JP7377653B2 - Heat treatment method and heat treatment equipment - Google Patents
Heat treatment method and heat treatment equipment Download PDFInfo
- Publication number
- JP7377653B2 JP7377653B2 JP2019165294A JP2019165294A JP7377653B2 JP 7377653 B2 JP7377653 B2 JP 7377653B2 JP 2019165294 A JP2019165294 A JP 2019165294A JP 2019165294 A JP2019165294 A JP 2019165294A JP 7377653 B2 JP7377653 B2 JP 7377653B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- chamber
- heat treatment
- gas
- substrate
- semiconductor wafer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
Description
本発明は、半導体ウェハー等の薄板状精密電子基板(以下、単に「基板」と称する)にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法および熱処理装置に関する。 The present invention relates to a heat treatment method and a heat treatment apparatus for heating a thin precision electronic substrate (hereinafter simply referred to as a "substrate") such as a semiconductor wafer by irradiating the same with flash light.
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するフラッシュランプアニール(FLA)が注目されている。フラッシュランプアニールは、キセノンフラッシュランプ(以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する)を使用して半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射することにより、半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間(数ミリ秒以下)に昇温させる熱処理技術である。 In the manufacturing process of semiconductor devices, flash lamp annealing (FLA), which heats semiconductor wafers in an extremely short period of time, is attracting attention. Flash lamp annealing is a process in which only the surface of a semiconductor wafer is extremely polished by irradiating the surface of the semiconductor wafer with flash light using a xenon flash lamp (hereinafter simply referred to as "flash lamp"). This is a heat treatment technology that raises the temperature in a short period of 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 a xenon flash lamp ranges from the ultraviolet region to the near-infrared region, which has a shorter wavelength than that of conventional halogen lamps and roughly matches the fundamental absorption band of silicon semiconductor wafers. Therefore, when a semiconductor wafer is irradiated with flash light from a xenon flash lamp, the amount of transmitted light is small and it is possible to rapidly raise the temperature of the semiconductor wafer. It has also been found that by irradiating flash light for an extremely short period of several milliseconds or less, it is possible to selectively raise the temperature only in the vicinity of 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 used for processes that require very short heating times, such as typically for activating impurities implanted into semiconductor wafers. By irradiating the surface of a semiconductor wafer into which impurities have been implanted using the ion implantation method with flash light from a flash lamp, the surface of the semiconductor wafer can be heated to the activation temperature for a very short period of time, allowing the impurities to be deeply diffused. Therefore, only impurity activation can be performed without activating the impurity.
フラッシュランプアニールを行う装置として、特許文献1には、ハロゲンランプからの光照射によって半導体ウェハーの予備加熱を行った後に、フラッシュランプからフラッシュ光を照射して半導体ウェハーの表面を1秒以下の極短時間加熱する装置が開示されている。特許文献1に開示のフラッシュランプアニール装置では、フラッシュ加熱が終了した後、自然冷却によって半導体ウェハーの温度が所定温度以下にまで降温した後に半導体ウェハーをチャンバーから搬出するようにしている。 As an apparatus for performing flash lamp annealing, Patent Document 1 discloses that after preheating a semiconductor wafer by irradiating light from a halogen lamp, the surface of the semiconductor wafer is heated for 1 second or less by irradiating flash light from a flash lamp. A short-term heating device is disclosed. In the flash lamp annealing apparatus disclosed in Patent Document 1, after flash heating is completed and the temperature of the semiconductor wafer is lowered to a predetermined temperature or lower by natural cooling, the semiconductor wafer is taken out of the chamber.
しかしながら、自然冷却によって半導体ウェハーを降温させた場合には、半導体ウェハーが所定温度以下にまで降温するのに相応の時間を要するため、スループットの向上が阻害されることとなっていた。また、特許文献1に開示の装置では、チャンバー内にガスを供給するための小径のガスリングを設置しているが、ガスリングの内壁面は冷却されているチャンバーの壁面から離間している。このため、ガスリング自体の冷却効率は低く、半導体ウェハーからの反応生成物によってガスリングが変色するという問題も生じていた。 However, when the temperature of the semiconductor wafer is lowered by natural cooling, it takes a considerable amount of time for the temperature of the semiconductor wafer to drop below a predetermined temperature, which hinders improvement in throughput. Further, in the device disclosed in Patent Document 1, a small-diameter gas ring for supplying gas into the chamber is installed, but the inner wall surface of the gas ring is spaced apart from the wall surface of the chamber being cooled. For this reason, the cooling efficiency of the gas ring itself is low, and there has also been a problem that the gas ring is discolored by reaction products from the semiconductor wafer.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、チャンバー内を効率良く迅速に冷却することができる熱処理方法および熱処理装置を提供することを目的とする。 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 method and a heat treatment apparatus that can efficiently and quickly cool the inside of a chamber.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、基板をチャンバー内に収容する収容工程と、前記チャンバー内に収容された前記基板に連続点灯ランプから光を照射して前記基板を予備加熱する予備加熱工程と、前記チャンバー内に収容された前記基板にフラッシュランプからフラッシュ光を照射して前記基板を加熱するフラッシュ加熱工程と、前記チャンバー内に窒素よりも高い熱伝導率を有する冷却ガスを供給する冷却工程と、を備え、前記チャンバー内の雰囲気温度が所定温度にまで降温したときに前記冷却ガスの供給を停止することを特徴とする。 In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 provides a heat treatment method for heating a substrate by irradiating the substrate with flash light, including a step of housing the substrate in a chamber, and a step of housing the substrate in the chamber. a preheating step of preheating the substrate by irradiating the substrate with light from a continuously lit lamp; and a flash heating step of heating the substrate by irradiating the substrate housed in the chamber with flash light from a flash lamp. and a cooling step of supplying a cooling gas having a higher thermal conductivity than nitrogen into the chamber, and stopping the supply of the cooling gas when the atmospheric temperature in the chamber drops to a predetermined temperature. It is characterized by
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る熱処理方法において、前記冷却ガスは、水素またはヘリウムであることを特徴とする。 Moreover, the invention according to claim 2 is characterized in that in the heat treatment method according to the invention according to claim 1, the cooling gas is hydrogen or helium.
