JP2004303921A

JP2004303921A - Heating apparatus and heat treatment apparatus

Info

Publication number: JP2004303921A
Application number: JP2003094576A
Authority: JP
Inventors: Tatsufumi Kusuda; 達文楠田
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heating apparatus which can radiate uniform thermal energy to substrates from a heating surface without a particular apparatus and control. <P>SOLUTION: A heating plate 74 is formed of a first heating part 31, a second heating part 32, and a third heating part 33. Surface areas of the first heating part 31, second heating part 32, and third heating part 33 are almost identical. Moreover, heat generating bodies 38a, 38b, and 38c of the first, second, and third heating parts 31, 32, and 33 generate almost identical thermal energy when identical voltages are applied thereto. Therefore, uniform thermal energy can be applied to a semiconductor wafer W from a ceiling plate 37a of the heating plate 74 via a suscepter 73 to uniformly heat the semiconductor wafer W. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、略円形の半導体ウェハー（以下、「基板」とも呼ぶ）を加熱する加熱装置および当該加熱装置を含む熱処理装置に関するもので、特に加熱装置の加熱部の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｉＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のように基板の表面に薄膜形成する成膜処理工程や、フォトマスクのラッカ塗布工程に続いて、層を硬化させかつ化学的に前処理する工程において基板を均一に加熱することは、膜厚が均一な薄膜を得るための重要な因子の１つとなっている。また同様に、イオン注入後の基板に対してキセノンフラッシュランプ等からの閃光を照射してイオン活性化処理を行う工程においても、閃光を照射してイオン活性化処理に先だって処理対象基板を予め均一に加熱することは、当該イオン活性化処理を良好に行うための重要な因子の１つになっている。そのため、基板を均一に加熱する加熱装置が種々提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
ここで、キセノンフラッシュランプを使用したイオン活性化処理では、予め加熱装置によって基板全体を２００℃ないし６００℃に予備加熱し、続いて、その予備加熱された基板の表面に向けてキセノンフラッシュランプからの閃光を照射することによって、イオンが注入された基板の表面のみを極めて短時間（数ミリセカンド以下）に、例えば、１０００℃ないし１１００℃程度の温度に加熱（アニール）昇温させている。これにより、基板に注入されたイオンが拡散するための十分な時間を与えることなく基板表面を加熱することができるため、基板表面に打ちこまれたイオンのプロファイルをなまらせることがなく、良好にイオン活性化処理を実行することが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−２１６２８３号公報
【特許文献２】
特表２００２−５３８５０１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１の加熱装置の中央部、周辺部および中間部（以下、「発熱部」とも呼ぶ）のそれぞれから基板に向けて供給される単位面積当たりの熱エネルギーは必ずしも同一でないため、基板を均一に加熱するためには、当該発熱部のそれぞれに配設される発熱抵抗体に印加される電圧を個別に制御することが必要となる。そのため、加熱処理を制御する制御部の処理コストが増加するという問題が生ずる。
【０００６】
ここで、特許文献１の加熱装置において、上述の処理コスト増加という問題を解決する方法の１つとして、発熱部のそれぞれに異なった発熱抵抗体を配設する方法が考えられる。これによれば、発熱部のそれぞれに対応する発熱抵抗体に同一電圧を印加することによって、発熱部のそれぞれから基板に向けて供給される単位面積当たりの熱エネルギーを略同一にすることができ、制御部における処理コストを低減することが可能となる。
【０００７】
しかしながら、この方法では、各発熱抵抗体に流れる電流値が相違することになる。したがって、基板を昇温させるために各発熱抵抗体に電圧を印加すると、温度によっては発熱抵抗体のうち１つが定格消費電力に達し、その他の発熱抵抗体は定格消費電力以下となる問題、すなわち、ある発熱抵抗体のために基板を昇温可能な温度範囲が狭められてしまうという問題が生ずる。
【０００８】
また、特許文献２に記載された基板を熱的に処理するための装置では、基板が配置される載置面と反対の側に、それぞれが同じ形および大きさを有する複数の正方形の加熱エレメントを設けられている。そして、各加熱エレメントを別個に加熱制御することによって基板全体を均一に加熱している。
【０００９】
しかしながら、特許文献２の装置では、正方形の加熱エレメントを採用しており、基板を載置して加熱する加熱面の温度分布を略同心円状に制御することができない。これにより、加熱プレート付近に熱対流等の空気の流れが生ずることによって円形基板の中央部と外周部とにおける放熱量が相違した場合、この放熱量の相違を補償するように略同心円状に加熱プレートの加熱面を制御することができず、その結果、基板全体を均一に昇温することが困難となる。
【００１０】
そこで、本発明では、基板を略同心円状に配設された複数の加熱部によって、特別な装置や制御を行うことなく加熱面から基板に対して与えられる単位面積当たりの熱エネルギーを略同一にすることができる加熱装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、略円形の基板を加熱面にて加熱する加熱装置であって、略円盤状の第１の内部領域を有し、前記第１の内部領域に配設された第１の発熱体からの熱エネルギーによって前記加熱面を加熱する中心加熱部と、略ドーナツ形状の第２の内部領域を有し、前記第２の内部領域に配設された第２の発熱体からの熱エネルギーによって前記加熱面を加熱する外側加熱部と、を備え、前記外側加熱部は、前記中心加熱部の外側に同心円状に配設されており、前記加熱面における前記中心加熱部の表面積と前記外側加熱部の表面積とは略同一であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２の発明は、略円形の基板を加熱面にて加熱する加熱装置であって、略円盤状の第１の内部領域を有し、前記第１の内部領域に配設された第１の発熱体からの熱エネルギーによって前記加熱面を加熱する中心加熱部と、略ドーナツ形状の第２の内部領域を有し、前記第２の内部領域に配設された第２の発熱体からの熱エネルギーによって前記加熱面を加熱する外側加熱部と、を備え、前記外側加熱部は、前記中心加熱部の外側に同心円状に配設されており、前記加熱面と平行な方向についての断面積に関して前記第１の内部領域の断面積と前記第２の内部領域の断面積とは略同一であることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の加熱装置において、前記第１の発熱体および前記第２の発熱体は、略同一の断面積を有する線状の発熱部材であって、前記第１の内部領域および前記第２の内部領域のそれぞれに配設される前記線状の発熱部材の長さは略同一であり、前記第１の発熱体および前記第２の発熱体のそれぞれは、印加電圧に応じた熱エネルギーを発生することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の加熱装置において、前記第１の発熱体での発熱量と、前記第２の発熱体での発熱量とを個別に制御する制御手段、をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５の発明は、請求項４に記載の加熱装置において、前記外側加熱部は前記中心加熱部の外側に同心円状に複数配設されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６の発明は、請求項５に記載の加熱装置において、前記外側加熱部の数は３つ以下であることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７の発明は、略円形の基板に対して閃光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の加熱装置と、前記加熱装置に保持された基板を挟んで前記加熱装置と逆側に配設されており、フラッシュランプを有する光源と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
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。
【００１９】
＜１．熱処理装置の構成＞
図１および図２は本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。この熱処理装置は、キセノンフラッシュランプからの閃光によって円形の半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。なお、図１および以降の各図には、それらの方向関係を明確にすべく必要に応じて適宜、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を付している。
【００２０】
この熱処理装置は、透光板６１、底板６２および一対の側板６３、６４からなり、その内部に略円形の半導体ウェハーＷを収納して熱処理するためのチャンバー６５を備える。チャンバー６５の上部を構成する透光板６１は、例えば、石英等の赤外線透過性を有する材料から構成されており、光源５から出射された光を透過してチャンバー６５内に導くチャンバー窓として機能している。また、チャンバー６５を構成する底板６２には、後述するサセプタ７３および加熱プレート７４を貫通して半導体ウェハーＷをその下面から支持するための支持ピン７０が立設されている。
【００２１】
また、チャンバー６５を構成する側板６４には、半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための開口部６６が形成されている。開口部６６は、軸６７を中心に回動するゲートバルブ６８により開閉可能となっている。半導体ウェハーＷは、開口部６６が解放された状態で、図示しない搬送ロボットによりチャンバー６５内に搬入される。また、チャンバー６５内にて半導体ウェハーＷの熱処理が行われるときには、ゲートバルブ６８により開口部６６が閉鎖される。
【００２２】
チャンバー６５は光源５の下方に設けられている。光源５は、複数（本実施形態においては２７本）のキセノンフラッシュランプ６９（以下、単に「フラッシュランプ６９」とも称する）と、リフレクタ７１とを備える。複数のフラッシュランプ６９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水平方向に沿うようにして互いに平行に列設されている。リフレクタ７１は、複数のフラッシュランプ６９の上方にそれらの全体を被うように配設されている。
【００２３】
このキセノンフラッシュランプ６９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ガラス管と、該ガラス管の外局部に巻回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、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、そのときのジュール熱でキセノンガスが加熱されて光が放出される。このキセノンフラッシュランプ６９においては、予め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１０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、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。
