JP2016181656A - Heat treatment apparatus, and adjustment method of heat treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、円板形状の半導体ウェハー等の薄板状精密電子基板(以下、単に「基板」と称する)に対して光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置に関する。 The present invention relates to a heat treatment apparatus for heating a thin plate-shaped precision electronic substrate (hereinafter simply referred to as “substrate”) such as a disk-shaped semiconductor wafer by irradiating 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)と言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の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 impurity diffuses deeply due to heat, and as a result, the junction depth may become deeper than required, which may hinder the formation of a good device. .
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。 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 a xenon flash lamp, only 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1,2には、凹部を有する石英のサセプターに保持した半導体ウェハーの表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射して加熱するものが開示されている。しかし、特許文献1,2に開示される装置においては、サセプターの載置面に半導体ウェハーの裏面が直接接触するように半導体ウェハーが保持されているため、フラッシュ光照射前に予備加熱を行うときにウェハー面内の温度分布が不均一になりやすい。このようなウェハー面内の温度分布の不均一化により、ウェハー面内にホットスポットおよびコールドスポットが点在し、半導体デバイスの特性の劣化および製造の歩留まりの低下等が生じることが懸念される。
As a heat treatment apparatus using such a xenon flash lamp,
これに対して、特許文献3,4には、平板状のサセプターの上面に複数のバンプ(支持ピン)を形成し、それらバンプによって点接触で支持した半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射する技術が開示されている。このようにすれば、半導体ウェハーの裏面がサセプターの上面と直接には接触しないため、予備加熱段階において半導体ウェハーの面内温度分布が不均一となるのを抑制することができる。
On the other hand,
ところで、フラッシュランプを使用した熱処理装置においては、例えば、下方からのハロゲンランプ等による光照射によって半導体ウェハーの予備加熱が行われると、熱が逃げやすい半導体ウェハーの周縁部において温度低下が生じやすい。 By the way, in a heat treatment apparatus using a flash lamp, for example, if the semiconductor wafer is preheated by irradiation with light from a halogen lamp or the like from below, the temperature is likely to decrease at the peripheral edge of the semiconductor wafer where heat easily escapes.
この問題に対して、特許文献4には、複数本の棒状のハロゲンランプの配設密度が半導体ウェハーの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域において高められることで、半導体ウェハーの周縁部により多い光量の光照射を行うことが開示されている。 In order to solve this problem, Patent Document 4 discloses that the arrangement density of a plurality of rod-shaped halogen lamps is increased in a region facing the peripheral portion rather than a region facing the central portion of the semiconductor wafer. It is disclosed that light irradiation with a larger amount of light is performed at the peripheral portion.
しかしながら、棒状のハロゲンランプの配設密度の調整のみによって、予備加熱時における半導体ウェハーの周縁部での温度低下を抑制しつつ、半導体ウェハーの面内温度分布の均一化を図ることは容易でない。 However, it is not easy to make the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer uniform while suppressing temperature drop at the peripheral edge of the semiconductor wafer during preheating only by adjusting the arrangement density of the rod-shaped halogen lamps.
また、例えば、各種材料が塗布された基板の加熱が繰り返されることでチャンバー内が汚れで黒ずむ場合には、この汚れをウエス等で完全に拭き取ることは容易でないため、加熱時における半導体ウェハーの面内温度分布が不均一となり易い。 In addition, for example, when the inside of the chamber is darkened due to dirt due to repeated heating of the substrate coated with various materials, it is not easy to wipe off the dirt completely with a waste cloth or the like. The internal temperature distribution tends to be non-uniform.
上記問題は、フラッシュランプを使用した熱処理装置に限られず、例えば、ハロゲンランプを用いたRTP(Rapid Thermal Process)装置等を含む、光の照射によって基板を加熱する装置一般に共通する。 The above problem is not limited to a heat treatment apparatus using a flash lamp, and is common to apparatuses that heat a substrate by light irradiation, including, for example, an RTP (Rapid Thermal Process) apparatus using a halogen lamp.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱処理装置において光の照射による加熱時に基板の面内温度分布の均一化が図られ得る技術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 technique capable of achieving a uniform in-plane temperature distribution of a substrate during heating by light irradiation in a heat treatment apparatus.
上記課題を解決するために、第1の態様に係る熱処理装置は、基板に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、前記基板を保持する保持部と、複数のランプを有し且つ該複数のランプから発せられる光を前記基板に照射することで該基板を加熱する照射部と、を備え、前記照射部が、前記複数のランプの前記基板とは反対側に配置され且つ前記複数のランプから発せられる光を前記基板に向けて反射する反射部、を有し、前記反射部の少なくとも一部分と前記複数のランプとの角度関係が変更されることで、前記複数のランプの少なくとも一部のランプからの光が前記反射部によって反射される方向が変更されることを特徴とする。 In order to solve the above problem, a heat treatment apparatus according to a first aspect is a heat treatment apparatus that heats a substrate by irradiating the substrate with light, and includes a holding unit that holds the substrate, and a plurality of lamps. And an irradiation unit that heats the substrate by irradiating the substrate with light emitted from the plurality of lamps, and the irradiation unit is disposed on the opposite side of the plurality of lamps from the substrate. A plurality of lamps that reflect light emitted from the plurality of lamps toward the substrate, and the angular relationship between at least a part of the reflection sections and the plurality of lamps is changed. The direction in which the light from at least some of the lamps is reflected by the reflecting portion is changed.
第2の態様に係る熱処理装置は、第1の態様に係る熱処理装置であって、前記複数のランプに含まれており且つ前記保持部に保持された前記基板を光の第1の照射によって加熱する複数の第1ランプと、前記複数のランプには含まれておらず且つ前記保持部に保持された前記基板を光の第2の照射によって加熱する第2ランプと、を備え、前記第1の照射が、前記第2の照射よりも先に開始され、前記複数の第1ランプが、前記保持部に保持された前記基板を前記第2の照射による加熱前に前記第1の照射によって予備的に加熱することを特徴とする。 A heat treatment apparatus according to a second aspect is the heat treatment apparatus according to the first aspect, wherein the substrate included in the plurality of lamps and held by the holding portion is heated by the first irradiation of light. A plurality of first lamps, and a second lamp that is not included in the plurality of lamps and that heats the substrate held by the holding portion by second light irradiation. Irradiation is started prior to the second irradiation, and the plurality of first lamps reserves the substrate held by the holding unit by the first irradiation before heating by the second irradiation. It is characterized by heating.
第3の態様に係る熱処理装置は、第2の態様に係る熱処理装置であって、前記第2ランプが、前記保持部に保持された前記基板をフラッシュ光による前記第2の照射によって加熱するフラッシュランプを含むことを特徴とする。 A heat treatment apparatus according to a third aspect is the heat treatment apparatus according to the second aspect, wherein the second lamp heats the substrate held by the holding portion by the second irradiation with flash light. A lamp is included.
第4の態様に係る熱処理装置は、第3の態様に係る熱処理装置であって、前記基板が、表面部に不純物が注入された半導体基板であり、前記熱処理装置が、前記第1の照射および前記第2の照射による加熱が施された後の前記半導体基板の表面部におけるシート抵抗の実際の面内分布と、前記半導体基板の表面部におけるシート抵抗の面内分布について予め設定された基準となる基準面内分布との関係に応じて、前記反射部の少なくとも一部分と前記複数の第1ランプとの角度関係を変更させる制御部、を更に備えることを特徴とする。 A heat treatment apparatus according to a fourth aspect is the heat treatment apparatus according to the third aspect, wherein the substrate is a semiconductor substrate in which impurities are implanted into a surface portion, and the heat treatment apparatus includes the first irradiation and The actual in-plane distribution of sheet resistance in the surface portion of the semiconductor substrate after being heated by the second irradiation, and a preset reference for the in-plane distribution of sheet resistance in the surface portion of the semiconductor substrate; And a control unit that changes an angular relationship between at least a part of the reflection unit and the plurality of first lamps according to a relationship with a reference in-plane distribution.
第5の態様に係る熱処理装置は、第4の態様に係る熱処理装置であって、前記制御部が、前記第1の照射および前記第2の照射が施された後の前記半導体基板の表面部のうちの前記基準面内分布におけるシート抵抗の値よりも前記実際の面内分布におけるシート抵抗の値の方が高い領域に対して、前記照射部から照射される光の量が増加するように、前記角度関係を変更させることを特徴とする。 A heat treatment apparatus according to a fifth aspect is the heat treatment apparatus according to the fourth aspect, wherein the control unit has a surface portion of the semiconductor substrate after the first irradiation and the second irradiation are performed. The amount of light emitted from the irradiating unit is increased in a region where the sheet resistance value in the actual in-plane distribution is higher than the sheet resistance value in the reference in-plane distribution. The angular relationship is changed.
第6の態様に係る熱処理装置は、第5の態様に係る熱処理装置であって、前記制御部が、前記実際の面内分布と、前記基準面内分布との差分に応じて、前記角度関係を変更させることを特徴とする。 A heat treatment apparatus according to a sixth aspect is the heat treatment apparatus according to the fifth aspect, wherein the control unit determines the angular relationship according to a difference between the actual in-plane distribution and the reference in-plane distribution. It is characterized by changing.
第7の態様に係る熱処理装置の調整方法は、不純物が注入された半導体基板に光を照射することによって該半導体基板を加熱する熱処理装置の調整方法であって、(a)前記半導体基板を前記熱処理装置内の保持部に保持させるステップと、(b)前記保持部に保持された前記基板に対して複数の第1ランプによる光の第1の照射によって予備的な加熱を施すとともに、該予備的な加熱の開始後に、前記半導体基板に対して第2ランプによるフラッシュ光の第2の照射によって加熱を施すステップと、(c)前記ステップ(b)において前記第1の照射および前記第2の照射が施された後の前記半導体基板の表面部におけるシート抵抗を測定することで前記半導体基板の表面部におけるシート抵抗の実際の面内分布を取得するステップと、(d)前記ステップ(c)において取得された前記実際の面内分布と、前記半導体基板の表面部におけるシート抵抗の面内分布について予め設定された基準となる基準面内分布との関係に応じて、前記複数の第1ランプから発せられる光を前記半導体基板に向けて反射する反射部の少なくとも一部分と前記複数の第1ランプとの角度関係を変更するステップと、を有することを特徴とする。 A method for adjusting a heat treatment apparatus according to a seventh aspect is a method for adjusting a heat treatment apparatus for heating a semiconductor substrate by irradiating light onto a semiconductor substrate into which impurities have been implanted, comprising: (B) preliminarily heating the substrate held by the holding unit by first irradiation with light from a plurality of first lamps, and Heating the semiconductor substrate by a second irradiation of flash light by a second lamp after the start of a typical heating, and (c) the first irradiation and the second irradiation in the step (b) Obtaining an actual in-plane distribution of the sheet resistance at the surface portion of the semiconductor substrate by measuring the sheet resistance at the surface portion of the semiconductor substrate after being irradiated; and (d) the step (c) In The plurality of first lamps according to the relationship between the actual in-plane distribution acquired in step S1 and the reference in-plane distribution that is a preset reference for the in-plane distribution of sheet resistance on the surface portion of the semiconductor substrate. And changing the angular relationship between at least a part of the reflecting portions that reflect the light emitted from the semiconductor substrate toward the semiconductor substrate and the plurality of first lamps.
