JP6960344B2 - 熱処理方法および熱処理装置 - 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および熱処理装置に関する。
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。
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。
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。
このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置として、例えば特許文献1には、半導体ウェハーの表面側にフラッシュランプを配置し、裏面側にハロゲンランプを配置し、それらの組み合わせによって所望の熱処理を行うものが開示されている。特許文献1に開示の熱処理装置においては、ハロゲンランプによって半導体ウェハーをある程度の温度まで予備加熱し、その後フラッシュランプからのフラッシュ光照射によって半導体ウェハーの表面を所望の処理温度にまで昇温している。
一般に、熱処理に限らず半導体ウェハーの処理はロット(同一条件にて同一内容の処理を行う対象となる1組の半導体ウェハー)単位で行われる。枚葉式の基板処理装置では、ロットを構成する複数枚の半導体ウェハーに対して連続して順次に処理が行われる。フラッシュランプアニール装置においても、ロットを構成する複数の半導体ウェハーが1枚ずつチャンバーに搬入されて順次に熱処理が行われる。
稼働停止状態のフラッシュランプアニール装置がロットの処理を開始する場合、概ね室温のチャンバーにロットの最初の半導体ウェハーが搬入されて加熱処理が行われることとなる。加熱処理時には、チャンバー内にてサセプタに支持された半導体ウェハーが所定温度に予備加熱され、さらにフラッシュ加熱によってウェハー表面が処理温度にまで昇温される。その結果、昇温した半導体ウェハーによってサセプタやチャンバー窓等のチャンバー内構造物が加熱され、そのチャンバー内構造物の温度も上昇することとなる。このような、半導体ウェハーの加熱処理に伴うチャンバー内構造物の温度上昇は、ロットの最初から数枚程度継続し、やがて約10枚の半導体ウェハーの加熱処理が行われたときにチャンバー内構造物の温度は一定の安定温度に到達する。すなわち、ロットの最初の半導体ウェハーは室温のチャンバーにて処理されるのに対して、10枚目以降の半導体ウェハーは安定温度に昇温しているチャンバーにて処理されるのである。
従って、ロットを構成する複数の半導体ウェハーの温度履歴が不均一になるという問題が生じる。特に、ロットの最初から数枚程度の半導体ウェハーについては、比較的低温のチャンバー内にて処理されるため、フラッシュ光照射時の表面到達温度が処理温度に届かないおそれもある。
このため、従来より、ロットの処理を開始する前に、処理対象ではないダミーウェハーをチャンバー内に搬入してサセプタに保持し、処理対象のロットと同一条件にて予備加熱およびフラッシュ加熱処理を行うことにより、事前にチャンバー内構造物を昇温しておくことが行われていた(ダミーランニング)。約10枚程度のダミーウェハーについて予備加熱およびフラッシュ加熱処理を行うことにより、チャンバー内構造物が安定温度に到達するので、その後処理対象となるロットの最初の半導体ウェハーの処理を開始する。このようにすれば、ロットを構成する複数の半導体ウェハーの温度履歴を均一にすることができる。
しかしながら、このようなダミーランニングは、処理とは無関係なダミーウェハーを消費するだけでなく、10枚程度のダミーウェハーにフラッシュ加熱処理を行うのに相当の時間を要するため、フラッシュランプアニール装置の効率的な運用が妨げられるという問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ダミーランニングを省略することができる熱処理方法および熱処理装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、基板に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、チャンバー内のサセプタに載置された基板に連続点灯ランプから光を照射して当該基板を加熱する光照射工程と、処理対象となる基板を前記チャンバーに搬入する前に、前記サセプタに予熱用基板を載置し、前記光照射工程にて使用する処理ガスよりも熱伝導率の高い伝熱ガスを前記チャンバー内に供給して前記伝熱ガスを含む雰囲気を形成する雰囲気形成工程と、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記予熱用基板を加熱し、前記予熱用基板から前記伝熱ガスを介して前記チャンバーに設けられた石英窓を昇温する予熱工程と、を備えることを特徴とする。
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る熱処理方法において、前記雰囲気形成工程では、加熱された前記伝熱ガスを前記チャンバー内に供給することを特徴とする。
また、請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明に係る熱処理方法において、前記伝熱ガスがヘリウムであることを特徴とする。
