(57)【要約】【課題】チャンバーの内壁面等に傷を付けることなく、容易に内壁面の汚染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】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の上側にフラッシュランプＦＬを備えるとともに、チャンバー６の下側に予備加熱を行うためのハロゲンランプＨＬを備える。チャンバー６の内壁面には保護シート２０が装着されている。保護シート２０は可撓性を有する金属の薄板であるため、容易に保護シート２０を撓めて円筒形状としてチャンバー６に装着することができる。このため、チャンバー６の内壁面を傷付けることなく保護シート２０をチャンバー６に装着することができる。また、保護シート２０によってチャンバー６の内壁面を覆うことにより、熱処理時に半導体ウェハーＷから放出された汚染物質がチャンバー６の内壁面に付着するのを防止することができる。【選択図】図１
2018029148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて前記基板を保持する保持部と、
前記保持部に保持された前記基板を予備加熱する予備加熱部と、
予備加熱された前記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、
可撓性を有する金属板にて形成され、前記チャンバーの内壁を覆う保護シートと、
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、
前記保護シートの板厚は０．３ｍｍ以下であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の熱処理装置において、
前記保護シートに穴または切り欠きを設け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、
前記保護シートの少なくとも一部に表面改質領域を設けることを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハー等の薄板状精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）に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】
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、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、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。
【０００３】
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。このようなフラッシュランプアニールは、例えばイオン注入法によって半導体ウェハーの表面に打ち込まれたボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）等のドーパント原子を活性化させて浅い接合を形成するのに好適である。
【０００４】
フラッシュランプアニールは、典型的には、処理対象となる半導体ウェハーをチャンバー内に収容した状態でフラッシュランプからフラッシュ光を照射することにより行う。ここで、チャンバー内に搬入される半導体ウェハーに、昇温することによって状態変化を伴うコーティング膜が成膜されていたり、前工程までに発生したパーティクルが付着している場合がある。このような半導体ウェハーにフラッシュ光を照射して急激に加熱すると、コーティング膜から炭素系の汚染物質が放出されたり、半導体ウェハーからパーティクルが飛散することがある。そして、チャンバー内に浮遊した汚染物質やパーティクルは、冷却システムによって冷却されているチャンバーの内壁に付着する。その結果、フラッシュランプアニールを連続して行うと、チャンバーの内壁面に汚染が堆積・沈着し、黒く変色するという問題が発生する。
【０００５】
チャンバーの内壁に付着した汚染は、時間の経過とともに壁面に固着するため、それを除去するには溶剤を使用するか、或いは、機械的に擦り取る作業が必要となる。このような汚染除去作業は長時間を要するだけでなく、チャンバーの内壁面に悪影響を与えるおそれもある。
【０００６】
そこで、チャンバーの内壁面を覆うような保護部材をチャンバー内に設置することにより当該内壁面への汚染の付着を防止する対策が考えられる。特許文献１には、チャンバー内に内壁面を覆う石英等のライナーを設けることが開示されている。チャンバーの内壁面を覆うライナーを設けることにより、半導体ウェハーからチャンバー内に浮遊した汚染物質等がライナーに付着するため、内壁面の汚染を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−４４８８１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、このようなライナーは加工時の残留歪みや輸送時の振動等によって僅かに形状の歪みが生じることがある。そうすると、チャンバーにライナーを装着できなくなったり、または、無理に装着するとチャンバーの内壁面や構造物に傷を付けるという新たな問題が発生することが判明した。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、チャンバーの内壁面等に傷を付けることなく、容易に内壁面の汚染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】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて前記基板を保持する保持部と、前記保持部に保持された前記基板を予備加熱する予備加熱部と、予備加熱された前記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、可撓性を有する金属板にて形成され、前記チャンバーの内壁を覆う保護シートと、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記保護シートの板厚は０．３ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記保護シートに穴または切り欠きを設けることを特徴とする。
【００１３】
