JP3696527B2

JP3696527B2 - 熱処理装置

Info

Publication number: JP3696527B2
Application number: JP2001185757A
Authority: JP
Inventors: 達文楠田
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2021-06-20
Also published as: JP2003007633A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハー等の基板に光を照射することにより基板を熱処理する熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入後の半導体ウエハーのイオン活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したランプアニール装置等の熱処理装置が使用される。このような熱処理装置においては、半導体ウエハーを、例えば、摂氏１０００度乃至摂氏１１００度程度の温度に加熱することにより、半導体ウエハーのイオン活性化を実行している。そして、このような熱処理装置においては、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用することにより、毎秒数百度程度の速度で基板を降温する構成となっている。
【０００３】
しかしながら、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する熱処理装置を使用して半導体ウエハーのイオン活性化を実行した場合においても、半導体ウエハーに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまる、すなわち、イオンが拡散してしまうという現象が生ずることが判明した。このような現象が発生した場合においては、半導体ウエハーの表面にイオンを高濃度で注入しても、注入後のイオンが拡散してしまうことから、イオンを必要以上に注入する必要が生ずるという問題が生ずる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した問題を解決するするため、キセノンフラッシュランプ等を使用して半導体ウエハーの表面に閃光を照射することにより、イオンが注入された半導体ウエハーの表面のみを極めて短時間に昇温させることが考えられる。
【０００５】
しかしながら、キセノンフラッシュランプを使用して半導体ウエハーの表面を昇温させる構成を採用した場合、半導体ウエハーの表面を極めて短時間に昇温させることが可能ではあるが、その昇温温度は５００度程度であり、半導体ウエハーをイオン活性化に必要な摂氏１０００度乃至摂氏１１００度程度の温度まで加熱することは不可能である。
【０００６】
また、このような熱処理装置に使用されるキセノンフラッシュランプ等のフラッシュランプは、そこから出射される閃光の光量の経時変化が大きい。すなわち、キセノンフラッシュランプ等のフラッシュランプにおいては、放電時間の微妙な変化に伴って閃光の光量が変化する。また、電圧の変動やコンデンサーの静電容量の変動とによっても、フラッシュランプから出射される閃光の光量は変化する。このようにフラッシュランプから出射される閃光の光量が変化した場合においては、基板を安定して熱処理することができないという問題が生ずる。
【０００７】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、基板を短時間に処理温度まで昇温させることによりイオンの拡散を防止することができ、また、フラッシュ加熱手段から出射される閃光の光量に変化が生じた場合においても基板を安定して熱処理することが可能な熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板に光を照射することにより基板を熱処理する熱処理装置において、内部に基板を収納して熱処理するための熱処理炉と、前記熱処理炉に配置された基板の裏面側を予備加熱するための複数のアシスト加熱手段と、前記アシスト加熱手段と対応して配置され、基板に対して閃光を照射することにより前記アシスト加熱手段で予備加熱された基板の表面側を処理温度まで昇温させる複数のフラッシュ加熱手段と、前記各フラッシュ加熱手段から出射される閃光の光量に応じて、前記複数のアシスト加熱手段の対応するアシスト加熱手段による予備加熱温度を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記複数のアシスト加熱手段と前記複数のフラッシュ加熱手段とは、基板の表面側および裏面側において、互いに対向するように１対１に対応して配置される。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記アシスト加熱手段と前記フラッシュ加熱手段とは、棒状のランプである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記アシスト加熱手段は基板を摂氏４００度乃至摂氏６００度の温度に予備加熱し、前記フラッシュ加熱手段は基板を摂氏１０００度乃至摂氏１１００度まで昇温させる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明に係る熱処理装置の側断面図である。
