JP2020004764A - Heat treatment method and heat treatment apparatus - Google Patents

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Abstract

To provide a heat treatment method and a heat treatment apparatus capable of creating a temperature profile appropriately regardless of the heat-up time of a substrate.SOLUTION: After being preheated by a halogen lamp, a semiconductor wafer is heated by flush light irradiation from a flush lamp. Length of light emission wavelength of flush light irradiated from the flush lamp is adjustable appropriately. Data collection period (sampling interval) of a radiation thermometer for measuring the surface temperature of the semiconductor wafer is made variable, and the longer the length of light emission wavelength of flush light, the longer the data collection period. Even if the surface temperature rise and fall time of the semiconductor wafer changes due to the length of light emission wavelength of the flush light, temperature change can be included in the temperature profile with a constant number of data point until the surface temperature rises and passes the maximum temperature and then falls.SELECTED DRAWING: Figure 12

Description

本発明は、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）にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法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 precision electronic substrate (hereinafter simply referred to as a “substrate”) such as a semiconductor wafer by irradiating the substrate with flash light.

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

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。   Thus, 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 method of irradiating the surface of a semiconductor wafer with flash light using a xenon flash lamp (hereinafter, simply referred to as a xenon flash lamp when simply referred to as a "flash lamp") to thereby implant a semiconductor wafer into which impurities are implanted. This is a heat treatment technique in which only the surface is heated in a very short time (several milliseconds or less).

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

フラッシュ加熱に限らず熱処理では半導体ウェハーの温度を適切に管理することが重要であり、そのためには熱処理中の半導体ウェハーの温度を正確に測定する必要がある。典型的には、半導体ウェハーの熱処理では非接触の放射温度計によって温度測定が行われる。特許文献１には、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーの表面温度を放射温度計によって測定し、その測定温度を時系列的にプロットした温度プロファイルを作成する技術が開示されている。得られた温度プロファイルに基づいて、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーの表面の最高到達温度や半導体ウェハーに投入された熱量等を求めることができる。   It is important to properly control the temperature of the semiconductor wafer in the heat treatment, not limited to the flash heating, and it is necessary to accurately measure the temperature of the semiconductor wafer during the heat treatment. Typically, in heat treatment of a semiconductor wafer, temperature measurement is performed by a non-contact radiation thermometer. Patent Literature 1 discloses a technique in which the surface temperature of a semiconductor wafer at the time of flash light irradiation is measured by a radiation thermometer, and a temperature profile in which the measured temperatures are plotted in a time series is disclosed. Based on the obtained temperature profile, it is possible to obtain the maximum temperature reached on the surface of the semiconductor wafer at the time of flash light irradiation, the amount of heat applied to the semiconductor wafer, and the like.

特開２０１７−００９４５０号公報JP 2017-00450 A

フラッシュ加熱においては、フラッシュランプから照射するフラッシュ光の波形によって半導体ウェハーの表面温度履歴が変化する。例えば、比較的波長の長い波形のフラッシュ光を照射した場合には、半導体ウェハーの表面温度が比較的長時間昇温する（もっとも、フラッシュ加熱では昇温時間は長くても１秒以下である）。逆に、波長の短い波形のフラッシュ光を照射した場合には、半導体ウェハーの表面温度も急激に昇温する。   In flash heating, the surface temperature history of a semiconductor wafer changes depending on the waveform of flash light emitted from a flash lamp. For example, when flash light having a relatively long wavelength is irradiated, the surface temperature of the semiconductor wafer rises for a relatively long time (although the heating time for flash heating is at most 1 second at most). . Conversely, when flash light having a short wavelength is irradiated, the surface temperature of the semiconductor wafer also rises sharply.

所定のサンプリング間隔にて放射温度計によって測定した半導体ウェハーの温度を一定のデータ数プロットして温度プロファイルを作成するときに、半導体ウェハーの表面温度が比較的長時間にわたって昇温していたときには、昇温の途中までしか温度プロファイルを作成できない場合がある。そうすると、温度プロファイルから半導体ウェハーの最高到達温度や投入された熱量を求められなくなる。一方、半導体ウェハーの表面温度が急激に昇温していた場合には、昇温の全体を温度プロファイルに収めることはできるものの、半導体ウェハーの最高到達温度を正確に求められないこともある。   When plotting the temperature of the semiconductor wafer measured by the radiation thermometer at a predetermined sampling interval to a certain number of data to create a temperature profile, when the surface temperature of the semiconductor wafer has been rising for a relatively long time, In some cases, a temperature profile can be created only halfway through the temperature rise. In this case, it is not possible to obtain the maximum temperature of the semiconductor wafer or the amount of heat input from the temperature profile. On the other hand, if the surface temperature of the semiconductor wafer has risen rapidly, the entire temperature rise can be contained in the temperature profile, but the maximum temperature of the semiconductor wafer may not be obtained accurately.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の昇温時間にかかわらず適切に温度プロファイルを作成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 has as its object to provide a heat treatment method and a heat treatment apparatus capable of appropriately creating a temperature profile regardless of a substrate heating time.

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、フラッシュランプから基板の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュ光照射工程と、予め設定されたデータ収集周期にて放射温度計によって前記基板の表面温度を測定する温度測定工程と、前記温度測定工程にて取得された複数の温度データのうち、前記フラッシュ光の照射を開始する前後の一定数の温度データを抽出して温度プロファイルを作成するプロファイル作成工程と、を備え、前記データ収集周期は可変とされることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a heat treatment method for heating a substrate by irradiating the substrate with flash light, wherein a flash light irradiation step of irradiating the surface of the substrate with flash light from a flash lamp; A temperature measurement step of measuring the surface temperature of the substrate with a radiation thermometer at a preset data collection cycle, and the flash light irradiation is started among a plurality of temperature data acquired in the temperature measurement step. And a profile creation step of creating a temperature profile by extracting a fixed number of temperature data before and after the temperature data. The data collection cycle is variable.

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、前記プロファイル作成工程では、前記放射温度計によって測定された温度が閾値に到達したときの温度データよりも所定数以前に取得された温度データを始点温度データとし、前記始点温度データ以降の前記一定数の温度データを抽出することを特徴とする。   In a second aspect of the present invention, in the heat treatment method according to the first aspect of the present invention, in the profile creation step, the temperature measured by the radiation thermometer is a predetermined number of times before the temperature data when the temperature reaches a threshold value. The acquired temperature data is used as starting point temperature data, and the fixed number of temperature data after the starting point temperature data is extracted.

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、前記フラッシュ光照射工程にて照射する前記フラッシュ光の波形に応じて前記データ収集周期を決定することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the heat treatment method according to the first or second aspect, the data collection cycle is determined in accordance with a waveform of the flash light irradiated in the flash light irradiation step. Features.

また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る熱処理方法において、フラッシュ光の波形とデータ収集周期とを対応づけた変換テーブルに基づいて前記データ収集周期を決定することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the heat treatment method according to the third aspect of the present invention, the data collection cycle is determined based on a conversion table that associates a flash light waveform with a data collection cycle. .

また、請求項５の発明は、請求項３または請求項４の発明に係る熱処理方法において、前記フラッシュ光照射工程にて照射する前記フラッシュ光の波形が長くなるほど前記データ収集周期を長くすることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the heat treatment method according to the third or fourth aspect, the data collection cycle is set longer as the waveform of the flash light irradiated in the flash light irradiation step becomes longer. Features.

また、請求項６の発明は、基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバーに収容された前記基板の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記基板の表面から放射された赤外光を受光し、予め設定されたデータ収集周期にて当該表面の温度を測定する放射温度計と、前記放射温度計が測定して取得した複数の温度データのうち、前記フラッシュランプが前記フラッシュ光の照射を開始する前後の一定数の温度データを抽出して温度プロファイルを作成するプロファイル作成部と、を備え、前記データ収集周期は可変とされることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with flash light, a chamber accommodating the substrate and a surface of the substrate accommodated in the chamber are irradiated with flash light. A flash lamp, a radiation thermometer that receives infrared light radiated from the surface of the substrate, measures the temperature of the surface at a preset data collection cycle, and measures and acquires the radiation thermometer. A profile creation unit that creates a temperature profile by extracting a certain number of temperature data before and after the flash lamp starts irradiation of the flash light among the plurality of temperature data, and the data collection cycle is variable. It is characterized by being performed.

また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る熱処理装置において、前記プロファイル作成部は、前記放射温度計によって測定された温度が閾値に到達したときの温度データよりも所定数以前に取得された温度データを始点温度データとし、前記始点温度データ以降の前記一定数の温度データを抽出することを特徴とする。   Also, the invention of claim 7 is the heat treatment apparatus according to claim 6, wherein the profile creation unit is a predetermined number of times before the temperature data when the temperature measured by the radiation thermometer reaches a threshold value. The acquired temperature data is used as starting point temperature data, and the fixed number of temperature data after the starting point temperature data is extracted.

また、請求項８の発明は、請求項６または請求項７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が照射する前記フラッシュ光の波形に応じて前記データ収集周期を決定する周期決定部をさらに備えることを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the sixth or seventh aspect, the cycle determining unit for determining the data collection cycle according to a waveform of the flash light irradiated by the flash lamp is further provided. It is characterized by having.

また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る熱処理装置において、フラッシュ光の波形とデータ収集周期とを対応づけた変換テーブルを格納する記憶部をさらに備え、前記周期決定部は、前記対応デーブルに基づいて前記データ収集周期を決定することを特徴とする。   In a ninth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the eighth aspect of the present invention, the thermal processing apparatus further includes a storage unit for storing a conversion table in which a flash light waveform is associated with a data collection period, The data collection cycle is determined based on the corresponding table.

また、請求項１０の発明は、請求項８または請求項９の発明に係る熱処理装置において、前記周期決定部は、前記フラッシュランプが照射する前記フラッシュ光の波形が長くなるほど前記データ収集周期を長くすることを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the eighth or ninth aspect, the cycle determination unit increases the data collection cycle as the waveform of the flash light irradiated by the flash lamp becomes longer. It is characterized by doing.

請求項１から請求項５の発明によれば、放射温度計のデータ収集周期は可変とされるため、基板の昇温時間に応じてデータ収集周期を変更することができ、基板の昇温時間にかかわらず適切に温度プロファイルを作成することができる。   According to the first to fifth aspects of the present invention, since the data collection cycle of the radiation thermometer is variable, the data collection cycle can be changed according to the substrate heating time, and the substrate heating time can be changed. Regardless, the temperature profile can be appropriately created.

特に、請求項２の発明によれば、放射温度計によって測定された温度が閾値に到達したときの温度データよりも所定数以前に取得された温度データを始点温度データとし、その始点温度データ以降の一定数の温度データを抽出するため、フラッシュ光照射が開始された時点での基板の温度を確実に温度プロファイルに含めることができる。   In particular, according to the invention of claim 2, temperature data obtained a predetermined number or more before the temperature data when the temperature measured by the radiation thermometer reaches the threshold value is set as the starting point temperature data, and Since a certain number of temperature data is extracted, the temperature of the substrate at the time when the flash light irradiation is started can be reliably included in the temperature profile.

特に、請求項５の発明によれば、フラッシュ光の波形が長くなるほどデータ収集周期を長くするため、長い波形のフラッシュ光によって基板の昇温時間が長くなっても基板の温度変化を温度プロファイルに含めることができる。   In particular, according to the fifth aspect of the present invention, the longer the waveform of the flash light, the longer the data collection cycle. Therefore, even if the temperature rise time of the substrate is prolonged by the flash light of a long waveform, the temperature change of the substrate is converted into a temperature profile. Can be included.

請求項６から請求項１０の発明によれば、放射温度計のデータ収集周期は可変とされるため、基板の昇温時間に応じてデータ収集周期を変更することができ、基板の昇温時間にかかわらず適切に温度プロファイルを作成することができる。   According to the sixth to tenth aspects of the present invention, since the data collection cycle of the radiation thermometer is variable, it is possible to change the data collection cycle according to the temperature rise time of the substrate. Regardless, the temperature profile can be appropriately created.

特に、請求項７の発明によれば、放射温度計によって測定された温度が閾値に到達したときの温度データよりも所定数以前に取得された温度データを始点温度データとし、その始点温度データ以降の一定数の温度データを抽出するため、フラッシュ光照射が開始された時点での基板の温度を確実に温度プロファイルに含めることができる。   In particular, according to the invention of claim 7, temperature data obtained a predetermined number or more before the temperature data when the temperature measured by the radiation thermometer reaches the threshold value is set as the starting point temperature data, and Since a certain number of temperature data is extracted, the temperature of the substrate at the time when the flash light irradiation is started can be reliably included in the temperature profile.

特に、請求項１０の発明によれば、フラッシュ光の波形が長くなるほどデータ収集周期を長くするため、長い波形のフラッシュ光によって基板の昇温時間が長くなっても基板の温度変化を温度プロファイルに含めることができる。   In particular, according to the tenth aspect of the present invention, the longer the waveform of the flash light, the longer the data collection cycle. Therefore, even if the temperature rise time of the substrate is prolonged by the flash light having a long waveform, the temperature change of the substrate is represented by the temperature profile. Can be included.