第8の態様に係る熱処理装置の調整方法は、第7の態様に係る熱処理装置の調整方法であって、前記ステップ(d)において、前記第1の照射および前記第2の照射が施された後の前記半導体基板の表面部のうちの前記基準面内分布におけるシート抵抗の値よりも前記実際の面内分布におけるシート抵抗の値の方が高い領域に対して、前記複数の第1ランプから照射される光の量が増加するように、前記角度関係を変更することを特徴とする。 A method for adjusting a heat treatment apparatus according to an eighth aspect is the method for adjusting a heat treatment apparatus according to the seventh aspect, wherein the first irradiation and the second irradiation are performed in the step (d). From the plurality of first lamps to a region having a higher sheet resistance value in the actual in-plane distribution than the sheet resistance value in the reference in-plane distribution in the subsequent surface portion of the semiconductor substrate The angular relationship is changed so that the amount of light to be irradiated is increased.
第9の態様に係る熱処理装置の調整方法は、第8の態様に係る熱処理装置の調整方法であって、前記ステップ(d)が、(d1)前記ステップ(c)において取得された前記実際の面内分布と、前記基準面内分布との差分を算出するステップと、(d2)前記ステップ(d1)において算出された前記差分に応じて、前記角度関係を変更するステップと、を含むことを特徴とする。 A method for adjusting a heat treatment apparatus according to a ninth aspect is the method for adjusting a heat treatment apparatus according to the eighth aspect, wherein the step (d) includes the actual step (d1) acquired in the step (c). Calculating a difference between the in-plane distribution and the reference in-plane distribution, and (d2) changing the angular relationship according to the difference calculated in the step (d1). Features.
第1から第6の何れの態様に係る熱処理装置によっても、ランプから発せられる光を基板に向けて反射する反射部における少なくとも一部分とランプとの角度関係が変更されることで、ランプからの光が反射される方向が変更されるため、熱処理装置において光の照射による加熱時に基板の面内温度分布の均一化が図られ得る。 With the heat treatment apparatus according to any one of the first to sixth aspects, the light from the lamp is changed by changing the angular relationship between the lamp and at least a part of the reflecting portion that reflects the light emitted from the lamp toward the substrate. Since the direction in which the light is reflected is changed, the in-plane temperature distribution of the substrate can be made uniform during heating by light irradiation in the heat treatment apparatus.
第2から第6の何れの態様に係る熱処理装置によっても、第1ランプによる光の第1の照射によって基板が予備的に加熱され、この予備的な加熱の開始後に、第2ランプによる光の第2の照射によって基板が加熱され始めるため、熱処理装置において光の照射による予備加熱時に基板の面内温度分布の均一化が図られ得る。 In the heat treatment apparatus according to any of the second to sixth aspects, the substrate is preliminarily heated by the first irradiation of light by the first lamp, and after the preliminary heating is started, the light of the second lamp is emitted. Since the substrate starts to be heated by the second irradiation, the in-plane temperature distribution of the substrate can be made uniform during the preheating by the light irradiation in the heat treatment apparatus.
第3から第6の何れの態様に係る熱処理装置によっても、第1ランプによる光の照射によって基板が予備的に加熱され始めた後に、第2ランプによるフラッシュ光の照射によって基板が加熱されるため、フラッシュ光の照射によって基板を加熱する熱処理装置において光の照射による予備加熱時に基板の面内温度分布の均一化が図られ得る。 In the heat treatment apparatus according to any of the third to sixth aspects, the substrate is heated by flash light irradiation by the second lamp after the substrate has been preliminarily heated by light irradiation by the first lamp. In the heat treatment apparatus that heats the substrate by irradiation with flash light, the in-plane temperature distribution of the substrate can be made uniform during preheating by light irradiation.
第4から第6の態様に係る熱処理装置ならびに第7から第9の態様に係る熱処理装置の調整方法の何れによっても、半導体基板に対する予備的な加熱およびフラッシュ光の照射による加熱が施された後の半導体基板の表面部におけるシート抵抗の面内分布と、シート抵抗の基準となる面内分布との関係に応じて、反射部の少なくとも一部分と第1ランプとの角度関係が変更されるため、フラッシュ光の照射によって基板を加熱する熱処理装置において光の照射による予備加熱時に半導体基板の面内温度分布の均一化がより適正に図られ得る。 After any of the heat treatment apparatuses according to the fourth to sixth aspects and the adjustment methods of the heat treatment apparatuses according to the seventh to ninth aspects, the semiconductor substrate is preliminarily heated and heated by flash light irradiation. In accordance with the relationship between the in-plane distribution of the sheet resistance in the surface portion of the semiconductor substrate and the in-plane distribution serving as a reference for the sheet resistance, the angular relationship between at least a part of the reflecting portion and the first lamp is changed, In the heat treatment apparatus that heats the substrate by irradiation with flash light, the in-plane temperature distribution of the semiconductor substrate can be made more uniform during preheating by light irradiation.
第5および第6の態様に係る熱処理装置ならびに第8および第9の態様に係る熱処理装置の調整方法の何れによっても、熱処理が施された後の半導体基板の表面部においてシート抵抗が高くなる領域に対し、より多くの光量の光の照射が行われるため、光の照射による予備加熱時に半導体基板の面内温度分布の均一化がさらに適正に図られ得る。 Region in which sheet resistance increases in the surface portion of the semiconductor substrate after the heat treatment is performed by any of the heat treatment apparatus according to the fifth and sixth aspects and the adjustment method of the heat treatment apparatus according to the eighth and ninth aspects. On the other hand, since irradiation with a larger amount of light is performed, the in-plane temperature distribution of the semiconductor substrate can be made more appropriate during preheating by light irradiation.
以下、一実施形態および各種変形例を図面に基づいて説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。なお、図1およびそれ以降の各図においては、理解が容易となるように、必要に応じて各部の寸法や数が誇張または簡略化されて描かれている。 Hereinafter, an embodiment and various modifications will be described with reference to the drawings. In the drawings, parts having the same configuration and function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted in the following description. In FIG. 1 and the subsequent drawings, the dimensions and the number of each part are exaggerated or simplified as necessary for easy understanding.
図1は、一実施形態に係る熱処理装置1の構成を示す縦断面図である。熱処理装置1は、基板としての半導体ウェハーWに対して光を照射することによって該半導体ウェハーWを加熱する装置である。具体的には、熱処理装置1は、半導体ウェハーWにフラッシュ光を照射して該半導体ウェハーWを加熱する装置(フラッシュランプアニール装置とも言う)である。ここで、処理対象となる半導体ウェハーWは、一般に円板形状を有する。該半導体ウェハーWのサイズとしては、特に限定されるものではないが、例えば、φ300mmあるいはφ450mmのものが採用され得る。そして、熱処理装置1に搬入される上記半導体ウェハーWの表面近傍の部分(表面部とも言う)には不純物が注入されており、熱処理装置1による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行される。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a
熱処理装置1は、半導体ウェハーWを収容するチャンバー6と、複数のフラッシュランプFLを内蔵するフラッシュ加熱部5と、複数のハロゲンランプHLを内蔵する照射部としてのハロゲン加熱部4と、を備える。具体的には、チャンバー6の上側にフラッシュ加熱部5が設けられるとともに、チャンバー6の下側にハロゲン加熱部4が設けられている。また、熱処理装置1は、チャンバー6の内部に、保持部7と、移載機構10と、を備える。保持部7は、半導体ウェハーWを保持する部分であり、例えば、半導体ウェハーWを水平姿勢で保持する。移載機構10は、保持部7と装置外部との間で半導体ウェハーWの受け渡しを行う機構である。さらに、熱処理装置1は、ハロゲン加熱部4、フラッシュ加熱部5およびチャンバー6に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーWの熱処理を実行させる制御部3を備える。
The
チャンバー6は、筒状のチャンバー側部61の上下の部分に石英製のチャンバー窓が装着されて構成されている。チャンバー側部61は、上下が開口された概略筒形状を有しており、該チャンバー側部61の上側開口が上側チャンバー窓63の装着によって閉塞され、該チャンバー側部61の下側開口が下側チャンバー窓64の装着によって閉塞されている。チャンバー6の天井部を構成する上側チャンバー窓63は、石英によって形成された円板形状の部材であり、フラッシュ加熱部5から出射されたフラッシュ光をチャンバー6内に透過させる石英窓として機能する。また、チャンバー6の床部を構成する下側チャンバー窓64も、石英によって形成された円板形状の部材であり、ハロゲン加熱部4からの光をチャンバー6内に透過させる石英窓として機能する。
The
また、チャンバー側部61の内側の壁面の上部には反射リング68が装着され、チャンバー側部61の内側の壁面の下部には反射リング69が装着されている。反射リング68,69は、ともに円環状に形成されている。上側の反射リング68は、チャンバー側部61に対して上側から嵌め込まれることによって装着される。一方、下側の反射リング69は、チャンバー側部61に対して下側から嵌め込まれて図示省略のビスで留められることによって装着される。すなわち、反射リング68,69は、ともに着脱自在にチャンバー側部61に装着されるものである。チャンバー6の内側空間、すなわち上側チャンバー窓63、下側チャンバー窓64、チャンバー側部61および反射リング68,69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。
