JP7266458B2 - Heat treatment equipment - 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)に対して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関する。 The present invention relates to a heat treatment apparatus for heating a thin precision electronic substrate such as a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as "substrate") by irradiating the substrate with flash light.
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱する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、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。 Flash lamp annealing (FLA), which heats a semiconductor wafer in an extremely short time, has attracted attention in the manufacturing process of semiconductor devices. Flash lamp annealing uses a xenon flash lamp (hereinafter simply referred to as a "flash lamp" to mean a xenon flash lamp) to irradiate the surface of the semiconductor wafer with flash light, so that only the surface of the semiconductor wafer is extremely annealed. It is a heat treatment technology that raises the temperature in a 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。 The radiation spectral distribution of the xenon flash lamp is from the ultraviolet region to the near-infrared region, the wavelength is shorter than that of the conventional halogen lamp, and it almost matches the fundamental absorption band of the silicon semiconductor wafer. Therefore, when the semiconductor wafer is irradiated with flash light from the xenon flash lamp, it is possible to rapidly raise the temperature of the semiconductor wafer with little transmitted light. In addition, it has been found that only the vicinity of the surface of the semiconductor wafer can be selectively heated by flash light irradiation for a very short period of several milliseconds or less.
このようなフラッシュランプアニールは、極短時間の加熱が必要とされる処理、例えば典型的には半導体ウェハーに注入された不純物の活性化に利用される。イオン注入法によって不純物が注入された半導体ウェハーの表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射すれば、当該半導体ウェハーの表面を極短時間だけ活性化温度にまで昇温することができ、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。 Such flash lamp annealing is used in processes that require very short heating times, such as activation of impurities typically implanted in semiconductor wafers. By irradiating the surface of a semiconductor wafer into which impurities have been implanted by ion implantation with flash light from a flash lamp, the surface of the semiconductor wafer can be heated to the activation temperature for a very short period of time, and the impurities can be deeply diffused. Therefore, only impurity activation can be performed without causing the activation of the impurities.
このようなフラッシュランプを使用したランプアニール装置においては、減圧雰囲気やアンモニア(NH3)等の反応性ガスの雰囲気中で加熱処理が行われることがある。このため、半導体ウェハーを収容するチャンバー内を気密にするためにシール部材としてOリングが使用されている。具体的には例えば、金属製のチャンバーの側壁と石英窓との間にOリングを挟み込んでチャンバー内をシールするようにしている。Oリングは樹脂製であって耐熱温度が比較的低いため、熱処理装置に使用する場合には温度上昇を抑制する対策(例えば、冷却流体を利用したチャンバーの冷却)が必要となる。 In a lamp annealing apparatus using such a flash lamp, heat treatment may be performed in a reduced pressure atmosphere or in an atmosphere of a reactive gas such as ammonia (NH 3 ). For this reason, an O-ring is used as a sealing member to airtightly seal the chamber containing the semiconductor wafer. Specifically, for example, an O-ring is interposed between the side wall of the metal chamber and the quartz window to seal the inside of the chamber. Since the O-ring is made of resin and has a relatively low heat resistance, it is necessary to take measures to suppress the temperature rise (for example, cooling the chamber using a cooling fluid) when using it in a heat treatment apparatus.
また、フラッシュランプを使用した熱処理装置にOリングを使用する場合には、極めて強度の強いフラッシュ光が瞬間的に照射されるため、熱によるOリングの劣化よりもむしろ強力なフラッシュ光照射によるOリングの表面劣化が問題となる。特に、減圧雰囲気で加熱処理を行う場合には、チャンバー構造を耐圧構造とする必要があり、チャンバーの開口を閉塞する石英窓を厚くする必要が生じる。石英窓を厚くすると、フラッシュ光照射時に石英窓内にフラッシュ光が進入しやすくなり、よりフラッシュ光がOリングに到達しやすくなる。フラッシュ光照射によるOリング表面の劣化はチャンバー内の気密性を損なうだけでなく、その劣化したOリングがガスやパーティクルの発生源になるという点で深刻な問題である。 In addition, when the O-ring is used in a heat treatment apparatus using a flash lamp, an extremely strong flash light is momentarily irradiated, so the O-ring is not deteriorated due to heat, but rather an O-ring due to strong flash light irradiation. Surface deterioration of the ring becomes a problem. In particular, when heat treatment is performed in a reduced-pressure atmosphere, the chamber structure needs to be a pressure-resistant structure, and it becomes necessary to increase the thickness of the quartz window that closes the opening of the chamber. When the quartz window is thickened, the flash light can easily enter the quartz window during flash light irradiation, and the flash light can reach the O-ring more easily. Deterioration of the O-ring surface due to flash light irradiation not only impairs the airtightness of the chamber, but also poses a serious problem in that the deteriorated O-ring becomes a source of gas and particles.
