JP6791693B2 - 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 that heats a thin plate-shaped precision electronic substrate (hereinafter, simply referred to as “substrate”) such as a semiconductor wafer by irradiating the substrate with 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。 In the manufacturing process of semiconductor devices, flash lamp annealing (FLA), which heats a semiconductor wafer in an extremely short time, has attracted attention. Flash lamp annealing uses a xenon flash lamp (hereinafter, simply referred to as "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 exposed. This is a heat treatment technique 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 coincides with the basic absorption band of the silicon semiconductor wafer. Therefore, when the semiconductor wafer is irradiated with the flash light from the xenon flash lamp, the transmitted light is small and the temperature of the semiconductor wafer can be rapidly raised. It has also been found that if the flash light is irradiated for an extremely short time of several milliseconds or less, the temperature can be selectively raised only near the surface of the semiconductor wafer.
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 utilized for processes that require heating for a very short time, for example, activation of impurities injected into a semiconductor wafer. By irradiating the surface of a semiconductor wafer into which impurities have been implanted by the ion implantation method with flash light from a flash lamp, the surface of the semiconductor wafer can be raised to the activation temperature for a very short time, and the impurities are deeply diffused. Only impurity activation can be performed without causing it.
このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置として、例えば特許文献1には、半導体ウェハーの表面側にフラッシュランプを配置し、裏面側にハロゲンランプを配置し、それらの組み合わせによって所望の熱処理を行うものが開示されている。特許文献1に開示の熱処理装置においては、ハロゲンランプによって半導体ウェハーをある程度の温度まで予備加熱し、その後フラッシュランプからの閃光照射によって半導体ウェハーの表面を所望の処理温度にまで昇温している。
As a heat treatment apparatus using such a xenon flash lamp, for example, in
特許文献1に開示される熱処理装置においては、予備加熱源である複数の棒状のハロゲンランプを上下2段に格子状に配列して矩形の光源領域を形成している。このような予備加熱源によって半導体ウェハーの加熱を行うときに、半導体ウェハーの面内温度分布の均一性を向上させるのが困難であるという問題が生じていた。特に、矩形の光源領域の四隅に対向する半導体ウェハーの周縁部の温度を調整するのが困難であった。その理由は、例えば矩形の光源領域の四隅に対向する半導体ウェハーの周縁部に周囲よりも温度が高くなる部位(いわゆるホットスポット)が生じたときに、当該部位に対向する棒状のハロゲンランプの出力を低下させると、逆に半導体ウェハーの他の部位の温度が周囲よりも低下する(いわゆるコールドスポット)こととなるからである。
In the heat treatment apparatus disclosed in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の周縁部の温度を適正に調整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。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus capable of appropriately adjusting the temperature of the peripheral portion of a substrate.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、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、前記保持部に保持された基板の主面に対向する領域を含む矩形の光源領域に複数の棒状ランプを2段に格子状に配列した光照射部と、前記複数の棒状ランプに加えて設けられ、前記矩形の光源領域の四隅に配置した補助ランプと、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above 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、前記補助ランプはU字形状を有することを特徴とする。
Further, the invention of claim 2 is characterized in that, in the heat treatment apparatus according to the invention of
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、前記補助ランプの一部は前記保持部に保持された基板の端縁部に沿う形状とされていることを特徴とする。 Further, the invention of claim 3 is characterized in that, in the heat treatment apparatus according to the invention of claim 2, a part of the auxiliary lamp has a shape along the edge portion of the substrate held by the holding portion. To do.
また、請求項4の発明は、請求項1の発明に係る熱処理装置において、前記補助ランプは棒形状を有することを特徴とする。
Further, the invention of claim 4 is characterized in that, in the heat treatment apparatus according to the invention of
また、請求項5の発明は、請求項4の発明に係る熱処理装置において、前記補助ランプは、前記複数の棒状ランプと同じ長さを有するとともに、長手方向の中央よりも一方側に偏った位置にフィラメントを備えることを特徴とする。
Further, the invention of
また、請求項6の発明は、請求項1から請求項5のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記複数の棒状ランプは、長手方向の中央部分を挟んで両端にフィラメントを備えたランプを含むことを特徴とする。
The invention of claim 6 is the heat treatment apparatus according to any one of
請求項1から請求項6の発明によれば、複数の棒状ランプを2段に格子状に配列した矩形の光源領域の四隅に補助ランプを配置しているため、当該四隅に対向する基板の周縁部の温度を個別に調整して基板の周縁部の温度を適正に調整することができる。
According to the inventions of
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<第1実施形態>
図1は、本発明に係る熱処理装置1の構成を示す縦断面図である。本実施形態の熱処理装置1は、基板として円板形状の半導体ウェハーWに対してフラッシュ光照射を行うことによってその半導体ウェハーWを加熱するフラッシュランプアニール装置である。処理対象となる半導体ウェハーWのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ300mmやφ450mmである。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>
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of the
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 quartz chamber windows above and below the tubular
また、チャンバー側部61の内側の壁面の上部には反射リング68が装着され、下部には反射リング69が装着されている。反射リング68,69は、ともに円環状に形成されている。上側の反射リング68は、チャンバー側部61の上側から嵌め込むことによって装着される。一方、下側の反射リング69は、チャンバー側部61の下側から嵌め込んで図示省略のビスで留めることによって装着される。すなわち、反射リング68,69は、ともに着脱自在にチャンバー側部61に装着されるものである。チャンバー6の内側空間、すなわち上側チャンバー窓63、下側チャンバー窓64、チャンバー側部61および反射リング68,69によって囲まれる空間が熱処理空間65として規定される。
A
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。
By attaching the
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。
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、窒素(N2)等の不活性ガス、または、水素(H2)、アンモニア(NH3)等の反応性ガスを用いることができる(本実施形態では窒素)。
Further, 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。また、処理ガス供給源85および排気部190は、熱処理装置1に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置1が設置される工場のユーティリティであっても良い。
On the other hand, a
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。
Further, 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φ280mm)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。
Further, the semiconductor wafer W is supported by a plurality of substrate support pins 77 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120(図1参照)がサセプタ74に保持された半導体ウェハーWの下面から放射される放射光(赤外光)を受光するために設けられている。すなわち、放射温度計120が開口部78を介してサセプタ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光を受光し、別置のディテクタによってその半導体ウェハーWの温度が測定される。さらに、サセプタ74の保持プレート75には、後述する移載機構10のリフトピン12が半導体ウェハーWの受け渡しのために貫通する4個の貫通孔79が穿設されている。
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。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。
Further, 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。 Each of the plurality of flash lamps FL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape, and the longitudinal direction thereof 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.
