユニット96に含まれるコンデンサーの充電電圧を調整する。
Further, the
さらに、バスライン19には、表示部21および入力部22が電気的に接続されている。表示部21は、例えば液晶ディスプレイ等を用いて構成されており、処理結果やレシピ内容等の種々の情報を表示する。入力部22は、例えばキーボードやマウス等を用いて構成されており、コマンドやパラメータ等の入力を受け付ける。装置のオペレータは、表示部21に表示された内容を確認しつつ入力部22からコマンドやパラメータ等の入力を行うことができる。なお、表示部21と入力部22とを一体化してタッチパネルとして構成するようにしても良い。
Further, a
次に、本発明に係る熱処理装置100における処理動作について説明する。この熱処理装置100において処理対象となる半導体ウェハーWは、不純物(イオン)が導入されたシリコンの半導体ウェハーである。ここでは、熱処理装置100全体におけるウェハーフローおよびフラッシュ加熱部160における処理内容について簡単に説明した後、半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーの算定について説明する。
Next, the processing operation in the
熱処理装置100では、まず、イオン注入後の半導体ウェハーWがキャリアCに複数枚収容された状態でインデクサ部101のロードポート110に載置される。そして、受渡ロボット120がキャリアCから半導体ウェハーWを1枚ずつ取り出し、アライメント部130に搬入する。アライメント部130では、支持ピン136に保持された半導体ウェハーWを、その中心部を回転中心として鉛直方向軸まわりで回転させノッチ等を光学的に検出することによって半導体ウェハーWの位置決めを行う。また、アライメント部130では、光学測定ユニット30によって半導体ウェハーWの反射光の分光強度が測定される。
In the
アライメント部130にて位置決めが行われた半導体ウェハーWは搬送ロボット150の上側の搬送アーム151aにより搬送室170内へと取り出され、搬送ロボット150がフラッシュ加熱部160を向くように旋回する。
The semiconductor wafer W positioned by the
搬送ロボット150がフラッシュ加熱部160に向くと、下側の搬送アーム151bがフラッシュ加熱部160から先行するフラッシュ加熱処理済の半導体ウェハーWを取り出し、上側の搬送アーム151aが未処理の半導体ウェハーWをフラッシュ加熱部160へと搬入する。このときに搬送ロボット150は、フラッシュランプFLの長手方向と垂直に搬送アーム151a,151bをスライド移動させる。
When the
次に、搬送ロボット150は冷却部140に向くように旋回し、下側の搬送アーム151bがフラッシュ加熱処理済の半導体ウェハーWを冷却部140内に載置する。冷却部140にて冷却された半導体ウェハーWは受渡ロボット120によりキャリアCへと返却される。
Next, the
続いて、フラッシュ加熱部160での処理内容について説明する。フラッシュ加熱部160では、半導体ウェハーWに導入された不純物の活性化がフラッシュ加熱処理により実行される。
Then, the processing content in the
まず、保持部7が図7に示す処理位置から図3に示す受渡位置に下降する。「処理位置」とは、フラッシュランプFLから半導体ウェハーWに閃光照射が行われるときの保持部7の位置であり、図7に示す保持部7のチャンバー6内における位置である。また、「受渡位置」とは、チャンバー6に半導体ウェハーWの搬出入が行われるときの保持部7の位置であり、図3に示す保持部7のチャンバー6内における位置である。フラッシュ加熱部160における保持部7の基準位置は処理位置であり、処理前にあっては保持部7は処理位置に位置しており、これが処理開始に際して受渡位置に下降するのである。図3に示すように、保持部7が受渡位置にまで下降するとチャンバー底部62に近接し、支持ピン70の先端が保持部7を貫通して保持部7の上方に突出する。
First, the holding
次に、保持部7が受渡位置に下降したときに、弁82および弁87が開かれてチャンバー6の熱処理空間65内に常温の窒素ガスが導入される。続いて、ゲートバルブ185が開いて搬送開口部66が開放され、搬送ロボット150により搬送開口部66を介して処理対象の半導体ウェハーWがチャンバー6内に搬入され、複数の支持ピン70上に載置される。
Next, when the holding
半導体ウェハーWの搬入時におけるチャンバー6への窒素ガスのパージ量は約40リットル/分とされ、供給された窒素ガスはチャンバー6内においてガス導入バッファ83から図4中に示す矢印AR4の方向へと流れ、図3に示す排出路86および弁87を介してユーティリティ排気により排気される。また、チャンバー6に供給された窒素ガスの一部は、べローズ47の内側に設けられる排出口(図示省略)からも排出される。なお、以下で説明する各ステップにおいて、チャンバー6には常に窒素ガスが供給および排気され続けており、窒素ガスの供給量は半導体ウェハーWの処理工程に合わせて様々に変更される。
The purge amount of nitrogen gas into the
半導体ウェハーWがチャンバー6内に搬入されると、ゲートバルブ185により搬送開口部66が閉鎖される。そして、保持部昇降機構4により保持部7が受渡位置からチャンバー窓61に近接した処理位置にまで上昇する。保持部7が受渡位置から上昇する過程において、半導体ウェハーWは支持ピン70から保持部7のサセプタ72へと渡され、サセプタ72の上面に載置・保持される。保持部7が処理位置にまで上昇するとサセプタ72に載置された半導体ウェハーWも処理位置に保持されることとなる。
When the semiconductor wafer W is loaded into the
ホットプレート71の6つのゾーン711〜716のそれぞれは、各ゾーンの内部(上部プレート73と下部プレート74との間)に個別に内蔵されたヒータ(抵抗加熱線76)により所定の温度まで加熱されている。保持部7が処理位置まで上昇して半導体ウェハーWが保持部7と接触することにより、その半導体ウェハーWはホットプレート71に内蔵されたヒータによって予備加熱されて温度が次第に上昇する。
Each of the six
この処理位置にて約60秒間の予備加熱が行われ、半導体ウェハーWの温度が予め設定された予備加熱温度T1まで上昇する。予備加熱温度T1は、半導体ウェハーWに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、200℃ないし800℃程度、好ましくは350℃ないし550℃程度とされる。また、保持部7とチャンバー窓61との間の距離は、保持部昇降機構4のモータ40の回転量を制御することにより任意に調整することが可能とされている。
Preheating for about 60 seconds is performed at this processing position, and the temperature of the semiconductor wafer W rises to a preset preheating temperature T1. The preheating temperature T1 is set to about 200 ° C. to 800 ° C., preferably about 350 ° C. to 550 ° C., in which impurities added to the semiconductor wafer W are not likely to diffuse due to heat. Further, the distance between the holding
