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JP2012191110A - Thermal treatment device - Google Patents

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JP2012191110A
JP2012191110A JP2011055199A JP2011055199A JP2012191110A JP 2012191110 A JP2012191110 A JP 2012191110A JP 2011055199 A JP2011055199 A JP 2011055199A JP 2011055199 A JP2011055199 A JP 2011055199A JP 2012191110 A JP2012191110 A JP 2012191110A
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JP
Japan
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susceptor
semiconductor wafer
heat treatment
chamber
treatment apparatus
Prior art date
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Application number
JP2011055199A
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Japanese (ja)
Inventor
Ippei Kobayashi
一平 小林
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Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal treatment device capable of restraining vibrations of a substrate immediately after flash light radiation.SOLUTION: A tip end 72a of a L-sectioned coupling part 72 is welded and fastened to a peripheral edge of a disc-shaped susceptor 74. Meanwhile, a base end 72b of the coupling part 72 is welded and fastened to an annular base ring 71. The base ring 71, the coupling part 72 and the susceptor 74 are all formed of quartz. The peripheral edge of the susceptor 74 and the base ring 71 are fastened to the both ends of the L-sectioned coupling part 72, and therefore, stress rapidly applied to the susceptor 74 and a semiconductor wafer held by the susceptor 74 can be mitigated by flash light radiation, and vibrations of the semiconductor wafer and the susceptor 74 can be restrained immediately after the flash light radiation.

Description

本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等の薄板状の精密電子基板(以下、単に「基板」と称する)に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置に関する。   The present invention relates to a heat treatment apparatus for heating a thin plate-shaped precision electronic substrate (hereinafter simply referred to as “substrate”) such as a semiconductor wafer or a glass substrate for a liquid crystal display device by irradiating flash light.

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入は半導体ウェハー内にpn接合を形成するための必須の工程である。現在、不純物導入は、イオン打ち込み法とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン(B)、ヒ素(As)、リン(P)といった不純物の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。この際に、アニール時間が数秒程度以上であると、打ち込まれた不純物が熱によって深く拡散し、その結果接合深さが要求よりも深くなり過ぎて良好なデバイス形成に支障が生じるおそれがある。   In the semiconductor device manufacturing process, impurity introduction is an indispensable step for forming a pn junction in a semiconductor wafer. Currently, impurities are generally introduced by ion implantation and subsequent annealing. The ion implantation method is a technique in which impurity elements such as boron (B), arsenic (As), and phosphorus (P) are ionized and collided with a semiconductor wafer at a high acceleration voltage to physically perform impurity implantation. The implanted impurities are activated by annealing. At this time, if the annealing time is about several seconds or more, the implanted impurities are deeply diffused by heat, and as a result, the junction depth becomes deeper than required, and there is a possibility that good device formation may be hindered.

そこで、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するアニール技術として、近年フラッシュランプアニール(FLA)が注目されている。フラッシュランプアニールは、キセノンフラッシュランプ(以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する)を使用して半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射することにより、不純物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(数ミリ秒以下)に昇温させる熱処理技術である。   Therefore, in recent years, flash lamp annealing (FLA) has attracted attention as an annealing technique for heating a semiconductor wafer in an extremely short time. Flash lamp annealing is a semiconductor wafer in which impurities are implanted by irradiating the surface of the semiconductor wafer with flash light using a xenon flash lamp (hereinafter, simply referred to as “flash lamp” means xenon flash lamp). Is a heat treatment technique for raising the temperature of only the surface of the material in a very short time (several milliseconds or less).

キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーにフラッシュ光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハーを急速に昇温することが可能である。また、数ミリ秒以下の極めて短時間のフラッシュ光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。このため、キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、不純物を深く拡散させることなく、不純物活性化のみを実行することができるのである。   The radiation spectral distribution of a xenon flash lamp ranges from the ultraviolet region to the near infrared region, has a shorter wavelength than the conventional halogen lamp, and almost coincides with the fundamental absorption band of a silicon semiconductor wafer. Therefore, when the semiconductor wafer is irradiated with flash light from the xenon flash lamp, the semiconductor wafer can be rapidly heated with little transmitted light. Further, it has been found that if the flash light irradiation is performed for a very short time of several milliseconds or less, only the vicinity of the surface of the semiconductor wafer can be selectively heated. For this reason, if the temperature is raised for a very short time by the xenon flash lamp, only the impurity activation can be performed without deeply diffusing the impurities.

このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置として、特許文献1,2には、半導体ウェハーの表面側にフラッシュランプ等のパルス発光ランプを配置し、裏面側にハロゲンランプ等の連続点灯ランプを配置し、それらの組み合わせによって所望の熱処理を行うものが開示されている。特許文献1,2に開示の熱処理装置においては、ハロゲンランプ等によって半導体ウェハーをある程度の温度まで予備加熱し、その後フラッシュランプからのパルス加熱によって所望の処理温度にまで昇温している。   As a heat treatment apparatus using such a xenon flash lamp, in Patent Documents 1 and 2, a pulse emitting lamp such as a flash lamp is arranged on the front side of a semiconductor wafer, and a continuous lighting lamp such as a halogen lamp is arranged on the back side. And what performs desired heat processing by those combination is disclosed. In the heat treatment apparatuses disclosed in Patent Documents 1 and 2, the semiconductor wafer is preheated to a certain temperature with a halogen lamp or the like, and then heated to a desired processing temperature by pulse heating from a flash lamp.

特開昭60−258928号公報JP-A-60-258928 特表2005−527972号公報JP 2005-527972 A

しかしながら、キセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置においては、極めて高いエネルギーを有する光を瞬間的に半導体ウェハーに照射するため、一瞬で半導体ウェハーの表面温度が急速に上昇する。その結果、半導体ウェハーの表面およびその周辺雰囲気に急激な熱膨張が生じ、フラッシュ光照射直後に半導体ウェハーとそれを保持する保持部材が激しく振動するという問題が生じていた。半導体ウェハーおよび保持部材が激しく振動すると、最悪の場合、保持部材から半導体ウェハーが落下したり、半導体ウェハーが割れることもあった。   However, in a heat treatment apparatus using a xenon flash lamp, the surface temperature of the semiconductor wafer rises rapidly in an instant because light having extremely high energy is instantaneously irradiated onto the semiconductor wafer. As a result, a rapid thermal expansion occurs on the surface of the semiconductor wafer and its surrounding atmosphere, causing a problem that the semiconductor wafer and the holding member holding the semiconductor wafer vibrate vigorously immediately after the flash light irradiation. When the semiconductor wafer and the holding member vibrate vigorously, in the worst case, the semiconductor wafer may fall from the holding member or the semiconductor wafer may be broken.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュ光照射直後の基板の振動を抑制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。   This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the heat processing apparatus which can suppress the vibration of the board | substrate just after flash light irradiation.

上記課題を解決するため、請求項1の発明は、基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を載置して保持する平板状のサセプターと、前記チャンバーの壁面に支持された基台と、前記サセプターの周縁部と前記基台とを連結する複数の連結部材と、前記サセプターに保持された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記サセプターに保持された基板を光照射によって予備加熱する光照射手段と、を備え、水平姿勢の前記サセプターの中心と前記周縁部とを結ぶ直線を含む鉛直面にて切断した前記連結部材の断面はL字形状であり、前記連結部材は、当該L字形状の先端部にて前記サセプターの前記周縁部と固着されるとともに、当該L字形状の基端部にて前記基台と固着されることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention is a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with flash light, and a chamber for accommodating the substrate, and placing the substrate in the chamber. A flat plate-shaped susceptor to be held, a base supported by the wall surface of the chamber, a plurality of connecting members for connecting a peripheral edge of the susceptor and the base, and a substrate held by the susceptor. A vertical lamp including a straight line connecting the center of the susceptor in a horizontal position and the peripheral portion, and a flash lamp for irradiating light, and a light irradiation means for preheating the substrate held by the susceptor by light irradiation. The cross-section of the connecting member cut in this way is L-shaped, and the connecting member is fixed to the peripheral edge of the susceptor at the L-shaped tip. Moni, characterized in that it is secured to the base at the proximal end portion of the L-shape.

また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る熱処理装置において、前記連結部材は断熱材料にて形成されることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first aspect of the present invention, the connecting member is formed of a heat insulating material.

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、前記連結部材は石英にて形成されることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the second aspect of the present invention, the connecting member is made of quartz.

また、請求項4の発明は、請求項2または請求項3の発明に係る熱処理装置において、前記連結部材は前記サセプターおよび前記基台と同じ材料にて形成されることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the invention, in the heat treatment apparatus according to the second or third aspect of the invention, the connecting member is formed of the same material as the susceptor and the base.

また、請求項5の発明は、請求項1から請求項4のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記連結部材の前記鉛直面と垂直な方向に沿った幅は3mm以上40mm以下であり、前記連結部材の最も薄い部分の厚さは3mm以上35mm以下であることを特徴とする。   The invention of claim 5 is the heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the width of the connecting member along the direction perpendicular to the vertical surface is 3 mm or more and 40 mm or less, The thickness of the thinnest part of the connecting member is 3 mm or more and 35 mm or less.

また、請求項6の発明は、請求項1から請求項5のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記基台は円環形状を有することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the base has an annular shape.

請求項1から請求項6の発明によれば、連結部材は、断面のL字形状の先端部にてサセプターの周縁部と固着されるとともに、当該L字形状の基端部にて基台と固着されるため、フラッシュ光照射によってサセプターおよびそれに保持された基板に急激に作用する応力を緩和することができ、フラッシュ光照射直後の基板の振動を抑制することができる。   According to the first to sixth aspects of the present invention, the connecting member is fixed to the peripheral portion of the susceptor at the L-shaped distal end of the cross section, and the base at the L-shaped proximal end. Since it is fixed, the stress acting rapidly on the susceptor and the substrate held by the flash light irradiation can be relieved, and the vibration of the substrate immediately after the flash light irradiation can be suppressed.

特に、請求項2の発明によれば、連結部材は断熱材料にて形成されるため、チャンバーの壁面と基板との間に生じる熱伝導を抑制することができ、チャンバー壁面の温度にかかわらず、基板を一定温度に加熱することができる。   In particular, according to the invention of claim 2, since the connecting member is formed of a heat insulating material, the heat conduction generated between the wall surface of the chamber and the substrate can be suppressed, and regardless of the temperature of the chamber wall surface, The substrate can be heated to a constant temperature.