また、請求項4の発明は、基板に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支持するサセプタと、前記サセプタに支持された基板に光を照射して当該基板を加熱する連続点灯ランプと、前記チャンバー内にガスを供給するガス供給部と、を備え、処理対象となる基板を前記チャンバーに搬入する前に、前記サセプタに予熱用基板を載置し、前記処理対象となる基板の熱処理時に使用する処理ガスよりも熱伝導率の高い伝熱ガスを前記ガス供給部から前記チャンバー内に供給して前記伝熱ガスを含む雰囲気を形成した後、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記予熱用基板を加熱して前記予熱用基板から前記伝熱ガスを介して前記チャンバーに設けられた石英窓を昇温することを特徴とする。
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、前記伝熱ガスを加熱するガス加熱部をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項6の発明は、請求項4または請求項5の発明に係る熱処理装置において、前記伝熱ガスがヘリウムであることを特徴とする。
請求項1から請求項3の発明によれば、処理対象となる基板をチャンバーに搬入する前に、連続点灯ランプからの光照射によって予熱用基板を加熱し、予熱用基板から伝熱ガスを介してチャンバーに設けられた石英窓を昇温するため、処理対象となる基板がチャンバーに搬入されたときには石英窓が昇温しており、ダミーランニングを省略することができる。
特に、請求項2の発明によれば、加熱された伝熱ガスをチャンバー内に供給するため、石英窓をより効率良く昇温させることができる。
請求項4から請求項6の発明によれば、処理対象となる基板をチャンバーに搬入する前に、連続点灯ランプからの光照射によって予熱用基板を加熱して予熱用基板から伝熱ガスを介してチャンバーに設けられた石英窓を昇温するため、処理対象となる基板がチャンバーに搬入されたときには石英窓が昇温しており、ダミーランニングを省略することができる。
特に、請求項5の発明によれば、伝熱ガスを加熱するガス加熱部をさらに備えるため、石英窓をより効率良く昇温させることができる。
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。
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。図1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。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。
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。
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。
本実施形態のチャンバー6は、内部を大気圧未満に減圧することができる減圧対応であるため、耐圧性を増すために上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64の厚さを常圧対応のものよりも厚くしている。例えば、常圧対応であればチャンバー窓の厚さが8mmであるところ、本実施形態の上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64の厚さは28mmとしている。
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。
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。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、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。
また、チャンバー6の内壁上部には熱処理空間65にガス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およびヒータ22が介挿されている。ガス供給源85が供給するガスの種類は特に限定されるものではなく、適宜に選択されるものであるが、例えば、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)などの不活性ガス、または、酸素(O2)、水素(H2)、塩素(Cl2)、塩化水素(HCl)、オゾン(O3)、アンモニア(NH3)などの反応性ガス、或いはそれらを混合した混合ガスを用いることができる。
バルブ84が開放されると、ガス供給源85から緩衝空間82にガスが送給される。緩衝空間82に流入したガスは、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。すなわち、ガス供給源85およびバルブ84がチャンバー6内にガスを供給するガス供給部に相当する。また、ヒータ22は、ガス供給管83を流れるガスを加熱する。ヒータ22によって加熱されたガスがガス供給孔81から熱処理空間65に供給される。すなわち、ヒータ22がチャンバー6に供給されるガスを加熱するガス加熱部に相当する。
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、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。
