JP5052970B2 - Heat treatment apparatus and method of manufacturing heat treatment apparatus - Google Patents
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本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等(以下、単に「基板」と称する)に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating a semiconductor wafer, a glass substrate for a liquid crystal display device or the like (hereinafter simply referred to as “substrate”) with flash light, and a method for manufacturing the same.
従来より、イオン注入後の半導体ウェハーのイオン活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したランプアニール装置が一般的に使用されていた。このようなランプアニール装置においては、半導体ウェハーを、例えば、1000℃ないし1100℃程度の温度に加熱(アニール)することにより、半導体ウェハーのイオン活性化を実行している。そして、このような熱処理装置においては、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用することにより、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する構成となっている。 Conventionally, a lamp annealing apparatus using a halogen lamp has been generally used in an ion activation process of a semiconductor wafer after ion implantation. In such a lamp annealing apparatus, ion activation of a semiconductor wafer is performed by heating (annealing) the semiconductor wafer to a temperature of about 1000 ° C. to 1100 ° C., for example. In such a heat treatment apparatus, the temperature of the substrate is raised at a rate of several hundred degrees per second by using the energy of light irradiated from the halogen lamp.
一般に、このようなハロゲンランプを使用したランプアニール装置においては、熱処理室内に種々のガスを導入することが多く、熱処理室を気密にするためのシール部材としてOリングが使用されている。Oリングは樹脂製であって耐熱温度が比較的低いため、ハロゲンランプからの輻射熱による温度上昇を抑制する必要がある。このため、ガスや冷却流体を利用して熱処理中のOリングを冷却するランプアニール装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、冷媒に効率良く熱を伝導するために、冷媒ジャケットとOリングとの間に樹脂シートを挟み込んでいるランプアニール装置もある(例えば、特許文献2参照)。 Generally, in a lamp annealing apparatus using such a halogen lamp, various gases are often introduced into the heat treatment chamber, and an O-ring is used as a seal member for making the heat treatment chamber airtight. Since the O-ring is made of resin and has a relatively low heat-resistant temperature, it is necessary to suppress a temperature rise due to radiant heat from the halogen lamp. For this reason, a lamp annealing apparatus that cools an O-ring during heat treatment using gas or a cooling fluid has been proposed (see, for example, Patent Document 1). There is also a lamp annealing apparatus in which a resin sheet is sandwiched between a refrigerant jacket and an O-ring in order to conduct heat efficiently to the refrigerant (see, for example, Patent Document 2).
一方、近年、半導体デバイスの高集積化が進展し、ゲート長が短くなるにつれて接合深さも浅くすることが望まれている。しかしながら、毎秒数百度程度の速度で半導体ウェハーを昇温する上記ランプアニール装置を使用して半導体ウェハーのイオン活性化を実行した場合においても、半導体ウェハーに打ち込まれたボロンやリン等のイオンが熱によって深く拡散するという現象が生ずることが判明した。このような現象が発生した場合においては、接合深さが要求よりも深くなり過ぎ、良好なデバイス形成に支障が生じることが懸念される。 On the other hand, in recent years, as semiconductor devices have been highly integrated, it is desired to reduce the junction depth as the gate length becomes shorter. However, even when ion activation of a semiconductor wafer is performed using the above-described lamp annealing apparatus that raises the temperature of the semiconductor wafer at a speed of several hundred degrees per second, ions such as boron and phosphorus implanted in the semiconductor wafer are heated. It was found that the phenomenon of deep diffusion occurs. When such a phenomenon occurs, there is a concern that the junction depth becomes deeper than required, which hinders good device formation.
このため、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(閃光)を照射することにより、イオンが注入された半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間(数ミリセカンド以下)に昇温させる技術が提案されている(例えば、特許文献3,4)。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、数ミリセカンド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。このため、キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、イオンを深く拡散させることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。
For this reason, a semiconductor into which ions are implanted by irradiating the surface of a semiconductor wafer with flash light (flash light) using a xenon flash lamp (hereinafter, simply referred to as “flash lamp” means xenon flash lamp). Techniques have been proposed for raising the temperature of only the wafer surface in a very short time (several milliseconds or less) (for example,
しかしながら、キセノンフラッシュランプは一瞬の閃光照射によって被照射物を加熱するものであるため、熱処理室内のシールするOリングにキセノンフラッシュランプから閃光が照射されたときにはOリング全体が熱によって劣化するよりも光照射によって表面が劣化するという現象が見られる。Oリング表面の劣化は熱処理室内の気密性を損なうだけでなく、その劣化したOリングがガスやパーティクルの発生源になるという点で大きな問題となる。 However, since the xenon flash lamp heats the object to be irradiated by flash irradiation for a moment, when the flash light is irradiated from the xenon flash lamp to the sealing O-ring in the heat treatment chamber, the entire O-ring is deteriorated by heat. There is a phenomenon that the surface is deteriorated by light irradiation. The deterioration of the O-ring surface not only impairs the airtightness in the heat treatment chamber, but also causes a serious problem in that the deteriorated O-ring becomes a source of gas and particles.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュ光照射によるOリングの劣化を防止することができる熱処理装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus and a method for manufacturing the same that can prevent the deterioration of the O-ring caused by flash light irradiation.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、フラッシュランプを有する光源と、前記光源の下方に設けられ、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を保持する保持手段と、前記チャンバーの上部開口を覆う石英窓と、前記チャンバーの側壁上端部と前記石英窓との間に挟み込まれたOリングと、前記石英窓の周縁部を上側から前記チャンバーの側壁上端部に押圧する石英窓押さえ部材と、を備え、前記石英窓押さえ部材の前記Oリングに対向する側の面にフラッシュ光の反射を防止する反射防止面を形成することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a first aspect of the present invention is a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with flash light, wherein the substrate is provided with a light source having a flash lamp, and provided below the light source. A holding chamber for holding the substrate in the chamber, a quartz window covering the upper opening of the chamber, an O-ring sandwiched between the upper end of the side wall of the chamber and the quartz window, A quartz window pressing member that presses the peripheral edge of the quartz window from the upper side to the upper end of the side wall of the chamber, and prevents flash light from reflecting on the surface of the quartz window pressing member facing the O-ring. An antireflection surface is formed.