キセノンフラッシュランプFLは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設された棒状のガラス管(放電管)と、該ガラス管の外周面上に付設されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプFLにおいては、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが0.1ミリセカンドないし100ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、ハロゲンランプHLの如き連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。すなわち、フラッシュランプFLは、1秒未満の極めて短い時間で瞬間的に発光するパルス発光ランプである。なお、フラッシュランプFLの発光時間は、フラッシュランプFLに電力供給を行うランプ電源のコイル定数によって調整することができる。 The xenon flash lamp FL is attached to a rod-shaped glass tube (discharge tube) in which xenon gas is sealed inside and an anode and a cathode connected to a condenser are arranged at both ends thereof, and on the outer peripheral surface of the glass tube. It is provided with a cathode electrode. Since xenon gas is electrically an insulator, electricity does not flow in the glass tube under normal conditions even if electric charges are accumulated in the condenser. However, when a high voltage is applied to the trigger electrode to break the insulation, the electricity stored in the capacitor instantly flows into the glass tube, and light is emitted by the excitation of xenone atoms or molecules at that time. In such a xenon flash lamp FL, the electrostatic energy stored in the capacitor in advance is converted into an extremely short optical pulse of 0.1 millisecond to 100 millisecond, so that the halogen lamp HL is continuously lit. It has the feature that it can irradiate extremely strong light compared to a light source. That is, the flash lamp FL is a pulsed lamp that emits light instantaneously in an extremely short time of less than 1 second. The light emission time of the flash lamp FL can be adjusted by the coil constant of the lamp power supply 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。
Further, the reflector 52 is provided above the plurality of flash lamps FL so as to cover all of them. The basic function of the reflector 52 is to reflect the flash light emitted from the plurality of flash lamps FL toward the
チャンバー6の下方に設けられたハロゲン加熱部4は、主たる光源として筐体41の内側に複数本(本実施形態では40本)のハロゲンランプHLを内蔵している。ハロゲン加熱部4は、複数のハロゲンランプHLによってチャンバー6の下方から下側チャンバー窓64を介して熱処理空間65への光照射を行って半導体ウェハーWを加熱する光照射部である。
The halogen heating unit 4 provided below the chamber 6 contains a plurality of halogen lamps HL (40 in this embodiment) inside the
図7は、ハロゲン加熱部4の主光源である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 a plurality of halogen lamps HL, which are the main light sources of the halogen heating unit 4. 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 lamp HL in the region facing the peripheral edge portion is higher than 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。複数本の棒状のハロゲンランプHLを上下2段に格子状に配列することによって、矩形の光源領域が形成される。 Further, the lamp group composed of the halogen lamp HL in the upper stage and the lamp group composed of the halogen lamp HL in the lower stage are arranged so as to intersect in a grid pattern. That is, a total of 40 halogen lamps HL are arranged so 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 orthogonal to each other. There is. A rectangular light source region is formed by arranging a plurality of rod-shaped halogen lamps HL in a grid pattern in two upper and lower stages.
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 incandescents the filament and emits light by energizing the filament arranged inside the glass tube. Inside the glass tube, a gas in which a small amount of a halogen element (iodine, bromine, etc.) is introduced into an inert gas such as nitrogen or argon is sealed. By introducing the halogen element, it becomes possible to set the temperature of the filament to a high temperature while suppressing the breakage of the filament. Therefore, the halogen lamp HL has a characteristic that it has a longer life and can continuously irradiate strong light as compared with a normal incandescent lamp. That is, the halogen lamp HL is a continuously lit lamp that continuously emits light for at least 1 second or longer. Further, since the halogen lamp HL is a rod-shaped lamp, it has a long life, and by arranging the halogen lamp HL along the horizontal direction, the radiation efficiency to the upper semiconductor wafer W becomes excellent.