排気部190としては、真空ポンプや熱処理装置1が設置される工場の排気ユーティリティを用いることができる。排気部190として真空ポンプを採用し、バルブ84を閉止してガス供給孔81から何らのガス供給を行うことなく密閉空間である熱処理空間65の雰囲気を排気すると、チャンバー6内を真空雰囲気にまで減圧することができる。また、排気部190として真空ポンプを用いていない場合であっても、ガス供給孔81からガス供給を行うことなく排気を行うことにより、チャンバー6内を大気圧未満の気圧に減圧することができる。
図2は、保持部7の全体外観を示す斜視図である。保持部7は、基台リング71、連結部72およびサセプタ74を備えて構成される。基台リング71、連結部72およびサセプタ74はいずれも石英にて形成されている。すなわち、保持部7の全体が石英にて形成されている。
基台リング71は円環形状から一部が欠落した円弧形状の石英部材である。この欠落部分は、後述する移載機構10の移載アーム11と基台リング71との干渉を防ぐために設けられている。基台リング71は凹部62の底面に載置されることによって、チャンバー6の壁面に支持されることとなる(図1参照)。基台リング71の上面に、その円環形状の周方向に沿って複数の連結部72(本実施形態では4個)が立設される。連結部72も石英の部材であり、溶接によって基台リング71に固着される。
サセプタ74は基台リング71に設けられた4個の連結部72によって支持される。図3は、サセプタ74の平面図である。また、図4は、サセプタ74の断面図である。サセプタ74は、保持プレート75、ガイドリング76および複数の基板支持ピン77を備える。保持プレート75は、石英にて形成された略円形の平板状部材である。保持プレート75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、保持プレート75は、半導体ウェハーWよりも大きな平面サイズを有する。
保持プレート75の上面周縁部にガイドリング76が設置されている。ガイドリング76は、半導体ウェハーWの直径よりも大きな内径を有する円環形状の部材である。例えば、半導体ウェハーWの直径がφ300mmの場合、ガイドリング76の内径はφ320mmである。ガイドリング76の内周は、保持プレート75から上方に向けて広くなるようなテーパ面とされている。ガイドリング76は、保持プレート75と同様の石英にて形成される。ガイドリング76は、保持プレート75の上面に溶着するようにしても良いし、別途加工したピンなどによって保持プレート75に固定するようにしても良い。或いは、保持プレート75とガイドリング76とを一体の部材として加工するようにしても良い。
保持プレート75の上面のうちガイドリング76よりも内側の領域が半導体ウェハーWを保持する平面状の保持面75aとされる。保持プレート75の保持面75aには、複数の基板支持ピン77が立設されている。本実施形態においては、保持面75aの外周円(ガイドリング76の内周円)と同心円の周上に沿って30°毎に計12個の基板支持ピン77が立設されている。12個の基板支持ピン77を配置した円の径(対向する基板支持ピン77間の距離)は半導体ウェハーWの径よりも小さく、半導体ウェハーWの径がφ300mmであればφ270mm〜φ280mm(本実施形態ではφ270mm)である。それぞれの基板支持ピン77は石英にて形成されている。複数の基板支持ピン77は、保持プレート75の上面に溶接によって設けるようにしても良いし、保持プレート75と一体に加工するようにしても良い。
図2に戻り、基台リング71に立設された4個の連結部72とサセプタ74の保持プレート75の周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプタ74と基台リング71とは連結部72によって固定的に連結されている。このような保持部7の基台リング71がチャンバー6の壁面に支持されることによって、保持部7がチャンバー6に装着される。保持部7がチャンバー6に装着された状態においては、サセプタ74の保持プレート75は水平姿勢(法線が鉛直方向と一致する姿勢)となる。すなわち、保持プレート75の保持面75aは水平面となる。
チャンバー6に搬入された半導体ウェハーWは、チャンバー6に装着された保持部7のサセプタ74の上に水平姿勢にて載置されて保持される。このとき、半導体ウェハーWは保持プレート75上に立設された12個の基板支持ピン77によって支持されてサセプタ74に保持される。より厳密には、12個の基板支持ピン77の上端部が半導体ウェハーWの下面に接触して当該半導体ウェハーWを支持する。12個の基板支持ピン77の高さ(基板支持ピン77の上端から保持プレート75の保持面75aまでの距離)は均一であるため、12個の基板支持ピン77によって半導体ウェハーWを水平姿勢に支持することができる。
また、半導体ウェハーWは複数の基板支持ピン77によって保持プレート75の保持面75aから所定の間隔を隔てて支持されることとなる。基板支持ピン77の高さよりもガイドリング76の厚さの方が大きい。従って、複数の基板支持ピン77によって支持された半導体ウェハーWの水平方向の位置ずれはガイドリング76によって防止される。
