JP4236881B2 - Heat treatment equipment - Google Patents

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JP4236881B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハーやガラス基板等(以下、単に「基板」と称する)に閃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】
従来より、イオン注入後の半導体ウェ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ている。このような熱処理装置においては、半導体ウェハーを、例えば、1000℃ないし1100℃程度の温度に加熱(アニール)することにより、半導体ウェハーの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昇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ェハーのイオン活性化を実行した場合においても、半導体ウェ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、熱により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、半導体ウェ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しなければならないという問題が生じていた。
【0004】
上述した問題を解決するため、キセノンフラッシュランプ等を使用して半導体ウェ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ェハーの表面のみを極めて短時間(数ミリセカンド以下)に昇温させる技術が提案されている。キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、イオンが拡散するための十分な時間がないため、半導体ウェハーに打ち込まれたイオンのプロファイルをなまらせることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このようなキセノンフラッシュランプを使用する熱処理装置においても、従来のランプアニール装置と同様に、プロセスにおける最適条件を得るためにプロセス条件を変える必要がある。光照射による熱処理装置の場合、最も重要なプロセス条件の1つは照射強度である。従来のハロゲンランプを使用したランプアニール装置の場合、ランプに供給する電力を制御することによって照射強度を比較的容易に調節することができた。
【0006】
しかしながら、キセノンフラッシュランプを使用する熱処理装置の場合は、ランプに印加する主放電電圧を変化させて照射強度を調節する手法には種々のデメリットが伴う。具体的には、キセノンフラッシュランプに印加する主放電電圧を変化させると発光量−時間の波形が変化するとともに、放電電圧の変化に起因してスペクトル分布も異なってくるという現象が生じる。すなわち、ランプに印加する主放電電圧を単純に変化させるだけでは照射強度のみではなく閃光の光学特性も異なるものとなり、その結果照射強度とウェハー温度との相関が崩れて温度制御が極めて困難になっていたのである。
【0007】
また、キセノンフラッシュランプに印加する主放電電圧を変化させるとランプの劣化特性も変わるという問題もあった。
【0008】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュランプを使用した熱処理装置であっても容易に照射強度を調節することができる熱処理装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、基板に対して閃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、複数のフラッシュランプを有する光源と、基板を保持するとともに、該基板の予備加熱を行うアシスト加熱機構を備える保持手段と、前記光源から閃光を照射するときの基板を保持している前記保持手段と前記光源との間の照射距離を調整する調整手段と、前記光源から閃光を照射したときの当該基板表面の照射強度と前記照射距離とを対応付けた相関テーブルを保持するテーブル保持手段と、を備え、前記調整手段に予め定められた照射強度に相当する照射距離を前記相関テーブルから求め、基板を保持した前記保持手段と前記光源との間の距離が当該照射距離となるようにさせている
【0010】
また、請求項2の発明は、請求項1の発明にかかる熱処理装置において、前記調整手段に、基板を保持している前記保持手段の位置を調整させている。
【0011】
また、請求項3の発明は、請求項1の発明にかかる熱処理装置において、前記調整手段に、前記光源の位置を調整させている。
【0012】
また、請求項4の発明は、請求項1から請求項3のいずれかの発明にかかる熱処理装置において、照射距離の補正量の入力を受け付ける入力手段をさらに備え、前記調整手段に、基板を保持した前記保持手段と前記光源との間の距離が前記相関テーブルから求められた照射距離に前記入力手段から入力された補正量を加算した距離となるようにさせている。
【0013】
また、請求項5の発明は、請求項1から請求項4のいずれかにの発明にかかる熱処理装置において、前記アシスト加熱機構に、基板を200℃ないし600℃に予備加熱させ、前記複数のフラッシュランプに、点灯時間0.1ミリセカンドないし10ミリセカンドにて基板の表面温度を1000℃ないし1100℃に昇温させている。
【0014】
【発明の実施の形態】
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。
【0015】
<1.第1実施形態>
図1および図2は本発明にかかる熱処理装置の第1実施形態を示す側断面図である。この熱処理装置は、キセノンフラッシュランプからの閃光によって半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。
【0016】
この熱処理装置は、透光板61、底板62および一対の側板63、64からなり、その内部に半導体ウェハーWを収納して熱処理するためのチャンバー65を備える。チャンバー65の上部を構成する透光板61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おり、光源5から出射された光を透過してチャンバー65内に導くチャンバー窓として機能している。また、チャンバー65を構成する底板62には、後述する熱拡散板73および加熱プレート74を貫通して半導体ウェハーWをその下面から支持するための支持ピン70が立設されている。
【0017】
また、チャンバー65を構成する側板64には、半導体ウェハーWの搬入および搬出を行うための開口部66が形成されている。開口部66は、軸67を中心に回動するゲートバルブ68により開閉可能となっている。半導体ウェハーWは、開口部66が開放された状態で、図示しない搬送ロボットによりチャンバー65内に搬入される。また、チャンバー65内にて半導体ウェハーWの熱処理が行われるときには、ゲートバルブ68により開口部66が閉鎖される。
【0018】
チャンバー65は光源5の下方に設けられている。光源5は、複数(本実施形態においては27本)のキセノンフラッシュランプ69(以下、単に「フラッシュランプ69」とも称する)と、リフレクタ71とを備える。複数のフラッシュランプ69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水平方向に沿うようにして互いに平行に列設されている。リフレクタ71は、複数のフラッシュランプ69の上方にそれらの全体を被うように配設されている。
【0019】
このキセノンフラッシュランプ69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、該ガラス管の外局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印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときの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69においては、予め蓄えられていた静電エネルギーが0.1ミリセカンドないし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。
【0020】
光源5と透光板61との間には、光拡散板72が配設されている。この光拡散板72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。
【0021】
フラッシュランプ69から放射された光の一部は直接に光拡散板72および透光板61を透過してチャンバー65内へと向かう。また、フラッシュランプ69から放射された光の他の一部は一旦リフレクタ71によって反射されてから光拡散板72および透光板61を透過してチャンバー65内へと向かう。
