JP6266352B2 - Heat treatment apparatus and heat treatment method - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウェハー等の薄板状精密電子基板(以下、単に「基板」と称する)にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置および熱処理方法に関する。   The present invention relates to a heat treatment apparatus and a heat treatment method for heating a thin plate-shaped precision electronic substrate (hereinafter simply referred to as “substrate”) such as a semiconductor wafer by irradiating flash light.

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

そこで、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するアニール技術として、近年フラッシュランプアニール(FLA)が注目されている。フラッシュランプアニールは、キセノンフラッシュランプ(以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する)を使用して半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射することにより、不純物が注入された半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間(数ミリ秒以下)に昇温させる熱処理技術である。   Therefore, in recent years, flash lamp annealing (FLA) has attracted attention as an annealing technique for heating a semiconductor wafer in an extremely short time. Flash lamp annealing is a semiconductor wafer in which impurities are implanted by irradiating the surface of the semiconductor wafer with flash light using a xenon flash lamp (hereinafter, simply referred to as “flash lamp” means xenon flash lamp). Is a heat treatment technique for raising the temperature of only the surface of the material in a very short time (several milliseconds or less).

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

このようなフラッシュランプを使用した熱処理装置においては、極めて高いエネルギーを有するフラッシュ光を瞬間的に半導体ウェハーの表面に照射するため、一瞬で半導体ウェハーの表面温度が急速に上昇する一方で裏面温度はそれ程には上昇しない。このため、半導体ウェハーの表面のみに急激な熱膨張が生じて半導体ウェハーが上面を凸として反るように変形する。そして、次の瞬間には反動で半導体ウェハーが下面を凸として反るように変形していた。   In the heat treatment apparatus using such a flash lamp, the surface temperature of the semiconductor wafer is rapidly increased while the surface temperature of the semiconductor wafer is rapidly increased in order to instantaneously irradiate the surface of the semiconductor wafer with flash light having extremely high energy. It will not rise that much. For this reason, rapid thermal expansion occurs only on the surface of the semiconductor wafer, and the semiconductor wafer is deformed so as to warp with the upper surface convex. Then, at the next moment, the semiconductor wafer was deformed so as to warp with the bottom surface convex by reaction.

半導体ウェハーが上面を凸とするように変形したときには、ウェハーの端縁部がサセプターの衝突する。逆に、半導体ウェハーが下面を凸とするように変形したときには、ウェハーの中央部がサセプターの衝突することとなっていた。その結果、サセプターに衝突した衝撃によって半導体ウェハーが割れるという問題があった。   When the semiconductor wafer is deformed so that the upper surface is convex, the edge of the wafer collides with the susceptor. On the contrary, when the semiconductor wafer is deformed so that the lower surface is convex, the central portion of the wafer has collided with the susceptor. As a result, there has been a problem that the semiconductor wafer is cracked by an impact that collides with the susceptor.

フラッシュ加熱時にウェハー割れが生じたときには、その割れを迅速に検出して後続の半導体ウェハーの投入を停止するとともに、チャンバー内の清掃を行う必要がある。また、ウェハー割れによって発生したパーティクルがチャンバー外に飛散して後続の半導体ウェハーに付着する等の弊害を防止する観点からも、フラッシュ加熱直後のチャンバーの搬出入口を開放する前にチャンバー内にて半導体ウェハーの割れを検出するのが好ましい。   When a wafer crack occurs during flash heating, it is necessary to quickly detect the crack, stop the introduction of the subsequent semiconductor wafer, and clean the chamber. Also, from the viewpoint of preventing adverse effects such as particles generated by wafer cracking scattering outside the chamber and adhering to the subsequent semiconductor wafer, the semiconductor inside the chamber is opened before opening the inlet / outlet of the chamber immediately after flash heating. It is preferable to detect cracks in the wafer.

このため、例えば特許文献1には、半導体ウェハーを支持する支持ピンに投光部および受光部を接続し、投光部から支持ピンに入射した光の反射光を受光部で受光し、その強度を判定することによって半導体ウェハーの割れを検出する熱処理装置が開示されている。フラッシュ加熱時に半導体ウェハーが割れた場合には、支持ピンに入射した光が半導体ウェハーの下面で反射しないため、受光部で受光する光の強度が大きく低下することを利用してウェハー割れを検出しているのである。   For this reason, for example, in Patent Document 1, a light projecting unit and a light receiving unit are connected to a support pin that supports a semiconductor wafer, and reflected light of light incident on the support pin from the light projecting unit is received by the light receiving unit. A heat treatment apparatus for detecting cracks in a semiconductor wafer by determining the above is disclosed. When the semiconductor wafer is cracked during flash heating, the light incident on the support pins is not reflected by the lower surface of the semiconductor wafer, and the wafer crack is detected by utilizing the fact that the intensity of the light received by the light receiving part is greatly reduced. -ing

特開2009−278069号公報JP 2009-278069 A

しかしながら、特許文献1に開示される装置においては、半導体ウェハーの一部に光を当ててその反射光を測定している。このため、半導体ウェハーが大きく割れている場合には検出可能であるが、半導体ウェハーの周縁部の一部のみが小さく割れているような場合には、その割れを検出できないこともあった。   However, in the apparatus disclosed in Patent Document 1, light is applied to a part of a semiconductor wafer and the reflected light is measured. For this reason, it can be detected when the semiconductor wafer is largely cracked, but when only a part of the peripheral edge of the semiconductor wafer is cracked, the crack may not be detected.

このような半導体ウェハーの周縁部の一部のみの欠損をも検出するためには、撮像カメラを設けて半導体ウェハーの全体を撮像し、その画像データを解析することが考えられる。しかし、半導体ウェハーの全体を視野に収めることができる位置にはランプが高密度で配置されているため、撮像カメラを設置することは困難であった。また、無理に撮像カメラを設置したとしても、撮像カメラ自体がフラッシュ光に曝されることとなり、撮像カメラにダメージを与えるという問題も生じる。さらに、予備加熱にハロゲンランプを用いている場合には、ハロゲンランプからの光も撮像カメラに入射することとなり、撮像した画像が著しく劣化するおそれもあった。   In order to detect such a defect in only a part of the peripheral edge of the semiconductor wafer, it is conceivable to provide an imaging camera to image the entire semiconductor wafer and analyze the image data. However, since the lamps are arranged at a high density at a position where the entire semiconductor wafer can be accommodated, it has been difficult to install an imaging camera. Even if the image pickup camera is forcibly installed, the image pickup camera itself is exposed to flash light, which causes a problem of damaging the image pickup camera. Furthermore, when a halogen lamp is used for preheating, the light from the halogen lamp also enters the imaging camera, and the captured image may be significantly deteriorated.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュ光照射時における基板の割れをチャンバー内にて確実に検出することができる熱処理装置および熱処理方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus and a heat treatment method capable of reliably detecting a crack in a substrate during flash light irradiation in a chamber.

上記課題を解決するため、請求項1の発明は、基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記基板に光を照射する照明手段と、前記照明手段から出射されて前記基板の周縁部の全周にわたって反射された光を受光する受光手段と、前記受光手段によって受光された光に基づいて前記基板の割れを検出する検出手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention provides a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with flash light, a chamber for accommodating the substrate, and a holding means for holding the substrate in the chamber. And a flash lamp for irradiating the substrate held by the holding means with flash light, an illuminating means for irradiating the substrate with light, and emitted from the illuminating means and reflected over the entire circumference of the peripheral edge of the substrate. It is characterized by comprising: a light receiving means for receiving light; and a detecting means for detecting cracks in the substrate based on the light received by the light receiving means.

また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る熱処理装置において、前記検出手段は、前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射する前に前記受光手段によって受光した反射光とフラッシュ光の照射後に前記受光手段によって受光した反射光との比較から前記基板の割れを検出することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first aspect of the invention, the detecting means is configured to apply the reflected light received by the light receiving means and the flash light before irradiating the flash light from the flash lamp. The crack of the substrate is detected from a comparison with the reflected light received by the light receiving means.

また、請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明に係る熱処理装置において、前記受光手段は、前記保持手段に保持された基板の中心直下に配置され、当該基板の周縁部のうちの所定位置からの反射光を受光して導く導光部と、前記導光部を前記基板の中心線を回転中心として回転させる回転部と、を含むことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first or second aspect of the invention, the light receiving means is disposed immediately below the center of the substrate held by the holding means, A light guide unit that receives and guides reflected light from a predetermined position of the light guide unit, and a rotation unit that rotates the light guide unit around the center line of the substrate.

また、請求項4の発明は、請求項3の発明に係る熱処理装置において、前記受光手段は、前記導光部によって導かれた反射光を受光して電気信号に変換して前記検出手段に伝達するフォトダイオードをさらに含むことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the third aspect of the present invention, the light receiving means receives the reflected light guided by the light guide section, converts it into an electrical signal, and transmits it to the detection means. And a photodiode.

また、請求項5の発明は、請求項4の発明に係る熱処理装置において、前記導光部にレーザ光を入射して前記保持手段に保持された基板の周縁部に向けてレーザ光を出射させるレーザ光照射部と、前記基板の周縁部からの反射光を前記導光部から前記フォトダイオードに到達させる受光モードと前記レーザ光照射部から出射された光を前記導光部に入射させる照射モードとのいずれかに切り替える切替手段と、をさらに備えることを特徴とする。   The invention of claim 5 is the heat treatment apparatus according to claim 4 of the invention, in which laser light is incident on the light guide portion and emitted toward the peripheral edge of the substrate held by the holding means. A laser light irradiation unit, a light receiving mode in which reflected light from the peripheral portion of the substrate reaches the photodiode from the light guide unit, and an irradiation mode in which light emitted from the laser light irradiation unit is incident on the light guide unit And switching means for switching to any of the above.

また、請求項6の発明は、請求項4の発明に係る熱処理装置において、前記導光部にレーザ光を入射して前記保持手段に保持された基板の周縁部に向けてレーザ光を出射させるレーザ光照射部と、前記基板の周縁部からの反射光を前記導光部から前記フォトダイオードに到達させるとともに、前記レーザ光照射部から出射された光を前記導光部に入射させる分岐ファイバーと、をさらに備えることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the fourth aspect of the present invention, laser light is incident on the light guide portion and emitted toward the peripheral portion of the substrate held by the holding means. A laser beam irradiation unit; and a branch fiber that causes reflected light from the peripheral portion of the substrate to reach the photodiode from the light guide unit, and allows light emitted from the laser beam irradiation unit to enter the light guide unit Are further provided.

また、請求項7の発明は、請求項1から請求項6のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記照明手段は、フラッシュ光照射前に前記基板を予備加熱するハロゲンランプであることを特徴とする。   The invention of claim 7 is the heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the illuminating means is a halogen lamp for preheating the substrate before flash light irradiation. And

また、請求項8の発明は、基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、フラッシュ光照射前に照明手段から出射されて基板の周縁部の全周にわたって反射された光を受光する第1受光工程と、フラッシュランプから前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュ加熱工程と、フラッシュ光照射後に前記照明手段から出射されて前記基板の周縁部の全周にわたって反射された光を受光する第2受光工程と、前記第1受光工程にて受光された反射光と前記第2受光工程にて受光された反射光との比較から前記基板の割れを検出する検出工程と、を備えることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the heat treatment method for heating the substrate by irradiating the substrate with flash light, and the light emitted from the illumination means and reflected over the entire periphery of the peripheral portion of the substrate before the flash light irradiation. A first light receiving step for receiving light, a flash heating step for irradiating the substrate with flash light from a flash lamp, and light emitted from the illumination means after being irradiated with flash light and reflected over the entire periphery of the peripheral portion of the substrate. A second light receiving step for receiving light, and a detection step for detecting cracks in the substrate from a comparison between the reflected light received in the first light receiving step and the reflected light received in the second light receiving step. It is characterized by that.

また、請求項9の発明は、請求項8の発明に係る熱処理方法において、前記第1受光工程および前記第2受光工程では、前記基板の中心直下に配置されて当該基板の周縁部のうちの所定位置からの反射光を受光して導く導光部を回転させることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the heat treatment method according to the eighth aspect of the present invention, in the first light receiving step and the second light receiving step, the first light receiving step and the second light receiving step are arranged immediately below the center of the substrate, A light guide unit that receives and guides reflected light from a predetermined position is rotated.

また、請求項10の発明は、請求項9の発明に係る熱処理方法において、前記導光部にレーザ光を入射して前記基板の周縁部に向けてレーザ光を出射させる工程をさらに備えることを特徴とする。   The invention of claim 10 is the heat treatment method according to claim 9 of the invention, further comprising the step of causing the laser light to be incident on the light guide and emitting the laser light toward the peripheral edge of the substrate. Features.

請求項1から請求項7の発明によれば、照明手段から出射されて基板の周縁部の全周にわたって反射された光を受光し、その受光した光に基づいて基板の割れを検出する。基板が割れるときには必ず周縁部に欠損が生じるため、基板の周縁部の全周にわたって反射光に基づいて割れを検出すれば、フラッシュ光照射時における基板の割れをチャンバー内にて確実に検出することができる。 According to the first to seventh aspects of the present invention, the light emitted from the illuminating means and reflected over the entire circumference of the peripheral portion of the substrate is received, and the crack of the substrate is detected based on the received light. When the substrate is cracked, the peripheral edge always has a defect. Therefore, if the crack is detected based on the reflected light over the entire periphery of the substrate, the substrate can be reliably detected in the chamber during flash light irradiation. Can do.

特に、請求項2の発明によれば、フラッシュランプからフラッシュ光を照射する前に受光した反射光とフラッシュ光の照射後に受光した反射光との比較から基板の割れを検出するため、反射光測定時のバックグラウンドの影響を排除して基板の割れを正確に検出することができる。   In particular, according to the second aspect of the present invention, since the crack of the substrate is detected from the comparison between the reflected light received before irradiating the flash light from the flash lamp and the reflected light received after the flash light irradiation, the reflected light measurement is performed. It is possible to accurately detect a crack in the substrate by eliminating the influence of the background at the time.

特に、請求項3の発明によれば、基板の中心直下に配置され、当該基板の周縁部のうちの所定位置からの反射光を受光して導く導光部を基板の中心線を回転中心として回転させるため、簡易な構成にて基板の周縁部の全周にわたって反射光を受光することができる。   In particular, according to the third aspect of the present invention, the light guide portion that is disposed immediately below the center of the substrate and receives and guides reflected light from a predetermined position in the peripheral portion of the substrate is centered on the center line of the substrate. Since it is rotated, the reflected light can be received over the entire circumference of the peripheral edge of the substrate with a simple configuration.

特に、請求項5および請求項6の発明によれば、導光部にレーザ光を入射して基板の周縁部に向けてレーザ光を出射させるレーザ光照射部を備えるため、基板の面内温度分布の均一性を向上させることができる。   In particular, according to the invention of claim 5 and claim 6, since the laser light irradiating part for making the light beam incident on the light guide part and emitting the laser light toward the peripheral part of the substrate is provided, the in-plane temperature of the substrate The uniformity of distribution can be improved.