また、図2および図3に示すように、サセプタ74の保持プレート75には、上下に貫通して開口部78が形成されている。開口部78は、放射温度計120(図1参照)が半導体ウェハー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。すなわち、放射温度計120が開口部78を介して半導体ウェハーWの下面から放射された光を受光し、別置のディテクタによってその半導体ウェハーWの温度が測定される。さらに、サセプタ74の保持プレート75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。
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。移載アーム11およびリフトピン12は石英にて形成されている。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。
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、保持部7の基台リング71の直上である。基台リング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。
図1に示すように、チャンバー6の内部には3つの放射温度計120,130,140が設けられている。上述した通り、放射温度計120は、サセプタ74に設けられた開口部78を介して半導体ウェハーWの温度を測定する。放射温度計130は、上側チャンバー窓63から放射された赤外光を検知して上側チャンバー窓63の温度を測定する。一方、放射温度計140は、下側チャンバー窓64から放射された赤外光を検知して下側チャンバー窓64の温度を測定する。
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。
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。
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。
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。
チャンバー6の下方に設けられたハロゲン加熱部4は、筐体41の内側に複数本(本実施形態では40本)のハロゲンランプHLを内蔵している。ハロゲン加熱部4は、複数のハロゲンランプHLによってチャンバー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への光照射を行って半導体ウェハーWを加熱する光照射部である。ハロゲン加熱部4がチャンバー6の下方に設置されることにより、複数本のハロゲンランプHLは下側チャンバー窓64と対向することとなる。
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。40本のハロゲンランプHLは上下2段に分けて配置されている。保持部7に近い上段に20本のハロゲンランプHLが配設されるとともに、上段よりも保持部7から遠い下段にも20本のハロゲンランプ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。
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周縁部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。
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、上段に配置された20本のハロゲンランプHLの長手方向と下段に配置された20本のハロゲンランプHLの長手方向とが互いに直交するように計40本のハロゲンランプHLが配設されている。
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。
また、ハロゲン加熱部4の筐体41内にも、2段のハロゲンランプHLの下側にリフレクタ43が設けられている(図1)。リフレクタ43は、複数のハロゲンランプHLから出射された光を熱処理空間65の側に反射する。
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回路である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。
次に、熱処理装置1における処理動作について説明する。まず、処理対象となる半導体ウェハーWに対する通常の熱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。以下に説明する半導体ウェハーW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。
まず、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に処理ガスとして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。
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。
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を介して処理対象となる半導体ウェハーWがチャンバー6内の熱処理空間65に搬入される。このときには、半導体ウェハーWの搬入にともなって装置外部の雰囲気を巻き込むおそれがあるが、チャンバー6には窒素ガスが供給され続けているため、搬送開口部66から窒素ガスが流出して、そのような外部雰囲気の巻き込みを最小限に抑制することができる。
