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JP2010141344A - Thermal processing apparatus - Google Patents

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JP2010141344A JP2010010849A JP2010010849A JP2010141344A JP 2010141344 A JP2010141344 A JP 2010141344A JP 2010010849 A JP2010010849 A JP 2010010849A JP 2010010849 A JP2010010849 A JP 2010010849A JP 2010141344 A JP2010141344 A JP 2010141344A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal processing apparatus capable of preventing damage to a processing object substrate during thermal processing. <P>SOLUTION: Reflection intensities of a standard wafer with a known reflectance, a plain wafer on which no pattern is formed, and a semiconductor wafer to be processed practically are measured by using an optical measuring system. Their respective reflection intensities are subjected to spectral resolution processing. An optical energy value absorbed by the plain wafer is calculated from the reflection intensity of the standard wafer and the reflection intensity of the plain wafer, and an optical energy value absorbed by the processing object wafer is calculated from the reflection intensity of the standard wafer and the reflection intensity of the processing object wafer. On the basis of these values, an optical energy absorption ratio of the processing object wafer to the plain wafer is calculated, and an optimum energy value to be irradiated to the processing object wafer is calculated from this optical energy absorption ratio and an optimum energy value of light irradiated to the plain wafer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、パターン形成がなされていない無地基板に対する処理対象基板の光エネルギー吸収比率を測定する熱処理装置に関する。   The present invention relates to a heat treatment apparatus for measuring a light energy absorption ratio of a substrate to be processed with respect to a plain substrate on which no pattern is formed.

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等の熱処理装置が使用されている。このような熱処理装置においては、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, in an ion activation process of a semiconductor wafer after ion implantation, a heat treatment apparatus such as a lamp annealing apparatus using a halogen lamp has been used. In such a heat treatment apparatus, the semiconductor wafer is ion-activated 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.

ところが、ハロゲンランプにより毎秒数百度程度の速度で半導体ウェハーを昇温する熱処理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イオンのプロファイルがなまる、すなわち、熱によりイオンが拡散してしまう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、半導体ウェハーの表面にイオンを高濃度で注入しても、注入後のイオンが拡散してしまうことから、イオンを必要以上に注入しなければならないという問題が生じていた。   However, even when ion activation of a semiconductor wafer is performed using a heat treatment apparatus that raises the temperature of the semiconductor wafer at a rate of several hundred degrees per second by a halogen lamp, the profile of ions implanted into the semiconductor wafer is reduced. That is, it has been found that a phenomenon occurs in which ions diffuse due to heat. When such a phenomenon occurs, even if ions are implanted at a high concentration on the surface of the semiconductor wafer, the ions after implantation are diffused, so that ions must be implanted more than necessary. Has occurred.

上述したイオン拡散の問題を解決するため、キセノンフラッシュランプ等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(例えば、特許文献1,2参照)。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、イオンが拡散するための十分な時間がないため、半導体ウェハーに打ち込まれたイオンのプロファイルをなまらせることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。   In order to solve the above-mentioned ion diffusion problem, the surface of the semiconductor wafer is irradiated with flash light using a xenon flash lamp or the like, so that only the surface of the semiconductor wafer into which ions are implanted is extremely short (less than a few milliseconds). ) Has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). If the temperature is raised for a very short time with a xenon flash lamp, there is not enough time for ions to diffuse, so only ion activation is performed without the profile of the ions implanted in the semiconductor wafer being distorted. Can do it.

特開昭59−169125号公報JP 59-169125 A 特開昭63−166219号公報JP 63-166219 A

ところが、キセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置では極めて短時間に非常に巨大な光エネルギーをウェハー表面に照射するため、その表面温度が急速に上昇し、ウェハーの表面のみが急激に膨張することとなる。そして、キセノンフラッシュランプから照射するエネルギーが過剰であると、表面のみが急激に膨張した結果ウェハー表面にスリップが生じたり、最悪の場合ウェハー割れが生じることが判明している。一方、照射エネルギーが少ないとイオン活性化を行うことができない。従って、キセノンフラッシュランプから照射する光エネルギーの範囲を適正化することが重要となる。   However, in a heat treatment apparatus using a xenon flash lamp, a very large amount of light energy is irradiated to the wafer surface in a very short time, so that the surface temperature rises rapidly and only the wafer surface expands rapidly. . It has been found that if the energy irradiated from the xenon flash lamp is excessive, only the surface expands abruptly, resulting in slippage on the wafer surface or, in the worst case, wafer cracking. On the other hand, if the irradiation energy is low, ion activation cannot be performed. Therefore, it is important to optimize the range of light energy irradiated from the xenon flash lamp.

一般に、照射時間が極めて短いフラッシュランプの場合、半導体ウェハーの温度測定結果に基づくランプ出力のフィードバック制御は不可能であるため、パターン形成のなされていない無地のベアウェハーにイオン注入を行い、そのイオン注入がなされた無地のウェハーに実際に光照射を行ってから処理後の特性(例えばシート抵抗値等)を測定し、その結果に基づいてキセノンフラッシュランプから照射される光エネルギーを調整するようにしている。   In general, in the case of a flash lamp with an extremely short irradiation time, it is impossible to perform feedback control of the lamp output based on the temperature measurement result of the semiconductor wafer. Therefore, ion implantation is performed on a plain bare wafer that is not patterned. Measure the characteristics after processing (eg sheet resistance value) after actually irradiating a plain wafer that has been subjected to light, and adjust the light energy emitted from the xenon flash lamp based on the result Yes.

しかしながら、実際に処理対象となるウェハーはパターン形成がなされたものであり、無地のウェハーとは光吸収特性が異なることが多い。通常、同じエネルギーの光を照射したとしても、パターン形成のなされたウェハーの方が無地ウェハーよりも多くの光エネルギーを吸収する傾向にある。このため、無地ウェハーにて照射エネルギーの適正化を行ったとしても、実際に処理するウェハーではより多くの光エネルギーを吸収した結果ウェハー割れが生じたりするという問題が発生していた。これを防止するためには、無地ウェハーでの適正照射エネルギー値に対して処理対象のウェハー毎に補正を行わなければならない。   However, wafers that are actually processed are those on which a pattern has been formed, and light absorption characteristics are often different from plain wafers. In general, even when irradiated with light of the same energy, a patterned wafer tends to absorb more light energy than a plain wafer. For this reason, even if the irradiation energy is optimized in a plain wafer, there has been a problem that the wafer to be processed actually causes a wafer crack as a result of absorbing more light energy. In order to prevent this, it is necessary to correct the appropriate irradiation energy value on the plain wafer for each wafer to be processed.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱処理時に処理対象基板にダメージを与えることを防止することができる熱処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus that can prevent damage to a substrate to be treated during heat treatment.

上記課題を解決するため、請求項1の発明は、処理対象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において、パターン形成がなされていない無地基板に照射する閃光の適正エネルギー値が既知であり、処理対象基板を保持する保持手段と、フラッシュランプを有し、前記保持手段に保持された処理対象基板に閃光を照射する照射手段と、前記無地基板に対する前記処理対象基板の光エネルギー吸収比率および前記無地基板に照射する閃光の適正エネルギー値に基づいて、前記照射手段から前記処理対象基板に照射する閃光のエネルギーを適正値に調整する光エネルギー制御手段と、を備える。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is directed to a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating flash light on the substrate to be processed. A holding unit for holding the substrate to be processed having a known value, a flash lamp, an irradiation unit for irradiating the processing target substrate held by the holding unit with flash light, and the substrate to be processed with respect to the plain substrate. Light energy control means for adjusting the energy of the flash light applied to the substrate to be processed from the irradiation means to an appropriate value based on the light energy absorption ratio and the appropriate energy value of the flash light applied to the plain substrate.

また、請求項2の発明は、処理対象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において、パターン形成がなされていない無地基板に照射する閃光のエネルギー値と該無地基板の温度との相関関係が既知であり、処理対象基板を保持する保持手段と、フラッシュランプを有し、前記保持手段に保持された処理対象基板に所定エネルギーの閃光を照射する照射手段と、前記無地基板に対する前記処理対象基板の光エネルギー吸収比率および前記相関関係に基づいて、前記照射手段から前記処理対象基板に閃光が照射されたときの該処理対象基板の温度を算出する温度算出手段と、を備える。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating a flash on the substrate to be processed, and an energy value of the flash applied to the plain substrate on which no pattern is formed, Correlation with temperature is known, holding means for holding the substrate to be processed, a flash lamp, an irradiating means for irradiating the processing target substrate held by the holding means with flash of predetermined energy, and the plain Temperature calculating means for calculating the temperature of the processing target substrate when flash light is irradiated from the irradiation means to the processing target substrate based on the light energy absorption ratio of the processing target substrate to the substrate and the correlation; Prepare.

また、請求項3の発明は、請求項2の発明に係る熱処理装置において、前記温度算出手段によって算出された温度が所定の閾値を超えていたときに警告を発する警告発生手段をさらに備える。   The invention of claim 3 further includes a warning generating means for issuing a warning when the temperature calculated by the temperature calculating means exceeds a predetermined threshold in the heat treatment apparatus according to the invention of claim 2.

請求項1の発明によれば、無地基板に対する処理対象基板の光エネルギー吸収比率および無地基板に照射する閃光の適正エネルギー値に基づいて、照射手段から処理対象基板に照射する閃光のエネルギーを適正値に調整するため、熱処理時に処理対象基板にダメージを与えることを防止することができる。   According to the invention of claim 1, based on the light energy absorption ratio of the substrate to be processed with respect to the plain substrate and the appropriate energy value of the flash irradiated to the plain substrate, the energy of the flash irradiated to the substrate to be processed from the irradiation means is an appropriate value. Therefore, it is possible to prevent the substrate to be processed from being damaged during the heat treatment.

また、請求項2の発明によれば、無地基板に対する処理対象基板の光エネルギー吸収比率および無地基板に照射する閃光のエネルギー値と該無地基板の温度との相関関係に基づいて、照射手段から処理対象基板に閃光が照射されたときの該処理対象基板の温度を算出するため、熱処理前に処理対象基板の到達温度が判明し、熱処理時に処理対象基板にダメージを与えることを防止することができる。   According to the second aspect of the present invention, the process from the irradiation means is performed based on the correlation between the light energy absorption ratio of the substrate to be processed with respect to the plain substrate and the energy value of the flash light applied to the plain substrate and the temperature of the plain substrate. Since the temperature of the processing target substrate when the target substrate is irradiated with flash light is calculated, the temperature reached by the processing target substrate can be determined before the heat treatment, and the processing target substrate can be prevented from being damaged during the heat processing. .

また、請求項3の発明によれば、算出された温度が所定の閾値を超えていたときに警告を発するため、熱処理時に処理対象基板にダメージを与えることをより確実に防止することができる。   According to the invention of claim 3, since a warning is issued when the calculated temperature exceeds a predetermined threshold, it is possible to more reliably prevent damage to the substrate to be processed during the heat treatment.

本発明にかかる熱処理装置を示す平面図である。It is a top view which shows the heat processing apparatus concerning this invention. 本発明にかかる熱処理装置を示す正面図である。It is a front view which shows the heat processing apparatus concerning this invention. 図1の熱処理装置の処理部を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the process part of the heat processing apparatus of FIG. 図1の熱処理装置の処理部を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the process part of the heat processing apparatus of FIG. 位置決め部に設けられた吸収比率測定装置の構成を示すための図である。It is a figure for showing the composition of the absorption ratio measuring device provided in the positioning part. 測定光学系の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of a measurement optical system. コントローラの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a controller. 位置決め部における半導体ウェハーの光エネルギー吸収比率測定の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the optical energy absorption ratio measurement of the semiconductor wafer in a positioning part. 無地ウェハーが吸収した光エネルギーを説明する図である。It is a figure explaining the light energy which the plain wafer absorbed. 処理対象の半導体ウェハーが吸収した光エネルギーを説明する図である。It is a figure explaining the light energy which the semiconductor wafer to be processed absorbed. 処理対象となる半導体ウェハーの加熱時の予想温度を算出する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which calculates the estimated temperature at the time of the heating of the semiconductor wafer used as a process target. 半導体ウェハーの光エネルギー吸収比率測定手順の他の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other example of the optical energy absorption ratio measurement procedure of a semiconductor wafer. イオン注入された無地ウェハーにフラッシュ加熱を行ったときの照射エネルギーとシート抵抗値との相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation with the irradiation energy when sheet | seat is flash-heated to the ion-implanted plain wafer, and a sheet resistance value.

