JP5289815B2 - Quartz window manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウェハーやガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）収容するチャンバーの外部光源からの光をチャンバー内部に透過する石英窓の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor wafer or a glass substrate or the like (hereinafter, simply referred to as "substrate") light from the housing to the chamber of the external light source directed to the production how the quartz window which transmits inside the chamber.
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。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閃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閃光照射であれば、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, only the surface of the semiconductor wafer into which ions have been implanted by irradiating the surface of the semiconductor wafer with flash light using a xenon flash lamp (hereinafter simply referred to as “xenon flash lamp”). There has been proposed a technique for raising the temperature of the material in an extremely short time (several milliseconds or less). The radiation spectral distribution of a xenon flash lamp ranges from the ultraviolet region to the near infrared region, has a shorter wavelength than the conventional halogen lamp, and almost coincides with the fundamental absorption band of a silicon semiconductor wafer. Therefore, when the semiconductor wafer is irradiated with flash light from the xenon flash lamp, the semiconductor wafer can be rapidly heated with little transmitted light. It has also been found that if the flash irradiation is performed for a very short time of several milliseconds or less, only the vicinity of the surface of the semiconductor wafer can be selectively heated. For this reason, if the temperature is raised for a very short time by a xenon flash lamp, only the ion activation can be performed without diffusing ions deeply.
このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置として、特許文献１，２には、半導体ウェハーの表面側にフラッシュランプ等のパルス発光ランプを配置し、裏面側にハロゲンランプ等の連続点灯ランプを配置し、それらの組み合わせによって所望の熱処理を行うものが開示されている。特許文献１，２に開示の熱処理装置においては、ハロゲンランプ等によって半導体ウェハーをある程度の温度まで昇温（予備加熱）し、その後フラッシュランプからのパルス加熱によって所望の処理温度にまで昇温している。
As a heat treatment apparatus using such a xenon flash lamp, in
フラッシュランプは、極めて高いエネルギーを有する閃光を瞬間的に半導体ウェハーに照射するため、一瞬で半導体ウェハーの表面温度が急速に上昇してウェハー内部との温度差が大きくなり、その熱応力によって半導体ウェハーの反りや割れが生じることがある。このため、ハロゲンランプによって半導体ウェハーを予め予備加熱する温度を高めに設定し、フラッシュランプから照射する閃光のエネルギーを低くすることが考えられる。すなわち、最終的に所望の処理温度にまで半導体ウェハーを加熱できれば良く、ハロゲンランプによる予備加熱昇温の割合を高める一方でフラッシュランプから照射するエネルギーを低下させてフラッシュ加熱時の昇温割合を低くするのである。このようにすれば、半導体ウェハーの処理温度は同じであっても、フラッシュ加熱時に半導体ウェハー内部に生じる熱応力は小さくなるため、反りや割れといった不具合を解消することができる。 Since the flash lamp irradiates flash light with extremely high energy to the semiconductor wafer instantaneously, the surface temperature of the semiconductor wafer rises rapidly in a moment, and the temperature difference from the inside of the wafer increases. Warpage and cracking may occur. For this reason, it is conceivable to preliminarily set the temperature at which the semiconductor wafer is preheated by the halogen lamp to be high, and to reduce the energy of the flash light emitted from the flash lamp. In other words, it is only necessary to finally heat the semiconductor wafer to a desired processing temperature, and while increasing the preheating temperature increase rate by the halogen lamp, the energy irradiated from the flash lamp is decreased to decrease the temperature increase rate during flash heating. To do. In this way, even if the processing temperature of the semiconductor wafer is the same, the thermal stress generated inside the semiconductor wafer during flash heating is reduced, so that problems such as warping and cracking can be eliminated.
しかしながら、フラッシュランプは、その発光原理の特性上、単純に放電電圧を低下させただけではミス発光（トリガ電圧を印加しても放電が生じない）を生じる可能性が高くなり、処理の安定性が損なわれるという問題が発生する。また、フラッシュランプの本数を少なくして閃光のトータルエネルギーを低下させることも考えられるが、この場合は半導体ウェハーの面内において閃光照度にムラが生じる可能性がある。また、フラッシュランプと半導体ウェハーとの間の照射距離を遠ざけた場合には、半導体ウェハーの周縁部における照度低下が著しくなり、ウェハー面内における均一な照度分布を得ることが困難となる。 However, because of the characteristics of the light emission principle, flash lamps are more likely to cause mis-light emission (no discharge occurs even when a trigger voltage is applied) simply by reducing the discharge voltage, and the stability of the process. The problem arises that damage is lost. It is also conceivable to reduce the total energy of the flash by reducing the number of flash lamps, but in this case, there is a possibility that unevenness of the flash illuminance occurs in the plane of the semiconductor wafer. In addition, when the irradiation distance between the flash lamp and the semiconductor wafer is increased, the illuminance decreases significantly at the peripheral edge of the semiconductor wafer, and it becomes difficult to obtain a uniform illuminance distribution in the wafer surface.
また、従来はフラッシュランプによるアニールは主にイオン注入後の活性化プロセスに利用されてきたが、近年配線工程への適用も検討されており、この場合はフラッシュランプからの低エネルギーでの閃光照射が要求される。 Conventionally, annealing with a flash lamp has been used mainly for the activation process after ion implantation. However, in recent years, application to the wiring process has also been studied. In this case, flash irradiation with low energy from the flash lamp is performed. Is required.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板に比較的低いエネルギーの光を照射できる石英窓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 thereof is to provide a manufacturing how the quartz window that can be irradiated with a relatively low energy of light to the substrate.