【００２４】
光源５と透光板６１との間には、光拡散板７２が配設されている。この光拡散板７２は、赤外線透過材料としての石英ガラスの表面に光拡散加工を施したものが使用される。
【００２５】
フラッシュランプ６９から放射された光の一部は直接に光拡散板７２および透光板６１を透過してチャンバー６５内へと向かう。また、フラッシュランプ６９から放射された光の他の一部は一旦リフレクタ７１によって反射されてから光拡散板７２および透光板６１を透過してチャンバー６５内へと向かう。
【００２６】
チャンバー６５内には、加熱プレート７４とサセプタ７３とが設けられている。サセプタ７３は加熱プレート７４の上面に貼着されている。加熱プレート７４およびサセプタ７３によって、チャンバー６５内にて半導体ウェハーＷを略水平姿勢にて保持する保持手段が構成されている。
【００２７】
図３は、加熱プレート７４を上面から見た図である。また、図４は、加熱プレート７４付近を図３のＶ−Ｖ線から見た断面を示す図である。なお、図３では、説明の都合上、加熱プレート７４の上部に配設された天板３７ａ（図４参照）を省略して図示している。
【００２８】
加熱プレート７４は、半導体ウェハーＷを所定の温度まで昇温する加熱部材であり、窒化アルミニウムやステンレスにて形成されている。図３および図４に示すように、加熱プレート７４は、略円盤状の形状を有し、その上面はサセプタ７３の下面とが接するように配設されている。そして、加熱プレート７４を加熱することにより、サセプタ７３の上面に保持された半導体ウェハーＷに対して、フラッシュランプ６９によるフラッシュ加熱に先立って当該半導体ウェハーＷを予め所定の温度に保持する予備加熱（アシスト加熱）を行うことができる。
【００２９】
また、図３および図４に示すように、加熱プレート７４は、短軸方向に分割され、熱エネルギーを発生する複数（本実施の形態では３つ）の加熱部３１、３２、３３から構成されている。すなわち、加熱プレート７４の内部は、複数（本実施の形態では２つ）の内壁３５、３６によって複数（本実施の形態では３つ）の内部領域３１ａ、３２ａ、３３ａに分割されている。そして、これら内部領域３１ａ、３２ａ、３３ａが、それぞれ半導体ウェハーＷを加熱する第１の加熱部３１、第２の加熱部３２、第３の加熱部３３の要部に相当する。
【００３０】
第１の内壁３５は、加熱プレート７４内部の最も内側に配設された略円筒状の部材である。そして、加熱プレート７４の内部空間のうち、サセプタ７３の下面と接する加熱プレート７４の天板３７ａと、加熱プレート７４の底部に配設された底板３７ｂと、当該第１の内壁３５の内周部とによって囲まれる略円盤状の内部領域３１ａは、第１の加熱部３１を形成する。
【００３１】
第１の加熱部３１の内部領域３１ａには、熱伝導部材として窒化アルミニウムやステンレスが充填されており、それらに内蔵する形態や、形成された溝に配置する形態で熱エネルギーを発生する発熱体３８ａが配設されている。なお、熱伝導部材は、内壁、天板、底板と同じ材質が選択される。
【００３２】
発熱体３８ａは、フィラメント等の線状の発熱素子によって構成されており、内部領域３１ａに所定の長さＬだけ内部領域３１ａの中心部から第１の内壁３５内周部に向けて渦巻き状に配設されている。したがって発熱体３８ａは、その両端に印加された電圧に応じた熱エネルギーを発生することとなる。そして、発生した熱エネルギーは第１の加熱部３１の上部を形成する天板３７ａを介してサセプタ７３の上面に載置された半導体ウェハーＷを加熱するのに使用される。すなわち、第１の加熱部３１は、加熱プレート７４の中心部に配設され、半導体ウェハーＷの中心部を略円形状に加熱する中心加熱部として使用される。
【００３３】
なお、内部領域３１ａには、第１の加熱部３１の温度を検出するためのセンサ（図示省略）が取りつけられている。そのため、当該センサによって検出された温度に基づいて発熱体３８ａに印加する電圧を制御することができる。
【００３４】
第２の内壁３６は、加熱プレート７４の内部に配設された略円筒部材であり、第１の内壁３５と加熱プレート７４の側壁３７ｃとの間に配設されている。そして、加熱プレート７４の内部空間のうち、天板３７ａと、底板３７ｂと、第１の内壁３５の外周部と当該第２の内壁３６の内周部とによって囲まれる略ドーナツ形状の内部領域３２ａは、第２の加熱部３２を形成する。
【００３５】
第２の加熱部３２の内部領域３２ａには、第１の加熱部３１と同様に、熱伝導部材と熱エネルギーを発生する発熱体３８ｂとが配設されている。発熱体３８ｂは、発熱体３８ａと略同一な断面積（より正確には、長さ方向に垂直な方向の断面積）を有し、発熱体３８ａと同様な材料によって形成された線状の発熱素子（例えば、フィラメント）によって構成されている。そして、発熱体３８ｂは、内部領域３２ａに発熱体３８ａと同じ長さＬだけ、第１の内壁３５の外周部付近から第２の内壁３６の内周部に向けて渦巻き状に配設されている。
【００３６】
したがって、発熱体３８ｂの両端に印加される電圧値と、発熱体３８ａの両端に印加される電圧値とを同一にすると、発熱体３８ｂにて発生する発熱量は発熱体３８ａのものと略同一になる。一方、発熱体３８ｂの両端に印加される電圧値を、発熱体３８ａの両端に印加される電圧値と異なる値に設定すると、発熱体３８ｂにて発生する発熱量を発熱体３８ａおよび発熱体３８ｃのそれぞれで発生する発熱量と異なったものとすることができ、発熱体３８ｂにて発生する発熱量を独立して個別的に制御することもできる。
【００３７】
そして、発熱体３８ｂで発生した熱エネルギーは、発熱体３８ａで発生する熱エネルギーと同様に、第２の加熱部３２の上部を形成する天板３７ａを介してサセプタ７３の上面に載置された半導体ウェハーＷを加熱するのに使用される。すなわち、第２の加熱部３２は、第１の加熱部３１の外側に同心円状に配設され、半導体ウェハーＷの中心部より外側部分を略ドーナツ形状に加熱する外側加熱部として使用される。
【００３８】
なお、内部領域３２ａには、内部領域３１ａと同様に、第２の加熱部３２の温度を検出するためのセンサ（図示省略）が取りつけられている。そのため、当該センサによって検出された温度に基づいて発熱体３８ｂに印加する電圧を制御することができる。
【００３９】
また、加熱プレート７４の内部空間のうち、天板３７ａと、底板３７ｂと、第２の内壁３６の外周部と、側壁３７ｃの内周部とによって囲まれる略ドーナツ形状の内部領域３３ａは、第３の加熱部３３を形成する。
【００４０】
第３の加熱部３３の内部領域３３ａには、第１の加熱部３１および第２の加熱部３２と同様に、熱伝導部材と熱エネルギーを発生する発熱体３８ｃとが配設されている。発熱体３８ｃは、発熱体３８ａおよび発熱体３８ｂと略同一な断面積（より正確には、長さ方向に垂直な方向の断面積）を有し、発熱体３８ａおよび発熱体３８ｂと同様な材料によって形成された線状の発熱素子（例えば、フィラメント）によって構成されている。そして、当該発熱体３８ｃは、内部領域３３ａに発熱体３８ａ、３８ｂと同じ長さＬだけ、第２の内壁３６の外周部付近から側壁３７ｃの内周部に向けて渦巻き状に配設されている。
【００４１】
したがって、発熱体３８ｃの両端に印加される電圧値と、発熱体３８ａおよび発熱体３８ｂの両端にそれぞれ印加される電圧値とを同一にすると、発熱体３８ｃにて発生する熱エネルギーは、発熱体３８ａ、３８ｂのそれぞれから発生する熱エネルギーと略同一になる。一方、発熱体３８ｂの両端に印加される電圧値を、発熱体３８ａおよび発熱体３８ｃの両端にそれぞれ印加される電圧値と異なる値に設定すると、発熱体３８ｂにて発生する発熱量を発熱体３８ａおよび発熱体３８ｃのそれぞれで発生する発熱量と異なったものとすることができ、発熱体３８ｂにて発生する発熱量を独立して個別的に制御することもできる。
【００４２】
そして、発熱体３８ｃで発生した熱エネルギーは、発熱体３８ａ、３８ｂのそれぞれで発生した熱エネルギーと同様に、第３の加熱部３３の上部を形成する天板３７ａを介してサセプタ７３の上面に載置された半導体ウェハーＷを加熱するのに使用される。すなわち、第３の加熱部３３は、第２の加熱部３２と同様に、第１の加熱部３１の外側に同心円状に配設され、半導体ウェハーＷの中心部より外側部分を略ドーナツ形状に加熱する外側加熱部として使用される。
【００４３】
なお、内部領域３３ａには、内部領域３１ａおよび内部領域３２ａと同様に、第３の加熱部３３の温度を検出するためのセンサ（図示省略）が取りつけられている。そのため、当該センサによって検出された温度に基づいて発熱体３８ｃに印加する電圧を制御することができる。
【００４４】
ここで、本実施の形態において、第１の内壁３５および第２の内壁３６は、内部領域３１ａの断面（すなわち、第１の内壁３５によって囲まれる略円形の断面）の水平断面積と、内部領域３２ａの断面（すなわち、第１の内壁３５および第２の内壁３６によって囲まれる略ドーナツ形状の断面）の水平断面積と、内部領域３３ａの断面（すなわち、第２の内壁３６および側壁３７ｃによって囲まれる略ドーナツ形状の断面）の水平断面積とが略同一となるように、加熱プレート７４の内部にそれぞれ配設されている。ここにおいて、水平方向は天板３７ａの方向に相当するから、一般的には、複数の内部領域３１ａ、３２ａ、３３ａは天板３７ａに平行な方向についての断面積が同一とされていることになる。そして、半導体ウェハーＷに対向する天板３７ａの加熱面３７１ａも第１の加熱部３１、第２の加熱部３２、および第３の加熱部３３に相当して、その表面積が同一とされていることになる。また、上述のように、発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれの両端に同一の電圧を印加すると、各発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれから発生する熱エネルギー量は略同一となる。また、各加熱部３１〜３３は、その高さ方向の長さ、すなわち、短軸方向の幅が同一とされている。
【００４５】
したがって、第１の加熱部３１の発熱体３８ａから天板３７ａの加熱面３７１ａから半導体ウェハーＷに伝達される単位面積当たりの熱エネルギー量と、第２の加熱部３２の発熱体３８ｂから天板３７ａの加熱面３７１ａから半導体ウェハーＷに伝達される単位面積当たりの熱エネルギー量と、第３の加熱部３３の発熱体３８ｃから天板３７ａの加熱面３７１ａから半導体ウェハーＷに伝達される単位面積当たりの熱エネルギー量とは、略同一となる。
【００４６】
これにより、加熱プレート７４の天板３７ａの上面からは、均一に熱エネルギーを伝達することができる。すなわち、天板３７ａの上面は、その上に載置されるものを均一に加熱する加熱面としての機能を有する。そのため、半導体ウェハーＷの各部は加熱プレート７４からサセプタ７３を介して均一に熱エネルギーを受け取ることができ、半導体ウェハーＷ全体を均一に加熱して昇温することができる。
【００４７】
また、上述のように、各発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃの両端に同一電圧を印加するだけで、加熱プレート７４の天板３７ａから均一に熱エネルギーを伝達することができる。すなわち、各発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれの両端に印加する電圧値を調整することなく、天板３７ａから均一に熱エネルギーを伝達することができる。その結果、加熱プレート７４から均一に熱エネルギーを伝達する場合、各発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれに印加する電圧を調整するための装置（例えば、トランス）を設けたり、各発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれに印加される電圧を個別に制御する必要がなく、制御部１０の処理コストを軽減することができる。
【００４８】
図５は、半導体ウェハーＷを配置したときの、天板３７ａ上の各部分３１ｂ、３２ｂ、３３ｂと半導体ウェハーＷの位置関係とを示す図である。なお、説明の都合上、図５では加熱プレート７４の上部に配置されるサセプタ７３の図示を省略している。
【００４９】
ところで、フラッシュ加熱に先立って行われる半導体ウェハーＷの予備加熱において、予備加熱された半導体ウェハーＷから放射される熱によって当該半導体ウェハーＷ付近の雰囲気が加熱されて熱対流が発生し、この対流の影響により半導体ウェハーＷの中央部と半導体ウェハーＷの周縁部とで放熱量が相違することにより、半導体ウェハーＷの温度分布が不均一になる場合がある。
【００５０】
しかし、本実施の形態の加熱プレート７４では、第１の加熱部３１の発熱体３８ａ、第２の加熱部３２の発熱体３８ｂおよび第３の加熱部３３の発熱体３８ｃのそれぞれに印加される電圧を個別に制御することにより、半導体ウェハーＷの中央部における放熱量と半導体ウェハーＷの外周部における放熱量との相違を略同心円状に補償することができる。
【００５１】
すなわち、発熱体３８ａは、天板３７ａのうち内部領域３１ａの直上に位置する略円形の部分（破線３９ａの内側部分：図５参照）３１ｂに熱エネルギーを供給することができる。また、同様に、発熱体３８ｂは、天板３７ａのうち内部領域３２ａの直上に位置する略ドーナツ形状の部分（破線３９ａおよび破線３９ｂによって囲まれる部分）３２ｂに熱エネルギーを供給することができる。さらに、発熱体３８ｃは、天板３７ａのうち内部領域３３ａの直上に位置する略ドーナツ形状の部分（破線３９ｂおよび側壁３７ｃを示す実線によって囲まれる部分）３３ｂに熱エネルギーを供給することができる。