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74の保持プレート75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は基板支持ピン77の上端よりも上方にまで上昇する。
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から保持部7のサセプタ74に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。半導体ウェハーWは、保持プレート75上に立設された複数の基板支持ピン77によって支持されてサセプタ74に保持される。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保持部7に保持される。複数の基板支持ピン77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)と保持プレート75の保持面75aとの間には所定の間隔が形成される。サセプタ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、すなわち凹部62の内側に退避する。
半導体ウェハーWが石英にて形成された保持部7のサセプタ74によって水平姿勢にて下方より保持された後、ハロゲン加熱部4の40本のハロゲンランプHLが一斉に点灯して予備加熱(アシスト加熱)が開始される。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74を透過して半導体ウェハーWの下面に照射される。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の内側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。
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の温度が放射温度計120によって測定されている。すなわち、サセプタ74に保持された半導体ウェハーWの下面から開口部78を介して放射された赤外光を放射温度計120が受光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しつつ、ハロゲンランプHLの出力を制御する。すなわち、制御部3は、放射温度計120による測定値に基づいて、半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1となるようにハロゲンランプHLの出力をフィードバック制御する。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℃)。
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、放射温度計120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の出力を調整し、半導体ウェハーWの温度をほぼ予備加熱温度T1に維持している。
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がサセプタ74に保持された半導体ウェハーWの表面にフラッシュ光照射を行う。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。
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。
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。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。降温中の半導体ウェハーWの温度は放射温度計120によって測定され、その測定結果は制御部3に伝達される。制御部3は、放射温度計120の測定結果より半導体ウェハーWの温度が所定温度まで降温したか否かを監視する。そして、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の加熱処理が完了する。
ところで、典型的には、半導体ウェハーWの処理はロット単位で行われる。ロットとは、同一条件にて同一内容の処理を行う対象となる1組の半導体ウェハーWである。本実施形態の熱処理装置1においても、ロットを構成する複数枚(例えば、25枚)の半導体ウェハーWが1枚ずつ順次にチャンバー6に搬入されて加熱処理が行われる。
ここで、しばらく処理を行っていなかった熱処理装置1にてロットの処理を開始する場合、概ね室温のチャンバー6にロットの最初の半導体ウェハーWが搬入されてフラッシュ加熱処理が行われることとなる。このよう場合は、例えばメンテナンス後に熱処理装置1が起動されてから最初のロットを処理する場合や先のロットを処理した後に長時間が経過した場合などである。加熱処理時には、昇温した半導体ウェハーWからサセプタ74等のチャンバー内構造物への熱伝導および熱輻射が生じるため、初期には室温であったチャンバー内構造物が半導体ウェハーWの処理枚数が増えるにつれて徐々に蓄熱により昇温することとなる。また、ハロゲンランプHLから出射された赤外光の一部は下側チャンバー窓64に吸収されるため、半導体ウェハーWの処理枚数が増えるにつれて下側チャンバー窓64の温度も徐々に昇温することとなる。
