JPWO2012157298A1 - Substrate heat treatment apparatus and substrate heat treatment method - Google Patents
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Abstract
[課題]基板の加熱処理時間を短縮するとともに、コストを大幅に削減する。[解決手段]第1領域の基板12を加熱する加熱光を射出する第1ランプヒータ36a〜36dと、第2領域の基板12を加熱する加熱光を射出する第2ランプヒータ38a、38bと、第3領域の基板12を加熱する加熱光を射出する第3ランプヒータ40a〜40dと、第2ランプヒータ38aと第2領域の基板12との間に配置され、基板12に対して加熱光を基板12の移動方向と直交する方向に照射させる集光レンズ44a〜44cと、基板12を第1領域から第2領域を介して第3領域に移動させる移動部48とを備え、加熱処理プロファイルに従い、第1ランプヒータ36a〜36d、第2ランプヒータ38a、38b及び第3ランプヒータ40a〜40dを制御するとともに、基板12を移動制御する。【選択図】図5[Problem] The heat treatment time of the substrate is shortened and the cost is greatly reduced. [Solution] First lamp heaters 36a to 36d for emitting heating light for heating the substrate 12 in the first region; second lamp heaters 38a and 38b for emitting heating light for heating the substrate 12 in the second region; The third lamp heaters 40a to 40d for emitting heating light for heating the substrate 12 in the third region, and the second lamp heater 38a and the substrate 12 in the second region are arranged, and the heating light is applied to the substrate 12 Condensing lenses 44a to 44c that irradiate in a direction orthogonal to the moving direction of the substrate 12, and a moving unit 48 that moves the substrate 12 from the first region to the third region via the second region, according to the heat treatment profile. The first lamp heaters 36a to 36d, the second lamp heaters 38a and 38b, and the third lamp heaters 40a to 40d are controlled, and the movement of the substrate 12 is controlled. [Selection] Figure 5
Description
本発明は、基板熱処理装置及び基板熱処理方法に関するものである。さらに詳しく述べるならば、本発明は、半導体ウェーハの結晶欠陥改善や膜質改善、液晶用基板を構成するガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン層のポリシリコン層への変換、太陽電池用基板を構成する絶縁基板上に形成されたアモルファスシリコン層の膜質改善やポリシリコン層への変換をアニールにより行う基板熱処理装置及び基板熱処理方法に関するものである。 The present invention relates to a substrate heat treatment apparatus and a substrate heat treatment method. More specifically, the present invention improves crystal defects and film quality of a semiconductor wafer, converts an amorphous silicon layer formed on a glass substrate constituting a liquid crystal substrate into a polysilicon layer, and configures a substrate for a solar cell. The present invention relates to a substrate heat treatment apparatus and a substrate heat treatment method for improving the film quality of an amorphous silicon layer formed on an insulating substrate and converting it to a polysilicon layer by annealing.
例えば、イオン注入された半導体ウェーハや、CVD、スパッタ又は蒸着により成膜された半導体ウェーハは、結晶欠陥改善や膜質改善のために熱処理される。また、液晶用基板は、その製造に際して、トランジスタの動作を高速化する手段として、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン層をポリシリコン層に変換するために熱処理される。さらに、太陽電池用基板は、ガラス基板、表面にアルミナ、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の絶縁膜を有する基板、表面に絶縁膜を有するカーボン基板等の絶縁基板上に形成されたアモルファスシリコン層の膜質改善や、アモルファスシリコン層からポリシリコン層への変換のために熱処理される。 For example, ion-implanted semiconductor wafers and semiconductor wafers formed by CVD, sputtering, or vapor deposition are heat-treated to improve crystal defects and film quality. In addition, the liquid crystal substrate is heat-treated in order to convert the amorphous silicon layer formed on the glass substrate into a polysilicon layer as a means for speeding up the operation of the transistor. Further, the solar cell substrate is a glass substrate, a substrate having an insulating film such as alumina, silicon oxide film, or silicon nitride film on the surface, and an amorphous silicon layer formed on an insulating substrate such as a carbon substrate having an insulating film on the surface. In order to improve the film quality and to convert the amorphous silicon layer to the polysilicon layer, heat treatment is performed.
このような熱処理に関し、非特許文献1は、1970年代から、30nmのゲート幅のMOSトランジスタが実験室段階で実現された2008年までの約40年間の浅接合技術の発展を解説している。非特許文献1は、浅接合技術を次のように分類・評価している。
(1) 赤外線ランプアニール:この技術は、アニール時間が約30秒〜1分と長く、最も古い技術である。
(2) RTA(Rapid Thermal Annealing):この技術は、ハロゲンランプを使用する技術であり、アニール時間は、1〜60秒程度である。この技術は、波長が長いハロゲンランプを使用しており、パターン間の温度の均一性が高い。
(3) スパイクRTA:この技術は、(2)のRTAを急速昇温で行う方法であり、アニール時間は0.1〜1秒である。
(4) FLA(Flash Lamp Annealing):この技術は、キセノンランプを使用する。アニール最短時間は、m秒程度である。パターン間の温度の均一性は、(2)のRTAより劣る。非特許文献1は、基板温度を450℃から1000〜1300℃に昇温する一例を示す。
(5) LSA(Laser Spike Annealing):この技術は、炭酸ガスレーザにより基板をスキャンする技術であり、1350℃以上のピーク温度にm秒程度で到達する。LSAは、(3)のスパイクRTAの後に行うことができる。
(6) MSA(Milli Second Annealing):この技術は、キセノンランプを使用して1000〜1050℃で0.1秒以下のアニールを行う技術である。この技術は、10−3秒のアニールも可能である。Regarding such heat treatment, Non-Patent
(1) Infrared lamp annealing: This technology is the oldest technology with a long annealing time of about 30 seconds to 1 minute.
(2) RTA (Rapid Thermal Annealing): This technique uses a halogen lamp, and the annealing time is about 1 to 60 seconds. This technique uses a halogen lamp having a long wavelength and has high temperature uniformity between patterns.
(3) Spike RTA: This technique is a method in which the RTA of (2) is performed at a rapid temperature rise, and the annealing time is 0.1 to 1 second.
(4) FLA (Flash Lamp Annealing): This technology uses a xenon lamp. The shortest annealing time is about m seconds. The temperature uniformity between patterns is inferior to the RTA of (2). Non-Patent
(5) LSA (Laser Spike Annealing): This technique scans a substrate with a carbon dioxide laser, and reaches a peak temperature of 1350 ° C. or higher in about m seconds. The LSA can be performed after the spike RTA of (3).
(6) MSA (Milli Second Annealing): This technique is a technique for performing annealing at 1000 to 1050 ° C. for 0.1 second or less using a xenon lamp. This technique can also anneal for 10-3 seconds.
また、非特許文献1は、これらの方法のうち、(4)のFLAと(6)のMSAとを組み合わせた半導体ウェーハの熱処理を開示している。
Non-Patent
図19は、FLAにおける半導体ウェーハの表面温度−時間の関係をグラフで示している。枚葉式熱処理では、1枚の半導体ウェーハがホットプレートと言われる金属製支持板上で400〜500℃に加熱される。その後、半導体ウェーハは、多数の円盤状に配列された直径が3mm程度のキセノンランプに接近し、ランプの電源が入れられた後、直ちに遮断することにより、短時間アニールが行われる。 FIG. 19 is a graph showing the relationship between the surface temperature and the time of the semiconductor wafer in FLA. In the single wafer heat treatment, one semiconductor wafer is heated to 400 to 500 ° C. on a metal support plate called a hot plate. Thereafter, the semiconductor wafer is annealed for a short time by approaching a large number of disk-shaped xenon lamps having a diameter of about 3 mm and immediately turning off the lamp after the lamp is turned on.
また、非特許文献2は、絶縁膜を緻密化するため、1000℃以下での熱処理をファーネスで行うことを解説している。非特許文献2の出版から7年後の現在、絶縁膜の緻密化は、接合深さの減少に伴い、一般に、300〜500℃程度の低温でランプ加熱により行なわれるようになっている。
Non-Patent
図19に示される従来のFLAは、半導体ウェーハをホットプレートにより500℃に予備加熱した後、例えば、1000℃に加熱し、再び500℃に戻す。しかしながら、ホットプレートは、金属板の保有熱があるために、予備加熱温度からの温度降下が遅く、次の半導体ウェーハが処理されるまでの待機時間が長くなる。さらに、ホットプレートを用いた方法は、予備加熱温度を変更するために長い時間を要する。また、ホットプレートは、1回に1枚の半導体ウェーハしか処理できなく、2枚以上を同時に処理しようとすると、加熱装置の幅が大きくなってしまう。従って、ホットプレートを用いた方法は、2枚以上の処理が現実的に不可能である。 In the conventional FLA shown in FIG. 19, a semiconductor wafer is preheated to 500 ° C. by a hot plate, and then heated to 1000 ° C., for example, and then returned to 500 ° C. again. However, since the hot plate has heat retained by the metal plate, the temperature drop from the preheating temperature is slow, and the standby time until the next semiconductor wafer is processed becomes long. Furthermore, the method using a hot plate requires a long time to change the preheating temperature. In addition, the hot plate can process only one semiconductor wafer at a time, and if two or more wafers are processed simultaneously, the width of the heating device becomes large. Therefore, the method using a hot plate cannot practically process two or more sheets.
さらに、ホットプレートを用いた方法は、半導体ウェーハの全面加熱を行うため、多数配列されたランプの1個でも性能不良になると、半導体ウェーハの面が不均一な加熱状態になる。従って、ホットプレートを用いた方法では、全部のランプの性能を維持する必要があるため、メンテナンスコストが高くなる。 Furthermore, since the method using the hot plate heats the entire surface of the semiconductor wafer, if even one of a large number of arranged lamps has poor performance, the surface of the semiconductor wafer becomes in a non-uniform heating state. Therefore, in the method using the hot plate, it is necessary to maintain the performance of all the lamps, so that the maintenance cost becomes high.
一方、膜質改善は、古くはファーネスで行なわれ、最近ではランプ加熱で行なわれるようになったが、同様の問題がある。 On the other hand, film quality improvement has been performed by furnace in the old days, and recently by lamp heating, but there is a similar problem.
そこで、本出願人は、このような熱処理を実現するための熱処理装置を開発している。 Therefore, the present applicant has developed a heat treatment apparatus for realizing such heat treatment.
例えば、特許文献1は、炉内をヒータで第1温度に加熱する第1領域と、炉内を他のヒータで前記第1温度よりも高い第2温度に加熱する第2領域とを有する縦型の加熱炉が開示している。この加熱炉は、半導体ウェーハを第1領域で第1温度まで加熱し、次いで、加熱された半導体ウェーハを第2領域に搬送し、第1温度以上、第2温度以下の所定温度まで加熱する。
For example,
この場合、特許文献1に開示された熱処理装置では、特に、第2領域において、半導体ウェーハを所望の加熱温度まで、むらなく速やかに加熱することが重要である。
In this case, in the heat treatment apparatus disclosed in
しかしながら、半導体ウェーハ、液晶用基板、太陽電池用基板等の基板の全面をヒータを用いて均一に加熱することは、極めて困難である。また、これらの基板の表皮を短時間で高温加熱するためには、ヒータに対して大電流を加える必要がある。そのため、前記熱処理装置は、加熱処理に要するコストが高騰する不具合を有する。さらに、ヒータは、大電流が印加されるとともに、高温状態となるため、ヒータの経時劣化が進行することで、熱処理装置のメンテナンスに要するコストが増大する課題も生じる。 However, it is extremely difficult to uniformly heat the entire surface of a substrate such as a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate, or a solar cell substrate using a heater. Further, in order to heat the skin of these substrates at a high temperature in a short time, it is necessary to apply a large current to the heater. Therefore, the heat treatment apparatus has a problem that the cost required for the heat treatment increases. Furthermore, since a large current is applied to the heater and the heater is in a high temperature state, there is a problem in that the cost required for maintenance of the heat treatment apparatus increases as the heater deteriorates with time.
本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであって、半導体ウェーハ、液晶用基板又は太陽電池用基板である基板の加熱処理時間を任意に調整し、基板の表皮を所望の加熱温度まで速やかに加熱することができる基板熱処理装置及び基板熱処理方法を提供することを目的とする。また、本発明は、処理時間を短縮することができ、また、メンテナンスコスト、装置コスト、装置の稼動コストを大幅に削減することができる基板熱処理装置及び基板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-described problems, and arbitrarily adjusts the heat treatment time of a substrate which is a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate or a solar cell substrate, and brings the skin of the substrate to a desired heating temperature. It is an object of the present invention to provide a substrate heat treatment apparatus and a substrate heat treatment method that can be rapidly heated. It is another object of the present invention to provide a substrate heat treatment apparatus and a substrate heat treatment method that can shorten the processing time and can significantly reduce the maintenance cost, the apparatus cost, and the operation cost of the apparatus. .
本発明に係る基板熱処理装置は、半導体ウェーハ、液晶用基板又は太陽電池用基板である基板を第1温度に加熱する第1領域と、前記第1温度に加熱された前記基板を第2温度に加熱する第2領域と、前記第2温度に加熱された前記基板を第3温度に加熱する第3領域と、前記第1領域の前記基板を加熱するための第1加熱手段と、前記第2領域の前記基板を加熱するための加熱光を射出するランプヒータである第2加熱手段と、前記第3領域の前記基板を加熱するための第3加熱手段と、前記基板を前記第1領域から前記第2領域を介して前記第3領域に移動させる移動部と、前記第2加熱手段と前記第2領域の前記基板との間に配置され、前記基板の面に平行で前記基板の移動方向と直交する方向に延在し、前記基板に対して前記加熱光を前記移動方向と直交する方向に照射し、前記基板を表皮加熱する集光レンズと、前記第1加熱手段、前記第2加熱手段及び前記第3加熱手段に供給する電流と、前記移動部による前記基板の移動速度とを含む加熱処理プロファイルを記憶する加熱処理プロファイル記憶部と、前記加熱処理プロファイルに従い、前記第1加熱手段、前記第2加熱手段及び前記第3加熱手段を制御するとともに、前記基板を移動制御する制御部と、を備えることを特徴とする。 A substrate heat treatment apparatus according to the present invention includes a first region for heating a substrate, which is a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate, or a solar cell substrate, to a first temperature, and the substrate heated to the first temperature to a second temperature. A second region for heating, a third region for heating the substrate heated to the second temperature to a third temperature, a first heating means for heating the substrate in the first region, and the second A second heating unit that is a lamp heater that emits a heating light for heating the substrate in the region; a third heating unit for heating the substrate in the third region; and the substrate from the first region. A moving part that moves to the third region through the second region, and is disposed between the second heating means and the substrate in the second region, and is parallel to the surface of the substrate and the moving direction of the substrate Extending in a direction orthogonal to the substrate and the heating light with respect to the substrate A condenser lens that irradiates the substrate in a direction orthogonal to the moving direction and heats the substrate skin, a current supplied to the first heating unit, the second heating unit, and the third heating unit, and the moving unit A heat treatment profile storage unit that stores a heat treatment profile including a moving speed of the substrate, and controls the first heating means, the second heating means, and the third heating means according to the heat treatment profile; And a control unit for controlling the movement.