【００１３】
この熱処理装置は、その内部に半導体ウエハーＷを収納して熱処理するための熱処理炉１１を備える。この熱処理炉１１は、例えば石英等の赤外線透過性を有する材料から構成されている。熱処理炉１１の一端には、半導体ウエハーＷの搬入および搬出を行うための開口部１２が形成されている。
【００１４】
熱処理炉１１の開口１２側には、炉口ブロック１３が配設されている。炉口ブロック１３に形成された開口部は、ゲートバルブ１４により開閉可能となっている。このゲートバルブ１４の内面側には、半導体ウエハーＷを水平姿勢で支持可能なサセプタ１５が一体的に固着されている。
【００１５】
このため、ゲートバルブ１４が水平方向に往復移動することにより、サセプタ１５に支持された半導体ウエハーＷが熱処理炉１１内へ搬入され、また、熱処理炉１１から搬出される。そして、ゲートバルブ１４が熱処理炉１１側へ移動して炉口ブロック１３に当接することにより、炉口ブロック１３に形成された開口部が閉塞されるとともに、サセプタ１５に支持された半導体ウエハーＷが熱処理炉１１内の所定位置に収納される。
【００１６】
熱処理炉１１の上方には、棒状のキセノンフラッシュランプ２１が互いに平行に複数個（この実施形態においては９個）列設されている。
【００１７】
このキセノンフラッシュランプ２１は、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設されたガラス管と、このガラス管の外周部に巻回されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を加えて絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に流れ、そのときのジュール熱でキセノンガスが加熱されて光が放出される。このキセノンフラッシュランプ２１においては、予め蓄えられていた静電エネルギーが０．１ミリセカンド乃至１０ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。
【００１８】
一方、熱処理炉１１の下方には、棒状のハロゲンランプ２２が互いに平行に複数個（この実施形態においては９個）列設されている。このハロゲンランプ２２は、毎秒数百度程度の速度で半導体ウエハーＷを昇温する機能を有する。
【００１９】
図２は、キセノンフラッシュランプ２１とハロゲンランプ２２との配置関係を模式的に示す平面図である。
【００２０】
図１および図２に示すように、上述した複数のキセノンフラッシュランプ２１と複数のハロゲンランプ２２とは、半導体ウエハーＷの表面側および裏面側において、互いに対向するように１対１に対応して配置されている。すなわち、複数のキセノンフラッシュランプ２１と複数のハロゲンランプ２２とは、図２に示すように、平面視において同一の位置に、同一の数だけ配設されていることになる。
【００２１】
なお、図１および図２に示す実施形態においては、各キセノンフラッシュランプ２１および各ハロゲンランプ２２を同一のピッチで配置している。しかしながら、温度低下を起こしやすい開口部１２側や両端部付近においては、各キセノンフラッシュランプ２１および各ハロゲンランプ２２を、その中央部のピッチより小さいピッチで配置するようにしてもよい。
【００２２】
再度図１を参照して、キセノンフラッシュランプ２１の上方には、リフレクタ３１が配設されている。また、ハロゲンランプ２２の下方には、リフレクタ３４が配設されている。さらに、キセノンフラッシュランプ２１およびハロゲンランプ２２の側方には、リフレクタ４１が配設されている。
【００２３】
キセノンフラッシュランプ２１と熱処理炉１１との間には、光拡散板３２が一対の支持部材３３により支持された状態で配設されている。また、ハロゲンランプ２２と熱処理炉１１との間には、光拡散板３５が一対の支持部材３６により支持された状態で配設されている。これらの光拡散板３２、３５は、赤外線透過材料としての石英ガラスの表面に光拡散加工を施したものが使用される。
【００２４】
熱処理炉１１の側方には、ガス導入路４３が形成されている。このガス導入路４３は、リフレクタ４１に形成されたガス導入孔４２を介して窒素ガス等の処理ガスの供給源と接続されている。一方、炉口ブロック１３には、ガス排出路４４が形成されている。このガス排出路４４は、排ガス処理部と接続されている。また、熱処理炉１１の気密性を高く保つため、炉口ブロック１３およびリフレクタ４１に、オーリング４５がそれぞれ取り付けられている。
【００２５】
リフレクタ３１における各キセノンフラッシュランプ２１と対向する位置には、開口部５２が形成されている。そして、この開口部５２の上方には、光量センサ５１が配設されている。これらの光量センサ５１は、各キセノンフラッシュランプ２１の光量を、開口部５２を介して測定するためのものである。
【００２６】
各光量センサ５１は、複数の制御機構５３から構成される制御部５０を介して各ハロゲンランプ２２と接続されている。この制御部５０は、光量センサ５１による各キセノンフラッシュランプ２１から出射される閃光の光量の測定値に応じて、各ハロゲンランプ２２の出力、すなわち、各ハロゲンランプ２２による加熱温度を制御するためのものである。
【００２７】
