(57)【要約】【課題】安価に処理チャンバー内の雰囲気制御を行うことができる基板処理装置を提供する。【解決手段】最も上流側の熱処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０とを配管１６で連通接続し、その配管１６にフィルター１９を設ける。搬送チャンバー１７０と最下流のアライメントチャンバー１３１およびクールチャンバー１４１とを配管２１，２６で接続し、それらにフィルター２２，２７を設ける。熱処理チャンバー６にガス供給部１０から新鮮な窒素ガスを供給し、その熱処理チャンバー６から排出された気体をフィルター１９を通して下流側の搬送チャンバー１７０に導き、さらに搬送チャンバー１７０から排出された気体をフィルター２２，２７を通して最も下流側のアライメントチャンバー１３１およびクールチャンバー１４１に導いている。【選択図】図８
2014183247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、
基板を収容して前記所定の処理を行う処理チャンバーと、
前記処理チャンバーとゲートバルブを介して接続され、前記処理チャンバーに基板を搬出入する搬送ロボットを備えた搬送チャンバーと、
前記処理チャンバーに不活性ガスを供給するガス供給部と、
前記処理チャンバーと前記搬送チャンバーとを連通接続し、前記処理チャンバーから排出された気体を前記搬送チャンバーに導く第１配管と、
前記第１配管に設けられた第１フィルターと、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の基板処理装置において、
前記所定の処理は基板を加熱する熱処理であることを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
請求項２記載の基板処理装置において、
前記ガス供給部は、前記処理チャンバーに供給する不活性ガスの流量を制御するマスフローコントローラを備え、
前記第１配管には、前記処理チャンバーから排出された気体中の酸素濃度を計測する濃度センサーを設け、
前記マスフローコントローラは、前記濃度センサーの測定結果に基づいて、前記処理チャンバーから排出された気体中の酸素濃度が所定範囲に収まるように前記処理チャンバーに供給する不活性ガスの流量を制御することを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の基板処理装置において、
前記処理チャンバーから排出された気体を冷却するガス冷却部を前記第１配管に設けることを特徴とする基板処理装置。
【請求項５】
請求項２から請求項４のいずれかに記載の基板処理装置において、
前記搬送チャンバーとゲートバルブを介して接続され、前記処理チャンバーに搬入する基板の向きを調整するアライメントチャンバーと、
前記搬送チャンバーとゲートバルブを介して接続され、前記処理チャンバーにて熱処理された基板を冷却するクールチャンバーと、
前記搬送チャンバーと前記アライメントチャンバーとを連通接続し、前記搬送チャンバーから排出された気体を前記アライメントチャンバーに導く第２配管と、
前記搬送チャンバーと前記クールチャンバーとを連通接続し、前記搬送チャンバーから排出された気体を前記クールチャンバーに導く第３配管と、
前記第２配管に設けられた第２フィルターと、
前記第３配管に設けられた第３フィルターと、
をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項６】
請求項２から請求項５のいずれかに記載の基板処理装置において、
前記処理チャンバーに収容された基板にフラッシュ光を照射して加熱するフラッシュランプをさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
【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の薄板状の精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）に光照射加熱などの所定の処理を行う基板処理装置に関する。
【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は、例えば特許文献１に開示されるようなものがある。特許文献１に開示される装置においては、インデクサ部から払い出された半導体ウェハーをアライメントチャンバーを経由して熱処理チャンバーに搬送し、フラッシュランプから半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射して加熱処理を行う。そして、加熱処理が終了した半導体ウェハーは、熱処理チャンバーからクールチャンバーを経由して再びインデクサ部に戻される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−７３７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示される装置においては、内部の清浄度を維持するためにアライメントチャンバー、搬送チャンバー、クールチャンバーに高純度の窒素ガス（Ｎ２）を供給している。また、フラッシュ加熱処理を実行する熱処理チャンバーにも窒素ガスが供給される。これらの各チャンバーのうち最も低い酸素濃度を要求されるのは熱処理チャンバーであり、アライメントチャンバーおよびクールチャンバーから搬送チャンバーを経て熱処理チャンバーへと段階的に酸素濃度を下げていくことが必要となる。
【０００８】
アライメントチャンバーおよびクールチャンバーのウェハー搬出入口は、約２０％の酸素（Ｏ２）を含有する大気と直接接しており、半導体ウェハーＷの搬出入時にチャンバー内に大気が流入する。アライメントチャンバーおよびクールチャンバーでは、ゲートバルブを閉じた状態で窒素ガスをパージすることによって酸素濃度を低下させる。そして、酸素濃度が低下した状態でアライメントチャンバーおよびクールチャンバーと搬送チャンバーとの間のゲートバルブを開放して半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。搬送チャンバーにも常時窒素ガスが供給され続けており、そのチャンバー内の酸素濃度はアライメントチャンバーおよびクールチャンバーよりもさらに低下する。そして、さらに搬送チャンバーと熱処理チャンバーとの間で半導体ウェハーＷの受け渡しが行われるのであるが、熱処理チャンバーにも窒素ガスがパージされることによって、その内部の酸素濃度は搬送チャンバーよりも低い。
【０００９】
このように、アライメントチャンバーおよびクールチャンバーと搬送チャンバーとの間にゲートバルブを設けるとともに、搬送チャンバーと熱処理チャンバーとの間にもゲートバルブを設け、各チャンバーに窒素ガスをパージすることによって、アライメントチャンバーおよびクールチャンバーから熱処理チャンバーへ向けて段階的に酸素濃度を低下させている。かかる雰囲気制御を行うことによって、例えばアライメントチャンバーおよびクールチャンバーの酸素濃度は数％、搬送チャンバーの酸素濃度は約５０ｐｐｍ、そして熱処理チャンバーの酸素濃度は２ｐｐｍ程度というように段階的に酸素濃度を下げることができる。
【００１０】
しかしながら、このような雰囲気制御を行うためには各チャンバーに個別に窒素ガスを供給し続けなければならないため、多量の窒素ガスを消費していた。特に、今後の展開が見込まれているφ４５０ｍｍの半導体ウェハーＷを処理する装置では、各チャンバーの容積が飛躍的に増大し（特に、搬送ロボットを配置した搬送チャンバー）、窒素ガスの消費量が膨大なものとなるおそれがある。
【００１１】
また、上記のような雰囲気制御を行う際には、各チャンバーの圧力制御も重要となる。すなわち、酸素濃度の高いアライメントチャンバーおよびクールチャンバーの側から熱処理チャンバーに向けての雰囲気の逆流を防ぐ必要があるため、熱処理チャンバーの圧力を最も高く、次いで搬送チャンバーの圧力を高くし、アライメントチャンバーおよびクールチャンバーの圧力は最も低くしなければならなかった。このため、各チャンバーへの窒素ガスの供給流量を細かく設定しなければならず、各チャンバーの窒素ガス供給機構に高価なマスフローコントローラを個別に設ける必要があった。さらに、熱処理チャンバーと搬送チャンバーとでは容量が大きく異なるために流量設定が難しく、高価な自動圧力調整装置を設けることも行われていた。その結果、熱処理装置の製造コストおよびランニングコストの双方が増大するという問題が生じていた。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、安価に処理チャンバー内の雰囲気制御を行うことができる基板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】
【００１３】
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行う基板処理装置において、基板を収容して前記所定の処理を行う処理チャンバーと、前記処理チャンバーとゲートバルブを介して接続され、前記処理チャンバーに基板を搬出入する搬送ロボットを備えた搬送チャンバーと、前記処理チャンバーに不活性ガスを供給するガス供給部と、前記処理チャンバーと前記搬送チャンバーとを連通接続し、前記処理チャンバーから排出された気体を前記搬送チャンバーに導く第１配管と、前記第１配管に設けられた第１フィルターと、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る基板処理装置において、前記所定の処理は基板を加熱する熱処理であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る基板処理装置において、前記ガス供給部は、前記処理チャンバーに供給する不活性ガスの流量を制御するマスフローコントローラを備え、前記第１配管には、前記処理チャンバーから排出された気体中の酸素濃度を計測する濃度センサーを設け、前記マスフローコントローラは、前記濃度センサーの測定結果に基づいて、前記処理チャンバーから排出された気体中の酸素濃度が所定範囲に収まるように前記処理チャンバーに供給する不活性ガスの流量を制御することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明に係る基板処理装置において、前記処理チャンバーから排出された気体を冷却するガス冷却部を前記第１配管に設けることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５の発明は、請求項２から請求項４のいずれかの発明に係る基板処理装置において、前記搬送チャンバーとゲートバルブを介して接続され、前記処理チャンバーに搬入する基板の向きを調整するアライメントチャンバーと、前記搬送チャンバーとゲートバルブを介して接続され、前記処理チャンバーにて熱処理された基板を冷却するクールチャンバーと、前記搬送チャンバーと前記アライメントチャンバーとを連通接続し、前記搬送チャンバーから排出された気体を前記アライメントチャンバーに導く第２配管と、前記搬送チャンバーと前記クールチャンバーとを連通接続し、前記搬送チャンバーから排出された気体を前記クールチャンバーに導く第３配管と、前記第２配管に設けられた第２フィルターと、前記第３配管に設けられた第３フィルターと、をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
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基板処理装置において、前記処理チャンバーに収容された基板にフラッシュ光を照射して加熱するフラッシュランプをさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１から請求項６の発明によれば、処理チャンバーと搬送チャンバーとを連通接続する第１配管に第１フィルターを設けており、処理チャンバーから排出された気体を第１フィルターを通して搬送チャンバーに導くため、簡易な構成によって処理チャンバー内の清浄度を高く維持することができ、安価に処理チャンバー内の雰囲気制御を行うことができる。
【００２０】
特に、請求項３の発明によれば、濃度センサーの測定結果に基づいて、処理チャンバーから排出された気体中の酸素濃度が所定範囲に収まるように処理チャンバーに供給する不活性ガスの流量をマスフローコントローラが制御するため、処理チャンバー内の酸素濃度を的確に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】熱処理装置を示す平面図である。
【図２】図１の熱処理装置の正面図である。
【図３】フラッシュ加熱部の構成を示す縦断面図である。
【図４】熱処理チャンバー内におけるガス流形成を示す図である。
【図５】保持部の構成を示す断面図である。
【図６】ホットプレートを示す平面図である。
【図７】図３のフラッシュ加熱部の構成を示す縦断面図である。
【図８】熱処理装置全体における給排気システムを示す図である。
【図９】ゲートバルブが閉じているときの熱処理チャンバーから搬送チャンバーへの気体の流れを示す図である。
【図１０】ゲートバルブが開いているときの熱処理チャンバーから搬送チャンバーへの気体の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
＜１．熱処理装置の構成＞
＜１−１．全体構成＞
まず、本発明に係る基板処理装置である熱処理装置１００の全体概略構成について簡単に説明する。図１は、熱処理装置１００を示す平面図であり、図２はその正面図である。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。また、図１および図２には、それらの方向関係を明確にするため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。
【００２４】
図１および図２に示すように、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フラッシュ加熱部１６０並びにアライメント部１３０、冷却部１４０およびフラッシュ加熱部１６０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。
【００２５】
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。また、ロードポート１１０においては、受渡ロボット１２０がキャリアＣに対して任意の半導体ウェハーＷの出し入れを行うことができるように、キャリアＣが図２の矢印ＣＵにて示す如く昇降移動可能に構成されている。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。
【００２６】
また、受渡ロボット１２０は、図１の矢印１２０Ｓにて示すようなスライド移動、矢印１２０Ｒにて示すような旋回動作および昇降動作が可能とされている。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。受渡ロボット１２０によるキャリアＣに対する半導体ウェハーＷの出し入れは、ハンド１２１のスライド移動、および、キャリアＣの昇降移動により行われる。また、受渡ロボット１２０とアライメント部１３０または冷却部１４０との半導体ウェハーＷの受け渡しは、ハンド１２１のスライド移動、および、受渡ロボット１２０の昇降動作によって行われる。
【００２７】
アライメント部１３０は、半導体ウェハーＷを水平面内で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の向きを調整する。
【００２８】
熱処理装置１００の主要部であるフラッシュ加熱部１６０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ＦＬからの閃光（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。フラッシュ加熱部１６０の構成については後に詳述する。
【００２９】
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。フラッシュ加熱部１６０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。
【００３０】
搬送ロボット１５０は、鉛直方向に沿った軸を中心に矢印１５０Ｒにて示すように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。これらの搬送ハンド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。
【００３１】
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が設けられており、アライメントチャンバー１３１、クールチャンバー１４１およびフラッシュ加熱部１６０の熱処理チャンバー６が搬送チャンバー１７０に連結されて配置されている。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またはフラッシュ加熱部１６０の熱処理チャンバー６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）昇降移動して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を受け渡しする高さに位置する。そして、搬送ハンド１５１ａ（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。
【００３２】
アライメント部１３０のアライメントチャンバー１３１および冷却部１４０のクールチャンバー１４１とインデクサ部１０１との間にはそれぞれゲートバルブ１８１，１８２が設けられている。また、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およびフラッシュ加熱部１６０の熱処理チャンバー６との間にはそれぞれゲートバルブ１８３，１８４，１８５が設けられる。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。
【００３３】
ゲートバルブ１８１，１８３が閉止されているときには、アライメント部１３０のアライメントチャンバー１３１内が密閉空間となる。ゲートバルブ１８２，１８４が閉止されているときには、冷却部１４０のクールチャンバー１４１内が密閉空間となる。さらに、ゲートバルブ１８３，１８４，１８５が閉止されているときには、搬送チャンバー１７０内が密閉空間となる。
【００３４】
また、制御部３は、熱処理装置１００に設けられた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１００における処理が進行する。なお、図１においては、インデクサ部１０１内に制御部３を示しているが、これに限定されるものではなく、制御部３は熱処理装置１００内の任意の位置に配置することができる。
【００３５】
＜１−２．フラッシュ加熱部の構成＞
次に、フラッシュ加熱部１６０の構成について詳細に説明する。図３は、フラッシュ加熱部１６０の構成を示す縦断面図である。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熱処理チャンバー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。
【００３６】
熱処理チャンバー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。
【００３７】
熱処理チャンバー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、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。熱処理チャンバー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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、熱処理チャンバー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。
【００４０】
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が閉止されているときには、熱処理チャンバー６内が密閉空間とされる。
【００４１】
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、後述するガス供給部１０の供給配管１１が接続されている。供給配管１１の先端は、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配管１６が接続されている。
【００４２】
図４は、熱処理チャンバー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４に示すように、ガス導入バッファ８３は、図３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、供給配管１１からガス導入バッファ８３に導かれた処理ガスは、複数のガス供給孔８４から矢印ＡＲ４にて示すように熱処理空間６５内へと供給される。なお、熱処理装置１００全体における給排気システムについてはさらに後述する。
【００４３】
図３に戻り、フラッシュ加熱部１６０は、熱処理チャンバー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を熱処理チャンバー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３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。熱処理チャンバー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。
【００４４】
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。
【００４５】
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３に示す半導体ウェハーＷの受渡位置と図７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。
【００４６】
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。
【００４７】
また、保持部昇降機構４は、熱処理チャンバー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。
【００４８】
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。
【００４９】
図５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（ＡＩＮ）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。
【００５０】
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。
【００５１】
図６は、ホットプレート７１を示す平面図である。図６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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。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７６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。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。
【００５４】
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。
【００５５】
次に、ランプハウス５は、熱処理チャンバー６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が熱処理チャンバー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、熱処理チャンバー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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、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。
【００５８】
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。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。
【００５９】
上記の構成以外にもフラッシュ加熱部１６０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熱処理チャンバー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、熱処理チャンバー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３，７参照）。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。
【００６０】
＜１−３．給排気システム＞
次に、熱処理装置１００における給排気システムについて説明する。図８は、熱処理装置１００全体における給排気システムを示す図である。まず、熱処理装置１００に対する給気機構としてガス供給部１０が設けられている。ガス供給部１０は、直接的には熱処理チャンバー６に不活性ガスを供給する。
【００６１】
ガス供給部１０は、供給配管１１、不活性ガス供給源１２、マスフローコントローラ１３およびフィルター１４を備える。供給配管１１の先端は熱処理チャンバー６のガス導入バッファ８３に接続され（図３，４参照）、基端は不活性ガス供給源１２に接続されている。また、供給配管１１の経路途中には、マスフローコントローラ１３およびフィルター１４が設けられている。不活性ガス供給源１２は、供給配管１１に不活性ガス（本実施形態では窒素ガス（Ｎ２））を送出する。なお、不活性ガス供給源１２は、熱処理装置１００に設けられたガスタンクおよびバルブ等であっても良いし、熱処理装置１００が設置される工場の用力であっても良い。また、不活性ガス供給源１２が供給する不活性ガスは窒素ガスに限定されるものでなく、アルゴンガス（Ａｒ）やヘリウムガス（Ｈｅ）であっても良い。
【００６２】
マスフローコントローラ１３は、供給配管１１を流れる窒素ガスの流量、すなわち熱処理チャンバー６に供給する窒素ガスの流量を制御する。マスフローコントローラ１３は、制御部３の制御下にて供給配管１１を流れる窒素ガスの流量が所定値となるように調整する。また、フィルター１４は、供給配管１１を流れる窒素ガスからパーティクルを除去する。フィルター１４としては、例えばＨＥＰＡ(High Efficiency Particulate Air)フィルターなどを採用することができる。このような構成を有するガス供給部１０は、マスフローコントローラ１３によって規定される所定流量にて窒素ガスを熱処理チャンバー６に供給する。
【００６３】
熱処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０とは配管１６（第１配管）によって連通接続されている。ゲートバルブ１８５が閉止されているときには、熱処理チャンバー６から排出された窒素ガスは配管１６を通って搬送チャンバー１７０に導かれる。配管１６の経路途中には、熱処理チャンバー６から近い順にガス冷却部１７、酸素濃度センサー１８およびフィルター１９（第１フィルター）が設けられている。ガス冷却部１７は、例えば配管１６に連通された螺旋状の管を冷却水中に浸漬した熱交換器を用いて構成されており、熱処理チャンバー６から配管１６に排出された気体を冷却する。酸素濃度センサー１８は、配管１６を流れる気体中の酸素濃度を測定する。酸素濃度センサー１８の測定結果は制御部３に伝達される。また、フィルター１９は、上記のフィルター１４と同様に例えばＨＥＰＡフィルターを用いて構成されており、配管１６を流れる気体からパーティクルを除去する。
【００６４】
搬送チャンバー１７０とアライメント部１３０のアライメントチャンバー１３１とは配管２１（第２配管）によって連通接続されている。ゲートバルブ１８３が閉止されているときには、搬送チャンバー１７０から排出された気体は配管２１を通ってアライメントチャンバー１３１に導かれる。配管２１の経路途中にはフィルター２２（第２フィルター）が設けられている。フィルター２２は、例えばＨＥＰＡフィルターを用いて構成されており、配管２１を流れる気体からパーティクルを除去する。
【００６５】
搬送チャンバー１７０と冷却部１４０のクールチャンバー１４１とは配管２６（第３配管）によって連通接続されている。ゲートバルブ１８４が閉止されているときには、搬送チャンバー１７０から排出された気体は配管２６を通ってアライメントチャンバー１３１に導かれる。配管２６の経路途中にはフィルター２７（第３フィルター）が設けられている。フィルター２７は、例えばＨＥＰＡフィルターを用いて構成されており、配管２６を流れる気体からパーティクルを除去する。
【００６６】
また、アライメントチャンバー１３１は排気管２３を介して排気機構２４に接続され、クールチャンバー１４１は排気管２８を介して排気機構２９に接続されている。ゲートバルブ１８１が閉止されているときには、アライメントチャンバー１３１内の気体は排気管２３から排気機構２４に排出される。ゲートバルブ１８２が閉止されているときには、クールチャンバー１４１内の気体は排気管２８から排気機構２９に排出される。なお、排気機構２４および排気機構２９は、排気ポンプ等であっても良いし、熱処理装置１００が設置される工場の排気ラインであっても良い。排気機構２４と排気機構２９とは共通であっても良い。
【００６７】
このように、熱処理装置１００においては、アライメントチャンバー１３１、クールチャンバー１４１、搬送チャンバー１７０および熱処理チャンバー６のそれぞれに個別に窒素ガスを供給するのではなく、熱処理チャンバー６に供給した窒素ガスを搬送チャンバー１７０に導いて再利用し、さらに搬送チャンバー１７０の窒素ガスをアライメントチャンバー１３１およびクールチャンバー１４１に導いて再利用している。すなわち、熱処理チャンバー６を上流、アライメントチャンバー１３１およびクールチャンバー１４１を下流とし、上流から下流に向けて窒素ガスを流して再利用を行っているのである。
【００６８】
＜２．熱処理装置の処理動作＞
次に、上記の構成を有する熱処理装置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）が添加された半導体ウェハーである。その不純物の活性化がフラッシュ加熱部１６０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。
【００６９】
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。アライメントチャンバー１３１に半導体ウェハーＷが搬入された時点で、ゲートバルブ１８１がアライメントチャンバー１３１とインデクサ部１０１との間を閉鎖する。また、アライメントチャンバー１３１と搬送チャンバー１７０との間はゲートバルブ１８３によって閉鎖されている。これにより、半導体ウェハーＷが搬入されたアライメントチャンバー１３１の内部は密閉空間となる。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の向きを調整する。
【００７０】
次に、ゲートバルブ１８３がアライメントチャンバー１３１と搬送チャンバー１７０との間を開放し、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から向きが調整さ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はフラッシュ加熱部１６０を向くように旋回する。また、半導体ウェハーＷの搬出後に、ゲートバルブ１８３がアライメントチャンバー１３１と搬送チャンバー１７０との間を再び閉鎖する。
【００７１】
続いて、ゲートバルブ１８５が熱処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０との間を開放し、搬送ロボット１５０が半導体ウェハーＷを熱処理チャンバー６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が熱処理チャンバー６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を熱処理チャンバー６に搬入してウェハー入れ替えを行う。
【００７２】
熱処理チャンバー６に搬送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。以下、フラッシュ加熱部１６０におけるフラッシュ加熱処理について説明する。フラッシュ加熱部１６０においては、半導体ウェハーＷが搬入されるのに先立って保持部７が図７に示す処理位置から図３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７に示す保持部７の熱処理チャンバー６内における位置である。また、「受渡位置」とは、熱処理チャンバー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３に示す保持部７の熱処理チャンバー６内における位置である。フラッシュ加熱部１６０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３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。
【００７３】
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から熱処理チャンバー６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。
【００７４】
半導体ウェハーＷが熱処理チャンバー６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をチャンバー６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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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熱処理チャンバー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熱処理チャンバー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。
【００７８】
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１００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。このように、熱処理装置１００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。
【００７９】
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の表面温度を処理温度Ｔ２まで速やかに上昇させることができる。
【００８０】
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３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が搬送アーム１５１ｂを搬送開口部６６から熱処理チャンバー６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を熱処理チャンバー６から退出させて半導体ウェハーＷを搬出する。
【００８１】
搬送ハンド１５１ｂにてフラッシュ加熱後の半導体ウェハーＷを受け取った搬送ロボット１５０は、熱処理チャンバー６から冷却部１４０に向くように旋回する。また、ゲートバルブ１８５が熱処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０との間を閉鎖するとともに、ゲートバルブ１８４がクールチャンバー１４１と搬送チャンバー１７０との間を開放し、搬送ロボット１５０が加熱処理直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。クールチャンバー１４１に半導体ウェハーＷが搬入された時点で、ゲートバルブ１８４がクールチャンバー１４１と搬送チャンバー１７０との間を閉鎖する。また、クールチャンバー１４１とインデクサ部１０１との間はゲートバルブ１８２によって閉鎖されている。これにより、半導体ウェハーＷが搬入されたクールチャンバー１４１の内部は密閉空間となる。
【００８２】
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。熱処理チャンバー６から搬出された時点での半導体ウェハーＷ全体の温度は概ね予備加熱温度Ｔ１程度の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、ゲートバルブ１８２がクールチャンバー１４１とインデクサ部１０１との間を開放し、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。
【００８３】
＜３．熱処理装置における雰囲気制御＞
上述したような半導体ウェハーＷの処理を行うに際しては、アライメントチャンバー１３１、クールチャンバー１４１、搬送チャンバー１７０および熱処理チャンバー６の内部雰囲気を清浄に維持する必要がある。特に、半導体ウェハーＷの加熱処理を行う熱処理チャンバー６内においては、最も高い清浄度を要求されるとともに、酸素濃度を２ｐｐｍ程度以下に管理しなければならない。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よりも搬送チャンバー１７０の方が高い清浄度を要求される。このため、本実施形態においては、最も酸素濃度を低く維持しなければならない熱処理チャンバー６を上流とし、上流で使用した窒素ガスを下流である搬送チャンバー１７０、アライメントチャンバー１３１およびクールチャンバー１４１に向けて流すようにしている。
【００８４】
図８に示したように、熱処理装置１００全体のガス供給部１０は直接的には熱処理チャンバー６に窒素ガスを供給する。ガス供給部１０が熱処理チャンバー６に供給する新鮮な窒素ガスの酸素濃度は２ｐｐｍ以下である。また、ガス供給部１０が熱処理チャンバー６に供給する窒素ガスの流量はマスフローコントローラ１３によって制御されている。
【００８５】
ガス供給部１０から窒素ガスが供給されることによって熱処理チャンバー６内の圧力が高まり、熱処理チャンバー６内の気体は下流の搬送チャンバー１７０へと流入する。このときに、ゲートバルブ１８５が開いているか閉じているかによって、気体の流れる経路が異なる。
【００８６】
図９は、ゲートバルブ１８５が閉じているときの熱処理チャンバー６から搬送チャンバー１７０への気体の流れを示す図である。熱処理チャンバー６に対する半導体ウェハーＷの搬出入が行われているとき以外は、通常はゲートバルブ１８５が閉止されている。ゲートバルブ１８５が閉じているときには、熱処理チャンバー６の内部と搬送チャンバー１７０の内部とは雰囲気分離されており、熱処理チャンバー６の搬送開口部６６（図３参照）から搬送チャンバー１７０に気体が流れることはない。このため、熱処理チャンバー６内の気体は配管１６を経由して搬送チャンバー１７０内に流入する。
【００８７】
熱処理チャンバー６内には、２００℃ないし８００℃程度の予備加熱温度Ｔ１に昇温したホットプレート７１が設けられているため、ホットプレート７１周辺の気体も加熱されることとなる。このため、熱処理チャンバー６から排出される気体が常温よりも高温になっていることもある。本実施形態では、配管１６にガス冷却部１７を設けており、熱処理チャンバー６から配管１６に流入した気体はまずガス冷却部１７を通過する。ガス冷却部１７を通過することによって熱処理チャンバー６から排出された高温の気体が常温近傍にまで冷却される。これにより、下流側の搬送チャンバー１７０に高温の気体が流入して搬送ロボット１５０を不必要に加熱するのを防止することができる。
【００８８】
ガス冷却部１７を通過して常温近傍にまで冷却された気体は、配管１６の酸素濃度センサー１８が設けられている部位を通過する。このときに、酸素濃度センサー１８によって配管１６を流れる気体中の酸素濃度が測定される。酸素濃度センサー１８の測定結果は制御部３に伝達される。制御部３は、酸素濃度センサー１８の測定結果に基づいてマスフローコントローラ１３をフィードバック制御する。すなわち、酸素濃度センサー１８によって測定された酸素濃度が所定の基準範囲（例えば、１ｐｐｍ〜２ｐｐｍ）よりも高いときには、熱処理チャンバー６内の酸素濃度が高くなりすぎているため、熱処理チャンバー６に供給する窒素ガスの流量を増加させるように制御部３がマスフローコントローラ１３を制御する。逆に、酸素濃度センサー１８によって測定された酸素濃度が所定の基準範囲よりも低いときには、窒素ガスの供給流量が多すぎると考えられるため、熱処理チャンバー６に供給する窒素ガスの流量を減少させるように制御部３がマスフローコントローラ１３を制御する。
【００８９】
このように本実施形態では、酸素濃度センサー１８の測定結果に基づいて、熱処理チャンバー６から排出された気体中の酸素濃度が所定範囲に収まるように熱処理チャンバー６に供給する不活性ガスの流量をマスフローコントローラ１３によって制御している。これにより、熱処理装置１００の稼働中は熱処理チャンバー６内の酸素濃度が常に所定の基準範囲内に維持されることとなる。なお、このような酸素濃度の基準範囲は、予め設定して制御部３の記憶部（メモリまたは磁気ディクス等）に格納しておくようにすれば良い。
【００９０】
酸素濃度センサー１８を通過した気体はフィルター１９を通過する。半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱時に熱処理チャンバー６内に若干のパーティクルが発生することもあり、そのようなパーティクルは雰囲気の排気とともに配管１６に排出される。熱処理チャンバー６から排出された気体がフィルター１９を通過することによって、そのようなパーティクルが除去される。これにより、熱処理チャンバー６で発生したパーティクルが搬送チャンバー１７０に流入するのを防止することができる。フィルター１９を通過した気体は搬送チャンバー１７０内に流入する。
【００９１】
ところで、気体がフィルター１９を通過するときには抵抗を受け、その抵抗が圧力損失となる。圧力損失の大きさは、フィルター１９のサイズやメッシュの細かさによって規定される。熱処理チャンバー６から排出された気体がフィルター１９を通過するときに圧力損失が生じるため、熱処理チャンバー６内の圧力は必然的に搬送チャンバー１７０内の圧力よりも高くなる。すなわち、本実施形態においては、熱処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０とを連通接続する配管１６にフィルター１９を設け、熱処理チャンバー６に供給した窒素ガスをフィルター１９を通して搬送チャンバー１７０に導くことにより、自動的に熱処理チャンバー６内の圧力が搬送チャンバー１７０内の圧力よりも高くなるようにしているのである。
【００９２】
また、搬送チャンバー１７０に要求される清浄度よりも熱処理チャンバー６に要求される清浄度の方が高い。本実施形態のように、ガス供給部１０から新鮮な窒素ガスを熱処理チャンバー６に供給し、その熱処理チャンバー６から排出された気体を配管１６を介して搬送チャンバー１７０に導くことにより、必然的に熱処理チャンバー６内の清浄度が搬送チャンバー１７０内の清浄度よりも高くなる。
【００９３】
図１０は、ゲートバルブ１８５が開いているときの熱処理チャンバー６から搬送チャンバー１７０への気体の流れを示す図である。熱処理チャンバー６に対して半導体ウェハーＷの搬出入を行うときには、ゲートバルブ１８５が開放され、熱処理チャンバー６の内部と搬送チャンバー１７０の内部とが搬送開口部６６を介して連通状態となる。配管１６の通過断面積よりも搬送開口部６６の断面積の方が大きく、しかも配管１６にはフィルター１９が設けられているため、気体の通過抵抗は配管１６よりも搬送開口部６６の方が顕著に小さい。従って、ゲートバルブ１８５が開いているときには、熱処理チャンバー６内の気体は配管１６を通らずに搬送開口部６６を通過して搬送チャンバー１７０内に流入する。
【００９４】
このときに、上述したように、ゲートバルブ１８５が開放される直前までは、熱処理チャンバー６内の圧力が搬送チャンバー１７０内の圧力よりも高くなっている。従って、ゲートバルブ１８５が開いたときには、必ず熱処理チャンバー６内から搬送チャンバー１７０内に向けて気体が流れる。搬送チャンバー１７０内の清浄度は熱処理チャンバー６内の清浄度よりも低いのであるが、ゲートバルブ１８５閉止時に生じた圧力差により、ゲートバルブ１８５が開いたときには、必ず熱処理チャンバー６内から搬送チャンバー１７０内に向けて気体が流れ、その逆方向の気体の流れは生じない。このため、ゲートバルブ１８５が開いたときにも、熱処理チャンバー６内の清浄度が低下するのを防止することができる。
【００９５】
次に、熱処理チャンバー６から排出された気体が流入することによって搬送チャンバー１７０内の圧力が高まり、搬送チャンバー１７０内の気体はさらに下流のアライメントチャンバー１３１およびクールチャンバー１４１に流入する。搬送チャンバー１７０からアライメントチャンバー１３１およびクールチャンバー１４１に気体が流入する態様については、上述した熱処理チャンバー６から搬送チャンバー１７０への気体の流れと概ね同じである。
【００９６】
ゲートバルブ１８３が閉じているときには、搬送チャンバー１７０内の気体は配管２１を経由してアライメントチャンバー１３１に流入する。配管２１にはフィルター２２が設けられており、搬送チャンバー１７０から排出された気体中に含まれるパーティクルはフィルター２２によって除去される。これにより、パーティクルがアライメントチャンバー１３１に流入するのを防止することができる。
【００９７】
熱処理チャンバー６から排出された気体を搬送チャンバー１７０に導き、その搬送チャンバー１７０から排出された気体をさらにアライメントチャンバー１３１に導いているため、必然的に搬送チャンバー１７０内の清浄度がアライメントチャンバー１３１内の清浄度よりも高くなる。また、搬送チャンバー１７０とアライメントチャンバー１３１とを連通接続する配管２１にフィルター２２を設け、搬送チャンバー１７０から排出された気体をフィルター２２を通してアライメントチャンバー１３１に導くことにより、必然的に搬送チャンバー１７０内の圧力がアライメントチャンバー１３１内の圧力よりも高くなる。よって、ゲートバルブ１８３が開いたときには、相対的に清浄度の高い搬送チャンバー１７０からアライメントチャンバー１３１に向けて気体が流れることとなる。アライメントチャンバー１３１から排出された気体は排気管２３から排気機構２４に排出される。
【００９８】
同様に、ゲートバルブ１８４が閉じているときには、搬送チャンバー１７０内の気体は配管２６を経由してクールチャンバー１４１に流入する。配管２６にはフィルター２７が設けられており、搬送チャンバー１７０から排出された気体中に含まれるパーティクルはフィルター２７によって除去される。これにより、パーティクルがクールチャンバー１４１に流入するのを防止することができる。
【００９９】
熱処理チャンバー６から排出された気体を搬送チャンバー１７０に導き、その搬送チャンバー１７０から排出された気体をさらにクールチャンバー１４１に導いているため、必然的に搬送チャンバー１７０内の清浄度がクールチャンバー１４１内の清浄度よりも高くなる。また、搬送チャンバー１７０とクールチャンバー１４１とを連通接続する配管２６にフィルター２７を設け、搬送チャンバー１７０から排出された気体をフィルター２７を通してクールチャンバー１４１に導くことにより、必然的に搬送チャンバー１７０内の圧力がクールチャンバー１４１内の圧力よりも高くなる。よって、ゲートバルブ１８４が開いたときには、相対的に清浄度の高い搬送チャンバー１７０からクールチャンバー１４１に向けて気体が流れることとなる。クールチャンバー１４１から排出された気体は排気管２８から排気機構２９に排出される。
【０１００】
以上のように、本実施形態においては、最も上流側の熱処理チャンバー６にガス供給部１０から新鮮な窒素ガスを供給し、その熱処理チャンバー６から排出された気体をフィルター１９を通して下流側の搬送チャンバー１７０に導き、さらに搬送チャンバー１７０から排出された気体をフィルター２２，２７を通して最も下流側のアライメントチャンバー１３１およびクールチャンバー１４１に導いている。このため、上流側のチャンバーほど清浄度を高くすることができ、特に半導体ウェハーＷの加熱処理を行う熱処理チャンバー６内の清浄度を安定して高く維持することができる。
【０１０１】
また、上流側のチャンバーと下流側のチャンバーとを連通接続する配管にフィルターを設けて両チャンバー間にフィルターの圧力損失に起因した圧力差を生じさせているため、両チャンバー間のゲートバルブを開いたときにも、清浄度の低い下流側のチャンバーから上流側のチャンバーに気体が流れることが防止される。その結果、ゲートバルブが開いたときにも、上流側のチャンバー内の清浄度を高く維持することができる。要するに、各配管に設けられたフィルター１９，２２，２７は、上流側のチャンバーから下流側のチャンバーへと流れる気体を浄化するとともに、それらのチャンバー間に圧力差を生じさせるという２つの機能を兼ね備えている。
【０１０２】
このように、本実施形態では、上流側から下流側に向けてチャンバーを配管によって直列に連通接続し、各配管にフィルターを設けるという簡易な構成によって、チャンバー間の圧力を調整して最上流の熱処理チャンバー６内の清浄度を高く維持する雰囲気制御が可能である。かかる雰囲気制御を行うのに必要となる高価なマスフローコントローラはガス供給部１０に設けられたマスフローコントローラ１３の１個のみである。４個のチャンバーに対して１個のマスフローコントローラ１３を設けるのみでチャンバー間の圧力を調整して熱処理チャンバー６内の雰囲気制御を行うことができるため、熱処理装置１００の製造コストを安価なものとすることができる。
【０１０３】
また、本実施形態では、必然的に熱処理チャンバー６内の圧力が搬送チャンバー１７０内の圧力よりも高くなる。このため、熱処理チャンバーと搬送チャンバーに個別に窒素ガスを供給していた従来では必要であった両チャンバー間の圧力を調整する高価な自動圧力調整装置も不要となる。その結果、より安価に熱処理チャンバー６内の雰囲気制御を行うことができる。
【０１０４】
さらに、本実施形態においては、熱処理チャンバー６に供給した窒素ガスを搬送チャンバー１７０に導いて再利用し、さらに搬送チャンバー１７０の窒素ガスをアライメントチャンバー１３１およびクールチャンバー１４１に導いて再利用しているため、熱処理装置１００全体として消費する窒素ガスの量を従来よりも顕著に少なくすることができる。このため、熱処理装置１００のランニングコストも低廉なものとなり、より安価に熱処理チャンバー６内の雰囲気制御を行うことができる。
【０１０５】
＜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、上記実施形態においては、ガス供給部１０にマスフローコントローラ１３を設け、そのマスフローコントローラ１３によって最上流の熱処理チャンバー６への窒素ガス供給流量を制御するようにしていたが、マスフローコントローラ１３は必須の要素ではない。上記の実施形態では、上流側から下流側に向けてチャンバーを配管によって直列に連通接続し、各配管にフィルターを設けることによって、必然的に上流側のチャンバーと下流側のチャンバーとに圧力差が生じるようにしている。このため、マスフローコントローラ１３を設けなくても、ゲートバルブ１８５を開放したときに搬送チャンバー１７０から熱処理チャンバー６への逆流が生じることはなく、熱処理チャンバー６内の雰囲気制御が可能である。マスフローコントローラを１つも設けなければ、より安価に熱処理チャンバー６内の雰囲気制御を行うことができる。もっとも、酸素濃度センサー１８の測定結果に基づいて、熱処理チャンバー６内の酸素濃度を所定の基準範囲内に厳密に制御するためには、ガス供給部１０にマスフローコントローラ１３を設けておいた方が好ましい。
【０１０６】
また、上記実施形態においては、熱処理チャンバー６にて半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱処理を行っていたが、これに限定されるものではなく、例えば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の加熱処理を行うようにしても良い。或いは、ホットプレート７１に代えてハロゲンランプから光照射によって半導体ウェハーＷの予備加熱を行い、その半導体ウェハーＷにフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射して加熱するようにしても良い。さらには、ホットプレート７１のみによって半導体ウェハーＷの加熱処理を行うものであっても良い。
【０１０７】
また、本発明に係る技術は、半導体ウェハーＷの熱処理を行う装置への適用に限定されるものではなく、他の処理を行う装置に適用することも可能である。特に、高い清浄度と低い酸素濃度を要求されるドライプロセスに好適に適用することができる。
【０１０８】
半導体ウェハーＷの加熱処理を行わない場合には、熱処理チャンバー６から排出される気体も常温程度であるため、ガス冷却部１７も必須の要素ではない。
【０１０９】
また、本発明に係る技術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
５  ランプハウス
６  熱処理チャンバー
７  保持部
１０  ガス供給部
１３  マスフローコントローラ
１４，１９，２２，２７  フィルター
１６，２１，２６  配管
１７  ガス冷却部
１８  酸素濃度センサー
１００  熱処理装置
１０１  インデクサ部
１３０  アライメント部
１３１  アライメントチャンバー
１４０  冷却部
１４１  クールチャンバー
１５０  搬送ロボット
１６０  フラッシュ加熱部
１７０  搬送チャンバー
１８１，１８２，１８３，１８４，１８５  ゲートバルブ
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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