前記基板熱処理装置において、前記基板が前記半導体ウェーハである場合、イオン注入処理された前記半導体ウェーハの結晶欠陥を改善するため、前記第1温度は、300〜450℃の範囲に設定され、前記第2温度は、800〜1100℃の範囲に設定され、前記第3温度は、200〜400℃の範囲に設定されることを特徴とする。 In the substrate heat treatment apparatus, when the substrate is the semiconductor wafer, the first temperature is set in a range of 300 to 450 ° C. in order to improve crystal defects in the ion-implanted semiconductor wafer. The second temperature is set in a range of 800 to 1100 ° C., and the third temperature is set in a range of 200 to 400 ° C.
前記基板熱処理装置において、前記基板が前記半導体ウェーハである場合、CVD処理、スパッタ処理又は蒸着処理のいずれかにより前記半導体ウェーハ上に生成された膜の膜質欠陥を改善するため、前記第1温度は、200〜450℃の範囲に設定され、前記第2温度は、300〜900℃の範囲に設定され、前記第3温度は、200〜400℃の範囲に設定されることを特徴とする。 In the substrate heat treatment apparatus, when the substrate is the semiconductor wafer, the first temperature is set to improve film quality defects of a film generated on the semiconductor wafer by any one of a CVD process, a sputtering process, and a vapor deposition process. , 200 to 450 ° C., the second temperature is set to 300 to 900 ° C., and the third temperature is set to 200 to 400 ° C.
前記基板熱処理装置において、前記基板が前記液晶用基板である場合、アモルファスシリコン層をポリシリコン層に変えるため、前記第1温度は、300〜450℃の範囲に設定され、前記第2温度は、550〜1100℃の範囲に設定され、前記第3温度は、200〜400℃の範囲に設定されることを特徴とする。 In the substrate heat treatment apparatus, when the substrate is the liquid crystal substrate, the first temperature is set in a range of 300 to 450 ° C. in order to change the amorphous silicon layer to a polysilicon layer, and the second temperature is The third temperature is set in a range of 550 to 1100 ° C., and the third temperature is set in a range of 200 to 400 ° C.
前記基板熱処理装置において、一端側の前記第1領域に前記基板を搬入し、前記第2領域を介して他端側の前記第3領域から前記基板を水平方向に搬出する横型の加熱炉からなることを特徴とする。 The substrate heat treatment apparatus includes a horizontal heating furnace that carries the substrate into the first region on one end side and horizontally unloads the substrate from the third region on the other end side through the second region. It is characterized by that.
前記基板熱処理装置において、前記集光レンズは、前記基板の下部に配設され、熱処理面を下にして前記第2領域を移動する前記基板を、前記集光レンズで集光された前記加熱光により、鉛直下方向から表皮加熱することを特徴とする。 In the substrate heat treatment apparatus, the condensing lens is disposed below the substrate, and the heating light condensed by the condensing lens on the substrate moving in the second region with the heat treatment surface down. Thus, the skin is heated from the vertically downward direction.
前記基板熱処理装置において、前記集光レンズは、鉛直状態に配設され、前記基板の熱処理面を前記集光レンズで集光された前記加熱光により、水平方向から表皮加熱することを特徴とする。 In the substrate heat treatment apparatus, the condensing lens is disposed in a vertical state, and the heat treatment surface of the substrate is skin-heated from the horizontal direction by the heating light condensed by the condensing lens. .
前記基板熱処理装置において、前記集光レンズは、前記基板の下部に傾斜して配設され、熱処理面を斜め下にして前記第2領域を移動する前記基板を、前記集光レンズで集光された前記加熱光により、斜め下方向から表皮加熱することを特徴とする。 In the substrate heat treatment apparatus, the condenser lens is disposed to be inclined at a lower portion of the substrate, and the substrate moving in the second region with the heat treatment surface inclined downward is condensed by the condenser lens. Further, it is characterized in that the skin is heated obliquely downward by the heating light.
前記基板熱処理装置において、鉛直方向下端側の前記第1領域に前記基板を搬入し、鉛直方向上端側の前記第2領域を介して、前記第1領域と共通である鉛直方向下端側の前記第3領域から前記基板を搬出する縦型の加熱炉からなることを特徴とする。 In the substrate heat treatment apparatus, the substrate is carried into the first area on the lower end side in the vertical direction, and the second area on the lower end side in the vertical direction that is common to the first area is passed through the second area on the upper end side in the vertical direction. It consists of a vertical heating furnace for carrying out the substrate from three regions.
本発明に係る基板熱処理方法は、半導体ウェーハ、液晶用基板又は太陽電池用基板である基板を第1領域に搬入し、加熱処理プロファイルに基づく電流を第1加熱手段に供給し、前記基板を第1温度に加熱するステップと、前記基板を前記第1領域から第2領域に搬入し、加熱処理プロファイルに基づく移動速度で前記基板を移動させるとともに、加熱処理プロファイルに基づく電流をランプヒータである第2加熱手段に供給し、前記第2加熱手段から射出される加熱光を、前記基板の面に平行で前記基板の移動方向と直交する方向に延在する集光レンズを介し、前記基板に対して前記基板の移動方向と直交する方向に照射し、前記基板を前記第2温度に表皮加熱するステップと、前記基板を前記第2領域から第3領域に搬入し、加熱処理プロファイルに基づく電流を第3加熱手段に供給し、前記基板を第3温度に加熱するステップと、を備え、前記加熱処理プロファイルは、前記第1加熱手段、前記第2加熱手段及び前記第3加熱手段に供給する電流と、前記基板の移動速度とを含むことを特徴とする。 In the substrate heat treatment method according to the present invention, a substrate which is a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate or a solar cell substrate is carried into a first region, an electric current based on a heat treatment profile is supplied to a first heating means, and the substrate is A step of heating to one temperature, carrying the substrate from the first region to the second region, moving the substrate at a moving speed based on a heat treatment profile, and supplying a current based on the heat treatment profile to a lamp heater. 2 to the heating means, and the heating light emitted from the second heating means is applied to the substrate through a condensing lens extending in a direction parallel to the surface of the substrate and orthogonal to the moving direction of the substrate. Irradiating the substrate in a direction perpendicular to the moving direction of the substrate, skin heating the substrate to the second temperature, carrying the substrate from the second region to the third region, and Supplying a current based on a file to a third heating means, and heating the substrate to a third temperature, wherein the heat treatment profile comprises the first heating means, the second heating means, and the third heating. Including a current supplied to the means and a moving speed of the substrate.
前記基板熱処理方法において、前記基板が前記半導体ウェーハである場合、イオン注入処理された前記半導体ウェーハの結晶欠陥を改善するため、前記第1温度は、300〜450℃の範囲に設定され、前記第2温度は、800〜1100℃の範囲に設定され、前記第3温度は、200〜400℃の範囲に設定されることを特徴とする。 In the substrate heat treatment method, when the substrate is the semiconductor wafer, the first temperature is set in a range of 300 to 450 ° C. in order to improve crystal defects in the ion-implanted semiconductor wafer. The second temperature is set in a range of 800 to 1100 ° C., and the third temperature is set in a range of 200 to 400 ° C.
前記基板熱処理方法において、前記基板が前記半導体ウェーハである場合、CVD処理、スパッタ処理又は蒸着処理のいずれかにより前記半導体ウェーハ上に生成された膜の膜質欠陥を改善するため、前記第1温度は、200〜450℃の範囲に設定され、前記第2温度は、300〜900℃の範囲に設定され、前記第3温度は、200〜400℃の範囲に設定されることを特徴とする。 In the substrate heat treatment method, when the substrate is the semiconductor wafer, the first temperature is set to improve film quality defects of a film generated on the semiconductor wafer by any one of a CVD process, a sputtering process, and a vapor deposition process. , 200 to 450 ° C., the second temperature is set to 300 to 900 ° C., and the third temperature is set to 200 to 400 ° C.
前記基板熱処理方法において、前記基板が前記液晶用基板である場合、アモルファスシリコン層をポリシリコン層に変えるため、前記第1温度は、300〜450℃の範囲に設定され、前記第2温度は、550〜1100℃の範囲に設定され、前記第3温度は、200〜400℃の範囲に設定されることを特徴とする。 In the substrate heat treatment method, when the substrate is the liquid crystal substrate, the first temperature is set in a range of 300 to 450 ° C. in order to change the amorphous silicon layer to a polysilicon layer, and the second temperature is The third temperature is set in a range of 550 to 1100 ° C., and the third temperature is set in a range of 200 to 400 ° C.
前記基板熱処理方法において、前記基板は、一端側の前記第1領域に搬入され、前記第2領域を介して他端側の前記第3領域から水平方向に搬出されることを特徴とする。 In the substrate heat treatment method, the substrate is carried into the first region on one end side and unloaded in the horizontal direction from the third region on the other end side through the second region.
前記基板熱処理方法において、前記基板を、熱処理面を下にして前記第2領域で移動させ、前記基板の下部に配設した前記集光レンズで集光された前記加熱光により、前記熱処理面を鉛直下方向から表皮加熱することを特徴とする。 In the substrate heat treatment method, the substrate is moved in the second region with the heat treatment surface down, and the heat treatment surface is moved by the heating light condensed by the condenser lens disposed under the substrate. The skin is heated from the vertically downward direction.
前記基板熱処理方法において、前記基板を、熱処理面を鉛直状態として前記第2領域で移動させ、鉛直状態に配設した前記集光レンズで集光された前記加熱光により、前記熱処理面を水平方向から表皮加熱することを特徴とする。 In the substrate heat treatment method, the substrate is moved in the second region with a heat treatment surface in a vertical state, and the heat treatment surface is horizontally aligned by the heating light condensed by the condenser lens arranged in the vertical state. It is characterized by heating the epidermis.
前記基板熱処理方法において、前記基板を、熱処理面を斜め下にして前記第2領域で移動させ、前記基板の下部に傾斜して配設した前記集光レンズで集光された前記加熱光により、前記熱処理面を斜め下方向から表皮加熱することを特徴とする。 In the substrate heat treatment method, the substrate is moved in the second region with the heat treatment surface obliquely downward, and by the heating light condensed by the condenser lens arranged to be inclined below the substrate, The heat treatment surface is heated in an oblique direction from the bottom.
前記基板熱処理方法において、前記基板は、鉛直方向下端側の前記第1領域に搬入され、鉛直方向上端側の前記第2領域を介して、前記第1領域と共通である鉛直方向下端側の前記第3領域から搬出されることを特徴とする。 In the substrate heat treatment method, the substrate is carried into the first region on the lower end side in the vertical direction, and the second region on the lower end side in the vertical direction that is common to the first region through the second region on the upper end side in the vertical direction. It is carried out from the third area.
本発明に係る基板熱処理方法は、イオン注入された半導体ウェーハの結晶欠陥を改善する熱処理を、直立した前記半導体ウェーハを半導体ウェーハ面に沿った方向に加熱炉内を移動させて行う基板熱処理方法であって、(A)結晶欠陥改善の温度より低い温度(以下「第1温度」という)に、前記半導体ウェーハを予熱するために前記加熱炉内を加熱する第1のランプヒータを配置した第1領域、(B)前記第1領域(A)と下記第3領域(C)の中間に結晶欠陥改善のために850〜1100℃の範囲内の温度(以下「第2温度」という)を前記加熱炉内に発生させるための第2のランプヒータを配置した第2領域、及び、(C)650〜800℃の範囲内の温度(以下「第3温度」という)に前記加熱炉内を加熱するヒータを配置した第3領域を、前記加熱炉内に配列し、前記第2領域を移動する前記半導体ウェーハの移動方向の温度プロファイルを前記第2温度の範囲内のピーク温度から温度が次第に低下して前記第1温度及び前記第3温度に連続するように設定し、前記第1領域(A)において予備加熱された前記半導体ウェーハが前記第2領域(C)に移動する直前から前記第2領域(C)を通過する期間のみにおいて、前記第2のランプヒータに電流を流して前記温度プロファイルを発生させることを特徴とする。 A substrate heat treatment method according to the present invention is a substrate heat treatment method in which heat treatment for improving crystal defects of an ion-implanted semiconductor wafer is performed by moving the upright semiconductor wafer in a heating furnace in a direction along the surface of the semiconductor wafer. And (A) a first lamp heater arranged to heat the inside of the heating furnace to preheat the semiconductor wafer at a temperature lower than the crystal defect improvement temperature (hereinafter referred to as “first temperature”). Region, (B) a temperature within the range of 850 to 1100 ° C. (hereinafter referred to as “second temperature”) for improving crystal defects between the first region (A) and the following third region (C). The inside of the heating furnace is heated to a second region in which a second lamp heater for generating in the furnace is disposed, and (C) a temperature within a range of 650 to 800 ° C. (hereinafter referred to as “third temperature”). Third with heater A region is arranged in the heating furnace, and a temperature profile in a moving direction of the semiconductor wafer moving in the second region is gradually decreased from a peak temperature in the range of the second temperature, and the first temperature and It is set to be continuous with the third temperature, and the semiconductor wafer preheated in the first region (A) passes through the second region (C) immediately before moving to the second region (C). The temperature profile is generated by causing a current to flow through the second lamp heater only during the period.
前記基板熱処理方法において、前記結晶欠陥改善の熱処理に代えて、200〜400℃の温度範囲内にてCVD、スパッタ又は蒸着により成膜された酸化膜、窒化膜、W膜の改質処理を行う方法であって、前記第2温度を500〜750℃、前記第3温度を200〜450℃にすることを特徴とする。 In the substrate heat treatment method, in place of the heat treatment for crystal defect improvement, an oxide film, a nitride film, or a W film formed by CVD, sputtering, or vapor deposition is performed in a temperature range of 200 to 400 ° C. The method is characterized in that the second temperature is set to 500 to 750 ° C. and the third temperature is set to 200 to 450 ° C.