このため、特許文献1には、Oリングと接触する石英窓の周縁部の一部を不透明石英とする技術が提案されている。不透明石英はフラッシュ光を遮光するため、Oリングと接触する石英窓の周縁部の一部を不透明石英とすれば、フラッシュ光照射時にフラッシュ光がOリングに到達するのを防止してOリングの表面劣化を防止することができる。
For this reason,
しかしながら、透明石英の石英窓の一部に不透明石英を溶接して設けることは施工が困難であり、製造コストが増大するとともに、納期も長期化するという問題が生じていた。このため、より生産性の高い方法での対策が求められている。 However, it is difficult to weld opaque quartz to a part of the quartz window made of transparent quartz, which causes problems such as an increase in manufacturing cost and a longer delivery time. Therefore, there is a demand for a countermeasure using a method with higher productivity.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成にてフラッシュ光照射によるOリングの劣化を防止することができる熱処理装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a heat treatment apparatus capable of preventing deterioration of an O-ring due to flash light irradiation with a simple structure.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、基板に対して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部と、前記チャンバーの外部であって前記チャンバーの一方側に設けられたフラッシュランプと、前記チャンバーの前記一方側の開口を覆う石英窓と、前記チャンバーの側壁と前記石英窓の周縁部の下面との間に挟み込まれたOリングと、前記石英窓の周縁部の上面を前記チャンバーの側壁に向けて押圧する窓押さえ部材と、を備え、前記周縁部の前記上面は、前記石英窓の外周端に向けて厚さが薄くなるようなテーパ面であることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
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、前記窓押さえ部材の前記石英窓と対向する対向面を黒色と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, a surface of the window pressing member facing the quartz window is black.
また、請求項3の発明は、請求項2の発明に係る熱処理装置において、前記窓押さえ部材の前記対向面に黒色アルマイトまたは黒色ニッケルメッキを形成することを特徴とする。
According to the invention of
請求項1から請求項3の発明によれば、石英窓の周縁部の上面は、石英窓の外周端に向けて厚さが薄くなるようなテーパ面であるため、石英窓に進入したフラッシュ光の内部反射によってOリングに到達する光の光量を減少させることができ、簡易な構成にてフラッシュ光照射によるOリングの劣化を防止することができる。 According to the first to third aspects of the invention, since the upper surface of the peripheral portion of the quartz window is tapered so that the thickness decreases toward the outer peripheral edge of the quartz window, the flash light entering the quartz window is The amount of light reaching the O-ring can be reduced by the internal reflection of the light, and deterioration of the O-ring due to flash light irradiation can be prevented with a simple configuration.
特に、請求項2の発明によれば、窓押さえ部材の石英窓と対向する対向面を黒色とするため、石英窓の周縁部上面から出射されたフラッシュ光の反射による石英窓への再入射を抑制することができ、より確実にOリングの劣化を防止することができる。 In particular, according to the second aspect of the invention, since the opposing surface of the window pressing member facing the quartz window is black, the flash light emitted from the upper surface of the peripheral portion of the quartz window is prevented from re-entering the quartz window due to reflection. can be suppressed, and the deterioration of the O-ring can be prevented more reliably.