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る熱処理装置において、前記反射防止面における正反射の反射率は20%以下であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first aspect of the present invention, the reflectance of regular reflection at the antireflection surface is 20% or less.
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装置において、前記反射防止面は、光を乱反射する粗面であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first or second aspect of the present invention, the antireflection surface is a rough surface that irregularly reflects light.
また、請求項4の発明は、請求項1または請求項2の発明に係る熱処理装置において、前記反射防止面は、光を吸収する光吸収面であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first or second aspect of the present invention, the antireflection surface is a light absorption surface that absorbs light.
また、請求項5の発明は、請求項4の発明に係る熱処理装置において、前記石英窓押さえ部材はアルミニウムにて形成され、前記反射防止面は、黒アルマイトの被膜が形成されることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the quartz window pressing member is made of aluminum, and the antireflection surface is formed with a black alumite film. To do.
また、請求項6の発明は、フラッシュランプを有する光源から当該光源の下方に設けられたチャンバー内に収容された基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置の製造方法において、前記チャンバーの上部開口を覆う石英窓の周縁部を上側からOリングを介して前記チャンバーの側壁上端部に押圧する石英窓押さえ部材の前記Oリングに対向する側の面に反射防止加工を行うことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate housed in a chamber provided below the light source from a light source having a flash lamp. The quartz window pressing member that presses the peripheral edge of the quartz window covering the upper opening of the chamber from the upper side to the upper end of the side wall of the chamber from above is subjected to antireflection processing on the surface facing the O-ring. It is characterized by performing.
また、請求項7の発明は、請求項6の発明に係る熱処理装置の製造方法において、前記反射防止加工は、粗面加工であることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing a heat treatment apparatus according to the sixth aspect of the invention, the antireflection processing is rough surface processing.
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の製造方法において、前記粗面加工は、前記石英窓押さえ部材の前記Oリングに対向する側の面にサンドペーパ加工、サンドブラスト加工またはけがき法のいずれかによる表面処理を行うことを特徴とする。 The invention of claim 8 is the method of manufacturing a heat treatment apparatus according to claim 7, wherein the rough surface processing is performed by sandpaper processing or sandblasting on the surface of the quartz window pressing member facing the O-ring. Alternatively, the surface treatment is performed by any one of the scribing methods.
また、請求項9の発明は、請求項6の発明に係る熱処理装置の製造方法において、前記反射防止加工は、前記石英窓押さえ部材の前記Oリングに対向する側の面の黒体処理であることを特徴とする。
The invention according to claim 9 is the method for manufacturing a heat treatment apparatus according to
また、請求項10の発明は、請求項9の発明に係る熱処理装置の製造方法において、前記石英窓押さえ部材はアルミニウムにて形成され、前記黒体処理は、黒アルマイトの被膜を形成する表面処理であることを特徴とする。 The invention of claim 10 is the method of manufacturing a heat treatment apparatus according to claim 9, wherein the quartz window pressing member is made of aluminum, and the black body treatment is a surface treatment for forming a black alumite film. It is characterized by being.
請求項1から請求項5の発明によれば、石英窓押さえ部材のOリングに対向する側の面にフラッシュ光の反射を防止する反射防止面を形成しているため、フラッシュ光が反射によってOリングにまで到達することは防止され、その結果フラッシュ光照射によるOリングの劣化を防止することができる。 According to the first to fifth aspects of the present invention, since the antireflection surface for preventing the reflection of the flash light is formed on the surface of the quartz window pressing member facing the O-ring, the flash light is reflected by the O. Reaching the ring is prevented, and as a result, deterioration of the O-ring due to flash light irradiation can be prevented.
また、特に請求項3の発明によれば、反射防止面が光を乱反射する粗面であるため、フラッシュ光が反射防止面によって乱反射されてOリングにまで到達することは防止される。 In particular, according to the third aspect of the invention, since the antireflection surface is a rough surface that irregularly reflects light, the flash light is prevented from being irregularly reflected by the antireflection surface and reaching the O-ring.
また、特に請求項4の発明によれば、反射防止面が光を吸収する光吸収面であるため、フラッシュ光が反射防止面によって吸収されてOリングにまで到達することは防止される。
In particular, according to the invention of
また、請求項6から請求項10の発明によれば、石英窓押さえ部材のOリングに対向する側の面に反射防止加工を行うため、フラッシュ光が反射によってOリングにまで到達することは防止され、その結果フラッシュ光照射によるOリングの劣化を防止することができる。
According to the inventions of
また、特に請求項7,8の発明によれば、反射防止加工として粗面加工を行っているため、フラッシュ光が乱反射されてOリングにまで到達することは防止される。 In particular, according to the seventh and eighth aspects of the invention, since the rough surface processing is performed as the antireflection processing, the flash light is prevented from being irregularly reflected and reaching the O-ring.