前記基板熱処理方法において、前記加熱炉の長軸方向の断面視にて、前記半導体ウェーハの面と平行方向の炉内壁幅が、前記平行方向と直交する方向での炉内壁幅より大きいことを特徴とする。 In the substrate heat treatment method, the furnace inner wall width in a direction parallel to the surface of the semiconductor wafer is larger than the furnace inner wall width in a direction orthogonal to the parallel direction in a cross-sectional view in the major axis direction of the heating furnace. And
前記基板熱処理方法において、前記半導体ウェーハを前記第1領域及び前記第3領域に保持して、それぞれ前記第1温度及び前記第3温度に均熱することを特徴とする。 In the substrate heat treatment method, the semiconductor wafer is held in the first region and the third region, and soaked to the first temperature and the third temperature, respectively.
前記基板熱処理方法において、前記半導体ウェーハを前記第3領域に保持して前記第3温度に均熱し、続いて、前記第2領域から前記第1領域に移動する直前に前記第1のランプヒータへの電流を遮断することを特徴とする。 In the substrate heat treatment method, the semiconductor wafer is held in the third region and soaked to the third temperature, and then immediately before moving from the second region to the first region to the first lamp heater. The current is cut off.
本発明における結晶欠陥改善の温度は、第1温度(予備加熱温度)が好ましくは100〜450℃、第2温度(アニール温度)が好ましくは850〜1100℃、第3温度(中間保持温度)が好ましくは650〜800℃である。また、本発明における膜質改善の温度は、第1温度(予備加熱温度)が好ましくは200〜400℃、第2温度(アニール温度)が好ましくは500〜750℃、第3温度(中間保持温度)が好ましくは200〜450℃である。 The temperature for crystal defect improvement in the present invention is preferably a first temperature (preheating temperature) of 100 to 450 ° C., a second temperature (annealing temperature) of preferably 850 to 1100 ° C., and a third temperature (intermediate holding temperature). Preferably it is 650-800 degreeC. The temperature for improving the film quality in the present invention is preferably a first temperature (preheating temperature) of 200 to 400 ° C., a second temperature (annealing temperature) of preferably 500 to 750 ° C., and a third temperature (intermediate holding temperature). Is preferably 200 to 450 ° C.
従来のFLAと異なる本発明の特徴点は、以下のとおりである。
(A) ランプヒータは、1枚の半導体ウェーハの片面加熱又は両面加熱、若しくは、背面同士を近接配置した2枚の半導体ウェーハの表面片面加熱を行う。
(B) 結晶欠陥改善又は膜質改善のためのアニールは、半導体ウェーハを静止した状態で行うのではなく、半導体ウェーハを炉内で移動させながら行う。
(C) アニール後の半導体ウェーハは、予備加熱温度に戻るのではなく、予備加熱温度とアニール温度の中間の温度を有する第3領域で加熱される。
(D) 半導体ウェーハの加熱は、キセノンランプの代わりに、好ましくはハロゲンランプを用いて行う。
(E) 半導体ウェーハの予備加熱は、ホットプレートではなく、ランプヒータを用いて行う。
(F) 半導体ウェーハは、全面を同一温度に一挙に加熱するのでなく、半導体ウェーハの径より狭い帯状もしくは線状領域をスキャン(走査)することにより加熱する。
これらの特徴をさらに詳しく説明する。The features of the present invention that are different from the conventional FLA are as follows.
(A) The lamp heater performs single-sided heating or double-sided heating of a single semiconductor wafer, or single-sided heating of two semiconductor wafers whose back surfaces are arranged close to each other.
(B) Annealing for crystal defect improvement or film quality improvement is performed while the semiconductor wafer is moved in a furnace, not in a state where the semiconductor wafer is stationary.
(C) The annealed semiconductor wafer is not returned to the preheating temperature, but is heated in the third region having a temperature intermediate between the preheating temperature and the annealing temperature.
(D) The semiconductor wafer is preferably heated using a halogen lamp instead of a xenon lamp.
(E) The preheating of the semiconductor wafer is performed using a lamp heater instead of a hot plate.
(F) The semiconductor wafer is heated not by heating the entire surface to the same temperature all at once, but by scanning a band-like or linear region narrower than the diameter of the semiconductor wafer.
These features will be described in more detail.
本発明において、水平状態、又は、直立状態で炉内に搬入された半導体ウェーハは、半導体ウェーハの面に沿って上下方向又は水平方向に加熱炉内を移動する。この加熱炉の構造は、特に限定されない。半導体ウェーハが縦置きの場合、加熱炉は、加熱炉の長軸方向の断面において、半導体ウェーハの面と平行方向の炉内壁幅が、前記平行方向と直交する方向での炉内壁幅より大きく、占有床面積が小さい加熱炉とすることが好ましい。この場合、加熱炉は、半導体ウェーハの面と平行な炉内平面にヒータが配置され、ヒータと半導体ウェーハの間隔ができるだけ狭く設定される。また、加熱炉は、炉内壁と半導体ウェーハの面又は半導体ウェーハの端縁との間隔が半導体ウェーハの全周に亘ってほぼ一定の扁平炉とすることが好ましい。 In the present invention, the semiconductor wafer carried into the furnace in a horizontal state or an upright state moves in the heating furnace in the vertical direction or in the horizontal direction along the surface of the semiconductor wafer. The structure of the heating furnace is not particularly limited. When the semiconductor wafer is placed vertically, the heating furnace has a furnace inner wall width parallel to the surface of the semiconductor wafer in a cross section in the major axis direction of the heating furnace, which is larger than the furnace inner wall width in a direction perpendicular to the parallel direction, A heating furnace with a small occupied floor area is preferable. In this case, in the heating furnace, a heater is arranged on a plane in the furnace parallel to the surface of the semiconductor wafer, and the distance between the heater and the semiconductor wafer is set as narrow as possible. The heating furnace is preferably a flat furnace in which the distance between the inner wall of the furnace and the surface of the semiconductor wafer or the edge of the semiconductor wafer is substantially constant over the entire circumference of the semiconductor wafer.
本発明は、加熱炉の入口側から搬入される半導体ウェーハの移動方向に見て、加熱炉内を第1領域(予備加熱)、第2領域(アニール)及び第3領域(中間保持)に分けている。第1領域及び第2領域には、急速昇温及び降温が可能なハロゲンランプヒータが配置される。第3領域は、幅が狭い高温の第2領域を形成するための補助加熱の役割を果しており、ハロゲンランプヒータ又は電気抵抗加熱ヒータが配置される。第1領域は、FLAの予備加熱領域に相当し、第2領域では、移動中の半導体ウェーハを対象として結晶欠陥改善又は膜質改善のためのアニールが行われる。第3領域では、アニールされた半導体ウェーハが一旦保持される(以下「中間保持」という)。それぞれの領域の加熱についてより詳しく説明する。 The present invention divides the inside of the heating furnace into a first area (preliminary heating), a second area (annealing), and a third area (intermediate holding) when viewed in the moving direction of the semiconductor wafer carried from the inlet side of the heating furnace. ing. In the first region and the second region, a halogen lamp heater capable of rapid temperature increase and decrease is disposed. The third region plays a role of auxiliary heating for forming a high-temperature second region having a narrow width, and a halogen lamp heater or an electric resistance heater is disposed. The first region corresponds to a FLA preheating region, and in the second region, annealing for crystal defect improvement or film quality improvement is performed on the moving semiconductor wafer. In the third region, the annealed semiconductor wafer is temporarily held (hereinafter referred to as “intermediate holding”). The heating of each region will be described in more detail.
まず、第1領域においては、半導体ウェーハが均一に加熱されることが好ましい。すなわち、第1領域で均一に加熱された半導体ウェーハは、第2領域のピーク温度でスキャンされると、半導体ウェーハの全面が同じ速度でアニール温度まで昇温することが期待される。さらに、第1領域において、半導体ウェーハのみならず半導体ウェーハの支持治具が均一に加熱されると、その後の加熱の際に半導体ウェーハから支持治具への熱伝導を抑えることができる。さらに、第3領域では、半導体ウェーハが均一に加熱されることが好ましい。 First, in the first region, it is preferable that the semiconductor wafer is heated uniformly. That is, when the semiconductor wafer uniformly heated in the first region is scanned at the peak temperature of the second region, it is expected that the entire surface of the semiconductor wafer is heated to the annealing temperature at the same rate. Furthermore, in the first region, when not only the semiconductor wafer but also the semiconductor wafer support jig is uniformly heated, heat conduction from the semiconductor wafer to the support jig can be suppressed during the subsequent heating. Furthermore, in the third region, it is preferable that the semiconductor wafer is heated uniformly.
それぞれの領域において所定の加熱を行っている際、半導体ウェーハが配置されていない領域の加熱は、次のとおりである。 When predetermined heating is performed in each region, the heating of the region where the semiconductor wafer is not disposed is as follows.
(A) 第1領域における半導体ウェーハの予備加熱:半導体ウェーハが配置されていない第2領域は、所定のアニール温度を発生させない。すなわち、第1領域では、半導体ウェーハが全く加熱されないか、又は、第1温度と大差がない温度に加熱されることにより、予備加熱温度が変動しないようにする。第3領域における第3温度は、第2温度(アニール温度)を発生させる補助加熱の役割を果す。従って、半導体ウェーハが配置されていない第3領域は、予備加熱完了後、直ちにアニールを開始できるように、第3温度に加熱されることが好ましい。 (A) Preheating of the semiconductor wafer in the first region: The second region where the semiconductor wafer is not disposed does not generate a predetermined annealing temperature. That is, in the first region, the semiconductor wafer is not heated at all, or is heated to a temperature that is not significantly different from the first temperature, so that the preheating temperature does not fluctuate. The third temperature in the third region plays a role of auxiliary heating that generates the second temperature (annealing temperature). Therefore, the third region where the semiconductor wafer is not disposed is preferably heated to the third temperature so that annealing can be started immediately after completion of the preheating.
(B) 第2領域における半導体ウェーハのアニール:第2温度のプロファイルを安定して維持できるように、半導体ウェーハが配置されていない第3領域は、第3温度に加熱することが必要である。第1領域は、同様の理由から第1温度への加熱を継続することが好ましい。 (B) Annealing of the semiconductor wafer in the second region: The third region where the semiconductor wafer is not disposed needs to be heated to the third temperature so that the profile of the second temperature can be stably maintained. The first region is preferably continued to be heated to the first temperature for the same reason.
(C) 第3領域における半導体ウェーハの中間保持:半導体ウェーハが配置されていない第1領域は、加熱を継続しても中止してもよい。第2領域は、第2温度のプロファイルを無効にすることが必要である。 (C) Intermediate holding of the semiconductor wafer in the third region: The first region where the semiconductor wafer is not disposed may be continued or stopped. The second region needs to invalidate the second temperature profile.
以上説明したとおり、加熱炉内に導入された半導体ウェーハは、第1領域、第2領域及び第3領域を移動し、順次、予備加熱、アニール及び中間保持加熱される。その後、加熱炉の入口と出口が共通の場合、半導体ウェーハは、第3領域から、第2領域及び第1領域を経由して加熱炉から取り出される。この取り出しの際、第2領域では、アニールが行われても行われなくともよい。アニールが行われる場合、1枚の半導体ウェーハは、2回アニールされる。第2領域で2回目のアニールが行われない場合、第2領域では、ランプヒータの電源が遮断される。第1領域に戻った半導体ウェーハは、再び予備加熱温度で加熱されてもよく、又は、ランプヒータの電源を遮断して、半導体ウェーハを急速に冷やすこともできる。 As described above, the semiconductor wafer introduced into the heating furnace moves through the first region, the second region, and the third region, and is sequentially subjected to preheating, annealing, and intermediate holding heating. Thereafter, when the entrance and exit of the heating furnace are common, the semiconductor wafer is taken out of the heating furnace from the third area via the second area and the first area. At the time of this extraction, annealing may or may not be performed in the second region. When annealing is performed, one semiconductor wafer is annealed twice. When the second annealing is not performed in the second region, the lamp heater is powered off in the second region. The semiconductor wafer returned to the first region may be heated again at the preheating temperature, or the power of the lamp heater may be shut off to rapidly cool the semiconductor wafer.
本発明においては、ランプヒータは、半導体ウェーハが第2領域に進入する直前、すなわち、できるだけ進入時点に近い時間を設定して、電源が入れられる。また、ランプヒータは、半導体ウェーハが第2領域を移動中、通電され維持される必要がある。すなわち、第2領域のランプヒータは、常時通電されるか、又は、1分以上前から通電することにより第2温度のプロファイルを発生させると、熱が第1領域及び第3領域に伝導するために、急峻な温度ピークを作ることができない。同様に、第2領域では、半導体ウェーハが第2領域を通過した後は、電源スイッチが遮断されるか、又は、電流を急激に落として、第2温度のプロファイルを無効にする必要がある。 In the present invention, the lamp heater is turned on immediately before the semiconductor wafer enters the second region, that is, as close to the entry time as possible. Further, the lamp heater needs to be energized and maintained while the semiconductor wafer moves in the second region. That is, if the lamp heater in the second region is always energized, or if the second temperature profile is generated by energizing for more than 1 minute, heat is conducted to the first region and the third region. In addition, a sharp temperature peak cannot be created. Similarly, in the second region, after the semiconductor wafer passes through the second region, the power switch is cut off or the current is suddenly dropped to invalidate the second temperature profile.
半導体ウェーハは、第2領域を通常3〜30cm/秒の速度で移動する。また、第2領域の長さは、半導体ウェーハの径より若干大きく設定することが好ましい。第2領域内を移動する半導体ウェーハは、表面温度が炉内温度より若干低くなり、その差は、半導体ウェーハの移動速度が大きくなると拡大する。 The semiconductor wafer moves in the second region usually at a speed of 3 to 30 cm / second. The length of the second region is preferably set slightly larger than the diameter of the semiconductor wafer. The semiconductor wafer moving in the second region has a surface temperature slightly lower than the furnace temperature, and the difference increases as the moving speed of the semiconductor wafer increases.