本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing the composition of the heat treatment equipment concerning the present invention. 保持部の全体外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole external appearance of a holding part. サセプタの平面図である。It is a top view of a susceptor. サセプタの断面図である。It is sectional drawing of a susceptor. 移載機構の平面図である。It is a top view of a transfer mechanism. 移載機構の側面図である。It is a side view of a transfer mechanism. 複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。It is a top view showing arrangement of a plurality of halogen lamps. フラッシュランプの駆動回路を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a drive circuit of a flash lamp. 上部放射温度計の主要部を含む高速放射温度計ユニットの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the high-speed radiation thermometer unit including the main part of an upper radiation thermometer. 変換テーブルの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a conversion table. フラッシュランプの発光波形を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a light emission waveform of a flash lamp. フラッシュ光照射時における半導体ウェハーの表面温度の変化の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a change in the surface temperature of a semiconductor wafer during flash light irradiation. フラッシュ光照射時における半導体ウェハーの表面温度の変化の他の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating another example of a change in the surface temperature of the semiconductor wafer during flash light irradiation.

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.

図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。図１の熱処理装置１は、基板として円板形状の半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光照射を行うことによってその半導体ウェハーＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。処理対象となる半導体ウェハーＷのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍやφ４５０ｍｍである（本実施形態ではφ３００ｍｍ）。熱処理装置１に搬入される前の半導体ウェハーＷ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。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。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a heat treatment apparatus 1 according to the present invention. The heat treatment apparatus 1 in FIG. 1 is a flash lamp annealing apparatus that heats a semiconductor wafer W having a disc shape as a substrate by irradiating the semiconductor wafer W with flash light. The size of the semiconductor wafer W to be processed is not particularly limited, but is, for example, φ300 mm or φ450 mm (φ300 mm in the present embodiment). Impurities have been implanted into the semiconductor wafer W before being loaded into the heat treatment apparatus 1, and activation processing of the impurities implanted by the heat treatment by the heat treatment apparatus 1 is performed. Note that, in FIG. 1 and each of the following drawings, the dimensions and the numbers of the respective parts are exaggerated or simplified as necessary for easy understanding.

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を内蔵するハロゲン加熱部４と、を備える。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、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、半導体ウェハーＷを水平姿勢に保持する保持部７と、保持部７と装置外部との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う移載機構１０と、を備える。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 heat treatment apparatus 1 includes a chamber 6 containing a semiconductor wafer W, a flash heating unit 5 containing a plurality of flash lamps FL, and a halogen heating unit 4 containing a plurality of halogen lamps HL. A flash heating unit 5 is provided above the chamber 6, and a halogen heating unit 4 is provided below the chamber 6. The heat treatment apparatus 1 further includes a holding unit 7 that holds the semiconductor wafer W in a horizontal position inside the chamber 6, a transfer mechanism 10 that transfers the semiconductor wafer W between the holding unit 7 and the outside of the apparatus, Is provided. Further, the heat treatment apparatus 1 includes a control unit 3 that controls each operation mechanism provided in the halogen heating unit 4, the flash heating unit 5, and the chamber 6 to execute the heat treatment of the semiconductor wafer W.

チャンバー６は、筒状のチャンバー側部６１の上下に石英製のチャンバー窓を装着して構成されている。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、上側開口には上側チャンバー窓６３が装着されて閉塞され、下側開口には下側チャンバー窓６４が装着されて閉塞されている。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、石英により形成された円板形状部材であり、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内に透過す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、石英により形成された円板形状部材であり、ハロゲン加熱部４からの光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。   The chamber 6 is configured by mounting a quartz chamber window above and below a cylindrical chamber side portion 61. The chamber side portion 61 has a substantially cylindrical shape with an open top and bottom, an upper chamber window 63 is mounted and closed on an upper opening, and a lower chamber window 64 is mounted and closed on a lower opening. ing. The upper chamber window 63 that forms the ceiling of the chamber 6 is a disk-shaped member formed of quartz, and functions as a quartz window that transmits flash light emitted from the flash heating unit 5 into the chamber 6. The lower chamber window 64 constituting the floor of the chamber 6 is also a disc-shaped member formed of quartz, and functions as a quartz window for transmitting light from the halogen heating unit 4 into the chamber 6.

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、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の上側から嵌め込む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の下側から嵌め込んで図示省略のビスで留め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。   A reflection ring 68 is mounted on the upper part of the inner wall surface of the chamber side part 61, and a reflection ring 69 is mounted on the lower part. The reflection rings 68 and 69 are both formed in an annular shape. The upper reflecting ring 68 is mounted by being fitted from above the chamber side 61. On the other hand, the lower reflective ring 69 is mounted by being fitted from below the chamber side 61 and fastened with screws (not shown). That is, the reflection rings 68 and 69 are both detachably attached to the chamber side 61. The space inside the chamber 6, that is, the space surrounded by the upper chamber window 63, the lower chamber window 64, the chamber side 61, and the reflection rings 68 and 69 is defined as the heat treatment space 65.

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。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）にて形成されている。   By attaching the reflection rings 68 and 69 to the chamber side 61, a concave portion 62 is formed on the inner wall surface of the chamber 6. That is, a concave portion 62 is formed which is surrounded by a central portion of the inner wall surface of the chamber side portion 61 where the reflection rings 68 and 69 are not mounted, a lower end surface of the reflection ring 68, and an upper end surface of the reflection ring 69. . The concave portion 62 is formed in an annular shape along the horizontal direction on the inner wall surface of the chamber 6 and surrounds the holding portion 7 that holds the semiconductor wafer W. The chamber side 61 and the reflection rings 68 and 69 are formed of a metal material (for example, stainless steel) having excellent strength and heat resistance.

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を通過して熱処理空間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。   Further, a transfer opening (furnace opening) 66 for carrying the semiconductor wafer W into and out of the chamber 6 is formed in the chamber side portion 61. The transport opening 66 can be opened and closed by a gate valve 185. The transport opening 66 is connected to the outer peripheral surface of the recess 62 in communication. For this reason, when the gate valve 185 opens the transfer opening 66, the semiconductor wafer W is loaded into the heat treatment space 65 from the transfer opening 66 through the concave portion 62 and unloaded from the heat treatment space 65. It can be performed. When the gate valve 185 closes the transfer opening 66, the heat treatment space 65 in the chamber 6 becomes a closed space.

さらに、チャンバー側部６１には、貫通孔６１ａおよび貫通孔６１ｂが穿設されている。貫通孔６１ａは、後述するサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの上面から放射された赤外光を上部放射温度計２５の赤外線センサ２９に導くための円筒状の孔である。一方、貫通孔６１ｂは、半導体ウェハーＷの下面から放射された赤外光を下部放射温度計２０に導くための円筒状の孔である。貫通孔６１ａおよび貫通孔６１ｂは、それらの貫通方向の軸がサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの主面と交わるように、水平方向に対して傾斜して設けられている。貫通孔６１ａの熱処理空間６５に臨む側の端部には、上部放射温度計２５が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化カルシウム材料からなる透明窓２６が装着されている。また、貫通孔６１ｂの熱処理空間６５に臨む側の端部には、下部放射温度計２０が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化バリウム材料からなる透明窓２１が装着されている。   Further, a through hole 61a and a through hole 61b are formed in the chamber side portion 61. The through hole 61a is a cylindrical hole for guiding infrared light emitted from the upper surface of the semiconductor wafer W held by a susceptor 74 described later to the infrared sensor 29 of the upper radiation thermometer 25. On the other hand, the through-hole 61b is a cylindrical hole for guiding infrared light emitted from the lower surface of the semiconductor wafer W to the lower radiation thermometer 20. The through-hole 61a and the through-hole 61b are provided to be inclined with respect to the horizontal direction such that their axes in the through direction intersect with the main surface of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74. At the end of the through hole 61a on the side facing the heat treatment space 65, a transparent window 26 made of a calcium fluoride material that transmits infrared light in a wavelength range that can be measured by the upper radiation thermometer 25 is mounted. A transparent window 21 made of a barium fluoride material that transmits infrared light in a wavelength range that can be measured by the lower radiation thermometer 20 is attached to an end of the through hole 61b on the side facing the heat treatment space 65. .

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は処理ガス供給源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、処理ガス供給源８５から緩衝空間８２に処理ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した処理ガスは、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。処理ガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）等の不活性ガス、または、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）等の反応性ガス、或いはそれらを混合した混合ガスを用いることができる（本実施形態では窒素ガス）。 Further, a gas supply hole 81 for supplying a processing gas to the heat treatment space 65 is formed in an upper portion of an inner wall of the chamber 6. The gas supply hole 81 is formed at a position above the concave portion 62, and may be provided on the reflection ring 68. The gas supply hole 81 is connected to a gas supply pipe 83 through a buffer space 82 formed in an annular shape inside the side wall of the chamber 6. The gas supply pipe 83 is connected to a processing gas supply source 85. A valve 84 is inserted in the middle of the gas supply pipe 83. When the valve 84 is opened, the processing gas is supplied from the processing gas supply source 85 to the buffer space 82. The processing gas flowing into the buffer space 82 flows so as to expand in the buffer space 82 having a smaller fluid resistance than the gas supply hole 81 and is supplied from the gas supply hole 81 into the heat treatment space 65. As the processing gas, for example, an inert gas such as nitrogen (N 2 ), a reactive gas such as hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3 ), or a mixed gas obtained by mixing them can be used. In the embodiment, nitrogen gas).

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、処理ガス供給源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 gas exhaust hole 86 for exhausting the gas in the heat treatment space 65 is formed below the inner wall of the chamber 6. The gas exhaust hole 86 is formed at a position lower than the concave portion 62, and may be provided on the reflection ring 69. The gas exhaust hole 86 is connected to a gas exhaust pipe 88 via a buffer space 87 formed in an annular shape inside the side wall of the chamber 6. The gas exhaust pipe 88 is connected to the exhaust part 190. A valve 89 is inserted in the middle of the gas exhaust pipe 88. When the valve 89 is opened, the gas in the heat treatment space 65 is discharged from the gas exhaust hole 86 to the gas exhaust pipe 88 via the buffer space 87. Note that a plurality of gas supply holes 81 and gas exhaust holes 86 may be provided along the circumferential direction of the chamber 6, or may be slit-shaped. Further, the processing gas supply source 85 and the exhaust unit 190 may be a mechanism provided in the heat treatment apparatus 1 or a utility of a factory where the heat treatment apparatus 1 is installed.

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。   Further, a gas exhaust pipe 191 for discharging gas in the heat treatment space 65 is also connected to the end of the transfer opening 66. The gas exhaust pipe 191 is connected to an exhaust unit 190 via a valve 192. By opening the valve 192, the gas in the chamber 6 is exhausted through the transfer opening 66.

図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプタ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７４はいずれも石英にて形成されている。すなわち、保持部７の全体が石英にて形成されている。   FIG. 2 is a perspective view showing the overall appearance of the holding unit 7. The holding section 7 includes a base ring 71, a connecting section 72, and a susceptor 74. The base ring 71, the connecting portion 72, and the susceptor 74 are all formed of quartz. That is, the entire holding portion 7 is formed of quartz.

基台リング７１は円環形状から一部が欠落した円弧形状の石英部材である。この欠落部分は、後述する移載機構１０の移載アーム１１と基台リング７１との干渉を防ぐために設けられている。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こととなる（図１参照）。基台リング７１の上面に、その円環形状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。   The base ring 71 is an arc-shaped quartz member in which a part is omitted from the ring shape. The missing portion is provided to prevent interference between a transfer arm 11 of the transfer mechanism 10 described below and the base ring 71. The base ring 71 is supported on the wall surface of the chamber 6 by being placed on the bottom surface of the concave portion 62 (see FIG. 1). A plurality of connecting portions 72 (four in this embodiment) are erected on the upper surface of the base ring 71 along the circumferential direction of the ring shape. The connecting portion 72 is also a quartz member, and is fixed to the base ring 71 by welding.

サセプタ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。図３は、サセプタ７４の平面図である。また、図４は、サセプタ７４の断面図である。サセプタ７４は、保持プレート７５、ガイドリング７６および複数の基板支持ピン７７を備える。保持プレート７５は、石英にて形成された略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 susceptor 74 is supported by four connecting portions 72 provided on the base ring 71. FIG. 3 is a plan view of the susceptor 74. FIG. 4 is a sectional view of the susceptor 74. The susceptor 74 includes a holding plate 75, a guide ring 76, and a plurality of substrate support pins 77. The holding plate 75 is a substantially circular plate-shaped member formed of quartz. The diameter of the holding plate 75 is larger than the diameter of the semiconductor wafer W. That is, the holding plate 75 has a larger planar size than the semiconductor wafer W.

保持プレート７５の上面周縁部にガイドリング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。例えば、半導体ウェハーＷの直径がφ３００ｍｍの場合、ガイドリング７６の内径はφ３２０ｍｍ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とされている。ガイドリング７６は、保持プレート７５と同様の石英にて形成される。ガイドリング７６は、保持プレート７５の上面に溶着するようにしても良いし、別途加工したピンなどによって保持プレート７５に固定するようにしても良い。或いは、保持プレート７５とガイドリング７６とを一体の部材として加工するようにしても良い。   A guide ring 76 is provided on a peripheral edge of the upper surface of the holding plate 75. The guide ring 76 is an annular member having an inner diameter larger than the diameter of the semiconductor wafer W. For example, when the diameter of the semiconductor wafer W is φ300 mm, the inner diameter of the guide ring 76 is φ320 mm. The inner circumference of the guide ring 76 has a tapered surface that widens upward from the holding plate 75. The guide ring 76 is formed of the same quartz as the holding plate 75. The guide ring 76 may be welded to the upper surface of the holding plate 75, or may be fixed to the holding plate 75 by a separately processed pin or the like. Alternatively, the holding plate 75 and the guide ring 76 may be processed as an integral member.