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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<第1実施形態>
まず、本発明に係る熱処理装置の構成について説明する。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。
<First embodiment>
First, the configuration of the heat treatment apparatus according to the present invention will be described. FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of a
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
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 chamber windows made of quartz on the upper and lower sides of a cylindrical
本実施形態の熱処理装置1は、真空対応の装置であり、チャンバー6も真空に耐える耐圧構造とされている。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が常圧対応のフラッシュランプアニール装置のものよりも厚くされている(例えば、20mm以上)。また、上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64とチャンバー側部61との間にはOリングが挟み込まれることによってチャンバー6内がシールされているのであるが、これについてはさらに後述する。
The
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 reflecting
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。
A
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。
A transfer opening (furnace port) 66 for transferring the semiconductor wafer W into and out of the chamber 6 is formed in the
さらに、チャンバー側部61には、貫通孔61aが穿設されている。チャンバー側部61の外壁面の貫通孔61aが設けられている部位には放射温度計20が取り付けられている。貫通孔61aは、後述するサセプタ74に保持された半導体ウェハーWの下面から放射された赤外光を放射温度計20に導くための円筒状の孔である。貫通孔61aは、その貫通方向の軸がサセプタ74に保持された半導体ウェハーWの主面と交わるように、水平方向に対して傾斜して設けられている。貫通孔61aの熱処理空間65に臨む側の端部には、放射温度計20が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化バリウム材料からなる透明窓21が装着されている。
Further, the
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は処理ガス供給源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、処理ガス供給源85から緩衝空間82に処理ガスが送給される。緩衝空間82に流入した処理ガスは、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。処理ガスとしては、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、窒素(N2)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)などの反応性ガスを使用することができる。
A
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。
On the other hand, a
排気部190は真空ポンプを備える。バルブ84を閉鎖して熱処理空間65に気体供給を行うことなく、排気部190を作動させてバルブ89を開放することにより、熱処理空間65の気体を排出して熱処理空間65を大気圧未満の真空にまで減圧することができる。一方、バルブ84を開放して熱処理空間65に処理ガスを供給しつつ、排気部190を作動させてバルブ89を開放すれば、熱処理空間65の雰囲気置換を行うことができる。
The
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
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。
FIG. 2 is a perspective view showing the overall appearance of the holding
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。
The
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。
The
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。
A
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。
A region of the upper surface of the holding
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。
Returning to FIG. 2, the four connecting
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。
The semiconductor wafer W carried into the chamber 6 is placed and held in a horizontal posture on the
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。
Also, the semiconductor wafer W is supported by a plurality of substrate support pins 77 at a predetermined distance from the holding
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20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20が開口部78およびチャンバー側部61の貫通孔61aに装着された透明窓21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て当該半導体ウェハーWの温度を測定する。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。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the holding
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。
FIG. 5 is a plan view of the
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。
Also, the pair of
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
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。複数のフラッシュランプFLが配列される領域は半導体ウェハーWの平面サイズよりも大きい。 Each of the plurality of flash lamps FL is a rod-shaped lamp having an elongated cylindrical shape, and the longitudinal direction of each flash lamp FL is along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holding portion 7 (that is, along the horizontal direction). They are arranged in a plane so as to be parallel to each other. Therefore, the plane formed by the arrangement of the flash lamps FL is also a horizontal plane. The area in which the plurality of flash lamps FL are arranged is larger than the planar size of the semiconductor wafer W. As shown in FIG.
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円筒形状のガラス管(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 is composed of a cylindrical glass tube (discharge tube) in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode connected to a capacitor at both ends of the glass tube (discharge tube); and an attached trigger electrode. Since xenon gas is an electrical insulator, electricity does not flow in the glass tube under normal conditions even if electric charges are accumulated in the capacitor. However, when a high voltage is applied to the trigger electrode to break down the insulation, the electricity stored in the capacitor instantly flows into the glass tube, and the xenon atoms or molecules are excited at that time to emit light. 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 millisecond to 100 milliseconds. It has the characteristic of being able to irradiate extremely strong light compared to the light source. That is, the flash lamp FL is a pulsed light emitting lamp that instantaneously emits light 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。
Moreover, the
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。
The
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。
FIG. 7 is a plan view showing the arrangement of multiple halogen lamps HL. The 40 halogen lamps HL are arranged in two upper and lower stages. Twenty halogen lamps HL are arranged in the upper stage near the holding
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。
Further, as shown in FIG. 7, the arrangement density of the halogen lamps HL in both the upper and lower stages is higher in the region facing the peripheral portion than in the region facing the central portion of the semiconductor wafer W held by the holding
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。 A group of halogen lamps HL in the upper stage and a group of halogen lamps HL in the lower stage are arranged so as to cross each other in a grid pattern. That is, a total of 40 halogen lamps HL are arranged such that the longitudinal direction of the 20 halogen lamps HL arranged in the upper stage and the longitudinal direction of the 20 halogen lamps HL arranged in the lower stage are perpendicular to each other. there is
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 turning the filament incandescent by energizing the filament arranged inside the glass tube. Inside the glass tube, a gas obtained by introducing a small amount of a halogen element (iodine, bromine, etc.) into an inert gas such as nitrogen or argon is sealed. By introducing a halogen element, it becomes possible to set the temperature of the filament to a high temperature while suppressing breakage of the filament. Therefore, the halogen lamp HL has characteristics that it has a longer life than a normal incandescent lamp and can continuously irradiate strong light. That is, the halogen lamp HL is a continuous lighting lamp that continuously emits light for at least one second. Further, since the halogen lamp HL is a rod-shaped lamp, it has a long life. By arranging the halogen lamp HL along the horizontal direction, the radiation efficiency to the semiconductor wafer W above is excellent.