上述のように、第2領域では、半導体ウェーハは常時移動する。従って、後述するピーク温度T21又は30P(図8又は図16B)の幅は、極細い線状であっても、半導体ウェーハの全面は、ピーク温度T21又は30Pでスキャンされる。ところで、半導体ウェーハは、移動中の半導体ウェーハ自体の物質中での熱伝導に起因して、1枚の半導体ウェーハにおいてサーマルバジェットが局部的に異なる。すなわち、最も遅く第2領域から離れ、第3領域に移動する半導体ウェーハの後端のサーマルバジェットは、他の部位よりも多くなる。このような局部的サーマルバジェットの差を補償するためには、第3領域において半導体ウェーハが一旦保持されて、さらに均一に加熱されることが好ましい。但し、アニール時間が長い場合は、第3領域において半導体ウェーハが一旦保持される段階で第3領域の加熱を中止することができる。 As described above, the semiconductor wafer constantly moves in the second region. Therefore, the entire surface of the semiconductor wafer is scanned at the peak temperature T21 or 30P even if the width of the peak temperature T21 or 30P (FIG. 8 or FIG. 16B) described later is an extremely thin line. By the way, the thermal budget of a semiconductor wafer is locally different in one semiconductor wafer due to heat conduction in the substance of the semiconductor wafer itself that is moving. In other words, the thermal budget at the rear end of the semiconductor wafer that is the slowest away from the second region and moves to the third region is greater than that of other portions. In order to compensate for such a local thermal budget difference, it is preferable that the semiconductor wafer is once held in the third region and heated more uniformly. However, when the annealing time is long, the heating of the third region can be stopped when the semiconductor wafer is once held in the third region.
本発明の基板熱処理装置及び基板熱処理方法は、第2領域において、ランプヒータである第2加熱手段からの加熱光を、基板の移動方向と直交する方向に延在する集光レンズを用いて基板の表皮を加熱することにより、必要最小限の電流を第2加熱手段に供給するだけで、基板を短時間で必要な温度まで表皮加熱することができる。これにより、装置の稼働コストは、大幅に削減される。また、本発明の基板熱処理装置及び基板熱処理方法は、第2領域の温度プロファイルに従い、加熱光を移動中の基板に対して移動方向と直交する方向に照射させて加熱処理を行うため、基板の移動速度を調整することにより、0.1秒から30秒の範囲内の時間を任意に選択して加熱処理することができる。さらに、本発明の基板熱処理装置及び基板熱処理方法は、ホットプレートを使用しないために、処理時間全体を短縮することが可能である。 In the substrate heat treatment apparatus and the substrate heat treatment method of the present invention, in the second region, the heating light from the second heating means, which is a lamp heater, is used by using a condensing lens that extends in a direction orthogonal to the moving direction of the substrate. By heating the outer skin, the substrate can be heated to the required temperature in a short time only by supplying the minimum necessary current to the second heating means. Thereby, the operating cost of the apparatus is significantly reduced. Further, the substrate heat treatment apparatus and the substrate heat treatment method of the present invention perform the heat treatment by irradiating the moving light to the moving substrate in the direction orthogonal to the moving direction according to the temperature profile of the second region. By adjusting the moving speed, the heat treatment can be performed by arbitrarily selecting a time within the range of 0.1 seconds to 30 seconds. Furthermore, since the substrate heat treatment apparatus and the substrate heat treatment method of the present invention do not use a hot plate, the entire treatment time can be shortened.
また、第2領域においてピーク温度を発生させるのは、狭い線状領域に配置されるランプヒータである。従って、このランプヒータの個数は、従来のFLAよりも著しく少ない。そのため、メンテナンスコストは、大幅に削減される。 Moreover, it is a lamp heater arrange | positioned in a narrow linear area | region which produces peak temperature in a 2nd area | region. Therefore, the number of lamp heaters is significantly smaller than that of the conventional FLA. Therefore, maintenance costs are greatly reduced.
よって、本発明は、現在の35nmのゲート幅を有する半導体デバイスの製造工程において、MSAが必要である工程以外の多くの工程に適用することができる。 Therefore, the present invention can be applied to many processes other than the process that requires MSA in the manufacturing process of the current semiconductor device having a gate width of 35 nm.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の横型の基板熱処理装置10の平面断面図である。図2は、第1実施形態の横型の基板熱処理装置10の縦断面図である。基板熱処理装置10では、半導体ウェーハ、液晶用基板又は太陽電池用基板である基板12の表皮を加熱処理することができる。なお、以下の説明において、「表皮」とは、基板12が半導体ウェーハである場合には、基板12の表層をいうものとし、基板12が液晶用基板又は太陽電池用基板である場合には、ガラス基板又は絶縁基板の上に形成された層の最上層をいうものとする。半導体ウェーハの直径は、特に限定されるものではなく、直径が300mm又は450mmであってもよい。また、液晶用基板の厚さについても、特に限定されるものではない。通常、液晶用基板では、ガラス基板の厚さは、1.5〜2mmであり、このガラス基板の上にアモルファスシリコン層が形成される。基板12が液晶用基板である場合、表皮加熱処理を行うことにより、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン層をポリシリコン層に変換することができる。また、基板12が太陽電池用基板である場合、表皮加熱処理を行うことにより、絶縁基板上に形成されたアモルファスシリコン層の膜質改善や、アモルファスシリコン層からポリシリコン層への変換を行うことができる。[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional plan view of a horizontal substrate
基板熱処理装置10は、熱処理面12aを上に向けた状態の基板12を移動方向である矢印X方向に水平移動させ、基板12を加熱処理する装置である。基板熱処理装置10は、基板12の加熱空間を形成する石英管14と、石英管14の両端部に配置され、上下方向(図2、矢印Z方向)に移動することで、基板12の出入口を開閉するゲート16a、16bとを備える。この基板熱処理装置10では、前処理工程で処理された基板12は、図1及び図2における左側(一端側)から石英管14内に搬入され、基板12の表皮が加熱処理された後、右側(他端側)から搬出され、次の工程に供給される。
The substrate
石英管14は、基板12を水平状態で収容する扁平炉を形成する。石英管14の加熱空間の上下方向(矢印Z方向)の幅Dが、加熱空間の横方向(矢印Y方向)の幅Wよりも狭く設定される。基板12は、ロッド18の端部に固定されたリング状の基板ホルダ20によって保持され、石英管14内を矢印X方向に移動する。
The
石英管14の内部空間には、入口のゲート16a側から出口のゲート16b側に向かって、第1領域22、第2領域24及び第3領域26が形成される。第1領域22では、基板12が第1温度(予備加熱温度)に加熱される。第2領域24では、第1温度に加熱された基板12の表皮が第2温度(アニール温度)に加熱される。第3領域26では、第2温度に加熱された基板12が第3温度(補助加熱温度)で加熱保持される。石英管14の内部には、第1領域22の基板温度を検出する温度検出器28、第2領域24の基板温度を検出する温度検出器30、及び、第3領域26の基板温度を検出する温度検出器32が配置される。なお、温度検出器28、30、32としては、例えば、基板の表皮の色温度を検出するパイロメータを用いることができる。また、石英管14の内部には、出口側のゲート16bに近接して、雰囲気ガス又はパージガスを供給するためのガス吹出器34が配置される。
In the internal space of the
石英管14の第1領域22の外壁部近傍には、第1領域22の基板12を第1温度に加熱するため、基板12の上下両面に対向して加熱光Rを射出する第1ランプヒータ36a、36b(第1加熱手段)が配置される。また、第1領域22の外壁部近傍には、基板12の側周部に対向して加熱光Rを射出する第1ランプヒータ36c、36d(第1加熱手段)が配置される。石英管14の第2領域24の外壁部近傍には、第2領域24の基板12の表皮を第2温度に加熱するため、基板12の上下両面に対向して加熱光Rを射出する第2ランプヒータ38a、38b(第2加熱手段)が配置される。石英管14の第3領域26の外壁部近傍には、第3領域26の基板12を第3温度に加熱保持するため、基板12の上下両面に対向して加熱光Rを射出する第3ランプヒータ40a、40b(第3加熱手段)が配置される。また、第3領域26の外壁部近傍には、基板12の側周部に対向して加熱光Rを射出する第3ランプヒータ40c、40d(第3加熱手段)が配置される。第1ランプヒータ36a〜36d、第2ランプヒータ38a、38b及び第3ランプヒータ40a〜40dは、マトリックス状に配置される多数のハロゲンランプ42(図3、図4)を備える。
In the vicinity of the outer wall portion of the first region 22 of the
図3は、第1実施形態の横型の基板熱処理装置10における第2領域24近傍の斜視部分断面図である。図4は、第1実施形態の横型の基板熱処理装置10における第2領域24の拡大縦断面図である。
FIG. 3 is a perspective partial sectional view of the vicinity of the second region 24 in the horizontal substrate
ランプヒータ38aの矢印X方向の中央部分に対向する石英管14の外壁面15には、複数のシリンドリカルレンズ44a〜44c(集光レンズ)が配置される。シリンドリカルレンズ44a〜44cは、第2領域24に搬入された基板12の上面の熱処理面12aに平行で、基板12の移動方向である矢印X方向と直交する矢印Y方向に延在する。シリンドリカルレンズ44a〜44cは、断面形状が平凸レンズ形状であり、その平面部が石英管14の外壁面に密着して固定される。シリンドリカルレンズ44a〜44cは、延在する方向と直交する方向にのみ集光特性を有し、基板12に対して、ハロゲンランプ42から射出された加熱光Rを基板12の移動方向と直交する方向に照射させるものであり、石英管14と同じ材質である石英により形成することができる。
A plurality of
シリンドリカルレンズ44a〜44cの矢印Y方向の長さは、基板12の熱処理面12aを矢印Y方向に対して均一に加熱するため、基板12の直径よりもやや長く設定される。例えば、基板12が半導体ウェーハであって、基板12の直径が300mmの場合には、シリンドリカルレンズ44a〜44cの長さは、400mm程度に設定することが好ましい。
The length of the
図5は、第1実施形態の横型の基板熱処理装置10における制御ブロック図である。
FIG. 5 is a control block diagram in the horizontal substrate
基板熱処理装置10は、制御部46により加熱処理の全体の動作制御が行われる。制御部46には、基板移動部48と、位置検出部50と、加熱処理プロファイル記憶部52と、第1ランプヒータ36a〜36d、第2ランプヒータ38a、38b及び第3ランプヒータ40a〜40dと、温度検出器28、30及び32とが接続される。
In the substrate
基板移動部48は、基板12を第1領域22から第2領域24を介して第3領域26に移動させる。基板移動部48は、後述する加熱処理プロファイルに設定されている移動速度で基板12を石英管14内で移動させる。位置検出部50は、石英管14内の基板12の位置を検出する。加熱処理プロファイル記憶部52には、加熱処理プロファイルが記憶される。制御部46は、加熱処理プロファイルに設定されている電流値に従い、第1ランプヒータ36a〜36d、第2ランプヒータ38a、38b及び第3ランプヒータ40a〜40dを制御する。
The
温度検出器28、30及び32は、熱処理面12aの温度を検出する。制御部46は、温度検出器28、30及び32によって検出された温度が加熱処理プロファイルに設定されている半導体ウェーハ目標温度となるように、第1ランプヒータ36a〜36d、第2ランプヒータ38a、38b及び第3ランプヒータ40a〜40dを制御する。
The
図6は、第1実施形態の横型の基板熱処理装置10における加熱処理プロファイル記憶部52に記憶される加熱処理プロファイルの説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a heat treatment profile stored in the heat treatment
加熱処理プロファイルは、基板熱処理装置10に搬入される基板12の各前処理工程に対応して設定される。例えば、前処理工程が基板12にイオン注入処理を行う工程(イオン注入1)である場合には、加熱処理プロファイルには、第1ランプヒータ36a〜36dに供給する電流i11と、第2ランプヒータ38a、38bに供給する電流i21と、第3ランプヒータ40a〜40dに供給する電流i31と、基板移動部48に供給する石英管14内の基板12の移動速度v1とが設定される。また、加熱処理プロファイルには、第1領域22、第2領域24及び第3領域26における基板12の半導体ウェーハ目標温度T11、T21及びT31が設定される。熱処理面12aの温度は、第1ランプヒータ36a〜36d、第2ランプヒータ38a、38b、第3ランプヒータ40a〜40dに供給される電流i11、i21、i31と、基板12の移動速度v1とによって決定される。同様に、前処理工程がイオン注入2〜5の工程である場合には、電流i12〜i35、移動速度v2〜v5、及び、半導体ウェーハ目標温度T12〜T35が設定される。