【0022】
チャンバー65内には、加熱プレート74と熱拡散板73とが設けられている。熱拡散板73は加熱プレート74の上面に貼着されている。また、熱拡散板73の表面には、半導体ウェハーWの位置ずれ防止ピン75が付設されている。
【0023】
加熱プレート74は、半導体ウェハーWを予備加熱(アシスト加熱)するためのものである。この加熱プレート74は、窒化アルミニウムにて構成され、その内部にヒータと該ヒータを制御するためのセンサとを収納した構成を有する。一方、熱拡散板73は、加熱プレート74からの熱エネルギーを拡散して半導体ウェハーWを均一に予備加熱するためのものである。この熱拡散板73の材質としては、サファイア(Al23:酸化アルミニウム)や石英等の比較的熱伝導率が小さいものが採用される。
【0024】
熱拡散板73および加熱プレート74は、モータ40の駆動により、図1に示す半導体ウェハーWの搬入・搬出位置と図2に示す半導体ウェハーWの熱処理位置との間を昇降する構成となっている。
【0025】
すなわち、加熱プレート74は、筒状体41を介して移動板42に連結されている。この移動板42は、チャンバー65の底板62に釣支されたガイド部材43により案内されて昇降可能となっている。また、ガイド部材43の下端部には、固定板44が固定されており、この固定板44の中央部にはボールネジ45を回転駆動するモータ40が配設されている。そして、このボールネジ45は、移動板42と連結部材46、47を介して連結されたナット48と螺合している。このため、熱拡散板73および加熱プレート74は、モータ40の駆動により、図1に示す半導体ウェハーWの搬入・搬出位置と図2に示す半導体ウェハーWの熱処理位置との間を昇降することができる。
【0026】
図1に示す半導体ウェハーWの搬入・搬出位置は、図示しない搬送ロボットを使用して開口部66から搬入した半導体ウェハーWを支持ピン70上に載置し、あるいは、支持ピン70上に載置された半導体ウェハーWを開口部66から搬出することができるように、熱拡散板73および加熱プレート74が下降した位置である。この状態においては、支持ピン70の上端は、熱拡散板73および加熱プレート74に形成された貫通孔を通過し、熱拡散板73の表面より上方に突出する。
【0027】
一方、図2に示す半導体ウェハーWの熱処理位置は、半導体ウェハーWに対して熱処理を行うために、熱拡散板73および加熱プレート74が支持ピン70の上端より上方に上昇した位置である。熱拡散板73および加熱プレート74が図1の搬入・搬出位置から図2の熱処理位置に上昇する過程において、支持ピン70に載置された半導体ウェハーWは熱拡散板73によって受け取られ、その下面を熱拡散板73の表面に支持されて上昇し、チャンバー65内の透光板61に近接した位置に水平姿勢にて保持される。逆に、熱拡散板73および加熱プレート74が熱処理位置から搬入・搬出位置に下降する過程においては、熱拡散板73に支持された半導体ウェハーWは支持ピン70に受け渡される。
【0028】
半導体ウェハーWを支持する熱拡散板73および加熱プレート74が熱処理位置に上昇した状態においては、それらに保持された半導体ウェハーWと光源5との間に透光板61が位置することとなる。なお、このときの熱拡散板73と光源5との間の距離についてはモータ40の回転量を制御することにより任意の値に調整することが可能となっているのであるが、その調整についてはさらに後述する。
【0029】
また、チャンバー65の底板62と移動板42との間には筒状体41の周囲を取り囲むようにしてチャンバー65を気密状体に維持するための伸縮自在の蛇腹77が配設されている。熱拡散板73および加熱プレート74が熱処理位置まで上昇したときには蛇腹77が収縮し、熱拡散板73および加熱プレート74が搬入・搬出位置まで下降したときには蛇腹77が伸長してチャンバー65内の雰囲気と外部雰囲気とを遮断する。
【0030】
チャンバー65における開口部66と反対側の側板63には、開閉弁80に連通接続された導入路78が形成されている。この導入路78は、チャンバー65内に処理に必要なガス、例えば不活性な窒素ガスを導入するためのものである。一方、側板64における開口部66には、開閉弁81に連通接続された排出路79が形成されている。この排出路79は、チャンバー65内の気体を排出するためのものであり、開閉弁81を介して図示しない排気手段と接続されている。
【0031】
また、上記熱処理装置は、モータ40等の各機構部を制御するためのコントローラ10を備えている。図3は、コントローラ10の構成を示すブロック図である。コントローラ10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、コントローラ10は、各種演算処理を行うCPU11、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるROM12、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるRAM13および制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスク14をバスライン19に接続して構成されている。
【0032】
また、バスライン19には、熱処理装置のモータ40およびセンサ25が電気的に接続されている。センサ25は、熱拡散板73とフラッシュランプ69との間の距離を測定する測距手段であり、第1実施形態では例えばモータ40の回転量を検出するエンコーダを採用している。コントローラ10のCPU11は、センサ25の検出結果に基づいて熱拡散板73および加熱プレート74と光源5との間の距離が所定値となるようにモータ40を制御することができる。
【0033】
さらに、バスライン19には、表示部21および入力部22が電気的に接続されている。表示部21は、例えば液晶ディスプレイ等を用いて構成されており、処理結果やレシピ内容等の種々の情報を表示する。入力部22は、例えばキーボードやマウス等を用いて構成されており、コマンドやパラメータ等の入力を受け付ける。装置のオペレータは、表示部21に表示された内容を確認しつつ入力部22からコマンドやパラメータ等の入力を行うことができる。なお、表示部21と入力部22とを一体化してタッチパネルとして構成するようにしても良い。
【0034】
次に、本発明にかかる熱処理装置による半導体ウェハーWの熱処理動作について説明する。この熱処理装置において処理対象となる半導体ウェハーWは、イオン注入後の半導体ウェハーである。
【0035】
この熱処理装置においては、熱拡散板73および加熱プレート74が図1に示す半導体ウェハーWの搬入・搬出位置に配置された状態にて、図示しない搬送ロボットにより開口部66を介して半導体ウェハーWが搬入され、支持ピン70上に載置される。半導体ウェハーWの搬入が完了すれば、開口部66がゲートバルブ68により閉鎖される。しかる後、熱拡散板73および加熱プレート74がモータ40の駆動により図2に示す半導体ウェハーWの熱処理位置まで上昇し、半導体ウェハーWを水平姿勢にて保持する。
【0036】
このときにコントローラ10のCPU11は、半導体ウェハーWを保持する熱拡散板73および加熱プレート74と光源5との間の距離を予め定められた照射強度が得られるように調整する。具体的には以下のようにして行う。まず、予め実験またはシミュレーションによって光源5から閃光を照射したときの半導体ウェハーW表面の照射強度と照射距離との相関関係を求めておく。照射距離とは光源5から閃光を照射するときの半導体ウェハーWを保持している熱拡散板73および加熱プレート74と光源5との間の距離である。その照射距離と当該半導体ウェハーW(熱拡散板73および加熱プレート74によって保持されている半導体ウェハーW)の表面の照射強度との相関関係を実験的に求めて相関テーブルを作成する。
【0037】
図4は、半導体ウェハーW表面の照射強度と照射距離との相関関係を表す相関テーブルの一例を示す図である。照射距離が長くなるにしたがって半導体ウェハーWの表面の照射強度が低くなる。
【0038】
図4の如き相関テーブルはルックアップテーブルLUTとして磁気ディスク14に格納される(図3)。そして、CPU11は、ルックアップテーブルLUTを参照して予め定められた照射強度に相当する照射距離を求め、半導体ウェハーWを保持した熱拡散板73および加熱プレート74と光源5との間の距離が当該照射距離となるようにモータ40を制御する。なお、「予め定められた照射強度」は処理対象となる半導体ウェハーWについてのレシピに記述しておいても良いし、装置のオペレータが処理の都度入力部22から入力するようにしても良い。例えば、オペレータが処理に必要な照射強度をL1と入力したとすると、CPU11は照射強度L1に相当する照射距離H1をルックアップテーブルLUTから求め、半導体ウェハーWを保持した熱拡散板73および加熱プレート74と光源5との間の距離が照射距離H1となるようにモータ40を制御する。
【0039】