約60秒間の予備加熱時間が経過した後、保持部7が処理位置に位置したまま制御部3の制御によりランプハウス5のフラッシュランプFLから半導体ウェハーWへ向けてフラッシュ光が照射される。このとき、フラッシュランプFLから放射されるフラッシュ光の一部は直接にチャンバー6内の保持部7へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ52により反射されてからチャンバー6内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーWのフラッシュ加熱が行われる。フラッシュ加熱は、フラッシュランプFLからの閃光照射により行われるため、半導体ウェハーWの表面温度を短時間で上昇することができる。
After the preheating time of about 60 seconds elapses, flash light is irradiated from the flash lamp FL of the
すなわち、ランプハウス5のフラッシュランプFLから照射されるフラッシュ光は、予め蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が0.1ミリ秒ないし100ミリ秒程度の極めて短く強い閃光である。そして、フラッシュランプFLからのフラッシュ光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウェハーWの表面温度は、瞬間的に1000℃ないし1100℃程度の処理温度T2まで上昇し、半導体ウェハーWに注入された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。このように、熱処理装置100では、半導体ウェハーWの表面温度を極めて短時間で昇降することができるため、半導体ウェハーWに注入された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、不純物の活性化に必要な時間はその熱拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、0.1ミリセカンドないし100ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であっても活性化は完了する。また、このフラッシュ光照射時に半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーは後述のようにして算定される。
In other words, the flash light emitted from the flash lamp FL of the
また、フラッシュ加熱の前に保持部7により半導体ウェハーWを予備加熱しておくことにより、フラッシュランプFLからのフラッシュ光照射によって半導体ウェハーWの表面温度を処理温度T2まで速やかに上昇させることができる。
Further, by preheating the semiconductor wafer W by the holding
フラッシュ加熱が終了し、処理位置における約10秒間の待機の後、保持部7が保持部昇降機構4により再び図3に示す受渡位置まで下降し、半導体ウェハーWが保持部7から支持ピン70へと渡される。続いて、ゲートバルブ185により閉鎖されていた搬送開口部66が開放され、支持ピン70上に載置された半導体ウェハーWは搬送ロボット150により搬出され、フラッシュ加熱部160における半導体ウェハーWのフラッシュ加熱処理が完了する。
After the flash heating is finished and the standby for about 10 seconds at the processing position, the holding
既述のように、フラッシュ加熱部160における半導体ウェハーWの熱処理時には窒素ガスがチャンバー6に継続的に供給されており、その供給量は、保持部7が処理位置に位置するときには約30リットル/分とされ、保持部7が処理位置以外の位置に位置するときには約40リットル/分とされる。
As described above, nitrogen gas is continuously supplied to the
次に、上記のフラッシュ光照射時に半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーの算定について説明する。図11は、半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーの算定手順を示すフローチャートである。まず、アライメント部130の投光器33に設けられたハロゲンランプHLの分光強度を取得する(ステップS11)。本実施形態では、分光放射率が既知の標準ウェハーを使用してハロゲンランプHLの分光強度を取得する。このような分光放射率が既知の標準ウェハーとしては、例えばパターン形成のなされていないベアウェハーを用いることができる。
Next, calculation of the light energy absorbed by the semiconductor wafer W when the flash light is irradiated will be described. FIG. 11 is a flowchart showing a calculation procedure of light energy absorbed by the semiconductor wafer W. First, the spectral intensity of the halogen lamp HL provided in the
標準ウェハーをアライメント部130に搬入して支持ピン136に載置する。そして、投光器33のハロゲンランプHLから測定光学系31を介して標準ウェハーの表面にハロゲン光を照射したときに得られる反射光の分光強度が測定される。具体的には、支持ピン136に標準ウェハーが支持されることによって、測定光学系31から出射された光は標準ウェハーの表面に照射されることとなる。標準ウェハーの表面にて反射された反射光は、測定光学系31にて受光された後、分光器35によってスペクトル分解処理を受け、その処理結果が測定部95に入力される。測定部95は、分光器35から出力された信号に基づいて、標準ウェハーの表面にて反射された反射光の分光強度を測定する。
A standard wafer is carried into the
図12は、ハロゲンランプHL等の分光強度を示す図である。図12には、標準ウェハーおよび処理対象となる半導体ウェハーWの反射光の分光強度も併せて示している。標準ウェハー(本実施形態ではベアウェハー)の分光放射率は既知である。波長400nm〜800nmの可視光域ではシリコンウェハーの透過率は0とみなせるので、放射率と反射率との和が1となる関係が満たされる。よって、標準ウェハーの分光放射率が既知であれば、分光反射率も既知である。 FIG. 12 is a diagram showing the spectral intensity of the halogen lamp HL or the like. FIG. 12 also shows the spectral intensity of the reflected light of the standard wafer and the semiconductor wafer W to be processed. The spectral emissivity of a standard wafer (in this embodiment, a bare wafer) is known. Since the transmittance of the silicon wafer can be regarded as 0 in the visible light region having a wavelength of 400 nm to 800 nm, the relationship that the sum of the emissivity and the reflectance is 1 is satisfied. Therefore, if the spectral emissivity of the standard wafer is known, the spectral reflectance is also known.
