JP3789366B2 - Heat treatment equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に加熱を伴う処理を行う熱処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体等のデバイスの微細加工の要求が高まるにつれ、半導体基板(以下、「基板」という。)の加熱工程の1つとして急速加熱工程(Rapid Thermal Process、以下、「RTP」という。)が重要な役割を果たしている。RTPでは主に赤外線ランプが加熱源として用いられ、処理室内を所定のガス雰囲気に保ちつつ秒オーダーで基板が所定の温度(例えば、1200℃)に加熱され、一定時間(例えば、数十秒)だけその温度に維持された後、ランプを消灯することにより急速冷却が行われる。
【0003】
RTPにより、基板に作り込まれたトランジスタの接合層における熱による不純物の再拡散防止、酸化膜等の絶縁膜の薄膜化等、従来の電気炉による長時間の熱処理では実現困難であった処理が行われる。
【0004】
RTPを行う熱処理装置としては、従来より、棒状のランプを平行に並べたものを2段設けたタイプが知られている。図1および図2はこのようなタイプの熱処理装置8の縦断面図である。熱処理装置8では、X方向を向く棒状の上段ランプ群81がY方向に配列され、Y方向を向く棒状の下段ランプ群82がX方向に配列される。
【0005】
基板9は両ランプ群81,82に対向するように水平に配置され、基板9の周囲を覆う補助リング83に支持される。また、両ランプ群81,82と基板9との間には内部空間80を分離する窓部材84が配置され、さらに、上段ランプ群81の上方の面は上段ランプ群81からの光を反射して効率よく基板9に照射するためのリフレクタ80aとされる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
補助リング83は、基板9と一体的に加熱されることにより基板9の端面からの放熱を妨げて基板9の表面の温度均一性を維持するために設けられる。ここで、補助リング83の加熱が不足した場合、基板9の周縁部の温度も上昇しなくなることから、基板9の温度均一性を実現するには補助リング83の十分な加熱が重要となる。
【0007】
ところで、熱処理装置8では図2に示すようにリフレクタ80aに一様に形成された複数の凹面により上段ランプ群81からの反射光が基板9および補助リング83上におよそ均一に導かれる。このようなリフレクタの場合、補助リング83の温度上昇が十分に得られない可能性がある。
【0008】
また、下段ランプ群82から上方に出射される光に対しては全く配慮がなされておらず、補助リング83に対する加熱においてリフレクタ80aからの反射光の寄与の程度は、上段ランプ群81のみにより調整されこととなる。以上のように、熱処理装置8の構造は、補助リング83を十分に効率よく加熱するには好ましくない構造であるといえる。
【0009】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、補助リングを効率よく加熱することにより、加熱の際の基板の温度均一性を向上することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、円形の基板に光を照射して加熱を伴う処理を行う熱処理装置であって、処理される基板の主面に対向する反射面と、前記反射面に沿って配列されたランプ群と、基板の外周に沿って前記外周から外側に広がる補助リングと、基板を前記反射面と対向させつつ回転させる回転機構とを備え、前記ランプ群に含まれる各ランプが、所定方向を向く棒状のランプであり、前記反射面が、前記ランプ群に含まれるランプからの光を反射して前記補助リング上に実質的に集光させる。
【0011】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の熱処理装置であって、前記反射面が、前記ランプ群に含まれる複数のランプからの光を反射して前記補助リング上に実質的に集光させる。
【0012】
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の熱処理装置であって、前記反射面が、前記ランプ群に含まれる複数のランプからの光を同一領域に集光させる。
【0013】
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記回転機構による回転の中心軸からの距離に対する平均的な照射エネルギーが、前記補助リング上で最大となる。
【0014】
請求項5に記載の発明は、基板に光を照射して加熱を伴う処理を行う熱処理装置であって、処理される基板の主面に対向する反射面と、所定方向を向くように前記反射面に沿って配列された棒状のランプ群と、前記ランプ群と前記主面との間において前記所定方向とは異なる方向を向くように配列された棒状のもう1つのランプ群と、前記ランプ群と前記もう1つのランプ群との間において、前記もう1つのランプ群のうち配列方向に関して両端側の領域に存在するランプからの光を反射する1対の反射面と、基板の外周に沿って前記外周から外側に広がる補助リングとを備え、前記反射面が、前記ランプ群のうち配列方向に関して両端側の領域のそれぞれに存在するランプからの光を反射して前記補助リング上に実質的に集光させ、前記1対の反射面が、前記もう1つのランプ群のうち配列方向に関して両端側の領域のそれぞれに存在するランプからの光を反射して前記補助リング上に実質的に集光させる。
【0015】
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の熱処理装置であって、基板を前記反射面と対向させつつ回転させる回転機構をさらに備える。
【0016】
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の熱処理装置であって、前記回転機構による回転の中心軸からの距離に対する平均的な照射エネルギーが、前記補助リング上で最大となる。