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板を収容するチャンバーの外部の光源から出射された光をチャンバー内部に透過する石英窓の製造方法において、石英板の表面を粗面化加工によって平均表面粗さ０．１μｍ以上１０μｍ以下とする粗面化工程と、粗面化された前記石英板の表面にフッ酸処理を行うフッ酸処理工程と、を備え、前記フッ酸処理工程は、フッ酸濃度３ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下のフッ酸溶液中に前記石英板を８時間以上浸漬して前記石英板の透過率を浸漬前よりも上昇させる浸漬工程を含むことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
請求項１の発明によれば、石英板の表面を粗面化加工によって平均表面粗さ０．１μｍ以上１０μｍ以下としているため、石英窓の透過率が低下し、基板に比較的低いエネルギーの光を照射できる。また、粗面化加工後の石英板をフッ酸濃度３ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下のフッ酸溶液中に８時間以上浸漬しているため、希釈フッ酸を用いた洗浄による石英窓の透過率の経時変化を防止することができる。 According to the first aspect of the invention, since the surface of the quartz plate is roughened to have an average surface roughness of 0.1 μm or more and 10 μm or less, the transmittance of the quartz window is reduced, and light with relatively low energy is applied to the substrate. Can be irradiated. Further, since the roughened quartz plate is immersed in a hydrofluoric acid solution having a hydrofluoric acid concentration of 3 wt% or more and 10 wt% or less for 8 hours or more, the time course of the transmittance of the quartz window by the cleaning using diluted hydrofluoric acid. Changes can be prevented.
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.
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。本実施形態の熱処理装置１は基板としてφ３００ｍｍの円板形状の半導体ウェハー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。
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を収容するチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するフラッシュ加熱部５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲン加熱部４と、シャッター機構２と、を備える。チャンバー６の上側にフラッシュ加熱部５が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部４が設けられている。また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部に、半導体ウェハーＷを水平姿勢に保持する保持部７と、保持部７と装置外部との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う移載機構１０と、を備える。さらに、熱処理装置１は、シャッター機構２、ハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーＷの熱処理を実行させる制御部３を備える。
The
チャンバー６は、筒状のチャンバー側部６１の上下に石英製のチャンバー窓を装着して構成されている。チャンバー側部６１は上下が開口された概略筒形状を有しており、上側開口には上側チャンバー窓６３が装着されて閉塞され、下側開口には下側チャンバー窓６４が装着されて閉塞されている。チャンバー６の天井部を構成する上側チャンバー窓６３は、石英により形成された円板形状部材であり、フラッシュ加熱部５から出射された光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。また、チャンバー６の床部を構成する下側チャンバー窓６４も、石英により形成された円板形状部材であり、ハロゲン加熱部４からの光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。なお、上側チャンバー窓６３は表面処理によって表面粗さが調整されているのであるが、これについては後述する。
The chamber 6 is configured by mounting quartz chamber windows above and below a cylindrical
また、チャンバー側部６１の内側の壁面の上部には反射リング６８が装着され、下部には反射リング６９が装着されている。反射リング６８，６９は、ともに円環状に形成されている。上側の反射リング６８は、チャンバー側部６１の上側から嵌め込むことによって装着される。一方、下側の反射リング６９は、チャンバー側部６１の下側から嵌め込んで図示省略のビスで留めることによって装着される。すなわち、反射リング６８，６９は、ともに着脱自在にチャンバー側部６１に装着されるものである。チャンバー６の内側空間、すなわち上側チャンバー窓６３、下側チャンバー窓６４、チャンバー側部６１および反射リング６８，６９によって囲まれる空間が熱処理空間６５として規定される。
A
図２は、チャンバー６の側部を拡大した部分断面図である。チャンバー側部６１に反射リング６８，６９が装着されることによって、チャンバー６の内壁面に凹部６２が形成される。すなわち、チャンバー側部６１の内壁面のうち反射リング６８，６９が装着されていない中央部分と、反射リング６８の下端面と、反射リング６９の上端面とで囲まれた凹部６２が形成される。凹部６２は、チャンバー６の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウェハーＷを保持する保持部７を囲繞する。
FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view of the side portion of the chamber 6. By attaching the
図２に示すように、凹部６２を挟んで上下のそれぞれに装着された反射リング６８，６９の内周面はテーパ面とされている。上側の反射リング６８のテーパ面は下側に向けて径が大きくなる。逆に、下側の反射リング６９のテーパ面は上側に向けて径が大きくなる。一方、図１に示すように、半導体ウェハーＷを保持する保持部７は凹部６２の高さ位置に設けられている。従って、上側の反射リング６８および下側の反射リング６９ともに石英窓（上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４）の側から保持部７の側に向けて拡がるテーパ面が形成されていることとなる。