このようにして半導体ウェハーWが熱処理位置まで上昇されると、開閉弁80および開閉弁81を開いてチャンバー65内に窒素ガスの気流を形成する。また、熱拡散板73および加熱プレート74は、加熱プレート74に内蔵されたヒータの作用により予め所定温度に加熱されている。このため、熱拡散板73および加熱プレート74が半導体ウェハーWの熱処理位置まで上昇した状態においては、半導体ウェハーWが加熱状態にある熱拡散板73と接触することにより予備加熱され、半導体ウェハーWの温度が次第に上昇する。
【0040】
この状態においては、半導体ウェハーWは熱拡散板73により継続して加熱される。そして、半導体ウェハーWの温度上昇時には、図示しない温度センサにより、半導体ウェハーWの表面温度が予備加熱温度T1に到達したか否かを常に監視する。
【0041】
なお、この予備加熱温度T1は、例えば200℃ないし600℃程度の温度である。半導体ウェハーWをこの程度の予備加熱温度T1まで加熱したとしても、半導体ウェハーWに打ち込まれたイオンが拡散してしまうことはない。
【0042】
やがて、半導体ウェハーWの表面温度が予備加熱温度T1に到達すると、フラッシュランプ69を点灯してフラッシュ加熱を行う。このフラッシュ加熱工程におけるフラッシュランプ69の点灯時間は、0.1ミリセカンドないし10ミリセカンド程度の時間である。このように、フラッシュランプ69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。
【0043】
このようなフラッシュ加熱により、半導体ウェハーWの表面の照射強度は瞬間的にL1となり、その表面温度は瞬間的に温度T2に到達する。この温度T2は、1000℃ないし1100℃程度の半導体ウェハーWのイオン活性化処理に必要な温度である。半導体ウェハーWの表面がこのような処理温度T2にまで昇温されることにより、半導体ウェハーW中に打ち込まれたイオンが活性化される。従って、イオン活性化に必要な温度T2が得られる照射強度L1を入力部22から入力またはレシピに設定しておけば良いのである。
【0044】
フラッシュ加熱時、半導体ウェハーWの表面温度が0.1ミリセカンドないし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、半導体ウェハーW中のイオン活性化は短時間で完了する。従って、半導体ウェハーWに打ち込まれたイオンが拡散することはなく、半導体ウェハー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。なお、イオン活性化に必要な時間はイオンの拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、0.1ミリセカンドないし10ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であってもイオン活性化は完了する。
【0045】
また、フラッシュランプ69を点灯して半導体ウェハーWを加熱する前に、加熱プレート74を使用して半導体ウェハーWの表面温度を200℃ないし600℃程度の予備加熱温度T1まで加熱していることから、フラッシュランプ69により半導体ウェハーWを1000℃ないし1100℃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。
【0046】
また、加熱プレート74が半導体ウェハーWとともに上昇されるので、照射距離の調整にかかわらず予備加熱は支障なく行なわれる。
【0047】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、熱拡散板73および加熱プレート74がモータ40の駆動により図1に示す半導体ウェハーWの搬入・搬出位置まで下降するとともに、ゲートバルブ68により閉鎖されていた開口部66が開放される。そして、支持ピン70上に載置された半導体ウェハーWが図示しない搬送ロボットにより搬出される。以上のようにして、一連の熱処理動作が完了する。
【0048】
このような熱処理装置において、処理温度を変更したいとき、つまり照射強度を変えたいときには入力部22から新たな照射強度を入力する。例えば、レシピでは照射強度L1と設定されていた半導体ウェハーWの照射強度をL2にしたいときには、オペレータが入力部22から新たな照射強度L2を入力する。すると、CPU11は新たな照射強度L2に相当する照射距離H2をルックアップテーブルLUTから求め、半導体ウェハーWを保持した熱拡散板73および加熱プレート74と光源5との間の距離が照射距離H1から照射距離H2となるようにモータ40を制御する。このようにして、光源5から閃光を照射するときの半導体ウェハーWを保持している熱拡散板73および加熱プレート74と光源5との間の照射距離を調整、つまり変更するのである。
【0049】
また、フラッシュランプ69の劣化等によって半導体ウェハーW表面の照射強度と照射距離との相関関係自体が変化してしまう場合もある。このような場合は、ルックアップテーブルLUTに従った照射距離の調整がなされた後に、オペレータが入力部22から照射距離の補正量を入力する。例えば、フラッシュランプ69の劣化して照度が低下しているような場合は、照射距離を短くするような補正量を入力する。すると、CPU11は、半導体ウェハーWを保持した熱拡散板73および加熱プレート74と光源5との間の距離がルックアップテーブルLUTから求められた照射距離にその補正量を加算した距離となるようにモータ40を制御する。このようにして、フラッシュランプ69の劣化等の装置状態の変化を補償するための照射距離の調整、つまり補正を行う。
【0050】
以上のようにすれば、フラッシュランプ69に印加する主放電電圧を一定にしたまま、照射距離を調整することによって照射強度を調節することができるため、フラッシュランプ69から照射される光の光学特性を異ならせることなく容易に照射強度を調節することができる。
【0051】
<2.第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。上述した第1実施形態においては、半導体ウェハーWを保持している熱拡散板73および加熱プレート74の位置を調整することにより照射距離を調整していたが、第2実施形態においては、光源5の位置を調整することにより照射距離を調整する構成となっている。図5は、本発明にかかる熱処理装置の第2実施形態を示す側断面図である。なお、上述した第1実施形態の熱処理装置と同様の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0052】
第2実施形態の熱処理装置においては、フラッシュランプ69およびリフレクタ71を収納するケーシング51が、一対のモータ52により回転するボールネジ53の駆動を受けて昇降する構成となっている。熱拡散板73および加熱プレート74と光源5との間の距離はモータ52の回転量を制御することにより任意の値に調整することが可能となっている。
【0053】
また、センサ55は、熱拡散板73とフラッシュランプ69との間の距離を測定する測距手段であり、第2実施形態ではモータ52の回転量を検出するエンコーダを採用している。モータ52およびセンサ55はコントローラ10のバスライン19に電気的に接続されている。これにより、コントローラ10のCPU11は、センサ55の検出結果に基づいて熱拡散板73および加熱プレート74と光源5との間の距離が所定値となるようにモータ52を制御することができる。
【0054】
第2実施形態の熱処理装置による半導体ウェハーWの熱処理動作については第1実施形態と同じである。そして、コントローラ10のCPU11は、半導体ウェハーWを保持する熱拡散板73および加熱プレート74と光源5との間の距離を予め定められた照射強度が得られるようにモータ52を制御して調整する。また、照射強度を変更したい場合や補正量を入力する場合についても第1実施形態と同じである。
【0055】
この第2実施形態においても第1実施形態と同様に、フラッシュランプ69に印加する主放電電圧を一定にしたまま、照射距離を調整することによって照射強度を調節することができるため、フラッシュランプ69から照射される光の光学特性を異ならせることなく容易に照射強度を調節することができる。
【0056】
<3.変形例>
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態においては、モータ40により熱拡散板73および加熱プレート74を昇降させるまたはモータ52により光源5を昇降させるようにしていたが、熱拡散板73および加熱プレート74並びに光源5の双方を同時に昇降させる構成としても良い。すなわち、半導体ウェハーWを保持する保持手段と光源との距離を相対的に調整する構成であれば良い。
【0057】
また、センサ25,55としてエンコーダを採用するのに代えて、熱拡散板73と光源5との間の距離を直接測定する光学センサを採用するようにしても良い。
【0058】
