JP4272418B2

JP4272418B2 - 熱処理装置

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Publication number: JP4272418B2
Application number: JP2002363417A
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: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: JP2004200204A

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加熱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（例えば、特許文献１，２参照）。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】
【特許文献１】
特開昭５９−１６９１２５号公報
【特許文献２】
特開昭６３−１６６２１９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、キセノンフラッシュランプは極めて高いエネルギーを有する光を瞬間的に半導体ウェハーに照射するため、一瞬で半導体ウェハーの表面温度が急速に上昇し、照射する光のエネルギーがある閾値を超えると急速な表面の熱膨張によって半導体ウェハーが高い確率で割れることとなる。このため、実際に熱処理を行うときには、上記閾値未満のある程度余裕（プロセスマージン）を持たせたエネルギーの光を照射するようにしている。
【０００７】
しかしながら、サセプタに半導体ウェハーを保持させた状態にてキセノンフラッシュランプからの閃光照射によって該ウェハーを加熱したときには、上記閾値未満のエネルギーの閃光を照射したとしても、半導体ウェハーが割れることがあった。これは、一瞬の閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張して半導体ウェハーが凸状に反ろうとしたときに、ウェハー端部がサセプタのポケット縁や位置決めピンに接触していたりすると、その接触部に大きな力が加わる一方で、そのような応力を緩和すべくウェハーがサセプタ上を滑って移動する時間的余裕がないためである。その結果、上記閾値未満のエネルギーの閃光を照射したときであっても、半導体ウェハーの端部が何かに接触していると瞬間的な熱膨張時にそこから受ける応力によってウェハーが割れることとなっていたのである。
【０００８】
また、複数のキセノンフラッシュランプを同時に使用した一括露光により半導体ウェハーを加熱すると、大電流が瞬間的に流れることによって大きなノイズが生じるとともに、複数のキセノンフラッシュランプが同時に発光するため大きな音が発生するという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱処理時の基板の割れを防止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。
【００１０】
【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、基板を保持するサセプタと、前記サセプタに保持された基板の一方面側に配置され、当該基板に向けて閃光を照射する複数のフラッシュランプと、前記複数のフラッシュランプの発光タイミングを制御する発光制御手段と、を備え、前記複数のフラッシュランプを複数のランプ群に分割するとともに、前記発光制御手段に前記複数のランプ群が所定間隔にて順次に発光するように前記複数のフラッシュランプの発光タイミングを制御させている。
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、前記複数のランプ群のそれぞれに含まれるフラッシュランプを順次繰り返して配列している。
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明にかかる熱処理装置において、前記発光制御手段に、前記複数のフラッシュランプのそれぞれの発光タイミングを制御させている。
【００１１】
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、前記所定間隔を１ミリセカンド以上１０ミリセカンド以下としている。
また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明にかかる熱処理装置において、前記発光制御手段に、前記複数のランプ群のうちの先に発光したランプ群によって昇温した基板の温度が低下する前に、後続のランプ群を発光させている。
また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明にかかる熱処理装置において、前記複数のフラッシュランプが発光する前に、基板を所定の予備加熱温度にまで予備加熱するアシスト加熱手段をさらに備える。
また、請求項７の発明は、請求項６の発明にかかる熱処理装置において、前記アシスト加熱手段を、内部にヒータを有する加熱プレートとしている。
【００１２】
また、請求項８の発明は、請求項１の発明にかかる熱処理装置において、前記複数のフラッシュランプを第１ランプ群と第２ランプ群とに２分割するとともに、前記発光制御手段に、前記第１ランプ群が発光してから前記所定間隔の後に前記第２ランプ群が発光するように前記複数のフラッシュランプのそれぞれの発光タイミングを制御させている。
【００１３】
また、請求項９の発明は、請求項８の発明にかかる熱処理装置において、前記第１ランプ群に含まれるフラッシュランプと前記第２ランプ群に含まれるフラッシュランプとを交互に配列している。
【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】
