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技術 基板熱処理装置および基板温度調整方法

出願人 株式会社SCREENホールディングス
発明者 藤井定
出願日 2015年3月2日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2015-040112
公開日 2016年9月5日 (3年6ヶ月経過) 公開番号 2016-162880
状態 特許登録済
技術分野 アニール ウエハ等の容器、移送、固着、位置決め等
主要キーワード 平均到達 予備加熱段階 コイル定数 一体成形部材 収容区画 不均一領域 反射リング 内側空
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (16)

課題

基板の一部領域のみに温度分布のばらつきが生じている場合であってもその温度分布を均一にすることができる基板熱処理装置および基板温度調整方法を提供する。

解決手段

石英の載置板20には複数の収容区画25がマス目状に形設されている。載置板20はチャンバー内の半導体ウェハーチャンバー外部のハロゲンランプとの間に設置される。特段の調整を行うことなく、ハロゲンランプから光を照射して半導体ウェハーの予備加熱を行ったときに、基板温度分布にて他の領域と異なっている不均一領域が生じている場合には、その不均一領域に対向する収容区画25に凸レンズ凹レンズまたは不透明石英部材光学素子を収容する。その収容区画25に対向する半導体ウェハーの小領域に照射される光の照度を収容した光学素子によって調整し、当該小領域の温度を修正して温度分布を均一にすることができる。

概要

背景

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入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)といった不純物元素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。

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。

キセノンフラッシュランプの放射分光分布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。

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に開示の熱処理装置においては、ハロゲンランプ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。

概要

基板の一部領域のみに温度分布のばらつきが生じている場合であってもその温度分布を均一にすることができる基板熱処理装置および基板温度調整方法を提供する。石英の載置板20には複数の収容区画25がマス目状に形設されている。載置板20はチャンバー内の半導体ウェハーとチャンバー外部のハロゲンランプとの間に設置される。特段の調整を行うことなく、ハロゲンランプから光を照射して半導体ウェハーの予備加熱を行ったときに、基板温度分布にて他の領域と異なっている不均一領域が生じている場合には、その不均一領域に対向する収容区画25に凸レンズ凹レンズまたは不透明石英部材光学素子を収容する。その収容区画25に対向する半導体ウェハーの小領域に照射される光の照度を収容した光学素子によって調整し、当該小領域の温度を修正して温度分布を均一にすることができる。

目的

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の一部領域のみに温度分布のばらつきが生じている場合であってもその温度分布を均一にすることができる基板熱処理装置および基板温度調整方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

基板に光を照射することによって該基板を加熱する基板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保持する保持部と、前記チャンバーの一方側に設けられ、前記保持部に保持された基板に光を照射して予備加熱するハロゲンランプと、前記チャンバーの他方側に設けられ、前記保持部に保持されて予備加熱された基板にフラッシュ光を照射して加熱するフラッシュランプと、前記保持部と前記ハロゲンランプとの間に設けられ、前記保持部に保持された基板の主面上における前記ハロゲンランプからの光の照度を調整する照度調整部と、を備え、前記照度調整部は、複数の収容区画形設した石英の板状の載置板と、前記複数の収容区画のいずれかに収容され、前記ハロゲンランプから出射されて当該収容区画に到達する光に光学作用を与える光学素子と、を有することを特徴とする基板熱処理装置。

請求項2

請求項1記載の基板熱処理装置において、前記光学素子は、凸レンズ凹レンズまたはハロゲンランプからの光に対して不透明な不透明石英部材のいずれかであることを特徴とする基板熱処理装置。

請求項3

請求項1または請求項2に記載の基板熱処理装置において、前記保持部には円板形状の基板が保持され、前記複数の収容区画は、前記載置板の当該基板と対向する領域に当該基板の同心円に沿って配列するように設けられることを特徴とする基板熱処理装置。