また、特に請求項9,10の発明によれば、反射防止加工として黒体処理を行っているため、フラッシュ光が吸収されてOリングにまで到達することは防止される。 In particular, according to the ninth and tenth aspects of the invention, since the black body treatment is performed as the antireflection processing, the flash light is prevented from being absorbed and reaching the O-ring.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、本発明に係る熱処理装置の全体構成について概説する。図1は、本発明に係る熱処理装置1の構成を示す側断面図である。熱処理装置1は基板として略円形の半導体ウェハーWに閃光(フラッシュ光)を照射し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。
First, the overall configuration of the heat treatment apparatus according to the present invention will be outlined. FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of a
熱処理装置1は、半導体ウェハーWを収容する略円筒形状のチャンバー6と、複数のフラッシュランプFLを内蔵するランプハウス5と、を備える。また、熱処理装置1は、チャンバー6およびランプハウス5に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーWの熱処理を実行させる制御部3を備える。
The
チャンバー6は、ランプハウス5の下方に設けられており、略円筒状の内壁を有するチャンバー側部63、および、チャンバー側部63の下部を覆うチャンバー底部62によって構成される。また、チャンバー側部63およびチャンバー底部62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。熱処理空間65の上方は上部開口60とされており、上部開口60にはチャンバー窓61が装着されて閉塞されている。
The
チャンバー6の天井部を構成するチャンバー窓61は、石英により形成された円板形状部材であり、ランプハウス5から出射されたフラッシュ光を熱処理空間65に透過する石英窓として機能する。チャンバー6の本体を構成するチャンバー底部62およびチャンバー側部63は、例えば、ステンレススチール等の強度と耐熱性に優れた金属材料にて形成されており、チャンバー側部63の内側面の上部のリング631は、光照射による劣化に対してステンレススチールより優れた耐久性を有するアルミニウム(Al)合金等で形成されている。
The
チャンバー底部62には、保持部7を貫通して半導体ウェハーWをその下面(ランプハウス5からの光が照射される側とは反対側の面)から支持するための複数(本実施の形態では3本)の支持ピン70が立設されている。支持ピン70は、例えば石英により形成されており、チャンバー6の外部から固定されているため、容易に取り替えることができる。
The
チャンバー側部63は、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66を有し、搬送開口部66は、軸662を中心に回動するゲートバルブ185により開閉可能とされる。チャンバー側部63における搬送開口部66とは反対側の部位には熱処理空間65に処理ガス(例えば、窒素(N2)ガスやヘリウム(He)ガス、アルゴン(Ar)ガス等の不活性ガス、あるいは、酸素(02)ガス等)を導入する導入路81が形成され、その一端は弁82を介して図示省略の給気機構に接続され、他端はチャンバー側部63の内部に形成されるガス導入バッファ83に接続される。また、搬送開口部66には熱処理空間65内の気体を排出する排出路86が形成され、弁87を介して図示省略の排気機構に接続される。
The
図2は、チャンバー6をガス導入バッファ83の位置にて水平面で切断した断面図である。図2に示すように、ガス導入バッファ83は、図1に示す搬送開口部66の反対側においてチャンバー側部63の内周の約1/3に亘って形成されており、導入路81を介してガス導入バッファ83に導かれた処理ガスは、複数のガス供給孔84から熱処理空間65内へと供給される。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
また、熱処理装置1は、チャンバー6の内部において半導体ウェハーWを水平姿勢にて保持しつつフラッシュ光照射前にその保持する半導体ウェハーWの予備加熱を行う略円板状の保持部7と、保持部7をチャンバー6の底面であるチャンバー底部62に対して昇降させる保持部昇降機構4と、を備える。図1に示す保持部昇降機構4は、略円筒状のシャフト41、移動板42、ガイド部材43(本実施の形態ではシャフト41の周りに3本配置される)、固定板44、ボールネジ45、ナット46およびモータ40を有する。チャンバー6の下部であるチャンバー底部62には保持部7よりも小さい直径を有する略円形の下部開口64が形成されており、ステンレススチール製のシャフト41は、下部開口64を挿通して、保持部7(厳密には保持部7のホットプレート71)の下面に接続されて保持部7を支持する。
The
移動板42にはボールネジ45と螺合するナット46が固定されている。また、移動板42は、チャンバー底部62に固定されて下方へと伸びるガイド部材43により摺動自在に案内されて上下方向に移動可能とされる。また、移動板42は、シャフト41を介して保持部7に連結される。
A
モータ40は、ガイド部材43の下端部に取り付けられる固定板44に設置され、タイミングベルト401を介してボールネジ45に接続される。保持部昇降機構4により保持部7が昇降する際には、駆動部であるモータ40が制御部3の制御によりボールネジ45を回転し、ナット46が固定された移動板42がガイド部材43に沿って鉛直方向に移動する。この結果、移動板42に固定されたシャフト41が鉛直方向に沿って移動し、シャフト41に接続された保持部7が図1に示す半導体ウェハーWの受渡位置と図5に示す半導体ウェハーWの処理位置との間で滑らかに昇降する。
The