特に、請求項4の発明によれば、連結部材はサセプターおよび基台と同じ材料にて形成されるため、それらの熱膨張係数は同じであり、基板の昇温時および降温時に温度変化に起因した破損が生じにくい。   In particular, according to the invention of claim 4, since the connecting member is made of the same material as the susceptor and the base, their thermal expansion coefficients are the same, which is caused by temperature changes when the substrate is heated and cooled. Damage is less likely to occur.

特に、請求項6の発明によれば、基台は円環形状を有するため、連結部材およびサセプターを安定して支持することができる。   In particular, according to the invention of claim 6, since the base has an annular shape, the connecting member and the susceptor can be stably supported.

本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the heat processing apparatus which concerns on this invention. 保持部の全体外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole external appearance of a holding | maintenance part. 保持部を上面から見た平面図である。It is the top view which looked at the holding | maintenance part from the upper surface. 保持部を側方から見た側面図である。It is the side view which looked at the holding | maintenance part from the side. 保持部の連結部の近傍を拡大した図である。It is the figure which expanded the vicinity of the connection part of a holding | maintenance part. 連結部の平面図である。It is a top view of a connection part. 移載機構の平面図である。It is a top view of a transfer mechanism. 移載機構の側面図である。It is a side view of a transfer mechanism. 複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of a some halogen lamp. 図1の熱処理装置における半導体ウェハーの処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the semiconductor wafer in the heat processing apparatus of FIG.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る熱処理装置1の構成を示す縦断面図である。本実施形態の熱処理装置1は、基板としてφ300mmの円板形状の半導体ウェハーWに対してフラッシュ光照射を行うことによってその半導体ウェハーWを加熱するフラッシュランプアニール装置である。熱処理装置1に搬入される前の半導体ウェハーWには不純物が注入されており、熱処理装置1による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行される。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a heat treatment apparatus 1 according to the present invention. The heat treatment apparatus 1 of this embodiment is a flash lamp annealing apparatus that heats a semiconductor wafer W by irradiating flash light onto a disk-shaped semiconductor wafer W having a diameter of 300 mm as a substrate. Impurities are implanted into the semiconductor wafer W before being carried into the heat treatment apparatus 1, and an activation process of the impurities implanted by the heat treatment by the heat treatment apparatus 1 is executed.

熱処理装置1は、半導体ウェハーWを収容するチャンバー6と、複数のフラッシュランプFLを内蔵するフラッシュ加熱部5と、複数のハロゲンランプHLを内蔵するハロゲン加熱部4と、シャッター機構2と、を備える。チャンバー6の上側にフラッシュ加熱部5が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部4が設けられている。また、熱処理装置1は、チャンバー6の内部に、半導体ウェハーWを水平姿勢に保持する保持部7と、保持部7と装置外部との間で半導体ウェハーWの受け渡しを行う移載機構10と、を備える。さらに、熱処理装置1は、シャッター機構2、ハロゲン加熱部4、フラッシュ加熱部5およびチャンバー6に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーWの熱処理を実行させる制御部3を備える。   The heat treatment apparatus 1 includes a chamber 6 that accommodates a semiconductor wafer W, a flash heating unit 5 that houses a plurality of flash lamps FL, a halogen heating unit 4 that houses a plurality of halogen lamps HL, and a shutter mechanism 2. . A flash heating unit 5 is provided on the upper side of the chamber 6, and a halogen heating unit 4 is provided on the lower side. The heat treatment apparatus 1 includes a holding unit 7 that holds the semiconductor wafer W in a horizontal posture inside the chamber 6, and a transfer mechanism 10 that transfers the semiconductor wafer W between the holding unit 7 and the outside of the apparatus, Is provided. Further, the heat treatment apparatus 1 includes a control unit 3 that controls the operation mechanisms provided in the shutter mechanism 2, the halogen heating unit 4, the flash heating unit 5, and the chamber 6 to perform the heat treatment of the semiconductor wafer W.

チャンバー6は、筒状のチャンバー側部61の上下に石英製のチャンバー窓を装着して構成されている。チャンバー側部61は上下が開口された概略筒形状を有しており、上側開口には上側チャンバー窓63が装着されて閉塞され、下側開口には下側チャンバー窓64が装着されて閉塞されている。チャンバー6の天井部を構成する上側チャンバー窓63は、石英により形成された円板形状部材であり、フラッシュ加熱部5から出射されたフラッシュ光をチャンバー6内に透過する石英窓として機能する。また、チャンバー6の床部を構成する下側チャンバー窓64も、石英により形成された円板形状部材であり、ハロゲン加熱部4からの光をチャンバー6内に透過する石英窓として機能する。   The chamber 6 is configured by mounting quartz chamber windows above and below a cylindrical chamber side portion 61. The chamber side portion 61 has a substantially cylindrical shape with upper and lower openings. The upper opening is closed by an upper chamber window 63 and the lower opening is closed by a lower chamber window 64. ing. The upper chamber window 63 constituting the ceiling of the chamber 6 is a disk-shaped member made of quartz and functions as a quartz window that transmits the flash light emitted from the flash heating unit 5 into the chamber 6. The lower chamber window 64 constituting the floor portion of the chamber 6 is also a disk-shaped member made of quartz and functions as a quartz window that transmits light from the halogen heating unit 4 into the chamber 6.

また、チャンバー側部61の内側の壁面の上部には反射リング68が装着され、下部には反射リング69が装着されている。反射リング68,69は、ともに円環状に形成されている。上側の反射リング68は、チャンバー側部61の上側から嵌め込むことによって装着される。一方、下側の反射リング69は、チャンバー側部61の下側から嵌め込んで図示省略のビスで留めることによって装着される。すなわち、反射リング68,69は、ともに着脱自在にチャンバー側部61に装着されるものである。チャンバー6の内側空間、すなわち上側チャンバー窓63、下側チャンバー窓64、チャンバー側部61および反射リング68,69によって囲まれる空間が熱処理空間65として規定される。   A reflection ring 68 is attached to the upper part of the inner wall surface of the chamber side part 61, and a reflection ring 69 is attached to the lower part. The reflection rings 68 and 69 are both formed in an annular shape. The upper reflecting ring 68 is attached by fitting from above the chamber side portion 61. On the other hand, the lower reflection ring 69 is mounted by being fitted from the lower side of the chamber side portion 61 and fastened with a screw (not shown). That is, the reflection rings 68 and 69 are both detachably attached to the chamber side portion 61. An inner space of the chamber 6, that is, a space surrounded by the upper chamber window 63, the lower chamber window 64, the chamber side portion 61, and the reflection rings 68 and 69 is defined as a heat treatment space 65.

チャンバー側部61に反射リング68,69が装着されることによって、チャンバー6の内壁面に凹部62が形成される。すなわち、チャンバー側部61の内壁面のうち反射リング68,69が装着されていない中央部分と、反射リング68の下端面と、反射リング69の上端面とで囲まれた凹部62が形成される。凹部62は、チャンバー6の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウェハーWを保持する保持部7を囲繞する。   By attaching the reflection rings 68 and 69 to the chamber side portion 61, a recess 62 is formed on the inner wall surface of the chamber 6. That is, a recess 62 surrounded by a central portion of the inner wall surface of the chamber side portion 61 where the reflection rings 68 and 69 are not mounted, a lower end surface of the reflection ring 68, and an upper end surface of the reflection ring 69 is formed. . The recess 62 is formed in an annular shape along the horizontal direction on the inner wall surface of the chamber 6, and surrounds the holding portion 7 that holds the semiconductor wafer W.

チャンバー側部61および反射リング68,69は、強度と耐熱性に優れた金属材料(例えば、ステンレススチール)にて形成されている。また、反射リング68,69の内周面は電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。   The chamber side portion 61 and the reflection rings 68 and 69 are formed of a metal material (for example, stainless steel) having excellent strength and heat resistance. Further, the inner peripheral surfaces of the reflection rings 68 and 69 are mirrored by electrolytic nickel plating.

また、チャンバー側部61には、チャンバー6に対して半導体ウェハーWの搬入および搬出を行うための搬送開口部(炉口)66が形設されている。搬送開口部66は、ゲートバルブ185によって開閉可能とされている。搬送開口部66は凹部62の外周面に連通接続されている。このため、ゲートバルブ185が搬送開口部66を開放しているときには、搬送開口部66から凹部62を通過して熱処理空間65への半導体ウェハーWの搬入および熱処理空間65からの半導体ウェハーWの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ185が搬送開口部66を閉鎖するとチャンバー6内の熱処理空間65が密閉空間とされる。   The chamber side 61 is formed with a transfer opening (furnace port) 66 for carrying the semiconductor wafer W into and out of the chamber 6. The transfer opening 66 can be opened and closed by a gate valve 185. The transport opening 66 is connected to the outer peripheral surface of the recess 62. Therefore, when the gate valve 185 opens the transfer opening 66, the semiconductor wafer W is carried into the heat treatment space 65 through the recess 62 from the transfer opening 66 and the semiconductor wafer W is carried out from the heat treatment space 65. It can be performed. Further, when the gate valve 185 closes the transfer opening 66, the heat treatment space 65 in the chamber 6 becomes a sealed space.

また、チャンバー6の内壁上部には熱処理空間65に処理ガス(本実施形態では窒素ガス(N2))を供給するガス供給孔81が形設されている。ガス供給孔81は、凹部62よりも上側位置に形設されており、反射リング68に設けられていても良い。ガス供給孔81はチャンバー6の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間82を介してガス供給管83に連通接続されている。ガス供給管83は窒素ガス供給源85に接続されている。また、ガス供給管83の経路途中にはバルブ84が介挿されている。バルブ84が開放されると、窒素ガス供給源85から緩衝空間82に窒素ガスが送給される。緩衝空間82に流入した窒素ガスは、ガス供給孔81よりも流体抵抗の小さい緩衝空間82内を拡がるように流れてガス供給孔81から熱処理空間65内へと供給される。 Further, a gas supply hole 81 for supplying a processing gas (nitrogen gas (N 2 ) in the present embodiment) to the heat treatment space 65 is formed in the upper portion of the inner wall of the chamber 6. The gas supply hole 81 is formed at a position above the recess 62 and may be provided in the reflection ring 68. The gas supply hole 81 is connected to a gas supply pipe 83 through a buffer space 82 formed in an annular shape inside the side wall of the chamber 6. The gas supply pipe 83 is connected to a nitrogen gas supply source 85. A valve 84 is inserted in the middle of the path of the gas supply pipe 83. When the valve 84 is opened, nitrogen gas is supplied from the nitrogen gas supply source 85 to the buffer space 82. The nitrogen gas flowing into the buffer space 82 flows so as to expand in the buffer space 82 having a smaller fluid resistance than the gas supply hole 81 and is supplied from the gas supply hole 81 into the heat treatment space 65.