また、請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明に係る熱処理方法において、前記基板に前記フラッシュ光を照射した時点以降に前記冷却ガスの供給を開始することを特徴とする。
Further, the invention according to
また、請求項4の発明は、請求項3の発明に係る熱処理方法において、前記連続点灯ランプを消灯したときに前記冷却ガスの供給を開始することを特徴とする。
Further, the invention according to
また、請求項5の発明は、基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内に収容された前記基板に光を照射して前記基板を予備加熱する連続点灯ランプと、前記チャンバー内に収容された前記基板にフラッシュ光を照射して前記基板を加熱するフラッシュランプと、前記チャンバー内に窒素よりも高い熱伝導率を有する冷却ガスを供給するガス供給部と、を備え、前記ガス供給部は、前記チャンバー内の雰囲気温度が所定温度にまで降温したときに前記冷却ガスの供給を停止することを特徴とする。
Further, the invention according to
また、請求項6の発明は、請求項5の発明に係る熱処理装置において、前記冷却ガスは、水素またはヘリウムであることを特徴とする。
Moreover, the invention according to claim 6 is characterized in that in the heat treatment apparatus according to the invention according to
また、請求項7の発明は、請求項5または請求項6の発明に係る熱処理装置において、前記ガス供給部は、前記基板に前記フラッシュ光が照射された時点以降に前記冷却ガスの供給を開始することを特徴とする。
The invention of claim 7 is the heat treatment apparatus according to
また、請求項8の発明は、請求項7の発明に係る熱処理装置において、前記ガス供給部は、前記連続点灯ランプが消灯したときに前記冷却ガスの供給を開始することを特徴とする。 In the heat treatment apparatus according to the seventh aspect of the present invention, the gas supply section starts supplying the cooling gas when the continuously lit lamp goes out.
請求項1から請求項4の発明によれば、チャンバー内に窒素よりも高い熱伝導率を有する冷却ガスを供給するため、高い冷却能を有する冷却ガスによってチャンバー内を効率良く迅速に冷却することができる。また、チャンバー内の雰囲気温度が所定温度にまで降温したときに冷却ガスの供給を停止するため、チャンバー内の構成部品が過度に冷却されるのを防止して基板の温度履歴を均一にすることができる。 According to the invention of claims 1 to 4 , since the cooling gas having a higher thermal conductivity than nitrogen is supplied into the chamber, the inside of the chamber can be efficiently and quickly cooled by the cooling gas having high cooling performance. I can do it. In addition, since the supply of cooling gas is stopped when the ambient temperature inside the chamber drops to a predetermined temperature, it prevents the components inside the chamber from being excessively cooled and makes the temperature history of the board uniform. I can do it.
請求項5から請求項8の発明によれば、チャンバー内に窒素よりも高い熱伝導率を有する冷却ガスを供給するため、高い冷却能を有する冷却ガスによってチャンバー内を効率良く迅速に冷却することができる。また、チャンバー内の雰囲気温度が所定温度にまで降温したときに冷却ガスの供給を停止するため、チャンバー内の構成部品が過度に冷却されるのを防止して基板の温度履歴を均一にすることができる。
According to the invention 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。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る熱処理装置1の構成を示す縦断面図である。図1の熱処理装置1は、基板として円板形状の半導体ウェハーWに対してフラッシュ光照射を行うことによってその半導体ウェハーWを加熱するフラッシュランプアニール装置である。処理対象となる半導体ウェハーWのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ300mmやφ450mmである(本実施形態ではφ300mm)。熱処理装置1に搬入される前の半導体ウェハーWには不純物が注入されており、熱処理装置1による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行される。なお、図1および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the configuration of a heat treatment apparatus 1 according to the present invention. The heat treatment apparatus 1 in FIG. 1 is a flash lamp annealing apparatus that heats a disk-shaped semiconductor wafer W as a substrate by irradiating the semiconductor wafer W with flash light. The size of the semiconductor wafer W to be processed is not particularly limited, but is, for example, φ300 mm or φ450 mm (φ300 mm in this embodiment). Impurities are implanted into the semiconductor wafer W before being carried into the heat treatment apparatus 1, and the implanted impurities are activated by heat treatment by the heat treatment apparatus 1. Note that in FIG. 1 and the subsequent figures, the dimensions and numbers of each part are exaggerated or simplified as necessary for easy understanding.
熱処理装置1は、半導体ウェハーWを収容するチャンバー6と、複数のフラッシュランプFLを内蔵するフラッシュ加熱部5と、複数のハロゲンランプHLを内蔵するハロゲン加熱部4と、を備える。チャンバー6の上側にフラッシュ加熱部5が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部4が設けられている。また、熱処理装置1は、チャンバー6の内部に、半導体ウェハーWを水平姿勢に保持する保持部7と、保持部7と装置外部との間で半導体ウェハーWの受け渡しを行う移載機構10と、を備える。さらに、熱処理装置1は、ハロゲン加熱部4、フラッシュ加熱部5およびチャンバー6に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーWの熱処理を実行させる制御部3を備える。
The heat treatment apparatus 1 includes a chamber 6 that accommodates a semiconductor wafer W, a
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円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 constructed by mounting quartz chamber windows on the upper and lower sides of a cylindrical
また、チャンバー側部61の内側の壁面の上部にはガスリング90が装着され、下部には反射リング69が装着されている。ガスリング90および反射リング69は、ともに円環状に形成されている。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、反射リング69およびガスリング90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。
Further, a
チャンバー側部61に反射リング69およびガスリング90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69およびガスリング90が装着されていない中央部分と、反射リング69の上端面と、ガスリング90の下端面で囲まれた凹部62が形成される。凹部62は、チャンバー6の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウェハーWを保持する保持部7を囲繞する。
By attaching the
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。
Furthermore, a transfer opening (furnace opening) 66 is formed in the
さらに、チャンバー側部61には、貫通孔61aが穿設されている。チャンバー側部61の外壁面の貫通孔61aが設けられている部位には放射温度計20が取り付けられている。貫通孔61aは、後述するサセプタ74に保持された半導体ウェハーWの下面から放射された赤外光を放射温度計20に導くための円筒状の孔である。貫通孔61aは、その貫通方向の軸がサセプタ74に保持された半導体ウェハーWの主面と交わるように、水平方向に対して傾斜して設けられている。貫通孔61aの熱処理空間65に臨む側の端部には、放射温度計20が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化バリウム材料からなる透明窓21が装着されている。
Further, the