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、前記保護シートの少なくとも一部に表面改質領域を設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１から請求項４の発明によれば、可撓性を有する金属板にて形成された保護シートによってチャンバーの内壁を覆うため、チャンバーの内壁面等に傷を付けることなく、容易に内壁面の汚染を防止することができる。
【００１５】
特に、請求項３の発明によれば、保護シートに穴または切り欠きを設けるため、チャンバー内に設けられた機構と保護シートとの干渉を防止することができる。
【００１６】
特に、請求項４の発明によれば、保護シートの少なくとも一部に表面改質領域を設けるため、保護シートの反射率を制御して基板の光照度分布を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】サセプタの平面図である。
【図４】サセプタの断面図である。
【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】複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。
【図８】チャンバーに装着前の保護シートの外観を示す斜視図である。
【図９】保護シートを撓ませる様子を示す図である。
【図１０】円筒形状とされた保護シートの外観斜視図である。
【図１１】表面改質領域を設けた保護シートの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
反射リング６８，６９およびチャンバー側部６１の熱処理空間に対向する面がチャンバー６の内壁面となる。本実施形態においては、チャンバー６の内壁面に保護シート２０が取り付けられているのであるが、これについてはさらに後述する。
【００２４】
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。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。
【００２５】
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。
【００２６】
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は処理ガス供給源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、処理ガス供給源８５から緩衝空間８２に処理ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した処理ガスは、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。処理ガスとしては、窒素（Ｎ２）等の不活性ガス、または、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）等の反応性ガスを用いることができる（本実施形態では窒素）。
【００２７】
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、処理ガス供給源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。
【００２８】
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。
【００２９】
図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。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。
【００３０】
基台リング７１は円環形状から一部が欠落した円弧形状の石英部材である。この欠落部分は、後述する移載機構１０の移載アーム１１と基台リング７１との干渉を防ぐために設けられている。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）。基台リング７１の上面に、その円環形状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。
【００３１】
サセプタ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。図３は、サセプタ７４の平面図である。また、図４は、サセプタ７４の断面図である。サセプタ７４は、保持プレート７５、ガイドリング７６および複数の基板支持ピン７７を備える。保持プレート７５は、石英にて形成された略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。
【００３２】
保持プレート７５の上面周縁部にガイドリング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。例えば、半導体ウェハーＷの直径がφ３００ｍｍの場合、ガイドリング７６の内径はφ３２０ｍｍ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とされている。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、保持プレート７５とガイドリング７６とを一体の部材として加工するようにしても良い。
【００３３】
保持プレート７５の上面のうちガイドリング７６よりも内側の領域が半導体ウェハーＷを保持する平面状の保持面７５ａとされる。保持プレート７５の保持面７５ａには、複数の基板支持ピン７７が立設されている。本実施形態においては、保持面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３０°毎に計１２個の基板支持ピン７７が立設されている。１２個の基板支持ピン７７を配置した円の径（対向する基板支持ピン７７間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さく、半導体ウェハーＷの径がφ３００ｍｍであればφ２７０ｍｍ〜φ２８０ｍｍ（本実施形態ではφ２８０ｍｍ）である。それぞれの基板支持ピン７７は石英にて形成されている。複数の基板支持ピン７７は、保持プレート７５の上面に溶接によって設けるようにしても良いし、保持プレート７５と一体に加工するようにしても良い。
【００３４】
図２に戻り、基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプタ７４の保持プレート７５の周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプタ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。すなわち、保持プレート７５の保持面７５ａは水平面となる。
