図面 (/)

技術 熱処理装置および熱処理方法

出願人 株式会社SCREENホールディングス
発明者 古川雅志河原崎光布施和彦
出願日 2015年12月22日 (4年3ヶ月経過) 出願番号 2015-249367
公開日 2017年6月29日 (2年8ヶ月経過) 公開番号 2017-117862
状態 特許登録済
技術分野 放射温度計 気相成長(金属層を除く) アニール
主要キーワード 予備加熱段階 コイル定数 一体成形部材 温対象物 反射リング 内側空 フィラメント方式 緩衝空間
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年6月29日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (11)

課題

赤外光を吸収する処理ガス雰囲気中であっても正確に基板の温度を測定することができる熱処理装置および熱処理方法を提供する。

解決手段

チャンバー6内の基板Wに対してハロゲンランプHLからの光照射による予備加熱を行った後にフラッシュランプFLからフラッシュ光照射して加熱する。チャンバー6内にはアンモニア供給機構180からアンモニアが供給されてアンモニア雰囲気が形成される。加熱処理時の基板Wの温度は放射温度計によって測定される。放射温度計の測定波長域とアンモニアの吸収波長域とが重複するため、放射温度計の設定放射率を基板Wの実際の放射率よりも低く変更して設定する。基板Wから放射された放射光がアンモニア雰囲気によって吸収されたとしても、放射温度計の設定放射率も低くすれば放射温度計は正確な基板Wの温度を測定値として出力することができる。

概要

背景

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱する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、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。

このようなフラッシュランプアニールは、極短時間の加熱が必要とされる処理、例えば典型的には半導体ウェハーに注入された不純物活性化に利用される。イオン注入法によって不純物が注入された半導体ウェハーの表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射すれば、当該半導体ウェハーの表面を極短時間だけ活性化温度にまで昇温することができ、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。

フラッシュランプアニールに限らず熱処理では半導体ウェハーの温度を適切に管理することが重要である。一般には、半導体ウェハーの熱処理では非接触の放射温度計によって温度測定が行われ、例えば特許文献1には、フラッシュ光照射前のハロゲンランプによる予備加熱時に放射温度計によって半導体ウェハーの温度を測定することが開示されている。

放射温度計による温度測定では測定対象物放射率が重要である。半導体ウェハーの表面の放射率は形成されているパターン膜種によって大きく変化するものの、裏面の放射率は概ね一定であり、面内分布も均一である。このため、特許文献1に開示されるように、半導体ウェハーの裏面から放射される放射光受光して温度測定を行うのは好ましく、この場合予め知られている半導体ウェハーの裏面の放射率を放射温度計に設定しておけば良い。

概要

赤外光を吸収する処理ガス雰囲気中であっても正確に基板の温度を測定することができる熱処理装置および熱処理方法を提供する。チャンバー6内の基板Wに対してハロゲンランプHLからの光照射による予備加熱を行った後にフラッシュランプFLからフラッシュ光を照射して加熱する。チャンバー6内にはアンモニア供給機構180からアンモニアが供給されてアンモニア雰囲気が形成される。加熱処理時の基板Wの温度は放射温度計によって測定される。放射温度計の測定波長域とアンモニアの吸収波長域とが重複するため、放射温度計の設定放射率を基板Wの実際の放射率よりも低く変更して設定する。基板Wから放射された放射光がアンモニア雰囲気によって吸収されたとしても、放射温度計の設定放射率も低くすれば放射温度計は正確な基板Wの温度を測定値として出力することができる。

目的

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、赤外光を吸収する処理ガスの雰囲気中であっても正確に基板の温度を測定することができる熱処理装置および熱処理方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

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、前記チャンバーに収容された前記基板に光を照射する光照射部と、前記チャンバーに所定の処理ガスを供給して前記基板の周辺に当該処理ガスの雰囲気を形成するガス供給部と、前記基板から放射される赤外光受光して前記基板の温度を測定する放射温度計と、前記放射温度計の測定結果に基づいて前記基板が目標温度に到達するように前記光照射部の出力を制御する制御部と、前記放射温度計の測定波長域と前記処理ガスの吸収波長域とが重複する場合には、前記放射温度計の設定放射率を前記基板の実際の放射率よりも低く変更する放射率決定部と、を備えることを特徴とする熱処理装置。