一方、チャンバー6の内壁下部には熱処理空間65内の気体を排気するガス排気孔86が形設されている。ガス排気孔86は、凹部62よりも下側位置に形設されており、反射リング69に設けられていても良い。ガス排気孔86はチャンバー6の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間87を介してガス排気管88に連通接続されている。ガス排気管88は排気部190に接続されている。また、ガス排気管88の経路途中にはバルブ89が介挿されている。バルブ89が開放されると、熱処理空間65の気体がガス排気孔86から緩衝空間87を経てガス排気管88へと排出される。なお、ガス供給孔81およびガス排気孔86は、チャンバー6の周方向に沿って複数設けられていても良いし、スリット状のものであっても良い。また、窒素ガス供給源85および排気部190は、熱処理装置1に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置1が設置される工場のユーティリティであっても良い。   On the other hand, a gas exhaust hole 86 for exhausting the gas in the heat treatment space 65 is formed in the lower portion of the inner wall of the chamber 6. The gas exhaust hole 86 is formed at a position lower than the recess 62 and may be provided in the reflection ring 69. The gas exhaust hole 86 is connected to a gas exhaust pipe 88 through a buffer space 87 formed in an annular shape inside the side wall of the chamber 6. The gas exhaust pipe 88 is connected to the exhaust unit 190. A valve 89 is inserted in the middle of the path of the gas exhaust pipe 88. When the valve 89 is opened, the gas in the heat treatment space 65 is discharged from the gas exhaust hole 86 to the gas exhaust pipe 88 through the buffer space 87. A plurality of gas supply holes 81 and gas exhaust holes 86 may be provided along the circumferential direction of the chamber 6 or may be slit-shaped. Further, the nitrogen gas supply source 85 and the exhaust unit 190 may be a mechanism provided in the heat treatment apparatus 1 or may be a utility of a factory where the heat treatment apparatus 1 is installed.

また、搬送開口部66の先端にも熱処理空間65内の気体を排出するガス排気管191が接続されている。ガス排気管191はバルブ192を介して排気部190に接続されている。バルブ192を開放することによって、搬送開口部66を介してチャンバー6内の気体が排気される。   A gas exhaust pipe 191 that exhausts the gas in the heat treatment space 65 is also connected to the tip of the transfer opening 66. The gas exhaust pipe 191 is connected to the exhaust unit 190 via a valve 192. By opening the valve 192, the gas in the chamber 6 is exhausted through the transfer opening 66.

図2は、保持部7の全体外観を示す斜視図である。また、図3は保持部7を上面から見た平面図であり、図4は保持部7を側方から見た側面図である。保持部7は、基台リング71、連結部72およびサセプター74を備えて構成される。基台リング71、連結部72およびサセプター74はいずれも石英にて形成されている。すなわち、保持部7の全体が石英にて形成されている。   FIG. 2 is a perspective view showing the overall appearance of the holding unit 7. FIG. 3 is a plan view of the holding unit 7 as viewed from above, and FIG. 4 is a side view of the holding unit 7 as viewed from the side. The holding part 7 includes a base ring 71, a connecting part 72, and a susceptor 74. The base ring 71, the connecting portion 72, and the susceptor 74 are all made of quartz. That is, the whole holding part 7 is made of quartz.

基台リング71は円環形状の石英部材である。基台リング71は凹部62の底面に載置されることによって、チャンバー6の壁面に支持されることとなる(図1参照)。円環形状を有する基台リング71の上面に、その周方向に沿って複数の連結部72(本実施形態では4個)が立設される。連結部72も石英の部材であり、溶接によって基台リング71に固着される。   The base ring 71 is an annular quartz member. The base ring 71 is supported on the wall surface of the chamber 6 by being placed on the bottom surface of the recess 62 (see FIG. 1). On the upper surface of the base ring 71 having an annular shape, a plurality of connecting portions 72 (four in this embodiment) are erected along the circumferential direction. The connecting portion 72 is also a quartz member, and is fixed to the base ring 71 by welding.

平板状のサセプター74は基台リング71に設けられた4個の連結部72によって支持される。サセプター74は石英にて形成された略円形の平板状部材である。サセプター74の直径は半導体ウェハーWの直径よりも大きい。すなわち、サセプター74は、半導体ウェハーWよりも大きな平面サイズを有する。サセプター74の上面には複数個(本実施形態では5個)のガイドピン76が立設されている。5個のガイドピン76はサセプター74の外周円と同心円の周上に沿って設けられている。5個のガイドピン76を配置した円の径は半導体ウェハーWの径よりも若干大きい。各ガイドピン76も石英にて形成されている。ガイドピン76は、サセプター74と一体に石英のインゴットから加工するようにしても良いし、別途に加工したものをサセプター74に溶接等によって取り付けるようにしても良い。   The flat susceptor 74 is supported by four connecting portions 72 provided on the base ring 71. The susceptor 74 is a substantially circular flat plate member made of quartz. The diameter of the susceptor 74 is larger than the diameter of the semiconductor wafer W. That is, the susceptor 74 has a larger planar size than the semiconductor wafer W. On the upper surface of the susceptor 74, a plurality (five in this embodiment) of guide pins 76 are erected. The five guide pins 76 are provided along a circumference that is concentric with the outer circumference of the susceptor 74. The diameter of the circle in which the five guide pins 76 are arranged is slightly larger than the diameter of the semiconductor wafer W. Each guide pin 76 is also formed of quartz. The guide pin 76 may be processed from a quartz ingot integrally with the susceptor 74, or a separately processed one may be attached to the susceptor 74 by welding or the like.

基台リング71に立設された4個の連結部72とサセプター74の周縁部の下面とが溶接によって固着される。すなわち、サセプター74と基台リング71とは連結部72によって固定的に連結されており、保持部7は石英の一体成形部材となる。このような保持部7の基台リング71がチャンバー6の壁面に支持されることによって、保持部7がチャンバー6に装着される。保持部7がチャンバー6に装着された状態においては、略円板形状のサセプター74は水平姿勢(法線が鉛直方向と一致する姿勢)となる。チャンバー6に搬入された半導体ウェハーWは、チャンバー6に装着された保持部7のサセプター74の上に水平姿勢にて載置されて保持される。半導体ウェハーWは、5個のガイドピン76によって形成される円の内側に載置されることにより、水平方向の位置ずれが防止される。なお、ガイドピン76の個数は5個に限定されるものではなく、半導体ウェハーWの位置ずれを防止できる数であれば良い。   The four connecting portions 72 erected on the base ring 71 and the lower surface of the peripheral portion of the susceptor 74 are fixed by welding. That is, the susceptor 74 and the base ring 71 are fixedly connected by the connecting portion 72, and the holding portion 7 is an integrally formed member of quartz. When the base ring 71 of the holding unit 7 is supported on the wall surface of the chamber 6, the holding unit 7 is attached to the chamber 6. In a state in which the holding unit 7 is mounted on the chamber 6, the substantially disc-shaped susceptor 74 is in a horizontal posture (a posture in which the normal line matches the vertical direction). The semiconductor wafer W carried into the chamber 6 is placed and held in a horizontal posture on the susceptor 74 of the holding unit 7 attached to the chamber 6. The semiconductor wafer W is placed inside a circle formed by the five guide pins 76, thereby preventing a horizontal displacement. Note that the number of guide pins 76 is not limited to five, and may be any number that can prevent misalignment of the semiconductor wafer W.

また、図2および図3に示すように、サセプター74には、上下に貫通して開口部78および切り欠き部77が形成されている。切り欠き部77は、熱電対を使用した接触式温度計130のプローブ先端部を通すために設けられている。一方、開口部78は、放射温度計120がサセプター74に保持された半導体ウェハーWの下面から放射される放射光(赤外光)を受光するために設けられている。さらに、サセプター74には、後述する移載機構10のリフトピン12が半導体ウェハーWの受け渡しのために貫通する4個の貫通孔79が穿設されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the susceptor 74 has an opening 78 and a notch 77 penetrating vertically. The notch 77 is provided to pass the probe tip of the contact thermometer 130 using a thermocouple. On the other hand, the opening 78 is provided to receive radiation light (infrared light) emitted from the lower surface of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74 by the radiation thermometer 120. Further, the susceptor 74 is provided with four through holes 79 through which lift pins 12 of the transfer mechanism 10 to be described later penetrate for the delivery of the semiconductor wafer W.

図5は、保持部7の連結部72の近傍を拡大した図である。また、図6は、連結部72の平面図である。なお、図5,6には、4個の連結部72のうちの1つを示しているが、いずれの連結部72についても同様である。水平姿勢のサセプター74の中心と周縁部とを結ぶ直線(つまり、サセプター74の径)を含む鉛直面にて切断した連結部72の断面は、図5に示すように、L字形状である。連結部72は、そのL字形状の先端部72aにてサセプター74の周縁部と溶接されて固着されるとともに、そのL字形状の基端部72bにて基台リング71と溶接されて固着される。このため、基台リング71と連結部72とが摺動により位置ずれすることはなく、サセプター74と連結部72とが互いに摺動することもない。   FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of the connecting portion 72 of the holding portion 7. FIG. 6 is a plan view of the connecting portion 72. 5 and 6 show one of the four connecting portions 72, the same applies to any of the connecting portions 72. As shown in FIG. 5, the cross section of the connecting portion 72 cut along a vertical plane including a straight line (that is, the diameter of the susceptor 74) connecting the center and the peripheral edge of the susceptor 74 in a horizontal posture is L-shaped. The connecting portion 72 is welded and fixed to the peripheral portion of the susceptor 74 at the L-shaped tip portion 72a, and is welded and fixed to the base ring 71 at the L-shaped base end portion 72b. The For this reason, the base ring 71 and the connecting portion 72 are not displaced by sliding, and the susceptor 74 and the connecting portion 72 do not slide relative to each other.

連結部72の最も薄い部分の厚さt(肉厚)は、3mm以上35mm以下とされており、本実施形態では8mmである。また、連結部72の上記鉛直面と垂直な方向(サセプター74の周方向)に沿った幅dは、3mm以上40mm以下とされており、本実施形態では18mmである。   The thickness t (wall thickness) of the thinnest part of the connecting portion 72 is 3 mm or more and 35 mm or less, and is 8 mm in this embodiment. The width d of the connecting portion 72 along the direction perpendicular to the vertical surface (the circumferential direction of the susceptor 74) is 3 mm or more and 40 mm or less, and is 18 mm in this embodiment.