図１および図２は本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。また、図３は複数のキセノンフラッシュランプの配列と半導体ウェハーとの位置関係を示す図である。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円形の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、後述するサセプタ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ＦＬ（以下、単に「フラッシュランプＦＬ」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ＦＬの上方にそれらの全体を被うように配設されている。
【００１９】
図４は、キセノンフラッシュランプＦＬの発光回路を示す図である。キセノンフラッシュランプＦＬは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサー９３に接続された陽極および陰極が配設されたガラス管９２と、該ガラス管９２の外局部に付設されたトリガー電極９１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９２内に電気は流れない。
【００２０】
しかしながら、トリガースイッチＳＷをＯＮ状態からＯＦＦ状態にしてトリガー電極９１に高電圧を印加した場合には、コンデンサー９３に蓄えられた電気がトリガ線に沿ってガラス管９２内に瞬時に流れ、光が放出される。つまり、キセノンフラッシュランプＦＬの発光タイミングはトリガースイッチＳＷをＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換えるタイミングで定まる。このキセノンフラッシュランプＦＬ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。なお、キセノンフラッシュランプＦＬの発光時間はコイル９４のインダクタンスとコンデンサー９３のコンデンサ値によって定まる。また、トリガースイッチＳＷとしては例えばサイリスター等の電気的なスイッチ素子を用いてもよい。
【００２１】
図１，２に戻り、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。
【００２２】
フラッシュランプＦＬ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ＦＬ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。
【００２３】
チャンバー６５内には、加熱プレート７４とサセプタ７３とが設けられている。サセプタ７３は加熱プレート７４の上面に貼着されている。また、サセプタ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。チャンバー６５内にて半導体ウェハーＷは直接にはサセプタ７３によって略水平姿勢にて保持される。
【００２４】
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、サセプタ７３は、半導体ウェハーＷを位置決めして保持するとともに、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。このサセプタ７３の材質としては、窒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。
【００２５】
サセプタ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。
【００２６】
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、サセプタ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。
【００２７】
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、サセプタ７３および加熱プレート７４が下降した位置である。すなわち、昇降自在のサセプタ７３および加熱プレート７４には貫通孔が形成されており、底板６２に固定して立設された支持ピン７０がサセプタ７３および加熱プレート７４に対して挿通自在とされている。そして、サセプタ７３および加熱プレート７４が上記搬入・搬出位置まで下降すると、図１に示す如く支持ピン７０の上端部がサセプタ７３の上面から突き出て半導体ウェハーＷを載置することができる状態となる。
【００２８】
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、サセプタ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。サセプタ７３および加熱プレート７４が上記熱処理位置まで上昇すると、図２に示す如く支持ピン７０の上端部がサセプタ７３の上面よりも低くなり、支持ピン７０に載置されていた半導体ウェハーＷはサセプタ７３に受け取られる。すなわち、モータ４０は、支持ピン７０の上端部がサセプタ７３の上面よりも低くなる位置と、サセプタ７３の上面よりも突き出てサセプタ７３に保持された半導体ウェハーＷを支持する位置との間にて、支持ピン７０をサセプタ７３に対して相対的に昇降させているのである。
【００２９】
サセプタ７３および加熱プレート７４が図２の熱処理位置から図１の搬入・搬出位置に下降する過程においては、サセプタ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。逆に、サセプタ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は、支持ピン７０に載置された半導体ウェハーＷがサセプタ７３によって受け取られ、その下面をサセプタ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。
【００３０】