The heat treatment profile is set corresponding to each pretreatment process of the
前処理工程が半導体ウェーハである基板12にCVD処理を行う工程(CVD1)である場合には、第1ランプヒータ36a〜36dに供給する電流i16と、第2ランプヒータ38a、38bに供給する電流i26と、第3ランプヒータ40a〜40dに供給する電流i36と、基板移動部48に供給する基板12の移動速度v6と、第1領域22、第2領域24及び第3領域26の半導体ウェーハ目標温度T16、T26及びT36とが設定される。同様に、前処理工程がCVD2〜5の工程である場合には、電流i17〜i310、移動速度v7〜v10、及び、半導体ウェーハ目標温度T17〜T310が設定される。
When the pretreatment process is a process (CVD1) for performing the CVD process on the
前処理工程が半導体ウェーハである基板12にスパッタ処理を行う工程(スパッタ1)である場合には、第1ランプヒータ36a〜36dに供給する電流i111と、第2ランプヒータ38a、38bに供給する電流i211と、第3ランプヒータ40a〜40dに供給する電流i311と、基板移動部48に供給する基板12の移動速度v11と、第1領域22、第2領域24及び第3領域26の半導体ウェーハ目標温度T111、T211及びT311とが設定される。同様に、前処理工程がスパッタ2〜5の工程である場合には、電流i112〜i315、移動速度v12〜v15、及び、半導体ウェーハ目標温度T112〜T315が設定される。
When the pretreatment step is a step of performing a sputtering process on the
前処理工程が基板12に蒸着処理を行う工程(蒸着1)である場合には、第1ランプヒータ36a〜36dに供給する電流i116と、第2ランプヒータ38a、38bに供給する電流i216と、第3ランプヒータ40a〜40dに供給する電流i316と、基板移動部48に供給する基板12の移動速度v16と、第1領域22、第2領域24及び第3領域26の半導体ウェーハ目標温度T116、T216及びT316とが設定される。同様に、前処理工程が蒸着2〜5の工程である場合には、電流i117〜i320、移動速度v17〜v20、及び、半導体ウェーハ目標温度T117〜T320が設定される。このように、第1ランプヒータ36a〜36d、第2ランプヒータ38a、38b及び第3ランプヒータ40a〜40dに供給される電流及び移動速度は、前処理工程の種類によって、適切に設定される。
When the pretreatment step is a step of performing vapor deposition on the substrate 12 (vapor deposition 1), a current i116 supplied to the
次に、基板熱処理装置10を用いた基板12の熱処理について説明する。
Next, heat treatment of the
図7は、第1実施形態の横型の基板熱処理装置10における熱処理のフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart of the heat treatment in the horizontal substrate
制御部46は、基板熱処理装置10の入口側のゲート16aを開き、前処理工程が終了した基板12を保持する基板ホルダ20を矢印X方向に移動させ(図1、図2)、石英管14の一端側の第1領域22に基板12を搬入させた後、ゲート16aを閉じる(ステップS1)。
The
次いで、制御部46は、加熱処理プロファイル記憶部52から、基板12の前処理工程に対応した加熱処理プロファイルを読み出し(ステップS2)、第1ランプヒータ36a〜36d、第2ランプヒータ38a、38b及び第3ランプヒータ40a〜40dを制御する(ステップS3)。また、制御部46は、読み出した加熱処理プロファイルに従って基板移動部48を制御し(ステップS4)、基板12を矢印X方向に移動させる。
Next, the
例えば、基板12の前処理工程がイオン注入1の工程である場合(図6)、制御部46は、第1ランプヒータ36a〜36dに電流i11を供給し、第2ランプヒータ38a、38bに電流i21を供給し、第3ランプヒータ40a〜40dに電流i31を供給するとともに、基板12を矢印X方向に移動速度v1で移動させる。
For example, when the pretreatment process of the
石英管14内を矢印X方向に移動する基板12は、第1領域22、第2領域24及び第3領域26において、所望の温度で加熱処理される(ステップS5)。
The
図8は、第1実施形態の横型の基板熱処理装置10における石英表面温度及び基板表面温度の説明図である。なお、基板表面温度とは、例えば、基板12が半導体ウェーハの場合には、半導体ウェーハの表層の熱処理面12aの温度であり、基板12が液晶用基板や太陽電池用基板の場合には、基板12上に形成された層の最上層の熱処理面12aの温度である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of the quartz surface temperature and the substrate surface temperature in the horizontal substrate
例えば、基板12の前処理工程がイオン注入1の工程である場合、選択された加熱処理プロファイルに基づいて電流i11が供給された第1ランプヒータ36a〜36dは、加熱光Rをハロゲンランプ42から射出して、第1領域22における石英管14の表面を温度T1に加熱する(図8(a))。そして、第1領域22を移動する基板12は、石英管14を透過した加熱光Rにより、熱処理面12aが温度T11まで均一に予備加熱される(図8(b))。温度検出器28は、基板12からの放射光rに基づき、温度T11を所定の時間間隔で検出してもよい。そして、制御部46は、検出された温度T11が加熱処理プロファイルに設定されている第1領域22の半導体ウェーハ目標温度T11となるように、フィードバック制御により適宜調整してもよい。
For example, when the pretreatment process of the
また、基板12の前処理工程がイオン注入1の工程である場合において、選択された加熱処理プロファイルに基づいて電流i21が供給された第2ランプヒータ38a、38bは、加熱光Rをハロゲンランプ42から射出して、第2領域24における石英管14の表面を温度T2に加熱する(図8(a))。次いで、この加熱光Rは、石英管14内の第2領域24の雰囲気を加熱するとともに、基板12の移動方向の中央部分に配置されたシリンドリカルレンズ44a〜44cで集光され、熱処理面12aに照射される。第1領域22で予備加熱された後、第2領域24を移動する基板12は、シリンドリカルレンズ44a〜44cで集光された加熱光Rにより、熱処理面12aが石英管14の表面の温度T2よりも高い温度T21まで加熱される(図8(b))。この場合、基板12は、集光された線状(図4の構成では、3本)の加熱光Rによって、熱処理面12aが基板12の移動方向である矢印X方向に走査されることで、熱処理面12aの全面が略均一の温度T21(アニール温度)まで表皮加熱される。なお、図8(b)において、第2領域24の熱処理面12aの温度T21が3つのピークを有しているのは、図4に示す矢印X方向に配列された3本のシリンドリカルレンズ44a〜44cによって加熱光Rが基板12の3個所に同時に集光されているためである。
Further, when the pretreatment process of the
第2領域24における熱処理面12aの温度T21は、第2ランプヒータ38a、38bに供給される電流i21と、基板12の移動速度v1と、シリンドリカルレンズ44a〜44cの集光倍率とによって決定される。温度検出器30は、基板12からの放射光rに基づき、温度T21を所定の時間間隔で検出してもよい。そして、制御部46は、検出された温度T21が加熱処理プロファイルに設定されている第2領域24の半導体ウェーハ目標温度T21となるように、フィードバック制御により適宜調整してもよい。
The temperature T21 of the
さらに、基板12の前処理工程がイオン注入1の工程である場合において、選択された加熱処理プロファイルに基づいて電流i31が供給された第3ランプヒータ40a〜40dは、第1ランプヒータ36a〜36dと同様に、加熱光Rをハロゲンランプ42から射出して、第3領域26における石英管14の表面を温度T3に加熱する。そして、第3領域26を移動する基板12は、石英管14を透過した加熱光Rにより、熱処理面12aが温度T31まで均一に補助加熱される。温度検出器32は、基板12からの放射光rに基づき、補助加熱の温度T31を所定の時間間隔で検出してもよい。そして、制御部46は、検出された温度T31が加熱処理プロファイルに設定されている第3領域26の半導体ウェーハ目標温度T31となるように、フィードバック制御により適宜調整してもよい。
Furthermore, when the pretreatment process of the
第1領域22、第2領域24及び第3領域26における熱処理面12aの加熱処理が終了すると、制御部46は、出口側のゲート16bを開け、他端側の第3領域26から基板12を次の処理工程に搬出した後、次の基板12に対する熱処理を開始する(ステップS6)。
When the heat treatment of the
なお、第1領域22、第2領域24及び第3領域26における熱処理面12aの温度T11〜T31は、基板12に対する前処理工程がイオン注入処理の工程である場合、T11<T21、且つ、T31<T21、且つT11≧T31となるように、第1領域22、第2領域24及び第3領域26における石英管14の表面の温度T1、T2、T3が設定されることが好ましい。また、基板12に対する前処理工程がCVD処理、スパッタ処理又は蒸着処理の工程である場合には、T11≦T21、且つ、T31≦T21、且つT11≧T31となるように、石英管14の表面の温度T1、T2、T3が設定されることが好ましい。
Note that the temperatures T11 to T31 of the
図9は、基板12が半導体ウェーハである場合において、第1実施形態の横型の基板熱処理装置10における石英表面温度及び半導体ウェーハ表面温度の測定結果の説明図である。図9は、基板12の各前処理工程に対して、第1領域22、第2領域24及び第3領域26における石英管14の表面の温度と、第1領域22、第2領域24及び第3領域26における熱処理面12aの温度との具体的な関係を示す。この場合、前処理工程が基板12に対するイオン注入処理である場合、第1領域22では、基板12は、300〜450℃の範囲で加熱され、第2領域24では、熱処理面12aは、800〜1100℃の範囲で加熱され、第3領域26では、基板12は、200〜400℃の範囲で加熱される。また、前処理工程が基板12に対するCVD処理、スパッタ処理又は蒸着処理のいずれかである場合、第1領域22では、基板12は、200〜450℃の範囲で加熱され、第2領域24では、熱処理面12aは、300〜900℃の範囲で加熱され、第3領域26では、基板12は、200〜400℃の範囲で加熱される。
FIG. 9 is an explanatory diagram of the measurement results of the quartz surface temperature and the semiconductor wafer surface temperature in the horizontal substrate
例えば、イオン注入処理された基板12の結晶欠陥を改善する場合(イオン注入1)、第1領域22における石英管14の表面の温度T1(第1温度)は、450℃に設定される。また、第2領域24における石英管14の表面の温度T2(第2温度)は、500℃に設定される。さらに、第3領域26における石英管14の表面の温度T3(第3温度)は、400℃に設定される。基板12は、シリンドリカルレンズ44a〜44cの集光作用により、熱処理面12aの温度T21が1100℃とされ、第2領域24において熱処理面12aが急速に表皮加熱される。この結果、半導体ウェーハの結晶欠陥は、極めて良好に改善することができる。
For example, when improving the crystal defects of the
また、CVD処理により基板12上に生成された膜の膜質を改善する場合(CVD1)、第1領域22における石英管14の表面の温度T1(第1温度)は、450℃に設定される。また、第2領域24における石英管14の表面の温度T2(第2温度)は、600℃に設定される。さらに、第3領域26における石英管14の表面の温度T3(第3温度)は、400℃に設定される。基板12は、シリンドリカルレンズ44a〜44cの集光作用により、熱処理面12aの温度T21が900℃とされ、第2領域24において熱処理面12aが急速に表皮加熱される。この結果、基板12上に生成された膜の膜質欠陥は、極めて良好に改善することができる。
When the film quality of the film generated on the
第1実施形態の基板熱処理装置10は、第1ランプヒータ36a〜36d、第2ランプヒータ38a、38b及び第3ランプヒータ40a〜40dを制御する加熱処理プロファイルを、基板12の前処理工程に応じて適宜選択することにより、如何なる前処理工程であっても、基板12に対して最適に加熱処理することができる。また、基板熱処理装置10は、基板12を石英管14内で移動させながら加熱処理するため、例えば、イオン注入処理後の結晶欠陥改善や、CVD、スパッタ、蒸着等の成膜後の膜質改善のための適切な加熱処理を短時間で行うことができる。
In the substrate
また、第2領域24の高い加熱温度は、シリンドリカルレンズ44a〜44cの集光作用によって実現されているため、第2ランプヒータ38a、38bのハロゲンランプ42に大電流を供給する必要がない。従って、基板熱処理装置10の稼働コストを大幅に削減することができる。また、ハロゲンランプ42は、大電流を供給する必要がないため寿命が長くなり、これにより、メンテナンスコストを低減することができる。しかも、ハロゲンランプ42から射出される加熱光Rは、加熱温度が極めて安定しているため、熱処理面12aの結晶欠陥や膜質欠陥を良好に改善することができる。
In addition, since the high heating temperature of the second region 24 is realized by the condensing action of the
さらに、熱処理面12aの全面は、基板12を移動させながら加熱処理することにより、所定の温度で均一に加熱されるだけでなく、例えば、従来のように、ホットプレート上に基板12を載置して加熱処理する場合と比較して、高速な加熱処理を実現することができる。また、第2領域24では、熱処理面12aは、線状の加熱光Rによって走査しながら加熱されるため、熱処理面12aの全面が一度に加熱される場合と比較すると、基板12の移動方向(矢印X方向)に対する第2領域24の範囲を必要最小限にすることができる。これにより、基板熱処理装置10の小型化は、容易に達成することができる。
Furthermore, the entire surface of the
さらにまた、第1実施形態の基板熱処理装置10は、図1及び図2に示すように、基板12が左側から石英管14内に搬入されて加熱処理された後、右側から搬出されるように構成されている。この場合、基板熱処理装置10は、前後の処理工程に対して、基板12を効率的に受け渡すことができるため、処理効率を一層向上させることができる。
Furthermore, in the substrate
なお、第1ランプヒータ36a〜36d、第2ランプヒータ38a、38b及び第3ランプヒータ40a〜40dには、図6に示す加熱処理プロファイルに従った電流を常時供給させる必要はない。例えば、制御部46は、石英管14内を移動する基板12の位置を、基板移動部48に接続された位置検出部50によって検出する。位置検出部50により、基板12が第1領域22に配置されていることが検出されたとき、制御部46は、第1ランプヒータ36a〜36d及び第3ランプヒータ40a〜40dに電流i11を供給する。また、制御部46は、第2ランプヒータ38a、38bに供給する電流を電流i21よりも少なく、例えば、電流i21の半分以下に設定する。次いで、位置検出部50により、基板12が第2領域24に移動したことが検出されたとき、制御部46は、第2ランプヒータ38a、38bに電流i21を供給する。また、制御部46は、第1ランプヒータ36a〜36dに供給する電流を電流i11よりも少なく、例えば、電流i11の半分以下に設定する。さらに、位置検出部50により、基板12が第3領域26に移動したことが検出されたとき、制御部46は、第2ランプヒータ38a、38bに供給する電流を電流i21よりも少なく、例えば、電流i21の半分以下に設定する。
The
このようにして、第1ランプヒータ36a〜36d、第2ランプヒータ38a、38b及び第3ランプヒータ40a〜40dに供給する電流を制御することにより、基板12を必要最小限の電流で効率的に加熱処理することができる。この結果、基板熱処理装置10のランニングコストは、可能な限り低減させることができる。