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。
In addition, a
図8は、第1実施形態の上側チャンバー窓63の周縁部近傍の構造を示す部分拡大図である。チャンバー6内の熱処理空間65の気密性を維持するために、上側チャンバー窓63とチャンバー6の側壁であるチャンバー側部61とはOリング91によってシールされている。Oリング91は、耐熱性に優れた樹脂(例えば、白色のバイトン(登録商標))にて形成されている。略円筒形状のチャンバー側部61の上端に円環状の溝611が刻設され、その溝611にOリング91が嵌め込まれる。Oリング91の断面の径は溝611の深さよりも大きい。そして、溝611にOリング91を嵌め込んだ上から上側チャンバー窓63を載せてOリング91を押さえつけている。さらに、窓押さえ部材67と上側チャンバー窓63の周縁部上面631との間に図示省略のOリングを挟み込むとともに、その窓押さえ部材67をチャンバー側部61にネジ止めすることによって、上側チャンバー窓63の周縁部上面631を上側からチャンバー側部61の上端部に向けて押圧している。これにより、上側チャンバー窓63の周縁部下面632とチャンバー側部61の上端部との間にOリング91を挟み込んで密着させている。窓押さえ部材67によって上側チャンバー窓63を押さえつけることにより、チャンバー6の上側開口はOリング91によってシールされる。窓押さえ部材67は、フラッシュランプFLからフラッシュ光に対する耐性に優れたアルミニウムにて形成されている。なお、上側開口と同様に、チャンバー6の下側開口についても、下側チャンバー窓64とチャンバー側部61との間にOリング(図示省略)を挟み込むことによってシールされている。
FIG. 8 is a partially enlarged view showing the structure in the vicinity of the peripheral portion of the
第1実施形態においては、上側チャンバー窓63の周縁部上面631がテーパ面(傾斜面)とされている。より正確には、周縁部上面631は、上側チャンバー窓63の中心側から外周端に向けて徐々に上側チャンバー窓63の厚さが薄くなるようなテーパ面とされている。周縁部上面631と上側チャンバー窓63の周縁部上面631を除く上面とのなすテーパ角度βは適宜の値とすることができるが、本実施形態では例えば10°である。
In the first embodiment, the peripheral edge
また、上側チャンバー窓63の周縁部上面631と対向する窓押さえ部材67の対向面671は、黒色アルマイト処理がなされて黒色とされている。黒色アルマイト処理は、アルミニウムの窓押さえ部材61に対するアルマイト加工処理後に黒色の染料を用いて対向面671を黒色とする処理である。窓押さえ部材67の対向面671は黒色アルマイトが形成されて黒色であるため、対向面671の反射率は5%以下となっている。
A facing
図1に戻り、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。
Returning to FIG. 1 , the
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
次に、上記構成を有する熱処理装置1における半導体ウェハーWの処理手順について簡単に説明する。本実施形態の熱処理装置1にて処理対象となる半導体ウェハーWの種類は特に限定されるものではないが、例えば表面にHf系の高誘電率ゲート絶縁膜(hig-k膜)が形成されている。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 procedure for processing the semiconductor wafer W in the
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て熱処理空間65の下部から排気され、熱処理空間65が窒素ガス雰囲気に置換される。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。
First, the
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。
Subsequently, the
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。
The semiconductor wafer W carried in by the transfer robot advances to a position directly above the holding
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、高誘電率膜が形成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。
After the semiconductor wafer W is placed on the lift pins 12 , the transfer robot leaves the
半導体ウェハーWがチャンバー6内に搬入されて搬送開口部66が閉鎖された後、排気部190を作動させたままバルブ84を閉鎖し、チャンバー6内の熱処理空間65から窒素ガスを排気して熱処理空間65を大気圧未満に減圧する。さらにその後、再びバルブ84を開放して、処理ガス供給源85から熱処理空間65にアンモニアを供給し、チャンバー6内にアンモニア雰囲気を形成する。なお、アンモニア雰囲気が形成された後もチャンバー6内は大気圧未満の減圧雰囲気である。
After the semiconductor wafer W is carried into the chamber 6 and the
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高誘電率膜を含む半導体ウェハーWの全体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。
After the semiconductor wafer W is held from below in a horizontal posture by the
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20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透明窓21を通して放射温度計20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(第1の温度)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20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、300℃以上600℃以下であり、本実施形態では450℃である。
The temperature of the semiconductor wafer W is measured by the
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20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を維持するように、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。
After the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the
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。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。 By performing such preheating using the halogen lamps HL, the temperature of the entire semiconductor wafer W is uniformly raised to the preheating temperature T1. In the stage of preheating by the halogen lamps HL, the temperature of the peripheral portion of the semiconductor wafer W, where heat is more likely to be released, tends to be lower than that of the central portion. The region facing the peripheral portion of the semiconductor wafer W is higher than the region facing the central portion. For this reason, the amount of light irradiated to the peripheral portion of the semiconductor wafer W, which tends to cause heat dissipation, is increased, and the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W in the preheating stage can be made uniform.