また、チャンバー6の内壁上部には熱処理空間65に処理ガスを供給するガス吐出口81が形設されている。ガス吐出口81は、ガスリング90と上側チャンバー窓63との間に形設されている。ガス吐出口81は、ガスリング90の内部空間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からガスリング90に処理ガスが送給される。ガスリング90の内部空間にはバッファ空間およびラビリンス構造が設けられている。処理ガス供給源85からガスリング90に送給された処理ガスは、ガスリング90の内部空間を通過することによって、チャンバー6の径方向および周方向に沿った流速が低下され、ガス吐出口81から熱処理空間65に均一に吐出される。処理ガスとしては、例えば窒素(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、或いはそれらを混合した混合ガスを用いることができる(本実施形態では窒素ガス)。また、処理ガス供給源85は、ヘリウム(He)または水素を冷却ガスとして送給することもできる。
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、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 section 7. As shown in FIG. The holding section 7 includes a
基台リング71は円環形状から一部が欠落した円弧形状の石英部材である。この欠落部分は、後述する移載機構10の移載アーム11と基台リング71との干渉を防ぐために設けられている。基台リング71は凹部62の底面に載置されることによって、チャンバー6の壁面に支持されることとなる(図1参照)。基台リング71の上面に、その円環形状の周方向に沿って複数の連結部72(本実施形態では4個)が立設される。連結部72も石英の部材であり、溶接によって基台リング71に固着される。
The
サセプタ74は基台リング71に設けられた4個の連結部72によって支持される。図3は、サセプタ74の平面図である。また、図4は、サセプタ74の断面図である。サセプタ74は、保持プレート75、ガイドリング76および複数の基板支持ピン77を備える。保持プレート75は、石英にて形成された略円形の平板状部材である。保持プレート75の直径は半導体ウェハーWの直径よりも大きい。すなわち、保持プレート75は、半導体ウェハーWよりも大きな平面サイズを有する。
The
保持プレート75の上面周縁部にガイドリング76が設置されている。ガイドリング76は、半導体ウェハーWの直径よりも大きな内径を有する円環形状の部材である。例えば、半導体ウェハーWの直径がφ300mmの場合、ガイドリング76の内径はφ320mmである。ガイドリング76の内周は、保持プレート75から上方に向けて広くなるようなテーパ面とされている。ガイドリング76は、保持プレート75と同様の石英にて形成される。ガイドリング76は、保持プレート75の上面に溶着するようにしても良いし、別途加工したピンなどによって保持プレート75に固定するようにしても良い。或いは、保持プレート75とガイドリング76とを一体の部材として加工するようにしても良い。
A
保持プレート75の上面のうちガイドリング76よりも内側の領域が半導体ウェハーWを保持する平面状の保持面75aとされる。保持プレート75の保持面75aには、複数の基板支持ピン77が立設されている。本実施形態においては、保持面75aの外周円(ガイドリング76の内周円)と同心円の周上に沿って30°毎に計12個の基板支持ピン77が立設されている。12個の基板支持ピン77を配置した円の径(対向する基板支持ピン77間の距離)は半導体ウェハーWの径よりも小さく、半導体ウェハーWの径がφ300mmであればφ270mm~φ280mm(本実施形態ではφ270mm)である。それぞれの基板支持ピン77は石英にて形成されている。複数の基板支持ピン77は、保持プレート75の上面に溶接によって設けるようにしても良いし、保持プレート75と一体に加工するようにしても良い。
A region of the upper surface of the holding
図2に戻り、基台リング71に立設された4個の連結部72とサセプタ74の保持プレート75の周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプタ74と基台リング71とは連結部72によって固定的に連結されている。このような保持部7の基台リング71がチャンバー6の壁面に支持されることによって、保持部7がチャンバー6に装着される。保持部7がチャンバー6に装着された状態においては、サセプタ74の保持プレート75は水平姿勢(法線が鉛直方向と一致する姿勢)となる。すなわち、保持プレート75の保持面75aは水平面となる。
Returning to FIG. 2, the four connecting
チャンバー6に搬入された半導体ウェハーWは、チャンバー6に装着された保持部7のサセプタ74の上に水平姿勢にて載置されて保持される。このとき、半導体ウェハーWは保持プレート75上に立設された12個の基板支持ピン77によって支持されてサセプタ74に保持される。より厳密には、12個の基板支持ピン77の上端部が半導体ウェハーWの下面に接触して当該半導体ウェハーWを支持する。12個の基板支持ピン77の高さ(基板支持ピン77の上端から保持プレート75の保持面75aまでの距離)は均一であるため、12個の基板支持ピン77によって半導体ウェハーWを水平姿勢に支持することができる。
The semiconductor wafer W carried into the chamber 6 is placed and held in a horizontal position 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 at a predetermined distance from the holding
また、図2および図3に示すように、サセプタ74の保持プレート75には、上下に貫通して開口部78が形成されている。開口部78は、放射温度計20が半導体ウェハーWの下面から放射される放射光(赤外光)を受光するために設けられている。すなわち、放射温度計20が開口部78およびチャンバー側部61の貫通孔61aに装着された透明窓21を介して半導体ウェハーWの下面から放射された光を受光して当該半導体ウェハーWの温度を測定する。さらに、サセプタ74の保持プレート75には、後述する移載機構10のリフトピン12が半導体ウェハーWの受け渡しのために貫通する4個の貫通孔79が穿設されている。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, an
図5は、移載機構10の平面図である。また、図6は、移載機構10の側面図である。移載機構10は、2本の移載アーム11を備える。移載アーム11は、概ね円環状の凹部62に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム11には2本のリフトピン12が立設されている。移載アーム11およびリフトピン12は石英にて形成されている。各移載アーム11は水平移動機構13によって回動可能とされている。水平移動機構13は、一対の移載アーム11を保持部7に対して半導体ウェハーWの移載を行う移載動作位置(図5の実線位置)と保持部7に保持された半導体ウェハーWと平面視で重ならない退避位置(図5の二点鎖線位置)との間で水平移動させる。水平移動機構13としては、個別のモータによって各移載アーム11をそれぞれ回動させるものであっても良いし、リンク機構を用いて1個のモータによって一対の移載アーム11を連動させて回動させるものであっても良い。
FIG. 5 is a plan view of the
また、一対の移載アーム11は、昇降機構14によって水平移動機構13とともに昇降移動される。昇降機構14が一対の移載アーム11を移載動作位置にて上昇させると、計4本のリフトピン12がサセプタ74に穿設された貫通孔79(図2,3参照)を通過し、リフトピン12の上端がサセプタ74の上面から突き出る。一方、昇降機構14が一対の移載アーム11を移載動作位置にて下降させてリフトピン12を貫通孔79から抜き取り、水平移動機構13が一対の移載アーム11を開くように移動させると各移載アーム11が退避位置に移動する。一対の移載アーム11の退避位置は、保持部7の基台リング71の直上である。基台リング71は凹部62の底面に載置されているため、移載アーム11の退避位置は凹部62の内側となる。なお、移載機構10の駆動部(水平移動機構13および昇降機構14)が設けられている部位の近傍にも図示省略の排気機構が設けられており、移載機構10の駆動部周辺の雰囲気がチャンバー6の外部に排出されるように構成されている。
Further, the pair of
図1に戻り、チャンバー6には、放射温度計20および温度センサー29が設けられている。放射温度計20は、サセプタ74に保持された半導体ウェハーWの斜め下方に設けられている。放射温度計20は、半導体ウェハーWの下面から放射された赤外光を受光し、その赤外光の強度から当該下面の温度を測定する。一方、温度センサー29は熱電対を用いて構成される。温度センサー29は、チャンバー内6の内壁面に取り付けられている。温度センサー29は、チャンバー6内の雰囲気温度を測温する。
Returning to FIG. 1, the chamber 6 is provided with a
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。
The
複数のフラッシュランプFLは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が保持部7に保持される半導体ウェハーWの主面に沿って(つまり水平方向に沿って)互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプFLの配列によって形成される平面も水平面である。複数のフラッシュランプFLが配列される領域は半導体ウェハーWの平面サイズよりも大きい。 The plurality of flash lamps FL are rod-shaped lamps each having an elongated cylindrical shape, and each of the flash lamps FL has its longitudinal direction along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holding part 7 (that is, along the horizontal direction). They are arranged in a plane so that they are parallel to each other. Therefore, the plane formed by the arrangement of the flash lamps FL is also a horizontal plane. The area where the plurality of flash lamps FL are arranged is larger than the planar size of the semiconductor wafer W.