In this way, by controlling the current supplied to the
図10は、第1実施形態の基板熱処理装置10を液晶用基板の表皮加熱処理に適用した場合における石英表面温度及び液晶用基板表面温度の測定結果の説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of the measurement results of the quartz surface temperature and the liquid crystal substrate surface temperature when the substrate
例えば、液晶用基板に対する前処理工程がガラス基板上に400〜450℃でアモルファス層を形成する工程である場合、第1領域22では、石英管14の表面が300〜450℃に加熱され、第2領域24では、石英管14の表面が300〜450℃に加熱され、第3領域26では、石英管14の表面が200〜400℃に加熱される。一方、石英管14に搬入された液晶用基板は、第1領域22で300〜450℃に加熱される。第2領域24においては、液晶用基板は、シリンドリカルレンズ44a〜44cの集光作用により、表皮の熱処理面が550〜1100℃に加熱される。第3領域26においては、液晶用基板は、200〜400℃に加熱される。このようにして加熱光Rを集光させ、移動する液晶用基板に照射することにより、液晶用基板の表皮の熱処理面のみが所望の温度に加熱されるため、ガラス基板に熱の影響を与えることなく、アモルファスシリコン層が表皮加熱され、ポリシリコン層に変えられる。
For example, when the pretreatment step for the liquid crystal substrate is a step of forming an amorphous layer on a glass substrate at 400 to 450 ° C., in the first region 22, the surface of the
図11A及び図11Bは、第1実施形態の横型の基板熱処理装置10の変形例の第2領域24における縦断面図である。
11A and 11B are longitudinal sectional views of the second region 24 of a modification of the horizontal substrate
図11Aは、基板12の移動方向(矢印X方向)に配列されるシリンドリカルレンズ54a〜54cの焦点位置f1〜f3を矢印Z方向に異ならせ、焦点位置f1とf3の中間の焦点位置f2で、所望の加熱温度が得られるように設定したものである。基板12が矢印X方向に移動するとき、基板12の位置がZ方向に変動した場合には、熱処理面12aに加熱むらが生じるおそれがある。基板12の熱処理面12aは、シリンドリカルレンズ54a〜54cを図11Aに示すように構成することにより、焦点位置f1〜f3の間を通過することが十分に期待される。従って、図11Aに示す構成では、基板12が矢印Z方向に変動して搬送される場合であっても、加熱むらを防いで、熱処理面12aを均一に所望の加熱温度で処理することができる。
In FIG. 11A, the focal positions f1 to f3 of the cylindrical lenses 54a to 54c arranged in the moving direction (arrow X direction) of the
図11Bは、第2ランプヒータ38a、38bと、1枚のシリンドリカルレンズ44とを用いた変形例を示す。この変形例では、上部の第2ランプヒータ38aから射出された加熱光Rは、基板12の移動方向(矢印X方向)の中央部分に配置される1枚のシリンドリカルレンズ44のみで集光されて熱処理面12aに照射される。図8(c)は、図11Bの変形例に基づいて加熱された基板12の第1領域22、第2領域24及び第3領域26における熱処理面12aの温度T11、T21及びT31を示す。
FIG. 11B shows a modification using the
この場合、制御部46は、第2ランプヒータ38aに供給する電流を大きく設定し、及び/又は、シリンドリカルレンズ44の集光倍率を、シリンドリカルレンズ44a〜44cの集光倍率よりも高く設定することにより、3枚のシリンドリカルレンズ44a〜44cを用いた場合と同等の処理速度で熱処理面12aを加熱処理することができる。また、基板12の加熱処理時間は、第2ランプヒータ38aの矢印X方向の幅を小さくすることにより、基板12の移動距離を短くして、短縮することができる。また、基板熱処理装置10は、第2ランプヒータ38aの矢印X方向の幅を小さくすることにより、小型に構成することができる。
In this case, the
なお、第2ランプヒータ38aと、シリンドリカルレンズ44a〜44c又は44とを用いて熱処理面12aに形成される加熱光Rの線幅は、基板12に要求される熱処理速度、加熱温度、基板熱処理装置10に要求される矢印X方向の寸法に従って適宜選択することができる。例えば、加熱光Rの線幅は、熱処理面12aを急速加熱できる場合には小さく設定し、急速加熱が困難な場合には大きく設定することができる。
Note that the line width of the heating light R formed on the
同様に、基板12の移動速度は、基板12に要求される熱処理速度や加熱温度に従って適宜選択することができる。例えば、基板12の移動速度は、熱処理面12aを急速に加熱することが困難な場合には低速に設定し、急速加熱が可能な場合には高速に設定することができる。なお、基板12の移動速度は、半導体ウェーハ、液晶用基板、太陽電池用基板の各基板12に対して、3〜30cm/秒の範囲で設定することが好ましい。
Similarly, the moving speed of the
シリンドリカルレンズ44a〜44c、44、54a〜54cは、石英管14の外壁面15に装着する構成としたが、石英管14の内壁面に装着してもよく、また、石英管14に一体形成してもよい。また、シリンドリカルレンズ44a〜44c、44、54a〜54cは、外壁面15及び内壁面の両側に設けることも可能である。さらに、シリンドリカルレンズ44a〜44c、44、54a〜54cは、断面形状が平凸レンズ形状であるものとして説明したが、断面形状を両凸レンズ形状とすることも可能である。
The
また、シリンドリカルレンズ44a〜44c、44、54a〜54cは、石英管14と別体で構成する場合、耐熱性の接着剤を用いて石英管14に接着するようにしてもよい。また、シリンドリカルレンズ44a〜44c、44、54a〜54cは、断面形状を平凸レンズ形状とした場合、空気層を介さず、シリンドリカルレンズ44a〜44c、44、54a〜54cの平面側を外壁面15に密着させるだけで、石英管14との結合状態を実現することが可能である。さらに、シリンドリカルレンズ44a〜44c、44、54a〜54cは、石英管14を加工することにより、石英管14と一体形成してもよい。
Further, when the
さらに、図11Aに示す変形例では、シリンドリカルレンズ54a〜54cの焦点位置f1〜f3を矢印Z方向に異ならせることで、基板12の上下方向の変動による加熱むらを抑制するようにしている。一方、シリンドリカルレンズ44a〜44c又は44は、基板12の熱処理面12aを十分に加熱できる集光倍率の許容範囲内において、の焦点深度を深く設定することにより、シリンドリカルレンズ54a〜54cのように、複数の焦点位置f1〜f3を設定することなく、基板12の上下方向の変動による熱処理面12aの加熱むらを抑制することができる。
Furthermore, in the modification shown in FIG. 11A, the focal positions f1 to f3 of the cylindrical lenses 54a to 54c are made different in the arrow Z direction, so that uneven heating due to fluctuations in the vertical direction of the
熱処理面12aの加熱温度は、加熱処理プロファイル記憶部52に記憶されている加熱プロファイルに従い、第1ランプヒータ36a〜36d、第2ランプヒータ38a、38b及び第3ランプヒータ40a〜40dに供給する電流及び基板12の移動速度を制御するものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、シリンドリカルレンズ44a〜44c、44、54a〜54cは、熱処理面12aの必要な加熱温度に応じて倍率の異なるものに交換するようにしてもよい。
The heating temperature of the
なお、第1領域22及び第3領域26において、基板12を加熱するために使用する加熱手段としては、第1ランプヒータ36a〜36d及び第3ランプヒータ40a〜40dに代えて、例えば、電気抵抗ヒータ等を使用することもできる。
In the first region 22 and the third region 26, the heating means used for heating the
[第2実施形態]
図12は、第2実施形態の縦型の基板熱処理装置60の縦断面図である。基板熱処理装置60では、半導体ウェーハ、液晶用基板又は太陽電池用基板である基板12に対する熱処理を行うことができる。[Second Embodiment]
FIG. 12 is a longitudinal sectional view of the vertical substrate
基板熱処理装置60は、2枚の基板12を同時に加熱するための加熱空間を形成する石英管62を直立状態に配置して構成される。石英管62は、上端部が閉塞されており、2枚の基板12を直立状態で収容する扁平炉を形成する。2枚の基板12は、熱処理面12aを対向する石英管62側に向け、基板ホルダ64にクランプされた状態で固定され、底板66を介してリフタ68により矢印Z方向に昇降可能に配置される。なお、石英管62内には、雰囲気ガス又はパージガスを供給するためのガス吹出器70が配置される。
The substrate
石英管62の外壁部には、下方から、第1領域72を加熱する第1ランプヒータ74a、74b、第2領域76を加熱する第2ランプヒータ78a、78b、及び、補助領域80を加熱する補助ランプヒータ82a、82bが配置される。石英管62の外壁面63a、63bには、各第2ランプヒータ78a、78bに対向して、シリンドリカルレンズ84a〜84c及び86a〜86cが装着される。シリンドリカルレンズ84a〜84c及び86a〜86cは、第2ランプヒータ78a、78bから射出された加熱光Rを矢印Z方向に集光する特性を有する。シリンドリカルレンズ84a〜84c及び86a〜86cは、基板12の熱処理面12aと平行な方向であって、基板12の移動方向(矢印Z方向)と直交する方向に延在する。
The
なお、基板熱処理装置60では、第1領域72は、第1実施形態の基板熱処理装置10の第1領域22及び第3領域26に対応し、第2領域76は、第1実施形態の基板熱処理装置10の第2領域24に対応する。補助領域80は、第2領域76に搬送された基板12の上端側の温度を所定の加熱温度に維持するための領域であり、温度条件によっては、省略することも可能である。
In the substrate
基板ホルダ64に固定された2枚の基板12は、鉛直方向下端側の第1領域72に搬入され、第1領域72において、第1ランプヒータ74a、74bから射出される加熱光Rにより予備加熱される。次いで、基板12は、鉛直方向上端側の第2領域76に移動する。第2領域76では、第2ランプヒータ78a、78bから射出された加熱光Rがシリンドリカルレンズ84a〜84c及び86a〜86cによって集光され、各基板12に照射される。これにより、2枚の基板12の熱処理面12aは、第1領域72よりも高い所望の加熱温度で同時に加熱処理される。なお、加熱処理が行われる間、補助ランプヒータ82a、82bは、上部の補助領域80の温度を所定温度に保持している。第2領域76における加熱処理が終了すると、基板12は、再び第1領域72に下降して加熱された後、外部に搬出されることで、加熱処理が終了する。
The two
以上のように、基板熱処理装置60は、基板12を上下に往復動作させて加熱処理を行うため、上部の補助領域80を必要最小限の範囲として、高さ方向に対する装置の小型化を達成することができる。しかも、基板12の移動距離が短縮される分、加熱処理に要する処理時間も短縮される。さらに、基板熱処理装置60が縦型であるため、占有床面積が少なくなる利点がある。
As described above, since the substrate
なお、第2実施形態の基板熱処理装置60は、第1実施形態の基板熱処理装置10と同様に、種々の変形が可能である。
Note that the substrate
例えば、第1ランプヒータ74a、74b、第2ランプヒータ78a、78b及び補助ランプヒータ82a、82bは、基板12の位置に応じて供給する電流を制御することにより、基板12を必要最小限の電流で効率的に加熱処理することができる。
For example, the
また、第2ランプヒータ78a、78bから射出される加熱光Rを集光するシリンドリカルレンズ84a〜84c及び86a〜86cは、図11Aに示すシリンドリカルレンズ54a〜54cと同様に、各焦点位置を異ならせることで、基板12の移動時の位置変動による熱処理面12aの加熱むらを抑制することができる。
Further, the cylindrical lenses 84a to 84c and 86a to 86c for condensing the heating light R emitted from the
また、シリンドリカルレンズ84a〜84c及び86a〜86cの枚数は、基板12に照射される加熱光Rの必要な線幅や、基板12の必要な移動速度に応じて、適宜、変更することができる。なお、基板12の移動速度は、半導体ウェーハ、液晶用基板、太陽電池用基板の各基板12に対して、3〜30cm/秒の範囲で設定することが好ましい。
Further, the number of the cylindrical lenses 84a to 84c and 86a to 86c can be appropriately changed according to the required line width of the heating light R applied to the
さらに、シリンドリカルレンズ84a〜84c及び86a〜86cは、石英管62の内壁面に装着し、又は、外壁面63a、63b及び内壁面の両方に装着し、若しくは、石英管62と一体に形成してもよい。シリンドリカルレンズ84a〜84c及び86a〜86cの形状は、第1実施形態の場合と同様に、断面形状が平凸レンズ形状であってもよく、両凸レンズ形状であってもよい。
Further, the cylindrical lenses 84 a to 84 c and 86 a to 86 c are attached to the inner wall surface of the
さらにまた、第1領域72及び補助領域80における基板12を加熱するための加熱手段としては、第1ランプヒータ74a、74b及び補助ランプヒータ82a、82bに代えて、例えば、電気抵抗ヒータ等を使用することもできる。
Furthermore, as a heating means for heating the
[第3実施形態]
図13は、第3実施形態の横型の基板熱処理装置200の縦断面図である。基板熱処理装置200では、半導体ウェーハ、液晶用基板又は太陽電池用基板である基板12に対する熱処理を行うことができる。[Third Embodiment]
FIG. 13 is a longitudinal sectional view of a horizontal substrate
基板熱処理装置200は、熱処理面12aを鉛直下方向に向けた状態で基板12を矢印X方向に水平移動させ、基板12の熱処理面12aを鉛直下方向から加熱処理する装置である。基板熱処理装置200は、石英管214と、石英管214の両端部に配置されるゲート216a、216bとを備える。基板12は、ロッド218の端部に固定された基板ホルダ220によって熱処理面12aの周囲が保持され、石英管214内を矢印X方向に移動する。
The substrate
石英管214には、基板12を予備加熱温度(第1温度)に加熱する第1領域222、熱処理面12aをアニール温度(第2温度)に加熱する第2領域224、及び、基板12を補助加熱温度(第3温度)に加熱する第3領域226が形成される。第1領域222、第2領域224及び第3領域226の熱処理面12aの温度は、温度検出器228、230及び234により検出される。また、石英管214の内部には、雰囲気ガス又はパージガスを供給するガス吹出器234が配置される。第1領域222、第2領域224及び第3領域226における石英管14の上下の外壁部近傍には、第1ランプヒータ236a、236b(第1加熱手段)、第2ランプヒータ238a、238b(第2加熱手段)及び第3ランプヒータ240a、240b(第3加熱手段)が配置される。
In the