上述したように、本実施形態においては、基台リング71、連結部72およびサセプター74のいずれもが石英にて形成されている。すなわち、連結部72は、サセプター74および基台リング71と同じ材料にて形成されている。石英は、熱伝導率が比較的低く、熱伝導を抑制する断熱材料でもある。   As described above, in the present embodiment, all of the base ring 71, the connecting portion 72, and the susceptor 74 are made of quartz. That is, the connecting portion 72 is formed of the same material as the susceptor 74 and the base ring 71. Quartz is a heat insulating material that has a relatively low thermal conductivity and suppresses thermal conduction.

保持部7の下方には移載機構10が設けられている。図7は、移載機構10の平面図である。また、図8は、移載機構10の側面図である。移載機構10は、2本の移載アーム11を備える。移載アーム11は、概ね円環状の凹部62に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム11には2本のリフトピン12が立設されている。各移載アーム11は水平移動機構13によって回動可能とされている。水平移動機構13は、一対の移載アーム11を保持部7に対して半導体ウェハーWの移載を行う移載動作位置(図7の実線位置)と保持部7に保持された半導体ウェハーWと平面視で重ならない退避位置(図7の二点鎖線位置)との間で水平移動させる。水平移動機構13としては、個別のモータによって各移載アーム11をそれぞれ回動させるものであっても良いし、リンク機構を用いて1個のモータによって一対の移載アーム11を連動させて回動させるものであっても良い。   A transfer mechanism 10 is provided below the holding unit 7. FIG. 7 is a plan view of the transfer mechanism 10. FIG. 8 is a side view of the transfer mechanism 10. The transfer mechanism 10 includes two transfer arms 11. The transfer arm 11 has an arc shape that follows the generally annular recess 62. Two lift pins 12 are erected on each transfer arm 11. Each transfer arm 11 can be rotated by a horizontal movement mechanism 13. The horizontal moving mechanism 13 includes a transfer operation position (solid line position in FIG. 7) for transferring the pair of transfer arms 11 to the holding unit 7 and the semiconductor wafer W held by the holding unit 7. It is moved horizontally between the retracted positions (two-dot chain line positions in FIG. 7) that do not overlap in plan view. As the horizontal movement mechanism 13, each transfer arm 11 may be rotated by an individual motor, or a pair of transfer arms 11 may be interlocked by a single motor using a link mechanism. It may be moved.

また、一対の移載アーム11は、昇降機構14によって水平移動機構13とともに昇降移動される。昇降機構14が一対の移載アーム11を移載動作位置にて上昇させると、計4本のリフトピン12がサセプター74に穿設された貫通孔79(図2,3参照)を通過し、リフトピン12の上端がサセプター74の上面から突き出る。一方、昇降機構14が一対の移載アーム11を移載動作位置にて下降させてリフトピン12を貫通孔79から抜き取り、水平移動機構13が一対の移載アーム11を開くように移動させると各移載アーム11が退避位置に移動する。一対の移載アーム11の退避位置は、保持部7の基台リング71の直上である。基台リング71は凹部62の底面に載置されているため、移載アーム11の退避位置は凹部62の内側となる。なお、移載機構10の駆動部(水平移動機構13および昇降機構14)が設けられている部位の近傍にも図示省略の排気機構が設けられており、移載機構10の駆動部周辺の雰囲気がチャンバー6の外部に排出されるように構成されている。   The pair of transfer arms 11 are moved up and down together with the horizontal moving mechanism 13 by the lifting mechanism 14. When the elevating mechanism 14 raises the pair of transfer arms 11 at the transfer operation position, a total of four lift pins 12 pass through through holes 79 (see FIGS. 2 and 3) formed in the susceptor 74, and the lift pins The upper end of 12 protrudes from the upper surface of the susceptor 74. On the other hand, when the elevating mechanism 14 lowers the pair of transfer arms 11 at the transfer operation position, the lift pins 12 are extracted from the through holes 79, and the horizontal movement mechanism 13 moves the pair of transfer arms 11 so as to open each of them. The transfer arm 11 moves to the retracted position. The retracted position of the pair of transfer arms 11 is directly above the base ring 71 of the holding unit 7. Since the base ring 71 is placed on the bottom surface of the recess 62, the retracted position of the transfer arm 11 is inside the recess 62. Note that an exhaust mechanism (not shown) is also provided in the vicinity of a portion where the drive unit (the horizontal movement mechanism 13 and the lifting mechanism 14) of the transfer mechanism 10 is provided, and the atmosphere around the drive unit of the transfer mechanism 10 is provided. Is discharged to the outside of the chamber 6.

図1に戻り、チャンバー6の上方に設けられたフラッシュ加熱部5は、筐体51の内側に、複数本(本実施形態では30本)のキセノンフラッシュランプFLからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ52と、を備えて構成される。また、フラッシュ加熱部5の筐体51の底部にはランプ光放射窓53が装着されている。フラッシュ加熱部5の床部を構成するランプ光放射窓53は、石英により形成された板状の石英窓である。フラッシュ加熱部5がチャンバー6の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓53が上側チャンバー窓63と相対向することとなる。フラッシュランプFLはチャンバー6の上方からランプ光放射窓53および上側チャンバー窓63を介して熱処理空間65にフラッシュ光を照射する。   Returning to FIG. 1, the flash heating unit 5 provided above the chamber 6 includes a light source including a plurality of (30 in the present embodiment) xenon flash lamps FL inside the housing 51, and an upper part of the light source. And a reflector 52 provided so as to cover. A lamp light emission window 53 is mounted on the bottom of the casing 51 of the flash heating unit 5. The lamp light emission window 53 constituting the floor of the flash heating unit 5 is a plate-like quartz window made of quartz. By installing the flash heating unit 5 above the chamber 6, the lamp light emission window 53 faces the upper chamber window 63. The flash lamp FL irradiates the heat treatment space 65 with flash light from above the chamber 6 through the lamp light emission window 53 and the upper chamber window 63.

複数のフラッシュランプFLは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向がサセプター74に保持される半導体ウェハーWの主面に沿って(つまり水平方向に沿って)互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプFLの配列によって形成される平面も水平面である。   Each of the plurality of flash lamps FL is a rod-like lamp having a long cylindrical shape, and the longitudinal direction of each of the flash lamps FL is along the main surface of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74 (that is, along the horizontal direction). They are arranged in a plane so as to be parallel. Therefore, the plane formed by the arrangement of the flash lamps FL is also a horizontal plane.

キセノンフラッシュランプFLは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設された棒状のガラス管(放電管)と、該ガラス管の外周面上に付設されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプFLにおいては、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが0.1ミリセカンドないし10ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、ハロゲンランプHLの如き連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。   The xenon flash lamp FL has a rod-shaped glass tube (discharge tube) in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode connected to a capacitor at both ends thereof, and an outer peripheral surface of the glass tube. And a triggered electrode. Since xenon gas is an electrical insulator, electricity does not flow into the glass tube under normal conditions even if electric charges are accumulated in the capacitor. However, when the insulation is broken by applying a high voltage to the trigger electrode, the electricity stored in the capacitor flows instantaneously in the glass tube, and light is emitted by excitation of atoms or molecules of xenon at that time. In such a xenon flash lamp FL, the electrostatic energy previously stored in the capacitor is converted into an extremely short light pulse of 0.1 to 10 milliseconds, so that the continuous lighting such as the halogen lamp HL is possible. It has the characteristic that it can irradiate extremely strong light compared with a light source.

また、リフレクタ52は、複数のフラッシュランプFLの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ52の基本的な機能は、複数のフラッシュランプFLから出射されたフラッシュ光を熱処理空間65の側に反射するというものである。リフレクタ52はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面(フラッシュランプFLに臨む側の面)はブラスト処理により粗面化加工が施されて梨地模様を呈する。   In addition, the reflector 52 is provided above the plurality of flash lamps FL so as to cover all of them. The basic function of the reflector 52 is to reflect the flash light emitted from the plurality of flash lamps FL toward the heat treatment space 65. The reflector 52 is formed of an aluminum alloy plate, and the surface (the surface facing the flash lamp FL) is roughened by blasting to exhibit a satin pattern.

チャンバー6の下方に設けられたハロゲン加熱部4の内部には複数本(本実施形態では40本)のハロゲンランプHLが内蔵されている。複数のハロゲンランプHLはチャンバー6の下方から下側チャンバー窓64を介して熱処理空間65への光照射を行う。図9は、複数のハロゲンランプHLの配置を示す平面図である。本実施形態では、上下2段に各20本ずつのハロゲンランプHLが配設されている。各ハロゲンランプHLは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに20本のハロゲンランプHLは、それぞれの長手方向が保持部7に保持される半導体ウェハーWの主面に沿って(つまり水平方向に沿って)互いに平行となるように配列されている。よって、上段、下段ともにハロゲンランプHLの配列によって形成される平面は水平面である。   A plurality of halogen lamps HL (40 in this embodiment) are built in the halogen heating unit 4 provided below the chamber 6. The plurality of halogen lamps HL irradiate the heat treatment space 65 from below the chamber 6 through the lower chamber window 64. FIG. 9 is a plan view showing the arrangement of a plurality of halogen lamps HL. In the present embodiment, 20 halogen lamps HL are arranged in two upper and lower stages. Each halogen lamp HL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape. The 20 halogen lamps HL in both the upper and lower stages are arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 (that is, along the horizontal direction). Yes. Therefore, the plane formed by the arrangement of the halogen lamps HL in both the upper stage and the lower stage is a horizontal plane.

また、図9に示すように、上段、下段ともにサセプター74に保持される半導体ウェハーWの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプHLの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも端部側の方がハロゲンランプHLの配設ピッチが短い。このため、ハロゲン加熱部4からの光照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーWの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。   Further, as shown in FIG. 9, the arrangement density of the halogen lamps HL in the region facing the peripheral portion is higher than the region facing the central portion of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74 in both the upper and lower steps. . That is, in both the upper and lower stages, the arrangement pitch of the halogen lamps HL is shorter on the end side than on the center part of the lamp array. For this reason, it is possible to irradiate a larger amount of light to the peripheral portion of the semiconductor wafer W where the temperature is likely to decrease during heating by light irradiation from the halogen heating unit 4.