Further, a
ここでは、チャンバー側部61に反射リング68,69が装着されることによって、チャンバー6の内壁面に凹部62が形成される。すなわち、チャンバー側部61の内壁面のうちの反射リング68,69が装着されていない中央部分と、反射リング68の下端面と、反射リング69の上端面とで囲まれた凹部62が形成される。凹部62は、チャンバー6の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウェハーWを保持する保持部7を囲繞する。
Here, the
チャンバー側部61および反射リング68,69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)によって形成されている。また、反射リング68,69の内周面は電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。
The
また、チャンバー側部61には、チャンバー6に対して半導体ウェハーWの搬入および搬出を行うための搬送開口部(炉口)66が形設されている。搬送開口部66は、ゲートバルブ185によって開閉可能とされている。搬送開口部66は凹部62の外周面に連通接続されている。このため、ゲートバルブ185が搬送開口部66を開放しているときには、搬送開口部66から凹部62を介した熱処理空間65への半導体ウェハーWの搬入および熱処理空間65からの凹部62を介した半導体ウェハーWの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ185が搬送開口部66を閉鎖するとチャンバー6内の熱処理空間65が密閉空間とされる。
The
また、チャンバー6の内壁上部には熱処理空間65に処理ガス(本実施形態では窒素ガス(N2))を供給するガス供給孔81が形設されている。ガス供給孔81は、凹部62よりも上側の位置に形設されており、反射リング68に設けられていても良い。ガス供給孔81はチャンバー6の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間82を介してガス供給管83に連通接続されている。ガス供給管83はガス供給源85に接続されている。また、ガス供給管83の経路の途中にはバルブ84が介挿されている。バルブ84が開放されると、ガス供給源85から緩衝空間82に窒素ガスが送給される。緩衝空間82に流入した窒素ガスは、ガス供給孔81よりも流体抵抗の小さい緩衝空間82内を拡がるように流れてガス供給孔81から熱処理空間65内へと供給される。なお、処理ガスは窒素ガスに限定されるものではなく、アルゴン(Ar)およびヘリウム(He)等の不活性ガス、または、酸素(O2)、水素(H2)、塩素(Cl2)、塩化水素(HCl)、オゾン(O3)、アンモニア(NH3)等の反応性ガスであっても良い。
Further, a
一方、チャンバー6の内壁下部には熱処理空間65内の気体を排気するガス排気孔86が形設されている。ガス排気孔86は、凹部62よりも下側の位置に形設されており、反射リング69に設けられていても良い。ガス排気孔86はチャンバー6の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間87を介してガス排気管88に連通接続されている。ガス排気管88は排気部190に接続されている。また、ガス排気管88の経路の途中にはバルブ89が介挿されている。バルブ89が開放されると、熱処理空間65の気体がガス排気孔86から緩衝空間87を経てガス排気管88へと排出される。なお、ガス供給孔81およびガス排気孔86のそれぞれは、チャンバー6の周方向に沿って複数設けられていても良いし、スリット状のものであっても良い。また、ガス供給源85および排気部190は、熱処理装置1に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置1が設置される工場のユーティリティであっても良い。
On the other hand, a
また、搬送開口部66の先端にも熱処理空間65内の気体を排出するガス排気管191が接続されている。ガス排気管191はバルブ192を介して排気部190に接続されている。バルブ192を開放することによって、搬送開口部66を介してチャンバー6内の気体が排気される。
A
図2は、保持部7の全体外観を示す斜視図である。また、図3は、保持部7のサセプター74を上面から見た平面図であり、図4は、水平面に垂直な面に沿った保持部7の断面を模式的に示す断面図である。なお、図4には、保持部7に保持された状態の半導体ウェハーWの外縁が二点鎖線で描かれている。保持部7は、基台リング71、連結部72およびサセプター74を備えて構成される。基台リング71、連結部72およびサセプター74はいずれも石英によって形成されている。すなわち、保持部7の全体が石英によって形成されている。
FIG. 2 is a perspective view showing the overall appearance of the holding
基台リング71は、円環形状の石英製の部材である。基台リング71は、凹部62の底面に載置されることによって、チャンバー6の壁面に支持される(図1参照)。円環形状を有する基台リング71の上面に、その周方向に沿って複数の連結部72(本実施形態では4個)が立設される。連結部72も石英の部材であり、溶接によって基台リング71に固着される。なお、基台リング71の形状は、例えば、円環形状から一部が欠落した円弧状であっても良い。
The
サセプター74は、チャンバー6内において該サセプター74上に載置された半導体ウェハーWを保持する。該サセプター74は、基台リング71に設けられた4個の連結部72によって支持される。サセプター74は、プレートとしての保持プレート75、ガイド部としてのガイドリング76および複数の支持ピン77を備える。保持プレート75は、石英によって形成された円形の平板状部材である。保持プレート75の直径は半導体ウェハーWの直径よりも大きい。すなわち、保持プレート75は、半導体ウェハーWよりも大きな平面サイズを有する。
The
保持プレート75の上面の周縁部には、ガイドリング76が設置されている。ガイドリング76は、半導体ウェハーWの直径よりも大きな内径を有する円環形状の部材である。また、ガイドリング76は、保持プレート75と同様に石英によって形成される。ガイドリング76は、保持プレート75の上面に溶着されても良いし、別途加工によって形成されたピン等によって保持プレート75に固定されても良い。あるいは、ガイドリング76は、単に保持プレート75の上面の周縁部に載置されるだけでも良い。ここで、ガイドリング76が保持プレート75に溶着されると、石英の部材の摺動によるパーティクルの発生が抑制され、ガイドリング76を載置した場合には、溶着による保持プレート75の歪みが防止され得る。
A
図5は、ガイドリング76の設置部分を拡大した図である。ガイドリング76の内周は、保持プレート75から上方に向けて広くなるようなテーパ面76aとされている。保持プレート75の上面のうちテーパ面76aの先端(下端)よりも内側の領域が、半導体ウェハーWが載置される載置面75aとされる。保持プレート75の載置面75aに対するガイドリング76のテーパ面76aの勾配αは、30°以上で且つ70°以下(本実施形態では45°)である。また、テーパ面76aの表面平均粗さ(Ra)は、1.6μm以下とされている。
FIG. 5 is an enlarged view of a portion where the
ガイドリング76の内径(テーパ面76aの先端の径)は、半導体ウェハーWの直径よりも10mm以上で且つ40mm以下大きい。従って、保持プレート75の載置面75aの中央に半導体ウェハーWが保持されたときには、当該半導体ウェハーWの外周端からテーパ面76aの先端までの距離は、5mm以上で且つ20mm以下となる。本実施形態においては、φ300mmの半導体ウェハーWに対してガイドリング76の内径がφ320mmとされている(半導体ウェハーWの外周端からテーパ面76aの先端までの距離は、10mm)。なお、ガイドリング76の外径は、特に限定されるものではないが、例えば、保持プレート75の直径(本実施形態では、φ340mm)と同じであれば良い。
The inner diameter of the guide ring 76 (the diameter of the tip of the tapered
また、保持プレート75の載置面75aには、複数の支持ピン77が立設されている。本実施形態においては、載置面75aの外周円(ガイドリング76の内周円)と同心円の周上に沿って60°毎に計6本の支持ピン77が立設されている。6本の支持ピン77を配置した円の径(対向する支持ピン77間の距離)は、半導体ウェハーWの径よりも小さく、本実施形態ではφ280mmである。それぞれの支持ピン77は、石英にて形成されている。複数の支持ピン77は、保持プレート75の上面に穿設された凹部に嵌着して立設されれば良い。
A plurality of support pins 77 are erected on the mounting
基台リング71に立設された4個の連結部72とサセプター74の保持プレート75の下面周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプター74と基台リング71とは連結部72によって固定的に連結されている。このような保持部7の基台リング71がチャンバー6の壁面に支持されることによって、保持部7がチャンバー6に装着される。保持部7がチャンバー6に装着された状態においては、サセプター74の保持プレート75は、水平姿勢(法線が鉛直方向と一致する姿勢)となる。チャンバー6に搬入された半導体ウェハーWは、チャンバー6に装着された保持部7のサセプター74の上に水平姿勢にて載置されて保持される。このとき、半導体ウェハーWは、保持プレート75上に立設された複数の支持ピン77によって点接触によって支持されることでサセプター74に保持される。すなわち、半導体ウェハーWは、複数の支持ピン77によって保持プレート75の載置面75aから所定の間隔を隔てて支持される。また、支持ピン77の高さよりもガイドリング76の厚さの方が大きい。従って、支持ピン77によって支持された半導体ウェハーWの水平方向における位置のずれは、ガイドリング76によって防止される。
The four connecting
また、図2および図3で示されるように、サセプター74の保持プレート75には、上下に貫通する開口部78が形成されている。開口部78は、サセプター74に保持された半導体ウェハーWの下面から放射される放射光(赤外光)が、放射温度計120によって受光されるように設けられている。すなわち、サセプター74に保持された半導体ウェハーWの裏面から放射された光が、開口部78を介して放射温度計120によって受光され、別置のディテクタによってその半導体ウェハーWの温度が測定される。さらに、サセプター74の保持プレート75には、後述する移載機構10のリフトピン12が半導体ウェハーWの受け渡しのために、貫通する4個の貫通孔79が穿設されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the holding
図6は、移載機構10の平面図である。また、図7は、移載機構10の側面図である。移載機構10は、2本の移載アーム11を備える。移載アーム11は、概ね円環状の凹部62に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム11には2本のリフトピン12が立設されている。各移載アーム11は、水平移動機構13によって回動可能とされている。水平移動機構13は、一対の移載アーム11を、保持部7に対して半導体ウェハーWの移載を行う移載動作位置(図6の実線で描かれた位置)と、保持部7に保持された半導体ウェハーWと平面視で重ならない退避位置(図6の二点鎖線で描かれた位置)との間で水平移動させる。水平移動機構13としては、個別のモータによって各移載アーム11をそれぞれ回動させるものであっても良いし、リンク機構を用いて1個のモータによって一対の移載アーム11を連動させて回動させるものであっても良い。
FIG. 6 is a plan view of the
また、一対の移載アーム11は、昇降機構14によって水平移動機構13とともに昇降移動される。昇降機構14が一対の移載アーム11を移載動作位置にて上昇させると、計4本のリフトピン12がサセプター74の保持プレート75に穿設された貫通孔79(図2および図3参照)を通過し、リフトピン12の上端が保持プレート75の上面から突き出る。一方、昇降機構14が一対の移載アーム11を移載動作位置にて下降させてリフトピン12を貫通孔79から抜き取り、水平移動機構13が一対の移載アーム11を開くように移動させると各移載アーム11が退避位置に移動する。一対の移載アーム11の退避位置は、保持部7の基台リング71の直上である。基台リング71は凹部62の底面に載置されているため、移載アーム11の退避位置は凹部62の内側となる。なお、移載機構10の駆動部(水平移動機構13および昇降機構14)が設けられている部位の近傍にも図示省略の排気機構が設けられており、移載機構10の駆動部周辺の雰囲気がチャンバー6の外部に排出されるように構成されている。
The pair of
図1に戻り、フラッシュ加熱部5は、チャンバー6の上方に設けられており、筐体51の内側に、複数本(本実施形態では30本)のフラッシュランプ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。そして、フラッシュ加熱部5が、サセプター74に保持された半導体ウェハーWに複数のフラッシュランプFLから発せられるフラッシュ光を照射することで、該半導体ウェハーWを加熱する。本実施形態では、フラッシュランプFLとして、キセノンフラッシュランプが採用される。また、フラッシュ加熱部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。フラッシュ加熱部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の石英窓である。フラッシュ加熱部5がチャンバー6の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓53が上側チャンバー窓63と相対向することとなる。フラッシュランプFLはチャンバー6の上方からランプ光放射窓53および上側チャンバー窓63を介して熱処理空間65にフラッシュ光を照射する。
Returning to FIG. 1, the
複数のフラッシュランプFLは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状のランプであり、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。 The plurality of flash lamps FL are rod-shaped lamps each 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ミリ秒から100ミリ秒という極めて短い光パルスに変換されることから、ハロゲンランプHLの如き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 previously stored in the capacitor is converted into an extremely short light pulse of 0.1 to 100 milliseconds, so that the continuous lighting like the halogen lamp HL is possible. It has the characteristic that it can irradiate extremely strong light compared with a light source.