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.

<1.第1実施形態>
図1は本発明にかかる熱処理装置100を示す平面図であり、図2は正面図である。なお、図1および図2において適宜部分的に断面図としており、細部については適宜簡略化している。また、図1,2および以降の各図においては、それらの方向関係を明確にするため必要に応じて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。
<1. First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view showing a heat treatment apparatus 100 according to the present invention, and FIG. 2 is a front view. 1 and FIG. 2 are partly cross-sectional views as appropriate, and details are simplified as appropriate. 1 and 2 and the subsequent drawings, an XYZ orthogonal coordinate system in which the Z-axis direction is the vertical direction and the XY plane is the horizontal plane is attached as necessary to clarify the directional relationship. .

図1および図2に示すように熱処理装置100は、2つのキャリア91が載置される基板収容部(インデクサ)110、基板収容部110に対して半導体ウェハーWの出し入れを行う受渡ロボット120、未処理の半導体ウェハーWの位置決めを行う位置決め部(アライナ)130、処理済の半導体ウェハーWの冷却を行う冷却部(クーラ)140、位置決め部130、冷却部140等に対して半導体ウェハーWの出し入れを行う搬送ロボット150、および、半導体ウェハーWにフラッシュ加熱処理を施す処理部160を有する。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the heat treatment apparatus 100 includes a substrate housing part (indexer) 110 on which two carriers 91 are placed, a delivery robot 120 that takes in and out the semiconductor wafer W with respect to the substrate housing part 110, Positioning part (aligner) 130 for positioning the semiconductor wafer W to be processed, cooling part (cooler) 140 for cooling the processed semiconductor wafer W, positioning part 130, cooling part 140, etc. A transfer robot 150 is provided, and a processing unit 160 that performs flash heat treatment on the semiconductor wafer W is provided.

また、搬送ロボット150による半導体ウェハーWの搬送空間として搬送ロボット150を収容する搬送室170が設けられており、位置決め部130、冷却部140および処理部160が搬送室170に連結されて配置されている。   In addition, a transfer chamber 170 that accommodates the transfer robot 150 is provided as a transfer space for the semiconductor wafer W by the transfer robot 150, and the positioning unit 130, the cooling unit 140, and the processing unit 160 are connected to the transfer chamber 170. Yes.

基板収容部110はキャリア91が無人搬送車(AGV)等により搬送されて載置される部位であり、半導体ウェハーWはキャリア91に収容された状態で熱処理装置100に対して搬出入される。また、基板収容部110では、受渡ロボット120による任意の半導体ウェハーWの出し入れを行うことができるようにキャリア91が矢印91Uにて示す如く昇降移動されるように構成されている。   The substrate housing part 110 is a part on which the carrier 91 is transported and placed by an automatic guided vehicle (AGV) or the like, and the semiconductor wafer W is carried into and out of the heat treatment apparatus 100 while being housed in the carrier 91. Further, in the substrate housing part 110, the carrier 91 is configured to move up and down as indicated by an arrow 91U so that an arbitrary semiconductor wafer W can be taken in and out by the delivery robot 120.

受渡ロボット120は、矢印120Sにて示すようにスライド移動可能であるとともに矢印120Rにて示すように回動可能とされており、これにより、2つのキャリア91に対して半導体ウェハーWの出し入れを行い、さらに、位置決め部130および冷却部140に対して半導体ウェハーWの受け渡しを行う。   The delivery robot 120 is slidable as indicated by an arrow 120S and is rotatable as indicated by an arrow 120R. With this, the semiconductor wafer W is taken in and out of the two carriers 91. Further, the semiconductor wafer W is delivered to the positioning unit 130 and the cooling unit 140.

なお、受渡ロボット120によるキャリア91に対する半導体ウェハーWの出し入れは、ハンド121のスライド移動、および、キャリア91の昇降移動により行われる。また、受渡ロボット120と位置決め部130または冷却部140との半導体ウェハーWの受け渡しは、ハンド121のスライド移動、および、ピン(位置決め部130や冷却部140において半導体ウェハーWを突き上げるピン)による半導体ウェハーWの昇降移動により行われる。   In addition, the semiconductor wafer W is put in and out of the carrier 91 by the delivery robot 120 by the sliding movement of the hand 121 and the raising and lowering movement of the carrier 91. In addition, the semiconductor wafer W is transferred between the delivery robot 120 and the positioning unit 130 or the cooling unit 140 by sliding the hand 121 and a semiconductor wafer by a pin (a pin that pushes up the semiconductor wafer W in the positioning unit 130 or the cooling unit 140). This is done by moving W up and down.

受渡ロボット120から位置決め部130へは半導体ウェハーWの中心が所定の位置に位置するように半導体ウェハーWが渡される。そして、位置決め部130は半導体ウェハーWを回転させて半導体ウェハーWを適切な向きに向ける。また、位置決め部130は後述の吸収比率測定装置を備えており、その吸収比率測定装置によって熱処理に供される半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率を測定する。   The semiconductor wafer W is delivered from the delivery robot 120 to the positioning unit 130 such that the center of the semiconductor wafer W is located at a predetermined position. Then, the positioning unit 130 rotates the semiconductor wafer W to direct the semiconductor wafer W in an appropriate direction. Moreover, the positioning part 130 is provided with the below-mentioned absorption ratio measuring device, and measures the light energy absorption ratio of the semiconductor wafer W to be subjected to heat treatment by the absorption ratio measuring device.

搬送ロボット150は鉛直方向を向く軸を中心に矢印150Rにて示すように旋回可能とされるとともに、複数のアームセグメントからなる2つのリンク機構を有し、2つのリンク機構の末端にはそれぞれ半導体ウェハーWを保持する搬送アーム151a,151bが設けられる。これらの搬送アーム151a,151bは上下に所定のピッチだけ隔てて配置され、リンク機構によりそれぞれ独立して同一水平方向に直線的にスライド移動可能とされている。また、搬送ロボット150は2つのリンク機構が設けられるベースを昇降移動することにより、所定のピッチだけ離れた状態のまま2つの搬送アーム151a,151bを昇降移動させる。   The transfer robot 150 is turnable as indicated by an arrow 150R about a vertical axis, and has two link mechanisms composed of a plurality of arm segments, and a semiconductor is provided at each end of the two link mechanisms. Transfer arms 151 a and 151 b for holding the wafer W are provided. These transfer arms 151a and 151b are arranged vertically apart from each other by a predetermined pitch, and can be slid linearly in the same horizontal direction independently by a link mechanism. Further, the transfer robot 150 moves up and down the two transfer arms 151a and 151b while moving away from each other by a predetermined pitch by moving up and down a base provided with two link mechanisms.

搬送ロボット150が位置決め部130、処理部160または冷却部140を受け渡し相手として半導体ウェハーWの受け渡し(出し入れ)を行う際には、まず、両搬送アーム151a,151bが受け渡し相手と対向するように旋回し、その後(または旋回している間に)昇降移動していずれかの搬送アームが受け渡し相手と半導体ウェハーWを受け渡しする高さに位置する。そして、搬送アーム151a(151b)を水平方向に直線的にスライド移動させて半導体ウェハーWの受け渡しを行う。   When the transfer robot 150 transfers (inserts / removes) the semiconductor wafer W as the positioning unit 130, the processing unit 160, or the cooling unit 140, it first turns so that both transfer arms 151a and 151b face the transfer partner. After that (or while turning), one of the transfer arms is positioned at a height at which the transfer wafer and the semiconductor wafer W are transferred. Then, the transfer arm 151a (151b) is slid linearly in the horizontal direction to deliver the semiconductor wafer W.

処理部160は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)からの閃光を半導体ウェハーWに照射して加熱処理を行う部位である。この処理部160については後に詳述する。   The processing unit 160 is a part that performs heat treatment by irradiating the semiconductor wafer W with flash light from a xenon flash lamp 69 (hereinafter also simply referred to as “flash lamp 69”). The processing unit 160 will be described in detail later.

処理部160にて処理が施された直後の半導体ウェハーWは温度が高いため、搬送ロボット150により冷却部140に載置されて冷却される。冷却部140にて冷却された半導体ウェハーWは処理済の半導体ウェハーWとして受渡ロボット120によりキャリア91に返却される。   Since the semiconductor wafer W immediately after being processed by the processing unit 160 has a high temperature, it is placed on the cooling unit 140 and cooled by the transfer robot 150. The semiconductor wafer W cooled by the cooling unit 140 is returned to the carrier 91 by the delivery robot 120 as a processed semiconductor wafer W.

また、既述のように、熱処理装置100では搬送ロボット150の周囲が搬送室170で覆われ、この搬送室170に位置決め部130、冷却部140および処理部160が接続されるが、受渡ロボット120と位置決め部130および冷却部140との間にはそれぞれゲート弁181,182が設けられ、搬送室170と位置決め部130、冷却部140および処理部160との間にはそれぞれゲート弁183,184,185が設けられる。そして、位置決め部130、冷却部140および搬送室170の内部が清浄に維持されるようにそれぞれに窒素ガス供給部(図示省略)から高純度の窒素ガスが供給され、余剰の窒素ガスは適宜排気管から排気される。なお、半導体ウェハーWが搬送される際に適宜これらのゲート弁が開閉される。   Further, as described above, in the heat treatment apparatus 100, the periphery of the transfer robot 150 is covered with the transfer chamber 170, and the positioning unit 130, the cooling unit 140, and the processing unit 160 are connected to the transfer chamber 170. Gate valves 181 and 182 are provided between the positioning unit 130 and the cooling unit 140, respectively, and gate valves 183 and 184 are provided between the transfer chamber 170 and the positioning unit 130, the cooling unit 140, and the processing unit 160, respectively. 185 is provided. Then, high-purity nitrogen gas is supplied from a nitrogen gas supply unit (not shown) so that the interiors of the positioning unit 130, the cooling unit 140, and the transfer chamber 170 are kept clean, and excess nitrogen gas is appropriately exhausted. Exhausted from the tube. Note that these gate valves are appropriately opened and closed when the semiconductor wafer W is transferred.

また、位置決め部130および冷却部140は受渡ロボット120と搬送ロボット150との間の互いに異なる位置に位置し、位置決め部130では半導体ウェハーWの位置決めを行うために半導体ウェハーWが一時的に載置され、冷却部140では処理済の半導体ウェハーWを冷却するために半導体ウェハーWが一時的に載置される。   Further, the positioning unit 130 and the cooling unit 140 are located at different positions between the delivery robot 120 and the transfer robot 150, and the semiconductor wafer W is temporarily placed on the positioning unit 130 in order to position the semiconductor wafer W. In the cooling unit 140, the semiconductor wafer W is temporarily placed in order to cool the processed semiconductor wafer W.

次に、処理部160の構成についてさらに説明する。図3および図4は本発明にかかる熱処理装置100の処理部160を示す側断面図である。この処理部160において、半導体ウェハー等の基板のフラッシュ加熱が行われる。   Next, the configuration of the processing unit 160 will be further described. 3 and 4 are side sectional views showing the processing section 160 of the heat treatment apparatus 100 according to the present invention. In the processing unit 160, flash heating of a substrate such as a semiconductor wafer is performed.