そして、約10枚の半導体ウェハーWの加熱処理が行われたときに下側チャンバー窓64を含むチャンバー内構造物の温度が一定の安定温度に到達する。安定温度に到達したチャンバー6では、半導体ウェハーWからチャンバー内構造物への伝熱量とチャンバー内構造物からの放熱量とが均衡する。チャンバー6の温度が安定温度に到達するまでは、半導体ウェハーWからの伝熱量がチャンバー内構造物からの放熱量よりも多いため、半導体ウェハーWの処理枚数が増えるにつれてチャンバー内構造物の温度が徐々に蓄熱により上昇する。これに対して、チャンバー6の温度が安定温度に到達した後は、半導体ウェハーWからの伝熱量とチャンバー内構造物からの放熱量とが均衡するため、チャンバー内構造物の温度は一定の安定温度に維持されることとなる。また、下側チャンバー窓64の温度が安定温度に到達した後は、下側チャンバー窓64がハロゲンランプHLの照射光から吸収する熱量と下側チャンバー窓64から放出される熱量とが均衡するため、下側チャンバー窓64の温度も一定の安定温度に維持されることとなる。
従って、室温のチャンバー6にて処理を開始すると、ロットの初期の半導体ウェハーWと途中からの半導体ウェハーWとではチャンバー6の構造物の温度が異なることととなる。具体的には、ロットの初期の半導体ウェハーWは室温近傍のチャンバー6内にて処理されるのに対して、10枚目以降の半導体ウェハーWは安定温度に昇温しているチャンバー6内にて処理されることとなる。その結果、ロットの初期の半導体ウェハーWと途中からの半導体ウェハーWとでは、周辺温度が異なるために温度履歴が不均一になるという問題があった。このため、既述したように、従来では、ロットの処理を開始する前に、処理対象ではない約10枚のダミーウェハーを順次にチャンバー6内に搬入して処理対象の半導体ウェハーWと同様の予備加熱およびフラッシュ加熱処理を行ってサセプタ74および下側チャンバー窓64等のチャンバー内構造物を安定温度に昇温するダミーランニングが実施されていた。このようなダミーランニングが熱処理装置1の効率的な運用を阻害することも既述した通りである。
そこで、本実施形態においては、処理対象となる半導体ウェハーWをチャンバー6に搬入する前に、下側チャンバー窓64および上側チャンバー窓63を含むチャンバー内構造物を予め事前加熱しておく。図8は、本発明に係る熱処理方法の処理手順を示すフローチャートである。
まず、室温のチャンバー6にて処理を開始する前に、そのチャンバー6内にダミーウェハーDWを搬入する(ステップS1)。ダミーウェハーDWは、半導体ウェハーWと同様の円板形状のシリコンウェハーであり、半導体ウェハーWと同様のサイズおよび形状を有する。但し、ダミーウェハーDWには、パターン形成やイオン注入はなされていない(いわゆるベアウェハー)。
ダミーウェハーDWのチャンバー6への搬入手順は、上述した半導体ウェハーWの搬入手順と同じである。すなわち、装置外部の搬送ロボットによってダミーウェハーDWがチャンバー6内に搬入され、移載機構10のリフトピン12がダミーウェハーDWを受け取る。そして、リフトピン12が下降することにより、ダミーウェハーDWがサセプタ74に保持される(ステップS2)。なお、ダミーウェハーDWの搬入時にはチャンバー6内は窒素雰囲気とされている。
次に、チャンバー6内をヘリウム雰囲気に置換する(ステップS3)。このときには、一旦ガス供給孔81から何らのガス供給を行うことなく密閉空間である熱処理空間65の雰囲気を排気してチャンバー6内を大気圧未満に減圧する。続いて、バルブ89およびバルブ192を閉止してバルブ84を開放し、ガス供給源85からチャンバー6内にヘリウムと窒素との混合ガスを供給する。これにより、チャンバー6内の熱処理空間65にヘリウムガスを含む雰囲気が形成される。一旦チャンバー6内を減圧してからヘリウムと窒素との混合ガスを供給することにより、チャンバー6内を速やかに窒素雰囲気からヘリウム雰囲気に置換することができる。
次に、40本のハロゲンランプHLが点灯し、ハロゲンランプHLからの光照射によってダミーウェハーDWを加熱する(ステップS4)。ハロゲンランプHLから出射された光は、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74を透過してダミーウェハーDWの下面に照射される。ハロゲンランプHLからの光照射を受けることによってダミーウェハーDWが加熱されてその温度が上昇する。
図9は、ヘリウム雰囲気中にてダミーウェハーDWが加熱された状態を示す図である。ヘリウムガスは半導体ウェハーWの熱処理時に使用する処理ガスである窒素ガスよりも高い熱伝導率を有する。0℃での窒素ガスの熱伝導率が0.024W/mKであるのに対して0℃でのヘリウムガスの熱伝導率は0.144W/mKである。このような高い熱伝導率を有するヘリウムガスは伝熱ガスとして機能し、ヘリウムガスを含む雰囲気中にてダミーウェハーDWが昇温すると、そのダミーウェハーDWからヘリウムガスを熱媒体としてチャンバー6内の構造物に熱伝導が生じる。これにより、チャンバー6の上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64が加熱される(ステップS5)。また、昇温したダミーウェハーDWからの熱伝導および熱輻射によってサセプタ74も加熱される。