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。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 the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1 and a predetermined time has passed, the flash lamps FL of the
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、瞬間的に処理温度T2まで上昇した後、ただちに急速に下降する。フラッシュ光照射によって半導体ウェハーWの表面が到達する最高温度(ピーク温度)である処理温度T2は600℃以上1200℃以下であり、本実施形態では1000℃である。アンモニア雰囲気中にて、半導体ウェハーWの表面温度が処理温度T2にまで昇温することにより、表面に形成された高誘電率膜の成膜後熱処理(PDA:Post Deposition Anneal)が実行される。 Since the flash heating is performed by irradiating flash light (flash light) from the flash lamps FL, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be raised in a short time. That is, the flash light emitted from the flash lamp FL has an extremely short irradiation time of about 0.1 millisecond or more and 100 millisecond or less, in which the electrostatic energy previously stored in the capacitor is converted into an extremely short light pulse. A strong flash. Then, the surface temperature of the semiconductor wafer W flash-heated by the irradiation of flash light from the flash lamps FL instantaneously rises to the processing temperature T2, and then immediately drops rapidly. A processing temperature T2, which is the highest temperature (peak temperature) reached by the surface of the semiconductor wafer W due to flash light irradiation, is 600° C. or higher and 1200° C. or lower, and is 1000° C. in this embodiment. By raising the surface temperature of the semiconductor wafer W to the processing temperature T2 in the ammonia atmosphere, the post-deposition annealing (PDA: Post Deposition Anneal) of the high dielectric constant film formed on the surface is performed.
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。また、チャンバー6内の熱処理空間65からアンモニア雰囲気が排出されて熱処理空間65が窒素雰囲気に置換される。降温中の半導体ウェハーWの温度は放射温度計20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、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の保持プレート75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。
The halogen lamp HL is extinguished after a predetermined time has elapsed after the flash heating process is completed. As a result, the temperature of the semiconductor wafer W is rapidly lowered from the preheating temperature T1. Further, the ammonia atmosphere is discharged from the
ところで、熱処理装置1において、フラッシュランプFLからフラッシュ光を照射したときに、上側チャンバー窓63に入射したフラッシュ光が上側チャンバー窓63の周縁部にまで進入してくることがある。特に、真空対応の本実施形態の熱処理装置1においては、上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64の板厚が常圧対応のフラッシュランプアニール装置のものよりも厚くなっているため、フラッシュ光照射時に上側チャンバー窓63の周縁部に進入するフラッシュ光の光量が多くなる。なお、下側チャンバー窓64は、保持部7に保持された半導体ウェハーWを挟んでフラッシュランプFLとは反対側に配置されているため、フラッシュ光照射時にもほとんどフラッシュ光は到達しない。
By the way, in the
フラッシュ光の進入を阻害するための特段の工夫を行っていない場合には、上側チャンバー窓63の周縁部に進入したフラッシュ光が周縁部表面で多重反射を繰り返してOリング91に到達することとなる。樹脂のOリング91が強力なフラッシュ光に曝されるとOリング91の表面が劣化してチャンバー6内の気密性が低下するのみならず、劣化したOリング91がガスやパーティクルの発生源となるおそれがある。
If no special measures are taken to block the entry of flash light, the flash light that has entered the peripheral edge of the
このため、第1実施形態においては、上側チャンバー窓63の周縁部上面631をテーパ面とするとともに、窓押さえ部材67の対向面671を黒色としている。このような構成の作用について図8を参照しつつ説明する。空気の屈折率n1が1であるのに対して石英の屈折率n2が1.46であるため、フラッシュランプFLから出射されたフラッシュ光は石英の上側チャンバー窓63に入射するときに屈折する。上側チャンバー窓63の内部に進入したフラッシュ光は入射角α1にて上側チャンバー窓63の下面に到達して反射する。このときの反射角もα1である。