図12に示した標準ウェハーの反射光の分光強度は、上述のようにしてアライメント部130で測定された実測結果である。この標準ウェハーの反射光の分光強度を標準ウェハーの分光反射率で除することによって、図12に示すハロゲンランプHLの分光強度を求めることができる。なお、この際には、400nm〜800nmの範囲内にて波長毎に算定が行われ、例えば500nmの反射光の強度を500nmの反射率で除することによって、ハロゲンランプHLの500nmの強度が求められる。
The spectral intensity of the reflected light of the standard wafer shown in FIG. 12 is an actual measurement result measured by the
このような、ハロゲンランプHLの分光強度の取得は処理対象となる半導体ウェハーWを処理する毎に行う必要はなく、例えば熱処理装置100のメンテナンス時に行って取得した分光強度を制御部3の磁気ディスク14等に格納しておけば良い。また、本実施形態では、標準ウェハーを使用してハロゲンランプHLの分光強度を取得したが、これに限定されるものではなく、例えば標準ウェハーに代えて反射率がほぼ100%の理想鏡ウェハー(例えば、アルミニウム蒸着ウェハーなど)を使用するようにしても良い。或いは、ハロゲンランプHLから出射された光を直接受光してスペクトル分解処理を行うようにしても良い。
Such acquisition of the spectral intensity of the halogen lamp HL does not have to be performed every time the semiconductor wafer W to be processed is processed. For example, the spectral intensity acquired during maintenance of the
次に、アライメント部130に処理対象となる半導体ウェハーWを搬入する(ステップS12)。これは、上述した熱処理装置100全体のウェハーフローにおける位置決めのためのアライメント部130への半導体ウェハーWの搬入である。アライメント部130では、処理対象となる半導体ウェハーWの位置決め(向きの調整)を行うとともに、当該半導体ウェハーWの反射光の分光強度を測定する(ステップS13)。具体的には、アライメント部130に搬入された半導体ウェハーWは支持ピン136に載置される。支持ピン136に支持された半導体ウェハーWは回転されて位置決めされる。また、支持ピン136に半導体ウェハーWが支持されることによって、投光器33のハロゲンランプHLから測定光学系31を介して出射されたハロゲン光が半導体ウェハーWの表面に照射されることとなる。そして、処理対象となる半導体ウェハーWの表面にて反射された反射光は、測定光学系31にて受光された後、分光器35によってスペクトル分解処理を受け、その処理結果が測定部95に入力される。測定部95は、分光器35から出力された信号に基づいて、処理対象となる半導体ウェハーWの表面にて反射された反射光の分光強度を測定する。測定部95による測定結果は制御部3に伝達され、磁気ディスク14等に記憶される。
Next, the semiconductor wafer W to be processed is carried into the alignment unit 130 (step S12). This is the loading of the semiconductor wafer W into the
図12に示す処理対象ウェハーの反射光の分光強度は、上記のようにして得られた半導体ウェハーWの反射光の分光強度である。本実施形態の標準ウェハーはベアウェハーであり、パターン形成のなされていないベアウェハーの反射率と、パターンが形成された処理対象半導体ウェハーWの反射率とは異なる。一般には、パターン形成された処理対象半導体ウェハーWの反射率がベアウェハーの反射率よりも低くなる(つまり、処理対象となる半導体ウェハーWの方が放射率が高くなる)。このため、図12に示すように、標準ウェハーの反射光の分光強度よりも、処理対象となる半導体ウェハーWの反射光の分光強度の方が概ね低くなる。 The spectral intensity of the reflected light of the wafer to be processed shown in FIG. 12 is the spectral intensity of the reflected light of the semiconductor wafer W obtained as described above. The standard wafer of this embodiment is a bare wafer, and the reflectance of a bare wafer that is not patterned is different from the reflectance of a semiconductor wafer W to be processed on which a pattern is formed. In general, the reflectivity of the patterned semiconductor wafer W to be processed is lower than the reflectivity of the bare wafer (that is, the emissivity of the semiconductor wafer W to be processed is higher). For this reason, as shown in FIG. 12, the spectral intensity of the reflected light of the semiconductor wafer W to be processed is generally lower than the spectral intensity of the reflected light of the standard wafer.
