(57)【要約】【課題】基板と位置規制部との接触を防止することにより、フラッシュランプによる熱処理時における基板の破損を防止する。【解決手段】熱処理装置は、基板９を保持する保持部７、保持部７を昇降する保持部昇降機構、基板９にフラッシュランプからの光を照射して加熱する光照射部、および、保持部７の上方にて基板９を支持する３本の支持ピン７０を有する基板支持部７００を備える。保持部７のサセプタ７２は、基板９が載置される載置面７２２、および、載置面７２２の周囲に設けられた傾斜した側面７２３を備える。熱処理装置では、基板支持部７００から保持部７への基板９の移載時に、極めて低速（秒速１ｍｍ以下）にて基板９を上昇させることにより、載置面７２２上における基板９の横滑りを防止して基板９と側面７２３との接触を防止し、熱処理時における基板９の破損を防止することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に光を照射して加熱を伴う処理を行う熱処理装置であって、
基板の位置を前記基板の周縁部側から規制する位置規制部が設けられた水平な載置面に前記基板が載置される基板保持部と、
前記載置面に対向する少なくとも１つのフラッシュランプを有する光照射部と、
前記載置面の上方において基板の下面に当接して前記基板を支持する基板支持部と、
基板の下面に当接する前記基板支持部の先端部を前記載置面に形成された開口を介して前記載置面の上方から下方へと相対的に移動することにより、前記基板支持部から前記基板保持部の前記載置面に前記基板を移載する移載機構と、
前記移載機構を制御することにより、前記基板支持部に支持される基板が前記載置面に当接する際に、前記基板保持部の前記基板支持部に対する相対移動速度を秒速１ｍｍ以下とする制御部と、
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に記載の熱処理装置であって、
前記載置面に載置される基板の熱処理時の表面温度まで前記基板全体が加熱されると仮定した場合において、前記基板の外周と前記位置規制部との間の距離が０．５ｍｍ以上とされることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱処理装置であって、
前記基板支持部により、前記載置面に対して傾斜した姿勢で基板が支持されることを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の熱処理装置であって、
前記基板支持部の前記先端部が、上方に向かって伸びる３以上の支持ピンの先端であり、前記開口が前記３以上の支持ピンがそれぞれ挿入される複数の微小開口であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の熱処理装置であって、
前記載置面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の熱処理装置であって、
前記基板保持部がヒータを備え、
前記基板支持部により支持される基板が、前記基板保持部に移載される直前に前記基板保持部からの輻射熱により所定の時間だけ加熱されることを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
基板に光を照射して加熱を伴う処理を行う熱処理装置であって、
基板の位置を前記基板の周縁部側から規制する位置規制部が設けられた水平な載置面に前記基板が載置される基板保持部と、
前記載置面に対向する少なくとも１つのフラッシュランプを有する光照射部と、
を備え、
前記載置面に載置される基板の熱処理時の表面温度まで前記基板全体が加熱されると仮定した場合において、前記基板の外周と前記位置規制部との間の距離が０．５ｍｍ以上とされ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、基板に加熱を伴う処理を行う熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体基板等（以下、単に「基板」という。）の製造の様々な段階において基板に対する熱処理が行われており、熱処理方法の１つとして急速加熱工程（Rapid Thermal Process、以下、「ＲＴＰ」という。）が利用されている。ＲＴＰでは、処理室内の基板をハロゲンランプ等で加熱して短時間で所定の温度まで昇温することにより、酸化膜等の絶縁膜の薄膜化、イオン注入法により添加した不純物の活性化工程における不純物の再拡散抑制等、従来の電気炉による長時間の熱処理では困難であった処理を実現することができる。また、近年、基板の加熱源としてフラッシュランプを用いて、さらに短時間で基板を加熱する技術も提案されている。
【０００３】
ところで、ＲＴＰに限らず、基板に熱処理を行う熱処理装置では、基板保持部に基板を載置する際の、基板下面と基板保持部上面との間に生じるエアベアリング現象による基板の位置ずれを防止する技術が利用されている。例えば、特許文献１では、基板が基板保持部（熱処理板）の上面に接近した時点から基板の下降速度を低下させて基板保持部上に載置することにより、エアベアリング現象の発生を防止して基板の水平方向への位置ずれ（すなわち、横滑り）を防止する技術が開示されている。
【０００４】
熱処理装置では、基板の位置ずれを防止して位置決めをするためのポケットが基板保持部に設けられる場合もあり、ポケットの大きさは通常、常温時の基板の大きさより十分大きくされる。ポケットの大きさは装置によって様々であり、例えば、特許文献２では、常温時の半導体ウエハの大きさを基準として、ポケットの直径が半導体ウエハの直径より２ｍｍ大きくされる（すなわち、半導体ウエハの外周とポケット側壁との間の距離が１ｍｍとされる）。また、特許文献３および特許文献４においても同様に、常温時の半導体ウエハの大きさを基準として、半導体ウエハの外周とポケット（座ぐり部）側壁との間の距離が、それぞれ０．９ｍｍおよび２．５ｍｍとされる。
【０００５】