請求項4

請求項1から請求項3のいずれかに記載の基板熱処理装置において、前記複数の収容区画のそれぞれは四角形であることを特徴とする基板熱処理装置。

請求項5

請求項1から請求項4のいずれかに記載の基板熱処理装置において、前記載置板は、前記チャンバーと前記ハロゲンランプとの間に設けられることを特徴とする基板熱処理装置。

請求項6

基板に光を照射することによって該基板を加熱するときの基板温度を調整する基板温度調整方法であって、チャンバー内に基板を収容して保持部に保持する保持工程と、前記保持部に保持された基板に前記チャンバーの一方側に設けられたハロゲンランプから光を照射して予備加熱する予備加熱工程と、前記保持部に保持されて予備加熱された基板に前記チャンバーの他方側に設けられたフラッシュランプからフラッシュ光を照射して加熱するフラッシュ加熱工程と、を備え、前記保持部と前記ハロゲンランプとの間に設けられた石英の板状の載置板に形設された複数の収容区画のいずれかに前記ハロゲンランプから出射されて当該収容区画に到達する光に光学作用を与える光学素子を収容して前記予備加熱工程における基板の主面上における光の照度を調整して基板温度を調整することを特徴とする基板温度調整方法。

請求項7

請求項6記載の基板温度調整方法において、前記複数の収容区画のうち前記予備加熱工程での基板温度分布にて他の領域と異なっている不均一領域に対向する対応収容区画に前記光学素子を収容することを特徴とする基板温度調整方法。

請求項8

請求項7記載の基板温度調整方法において、前記不均一領域の温度が前記他の領域よりも低い場合には、前記対応収容区画に凸レンズを収容することを特徴とする基板温度調整方法。

請求項9

請求項7または請求項8に記載の基板温度調整方法において、前記不均一領域の温度が前記他の領域よりも所定の閾値未満で高い場合には、前記対応収容区画に凹レンズを収容することを特徴とする基板温度調整方法。

請求項10

請求項9記載の基板温度調整方法において、前記不均一領域の温度が前記他の領域よりも前記所定の閾値以上に高い場合には、前記対応収容区画に不透明石英部材を収容することを特徴とする基板温度調整方法。

技術分野

0001

本発明は、半導体ウェハー等の薄板状精密電子基板(以下、単に「基板」と称する)に対して光を照射することによって該基板を加熱する基板熱処理装置およびその加熱時の基板温度を調整する基板温度調整方法に関する。

背景技術

0002

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)といった不純物元素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。

0003

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。

0004

キセノンフラッシュランプの放射分光分布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。

0005

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に開示の熱処理装置においては、ハロゲンランプ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。

先行技術

0006

特開2009−260061号公報

発明が解決しようとする課題

0007

一般に、フラッシュランプアニールの如き、不純物の活性化を行うための極短時間アニール処理では、処理中のウェハー温度リアルタイム計測することが困難であるため、処理後にシート抵抗値を測定することによって到達温度を事後的に算定することが行われている。半導体ウェハーの複数点について熱処理後にシート抵抗値を測定すれば、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーの面内温度分布を求めることができる。

0008

熱処理後のシート抵抗値の測定によって半導体ウェハーの面内温度分布にばらつきが生じていることが判明した場合、ハロゲンランプによる予備加熱の段階で温度分布が不均一であることが多い。従って、ハロゲンランプの出力を調整して予備加熱段階における半導体ウェハーの面内温度分布を均一にする必要がある。

0009

しかしながら、特許文献1に開示されるような熱処理装置においては、棒状のハロゲンランプを縦横に交差するように配置して半導体ウェハーの裏面側から予備加熱を行っている。棒状のハロゲンランプの出力を調整した場合、そのハロゲンランプの全長にわたって出力が変化することとなるため、半導体ウェハーの面内にてピンポイントで温度分布のばらつきが生じていた場合に、その一点のみの照度を調整することはできなかった。すなわち、半導体ウェハーの面内温度分布の微調整を行うことは困難であった。

0010

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の一部領域のみに温度分布のばらつきが生じている場合であってもその温度分布を均一にすることができる基板熱処理装置および基板温度調整方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0011