【0017】
請求項8に記載の発明は、請求項5ないし7のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記反射面が、前記ランプ群に含まれる複数のランプからの光を反射して前記補助リング上に実質的に集光させる。
【0018】
請求項9に記載の発明は、請求項5ないし8のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記反射面が、前記ランプ群に含まれる複数のランプからの光を同一領域に集光させる。
【0021】
【発明の実施の形態】
図3および図4は、本発明の一の実施の形態に係る熱処理装置1の構成を示す縦断面図であり、図3における切断面と図4における切断面とは熱処理装置1のZ方向を向く中心軸1aで垂直に交差する。図3および図4では細部の断面に対する平行斜線の記載を省略している。
【0022】
熱処理装置1は、装置本体である本体部11、本体部11の上部を覆う蓋部12、および、本体部11の中央底面に配置された反射板13を有し、これらにより内部空間が形成される。内部空間は石英にて形成されたチャンバ窓21により上下に仕切られ、下部の処理空間10に基板9が配置される。チャンバ窓21と本体部11との間は図示しないOリングによりシールされる。なお、本体部11の内側面は円筒面となっている。
【0023】
基板9は外部の搬送機構により処理空間10内へと搬送され、補助リング31上に載置される。補助リング31は基板9の外周に沿って外周から外側に広がるリング形状(中心軸1aを中心とするリング形状)となっており、基板9の下面の周縁部に当接して基板9を支持する。補助リング31は、例えば、炭化ケイ素(SiC)により形成され、補助リング31が基板9と一体的に加熱される。これにより、基板9のみを加熱する場合に比べて基板9の周縁部からの放熱が抑制され、基板9の温度の均一性が向上される。
【0024】
補助リング31は中心軸1aを中心とする円筒状の支持リング32に支持され、支持リング32の下端にはカップリング部材331が取り付けられる。本体部11の外部下方にはカップリング部材331と対向するカップリング部材332が設けられ、カップリング部材331およびカップリング部材332により磁気的なカップリング機構が構成される。カップリング部材332は図4に示すモータ333により中心軸1aを中心に回転する。これにより、本体部11内部のカップリング部材331が磁気的作用により回転し、基板9および補助リング31が中心軸1aを中心に回転する。
【0025】
本体部11の側壁には複数のガス導入口111および排気口112が形成されており、排気口112から処理空間10内のガスが(強制)排気されたり、ガス導入口111を介して基板9に施される処理の種類に応じたガス(例えば、窒素、酸素)が導入されることにより、処理空間10のガス置換が行われる。なお、基板9および補助リング31とチャンバ窓21との間には多数の穴が形成された石英のシャワープレート22が設けられ、ガス導入口111から導入されたガスがシャワープレート22を介して基板9の上面に均一に付与される。処理に用いられたガスは、支持リング32の下方から排気口112へと導かれる。
【0026】
蓋部12の下面は基板9の主面(すなわち、上面)に対向する反射面(以下、「上側リフレクタ」という。)121となっており、上側リフレクタ121に沿ってそれぞれが図3および図4中のX方向を向くように棒状の上段ランプ群41が配列される。上段ランプ群41からの光のうち上方に出射されるものは上側リフレクタ121により反射され、基板9に照射される。
【0027】
また、上側リフレクタ121はX方向(ランプの長手方向)に垂直な断面の形状が一定であり、断面形状は各ランプが焦点に位置する楕円の一部となっている。これにより、上段ランプ群41の各ランプからの反射光の大部分が基板9および補助リング31上の特定の領域に選択的に照射される。
【0028】
上段ランプ群41の下方(すなわち、上段ランプ群41と基板9の主面との間)には、それぞれがY方向を向くように棒状の下段ランプ群42が配置される。すなわち、上段ランプ群41と下段ランプ群42とは互いに直交するように蓋部12に取り付けられる。
【0029】
上段ランプ群41および下段ランプ群42のそれぞれは、中心軸1aからの距離に応じて小グループに分けられている。図4ではグループ分けされた上段ランプ群41のランプに中心軸1a側から符号411,412,413,414を付しており、図3ではグループ分けされた下段ランプ群42のランプに中心軸1a側から符号421,422,423,424を付している。
【0030】
図5は、小グループに分けられたランプとランプに電力を供給するランプ制御部6との接続関係を示すブロック図である(複数のランプであっても1つのブロックにて示している。)。図5に示すように、各グループは個別にランプ制御部6に接続され、互いに独立して電力が供給される。これにより、基板9の上面に照射される光の強度分布が制御される。
【0031】
一方、熱処理装置1では、図3に示すように上段ランプ群41と下段ランプ群42との間において、下段ランプ群42のうち配列方向(X方向)に関して両端側の領域に存在するランプ424からの光を反射する2つの下側リフレクタ122が蓋部12に設けられる。下側リフレクタ122はY方向(ランプの長手方向)に垂直な断面の形状が一定であり、断面形状は各ランプが焦点に位置する楕円の一部となっている。これにより、下段ランプ群42の配列方向に関して両端側の各ランプからの反射光の大部分が補助リング31上の特定の領域に選択的に照射される。
【0032】
下側リフレクタ122が設けられることにより、図1および図2に例示する従来の熱処理装置8に比べて補助リングの加熱効率が向上する。すなわち、従来の熱処理装置8では下段ランプ群82からの光のうち上方に向かう光は上段ランプ群81の上方に位置するリフレクタ80aに到達するまでに散乱してしまい、さらに、下段ランプ群82のランプの長手方向とリフレクタ80aの各凹面(図2参照)が伸びる方向とが直交するため、反射光はさらに散乱することとなる。