As shown in FIG. 2, the inner peripheral surfaces of the
チャンバー側部６１および反射リング６８，６９は、強度と耐熱性に優れた金属材料（例えば、ステンレススチール）にて形成されている。また、反射リング６８，６９の内周面（つまりテーパ面）は電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。
The
また、チャンバー側部６１には、チャンバー６に対して半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための搬送開口部（炉口）６６が形設されている。搬送開口部６６は、ゲートバルブ１８５によって開閉可能とされている。搬送開口部６６は凹部６２の外周面に連通接続されている。このため、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を開放しているときには、搬送開口部６６から凹部６２を通過して熱処理空間６５への半導体ウェハーＷの搬入および熱処理空間６５からの半導体ウェハーＷの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉鎖するとチャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。
The
また、チャンバー６においては、熱処理空間６５の上部から処理ガス（本実施形態では窒素ガス（Ｎ2））を供給するとともに、下部から排気を行うように構成されている。図２に示すように、チャンバー６の上部において、チャンバー側部６１に装着された反射リング６８と上側チャンバー窓６３とは密接しておらず、それらの間には隙間が形成されている。上側チャンバー窓６３は円板状であり、内側側壁６２は円環状であるため、上側チャンバー窓６３と内側側壁６２の上端面との間に形成される隙間も円環状のスリット８１となる。また、チャンバー側部６１と反射リング６８との間に緩衝空間８２が形成されている。緩衝空間８２も円環状に形成されることとなる。緩衝空間８２はスリット８１と連通している。
Further, the chamber 6 is configured to supply a processing gas (nitrogen gas (N 2 ) in the present embodiment) from the upper part of the
また、緩衝空間８２にはガス配管８３が連通接続されている。ガス配管８３の基端部は窒素ガス供給源８５に接続されている（図１）。ガス配管８３の経路途中にはバルブ８４が介挿されている。バルブ８４が開放されると、窒素ガス供給源８５から緩衝空間８２に窒素ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した窒素ガスはスリット８１を通過してチャンバー６内の熱処理空間６５に供給される。
A
図３は、熱処理空間６５への気体供給を示す平面図である。緩衝空間８２からスリット８１へと至る気体の通過経路において、気体の進行方向に対して垂直となる面の断面積が緩衝空間８２の方がスリット８１よりも大きい。すなわち、緩衝空間８２の方がスリット８１よりも流体抵抗が小さい。このため、図３に示すように、ガス配管８３から緩衝空間８２へ流入した窒素ガスの一部は直ちにスリット８１に流れるものの、大部分はより抵抗の小さい緩衝空間８２内を拡がるように流れる。そして、緩衝空間８２内に満たされた窒素ガスがスリット８１を通って熱処理空間６５に供給される。従って、環状のスリット８１の全周にわたって均一に窒素ガスが供給されることとなる。
FIG. 3 is a plan view showing gas supply to the
一方、チャンバー６の底部においても上部と同様に、反射リング６９と下側チャンバー窓６４とは密接しておらず、それらの間には隙間が形成されている。下側チャンバー窓６４は円板状であり、反射リング６９は円環状であるため、下側チャンバー窓６４と反射リング６９の下端面との間に形成される隙間も円環状のスリット８６となる。また、チャンバー側部６１に形成された円環状の緩衝空間８７がスリット８６と連通している。緩衝空間８７にはガス配管８８が連通接続されている。ガス配管８８の基端部は排気部９０に接続されている。ガス配管８８の経路途中にはバルブ８９が介挿されている。バルブ８９が開放されると、熱処理空間６５の気体がスリット８６から緩衝空間８７を経てガス配管８８へと排出される。
On the other hand, at the bottom of the chamber 6 as well as the top, the
スリット８６から緩衝空間８７へと至る気体の通過経路においても、気体の進行方向に対して垂直となる面の断面積が緩衝空間８７の方がスリット８６よりも大きい。すなわち、緩衝空間８７の方がスリット８６よりも流体抵抗が小さい。このため、環状のスリット８６の全周にわたって均一に気体が排気される。なお、図示の便宜上、図１と図２とではガス配管８３，８８の位置が異なっているが、ガス配管８３，８８は円環状の緩衝空間８２，８７の任意の位置に接続して良く、両ガス配管８３，８８を図１のように接続しても図２のように接続しても良い。また、緩衝空間８２，８７に接続されるガス配管８３，８８は一本に限定されるものではなく、複数本であっても良い。複数本のガス配管８３，８８を緩衝空間８２，８７に均等に接続すれば、環状のスリット８１，８６からより均一な給排気を行うことができる。
Also in the gas passage route from the
このように、熱処理装置１は、チャンバー６内に保持された半導体ウェハーＷを挟んで概ね上下対称に給排気機構を備えている。すなわち、バルブ８４、ガス配管８３および緩衝空間８２を有する給気機構によって、上側チャンバー窓６３とチャンバー６の内壁上端との間に環状に形成された隙間であるスリット８１からチャンバー６内の熱処理空間６５に処理ガス（窒素ガス）を供給する。それとともに、バルブ８９、ガス配管８８および緩衝空間８７を有する排気機構によって、下側チャンバー窓６４とチャンバー６の内壁下端との間に環状に形成された隙間であるスリット８６からチャンバー６内の気体を排気する。なお、窒素ガス供給源８５および排気部９０は、熱処理装置１に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置１が設置される工場のユーティリティであっても良い。
As described above, the
図４は、半導体ウェハーＷの保持位置から見たチャンバー６の平面図である。保持部７は、サセプタ７０および均熱リング７５を備えて構成される。サセプタ７０は、石英により形成され、円環形状のリング部７１に複数の爪部７２（本実施形態では４本）を立設して構成される。リング部７１が凹部６２の底面に載置されることによって、サセプタ７０がチャンバー６に装着される。
FIG. 4 is a plan view of the chamber 6 as seen from the holding position of the semiconductor wafer W. FIG. The holding
均熱リング７５は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）によって形成されたリング状部材であり、サセプタ７０の爪部７２に設けられた支持ピンによって支持される。均熱リング７５の内周には図示を省略する複数の爪が突設されており、それら複数の爪によって半導体ウェハーＷの周縁部が支持されて半導体ウェハーＷが水平姿勢にて保持される。なお、複数の爪に代えて均熱リング７５の内周に沿って鍔を設け、それによって半導体ウェハーＷを保持するようにしても良い。