上記課題を解決するため、請求項1の発明は、基板に光を照射することによって該基板を加熱する基板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保持する保持部と、前記チャンバーの一方側に設けられ、前記保持部に保持された基板に光を照射して予備加熱するハロゲンランプと、前記チャンバーの他方側に設けられ、前記保持部に保持されて予備加熱された基板にフラッシュ光を照射して加熱するフラッシュランプと、前記保持部と前記ハロゲンランプとの間に設けられ、前記保持部に保持された基板の主面上における前記ハロゲンランプからの光の照度を調整する照度調整部と、を備え、前記照度調整部は、複数の収容区画形設した石英の板状の載置板と、前記複数の収容区画のいずれかに収容され、前記ハロゲンランプから出射されて当該収容区画に到達する光に光学作用を与える光学素子と、を有することを特徴とする。

0012

また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る基板熱処理装置において、前記光学素子は、凸レンズ凹レンズまたはハロゲンランプからの光に対して不透明な不透明石英部材のいずれかであることを特徴とする。

0013

また、請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明に係る基板熱処理装置において、前記保持部には円板形状の基板が保持され、前記複数の収容区画は、前記載置板の当該基板と対向する領域に当該基板の同心円に沿って配列するように設けられることを特徴とする。

0014

また、請求項4の発明は、請求項1から請求項3のいずれかの発明に係る基板熱処理装置において、前記複数の収容区画のそれぞれは四角形であることを特徴とする。

0015

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基板熱処理装置において、前記載置板は、前記チャンバーと前記ハロゲンランプとの間に設けられることを特徴とする。

0016

また、請求項6の発明は、基板に光を照射することによって該基板を加熱するときの基板温度を調整する基板温度調整方法において、チャンバー内に基板を収容して保持部に保持する保持工程と、前記保持部に保持された基板に前記チャンバーの一方側に設けられたハロゲンランプから光を照射して予備加熱する予備加熱工程と、前記保持部に保持されて予備加熱された基板に前記チャンバーの他方側に設けられたフラッシュランプからフラッシュ光を照射して加熱するフラッシュ加熱工程と、を備え、前記保持部と前記ハロゲンランプとの間に設けられた石英の板状の載置板に形設された複数の収容区画のいずれかに前記ハロゲンランプから出射されて当該収容区画に到達する光に光学作用を与える光学素子を収容して前記予備加熱工程における基板の主面上における光の照度を調整して基板温度を調整することを特徴とする。

0017

また、請求項7の発明は、請求項6の発明に係る基板温度調整方法において、前記複数の収容区画のうち前記予備加熱工程での基板温度分布にて他の領域と異なっている不均一領域に対向する対応収容区画に前記光学素子を収容することを特徴とする。

0018

また、請求項8の発明は、請求項7の発明に係る基板温度調整方法において、前記不均一領域の温度が前記他の領域よりも低い場合には、前記対応収容区画に凸レンズを収容することを特徴とする。

0019

また、請求項9の発明は、請求項7または請求項8の発明に係る基板温度調整方法において、前記不均一領域の温度が前記他の領域よりも所定の閾値未満で高い場合には、前記対応収容区画に凹レンズを収容することを特徴とする。

0020

また、請求項10の発明は、請求項9の発明に係る基板温度調整方法において、前記不均一領域の温度が前記他の領域よりも前記所定の閾値以上に高い場合には、前記対応収容区画に不透明石英部材を収容することを特徴とする。

発明の効果

0021

請求項1から請求項5の発明によれば、保持部とハロゲンランプとの間に設けられ、保持部に保持された基板の主面上におけるハロゲンランプからの光の照度を調整する照度調整部が、複数の収容区画を形設した石英の板状の載置板と、複数の収容区画のいずれかに収容され、ハロゲンランプから出射されて当該収容区画に到達する光に光学作用を与える光学素子と、を有するため、基板の一部領域のみに温度分布のばらつきが生じている場合であっても、その一部領域に対応する収容区画に光学素子を収容して一部領域のみの照度を調整すれば、基板の温度分布を均一にすることができる。

0022

請求項6から請求項10の発明によれば、保持部とハロゲンランプとの間に設けられた石英の板状の載置板に形設された複数の収容区画のいずれかにハロゲンランプから出射されて当該収容区画に到達する光に光学作用を与える光学素子を収容して予備加熱工程における基板の主面上における光の照度を調整して基板温度を調整するため、基板の一部領域のみに温度分布のばらつきが生じている場合であっても、その一部領域に対応する収容区画に光学素子を収容して一部領域のみの照度を調整すれば、基板の温度分布を均一にすることができる。