また、上段のハロゲンランプHLからなるランプ群と下段のハロゲンランプHLからなるランプ群とが格子状に交差するように配列されている。すなわち、上段の各ハロゲンランプHLの長手方向と下段の各ハロゲンランプHLの長手方向とが直交するように計40本のハロゲンランプHLが配設されている。   Further, the lamp group composed of the upper halogen lamp HL and the lamp group composed of the lower halogen lamp HL are arranged so as to intersect in a lattice pattern. That is, a total of 40 halogen lamps HL are arranged so that the longitudinal direction of the upper halogen lamps HL and the longitudinal direction of the lower halogen lamps HL are orthogonal to each other.

ハロゲンランプHLは、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素(ヨウ素、臭素等)を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプHLは、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特性を有する。また、ハロゲンランプHLは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプHLを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーWへの放射効率が優れたものとなる。   The halogen lamp HL is a filament-type light source that emits light by making the filament incandescent by energizing the filament disposed inside the glass tube. Inside the glass tube, a gas obtained by introducing a trace amount of a halogen element (iodine, bromine, etc.) into an inert gas such as nitrogen or argon is enclosed. By introducing a halogen element, it is possible to set the filament temperature to a high temperature while suppressing breakage of the filament. Therefore, the halogen lamp HL has a characteristic that it has a longer life than a normal incandescent bulb and can continuously radiate strong light. Further, since the halogen lamp HL is a rod-shaped lamp, it has a long life, and by arranging the halogen lamp HL along the horizontal direction, the radiation efficiency to the upper semiconductor wafer W becomes excellent.

また、図1に示すように、熱処理装置1は、ハロゲン加熱部4およびチャンバー6の側方にシャッター機構2を備える。シャッター機構2は、シャッター板21およびスライド駆動機構22を備える。シャッター板21は、ハロゲン光に対して不透明な板であり、例えばチタン(Ti)にて形成されている。スライド駆動機構22は、シャッター板21を水平方向に沿ってスライド移動させ、ハロゲン加熱部4と保持部7との間の遮光位置にシャッター板21を挿脱する。スライド駆動機構22がシャッター板21を前進させると、チャンバー6とハロゲン加熱部4との間の遮光位置(図1の二点鎖線位置)にシャッター板21が挿入され、下側チャンバー窓64と複数のハロゲンランプHLとが遮断される。これによって、複数のハロゲンランプHLから熱処理空間65の保持部7へと向かう光は遮光される。逆に、スライド駆動機構22がシャッター板21を後退させると、チャンバー6とハロゲン加熱部4との間の遮光位置からシャッター板21が退出して下側チャンバー窓64の下方が開放される。   As shown in FIG. 1, the heat treatment apparatus 1 includes a shutter mechanism 2 on the side of the halogen heating unit 4 and the chamber 6. The shutter mechanism 2 includes a shutter plate 21 and a slide drive mechanism 22. The shutter plate 21 is a plate that is opaque to the halogen light, and is formed of, for example, titanium (Ti). The slide drive mechanism 22 slides the shutter plate 21 along the horizontal direction, and inserts and removes the shutter plate 21 to and from the light shielding position between the halogen heating unit 4 and the holding unit 7. When the slide drive mechanism 22 advances the shutter plate 21, the shutter plate 21 is inserted into the light shielding position (the two-dot chain line position in FIG. 1) between the chamber 6 and the halogen heating unit 4, and the lower chamber window 64 and the plurality of lower chamber windows 64. The halogen lamp HL is cut off. Accordingly, light traveling from the plurality of halogen lamps HL toward the holding portion 7 of the heat treatment space 65 is shielded. Conversely, when the slide drive mechanism 22 retracts the shutter plate 21, the shutter plate 21 retracts from the light shielding position between the chamber 6 and the halogen heating unit 4 and the lower portion of the lower chamber window 64 is opened.

また、制御部3は、熱処理装置1に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。制御部3のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部3は、各種演算処理を行うCPU、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるROM、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるRAMおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えて構成される。制御部3のCPUが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置1における処理が進行する。   Further, the control unit 3 controls the various operation mechanisms provided in the heat treatment apparatus 1. The configuration of the control unit 3 as hardware is the same as that of a general computer. That is, the control unit 3 stores a CPU that performs various arithmetic processes, a ROM that is a read-only memory that stores basic programs, a RAM that is a readable and writable memory that stores various information, control software, data, and the like. It is configured with a magnetic disk. The processing in the heat treatment apparatus 1 proceeds as the CPU of the control unit 3 executes a predetermined processing program.

上記の構成以外にも熱処理装置1は、半導体ウェハーWの熱処理時にハロゲンランプHLおよびフラッシュランプFLから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部4、フラッシュ加熱部5およびチャンバー6の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー6の壁体には水冷管(図示省略)が設けられている。また、ハロゲン加熱部4およびフラッシュ加熱部5は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓63とランプ光放射窓53との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部5および上側チャンバー窓63を冷却する。   In addition to the above configuration, the heat treatment apparatus 1 prevents an excessive temperature rise in the halogen heating unit 4, the flash heating unit 5, and the chamber 6 due to thermal energy generated from the halogen lamp HL and the flash lamp FL during the heat treatment of the semiconductor wafer W. Therefore, various cooling structures are provided. For example, the wall of the chamber 6 is provided with a water-cooled tube (not shown). Further, the halogen heating unit 4 and the flash heating unit 5 have an air cooling structure in which a gas flow is formed inside to exhaust heat. Air is also supplied to the gap between the upper chamber window 63 and the lamp light emission window 53 to cool the flash heating unit 5 and the upper chamber window 63.

次に、熱処理装置1における半導体ウェハーWの処理手順について説明する。ここで処理対象となる半導体ウェハーWはイオン注入法により不純物(イオン)が添加された半導体基板である。その添加された不純物の活性化が熱処理装置1によるフラッシュ光照射加熱処理(アニール)により実行される。図10は、熱処理装置1における半導体ウェハーWの処理手順を示すフローチャートである。以下に示す半導体ウェハーWの処理手順は、制御部3が熱処理装置1の各動作機構を制御することによって進行する。   Next, a processing procedure for the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1 will be described. The semiconductor wafer W to be processed here is a semiconductor substrate to which impurities (ions) are added by an ion implantation method. Activation of the added impurity is performed by flash light irradiation heat treatment (annealing) by the heat treatment apparatus 1. FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure for the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1. The processing procedure of the semiconductor wafer W shown below proceeds by the control unit 3 controlling each operation mechanism of the heat treatment apparatus 1.

まず、給気のためのバルブ84が開放されるとともに、排気用のバルブ89,192が開放されてチャンバー6内に対する給排気が開始される(ステップS1)。バルブ84が開放されると、ガス供給孔81から熱処理空間65に窒素ガスが供給される。また、バルブ89が開放されると、ガス排気孔86からチャンバー6内の気体が排気される。これにより、チャンバー6内の熱処理空間65の上部から供給された窒素ガスが下方へと流れ、熱処理空間65の下部から排気される。   First, the air supply valve 84 is opened, and the exhaust valves 89 and 192 are opened to start supply / exhaust to the chamber 6 (step S1). When the valve 84 is opened, nitrogen gas is supplied from the gas supply hole 81 to the heat treatment space 65. When the valve 89 is opened, the gas in the chamber 6 is exhausted from the gas exhaust hole 86. Thereby, the nitrogen gas supplied from the upper part of the heat treatment space 65 in the chamber 6 flows downward and is exhausted from the lower part of the heat treatment space 65.

また、バルブ192が開放されることによって、搬送開口部66からもチャンバー6内の気体が排気される。さらに、図示省略の排気機構によって移載機構10の駆動部周辺の雰囲気も排気される。なお、熱処理装置1における半導体ウェハーWの熱処理時には窒素ガスが熱処理空間65に継続的に供給されており、その供給量は図10の処理ステップに応じて適宜変更される。   Further, when the valve 192 is opened, the gas in the chamber 6 is also exhausted from the transfer opening 66. Further, the atmosphere around the drive unit of the transfer mechanism 10 is also exhausted by an exhaust mechanism (not shown). Note that nitrogen gas is continuously supplied to the heat treatment space 65 during the heat treatment of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1, and the supply amount is appropriately changed according to the processing steps of FIG. 10.

続いて、ゲートバルブ185が開いて搬送開口部66が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部66を介してイオン注入後の半導体ウェハーWがチャンバー6内の熱処理空間65に搬入される(ステップS2)。搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーWは保持部7の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構10の一対の移載アーム11が退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン12が貫通孔79を通ってサセプター74の上面から突き出て半導体ウェハーWを受け取る。なお、保持部7は、基台リング71がチャンバー6の壁面に支持されることによって、サセプター74が水平姿勢となるように予めチャンバー6に装着されている。   Subsequently, the gate valve 185 is opened to open the transfer opening 66, and the semiconductor wafer W after the ion implantation is transferred into the heat treatment space 65 in the chamber 6 through the transfer opening 66 by a transfer robot outside the apparatus ( Step S2). The semiconductor wafer W carried in by the carrying robot advances to a position directly above the holding unit 7 and stops. Then, when the pair of transfer arms 11 of the transfer mechanism 10 moves horizontally from the retracted position to the transfer operation position and rises, the lift pins 12 protrude from the upper surface of the susceptor 74 through the through holes 79 and the semiconductor wafer W. Receive. Note that the holding unit 7 is mounted in the chamber 6 in advance so that the susceptor 74 is in a horizontal posture by supporting the base ring 71 on the wall surface of the chamber 6.

半導体ウェハーWがリフトピン12に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間65から退出し、ゲートバルブ185によって搬送開口部66が閉鎖される。そして、一対の移載アーム11が下降することにより、半導体ウェハーWは移載機構10から保持部7のサセプター74に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。半導体ウェハーWは、イオン注入がなされた表面を上面としてサセプター74に保持される。また、半導体ウェハーWは、サセプター74の上面にて5個のガイドピン76の内側に保持される。サセプター74の下方にまで下降した一対の移載アーム11は水平移動機構13によって退避位置、すなわち凹部62の内側に退避する。   After the semiconductor wafer W is placed on the lift pins 12, the transfer robot leaves the heat treatment space 65 and the transfer opening 66 is closed by the gate valve 185. When the pair of transfer arms 11 are lowered, the semiconductor wafer W is transferred from the transfer mechanism 10 to the susceptor 74 of the holding unit 7 and held from below in a horizontal posture. The semiconductor wafer W is held by the susceptor 74 with the ion-implanted surface as the upper surface. The semiconductor wafer W is held inside the five guide pins 76 on the upper surface of the susceptor 74. The pair of transfer arms 11 lowered to below the susceptor 74 is retracted to the retracted position, that is, inside the recess 62 by the horizontal movement mechanism 13.