The soaking
図５は、移載機構１０の平面図である。また、図６は、移載機構１０の側面図である。移載機構１０は、２本の移載アーム１１を備える。移載アーム１１は、概ね円環状の凹部６２に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム１１には２本のリフトピン１２が立設されている。各移載アーム１１は水平移動機構１３によって回動可能とされている。水平移動機構１３は、一対の移載アーム１１を保持部７に対して半導体ウェハーＷの移載を行う移載動作位置（図５の実線位置）と保持部７に保持された半導体ウェハーＷと平面視で重ならない退避位置（図５の二点鎖線位置）との間で水平移動させる。水平移動機構１３としては、個別のモータによって各移載アーム１１をそれぞれ回動させるものであっても良いし、リンク機構を用いて１個のモータによって一対の移載アーム１１を連動させて回動させるものであっても良い。
FIG. 5 is a plan view of the
また、一対の移載アーム１１は、昇降機構１４によって水平移動機構１３とともに昇降移動される。昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて上昇させると、計４本のリフトピン１２が均熱リング７５の内側を通過し、リフトピン１２の上端が均熱リング７５の上側に突き出る。一方、昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて下降させ、水平移動機構１３が一対の移載アーム１１を開くように移動させると各移載アーム１１が退避位置に移動する。
The pair of
一対の移載アーム１１の退避位置は、サセプタ７０のリング部７１の直上である。リング部７１は凹部６２の底面に載置されているため、移載アーム１１の退避位置は凹部６２の内側となる。
The retracted position of the pair of
図４に示すように、チャンバー側部６１のうち移載機構１０の駆動部（水平移動機構１３および昇降機構１４）が設けられている部位には、排気管９３が連通接続されている。排気管９３は排気部９０に接続されている。排気管９３の経路途中にはバルブ９４が介挿されている。バルブ９４を開放することによって、移載機構１０の駆動部周辺を介してチャンバー６内の気体が排気される。また、搬送開口部６６の先端にも熱処理空間６５内の気体を排出する排気管９１が接続されている。排気管９１はバルブ９２を介して排気部９０に接続されている。バルブ９２を開放することによって、搬送開口部６６を介してチャンバー６内の気体が排気される。なお、本実施形態では３系統の排気機構の排気部９０を共通のものとしていたが、これを別個のものとしても良い。
As shown in FIG. 4, an
また、図４に示すように、熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの温度を測定するためのプローブ７８，７９を備えている。熱電対を使用した接触式温度計のプローブ７８は均熱リング７５に保持された半導体ウェハーＷの裏面に接触し、別置のディテクタによって半導体ウェハーＷの温度を測定する。一方、放射温度計のプローブ７９は均熱リング７５に保持された半導体ウェハーＷの裏面から放射された放射光（赤外線）を受光し、別置のディテクタによって半導体ウェハーＷの温度を測定する。接触式温度計のプローブ７８および放射温度計のプローブ７９は、いずれもチャンバー６の凹部６２に設置されている。
As shown in FIG. 4, the
さらに、図１に示すように、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４に放射温度計のプローブ４９を備える。プローブ４９は、プローブ７９と同様に、均熱リング７５に保持された半導体ウェハーＷの裏面から放射された放射光を受光し、別置のディテクタによって半導体ウェハーＷの温度を測定する。プローブ７９が保持部７に保持された半導体ウェハーＷの斜め下方から放射光を受光してウェハー温度を測温するのに対して、プローブ４９は半導体ウェハーＷの直下から放射光を受光して測温する。但し、半導体ウェハーＷからの距離は直下のプローブ４９の方が長い。このように、熱処理装置１は、３つのプローブ７８，７９，４９を備えて半導体ウェハーＷの温度を確実に測温する。
Further, as shown in FIG. 1, the
チャンバー６の上方に設けられたフラッシュ加熱部５は、筐体５１の内側に、複数本（本実施形態では３０本）のキセノンフラッシュランプＦＬからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ５２と、を備えて構成される。また、フラッシュ加熱部５の筐体５１の底部にはランプ光放射窓５３が装着されている。フラッシュ加熱部５の床部を構成するランプ光放射窓５３は、石英により形成された板状の石英窓である。フラッシュ加熱部５がチャンバー６の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓５３が上側チャンバー窓６３と相対向することとなる。フラッシュランプＦＬはチャンバー６の上方からランプ光放射窓５３および上側チャンバー窓６３を介して熱処理空間６５に閃光を照射する。
The
複数のフラッシュランプＦＬは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が保持部７に保持される半導体ウェハーＷの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプＦＬの配列によって形成される平面も水平面である。 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、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが０．１ミリセカンドないし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、ハロゲンランプＨＬの如き連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。 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, when the insulation is broken by applying a high voltage to the trigger electrode, the electricity stored in the capacitor flows instantaneously in the glass tube, and light is emitted by excitation of atoms or molecules of xenon at that time. In such a xenon flash lamp FL, the electrostatic energy previously stored in the capacitor is converted into an extremely short light pulse of 0.1 to 10 milliseconds, so that the continuous lighting such as the halogen lamp HL is possible. It has the characteristic that it can irradiate extremely strong light compared with a light source.