次に、処理対象となる半導体ウェハーWの分光放射率を算定する(ステップS14)。この工程では、ステップS11で取得したハロゲンランプHLの分光強度とステップS13で実測した処理対象となる半導体ウェハーWの反射光の分光強度とから制御部3が処理対象半導体ウェハーWの分光放射率を算定する。具体的には、磁気ディスク14等に記憶されている処理対象となる半導体ウェハーWの反射光の分光強度をハロゲンランプHLの分光強度で除することによって、処理対象半導体ウェハーWの分光反射率が算定される。なお、この算定は、400nm〜800nmの範囲内にて波長毎に除算される。そして、その分光反射率を1から減算することによって、処理対象となる半導体ウェハーWの分光放射率が算定される。
Next, the spectral emissivity of the semiconductor wafer W to be processed is calculated (step S14). In this process, the
図13は、処理対象となる半導体ウェハーWの分光放射率を示す図である。図13には、標準ウェハーの分光放射率も併せて示している。上述したように、標準ウェハーの分光放射率は既知である。パターン形成のなされた半導体ウェハーWの分光放射率は標準ウェハーの分光放射率よりも概ね高い。算定された図13に示す処理対象半導体ウェハーWの分光放射率は磁気ディスク14等に記憶される。
FIG. 13 is a diagram showing the spectral emissivity of the semiconductor wafer W to be processed. FIG. 13 also shows the spectral emissivity of the standard wafer. As mentioned above, the spectral emissivity of a standard wafer is known. The spectral emissivity of the patterned semiconductor wafer W is generally higher than that of the standard wafer. The calculated spectral emissivity of the processing target semiconductor wafer W shown in FIG. 13 is stored in the
次に、フラッシュ光照射時に処理対象となる半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーを算定する(ステップS15)。この算定は、制御部3が次の式(1)の演算を実行することによって行われる。
Next, the light energy absorbed by the semiconductor wafer W to be processed at the time of flash light irradiation is calculated (step S15). This calculation is performed by the
式(1)において、Eは求めるべき光エネルギー、λは波長である。また、I(λ)はフラッシュランプFLから照射されるフラッシュ光の波長λでの強度であり、ε(λ)は処理対象となる半導体ウェハーWの波長λでの放射率(吸収率)である。すなわち、式(1)は、フラッシュランプFLから照射されるフラッシュ光の強度に半導体ウェハーWの放射率を乗じたものを波長λ1から波長λ2の範囲で積分したものである。 In Equation (1), E is the light energy to be obtained, and λ is the wavelength. I (λ) is the intensity at the wavelength λ of the flash light emitted from the flash lamp FL, and ε (λ) is the emissivity (absorption rate) at the wavelength λ of the semiconductor wafer W to be processed. . That is, Expression (1) is obtained by integrating the intensity of the flash light irradiated from the flash lamp FL by the emissivity of the semiconductor wafer W in the range from the wavelength λ1 to the wavelength λ2.
図14は、フラッシュランプFLから照射されるフラッシュ光の分光強度である。フラッシュ光の分光強度は、フラッシュランプFLのガス圧等によって異なり、同一規格のフラッシュランプFLが同一条件(同じ印加電圧)で発光すれば、分光強度も同じになる。一般には、フラッシュランプFLの強度の分光特性は、図12に示したハロゲンランプHLの強度の分光特性よりも短波長側にシフトしている。このようなフラッシュランプFLの分光強度I(λ)は予め取得されて制御部3の磁気ディスク14等に格納されている。一方、処理対象となる半導体ウェハーWの波長毎の放射率、すなわち分光放射率ε(λ)は上述のようにして求められている(図13)。これらを乗算した値を波長λ1=400nmから波長λ2=800nmの範囲で積分することによって、フラッシュランプFLからのフラッシュ光照射時に半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーEが算定される。
FIG. 14 shows the spectral intensity of the flash light emitted from the flash lamp FL. The spectral intensity of the flash light varies depending on the gas pressure of the flash lamp FL and the like, and if the flash lamp FL of the same standard emits light under the same conditions (the same applied voltage), the spectral intensity is also the same. Generally, the spectral characteristic of the intensity of the flash lamp FL is shifted to the shorter wavelength side than the spectral characteristic of the intensity of the halogen lamp HL shown in FIG. Such a spectral intensity I (λ) of the flash lamp FL is acquired in advance and stored in the
第1実施形態においては、ハロゲンランプHLの分光強度と、そのハロゲンランプHLから処理対象となる半導体ウェハーWの表面にハロゲン光を照射して得られる反射光の分光強度とから当該半導体ウェハーWの分光放射率を算定している。そして、処理対象となる半導体ウェハーWの分光放射率とフラッシュランプFLの分光強度とに基づいて、当該フラッシュランプFLから半導体ウェハーWの表面にフラッシュ光を照射したときに半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーEを算定している。すなわち、反射光強度測定に用いるハロゲンランプHLの強度の分光分布と加熱処理に使用するフラッシュランプFLの強度の分光分布との相違を考慮するとともに、半導体ウェハーWの放射率の分光特性をも考慮して算定を行っているため、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーEを正確に算定することができる。 In the first embodiment, the spectral intensity of the halogen lamp HL and the spectral intensity of the reflected light obtained by irradiating the surface of the semiconductor wafer W to be processed from the halogen lamp HL with the halogen light are measured. Spectral emissivity is calculated. Based on the spectral emissivity of the semiconductor wafer W to be processed and the spectral intensity of the flash lamp FL, the light absorbed by the semiconductor wafer W when the flash light is irradiated onto the surface of the semiconductor wafer W from the flash lamp FL. Energy E is calculated. That is, the difference between the spectral distribution of the intensity of the halogen lamp HL used for the reflected light intensity measurement and the spectral distribution of the intensity of the flash lamp FL used for the heat treatment is taken into consideration, and the spectral characteristic of the emissivity of the semiconductor wafer W is also taken into consideration. Therefore, the light energy E absorbed by the semiconductor wafer W at the time of flash light irradiation can be accurately calculated.