半導体ウェハーＷを支持するサセプタ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、このときのサセプタ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である。
【００３１】
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。サセプタ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、サセプタ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。
【００３２】
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。
【００３３】
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５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。
【００３４】
また、バスライン１９には、熱処理装置のモータ４０やトリガー制御回路１８が電気的に接続されている。トリガー制御回路１８は、複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれのトリガースイッチＳＷと接続されており、各トリガースイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを制御する。コントローラ１０のＣＰＵ１１は、磁気ディスク１４に格納された制御用ソフトウェアを実行することにより、モータ４０を制御してサセプタ７３および加熱プレート７４の高さ位置を調整するとともに、複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれが所定のタイミングにて発光するように、つまり所定のタイミングにてトリガースイッチＳＷがＯＮ／ＯＦＦ状態となるようにトリガー制御回路１８を制御する。なお、複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれの発光タイミングについては後に詳述する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。また、以下の処理はコントローラ１０の指示に従ってモータ４０等の各機構部が駆動することにより実行されるものである。
【００３７】
この熱処理装置においては、サセプタ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、サセプタ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。また、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。
【００３８】
サセプタ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、サセプタ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が加熱状態にあるサセプタ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。
【００３９】
この状態においては、半導体ウェハーＷはサセプタ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。
【００４０】
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。
【００４１】
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の発光時間は、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。
【００４２】
ここで、本実施形態においては、２７本のフラッシュランプＦＬを２つのランプ群に２分割するとともに、それら２つのランプ群の発光タイミングをわずかにずらしている。すなわち、図３に示すように２７本のフラッシュランプＦＬを図面左端から順に番号付けしてフラッシュランプＦＬ（１），ＦＬ（２），ＦＬ（３），・・・，ＦＬ（２６），ＦＬ（２７）としたときに、奇数番のランプ群（フラッシュランプＦＬ（１），ＦＬ（３），ＦＬ（５），・・・，ＦＬ（２５），ＦＬ（２７））と偶数番のランプ群（フラッシュランプＦＬ（２），ＦＬ（４），ＦＬ（６），・・・，ＦＬ（２４），ＦＬ（２６））とに２分割している。なお、本明細書においては、個々のキセノンフラッシュランプを区別する必要のあるときはＦＬ（１），ＦＬ（２）と表記し、特に区別する必要のないときには単にフラッシュランプＦＬと表記する。また、図５において、トリガースイッチＳＷ（１），ＳＷ（２），・・・と表記しているのはそれぞれフラッシュランプＦＬ（１），ＦＬ（２），・・・に対応するトリガースイッチであり、特に区別する必要のないときには単にトリガースイッチＳＷと表記する。
【００４３】
上記のように２７本のフラッシュランプＦＬを奇数番のランプ群と偶数番のランプ群とに２分割すれば、奇数番のランプ群に含まれるフラッシュランプＦＬと偶数番のランプ群に含まれるフラッシュランプＦＬとが交互に配列されることとなる。そして、本実施形態では、奇数番のランプ群が発光してから３ミリセカンド経過後に偶数番のランプ群が発光するようにコントローラ１０がトリガー制御回路１８を制御している。
【００４４】
このように、２７本のフラッシュランプＦＬを２つのランプ群に２分割して発光タイミングをわずかにずらしたとしても、必要な熱処理温度を得ることができる。これについて図６および図７を参照して説明する。図６はフラッシュランプＦＬが発光を開始してからの経過時間と半導体ウェハーＷに与える照射エネルギーとの相関を示す図であり、図７はフラッシュランプＦＬが発光を開始してからの経過時間と半導体ウェハーＷの表面温度との相関を示す図である。両図において、実線は本実施形態の分割露光を示し、点線は従来の一括露光を示している。