保持プレート７５の上面のうちガイドリング７６よりも内側の領域が半導体ウェハーＷを保持する平面状の保持面７５ａとされる。保持プレート７５の保持面７５ａには、複数の基板支持ピン７７が立設されている。本実施形態においては、保持面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３０°毎に計１２個の基板支持ピン７７が立設されている。１２個の基板支持ピン７７を配置した円の径（対向する基板支持ピン７７間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さく、半導体ウェハーＷの径がφ３００ｍｍであればφ２７０ｍｍ〜φ２８０ｍｍ（本実施形態ではφ２７０ｍｍ）である。それぞれの基板支持ピン７７は石英にて形成されている。複数の基板支持ピン７７は、保持プレート７５の上面に溶接によって設けるようにしても良いし、保持プレート７５と一体に加工するようにしても良い。   A region inside the guide ring 76 on the upper surface of the holding plate 75 is a flat holding surface 75a for holding the semiconductor wafer W. A plurality of substrate support pins 77 are erected on the holding surface 75a of the holding plate 75. In the present embodiment, a total of twelve substrate support pins 77 are erected every 30 ° along the circumference of the outer circumference of the holding surface 75a (the inner circumference of the guide ring 76). The diameter of the circle in which the twelve substrate support pins 77 are arranged (the distance between the opposing substrate support pins 77) is smaller than the diameter of the semiconductor wafer W. If the diameter of the semiconductor wafer W is φ300 mm, φ270 mm to φ280 mm (this embodiment) (Φ270 mm in the form). Each substrate support pin 77 is formed of quartz. The plurality of substrate support pins 77 may be provided on the upper surface of the holding plate 75 by welding, or may be processed integrally with the holding plate 75.

図２に戻り、基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプタ７４の保持プレート７５の周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプタ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。すなわち、保持プレート７５の保持面７５ａは水平面となる。   Returning to FIG. 2, the four connecting portions 72 erected on the base ring 71 and the peripheral edge of the holding plate 75 of the susceptor 74 are fixed by welding. That is, the susceptor 74 and the base ring 71 are fixedly connected by the connecting portion 72. By supporting the base ring 71 of the holder 7 on the wall surface of the chamber 6, the holder 7 is mounted on the chamber 6. When the holding unit 7 is mounted on the chamber 6, the holding plate 75 of the susceptor 74 is in a horizontal posture (a posture in which the normal line coincides with the vertical direction). That is, the holding surface 75a of the holding plate 75 is a horizontal plane.

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１２個の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。より厳密には、１２個の基板支持ピン７７の上端部が半導体ウェハーＷの下面に接触して当該半導体ウェハーＷを支持する。１２個の基板支持ピン７７の高さ（基板支持ピン７７の上端から保持プレート７５の保持面７５ａまでの距離）は均一であるため、１２個の基板支持ピン７７によって半導体ウェハーＷを水平姿勢に支持することができる。   The semiconductor wafer W carried into the chamber 6 is placed and held in a horizontal posture on the susceptor 74 of the holding unit 7 mounted on the chamber 6. At this time, the semiconductor wafer W is supported by twelve substrate support pins 77 erected on the holding plate 75 and held by the susceptor 74. More precisely, the upper ends of the twelve substrate support pins 77 contact the lower surface of the semiconductor wafer W to support the semiconductor wafer W. Since the height of the twelve substrate support pins 77 (the distance from the upper end of the substrate support pins 77 to the holding surface 75a of the holding plate 75) is uniform, the semiconductor wafer W is placed in a horizontal posture by the twelve substrate support pins 77. Can be supported.

また、半導体ウェハーＷは複数の基板支持ピン７７によって保持プレート７５の保持面７５ａから所定の間隔を隔てて支持されることとなる。基板支持ピン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、複数の基板支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの水平方向の位置ずれはガイドリング７６によって防止される。   Further, the semiconductor wafer W is supported by the plurality of substrate support pins 77 at a predetermined distance from the holding surface 75a of the holding plate 75. The thickness of the guide ring 76 is larger than the height of the substrate support pins 77. Therefore, the horizontal displacement of the semiconductor wafer W supported by the plurality of substrate support pins 77 is prevented by the guide ring 76.

また、図２および図３に示すように、サセプタ７４の保持プレート７５には、上下に貫通して開口部７８が形成されている。開口部７８は、下部放射温度計２０が半導体ウェハーＷの下面から放射される放射光（赤外光）を受光するために設けられている。すなわち、下部放射温度計２０が開口部７８およびチャンバー側部６１の貫通孔６１ｂに装着された透明窓２１を介して半導体ウェハーＷの下面から放射された光を受光して当該半導体ウェハーＷの温度を測定する。さらに、サセプタ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 plate 75 of the susceptor 74 has an opening 78 penetrating vertically. The opening 78 is provided for the lower radiation thermometer 20 to receive radiation light (infrared light) radiated from the lower surface of the semiconductor wafer W. That is, the lower radiation thermometer 20 receives light radiated from the lower surface of the semiconductor wafer W through the opening 78 and the transparent window 21 attached to the through hole 61b of the chamber side portion 61, and receives the temperature of the semiconductor wafer W. Is measured. Further, the holding plate 75 of the susceptor 74 is provided with four through holes 79 through which the lift pins 12 of the transfer mechanism 10, which will be described later, pass through for transferring the semiconductor wafer W.

図５は、移載機構１０の平面図である。また、図６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。移載アーム１１およびリフトピン１２は石英にて形成されている。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５の実線位置）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５の二点鎖線位置）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. 5 is a plan view of the transfer mechanism 10. FIG. 6 is a side view of the transfer mechanism 10. The transfer mechanism 10 includes two transfer arms 11. The transfer arm 11 is formed in a circular arc shape along the generally annular concave portion 62. Each transfer arm 11 is provided with two lift pins 12 standing upright. The transfer arm 11 and the lift pins 12 are formed of quartz. Each transfer arm 11 is rotatable by a horizontal moving mechanism 13. The horizontal moving mechanism 13 moves the pair of transfer arms 11 to a transfer operation position (solid line position in FIG. 5) where the semiconductor wafer W is transferred to the holding unit 7 and the semiconductor wafer W held by the holding unit 7. The horizontal movement is performed between a retracted position (a position indicated by a two-dot chain line in FIG. 5) that does not overlap in a plan view. The horizontal moving mechanism 13 may be configured to rotate each transfer arm 11 by an individual motor, or may be rotated by a single motor using a link mechanism to link a pair of transfer arms 11. It may be moved.

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７４に穿設された貫通孔７９（図２，３参照）を通過し、リフトピン１２の上端がサセプタ７４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。   Further, the pair of transfer arms 11 is moved up and down by the elevating mechanism 14 together with the horizontal moving mechanism 13. When the lifting mechanism 14 raises the pair of transfer arms 11 at the transfer operation position, a total of four lift pins 12 pass through the through holes 79 (see FIGS. 2 and 3) formed in the susceptor 74, and The upper end of 12 protrudes from the upper surface of susceptor 74. On the other hand, when the elevating mechanism 14 lowers the pair of transfer arms 11 at the transfer operation position, pulls out the lift pins 12 from the through holes 79, and moves the horizontal transfer mechanism 13 to open the pair of transfer arms 11, The transfer arm 11 moves to the retreat position. The retracted position of the pair of transfer arms 11 is immediately above the base ring 71 of the holding unit 7. Since the base ring 71 is placed on the bottom surface of the concave portion 62, the retreat position of the transfer arm 11 is inside the concave portion 62. It should be noted that an exhaust mechanism (not shown) is also provided near the portion where the driving section (the horizontal moving mechanism 13 and the elevating mechanism 14) of the transfer mechanism 10 is provided, and the atmosphere around the driving section of the transfer mechanism 10 is provided. Is discharged to the outside of the chamber 6.

図１に戻り、チャンバー６の上方に設けられたフラッシュ加熱部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、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 flash heating unit 5 provided above the chamber 6 includes a light source composed of a plurality of (30 in this embodiment) xenon flash lamps FL and a light source above the light source. And a reflector 52 provided so as to cover. Further, a lamp light emission window 53 is mounted on the bottom of the housing 51 of the flash heating unit 5. The lamp light emission window 53 constituting the floor of the flash heating unit 5 is a plate-shaped quartz window formed of quartz. When the flash heating unit 5 is installed above the chamber 6, the lamp light emission window 53 faces the upper chamber window 63. The flash lamp FL irradiates the heat treatment space 65 with flash light from above the chamber 6 through the lamp light emission window 53 and the upper chamber window 63.

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 has a longitudinal direction 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.

図８は、フラッシュランプＦＬの駆動回路を示す図である。同図に示すように、コンデンサ９３と、コイル９４と、フラッシュランプＦＬと、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）９６とが直列に接続されている。また、図８に示すように、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備えるとともに、入力部３３に接続されている。入力部３３としては、キーボード、マウス、タッチパネル等の種々の公知の入力機器を採用することができる。入力部３３からの入力内容に基づいて波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を発生する。   FIG. 8 is a diagram showing a drive circuit of the flash lamp FL. As shown in the figure, a capacitor 93, a coil 94, a flash lamp FL, and an IGBT (insulated gate bipolar transistor) 96 are connected in series. As shown in FIG. 8, the control unit 3 includes a pulse generator 31 and a waveform setting unit 32 and is connected to the input unit 33. As the input unit 33, various known input devices such as a keyboard, a mouse, and a touch panel can be employed. The waveform setting unit 32 sets the waveform of the pulse signal based on the input content from the input unit 33, and the pulse generator 31 generates the pulse signal according to the waveform.

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

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

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

図８に示すような駆動回路は、フラッシュ加熱部５に設けられた複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれに個別に設けられている。本実施形態では、３０本のフラッシュランプＦＬが平面状に配列されているため、それらに対応して図８に示す如き駆動回路が３０個設けられている。よって、３０本のフラッシュランプＦＬのそれぞれに流れる電流が対応するＩＧＢＴ９６によって個別にオンオフ制御されることとなる。   The drive circuit as shown in FIG. 8 is individually provided for each of the plurality of flash lamps FL provided in the flash heating unit 5. In the present embodiment, since 30 flash lamps FL are arranged in a plane, 30 drive circuits as shown in FIG. 8 are provided corresponding to them. Therefore, the current flowing through each of the 30 flash lamps FL is individually turned on / off by the corresponding IGBT 96.

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。   The reflector 52 is provided above the plurality of flash lamps FL so as to entirely cover the flash lamps FL. The basic function of the reflector 52 is to reflect flash light emitted from the plurality of flash lamps FL to the heat treatment space 65 side. The reflector 52 is made of an aluminum alloy plate, and its surface (the surface facing the flash lamp FL) is roughened by blasting.

チャンバー６の下方に設けられたハロゲン加熱部４は、筐体４１の内側に複数本（本実施形態では４０本）のハロゲンランプＨＬを内蔵している。ハロゲン加熱部４は、複数のハロゲンランプＨＬによってチャンバー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への光照射を行って半導体ウェハーＷを加熱する光照射部である。   The halogen heater 4 provided below the chamber 6 has a plurality of (40 in this embodiment) halogen lamps HL inside the housing 41. The halogen heater 4 is a light irradiator that heats the semiconductor wafer W by irradiating the heat treatment space 65 from below the chamber 6 through the lower chamber window 64 with a plurality of halogen lamps HL.

図７は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。４０本のハロゲンランプＨＬは上下２段に分けて配置されている。保持部７に近い上段に２０本のハロゲンランプＨＬが配設されるとともに、上段よりも保持部７から遠い下段にも２０本のハロゲンランプ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. 7 is a plan view showing an arrangement of a plurality of halogen lamps HL. The forty halogen lamps HL are arranged in two upper and lower stages. Twenty halogen lamps HL are arranged in an upper stage near the holding unit 7 and 20 halogen lamps HL are arranged in a lower stage farther from the holding unit 7 than the upper stage. Each of the halogen lamps HL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape. The 20 halogen lamps HL in the upper and lower rows are arranged so that their respective longitudinal directions are parallel to each other along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holding section 7 (that is, along the horizontal direction). I have. Therefore, the plane formed by the arrangement of the halogen lamps HL in both the upper and lower stages is a horizontal plane.

また、図７に示すように、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. 7, the arrangement density of the halogen lamps HL is higher in a region facing the peripheral portion than in a region facing the center of the semiconductor wafer W held by the holding portion 7 in both the upper stage and the lower stage. I have. That is, in both upper and lower stages, the arrangement pitch of the halogen lamps HL is shorter at the periphery than at the center of the lamp array. For this reason, it is possible to irradiate a larger amount of light to the peripheral portion of the semiconductor wafer W where the temperature is likely to decrease during heating by light irradiation from the halogen heating unit 4.

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、上段に配置された２０本のハロゲンランプＨＬの長手方向と下段に配置された２０本のハロゲンランプＨＬの長手方向とが互いに直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。   Further, a lamp group composed of the upper halogen lamps HL and a lamp group composed of the lower halogen lamps HL are arranged so as to intersect in a grid pattern. That is, a total of 40 halogen lamps HL are arranged such that the longitudinal direction of the 20 halogen lamps HL arranged in the upper stage and the longitudinal direction of the 20 halogen lamps HL arranged in the lower stage are orthogonal to each other. I have.

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。すなわち、ハロゲンランプＨＬは少なくとも１秒以上連続して発光する連続点灯ランプである。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 incandescent the filament by energizing the filament disposed inside the glass tube. A gas in which a trace amount of a halogen element (iodine, bromine, or the like) is introduced into an inert gas such as nitrogen or argon is sealed inside the glass tube. By introducing a halogen element, it is possible to set the temperature of the filament to a high temperature while suppressing breakage of the filament. Therefore, the halogen lamp HL has a characteristic that it has a longer life and can continuously emit strong light as compared with a normal incandescent lamp. That is, the halogen lamp HL is a continuous lighting lamp that continuously emits light for at least one second. 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.