<2.第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態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実施形態の熱処理装置全体におけるウェハーフローおよびフラッシュ加熱部における処理内容についても第1実施形態と同じである。第2実施形態では、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーを求め、さらにフラッシュ光照射時に半導体ウェハーWの表面が到達する温度を算定している。
<2. 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. The wafer flow in the entire heat treatment apparatus of the second embodiment and the processing content in the flash heating unit are also the same as those in the first embodiment. In the second embodiment, the light energy absorbed by the semiconductor wafer W during flash light irradiation is obtained, and the temperature at which the surface of the semiconductor wafer W reaches during flash light irradiation is calculated.
図15は、半導体ウェハーWの表面到達温度の算定手順を示すフローチャートである。図15において、ステップS21〜ステップS25は第1実施形態の図11のステップS11〜ステップS15と全く同じである。すなわち、ハロゲンランプHLの分光強度と、そのハロゲンランプHLから処理対象となる半導体ウェハーWの表面にハロゲン光を照射して得られる反射光の分光強度とから当該半導体ウェハーWの分光放射率を算定する。そして、処理対象となる半導体ウェハーWの分光放射率とフラッシュランプFLの分光強度とに基づいて、当該フラッシュランプFLから半導体ウェハーWの表面にフラッシュ光を照射したときに半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーを算定する。 FIG. 15 is a flowchart showing a procedure for calculating the surface temperature of the semiconductor wafer W. In FIG. 15, Steps S21 to S25 are exactly the same as Steps S11 to S15 of FIG. 11 of the first embodiment. That is, the spectral emissivity of the semiconductor wafer W is calculated from the spectral intensity of the halogen lamp HL and the spectral intensity of the reflected light obtained by irradiating the surface of the semiconductor wafer W to be processed from the halogen lamp HL. To do. Based on the spectral emissivity of the semiconductor wafer W to be processed and the spectral intensity of the flash lamp FL, the light absorbed by the semiconductor wafer W when the flash light is irradiated onto the surface of the semiconductor wafer W from the flash lamp FL. Calculate energy.
第2実施形態では、さらに、半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーに基づいて、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーWの表面が到達する温度を算定している(ステップS26)。この算定は、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーと半導体ウェハーWの密度、比熱、熱伝導率(これらは既知である)とに基づいて、例えば公知の非定常熱伝導解析の手法を用いて行うことができる。 In the second embodiment, the temperature at which the surface of the semiconductor wafer W reaches during flash light irradiation is calculated based on the light energy absorbed by the semiconductor wafer W (step S26). This calculation is based on the light energy absorbed by the semiconductor wafer W at the time of flash light irradiation and the density, specific heat, and thermal conductivity (which are already known) of the semiconductor wafer W, for example, a known unsteady heat conduction analysis method. Can be used.
第2実施形態においては、分光特性を考慮して正確に求められた半導体ウェハーWの吸収光エネルギーに基づいて、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーWの表面到達温度を正確に算定することができる。照射時間の極めて短いフラッシュ加熱では半導体ウェハーWの表面到達温度を直接測定することが困難であるため、第2実施形態のようにしてフラッシュ光照射時の表面到達温度を算定する技術的意義は大きい。 In the second embodiment, the surface temperature of the semiconductor wafer W at the time of flash light irradiation can be accurately calculated based on the absorbed light energy of the semiconductor wafer W accurately obtained in consideration of spectral characteristics. Since it is difficult to directly measure the surface temperature of the semiconductor wafer W by flash heating with an extremely short irradiation time, the technical significance of calculating the surface temperature at the time of flash light irradiation as in the second embodiment is great. .
<3.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実施形態の熱処理装置全体におけるウェハーフローおよびフラッシュ加熱部における処理内容についても第1実施形態と同じである。第3実施形態では、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーを求め、さらにフラッシュ光照射時のフラッシュ光の分光強度を決定している。
<3. 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. The wafer flow in the entire heat treatment apparatus of the third embodiment and the processing contents in the flash heating unit are also the same as those in the first embodiment. In the third embodiment, the light energy absorbed by the semiconductor wafer W at the time of flash light irradiation is obtained, and the spectral intensity of the flash light at the time of flash light irradiation is determined.
