(57)【要約】【課題】フラッシュ光照射時における保持プレートの変色を防止することができる熱処理装置を提供する。【解決手段】ホットプレート７１の上面に石英のサセプタ７２が載置され、そのサセプタ７２の上面に半導体ウェハーＷが載置される。ホットプレート７１およびサセプタ７２の直径は半導体ウェハーＷの直径よりも大きい。半導体ウェハーＷよりも外側のサセプタ７２の周縁部には遮光リング７５が載置される。遮光リング７５は、ホットプレート７１の上面のうち半導体ウェハーＷによって覆われる領域よりも外側の円環状領域を覆う。これにより、ホットプレート７１の上面のほぼ全面が半導体ウェハーＷおよび遮光リング７５によってフラッシュランプＦＬのフラッシュ光から遮光される。その結果、フラッシュ光が照射されたときに、ホットプレート７１の酸化による変色が防止される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
基板の平面サイズよりも大きな平面サイズを有し、基板を水平姿勢に保持する金属製の保持プレートと、
前記保持プレートの上方に設けられ、前記保持プレートに保持された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュ光源と、
前記保持プレートの上面のうち前記保持プレートに保持された基板によって覆われる領域よりも外側の環状領域を前記フラッシュ光源から遮光する遮光手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記保持プレートおよび基板は円板形状を有し、
前記遮光手段は円環状の遮光リングであることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項２記載の熱処理装置において、
前記遮光リングの外径は前記保持プレートの直径以上であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の熱処理装置において、
前記遮光リングの内径よりも大きな直径の円板形状を有して前記保持プレートの上面に載置される石英サセプタをさらに備え、
前記遮光リングは前記石英サセプタの周縁部に載置されることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載の熱処理装置において、
前記遮光リングの内径以下の直径の円板形状を有して前記保持プレートの上面に載置される石英サセプタをさらに備え、
前記遮光リングは前記石英サセプタの周囲を取り囲むように前記保持プレートの上面に載置されることを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項２から請求項５のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記遮光リングは不透明石英にて形成されることを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項２から請求項５のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記遮光リングは炭化ケイ素または窒化アルミニウムにて形成されることを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
請求項２から請求項７のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記遮光リングの厚さは２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項９】
基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
基板の平面サイズよりも大きな平面サイズを有する保持プレートと、
前記保持プレートの上面に載置され、前記保持プレートの平面サイズ以上の平面サイズを有して基板を水平姿勢に載置する石英サセプタと、
前記保持プレートの上方に設けられ、前記石英サセプタに載置された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュ光源と、
を備え、
前記石英サセプタのうち前記石英サセプタに載置された基板によって覆われる領域よりも外側の環状領域を不透明とすることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記保持プレートは、前記フラッシュ光源からフラッシュ光を照射する前に基板を予備加熱するヒータを備えることを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）にフラッシュ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関する。
【背景技術】
【０００２】
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が一般的に使用されていた。このようなランプアニール装置においては、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。
【０００３】
一方、近年、半導体デバイスの高集積化が進展し、ゲート長が短くなるにつれて接合深さも浅くすることが望まれている。しかしながら、毎秒数百度程度の速度で半導体ウェハーを昇温する上記ランプアニール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ボロンやリン等のイオンが熱によって深く拡散する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、接合深さが要求よりも深くなり過ぎ、良好なデバイス形成に支障が生じることが懸念される。
【０００４】
このため、キセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する）を使用して半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射することにより、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）。キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーにフラッシュ光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハーを急速に昇温することが可能である。また、数ミリセカンド以下の極めて短時間のフラッシュ光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。このため、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、イオンを深く拡散させることなく、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２００４−５５８２１号公報
【特許文献２】特開２００４−８８０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来より、フラッシュランプを使用して半導体ウェハーをフラッシュ加熱する場合、所定温度にまで半導体ウェハーを予備加熱した後にフラッシュランプからフラッシュ光を照射するようにしていた。これは、フラッシュ光の照射のみでは半導体ウェハーを目標の処理温度（多くの場合１０００℃以上）にまで昇温することが困難であるためである。例えば、特許文献１，２に開示される装置においては、ホットプレートで半導体ウェハーを支持して予備加熱を行っており、半導体ウェハーの面内温度分布を良好に維持するためにホットプレートの直径はウェハー経よりも大きくしてある。すなわち、ホットプレートの周縁部には半導体ウェハーによって覆われていない領域が存在する。
【０００７】
図１０は、従来におけるフラッシュ光照射の様子を模式的に示す図である。ホットプレート１０１はステンレスまたはインコネル（登録商標）等の耐熱性に優れた金属によって形成された円板形状の部材である。ホットプレート１０１はヒータを内蔵している。ホットプレート１０１の上面には石英製のサセプタ１０２が載置されている。サセプタ１０２も円板形状を有しており、その直径はホットプレート１０１の直径と等しい。半導体ウェハーＷはサセプタ１０２の上面に載置される。同図に示すように、半導体ウェハーＷの直径はホットプレート１０１の直径よりも小さく、ホットプレート１０１の周縁部には半導体ウェハーＷによって覆われない部分がある。
【０００８】
また、ホットプレート１０１の上方にはフラッシュランプＦＬが列設されている。サセプタ１０２に載置された半導体ウェハーＷはホットプレート１０１によって所定温度まで予備加熱された後、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射によってフラッシュ加熱される。このときに、半導体ウェハーＷによって覆われていないホットプレート１０１の周縁部にもフラッシュ光が照射され、その熱影響を受ける。なお、石英にて形成されたサセプタ１０２はフラッシュ光を透過する。
【０００９】
通常、フラッシュ加熱時には、半導体ウェハーＷを保持するホットプレート１０１の周辺は窒素ガス雰囲気とされているが、微量ながら酸素も残留しており、金属製のホットプレート１０１の周縁部がフラッシュ光照射を受けたときに僅かに酸化する。このため、フラッシュ加熱を繰り返すうちに半導体ウェハーＷによって覆われていないホットプレート１０１の周縁部の酸化が徐々に進行して変色する。
【００１０】
このような酸化によって変色したホットプレート１０１の周縁部はパーティクルの発生源或いは金属汚染源となるおそれがある。また、ホットプレート１０１の周縁部が変色することによって当該領域の反射率が低下し、その結果フラッシュ光照射時にホットプレート１０１の上面周縁部で反射してから半導体ウェハーＷの端縁部に入射する光量が低下し、ウェハーの面内温度分布が変動する要因となる。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュ光照射時における保持プレートの変色を防止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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、基板の平面サイズよりも大きな平面サイズを有し、基板を水平姿勢に保持する金属製の保持プレートと、前記保持プレートの上方に設けられ、前記保持プレートに保持された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュ光源と、前記保持プレートの上面のうち前記保持プレートに保持された基板によって覆われる領域よりも外側の環状領域を前記フラッシュ光源から遮光する遮光手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記保持プレートおよび基板は円板形状を有し、前記遮光手段は円環状の遮光リングであることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記遮光リングの外径は前記保持プレートの直径以上であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明に係る熱処理装置において、前記遮光リングの内径よりも大きな直径の円板形状を有して前記保持プレートの上面に載置される石英サセプタをさらに備え、前記遮光リングは前記石英サセプタの周縁部に載置されることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５の発明は、請求項２または請求項３の発明に係る熱処理装置において、前記遮光リングの内径以下の直径の円板形状を有して前記保持プレートの上面に載置される石英サセプタをさらに備え、前記遮光リングは前記石英サセプタの周囲を取り囲むように前記保持プレートの上面に載置されることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６の発明は、請求項２から請求項５のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記遮光リングは不透明石英にて形成されることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７の発明は、請求項２から請求項５のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記遮光リングは炭化ケイ素または窒化アルミニウムにて形成されることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８の発明は、請求項２から請求項７のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記遮光リングの厚さは２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項９の発明は、基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、基板の平面サイズよりも大きな平面サイズを有する保持プレートと、前記保持プレートの上面に載置され、前記保持プレートの平面サイズ以上の平面サイズを有して基板を水平姿勢に載置する石英サセプタと、前記保持プレートの上方に設けられ、前記石英サセプタに載置された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュ光源と、を備え、前記石英サセプタのうち前記石英サセプタに載置された基板によって覆われる領域よりも外側の環状領域を不透明とすることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１０の発明は、請求項１から請求項９のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記保持プレートは、前記フラッシュ光源からフラッシュ光を照射する前に基板を予備加熱するヒータを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基板によって覆われていない保持プレートの上面も遮光されることとなり、フラッシュ光照射時における保持プレートの酸化による変色を防止することができる。
【００２３】
特に、請求項３の発明によれば、遮光リングの外径が保持プレートの直径以上であるため、保持プレートの上面を完全に遮光することができ、保持プレートの変色を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。本明細書において、「不透明」とはフラッシュランプから出射されるフラッシュ光の分光分布において少なくとも強度の大きな可視光域について透過しないことを意味する。
【００２５】
＜１．第１実施形態＞
まず、本発明に係る熱処理装置の全体構成について概説する。図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。熱処理装置１は基板として円板形状の半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射してその半導体ウェハーＷを加熱するフラッシュランプアニール（ＦＬＡ）装置である。熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容する略円筒形状のチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するランプハウス５と、を備える。また、熱処理装置１は、チャンバー６およびランプハウス５に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理を実行させる制御部３を備える。
【００２６】
チャンバー６は、ランプハウス５の下方に設けられており、略円筒状の内壁を有するチャンバー側部６３、および、チャンバー側部６３の下部を覆うチャンバー底部６２によって構成される。また、チャンバー側部６３およびチャンバー底部６２によって囲まれる空間が熱処理空間６５として規定される。熱処理空間６５の上方は上部開口６０とされており、上部開口６０にはチャンバー窓６１が装着されて閉塞されている。
【００２７】
チャンバー６の天井部を構成するチャンバー窓６１は、石英により形成された円板形状部材であり、ランプハウス５から出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５に透過する石英窓として機能する。チャンバー６の本体を構成するチャンバー底部６２およびチャンバー側部６３は、例えば、ステンレススチール等の強度と耐熱性に優れた金属材料にて形成されており、チャンバー側部６３の内側面の上部のリング６３１は、光照射による劣化に対してステンレススチールより優れた耐久性を有するアルミニウム（Ａｌ）合金等で形成されている。
【００２８】
また、熱処理空間６５の気密性を維持するために、チャンバー窓６１とチャンバー側部６３とはＯリングによってシールされている。すなわち、チャンバー窓６１の下面周縁部とチャンバー側部６３との間にＯリングを挟み込むとともに、クランプリング９０をチャンバー窓６１の上面周縁部に当接させ、そのクランプリング９０をチャンバー側部６３にネジ止めすることによって、チャンバー窓６１をＯリングに押し付けている。
【００２９】
チャンバー底部６２には、保持部７を貫通して半導体ウェハーＷをその下面（ランプハウス５からの光が照射される側とは反対側の面）から支持するための複数（本実施の形態では３本）の支持ピン７０が立設されている。支持ピン７０は、例えば石英により形成されており、チャンバー６の外部から固定されているため、容易に取り替えることができる。
【００３０】
チャンバー側部６３は、半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための搬送開口部６６を有し、搬送開口部６６は、軸６６２を中心に回動するゲートバルブ１８５により開閉可能とされる。チャンバー側部６３における搬送開口部６６とは反対側の部位には熱処理空間６５に処理ガス（例えば、窒素（Ｎ2）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス、あるいは、酸素（０2）ガス等）を導入する導入路８１が形成され、その一端は弁８２を介して図示省略の給気機構に接続され、他端はチャンバー側部６３の内部に形成されるガス導入バッファ８３に接続される。また、搬送開口部６６には熱処理空間６５内の気体を排出する排出路８６が形成され、弁８７を介して図示省略の排気機構に接続される。
【００３１】
図２は、チャンバー６をガス導入バッファ８３の位置にて水平面で切断した断面図である。図２に示すように、ガス導入バッファ８３は、図１に示す搬送開口部６６の反対側においてチャンバー側部６３の内周の約１／３に亘って形成されており、導入路８１を介してガス導入バッファ８３に導かれた処理ガスは、複数のガス供給孔８４から熱処理空間６５内へと供給される。
【００３２】
また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部において半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持しつつフラッシュ光照射前にその保持する半導体ウェハーＷの予備加熱を行う略円板状の保持部７と、保持部７をチャンバー６の底面であるチャンバー底部６２に対して昇降させる保持部昇降機構４と、を備える。図１に示す保持部昇降機構４は、略円筒状のシャフト４１、移動板４２、ガイド部材４３（本実施の形態ではシャフト４１の周りに３本配置される）、固定板４４、ボールネジ４５、ナット４６およびモータ４０を有する。チャンバー６の下部であるチャンバー底部６２には保持部７よりも小さい直径を有する略円形の下部開口６４が形成されており、ステンレススチール製のシャフト４１は、下部開口６４を挿通して、保持部７（厳密には保持部７のホットプレート７１）の下面に接続されて保持部７を支持する。
【００３３】
移動板４２にはボールネジ４５と螺合するナット４６が固定されている。また、移動板４２は、チャンバー底部６２に固定されて下方へと伸びるガイド部材４３により摺動自在に案内されて上下方向に移動可能とされる。また、移動板４２は、シャフト４１を介して保持部７に連結される。
【００３４】
モータ４０は、ガイド部材４３の下端部に取り付けられる固定板４４に設置され、タイミングベルト４０１を介してボールネジ４５に接続される。保持部昇降機構４により保持部７が昇降する際には、駆動部であるモータ４０が制御部３の制御によりボールネジ４５を回転し、ナット４６が固定された移動板４２がガイド部材４３に沿って鉛直方向に移動する。この結果、移動板４２に固定されたシャフト４１が鉛直方向に沿って移動し、シャフト４１に接続された保持部７が図１に示す半導体ウェハーＷの受渡位置と図６に示す半導体ウェハーＷの処理位置との間で滑らかに昇降する。
【００３５】
移動板４２の上面には略半円筒状（円筒を長手方向に沿って半分に切断した形状）のメカストッパ４５１がボールネジ４５に沿うように立設されており、仮に何らかの異常により移動板４２が所定の上昇限界を超えて上昇しようとしても、メカストッパ４５１の上端がボールネジ４５の端部に設けられた端板４５２に突き当たることによって移動板４２の異常上昇が防止される。これにより、保持部７がチャンバー窓６１の下方の所定位置以上に上昇することはなく、保持部７とチャンバー窓６１との衝突が防止される。
【００３６】
また、保持部昇降機構４は、チャンバー６の内部のメンテナンスを行う際に保持部７を手動にて昇降させる手動昇降部４９を有する。手動昇降部４９はハンドル４９１および回転軸４９２を有し、ハンドル４９１を介して回転軸４９２を回転することより、タイミングベルト４９５を介して回転軸４９２に接続されるボールネジ４５を回転して保持部７の昇降を行うことができる。
【００３７】
チャンバー底部６２の下側には、シャフト４１の周囲を囲み下方へと伸びる伸縮自在のベローズ４７が設けられ、その上端はチャンバー底部６２の下面に接続される。一方、ベローズ４７の下端はベローズ下端板４７１に取り付けられている。べローズ下端板４７１は、鍔状部材４１１によってシャフト４１にネジ止めされて取り付けられている。保持部昇降機構４により保持部７がチャンバー底部６２に対して上昇する際にはベローズ４７が収縮され、下降する際にはべローズ４７が伸張される。そして、保持部７が昇降する際にも、ベローズ４７が伸縮することによって熱処理空間６５内の気密状態が維持される。
【００３８】
図３は、保持部７の構成を示す断面図である。図４は、保持部７の平面図である。保持部７は、半導体ウェハーＷを水平姿勢に保持して予備加熱（いわゆるアシスト加熱）するホットプレート（加熱プレート）７１、ホットプレート７１の上面（保持部７が半導体ウェハーＷを保持する側の面）に載置されるサセプタ７２、および、サセプタ７２の上面周縁部に載置される遮光リング７５を有する。保持部７の下面には、既述のように保持部７を昇降するシャフト４１が接続される。
【００３９】
ホットプレート７１は、ステンレススチール製の上部プレート７３および下部プレート７４にて構成された円板形状の部材である。ホットプレート７１の直径は半導体ウェハーＷの直径よりも大きい。すなわち、ホットプレート７１は半導体ウェハーＷの平面サイズよりも大きな平面サイズを有する。上部プレート７３と下部プレート７４との間には、ホットプレート７１を加熱するニクロム線等の抵抗加熱線７７が配設され、導電性のニッケル（Ｎｉ）ロウが充填されて封止されている。また、上部プレート７３および下部プレート７４の端部はロウ付けにより接着されている。なお、上部プレート７３および下部プレート７４は、耐熱性に特に優れたインコネル（登録商標）等のニッケル基合金によって形成するようにしても良い。
【００４０】
図５は、ホットプレート７１を示す平面図である。図５に示すように、ホットプレート７１は、保持される半導体ウェハーＷと対向する領域の中央部に同心円状に配置される円板状のゾーン７１１および円環状のゾーン７１２、並びに、ゾーン７１２の周囲の略円環状の領域を周方向に４等分割した４つのゾーン７１３〜７１６を備え、各ゾーン間には若干の間隙が形成されている。また、ホットプレート７１には、支持ピン７０が挿通される３つの貫通孔７８が、ゾーン７１１とゾーン７１２との隙間の周上に１２０°毎に設けられる。
【００４１】
６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、相互に独立した抵抗加熱線７７が周回するように配設されてヒータが個別に形成されており、各ゾーンに内蔵されたヒータにより各ゾーンが個別に加熱される。保持部７に保持された半導体ウェハーＷは、６つのゾーン７１１〜７１６に内蔵されたヒータにより加熱される。また、ゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、熱電対を用いて各ゾーンの温度を計測するセンサ７１０が設けられている。各センサ７１０は略円筒状のシャフト４１の内部を通り制御部３に接続される。
【００４２】
ホットプレート７１が加熱される際には、センサ７１０により計測される６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が予め設定された所定の温度になるように、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７７への電力供給量が制御部３により制御される。制御部３による各ゾーンの温度制御はＰＩＤ(Proportional,Integral,Derivative)制御により行われる。ホットプレート７１では、半導体ウェハーＷの熱処理（複数の半導体ウェハーＷを連続的に処理する場合は、全ての半導体ウェハーＷの熱処理）が終了するまでゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が継続的に計測され、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７７への電力供給量が個別に制御されて、すなわち、各ゾーンに内蔵されたヒータの温度が個別に制御されて各ゾーンの温度が設定温度に維持される。
【００４３】
６つのゾーン７１１〜７１６にそれぞれ配設される抵抗加熱線７７は、シャフト４１の内部を通る電力線を介して電力供給源（図示省略）に接続されている。電力供給源から各ゾーンに至る経路途中において、電力供給源からの電力線は、マグネシア（マグネシウム酸化物）等の絶縁体を充填したステンレスチューブの内部に互いに電気的に絶縁状態となるように配置される。
【００４４】
サセプタ７２は石英により形成された円板形状の部材である。保持部７に保持される半導体ウェハーＷはサセプタ７２の上面に載置される。第１実施形態においては、サセプタ７２の直径はホットプレート７１の直径と等しい。サセプタ７２の上面には半導体ウェハーＷの位置ずれを防止する複数のピン７６が立設される。本実施形態においては、半導体ウェハーＷの直径よりも若干大きな径の円周に沿って６０°毎に計６本のピン７６が立設されており、半導体ウェハーＷは６本のピン７６の内側に水平姿勢で載置される。
【００４５】
サセプタ７２は、その下面をホットプレート７１の上面に面接触させてホットプレート７１上に載置される。これにより、サセプタ７２は、ホットプレート７１からの熱エネルギーを拡散してサセプタ７２上に載置された半導体ウェハーＷに伝達するとともに、メンテナンス時にはホットプレート７１から取り外して洗浄可能とされる。
【００４６】
６本のピン７６よりも外側に位置するサセプタ７２の周縁部には遮光リング７５が載置されている。遮光リング７５は、フラッシュランプＦＬから出射されるフラッシュ光に対して不透明な材質にて形成されており、本実施形態では不透明石英にて形成されている。なお、本実施形態にて使用している不透明石英は、フラッシュ光に不透明な素材の両表面を透明石英ガラスで挟み込んだものである。従って、遮光リング７５の表面は透明石英ガラスと同様の平滑面であり、パーティクル等を発生するおそれはない。
【００４７】
図４に示すように、遮光リング７５は円環形状の板であり、その外径はホットプレート７１の直径以上（本実施形態ではホットプレート７１の直径と等しい）である。また、遮光リング７５の内径は半導体ウェハーＷの直径よりも若干大きく、遮光リング７５は６本のピン７６よりも外側に設置される。また、遮光リング７５の厚さは２ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、半導体ウェハーＷの厚み（１ｍｍ未満）より厚い。
【００４８】
第１実施形態においては、サセプタ７２の直径はホットプレート７１の直径と等しく、つまり遮光リング７５の外径と等しい。よって、遮光リング７５の内径よりもサセプタ７２の直径の方が大きく、図３に示すように、遮光リング７５はサセプタ７２の周縁部に載置される。
【００４９】
サセプタ７２の周縁部に遮光リング７５が載置されることによって、ホットプレート７１の上面のうちホットプレート７１に保持される半導体ウェハーＷによって覆われる領域よりも外側の円環状領域が遮光リング７５にて覆われる。その結果、保持部７が半導体ウェハーＷを保持したときには、ホットプレート７１の上面のほぼ全面が半導体ウェハーＷおよび遮光リング７５によってフラッシュランプＦＬのフラッシュ光から遮光されることとなる。
【００５０】
次に、ランプハウス５は、チャンバー６内の保持部７の上方に設けられている。ランプハウス５は、筐体５１の内側に、複数本（本実施形態では３０本）のキセノンフラッシュランプＦＬからなるフラッシュ光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ５２と、を備えて構成される。また、ランプハウス５の筐体５１の底部にはランプ光放射窓５３が装着されている。ランプハウス５の床部を構成するランプ光放射窓５３は、石英により形成された板状部材である。ランプハウス５がチャンバー６の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓５３がチャンバー窓６１と相対向することとなる。ランプハウス５は、チャンバー６内にて保持部７に保持される半導体ウェハーＷにランプ光放射窓５３およびチャンバー窓６１を介してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射することにより半導体ウェハーＷを加熱する。
【００５１】
複数のフラッシュランプＦＬ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保持部７に保持される半導体ウェハーＷの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプＦＬの配列によって形成される平面も水平面である。複数のフラッシュランプＦＬの配列によって形成される平面の平面エリアは少なくとも保持部７に保持される半導体ウェハーＷよりも大きい。
【００５２】
キセノンフラッシュランプＦＬ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棒状のガラス管（放電管）と、該ガラス管の外周面上に付設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、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても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、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサーに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。
【００５３】
また、リフレクタ５２は、複数のフラッシュランプＦＬの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ５２の基本的な機能は、複数のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を保持部７の側に反射するというものである。リフレクタ５２はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面（フラッシュランプＦＬに臨む側の面）はブラスト処理により粗面化加工が施されて梨地模様を呈する。このような粗面化加工を施しているのは、リフレクタ５２の表面が完全な鏡面であると、複数のフラッシュランプＦＬからの反射光の強度に規則パターンが生じて半導体ウェハーＷの表面温度分布の均一性が低下するためである。
【００５４】
また、制御部３は、熱処理装置１に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。制御部３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。すなわち、制御部３は、各種演算処理を行うＣＰＵ、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ＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ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を備えている。
【００５５】
上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にフラッシュランプＦＬおよびホットプレート７１から発生する熱エネルギーによるチャンバー６およびランプハウス５の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー６のチャンバー側部６３およびチャンバー底部６２には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ランプハウス５は、内部に気体流を形成して排熱するための気体供給管５５および排気管５６が設けられて空冷構造とされている（図１参照）。また、チャンバー窓６１とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、ランプハウス５およびチャンバー窓６１を冷却する。
【００５６】
次に、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順について説明する。ここで処理対象となる半導体ウェハーＷはイオン注入法により不純物（イオン）が添加された半導体基板であり、添加された不純物の活性化が熱処理装置１による光照射加熱処理（アニール）により実行される。以下に説明する熱処理装置１の処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することにより進行する。
【００５７】
まず、保持部７が図６に示す処理位置から図１に示す受渡位置に下降する。「処理位置」とは、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷに光照射が行われるときの保持部７の位置であり、図６に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。また、「受渡位置」とは、チャンバー６に半導体ウェハーＷの搬出入が行われるときの保持部７の位置であり、図１に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。熱処理装置１における保持部７の基準位置は処理位置であり、処理前にあっては保持部７は処理位置に位置しており、これが処理開始に際して受渡位置に下降するのである。図１に示すように、保持部７が受渡位置にまで下降するとチャンバー底部６２に近接し、支持ピン７０の先端が保持部７を貫通して保持部７の上方に突出する。
【００５８】
次に、保持部７が受渡位置に下降したときに、弁８２および弁８７が開かれてチャンバー６の熱処理空間６５内に常温の窒素ガスが導入される。続いて、ゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部６６を介して半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入され、複数の支持ピン７０上に載置される。
【００５９】
半導体ウェハーＷの搬入時におけるチャンバー６への窒素ガスのパージ量は約４０リットル／分とされ、供給された窒素ガスはチャンバー６内においてガス導入バッファ８３から図２中に示す矢印ＡＲ４の方向へと流れ、図１に示す排出路８６および弁８７を介してユーティリティ排気により排気される。また、チャンバー６に供給された窒素ガスの一部は、べローズ４７の内側に設けられる排出口（図示省略）からも排出される。なお、以下で説明する各ステップにおいて、チャンバー６には常に窒素ガスが供給および排気され続けており、窒素ガスの供給量は半導体ウェハーＷの処理工程に合わせて様々に変更される。
【００６０】
半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入されると、ゲートバルブ１８５により搬送開口部６６が閉鎖される。そして、保持部昇降機構４により保持部７が受渡位置からチャンバー窓６１に近接した処理位置にまで上昇する。保持部７が受渡位置から上昇する過程において、半導体ウェハーＷは支持ピン７０から保持部７のサセプタ７２へと渡され、サセプタ７２上面の６本のピン７６の内側に載置・保持される。保持部７が処理位置にまで上昇するとサセプタ７２に保持された半導体ウェハーＷも処理位置に保持されることとなる。
【００６１】
ホットプレート７１の６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれは、各ゾーンの内部（上部プレート７３と下部プレート７４との間）に個別に内蔵されたヒータ（抵抗加熱線７７）により所定の温度まで加熱されている。保持部７が処理位置まで上昇して半導体ウェハーＷが保持部７と接触することにより、その半導体ウェハーＷはホットプレート７１に内蔵されたヒータによって予備加熱されて温度が次第に上昇する。
【００６２】
この処理位置にて約６０秒間の予備加熱が行われ、半導体ウェハーＷの温度が予め設定された予備加熱温度Ｔ１まで上昇する。予備加熱温度Ｔ１は、半導体ウェハーＷに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、２００℃ないし８００℃程度、好ましくは３５０℃ないし５５０℃程度とされる。
【００６３】
約６０秒間の予備加熱時間が経過した後、保持部７が処理位置に位置したまま制御部３の制御によりランプハウス５のフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷへ向けてフラッシュ光が照射される。このとき、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光の一部は直接にチャンバー６内の保持部７へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ５２により反射されてからチャンバー６内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱が行われる。フラッシュ加熱は、フラッシュランプＦＬからの閃光照射により行われるため、半導体ウェハーＷの表面温度を短時間で上昇することができる。
【００６４】
すなわち、ランプハウス５のフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、予め蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリ秒ないし１０ミリ秒程度の極めて短く強い閃光である。そして、フラッシュランプＦＬからの閃光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの表面温度は、瞬間的に１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度Ｔ２まで上昇し、半導体ウェハーＷに添加された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。このように、熱処理装置１では、半導体ウェハーＷの表面温度を極めて短時間で昇降することができるため、半導体ウェハーＷに添加された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、添加不純物の活性化に必要な時間はその熱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活性化は完了する。
【００６５】
また、フラッシュ加熱の前に保持部７により半導体ウェハーＷを予備加熱しておくことにより、フラッシュランプＦＬからの閃光照射によって半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２まで速やかに上昇させることができる。
【００６６】
フラッシュ加熱が終了し、処理位置における約１０秒間の待機の後、保持部７が保持部昇降機構４により再び図１に示す受渡位置まで下降し、半導体ウェハーＷが保持部７から支持ピン７０へと渡される。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷは装置外部の搬送ロボットにより搬出され、熱処理装置１における半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理が完了する。
【００６７】
既述のように、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの熱処理時には窒素ガスがチャンバー６に継続的に供給されており、そのパージ量は、保持部７が処理位置に位置するときには約３０リットル／分とされ、保持部７が処理位置以外の位置に位置するときには約４０リットル／分とされる。この継続的な窒素ガス供給によって、チャンバー６内の酸素濃度は極めて低くなっているものの、酸素ガスを完全に排除することは困難である。フラッシュ加熱時に、チャンバー６内に微量ながらも酸素ガスが残留していると、金属製のホットプレート７１にフラッシュ光が照射されたときに僅かに酸化する。この現象は、半導体ウェハーＷによって覆われていないホットプレート７１の周縁部において生じ易く、フラッシュ加熱を繰り返すことによってホットプレート７１の周縁部が徐々に酸化して変色する。なお、石英のサセプタ７２はフラッシュ光を透過するため、フラッシュ光を遮ることはない。
【００６８】
このため、第１実施形態においては、サセプタ７２の周縁部に遮光リング７５を載置することによって、ホットプレート７１の上面のうち半導体ウェハーＷによって覆われる領域よりも外側の円環状領域を遮光リング７５にて覆っている。このようにすれば、図７に示すように、保持部７が半導体ウェハーＷを保持したときには、ホットプレート７１の上面のほぼ全面が半導体ウェハーＷおよび遮光リング７５によって覆われることとなり、フラッシュランプＦＬのフラッシュ光から遮光される。その結果、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射されたときに、ホットプレート７１の上面がフラッシュ光に曝されることは防がれ、ホットプレート７１の酸化による変色が防止される。
【００６９】
これにより、ホットプレート７１の変色に起因したパーティクルの発生や金属汚染が防止される。また、ホットプレート７１の上面は長期間にわたって初期の金属光沢を保ち続けるため、ホットプレート７１上面の反射率の経時変化がなく、フラッシュ光照射時にホットプレート７１の上面周縁部で反射してから半導体ウェハーＷの端縁部に入射する光量も一定となり、半導体ウェハーＷの面内温度分布に経時変化が生じることも防止される。
【００７０】
また、第１実施形態においては、遮光リング７５は円環形状の板であり、その外径はホットプレート７１の直径以上である。このため、ホットプレート７１の上面のうち半導体ウェハーＷによって覆われる領域よりも外側の円環状領域のほぼ全面が覆われる。従って、ホットプレート７１の上面周縁部の酸化による変色を確実に防止することができる。
【００７１】
また、遮光リング７５の厚さを２ｍｍ未満とすると、遮光リング７５の加工性が大きく低下する。一方、遮光リング７５の厚さが５ｍｍを超えると、遮光リング７５自体の熱容量が大きくなって半導体ウェハーＷへの熱影響も大きくなる。すなわち、ホットプレート７１およびフラッシュランプＦＬにより加熱された遮光リング７５からの熱影響によって半導体ウェハーＷの端縁部の温度が高くなり過ぎるおそれがある。このため、遮光リング７５の厚さは２ｍｍ以上５ｍｍ以下としている。
【００７２】
＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図８は、第２実施形態におけるフラッシュ光照射の様子を模式的に示す図である。第２実施形態が第１実施形態と相違するのは、遮光リング７５の載置態様である。第２実施形態においては、ホットプレート７１の上面周縁部に遮光リング７５を直接載置している。
【００７３】
第２実施形態において、石英のサセプタ７２は、遮光リング７５の内径以下の直径を有する円板形状である。遮光リング７５およびホットプレート７１の形状および大きさは第１実施形態と同じである。よって、サセプタ７２の直径はホットプレート７１の直径よりも小さい。このような小径の石英サセプタ７２がホットプレート７１の上面に載置される。そして、サセプタ７２の上面に半導体ウェハーＷが載置される。
【００７４】
サセプタ７２の直径が遮光リング７５の内径以下であるため、図８に示す如く、遮光リング７５はサセプタ７２の周囲を取り囲むようにホットプレート７１の上面周縁部に載置される。第２実施形態の残余の構成および処理手順については、第１実施形態と全く同じである。
【００７５】
第２実施形態においても、ホットプレート７１の上面のうち半導体ウェハーＷによって覆われる領域よりも外側の円環状領域が遮光リング７５にて覆われる。その結果、図８に示すように、保持部７が半導体ウェハーＷを保持したときには、ホットプレート７１の上面のほぼ全面が半導体ウェハーＷおよび遮光リング７５によって覆われることとなり、フラッシュランプＦＬのフラッシュ光から遮光される。従って、第１実施形態と同様に、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射されたときに、ホットプレート７１の上面がフラッシュ光に曝されることは防がれ、ホットプレート７１の酸化による変色が防止される。
【００７６】
＜３．第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図９は、第３実施形態におけるフラッシュ光照射の様子を模式的に示す図である。第３実施形態においては、遮光リング７５を設けるのに代えて、サセプタ７２の周縁部を不透明としている。
【００７７】
第３実施形態のサセプタ７２は、ホットプレート７１の直径以上の径を有する（つまりホットプレート７１の平面サイズ以上の平面サイズを有する）円板形状の石英板である。図９の例では、サセプタ７２の直径をホットプレート７１の直径と等しくしている。また、ホットプレート７１の形状および大きさも第１実施形態と同じである。ホットプレート７１の上面に石英のサセプタ７２が載置され、そのサセプタ７２の上面に半導体ウェハーＷが水平姿勢で載置される。
【００７８】
第３実施形態においては、サセプタ７２のうち当該サセプタ７２に載置された半導体ウェハーＷによって覆われる領域よりも外側の円環状領域が不透明となる加工を行っている。このような不透明加工として、例えば、サセプタ７２の周縁部表面をサンドブラストによって粗面化すれば良い。サセプタ７２の周縁部上面および周縁部下面のいずれか一方のみを粗面化しても良いし、両面を粗面化しても良い。また、サセプタ７２の周縁部に気泡を含ませて不透明とするようにしても良い。第３実施形態の残余の構成および処理手順については、第１実施形態と全く同じである。
【００７９】
第３実施形態においては、ホットプレート７１の上面のうち半導体ウェハーＷによって覆われる領域よりも外側の円環状領域は不透明加工を行ったサセプタ７２の周縁部によって覆われる。その結果、図９に示すように、保持部７が半導体ウェハーＷを保持したときには、ホットプレート７１の上面のほぼ全面が半導体ウェハーＷおよびサセプタ７２の不透明領域によって覆われることとなり、フラッシュランプＦＬのフラッシュ光から遮光される。従って、第１実施形態と同様に、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射されたときに、ホットプレート７１の上面がフラッシュ光に曝されることは防がれ、ホットプレート７１の酸化による変色が防止される。
【００８０】
＜４．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記各実施形態においては、遮光リング７５を不透明石英にて形成していたが、これに限定されるものではなく、遮光リング７５をフラッシュランプＦＬから出射されるフラッシュ光に対して不透明な他の材質にて形成するようにしても良い。もっとも、フラッシュ光照射に耐える材質でなければならず、例えば、遮光リング７５をセラミックスにて形成することができる。セラミックスであれば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）にて遮光リング７５を形成するのが好適である。
【００８１】
また、上記各実施形態においては、遮光リング７５を円環形状としていたが、これに限定されるものではなく、ホットプレート７１の上面のうちホットプレート７１によって保持される半導体ウェハーＷによって覆われる領域よりも外側の環状領域を覆う形状であれば良い。
【００８２】
また、上記実施形態においては、ランプハウス５に３０本のフラッシュランプＦＬを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプＦＬの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。
【００８３】
また、本発明に係る熱処理装置によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などに用いるガラス基板であっても良い。基板が矩形のガラス基板である場合には、遮光リング７５を矩形の環状形状とする。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１の熱処理装置のガス路を示す断面図である。
【図３】保持部の構成を示す断面図である。
【図４】保持部の平面図である。
【図５】ホットプレートを示す平面図である。
【図６】図１の熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図７】第１実施形態におけるフラッシュ光照射の様子を模式的に示す図である。
【図８】第２実施形態におけるフラッシュ光照射の様子を模式的に示す図である。
【図９】第３実施形態におけるフラッシュ光照射の様子を模式的に示す図である。
【図１０】従来におけるフラッシュ光照射の様子を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  熱処理装置
３  制御部
４  保持部昇降機構
５  ランプハウス
６  チャンバー
７  保持部
６０  上部開口
６１  チャンバー窓
６５  熱処理空間
７１  ホットプレート
７２  サセプタ
７５  遮光リング
７７  抵抗加熱線
ＦＬ  フラッシュランプ
Ｗ  半導体ウェハー
【図１】
2010045113.tif 000003
【図２】
2010045113.tif 000004
【図３】
2010045113.tif 000005
【図４】
2010045113.tif 000006
【図５】
2010045113.tif 000007
【図６】
2010045113.tif 000008
【図７】
2010045113.tif 000009
【図８】
2010045113.tif 000010
【図９】
2010045113.tif 000011
【図１０】
2010045113.tif 000012