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。
In addition, the
チャンバー６の下方に設けられたハロゲン加熱部４の内部には複数本（本実施形態では４０本）のハロゲンランプＨＬが内蔵されている。複数のハロゲンランプＨＬはチャンバー６の下方から下側チャンバー窓６４を介して熱処理空間６５への光照射を行う。図７は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。本実施形態では、上下２段に各２０本ずつのハロゲンランプＨＬが配設されている。各ハロゲンランプＨＬは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに２０本のハロゲンランプＨＬは、それぞれの長手方向が保持部７に保持される半導体ウェハーＷの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように配列されている。よって、上段、下段ともにハロゲンランプＨＬの配列によって形成される平面は水平面である。
A plurality of halogen lamps HL (40 in this embodiment) are built in the
また、図７に示すように、上段、下段ともに保持部７に保持される半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプＨＬの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも端部側の方がハロゲンランプＨＬの配設ピッチが短い。このため、ハロゲン加熱部４からの光照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。
Further, as shown in FIG. 7, the arrangement density of the halogen lamps HL in the region facing the peripheral portion is higher than the region facing the central portion of the semiconductor wafer W held by the holding
また、上段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群と下段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群とが格子状に交差するように配列されている。すなわち、上段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向と下段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向とが直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。 Further, the lamp group composed of the upper halogen lamp HL and the lamp group composed of the lower halogen lamp HL are arranged so as to intersect in a lattice pattern. That is, a total of 40 halogen lamps HL are arranged so that the longitudinal direction of the upper halogen lamps HL and the longitudinal direction of the lower halogen lamps HL are orthogonal to each other.
ハロゲンランプＨＬは、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素（ヨウ素、臭素等）を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプＨＬは、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特性を有する。また、ハロゲンランプＨＬは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプＨＬを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーＷへの放射効率が優れたものとなる。 The halogen lamp HL is a filament-type light source that emits light by making the filament incandescent by energizing the filament disposed inside the glass tube. Inside the glass tube, a gas obtained by introducing a trace amount of a halogen element (iodine, bromine, etc.) into an inert gas such as nitrogen or argon is enclosed. By introducing a halogen element, it is possible to set the filament temperature to a high temperature while suppressing breakage of the filament. Therefore, the halogen lamp HL has a characteristic that it has a longer life than a normal incandescent bulb and can continuously radiate strong light. Further, since the halogen lamp HL is a rod-shaped lamp, it has a long life, and by arranging the halogen lamp HL along the horizontal direction, the radiation efficiency to the upper semiconductor wafer W becomes excellent.
また、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４およびチャンバー６の側方にシャッター機構２を備える。シャッター機構２は、シャッター板２１およびスライド駆動機構２２を備える。シャッター板２１は、ハロゲン光に対して不透明な板であり、例えばチタン（Ｔｉ）にて形成されている。スライド駆動機構２２は、シャッター板２１を水平方向に沿ってスライド移動させる。スライド駆動機構２２がシャッター板２１を前進させると、チャンバー６とハロゲン加熱部４との間の間隙にシャッター板２１が挿入されて下側チャンバー窓６４と複数のハロゲンランプＨＬとを遮断する。これによって、複数のハロゲンランプＨＬから熱処理空間６５へと向かう光は遮光される。逆に、スライド駆動機構２２がシャッター板２１を後退させると、チャンバー６とハロゲン加熱部４との間からシャッター板２１が退出して下側チャンバー窓６４の下方が開放される。
Further, the
シャッター板２１には、図示を省略する小孔が貫通して穿設されている。シャッター板２１が前進して下側チャンバー窓６４の全体を覆ったときに、当該小孔がプローブ４９の直上に位置する。従って、シャッター板２１が下側チャンバー窓６４と複数のハロゲンランプＨＬとを遮断しても、プローブ４９による半導体ウェハーＷの測温は可能とされている。
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の熱処理時にハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー６の壁体には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ハロゲン加熱部４およびフラッシュ加熱部５は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓６３とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部５および上側チャンバー窓６３を冷却する。
In addition to the above configuration, the
次に、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順について簡単に説明する。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。図８は、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順を示すフローチャートである。以下に示す半導体ウェハーＷの処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することによって実行される。
Next, a processing procedure of the semiconductor wafer W in the