一方、特許文献５では、基板保持部上に載置した基板を基板保持部からの伝熱により片面側から加熱して処理する装置において、基板保持部に載置される前の基板を、基板保持部から一定の距離だけ離れた位置にて支持し、基板保持部からの放射熱により予備的に加熱することにより、基板保持部上に載置して熱処理する際に発生する基板の変形を防止し、基板に対する処理の均一性を向上する技術が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−９７３２４号公報
【特許文献２】特開平５−２１１１２６号公報
【特許文献３】特開平７−５８０４１号公報
【特許文献４】特開２０００−１０３６９６号公報
【特許文献５】特開２００２−３０２７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、フラッシュランプを用いて基板に熱処理を行う装置においても通常、基板が横滑りした場合であっても位置を規制するために、ポケット等が基板保持部に設けられる。このような熱処理装置では、極めて短時間に基板の温度を上昇させるため基板が急速に熱膨張する。このとき、基板の外周がポケット側壁に接触していると、あるいは、熱膨張によりポケット側壁に接触すると基板が破損してしまうことがある。
【０００７】
基板とポケットとの接触を防止するために、特許文献２〜特許文献４に開示されるように、基板の外周とポケット側壁との間に隙間を設けることが考えられる。しかしながら、フラッシュランプを用いる熱処理装置では、フラッシュランプからの光が極めて短時間だけ基板に照射されて基板の表面温度が他の部位の温度に比べて急速に上昇するため、熱処理時の基板の膨張の様子を正確に把握することは難しく、特許文献２〜特許文献４に開示されるような常温時の基板の大きさを基準とする方法では、基板の外周とポケット側壁との間の距離を適切に決定することが困難である。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板と位置規制部との接触を防止することにより、熱処理時における基板の破損を防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、基板に光を照射して加熱を伴う処理を行う熱処理装置であって、基板の位置を前記基板の周縁部側から規制する位置規制部が設けられた水平な載置面に前記基板が載置される基板保持部と、前記載置面に対向する少なくとも１つのフラッシュランプを有する光照射部と、前記載置面の上方において基板の下面に当接して前記基板を支持する基板支持部と、基板の下面に当接する前記基板支持部の先端部を前記載置面に形成された開口を介して前記載置面の上方から下方へと相対的に移動することにより、前記基板支持部から前記基板保持部の前記載置面に前記基板を移載する移載機構と、前記移載機構を制御することにより、前記基板支持部に支持される基板が前記載置面に当接する際に、前記基板保持部の前記基板支持部に対する相対移動速度を秒速１ｍｍ以下とする制御部とを備える。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱処理装置であって、前記載置面に載置される基板の熱処理時の表面温度まで前記基板全体が加熱されると仮定した場合において、前記基板の外周と前記位置規制部との間の距離が０．５ｍｍ以上とされる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の熱処理装置であって、前記基板支持部により、前記載置面に対して傾斜した姿勢で基板が支持される。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記基板支持部の前記先端部が、上方に向かって伸びる３以上の支持ピンの先端であり、前記開口が前記３以上の支持ピンがそれぞれ挿入される複数の微小開口である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記載置面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下である。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記基板保持部がヒータを備え、前記基板支持部により支持される基板が、前記基板保持部に移載される直前に前記基板保持部からの輻射熱により所定の時間だけ加熱される。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、基板に光を照射して加熱を伴う処理を行う熱処理装置であって、基板の位置を前記基板の周縁部側から規制する位置規制部が設けられた水平な載置面に前記基板が載置される基板保持部と、前記載置面に対向する少なくとも１つのフラッシュランプを有する光照射部とを備え、前記載置面に載置される基板の熱処理時の表面温度まで前記基板全体が加熱されると仮定した場合において、前記基板の外周と前記位置規制部との間の距離が０．５ｍｍ以上とされる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、基板と位置規制部との接触を防止することにより熱処理時における基板の破損を防止することができる。請求項１の発明では、基板の移載時における横滑りを防止することにより、基板と位置規制部との接触防止が実現される。また、請求項２および７の発明では、熱処理により膨張した基板と位置規制部との接触を防止することができる。
【００１７】
請求項３の発明では、基板の移載時に載置面と基板の下面との間の気体を効率よく押し出すことにより、基板の横滑りをより確実に防止することができる。請求項５の発明では、算術平均粗さＲａが小さく、基板が横滑りしやすい載置面に基板が移載される場合であっても、基板の横滑りを防止することができる。また、請求項６の発明では、基板の変形を減少させ、基板の変形に起因する横滑りを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る熱処理装置１の構成を示す図である。熱処理装置１は半導体基板９（以下、「基板９」という。）に光を照射して加熱を伴う処理である熱処理を行う装置である。