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は、例えば、アルミニウム合金板によって形成されており、その表面(フラッシュランプFLに臨む側の面)には、ブラスト処理により粗面化加工が施されている。
In addition, the
ハロゲン加熱部4は、チャンバー6の下方に設けられており、複数本(本実施形態では40本)の第1ランプとしてのハロゲンランプHLからなる光源と、その光源を下方から覆うように設けられた反射部4Rと、を有している。ハロゲン加熱部4は、複数のハロゲンランプHLから発せられる光を、チャンバー6の下方から下側チャンバー窓64を介して熱処理空間65へ照射する。ここで、反射部4Rは、複数のハロゲンランプHLの半導体ウェハーWとは反対側に配置されている。このため、複数のハロゲンランプHLから反射部4Rに向けて発せられる光が、反射部4Rによって半導体ウェハーWに向けて反射される。このようにして、複数のハロゲンランプHLから発せられる光がサセプター74に保持された半導体ウェハーWに照射され、その結果、半導体ウェハーWが加熱される。
The halogen heating unit 4 is provided below the
図8は、複数のハロゲンランプHLの配置を示す平面図である。本実施形態では、上下2段に各20本ずつのハロゲンランプHLが配設されている。各ハロゲンランプHLは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに20本のハロゲンランプHLは、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配列されている。よって、上段、下段ともにハロゲンランプHLの配列によって形成される平面は水平面である。 FIG. 8 is a plan view showing the arrangement of a plurality of halogen lamps HL. In the present embodiment, 20 halogen lamps HL are arranged in two upper and lower stages. Each halogen lamp HL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape. The 20 halogen lamps HL in both the upper and lower stages are arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 (that is, along the horizontal direction). Yes. Therefore, the plane formed by the arrangement of the halogen lamps HL in both the upper stage and the lower stage is a horizontal plane.
また、図8で示されるように、上段、下段ともに保持部7に保持される半導体ウェハーWの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプHLの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも周縁部の方がハロゲンランプHLの配設ピッチが短い。このため、ハロゲン加熱部4からの光の照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーWの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。
Further, as shown in FIG. 8, the arrangement density of the halogen lamps HL in the region facing the peripheral portion is higher than the region facing the central portion of the semiconductor wafer W held by the holding
また、上段のハロゲンランプHLからなるランプ群と下段のハロゲンランプHLからなるランプ群とが格子状に交差するように配列されている。すなわち、上段の各ハロゲンランプHLの長手方向と下段の各ハロゲンランプHLの長手方向とが直交するように計40本のハロゲンランプHLが配設されている。 Further, the lamp group composed of the upper halogen lamp HL and the lamp group composed of the lower halogen lamp HL are arranged so as to intersect in a lattice pattern. That is, a total of 40 halogen lamps HL are arranged so that the longitudinal direction of the upper halogen lamps HL and the longitudinal direction of the lower halogen lamps HL are orthogonal to each other.
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。また、ハロゲンランプHLは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプHLを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーWへの放射効率が優れたものとなる。 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. Further, since the halogen lamp HL is a rod-shaped lamp, it has a long life, and by arranging the halogen lamp HL along the horizontal direction, the radiation efficiency to the upper semiconductor wafer W becomes excellent.
図9は、反射部4Rの配置を模式的に示す断面図である。図10は、リフレクタ4Rfが回動する様子を模式的に示す断面図である。図9および図10では、各ハロゲンランプHLから発せられる光の進行方向が直線状の細線で描かれた矢印で示されている。
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the arrangement of the reflecting
本実施形態では、反射部4Rには、各ハロゲンランプHLに対して、それぞれ1つのリフレクタ4Rfが設けられている。具体的には、図9で示されるように、各ハロゲンランプHLの側方から下方にかけた下半分の部分が覆われるように、半円筒状のリフレクタ4Rfが設けられている。図9には、一例として、相互に平行に配置された6本のハロゲンランプHL1〜HL6のそれぞれにおいて、側方から下方にかけた下半分の部分が、リフレクタ4Rf1〜4Rf6で覆われている様子が示されている。ハロゲンランプHLの光は、通常は四方八方に散乱するが、上記のように、ハロゲンランプHLの下半分を囲むようにリフレクタ4Rfが設けられることで、ハロゲンランプHLから出射される光に指向性が持たされている。
In the present embodiment, the
また、ハロゲン加熱部4では、例えば、各リフレクタ4Rf1〜4Rf6が、回動自在に設けられている。具体的には、円筒状の各ハロゲンランプHLの軸を中心として、各ハロゲンランプHLに対して設けられたリフレクタ4Rfが回動自在に設けられている。これにより、反射部4Rの少なくとも一部分としてのリフレクタ4Rf1〜4Rf6と複数のハロゲンランプHLとの角度関係が変更され得る。その結果、複数のハロゲンランプHLの少なくとも一部のハロゲンランプHLからの光が反射部4Rにおいて反射される方向が変更され得る。これにより、熱処理装置1において光の照射による加熱時に半導体ウェハーWの面内温度分布の均一化が図られ得る。
Moreover, in the halogen heating part 4, each reflector 4Rf1-4Rf6 is provided rotatably, for example. Specifically, a reflector 4Rf provided for each halogen lamp HL is rotatably provided around the axis of each cylindrical halogen lamp HL. Thereby, the angular relationship between the reflectors 4Rf1 to 4Rf6 as at least a part of the reflecting
図10には、反射部4Rの一部分としての3つのリフレクタ4Rf1〜4Rf3と3つのハロゲンランプHL1〜HL3との角度関係が変更される様子が示されている。ここでは、リフレクタ4Rfが回動する方向が実線の矢印で示されている。
FIG. 10 shows how the angular relationship between the three reflectors 4Rf1 to 4Rf3 and the three halogen lamps HL1 to HL3 as a part of the reflecting
そして、本実施形態では、保持部7に保持された半導体ウェハーWに対して、第1ランプとしてハロゲンランプHLによる光の照射(第1の照射とも言う)が、第2のランプとしてのフラッシュランプFLによるフラッシュ光の照射(第2の照射とも言う)よりも先に開始される。これにより、複数のハロゲンランプHLによって、保持部7に保持された半導体ウェハーWが、フラッシュランプFLからの光の第2の照射による加熱前に、ハロゲンランプHLからの光の照射によって予備的に加熱され得る。つまり、ハロゲンランプHLによる光の第1の照射によって半導体ウェハーWが予備的に加熱され、この予備的な加熱の開始後に、フラッシュランプFLによるフラッシュ光の第2の照射によって半導体ウェハーWが加熱され始める。これにより、熱処理装置1において光の照射による予備加熱時に半導体ウェハーWの面内温度分布の均一化が図られ得る。なお、本実施形態では、第1の照射が行われている途中からフラッシュ光による第2の照射が開始される構成が採用される。
In this embodiment, the semiconductor wafer W held by the holding
また、本実施形態では、特に、フラッシュランプFLによって保持部7に保持された半導体ウェハーWに対してフラッシュ光が照射されることで、ハロゲンランプHLによる光の照射によって半導体ウェハーWが予備的に加熱され始めた後に、フラッシュランプFLによるフラッシュ光の照射によって半導体ウェハーWが加熱される。これにより、フラッシュ光の照射によって半導体ウェハーWを加熱する熱処理装置1において光の照射による予備加熱時に半導体ウェハーWの面内温度分布の均一化が図られ得る。その結果、フラッシュランプFLによるフラッシュ光の第2の照射によって半導体ウェハーWが加熱される際に、半導体ウェハーWの面内温度分布が均一化され得る。
In the present embodiment, in particular, the semiconductor wafer W held on the holding
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、ならびに制御用ソフトウェアおよびデータ等を記憶しておく磁気ディスクを備えている。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。
The
ところで、熱処理装置1において熱処理の対象物である半導体ウェハーWは、表面部に不純物が注入されたものであり、熱処理装置1による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行され得る。このとき、半導体ウェハーWの加熱が不十分であれば、不純物の活性化が不十分となる。そして、熱処理後の半導体ウェハーWの表面部においては、不純物の活性化が十分である部分では好ましいシート抵抗(Rs)あるいはそれよりも低いシート抵抗を呈し、不純物の活性化が不十分である部分では好ましいシート抵抗よりも高いシート抵抗を呈する傾向がある。
By the way, the semiconductor wafer W which is an object of the heat treatment in the
一般に、半導体ウェハーに熱処理を施す熱処理装置については、プロセスの性能を管理する指標として、熱処理後の半導体ウェハーのシート抵抗が用いられる。このシート抵抗は、熱処理装置の連続的な使用により、熱処理装置のチャンバー内の汚れならびに各種ランプおよびその他のパーツの劣化に応じて、日々変化し得るパラメータである。したがって、熱処理装置におけるプロセスの性能を維持するために、熱処理後の半導体ウェハーのシート抵抗を好ましい値(目標値)に近づけるように熱処理装置のメンテナンスが一週間毎等といった定期的なタイミングで行われれば良い。 In general, for a heat treatment apparatus that performs heat treatment on a semiconductor wafer, the sheet resistance of the semiconductor wafer after heat treatment is used as an index for managing process performance. This sheet resistance is a parameter that can change from day to day in accordance with contamination in the chamber of the heat treatment apparatus and deterioration of various lamps and other parts due to continuous use of the heat treatment apparatus. Therefore, in order to maintain the process performance of the heat treatment apparatus, maintenance of the heat treatment apparatus is performed at a regular timing such as every week so that the sheet resistance of the semiconductor wafer after the heat treatment approaches a desirable value (target value). It ’s fine.