まず、給気のためのバルブ８４が開放されるとともに、排気用のバルブ８９，９２，９４が開放されてチャンバー６内に対する給排気が開始される（ステップＳ１）。バルブ８４が開放されると、上側チャンバー窓６３とチャンバー６の内壁上端との間に形成された環状のスリット８１の全周から均一に熱処理空間６５に窒素ガスが供給される。また、バルブ８９が開放されると、下側チャンバー窓６４とチャンバー６の内壁下端との間に形成された環状のスリット８６の全周から均一にチャンバー６内の気体が排気される。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５の最上部から供給された窒素ガスが保持部７に保持された半導体ウェハーＷの側方を通って下方へ流れ、熱処理空間６５の最下部から排気される。なお、半導体ウェハーＷの側方においては、爪部７２の隙間が大きく開放されており、そこから下方へと窒素ガスが流れる。
First, the
また、バルブ９２，９４が開放されることによって、それぞれ搬送開口部６６および移載機構１０の駆動部周辺を介してチャンバー６内の気体が排気される。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５の最上部から供給された窒素ガスが搬送開口部６６および移載機構１０の駆動部周辺を流れて排気される。なお、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熱処理空間６５に継続的に供給されており、その供給量は図８の処理ステップに応じて適宜変更される。
Further, when the
続いて、ゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部６６を介してイオン注入後の半導体ウェハーＷがチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される（ステップＳ２）。搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーＷは保持部７の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構１０の一対の移載アーム１１が退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２が均熱リング７５の内側を通って上方に突き出て搬送ロボットから半導体ウェハーＷを受け取る。
Subsequently, the
半導体ウェハーＷがリフトピン１２に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間６５から退出し、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖される。そして、一対の移載アーム１１が下降することにより、半導体ウェハーＷは移載機構１０から保持部７の均熱リング７５に受け渡されて水平姿勢に保持される。均熱リング７５の下方にまで下降した一対の移載アーム１１は水平移動機構１３によって退避位置、すなわち凹部６２の内側に退避する。
After the semiconductor wafer W is placed on the lift pins 12, the transfer robot leaves the
半導体ウェハーＷが保持部７の均熱リング７５に保持された後、４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して予備加熱（アシスト加熱）が開始される（ステップＳ３）。ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓６４を透過して半導体ウェハーＷの裏面から照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって半導体ウェハーＷが予備加熱されて温度が上昇する。
After the semiconductor wafer W is held by the soaking
予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、均熱リング７５によって周縁部の放熱が補償されるため、半導体ウェハーＷの面内温度分布が均一に維持される。また、ハロゲン加熱部４におけるハロゲンランプＨＬの配設密度は、半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっているため、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一なものとすることができる。
In the preheating stage, the temperature of the peripheral portion of the semiconductor wafer W, which is more likely to radiate heat, tends to be lower than that of the central portion. The in-plane temperature distribution is kept uniform. In addition, the arrangement density of the halogen lamps HL in the
さらに、チャンバー側部６１に装着された反射リング６９に保持部７の側に向けて拡がるテーパ面が形成され、そのテーパ面はニッケルメッキによって鏡面とされているため、この反射リング６９のテーパ面によって半導体ウェハーＷの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一なものとすることができる。
Further, the reflecting
予備加熱を行うときには、半導体ウェハーＷの温度が接触式温度計および放射温度計によって計測されている。すなわち、接触式温度計のプローブ７８が半導体ウェハーＷの裏面に接触するとともに、放射温度計のプローブ４９，７９が半導体ウェハーＷの裏面から放射される光を受光している。これら３つのプローブ４９，７８，７９によって半導体ウェハーＷが所定の予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かが監視される（ステップＳ４）。
When preheating is performed, the temperature of the semiconductor wafer W is measured by a contact thermometer and a radiation thermometer. That is, the
本実施の形態においては、予備加熱温度Ｔ１は８００℃とされる。そして、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達したことが検知されたら直ちにフラッシュ加熱部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（ステップＳ５）。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熱処理空間６５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熱処理空間６５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。
In the present embodiment, the preheating temperature T1 is 800 ° C. Then, as soon as it is detected that the temperature of the semiconductor wafer W has reached the preheating temperature T1, flash light is emitted from the flash lamp FL of the
すなわち、フラッシュ加熱部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。
That is, the flash light irradiated from the flash lamp FL of the
また、本実施形態の熱処理装置１は、ハロゲンランプＨＬによって半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１（８００℃）にまで予備加熱してからフラッシュランプＦＬからの閃光照射によってフラッシュ加熱を行っている。半導体ウェハーＷの温度が６００℃以上になると添加された不純物の熱拡散が生じる可能性があるが、ハロゲンランプＨＬは比較的急速に半導体ウェハーＷを８００℃まで昇温することができるため、添加不純物の拡散を最小限に抑制することができる。また、半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１にまで昇温してからフラッシュランプＦＬからの閃光照射を行うことにより、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 the