処理部160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、フラッシュランプ69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からなる保持手段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。   The processing unit 160 includes a translucent plate 61, a bottom plate 62, and a pair of side plates 63 and 64, and includes a chamber 65 for housing the semiconductor wafer W and heat-treating it. The translucent plate 61 constituting the upper portion of the chamber 65 is made of a material having infrared transparency such as quartz, for example, and serves as a chamber window that transmits light emitted from the flash lamp 69 and guides it into the chamber 65. It is functioning. Further, on the bottom plate 62 constituting the chamber 65, support pins 70 are provided so as to pass through holding means including a susceptor 73 and a heating plate 74, which will be described later, and support the semiconductor wafer W from its lower surface.

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弁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が開放された状態で、搬送ロボット150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、ゲート弁68により開口部66が閉鎖される。   Further, an opening 66 for carrying in and out the semiconductor wafer W is formed in the side plate 64 constituting 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 loaded into the chamber 65 by the transfer robot 150 with the opening 66 being opened. Further, when the semiconductor wafer W is heat-treated in the chamber 65, the opening 66 is closed by the gate valve 68.

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30本)のフラッシュランプ69と、リフレクタ71とを内蔵する。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覆うように配設されている。   The chamber 65 is provided below the light source 5. The light source 5 includes a plurality of (30 in this embodiment) flash lamps 69 and a reflector 71. The plurality of flash lamps 69 are rod-shaped lamps each having a long cylindrical shape, and are 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 all of them.

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。   The xenon flash lamp 69 includes a glass tube in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode connected to a capacitor at both ends thereof, and a trigger electrode wound around an external portion of the glass tube. Prepare. Since xenon gas is an electrical insulator, electricity does not flow into the glass tube under normal conditions. 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 the xenon flash lamp 69, the electrostatic energy stored in advance is converted into an extremely short light pulse of 0.1 millisecond to 10 millisecond. It has the feature that it can.

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。尚、光拡散板72を使用しないかわりに、透光板61に表面加工を施すようにしても良い。   A light diffusing plate 72 is disposed between the light source 5 and the translucent plate 61. As the light diffusion plate 72, a surface of quartz glass as an infrared transmitting material subjected to light diffusion processing is used. Instead of using the light diffusing plate 72, the translucent plate 61 may be subjected to surface processing.

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。   Part of the light emitted from the flash lamp 69 passes directly through the light diffusing plate 72 and the light transmitting plate 61 toward the chamber 65. Further, another part of the light emitted from the flash lamp 69 is once reflected by the reflector 71, then passes through the light diffusing plate 72 and the light transmitting plate 61 and goes into the chamber 65.

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の上面に設置されている。また、サセプタ73の表面には、半導体ウェハーWの位置ずれ防止ピン75が付設されている。   A heating plate 74 and a susceptor 73 are provided in the chamber 65. The susceptor 73 is installed on the upper surface of the heating plate 74. Further, a misalignment prevention pin 75 of the semiconductor wafer W is attached to the surface of the susceptor 73.

加熱プレート74は、半導体ウェハーWを予備加熱(アシスト加熱)するためのものである。この加熱プレート74は、窒化アルミニウムにて構成され、その内部にヒータと該ヒータを制御するためのセンサとを収納した構成を有する。一方、サセプタ73は、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。このサセプタ73の材質としては、石英や高純度セラミックス等が採用される。なお、加熱プレート74と同様にサセプタ73を窒化アルミニウムにて構成しても良い。   The heating plate 74 is for preheating (assist heating) the semiconductor wafer W. The heating plate 74 is made of aluminum nitride and has a configuration in which a heater and a sensor for controlling the heater are housed. On the other hand, the susceptor 73 diffuses the thermal energy from the heating plate 74 and preheats the semiconductor wafer W uniformly. As a material of the susceptor 73, quartz, high-purity ceramics, or the like is employed. Note that, similarly to the heating plate 74, the susceptor 73 may be made of aluminum nitride.

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3に示す半導体ウェハーWの搬入・搬出位置と図4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。   The susceptor 73 and the heating plate 74 are configured to move up and down between the loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 3 and the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG.

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3に示す半導体ウェハーWの搬入・搬出位置と図4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。   That is, the heating plate 74 is connected to the moving plate 42 via the cylindrical body 41. The moving plate 42 can be moved up and down by being guided by a guide member 43 supported by a bottom plate 62 of the chamber 65. A fixed plate 44 is fixed to the lower end portion of the guide member 43, and a motor 40 that rotationally drives a ball screw 45 is disposed at the 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. For this reason, 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. 3 and the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG.

図3に示す半導体ウェハーWの搬入・搬出位置は、搬送ロボット150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。   The semiconductor wafer W shown in FIG. 3 is loaded or unloaded by placing the semiconductor wafer W carried in from the opening 66 using the transfer robot 150 on the support pins 70 or on the support pins 70. The susceptor 73 and the heating plate 74 are lowered so that the semiconductor wafer W can be unloaded 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 upward from the surface of the susceptor 73.

一方、図4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3の搬入・搬出位置から図4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。   On the other hand, the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 4 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 in which the susceptor 73 and the heating plate 74 are raised from the loading / unloading position in FIG. 3 to the heat treatment position in FIG. 4, the semiconductor wafer W placed on the support pins 70 is received by the susceptor 73. It rises while being supported by the surface, and is held in a horizontal position at a position close to the translucent plate 61 in the chamber 65. Conversely, in the process in which the susceptor 73 and the heating plate 74 are lowered 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.

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となっている。   In a state where the susceptor 73 and the heating plate 74 that support the semiconductor wafer W are raised to the heat treatment position, the translucent plate 61 is located between the semiconductor wafer W held by them and the light source 5. Note that 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.

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。   Further, between the bottom plate 62 of the chamber 65 and the moving plate 42, a telescopic bellows 77 is disposed so as to surround the cylindrical body 41 and maintain the chamber 65 in an airtight body. When the susceptor 73 and the heating plate 74 are raised to the heat treatment position, the bellows 77 contracts, and when the susceptor 73 and the heating plate 74 are lowered to the loading / unloading position, the bellows 77 is expanded so that the atmosphere in the chamber 65 and the external atmosphere are increased. Cut off.

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。   In the side plate 63 opposite to the opening 66 in the chamber 65, an introduction path 78 connected to the on-off valve 80 is formed. The introduction path 78 is for introducing a gas necessary for processing, for example, an inert nitrogen gas, into the chamber 65. On the other hand, a discharge passage 79 connected to the on-off valve 81 is formed in the opening 66 in the side plate 64. The discharge path 79 is for discharging the gas in the chamber 65, and is connected to an exhaust means (not shown) via the on-off valve 81.

また、チャンバー65内の側板64の内壁には光ガイド82が設けられている。図4に示すように、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、光ガイド82が加熱プレート74の近傍に位置するように設置されている。この光ガイド82は、石英ロッドおよび光ファイバにて構成されており、フラッシュランプ69から放射された光を受光してチャンバー65の外部のパワーモニタ83にまで導出する(図7参照)。パワーモニタ83は、光ガイド82によって導出された光を受光して、フラッシュランプ69から放射された光の主に可視光域の強度を測定する。   A light guide 82 is provided on the inner wall of the side plate 64 in the chamber 65. As shown in FIG. 4, the light guide 82 is installed in the vicinity of the heating plate 74 when the susceptor 73 and the heating plate 74 are raised to the heat treatment position. The light guide 82 is composed of a quartz rod and an optical fiber, and receives the light emitted from the flash lamp 69 and guides it to the power monitor 83 outside the chamber 65 (see FIG. 7). The power monitor 83 receives the light derived from the light guide 82 and measures the intensity of the light emitted from the flash lamp 69 mainly in the visible light region.

本実施形態の熱処理装置100においては、位置決め部130に吸収比率測定装置を設けている。図5は、吸収比率測定装置30の構成を示すための図である。吸収比率測定装置30は、測定光学系31と、この測定光学系31に対して投光用光ファイバ32を介して結合された投光器33と、測定光学系31に対して受光用光ファイバ34を介して結合された分光器35とを含む。投光器33は、一定光量の光を発生する。投光器33から出射された光は、測定光学系31から位置決め部130のピンに保持された半導体ウェハーWの表面に向けて照射され、該表面にて反射される。その反射光は、測定光学系31を介して、受光用光ファイバ34から分光器35に与えられるようになっている。分光器35の出力信号はコントローラ10に入力される。   In the heat treatment apparatus 100 of the present embodiment, an absorption ratio measuring device is provided in the positioning unit 130. FIG. 5 is a diagram for illustrating the configuration of the absorption ratio measuring apparatus 30. The absorption ratio measuring device 30 includes a measurement optical system 31, a projector 33 coupled to the measurement optical system 31 via a light projecting optical fiber 32, and a light receiving optical fiber 34 to the measurement optical system 31. And a spectroscope 35 coupled to each other. The projector 33 generates a certain amount of light. The light emitted from the projector 33 is irradiated from the measurement optical system 31 toward the surface of the semiconductor wafer W held by the pins of the positioning unit 130 and is reflected by the surface. The reflected light is supplied from the light receiving optical fiber 34 to the spectroscope 35 via the measurement optical system 31. The output signal of the spectroscope 35 is input to the controller 10.

図6は、測定光学系31の構成を説明するための図である。測定光学系31は、下から順に、アクロマティックレンズ36、ハーフミラー37および全反射ミラー38を鉛直方向に沿って配列している。また、全反射ミラー38からの反射光が向かう方向に沿ってディフューザ39を配置している。   FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of the measurement optical system 31. In the measurement optical system 31, an achromatic lens 36, a half mirror 37, and a total reflection mirror 38 are arranged along the vertical direction in order from the bottom. Further, a diffuser 39 is disposed along the direction in which the reflected light from the total reflection mirror 38 is directed.

ハーフミラー37は、位置決め部130のピンに保持される半導体ウェハーWに対して45°の角度(水平面に対して45°の角度)をなす姿勢で設けられており、投光用光ファイバ32の出射端32aからの水平方向の光を受け、これを鉛直方向下方に向けて反射し、半導体ウェハーWの表面に向かわせる。ハーフミラー37によって反射された光は、アクロマティックレンズ36を透過して半導体ウェハーWの表面に到達する。   The half mirror 37 is provided in a posture that forms an angle of 45 ° with respect to the semiconductor wafer W held by the pins of the positioning unit 130 (an angle of 45 ° with respect to the horizontal plane). The light in the horizontal direction from the emission end 32a is received, reflected downward in the vertical direction, and directed toward the surface of the semiconductor wafer W. The light reflected by the half mirror 37 passes through the achromatic lens 36 and reaches the surface of the semiconductor wafer W.

そして、半導体ウェハーWの表面にて反射された反射光は、アクロマティックレンズ36およびハーフミラー37を順に透過し、全反射ミラー38によってディフューザ39に向けて反射される。ディフューザ39に入射した反射光は拡散均一化処理を受けて、受光用光ファイバ34の入射端34aに入射する。   Then, the reflected light reflected by the surface of the semiconductor wafer W passes through the achromatic lens 36 and the half mirror 37 in order, and is reflected toward the diffuser 39 by the total reflection mirror 38. The reflected light that has entered the diffuser 39 undergoes a diffusion uniformization process and enters the incident end 34 a of the light receiving optical fiber 34.

すなわち、ディフューザ39は、受光用光ファイバ34の入射端34aと全反射ミラー38との間に介挿されていて、その入射端面39aが全反射ミラー38に対向するとともに、その出射端面39bが受光用光ファイバ34の入射端34aに対向している。また、アクロマティックレンズ36は、半導体ウェハーWからの反射光をディフューザ39の入射端面39aに集束させる働きを有する。   That is, the diffuser 39 is interposed between the incident end 34a of the light receiving optical fiber 34 and the total reflection mirror 38. The incident end surface 39a faces the total reflection mirror 38 and the emission end surface 39b receives light. It faces the incident end 34a of the optical fiber 34 for use. The achromatic lens 36 has a function of focusing the reflected light from the semiconductor wafer W onto the incident end surface 39 a of the diffuser 39.