図面の簡単な説明

0023

本発明に係る基板熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
保持部の全体外観を示す斜視図である。
保持部を上面から見た平面図である。
保持部を側方から見た側面図である。
移載機構の平面図である。
移載機構の側面図である。
複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。
照度調整部の載置板を示す平面図である。
図8のA−A線から見た断面図である。
光学素子としての凸レンズを示す図である。
光学素子としての凹レンズを示す図である。
光学素子としての不透明石英部材を示す図である。
収容区画に光学素子を収容する様子を示す図である。
面内温度分布のばらつきの一例を示す図である。
第2実施形態の載置板を示す平面図である。

実施例

0024

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。

0025

<第1実施形態>
図1は、本発明に係る基板熱処理装置1の構成を示す縦断面図である。本実施形態の基板熱処理装置1は、基板として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。処理対象となる半導体ウェハーWのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ300mmやφ450mmである。基板熱処理装置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、基板熱処理装置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。なお、図1および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。

0026

基板熱処理装置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、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。ハロゲン加熱部4とチャンバー6との間には照度調整部21が設けられている。また、基板熱処理装置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、基板熱処理装置1は、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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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の内周面電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。

0031

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。

0032

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。なお、処理ガスは窒素ガスに限定されるものではなく、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)などの不活性ガス、または、酸素(O2)、水素(H2)、塩素(Cl2)、塩化水素(HCl)、オゾン(O3)、アンモニア(NH3)などの反応性ガスであっても良い。

0033

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、基板熱処理装置1に設けられた機構であっても良いし、基板熱処理装置1が設置される工場ユーティリティであっても良い。

0034

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。

0035

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。

0036

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。なお、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。

0037

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。なお、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。

0038

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。

0039

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。

0040

図5は、移載機構10の平面図である。また、図6は、移載機構10の側面図である。移載機構10は、2本の移載アーム11を備える。移載アーム11は、概ね円環状の凹部62に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム11には2本のリフトピン12が立設されている。各移載アーム11は水平移動機構13によって回動可能とされている。水平移動機構13は、一対の移載アーム11を保持部7に対して半導体ウェハーWの移載を行う移載動作位置(図5実線位置)と保持部7に保持された半導体ウェハーWと平面視で重ならない退避位置(図5二点鎖線位置)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。

0041

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。

0042

図1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。

0043

複数のフラッシュランプFLは、それぞれが長尺円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が保持部7に保持される半導体ウェハーWの主面に沿って(つまり水平方向に沿って)互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプFLの配列によって形成される平面も水平面である。

0044

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印加して絶縁破壊した場合には、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原子あるいは分子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100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。すなわち、フラッシュランプFLは、1秒未満の極めて短い時間で瞬間的に発光するパルス発光ランプである。なお、フラッシュランプFLの発光時間は、フラッシュランプFLに電力供給を行うランプ電源コイル定数によって調整することができる。

0045

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いる。

0046

チャンバー6の下方に設けられたハロゲン加熱部4は、筐体41の内側に複数本(本実施形態では40本)のハロゲンランプHLを内蔵している。ハロゲン加熱部4は、複数のハロゲンランプHLによってチャンバー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への光照射を行う光照射部である。

0047

図7は、複数のハロゲンランプHLの配置を示す平面図である。第1実施形態では、40本のハロゲンランプHLが上下2段に分けて配置されている。保持部7に近い上段に20本のハロゲンランプHLが配設されるとともに、上段よりも保持部7から遠い下段にも20本のハロゲンランプ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。

0048

また、図7に示すように、上段、下段ともに保持部7に保持される半導体ウェハーWの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプHLの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも周縁部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。

0049

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、上段に配置された20本のハロゲンランプHLの長手方向と下段に配置された20本のハロゲンランプHLの長手方向とが互いに直交するように計40本のハロゲンランプHLが配設されている。