【００５２】
これにより、発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれに印加する電圧を個別に制御することによって、略円形の半導体ウェハーＷの中央部付近（部分３１ｂ）と半導体ウェハーＷの周縁部付近（部分３２ｂ、３３ｂ）とで、供給する熱エネルギーを個別に設定することができる。そのため、半導体ウェハーＷの中央部付近と周縁部付近との放熱量の相違を考慮した熱エネルギーを供給することができ、半導体ウェハーＷを均一に加熱することができる。なお、本実施の形態において、発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれに印加する電圧値の制御は、位相制御によって行っている。
【００５３】
サセプタ７３は、半導体ウェハーＷを位置決めして保持するとともに、加熱プレート７４からの熱エネルギーを拡散して半導体ウェハーＷを均一に予備加熱するためのものである。このサセプタ７３の材質としては、窒化アルミニウムや石英等の比較的熱伝導率が小さいものが採用される。サセプタ７３の詳細についてはさらに後述する。
【００５４】
サセプタ７３および加熱プレート７４は、モータ４０の駆動により、図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降する構成となっている。
【００５５】
すなわち、加熱プレート７４は、筒状体４１を介して移動板４２に連結されている。この移動板４２は、チャンバー６５の底板６２に釣支されたガイド部材４３により案内されて昇降可能となっている。また、ガイド部材４３の下端部には、固定板４４が固定されており、この固定板４４の中央部にはボールネジ４５を回転駆動するモータ４０が配設されている。そして、このボールネジ４５は、移動板４２と連結部材４６、４７を介して連結されたナット４８と螺合している。このため、サセプタ７３および加熱プレート７４は、モータ４０の駆動により、図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降することができる。
【００５６】
図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置は、図示しない搬送ロボットを使用して開口部６６から搬入した半導体ウェハーＷを支持ピン７０上に載置し、あるいは、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷを開口部６６から搬出することができるように、サセプタ７３および加熱プレート７４が下降した位置である。この状態においては、支持ピン７０の上端は、サセプタ７３および加熱プレート７４に形成された貫通孔を通過し、サセプタ７３の表面より上方に突出する。
【００５７】
一方、図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置は、半導体ウェハーＷに対して熱処理を行うために、サセプタ７３および加熱プレート７４が支持ピン７０の上端より上方に上昇した位置である。サセプタ７３および加熱プレート７４が図１の搬入・搬出位置から図２の熱処理位置に上昇する過程において、支持ピン７０に載置された半導体ウェハーＷはサセプタ７３によって受け取られ、その下面をサセプタ７３の表面に支持されて上昇し、チャンバー６５内の透光板６１に近接した位置に水平姿勢にて保持される。逆に、サセプタ７３および加熱プレート７４が熱処理位置から搬入・搬出位置に下降する過程においては、サセプタ７３に支持された半導体ウェハーＷは支持ピン７０に受け渡される。
【００５８】
半導体ウェハーＷを支持するサセプタ７３および加熱プレート７４が熱処理位置に上昇した状態においては、それらに保持された半導体ウェハーＷと光源５との間に透光板６１が位置することとなる。なお、このときのサセプタ７３と光源５との間の距離についてはモータ４０の回転量を制御することにより任意の値に調整することが可能である。
【００５９】
また、チャンバー６５の底板６２と移動板４２との間には筒状体４１の周囲を取り囲むようにしてチャンバー６５を気密状体に維持するための伸縮自在の蛇腹７７が配設されている。サセプタ７３および加熱プレート７４が熱処理位置まで上昇したときには蛇腹７７が収縮し、サセプタ７３および加熱プレート７４が搬入・搬出位置まで下降したときには蛇腹７７が伸長してチャンバー６５内の雰囲気と外部雰囲気とを遮断する。
【００６０】
チャンバー６５における開口部６６と反対側の側板６３には、開閉弁８０に連通接続された導入路７８が形成されている。この導入路７８は、チャンバー６５内に処理に必要なガス、例えば不活性な窒素ガスを導入するためのものである。一方、側板６４における開口部６６には、開閉弁８１に連通接続された排出路７９が形成されている。この排出路７９は、チャンバー６５内の気体を排出するためのものであり、開閉弁８１を介して図示しない排気手段と接続されている。
【００６１】
制御部１０は、プログラムや変数等を格納するメモリ１１と、メモリ１１に格納されたプログラムに従った制御を実行するＣＰＵ１２とを備えている。ＣＰＵ１２は、メモリ１１に格納されているプログラムに従って、発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃに印加する電圧制御や、モータ４０の回転制御、開閉弁８０、８１の開閉制御等を所定のタイミングで行う。
【００６２】
＜２．熱処理動作＞
次に、本発明にかかる熱処理装置による半導体ウェハーＷの熱処理動作について説明する。この熱処理装置において処理対象となる半導体ウェハーＷは、イオン注入後の半導体ウェハーである。
【００６３】
この熱処理装置においては、サセプタ７３および加熱プレート７４が図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置に配置された状態にて、図示しない搬送ロボットにより開口部６６を介して半導体ウェハーＷが搬入され、支持ピン７０上に載置される。半導体ウェハーＷの搬入が完了すれば、開口部６６がゲートバルブ６８により閉鎖される。しかる後、サセプタ７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動により図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇し、半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持する。また、開閉弁８０および開閉弁８１を開いてチャンバー６５内に窒素ガスの気流を形成する。
【００６４】
サセプタ７３および加熱プレート７４は、加熱プレート７４に内蔵されたヒータの作用により予め所定温度に加熱されている。このとき、第１の加熱部３１の発熱体３８ａ、第２の加熱部３２の発熱体３８ｂ、および、第３の加熱部３３の発熱体３８ｃのそれぞれには同一の電圧値が印加されており、加熱プレート７４の天板３７ａからサセプタ７３に向けて、熱エネルギーが均一に供給されている。そのため、サセプタ７３および加熱プレート７４が半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇した状態においては、半導体ウェハーＷが加熱状態にあるサセプタ７３と接触することにより予備加熱され、半導体ウェハーＷの温度が次第に上昇する。
【００６５】
この状態においては、半導体ウェハーＷはサセプタ７３を介して均一に加熱され続ける。そのため、半導体ウェハーＷ全体の温度分布を均一にしつつ、当該半導体ウェハーＷを昇温することができる。そして、半導体ウェハーＷの温度上昇時には、図示しない温度センサにより、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを常に監視する。
【００６６】
なお、この予備加熱温度Ｔ１は、例えば２００℃ないし６００℃程度の温度である。半導体ウェハーＷをこの程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱したとしても、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散してしまうことはない。
【００６７】
また、予備加熱において、第１の加熱部３１の発熱体３８ａ、第２の加熱部３２の発熱体３８ｂ、および第３の加熱部３３の発熱体３８ｃのそれぞれに同一電圧を印加することにより、加熱プレート７４の天板３７ａからサセプタ７３を介して与えられる単位面積当たり（より正確には、天板３７ａの加熱面３７１ａに平行な面についての単位面積当たり）の熱エネルギーを略同一にすることができる。そのため、半導体ウェハーＷを均一に加熱することができる。
【００６８】
さらに、予備加熱によって半導体ウェハーＷ付近の雰囲気が加熱されて対流が発生して半導体ウェハーＷの中央部と周縁部とで放熱量が異なる場合であっても、発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれに印加する電圧値を調整することにより、略同心円状に半導体ウェハーＷを加熱することができる。そのため、半導体ウェハーＷの中央部の放熱量と周縁部の放熱量の相違を補償することができ、半導体ウェハーＷを均一に昇温することができる。
【００６９】
やがて、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達すると、フラッシュランプ６９を点灯してフラッシュ加熱を行う。このフラッシュ加熱工程におけるフラッシュランプ６９の点灯時間は、０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の時間である。このように、フラッシュランプ６９においては、予め蓄えられていた静電エネルギーがこのように極めて短い光パルスに変換されることから、極めて強い閃光が照射されることになる。
【００７０】
このようなフラッシュ加熱により、半導体ウェハーＷの表面温度は瞬間的に温度Ｔ２に到達する。この温度Ｔ２は、１０００℃ないし１１００℃程度の半導体ウェハーＷのイオン活性化処理に必要な温度である。半導体ウェハーＷの表面がこのような処理温度Ｔ２にまで昇温されることにより、半導体ウェハーＷ中に打ち込まれたイオンが活性化される。
【００７１】
このとき、半導体ウェハーＷの表面温度が０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の極めて短い時間で処理温度Ｔ２まで昇温されることから、半導体ウェハーＷ中のイオン活性化は短時間で完了する。従って、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散することはなく、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまるという現象の発生を防止することが可能となる。なお、イオン活性化に必要な時間はイオンの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１０ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であってもイオン活性化は完了する。
【００７２】
また、フラッシュランプ６９を点灯して半導体ウェハーＷを加熱する前に、加熱プレート７４を使用して半導体ウェハーＷの表面温度を２００℃ないし６００℃程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱していることから、フラッシュランプ６９により半導体ウェハーＷを１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度Ｔ２まで速やかに昇温させることが可能となる。
【００７３】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、サセプタ７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動により図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置まで下降するとともに、ゲートバルブ６８により閉鎖されていた開口部６６が解放される。サセプタ７３および加熱プレート７４が下降することにより、サセプタ７３から支持ピン７０に半導体ウェハーＷが受け渡される。そして、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷが図示しない搬送ロボットにより搬出される。以上のようにして、一連の熱処理動作が完了する。
【００７４】
＜３．熱処理装置の利点＞
以上のように、本実施の形態の熱処理装置では、加熱プレート７４を構成する複数の加熱部３１、３２、３３のそれぞれに配設された発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃに同一の電圧を印加することにより、加熱プレート７４の加熱面３７１ａからサセプタ７３を介して半導体ウェハーＷに熱エネルギーを均一に与えることができる。そのため、発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれに印加する電圧値を制御することなく半導体ウェハーＷを均一に加熱することができ、制御部１０の処理コストを低減することができる。