フラッシュ加熱が終了した後、ある時間経過後に複数のハロゲンランプＨＬが一斉に消灯して、半導体ウェハーＷの温度が急速に降温する（ステップＳ６）。また、ハロゲンランプＨＬが消灯するのと同時に、シャッター機構２がシャッター板２１をハロゲン加熱部４とチャンバー６との間に挿入する（ステップＳ７）。ハロゲンランプＨＬが消灯しても、すぐにフィラメントや管壁の温度が低下するものではなく、暫時高温のフィラメントおよび管壁から輻射熱が放射され続け、これが半導体ウェハーＷの降温を妨げる。シャッター板２１が挿入されることによって、消灯直後のハロゲンランプＨＬから熱処理空間６５に放射される輻射熱が遮断されることとなり、半導体ウェハーＷの降温速度を高めることができる。
After the flash heating is finished, after a certain period of time, the plurality of halogen lamps HL are turned off all at once, and the temperature of the semiconductor wafer W is rapidly lowered (step S6). At the same time as the halogen lamp HL is turned off, the
半導体ウェハーＷの降温段階においても、３つのプローブ４９，７８，７９によって半導体ウェハーＷの温度が計測されている。なお、上述のように、シャッター板２１には小孔が形成されているため、シャッター板２１が挿入された状態においてもプローブ４９による温度計測は可能である。また、シャッター板２１が挿入されることによって、消灯直後のハロゲンランプＨＬから放射される輻射熱が遮断されるため、放射温度計のプローブ７９が受ける外乱が少なくなり、温度計測の精度を高めることができる。
Even at the temperature lowering stage of the semiconductor wafer W, the temperature of the semiconductor wafer W is measured by the three
その後、半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２が均熱リング７５の内側から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷを保持部７から受け取る。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、リフトピン１２上に載置された半導体ウェハーＷが装置外部の搬送ロボットにより搬出され（ステップＳ８）、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。
Thereafter, after the temperature of the semiconductor wafer W is lowered to a predetermined temperature or lower, the pair of
ところで、チャンバー６の上側開口に装着された上側チャンバー窓６３の上面（フラッシュ加熱部５に対向する面）は、平滑面ではなく粗面とされている。このような粗面を有する上側チャンバー窓６３は以下のようにして製作される。まず、チャンバー側部６１の上側開口に装着可能な円板形状の石英板の表面のうち少なくとも一方の面の全面に粗面化加工を施すことによって、その表面の平均表面粗さ（Ｒａ）を０．１μｍ以上１０μｍ以下とし、これを上側チャンバー窓６３としている。石英板の表面を粗面化する加工手法としては、サンドブラストや機械研磨などの公知の種々の手法を用いれば良い。
By the way, the upper surface of the
図９は、上側チャンバー窓６３の表面性状を示す図である。図９（ａ）は、粗面化加工を行った直後の上側チャンバー窓６３の表面性状を示している。同図に示すように、上側チャンバー窓６３の表面には、平均表面粗さが０．１μｍ以上１０μｍ以下となる範囲で凹凸が形成されている。このような粗面化加工が施された上側チャンバー窓６３を粗面が上面となるようにチャンバー６の上側開口に装着する。粗面化加工によって上側チャンバー窓６３の透過率は窓全域に渡って低下している。
FIG. 9 is a view showing the surface properties of the
上述のように、熱処理装置１は、ハロゲンランプＨＬによって半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１（８００℃）にまで予備加熱した後に、フラッシュランプＦＬからの閃光照射によってフラッシュ加熱を行い、半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２（１０００℃〜１１００℃）まで昇温している。ハロゲンランプＨＬによる予備加熱温度Ｔ１が８００℃と高いため、フラッシュ加熱による昇温幅は２００℃〜３００℃と比較的小さい。このため、保持部７に保持された半導体ウェハーＷに照射する閃光のエネルギーを比較的小さなものとする必要があるが、単にフラッシュランプＦＬの放電電圧を低下させたり、フラッシュランプＦＬの本数を少なくして閃光のエネルギーを低下させるのでは、ミス発光や照度ムラの問題が生じることは既述した通りである。
As described above, the
そこで、本実施形態の熱処理装置１は、粗面化加工によって透過率を低下させた上側チャンバー窓６３をチャンバー６の上側開口に装着している。このようにすれば、フラッシュランプＦＬの放電電圧を低下させたり、本数を減らすことなく、半導体ウェハーＷに比較的低いエネルギーの閃光を照射することができる。その結果、フラッシュ加熱時に半導体ウェハーＷに与える熱的衝撃を緩和することができ、半導体ウェハーＷの反りや割れを防止することができる。また、低エネルギーでの閃光照射が望まれる配線工程へのフラッシュ加熱の適用にも好適である。
Therefore, in the
但し、上側チャンバー窓６３（および下側チャンバー窓６４）は、熱処理装置１のメンテナンス時等に定期的に洗浄される。石英製の上側チャンバー窓６３は、希釈フッ酸溶液を用いて洗浄される。よって、洗浄時に上側チャンバー窓６３の表面がエッチングされて粗面が滑らかになり、使用時間が長くなるにつれて上側チャンバー窓６３の透過率が上昇する。上側チャンバー窓６３の透過率が上昇すると、フラッシュ加熱時に半導体ウェハーＷに照射される閃光のエネルギーが高くなり、熱処理条件が経時的に変化することとなる。
However, the upper chamber window 63 (and the lower chamber window 64) is periodically cleaned during maintenance of the
このため、本実施形態においては、粗面化加工を行った後、上側チャンバー窓６３をフッ酸溶液（ＨＦ）中に浸漬するフッ酸処理を行っている。使用するフッ酸溶液のフッ酸濃度は３ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下（本実施形態では５ｗｔ％）である。また、浸漬時間は８時間以上である。図９（ｂ）は、フッ酸処理後の上側チャンバー窓６３の表面性状を示す図である。粗面化加工直後においては鋭角の凹凸が形成されていたのであるが、フッ酸処理を経ることによって微視的には鋭角部分が丸みを帯びるとともに粗面加工時に生じた微細なクラックも消滅している。このようなフッ酸処理を行っても、上側チャンバー窓６３の表面のマクロな粗さである平均表面粗さＲａは０．１μｍ以上１０μｍ以下を維持している。
For this reason, in this embodiment, after performing the roughening process, hydrofluoric acid treatment is performed in which the
図１０は、フッ酸処理時の上側チャンバー窓６３の浸漬時間と透過率との相関を示す図である。同図に示す如く、フッ酸溶液中への浸漬時間が長くなるにつれて凹凸の鋭角部分が丸みを帯びて上側チャンバー窓６３の透過率が上昇するものの、浸漬時間が８時間を超えると透過率の上昇が停止して一定の透過率に安定する。このことは、粗面化加工後の上側チャンバー窓６３をフッ酸溶液中に８時間以上浸漬すれば、その後希釈フッ酸溶液にて洗浄を行っても上側チャンバー窓６３の透過率は安定して変化しないことを示している。従って、上側チャンバー窓６３をチャンバー６に装着してからの熱処理装置１の使用時間が長くなっても上側チャンバー窓６３の透過率が上昇することはなく、その結果フラッシュ加熱時に半導体ウェハーＷに照射される閃光のエネルギーも一定となり、熱処理条件を安定させることができる。それ故、粗面化加工後の上側チャンバー窓６３のフッ酸溶液中への浸漬時間は８時間以上としている。
FIG. 10 is a diagram showing the correlation between the immersion time of the
また、粗面化加工後の上側チャンバー窓６３を浸漬するフッ酸溶液のフッ酸濃度が３ｗｔ％未満であると、上側チャンバー窓６３の表面のエッチングが進行せずに透過率を安定させる効果が得られない。すなわち、その後の希釈フッ酸溶液による洗浄によって上側チャンバー窓６３の透過率が変化してしまう。逆に、フッ酸溶液のフッ酸濃度が１０ｗｔ％を超えると、上側チャンバー窓６３の表面が過度に腐食されて白色化するといういわゆる失透が生じる。この状態となると、フラッシュランプＦＬからの閃光がチャンバー６の内部に到達しなくなる。よって、フッ酸溶液のフッ酸濃度は３ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下としている。
