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公開番号2024164526
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-27
出願番号2023080066
出願日2023-05-15
発明の名称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
代理人個人,個人
主分類H01L 21/26 20060101AFI20241120BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】冷却効率を向上させて高い降温レートを得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】ハロゲンランプからの光照射によって予備加熱されている半導体ウェハーWの表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を行う。フラッシュ加熱終了後、シャワープレート30の複数の噴出孔31から冷却ガスとしての窒素ガスを噴出しつつ、フラッシュ光照射によって加熱された半導体ウェハーWを昇降機構がサセプタ74から上昇させてシャワープレート30に近接させて冷却する。窒素ガスを噴出するシャワープレート30と半導体ウェハーWとの距離を短くすることにより、半導体ウェハーWの表面における窒素ガスの流速が増大して熱伝達率が上昇し、半導体ウェハーWの冷却効率を向上させて高い降温レートを得ることができる。
【選択図】図10
特許請求の範囲【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、
前記チャンバー内にて前記基板を保持する保持部と、
前記保持部に保持された前記基板に光を照射して前記基板を加熱する光照射部と、
前記チャンバー内に気体を供給する気体供給部と、
前記チャンバー内にて前記保持部よりも上方に設けられ、前記気体供給部から供給された気体を下方に向けて噴出する噴出孔が形設された有孔板と、
前記基板を前記保持部に保持される保持高さ位置と前記保持高さ位置よりも上方との間で昇降させる昇降部と、
を備え、
前記有孔板の前記噴出孔から冷却気体を噴出しつつ、前記光照射部からの光照射によって加熱された前記基板を前記昇降部が前記保持部から上昇させて前記有孔板に近接させて冷却する熱処理装置。
続きを表示（約 920 文字）【請求項２】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記有孔板の下面に、前記基板の径よりも大きな内径の円環形状を有する筒状体を備え、
前記昇降部は、前記基板を前記筒状体の内側に上昇させて冷却する熱処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記有孔板の下面に、前記基板の径よりも小さな内径の円環形状を有する筒状体を備え、
前記昇降部は、前記基板を前記筒状体の下端に近接する高さ位置に上昇させて冷却する熱処理装置。
【請求項４】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記噴出孔は、前記昇降部に支持される前記基板の中央部に対向する位置に形設される熱処理装置。
【請求項５】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記噴出孔は、前記昇降部に支持される前記基板の周縁部に対向する位置に形設される熱処理装置。
【請求項６】
請求項５記載の熱処理装置において、
前記基板の中心を挟んで前記噴出孔の形設位置とは反対側に前記チャンバー内の気体を排気する排気孔を設ける熱処理装置。
【請求項７】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記基板を冷却するときに、前記チャンバー内を大気圧未満に減圧する減圧部をさらに備える熱処理装置。
【請求項８】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記冷却気体は、窒素またはヘリウムである熱処理装置。
【請求項９】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記光照射部は、前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプを含む熱処理装置。
【請求項１０】
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、
チャンバー内にて保持部に保持された基板に光を照射して前記基板を加熱する照射工程と、
加熱された前記基板を前記保持部から上昇させ、噴出孔から冷却気体を噴出する有孔板に近接させて冷却する冷却工程と、
を備える熱処理方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、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および熱処理方法に関する。処理対象となる基板には、例えば、半導体ウェハー、液晶表示装置用基板、flat panel display（ＦＰＤ）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、または、太陽電池用基板などが含まれる。
続きを表示（約 1,800 文字）【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。
【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の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を行う装置として、特許文献１には、ハロゲンランプからの光照射によって半導体ウェハーの予備加熱を行った後に、フラッシュランプからフラッシュ光を照射して半導体ウェハーの表面を１秒以下の極短時間加熱する装置が開示されている。フラッシュ加熱が終了した後、自然冷却によって半導体ウェハーを降温させた場合には、半導体ウェハーが所定温度以下にまで降温するのに相応の時間を要することとなる。そうすると、スループットの向上が阻害されるだけでなく、フラッシュ加熱によって活性化した不純物が不活性化するおそれもある。このため、特許文献１には、フラッシュ光照射の終了後に、チャンバー内にヘリウムガス等の冷却ガスを供給して半導体ウェハーおよびチャンバー内を効率良く迅速に冷却することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２１－４４３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、単にチャンバー内に冷却ガスを供給しただけでは、十分な降温レートを得ることは困難である。不純物の不活性化を防止するためには、より高い降温レートが求められる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、冷却効率を向上させて高い降温レートを得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】
【０００９】
上記課題を解決するため、この発明の第１の態様は、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、前記チャンバー内にて前記基板を保持する保持部と、前記保持部に保持された前記基板に光を照射して前記基板を加熱する光照射部と、前記チャンバー内に気体を供給する気体供給部と、前記チャンバー内にて前記保持部よりも上方に設けられ、前記気体供給部から供給された気体を下方に向けて噴出する噴出孔が形設された有孔板と、前記基板を前記保持部に保持される保持高さ位置と前記保持高さ位置よりも上方との間で昇降させる昇降部と、を備え、前記有孔板の前記噴出孔から冷却気体を噴出しつつ、前記光照射部からの光照射によって加熱された前記基板を前記昇降部が前記保持部から上昇させて前記有孔板に近接させて冷却する。
【００１０】
また、第２の態様は、第１の態様に係る熱処理装置において、前記有孔板の下面に、前記基板の径よりも大きな内径の円環形状を有する筒状体を備え、前記昇降部は、前記基板を前記筒状体の内側に上昇させて冷却する。
（【００１１】以降は省略されています）

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