このときには、上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64の温度が安定温度に到達するようにダミーウェハーDWによってチャンバー6内の構造物が加熱される。上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64の安定温度とは、ロットの10枚以上の半導体ウェハーWの加熱処理を連続して行った後に、上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64の温度が上昇して一定となる安定状態に到達したときの当該上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64の温度である。具体的には、上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64を安定温度に昇温するために必要な温度にまでダミーウェハーDWを加熱することができるハロゲンランプHLの出力を予め実験またはシミュレーションによって求めて制御部3に設定しておく。そして、制御部3の制御下にて、ハロゲンランプHLの出力が当該設定出力に調整される。その結果、ハロゲンランプHLからの光照射によってダミーウェハーDWが所定温度に加熱され、そのダミーウェハーDWからヘリウムガスを熱媒体として上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64が安定温度に昇温されることとなる。或いは、放射温度計130,140によって測定した測定値に基づいて、上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64が安定温度となるように制御部3がハロゲンランプHLの出力をフィードバック制御するようにしても良い。
ダミーウェハーDWによって上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64が安定温度に昇温された後、40本のハロゲンランプHLが消灯する(ステップS6)。ハロゲンランプHLが消灯することによって、ダミーウェハーDWの温度は降温するものの、熱容量の大きな上側チャンバー窓63、下側チャンバー窓64およびサセプタ74の石英部材はすぐには降温せずに概ね安定温度に維持される。
続いて、チャンバー6内を窒素雰囲気に置換する(ステップS7)。このときには、上述したヘリウム雰囲気への置換と同様に、一旦チャンバー6内を大気圧未満に減圧してから窒素ガスを供給することにより、チャンバー6内を速やかにヘリウム雰囲気から窒素雰囲気に置換する。
次に、チャンバー6からダミーウェハーDWを搬出する(ステップS8)。チャンバー6からのダミーウェハーDWの搬出手順も、上述した半導体ウェハーWの搬出手順と同じである。すなわち、リフトピン12が上昇してサセプタ74からダミーウェハーDWを受け取り、そのダミーウェハーDWを装置外部の搬送ロボットによってチャンバー6から搬出する。
ダミーウェハーDWがチャンバー6から搬出された後、速やかにロットの最初の処理対象となる半導体ウェハーWをチャンバー6に搬入してサセプタ74に保持する(ステップS9)。そして、上述した処理手順に沿って処理対象となる半導体ウェハーWの加熱処理を実行する(ステップS10)。
本実施形態においては、ロットの最初の処理対象となる半導体ウェハーWの処理を開始する前に、チャンバー6内にダミーウェハーDWを搬入してサセプタ74に載置し、窒素ガスよりも高い熱伝導率を有するヘリウムガスをチャンバー6内に供給してヘリウムガスを含む雰囲気を形成している。そして、ヘリウムガスを含む雰囲気中にてハロゲンランプHLからの光照射によってダミーウェハーDWを加熱することにより、昇温したダミーウェハーDWからヘリウムガスを熱媒体として上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64を含むチャンバー6内の構造物に熱伝導が生じる。特に、チャンバー6内を高い熱伝導率を有するヘリウムガスを含む雰囲気としておくことにより、ダミーウェハーDWの熱を効率良く上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64を含むチャンバー6内の構造物に伝達させることができる。
ダミーウェハーDWからヘリウムガスを介して上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64を含むチャンバー6内の構造物に熱を伝達して当該構造物を昇温することにより、ロットの最初の処理対象となる半導体ウェハーWがチャンバー6内に搬入されたときには、上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64が安定温度に加熱されている。このため、ロットを構成する全ての半導体ウェハーWにわたって上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64が等しい温度(安定温度)であり、温度履歴を均一にすることができる。その結果、従来のような複数枚(10枚以上)のダミーウェハーに実際の半導体ウェハーWに対するのと同様の加熱処理を行うダミーランニングを省略することができるため、チャンバー内構造物が安定温度に到達する時間を短縮して基板処理装置1の効率的な運用が可能となる。
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、ダミーウェハーDWの熱を上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64に伝達する伝熱ガスとしてヘリウムガスを用いていたが、これに限定されるものではない。伝熱ガスとしては、処理対象となる半導体ウェハーWの熱処理時に使用する処理ガスである窒素ガスよりも高い熱伝導率を有するガスであれば良く、例えば水素ガス(0℃での熱伝導率は0.168W/mK)を用いるようにしても良い。
