JP4316906B2

JP4316906B2 - Heat treatment equipment

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Publication number: JP4316906B2
Application number: JP2003071712A
Authority: JP
Inventors: 優子幾見
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: JP2004281748A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハーやガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）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もので、特に、複数の光導入部によって導かれた光をそれぞれ受光素子上に結像させる結像部の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、イオン注入後の半導体ウェ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ている。このような熱処理装置においては、半導体ウェハーを、例えば、１０００℃ないし１１００℃程度の温度に加熱（アニール）することにより、半導体ウェ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昇温する構成となっている。また、このような光照射を利用した熱処理装置には、光センサによってランプの劣化を監視しているものもある（例えば、特許文献１参照）。
【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ェハーのイオン活性化を実行した場合においても、半導体ウェ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、熱により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、半導体ウェ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しなければならないという問題が生じていた。
【０００４】
上述した問題を解決するため、キセノンフラッシュランプ等を使用して半導体ウェ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ェハーの表面のみを極めて短時間（数ミリセカンド以下）に昇温させる技術が提案されている（例えば、特許文献２，３参照）。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、イオンが拡散するための十分な時間がないため、半導体ウェハーに打ち込まれたイオンのプロファイルをなまらせることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１３５４４９号公報
【特許文献２】
特開昭５９−１６９１２５号公報
【特許文献３】
特開昭６３−１６６２１９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなキセノンフラッシュランプを複数配列したランプユニットの管理を全く行わないと、それらのうちの１本が劣化を起こしたとしてもランプシステムの全体としてそれを検出することができず、劣化したランプ直下の光量が低下したまま半導体ウェハーの処理が続行されることとなる。その結果、面内の一部に処理異常が生じている半導体ウェハーが多量に生産されるという問題が生じることとなる。
【０００７】
このため、キセノンフラッシュランプの管理が重要となるのであるが、キセノンフラッシュランプは電荷蓄積したコンデンサのエネルギーを一瞬で放電して閃光を放つものであるため、制御という概念が無く、ランプ管理自体が非常に困難であり、その手法が問題となっていた。
【０００８】
キセノンフラッシュランプの管理手法として従来より多く用いられてきたのが処理済のウェハーを定期的にサンプリングして検査する間接管理方法である。具体的には、数ロットに１枚程度の処理済ウェハーを抜き出して表面のシート抵抗を計測することによって適切な熱処理がなされたか否かを検査するのである。しかしながら、この手法では、検査の結果異常が認められたとしても、検査間に処理された多くの半導体ウェハーにも処理異常が生じている可能性が高く、リスクが大きい。
【０００９】
また、閃光照射時の電流特性を監視することによってフラッシュランプの異常を検出するという手法も提案されている。しかし、フラッシュランプの劣化の要因には、電極のスパッタに起因したガラス管の黒化など種々のものがあり、電流特性を監視してもこのような現象によるフラッシュランプの劣化までは検知することができない。
【００１０】
そこで、本発明は、基板に対して閃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、フラッシュランプの劣化を確実かつ安定に検出することができる熱処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対して閃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、複数のフラッシュランプを有する光源と、基板を保持する保持手段と、前記光源から前記保持手段に保持された基板に向けて光を出射するときに、前記複数のフラッシュランプから出射される光を受光素子により受光し、受光した光の強度を計測する光強度計測手段と、前記光強度計測手段による計測結果に基づいて、前記複数のフラッシュランプのそれぞれの発光状態を検出する発光状態検出手段と、を備え、前記光強度計測手段は、前記複数のフラッシュランプから出射される光を導く複数の光導入部と、前記複数の光導入部のそれぞれの端部のうち前記複数のフラッシュランプと対向する一端部の逆側に設けられた他端部と、前記受光素子との間に設けられ、前記一端部側から前記導入部に導かれて前記他端部から出射する前記複数のフラッシュランプの導入光を前記受光素子に結像させる結像部と、を有し、前記結像部の分解能は、前記受光素子に結像される前記複数のフラッシュランプの前記導入光がそれぞれ識別可能に調整されていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の熱処理装置において、前記結像部は、前記導入光を拡散させる拡散板を有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に記載の熱処理装置において、前記結像部は、複数のレンズから構成されるレンズ群を有し、前記拡散板は、前記レンズ群を挟んで前記受光素子と反対側に配設されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４の発明は、請求項２に記載の熱処理装置において、前記結像部は、複数のレンズから構成されるレンズ群を有し、前記拡散板は、前記レンズ群と前記受光素子との間に配設されていることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５の発明は、請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、前記拡散板は、石英によって構成されており、前記導入光の入射面と出射面とは光拡散面を形成していることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の熱処理装置において、前記光導入部は、石英によって形成されていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
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。
【００１８】
＜１．熱処理装置の構成＞
図１および図２は、本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。この熱処理装置は、キセノンフラッシュランプからの閃光によって半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。
【００１９】
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ェハーＷを収納して熱処理するためのチャンバー６５を備える。チャンバー６５の上部を構成する透光板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おり、光源５から出射された光を透過してチャンバー６５内に導くチャンバー窓として機能している。また、チャンバー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ェハー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。
【００２０】
また、チャンバー６５を構成する側板６４には、半導体ウェハー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。半導体ウェハー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チャンバー６５内に搬入される。また、チャンバー６５内にて半導体ウェハーＷの熱処理が行われるときには、ゲートバルブ６８により開口部６６が閉鎖される。
【００２１】
チャンバー６５は光源５の下方に設けられている。光源５は、複数（本実施の形態においては２７本）のキセノンフラッシュランプ６９（以下、単に「フラッシュランプ６９」とも称する）と、リフレクタ７１とを備える。複数のフラッシュランプ６９は、それぞれが長尺の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水平方向に沿うようにして互いに平行に列設されている。リフレクタ７１は、複数のフラッシュランプ６９の上方にそれらの全体を被うように配設されている。
【００２２】
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、該ガラス管の外局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印加し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瞬時に流れ、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ミリセカンドないし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。本実施の形態では、熱処理装置にフラッシュランプ６９から出射される光の強度を計測する機構（図１および図２では図示の便宜上省略）を設けているのであるがそれについてはさらに後述する。
【００２３】
光源５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。
【００２４】
フラッシュランプ６９から放射された光の一部は直接に光拡散板７２および透光板６１を透過してチャンバー６５内へと向かう。また、フラッシュランプ６９から放射された光の他の一部は一旦リフレクタ７１によって反射されてから光拡散板７２および透光板６１を透過してチャンバー６５内へと向かう。
【００２５】
チャンバー６５内には、加熱プレート７４と熱拡散板７３とが設けられている。熱拡散板７３は加熱プレート７４の上面に貼着されている。また、熱拡散板７３の表面には、半導体ウェハーＷの位置ずれ防止ピン７５が付設されている。
【００２６】
加熱プレート７４は、半導体ウェハーＷを予備加熱（アシスト加熱）するためのものである。この加熱プレート７４は、窒化アルミニウムにて構成され、その内部にヒータと該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。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ェハーＷを均一に予備加熱するためのものである。この熱拡散板７３の材質としては、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃：酸化アルミニウム）や石英等の比較的熱伝導率が小さいものが採用される。
【００２７】
熱拡散板７３および加熱プレート７４は、モータ４０の駆動により、図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降する構成となっている。
【００２８】
すなわち、加熱プレート７４は、筒状体４１を介して移動板４２に連結されている。この移動板４２は、チャンバー６５の底板６２に釣支されたガイド部材４３により案内されて昇降可能となっている。また、ガイド部材４３の下端部には、固定板４４が固定されており、この固定板４４の中央部にはボールネジ４５を回転駆動するモータ４０が配設されている。そして、このボールネジ４５は、移動板４２と連結部材４６、４７を介して連結されたナット４８と螺合している。このため、熱拡散板７３および加熱プレート７４は、モータ４０の駆動により、図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降することができる。
【００２９】
図１に示す半導体ウェハー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ェハー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ェハーＷを開口部６６から搬出することができるように、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の表面より上方に突出する。
【００３０】
一方、図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置は、半導体ウェハーＷに対して熱処理を行うために、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。熱拡散板７３および加熱プレート７４が図１の搬入・搬出位置から図２の熱処理位置に上昇する過程において、支持ピン７０に載置された半導体ウェハーＷは熱拡散板７３によって受け取られ、その下面を熱拡散板７３の表面に支持されて上昇し、チャンバー６５内の透光板６１に近接した位置に水平姿勢にて保持される。逆に、熱拡散板７３および加熱プレート７４が熱処理位置から搬入・搬出位置に下降する過程においては、熱拡散板７３に支持された半導体ウェハーＷは支持ピン７０に受け渡される。
【００３１】
半導体ウェハーＷを支持する熱拡散板７３および加熱プレート７４が熱処理位置に上昇した状態においては、それらに保持された半導体ウェハーＷと光源５との間に透光板６１が位置することとなる。なお、このときの熱拡散板７３と光源５との間の距離についてはモータ４０の回転量を制御することにより任意の値に調整することが可能である。
【００３２】
また、チャンバー６５の底板６２と移動板４２との間には筒状体４１の周囲を取り囲むようにしてチャンバー６５を気密状体に維持するための伸縮自在の蛇腹７７が配設されている。熱拡散板７３および加熱プレート７４が熱処理位置まで上昇したときには蛇腹７７が収縮し、熱拡散板７３および加熱プレート７４が搬入・搬出位置まで下降したときには蛇腹７７が伸長してチャンバー６５内の雰囲気と外部雰囲気とを遮断する。
【００３３】
チャンバー６５における開口部６６と反対側の側板６３には、開閉弁８０に連通接続された導入路７８が形成されている。この導入路７８は、チャンバー６５内に処理に必要なガス、例えば不活性な窒素ガスを導入するためのものである。一方、側板６４における開口部６６には、開閉弁８１に連通接続された排出路７９が形成されている。この排出路７９は、チャンバー６５内の気体を排出するためのものであり、開閉弁８１を介して図示しない排気手段と接続されている。
【００３４】
上述したように、この熱処理装置にはフラッシュランプ６９から出射される光の強度を計測する機構が設けられている。図３は、光強度計測機構の概略構成を示す図である。また、図４は、図３中の結像部３０の構成を示す図である。この光強度計測機構は、主としてフラッシュランプ６９から出射された光を導く複数の光ファイバー２０と、受光した光の強度を電気信号として出力するＣＣＤ(Charge Coupled Device)２５と、対応する光ファイバー２０を介して導かれた各フラッシュランプ６９の光のそれぞれをＣＣＤ２５のＣＣＤセル３６上に結像させる結像部３０と、ＣＣＤ２５から出力された電気信号を解析するコンピュータ１０とにより構成される。
【００３５】
各光ファイバー２０のそれぞれの両端部のうち一端部はリフレクタ７１に固設されている。図５はフラッシュランプ６９に対する光ファイバー２０の配設状態を示す図である。また、図６はリフレクタ７１への光ファイバー２０の取付態様を示す拡大図である。図５に示すように、本実施の形態では１本のフラッシュランプ６９に対して３本の光ファイバー２０を配設している。すなわち、フラッシュランプ６９は長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、光ファイバー２０の端面が各フラッシュランプ６９の中央部および両端部のそれぞれに対向するように構成されている。従って、光源５に２７本のフラッシュランプ６９が設けられているとすると、リフレクタ７１には計８１本の光ファイバー２０が取り付けられることとなる。具体的な取付態様は図６に示すように、リフレクタ７１におけるフラッシュランプ６９の直上部分に光ファイバー２０の径よりも若干大きな穴を穿設し、その穴に光ファイバー２０の一端部を挿通させた状態にて取付治具２１により光ファイバー２０を固定する。光ファイバー２０の材質は石英製の石英ファイバーであり、フラッシュランプ６９からの強烈なフラッシュ光に対しても耐性を備えている。
【００３６】
図５および図６に示すようにして複数の、例えば８１本の光ファイバー２０をリフレクタ７１に取り付けることにより、それら光ファイバー２０の端面が２７本のフラッシュランプ６９の中央部および両端部に対向する。そしてこの状態でフラッシュランプ６９が閃光を出射すると、出射された光は各光ファイバー２０の端面に入射して該光ファイバー２０によって導かれることとなる。このように、各光ファイバー２０は、複数のフラッシュランプ６９の対応する部分（フラッシュランプ６９の中央部、一端部または他端部）から出射される光を導く光導入部として機能する。
【００３７】
一方、各光ファイバー２０の他端部はファイバー固定治具２２に固設されている。複数の光ファイバー２０のファイバー固定治具２２への接続態様（配列）はＣＣＤ２５の形状に応じて任意のものとすれば良い。例えば、８１本の光ファイバー２０を一列に並べても良いし、矩形状に配列して並べても良い。本実施の形態では、フラッシュランプ６９の中央部、一端部および他端部のそれぞれに対向する光ファイバー２０を２７本ずつ３列に並べてファイバー固定治具２２に固設している。このように、ファイバー固定治具２２は、各光ファイバー２０の端部のうち一方の端部（他端部）を所定の接続態様に配列して固定する固定部として使用される。
【００３８】
なお、各フラッシュランプ６９に対向する一端面から入射し、対応する光ファイバー２０内を導かれて、当該光ファイバー２０の他端面から出射する光（以下、「導入光」とも呼ぶ）がファイバー固定治具２２に遮られることなく出射されることは勿論である。
【００３９】
結像部３０は、ファイバー固定治具２２とＣＣＤ２５との間に配置されており、複数のレンズ（第１および第２のレンズ３１、３２）によって各光ファイバー２０によって導かれたフラッシュランプ６９の光をＣＣＤ２５のＣＣＤセル３６上に結像される光学ユニットである。図４に示すように、結像部３０は、主として、ファイバー固定治具２２側に配設された第１のレンズ３１と、ＣＣＤセル３６側に配設された第２のレンズ３２と、フラッシュランプ６９から出射されて各光ファイバー２０に導かれた導入光を拡散する光拡散板３４とから構成されている。
【００４０】
第１のレンズと第２のレンズは、光拡散板３４を透過した導入光をＣＣＤ２５のＣＣＤセル３６上に結像するのに使用されるレンズ群であり、図４に示すように、これら第１および第２のレンズ３１、３２の間には、フィルター３３が配設されている。
【００４１】
フィルター３３としては、その目的に応じて種々のものを採用することができる。例えば、光ファイバー２０から出射される光が強すぎる場合にはＮＤフィルター、所定のスペクトルに絞りたい場合にはバンドパスフィルターを採用すれば良い。例えば、フラッシュ加熱に大きく寄与する紫外線側のスペクトルに限ってモニタを行いたい場合には、紫外線側スペクトルに絞るバンドパスフィルターを採用する。また、フィルター３３として蛍光塗料を塗布したフィルター等を採用することができる。
【００４２】
光拡散板３４は、ファイバー固定治具２２から光拡散板３４に向けて進行する導入光をその内部を透過させつつ拡散する部材であり、図４に示すように、第１および第２のレンズ３１、３２の直径と同一またはそれ以上の大きさを有する円形の平板部材、または、一辺の長さが第１および第２のレンズ３１、３２の直径と同一またはそれ以上の大きさを有する正方形、または長方形の平板部材である。
【００４３】
また、図４に示すように、光拡散板３４は、複数の光ファイバー２０の他端部を固定するファイバー固定治具２２と第１のレンズ３１との間であって、その中心位置が第１のレンズ３１のレンズ中心と第２のレンズ３２のレンズ中心を結ぶ直線付近となるように配設されている。
【００４４】
本実施の形態の光拡散板３４は、例えば石英のように光を透過する材料によって形成されており、導入光の入射面および出射面のそれぞれを表面を粗く研磨することによって、当該導入光が様々な方向に拡散するようにしている。すなわち、光拡散板３４の入射面と出射面とは、それぞれ導入光を拡散させる光拡散面を形成している。これにより、光拡散板３４を入射・透過する導入光は様々な方向に拡散しつつ進行して第１のレンズ３１に入射することになる。
【００４５】
なお、本実施の形態の光拡散板３４は、入射面および出射面は、表面粗さ（Ｒａ）が０．１０〜１．１６（μｍ）（好ましくは、０．１０〜０．１５（μｍ））となるようにそれぞれ研磨されている。
【００４６】
ＣＣＤ２５は、フォトダイオードを平面状に並べたものであり、蓄積された入光に比例した電気量を取り出す受光素子であり、受光した光の強度を計測する際に使用される。ＣＣＤ２５は結像部３０を挟んでファイバー固定治具２２と逆側に配置されており、８１本の光ファイバー２０から出射されて、光拡散板３４、第１のレンズ３１、フィルター３３および第２のレンズ３２を透過した光を単一のＣＣＤ２５にて受光することができる。なお、ＣＣＤ２５に代わる受光素子としてＣＭＯＳセンサ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等を採用するようにしても良い。
【００４７】
ＣＣＤ制御回路２７は、ＣＣＤ２５に蓄積された電荷の読み出しを制御する回路である。ＣＣＤ制御回路２７によってＣＣＤ２５から読み出された電気信号は、信号線３５を介してコンピュータ１０に伝達される。コンピュータ１０は熱処理装置に付設されているものであり、そ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。
【００４８】
図７は、コンピュータ１０の構成を示すブロック図である。コンピュータ１０は、各種演算処理を行うＣＰＵ１１、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ１２、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ１３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１４をバスライン１９に接続して構成されている。また、バスライン１９にはＡ／Ｄコンバータ１５が接続されている。Ａ／Ｄコンバータ１５は、ＣＣＤ制御回路２７によってＣＣＤ２５から読み出されたアナログの電気信号をデジタルに変換する回路である。
【００４９】
さらに、バスライン１９には、表示部１６および入力部１７が電気的に接続されている。表示部１６は、例えば液晶ディスプレイ等を用いて構成されており、処理結果やレシピ内容等の種々の情報を表示する。入力部１７は、例えばキーボードやマウス等を用いて構成されており、コマンドやパラメータ等の入力を受け付ける。装置のオペレータは、表示部１６に表示された内容を確認しつつ入力部１７からコマンドやパラメータ等の入力を行うことができる。なお、表示部１６と入力部１７とを一体化してタッチパネルとして構成するようにしても良い。
【００５０】
以上のような構成により、本実施の形態ではフラッシュランプ６９から出射される光を光ファイバー２０の一端部に導くとともに、光ファイバー２０の他端部から出射される導入光を結像部３０によってＣＣＤ２５のＣＣＤセル３６に結像することにより、各フラッシュランプ６９から出射される光の強度を計測し、得られた計測結果をコンピュータ１０により解析することができる。
【００５１】
＜２．熱処理動作＞
次に、本発明にかかる熱処理装置による半導体ウェハーＷの熱処理動作について説明する。この熱処理装置において処理対象となる半導体ウェハーＷは、イオン注入後の半導体ウェハーである。
【００５２】
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に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置に配置された状態にて、図示しない搬送ロボットにより開口部６６を介して半導体ウェハーＷが搬入され、支持ピン７０上に載置される。半導体ウェハー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。しかる後、熱拡散板７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動により図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇し、半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持する。また、開閉弁８０および開閉弁８１を開いてチャンバー６５内に窒素ガスの気流を形成する。
【００５３】
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所定温度に加熱されている。このため、熱拡散板７３および加熱プレート７４が半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇した状態においては、半導体ウェハー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、半導体ウェハーＷの温度が次第に上昇する。
【００５４】
この状態においては、半導体ウェハーＷは熱拡散板７３により継続して加熱される。そして、半導体ウェハーＷの温度上昇時には、図示しない温度センサにより、半導体ウェハー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。
【００５５】
なお、この予備加熱温度Ｔ１は、例えば２００℃ないし６００℃程度の温度である。半導体ウェハーＷをこの程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱したとしても、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散してしまうことはない。
【００５６】
やがて、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達すると、フラッシュランプ６９を点灯してフラッシュ加熱を行う。このフラッシュ加熱工程におけるフラッシュランプ６９の点灯時間は、０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の時間である。このように、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。
【００５７】
このようなフラッシュ加熱により、半導体ウェハーＷの表面温度は瞬間的に温度Ｔ２に到達する。この温度Ｔ２は、１０００℃ないし１１００℃程度の半導体ウェハーＷのイオン活性化処理に必要な温度である。半導体ウェハーＷの表面がこのような処理温度Ｔ２にまで昇温されることにより、半導体ウェハーＷ中に打ち込まれたイオンが活性化される。
【００５８】
このとき、半導体ウェハーＷの表面温度が０．１ミリセカンドないし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、半導体ウェハーＷ中のイオン活性化は短時間で完了する。従って、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散することはなく、半導体ウェハー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。なお、イオン活性化に必要な時間はイオンの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１０ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であってもイオン活性化は完了する。
【００５９】
また、フラッシュランプ６９を点灯して半導体ウェハーＷを加熱する前に、加熱プレート７４を使用して半導体ウェハーＷの表面温度を２００℃ないし６００℃程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱していることから、フラッシュランプ６９により半導体ウェハーＷを１０００℃ないし１１００℃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。
【００６０】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、熱拡散板７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動により図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出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ェハーＷが図示しない搬送ロボットにより搬出される。以上のようにして、一連の熱処理動作が完了する。
【００６１】
＜３．光強度監視動作＞
以上のような一連の熱処理工程において、本実施の形態ではフラッシュランプ６９から出射される光の強度を監視している。以下その光強度監視動作について説明する。
【００６２】
上述したフラッシュ加熱時にフラッシュランプ６９から閃光が出射されると、その光の一部が光ファイバー２０によって受光される。このときに、各フラッシュランプ６９の中央部および両端部のそれぞれに光ファイバー２０の端面が対向しているため、各フラッシュランプ６９の中央部および両端部それぞれの箇所から出射された光が個別に受光されることとなる。受光された光は光ファイバー２０によって導かれて出射され、光拡散板３４、第１のレンズ３１、フィルター３３および第２のレンズ３２を通過してＣＣＤ２５により受光される。
【００６３】
次に、各光ファイバー２０の他端部から出射される導入光のそれぞれが、ＣＣＤセル３６上に結像されることによって読み出される電気信号の強度について説明する。なお、以下では、結像部３０に光拡散板３４を配設した場合と、配設しない場合とでＣＣＤセル３６上に結像される導入光の像に応じてＣＣＤ２５から読み出される電気信号の強度がどのように相違するか比較しつつ説明する。
【００６４】
図８、図９は、光拡散板３４を使用しない場合の結像部１３０の構成を示す図である。図１１は、光拡散板３４を使用しない場合、すなわち、結像部１３０によってＣＣＤセル３６上に導入光の像が結像される場合、当該導入光の像に応じてＣＣＤ２５から読み出される電気信号の強度波形の例を示す図である。
【００６５】
また、図１２は、光拡散板３４を使用した場合、すなわち、図４に示す結像部３０によって結像される導入光の像に応じてＣＣＤ２５から読み出される電気信号の強度波形の例を示す図である。
【００６６】
なお、図１１および図１２において、横軸はＣＣＤ２５のＣＣＤセル３６の位置を示し、縦軸はＣＣＤ２５から出力された電気信号の強度を示している。また、図中Ｐ１〜Ｐ６は、各光ファイバー２０から出射された光（正確には当該光ファイバー２０が対向するフラッシュランプ６９の所定部位から出射された光）の中心に位置するセル位置を示している。
【００６７】
また、セル位置Ｐ１はフラッシュランプ６９ａの中心部から出射された光の中心に位置するセル位置である。同様に、セル位置Ｐ２はフラッシュランプ６９ｂの中心部、セル位置Ｐ３はフラッシュランプ６９ｃの中心部、セル位置Ｐ４はフラッシュランプ６９ｄの中心部、セル位置Ｐ５はフラッシュランプ６９ｅの中心部、セル位置Ｐ６はフラッシュランプ６９ｆの中心部から出射された光の中心に位置するセル位置である。このように、単一のＣＣＤ２５によって複数のフラッシュランプ６９のそれぞれから出射される光の強度を計測することができる。
【００６８】
また、フラッシュランプ６９ａ〜フラッシュランプ６９ｆは光源５に設けられた２７本のフラッシュランプ６９のうちの１本である（以降、特に区別を必要としないときは単にフラッシュランプ６９とする）。
【００６９】
拡散板を使用しない場合、各フラッシュランプ６９から出射され、対応する光ファイバー２０を進行して当該光ファイバー２０の他端部からから出射される導入光１３８ａ（図８参照）は、第１のレンズ１３１に向けてあらゆる方向に発散する。すなわち、導入光１３８ａは、各光ファイバー２０の中心部付近から放射状に発散したものとなる。また、ファイバー固定治具２２と第１のレンズ１３１との間には障害物がないため、導入光は、あらゆる方向に直線的に進行する。したがって、導入光１３８ａは、第１および第２のレンズ１３１、１３２によって効率的に集光することができる。そのため、集光状態によっては、結像部１３０によって結像される導入光１３８ａの像の中心部付近が、ＣＣＤ２５に設けられた受光素子の最小単位である１つのＣＣＤセル３６より小さな領域に集光して結像することとなる。
【００７０】
このような場合、導入光の像の中心部付近の領域が、例えば、図８に示す導入光１３８ａの結像領域１３９ａのようになる場合と、図９に示す導入光１３８ｂの結像領域１３９ｂのようになる場合とで、ＣＣＤセル３６に蓄積される電荷に相違が生じる。すなわち、図８に示す結像領域１３９ａに導入光の像の中心部領域が領域１３９ａに結像する場合、導入光１３８ａの光エネルギー（光強度）は、１つのＣＣＤセル３６ａによって電気量に変換されることとなる。一方、図９に示す領域１３９ｂに導入光の像の中心部領域が領域１３９ｂに結像する場合、領域１３９ｂの光エネルギーは、２つのＣＣＤセル３６ｂ、３６ｃによって電気量に変換されることになる。
【００７１】
したがって、導入光の中心部の結像する領域が、１つのＣＣＤセル３６内に含まれる場合と、２つのＣＣＤセル３６に跨る場合とで、当該ＣＣＤセル３６から取り出される電気信号の強度に相違が生じる。すなわち、導入光の中心部領域の結像位置によってＣＣＤセル３６から取り出される電気信号の強度がばらつくこととなる。その結果、導入光の中心部領域が結像する位置によって、図１１に示す各位置Ｐ１〜Ｐ６における出力強度（すなわち、最大出力強度）が大きく変化することとなる。
【００７２】
一方、光拡散板３４を使用する場合、各フラッシュランプ６９から出射され、対応する光ファイバー２０を進行して当該光ファイバー２０の他端部から出射される導入光３８（図１０参照）は、光拡散板３４に向けてあらゆる方向に発散する。すなわち、ファイバー固定治具２２と光拡散板３４との間には障害物がないため、導入光は、あらゆる方向に直線的に進行する。
【００７３】
次に、導入光が光拡散板３４に到達すると、導入光は、表面を粗くするため研磨された光拡散板３４の入射面に入射して拡散して、一部は反射し、その残りは光拡散板３４に透過する。そして、光拡散板３４に透過した導入光は、光拡散板３４の出射面から第１のレンズ３１に向けて出射する際に、再度、拡散される。このように、光拡散板３４は、導入光３８を拡散させることによって当該導入光３８の進行方向を変化させる機能を有する。そのため、光拡散板３４から出射して第１のレンズ３１に入射する導入光は、光拡散板３４を使用しなかった場合のように各光ファイバー２０の中心部から放射状に発散したものとならない。
【００７４】
そのため、光拡散板３４を出射して第１のレンズ３１の表面に入射した導入光３８の中心部領域を第１および第２のレンズ３１によってＣＣＤセル３６に結像させる場合、導入光３８の中心部付近の像は、光拡散板３４を使用しない場合と比較して広くなり、複数のＣＣＤセル３６（図１０の場合、４つのＣＣＤセル３６ｄ〜３６ｇ）に結像する。そして、そのうち２つのＣＣＤセル３６ｅ、３６ｆについて、導入光３８の中心部付近の象は、セル全体に結像することとなる。その結果、ＣＣＤセル３６ｅ、３６ｆでは、安定して導入光３８の光エネルギー（光強度）を変換して電気信号の強度として取り出すことができることとなり、光拡散板３４を使用しない場合と比較して、図１２に示す各位置Ｐ１〜Ｐ６における出力強度（すなわち、最大出力強度）を安定して計測することができ、出力強度のバラツキを抑制して出力強度の繰り返し再現性を向上させることができる。
【００７５】
以上のように、光拡散板３４を使用する場合、光拡散板３４を使用しない場合と比較して、結像部３０の集光度が低下する（すなわち、導入光３８の中心部領域の像の大きさが大きくなる）こととなり、中心部領域の像の光エネルギー（光強度）が、平均化されることとなる。すなわち、光拡散板３４を使用したときの図１２の各位置Ｐ１〜Ｐ６付近の出力強度分布は、光拡散板３４を使用しないときの図１１の出力強度分布と比較して、各位置Ｐ１〜Ｐ６のピーク位置（最大出力強度位置）が識別可能な程度に平均化されており、光拡散板３４によって各位置Ｐ１〜Ｐ６が識別可能な程度に結像部３０の分解能を低下させている。
【００７６】
そのため、各光ファイバー２０から出射される導入光３８の中心部領域の像に対応する電気信号の強度（出力強度）は、光拡散板３４を使用しない場合と比較して、各位置Ｐ１〜Ｐ６を識別可能な程度に平均化されたものとなり、各位置Ｐ１〜Ｐ６における最大出力強度の値のバラツキが抑制されて繰り返し再現性が向上することとなる。
【００７７】
そこで、本発明では、以上のことを踏まえ、図４（図１０）に示すような光拡散板３４を有する結像部３０を使用することによって光強度の監視を行っている。
【００７８】
図１３および図１４は、ＣＣＤ２５から出力された電気信号の強度波形の例を示す図である。図１３および図１４において、横軸はＣＣＤ２５のセル位置を示し、縦軸はＣＣＤ２５から出力された電気信号の強度を示している。また、図中Ｐ１〜Ｐ６は、図１１、図１２と同様に、各光ファイバー２０から出射された光（正確には当該光ファイバー２０が対向するフラッシュランプ６９の所定部位から出射された光）の中心に位置するセル位置を示している。
【００７９】
図１３に示す波形Ｆｎは、チャンバー６５内にて熱拡散板７３および加熱プレート７４によって熱処理位置に保持された半導体ウェハーＷへの照射状態が所定の基準を満足するときの複数のフラッシュランプ６９のそれぞれから出射される光の強度を示している。「照射状態が所定の基準を満足するとき」とは、例えば半導体ウェハーＷ上の照度のバラツキが所定の範囲内に収まっているときである。このような状態は、熱処理装置の設置時やメンテナンス時等に各フラッシュランプ６９の調整等が行われることにより実現される。そして、メンテナンス完了時等に上述した「照射状態が所定の基準を満足するとき」の複数のフラッシュランプ６９のそれぞれから出射される光の強度が予め測定され、コンピュータ１０は、その光強度を示す波形Ｆｎを磁気ディスク１４に格納しておく。
【００８０】
なお、半導体ウェハーＷへの照射状態が所定の基準を満足するときに、各フラッシュランプ６９から出射される光の強度自体は必ずしも均一にならなくて良い。すなわち、図１３の波形Ｆｎに示すように、フラッシュランプ６９ａ〜フラッシュランプ６９ｆから出射される光の強度がばらついていたとしても、結果として半導体ウェハーＷ上の照度のバラツキが所定の範囲内に収まっていれば良く、そのときのフラッシュランプ６９から出射される光の強度を示す波形Ｆｎが標準発光強度としてコンピュータ１０に予め記憶されるのである。
【００８１】
一方、図１４に示す波形Ｇｎは、実際に処理対象となるある半導体ウェハーＷへのフラッシュ加熱を行うときの複数のフラッシュランプ６９のそれぞれから出射される光の強度を示している。フラッシュ加熱を行うときには必ずフラッシュランプ６９が発光し、その都度フラッシュランプ６９から出射された光がＣＣＤ２５によって受光され、波形Ｇｎが得られるのである。すなわち、処理対象となる半導体ウェハーＷに光照射を行うごとに、２７本のフラッシュランプ６９のそれぞれから出射される光の強度を示す波形Ｇｎが取得されるのである。
【００８２】