For this reason, in the first embodiment, the
上側チャンバー窓63の下面で反射したフラッシュ光は周縁部上面631に到達する。周縁部上面631はテーパ面であるため、フラッシュ光の周縁部上面631への入射角α2は入射角α1よりも小さくなる。具体的には、入射角α2は入射角α1よりもテーパ角度βだけ小さくなる。なお、図8に示す例では、上側チャンバー窓63の内部に進入したフラッシュ光が上側チャンバー窓63の下面で1回だけ反射して周縁部上面631に到達しているが、フラッシュ光が上側チャンバー窓63の上面と下面との間で多重反射を繰り返した後に周縁部上面631に到達しても良い。この場合も、上側チャンバー窓63の上面と下面とは平行であるため、フラッシュ光の周縁部上面631への入射角はα2となる。
The flash light reflected by the lower surface of the
図9は、石英内における入射角と出射光比率との相関を示す図である。石英内に進入した光は入射角が約43°より大きいときには、全く石英から出射しない。つまり、光は石英の表面で全反射する。一方、石英内に進入した光は入射角が約35°より小さいときには、その90%以上が石英から出射する。 FIG. 9 is a diagram showing the correlation between the incident angle in quartz and the output light ratio. Light entering the quartz does not exit the quartz at all when the angle of incidence is greater than about 43°. In other words, the light is totally reflected on the quartz surface. On the other hand, 90% or more of the light entering quartz exits from the quartz when the incident angle is less than about 35°.
フラッシュランプFLから出射されたフラッシュ光は空気中から石英の上側チャンバー窓63に入射する際に屈折するため、入射角α1は必ず43°よりも小さくなる。周縁部上面631に対するフラッシュ光の入射角α2は入射角α1よりもテーパ角度βだけ小さく、本実施形態の例ではテーパ角度β=10°であるため、入射角α2は33°よりも小さくなる。従って、周縁部上面631に到達したフラッシュ光の90%以上は上側チャンバー窓63から出射されることとなる。その結果、上側チャンバー窓63の内部に進入して周縁部上面631にまで到達したフラッシュ光の大半は周縁部上面631から外方に出射されることとなり、周縁部上面631で内部反射される反射光の光量は非常に少なくなる。このため、上側チャンバー窓63内での内部反射によってOリング91に到達するフラッシュ光の光量を少量に抑制することができる。なお、周縁部上面631での反射光がOリング91に到達するのを抑制する観点からは、テーパ角度βが大きいほど好ましいが、上側チャンバー窓63の強度も考慮してテーパ角度βを10°としている。
Since the flash light emitted from the flash lamp FL is refracted when entering the quartz
また、図8に示すように、上側チャンバー窓63の周縁部上面631から外方に出射されたフラッシュ光は窓押さえ部材67の対向面671に入射することとなる。窓押さえ部材67の対向面671は、黒色アルマイト処理がなされて黒色とされており、その反射率は5%以下とされている。よって、窓押さえ部材67の対向面671に入射したフラッシュ光の大半は黒色の対向面671に吸収されることとなり、対向面671で反射されて上側チャンバー窓63に再入射するフラッシュ光は非常に少量となる。これにより、上側チャンバー窓63の周縁部上面631から一旦外方に出射されて対向面671で反射されてから再入射によってOリング91に到達するフラッシュ光の光量も少量に抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 8, the flash light emitted outward from the peripheral
さらに、周縁部上面631に到達して反射される反射光の反射角はα2であり、α1よりも小さい。このため、周縁部上面631をテーパ面としなかった場合と比較して、第1実施形態では周縁部上面631での反射光がOリング91に到達するまでの反射回数が増加することとなり、Oリング91に到達するフラッシュ光がより減衰することとなる。
Furthermore, the angle of reflection of the reflected light that reaches the
このように、第1実施形態においては、上側チャンバー窓63の周縁部上面631をテーパ面とするとともに、窓押さえ部材67の対向面671を黒色としている。これにより、上側チャンバー窓63に進入して周縁部上面631に到達したフラッシュ光の内部反射光の光量を少量にすることができるとともに、周縁部上面631から一旦出射されて反射により上側チャンバー窓63に再入射するフラッシュ光の光量も少量に抑制することができる。その結果、Oリング91に到達するフラッシュ光の光量を少量に抑制してOリング91の劣化を防止することができる。すなわち、上側チャンバー窓63の周縁部上面631をテーパ面として窓押さえ部材67の対向面671を黒色にするという簡易な構成にてフラッシュ光照射によるOリング91の劣化を防止することができる。
Thus, in the first embodiment, the
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態の熱処理装置の全体構成は第1実施形態と概ね同じである。また、第2実施形態における半導体ウェハーWの処理手順も第1実施形態と同じである。第2実施形態が第1実施形態と相違するのは、上側チャンバー窓63の周縁部の構造である。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the invention will be described. The overall configuration of the heat treatment apparatus of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. Further, the processing procedure of the semiconductor wafer W in the second embodiment is also the same as in the first embodiment. The second embodiment differs from the first embodiment in the structure of the peripheral portion of the