第2領域224における石英管214の内壁面215には、基板12の下部に配設され、熱処理面12aを鉛直下方向から加熱する複数のシリンドリカルレンズ244a〜244c(集光レンズ)が配設される。シリンドリカルレンズ244a〜244cは、基板12の熱処理面12aに平行で、矢印X方向と直交する水平方向に延在する。シリンドリカルレンズ244a〜244cは、延在する方向と直交する方向にのみ集光特性を有し、熱処理面12aに対して加熱光Rを基板12の移動方向(矢印X方向)と直交する方向に照射する。
On the
以上のように構成される基板熱処理装置200において、基板12は、石英管214のゲート216aを介して第1領域222に搬入される。第1領域222に搬入された基板12は、第1ランプヒータ236a、236bによって予備加熱温度まで加熱される。次いで、基板12は、第2領域224に移動し、基板12の上面側が第2ランプヒータ238aによって加熱される。また、第2領域224では、矢印X方向に移動する基板12の熱処理面12aが、シリンドリカルレンズ244a〜244cによって集光された第2ランプヒータ238bからの加熱光Rにより、鉛直下方向からアニール温度まで加熱される。
In the substrate
この場合、石英管214内の加熱光Rによって加熱された石英管214内の雰囲気は、膨張するために上昇しようとする。しかしながら、加熱された雰囲気は、基板12により遮られて上方向に逃げないため、下面の熱処理面12aに滞留する。従って、加熱された雰囲気が上昇することによる熱の拡散は、基板12によって抑制され、熱処理面12aは、加熱光Rにより効率的に加熱される。また、加熱された雰囲気は、熱処理面12aに滞留するため、熱処理面12aに沿って大きな温度勾配が発生することはない。この結果、熱処理面12aは、少ない加熱エネルギで所望のアニール温度まで短時間且つ均一に表皮加熱される。
In this case, the atmosphere in the
第2領域224において、熱処理面12aの全面が所望のアニール温度まで加熱された基板12は、第3領域226に移動する。次いで、基板12は、第2領域224で補助加熱温度まで加熱された後、ゲート216bを介して次の処理工程に搬出される。なお、基板12の移動速度は、半導体ウェーハ、液晶用基板、太陽電池用基板の各基板12に対して、3〜30cm/秒の範囲で設定することが好ましい。
In the second region 224, the
[第4実施形態]
図14Aは、第4実施形態の横型の基板熱処理装置250の縦断面である。基板熱処理装置250では、半導体ウェーハ、液晶用基板又は太陽電池用基板である基板12に対する熱処理を行うことができる。[Fourth Embodiment]
FIG. 14A is a longitudinal section of a horizontal substrate
基板熱処理装置250は、基板12を鉛直状態に支持し、石英管252内を水平方向に移動させ、加熱処理面12aを水平方向から加熱処理する装置である。石英管252内の上部には、雰囲気ガス又はパージガスを供給するためのガス吹出器253が配設される。基板12の搬入側から搬出側に至る第1領域、第2領域及び第3領域における石英管252の両側部には、第1ランプヒータ254a、254b(第1加熱手段)、第2ランプヒータ256a、256b(第2加熱手段)及び第3ランプヒータ258a、258b(第3加熱手段)が順次配設される。第2領域における第2ランプヒータ256bと石英管252との間には、基板12の移動方向に、熱処理面12aを水平方向から加熱する3本のシリンドリカルレンズ260a〜260cが配設される。シリンドリカルレンズ260a〜260cは、石英管252の外壁面252aに鉛直方向に延在して装着される。シリンドリカルレンズ260a〜260cは、延在する方向と直交する方向にのみ集光特性を有し、熱処理面12aに対して加熱光Rを基板12の移動方向と直交する方向に照射する。
The substrate
以上のように構成される基板熱処理装置250において、基板12は、鉛直状態で石英管252内に搬入され、第1ランプヒータ254a、254bから射出された加熱光Rにより、第1温度である予備加熱温度に加熱される。次いで、基板12は、第2ランプヒータ256a、256b間に移動し、第2ランプヒータ256a、256bから射出された加熱光Rにより、水平方向から加熱される。第2ランプヒータ256bから射出された加熱光Rは、シリンドリカルレンズ260a〜260cによって集光され、基板12の熱処理面12aを予備加熱温度よりも高い第2温度であるアニール温度に加熱する。熱処理面12aがアニール温度に加熱された基板12は、第3ランプヒータ258a、258b間に移動し、第3ランプヒータ258a、258bから射出された加熱光Rにより、第3温度である補助加熱温度に加熱された後、石英管252から搬出される。
In the substrate
基板熱処理装置250は、基板12を直立状態に支持して石英管252内を水平方向に移動させ、熱処理面12aを水平方向から加熱することにより、熱処理面12aを効率的に加熱処理することができる。すなわち、加熱光Rにより加熱された雰囲気は、熱処理面12aに沿って上昇するため、加熱された雰囲気が熱処理面12aから拡散せず、従って、熱処理面12aが効率的に表皮加熱される。また、基板熱処理装置250は、基板12を直立状態で搬送しているため、基板12が自重で撓むことがなく、熱処理面12aを均一に加熱できるとともに、基板12の寸法に応じて占有床面積が増大するおそれもない。なお、基板12の移動速度は、半導体ウェーハ、液晶用基板、太陽電池用基板の各基板12に対して、3〜30cm/秒の範囲で設定することが好ましい。
The substrate
[第5実施形態]
図14Bは、第5実施形態の横型の基板熱処理装置270の縦断面である。基板熱処理装置270では、半導体ウェーハ、液晶用基板又は太陽電池用基板である基板12に対する熱処理を行うことができる。[Fifth Embodiment]
FIG. 14B is a longitudinal section of a horizontal substrate
基板熱処理装置270は、第4実施形態の基板熱処理装置250を、鉛直方向(矢印Z方向)に対して、基板12の熱処理面12a側に角度θだけ傾斜して構成した装置である。従って、シリンドリカルレンズ260a〜260cは、基板12の下部に傾斜して配設され、熱処理面12aを斜め下方向から加熱する。なお、基板熱処理装置250と同一の構成要件に同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
The substrate
基板熱処理装置270では、基板12は、熱処理面12a側に角度θだけ傾斜した状態で水平方向に移動し、傾斜された状態で、第1ランプヒータ254a、254b、第2ランプヒータ256a、256b及び第3ランプヒータ258a、258bにより加熱処理される。この場合、加熱光Rにより加熱された雰囲気は、鉛直方向に対して下方向に傾斜した基板12の熱処理面12aに沿って上昇する。また、基板12は、熱処理面12a側に角度θだけ傾斜して配設されているため、熱処理面12aに沿って上昇する雰囲気は、第4実施形態における直立状態に配設された基板12の場合よりも熱処理面12aに滞留する時間が長く、また、拡散も抑えられる。従って、熱処理面12aは、加熱光Rによりさらに効率的に表皮加熱される。なお、基板12の移動速度は、半導体ウェーハ、液晶用基板、太陽電池用基板の各基板12に対して、3〜30cm/秒の範囲で設定することが好ましい。
In the substrate
[第6実施形態]
図15は、第6実施形態の縦型の基板熱処理装置100の半導体ウェーハの面に平行な縦断面図である。図16Aは、第6実施形態の縦型の基板熱処理装置100の半導体ウェーハ105の面に直交する縦断面図であり、図16Bは、第6実施形態の縦型の基板熱処理装置100の第1領域120、第2領域130及び第3領域140における炉内温度の説明図である。[Sixth Embodiment]
FIG. 15 is a longitudinal sectional view parallel to the surface of the semiconductor wafer of the vertical substrate
図15及び図16A、図16Bにおいて、参照符号101は、第6実施態様である扁平炉、参照符号102は、耐火・断熱材よりなる炉体、参照符号103は、電源に接続された電気抵抗ヒータ又はランプヒータ、参照符号104は、石英管、参照符号113、115は、電源に接続されたランプヒータ、参照符号120は、第1領域、参照符号130は、第2領域、参照符号140は、第3領域である。半導体ウェーハ105の寸法は、特に限定されないが、現在では12〜18インチが多く使用されている。図15は、扁平炉を半導体ウェーハ105の表面(デバイスを形成する主たる面)に沿って切断した断面図であり、図16Aは、これと直交する断面図であり、炉の幅に関して後者が前者より小さくなっており、半導体ウェーハ105の面にヒータをできるだけ接近させて、半導体ウェーハ105を均一に加熱する。
15, 16 </ b> A, and 16 </ b> B,
半導体ウェーハ105は、第2領域130を静止することなく通過するので、半導体ウェーハ105の円周端縁を加熱する必要がない。図15においては、扁平炉の幅が狭い側にはランプヒータは配置されていない。一方、第1領域120及び第3領域140には、半導体ウェーハ105が静止するので、均一な加熱状態を確保するために、炉の全面にヒータ103、115が配置されている。
Since the
炉内には、ガス吹出器123から雰囲気ガスあるいはパージガスが供給されており、アニールにより半導体ウェーハ105の表面から発生したガスなどは、底部から炉外に放出される。このガスの流量は、温度分布に影響を与えない程度の少量となっている。
An atmosphere gas or a purge gas is supplied from the
図16Bは、予備加熱が完了した直後の炉内に作られる温度分布を示す。第1領域120の温度分布は、20Tで表示されており、第1温度に相当する。また、アニールされた半導体ウェーハ105は、予備加熱する必要がないので、ランプヒータ115を遮断すると、第1領域120の温度分布は、20T′のように、炉の挿入側に向かって降下し、半導体ウェーハ105を急速に冷やすことができる。
FIG. 16B shows the temperature distribution created in the furnace immediately after the preheating is completed. The temperature distribution of the first region 120 is indicated by 20T and corresponds to the first temperature. In addition, since the annealed
第6実施形態の最も特徴的な点は、半導体ウェーハ105が移動中の第2領域130に作られる温度分布30Tであり、この温度分布30Tのピーク温度30Pが結晶欠陥改善温度である850〜1100℃、又は、絶縁膜改質温度である500〜750℃の範囲内に入り、且つ、温度分布20T及び40Tと連続的に繋がっている。かかるプロファイルをもつ温度分布30Tを作り出すためには、ピーク温度30P近傍のランプヒータ113の配置密度を高くするか、及び/又は、電力を大きくするなどの方法が可能である。
The most characteristic point of the sixth embodiment is a
半導体ウェーハ105は、U字状支え106から内向きに突出した複数の爪107と、上部固定板108とからなる治具により端縁が保持されており、底板119を摺動自在に貫通するリフタ117により炉内を移動する。これらの部材106、107、108、117からなる半導体ウェーハ105の支持治具は、できるだけ熱容量が小さくなるように、薄くかつ熱伝導性がよい材料から作られている。また、半導体ウェーハ105は、第1領域120において、好ましくは均一に加熱されるため、第2領域130でのアニール中に半導体ウェーハ105と治具の接触部における熱移動はほとんどない。
The edge of the
ところで、第2領域130を移動中の半導体ウェーハ105が瞬間的に停止した状態を想定すると、1枚の半導体ウェーハ105の温度分布は、温度分布30Tと同じようなプロファイルで、温度分布30Tより若干低い温度になっていると考えられる。従って、第2領域130を通過中の半導体ウェーハ105は、順次ピーク温度30Pより僅かに低い温度でアニールされる。すなわち、アニール時間は、ピーク温度30Pを通過する時間となる。半導体ウェーハ105の上述の移動速度は、アニール時間を決定し、約0.1秒以上と考えられる。
温度分布30T′は、第2領域30のランプヒータ113に電源からの電流を投入しない場合の温度分布である。By the way, assuming that the
The
図17は、第6実施形態の縦型の基板熱処理装置100で使用されるランプヒータ113、115の拡大断面図である。参照符号131は、ハロゲンガス封入部、参照符号132は、タングステンヒータ、参照符号133は、石英板、参照符号134は、金反射膜、参照符号135は、ソケットである。
FIG. 17 is an enlarged cross-sectional view of the
図18A及び図18Bは、第6実施形態の縦型の基板熱処理装置100における半導体ウェーハ105の前進時及び後退時のヒータの動作説明図である。
18A and 18B are explanatory diagrams of the operation of the heater when the
図18A及び図18Bは、第6実施形態の基板熱処理装置100において、半導体ウェーハ105が第1領域120、第2領域130又は第3領域140の何れに位置しているかにより、各領域のヒータを加熱状態とするか、又は非加熱状態とするかを示す。
FIG. 18A and FIG. 18B show that in the substrate
また、図15及び図16Aに示すように、半導体ウェーハ105が炉内を前進・後退するように構成した場合は、後退段階では、すべてのヒータの電源との接続を遮断し、半導体ウェーハ105を単に炉外に取り出すこともできる。サーマルバジェットに余がある場合は、後退段階で追加の高温加熱を施すこともできる。
Further, as shown in FIGS. 15 and 16A, when the
図18Bにおいて、前進の場合と異なっている処理は、次のとおりである。第1に、第1領域120での加熱を行うことにより、半導体ウェーハ105を高温熱処理温度と炉外温度の中間温度に保持することができる。また、半導体ウェーハ105は、温度の保持を行なわず、そのまま取り出すこともできる。半導体ウェーハ105が第3領域140に配置されるときに、第1領域120を700〜850℃に加熱すると、半導体ウェーハ105は、前進段階と同じ結晶欠陥改善処理が2回同じ炉で行なわれる。次に、半導体ウェーハ105は、半導体ウェーハ105が配置されない第3領域140では、加熱の必要がないが、次の半導体ウェーハ105を処理する予定がある場合は、生産性を高めるために加熱を行うことが好ましい。
In FIG. 18B, the processing different from the case of forward movement is as follows. First, by heating in the first region 120, the
以上、縦型炉において1枚の半導体ウェーハ105を両面加熱する第6実施態様を説明したが、次のように変更できることは明らかである。
(A) 縦型炉は、図16Aの片側のランプヒータ113を取り除き、半導体デバイスが形成される片面だけを加熱する構成とする。
(B) 縦型炉は、2枚の半導体ウェーハ105の裏面が相対するように配置する。
(C) 縦型炉は、横型炉に代替する。
(D) 横型炉において、第1領域120は入口側とし、第3領域140は出口側とする。Although the sixth embodiment in which one
(A) The vertical furnace is configured such that the
(B) The vertical furnace is arranged so that the back surfaces of the two
(C) The vertical furnace will replace the horizontal furnace.
(D) In the horizontal furnace, the first region 120 is on the inlet side, and the third region 140 is on the outlet side.
本発明は、現在採用されているホットプレートを使用するFLAの代わりに使用して、半導体ウェーハの熱処理に寄与することができる。 The present invention can be used in place of FLA using a hot plate currently employed and contribute to heat treatment of a semiconductor wafer.
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, It is possible to change in the range which does not deviate from the main point of this invention.