0050

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。すなわち、ハロゲンランプHLは少なくとも1秒以上連続して発光する連続点灯ランプである。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。

0051

また、ハロゲン加熱部4の筐体41内にも、2段のハロゲンランプHLの下側にリフレクタ43が設けられている(図1)。リフレクタ43は、複数のハロゲンランプHLから出射された光を熱処理空間65の側に反射する。

0052

ハロゲン加熱部4とチャンバー6の下側チャンバー窓64との間に照度調整部21が設けられている。図1に示すように、ハロゲン加熱部4の筐体41の上端にはステージ22が設けられている。ステージ22は、ハロゲンランプHLから出射される光に対して透明な石英ガラスにて形成された平板状部材である。このステージ22の上面に照度調整部21が設置される。すなわち、照度調整部21は、複数本のハロゲンランプHLの直上に設けられている。

0053

照度調整部21は、石英の載置板およびその載置板の収容区画に収容される光学素子を有している。図8は、照度調整部21の載置板20を示す平面図である。また、図9は、図8のA−A線から見た断面図である。載置板20は、石英の板状部材である。載置板20には円形調整領域23が設けられている。円形の調整領域23の大きさは半導体ウェハーWの大きさと同程度である。載置板20は、調整領域23の中心軸が保持部7に保持された半導体ウェハーWの中心を通るようにステージ22上に設置される。

0054

載置板20の調整領域23においては、格子状に仕切壁24が設けられている。そして、仕切壁24によって仕切られた1マス区画が収容区画25である。図8,9に示すように、載置板20の調整領域23にはマス目状に複数の収容区画25が形設されている。

0055

第1実施形態においては、上方から見た(チャンバー6から見た)各収容区画25の形状は正方形である。収容区画25の正方形の一辺は例えば30mmである。また、収容区画25の深さ(仕切壁24の高さ)は数mm程度である。複数の収容区画25は、1枚の石英板から各収容区画25に相当する四角柱を削って仕切壁24を残すことにより形設しても良いし、石英板の凹部に石英の仕切壁24を形成することにより形設しても良い。

0056

載置板20の複数の収容区画25の一部に光学素子が収容される。光学素子は、ハロゲンランプHLから出射されてその収容区画25に到達する光に集光、拡散等の光学作用を与える。収容区画25に収容される光学素子としては、図10から図12に示すような3種類のものが用いられる。図10に示すのは光を集光する凸レンズ26である。図11に示すのは光を拡散する凹レンズ27である。図12に示すのは光を遮光する不透明石英部材28である。これらのうち、凸レンズ26および凹レンズ27はハロゲンランプHLから出射される光を透過する材質(例えば、石英ガラス)にて形成されている。凸レンズ26および凹レンズ27の上方から見た形状は円形である。また、不透明石英部材28は、ハロゲンランプHLから出射される光に対して不透明な材質にて形成されており、例えば石英ガラスに微細気泡を多数内包させた不透明石英にて形成されている。不透明石英部材28は、例えば四角形の板状部材である。

0057

光学素子の大きさは、その種類によらず、いずれも1つの収容区画25に収容可能な大きさである。載置板20の1つの収容区画25には1個の光学素子が収容される。図13には、一例として収容区画25に不透明石英部材28を収容する様子を示す。載置板20に形設された複数の収容区画25のうちのいずれに如何なる種類の光学素子を収容するかについてはさらに後述する。

0058

図1に戻り、制御部3は、基板熱処理装置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メモリであるROM、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるRAMおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えている。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基板熱処理装置1における処理が進行する。

0059

上記の構成以外にも基板熱処理装置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。

0060

次に、基板熱処理装置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。その不純物の活性化が基板熱処理装置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。以下に説明する基板熱処理装置1の処理手順は、制御部3が基板熱処理装置1の各動作機構を制御することにより進行する。

0061

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。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。

0062

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、基板熱処理装置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、その供給量は処理工程に応じて適宜変更される。

0063

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。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。

0064

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、パターン形成がなされて不純物が注入された表面を上面として保持部7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。