40本のハロゲンランプHLには、フィラメントを2分割した特殊なランプが4本含まれている。このようなフィラメントを2分割したランプを特に区別する場合にはセグメントランプSHLと称する。もっとも、セグメントランプSHLの外観形状は他の通常の36本のハロゲンランプHLと同じ大きさおよび形状の棒状であり、ハロゲン元素を微量導入した不活性ガス中にフィラメントを配設したフィラメント方式の光源である点でもセグメントランプSHLは他のハロゲンランプHLと同じである。よって、セグメントランプSHLを特に区別する必要のない場合には、他の通常の36本のハロゲンランプHLと4本のセグメントランプSHLとを一括して単にハロゲンランプHLと総称する。 The 40 halogen lamps HL include four special lamps in which the filament is divided into two. When such a lamp in which the filament is divided into two is particularly distinguished, it is referred to as a segment lamp SHL. However, the appearance shape of the segment lamp SHL is a rod shape of the same size and shape as other ordinary 36 halogen lamps HL, and a filament type light source in which filaments are arranged in an inert gas into which a small amount of halogen element is introduced. In that respect, the segment lamp SHL is the same as other halogen lamps HL. Therefore, when it is not necessary to distinguish the segment lamp SHL, the other normal 36 halogen lamps HL and the four segment lamps SHL are collectively collectively referred to as a halogen lamp HL.
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。
A
また、本実施形態のハロゲン加熱部4には、主光源としての40本のハロゲンランプHLに加えて、補助光源としての補助ランプAHLが配設されている。図8は、補助ランプAHLの配置構成を示す図である。同図においては、図示の便宜上、通常の36本のハロゲンランプHLを点線にて示している。通常のハロゲンランプHLとは、分割されていない1本のフィラメントを棒状のガラス管の一端側から他端側にわたって配設したランプである。また、図8には、セグメントランプSHLを通常のハロゲンランプHLと区別して図示するとともに、保持部7に保持された半導体ウェハーWを投影して示している。
Further, in the halogen heating unit 4 of the present embodiment, in addition to the 40 halogen lamps HL as the main light source, the auxiliary lamp AHL as the auxiliary light source is arranged. FIG. 8 is a diagram showing an arrangement configuration of the auxiliary lamp AHL. In the figure, for convenience of illustration, 36 ordinary halogen lamps HL are shown by dotted lines. A normal halogen lamp HL is a lamp in which one undivided filament is arranged from one end side to the other end side of a rod-shaped glass tube. Further, in FIG. 8, the segment lamp SHL is shown separately from the normal halogen lamp HL, and the semiconductor wafer W held by the holding
図8に示すように、40本の棒状のハロゲンランプHLを上下2段に格子状に配列することによって形成される矩形の光源領域内に、保持部7に保持された半導体ウェハーWの主面に対向する領域が完全に含まれる。
As shown in FIG. 8, the main surface of the semiconductor wafer W held by the holding
セグメントランプSHLは、棒状のガラス管の長手方向の中央部分を挟んで両端にフィラメントを備えている。フィラメントは、例えばタングステンの細線を所定密度で多重に巻いて構成されている。セグメントランプSHLでは、両側のフィラメントを当該フィラメントと同じ材質の直線状のタングステン線によって接続している。セグメントランプSHLに通電すると、2分割した両側のフィラメントのみが白熱化されて発光する。すなわち、セグメントランプSHLは、棒状のガラス管の長手方向中央部分では発光せずに、その中央部分を挟んだ両側にて発光するのである。 The segment lamp SHL includes filaments at both ends of a rod-shaped glass tube with a central portion in the longitudinal direction interposed therebetween. The filament is composed of, for example, a plurality of fine tungsten wires wound at a predetermined density. In the segment lamp SHL, the filaments on both sides are connected by a linear tungsten wire made of the same material as the filament. When the segment lamp SHL is energized, only the filaments on both sides divided into two are incandescent and emit light. That is, the segment lamp SHL does not emit light at the central portion of the rod-shaped glass tube in the longitudinal direction, but emits light at both sides of the central portion.
上下2段の格子状ランプ配列において、上段および下段のそれぞれに2本のセグメントランプSHLが含まれている。図8に示すように、40本のハロゲンランプHLによって形成される矩形の光源領域の四隅に対応する半導体ウェハーWの周縁部に2分割されたフィラメントが対向するように合計4本のセグメントランプSHLが配設されている。従って、それぞれのセグメントランプSHLは、矩形の光源領域の四隅に対向する半導体ウェハーWの周縁部のうちの2箇所に光を照射する。なお、以下、40本のハロゲンランプHLによって形成される矩形の光源領域の四隅に対向する半導体ウェハーWの周縁部を「半導体ウェハーWの四隅」とも称する。 In the upper and lower two-stage grid lamp arrangement, two segment lamps SHL are included in each of the upper and lower stages. As shown in FIG. 8, a total of four segment lamps SHL so that the filaments divided into two face each other on the peripheral edge of the semiconductor wafer W corresponding to the four corners of the rectangular light source region formed by the 40 halogen lamps HL. Are arranged. Therefore, each segment lamp SHL irradiates two points on the peripheral edge of the semiconductor wafer W facing the four corners of the rectangular light source region. Hereinafter, the peripheral edges of the semiconductor wafer W facing the four corners of the rectangular light source region formed by the 40 halogen lamps HL are also referred to as "four corners of the semiconductor wafer W".