【0033】
これに対し、熱処理装置1では下側リフレクタ122の下方に位置するランプから上方に出射された光は直ちに反射され、後述のように補助リング31の加熱に寄与する。
【0034】
図4に示すように、反射板13の下面には、中心軸1aから外側に向かって複数の放射温度計51〜54が取り付けられる。放射温度計51〜53は窓部材50を介して基板9からの赤外光を受光することにより基板9の温度を測定する。放射温度計54は窓部材50を介して補助リング31からの赤外光を受光することにより補助リング31の温度を測定する。基板9および補助リング31は回転することから複数の放射温度計51〜54により中心軸1aからの距離に応じた基板9および補助リング31の温度が測定される。
【0035】
基板9に加熱を伴う処理が行われる際には、例えば、放射温度計51の測定結果に応じてランプ411,421への電力供給が制御され、同様に、放射温度計52,53,54の測定結果に応じてランプ412,422、ランプ413,423、ランプ414,424への電力供給がそれぞれ制御される。このとき、基板9および補助リング31はモータ333およびカップリング機構により構成される回転機構により上側リフレクタ121および下側リフレクタ122に対向しつつ回転する。これにより、基板9の温度が可能な限り均一となるように基板9および補助リング31の加熱が制御される。
【0036】
次に、上側リフレクタ121および下側リフレクタ122の形状について説明する。
【0037】
図6は上段ランプ群41から基板9および補助リング31に光が照射される様子を示す図である。上側リフレクタ121のYZ面による断面形状はランプの中心と照射すべき位置とを焦点に有する楕円の一部を配列したものとされる。したがって、各ランプからの光は基板9および補助リング31上にライン状に集光される。
【0038】
上段ランプ群41のうち配列方向に関して両端側の領域に存在するランプ414以外のランプからの反射光はおよそ真下へと導かれ、基板9上に集光される。一方、ランプ414のそれぞれに対して形成される凹面1211は、ランプ414に沿ってX方向に形成されるとともに対称面(楕円の対称軸414aを含みX方向に平行な面)が基板9の主面の法線方向(Z方向)から基板9側に傾斜している。対称軸414aは補助リング31のほぼ内側面(基板9の外側面)に接するように傾けられており、複数のランプ414からの反射光が同一領域に集光される。
【0039】
図7は下段ランプ群42のうち配列方向に関して両端側の領域のそれぞれに存在するランプ424からの反射光が補助リング31に照射される様子を示す図である。1対の下側リフレクタ122にもランプ424のそれぞれに対して断面が楕円の一部となるようにランプ414に沿って凹面1221が形成され、対称面(楕円の対称軸424aを含みY方向に平行な面)が基板9の主面の法線方向(Z方向)から基板9側に傾斜している。対称軸424aは補助リング31のほぼ内側面(基板9の外側面)に接するように傾けられており、複数のランプ424からの反射光が同一領域に集光される。
【0040】
なお、凹面1211,1221は対称面と交差する必要はなく、対称面と交差しない凹面を用いつつ複数の凹面を密に結合することにより凹面の深さを抑えることができる。例えば、3つの凹面1211に代えて1つの高出力のランプからの光を1つの凹面で補助リング31に集光させようとした場合、大きな(奥行きの深い)凹面を形成する必要があるが、複数のランプからの光を結合された複数の浅い凹面にて集光することにより、上側リフレクタ121を容易に加工することが可能となる。下側リフレクタ122についても同様である。
【0041】
以上のように、熱処理装置1では上側リフレクタ121および下側リフレクタ122からの反射光が補助リング31に集光されるため、補助リング31の加熱を効率よく行うことができ、基板9の温度均一性が向上される。また、複数のランプ414,424からの反射光が補助リング31に集光されることから(特に、補助リング31上の1つの照射領域に複数のランプからの反射光が集光されることから)、1つのランプのパワーが小さい場合であっても、補助リング31を急速かつ高温に加熱することができる。
【0042】
次に、補助リング31への反射光の照射の様子についてさらに説明する。既述のように熱処理装置1では、ランプが棒状であってリフレクタの1つの凹面がランプに沿って形成され、1つのランプに対応する反射光はライン状の領域に照射される。図8はランプ414またはランプ424のいずれかに相当するランプ420からの反射光が補助リング31に照射される領域91(太線にて図示)を例示する図である。図8に示すようにランプ420の端部側から出射されて反射された光は補助リング31の外側へと導かれる。そして、基板9および補助リング31が回転することから、ランプ420からの反射光は補助リング31の任意の領域に照射されることとなる。
【0043】
以上のことから、中心軸1aからの距離とこの距離における平均的な照射エネルギー(すなわち、同心円状の領域に対する照射エネルギーを面積で除した値)との関係を考えた場合、平均的な照射エネルギーは中心軸1aと領域91の中心との距離91Lよりも若干長い距離で最大となる。したがって、僅かに基板9に反射光が照射されるように凹面の対称面の傾きが設定されても実質的にリフレクタからの光は補助リング31に集光しつつ照射されることとなる。
【0044】
すなわち、ランプ414およびランプ424に対応する凹面は補助リング31に反射光を照射するために設けられるが、反射光が基板9に完全に照射されないように設計される必要はない。
【0045】
そして、熱処理装置1では、ランプ群の配列方向に関して両端側の領域のそれぞれに複数のランプが存在し、かつ、同一領域に照射されることから、多くのランプからの反射光を補助リング31に集光させることができ、非常に効率よく補助リング31を加熱することができる。
【0046】