【００７５】
また、本実施の形態の加熱プレート７４は、略同心円状に配設された第１の加熱部３１、第２の加熱部３２、および第３の加熱部３３から構成されており、半導体ウェハーＷを略同心円状に加熱することができる。これにより、半導体ウェハーＷ付近に生ずる対流によって当該半導体ウェハーＷの中央部と周縁部とで放熱量が相違する場合であっても、発熱体３８ａ、発熱体３８ｂ、および発熱体３８ｃに印加される電圧を制御することにより、この放熱量の相違を補償することができる。そのため、良好に半導体ウェハーＷを加熱することができる。
【００７６】
＜４．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。
【００７７】
（１）本実施の形態の加熱プレート７４は、フラッシュ加熱を行う熱処理装置において、半導体ウェハーＷを予め所定の温度に予備加熱するための加熱装置として使用されているが、これに限定されるものでなく、例えば、ＣＶＤ等の成膜処理やレジスト塗布処理において半導体ウェハーＷを加熱するための加熱装置として使用してもよい。
【００７８】
（２）また、本実施の形態では、発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃとして線状の発熱素子を採用しているが、これに限定されるものでなく、例えば、例えば、セラミックス等によって形成された板状の発熱素子であってもよい。この場合、第１の加熱部３１、第２の加熱部３２、および第３の加熱部３３のそれぞれに配設される板状の発熱体は、略同一面積の熱放射面を有し、同一電圧を印加することによって略同一のエネルギーを発生する発熱素子であることが好ましい。これにより、加熱面３７１ａからサセプタ７３を介して半導体ウェハーＷに対して均一な熱エネルギーを与えることができ、半導体ウェハーＷを均一に加熱することができる。
【００７９】
（３）また、本実施の形態において、加熱プレート７４は、第１の加熱部３１、第２の加熱部３２、および第３の加熱部３３の３つに略同心円状に分割されているが、これに限定されるものでなく、第１の加熱部３１の外側にドーナツ形状を有する外側加熱部（例えば、第２の加熱部３２、第３の加熱部３３）が、１つまたは３つ以上、同心円状に配置されていればよい。これにより、半導体ウェハーＷ付近の対流の影響によって半導体ウェハーＷの中央部と周縁部とで放熱量が異なった場合であっても、放熱量の相違を略同心円状に補償することができ、半導体ウェハーＷを均一に昇温することができる。
【００８０】
ただし、加熱プレート７４を構成する加熱部の数が増加すると、当該加熱部の数の増加に応じて、各加熱部の調整やメンテナンスのために必要となる工数が増加する。したがって、加熱プレート７４を構成する加熱部の数は、「２」から「４」の範囲にすること、すなわち、加熱プレート７４の中央部に配置された略円筒状の加熱部を除いた加熱部（換言すると、略ドーナツ形状の外側加熱部）の数は、「１」から「３」の範囲にすることが好ましい。
【００８１】
【発明の効果】
請求項１および請求項３ないし請求項６に記載の発明によれば、加熱面における中心加熱部の表面積と外側加熱面の表面積とを略同一であることにより、第１の発熱体からの熱エネルギーと第２の発熱体からの熱エネルギーとを略同一にすると、中心加熱部から加熱面に与える単位面積当たりの熱エネルギーと、外側加熱部から加熱面に与える単位面積当たりの熱エネルギーとを略同一にすることできる。そのため、加熱面から当該加熱面に保持された基板に対して均一に熱エネルギーを与えることができ、基板を均一に加熱することができる。
【００８２】
また、請求項２から請求項６に記載の発明によれば、第１の内部領域の断面積と第２の内部領域の断面積とが略同一であることにより、第１の発熱体からの熱エネルギーと第２の発熱体からの熱エネルギーとを略同一にすると、中心加熱部から加熱面に与える単位面積当たりの熱エネルギーと、外側加熱部から加熱面に与える単位面積当たりの熱エネルギーとを略同一にすることできる。そのため、加熱面から当該加熱面に保持された基板に対して均一に熱エネルギーを与えることができ、基板を均一に加熱することができる。
【００８３】
特に、請求項３に記載の発明によれば、第１の内部領域に配設される第１の発熱体と第２の内部領域に配設される第２の発熱体とは、それぞれ略同一の断面積と略同一の長さを有する発熱部材によって構成されいる。したがって、第１の発熱体および第２の発熱体のそれぞれに同一の電圧を印加することによって、第１の発熱体から加熱面に与えられる単位面積当たりの熱エネルギーと第２の発熱体から加熱面に与えられる単位面積当たりの熱エネルギーとを略同一にすることができる。
【００８４】
すなわち、第１の発熱体に印加する電圧と第２の発熱体に印加する電圧とを異なった値にすることなく、加熱面から基板に対して与えられる単位面積当たりの熱エネルギーを略同一にすることができる。そのため、第１の発熱体および第２の発熱体のそれぞれについて、印加電圧を調整するための特別な制御を行うことなく基板を均一に加熱することができる。
【００８５】
特に、請求項４に記載の発明によれば、加熱面のうち中心加熱部から熱エネルギーを受ける部分と、加熱面のうち外側加熱部から熱エネルギーを受ける部分とで放熱量が異なる場合であっても、第１の発熱体での発熱量と第２の発熱体での発熱量とを個別に制御することにより、基板に与えられる単位面積当たりの熱エネルギーを略同一に維持することができる。そのため、加熱面からの放熱量が均一とならない場合であっても、基板を均一に加熱することができる。
【００８６】
特に、請求項５に記載の発明によれば、加熱面のうち中心加熱部および複数の外側加熱部のそれぞれと対応する部分の放熱量に応じて、当該中心加熱部および複数の外側加熱部からの発熱量を制御し、当該加熱面をさらに区分して加熱することができる。そのため、加熱面からの放熱量が均一とならない場合であっても、基板をさらに均一に加熱することができる。
【００８７】
特に、請求項６に記載の発明によれば、加熱面を区分的に加熱して基板をさらに均一加熱することができるとともに、外側加熱部を調整するのに必要となる手間および時間を低減することができる。
【００８８】
また、請求項７に記載の発明によれば、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の加熱装置をフラッシュランプの閃光による熱処理を施す前に行う予備加熱に使用して当該基板を均一に加熱することができる。そのため、フラッシュランプの閃光によって基板全体を均一に所定の温度まで昇温することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図２】本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図３】図１および図２に示す熱処理装置の加熱プレートの上面図である。
【図４】図３の加熱プレート付近をＶ−Ｖ線から見た断面を示す図である。
【図５】図１および図２に示す熱処理装置の加熱プレートの上面図である。
【符号の説明】
１熱処理装置
５光源
１０制御部
３１第１の加熱部
３２第２の加熱部
３３第３の加熱部
３５第１の内壁
３６第２の内壁
３７ａ天板
３７１ａ加熱面
３７ｂ底板
３７ｃ側壁
３８発熱体
４０モータ
６５チャンバー
６９フラッシュランプ
７０支持ピン
７１リフレクタ
７３サセプタ
７４加熱プレート
Ｗ半導体ウェハー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heating device for heating a substantially circular semiconductor wafer (hereinafter, also referred to as a “substrate”) and a heat treatment device including the heating device, and more particularly to an improvement in a heating unit of the heating device.
[0002]
[Prior art]
For example, following a film forming process for forming a thin film on the surface of a substrate, such as CVD (Chemicai Vapor Deposition), or a lacquer coating process for a photomask, the substrate is cured and chemically pre-processed in a uniform process. Heating is one of the important factors for obtaining a thin film having a uniform film thickness. Similarly, in the step of irradiating the substrate after ion implantation with a flash from a xenon flash lamp or the like to perform the ion activation process, the substrate to be processed is uniformly irradiated with the flash before the ion activation process. Heating is one of the important factors for performing the ion activation treatment well. Therefore, various heating devices for uniformly heating a substrate have been proposed (for example, see Patent Documents 1 and 2).
[0003]
Here, in the ion activation treatment using a xenon flash lamp, the entire substrate is preheated to 200 ° C. to 600 ° C. in advance by a heating device, and then the xenon flash lamp is directed toward the surface of the preheated substrate. By heating the substrate, the surface of the substrate on which the ions are implanted is heated (annealed) to a temperature of, for example, about 1000 ° C. to 1100 ° C. in a very short time (several milliseconds or less). As a result, the substrate surface can be heated without giving sufficient time for the ions implanted into the substrate to diffuse. It is possible to execute the ion activation processing.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-63-216283
[Patent Document 2]
JP-T-2002-538501
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the heat energy per unit area supplied to the substrate from each of the central portion, peripheral portion, and intermediate portion (hereinafter also referred to as “heating portion”) of the heating device of Patent Document 1 is not necessarily the same, In order to uniformly heat the heaters, it is necessary to individually control the voltage applied to the heating resistors provided in each of the heating units. Therefore, there is a problem that the processing cost of the control unit for controlling the heat treatment increases.