また、ハロゲン加熱部４の筐体４１内にも、２段のハロゲンランプＨＬの下側にリフレクタ４３が設けられている（図１）。リフレクタ４３は、複数のハロゲンランプＨＬから出射された光を熱処理空間６５の側に反射する。   A reflector 43 is also provided below the two-stage halogen lamp HL in the housing 41 of the halogen heating unit 4 (FIG. 1). The reflector 43 reflects light emitted from the plurality of halogen lamps HL to the heat treatment space 65 side.

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回路であるＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えている。制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置１における処理が進行する。また、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備え（図８）、入力部３３からの入力内容に基づいて、波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、それに従ってパルス発生器３１がＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力する。   The control unit 3 controls the above-described various operation mechanisms provided in the heat treatment apparatus 1. The configuration of the control unit 3 as hardware is the same as that of a general computer. That is, the control unit 3 includes a CPU which is a circuit for performing various arithmetic processing, a ROM which is a read-only memory for storing a basic program, a RAM which is a readable and writable memory for storing various information, and control software and data. It has a magnetic disk for storing. The processing in the heat treatment apparatus 1 proceeds when the CPU of the control unit 3 executes a predetermined processing program. The control unit 3 includes a pulse generator 31 and a waveform setting unit 32 (FIG. 8). The waveform setting unit 32 sets the waveform of the pulse signal based on the input content from the input unit 33, and the pulse is set accordingly. Generator 31 outputs a pulse signal to the gate of IGBT 96.

また、図１に示すように熱処理装置１は、上部放射温度計２５および下部放射温度計２０を備える。上部放射温度計２５は、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射されたときの半導体ウェハーＷの上面の急激な温度変化を測定するための高速放射温度計である。   Further, as shown in FIG. 1, the heat treatment apparatus 1 includes an upper radiation thermometer 25 and a lower radiation thermometer 20. The upper radiation thermometer 25 is a high-speed radiation thermometer for measuring a rapid temperature change on the upper surface of the semiconductor wafer W when flash light is emitted from the flash lamp FL.

図９は、上部放射温度計２５の主要部を含む高速放射温度計ユニット１０１の構成を示すブロック図である。上部放射温度計２５の赤外線センサ２９は、その光軸が貫通孔６１ａの貫通方向の軸と一致するように、チャンバー側部６１の外壁面に装着されている。赤外線センサ２９は、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの上面から放射された赤外光をフッ化カルシウムの透明窓２６を介して受光する。赤外線センサ２９は、ＩｎＳｂ（インジウムアンチモン）の光学素子を備えており、その測定波長域は５μｍ〜６．５μｍである。フッ化カルシウムの透明窓２６は赤外線センサ２９の測定波長域の赤外光を選択的に透過する。ＩｎＳｂ光学素子は、受光した赤外光の強度に応じて抵抗が変化する。ＩｎＳｂ光学素子を備えた赤外線センサ２９は、応答時間が極めて短くサンプリング間隔が顕著に短時間（最短で約２０マイクロ秒）の高速測定が可能である。赤外線センサ２９は高速放射温度計ユニット１０１と電気的に接続されており、受光に応答して生じた信号を高速放射温度計ユニット１０１に伝達する。   FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the high-speed radiation thermometer unit 101 including the main part of the upper radiation thermometer 25. The infrared sensor 29 of the upper radiation thermometer 25 is mounted on the outer wall surface of the chamber side 61 so that its optical axis coincides with the axis of the through-hole 61a in the through direction. The infrared sensor 29 receives infrared light emitted from the upper surface of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74 through the transparent window 26 of calcium fluoride. The infrared sensor 29 includes an optical element of InSb (indium antimony), and its measurement wavelength range is 5 μm to 6.5 μm. The transparent window 26 made of calcium fluoride selectively transmits infrared light in the wavelength range measured by the infrared sensor 29. The resistance of the InSb optical element changes according to the intensity of the received infrared light. The infrared sensor 29 including the InSb optical element can perform high-speed measurement with a very short response time and a remarkably short sampling interval (about 20 microseconds at the shortest). The infrared sensor 29 is electrically connected to the high-speed radiation thermometer unit 101, and transmits a signal generated in response to light reception to the high-speed radiation thermometer unit 101.

高速放射温度計ユニット１０１は、信号変換回路１０２、増幅回路１０３、Ａ／Ｄコンバータ１０４、温度変換部１０５、プロファイル作成部１０６および記憶部１０７を備える。信号変換回路１０２は、赤外線センサ２９のＩｎＳｂ光学素子にて発生した抵抗変化を電流変化、電圧変化の順に信号変換を行い、最終的に取り扱いの容易な電圧の信号に変換して出力する回路である。信号変換回路１０２は、例えばオペアンプを用いて構成される。増幅回路１０３は、信号変換回路１０２から出力された電圧信号を増幅してＡ／Ｄコンバータ１０４に出力する。Ａ／Ｄコンバータ１０４は、増幅回路１０３によって増幅された電圧信号をデジタル信号に変換する。   The high-speed radiation thermometer unit 101 includes a signal conversion circuit 102, an amplification circuit 103, an A / D converter 104, a temperature conversion unit 105, a profile creation unit 106, and a storage unit 107. The signal conversion circuit 102 is a circuit that converts a resistance change generated in the InSb optical element of the infrared sensor 29 in the order of a current change and a voltage change, and finally converts it into a signal of a voltage that is easy to handle and outputs the signal. is there. The signal conversion circuit 102 is configured using, for example, an operational amplifier. The amplification circuit 103 amplifies the voltage signal output from the signal conversion circuit 102 and outputs the voltage signal to the A / D converter 104. The A / D converter 104 converts the voltage signal amplified by the amplifier circuit 103 into a digital signal.

温度変換部１０５およびプロファイル作成部１０６は、高速放射温度計ユニット１０１のＣＰＵ（図示省略）が所定の処理プログラムを実行することによって実現される機能処理部である。温度変換部１０５は、Ａ／Ｄコンバータ１０４から出力された信号、つまり赤外線センサ２９が受光した赤外光の強度を示す信号に所定の演算処理を行って温度に変換する。温度変換部１０５によって求められた温度が半導体ウェハーＷの上面の温度である。なお、赤外線センサ２９、信号変換回路１０２、増幅回路１０３、Ａ／Ｄコンバータ１０４、および、温度変換部１０５によって上部放射温度計２５が構成される。下部放射温度計２０も、上部放射温度計２５と概ね同様の構成を備えるが、高速測定に対応していなくても良い。   The temperature conversion unit 105 and the profile creation unit 106 are function processing units realized by a CPU (not shown) of the high-speed radiation thermometer unit 101 executing a predetermined processing program. The temperature conversion unit 105 performs a predetermined calculation process on a signal output from the A / D converter 104, that is, a signal indicating the intensity of infrared light received by the infrared sensor 29, and converts the signal into a temperature. The temperature obtained by the temperature converter 105 is the temperature of the upper surface of the semiconductor wafer W. The infrared radiation sensor 29, the signal conversion circuit 102, the amplification circuit 103, the A / D converter 104, and the temperature conversion unit 105 constitute the upper radiation thermometer 25. The lower radiation thermometer 20 has substantially the same configuration as the upper radiation thermometer 25, but does not have to support high-speed measurement.

また、プロファイル作成部１０６は、温度変換部１０５によって一定間隔で取得された温度データを順次に記憶部１０７に蓄積することによって、半導体ウェハーＷの上面の温度の時間変化を示す温度プロファイルを作成する。記憶部１０７としては、磁気ディスクやメモリ等の公知の記憶媒体を用いることができる。なお、温度プロファイルの作成については後にさらに詳述する。   In addition, the profile creation unit 106 creates a temperature profile indicating a temporal change in the temperature of the upper surface of the semiconductor wafer W by sequentially accumulating the temperature data acquired at regular intervals by the temperature conversion unit 105 in the storage unit 107. . As the storage unit 107, a known storage medium such as a magnetic disk or a memory can be used. The creation of the temperature profile will be described later in more detail.

図９に示すように、高速放射温度計ユニット１０１は熱処理装置１全体のコントローラである制御部３と電気的に接続されている。制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２（図９では図示省略）に加えて、周期決定部３５を備える。周期決定部３５は、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実現される機能処理部である。周期決定部３５の処理内容についてもさらに後述する。   As shown in FIG. 9, the high-speed radiation thermometer unit 101 is electrically connected to the control unit 3 which is a controller of the entire heat treatment apparatus 1. The control unit 3 includes a period determining unit 35 in addition to the pulse generator 31 and the waveform setting unit 32 (not shown in FIG. 9). The cycle determining unit 35 is a function processing unit realized by the CPU of the control unit 3 executing a predetermined processing program. The processing content of the cycle determining unit 35 will be further described later.

また、制御部３には表示部３４および入力部３３が接続されている。制御部３は、表示部３４に種々の情報を表示する。熱処理装置１のオペレータは、表示部３４に表示された情報を確認しつつ、入力部３３から種々のコマンドやパラメータを入力することができる。表示部３４および入力部３３としては、例えば、熱処理装置１の外壁に設けられた液晶のタッチパネルを採用するようにしても良い。なお、図９に示す記憶部３６は、制御部３の磁気ディクスやメモリ等の記憶媒体である。   The display unit 34 and the input unit 33 are connected to the control unit 3. The control unit 3 displays various information on the display unit 34. The operator of the heat treatment apparatus 1 can input various commands and parameters from the input unit 33 while confirming the information displayed on the display unit 34. As the display unit 34 and the input unit 33, for example, a liquid crystal touch panel provided on the outer wall of the heat treatment apparatus 1 may be adopted. The storage unit 36 shown in FIG. 9 is a storage medium such as a magnetic disk or a memory of the control unit 3.

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-described configuration, the heat treatment apparatus 1 prevents an excessive rise in temperature of the halogen heating unit 4, the flash heating unit 5, and the chamber 6 due to heat energy generated from the halogen lamp HL and the flash lamp FL during the heat treatment of the semiconductor wafer W. Therefore, it has various cooling structures. For example, a water cooling tube (not shown) is provided on the wall of the chamber 6. Further, the halogen heating unit 4 and the flash heating unit 5 have an air cooling structure for forming a gas flow therein and discharging heat. Air is also supplied to the gap between the upper chamber window 63 and the lamp light emission window 53 to cool the flash heating unit 5 and the upper chamber window 63.

次に、熱処理装置１における処理動作について説明する。まず、処理対象となる半導体ウェハーＷに対する典型的な熱処理の手順について説明する。ここで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照射加熱処理（アニール）により実行される。以下に説明する熱処理装置１の処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することにより進行する。   Next, a processing operation in the heat treatment apparatus 1 will be described. First, a typical heat treatment procedure for a semiconductor wafer W to be processed will be described. Here, the semiconductor wafer W to be processed is a semiconductor substrate to which impurities (ions) are added by an ion implantation method. The activation of the impurities is performed by heat treatment (annealing) of flash light irradiation by the heat treatment apparatus 1. The processing procedure of the heat treatment apparatus 1 described below proceeds by the control unit 3 controlling each operation mechanism of the heat treatment apparatus 1.

まず、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 valve 84 for air supply is opened, and the valves 89 and 192 for exhaust are opened, so that air supply and exhaust to the inside of the chamber 6 are started. When the valve 84 is opened, nitrogen gas is supplied from the gas supply hole 81 to the heat treatment space 65. When the valve 89 is opened, the gas in the chamber 6 is exhausted from the gas exhaust hole 86. Thereby, the nitrogen gas supplied from the upper part of the heat treatment space 65 in the chamber 6 flows downward, and is exhausted from the lower part of the heat treatment space 65.

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。   When the valve 192 is opened, the gas in the chamber 6 is exhausted from the transfer opening 66. Further, the atmosphere around the drive section of the transfer mechanism 10 is also exhausted by an exhaust mechanism not shown. In the heat treatment of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1, the nitrogen gas is continuously supplied to the heat treatment space 65, and the supply amount is appropriately changed according to the treatment process.

続いて、ゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部６６を介して処理対象となる半導体ウェハーＷがチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される。このときには、半導体ウェハーＷの搬入にともなって装置外部の雰囲気を巻き込むおそれがあるが、チャンバー６には窒素ガスが供給され続けているため、搬送開口部６６から窒素ガスが流出して、そのような外部雰囲気の巻き込みを最小限に抑制することができる。   Subsequently, the gate valve 185 is opened to open the transfer opening 66, and the semiconductor wafer W to be processed is carried into the heat treatment space 65 in the chamber 6 through the transfer opening 66 by the transfer robot outside the apparatus. At this time, there is a possibility that the atmosphere outside the apparatus may be involved when the semiconductor wafer W is loaded, but since the nitrogen gas is continuously supplied to the chamber 6, the nitrogen gas flows out from the transfer opening 66, and Entrapment of an external atmosphere can be minimized.

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７４の保持プレート７５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は基板支持ピン７７の上端よりも上方にまで上昇する。   The semiconductor wafer W carried in by the transfer robot advances to a position immediately above the holding unit 7 and stops. Then, the pair of transfer arms 11 of the transfer mechanism 10 move horizontally from the retracted position to the transfer operation position and rise, so that the lift pins 12 protrude from the upper surface of the holding plate 75 of the susceptor 74 through the through holes 79. To receive the semiconductor wafer W. At this time, the lift pins 12 rise above the upper ends of the substrate support pins 77.