請求項8から請求項10の発明によれば、フラッシュ光照射前に照明手段から出射されて基板の周縁部の全周にわたって反射された光を受光するとともに、フラッシュ光照射後に照明手段から出射されて基板の周縁部の全周にわたって反射された光を受光し、それらの反射光の比較から基板の割れを検出する。基板が割れるときには必ず周縁部に欠損が生じるため、基板の周縁部の全周にわたって反射光に基づいて割れを検出すれば、フラッシュ光照射時における基板の割れをチャンバー内にて確実に検出することができる。また、フラッシュ光照射の前後での反射光を比較しているため、反射光測定時のバックグラウンドの影響を排除して基板の割れを正確に検出することができる。
According to the eighth to tenth aspects of the present invention, the light emitted from the illuminating means before the flash light irradiation and reflected over the entire circumference of the peripheral portion of the substrate is received, and is emitted from the illuminating means after the flash light irradiation. Then, the light reflected over the entire periphery of the substrate is received, and cracks in the substrate are detected from a comparison of the reflected light. When the substrate is cracked, the peripheral edge always has a defect. Therefore, if the crack is detected based on the reflected light over the entire periphery of the substrate, the substrate can be reliably detected in the chamber during flash light irradiation. Can do. Further, since the reflected light before and after the flash light irradiation is compared, the influence of the background at the time of the reflected light measurement can be eliminated and the crack of the substrate can be accurately detected.

特に、請求項9の発明によれば、基板の中心直下に配置されて当該基板の周縁部のうちの所定位置からの反射光を受光して導く導光部を回転させるため、簡易な構成にて基板の周縁部の全周にわたって反射光を受光することができる。   In particular, according to the ninth aspect of the present invention, since the light guide unit that is disposed immediately below the center of the substrate and receives and guides the reflected light from a predetermined position in the peripheral portion of the substrate is rotated, the structure is simplified. Thus, the reflected light can be received over the entire circumference of the peripheral edge of the substrate.

特に、請求項10の発明によれば、導光部にレーザ光を入射して基板の周縁部に向けてレーザ光を出射させる工程をさらに備えるため、基板の面内温度分布の均一性を向上させることができる。   In particular, according to the invention of claim 10, the method further includes the step of emitting the laser light to the light guide portion and emitting the laser light toward the peripheral portion of the substrate, thereby improving the uniformity of the in-plane temperature distribution of the substrate. Can be made.

本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the heat processing apparatus which concerns on this invention. 保持部の斜視図である。It is a perspective view of a holding part. サセプターの平面図である。It is a top view of a susceptor. サセプターに半導体ウェハーが載置されたときの支持ピン近傍を拡大した図である。It is the figure which expanded the support pin vicinity when a semiconductor wafer was mounted in the susceptor. 移載機構の平面図である。It is a top view of a transfer mechanism. 移載機構の側面図である。It is a side view of a transfer mechanism. 複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of a some halogen lamp. 受光部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a light-receiving part. 導光ロッドの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a light guide rod. 検出部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a detection part. 図1の熱処理装置における処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence in the heat processing apparatus of FIG. 図1の熱処理装置における処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence in the heat processing apparatus of FIG. 受光モードが選択されて半導体ウェハーからの反射光の強度を測定する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the light reception mode is selected and the intensity | strength of the reflected light from a semiconductor wafer is measured. 照射モードが選択されて半導体ウェハーの周縁部にレーザ光を照射する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the irradiation mode is selected and a laser beam is irradiated to the peripheral part of a semiconductor wafer. フラッシュ光照射前の反射光強度の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the reflected light intensity before flash light irradiation. フラッシュ光照射後の反射光強度の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the reflected light intensity after flash light irradiation. 差分データの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of difference data. 分岐ファイバーを用いた場合の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example at the time of using a branch fiber.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る熱処理装置1の構成を示す縦断面図である。本実施形態の熱処理装置1は、基板として円板形状の半導体ウェハーWに対してフラッシュ光照射を行うことによってその半導体ウェハーWを加熱するフラッシュランプアニール装置である。処理対象となる半導体ウェハーWのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ300mmやφ450mmである。熱処理装置1に搬入される前の半導体ウェハーWには不純物が注入されており、熱処理装置1による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行される。なお、図1および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a heat treatment apparatus 1 according to the present invention. The heat treatment apparatus 1 of the present embodiment is a flash lamp annealing apparatus that heats a semiconductor wafer W by irradiating a disk-shaped semiconductor wafer W as a substrate with flash light irradiation. The size of the semiconductor wafer W to be processed is not particularly limited, and is, for example, φ300 mm or φ450 mm. Impurities are implanted into the semiconductor wafer W before being carried into the heat treatment apparatus 1, and an activation process of the impurities implanted by the heat treatment by the heat treatment apparatus 1 is executed. In FIG. 1 and the subsequent drawings, the size and number of each part are exaggerated or simplified as necessary for easy understanding.

熱処理装置1は、半導体ウェハーWを収容するチャンバー6と、複数のフラッシュランプFLを内蔵するフラッシュ加熱部5と、複数のハロゲンランプHLを内蔵するハロゲン加熱部4と、を備える。チャンバー6の上側にフラッシュ加熱部5が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部4が設けられている。また、熱処理装置1は、チャンバー6の内部に、半導体ウェハーWを水平姿勢に保持する保持部7と、保持部7と装置外部との間で半導体ウェハーWの受け渡しを行う移載機構10と、を備える。さらに、熱処理装置1は、ハロゲン加熱部4、フラッシュ加熱部5およびチャンバー6に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーWの熱処理を実行させる制御部3を備える。   The heat treatment apparatus 1 includes a chamber 6 that accommodates a semiconductor wafer W, a flash heating unit 5 that houses a plurality of flash lamps FL, and a halogen heating unit 4 that houses a plurality of halogen lamps HL. A flash heating unit 5 is provided on the upper side of the chamber 6, and a halogen heating unit 4 is provided on the lower side. The heat treatment apparatus 1 includes a holding unit 7 that holds the semiconductor wafer W in a horizontal posture inside the chamber 6, and a transfer mechanism 10 that transfers the semiconductor wafer W between the holding unit 7 and the outside of the apparatus, Is provided. Furthermore, the heat treatment apparatus 1 includes a control unit 3 that controls the operation mechanisms provided in the halogen heating unit 4, the flash heating unit 5, and the chamber 6 to perform the heat treatment of the semiconductor wafer W.

チャンバー6は、筒状のチャンバー側部61の上下に石英製のチャンバー窓を装着して構成されている。チャンバー側部61は上下が開口された概略筒形状を有しており、上側開口には上側チャンバー窓63が装着されて閉塞され、下側開口には下側チャンバー窓64が装着されて閉塞されている。チャンバー6の天井部を構成する上側チャンバー窓63は、石英により形成された円板形状部材であり、フラッシュ加熱部5から出射されたフラッシュ光をチャンバー6内に透過する石英窓として機能する。また、チャンバー6の床部を構成する下側チャンバー窓64も、石英により形成された円板形状部材であり、ハロゲン加熱部4からの光をチャンバー6内に透過する石英窓として機能する。   The chamber 6 is configured by mounting quartz chamber windows above and below a cylindrical chamber side portion 61. The chamber side portion 61 has a substantially cylindrical shape with upper and lower openings. The upper opening is closed by an upper chamber window 63 and the lower opening is closed by a lower chamber window 64. ing. The upper chamber window 63 constituting the ceiling of the chamber 6 is a disk-shaped member made of quartz and functions as a quartz window that transmits the flash light emitted from the flash heating unit 5 into the chamber 6. The lower chamber window 64 constituting the floor portion of the chamber 6 is also a disk-shaped member made of quartz and functions as a quartz window that transmits light from the halogen heating unit 4 into the chamber 6.

また、チャンバー側部61の内側の壁面の上部には反射リング68が装着され、下部には反射リング69が装着されている。反射リング68,69は、ともに円環状に形成されている。上側の反射リング68は、チャンバー側部61の上側から嵌め込むことによって装着される。一方、下側の反射リング69は、チャンバー側部61の下側から嵌め込んで図示省略のビスで留めることによって装着される。すなわち、反射リング68,69は、ともに着脱自在にチャンバー側部61に装着されるものである。チャンバー6の内側空間、すなわち上側チャンバー窓63、下側チャンバー窓64、チャンバー側部61および反射リング68,69によって囲まれる空間が熱処理空間65として規定される。   A reflection ring 68 is attached to the upper part of the inner wall surface of the chamber side part 61, and a reflection ring 69 is attached to the lower part. The reflection rings 68 and 69 are both formed in an annular shape. The upper reflecting ring 68 is attached by fitting from above the chamber side portion 61. On the other hand, the lower reflection ring 69 is mounted by being fitted from the lower side of the chamber side portion 61 and fastened with a screw (not shown). That is, the reflection rings 68 and 69 are both detachably attached to the chamber side portion 61. An inner space of the chamber 6, that is, a space surrounded by the upper chamber window 63, the lower chamber window 64, the chamber side portion 61, and the reflection rings 68 and 69 is defined as a heat treatment space 65.

チャンバー側部61に反射リング68,69が装着されることによって、チャンバー6の内壁面に凹部62が形成される。すなわち、チャンバー側部61の内壁面のうち反射リング68,69が装着されていない中央部分と、反射リング68の下端面と、反射リング69の上端面とで囲まれた凹部62が形成される。凹部62は、チャンバー6の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウェハーWを保持する保持部7を囲繞する。   By attaching the reflection rings 68 and 69 to the chamber side portion 61, a recess 62 is formed on the inner wall surface of the chamber 6. That is, a recess 62 surrounded by a central portion of the inner wall surface of the chamber side portion 61 where the reflection rings 68 and 69 are not mounted, a lower end surface of the reflection ring 68, and an upper end surface of the reflection ring 69 is formed. . The recess 62 is formed in an annular shape along the horizontal direction on the inner wall surface of the chamber 6, and surrounds the holding portion 7 that holds the semiconductor wafer W.

チャンバー側部61および反射リング68,69は、強度と耐熱性に優れた金属材料(例えば、ステンレススチール)にて形成されている。また、反射リング68,69の内周面は電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。   The chamber side portion 61 and the reflection rings 68 and 69 are formed of a metal material (for example, stainless steel) having excellent strength and heat resistance. Further, the inner peripheral surfaces of the reflection rings 68 and 69 are mirrored by electrolytic nickel plating.

また、チャンバー側部61には、チャンバー6に対して半導体ウェハーWの搬入および搬出を行うための搬送開口部(炉口)66が形設されている。搬送開口部66は、ゲートバルブ185によって開閉可能とされている。搬送開口部66は凹部62の外周面に連通接続されている。このため、ゲートバルブ185が搬送開口部66を開放しているときには、搬送開口部66から凹部62を通過して熱処理空間65への半導体ウェハーWの搬入および熱処理空間65からの半導体ウェハーWの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ185が搬送開口部66を閉鎖するとチャンバー6内の熱処理空間65が密閉空間とされる。   The chamber side 61 is formed with a transfer opening (furnace port) 66 for carrying the semiconductor wafer W into and out of the chamber 6. The transfer opening 66 can be opened and closed by a gate valve 185. The transport opening 66 is connected to the outer peripheral surface of the recess 62. Therefore, when the gate valve 185 opens the transfer opening 66, the semiconductor wafer W is carried into the heat treatment space 65 through the recess 62 from the transfer opening 66 and the semiconductor wafer W is carried out from the heat treatment space 65. It can be performed. Further, when the gate valve 185 closes the transfer opening 66, the heat treatment space 65 in the chamber 6 becomes a sealed space.

また、チャンバー6の内壁上部には熱処理空間65に処理ガス(本実施形態では窒素ガス(N))を供給するガス供給孔81が形設されている。ガス供給孔81は、凹部62よりも上側位置に形設されており、反射リング68に設けられていても良い。ガス供給孔81はチャンバー6の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間82を介してガス供給管83に連通接続されている。ガス供給管83はガス供給源85に接続されている。また、ガス供給管83の経路途中にはバルブ84が介挿されている。バルブ84が開放されると、ガス供給源85から緩衝空間82に窒素ガスが送給される。緩衝空間82に流入した窒素ガスは、ガス供給孔81よりも流体抵抗の小さい緩衝空間82内を拡がるように流れてガス供給孔81から熱処理空間65内へと供給される。なお、処理ガスは窒素ガスに限定されるものではなく、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)などの不活性ガス、または、酸素(O)、水素(H)、塩素(Cl)、塩化水素(HCl)、オゾン(O)、アンモニア(NH)などの反応性ガスであっても良い。 Further, a gas supply hole 81 for supplying a processing gas (nitrogen gas (N 2 ) in the present embodiment) to the heat treatment space 65 is formed in the upper portion of the inner wall of the chamber 6. The gas supply hole 81 is formed at a position above the recess 62 and may be provided in the reflection ring 68. The gas supply hole 81 is connected to a gas supply pipe 83 through a buffer space 82 formed in an annular shape inside the side wall of the chamber 6. The gas supply pipe 83 is connected to a gas supply source 85. A valve 84 is inserted in the middle of the path of the gas supply pipe 83. When the valve 84 is opened, nitrogen gas is supplied from the gas supply source 85 to the buffer space 82. The nitrogen gas flowing into the buffer space 82 flows so as to expand in the buffer space 82 having a smaller fluid resistance than the gas supply hole 81 and is supplied from the gas supply hole 81 into the heat treatment space 65. Note that the processing gas is not limited to nitrogen gas, but is an inert gas such as argon (Ar) or helium (He), or oxygen (O 2 ), hydrogen (H 2 ), chlorine (Cl 2 ), A reactive gas such as hydrogen chloride (HCl), ozone (O 3 ), or ammonia (NH 3 ) may be used.

一方、チャンバー6の内壁下部には熱処理空間65内の気体を排気するガス排気孔86が形設されている。ガス排気孔86は、凹部62よりも下側位置に形設されており、反射リング69に設けられていても良い。ガス排気孔86はチャンバー6の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間87を介してガス排気管88に連通接続されている。ガス排気管88は排気部190に接続されている。また、ガス排気管88の経路途中にはバルブ89が介挿されている。バルブ89が開放されると、熱処理空間65の気体がガス排気孔86から緩衝空間87を経てガス排気管88へと排出される。なお、ガス供給孔81およびガス排気孔86は、チャンバー6の周方向に沿って複数設けられていても良いし、スリット状のものであっても良い。また、ガス供給源85および排気部190は、熱処理装置1に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置1が設置される工場のユーティリティであっても良い。   On the other hand, a gas exhaust hole 86 for exhausting the gas in the heat treatment space 65 is formed in the lower portion of the inner wall of the chamber 6. The gas exhaust hole 86 is formed at a position lower than the recess 62 and may be provided in the reflection ring 69. The gas exhaust hole 86 is connected to a gas exhaust pipe 88 through a buffer space 87 formed in an annular shape inside the side wall of the chamber 6. The gas exhaust pipe 88 is connected to the exhaust unit 190. A valve 89 is inserted in the middle of the path of the gas exhaust pipe 88. When the valve 89 is opened, the gas in the heat treatment space 65 is discharged from the gas exhaust hole 86 to the gas exhaust pipe 88 through the buffer space 87. A plurality of gas supply holes 81 and gas exhaust holes 86 may be provided along the circumferential direction of the chamber 6 or may be slit-shaped. Further, the gas supply source 85 and the exhaust unit 190 may be a mechanism provided in the heat treatment apparatus 1 or may be a utility of a factory where the heat treatment apparatus 1 is installed.

また、搬送開口部66の先端にも熱処理空間65内の気体を排出するガス排気管191が接続されている。ガス排気管191はバルブ192を介して排気部190に接続されている。バルブ192を開放することによって、搬送開口部66を介してチャンバー6内の気体が排気される。   A gas exhaust pipe 191 that exhausts the gas in the heat treatment space 65 is also connected to the tip of the transfer opening 66. The gas exhaust pipe 191 is connected to the exhaust unit 190 via a valve 192. By opening the valve 192, the gas in the chamber 6 is exhausted through the transfer opening 66.