Further, when the hydrofluoric acid concentration of the hydrofluoric acid solution in which the
粗面化加工によって平均表面粗さを０．１μｍ以上１０μｍ以下とした後、フッ酸濃度３ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下のフッ酸溶液中に８時間以上浸漬した上側チャンバー窓６３をチャンバー６に装着することにより、フラッシュ加熱部５に特別な変更を行うことなく、フラッシュ加熱時に半導体ウェハーＷに比較的低いエネルギーの閃光を照射することができる。上側チャンバー窓６３の表面は全面が平均表面粗さ０．１μｍ以上１０μｍ以下の粗面とされているため、窓全域に渡って透過率が低下することとなり、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷの面内照度分布は均一となる。
After the average surface roughness is adjusted to 0.1 μm or more and 10 μm or less by roughening, an
また、フッ酸処理を行っているため、上側チャンバー窓６３の透過率は希釈フッ酸による洗浄によって変化することはなく、フラッシュ加熱時に半導体ウェハーＷに照射される閃光のエネルギーも安定したものとなり、熱処理条件の経時変化を防止することができる。
Further, since the hydrofluoric acid treatment is performed, the transmittance of the
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、粗面化加工後にフッ酸溶液中に浸漬した石英板を上側チャンバー窓６３としていたが、そのような処理を施した石英板を下側チャンバー窓６４としても良い。すなわち、本発明に係る方法によって製造されたチャンバー窓は、フラッシュランプからの閃光のエネルギーを低下させることに用いるのみならず、他の種類の光源から照射される光のエネルギーを低下させることに適用しても良い。
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-described embodiment, the quartz plate immersed in the hydrofluoric acid solution after the roughening process is used as the
また、粗面化加工後にフッ酸溶液中に浸漬した石英板をフラッシュ加熱部５のランプ光放射窓５３に適用するようにしても良い。このようにしても、フラッシュ加熱時に半導体ウェハーＷに比較的低いエネルギーの閃光を照射することができる。
Further, a quartz plate immersed in a hydrofluoric acid solution after roughening may be applied to the lamp
また、上側チャンバー窓６３の両面に上記実施形態にて述べた表面処理加工を行うようにしても良い。
Further, the surface treatment described in the above embodiment may be performed on both surfaces of the
また、上記実施形態においては、熱処理空間６５に供給する処理ガスを窒素ガス（Ｎ2）としていたが、これに限定されるものではなく、例えば、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）ガスや清浄エアであっても良い。もっとも、熱処理空間６５にて加熱される半導体ウェハーＷは数百℃から１０００℃以上の高温に昇温されるため、処理ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが好ましく、特にコスト面からは安価な窒素ガスが好ましい。
In the above embodiment, the processing gas supplied to the
また、上記実施形態においては、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した時点でハロゲンランプＨＬを点灯したままフラッシュランプＦＬからの閃光照射を行うようにしていたが、フラッシュ加熱のタイミングはこれに限定されるものではない。例えば、ハロゲンランプＨＬによって半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１を超えて昇温した後、ハロゲンランプＨＬを消灯するとともにシャッター板２１を挿入して半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１にまで降温した時点で閃光照射を行うようにしても良い。
In the above embodiment, when the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the flash lamp FL is irradiated with the flash lamp FL while the halogen lamp HL is turned on. It is not limited to this. For example, when the temperature of the semiconductor wafer W is raised above the preheating temperature T1 by the halogen lamp HL, the halogen lamp HL is turned off, the
また、上記実施形態においては、フラッシュ加熱部５に３０本のフラッシュランプＦＬを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプＦＬの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲン加熱部４に備えるハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。
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
２ シャッター機構
３ 制御部
４ ハロゲン加熱部
５ フラッシュ加熱部
６ チャンバー
７ 保持部
１０ 移載機構
２１ シャッター板
６３ 上側チャンバー窓
６４ 下側チャンバー窓
６５ 熱処理空間
６６ 搬送開口部
７０ サセプタ
７５ 均熱リング
ＦＬ フラッシュランプ
ＨＬ ハロゲンランプ
Ｗ 半導体ウェハー
DESCRIPTION OF
Claims (1)
石英板の表面を粗面化加工によって平均表面粗さ０．１μｍ以上１０μｍ以下とする粗面化工程と、
粗面化された前記石英板の表面にフッ酸処理を行うフッ酸処理工程と、
を備え、
前記フッ酸処理工程は、フッ酸濃度３ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下のフッ酸溶液中に前記石英板を８時間以上浸漬して前記石英板の透過率を浸漬前よりも上昇させる浸漬工程を含むことを特徴とする石英窓の製造方法。 A method of manufacturing a quartz window that transmits light emitted from a light source outside a chamber containing a substrate into the chamber,
A roughening step of roughening the surface of the quartz plate to an average surface roughness of 0.1 μm to 10 μm by roughening;
A hydrofluoric acid treatment step of performing hydrofluoric acid treatment on the surface of the roughened quartz plate;
Equipped with a,
The hydrofluoric acid treatment step includes an immersion step of immersing the quartz plate in a hydrofluoric acid solution having a hydrofluoric acid concentration of 3 wt% or more and 10 wt% or less for 8 hours or more to increase the transmittance of the quartz plate as compared to before immersion. A method for producing a quartz window, characterized in that
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