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７４に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。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基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。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保持部７に保持される。複数の基板支持ピン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の保持面７５ａとの間には所定の間隔が形成される。サセプタ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 exits the heat treatment space 65, and the transfer opening 66 is closed by the gate valve 185. When the pair of transfer arms 11 is lowered, the semiconductor wafer W is transferred from the transfer mechanism 10 to the susceptor 74 of the holding unit 7 and is held from below in a horizontal posture. The semiconductor wafer W is supported by a plurality of substrate support pins 77 erected on a holding plate 75 and held by a susceptor 74. Further, the semiconductor wafer W is held by the holding unit 7 with the surface on which the pattern is formed and the impurities are implanted facing upward. A predetermined gap is formed between the back surface (the main surface opposite to the front surface) of the semiconductor wafer W supported by the plurality of substrate support pins 77 and the holding surface 75a of the holding plate 75. The pair of transfer arms 11 that have descended to below the susceptor 74 are retracted by the horizontal moving mechanism 13 to the retracted position, that is, to the inside of the recess 62.

半導体ウェハーＷが石英にて形成された保持部７のサセプタ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、石英にて形成された下側チャンバー窓６４およびサセプタ７４を透過して半導体ウェハーＷの下面に照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって半導体ウェハーＷ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 in a horizontal posture from below by the susceptor 74 of the holding unit 7 made of quartz, the 40 halogen lamps HL of the halogen heating unit 4 are simultaneously turned on to perform preliminary heating (assist heating). ) Is started. The halogen light emitted from the halogen lamp HL passes through the lower chamber window 64 and the susceptor 74 formed of quartz, and irradiates the lower surface of the semiconductor wafer W. Upon receiving light irradiation from the halogen lamp HL, the semiconductor wafer W is preheated and the temperature rises. Since the transfer arm 11 of the transfer mechanism 10 is retracted inside the concave portion 62, it does not hinder the heating by the halogen lamp HL.

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の温度が下部放射温度計２０によって測定されている。すなわち、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から開口部７８を介して放射された赤外光を透明窓２１を通して下部放射温度計２０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しつつ、ハロゲンランプＨＬの出力を制御する。すなわち、制御部３は、下部放射温度計２０による測定値に基づいて、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１となるようにハロゲンランプＨＬの出力をフィードバック制御する。このように、下部放射温度計２０は、予備加熱時における半導体ウェハーＷの温度制御のための放射温度計である。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６００℃程度とされる（本実施の形態では６００℃）。   When performing the preliminary heating by the halogen lamp HL, the temperature of the semiconductor wafer W is measured by the lower radiation thermometer 20. That is, the lower radiation thermometer 20 receives infrared light radiated from the lower surface of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74 through the opening 78 through the transparent window 21 and measures the temperature of the wafer during temperature rise. The measured temperature of the semiconductor wafer W is transmitted to the control unit 3. The control unit 3 controls the output of the halogen lamp HL while monitoring whether or not the temperature of the semiconductor wafer W heated by the irradiation of light from the halogen lamp HL has reached a predetermined preheating temperature T1. That is, the control unit 3 performs feedback control of the output of the halogen lamp HL based on the measurement value of the lower radiation thermometer 20 so that the temperature of the semiconductor wafer W becomes the preheating temperature T1. As described above, the lower radiation thermometer 20 is a radiation thermometer for controlling the temperature of the semiconductor wafer W during preheating. The preheating temperature T1 is set to about 200 ° C. to 800 ° C., and preferably about 350 ° C. to 600 ° C. (600 ° C. in the present embodiment) at which impurities added to the semiconductor wafer W are not likely to be diffused by heat. .

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、下部放射温度計２０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の出力を調整し、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 control unit 3 temporarily maintains the semiconductor wafer W at the preheating temperature T1. Specifically, when the temperature of the semiconductor wafer W measured by the lower radiation thermometer 20 reaches the pre-heating temperature T1, the control unit 3 adjusts the output of the halogen lamp HL to substantially reduce the temperature of the semiconductor wafer W. The preheating temperature T1 is maintained.

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。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一なものとすることができる。   By performing such preheating by the halogen lamp HL, the entire semiconductor wafer W is uniformly heated to the preheating temperature T1. At the stage of preheating by the halogen lamp HL, the temperature of the peripheral portion of the semiconductor wafer W where heat radiation is more likely to occur tends to be lower than that of the central portion, but the arrangement density of the halogen lamp HL in the halogen heating portion 4 is: The region facing the peripheral portion is higher than the region facing the center of the semiconductor wafer W. Therefore, the amount of light applied to the peripheral portion of the semiconductor wafer W where heat is likely to be generated increases, and the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W in the preheating stage can be made uniform.

また、半導体ウェハーＷの予備加熱が行われているときから、上部放射温度計２５による半導体ウェハーＷの表面温度の測定が行われる。加熱される半導体ウェハーＷの表面からはその温度に応じた強度の赤外光が放射されている。半導体ウェハーＷの表面から放射された赤外光は透明窓２６を透過して上部放射温度計２５の赤外線センサ２９によって受光される。   Further, the surface temperature of the semiconductor wafer W is measured by the upper radiation thermometer 25 from the time when the preheating of the semiconductor wafer W is performed. From the surface of the semiconductor wafer W to be heated, infrared light having an intensity corresponding to the temperature is emitted. The infrared light emitted from the surface of the semiconductor wafer W passes through the transparent window 26 and is received by the infrared sensor 29 of the upper radiation thermometer 25.

赤外線センサ２９のＩｎＳｂ光学素子には、受光した赤外光の強度に応じた抵抗変化が発生する。赤外線センサ２９のＩｎＳｂ光学素子に生じた抵抗変化は信号変換回路１０２によって電圧信号に変換される。信号変換回路１０２から出力された電圧信号は、増幅回路１０３によって増幅された後、Ａ／Ｄコンバータ１０４によってコンピュータが取り扱うのに適したデジタル信号に変換される。そして、Ａ／Ｄコンバータ１０４から出力された信号に温度変換部１０５が所定の演算処理を施して温度データに変換する。すなわち、上部放射温度計２５は、加熱される半導体ウェハーＷの表面から放射された赤外光を受光し、その赤外光の強度から半導体ウェハーＷの表面温度を測定するのである。   A resistance change occurs in the InSb optical element of the infrared sensor 29 according to the intensity of the received infrared light. The resistance change generated in the InSb optical element of the infrared sensor 29 is converted into a voltage signal by the signal conversion circuit 102. After the voltage signal output from the signal conversion circuit 102 is amplified by the amplification circuit 103, the voltage signal is converted by the A / D converter 104 into a digital signal suitable for a computer to handle. Then, the temperature converter 105 performs predetermined arithmetic processing on the signal output from the A / D converter 104 to convert the signal into temperature data. That is, the upper radiation thermometer 25 receives infrared light radiated from the surface of the semiconductor wafer W to be heated, and measures the surface temperature of the semiconductor wafer W from the intensity of the infrared light.

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がサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光照射を行う。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 elapses after the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the flash lamp FL of the flash heating unit 5 irradiates the surface of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74 with flash light. At this time, a part of the flash light radiated from the flash lamp FL goes directly into the chamber 6, and another part is once reflected by the reflector 52 and then goes into the chamber 6. The flash heating of the semiconductor wafer W is performed by the irradiation.

フラッシュランプＦＬがフラッシュ光照射を行うに際しては、予め電源ユニット９５によってコンデンサ９３に電荷を蓄積しておく。そして、コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にて、制御部３のパルス発生器３１からＩＧＢＴ９６にパルス信号を出力してＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動する。   When the flash lamp FL irradiates flash light, electric charges are stored in the capacitor 93 by the power supply unit 95 in advance. Then, in a state where the electric charge is accumulated in the capacitor 93, a pulse signal is output from the pulse generator 31 of the control unit 3 to the IGBT 96 to drive the IGBT 96 on and off.

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

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

このようにしてフラッシュ加熱部５の３０本のフラッシュランプＦＬが発光し、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光が照射される。ここで、ＩＧＢＴ９６を使用することなくフラッシュランプＦＬを発光させた場合には、コンデンサ９３に蓄積されていた電荷が１回の発光で消費され、フラッシュランプＦＬからの出力波形は幅が０．１ミリ秒ないし１０ミリ秒程度の単純なシングルパルスとなる。これに対して、本実施の形態では、回路中にスイッチング素子たるＩＧＢＴ９６を接続してそのゲートにパルス信号を出力することにより、コンデンサ９３からフラッシュランプＦＬへの電荷の供給をＩＧＢＴ９６によって断続してフラッシュランプＦＬに流れる電流をオンオフ制御している。その結果、いわばフラッシュランプＦＬの発光がチョッパ制御されることとなり、コンデンサ９３に蓄積された電荷が分割して消費され、極めて短い時間の間にフラッシュランプＦＬが点滅を繰り返す。なお、回路を流れる電流値が完全に”０”になる前に次のパルスがＩＧＢＴ９６のゲートに印加されて電流値が再度増加するため、フラッシュランプＦＬが点滅を繰り返している間も発光出力が完全に”０”になるものではない。   Thus, the 30 flash lamps FL of the flash heating unit 5 emit light, and the surface of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 is irradiated with flash light. Here, when the flash lamp FL emits light without using the IGBT 96, the charge stored in the capacitor 93 is consumed by one light emission, and the output waveform from the flash lamp FL has a width of 0.1. It is a simple single pulse of about millisecond to 10 millisecond. On the other hand, in the present embodiment, the supply of the charge from the capacitor 93 to the flash lamp FL is intermittently performed by the IGBT 96 by connecting the IGBT 96 as the switching element in the circuit and outputting a pulse signal to the gate thereof. The current flowing through the flash lamp FL is on / off controlled. As a result, the light emission of the flash lamp FL is chopper-controlled, so that the electric charge stored in the capacitor 93 is divided and consumed, and the flash lamp FL repeats blinking in a very short time. Since the next pulse is applied to the gate of the IGBT 96 before the current value flowing through the circuit completely becomes "0" and the current value increases again, the light emission output is maintained even while the flash lamp FL repeats blinking. It is not completely "0".

ＩＧＢＴ９６によってフラッシュランプＦＬに流れる電流をオンオフ制御することにより、フラッシュランプＦＬの発光パターン（発光出力の時間波形）を自在に規定することができ、発光時間および発光強度を自由に調整することができる。ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動のパターンは、入力部３３から入力するパルス幅の時間とパルス間隔の時間とによって規定される。すなわち、フラッシュランプＦＬの駆動回路にＩＧＢＴ９６を組み込むことによって、入力部３３から入力するパルス幅の時間とパルス間隔の時間とを適宜に設定するだけで、フラッシュランプＦＬの発光パターンを自在に規定することができるのである。   By controlling the current flowing through the flash lamp FL by the IGBT 96 to be on or off, the light emission pattern (time waveform of the light emission output) of the flash lamp FL can be freely defined, and the light emission time and light emission intensity can be freely adjusted. . The on / off driving pattern of the IGBT 96 is defined by the pulse width time and the pulse interval time input from the input unit 33. That is, by incorporating the IGBT 96 into the drive circuit of the flash lamp FL, the light emission pattern of the flash lamp FL can be freely defined only by appropriately setting the pulse width time and the pulse interval time input from the input unit 33. You can do it.

具体的には、例えば、入力部３３から入力するパルス間隔の時間に対するパルス幅の時間の比率を大きくすると、フラッシュランプＦＬに流れる電流が増大して発光強度が強くなる。逆に、入力部３３から入力するパルス間隔の時間に対するパルス幅の時間の比率を小さくすると、フラッシュランプＦＬに流れる電流が減少して発光強度が弱くなる。また、入力部３３から入力するパルス間隔の時間とパルス幅の時間の比率を適切に調整すれば、フラッシュランプＦＬの発光強度が一定に維持される。さらに、入力部３３から入力するパルス幅の時間とパルス間隔の時間との組み合わせの総時間を長くすることによって、フラッシュランプＦＬに比較的長時間にわたって電流が流れ続けることとなり、フラッシュランプＦＬの発光時間が長くなる。フラッシュランプＦＬの発光時間は０．１ミリ秒〜１００ミリ秒の間で適宜に設定される。   Specifically, for example, when the ratio of the time of the pulse width to the time of the pulse interval input from the input unit 33 is increased, the current flowing through the flash lamp FL increases and the light emission intensity increases. Conversely, when the ratio of the pulse width time to the pulse interval time input from the input unit 33 is reduced, the current flowing through the flash lamp FL decreases and the light emission intensity decreases. If the ratio of the pulse interval time and the pulse width time input from the input unit 33 is appropriately adjusted, the light emission intensity of the flash lamp FL is kept constant. Further, by increasing the total time of the combination of the pulse width time and the pulse interval time input from the input unit 33, the current continues to flow in the flash lamp FL for a relatively long time, and the light emission of the flash lamp FL The time gets longer. The light emission time of the flash lamp FL is appropriately set between 0.1 ms and 100 ms.

このようにしてフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの表面に０．１ミリ秒〜１００ミリ秒の照射時間にてフラッシュ光が照射されて半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱が行われる。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℃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、照射時間の極めて短いフラッシュ光を照射することによって、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。その結果、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ミリ秒ないし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。   In this way, the flash light is irradiated from the flash lamp FL onto the surface of the semiconductor wafer W for an irradiation time of 0.1 to 100 milliseconds, and the semiconductor wafer W is heated by flash. Then, the surface temperature of the semiconductor wafer W, which is flash-heated by irradiating the flash light from the flash lamp FL, instantaneously rose to a processing temperature T2 of 1000 ° C. or more, and the impurities implanted into the semiconductor wafer W were activated. Later, the surface temperature drops rapidly. As described above, in the heat treatment apparatus 1, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be raised and lowered in a very short time by irradiating the flash light with an extremely short irradiation time. As a result, the impurities can be activated while suppressing diffusion of the impurities injected into the semiconductor wafer W due to heat. Since the time required for activating the impurity is extremely short as compared with the time required for thermal diffusion, the activation is performed even in a short time of about 0.1 to 100 milliseconds in which diffusion does not occur. Complete.

フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面温度が急速に上昇して下降するときにも、その表面温度は上部放射温度計２５によって測定されている。上部放射温度計２５は極めて短いサンプリング間隔にて半導体ウェハーＷの表面温度を測定するため、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの表面温度が急激に変化しても、その変化に追随することが可能である。   Even when the surface temperature of the semiconductor wafer W rapidly rises and falls due to the flash light irradiation, the surface temperature is measured by the upper radiation thermometer 25. Since the upper radiation thermometer 25 measures the surface temperature of the semiconductor wafer W at an extremely short sampling interval, even if the surface temperature of the semiconductor wafer W suddenly changes during flash light irradiation, it can follow the change. is there.

フラッシュ加熱処理が終了した後、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の温度は下部放射温度計２０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、下部放射温度計２０の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７４から受け取る。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、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り搬出され、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 completion of the flash heating process, the halogen lamp HL is turned off after a lapse of a predetermined time. As a result, the temperature of the semiconductor wafer W rapidly drops from the preheating temperature T1. The temperature of the semiconductor wafer W during the temperature decrease is measured by the lower radiation thermometer 20, and the measurement result is transmitted to the control unit 3. The control unit 3 monitors whether or not the temperature of the semiconductor wafer W has dropped to a predetermined temperature based on the measurement result of the lower radiation thermometer 20. Then, after the temperature of the semiconductor wafer W falls to a predetermined temperature or less, the pair of transfer arms 11 of the transfer mechanism 10 move horizontally again from the retreat position to the transfer operation position and rise, so that the lift pins 12 The semiconductor wafer W protruding from the upper surface of the semiconductor wafer 74 and having undergone the heat treatment is received from the susceptor 74. Subsequently, the transfer opening 66 closed by the gate valve 185 is opened, and the semiconductor wafer W placed on the lift pins 12 is carried out by a transfer robot outside the apparatus, and the semiconductor wafer W is heated in the heat treatment apparatus 1. Is completed.

本実施形態の熱処理装置１においては、ＩＧＢＴ９６に印加するパルス信号の波形によってフラッシュランプＦＬの発光波形を自在に調整することができる。図１１は、フラッシュランプＦＬの発光波形を示す図である。図１１には、典型的な２種類の波形を示す。パルス信号のパルス幅の時間とパルス間隔の時間との組み合わせの総時間を短くすると、図１１に実線で示すように、比較的発光時間の短い発光波形となる。逆に、パルス信号のパルス幅の時間とパルス間隔の時間との組み合わせの総時間を長くすると、図１１に点線で示すように、比較的発光時間の長い発光波形となる。   In the heat treatment apparatus 1 of the present embodiment, the emission waveform of the flash lamp FL can be freely adjusted by the waveform of the pulse signal applied to the IGBT 96. FIG. 11 is a diagram showing a light emission waveform of the flash lamp FL. FIG. 11 shows two typical waveforms. When the total time of the combination of the pulse width time and the pulse interval time of the pulse signal is shortened, a light emission waveform having a relatively short light emission time is obtained as shown by a solid line in FIG. Conversely, when the total time of the combination of the pulse width time and the pulse interval time of the pulse signal is increased, a light emission waveform having a relatively long light emission time is obtained as shown by a dotted line in FIG.

図１１の実線で示すような短い発光波形のフラッシュ光を照射したときには、半導体ウェハーＷの表面温度も短時間で急激に上昇して下降する。一方、図１１の点線で示すような長い発光波形のフラッシュ光を照射したときには、半導体ウェハーＷの表面温度も比較的長い時間をかけて緩やかに上昇して下降する。もっとも、フラッシュ光の照射時間は長くても１００ミリ秒程度であるため、長い発光波形のフラッシュ光を照射したとしても半導体ウェハーＷの表面温度の昇降時間は１秒以下である。   When flash light having a short light emission waveform as shown by the solid line in FIG. 11 is irradiated, the surface temperature of the semiconductor wafer W rapidly rises and falls in a short time. On the other hand, when flash light having a long emission waveform as shown by a dotted line in FIG. 11 is irradiated, the surface temperature of the semiconductor wafer W also gradually rises and falls over a relatively long time. However, since the irradiation time of the flash light is about 100 milliseconds at the longest, the surface temperature rise and fall time of the semiconductor wafer W is 1 second or less even when the flash light having a long emission waveform is irradiated.

フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面温度が急速に昇降するときにも、その表面温度は上部放射温度計２５によって測定されている。上部放射温度計２５のデータ収集周期（サンプリング間隔）は、例えば４０マイクロ秒と極めて短いため、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの表面温度が急激に昇降しても、その変化を測定することができる。   Even when the surface temperature of the semiconductor wafer W rapidly rises and falls by flash light irradiation, the surface temperature is measured by the upper radiation thermometer 25. Since the data collection cycle (sampling interval) of the upper radiation thermometer 25 is extremely short, for example, 40 microseconds, even if the surface temperature of the semiconductor wafer W rises and falls rapidly during flash light irradiation, the change can be measured. .

上部放射温度計２５が一定のデータ収集周期にて測定して取得した複数の温度データをプロファイル作成部１０６が順次に記憶部１０７に蓄積することによって、半導体ウェハーＷの表面温度の時間変化を示す温度プロファイルが作成される。プロファイル作成部１０６によって作成された温度プロファイルを解析することによって、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷ表面の最高到達温度や半導体ウェハーＷに投入された熱量を算出することができる。このときに、温度プロファイルを構成する温度データのデータ点数が過度に多いと、データ解析に長時間を要することとなる。このため、温度プロファイルを作成するための温度データの点数は一定数に規定されており、本実施形態では例えば３０００点とされている。   The profile creation unit 106 sequentially accumulates a plurality of temperature data acquired by the upper radiation thermometer 25 at a fixed data collection period in the storage unit 107, thereby indicating a time change of the surface temperature of the semiconductor wafer W. A temperature profile is created. By analyzing the temperature profile created by the profile creation unit 106, it is possible to calculate the maximum temperature reached on the surface of the semiconductor wafer W at the time of flash light irradiation and the amount of heat applied to the semiconductor wafer W. At this time, if the number of data points of the temperature data constituting the temperature profile is excessively large, it takes a long time for data analysis. For this reason, the number of points of the temperature data for creating the temperature profile is defined as a fixed number, and is set to, for example, 3000 points in the present embodiment.

ところが、長い発光波形のフラッシュ光を照射して半導体ウェハーＷの表面温度が比較的長時間をかけて昇降したときには、３０００点のデータ点数では不十分な場合がある。例えば、４０マイクロ秒のデータ収集周期で取得した３０００点の温度データから温度プロファイルを作成したときには、１２０ミリ秒にわたる温度プロファイルが作成される。しかし、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの表面温度の昇降時間が１２０ミリ秒以上であると、その昇降期間の一部は温度プロファイルからはみ出ることとなる。この場合、フラッシュ光照射時の最高到達温度データが温度プロファイルに含まれていないこともあり、温度プロファイルから最高到達温度を求めることができなくなる。また、表面温度の昇降期間の全体が温度プロファイルに含まれていないため、半導体ウェハーＷに投入された熱量を算出することも不可能である。   However, when the surface temperature of the semiconductor wafer W rises and falls over a relatively long time by irradiating flash light having a long emission waveform, 3000 data points may not be sufficient. For example, when a temperature profile is created from temperature data of 3000 points acquired in a data collection cycle of 40 microseconds, a temperature profile over 120 milliseconds is created. However, if the rise and fall time of the surface temperature of the semiconductor wafer W at the time of flash light irradiation is 120 milliseconds or more, a part of the rise and fall period protrudes from the temperature profile. In this case, since the maximum temperature data at the time of flash light irradiation may not be included in the temperature profile, the maximum temperature cannot be obtained from the temperature profile. Further, since the entire surface temperature rise / fall period is not included in the temperature profile, it is impossible to calculate the amount of heat input to the semiconductor wafer W.

一方、短い発光波形のフラッシュ光を照射して半導体ウェハーＷの表面温度が急激に昇降したときには、４０マイクロ秒のデータ収集周期ではフラッシュ光照射時の最高到達温度を測定できない場合がある。すなわち、上部放射温度計２５が温度測定を行った瞬間から４０マイクロ秒の間に半導体ウェハーＷの表面が最高温度に到達した場合には、その最高到達温度を測定できないこととなる。   On the other hand, when the surface temperature of the semiconductor wafer W sharply rises and falls by irradiating flash light having a short emission waveform, the maximum temperature at the time of flash light irradiation may not be measured in a data collection cycle of 40 microseconds. That is, if the surface of the semiconductor wafer W reaches the maximum temperature within 40 microseconds from the moment when the upper radiation thermometer 25 measures the temperature, the maximum temperature cannot be measured.

このため、本実施形態においては、半導体ウェハーＷの表面温度の昇降時間に応じて上部放射温度計２５のデータ収集周期を可変としている。具体的には、フラッシュ光照射前に、制御部３の記憶部３６に格納された変換テーブルに基づいて、周期決定部３５がフラッシュ光の発光波形の長さに応じてデータ収集周期を決定する。   For this reason, in the present embodiment, the data collection cycle of the upper radiation thermometer 25 is made variable according to the rise and fall time of the surface temperature of the semiconductor wafer W. Specifically, before the flash light irradiation, the cycle determination unit 35 determines the data collection cycle according to the length of the emission waveform of the flash light based on the conversion table stored in the storage unit 36 of the control unit 3. .

図１０は、変換テーブルの一例を示す図である。同図に示す「フラッシュ波形」は、フラッシュ光の発光波形の長さであり、より具体的には例えば発光波形の半値幅（半値全幅）である。変換テーブルでは、フラッシュ光の発光波形の長さとデータ収集周期とを対応づけている。周期決定部３５は、図１０の変換テーブルに基づいて、フラッシュ光の発光波形の長さから上部放射温度計２５のデータ収集周期を決定する。フラッシュ光の発光波形の長さは処理レシピから制御部３が処理開始前に取得するようにすれば良い。或いは、処理開始前に熱処理装置１のオペレータが入力部３３からフラッシュ光の発光波形の長さを入力するようにしても良い。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the conversion table. The “flash waveform” shown in the drawing is the length of the emission waveform of the flash light, more specifically, for example, the half width (full width at half maximum) of the emission waveform. In the conversion table, the length of the light emission waveform of the flash light is associated with the data collection cycle. The cycle determination unit 35 determines the data collection cycle of the upper radiation thermometer 25 from the length of the emission waveform of the flash light based on the conversion table in FIG. The length of the emission waveform of the flash light may be obtained by the control unit 3 from the processing recipe before the start of the processing. Alternatively, the operator of the heat treatment apparatus 1 may input the length of the emission waveform of the flash light from the input unit 33 before the start of the processing.

図１０の例によれば、フラッシュ光の発光波形の半値幅が０ミリ秒以上０．６ミリ秒未満と極めて短いときには、周期決定部３５がデータ収集周期を２０マイクロ秒に決定する。また、フラッシュ光の発光波形の半値幅が０．６ミリ秒以上６０ミリ秒未満のときには、周期決定部３５がデータ収集周期を４０マイクロ秒に決定する。さらに、フラッシュ光の発光波形の半値幅が６０ミリ秒以上１８０ミリ秒未満と比較的長いときには、周期決定部３５がデータ収集周期を８０マイクロ秒に決定する。すなわち、フラッシュランプＦＬから照射するフラッシュ光の波形が長くなるほど、データ収集周期を長くしているのである。上部放射温度計２５は、周期決定部３５によって予め設定されたデータ収集周期にて半導体ウェハーＷの表面温度を測定して温度データを取得する。   According to the example of FIG. 10, when the half width of the emission waveform of the flash light is extremely short, that is, 0 ms or more and less than 0.6 ms, the cycle determination unit 35 determines the data collection cycle to be 20 microseconds. When the half width of the emission waveform of the flash light is 0.6 ms or more and less than 60 ms, the cycle determination unit 35 determines the data collection cycle to be 40 microseconds. Further, when the half width of the emission waveform of the flash light is relatively long, that is, not less than 60 milliseconds and less than 180 milliseconds, the cycle determination unit 35 determines the data collection cycle to be 80 microseconds. That is, the longer the waveform of the flash light emitted from the flash lamp FL, the longer the data collection cycle. The upper radiation thermometer 25 acquires the temperature data by measuring the surface temperature of the semiconductor wafer W at a data collection cycle set in advance by the cycle determination unit 35.

図１２は、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの表面温度の変化の一例を示す図である。図１２の例では、フラッシュ光の発光波形の長さが極めて短く、データ収集周期が２０マイクロ秒に設定されている。半導体ウェハーＷがハロゲンランプＨＬからの光照射によって予備加熱温度Ｔ１に予備加熱されている段階から上部放射温度計２５は２０マイクロ秒のデータ収集周期にて半導体ウェハーＷの表面温度を測定している。上部放射温度計２５が測定して取得した半導体ウェハーＷの表面の温度データは、図示を省略する高速放射温度計ユニット１０１のメモリに一旦格納される。   FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a change in the surface temperature of the semiconductor wafer W during flash light irradiation. In the example of FIG. 12, the length of the emission waveform of the flash light is extremely short, and the data collection cycle is set to 20 microseconds. From the stage where the semiconductor wafer W is preheated to the preheating temperature T1 by irradiation of light from the halogen lamp HL, the upper radiation thermometer 25 measures the surface temperature of the semiconductor wafer W at a data collection cycle of 20 microseconds. . The temperature data of the surface of the semiconductor wafer W obtained by the measurement by the upper radiation thermometer 25 is temporarily stored in the memory of the high-speed radiation thermometer unit 101 (not shown).