図16は、フラッシュ光の分光強度の算定手順を示すフローチャートである。図16において、ステップS31〜ステップS35は第1実施形態の図11のステップS11〜ステップS15と全く同じである。すなわち、ハロゲンランプHLの分光強度と、そのハロゲンランプHLから処理対象となる半導体ウェハーWの表面にハロゲン光を照射して得られる反射光の分光強度とから当該半導体ウェハーWの分光放射率を算定する。そして、処理対象となる半導体ウェハーWの分光放射率とフラッシュランプFLの分光強度とに基づいて、当該フラッシュランプFLから半導体ウェハーWの表面にフラッシュ光を照射したときに半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーを算定する。 FIG. 16 is a flowchart showing a procedure for calculating the spectral intensity of flash light. In FIG. 16, Steps S31 to S35 are exactly the same as Steps S11 to S15 of FIG. 11 of the first embodiment. That is, the spectral emissivity of the semiconductor wafer W is calculated from the spectral intensity of the halogen lamp HL and the spectral intensity of the reflected light obtained by irradiating the surface of the semiconductor wafer W to be processed from the halogen lamp HL. To do. Based on the spectral emissivity of the semiconductor wafer W to be processed and the spectral intensity of the flash lamp FL, the light absorbed by the semiconductor wafer W when the flash light is irradiated onto the surface of the semiconductor wafer W from the flash lamp FL. Calculate energy.
第3実施形態では、次に、標準ウェハーの分光放射率を取得する(ステップS36)。既述したように、標準ウェハーがベアウェハーである場合には、標準ウェハーの分光放射率は既知であり、磁気ディスク14等に格納されて既に取得済みである。但し、標準ウェハーとしてベアウェハーとは異なるウェハーを用いる場合には、第1実施形態での半導体ウェハーWの分光放射率を算定したのと同様の手法にて標準ウェハーの分光放射率を取得する。
In the third embodiment, next, the spectral emissivity of the standard wafer is acquired (step S36). As described above, when the standard wafer is a bare wafer, the spectral emissivity of the standard wafer is already known and stored in the
また、標準ウェハーについては、フラッシュランプFLの分光強度と当該分光強度のフラッシュ光が照射されたときの処理結果との相関関係が既知である。よって、標準ウェハーについては、最適な処理結果が得られるフラッシュランプFLの分光強度も既知である。ここでの処理結果とは、例えばウェハーに導入された不純物の活性化の程度であり、具体的にはシート抵抗値によって規定される。このような相関関係は、予め標準ウェハーを用いた実験またはシミュレーションによって求めておけば良い。 For a standard wafer, the correlation between the spectral intensity of the flash lamp FL and the processing result when the flash light having the spectral intensity is irradiated is known. Therefore, for the standard wafer, the spectral intensity of the flash lamp FL that provides the optimum processing result is also known. The processing result here is, for example, the degree of activation of impurities introduced into the wafer, and is specifically defined by the sheet resistance value. Such correlation may be obtained in advance by an experiment or simulation using a standard wafer.
次に、フラッシュ光照射時に標準ウェハーが吸収する光エネルギーを算定する(ステップS37)。この算定は、第1実施形態と同様に、制御部3が式(1)の演算を実行することによって行われる。但し、ステップS37の演算で使用するε(λ)は、標準ウェハーの波長λでの放射率である。また、この演算で使用するフラッシュランプFLの分光強度I(λ)は、ステップS35にて処理対象半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーを算定するときに用いる分光強度と同じである。
Next, the light energy absorbed by the standard wafer at the time of flash light irradiation is calculated (step S37). This calculation is performed by the
次に、標準ウェハーに対する処理対象半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率rを算定する(ステップS38)。この算定は、制御部3が次の式(2)の演算を実行することによって行われる。
Next, the light energy absorption ratio r of the semiconductor wafer W to be processed with respect to the standard wafer is calculated (step S38). This calculation is performed by the
式(2)において、EpはステップS35で求められたフラッシュ光照射時に処理対象となる半導体ウェハーWが吸収する光エネルギーであり、EsはステップS37で求められたフラッシュ光照射時に標準ウェハーが吸収する光エネルギーである。図13に示したように、一般には、処理対象となる半導体ウェハーWの放射率が標準ウェハーの放射率よりも高くなるため、Ep>Esとなり、標準ウェハーに対する処理対象半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率rは1よりも大きくなる。 In Equation (2), Ep is the light energy absorbed by the semiconductor wafer W to be processed at the time of flash light irradiation obtained at step S35, and Es is absorbed by the standard wafer at the time of flash light irradiation obtained at step S37. Light energy. As shown in FIG. 13, in general, since the emissivity of the semiconductor wafer W to be processed is higher than the emissivity of the standard wafer, Ep> Es, and the optical energy absorption of the semiconductor wafer W to be processed with respect to the standard wafer. The ratio r is greater than 1.