移動板42の上面には略半円筒状(円筒を長手方向に沿って半分に切断した形状)のメカストッパ451がボールネジ45に沿うように立設されており、仮に何らかの異常により移動板42が所定の上昇限界を超えて上昇しようとしても、メカストッパ451の上端がボールネジ45の端部に設けられた端板452に突き当たることによって移動板42の異常上昇が防止される。これにより、保持部7がチャンバー窓61の下方の所定位置以上に上昇することはなく、保持部7とチャンバー窓61との衝突が防止される。
On the upper surface of the moving
また、保持部昇降機構4は、チャンバー6の内部のメンテナンスを行う際に保持部7を手動にて昇降させる手動昇降部49を有する。手動昇降部49はハンドル491および回転軸492を有し、ハンドル491を介して回転軸492を回転することより、タイミングベルト495を介して回転軸492に接続されるボールネジ45を回転して保持部7の昇降を行うことができる。
The holding
チャンバー底部62の下側には、シャフト41の周囲を囲み下方へと伸びる伸縮自在のベローズ47が設けられ、その上端はチャンバー底部62の下面に接続される。一方、ベローズ47の下端はベローズ下端板471に取り付けられている。べローズ下端板471は、鍔状部材411によってシャフト41にネジ止めされて取り付けられている。保持部昇降機構4により保持部7がチャンバー底部62に対して上昇する際にはベローズ47が収縮され、下降する際にはべローズ47が伸張される。そして、保持部7が昇降する際にも、ベローズ47が伸縮することによって熱処理空間65内の気密状態が維持される。
A telescopic bellows 47 that surrounds the
図3は、保持部7の構成を示す断面図である。保持部7は、半導体ウェハーWを予備加熱(いわゆるアシスト加熱)するホットプレート(加熱プレート)71、および、ホットプレート71の上面(保持部7が半導体ウェハーWを保持する側の面)に設置されるサセプタ72を有する。保持部7の下面には、既述のように保持部7を昇降するシャフト41が接続される。サセプタ72は石英(あるいは、窒化アルミニウム(AIN)等であってもよい)により形成され、その上面には半導体ウェハーWの位置ずれを防止するピン75が設けられる。サセプタ72は、その下面をホットプレート71の上面に面接触させてホットプレート71上に設置される。これにより、サセプタ72は、ホットプレート71からの熱エネルギーを拡散してサセプタ72上面に載置された半導体ウェハーWに伝達するとともに、メンテナンス時にはホットプレート71から取り外して洗浄可能とされる。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the holding unit 7. The holding unit 7 is installed on a hot plate (heating plate) 71 that preheats the semiconductor wafer W (so-called assist heating), and an upper surface of the hot plate 71 (a surface on the side where the holding unit 7 holds the semiconductor wafer W). The
ホットプレート71は、ステンレススチール製の上部プレート73および下部プレート74にて構成される。上部プレート73と下部プレート74との間には、ホットプレート71を加熱するニクロム線等の抵抗加熱線76が配設され、導電性のニッケル(Ni)ロウが充填されて封止されている。また、上部プレート73および下部プレート74の端部はロウ付けにより接着されている。
The
図4は、ホットプレート71を示す平面図である。図4に示すように、ホットプレート71は、保持される半導体ウェハーWと対向する領域の中央部に同心円状に配置される円板状のゾーン711および円環状のゾーン712、並びに、ゾーン712の周囲の略円環状の領域を周方向に4等分割した4つのゾーン713〜716を備え、各ゾーン間には若干の間隙が形成されている。また、ホットプレート71には、支持ピン70が挿通される3つの貫通孔77が、ゾーン711とゾーン712との隙間の周上に120°毎に設けられる。
FIG. 4 is a plan view showing the
6つのゾーン711〜716のそれぞれには、相互に独立した抵抗加熱線76が周回するように配設されてヒータが個別に形成されており、各ゾーンに内蔵されたヒータにより各ゾーンが個別に加熱される。保持部7に保持された半導体ウェハーWは、6つのゾーン711〜716に内蔵されたヒータにより加熱される。また、ゾーン711〜716のそれぞれには、熱電対を用いて各ゾーンの温度を計測するセンサ710が設けられている。各センサ710は略円筒状のシャフト41の内部を通り制御部3に接続される。
In each of the six
ホットプレート71が加熱される際には、センサ710により計測される6つのゾーン711〜716のそれぞれの温度が予め設定された所定の温度になるように、各ゾーンに配設された抵抗加熱線76への電力供給量が制御部3により制御される。制御部3による各ゾーンの温度制御はPID(Proportional,Integral,Derivative)制御により行われる。ホットプレート71では、半導体ウェハーWの熱処理(複数の半導体ウェハーWを連続的に処理する場合は、全ての半導体ウェハーWの熱処理)が終了するまでゾーン711〜716のそれぞれの温度が継続的に計測され、各ゾーンに配設された抵抗加熱線76への電力供給量が個別に制御されて、すなわち、各ゾーンに内蔵されたヒータの温度が個別に制御されて各ゾーンの温度が設定温度に維持される。なお、各ゾーンの設定温度は、基準となる温度から個別に設定されたオフセット値だけ変更することが可能とされる。
When the
6つのゾーン711〜716にそれぞれ配設される抵抗加熱線76は、シャフト41の内部を通る電力線を介して電力供給源(図示省略)に接続されている。電力供給源から各ゾーンに至る経路途中において、電力供給源からの電力線は、マグネシア(マグネシウム酸化物)等の絶縁体を充填したステンレスチューブの内部に互いに電気的に絶縁状態となるように配置される。なお、シャフト41の内部は大気開放されている。
The