図10は、第2実施形態の上側チャンバー窓63の周縁部近傍の構造を示す部分拡大図である。図10において、第1実施形態と同一の要素については図8と同じ符合を付している。第2実施形態では、チャンバー6内の熱処理空間65の気密性を維持するために、上側チャンバー窓63と窓押さえ部材67とがOリング91によってシールされている。
FIG. 10 is a partially enlarged view showing the structure in the vicinity of the peripheral portion of the
第2実施形態の上側チャンバー窓63は、円板形状の石英部材であり、テーパ面は形成されていない。上側チャンバー窓63の外周側面633は、上側チャンバー窓63の外周端に形成される円筒状の面であり、上側チャンバー窓63の上面および下面と垂直な面である。上側チャンバー窓63は、図示省略の金属支持片を介してチャンバー側部61に支持されるとともに、図示省略のOリングを介して窓押さえ部材67によって上方より押さえ込まれている。窓押さえ部材67の内側に円環状の溝672が刻設され、その溝672にOリング91が嵌め込まれる。そして、溝672に嵌め込まれたOリング91に上側チャンバー窓63の外周側面633が当接する。すなわち、上側チャンバー窓63の外周側面633と窓押さえ部材67との間にシールのためのOリング91が挟み込まれている。
The
第1実施形態と同様に、フラッシュランプFLから出射されたフラッシュ光は石英の上側チャンバー窓63に入射するときに屈折する。上側チャンバー窓63の内部に進入したフラッシュ光は入射角αにて上側チャンバー窓63の下面に到達して反射する。このときの反射角はαである。上側チャンバー窓63の下面で反射した反射光は、上側チャンバー窓63の上面に到達して再度反射する。このようにして上側チャンバー窓63の上面と下面との間で多重反射が繰り返されてフラッシュ光は外周側面633に到達する。上側チャンバー窓63の上面と下面とは平行であるため、上面と下面との間で多重反射を繰り返しているときのフラッシュ光の入射角および反射角は全てαである。
As in the first embodiment, the flash light emitted from the flash lamp FL is refracted when entering the
上側チャンバー窓63の外周側面633に到達したフラッシュ光は入射角γにて外周側面633に入射する。上側チャンバー窓63の上面および下面と外周側面633とは垂直であるため、入射角αと入射角γとの間にはα+γ=90°の関係が成立する。
The flash light reaching the outer
上述したように、フラッシュランプFLから出射されたフラッシュ光が上側チャンバー窓63に入射する際に屈折するため、入射角αは必ず43°よりも小さくなる。そうすると、入射角γは47°よりも大きくなる。図9に示したように、石英の上側チャンバー窓63内を進行する光は、入射角γが47°より大きいときには、外周側面633にて全反射する。すなわち、上側チャンバー窓63の外周側面633に到達したフラッシュ光は外周側面633からは全く出射しないのである。その結果、上側チャンバー窓63に進入したフラッシュ光が外周側面633から出射されてOリング91に到達することは防がれる。
As described above, the flash light emitted from the flash lamp FL is refracted when entering the
第2実施形態においては、上側チャンバー窓63の外周側面633と窓押さえ部材67との間にOリング91を挟み込んでいる。上側チャンバー窓63に進入したフラッシュ光は必ず47°よりも大きな入射角γにて外周側面633に到達する。このため、フラッシュ光は外周側面633で全反射されて外周側面633から出射されることはない。その結果、Oリング91にフラッシュ光が到達することはなく、Oリング91の劣化を防止することができる。すなわち、外周側面633と窓押さえ部材67との間にOリング91を挟み込むという簡易な構成にてフラッシュ光照射によるOリング91の劣化を防止することができる。
In the second embodiment, an O-
もっとも、上側チャンバー窓63の上面と窓押さえ部材67との間の隙間から進入したフラッシュ光が回り込んでOリング91に到達する可能性はある。このため、第2実施形態においても、上側チャンバー窓63と対向する窓押さえ部材67の対向面を黒色としておくことにより、そのようなフラッシュ光の反射を抑制して、フラッシュ光がOリング91に到達するのをより確実に防止することができる。
However, there is a possibility that the flash light entering through the gap between the upper surface of the
<変形例>
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は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、窓押さえ部材67の対向面671を黒色アルマイト処理により黒色としていたが、これに代えて対向面671に黒色ニッケルメッキを形成して黒色とするようにしても良い。或いは、他の手法によって窓押さえ部材67の対向面671を黒色としても良い。要するに、対向面671を反射率5%以下の黒色とするようにすれば良い。
<Modification>
Although 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 scope of the invention. For example, in the above embodiment, the opposing
また、第1実施形態または第2実施形態では上側チャンバー窓63の周縁部の構造について説明したが、下側チャンバー窓64の周縁部についても同様の構造とするようにしても良い。下側チャンバー窓64の周縁部について上記実施形態の上側チャンバー窓63と同様の構造とすれば、ハロゲンランプHLからの光照射によるOリングの劣化を防止することができる。
Further, although the structure of the peripheral portion of the