次に、上述した熱処理装置による半導体ウエハーＷの熱処理動作について説明する。図３は、熱処理動作中における半導体ウエハーＷの表面温度を示すタイムチャートである。なお、図３においては、横軸は経過時間を、また、縦軸は半導体ウエハーＷの表面温度を示している。
【００２８】
この熱処理装置において、サセプタ１５により支持された半導体ウエハーＷが熱処理炉１１内に挿入され、炉口ブロック１３の開口部がゲートバルブ１４により閉塞されると、ガス導入路４３を介して熱処理炉１１内に窒素ガス等の処理ガスが供給され、熱処理炉１１内が処理ガスによりパージされる。
【００２９】
この状態において、ハロゲンランプ２２を点灯する。そして、図示しない温度センサにより半導体ウエハーＷの表面温度を測定し、基板半導体ウエハーＷの表面温度が図３に示す温度Ｔ１となるまでハロゲンランプ２２を利用して半導体ウエハーＷを予備加熱する。この予備加熱温度Ｔ１は、摂氏４００度乃至摂氏６００度程度の温度である。半導体ウエハーＷをこの程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱したとしても、半導体ウエハーＷに打ち込まれたイオンに変化はなく、イオンが拡散してしまうことはない。
【００３０】
半導体ウエハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１となれば、キセノンフラッシュランプ２１を点灯する。このときの点灯時間は、０．１ミリセカンド乃至１０ミリセカンド程度の時間である。このため、キセノンフラッシュランプ２１においては、予め蓄えられていた静電エネルギーがこのように極めて短い光パルスに変換されることから、極めて強い閃光が照射されることになる。
【００３１】
この状態においては、半導体ウエハーＷの表面温度は、図３に示す温度Ｔ２となる。この温度Ｔ２は、摂氏１０００度乃至摂氏１１０００度程度の半導体ウエハーＷの処理に必要な温度である。基板の表面がこのような処理温度Ｔ２にまで昇温された場合においては、半導体ウエハーＷ中のイオンが活性化される。
【００３２】
このとき、上述したように、半導体ウエハーＷの表面温度が０．１ミリセカンド乃至１０ミリセカンド程度の極めて短い時間で処理温度Ｔ２まで昇温されることから、半導体ウエハーＷ中のイオンの活性化は短時間で完了する。従って、半導体ウエハーＷに打ち込まれたイオンが拡散することはなく、半導体ウエハーＷに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまるという現象の発生を防止することが可能となる。
【００３３】
また、キセノンフラッシュランプ２１を点灯して半導体ウエハーＷを加熱する前に、ハロゲンランプ２２を使用して半導体ウエハーＷの表面温度を摂氏４００度乃至摂氏６００度程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱していることから、キセノンフラッシュランプ２１により半導体ウエハーＷを摂氏１０００度乃至摂氏１１０００度程度の処理温度Ｔ２まで速やかに昇温させることが可能となる。
【００３４】
ところで、上述したような熱処理装置に使用されるキセノンフラッシュランプ２１においては、そこから出射される閃光の光量の経時変化が大きい。すなわち、キセノンフラッシュランプ２１等のフラッシュランプにおいては、放電時間の微妙な変化に伴って閃光の光量が変化する。また、電圧の変動やコンデンサーの静電容量の変動とによっても、フラッシュランプから出射される閃光の光量は変化する。
【００３５】
このため、この熱処理装置においては、上述したように、複数のキセノンフラッシュランプ２１と複数のハロゲンランプ２２とを、半導体ウエハーＷの表面側および裏面側において互いに対向するように１対１に対応して配置するとともに、各キセノンフラッシュランプ２１から出射される閃光の光量に応じて、対応するハロゲンランプ２２による予備加熱温度を制御することにより、キセノンフラッシュランプ２１における閃光の光量の経時変化に対応するようにしている。
【００３６】
すなわち、この熱処理装置においては、最初の半導体ウエハーＷをイオン活性化処理するためにキセノンフラッシュランプ２１を点灯したとき、光量センサ５１により、リフレクタ３１における各キセノンフラッシュランプ２１と対向する位置に形成された開口部５２を介して、キセノンフラッシュランプ２１による閃光の光量を測定する。そして、制御部５０における各制御機構５３の制御により、光量センサ５１によるキセノンフラッシュランプ２１の閃光の光量の測定値に対応して各ハロゲンランプ２２からの光の出射量を調整することにより、各ハロゲンランプ２２による予備加熱温度を制御する。
【００３７】
例えば、半導体ウエハーＷを摂氏１０００度で熱処理する必要がある場合において、図３に示すハロゲンランプ２２による予備加熱温度Ｔ１が摂氏５００度、また、キセノンフラッシュランプ２１の閃光の作用による半導体ウエハーＷ昇温温度が５００度に設定されているものと想定する。この場合において、光量センサ５１によるあるキセノンフラッシュランプ２１の閃光の光量の測定値から、そのキセノンフラッシュランプ２１の閃光の作用による半導体ウエハーＷ昇温温度が４８５度と想定される場合には、このキセノンフラッシュランプ２１と対向して配置されたハロゲンランプ２２による予備加熱温度を５１５度に設定する。これにより、半導体ウエハーＷを摂氏１０００度の処理温度で熱処理することが可能となる。