0065

半導体ウェハーWが石英にて形成された保持部7によって水平姿勢にて下方より保持された後、ハロゲン加熱部4の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。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ステージ22、載置板20、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(表面とは反対側の主面)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。なお、移載機構10の移載アーム11は凹部62の内側に退避しているため、ハロゲンランプHLによる加熱の障害となることは無い。

0066

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が保持部7に保持された半導体ウェハーWの下面にサセプター74の切り欠き部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。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℃)。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。

0067

半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1に到達して所定時間が経過した時点にてフラッシュ加熱部5のフラッシュランプFLが半導体ウェハーWの表面にフラッシュ光照射を行う。このとき、フラッシュランプFLから放射されるフラッシュ光の一部は直接にチャンバー6内へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ52により反射されてからチャンバー6内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーWのフラッシュ加熱が行われる。

0068

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(閃光)照射により行われるため、半導体ウェハーWの表面温度を短時間で上昇することができる。すなわち、フラッシュランプFLから照射されるフラッシュ光は、予めコンデンサーに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ミリセカンド以上100ミリセカンド以下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からのフラッシュ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に注入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、基板熱処理装置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に注入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、不純物の活性化に必要な時間はその熱拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、0.1ミリセカンドないし100ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であっても活性化は完了する。

0069

フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプHLが消灯する。これにより、半導体ウェハーWが予備加熱温度T1から急速に降温する。降温中の半導体ウェハーWの温度は接触式温度計130または放射温度計120によって測定され、その測定結果は制御部3に伝達される。制御部3は、測定結果より半導体ウェハー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、基板熱処理装置1における半導体ウェハーWの加熱処理が完了する。

0070

ところで、上述した予備加熱中の半導体ウェハーWには中心部分に比較して周縁部の温度が低くなりやすい傾向が認められる。このような現象が生じる原因としては、半導体ウェハーWの周縁部からの熱放射、或いは半導体ウェハーWの周縁部から比較的低温のサセプター74への熱伝導などが考えられる。

0071

このため、ハロゲン加熱部4におけるハロゲンランプHLの配設密度は、半導体ウェハーWの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなるように構成されており、半導体ウェハーWの中心部よりも周縁部に向かう光量が多くなるようにしている。また、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の内周面によっても半導体ウェハーWの周縁部に向けて反射する光量が多くなる。

0072

しかしながら、上記のようにして半導体ウェハーWの中心部よりも周縁部に照射されるハロゲン光量を多くしたとしても、なお半導体ウェハーWの面内温度分布を完全に均一にすることは困難であった。特に、チャンバー6の構造やハロゲンランプHLの照度分布等の種々の要因によって半導体ウェハーWの主面に他の領域とは局所的に温度が異なる小領域(いわゆるホットスポットコールドスポット)が生じることもあり、そのような小領域の温度を修正して温度分布を均一にすることは極めて困難であった。

0073

そこで、本発明に係る基板熱処理装置1においては、照度調整部21を設けて予備加熱時にハロゲンランプHLから半導体ウェハーWの小領域に照射される光の照度を微調整している。具体的には、載置板20の収容区画25に光学素子を収容することによって、半導体ウェハーWに照射される光の照度の微調整を行っている。以下、その手法についてさらに説明を続ける。

0074

まず、基板熱処理装置1において、載置板20の全ての収容区画25に光学素子を収容することなく、不純物注入したサンプルウェハーの熱処理を行って、その処理後のサンプルウェハーのシート抵抗値を測定する。サンプルウェハーは上記処理対象となる半導体ウェハーWと同じサイズ、材質のものであるが、パターン形成はなされておらず、不純物の注入のみ行われている。そのようなサンプルウェハーを上記と同様の処理手順にてチャンバー6内に搬入してハロゲンランプHLによる予備加熱を行ってからフラッシュランプFLによるフラッシュ加熱を行う。そして、フラッシュ加熱処理終了後にチャンバー6から搬出したサンプルウェハーのシート抵抗値を測定する。シート抵抗値の測定は、サンプルウェハーの複数箇所について行われる。