また、第1実施形態においては、上側チャンバー窓63の周縁部上面631をテーパ面とするとともに、窓押さえ部材67の対向面671を黒色としていたが、いずれか一方のみの方策を施すようにしてもOリング91に到達するフラッシュ光をある程度減少させてOリング91の劣化を防止することはできる。もっとも、第1実施形態のようにした方がより確実にフラッシュ光照射によるOリング91の劣化を防止することができる。
In addition, in the first embodiment, the peripheral
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。
Further, in the above embodiment, the
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。 Further, in the above embodiment, the semiconductor wafer W is preheated by using the filament type halogen lamp HL as the continuous lighting lamp that continuously emits light for one second or longer. Preheating may be performed by using a discharge type arc lamp (for example, a xenon arc lamp) as a continuous lighting lamp instead of the halogen lamp HL.
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等に適用するようにしても良い。 Further, substrates to be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention are not limited to semiconductor wafers, and may be glass substrates used for flat panel displays such as liquid crystal display devices or substrates for solar cells. Also, the technique according to the present invention may be applied to joining metal and silicon, crystallization of polysilicon, or the like.
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
63 上側チャンバー窓
64 下側チャンバー窓
65 熱処理空間
67 窓押さえ部材
74 サセプタ
75 保持プレート
77 基板支持ピン
91 Oリング
631 周縁部上面
633 外周側面
671 対向面
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
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
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部と、
前記チャンバーの外部であって前記チャンバーの一方側に設けられたフラッシュランプと、
前記チャンバーの前記一方側の開口を覆う石英窓と、
前記チャンバーの側壁と前記石英窓の周縁部の下面との間に挟み込まれたOリングと、
前記石英窓の周縁部の上面を前記チャンバーの側壁に向けて押圧する窓押さえ部材と、
を備え、
前記周縁部の前記上面は、前記石英窓の外周端に向けて厚さが薄くなるようなテーパ面であ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 containing the substrate;
a holding unit that holds the substrate in the chamber;
a flash lamp provided outside the chamber and on one side of the chamber;
a quartz window covering the one side opening of the chamber;
an O-ring sandwiched between the side wall of the chamber and the lower surface of the peripheral edge of the quartz window;
a window pressing member that presses the upper surface of the peripheral portion of the quartz window toward the side wall of the chamber;
with
The heat treatment apparatus, wherein the upper surface of the peripheral edge portion is a tapered surface whose thickness decreases toward the outer peripheral edge of the quartz window.
前記窓押さえ部材の前記石英窓と対向する対向面を黒色とすることを特徴とする熱処理装置。 In the heat treatment apparatus according to claim 1,
A heat treatment apparatus according to claim 1, wherein a surface of the window pressing member facing the quartz window is black.
前記窓押さえ部材の前記対向面に黒色アルマイトまたは黒色ニッケルメッキを形成することを特徴とする熱処理装置。 In the heat treatment apparatus according to claim 2,
A heat treatment apparatus, wherein the opposing surface of the window pressing member is plated with black alumite or black nickel.
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JP2014232786A (en) | 2013-05-29 | 2014-12-11 | 株式会社Screenホールディングス | Thermal treatment apparatus |
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