具体的には、所望の特性を有する半導体ウェハーWを実現するために、熱処理後の半導体ウェハーWのうち、低いシート抵抗を呈する部分については熱処理の温度が低減され、高いシート抵抗を呈する部分については熱処理温度が上昇されるように、熱処理装置が調整されれば良い。ところで、ハロゲンランプHLから出力される光のエネルギーの高低が調整されることで、熱処理温度の高低が調整される手法が考えられるが、ハロゲンランプから出射される光の指向性は低いため、照射される光のエネルギーの上昇を必要としない部分まで過度に加熱されてしまう。 Specifically, in order to realize a semiconductor wafer W having desired characteristics, a portion of the semiconductor wafer W after the heat treatment that exhibits a low sheet resistance has a reduced heat treatment temperature and a portion that exhibits a high sheet resistance. The heat treatment apparatus may be adjusted so that the heat treatment temperature is raised. By the way, a method of adjusting the level of the heat treatment temperature by adjusting the level of the energy of the light output from the halogen lamp HL can be considered, but the directivity of the light emitted from the halogen lamp is low. The portion that does not require an increase in the energy of the light is excessively heated.
そこで、ハロゲン加熱部4から半導体ウェハーWに照射される光のうち、低いシート抵抗を呈する部分に照射される光の一部が、高いシート抵抗を呈する部分に照射されるように調整される構成が考えられる。つまり、例えば、複数のハロゲンランプHLによる光の照射およびフラッシュランプFLによるフラッシュ光の照射が施された後の半導体ウェハーWの表面部のうち、基準面内分布におけるシート抵抗の値よりも実面内分布におけるシート抵抗の値の方が高い領域に対して、複数のハロゲンランプHLから照射される光の量が増加するように、1以上のリフレクタ4Rfと複数のハロゲンランプHLとの角度関係が変更されれば良い。この場合、熱処理が施された後の半導体ウェハーWの表面部においてシート抵抗が高くなる領域に対し、より多くの光量の光の照射が行われるため、光の照射による予備加熱時に半導体ウェハーWの面内温度分布の均一化がさらに適正に図られ得る。 Therefore, a configuration in which a part of the light radiated to the portion exhibiting a low sheet resistance among the light radiated from the halogen heating unit 4 to the semiconductor wafer W is adjusted to be radiated to the portion exhibiting a high sheet resistance. Can be considered. That is, for example, in the surface portion of the semiconductor wafer W after being irradiated with light by the plurality of halogen lamps HL and flash light by the flash lamp FL, the actual surface is larger than the sheet resistance value in the reference in-plane distribution. The angular relationship between the one or more reflectors 4Rf and the plurality of halogen lamps HL is such that the amount of light emitted from the plurality of halogen lamps HL increases in a region having a higher sheet resistance value in the internal distribution. It only has to be changed. In this case, since a larger amount of light is irradiated to a region where the sheet resistance is higher in the surface portion of the semiconductor wafer W after the heat treatment, the semiconductor wafer W is preheated by light irradiation. The in-plane temperature distribution can be made more uniform.
本実施形態に係る熱処理装置1では、上記第1の照射および上記第2の照射による加熱が施された後の半導体ウェハーWの表面部におけるシート抵抗の実際の面内分布(実面内分布とも言う)が実測によって取得される。そして、半導体ウェハーWの表面部におけるシート抵抗の面内分布について予め設定された基準としてのRs面内分布(基準面内分布とも言う)と実面内分布との差分(Rs差分とも言う)に応じて、制御部3によって、反射部4Rの少なくとも一部分としての1以上のリフレクタ4Rfと複数のハロゲンランプHLとの角度関係が変更される。これにより、フラッシュ光の照射によって半導体ウェハーWを加熱する熱処理装置1において光の照射による予備加熱時に半導体ウェハーWの面内温度分布の均一化がより適正に図られ得る。
In the
例えば、制御部3によって、Rs差分の面内分布に応じて、Rs差分の面内分布における値の変動がより小さくなるように、1以上のリフレクタ4RfのハロゲンランプHLに対する角度が調整されるようなフィードバック制御が行われる。ここでは、例えば、各リフレクタ4Rfは、制御部3の自動制御によるモータの駆動等によって、ハロゲンランプHLに対して回動可能であれば良い。
For example, the
基準面内分布は、半導体ウェハーWの表面部におけるシート抵抗Rsの目標となる好ましい面内分布(ターゲットRs面内分布とも言う)を示すものであり、例えば、予め制御部3のROM等に記憶されることで設定され得る。なお、基準面内分布としては、例えば、ある時点(例えば、初期状態)において熱処理装置1を用いて熱処理が施された半導体ウェハーWの表面部におけるシート抵抗の面内分布、またはコンピュータシミュレーション等の計算によって得られたシート抵抗の面内分布等が採用され得る。
The reference in-plane distribution indicates a preferable in-plane distribution (also referred to as a target Rs in-plane distribution) which is a target of the sheet resistance Rs on the surface portion of the semiconductor wafer W, and is stored in advance in the ROM or the like of the
実面内分布は、熱処理装置1を用いた熱処理が施された半導体ウェハーWが対象とされて、例えば、いわゆる4端子法等が用いられて、半導体ウェハーWにおいて所定の間隔で測定が行われることで取得され得る。
The actual in-plane distribution is measured for the semiconductor wafer W that has been subjected to the heat treatment using the
Rs差分の面内分布は、例えば、半導体ウェハーWの測定点毎に、基準面内分布と実面内分布との間における値の差分が算出されることで取得され得る。このとき取得される差分は、例えば、基準面内分布を基準とする正負が明らかとなるように、測定点毎に、実面内分布のシート抵抗の値から基準面内分布のシート抵抗の値が減じられることで取得される。なお、Rs差分の面内分布は、例えば、熱処理装置1の外部に配される外部装置において算出されても良い。この場合には、当該外部装置に基準面内分布のデータが格納されていれば良く、当該外部装置において、例えば、実面内分布に係る各測定値が入力されることで、Rs差分の面内分布が算出され得る。
The in-plane distribution of the Rs difference can be acquired, for example, by calculating a value difference between the reference in-plane distribution and the actual in-plane distribution for each measurement point of the semiconductor wafer W. The difference acquired at this time is, for example, the value of the sheet resistance of the distribution in the reference plane from the value of the sheet resistance in the distribution in the actual plane for each measurement point so that the positive and negative with respect to the distribution in the reference plane becomes clear. Acquired by reducing. Note that the in-plane distribution of the Rs difference may be calculated, for example, in an external apparatus disposed outside the
また、制御部3における上記フィードバック制御については、半導体ウェハーWのうち、Rs差分の面内分布において正の値を示す部分に照射される光量が増加され、負の値を示す部分に照射される光量が低減されるように、リフレクタ4Rfの角度が調整される。具体的には、例えば、予め設定された計算式に、Rs差分の面内分布が適用されることで、リフレクタ4Rfの角度についての値が算出され得るような態様が想定される。
Regarding the feedback control in the
このような計算式は、例えば、次のような方法によって算出され得る。まず、熱処理装置1が用いられて、リフレクタ4Rfの角度が適宜調整されることでハロゲン加熱部4による半導体ウェハーWの熱処理温度が意図的に異ならされる。次に、複数の熱処理後の半導体ウェハーWの表面部における各測定点についてシート抵抗が測定されることで、各測定点について、温度とシート抵抗との関係、およびリフレクタ4Rfの角度と温度との関係が検知される。そして、リフレクタ4Rfの角度とシート抵抗との関係が得られる。すなわち、複数のリフレクタ4Rfの角度と、シート抵抗の面内分布との関係が算出される。この複数のリフレクタ4Rfの角度とシート抵抗の面内分布との関係から、計算式が予め設定され得る。
Such a calculation formula can be calculated by the following method, for example. First, the heat treatment temperature of the semiconductor wafer W by the halogen heating unit 4 is intentionally varied by appropriately adjusting the angle of the reflector 4Rf using the
このような構成が採用されていれば、例えば、制御部3において、Rs差分の面内分布に係るデータが入力されれば、複数のリフレクタ4Rfの角度に係る値が算出される。そして、例えば、制御部3では、算出された複数のリフレクタ4Rfの角度に応じて、複数のリフレクタ4Rfの実際の角度が調整される。
If such a configuration is adopted, for example, if data relating to the in-plane distribution of the Rs difference is input in the
上記の構成以外にも、熱処理装置1は、半導体ウェハーWの熱処理時にハロゲンランプHLおよびフラッシュランプFLから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部4、フラッシュ加熱部5およびチャンバー6の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー6の壁体には水冷管(図示省略)が設けられている。また、ハロゲン加熱部4およびフラッシュ加熱部5は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓63とランプ光放射窓53との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部5および上側チャンバー窓63を冷却する。
In addition to the above configuration, the
ここで、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。処理対象となる半導体ウェハーWは、イオン注入法により不純物(イオン)が添加された半導体基板である。その不純物の活性化が熱処理装置1によるフラッシュ光の照射の加熱処理(アニール)により実行される。以下に説明する熱処理装置1の処理手順は、制御部3が熱処理装置1の各動作機構を制御することによって進行する。
Here, a processing procedure of the semiconductor wafer W in the
まず、給気のためのバルブ84が開放されるとともに、排気用のバルブ89,192が開放されてチャンバー6内に対する給排気が開始される。バルブ84が開放されると、ガス供給孔81から熱処理空間65に窒素ガスが供給される。また、バルブ89が開放されると、ガス排気孔86からチャンバー6内の気体が排気される。これにより、チャンバー6内の熱処理空間65の上部から供給された窒素ガスが下方へと流れ、熱処理空間65の下部から排気される。
First, the
また、バルブ192が開放されることによって、搬送開口部66からもチャンバー6内の気体が排気される。さらに、図示省略の排気機構によって移載機構10の駆動部周辺の雰囲気も排気される。なお、熱処理装置1における半導体ウェハーWの熱処理時には窒素ガスが熱処理空間65に継続的に供給されており、その供給量は処理工程に応じて適宜変更される。
Further, when the
続いて、ゲートバルブ185が開いて搬送開口部66が開放され、装置外部の搬送ロボットによって、搬送開口部66を介してイオン注入後の半導体ウェハーWがチャンバー6内の熱処理空間65に搬入される。搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーWは、保持部7の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構10の一対の移載アーム11が退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン12が貫通孔79を通ってサセプター74の上面から突き出て半導体ウェハーWを受け取る。このとき、リフトピン12はサセプター74の支持ピン77の上端よりも上方にまで上昇する。
Subsequently, the
半導体ウェハーWがリフトピン12に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間65から退出し、ゲートバルブ185によって搬送開口部66が閉鎖される。そして、一対の移載アーム11が下降することにより、半導体ウェハーWは移載機構10から保持部7のサセプター74に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。このとき、半導体ウェハーWが、図4の二点鎖線で描かれる位置に配される。半導体ウェハーWは、保持プレート75上に立設された複数の支持ピン77によって点接触によって支持されてサセプター74に保持される。半導体ウェハーWは、その中心が保持プレート75の載置面75aの中心軸と一致するように(つまり、載置面75aの中央に)、複数の支持ピン77によって支持される。よって、半導体ウェハーWは、複数の支持ピン77によってガイドリング76内周のテーパ面76aよりも内側において、該テーパ面76aに対して一定間隔を隔てて支持されることとなる。また、半導体ウェハーWは、パターン形成がなされて不純物が注入された表面を上面としてサセプター74に保持される。複数の支持ピン77によって支持された半導体ウェハーWの裏面(表面とは反対側の主面)と保持プレート75の載置面75aとの間には所定の間隔が形成される。サセプター74の下方にまで下降した一対の移載アーム11は水平移動機構13によって退避位置、すなわち凹部62の内側に退避する。
After the semiconductor wafer W is placed on the lift pins 12, the transfer robot leaves the
半導体ウェハーWが保持部7のサセプター74によって水平姿勢にて下方より保持された後、ハロゲン加熱部4の40本のハロゲンランプHLが一斉に点灯して予備加熱(アシスト加熱)が開始される。ハロゲンランプHLから出射されたハロゲン光は、石英によって形成された下側チャンバー窓64およびサセプター74を透過して半導体ウェハーWの裏面から照射される。ハロゲンランプHLからの光の照射を受けることによって半導体ウェハーWが予備加熱されて温度が上昇する。なお、移載機構10の移載アーム11は凹部62の内側に退避しているため、ハロゲンランプHLによる加熱の障害となることは無い。