図9は下側リフレクタ122が存在せず、かつ、(上側)リフレクタからの反射光を補助リングに集光させない熱処理装置(すなわち、従来の熱処理装置)と下側リフレクタ122が存在し、かつ、上側リフレクタ121からの反射光を補助リング31に集光させる熱処理装置1とにおいて、基板の中心からの距離(半径)とその距離における基板および補助リング上の相対照度との関係を示す図である。また、図10は従来の熱処理装置と図3および図4に示す熱処理装置1とにおいて、基板の中心からの距離とその距離における基板および補助リング上の照度との関係を示す図である。
【0047】
図9および図10中に示す範囲71は基板9が存在する範囲であり、範囲72は補助リング31が存在する範囲である。相対照度分布は基板9の温度均一性を実現して半導体チップの歩留まりを向上させるための指標として参照されるものであり、照度分布は熱処理装置の基板9を昇温させる能力の指標として参照される。
【0048】
各図に示すグラフ曲線は基板および補助リングを回転させるという前提の下でシミュレーションにより得られた結果(すなわち、基板の中心からの距離に対する平均的な相対照度および照度)であり、対比される2つの熱処理装置は下側リフレクタ122の有無およびリフレクタの形状が異なるという点を除いて同様である。以下、従来の熱処理装置に言及する際にも図3および図4に付した符号を用いながら説明を行う。
【0049】
シミュレーションにおける具体的な条件としては、基板9の直径が300mm、補助リング31はドーナツ状であって幅が20mm、上段ランプ群41および下段ランプ群42におけるランプ間隔は20mmである。
【0050】
上段ランプ群41のランプ411〜413、並びに、下段ランプ群42のランプ421〜423は、出力が4000Wであり、発光長が320mmである。上段ランプ群41および下段ランプ群42において主として補助リング31を加熱するランプ414,424は、出力が4200Wであり、発光長が200mmである。外側のランプ414,424の発光長が他のランプよりも短いため、加熱対象である基板9が円形であっても上下2段に格子状に配置されたランプ群から効率よく光が照射される。
【0051】
図9および図10において、符号711,721にて示す実線の曲線は理想的な相対照度分布および照度分布を示している。理想的に加熱を行うことができるときの光の様々な照射条件が予め実験により得られており、このときの相対照度分布および照度分布をモンテカルロ法による照度シミュレーションにより求めたものが曲線711,721である。
【0052】
符号712,722にて示す長い破線の曲線は従来の熱処理装置において全ランプを定格点灯した場合(以下、「条件1」という。)の相対照度分布および照度分布を示していおり、符号713,723にて示す短い破線の曲線は本実施の形態に係る熱処理装置1において全ランプを定格点灯した場合(以下、「条件2」という。)の相対照度分布および照度分布を示している。
【0053】
符号714,724にて示す一点鎖線は従来の熱処理装置において理想的な相対照度分布に近づけるようにランプを点灯した場合(以下、「条件3」という。)の相対照度分布および照度分布を示していおり、符号715,725にて示す二点鎖線は本実施の形態に係る熱処理装置1において理想的な相対照度分布に近づけるようにランプを点灯した場合(以下、「条件4」という。)の相対照度分布および照度分布を示している。なお、曲線714,724ではピークが補助リング31の外側に位置する。
【0054】
条件1ないし4において、ランプ411〜414並びにランプ421〜424に与えられる電力の定格電力に対する割合(定格比)を表1に示す。
【0055】
【表1】
【0056】
図9において曲線712(条件1)と曲線713(条件2)とを対比すると、曲線712では補助リング31において相対照度が外側に向かって低下するが、曲線713では相対照度が補助リング31上にて上昇することが分かる。すなわち、下側リフレクタ122を設け、さらに、補助リング31に複数のランプからの反射光を実質的に集光させることにより全ランプを定格電力にて点灯したときの補助リング31の加熱能力が向上される。
【0057】
また、表1により、理想的な相対照度分布に近づけるように小グループのランプに電力配分を行うとき、従来の熱処理装置(条件3)ではおよそ基板9に対向するランプ411〜413並びにランプ421〜423の定格比が0〜25%になるが、本実施の形態に係る熱処理装置1(条件4)ではこれらのランプの定格比を50〜100%とすることができる。なお、条件3および4において補助リング31におよそ対向するランプ414,424の定格比は100%とされる。
【0058】
図10の曲線724(条件3)に示すように、従来の熱処理装置では相対照度分布を理想的な状態へと近づけると、基板9への照度が理想的な照度(曲線721)の40%程度に低下してしまう。したがって、このような照射では基板9を適切に加熱することが不可能となってしまう。一方、曲線725(条件4)に示すように本実施の形態に係る熱処理装置1では基板9への照度分布が理想的な照度分布にほぼ一致する。その結果、歩留まりを低下させることなく基板9に対するRTPを極めて理想的に実現することができる。
【0059】
さらに、従来の熱処理装置における条件3のように複数のランプに与えられる電力の定格比が大きく異なると、ランプ間での応答速度や色温度に差が生じたり、ランプ寿命に差が生じてしまうという問題が生じる。したがって、本実施の形態に係る熱処理装置1では、これらの問題の発生も抑制することが実現される。
【0060】
以上のように、熱処理装置1ではランプからの反射光を補助リング31に集光させることにより補助リング31を効率よく加熱することができ、基板9の温度均一性を向上することができる。また、下側リフレクタ122をさらに設けることにより、基板9上の相対照度分布および照度分布を適切なものとすることができ、かつ、各ランプ間の点灯状態の相違を抑えることが実現される。
【0061】