また、上記各実施形態においては、半導体ウェハーに光を照射してイオン活性化処理を行うようにしていたが、本発明にかかる熱処理装置による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い。例えば、窒化シリコン膜や多結晶シリコン膜等の種々のシリコン膜が形成されたガラス基板に対して本発明にかかる熱処理装置による処理を行っても良い。一例として、CVD法によりガラス基板上に形成した多結晶シリコン膜にシリコンをイオン注入して非晶質化した非晶質シリコン膜を形成し、さらにその上に反射防止膜となる酸化シリコン膜を形成する。この状態で、本発明にかかる熱処理装置により非晶質のシリコン膜の全面に光照射を行い、非晶質のシリコン膜が多結晶化した多結晶シリコン膜を形成することもできる。
【0059】
また、ガラス基板上に下地酸化シリコン膜、アモルファスシリコンを結晶化したポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜にリンやボロン等の不純物をドーピングした構造のTFT基板に対して本発明にかかる熱処理装置により光照射を行い、ドーピング工程で打ち込まれた不純物の活性化を行うこともできる。
【0060】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1から請求項5の発明によれば、光源から閃光を照射するときの基板を保持している保持手段と光源との間の照射距離を調整するため、フラッシュランプに印加する放電電圧を一定にしたまま照射距離を調整することによって照射強度を調節することができ、フラッシュランプを使用した熱処理装置であっても容易に照射強度を調節することができる。また、予め定められた照射強度に相当する照射距離を相関テーブルから求め、基板を保持した保持手段と光源との間の距離が当該照射距離となるようにするため、容易かつ確実に照射距離を調整して照射強度を調節することができる。
【0061】
また、請求項2の発明によれば、基板を保持している保持手段の位置を調整するため、容易に照射距離を調整することができる。
【0062】
また、請求項3の発明によれば、光源の位置を調整するため、容易に照射距離を調整することができる。
【0064】
また、請求項の発明によれば、基板を保持した保持手段と光源との間の距離が相関テーブルから求められた照射距離に入力手段から入力された補正量を加算した距離となるようにしているため、装置状態の変化を補償するための照射距離の調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる熱処理装置の第1実施形態を示す側断面図である。
【図2】本発明にかかる熱処理装置の第1実施形態を示す側断面図である。
【図3】コントローラの構成を示すブロック図である。
【図4】半導体ウェハー表面の照射強度と照射距離との相関関係を表す相関テーブルの一例を示す図である。
【図5】本発明にかかる熱処理装置の第2実施形態を示す側断面図である。
【符号の説明】
5 光源
10 コントローラ
11 CPU
14 磁気ディスク
21 表示部
22 入力部
25,55 センサ
61 透光板
40,52 モータ
65 チャンバー
69 フラッシュランプ
71 リフレクタ
73 熱拡散板
74 加熱プレート
LUT ルックアップテーブル
W 半導体ウェハー
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat treatment apparatus for heat treating a substrate by irradiating a semiconductor wafer, a glass substrate or the like (hereinafter simply referred to as “substrate”) with flash light.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an ion activation process of a semiconductor wafer after ion implantation, a heat treatment apparatus such as a lamp annealing apparatus using a halogen lamp has been used. In such a heat treatment apparatus, the semiconductor wafer is ion-activated by heating (annealing) the semiconductor wafer to a temperature of about 1000 ° C. to 1100 ° C., for example. In such a heat treatment apparatus, the temperature of the substrate is raised at a rate of several hundred degrees per second by using the energy of light irradiated from the halogen lamp.
[0003]
However, even when ion activation of a semiconductor wafer is performed using a heat treatment apparatus that raises the temperature of the substrate at a speed of several hundred degrees per second, the profile of ions implanted into the semiconductor wafer is reduced, that is, due to heat It has been found that a phenomenon occurs in which ions diffuse. When such a phenomenon occurs, even if ions are implanted at a high concentration on the surface of the semiconductor wafer, the ions after implantation are diffused, so that ions must be implanted more than necessary. Has occurred.
[0004]
In order to solve the above-mentioned problems, the surface of the semiconductor wafer is irradiated with flash light using a xenon flash lamp or the like, so that only the surface of the semiconductor wafer into which ions are implanted is raised in a very short time (several milliseconds or less). Techniques for warming have been proposed. If the temperature is raised for a very short time with a xenon flash lamp, there is not enough time for ions to diffuse, so only ion activation is performed without the profile of the ions implanted in the semiconductor wafer being distorted. Can do it.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Also in the heat treatment apparatus using such a xenon flash lamp, it is necessary to change the process conditions in order to obtain the optimum conditions in the process, as in the conventional lamp annealing apparatus. In the case of a heat treatment apparatus using light irradiation, one of the most important process conditions is irradiation intensity. In the case of a lamp annealing apparatus using a conventional halogen lamp, the irradiation intensity can be adjusted relatively easily by controlling the power supplied to the lamp.