[0006]
Here, in the heating device of Patent Literature 1, as one of the methods for solving the above-mentioned problem of an increase in the processing cost, a method of arranging different heating resistors in each of the heating units can be considered. According to this, by applying the same voltage to the heating resistors corresponding to each of the heat generating units, it is possible to make the heat energy per unit area supplied from each of the heat generating units toward the substrate substantially the same. Thus, it is possible to reduce the processing cost in the control unit.
[0007]
However, in this method, the value of the current flowing through each heating resistor differs. Therefore, when a voltage is applied to each heating resistor in order to raise the temperature of the substrate, depending on the temperature, one of the heating resistors reaches the rated power consumption, and the other heating resistors have a rated power consumption or less. Further, there is a problem that the temperature range in which the temperature of the substrate can be raised due to a certain heating resistor is narrowed.
[0008]
In the apparatus for thermally processing a substrate described in Patent Document 2, a plurality of square heating elements each having the same shape and size are provided on a side opposite to a mounting surface on which the substrate is disposed. Is provided. Then, the entire substrate is uniformly heated by separately controlling the heating of each heating element.
[0009]
However, the apparatus disclosed in Patent Document 2 employs a square heating element, and cannot control the temperature distribution of the heating surface on which the substrate is placed and heated to be substantially concentric. In this way, when air flow such as heat convection occurs near the heating plate and the heat radiation amount differs between the central portion and the outer peripheral portion of the circular substrate, heating is performed substantially concentrically so as to compensate for the difference in the heat radiation amount. The heating surface of the plate cannot be controlled, and as a result, it is difficult to uniformly heat the entire substrate.
[0010]
Therefore, in the present invention, the heat energy per unit area given to the substrate from the heating surface by the plurality of heating units arranged substantially concentrically without performing any special device or control is substantially the same. It is an object of the present invention to provide a heating device that can perform heating.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a heating device for heating a substantially circular substrate on a heating surface, the heating device having a substantially disk-shaped first internal region, wherein the first internal region is provided. A central heating unit that heats the heating surface with heat energy from a first heating element disposed in the first heating element, and a second internal area having a substantially donut shape, and is disposed in the second internal area. An outer heating unit that heats the heating surface with heat energy from a second heating element, wherein the outer heating unit is disposed concentrically outside the center heating unit, and The surface area of the central heating section and the surface area of the outer heating section are substantially the same.
[0012]
The invention according to claim 2 is a heating device for heating a substantially circular substrate on a heating surface, the heating device having a substantially disk-shaped first internal region, which is disposed in the first internal region. A second heating element having a central heating section for heating the heating surface by heat energy from the first heating element, and a second interior area having a substantially donut shape, the second heating element being disposed in the second interior area; An outer heating unit that heats the heating surface with heat energy from the outer heating unit, wherein the outer heating unit is disposed concentrically outside the center heating unit, and is arranged in a direction parallel to the heating surface. The cross-sectional area of the first internal region and the cross-sectional area of the second internal region are substantially the same.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the heating device according to the first or second aspect, the first heating element and the second heating element are linear heating members having substantially the same cross-sectional area. Wherein the lengths of the linear heat-generating members provided in each of the first internal region and the second internal region are substantially the same, and the first heat-generating member and the second Each of the heating elements generates heat energy according to the applied voltage.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the heating device according to any one of the first to third aspects, the amount of heat generated by the first heating element and the amount of heat generated by the second heating element are determined. It is characterized by further comprising control means for individually controlling.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in the heating device according to the fourth aspect, a plurality of the outer heating portions are arranged concentrically outside the center heating portion.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, in the heating device according to the fifth aspect, the number of the outer heating portions is three or less.
[0017]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a heat treatment apparatus for heating a substantially circular substrate by irradiating the substrate with flash light, wherein the heating apparatus according to any one of the first to sixth aspects includes: And a light source having a flash lamp, the light source being disposed on the opposite side of the heating device with the substrate held by the heating device therebetween.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0019]
<1. Configuration of heat treatment equipment>
1 and 2 are side sectional views showing the configuration of a heat treatment apparatus according to the present invention. This heat treatment apparatus is an apparatus for performing heat treatment on a substrate such as a circular semiconductor wafer by flash light from a xenon flash lamp. Note that FIG. 1 and each of the following drawings are provided with an XYZ orthogonal coordinate system in which the Z-axis direction is a vertical direction and the XY plane is a horizontal plane, as necessary, in order to clarify the directional relationship. .
[0020]
This heat treatment apparatus includes a light transmitting plate 61, a bottom plate 62, and a pair of side plates 63 and 64, and includes a chamber 65 for accommodating a substantially circular semiconductor wafer W therein for heat treatment. The light transmitting plate 61 constituting the upper part of the chamber 65 is made of, for example, a material having an infrared transmitting property such as quartz, and functions as a chamber window for transmitting the light emitted from the light source 5 and guiding the light into the chamber 65. are doing. Further, support pins 70 for supporting the semiconductor wafer W from the lower surface thereof are erected on a bottom plate 62 constituting the chamber 65 through a susceptor 73 and a heating plate 74 described later.
[0021]
An opening 66 for loading and unloading the semiconductor wafer W is formed in the side plate 64 forming the chamber 65. The opening 66 can be opened and closed by a gate valve 68 that rotates about a shaft 67. The semiconductor wafer W is carried into the chamber 65 by a transfer robot (not shown) with the opening 66 opened. When the heat treatment of the semiconductor wafer W is performed in the chamber 65, the opening 66 is closed by the gate valve 68.
[0022]
The chamber 65 is provided below the light source 5. The light source 5 includes a plurality of (27 in this embodiment) xenon flash lamps 69 (hereinafter, also simply referred to as “flash lamps 69”) and a reflector 71. Each of the plurality of flash lamps 69 is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape, and is arranged in parallel with each other such that the longitudinal direction thereof is along the horizontal direction. The reflector 71 is disposed above the plurality of flash lamps 69 so as to cover them entirely.
[0023]
The xenon flash lamp 69 has a glass tube in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode connected to a condenser at both ends thereof, and a trigger electrode wound around an external portion of the glass tube. Is provided. Since xenon gas is electrically an insulator, electricity does not flow in a glass tube in a normal state. However, when a high voltage is applied to the trigger electrode to break the insulation, the electricity stored in the capacitor flows instantaneously into the glass tube, and the Joule heat at that time heats the xenon gas and emits light. . In this xenon flash lamp 69, since the electrostatic energy stored in advance is converted into an extremely short light pulse of 0.1 to 10 milliseconds, it emits a much stronger light than a light source of continuous lighting. It has the characteristic that it can do.
[0024]
A light diffusion plate 72 is provided between the light source 5 and the light transmitting plate 61. As the light diffusing plate 72, a material obtained by subjecting a surface of quartz glass as an infrared transmitting material to light diffusing processing is used.
[0025]
Part of the light emitted from the flash lamp 69 passes directly through the light diffusion plate 72 and the light transmission plate 61 and goes into the chamber 65. Another part of the light emitted from the flash lamp 69 is once reflected by the reflector 71, then passes through the light diffusion plate 72 and the light transmission plate 61, and goes into the chamber 65.
[0026]
A heating plate 74 and a susceptor 73 are provided in the chamber 65. The susceptor 73 is attached to the upper surface of the heating plate 74. The heating plate 74 and the susceptor 73 constitute holding means for holding the semiconductor wafer W in a substantially horizontal posture in the chamber 65.
[0027]
FIG. 3 is a diagram of the heating plate 74 as viewed from above. FIG. 4 is a diagram showing a cross section of the vicinity of the heating plate 74 as seen from the line VV in FIG. In FIG. 3, for convenience of explanation, the top plate 37a (see FIG. 4) disposed above the heating plate 74 is omitted.
[0028]
The heating plate 74 is a heating member that raises the temperature of the semiconductor wafer W to a predetermined temperature, and is made of aluminum nitride or stainless steel. As shown in FIGS. 3 and 4, the heating plate 74 has a substantially disk shape, and is arranged such that the upper surface thereof is in contact with the lower surface of the susceptor 73. Then, by heating the heating plate 74, preheating is performed on the semiconductor wafer W held on the upper surface of the susceptor 73 at a predetermined temperature before the flash heating by the flash lamp 69. Assisted heating).
[0029]
As shown in FIGS. 3 and 4, the heating plate 74 is divided into a plurality of (three in this embodiment) heating units 31, 32, and 33 that are divided in the short axis direction and generate heat energy. ing. That is, the inside of the heating plate 74 is divided into a plurality of (three in the present embodiment) internal regions 31a, 32a, and 33a by a plurality (two in the present embodiment) of the inner walls 35, 36. These internal regions 31a, 32a, and 33a correspond to the main parts of the first heating unit 31, the second heating unit 32, and the third heating unit 33 that heat the semiconductor wafer W, respectively.
[0030]
The first inner wall 35 is a substantially cylindrical member arranged inside the heating plate 74. Then, of the internal space of the heating plate 74, a top plate 37 a of the heating plate 74 that is in contact with the lower surface of the susceptor 73, a bottom plate 37 b disposed at the bottom of the heating plate 74, and an inner peripheral portion of the first inner wall 35. And a substantially disk-shaped inner region 31 a that forms a first heating unit 31.
[0031]
An internal region 31a of the first heating unit 31 is filled with aluminum nitride or stainless steel as a heat conductive member, and generates heat energy in a form embedded in the heat conductive member or arranged in a formed groove. 38a is provided. The same material as the inner wall, the top plate, and the bottom plate is selected for the heat conductive member.
[0032]
The heating element 38a is constituted by a linear heating element such as a filament, and is spirally formed in the inner region 31a from the center of the inner region 31a toward the inner peripheral portion of the first inner wall 35 by a predetermined length L. It is arranged. Therefore, the heating element 38a generates heat energy according to the voltage applied to both ends thereof. Then, the generated thermal energy is used to heat the semiconductor wafer W mounted on the upper surface of the susceptor 73 via the top plate 37a forming the upper part of the first heating unit 31. That is, the first heating unit 31 is disposed at the center of the heating plate 74 and is used as a center heating unit that heats the center of the semiconductor wafer W in a substantially circular shape.
