(57)【要約】【課題】複数チャンバーとしても大幅なコスト増加を抑制することができる熱処理装置を提供する。【解決手段】熱処理装置は、第１熱処理チャンバー１６１および第２熱処理チャンバー２６１を備える。２つの熱処理チャンバー１６１，２６１に対してフラッシュランプＦＬを内蔵する単一のランプハウス５００が設けられる。ランプハウス５００は、第１熱処理チャンバー１６１内にフラッシュ光を照射する第１照射位置と、第２フラッシュ加熱部２６０の第２熱処理チャンバー２６１内にフラッシュ光を照射する第２照射位置と、の間で交互に移動して各熱処理チャンバーでのフラッシュ加熱処理を実行する。ランプハウス５００の駆動機構を付加するだけで複数の熱処理チャンバーでのフラッシュ加熱処理を行うことができ、大幅なコスト増加を抑制することができる。【選択図】図３
2014143299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板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であって、
基板を収容する空間を有する第１チャンバーと、
基板を収容する空間を有する第２チャンバーと、
フラッシュランプを内蔵する単一のランプハウスと、
前記ランプハウスを前記第１チャンバー内にフラッシュ光を照射する第１照射位置と前記第２チャンバー内にフラッシュ光を照射する第２照射位置との間で移動させる駆動機構と、
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、
前記ランプハウスが前記第２照射位置に位置しているときに前記第１照射位置にて前記第１チャンバー内を覆う第１蓋部と、
前記ランプハウスが前記第１照射位置に位置しているときに前記第２照射位置にて前記第２チャンバー内を覆う第２蓋部と、
をさらに備え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、
前記ランプハウスが前記第２照射位置に位置しているときに前記第１チャンバー内にて基板を予備加熱する第１予備加熱部と、
前記ランプハウスが前記第１照射位置に位置しているときに前記第２チャンバー内にて基板を予備加熱する第２予備加熱部と、
をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項３記載の熱処理装置において、
前記フラッシュランプに電荷を供給するコンデンサを有する電源部をさらに備え、
前記ランプハウスが前記第１照射位置から前記第２照射位置に移動している間に前記コンデンサに充電し、前記ランプハウスが前記第２照射位置に到達した後に前記第２チャンバー内にて予備加熱された基板に前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射するとともに、
前記ランプハウスが前記第２照射位置から前記第１照射位置に移動している間に前記コンデンサに充電し、前記ランプハウスが前記第１照射位置に到達した後に前記第１チャンバー内にて予備加熱された基板に前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射す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、半導体ウェハー等の薄板状精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）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関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入は半導体ウェハー内にｐｎ接合を形成するための必須の工程である。現在、不純物導入は、イオン打ち込み法とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）といった不純物の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。この際に、アニール時間が数秒程度以上であると、打ち込まれた不純物が熱によって深く拡散し、その結果接合深さが要求よりも深くなり過ぎて良好なデバイス形成に支障が生じるおそれがある。
【０００３】
そこで、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するアニール技術として、近年フラッシュランプアニール（ＦＬＡ）が注目されている。フラッシュランプアニールは、キセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する）を使用して半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射することにより、不純物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（数ミリ秒以下）に昇温させる熱処理技術である。
【０００４】
キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーにフラッシュ光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハーを急速に昇温することが可能である。また、数ミリ秒以下の極めて短時間のフラッシュ光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。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、不純物を深く拡散させることなく、不純物活性化のみを実行することができるのである。
【０００５】
このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置についても、ウェハー１枚あたりの処理時間を短くしてスループットを高めたいという要望が強い。しかし、フラッシュランプアニール装置では、フラッシュ光の照射時間自体は極めて短いものの、半導体ウェハーが相当に高温にまで加熱されるため、冷却に長時間を要することとなっていた。冷却速度を高める手法として熱処理後の半導体ウェハーにヘリウムガスを吹き付けることも考えられるが、十分な効果を得ることは困難であった。
【０００６】
そこで、フラッシュランプアニール装置に複数の熱処理用チャンバーを設けてウェハー１枚あたりの処理時間を短くする技術（いわゆるマルチチャンバーシステム）が提案されている。例えば、特許文献１には、搬送チャンバーの周囲に複数の熱処理チャンバーを設ける構成が開示されている。また、特許文献２には、フラッシュランプアニール装置に複数の熱処理チャンバーを設けるとともに、それらに専用の光照射部を設け、複数の光照射部に共通の電力供給部を備える構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３１９７５４号公報
【特許文献２】特開２００７−０３５９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されるように、複数の熱処理チャンバーのそれぞれについて専用の光照射部と電源とを搭載した場合には、それらが非常に高価であるために大幅なコスト増になるという問題があった。また、特許文献２に開示されるように、２つの光照射部に共通の電力供給部を設けた場合であっても、２つの熱処理チャンバーのそれぞれには専用の光照射部を設けている。すなわち、電力供給部のみを複数の熱処理チャンバーで共有しているものの、高価なフラッシュランプを複数備える光照射部を熱処理チャンバー毎に設けていたため、複数台のシングルチャンバーシステムと比較して十分なコスト低減を達成することはできていなかった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、複数チャンバーとしても大幅なコスト増加を抑制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】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板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おいて、基板を収容する空間を有する第１チャンバーと、基板を収容する空間を有する第２チャンバーと、フラッシュランプを内蔵する単一のランプハウスと、前記ランプハウスを前記第１チャンバー内にフラッシュ光を照射する第１照射位置と前記第２チャンバー内にフラッシュ光を照射する第２照射位置との間で移動させる駆動機構と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
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、前記ランプハウスが前記第２照射位置に位置しているときに前記第１照射位置にて前記第１チャンバー内を覆う第１蓋部と、前記ランプハウスが前記第１照射位置に位置しているときに前記第２照射位置にて前記第２チャンバー内を覆う第２蓋部と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
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、前記ランプハウスが前記第２照射位置に位置しているときに前記第１チャンバー内にて基板を予備加熱する第１予備加熱部と、前記ランプハウスが前記第１照射位置に位置しているときに前記第２チャンバー内にて基板を予備加熱する第２予備加熱部と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る熱処理装置において、前記フラッシュランプに電荷を供給するコンデンサを有する電源部をさらに備え、前記ランプハウスが前記第１照射位置から前記第２照射位置に移動している間に前記コンデンサに充電し、前記ランプハウスが前記第２照射位置に到達した後に前記第２チャンバー内にて予備加熱された基板に前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射するとともに、前記ランプハウスが前記第２照射位置から前記第１照射位置に移動している間に前記コンデンサに充電し、前記ランプハウスが前記第１照射位置に到達した後に前記第１チャンバー内にて予備加熱された基板に前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１から請求項４の発明によれば、フラッシュランプを内蔵する単一のランプハウスを第１チャンバー内にフラッシュ光を照射する第１照射位置と第２チャンバー内にフラッシュ光を照射する第２照射位置との間で移動させるため、ランプハウスの駆動機構を付加するだけで複数のチャンバーでのフラッシュ加熱処理を行うことができ、装置を複数チャンバーとしても大幅なコスト増加を抑制することができる。
【００１５】
特に、請求項２の発明によれば、ランプハウスが第２照射位置に位置しているときに第１照射位置にて第１チャンバー内を覆う第１蓋部と、ランプハウスが第１照射位置に位置しているときに第２照射位置にて第２チャンバー内を覆う第２蓋部と、を備えるため、ランプハウス不在時におけるチャンバーからの熱の放散を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る熱処理装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】２つのフラッシュ加熱部に対して単一に設けられたランプハウスを示す平面図である。
【図３】第１熱処理チャンバーおよび第２熱処理チャンバーとランプハウスとの位置関係を模式的に示す図である。
【図４】第１熱処理チャンバーおよび第２熱処理チャンバーとランプハウスとの位置関係を模式的に示す図である。
【図５】第１熱処理チャンバーの構成を示す縦断面図である。
【図６】第１熱処理チャンバーのガス路を示す断面図である。
【図７】保持部の構成を示す断面図である。
【図８】ホットプレートを示す平面図である。
【図９】図５の第１熱処理チャンバーの構成を示す縦断面図である。
【図１０】電源部の回路構成を示すブロック図である。
【図１１】ランプハウスの動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】保温蓋が第１熱処理チャンバーを覆った状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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】
図１は、本発明に係る熱処理装置１００の全体構成を示す平面図である。熱処理装置１００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装置である。処理対象となる半導体ウェハーＷのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍやφ４５０ｍｍである。熱処理装置１００に搬入される前の半導体ウェハーＷには不純物が注入されており、熱処理装置１００による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行される。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
【００１９】
熱処理装置１００は、未処理の半導体ウェハーＷを外部から装置内に搬入するとともに処理済みの半導体ウェハーＷを装置外に搬出するためのインデクサ部１０１、未処理の半導体ウェハーＷの位置決めを行うアライメント部１３０、加熱処理後の半導体ウェハーＷの冷却を行う冷却部１４０、半導体ウェハーＷにフラッシュ加熱処理を施す第１フラッシュ加熱部１６０および第２フラッシュ加熱部２６０並びにアライメント部１３０、冷却部１４０、第１フラッシュ加熱部１６０および第２フラッシュ加熱部２６０に対して半導体ウェハーＷの搬送を行う搬送ロボット１５０を備える。また、熱処理装置１００は、上記の各処理部に設けられた動作機構および搬送ロボット１５０を制御して半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理を進行させる制御部３を備える。
【００２０】
インデクサ部１０１は、複数のキャリアＣ（本実施形態では２個）を並べて載置するロードポート１１０と、各キャリアＣから未処理の半導体ウェハーＷを取り出すとともに、各キャリアＣに処理済みの半導体ウェハーＷを収納する受渡ロボット１２０とを備えている。未処理の半導体ウェハーＷを収容したキャリアＣは無人搬送車（ＡＧＶ、ＯＨＴ）等によって搬送されてロードポート１１０に載置されるともに、処理済みの半導体ウェハーＷを収容したキャリアＣは無人搬送車によってロードポート１１０から持ち去られる。なお、キャリアＣの形態としては、半導体ウェハーＷを密閉空間に収納するＦＯＵＰ(front opening unified pod)の他に、ＳＭＩＦ(Standard Mechanical Inter Face)ポッドや収納した半導体ウェハーＷを外気に曝すＯＣ(open cassette)であっても良い。
【００２１】
受渡ロボット１２０は、複数のキャリアＣの並び方向に沿ったスライド移動、鉛直方向軸周りでの旋回動作および昇降動作が可能とされている。また、受渡ロボット１２０は、移載ハンド１２１を備えており、その移載ハンド１２１を前後に進退移動させる。これにより、受渡ロボット１２０は、２つのキャリアＣに対して半導体ウェハーＷの出し入れを行うとともに、アライメント部１３０および冷却部１４０に対して半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。
【００２２】
アライメント部１３０は、半導体ウェハーＷを回転させて続くフラッシュ加熱に適切な向きに向ける処理部である。アライメント部１３０は、アルミニウム合金製の筐体であるアライメントチャンバー１３１の内部に、半導体ウェハーＷを水平姿勢に支持して回転させる機構、および、半導体ウェハーＷの周縁部に形成されたノッチやオリフラ等を光学的に検出する機構などを設けて構成される。受渡ロボット１２０からアライメントチャンバー１３１へはウェハー中心が所定の位置に位置するように半導体ウェハーＷが渡される。アライメント部１３０では、インデクサ部１０１から受け取った半導体ウェハーＷの中心部を回転中心として鉛直方向軸まわりで回転させ、ノッチ等を光学的に検出することによって半導体ウェハーＷの位置決めを行う。
【００２３】
熱処理装置１００の主要部である第１フラッシュ加熱部１６０および第２フラッシュ加熱部２６０は、予備加熱を行った半導体ウェハーＷにキセノンフラッシュランプから閃光（フラッシュ光）を照射してフラッシュ加熱処理を行う処理部である。第１フラッシュ加熱部１６０と第２フラッシュ加熱部２６０とは互いに全く同一の構成である。第１フラッシュ加熱部１６０は半導体ウェハーＷを収容する略円筒形状の第１熱処理チャンバー１６１を備え、第２フラッシュ加熱部２６０は同様の第２熱処理チャンバー２６１を備える。第１熱処理チャンバー１６１および第２熱処理チャンバー２６１のそれぞれは、予備加熱部を内蔵する保持部７を備える。第１フラッシュ加熱部１６０の第１熱処理チャンバー１６１と、第２フラッシュ加熱部２６０の第２熱処理チャンバー２６１とは、搬送ロボット１５０から等しい距離に配置されている。なお、図１では、図示の便宜上フラッシュランプを省略しており、第１フラッシュ加熱部１６０および第２フラッシュ加熱部２６０の詳細な構成についてはさらに後述する。
【００２４】
冷却部１４０は、アルミニウム合金製の筐体であるクールチャンバー１４１の内部に、金属製の冷却プレートの上面に石英板を載置して構成されている。第１フラッシュ加熱部１６０または第２フラッシュ加熱部２６０にてフラッシュ加熱処理が施された直後の半導体ウェハーＷは温度が高いため、冷却部１４０にて上記石英板上に載置されて冷却される。
【００２５】
搬送ロボット１５０は、鉛直方向に沿った軸の周りにて旋回可能とされるとともに、複数のアームセグメントからなる２つのリンク機構を有し、それら２つのリンク機構の先端にはそれぞれ半導体ウェハーＷを保持する搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂが設けられる。一対の搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂは上下に所定のピッチだけ隔てて配置され、リンク機構によりそれぞれ独立して同一水平方向に直線的にスライド移動可能とされている。また、搬送ロボット１５０は、２つのリンク機構が設けられるベースを昇降移動することにより、所定のピッチだけ離れた状態のまま２つの搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂを昇降移動させる。
【００２６】
また、搬送ロボット１５０による半導体ウェハーＷの搬送空間として搬送ロボット１５０を収容する搬送チャンバー１７０が設けられている。搬送チャンバー１７０には、アライメント部１３０のアライメントチャンバー１３１、冷却部１４０のクールチャンバー１４１、第１フラッシュ加熱部１６０の第１熱処理チャンバー１６１、および、第２フラッシュ加熱部２６０の第２熱処理チャンバー２６１が連結されている。搬送ロボット１５０がアライメントチャンバー１３１、クールチャンバー１４１、第１熱処理チャンバー１６１または第２熱処理チャンバー２６１を受け渡し相手として半導体ウェハーＷの受け渡し（出し入れ）を行う際には、まず、両搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂが受け渡し相手と対向するように旋回し、その後（または旋回している間に）いずれかの搬送ハンドが受け渡し相手と半導体ウェハーＷを受け渡し可能な高さ位置に昇降移動する。そして、搬送ハンド１５１ａ（または１５１ｂ）を水平方向に直線的にスライド移動させて受け渡し相手と半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。
【００２７】
搬送チャンバー１７０とアライメントチャンバー１３１、クールチャンバー１４１、第１熱処理チャンバー１６１および第２熱処理チャンバー２６１との間にはそれぞれゲートバルブが設けられる（図１ではいずれも図示省略）。また、アライメントチャンバー１３１およびクールチャンバー１４１とインデクサ部１０１との間にもそれぞれ図示省略のゲートバルブが設けられている。熱処理装置１００内にて半導体ウェハーＷが搬送される際には、適宜これらのゲートバルブが開閉される。また、アライメントチャンバー１３１、クールチャンバー１４１および搬送チャンバー１７０の内部が清浄に維持されるようにそれぞれに高純度の窒素ガスが適宜供給され、余剰の窒素ガスは適宜排気される。
【００２８】
次に、第１フラッシュ加熱部１６０および第２フラッシュ加熱部２６０について説明する。いずれのフラッシュ加熱部も、熱処理チャンバー内に収容した半導体ウェハーＷにフラッシュランプからフラッシュ光を照射して加熱処理を行う処理部であり、フラッシュランプを必須の要素とする。本実施形態では、２つのフラッシュ加熱部（第１フラッシュ加熱部１６０および第２フラッシュ加熱部２６０）に対してフラッシュランプを内蔵する単一のランプハウス５００を設けている。
【００２９】
図２は、２つのフラッシュ加熱部に対して単一に設けられたランプハウス５００を示す平面図である。ランプハウス５００は、平行に配列した複数のフラッシュランプＦＬを内蔵する。ランプハウス５００は、第１フラッシュ加熱部１６０の第１熱処理チャンバー１６１および第２フラッシュ加熱部２６０の第２熱処理チャンバー２６１の上方において、水平方向に沿ってスライド移動可能に設置されている。
【００３０】
熱処理装置１００においては、第１熱処理チャンバー１６１と第２熱処理チャンバー２６１とを結ぶ方向に沿って一対の直線状のレール５５１，５５２が固定設置されている。一対のレール５５１，５５２は、第１熱処理チャンバー１６１および第２熱処理チャンバー２６１を挟み込むように平行に設置されている。ランプハウス５００は、一対のレール５５１，５５２に架け渡すようにして設けられている。
【００３１】
ランプハウス５００には駆動部５６０が設けられている。駆動部５６０は、例えばパルスモータおよび円形歯車（ピニオン）を備える（いずれも図示省略）。一対のレール５５１，５５２の表面には歯が刻設されてラックとされており、そのラックと駆動部５６０のピニオンとが噛合する。駆動部５６０は、パルスモータの駆動によって円形歯車を回転させることにより、矢印ＡＲ２にて示すように、ランプハウス５００を一対のレール５５１，５５２に沿ってスライド移動させることができる。すなわち、本実施形態においては、ラックアンドピニオン機構を用いてランプハウス５００が一対のレール５５１，５５２上を自走するのである。
【００３２】
また、一対のレール５５１，５５２上には、２枚の保温蓋５８１，５８２が摺動自在に設けられている。ランプハウス５００の一方側に保温蓋５８１が設けられ、他方側に保温蓋５８２が設けられる。本実施形態では、ランプハウス５００と２枚の保温蓋５８１，５８２とが図示省略の連結部材によって連結されている。このため、ランプハウス５００が一対のレール５５１，５５２上をスライド移動すると、それに連動して２枚の保温蓋５８１，５８２も矢印ＡＲ２にて示すようにレール５５１，５５２に沿って移動する。
【００３３】
保温蓋５８１，５８２のそれぞれは、平面視矩形の板状部材である。保温蓋５８１，５８２は、例えばステンレススチールにて形成され、その下面（熱処理チャンバーに対向する面）には金メッキが施されている。保温蓋５８１，５８２には摺動溝が形成され、その摺動溝がレール５５１，５５２に沿って摺動することにより、保温蓋５８１，５８２はレール５５１，５５２から外れることなくランプハウス５００とともに矢印ＡＲ２にて示すように移動する。
【００３４】
一対のレール５５１，５５２と駆動部５６０とを有する駆動機構は、ランプハウス５００を第１フラッシュ加熱部１６０の第１熱処理チャンバー１６１内にフラッシュ光を照射する第１照射位置と、第２フラッシュ加熱部２６０の第２熱処理チャンバー２６１内にフラッシュ光を照射する第２照射位置と、の間で移動させる。図３および図４は、第１熱処理チャンバー１６１および第２熱処理チャンバー２６１とランプハウス５００との位置関係を模式的に示す図である。
【００３５】
図３には、第１フラッシュ加熱部１６０の第１熱処理チャンバー１６１内にフラッシュ光を照射する第１照射位置にランプハウス５００が位置している状態を示す図である。第１照射位置は第１熱処理チャンバー１６１の直上位置である。ランプハウス５００が第１照射位置に位置しているときには、内蔵するフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光は第１熱処理チャンバー１６１内に照射される。また、ランプハウス５００が第１照射位置に位置しているときには、第２熱処理チャンバー２６１直上の第２照射位置に保温蓋５８２が位置して第２熱処理チャンバー２６１内を覆っている。保温蓋５８２の下面は金メッキされているため、後述する予備加熱によって昇温した保持部７および半導体ウェハーＷからの輻射熱を保温蓋５８２によって第２熱処理チャンバー２６１内に反射して予備加熱時の半導体ウェハーＷの温度低下を防止することができる。
【００３６】
一方、図４には、第２フラッシュ加熱部２６０の第２熱処理チャンバー２６１内にフラッシュ光を照射する第２照射位置にランプハウス５００が位置している状態を示す図である。第２照射位置は第２熱処理チャンバー２６１の直上位置である。ランプハウス５００が第２照射位置に位置しているときには、フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光は第２熱処理チャンバー２６１内に照射される。また、ランプハウス５００が第２照射位置に位置しているときには、第１熱処理チャンバー１６１直上の第１照射位置に保温蓋５８１が位置して第１熱処理チャンバー１６１内を覆っている。保温蓋５８１の下面は金メッキされているため、予備加熱によって昇温した保持部７および半導体ウェハーＷからの輻射熱を保温蓋５８１によって第１熱処理チャンバー１６１内に反射して予備加熱時の半導体ウェハーＷの温度低下を防止することができる。
【００３７】
続いて、フラッシュ加熱部の細部構成についてより詳細に説明する。第１フラッシュ加熱部１６０と第２フラッシュ加熱部２６０とは互いに全く同一の構成を備えており、以下では第１フラッシュ加熱部１６０について説明するが、第２フラッシュ加熱部２６０についても同様である。第１フラッシュ加熱部１６０は、半導体ウェハーＷを収容する略円筒形状の第１熱処理チャンバー１６１を備える。
【００３８】
図５は、第１フラッシュ加熱部１６０の第１熱処理チャンバー１６１の構成を示す縦断面図である。同図には、第１熱処理チャンバー１６１内にフラッシュ光を照射する第１照射位置にランプハウス５００が位置しているときの状態を示す。第１熱処理チャンバー１６１は、第１照射位置に位置するランプハウス５００よりも下方に設けられている。第１熱処理チャンバー１６１は、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。
【００３９】
第１熱処理チャンバー１６１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５００のフラッシュランプＦＬ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。第１熱処理チャンバー１６１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。
【００４０】
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。
【００４１】
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（フラッシュランプＦＬからフラッシュ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、第１熱処理チャンバー１６１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。
【００４２】
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。ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を開放すると、第１熱処理チャンバー１６１内の熱処理空間６５と搬送チャンバー１７０とが連通状態となる。
【００４３】
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（本実施形態では、窒素ガス（Ｎ２））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。
【００４４】
図６は、第１熱処理チャンバー１６１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６に示すように、ガス導入バッファ８３は、図５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。
【００４５】
図５に戻り、第１フラッシュ加熱部１６０は、第１熱処理チャンバー１６１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を第１熱処理チャンバー１６１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５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。第１熱処理チャンバー１６１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。
【００４６】
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。
【００４７】
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５に示す半導体ウェハーＷの受渡位置と図９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。
【００４８】
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。
【００４９】
また、保持部昇降機構４は、第１熱処理チャンバー１６１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。
【００５０】
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。
【００５１】
図７は、保持部７の構成を示す断面図である。保持部７は、半導体ウェハーＷを予備加熱（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、および、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）に設置されるサセプタ７２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。サセプタ７２は石英（あるいは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等であってもよい）により形成され、その上面には半導体ウェハーＷの位置ずれを防止するピン７５が設けられる。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上に設置される。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上面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。
【００５２】
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７６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。
【００５３】
図８は、ホットプレート７１を示す平面図である。図８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７７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。
【００５４】
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７６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。
【００５５】
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７６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。なお、各ゾーンの設定温度は、基準となる温度から個別に設定されたオフセット値だけ変更することが可能とされる。
【００５６】
６つのゾーン７１１〜７１６にそれぞれ配設される抵抗加熱線７６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。なお、シャフト４１の内部は大気開放されている。
【００５７】
次に、ランプハウス５００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、を備える。また、ランプハウス５００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５００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５００が第１照射位置に位置しているときには、ランプ光放射窓５３が第１熱処理チャンバー１６１のチャンバー窓６１と相対向することとなる。第１照射位置のランプハウス５００は、第１熱処理チャンバー１６１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。
【００５８】
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。
【００５９】
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いる。
【００６０】
上記の構成以外にも、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第１熱処理チャンバー１６１およびランプハウス５００の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造が設けられている。例えば、第１熱処理チャンバー１６１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５００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５，９参照）。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５００およびチャンバー窓６１を冷却する。
【００６１】
上述したように、第２フラッシュ加熱部２６０の構成は第１フラッシュ加熱部１６０の構成と同じである。第２フラッシュ加熱部２６０は、半導体ウェハーＷを収容する略円筒形状の第２熱処理チャンバー２６１を備える。第２熱処理チャンバー２６１の構成は第１熱処理チャンバー１６１の構成と全く同一である。第１熱処理チャンバー１６１のホットプレート７１が第１熱処理チャンバー１６１内にて半導体ウェハーＷを予備加熱する第１予備加熱部であり、第２熱処理チャンバー２６１のホットプレート７１が第２熱処理チャンバー２６１内にて半導体ウェハーＷを予備加熱する第２予備加熱部である。
【００６２】
図１０は、フラッシュランプＦＬに電力供給を行う電源部３００の回路構成を示すブロック図である。電源部３００は、コンデンサ９３と、コイル９４と、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）９６と、を備える。同図に示すように、コンデンサ９３と、コイル９４と、フラッシュランプＦＬと、ＩＧＢＴ９６とは直列に接続されている。
【００６３】
ランプハウス５００のフラッシュランプＦＬは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部に陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）９２と、該ガラス管９２の外周面上に付設されたトリガー電極９１と、を備える。トリガー電極９１にはトリガー回路９７から高電圧を印加することができる。トリガー回路９７がトリガー電極９１に高電圧を印加するタイミングは制御部３によって制御される。
【００６４】
ＩＧＢＴ９６は、ゲート部にＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor）を組み込んだバイポーラトランジスタであり、大電力を取り扱うのに適したスイッチング素子である。ＩＧＢＴ９６のゲートには制御部３からパルス信号が印加される。ＩＧＢＴ９６のゲートに所定値以上の電圧（Highの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオン状態となり、所定値未満の電圧（Lowの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。すなわち、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動は制御部３によって制御される。フラッシュランプＦＬを含む回路はＩＧＢＴ９６によってオンオフされ、これによりコンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに供給される電荷が断続される。
【００６５】
コンデンサ９３には、電源ユニット９５によって所定の電圧が印加され、その印加電圧（充電電圧）に応じた電荷が充電される。コンデンサ９３が充電された状態でＩＧＢＴ９６がオン状態となってフラッシュランプＦＬのガラス管９２の両端電極に高電圧が印加されたとしても、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９２内に電気は流れない。しかしながら、トリガー回路９７がトリガー電極９１に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には両端電極間の放電によってフラッシュランプＦＬのガラス管９２内に電流が瞬時に流れ、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。
【００６６】
次に、本発明に係る熱処理装置１００による半導体ウェハーＷの処理動作について説明する。この熱処理装置１００において処理対象となる半導体ウェハーＷは、パターン形成後にイオン注入法により不純物（イオン）が添加されたシリコンの半導体基板である。その不純物の活性化がフラッシュ光照射加熱処理（アニール）により実行される。以下に説明する熱処理装置１００の処理手順は、制御部３が熱処理装置１００の各動作機構を制御することにより進行する。
【００６７】
熱処理装置１００では、まず、不純物注入後の半導体ウェハーＷがキャリアＣに複数枚収容された状態でインデクサ部１０１のロードポート１１０に載置される。そして、受渡ロボット１２０がキャリアＣから半導体ウェハーＷを１枚ずつ取り出し、アライメント部１３０のアライメントチャンバー１３１に搬入する。アライメント部１３０では、半導体ウェハーＷをその中心部を回転中心として鉛直方向軸まわりで回転させ、ノッチ等を光学的に検出することによって半導体ウェハーＷの位置決めを行う。
【００６８】
次に、搬送ロボット１５０が上側の搬送ハンド１５１ａによってアライメントチャンバー１３１から位置決めが行われた半導体ウェハーＷを搬出する。半導体ウェハーＷを取り出した搬送ロボット１５０は第１フラッシュ加熱部１６０を向くように旋回する。そして、搬送ロボット１５０が未処理の半導体ウェハーＷを第１熱処理チャンバー１６１に搬入する。このときに、先行する加熱処理済みの半導体ウェハーＷが第１熱処理チャンバー１６１に存在している場合には、下側の搬送ハンド１５１ｂによって当該加熱処理済みの半導体ウェハーＷを取り出してから上側の搬送ハンド１５１ａによって未処理の半導体ウェハーＷを第１熱処理チャンバー１６１に搬入してウェハー入れ替えを行う。
【００６９】
続いて、搬送ロボット１５０は、次にアライメント部１３０にて位置決めが行われた半導体ウェハーＷをアライメントチャンバー１３１から搬出して第２フラッシュ加熱部２６０の第２熱処理チャンバー２６１に搬入する。すなわち、搬送ロボット１５０は、第１フラッシュ加熱部１６０の第１熱処理チャンバー１６１と第２フラッシュ加熱部２６０の第２熱処理チャンバー２６１とに交互に未処理の半導体ウェハーＷを搬入する。
【００７０】
第１熱処理チャンバー１６１または第２熱処理チャンバー２６１に搬入された半導体ウェハーＷにはフラッシュ加熱処理が行われる。第１フラッシュ加熱部１６０および第２フラッシュ加熱部２６０における半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理についてはさらに後述する。
【００７１】
第１フラッシュ加熱部１６０でのフラッシュ加熱処理終了後、搬送ロボット１５０が第１熱処理チャンバー１６１から半導体ウェハーＷを取り出して冷却部１４０に向くように旋回する。また、第２フラッシュ加熱部２６０でのフラッシュ加熱処理終了後、搬送ロボット１５０が第２熱処理チャンバー２６１から半導体ウェハーＷを取り出して冷却部１４０に向くように旋回する。そして、搬送ロボット１５０がフラッシュ加熱後の半導体ウェハーＷをクールチャンバー１４１に搬入する。
【００７２】
冷却部１４０では、フラッシュ加熱処理後の半導体ウェハーＷの冷却処理が行われる。フラッシュ加熱直後の半導体ウェハーＷの温度は比較的高温であるため、これを冷却部１４０にて常温近傍にまで冷却するのである。所定の冷却処理時間が経過した後、受渡ロボット１２０が冷却後の半導体ウェハーＷをクールチャンバー１４１から搬出し、キャリアＣへと返却する。キャリアＣに所定枚数の処理済み半導体ウェハーＷが収容されると、そのキャリアＣはインデクサ部１０１のロードポート１１０から搬出される。
【００７３】
第１フラッシュ加熱部１６０および第２フラッシュ加熱部２６０における半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理についてさらに説明を続ける。本実施形態においては、第１フラッシュ加熱部１６０および第２フラッシュ加熱部２６０に対して単一のランプハウス５００を共通に設けている。第１フラッシュ加熱部１６０および第２フラッシュ加熱部２６０におけるフラッシュ加熱処理は、ランプハウス５００が第１照射位置と第２照射位置とに交互に移動することによって実行される。
【００７４】
図１１は、ランプハウス５００の動作を示すタイミングチャートである。まず、時刻ｔ１に第２フラッシュ加熱部２６０にてフラッシュ光照射が行われる。このときには、ランプハウス５００は、第２熱処理チャンバー２６１内にフラッシュ光を照射する第２照射位置に位置している。その後、時刻ｔ２にランプハウス５００が第２照射位置から第１熱処理チャンバー１６１内にフラッシュ光を照射する第１照射位置に向けて移動を開始する。ランプハウス５００は、時刻ｔ３に第１照射位置に到達する。
【００７５】
一方、第１フラッシュ加熱部１６０では、時刻ｔ１よりも以前に次に処理すべき半導体ウェハーＷが第１熱処理チャンバー１６１内に搬入されている。ウェハー搬入に際しては、保持部７が図９に示す処理位置から図５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にフラッシュ光照射が行われるときの保持部７の位置であり、図９に示す保持部７の第１熱処理チャンバー１６１内における位置である。また、「受渡位置」とは、第１熱処理チャンバー１６１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５に示す保持部７の第１熱処理チャンバー１６１内における位置である。図５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。また、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て窒素雰囲気が形成される。
【００７６】
この状態でゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放され、搬送ロボット１５０が未処理の半導体ウェハーＷを搬送開口部６６から第１熱処理チャンバー１６１内に進入させる。搬送ロボット１５０は、３本の支持ピン７０の上方にまで半導体ウェハーＷを保持する搬送アーム１５１ａを進出させた後、搬送アーム１５１ａを若干下降させる。このときに、搬送アーム１５１ａに保持されていた半導体ウェハーＷは３本の支持ピン７０に受け渡される。
【００７７】
半導体ウェハーＷが第１熱処理チャンバー１６１内に搬入されて３本の支持ピン７０に載置されると、搬送ロボット１５０が搬送アーム１５１ａを第１熱処理チャンバー１６１から退出させる。そして、ゲートバルブ１８５により搬送開口部６６が閉鎖された後、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の上面に載置・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。
【００７８】
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７６）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。
【００７９】
ランプハウス５００が第２照射位置に位置しているときには、第１フラッシュ加熱部１６０の第１熱処理チャンバー１６１内では半導体ウェハーＷの予備加熱が行われているのである。第１熱処理チャンバー１６１での半導体ウェハーＷの予備加熱は、時刻ｔ２にランプハウス５００が第２照射位置から移動を開始した後も継続して行われる。このような予備加熱により、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まで上昇し、その予備加熱温度Ｔ１に維持される。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。
【００８０】
また、ランプハウス５００が第２照射位置から第１照射位置に移動している間（つまり、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間）に、第１フラッシュ加熱部１６０でのフラッシュ光照射のために、電源ユニット９５がコンデンサ９３に所定の電圧を印加して電荷を充電する。コンデンサ９３の充電に要する時間は、概ねランプハウス５００が第２照射位置から第１照射位置に移動する時間と同程度である。なお、コンデンサ９３の充電時間はランプハウス５００の移動時間と完全に一致する必要はなく、移動時間より若干短くても長くても良い。
【００８１】
時刻ｔ３にランプハウス５００が第１照射位置に到達した後、時刻ｔ４にフラッシュランプＦＬから第１熱処理チャンバー１６１内にフラッシュ光を照射する。時刻ｔ４の時点では電源部３００のコンデンサ３０１への充電は完了している。そして、コンデンサ３０１に電荷が蓄積された状態にて、制御部３からＩＧＢＴ９６にパルス信号を出力してＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動する。
【００８２】
上記のパルス信号の波形は、パルス幅の時間（オン時間）とパルス間隔の時間（オフ時間）とをパラメータとして順次設定したレシピを予め制御部３の入力部から入力することによって規定することができる。このような入力部としては、キーボードやタッチパネル等の種々の公知の入力機器を採用することができる。フラッシュランプＦＬについてのオン時間およびオフ時間を設定したレシピをオペレータが制御部３に入力すると、それに従って制御部３はオンオフを繰り返すパルス波形を設定し、そのパルス波形に従ったパルス信号をＩＧＢＴ９６のゲートに出力する。その結果、ＩＧＢＴ９６のゲートには１以上のパルスを含むパルス信号が印加され、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動が制御されることとなる。具体的には、ＩＧＢＴ９６のゲートに入力されるパルス信号がオンのときにはＩＧＢＴ９６がオン状態となり、パルス信号がオフのときにはＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。
【００８３】
また、ＩＧＢＴ９６のゲートに入力されるパルス信号がオンになるタイミングと同期して制御部３がトリガー回路９７を制御してトリガー電極９１に高電圧（トリガー電圧）を印加する。コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にてＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号が入力され、かつ、そのパルス信号がオンになるタイミングと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されることにより、パルス信号がオンのときにはガラス管９２内の両端電極間で電流が流れ、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。
【００８４】
このようにして第１照射位置にてランプハウス５００のフラッシュランプＦＬが発光を開始し、第１熱処理チャンバー１６１の保持部７に保持された半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光が照射される。フラッシュランプＦＬのフラッシュ光照射時間はＩＧＢＴ９６に入力されるパルス信号のオン時間によって規定される。すなわち、制御部３に設定入力するパルスのオン時間によってフラッシュランプＦＬの照射時間を自在に調整することができるのである。もっとも、フラッシュランプＦＬの照射時間は長くても１秒以下である。
【００８５】
フラッシュランプＦＬからのフラッシュ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に注入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。フラッシュ加熱によれば、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に注入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、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、１秒以下の拡散が生じない短時間であっても活性化は完了する。
【００８６】
フラッシュ加熱が終了した後、第１熱処理チャンバー１６１の保持部７が保持部昇降機構４により再び図５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、搬送ロボット１５０が下側の搬送アーム１５１ｂを搬送開口部６６から第１熱処理チャンバー１６１内に進入させる。搬送ロボット１５０は、３本の支持ピン７０によって支持される半導体ウェハーＷの下方にまで搬送アーム１５１ｂを進出させた後、搬送アーム１５１ｂを上昇させる。これにより、支持ピン７０に載置されていた半導体ウェハーＷは搬送アーム１５１ｂに受け渡される。その後、搬送ロボット１５０は、フラッシュ加熱処理後の半導体ウェハーＷを支持した搬送アーム１５１ｂを第１熱処理チャンバー１６１から退出させて半導体ウェハーＷを搬出する。
【００８７】
また、フラッシュ加熱が終了した後、時刻ｔ５にランプハウス５００が第１照射位置から第２照射位置に向けて移動を開始する。ランプハウス５００は、時刻ｔ６に第２熱処理チャンバー２６１内にフラッシュ光を照射する第２照射位置に到達する。ランプハウス５００が第２照射位置に到達する時刻ｔ６よりも以前に、第１熱処理チャンバー１６１でのウェハー入れ替えが行われ、上記のフラッシュ加熱処理後の半導体ウェハーＷが第１熱処理チャンバー１６１から搬出されるとともに、未処理の半導体ウェハーＷが第１熱処理チャンバー１６１に搬入される。そして、第１熱処理チャンバー１６１の保持部７が処理位置まで上昇して未処理の半導体ウェハーＷに対する予備加熱が開始される。すなわち、時刻ｔ６以降にランプハウス５００が第２照射位置に位置しているときには、第１フラッシュ加熱部１６０の第１熱処理チャンバー１６１内では半導体ウェハーＷの予備加熱が行われている。第１熱処理チャンバー１６１での半導体ウェハーＷの予備加熱は、時刻ｔ８にランプハウス５００が第２照射位置から移動を開始した後も継続して行われる。
【００８８】
また、時刻ｔ６にランプハウス５００が第２照射位置に到達すると、第１熱処理チャンバー１６１直上の第１照射位置に保温蓋５８１が位置して第１熱処理チャンバー１６１内を覆う（図４参照）。図１２は、保温蓋５８１が第１熱処理チャンバー１６１を覆った状態を示す図である。時刻ｔ６の時点では、第１熱処理チャンバー１６１の保持部７が処理位置まで上昇して半導体ウェハーＷに対する予備加熱が行われている。このとき、保持部７および半導体ウェハーＷは、予備加熱温度Ｔ１にまで昇温されており、保持部７および半導体ウェハーＷから輻射熱が放射されている。
【００８９】
下面が金メッキされた保温蓋５８１によって第１熱処理チャンバー１６１内を覆うことにより、保持部７および半導体ウェハーＷから上方に放射された輻射熱を反射して第１熱処理チャンバー１６１から熱が放散するのを防止することができる。これにより、半導体ウェハーＷの温度低下を防止して高精度に予備加熱温度Ｔ１に加熱するとともに、予備加熱時のエネルギー効率を高めることができる。
【００９０】
一方、第２フラッシュ加熱部２６０においても、上述した第１フラッシュ加熱部１６０と同様の処理が行われている。すなわち、時刻ｔ１にて第２フラッシュ加熱部２６０でのフラッシュ光照射が終了した後、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけてランプハウス５００が第２照射位置から第１照射位置に移動する。ランプハウス５００が第１照射位置に到達する時刻ｔ３よりも以前に、第２熱処理チャンバー２６１でのウェハー入れ替えが行われ、フラッシュ加熱処理後の半導体ウェハーＷが第２熱処理チャンバー２６１から搬出されるとともに、未処理の半導体ウェハーＷが第２熱処理チャンバー２６１に搬入される。そして、第２熱処理チャンバー１６１の保持部７が処理位置まで上昇して未処理の半導体ウェハーＷに対する予備加熱が開始される。すなわち、時刻ｔ３以降にランプハウス５００が第１照射位置に位置しているときには、第２フラッシュ加熱部２６０の第２熱処理チャンバー２６１内では半導体ウェハーＷの予備加熱が行われている。第２熱処理チャンバー２６１での半導体ウェハーＷの予備加熱は、時刻ｔ５にランプハウス５００が第１照射位置から移動を開始した後も継続して行われる。
【００９１】
また、時刻ｔ３にランプハウス５００が第１照射位置に到達すると、第２熱処理チャンバー２６１直上の第２照射位置に保温蓋５８２が位置して第２熱処理チャンバー２６１内を覆う（図３参照）。時刻ｔ３の時点では、第２熱処理チャンバー２６１の保持部７が処理位置まで上昇して半導体ウェハーＷに対する予備加熱が行われている。このときに、第２熱処理チャンバー２６１内を保温蓋５８２によって覆うことにより、保持部７および半導体ウェハーＷから上方に放射された輻射熱を反射して第２熱処理チャンバー２６１から熱が放散するのを防止することができる。
【００９２】
また、ランプハウス５００が第１照射位置から第２照射位置に移動している間（つまり、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間）に、第２フラッシュ加熱部２６０でのフラッシュ光照射のために、電源ユニット９５がコンデンサ９３に所定の電圧を印加して電荷を充電する。コンデンサ９３の充電時間はランプハウス５００の移動時間と完全に一致する必要はなく、移動時間より若干短くても長くても良い。
【００９３】
そして、時刻ｔ６にランプハウス５００が第２照射位置に到達した後、時刻ｔ７にフラッシュランプＦＬから第２熱処理チャンバー２６１内にフラッシュ光を照射して半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理を行う。その後、第２フラッシュ加熱部２６０でのフラッシュ加熱が終了した後、時刻ｔ８にランプハウス５００が再び第２照射位置から第１照射位置に向けて移動を開始する。以降、上述と同様の動作が繰り返されて第１フラッシュ加熱部１６０および第２フラッシュ加熱部２６０にて交互に半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理が行われる。
【００９４】
本実施形態においては、搬送ロボット１５０は、第１フラッシュ加熱部１６０の第１熱処理チャンバー１６１と第２フラッシュ加熱部２６０の第２熱処理チャンバー２６１とに交互に未処理の半導体ウェハーＷを搬入する。そして、フラッシュランプＦＬを内蔵するランプハウス５００は、第１熱処理チャンバー１６１内にフラッシュ光を照射する第１照射位置と、第２フラッシュ加熱部２６０の第２熱処理チャンバー２６１内にフラッシュ光を照射する第２照射位置と、に交互に移動する。ランプハウス５００が第１照射位置に位置しているときに第１フラッシュ加熱部１６０でのフラッシュ加熱処理が行われ、第２照射位置に位置しているときに第２フラッシュ加熱部２６０でのフラッシュ加熱処理が行われる。
【００９５】
このように、本実施形態では、第１フラッシュ加熱部１６０および第２フラッシュ加熱部２６０に対して単一のランプハウス５００を共通に設けて双方でのフラッシュ加熱処理を行っている。このため、ランプハウス５００の駆動機構を付加するだけで２つの熱処理チャンバーでのフラッシュ加熱処理を行うことができ、熱処理装置１００に２つのフラッシュ加熱部１６０，２６０を備えることによる大幅なコスト増加を抑制することができる。
【００９６】
また、第１フラッシュ加熱部１６０および第２フラッシュ加熱部２６０にて交互に半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理を行うことができるため、１つの熱処理チャンバーを備えた従来の熱処理装置よりも半導体ウェハーＷの１枚あたりの処理時間を短くして熱処理装置１００のスループットを向上させることができる。
【００９７】
さらに、２つの熱処理チャンバー１６１，２６１を備えた熱処理装置１００であれば、１つの熱処理チャンバーを備えた熱処理装置を２台設置するのと比較してフットプリント（装置が占有する面積）を小さくすることができる。このため、限られた面積のクリーンルームに設置するのに好適である。
【００９８】
また、本実施形態においては、ランプハウス５００が第１照射位置に位置しているときに第２熱処理チャンバー２６１を覆う保温蓋５８２、および、ランプハウス５００が第２照射位置に位置しているときに第１熱処理チャンバー１６１を覆う保温蓋５８１を設けている。これにより、予備加熱時における半導体ウェハーＷの温度低下を防止して半導体ウェハーＷを高精度に予備加熱温度Ｔ１に加熱するとともに、エネルギー効率を高めることができる。
【００９９】
また、フラッシュ加熱後に、蓄熱したランプハウス５００が移動して熱処理チャンバーの上方から離れるため、半導体ウェハーＷの降温速度を高めることができる。その結果、熱処理装置１００のスループットをさらに向上させることができる。
【０１００】
また、従来にあってはフラッシュ加熱部のメンテナンスを行う際に、ランプハウスを所定の待避位置に移動させる必要があったが、熱処理装置１００ではランプハウス５００を異なる熱処理チャンバーに向けて移動させるだけでフラッシュ加熱部のメンテナンスを行うことができる。
【０１０１】
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、上記実施形態においては、熱処理装置１００に２つの熱処理チャンバー１６１，１６２を設けていたが、３つ以上の熱処理チャンバーを設けるようにしても良い。３つ以上の熱処理チャンバーを設ける場合、各熱処理チャンバーを搬送ロボット１５０から等距離に配置する必要がある。このため、３つ以上の熱処理チャンバーが搬送チャンバー１７０の周囲に円弧状に配置される。
【０１０２】
３つ以上の熱処理チャンバーを設けた場合であっても、それらに対して単一のランプハウス５００を設ける。３つ以上の熱処理チャンバーは円弧状に配置されるため、ランプハウス５００は、各熱処理チャンバーの直上の照射位置に移動できるように円弧状に移動される。具体的には、例えば上記実施形態の一対のレール５５１，５５２を３つ以上の熱処理チャンバーの配列に沿った円弧状とする。このようにしても、ランプハウス５００の駆動機構を付加するだけで複数の熱処理チャンバーでのフラッシュ加熱処理を行うことができ、熱処理装置１００に複数の熱処理チャンバーを備えたとしても大幅なコスト増加を抑制することができる。
【０１０３】
また、上記実施形態においては、いわゆるラックアンドピニオン機構によってランプハウス５００を移動させるようにしていたが、ランプハウス５００の駆動機構はこれに限定されるものではなく、公知の種々の機構を採用することができる。例えば、空気浮上、磁気浮上、ボールネジ、ワイヤー駆動、リニアモータなどの機構によってランプハウス５００を移動させるようにしても良い。
【０１０４】
また、ランプハウス５００は相応の質量を有するため（例えば、上記実施形態のように３０本のフラッシュランプＦＬを内蔵する場合は約２５０ｋｇ）、ランプハウス５００の移動にともなう熱処理装置１００の重心の移動を最小限に抑制する目的でカウンターウェイトを設けるようにしても良い。このようなカウンターウェイトを設けることにより、ランプハウス５００が移動したときにも熱処理装置１００を安定させることができる。
【０１０５】
また、上記実施形態においては、ランプハウス５００に保温蓋５８１，５８２を連結し、ランプハウス５００の移動に保温蓋５８１，５８２を連動させるようにしていたが、これに限定されるものではなく、第１熱処理チャンバー１６１および第２熱処理チャンバー２６１に個別に保温蓋を設け、ランプハウス５００が不在のときに保温蓋を個別に移動させて熱処理チャンバーを覆うようにしても良い。
【０１０６】
また、上記実施形態においては、フラッシュ光照射前にホットプレート７１によって半導体ウェハーＷを予備加熱していたが、これ代えて、ハロゲンランプからの光照射によって半導体ウェハーＷを予備加熱するようにしても良い。
【０１０７】
また、上記実施形態においては、スイッチング素子としてＩＧＢＴ９６を用いていたが、これに代えてゲートに入力された信号レベルに応じて回路をオンオフできる他のトランジスタを用いるようにしても良い。もっとも、フラッシュランプの発光には相当に大きな電力が消費されるため、大電力の取り扱いに適したＩＧＢＴやＧＴＯ(Gate Turn Off)サイリスタをスイッチング素子として採用するのが好ましい。また、本実施形態の熱処理装置１００では、ＩＧＢＴ９６は必ずしも必須の要素ではない。
【０１０８】
また、上記実施形態においては、ランプハウス５００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。
【０１０９】
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、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。
【符号の説明】
【０１１０】
３  制御部
７  保持部
７１  ホットプレート
９３  コンデンサ
１００  熱処理装置
１０１  インデクサ部
１３０  アライメント部
１４０  冷却部
１５０  搬送ロボット
１６０  第１フラッシュ加熱部
１６１  第１熱処理チャンバー
２６０  第２フラッシュ加熱部
２６１  第２熱処理チャンバー
３００  電源部
５００  ランプハウス
５５１，５５２  レール
５６０  駆動部
５８１，５８２  保温蓋
ＦＬ  フラッシュランプ
Ｗ  半導体ウェハー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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