図2は、保持部7の斜視図である。保持部7は、基台リング70およびサセプター74を備えて構成される。基台リング70は、石英により形成され、円環形状のリング部71に複数の爪部72(本実施形態では4本)を立設して構成される。図3は、サセプター74の平面図である。サセプター74は石英にて形成された円形の平板状部材である。サセプター74の直径は半導体ウェハーWの直径よりも大きい。すなわち、サセプター74は、半導体ウェハーWよりも大きな平面サイズを有する。サセプター74の上面には複数個の支持ピン75が立設されている。本実施形態においては、サセプター74の外周円と同心円の周上に沿って60°毎に計6本の支持ピン75が立設されている。6本の支持ピン75を配置した円の径(対向する支持ピン75間の距離)は半導体ウェハーWの径よりも小さい。それぞれの支持ピン75は石英にて形成されている。なお、支持ピン75の個数は6本に限定されるものではなく、半導体ウェハーWを安定して支持可能な3本以上であれば良い。   FIG. 2 is a perspective view of the holding unit 7. The holding unit 7 includes a base ring 70 and a susceptor 74. The base ring 70 is made of quartz, and is configured by a plurality of claw portions 72 (four in this embodiment) standing on an annular ring portion 71. FIG. 3 is a plan view of the susceptor 74. The susceptor 74 is a circular flat plate member made of quartz. The diameter of the susceptor 74 is larger than the diameter of the semiconductor wafer W. That is, the susceptor 74 has a larger planar size than the semiconductor wafer W. A plurality of support pins 75 are erected on the upper surface of the susceptor 74. In the present embodiment, a total of six support pins 75 are provided upright every 60 ° along a circumference that is concentric with the outer circumference of the susceptor 74. The diameter of the circle in which the six support pins 75 are arranged (the distance between the support pins 75 facing each other) is smaller than the diameter of the semiconductor wafer W. Each support pin 75 is made of quartz. The number of support pins 75 is not limited to six, and may be three or more that can stably support the semiconductor wafer W.

また、サセプター74の上面には、6本の支持ピン75と同心円状に複数個(本実施形態では5個)のガイドピン76が立設されている。5個のガイドピン76を配置した円の径は半導体ウェハーWの径よりも若干大きい。各ガイドピン76は石英にて形成されている。なお、これら複数個のガイドピン76に代えて上側に向けて拡がるように水平面と所定の角度をなすテーパ面が形成された円環状部材を設けるようにしても良い。さらに、サセプター74には、後述する移載機構10のリフトピン12が半導体ウェハーWの受け渡しのために貫通する4個の貫通孔79が穿設されている。   Further, on the upper surface of the susceptor 74, a plurality of (five in the present embodiment) guide pins 76 are erected concentrically with the six support pins 75. The diameter of the circle in which the five guide pins 76 are arranged is slightly larger than the diameter of the semiconductor wafer W. Each guide pin 76 is made of quartz. Instead of the plurality of guide pins 76, an annular member having a tapered surface that forms a predetermined angle with the horizontal plane may be provided so as to expand upward. Further, the susceptor 74 is provided with four through holes 79 through which lift pins 12 of the transfer mechanism 10 to be described later penetrate for the delivery of the semiconductor wafer W.

リング部71が凹部62の底面に載置されることによって、基台リング70がチャンバー6に装着される。そして、サセプター74はチャンバー6に装着された基台リング70の爪部72に載置される。チャンバー6に搬入された半導体ウェハーWは基台リング70に保持されたサセプター74の上に水平姿勢にて載置される。   The base ring 70 is attached to the chamber 6 by placing the ring portion 71 on the bottom surface of the recess 62. The susceptor 74 is placed on the claw 72 of the base ring 70 attached to the chamber 6. The semiconductor wafer W carried into the chamber 6 is placed in a horizontal posture on the susceptor 74 held by the base ring 70.

図4は、サセプター74に半導体ウェハーWが載置されたときの支持ピン75近傍を拡大した図である。基台リング70の各爪部72には支持棒73が立設されている。支持棒73の上端部がサセプター74の下面に穿設された凹部に嵌合することによって、サセプター74が位置ずれすることなく基台リング70に保持される。   FIG. 4 is an enlarged view of the vicinity of the support pins 75 when the semiconductor wafer W is placed on the susceptor 74. A support rod 73 is erected on each claw portion 72 of the base ring 70. When the upper end portion of the support rod 73 is fitted into a recess formed in the lower surface of the susceptor 74, the susceptor 74 is held on the base ring 70 without being displaced.

また、支持ピン75およびガイドピン76もサセプター74の上面に穿設された凹部に嵌着されて立設されている。サセプター74の上面に立設された支持ピン75およびガイドピン76の上端は当該上面から突出する。半導体ウェハーWはサセプター74に立設された複数の支持ピン75によって点接触にて支持されてサセプター74上に載置される。半導体ウェハーWは複数の支持ピン75によってサセプター74の上面から所定間隔を隔てて支持されることとなる。また、ガイドピン76の上端の高さ位置は支持ピン75の上端よりも高く、複数のガイドピン76によって半導体ウェハーWの水平方向の位置ずれが防止される。なお、支持ピン75およびガイドピン76をサセプター74と一体に石英にて加工するようにしても良い。   The support pin 75 and the guide pin 76 are also erected by being fitted into a recess formed in the upper surface of the susceptor 74. The upper ends of the support pin 75 and the guide pin 76 erected on the upper surface of the susceptor 74 protrude from the upper surface. The semiconductor wafer W is supported by point contact by a plurality of support pins 75 erected on the susceptor 74 and placed on the susceptor 74. The semiconductor wafer W is supported by a plurality of support pins 75 at a predetermined interval from the upper surface of the susceptor 74. Further, the height position of the upper end of the guide pin 76 is higher than the upper end of the support pin 75, and the horizontal displacement of the semiconductor wafer W is prevented by the plurality of guide pins 76. The support pins 75 and the guide pins 76 may be processed with quartz integrally with the susceptor 74.

また、ガイドピン76に代えて上記テーパ面が形成された円環状部材を設けた場合には、当該円環状部材によって半導体ウェハーWの水平方向の位置ずれが防止される。そして、サセプター74の上面のうち少なくとも複数の支持ピン75に支持された半導体ウェハーWに対向する領域は平面となる。   Further, when the annular member having the tapered surface is provided instead of the guide pin 76, the horizontal displacement of the semiconductor wafer W is prevented by the annular member. And the area | region which opposes the semiconductor wafer W supported by the at least some support pin 75 among the upper surfaces of the susceptor 74 becomes a plane.

また、図2および図3に示すように、サセプター74には、上下に貫通して開口部78および切り欠き部77が形成されている。切り欠き部77は、熱電対を使用した接触式温度計130のプローブ先端部を通すために設けられている。一方、開口部78は、放射温度計120が保持プレート74に保持された半導体ウェハーWの下面から放射される放射光(赤外光)を受光するために設けられている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the susceptor 74 has an opening 78 and a notch 77 penetrating vertically. The notch 77 is provided to pass the probe tip of the contact thermometer 130 using a thermocouple. On the other hand, the opening 78 is provided for receiving radiation light (infrared light) emitted from the lower surface of the semiconductor wafer W held by the holding plate 74 by the radiation thermometer 120.

図5は、移載機構10の平面図である。また、図6は、移載機構10の側面図である。移載機構10は、2本の移載アーム11を備える。移載アーム11は、概ね円環状の凹部62に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム11には2本のリフトピン12が立設されている。各移載アーム11は水平移動機構13によって回動可能とされている。水平移動機構13は、一対の移載アーム11を保持部7に対して半導体ウェハーWの移載を行う移載動作位置(図5の実線位置)と保持部7に保持された半導体ウェハーWと平面視で重ならない退避位置(図5の二点鎖線位置)との間で水平移動させる。水平移動機構13としては、個別のモータによって各移載アーム11をそれぞれ回動させるものであっても良いし、リンク機構を用いて1個のモータによって一対の移載アーム11を連動させて回動させるものであっても良い。   FIG. 5 is a plan view of the transfer mechanism 10. FIG. 6 is a side view of the transfer mechanism 10. The transfer mechanism 10 includes two transfer arms 11. The transfer arm 11 has an arc shape that follows the generally annular recess 62. Two lift pins 12 are erected on each transfer arm 11. Each transfer arm 11 can be rotated by a horizontal movement mechanism 13. The horizontal movement mechanism 13 includes a transfer operation position (a position indicated by a solid line in FIG. 5) for transferring the pair of transfer arms 11 to the holding unit 7 and the semiconductor wafer W held by the holding unit 7. It is moved horizontally between the retracted positions (two-dot chain line positions in FIG. 5) that do not overlap in plan view. As the horizontal movement mechanism 13, each transfer arm 11 may be rotated by an individual motor, or a pair of transfer arms 11 may be interlocked by a single motor using a link mechanism. It may be moved.

また、一対の移載アーム11は、昇降機構14によって水平移動機構13とともに昇降移動される。昇降機構14が一対の移載アーム11を移載動作位置にて上昇させると、計4本のリフトピン12がサセプター74に穿設された貫通孔79(図2,3参照)を通過し、リフトピン12の上端がサセプター74の上面から突き出る。一方、昇降機構14が一対の移載アーム11を移載動作位置にて下降させてリフトピン12を貫通孔79から抜き取り、水平移動機構13が一対の移載アーム11を開くように移動させると各移載アーム11が退避位置に移動する。一対の移載アーム11の退避位置は、基台リング70のリング部71の直上である。リング部71は凹部62の底面に載置されているため、移載アーム11の退避位置は凹部62の内側となる。なお、移載機構10の駆動部(水平移動機構13および昇降機構14)が設けられている部位の近傍にも図示省略の排気機構が設けられており、移載機構10の駆動部周辺の雰囲気がチャンバー6の外部に排出されるように構成されている。   The pair of transfer arms 11 are moved up and down together with the horizontal moving mechanism 13 by the lifting mechanism 14. When the elevating mechanism 14 raises the pair of transfer arms 11 at the transfer operation position, a total of four lift pins 12 pass through through holes 79 (see FIGS. 2 and 3) formed in the susceptor 74, and the lift pins The upper end of 12 protrudes from the upper surface of the susceptor 74. On the other hand, when the elevating mechanism 14 lowers the pair of transfer arms 11 at the transfer operation position, the lift pins 12 are extracted from the through holes 79, and the horizontal movement mechanism 13 moves the pair of transfer arms 11 so as to open each of them. The transfer arm 11 moves to the retracted position. The retracted position of the pair of transfer arms 11 is directly above the ring portion 71 of the base ring 70. Since the ring portion 71 is placed on the bottom surface of the recess 62, the retracted position of the transfer arm 11 is inside the recess 62. Note that an exhaust mechanism (not shown) is also provided in the vicinity of the portion where the drive unit (the horizontal movement mechanism 13 and the lifting mechanism 14) of the transfer mechanism 10 is provided, and the atmosphere around the drive unit of the transfer mechanism 10 Is discharged to the outside of the chamber 6.

図1に戻り、チャンバー6の上方に設けられたフラッシュ加熱部5は、筐体51の内側に、複数本(本実施形態では30本)のキセノンフラッシュランプFLからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ52と、を備えて構成される。また、フラッシュ加熱部5の筐体51の底部にはランプ光放射窓53が装着されている。フラッシュ加熱部5の床部を構成するランプ光放射窓53は、石英により形成された板状の石英窓である。フラッシュ加熱部5がチャンバー6の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓53が上側チャンバー窓63と相対向することとなる。フラッシュランプFLはチャンバー6の上方からランプ光放射窓53および上側チャンバー窓63を介して熱処理空間65にフラッシュ光を照射する。   Returning to FIG. 1, the flash heating unit 5 provided above the chamber 6 includes a light source including a plurality of (30 in the present embodiment) xenon flash lamps FL inside the housing 51, and an upper part of the light source. And a reflector 52 provided so as to cover. A lamp light emission window 53 is mounted on the bottom of the casing 51 of the flash heating unit 5. The lamp light emission window 53 constituting the floor of the flash heating unit 5 is a plate-like quartz window made of quartz. By installing the flash heating unit 5 above the chamber 6, the lamp light emission window 53 faces the upper chamber window 63. The flash lamp FL irradiates the heat treatment space 65 with flash light from above the chamber 6 through the lamp light emission window 53 and the upper chamber window 63.

複数のフラッシュランプFLは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向がサセプター7に支持される半導体ウェハーWの主面に沿って(つまり水平方向に沿って)互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプFLの配列によって形成される平面も水平面である。   Each of the plurality of flash lamps FL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape, and the longitudinal direction of each of the flash lamps FL is along the main surface of the semiconductor wafer W supported by the susceptor 7 (that is, along the horizontal direction). They are arranged in a plane so as to be parallel. Therefore, the plane formed by the arrangement of the flash lamps FL is also a horizontal plane.

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に接続された陽極および陰極が配設された棒状のガラス管(放電管)と、該ガラス管の外周面上に付設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、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても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、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプFLにおいては、予めコンデンサーに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100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、ハロゲンランプHLの如き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。すなわち、フラッシュランプFLは、1秒未満の極めて短い時間で瞬間的に発光するパルス発光ランプである。なお、フラッシュランプFLの発光時間は、フラッシュランプFLに電力供給を行うランプ電源のコイル定数によって調整することができる。   The xenon flash lamp FL has a rod-shaped glass tube (discharge tube) in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode connected to a capacitor at both ends thereof, and an outer peripheral surface of the glass tube. And a triggered electrode. Since xenon gas is an electrical insulator, electricity does not flow into the glass tube under normal conditions even if electric charges are accumulated in the capacitor. However, when the insulation is broken by applying a high voltage to the trigger electrode, the electricity stored in the capacitor flows instantaneously in the glass tube, and light is emitted by excitation of atoms or molecules of xenon at that time. In such a xenon flash lamp FL, the electrostatic energy previously stored in the capacitor is converted into an extremely short light pulse of 0.1 to 100 milliseconds, so that the continuous lighting such as the halogen lamp HL is possible. It has the characteristic that it can irradiate extremely strong light compared with a light source. That is, the flash lamp FL is a pulse light emitting lamp that emits light instantaneously in an extremely short time of less than 1 second. The light emission time of the flash lamp FL can be adjusted by the coil constant of the lamp power source that supplies power to the flash lamp FL.

また、リフレクタ52は、複数のフラッシュランプFLの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ52の基本的な機能は、複数のフラッシュランプFLから出射されたフラッシュ光を熱処理空間65の側に反射するというものである。リフレクタ52はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面(フラッシュランプFLに臨む側の面)はブラスト処理により粗面化加工が施されている。   In addition, the reflector 52 is provided above the plurality of flash lamps FL so as to cover all of them. The basic function of the reflector 52 is to reflect the flash light emitted from the plurality of flash lamps FL toward the heat treatment space 65. The reflector 52 is formed of an aluminum alloy plate, and the surface (the surface facing the flash lamp FL) is roughened by blasting.

チャンバー6の下方に設けられたハロゲン加熱部4の内部には複数本(本実施形態では40本)のハロゲンランプHLが内蔵されている。複数のハロゲンランプHLはチャンバー6の下方から下側チャンバー窓64を介して熱処理空間65への光照射を行う。図7は、複数のハロゲンランプHLの配置を示す平面図である。本実施形態では、上下2段に各20本ずつのハロゲンランプHLが配設されている。各ハロゲンランプHLは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに20本のハロゲンランプHLは、それぞれの長手方向が保持部7に保持される半導体ウェハーWの主面に沿って(つまり水平方向に沿って)互いに平行となるように配列されている。よって、上段、下段ともにハロゲンランプHLの配列によって形成される平面は水平面である。   A plurality of halogen lamps HL (40 in this embodiment) are built in the halogen heating unit 4 provided below the chamber 6. The plurality of halogen lamps HL irradiate the heat treatment space 65 from below the chamber 6 through the lower chamber window 64. FIG. 7 is a plan view showing the arrangement of the plurality of halogen lamps HL. In the present embodiment, 20 halogen lamps HL are arranged in two upper and lower stages. Each halogen lamp HL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape. The 20 halogen lamps HL in both the upper and lower stages are arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 (that is, along the horizontal direction). Yes. Therefore, the plane formed by the arrangement of the halogen lamps HL in both the upper stage and the lower stage is a horizontal plane.