キセノンフラッシュランプFLは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設された円筒形状のガラス管(放電管)と、該ガラス管の外周面上に付設されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプFLにおいては、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが0.1ミリセカンドないし100ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、ハロゲンランプHLの如き連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。すなわち、フラッシュランプFLは、1秒未満の極めて短い時間で瞬間的に発光するパルス発光ランプである。なお、フラッシュランプFLの発光時間は、フラッシュランプFLに電力供給を行うランプ電源のコイル定数によって調整することができる。 The xenon flash lamp FL consists of a cylindrical glass tube (discharge tube) in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode connected to a condenser at both ends. and an attached trigger electrode. Since xenon gas is an electrical insulator, no electricity will flow inside the glass tube under normal conditions even if a charge is stored in the capacitor. However, when a high voltage is applied to the trigger electrode to break down the insulation, the electricity stored in the capacitor instantly flows into the glass tube, and the excitation of xenon atoms or molecules at that time causes light to be emitted. In such a xenon flash lamp FL, the electrostatic energy previously stored in the capacitor is converted into extremely short light pulses of 0.1 milliseconds to 100 milliseconds, so it cannot be lit continuously like a halogen lamp HL. It has the characteristic of being able to emit extremely strong light compared to a light source. That is, the flash lamp FL is a pulsed light emitting lamp that emits light instantaneously in an extremely short period of less than one second. Note that 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
チャンバー6の下方に設けられたハロゲン加熱部4は、筐体41の内側に複数本(本実施形態では40本)のハロゲンランプHLを内蔵している。ハロゲン加熱部4は、複数のハロゲンランプHLによってチャンバー6の下方から下側チャンバー窓64を介して熱処理空間65への光照射を行って半導体ウェハーWを加熱する光照射部である。
The
図7は、複数のハロゲンランプHLの配置を示す平面図である。40本のハロゲンランプHLは上下2段に分けて配置されている。保持部7に近い上段に20本のハロゲンランプHLが配設されるとともに、上段よりも保持部7から遠い下段にも20本のハロゲンランプHLが配設されている。各ハロゲンランプHLは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに20本のハロゲンランプHLは、それぞれの長手方向が保持部7に保持される半導体ウェハーWの主面に沿って(つまり水平方向に沿って)互いに平行となるように配列されている。よって、上段、下段ともにハロゲンランプHLの配列によって形成される平面は水平面である。 FIG. 7 is a plan view showing the arrangement of a plurality of halogen lamps HL. The 40 halogen lamps HL are arranged in two stages, upper and lower. Twenty halogen lamps HL are arranged in the upper stage near the holding part 7, and twenty halogen lamps HL are arranged in the lower stage farther from the holding part 7 than the upper stage. Each halogen lamp HL is a rod-shaped lamp having an elongated cylindrical shape. The 20 halogen lamps HL in both the upper and lower stages are arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holding part 7 (that is, along the horizontal direction). There is. Therefore, the plane formed by the arrangement of the halogen lamps HL in both the upper and lower stages is a horizontal plane.
また、図7に示すように、上段、下段ともに保持部7に保持される半導体ウェハーWの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプHLの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも周縁部の方がハロゲンランプHLの配設ピッチが短い。このため、ハロゲン加熱部4からの光照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーWの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。
Further, as shown in FIG. 7, the arrangement density of the halogen lamps HL in the region facing the peripheral portion of the semiconductor wafer W held by the holding portion 7 is higher than that in the region facing the center portion of the semiconductor wafer W held by the holding portion 7 in both the upper and lower stages. There is. That is, in both the upper and lower stages, the arrangement pitch of the halogen lamps HL is shorter at the periphery than at the center of the lamp array. Therefore, a larger amount of light can be irradiated onto the peripheral edge of the semiconductor wafer W, where the temperature tends to drop during heating by light irradiation from the
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。 Further, a lamp group consisting of the upper stage halogen lamps HL and a lamp group consisting of the lower stage halogen lamps HL 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.
ハロゲンランプHLは、円筒形状のガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素(ヨウ素、臭素等)を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプHLは、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特性を有する。すなわち、ハロゲンランプHLは少なくとも1秒以上連続して発光する連続点灯ランプである。また、ハロゲンランプHLは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプHLを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーWへの放射効率が優れたものとなる。 The halogen lamp HL is a filament-type light source that emits light by energizing a filament disposed inside a cylindrical glass tube to make the filament incandescent. The inside of the glass tube is filled with a gas made by introducing a small amount of halogen elements (iodine, bromine, etc.) into an inert gas such as nitrogen or argon. By introducing a halogen element, it becomes possible to set the temperature of the filament to a high temperature while suppressing breakage of the filament. Therefore, the halogen lamp HL has a longer lifespan than a normal incandescent light bulb and has the characteristics of being able to continuously emit intense light. That is, the halogen lamp HL is a continuously lit lamp that emits light continuously for at least one second or more. 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 toward the semiconductor wafer W above becomes excellent.