また、図6は、チャンバー6のシール部分周辺構造を示す部分拡大図である。熱処理空間65の気密性を維持するために、チャンバー窓61とチャンバー側部63とはOリング69によってシールされている。Oリング69は耐熱性に優れた樹脂(本実施形態では白色のバイトン(登録商標))にて形成されている。略円筒状のチャンバー側部63の上端に円環状の溝632を刻設し、その溝にOリング69を嵌め込んで上からチャンバー窓61によって押さえつけている。そして、フラッシュ光耐性に優れたアルミニウム製のクランプリング90をチャンバー窓61の上面周縁部に当接させるとともに、そのクランプリング90をチャンバー側部63にネジ止めすることによって、チャンバー窓61の周縁部を上側からチャンバー側部63の上端部に押圧し、チャンバー窓61の下面周縁部とチャンバー側部63の上端部との間にOリング69を挟み込んで密着させている。クランプリング90によってチャンバー窓61を押さえつけることにより、チャンバー6の上部開口60はOリング69によってシールされる。なお、チャンバー6の下部開口64はベローズ47によってシールされている。
FIG. 6 is a partially enlarged view showing the peripheral structure of the seal portion of the
本実施形態においては、クランプリング90の下面のうちチャンバー窓61と接触する面、すなわちOリング69に対向する対向面901に光の反射を防止するための反射防止加工を行って反射防止面としている。反射防止加工としては、サンドブラスト加工を用いた対向面901の粗面加工を行っている。具体的には、圧縮空気に#80程度の比較的粗い研磨剤を混ぜて対向面901に吹き付ける。そうすると、対向面901に比較的粗い表面研削が行われることとなり、対向面901が光を乱反射する粗面となる。サンドブラスト加工は、対向面901における正反射の反射率が20%以下となるまで行う。
In the present embodiment, an antireflection surface for preventing light reflection is applied to the surface of the lower surface of the
次に、ランプハウス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、ランプハウス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。ランプハウス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部材である。ランプハウス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がチャンバー窓61と相対向することとなる。ランプハウス5は、チャンバー6内にて保持部7に保持される半導体ウェハーWにランプ光放射窓53およびチャンバー窓61を介してフラッシュランプFLからフラッシュ光を照射することにより半導体ウェハーWを加熱する。
Next, the
複数のフラッシュランプFLは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が保持部7に保持される半導体ウェハーWの主面に沿って(つまり水平方向に沿って)互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプFLの配列によって形成される平面も水平面である。 Each of the plurality of flash lamps FL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape, and the longitudinal direction of each of the flash lamps FL is along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 (that is, along the horizontal direction). They are arranged in a plane so as to be parallel to each other. Therefore, the plane formed by the arrangement of the flash lamps FL is also a horizontal plane.
キセノンフラッシュランプFLは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設された棒状のガラス管(放電管)と、該ガラス管の外周面上に付設されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときの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。 The xenon flash lamp FL has a rod-shaped glass tube (discharge tube) in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode connected to a capacitor at both ends thereof, and an outer peripheral surface of the glass tube. And a triggered electrode. Since xenon gas is an electrical insulator, electricity does not flow into the glass tube under normal conditions even if electric charges are accumulated in the capacitor. However, if the insulation is broken by applying a high voltage to the trigger electrode, the electricity stored in the capacitor instantaneously flows into the glass tube, and the xenon gas is heated by Joule heat at that time, and light is emitted. . In such a xenon flash lamp FL, the electrostatic energy stored in the condenser in advance is converted into an extremely short light pulse of 0.1 to 10 milliseconds, which is extremely in comparison with a continuous light source. It has the feature that it can irradiate strong light.