半導体ウェハーWが石英のサセプター74によって水平姿勢にて下方より保持された後、40本のハロゲンランプHLが一斉に点灯して予備加熱(アシスト加熱)が開始される(ステップS3)。ハロゲンランプHLから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓64およびサセプター74を透過して半導体ウェハーWの裏面から照射される。ハロゲンランプHLからの光照射を受けることによって半導体ウェハーWが予備加熱されて温度が上昇する。また、ハロゲンランプHLから出射された光のうち特に赤外領域の光の一部は石英製の下側チャンバー窓64およびサセプター74によって吸収されるため、これらも若干温度上昇する。なお、移載機構10の移載アーム11はサセプター74に保持された半導体ウェハーWと平面視で重ならない凹部62の内側に退避しているため、ハロゲンランプHLから半導体ウェハーWに照射された光が移載アーム11によって遮られることはない。   After the semiconductor wafer W is held by the quartz susceptor 74 in a horizontal position from below, the 40 halogen lamps HL are turned on all at once and preheating (assist heating) is started (step S3). The halogen light emitted from the halogen lamp HL passes through the lower chamber window 64 and the susceptor 74 made of quartz and is irradiated from the back surface of the semiconductor wafer W. By receiving light from the halogen lamp HL, the semiconductor wafer W is preheated and the temperature rises. Further, among the light emitted from the halogen lamp HL, a part of the light in the infrared region in particular is absorbed by the lower chamber window 64 and the susceptor 74 made of quartz, so that these also slightly increase in temperature. Since the transfer arm 11 of the transfer mechanism 10 is retracted inside the recess 62 that does not overlap the semiconductor wafer W held by the susceptor 74 in plan view, the light irradiated to the semiconductor wafer W from the halogen lamp HL. Is not blocked by the transfer arm 11.

予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーWの端縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、ハロゲン加熱部4におけるハロゲンランプHLの配設密度は、半導体ウェハーWの中央部に対向する領域よりも端縁部に対向する領域の方が高くなっている。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーWの端縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーWの面内温度分布をより均一なものとすることができる。   In the preheating stage, the temperature of the edge portion of the semiconductor wafer W that is more likely to radiate heat tends to be lower than that in the central portion. However, the arrangement density of the halogen lamps HL in the halogen heating portion 4 is The region facing the edge portion is higher than the region facing the central portion. For this reason, the light quantity irradiated to the edge part of the semiconductor wafer W which is easy to generate heat increases, and the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W in the preheating stage can be made more uniform.

さらに、チャンバー側部61に装着された反射リング69の内周面は鏡面とされているため、この反射リング69の内周面によって半導体ウェハーWの端縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーWの面内温度分布をより均一なものとすることができる。   Furthermore, since the inner peripheral surface of the reflection ring 69 attached to the chamber side portion 61 is a mirror surface, the amount of light reflected toward the edge of the semiconductor wafer W by the inner peripheral surface of the reflection ring 69 increases. The in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W in the preheating stage can be made more uniform.

また、予備加熱段階にハロゲンランプHLが点灯しているときにも、チャンバー6の壁面はほとんど温度上昇しない。よって、チャンバー6の壁面に支持されている保持部7の基台リング71も概ね常温のままである。常温の基台リング71とサセプター74との間で生じる熱伝導が良好であると、ハロゲンランプHLからの光照射によって昇温された半導体ウェハーWから直ちに保持部7を介してチャンバー6に熱伝導が生じ、予備加熱が阻害される。このため、断熱材料である石英にて形成された連結部72によってサセプター74と基台リング71とを連結している。その結果、半導体ウェハーWから保持部7を介してのチャンバー6への熱伝導が抑制され、チャンバー6の壁面の温度にかかわらず、半導体ウェハーWを所定の予備加熱温度T1にまで円滑に昇温することができる。   Further, the temperature of the wall surface of the chamber 6 hardly increases even when the halogen lamp HL is lit during the preheating stage. Therefore, the base ring 71 of the holding part 7 supported by the wall surface of the chamber 6 is also generally at room temperature. If the heat conduction generated between the base ring 71 and the susceptor 74 at normal temperature is good, the heat conduction from the semiconductor wafer W heated by light irradiation from the halogen lamp HL to the chamber 6 immediately through the holding unit 7. And preheating is inhibited. For this reason, the susceptor 74 and the base ring 71 are connected by a connecting portion 72 formed of quartz which is a heat insulating material. As a result, heat conduction from the semiconductor wafer W to the chamber 6 through the holding unit 7 is suppressed, and the temperature of the semiconductor wafer W is smoothly raised to a predetermined preheating temperature T1 regardless of the temperature of the wall surface of the chamber 6. can do.

ハロゲンランプHLによる予備加熱を行うときには、半導体ウェハーWの温度が接触式温度計130によって測定されている。すなわち、熱電対を内蔵する接触式温度計130がサセプター74に保持された半導体ウェハーWの下面に切り欠き部77を介して接触して昇温中のウェハー温度を測定する。測定された半導体ウェハーWの温度は制御部3に伝達される。制御部3は、ハロゲンランプHLからの光照射によって昇温する半導体ウェハーWの温度が所定の予備加熱温度T1に到達したか否かを監視する(ステップS4)。なお、ハロゲンランプHLからの光照射によって半導体ウェハーWを昇温するときには、放射温度計120による温度測定は行わない。これは、ハロゲンランプHLから照射されるハロゲン光が放射温度計120に外乱光として入射し、正確な温度測定ができないためである。   When preheating with the halogen lamp HL is performed, the temperature of the semiconductor wafer W is measured by the contact thermometer 130. That is, a contact thermometer 130 incorporating a thermocouple contacts the lower surface of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74 through the notch 77 to measure the temperature of the wafer being heated. The measured temperature of the semiconductor wafer W is transmitted to the control unit 3. The control unit 3 monitors whether or not the temperature of the semiconductor wafer W that is heated by light irradiation from the halogen lamp HL has reached a predetermined preheating temperature T1 (step S4). Note that when the temperature of the semiconductor wafer W is increased by light irradiation from the halogen lamp HL, temperature measurement by the radiation thermometer 120 is not performed. This is because the halogen light irradiated from the halogen lamp HL enters the radiation thermometer 120 as disturbance light, and accurate temperature measurement cannot be performed.

本実施の形態においては、予備加熱温度T1は半導体ウェハーWに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、200℃ないし800℃程度、好ましくは350℃ないし600℃程度とされる(本実施の形態では600℃)。そして、半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1に到達したことが検知されたら直ちにステップS5に進んでフラッシュ加熱部5のフラッシュランプFLから半導体ウェハーWへ向けてフラッシュ光が照射される。このとき、フラッシュランプFLから放射されるフラッシュ光の一部は直接に熱処理空間65内へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ52により反射されてから熱処理空間65内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーWのフラッシュ加熱が行われる。フラッシュ加熱は、フラッシュランプFLからのフラッシュ光照射により行われるため、半導体ウェハーWの表面温度を短時間で上昇することができる。   In the present embodiment, the preheating temperature T1 is set to about 200 ° C. to 800 ° C., preferably about 350 ° C. to 600 ° C., in which impurities added to the semiconductor wafer W are not likely to diffuse due to heat (this embodiment). In the form of 600 ° C.). When it is detected that the temperature of the semiconductor wafer W has reached the preheating temperature T1, the process immediately proceeds to step S5, and flash light is irradiated from the flash lamp FL of the flash heating unit 5 toward the semiconductor wafer W. At this time, a part of the flash light emitted from the flash lamp FL goes directly into the heat treatment space 65, and the other part is once reflected by the reflector 52 and then goes into the heat treatment space 65. Flash heating of the semiconductor wafer W is performed by light irradiation. Since flash heating is performed by flash light irradiation from the flash lamp FL, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be increased in a short time.

すなわち、フラッシュ加熱部5のフラッシュランプFLから照射されるフラッシュ光は、予め蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が0.1ミリ秒ないし10ミリ秒程度の極めて短く強い閃光である。そして、フラッシュランプFLからの閃光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウェハーWの表面温度は、瞬間的に1000℃以上の処理温度T2まで上昇し、半導体ウェハーWに添加された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。このように、熱処理装置1では、半導体ウェハーWの表面温度を極めて短時間で昇降することができるため、半導体ウェハーWに添加された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、添加不純物の活性化に必要な時間はその熱拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、0.1ミリ秒ないし10ミリ秒程度の拡散が生じない短時間であっても活性化は完了する。また、フラッシュ加熱時およびその後の所定時間はハロゲンランプHLからの光照射も継続して行われている。   That is, the flash light irradiated from the flash lamp FL of the flash heating unit 5 has an irradiation time of about 0.1 to 10 milliseconds, in which the electrostatic energy stored in advance is converted into an extremely short light pulse. It is a very short and strong flash. Then, the surface temperature of the semiconductor wafer W flash-heated by flash light irradiation from the flash lamp FL instantaneously rises to a processing temperature T2 of 1000 ° C. or higher, and the impurities added to the semiconductor wafer W are activated. The surface temperature drops rapidly. As described above, in the heat treatment apparatus 1, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be raised and lowered in a very short time, so that the impurities are activated while suppressing diffusion of impurities added to the semiconductor wafer W due to heat. Can do. In addition, since the time required for activation of the added impurity is extremely short compared with the time required for the thermal diffusion, the activation is performed even for a short time in which diffusion of about 0.1 to 10 milliseconds does not occur. Is completed. Also, light irradiation from the halogen lamp HL is continuously performed during flash heating and for a predetermined time thereafter.