また、図7に示すように、上段、下段ともに保持部7に保持される半導体ウェハーWの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプHLの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも端部側の方がハロゲンランプHLの配設ピッチが短い。このため、ハロゲン加熱部4からの光照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーWの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。   Further, as shown in FIG. 7, the arrangement density of the halogen lamps HL in the region facing the peripheral portion is higher than the region facing the central portion of the semiconductor wafer W held by the holding portion 7 in both the upper stage and the lower stage. Yes. That is, in both the upper and lower stages, the arrangement pitch of the halogen lamps HL is shorter on the end side than on the center part of the lamp array. For this reason, it is possible to irradiate a larger amount of light to the peripheral portion of the semiconductor wafer W where the temperature is likely to decrease during heating by light irradiation from the halogen heating unit 4.

また、上段のハロゲンランプHLからなるランプ群と下段のハロゲンランプHLからなるランプ群とが格子状に交差するように配列されている。すなわち、上段の各ハロゲンランプHLの長手方向と下段の各ハロゲンランプHLの長手方向とが直交するように計40本のハロゲンランプHLが配設されている。   Further, the lamp group composed of the upper halogen lamp HL and the lamp group composed of the lower halogen lamp HL are arranged so as to intersect in a lattice pattern. That is, a total of 40 halogen lamps HL are arranged so that the longitudinal direction of the upper halogen lamps HL and the longitudinal direction of the lower halogen lamps HL are orthogonal to each other.

ハロゲンランプHLは、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素(ヨウ素、臭素等)を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプHLは、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特性を有する。すなわち、ハロゲンランプHLは少なくとも1秒以上連続して発光する連続点灯ランプである。また、ハロゲンランプHLは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプHLを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーWへの放射効率が優れたものとなる。   The halogen lamp HL is a filament-type light source that emits light by making the filament incandescent by energizing the filament disposed inside the glass tube. Inside the glass tube, a gas obtained by introducing a trace amount of a halogen element (iodine, bromine, etc.) into an inert gas such as nitrogen or argon is enclosed. By introducing a halogen element, it is possible to set the filament temperature to a high temperature while suppressing breakage of the filament. Therefore, the halogen lamp HL has a characteristic that it has a longer life than a normal incandescent bulb and can continuously radiate strong light. That is, the halogen lamp HL is a continuous lighting lamp that emits light continuously for at least one second. Further, since the halogen lamp HL is a rod-shaped lamp, it has a long life, and by arranging the halogen lamp HL along the horizontal direction, the radiation efficiency to the upper semiconductor wafer W becomes excellent.

また、本実施形態においては、保持部7よりも下方に受光部40が設けられている。図8は、受光部40の構成を示す図である。図8においては、図示の便宜上、ハロゲン加熱部4およびチャンバー6の構成を簡略化して描いている。受光部40は、導光ロッド45、回転モータ44およびフォトダイオード41を備える。また、受光部40に付随してレンズ43、切替ミラー46およびレーザユニット48が設けられている。受光部40は、保持部7に保持された半導体ウェハーWの下面周縁部からの光を導光ロッド45の上端で受光してフォトダイオード41へと導く。   In the present embodiment, the light receiving unit 40 is provided below the holding unit 7. FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of the light receiving unit 40. In FIG. 8, for convenience of illustration, the configurations of the halogen heating unit 4 and the chamber 6 are simplified. The light receiving unit 40 includes a light guide rod 45, a rotation motor 44, and a photodiode 41. Further, a lens 43, a switching mirror 46, and a laser unit 48 are provided along with the light receiving unit 40. The light receiving unit 40 receives light from the lower peripheral edge of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 at the upper end of the light guide rod 45 and guides it to the photodiode 41.

図9は、導光ロッド45の縦断面図である。導光ロッド45は、石英によって形成された略棒状の光学部材である。導光ロッド45は、上端に位置する受光ヘッド部45aと、その下側に鉛直方向に沿って設けられた導光部45bと、を備えて構成される。導光部45bは円柱形状を有しており、本実施形態ではその径がφ15mmとされている。受光ヘッド部45aには、反射面45cおよび入射面45dが形成されている。本実施形態においては、入射面45dは鉛直方向に沿って形成され、反射面45cと水平面とのなす角度αは56.7°とされている。なお、導光ロッド45は、1本の円柱状石英ロッドから反射面45cおよび入射面45dを切り出して作製するようにしても良いし、受光ヘッド部45aと導光部45bとを別体の石英部材として接着するようにしても良い。   FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the light guide rod 45. The light guide rod 45 is a substantially rod-shaped optical member made of quartz. The light guide rod 45 includes a light receiving head portion 45a located at the upper end and a light guide portion 45b provided below the light receiving head portion 45a along the vertical direction. The light guide portion 45b has a cylindrical shape, and in the present embodiment, the diameter is 15 mm. The light receiving head portion 45a is formed with a reflecting surface 45c and an incident surface 45d. In the present embodiment, the incident surface 45d is formed along the vertical direction, and the angle α formed by the reflecting surface 45c and the horizontal plane is 56.7 °. The light guide rod 45 may be manufactured by cutting out the reflection surface 45c and the incident surface 45d from one cylindrical quartz rod, or the light receiving head portion 45a and the light guide portion 45b are separated from each other. You may make it adhere | attach as a member.

導光ロッド45は、保持部7に保持された半導体ウェハーWの中心直下に配置されている。具体的には、保持部7が水平姿勢にて保持する半導体ウェハーWの中心を鉛直方向に貫く中心線CX(図8)と円柱形状の導光部45bの中心軸とが一致するように導光ロッド45が設けられている。   The light guide rod 45 is disposed immediately below the center of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7. Specifically, the center line CX (FIG. 8) penetrating the center of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 in a horizontal posture in the vertical direction is aligned with the center axis of the cylindrical light guide unit 45b. An optical rod 45 is provided.

図8に示すように、導光ロッド45は、ハロゲン加熱部4の下方に設けられた回転モータ44によって導光部45bの中心軸(つまり、半導体ウェハーWの中心線CX)を回転中心として回転可能とされている。本実施形態の回転モータ44は、モータ軸が中空となっている中空モータであり、その中空部分に導光部45bの下端が挿通されている。そして、導光部45bの下端面に対向する位置にレンズ43が配置され、さらにレンズ43の下側に切替ミラー46が配置されている。切替ミラー46は姿勢制御モータ47によって姿勢変更される。フォトダイオード41は切替ミラー46の側方に設けられている。   As shown in FIG. 8, the light guide rod 45 is rotated about the central axis of the light guide part 45 b (that is, the center line CX of the semiconductor wafer W) by the rotation motor 44 provided below the halogen heating part 4. It is possible. The rotation motor 44 of the present embodiment is a hollow motor having a hollow motor shaft, and the lower end of the light guide portion 45b is inserted into the hollow portion. And the lens 43 is arrange | positioned in the position facing the lower end surface of the light guide part 45b, and the switching mirror 46 is arrange | positioned under the lens 43 further. The posture of the switching mirror 46 is changed by the posture control motor 47. The photodiode 41 is provided on the side of the switching mirror 46.

導光ロッド45の導光部45bの上端側は、ハロゲン加熱部4の底壁、および、図示を省略するハロゲンランプHL用のリフレクタを貫通している。導光部45bがハロゲン加熱部4の底壁を貫通する部位にはベアリングを設けるようにしても良い。導光部45bは、さらにハロゲンランプHLの配置の隙間を通り抜け(図7参照)、その上端が少なくとも上段のハロゲンランプHLよりも上側に位置するように設けられる。そして、導光部45bの上端に受光ヘッド部45aが連設される。このため、導光ロッド45が回転したときにも、導光ロッド45とハロゲンランプHLとの接触が防止される。   The upper end side of the light guide part 45b of the light guide rod 45 passes through the bottom wall of the halogen heating part 4 and a reflector for the halogen lamp HL (not shown). You may make it provide a bearing in the site | part through which the light guide part 45b penetrates the bottom wall of the halogen heating part 4. FIG. The light guide portion 45b is further provided so as to pass through the gap in the arrangement of the halogen lamps HL (see FIG. 7) and to have its upper end positioned at least above the upper halogen lamp HL. A light receiving head portion 45a is connected to the upper end of the light guide portion 45b. For this reason, even when the light guide rod 45 rotates, the contact between the light guide rod 45 and the halogen lamp HL is prevented.

ハロゲン加熱部4のハロゲンランプHLが非常に弱い出力(例えば1%程度の出力)で点灯している場合には、それらハロゲンランプHLが照明手段として機能し、保持部7に保持された半導体ウェハーWの下面を照らすこととなる。なお、保持部7のサセプター74および支持ピン75は石英にて形成されているため、ハロゲンランプHLからの光を透過する。   When the halogen lamp HL of the halogen heating unit 4 is lit with a very weak output (for example, an output of about 1%), the halogen lamp HL functions as an illuminating means, and the semiconductor wafer held by the holding unit 7 The lower surface of W will be illuminated. Since the susceptor 74 and the support pin 75 of the holding unit 7 are made of quartz, the light from the halogen lamp HL is transmitted.

ハロゲンランプHLから出射されて半導体ウェハーWの下面周縁部にて反射された光の一部は、図9に示すように、導光ロッド45の入射面45dに入射する。半導体ウェハーWの周縁部からの反射光は、入射面45dに入射する際に若干屈折されて反射面45cへと導かれる。そして、その光は反射面45cで全反射されて導光部45bへと向かう。本実施形態では、反射面45cと水平面とのなす角度αが56.7°とされており、この場合、半導体ウェハーWの下面周縁部からの光のうち水平面とのなす角度βが約35°となる光が入射面45dに入射すると、その光は反射面45cで全反射されて鉛直方向下方へと向かう。なお、この角度βは熱処理装置1の配置構成(導光ロッド45と半導体ウェハーWとの位置関係等)に応じて適宜の値とすることができ、具体的には反射面45cと水平面とのなす角度αによって調整することができる。   A part of the light emitted from the halogen lamp HL and reflected at the peripheral edge of the lower surface of the semiconductor wafer W is incident on the incident surface 45d of the light guide rod 45 as shown in FIG. The reflected light from the peripheral edge of the semiconductor wafer W is slightly refracted when being incident on the incident surface 45d and is guided to the reflecting surface 45c. The light is totally reflected by the reflection surface 45c and travels toward the light guide 45b. In the present embodiment, the angle α formed by the reflecting surface 45c and the horizontal plane is 56.7 °, and in this case, the angle β formed by the horizontal plane of the light from the peripheral surface of the lower surface of the semiconductor wafer W is about 35 °. Is incident on the incident surface 45d, the light is totally reflected by the reflecting surface 45c and travels downward in the vertical direction. The angle β can be set to an appropriate value according to the arrangement configuration of the heat treatment apparatus 1 (positional relationship between the light guide rod 45 and the semiconductor wafer W, etc.), specifically, the reflection surface 45c and the horizontal plane. The angle α can be adjusted.

受光ヘッド部45aから鉛直方向下方に向かって進む光は、鉛直方向に沿って設けられた導光部45bの内部をその長手方向に沿って、すなわち導光部45bの中心軸と平行に直進する。そして、導光部45b内を導かれた光は導光部45bの下端面から出射される。鉛直方向下方に進む光の導光部45b下端面に対する入射角は0°であるため、当該下端面から出射されるときに屈折は生じない。従って、導光ロッド45の下端から出射した光は、そのまま鉛直方向下方へと進行する。   Light traveling downward in the vertical direction from the light receiving head portion 45a travels straight along the longitudinal direction inside the light guide portion 45b provided along the vertical direction, that is, parallel to the central axis of the light guide portion 45b. . And the light guide | induced inside the light guide part 45b is radiate | emitted from the lower end surface of the light guide part 45b. Since the incident angle of the light traveling downward in the vertical direction with respect to the lower end surface of the light guide 45b is 0 °, no refraction occurs when the light is emitted from the lower end surface. Therefore, the light emitted from the lower end of the light guide rod 45 travels downward in the vertical direction.

導光ロッド45の下端面から出射された光はレンズ43を透過して切替ミラー46に到達する。受光部40が半導体ウェハーWの下面周縁部からの反射光を受光するときには、切替ミラー46の法線が水平面から45°をなす姿勢とされている。よって、導光ロッド45の下端面から鉛直方向下方に向けて出射された光は切替ミラー46で反射されて水平方向に進み、フォトダイオード41に到達する(図13参照)。   The light emitted from the lower end surface of the light guide rod 45 passes through the lens 43 and reaches the switching mirror 46. When the light receiving unit 40 receives the reflected light from the peripheral edge of the lower surface of the semiconductor wafer W, the normal line of the switching mirror 46 is set at an angle of 45 ° from the horizontal plane. Therefore, the light emitted downward from the lower end surface of the light guide rod 45 in the vertical direction is reflected by the switching mirror 46 and travels in the horizontal direction to reach the photodiode 41 (see FIG. 13).

ハロゲンランプHLから微弱な出力にて半導体ウェハーWの下面に光を照射しつつ、回転モータ44が中心線CXを回転中心として導光ロッド45を回転させることにより、受光部40は半導体ウェハーWの下面周縁部の全周にわたって反射光を受光することができる。   The light receiving unit 40 rotates the light guide rod 45 around the center line CX while irradiating the lower surface of the semiconductor wafer W with a weak output from the halogen lamp HL. Reflected light can be received over the entire periphery of the lower surface peripheral edge.

また、受光部40に付随して設けられているレーザユニット48は、例えば出力が80W〜120Wの非常に高出力の半導体レーザであり、波長が800nm〜820nmの可視光レーザを放出する。レーザユニット48から放出されたレーザ光は光ファイバー49によって受光部40へと導かれる。   The laser unit 48 provided along with the light receiving unit 40 is a very high-power semiconductor laser having an output of 80 W to 120 W, for example, and emits a visible light laser having a wavelength of 800 nm to 820 nm. The laser light emitted from the laser unit 48 is guided to the light receiving unit 40 by the optical fiber 49.

切替ミラー46は光ファイバー49の出射端とレンズ43との間に設けられている。姿勢制御モータ47は、切替ミラー46を法線が水平方向に沿う姿勢と水平面から45°をなす姿勢とに姿勢変更することができる。上述したように、受光部40が半導体ウェハーWの下面周縁部からの反射光を受光するときには、切替ミラー46の法線が水平面から45°をなす姿勢とされてその反射光を導光ロッド45からフォトダイオード41に到達させる。一方、切替ミラー46を法線が水平方向に沿う姿勢のときには、光ファイバー49の出射端から出射されたレーザ光はレンズ43に入射する(図14参照)。レンズ43を透過したレーザ光は、導光ロッド45の下端に入射し、上述したのとは逆の光路を通って半導体ウェハーWの下面周縁部へと導かれるのである。すなわち、切替ミラー46は、半導体ウェハーWの周縁部からの反射光を導光ロッド45からフォトダイオード41に到達させて受光部40で受光する受光モードと、レーザユニット48から出射されたレーザ光を導光ロッド45に入射させる照射モードとのいずれかに切り替える。   The switching mirror 46 is provided between the exit end of the optical fiber 49 and the lens 43. The posture control motor 47 can change the posture of the switching mirror 46 between a posture in which the normal line is in the horizontal direction and a posture in which the normal is 45 ° from the horizontal plane. As described above, when the light receiving unit 40 receives the reflected light from the peripheral edge of the lower surface of the semiconductor wafer W, the normal line of the switching mirror 46 is set at 45 ° from the horizontal plane, and the reflected light is guided to the light guide rod 45. To the photodiode 41. On the other hand, when the normal of the switching mirror 46 is in the horizontal direction, the laser beam emitted from the emission end of the optical fiber 49 enters the lens 43 (see FIG. 14). The laser light that has passed through the lens 43 enters the lower end of the light guide rod 45 and is guided to the peripheral edge of the lower surface of the semiconductor wafer W through an optical path opposite to that described above. That is, the switching mirror 46 receives the reflected light from the peripheral portion of the semiconductor wafer W from the light guide rod 45 to the photodiode 41 and receives the light by the light receiving unit 40, and the laser light emitted from the laser unit 48. The mode is switched to one of the irradiation modes to be incident on the light guide rod 45.