【００４５】
図６に示すように、２分割の分割露光を行うことによって奇数番のランプ群および偶数番のランプ群それぞれの照射エネルギーは一括露光時の約半分となる。一方、半導体ウェハーＷの表面温度の昇温はフラッシュランプＦＬからの閃光照射よりもやや遅れる。つまり、照射エネルギーのピークよりも半導体ウェハーＷの表面温度のピークの方がやや後になる。このため、奇数番のランプ群の発光タイミングと偶数番のランプ群の発光タイミングとをわずかにずらしたとしても、先に発光した奇数番のランプ群の照射エネルギーによって半導体ウェハーＷが昇温している過程で偶数番のランプ群が発光することとなり、半導体ウェハーＷの昇温は奇数番のランプ群によるものと偶数番のランプ群によるものとが連続して加算的に行われることとなる。その結果、分割露光では一括露光と比較してピーク温度に到達するまでの時間はやや長くなるものの、最終的に必要な熱処理温度を得ることは可能である。
【００４６】
そして、このような分割露光を行うことによって、一回の露光によるウェハー表面の熱膨張の程度が低減されるため、半導体ウェハーＷの端部がサセプタ７３の端部等に接触していたとしてもウェハー割れを防止することができる。つまり、最終的に必要な熱処理温度を得つつも熱処理時の半導体ウェハーＷの割れを防止することができるのである。
【００４７】
また、分割露光を行うことによって一回の露光時に瞬間的に流れる電流が少なくなってノイズが低減するとともに、発生する音の最大音量をも低減することができる。
【００４８】
また、奇数番のランプ群に含まれるフラッシュランプＦＬと偶数番のランプ群に含まれるフラッシュランプＦＬとが交互に配列されているため、各ランプ群から照射される閃光の照度分布はほぼ等しいものとなる。
【００４９】
以上のような分割露光を行うときに、奇数番のランプ群の発光と偶数番のランプ群の発光との間隔は１ミリセカンド以上１０ミリセカンド以下とする必要がある。発光間隔が１ミリセカンド未満であれば、一括露光と同程度のウェハー表面の熱膨張が生じることとなり、ウェハー割れを十分に防止することができなくなるとともに、ノイズ低減効果や音量低減効果も十分に得られない。また、発光間隔が１０ミリセカンドを超えると、先に発光した奇数番のランプ群によって昇温した半導体ウェハーＷの温度が低下した後に、偶数番のランプ群が発光することとなり、必要な熱処理温度が得られなくなる。このため、奇数番のランプ群の発光と偶数番のランプ群の発光との間隔を１ミリセカンド以上１０ミリセカンド以下としており、この範囲であれば最終的に必要な熱処理温度を得つつも熱処理時の半導体ウェハーＷの割れを防止することができ、しかも瞬間的なノイズおよび音量をも低減することができる。
【００５０】
このような分割露光を用いたフラッシュ加熱により、半導体ウェハーＷ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。
【００５１】
このとき、半導体ウェハーＷの表面温度が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、フラッシュ加熱による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。
【００５２】
また、フラッシュランプＦＬ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ＦＬ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。
【００５３】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、サセプタ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。サセプタ７３および加熱プレート７４が下降することにより、サセプタ７３から支持ピン７０に半導体ウェハーＷが受け渡される。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。
【００５４】
以上のように、２７本のフラッシュランプＦＬを奇数番のランプ群と偶数番のランプ群とに２分割するとともに、奇数番のランプ群が発光してから１ミリセカンド以上１０ミリセカンド以下が経過した後に偶数番のランプ群が発光するようにコントローラ１０が２７本のフラッシュランプＦＬのそれぞれの発光タイミングを制御すれば、最終的に必要な熱処理温度を得つつも熱処理時の半導体ウェハーＷの割れを防止することができ、しかも瞬間的なノイズおよび音量をも低減することができる。
【００５５】
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、上記実施形態においては光源５に２７本のフラッシュランプＦＬを備えるようにしていたが、これに限定されずフラッシュランプＦＬの本数は任意のものとすることができる。また、分割露光の回数も２分割に限定されるものではなく、３分割以上としても良い。例えば、３本のフラッシュランプＦＬを３つのランプ群に３分割するようにしても良い。この場合、各ランプ群は１本のフラッシュランプＦＬを有することとなる。
【００５６】
複数のフラッシュランプＦＬを３つ以上のランプ群に分割した場合であっても、それら複数のランプ群が１ミリセカンド以上１０ミリセカンド以下の間隔にて順次に発光するようにコントローラ１０が複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれの発光タイミングを制御する。このようにすることにより、上記実施形態と同様に、最終的に必要な熱処理温度を得つつも熱処理時の半導体ウェハーＷの割れを防止することができ、しかも瞬間的なノイズおよび音量をも低減することができる。
【００５７】