ハロゲン加熱部4には、補助光源として8個の補助ランプAHLが配設されている。第1実施形態では、各補助ランプAHLの外観形状はU字形状である。各補助ランプAHLの発光方式は、上記のハロゲンランプHLと同じフィラメント方式である。すなわち、補助ランプAHLは、U字形状のガラス管の内部にハロゲン元素を微量導入した不活性ガスを封入するとともに、U字形状のフィラメントを配設している。 Eight auxiliary lamps AHL are arranged as auxiliary light sources in the halogen heating unit 4. In the first embodiment, the external shape of each auxiliary lamp AHL is U-shaped. The light emitting method of each auxiliary lamp AHL is the same filament method as the above halogen lamp HL. That is, the auxiliary lamp AHL encloses an inert gas in which a small amount of halogen element is introduced inside a U-shaped glass tube, and arranges a U-shaped filament.
8個の補助ランプAHLは、40本のハロゲンランプHLによって形成される矩形の光源領域の四隅に2個ずつ配置されている。8個の補助ランプAHLは制御部3によって個別に出力が制御される。図8に示すように、各補助ランプAHLは、先端部分が半導体ウェハーWの四隅に対向するように配置されている。これにより、各補助ランプAHLは、点灯することによって半導体ウェハーWの四隅のいずれかに光を照射することができる。 Two of the eight auxiliary lamps AHL are arranged at each of the four corners of the rectangular light source region formed by the 40 halogen lamps HL. The outputs of the eight auxiliary lamps AHL are individually controlled by the control unit 3. As shown in FIG. 8, each auxiliary lamp AHL is arranged so that the tip portions thereof face the four corners of the semiconductor wafer W. As a result, each auxiliary lamp AHL can irradiate any of the four corners of the semiconductor wafer W with light by lighting.
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。
The control unit 3 controls the above-mentioned various operation mechanisms provided in 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、熱処理装置1における半導体ウェハーWの処理手順について説明する。ここで処理対象となる半導体ウェハーWはイオン注入法により不純物(イオン)が添加された半導体基板である。その不純物の活性化が熱処理装置1によるフラッシュ光照射加熱処理(アニール)により実行される。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, the processing procedure of the semiconductor wafer W in the
まず、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。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。
First, the
半導体ウェハーWがリフトピン12に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間65から退出し、ゲートバルブ185によって搬送開口部66が閉鎖される。そして、一対の移載アーム11が下降することにより、半導体ウェハーWは移載機構10から保持部7のサセプタ74に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。半導体ウェハーWは、保持プレート75上に立設された複数の基板支持ピン77によって支持されてサセプタ74に保持される。また、半導体ウェハーWは、パターン形成がなされて不純物が注入された表面を上面として保持部7に保持される。複数の基板支持ピン77によって支持された半導体ウェハーWの裏面(表面とは反対側の主面)と保持プレート75の保持面75aとの間には所定の間隔が形成される。サセプタ74の下方にまで下降した一対の移載アーム11は水平移動機構13によって退避位置、すなわち凹部62の内側に退避する。
After the semiconductor wafer W is placed on the
また、ゲートバルブ185によって搬送開口部66が閉鎖されて熱処理空間65が密閉空間とされた後、チャンバー6内の雰囲気調整が行われる。具体的にはバルブ84が開放されてガス供給孔81から熱処理空間65に処理ガスが供給される。本実施形態では、処理ガスとして窒素がチャンバー6内の熱処理空間65に供給される。また、バルブ89が開放されてガス排気孔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処理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。
Further, after the
チャンバー6内が窒素雰囲気に置換され、半導体ウェハーWが保持部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の裏面から照射される。ハロゲンランプHLからの光照射を受けることによって半導体ウェハーWが予備加熱されて温度が上昇する。なお、移載機構10の移載アーム11は凹部62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 inside of the chamber 6 is replaced with a nitrogen atmosphere and the semiconductor wafer W is held from below in a horizontal position 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120によって測定されている。すなわち、サセプタ74に保持された半導体ウェハーWの裏面から開口部78を介して放射された赤外光を放射温度計120が受光して昇温中のウェハー温度を測定する。測定された半導体ウェハーWの温度は制御部3に伝達される。制御部3は、ハロゲンランプHLからの光照射によって昇温する半導体ウェハーWの温度が所定の予備加熱温度T1に到達したか否かを監視しつつ、ハロゲンランプHLの出力を制御する。すなわち、制御部3は、放射温度計120による測定値に基づいて、半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1となるようにハロゲンランプHLの出力をフィードバック制御する。予備加熱温度T1は、200℃ないし800℃程度、好ましくは350℃ないし600℃程度とされる(本実施の形態では600℃)。
When preheating with the halogen lamp HL, 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120によって測定される半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1に到達した時点にて制御部3がハロゲンランプHLの出力を調整し、半導体ウェハーWの温度をほぼ予備加熱温度T1に維持している。
After the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the control unit 3 maintains the semiconductor wafer W at the preheating temperature T1 for a while. Specifically, when the temperature of the semiconductor wafer W measured by the
ところで、ハロゲン加熱部4の40本のハロゲンランプHLは全て棒状ランプである。そして、40本のハロゲンランプHLには、半導体ウェハーWの四隅の温度調整のために4本のセグメントランプSHLが含まれている。ハロゲンランプHLによる半導体ウェハーWの予備加熱時には、半導体ウェハーWの周縁部近傍の温度が中央部分と異なる温度となる傾向が生じ易く、特に半導体ウェハーWの四隅の温度が不均一となりやすい。このため、セグメントランプSHLから半導体ウェハーWの四隅に光を照射して当該四隅の温度を調整するようにしている。 By the way, the 40 halogen lamps HL of the halogen heating unit 4 are all rod-shaped lamps. The 40 halogen lamps HL include four segment lamps SHL for adjusting the temperature at the four corners of the semiconductor wafer W. When the semiconductor wafer W is preheated by the halogen lamp HL, the temperature near the peripheral edge of the semiconductor wafer W tends to be different from that of the central portion, and the temperatures at the four corners of the semiconductor wafer W tend to be non-uniform. Therefore, the segment lamp SHL irradiates the four corners of the semiconductor wafer W with light to adjust the temperature of the four corners.