[0033]
Note that a sensor (not shown) for detecting the temperature of the first heating unit 31 is attached to the internal region 31a. Therefore, the voltage applied to the heating element 38a can be controlled based on the temperature detected by the sensor.
[0034]
The second inner wall 36 is a substantially cylindrical member provided inside the heating plate 74, and is provided between the first inner wall 35 and the side wall 37 c of the heating plate 74. Then, in the internal space of the heating plate 74, a substantially donut-shaped internal region 32a surrounded by the top plate 37a, the bottom plate 37b, the outer peripheral portion of the first inner wall 35, and the inner peripheral portion of the second inner wall 36 Forms the second heating unit 32.
[0035]
As in the first heating unit 31, a heat conducting member and a heating element 38b that generates thermal energy are disposed in the internal region 32a of the second heating unit 32. The heating element 38b has substantially the same cross-sectional area (more precisely, a cross-sectional area in a direction perpendicular to the length direction) as the heating element 38a, and is a linear heating element formed of the same material as the heating element 38a. It is constituted by an element (for example, a filament). The heating element 38b is spirally disposed in the inner region 32a from the vicinity of the outer peripheral portion of the first inner wall 35 toward the inner peripheral portion of the second inner wall 36 by the same length L as the heating element 38a. I have.
[0036]
Therefore, if the voltage value applied to both ends of the heating element 38b is equal to the voltage value applied to both ends of the heating element 38a, the amount of heat generated in the heating element 38b is substantially the same as that of the heating element 38a. become. On the other hand, when the voltage value applied to both ends of the heating element 38b is set to a value different from the voltage value applied to both ends of the heating element 38a, the amount of heat generated in the heating element 38b is reduced. , And the amount of heat generated by the heat generating member 38b can be independently and individually controlled.
[0037]
The heat energy generated by the heating element 38b is placed on the upper surface of the susceptor 73 via the top plate 37a forming the upper part of the second heating section 32, similarly to the heat energy generated by the heating element 38a. Used to heat the semiconductor wafer W. That is, the second heating unit 32 is disposed concentrically outside the first heating unit 31 and is used as an outside heating unit that heats a portion outside the center of the semiconductor wafer W into a substantially donut shape.
[0038]
Note that a sensor (not shown) for detecting the temperature of the second heating unit 32 is attached to the internal region 32a, as in the internal region 31a. Therefore, the voltage applied to the heating element 38b can be controlled based on the temperature detected by the sensor.
[0039]
In the internal space of the heating plate 74, a substantially donut-shaped internal region 33a surrounded by the top plate 37a, the bottom plate 37b, the outer peripheral portion of the second inner wall 36, and the inner peripheral portion of the side wall 37c is The third heating unit 33 is formed.
[0040]
As in the first heating unit 31 and the second heating unit 32, a heat conducting member and a heating element 38c that generates heat energy are disposed in the internal region 33a of the third heating unit 33. The heating element 38c has substantially the same cross-sectional area (more precisely, a cross-sectional area in a direction perpendicular to the length direction) as the heating element 38a and the heating element 38b, and is made of the same material as the heating element 38a and the heating element 38b. And a linear heating element (for example, a filament) formed by the above. The heating element 38c is spirally disposed in the internal region 33a from the vicinity of the outer peripheral portion of the second inner wall 36 toward the inner peripheral portion of the side wall 37c by the same length L as the heating members 38a and 38b. I have.
[0041]
Therefore, if the voltage value applied to both ends of the heating element 38c is equal to the voltage value applied to both ends of the heating element 38a and the heating element 38b, the heat energy generated in the heating element 38c will be Thermal energy generated from each of 38a and 38b is substantially the same. On the other hand, when the voltage value applied to both ends of the heating element 38b is set to a value different from the voltage value applied to both ends of the heating element 38a and the heating element 38c, the amount of heat generated in the heating element 38b is reduced. The amount of heat generated by each of the heating element 38a and the heating element 38c can be different, and the amount of heat generated by the heating element 38b can be controlled independently and individually.
[0042]
The heat energy generated by the heating element 38c is applied to the upper surface of the susceptor 73 via the top plate 37a forming the upper part of the third heating unit 33, similarly to the heat energy generated by each of the heating elements 38a and 38b. It is used to heat the placed semiconductor wafer W. That is, similarly to the second heating unit 32, the third heating unit 33 is disposed concentrically outside the first heating unit 31, and the portion outside the center of the semiconductor wafer W is formed in a substantially donut shape. Used as an external heating unit to heat.
[0043]
Note that a sensor (not shown) for detecting the temperature of the third heating unit 33 is attached to the internal region 33a, similarly to the internal region 31a and the internal region 32a. Therefore, the voltage applied to the heating element 38c can be controlled based on the temperature detected by the sensor.
[0044]
Here, in the present embodiment, the first inner wall 35 and the second inner wall 36 have a horizontal cross-sectional area of a cross section of the inner region 31a (that is, a substantially circular cross section surrounded by the first inner wall 35), The horizontal cross-sectional area of the cross section of the region 32a (ie, a substantially donut-shaped cross section surrounded by the first inner wall 35 and the second inner wall 36) and the cross section of the internal region 33a (ie, the second inner wall 36 and the side wall 37c) The heating plates 74 are disposed inside the heating plate 74 so that the horizontal cross-sectional area of the enclosed substantially donut-shaped cross section is substantially the same. Here, since the horizontal direction corresponds to the direction of the top plate 37a, generally, the plurality of internal regions 31a, 32a, and 33a have the same cross-sectional area in a direction parallel to the top plate 37a. Become. The heating surface 371a of the top plate 37a facing the semiconductor wafer W also corresponds to the first heating unit 31, the second heating unit 32, and the third heating unit 33, and has the same surface area. Will be. Further, as described above, when the same voltage is applied to both ends of each of the heating elements 38a, 38b, 38c, the amount of heat energy generated from each of the heating elements 38a, 38b, 38c becomes substantially the same. Further, each of the heating units 31 to 33 has the same length in the height direction, that is, the same width in the short axis direction.
[0045]
Therefore, the amount of heat energy per unit area transmitted from the heating element 38a of the first heating unit 31 to the semiconductor wafer W from the heating surface 371a of the top plate 37a to the top plate 37a. The amount of thermal energy per unit area transmitted from the heating surface 371a of the third heating unit 33 to the semiconductor wafer W, and the unit area transmitted from the heating element 38c of the third heating unit 33 to the semiconductor wafer W from the heating surface 371a of the top plate 37a. The heat energy per hit is substantially the same.
[0046]
Thereby, heat energy can be uniformly transmitted from the upper surface of the top plate 37a of the heating plate 74. That is, the upper surface of the top plate 37a has a function as a heating surface that uniformly heats the object placed thereon. Therefore, each part of the semiconductor wafer W can uniformly receive thermal energy from the heating plate 74 via the susceptor 73, and the entire semiconductor wafer W can be uniformly heated and heated.
[0047]
Further, as described above, heat energy can be uniformly transmitted from the top plate 37a of the heating plate 74 only by applying the same voltage to both ends of each of the heating elements 38a, 38b, 38c. That is, heat energy can be uniformly transmitted from the top plate 37a without adjusting the voltage value applied to both ends of each of the heating elements 38a, 38b, 38c. As a result, when heat energy is uniformly transmitted from the heating plate 74, a device (for example, a transformer) for adjusting the voltage applied to each of the heating elements 38a, 38b, 38c may be provided, or the heating elements 38a, It is not necessary to individually control the voltage applied to each of 38b and 38c, and the processing cost of the control unit 10 can be reduced.
[0048]
FIG. 5 is a diagram showing the positional relationship between the portions 31b, 32b, 33b on the top plate 37a and the semiconductor wafer W when the semiconductor wafer W is arranged. For convenience of explanation, the susceptor 73 arranged above the heating plate 74 is not shown in FIG.
[0049]
By the way, in the preheating of the semiconductor wafer W performed before the flash heating, the atmosphere near the semiconductor wafer W is heated by heat radiated from the preheated semiconductor wafer W to generate thermal convection. Due to the influence, the heat radiation amount is different between the central portion of the semiconductor wafer W and the peripheral portion of the semiconductor wafer W, so that the temperature distribution of the semiconductor wafer W may become non-uniform.
[0050]
However, in the heating plate 74 of the present embodiment, the heat is applied to each of the heating element 38a of the first heating section 31, the heating element 38b of the second heating section 32, and the heating element 38c of the third heating section 33. By controlling the voltages individually, the difference between the amount of heat radiation at the central portion of the semiconductor wafer W and the amount of heat radiation at the outer peripheral portion of the semiconductor wafer W can be substantially concentrically compensated.
[0051]
That is, the heating element 38a can supply thermal energy to the substantially circular portion (the inside portion of the broken line 39a: see FIG. 5) 31b located directly above the internal region 31a in the top plate 37a. Similarly, the heating element 38b can supply heat energy to a substantially donut-shaped portion (a portion surrounded by broken lines 39a and 39b) 32b of the top plate 37a located immediately above the internal region 32a. Further, the heating element 38c can supply thermal energy to a substantially donut-shaped portion (a portion surrounded by a dashed line 39b and a solid line indicating the side wall 37c) 33b located immediately above the internal region 33a in the top plate 37a.
[0052]
Thus, by individually controlling the voltage applied to each of the heating elements 38a, 38b, 38c, the vicinity of the central portion (portion 31b) of the substantially circular semiconductor wafer W and the vicinity of the peripheral portion of the semiconductor wafer W (portion 32b, 33b), the heat energy to be supplied can be set individually. Therefore, heat energy can be supplied in consideration of the difference in the amount of heat radiation between the vicinity of the center and the periphery of the semiconductor wafer W, and the semiconductor wafer W can be heated uniformly. In the present embodiment, the control of the voltage value applied to each of the heating elements 38a, 38b, 38c is performed by phase control.
[0053]
The susceptor 73 positions and holds the semiconductor wafer W and diffuses thermal energy from the heating plate 74 to uniformly preheat the semiconductor wafer W. As the material of the susceptor 73, a material having relatively low thermal conductivity such as aluminum nitride or quartz is used. The details of the susceptor 73 will be described later.