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保持部7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梨地模様を呈する。このような粗面化加工を施しているのは、リフレクタ52の表面が完全な鏡面であると、複数のフラッシュランプFLからの反射光の強度に規則パターンが生じて半導体ウェハーWの表面温度分布の均一性が低下するためである。
In addition, the
また、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。
Further, 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の熱処理時にフラッシュランプFLおよびホットプレート71から発生する熱エネルギーによるチャンバー6およびランプハウス5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のチャンバー側部63およびチャンバー底部62には水冷管(図示省略)が設けられている。また、ランプハウス5は、内部に気体流を形成して排熱するための気体供給管55および排気管56が設けられて空冷構造とされている(図1,5参照)。また、チャンバー窓61とランプ光放射窓53との間隙にも空気が供給され、ランプハウス5およびチャンバー窓61を冷却する。
In addition to the above configuration, the
次に、熱処理装置1における半導体ウェハーWの処理手順について簡単に説明する。ここで処理対象となる半導体ウェハーWはイオン注入法により不純物(イオン)が添加された半導体基板であり、添加された不純物の活性化が熱処理装置1によるフラッシュ加熱処理により実行される。
Next, a processing procedure of the semiconductor wafer W in the
まず、保持部7が図5に示す処理位置から図1に示す受渡位置に下降する。「処理位置」とは、フラッシュランプFLから半導体ウェハーWに閃光照射が行われるときの保持部7の位置であり、図5に示す保持部7のチャンバー6内における位置である。また、「受渡位置」とは、チャンバー6に半導体ウェハーWの搬出入が行われるときの保持部7の位置であり、図1に示す保持部7のチャンバー6内における位置である。熱処理装置1における保持部7の基準位置は処理位置であり、処理前にあっては保持部7は処理位置に位置しており、これが処理開始に際して受渡位置に下降するのである。図1に示すように、保持部7が受渡位置にまで下降するとチャンバー底部62に近接し、支持ピン70の先端が保持部7を貫通して保持部7の上方に突出する。
First, the holding unit 7 is lowered from the processing position shown in FIG. 5 to the delivery position shown in FIG. The “processing position” is a position of the holding unit 7 when the semiconductor wafer W is irradiated with flash light from the flash lamp FL, and is a position in the
次に、保持部7が受渡位置に下降したときに、弁82および弁87が開かれてチャンバー6の熱処理空間65内に常温の窒素ガスが導入される。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内に搬入され、複数の支持ピン70上に載置される。
Next, when the holding unit 7 is lowered to the delivery position, the
半導体ウェハーWの搬入時におけるチャンバー6への窒素ガスのパージ量は約40リットル/分とされ、供給された窒素ガスはチャンバー6内においてガス導入バッファ83から図2中に示す矢印AR4の方向へと流れ、図1に示す排出路86および弁87を介してユーティリティ排気により排気される。また、チャンバー6に供給された窒素ガスの一部は、べローズ47の内側に設けられる排出口(図示省略)からも排出される。なお、以下で説明する各ステップにおいて、チャンバー6には常に窒素ガスが供給および排気され続けており、窒素ガスの供給量は半導体ウェハーWの処理工程に合わせて様々に変更される。
The purge amount of nitrogen gas into the
半導体ウェハーWがチャンバー6内に搬入されると、ゲートバルブ185により搬送開口部66が閉鎖される。そして、保持部昇降機構4により保持部7が受渡位置からチャンバー窓61に近接した処理位置にまで上昇する。保持部7が受渡位置から上昇する過程において、半導体ウェハーWは支持ピン70から保持部7のサセプタ72へと渡され、サセプタ72の上面に載置・保持される。保持部7が処理位置にまで上昇するとサセプタ72に保持された半導体ウェハーWも処理位置に保持されることとなる。
When the semiconductor wafer W is loaded into the
ホットプレート71の6つのゾーン711〜716のそれぞれは、各ゾーンの内部(上部プレート73と下部プレート74との間)に個別に内蔵されたヒータ(抵抗加熱線76)により所定の温度まで加熱されている。保持部7が処理位置まで上昇して半導体ウェハーWが保持部7と接触することにより、その半導体ウェハーWはホットプレート71に内蔵されたヒータによって予備加熱されて温度が次第に上昇する。
Each of the six
この処理位置にて約60秒間の予備加熱が行われ、半導体ウェハーWの温度が予め設定された予備加熱温度T1まで上昇する。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550℃程度とされる。また、保持部7とチャンバー窓61との間の距離は、保持部昇降機構4のモータ40の回転量を制御することにより任意に調整することが可能とされている。
Preheating for about 60 seconds is performed at this processing position, and the temperature of the semiconductor wafer W rises to a preset preheating temperature T1. The preheating temperature T1 is set to about 200 ° C. to 800 ° C., preferably about 350 ° C. to 550 ° C., in which impurities added to the semiconductor wafer W are not likely to diffuse due to heat. Further, the distance between the holding unit 7 and the
約60秒間の予備加熱時間が経過した後、保持部7が処理位置に位置したまま制御部3の制御によりランプハウス5のフラッシュランプFLから半導体ウェハーWへ向けてフラッシュ光が照射される。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内の保持部7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。フラッシュ加熱は、フラッシュランプFLからの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。
After the preheating time of about 60 seconds elapses, flash light is irradiated from the flash lamp FL of the
すなわち、ランプハウス5のフラッシュランプ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ミリ秒ないし10ミリ秒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からの閃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℃ないし1100℃程度の処理温度T2まで上昇し、半導体ウェハーWに添加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に添加された不純物の熱による拡散(この拡散現象を、半導体ウェハーW中の不純物のプロファイルがなまる、ともいう)を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、添加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活性化は完了する。
In other words, the flash light emitted from the flash lamp FL of the
また、フラッシュ加熱の前に保持部7により半導体ウェハーWを予備加熱しておくことにより、フラッシュランプFLからの閃光照射によって半導体ウェハーWの表面温度を処理温度T2まで速やかに上昇させることができる。 In addition, by preheating the semiconductor wafer W by the holding unit 7 before the flash heating, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be quickly raised to the processing temperature T2 by flash irradiation from the flash lamp FL.