しかし、セグメントランプSHLによる調整のみでは以下のような問題が残る。図9は、予備加熱時の半導体ウェハーWの平面図である。セグメントランプSHLによる調整によって半導体ウェハーWの面内全体の温度分布均一性を向上させた結果として、半導体ウェハーWの四隅のうちの1箇所の温度だけが他の領域よりも高くなってホットスポットとなることがある。このように半導体ウェハーWの四隅のうちの1箇所だけの温度が異なることとなるのは、チャンバー6の構造が搬送開口部66等の存在によって必ずしも対称になっていないからである。
However, the following problems remain only by adjusting with the segment lamp SHL. FIG. 9 is a plan view of the semiconductor wafer W during preheating. As a result of improving the temperature distribution uniformity of the entire in-plane of the semiconductor wafer W by adjusting with the segment lamp SHL, only one of the four corners of the semiconductor wafer W becomes higher than the other regions and becomes a hot spot. May become. The reason why the temperature of only one of the four corners of the semiconductor wafer W is different in this way is that the structure of the chamber 6 is not necessarily symmetrical due to the presence of the
図9に示すように、半導体ウェハーWの四隅のうちの1箇所である領域C1にホットスポットが出現したとする。このホットスポットを解消するために、領域C1に光照射を行っていたセグメントランプSHLの出力を低下させる必要がある。ところが、各セグメントランプSHLは半導体ウェハーWの四隅のうちの2箇所に光照射を行っているため、領域C1に光照射を行っていたセグメントランプSHLの出力を低下させると、半導体ウェハーWの四隅のうちの領域C2または領域C3の照度が低下して温度も低下することとなる。そうすると、領域C1のホットスポットが解消すると同時に、領域C2または領域C3にコールドスポットが生じる。その結果、半導体ウェハーWの全体としての面内温度分布均一性は改善しないこととなる。つまり、半導体ウェハーWの四隅のうちの特定の箇所のみの温度を個別に調整することは困難なのである。 As shown in FIG. 9, it is assumed that a hot spot appears in the region C1 which is one of the four corners of the semiconductor wafer W. In order to eliminate this hot spot, it is necessary to reduce the output of the segment lamp SHL that has been irradiating the region C1 with light. However, since each segment lamp SHL irradiates two of the four corners of the semiconductor wafer W with light, if the output of the segment lamp SHL that irradiates the region C1 with light is reduced, the four corners of the semiconductor wafer W are irradiated. The illuminance of the region C2 or the region C3 is lowered, and the temperature is also lowered. Then, at the same time that the hot spot in the region C1 is eliminated, a cold spot is generated in the region C2 or the region C3. As a result, the in-plane temperature distribution uniformity of the semiconductor wafer W as a whole is not improved. That is, it is difficult to individually adjust the temperature of only a specific portion of the four corners of the semiconductor wafer W.
そこで、補助ランプAHLによって半導体ウェハーWの四隅のそれぞれの照度を個別に調整する。各補助ランプAHLは半導体ウェハーWの四隅のうちの1箇所のみに光照射を行うため、当該四隅の照度を個別に調整することが可能である。例えば、上記の例であれば、ホットスポットが出現した領域C1に光照射を行っていたセグメントランプSHLの出力を低下させて領域C2または領域C3の照度が低下したならば、領域C2または領域C3に対向する補助ランプAHLから光照射を行って領域C2または領域C3の照度低下を抑制する。 Therefore, the illuminances of the four corners of the semiconductor wafer W are individually adjusted by the auxiliary lamp AHL. Since each auxiliary lamp AHL irradiates light only at one of the four corners of the semiconductor wafer W, the illuminance at the four corners can be adjusted individually. For example, in the above example, if the output of the segment lamp SHL that has been irradiating the region C1 where the hot spot appears is reduced and the illuminance of the region C2 or the region C3 is reduced, the region C2 or the region C3 Light is irradiated from the auxiliary lamp AHL facing the region C2 or the region C3 to suppress the decrease in illuminance.
このようにすることにより、予備加熱時における半導体ウェハーWの四隅のそれぞれの温度を個別に調整して当該四隅を含む半導体ウェハーWの周縁部の温度を適正に調整することができる。その結果、半導体ウェハーWの全体としての面内温度分布均一性を向上させることができる。 By doing so, the temperature of each of the four corners of the semiconductor wafer W during preheating can be individually adjusted, and the temperature of the peripheral portion of the semiconductor wafer W including the four corners can be appropriately adjusted. As a result, the in-plane temperature distribution uniformity of the semiconductor wafer W as a whole can be improved.