After the semiconductor wafer W is held from below in a horizontal posture by the
ハロゲンランプHLによる予備加熱を行うときには、半導体ウェハーWの温度が放射温度計120によって測定されている。すなわち、サセプター74に保持された半導体ウェハーWの裏面から開口部78を介して放射された赤外光を放射温度計120が受光して昇温中のウェハー温度を測定する。測定された半導体ウェハーWの温度は制御部3に伝達される。制御部3は、ハロゲンランプHLからの光の照射によって昇温する半導体ウェハーWの温度が所定の予備加熱温度T1に到達したか否かを監視する。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℃から800℃程度、好ましくは350℃から600℃程度とされる(本実施形態では600℃)。
When preheating is performed by the halogen lamp HL, the temperature of the semiconductor wafer W is measured by the
半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1に到達した後、制御部3は半導体ウェハーWをその予備加熱温度T1に暫時維持する。具体的には、放射温度計120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T1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T1に維持している。
After the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the
このようなハロゲンランプHLによる予備加熱を行うことによって、半導体ウェハーWの全体を予備加熱温度T1に均一に昇温している。ハロゲンランプHLによる予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーWの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、ハロゲン加熱部4におけるハロゲンランプHLの配設密度は、半導体ウェハーWの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっている。さらに、チャンバー側部61に装着された反射リング69の内周面は鏡面とされているため、この反射リング69の内周面によって半導体ウェハーWの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーWの面内温度分布をより均一なものとすることができる。また、制御部3によって、Rs差分の面内分布に応じて、反射部4Rの少なくとも一部分としての1以上のリフレクタ4Rfと複数のハロゲンランプHLとの角度関係が変更されていれば、予備加熱時に半導体ウェハーWの面内温度分布の均一化がより適正に図られ得る。
By performing such preheating by the halogen lamp HL, the entire semiconductor wafer W is uniformly heated to the preheating temperature T1. In the preliminary heating stage with the halogen lamp HL, the temperature of the peripheral edge of the semiconductor wafer W where heat dissipation is more likely to occur tends to be lower than that in the central area, but the arrangement density of the halogen lamps HL in the halogen heating section 4 is The region facing the peripheral portion is higher than the region facing the central portion of the semiconductor wafer W. Furthermore, since the inner peripheral surface of the
半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1に到達して所定時間が経過した時点にてフラッシュ加熱部5のフラッシュランプFLが半導体ウェハーWの表面にフラッシュ光の照射を行う。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。
When a predetermined time has elapsed after the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the flash lamp FL of the
フラッシュ加熱は、フラッシュランプFLからのフラッシュ光(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。すなわち、フラッシュランプFLから照射されるフラッシュ光は、予めコンデンサーに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ミリ秒以上で且つ100ミリ秒以下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の照射によってフラッシュ加熱が施される半導体ウェハーWの表面温度は、瞬間的に1000℃以上の処理温度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1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ミリ秒から100ミリ秒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。
Since the flash heating is performed by irradiation with flash light (flash light) from the flash lamp FL, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be increased in a short time. That is, the flash light emitted from the flash lamp FL is converted into a light pulse in which the electrostatic energy stored in advance in the condenser is extremely short, and the irradiation time is about 0.1 milliseconds or more and about 100 milliseconds or less. It is a very short and strong flash. Then, the surface temperature of the semiconductor wafer W subjected to flash heating by flash light irradiation from the flash lamp FL instantaneously rises to a processing temperature T2 of 1000 ° C. or higher, and the impurities implanted into the semiconductor wafer W are activated. After being converted, the surface temperature rapidly decreases. As described above, in the
ところで、このフラッシュ光の照射によって、半導体ウェハーWの表面温度は瞬間的に1000℃以上の処理温度T2にまで上昇する一方、その瞬間の裏面温度は予備加熱温度T1からさほどには上昇しない。すなわち、半導体ウェハーWの表面と裏面とに瞬間的に温度差が発生するのである。その結果、半導体ウェハーWの表面のみに急激な熱膨張が生じ、裏面はほとんど熱膨張しないために、半導体ウェハーWが表面を凸面とするように瞬間的に反る。このような表面を凸面とする瞬間的な反りが発生することによって、半導体ウェハーWがサセプター74から跳躍して浮上する。
By the way, the surface temperature of the semiconductor wafer W instantaneously rises to the processing temperature T2 of 1000 ° C. or more by the irradiation of the flash light, while the back surface temperature at that moment does not increase so much from the preheating temperature T1. That is, a temperature difference is instantaneously generated between the front surface and the back surface of the semiconductor wafer W. As a result, rapid thermal expansion occurs only on the surface of the semiconductor wafer W, and almost no thermal expansion occurs on the back surface, so that the semiconductor wafer W is warped instantaneously so that the surface is convex. Due to the occurrence of an instantaneous warp with such a convex surface, the semiconductor wafer W jumps from the
サセプター74から跳躍して浮上した半導体ウェハーWは、その直後にサセプター74に向けて落下してくる。このときに、薄板状の半導体ウェハーWは鉛直方向に沿って上方に跳躍し、そのまま鉛直方向下方に落下するとは限らず、むしろ水平方向の位置がずれて落下してくることが多い。その結果、半導体ウェハーWの外周端がガイドリング76のテーパ面76aに衝突することになる。
The semiconductor wafer W jumping and floating from the
ここで、ガイドリング76のうちの半導体ウェハーW側の面は、保持プレート75から上方に向けて広くなるようなテーパ状のテーパ面76aとされている。このため、ガイドリング76に円板形状の半導体ウェハーWの外周端が衝突する場合、ガイドピンに点接触で衝突するよりも衝突時の接触面積が大きくなり、衝撃が緩和される。その結果、フラッシュ光の照射時における半導体ウェハーWの割れを防止することができるとともに、ガイドリング76の損傷も防止することができる。特に、半導体ウェハーWの外周端がテーパ面76aに衝突した場合には、水平面に衝突するよりも運動エネルギーが分散されてさらに衝撃が緩和され、半導体ウェハーWの割れをより確実に防止することができる。
Here, a surface of the
また、半導体ウェハーWの外周端がテーパ面76aに衝突すると、当該外周端がテーパ面76aに沿って斜め下方に滑り、半導体ウェハーWの水平方向の位置がフラッシュ光照射前の位置(載置面75aの中央)に向けて修正されることとなる。その結果、落下後の半導体ウェハーWは複数の支持ピン77によって支持される。
Further, when the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W collides with the
フラッシュ光照射によって跳躍した半導体ウェハーWが落下して複数の支持ピン77によって支持された後、所定時間経過後にハロゲンランプHLが消灯する。これにより、半導体ウェハーWが予備加熱温度T1から急速に降温する。降温中の半導体ウェハーWの温度も放射温度計120によって測定され、その測定結果は制御部3に伝達される。制御部3は、測定結果より半導体ウェハーWの温度が所定温度まで降温したか否かを監視する。そして、半導体ウェハーWの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構10の一対の移載アーム11が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン12がサセプター74の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーWをサセプター74から受け取る。続いて、ゲートバルブ185によって閉鎖されていた搬送開口部66が開放され、リフトピン12上に載置された半導体ウェハーWが装置外部の搬送ロボットによって搬出され、熱処理装置1における半導体ウェハーWの加熱処理が完了する。
After the semiconductor wafer W jumped by the flash light irradiation falls and is supported by the plurality of support pins 77, the halogen lamp HL is turned off after a predetermined time has elapsed. Thereby, the temperature of the semiconductor wafer W is rapidly lowered from the preheating temperature T1. The temperature of the semiconductor wafer W during the temperature drop is also measured by the
フラッシュ光照射時に跳躍して落下することにより、半導体ウェハーWの水平方向の位置がフラッシュ光照射前の位置からずれていることもあるが、半導体ウェハーWが複数の支持ピン77によって支持されている状態であれば、移載機構10のリフトピン12によって半導体ウェハーWを受け取り、それを搬送ロボットが搬出することが可能である。
Although the horizontal position of the semiconductor wafer W may be shifted from the position before the flash light irradiation by jumping and dropping at the time of flash light irradiation, the semiconductor wafer W is supported by a plurality of support pins 77. If it is in a state, it is possible to receive the semiconductor wafer W by the lift pins 12 of the
次に、熱処理装置1において定期的に行われる該熱処理装置1の調整方法における手順について説明する。図11および図12は、熱処理装置1の調整方法における手順を示すフローチャートである。ここでは、図11で示されるように、ステップST1〜ST4の手順が時間順次に実行される。図12は、図11のステップST4の処理の一例に係るフローチャートである。
Next, the procedure in the adjustment method of the
まず、ステップST1では、イオン注入法により不純物(イオン)が添加された半導体ウェハーWを熱処理装置1内の保持部7に保持させる。ここでは、半導体ウェハーWがチャンバー6内に搬入されて、サセプター74の複数の支持ピン77上に載置される。
First, in step ST1, the semiconductor wafer W to which impurities (ions) are added is held by the holding
次に、ステップST2では、保持部7に保持された半導体ウェハーWに対して複数のハロゲンランプHLによる光の照射(第1の照射)によって予備的な加熱が施されるとともに、該予備的な加熱の開始後に、半導体ウェハーWに対して複数のフラッシュランプFLによるフラッシュ光の照射(第2の照射)によって加熱が施される。これにより、半導体ウェハーWにおける不純物の活性化処理が実行される。ここでは、熱処理後に、半導体ウェハーWが、チャンバー6外に搬出される。
Next, in step ST2, the semiconductor wafer W held by the holding
次に、ステップST3では、ステップST2において第1の照射および第2の照射が施された後の半導体ウェハーWの表面部におけるシート抵抗Rsが測定されることで半導体ウェハーWの表面部におけるシート抵抗Rsの面内分布(実面内分布)が取得される。ここでは、例えば、1〜数ミリ間隔等と言った所定の間隔でシート抵抗Rsが検出される。 Next, in step ST3, the sheet resistance Rs in the surface portion of the semiconductor wafer W after the first irradiation and the second irradiation in step ST2 are measured, whereby the sheet resistance in the surface portion of the semiconductor wafer W is measured. An in-plane distribution (real in-plane distribution) of Rs is acquired. Here, for example, the sheet resistance Rs is detected at a predetermined interval such as one to several millimeters.