そして、コンピュータ１０のＣＰＵ１１は、波形Ｇｎが得られるごとに標準発光強度である波形Ｆｎと波形Ｇｎとを比較して２７本のフラッシュランプ６９のそれぞれの発光状態を検出するのである。具体的には、ＣＰＵ１１がＧｎ／Ｆｎの演算を実行する。このことは、標準発光強度である波形Ｆｎによる正規化を行うことを意味している。
【００８３】
図１５は、図１４に示す波形Ｇｎに対する図１３に示す標準発光強度である波形Ｆｎの強度比を示す図である。同図に示すように、セル位置Ｐ１およびセル位置Ｐ５における波形Ｇｎの強度が標準発光強度である波形Ｆｎよりも低下している。このことはフラッシュランプ６９ａ，６９ｅから出射される光の強度が波形Ｆｎを取得したときよりも低下していること、つまりフラッシュランプ６９ａ，６９ｅの劣化を意味している。特に、セル位置Ｐ１における強度比が大きく低下しており、フラッシュランプ６９ａの劣化の程度が大きいことが明らかである。
【００８４】
本実施の形態では、ＣＰＵ１１が光源５に設けられた２７本のフラッシュランプ６９のうちの少なくとも１本についての図１５に示す強度比が０．９８以下となったか否かを判断し、０．９８以下となった時点で当該フラッシュランプ６９が劣化している旨の警告を発する。警告としては、例えばＣＰＵ１１が表示部１６に警告メッセージを表示するようにすれば良い。
【００８５】
また、ＣＰＵ１１が光源５に設けられた２７本のフラッシュランプ６９のうちの少なくとも１本についての図１５に示す強度比が０．９５以下となったか否かを判断し、０．９５以下となった時点で熱処理装置を停止する。上記の例では、フラッシュランプ６９ａについての強度比が０．９５以下となっているため、ＣＰＵ１１はフラッシュランプ６９ａの劣化の程度が激しいと判断して熱処理装置を停止する。また、仮にフラッシュランプ６９ａについての強度比が正常であったとしても、フラッシュランプ６９ｅについての強度比が０．９８以下となっているときには、ＣＰＵ１１はフラッシュランプ６９ｅの劣化が進行していると判断して表示部１６に警告メッセージを表示する。
【００８６】
なお、図１５に示す強度比がどの程度まで低下した時点で異常対応処理を行うかは、予め実験等によって強度比がどの程度まで低下した時点で半導体ウェハーＷ上の照度分布の均一性が損なわれるかを調査した上で設定しておけば良い。
【００８７】
熱処理装置が停止したときにはフラッシュランプ６９の交換等を行う。好ましくは、警告が発せられた段階でフラッシュランプ６９の交換等を行う。そして、このようなメンテナンスを行い、半導体ウェハーＷ上の照度のバラツキが所定の範囲内に収まった時点で、複数のフラッシュランプ６９のそれぞれから出射される光の強度をＣＣＤ２５によって測定し、その波形Ｆｎを新たな標準発光強度としてコンピュータ１０に記憶させる。
【００８８】
＜４．本実施の形態の熱処理装置の利点＞
以上のように、本実施の形態の熱処理装置では、各フラッシュランプ６９のそれぞれの発光状態を検出することによって、フラッシュランプ６９から出射される光の強度を監視している。そのため、従来の熱処理装置のように、定期的なサンプリングや電流特性のモニタリングといった間接的なランプ管理ではなく、フラッシュランプ６９から出射される光を直接受光してその強度を測定することによって各フラッシュランプ６９の発光状態を検出しているため、直接的なランプ管理が可能となり、フラッシュランプ６９の劣化を確実かつ簡便に検出することができる。
【００８９】
また、本実施の形態の熱処理装置では、光拡散板３４を有する結像部３０によって光ファイバー２０から出射される導入光をＣＣＤ２５のＣＣＤセル３６に結像させて電気信号の強度を計測することにより、当該電気信号の強度のバラツキを抑制することができる。したがって、半導体ウェハーＷへのフラッシュ加熱を行うときの複数のフラッシュランプ６９のそれぞれから出射される光の強度と標準発光強度との強度比によって各フラッシュランプ６９の照射状態を判断する場合、強度比のバラツキを抑制することができる。そのため、強度比の繰り返し再現性を向上させることができ、各フラッシュランプ６９の照射状態を正確に把握することができる。
【００９０】
＜５．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。
【００９１】
本実施の形態の光拡散板３４は、入射面および出射面は、表面粗さ（Ｒａ）が０．１０〜１．１６（μｍ）となるようにそれぞれ研磨されているが、これに限定されるものでなく、ＣＣＤセル３６の大きさによって定まるＣＣＤ２５の分解能や、第１および第２のレンズ３１、３２による集光状態に応じて当該入射面および出射面の表面粗さを設定する。例えば、ＣＣＤセルの大きさが本実施の形態のＣＣＤセル３６より小さく分解能が高い場合は、入射面および出射面の表面粗さを、本実施の形態の表面粗さより小さくしてもよい。
【００９２】
また、本実施の形態において、光拡散板３４は、第１のレンズ３１とファイバー固定治具２２との間に配設されているが、これに限定されるものでなく、第２のレンズ３２とＣＣＤ２５との間に配設してもよい。さらに、本実施の形態において、光拡散板３４は結像部３０に１枚配設されているが、複数であってもよい。
【００９３】
また、本実施の形態において、光拡散板３４は、結像部３０内に配設されているが、これに限定されるものでなく、結像部３０の外部（例えばファイバー固定治具２２付近）に配設してもよい。
【００９４】
また、本実施の形態において、光拡散板３４として石英製のものが使用されているが、これに限定されるものでなく、例えば、アクリル製のものであってもよい。
【００９５】
また、本実施の形態では、光拡散板３４を使用することによって、各位置Ｐ１〜Ｐ６のピーク位置が識別可能な程度に結像部３０の分解能を低下させているが、これに限定されるものでない。例えば、ＣＣＤ２５上の各位置Ｐ１〜Ｐ６（図１２、図１４参照：最大出力強度位置）を判別可能ならば、結像部３０とＣＣＤ２５との距離を変化させることにより、ＣＣＤ２５の位置が結像部３０の合焦点位置とならないように、すなわち、各導入光３８の像がジャストフォーカスしないようにして結像部３０の分解能を低下させてもよい。この場合、ＣＣＤセル３６上に結像される各導入光３８の中心部領域の像の光エネルギー（光強度）は、ＣＣＤ２５の位置が結像部３０の合焦点位置となる場合と比較して平均化されるため、ＣＣＤ２５から取り出される電気信号の強度のバラツキを抑制することができる。
【００９６】
【発明の効果】
請求項１から請求項５に記載の発明によれば、結像部の分解能は、受光素子上に結像される導入光の像がそれぞれ識別可能に調整されており、受光素子に結像される各導入光の像の光強度を平均化することができる。そのため、光強度計測手段による計測結果の繰り返し再現性を向上させることができ、その結果、当該計測結果に基づいて検出される各複数のフラッシュランプのそれぞれの発光状態の検出結果の再現性を向上させ、発光状態を正確に判断することができる。
【００９７】
特に、請求項２に記載の発明によれば、拡散板を使用して導入光を拡散させることにより、各導入光の進行方向を変更し、結像される各導入光の像の光強度を平均化することができる。そのため、複数のフラッシュランプのそれぞれの発光状態を正確に判断することができる。
【００９８】
特に、請求項３に記載の発明によれば、結像部のレンズ群に入射前の導入光を拡散板によって拡散することができるため、複数のフラッシュランプのそれぞれの発光状態を正確に判断することができる。
【００９９】
特に、請求項４に記載の発明によれば、結像部のレンズ群から出射する導入光を拡散板によって拡散することができるため、複数のフラッシュランプのそれぞれの発光状態を正確に判断することができる。
【０１００】
特に、請求項５に記載の発明によれば、拡散板の入射面と出射面とにおいて、導入光を拡散することができるため、受光素子に結像される各導入光の像の光強度を平均化することができる。
【０１０１】
特に、請求項６に記載の発明によれば、光導入部は石英ファイバによって構成されているため、複数のフラッシュランプから出射される光を効率的かつ安定して結像部に対して導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図２】本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図３】光強度計測機構の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の結像部の構成を示す図である。
【図５】フラッシュランプに対する光ファイバーの配設状態を示す図である。
【図６】リフレクタへの光ファイバーの取付態様を示す拡大図である。
【図７】コンピュータの構成を示すブロック図である。
【図８】拡散板を使用しない場合の結像部の構成を示す図である。
【図９】拡散板を使用しない場合の結像部の構成を示す図である。
【図１０】本発明の結像部の構成を示す図である。
【図１１】拡散板を使用しない場合におけるＣＣＤから出力された電気信号の強度波形の例を示す図である。
【図１２】拡散板を使用した場合におけるＣＣＤから出力された電気信号の強度波形の例を示す図である。
【図１３】標準発光強度の波形の例を示す図である。
【図１４】実測された発光強度の波形の例を示す図である。
【図１５】図１４に示す波形に対する図１３に示す標準発光強度である波形の強度比を示す図である。
【符号の説明】
５光源
１０コンピュータ
２０光ファイバー
２１取付治具
２２ファイバー固定治具
２５ＣＣＤ
２７制御回路
３０、１３０結像部
３１、１３１第１のレンズ
３２、１３２第２のレンズ
３３、１３３フィルター
３４光拡散板
３５信号線
３６ＣＣＤセル
３８、１３８ａ、１３８ｂ導入光
６５チャンバー
６９フラッシュランプ
７１リフレクタ
７２光拡散板
７３熱拡散板
７４加熱プレート
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６セル位置
Ｗ半導体ウェハー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat treatment apparatus for heat-treating a substrate by irradiating light onto a semiconductor wafer, a glass substrate or the like (hereinafter simply referred to as “substrate”). In particular, the light guided by a plurality of light introducing portions is used. The present invention relates to an improvement of an image forming unit that forms an image on a light receiving element.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an ion activation process of a semiconductor wafer after ion implantation, a heat treatment apparatus such as a lamp annealing apparatus using a halogen lamp has been used. In such a heat treatment apparatus, the semiconductor wafer is ion-activated by heating (annealing) the semiconductor wafer to a temperature of about 1000 ° C. to 1100 ° C., for example. In such a heat treatment apparatus, the temperature of the substrate is raised at a rate of several hundred degrees per second by using the energy of light irradiated from the halogen lamp. Some heat treatment apparatuses using such light irradiation monitor the deterioration of the lamp with an optical sensor (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
However, even when ion activation of a semiconductor wafer is performed using a heat treatment apparatus that raises the temperature of the substrate at a speed of several hundred degrees per second, the profile of ions implanted into the semiconductor wafer is reduced, that is, due to heat It has been found that a phenomenon occurs in which ions diffuse. When such a phenomenon occurs, even if ions are implanted at a high concentration on the surface of the semiconductor wafer, the ions after implantation are diffused, so that ions must be implanted more than necessary. Has occurred.
[0004]
In order to solve the above-mentioned problems, the surface of the semiconductor wafer is irradiated with flash light using a xenon flash lamp or the like, so that only the surface of the semiconductor wafer into which ions are implanted is raised in a very short time (several milliseconds or less). Techniques for heating have been proposed (see, for example, Patent Documents 2 and 3). If the temperature is raised for a very short time with a xenon flash lamp, there is not enough time for ions to diffuse, so only ion activation is performed without the profile of the ions implanted in the semiconductor wafer being distorted. Can do it.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-11-135449
[Patent Document 2]
JP 59-169125 A
[Patent Document 3]
JP 63-166219 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the lamp unit in which a plurality of such xenon flash lamps are arranged is not managed at all, even if one of them is deteriorated, the lamp system as a whole cannot be detected and deteriorated. The processing of the semiconductor wafer is continued with the amount of light just below the lamp decreased. As a result, there arises a problem that a large amount of semiconductor wafers in which processing abnormality occurs in a part of the surface is produced.
[0007]
For this reason, the management of the xenon flash lamp is important, but the xenon flash lamp discharges the energy of the accumulated capacitor instantly and emits a flash, so there is no concept of control, and the lamp management itself is It was very difficult and the method was a problem.
[0008]
As an xenon flash lamp management method, an indirect management method in which a processed wafer is periodically sampled and inspected has been used more than ever. Specifically, it is inspected whether or not an appropriate heat treatment has been performed by extracting about one processed wafer in several lots and measuring the sheet resistance of the surface. However, with this technique, even if an abnormality is found as a result of the inspection, there is a high possibility that a processing abnormality has occurred in many semiconductor wafers processed between inspections, and the risk is high.
[0009]
There has also been proposed a method of detecting an abnormality of a flash lamp by monitoring current characteristics during flash irradiation. However, there are various causes of flash lamp deterioration, such as blackening of the glass tube caused by electrode sputtering, and even if the current characteristics are monitored, the deterioration of the flash lamp due to this phenomenon can be detected. I can't.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus that can reliably and stably detect deterioration of a flash lamp in a heat treatment apparatus that heats the substrate by irradiating the substrate with flash light.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with flash light, comprising a light source having a plurality of flash lamps and a holding means for holding the substrate. And when the light is emitted from the light source toward the substrate held by the holding means, the light emitted from the plurality of flash lamps is received by the light receiving element, and the light intensity is measured. And a light emission state detecting means for detecting a light emission state of each of the plurality of flash lamps based on a measurement result by the light intensity measurement means, wherein the light intensity measurement means includes the plurality of flash lamps. A plurality of light introducing portions for guiding light emitted from the plurality of light introducing portions, and one end portion of each of the plurality of light introducing portions opposite to the one end portion facing the plurality of flash lamps. Provided between the other end portion and the light receiving element, and guides light from the plurality of flash lamps led from the one end side to the introduction portion and emitted from the other end portion to the light receiving element. An image forming unit that forms an image, and the resolution of the image forming unit is adjusted so that each of the introduced lights of the plurality of flash lamps formed on the light receiving element can be identified. .
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first aspect, the image forming unit includes a diffusion plate that diffuses the introduced light.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the second aspect, the imaging unit has a lens group including a plurality of lenses, and the diffusion plate sandwiches the lens group. It is arranged on the side opposite to the light receiving element.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the second aspect, the imaging unit has a lens group including a plurality of lenses, and the diffusion plate includes the lens group and the light receiving element. It is arrange | positioned between.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the second to fourth aspects, the diffusion plate is made of quartz, and the incident surface and the emission surface of the introduced light are light beams. A diffusion surface is formed.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the light introducing portion is made of quartz.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
<1. Configuration of heat treatment equipment>
1 and 2 are side sectional views showing the structure of a heat treatment apparatus according to the present invention. This heat treatment apparatus is an apparatus for performing heat treatment of a substrate such as a semiconductor wafer by flash light from a xenon flash lamp.
[0019]
This heat treatment apparatus includes a light transmitting plate 61, a bottom plate 62, and a pair of side plates 63 and 64, and includes a chamber 65 for housing the semiconductor wafer W and heat-treating it. The translucent plate 61 constituting the upper part of the chamber 65 is made of, for example, a material having infrared transparency such as quartz, and functions as a chamber window that transmits light emitted from the light source 5 and guides it into the chamber 65. is doing. The bottom plate 62 constituting the chamber 65 is provided with support pins 70 that pass through a heat diffusion plate 73 and a heating plate 74 described later to support the semiconductor wafer W from its lower surface.
[0020]
Further, an opening 66 for carrying in and out the semiconductor wafer W is formed in the side plate 64 constituting the chamber 65. The opening 66 can be opened and closed by a gate valve 68 that rotates about a shaft 67. The semiconductor wafer W is loaded into the chamber 65 by a transfer robot (not shown) with the opening 66 released. Further, when the semiconductor wafer W is heat-treated in the chamber 65, the opening 66 is closed by the gate valve 68.
[0021]
The chamber 65 is provided below the light source 5. The light source 5 includes a plurality (27 in the present embodiment) of xenon flash lamps 69 (hereinafter also simply referred to as “flash lamps 69”) and a reflector 71. The plurality of flash lamps 69 are rod-shaped lamps each having a long cylindrical shape, and are arranged in parallel with each other such that the longitudinal direction thereof is along the horizontal direction. The reflector 71 is disposed above the plurality of flash lamps 69 so as to cover them entirely.
[0022]
The xenon flash lamp 69 includes a glass tube in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode connected to a capacitor at both ends thereof, and a trigger electrode wound around an external portion of the glass tube. Is provided. Since xenon gas is an electrical insulator, electricity does not flow into the glass tube under normal conditions. However, if the insulation is broken by applying a high voltage to the trigger electrode, the electricity stored in the capacitor instantaneously flows into the glass tube, and the xenon gas is heated by Joule heat at that time, and light is emitted. . In the xenon flash lamp 69, the electrostatic energy stored in advance is converted into an extremely short light pulse of 0.1 millisecond to 10 millisecond. It has the feature that it can. In this embodiment, the heat treatment apparatus is provided with a mechanism for measuring the intensity of light emitted from the flash lamp 69 (omitted for convenience of illustration in FIGS. 1 and 2), which will be described later.
[0023]
A light diffusing plate 72 is disposed between the light source 5 and the translucent plate 61. As the light diffusion plate 72, a surface of quartz glass as an infrared transmitting material subjected to light diffusion processing is used.
[0024]
Part of the light emitted from the flash lamp 69 passes directly through the light diffusing plate 72 and the light transmitting plate 61 toward the chamber 65. Further, another part of the light emitted from the flash lamp 69 is once reflected by the reflector 71, then passes through the light diffusing plate 72 and the light transmitting plate 61 and goes into the chamber 65.
[0025]
A heating plate 74 and a heat diffusion plate 73 are provided in the chamber 65. The heat diffusion plate 73 is attached to the upper surface of the heating plate 74. Further, a position shift prevention pin 75 of the semiconductor wafer W is attached to the surface of the heat diffusion plate 73.
[0026]
The heating plate 74 is for preheating (assist heating) the semiconductor wafer W. The heating plate 74 is made of aluminum nitride and has a configuration in which a heater and a sensor for controlling the heater are housed. On the other hand, the heat diffusing plate 73 diffuses the heat energy from the heating plate 74 and uniformly preheats the semiconductor wafer W. As a material of the heat diffusion plate 73, sapphire (Al ₂ O _Three : Aluminum oxide) or quartz having a relatively low thermal conductivity is employed.
[0027]
The heat diffusing plate 73 and the heating plate 74 are configured to move up and down between the loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 1 and the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG. .
[0028]
That is, the heating plate 74 is connected to the moving plate 42 via the cylindrical body 41. The moving plate 42 can be moved up and down by being guided by a guide member 43 supported by a bottom plate 62 of the chamber 65. A fixed plate 44 is fixed to the lower end portion of the guide member 43, and a motor 40 that rotationally drives a ball screw 45 is disposed at the central portion of the fixed plate 44. The ball screw 45 is screwed with a nut 48 connected to the moving plate 42 via connecting members 46 and 47. Therefore, the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 can be moved up and down between the loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 1 and the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG. it can.
[0029]
The loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 1 is placed on the support pin 70 by placing the semiconductor wafer W loaded from the opening 66 using a transfer robot (not shown). This is the position where the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are lowered so that the completed semiconductor wafer W can be carried out from the opening 66. In this state, the upper end of the support pin 70 passes through the through holes formed in the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 and protrudes upward from the surface of the heat diffusion plate 73.
[0030]
On the other hand, the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 2 is a position where the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are raised above the upper ends of the support pins 70 in order to perform heat treatment on the semiconductor wafer W. In the process in which the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are raised from the loading / unloading position of FIG. 1 to the heat treatment position of FIG. 2, the semiconductor wafer W placed on the support pins 70 is received by the heat diffusion plate 73 and its lower surface. Is supported by the surface of the heat diffusing plate 73, and is held in a horizontal posture at a position in the chamber 65 close to the translucent plate 61. Conversely, in the process in which the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are lowered from the heat treatment position to the carry-in / carry-out position, the semiconductor wafer W supported by the heat diffusion plate 73 is transferred to the support pins 70.
[0031]
In a state where the thermal diffusion plate 73 and the heating plate 74 that support the semiconductor wafer W are raised to the heat treatment position, the translucent plate 61 is located between the semiconductor wafer W held by them and the light source 5. Note that the distance between the heat diffusion plate 73 and the light source 5 at this time can be adjusted to an arbitrary value by controlling the rotation amount of the motor 40.
[0032]
Further, between the bottom plate 62 of the chamber 65 and the moving plate 42, a telescopic bellows 77 is disposed so as to surround the cylindrical body 41 and maintain the chamber 65 in an airtight body. When the heat diffusing plate 73 and the heating plate 74 are raised to the heat treatment position, the bellows 77 contracts, and when the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are lowered to the loading / unloading position, the bellows 77 is expanded and the atmosphere in the chamber 65 is increased. Shut off from outside atmosphere.
[0033]
In the side plate 63 opposite to the opening 66 in the chamber 65, an introduction path 78 connected to the on-off valve 80 is formed. The introduction path 78 is for introducing a gas necessary for processing, for example, an inert nitrogen gas, into the chamber 65. On the other hand, a discharge passage 79 connected to the on-off valve 81 is formed in the opening 66 in the side plate 64. The discharge path 79 is for discharging the gas in the chamber 65, and is connected to an exhaust means (not shown) via the on-off valve 81.
[0034]
As described above, this heat treatment apparatus is provided with a mechanism for measuring the intensity of light emitted from the flash lamp 69. FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the light intensity measurement mechanism. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the imaging unit 30 in FIG. This light intensity measurement mechanism mainly includes a plurality of optical fibers 20 that guide light emitted from the flash lamp 69, a CCD (Charge Coupled Device) 25 that outputs the intensity of received light as an electrical signal, and a corresponding optical fiber 20. The image forming unit 30 that forms an image of the light of each flash lamp 69 guided on the CCD cell 36 of the CCD 25 and the computer 10 that analyzes the electric signal output from the CCD 25 are configured.
[0035]
One end of each end of each optical fiber 20 is fixed to the reflector 71. FIG. 5 is a view showing the arrangement of the optical fiber 20 with respect to the flash lamp 69. FIG. 6 is an enlarged view showing how the optical fiber 20 is attached to the reflector 71. As shown in FIG. 5, in this embodiment, three optical fibers 20 are provided for one flash lamp 69. That is, the flash lamp 69 is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape, and is configured such that the end face of the optical fiber 20 faces the center portion and both end portions of each flash lamp 69. Accordingly, assuming that 27 flash lamps 69 are provided in the light source 5, a total of 81 optical fibers 20 are attached to the reflector 71. As shown in FIG. 6, a specific mounting mode is such that a hole slightly larger than the diameter of the optical fiber 20 is formed in the reflector 71 directly above the flash lamp 69, and one end of the optical fiber 20 is inserted into the hole. The optical fiber 20 is fixed by the mounting jig 21. The material of the optical fiber 20 is a quartz fiber made of quartz, and has resistance against intense flash light from the flash lamp 69.
[0036]
As shown in FIGS. 5 and 6, by attaching a plurality of, for example, 81 optical fibers 20 to the reflector 71, the end surfaces of the optical fibers 20 face the central portion and both end portions of the 27 flash lamps 69. When the flash lamp 69 emits flash light in this state, the emitted light enters the end face of each optical fiber 20 and is guided by the optical fiber 20. In this manner, each optical fiber 20 functions as a light introducing portion that guides light emitted from a corresponding portion of the plurality of flash lamps 69 (central portion, one end portion or the other end portion of the flash lamp 69).
[0037]
On the other hand, the other end of each optical fiber 20 is fixed to a fiber fixing jig 22. The connection mode (arrangement) of the plurality of optical fibers 20 to the fiber fixing jig 22 may be arbitrary according to the shape of the CCD 25. For example, 81 optical fibers 20 may be arranged in a line, or arranged in a rectangular shape. In the present embodiment, 27 optical fibers 20 facing the center portion, one end portion, and the other end portion of the flash lamp 69 are arranged in three rows and fixed to the fiber fixing jig 22. In this way, the fiber fixing jig 22 is used as a fixing portion that arranges and fixes one end portion (the other end portion) of the end portions of each optical fiber 20 in a predetermined connection mode.
[0038]
In addition, light (hereinafter also referred to as “introduction light”) incident from one end face facing each flash lamp 69, guided through the corresponding optical fiber 20, and emitted from the other end face of the optical fiber 20 is referred to as a fiber fixing jig. Of course, the light is emitted without being blocked by 22.
[0039]
The imaging unit 30 is disposed between the fiber fixing jig 22 and the CCD 25, and the light of the flash lamp 69 guided by each optical fiber 20 by a plurality of lenses (first and second lenses 31, 32). Is an optical unit that forms an image on the CCD cell 36 of the CCD 25. As shown in FIG. 4, the imaging unit 30 mainly includes a first lens 31 disposed on the fiber fixing jig 22 side, a second lens 32 disposed on the CCD cell 36 side, and a flash. The light diffusing plate 34 diffuses the introduced light emitted from the lamp 69 and guided to each optical fiber 20.
[0040]
The first lens and the second lens are a lens group used to image the introduced light transmitted through the light diffusing plate 34 on the CCD cell 36 of the CCD 25. As shown in FIG. A filter 33 is disposed between the first and second lenses 31 and 32.
[0041]
Various filters 33 can be employed depending on the purpose. For example, an ND filter may be employed when the light emitted from the optical fiber 20 is too strong, and a band pass filter may be employed when it is desired to narrow down to a predetermined spectrum. For example, when it is desired to monitor only the spectrum on the ultraviolet side that greatly contributes to flash heating, a bandpass filter that narrows down to the spectrum on the ultraviolet side is employed. Further, a filter or the like coated with a fluorescent paint can be employed as the filter 33.
[0042]
The light diffusing plate 34 is a member that diffuses the introduced light that travels from the fiber fixing jig 22 toward the light diffusing plate 34 while passing through the inside thereof. As shown in FIG. 4, the first and second lenses are diffused. A circular flat plate member having a size equal to or larger than the diameter of 31 or 32, or a square having a side length equal to or larger than the diameter of the first and second lenses 31 and 32 Or a rectangular flat plate member.
[0043]
As shown in FIG. 4, the light diffusing plate 34 is between the fiber fixing jig 22 and the first lens 31 for fixing the other end portions of the plurality of optical fibers 20, and the center position thereof is the first. The lens 31 and the second lens 32 are arranged so as to be near a straight line connecting the lens center of the second lens 32 and the lens center of the second lens 32.
[0044]
The light diffusing plate 34 of the present embodiment is formed of a material that transmits light, such as quartz, and the introduced light is made rough by polishing each of the incident surface and the exit surface of the introduced light. It spreads in various directions. That is, the entrance surface and the exit surface of the light diffusion plate 34 form a light diffusion surface that diffuses the introduced light. As a result, the introduced light incident / transmitted through the light diffusing plate 34 travels while being diffused in various directions and enters the first lens 31.
[0045]
The light diffusion plate 34 of the present embodiment has a surface roughness (Ra) of 0.10 to 1.16 (μm) (preferably 0.10 to 0.15 (μm) on the incident surface and the output surface. )) Respectively.
[0046]
The CCD 25 has photodiodes arranged in a plane, and is a light receiving element that extracts an amount of electricity proportional to accumulated incident light, and is used when measuring the intensity of received light. The CCD 25 is disposed on the opposite side of the fiber fixing jig 22 with the image forming unit 30 interposed therebetween, and is emitted from the 81 optical fibers 20 to emit the light diffusing plate 34, the first lens 31, the filter 33 and the second optical fiber 20. The light transmitted through the lens 32 can be received by the single CCD 25. A CMOS sensor (Complementary Metal Oxide Semiconductor) or the like may be employed as a light receiving element in place of the CCD 25.
[0047]
The CCD control circuit 27 is a circuit that controls reading of electric charges accumulated in the CCD 25. The electrical signal read from the CCD 25 by the CCD control circuit 27 is transmitted to the computer 10 via the signal line 35. The computer 10 is attached to the heat treatment apparatus, and its hardware configuration is the same as that of a general computer.
[0048]
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of the computer 10. The computer 10 includes a CPU 11 that performs various arithmetic processes, a ROM 12 that is a read-only memory that stores basic programs, a RAM 13 that is a readable and writable memory that stores various information, and a magnetic disk that stores control software and data. 14 is connected to a bus line 19. An A / D converter 15 is connected to the bus line 19. The A / D converter 15 is a circuit that converts an analog electrical signal read from the CCD 25 by the CCD control circuit 27 into digital.
[0049]
Further, the display unit 16 and the input unit 17 are electrically connected to the bus line 19. The display unit 16 is configured using, for example, a liquid crystal display or the like, and displays various information such as processing results and recipe contents. The input unit 17 is configured using, for example, a keyboard, a mouse, and the like, and receives input of commands, parameters, and the like. The operator of the apparatus can input commands and parameters from the input unit 17 while confirming the contents displayed on the display unit 16. Note that the display unit 16 and the input unit 17 may be integrated to form a touch panel.
[0050]
With the configuration as described above, in the present embodiment, the light emitted from the flash lamp 69 is guided to one end of the optical fiber 20, and the introduction light emitted from the other end of the optical fiber 20 is guided by the imaging unit 30 to the CCD 25. By forming an image on the CCD cell 36, the intensity of light emitted from each flash lamp 69 can be measured, and the obtained measurement result can be analyzed by the computer 10.
[0051]
<2. Heat treatment operation>
Next, the heat treatment operation of the semiconductor wafer W by the heat treatment apparatus according to the present invention will be described. A semiconductor wafer W to be processed in this heat treatment apparatus is a semiconductor wafer after ion implantation.
[0052]
In this heat treatment apparatus, in a state where the heat diffusing plate 73 and the heating plate 74 are arranged at the loading / unloading positions of the semiconductor wafer W shown in FIG. It is carried in and placed on the support pin 70. When the loading of the semiconductor wafer W is completed, the opening 66 is closed by the gate valve 68. Thereafter, the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are raised to the heat treatment position of the semiconductor wafer W shown in FIG. 2 by driving the motor 40 to hold the semiconductor wafer W in a horizontal posture. Further, the on-off valve 80 and the on-off valve 81 are opened to form a nitrogen gas flow in the chamber 65.
[0053]
The heat diffusing plate 73 and the heating plate 74 are preheated to a predetermined temperature by the action of a heater built in the heating plate 74. For this reason, in a state where the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are raised to the heat treatment position of the semiconductor wafer W, the semiconductor wafer W is preheated by contacting the heat diffusion plate 73 in a heated state, and the semiconductor wafer W The temperature gradually increases.
[0054]
In this state, the semiconductor wafer W is continuously heated by the heat diffusion plate 73. When the temperature of the semiconductor wafer W rises, a temperature sensor (not shown) always monitors whether or not the surface temperature of the semiconductor wafer W has reached the preheating temperature T1.
[0055]
The preheating temperature T1 is, for example, about 200 ° C. to 600 ° C. Even if the semiconductor wafer W is heated to such a preheating temperature T1, ions implanted into the semiconductor wafer W will not diffuse.
[0056]
Eventually, when the surface temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the flash lamp 69 is turned on to perform flash heating. The lighting time of the flash lamp 69 in this flash heating process is a time of about 0.1 to 10 milliseconds. Thus, in the flash lamp 69, the electrostatic energy stored in advance is converted into such an extremely short light pulse, so that an extremely strong flash light is irradiated.
[0057]
By such flash heating, the surface temperature of the semiconductor wafer W instantaneously reaches the temperature T2. This temperature T2 is a temperature necessary for the ion activation treatment of the semiconductor wafer W at about 1000 ° C. to 1100 ° C. When the surface of the semiconductor wafer W is heated to such a processing temperature T2, ions implanted into the semiconductor wafer W are activated.
[0058]
At this time, since the surface temperature of the semiconductor wafer W is raised to the processing temperature T2 in an extremely short time of about 0.1 to 10 milliseconds, ion activation in the semiconductor wafer W is completed in a short time. . Therefore, the ions implanted into the semiconductor wafer W do not diffuse, and it is possible to prevent the phenomenon that the profile of the ions implanted into the semiconductor wafer W is lost. Since the time required for ion activation is extremely short compared with the time required for ion diffusion, the ion activation is performed even for a short time in which no diffusion of about 0.1 millisecond to 10 millisecond occurs. Complete.
[0059]
Further, before the flash lamp 69 is turned on to heat the semiconductor wafer W, the surface temperature of the semiconductor wafer W is heated to the preheating temperature T1 of about 200 ° C. to 600 ° C. using the heating plate 74. The flash lamp 69 makes it possible to quickly raise the temperature of the semiconductor wafer W to the processing temperature T2 of about 1000 ° C. to 1100 ° C.
[0060]
After the flash heating process is completed, the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are lowered to the loading / unloading position of the semiconductor wafer W shown in FIG. Is released. Then, the semiconductor wafer W placed on the support pins 70 is carried out by a transfer robot (not shown). As described above, a series of heat treatment operations is completed.
[0061]
<3. Light intensity monitoring operation>
In the series of heat treatment steps as described above, the intensity of light emitted from the flash lamp 69 is monitored in this embodiment. The light intensity monitoring operation will be described below.
[0062]
When flash light is emitted from the flash lamp 69 during the flash heating described above, a part of the light is received by the optical fiber 20. At this time, since the end face of the optical fiber 20 faces the center and both ends of each flash lamp 69, the light emitted from the center and both ends of each flash lamp 69 is individually received. Will be. The received light is guided and emitted by the optical fiber 20, passes through the light diffusion plate 34, the first lens 31, the filter 33, and the second lens 32 and is received by the CCD 25.
[0063]
Next, the intensity of the electrical signal read out by forming each of the introduced light emitted from the other end of each optical fiber 20 on the CCD cell 36 will be described. In the following, the electric signal read from the CCD 25 according to the image of the introduced light imaged on the CCD cell 36 with and without the light diffusing plate 34 disposed in the image forming unit 30 will be described. It demonstrates, comparing how intensity differs.
[0064]
8 and 9 are diagrams illustrating the configuration of the imaging unit 130 when the light diffusing plate 34 is not used. FIG. 11 shows an electrical signal read from the CCD 25 according to the introduced light image when the light diffusion plate 34 is not used, that is, when an image of the introduced light is formed on the CCD cell 36 by the imaging unit 130. It is a figure which shows the example of an intensity | strength waveform.
[0065]
12 shows an example of the intensity waveform of the electrical signal read from the CCD 25 when the light diffusing plate 34 is used, that is, according to the image of the introduced light imaged by the imaging unit 30 shown in FIG. FIG.
[0066]
11 and 12, the horizontal axis indicates the position of the CCD cell 36 of the CCD 25, and the vertical axis indicates the intensity of the electrical signal output from the CCD 25. Further, P1 to P6 in the figure indicate cell positions located at the center of light emitted from each optical fiber 20 (more precisely, light emitted from a predetermined portion of the flash lamp 69 facing the optical fiber 20). .
[0067]
The cell position P1 is a cell position located at the center of the light emitted from the central portion of the flash lamp 69a. Similarly, the cell position P2 is the center of the flash lamp 69b, the cell position P3 is the center of the flash lamp 69c, the cell position P4 is the center of the flash lamp 69d, the cell position P5 is the center of the flash lamp 69e, and the cell position P6. Is a cell position located at the center of the light emitted from the central portion of the flash lamp 69f. Thus, the intensity of light emitted from each of the plurality of flash lamps 69 can be measured by the single CCD 25.
[0068]
The flash lamp 69a to the flash lamp 69f are one of the 27 flash lamps 69 provided in the light source 5 (hereinafter simply referred to as the flash lamp 69 when no distinction is required).
[0069]
When the diffuser plate is not used, the introduction light 138a (see FIG. 8) emitted from each flash lamp 69 and traveling through the corresponding optical fiber 20 and emitted from the other end of the optical fiber 20 is the first lens 131. Divergence in all directions towards That is, the introduction light 138a is divergent radially from the vicinity of the center of each optical fiber 20. Further, since there is no obstacle between the fiber fixing jig 22 and the first lens 131, the introduced light travels linearly in all directions. Therefore, the introduction light 138a can be efficiently condensed by the first and second lenses 131 and 132. Therefore, depending on the condensing state, the vicinity of the center portion of the image of the introduction light 138a imaged by the imaging unit 130 is collected in an area smaller than one CCD cell 36 which is the minimum unit of the light receiving element provided in the CCD 25. The light will form an image.
[0070]
In such a case, for example, the region near the center of the image of the introduced light is like the imaging region 139a of the introduced light 138a shown in FIG. 8, and the imaging region 139b of the introduced light 138b shown in FIG. In this case, the charge stored in the CCD cell 36 is different. That is, when the central region of the image of the introduced light is imaged on the region 139a in the imaging region 139a shown in FIG. 8, the light energy (light intensity) of the introduced light 138a is converted into an electric quantity by one CCD cell 36a. Will be. On the other hand, when the central region of the introduced light image is formed in the region 139b in the region 139b shown in FIG. 9, the light energy in the region 139b is converted into an electric quantity by the two CCD cells 36b and 36c. .
[0071]
Accordingly, the intensity of the electric signal extracted from the CCD cell 36 differs depending on whether the region where the center of the introduced light is imaged is included in one CCD cell 36 or the two CCD cells 36. Occurs. That is, the intensity of the electric signal taken out from the CCD cell 36 varies depending on the imaging position of the central region of the introduced light. As a result, the output intensity (that is, the maximum output intensity) at each of the positions P1 to P6 shown in FIG. 11 varies greatly depending on the position where the central region of the introduced light is imaged.
[0072]
On the other hand, when the light diffusing plate 34 is used, the introduced light 38 (see FIG. 10) emitted from each flash lamp 69 and traveling through the corresponding optical fiber 20 and emitted from the other end of the optical fiber 20 is diffused. Divergence in all directions toward the plate 34. That is, since there is no obstacle between the fiber fixing jig 22 and the light diffusing plate 34, the introduced light travels linearly in all directions.
[0073]
Next, when the introduced light reaches the light diffusing plate 34, the introduced light is incident on the incident surface of the light diffusing plate 34 that has been polished to roughen the surface, diffuses, and part of the reflected light is reflected. The light is transmitted through the light diffusion plate 34. The introduced light transmitted through the light diffusing plate 34 is diffused again when it is emitted from the emission surface of the light diffusing plate 34 toward the first lens 31. Thus, the light diffusing plate 34 has a function of changing the traveling direction of the introduced light 38 by diffusing the introduced light 38. Therefore, the introduced light that is emitted from the light diffusing plate 34 and incident on the first lens 31 does not radiate radially from the central portion of each optical fiber 20 as in the case where the light diffusing plate 34 is not used.
[0074]
Therefore, when the central region of the introduction light 38 that has exited the light diffusion plate 34 and entered the surface of the first lens 31 is imaged on the CCD cell 36 by the first and second lenses 31, The image near the center is wider than when the light diffusing plate 34 is not used, and is formed on a plurality of CCD cells 36 (four CCD cells 36d to 36g in the case of FIG. 10). Of the two CCD cells 36e and 36f, the elephant near the center of the introduced light 38 forms an image on the entire cell. As a result, in the CCD cells 36e and 36f, the light energy (light intensity) of the introduction light 38 can be stably converted and extracted as the intensity of the electric signal, which is compared with the case where the light diffusion plate 34 is not used. The output intensity (that is, the maximum output intensity) at each of the positions P1 to P6 shown in FIG. 12 can be stably measured, and the output intensity variation can be suppressed and the repeatability of the output intensity can be improved. .
[0075]
As described above, when the light diffusing plate 34 is used, the light collection degree of the imaging unit 30 is reduced as compared with the case where the light diffusing plate 34 is not used (that is, the image of the central region of the introduction light 38 is reduced). Therefore, the light energy (light intensity) of the image in the central region is averaged. That is, the output intensity distribution near the positions P1 to P6 in FIG. 12 when the light diffusing plate 34 is used is compared with the output intensity distribution in FIG. 11 when the light diffusing plate 34 is not used. The peak position (maximum output intensity position) of P6 is averaged to such an extent that it can be identified, and the resolution of the imaging unit 30 is lowered to the extent that each position P1 to P6 can be identified by the light diffusion plate 34.
[0076]
Therefore, the intensity (output intensity) of the electrical signal corresponding to the image of the central region of the introduction light 38 emitted from each optical fiber 20 is set at each position P1 to P6 as compared with the case where the light diffusion plate 34 is not used. It is averaged to such an extent that it can be identified, and variation in the value of the maximum output intensity at each of the positions P1 to P6 is suppressed, so that repeatability is improved.
[0077]
Therefore, in the present invention, based on the above, the light intensity is monitored by using the imaging unit 30 having the light diffusion plate 34 as shown in FIG. 4 (FIG. 10).
[0078]
13 and 14 are diagrams showing examples of the intensity waveform of the electric signal output from the CCD 25. FIG. 13 and 14, the horizontal axis indicates the cell position of the CCD 25, and the vertical axis indicates the intensity of the electrical signal output from the CCD 25. In addition, P1 to P6 in the figure are the centers of the light emitted from each optical fiber 20 (more precisely, the light emitted from a predetermined portion of the flash lamp 69 facing the optical fiber 20), as in FIGS. The cell position located at is shown.
[0079]
A waveform Fn shown in FIG. 13 is obtained when the irradiation state of the semiconductor wafer W held at the heat treatment position by the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 in the chamber 65 satisfies a predetermined standard. The intensity of light emitted from each of them is shown. “When the irradiation state satisfies a predetermined standard” is when, for example, variations in illuminance on the semiconductor wafer W are within a predetermined range. Such a state is realized by adjusting each flash lamp 69 at the time of installation or maintenance of the heat treatment apparatus. Then, the intensity of light emitted from each of the plurality of flash lamps 69 at the time when the maintenance is completed or the like is “measured when the irradiation state satisfies a predetermined standard” is measured in advance, and the computer 10 indicates the light intensity. The waveform Fn is stored in the magnetic disk 14.
[0080]
Note that when the irradiation state of the semiconductor wafer W satisfies a predetermined standard, the intensity of light emitted from each flash lamp 69 does not necessarily become uniform. That is, as shown by the waveform Fn in FIG. 13, even if the intensity of light emitted from the flash lamp 69a to the flash lamp 69f varies, as a result, the variation in illuminance on the semiconductor wafer W falls within a predetermined range. The waveform Fn indicating the intensity of the light emitted from the flash lamp 69 at that time is stored in advance in the computer 10 as the standard emission intensity.
[0081]
On the other hand, a waveform Gn shown in FIG. 14 indicates the intensity of light emitted from each of the plurality of flash lamps 69 when flash heating is actually performed on a semiconductor wafer W to be processed. When flash heating is performed, the flash lamp 69 always emits light, and each time the light emitted from the flash lamp 69 is received by the CCD 25, the waveform Gn is obtained. That is, every time the semiconductor wafer W to be processed is irradiated with light, a waveform Gn indicating the intensity of light emitted from each of the 27 flash lamps 69 is acquired.
[0082]
Then, every time the waveform Gn is obtained, the CPU 11 of the computer 10 compares the waveform Fn, which is the standard light emission intensity, with the waveform Gn, and detects the respective light emission states of the 27 flash lamps 69. Specifically, the CPU 11 calculates Gn / Fn. This means that normalization is performed using the waveform Fn that is the standard emission intensity.
[0083]
FIG. 15 is a diagram showing the intensity ratio of the waveform Fn, which is the standard emission intensity shown in FIG. 13, with respect to the waveform Gn shown in FIG. As shown in the figure, the intensity of the waveform Gn at the cell position P1 and the cell position P5 is lower than the waveform Fn which is the standard light emission intensity. This means that the intensity of light emitted from the flash lamps 69a and 69e is lower than when the waveform Fn is acquired, that is, the flash lamps 69a and 69e are deteriorated. In particular, it is clear that the intensity ratio at the cell position P1 is greatly reduced, and the degree of deterioration of the flash lamp 69a is large.
[0084]
In the present embodiment, the CPU 11 determines whether or not the intensity ratio shown in FIG. 15 for at least one of the 27 flash lamps 69 provided in the light source 5 is 0.98 or less. When the temperature becomes 98 or less, a warning that the flash lamp 69 has deteriorated is issued. For example, the CPU 11 may display a warning message on the display unit 16 as the warning.
[0085]
Further, the CPU 11 determines whether or not the intensity ratio shown in FIG. 15 for at least one of the 27 flash lamps 69 provided in the light source 5 is 0.95 or less, and becomes 0.95 or less. At this point, the heat treatment apparatus is stopped. In the above example, since the intensity ratio of the flash lamp 69a is 0.95 or less, the CPU 11 determines that the degree of deterioration of the flash lamp 69a is severe and stops the heat treatment apparatus. Even if the intensity ratio for the flash lamp 69a is normal, if the intensity ratio for the flash lamp 69e is 0.98 or less, the CPU 11 determines that the deterioration of the flash lamp 69e is progressing. Then, a warning message is displayed on the display unit 16.
[0086]
It should be noted that to what extent the intensity ratio shown in FIG. 15 is reduced, the abnormality handling processing is performed based on whether the intensity ratio on the semiconductor wafer W is uniform when the intensity ratio is reduced in advance through experiments or the like. You should set it after investigating whether it is possible.
[0087]
When the heat treatment apparatus stops, the flash lamp 69 is replaced. Preferably, the flash lamp 69 is replaced when a warning is issued. Then, when such maintenance is performed and the variation in illuminance on the semiconductor wafer W falls within a predetermined range, the intensity of light emitted from each of the plurality of flash lamps 69 is measured by the CCD 25, and the waveform thereof is measured. Fn is stored in the computer 10 as a new standard emission intensity.
[0088]
<4. Advantages of heat treatment apparatus of this embodiment>
As described above, in the heat treatment apparatus according to the present embodiment, the intensity of light emitted from the flash lamp 69 is monitored by detecting the light emission state of each flash lamp 69. Therefore, instead of indirect lamp management such as periodic sampling and current characteristic monitoring as in a conventional heat treatment apparatus, each flash unit is directly measured by receiving light emitted from the flash lamp 69 and measuring its intensity. Since the light emission state of the lamp 69 is detected, direct lamp management is possible, and the deterioration of the flash lamp 69 can be reliably and easily detected.
[0089]
In the heat treatment apparatus of the present embodiment, the intensity of the electric signal is measured by forming the introduced light emitted from the optical fiber 20 on the CCD cell 36 of the CCD 25 by the imaging unit 30 having the light diffusion plate 34. , Variation in the intensity of the electric signal can be suppressed. Therefore, when the irradiation state of each flash lamp 69 is determined based on the intensity ratio between the intensity of light emitted from each of the plurality of flash lamps 69 and the standard emission intensity when performing flash heating on the semiconductor wafer W, the intensity ratio Can be suppressed. Therefore, the repeatability of the intensity ratio can be improved, and the irradiation state of each flash lamp 69 can be accurately grasped.
[0090]
<5. Modification>
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above examples.
[0091]
In the light diffusing plate 34 of the present embodiment, the incident surface and the exit surface are polished so that the surface roughness (Ra) is 0.10 to 1.16 (μm), respectively, but is not limited thereto. Instead, the surface roughness of the entrance surface and the exit surface is set according to the resolution of the CCD 25 determined by the size of the CCD cell 36 and the condensing state of the first and second lenses 31 and 32. For example, when the size of the CCD cell is smaller than that of the CCD cell 36 of the present embodiment and the resolution is high, the surface roughness of the incident surface and the exit surface may be smaller than the surface roughness of the present embodiment.
[0092]
In the present embodiment, the light diffusing plate 34 is disposed between the first lens 31 and the fiber fixing jig 22, but is not limited to this, and the second lens 32. And the CCD 25 may be disposed. Further, in the present embodiment, one light diffusing plate 34 is disposed in the image forming unit 30, but a plurality of light diffusing plates 34 may be provided.
[0093]
In the present embodiment, the light diffusing plate 34 is disposed in the imaging unit 30. However, the present invention is not limited to this, and the outside of the imaging unit 30 (for example, near the fiber fixing jig 22). ).
[0094]
In this embodiment, the light diffusion plate 34 is made of quartz, but is not limited to this, and may be made of acrylic, for example.
[0095]
Further, in the present embodiment, by using the light diffusing plate 34, the resolution of the imaging unit 30 is reduced to such an extent that the peak positions of the respective positions P1 to P6 can be identified. However, the present invention is not limited to this. Not a thing. For example, if each of the positions P1 to P6 on the CCD 25 (see FIGS. 12 and 14: maximum output intensity position) can be determined, the position of the CCD 25 is imaged by changing the distance between the imaging unit 30 and the CCD 25. The resolution of the imaging unit 30 may be lowered so that the in-focus position of the unit 30 is not reached, that is, the image of each introduction light 38 is not just focused. In this case, the light energy (light intensity) of the image of the central region of each introduction light 38 imaged on the CCD cell 36 is compared with the case where the position of the CCD 25 becomes the focal point position of the imaging unit 30. Since it is averaged, it is possible to suppress variations in the intensity of the electrical signal extracted from the CCD 25.
[0096]
【The invention's effect】
According to the first to fifth aspects of the present invention, the resolution of the imaging unit is adjusted so that the images of the introduced light imaged on the light receiving element can be distinguished from each other. The light intensity of each introduced light image can be averaged. Therefore, it is possible to improve the reproducibility of the measurement result by the light intensity measuring means, and as a result, improve the reproducibility of the detection result of each of the plurality of flash lamps detected based on the measurement result. The light emission state can be accurately determined.
[0097]
In particular, according to the second aspect of the present invention, the diffusion direction of the introduced light is changed by diffusing the introduced light using the diffusion plate, and the light intensity of the image of each introduced light to be imaged is changed. Can be averaged. Therefore, it is possible to accurately determine the light emission state of each of the plurality of flash lamps.
[0098]
In particular, according to the third aspect of the present invention, since the introduced light before being incident on the lens group of the imaging unit can be diffused by the diffusion plate, the light emission states of the plurality of flash lamps are accurately determined. be able to.
[0099]
In particular, according to the fourth aspect of the present invention, since the introduced light emitted from the lens group of the imaging unit can be diffused by the diffusion plate, it is possible to accurately determine the light emission state of each of the plurality of flash lamps. Can do.
[0100]
In particular, according to the invention described in claim 5, since the introduced light can be diffused on the incident surface and the outgoing surface of the diffusion plate, the light intensity of each introduced light image formed on the light receiving element is reduced. Can be averaged.
[0101]
In particular, according to the invention described in claim 6, since the light introducing portion is made of quartz fiber, light emitted from a plurality of flash lamps is efficiently and stably introduced into the imaging portion. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of a heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view showing a configuration of a heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a light intensity measurement mechanism.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an imaging unit according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an arrangement state of optical fibers with respect to a flash lamp.
FIG. 6 is an enlarged view showing how the optical fiber is attached to the reflector.
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a computer.
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of an image forming unit when a diffusion plate is not used.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an imaging unit when a diffusion plate is not used.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an imaging unit according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an intensity waveform of an electric signal output from a CCD when a diffusion plate is not used.
FIG. 12 is a diagram showing an example of an intensity waveform of an electric signal output from a CCD when a diffusion plate is used.
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a waveform of standard emission intensity.
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a waveform of actually measured emission intensity.
15 is a diagram showing the intensity ratio of the waveform that is the standard light emission intensity shown in FIG.
[Explanation of symbols]
5 Light source
10 Computer
20 Optical fiber
21 Mounting jig
22 Fiber fixing jig
25 CCD
27 Control circuit
30, 130 Imaging unit
31, 131 First lens
32, 132 second lens
33, 133 filter
34 Light diffusion plate
35 signal lines
36 CCD cells
38, 138a, 138b Introduced light
65 chambers
69 Flash lamp
71 reflector
72 Light Diffuser
73 Heat diffusion plate
74 Heating plate
P1, P2, P3, P4, P5, P6 Cell position
W Semiconductor wafer

Claims

A heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating a flash with the substrate,
(a) a light source having a plurality of flash lamps;
(b) holding means for holding the substrate;
(c) Light that receives light emitted from the plurality of flash lamps by a light receiving element and measures the intensity of the received light when light is emitted from the light source toward the substrate held by the holding unit. Intensity measuring means;
(d) based on a measurement result by the light intensity measurement unit, a light emission state detection unit that detects a light emission state of each of the plurality of flash lamps;
With
The light intensity measuring means is
(c-1) a plurality of light introducing portions for guiding light emitted from the plurality of flash lamps;
(c-2) provided between the light receiving element and the other end portion provided on the opposite side of the one end portion facing the plurality of flash lamps among the respective end portions of the plurality of light introducing portions, An image forming unit that forms an image on the light receiving element of the introduction light of the plurality of flash lamps that is guided from the one end side to the introduction unit and exits from the other end unit;
Have
The resolution of the image forming unit is adjusted so that the introduced lights of the plurality of flash lamps imaged on the light receiving element can be distinguished from each other.

The heat treatment apparatus according to claim 1,
The image forming unit includes a diffusion plate that diffuses the introduced light.

The heat treatment apparatus according to claim 2,
The imaging unit has a lens group composed of a plurality of lenses,
The heat treatment apparatus, wherein the diffusion plate is disposed on the opposite side of the light receiving element with the lens group interposed therebetween.

The heat treatment apparatus according to claim 2,
The imaging unit has a lens group composed of a plurality of lenses,
The heat treatment apparatus, wherein the diffusion plate is disposed between the lens group and the light receiving element.

In the heat treatment apparatus according to any one of claims 2 to 4,
2. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the diffusion plate is made of quartz, and an incident surface and an emission surface of the introduction light form a light diffusion surface.

In the heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The heat introducing apparatus, wherein the light introducing part is made of quartz.