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 elapses, the flash lamp 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1000℃以上の処理温度T2まで上昇し、半導体ウェハーWに注入された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。このように、熱処理装置1では、半導体ウェハーWの表面温度を極めて短時間で昇降することができるため、半導体ウェハーWに注入された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、不純物の活性化に必要な時間はその熱拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、0.1ミリセカンドないし100ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であっても活性化は完了する。
Since the flash heating is performed by irradiating the flash light (flash) from the flash lamp 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 0.1 millisecond or more and 100 millisecond or less, in which the electrostatic energy stored in the capacitor in advance is converted into an extremely short optical pulse. It is a strong flash. Then, the surface temperature of the semiconductor wafer W flash-heated by the flash light irradiation from the flash lamp FL momentarily rises to the processing temperature T2 of 1000 ° C. or higher, and the impurities injected into the semiconductor wafer W are activated. After that, the surface temperature drops rapidly. As described above, in the
本実施形態では、補助ランプAHLによって半導体ウェハーWの四隅のそれぞれの温度を個別に調整して予備加熱段階での半導体ウェハーWの面内温度分布を均一にしている。その結果、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーW表面の面内温度分布も均一にすることができる。 In the present embodiment, the temperatures of the four corners of the semiconductor wafer W are individually adjusted by the auxiliary lamp AHL to make the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W uniform in the preheating step. As a result, the in-plane temperature distribution on the surface of the semiconductor wafer W during flash light irradiation can be made uniform.
フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプHLが消灯する。これにより、半導体ウェハーWが予備加熱温度T1から急速に降温する。降温中の半導体ウェハーWの温度は放射温度計120によって測定され、その測定結果は制御部3に伝達される。制御部3は、放射温度計120の測定結果より半導体ウェハーWの温度が所定温度まで降温したか否かを監視する。そして、半導体ウェハーWの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構10の一対の移載アーム11が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン12がサセプタ74の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーWをサセプタ74から受け取る。続いて、ゲートバルブ185により閉鎖されていた搬送開口部66が開放され、リフトピン12上に載置された半導体ウェハーWが装置外部の搬送ロボットにより搬出され、熱処理装置1における半導体ウェハーWの加熱処理が完了する。
After the flash heat treatment is completed, the halogen lamp HL is turned off after a lapse of a predetermined time. As a result, the semiconductor wafer W rapidly drops from the preheating temperature T1. The temperature of the semiconductor wafer W during the temperature decrease is measured by the
第1実施形態においては、ハロゲンランプHLによって形成される矩形の光源領域の四隅にU字形状を有する補助ランプAHLを配置し、その補助ランプAHLによって半導体ウェハーWの四隅のそれぞれの温度を個別に調整している。これにより、ハロゲンランプHLによる予備加熱時には、半導体ウェハーWの四隅を含む半導体ウェハーWの周縁部の温度を適正に調整することができ、予備加熱時における半導体ウェハーWの面内温度分布を均一にすることができる。その結果、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーW表面の面内温度分布も均一にすることができる。 In the first embodiment, auxiliary lamps AHL having a U shape are arranged at the four corners of a rectangular light source region formed by the halogen lamp HL, and the temperatures of the four corners of the semiconductor wafer W are individually adjusted by the auxiliary lamp AHL. I'm adjusting. As a result, the temperature of the peripheral edge of the semiconductor wafer W including the four corners of the semiconductor wafer W can be appropriately adjusted during preheating by the halogen lamp HL, and the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W during preheating can be made uniform. can do. As a result, the in-plane temperature distribution on the surface of the semiconductor wafer W during flash heating can be made uniform.
なお、補助ランプAHLを配置していれば、セグメントランプSHLは不要であるようにも考えられるが、U字形状を有する補助ランプAHLの定格出力は棒状のセグメントランプSHLの定格出力よりも低くならざるを得ない。よって、セグメントランプSHLを設けることなく補助ランプAHLのみを配置した構成では、半導体ウェハーWの四隅を十分に昇温することができずに当該四隅にコールドスポットが生じるおそれがある。このため、補助ランプAHLに加えてセグメントランプSHLも配置して、U字形状の補助ランプAHLの出力不足を補うようにするのが好ましい。 If the auxiliary lamp AHL is arranged, it may be considered that the segment lamp SHL is unnecessary, but if the rated output of the U-shaped auxiliary lamp AHL is lower than the rated output of the rod-shaped segment lamp SHL. I have no choice but. Therefore, in the configuration in which only the auxiliary lamp AHL is arranged without providing the segment lamp SHL, the four corners of the semiconductor wafer W cannot be sufficiently heated, and cold spots may occur at the four corners. Therefore, it is preferable to arrange a segment lamp SHL in addition to the auxiliary lamp AHL so as to compensate for the insufficient output of the U-shaped auxiliary lamp AHL.