請求項2

請求項1記載の熱処理装置において、前記処理ガスの濃度と前記設定放射率との相関関係を示すテーブルを保持する記憶部をさらに備え、前記放射率決定部は、前記テーブルに基づいて前記チャンバー内の雰囲気中の前記処理ガスの濃度に対応する前記設定放射率を決定することを特徴とする熱処理装置。

請求項3

請求項2記載の熱処理装置において、前記記憶部は、複数の目標温度のそれぞれに個別の前記テーブルを保持することを特徴とする熱処理装置。

請求項4

請求項1から請求項3のいずれかに記載の熱処理装置において、前記処理ガスはアンモニアであることを特徴とする熱処理装置。

請求項5

請求項1から請求項4のいずれかに記載の熱処理装置において、前記光照射部はハロゲンランプを含むことを特徴とする熱処理装置。

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熱処理方法であって、基板を収容するチャンバーに所定の処理ガスを供給して前記基板の周辺に当該処理ガスの雰囲気を形成する雰囲気形成工程と、前記処理ガスの雰囲気中の前記基板に光照射部から光を照射する光照射工程と、前記基板から放射される赤外光を放射温度計が受光して前記基板の温度を測定する温度測定工程と、前記温度測定工程での測定結果に基づいて前記基板が目標温度に到達するように前記光照射部の出力を制御する制御工程と、を備え、前記放射温度計の測定波長域と前記処理ガスの吸収波長域とが重複する場合には、前記放射温度計の設定放射率を前記基板の実際の放射率よりも低く変更することを特徴とする熱処理方法。

請求項7

請求項6記載の熱処理方法において、前記処理ガスの濃度と前記設定放射率との相関関係を示すテーブルに基づいて、前記チャンバー内の雰囲気中の前記処理ガスの濃度から前記設定放射率を決定することを特徴とする熱処理方法。

請求項8

請求項7記載の熱処理方法において、複数の目標温度のそれぞれに個別の前記テーブルが作成されていることを特徴とする熱処理方法。

請求項9

請求項6から請求項8のいずれかに記載の熱処理方法において、前記処理ガスはアンモニアであることを特徴とする熱処理方法。

請求項10

請求項6から請求項9のいずれかに記載の熱処理方法において、前記光照射部はハロゲンランプを含むことを特徴とする熱処理方法。

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)に光を照射して加熱する熱処理装置および熱処理方法に関する。

背景技術

0002

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱する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、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。

0003

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。

0004

このようなフラッシュランプアニールは、極短時間の加熱が必要とされる処理、例えば典型的には半導体ウェハーに注入された不純物活性化に利用される。イオン注入法によって不純物が注入された半導体ウェハーの表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射すれば、当該半導体ウェハーの表面を極短時間だけ活性化温度にまで昇温することができ、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

フラッシュランプアニールに限らず熱処理では半導体ウェハーの温度を適切に管理することが重要である。一般には、半導体ウェハーの熱処理では非接触の放射温度計によって温度測定が行われ、例えば特許文献1には、フラッシュ光照射前のハロゲンランプによる予備加熱時に放射温度計によって半導体ウェハーの温度を測定することが開示されている。

0006

放射温度計による温度測定では測定対象物放射率が重要である。半導体ウェハーの表面の放射率は形成されているパターン膜種によって大きく変化するものの、裏面の放射率は概ね一定であり、面内分布も均一である。このため、特許文献1に開示されるように、半導体ウェハーの裏面から放射される放射光受光して温度測定を行うのは好ましく、この場合予め知られている半導体ウェハーの裏面の放射率を放射温度計に設定しておけば良い。

先行技術

0007

特開2010−225613号公報

発明が解決しようとする課題

0008

ところで、電界効果トランジスタFET)のゲート絶縁膜として、二酸化ケイ素(SiO2)よりも誘電率の高い材料(高誘電率材料)を用いた高誘電率膜(High-k膜)を形成した半導体ウェハーの熱処理にフラッシュランプアニールを適用することも検討されている。高誘電率膜は、ゲート絶縁膜の薄膜化の進展にともなってリーク電流が増大する問題を解決するために、ゲート電極に金属を用いたメタルゲート電極とともに新たなスタック構造として開発が進められているものである。このような高誘電率ゲート絶縁膜の熱処理をフラッシュランプアニールによって行う場合には、アンモニア雰囲気中にて高誘電率ゲート絶縁膜の窒化処理を行うことが試みられている。

0009

しかしながら、アンモニア雰囲気中にて半導体ウェハーの熱処理を行う場合、放射温度計による温度測定がアンモニアによって阻害されるという問題が生じる。アンモニアは放射温度計が測定に使用する赤外線を吸収するため、放射温度計が受光する赤外線の強度が小さくなり、その結果放射温度計が出力する測定値が実際のウェハー温度よりも低い値となるのである。典型的には、フラッシュランプアニールではフラッシュ光照射前にハロゲンランプによって半導体ウェハーの予備加熱を行うのであるが、放射温度計の測定結果に基づいてハロゲンランプの出力を閉ループ制御しているため、測定結果が実際のウェハー温度よりも低くなるとランプの出力が過大となって半導体ウェハーが目標温度よりも高温に加熱されることなる。

0010

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、赤外光を吸収する処理ガス雰囲気中であっても正確に基板の温度を測定することができる熱処理装置および熱処理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、前記チャンバーに収容された前記基板に光を照射する光照射部と、前記チャンバーに所定の処理ガスを供給して前記基板の周辺に当該処理ガスの雰囲気を形成するガス供給部と、前記基板から放射される赤外光を受光して前記基板の温度を測定する放射温度計と、前記放射温度計の測定結果に基づいて前記基板が目標温度に到達するように前記光照射部の出力を制御する制御部と、前記放射温度計の測定波長域と前記処理ガスの吸収波長域とが重複する場合には、前記放射温度計の設定放射率を前記基板の実際の放射率よりも低く変更する放射率決定部と、を備えることを特徴とする。

0012

また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る熱処理装置において、前記処理ガスの濃度と前記設定放射率との相関関係を示すテーブルを保持する記憶部をさらに備え、前記放射率決定部は、前記テーブルに基づいて前記チャンバー内の雰囲気中の前記処理ガスの濃度に対応する前記設定放射率を決定することを特徴とする。

0013

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、前記記憶部は、複数の目標温度のそれぞれに個別の前記テーブルを保持す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熱処理装置において、前記処理ガスはアンモニア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熱処理装置において、前記光照射部はハロゲンランプを含むことを特徴とする。

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熱処理方法において、基板を収容するチャンバーに所定の処理ガスを供給して前記基板の周辺に当該処理ガスの雰囲気を形成する雰囲気形成工程と、前記処理ガスの雰囲気中の前記基板に光照射部から光を照射する光照射工程と、前記基板から放射される赤外光を放射温度計が受光して前記基板の温度を測定する温度測定工程と、前記温度測定工程での測定結果に基づいて前記基板が目標温度に到達するように前記光照射部の出力を制御する制御工程と、を備え、前記放射温度計の測定波長域と前記処理ガスの吸収波長域とが重複する場合には、前記放射温度計の設定放射率を前記基板の実際の放射率よりも低く変更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の発明に係る熱処理方法において、前記処理ガスの濃度と前記設定放射率との相関関係を示すテーブルに基づいて、前記チャンバー内の雰囲気中の前記処理ガスの濃度から前記設定放射率を決定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の発明に係る熱処理方法において、複数の目標温度のそれぞれに個別の前記テーブルが作成されていることを特徴とする。

0019

また、請求項9の発明は、請求項6から請求項8のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記処理ガスはアンモニアであることを特徴とする。

0020

また、請求項10の発明は、請求項6から請求項9のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記光照射部はハロゲンランプを含むことを特徴とする。

発明の効果

0021

請求項1から請求項5の発明によれば、放射温度計の測定波長域と処理ガスの吸収波長域とが重複する場合には、放射温度計の設定放射率を基板の実際の放射率よりも低く変更するため、赤外光を吸収する処理ガスの雰囲気中にて基板からの放射光が処理ガスに吸収されて強度が低下しても正確に基板の温度を測定することができる。

0022

特に、請求項2の発明によれば、処理ガスの濃度と設定放射率との相関関係を示すテーブルに基づいてチャンバー内の雰囲気中の処理ガスの濃度に対応する設定放射率を決定するため、処理ガスの濃度に応じた適正な設定放射率を決定することができる。

0023

特に、請求項3の発明によれば、複数の目標温度のそれぞれに個別のテーブルを保持するため、目標温度に応じた適正な設定放射率を決定することができる。

0024

請求項6から請求項10の発明によれば、放射温度計の測定波長域と処理ガスの吸収波長域とが重複する場合には、放射温度計の設定放射率を基板の実際の放射率よりも低く変更するため、赤外光を吸収する処理ガスの雰囲気中にて基板からの放射光が処理ガスに吸収されて強度が低下しても正確に基板の温度を測定することができる。

0025

特に、請求項7の発明によれば、処理ガスの濃度と設定放射率との相関関係を示すテーブルに基づいて、チャンバー内の雰囲気中の処理ガスの濃度から設定放射率を決定するため、処理ガスの濃度に応じた適正な設定放射率を決定することができる。

0026

特に、請求項8の発明によれば、複数の目標温度のそれぞれに個別のテーブルが作成されるため、目標温度に応じた適正な設定放射率を決定することができる。

図面の簡単な説明

0027

本発明に係る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。
制御部の構成を示すブロック図である。
基板の処理手順を示すフローチャートである。
アンモニアの濃度と設定放射率との相関関係を示す相関テーブルの一例を示す図である。

実施例

0028

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。

0029

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、高誘電率ゲート絶縁膜(High-k膜)が成膜された半導体の基板Wに対してアンモニア雰囲気中にてフラッシュ光を照射することによって当該高誘電率ゲート絶縁膜の成膜後熱処理(PDA:Post Deposition Annealing)を促進するフラッシュランプアニール(FLA)装置である。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。

0030

熱処理装置1は、基板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。熱処理装置1は、チャンバー6の内部に、基板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基板Wの受け渡しを行う移載機構10と、を備える。また、熱処理装置1は、チャンバー6の内部にアンモニア(NH3)を供給するアンモニア供給機構180を備える。さらに、熱処理装置1は、シャッター機構2、アンモニア供給機構180、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基板Wの熱処理を実行させる制御部3を備える。

0031

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。

0032

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。

0033

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、基板Wを保持する保持部7を囲繞する。

0034

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。

0035

また、チャンバー側部61には、チャンバー6に対して基板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85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85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への基板Wの搬入および熱処理空間65からの基板Wの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ85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。

0036

また、チャンバー6の内壁上部には熱処理空間65に所定のガス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はアンモニア供給機構180に接続される。詳細には、ガス供給管83は二叉に分岐され、その一方は窒素ガス供給源185に接続され、他方はアンモニア供給源189に接続される。ガス供給管83の二叉に分岐された経路のうち窒素ガス供給源185に接続された配管にはバルブ183および流量調整弁181が介挿され、アンモニア供給源189に接続された配管にはバルブ187および流量調整弁186が介挿されている。

0037

バルブ183が開放されると、窒素ガス供給源185からガス供給管83を通って緩衝空間82に窒素ガス(N2)が送給される。ガス供給管83を流れる窒素ガスの流量は流量調整弁181によって調整される。また、バルブ187が開放されると、アンモニア供給源189からガス供給管83を通って緩衝空間82にアンモニアガス(NH3)が送給される。ガス供給管83を流れるアンモニアの流量は流量調整弁186によって調整される。緩衝空間82に流入したガスは、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。

0038

これらの窒素ガス供給源185、バルブ183、流量調整弁181、アンモニア供給源189、バルブ187、流量調整弁186、ガス供給管83、緩衝空間82およびガス供給孔81によってアンモニア供給機構180が構成される。バルブ183およびバルブ187の双方を開放することによって、チャンバー6にアンモニアと窒素ガスとの混合ガスを処理ガスとして供給することができる。アンモニア供給機構180がチャンバー6に供給する混合ガス中に含まれるアンモニアの濃度は約10vol.%以下であり、本実施形態では3.5vol.%である。

0039

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。

0040

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。

0041

排気部190としては、真空ポンプや熱処理装置1が設置される工場の排気ユーティリティを用いることができる。排気部190として真空ポンプを採用し、アンモニア供給機構180から何らのガス供給を行うことなく密閉空間である熱処理空間65の雰囲気を排気すると、チャンバー6内を真空雰囲気にまで減圧することができる。また、排気部190として真空ポンプを用いていない場合であっても、アンモニア供給機構180からガス供給を行うことなく排気を行うことにより、チャンバー6内を大気圧未満の気圧に減圧することができる。

0042

アンモニア供給機構180および排気部190によって、チャンバー6内の熱処理空間65にアンモニア雰囲気を形成することができる。すなわち、排気部190によって熱処理空間65から排気を行いつつ、アンモニア供給機構180から熱処理空間65にアンモニアと希釈ガスとしての窒素ガスとの混合ガスを供給することにより、熱処理空間65に所定のアンモニア濃度(本実施形態では約3.5vol.%)のアンモニア雰囲気を形成することができる。

0043

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。

0044

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。

0045

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の直径は基板Wの直径よりも大きい。すなわち、サセプター74は、基板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基板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。

0046

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に搬入された基板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。基板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、基板Wの位置ずれを防止できる数であれば良い。

0047

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が形成されている。開口部78は、放射温度計120がサセプター74に保持された基板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。放射温度計120は、その放射光の強度から基板Wの下面の温度を測定する。放射温度計120の測定波長域は波長6.5μm〜14μmの赤外域である。この波長域の赤外光は石英の上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64を透過しない。従って、フラッシュランプFLおよびハロゲンランプHLから出射された光のうち放射温度計120の測定波長域の赤外光は上側チャンバー窓63および下側チャンバー窓64によってカットされる。このため、フラッシュランプFLおよびハロゲンランプHLから出射された光が放射温度計120による温度測定の外乱光となることは防止される。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が基板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。なお、放射温度計120による基板Wの温度測定については後に詳述する。

0048

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に対して基板Wの移載を行う移載動作位置(図5実線位置)と保持部7に保持された基板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。

0049

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。

0050

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。

0051

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に保持される基板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。

0052

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。

0053

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。

0054

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、電力供給回路45からの電力供給を受けて発光し、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へのハロゲン光の照射を行う。電力供給回路45からの電力供給は制御部3によって制御される。図7は、複数のハロゲンランプHLの配置を示す平面図である。本実施形態では、上下2段に各20本ずつのハロゲンランプHLが配設されている。各ハロゲンランプHLは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段下段ともに20本のハロゲンランプHLは、それぞれの長手方向が保持部7に保持される基板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。

0055

また、図7に示すように、上段、下段ともに保持部7に保持される基板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基板Wの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。

0056

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。

0057

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、窒素アルゴン等の不活性ガス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基板Wへの放射効率が優れたものとなる。

0058

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。

0059

制御部3は、熱処理装置1に設けられた種々の動作機構を制御する。図8は、制御部3の構成を示すブロック図である。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回路である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35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熱処理装置1における処理が進行する。

0060

図8に示すように、制御部3は放射率決定部31を備える。放射率決定部31は、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実現される機能処理部である。放射率決定部31の処理内容についてはさらに後述する。

0061

また、制御部3には、入力部32および表示部33が接続されている。入力部32としては、キーボードマウス等の種々の公知の入力機器を採用することができる。表示部33は、例えば熱処理装置1の外壁に設けられた液晶ディスプレイ等の表示パネルである。入力部32および表示部33として、双方の機能を有するタッチパネルを採用するようにしても良い。

0062

上記の構成以外にも熱処理装置1は、基板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。

0063

次に、基板Wに対する処理手順について説明する。図9は、基板Wの処理手順を示すフローチャートである。ここで処理対象となる基板Wは、ゲート絶縁膜として高誘電率膜が形成された半導体ウェハーである。その基板Wに対して熱処理装置1がフラッシュ光を照射して成膜後熱処理を行う。以下に説明する熱処理装置1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り進行する。

0064

まず、処理対象となる基板Wが熱処理装置1のチャンバー6に搬入される(ステップS1)。基板Wの搬入時には、ゲートバルブ85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を介して基板Wがチャンバー6内の熱処理空間65に搬入される。この際に、バルブ183を開放してチャンバー6内に窒素ガスを供給し続けることによって搬送開口部66から窒素ガス流を流出させ、装置外部の雰囲気がチャンバー6内の流入するのを最小限に抑制するようにしても良い。搬送ロボットによって搬入された基板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基板Wを受け取る。

0065

基板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85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、基板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保持される。基板Wは、高誘電率膜が形成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、基板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。

0066

基板Wがチャンバー6に収容された後、チャンバー6内に処理ガスを供給してアンモニア雰囲気を形成する(ステップS2)。具体的には、バルブ89を開放することによって熱処理空間65から排気を行うととともに、バルブ183およびバルブ187を開放することによって、ガス供給孔81から熱処理空間65にアンモニアと希釈ガスとしての窒素ガスとの混合ガスを供給する。その結果、チャンバー6内にて保持部7に保持された基板Wの周辺にはアンモニア雰囲気が形成される。アンモニア雰囲気中におけるアンモニアの濃度(つまり、アンモニアと窒素ガスとの混合比)は、流量調整弁181および流量調整弁186によって規定される。本実施の形態では、アンモニア雰囲気中におけるアンモニアの濃度が約3.5vol.%となるように、流量調整弁186および流量調整弁181によってアンモニアおよび窒素ガスの流量が調整されている。なお、アンモニア雰囲気中におけるアンモニアの濃度は10vol.%以下であれば良い。

0067

また、放射率決定部31(図8)が放射温度計120の設定放射率を決定する(ステップS3)。放射温度計120の設定放射率とは、放射温度計120に設定される被測温対象物の放射率である。放射温度計120は、J=εσT4(Jは熱放射、εは被測温対象物の放射率、σはシュテファン=ボルツマン定数、Tは被測温対象物の温度)で表されるシュテファン=ボルツマン法則から被測温対象物の温度を測定する。すなわち、放射温度計120による温度測定には被測温対象物(本実施形態では基板W)の放射率が必須である。通常は、基板Wの裏面(高誘電率膜が形成された表面とは反対側の主面)の放射率をそのまま放射温度計120の設定放射率として設定すれば足りる。

0068

しかしながら、本実施形態においては、チャンバー6内の熱処理空間65にアンモニア雰囲気が形成される。アンモニアの吸収波長域には8μm〜14μmが含まれる。一方、放射温度計120の測定波長域は6.5μm〜14μmである。すなわち、放射温度計120の測定波長域と処理ガスであるアンモニアの吸収波長域とが重複するのである。なお、重複とは、放射温度計120の測定波長域と処理ガスの吸収波長域とが完全に一致する場合のみでなく、一部重なり合っている場合も含む。

0069

放射温度計120の測定波長域とアンモニアの吸収波長域とが重複すると、放射温度計120が温度測定に使用する基板Wからの放射光がアンモニア雰囲気によって吸収され、放射温度計120が受光する測定波長域の放射光の強度が低下することとなる。その結果、放射温度計120による温度測定値は実際の基板Wの温度よりも低くなる。後述するように、基板Wの予備加熱時に制御部3は放射温度計120の温度測定結果に基づいてハロゲンランプHLの出力を閉ループ制御しているため、放射温度計120による温度測定値が実際の基板Wの温度よりも低いとハロゲンランプHLの出力が過大となる。

0070

このため、本実施形態においては、放射温度計120の設定放射率を基板Wの実際の放射率よりも低く変更して設定している。上記のシュテファン=ボルツマンの法則から明らかなように、放射温度計120が受光した放射光の強度Jが低下しても、それに比例して放射率εも低くなれば、放射温度計120は正確な基板Wの温度を測定値として出力することができる。具体的には、放射率決定部31が以下のようにして放射温度計120の設定放射率を決定する。

0071

基板Wの熱処理に先立って、処理ガスであるアンモニアの濃度と設定放射率との相関関係を示す相関テーブル36(図8)を準備しておく。図10は、アンモニアの濃度と設定放射率との相関関係を示す相関テーブル36の一例を示す図である。上述した通り、放射温度計120の測定波長域とアンモニアの吸収波長域とが重複するため、チャンバー6内のアンモニア雰囲気中におけるアンモニア濃度が高くなるにつれて、放射温度計120が受光する基板Wからの放射光の強度が低下する。そして、上記のシュテファン=ボルツマンの法則によれば、基板Wの温度が一定であれば、放射温度計120が受光する基板Wからの放射光の強度と設定放射率とは比例することとなる。従って、図10に示すように、チャンバー6内のアンモニア濃度と放射温度計120の設定放射率とには線形性の相関関係が存在し、アンモニア濃度が高くなるにつれて設定放射率を低くすれば放射温度計120は正確な基板Wの温度を測定することができる。

0072

ただし、基板Wの温度が異なると、アンモニアの濃度と設定放射率との相関関係の傾き等が異なる。このため、複数の基板Wの温度ついて個別に図10の如き相関テーブル36を準備しておくのが好ましい。例えば、放射温度計120による温度測定が重要となるのは後述するハロゲンランプHLによる予備加熱時であるため、そのときの目標温度である予備加熱温度T1として想定される複数の温度のそれぞれについてアンモニアの濃度と設定放射率との相関関係を示す相関テーブル36を個別に準備しておくのが好ましい。

0073

具体的な相関テーブル36の作成方法としては、例えば、処理対象となる基板Wと同じ材質ダミー基板熱電対を取り付け、そのダミー基板を熱処理装置1のチャンバー6に搬入して保持部7のサセプター74に載置する。そして、チャンバー6内に所定のアンモニア濃度のアンモニア雰囲気を形成し、ハロゲンランプHLからの光照射によってダミー基板を加熱する。ダミー基板の温度は熱電対によって正確に測定されており、ハロゲンランプHLからの光照射によって候補となる予備加熱温度にダミー基板が正確に昇温されて当該温度に維持される。このときに、熱電対によって測定されたダミー基板の正確な温度と、当該ダミー基板からの放射光を受光してシュテファン=ボルツマンの法則から算定した放射温度計120の示す温度とが一致するような放射率が上記所定のアンモニア濃度での設定放射率である。ダミー基板の温度を維持しつつ、チャンバー6内のアンモニア濃度を変化させて設定放射率を求めることにより、ある温度についての相関テーブル36を作成することができる。同様の手法によって、複数の候補となる予備加熱温度のそれぞれについて相関テーブル36を作成する。作成された複数の相関テーブル36は制御部3の磁気ディスク35に格納しておく(図8参照)。

0074

図9のステップS3にて放射率決定部31が放射温度計120の設定放射率を決定する際には、処理レシピ(処理対象となる基板Wの処理手順と条件を記述したもの)等から予備加熱温度T1の値を取得する。放射率決定部31は、磁気ディスク35に格納されている複数の相関テーブル36から予備加熱温度T1について作成された相関テーブル36を選択し、その相関テーブル36に基づいてチャンバー6内の雰囲気中のアンモニア濃度に対応する設定放射率を決定する。例えば、本実施形態においては、放射率決定部31は、温度450℃についての相関テーブル36を選択し、その相関テーブル36にてアンモニア濃度3.5vol.%に対応する設定放射率を決定する。なお、予備加熱温度T1およびチャンバー6内のアンモニア濃度についてはオペレータが入力部32から入力するようにしても良い。また、放射率決定部31が決定した設定放射率を表示部33に表示するようにしても良い。

0075

次に、ハロゲン加熱部4の40本のハロゲンランプHLが一斉に点灯して基板Wの予備加熱(アシスト加熱)が開始される(ステップS4)。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を透過して基板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基板Wの温度が上昇する。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。

0076

このハロゲンランプHLによる予備加熱を行うときに、放射温度計120によって基板Wの温度が測定される(ステップS5)。放射温度計120には、ステップS3にて放射率決定部31が決定した設定放射率が設定されている。放射温度計120は、サセプター74の開口部78を介して基板Wの裏面から放射される放射光を受光し、その放射光の強度から基板Wの温度を測定する。放射温度計120の測定波長域とアンモニアの吸収波長域とは重複しており、放射温度計120が温度測定に使用する基板Wからの放射光がアンモニア雰囲気によって吸収されるのであるが、放射温度計120には実際の基板Wの放射率よりも低い上記設定放射率が設定されているため、放射温度計120は正確に基板Wの温度を測定することができる。

0077

放射温度計120によって測定された基板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基板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しつつ、ハロゲンランプHLの出力を制御する。すなわち、制御部3は、放射温度計120による測定結果に基づいて、基板Wの温度が予備加熱温度T1に到達するように電力供給回路45を閉ループ制御してハロゲンランプHLの出力を制御している(ステップS5,S6)。赤外光を吸収するアンモニア雰囲気中であっても放射温度計120は正確な基板Wの温度を測定するため、制御部3はハロゲンランプHLの出力を適切に制御することができる。予備加熱温度T1は300℃以上600℃以下であり、本実施形態では450℃である。

0078

基板Wの温度が予備加熱温度T1に到達した後、制御部3は基板Wをその予備加熱温度T1に暫時維持する。具体的には、放射温度計120によって測定される基板Wの温度が予備加熱温度T1に到達した時点にて制御部3が電力供給回路45を制御してハロゲンランプHLの強度を調整し、基板Wの温度をほぼ予備加熱温度T1に維持している。

0079

このようなハロゲンランプHLによる予備加熱を行うことによって、高誘電率膜を含む基板Wの全体を予備加熱温度T1に均一に昇温している。ハロゲンランプHLによる予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい基板Wの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、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、基板Wの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっている。このため、放熱が生じやすい基板Wの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における基板Wの面内温度分布を均一なものとすることができる。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の内周面によって基板Wの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における基板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。

0080

次に、基板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でフラッシュランプFLからフラッシュ光を照射することによるフラッシュ加熱処理を実行する(ステップS7)。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基板Wのフラッシュ加熱が行われる。

0081

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、基板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基板Wの表面温度は、瞬間的に処理温度T2まで上昇し、基板Wに表面に形成された高誘電率膜の成膜後熱処理が実行される。フラッシュ光照射によって基板Wの表面が到達する最高温度ピーク温度)である処理温度T2は600℃以上1200℃以下であり、本実施形態では1000℃である。

0082

フラッシュランプFLによるフラッシュ光照射が終了すると、基板Wの表面温度は目標温度T2から急速に降温する。また、フラッシュ光照射が終了して所定時間経過後にハロゲンランプHLも消灯し、これによって基板Wが予備加熱温度T1からも降温する。基板Wの加熱処理終了後にはバルブ187のみを閉止して、チャンバー6内を窒素ガス雰囲気置換する。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。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、これが基板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、基板Wの降温速度を高めることができる。

0083

また、降温中の基板Wの温度も放射温度計120によって測定される。測定された基板Wの温度は制御部3に伝達される。制御部3は、放射温度計120によって測定される基板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、基板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基板Wをサセプター74から受け取る。続いて、ゲートバルブ85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上に載置された基板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における基板Wの加熱処理が完了する。

0084

本実施形態においては、チャンバー6内に赤外光を吸収するアンモニア雰囲気を形成しているため、放射温度計120の設定放射率を基板Wの実際の放射率よりも低く変更して設定している。具体的には、アンモニアの濃度と設定放射率との相関関係を示す相関テーブル36を複数の温度について用意しておき、放射率決定部31が予備加熱温度T1に対応する相関テーブル36を選択し、その相関テーブル36に基づいてチャンバー6内のアンモニア雰囲気中のアンモニア濃度に対応する設定放射率を決定する。このため、赤外光を吸収するアンモニアの雰囲気中であっても放射温度計120は正確に基板Wの温度を測定することができ、その結果放射温度計120の測定結果に基づいて予備加熱時のハロゲンランプHLの出力を適正に制御することができる。

0085

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、チャンバー6内にアンモニアの雰囲気を形成していたが、これに限定されるものではなく、放射温度計120の測定波長域と重複する吸収波長域を有する処理ガスの雰囲気をチャンバー6内に形成する場合には本発明に係る技術を適用することができる。放射温度計120の測定波長域(6.5μm〜14μm)と重複する吸収波長域を有する処理ガスとしては、アンモニアの他に例えば、亜酸化窒素(N2O)、一酸化窒素(NO)等が例示される。これらの処理ガスの雰囲気をチャンバー6内に形成したときには、上記実施形態と同様にして放射温度計120の設定放射率を基板Wの実際の放射率よりも低く変更して設定することにより、基板Wの温度を正確に測定することができる。

0086

また、上記実施形態においては、アンモニアの濃度と設定放射率との相関関係を示す相関テーブル36を用いて設定放射率を決定するようにしていたが、これに代えてアンモニアの濃度と設定放射率との相関関係を示す関係式に基づいて放射率決定部31が放射温度計120の設定放射率を決定するようにしても良い。

0087

また、上記実施形態においては、フラッシュ加熱部5に30本のフラッシュランプFLを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプFLの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプFLはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲン加熱部4に備えるハロゲンランプHLの本数も40本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。

0088

また、上記実施形態においては、ハロゲンランプHLによる予備加熱後に基板WにフラッシュランプFLからフラッシュ光を照射する熱処理装置1にて予備加熱時の温度測定に本発明に係る技術を適用していたが、本発明に係る技術はハロゲンランプのみによって基板Wを加熱する装置(例えば、スパイクアニール装置)に適用しても良い。

0089

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
31放射率決定部
35磁気ディスク
36相関テーブル
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
74サセプター
120放射温度計
180アンモニア供給機構
190排気部
FLフラッシュランプ
HLハロゲンランプ
W 基板

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