また、ハロゲン加熱部4の筐体41内にも、2段のハロゲンランプHLの下側にリフレクタ43が設けられている(図1)。リフレクタ43は、複数のハロゲンランプHLから出射された光を熱処理空間65の側に反射する。
Further, a
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
上記の構成以外にも熱処理装置1は、半導体ウェハーWの熱処理時にハロゲンランプHLおよびフラッシュランプFLから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部4、フラッシュ加熱部5およびチャンバー6の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー6の壁体には水冷管(図示省略)が設けられている。また、ハロゲン加熱部4およびフラッシュ加熱部5は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓63とランプ光放射窓53との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部5および上側チャンバー窓63を冷却する。
In addition to the above configuration, the heat treatment apparatus 1 prevents an excessive temperature rise in the
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。図8は、熱処理装置1における半導体ウェハーWの処理手順を示すフローチャートである。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 heat processing apparatus 1 will be explained. FIG. 8 is a flowchart showing the processing procedure of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1. The semiconductor wafer W to be processed here is a semiconductor substrate into which impurities (ions) have been added by ion implantation. Activation of the impurities is performed by flash light irradiation heat treatment (annealing) by the heat treatment apparatus 1. The processing procedure of the heat treatment apparatus 1 described below proceeds as the
まず、給気のためのバルブ84が開放されるとともに、排気用のバルブ89,192が開放されてチャンバー6内に対する給排気が開始される。バルブ84が開放されると、処理ガス供給源85からガスリング90に処理ガスとしての窒素ガスが送給され、ガスリング90の内部空間を通過した窒素ガスがガス吐出口81から熱処理空間65に吐出される。また、バルブ89が開放されると、ガス排気孔86からチャンバー6内の気体が排気される。これにより、チャンバー6内の熱処理空間65の上部から供給された窒素ガスが下方へと流れ、熱処理空間65の下部から排気される。
First, the
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, by opening the
続いて、ゲートバルブ185が開いて搬送開口部66が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部66を介してイオン注入後の半導体ウェハーWがチャンバー6内の熱処理空間65に搬入される(ステップS1)。このときには、半導体ウェハーWの搬入にともなって装置外部の雰囲気を巻き込むおそれがあるが、チャンバー6には窒素ガスが供給され続けているため、搬送開口部66から窒素ガスが流出して、そのような外部雰囲気の巻き込みを最小限に抑制することができる。
Subsequently, the
搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーWは保持部7の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構10の一対の移載アーム11が退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン12が貫通孔79を通ってサセプタ74の保持プレート75の上面から突き出て半導体ウェハーWを受け取る。このとき、リフトピン12は基板支持ピン77の上端よりも上方にまで上昇する。
The semiconductor wafer W carried in by the transfer robot advances to a position directly above the holding section 7 and stops. When the pair of
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 lift pins 12, the transfer robot leaves the
図9は、半導体ウェハーWの表面温度の変化を示す図である。半導体ウェハーWが石英にて形成された保持部7のサセプタ74によって水平姿勢にて下方より保持された後の時刻t1に、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(ステップS2)。ハロゲンランプHLから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓64およびサセプタ74を透過して半導体ウェハーWの下面に照射される。ハロゲンランプHLからの光照射を受けることによって半導体ウェハーWが予備加熱されて温度が上昇する。なお、移載機構10の移載アーム11は凹部62の内側に退避しているため、ハロゲンランプHLによる加熱の障害となることは無い。
FIG. 9 is a diagram showing changes in the surface temperature of the semiconductor wafer W. At time t1 after 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20によって測定されている。すなわち、サセプタ74に保持された半導体ウェハーWの下面から開口部78を介して放射された赤外光を透明窓21を通して放射温度計20が受光して昇温中のウェハー温度を測定する。測定された半導体ウェハーWの温度は制御部3に伝達される。制御部3は、ハロゲンランプHLからの光照射によって昇温する半導体ウェハーWの温度が所定の予備加熱温度T1に到達したか否かを監視しつつ、ハロゲンランプHLの出力を制御する。すなわち、制御部3は、放射温度計20による測定値に基づいて、半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1となるようにハロゲンランプHLの出力をフィードバック制御する。予備加熱温度T1は、半導体ウェハーWに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、200℃ないし800℃程度、好ましくは350℃ないし600℃程度とされる(本実施の形態では600℃)。
When performing 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20によって測定される半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1に到達した時刻t2に制御部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
このようなハロゲンランプHLによる予備加熱を行うことによって、半導体ウェハーWの全体を予備加熱温度T1に均一に昇温している。ハロゲンランプHLによる予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーWの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、ハロゲン加熱部4におけるハロゲンランプHLの配設密度は、基板Wの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっている。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーWの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーWの面内温度分布を均一なものとすることができる。
By performing preheating using the halogen lamp HL, the entire semiconductor wafer W is uniformly heated to the preheating temperature T1. At the stage of preheating by the halogen lamps HL, the temperature at the periphery of the semiconductor wafer W, where heat radiation is more likely to occur, tends to be lower than that at the center, but the density of the halogen lamps HL in the
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刻t3にフラッシュ加熱部5のフラッシュランプFLがサセプタ74に保持された半導体ウェハーWの表面にフラッシュ光照射を行う(ステップS3)。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。
At time t3 when the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1 and a predetermined time has elapsed, 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 flash heating is performed by irradiating flash light from the flash lamp FL, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be raised in a short time. In other words, the flash light emitted from the flash lamp FL is generated by converting electrostatic energy stored in a capacitor in advance into an extremely short light pulse, and the irradiation time is extremely short, ranging from 0.1 milliseconds to 100 milliseconds. It's a strong flash. Then, the surface temperature of the semiconductor wafer W, which is flash-heated by the flash light irradiation from the flash lamp FL, instantaneously rises to the processing temperature T2 of 1000° C. or more, and the impurities implanted into the semiconductor wafer W are activated. After that, the surface temperature drops rapidly. In this way, the heat treatment apparatus 1 can raise and lower the surface temperature of the semiconductor wafer W in an extremely short time, so that the impurity can be activated while suppressing the diffusion of the impurity implanted into the semiconductor wafer W due to heat. Can be done. Note that the time required for the activation of impurities is extremely short compared to the time required for their thermal diffusion, so activation is not possible even during a short period of time, such as 0.1 to 100 milliseconds, in which no diffusion occurs. Complete.
フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間(例えば2秒)が経過した時刻t4にハロゲンランプHLが消灯する。ハロゲンランプHLが消灯すると同時に、冷却ガスの供給が開始される(ステップS4)。具体的には、ハロゲンランプHLが消灯する時刻t4に処理ガス供給源85からガスリング90に冷却ガスとしてヘリウムガスが送給される。ガスリング90に送給されたヘリウムガスはガス吐出口81からチャンバー6内の熱処理空間65に供給される。また、ガス排気孔86からの排気も継続して行われている。
After the flash heating process is completed, the halogen lamp HL is turned off at time t4 after a predetermined period of time (for example, 2 seconds) has elapsed. At the same time that the halogen lamp HL is turned off, the supply of cooling gas is started (step S4). Specifically, helium gas is supplied as a cooling gas from the processing
ヘリウムガスは高い熱伝導率を有する(0℃で約0.144W/m・K)。それゆえにヘリウムガスは高い冷却能を有する。ハロゲンランプHLが消灯すると同時にチャンバー6内にヘリウムガスが供給されることによって、フラッシュ加熱直後の比較的高温の半導体ウェハーWが急速に冷却されて迅速に降温することとなる。 Helium gas has high thermal conductivity (approximately 0.144 W/m·K at 0°C). Therefore, helium gas has high cooling ability. By supplying helium gas into the chamber 6 at the same time as the halogen lamp HL is turned off, the semiconductor wafer W, which is at a relatively high temperature immediately after flash heating, is rapidly cooled and its temperature is quickly lowered.
また、チャンバー6の壁体は水冷管によって冷却されているものの、その壁体から離間しているガスリング90の内壁面までは十分に冷却されていない。このため、ガスリング90の内壁面は、ハロゲンランプHLおよびフラッシュランプFLからの光照射によって高温となりやすく、昇温した半導体ウェハーWの膜に由来する反応生成物によって変色することがある。本実施形態においては、フラッシュ加熱後に高い冷却能を有するヘリウムガスをチャンバー6内に供給しているため、半導体ウェハーWのみならず、ガスリング90を含むチャンバー6の構成部品も急速に冷却されることとなる。これにより、ガスリング90の変色を防止することもできる。
Further, although the wall of the chamber 6 is cooled by the water cooling pipe, the inner wall of the
チャンバー6内の雰囲気温度は温度センサー29によって測定されている。ヘリウムガスの供給は、温度センサー29によって測定されるチャンバー6内の雰囲気温度が所定温度(例えば、200℃~250℃)に降温するまで継続される(ステップS5)。そして、温度センサー29によって測定されるチャンバー6内の雰囲気温度が所定温度にまで降温した時刻t5にステップS5からステップS6に進み、冷却ガスの供給が停止される。
The atmospheric temperature within the chamber 6 is measured by a
冷却ガスの供給が停止された後、チャンバー6内が減圧される(ステップS7)。具体的には、バルブ84が閉止されてチャンバー6へのガス供給が停止されるとともに、チャンバー6からの排気のみが実行されてチャンバー6内が減圧される。チャンバー6内が減圧されることによって、冷却に使用されたヘリウムガスがチャンバー6から排出される。
After the supply of cooling gas is stopped, the pressure inside the chamber 6 is reduced (step S7). Specifically, the
チャンバー6内が所定圧(例えば、約100Pa)にまで減圧された後、チャンバー6内に窒素ガスが供給されてチャンバー6内が大気圧に復圧される(ステップS8)。このときには、バルブ84が再び開放されて処理ガス供給源85から窒素ガスが送給され、ガス吐出口81からチャンバー6内に窒素ガスが供給される。これにより、チャンバー6内は再び窒素雰囲気となる。
After the pressure inside the chamber 6 is reduced to a predetermined pressure (for example, about 100 Pa), nitrogen gas is supplied into the chamber 6 to restore the pressure inside the chamber 6 to atmospheric pressure (step S8). At this time, the
次に、冷却された半導体ウェハーWがチャンバー6から搬出される(ステップS9)。チャンバー6内が窒素雰囲気とされて復圧した後、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冷却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の処理が完了する。
Next, the cooled semiconductor wafer W is carried out from the chamber 6 (step S9). After the inside of the chamber 6 is restored to a nitrogen atmosphere, the pair of
本実施形態においては、フラッシュ加熱処理が終了した後に、高い冷却能を有するヘリウムガスを冷却ガスとしてチャンバー6内に供給している。これにより、半導体ウェハーWやガスリング90を含むチャンバー6内を効率良く迅速に冷却することができる。フラッシュ加熱後の半導体ウェハーWを迅速に冷却することにより、自然冷却に比較して半導体ウェハーWの冷却時間を短縮することができ、スループットを向上させることができる。また、ガスリング90を効率良く冷却することにより、ガスリング90の変色を防止することができる。
In this embodiment, after the flash heat treatment is completed, helium gas having a high cooling ability is supplied into the chamber 6 as a cooling gas. Thereby, the inside of the chamber 6 including the semiconductor wafer W and the
また、本実施形態では、チャンバー6内の雰囲気温度が所定温度にまで降温したときに、冷却ガスの供給を停止している。冷却ガスを長時間にわたって供給し続けると、チャンバー6の構成部品が過度に冷却されることとなる。そうすると、後続の新たな半導体ウェハーWの処理を行うときに、過度に冷却されたサセプタ74によって半導体ウェハーWが保持されることとなり、複数枚の半導体ウェハーWの温度履歴が不均一になるという問題が生じる。このため、チャンバー6内が過度に冷却されないように、チャンバー6内の雰囲気温度が所定温度にまで降温したときに、冷却ガスの供給を停止しているのである。
Furthermore, in this embodiment, the supply of cooling gas is stopped when the atmospheric temperature within the chamber 6 drops to a predetermined temperature. If the cooling gas is continued to be supplied for a long period of time, the components of the chamber 6 will be excessively cooled. Then, when processing a subsequent new semiconductor wafer W, the semiconductor wafer W will be held by the excessively cooled
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、冷却ガスとしてヘリウムガスを使用していたが、これに限定されるものではなく、冷却ガスは窒素よりも高い熱伝導率を有するガスであればよい。すなわち、窒素ガスの熱伝導率は0℃で約0.024W/m・Kであり、それよりも高い熱伝導率を有するガスを冷却ガスとしてチャンバー6内に供給するようにしても良い。ヘリウム以外に窒素よりも高い熱伝導率を有するガスとしては、例えば水素が例示される(0℃で約0.168W/m・K)。フラッシュ加熱処理終了後にチャンバー6内に水素ガスを冷却ガスとして供給するようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。 The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit thereof. For example, in the above embodiment, helium gas is used as the cooling gas, but the invention is not limited to this, and the cooling gas may be any gas having a higher thermal conductivity than nitrogen. That is, the thermal conductivity of nitrogen gas is approximately 0.024 W/m·K at 0° C., and a gas having a higher thermal conductivity than that may be supplied into the chamber 6 as a cooling gas. An example of a gas other than helium that has a higher thermal conductivity than nitrogen is hydrogen (approximately 0.168 W/m·K at 0° C.). Even if hydrogen gas is supplied as a cooling gas into the chamber 6 after the flash heat treatment is completed, the same effects as in the above embodiment can be obtained.