次に、上述した相関関係と光エネルギー吸収比率rとに基づいて、処理対象となる半導体ウェハーWに照射するフラッシュ光の分光強度を決定する(ステップS39)。上述したように、標準ウェハーについては、フラッシュランプFLの分光強度と当該分光強度のフラッシュ光が照射されたときの処理結果との相関関係が既知であり、最適な処理結果が得られるフラッシュランプFLの分光強度も既知である。ステップS39では、制御部3が標準ウェハーについて最適な処理結果が得られるフラッシュランプFLの分光強度を光エネルギー吸収比率rで除することによって、処理対象となる半導体ウェハーWについて最適な処理結果が得られるフラッシュランプFLの分光強度を求める。一般には光エネルギー吸収比率rが1よりも大きくなるため、標準ウェハーについて最適な処理結果が得られるフラッシュランプFLの分光強度よりも処理対象となる半導体ウェハーWについてのそれは小さくなる。
Next, the spectral intensity of the flash light irradiated on the semiconductor wafer W to be processed is determined based on the correlation and the light energy absorption ratio r described above (step S39). As described above, with respect to the standard wafer, the correlation between the spectral intensity of the flash lamp FL and the processing result when the flash light having the spectral intensity is irradiated is known, and the flash lamp FL capable of obtaining the optimal processing result. The spectral intensity of is also known. In step S39, the
第3実施形態では、ステップS39にて処理対象となる半導体ウェハーWに照射するフラッシュ光の分光強度を決定した後、当該半導体ウェハーWがフラッシュ加熱部160に搬入されてフラッシュ加熱処理を行うときに、算定した分光強度にてフラッシュランプFLが発光するように制御部3が電源ユニット96を制御する。具体的には、制御部3が電源ユニット96に含まれるコンデンサーの充電電圧(印加電圧)を調整する。
In the third embodiment, when the spectral intensity of the flash light applied to the semiconductor wafer W to be processed is determined in step S39, the semiconductor wafer W is carried into the
第3実施形態においては、分光特性を考慮して正確に求められた半導体ウェハーWおよび標準ウェハーの吸収光エネルギーに基づいて、光エネルギー吸収比率rを算定し、処理対象となる半導体ウェハーWに照射するフラッシュ光の分光強度を正確に決定することができる。その分光強度にてフラッシュランプFLが発光するように制御部3が電源ユニット96を制御することにより、最適なフラッシュ光の強度にて半導体ウェハーWのフラッシュ加熱を行うことができる。
In the third embodiment, a light energy absorption ratio r is calculated based on the absorbed light energy of the semiconductor wafer W and the standard wafer accurately obtained in consideration of the spectral characteristics, and the semiconductor wafer W to be processed is irradiated. It is possible to accurately determine the spectral intensity of the flash light. The
<4.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、上記各実施形態においては、アライメント部130に光学測定ユニット30を設けて半導体ウェハーWの反射光強度を測定するようにしていたが、光学測定ユニット30はインデクサ部101からフラッシュ加熱部160に半導体ウェハーWを搬送する経路上のいずれかの位置に設置すれば良い。
<4. 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, in each of the above embodiments, the
また、上記各実施形態においてはランプハウス5に30本のフラッシュランプFLを備えるようにしていたが、これに限定されずフラッシュランプFLの本数は任意のものとすることができる。また、フラッシュランプFLはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。
In each of the above embodiments, the
また、上記実施形態においては、アシスト加熱手段としてホットプレート71を使用していたが、半導体ウェハーWを保持する保持部7の下方に複数のランプ群(例えば複数のハロゲンランプ)を設け、それらからの光照射によってアシスト加熱を行うようにしても良い。
In the above embodiment, the
また、本発明に係る熱処理装置によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。また、本発明に係る技術は、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化に適用するようにしても良い。 Further, the substrate to be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and may be a glass substrate or a solar cell substrate used for a liquid crystal display device or the like. Further, the technique according to the present invention may be applied to bonding of metal and silicon or crystallization of polysilicon.
3 制御部
11 CPU
30 光学測定ユニット
31 測定光学系
33 投光器
35 分光器
95 測定部
96 電源ユニット
100 熱処理装置
101 インデクサ部
120 受渡ロボット
130 アライメント部
140 冷却部
150 搬送ロボット
160 フラッシュ加熱部
FL フラッシュランプ
HL ハロゲンランプ
W 半導体ウェハー
3
DESCRIPTION OF
Claims (6)
(a) ハロゲンランプの分光強度を取得する工程と、
(b) 前記ハロゲンランプから処理対象基板の表面にハロゲン光を照射して得られる反射光の分光強度を測定する工程と、
(c) 前記工程(a)にて得られた前記ハロゲンランプの分光強度と前記工程(b)にて得られた反射光の分光強度とから前記処理対象基板の分光放射率を算定する工程と、
(d) 前記処理対象基板の分光放射率とフラッシュランプの分光強度とに基づいて、前記フラッシュランプから前記処理対象基板の表面にフラッシュ光を照射したときに前記処理対象基板が吸収する光エネルギーを算定する工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。 A heat treatment method for heating a processing target substrate by irradiating the processing target substrate with flash light,
(a) obtaining the spectral intensity of the halogen lamp;
(b) measuring the spectral intensity of the reflected light obtained by irradiating the surface of the substrate to be treated from the halogen lamp with halogen light;
(c) calculating the spectral emissivity of the substrate to be processed from the spectral intensity of the halogen lamp obtained in the step (a) and the spectral intensity of the reflected light obtained in the step (b); ,
(d) Based on the spectral emissivity of the substrate to be processed and the spectral intensity of the flash lamp, the light energy absorbed by the substrate to be processed when flash light is irradiated from the flash lamp onto the surface of the substrate to be processed. The process of calculating,
A heat treatment method comprising:
(e) 前記工程(d)にて得られた前記処理対象基板が吸収する光エネルギーからフラッシュ光照射時に前記処理対象基板の表面が到達する温度を算定する工程をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。 The heat treatment method according to claim 1,
(e) The heat treatment further comprising a step of calculating a temperature at which the surface of the substrate to be processed reaches at the time of flash light irradiation from the light energy absorbed by the substrate to be processed obtained in the step (d) Method.
