JP4286568B2

JP4286568B2 - Substrate processing equipment

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Publication number: JP4286568B2
Application number: JP2003082862A
Authority: JP
Inventors: 達文楠田
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: JP2004296482A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等（以下、単に「基板」と称する）に対して加熱処理等の所定の基板処理を施す基板処理装置に関するもので、特に、基板保持部およびその支持部の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体ウェハー上に均一な膜厚を成膜する成膜工程や、イオン注入後の半導体ウェハーのイオン活性化工程を有する基板処理装置では、ハロゲンランプを使用した加熱処理が施されている（例えば、特許文献１）。このような基板処理装置では、半導体ウェハーを加熱するのにハロゲンランプからの熱放射を利用して基板を所定の温度に加熱している。
【０００３】
しかし、このハロゲンランプからの熱放射を利用して基板を昇温させてイオン活性工程を実行する場合、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じることが判明した。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１，２参照）。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】
なお、キセノンフラッシュランプによる熱処理では、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーに対して短時間に照射される光エネルギーと、加熱プレートから当該半導体ウェハーに与えられる熱エネルギーとを併用することによって所定温度まで昇温させている。これは、キセノンフラッシュランプから照射される光だけでは、基板温度をイオン活性化工程で必要となる温度（１０００℃〜１１００℃程度）まで昇温させることができず、予め加熱プレートによって基板を所定の温度まで上昇させる必要があるからである。
【０００６】
ここで、加熱プレートによる予備加熱について説明する。加熱プレートは、熱エネルギーによって半導体ウェハーを加熱する部材であって、例えば、安価で加工が容易なステンレス等の金属によって形成されている。また、加熱プレートの上面にはサセプタが貼着されている。サセプタは、その表面に半導体ウェハーを保持しつつ、加熱プレートから与えられる熱エネルギーで半導体ウェハーを均一に加熱するためのものである。
【０００７】
このように、サセプタを解して加熱プレートから半導体ウェハーに対して熱エネルギーを与えることにより、半導体ウェハー全体を均一に所定の温度（２００℃ないし６００℃の範囲内の所定の温度）に昇温することができる。そして、予備加熱が終了した半導体ウェハーに対してキセノンフラッシュランプから閃光を照射することにより、半導体ウェハー表面付近を極短時間の所定の温度まで上昇することができ、イオン活性化工程を良好に実行することができる。
【０００８】
キセノンフラッシュランプによる熱処理が完了すると、半導体ウェハーは、加熱プレートおよびサセプタを貫通する複数の貫通孔のそれぞれに挿通された複数の支持ピンによってサセプタから上昇され、搬送ロボットによって装置外に搬出される。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１２４１４１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、加熱プレートはステンレスによって形成されており、サセプタはセラミックスによって形成されている。すなわち、加熱プレートは、サセプタと比較して熱膨張率の大きい材料によって形成されている。
【００１１】
さらに、キセノンフラッシュランプによる熱処理が完了した時点において、予備加熱を実行したことにより加熱プレートおよびサセプタは、２００℃ないし６００℃に昇温している。
【００１２】
したがって、キセノンフラッシュランプによる熱処理が完了した後、半導体ウェハーを支持ピンによって所定位置まで上昇させる場合、加熱プレートとサセプタの熱膨張率の違いのため、支持ピンが挿通されている貫通孔のうち加熱プレートに設けられた部分とサセプタに設けられた部分とがズレる。その結果、貫通孔の側壁から力を受けて支持ピンが撓むことがあり、場合によっては支持ピンが折れるという問題が発生する。
【００１３】
また、加熱プレートおよびサセプタの温度は、上述した予備加熱を施すため室温付近から６００℃の範囲で昇温・降温を繰り返すこととなる。そのため、加熱プレートとサセプタとの間に存在する空気が、予備加熱によって膨張し、続いて、加熱処理が終了して室温まで降温すると、加熱プレートに対してサセプタが吸着して脱着できなくなり、メンテナンス等のためサセプタを交換することが困難となるという問題が発生する。
【００１４】
そして、このような問題は、加熱プレートとサセプタを使用した熱処理に限らず、熱膨張率が相違する２つの部材を積み重ねて、当該２つの部材を昇温・降温する場合にも生じる問題である。
【００１５】
そこで、本発明では、支持部に対して基板保持部が吸着した場合であっても、容易に当該基板保持部を脱着することができる基板処理装置を提供することを第１の目的とする。
【００１６】
また、基板保持部と加熱部とで熱膨張率が異なる場合であっても、支持ピンによって良好に基板を昇降することができる基板処理装置を提供することを第２の目的とする。
【００１７】
【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、基板に所定の処理を施す基板処理装置であって、基板を略水平姿勢にて保持する基板保持部と、前記基板保持部に積み重ねて配置され、前記基板保持部を支持する支持部と、を備え、前記基板保持部と前記支持部の対向面上に設けられる突起部と、前記突起部に係合する穴部と、各々が前記基板保持部と前記支持部とを貫通する複数の貫通孔のうち対応する貫通孔に挿通可能とされており、前記基板の下面から支持する支持ピンと、を有し、前記穴部に前記突起部を係合させることによって前記支持部に前記基板保持部を支持するとともに、前記支持部は、前記基板保持部を加熱する加熱部であり、前記支持部の熱膨張率は、前記基板保持部の熱膨張率より大きく、各貫通孔のうち前記支持部に対応する部分は、前記支持部の略中心部から放射状に伸びる長孔状に形成されていることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の基板処理装置であって、前記突起部は、先端に向かって細くなる先細り形状を有していることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項３の発明は、請求項２に記載の基板処理装置であって、前記突起部の形状は、略半球状であることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記突起部は、前記加熱部に設けてあることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記基板保持部はセラミックスによって形成され、前記加熱部はステンレスによって形成されていることを特徴とする。
【００２５】
【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。
【００２６】
＜１．基板処理装置の構成＞
図１および図２は本発明の実施の形態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円形の半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。なお、図１および以降の各図には、それらの方向関係を明確にすべく必要に応じて適宜、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を付している。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
図３は、図１の熱拡散板７３をその裏面から見た図である。また、図４は、図１の加熱プレート７４を上面から見た図である。また、図５は、図３の熱拡散板７３と図４の加熱プレート７４とをＶ−Ｖ線から見た断面図である。また、図６は、加熱プレート７４に対して熱拡散板７３を位置決めして配置した場合の断面図である。
【００３４】
図１に示すように、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。加熱プレート７４は、熱エネルギーを熱拡散板７３を介して半導体ウェハーＷに与えることにより、フラッシュランプ６９によって半導体ウェハーＷに対して熱処理を行う前に当該半導体ウェハーＷを予め加熱する予備加熱（アシスト加熱）に使用するステンレスで形成された加熱部材であり、加熱プレート７４の上面と熱拡散板７３の下面とが接するように積み重ねられている。すなわち、加熱プレート７４は熱拡散板７３の支持部として機能している。
【００３５】
熱拡散板７３は、上述のように加熱プレート７４の上面に積み重ねて配置され、半導体ウェハーＷを略水平姿勢に保持する基板保持部（サセプタ）として使用される。また、熱拡散板７３は、加熱プレート７４とは異なる材質でセラミックス（例えば、窒化アルミニウム）や石英等の比較的熱伝導率が小さいものによって形成されており、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を均一に加熱することができる。
【００３６】
すなわち、加熱プレート７４から放出される熱エネルギーは、加熱プレート７４の上面と接する熱拡散板７３の下面を介して熱拡散板７３に与えられる。そして、この与えられたエネルギーが熱拡散板７３内を伝達される際に熱拡散板７３内で拡散されることにより、熱拡散板７３の上面の各部分から半導体ウェハーＷに対して供給されるエネルギーが均一化される。そのため、半導体ウェハーＷを均一に加熱することができる。
【００３７】
図４および図５に示すように、熱拡散板７３の下面と対向する加熱プレート７４の上面の略中心部には、位置決めピン３１ａが設けられている。位置決めピン３１ａは、熱拡散板７３を加熱プレート７４に載置する際に、加熱プレート７４に対して熱拡散板７３を所定の位置に位置決めする突起部である。すなわち、位置決めピン３１ａを熱拡散板７３の下面の略中心部に設けられた位置決め穴３１ｂ（図３参照）と係合させることにより、加熱プレート７４の略中心部と、熱拡散板７３の略中心部とを一致させることができる。
【００３８】
ここで、本実施の形態において、位置決めピン３１ａは、略球状を有する部材を加熱プレート７４上に埋め込んだものである。したがって、位置決めピン３１ａの形状は略半球状であり、その断面積は加熱プレート７４の上面付近から位置決めピン３１ａの先端部に向かって小さくなる、すなわち、先端部に向かって滑らかに細くなる先細り形状を有する。
【００３９】
加熱プレート７４の上面の外周部３８付近には、図４および図５に示すように、複数の回転防止ピン３２ａが設けられている。この複数の回転防止ピン３２ａは、位置決めピン３１ａを略中心として放射状に複数（本実施の形態の３つ）設けられた突起部である。各回転防止ピン３２ａは、位置決めピン３１ａと加熱プレート７４の外周部３８との間に設けられている。
【００４０】
また、熱拡散板７３の下面の外周部３９には、図３および図５に示すように、位置決め穴３１ｂを略中心として放射状に伸びる複数の長穴状の回転防止穴３２ｂが設けられている。すなわち、複数の回転防止穴３２ｂのそれぞれは、位置決め穴３１ｂと熱拡散板７３の外周方向に伸びる半直線に沿って設けられている。
【００４１】
したがって、位置決めピン３１ａを位置決め穴３１ｂに係合させるとともに、複数の回転防止ピン３２ａのそれぞれを、対応する回転防止穴３２ｂと係合させることにより、熱拡散板７３および加熱プレート７４の略中心部を一致させて支持することができ、加熱プレート７４に対して位置決めピン３１ａを中心として熱拡散板７３が回転することを防止して固定することができる。そのため、加熱プレート７４に対して熱拡散板７３を確実に固定することができる。
【００４２】
なお、各回転防止ピン３２ａは、位置決めピン３１ａと同様に、略球状を有する部材を加熱プレート７４上に埋め込んだものである。したがって、各回転防止ピン３２ａは、加熱プレート７４の上面付近から先端部に向かって滑らかに細くなる略半球状の先細り形状を有する。
【００４３】
ところで、加熱プレート７４および熱拡散板７３によって半導体ウェハーＷを予備加熱する際、熱拡散板７３と加熱プレート７４との間に存在する空気は、２００℃ないし６００℃まで昇温して膨張するとともに、予備加熱後は、室温まで降温して収縮する。これにより、加熱プレート７４に対して熱拡散板７３が吸着して脱着できなくなり、メンテナンス等のため熱拡散板７３を交換することが困難となるという問題が発生していた。
【００４４】
しかし、本実施の形態では、先細り形状を有する位置決めピン３１ａおよび複数の回転防止ピン３２ａを対応する位置決め穴３１ｂおよび複数の回転防止穴３２ｂと係合させることによって熱拡散板７３を加熱プレート７４に固定している。これにより、加熱プレート７４と熱拡散板７３とが吸着した場合であっても、熱拡散板７３の外周部３９から略水平方向の力を与えることによってズラすことができ、熱拡散板７３を容易に脱着することができる。
【００４５】
すなわち、熱拡散板７３の外周部３９から略水平方向の力を与えることにより、位置決め穴３１ｂおよび複数の回転防止穴３２ｂの熱拡散板７３下面側の開口部と、対応する位置決めピン３１ａおよび複数の回転防止ピン３２ａの側面とが接触して、熱拡散板７３は当該側面に沿って斜め上方向に移動することとなる。そのため、加熱プレート７４に対して熱拡散板７３を浮かせることができ、吸着した場合であっても加熱プレート７４から熱拡散板７３を容易に脱着して、熱拡散板７３を容易に交換することができる。
【００４６】
また、熱拡散板７３および加熱プレート７４には、図３、図４および図６に示すように、支持ピン７０が挿通される複数（本実施の形態では３つ）の貫通孔３５が設けれている。
【００４７】
すなわち、加熱プレート７４には、位置決めピン３１ａを略中心として放射状に設けられた複数（本実施の形態では３つ）の孔部である貫通孔３５ｂが設けられており、また、熱拡散板７３には、位置決め穴３１ｂを略中心として放射状に設けられた複数（本実施の形態では３つ）の孔部である貫通孔３５ａが設けられている。これら貫通孔３５ａ、３５ｂは、それぞれ位置決め穴３１ｂ（すなわち、熱拡散板７３の略中心部）から熱拡散板７３の外周方向に放射状に伸びる長孔形状を有している。すなわち、貫通孔３５ａ、３５ｂは、位置決めピン３１ａまたは位置決め穴３１ｂを略中心部として放射状に伸びる長孔状に形成されている。
【００４８】
そして、複数の貫通孔３５ｂと、当該貫通孔３５ｂに対応する貫通孔３５ａとが略直線状に配置されて貫通孔３５を形成するように、加熱プレート７４に対して熱拡散板７３が位置決めされている。
【００４９】
ところで上述のように、位置決め穴３１ｂと位置決めピン３１ａとを係合させることによって、熱拡散板７３と加熱プレート７４との略中心部とを一致させることができる。これにより、熱膨張による貫通孔３５ａと対応する貫通孔３５ｂとの位置ズレ量を計算することが可能となる。
【００５０】
すなわち、位置決め穴３１ｂおよび位置決めピン３１ａによって加熱プレート７４の略中心部と熱拡散板７３の略中心部とが一致するように位置決めすると、熱拡散板７３および加熱プレート７４が加熱されて熱膨張が生じても、熱拡散板７３および加熱プレート７４の略中心部の位置関係は固定されたままとなる。そのため、加熱プレート７４および熱拡散板７３熱膨張は、それぞれの略中心部を中心として放射状に生じていると考えることができる。すなわち、それぞれの略中心部を熱膨張の原点として熱膨張量の計算を行うことが可能となる。
【００５１】
したがって、熱拡散板７３の略中心部から外周方向に放射状に伸びる長孔の貫通孔３５ａと、加熱プレート７４の略中心部から外周方向に放射状に伸びる長孔の貫通孔３５ｂとは、熱膨張率の差異のため熱膨張量は異なるが、熱膨張によって同一方向（外周方向）に向かってに平行に移動することとなる。そして、この熱膨張量の差異を考慮に入れて、貫通孔３５ａおよび貫通孔３５ｂの外周方向の長さを設定することにより、熱膨張が生じても、貫通孔３５ａおよび貫通孔３５ｂの内壁と支持ピン７０とが接触することを容易に回避することができ、その結果、この接触によって支持ピン７０が折れるという問題を防止することができる。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
＜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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。熱拡散板７３および加熱プレート７４が下降することにより、熱拡散板７３から支持ピン７０に半導体ウェハーＷが受け渡される。
【００６９】
ところで上述のように、熱処理動作では、半導体ウェハーＷをフラッシュランプ６９によって加熱する前に、当該半導体ウェハーＷを予め予備加熱温度Ｔ１まで予備加熱している。これにより、ステンレスによって形成された加熱プレート７４の熱膨張率と、セラミックス等によって形成された熱拡散板７３の熱膨張率との差異に起因して、各貫通孔３５を構成する熱拡散板７３の貫通孔３５ａと加熱プレート７４の貫通孔３５ｂとがズレる場合がある。
【００７０】
図７は、熱拡散板付近の他の構成態様を示す側面図である。また、図８は、図７のＡ部（すなわち、貫通孔１３５付近）を拡大して表示する図である。図７に示すように、加熱プレート１７４の上面には位置決めピン３１ａは設けられておらず、また、熱拡散板１７３の下面には位置決め穴３１ｂは設けられていない。そのため、本実施の形態の熱拡散板７３および加熱プレート７４のように熱膨張の原点がどこであるかを特定することができず、貫通孔１３５ａが対応する貫通孔１３５ｂに対して相対的にどの方向に移動するか特定することができない。その結果、図８に示すように、貫通孔１３５ａの側壁と支持ピン７０の外周部とが接触し、場合によっては支持ピン７０が折れるという問題が生じる。また同様に、貫通孔１３５ｂの側壁、または貫通孔１３５ａおよび貫通孔１３５ｂの側壁と支持ピン７０とが接触して支持ピン７０が折れるという問題が生じる。
【００７１】
一方、本実施の形態の熱拡散板７３および加熱プレート７４では、熱拡散板７３および加熱プレート７４の略中心部を原点として放射状に熱膨張が生ずるものと考えることができる。そのため、加熱プレート７４の設定温度から容易に貫通孔３５ａおよび貫通孔３５ｂの熱膨張量を計算して貫通孔３５ａおよび貫通孔３５ｂの外周方向の長さを設定することができる。
【００７２】
その結果、熱拡散板７３（セラミックスにより形成）と加熱プレート７４（ステンレスにより形成）との熱膨張率の差異が大きい場合であっても、貫通孔３５ａおよび貫通孔３５ｂの側壁と支持ピン７０とが接触することを容易に回避することができ、支持ピン７０の折れの問題も発生しない。また、加工が容易なステンレスを加熱部に使用するが可能となり、基板処理装置全体としての装置コストを低減することができる。
【００７３】
以上のように、複数の支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷは、対応する貫通孔３５の側壁と接触することなく良好に受渡し位置まで搬送される。そして、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ことによって一連の熱処理動作が完了する。
【００７４】
＜３．基板処理装置の利点＞
以上のように、本実施の形態の基板処理装置では、位置決め穴３１ｂと位置決めピン３１ａとを係合させるとともに、複数の回転防止穴３２ｂと当該回転防止穴３２ｂに対応する回転防止ピン３２ａとを係合させることにより、熱拡散板７３の略中心部と加熱プレート７４の略中心部とを一致させて、熱拡散板７３を加熱プレート７４に固定することができる。そのため、熱拡散板７３および加熱プレート７４の熱膨張は、それぞれの略中心部を原点として放射状に外周部に向かって熱膨張すると考えることができ、熱拡散板７３および加熱プレート７４の熱膨張量は、それぞれの略中心部を基準点（原点）として熱膨張量の計算を行うことが可能となる。そのため、熱膨張を考慮に入れた貫通孔３５ａおよび貫通孔３５ｂの外周方向の長さを容易に設定することができ、支持ピン７０の折れの問題を防止することができる。
【００７５】
また、位置決めピン３１ａおよび複数の回転防止ピン３２ａは先細り形状を有する。これにより、熱拡散板７３と加熱プレート７４との間に存在する空気が熱膨張・熱収縮することによって加熱プレート７４に対して熱拡散板７３が吸着した場合であっても、熱拡散板７３の外周部３９から略水平方向の力を与えることによって容易に熱拡散板７３を加熱プレート７４に対して斜め上方向に移動することをができる。そのため、熱拡散板７３が吸着した場合であっても加熱プレート７４から容易に脱着することができ、熱拡散板７３を容易に交換することができる。
【００７６】
＜４．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。
【００７７】
（１）本実施の形態において、位置決めピン３１ａの形状は、略半球の形状を有しているが、これに限定されるものでなく、加熱プレート７４の上面付近から先端部に向けて滑らかに細くなる先細り形状を有するものであれば、例えば、略円錐台であってもよい。
【００７８】
（２）また、位置決めピン３１ａは、略球状の部材を加熱プレート７４の上面に埋め込むことにより形成されているが、これに限定されるものでなく、例えば、加熱プレート７４の上面を打ち出し加工することによって形成してもよい。
【００７９】
（３）本実施の形態において、位置決め穴３１ｂおよび複数の回転防止穴３２ｂを熱拡散板７３の下面に、また、位置決めピン３１ａおよび複数の回転防止ピン３２ａを加熱プレート７４の上面にそれぞれ設けているがこれに限定されるものでなく、例えば、位置決め穴３１ｂおよび回転防止穴３２ｂを加熱プレート７４に設け、位置決めピン３１ａおよび回転防止ピン３２ａを熱拡散板７３に設けてもよい。また、位置決め穴３１ｂおよび回転防止ピン３２ａを熱拡散板７３に設け、位置決めピン３１ａおよび回転防止穴３２ｂを加熱プレート７４に設けてもよい。さらに、位置決め穴３１ｂおよび回転防止ピン３２ａを加熱プレート７４に設け、位置決めピン３１ａおよび回転防止穴３２ｂを熱拡散板７３に設けてもよい。
【００８０】
（４）また、本実施の形態において、熱拡散板７３および加熱プレート７４は、フラッシュランプ６９によって基板に熱処理を行う際に、予め半導体ウェハーＷを加熱する予備加熱に使用しているが、これに限定されるものでなく、例えば、気相中での化学反応により半導体ウェハーＷ上に薄膜を形成する成膜装置の加熱部として使用してもよい。
【００８１】
【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、突起部が先細り形状を有することにより、支持部に対して基板保持部が吸着した場合であっても、支持部の対向する面に沿って基板保持部をずらすことにより、突起部と穴部との係合を解くことができる。そのため、支持部から基板保持部を容易に脱着することができる。
【００８２】
特に、請求項３に記載の発明によれば、突起部の形状は略半球状であるため、容易に突起部と穴部との係合を解くことができる。その結果、支持部から基板保持部をさらに容易に脱着することができる。
【００８３】
また、請求項１から請求項５に記載の発明によれば、支持部を加熱することによって支持部と基板保持部との間に存在する空気が膨張収縮して支持部に対して基板保持部が吸着した場合であっても、支持部の対向する面に沿って基板保持部をずらすことにより、容易に突起部と穴部との係合を解くことができる。そのため、支持部から基板保持部を容易に脱着することができる。
【００８４】
特に、請求項４に記載の発明によれば、突起部の設けられた加熱部から基板保持部を容易に脱着することができる。
【００８５】
また、請求項１から請求項５に記載の発明によれば、基板保持部と加熱部とが異なる材質によって形成されており、それぞれの熱膨張率が相違する場合であっても、加熱部から基板保持部を容易に脱着することができる。
【００８６】
特に、請求項５に記載の発明によれば、基板保持部はセラミックスによって、加熱部はステンレスによって形成されており、それぞれの熱膨張率が異なる場合であっても、加熱部から基板保持部を容易に脱着することができる。
【００８７】
また、請求項１から請求項５に記載の発明によれば、基板保持部および支持部とを貫通する複数の貫通孔に支持ピンが挿通されている場合であっても、当該支持ピンを破損することなく支持部から基板保持部を容易に脱着することができる。
【００８８】
また、請求項１から請求項５に記載の発明によれば、基板保持部および支持部を加熱した場合、複数の貫通孔は、基板保持部の略中心部から外周方向に向かって熱膨張することになる。したがって、長孔状に形成された各貫通孔の当該外周方向の長さを適切に定めることにより、貫通孔と対応する支持ピンとが接触することを防止することができるため、当該支持ピンが折れることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる基板処理装置の構成を示す側断面図である。
【図２】本発明にかかる基板処理装置の構成を示す側断面図である。
【図３】本発明にかかる基板処理装置の熱拡散板を裏面から見た図である。
【図４】本発明にかかる基板処理装置の加熱プレートを上面から見た図である。
【図５】図３の熱拡散板と図４の加熱プレートとをＶ−Ｖ線から見た断面を示す図である。
【図６】本発明にかかる基板処理装置の熱拡散板付近の構成の一例を示す側断面図である。
【図７】図１に示す基板処理装置の熱拡散板付近の他の構成態様を示す側断面図である。
【図８】図７のＡ部を拡大して示す図である。
【符号の説明】
５光源
３１ａ位置決めピン
３２ａ回転防止ピン
３１ｂ位置決め穴
３２ｂ回転防止穴
３５、３５ａ、３５ｂ、１３５、１３５ａ、１３５ｂ貫通孔
４０モータ
６５チャンバー
６９フラッシュランプ
７０支持ピン
７１リフレクタ
７３熱拡散板
７４加熱プレート
Ｗ半導体ウェハー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing apparatus for subjecting a semiconductor substrate, a glass substrate for a liquid crystal display device, a glass substrate for a photomask, an optical disk substrate or the like (hereinafter simply referred to as “substrate”) to a predetermined substrate treatment such as a heat treatment. In particular, the present invention relates to an improvement of a substrate holding portion and its support portion.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a substrate processing apparatus having a film forming process for forming a uniform film thickness on a semiconductor wafer and an ion activating process for a semiconductor wafer after ion implantation, a heat treatment using a halogen lamp is performed ( For example, Patent Document 1). In such a substrate processing apparatus, the substrate is heated to a predetermined temperature using heat radiation from a halogen lamp to heat the semiconductor wafer.
[0003]
However, when the ion activation process is performed by heating the substrate using the thermal radiation from the halogen lamp, the profile of ions implanted into the semiconductor wafer is lost, that is, the ions are diffused by heat. It has been found that this phenomenon occurs. 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 1 and 2). 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]
In the heat treatment using a xenon flash lamp, the temperature is raised to a predetermined temperature by using both the light energy irradiated from the xenon flash lamp to the semiconductor wafer in a short time and the heat energy given from the heating plate to the semiconductor wafer. I am letting. This is because the temperature of the substrate cannot be raised to the temperature required for the ion activation process (about 1000 ° C. to 1100 ° C.) only with the light emitted from the xenon flash lamp, and the substrate is preliminarily determined by a heating plate. It is because it is necessary to raise to the temperature of this.
[0006]
Here, the preheating by the heating plate will be described. The heating plate is a member that heats the semiconductor wafer by heat energy, and is formed of, for example, a metal such as stainless steel that is inexpensive and easy to process. A susceptor is stuck on the upper surface of the heating plate. The susceptor is for uniformly heating a semiconductor wafer with heat energy applied from a heating plate while holding the semiconductor wafer on the surface thereof.
[0007]
In this way, the entire semiconductor wafer is uniformly heated to a predetermined temperature (a predetermined temperature within a range of 200 ° C. to 600 ° C.) by dissipating the susceptor and applying thermal energy to the semiconductor wafer from the heating plate. can do. By irradiating a semiconductor wafer that has been preheated with flash light from a xenon flash lamp, the vicinity of the surface of the semiconductor wafer can be raised to a predetermined temperature in a very short time, and the ion activation process can be performed well. can do.
[0008]
When the heat treatment by the xenon flash lamp is completed, the semiconductor wafer is lifted from the susceptor by a plurality of support pins inserted into a plurality of through holes penetrating the heating plate and the susceptor, and is carried out of the apparatus by the transfer robot.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2000-124141 A
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, the heating plate is made of stainless steel, and the susceptor is made of ceramics. That is, the heating plate is made of a material having a larger coefficient of thermal expansion than that of the susceptor.
[0011]
Further, when the heat treatment by the xenon flash lamp is completed, the heating plate and the susceptor are heated to 200 ° C. to 600 ° C. by performing the preheating.
[0012]
Therefore, when the semiconductor wafer is raised to a predetermined position by the support pins after the heat treatment by the xenon flash lamp is completed, the heating of the through-holes through which the support pins are inserted due to the difference in thermal expansion coefficient between the heating plate and the susceptor. The portion provided on the plate and the portion provided on the susceptor are misaligned. As a result, the support pin may bend upon receiving a force from the side wall of the through hole, and in some cases, the support pin may be broken.
[0013]
Further, the temperature of the heating plate and the susceptor is repeatedly raised and lowered in the range from about room temperature to 600 ° C. in order to perform the above-described preheating. For this reason, the air existing between the heating plate and the susceptor expands due to preheating, and when the heat treatment is completed and the temperature is lowered to room temperature, the susceptor is adsorbed to the heating plate and cannot be detached, and maintenance is performed. For this reason, it becomes difficult to replace the susceptor.
[0014]
Such a problem is not limited to heat treatment using a heating plate and a susceptor, but also occurs when two members having different coefficients of thermal expansion are stacked and the two members are heated and cooled. .
[0015]
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus that can easily attach and detach the substrate holding part even when the substrate holding part is attracted to the support part.
[0016]
It is a second object of the present invention to provide a substrate processing apparatus that can lift and lower a substrate satisfactorily with support pins even when the coefficient of thermal expansion differs between the substrate holding unit and the heating unit.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is a substrate processing apparatus for performing a predetermined process on a substrate, wherein the substrate holding unit that holds the substrate in a substantially horizontal posture, and the substrate holding unit are stacked on the substrate holding unit. And a support part that supports the substrate holding part, and on the opposing surface of the substrate holding part and the support partProvidedA protruding portion, a hole portion engaged with the protruding portion,Each of the plurality of through-holes penetrating the substrate holding portion and the support portion can be inserted into a corresponding through-hole, and a support pin supported from the lower surface of the substrate,And supporting the substrate holding part on the support part by engaging the projection part with the hole part.In addition, the support part is a heating part that heats the substrate holding part, and the thermal expansion coefficient of the support part is larger than the thermal expansion coefficient of the substrate holding part, and corresponds to the support part among the through holes. The portion is formed in a long hole shape extending radially from the substantially central portion of the support portion.It is characterized by that.
  According to a second aspect of the present invention, in the substrate processing apparatus according to the first aspect, the protrusion has a tapered shape that narrows toward the tip.
[0018]
  Also,Claim 3The invention ofClaim 2The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the shape of the protrusion is substantially hemispherical.
[0020]
  The invention of claim 4Claim 1 toClaim 3EitherThe substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the protrusion is provided in the heating unit.
[0022]
  Also,Claim 5The invention ofAny one of claims 1 to 4The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the substrate holding part is made of ceramics, and the heating part is made of stainless steel.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0026]
<1. Configuration of substrate processing apparatus>
1 and 2 are side sectional views showing the configuration of a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. This heat treatment apparatus is an apparatus for performing heat treatment of a substrate such as a circular semiconductor wafer by flash light from a xenon flash lamp. 1 and the subsequent drawings have an XYZ orthogonal coordinate system in which the Z-axis direction is a vertical direction and the XY plane is a horizontal plane, as necessary, in order to clarify the directional relationship. .
[0027]
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.
[0028]
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.
[0029]
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.
[0030]
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.
[0031]
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.
[0032]
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.
[0033]
FIG. 3 is a view of the thermal diffusion plate 73 of FIG. FIG. 4 is a top view of the heating plate 74 of FIG. 5 is a cross-sectional view of the thermal diffusion plate 73 of FIG. 3 and the heating plate 74 of FIG. 4 as seen from the VV line. FIG. 6 is a cross-sectional view when the heat diffusion plate 73 is positioned with respect to the heating plate 74.
[0034]
As shown in FIG. 1, a heating plate 74 and a heat diffusion plate 73 are provided in the chamber 65. The heating plate 74 applies preheating (assist) to preheat the semiconductor wafer W before heat treatment is performed on the semiconductor wafer W by the flash lamp 69 by applying thermal energy to the semiconductor wafer W via the thermal diffusion plate 73. It is a heating member formed of stainless steel used for (heating), and is stacked so that the upper surface of the heating plate 74 and the lower surface of the heat diffusion plate 73 are in contact with each other. That is, the heating plate 74 functions as a support portion for the heat diffusion plate 73.
[0035]
As described above, the heat diffusion plate 73 is stacked on the upper surface of the heating plate 74 and used as a substrate holding portion (susceptor) that holds the semiconductor wafer W in a substantially horizontal posture. The heat diffusion plate 73 is formed of a material different from the heating plate 74 and having a relatively low thermal conductivity such as ceramics (for example, aluminum nitride) or quartz, and diffuses the heat energy from the heating plate 74. Thus, the semiconductor wafer W can be heated uniformly.
[0036]
That is, the heat energy released from the heating plate 74 is given to the heat diffusing plate 73 through the lower surface of the heat diffusing plate 73 in contact with the upper surface of the heating plate 74. The supplied energy is diffused in the thermal diffusion plate 73 when being transmitted through the thermal diffusion plate 73, thereby being supplied to the semiconductor wafer W from each part on the upper surface of the thermal diffusion plate 73. Energy is equalized. Therefore, the semiconductor wafer W can be heated uniformly.
[0037]
As shown in FIGS. 4 and 5, a positioning pin 31 a is provided at a substantially central portion of the upper surface of the heating plate 74 facing the lower surface of the heat diffusion plate 73. The positioning pin 31 a is a protrusion that positions the heat diffusion plate 73 at a predetermined position with respect to the heating plate 74 when the heat diffusion plate 73 is placed on the heating plate 74. That is, by engaging the positioning pin 31 a with a positioning hole 31 b (see FIG. 3) provided in the substantially central portion of the lower surface of the heat diffusion plate 73, the approximate center portion of the heating plate 74 and the approximate heat diffusion plate 73. The center can be matched.
[0038]
Here, in the present embodiment, the positioning pin 31 a is obtained by embedding a substantially spherical member on the heating plate 74. Therefore, the shape of the positioning pin 31a is substantially hemispherical, and its cross-sectional area decreases from the vicinity of the upper surface of the heating plate 74 toward the distal end portion of the positioning pin 31a, that is, a tapered shape that smoothly narrows toward the distal end portion. Have
[0039]
As shown in FIGS. 4 and 5, a plurality of rotation prevention pins 32 a are provided near the outer peripheral portion 38 on the upper surface of the heating plate 74. The plurality of anti-rotation pins 32a are protrusions provided in a plurality (three in the present embodiment) radially about the positioning pin 31a. Each rotation prevention pin 32 a is provided between the positioning pin 31 a and the outer peripheral portion 38 of the heating plate 74.
[0040]
Further, as shown in FIGS. 3 and 5, a plurality of oblong anti-rotation holes 32b extending radially about the positioning hole 31b are provided in the outer peripheral portion 39 on the lower surface of the heat diffusion plate 73. . That is, each of the plurality of rotation prevention holes 32 b is provided along a half straight line extending in the outer peripheral direction of the positioning hole 31 b and the heat diffusion plate 73.
[0041]
Therefore, by engaging the positioning pin 31a with the positioning hole 31b and engaging each of the plurality of rotation prevention pins 32a with the corresponding rotation prevention hole 32b, the substantially center portions of the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are obtained. The heat diffusion plate 73 can be prevented from rotating about the positioning pin 31a and fixed to the heating plate 74. Therefore, the heat diffusion plate 73 can be reliably fixed to the heating plate 74.
[0042]
Each rotation prevention pin 32a is formed by embedding a substantially spherical member on the heating plate 74, like the positioning pin 31a. Therefore, each rotation prevention pin 32a has a substantially hemispherical tapered shape that smoothly becomes thinner from the vicinity of the upper surface of the heating plate 74 toward the tip.
[0043]
By the way, when preheating the semiconductor wafer W by the heating plate 74 and the heat diffusion plate 73, the air existing between the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 is heated to 200 ° C. to 600 ° C. and expands. After the preheating, the temperature is lowered to room temperature and shrinks. As a result, the heat diffusing plate 73 cannot be attached to and detached from the heating plate 74, so that it becomes difficult to replace the heat diffusing plate 73 for maintenance or the like.
[0044]
However, in the present embodiment, the heat diffusing plate 73 is attached to the heating plate 74 by engaging the positioning pin 31a having a tapered shape and the plurality of rotation prevention pins 32a with the corresponding positioning hole 31b and the plurality of rotation prevention holes 32b. It is fixed. Thus, even when the heating plate 74 and the heat diffusing plate 73 are adsorbed, they can be displaced by applying a substantially horizontal force from the outer peripheral portion 39 of the heat diffusing plate 73. It can be easily detached.
[0045]
That is, by applying a force in a substantially horizontal direction from the outer peripheral portion 39 of the heat diffusion plate 73, the positioning hole 31b and the openings on the lower surface side of the rotation prevention holes 32b, the corresponding positioning pins 31a and the plurality The side surface of the anti-rotation pin 32a comes into contact, and the heat diffusion plate 73 moves obliquely upward along the side surface. Therefore, the thermal diffusion plate 73 can be floated with respect to the heating plate 74, and even if it is adsorbed, the thermal diffusion plate 73 can be easily detached from the heating plate 74 and the thermal diffusion plate 73 can be easily replaced. Can do.
[0046]
Further, as shown in FIGS. 3, 4, and 6, the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are provided with a plurality of (three in this embodiment) through holes 35 through which the support pins 70 are inserted. ing.
[0047]
That is, the heating plate 74 is provided with a plurality of (three in the present embodiment) through-holes 35b that are provided radially about the positioning pin 31a, and the heat diffusion plate 73. Are provided with a plurality of (three in the present embodiment) through-holes 35a provided radially with the positioning hole 31b as a substantial center. Each of the through holes 35a and 35b has a long hole shape extending radially from the positioning hole 31b (that is, the substantially central portion of the heat diffusion plate 73) in the outer circumferential direction of the heat diffusion plate 73. That is, the through holes 35a and 35b are formed in a long hole shape extending radially with the positioning pin 31a or the positioning hole 31b as a substantially central portion.
[0048]
The heat diffusion plate 73 is positioned with respect to the heating plate 74 so that the plurality of through holes 35b and the through holes 35a corresponding to the through holes 35b are arranged substantially linearly to form the through holes 35. ing.
[0049]
By the way, as described above, by engaging the positioning hole 31b and the positioning pin 31a, it is possible to make the substantially central portions of the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 coincide with each other. Thereby, it becomes possible to calculate the amount of positional deviation between the through hole 35a and the corresponding through hole 35b due to thermal expansion.
[0050]
That is, if the positioning hole 31b and the positioning pin 31a are used to position the substantially center portion of the heating plate 74 and the approximately center portion of the heat diffusion plate 73 to coincide with each other, the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are heated to cause thermal expansion. Even if it occurs, the positional relationship between the substantially center portions of the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 remains fixed. Therefore, it can be considered that the thermal expansion of the heating plate 74 and the thermal diffusion plate 73 occurs radially around the respective substantially central portions. That is, it is possible to calculate the amount of thermal expansion using each substantially central portion as the origin of thermal expansion.
[0051]
Therefore, the long through hole 35a extending radially from the substantially central portion of the heat diffusing plate 73 radially outward and the long through hole 35b extending radially from the substantially central portion of the heating plate 74 are thermally expanded. Although the amount of thermal expansion is different due to the difference in rate, it moves in parallel in the same direction (periphery direction) due to thermal expansion. In consideration of the difference in the amount of thermal expansion, by setting the length of the through hole 35a and the through hole 35b in the outer peripheral direction, even if thermal expansion occurs, the inner wall of the through hole 35a and the through hole 35b Contact with the support pin 70 can be easily avoided, and as a result, the problem that the support pin 70 is broken by this contact can be prevented.
[0052]
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. .
[0053]
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.
[0054]
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.
[0055]
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.
[0056]
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.
[0057]
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.
[0058]
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.
[0059]
<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.
[0060]
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.
[0061]
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.
[0062]
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.
[0063]
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.
[0064]
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.
[0065]
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.
[0066]
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.
[0067]
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.
[0068]
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. As the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 are lowered, the semiconductor wafer W is transferred from the heat diffusion plate 73 to the support pins 70.
[0069]
As described above, in the heat treatment operation, before the semiconductor wafer W is heated by the flash lamp 69, the semiconductor wafer W is preheated to the preheating temperature T1 in advance. Thereby, due to the difference between the thermal expansion coefficient of the heating plate 74 formed of stainless steel and the thermal expansion coefficient of the thermal diffusion plate 73 formed of ceramics or the like, the thermal diffusion plate 73 constituting each through hole 35. In some cases, the through hole 35a of the heating plate 74 and the through hole 35b of the heating plate 74 are misaligned.
[0070]
FIG. 7 is a side view showing another configuration aspect in the vicinity of the heat diffusing plate. FIG. 8 is an enlarged view of the portion A in FIG. 7 (ie, the vicinity of the through hole 135). As shown in FIG. 7, the positioning pins 31 a are not provided on the upper surface of the heating plate 174, and the positioning holes 31 b are not provided on the lower surface of the heat diffusion plate 173. Therefore, it is not possible to specify where the origin of thermal expansion is like the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74 of the present embodiment, and which through hole 135a is relative to the corresponding through hole 135b. It is not possible to specify whether to move in the direction. As a result, as shown in FIG. 8, the side wall of the through hole 135a and the outer peripheral portion of the support pin 70 come into contact with each other, and there is a problem that the support pin 70 is broken in some cases. Similarly, the side wall of the through hole 135b or the side wall of the through hole 135a and the through hole 135b and the support pin 70 come into contact with each other, causing a problem that the support pin 70 is broken.
[0071]
On the other hand, in the thermal diffusion plate 73 and the heating plate 74 of the present embodiment, it can be considered that the thermal expansion occurs radially with the approximate center of the thermal diffusion plate 73 and the heating plate 74 as the origin. Therefore, the thermal expansion amounts of the through hole 35a and the through hole 35b can be easily calculated from the set temperature of the heating plate 74, and the lengths of the through hole 35a and the through hole 35b in the outer peripheral direction can be set.
[0072]
As a result, even if the difference in thermal expansion coefficient between the thermal diffusion plate 73 (formed of ceramics) and the heating plate 74 (formed of stainless steel) is large, the side walls of the through holes 35a and 35b and the support pins 70 Can be easily avoided, and the problem of breakage of the support pin 70 does not occur. Further, it is possible to use stainless steel that is easy to process for the heating unit, and the apparatus cost of the entire substrate processing apparatus can be reduced.
[0073]
As described above, the semiconductor wafer W placed on the plurality of support pins 70 is satisfactorily conveyed to the delivery position without contacting the corresponding side wall of the through hole 35. A series of heat treatment operations are completed by unloading the semiconductor wafer W by a transfer robot (not shown).
[0074]
<3. Advantages of substrate processing equipment>
As described above, in the substrate processing apparatus of the present embodiment, the positioning hole 31b and the positioning pin 31a are engaged, and the plurality of rotation prevention holes 32b and the rotation prevention pins 32a corresponding to the rotation prevention holes 32b are provided. By engaging, the heat diffusion plate 73 can be fixed to the heating plate 74 by causing the substantially central portion of the heat diffusion plate 73 and the substantially central portion of the heating plate 74 to coincide with each other. Therefore, it can be considered that the thermal expansion of the thermal diffusion plate 73 and the heating plate 74 is thermal expansion radially toward the outer peripheral portion with the respective substantially central portions as the origin, and the thermal expansion amounts of the thermal diffusion plate 73 and the heating plate 74. It is possible to calculate the amount of thermal expansion with each approximate center as a reference point (origin). Therefore, it is possible to easily set the lengths of the through holes 35a and the through holes 35b in the outer circumferential direction in consideration of thermal expansion, and to prevent the support pin 70 from being broken.
[0075]
The positioning pin 31a and the plurality of rotation prevention pins 32a have a tapered shape. Accordingly, even when the heat diffusion plate 73 is adsorbed to the heating plate 74 due to the thermal expansion / contraction of the air existing between the heat diffusion plate 73 and the heating plate 74, the heat diffusion plate 73. The heat diffusion plate 73 can be easily moved obliquely upward with respect to the heating plate 74 by applying a substantially horizontal force from the outer peripheral portion 39. Therefore, even when the thermal diffusion plate 73 is adsorbed, it can be easily detached from the heating plate 74, and the thermal diffusion plate 73 can be easily replaced.
[0076]
<4. Modification>
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above examples.
[0077]
(1) In the present embodiment, the positioning pin 31a has a substantially hemispherical shape, but is not limited to this, and is smooth from the top surface of the heating plate 74 toward the tip. For example, a substantially truncated cone may be used as long as it has a tapered shape that becomes thinner.
[0078]
(2) The positioning pin 31a is formed by embedding a substantially spherical member in the upper surface of the heating plate 74. However, the positioning pin 31a is not limited to this. For example, the upper surface of the heating plate 74 is stamped. May be formed.
[0079]
(3) In the present embodiment, the positioning hole 31b and the plurality of rotation prevention holes 32b are provided on the lower surface of the heat diffusion plate 73, and the positioning pin 31a and the plurality of rotation prevention pins 32a are provided on the upper surface of the heating plate 74, respectively. However, the present invention is not limited to this. For example, the positioning hole 31 b and the rotation prevention hole 32 b may be provided in the heating plate 74, and the positioning pin 31 a and the rotation prevention pin 32 a may be provided in the heat diffusion plate 73. Further, the positioning hole 31 b and the rotation prevention pin 32 a may be provided in the heat diffusion plate 73, and the positioning pin 31 a and the rotation prevention hole 32 b may be provided in the heating plate 74. Further, the positioning hole 31 b and the rotation prevention pin 32 a may be provided in the heating plate 74, and the positioning pin 31 a and the rotation prevention hole 32 b may be provided in the heat diffusion plate 73.
[0080]
(4) In the present embodiment, the thermal diffusion plate 73 and the heating plate 74 are used for preliminary heating for heating the semiconductor wafer W in advance when the substrate is heat-treated by the flash lamp 69. For example, it may be used as a heating unit of a film forming apparatus that forms a thin film on the semiconductor wafer W by a chemical reaction in a gas phase.
[0081]
【The invention's effect】
  From claim 1Claim 5According to the invention described in (1), since the protrusion has a tapered shape, even when the substrate holding part is adsorbed to the support part, the substrate holding part is shifted along the opposing surface of the support part. Thus, the engagement between the protrusion and the hole can be released. Therefore, the substrate holding part can be easily detached from the support part.
[0082]
  In particular,Claim 3According to the invention described in (1), since the shape of the protrusion is substantially hemispherical, the engagement between the protrusion and the hole can be easily released. As a result, the substrate holding part can be more easily detached from the support part.
[0083]
  Also,Claims 1 to 5According to the invention described in the above, even when the substrate holding part is adsorbed to the support part by expanding and contracting the air existing between the support part and the substrate holding part by heating the support part, By shifting the substrate holding portion along the opposing surface of the support portion, the engagement between the protrusion and the hole can be easily released. Therefore, the substrate holding part can be easily detached from the support part.
[0084]
In particular, according to the invention described in claim 4, the substrate holding part can be easily detached from the heating part provided with the protruding part.
[0085]
  Also,Claims 1 to 5According to the present invention, the substrate holding part and the heating part are formed of different materials, and the substrate holding part can be easily detached from the heating part even when the respective thermal expansion coefficients are different. Can do.
[0086]
  In particular,Claim 5According to the invention described in (4), the substrate holding part is made of ceramics and the heating part is made of stainless steel. Even when the respective thermal expansion coefficients are different, the substrate holding part can be easily detached from the heating part. Can do.
[0087]
  Also,Claims 1 to 5According to the invention described in (1), even if the support pins are inserted through a plurality of through holes that penetrate the substrate holding part and the support part, the support part is not damaged and the substrate holding part is not damaged. Can be easily detached.
[0088]
  Also,Claims 1 to 5When the substrate holding part and the support part are heated, the plurality of through holes thermally expand from the substantially central part of the substrate holding part toward the outer peripheral direction. Therefore, by appropriately determining the length of each through-hole formed in the shape of a long hole in the outer circumferential direction, it is possible to prevent the through-hole and the corresponding support pin from coming into contact with each other, so that the support pin breaks. Can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of a substrate processing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view showing a configuration of a substrate processing apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a view of the heat diffusion plate of the substrate processing apparatus according to the present invention as seen from the back side.
FIG. 4 is a top view of a heating plate of the substrate processing apparatus according to the present invention.
5 is a view showing a cross section of the heat diffusion plate of FIG. 3 and the heating plate of FIG. 4 as seen from the line VV.
FIG. 6 is a side sectional view showing an example of the configuration in the vicinity of the heat diffusion plate of the substrate processing apparatus according to the present invention.
7 is a side sectional view showing another configuration aspect in the vicinity of the heat diffusion plate of the substrate processing apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 8 is an enlarged view showing a part A of FIG. 7;
[Explanation of symbols]
5 Light source
31a Positioning pin
32a Anti-rotation pin
31b Positioning hole
32b Anti-rotation hole
35, 35a, 35b, 135, 135a, 135b Through hole
40 motor
65 chambers
69 Flash lamp
70 Support pin
71 reflector
73 Thermal diffusion plate
74 Heating plate
W Semiconductor wafer

Claims

A substrate processing apparatus for performing predetermined processing on a substrate,
(a) a substrate holding unit for holding the substrate in a substantially horizontal position;
(b) a support unit that is stacked on the substrate holding unit and supports the substrate holding unit;
With
A protruding portion that is provided on the opposite surface of the support part and the substrate holder,
A hole engaged with the protrusion, and
Each of the plurality of through-holes penetrating the substrate holding portion and the support portion can be inserted into a corresponding through-hole, and a support pin supported from the lower surface of the substrate,
Have
While supporting the substrate holding portion on the support portion by engaging the projection portion with the hole portion ,
The support part is a heating part for heating the substrate holding part,
The thermal expansion coefficient of the support part is larger than the thermal expansion coefficient of the substrate holding part,
A portion of each through-hole corresponding to the support portion is formed in a long hole shape that extends radially about the protrusion .

The substrate processing apparatus according to claim 1,
The protrusions substrate processing apparatus characterized that you have had a tapered shape that tapers toward the tip.

The substrate processing apparatus according to claim 2 ,
The substrate processing apparatus , wherein the protrusion has a substantially hemispherical shape .

It claims 1 The substrate processing apparatus according to claim 3,
The substrate processing apparatus, wherein the protrusion is provided in the heating unit.

The substrate processing apparatus according to claim 1 , wherein:
The substrate processing apparatus, wherein the substrate holding part is made of ceramics, and the heating part is made of stainless steel .