以上、本発明の一の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【0062】
例えば、半導体基板以外の材料(ガラス基板等)に対する加熱に熱処理装置1が使用されてもよい。
【0063】
上段ランプ群41と下段ランプ群42とのランプは直交するのではなく、所定の角度にて交差してもよい。補助リング31も基板9の外周を取り巻くのであれば、複数の部材により構成されてよい。
【0066】
上側リフレクタ121および下側リフレクタ122の凹面の断面形状は楕円(弧)以外の形状(例えば、放物線や円弧)とされてもよい。凹面の対称面が基板9側に傾斜されることにより、補助リング31や基板9の外縁部に反射光をおよそ集光させることができ、基板9の温度均一性が向上される。さらに、より多数のランプからの光を集光させるために、基板9上のランプに対応する凹面の対称面を外側に傾斜させてもよい。
【0067】
また、下側リフレクタ122は下段ランプ群42の両端領域からの光を反射する2つの反射領域を有する1つの面(例えば、中心軸1aから離れた位置でつながっている2つのリフレクタ)として設けられてもよい。
【0068】
基板9は水平に支持される必要はなく、熱処理装置1全体が傾けられてもよい。全体構成の上下関係が反転され、基板9の下面側に両ランプ群41,42が配置されてもよい。さらに、基板9の上下の両主面に対向するように上段ランプ群41および上側リフレクタ121の組み合わせが上下に設けられてもよい。
【0069】
上段ランプ群41や下段ランプ群42の点灯制御はランプ毎に個別に行われてもよい。ランプ制御部6が、下段ランプ群42の配列方向に関して両端側の領域のそれぞれに存在するランプ(両端側の全てのランプである必要はない。)に供給される電力を他の領域に存在するランプから独立して制御することにより、補助リング31を効率よく加熱することができ、基板9の温度均一性の向上が実現される。
【0071】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱の際に基板の温度均一性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の熱処理装置の縦断面図である。
【図2】従来の熱処理装置の縦断面図である。
【図3】熱処理装置の縦断面図である。
【図4】熱処理装置の縦断面図である。
【図5】ランプとランプ制御部とを示すブロック図である。
【図6】補助リングに反射光が集光される様子を示す縦断面図である。
【図7】補助リングに反射光が集光される様子を示す縦断面図である。
【図8】1つのランプからの反射光が基板および補助リングに照射される領域を例示する図である。
【図9】基板の中心からの距離と相対照度との関係を示す図である。
【図10】基板の中心からの距離と照度との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 熱処理装置
9 基板
31 補助リング
41 上段ランプ群
42 下段ランプ群
121 上側リフレクタ
122 下側リフレクタ
331,332 カップリング部材
333 モータ
414,424 ランプ
1211,1221 凹面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat treatment apparatus for performing a process involving heating on a substrate.
[0002]
[Prior art]
As the demand for microfabrication of devices such as semiconductors increases, a rapid heating process (hereinafter referred to as “RTP”) is important as one of the heating processes of a semiconductor substrate (hereinafter referred to as “substrate”). Playing a role. In RTP, an infrared lamp is mainly used as a heating source, and the substrate is heated to a predetermined temperature (for example, 1200 ° C.) in a second order while maintaining a predetermined gas atmosphere in the processing chamber for a certain time (for example, several tens of seconds). Only after that temperature is maintained, rapid cooling is achieved by turning off the lamp.
[0003]
With RTP, processing that was difficult to achieve with long-term heat treatment in a conventional electric furnace, such as prevention of re-diffusion of impurities due to heat in the junction layer of transistors built into the substrate, and thinning of insulating films such as oxide films, etc. Done.
[0004]
As a heat treatment apparatus for performing RTP, a type in which two stages of rod-shaped lamps arranged in parallel are provided. 1 and 2 are longitudinal sectional views of this type of
[0005]
The
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The
[0007]
By the way, in the
[0008]
Further, no consideration is given to the light emitted upward from the
[0009]
This invention is made | formed in view of the said subject, and aims at improving the temperature uniformity of the board | substrate in the case of heating by heating an auxiliary | assistant ring efficiently.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention described in claim 1CircularA heat treatment apparatus for performing a process involving heating by irradiating a substrate with light, a reflecting surface facing a main surface of the substrate to be processed, a lamp group arranged along the reflecting surface, and an outer periphery of the substrate An auxiliary ring extending outward from the outer periphery along the outer circumference,A rotating mechanism for rotating the substrate while facing the reflecting surface;WithEach lamp included in the lamp group is a rod-shaped lamp facing a predetermined direction,The reflecting surface reflects light from the lamps included in the lamp group and substantially focuses the light on the auxiliary ring.
[0011]
Invention of Claim 2 is the heat processing apparatus of
[0012]
Invention of Claim 3 is the heat processing apparatus of
[0013]
The invention according to claim 4Any one of
[0014]
The invention described in claim 5Irradiates the substrate with light and performs processing that involves heatingA heat treatment apparatus,A reflective surface facing the main surface of the substrate to be processed, and a rod-shaped lamp group arranged along the reflective surface so as to face a predetermined direction;Between the lamp group and the other lamp group, another rod-shaped lamp group arranged so as to face a direction different from the predetermined direction between the lamp group and the main surface, A pair of reflecting surfaces for reflecting light from the lamps existing in the regions on both ends in the arrangement direction of the other lamp group;An auxiliary ring extending outward from the outer periphery along the outer periphery of the substrate,The reflecting surface reflects light from the lamps existing in each of the regions on both end sides in the arrangement direction of the lamp group to substantially collect the light on the auxiliary ring, and the pair of reflecting surfaces includes: The light from the lamps existing in each of the regions on both end sides in the arrangement direction of the other lamp group is reflected and condensed on the auxiliary ring.