また、上記実施形態においては、ハロゲンランプHLが消灯すると同時に冷却ガスの供給を開始していたが、冷却ガスの供給タイミングはこれに限定されるものではなく、フラッシュランプFLからフラッシュ光を照射した時点以降(時刻t3以降)であれば良い。よって、例えば、フラッシュランプFLが発光すると同時に冷却ガスの供給を開始するようにしても良い。もっとも、フラッシュ光を照射した後の所定時間(時刻t3から時刻t4までの期間)はハロゲンランプHLが点灯しており、フラッシュランプFLが発光すると同時に冷却ガスの供給を開始したとしても、ハロゲンランプHLによる加熱と冷却ガスによる冷却とが同時に行われることとなり、効率的ではない。このため、上記実施形態のように、ハロゲンランプHLが消灯すると同時に冷却ガスの供給を開始した方がチャンバー6内を効率良く冷却することができる。また、フラッシュ光を照射するよりも前に冷却ガスを供給することは禁止されている。これは、フラッシュ光を照射するよりも前に冷却ガスを供給すると、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1よりも低下するおそれが生じるためである。 Further, in the above embodiment, the supply of cooling gas was started at the same time as the halogen lamp HL was turned off, but the timing of supplying the cooling gas is not limited to this, and flash light was irradiated from the flash lamp FL. Any time after that time (after time t3) is sufficient. Therefore, for example, the supply of cooling gas may be started at the same time as the flash lamp FL emits light. However, the halogen lamp HL is on for a predetermined period of time after irradiating the flash light (period from time t3 to time t4), and even if the supply of cooling gas is started at the same time as the flash lamp FL emits light, the halogen lamp Heating by HL and cooling by cooling gas are performed simultaneously, which is not efficient. Therefore, the inside of the chamber 6 can be cooled more efficiently by starting the supply of cooling gas at the same time as the halogen lamp HL goes out, as in the above embodiment. Furthermore, it is prohibited to supply cooling gas before irradiating the flash light. This is because if the cooling gas is supplied before the flash light is irradiated, there is a risk that the temperature of the semiconductor wafer W will fall below the preheating temperature T1 during the flash light irradiation.
また、ガスリング90からの冷却ガスの供給流量とガス排気孔86からの排気圧とを制御することによって、チャンバー6内における冷却ガスの流速を高めるようにしても良い。冷却ガスの供給流量は、最大150リットル/分とすることができる。チャンバー6内における冷却ガスの流速を高めることにより、チャンバー6内の冷却効率を高めることができる。
Furthermore, the flow rate of the cooling gas within the chamber 6 may be increased by controlling the supply flow rate of the cooling gas from the
また、上記実施形態においては、フラッシュ加熱部5に30本のフラッシュランプFLを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプFLの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプFLはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲン加熱部4に備えるハロゲンランプHLの本数も40本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施形態においては、1秒以上連続して発光する連続点灯ランプとしてフィラメント方式のハロゲンランプHLを用いて半導体ウェハーWの予備加熱を行っていたが、これに限定されるものではなく、ハロゲンランプHLに代えて放電型のアークランプ(例えば、キセノンアークランプ)を連続点灯ランプとして用いて予備加熱を行うようにしても良い。 Further, in the above embodiment, the semiconductor wafer W is preheated using a filament type halogen lamp HL as a continuously lit lamp that emits light continuously for 1 second or more, but the present invention is not limited to this. Instead of the halogen lamp HL, a discharge type arc lamp (for example, a xenon arc lamp) may be used as a continuously lit lamp to perform preheating.
また、熱処理装置1によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。 Further, the substrate to be processed by the heat treatment apparatus 1 is not limited to a semiconductor wafer, but 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.
1 熱処理装置
3 制御部
4 ハロゲン加熱部
5 フラッシュ加熱部
6 チャンバー
7 保持部
10 移載機構
65 熱処理空間
74 サセプタ
75 保持プレート
77 基板支持ピン
81 ガス吐出口
86 ガス排気孔
90 ガスリング
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
Claims (8)
基板をチャンバー内に収容する収容工程と、
前記チャンバー内に収容された前記基板に連続点灯ランプから光を照射して前記基板を予備加熱する予備加熱工程と、
前記チャンバー内に収容された前記基板にフラッシュランプからフラッシュ光を照射して前記基板を加熱するフラッシュ加熱工程と、
前記チャンバー内に窒素よりも高い熱伝導率を有する冷却ガスを供給する冷却工程と、
を備え、
前記チャンバー内の雰囲気温度が所定温度にまで降温したときに前記冷却ガスの供給を停止することを特徴とする熱処理方法。 A heat treatment method for heating a substrate by irradiating the substrate with flash light, the method comprising:
a housing step of housing the substrate in the chamber;
a preheating step of preheating the substrate by irradiating the substrate housed in the chamber with light from a continuously lit lamp;
a flash heating step of heating the substrate by irradiating the substrate housed in the chamber with flash light from a flash lamp;
a cooling step of supplying a cooling gas having a higher thermal conductivity than nitrogen into the chamber;
Equipped with
A heat treatment method characterized in that the supply of the cooling gas is stopped when the ambient temperature in the chamber falls to a predetermined temperature .
前記冷却ガスは、水素またはヘリウムであることを特徴とする熱処理方法。 The heat treatment method according to claim 1,
A heat treatment method characterized in that the cooling gas is hydrogen or helium.