[0006]
However, in the case of a heat treatment apparatus using a xenon flash lamp, there are various disadvantages in the method of adjusting the irradiation intensity by changing the main discharge voltage applied to the lamp. Specifically, when the main discharge voltage applied to the xenon flash lamp is changed, the light emission amount-time waveform is changed, and the spectrum distribution is also changed due to the change of the discharge voltage. In other words, simply changing the main discharge voltage applied to the lamp will change not only the irradiation intensity but also the optical characteristics of the flash. As a result, the correlation between the irradiation intensity and the wafer temperature collapses, making temperature control extremely difficult. It was.
[0007]
Further, there is a problem that the deterioration characteristics of the lamp also change when the main discharge voltage applied to the xenon flash lamp is changed.
[0008]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a heat treatment apparatus capable of easily adjusting the irradiation intensity even in a heat treatment apparatus using a flash lamp.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention is a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating flash light on the substrate, holding a light source having a plurality of flash lamps, the substrate, and the substrate. A holding means having an assist heating mechanism for performing preliminary heating, an adjusting means for adjusting an irradiation distance between the light source and the holding means for holding the substrate when the flash light is emitted from the light source, and the light source A table holding means for holding a correlation table that associates the irradiation intensity of the substrate surface with the irradiation distance when the flash light is irradiated from the irradiation distance, and the irradiation distance corresponding to the irradiation intensity predetermined for the adjustment means Is obtained from the correlation table, and the distance between the holding means holding the substrate and the light source is set to be the irradiation distance .
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first aspect of the invention, the adjustment means adjusts the position of the holding means holding the substrate.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first aspect of the invention, the adjustment means adjusts the position of the light source.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the first to third aspects of the present invention, the heat treatment apparatus further includes an input unit that receives an input of an irradiation distance correction amount, and the adjustment unit holds the substrate. The distance between the holding means and the light source is set to a distance obtained by adding the correction amount input from the input means to the irradiation distance obtained from the correlation table .
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, the assist heating mechanism preheats the substrate to 200 ° C. to 600 ° C., and the plurality of flashes. The surface temperature of the substrate is raised to 1000 ° C. to 1100 ° C. with a lighting time of 0.1 to 10 milliseconds .
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
<1. First Embodiment>
1 and 2 are side sectional views showing a first embodiment of a heat treatment apparatus according to the present invention. This heat treatment apparatus is an apparatus for performing heat treatment of a substrate such as a semiconductor wafer by flash light from a xenon flash lamp.
[0016]
This heat treatment apparatus includes a light transmitting plate 61, a bottom plate 62, and a pair of side plates 63 and 64, and includes a chamber 65 for housing the semiconductor wafer W and heat-treating it. The translucent plate 61 constituting the upper part of the chamber 65 is made of, for example, a material having infrared transparency such as quartz, and functions as a chamber window that transmits light emitted from the light source 5 and guides it into the chamber 65. is doing. The bottom plate 62 constituting the chamber 65 is provided with support pins 70 that pass through a heat diffusion plate 73 and a heating plate 74 described later to support the semiconductor wafer W from its lower surface.
[0017]
Further, an opening 66 for carrying in and out the semiconductor wafer W is formed in the side plate 64 constituting the chamber 65. The opening 66 can be opened and closed by a gate valve 68 that rotates about a shaft 67. The semiconductor wafer W is loaded into the chamber 65 by a transfer robot (not shown) with the opening 66 opened . Further, when the semiconductor wafer W is heat-treated in the chamber 65, the opening 66 is closed by the gate valve 68.
[0018]
The chamber 65 is provided below the light source 5. The light source 5 includes a plurality (27 in the present embodiment) of xenon flash lamps 69 (hereinafter also simply referred to as “flash lamps 69”) and a reflector 71. The plurality of flash lamps 69 are rod-shaped lamps each having a long cylindrical shape, and are arranged in parallel with each other such that the longitudinal direction thereof is along the horizontal direction. The reflector 71 is disposed above the plurality of flash lamps 69 so as to cover them entirely.
[0019]
The xenon flash lamp 69 includes a glass tube in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode connected to a capacitor at both ends thereof, and a trigger electrode wound around an external portion of the glass tube. Is provided. Since xenon gas is an electrical insulator, electricity does not flow into the glass tube under normal conditions. However, if the insulation is broken by applying a high voltage to the trigger electrode, the electricity stored in the capacitor instantaneously flows into the glass tube, and the xenon gas is heated by Joule heat at that time, and light is emitted. . In the xenon flash lamp 69, the electrostatic energy stored in advance is converted into an extremely short light pulse of 0.1 millisecond to 10 millisecond. It has the feature that it can.
[0020]
A light diffusing plate 72 is disposed between the light source 5 and the translucent plate 61. As the light diffusion plate 72, a surface of quartz glass as an infrared transmitting material subjected to light diffusion processing is used.
[0021]
Part of the light emitted from the flash lamp 69 passes directly through the light diffusing plate 72 and the light transmitting plate 61 toward the chamber 65. Further, another part of the light emitted from the flash lamp 69 is once reflected by the reflector 71, then passes through the light diffusing plate 72 and the light transmitting plate 61 and goes into the chamber 65.
[0022]
A heating plate 74 and a heat diffusion plate 73 are provided in the chamber 65. The heat diffusion plate 73 is attached to the upper surface of the heating plate 74. Further, a position shift prevention pin 75 of the semiconductor wafer W is attached to the surface of the heat diffusion plate 73.
[0023]
The heating plate 74 is for preheating (assist heating) the semiconductor wafer W. The heating plate 74 is made of aluminum nitride and has a configuration in which a heater and a sensor for controlling the heater are housed. On the other hand, the heat diffusing plate 73 diffuses the heat energy from the heating plate 74 and uniformly preheats the semiconductor wafer W. As the material of the heat diffusion plate 73, a material having a relatively low thermal conductivity such as sapphire (Al 2 O 3 : aluminum oxide) or quartz is employed.
[0024]
The heat diffusing plate 73 and the heating plate 74 are configured to move up and down between the loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 1 and the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG. .
[0025]
That is, the heating plate 74 is connected to the moving plate 42 via the cylindrical body 41. The moving plate 42 can be moved up and down by being guided by a guide member 43 supported by a bottom plate 62 of the chamber 65. A fixed plate 44 is fixed to the lower end portion of the guide member 43, and a motor 40 that rotationally drives a ball screw 45 is disposed at the central portion of the fixed plate 44. The ball screw 45 is screwed with a nut 48 connected to the moving plate 42 via connecting members 46 and 47. Therefore, the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 can be moved up and down between the loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 1 and the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG. it can.