受光用光ファイバ34に入射された光は、分光器35によってスペクトル分解処理を受け、この処理結果として分光器35から出力された信号がコントローラ10に入力される。コントローラ10は、後述するようにして半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率を算出する。   The light incident on the light receiving optical fiber 34 is subjected to spectral decomposition processing by the spectroscope 35, and a signal output from the spectroscope 35 as a result of this processing is input to the controller 10. The controller 10 calculates the light energy absorption ratio of the semiconductor wafer W as described later.

コントローラ10は、熱処理装置100の処理部160や吸収比率測定装置30を制御するとともに、後述するようにして位置決め部130に保持されている半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率を算出する。図7は、コントローラ10の構成を示すブロック図である。コントローラ10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、コントローラ10は、各種演算処理を行うCPU11、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ROM12、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるRAM13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14をバスライン19に接続して構成されている。   The controller 10 controls the processing unit 160 and the absorption ratio measuring device 30 of the heat treatment apparatus 100 and calculates the light energy absorption ratio of the semiconductor wafer W held by the positioning unit 130 as described later. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the controller 10. The configuration of the controller 10 as hardware is the same as that of a general computer. That is, the controller 10 stores a CPU 11 that performs various arithmetic processes, a ROM 12 that is a read-only memory that stores basic programs, a RAM 13 that is a readable / writable memory that stores various information, control software, data, and the like. A magnetic disk 14 is connected to a bus line 19.

また、バスライン19には、処理部160のランプ電源99、吸収比率測定装置30の分光器35およびパワーモニタ83が電気的に接続されている。コントローラ10のCPU11は、磁気ディスク14に格納された制御用ソフトウェアを実行することにより、パターン形成がなされていない無地ウェハーに対する半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率を測定するとともに、フラッシュランプ69に供給する電力を調整する。   The bus line 19 is electrically connected to the lamp power source 99 of the processing unit 160, the spectroscope 35 of the absorption ratio measuring device 30, and the power monitor 83. The CPU 11 of the controller 10 executes the control software stored in the magnetic disk 14 to measure the light energy absorption ratio of the semiconductor wafer W with respect to the plain wafer on which no pattern is formed and supplies it to the flash lamp 69. Adjust the power.

さらに、バスライン19には、表示部21および入力部22が電気的に接続されている。表示部21は、例えば液晶ディスプレイ等を用いて構成されており、処理結果やレシピ内容等の種々の情報を表示する。入力部22は、例えばキーボードやマウス等を用いて構成されており、コマンドやパラメータ等の入力を受け付ける。装置のオペレータは、表示部21に表示された内容を確認しつつ入力部22からコマンドやパラメータ等の入力を行うことができる。なお、表示部21と入力部22とを一体化してタッチパネルとして構成するようにしても良い。   Further, a display unit 21 and an input unit 22 are electrically connected to the bus line 19. The display unit 21 is configured using, for example, a liquid crystal display or the like, and displays various information such as processing results and recipe contents. The input unit 22 is configured using, for example, a keyboard, a mouse, and the like, and receives input of commands, parameters, and the like. The operator of the apparatus can input commands and parameters from the input unit 22 while confirming the contents displayed on the display unit 21. Note that the display unit 21 and the input unit 22 may be integrated to form a touch panel.

次に、本発明にかかる熱処理装置100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100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。ここでは、熱処理装置100全体におけるウェハーフローについて説明した後、吸収比率測定装置30による半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率測定および処理部160における処理内容について説明する。   Next, the heat treatment operation of the semiconductor wafer W by the heat treatment apparatus 100 according to the present invention will be described. A semiconductor wafer W to be processed in the heat treatment apparatus 100 is a semiconductor wafer after ion implantation. Here, after describing the wafer flow in the entire heat treatment apparatus 100, the optical energy absorption ratio measurement of the semiconductor wafer W by the absorption ratio measuring apparatus 30 and the processing contents in the processing unit 160 will be described.

熱処理装置100では、まず、イオン注入後の半導体ウェハーWがキャリア91に複数枚収容された状態で基板収容部110上に載置される。そして、受渡ロボット120がキャリア91から半導体ウェハーWを1枚ずつ取り出し、位置決め部130に載置する。位置決め部130では、半導体ウェハーWの位置決めの他に、吸収比率測定装置30による光エネルギー吸収比率測定も行われる。   In the heat treatment apparatus 100, first, a plurality of semiconductor wafers W after ion implantation are placed on the substrate housing part 110 in a state where they are housed in the carrier 91. Then, the delivery robot 120 takes out the semiconductor wafers W one by one from the carrier 91 and places them on the positioning unit 130. In the positioning unit 130, in addition to the positioning of the semiconductor wafer W, the light energy absorption ratio measurement by the absorption ratio measuring device 30 is also performed.

位置決め部130にて位置決めが行われた半導体ウェハーWは搬送ロボット150の上側の搬送アーム151aにより搬送室170内へと取り出され、搬送ロボット150が処理部160を向くように旋回する。   The semiconductor wafer W positioned by the positioning unit 130 is taken out into the transfer chamber 170 by the transfer arm 151 a on the upper side of the transfer robot 150, and turns so that the transfer robot 150 faces the processing unit 160.

搬送ロボット150が処理部160に向くと、下側の搬送アーム151bが処理部160から先行する処理済の半導体ウェハーWを取り出し、上側の搬送アーム151aが未処理の半導体ウェハーWを処理部160へと搬入する。このときに搬送ロボット150は、フラッシュランプ69の長手方向と垂直に搬送アーム151a,151bをスライド移動させる。   When the transfer robot 150 faces the processing unit 160, the lower transfer arm 151b takes out the preceding processed semiconductor wafer W from the processing unit 160, and the upper transfer arm 151a transfers the unprocessed semiconductor wafer W to the processing unit 160. And carry it in. At this time, the transfer robot 150 slides the transfer arms 151 a and 151 b perpendicular to the longitudinal direction of the flash lamp 69.

次に、搬送ロボット150は冷却部140に向くように旋回し、下側の搬送アーム151bが処理済の半導体ウェハーWを冷却部140内に載置する。冷却部140にて冷却された半導体ウェハーWは受渡ロボット120によりキャリア91へと返却される。   Next, the transfer robot 150 turns to face the cooling unit 140, and the lower transfer arm 151 b places the processed semiconductor wafer W in the cooling unit 140. The semiconductor wafer W cooled by the cooling unit 140 is returned to the carrier 91 by the delivery robot 120.

図8は、位置決め部130における半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率測定の手順を示すフローチャートである。実際に処理対象となる半導体ウェハーWを上記のようなウェハーフローに沿って処理するのに先だって、反射率が既知の標準ウェハーおよびパターン形成がなされていない無地ウェハーを位置決め部130に搬入してそれらの反射強度を測定する。   FIG. 8 is a flowchart showing a procedure for measuring the light energy absorption ratio of the semiconductor wafer W in the positioning unit 130. Prior to processing the semiconductor wafer W to be actually processed along the wafer flow as described above, a standard wafer with a known reflectance and a plain wafer with no pattern formed are carried into the positioning unit 130 and are transferred to them. Measure the reflection intensity.

まず、反射率が既知の標準ウェハーの反射強度測定が行われる(ステップS1)。標準ウェハーとしては例えばガラス板にAl蒸着したものを採用すれば良い。このような標準ウェハーであれば表面が鏡面となるため反射率はほぼ100%となる。かかる標準ウェハーを位置決め部130に搬入してピン上に載置し、測定光学系31から標準ウェハーの表面に光を照射する。標準ウェハーの表面にて反射された反射光は、分光器35によってスペクトル分解処理を受け、この処理結果として反射光の反射強度の分光特性がコントローラ10に入力される。本明細書では、このような標準ウェハーの反射強度の分光特性を標準反射強度とする。   First, the reflection intensity of a standard wafer with a known reflectance is measured (step S1). As the standard wafer, for example, a glass plate deposited with Al may be used. Since such a standard wafer has a mirror surface, the reflectivity is almost 100%. Such a standard wafer is carried into the positioning unit 130 and placed on the pins, and light is irradiated from the measurement optical system 31 to the surface of the standard wafer. The reflected light reflected on the surface of the standard wafer is subjected to spectral decomposition processing by the spectroscope 35, and the spectral characteristic of the reflected intensity of the reflected light is input to the controller 10 as a result of this processing. In this specification, the spectral characteristic of the reflection intensity of such a standard wafer is defined as the standard reflection intensity.

次に、パターン形成がなされていない無地ウェハーの反射強度測定が行われる(ステップS2)。無地ウェハーはパターン形成がなされていない未処理基板である点を除いては、通常に処理される半導体ウェハーWと同じである。このような無地ウェハーを位置決め部130に搬入してピン上に載置し、測定光学系31から無地ウェハーの表面に光を照射する。無地ウェハーの表面にて反射された反射光は、分光器35によってスペクトル分解処理を受け、この処理結果として反射光の反射強度の分光特性がコントローラ10に入力される。本明細書では、このような無地ウェハーの反射強度の分光特性を無地基板反射強度とする。   Next, the reflection intensity of the plain wafer on which no pattern is formed is measured (step S2). A plain wafer is the same as a normally processed semiconductor wafer W except that it is an unprocessed substrate that has not been patterned. Such a plain wafer is carried into the positioning unit 130 and placed on the pins, and light is irradiated from the measurement optical system 31 to the surface of the plain wafer. The reflected light reflected by the surface of the plain wafer is subjected to spectral decomposition processing by the spectroscope 35, and the spectral characteristic of the reflected intensity of the reflected light is input to the controller 10 as a result of this processing. In this specification, the spectral characteristic of the reflection intensity of such a plain wafer is defined as a plain substrate reflection intensity.

標準反射強度および無地基板反射強度の計測は、通常の処理対象となる半導体ウェハーWの処理に先立って一度行っておけば良い。そして、上記のようにして得られた標準反射強度および無地基板反射強度は、コントローラ10の磁気ディスク14に記憶される。   Measurement of the standard reflection intensity and the plain substrate reflection intensity may be performed once prior to the processing of the semiconductor wafer W to be processed normally. The standard reflection intensity and plain substrate reflection intensity obtained as described above are stored in the magnetic disk 14 of the controller 10.

次に、実際に処理対象となる半導体ウェハーWの反射強度測定が行われる(ステップS3)。この測定は、処理対象の半導体ウェハーWが位置決めのために位置決め部130に搬入される都度行われる。実際に処理対象となる半導体ウェハーWはイオン注入後であるため、既にパターン形成がなされているものである。受渡ロボット120によって位置決め部130に搬入されピン上に載置された半導体ウェハーWの表面に測定光学系31から光を照射する。処理対象の半導体ウェハーWの表面にて反射された反射光は、分光器35によってスペクトル分解処理を受け、この処理結果として反射光の反射強度の分光特性がコントローラ10に入力される。本明細書では、このような処理対象の半導体ウェハーWの反射強度の分光特性を処理対象基板反射強度とする。なお、処理対象の半導体ウェハーWが位置決め部130に搬入される都度、その反射強度測定を行うのは、パターン形成の内容によってウェハー毎に反射強度が異なるからである。   Next, the reflection intensity measurement of the semiconductor wafer W to be actually processed is performed (step S3). This measurement is performed every time the semiconductor wafer W to be processed is loaded into the positioning unit 130 for positioning. Since the semiconductor wafer W to be actually processed is after ion implantation, the pattern has already been formed. The measurement optical system 31 irradiates light onto the surface of the semiconductor wafer W carried into the positioning unit 130 by the delivery robot 120 and placed on the pins. The reflected light reflected by the surface of the semiconductor wafer W to be processed is subjected to spectral decomposition processing by the spectroscope 35, and the spectral characteristics of the reflected intensity of the reflected light are input to the controller 10 as a result of this processing. In this specification, the spectral characteristic of the reflection intensity of the semiconductor wafer W to be processed is referred to as the processing target substrate reflection intensity. The reason why the reflection intensity is measured every time the semiconductor wafer W to be processed is carried into the positioning unit 130 is that the reflection intensity varies from wafer to wafer depending on the contents of pattern formation.