フラッシュ加熱が終了し、処理位置における約10秒間の待機の後、保持部7が保持部昇降機構4により再び図1に示す受渡位置まで下降し、半導体ウェハーWが保持部7から支持ピン70へと渡される。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、支持ピン70上に載置された半導体ウェハーWは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のフラッシュ加熱処理が完了する。
After the flash heating is finished and the standby for about 10 seconds at the processing position, the holding unit 7 is lowered again to the delivery position shown in FIG. Is passed. Subsequently, the transfer opening 66 closed by the
既述のように、熱処理装置1における半導体ウェハーWの熱処理時には窒素ガスがチャンバー6に継続的に供給されており、その供給量は、保持部7が処理位置に位置するときには約30リットル/分とされ、保持部7が処理位置以外の位置に位置するときには約40リットル/分とされる。
As described above, nitrogen gas is continuously supplied to the
ところで、本実施形態においては、クランプリング90の下面のうちOリング69と対向する対向面901をサンドブラスト加工によって粗面としている。従来にあっては、かかる粗面加工を行うことなくクランプリング90を装着しており、フラッシュ加熱時にフラッシュ光の一部が対向面901とチャンバー側部63の上端面(特に、リング631の上端面)との間に入り込んで多重反射を生じ、その結果フラッシュ光がOリング69にまで到達して樹脂の表面劣化が生じることとなっていた。
By the way, in this embodiment, the opposing
対向面901を粗面としておけば、クランプリング90とチャンバー側部63との間にフラッシュ光の一部が入り込んだとしても、その光は粗面化された対向面901によって乱反射されOリング69にまでは到達しない。また、図6に示すように、溝632の外周側よりも内周側を高くして遮光壁633を形成している。この遮光壁633によってもOリング69へのフラッシュ光の到達は抑制される。その結果、フラッシュ加熱時にOリング69がフラッシュ光に曝されることが確実に防止され、フラッシュ光照射によるOリング69の劣化を防止することができる。
If the facing
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、サンドブラスト加工によって対向面901を粗面としていたが、粗面加工の手法はサンドブラスト加工に限定されるものではなく、サンドペーパを使用した粗面化であっても良いし、けがきによって対向面901を粗面化するようにしても良い。これらの機械的な表面処理によって対向面901を粗面化し、対向面901における正反射の反射率が20%以下となるようにすれば、フラッシュ加熱時にクランプリング90とチャンバー側部63との間に入り込んだフラッシュ光の大部分は対向面901によって乱反射され、Oリング69にはほとんど到達しないため、フラッシュ光照射によるOリング69の表面劣化を防止することができる。
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the facing
また、反射防止加工としては、粗面加工に限定されるものではなく、対向面901を光吸収面とする加工を行っても良い。具体的には、アルミニウム製のクランプリング90の対向面901に陽極酸化によって黒アルマイトの被膜を形成する。このような黒体処理を行うことによって対向面901の光吸収率が上昇し、それに伴って対向面901の基礎的な反射率が低下する。これにより、対向面901における正反射の反射率も20%以下となり、上記の粗面加工を行ったのと同様に、フラッシュ光照射によるOリング69の表面劣化を防止することができる。
Further, the antireflection processing is not limited to the rough surface processing, and processing using the opposing
また、対向面901を光吸収面とする手法は黒体処理に限定されるものではなく、有色の塗料を塗布したり、光を吸収するシート状部材を貼着するものであっても良い。もっとも、対向面901の光吸収率が高くなると、フラッシュ加熱時に対向面901がフラッシュ光を吸収してクランプリング90自体が昇温するおそれあるため、その冷却対策(例えば、冷却配管の配設)を施しておく方が好ましい。
Further, the method of using the opposing
要するに、クランプリング90の対向面901に反射防止加工を施して反射防止面を形成するようにすれば、フラッシュ加熱時にクランプリング90とチャンバー側部63との間にフラッシュ光が入り込んだとしても、その光がOリング69にまで到達することは防止され、その結果フラッシュ光照射によるOリング69の劣化を防止することができる。
In short, if antireflection processing is performed on the opposing
また、チャンバー側部63の上端面、特にリング631の上端面に反射防止加工を行うようにしても良い。これにより、フラッシュ光がOリング69にまで到達することをより確実に防止することができる。
Further, antireflection processing may be performed on the upper end surface of the
また、上記実施形態においては、ランプハウス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。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態においては、半導体ウェハーに光を照射してイオン活性化処理を行うようにしていたが、本発明にかかる熱処理装置による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い。例えば、窒化シリコン膜や多結晶シリコン膜等の種々のシリコン膜が形成されたガラス基板に対して本発明にかかる熱処理装置による処理を行っても良い。一例として、CVD法によりガラス基板上に形成した多結晶シリコン膜にシリコンをイオン注入して非晶質化した非晶質シリコン膜を形成し、さらにその上に反射防止膜となる酸化シリコン膜を形成する。この状態で、本発明にかかる熱処理装置により非晶質のシリコン膜の全面に光照射を行い、非晶質のシリコン膜が多結晶化した多結晶シリコン膜を形成することもできる。 In the above embodiment, the semiconductor wafer is irradiated with light to perform the ion activation process. However, the substrate to be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention is not limited to the semiconductor wafer. . For example, the glass substrate on which various silicon films such as a silicon nitride film and a polycrystalline silicon film are formed may be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention. As an example, an amorphous silicon film made amorphous by ion implantation of silicon into a polycrystalline silicon film formed on a glass substrate by a CVD method is formed, and a silicon oxide film serving as an antireflection film is further formed thereon. Form. In this state, the entire surface of the amorphous silicon film is irradiated with light by the heat treatment apparatus according to the present invention, so that a polycrystalline silicon film obtained by polycrystallizing the amorphous silicon film can be formed.
