(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板形状の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、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射する前に前記基板を所定温度に予備加熱する予備加熱手段と、
前記基板の裏面周縁部に円環状にレーザ光を照射する補助照射手段と、
を備え、
前記予備加熱手段は、格子状に交差するように配列されて前記基板の裏面に光を照射する複数の棒状のハロゲンランプを含み、
前記補助照射手段は、
前記保持手段に保持された基板の中心軸に長手方向を沿わすように設けられた棒状の導光ロッドと、
前記導光ロッドの両端部のうち前記保持手段に保持された基板から遠い方の入射側端部からレーザ光を入射するレーザ光出射手段と、
を含み、
前記入射側端部から入射されたレーザ光は前記導光ロッドの内部を出射側端部に向かって円柱状に進行し、
前記導光ロッドの前記出射側端部には、前記導光ロッドの内部から前記保持手段に保持された基板に向けて開口径が大きくなる円錐形状の凹部が形設され、
前記導光ロッドは前記複数のハロゲンランプの配列の隙間を通り抜け、前記出射側端部は前記複数のハロゲンランプよりも前記保持手段に保持された基板に近くに位置す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、
前記円錐形状の凹部の壁面に金属膜を形成することを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記補助照射手段は、前記円錐形状の凹部に嵌合する金属体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１から請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記導光ロッドを前記中心軸に沿って往復移動させるスライド駆動部をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項４記載の熱処理装置において、
前記導光ロッドの内部を導かれるレーザ光によって形成される円柱は、当該円柱の中心から周縁に向けて強度が連続的に弱くなる強度分布を有するとともに、当該中心が前記円錐形状の凹部の頂点に到達するように進行し、
前記スライド駆動部は、前記円柱の中心に位置するレーザ光が前記保持手段に保持された基板の端縁部に到達する位置に前記導光ロッドを移動させる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、
前記導光ロッドを前記中心軸を回転中心として回転させる回転駆動部をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
円板形状の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、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射する前に前記基板を所定温度に予備加熱する予備加熱手段と、
前記基板の裏面周縁部に円環状にレーザ光を照射する補助照射手段と、
を備え、
前記予備加熱手段は、格子状に交差するように配列されて前記基板の裏面に光を照射する複数の棒状のハロゲンランプを含み、
前記補助照射手段は、
前記保持手段に保持された基板の中心軸に長手方向を沿わすように設けられた棒状の導光ロッドと、
前記導光ロッドの両端部のうち前記保持手段に保持された基板から遠い方の入射側端部からレーザ光を入射するレーザ光出射手段と、
を含み、
前記入射側端部から入射されたレーザ光は前記導光ロッドの内部を出射側端部に向かって円柱状に進行し、
前記導光ロッドの前記出射側端部には、前記導光ロッドの内部から前記保持手段に保持された基板に向けて径が小さくなる円錐形状のアキシコンレンズが付設され、
前記導光ロッドは前記複数のハロゲンランプの配列の隙間を通り抜け、前記出射側端部は前記複数のハロゲンランプよりも前記保持手段に保持された基板に近くに位置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、半導体ウェハーの表面側にフラッシュランプ等のパルス発光ランプを配置し、裏面側にハロゲンランプ等の連続点灯ランプを配置し、それらの組み合わせによって所望の熱処理を行うものが開示されている。特許文献１，２に開示の熱処理装置においては、ハロゲンランプ等によって半導体ウェハーをある程度の温度まで予備加熱し、その後フラッシュランプからのパルス加熱によって所望の処理温度にまで昇温している。また、特許文献３には、半導体ウェハーをホットプレートに載置して所定の温度まで予備加熱し、その後フラッシュランプからのフラッシュ光照射によって所望の処理温度にまで昇温する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−２５８９２８号公報
【特許文献２】特表２００５−５２７９７２号公報
【特許文献３】特開２００７−５５３２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３に開示されるようなホットプレートにて半導体ウェハーを予備加熱する場合は、プレート温度を正確に温調すればウェハー温度の面内分布を比較的均一なものとすることができる。特に、特許文献３のホットプレートは同心円状に複数のゾーンに区分けされており、ゾーンごとに温調可能であるためウェハー温度の面内分布を容易に均一にすることができる。一方、特許文献１，２に開示されるようなハロゲンランプにて予備加熱を行う場合には、比較的高い予備加熱温度にまで半導体ウェハーを短時間で昇温することができるというプロセス上のメリットが得られるものの、ウェハー周縁部の温度が中心部よりも低くなる問題が生じやすい。
【０００８】
このようなハロゲンランプによる予備加熱段階での周縁部における温度低下を解消するために、ハロゲンランプからウェハー周縁部に照射する光量を増やすと、周縁部の一部の温度が上昇するものの、逆に周縁部よりも内側領域の温度分布均一性が損なわれることとなる。しかも、半導体ウェハーの最も外周の端縁部における温度低下は十分には解消されないまま残存する。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の面内温度分布を均一に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、円板形状の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、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射する前に前記基板を所定温度に予備加熱する予備加熱手段と、前記基板の裏面周縁部に円環状にレーザ光を照射する補助照射手段と、を備え、前記予備加熱手段は、格子状に交差するように配列されて前記基板の裏面に光を照射する複数の棒状のハロゲンランプを含み、前記補助照射手段は、前記保持手段に保持された基板の中心軸に長手方向を沿わすように設けられた棒状の導光ロッドと、前記導光ロッドの両端部のうち前記保持手段に保持された基板から遠い方の入射側端部からレーザ光を入射するレーザ光出射手段と、を含み、前記入射側端部から入射されたレーザ光は前記導光ロッドの内部を出射側端部に向かって円柱状に進行し、前記導光ロッドの前記出射側端部には、前記導光ロッドの内部から前記保持手段に保持された基板に向けて開口径が大きくなる円錐形状の凹部が形設され、前記導光ロッドは前記複数のハロゲンランプの配列の隙間を通り抜け、前記出射側端部は前記複数のハロゲンランプよりも前記保持手段に保持された基板に近くに位置す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、前記円錐形状の凹部の壁面に金属膜を形成することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記補助照射手段は、前記円錐形状の凹部に嵌合する金属体をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記導光ロッドを前記中心軸に沿って往復移動させるスライド駆動部をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る熱処理装置において、前記導光ロッドの内部を導かれるレーザ光によって形成される円柱は、当該円柱の中心から周縁に向けて強度が連続的に弱くなる強度分布を有するとともに、当該中心が前記円錐形状の凹部の頂点に到達するように進行し、前記スライド駆動部は、前記円柱の中心に位置するレーザ光が前記保持手段に保持された基板の端縁部に到達する位置に前記導光ロッドを移動させることを特徴とする。
【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、前記導光ロッドを前記中心軸を回転中心として回転させる回転駆動部をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７の発明は、円板形状の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、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射する前に前記基板を所定温度に予備加熱する予備加熱手段と、前記基板の裏面周縁部に円環状にレーザ光を照射する補助照射手段と、を備え、前記予備加熱手段は、格子状に交差するように配列されて前記基板の裏面に光を照射する複数の棒状のハロゲンランプを含み、前記補助照射手段は、前記保持手段に保持された基板の中心軸に長手方向を沿わすように設けられた棒状の導光ロッドと、前記導光ロッドの両端部のうち前記保持手段に保持された基板から遠い方の入射側端部からレーザ光を入射するレーザ光出射手段と、を含み、前記入射側端部から入射されたレーザ光は前記導光ロッドの内部を出射側端部に向かって円柱状に進行し、前記導光ロッドの前記出射側端部には、前記導光ロッドの内部から前記保持手段に保持された基板に向けて径が小さくなる円錐形状のアキシコンレンズが付設され、前記導光ロッドは前記複数のハロゲンランプの配列の隙間を通り抜け、前記出射側端部は前記複数のハロゲンランプよりも前記保持手段に保持された基板に近くに位置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１から請求項７の発明によれば、基板の裏面周縁部に円環状にレーザ光を照射する補助照射手段を備えるため、予備加熱時に基板周縁部に生じた温度不均一を解消して基板の面内温度分布を均一にすることができる。
【００２０】
特に、請求項２の発明によれば、円錐形状の凹部の壁面に金属膜を形成するため、凹部の壁面でのレーザ光の漏れを防止することができる。
【００２１】
特に、請求項３の発明によれば、円錐形状の凹部に嵌合する金属体を備えるため、凹部の壁面でのレーザ光の漏れを防止することができる。
【００２２】
特に、請求項４の発明によれば、導光ロッドを基板の中心軸に沿って往復移動させるスライド駆動部を備えるため、基板の裏面周縁部における円環状のレーザ光照射領域の位置を調整できるとともに、レーザ光照射領域の径を拡大および縮小することができる。
【００２３】
特に、請求項５の発明によれば、導光ロッドの内部を導かれるレーザ光によって形成される円柱は、当該円柱の中心から周縁に向けて強度が連続的に弱くなる強度分布を有するとともに、当該中心が円錐形状の凹部の頂点に到達するように進行し、スライド駆動部は、円柱の中心に位置するレーザ光が基板の端縁部に到達する位置に導光ロッドを移動させるため、予備加熱時に最も温度が低くなる基板の端縁部に最も強度の強いレーザ光が照射されることとなり、基板の面内温度分布をより高い精度にて均一にすることができる。
【００２４】
特に、請求項６の発明によれば、導光ロッドを基板の中心軸を回転中心として回転させる回転駆動部を備えるため、レーザ光照射領域と基板周縁部とに若干のずれが生じたとしても基板の面内温度分布を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】移載機構の平面図である。
【図６】移載機構の側面図である。
【図７】フラッシュランプの駆動回路を示す図である。
【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】補助照射部の構成を示す図である。
【図１０】導光ロッドの斜視図である。
【図１１】導光ロッドにおけるレーザ光の光路を示す図である。
【図１２】半導体ウェハーの主面におけるレーザ光の照射領域を示す図である。
【図１３】導光ロッドの内部を進行するレーザ光によって形成される円柱における強度分布の一例を示す図である。
【図１４】予備加熱時における半導体ウェハーの径方向温度分布と周縁部におけるレーザ光強度分布の相関を示す図である。
【図１５】第２実施形態の導光ロッドの構成を示す縦断面図である。
【図１６】第３実施形態の導光ロッドの構成を示す縦断面図である。
【図１７】第４実施形態の導光ロッドを示す図である。
【図１８】第５実施形態におけるレーザ光照射を示す図である。
【図１９】第６実施形態におけるレーザ光照射を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
＜第１実施形態＞
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φ３００ｍｍの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。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。
【００２９】
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、シャッター機構２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、シャッター機構２、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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は窒素ガス供給源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、窒素ガス供給源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。
【００３６】
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、窒素ガス供給源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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
平板状のサセプター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は石英にて形成された略円形の平板状部材である。サセプター７４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、サセプター７４は、半導体ウェハーＷよりも大きな平面サイズを有する。サセプター７４の上面には複数個（本実施形態では５個）のガイドピン７６が立設されている。５個のガイドピン７６はサセプター７４の外周円と同心円の周上に沿って設けられている。５個のガイドピン７６を配置した円の径は半導体ウェハーＷの径よりも若干大きい。各ガイドピン７６も石英にて形成されている。なお、ガイドピン７６は、サセプター７４と一体に石英のインゴットから加工するようにしても良いし、別途に加工したものをサセプター７４に溶接等によって取り付けるようにしても良い。
【００４１】
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の周縁部の下面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おり、保持部７は石英の一体成形部材となる。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、略円板形状のサセプター７４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。半導体ウェハーＷは、５個のガイドピン７６によって形成される円の内側に載置されることにより、水平方向の位置ずれが防止される。なお、ガイドピン７６の個数は５個に限定されるものではなく、半導体ウェハーＷの位置ずれを防止できる数であれば良い。
【００４２】
また、図２および図３に示すように、サセプター７４には、上下に貫通して開口部７８および切り欠き部７７が形成されている。切り欠き部７７は、熱電対を使用した接触式温度計１３０のプローブ先端部を通すために設けられている。一方、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。さらに、サセプター７４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。
【００４３】
図５は、移載機構１０の平面図である。また、図６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５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５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。
【００４４】
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の上端がサセプター７４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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
図７は、フラッシュランプＦＬの駆動回路を示す図である。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、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）９６とが直列に接続されている。また、図７に示すように、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備えるとともに、入力部３３に接続されている。入力部３３としては、キーボード、マウス、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。入力部３３からの入力内容に基づいて波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を発生する。
【００４８】
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。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。また、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。
【００４９】
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のパルス発生器３１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。このようにして、フラッシュランプＦＬを含む駆動回路はＩＧＢＴ９６によってオンオフされる。ＩＧＢＴ９６がオンオフすることによってフラッシュランプＦＬと対応するコンデンサ９３との接続が断続される。
【００５０】
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。
【００５１】
また、図１のリフレクタ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。
【００５２】
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。
【００５３】
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端部側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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
また、図１に示すように、保持部７よりも下方に補助照射部４０を設けている。図９は、補助照射部４０の構成を示す図である。図９においては、図示の便宜上、ハロゲン加熱部４およびチャンバー６の構成を簡略化して描いている。補助照射部４０は、主たる要素として、レーザ光出射部４４および導光ロッド４５を備える。レーザ光出射部４４は、レーザユニット４１、光ファイバー４２、および、レンズ４３を備える。本実施形態のレーザユニット４１は、出力が８０Ｗ〜５００Ｗの非常に高出力の半導体レーザであり、波長が８００ｎｍ〜８２０ｎｍの可視光レーザを射出する。レーザユニット４１から射出されたレーザ光は光ファイバー４２によってレンズ４３へと導かれる。そして、レンズ４３から出射されたレーザ光が導光ロッド４５に入射する。
【００５７】
図１０は、導光ロッド４５の斜視図である。導光ロッド４５は、石英によって形成された略円柱形状（棒状）の光学部材である。本実施形態では、導光ロッド４５の円柱形状の径をφ１５ｍｍとしているが、これに限定されるものではなく任意の径とすることができる。石英はレーザ光出射部４４から出射された波長のレーザ光を透過する。導光ロッド４５は、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの中心直下に配置されている。具体的には、導光ロッド４５は、その円柱形状の長手方向を保持部７に保持された半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸに沿わすように起立姿勢にて設けられている。すなわち、導光ロッド４５の円柱形状の中心軸は半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸと一致する。なお、中心軸ＣＸは、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの主面に垂直な中心軸である。
【００５８】
円柱形状の導光ロッド４５の両端部のうち上側（保持部７に保持された半導体ウェハーＷに近い側）が出射側端部４５ａとされ、下側（保持部７に保持された半導体ウェハーＷから遠い側）が入射側端部４５ｂとされる。入射側端部４５ｂに対向する位置にレーザ光出射部４４のレンズ４３が配置されている。図１０に示すように、下端の入射側端部４５ｂは平坦面であるが、上端の出射側端部４５ａには円錐形状の凹部４５ｃが形設されている。凹部４５ｃの円錐形状の中心軸は、半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸと一致する。また、凹部４５ｃの円錐形状は、導光ロッド４５の内部から保持部７に保持された半導体ウェハーＷに向けて開口径が大きくなる。
【００５９】
図９に示すように、導光ロッド４５の上側は、ハロゲン加熱部４の底壁、および、図示を省略するハロゲンランプＨＬ用のリフレクタを貫通している。導光ロッド４５がハロゲン加熱部４の底壁を貫通する部位にはシール用のベアリングを設けるようにしても良い。導光ロッド４５は、さらにハロゲンランプＨＬの配置の隙間を通り抜け（図８参照）、出射側端部４５ａが少なくとも上段のハロゲンランプＨＬよりも上側に位置するように設けられる。このため、導光ロッド４５が回転したときにも、導光ロッド４５とハロゲンランプＨＬとの接触が防止される。
【００６０】
図１１は、導光ロッド４５におけるレーザ光の光路を示す図である。レーザ光出射部４４から出射されて平坦面である入射側端部４５ｂに垂直に入射したレーザ光は、鉛直方向に沿って設けられた導光ロッド４５の長手方向に沿って直進する。下端の入射側端部４５ｂから入射されたレーザ光は石英の導光ロッド４５の内部を上方の出射側端部４５ａに向かって円柱状に進行する。導光ロッド４５の内部を進行するレーザ光によって形成される円柱の径はφ６ｍｍ〜φ２０ｍｍ（本実施形態ではφ６ｍｍ）であり、レンズ４３によって調整することができる。また、導光ロッド４５の内部を導かれるレーザ光によって形成される円柱の中心軸は、導光ロッド４５の中心軸（つまり、半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸ）と一致する。
【００６１】
図１１に示すように、出射側端部４５ａに到達したレーザ光は、凹部４５ｃの内側壁面（円錐形状の側面）にて全反射され、出射側端部４５ａの外側壁面（導光ロッド４５の側壁面）から保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳに向けて出射される。レーザ光は石英の出射側端部４５ａから大気中に出射される際に若干屈折される。
【００６２】
導光ロッド４５の内部を導かれるレーザ光によって形成される円柱の中心は凹部４５ｃの円錐形状の頂点に到達する。そして、凹部４５ｃの頂点で全反射されたレーザ光は出射側端部４５ａから出射されて保持部７に保持された半導体ウェハーＷの端縁部ＷＥに到達する。
【００６３】
一方、レーザ光によって形成される円柱の側面は凹部４５ｃの円錐形状の側面の所定位置（頂点と底面との間の位置）に到達する。そして、その所定位置にて全反射されたレーザ光は出射側端部４５ａから出射されて半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳの内周に到達する。
【００６４】
ここで、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳとは、円板形状の半導体ウェハーＷの最外周からそれよりも短い径の同心円までの領域であり、所定幅を有する円環形状領域である。また、半導体ウェハーＷの端縁部ＷＥとは、円板形状の半導体ウェハーＷの最外周部である。
【００６５】
図１２は、半導体ウェハーＷの主面におけるレーザ光の照射領域を示す図である。同図において、レーザ光照射領域には斜線を付している。導光ロッド４５の内部を出射側端部４５ａに向けて円柱状に導かれるレーザ光が円錐形状の凹部４５ｃの内側側面にて全反射されることによって、出射側端部４５ａから出射されたレーザ光は、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳに円環状に照射されることとなる。
【００６６】
また、補助照射部４０は、導光ロッド４５を半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸに沿ってスライド移動させるスライド駆動部４７を備えている。スライド駆動部４７としては、例えば、導光ロッド４５に連結された部材に螺合されたボールネジを回転させるパルスモータを用いることができる。スライド駆動部４７が導光ロッド４５を上昇させる（半導体ウェハーＷに近づける）と、図９および図１１から明らかなように、半導体ウェハーＷの主面における円環状のレーザ光照射領域の径が縮まる。逆に、スライド駆動部４７が導光ロッド４５を下降させる（半導体ウェハーＷから遠ざける）と、半導体ウェハーＷの主面における円環状のレーザ光照射領域の径が拡がる。
【００６７】
第１実施形態においては、半導体ウェハーＷの主面における円環状のレーザ光照射領域が、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳと一致するように、より具体的には導光ロッド４５の内部を導かれるレーザ光によって形成される円柱の中心の光が半導体ウェハーＷの端縁部ＷＥに到達するように、スライド駆動部４７が導光ロッド４５の高さ位置を調整している。なお、このような調整のために、導光ロッド４５の高さ位置をパルスモータの回転角度から検知するエンコーダをスライド駆動部４７に付設するようにしても良い。
【００６８】
さらに、補助照射部４０は、導光ロッド４５を半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸを回転中心として回転させる回転駆動部４６を備えている。回転駆動部４６としては、例えば、モータ軸が中空となっている中空モータを用いることができ、その中空部分に導光ロッド４５の下側が挿通される。
【００６９】
図１に戻り、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４およびチャンバー６の側方にシャッター機構２を備える。シャッター機構２は、シャッター板２１およびスライド駆動機構２２を備える。シャッター板２１は、ハロゲン光に対して不透明な板であり、例えばチタン（Ｔｉ）にて形成されている。スライド駆動機構２２は、シャッター板２１を水平方向に沿ってスライド移動させ、ハロゲン加熱部４と保持部７との間の遮光位置にシャッター板２１を挿脱する。スライド駆動機構２２がシャッター板２１を前進させると、チャンバー６とハロゲン加熱部４との間の遮光位置（図１の二点鎖線位置）にシャッター板２１が挿入され、下側チャンバー窓６４と複数のハロゲンランプＨＬとが遮断される。これによって、複数のハロゲンランプＨＬから熱処理空間６５の保持部７へと向かう光は遮光される。逆に、スライド駆動機構２２がシャッター板２１を後退させると、チャンバー６とハロゲン加熱部４との間の遮光位置からシャッター板２１が退出して下側チャンバー窓６４の下方が開放される。なお、導光ロッド４５は、出射側端部４５ａの高さ位置がシャッター板２１の遮光位置よりも下方となるように設置されている。このため、導光ロッド４５がシャッター板２１の進退移動の障害となることは無い。
【００７０】
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構成される。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。また、図７に示したように、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備える。上述のように、入力部３３からの入力内容に基づいて、波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、それに従ってパルス発生器３１がＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力する。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。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保持部７に保持される。また、半導体ウェハーＷは、サセプター７４の上面にて５個のガイドピン７６の内側に保持される。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。
【００７７】
半導体ウェハーＷが石英にて形成された保持部７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（表面とは反対側の主面）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。
【００７８】
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の温度が接触式温度計１３０によって測定されている。すなわち、熱電対を内蔵する接触式温度計１３０が保持部７に保持された半導体ウェハーＷの下面にサセプター７４の切り欠き部７７を介して接触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℃）。なお、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって半導体ウェハーＷを昇温するときには、放射温度計１２０による温度測定は行わない。これは、ハロゲンランプＨＬから照射されるハロゲン光が放射温度計１２０に外乱光として入射し、正確な温度測定ができないためである。
【００７９】
ところで、予備加熱中の半導体ウェハーＷには中心部分に比較して周縁部ＷＳの温度が低くなりやすい傾向が認められる。このような現象が生じる原因としては、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳからの熱放射、或いは半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳから比較的低温のサセプター７４への熱伝導などが考えられる。
【００８０】
このため、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ＷＳに対向する領域の方が高くなるように構成されており、半導体ウェハーＷの中心部よりも周縁部ＷＳに向かう光量が多くなるようにしている。また、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の内周面によっても半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳに向けて反射する光量が多くなる。
【００８１】
このようにして半導体ウェハーＷの中心部よりも周縁部ＷＳに照射されるハロゲン光量を多くしたとしても、なお半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳにおける温度低下を解消することは困難であった。この傾向は、ハロゲンランプＨＬと保持部７に保持された半導体ウェハーＷとの距離が大きくなるにつれて顕著となる。
【００８２】
このため、第１実施形態においては、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳに追加の光照射を行う補助照射部４０を設けている。補助照射部４０のレーザユニット４１は、波長８００ｎｍ〜８２０ｎｍの近赤外域の可視光レーザを出力８０Ｗ〜５００Ｗにて放出する。レーザユニット４１から放出されて光ファイバー４２によってレンズ４３へと導かれたレーザ光は、レンズ４３から導光ロッド４５の入射側端部４５ｂに入射される。レンズ４３からは鉛直方向上方に向けてレーザ光が出射され、そのレーザ光がそのまま入射側端部４５ｂに垂直に入射する。
【００８３】
図１１に示したように、入射側端部４５ｂに垂直に入射したレーザ光は、導光ロッド４５の内部を出射側端部４５ａに向かって円柱状に進行し、円錐形状の凹部４５ｃの内側壁面にて全反射されて出射側端部４５ａから保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳに向けて出射される。既述したように、導光ロッド４５の内部を進行するレーザ光によって形成される円柱の中心軸は、導光ロッド４５の中心軸と一致しており、凹部４５ｃの円錐形状の頂点に到達する。そして、導光ロッド４５の内部を出射側端部４５ａに向けて円柱状に導かれるレーザ光が円錐形状の凹部４５ｃの内側壁面にて全反射されることによって、出射側端部４５ａから出射されたレーザ光は、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの裏面の周縁部ＷＳに円環状に照射される。なお、保持部７は全体が石英にて形成されているため、導光ロッド４５から出射された波長８００ｎｍ〜８２０ｎｍの可視光レーザを透過する。一方、ハロゲン加熱部４によってある程度昇温されているシリコンの半導体ウェハーＷは波長８００ｎｍ〜８２０ｎｍのレーザ光を吸収する。従って、補助照射部４０から出射されたレーザ光は半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳに照射されて吸収され、その周縁部ＷＳの温度を上昇させる。
【００８４】
ところで、導光ロッド４５の内部を進行するレーザ光によって形成される円柱の径方向において、レーザ光の強度は通常均一ではない。図１３は、導光ロッド４５の内部を進行するレーザ光によって形成される円柱における強度分布の一例を示す図である。所定の幅を有して進行するレーザ光の断面強度分布は一般にはガウス分布となる。本実施形態においても、導光ロッド４５の内部を導かれるレーザ光によって形成される円柱の径方向に沿った強度分布は図１３に示すようなガウス分布となる。すなわち、円柱の中心を進むレーザ光の強度が最も強く、円柱の中心から周縁に向けて強度が徐々に連続的に弱くなり（単調に減少）、円柱の側面を進むレーザ光の強度が最も弱くなる。
【００８５】
このような強度分布を有するレーザ光が円錐形状の凹部４５ｃの内側壁面にて全反射されて半導体ウェハーＷの裏面の周縁部ＷＳに円環状に照射されるときに、最も強度の強い円柱の中心に沿って進むレーザ光が半導体ウェハーＷの端縁部ＷＥに到達するように、導光ロッド４５の高さ位置がスライド駆動部４７によって調整されている。すなわち、図１１に示したように、円柱の中心を進むレーザ光は凹部４５ｃの円錐形状の頂点し、その頂点で全反射されて半導体ウェハーＷの端縁部ＷＥに向かう。一方、最も強度の弱い円柱の側面に沿って進むレーザ光は、凹部４５ｃの円錐形状の側面の所定位置にて全反射され、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳの内周に到達する。その結果、半導体ウェハーＷの裏面の周縁部ＷＳに円環状に照射されたレーザ光における照度分布は、端縁部ＷＥにおいて最も強くなり、そこから周縁部ＷＳの内周に向かって徐々に弱くなる。
【００８６】
図１４は、予備加熱時における半導体ウェハーＷの径方向温度分布と周縁部ＷＳにおけるレーザ光強度分布の相関を示す図である。図１４（ｂ）に示すように、予備加熱時における半導体ウェハーＷでは、中心領域に比較して周縁部ＷＳの温度が低くなる。特に、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳにおいては、周縁部ＷＳの内周から端縁部ＷＥに向けて徐々に温度が低下しており（単調減少）、端縁部ＷＥが最も低温となる。
【００８７】
このような温度分布の半導体ウェハーＷに対して、補助照射部４０から図１４（ａ）に示すような強度分布にてレーザ光が周縁部ＷＳに円環状に照射される。すなわち、強度分布がガウス分布となるレーザ光が円錐形状の凹部４５ｃの内側壁面にて全反射されて半導体ウェハーＷの裏面周縁部ＷＳに円環状に照射されることにより、照射領域である周縁部ＷＳにおいては、周縁部ＷＳの内周から端縁部ＷＥに向けて徐々に連続的にレーザ光強度が強くなり（単調増加）、端縁部ＷＥにおいて最も強くなる。
【００８８】
従って、予備加熱時に最も低温となる半導体ウェハーＷの端縁部ＷＥに最も強いレーザ光が照射されるとともに、大きな温度低下が生じない周縁部ＷＳの内周近傍には弱いレーザ光が照射されることとなる。そして、温度が徐々に低くなる周縁部ＷＳの内周から端縁部ＷＥに向けて照射されるレーザ光の強度は徐々に強くなるのである。これにより、予備加熱時における半導体ウェハーＷの温度分布の不均一を効果的に解消するような強度分布にて補助照射部４０から周縁部ＷＳにレーザ光が照射されることとなり、周縁部ＷＳを均一に昇温して半導体ウェハーＷの面内温度分布の均一性を向上させている。なお、補助照射部４０からのレーザ光照射を開始するタイミングは、ハロゲンランプＨＬが点灯するのと同時であっても良いし、ハロゲンランプＨＬが点灯してから所定時間が経過した後であっても良いし、或いはハロゲンランプＨＬが点灯する所定時間前であっても良い。
【００８９】
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。フラッシュランプＦＬがフラッシュ光照射を行うに際しては、予め電源ユニット９５によってコンデンサ９３に電荷を蓄積しておく。そして、コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にて、制御部３のパルス発生器３１からＩＧＢＴ９６にパルス信号を出力する。
【００９０】
パルス発生器３１が出力する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入力部３３から入力することによって規定することができる。このようなパラメータを記述したレシピをオペレータが入力部３３から制御部３に入力すると、それに従って制御部３の波形設定部３２はオンオフを繰り返すパルス波形を設定する。そして、波形設定部３２によって設定されたパルス波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を出力する。その結果、ＩＧＢＴ９６のゲートにはオンオフを繰り返す波形の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。
【００９１】
また、パルス発生器３１から出力す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に高電圧を印加する。これにより、ＩＧＢＴ９６のゲートに入力されるパルス信号がオンのときにはガラス管９２内の両端電極間で必ず電流が流れ、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。制御部３からＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力するとともに、該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にトリガー電圧を印加することにより、フラッシュランプＦＬを含む回路中にのこぎり波形の電流が流れる。すなわち、ＩＧＢＴ９６のゲートに入力されるパルス信号がオンのときにはフラッシュランプＦＬのガラス管９２内に流れる電流値が増加し、オフのときには電流値が減少する。なお、各パルスに対応する個々の電流波形はコイル９４の定数によって規定される。
【００９２】
フラッシュランプＦＬを含む回路中に電流が流れることによってフラッシュランプＦＬが発光する。フラッシュランプＦＬの発光強度は、フラッシュランプＦＬに流れる電流にほぼ比例する。その結果、フラッシュランプＦＬの発光強度の時間波形ものこぎり波形に近くなり、そのような強度波形にて保持部７に保持された半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射が行われる。
【００９３】
ここで、ＩＧＢＴ９６などのスイッチング素子を使用することなくフラッシュランプＦＬを発光させた場合には、コンデンサ９３に蓄積されていた電荷が１回の発光で瞬時に消費される。このため、フラッシュランプＦＬの発光強度の波形は急激に立ち上がって急激に降下する幅が０．１ミリ秒ないし１０ミリ秒程度のシングルパルスとなる。
【００９４】
これに対して、本実施の形態のように、回路中にＩＧＢＴ９６を接続してそのゲートにパルス信号を出力することにより、当該回路がＩＧＢＴ９６によって断続的にオンオフされ、コンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに流れる電流がチョッパ制御される。その結果、いわばフラッシュランプＦＬの発光がチョッパ制御されることとなり、コンデンサ９３に蓄積された電荷はフラッシュランプＦＬにて断続的に放電されて分割して消費され、極めて短い時間の間にフラッシュランプＦＬが点滅を繰り返す。もっとも、フラッシュランプＦＬに流れる電流値が完全に”０”になる前に次のパルスがＩＧＢＴ９６のゲートに印加されて電流値が再度増加する。このため、フラッシュランプＦＬが点滅を繰り返している間も発光強度が完全に”０”になることはない。
【００９５】
なお、フラッシュランプＦＬの発光強度の時間波形は、ＩＧＢＴ９６のゲートに印加するパルス信号の波形を調整することによって適宜に変更することができる。発光強度の時間波形は、フラッシュ加熱処理の目的（例えば、注入された不純物の活性化、不純物注入時に導入された結晶欠陥の回復処理など）に応じて決定すれば良い。但し、フラッシュランプＦＬの発光強度の時間波形が如何なる形態であったとしても、１回の加熱処理におけるフラッシュランプＦＬの総発光時間は１秒以下である。ＩＧＢＴ９６のゲートに印加するパルス信号の波形は、入力部３３から入力するパルス幅の時間およびパルス間隔の時間によって調整することができる。
【００９６】
このようにしてフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射を行うことによって、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１から目標とする処理温度Ｔ２にまで緩やかに昇温してから緩やかに降温する。もっとも、半導体ウェハーＷの表面温度が緩やかに昇温してから緩やかに降温するとは言っても、それは従来のフラッシュランプアニールに比較すればのことであり、フラッシュランプＦＬの発光時間は１秒以下であるため、ハロゲンランプなどを用いた光照射加熱と比較すると著しく短時間での昇温・降温である。第１実施形態では、補助照射部４０から半導体ウェハーＷの裏面の周縁部ＷＳに円環状にレーザ光を照射して予備加熱段階での半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にしているため、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷ表面の面内温度分布も均一にすることができる。
【００９７】
フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプＨＬが消灯する。また、補助照射部４０によるレーザ光照射も停止する。これにより、半導体ウェハーＷの降温速度が高まる。また、ハロゲンランプＨＬが消灯するのと同時に、シャッター機構２がシャッター板２１をハロゲン加熱部４とチャンバー６との間の遮光位置に挿入する。ハロゲンランプＨＬが消灯しても、すぐにフィラメントや管壁の温度が低下するものではなく、暫時高温のフィラメントおよび管壁から輻射熱が放射され続け、これが半導体ウェハーＷの降温を妨げる。シャッター板２１が挿入されることによって、消灯直後のハロゲンランプＨＬから熱処理空間６５に放射される輻射熱が遮断されることとなり、半導体ウェハーＷの降温速度を高めることができる。
【００９８】
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。
【００９９】
第１実施形態においては、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱によって生じた半導体ウェハーＷの面内温度分布の不均一を補正すべく、補助照射部４０によるレーザ光照射を行っている。保持部７に保持された半導体ウェハーＷにハロゲンランプＨＬから予備加熱を行うと、半導体ウェハーＷの中心部よりも周縁部ＷＳの温度が低下する傾向が認められるが、補助照射部４０から半導体ウェハーＷの裏面周縁部ＷＳに円環状にレーザ光を照射することによって当該周縁部ＷＳを選択的に加熱して均一な面内温度分布となるようにしている。
【０１００】
特に、半導体ウェハーＷの裏面の周縁部ＷＳ全体に円環状にレーザ光が照射されるため、総発光時間が１秒以下のフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射される瞬間においても周縁部ＷＳ全体に均一にレーザ光が照射されている。このため、フラッシュ光照射時に周縁部ＷＳのうちの一部レーザ光照射領域のみが局所的に高温となることがなく、フラッシュ加熱時にも半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。
【０１０１】
また、予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布の不均一をより詳細に見ると、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳの内周から端縁部ＷＥに向けて徐々に温度が低下する傾向が認められるが、第１実施形態ではこの分布を補完するようにレーザ光照射を行っている。すなわち、強度分布がガウス分布となるレーザ光が円錐形状の凹部４５ｃの内側壁面にて全反射されて半導体ウェハーＷの裏面周縁部ＷＳに円環状に照射されることにより、周縁部ＷＳの内周から端縁部ＷＥに向けて徐々にレーザ光強度が強くなる照射を行っている。これにより、予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布の不均一をより効果的に解消することができ、半導体ウェハーＷの面内温度分布をより高精度に均一にすることができる。
【０１０２】
レーザ光の中心を単純に半導体ウェハーＷの端縁部ＷＥに合わせるようにしても、周縁部ＷＳの内周から端縁部ＷＥに向けて徐々にレーザ光強度を強くすることは可能であるが、この場合レーザ光の約半分は半導体ウェハーＷに照射されないこととなる。よって、レーザ光のエネルギー効率が低下するとともに、半導体ウェハーＷに照射されなかったレーザ光はチャンバー６のいずれかの部位に到達し、当該部位を不要に加熱することとなる。第１実施形態のようにすれば、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳにおける温度分布不均一を補完しつつも全てのレーザ光を無駄なく半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳに円環状に照射することができる。このため、レーザ光のエネルギー効率低下を抑制するとともに、チャンバー６内の予期しない部位の加熱を防止することができる。
【０１０３】
＜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。第２実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と同様である。また、第２実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同様である。第２実施形態が第１実施形態と相違するのは、補助照射部４０の導光ロッドの構成である。
【０１０４】
図１５は、第２実施形態の導光ロッド１４５の構成を示す縦断面図である。同図において、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。第２実施形態の導光ロッド１４５の本体部は石英によって形成された円柱形状の光学部材であり、その両端に入射側端部４５ｂおよび出射側端部４５ａを備える。そして、導光ロッド１４５の出射側端部４５ａには円錐形状の凹部４５ｃが形設される。すなわち、第２実施形態の導光ロッド１４５の本体部は第１実施形態の導光ロッド４５と同じである。
【０１０５】
第２実施形態においては、導光ロッド１４５の円錐形状の凹部４５ｃの内側壁面に金属膜１４６を形成している。このような金属膜１４６としては、レーザユニット４１から射出されるレーザ光に対して反射率の高い金属を用いれば良く、例えば金（Ａｕ）の膜を用いることができる。
【０１０６】
レーザ光出射部４４から出射されて入射側端部４５ｂに入射したレーザ光は、導光ロッド１４５の長手方向に沿って出射側端部４５ａに向かって円柱状に直進し、円錐形状の凹部４５ｃの内側壁面にて全反射される。第２実施形態においては、凹部４５ｃの内側壁面に金属膜１４６を形成しているため、凹部４５ｃに到達したレーザ光がその内側壁面から漏れることはなく、全てのレーザ光が確実に全反射されることとなる。このため、導光ロッド１４５に入射したレーザ光は全て無駄なく凹部４５ｃで反射されて保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳに照射されることとなり、レーザ光の利用効率低下を防止することができる。
【０１０７】
なお、図１５では凹部４５ｃの内側壁面の全面に金属膜１４６を形成しているが、導光ロッド１４５に入射したレーザ光によって形成される円柱が到達する領域にのみ金属膜１４６を形成するようにしても良い。
【０１０８】
＜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。第３実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と同様である。また、第３実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同様である。第３実施形態が第１実施形態と相違するのは、補助照射部４０の導光ロッドの構成である。
【０１０９】
図１６は、第３実施形態の導光ロッド２４５の構成を示す縦断面図である。同図において、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。第３実施形態の導光ロッド２４５の本体部は石英によって形成された円柱形状の光学部材であり、その両端に入射側端部４５ｂおよび出射側端部４５ａを備える。そして、導光ロッド２４５の出射側端部４５ａには円錐形状の凹部４５ｃが形設される。すなわち、第３実施形態の導光ロッド２４５の本体部も第１実施形態の導光ロッド４５と同じである。
【０１１０】
第３実施形態においては、導光ロッド２４５の円錐形状の凹部４５ｃに嵌合する金属体２４６を設けている。金属体２４６としては、耐熱性に優れた金属、例えばステンレススチールを用いることができる。そのような金属を凹部４５ｃに適合する円錐形状に形成して側面を鏡面研磨したものを金属体２４６として凹部４５ｃに嵌合させる。
【０１１１】
レーザ光出射部４４から出射されて入射側端部４５ｂに入射したレーザ光は、導光ロッド２４５の長手方向に沿って出射側端部４５ａに向かって円柱状に直進し、円錐形状の凹部４５ｃの内側壁面にて全反射される。第３実施形態においては、凹部４５ｃに金属体２４６を嵌合させているため、凹部４５ｃに到達したレーザ光がその内側壁面から漏れることはなく、全てのレーザ光が確実に全反射されることとなる。このため、第２実施形態と同様に、導光ロッド２４５に入射したレーザ光は全て無駄なく凹部４５ｃで反射されて保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳに照射されることとなり、レーザ光の利用効率低下を防止することができる。
【０１１２】
なお、金属体２４６の側面（つまり、凹部４５ｃとの接触面）に第２実施形態と同様の金属膜を成膜するようにしても良い。このようにしても、凹部４５ｃに到達したレーザ光を確実に全反射させることができる。
【０１１３】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と同様である。また、第４実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同様である。第４実施形態が第１実施形態と相違するのは、補助照射部４０の導光ロッドの構成である。
【０１１４】
図１７は、第４実施形態の導光ロッド３４５を示す図である。同図において、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。第４実施形態の導光ロッド３４５は、石英によって形成された円柱形状の光学部材である。導光ロッド３４５は、その円柱形状の長手方向を保持部７に保持された半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸに沿わすように設けられている。
【０１１５】
棒状の導光ロッド３４５の両端部は入射側端部４５ｂおよび出射側端部４５ａとされている。入射側端部４５ｂは第１実施形態と同様に平坦面であるが、出射側端部４５ａにはアキシコンレンズ３４６が付設されている。アキシコンレンズ３４６は、導光ロッド３４５の内部から保持部７に保持された半導体ウェハーＷに向けて径が小さくなる円錐形状のレンズである。円錐形状のアキシコンレンズ３４６の中心軸は、半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸと一致する。アキシコンレンズ３４６は、導光ロッド３４５の本体部とは別体に加工して平坦な出射側端部４５ａに接合するようにしても良いし、導光ロッド３４５と一体に成型加工するようにしても良い。
【０１１６】
レーザ光出射部４４から出射されて平坦面である入射側端部４５ｂに垂直に入射したレーザ光は、導光ロッド３４５の長手方向に沿って直進する。下端の入射側端部４５ｂから入射されたレーザ光は導光ロッド４５の内部を上方の出射側端部４５ａに向かって円柱状に進行する。導光ロッド３４５の内部を導かれるレーザ光によって形成される円柱の中心軸は、導光ロッド３４５の中心軸（つまり、半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸ）と一致する。
【０１１７】
図１７に示すように、出射側端部４５ａのアキシコンレンズ３４６に到達したレーザ光は、アキシコンレンズ３４６の壁面にて屈折され、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳに向けて出射される。導光ロッド３４５の内部を導かれるレーザ光によって形成される円柱の中心は円錐形状のアキシコンレンズ３４６の頂点に到達する。そして、アキシコンレンズ３４６の頂点で屈折されたレーザ光は半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳの内周に到達する。一方、レーザ光によって形成される円柱の側面はアキシコンレンズ３４６の側面の所定位置（頂点と底面との間の位置）に到達する。そして、その所定位置にて屈折されたレーザ光は半導体ウェハーＷの端縁部ＷＥに到達する。
【０１１８】
このようにしても、導光ロッド３４５の出射側端部４５ａから出射されたレーザ光は、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳに円環状に照射されることとなる。その結果、予備加熱時に温度低下の傾向が認められる半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳを選択的に加熱して半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。
【０１１９】
但し、第１実施形態から第３実施形態の反射に比較すると、第４実施形態の屈折はレーザ光の光路変更角度が小さい。従って、出射されたレーザ光を半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳに到達させるためには、第１実施形態から第３実施形態に比較して導光ロッド３４５と保持部７に保持された半導体ウェハーＷとの距離を長く確保せざるを得ず、チャンバー６を大型化する必要が生じる。
【０１２０】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と同様である。また、第５実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と概ね同様である。第５実施形態が第１実施形態と相違するのは、補助照射部４０によるレーザ光照射の態様である。
【０１２１】
図１８は、第５実施形態におけるレーザ光照射を示す図である。第５実施形態においては、導光ロッド４５の出射側端部４５ａから半導体ウェハーＷの裏面の周縁部ＷＳに円環状にレーザ光を照射しつつ、矢印ＡＲ１８にて示すように、回転駆動部４６が半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸを回転中心として導光ロッド４５を回転させる。これにより、円環状のレーザ光照射領域が半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳにて中心軸ＣＸを中心に回転する。
【０１２２】
円環状のレーザ光照射領域を円環状の周縁部ＷＳに対して中心軸ＣＸを中心に回転させたとしても、理論上は回転による変化は無く、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳへのレーザ光照射状態が維持される。しかし、第１実施形態において、導光ロッド４５の内部を導かれるレーザ光によって形成される円柱の中心を完全に凹部４５ｃの頂点に一致させ、その頂点で反射されたレーザ光を正確に半導体ウェハーＷの端縁部ＷＥの全周に渡って到達させることは容易ではないため、レーザ光照射領域が周縁部ＷＳに対して若干ずれることもあり得る。このような場合には、第５実施形態のように導光ロッド４５を半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸを回転中心として回転させることにより、そのようなずれに起因した周縁部ＷＳに対する不均一な加熱を解消することができる。なお、導光ロッド４５を回転させる点以外の残余については第１実施形態と同様である。
【０１２３】
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態について説明する。第６実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と同様である。また、第６実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と概ね同様である。第６実施形態が第１実施形態と相違するのは、補助照射部４０によるレーザ光照射の態様である。
【０１２４】
図１９は、第６実施形態におけるレーザ光照射を示す図である。第６実施形態においては、導光ロッド４５の出射側端部４５ａから半導体ウェハーＷの裏面の周縁部ＷＳに円環状にレーザ光を照射しつつ、矢印ＡＲ１９にて示すように、スライド駆動部４７が半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸに沿って導光ロッド４５を往復移動させている。これにより、矢印ＡＲ２０に示すように、半導体ウェハーＷの裏面における円環状のレーザ光照射領域の径が拡大と縮小とを繰り返す。
【０１２５】
予備加熱時に半導体ウェハーＷの中心領域に比較して温度が低下している周縁部ＷＳの幅と補助照射部４０による円環状のレーザ光照射領域の幅とが完全に一致しない場合もある。このような場合には、第６実施形態のように導光ロッド４５を半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸに沿って往復移動させることにより、温度低下が生じている周縁部ＷＳの全体を均一に加熱することができる。なお、導光ロッド４５を往復移動させる点以外の残余については第１実施形態と同様である。
【０１２６】
＜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、導光ロッド４５の材質を石英としていたが、これに限定されるものではなく、例えばサファイアなどレーザ光を透過する性質を有するものであれば良い。
【０１２７】
また、上記各実施形態においては、レーザユニット４１から放出されたレーザ光を光ファイバー４２によってレンズ４３へと導くようにしていたが、これに代えて、コリメートレンズと全反射鏡とを用いてレーザユニット４１から放出されたレーザ光をレンズ４３へ導くようにしても良い。
【０１２８】
また、上記各実施形態においては、フラッシュランプＦＬの駆動回路にＩＧＢＴ９６を組み込んでフラッシュランプＦＬを流れる電流をチョッパ制御するようにしていたが、ＩＧＢＴ９６を組み込んでいない駆動回路であっても本発明に係る技術を適用することができる。すなわち、予備加熱段階で相対的に低温となっている半導体ウェハーＷの周縁部ＷＳに補助照射部４０から円環状にレーザ光照射を行って周縁部ＷＳを昇温して面内温度分布の均一性を向上させ、その状態にて通電がチョッパ制御されていないシングルパルスの波形にてフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射するようにしても最終的なフラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。
【０１２９】
また、上記各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ＦＬ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。
【０１３０】
また、パルス信号の波形の設定は、入力部３３から逐一パルス幅等のパラメータを入力することに限定されるものではなく、例えば、オペレータが入力部３３から波形を直接グラフィカルに入力するようにしても良いし、以前に設定されて磁気ディスク等の記憶部に記憶されていた波形を読み出すようにしても良いし、或いは熱処理装置１の外部からダウンロードするようにしても良い。
【０１３１】
また、上記各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。
【０１３２】
また、上記各実施形態においては、ハロゲンランプＨＬからのハロゲン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いたが、予備加熱の手法はこれに限定されるものではなく、ホットプレートに載置すること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。もっとも、ホットプレートは、同心円状に区分けされたゾーンごとに個別に温調可能であり、ゾーン制御によって半導体ウェハーＷの周縁部の温度低下を解消できるため、上記実施形態のように光照射によって半導体ウェハーＷの予備加熱を行う装置に本発明に係る技術を適用した方がより顕著な効果が得られる。
【０１３３】
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】
【０１３４】
１  熱処理装置
２  シャッター機構
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
４０  補助照射部
４１  レーザユニット
４４  レーザ光出射部
４５，１４５，２４５，３４５  導光ロッド
４５ａ  出射側端部
４５ｂ  入射側端部
４５ｃ  凹部
４６  回転駆動部
４７  スライド駆動部
６５  熱処理空間
７４  サセプター
１４６  金属膜
２４６  金属体
３４６  アキシコンレンズ
ＣＸ  中心軸
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
ＷＥ  端縁部
ＷＳ  周縁部
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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