処理対象の半導体ウェハーWの反射強度測定が終了すると、ステップS4に進み、無地ウェハーが吸収した光エネルギーがコントローラ10のCPU11によって算出される。図9は、無地ウェハーが吸収した光エネルギーを説明する図である。同図において、縦軸は反射強度を示し、横軸は波数(波長の逆数)を示している。このような2次元座標にて反射強度を積分した値が反射光の光エネルギーとなる。すなわち、図9において、標準反射強度RAを積分した値が標準ウェハーの反射光の光エネルギーSAであり、無地基板反射強度RBを積分した値が無地ウェハーの反射光の光エネルギーSBである。従って、標準ウェハーの反射率がほぼ100%であるとすると、光エネルギーSAから光エネルギーSBを減じた値(図9の斜線部の面積)が無地ウェハーが吸収した光エネルギーとして算出される。   When the measurement of the reflection intensity of the semiconductor wafer W to be processed is completed, the process proceeds to step S4, and the light energy absorbed by the plain wafer is calculated by the CPU 11 of the controller 10. FIG. 9 is a diagram for explaining the light energy absorbed by the plain wafer. In the figure, the vertical axis represents the reflection intensity, and the horizontal axis represents the wave number (the reciprocal of the wavelength). A value obtained by integrating the reflection intensity with such two-dimensional coordinates is the light energy of the reflected light. That is, in FIG. 9, the value obtained by integrating the standard reflection intensity RA is the light energy SA of the reflected light from the standard wafer, and the value obtained by integrating the plain substrate reflection intensity RB is the light energy SB of the reflected light from the plain wafer. Therefore, assuming that the reflectance of the standard wafer is approximately 100%, the value obtained by subtracting the light energy SB from the light energy SA (the area of the hatched portion in FIG. 9) is calculated as the light energy absorbed by the plain wafer.

なお、上記において、反射強度の積分範囲を1/800〜1/400、すなわち可視光域にしているのは、キセノンフラッシュランプ69の波長分布が紫外域から赤外域にまでわたることおよびシリコンの半導体ウェハーWが赤外線を透過することを考慮し、半導体ウェハーWの加熱に寄与する波長域を選択したものである。   In the above, the integration range of the reflection intensity is 1/800 to 1/400, that is, the visible light range is that the wavelength distribution of the xenon flash lamp 69 extends from the ultraviolet range to the infrared range and the silicon semiconductor. In consideration of the fact that the wafer W transmits infrared rays, the wavelength range that contributes to the heating of the semiconductor wafer W is selected.

次に、ステップS5に進み、処理対象の半導体ウェハーWが吸収した光エネルギーがコントローラ10のCPU11によって算出される。図10は、処理対象の半導体ウェハーWが吸収した光エネルギーを説明する図である。同図においては、標準反射強度RAを積分した値が標準ウェハーの反射光の光エネルギーSAであり、処理対象基板反射強度RCを積分した値が処理対象の半導体ウェハーWの反射光の光エネルギーSCである。従って、光エネルギーSAから光エネルギーSCを減じた値(図10の斜線部の面積)が処理対象の半導体ウェハーWが吸収した光エネルギーとして算出される。   Next, the process proceeds to step S <b> 5, and the light energy absorbed by the semiconductor wafer W to be processed is calculated by the CPU 11 of the controller 10. FIG. 10 is a diagram for explaining the light energy absorbed by the semiconductor wafer W to be processed. In this figure, the value obtained by integrating the standard reflection intensity RA is the light energy SA of the reflected light from the standard wafer, and the value obtained by integrating the substrate reflection intensity RC to be processed is the light energy SC of the reflected light from the semiconductor wafer W to be processed. It is. Therefore, a value obtained by subtracting the light energy SC from the light energy SA (the area of the hatched portion in FIG. 10) is calculated as the light energy absorbed by the semiconductor wafer W to be processed.

無地ウェハーが吸収した光エネルギーおよび処理対象の半導体ウェハーWが吸収した光エネルギーの双方が算出されると、それらから無地ウェハーに対する処理対象の半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率がコントローラ10のCPU11によって算出される(ステップS6)。すなわち、次の数1によって無地ウェハーに対する処理対象の半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率rが算出される。   When both the light energy absorbed by the plain wafer and the light energy absorbed by the semiconductor wafer W to be processed are calculated, the light energy absorption ratio of the semiconductor wafer W to be processed with respect to the plain wafer is calculated by the CPU 11 of the controller 10. (Step S6). That is, the light energy absorption ratio r of the semiconductor wafer W to be processed with respect to the plain wafer is calculated by the following equation (1).

Figure 2010141344
Figure 2010141344

一般にパターン形成がなされていない無地ウェハーよりも処理対象の半導体ウェハーWの方が光を良く吸収するため、通常はSB>SCとなり、その結果r>1となる。   In general, since the semiconductor wafer W to be processed absorbs light better than a plain wafer on which no pattern is formed, usually SB> SC, and as a result, r> 1.

このようにすれば、シンプルな光学系によって無地ウェハーに対する処理対象の半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率rを簡易に測定することができる。   In this way, the optical energy absorption ratio r of the semiconductor wafer W to be processed with respect to the plain wafer can be easily measured with a simple optical system.

以上のようにして、無地ウェハーに対する処理対象の半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率rを算出した後、第1実施形態ではフラッシュランプ69から処理対象の半導体ウェハーWに照射する光のエネルギーの適正値を算出している(ステップS7)。既述したように、フラッシュランプ69から照射する閃光のエネルギー値は、パターン形成のなされていないベアウェハーにイオン注入を行い、そのイオン注入された無地ウェハーに実際に閃光照射を行ってから処理後の特性(例えばシート抵抗値等)を測定した結果に基づいて調整されている。つまり、イオン注入された無地ウェハーについては照射すべき光の適正エネルギー値が既知となっている。なお、照射光の適正エネルギー値とは、ウェハーにダメージを与えることなくイオン活性化を行うことができる必要十分なエネルギー値であり、通常無地ウェハーでは約25J/cm2〜28J/cm2程度の値となる。 After calculating the light energy absorption ratio r of the semiconductor wafer W to be processed with respect to the plain wafer as described above, in the first embodiment, the appropriate value of the energy of the light irradiated from the flash lamp 69 to the semiconductor wafer W to be processed is calculated. Is calculated (step S7). As described above, the energy value of the flash light irradiated from the flash lamp 69 is determined by performing ion implantation on a bare wafer on which no pattern is formed, and actually performing flash light irradiation on the ion-implanted plain wafer. Adjustment is made based on the result of measuring characteristics (for example, sheet resistance value). That is, the appropriate energy value of the light to be irradiated is known for the ion-implanted plain wafer. Note that the proper energy value of the irradiation light, a necessary and sufficient energy values can be performed without ion activation damaging the wafer, in the normal plain wafer about 25J / cm 2 ~28J / cm 2 of about Value.

ところが、無地ウェハーよりも処理対象の半導体ウェハーWの方が光を良く吸収するため、無地ウェハーでは適正値であったとしてもそれと同等のエネルギーの閃光を実際の処理対象ウェハーに照射すると、表面温度が予定以上に上昇した結果ウェハー割れが生じたりすることも既述した通りである。   However, since the semiconductor wafer W to be processed absorbs light better than the plain wafer, even if it is an appropriate value for the plain wafer, the surface temperature will be As described above, the wafer cracking may occur as a result of the increase of the value beyond the expected value.

そこで、第1実施形態では、イオン注入された無地ウェハーに照射すべき光の適正エネルギー値および上記光エネルギー吸収比率rに基づいて、処理対象の半導体ウェハーWに照射する閃光のエネルギーの適正値をコントローラ10のCPU11が算出し、その適正値にて閃光照射を行うようにランプ電源99を制御している。具体的には、次の数2に基づいて、コントローラ10のCPU11が処理対象の半導体ウェハーWに照射する閃光のエネルギーの適正値ECを算出する。   Therefore, in the first embodiment, based on the appropriate energy value of light to be applied to the ion-implanted plain wafer and the light energy absorption ratio r, the appropriate value of the energy of the flash light applied to the semiconductor wafer W to be processed is determined. The CPU 11 of the controller 10 calculates and controls the lamp power source 99 so as to perform flash irradiation with the appropriate value. Specifically, based on the following equation 2, the CPU 11 of the controller 10 calculates an appropriate value EC of the energy of the flash light irradiated to the semiconductor wafer W to be processed.

Figure 2010141344
Figure 2010141344

数2において、EBはイオン注入された無地ウェハーに照射すべき光の適正エネルギー値であり、この適正エネルギー値は予め実験やシミュレーション等によって求められた上記の通りの値である。すなわち、イオン注入された無地ウェハーに照射すべき光の適正エネルギー値EBおよび光エネルギー吸収比率rから処理対象の半導体ウェハーWに照射する光のエネルギーの適正値ECを算出するのである。なお、通常r>1となるため、EC<EBとなる。   In Equation 2, EB is an appropriate energy value of light to be irradiated onto the ion-implanted plain wafer, and this appropriate energy value is a value as described above obtained in advance by experiment, simulation, or the like. That is, the appropriate value EC of the light energy irradiated to the processing target semiconductor wafer W is calculated from the appropriate energy value EB of light to be irradiated onto the ion-implanted plain wafer and the light energy absorption ratio r. Note that since r> 1 normally, EC <EB.

処理対象の半導体ウェハーWに照射すべき光のエネルギーの適正値ECが算出されると、その適正値ECにて光源5から閃光照射を行うようにコントローラ10のCPU11がランプ電源99を制御する。具体的には、コントローラ10からの指示に従って、フラッシュランプ69の電極に接続されたコンデンサーに蓄電する電圧が調整される。コンデンサーに蓄電する電圧は電荷量を規定し、その電荷量によってフラッシュランプ69から出射される閃光のエネルギー値が規定される。   When the appropriate value EC of the energy of light to be irradiated onto the semiconductor wafer W to be processed is calculated, the CPU 11 of the controller 10 controls the lamp power supply 99 so that the flash light is emitted from the light source 5 at the appropriate value EC. Specifically, in accordance with an instruction from the controller 10, the voltage stored in the capacitor connected to the electrode of the flash lamp 69 is adjusted. The voltage stored in the capacitor defines the amount of charge, and the energy value of the flashlight emitted from the flash lamp 69 is defined by the amount of charge.

なお、イオン注入された無地ウェハーとイオン未注入の完全なベアウェハーとでは微妙に反射率が異なり、処理対象の半導体ウェハーWに照射すべき光のエネルギーの適正値ECを算出するための基礎となる無地ウェハーに照射すべき光の適正エネルギー値EBはイオン注入された無地ウェハーについての値であるため、光エネルギー吸収比率rを算出するのに使用する無地ウェハー(位置決め部130にて反射強度測定が行われる無地ウェハー)もイオン注入された無地ウェハーであることが好ましい。   The reflectance is slightly different between the ion-implanted plain wafer and the non-ion-implanted bare wafer, which is the basis for calculating the appropriate value EC of the light energy to be irradiated on the semiconductor wafer W to be processed. Since the appropriate energy value EB of the light to be irradiated on the plain wafer is a value for the plain wafer into which the ions are implanted, the plain wafer used for calculating the light energy absorption ratio r (the reflection intensity measurement is performed by the positioning unit 130). The plain wafer to be performed) is also preferably an ion-implanted plain wafer.