[0015]
The invention described in claim 6Claim 5A heat treatment apparatus,A rotation mechanism is further provided for rotating the substrate while facing the reflective surface.
[0016]
Invention of Claim 7 is the heat processing apparatus of Claim 6, Comprising:The average irradiation energy with respect to the distance from the central axis of rotation by the rotation mechanism is maximized on the auxiliary ring.
[0017]
The invention according to
[0018]
The invention according to
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
3 and 4 are longitudinal sectional views showing the configuration of the
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
A plurality of
[0026]
The lower surface of the
[0027]
The
[0028]
Below the upper lamp group 41 (that is, between the
[0029]
Each of the
[0030]
FIG. 5 is a block diagram showing a connection relationship between the lamps divided into small groups and the lamp control unit 6 that supplies power to the lamps (even a plurality of lamps are shown as one block). . As shown in FIG. 5, each group is individually connected to the lamp controller 6 and supplied with power independently of each other. Thereby, the intensity distribution of the light irradiated on the upper surface of the
[0031]
On the other hand, in the
[0032]
By providing the
[0033]
On the other hand, in the
[0034]
As shown in FIG. 4, a plurality of
[0035]
When processing involving heating is performed on the
[0036]
Next, the shapes of the
[0037]
FIG. 6 is a diagram showing a state in which light is irradiated from the
[0038]
Reflected light from lamps other than the
[0039]
FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which the
[0040]
The
[0041]
As described above, in the
[0042]
Next, how the reflected light is applied to the
[0043]
From the above, when considering the relationship between the distance from the
[0044]
That is, the concave surfaces corresponding to the
[0045]
In the
[0046]
In FIG. 9, there is no
[0047]
A
[0048]
The graph curve shown in each figure is a result obtained by simulation under the assumption that the substrate and the auxiliary ring are rotated (that is, average relative illuminance and illuminance with respect to the distance from the center of the substrate), and is compared with 2 The two heat treatment apparatuses are the same except that the presence or absence of the
[0049]
As specific conditions in the simulation, the
[0050]
The
[0051]
9 and 10, solid line curves indicated by
[0052]
The long dashed curves indicated by
[0053]
Dotted lines indicated by
[0054]
Table 1 shows the ratio (rated ratio) of the power supplied to the
[0055]
[Table 1]
[0056]
In FIG. 9, when the curve 712 (condition 1) is compared with the curve 713 (condition 2), the relative illuminance decreases in the
[0057]
Further, according to Table 1, when power is distributed to a small group of lamps so as to approach an ideal relative illuminance distribution, in the conventional heat treatment apparatus (condition 3), the
[0058]
As shown by a curve 724 (condition 3) in FIG. 10, when the relative illuminance distribution is brought close to an ideal state in the conventional heat treatment apparatus, the illuminance to the
[0059]
Furthermore, if the rated ratio of the power applied to a plurality of lamps is greatly different as in Condition 3 in the conventional heat treatment apparatus, a difference in response speed and color temperature between lamps or a difference in lamp life will occur. The problem arises. Therefore, in the
[0060]
As described above, in the
[0061]
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
[0062]
For example, the
[0063]
The lamps of the
[0066]
The cross-sectional shape of the concave surface of the
[0067]
The
[0068]
The
[0069]
The lighting control of the
[0071]
【The invention's effect】
According to the present invention, the temperature uniformity of the substrate can be improved during heating.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a conventional heat treatment apparatus.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a conventional heat treatment apparatus.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a heat treatment apparatus.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a heat treatment apparatus.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a lamp and a lamp control unit.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing how reflected light is collected on an auxiliary ring.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing how reflected light is collected on an auxiliary ring.
FIG. 8 is a diagram illustrating a region in which reflected light from one lamp is irradiated to a substrate and an auxiliary ring.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the distance from the center of the substrate and the relative illuminance.
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a distance from the center of a substrate and illuminance.