なお、３つ以上のランプ群に分割した場合であっても、各ランプ群から照射される閃光の照度分布を均一にするために、各ランプ群に含まれるフラッシュランプＦＬを順次繰り返して配列するのが好ましい。また、３つ以上のランプ群に分割した場合であっても、必要な熱処理温度を確実に得るために最初に発光するランプ群から最後に発光するランプ群までの発光間隔を２０ミリセカンド以下にするのが好ましい。
【００５８】
また、上記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。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、基板の一方面側に配置された複数のフラッシュランプを複数のランプ群に分割するとともに、複数のランプ群が所定間隔にて順次に発光するように複数のフラッシュランプの発光タイミングを制御するため、各ランプ群の発光タイミングをずらして最終的に必要な熱処理温度を得つつも熱処理時の基板の割れを防止することができ、しかも瞬間的なノイズおよび音量をも低減することができる。
また、請求項２の発明によれば、複数のランプ群のそれぞれに含まれるフラッシュランプを順次繰り返して配列しているため、各ランプ群の照度分布を均一にすることができる。
【００６０】
また、請求項４の発明によれば、ランプ群が発光する間隔を１ミリセカンド以上１０ミリセカンド以下としているため、請求項１の発明による効果を確実に得ることができる。
また、請求項５の発明によれば、複数のランプ群のうちの先に発光したランプ群によって昇温した基板の温度が低下する前に、後続のランプ群を発光させるため、最終的に必要な熱処理温度を得ることができる。
【００６１】
また、請求項８の発明によれば、複数のフラッシュランプを第１ランプ群と第２ランプ群とに２分割するとともに、第１ランプ群が発光してから所定間隔の後に第２ランプ群が発光するように複数のフラッシュランプのそれぞれの発光タイミングを制御するため、第１，第２ランプ群の発光タイミングをずらして最終的に必要な熱処理温度を得つつも熱処理時の基板の割れを防止することができ、しかも瞬間的なノイズおよび音量をも低減することができる。
【００６２】
また、請求項９の発明によれば、第１ランプ群に含まれるフラッシュランプと第２ランプ群に含まれるフラッシュランプとを交互に配列しているため、第１ランプ群の照度分布と第２ランプ群の照度分布とを均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱処理装置の構成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構成を示す側断面図である。
【図３】複数のキセノンフラッシュランプの配列と半導体ウェハーとの位置関係を示す図である。
【図４】図１の熱処理装置のキセノンフラッシュランプの発光回路を示す図である。
【図５】図１の熱処理装置のコントローラの構成を示すブロック図である。
【図６】フラッシュランプが発光を開始してからの経過時間と半導体ウェハーに与える照射エネルギーとの相関を示す図である。
【図７】フラッシュランプが発光を開始してからの経過時間と半導体ウェハーの表面温度との相関を示す図である。
【符号の説明】
５光源
１０コントローラ
１１ＣＰＵ
１８トリガー制御回路
４０モータ
６５チャンバー
７０支持ピン
７１リフレクタ
７３サセプタ
ＦＬフラッシュランプ
ＳＷトリガースイッチ
Ｗ半導体ウェハー

Claims

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、
基板を保持するサセプタと、
前記サセプタに保持された基板の一方面側に配置され、当該基板に向けて閃光を照射する複数のフラッシュランプと、
前記複数のフラッシュランプの発光タイミングを制御する発光制御手段と、
を備え、
前記複数のフラッシュランプを複数のランプ群に分割するとともに、前記発光制御手段は前記複数のランプ群が所定間隔にて順次に発光するように前記複数のフラッシュランプの発光タイミングを制御することを特徴とする熱処理装置。
請求項１記載の熱処理装置において、
前記複数のランプ群のそれぞれに含まれるフラッシュランプを順次繰り返して配列したことを特徴とする熱処理装置。
請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、
前記発光制御手段は、前記複数のフラッシュランプのそれぞれの発光タイミングを制御することを特徴とする熱処理装置。
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、
前記所定間隔は、１ミリセカンド以上１０ミリセカンド以下であることを特徴とする熱処理装置。
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、
前記発光制御手段は、前記複数のランプ群のうちの先に発光したランプ群によって昇温した基板の温度が低下する前に、後続のランプ群を発光させることを特徴とする熱処理装置。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記複数のフラッシュランプが発光する前に、基板を所定の予備加熱温度にまで予備加熱するアシスト加熱手段をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
請求項６記載の熱処理装置において、
前記アシスト加熱手段は、内部にヒータを有する加熱プレートであること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、
前記複数のフラッシュランプを第１ランプ群と第２ランプ群とに２分割するとともに、
前記発光制御手段は、前記第１ランプ群が発光してから前記所定間隔の後に前記第２ランプ群が発光するように前記複数のフラッシュランプのそれぞれの発光タイミングを制御することを特徴とする熱処理装置。
請求項８記載の熱処理装置において、
前記第１ランプ群に含まれるフラッシュランプと前記第２ランプ群に含まれるフラッシュランプとを交互に配列したことを特徴とする熱処理装置。