【００３８】
なお、上述した実施形態においては、キセノンフラッシュランプ２１およびハロゲンランプ２２として、棒状の形状を有するものを使用している。しかしながら、キセノンフラッシュランプ２１およびハロゲンランプ２２として、その他の形状のものを使用してもよい。
【００３９】
図４は、このような実施形態に係るキセノンフラッシュランプ２３とハロゲンランプ２４との配置関係を模式的に示す平面図である。
【００４０】
この実施形態においては、平面視において円形のキセノンフラッシュランプ２３とハロゲンランプ２４とを使用し、中央に配置されたキセノンフラッシュランプ２３またはハロゲンランプ２４の周囲を、キセノンフラッシュランプ２３またはハロゲンランプ２４により二重に取り囲んだような構成を有する。この実施形態の場合においても、複数のキセノンフラッシュランプ２３と複数のハロゲンランプ２４とは、半導体ウエハーＷの表面側および裏面側において、互いに対向するように１対１に対応して配置されていることになる。すなわち、複数のキセノンフラッシュランプ２３と複数のハロゲンランプ２４とは、図４に示すように、平面視において同一の位置に、同一の数だけ配設されていることになる。
【００４１】
但し、図２および図４に示すいずれの実施形態の場合であっても、１個のキセノンフラッシュランプ２１、２３に対応させて２個のハロゲンランプ２２、２４を配設したり、３個のキセノンフラッシュランプ２１、２３に対して４個のハロゲンランプ２２、２４を配置するなど、キセノンフラッシュランプ２１、２３とハロゲンランプ２２、２４との数は同一でなくてもよい。この明細書でいう「対応して」とは、このような形態をも含む概念である。
【００４２】
上述した実施形態においては、アシスト加熱手段として、複数のハロゲンランプ２２、２４を使用しているが、アシスト加熱手段として、例えば、ヒータにより半導体ウエハーＷを予備加熱するベーク装置等の、ランプ以外の構成のものを使用してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１乃至請求項４に記載の発明によれば、基板を予備加熱するための複数のアシスト加熱手段と、アシスト加熱手段と対応して配置され基板に対して閃光を照射することによりアシスト加熱手段で予備加熱された基板を処理温度まで昇温させるフラッシュ加熱手段とを備えることから、基板を短時間に処理温度まで昇温させることにより、熱処理後のイオンの拡散を防止することが可能となる。
【００４４】
そして、各フラッシュ加熱手段から出射される閃光の光量に応じて対応するアシスト加熱手段による予備加熱温度を制御する制御手段とを備えることから、フラッシュ加熱手段からの閃光の光量に変化が生じた場合であっても、基板を安定して熱処理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る熱処理装置の側断面図である。
【図２】キセノンフラッシュランプ２１とハロゲンランプ２２との配置関係を模式的に示す平面図である。
【図３】熱処理動作中における半導体ウエハーＷの表面温度を示すタイムチャートである。
【図４】キセノンフラッシュランプ２３とハロゲンランプ２４との配置関係を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１１熱処理炉
１２開口部
１３炉口ブロック
１４ゲートバルブ
１５サセプタ
２１キセノンフラッシュランプ
２２ハロゲンランプ
２３キセノンフラッシュランプ
２４ハロゲンランプ
３１リフレクタ
３２光拡散板
３４リフレクタ
３５光拡散板
４３ガス導入路
４４ガス排出路
５０制御部
５１光量センサ
５２開口部
５３制御機構
Ｔ１予備加熱温度
Ｔ２処理温度
Ｗ半導体ウエハー

Claims

基板に光を照射することにより基板を熱処理する熱処理装置において、
内部に基板を収納して熱処理するための熱処理炉と、
前記熱処理炉に配置された基板の裏面側を予備加熱するための複数のアシスト加熱手段と、
前記アシスト加熱手段と対応して配置され、基板に対して閃光を照射することにより前記アシスト加熱手段で予備加熱された基板を処理温度まで昇温させる複数のフラッシュ加熱手段と、
前記各フラッシュ加熱手段から出射される閃光の光量に応じて、前記複数のアシスト加熱手段の対応するアシスト加熱手段による予備加熱温度を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする熱処理装置。
請求項１に記載の熱処理装置において、
前記複数のアシスト加熱手段と前記複数のフラッシュ加熱手段とは、基板の表面側および裏面側において、互いに対向するように１対１に対応して配置される熱処理装置。
請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、
前記アシスト加熱手段と前記フラッシュ加熱手段とは、棒状のランプである熱処理装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記アシスト加熱手段は基板を摂氏４００度乃至摂氏６００度の温度に予備加熱し、前記フラッシュ加熱手段は基板を摂氏１０００度乃至摂氏１１００度まで昇温させる熱処理装置。