時刻ｔ１２にフラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射が開始され、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１から急激に昇温する。そして、時刻ｔ１３に半導体ウェハーＷの表面温度が閾値温度Ｔｔｈに到達する。閾値温度Ｔｔｈは予備加熱温度Ｔ１よりも所定温度高温である。本実施形態においては、上部放射温度計２５によって測定された半導体ウェハーＷの表面温度が閾値温度Ｔｔｈに到達したときの温度データよりも所定数（例えば５００点）以前に上部放射温度計２５によって取得された温度データを始点温度データとする。図１２の例では、時刻ｔ１１に上部放射温度計２５によって取得された温度データを始点温度データとする。 At time t12, flash light irradiation from the flash lamp FL starts, and the surface temperature of the semiconductor wafer W sharply rises from the preheating temperature T1. Then, at time t13, the surface temperature of the semiconductor wafer W reaches the threshold temperature Tth . The threshold temperature Tth is a predetermined temperature higher than the preheating temperature T1. In the present embodiment, the upper radiation thermometer 25 uses a predetermined number (for example, 500 points) before the temperature data when the surface temperature of the semiconductor wafer W measured by the upper radiation thermometer 25 reaches the threshold temperature Tth . The acquired temperature data is set as the starting point temperature data. In the example of FIG. 12, the temperature data acquired by the upper radiation thermometer 25 at the time t11 is set as the starting point temperature data.

フラッシュ光照射によって時刻ｔ１４に半導体ウェハーＷの表面温度は処理温度Ｔ２に到達する。処理温度Ｔ２はフラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの表面の最高到達温度である。時刻１４以降、半導体ウェハーＷの表面温度は処理温度Ｔ２から急速に降温する。半導体ウェハーＷの表面が昇降温している間も上部放射温度計２５は半導体ウェハーＷの表面温度を測定し、取得された温度データは上記メモリに格納される。   The surface temperature of the semiconductor wafer W reaches the processing temperature T2 at time t14 by the flash light irradiation. The processing temperature T2 is the highest temperature reached on the surface of the semiconductor wafer W during flash light irradiation. After time 14, the surface temperature of the semiconductor wafer W rapidly drops from the processing temperature T2. The upper radiation thermometer 25 measures the surface temperature of the semiconductor wafer W even while the temperature of the surface of the semiconductor wafer W is rising and falling, and the acquired temperature data is stored in the memory.

温度プロファイル作成部１０６は、上記始点温度データ以降の３０００点の温度データを高速放射温度計ユニット１０１の上記メモリから抽出して温度プロファイルを作成する。始点温度データ以降の３０００点目の温度データが取得されるのは時刻ｔ１５である。すなわち、図１２の例では、時刻ｔ１１から時刻１５までの間に取得された３０００点の温度データから温度プロファイルを作成しているのである。データ収集周期は２０マイクロ秒であるため、時刻ｔ１１から時刻ｔ１５までの時間は６０ミリ秒であり、フラッシュ光の照射を開始する前後６０ミリ秒にわたる３０００点の温度データから温度プロファイルが作成されることとなる。作成された温度プロファイルは表示部３４に表示するようにしても良い。   The temperature profile creation unit 106 extracts 3000 pieces of temperature data after the start point temperature data from the memory of the high-speed radiation thermometer unit 101 to create a temperature profile. It is at time t15 that the 3000th temperature data after the start point temperature data is acquired. That is, in the example of FIG. 12, the temperature profile is created from the temperature data of 3000 points acquired from the time t11 to the time 15. Since the data collection cycle is 20 microseconds, the time from time t11 to time t15 is 60 milliseconds, and a temperature profile is created from the temperature data of 3000 points over 60 milliseconds before and after the start of flash light irradiation. It will be. The created temperature profile may be displayed on the display unit 34.

半導体ウェハーＷの表面温度が閾値温度Ｔｔｈに到達したときの温度データよりも所定数以前に取得された温度データを始点温度データとし、その始点温度データ以降の３０００点の温度データから温度プロファイルを作成しているため、予備加熱からフラッシュ光照射を開始して半導体ウェハーＷの表面温度が昇温して処理温度Ｔ２を経て降温するまでの温度変化を温度プロファイルに含めることができる。 Temperature data acquired a predetermined number of times before the temperature data at the time when the surface temperature of the semiconductor wafer W reaches the threshold temperature Tth is set as the starting point temperature data, and the temperature profile is calculated from the temperature data of 3000 points after the starting point temperature data. Due to the preparation, the temperature profile from when the flash light irradiation is started from the preheating to when the surface temperature of the semiconductor wafer W rises and falls through the processing temperature T2 can be included in the temperature profile.

また、極めて短いフラッシュ光の発光波形の長さに応じてデータ収集周期も２０マイクロ秒の短時間に設定している。このため、上部放射温度計２５の分解能は高く、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷ表面の最高到達温度（処理温度Ｔ２）を確実に測定することができる。データ収集周期が短いと、時刻ｔ１１から時刻ｔ１５までのデータ収集期間も短くなるが、フラッシュ光の発光波形の長さが極めて短い場合には、半導体ウェハーＷの表面温度の昇降時間も短いため、当該表面温度の昇降期間の全体を温度プロファイルに含めることができる。その結果、作成された温度プロファイルを解析することにより、半導体ウェハーＷ表面の最高到達温度や半導体ウェハーＷに投入された熱量を正確に算出することができる。   In addition, the data collection cycle is set to a short time of 20 microseconds according to the length of the emission waveform of the flash light which is extremely short. For this reason, the resolution of the upper radiation thermometer 25 is high, and it is possible to reliably measure the highest attained temperature (processing temperature T2) of the surface of the semiconductor wafer W at the time of flash light irradiation. When the data collection cycle is short, the data collection period from time t11 to time t15 is also short. However, when the length of the emission waveform of the flash light is extremely short, the rise and fall time of the surface temperature of the semiconductor wafer W is short. The entire surface temperature rise / fall period can be included in the temperature profile. As a result, by analyzing the created temperature profile, it is possible to accurately calculate the maximum temperature reached on the surface of the semiconductor wafer W and the amount of heat applied to the semiconductor wafer W.

図１３は、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの表面温度の変化の他の例を示す図である。図１３の例では、フラッシュ光の発光波形の長さが比較的長く、データ収集周期が８０マイクロ秒に設定されている。半導体ウェハーＷがハロゲンランプＨＬからの光照射によって予備加熱温度Ｔ１に予備加熱されている段階から上部放射温度計２５は８０マイクロ秒のデータ収集周期にて半導体ウェハーＷの表面温度を測定し、取得された温度データは高速放射温度計ユニット１０１のメモリに一旦格納される。   FIG. 13 is a diagram illustrating another example of a change in the surface temperature of the semiconductor wafer W during flash light irradiation. In the example of FIG. 13, the length of the emission waveform of the flash light is relatively long, and the data collection cycle is set to 80 microseconds. From the stage where the semiconductor wafer W is preheated to the preheating temperature T1 by light irradiation from the halogen lamp HL, the upper radiation thermometer 25 measures and acquires the surface temperature of the semiconductor wafer W at a data collection cycle of 80 microseconds. The obtained temperature data is temporarily stored in the memory of the high-speed radiation thermometer unit 101.

時刻ｔ２２にフラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射が開始され、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１から昇温する。図１３の昇温レートは図１２の昇温レートよりは遅い。そして、時刻ｔ２３に半導体ウェハーＷの表面温度が閾値温度Ｔｔｈに到達する。閾値温度Ｔｔｈは予備加熱温度Ｔ１よりも所定温度高温である。上記と同様に、上部放射温度計２５によって測定された半導体ウェハーＷの表面温度が閾値温度Ｔｔｈに到達したときの温度データよりも所定数（例えば５００点）以前に上部放射温度計２５によって取得された温度データを始点温度データとする。図１３の例では、時刻ｔ２１に上部放射温度計２５によって取得された温度データを始点温度データとする。 At time t22, flash light irradiation from the flash lamp FL starts, and the surface temperature of the semiconductor wafer W rises from the preheating temperature T1. The heating rate in FIG. 13 is slower than the heating rate in FIG. Then, at time t23, the surface temperature of the semiconductor wafer W reaches the threshold temperature Tth . The threshold temperature Tth is a predetermined temperature higher than the preheating temperature T1. Similarly to the above, the upper radiation thermometer 25 acquires the temperature data by a predetermined number (for example, 500 points) earlier than the temperature data when the surface temperature of the semiconductor wafer W measured by the upper radiation thermometer 25 reaches the threshold temperature Tth. The obtained temperature data is set as the starting point temperature data. In the example of FIG. 13, the temperature data acquired by the upper radiation thermometer 25 at the time t21 is set as the starting point temperature data.

フラッシュ光照射によって時刻ｔ２４に半導体ウェハーＷの表面温度は処理温度Ｔ２に到達する。処理温度Ｔ２はフラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの表面の最高到達温度である。時刻２４以降、半導体ウェハーＷの表面温度は処理温度Ｔ２から降温する。半導体ウェハーＷの表面が昇降温している間も上部放射温度計２５は半導体ウェハーＷの表面温度を測定し、取得された温度データは上記メモリに格納される。   The surface temperature of the semiconductor wafer W reaches the processing temperature T2 at time t24 by the flash light irradiation. The processing temperature T2 is the highest temperature reached on the surface of the semiconductor wafer W during flash light irradiation. After time 24, the surface temperature of the semiconductor wafer W drops from the processing temperature T2. The upper radiation thermometer 25 measures the surface temperature of the semiconductor wafer W even while the temperature of the surface of the semiconductor wafer W is rising and falling, and the acquired temperature data is stored in the memory.

温度プロファイル作成部１０６は、始点温度データ以降の３０００点の温度データを高速放射温度計ユニット１０１の上記メモリから抽出して温度プロファイルを作成する。始点温度データ以降の３０００点目の温度データが取得されるのは時刻ｔ２５である。すなわち、図１３の例では、時刻ｔ２１から時刻２５までの間に取得された３０００点の温度データから温度プロファイルを作成しているのである。データ収集周期は８０マイクロ秒であるため、時刻ｔ２１から時刻ｔ２５までの時間は２４０ミリ秒であり、フラッシュ光の照射を開始する前後２４０ミリ秒にわたる３０００点の温度データから温度プロファイルが作成されることとなる。作成された温度プロファイルは表示部３４に表示するようにしても良い。   The temperature profile creation unit 106 extracts 3000 pieces of temperature data after the start point temperature data from the memory of the high-speed radiation thermometer unit 101 to create a temperature profile. It is at time t25 that the 3000th temperature data after the start point temperature data is obtained. That is, in the example of FIG. 13, the temperature profile is created from the temperature data of 3000 points acquired from time t21 to time 25. Since the data collection cycle is 80 microseconds, the time from time t21 to time t25 is 240 milliseconds, and a temperature profile is created from 3000 temperature data over 240 milliseconds before and after the start of flash light irradiation. It will be. The created temperature profile may be displayed on the display unit 34.

半導体ウェハーＷの表面温度が閾値温度Ｔｔｈに到達したときの温度データよりも所定数以前に取得された温度データを始点温度データとし、その始点温度データ以降の３０００点の温度データから温度プロファイルを作成しているため、予備加熱からフラッシュ光照射を開始して半導体ウェハーＷの表面温度が昇温して処理温度Ｔ２を経て降温するまでの温度変化を温度プロファイルに含めることができる。 Temperature data obtained a predetermined number of times before the temperature data when the surface temperature of the semiconductor wafer W reaches the threshold temperature Tth is set as the starting point temperature data, and the temperature profile is calculated from the temperature data of 3000 points after the starting point temperature data. Since the temperature profile is formed, the temperature profile from when the flash light irradiation is started from the preheating, when the surface temperature of the semiconductor wafer W increases, and when the temperature decreases after passing through the processing temperature T2 can be included in the temperature profile.

また、比較的長いフラッシュ光の発光波形の長さに応じてデータ収集周期も８０マイクロ秒に設定している。図１３の例ではフラッシュ光の発光波形の長さが比較的長く、半導体ウェハーＷの表面温度の昇降時間も長くなるのであるが、データ収集周期も８０マイクロ秒と比較的長く、時刻ｔ２１から時刻ｔ２５までのデータ収集期間は図１２の例の４倍となる。このため、半導体ウェハーＷの表面温度の昇降時間が長くても、当該表面温度の昇降期間の全体を温度プロファイルに含めることができる。その一方、データ収集周期が長いと上部放射温度計２５の分解能は低下するのであるが、図１３の例では半導体ウェハーＷの表面温度が比較的緩やかに昇降するため、上部放射温度計２５の分解能が多少低くてもフラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷ表面の最高到達温度（処理温度Ｔ２）を確実に測定することができる。その結果、作成された温度プロファイルを解析することにより、半導体ウェハーＷ表面の最高到達温度や半導体ウェハーＷに投入された熱量を正確に算出することができる。   The data collection cycle is also set to 80 microseconds in accordance with the length of the emission waveform of the flash light, which is relatively long. In the example of FIG. 13, the length of the emission waveform of the flash light is relatively long, and the rise and fall time of the surface temperature of the semiconductor wafer W is also long. However, the data collection cycle is also relatively long at 80 microseconds. The data collection period up to t25 is four times that of the example of FIG. Therefore, even if the rise and fall time of the surface temperature of the semiconductor wafer W is long, the entire rise and fall period of the surface temperature can be included in the temperature profile. On the other hand, if the data collection cycle is long, the resolution of the upper radiation thermometer 25 decreases, but in the example of FIG. 13, the surface temperature of the semiconductor wafer W rises and falls relatively slowly, so the resolution of the upper radiation thermometer 25 Even if the temperature is somewhat low, the maximum temperature (processing temperature T2) of the surface of the semiconductor wafer W at the time of flash light irradiation can be reliably measured. As a result, by analyzing the created temperature profile, it is possible to accurately calculate the maximum temperature reached on the surface of the semiconductor wafer W and the amount of heat applied to the semiconductor wafer W.

