(57)【要約】【課題】フラッシュ光照射時における基板の割れ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】半導体ウェハーＷを保持する保持部７のサセプター７４は、保持プレート７５、ガイドリング７６および複数の支持ピン７７を備える。円板形状の保持プレート７５の上面周縁部に、半導体ウェハーＷの径よりも大きな内径を有する円環形状のガイドリング７６が設置されている。ガイドリング７６の内周はテーパ面７６ａとされている。フラッシュ光照射前の半導体ウェハーＷは複数の支持ピン７７によって支持される。ガイドリング７６を円環形状とすることにより、フラッシュ光照射時に表面の急激な熱膨張によってサセプター７４から跳躍した半導体ウェハーＷが落下してガイドリング７６と衝突したときの接触面積を大きくして衝撃を緩和し、ウェハー割れを防止することができる。【選択図】図４
2014120497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板形状の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、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を載置して保持するサセプターと、
前記サセプター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ランプと、
を備え、
前記サセプターは、
基板を載置する載置面を有するプレートと、
前記プレート上に設置され、基板の径よりも大きな内径を有する円環形状のガイドリングと、
前記ガイドリングよりも内側の前記プレート上に立設され、基板を点接触にて支持する複数の支持ピンと、
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、
前記ガイドリングの内周は、前記プレートから上方に向けて広くなるようなテーパ面とされてい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、
前記プレートの前記載置面に対する前記テーパ面の勾配は３０°以上７０°以下であ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、
前記テーパ面の表面平均粗さは１．６μｍ以下であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記ガイドリングの内径は基板の径よりも１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下大きいことを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱処理装置において、
フラッシュ光照射前に前記サセプターに保持された基板を予備加熱する予備加熱手段をさらに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、円板形状の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として、特許文献１，２には、凹部を有する石英のサセプターに保持した半導体ウェハーの表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射して加熱するものが開示されている。しかし、特許文献１，２に開示される装置においては、サセプターの載置面に半導体ウェハーの裏面が直接接触するように保持しているため、フラッシュ光照射前に予備加熱を行うときにウェハー面内の温度分布が不均一になりやすい。
【０００６】
一方、特許文献３には、平板状のサセプターの上面に複数のバンプ（支持ピン）を形成し、それらバンプによって点接触で支持した半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射する技術が開示されている。このようにすれば、半導体ウェハーの裏面がサセプターの上面と直接には接触しないため、予備加熱段階に半導体ウェハーの面内温度分布が不均一となるのを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１７９５１０号公報
【特許文献２】特開２００４−２４７３３９号公報
【特許文献３】特開２００９−１６４４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、フラッシュランプを使用した熱処理装置においては、極めて高いエネルギーを有するフラッシュ光を瞬間的に半導体ウェハーの表面に照射するため、一瞬で半導体ウェハーの表面温度が急速に上昇し、ウェハー表面に急激な熱膨張が生じて半導体ウェハーが反るように変形する。このとき、支持ピンによって半導体ウェハーの裏面とサセプターの上面との間に隙間が生じていると、熱膨張に起因した急激な変形によって半導体ウェハーがサセプターから跳躍する可能性がある。
【０００９】
特許文献３に開示される熱処理装置においては、半導体ウェハーの位置ずれを防止するためにサセプター上面のバンプよりも外側にガイドピンを設けているが、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーが跳躍して落下してきたときに当該ガイドピンに衝突することによって半導体ウェハーまたはガイドピン自体が損傷するおそれがある。また、割れが生じなかったとしても、半導体ウェハーが跳躍して落下してきたときにガイドピンに乗り上げて大きな位置ずれが生じるという不都合も生じうる。
【００１０】
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基板の割れ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】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、円板形状の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、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を載置して保持するサセプターと、前記サセプター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ランプと、を備え、前記サセプターは、基板を載置する載置面を有するプレートと、前記プレート上に設置され、基板の径よりも大きな内径を有する円環形状のガイドリングと、前記ガイドリングよりも内側の前記プレート上に立設され、基板を点接触にて支持する複数の支持ピンと、を備えることを特徴とする。
【００１２】
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、前記ガイドリングの内周は、前記プレートから上方に向けて広くなるようなテーパ面とされていることを特徴とする。
【００１３】
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、前記プレートの前記載置面に対する前記テーパ面の勾配は３０°以上７０°以下であることを特徴とする。
【００１４】
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、前記テーパ面の表面平均粗さは１．６μｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記ガイドリングの内径は基板の径よりも１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下大きいことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６の発明は、請求項１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、フラッシュ光照射前に前記サセプターに保持された基板を予備加熱する予備加熱手段をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１から請求項６の発明によれば、サセプターに基板の径よりも大きな内径を有する円環形状のガイドリングを備えるため、フラッシュ光照射時にサセプターから跳躍した基板が落下してガイドリングに衝突したときの接触面積を大きくして衝撃を緩和することができ、基板の割れを防止することができる。
【００１８】
特に、請求項２の発明によれば、ガイドリングの内周は、プレートから上方に向けて広くなるようなテーパ面とされているため、落下した基板がテーパ面に衝突したときに、さらに衝撃を緩和して基板の割れをより確実に防止することができる。また、落下した基板がテーパ面に沿って滑り落ちることにより、フラッシュ光照射後の基板の位置を修正することができる。
【００１９】
特に、請求項３の発明によれば、プレートの載置面に対するテーパ面の勾配は３０°以上７０°以下であるため、落下した基板がテーパ面に衝突したときに、衝撃を緩和できるとともに、基板の位置を修正することができる。
【００２０】
特に、請求項４の発明によれば、テーパ面の表面平均粗さは１．６μｍ以下であるため、落下した基板がテーパ面に衝突したときにテーパ面に沿って円滑に滑る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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】保持部の全体外観を示す斜視図である。
【図３】保持部のサセプターを上面から見た平面図である。
【図４】保持部を側方から見た側面図である。
【図５】ガイドリングの設置部分を拡大した図である。
【図６】移載機構の平面図である。
【図７】移載機構の側面図である。
【図８】複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。
【図９】半導体ウェハーがサセプターに保持された状態を示す図である。
【図１０】半導体ウェハーがサセプターから跳躍した状態を示す図である。
【図１１】半導体ウェハーが落下してテーパ面に衝突した状態を示す図である。
【図１２】落下後に半導体ウェハーが複数の支持ピンに支持された状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。本実施形態の熱処理装置１は、基板として円板形状の半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光照射を行うことによっ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１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１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。
【００２３】
熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容するチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するフラッシュ加熱部５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲン加熱部４と、を備える。チャンバー６の上側にフラッシュ加熱部５が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部４が設けられている。また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部に、半導体ウェハーＷを水平姿勢に保持する保持部７と、保持部７と装置外部との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う移載機構１０と、を備える。さらに、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーＷの熱処理を実行させる制御部３を備える。
【００２４】
チャンバー６は、筒状のチャンバー側部６１の上下に石英製のチャンバー窓を装着して構成されている。チャンバー側部６１は上下が開口された概略筒形状を有しており、上側開口には上側チャンバー窓６３が装着されて閉塞され、下側開口には下側チャンバー窓６４が装着されて閉塞されている。チャンバー６の天井部を構成する上側チャンバー窓６３は、石英により形成された円板形状部材であり、フラッシュ加熱部５から出射されたフラッシュ光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。また、チャンバー６の床部を構成する下側チャンバー窓６４も、石英により形成された円板形状部材であり、ハロゲン加熱部４からの光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。
【００２５】
また、チャンバー側部６１の内側の壁面の上部には反射リング６８が装着され、下部には反射リング６９が装着されている。反射リング６８，６９は、ともに円環状に形成されている。上側の反射リング６８は、チャンバー側部６１の上側から嵌め込むことによって装着される。一方、下側の反射リング６９は、チャンバー側部６１の下側から嵌め込んで図示省略のビスで留めることによって装着される。すなわち、反射リング６８，６９は、ともに着脱自在にチャンバー側部６１に装着されるものである。チャンバー６の内側空間、すなわち上側チャンバー窓６３、下側チャンバー窓６４、チャンバー側部６１および反射リング６８，６９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。
【００２６】
チャンバー側部６１に反射リング６８，６９が装着されることによって、チャンバー６の内壁面に凹部６２が形成される。すなわち、チャンバー側部６１の内壁面のうち反射リング６８，６９が装着されていない中央部分と、反射リング６８の下端面と、反射リング６９の上端面とで囲まれた凹部６２が形成される。凹部６２は、チャンバー６の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウェハーＷを保持する保持部７を囲繞する。
【００２７】
チャンバー側部６１および反射リング６８，６９は、強度と耐熱性に優れた金属材料（例えば、ステンレススチール）にて形成されている。また、反射リング６８，６９の内周面は電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。
【００２８】
また、チャンバー側部６１には、チャンバー６に対して半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための搬送開口部（炉口）６６が形設されている。搬送開口部６６は、ゲートバルブ１８５によって開閉可能とされている。搬送開口部６６は凹部６２の外周面に連通接続されている。このため、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を開放しているときには、搬送開口部６６から凹部６２を通過して熱処理空間６５への半導体ウェハーＷの搬入および熱処理空間６５からの半導体ウェハーＷの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉鎖するとチャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。
【００２９】
また、チャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に処理ガス（本実施形態では窒素ガス（Ｎ２））を供給するガス供給孔８１が形設されている。ガス供給孔８１は、凹部６２よりも上側位置に形設されており、反射リング６８に設けられていても良い。ガス供給孔８１はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８２を介してガス供給管８３に連通接続されている。ガス供給管８３はガス供給源８５に接続されている。また、ガス供給管８３の経路途中にはバルブ８４が介挿されている。バルブ８４が開放されると、ガス供給源８５から緩衝空間８２に窒素ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した窒素ガスは、ガス供給孔８１よりも流体抵抗の小さい緩衝空間８２内を拡がるように流れてガス供給孔８１から熱処理空間６５内へと供給される。なお、処理ガスは窒素ガスに限定されるものではなく、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガス、または、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、塩素（Ｃｌ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ３）、アンモニア（ＮＨ３）などの反応性ガスであっても良い。
【００３０】
一方、チャンバー６の内壁下部には熱処理空間６５内の気体を排気するガス排気孔８６が形設されている。ガス排気孔８６は、凹部６２よりも下側位置に形設されており、反射リング６９に設けられていても良い。ガス排気孔８６はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８７を介してガス排気管８８に連通接続されている。ガス排気管８８は排気部１９０に接続されている。また、ガス排気管８８の経路途中にはバルブ８９が介挿されている。バルブ８９が開放されると、熱処理空間６５の気体がガス排気孔８６から緩衝空間８７を経てガス排気管８８へと排出される。なお、ガス供給孔８１およびガス排気孔８６は、チャンバー６の周方向に沿って複数設けられていても良いし、スリット状のものであっても良い。また、ガス供給源８５および排気部１９０は、熱処理装置１に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置１が設置される工場のユーティリティであっても良い。
【００３１】
また、搬送開口部６６の先端にも熱処理空間６５内の気体を排出するガス排気管１９１が接続されている。ガス排気管１９１はバルブ１９２を介して排気部１９０に接続されている。バルブ１９２を開放することによって、搬送開口部６６を介してチャンバー６内の気体が排気される。
【００３２】
図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。また、図３は保持部７のサセプター７４を上面から見た平面図であり、図４は保持部７を側方から見た側面図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプター７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２およびサセプター７４はいずれも石英にて形成されている。すなわち、保持部７の全体が石英にて形成されている。
【００３３】
基台リング７１は円環形状の石英部材である。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されることによって、チャンバー６の壁面に支持されることとなる（図１参照）。円環形状を有する基台リング７１の上面に、その周方向に沿って複数の連結部７２（本実施形態では４個）が立設される。連結部７２も石英の部材であり、溶接によって基台リング７１に固着される。なお、基台リング７１の形状は、円環形状から一部が欠落した円弧状であっても良い。
【００３４】
サセプター７４は基台リング７１に設けられた４個の連結部７２によって支持される。サセプター７４は、保持プレート７５、ガイドリング７６および複数の支持ピン７７を備える。保持プレート７５は、石英にて形成された円形の平板状部材である。保持プレート７５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、保持プレート７５は、半導体ウェハーＷよりも大きな平面サイズを有する。
【００３５】
保持プレート７５の上面周縁部には、ガイドリング７６が設置されている。ガイドリング７６は、半導体ウェハーＷの直径よりも大きな内径を有する円環形状の部材である。ガイドリング７６は、保持プレート７５と同様の石英にて形成される。ガイドリング７６は、保持プレート７５の上面に溶着するようにしても良いし、別途加工したピンなどによって保持プレート７５に固定するようにしても良い。或いは、単にガイドリング７６を保持プレート７５の上面周縁部に載置するだけでも良い。ガイドリング７６を保持プレート７５に溶着すると石英部材の摺動によるパーティクル発生を抑制することができ、ガイドリング７６を載置した場合には溶着による保持プレート７５の歪みを防止することができる。
【００３６】
図５は、ガイドリング７６の設置部分を拡大した図である。ガイドリング７６の内周は、保持プレート７５から上方に向けて広くなるようなテーパ面７６ａとされている。保持プレート７５の上面のうちテーパ面７６ａの先端（下端）よりも内側の領域が半導体ウェハーＷを載置する載置面７５ａとされる。保持プレート７５の載置面７５ａに対するガイドリング７６のテーパ面７６ａの勾配αは３０°以上７０°以下（本実施形態では４５°）である。また、テーパ面７６ａの表面平均粗さ（Ｒａ）は１．６μｍ以下とされている。
【００３７】
ガイドリング７６の内径（テーパ面７６ａの先端の径）は、半導体ウェハーＷの直径よりも１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下大きい。従って、保持プレート７５の載置面７５ａの中央に半導体ウェハーＷが保持されたときには、当該半導体ウェハーＷの外周端からテーパ面７６ａの先端までの距離は５ｍｍ以上２０ｍｍ以下となる。本実施形態においては、φ３００ｍｍの半導体ウェハーＷに対してガイドリング７６の内径をφ３２０ｍｍとしている（半導体ウェハーＷの外周端からテーパ面７６ａの先端までの距離は１０ｍｍ）。なお、ガイドリング７６の外径は特に限定されるものではないが、例えば保持プレート７５の直径と同じとすれば良い（本実施形態ではφ３４０ｍｍ）。
【００３８】
また、保持プレート７５の載置面７５ａには、複数の支持ピン７７が立設されている。本実施形態においては、載置面７５ａの外周円（ガイドリング７６の内周円）と同心円の周上に沿って６０°毎に計６本の支持ピン７７が立設されている。６本の支持ピン７７を配置した円の径（対向する支持ピン７７間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さく、本実施形態ではφ２８０ｍｍである。それぞれの支持ピン７７は石英にて形成されている。複数の支持ピン７７は、保持プレート７５の上面に穿設された凹部に嵌着して立設すれば良い。
【００３９】
基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプター７４の保持プレート７５の下面周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプター７４と基台リング７１とは連結部７２によって固定的に連結されている。このような保持部７の基台リング７１がチャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７がチャンバー６に装着される。保持部７がチャンバー６に装着された状態においては、サセプター７４の保持プレート７５は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷは、チャンバー６に装着された保持部７のサセプター７４の上に水平姿勢にて載置されて保持される。このとき、半導体ウェハーＷは保持プレート７５上に立設された複数の支持ピン７７によって点接触にて支持されてサセプター７４に保持される。すなわち、半導体ウェハーＷは複数の支持ピン７７によって保持プレート７５の載置面７５ａから所定の間隔を隔てて支持されることとなる。また、支持ピン７７の高さよりもガイドリング７６の厚さの方が大きい。従って、支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの水平方向の位置ずれはガイドリング７６によって防止される。
【００４０】
また、図２および図３に示すように、サセプター７４の保持プレート７５には、上下に貫通して開口部７８が形成されている。開口部７８は、放射温度計１２０がサセプター７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から放射される放射光（赤外光）を受光するために設けられている。すなわち、放射温度計１２０が開口部７８を介してサセプター７４に保持された半導体ウェハーＷの裏面から放射された光を受光し、別置のディテクタによってその半導体ウェハーＷの温度が測定される。さらに、サセプター７４の保持プレート７５には、後述する移載機構１０のリフトピン１２が半導体ウェハーＷの受け渡しのために貫通する４個の貫通孔７９が穿設されている。
【００４１】
図６は、移載機構１０の平面図である。また、図７は、移載機構１０の側面図である。移載機構１０は、２本の移載アーム１１を備える。移載アーム１１は、概ね円環状の凹部６２に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム１１には２本のリフトピン１２が立設されている。各移載アーム１１は水平移動機構１３によって回動可能とされている。水平移動機構１３は、一対の移載アーム１１を保持部７に対して半導体ウェハーＷの移載を行う移載動作位置（図６の実線位置）と保持部７に保持された半導体ウェハーＷと平面視で重ならない退避位置（図６の二点鎖線位置）との間で水平移動させる。水平移動機構１３としては、個別のモータによって各移載アーム１１をそれぞれ回動させるものであっても良いし、リンク機構を用いて１個のモータによって一対の移載アーム１１を連動させて回動させるものであっても良い。
【００４２】
また、一対の移載アーム１１は、昇降機構１４によって水平移動機構１３とともに昇降移動される。昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて上昇させると、計４本のリフトピン１２がサセプター７４の保持プレート７５に穿設された貫通孔７９（図２，３参照）を通過し、リフトピン１２の上端が保持プレート７５の上面から突き出る。一方、昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて下降させてリフトピン１２を貫通孔７９から抜き取り、水平移動機構１３が一対の移載アーム１１を開くように移動させると各移載アーム１１が退避位置に移動する。一対の移載アーム１１の退避位置は、保持部７の基台リング７１の直上である。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されているため、移載アーム１１の退避位置は凹部６２の内側となる。なお、移載機構１０の駆動部（水平移動機構１３および昇降機構１４）が設けられている部位の近傍にも図示省略の排気機構が設けられており、移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気がチャンバー６の外部に排出されるように構成されている。
【００４３】
図１に戻り、チャンバー６の上方に設けられたフラッシュ加熱部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、フラッシュ加熱部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。フラッシュ加熱部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の石英窓である。フラッシュ加熱部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が上側チャンバー窓６３と相対向することとなる。フラッシュランプＦＬはチャンバー６の上方からランプ光放射窓５３および上側チャンバー窓６３を介して熱処理空間６５にフラッシュ光を照射する。
【００４４】
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。
【００４５】
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１００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、ハロゲンランプＨＬの如き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。
【００４６】
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熱処理空間６５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。
【００４７】
チャンバー６の下方に設けられたハロゲン加熱部４の内部には複数本（本実施形態では４０本）のハロゲンランプＨＬが内蔵されている。複数のハロゲンランプＨＬはチャンバー６の下方から下側チャンバー窓６４を介して熱処理空間６５への光照射を行う。図８は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。本実施形態では、上下２段に各２０本ずつのハロゲンランプＨＬが配設されている。各ハロゲンランプＨＬは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに２０本のハロゲンランプＨＬは、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配列されている。よって、上段、下段ともにハロゲンランプＨＬの配列によって形成される平面は水平面である。
【００４８】
また、図８に示すように、上段、下段ともに保持部７に保持される半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプＨＬの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも周縁部の方がハロゲンランプＨＬの配設ピッチが短い。このため、ハロゲン加熱部４からの光照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。
【００４９】
また、上段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群と下段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群とが格子状に交差するように配列されている。すなわち、上段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向と下段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向とが直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。
【００５０】
ハロゲンランプＨＬは、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素（ヨウ素、臭素等）を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプＨＬは、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特性を有する。また、ハロゲンランプＨＬは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプＨＬを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーＷへの放射効率が優れたものとなる。
【００５１】
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。制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置１における処理が進行する。
【００５２】
上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６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の壁体には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ハロゲン加熱部４およびフラッシュ加熱部５は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓６３とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部５および上側チャンバー窓６３を冷却する。
【００５３】
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る。その不純物の活性化が熱処理装置１による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。
【００５４】
まず、給気のためのバルブ８４が開放されるとともに、排気用のバルブ８９，１９２が開放されてチャンバー６内に対する給排気が開始される。バルブ８４が開放されると、ガス供給孔８１から熱処理空間６５に窒素ガスが供給される。また、バルブ８９が開放されると、ガス排気孔８６からチャンバー６内の気体が排気される。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５の上部から供給された窒素ガスが下方へと流れ、熱処理空間６５の下部から排気される。
【００５５】
また、バルブ１９２が開放されることによって、搬送開口部６６からもチャンバー６内の気体が排気される。さらに、図示省略の排気機構によって移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気も排気される。なお、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熱処理空間６５に継続的に供給されており、その供給量は処理工程に応じて適宜変更される。
【００５６】
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を介してイオン注入後の半導体ウェハーＷがチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される。搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーＷは保持部７の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構１０の一対の移載アーム１１が退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２が貫通孔７９を通ってサセプター７４の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。このとき、リフトピン１２はサセプター７４の支持ピン７７の上端よりも上方にまで上昇する。
【００５７】
半導体ウェハーＷがリフトピン１２に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間６５から退出し、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖される。そして、一対の移載アーム１１が下降することにより、半導体ウェハーＷは移載機構１０から保持部７のサセプター７４に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。
【００５８】
図９は、半導体ウェハーＷがサセプター７４に保持された状態を示す図である。なお、図９から図１２は、理解容易のためにガイドリング７６および支持ピン７７の大きさを誇張して描いた模式図である。半導体ウェハーＷは、保持プレート７５上に立設された複数の支持ピン７７によって点接触にて支持されてサセプター７４に保持される。半導体ウェハーＷは、その中心が保持プレート７５の載置面７５ａの中心軸と一致するように（つまり、載置面７５ａの中央に）、複数の支持ピン７７によって支持される。よって、半導体ウェハーＷは複数の支持ピン７７によってガイドリング７６内周のテーパ面７６ａよりも内側に一定間隔を隔てて支持されることとなる。また、半導体ウェハーＷは、パターン形成がなされて不純物が注入された表面を上面としてサセプター７４に保持される。複数の支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの裏面（表面とは反対側の主面）と保持プレート７５の載置面７５ａとの間には所定の間隔が形成される。サセプター７４の下方にまで下降した一対の移載アーム１１は水平移動機構１３によって退避位置、すなわち凹部６２の内側に退避する。
【００５９】
半導体ウェハーＷが保持部７のサセプター７４によって水平姿勢にて下方より保持された後、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して予備加熱（アシスト加熱）が開始される。ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓６４およびサセプター７４を透過して半導体ウェハーＷの裏面から照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって半導体ウェハーＷが予備加熱されて温度が上昇する。なお、移載機構１０の移載アーム１１は凹部６２の内側に退避しているため、ハロゲンランプＨＬによる加熱の障害となることは無い。
【００６０】
ハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うときには、半導体ウェハーＷの温度が放射温度計１２０によって測定されている。すなわち、サセプター７４に保持された半導体ウェハーＷの裏面から開口部７８を介して放射された赤外光を放射温度計１２０が受光して昇温中のウェハー温度を測定する。測定された半導体ウェハーＷの温度は制御部３に伝達される。制御部３は、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって昇温する半導体ウェハーＷの温度が所定の予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを監視する。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６００℃程度とされる（本実施の形態では６００℃）。
【００６１】
半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した後、制御部３は半導体ウェハーＷをその予備加熱温度Ｔ１に暫時維持する。具体的には、放射温度計１２０によって測定される半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した時点にて制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を制御して半導体ウェハーＷの温度をほぼ予備加熱温度Ｔ１に維持している。
【００６２】
このようなハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うことによって、半導体ウェハーＷの全体を予備加熱温度Ｔ１に均一に昇温している。ハロゲンランプＨＬによる予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、ハロゲン加熱部４におけるハロゲンランプＨＬの配設密度は、半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっている。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一なものとすることができる。さらに、チャンバー側部６１に装着された反射リング６９の内周面は鏡面とされているため、この反射リング６９の内周面によって半導体ウェハーＷの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一なものとすることができる。
【００６３】
半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達して所定時間が経過した時点にてフラッシュ加熱部５のフラッシュランプＦＬが半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光照射を行う。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。
【００６４】
フラッシュ加熱は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光（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。すなわち、フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、予めコンデンサーに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ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下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℃以上の処理温度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。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、０．１ミリセカンドないし１００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】
ところで、このフラッシュ光照射によって、半導体ウェハーＷの表面温度は瞬間的に１０００℃以上の処理温度Ｔ２にまで上昇する一方、その瞬間の裏面温度は予備加熱温度Ｔ１からさほどには上昇しない。すなわち、半導体ウェハーＷの表面と裏面とに瞬間的に温度差が発生するのである。その結果、半導体ウェハーＷの表面のみに急激な熱膨張が生じ、裏面はほとんど熱膨張しないために、半導体ウェハーＷが表面を凸面とするように瞬間的に反る。このような表面を凸面とする瞬間的な反りが発生することによって、図１０に示すように、半導体ウェハーＷがサセプター７４から跳躍して浮上する。
【００６６】
サセプター７４から跳躍して浮上した半導体ウェハーＷは、その直後にサセプター７４に向けて落下してくる。このときに、薄板状の半導体ウェハーＷは鉛直方向に沿って上方に跳躍し、そのまま鉛直方向下方に落下するとは限らず、むしろ水平方向の位置がずれて落下してくることが多い。その結果、図１１に示すように、半導体ウェハーＷの外周端がガイドリング７６のテーパ面７６ａに衝突することとなる。
【００６７】
ガイドリング７６は円環形状の部材であり、テーパ面７６ａも円環形状である。このような円環形状の部材に円板形状の半導体ウェハーＷの外周端が衝突した場合、従来のようなガイドピンに点接触で衝突するよりも衝突時の接触面積が大きくなり、衝撃が緩和される。その結果、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの割れを防止することができるとともに、ガイドリング７６の損傷も防止することができる。
【００６８】
特に、図１１のように、半導体ウェハーＷの外周端がテーパ面７６ａに衝突した場合には、水平面に衝突するよりも運動エネルギーが分散されてさらに衝撃が緩和され、半導体ウェハーＷの割れをより確実に防止することができる。
【００６９】
また、半導体ウェハーＷの外周端がテーパ面７６ａに衝突すると、当該外周端がテーパ面７６ａに沿って斜め下方に滑り、半導体ウェハーＷの水平方向の位置がフラッシュ光照射前の位置（載置面７５ａの中央）に向けて修正されることとなる。その結果、図１２に示すように、落下後の半導体ウェハーＷは複数の支持ピン７７によって支持される。
【００７０】
フラッシュ光照射によって跳躍した半導体ウェハーＷが落下して複数の支持ピン７７によって支持された後、所定時間経過後にハロゲンランプＨＬが消灯する。これにより、半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１から急速に降温する。降温中の半導体ウェハーＷの温度も放射温度計１２０によって測定され、その測定結果は制御部３に伝達される。制御部３は、測定結果より半導体ウェハーＷの温度が所定温度まで降温したか否かを監視する。そして、半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２がサセプター７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプター７４から受け取る。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、リフトピン１２上に載置された半導体ウェハーＷが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の加熱処理が完了する。
【００７１】
フラッシュ光照射時に跳躍して落下することにより、半導体ウェハーＷの水平方向の位置がフラッシュ光照射前の位置からずれていることもあるが、図１２に示す如く、半導体ウェハーＷが複数の支持ピン７７によって支持されている状態であれば、移載機構１０のリフトピン１２によって半導体ウェハーＷを受け取り、それを搬送ロボットが搬出することが可能である。
【００７２】
本実施形態においては、ガイドリング７６を円環形状とすることにより、フラッシュ光照射時に跳躍した半導体ウェハーＷが落下してガイドリング７６に衝突したときの接触面積を大きくして衝撃を緩和することができる。このため、フラッシュ光照射時における跳躍およびその後の落下に起因した半導体ウェハーＷの割れを防止することができる。
【００７３】
特に、ガイドリング７６の内周をテーパ面７６ａとしているため、落下した半導体ウェハーＷの外周端がテーパ面７６ａに衝突したときに、さらに衝撃を緩和して半導体ウェハーＷの割れをより確実に防止することができる。また、落下した半導体ウェハーＷの外周端がテーパ面７６ａに衝突した場合には、半導体ウェハーＷがテーパ面７６ａの傾斜に沿って滑り落ち、跳躍およびその後の落下でずれた半導体ウェハーＷの水平方向の位置が載置面７５ａの中央に向けて修正される。これにより、落下後の半導体ウェハーＷは複数の支持ピン７７によって支持されることとなり、その後のリフトピン１２による受け取り、および、搬送ロボットによる搬出が可能となる。
【００７４】
ここで、保持プレート７５の載置面７５ａに対するテーパ面７６ａの勾配αが７０°よりも大きいと、跳躍した半導体ウェハーＷが落下して衝突したときの衝撃緩和効果が得られにくい。一方、載置面７５ａに対するテーパ面７６ａの勾配αが３０°よりも小さいと、半導体ウェハーＷが落下して衝突したときの位置修正効果が得られにくく、逆に水平方向の位置ずれがさらに大きくなるおそれもある。このため、保持プレート７５の載置面７５ａに対するガイドリング７６のテーパ面７６ａの勾配αは３０°以上７０°以下としている。
【００７５】
また、本実施形態では、テーパ面７６ａの表面平均粗さを１．６μｍ以下としている。このため、落下した半導体ウェハーＷの外周端がテーパ面７６ａに衝突したときに、その外周端が円滑にテーパ面７６ａに沿って滑り、上記の位置修正効果をより確実に得ることができる。
【００７６】
また、本実施形態においては、ガイドリング７６の内径を半導体ウェハーＷの直径よりも１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下大きくしている。これが１０ｍｍ未満であると、フラッシュ光照射時に跳躍した半導体ウェハーＷがガイドリング７６よりも外側に落下するおそれがある。一方、ガイドリング７６の内径が半導体ウェハーＷの直径よりも４０ｍｍを超えて大きいと、半導体ウェハーＷの水平方向の位置ずれ防止というガイドリング７６の本来の機能を喪失するのみならず、上述の位置修正効果も得られ難くなる。このため、ガイドリング７６の内径は、半導体ウェハーＷの直径よりも１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下大きいものとしている。
【００７７】
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、ガイドリング７６の内周をテーパ面７６ａとしていたが、ガイドリング７６の内周は必ずしもテーパ面で無くとも良い。ガイドリング７６の内周にテーパ面が形成されていなかったとしても、フラッシュ光照射時に跳躍して落下してきた半導体ウェハーＷが円環形状のガイドリング７６に衝突すれば接触面積が大きくなり、衝撃が緩和されて半導体ウェハーＷの割れを防止することができる。もっとも、上記実施形態のようにガイドリング７６の内周にテーパ面７６ａを形成しておいた方がより衝撃を緩和することができるとともに、落下後の半導体ウェハーＷの位置を載置面７５ａの中央に向けて修正することができるので好ましい。
【００７８】
また、上記実施形態においては、サセプター７４を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、サセプター７４を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）にて形成するようにしても良い。或いは、保持プレート７５の材質とガイドリング７６の材質とを異なるものとしても良い。例えば、石英の保持プレート７５の上面に炭化ケイ素のガイドリング７６を設置するようにしても良い。
【００７９】
また、上記実施形態においては、フラッシュ加熱部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。また、ハロゲン加熱部４に備えるハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。
【００８０】
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。また、本発明に係る技術は、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化に適用するようにしても良い。
【符号の説明】
【００８１】
１  熱処理装置
３  制御部
４  ハロゲン加熱部
５  フラッシュ加熱部
６  チャンバー
７  保持部
１０  移載機構
６５  熱処理空間
７１  基台リング
７２  連結部
７４  サセプター
７５  保持プレート
７５ａ  載置面
７６  ガイドリング
７６ａ  テーパ面
７７  支持ピン
ＦＬ  フラッシュランプ
ＨＬ  ハロゲンランプ
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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