次に、ステップST4では、ステップST3において取得された実面内分布と、予め設定された基準面内分布との関係に応じて、反射部4Rの少なくとも一部分としての1以上のリフレクタ4Rfと複数のハロゲンランプHLとの角度関係が変更される。
Next, in step ST4, one or more reflectors 4Rf as a part of at least a part of the reflecting
このステップST4では、図12で示されるように、例えば、ステップST41において、ステップST3において取得された実面内分布と、予め設定された基準面内分布との差分が算出される。ここでは、例えば、半導体ウェハーWの測定点毎に、基準面内分布と実面内分布との間における値の差分が算出されることで、Rs差分の面内分布が取得され得る。具体的には、測定点毎に、実面内分布のシート抵抗の値から基準面内分布のシート抵抗の値が減じられることで、Rs差分の面内分布が取得される。そして、ステップST42において、ステップST41において算出された差分に応じて、反射部4Rの少なくとも一部分としての1以上のリフレクタ4Rfと複数のハロゲンランプHLとの角度関係が変更される。ここでは、例えば、予め設定された計算式に、Rs差分の面内分布が適用されることで、複数のリフレクタ4Rfの角度についての値が算出され、当該値に応じて、複数のリフレクタ4Rfの角度が変更される。
In step ST4, as shown in FIG. 12, for example, in step ST41, a difference between the actual in-plane distribution acquired in step ST3 and a preset reference in-plane distribution is calculated. Here, for example, by calculating the difference in value between the reference in-plane distribution and the actual in-plane distribution for each measurement point of the semiconductor wafer W, the in-plane distribution of the Rs difference can be acquired. Specifically, the in-plane distribution of Rs difference is obtained by subtracting the value of the sheet resistance of the reference in-plane distribution from the value of the sheet resistance of the in-plane distribution for each measurement point. In step ST42, the angular relationship between the one or more reflectors 4Rf as at least a part of the reflecting
以上のように、一実施形態に係る熱処理装置1では、反射部4Rの少なくとも一部分としての1以上のリフレクタ4RfとハロゲンランプHLとの角度関係が変更され得る。これにより、複数のハロゲンランプHLの少なくとも一部のハロゲンランプHLからの光を反射させる方向が変更され得る。その結果、熱処理装置1において光の照射による加熱時に半導体ウェハーWの面内温度分布の均一化が図られ得る。
As described above, in the
なお、本発明は上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記一実施形態の熱処理装置1では、ハロゲンランプHL毎にリフレクタ4Rfが設けられた反射部4Rが採用されていたが、これに限られない。例えば、反射部4Rの代わりに、複数のハロゲンランプHL毎に1つのリフレクタ4RfAが設けられた反射部4RAが採用されても良い。ここで、一変形例に係る反射部4RAの具体例を挙げて説明する。
For example, in the
図13は、一変形例に係る反射部4RAの配置を例示する断面図である。図14は、一変形例に係るリフレクタ4RfAの角度が変更される様子を例示する図である。図13および図14には、各ハロゲンランプHLから発せられる光の進行方向が直線状の細線で描かれた矢印で示されている。図13で示されるように、本変形例に係る反射部4RAでは、2つのハロゲンランプHL毎に1つのリフレクタ4RfAが設けられている。図13では、6つのハロゲンランプHL1〜HL6に対して、3つのリフレクタ4RfA1〜4RfA3が設けられた構成が示されている。そして、図14には、反射部4RAの一部分としての3つのリフレクタ4RfA1〜4RfA3と3つのハロゲンランプHL1〜HL3との角度関係が変更されている様子が示されている。ここでは、リフレクタ4RfAが回動する方向が矢印で示されている。 FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating the arrangement of the reflector 4RA according to a modification. FIG. 14 is a diagram illustrating a state in which the angle of the reflector 4RfA according to the modification is changed. In FIG. 13 and FIG. 14, the traveling direction of light emitted from each halogen lamp HL is indicated by an arrow drawn by a linear thin line. As shown in FIG. 13, in the reflector 4RA according to this modification, one reflector 4RfA is provided for every two halogen lamps HL. FIG. 13 shows a configuration in which three reflectors 4RfA1 to 4RfA3 are provided for the six halogen lamps HL1 to HL6. FIG. 14 shows a state in which the angular relationship between the three reflectors 4RfA1 to 4RfA3 and the three halogen lamps HL1 to HL3 as a part of the reflector 4RA is changed. Here, the direction in which the reflector 4RfA rotates is indicated by an arrow.
なお、全てのハロゲンランプHLに対して1つのリフレクタが設けられた反射部が採用されても良い。このような構成によれば、半導体ウェハーWの一方向においてシート抵抗Rsが単調に変化するような場合に、光の照射による加熱時に半導体ウェハーWの面内温度分布の均一化が図られ得る。但し、より少ない数のハロゲンランプHLに対してそれぞれリフレクタが設けられれば、半導体ウェハーWに照射される光の光量の分布がより細かく調整され得る。そして、光の照射による加熱時に半導体ウェハーWの面内温度分布の均一化がさらに図られ得る。 Note that a reflecting portion provided with one reflector may be employed for all halogen lamps HL. According to such a configuration, when the sheet resistance Rs monotonously changes in one direction of the semiconductor wafer W, the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W can be made uniform during heating by light irradiation. However, if a reflector is provided for each of a smaller number of halogen lamps HL, the distribution of the amount of light irradiated onto the semiconductor wafer W can be finely adjusted. In addition, the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W can be further uniformized during heating by light irradiation.
また、上記一実施形態では、ハロゲン加熱部4におけるハロゲンランプHLの本数が40本であったが、これに限られず、ハロゲンランプHLの本数は任意の数に設定され得る。 In the above embodiment, the number of halogen lamps HL in the halogen heating unit 4 is 40. However, the number is not limited to this, and the number of halogen lamps HL can be set to an arbitrary number.
また、上記一実施形態では、照射部としてのハロゲン加熱部4が、複数の棒状のハロゲンランプHLを有するものであったが、これに限られない。例えば、複数の点光源あるいは複数の面光源を有する照射部が採用されても良い。すなわち、複数のランプを有する照射部が採用されれば良い。 Moreover, in the said one Embodiment, although the halogen heating part 4 as an irradiation part has several rod-shaped halogen lamps HL, it is not restricted to this. For example, an irradiation unit having a plurality of point light sources or a plurality of surface light sources may be employed. That is, an irradiation unit having a plurality of lamps may be employed.
また、上記一実施形態では、各リフレクタが、制御部3の自動制御によるモータの駆動等によって、ハロゲンランプHLに対して回動可能であったが、これに限られない。例えば、手動によるネジあるいはドライバー等の操作によって、各リフレクタの角度が変更可能である構成が採用されても良い。
Moreover, in the said one Embodiment, although each reflector was rotatable with respect to the halogen lamp HL by the drive of the motor by the automatic control of the
また、上記一実施形態では、基準面内分布と実面内分布との差分(Rs差分)に応じて、制御部3によって、反射部4Rの少なくとも一部分としての1以上のリフレクタ4Rfと複数のハロゲンランプHLとの角度関係が変更されたが、これに限られない。例えば、実面内分布と基準面内分布とに基づいて得られるRs差分以外の値の面内分布に応じて、制御部3によって、反射部4Rの少なくとも一部分としての1以上のリフレクタ4Rfと複数のハロゲンランプHLとの角度関係が変更されても良い。すなわち、実面内分布と基準面内分布との関係に応じて、制御部3によって、反射部4Rの少なくとも一部分としての1以上のリフレクタ4Rfと複数のハロゲンランプHLとの角度関係が変更され得る。このような構成が採用されても、フラッシュ光の照射によって半導体ウェハーWを加熱する熱処理装置1において光の照射による予備加熱時に半導体ウェハーWの面内温度分布の均一化がより適正に図られ得る。なお、実面内分布と基準面内分布とに基づいて得られるRs差分以外の値の面内分布としては、例えば、測定点毎に実面内分布におけるシート抵抗の値を基準面内分布におけるシート抵抗の値で除することで得られる値の面内分布等が挙げられる。
Further, in the above-described embodiment, one or more reflectors 4Rf as at least a part of the
但し、例えば、複数のハロゲンランプHLによる光の照射およびフラッシュランプFLによるフラッシュ光の照射が施された後の半導体ウェハーWの表面部のうち、基準面内分布におけるシート抵抗の値よりも実面内分布におけるシート抵抗の値の方が高い領域に対して、複数のハロゲンランプHLから照射される光の量が増加するように、1以上のリフレクタ4Rfと複数のハロゲンランプHLとの角度関係が変更されれば良い。このとき、熱処理が施された後の半導体ウェハーWの表面部においてシート抵抗が高くなる領域に対し、より多くの光量の光の照射が行われる。その結果、光の照射による予備加熱時に半導体ウェハーWの面内温度分布の均一化がさらに適正に図られ得る。 However, for example, in the surface portion of the semiconductor wafer W after being irradiated with light from the plurality of halogen lamps HL and flash light from the flash lamp FL, the actual surface is larger than the sheet resistance value in the in-plane distribution. The angular relationship between the one or more reflectors 4Rf and the plurality of halogen lamps HL is such that the amount of light emitted from the plurality of halogen lamps HL increases in a region having a higher sheet resistance value in the internal distribution. It only has to be changed. At this time, a larger amount of light is irradiated to the region where the sheet resistance becomes higher in the surface portion of the semiconductor wafer W after the heat treatment. As a result, the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W can be made more uniform during preheating by light irradiation.