前記基板に前記フラッシュ光を照射した時点以降に前記冷却ガスの供給を開始することを特徴とする熱処理方法。 In the heat treatment method according to claim 1 or 2,
A heat treatment method characterized in that supply of the cooling gas is started after the time when the flash light is irradiated onto the substrate.
前記連続点灯ランプを消灯したときに前記冷却ガスの供給を開始することを特徴とする熱処理方法。 The heat treatment method according to claim 3,
A heat treatment method characterized in that the supply of the cooling gas is started when the continuously lit lamp is turned off.
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に収容された前記基板に光を照射して前記基板を予備加熱する連続点灯ランプと、
前記チャンバー内に収容された前記基板にフラッシュ光を照射して前記基板を加熱するフラッシュランプと、
前記チャンバー内に窒素よりも高い熱伝導率を有する冷却ガスを供給するガス供給部と、
を備え、
前記ガス供給部は、前記チャンバー内の雰囲気温度が所定温度にまで降温したときに前記冷却ガスの供給を停止す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 flash light,
a chamber containing a substrate;
a continuously lit lamp that irradiates light onto the substrate housed in the chamber to preheat the substrate;
a flash lamp that irradiates the substrate housed in the chamber with flash light to heat the substrate;
a gas supply unit that supplies a cooling gas having a higher thermal conductivity than nitrogen into the chamber;
Equipped with
The heat treatment apparatus is characterized in that the gas supply unit stops supplying the cooling gas when the atmospheric temperature in the chamber drops to a predetermined temperature.
前記冷却ガスは、水素またはヘリウムであることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 5 ,
A heat treatment apparatus characterized in that the cooling gas is hydrogen or helium.
前記ガス供給部は、前記基板に前記フラッシュ光が照射された時点以降に前記冷却ガスの供給を開始することを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 5 or 6 ,
The heat treatment apparatus is characterized in that the gas supply unit starts supplying the cooling gas after the flash light is irradiated onto the substrate.
前記ガス供給部は、前記連続点灯ランプが消灯したときに前記冷却ガスの供給を開始することを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 7 ,
The heat treatment apparatus is characterized in that the gas supply unit starts supplying the cooling gas when the continuously lit lamp goes out.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019165294A JP7377653B2 (en) | 2019-09-11 | 2019-09-11 | Heat treatment method and heat treatment equipment |
TW109127306A TWI761908B (en) | 2019-09-11 | 2020-08-12 | Heat treatment method and heat treatment apparatus |
PCT/JP2020/031834 WO2021049283A1 (en) | 2019-09-11 | 2020-08-24 | Heat treatment method and heat treatment apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019165294A JP7377653B2 (en) | 2019-09-11 | 2019-09-11 | Heat treatment method and heat treatment equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021044372A JP2021044372A (en) | 2021-03-18 |
JP7377653B2 true JP7377653B2 (en) | 2023-11-10 |
Family
ID=74864268
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019165294A Active JP7377653B2 (en) | 2019-09-11 | 2019-09-11 | Heat treatment method and heat treatment equipment |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7377653B2 (en) |
TW (1) | TWI761908B (en) |
WO (1) | WO2021049283A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2024164526A (en) * | 2023-05-15 | 2024-11-27 | 株式会社Screenホールディングス | Heat treatment apparatus and heat treatment method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003007635A (en) | 2001-06-22 | 2003-01-10 | Toshiba Corp | Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor device manufacturing method |
JP2003045817A (en) | 2001-07-27 | 2003-02-14 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Heat treatment apparatus for substrate |
JP2007515059A (en) | 2003-11-24 | 2007-06-07 | コニック システムズ コーポレーション | Rapid heat treatment equipment |
JP2010114207A (en) | 2008-11-05 | 2010-05-20 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Heat treatment apparatus |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05275433A (en) * | 1992-03-27 | 1993-10-22 | Rohm Co Ltd | Manufacture of semiconductor device |
-
2019
- 2019-09-11 JP JP2019165294A patent/JP7377653B2/en active Active
-
2020
- 2020-08-12 TW TW109127306A patent/TWI761908B/en active
- 2020-08-24 WO PCT/JP2020/031834 patent/WO2021049283A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003007635A (en) | 2001-06-22 | 2003-01-10 | Toshiba Corp | Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor device manufacturing method |
JP2003045817A (en) | 2001-07-27 | 2003-02-14 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Heat treatment apparatus for substrate |
JP2007515059A (en) | 2003-11-24 | 2007-06-07 | コニック システムズ コーポレーション | Rapid heat treatment equipment |
JP2010114207A (en) | 2008-11-05 | 2010-05-20 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Heat treatment apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TWI761908B (en) | 2022-04-21 |
TW202113980A (en) | 2021-04-01 |
JP2021044372A (en) | 2021-03-18 |
WO2021049283A1 (en) | 2021-03-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6837871B2 (en) | Heat treatment method | |
JP7041594B2 (en) | Heat treatment equipment | |
TWI699834B (en) | Heat treatment apparatus and heat treatment method | |
JP6894256B2 (en) | Heat treatment method and heat treatment equipment | |
JP2017017277A (en) | Heat treatment device and heat treatment method | |
JP7319894B2 (en) | Heat treatment equipment | |
TWI712089B (en) | Heat treatment method | |
JP6845730B2 (en) | Heat treatment equipment | |
JP6770915B2 (en) | Heat treatment equipment | |
TWI638389B (en) | Heat treatment susceptor and heat treatment apparatus | |
JP6960344B2 (en) | Heat treatment method and heat treatment equipment | |
JP7032947B2 (en) | Heat treatment method | |
CN119419136A (en) | Heat treatment method | |
JP2022106561A (en) | Heat treatment equipment and heat treatment method | |
JP7377653B2 (en) | Heat treatment method and heat treatment equipment | |
JP7499160B2 (en) | Heat Treatment Method | |
JP7546417B2 (en) | Heat Treatment Equipment | |
JP7523952B2 (en) | Heat Treatment Equipment | |
JP7460394B2 (en) | Heat treatment method | |
TWI703638B (en) | Heat treatment apparatus | |
JP6637321B2 (en) | Susceptor and heat treatment equipment for heat treatment | |
JP7300365B2 (en) | Heat treatment equipment | |
JP7355607B2 (en) | Susceptor manufacturing method, susceptor and heat treatment equipment | |
JP7011980B2 (en) | Heat treatment equipment | |
JP7446881B2 (en) | Heat treatment method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220617 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230627 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230824 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20231017 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231030 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7377653 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |