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JP5169055B2 - Semiconductor wafer heat treatment equipment - Google Patents

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JP5169055B2
JP5169055B2 JP2007196842A JP2007196842A JP5169055B2 JP 5169055 B2 JP5169055 B2 JP 5169055B2 JP 2007196842 A JP2007196842 A JP 2007196842A JP 2007196842 A JP2007196842 A JP 2007196842A JP 5169055 B2 JP5169055 B2 JP 5169055B2
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徹 小田垣
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Ushio Denki KK
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Description

本発明は、例えば、フォトレジストのアッシング処理(灰化処理)や、ガラス基板へのアモルファスシリコン成膜(CVD)処理などにおける予備加熱、フォトレジストのベーク処理などに使用される半導体ウエハ加熱処理装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor wafer heat treatment apparatus used for, for example, preheating in photoresist ashing (ashing), amorphous silicon film formation (CVD) on a glass substrate, or baking a photoresist. About.

現在、例えば、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、例えば半導体ウエハに対する不純物拡散処理や成膜処理を行うために、例えば多数の半導体ウエハについて、目的とする処理を同時に(一括して)行うことができるバッチ式の加熱処理装置が知られており、このような加熱処理装置においては、例えば、多数枚の半導体ウエハが水平となる状態で上下方向に所定間隔(ピッチ)で保持されたウエハ保持具が処理室内に収容されると共に所定の処理用ガスが処理室内に導入された状態において、半導体ウエハが加熱手段により所定の処理温度、例えば900〜1200℃程度に加熱されることにより、目的とする熱処理が行われる。   Currently, for example, in a semiconductor device manufacturing process, for example, in order to perform impurity diffusion processing or film formation processing on a semiconductor wafer, for example, a target processing can be performed simultaneously (collectively) on a large number of semiconductor wafers. A batch-type heat treatment apparatus is known, and in such a heat treatment apparatus, for example, a wafer holder that holds a plurality of semiconductor wafers in a vertical direction at a predetermined interval (pitch) in a horizontal state. The semiconductor wafer is heated to a predetermined processing temperature, for example, about 900 to 1200 ° C. by the heating means in a state where it is accommodated in the processing chamber and a predetermined processing gas is introduced into the processing chamber. Is done.

このような熱処理装置のある種のものにおいては、例えば図3に示すように、各々、環状のハロゲンランプよりなる多数の光放射加熱用ヒータ40が処理室45に沿って所定間隔毎に並列状に配置されて構成された加熱手段を備えた構成とされている(特許文献1参照)。   In a certain type of such a heat treatment apparatus, for example, as shown in FIG. 3, a large number of light radiation heaters 40 each formed of an annular halogen lamp are arranged in parallel along the processing chamber 45 at predetermined intervals. It is set as the structure provided with the heating means comprised by arranging (refer patent document 1).

上記のような光照射式の加熱処理装置によって、例えば、フォトレジストのアッシング(灰化処理)やガラス基板へのアモルファスシリコン成膜(CVD)等の予備加熱、フォトレジストのベーク処理等を行う場合には、被処理体を、上記シリコン酸化膜形成、不純物拡散等のプロセスよりも低温、例えば100〜500℃程度の温度で、被処理体を加熱処理することが必要とされている。   In the case of performing preheating such as ashing of the photoresist (ashing process), film formation of amorphous silicon on the glass substrate (CVD), baking process of the photoresist, etc. by the light irradiation type heat treatment apparatus as described above. Therefore, it is necessary to heat-treat the object to be processed at a temperature lower than the above-described processes such as silicon oxide film formation and impurity diffusion, for example, about 100 to 500 ° C.

しかしながら、上記加熱処理装置においては、例えばシリコンよりなる半導体ウエハ(シリコンウエハ)PWなどの被処理体を100〜500℃程度の温度範囲で加熱する場合には、光放射加熱用ヒータ40に近いシリコンウエハPWの外縁部は高温になり、一方、光放射加熱用ヒータ40から遠いシリコンウエハPWの中央部は外縁部より温度が低い状態となり、シリコンウエハPW上の面内での温度分布が均一な状態となるよう加熱することができない、という不具合が生じることが判明した。   However, in the above heat treatment apparatus, for example, when an object to be treated such as a semiconductor wafer (silicon wafer) PW made of silicon is heated in a temperature range of about 100 to 500 ° C., silicon close to the light radiation heater 40 is used. The outer edge portion of the wafer PW becomes high temperature, while the central portion of the silicon wafer PW far from the light radiation heater 40 has a lower temperature than the outer edge portion, and the temperature distribution on the surface of the silicon wafer PW is uniform. It has been found that there is a problem in that it cannot be heated to a state.

一般に、シリコン(Si)は、図4(イ)に示すように、波長が長くなるに従って透過率が高くなる(吸光度が低くなる)傾向、すなわち、例えば1.1μmより短波長側の光は吸収される割合が高く、1.1μmより長波長側の光は透過する割合が高くなる光透過特性を示すことが知られている。
また、シリコン(Si)に限らず、例えばガリウム砒素(GaAs(図4(ロ)))やゲルマニウム(Ge(図4(ハ)))などについても、同様の傾向が見られ、ガリウム砒素(GaAs)については、例えば0.8μmより長波長側の光の透過率が高くなり、また、ゲルマニウム(Ge)については、例えば1.8μmより長波長側の光の透過率が高くなる。
一方、ハロゲンランプや白熱ランプなどのフィラメントランプは、図5に示すように、フィラメントランプから放射される波長ピークが、点灯時におけるフィラメントの色温度が低くなるに従って、長波長側に移動して長波長側の光の放射強度の割合が大きくなる。 従って、シリコンウエハPWに吸収される、1.1μm以下の短波長の光について高い光出力が得られる状態、すなわちフィラメントの色温度が高い(例えば3000K、波長ピークは0.9〜1μm程度)状態のフィラメントランプ40によって、シリコンウエハPWを加熱した場合には、フィラメントランプ40から放射された光の大部分は、シリコンウエハPWの外縁部において吸収されるために、中央部に到達する光量が小さくなって、シリコンウエハPWの中央部に対する加熱の程度が低くなり、シリコンウエハPW上の面内での温度分布にバラツキが生ずることになる。
具体的には、例えば、シリコンウエハPWの中央部と外縁部との温度差が50℃以上にもなることがあり、このような問題は、例えば直径がφ300mmの大口径のシリコンウエハの処理を行う場合に、顕著になる。
In general, as shown in FIG. 4 (a), silicon (Si) tends to have higher transmittance (lower absorbance) as the wavelength increases, that is, for example, light on the shorter wavelength side than 1.1 μm is absorbed. It is known that the ratio of transmitted light is high, and light having a longer wavelength than 1.1 μm exhibits a light transmission characteristic that increases the ratio of transmission.
Further, not only silicon (Si) but also gallium arsenide (GaAs (FIG. 4 (b))), germanium (Ge (FIG. 4 (c))), etc., the same tendency is observed. ) Has a higher light transmittance on the longer wavelength side than 0.8 μm, for example, and germanium (Ge) has a higher light transmittance on the longer wavelength side than, for example, 1.8 μm.
On the other hand, in filament lamps such as halogen lamps and incandescent lamps, as shown in FIG. 5, the wavelength peak radiated from the filament lamp moves to the longer wavelength side and becomes longer as the color temperature of the filament during lighting decreases. The ratio of the radiation intensity of the light on the wavelength side increases. Therefore, a state where a high light output is obtained for light having a short wavelength of 1.1 μm or less absorbed by the silicon wafer PW, that is, a state where the color temperature of the filament is high (for example, 3000 K, the wavelength peak is about 0.9 to 1 μm). When the silicon wafer PW is heated by the filament lamp 40, most of the light emitted from the filament lamp 40 is absorbed at the outer edge of the silicon wafer PW, so that the amount of light reaching the center is small. As a result, the degree of heating of the central portion of the silicon wafer PW becomes low, and the temperature distribution in the surface on the silicon wafer PW varies.
Specifically, for example, the temperature difference between the central portion and the outer edge portion of the silicon wafer PW may be 50 ° C. or more, and such a problem is caused by, for example, processing of a large-diameter silicon wafer having a diameter of φ300 mm. When doing it, it becomes prominent.

特開2001−156008号公報JP 2001-156008 A

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、複数の半導体ウエハを一括して処理可能に構成されたものにおいて、すべての半導体ウエハについて、所定の熱処理を、半導体ウエハの面内での均一性、および、半導体ウエハ間での均一性が高い状態で、行うことのできる半導体ウエハ加熱処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made on the basis of the above circumstances, and is configured so that a plurality of semiconductor wafers can be processed at one time. It is an object of the present invention to provide a semiconductor wafer heat treatment apparatus that can be performed in a state where uniformity in a plane and uniformity between semiconductor wafers are high.

本発明の半導体ウエハ加熱処理装置は、半導体ウエハが保持された状態のウエハ保持具を、内面が反射面とされた処理容器内に収容し、当該処理容器内に設けられたフィラメントランプによって加熱することにより、半導体ウエハの加熱処理を行う半導体ウエハ加熱処理装置において、
前記ウエハ保持具は、複数の半導体ウエハを互いに垂直方向に離間した状態で保持する多数のウエハ保持部を有し、
前記フィラメントランプはタングステン素線よりなるフィラメントが配置された直管型のものであって、その管軸が垂直方向に伸びる姿勢で、ウエハ保持具の周囲に配置されており、
加熱処理が行われるに際して、前記ウエハ保持具における、処理すべき半導体ウエハが載置されるウエハ載置領域の上部および下部に位置されるウエハ保持部には、熱電対が接続された模擬的な半導体ウエハが配置され、
前記フィラメントランプに対する供給電力の大きさを制御してフィラメントの色温度が2000K以下となるよう当該フィラメントランプを点灯する手段を有することを特徴とする。
The semiconductor wafer heat treatment apparatus of the present invention accommodates a wafer holder in a state in which a semiconductor wafer is held in a processing container having an inner surface as a reflection surface, and heats it by a filament lamp provided in the processing container. In the semiconductor wafer heat treatment apparatus for performing the heat treatment of the semiconductor wafer,
The wafer holder has a plurality of wafer holders for holding a plurality of semiconductor wafers in a state of being separated from each other in the vertical direction,
The filament lamp is a straight tube type in which a filament made of a tungsten wire is disposed, and the tube axis is disposed around the wafer holder in a posture in which the tube axis extends in a vertical direction.
When the heat treatment is performed, a simulated thermocouple is connected to the wafer holders located above and below the wafer placement area on which the semiconductor wafer to be treated is placed in the wafer holder. A semiconductor wafer is placed,
It has means for controlling the magnitude of power supplied to the filament lamp to turn on the filament lamp so that the color temperature of the filament becomes 2000K or less.

本発明の半導体ウエハ加熱処理装置によれば、処理容器内の内面が反射面とされていると共に、フィラメントランプがフィラメントの色温度が2000K以下となるよう点灯されることにより、フィラメントランプから放射される光の大部分は、半導体ウエハを透過するので、すべての半導体ウエハについて、半導体ウエハの面内および半導体ウエハ間で実質的に均一な条件で、光照射が行われて、フィラメントランプから放射される光が処理容器内で多重反射される過程において、半導体ウエハに徐々に吸収されることとなる結果、すべての半導体ウエハについて、所望の加熱処理を温度分布が均一となる状態で行うことができる。   According to the semiconductor wafer heat treatment apparatus of the present invention, the inner surface of the processing vessel is a reflection surface, and the filament lamp is radiated from the filament lamp by being turned on so that the color temperature of the filament is 2000K or less. Since most of the light that passes through the semiconductor wafer passes through all of the semiconductor wafers, light irradiation is performed under substantially uniform conditions within the plane of the semiconductor wafer and between the semiconductor wafers, and is emitted from the filament lamp. As a result of the light being gradually absorbed by the semiconductor wafer in the process of multiple reflection in the processing container, the desired heat treatment can be performed with a uniform temperature distribution on all the semiconductor wafers. .

また、フィラメントランプが直管型のものであって、その管軸が垂直方向に伸びる姿勢で、ウエハ保持具の周囲に配置された構成とされていることにより、フィラメントランプからの光を、ウエハ保持具に所定間隔で保持された半導体ウエハ間に導いて、すべての半導体ウエハについて、半導体ウエハの面内および半導体ウエハ間で実質的に均一な条件で、光照射を行うことができるので、一層確実に、半導体ウエハの温度分布が均一となる状態で所望の加熱処理を行うことができる。   In addition, the filament lamp is of a straight tube type, and its tube axis extends in the vertical direction, and is arranged around the wafer holder so that light from the filament lamp can be transmitted to the wafer. Since it can be guided between the semiconductor wafers held by the holder at a predetermined interval and light can be irradiated on all the semiconductor wafers under substantially uniform conditions within the surface of the semiconductor wafer and between the semiconductor wafers, The desired heat treatment can be performed reliably in a state where the temperature distribution of the semiconductor wafer is uniform.

さらに、光の入射条件が他のウエハ保持部と大きく異なる、処理すべき半導体ウエハが載置されるウエハ載置領域の上部および下部に位置されるウエハ保持部に、模擬的な半導体ウエハが配置されることにより、製品とされる半導体ウエハについては、所定の熱処理を実質的に同一の条件で行うことができるので、半導体ウエハの面内での均一性、および、半導体ウエハ間での均一性が高い状態が確実に得られる。
また、模擬的な半導体ウエハに設けられた熱電対により検出される温度データに基づいて、半導体ウエハが設定された温度状態となるよう、フィラメントランプに対する供給電力の大きさが制御されるので、所望の熱処理を確実に行うことができる。
In addition, simulated semiconductor wafers are placed on the wafer holders located above and below the wafer placement area where the semiconductor wafer to be processed is placed, where the light incident conditions are significantly different from those of other wafer holders. As a result, the semiconductor wafer to be a product can be subjected to predetermined heat treatment under substantially the same conditions, so that the uniformity within the surface of the semiconductor wafer and the uniformity between the semiconductor wafers A high state is reliably obtained.
In addition, the magnitude of the power supplied to the filament lamp is controlled based on the temperature data detected by the thermocouple provided on the simulated semiconductor wafer so that the semiconductor wafer is in the set temperature state. This heat treatment can be performed reliably.

図1は、本発明の半導体ウエハ加熱処理装置の一例における要部の構成を概略的に示す断面図であり、図2は、図1におけるA−A線断面図である。
この半導体ウエハ加熱処理装置は、高さ方向(図1において、上下方向)に伸びるよう配置された、上端が閉塞されると共に下端が開放されている筒状の内管(ベルジャ)11と、その周囲に所定の間隔を隔てて同心状に配置された、上端が閉塞されている筒状の外管12とからなる二重管構造を有する処理容器10を備えている。
内管11および外管12は、いずれも、例えば石英ガラスにより形成されており、外管12の内面には、例えばアルミニウム、金またはステンレス鋼よりなる、例えば波長1.1〜3.0μmの範囲の光を60%以上反射する反射面12Aが形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a main part in an example of a semiconductor wafer heat treatment apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
This semiconductor wafer heat treatment apparatus includes a cylindrical inner tube (belger) 11 that is disposed so as to extend in the height direction (vertical direction in FIG. 1), with the upper end closed and the lower end open. A processing vessel 10 having a double tube structure including a cylindrical outer tube 12 having a closed upper end and concentrically arranged around the periphery at a predetermined interval is provided.
Both the inner tube 11 and the outer tube 12 are made of, for example, quartz glass, and the inner surface of the outer tube 12 is made of, for example, aluminum, gold, or stainless steel, for example, in a wavelength range of 1.1 to 3.0 μm. A reflection surface 12A that reflects 60% or more of the light is formed.

処理容器10の下方には、上下方向に駆動されてウエハ保持具20を処理容器10(内管11)内に搬入、搬出する昇降機構15が設けられており、この昇降機構15における円板状の底板16によって処理容器10の下端開口が閉塞されることにより内管11の内部に処理室Sが形成される。
また、底板16におけるウエハ保持具20の載置面についても、外管12の内面と同様に反射面16Aが形成されている。
Below the processing container 10, there is provided an elevating mechanism 15 that is driven in the vertical direction to carry the wafer holder 20 into and out of the processing container 10 (inner tube 11). The processing chamber S is formed inside the inner tube 11 by closing the lower end opening of the processing container 10 by the bottom plate 16.
Further, the mounting surface of the wafer holder 20 on the bottom plate 16 is also formed with a reflecting surface 16 </ b> A similar to the inner surface of the outer tube 12.

ウエハ保持具20は、例えば石英ガラスよりなり、複数枚例えば14枚程度の半導体ウエハ、例えば直径がφ300mmであるシリコンウエハPWが水平となる状態で、上下に所定間隔(ピッチ)、例えば9.5mm間隔で上下に多段に保持されるよう形成された、ウエハ保持部を有する。
このウエハ保持具20における、製品とされるシリコンウエハPWが載置されるウエハ載置領域の上部および下部に位置されるウエハ保持部、例えば最上部および最下部に位置されるウエハ保持部には、例えば熱電対が接続された模擬的な半導体ウエハであるダミーウエハDWが配置される。
The wafer holder 20 is made of, for example, quartz glass, and a plurality of, for example, about 14 semiconductor wafers, for example, a silicon wafer PW having a diameter of φ300 mm, is in a horizontal state with a predetermined interval (pitch), for example, 9.5 mm. A wafer holding portion is formed so as to be held in multiple stages vertically at intervals.
In the wafer holder 20, the wafer holders located at the upper and lower parts of the wafer placement area on which the silicon wafer PW as a product is placed, for example, the wafer holders located at the uppermost part and the lowermost part, For example, a dummy wafer DW, which is a simulated semiconductor wafer to which a thermocouple is connected, is disposed.

上記半導体ウエハ加熱処理装置においては、処理容器10内における内管11と外管12との間に形成される環状空間に、処理室S内に収容されたシリコンウエハPWを所定の処理温度に加熱するためのフィラメントランプ30が設置されている。
この実施例においては、図2にも示すように、例えば12本の直管型のフィラメントランプ30が、その管軸が垂直方向に伸びる姿勢で、例えば円周方向に沿って等間隔毎に離間して内管の周囲を取り囲むよう設置されている。
各々のフィラメントランプ30は、例えば、両端に封止部が形成された、例えばガラス材料よりなる発光管を備えており、発光管の内部空間に、例えばハロゲンガスが封入されるとともに、例えばタングステン素線がコイル状に巻回されて形成されたコイル状のフィラメント31が、発光管の管軸に沿って伸びるよう配置されている。
In the semiconductor wafer heating processing apparatus, the silicon wafer PW accommodated in the processing chamber S is heated to a predetermined processing temperature in an annular space formed between the inner tube 11 and the outer tube 12 in the processing container 10. A filament lamp 30 is installed.
In this embodiment, as shown in FIG. 2, for example, twelve straight tube type filament lamps 30 are spaced apart at equal intervals along the circumferential direction, for example, with the tube axis extending in the vertical direction. It is installed to surround the inner pipe.
Each filament lamp 30 includes, for example, an arc tube made of, for example, a glass material having sealing portions formed at both ends. For example, a halogen gas is sealed in an internal space of the arc tube, and, for example, a tungsten element. A coiled filament 31 formed by winding a wire in a coil shape is disposed so as to extend along the tube axis of the arc tube.

各フィラメントランプ30におけるフィラメント31は、ランプ点灯時におけるフィラメント31の色温度が少なくとも2000K程度となるよう構成されていれば、素線径,コイル径,コイルピッチ,長さおよびその他の具体的な構成は特に制限されるものではないが、例えばフィラメント31の長さは、ウエハ保持具20の高さ方向の全域にわたって均一に光が照射される大きさとされていることが好ましい。
フィラメントランプ30の一構成例を示すと、例えば、フィラメント31の長さが40cm、定格電力が1kW、定格電圧が200Vのものである。
As long as the filament 31 in each filament lamp 30 is configured so that the color temperature of the filament 31 when the lamp is lit is at least about 2000K, the wire diameter, coil diameter, coil pitch, length, and other specific configurations Although there is no particular limitation, for example, the length of the filament 31 is preferably such that the light is uniformly irradiated over the entire height direction of the wafer holder 20.
As an example of the configuration of the filament lamp 30, for example, the filament 31 has a length of 40 cm, a rated power of 1 kW, and a rated voltage of 200V.

次に、上記半導体ウエハ加熱処理装置において実施されるシリコンウエハPWに対する熱処理について説明する。
シリコンウエハPWが保持された状態のウエハ保持具20が、底板16上に載置された後、昇降機構15により底板16が上方向に駆動されてウエハ保持具20が下端開口から処理容器10(内管11)内に搬入されると共に、底板16により処理容器10の下端開口が気密に閉塞される。上述したように、例えばウエハ保持具20における最上部および最下部のウエハ保持部には、ダミーウエハDWが載置された状態とされている。
そして、処理室S内の雰囲気の不活性ガス置換や真空引きが必要に応じて行われた後、フィラメントランプ30が、被処理体であるシリコンウエハPWを透過する波長の光が主として放射される、フィラメント31の色温度である2000K以下となるよう点灯されることにより、シリコンウエハPWに対して加熱処理が行われる。ここに、「主として放射される」とは、シリコンウエハPWを透過する波長の光の割合が88%以上(シリコンウエハPWに吸収される波長の光が12%以下)であることをいう。
フィラメントランプ30がフィラメント31の色温度が2000Kより大きくなるよう点灯される場合には、シリコンウエハPWに吸収される波長の光の割合が高くなるため、フィラメントランプ30に近いシリコンウエハPWの外縁部において吸収される光量が多くなるため、シリコンウエハPWの温度分布にバラツキが生ずる。
Next, heat treatment performed on the silicon wafer PW performed in the semiconductor wafer heat treatment apparatus will be described.
After the wafer holder 20 in a state where the silicon wafer PW is held is placed on the bottom plate 16, the bottom plate 16 is driven upward by the elevating mechanism 15, and the wafer holder 20 is moved from the lower end opening to the processing container 10 ( While being carried into the inner tube 11), the bottom plate 16 hermetically closes the lower end opening of the processing vessel 10. As described above, for example, the dummy wafer DW is placed on the uppermost and lowermost wafer holders of the wafer holder 20.
Then, after the inert gas replacement or evacuation of the atmosphere in the processing chamber S is performed as necessary, the filament lamp 30 mainly emits light having a wavelength that transmits the silicon wafer PW that is the object to be processed. The silicon wafer PW is heated by being turned on so that the color temperature of the filament 31 is 2000 K or lower. Here, “mainly radiated” means that the ratio of light having a wavelength that passes through the silicon wafer PW is 88% or more (light having a wavelength absorbed by the silicon wafer PW is 12% or less).
When the filament lamp 30 is turned on so that the color temperature of the filament 31 is higher than 2000K, the ratio of light having a wavelength absorbed by the silicon wafer PW is increased, so that the outer edge of the silicon wafer PW close to the filament lamp 30 Since the amount of light absorbed in the wafer increases, the temperature distribution of the silicon wafer PW varies.

シリコンウエハPWに対する加熱処理は、例えば、予め取得しておいたダミーウエハDWの温度とフィラメントランプ30に対する印加電圧との相関パターン(温度プロファイル)に従って、ウエハ保持具20の最上部および最下部に載置されたダミーウエハDWに設けられた熱電対によって検知される温度情報に基づいて、フィラメントランプ30に対する印加電圧(供給電力)の大きさが調整されて、行われる。ここに、相関パターン(温度プロファイル)は、例えば熱電対を埋め込んだダミーウエハDWを用いて、実際の製品とされるシリコンウエハPWに対してなされる処理条件で加熱処理をすることにより得られる。   The heat treatment for the silicon wafer PW is performed, for example, on the uppermost part and the lowermost part of the wafer holder 20 in accordance with a correlation pattern (temperature profile) between the temperature of the dummy wafer DW and the applied voltage to the filament lamp 30 acquired in advance. The magnitude of the applied voltage (supply power) to the filament lamp 30 is adjusted based on temperature information detected by the thermocouple provided on the dummy wafer DW. Here, the correlation pattern (temperature profile) is obtained by, for example, performing a heat treatment under the processing conditions for the silicon wafer PW that is an actual product, using a dummy wafer DW in which a thermocouple is embedded.

加熱処理中における温度制御について具体的に説明すると、ダミーウエハDWが所定の温度に達したことが検知されることにより、各フィラメントランプ30に対する供給電力が絞られる(小さく抑制)ことにより、あるいは、電力供給が停止されることにより、所定の温度状態が維持される。例えば処理室S内が真空状態とされている場合には、シリコンウエハPWからの放熱は緩やかに行われるので、フィラメントランプ30に対する電力供給を停止した場合であっても、シリコンウエハPWの温度は極緩やかに下降することとなり、シリコンウエハPWの温度が所定の温度範囲内に維持された状態で熱処理が行われる。
また、所望の熱処理について要求される温度範囲に応じてフィラメントランプ30の点灯制御が行われてもよい。例えば温度範囲が比較的広い場合には、フィラメントランプ30に対する電力供給が停止され、一方、温度範囲が比較的狭い場合は、シリコンウエハPWを所定の温度状態に維持するのに必要な電力が供給される。
The temperature control during the heat treatment will be specifically described. By detecting that the dummy wafer DW has reached a predetermined temperature, the power supplied to each filament lamp 30 is reduced (suppressed small), or By stopping the supply, a predetermined temperature state is maintained. For example, when the inside of the processing chamber S is in a vacuum state, the heat radiation from the silicon wafer PW is performed gently, so that even when the power supply to the filament lamp 30 is stopped, the temperature of the silicon wafer PW is The heat treatment is performed while the temperature of the silicon wafer PW is maintained within a predetermined temperature range.
Moreover, the lighting control of the filament lamp 30 may be performed according to the temperature range required for the desired heat treatment. For example, when the temperature range is relatively wide, power supply to the filament lamp 30 is stopped. On the other hand, when the temperature range is relatively narrow, power necessary to maintain the silicon wafer PW at a predetermined temperature state is supplied. Is done.

而して、上記半導体ウエハ加熱処理装置においては、フィラメントランプ30がフィラメント31の色温度が2000K以下となるよう点灯されることにより、フィラメントランプ30から放射される光は、図5に示すように、波長ピークが例えば1.4〜1.5μm、波長1.1μm以上の光の割合が88%以上のものとなって、その大部分がシリコンウエハPWを透過されて発散されることになる。
すなわち、フィラメントランプ30からの光(図1において二点鎖線で示す。)は、処理容器10を構成する内管11を透過してシリコンウエハPWに入射されるが、その大部分の光は当該シリコンウエハPWを透過して、他のシリコンウエハPWへの入射および透過を繰り返しながら、内管11を透過し、その後、外管12の内面に形成された反射面12A、または底板16の内面上に形成された反射面16Aによって反射されて、再び、処理室S内に導入される。
そして、フィラメントランプ30から放射される光が処理室S内で多重反射される過程において、すべてのシリコンウエハPWについて、シリコンウエハPWの面内およびシリコンウエハPW間で実質的に均一な条件で光照射が行われて、シリコンウエハPWに徐々に吸収されることとなる結果、後述する実験例の結果にも示されているように、各シリコンウエハPWについて、所望の加熱処理を温度分布が均一となる状態、例えば半導体を製造する最先端ラインでの許容範囲である、シリコンウエハPW上の温度分布における温度差が2%以下となる状態で行うことができる。
Thus, in the semiconductor wafer heat treatment apparatus, when the filament lamp 30 is turned on so that the color temperature of the filament 31 is 2000K or less, the light emitted from the filament lamp 30 is as shown in FIG. The ratio of light having a wavelength peak of, for example, 1.4 to 1.5 μm and a wavelength of 1.1 μm or more is 88% or more, and most of the light is transmitted through the silicon wafer PW and emitted.
That is, the light from the filament lamp 30 (indicated by a two-dot chain line in FIG. 1) passes through the inner tube 11 constituting the processing vessel 10 and is incident on the silicon wafer PW. While passing through the silicon wafer PW and repeatedly entering and passing through the other silicon wafer PW, the light passes through the inner tube 11, and then on the reflecting surface 12 </ b> A formed on the inner surface of the outer tube 12 or the inner surface of the bottom plate 16. Then, the light is reflected by the reflecting surface 16 </ b> A formed and is introduced into the processing chamber S again.
Then, in the process in which the light emitted from the filament lamp 30 is multiple-reflected in the processing chamber S, the light is substantially uniform in the plane of the silicon wafer PW and between the silicon wafers PW for all silicon wafers PW. As a result of the fact that the irradiation is performed and the silicon wafer PW is gradually absorbed, as shown in the result of an experimental example described later, the desired heat treatment is uniformly performed on each silicon wafer PW. For example, the temperature difference in the temperature distribution on the silicon wafer PW, which is an allowable range in the state-of-the-art line for manufacturing semiconductors, is 2% or less.

また、上記半導体ウエハ加熱処理装置によれば、フィラメントランプ30が直管型のものであって、その管軸が垂直方向に伸びる姿勢で、ウエハ保持具20の周囲に配置された構成とされていることにより、フィラメントランプ30からの光を、ウエハ保持具20に所定間隔で保持されたシリコンウエハPW間に導いて、すべてのシリコンウエハPWについて、シリコンウエハPWの面内およびシリコンウエハPW間で実質的に均一な条件で、光照射を行うことができるので、一層確実に、シリコンウエハPWの温度分布が均一となる状態で所望の加熱処理を行うことができる。   In addition, according to the semiconductor wafer heat treatment apparatus, the filament lamp 30 is of a straight tube type, and the tube axis is arranged around the wafer holder 20 in a posture that extends in the vertical direction. As a result, the light from the filament lamp 30 is guided between the silicon wafers PW held by the wafer holder 20 at a predetermined interval, and all the silicon wafers PW are within the plane of the silicon wafer PW and between the silicon wafers PW. Since light irradiation can be performed under substantially uniform conditions, the desired heat treatment can be performed more reliably in a state where the temperature distribution of the silicon wafer PW is uniform.

さらに、光の入射条件が他のウエハ保持部と大きく異なる、製品とされるシリコンウエハPWが載置されるウエハ載置領域の上部および下部に位置されるウエハ保持部に、ダミーウエハDWが配置されることにより、製品とされるシリコンウエハPWについては、一層確実に、所望の熱処理を実質的に均一な条件で行うことができるので、シリコンウエハPWの面内での均一性、および、シリコンウエハPW間での均一性が高い状態が確実に得られる。
また、ダミーウエハDWに設けられた熱電対により検出される温度データに基づいて、シリコンウエハPWが設定された温度状態となるよう、予め設定された温度プロファイルに従って、フィラメントランプ30に対する供給電力の大きさが制御されるので、所望の熱処理を確実に、かつ、容易に行うことができる。
In addition, dummy wafers DW are arranged in wafer holding units positioned at the upper and lower portions of the wafer mounting region on which a silicon wafer PW as a product is placed, which is significantly different from the other wafer holding units. As a result, the silicon wafer PW that is a product can be more reliably subjected to the desired heat treatment under substantially uniform conditions. Therefore, the uniformity within the surface of the silicon wafer PW and the silicon wafer can be obtained. A state with high uniformity between PWs can be reliably obtained.
Further, the magnitude of the power supplied to the filament lamp 30 according to a preset temperature profile so that the silicon wafer PW is set to a set temperature state based on temperature data detected by a thermocouple provided on the dummy wafer DW. Therefore, the desired heat treatment can be performed reliably and easily.

以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
図1および図2に示す構成の半導体ウエハ加熱処理装置を用い、ウエハ保持具に対して、直径φ300mmであるシリコンウエハ(製品ウエハ)14枚を載置すると共に、最上部および最下部に位置されるウエハ保持部にダミーウエハを載置した状態(満載状態)において、ウエハ保持具を処理室内に搬入し、製品ウエハの温度が200℃となるよう加熱処理を行った。ここに、各フィラメントランプは、定格電力が1kW、定格電圧が200Vであるものであり、ランプ点灯時におけるフィラメントの色温度が2400Kとなる条件で点灯した。
加熱処理時におけるシリコンウエハの特定の測定箇所の温度が200℃に達したときの、シリコンウエハ上の最大温度と最小温度との温度差を測定し、シリコンウエハの面内での温度均一性を調べた。結果を下記表1に示す。
Hereinafter, experimental examples performed for confirming the effects of the present invention will be described.
Using the semiconductor wafer heat treatment apparatus having the configuration shown in FIGS. 1 and 2, 14 silicon wafers (product wafers) having a diameter of 300 mm are placed on the wafer holder and positioned at the uppermost and lowermost positions. In a state where the dummy wafer was placed on the wafer holding portion (full load state), the wafer holder was carried into the processing chamber and heat treatment was performed so that the temperature of the product wafer was 200 ° C. Here, each filament lamp had a rated power of 1 kW and a rated voltage of 200 V, and was lit under the condition that the color temperature of the filament when the lamp was lit was 2400K.
The temperature difference between the maximum temperature and the minimum temperature on the silicon wafer when the temperature at a specific measurement location of the silicon wafer reaches 200 ° C. during the heat treatment, and the temperature uniformity within the surface of the silicon wafer is measured. Examined. The results are shown in Table 1 below.

また、フィラメントランプの数を調整すると共に総放射エネルギー量(電力密度)が同一となる条件(駆動電力)で点灯することにより、点灯時におけるフィラメントの色温度を下記表1に従って調整して、上記と同様の実験を行った。結果を下記表1に示す。
下記表1において、例えば、温度差が「4℃」とあるのは、シリコンウエハにおける特定の測定箇所の温度が200℃に達したときの、最大温度が202℃、最小温度が198℃である状態であることを示し、温度差(処理温度に対する誤差)〔%〕は、2/200×100(%)より、「1%」と記載してある。
Further, by adjusting the number of filament lamps and lighting under conditions (driving power) where the total amount of radiant energy (power density) is the same, the color temperature of the filament during lighting is adjusted according to the following Table 1, and the above The same experiment was conducted. The results are shown in Table 1 below.
In Table 1 below, for example, the temperature difference is “4 ° C.” because the maximum temperature is 202 ° C. and the minimum temperature is 198 ° C. when the temperature of a specific measurement location on the silicon wafer reaches 200 ° C. The temperature difference (error relative to the processing temperature) [%] is described as “1%” from 2/200 × 100 (%).

Figure 0005169055
Figure 0005169055

以上のように、フィラメントランプがフィラメントの色温度が2000K以下となるよう点灯されることにより、シリコンウエハの面内での温度差を2%以下にすることができ、シリコンウエハの温度分布が均一となる状態で加熱することができることが確認された。
また、ウエハ保持具における高さ方向における位置に関わらず、すべてのシリコンウエハについて同様の結果が得られた。すなわち、シリコンウエハ間での均一性が高い状態で所望の加熱処理を行うことができることが確認された。
As described above, when the filament lamp is turned on so that the color temperature of the filament is 2000K or less, the temperature difference in the surface of the silicon wafer can be reduced to 2% or less, and the temperature distribution of the silicon wafer is uniform. It was confirmed that it was possible to heat in the state.
The same result was obtained for all silicon wafers regardless of the position in the height direction of the wafer holder. That is, it was confirmed that the desired heat treatment can be performed with high uniformity between silicon wafers.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、フィラメントランプは、処理室内に配置されていれば、フィラメントランプから放射される光を処理室内で多重反射させることができるので、複数本である必要はなく、例えば1本でもよく、また、シリコンウエハの外周に配置されていなくてもよい。さらに、フィラメントランプは、両端封止型のものであっても、一端封止型のものであってもよい。
また、加熱処理中の温度制御は、例えば放射温度計などの温度測定手段を用い、この温度測定手段により得られる温度情報をフィードバック制御することにより、行われてもよい。
さらに、本発明は、いわゆる縦型熱処理装置に限定されるものではなく、処理容器が水平方向に伸びるよう配置され、半導体ウエハが垂直となる状態で水平方向に並ぶよう保持された状態で処理容器内に収容される横型熱処理装置にも適用することができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment, A various change can be added.
For example, if the filament lamp is arranged in the processing chamber, the light emitted from the filament lamp can be multiple-reflected in the processing chamber, so there is no need for a plurality of filament lamps. It does not need to be arranged on the outer periphery of the silicon wafer. Furthermore, the filament lamp may be of a both-end sealed type or a one-end sealed type.
Further, the temperature control during the heat treatment may be performed by using a temperature measuring unit such as a radiation thermometer and performing feedback control of temperature information obtained by the temperature measuring unit.
Furthermore, the present invention is not limited to a so-called vertical heat treatment apparatus, and the processing container is disposed so as to extend in the horizontal direction and the semiconductor wafers are held in a horizontal state in a vertical state. The present invention can also be applied to a horizontal heat treatment apparatus housed inside.

本発明の半導体ウエハ加熱処理装置の一例における要部の構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the structure of the principal part in an example of the semiconductor wafer heat processing apparatus of this invention. 図1におけるA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line in FIG. 従来における光照射式の加熱処理装置の一例における構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure in an example of the conventional light irradiation type heat processing apparatus. Si(イ),GaAs(ロ)およびGe(ハ)の光透過特性を示すグラフである。It is a graph which shows the light transmission characteristic of Si (b), GaAs (b), and Ge (c). 総放射エネルギー(ランプ電力密度)を同じにした場合における放射スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows a radiation spectrum in case the total radiant energy (lamp power density) is made the same.

符号の説明Explanation of symbols

10 処理容器
11 内管(ベルジャ)
12 外管
12A 反射面
15 昇降機構
16 底板
16A 反射面
20 ウエハ保持具
30 フィラメントランプ
31 フィラメント
40 光放射加熱用ヒータ
45 処理室
PW シリコンウエハ
DW ダミーウエハ
S 処理室
10 Processing container 11 Inner pipe (Berja)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Outer tube 12A Reflection surface 15 Elevating mechanism 16 Bottom plate 16A Reflection surface 20 Wafer holder 30 Filament lamp 31 Filament 40 Heater for light radiation heating 45 Processing chamber PW Silicon wafer DW Dummy wafer S Processing chamber

Claims (1)

半導体ウエハが保持された状態のウエハ保持具を、内面が反射面とされた処理容器内に収容し、当該処理容器内に設けられたフィラメントランプによって加熱することにより、半導体ウエハの加熱処理を行う半導体ウエハ加熱処理装置において、
前記ウエハ保持具は、複数の半導体ウエハを互いに垂直方向に離間した状態で保持する多数のウエハ保持部を有し、
前記フィラメントランプはタングステン素線よりなるフィラメントが配置された直管型のものであって、その管軸が垂直方向に伸びる姿勢で、ウエハ保持具の周囲に配置されており、
加熱処理が行われるに際して、前記ウエハ保持具における、処理すべき半導体ウエハが載置されるウエハ載置領域の上部および下部に位置されるウエハ保持部には、熱電対が接続された模擬的な半導体ウエハが配置され、
前記フィラメントランプに対する供給電力の大きさを制御してフィラメントの色温度が2000K以下となるよう当該フィラメントランプを点灯する手段を有することを特徴とする半導体ウエハ加熱処理装置。
The wafer holder in a state where the semiconductor wafer is held is accommodated in a processing container having an inner surface as a reflection surface, and heated by a filament lamp provided in the processing container, thereby performing the heat treatment of the semiconductor wafer. In semiconductor wafer heat treatment equipment,
The wafer holder has a plurality of wafer holders for holding a plurality of semiconductor wafers in a state of being separated from each other in the vertical direction,
The filament lamp is a straight tube type in which a filament made of a tungsten wire is disposed, and the tube axis is disposed around the wafer holder in a posture in which the tube axis extends in a vertical direction.
When the heat treatment is performed, a simulated thermocouple is connected to the wafer holders located above and below the wafer placement area on which the semiconductor wafer to be treated is placed in the wafer holder. A semiconductor wafer is placed,
A semiconductor wafer heat treatment apparatus comprising means for controlling the magnitude of power supplied to the filament lamp to turn on the filament lamp so that the color temperature of the filament is 2000K or less.
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