[0026]
The loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 1 is placed on the support pin 70 by placing the semiconductor wafer W loaded from the opening 66 using a transfer robot (not shown). This is the position where the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are lowered so that the completed semiconductor wafer W can be carried out from the opening 66. In this state, the upper end of the support pin 70 passes through the through holes formed in the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 and protrudes upward from the surface of the heat diffusion plate 73.
[0027]
On the other hand, the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 2 is a position where the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are raised above the upper ends of the support pins 70 in order to perform heat treatment on the semiconductor wafer W. In the process in which the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are raised from the loading / unloading position of FIG. 1 to the heat treatment position of FIG. 2, the semiconductor wafer W placed on the support pins 70 is received by the heat diffusion plate 73 and its lower surface. Is supported by the surface of the heat diffusing plate 73, and is held in a horizontal posture at a position in the chamber 65 close to the translucent plate 61. Conversely, in the process in which the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are lowered from the heat treatment position to the carry-in / carry-out position, the semiconductor wafer W supported by the heat diffusion plate 73 is transferred to the support pins 70.
[0028]
In a state where the thermal diffusion plate 73 and the heating plate 74 that support the semiconductor wafer W are raised to the heat treatment position, the translucent plate 61 is located between the semiconductor wafer W held by them and the light source 5. Note that the distance between the heat diffusion plate 73 and the light source 5 at this time can be adjusted to an arbitrary value by controlling the rotation amount of the motor 40. Further, it will be described later.
[0029]
Further, between the bottom plate 62 of the chamber 65 and the moving plate 42, a telescopic bellows 77 is disposed so as to surround the cylindrical body 41 and maintain the chamber 65 in an airtight body. When the heat diffusing plate 73 and the heating plate 74 are raised to the heat treatment position, the bellows 77 contracts, and when the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are lowered to the loading / unloading position, the bellows 77 is expanded and the atmosphere in the chamber 65 is increased. Shut off from outside atmosphere.
[0030]
In the side plate 63 opposite to the opening 66 in the chamber 65, an introduction path 78 connected to the on-off valve 80 is formed. The introduction path 78 is for introducing a gas necessary for processing, for example, an inert nitrogen gas, into the chamber 65. On the other hand, a discharge passage 79 connected to the on-off valve 81 is formed in the opening 66 in the side plate 64. The discharge path 79 is for discharging the gas in the chamber 65, and is connected to an exhaust means (not shown) via the on-off valve 81.
[0031]
The heat treatment apparatus includes a controller 10 for controlling each mechanism unit such as the motor 40. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the controller 10. The configuration of the controller 10 as hardware is the same as that of a general computer. That is, the controller 10 stores a CPU 11 that performs various arithmetic processes, a ROM 12 that is a read-only memory that stores basic programs, a RAM 13 that is a readable / writable memory that stores various information, control software, data, and the like. A magnetic disk 14 is connected to a bus line 19.
[0032]
The bus line 19 is electrically connected to a motor 40 and a sensor 25 of a heat treatment apparatus. The sensor 25 is a distance measuring unit that measures the distance between the heat diffusion plate 73 and the flash lamp 69. In the first embodiment, for example, an encoder that detects the amount of rotation of the motor 40 is employed. The CPU 11 of the controller 10 can control the motor 40 based on the detection result of the sensor 25 so that the distance between the heat diffusing plate 73 and the heating plate 74 and the light source 5 becomes a predetermined value.
[0033]
Further, a display unit 21 and an input unit 22 are electrically connected to the bus line 19. The display unit 21 is configured using, for example, a liquid crystal display or the like, and displays various information such as processing results and recipe contents. The input unit 22 is configured using, for example, a keyboard, a mouse, and the like, and receives input of commands, parameters, and the like. The operator of the apparatus can input commands and parameters from the input unit 22 while confirming the contents displayed on the display unit 21. Note that the display unit 21 and the input unit 22 may be integrated to form a touch panel.
[0034]
Next, the heat treatment operation of the semiconductor wafer W by the heat treatment apparatus according to the present invention will be described. A semiconductor wafer W to be processed in this heat treatment apparatus is a semiconductor wafer after ion implantation.
[0035]
In this heat treatment apparatus, in a state where the heat diffusing plate 73 and the heating plate 74 are arranged at the loading / unloading positions of the semiconductor wafer W shown in FIG. It is carried in and placed on the support pin 70. When the loading of the semiconductor wafer W is completed, the opening 66 is closed by the gate valve 68. Thereafter, the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are raised to the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 2 by driving the motor 40 to hold the semiconductor wafer W in a horizontal posture.
[0036]
At this time, the CPU 11 of the controller 10 adjusts the distance between the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 holding the semiconductor wafer W and the light source 5 so that a predetermined irradiation intensity can be obtained. Specifically, it is performed as follows. First, the correlation between the irradiation intensity on the surface of the semiconductor wafer W and the irradiation distance when the flash light is irradiated from the light source 5 is obtained in advance by experiment or simulation. The irradiation distance is a distance between the light source 5 and the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 that hold the semiconductor wafer W when the flash light is irradiated from the light source 5. A correlation table is created by experimentally determining the correlation between the irradiation distance and the irradiation intensity of the surface of the semiconductor wafer W (the semiconductor wafer W held by the thermal diffusion plate 73 and the heating plate 74).
[0037]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a correlation table representing the correlation between the irradiation intensity on the surface of the semiconductor wafer W and the irradiation distance. As the irradiation distance increases, the irradiation intensity on the surface of the semiconductor wafer W decreases.
[0038]
The correlation table as shown in FIG. 4 is stored in the magnetic disk 14 as a lookup table LUT (FIG. 3). The CPU 11 obtains an irradiation distance corresponding to a predetermined irradiation intensity with reference to the lookup table LUT, and the distance between the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 holding the semiconductor wafer W and the light source 5 is determined. The motor 40 is controlled so as to be the irradiation distance. The “predetermined irradiation intensity” may be described in a recipe for the semiconductor wafer W to be processed, or may be input from the input unit 22 by the operator of the apparatus each time processing is performed. For example, if the operator inputs the irradiation intensity required for processing as L1, the CPU 11 obtains an irradiation distance H1 corresponding to the irradiation intensity L1 from the lookup table LUT, and the heat diffusion plate 73 and the heating plate holding the semiconductor wafer W. The motor 40 is controlled so that the distance between the light source 74 and the light source 5 becomes the irradiation distance H1.