<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1の全体構成は第1実施形態と概ね同じである。また、第2実施形態の熱処理装置1における半導体ウェハーWの処理手順も第1実施形態と同様である。第2実施形態が第1実施形態と相違するのは、補助ランプAHLの形状である。
<Second Embodiment>
Next, the second embodiment of the present invention will be described. The overall configuration of the
図10は、第2実施形態の補助ランプAHLの形状を示す図である。同図において、第1実施形態と同一の要素については図8と同一の符合を付している。第2実施形態においては、4個の補助ランプAHLを配設している。そして、図10に示すように、第2実施形態の補助ランプAHLはU字形状の先端部分を保持部7に保持された半導体ウェハーWの端縁部に沿う形状としている。補助ランプAHLの形状を除く第2実施形態の残余の構成は第1実施形態と同じである。
FIG. 10 is a diagram showing the shape of the auxiliary lamp AHL of the second embodiment. In the figure, the same elements as those in the first embodiment are designated by the same symbols as in FIG. In the second embodiment, four auxiliary lamps AHL are arranged. Then, as shown in FIG. 10, the auxiliary lamp AHL of the second embodiment has a U-shaped tip portion formed along the edge portion of the semiconductor wafer W held by the holding
第2実施形態においても、ハロゲンランプHLによって形成される矩形の光源領域の四隅に補助ランプAHLを配置し、その補助ランプAHLによって半導体ウェハーWの四隅のそれぞれの温度を個別に調整している。このため、第1実施形態と同様に、ハロゲンランプHLによる予備加熱時には、半導体ウェハーWの四隅を含む半導体ウェハーWの周縁部の温度を適正に調整することができ、予備加熱時における半導体ウェハーWの面内温度分布を均一にすることができる。 Also in the second embodiment, the auxiliary lamps AHL are arranged at the four corners of the rectangular light source region formed by the halogen lamp HL, and the temperatures of the four corners of the semiconductor wafer W are individually adjusted by the auxiliary lamps AHL. Therefore, as in the first embodiment, the temperature of the peripheral portion of the semiconductor wafer W including the four corners of the semiconductor wafer W can be appropriately adjusted during the preheating by the halogen lamp HL, and the semiconductor wafer W during the preheating can be appropriately adjusted. In-plane temperature distribution can be made uniform.
また、第2実施形態では、補助ランプAHLの一部が保持部7に保持された半導体ウェハーWの端縁部に沿う形状とされているため、特に半導体ウェハーWの端縁部の温度を調整するのに好適である。
Further, in the second embodiment, since a part of the auxiliary lamp AHL is shaped along the edge portion of the semiconductor wafer W held by the holding
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態の熱処理装置1の全体構成は第1実施形態と概ね同じである。また、第3実施形態の熱処理装置1における半導体ウェハーWの処理手順も第1実施形態と同様である。第3実施形態が第1実施形態と相違するのは、補助ランプAHLの形状である。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The overall configuration of the
図11は、第3実施形態の補助ランプAHLの形状を示す図である。同図において、第1実施形態と同一の要素については図8と同一の符合を付している。図11に示すように、第3実施形態の補助ランプAHLは棒形状を有する棒状ランプである。第3実施形態の補助ランプAHLの外観形状はセグメントランプSHLおよびハロゲンランプHLと同じである。すなわち、第3実施形態の補助ランプAHLは、セグメントランプSHLおよびハロゲンランプHLと同じ長さおよび太さのガラス管の内部にハロゲン元素を微量導入した不活性ガスを封入するとともに、直線状のフィラメントを配設している。但し、第3実施形態の補助ランプAHLは、その長手方向の中央よりも一方側に偏った位置にフィラメントを配設している。 FIG. 11 is a diagram showing the shape of the auxiliary lamp AHL of the third embodiment. In the figure, the same elements as those in the first embodiment are designated by the same symbols as in FIG. As shown in FIG. 11, the auxiliary lamp AHL of the third embodiment is a rod-shaped lamp having a rod shape. The external shape of the auxiliary lamp AHL of the third embodiment is the same as that of the segment lamp SHL and the halogen lamp HL. That is, the auxiliary lamp AHL of the third embodiment encloses an inert gas in which a small amount of halogen element is introduced inside a glass tube having the same length and thickness as the segment lamp SHL and the halogen lamp HL, and also has a linear filament. Are arranged. However, in the auxiliary lamp AHL of the third embodiment, the filament is arranged at a position biased to one side of the center in the longitudinal direction thereof.
第3実施形態においては、4本の補助ランプAHLを配設している。各補助ランプAHLは、そのフィラメント部分がハロゲンランプHLによって形成される矩形の光源領域の四隅に位置するように、すなわちフィラメント部分が半導体ウェハーWの四隅に対向するように配置されている。これにより、各補助ランプAHLは、点灯することによって半導体ウェハーWの四隅のいずれかに光を照射することができる。 In the third embodiment, four auxiliary lamps AHL are arranged. Each auxiliary lamp AHL is arranged so that its filament portion is located at the four corners of a rectangular light source region formed by the halogen lamp HL, that is, the filament portion faces the four corners of the semiconductor wafer W. As a result, each auxiliary lamp AHL can irradiate any of the four corners of the semiconductor wafer W with light by lighting.