[0054]
The susceptor 73 and the heating plate 74 are configured to move up and down between a loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 1 and a heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG.
[0055]
That is, the heating plate 74 is connected to the moving plate 42 via the tubular body 41. The movable plate 42 can be moved up and down while being guided by a guide member 43 supported by a bottom plate 62 of the chamber 65. A fixed plate 44 is fixed to a lower end portion of the guide member 43, and a motor 40 for rotating and driving a ball screw 45 is provided at a central portion of the fixed plate 44. The ball screw 45 is screwed with a nut 48 connected to the moving plate 42 via connecting members 46 and 47. Therefore, the susceptor 73 and the heating plate 74 can be moved up and down between the loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 1 and the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG.
[0056]
The loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 1 is such that the semiconductor wafer W loaded from the opening 66 using the transfer robot (not shown) is placed on the support pins 70 or placed on the support pins 70. In this position, the susceptor 73 and the heating plate 74 are lowered so that the semiconductor wafer W can be carried out from the opening 66. In this state, the upper end of the support pin 70 passes through a through hole formed in the susceptor 73 and the heating plate 74 and protrudes above the surface of the susceptor 73.
[0057]
On the other hand, the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 2 is a position where the susceptor 73 and the heating plate 74 are raised above the upper ends of the support pins 70 in order to perform heat treatment on the semiconductor wafer W. In the process of raising the susceptor 73 and the heating plate 74 from the loading / unloading position in FIG. 1 to the heat treatment position in FIG. 2, the semiconductor wafer W mounted on the support pins 70 is received by the susceptor 73, and the lower surface of the susceptor 73 is It is supported by the surface and rises, and is held in a horizontal posture at a position close to the light transmitting plate 61 in the chamber 65. Conversely, when the susceptor 73 and the heating plate 74 descend from the heat treatment position to the carry-in / carry-out position, the semiconductor wafer W supported by the susceptor 73 is transferred to the support pins 70.
[0058]
When the susceptor 73 and the heating plate 74 supporting the semiconductor wafer W are raised to the heat treatment position, the light transmitting plate 61 is located between the semiconductor wafer W held by them and the light source 5. The distance between the susceptor 73 and the light source 5 at this time can be adjusted to an arbitrary value by controlling the rotation amount of the motor 40.
[0059]
An elastic bellows 77 is provided between the bottom plate 62 and the movable plate 42 of the chamber 65 so as to surround the cylindrical body 41 to maintain the chamber 65 in an airtight state. When the susceptor 73 and the heating plate 74 rise to the heat treatment position, the bellows 77 contracts, and when the susceptor 73 and the heating plate 74 descend to the carry-in / carry-out position, the bellows 77 elongates, and the atmosphere in the chamber 65 and the external atmosphere become Cut off.
[0060]
In the side plate 63 of the chamber 65 opposite to the opening 66, an introduction path 78 connected to the on-off valve 80 is formed. The introduction path 78 is for introducing a gas required for processing, for example, an inert nitrogen gas into the chamber 65. On the other hand, the opening 66 in the side plate 64 is formed with a discharge path 79 connected to the on-off valve 81. The discharge path 79 is for discharging gas in the chamber 65, and is connected to an exhaust unit (not shown) via an on-off valve 81.
[0061]
The control unit 10 includes a memory 11 for storing programs, variables, and the like, and a CPU 12 for executing control according to the programs stored in the memory 11. The CPU 12 performs voltage control applied to the heating elements 38a, 38b, 38c, rotation control of the motor 40, open / close control of the open / close valves 80, 81, and the like at a predetermined timing in accordance with a program stored in the memory 11.
[0062]
<2. Heat treatment operation>
Next, the heat treatment operation of the semiconductor wafer W by the heat treatment apparatus according to the present invention will be described. The semiconductor wafer W to be processed in this heat treatment apparatus is a semiconductor wafer after ion implantation.
[0063]
In this heat treatment apparatus, the semiconductor wafer W is loaded through the opening 66 by a transfer robot (not shown) in a state where the susceptor 73 and the heating plate 74 are arranged at the loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. , Are mounted on the support pins 70. When the loading of the semiconductor wafer W is completed, the opening 66 is closed by the gate valve 68. Thereafter, the susceptor 73 and the heating plate 74 are raised to the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 2 by driving the motor 40, and hold the semiconductor wafer W in a horizontal posture. Further, the on-off valve 80 and the on-off valve 81 are opened to form an air flow of nitrogen gas in the chamber 65.
[0064]
The susceptor 73 and the heating plate 74 are previously heated to a predetermined temperature by the action of a heater built in the heating plate 74. At this time, the same voltage value is applied to each of the heating element 38a of the first heating section 31, the heating element 38b of the second heating section 32, and the heating element 38c of the third heating section 33. Thermal energy is uniformly supplied from the top plate 37 a of the heating plate 74 to the susceptor 73. Therefore, in a state where the susceptor 73 and the heating plate 74 have risen to the heat treatment position of the semiconductor wafer W, the semiconductor wafer W is preheated by contacting the susceptor 73 in a heated state, and the temperature of the semiconductor wafer W gradually increases. .
[0065]
In this state, the semiconductor wafer W is continuously heated via the susceptor 73. Therefore, the temperature of the semiconductor wafer W can be increased while the temperature distribution of the entire semiconductor wafer W is made uniform. When the temperature of the semiconductor wafer W rises, a temperature sensor (not shown) constantly monitors whether the surface temperature of the semiconductor wafer W has reached the preheating temperature T1.
[0066]
The preheating temperature T1 is, for example, about 200 ° C. to 600 ° C. Even if the semiconductor wafer W is heated to such a preheating temperature T1, the ions implanted into the semiconductor wafer W do not diffuse.
[0067]
In the preliminary heating, the same voltage is applied to each of the heating element 38a of the first heating section 31, the heating element 38b of the second heating section 32, and the heating element 38c of the third heating section 33, Heat energy per unit area (more precisely, per unit area on a plane parallel to the heating surface 371a of the top plate 37a) given from the top plate 37a of the heating plate 74 via the susceptor 73 is made substantially the same. Can be. Therefore, the semiconductor wafer W can be heated uniformly.
[0068]
Further, even when the atmosphere near the semiconductor wafer W is heated by the preheating and convection is generated, and the heat radiation amount is different between the central part and the peripheral part of the semiconductor wafer W, each of the heating elements 38a, 38b, 38c By adjusting the voltage value applied to the semiconductor wafer W, the semiconductor wafer W can be heated substantially concentrically. Therefore, it is possible to compensate for a difference between the amount of heat radiation at the center of the semiconductor wafer W and the amount of heat radiation at the peripheral edge thereof, and to uniformly heat the semiconductor wafer W.
[0069]
Eventually, when the surface temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the flash lamp 69 is turned on to perform flash heating. The lighting time of the flash lamp 69 in this flash heating step is about 0.1 to 10 milliseconds. As described above, in the flash lamp 69, since the electrostatic energy stored in advance is converted into such an extremely short light pulse, an extremely intense flash is emitted.
[0070]
By such flash heating, the surface temperature of the semiconductor wafer W instantaneously reaches the temperature T2. This temperature T2 is a temperature required for the ion activation treatment of the semiconductor wafer W at about 1000 ° C. to 1100 ° C. When the surface of the semiconductor wafer W is heated to such a processing temperature T2, the ions implanted into the semiconductor wafer W are activated.
[0071]
At this time, since the surface temperature of the semiconductor wafer W is raised to the processing temperature T2 in a very short time of about 0.1 to 10 milliseconds, ion activation in the semiconductor wafer W is completed in a short time. . Therefore, the ions implanted into the semiconductor wafer W do not diffuse, and the phenomenon that the profile of the ions implanted into the semiconductor wafer W becomes blunt can be prevented. Since the time required for ion activation is extremely short compared to the time required for ion diffusion, ion activation can be performed even in a short time in which diffusion of about 0.1 to 10 milliseconds does not occur. Complete.
[0072]
Further, before the flash lamp 69 is turned on to heat the semiconductor wafer W, the surface temperature of the semiconductor wafer W is heated to the preheating temperature T1 of about 200 ° C. to 600 ° C. using the heating plate 74. The flash lamp 69 allows the semiconductor wafer W to be quickly heated to a processing temperature T2 of about 1000 ° C. to 1100 ° C.
[0073]
After the flash heating step is completed, the susceptor 73 and the heating plate 74 are lowered by the driving of the motor 40 to the loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 1, and the opening 66 closed by the gate valve 68 is released. Is done. When the susceptor 73 and the heating plate 74 are lowered, the semiconductor wafer W is transferred from the susceptor 73 to the support pins 70. Then, the semiconductor wafer W mounted on the support pins 70 is carried out by a transfer robot (not shown). As described above, a series of heat treatment operations is completed.
[0074]
<3. Advantages of heat treatment equipment>
As described above, in the heat treatment apparatus of the present embodiment, the same voltage is applied to the heating elements 38a, 38b, and 38c disposed in the plurality of heating units 31, 32, and 33 that constitute the heating plate 74. Thereby, heat energy can be uniformly applied to the semiconductor wafer W from the heating surface 371 a of the heating plate 74 via the susceptor 73. Therefore, the semiconductor wafer W can be uniformly heated without controlling the voltage value applied to each of the heating elements 38a, 38b, 38c, and the processing cost of the control unit 10 can be reduced.
[0075]
In addition, the heating plate 74 of the present embodiment includes a first heating unit 31, a second heating unit 32, and a third heating unit 33 which are disposed substantially concentrically. Can be heated substantially concentrically. As a result, even when the amount of heat radiation differs between the central portion and the peripheral portion of the semiconductor wafer W due to convection generated near the semiconductor wafer W, the heat is applied to the heating elements 38a, 38b, and 38c. By controlling the voltage, it is possible to compensate for this difference in the amount of heat radiation. Therefore, the semiconductor wafer W can be favorably heated.
[0076]
<4. Modification>
The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above examples.
[0077]
(1) The heating plate 74 of the present embodiment is used as a heating device for preheating the semiconductor wafer W to a predetermined temperature in advance in a heat treatment device for performing flash heating, but is not limited thereto. Instead, for example, it may be used as a heating device for heating the semiconductor wafer W in a film forming process such as CVD or a resist coating process.