受光モードにて半導体ウェハーWの周縁部からの反射光を受光したフォトダイオード41は、光起電力効果によって受光した光の強度に応じた光電流を発生し、当該反射光を電気信号に変換する。フォトダイオード41は応答時間が極めて短いという特性を有する。図8に示すように、フォトダイオード41は検出部20と電気的に接続されており、受光に応答して生じた電気信号を検出部20に伝達する。   The photodiode 41 that has received the reflected light from the peripheral edge of the semiconductor wafer W in the light receiving mode generates a photocurrent corresponding to the intensity of the received light by the photovoltaic effect, and converts the reflected light into an electrical signal. . The photodiode 41 has a characteristic that the response time is extremely short. As shown in FIG. 8, the photodiode 41 is electrically connected to the detection unit 20, and transmits an electrical signal generated in response to light reception to the detection unit 20.

図10は、検出部20の構成を示すブロック図である。検出部20は、電流電圧変換回路21、増幅回路22、高速A/Dコンバータ23および判定部24を備える。電流電圧変換回路21は、フォトダイオード41にて発生した微弱な電流を取り扱いの容易な電圧の信号に変換する回路である。電流電圧変換回路21は、例えばオペアンプを用いて構成することができる。   FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the detection unit 20. The detection unit 20 includes a current-voltage conversion circuit 21, an amplification circuit 22, a high-speed A / D converter 23, and a determination unit 24. The current-voltage conversion circuit 21 is a circuit that converts a weak current generated in the photodiode 41 into a signal having a voltage that can be easily handled. The current-voltage conversion circuit 21 can be configured using, for example, an operational amplifier.

増幅回路22は、電流電圧変換回路21から出力された電圧信号を増幅して高速A/Dコンバータ23に出力する。高速A/Dコンバータ23は、増幅回路22によって増幅された電圧信号をデジタル信号に変換する。判定部24は、CPUやメモリなどを備えたマイクロコンピュータにて構成されている。判定部24は、予め設定された処理プログラムを実行することによって、高速A/Dコンバータ25から出力されたデジタル信号を所定間隔でサンプリングしてフォトダイオード41が受光した反射光の強度データを集積する。そして、判定部24は、フラッシュ光照射前後の反射光の強度を比較することによって半導体ウェハーWの割れを検出するのであるが、この処理についてはさらに後述する。   The amplifier circuit 22 amplifies the voltage signal output from the current-voltage conversion circuit 21 and outputs the amplified voltage signal to the high-speed A / D converter 23. The high-speed A / D converter 23 converts the voltage signal amplified by the amplifier circuit 22 into a digital signal. The determination unit 24 is configured by a microcomputer including a CPU, a memory, and the like. The determination unit 24 samples a digital signal output from the high-speed A / D converter 25 at a predetermined interval by executing a processing program set in advance, and accumulates intensity data of reflected light received by the photodiode 41. . And the determination part 24 detects the crack of the semiconductor wafer W by comparing the intensity | strength of the reflected light before and behind flash light irradiation, but this process is further mentioned later.

検出部20は制御部3と通信回線を介して接続されている。制御部3は、熱処理装置1に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。制御部3のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部3は、各種演算処理を行うCPU、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるROM、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるRAMおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えている。制御部3のCPUが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置1における処理が進行する。   The detection unit 20 is connected to the control unit 3 via a communication line. The control unit 3 controls the various operation mechanisms provided in the heat treatment apparatus 1. The configuration of the control unit 3 as hardware is the same as that of a general computer. That is, the control unit 3 stores a CPU that performs various arithmetic processes, a ROM that is a read-only memory that stores basic programs, a RAM that is a readable and writable memory that stores various information, control software, data, and the like. It has a magnetic disk. The processing in the heat treatment apparatus 1 proceeds as the CPU of the control unit 3 executes a predetermined processing program.

上記の構成以外にも熱処理装置1は、半導体ウェハーWの熱処理時にハロゲンランプHLおよびフラッシュランプFLから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部4、フラッシュ加熱部5およびチャンバー6の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー6の壁体には水冷管(図示省略)が設けられている。また、ハロゲン加熱部4およびフラッシュ加熱部5は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓63とランプ光放射窓53との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部5および上側チャンバー窓63を冷却する。   In addition to the above configuration, the heat treatment apparatus 1 prevents an excessive temperature rise in the halogen heating unit 4, the flash heating unit 5, and the chamber 6 due to thermal energy generated from the halogen lamp HL and the flash lamp FL during the heat treatment of the semiconductor wafer W. Therefore, various cooling structures are provided. For example, the wall of the chamber 6 is provided with a water-cooled tube (not shown). Further, the halogen heating unit 4 and the flash heating unit 5 have an air cooling structure in which a gas flow is formed inside to exhaust heat. Air is also supplied to the gap between the upper chamber window 63 and the lamp light emission window 53 to cool the flash heating unit 5 and the upper chamber window 63.

次に、熱処理装置1における半導体ウェハーWの処理手順について説明する。ここで処理対象となる半導体ウェハーWはイオン注入法により不純物(イオン)が添加された半導体基板である。その不純物の活性化が熱処理装置1によるフラッシュ光照射加熱処理(アニール)により実行される。図11および図12は、熱処理装置1における処理手順を示すフローチャートである。以下に説明する熱処理装置1の処理手順は、制御部3が熱処理装置1の各動作機構を制御することにより進行する。   Next, a processing procedure for the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1 will be described. The semiconductor wafer W to be processed here is a semiconductor substrate to which impurities (ions) are added by an ion implantation method. The activation of the impurities is performed by flash light irradiation heat treatment (annealing) by the heat treatment apparatus 1. FIG. 11 and FIG. 12 are flowcharts showing a processing procedure in the heat treatment apparatus 1. The processing procedure of the heat treatment apparatus 1 described below proceeds by the control unit 3 controlling each operation mechanism of the heat treatment apparatus 1.

まず、処理に先立って、給気のためのバルブ84が開放されるとともに、排気用のバルブ89,192が開放されてチャンバー6内に対する給排気が開始される。バルブ84が開放されると、ガス供給孔81から熱処理空間65に窒素ガスが供給される。また、バルブ89が開放されると、ガス排気孔86からチャンバー6内の気体が排気される。これにより、チャンバー6内の熱処理空間65の上部から供給された窒素ガスが下方へと流れ、熱処理空間65の下部から排気される。   First, prior to the processing, the air supply valve 84 is opened, and the exhaust valves 89 and 192 are opened to start supply / exhaust to the chamber 6. When the valve 84 is opened, nitrogen gas is supplied from the gas supply hole 81 to the heat treatment space 65. When the valve 89 is opened, the gas in the chamber 6 is exhausted from the gas exhaust hole 86. Thereby, the nitrogen gas supplied from the upper part of the heat treatment space 65 in the chamber 6 flows downward and is exhausted from the lower part of the heat treatment space 65.

また、バルブ192が開放されることによって、搬送開口部66からもチャンバー6内の気体が排気される。さらに、図示省略の排気機構によって移載機構10の駆動部周辺の雰囲気も排気される。なお、熱処理装置1における半導体ウェハーWの熱処理時には窒素ガスが熱処理空間65に継続的に供給されており、その供給量は処理工程に応じて適宜変更される。   Further, when the valve 192 is opened, the gas in the chamber 6 is also exhausted from the transfer opening 66. Further, the atmosphere around the drive unit of the transfer mechanism 10 is also exhausted by an exhaust mechanism (not shown). Note that nitrogen gas is continuously supplied to the heat treatment space 65 during the heat treatment of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1, and the supply amount is appropriately changed according to the treatment process.

続いて、ゲートバルブ185が開いて搬送開口部66が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部66を介してイオン注入後の半導体ウェハーWがチャンバー6内の熱処理空間65に搬入される(ステップS1)。搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーWは保持部7のサセプター74の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構10の一対の移載アーム11が退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン12が貫通孔79を通ってサセプター74の上面から突き出て半導体ウェハーWを受け取る。このとき、リフトピン12はサセプター74の支持ピン75の上端よりも上方にまで上昇する。   Subsequently, the gate valve 185 is opened to open the transfer opening 66, and the semiconductor wafer W after the ion implantation is transferred into the heat treatment space 65 in the chamber 6 through the transfer opening 66 by a transfer robot outside the apparatus ( Step S1). The semiconductor wafer W carried in by the carrying robot advances to a position immediately above the susceptor 74 of the holding unit 7 and stops. Then, when the pair of transfer arms 11 of the transfer mechanism 10 moves horizontally from the retracted position to the transfer operation position and rises, the lift pins 12 protrude from the upper surface of the susceptor 74 through the through holes 79 and the semiconductor wafer W. Receive. At this time, the lift pin 12 rises above the upper end of the support pin 75 of the susceptor 74.

半導体ウェハーWがリフトピン12に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間65から退出し、ゲートバルブ185によって搬送開口部66が閉鎖される。そして、一対の移載アーム11が下降することにより、半導体ウェハーWは移載機構10からサセプター74に載置されて水平姿勢にて下方より支持される(ステップS2)。   After the semiconductor wafer W is placed on the lift pins 12, the transfer robot leaves the heat treatment space 65 and the transfer opening 66 is closed by the gate valve 185. Then, as the pair of transfer arms 11 are lowered, the semiconductor wafer W is mounted on the susceptor 74 from the transfer mechanism 10 and supported from below in a horizontal posture (step S2).

半導体ウェハーWは、サセプター74の上面に立設された6本の支持ピン75によって点接触にて支持されて保持部7に載置される。半導体ウェハーWは、その中心が円形のサセプター74の中心軸と一致するように(つまり、サセプター74の上面の中央に)、6本の支持ピン75によって支持される。また、半導体ウェハーWは、パターン形成がなされて不純物が注入された表面を上面としてサセプター74に支持される。複数の支持ピン75によって支持された半導体ウェハーWの裏面(表面とは反対側の主面)とサセプター74の上面との間には所定の間隔が形成され、半導体ウェハーWはサセプター74の上面と平行に支持される。サセプター74の下方にまで下降した一対の移載アーム11は水平移動機構13によって退避位置に退避する。   The semiconductor wafer W is supported by point contact by six support pins 75 erected on the upper surface of the susceptor 74 and placed on the holding unit 7. The semiconductor wafer W is supported by six support pins 75 so that the center thereof coincides with the central axis of the circular susceptor 74 (that is, at the center of the upper surface of the susceptor 74). Further, the semiconductor wafer W is supported by the susceptor 74 with the surface on which the pattern is formed and impurities are implanted as the upper surface. A predetermined gap is formed between the back surface (main surface opposite to the front surface) of the semiconductor wafer W supported by the plurality of support pins 75 and the top surface of the susceptor 74, and the semiconductor wafer W is connected to the top surface of the susceptor 74. Supported in parallel. The pair of transfer arms 11 lowered to below the susceptor 74 is retracted to the retracted position by the horizontal movement mechanism 13.

半導体ウェハーWが保持部7によって水平姿勢にて下方より支持された後、ハロゲン加熱部4の40本のハロゲンランプHLが点灯する(ステップS3)。このときには、制御部3の制御によってハロゲンランプHLは微弱な出力(例えば1%程度の出力)にて点灯する。この程度の微弱な出力であってもハロゲンランプHLは照明手段としては十分な照度で発光しており、ハロゲンランプHLからの光によってサセプター74に支持された半導体ウェハーWの下面が照らされる。そして、ハロゲンランプHLから出射されて半導体ウェハーWの下面周縁部にて反射された光の一部は受光部40の導光ロッド45に入射する。その反射光は導光ロッド45によってフォトダイオード41に導かれ、検出部20が当該反射光の強度を測定してフラッシュ前データとして取得する(ステップS4)。このときには、導光ロッド45からフォトダイオード41に光を到達させる受光モードが選択されている。   After the semiconductor wafer W is supported by the holding unit 7 from below in a horizontal posture, the 40 halogen lamps HL of the halogen heating unit 4 are turned on (step S3). At this time, the halogen lamp HL is turned on with a weak output (for example, an output of about 1%) under the control of the control unit 3. Even with such a weak output, the halogen lamp HL emits light with sufficient illuminance as illumination means, and the lower surface of the semiconductor wafer W supported by the susceptor 74 is illuminated by light from the halogen lamp HL. A part of the light emitted from the halogen lamp HL and reflected at the peripheral edge of the lower surface of the semiconductor wafer W enters the light guide rod 45 of the light receiving unit 40. The reflected light is guided to the photodiode 41 by the light guide rod 45, and the detection unit 20 measures the intensity of the reflected light and acquires it as pre-flash data (step S4). At this time, a light receiving mode in which light reaches the photodiode 41 from the light guide rod 45 is selected.

図13は、受光モードが選択されて半導体ウェハーWからの反射光の強度を測定する様子を示す図である。半導体ウェハーWの下面周縁部からの反射光のうち所定の入射角で導光ロッド45の入射面45dに入射した光(図9の角度βが約35°となる光)は反射面45cで全反射されて鉛直方向下方へと向かう。受光モードが選択されているときには、導光ロッド45の下端から出射された反射光はレンズ43を透過して切替ミラー46で反射されてフォトダイオード41に到達する。なお、レンズ43は、導光ロッド45から出射された光がフォトダイオード41に集光する位置に配置されている。   FIG. 13 is a diagram illustrating a state in which the light reception mode is selected and the intensity of reflected light from the semiconductor wafer W is measured. Of the reflected light from the lower peripheral edge of the semiconductor wafer W, the light incident on the incident surface 45d of the light guide rod 45 at a predetermined incident angle (light whose angle β in FIG. 9 is about 35 °) is totally reflected on the reflective surface 45c. Reflected and heads downward in the vertical direction. When the light receiving mode is selected, the reflected light emitted from the lower end of the light guide rod 45 passes through the lens 43 and is reflected by the switching mirror 46 to reach the photodiode 41. The lens 43 is arranged at a position where the light emitted from the light guide rod 45 is condensed on the photodiode 41.

導光ロッド45によって導かれた半導体ウェハーWからの反射光を受光したフォトダイオード41は光電流を発生して検出部20に電気信号を出力する。フォトダイオード41から伝達された電気信号は、電流電圧変換回路21によって取り扱いの容易な電圧信号に変換され、増幅回路22によって増幅された後、高速A/Dコンバータ23によってデジタル信号に変換される。そして、高速A/Dコンバータ23から出力されたデジタル信号が判定部24によってサンプリングされることにより、当該デジタル信号のレベルが半導体ウェハーWの下面周縁部の反射光の強度として取得される。   The photodiode 41 that has received the reflected light from the semiconductor wafer W guided by the light guide rod 45 generates a photocurrent and outputs an electrical signal to the detection unit 20. The electrical signal transmitted from the photodiode 41 is converted into a voltage signal that can be easily handled by the current-voltage conversion circuit 21, amplified by the amplifier circuit 22, and then converted into a digital signal by the high-speed A / D converter 23. Then, the digital signal output from the high-speed A / D converter 23 is sampled by the determination unit 24, so that the level of the digital signal is acquired as the intensity of the reflected light at the lower peripheral edge of the semiconductor wafer W.