処理部160での処理動作について更に説明を続ける。処理部160においては、サセプタ73および加熱プレート74が図3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、搬送ロボット150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。この半導体ウェハーWは既に位置決め部130にてその光エネルギー吸収比率rが測定されたものであり、該半導体ウェハーWに照射すべき閃光のエネルギーの適正値ECも算出されている。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4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。   The processing operation in the processing unit 160 will be further described. In the processing unit 160, the semiconductor wafer W is loaded by the transfer robot 150 through the opening 66 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. It is placed on the support pin 70. The semiconductor wafer W has already been measured for its light energy absorption ratio r by the positioning unit 130, and an appropriate value EC of the energy of the flash light to be irradiated on the semiconductor wafer W is also calculated. 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. 4 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 a nitrogen gas flow in the chamber 65.

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。   The susceptor 73 and the heating plate 74 are preheated to a predetermined temperature by the action of a heater built in the heating plate 74. For this reason, in a state where the susceptor 73 and the heating plate 74 are raised to the heat treatment position of the semiconductor wafer W, the semiconductor wafer W is preliminarily heated by coming into contact with the heated susceptor 73, and the temperature of the semiconductor wafer W gradually increases. To do.

この状態においては、半導体ウェハーWはサセプタ73を介して継続して加熱される。そして、半導体ウェハーWの温度上昇時には、図示しない加熱プレート74内部の温度センサにより、半導体ウェハーWの表面温度が予備加熱温度T1になるような設定温度に加熱プレート74の内部温度が到達したか否かが常に監視されている。   In this state, the semiconductor wafer W is continuously heated via the susceptor 73. When the temperature of the semiconductor wafer W rises, whether or not the internal temperature of the heating plate 74 has reached a set temperature such that the surface temperature of the semiconductor wafer W becomes the preheating temperature T1 by a temperature sensor inside the heating plate 74 (not shown). Is constantly monitored.

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。   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, ions implanted into the semiconductor wafer W will not diffuse.

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。このときには、予め上記のようにして算出されている半導体ウェハーWに照射すべき光のエネルギーの適正値ECにてフラッシュランプ69からの閃光照射が行われる。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。   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. At this time, flash irradiation from the flash lamp 69 is performed at an appropriate value EC of the energy of light to be irradiated onto the semiconductor wafer W, which is calculated in advance as described above. The lighting time of the flash lamp 69 in this flash heating process is a time of about 0.1 to 10 milliseconds. Thus, in the flash lamp 69, the electrostatic energy stored in advance is converted into such an extremely short light pulse, so that an extremely strong flash light is irradiated.

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。   By such flash heating, the surface temperature of the semiconductor wafer W instantaneously reaches the temperature T2. This temperature T2 is a temperature necessary 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, ions implanted into the semiconductor wafer W are activated.

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。   At this time, since the surface temperature of the semiconductor wafer W is raised to the processing temperature T2 in an extremely 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 it is possible to prevent the phenomenon that the profile of the ions implanted into the semiconductor wafer W is lost. Since the time required for ion activation is extremely short compared with the time required for ion diffusion, the ion activation is performed even for a short time in which no diffusion of about 0.1 millisecond to 10 millisecond occurs. Complete.

また、処理対象の半導体ウェハーWに照射すべき光のエネルギーの適正値ECにてフラッシュランプ69からの閃光照射が行われるため、熱処理時に半導体ウェハーWにダメージを与えることなくイオン活性化を行うことができる。   Further, since flash light irradiation from the flash lamp 69 is performed at an appropriate value EC of light energy to be irradiated onto the semiconductor wafer W to be processed, ion activation is performed without damaging the semiconductor wafer W during heat treatment. Can do.

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。   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 can quickly raise the temperature of the semiconductor wafer W to the processing temperature T2 of about 1000 ° C. to 1100 ° C.

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3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が開放される。そして、支持ピン70上に載置された半導体ウェハーWが搬送ロボット150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。   After the flash heating process is completed, the susceptor 73 and the heating plate 74 are lowered to the loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 3 by driving the motor 40, and the opening 66 closed by the gate valve 68 is opened. Is done. Then, the semiconductor wafer W placed on the support pins 70 is unloaded by the transfer robot 150. As described above, a series of heat treatment operations is completed.

<2.第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態の熱処理装置の装置構成および処理部160での半導体ウェハーWに対する熱処理動作は第1実施形態と同じであるため、その説明は省略する。第2実施形態が第1実施形態と異なるのは、無地ウェハーに対する処理対象の半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率rの利用手法であり、第2実施形態では光エネルギー吸収比率rからフラッシュ加熱時の処理対象半導体ウェハーWの予想温度を算出している。
<2. Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The apparatus configuration of the heat treatment apparatus according to the second embodiment and the heat treatment operation on the semiconductor wafer W in the processing unit 160 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted. The second embodiment is different from the first embodiment in a method of using the light energy absorption ratio r of the semiconductor wafer W to be processed with respect to the plain wafer. In the second embodiment, the light energy absorption ratio r is used during flash heating. The expected temperature of the semiconductor wafer W to be processed is calculated.

図11は、処理対象となる半導体ウェハーWの加熱時の予想温度を算出する手順を示すフローチャートである。同図において、ステップS11〜S16までの処理手順は図8のステップS1〜ステップS6までの処理手順の内容と全く同じであり、第1実施形態と同様にパターン形成がなされていない無地ウェハーに対する処理対象の半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率rが算出される。   FIG. 11 is a flowchart showing a procedure for calculating an expected temperature during heating of the semiconductor wafer W to be processed. In this figure, the processing procedure from step S11 to S16 is exactly the same as the content of the processing procedure from step S1 to step S6 in FIG. 8, and processing for a plain wafer on which no pattern is formed as in the first embodiment. The light energy absorption ratio r of the target semiconductor wafer W is calculated.

そして、第2実施形態では算出した光エネルギー吸収比率rに基づいてフラッシュ加熱時の半導体ウェハーWの到達予想温度を算出している(ステップS17)。上述したように、フラッシュランプ69から照射する光のエネルギー値は、パターン形成のなされていない無地のベアウェハーにイオン注入を行い、そのイオン注入された無地ウェハーに実際に光照射を行ってから処理後の特性を測定した結果に基づいて調整されている。つまり、通常状態においてはフラッシュランプ69から照射する閃光のエネルギー値は、イオン注入された無地ウェハーについて照射すべき閃光の適正エネルギー値に設定されている。   In the second embodiment, the expected temperature reached by the semiconductor wafer W during flash heating is calculated based on the calculated light energy absorption ratio r (step S17). As described above, the energy value of the light emitted from the flash lamp 69 is determined by performing ion implantation on a plain bare wafer on which no pattern is formed, and actually irradiating the ion-implanted plain wafer. It is adjusted based on the result of measuring the characteristics. That is, in the normal state, the energy value of the flash light irradiated from the flash lamp 69 is set to the appropriate energy value of the flash light to be irradiated on the ion-implanted plain wafer.

ところが、無地ウェハーよりも処理対象の半導体ウェハーWの方が光を良く吸収するため、無地ウェハーについての適正エネルギー値の閃光を実際の処理対象ウェハーに照射すると、表面温度が予定以上に上昇する。第2実施形態では、無地ウェハーについての適正エネルギー値の光を実際の処理対象半導体ウェハーWに照射したときの予想温度をコントローラ10のCPU11が算出しているのである。   However, since the semiconductor wafer W to be processed absorbs light better than the plain wafer, the surface temperature rises more than expected when the actual wafer to be processed is irradiated with a flash having an appropriate energy value for the plain wafer. In the second embodiment, the CPU 11 of the controller 10 calculates the expected temperature when the actual processing target semiconductor wafer W is irradiated with light having an appropriate energy value for the plain wafer.

具体的には、まず、パターン形成がなされていないイオン注入後の無地ウェハーに照射する光のエネルギー値とその無地ウェハーの温度との相関を予め実験やシミュレーション等によって求めておく。そして、無地ウェハーについて照射すべき光の適正エネルギー値EBに無地ウェハーに対する処理対象の半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率rを乗じたr・EBをCPU11が算出する。このr・EBは、エネルギー値EBの光を処理対象の半導体ウェハーWに照射したときに該半導体ウェハーWが吸収するエネルギーと同等のエネルギーを無地ウェハーに吸収させるのに必要な照射光のエネルギー値である。従って、無地ウェハーに照射する光のエネルギー値とその無地ウェハーの温度との相関関係においてr・EBに対応する温度がエネルギー値EBの光を処理対象の半導体ウェハーWに照射したときに該半導体ウェハーWが到達する予想温度となる。   Specifically, first, the correlation between the energy value of the light irradiated to the plain wafer after ion implantation on which pattern formation has not been performed and the temperature of the plain wafer is obtained in advance by experiments, simulations, or the like. Then, the CPU 11 calculates r · EB obtained by multiplying the appropriate energy value EB of the light to be irradiated on the plain wafer by the light energy absorption ratio r of the semiconductor wafer W to be processed with respect to the plain wafer. This r · EB is the energy value of the irradiation light necessary to absorb the energy equivalent to the energy absorbed by the semiconductor wafer W when the semiconductor wafer W to be processed is irradiated with the light of the energy value EB. It is. Accordingly, when the semiconductor wafer W to be processed is irradiated with light having an energy value EB corresponding to r · EB in the correlation between the energy value of the light applied to the plain wafer and the temperature of the plain wafer, the semiconductor wafer The expected temperature at which W reaches.

このように、第2実施形態においては、パターン形成がなされていないイオン注入後の無地ウェハーに照射する光のエネルギー値とその無地ウェハーの温度との相関関係および無地ウェハーに対する処理対象の半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率rに基づいて、フラッシュ加熱時の処理対象半導体ウェハーWの予想温度を簡便に算出している。   As described above, in the second embodiment, the correlation between the energy value of the light applied to the plain wafer after ion implantation that has not been patterned and the temperature of the plain wafer, and the semiconductor wafer W to be processed with respect to the plain wafer. The expected temperature of the semiconductor wafer W to be processed during flash heating is simply calculated based on the light energy absorption ratio r.

そして、算出された予想温度と所定の閾値とがCPU11によって比較される(ステップS18)。所定の閾値は、例えば半導体ウェハーWにスリップが生じる温度として予め設定しておけば良い。比較の結果、算出されたフラッシュ加熱時の処理対象半導体ウェハーWの予想温度が閾値を超えている場合には、ステップS19に進み、コントローラ10が警告を発する。警告発報は、例えば表示部21に警告メッセージを表示するようにすれば良い。   Then, the calculated predicted temperature is compared with the predetermined threshold value by the CPU 11 (step S18). The predetermined threshold may be set in advance as a temperature at which slip occurs in the semiconductor wafer W, for example. As a result of the comparison, when the predicted temperature of the processing target semiconductor wafer W during the flash heating exceeds the threshold value, the process proceeds to step S19, and the controller 10 issues a warning. For example, a warning message may be displayed on the display unit 21.

一方、予想温度が閾値以下である場合には、そのまま処理を続行し、フラッシュランプ69によるフラッシュ加熱を行うようにすれば良い。   On the other hand, when the predicted temperature is equal to or lower than the threshold value, the process is continued as it is, and flash heating by the flash lamp 69 is performed.

第2実施形態のようにすれば、フラッシュ加熱を行う前に処理対象の半導体ウェハーWの到達予想温度を算出することができるため、それに基づいてフラッシュランプ69から照射する光のエネルギー値を調整すれば、熱処理時に半導体ウェハーWにダメージを与えることを未然に防止することができる。   According to the second embodiment, the expected arrival temperature of the semiconductor wafer W to be processed can be calculated before the flash heating, and the energy value of the light emitted from the flash lamp 69 can be adjusted based on the estimated temperature. For example, it is possible to prevent damage to the semiconductor wafer W during the heat treatment.