[0039]
When the semiconductor wafer W is raised to the heat treatment position in this way, the on-off valve 80 and the on-off valve 81 are opened to form a nitrogen gas flow in the chamber 65. Further, the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are preheated to a predetermined temperature by the action of a heater built in the heating plate 74. For this reason, in a state where the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are raised to the heat treatment position of the semiconductor wafer W, the semiconductor wafer W is preheated by contacting the heat diffusion plate 73 in a heated state, and the semiconductor wafer W The temperature gradually increases.
[0040]
In this state, the semiconductor wafer W is continuously heated by the heat diffusion plate 73. When the temperature of the semiconductor wafer W rises, a temperature sensor (not shown) always monitors whether or not the surface temperature of the semiconductor wafer W has reached the preheating temperature T1.
[0041]
The preheating temperature T1 is, for example, about 200 ° C. to 600 ° C. Even if the semiconductor wafer W is heated to such a preheating temperature T1, ions implanted into the semiconductor wafer W will not diffuse.
[0042]
Eventually, when the surface temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the flash lamp 69 is turned on to perform flash heating. The lighting time of the flash lamp 69 in this flash heating process is a time of about 0.1 to 10 milliseconds. Thus, in the flash lamp 69, the electrostatic energy stored in advance is converted into such an extremely short light pulse, so that an extremely strong flash light is irradiated.
[0043]
By such flash heating, the irradiation intensity on the surface of the semiconductor wafer W instantaneously becomes L1, and the surface temperature instantaneously reaches the temperature T2. This temperature T2 is a temperature necessary for the ion activation treatment of the semiconductor wafer W at about 1000 ° C. to 1100 ° C. When the surface of the semiconductor wafer W is heated to such a processing temperature T2, ions implanted into the semiconductor wafer W are activated. Therefore, the irradiation intensity L1 at which the temperature T2 necessary for ion activation can be obtained can be input from the input unit 22 or set in a recipe.
[0044]
During flash heating, the surface temperature of the semiconductor wafer W is raised to the processing temperature T2 in an extremely short time of about 0.1 to 10 milliseconds, so that the ion activation in the semiconductor wafer W is completed in a short time. To do. Therefore, the ions implanted into the semiconductor wafer W do not diffuse, and it is possible to prevent the phenomenon that the profile of the ions implanted into the semiconductor wafer W is lost. Since the time required for ion activation is extremely short compared with the time required for ion diffusion, the ion activation is performed even for a short time in which no diffusion of about 0.1 millisecond to 10 millisecond occurs. Complete.
[0045]
Further, before the flash lamp 69 is turned on to heat the semiconductor wafer W, the surface temperature of the semiconductor wafer W is heated to the preheating temperature T1 of about 200 ° C. to 600 ° C. using the heating plate 74. The flash lamp 69 makes it possible to quickly raise the temperature of the semiconductor wafer W to the processing temperature T2 of about 1000 ° C. to 1100 ° C.
[0046]
Further, since the heating plate 74 is raised together with the semiconductor wafer W, the preliminary heating is performed without any problem regardless of the adjustment of the irradiation distance.
[0047]
After the flash heating process is completed, the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are lowered to the loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. There are opened. Then, the semiconductor wafer W placed on the support pins 70 is carried out by a transfer robot (not shown). As described above, a series of heat treatment operations is completed.
[0048]
In such a heat treatment apparatus, when it is desired to change the processing temperature, that is, to change the irradiation intensity, a new irradiation intensity is input from the input unit 22. For example, when it is desired to set the irradiation intensity of the semiconductor wafer W set to the irradiation intensity L1 in the recipe to L2, the operator inputs a new irradiation intensity L2 from the input unit 22. Then, the CPU 11 obtains an irradiation distance H2 corresponding to the new irradiation intensity L2 from the look-up table LUT, and the distance between the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 holding the semiconductor wafer W and the light source 5 is determined from the irradiation distance H1. The motor 40 is controlled so that the irradiation distance is H2. In this way, the irradiation distance between the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 holding the semiconductor wafer W when the flash light is irradiated from the light source 5 and the light source 5 is adjusted, that is, changed.
[0049]
Further, the correlation itself between the irradiation intensity on the surface of the semiconductor wafer W and the irradiation distance may change due to deterioration of the flash lamp 69 or the like. In such a case, after the irradiation distance is adjusted according to the lookup table LUT, the operator inputs the irradiation distance correction amount from the input unit 22. For example, when the flash lamp 69 is deteriorated and the illuminance is reduced, a correction amount that shortens the irradiation distance is input. Then, the CPU 11 causes the distance between the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 holding the semiconductor wafer W and the light source 5 to be a distance obtained by adding the correction amount to the irradiation distance obtained from the lookup table LUT. The motor 40 is controlled. In this way, the irradiation distance is adjusted, i.e., corrected, to compensate for changes in the apparatus state such as deterioration of the flash lamp 69.
[0050]
In this way, the irradiation intensity can be adjusted by adjusting the irradiation distance while keeping the main discharge voltage applied to the flash lamp 69 constant, so that the optical characteristics of the light emitted from the flash lamp 69 can be adjusted. Irradiation intensity can be easily adjusted without making the difference.
[0051]
<2. Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the irradiation distance is adjusted by adjusting the positions of the thermal diffusion plate 73 and the heating plate 74 holding the semiconductor wafer W. However, in the second embodiment, the light source 5 is adjusted. The irradiation distance is adjusted by adjusting the position. FIG. 5 is a side sectional view showing a second embodiment of the heat treatment apparatus according to the present invention. In addition, about the member similar to the heat processing apparatus of 1st Embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
[0052]
In the heat treatment apparatus of the second embodiment, the casing 51 that houses the flash lamp 69 and the reflector 71 is configured to move up and down under the driving of a ball screw 53 that is rotated by a pair of motors 52. The distance between the heat diffusing plate 73 and the heating plate 74 and the light source 5 can be adjusted to an arbitrary value by controlling the rotation amount of the motor 52.
[0053]
The sensor 55 is distance measuring means for measuring the distance between the heat diffusing plate 73 and the flash lamp 69. In the second embodiment, an encoder that detects the rotation amount of the motor 52 is employed. The motor 52 and the sensor 55 are electrically connected to the bus line 19 of the controller 10. Thus, the CPU 11 of the controller 10 can control the motor 52 based on the detection result of the sensor 55 so that the distances between the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 and the light source 5 become a predetermined value.
[0054]
The heat treatment operation of the semiconductor wafer W by the heat treatment apparatus of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. Then, the CPU 11 of the controller 10 controls the motor 52 to adjust the distance between the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 holding the semiconductor wafer W and the light source 5 so as to obtain a predetermined irradiation intensity. . Further, the case where it is desired to change the irradiation intensity and the case where the correction amount is input are the same as those in the first embodiment.