[Explanation of symbols]
1 Heat treatment equipment
9 Board
31 Auxiliary ring
41 Upper lamp group
42 Lower lamp group
121 Upper reflector
122 Lower reflector
331,332 Coupling member
333 motor
414, 424 lamp
1211, 1221 Concave surface
Claims (9)
処理される基板の主面に対向する反射面と、
前記反射面に沿って配列されたランプ群と、
基板の外周に沿って前記外周から外側に広がる補助リングと、
基板を前記反射面と対向させつつ回転させる回転機構と、
を備え、
前記ランプ群に含まれる各ランプが、所定方向を向く棒状のランプであり、
前記反射面が、前記ランプ群に含まれるランプからの光を反射して前記補助リング上に実質的に集光させることを特徴とする熱処理装置。 A heat treatment apparatus for performing a process involving heating by irradiating light to a circular substrate,
A reflective surface facing the main surface of the substrate to be processed;
A group of lamps arranged along the reflecting surface;
An auxiliary ring extending outward from the outer periphery along the outer periphery of the substrate;
A rotation mechanism for rotating the substrate while facing the reflecting surface;
With
Each lamp included in the lamp group is a rod-shaped lamp facing a predetermined direction,
The heat treatment apparatus, wherein the reflection surface reflects light from lamps included in the lamp group and substantially focuses the light on the auxiliary ring.
前記反射面が、前記ランプ群に含まれる複数のランプからの光を反射して前記補助リング上に実質的に集光させることを特徴とする熱処理装置。The heat treatment apparatus according to claim 1,
The heat treatment apparatus, wherein the reflecting surface reflects light from a plurality of lamps included in the lamp group and substantially concentrates the light on the auxiliary ring.
前記反射面が、前記ランプ群に含まれる複数のランプからの光を同一領域に集光させることを特徴とする熱処理装置。The heat treatment apparatus according to claim 1 or 2 ,
The heat treatment apparatus, wherein the reflection surface collects light from a plurality of lamps included in the lamp group in the same region.
前記回転機構による回転の中心軸からの距離に対する平均的な照射エネルギーが、前記補助リング上で最大となることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus characterized in that an average irradiation energy with respect to a distance from a central axis of rotation by the rotation mechanism is maximized on the auxiliary ring.
処理される基板の主面に対向する反射面と、
所定方向を向くように前記反射面に沿って配列された棒状のランプ群と、
前記ランプ群と前記主面との間において前記所定方向とは異なる方向を向くように配列された棒状のもう1つのランプ群と、
前記ランプ群と前記もう1つのランプ群との間において、前記もう1つのランプ群のうち配列方向に関して両端側の領域に存在するランプからの光を反射する1対の反射面と、
基板の外周に沿って前記外周から外側に広がる補助リングと、
を備え、
前記反射面が、前記ランプ群のうち配列方向に関して両端側の領域のそれぞれに存在するランプからの光を反射して前記補助リング上に実質的に集光させ、前記1対の反射面が、前記もう1つのランプ群のうち配列方向に関して両端側の領域のそれぞれに存在するランプからの光を反射して前記補助リング上に実質的に集光させることを特徴とする熱処理装置。 A heat treatment apparatus for performing a process involving heating by irradiating a substrate with light ,
A reflective surface facing the main surface of the substrate to be processed;
A rod-shaped lamp group arranged along the reflecting surface so as to face a predetermined direction;
Another rod-shaped lamp group arranged so as to face a direction different from the predetermined direction between the lamp group and the main surface;
A pair of reflecting surfaces for reflecting light from lamps existing in both end regions in the arrangement direction of the other lamp group between the lamp group and the other lamp group;
An auxiliary ring extending outward from the outer periphery along the outer periphery of the substrate;
With
The reflecting surface reflects light from the lamps existing in each of the regions on both end sides in the arrangement direction of the lamp group to substantially collect the light on the auxiliary ring, and the pair of reflecting surfaces includes: A heat treatment apparatus characterized in that light from lamps existing in each of both end regions in the arrangement direction of the other lamp group is reflected and substantially condensed on the auxiliary ring.
基板を前記反射面と対向させつつ回転させる回転機構をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。 A heat treatment apparatus, further comprising: a rotation mechanism that rotates the substrate while facing the reflecting surface.
前記回転機構による回転の中心軸からの距離に対する平均的な照射エネルギーが、前記補助リング上で最大となることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus characterized in that an average irradiation energy with respect to a distance from a central axis of rotation by the rotation mechanism is maximized on the auxiliary ring.
前記反射面が、前記ランプ群に含まれる複数のランプからの光を反射して前記補助リング上に実質的に集光させることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus, wherein the reflecting surface reflects light from a plurality of lamps included in the lamp group and substantially concentrates the light on the auxiliary ring.
前記反射面が、前記ランプ群に含まれる複数のランプからの光を同一領域に集光させることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus, wherein the reflection surface collects light from a plurality of lamps included in the lamp group in the same region.
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