また、半導体ウェハーWの下面周縁部の反射光強度を測定するときには、回転モータ44が導光ロッド45を回転させる。回転モータ44は、半導体ウェハーWの中心線CXを回転中心として導光ロッド45を1回転させる。導光ロッド45が一定速度で1回転しつつ、検出部20の判定部24が所定間隔で高速A/Dコンバータ23から出力されたデジタル信号をサンプリングすることによって、半導体ウェハーWの下面周縁部の全周にわたって反射光強度を測定することができる。すなわち、導光ロッド45の入射面45dに入射した光のうちフォトダイオード41に到達するのは、半導体ウェハーWの下面周縁部の特定領域からの反射光であり、導光ロッド45が1回転することによって測定領域が半導体ウェハーWの下面周縁部に沿って周回し、その下面周縁部の全周にわたって反射光強度を測定することができるのである(ステップS5)。取得された半導体ウェハーWの下面周縁部の全周にわたる反射光強度はフラッシュ前データ27として判定部24のメモリ等の記憶部に格納される(図10参照)。   Further, when measuring the reflected light intensity at the peripheral edge of the lower surface of the semiconductor wafer W, the rotation motor 44 rotates the light guide rod 45. The rotation motor 44 rotates the light guide rod 45 once with the center line CX of the semiconductor wafer W as the rotation center. While the light guide rod 45 rotates once at a constant speed, the determination unit 24 of the detection unit 20 samples the digital signal output from the high-speed A / D converter 23 at a predetermined interval, so that the periphery of the lower surface of the semiconductor wafer W is The reflected light intensity can be measured over the entire circumference. That is, light reaching the photodiode 41 out of the light incident on the incident surface 45d of the light guide rod 45 is reflected light from a specific region on the lower peripheral edge of the semiconductor wafer W, and the light guide rod 45 rotates once. As a result, the measurement region circulates along the periphery of the lower surface of the semiconductor wafer W, and the reflected light intensity can be measured over the entire periphery of the periphery of the lower surface (step S5). The acquired reflected light intensity over the entire periphery of the lower surface periphery of the semiconductor wafer W is stored as pre-flash data 27 in a storage unit such as a memory of the determination unit 24 (see FIG. 10).

図15は、上述のようにして測定されたフラッシュ光照射前の反射光強度(つまり、フラッシュ前データ27)の一例を示す図である。図15の縦軸には検出部20の判定部24によって測定された反射光強度を示し、横軸には導光ロッド45の回転角度を示している。導光ロッド45の入射面45dに所定角度で入射する光には半導体ウェハーWの下面周縁部以外で反射された光(例えば、チャンバー6の壁面や石英のサセプター74で反射された光)も含まれている。また、多くの場合、半導体ウェハーWの下面周縁部で反射された光は保持部7のサセプター74を透過して導光ロッド45に入射する。このため、検出部20によって実測される反射光強度には種々の外乱要素がバックグラウンドとして含まれているのである。図15に示すのは、そのようなバックグラウンドを含んだデータである。反射光強度が大きくなっている箇所は、サセプター74の切り欠き部77を通過した反射光の測定値であり、石英のサセプター74を透過していないために見かけの反射光強度が大きくなっているのである。   FIG. 15 is a diagram illustrating an example of the reflected light intensity (that is, pre-flash data 27) before the flash light irradiation measured as described above. The vertical axis in FIG. 15 indicates the reflected light intensity measured by the determination unit 24 of the detection unit 20, and the horizontal axis indicates the rotation angle of the light guide rod 45. The light incident on the incident surface 45d of the light guide rod 45 at a predetermined angle includes light reflected from other than the peripheral edge of the lower surface of the semiconductor wafer W (for example, light reflected by the wall surface of the chamber 6 or the quartz susceptor 74). It is. In many cases, the light reflected by the lower peripheral edge of the semiconductor wafer W passes through the susceptor 74 of the holding unit 7 and enters the light guide rod 45. For this reason, various disturbance elements are included in the reflected light intensity measured by the detection unit 20 as the background. FIG. 15 shows data including such a background. The portion where the reflected light intensity is high is a measured value of the reflected light that has passed through the notch 77 of the susceptor 74, and the apparent reflected light intensity is high because it does not pass through the quartz susceptor 74. It is.

半導体ウェハーWの下面周縁部の全周にわたって反射光強度が測定された後、40本のハロゲンランプHLの出力が大きく増大して予備加熱(アシスト加熱)が開始される(ステップS6)。ハロゲンランプHLから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓64およびサセプター74を透過して半導体ウェハーWの下面から照射される。ハロゲンランプHLからの光照射を受けることによって半導体ウェハーWが予備加熱されて温度が上昇する。なお、移載機構10の移載アーム11は凹部62内側の退避位置に退避しているため、ハロゲンランプHLによる加熱の障害となることは無い。   After the reflected light intensity is measured over the entire periphery of the lower surface periphery of the semiconductor wafer W, the outputs of the 40 halogen lamps HL are greatly increased and preheating (assist heating) is started (step S6). The halogen light emitted from the halogen lamp HL is irradiated from the lower surface of the semiconductor wafer W through the lower chamber window 64 and the susceptor 74 made of quartz. By receiving light from the halogen lamp HL, the semiconductor wafer W is preheated and the temperature rises. Since the transfer arm 11 of the transfer mechanism 10 is retracted to the retracted position inside the recess 62, there is no obstacle to heating by the halogen lamp HL.

ハロゲンランプHLによる予備加熱を行うときには、半導体ウェハーWの温度が接触式温度計130によって測定されている。すなわち、熱電対を内蔵する接触式温度計130が保持部7に保持された半導体ウェハーWの下面にサセプター74の切り欠き部77を介して接触して昇温中のウェハー温度を測定する。測定された半導体ウェハーWの温度は制御部3に伝達される。制御部3は、ハロゲンランプHLからの光照射によって昇温する半導体ウェハーWの温度が所定の予備加熱温度T1に到達したか否かを監視する。予備加熱温度T1は、半導体ウェハーWに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、200℃ないし800℃程度、好ましくは350℃ないし600℃程度とされる(本実施の形態では600℃)。なお、ハロゲンランプHLからの光照射によって半導体ウェハーWを昇温するときには、放射温度計120による温度測定は行わない。これは、ハロゲンランプHLから照射されるハロゲン光が放射温度計120に外乱光として入射し、正確な温度測定ができないためである。   When preheating with the halogen lamp HL is performed, the temperature of the semiconductor wafer W is measured by the contact thermometer 130. That is, a contact thermometer 130 incorporating a thermocouple contacts the lower surface of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 via the notch 77 of the susceptor 74 to measure the temperature of the wafer being heated. The measured temperature of the semiconductor wafer W is transmitted to the control unit 3. The controller 3 monitors whether or not the temperature of the semiconductor wafer W that is heated by light irradiation from the halogen lamp HL has reached a predetermined preheating temperature T1. The preheating temperature T1 is set to about 200 ° C. to 800 ° C., preferably about 350 ° C. to 600 ° C. (in this embodiment, 600 ° C.) at which impurities added to the semiconductor wafer W are not likely to diffuse due to heat. . Note that when the temperature of the semiconductor wafer W is increased by light irradiation from the halogen lamp HL, temperature measurement by the radiation thermometer 120 is not performed. This is because the halogen light irradiated from the halogen lamp HL enters the radiation thermometer 120 as disturbance light, and accurate temperature measurement cannot be performed.

半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1に到達した後、制御部3は半導体ウェハーWをその予備加熱温度T1に暫時維持する。具体的には、温度センサーによって測定される半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1に到達した時点にて制御部3がハロゲンランプHLの出力を制御して半導体ウェハーWの温度をほぼ予備加熱温度T1に所定時間維持している。   After the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the control unit 3 maintains the semiconductor wafer W at the preheating temperature T1 for a while. Specifically, when the temperature of the semiconductor wafer W measured by the temperature sensor reaches the preheating temperature T1, the control unit 3 controls the output of the halogen lamp HL so that the temperature of the semiconductor wafer W is substantially equal to the preheating temperature. T1 is maintained for a predetermined time.

このようなハロゲンランプHLによる予備加熱を行うことによって、半導体ウェハーWの全体を予備加熱温度T1に均一に昇温している。ハロゲンランプHLによる予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーWの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、ハロゲン加熱部4におけるハロゲンランプHLの配設密度は、半導体ウェハーWの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっている(図7参照)。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーWの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーWの面内温度分布を均一なものとすることができる。さらに、チャンバー側部61に装着された反射リング69の内周面は鏡面とされているため、この反射リング69の内周面によって半導体ウェハーWの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーWの面内温度分布をより均一なものとすることができる。   By performing such preheating by the halogen lamp HL, the entire semiconductor wafer W is uniformly heated to the preheating temperature T1. In the preliminary heating stage with the halogen lamp HL, the temperature of the peripheral edge of the semiconductor wafer W where heat dissipation is more likely to occur tends to be lower than that in the central area, but the arrangement density of the halogen lamps HL in the halogen heating section 4 is The region facing the peripheral portion is higher than the region facing the central portion of the semiconductor wafer W (see FIG. 7). For this reason, the light quantity irradiated to the peripheral part of the semiconductor wafer W which tends to generate heat increases, and the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W in the preheating stage can be made uniform. Furthermore, since the inner peripheral surface of the reflection ring 69 attached to the chamber side portion 61 is a mirror surface, the amount of light reflected toward the peripheral edge of the semiconductor wafer W by the inner peripheral surface of the reflection ring 69 increases. The in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W in the preheating stage can be made more uniform.

それでもなお半導体ウェハーWの周縁部の温度が中央部よりも低い場合には、レーザユニット48および導光ロッド45によって半導体ウェハーWの周縁部にレーザ光を照射して予備加熱を補助する。このときには、レーザユニット48から出射されたレーザ光を導光ロッド45に入射させる照射モードが選択される。   If the temperature of the peripheral portion of the semiconductor wafer W is still lower than the central portion, the laser unit 48 and the light guide rod 45 irradiate the peripheral portion of the semiconductor wafer W with laser light to assist preheating. At this time, an irradiation mode in which the laser light emitted from the laser unit 48 is incident on the light guide rod 45 is selected.

図14は、照射モードが選択されて半導体ウェハーWの周縁部にレーザ光を照射する様子を示す図である。レーザユニット48は、波長800nm〜820nmの可視光レーザを出力80W〜120Wにて放出する。照射モードが選択されているときには、レーザユニット48から放出されて光ファイバー49によって導かれたレーザ光は切替ミラー46に当たることなくレンズ43に入射される。レンズ43を透過したレーザ光は、導光ロッド45の下端に入射される。レンズ43からは鉛直方向上方に向けてレーザ光が出射され、そのレーザ光がそのまま導光ロッド45の下端面に入射される。   FIG. 14 is a diagram illustrating a state in which the irradiation mode is selected and the peripheral edge of the semiconductor wafer W is irradiated with laser light. The laser unit 48 emits a visible light laser having a wavelength of 800 nm to 820 nm at an output of 80 W to 120 W. When the irradiation mode is selected, the laser light emitted from the laser unit 48 and guided by the optical fiber 49 is incident on the lens 43 without hitting the switching mirror 46. The laser beam that has passed through the lens 43 is incident on the lower end of the light guide rod 45. Laser light is emitted from the lens 43 upward in the vertical direction, and the laser light is directly incident on the lower end surface of the light guide rod 45.

導光ロッド45の導光部45bの下端面に垂直に入射したレーザ光は上側の受光ヘッド部45aへと導かれ、反射面45cにて反射された後に入射面45dから保持部7に保持された半導体ウェハーWの周縁部に向けて(斜め上方に向けて)出射される。導光ロッド45の受光ヘッド部45aから出射されたレーザ光は、半導体ウェハーWの下面周縁部に到達して吸収され、その照射領域の温度を上昇させる。   The laser light incident perpendicularly to the lower end surface of the light guide portion 45b of the light guide rod 45 is guided to the upper light receiving head portion 45a, reflected by the reflecting surface 45c, and then held by the holding portion 7 from the incident surface 45d. The light is emitted toward the peripheral edge of the semiconductor wafer W (towards the obliquely upward direction). The laser light emitted from the light receiving head portion 45a of the light guide rod 45 reaches the lower surface peripheral portion of the semiconductor wafer W and is absorbed, and raises the temperature of the irradiated region.

また、導光ロッド45から半導体ウェハーWの下面周縁部に向けてレーザ光を出射しつつ、回転モータ44が導光ロッド45を回転させる。回転モータ44は、半導体ウェハーWの中心線CXを回転中心として導光ロッド45を1回転させる。その結果、導光ロッド45から出射されたレーザ光の照射領域が半導体ウェハーWの下面周縁部に沿って円形軌道を描くように旋回する。これにより、相対的な温度低下が生じていた半導体ウェハーWの周縁部にレーザ光を照射し、その周縁部を昇温して面内温度分布の均一性をより向上させることができる。   Further, the rotation motor 44 rotates the light guide rod 45 while emitting laser light from the light guide rod 45 toward the peripheral edge of the lower surface of the semiconductor wafer W. The rotation motor 44 rotates the light guide rod 45 once with the center line CX of the semiconductor wafer W as the rotation center. As a result, the irradiation area of the laser beam emitted from the light guide rod 45 turns so as to draw a circular trajectory along the peripheral edge of the lower surface of the semiconductor wafer W. Thereby, the peripheral edge of the semiconductor wafer W in which the relative temperature decrease has occurred can be irradiated with laser light, and the peripheral edge can be heated to further improve the uniformity of the in-plane temperature distribution.

予備加熱によって半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1に到達して所定時間が経過した時点にてフラッシュ加熱部5のフラッシュランプFLが半導体ウェハーWの表面にフラッシュ光照射を行う(ステップS7)。このとき、フラッシュランプFLから放射されるフラッシュ光の一部は直接にチャンバー6内へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ52により反射されてからチャンバー6内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーWのフラッシュ加熱が行われる。   When a predetermined time elapses after the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1 due to preheating, the flash lamp FL of the flash heating unit 5 irradiates the surface of the semiconductor wafer W with flash light (step S7). At this time, a part of the flash light emitted from the flash lamp FL goes directly into the chamber 6, and the other part is once reflected by the reflector 52 and then goes into the chamber 6. Flash heating of the semiconductor wafer W is performed by irradiation.

フラッシュ加熱は、フラッシュランプFLからのフラッシュ光(閃光)照射により行われるため、半導体ウェハーWの表面温度を短時間で上昇することができる。すなわち、フラッシュランプFLから照射されるフラッシュ光は、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が0.1ミリセカンド以上100ミリセカンド以下程度の極めて短く強い閃光である。そして、フラッシュランプFLからのフラッシュ光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウェハーWの表面温度は、瞬間的に1000℃以上の処理温度T2まで上昇し、半導体ウェハーWに注入された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。このように、熱処理装置1では、半導体ウェハーWの表面温度を極めて短時間で昇降することができるため、半導体ウェハーWに注入された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、不純物の活性化に必要な時間はその熱拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、0.1ミリセカンドないし100ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であっても活性化は完了する。   Since the flash heating is performed by irradiation with flash light (flash light) from the flash lamp FL, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be increased in a short time. That is, the flash light irradiated from the flash lamp FL is converted into a light pulse in which the electrostatic energy stored in the capacitor in advance is extremely short, and the irradiation time is extremely short, about 0.1 milliseconds to 100 milliseconds. It is a strong flash. Then, the surface temperature of the semiconductor wafer W that is flash-heated by flash light irradiation from the flash lamp FL instantaneously rises to a processing temperature T2 of 1000 ° C. or more, and the impurities injected into the semiconductor wafer W are activated. Later, the surface temperature drops rapidly. As described above, in the heat treatment apparatus 1, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be raised and lowered in a very short time, so that the impurities are activated while suppressing diffusion of the impurities injected into the semiconductor wafer W due to heat. Can do. Since the time required for the activation of impurities is extremely short compared to the time required for the thermal diffusion, the activation is possible even in a short time in which diffusion of about 0.1 millisecond to 100 millisecond does not occur. Complete.

フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプHLが消灯する。また、レーザユニット48から半導体ウェハーWの周縁部にレーザ光照射を行っていた場合には、そのレーザ光照射も停止する。これにより、半導体ウェハーWが予備加熱温度T1から急速に降温する。そして、半導体ウェハーWの冷却中に再びハロゲンランプHLが微弱な出力にて点灯する(ステップS8)。このときのハロゲンランプHLの出力はフラッシュ光照射前の反射光強度測定時におけるハロゲンランプHLの出力(ステップS3での出力)と全く同じである。なお、ハロゲンランプHLを一旦消灯するのに代えて、ハロゲンランプHLの出力を予備加熱時の出力(ステップS6の値)からフラッシュ光照射前の反射光強度測定時におけるハロゲンランプHLの出力に減少させるようにしても良い。40本のハロゲンランプHLは、1%程度の微弱な出力であれば、照明手段としては機能しても加熱手段としてはほとんど機能しないため、半導体ウェハーWの温度は予備加熱温度T1から降温する。   After the end of the flash heat treatment, the halogen lamp HL is turned off after a predetermined time has elapsed. Further, when laser light irradiation is performed from the laser unit 48 to the peripheral portion of the semiconductor wafer W, the laser light irradiation is also stopped. Thereby, the temperature of the semiconductor wafer W is rapidly lowered from the preheating temperature T1. Then, the halogen lamp HL is turned on again with a weak output during the cooling of the semiconductor wafer W (step S8). The output of the halogen lamp HL at this time is exactly the same as the output of the halogen lamp HL (output in step S3) at the time of reflected light intensity measurement before flash light irradiation. In place of temporarily turning off the halogen lamp HL, the output of the halogen lamp HL is reduced from the output at the time of preliminary heating (the value of step S6) to the output of the halogen lamp HL at the time of measuring the reflected light intensity before flash light irradiation. You may make it let it. If the 40 halogen lamps HL have a weak output of about 1%, the temperature of the semiconductor wafer W is lowered from the preheating temperature T1 because it functions as an illuminating unit but hardly as a heating unit.

フラッシュ光照射前と同様に、ハロゲンランプHLから出射されて半導体ウェハーWの下面周縁部にて反射された光の一部は受光部40の導光ロッド45に入射する。そして、その反射光は導光ロッド45によってフォトダイオード41に導かれ、検出部20が当該反射光の強度を測定してフラッシュ後データとして取得する(ステップS9)。このときには、導光ロッド45からフォトダイオード41に光を到達させる受光モードが選択されている。   As before the flash light irradiation, a part of the light emitted from the halogen lamp HL and reflected by the peripheral edge of the lower surface of the semiconductor wafer W enters the light guide rod 45 of the light receiving unit 40. Then, the reflected light is guided to the photodiode 41 by the light guide rod 45, and the detection unit 20 measures the intensity of the reflected light and acquires it as post-flash data (step S9). At this time, a light receiving mode in which light reaches the photodiode 41 from the light guide rod 45 is selected.

上述と同様に、半導体ウェハーWの下面周縁部からの反射光の一部は反射面45cで全反射されて鉛直方向下方へと向かう。受光モードが選択されているときには、導光ロッド45の下端から出射された反射光はレンズ43を透過して切替ミラー46で反射されてフォトダイオード41に到達する。半導体ウェハーWからの反射光を受光したフォトダイオード41は光電流を発生して検出部20に電気信号を出力する。フォトダイオード41から伝達された電気信号は、電流電圧変換回路21によって取り扱いの容易な電圧信号に変換され、増幅回路22によって増幅された後、高速A/Dコンバータ23によってデジタル信号に変換される。そして、高速A/Dコンバータ23から出力されたデジタル信号が判定部24によってサンプリングされることにより、当該デジタル信号のレベルが半導体ウェハーWの下面周縁部の反射光の強度として取得される。   Similarly to the above, a part of the reflected light from the lower surface periphery of the semiconductor wafer W is totally reflected by the reflecting surface 45c and travels downward in the vertical direction. When the light receiving mode is selected, the reflected light emitted from the lower end of the light guide rod 45 passes through the lens 43 and is reflected by the switching mirror 46 to reach the photodiode 41. The photodiode 41 that has received the reflected light from the semiconductor wafer W generates a photocurrent and outputs an electrical signal to the detector 20. The electrical signal transmitted from the photodiode 41 is converted into a voltage signal that can be easily handled by the current-voltage conversion circuit 21, amplified by the amplifier circuit 22, and then converted into a digital signal by the high-speed A / D converter 23. Then, the digital signal output from the high-speed A / D converter 23 is sampled by the determination unit 24, so that the level of the digital signal is acquired as the intensity of the reflected light at the lower peripheral edge of the semiconductor wafer W.

また、フラッシュ光照射後に反射光強度を測定するときにも、回転モータ44が導光ロッド45を回転させる。回転モータ44は、半導体ウェハーWの中心線CXを回転中心として導光ロッド45を1回転させる。導光ロッド45が一定速度で1回転しつつ、検出部20の判定部24が所定間隔で高速A/Dコンバータ23から出力されたデジタル信号をサンプリングすることによって、半導体ウェハーWの下面周縁部の全周にわたって反射光強度を測定することができる(ステップS10)。取得された半導体ウェハーWの下面周縁部の全周にわたる反射光強度はフラッシュ後データ28として判定部24のメモリ等の記憶部に格納される(図10参照)。   In addition, the rotation motor 44 rotates the light guide rod 45 when measuring the reflected light intensity after the flash light irradiation. The rotation motor 44 rotates the light guide rod 45 once with the center line CX of the semiconductor wafer W as the rotation center. While the light guide rod 45 rotates once at a constant speed, the determination unit 24 of the detection unit 20 samples the digital signal output from the high-speed A / D converter 23 at a predetermined interval, so that the periphery of the lower surface of the semiconductor wafer W is The reflected light intensity can be measured over the entire circumference (step S10). The obtained reflected light intensity over the entire periphery of the lower surface periphery of the semiconductor wafer W is stored as post-flash data 28 in a storage unit such as a memory of the determination unit 24 (see FIG. 10).

図16は、測定されたフラッシュ光照射後の反射光強度(つまり、フラッシュ後データ28)の一例を示す図である。図15と同様に、図16の縦軸には検出部20の判定部24によって測定された反射光強度を示し、横軸には導光ロッド45の回転角度を示している。フラッシュ光照射前の測定と同じく、フラッシュ光照射後に検出部20によって実測される反射光強度にも種々の外乱要素がバックグラウンドとして含まれている。但し、チャンバー6の壁面での反射やサセプター74の形状等の因子はフラッシュ光照射の前後で同じであるため、バックグラウンドのデータに変化は無い。   FIG. 16 is a diagram showing an example of measured reflected light intensity after flash light irradiation (that is, post-flash data 28). Similarly to FIG. 15, the vertical axis of FIG. 16 indicates the reflected light intensity measured by the determination unit 24 of the detection unit 20, and the horizontal axis indicates the rotation angle of the light guide rod 45. Similar to the measurement before the flash light irradiation, the reflected light intensity actually measured by the detection unit 20 after the flash light irradiation includes various disturbance elements as the background. However, since the factors such as the reflection on the wall surface of the chamber 6 and the shape of the susceptor 74 are the same before and after the flash light irradiation, the background data does not change.

フラッシュ光照射後に半導体ウェハーWの下面周縁部の全周にわたって反射光強度が測定された後、40本のハロゲンランプHLが完全に消灯する(ステップS11)。保持部7に保持されたフラッシュ加熱後の半導体ウェハーWは継続して降温する。   After the flash light irradiation, the reflected light intensity is measured over the entire periphery of the lower surface periphery of the semiconductor wafer W, and then the 40 halogen lamps HL are completely turned off (step S11). The temperature of the semiconductor wafer W after flash heating held by the holding unit 7 is continuously lowered.

次に、検出部20の判定部24がフラッシュ光照射前後の反射光強度データの比較を行う(ステップS12)。具体的には、判定部24は、図16に示すようなフラッシュ後データ28から図15に示すようなフラッシュ前データ27を減算して差分データ29を取得する(図10参照)。   Next, the determination unit 24 of the detection unit 20 compares the reflected light intensity data before and after the flash light irradiation (step S12). Specifically, the determination unit 24 subtracts the pre-flash data 27 as shown in FIG. 15 from the post-flash data 28 as shown in FIG. 16 to obtain the difference data 29 (see FIG. 10).

図17は、差分データ29の一例を示す図である。上述したように、実測される反射光強度にはバックグラウンドのデータが含まれているのであるが、そのバックグラウンドのデータについてはフラッシュ光照射の前後で変化が無い。従って、フラッシュ前データ27とフラッシュ後データ28との差分を取得することにより、バックグラウンドの影響を排除することができる。すなわち、差分データ29は、フラッシュ光照射の前後における純粋な半導体ウェハーWの反射光強度の変化である。   FIG. 17 is a diagram illustrating an example of the difference data 29. As described above, the actually measured reflected light intensity includes background data, but the background data does not change before and after the flash light irradiation. Therefore, by obtaining the difference between the pre-flash data 27 and the post-flash data 28, the influence of the background can be eliminated. That is, the difference data 29 is a change in the reflected light intensity of the pure semiconductor wafer W before and after the flash light irradiation.

判定部24は、差分データ29に含まれる反射光強度の絶対値が所定の閾値を超えているか否かを判定することによって半導体ウェハーWの割れを検出する(ステップS13)。図17に示すように、差分データ29に含まれる反射光強度の絶対値が大きな値を示している場合には、フラッシュ光照射の前後で半導体ウェハーWの周縁部に大きな異常が生じたことを意味している。具体的には、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーWの周縁部に割れが生じたことが想定される。   The determination unit 24 detects a crack in the semiconductor wafer W by determining whether or not the absolute value of the reflected light intensity included in the difference data 29 exceeds a predetermined threshold (step S13). As shown in FIG. 17, when the absolute value of the reflected light intensity included in the difference data 29 shows a large value, it means that a large abnormality has occurred in the peripheral edge of the semiconductor wafer W before and after the flash light irradiation. I mean. Specifically, it is assumed that the peripheral edge of the semiconductor wafer W was cracked by the flash light irradiation.

このため、判定部24は、差分データ29に含まれる反射光強度の絶対値が所定の閾値を超えている場合には、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーWに割れが生じたと判定する。この場合には、ステップS14に進み、異常対応処理が行われる。異常対応処理としては、例えば、検出部20からウェハー割れ検出信号を伝達された制御部3が警告を発報したり、或いは熱処理装置1の動作を停止させたりする。   For this reason, when the absolute value of the reflected light intensity included in the difference data 29 exceeds a predetermined threshold value, the determination unit 24 determines that the semiconductor wafer W is cracked during the flash light irradiation. In this case, the process proceeds to step S14, and abnormality handling processing is performed. As the abnormality handling process, for example, the control unit 3 to which the wafer crack detection signal is transmitted from the detection unit 20 issues a warning or stops the operation of the heat treatment apparatus 1.

一方、判定部24は、差分データ29に含まれる反射光強度の絶対値が所定の閾値以下である場合には、半導体ウェハーWに割れは生じておらず、正常にフラッシュ光照射が行われたと判定する。この場合には、ステップS15に進み、半導体ウェハーWの搬出処理が行われる。搬出処理に際しては、放射温度計120および/または接触式温度計130によって測定される半導体ウェハーWの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構10の一対の移載アーム11が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン12がサセプター74の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーWをサセプター74から受け取る。続いて、ゲートバルブ185により閉鎖されていた搬送開口部66が開放され、リフトピン12上に載置された半導体ウェハーWが装置外部の搬送ロボットにより搬出され、熱処理装置1における半導体ウェハーWの一連の加熱処理が完了する。   On the other hand, when the absolute value of the reflected light intensity included in the difference data 29 is equal to or less than the predetermined threshold, the determination unit 24 indicates that the semiconductor wafer W is not cracked and the flash light irradiation has been performed normally. judge. In this case, the process proceeds to step S15, and the semiconductor wafer W is unloaded. In the carry-out process, after the temperature of the semiconductor wafer W measured by the radiation thermometer 120 and / or the contact-type thermometer 130 is lowered to a predetermined temperature or lower, the pair of transfer arms 11 of the transfer mechanism 10 is again moved to the retracted position. As a result, the lift pins 12 protrude from the upper surface of the susceptor 74 and receive the heat-treated semiconductor wafer W from the susceptor 74. Subsequently, the transfer opening 66 closed by the gate valve 185 is opened, and the semiconductor wafer W placed on the lift pins 12 is unloaded by the transfer robot outside the apparatus, and a series of the semiconductor wafers W in the heat treatment apparatus 1 are transferred. The heat treatment is completed.

本実施形態においては、半導体ウェハーWの周縁部における反射光を受光してその強度を測定し、その測定結果に基づいてフラッシュ光照射時における半導体ウェハーWの割れを検出している。周知のように、半導体ウェハーWは単結晶シリコンであり、フラッシュ光照射時に割れるときには特定の結晶方位に沿って割れる。従って、単結晶シリコンの半導体ウェハーWが割れるときには、中央部分のみが抜けるように割れるというようなことはあり得ず、必ずいずれかの周縁部領域を含むように割れる。但し、半導体ウェハーWの周縁部の一部のみが割れることはあり得るが、この場合も周縁部領域のいずれかに欠損が生じることとなる。これらのことは、半導体ウェハーWの全面を検査しなくても、周縁部における反射光強度の異常を検知することによって半導体ウェハーWの割れを確実に検出できることを意味している。   In this embodiment, the reflected light at the peripheral edge of the semiconductor wafer W is received and its intensity is measured, and cracks in the semiconductor wafer W during flash light irradiation are detected based on the measurement results. As is well known, the semiconductor wafer W is single crystal silicon, and when it is cracked during flash light irradiation, it is cracked along a specific crystal orientation. Therefore, when the semiconductor wafer W of single crystal silicon is cracked, it cannot be broken so that only the central portion is removed, and it is always cracked so as to include any peripheral region. However, only a part of the peripheral edge of the semiconductor wafer W may be broken, but in this case also, a defect occurs in any of the peripheral areas. These mean that the crack of the semiconductor wafer W can be reliably detected by detecting an abnormality in the reflected light intensity at the peripheral edge without inspecting the entire surface of the semiconductor wafer W.

そこで、本実施形態の熱処理装置1では、半導体ウェハーWの周縁部からの反射光の強度を測定することによってフラッシュ光照射時における半導体ウェハーWの割れを確実に検出するようにしているのである。半導体ウェハーWが中心近傍から大きく2分するように割れた場合であっても、周縁の一部のみが小さく割れた場合であっても、周縁部のいずれかに欠損が生じて反射光強度に異常が生じるため、如何なる形態の割れであっても確実に検出することができる。   Therefore, in the heat treatment apparatus 1 according to the present embodiment, the intensity of the reflected light from the peripheral edge of the semiconductor wafer W is measured to reliably detect cracks in the semiconductor wafer W during flash light irradiation. Even when the semiconductor wafer W is cracked so as to be largely divided into two parts from the vicinity of the center, or even when only a part of the peripheral edge is cracked small, a defect occurs in any of the peripheral edges and the reflected light intensity is increased. Since an abnormality occurs, any form of cracking can be reliably detected.

また、半導体ウェハーWの全面を検査する必要がないため、撮像カメラ等は不要であり、簡易な構成の受光部40によって半導体ウェハーWの周縁部からの反射光を受光して割れを検出することができる。導光ロッド45を主たる要素とする受光部40は高密度でハロゲンランプHLが配置されたハロゲン加熱部4に付設することが可能であり、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーWに割れが生じたとしても、その割れをチャンバー6内にて検出することができる。フラッシュ光照射後にゲートバルブ185を開く前にチャンバー6内にてウェハー割れを検出することができれば、搬送開口部66からウェハー割れにともなうパーティクルが飛散するのを防止することができる。   In addition, since it is not necessary to inspect the entire surface of the semiconductor wafer W, an imaging camera or the like is unnecessary, and the reflected light from the peripheral edge of the semiconductor wafer W is received by the light receiving unit 40 having a simple configuration to detect cracks. Can do. The light receiving section 40 having the light guide rod 45 as a main element can be attached to the halogen heating section 4 having a high density and the halogen lamp HL, and even if the semiconductor wafer W is cracked during flash light irradiation. The crack can be detected in the chamber 6. If a wafer crack can be detected in the chamber 6 before opening the gate valve 185 after the flash light irradiation, particles due to the wafer crack can be prevented from scattering from the transfer opening 66.

また、本実施形態では、フラッシュ光照射の前後それぞれにて半導体ウェハーWの下面周縁部からの反射光強度を測定してフラッシュ前データ27およびフラッシュ後データ28として取得し、それらの差分を求めることによって反射光強度の異常を検知している。このように、フラッシュ光照射前後の反射光強度の差分を取ることによって、反射光強度の測定時に不可避的に含まれるバックグラウンドの影響を排除して反射光強度の異常を確実に検知することができる。   In the present embodiment, the reflected light intensity from the peripheral edge of the lower surface of the semiconductor wafer W is measured before and after the flash light irradiation, and is obtained as pre-flash data 27 and post-flash data 28, and the difference between them is obtained. The abnormality of reflected light intensity is detected. In this way, by taking the difference in reflected light intensity before and after flash light irradiation, it is possible to reliably detect abnormalities in the reflected light intensity by eliminating the influence of the background inevitably included when measuring the reflected light intensity. it can.

また、受光部40の導光ロッド45を1回転させることによって、半導体ウェハーWの下面周縁部の全周にわたって反射光を受光してその強度を測定している。このような簡易な構成で半導体ウェハーWの周縁部の全周にわたって反射光強度を測定することができるため、高密度でハロゲンランプHLが配置されたハロゲン加熱部4に受光部40を付設することができる。   Further, by rotating the light guide rod 45 of the light receiving unit 40 once, the reflected light is received over the entire periphery of the lower surface peripheral portion of the semiconductor wafer W and the intensity thereof is measured. Since the reflected light intensity can be measured over the entire circumference of the peripheral edge of the semiconductor wafer W with such a simple configuration, the light receiving unit 40 is attached to the halogen heating unit 4 in which the halogen lamp HL is arranged at a high density. Can do.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、切替ミラー46によって受光モードと照射モードとのいずれかに切り替えるようにしていたが、これ代えて分岐ファイバーを用いて両モードを並行して行えるようにしても良い。図18は、分岐ファイバーを用いた場合の構成例を示す図である。上記実施形態(図8)の切替ミラー46に代えて分岐ファイバー149を設けている。図18において、上記実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。   While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the switching mirror 46 switches between the light receiving mode and the irradiation mode. However, both modes may be performed in parallel using a branching fiber instead. FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration example when a branch fiber is used. A branch fiber 149 is provided instead of the switching mirror 46 of the above embodiment (FIG. 8). In FIG. 18, the same elements as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals.

分岐ファイバー149の先端側はレンズ43に対向するように設けられている。分岐ファイバー149の基端側は二叉に分岐されて一方がレーザユニット48に接続されるとともに、他方はフォトダイオード41に対向するように設けられている。分岐ファイバー149は、複数の光ファイバー素線を束ねたものであり、基端側においてはそれらのうちの一群がレーザユニット48に接続され、残りがフォトダイオード41に対向される。分岐ファイバー149の先端側では、レーザユニット48に接続された一群の光ファイバー素線とフォトダイオード41に対向する光ファイバー素線とが混合されて束ねられている。   The distal end side of the branch fiber 149 is provided to face the lens 43. The proximal end of the branch fiber 149 is bifurcated and one is connected to the laser unit 48 and the other is provided to face the photodiode 41. The branch fiber 149 is a bundle of a plurality of optical fiber strands. A group of them is connected to the laser unit 48 on the base end side, and the rest is opposed to the photodiode 41. On the distal end side of the branch fiber 149, a group of optical fiber strands connected to the laser unit 48 and an optical fiber strand facing the photodiode 41 are mixed and bundled.

このような分岐ファイバー149は、導光ロッド45の下端から出射された半導体ウェハーWの周縁部の反射光を導いて分岐された一方からフォトダイオード41に到達させることができる。また、分岐ファイバー149は、レーザユニット48から出射されたレーザ光を分岐された他方から導いて導光ロッド45に入射されることもできる。すなわち、分岐ファイバー149は、半導体ウェハーWの周縁部からの反射光を導光ロッド45からフォトダイオード41に到達させて受光部40で受光させるとともに、レーザユニット48から出射されたレーザ光を導光ロッド45に入射させることができるのである。このような分岐ファイバー149を用いたとしても上記実施形態と同様の処理を行うことができる。   Such a branched fiber 149 can reach the photodiode 41 from one side branched by guiding the reflected light of the peripheral edge of the semiconductor wafer W emitted from the lower end of the light guide rod 45. The branch fiber 149 can also guide the laser light emitted from the laser unit 48 from the other branched side and enter the light guide rod 45. In other words, the branch fiber 149 causes the reflected light from the peripheral edge of the semiconductor wafer W to reach the photodiode 41 from the light guide rod 45 and be received by the light receiving unit 40 and to guide the laser light emitted from the laser unit 48. The light can enter the rod 45. Even if such a branch fiber 149 is used, the same processing as in the above embodiment can be performed.

なお、予備加熱時にレーザ光照射による補助を行わない場合には、レーザユニット48は必ずしも必須ではない。この場合は、切替ミラー46または分岐ファイバー149を設ける必要は無い。レーザユニット48を設けた場合には、半導体ウェハーWからの反射光を受光する導光ロッド45をレーザ光の出射部としても使用することができ好適である。   In addition, the laser unit 48 is not necessarily indispensable when assistance by laser beam irradiation is not performed at the time of preheating. In this case, it is not necessary to provide the switching mirror 46 or the branch fiber 149. When the laser unit 48 is provided, the light guide rod 45 that receives the reflected light from the semiconductor wafer W can be used as the laser light emitting portion, which is preferable.

また、上記実施形態においては、反射光強度の測定を行う際に予備加熱のためのハロゲンランプHLによって半導体ウェハーWの下面を照らすようにしていたが、これに代えて専用の照明手段を設け、それによって半導体ウェハーWの下面周縁部を照らすようにしても良い。   In the above embodiment, when the reflected light intensity is measured, the lower surface of the semiconductor wafer W is illuminated by the halogen lamp HL for preheating. Instead, a dedicated illumination unit is provided, Thereby, the peripheral edge of the lower surface of the semiconductor wafer W may be illuminated.

また、上記実施形態においては、判定部24が差分データ29を取得して半導体ウェハーWの割れを検出するようにしていたが、フラッシュ前データ27およびフラッシュ後データ28に基づいて制御部3がウェハー割れを検出するようにしても良い。このときに制御部3が実行する演算処理の内容は上記実施形態の判定部24と同じである。   In the above embodiment, the determination unit 24 acquires the difference data 29 and detects the crack of the semiconductor wafer W. However, the control unit 3 performs the wafer processing based on the pre-flash data 27 and the post-flash data 28. You may make it detect a crack. At this time, the content of the arithmetic processing executed by the control unit 3 is the same as that of the determination unit 24 of the above embodiment.

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

また、本発明に係る熱処理装置によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。また、本発明に係る技術は、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化に適用するようにしても良い。   The substrate to be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and may be a glass substrate or a solar cell substrate used for a flat panel display such as a liquid crystal display device. Further, the technique according to the present invention may be applied to bonding of metal and silicon or crystallization of polysilicon.

1 熱処理装置
3 制御部
4 ハロゲン加熱部
5 フラッシュ加熱部
6 チャンバー
7 保持部
10 移載機構
20 検出部
24 判定部
27 フラッシュ前データ
28 フラッシュ後データ
29 差分データ
40 受光部
41 フォトダイオード
44 回転モータ
45 導光ロッド
46 切替ミラー
48 レーザユニット
65 熱処理空間
74 サセプター
75 支持ピン
149 分岐ファイバー
HL ハロゲンランプ
FL フラッシュランプ
W 半導体ウェハー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat processing apparatus 3 Control part 4 Halogen heating part 5 Flash heating part 6 Chamber 7 Holding part 10 Transfer mechanism 20 Detection part 24 Judgment part 27 Data before flash 28 Data after flash 29 Differential data 40 Light receiving part 41 Photodiode 44 Rotating motor 45 Light guide rod 46 Switching mirror 48 Laser unit 65 Heat treatment space 74 Susceptor 75 Support pin 149 Branch fiber HL Halogen lamp FL Flash lamp W Semiconductor wafer

Claims (10)

基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
前記基板に光を照射する照明手段と、
前記照明手段から出射されて前記基板の周縁部の全周にわたって反射された光を受光する受光手段と、
前記受光手段によって受光された光に基づいて前記基板の割れを検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
A heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with flash light,
A chamber for housing the substrate;
Holding means for holding the substrate in the chamber;
A flash lamp for irradiating flash light onto the substrate held by the holding means;
Illumination means for irradiating the substrate with light;
A light receiving means for receiving light emitted from the illumination means and reflected over the entire periphery of the peripheral edge of the substrate;
Detecting means for detecting cracks in the substrate based on light received by the light receiving means;
A heat treatment apparatus comprising:
請求項1記載の熱処理装置において、
前記検出手段は、前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射する前に前記受光手段によって受光した反射光とフラッシュ光の照射後に前記受光手段によって受光した反射光との比較から前記基板の割れを検出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 detection means detects cracks in the substrate from a comparison between reflected light received by the light receiving means before irradiating flash light from the flash lamp and reflected light received by the light receiving means after irradiation of flash light. A heat treatment apparatus characterized by
請求項1または請求項2に記載の熱処理装置において、
前記受光手段は、
前記保持手段に保持された基板の中心直下に配置され、当該基板の周縁部のうちの所定位置からの反射光を受光して導く導光部と、
前記導光部を前記基板の中心線を回転中心として回転させる回転部と、
を含むことを特徴とする熱処理装置。
In the heat treatment apparatus according to claim 1 or 2,
The light receiving means is
A light guide portion that is disposed immediately below the center of the substrate held by the holding means, and receives and guides reflected light from a predetermined position of the peripheral portion of the substrate;
A rotating part that rotates the light guide part around the center line of the substrate;
The heat processing apparatus characterized by including.
請求項3記載の熱処理装置において、
前記受光手段は、前記導光部によって導かれた反射光を受光して電気信号に変換して前記検出手段に伝達するフォトダイオードをさらに含むことを特徴とする熱処理装置。
The heat treatment apparatus according to claim 3, wherein
The heat receiving apparatus further includes a photodiode that receives reflected light guided by the light guide unit, converts the reflected light into an electric signal, and transmits the electric signal to the detecting unit.
請求項4記載の熱処理装置において、
前記導光部にレーザ光を入射して前記保持手段に保持された基板の周縁部に向けてレーザ光を出射させるレーザ光照射部と、
前記基板の周縁部からの反射光を前記導光部から前記フォトダイオードに到達させる受光モードと前記レーザ光照射部から出射された光を前記導光部に入射させる照射モードとのいずれかに切り替える切替手段と、
をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
The heat treatment apparatus according to claim 4, wherein
A laser beam irradiator that emits laser beam toward the peripheral edge of the substrate held by the holding means by entering laser beam into the light guide;
Switching between a light receiving mode in which reflected light from the peripheral edge of the substrate reaches the photodiode from the light guide unit and an irradiation mode in which light emitted from the laser light irradiation unit is incident on the light guide unit Switching means;
A heat treatment apparatus further comprising:
請求項4記載の熱処理装置において、
前記導光部にレーザ光を入射して前記保持手段に保持された基板の周縁部に向けてレーザ光を出射させるレーザ光照射部と、
前記基板の周縁部からの反射光を前記導光部から前記フォトダイオードに到達させるとともに、前記レーザ光照射部から出射された光を前記導光部に入射させる分岐ファイバーと、
をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
The heat treatment apparatus according to claim 4, wherein
A laser beam irradiator that emits laser beam toward the peripheral edge of the substrate held by the holding means by entering laser beam into the light guide;
A branched fiber that causes reflected light from the peripheral edge of the substrate to reach the photodiode from the light guide unit, and makes light emitted from the laser light irradiation unit enter the light guide unit,
A heat treatment apparatus further comprising:
請求項1から請求項6のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記照明手段は、フラッシュ光照射前に前記基板を予備加熱するハロゲンランプであることを特徴とする熱処理装置。
In the heat processing apparatus in any one of Claims 1-6,
The heat treatment apparatus, wherein the illumination means is a halogen lamp that preheats the substrate before flash light irradiation.
基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法であって、
フラッシュ光照射前に照明手段から出射されて基板の周縁部の全周にわたって反射された光を受光する第1受光工程と、
フラッシュランプから前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュ加熱工程と、
フラッシュ光照射後に前記照明手段から出射されて前記基板の周縁部の全周にわたって反射された光を受光する第2受光工程と、
前記第1受光工程にて受光された反射光と前記第2受光工程にて受光された反射光との比較から前記基板の割れを検出する検出工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
A heat treatment method for heating a substrate by irradiating the substrate with flash light,
A first light receiving step for receiving light emitted from the illumination means and reflected over the entire periphery of the peripheral portion of the substrate before the flash light irradiation;
A flash heating step of irradiating the substrate with flash light from a flash lamp;
A second light receiving step for receiving light emitted from the illumination means after flash light irradiation and reflected over the entire periphery of the peripheral portion of the substrate;
A detection step of detecting cracks in the substrate from a comparison between the reflected light received in the first light receiving step and the reflected light received in the second light receiving step;
A heat treatment method comprising:
請求項8記載の熱処理方法において、
前記第1受光工程および前記第2受光工程では、前記基板の中心直下に配置されて当該基板の周縁部のうちの所定位置からの反射光を受光して導く導光部を回転させることを特徴とする熱処理方法。
The heat treatment method according to claim 8, wherein
In the first light receiving step and the second light receiving step, a light guide portion that is disposed immediately below the center of the substrate and receives and guides reflected light from a predetermined position in a peripheral portion of the substrate is rotated. A heat treatment method.
請求項9記載の熱処理方法において、
前記導光部にレーザ光を入射して前記基板の周縁部に向けてレーザ光を出射させる工程をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。
The heat treatment method according to claim 9, wherein
A heat treatment method, further comprising a step of causing a laser beam to enter the light guide portion and emitting the laser beam toward a peripheral portion of the substrate.
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