【００１９】
熱処理装置１は、略円筒状の内壁を有するチャンバ側部６３、および、チャンバ側部６３の下部を覆うチャンバ底部６２を備え、これらにより略円板状の基板９を熱処理する空間（以下、「チャンバ」という。）６５を形成するとともに上部に開口（以下、「上部開口」という。）６０が形成されたチャンバ本体６が構成される。
【００２０】
また、熱処理装置１は、上部開口６０に装着されて上部開口６０を閉塞する閉塞部材である透光板６１、チャンバ本体６の内部において基板９を保持しつつ予備的に加熱する略円板状の保持部７、保持部７をチャンバ本体６の底面であるチャンバ底部６２に対して昇降する保持部昇降機構４、保持部７に保持される基板９に透光板６１を介して光を照射することにより基板９を加熱する光照射部５、保持部７の上方（図１中の（＋Ｚ）側）において基板９の下面（すなわち、光照射部５からの光が照射される側とは反対側の面）に当接して基板９を支持する基板支持部７００、および、これらの構成を制御して熱処理を行う制御部３を備える。
【００２１】
透光板６１は、例えば、石英等の赤外線透過性を有する材料により形成されるとともに上部開口６０を閉塞し、光照射部５からの光を透過してチャンバ６５に導く窓部材（すなわち、チャンバ窓）として機能する。チャンバ底部６２およびチャンバ側部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性を有するアルミニウム（Ａｌ）合金等で形成されている。
【００２２】
チャンバ側部６３は、基板９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６６３により開閉可能とされる。チャンバ側部６３の搬送開口部６６とは反対側の部位にはチャンバ６５に処理ガス（例えば、窒素（Ｎ２）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス、場合によっては、酸素（Ｏ２）ガス等）を導入する導入路８１が形成され、片方の端は弁８２を介して図示省略の給気機構に接続され、もう一方の端はチャンバ側部６３の内部に形成されるガス導入チャンネル８３に接続される。また、搬送開口部６６にはチャンバ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。
【００２３】
図２は、チャンバ本体６をガス導入チャンネル８３の位置でＺ方向に垂直な面で切断した断面図である。図２に示すように、ガス導入チャンネル８３は、図１に示す搬送開口部６６の反対側においてチャンバ側部６３の全周の約１／３に亘って形成されており、導入路８１を介してガス導入チャンネル８３に導かれた処理ガスは、複数のガス供給孔８４からチャンバ６５内へと供給される。
【００２４】
図１に示す光照射部５は、複数（本実施の形態においては３０本）のキセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」という。）５１、リフレクタ５２および透光板５３（光学窓）を有する。複数のフラッシュランプ５１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（図１中のＹ方向）が保持部７に保持される基板９の主面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。リフレクタ５２は、複数のフラッシュランプ５１の上方にそれら全体を覆うように設けられる。また、透光板５３は、石英ガラスにより形成され、透光板６１との間に所定の間隙を設けて光照射部５の下面に設置される。熱処理装置１では、メンテナンス時に光照射部５をチャンバ本体６に対して相対的に上昇させて（＋Ｘ）方向へと移動する照射部移動機構５５がさらに設けられる。
【００２５】
熱処理装置１では、基板９の熱処理時にフラッシュランプ５１および保持部７から発生する熱エネルギーによるチャンバ本体６および光照射部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（図示省略）を備えている。例えば、チャンバ本体６のチャンバ側部６３およびチャンバ底部６２には水冷管が設けられており、光照射部５は内部に気体を供給する供給管とサイレンサ付きの排気管が設けられて空冷構造とされている。
【００２６】
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、ボールねじ４５、ナット４６およびモータ４０を有する。チャンバ本体６の下部であるチャンバ底部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、開口６４に挿入され、保持部７の下面に接続されて保持部７を支持する。
【００２７】
移動板４２にはボールねじ４５が挿入されたナット４６が固定されており、移動板４２は、チャンバ底部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。
【００２８】
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を介してボールねじ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ねじ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に沿って移動する。この結果、シャフト４１が図１中のＺ方向に移動し、シャフト４１に接続された保持部７が、基板９の熱処理時にチャンバ本体６の内部にて滑らかに昇降する。
【００２９】
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がボールねじ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たとしても、メカストッパ４５１の上端がボールねじ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は透光板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と透光板６１との衝突が防止される。