また、複数種類の伝熱ガスを混合してチャンバー6内に供給するようにしても良い。この場合、マスフローコントローラ等によって伝熱ガスの混合比率を変更可能とするのが好ましい。
また、ヘリウムガス等の伝熱ガスをヒータ22によって加熱してチャンバー6内に供給するようにしても良い。加熱した伝熱ガスをチャンバー6内に供給することにより、上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64を含むチャンバー6内の構造物をより効率良く昇温させることが可能となる。
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。
また、上記実施形態においては、1秒以上連続して発光する連続点灯ランプとしてフィラメント方式のハロゲンランプHLを用いて半導体ウェハーWの予備加熱を行っていたが、これに限定されるものではなく、ハロゲンランプHLに代えて放電型のアークランプ(例えば、キセノンアークランプ)を連続点灯ランプとして用いて予備加熱を行うようにしても良い。この場合、事前加熱時には放電型のアークランプによってダミーウェハーDWを加熱することとなる。
また、熱処理装置1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、高誘電率ゲート絶縁膜(High-k膜)の熱処理、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。
また、本発明に係る熱処理技術は、フラッシュランプアニール装置に限定されるものではなく、ハロゲンランプを使用した枚葉式のランプアニール装置やCVD装置などのフラッシュランプ以外の熱源の装置にも適用することができる。特に、チャンバーの下方にハロゲンランプを配置し、半導体ウェハーの裏面から光照射を行って熱処理を行うバックサイドアニール装置に本発明に係る技術は好適に適用することができる。
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
22 ヒータ
63 上側チャンバー窓
64 下側チャンバー窓
65 熱処理空間
74 サセプタ
84 バルブ
85 ガス供給源
120,130,140 放射温度計
DW ダミーウェハー
FL フラッシュランプ
HL ハロゲンランプ
W 半導体ウェハー
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
22 ヒータ
63 上側チャンバー窓
64 下側チャンバー窓
65 熱処理空間
74 サセプタ
84 バルブ
85 ガス供給源
120,130,140 放射温度計
DW ダミーウェハー
FL フラッシュランプ
HL ハロゲンランプ
W 半導体ウェハー
Claims (6)
- 基板に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、
チャンバー内のサセプタに載置された基板に連続点灯ランプから光を照射して当該基板を加熱する光照射工程と、
処理対象となる基板を前記チャンバーに搬入する前に、前記サセプタに予熱用基板を載置し、前記光照射工程にて使用する処理ガスよりも熱伝導率の高い伝熱ガスを前記チャンバー内に供給して前記伝熱ガスを含む雰囲気を形成する雰囲気形成工程と、
前記連続点灯ランプからの光照射によって前記予熱用基板を加熱し、前記予熱用基板から前記伝熱ガスを介して前記チャンバーに設けられた石英窓を昇温する予熱工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。 - 請求項1記載の熱処理方法において、
前記雰囲気形成工程では、加熱された前記伝熱ガスを前記チャンバー内に供給することを特徴とする熱処理方法。 - 請求項1または請求項2記載の熱処理方法において、
前記伝熱ガスがヘリウムであることを特徴とする熱処理方法。 - 基板に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支持するサセプタと、
前記サセプタに支持された基板に光を照射して当該基板を加熱する連続点灯ランプと、
前記チャンバー内にガスを供給するガス供給部と、
を備え、
処理対象となる基板を前記チャンバーに搬入する前に、前記サセプタに予熱用基板を載置し、前記処理対象となる基板の熱処理時に使用する処理ガスよりも熱伝導率の高い伝熱ガスを前記ガス供給部から前記チャンバー内に供給して前記伝熱ガスを含む雰囲気を形成した後、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記予熱用基板を加熱して前記予熱用基板から前記伝熱ガスを介して前記チャンバーに設けられた石英窓を昇温することを特徴とする熱処理装置。 - 請求項4記載の熱処理装置において、
前記伝熱ガスを加熱するガス加熱部をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項4または請求項5記載の熱処理装置において、
前記伝熱ガスがヘリウムであることを特徴とする熱処理装置。
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