なお、第2実施形態においては、パターン形成がなされていないイオン注入後の無地ウェハーに照射する光のエネルギー値とその無地ウェハーの温度との相関関係および無地ウェハーに対する処理対象の半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率rに基づいて、フラッシュ加熱時の処理対象半導体ウェハーWの予想温度を簡便に算出しているため、光エネルギー吸収比率rを算出するのに使用する無地ウェハー(位置決め部130にて反射強度測定が行われる無地ウェハー)もイオン注入された無地ウェハーであることが好ましい。また、パターン形成がなされておらずイオン注入もされていない無地ウェハー(完全なベアウェハー)に照射する光のエネルギー値とそのベアウェハーの温度との相関関係が予め実験やシミュレーション等によって判明しているのであれば、その相関関係およびベアウェハーに対する処理対象の半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率rに基づいて、フラッシュ加熱時の処理対象半導体ウェハーWの予想温度を算出することが適当であるため、光エネルギー吸収比率rを算出するのに使用する無地ウェハーもイオン注入されていない完全なベアウェハーであることが好ましい。   In the second embodiment, the correlation between the energy value of light applied to the plain wafer after ion implantation that has not been patterned and the temperature of the plain wafer, and the light of the semiconductor wafer W to be processed with respect to the plain wafer. Since the expected temperature of the processing target semiconductor wafer W during flash heating is simply calculated based on the energy absorption ratio r, a plain wafer (reflected by the positioning unit 130) used to calculate the light energy absorption ratio r is calculated. The plain wafer on which the intensity measurement is performed is also preferably an ion-implanted plain wafer. In addition, since the correlation between the energy value of light irradiating a plain wafer (complete bare wafer) that has not been patterned and ion-implanted and the temperature of the bare wafer has been found in advance through experiments and simulations. If there is, it is appropriate to calculate the predicted temperature of the semiconductor wafer W to be processed during flash heating based on the correlation and the optical energy absorption ratio r of the semiconductor wafer W to be processed with respect to the bare wafer. The plain wafer used to calculate the ratio r is also preferably a complete bare wafer that is not ion-implanted.

<3.第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態の熱処理装置の装置構成および処理部160での半導体ウェハーWに対する熱処理動作は第1実施形態と同じであるため、その説明は省略する。第3実施形態が第1実施形態と異なるのは、無地ウェハーに対する処理対象の半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率rの算出手法であり、第3実施形態では標準ウェハーを使用することなく光エネルギー吸収比率rを算出している。
<3. Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The apparatus configuration of the heat treatment apparatus according to the third embodiment and the heat treatment operation on the semiconductor wafer W in the processing unit 160 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted. The third embodiment differs from the first embodiment in a method of calculating the light energy absorption ratio r of the semiconductor wafer W to be processed with respect to the plain wafer. In the third embodiment, the light energy absorption is performed without using a standard wafer. The ratio r is calculated.

図12は、半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率測定手順の他の例を示すフローチャートである。この測定手順を実行するのに先立って、予めパターン形成がなされていないイオン注入後の無地ウェハーの反射率を実験によって求めておく。この反射率はRAM13や磁気ディスク14に記憶しておく。このように無地ウェハーの反射率が既知となっている状態において、無地ウェハーの反射強度測定が行われる(ステップS21)。反射率が既知の無地ウェハーがイオン注入後のものである場合には、反射強度測定もイオン注入後のものについて行う。この測定自体は第1実施形態のステップS2と同じであり、測定の結果無地基板反射強度が得られる。   FIG. 12 is a flowchart showing another example of the procedure for measuring the light energy absorption ratio of the semiconductor wafer W. Prior to executing this measurement procedure, the reflectance of a plain wafer after ion implantation that has not been subjected to pattern formation is determined in advance by experiments. This reflectance is stored in the RAM 13 or the magnetic disk 14. In this state where the reflectance of the plain wafer is known, the reflection intensity of the plain wafer is measured (step S21). When a plain wafer with a known reflectance is after ion implantation, the reflection intensity measurement is also performed for the one after ion implantation. This measurement itself is the same as step S2 of the first embodiment, and a plain substrate reflection intensity is obtained as a result of the measurement.

次に、無地基板反射強度および既知の無地ウェハーの反射率に基づいて、反射率が100%の理想鏡に光を照射したときの反射光の分光反射強度である理想反射強度がCPU11によって算出される(ステップS22)。具体的には、ステップS21にて求められた無地基板反射強度を無地ウェハーの反射率にて除算することにより理想反射強度を算出する。この理想反射強度は第1実施形態における反射率がほぼ100%の標準ウェハーの分光反射強度(標準反射強度)と実質的に等しくなる。   Next, based on the plain substrate reflection intensity and the reflectance of the known plain wafer, the CPU 11 calculates an ideal reflection intensity that is a spectral reflection intensity of the reflected light when the ideal mirror having a reflectance of 100% is irradiated with light. (Step S22). Specifically, the ideal reflection intensity is calculated by dividing the plain substrate reflection intensity obtained in step S21 by the reflectance of the plain wafer. This ideal reflection intensity is substantially equal to the spectral reflection intensity (standard reflection intensity) of a standard wafer having a reflectance of approximately 100% in the first embodiment.

図12のステップS23〜S27の処理手順の内容は、図8のステップS3〜S7の処理手順と全く同じである。但し、第3実施形態では、標準反射強度に代えて理想反射強度を使用している。すなわち、実際に処理対象となる半導体ウェハーWの反射強度測定を行った後(ステップS23)、標準反射強度RAの代わりに理想反射強度を使用して無地ウェハーが吸収した光エネルギーおよび処理対象の半導体ウェハーWが吸収した光エネルギーを算出する(ステップS24,S25)。そして、それらの双方から無地ウェハーに対する処理対象の半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率がコントローラ10のCPU11によって算出される(ステップS26)。その後、第1実施形態と同じく、イオン注入された無地ウェハーに照射すべき光の適正エネルギー値および上記光エネルギー吸収比率に基づいて、処理対象の半導体ウェハーWに照射する閃光のエネルギーの適正値が算出される(ステップS27)。   The contents of the processing procedure in steps S23 to S27 in FIG. 12 are exactly the same as the processing procedure in steps S3 to S7 in FIG. However, in the third embodiment, ideal reflection intensity is used instead of standard reflection intensity. That is, after measuring the reflection intensity of the semiconductor wafer W actually to be processed (step S23), the light energy absorbed by the plain wafer using the ideal reflection intensity instead of the standard reflection intensity RA and the semiconductor to be processed The light energy absorbed by the wafer W is calculated (steps S24 and S25). Then, from both of them, the light energy absorption ratio of the semiconductor wafer W to be processed with respect to the plain wafer is calculated by the CPU 11 of the controller 10 (step S26). Thereafter, as in the first embodiment, based on the appropriate energy value of light to be irradiated on the ion-implanted plain wafer and the light energy absorption ratio, the appropriate value of the energy of the flash light irradiated on the semiconductor wafer W to be processed is Calculated (step S27).

このように、第3実施形態では、反射率がほぼ100%の標準ウェハーの分光反射強度を測定する代わりに、反射率が既知の無地ウェハーの分光反射強度を測定してその結果から反射率が100%の理想鏡に光を照射したときに得られるはずの理想反射強度を算出し、標準反射強度に代えて理想反射強度を使用して光エネルギー吸収比率rを算出している。このようにしても、理想反射強度の物理的意義は標準反射強度と同じであるため、第1実施形態と同じように処理対象の半導体ウェハーWに照射する光のエネルギーの適正値ECを算出することができる。ガラス板にAl蒸着した標準ウェハーは比較的高価であるため、第3実施形態のようにした方がコスト上昇を抑制することができる。   Thus, in the third embodiment, instead of measuring the spectral reflection intensity of a standard wafer having a reflectance of almost 100%, the spectral reflection intensity of a plain wafer with a known reflectance is measured, and the reflectance is calculated from the result. The ideal reflection intensity that should be obtained when light is irradiated onto a 100% ideal mirror is calculated, and the optical energy absorption ratio r is calculated using the ideal reflection intensity instead of the standard reflection intensity. Even in this case, since the physical significance of the ideal reflection intensity is the same as the standard reflection intensity, the appropriate value EC of the energy of the light applied to the semiconductor wafer W to be processed is calculated as in the first embodiment. be able to. Since a standard wafer obtained by vapor-depositing Al on a glass plate is relatively expensive, the cost increase can be suppressed by using the third wafer as in the third embodiment.

なお、第3実施形態では、イオン注入後の無地ウェハーの反射強度測定を行うようにしていたが、パターン形成がなされておらずイオン注入もされていない無地ウェハー(完全なベアウェハー)の反射強度測定を行って理想反射強度の算出を行うようにしても良い。完全なベアウェハーの反射率は広く知られており、ベアウェハーの反射強度測定を行って得られた無地基板反射強度から理想反射強度の算出を行うようにすれば、容易に正確な理想反射強度を算出することができる。但し、この場合であっても処理対象の半導体ウェハーWに照射すべき光のエネルギーの適正値を算出するための基礎となる無地ウェハーに照射すべき光の適正エネルギー値はイオン注入された無地ウェハーについての値であるため、無地ウェハーが吸収した光エネルギーを算出するために使用する無地基板反射強度はイオン注入された無地ウェハーを実測して求めるのが好ましい。また、無地基板反射強度の計測は、通常の処理対象となる半導体ウェハーWの処理に先立って一度行っておけば良い。   In the third embodiment, the reflection intensity of the plain wafer after ion implantation is measured. However, the reflection intensity of a plain wafer (completely bare wafer) that has not been patterned and is not ion-implanted is measured. May be used to calculate the ideal reflection intensity. The reflectance of a complete bare wafer is widely known, and if the ideal reflection intensity is calculated from the plain substrate reflection intensity obtained by measuring the reflection intensity of the bare wafer, the accurate ideal reflection intensity can be easily calculated. can do. However, even in this case, the appropriate energy value of the light to be applied to the plain wafer serving as the basis for calculating the appropriate value of the energy of the light to be applied to the semiconductor wafer W to be processed is the ion-implanted plain wafer. Therefore, the solid substrate reflection intensity used for calculating the light energy absorbed by the plain wafer is preferably obtained by actually measuring the ion-implanted plain wafer. The measurement of the plain substrate reflection intensity may be performed once prior to the processing of the semiconductor wafer W to be processed normally.

<4.第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態について説明する。第4実施形態の熱処理装置の装置構成および処理部160での半導体ウェハーWに対する熱処理動作は第1実施形態と同じである。第4実施形態においては、フラッシュ加熱を行ったときの処理対象半導体ウェハーWの推定到達温度をリアルタイムで算出している。
<4. Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The apparatus configuration of the heat treatment apparatus of the fourth embodiment and the heat treatment operation on the semiconductor wafer W in the processing unit 160 are the same as those of the first embodiment. In the fourth embodiment, the estimated reaching temperature of the semiconductor wafer W to be processed when flash heating is performed is calculated in real time.

図13は、イオン注入された無地ウェハーにフラッシュ加熱を行ったときの照射光エネルギーとシート抵抗値との相関を示す図である。シート抵抗値は、ウェハーが到達した表面温度を示す指標であり、フラッシュ加熱後の無地ウェハーに四端子法を適用して測定した値である。シート抵抗値が同じであることは、フラッシュ加熱時にウェハーが到達した表面温度が等しいこと示している。この測定は、予備加熱温度が400℃、450℃、500℃となる3温度について行い、各予備加熱温度ごとに照射光エネルギーを変化させてシート抵抗値を測定している。   FIG. 13 is a diagram showing the correlation between the irradiation light energy and the sheet resistance value when flash heating is performed on the ion-implanted plain wafer. The sheet resistance value is an index indicating the surface temperature reached by the wafer, and is a value measured by applying a four-terminal method to a plain wafer after flash heating. The same sheet resistance value indicates that the surface temperature reached by the wafer during flash heating is equal. This measurement is performed for three temperatures at which the preheating temperatures are 400 ° C., 450 ° C., and 500 ° C., and the sheet resistance value is measured by changing the irradiation light energy at each preheating temperature.