【００３０】
また、保持部昇降機構４は、チャンバ本体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ねじ４５を回転して保持部７の昇降が行われる。
【００３１】
チャンバ底部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底部６２の下面に接続される。ベローズ４７のもう一方の端にはベローズ下端板４７１が取り付けられ、ベローズ下端板４７１はシャフト４１に取り付けられる鍔状部材４１１にねじ止めされてチャンバ６５を気密状態に保つ。保持部昇降機構４により保持部７がチャンバ底部６２に対して上昇する際にはベローズ４７は収縮され、下降する際にはベローズ４７が伸張される。
【００３２】
基板支持部７００は、チャンバ底部６２から保持部７を貫通して上方に向かって伸びる３本の支持ピン７０を備え、支持ピン７０の先端は、基板９の下面に当接して基板９を支持する。支持ピン７０は、例えば石英により形成されており、チャンバ本体６の外部からチャンバ底部６２に固定されているため、容易に取り替えることができる。
【００３３】
図３は、保持部７近傍を示す拡大図である。図３では、図示の都合上、保持部７およびシャフト４１の（−Ｘ）側のみを断面にて示す。保持部７は、基板９を予備加熱（いわゆる、アシスト加熱）するホットプレート７１、および、ホットプレート７１の上面（保持部７が基板９を保持する側の面）に設置されるサセプタ７２を有し、保持部７（ホットプレート７１）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。保持部７（すなわち、ホットプレート７１およびサセプタ７２）には、基板支持部７００の支持ピン７０が挿入される３つの貫通孔７７が、保持部７の下面の中心部に接続されるシャフト４１を略中心とする円周上に等間隔にて設けられる。
【００３４】
厚さ３ｍｍ〜５ｍｍのサセプタ７２の（＋Ｚ）側には、基板９を保持するポケットである凹部７２１が形成され、凹部７２１の深さは基板９の厚さと同程度ないし１ｍｍ程度とされる。サセプタ７２は石英（窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等であってもよい。）により形成される。保持部７では、サセプタ７２がその下面をホットプレート７１の上面に面接触させてホットプレート７１上に載置されるため、サセプタ７２がホットプレート７１により加熱されると、ホットプレート７１からの熱エネルギーが拡散して基板９に伝導される。これにより基板９が均一に加熱される。なお、メンテナンス時にはサセプタ７２はホットプレート７１から取り外して洗浄可能とされる。
【００３５】
図４は、サセプタ７２を示す平面図である。図４に示すように、凹部７２１（図３参照）の略円形の底面（すなわち、（＋Ｚ）側を向く面であり、後述のように、基板９が載置される面であるため、以下、「載置面」という。）７２２には、３つの貫通孔７７（図３参照）の（＋Ｚ）側の微小な開口７７１が形成され、開口７７１には支持ピン７０（図３参照）がそれぞれ挿入される。載置面７２２は、算術平均粗さＲａが０．５μｍ（マイクロメートル）以下の平滑面とされ、また、平面度は０．５ｍｍ以下（好ましくは、０．３ｍｍ以下、さらに好ましくは、０．１ｍｍ以下）とされる。図３および図４に示すように、載置面７２２の周囲に設けられた凹部７２１の側面７２３は、載置面７２２の外周から上側に向かうにつれて径が漸次増大する傾斜面であり、側面７２３の載置面７２２に対する傾斜角は約５〜３０°とされる。熱処理装置１では、保持部７の取り付け時に、載置面７２２が水平になるように予め調整が行われている。
【００３６】
図３に示すように、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を有し、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。
【００３７】
図５は、ホットプレート７１を示す平面図である。図５に示すように、ホットプレート７１は、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７１１，７１２の周囲の略円環状の領域を周方向に等分割した４つのゾーン７１３〜７１６を備え、各ゾーン間には間隙が形成されている。また、支持ピン７０（図３参照）が挿入される３つの貫通孔７７は、ゾーン７１１の外周上に１２０°毎に設けられる。
【００３８】
ゾーン７１１〜７１６にはそれぞれ独立する抵抗加熱線７６が周回するように配設されてヒータが形成されており、各ゾーンに内蔵されたこれら複数のヒータにより各ゾーンが個別に加熱される。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、センサ７１０は略円筒状のシャフト４１（図３参照）の内部を通り制御部３（図１参照）に接続される。
【００３９】
ホットプレート７１が加熱される際には、センサ７１０により計測されるゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が予め決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，Differential）制御により行われる。ホットプレート７１では、基板９の熱処理（複数の基板９を連続的に処理する場合は、全ての基板９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。
【００４０】
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（図３参照）の内部を通り電力供給源（図示省略）に接続され、電力供給源から各ゾーンまでの間、電力供給源からの２本の抵抗加熱線７６は、図６の断面図に示すように、マグネシア（マグネシウム酸化物）等の絶縁体７６２を充填したステンレスチューブ７６３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。
【００４１】
図３に示すように、基板支持部７００では、（−Ｘ）側の１本の支持ピン７０が他の２本の支持ピン７０より僅かに高くされているため、基板９は、凹部７２１の載置面７２２に対して傾斜した姿勢（すなわち、基板９の（−Ｘ）側が（＋Ｘ）側に比べて載置面７２２から離れた姿勢）で基板支持部７００により支持される。例えば、３本の支持ピン７０が直径１６０ｍｍの円周上に１２０°毎に配置されており、そのうちの１本が他の２本より１ｍｍだけ高くされ、基板９の載置面７２２に対する傾きが約０．４８°とされる。なお、基板支持部７００では、基板９を載置面７２２に対して傾斜した姿勢で支持できるのであれば、必ずしも（−Ｘ）側の支持ピン７０が高くされる必要はなく、３本の支持ピン７０のうちいずれか１本が他の２本より僅かに高く、または、低くされるのみでよい。
【００４２】
熱処理装置１では、保持部昇降機構４（図１参照）により保持部７が上昇することにより、基板９を支持する３本の支持ピン７０の先端が、開口７７１を介して載置面７２２の上方から下方へと相対的に移動する。その結果、基板支持部７００から、保持部７の載置面７２２中央の所定の載置位置（図４中に二点鎖線にて示す位置）へと基板９が移載される。熱処理装置１では、後述のように、載置面７２２への移載時に基板９の横滑りが防止されるが、万一、基板９が載置面７２２上で横滑りを起こした場合であっても、側面７２３が基板９の位置を基板９の周縁部側から規制する位置規制部として機能する（すなわち、側面７２３が横滑りした基板９の周縁部に当接して基板９の位置ずれを一定範囲内に規制する）ため、基板９が載置面７２２上から飛び出すことなく、基板９の下面全体が載置面７２２と当接した状態で載置面７２２上に載置される。
【００４３】
保持部７では、載置面７２２に載置された基板９が熱処理時に膨張して側面７２３に接触することを防止するために、熱処理時の基板９の大きさ（直径）に基づいて載置面７２２の大きさ（直径）が定められる。以下、載置面７２２の大きさを定める方法について説明する。
【００４４】
熱処理装置１では、載置面７２２に対向する光照射部５の複数のフラッシュランプ５１（図１参照）から、極めて短く強い閃光が基板９に照射されて基板９の上面の表面温度が他の部位の温度に比べて急速に上昇する。しかしながら、深さ方向に温度分布を有する基板９の熱膨張の様子を正確に把握することは困難である。そこで、基板９全体が熱処理時の基板９の上面の表面温度まで加熱されると仮定して、基板９の線膨張係数を用いて熱処理時の基板９の大きさ（すなわち、熱膨張した基板９の直径）が求められる。基板９がシリコンにより形成される場合には、基板９の線膨張係数は基板９の絶対温度に依存し、基板９の絶対温度をＴ（Ｋ：ケルビン）とすると、線膨張係数α(Ｔ)（Ｋ−１）は数１のように表される。
【００４５】
【数１】
2006019565.tif 000003
【００４６】
表１は、常温時の直径が２００ｍｍおよび３００ｍｍのシリコンの基板９について、基板９の温度と基板９の直径および直径の増分との関係を示す表であり、図７は、基板９の温度と基板９の直径の増分との関係を示す図である。図７中に示す線１０１は、直径２００ｍｍの基板９の直径の増分を示し、線１０２は直径３００ｍｍの基板９の直径の増分を示す。
【００４７】
【表１】
2006019565.tif 000004
【００４８】
基板９が直径２００ｍｍ、直径の公差０．５ｍｍのシリコン基板である場合、シリコンの融点近傍（１４００℃）における基板９の直径は表１に示すように２０１．２８ｍｍであるため、熱処理時の基板９の最大直径は２０１．７８ｍｍとなる。保持部７では、図４に示すように熱処理時の基板９の外周と位置規制部である側面７２３（正確には、載置面７２２と接する側面７２３の下端）との間の距離Ｄが０．５ｍｍ以上とされる。すなわち、載置面７２２の直径が、熱処理時の基板９の最大直径より１ｍｍ以上大きい値（例えば、２０３ｍｍ）とされる。また、基板９が直径３００ｍｍ、直径の公差０．２ｍｍのシリコン基板である場合には、載置面７２２の直径は、上記と同様に、熱処理時の基板９の最大直径３０２．１２ｍｍより１ｍｍ以上大きい値（例えば、３０３．３ｍｍ）とされる。
【００４９】
なお、載置面７２２の直径を基板９の直径に比べてあまり大きくすると、万一、基板９が横滑りした場合に基板９が所定の載置位置から大きくずれ、熱処理装置１に隣接するトランスポートチャンバの搬送ロボット（図示省略）による基板９の熱処理装置１からの搬出が困難となったり、基板９を最終的にカセットに収納するインデクサアーム（図示省略）による基板９の姿勢補正（すなわち、センタリング）が不能となる可能性もある。載置面７２２の直径の上限はこれらの点を考慮して決定され、本実施の形態では、載置面７２２の直径は基板９の直径に５ｍｍ加えた値以下とされることが好ましい。
【００５０】
図８および図９は、基板９を熱処理する際の熱処理装置１の動作の流れを示す図である。本実施の形態では、基板９はイオン注入法により不純物が添加された半導体基板であり、熱処理装置１による熱処理により添加された不純物の活性化が行われる。
【００５１】
熱処理装置１により基板９が熱処理される際には、まず、保持部７が図１に示すようにチャンバ底部６２に近接した位置に配置される。以下、図１における保持部７のチャンバ６５内における位置を「受渡位置」という。保持部７が受渡位置にあるとき、支持ピン７０の先端は、保持部７を貫通して保持部７の上方に位置する。次に、弁８２および８７が開かれてチャンバ６５内に常温の窒素ガスが導入される（ステップＳ１１）。続いて、搬送開口部６６が開放され、制御部３により制御される搬送ロボット（図示省略）により搬送開口部６６を介して基板９がチャンバ６５内に搬入され（ステップＳ１２）、基板支持部７００の支持ピン７０上に載置面７２２に対して傾斜した姿勢で載置される。
【００５２】
基板９の搬入時におけるチャンバ６５への窒素ガスのパージ量は約４０リットル／分とされ、供給された窒素ガスは排出路８６および弁８７を介してユーティリティ排気により排気される。また、チャンバ６５に供給された窒素ガスの一部は、ベローズ４７の内側に設けられる排出口（図示省略）からも排出される。なお、以下で説明する各ステップにおいて、チャンバ６５には常に窒素ガスが供給および排気され続けており、窒素ガスのパージ量は基板９の処理工程に合わせて様々に変更される。
【００５３】
基板９がチャンバ６５内に搬入されると、図１に示すゲートバルブ６６３により搬送開口部６６が閉鎖され（ステップＳ１３）、保持部昇降機構４により保持部７が受渡位置から上昇し、支持ピン７０に支持される基板９の下方で基板９に近接した位置（以下、「第１中間位置」という。）に位置する（ステップＳ１４）。保持部７では、ホットプレート７１のゾーン７１１〜７１６（図５参照）が、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）に個別に配設された抵抗加熱線７６により予め所定の温度（２００℃ないし６００℃程度、好ましくは３５０℃ないし５５０℃程度）に加熱されており、基板９は保持部７からの輻射熱により所定の時間だけ予備的に加熱され、基板９の温度（平均温度）が次第に上昇して所定の温度（以下、「第１予備加熱温度」という。）とされる（ステップＳ１５）。
【００５４】
保持部７からの輻射熱による基板９の予備加熱が完了すると、制御部３に制御される保持部昇降機構４により保持部７が第１中間位置から極めて低速にて上昇し、図３に示すサセプタ７２の載置面７２２が基板９の下面の（＋Ｘ）側に当接する。そして、保持部７がさらに上昇することにより、基板支持部７００に支持される基板９の下面が（＋Ｘ）側から徐々に載置面７２２に当接し、基板９が基板支持部７００から保持部７の載置面７２２の略中央へとゆっくり移載される（ステップＳ１６）。
【００５５】
表２および表３は、基板９が載置面７２２に当接する際の保持部７の上昇速度（すなわち、基板９に対する保持部７の相対移動速度）と基板９の横滑りの発生との関係を示す表である。表２は、保持部７を加熱せず室温において行った実験結果を示し、表３は、保持部７を５００℃まで加熱した状態で行った実験結果を示す。
【００５６】
【表２】
2006019565.tif 000005
【００５７】
【表３】
2006019565.tif 000006
【００５８】
基板９の横滑りは、基板９が平滑な載置面７２２上に移載される際に発生する、いわゆるエアベアリング現象に起因する。ここで、エアベアリング現象とは、基板９の下面と載置面７２２との間の気体（本実施の形態では、窒素ガス）が、基板９の下方から完全には押し出されずに基板９と載置面７２２との間に気体の膜（いわゆる、エアフィルム）を形成し、これにより基板９と載置面７２２との間の摩擦係数が激減する現象を指す。表２に示すように、保持部７の上昇速度が大きいほど、基板９と載置面７２２との間の気体が基板９の下方から逃れにくくなり、基板９の下方にエアフィルムが形成されて横滑りが発生しやすくなる。また、保持部７の温度が高いほど、載置面７２２の上方で上昇気流が発生しやすくなり、基板９の下方への気体の流入量が多くなるため、エアフィルムがより形成されやすくなって横滑りが発生しやすくなると考えられる。
【００５９】
熱処理装置１では、表２および表３に示す実験結果に基づいて、基板支持部７００に支持される基板９が載置面７２２に当接する際の保持部７の上昇速度（すなわち、保持部７の基板支持部７００に対する相対移動速度）が、秒速０．１ｍｍ以下（好ましくは、秒速０．０７ｍｍ以下）とされる。その結果、基板９の移載時における基板９の横滑りが防止される。また、基板９が載置面７２２に対して傾斜した姿勢で基板支持部７００に支持されているため、基板９の下面が（＋Ｘ）側から徐々に載置面７２２に当接し、基板９の下面と載置面７２２との間の気体が基板９の下方から効率良く押し出される。その結果、基板９の横滑りがより確実に防止される。
【００６０】
熱処理装置１では、載置面７２２の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下と小さく、基板９の横滑りが生じやすいが、上述のように、保持部７の上昇速度を極めて低速とすることにより、このような保持部７に基板９を移載する場合であっても基板９の横滑りを防止することができる。なお、本実施の形態では、載置面７２２の算術平均粗さＲａは０．５μｍ以下とされるが、サセプタ７２の材質や表面処理の質等により載置面７２２の算術平均粗さＲａは様々な値を取る。したがって、表２および表３に示される実験結果を考慮して、一般的には、熱処理装置１における保持部７の上昇速度は秒速１ｍｍ以下とされることが好ましいと考えられる。
【００６１】
保持部７への基板９の移載が完了すると、保持部昇降機構４により、保持部７が基板９の移載時に比べて高速にて上昇し、チャンバ６５の上下方向（図１中のＺ方向）の中央部近傍の位置（以下、「第２中間位置」という。）へと移動する（ステップＳ１７）。そして、保持部７からの輻射熱により予備的に加熱された基板９が、予め加熱されている保持部７（サセプタ７２）との接触によりさらに予備加熱され（ステップＳ１８）、基板９の温度がさらに上昇する。保持部７では、上述のようにサセプタ７２によりホットプレート７１からの熱エネルギーが拡散されるため、基板９は均一に予備加熱される。
【００６２】
第２中間位置における約１秒間の予備加熱が完了すると、図１０に示すように、保持部７が透光板６１に近接した位置（以下、「処理位置」という。）まで保持部昇降機構４により上昇し（ステップＳ２１）、この位置でさらに約６０秒間の予備加熱が行われ、基板９の温度（平均温度）が設定された予備加熱温度（以下、「第２予備加熱温度」という。）まで上昇する（ステップＳ２２）。第２予備加熱温度は、基板９に添加された不純物が熱により拡散する恐れのないよう、２００℃ないし６００℃程度、好ましくは３５０℃ないし５５０℃程度とされる。また、保持部７と透光板６１との間の距離は、保持部昇降機構４のモータ４０の回転量を制御することにより任意に調整することが可能とされている。なお、保持部７の第２中間位置から処理位置への上昇においても、その上昇速度は、基板９の移載時における上昇速度に比べて高速とされる。
【００６３】
その後、保持部７が処理位置に位置したまま制御部３の制御により光照射部５から基板９へ向けてフラッシュ光が照射される（ステップＳ２３）。このとき、光照射部５のフラッシュランプ５１から放射される光の一部は透光板５３および透光板６１を透過して直接チャンバ６５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透光板５３および透光板６１を透過してチャンバ６５内へと向かい、これらの光の照射により基板９の加熱（以下、予備加熱と区別するため、基板９の表面温度を処理温度まで上昇させる加熱を「主加熱」という。）が行われる。主加熱が光の照射により行われることによって、基板９の表面温度を短時間で昇降することができる。
【００６４】
光照射部５、すなわち、フラッシュランプ５１から照射される光は、予め蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリ秒ないし１０ミリ秒程度の極めて短く強い閃光であり、フラッシュランプ５１からの光により主加熱される基板９の表面温度（すなわち、基板９の表面から深さ数１０ｎｍ（ナノメートル）までの部位の温度）は、瞬間的に１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度まで上昇し、基板９に添加された不純物が活性化された後、急速に下降する。このように、熱処理装置１では、基板９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、基板９に添加された不純物の熱による拡散（この拡散現象を、基板９中の不純物のプロファイルがなまる、ともいう。）を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。
【００６５】
また、保持部７に保持された基板９を、主加熱の前に第２予備加熱温度まで加熱しておくことにより、フラッシュランプ５１からの光の照射によって基板９の表面温度を処理温度まで速やかに上昇させることができる。
【００６６】
さらには、基板９が保持部７に移載される直前に、基板支持部７００（図３参照）に支持される基板９を第１中間位置に位置する保持部７からの輻射熱により第１予備加熱温度まで加熱しておくことにより、基板９の変形を減少させ、基板９の変形に起因する横滑りを防止することができる。具体的には、元々基板９が有している反りを第１予備加熱により予め減少させておくことによって、第２予備加熱により基板９の反りが戻る際に発生する横滑りが防止される。また、第１予備加熱により深さ方向の温度分布の不均一性を抑制しつつ基板９を加熱しておくことにより、第２予備加熱時に載置面７２２からの熱伝導（すなわち、下面のみに対する熱伝導）により加熱されて生じる基板９の反りを抑制し、主加熱により基板９の反りが戻る際に発生する横滑りが防止される。
【００６７】
主加熱が終了し、処理位置における約１０秒間の待機の後、保持部７が保持部昇降機構４により再び図１に示す受渡位置まで下降し（ステップＳ２４）、基板９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６６３により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され（ステップＳ２５）、支持ピン７０上に載置された基板９は搬送ロボットにより搬出され（ステップＳ２６）、熱処理装置１による基板９に対する一連の熱処理動作が完了する。
【００６８】
既述のように、熱処理装置１による基板９の熱処理時には窒素ガスがチャンバ６５に継続的に供給されており、そのパージ量は、保持部７が処理位置に位置するとき（すなわち、第２中間位置での約１秒間の予備加熱後に処理位置に移動してから、光の照射後の約１０秒間の待機が終了するまでの間）には３０リットル／分とされ、保持部７が処理位置以外の位置に位置するときには４０リットル／分とされる。
【００６９】
熱処理装置１では、新たな基板９に対して同じ内容の熱処理を行う場合には、基板９をチャンバ６５内に搬入して光の照射を行った後に基板９をチャンバ６５内から搬出する動作（ステップＳ１２〜Ｓ２６）が繰り返される。また、新たな基板９に対して異なる熱処理を行う場合には、新たな熱処理に合わせて各種設定（窒素ガスのパージ量等）を行う間、保持部７は処理位置まで上昇して待機する。このように、透光板６１の温度を熱処理が継続的に行われているときとほぼ同じ温度に維持することにより、新たな熱処理時においても基板９に対する熱処理の質（すなわち、基板９の処理品質）を維持することができる。
【００７０】
以上に説明したように、熱処理装置１では、基板支持部７００から保持部７への基板９の移載時に、保持部７の上昇速度を極めて低速（好ましくは秒速１ｍｍ以下、より好ましくは秒速０．１ｍｍ以下）とすることにより、載置面７２２上における基板９の横滑りを防止し、基板９とサセプタ７２の凹部７２１の側面７２３との接触を防止することができる。また、主加熱時の基板９の表面温度まで基板９全体が加熱されると仮定した場合における基板９の外周と側面７２３との間の距離を０．５ｍｍ以上とすることにより、熱処理により膨張した基板９と側面７２３との接触を防止することができる。その結果、熱処理時における基板９の破損をより確実に防止することができる。
【００７１】
なお、熱処理装置１では、基板９が載置される載置面７２２の直径が、予備加熱時におけるサセプタ７２の熱膨張を意図的に算入せずに決定されているため、予備加熱を省略して室温の基板９に対して熱処理（すなわち、フラッシュランプ５１からの光照射による加熱）を行う場合であっても、基板９と側面７２３との接触が防止される。
【００７２】
熱処理装置１では、基板９の保持部７への移載の前後において、保持部７の上昇速度を移載時の上昇速度より大きくすることにより、基板９の熱処理に係る時間の増大、すなわち、スループット（単位時間当たりの基板処理枚数）の低下を抑制することができる。また、支持ピン７０が挿入される載置面７２２上の開口７７１を微小とすることにより、基板９の下面のうち載置面７２２と接触しない部位の面積を小さくして、載置面７２２との接触による基板９の予備加熱を均一に行い、主加熱による基板９の熱処理の質の均一性を向上することができる。
【００７３】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００７４】
例えば、光照射部５では、フラッシュランプ５１は少なくとも１つあれば良く、フラッシュランプ５１の数、配列または形状は上記実施の形態に示したものに限定されず、熱処理される基板９の大きさ等の諸条件に合わせて適宜変更が可能である。また、キセノンフラッシュランプに代えて、クリプトンフラッシュランプが用いられてもよい。
【００７５】
サセプタ７２の形状は、必ずしも図３および図４に示す形状に限定される必要はない。図１１および図１２は、サセプタ７２の形状の他の例を示す図である。図１１は、サセプタ７２を（−Ｙ）側から（＋Ｙ）方向を向いて見た部分断面図であり、図１２は平面図である。図１１および図１２に示すように、凹部７２１の載置面７２２の周囲に設けられる位置規制部である側面７２３は、載置面７２２に垂直に設けられてもよい。載置面７２２の直径は、上記実施の形態と同様に、熱処理時の基板９の直径（正確には、基板９全体が熱処理時の基板９の表面温度まで加熱されたものと仮定して求められた基板９の直径）より１ｍｍ以上大きくされ、また、凹部７２１の深さは、基板９の厚さと同程度ないし１ｍｍ程度とされる。
【００７６】
また、サセプタ７２は、図１３および図１４に示す形状とされてもよい。図１３は、サセプタ７２を（−Ｙ）側から（＋Ｙ）方向を向いて見た部分断面図であり、図１４は平面図である。図１３および図１４に示す例では、サセプタ７２の上面には、凹部７２１に代えて３本のガイドピン７２４が設けられる。この場合、図１４中に二点鎖線にて示す円形の部位（すなわち、３本のガイドピン７２４の内側を結ぶ仮想的な円の内部）が、基板９が載置される載置面７２２として機能し、載置面７２２の外周上に設けられた３本のガイドピン７２４が基板９の位置を規制する位置規制部となる。載置面７２２の直径は、上記と同様に、熱処理時の基板９の直径より１ｍｍ以上大きくされる。３本のガイドピン７２４の載置面７２２からの高さは、基板９の厚さの１．５倍〜３倍程度が好ましい。
【００７７】
熱処理装置１では、サセプタ７２を図１１〜図１４に示す形状とした場合でも、基板９の保持部７への移載時に、万一、基板９が載置面７２２上で横滑りを起こしたときに、基板９が載置面７２２上から飛び出すことを防止し、基板９を載置面７２２上に保持することができる。
【００７８】
サセプタ７２の加熱は、必ずしもホットプレート７１により行われる必要はなく、例えば、サセプタ７２の下方にランプが設けられ、ランプからの光が照射されてサセプタ７２が加熱されてもよい。また、基板を保持するサセプタ７２と加熱部であるホットプレート７１とが一体的に形成され、基板９が実質的に加熱部により支持されてもよい。
【００７９】
熱処理装置１では、第１中間位置からの極めて低速での上昇中に、基板９が保持部７からの輻射熱により第１予備加熱温度まで加熱されるのであれば、第１中間位置における保持部７の所定時間の待機は省略されてよい。また、基板９の予備加熱はホットプレート７１以外の熱源により行われてもよいし、予備加熱工程が省略されてもよい。
【００８０】
基板支持部７００には、基板９を支持する３本以上の支持ピン７０が設けられてもよい。
【００８１】
熱処理装置１は、基板９の不純物の活性化処理やアニール処理に特に適しているが、酸化、ＣＶＤ等の他の様々な加熱を伴う処理を行うこともできる。また、熱処理装置１は、半導体基板のみならず、例えば、液晶表示装置やプラズマ表示装置等のフラットパネル表示装置用のガラス基板に対する熱処理にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】一の実施の形態に係る熱処理装置の構成を示す図である。
【図２】ガス路を示す断面図である。
【図３】保持部近傍を示す拡大図である。
【図４】サセプタを示す平面図である。
【図５】ホットプレートを示す平面図である。
【図６】抵抗加熱線を示す断面図である。
【図７】基板の温度と基板の直径の増分との関係を示す図である。
【図８】熱処理装置の動作の流れを示す図である。
【図９】熱処理装置の動作の流れを示す図である。
【図１０】熱処理装置の構成を示す図である。
【図１１】サセプタの他の形状を示す部分断面図である。
【図１２】サセプタの他の形状を示す平面図である。
【図１３】サセプタの他の形状を示す部分断面図である。
【図１４】サセプタの他の形状を示す平面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１    熱処理装置
３    制御部
４    保持部昇降機構
５    光照射部
７    保持部
９    基板
５１    フラッシュランプ
７０    支持ピン
７６    抵抗加熱線
７００    基板支持部
７２２    載置面
７２３    側面
７２４    ガイドピン
７７１    開口
Ｓ１１〜Ｓ１８，Ｓ２１〜Ｓ２６    ステップ
【図１】
2006019565.tif 000007
【図２】
2006019565.tif 000008
【図３】
2006019565.tif 000009
【図４】
2006019565.tif 000010
【図５】
2006019565.tif 000011
【図６】
2006019565.tif 000012
【図７】
2006019565.tif 000013
【図８】
2006019565.tif 000014
【図９】
2006019565.tif 000015
【図１０】
2006019565.tif 000016
【図１１】
2006019565.tif 000017
【図１２】
2006019565.tif 000018
【図１３】
2006019565.tif 000019
【図１４】
2006019565.tif 000020