0075

不純物を注入したシリコンのウェハーにフラッシュ加熱処理を行った後にシート抵抗値を測定した場合、測定結果であるシート抵抗値が低いほど、ウェハーの表面到達温度が高く不純物活性化の程度が大きいことを示している。すなわち、測定結果であるシート抵抗値からフラッシュ加熱時におけるウェハーの表面到達温度を算定することができる。従って、サンプルウェハーの表面の複数箇所についてシート抵抗値を測定して到達温度を算定すれば、フラッシュ加熱時におけるサンプルウェハーの面内温度分布を求めることができる。

0076

一般に、フラッシュランプアニールにて面内温度分布にばらつきが認められる場合、そのばらつきはフラッシュ光照射前の予備加熱の段階で生じていることが多い。すなわち、予備加熱工程での温度分布のばらつきがそのままフラッシュ光照射時のウェハー表面の到達温度に引き継がれるのである。従って、シート抵抗値を測定した結果から、ある測定点のフラッシュ加熱時における表面到達温度が他の領域よりも高かった場合には、その測定点の予備加熱工程での温度も他の領域より高かったと推定される。逆に、別の測定点のフラッシュ加熱時における表面到達温度が他の領域よりも低かった場合には、その測定点の予備加熱工程での温度も他の領域より低かったと推定される。

0077

本発明では、そのような予備加熱工程での面内温度分布にて他の領域と異なっている不均一領域に対向する収容区画25に光学素子を収容して不均一領域に対する光の照度を調整するようにしている。図14は、面内温度分布のばらつきの一例を示す図である。図14横軸には、サンプルウェハーの面内におけるシート抵抗値の測定位置を示している。図14縦軸には、測定したシート抵抗値から算定される到達温度を示している。フラッシュ光照射による、ウェハー表面の昇温温度は表面全面にわたってほぼ均一であると考えられるため、図14に示す到達温度のばらつきはそのまま予備加熱工程での温度分布のばらつきであるとみなすことができる。

0078

図14に示すように、サンプルウェハーの面内における位置P1の到達温度TP1は平均到達温度TVよりも低い。すなわち、予備加熱工程での位置P1の温度は他の領域の温度よりも低い。このような場合には、載置板20の複数の収容区画25のうちサンプルウェハーの位置P1に対向する収容区画25に凸レンズ26を収容する。収容区画25に凸レンズ26を収容することにより、予備加熱時にハロゲンランプHLから出射されて当該収容区画25を透過する光は凸レンズ26によって半導体ウェハーWの位置P1に集光され、位置P1の照度が高くなる。その結果、予備加熱工程での半導体ウェハーの位置P1の温度が上昇して他の領域と同程度となり、面内温度分布の均一性が向上する。

0079

一方、サンプルウェハーの面内における位置P2の到達温度TP2は平均到達温度TVよりも高いが、その差は閾値THよりも小さい。すなわち、予備加熱工程での位置P1の温度は他の領域の温度よりも閾値TH未満で高い。このような場合には、載置板20の複数の収容区画25のうちサンプルウェハーの位置P2に対向する収容区画25に凹レンズ27を収容する。収容区画25に凹レンズ27を収容することにより、予備加熱時にハロゲンランプHLから出射されて当該収容区画25を透過する光は凹レンズ27によって拡散され、位置P2の照度は低くなる。その結果、予備加熱工程での半導体ウェハーの位置P2の温度が低下して他の領域と同程度となり、面内温度分布の均一性が向上する。

0080

また、サンプルウェハーの面内における位置P3の到達温度TP3は平均到達温度TVよりも高く、その差は閾値THよりも大きい。すなわち、予備加熱工程での位置P3の温度は他の領域の温度よりも閾値TH以上に高い。このような場合には、載置板20の複数の収容区画25のうちサンプルウェハーの位置P3に対向する収容区画25に不透明石英部材28を収容する。収容区画25に不透明石英部材28を収容することにより、予備加熱時にハロゲンランプHLから出射されて当該収容区画25に到達した光は不透明石英部材28によって遮光され、位置P3の照度は大幅に低くなる。その結果、予備加熱工程での半導体ウェハーの位置P3の温度が大きく低下して他の領域と同程度となり、面内温度分布の均一性が向上する。

0081

このように、第1実施形態においては、石英の載置板20に形設された複数の収容区画25のうち予備加熱工程での面内温度分布にて他の領域と異なっている不均一位置に対向する収容区画25に光学素子を収容し、予備加熱時における当該不均一位置の照度を調整して半導体ウェハーWの面内温度分布を均一にしている。ハロゲンランプHL自体は棒状ランプではあるものの、複数の収容区画25のそれぞれに対向する半導体ウェハーWの小領域ごとにハロゲンランプHLからの照度を調整して当該小領域の温度を修正することができる。従って、半導体ウェハーWの一部領域のみに温度分布のばらつきが生じている場合であっても、その一部領域のみの照度を調整して温度分布を均一にすることができる。すなわち、半導体ウェハーWの面内にピンポイントで温度分布のばらつきが生じた場合であっても、そのピンポイント部分だけの温度微調整が可能となるのである。

0082

また、フラッシュ加熱時にはフラッシュランプFLから照射時間が極めて短く強い閃光が照射されるため、照射の瞬間にはチャンバー6の全体が振動し、その振動は照度調整部21にも伝わる。第1実施形態においては、各収容区画25が仕切壁24によって仕切られており、光学素子は仕切壁24で囲まれた収容区画25に収容される。従って、フラッシュ光照射時に照度調整部21の載置板20が振動したとしても、その振動によって光学素子の位置が適正な位置からずれることは防止される。

0083

<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実施形態の基板熱処理装置の全体構成は第1実施形態と概ね同様である。また、第2実施形態のウェハー処理手順も第1実施形態と同じである。第2実施形態が第1実施形態と相違するのは、載置板20における複数の収容区画25の配列である。

0084

図15は、第2実施形態の載置板20を示す平面図である。第1実施形態では複数の収容区画25がマス目状に形設されていたが、第2実施形態においては載置板20の調整領域23に複数の収容区画25が円形に配列されている。より詳細には、保持部7に保持された半導体ウェハーWと対向する載置板20の調整領域23に当該半導体ウェハーWの同心円に沿って配列するように複数の収容区画25が形設されている。複数の収容区画25の配列を除く第2実施形態の基板熱処理装置の残余の構成は第1実施形態と全く同じである。

0085

第2実施形態においても、フラッシュ加熱処理終了後のサンプルウェハーのシート抵抗値を測定した結果に基づいて、複数の収容区画25のいずれかに光学素子を収容している。円形ウェハーのシート抵抗値の測定は、典型的には、ウェハーの外周円と同心円状に沿って複数点(例えば、8点)行われる。面内温度分布の不均一位置として検出されるのはシート抵抗値の測定点のいずれかであるため、図15に示すように複数の収容区画25が半導体ウェハーWの同心円に沿って配列されていれば、シート抵抗値の測定点の配列と整合するため好適である。

0086

<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、上記各実施形態においては、各収容区画25の形状が正方形であったが、長方形などの四角形であっても良い。さらには、各収容区画25の形状は四角形に限定されるものではなく、円形や正六角形などの形状であっても良い。

0087

また、上記各実施形態においては、ハロゲン加熱部4とチャンバー6の下側チャンバー窓64との間に照度調整部21を設ける、つまりチャンバー6の外側に照度調整部21を設けるようにしていたが、照度調整部21をチャンバー6の内部に設けるようにしても良い。具体的には、チャンバー6内の保持部7と下側チャンバー窓64との間に照度調整部21を設けるようにしても良い。すなわち、照度調整部21は、保持部7とハロゲンランプHLとの間のいずれかの位置に設けられていれば良い。もっとも、上記実施形態のように、照度調整部21がチャンバー6の外側に設けられている方が収容区画25に対する光学素子の出し入れ作業が容易である。

0088

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、上段および下段に複数する配置する形態であれば任意の数とすることができる。

0089

また、本発明に係る基板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、高誘電率ゲート絶縁膜(High-k膜)の熱処理、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコン結晶化などに適用するようにしても良い。

0090

1熱処理装置
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
20 載置板
21照度調整部
22ステージ
23調整領域
24仕切壁
25収容区画
26凸レンズ
27凹レンズ
28 不透明石英部材
65熱処理空間
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

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