本実施形態においては、ＩＧＢＴ９６に印加するパルス信号の波形によってフラッシュランプＦＬから照射するフラッシュ光の発光波形の長さを調整することができる。そして、フラッシュ光の発光波形の長さに応じて上部放射温度計２５のデータ収集周期を可変としている。フラッシュ光の発光波形の長さが短ければデータ収集周期も短くし、フラッシュ光の発光波形の長さが長ければデータ収集周期も長く設定する。   In the present embodiment, the length of the emission waveform of the flash light emitted from the flash lamp FL can be adjusted by the waveform of the pulse signal applied to the IGBT 96. The data collection cycle of the upper radiation thermometer 25 is variable according to the length of the emission waveform of the flash light. If the length of the light emission waveform of the flash light is short, the data collection period is set short, and if the length of the light emission waveform of the flash light is long, the data collection period is set long.

フラッシュ光の発光波形の長さが短いときには半導体ウェハーＷの表面温度の昇降期間も短くなり、発光波形の長さが長いときには半導体ウェハーＷの表面温度の昇降期間も長くなる。本実施形態では、フラッシュ光の発光波形の長さに応じてデータ収集周期を可変としているため、その発光波形の長さに起因して半導体ウェハーＷの表面温度の昇降期間が変化しても、当該表面温度が昇温して最高到達温度を経て降温するまで温度変化を一定のデータ点数で温度プロファイルに含めることができる。すなわち、半導体ウェハーＷの昇温時間にかかわらず適切に温度プロファイルを作成することができるのである。   When the length of the emission waveform of the flash light is short, the rising and falling period of the surface temperature of the semiconductor wafer W is also short, and when the length of the emission waveform is long, the rising and falling period of the surface temperature of the semiconductor wafer W is also long. In the present embodiment, since the data collection cycle is variable according to the length of the emission waveform of the flash light, even if the rising and falling period of the surface temperature of the semiconductor wafer W changes due to the length of the emission waveform, The temperature change can be included in the temperature profile with a fixed number of data points until the surface temperature rises and falls through the highest temperature. That is, a temperature profile can be appropriately created regardless of the temperature rising time of the semiconductor wafer W.

また、本実施形態においては、周期決定部３５が変換テーブルに基づいて、フラッシュ光の発光波形の長さからデータ収集周期を決定している。このため、オペレータによるデータ収集周期の変更ミスを防ぐことができる。   In the present embodiment, the cycle determination unit 35 determines the data collection cycle based on the length of the emission waveform of the flash light based on the conversion table. Therefore, it is possible to prevent the operator from changing the data collection cycle.

さらに、本実施形態においては、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１よりも高温の閾値温度Ｔｔｈに到達したときの温度データよりも所定数以前の温度データから収集を開始している。従って、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射が開始された時点での半導体ウェハーＷの表面温度を確実に温度プロファイルに含めることができる。 Furthermore, in the present embodiment, collection is started from temperature data that is a predetermined number or more before the temperature data when the surface temperature of the semiconductor wafer W reaches the threshold temperature Tth higher than the preheating temperature T1. Therefore, the surface temperature of the semiconductor wafer W at the time when the irradiation of the flash light from the flash lamp FL is started can be reliably included in the temperature profile.

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、上記実施形態においては、図１０の変換テーブルに基づいてデータ収集周期を３段階に変更していたが、これに限定されるものではなく、フラッシュ光の発光波形の長さに応じてデータ収集周期を２段階または４段階以上に変更するようにしても良い。また、データ収集周期の数値も図１０の例に限定されるものではない。   Although the embodiments of the present invention have been described above, various changes other than those described above can be made in the present invention without departing from the gist thereof. For example, in the above embodiment, the data collection cycle is changed to three stages based on the conversion table of FIG. 10, but the present invention is not limited to this, and the data collection period is changed according to the length of the emission waveform of the flash light. The collection cycle may be changed in two steps or four or more steps. Further, the numerical value of the data collection cycle is not limited to the example of FIG.

また、上記実施形態においては、温度プロファイルを作成するための温度データの点数を３０００点としていたが、これに限定されるものではなく、適宜のテータ点数とすることができる。半導体ウェハーＷの表面温度が閾値温度Ｔｔｈに到達したときの温度データから始点温度データまで戻る点数も５００点に限定されるものではなく、適宜の数とすることができる。 Further, in the above-described embodiment, the number of points of the temperature data for creating the temperature profile is 3000, but the present invention is not limited to this, and an appropriate number of points can be used. The number of points from the temperature data when the surface temperature of the semiconductor wafer W reaches the threshold temperature Tth to the start point temperature data is not limited to 500 points, but may be an appropriate number.

また、上記実施形態においては、フラッシュ加熱部５に３０本のフラッシュランプＦＬを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプＦＬの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲン加熱部４に備えるハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。   Further, in the above-described embodiment, the flash heating unit 5 is provided with 30 flash lamps FL. However, the present invention is not limited to this, and the number of flash lamps FL can be any number. . Further, the flash lamp FL is not limited to the xenon flash lamp, but may be a krypton flash lamp. Further, the number of halogen lamps HL provided in the halogen heating unit 4 is not limited to 40 but may be any number.

また、上記実施形態においては、１秒以上連続して発光する連続点灯ランプとしてフィラメント方式のハロゲンランプＨＬを用いて半導体ウェハーＷの予備加熱を行っていたが、これに限定されるものではなく、ハロゲンランプＨＬに代えて放電型のアークランプ（例えば、キセノンアークランプ）を連続点灯ランプとして用いて予備加熱を行うようにしても良い。   Further, in the above-described embodiment, the preheating of the semiconductor wafer W is performed using the filament type halogen lamp HL as a continuous lighting lamp that emits light continuously for 1 second or more. However, the present invention is not limited to this. The preliminary heating may be performed using a discharge type arc lamp (for example, a xenon arc lamp) as a continuous lighting lamp instead of the halogen lamp HL.

また、熱処理装置１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、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイ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、熱処理装置１では、高誘電率ゲート絶縁膜（High-k膜）の熱処理、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化を行うようにしても良い。   The substrate to be processed by the heat treatment apparatus 1 is not limited to a semiconductor wafer, but may be a glass substrate used for a flat panel display such as a liquid crystal display device or a substrate for a solar cell. Further, in the heat treatment apparatus 1, heat treatment of the high dielectric constant gate insulating film (High-k film), bonding of metal and silicon, or crystallization of polysilicon may be performed.

１ 熱処理装置
３ 制御部
４ ハロゲン加熱部
５ フラッシュ加熱部
６ チャンバー
７ 保持部
１０ 移載機構
２０ 下部放射温度計
２５ 上部放射温度計
２９ 赤外線センサ
３３ 入力部
３４ 表示部
３５ 周期決定部
３６，１０７ 記憶部
６３ 上側チャンバー窓
６４ 下側チャンバー窓
６５ 熱処理空間
７４ サセプタ
９６ ＩＧＢＴ
１０１ 高速放射温度計ユニット
１０５ 温度変換部
１０６ プロファイル作成部
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 REFERENCE SIGNS LIST 1 heat treatment apparatus 3 control unit 4 halogen heating unit 5 flash heating unit 6 chamber 7 holding unit 10 transfer mechanism 20 lower radiation thermometer 25 upper radiation thermometer 29 infrared sensor 33 input unit 34 display unit 35 cycle determination unit 36, 107 storage Part 63 Upper chamber window 64 Lower chamber window 65 Heat treatment space 74 Susceptor 96 IGBT
101 High-speed radiation thermometer unit 105 Temperature conversion unit 106 Profile creation unit FL Flash lamp HL Halogen lamp W Semiconductor wafer

Claims (10)

基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法であって、
フラッシュランプから基板の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュ光照射工程と、
予め設定されたデータ収集周期にて放射温度計によって前記基板の表面温度を測定する温度測定工程と、
前記温度測定工程にて取得された複数の温度データのうち、前記フラッシュ光の照射を開始する前後の一定数の温度データを抽出して温度プロファイルを作成するプロファイル作成工程と、
を備え、
前記データ収集周期は可変とされることを特徴とする熱処理方法。 A heat treatment method of heating the substrate by irradiating the substrate with flash light,
A flash light irradiating step of irradiating the surface of the substrate with flash light from a flash lamp,
A temperature measurement step of measuring the surface temperature of the substrate by a radiation thermometer at a preset data collection cycle,
Among the plurality of temperature data obtained in the temperature measurement step, a profile creation step of creating a temperature profile by extracting a certain number of temperature data before and after starting the flash light irradiation,
With
The heat treatment method, wherein the data collection cycle is variable. 請求項１記載の熱処理方法において、
前記プロファイル作成工程では、前記放射温度計によって測定された温度が閾値に到達したときの温度データよりも所定数以前に取得された温度データを始点温度データとし、前記始点温度データ以降の前記一定数の温度データを抽出することを特徴とする熱処理方法。 The heat treatment method according to claim 1,
In the profile creation step, temperature data obtained a predetermined number or more before the temperature data when the temperature measured by the radiation thermometer reaches a threshold is used as start point temperature data, and the constant number after the start point temperature data A heat treatment method characterized by extracting temperature data of the heat treatment. 請求項１または請求項２記載の熱処理方法において、
前記フラッシュ光照射工程にて照射する前記フラッシュ光の波形に応じて前記データ収集周期を決定することを特徴とする熱処理方法。 In the heat treatment method according to claim 1 or 2,
A heat treatment method, wherein the data collection cycle is determined according to a waveform of the flash light irradiated in the flash light irradiation step. 請求項３記載の熱処理方法において、
フラッシュ光の波形とデータ収集周期とを対応づけた変換テーブルに基づいて前記データ収集周期を決定することを特徴とする熱処理方法。 The heat treatment method according to claim 3,
A heat treatment method, wherein the data collection cycle is determined based on a conversion table that associates a flash light waveform with a data collection cycle. 請求項３または請求項４記載の熱処理方法において、
前記フラッシュ光照射工程にて照射する前記フラッシュ光の波形が長くなるほど前記データ収集周期を長くすることを特徴とする熱処理方法。 In the heat treatment method according to claim 3 or 4,
The heat treatment method according to claim 1, wherein the longer the waveform of the flash light irradiated in the flash light irradiation step, the longer the data collection cycle. 基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバーに収容された前記基板の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
前記基板の表面から放射された赤外光を受光し、予め設定されたデータ収集周期にて当該表面の温度を測定する放射温度計と、
前記放射温度計が測定して取得した複数の温度データのうち、前記フラッシュランプが前記フラッシュ光の照射を開始する前後の一定数の温度データを抽出して温度プロファイルを作成するプロファイル作成部と、
を備え、
前記データ収集周期は可変とされることを特徴とする熱処理装置。 A heat treatment apparatus that heats the substrate by irradiating the substrate with flash light,
A chamber for accommodating the substrate;
A flash lamp that irradiates a flash light to the surface of the substrate housed in the chamber,
A radiation thermometer that receives infrared light emitted from the surface of the substrate and measures the temperature of the surface at a preset data collection cycle;
Among the plurality of temperature data measured and obtained by the radiation thermometer, a profile creation unit that creates a temperature profile by extracting a certain number of temperature data before and after the flash lamp starts irradiation of the flash light,
With
The heat treatment apparatus, wherein the data collection cycle is variable. 請求項６記載の熱処理装置において、
前記プロファイル作成部は、前記放射温度計によって測定された温度が閾値に到達したときの温度データよりも所定数以前に取得された温度データを始点温度データとし、前記始点温度データ以降の前記一定数の温度データを抽出することを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 6,
The profile creation unit, as the start point temperature data temperature data acquired a predetermined number of times before the temperature data when the temperature measured by the radiation thermometer reaches a threshold, the constant number after the start point temperature data A heat treatment apparatus for extracting temperature data of a heat treatment. 請求項６または請求項７記載の熱処理装置において、
前記フラッシュランプが照射する前記フラッシュ光の波形に応じて前記データ収集周期を決定する周期決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 6 or 7,
The heat treatment apparatus further comprising a cycle determination unit that determines the data collection cycle according to a waveform of the flash light emitted by the flash lamp. 請求項８記載の熱処理装置において、
フラッシュ光の波形とデータ収集周期とを対応づけた変換テーブルを格納する記憶部をさらに備え、
前記周期決定部は、前記対応デーブルに基づいて前記データ収集周期を決定することを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 8,
A storage unit that stores a conversion table that associates a flash light waveform with a data collection cycle,
The heat treatment apparatus, wherein the cycle determination unit determines the data collection cycle based on the corresponding table. 請求項８または請求項９記載の熱処理装置において、
前記周期決定部は、前記フラッシュランプが照射する前記フラッシュ光の波形が長くなるほど前記データ収集周期を長くすることを特徴とする熱処理装置。 In the heat treatment apparatus according to claim 8 or 9,
The heat treatment apparatus, wherein the cycle determination unit increases the data collection cycle as the waveform of the flash light emitted by the flash lamp becomes longer.
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