(f) 前記フラッシュランプの分光強度と当該分光強度のフラッシュ光が照射されたときの処理結果との相関関係とが既知である標準基板の分光放射率を取得する工程と、
(g) 前記標準基板の分光放射率と前記フラッシュランプの分光強度とに基づいて、前記フラッシュランプから前記標準基板の表面にフラッシュ光を照射したときに前記標準基板が吸収する光エネルギーを算定する工程と、
(h) 前記工程(d)にて得られた算定結果と前記工程(g)にて得られた算定結果とに基づいて、前記標準基板に対する前記処理対象基板の光エネルギー吸収比率を算定する工程と、
(i) 前記相関関係と前記光エネルギー吸収比率とに基づいて、前記処理対象基板に照射するフラッシュ光の分光強度を決定する工程と、
をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。 In the heat processing method of Claim 1 or Claim 2,
(f) obtaining a spectral emissivity of a standard substrate having a known correlation between a spectral intensity of the flash lamp and a processing result when the flash light having the spectral intensity is irradiated;
(g) Based on the spectral emissivity of the standard substrate and the spectral intensity of the flash lamp, the light energy absorbed by the standard substrate when flash light is irradiated from the flash lamp onto the surface of the standard substrate is calculated. Process,
(h) A step of calculating a light energy absorption ratio of the processing target substrate with respect to the standard substrate based on the calculation result obtained in the step (d) and the calculation result obtained in the step (g). When,
(i) determining a spectral intensity of flash light irradiated to the substrate to be processed based on the correlation and the light energy absorption ratio;
The heat processing method characterized by further providing.
ハロゲン光を出射するハロゲンランプと、
フラッシュ光を出射するフラッシュランプと、
前記ハロゲンランプから処理対象基板の表面にハロゲン光を照射して得られる反射光の分光強度を測定する反射光強度測定部と、
前記ハロゲンランプの分光強度と前記反射光の分光強度とから前記処理対象基板の分光放射率を算定し、前記フラッシュランプの分光強度と前記分光放射率とに基づいて、前記フラッシュランプから前記処理対象基板の表面にフラッシュ光を照射したときに前記処理対象基板が吸収する光エネルギーを算定する吸収エネルギー算定部と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。 A heat treatment apparatus for heating a processing target substrate by irradiating the processing target substrate with flash light,
A halogen lamp that emits halogen light;
A flash lamp that emits flash light;
A reflected light intensity measuring unit that measures the spectral intensity of the reflected light obtained by irradiating the surface of the substrate to be processed from the halogen lamp with halogen light;
The spectral emissivity of the substrate to be processed is calculated from the spectral intensity of the halogen lamp and the spectral intensity of the reflected light. Based on the spectral intensity of the flash lamp and the spectral emissivity, the processing target is calculated from the flash lamp. An absorbed energy calculating unit that calculates light energy absorbed by the substrate to be processed when flash light is irradiated on the surface of the substrate;
A heat treatment apparatus comprising:
前記吸収エネルギー算定部にて算定された前記処理対象基板が吸収する光エネルギーからフラッシュ光照射時に前記処理対象基板の表面が到達する温度を算定する温度算定部をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 4, wherein
A heat treatment apparatus, further comprising: a temperature calculation unit that calculates a temperature that the surface of the substrate to be processed reaches at the time of flash light irradiation from light energy absorbed by the substrate to be processed calculated by the absorption energy calculation unit .
前記フラッシュランプの分光強度と標準基板に当該分光強度のフラッシュ光を照射したときの処理結果との相関関係が既知であり、
前記吸収エネルギー算定部は、前記標準基板の分光放射率と前記フラッシュランプの分光強度とに基づいて、前記フラッシュランプから前記標準基板の表面にフラッシュ光を照射したときに前記標準基板が吸収する光エネルギーを算定し、
前記フラッシュランプからフラッシュ光が照射されたときの前記標準基板に対する前記処理対象基板の光エネルギー吸収比率を算定し、前記相関関係と前記光エネルギー吸収比率とに基づいて、前記処理対象基板に照射するフラッシュ光の分光強度を決定するフラッシュ光強度決定部と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。 In the heat treatment apparatus according to claim 4 or 5,
The correlation between the spectral intensity of the flash lamp and the processing result when the standard substrate is irradiated with flash light of the spectral intensity is known,
The absorption energy calculating unit absorbs light that the standard substrate absorbs when flash light is irradiated from the flash lamp onto the surface of the standard substrate based on the spectral emissivity of the standard substrate and the spectral intensity of the flash lamp. Calculate energy,
A light energy absorption ratio of the processing target substrate with respect to the standard substrate when flash light is irradiated from the flash lamp is calculated, and the processing target substrate is irradiated based on the correlation and the light energy absorption ratio. A flash light intensity determination unit that determines the spectral intensity of the flash light;
A heat treatment apparatus comprising:
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