10、60、100、200、250、270…基板熱処理装置
12…基板
12a…熱処理面
14、62、104、214、252…石英管
15、63a、63b…外壁面
16a、16b、216a、216b…ゲート
18、218…ロッド
20、64…基板ホルダ
22、72、120、222…第1領域
24、76、130、224…第2領域
26、140、226…第3領域
28、30、32、228、230、232…温度検出器
34、70、123、234、253…ガス吹出器
36a〜36d、74a、74b、236a、236b、254a、254b…第1ランプヒータ
38a、38b、78a、78b、238a、238b、256a、256b…第2ランプヒータ
40a〜40d、240a、240b、258a、258b…第3ランプヒータ
42…ハロゲンランプ
44、44a〜44c、54a〜54c、84a〜84c及び86a〜86c、244a〜244c、260a〜260c…シリンドリカルレンズ
46…制御部
48…基板移動部
50…位置検出部
52…加熱処理プロファイル記憶部
66…底板
68、117…リフタ
80…補助領域
82a、82b…補助ランプヒータ
101…扁平炉
102…炉体
103…電気抵抗ヒータ又はランプヒータ
105…半導体ウェーハ
106…U字状支え
107…爪
108…上部固定板
113、115…ランプヒータ
119…底板
131…ハロゲンガス封入部
132…タングステンヒータ
133…石英板
134…金反射膜
135…ソケット
R…加熱光
r…放射光10, 60, 100, 200, 250, 270 ... substrate
Claims (23)
前記第1温度に加熱された前記基板を第2温度に加熱する第2領域と、
前記第2温度に加熱された前記基板を第3温度に加熱する第3領域と、
前記第1領域の前記基板を加熱するための第1加熱手段と、
前記第2領域の前記基板を加熱するための加熱光を射出するランプヒータである第2加熱手段と、
前記第3領域の前記基板を加熱するための第3加熱手段と、
前記基板を前記第1領域から前記第2領域を介して前記第3領域に移動させる移動部と、
前記第2加熱手段と前記第2領域の前記基板との間に配置され、前記基板の面に平行で前記基板の移動方向と直交する方向に延在し、前記基板に対して前記加熱光を前記移動方向と直交する方向に照射し、前記基板を表皮加熱する集光レンズと、
前記第1加熱手段、前記第2加熱手段及び前記第3加熱手段に供給する電流と、前記移動部による前記基板の移動速度とを含む加熱処理プロファイルを記憶する加熱処理プロファイル記憶部と、
前記加熱処理プロファイルに従い、前記第1加熱手段、前記第2加熱手段及び前記第3加熱手段を制御するとともに、前記基板を移動制御する制御部と、
を備えることを特徴とする基板熱処理装置。A first region for heating a substrate which is a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate or a solar cell substrate to a first temperature;
A second region for heating the substrate heated to the first temperature to a second temperature;
A third region for heating the substrate heated to the second temperature to a third temperature;
First heating means for heating the substrate in the first region;
Second heating means that is a lamp heater that emits heating light for heating the substrate in the second region;
A third heating means for heating the substrate in the third region;
A moving unit for moving the substrate from the first region to the third region via the second region;
The heating device is disposed between the second heating means and the substrate in the second region, extends in a direction parallel to the surface of the substrate and perpendicular to the moving direction of the substrate, and emits the heating light to the substrate. A condenser lens that irradiates the substrate in a direction orthogonal to the moving direction and heats the substrate;
A heat treatment profile storage unit for storing a heat treatment profile including a current supplied to the first heating unit, the second heating unit, and the third heating unit, and a moving speed of the substrate by the moving unit;
In accordance with the heat treatment profile, the first heating unit, the second heating unit, and the third heating unit are controlled, and a controller that controls the movement of the substrate;
A substrate heat treatment apparatus comprising:
前記基板が前記半導体ウェーハである場合、イオン注入処理された前記半導体ウェーハの結晶欠陥を改善するため、前記第1温度は、300〜450℃の範囲に設定され、前記第2温度は、800〜1100℃の範囲に設定され、前記第3温度は、200〜400℃の範囲に設定されることを特徴とする基板熱処理装置。The substrate heat treatment apparatus according to claim 1,
When the substrate is the semiconductor wafer, the first temperature is set in a range of 300 to 450 ° C. and the second temperature is set to 800 to improve crystal defects of the semiconductor wafer subjected to ion implantation. The substrate heat treatment apparatus is set to a range of 1100 ° C., and the third temperature is set to a range of 200 to 400 ° C.
前記基板が前記半導体ウェーハである場合、CVD処理、スパッタ処理又は蒸着処理のいずれかにより前記半導体ウェーハ上に生成された膜の膜質欠陥を改善するため、前記第1温度は、200〜450℃の範囲に設定され、前記第2温度は、300〜900℃の範囲に設定され、前記第3温度は、200〜400℃の範囲に設定されることを特徴とする基板熱処理装置。The substrate heat treatment apparatus according to claim 1,
When the substrate is the semiconductor wafer, the first temperature is 200 to 450 ° C. in order to improve the film quality defect of the film generated on the semiconductor wafer by any one of a CVD process, a sputtering process, and a vapor deposition process. The substrate heat treatment apparatus is set to a range, the second temperature is set to a range of 300 to 900 ° C, and the third temperature is set to a range of 200 to 400 ° C.
前記基板が前記液晶用基板である場合、アモルファスシリコン層をポリシリコン層に変えるため、前記第1温度は、300〜450℃の範囲に設定され、前記第2温度は、550〜1100℃の範囲に設定され、前記第3温度は、200〜400℃の範囲に設定されることを特徴とする基板熱処理装置。The substrate heat treatment apparatus according to claim 1,
When the substrate is the liquid crystal substrate, the first temperature is set in the range of 300 to 450 ° C. and the second temperature is in the range of 550 to 1100 ° C. in order to change the amorphous silicon layer to the polysilicon layer. And the third temperature is set in a range of 200 to 400 ° C.
一端側の前記第1領域に前記基板を搬入し、前記第2領域を介して他端側の前記第3領域から前記基板を水平方向に搬出する横型の加熱炉からなることを特徴とする基板熱処理装置。In the substrate heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The substrate comprises a horizontal heating furnace that carries the substrate into the first region on one end side, and horizontally unloads the substrate from the third region on the other end side through the second region. Heat treatment equipment.
前記集光レンズは、前記基板の下部に配設され、熱処理面を下にして前記第2領域を移動する前記基板を、前記集光レンズで集光された前記加熱光により、鉛直下方向から表皮加熱することを特徴とする基板熱処理装置。The substrate heat treatment apparatus according to claim 5,
The condensing lens is disposed below the substrate, and the substrate moving in the second region with the heat treatment surface down is moved vertically from the downward direction by the heating light condensed by the condensing lens. A substrate heat treatment apparatus characterized by heating the skin.
前記集光レンズは、鉛直状態に配設され、前記基板の熱処理面を前記集光レンズで集光された前記加熱光により、水平方向から表皮加熱することを特徴とする基板熱処理装置。The substrate heat treatment apparatus according to claim 5,
The condensing lens is arranged in a vertical state, and heat-treats the substrate from the horizontal direction with the heating light condensed by the condensing lens on the heat treatment surface of the substrate.
前記集光レンズは、前記基板の下部に傾斜して配設され、熱処理面を斜め下にして前記第2領域を移動する前記基板を、前記集光レンズで集光された前記加熱光により、斜め下方向から表皮加熱することを特徴とする基板熱処理装置。The substrate heat treatment apparatus according to claim 5,
The condenser lens is disposed at a lower portion of the substrate, and the substrate moving in the second region with the heat treatment surface obliquely downward is moved by the heating light collected by the condenser lens. A substrate heat treatment apparatus that heats the skin from an obliquely downward direction.
鉛直方向下端側の前記第1領域に前記基板を搬入し、鉛直方向上端側の前記第2領域を介して、前記第1領域と共通である鉛直方向下端側の前記第3領域から前記基板を搬出する縦型の加熱炉からなることを特徴とする基板熱処理装置。In the substrate heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The substrate is carried into the first region on the lower end side in the vertical direction, and the substrate is taken from the third region on the lower end side in the vertical direction, which is common to the first region, through the second region on the upper end side in the vertical direction. A substrate heat treatment apparatus comprising a vertical heating furnace to be carried out.
前記基板を前記第1領域から第2領域に搬入し、加熱処理プロファイルに基づく移動速度で前記基板を移動させるとともに、加熱処理プロファイルに基づく電流をランプヒータである第2加熱手段に供給し、前記第2加熱手段から射出される加熱光を、前記基板の面に平行で前記基板の移動方向と直交する方向に延在する集光レンズを介し、前記基板に対して前記基板の移動方向と直交する方向に照射し、前記基板を前記第2温度に表皮加熱するステップと、
前記基板を前記第2領域から第3領域に搬入し、加熱処理プロファイルに基づく電流を第3加熱手段に供給し、前記基板を第3温度に加熱するステップと、
を備え、前記加熱処理プロファイルは、前記第1加熱手段、前記第2加熱手段及び前記第3加熱手段に供給する電流と、前記基板の移動速度とを含むことを特徴とする基板熱処理方法。Carrying a substrate which is a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate or a solar cell substrate into the first region, supplying a current based on the heat treatment profile to the first heating means, and heating the substrate to a first temperature;
The substrate is carried from the first region to the second region, the substrate is moved at a moving speed based on the heat treatment profile, and an electric current based on the heat treatment profile is supplied to the second heating means that is a lamp heater, The heating light emitted from the second heating means is orthogonal to the movement direction of the substrate with respect to the substrate through a condensing lens extending in a direction parallel to the surface of the substrate and perpendicular to the movement direction of the substrate. Irradiating in a direction to perform, and heating the substrate to the second temperature,
Carrying the substrate from the second region to the third region, supplying a current based on a heat treatment profile to a third heating means, and heating the substrate to a third temperature;
And the heat treatment profile includes a current supplied to the first heating means, the second heating means, and the third heating means, and a moving speed of the substrate.
前記基板が前記半導体ウェーハである場合、イオン注入処理された前記半導体ウェーハの結晶欠陥を改善するため、前記第1温度は、300〜450℃の範囲に設定され、前記第2温度は、800〜1100℃の範囲に設定され、前記第3温度は、200〜400℃の範囲に設定されることを特徴とする基板熱処理方法。The substrate heat treatment method according to claim 10,
When the substrate is the semiconductor wafer, the first temperature is set in a range of 300 to 450 ° C. and the second temperature is set to 800 to improve crystal defects of the semiconductor wafer subjected to ion implantation. A substrate heat treatment method, wherein the temperature is set in a range of 1100 ° C., and the third temperature is set in a range of 200 to 400 ° C.
前記基板が前記半導体ウェーハである場合、CVD処理、スパッタ処理又は蒸着処理のいずれかにより前記半導体ウェーハ上に生成された膜の膜質欠陥を改善するため、前記第1温度は、200〜450℃の範囲に設定され、前記第2温度は、300〜900℃の範囲に設定、前記第3温度は、200〜400℃の範囲に設定されることを特徴とする基板熱処理方法。The substrate heat treatment method according to claim 10,
When the substrate is the semiconductor wafer, the first temperature is 200 to 450 ° C. in order to improve the film quality defect of the film generated on the semiconductor wafer by any one of a CVD process, a sputtering process, and a vapor deposition process. A substrate heat treatment method characterized in that the second temperature is set in a range of 300 to 900 ° C., and the third temperature is set in a range of 200 to 400 ° C.
前記基板が前記液晶用基板である場合、アモルファスシリコン層をポリシリコン層に変換するため、前記第1温度は、300〜450℃の範囲に設定され、前記第2温度は、550〜1100℃の範囲に設定され、前記第3温度は、200〜400℃の範囲に設定されることを特徴とする基板熱処理方法。The substrate heat treatment method according to claim 10,
When the substrate is the liquid crystal substrate, the first temperature is set in a range of 300 to 450 ° C. and the second temperature is 550 to 1100 ° C. in order to convert an amorphous silicon layer into a polysilicon layer. The substrate heat treatment method is set to a range, and the third temperature is set to a range of 200 to 400 ° C.
前記基板は、一端側の前記第1領域に搬入され、前記第2領域を介して他端側の前記第3領域から水平方向に搬出されることを特徴とする基板熱処理方法。In the substrate heat processing method of any one of Claims 10-13,
The substrate heat treatment method, wherein the substrate is carried into the first region on one end side and unloaded from the third region on the other end side through the second region in the horizontal direction.
前記基板を、熱処理面を下にして前記第2領域で移動させ、前記基板の下部に配設した前記集光レンズで集光された前記加熱光により、前記熱処理面を鉛直下方向から表皮加熱することを特徴とする基板熱処理方法。The substrate heat treatment method according to claim 14,
The substrate is moved in the second region with the heat treatment surface down, and the heat treatment surface is heated from the vertically downward direction by the heating light condensed by the condenser lens disposed below the substrate. And a substrate heat treatment method.
前記基板を、熱処理面を鉛直状態として前記第2領域で移動させ、鉛直状態に配設した前記集光レンズで集光された前記加熱光により、前記熱処理面を水平方向から表皮加熱することを特徴とする基板熱処理方法。The substrate heat treatment method according to claim 14,
The substrate is moved in the second region with the heat treatment surface in a vertical state, and the heat treatment surface is heated from the horizontal direction by the heating light condensed by the condenser lens arranged in the vertical state. A substrate heat treatment method.
前記基板を、熱処理面を斜め下にして前記第2領域で移動させ、前記基板の下部に傾斜して配設した前記集光レンズで集光された前記加熱光により、前記熱処理面を斜め下方向から表皮加熱することを特徴とする基板熱処理方法。The substrate heat treatment method according to claim 14,
The substrate is moved in the second region with the heat treatment surface obliquely downward, and the heat treatment surface is obliquely lowered by the heating light condensed by the condenser lens arranged to be inclined below the substrate. A substrate heat treatment method comprising heating the skin from a direction.
前記基板は、鉛直方向下端側の前記第1領域に搬入され、鉛直方向上端側の前記第2領域を介して、前記第1領域と共通である鉛直方向下端側の前記第3領域から搬出されることを特徴とする基板熱処理方法。In the substrate heat processing method of any one of Claims 10-13,
The substrate is carried into the first region on the lower end side in the vertical direction, and is unloaded from the third region on the lower end side in the vertical direction, which is common to the first region, through the second region on the upper end side in the vertical direction. And a substrate heat treatment method.
200〜400℃の温度範囲内にてCVD、スパッタ又は蒸着により成膜された酸化膜、窒化膜、W膜の改質処理を前記結晶欠陥改善の熱処理に代えて行う方法であって、前記第2温度を500〜750℃、前記第3温度を200〜450℃にすることを特徴とする基板熱処理方法。The substrate heat treatment method according to claim 19,
A method of performing a modification treatment of an oxide film, a nitride film, and a W film formed by CVD, sputtering or vapor deposition in a temperature range of 200 to 400 ° C. in place of the heat treatment for crystal defect improvement, 2. A substrate heat treatment method, wherein the second temperature is 500 to 750 ° C. and the third temperature is 200 to 450 ° C.
前記加熱炉の長軸方向の断面視にて、前記半導体ウェーハの面と平行方向の炉内壁幅が、前記平行方向と直交する方向での炉内壁幅より大きいことを特徴とする基板熱処理方法。The substrate heat treatment method according to claim 19 or 20,
A substrate heat treatment method, wherein a furnace inner wall width in a direction parallel to the surface of the semiconductor wafer is larger than a furnace inner wall width in a direction orthogonal to the parallel direction in a cross-sectional view in the major axis direction of the heating furnace.
前記半導体ウェーハを前記第1領域及び前記第3領域に保持して、それぞれ前記第1温度及び前記第3温度に均熱することを特徴とする基板熱処理方法。The substrate heat treatment method according to any one of claims 19 to 21,
A substrate heat treatment method, wherein the semiconductor wafer is held in the first region and the third region and soaked to the first temperature and the third temperature, respectively.
前記半導体ウェーハを前記第3領域に保持して前記第3温度に均熱し、続いて、前記第2領域から前記第1領域に移動する直前に前記第1のランプヒータへの電流を遮断することを特徴とする基板熱処理方法。The substrate heat treatment method according to any one of claims 19 to 22,
Holding the semiconductor wafer in the third region and soaking it to the third temperature, and then interrupting the current to the first lamp heater immediately before moving from the second region to the first region; A substrate heat treatment method characterized by the above.
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