本実施形態の熱処理装置1は、ハロゲンランプHLによって半導体ウェハーWを予備加熱温度T1(600℃)にまで予備加熱してからフラッシュランプFLからの閃光照射によってフラッシュ加熱を行っている。半導体ウェハーWの温度が600℃以上になると添加された不純物の熱拡散が生じる可能性があるが、ハロゲンランプHLは比較的急速に半導体ウェハーWを600℃まで昇温することができるため、添加不純物の拡散を最小限に抑制することができる。また、半導体ウェハーWを予備加熱温度T1にまで昇温してからフラッシュランプFLからのフラッシュ光照射を行うことにより、半導体ウェハーWの表面温度を処理温度T2まで速やかに上昇させることができる。   In the heat treatment apparatus 1 of this embodiment, the semiconductor wafer W is preheated to the preheating temperature T1 (600 ° C.) by the halogen lamp HL, and then flash heating is performed by flash irradiation from the flash lamp FL. When the temperature of the semiconductor wafer W reaches 600 ° C. or higher, thermal diffusion of the added impurities may occur, but the halogen lamp HL can raise the temperature of the semiconductor wafer W to 600 ° C. relatively quickly. Impurity diffusion can be minimized. Further, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be quickly raised to the processing temperature T2 by performing the flash light irradiation from the flash lamp FL after the temperature of the semiconductor wafer W is raised to the preheating temperature T1.

フラッシュ加熱が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプHLが消灯し、半導体ウェハーWの降温が開始される(ステップS6)。また、ハロゲンランプHLが消灯するのと同時に、シャッター機構2がシャッター板21をハロゲン加熱部4とチャンバー6との間の遮光位置に挿入する(ステップS7)。ハロゲンランプHLが消灯しても、すぐにフィラメントや管壁の温度が低下するものではなく、暫時高温のフィラメントおよび管壁から輻射熱が放射され続け、これが半導体ウェハーWの降温を妨げる。シャッター板21が挿入されることによって、消灯直後のハロゲンランプHLから熱処理空間65に放射される輻射熱が遮断されることとなり、半導体ウェハーWの降温速度を高めることができる。   After the flash heating is completed, the halogen lamp HL is turned off after a predetermined time has elapsed, and the temperature of the semiconductor wafer W is started to be lowered (step S6). At the same time that the halogen lamp HL is extinguished, the shutter mechanism 2 inserts the shutter plate 21 into the light shielding position between the halogen heating unit 4 and the chamber 6 (step S7). Even if the halogen lamp HL is turned off, the temperature of the filament and the tube wall does not decrease immediately, but radiation heat continues to be radiated from the filament and tube wall that are hot for a while, which prevents the temperature of the semiconductor wafer W from falling. By inserting the shutter plate 21, the radiant heat radiated from the halogen lamp HL immediately after the light is turned off to the heat treatment space 65 is cut off, and the temperature drop rate of the semiconductor wafer W can be increased.

また、シャッター板21が遮光位置に挿入された時点で放射温度計120による温度測定を開始する。すなわち、保持部7に保持された半導体ウェハーWの下面からサセプター74の開口部78を介して放射された赤外光の強度を放射温度計120が測定して降温中の半導体ウェハーWの温度を測定する。測定された半導体ウェハーWの温度は制御部3に伝達される。   Further, temperature measurement by the radiation thermometer 120 is started when the shutter plate 21 is inserted into the light shielding position. That is, the radiation thermometer 120 measures the intensity of infrared light radiated from the lower surface of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 through the opening 78 of the susceptor 74 to determine the temperature of the semiconductor wafer W during the temperature drop. taking measurement. The measured temperature of the semiconductor wafer W is transmitted to the control unit 3.

消灯直後の高温のハロゲンランプHLからは多少の放射光が放射され続けるのであるが、放射温度計120はシャッター板21が遮光位置に挿入されているときに半導体ウェハーWの温度測定を行うため、ハロゲンランプHLからチャンバー6内の熱処理空間65へと向かう放射光は遮光される。従って、放射温度計120は外乱光の影響を受けることなく、サセプター74に保持された半導体ウェハーWの温度を正確に測定することができる。   Although some radiation is continuously emitted from the high-temperature halogen lamp HL immediately after turning off, the radiation thermometer 120 measures the temperature of the semiconductor wafer W when the shutter plate 21 is inserted in the light shielding position. Radiant light traveling from the halogen lamp HL toward the heat treatment space 65 in the chamber 6 is shielded. Therefore, the radiation thermometer 120 can accurately measure the temperature of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74 without being affected by ambient light.

制御部3は、放射温度計によって測定される半導体ウェハーWの温度が所定温度まで降温したか否かを監視する。そして、半導体ウェハーWの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構10の一対の移載アーム11が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン12がサセプター74の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーWをサセプター74から受け取る。続いて、ゲートバルブ185により閉鎖されていた搬送開口部66が開放され、リフトピン12上に載置された半導体ウェハーWが装置外部の搬送ロボットにより搬出され(ステップS8)、熱処理装置1における半導体ウェハーWのフラッシュ加熱処理が完了する。   The controller 3 monitors whether or not the temperature of the semiconductor wafer W measured by the radiation thermometer has dropped to a predetermined temperature. Then, after the temperature of the semiconductor wafer W is lowered to a predetermined temperature or lower, the pair of transfer arms 11 of the transfer mechanism 10 is moved horizontally from the retracted position to the transfer operation position again and lifted, whereby the lift pins 12 are moved to the susceptor. The semiconductor wafer W protruding from the upper surface of 74 and subjected to the heat treatment is received from the susceptor 74. Subsequently, the transfer opening 66 closed by the gate valve 185 is opened, and the semiconductor wafer W placed on the lift pins 12 is unloaded by the transfer robot outside the apparatus (step S8), and the semiconductor wafer in the heat treatment apparatus 1 is transferred. The W flash heat treatment is completed.

ところで、上記の熱処理工程において、フラッシュランプFLからのフラッシュ光照射により加熱される半導体ウェハーWの表面温度は瞬間的に1000℃以上の処理温度T2まで上昇する一方、その瞬間の裏面温度は予備加熱温度T1からさほどには上昇しない。このため、ウェハー表面側のみに急激な熱膨張が生じ、半導体ウェハーWに上面を凸面とするように反ろうとする応力が作用する。次に瞬間には、半導体ウェハーWの表面温度が急速に下降する一方、表面から裏面への熱伝導により裏面温度も若干上昇するため、半導体ウェハーWには上記とは逆向きに反ろうとする応力が作用する。また、半導体ウェハーWの表面近傍の雰囲気にも急激な熱膨張が生じ、そこからも半導体ウェハーWおよびサセプター74に応力が作用する。その結果、フラッシュ光照射直後に半導体ウェハーWおよびサセプター74が激しく振動しようとする。   By the way, in the above heat treatment step, the surface temperature of the semiconductor wafer W heated by the flash light irradiation from the flash lamp FL instantaneously rises to the processing temperature T2 of 1000 ° C. or more, while the back surface temperature at that moment is preheating. It does not increase so much from the temperature T1. For this reason, rapid thermal expansion occurs only on the wafer surface side, and stress that warps the semiconductor wafer W so that the upper surface is convex is applied. Next, at the moment, the surface temperature of the semiconductor wafer W rapidly decreases, but the back surface temperature also slightly increases due to heat conduction from the front surface to the back surface, so that the semiconductor wafer W has a stress that tends to warp in the opposite direction. Works. Further, rapid thermal expansion occurs in the atmosphere near the surface of the semiconductor wafer W, and stress acts on the semiconductor wafer W and the susceptor 74 from there. As a result, the semiconductor wafer W and the susceptor 74 try to vibrate vigorously immediately after the flash light irradiation.

本実施形態においては、断面がL字形状の石英の連結部72によってサセプター74の周縁部と基台リング71とを連結している。石英自体は硬質の材料であって弾性材料としての機能は有していないが、連結部72の断面形状をL字形状とし、その両端部にサセプター74の周縁部および基台リング71を固着することにより、石英の連結部72に制振機能を付与することができる。すなわち、断面L字形状の石英の連結部72によってサセプター74およびそれに保持された半導体ウェハーWに急激に作用する応力を緩和することができ、フラッシュ光照射直後の半導体ウェハーWおよびサセプター74の振動を抑制することができる。   In this embodiment, the peripheral portion of the susceptor 74 and the base ring 71 are connected by a connecting portion 72 of quartz having an L-shaped cross section. Although quartz itself is a hard material and does not have a function as an elastic material, the cross-sectional shape of the connecting portion 72 is L-shaped, and the peripheral portion of the susceptor 74 and the base ring 71 are fixed to both ends thereof. Thus, a vibration damping function can be imparted to the quartz connecting portion 72. That is, the stress acting on the susceptor 74 and the semiconductor wafer W held on the susceptor 74 and the semiconductor wafer W held by the quartz connecting portion 72 having an L-shaped cross section can be relieved, and the vibration of the semiconductor wafer W and the susceptor 74 immediately after flash light irradiation Can be suppressed.

石英の連結部72に適切な制振機能を付与するために、連結部72の幅dを3mm以上40mm以下とするとともに、最も薄い部分の厚さtを3mm以上35mm以下としている。連結部72の幅dが3mm未満であると、連結部72が脆弱となってフラッシュ光照射時に半導体ウェハーWおよびサセプター74に作用する衝撃によって破損するおそれがある。一方、連結部72の幅dが40mmを超えると、連結部72の剛性が高くなりすぎて制振機能が低下し、フラッシュ光照射直後の半導体ウェハーWおよびサセプター74の振動を十分に抑制できなくなる。   In order to give an appropriate vibration damping function to the quartz connecting portion 72, the width d of the connecting portion 72 is set to 3 mm to 40 mm, and the thickness t of the thinnest portion is set to 3 mm to 35 mm. If the width d of the connecting portion 72 is less than 3 mm, the connecting portion 72 becomes brittle and may be damaged by an impact acting on the semiconductor wafer W and the susceptor 74 when irradiated with flash light. On the other hand, if the width d of the connecting portion 72 exceeds 40 mm, the rigidity of the connecting portion 72 becomes too high and the vibration damping function is lowered, and the vibration of the semiconductor wafer W and the susceptor 74 immediately after the flash light irradiation cannot be sufficiently suppressed. .

また、連結部72の最も薄い部分の厚さtが3mm未満であると、上記と同様に連結部72が脆弱となってフラッシュ光照射時に破損するおそれがある。一方、この厚さtが35mmを超えると、上記と同様に連結部72の剛性が高くなりすぎて制振機能が低下し、フラッシュ光照射直後の半導体ウェハーWおよびサセプター74の振動を十分に抑制できなくなる。このような理由によって、連結部72の幅dを3mm以上40mm以下とするとともに、最も薄い部分の厚さtを3mm以上35mm以下としている。   Further, if the thickness t of the thinnest portion of the connecting portion 72 is less than 3 mm, the connecting portion 72 becomes fragile as described above, and there is a possibility that the connecting portion 72 may be damaged during flash light irradiation. On the other hand, if the thickness t exceeds 35 mm, the rigidity of the connecting portion 72 becomes too high as described above, and the damping function is lowered, and the vibration of the semiconductor wafer W and the susceptor 74 immediately after the flash light irradiation is sufficiently suppressed. become unable. For this reason, the width d of the connecting portion 72 is 3 mm or more and 40 mm or less, and the thickness t of the thinnest part is 3 mm or more and 35 mm or less.