また、ガラス基板上に下地酸化シリコン膜、アモルファスシリコンを結晶化したポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜にリンやボロン等の不純物をドーピングした構造のTFT基板に対して本発明にかかる熱処理装置により光照射を行い、ドーピング工程で打ち込まれた不純物の活性化を行うこともできる。 Further, a heat treatment according to the present invention is applied to a TFT substrate having a structure in which a base silicon oxide film and a polysilicon film obtained by crystallizing amorphous silicon are formed on a glass substrate, and the polysilicon film is doped with impurities such as phosphorus and boron. It is also possible to activate the impurities implanted in the doping process by irradiating light with an apparatus.
1 熱処理装置
4 保持部昇降機構
5 ランプハウス
6 チャンバー
7 保持部
60 上部開口
61 チャンバー窓
63 チャンバー側部
69 Oリング
65 熱処理空間
71 ホットプレート
72 サセプタ
90 クランプリング
901 対向面
FL フラッシュランプ
W 半導体ウェハー
DESCRIPTION OF
Claims (10)
フラッシュランプを有する光源と、
前記光源の下方に設けられ、基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を保持する保持手段と、
前記チャンバーの上部開口を覆う石英窓と、
前記チャンバーの側壁上端部と前記石英窓との間に挟み込まれたOリングと、
前記石英窓の周縁部を上側から前記チャンバーの側壁上端部に押圧する石英窓押さえ部材と、
を備え、
前記石英窓押さえ部材の前記Oリングに対向する側の面にフラッシュ光の反射を防止する反射防止面を形成することを特徴とする熱処理装置。 A heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with flash light,
A light source having a flash lamp;
A chamber provided below the light source and containing a substrate;
Holding means for holding the substrate in the chamber;
A quartz window covering the upper opening of the chamber;
An O-ring sandwiched between the upper end of the side wall of the chamber and the quartz window;
A quartz window pressing member that presses the peripheral edge of the quartz window from above to the upper end of the side wall of the chamber;
With
A heat treatment apparatus, wherein an antireflection surface for preventing reflection of flash light is formed on a surface of the quartz window pressing member facing the O-ring.
前記反射防止面における正反射の反射率は20%以下であることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein
The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the reflectance of regular reflection on the antireflection surface is 20% or less.
前記反射防止面は、光を乱反射する粗面であることを特徴とする熱処理装置。 In the heat treatment apparatus according to claim 1 or 2,
The heat treatment apparatus, wherein the antireflection surface is a rough surface that irregularly reflects light.
前記反射防止面は、光を吸収する光吸収面であることを特徴とする熱処理装置。 In the heat treatment apparatus according to claim 1 or 2,
The heat treatment apparatus, wherein the antireflection surface is a light absorption surface that absorbs light.
前記石英窓押さえ部材はアルミニウムにて形成され、
前記反射防止面は、黒アルマイトの被膜が形成されることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 4, wherein
The quartz window pressing member is made of aluminum,
A heat treatment apparatus characterized in that a black alumite film is formed on the antireflection surface.
前記チャンバーの上部開口を覆う石英窓の周縁部を上側からOリングを介して前記チャンバーの側壁上端部に押圧する石英窓押さえ部材の前記Oリングに対向する側の面に反射防止加工を行うことを特徴とする熱処理装置の製造方法。 A method of manufacturing a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating flash light from a light source having a flash lamp to a substrate accommodated in a chamber provided below the light source,
Antireflection processing is performed on the surface of the quartz window pressing member facing the O-ring of the quartz window pressing member that presses the peripheral edge of the quartz window covering the upper opening of the chamber from the upper side to the upper end of the side wall of the chamber through the O-ring. A method of manufacturing a heat treatment apparatus characterized by the above.
前記反射防止加工は、粗面加工であることを特徴とする熱処理装置の製造方法。 In the manufacturing method of the heat processing apparatus of Claim 6,
The method for manufacturing a heat treatment apparatus, wherein the antireflection processing is rough surface processing.
前記粗面加工は、前記石英窓押さえ部材の前記Oリングに対向する側の面にサンドペーパ加工、サンドブラスト加工またはけがき法のいずれかによる表面処理を行うことを特徴とする熱処理装置の製造方法。 In the manufacturing method of the heat processing apparatus of Claim 7,
The method of manufacturing a heat treatment apparatus, wherein the rough surface processing is performed by performing a surface treatment by any one of sand paper processing, sand blast processing, and scribing on a surface of the quartz window pressing member facing the O-ring.
前記反射防止加工は、前記石英窓押さえ部材の前記Oリングに対向する側の面の黒体処理であることを特徴とする熱処理装置の製造方法。 In the manufacturing method of the heat processing apparatus of Claim 6,
The method for manufacturing a heat treatment apparatus, wherein the antireflection processing is black body treatment of a surface of the quartz window pressing member facing the O-ring.
前記石英窓押さえ部材はアルミニウムにて形成され、
前記黒体処理は、黒アルマイトの被膜を形成する表面処理であることを特徴とする熱処理装置の製造方法。 In the manufacturing method of the heat processing apparatus of Claim 9,
The quartz window pressing member is made of aluminum,
The method for manufacturing a heat treatment apparatus, wherein the black body treatment is a surface treatment for forming a black alumite film.
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