同図に示すように、予備加熱温度に関わらず照射光エネルギーが23J/cm2〜29J/cm2の領域において、照射光エネルギーとシート抵抗値との相関に良好な直線関係が認められる。しかも、予備加熱温度に関わらず直線領域における傾きはほぼ一定である。このことから予備加熱温度の50℃が照射エネルギーの約2J/cm2に相当するものと考えることができる。つまり、予備加熱温度が50℃低くても照射エネルギーを約2J/cm2大きくすればウェハ表面温度を同程度にすることができ、1J/cm2の照射光エネルギーによってウェハ表面温度が約25℃上昇するものと推察することができる。よって、イオン注入された無地ウェハーにフラッシュ加熱を行ったときの表面到達温度は次の数3によって示すことができる。 As shown in the figure, the irradiation light energy regardless of the preheating temperature is in the region of 23J / cm 2 ~29J / cm 2 , is observed good linear relationship correlation between the irradiation light energy and the sheet resistance value. Moreover, the slope in the linear region is substantially constant regardless of the preheating temperature. From this, it can be considered that the preheating temperature of 50 ° C. corresponds to about 2 J / cm 2 of irradiation energy. That is, even if the preheating temperature is lower by 50 ° C., if the irradiation energy is increased by about 2 J / cm 2, the wafer surface temperature can be made comparable, and the wafer surface temperature is about 25 ° C. by the irradiation light energy of 1 J / cm 2. It can be inferred that it rises. Therefore, the surface temperature reached when flash heating is performed on the ion-implanted plain wafer can be expressed by the following equation (3).

Figure 2010141344
Figure 2010141344

数3において、Tsはイオン注入された無地ウェハーのフラッシュ加熱時の表面到達温度であり、Taは予備加熱温度であり、Jはフラッシュ加熱時の照射光エネルギーである。第2実施形態において既述したように、実際の処理対象半導体ウェハーWにエネルギーJの閃光を照射したときには、無地ウェハーに対する処理対象の半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率rを乗じたr・Jのエネルギーが吸収されることとなる。従って、照射光エネルギーJの閃光を処理対象の半導体ウェハーWに照射したときの表面到達温度Tserfは次に数4によって示される。   In Equation 3, Ts is the temperature reached by the surface of the ion-implanted plain wafer during flash heating, Ta is the preheating temperature, and J is the irradiation light energy during flash heating. As already described in the second embodiment, when the actual processing target semiconductor wafer W is irradiated with the flash of energy J, r · J multiplied by the light energy absorption ratio r of the processing target semiconductor wafer W with respect to the plain wafer. Energy will be absorbed. Accordingly, the surface temperature Tserf when the semiconductor wafer W to be processed is irradiated with the flash of the irradiation light energy J is expressed by the following equation (4).

Figure 2010141344
Figure 2010141344

但し、フラッシュ加熱時の照射光エネルギーJを直接観測することはできないため、パワーモニタ83によって測定されたフラッシュランプ69からの放射光強度Mを使用する。本発明者の調査によって、パワーモニタ83によって観測されるフラッシュランプ69からの放射光強度Mと放射光のエネルギーJとの間には直線関係の相関関係が存在することが判明しており、その係数をβとすると、結局フラッシュ加熱時の処理対象の半導体ウェハーWの表面到達温度Tserfは次に数5によって示される。   However, since the irradiation light energy J at the time of flash heating cannot be directly observed, the emitted light intensity M from the flash lamp 69 measured by the power monitor 83 is used. According to the investigation by the present inventor, it has been found that there is a linear correlation between the radiated light intensity M from the flash lamp 69 observed by the power monitor 83 and the energy J of the radiated light. Assuming that the coefficient is β, the surface arrival temperature Tserf of the semiconductor wafer W to be processed at the time of flash heating is expressed by the following equation (5).

Figure 2010141344
Figure 2010141344

処理対象の半導体ウェハーWのフラッシュ加熱を行うときには、コントローラ10のCPU11が予め求められている予備加熱温度Ta、光エネルギー吸収比率r、係数βとパワーモニタ83によって実測された放射光強度Mから数5に従って半導体ウェハーWの表面到達温度Tserfを算出する。そして、算出された表面到達温度Tserfは、例えば、表示部21に表示するようにすればよい。   When flash heating is performed on the semiconductor wafer W to be processed, the CPU 11 of the controller 10 calculates the preheating temperature Ta, the light energy absorption ratio r, the coefficient β, and the radiated light intensity M measured by the power monitor 83 in advance. 5, the surface temperature Tserf of the semiconductor wafer W is calculated. The calculated surface temperature Tserf may be displayed on the display unit 21, for example.

<5.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。例えば、上記実施形態においては光源5に30本のフラッシュランプ69を備えるようにしていたが、これに限定されずフラッシュランプ69の本数は任意のものとすることができる。
<5. Modification>
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above examples. For example, in the above embodiment, the light source 5 is provided with 30 flash lamps 69, but the present invention is not limited to this, and the number of flash lamps 69 may be arbitrary.

また、光源5にフラッシュランプ69に代えて他の種類のランプ(例えばハロゲンランプ)を備え、当該ランプからの光照射によって半導体ウェハーWの加熱を行う熱処理装置であっても本発明に係る技術を適用することができる。この場合であっても、ベアウェハーに対する処理対象の半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率から処理対象の半導体ウェハーWに照射すべき光のエネルギーの適正値を算出したり、熱処理時の半導体ウェハーWの到達予想温度を算出することができる。   Further, the technique according to the present invention can be applied to a heat treatment apparatus that includes another type of lamp (for example, a halogen lamp) instead of the flash lamp 69 in the light source 5 and heats the semiconductor wafer W by light irradiation from the lamp. Can be applied. Even in this case, an appropriate value of the energy of light to be irradiated on the semiconductor wafer W to be processed is calculated from the light energy absorption ratio of the semiconductor wafer W to be processed with respect to the bare wafer, or the semiconductor wafer W reaches at the time of heat treatment The expected temperature can be calculated.

また、上記実施の形態では、基板収容部110にキャリア91が2つ載置されるが、キャリア91が1つだけ載置されてもよく、3つ以上であってもよい。また、受渡ロボット120が2つのキャリア91間を移動するようになっているが、受渡ロボット120が2つ設けられてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the two carriers 91 are mounted in the board | substrate accommodating part 110, only one carrier 91 may be mounted and three or more may be sufficient. Further, although the delivery robot 120 moves between the two carriers 91, two delivery robots 120 may be provided.

また、搬送ロボット150の上側の搬送アーム151aを未処理の半導体ウェハーWを保持する専用のアームとして設計し、下側の搬送アーム151bを処理済の半導体ウェハーWを保持する専用のアームとして設計することにより、搬送ロボット150の小型化、および搬送の信頼性の向上を図ることができる。   Also, the upper transfer arm 151a of the transfer robot 150 is designed as a dedicated arm for holding the unprocessed semiconductor wafer W, and the lower transfer arm 151b is designed as a dedicated arm for holding the processed semiconductor wafer W. Thus, the transport robot 150 can be reduced in size and transport reliability can be improved.

また、標準ウェハーとしてはガラス板にAl蒸着したものに限定されず、反射率が既知のウェハーであればよい。反射率が既知であれば、その反射率と反射強度とから全反射時の反射強度を算定することができるからである。   Further, the standard wafer is not limited to the one obtained by depositing Al on a glass plate, and any wafer having a known reflectance may be used. This is because if the reflectance is known, the reflection intensity at the time of total reflection can be calculated from the reflectance and the reflection intensity.

また、吸収比率測定装置30は位置決め部130に設置することに限定されず、基板収容部110から処理部160に半導体ウェハーWを搬送する経路上のいずれかの位置に設置するようにすれば良い。   Further, the absorption ratio measuring device 30 is not limited to being installed in the positioning unit 130, and may be installed at any position on the path for transporting the semiconductor wafer W from the substrate housing unit 110 to the processing unit 160. .

また、上記第2実施形態においては、無地ウェハーについての適正エネルギー値の光を実際の処理対象半導体ウェハーWに照射するようにしていたが、これに限定されるものではなく、エネルギー値が既知の光を実際の処理対象半導体ウェハーWに照射する形態であれば、該エネルギー値と無地ウェハーに対する処理対象半導体ウェハーWの光エネルギー吸収比率rとから熱処理時の処理対象半導体ウェハーWの到達予想温度を算出することができる。   Moreover, in the said 2nd Embodiment, although the light of the appropriate energy value about a plain wafer was irradiated to the actual semiconductor wafer W to be processed, it is not limited to this, and the energy value is known. If the actual semiconductor wafer W is irradiated with light, the expected temperature reached by the semiconductor wafer W during the heat treatment is calculated from the energy value and the optical energy absorption ratio r of the semiconductor wafer W to be processed relative to the plain wafer. Can be calculated.

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.

5 光源
10 コントローラ
11 CPU
21 表示部
30 吸収比率測定装置
31 測定光学系
33 投光器
35 分光器
65 チャンバー
69 フラッシュランプ
73 サセプタ
74 加熱プレート
82 光ガイド
83 パワーモニタ
99 ランプ電源
100 熱処理装置
130 位置決め部
160 処理部
W 半導体ウェハー
5 Light source 10 Controller 11 CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Display part 30 Absorption-ratio measuring apparatus 31 Measurement optical system 33 Projector 35 Spectrometer 65 Chamber 69 Flash lamp 73 Susceptor 74 Heating plate 82 Light guide 83 Power monitor 99 Lamp power supply 100 Heat processing apparatus 130 Positioning part 160 Processing part W Semiconductor wafer

Claims (3)

処理対象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、
パターン形成がなされていない無地基板に照射する閃光の適正エネルギー値が既知であり、
処理対象基板を保持する保持手段と、
フラッシュランプを有し、前記保持手段に保持された処理対象基板に閃光を照射する照射手段と、
前記無地基板に対する前記処理対象基板の光エネルギー吸収比率および前記無地基板に照射する閃光の適正エネルギー値に基づいて、前記照射手段から前記処理対象基板に照射する閃光のエネルギーを適正値に調整する光エネルギー制御手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
A heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating a flash on the substrate to be processed,
The appropriate energy value of the flash to irradiate a plain substrate that is not patterned is known,
Holding means for holding the substrate to be processed;
An irradiation unit having a flash lamp and irradiating the processing target substrate held by the holding unit with flash light;
Light for adjusting the energy of the flash light applied to the substrate to be processed from the irradiation unit to an appropriate value based on the light energy absorption ratio of the substrate to be processed with respect to the plain substrate and the appropriate energy value of the flash light applied to the plain substrate. Energy control means;
A heat treatment apparatus comprising:
処理対象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、
パターン形成がなされていない無地基板に照射する閃光のエネルギー値と該無地基板の温度との相関関係が既知であり、
処理対象基板を保持する保持手段と、
フラッシュランプを有し、前記保持手段に保持された処理対象基板に所定エネルギーの閃光を照射する照射手段と、
前記無地基板に対する前記処理対象基板の光エネルギー吸収比率および前記相関関係に基づいて、前記照射手段から前記処理対象基板に閃光が照射されたときの該処理対象基板の温度を算出する温度算出手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
A heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating a flash on the substrate to be processed,
The correlation between the energy value of the flash light applied to the plain substrate on which the pattern is not formed and the temperature of the plain substrate is known,
Holding means for holding the substrate to be processed;
An irradiation unit that has a flash lamp and irradiates the processing target substrate held by the holding unit with a flash of predetermined energy;
Temperature calculating means for calculating the temperature of the substrate to be processed when flash light is irradiated from the irradiation means to the substrate to be processed, based on the light energy absorption ratio of the substrate to be processed with respect to the plain substrate and the correlation; ,
A heat treatment apparatus comprising:
請求項2記載の熱処理装置において、
前記温度算出手段によって算出された温度が所定の閾値を超えていたときに警告を発する警告発生手段をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
The heat treatment apparatus according to claim 2,
A heat treatment apparatus, further comprising a warning generation unit that issues a warning when the temperature calculated by the temperature calculation unit exceeds a predetermined threshold.
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