また、上記一実施形態では、熱処理装置1が、フラッシュ加熱部5を有していたが、これに限られない。例えば、熱処理装置1が、フラッシュ加熱部5を有することなく、ハロゲン加熱部4を有する態様が採用されても良い。このとき、照射部としてのハロゲン加熱部4は、例えば、半導体ウェハーWを予備的に加熱するものではなく、半導体ウェハーWを光の照射によって主に加熱するものとなり得る。このような構成であっても、ハロゲン加熱部4からの光の照射による加熱時に半導体ウェハーWの面内温度分布の均一化が図られ得る。このような熱処理装置としては、例えば、ハロゲンランプを用いたRTP(Rapid Thermal Process)装置等が挙げられる。
Moreover, in the said one Embodiment, although 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Wに限られず、液晶表示装置等のフラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板あるいは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、あるいはポリシリコンの結晶化等にも適用され得る。但し、表面部に不純物が導入された半導体ウェハーWが処理対象であれば、シート抵抗の面内分布に応じたリフレクタの角度の変更が可能となり、光の照射による加熱時に半導体ウェハーWの面内温度分布の均一化が容易に図られ得る。 The substrate to be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention is not limited to the semiconductor wafer W, and may be a glass substrate or a solar cell substrate used for a flat panel display such as a liquid crystal display device. The technique according to the present invention can also be applied to bonding of metal and silicon, crystallization of polysilicon, or the like. However, if the semiconductor wafer W into which impurities are introduced into the surface portion is to be processed, it is possible to change the angle of the reflector according to the in-plane distribution of the sheet resistance, and the in-plane of the semiconductor wafer W during heating by light irradiation A uniform temperature distribution can be easily achieved.
なお、上記一実施形態および各種変形例をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。 Needless to say, all or a part of each of the above-described embodiment and various modifications can be combined as appropriate within a consistent range.
1 熱処理装置
3 制御部
4 ハロゲン加熱部
4R,4RA 反射部
4Rf,4Rf1〜4Rf6,4RfA,4RfA1〜4RfA3 リフレクタ
5 フラッシュ加熱部
7 保持部
FL キセノンフラッシュランプ(フラッシュランプ)
HL,HL1〜HL6 ハロゲンランプ
Rs シート抵抗
W 半導体ウェハー
DESCRIPTION OF
HL, HL1-HL6 Halogen lamp Rs Sheet resistance W Semiconductor wafer
Claims (9)
前記基板を保持する保持部と、
複数のランプを有し且つ該複数のランプから発せられる光を前記基板に照射することで該基板を加熱する照射部と、
を備え、
前記照射部が、
前記複数のランプの前記基板とは反対側に配置され且つ前記複数のランプから発せられる光を前記基板に向けて反射する反射部、を有し、
前記反射部の少なくとも一部分と前記複数のランプとの角度関係が変更されることで、前記複数のランプの少なくとも一部のランプからの光が前記反射部によって反射される方向が変更される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 light,
A holding unit for holding the substrate;
An irradiation unit that has a plurality of lamps and heats the substrate by irradiating the substrate with light emitted from the plurality of lamps;
With
The irradiation unit is
A reflecting portion that is disposed on the opposite side of the plurality of lamps from the substrate and reflects light emitted from the plurality of lamps toward the substrate;
The direction in which the light from at least some of the plurality of lamps is reflected by the reflection unit is changed by changing the angular relationship between at least a part of the reflection unit and the plurality of lamps. A heat treatment device characterized.
前記複数のランプに含まれており且つ前記保持部に保持された前記基板を光の第1の照射によって加熱する複数の第1ランプと、
前記複数のランプには含まれておらず且つ前記保持部に保持された前記基板を光の第2の照射によって加熱する第2ランプと、を備え、
前記第1の照射が、
前記第2の照射よりも先に開始され、
前記複数の第1ランプが、
前記保持部に保持された前記基板を前記第2の照射による加熱前に前記第1の照射によって予備的に加熱することを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 1,
A plurality of first lamps that are included in the plurality of lamps and that heat the substrate held by the holding unit by a first irradiation of light;
A second lamp that is not included in the plurality of lamps and that heats the substrate held by the holding unit by a second irradiation of light;
The first irradiation is:
Started prior to the second irradiation,
The plurality of first lamps are
A heat treatment apparatus, wherein the substrate held by the holding unit is preliminarily heated by the first irradiation before being heated by the second irradiation.
前記第2ランプが、
前記保持部に保持された前記基板をフラッシュ光による前記第2の照射によって加熱するフラッシュランプを含むことを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 2,
The second lamp is
A heat treatment apparatus comprising: a flash lamp that heats the substrate held by the holding portion by the second irradiation with flash light.
前記基板が、
表面部に不純物が注入された半導体基板であり、
前記熱処理装置が、
前記第1の照射および前記第2の照射による加熱が施された後の前記半導体基板の表面部におけるシート抵抗の実際の面内分布と、前記半導体基板の表面部におけるシート抵抗の面内分布について予め設定された基準となる基準面内分布との関係に応じて、前記反射部の少なくとも一部分と前記複数の第1ランプとの角度関係を変更させる制御部、
を更に備えることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 3,
The substrate is
It is a semiconductor substrate in which impurities are implanted in the surface portion,
The heat treatment apparatus is
About the actual in-plane distribution of the sheet resistance at the surface portion of the semiconductor substrate after being heated by the first irradiation and the second irradiation, and the in-plane distribution of the sheet resistance at the surface portion of the semiconductor substrate A control unit that changes an angular relationship between at least a part of the reflection unit and the plurality of first lamps according to a relationship with a reference in-plane distribution that is set in advance;
A heat treatment apparatus further comprising:
前記制御部が、
前記第1の照射および前記第2の照射が施された後の前記半導体基板の表面部のうちの前記基準面内分布におけるシート抵抗の値よりも前記実際の面内分布におけるシート抵抗の値の方が高い領域に対して、前記照射部から照射される光の量が増加するように、前記角度関係を変更させることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 4,
The control unit is
The sheet resistance value in the actual in-plane distribution is larger than the sheet resistance value in the reference in-plane distribution of the surface portion of the semiconductor substrate after the first irradiation and the second irradiation are performed. A heat treatment apparatus characterized in that the angular relationship is changed so that the amount of light emitted from the irradiation unit increases with respect to a higher region.
前記制御部が、
前記実際の面内分布と、前記基準面内分布との差分に応じて、前記角度関係を変更させることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 5,
The control unit is
A heat treatment apparatus that changes the angular relationship according to a difference between the actual in-plane distribution and the reference in-plane distribution.
(a)前記半導体基板を前記熱処理装置内の保持部に保持させるステップと、
(b)前記保持部に保持された前記基板に対して複数の第1ランプによる光の第1の照射によって予備的な加熱を施すとともに、該予備的な加熱の開始後に、前記半導体基板に対して第2ランプによるフラッシュ光の第2の照射によって加熱を施すステップと、
(c)前記ステップ(b)において前記第1の照射および前記第2の照射が施された後の前記半導体基板の表面部におけるシート抵抗を測定することで前記半導体基板の表面部におけるシート抵抗の実際の面内分布を取得するステップと、
(d)前記ステップ(c)において取得された前記実際の面内分布と、前記半導体基板の表面部におけるシート抵抗の面内分布について予め設定された基準となる基準面内分布との関係に応じて、前記複数の第1ランプから発せられる光を前記半導体基板に向けて反射する反射部の少なくとも一部分と前記複数の第1ランプとの角度関係を変更するステップと、
を有することを特徴とする熱処理装置の調整方法。 An adjustment method of a heat treatment apparatus for heating a semiconductor substrate by irradiating light onto the semiconductor substrate into which impurities are implanted,
(a) holding the semiconductor substrate in a holder in the heat treatment apparatus;
(b) Preliminary heating is performed on the substrate held by the holding unit by first irradiation with light from a plurality of first lamps, and the semiconductor substrate is started after the preliminary heating is started. Heating with the second irradiation of flash light by the second lamp;
(c) The sheet resistance at the surface portion of the semiconductor substrate is measured by measuring the sheet resistance at the surface portion of the semiconductor substrate after the first irradiation and the second irradiation are performed in the step (b). Obtaining an actual in-plane distribution;
(d) According to the relationship between the actual in-plane distribution acquired in step (c) and a reference in-plane distribution that is a preset reference for the in-plane distribution of sheet resistance at the surface portion of the semiconductor substrate. And changing the angular relationship between at least a part of the reflecting portions that reflect the light emitted from the plurality of first lamps toward the semiconductor substrate and the plurality of first lamps;
A method for adjusting a heat treatment apparatus, comprising:
前記ステップ(d)において、
前記第1の照射および前記第2の照射が施された後の前記半導体基板の表面部のうちの前記基準面内分布におけるシート抵抗の値よりも前記実際の面内分布におけるシート抵抗の値の方が高い領域に対して、前記複数の第1ランプから照射される光の量が増加するように、前記角度関係を変更することを特徴とする熱処理装置の調整方法。 A method for adjusting a heat treatment apparatus according to claim 7,
In step (d),
The sheet resistance value in the actual in-plane distribution is larger than the sheet resistance value in the reference in-plane distribution of the surface portion of the semiconductor substrate after the first irradiation and the second irradiation are performed. A method of adjusting a heat treatment apparatus, wherein the angular relationship is changed so that the amount of light emitted from the plurality of first lamps increases in a higher region.
前記ステップ(d)が、
(d1)前記ステップ(c)において取得された前記実際の面内分布と、前記基準面内分布との差分を算出するステップと、
(d2)前記ステップ(d1)において算出された前記差分に応じて、前記角度関係を変更するステップと、
を含むことを特徴とする熱処理装置の調整方法。 A method for adjusting a heat treatment apparatus according to claim 8,
Step (d)
(d1) calculating the difference between the actual in-plane distribution acquired in step (c) and the reference in-plane distribution;
(d2) changing the angular relationship according to the difference calculated in the step (d1);
The adjustment method of the heat processing apparatus characterized by including.
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