[0055]
In the second embodiment, as in the first embodiment, the irradiation intensity can be adjusted by adjusting the irradiation distance while keeping the main discharge voltage applied to the flash lamp 69 constant. Irradiation intensity can be easily adjusted without changing the optical characteristics of the light irradiated from.
[0056]
<3. Modification>
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above examples. For example, in each of the above embodiments, the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are moved up and down by the motor 40 or the light source 5 is moved up and down by the motor 52. However, the heat diffusion plate 73, the heating plate 74, and the light source 5 It is good also as a structure which raises / lowers both simultaneously. In other words, any configuration may be used as long as the distance between the holding means for holding the semiconductor wafer W and the light source is relatively adjusted.
[0057]
Further, instead of employing encoders as the sensors 25 and 55, an optical sensor that directly measures the distance between the heat diffusion plate 73 and the light source 5 may be employed.
[0058]
In each of the above embodiments, the semiconductor wafer is irradiated with light to perform the ion activation process. However, the substrate to be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention is not limited to the semiconductor wafer. Absent. For example, the glass substrate on which various silicon films such as a silicon nitride film and a polycrystalline silicon film are formed may be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention. As an example, an amorphous silicon film made amorphous by ion implantation of silicon into a polycrystalline silicon film formed on a glass substrate by a CVD method is formed, and a silicon oxide film serving as an antireflection film is further formed thereon. Form. In this state, the entire surface of the amorphous silicon film is irradiated with light by the heat treatment apparatus according to the present invention, so that a polycrystalline silicon film obtained by polycrystallizing the amorphous silicon film can be formed.
[0059]
Further, a heat treatment according to the present invention is applied to a TFT substrate having a structure in which a base silicon oxide film and a polysilicon film obtained by crystallizing amorphous silicon are formed on a glass substrate, and the polysilicon film is doped with impurities such as phosphorus and boron. It is also possible to activate the impurities implanted in the doping process by irradiating light with an apparatus.
[0060]
【The invention's effect】
As described above, according to the first to fifth aspects of the present invention, the flash lamp is used to adjust the irradiation distance between the holding means for holding the substrate and the light source when the flash light is emitted from the light source. The irradiation intensity can be adjusted by adjusting the irradiation distance while keeping the discharge voltage applied to the electrode constant, and the irradiation intensity can be easily adjusted even in a heat treatment apparatus using a flash lamp. In addition, the irradiation distance corresponding to the predetermined irradiation intensity is obtained from the correlation table, and the distance between the holding means holding the substrate and the light source is the irradiation distance. The irradiation intensity can be adjusted by adjusting.
[0061]
According to the invention of claim 2, since the position of the holding means holding the substrate is adjusted, the irradiation distance can be easily adjusted.
[0062]
According to the invention of claim 3, since the position of the light source is adjusted, the irradiation distance can be easily adjusted.
[0064]
According to the invention of claim 4 , the distance between the holding means holding the substrate and the light source is set to a distance obtained by adding the correction amount inputted from the input means to the irradiation distance obtained from the correlation table. Therefore, the irradiation distance can be adjusted to compensate for changes in the apparatus state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing a first embodiment of a heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view showing a first embodiment of a heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a controller.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a correlation table representing a correlation between irradiation intensity on the surface of a semiconductor wafer and irradiation distance.
FIG. 5 is a side sectional view showing a second embodiment of the heat treatment apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
5 Light source 10 Controller 11 CPU
14 Magnetic disk 21 Display unit 22 Input unit 25, 55 Sensor 61 Translucent plate 40, 52 Motor 65 Chamber 69 Flash lamp 71 Reflector 73 Heat diffusion plate 74 Heating plate LUT Look-up table W Semiconductor wafer

Claims (5)

基板に対して閃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、
複数のフラッシュランプを有する光源と、
基板を保持するとともに、該基板の予備加熱を行うアシスト加熱機構を備える保持手段と、
前記光源から閃光を照射するときの基板を保持している前記保持手段と前記光源との間の照射距離を調整する調整手段と、
前記光源から閃光を照射したときの当該基板表面の照射強度と前記照射距離とを対応付けた相関テーブルを保持するテーブル保持手段と、
を備え
前記調整手段は予め定められた照射強度に相当する照射距離を前記相関テーブルから求め、基板を保持した前記保持手段と前記光源との間の距離が当該照射距離となるようにすることを特徴とする熱処理装置。
A heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating a flash with the substrate,
A light source having a plurality of flash lamps;
Holding means comprising an assist heating mechanism for holding the substrate and preheating the substrate;
An adjusting means for adjusting an irradiation distance between the light source and the holding means that holds the substrate when the flash light is emitted from the light source;
Table holding means for holding a correlation table in which the irradiation intensity of the substrate surface when the flash light is irradiated from the light source and the irradiation distance are associated with each other;
Equipped with a,
The adjusting unit obtains an irradiation distance corresponding to a predetermined irradiation intensity from the correlation table, and a distance between the holding unit holding the substrate and the light source becomes the irradiation distance. Heat treatment equipment.
請求項1記載の熱処理装置において、
前記調整手段は、基板を保持している前記保持手段の位置を調整することを特徴とする熱処理装置。
The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein
The heat treatment apparatus characterized in that the adjustment means adjusts the position of the holding means holding the substrate.
請求項1記載の熱処理装置において、
前記調整手段は、前記光源の位置を調整することを特徴とする熱処理装置。
The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein
The said adjustment means adjusts the position of the said light source, The heat processing apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項1から請求項3のいずれかに記載の熱処理装置において、
照射距離の補正量の入力を受け付ける入力手段をさらに備え、
前記調整手段は、基板を保持した前記保持手段と前記光源との間の距離が前記相関テーブルから求められた照射距離に前記入力手段から入力された補正量を加算した距離となるようにすることを特徴とする熱処理装置。
In the heat processing apparatus in any one of Claims 1-3,
An input means for receiving an input of an irradiation distance correction amount;
The adjustment unit is configured such that the distance between the holding unit holding the substrate and the light source is a distance obtained by adding the correction amount input from the input unit to the irradiation distance obtained from the correlation table. A heat treatment apparatus characterized by
請求項1から請求項4のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記アシスト加熱機構は、基板を200℃ないし600℃に予備加熱し、
前記複数のフラッシュランプは、点灯時間0.1ミリセカンドないし10ミリセカンドにて基板の表面温度を1000℃ないし1100℃に昇温することを特徴とする熱処理装置。
In the heat processing apparatus in any one of Claims 1-4 ,
The assist heating mechanism preheats the substrate to 200 ° C. to 600 ° C.,
The plurality of flash lamps raises the surface temperature of the substrate to 1000 ° C. to 1100 ° C. with a lighting time of 0.1 to 10 milliseconds .
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