第3実施形態においても、ハロゲンランプHLによって形成される矩形の光源領域の四隅に補助ランプAHLを配置し、その補助ランプAHLによって半導体ウェハーWの四隅のそれぞれの温度を個別に調整している。このため、第1実施形態と同様に、ハロゲンランプHLによる予備加熱時には、半導体ウェハーWの四隅を含む半導体ウェハーWの周縁部の温度を適正に調整することができ、予備加熱時における半導体ウェハーWの面内温度分布を均一にすることができる。 Also in the third embodiment, the auxiliary lamps AHL are arranged at the four corners of the rectangular light source region formed by the halogen lamp HL, and the temperatures of the four corners of the semiconductor wafer W are individually adjusted by the auxiliary lamps AHL. Therefore, as in the first embodiment, the temperature of the peripheral portion of the semiconductor wafer W including the four corners of the semiconductor wafer W can be appropriately adjusted during the preheating by the halogen lamp HL, and the semiconductor wafer W during the preheating can be appropriately adjusted. In-plane temperature distribution can be made uniform.
<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、ハロゲンランプHLによって形成される矩形の光源領域の四隅に配置する補助ランプAHLの形状は第1実施形態から第3実施形態に限定されるものではなく、適宜の形状とすることができる。例えば、補助ランプAHLは点光源ランプであっても良い。また、第3実施形態の補助ランプAHLは、フィラメントの長さに応じた全長を有する棒状ランプであっても良い。
<Modification example>
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 spirit of the present invention. For example, the shape of the auxiliary lamp AHL arranged at the four corners of the rectangular light source region formed by the halogen lamp HL is not limited to the first to third embodiments, and may be an appropriate shape. For example, the auxiliary lamp AHL may be a point light source lamp. Further, the auxiliary lamp AHL of the third embodiment may be a rod-shaped lamp having a total length corresponding to the length of the filament.
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、上段および下段に格子状に複数する配置する形態であれば任意の数とすることができる。
Further, in the above embodiment, the
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、高誘電率ゲート絶縁膜(High-k膜)の熱処理、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化に適用するようにしても良い。 Further, the substrate to be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention is not limited to the semiconductor wafer, and may be a glass substrate used for a flat panel display such as a liquid crystal display device or a substrate for a solar cell. Further, the technique according to the present invention may be applied to heat treatment of a high dielectric constant gate insulating film (High-k film), bonding of metal and silicon, or crystallization of polysilicon.
また、本発明に係る熱処理技術は、フラッシュランプアニール装置に限定されるものではなく、ハロゲンランプを使用した枚葉式のランプアニール装置やCVD装置などのフラッシュランプ以外の熱源の装置にも適用することができる。特に、チャンバーの下方にハロゲンランプを配置し、半導体ウェハーの裏面から光照射を行って熱処理を行うバックサイドアニール装置に本発明に係る技術は好適に適用することができる。 Further, the heat treatment technique according to the present invention is not limited to the flash lamp annealing device, but is also applied to a heat source device other than the flash lamp such as a single-wafer lamp annealing device using a halogen lamp and a CVD device. be able to. In particular, the technique according to the present invention can be suitably applied to a backside annealing apparatus in which a halogen lamp is arranged below the chamber and light is irradiated from the back surface of the semiconductor wafer to perform heat treatment.
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
65 熱処理空間
74 サセプタ
120 放射温度計
AHL 補助ランプ
SHL セグメントランプ
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
1 Heat treatment device 3 Control unit 4
Claims (6)
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、
前記保持部に保持された基板の主面に対向する領域を含む矩形の光源領域に複数の棒状ランプを2段に格子状に配列した光照射部と、
前記複数の棒状ランプに加えて設けられ、前記矩形の光源領域の四隅に配置した補助ランプと、
を備えることを特徴とする熱処理装置。 A heat treatment apparatus that heats a substrate by irradiating the substrate with light.
The chamber that houses the board and
A holding portion that holds the substrate in the chamber and
A light irradiation unit in which a plurality of rod-shaped lamps are arranged in a grid pattern in two stages in a rectangular light source region including a region facing the main surface of the substrate held by the holding unit.
Auxiliary lamps provided in addition to the plurality of rod-shaped lamps and arranged at the four corners of the rectangular light source area, and
A heat treatment apparatus comprising.
前記補助ランプはU字形状を有することを特徴とする熱処理装置。 In the heat treatment apparatus according to claim 1,
The auxiliary lamp is a heat treatment apparatus having a U-shape.
前記補助ランプの一部は前記保持部に保持された基板の端縁部に沿う形状とされてい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 characterized in that a part of the auxiliary lamp has a shape along an edge portion of a substrate held by the holding portion.
前記補助ランプは棒形状を有することを特徴とする熱処理装置。 In the heat treatment apparatus according to claim 1,
The auxiliary lamp is a heat treatment apparatus having a rod shape.
前記補助ランプは、前記複数の棒状ランプと同じ長さを有するとともに、長手方向の中央よりも一方側に偏った位置にフィラメントを備えることを特徴とする熱処理装置。 In the heat treatment apparatus according to claim 4,
The auxiliary lamp is a heat treatment apparatus having the same length as the plurality of rod-shaped lamps and having a filament at a position biased to one side of the center in the longitudinal direction.
前記複数の棒状ランプは、長手方向の中央部分を挟んで両端にフィラメントを備えたランプを含むことを特徴とする熱処理装置。 In the heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 5.
The plurality of rod-shaped lamps are heat treatment devices including lamps having filaments at both ends with a central portion in the longitudinal direction interposed therebetween.
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