[0078]
(2) In the present embodiment, linear heating elements are employed as the heating elements 38a, 38b, 38c, but the invention is not limited to this. For example, the heating elements 38a, 38b, 38c may be formed of ceramics or the like. It may be a plate-like heating element. In this case, the plate-like heating elements disposed in each of the first heating unit 31, the second heating unit 32, and the third heating unit 33 have a heat radiation surface having substantially the same area, and It is preferable that the heating element generates substantially the same energy by applying a voltage. Thereby, uniform thermal energy can be given to the semiconductor wafer W from the heating surface 371a via the susceptor 73, and the semiconductor wafer W can be uniformly heated.
[0079]
(3) In the present embodiment, the heating plate 74 is divided into three concentric circles of the first heating unit 31, the second heating unit 32, and the third heating unit 33. However, the present invention is not limited to this, and one or three outer heating units (for example, the second heating unit 32 and the third heating unit 33) having a donut shape outside the first heating unit 31 are provided. As described above, it is only necessary that they are arranged concentrically. As a result, even when the heat radiation amount differs between the central portion and the peripheral portion of the semiconductor wafer W due to the influence of convection near the semiconductor wafer W, the difference in the heat radiation amount can be compensated in a substantially concentric manner, and The temperature of the wafer W can be raised uniformly.
[0080]
However, when the number of heating units constituting the heating plate 74 increases, the number of steps required for adjustment and maintenance of each heating unit increases in accordance with the increase in the number of heating units. Therefore, the number of heating units constituting the heating plate 74 should be in the range of “2” to “4”, that is, the heating unit excluding the substantially cylindrical heating unit disposed at the center of the heating plate 74. It is preferable that the number of (in other words, the substantially donut-shaped outer heating portion) be in the range of “1” to “3”.
[0081]
【The invention's effect】
According to the first and third to sixth aspects of the present invention, since the surface area of the center heating portion and the surface area of the outer heating surface on the heating surface are substantially the same, the heat from the first heating element is increased. When the energy and the heat energy from the second heating element are made substantially the same, the heat energy per unit area given to the heating surface from the center heating unit and the heat energy per unit area given to the heating surface from the outer heating unit become They can be substantially the same. Therefore, heat energy can be uniformly applied from the heating surface to the substrate held on the heating surface, and the substrate can be uniformly heated.
[0082]
Further, according to the invention described in claims 2 to 6, since the cross-sectional area of the first internal region is substantially the same as the cross-sectional area of the second internal region, the first heat generating element can receive the first internal region. When the heat energy and the heat energy from the second heating element are substantially the same, the heat energy per unit area given to the heating surface from the center heating unit, and the heat energy per unit area given to the heating surface from the outer heating unit Can be made substantially the same. Therefore, heat energy can be uniformly applied from the heating surface to the substrate held on the heating surface, and the substrate can be uniformly heated.
[0083]
In particular, according to the third aspect of the present invention, the first heating element disposed in the first internal area and the second heating element disposed in the second internal area are substantially the same. Is formed by a heat-generating member having substantially the same length as the cross-sectional area of. Therefore, by applying the same voltage to each of the first heating element and the second heating element, the heat energy per unit area applied to the heating surface from the first heating element and the heating energy from the second heating element are increased. The heat energy applied to the surface per unit area can be made substantially the same.
[0084]
That is, without making the voltage applied to the first heating element and the voltage applied to the second heating element different values, the heat energy per unit area given to the substrate from the heating surface is substantially the same. can do. Therefore, the substrate can be uniformly heated without performing special control for adjusting the applied voltage for each of the first heating element and the second heating element.
[0085]
In particular, according to the fourth aspect of the present invention, the heat radiation amount is different between a portion of the heating surface that receives heat energy from the central heating portion and a portion of the heating surface that receives heat energy from the outer heating portion. However, by individually controlling the amount of heat generated by the first heating element and the amount of heat generated by the second heating element, the heat energy applied to the substrate per unit area can be maintained substantially the same. . Therefore, even when the amount of heat radiation from the heating surface is not uniform, the substrate can be uniformly heated.
[0086]
In particular, according to the invention as set forth in claim 5, the central heating section and the plurality of outer heating sections are arranged in accordance with the heat radiation amount of the heating surface corresponding to each of the center heating section and the plurality of outer heating sections. , The heating surface can be further divided and heated. Therefore, even when the amount of heat radiation from the heating surface is not uniform, the substrate can be more uniformly heated.
[0087]
In particular, according to the invention as set forth in claim 6, the substrate can be heated evenly by heating the heating surface in a piecewise manner, and the labor and time required for adjusting the outer heating portion are reduced. be able to.
[0088]
According to a seventh aspect of the present invention, the heating apparatus according to any one of the first to sixth aspects is used for pre-heating performed before performing a heat treatment by flash light of a flash lamp, thereby making the substrate uniform. Can be heated. Therefore, the entire substrate can be uniformly heated to a predetermined temperature by the flash of the flash lamp.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of a heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view showing a configuration of a heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a top view of a heating plate of the heat treatment apparatus shown in FIGS. 1 and 2.
FIG. 4 is a diagram showing a cross section of the vicinity of the heating plate of FIG. 3 as viewed from the line VV.
FIG. 5 is a top view of a heating plate of the heat treatment apparatus shown in FIGS. 1 and 2.
[Explanation of symbols]
1 Heat treatment equipment
5 Light source
10 control unit
31 1st heating part
32 Second heating unit
33 third heating section
35 1st inner wall
36 Second inner wall
37a Top plate
371a heating surface
37b bottom plate
37c side wall
38 Heating element
40 motor
65 chambers
69 flash lamp
70 Support Pin
71 Reflector
73 Susceptor
74 heating plate
W semiconductor wafer

Claims

略円形の基板を加熱面にて加熱する加熱装置であって、
（ａ）略円盤状の第１の内部領域を有し、前記第１の内部領域に配設された第１の発熱体からの熱エネルギーによって前記加熱面を加熱する中心加熱部と、
（ｂ）略ドーナツ形状の第２の内部領域を有し、前記第２の内部領域に配設された第２の発熱体からの熱エネルギーによって前記加熱面を加熱する外側加熱部と、
を備え、
前記外側加熱部は、前記中心加熱部の外側に同心円状に配設されており、
前記加熱面における前記中心加熱部の表面積と前記外側加熱部の表面積とは略同一であることを特徴とする加熱装置。A heating device for heating a substantially circular substrate on a heating surface,
(A) a central heating unit having a substantially disk-shaped first internal region, and heating the heating surface with heat energy from a first heating element disposed in the first internal region;
(B) an outer heating portion having a substantially donut-shaped second inner region, wherein the outer heating portion heats the heating surface with heat energy from a second heating element disposed in the second inner region;
With
The outer heating unit is disposed concentrically outside the center heating unit,
A heating device, wherein a surface area of the central heating section and a surface area of the outer heating section on the heating surface are substantially the same.

略円形の基板を加熱面にて加熱する加熱装置であって、
（ａ）略円盤状の第１の内部領域を有し、前記第１の内部領域に配設された第１の発熱体からの熱エネルギーによって前記加熱面を加熱する中心加熱部と、
（ｂ）略ドーナツ形状の第２の内部領域を有し、前記第２の内部領域に配設された第２の発熱体からの熱エネルギーによって前記加熱面を加熱する外側加熱部と、
を備え、
前記外側加熱部は、前記中心加熱部の外側に同心円状に配設されており、
前記加熱面と平行な方向についての断面積に関して前記第１の内部領域の断面積と前記第２の内部領域の断面積とは略同一であることを特徴とする加熱装置。A heating device for heating a substantially circular substrate on a heating surface,
(A) a central heating unit having a substantially disk-shaped first internal region, and heating the heating surface with heat energy from a first heating element disposed in the first internal region;
(B) an outer heating portion having a substantially donut-shaped second inner region, wherein the outer heating portion heats the heating surface with heat energy from a second heating element disposed in the second inner region;
With
The outer heating unit is disposed concentrically outside the center heating unit,
A heating device, wherein a cross-sectional area of the first internal region and a cross-sectional area of the second internal region are substantially the same with respect to a cross-sectional area in a direction parallel to the heating surface.

請求項１または請求項２に記載の加熱装置において、
前記第１の発熱体および前記第２の発熱体は、略同一の断面積を有する線状の発熱部材であって、前記第１の内部領域および前記第２の内部領域のそれぞれに配設される前記線状の発熱部材の長さは略同一であり、前記第１の発熱体および前記第２の発熱体のそれぞれは、印加電圧に応じた熱エネルギーを発生することを特徴とする加熱装置。In the heating device according to claim 1 or 2,
The first heating element and the second heating element are linear heating members having substantially the same cross-sectional area, and are disposed in each of the first internal area and the second internal area. A length of the linear heating member is substantially the same, and each of the first heating element and the second heating element generates heat energy according to an applied voltage. .

請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の加熱装置において、
（ｃ）前記第１の発熱体での発熱量と、前記第２の発熱体での発熱量とを個別に制御する制御手段、
をさらに備えることを特徴とする加熱装置。In the heating device according to any one of claims 1 to 3,
(C) control means for individually controlling the amount of heat generated by the first heating element and the amount of heat generated by the second heating element;
A heating device, further comprising:

請求項４に記載の加熱装置において、
前記外側加熱部は前記中心加熱部の外側に同心円状に複数配設されていることを特徴とする加熱装置。The heating device according to claim 4,
A heating device, wherein a plurality of the outer heating units are arranged concentrically outside the center heating unit.

請求項５に記載の加熱装置において、
前記外側加熱部の数は３つ以下であることを特徴とする加熱装置。The heating device according to claim 5,
The heating device, wherein the number of the outer heating units is three or less.

略円形の基板に対して閃光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
（ａ）請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の加熱装置と、
（ｂ）前記加熱装置に保持された基板を挟んで前記加熱装置と逆側に配設されており、フラッシュランプを有する光源と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。A heat treatment apparatus that heats the substantially circular substrate by irradiating the substrate with flash light,
(A) a heating device according to any one of claims 1 to 6,
(B) a light source provided on the opposite side of the heating device with the substrate held by the heating device therebetween, the light source having a flash lamp;
A heat treatment apparatus comprising: