(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と当接することにより基板を予備加熱するアシスト加熱手段と、基板に対して閃光を照射することにより前記アシスト加熱手段で予備加熱された基板を処理温度まで昇温させるフラッシュ加熱手段とを備た熱処理装置において、
前記アシスト加熱手段は、
ヒータを備えた加熱プレートと、
前記加熱プレートにおける基板の下面と接触する側の表面に配設された前記加熱プレートより熱伝導率が低い材質からなり、前記加熱プレートから伝達された熱エネルギーを拡散して基板を均一に加熱するための熱拡散板と、
を備え、
前記加熱プレートにおける前記熱拡散板側の表面は、窒化アルミニウムから構成されたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理装置において、
前記熱拡散板は石英から構成される熱処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、
前記アシスト加熱手段は、基板を摂氏２００度乃至６００度に加熱する熱処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の熱処理装置において、
前記フラッシュ加熱手段は、基板を摂氏１０００度乃至１１００度に加熱する熱処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記アシスト加熱手段は、基板と当接するまでに、前記ヒータにより予め加熱される熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハー等の基板に光を照射することにより基板を熱処理する熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入後の半導体ウエハーのイオン活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したランプアニール装置等の熱処理装置が使用される。このような熱処理装置においては、半導体ウエハーを、例えば、摂氏１０００度乃至摂氏１１００度程度の温度に加熱することにより、半導体ウエハーのイオン活性化を実行している。そして、このような熱処理装置においては、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用することにより、毎秒数百度程度の速度で基板を降温する構成となっている。
【０００３】
しかしながら、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する熱処理装置を使用して半導体ウエハーのイオン活性化を実行した場合においても、半導体ウエハーに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまる、すなわち、イオンが拡散してしまうという現象が生ずることが判明した。このような現象が発生した場合においては、半導体ウエハーの表面にイオンを高濃度で注入しても、注入後のイオンが拡散してしまうことから、イオンを必要以上に注入する必要が生ずるという問題が生ずる。
【０００４】
上述した問題を解決するするため、キセノンフラッシュランプ等を使用して半導体ウエハーの表面に閃光を照射することにより、イオンが注入された半導体ウエハーの表面のみを極めて短時間に昇温させることが考えられる。しかしながら、キセノンフラッシュランプを使用して半導体ウエハーの表面を昇温させる構成を採用した場合、半導体ウエハーの表面を極めて短時間に昇温させることが可能ではあるが、その昇温温度は５００度程度であり、半導体ウエハーをイオン活性化に必要な摂氏１０００度乃至摂氏１１００度程度の温度まで加熱することは不可能である。
【０００５】
一方、特開２００１−２３７１９５号においては、このような問題に対応するため、キセノンフラッシュランプにより基板を加熱するに先立って、予備加熱手段により基板を予備加熱する熱処理装置が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した熱処理装置に使用される予備加熱手段としては、その内部にヒータを内蔵した加熱プレートやハロゲンランプ等の光源が使用される。このとき、加熱プレートを使用した場合には、ハロゲンランプ等の光源を使用した場合に比べ、基板を均一に加熱するための調整が容易となる。
【０００７】
しかしながら、加熱プレートを使用した場合であっても、近年要求される程度にまで基板を十分に均一に加熱することは困難となってきた。基板を十分に均一に加熱し得ない場合には、熱処理後の基板の品質を高精度に維持することが不可能となる。
【０００８】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、基板を十分に均一に熱処理することが可能な熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板と当接することにより基板を予備加熱するアシスト加熱手段と、基板に対して閃光を照射することにより前記アシスト加熱手段で予備加熱された基板を処理温度まで昇温させるフラッシュ加熱手段とを備た熱処理装置において、前記アシスト加熱手段は、ヒータを備えた加熱プレートと、前記加熱プレートにおける基板の下面と接触する側の表面に配設された前記加熱プレートより熱伝導率が低い材質からなり、前記加熱プレートから伝達された熱エネルギーを拡散して基板を均一に加熱するための熱拡散板と、を備え、前記加熱プレートにおける前記熱拡散板側の表面は、窒化アルミニウムから構成されたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記熱拡散板は石英から構成されている。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の熱処理装置において、前記アシスト加熱手段は、基板を摂氏２００度乃至６００度に加熱する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の熱処理装置において、前記フラッシュ加熱手段は、基板を摂氏１０００度乃至１１００度に加熱する。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、前記アシスト加熱手段は、基板と当接するまでに、前記ヒータにより予め加熱される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１および図２はこの発明に係る熱処理装置の側断面図であり、図３はその平面概要図である。
【００１５】
この熱処理装置は、透光板６１、底板６２および一対の側板６３、６４からなり、その内部に半導体ウエハーＷを収納して熱処理するための熱処理室６５を備える。熱処理室６５を構成する透光板６１は、例えば、石英等の赤外線透過性を有する材料から構成されている。また、熱処理室６５を構成する底板６２には、後述する熱拡散板７３および加熱プレート７４を貫通して半導体ウエハーＷをその下面から支持するための支持ピン７０が立設されている。
【００１６】
また、熱処理室６５を構成する側板６４には、半導体ウエハーＷの搬入および搬出を行うための開口部６６が形成されている。開口部６６は、軸６７を中心に回動するゲートバルブ６８により開閉可能となっている。半導体ウエハＷは、開口部６６が解放された状態で、図示しない搬送ロボットにより熱処理室６５内に搬入される。
【００１７】
熱処理室６５の上方には、棒状のキセノンフラッシュランプ６９が互いに平行に複数個（この実施形態においては２１個）列設されている。また、キセノンフラッシュランプ６９の上方には、リフレクタ７１が配設されている。
【００１８】
このキセノンフラッシュランプ６９は、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設されたガラス管と、このガラス管の外周部に巻回されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を加え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流れ、そのときのジュール熱でキセノンガスが加熱されて光が放出される。このキセノンフラッシュランプ６９においては、予め蓄えられていた静電エネルギーが０．１ミリセカンド乃至１０ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。
【００１９】
キセノンフラッシュランプ６９と透光板６１との間には、光拡散板７２が配設されている。この光拡散板７２は、赤外線透過材料としての石英ガラスの表面に光拡散加工を施したものが使用される。
【００２０】
熱処理室６５内には、熱拡散板７３と加熱プレート７４とがこの順で配設されている。また、熱拡散板７３の表面には、半導体ウエハーＷの位置ずれ防止ピン７５が付設されている。
【００２１】
加熱プレート７４は、半導体ウエハーＷを予備加熱するためのものである。この加熱プレート７４は、白色の窒化アルミニウムから構成される。そして、この加熱プレート７４は、その内部にヒータとこのヒータを制御するためのセンサとを収納した構成を有する。なお、この加熱プレート７４は、その全てが白色の窒化アルミニウムから構成される必要はなく、少なくとも熱拡散板７３側の表面が白色の窒化アルミニウムから構成されればよい
【００２２】
このように、加熱プレート７４の熱拡散板７３側の表面を白色の窒化アルミニウムとすることにより、後述するフラッシュ露光時における加熱プレート７４の焦げ付きを防止することが可能となる。但し、この加熱プレート７４を、白色以外の窒化アルミニウムや、炭化珪素（ＳｉＣ）から構成してもよい。
【００２３】
一方、熱拡散板７３は、加熱プレート７４からの熱エネルギーを拡散して半導体ウエハーＷを均一に加熱するためのものである。この熱拡散板７３は、加熱プレート７４よりも熱伝導率が低い材質から構成される。
【００２４】
より具体的には、この熱拡散板７３として、適度の熱伝導率を有するとともに、半導体ウエハーＷを汚染することがない石英を使用することができる。但し、石英の代わりに、酸化アルミニウムの一種であるサファイヤを使用してもよい。
【００２５】
熱拡散板７３および加熱プレート７４は、エアシリンダ７６の駆動により、図１に示す半導体ウエハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウエハーＷの熱処理位置との間を昇降する構成となっている。
【００２６】
図１に示す半導体ウエハーＷの搬入・搬出位置は、図示しない搬送ロボットを使用して開口部６６から搬入した半導体ウエハーＷを支持ピン７０上に載置し、あるいは、支持ピン７０上に載置された半導体ウエハーＷを開口部から搬出するため、熱拡散板７３および加熱プレート７４が下降した位置である。この状態においては、支持ピン７０の上端は、熱拡散板７３および加熱プレート７４に形成された貫通孔を通過し、熱拡散板７３の表面より上方に配置される。なお、図１においては、説明の便宜上、本来側面図では図示されない熱拡散板７３および加熱プレート７４の貫通孔を図示している。
【００２７】
図２に示す半導体ウエハーＷの熱処理位置は、半導体ウエハーＷに対して熱処理を行うため、熱拡散板７３および加熱プレート７４が支持ピン７０の上端より上方に上昇した位置である。この状態においては、半導体ウエハーＷはその下面を熱拡散板７３の表面に支持されて上昇し、透光板６１に近接した位置に配置される。
【００２８】
なお、加熱プレート７４を支持する支持部材８０と熱処理室６５の底板６２との間には、熱拡散板７３および加熱プレート７４が半導体ウエハーＷの搬入・搬出位置と熱処理位置との間を昇降する際に発生するパーティクルが半導体ウエハーＷに付着することを防止するための蛇腹７７が配設されている。
【００２９】
熱処理室６５における開口部６６と逆側の側板６３には、導入路７８が形成されている。この導入路７８は、後述する大気解放時に空気を導入するためのものである。なお、空気を導入する代わりに、窒素ガス等を導入するようにしてもよい。
【００３０】
一方、熱処理室６５における底板６２には、排出路７９が形成されている。この排出路７９は、開閉弁８１を介して真空ポンプ等の減圧機構と接続されている。この排出路７９、開閉弁８１および図示しない減圧機構は、この発明に係る減圧手段を構成する。
【００３１】
次に、この発明に係る熱処理装置による半導体ウエハーＷの熱処理動作について説明する。図４はこの発明に係る熱処理装置による半導体ウエハーＷの熱処理動作を示すフローチャートであり、図５はそのときの半導体ウエハーＷの温度の推移等を示すグラフである。
【００３２】
この熱処理装置においては、熱拡散板７３および加熱プレート７４が図１に示す半導体ウエハーＷの搬入・搬出位置に配置された状態で、図示しない搬送ロボットにより開口部６６を介して半導体ウエハーＷが搬入され、支持ピン７０上に載置される。半導体ウエハーＷの搬入が完了すれば、開口部６６がゲートバルブ６８により閉鎖される（ステップＳ１）。しかる後、熱拡散板７３および加熱プレート７４がエアシリンダ７６の駆動により図２に示す半導体ウエハーＷの熱処理位置まで上昇する。
【００３３】
熱拡散板７３および加熱プレート７４は、加熱プレート７４に内蔵されたヒータの作用により、予め加熱されている。このため、熱拡散板７３および加熱プレート７４が図２に示す半導体ウエハーＷの熱処理位置まで上昇した状態においては、半導体ウエハーＷが加熱状態にある熱拡散板７３と接触することにより予備加熱され、図５に示すように、半導体ウエハーＷの温度が順次上昇する（ステップＳ２）。
【００３４】
この予備加熱工程においては、半導体ウエハーＷは熱拡散板７３を介して加熱プレート７４からの熱エネルギーを受ける。このため、加熱プレート７４における温度分布が完全に均一になっていない場合においても、半導体ウエハーＷを均一に加熱することが可能となる。
【００３５】
この予備加熱工程と並行して、熱処理室６５内を減圧する（ステップＳ３）。すなわち、開閉弁８１を解放して導入路７８を図示しない減圧機構と接続することにより、熱処理室６５内を排気して減圧する。このときには、後述する諸効果を効果的に奏せしめるため、熱処理室６５内を１／１０気圧乃至１／１００気圧まで減圧することが好ましい。
【００３６】
この状態においては、半導体ウエハーＷは熱拡散板７３を介して継続して加熱される。そして、半導体ウエハーＷの温度上昇時には、図示しない温度センサにより、半導体ウエハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを常に監視する（ステップＳ４）。
【００３７】
なお、この予備加熱温度Ｔ１は、摂氏２００度乃至摂氏６００度程度の温度である。半導体ウエハーＷをこの程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱したとしても、半導体ウエハーＷに打ち込まれたイオンに変化はなく、イオンが拡散してしまうことはない。
【００３８】
そして、半導体ウエハーＷの表面温度が図５に示す予備加熱温度Ｔ１となった直後に、キセノンフラッシュランプ６９を点灯してフラッシュ加熱を行う（ステップＳ５）。このフラッシュ加熱工程におけるキセノンフラッシュランプ６９の点灯時間は、０．１ミリセカンド乃至１０ミリセカンド程度の時間である。このように、キセノンフラッシュランプ６９においては、予め蓄えられていた静電エネルギーがこのように極めて短い光パルスに変換されることから、極めて強い閃光が照射されることになる。
【００３９】
この状態においては、半導体ウエハーＷの表面温度は、図５に示す温度Ｔ２となる。この温度Ｔ２は、摂氏１０００度乃至摂氏１１００度程度の半導体ウエハーＷの処理に必要な温度である。半導体ウエハーＷの表面がこのような処理温度Ｔ２にまで昇温された場合においては、半導体ウエハーＷ中のイオンが活性化される。
【００４０】
このとき、半導体ウエハーＷの表面温度が０．１ミリセカンド乃至１０ミリセカンド程度の極めて短い時間で処理温度Ｔ２まで昇温されることから、半導体ウエハーＷ中のイオンの活性化は短時間で完了する。従って、半導体ウエハーＷに打ち込まれたイオンが拡散することはなく、半導体ウエハーＷに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまるという現象の発生を防止することが可能となる。
【００４１】
また、キセノンフラッシュランプ６９を点灯して半導体ウエハーＷを加熱する前に、加熱プレート７４を使用して半導体ウエハーＷの表面温度を摂氏２００度乃至摂氏６００度程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱していることから、キセノンフラッシュランプ６９により半導体ウエハーＷを摂氏１０００度乃至摂氏１１００度程度の処理温度Ｔ２まで速やかに昇温させることが可能となる。
【００４２】
このフラッシュ加熱工程において、加熱プレート７４は石英製の熱拡散板７３を透過した光線をうける。しかしながら、加熱プレート７４は白色の窒化アルミニウムから構成されていることから、加熱プレート７４に焦げ付きが生ずることはない。
【００４３】
また、上述したフラッシュ加熱工程は、減圧下で実行される。このため、従来のように熱処理室６５内で気体が反応してパーティクルを拡散させたり半導体ウエハーＷを移動させたりすることはない。
【００４４】
同様に、熱処理室６５を減圧することにより、熱処理室２５内で対流が発生することはなく、予備加熱工程およびフラッシュ加熱工程において、半導体ウエハーＷの全面を均一に加熱することが可能となる。
【００４５】
さらには、熱処理室６５内を減圧することにより、熱処理室６５内から酸素や有機物を排除することが可能となる。このため、熱処理室６５を構成する材料の酸化や有機物の黒化に起因する熱処理装置の寿命の低下を防止することが可能となる。
【００４６】
フラッシュ加熱工程が終了すれば、開閉弁８１を閉止するとともに導入路７８から空気を導入することにより、熱処理室６５を大気解放する（ステップＳ６）。また、加熱プレート７４を利用しての半導体ウエハーＷの加熱を停止する（ステップＳ７）。
【００４７】
なお、半導体ウエハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１となった直後にフラッシュ加熱を行うとともに、フラッシュ加熱工程完了後に熱処理室６５内を大気解放するのは、次のような理由による。
【００４８】
すなわち、この発明に係る熱処理装置においては、加熱プレート７４を減圧された熱処理室６５内に設置していることから、加熱プレート７４を降温することが困難となり、加熱プレート７４を所望の温度に維持することが難しくなる。このような問題に対応するため、ペルチェ素子等の降温手段を使用した場合には、半導体ウエハーＷに対する温度の均一性が低下する。
【００４９】
このため、この発明に係る熱処理装置においては、半導体ウエハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１となった直後にフラッシュ加熱を行うことにより、フラッシュ加熱が、半導体ウエハーＷが予備加熱温度Ｔ１より高い温度となった時点で実行されることを防止するとともに、フラッシュ加熱工程完了後に熱処理室６５内を大気解放することにより熱処理室６５内を降温している。これにより、図５に示すように、半導体ウエハーＷの温度は、予備加熱温度Ｔ１に対して若干のオーバーシュートＨを生じた後、速やかに低下する。
【００５０】
熱処理室６５の大気解放が完了すれば、熱拡散板７３および加熱プレート７４がエアシリンダ７６の駆動により図１に示す半導体ウエハーＷの熱処理位置まで下降するとともに、ゲートバルブ６８により閉鎖されていた開口部６６が解放される。そして、支持ピン７０上に載置された半導体ウエハーＷが図示しない搬送ロボットにより搬出される（ステップＳ８）。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１乃に記載の発明によれば、アシスト加熱手段が、ヒータを備えた加熱プレートと、加熱プレートにおける基板と当接する側の表面に配設された加熱プレートより熱伝導率が低い熱拡散板とを備えることから、基板を十分に均一に熱処理することが可能となる。また、加熱プレートにおける熱拡散板側の表面が窒化アルミニウムから構成されることから、加熱プレートの焦げ付きを有効に防止することが可能となる。
【００５２】
請求項２に記載の発明によれば、熱拡散板が石英から構成されることから、基板に汚染を生ずることなく基板を均一に熱処理することが可能となる。
【００５３】
請求項３および請求項４に記載の発明によれば、アシスト加熱手段は、基板を摂氏２００度乃至６００度に加熱することから、基板を処理温度まで速やかに昇温させることが可能となる。
【００５４】
請求項５に記載の発明によれば、アシスト加熱手段は、基板と当接するまでに、ヒータにより予め加熱されていることから、基板を速やかに予備加熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係る熱処理装置の側断面図である。
【図２】  この発明に係る熱処理装置の側断面図である。
【図３】  この発明に係る熱処理装置の平面概要図である。
【図４】  この発明に係る熱処理装置による半導体ウエハーＷの熱処理動作を示すフローチャートである。
【図５】  半導体ウエハーＷの温度の推移等を示すグラフである。
【符号の説明】
６１      透光板
６２      底板
６３      側板
６４      側板
６５      熱処理室
６６      開口部
６８      ゲートバルブ
６９      キセノンフラッシュランプ
７０      支持ピン
７２      光拡散板
７３      熱拡散板
７４      加熱プレート
７５      位置ずれ防止ピン
７６      エアシリンダ
７７      蛇腹
７８      導入路
８０      排出路
８１      開閉弁
Ｈ        オーバーシュート
Ｔ１      予備加熱温度
Ｔ２      処理温度
Ｗ        半導体ウエハー
【図１】
0003715228.tif 000002
【図２】
0003715228.tif 000003
【図３】
0003715228.tif 000004
【図４】
0003715228.tif 000005
【図５】
0003715228.tif 000006