また、石英は断熱材料でもあり、その石英にて形成された連結部72によってサセプター74の周縁部と基台リング71とを連結している。このため、チャンバー6の壁面と半導体ウェハーWとの間に生じる熱伝導を抑制することができ、チャンバー6の壁面の温度にかかわらず、半導体ウェハーWを一定温度に昇温することができる。その結果、複数の半導体ウェハーWを連続して処理する場合であっても、それらの間での温度履歴を均一にすることができる。   Quartz is also a heat insulating material, and the peripheral portion of the susceptor 74 and the base ring 71 are connected by a connecting portion 72 formed of the quartz. For this reason, heat conduction generated between the wall surface of the chamber 6 and the semiconductor wafer W can be suppressed, and the temperature of the semiconductor wafer W can be raised to a constant temperature regardless of the temperature of the wall surface of the chamber 6. As a result, even when processing a plurality of semiconductor wafers W continuously, the temperature history between them can be made uniform.

さらに、本実施形態においては、連結部72がサセプター74および基台リング71と同じ材料(石英)にて形成されているため、それらの間に温度差が生じにくい。また、連結部72、サセプター74および基台リング71の熱膨張係数は同じになるため、半導体ウェハーWの昇温時および降温時に温度変化に起因した破損が生じにくい。   Furthermore, in this embodiment, since the connection part 72 is formed with the same material (quartz) as the susceptor 74 and the base ring 71, a temperature difference is not easily generated between them. In addition, since the thermal expansion coefficients of the connecting portion 72, the susceptor 74, and the base ring 71 are the same, the semiconductor wafer W is less likely to be damaged due to temperature changes when the semiconductor wafer W is heated and lowered.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、サセプター74と基台リング71とを4個の連結部72によって連結していたが、連結部72の個数は4個に限定されるものではなく、サセプター74を安定して支持することができる個数(例えば、3個または5個)であれば良い。   While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the susceptor 74 and the base ring 71 are connected by the four connecting portions 72, but the number of the connecting portions 72 is not limited to four, and the susceptor 74 is stabilized. As long as the number can be supported (for example, three or five).

また、連結部72の材質も石英に限定されるものではなく、他の材質を用いるようにしても良い。連結部72の材質としては、チャンバー6の壁面と半導体ウェハーWとの間に生じる熱伝導を抑制するために、熱伝導率が30W・m-1・K-1以下の断熱材料を用いるのが好ましい。このような断熱材料としては、石英の他に、炭化ケイ素(SiC)または窒化ケイ素(SiN)を用いることができる。連結部72を石英以外の材質にて形成した場合には、保持部7に温度差が生じるのを防ぐために、サセプター74および基台リング71も連結部72と同じ材質にて形成するのが好ましい。 Further, the material of the connecting portion 72 is not limited to quartz, and other materials may be used. As a material of the connecting portion 72, in order to suppress heat conduction generated between the wall surface of the chamber 6 and the semiconductor wafer W, a heat insulating material having a thermal conductivity of 30 W · m −1 · K −1 or less is used. preferable. As such a heat insulating material, in addition to quartz, silicon carbide (SiC) or silicon nitride (SiN) can be used. When the connecting portion 72 is formed of a material other than quartz, it is preferable that the susceptor 74 and the base ring 71 are also formed of the same material as the connecting portion 72 in order to prevent a temperature difference from occurring in the holding portion 7. .

また、上記実施形態においては、連結部72とサセプター74および基台リング71とを溶接によって固着していたが、基台リング71、連結部72およびサセプター74を備える保持部7の全体を石英のインゴットから加工して一体成形するようにしても良い。すなわち、連結部72のL字形状の先端部にてサセプター74の周縁部と固着されるとともに、当該L字形状の基端部にて基台リング71と固着される形態であれば良い。   In the above embodiment, the connecting portion 72, the susceptor 74, and the base ring 71 are fixed by welding. However, the entire holding portion 7 including the base ring 71, the connecting portion 72, and the susceptor 74 is made of quartz. You may make it process from an ingot and integrally form. In other words, any shape may be used as long as it is fixed to the peripheral portion of the susceptor 74 at the L-shaped distal end portion of the connecting portion 72 and to the base ring 71 at the L-shaped proximal end portion.

また、サセプター74の上面に5個のガイドピン76よりも内側に支持ピンを立設し、その支持ピンによって半導体ウェハーWを下方より支持するようにしても良い。   Further, a support pin may be erected on the upper surface of the susceptor 74 inside the five guide pins 76, and the semiconductor wafer W may be supported from below by the support pins.

また、上記実施形態においては、基台リング71を円環形状としていたが、必ずしも完全な円環形状でなくても良い。すなわち、基台リング71の形状は、円環形状から一部が欠落した円弧状であっても良い。もっとも、上記実施形態のように基台リング71を完全な円環形状の石英部材とした方が、連結部72およびサセプター74を安定して支持することができ、フラッシュ光照射直後の半導体ウェハーWおよびサセプター74の振動抑制にはより効果的である。   Moreover, in the said embodiment, although the base ring 71 was made into the annular shape, it does not necessarily need to be a perfect annular shape. That is, the shape of the base ring 71 may be an arc shape in which a part is omitted from the annular shape. However, when the base ring 71 is a completely circular quartz member as in the above embodiment, the connecting portion 72 and the susceptor 74 can be stably supported, and the semiconductor wafer W immediately after flash light irradiation is obtained. It is more effective for suppressing the vibration of the susceptor 74.

また、上記各実施形態においては、フラッシュ加熱部5に30本のフラッシュランプFLを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプFLの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプFLはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲン加熱部4に備えるハロゲンランプHLの本数も40本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。   In each of the above embodiments, the flash heating unit 5 is provided with 30 flash lamps FL. However, the present invention is not limited to this, and the number of flash lamps FL may be an arbitrary number. it can. The flash lamp FL is not limited to a xenon flash lamp, and may be a krypton flash lamp. Further, the number of halogen lamps HL provided in the halogen heating unit 4 is not limited to 40, and may be an arbitrary number.

また、本発明に係る熱処理装置によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。また、本発明に係る技術は、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化に適用するようにしても良い。   The substrate to be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and may be a glass substrate or a solar cell substrate used for a flat panel display such as a liquid crystal display device. Further, the technique according to the present invention may be applied to bonding of metal and silicon or crystallization of polysilicon.

1 熱処理装置
2 シャッター機構
3 制御部
4 ハロゲン加熱部
5 フラッシュ加熱部
6 チャンバー
7 保持部
10 移載機構
21 シャッター板
22 スライド駆動機構
61 チャンバー側部
62 凹部
63 上側チャンバー窓
64 下側チャンバー窓
65 熱処理空間
71 基台リング
72 連結部
72a 先端部
72b 基端部
74 サセプター
FL フラッシュランプ
HL ハロゲンランプ
W 半導体ウェハー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat processing apparatus 2 Shutter mechanism 3 Control part 4 Halogen heating part 5 Flash heating part 6 Chamber 7 Holding part 10 Transfer mechanism 21 Shutter plate 22 Slide drive mechanism 61 Chamber side part 62 Recessed part 63 Upper chamber window 64 Lower chamber window 65 Heat treatment Space 71 Base ring 72 Connecting portion 72a Tip portion 72b Base end portion 74 Susceptor FL Flash lamp HL Halogen lamp W Semiconductor wafer

Claims (6)

基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を載置して保持する平板状のサセプターと、
前記チャンバーの壁面に支持された基台と、
前記サセプターの周縁部と前記基台とを連結する複数の連結部材と、
前記サセプターに保持された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
前記サセプターに保持された基板を光照射によって予備加熱する光照射手段と、
を備え、
水平姿勢の前記サセプターの中心と前記周縁部とを結ぶ直線を含む鉛直面にて切断した前記連結部材の断面はL字形状であり、
前記連結部材は、当該L字形状の先端部にて前記サセプターの前記周縁部と固着されるとともに、当該L字形状の基端部にて前記基台と固着されることを特徴とする熱処理装置。
A heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with flash light,
A chamber for housing the substrate;
A flat plate-shaped susceptor for mounting and holding a substrate in the chamber;
A base supported on the wall of the chamber;
A plurality of connecting members connecting the peripheral portion of the susceptor and the base;
A flash lamp that irradiates flash light onto the substrate held by the susceptor;
A light irradiation means for preheating the substrate held by the susceptor by light irradiation;
With
The cross-section of the connecting member cut at a vertical plane including a straight line connecting the center of the susceptor in a horizontal posture and the peripheral edge portion is L-shaped,
The connecting member is fixed to the peripheral portion of the susceptor at the L-shaped distal end portion and fixed to the base at the L-shaped proximal end portion. .
請求項1記載の熱処理装置において、
前記連結部材は断熱材料にて形成されることを特徴とする熱処理装置。
The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein
The heat treatment apparatus, wherein the connecting member is formed of a heat insulating material.
請求項2記載の熱処理装置において、
前記連結部材は石英にて形成されることを特徴とする熱処理装置。
The heat treatment apparatus according to claim 2,
The heat treatment apparatus, wherein the connecting member is made of quartz.
請求項2または請求項3に記載の熱処理装置において、
前記連結部材は前記サセプターおよび前記基台と同じ材料にて形成されることを特徴とする熱処理装置。
In the heat treatment apparatus according to claim 2 or claim 3,
The heat treatment apparatus, wherein the connecting member is formed of the same material as the susceptor and the base.
請求項1から請求項4のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記連結部材の前記鉛直面と垂直な方向に沿った幅は3mm以上40mm以下であり、
前記連結部材の最も薄い部分の厚さは3mm以上35mm以下であることを特徴とする熱処理装置。
In the heat processing apparatus in any one of Claims 1-4,
The width of the connecting member along the direction perpendicular to the vertical plane is 3 mm or more and 40 mm or less,
The thickness of the thinnest part of the said connection member is 3 mm or more and 35 mm or less, The heat processing apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項1から請求項5のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記基台は円環形状を有することを特徴とする熱処理装置。
In the heat processing apparatus in any one of Claims 1-5,
The heat treatment apparatus, wherein the base has an annular shape.
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