【００３５】
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１２個の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。より厳密には、１２個の基板支持ピン７７の上端部が半導体ウェハーＷの下面に接触して当該半導体ウェハーＷを支持する。１２個の基板支持ピン７７の高さ（基板支持ピン７７の上端から保持プレート７５の保持面７５ａまでの距離）は均一であるため、１２個の基板支持ピン７７によって半導体ウェハーＷを水平姿勢に支持することができる。
【００３６】
また、半導体ウェハーＷは複数の基板支持ピン７７によって保持プレート７５の保持面７５ａから所定の間隔を隔てて支持されることとなる。基板支持ピン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、複数の基板支持ピン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。
【００３７】
また、図２および図３に示すように、サセプタ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（図１参照）がサセプタ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７４に保持された半導体ウェハーＷの下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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。すなわち、フラッシュランプＦＬは、１秒未満の極めて短い時間で瞬間的に発光するパルス発光ランプである。なお、フラッシュランプＦＬの発光時間は、フラッシュランプＦＬに電力供給を行うランプ電源のコイル定数によって調整することができる。
【００４３】
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。
【００４４】
チャンバー６の下方に設けられたハロゲン加熱部４は、筐体４１の内側に複数本（本実施形態では４０本）のハロゲンランプＨＬを内蔵している。ハロゲン加熱部４は、複数のハロゲンランプＨＬによってチャンバー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への光照射を行って半導体ウェハーＷを加熱する光照射部である。
【００４５】
図７は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。４０本のハロゲンランプＨＬは上下２段に分けて配置されている。保持部７に近い上段に２０本のハロゲンランプＨＬが配設されるとともに、上段よりも保持部７から遠い下段にも２０本のハロゲンランプ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。
【００４６】
また、図７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。
【００４７】
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、上段に配置された２０本のハロゲンランプＨＬの長手方向と下段に配置された２０本のハロゲンランプＨＬの長手方向とが互いに直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。
【００４８】
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。すなわち、ハロゲンランプＨＬは少なくとも１秒以上連続して発光する連続点灯ランプである。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。
【００４９】
また、ハロゲン加熱部４の筐体４１内にも、２段のハロゲンランプＨＬの下側にリフレクタ４３が設けられている（図１）。リフレクタ４３は、複数のハロゲンランプＨＬから出射された光を熱処理空間６５の側に反射する。
【００５０】
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回路である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。
【００５１】
また、チャンバー６の内壁面には保護シート２０が取り付けられている。図８は、チャンバー６に装着前の保護シート２０の外観を示す斜視図である。保護シート２０は、強度と耐熱性に優れた金属の薄板である。保護シート２０の金属材料としては、例えばステンレススチールを採用することができ、特に弾性に優れたバネ用ステンレススチール（ＳＵＳ３０４−ＣＳＰ等）が好適である。保護シート２０の板厚は０．３ｍｍ以下であり、本実施形態では０．１ｍｍである。また、装着前の保護シート２０は矩形の長尺状の薄板であり、保護シート２０の高さおよび長さは、それぞれチャンバー６の内壁の高さおよび内周の長さと同じである。
【００５２】
保護シート２０には、四角形や円形の穴２１および切り欠き２２が設けられている。これらの穴２１および切り欠き２２は、ガス供給孔８１、ガス排気孔８６、放射温度計１２０等との干渉を防ぐために設けられている。すなわち、ガス供給孔８１およびガス排気孔８６による給排気や放射温度計１２０による半導体ウェハーＷの温度測定を保護シート２０が阻害しないように保護シート２０に穴２１および切り欠き２２を設けている。
【００５３】
保護シート２０のチャンバー６への装着は、熱処理装置１のメンテナンス時等に作業者が人手によって行う。作業者は、図８に示す如き平板状の保護シート２０を撓ませて略円筒形状とする。図９は、保護シート２０を撓ませる様子を示す図である。作業者は、図９の矢印ＡＲ９にて示すように、保護シート２０を撓ませて曲率半径を小さくする。保護シート２０は金属材料にて形成されているものの、その板厚は０．３ｍｍ以下と極めて薄いため、人力であっても保護シート２０を容易に撓ませることができる。すなわち、保護シート２０は、可撓性を有しており、容易に変形するのである。
【００５４】
作業者は、保護シート２０をさらに曲げて略円筒形状にする。図１０は、円筒形状とされた保護シート２０の外観斜視図である。保護シート２０は、その円筒形状の内径がチャンバー６の内径よりも若干小さくなるまで曲げられる。そして、作業者は円筒形状とした保護シート２０をチャンバー６の内側に設置して手を離す。保護シート２０の金属材料は弾性を有しているため、保護シート２０には元の形状（平板状）に戻ろうとする力が作用する。その結果、保護シート２０の円筒形状の内径が僅かに大きくなり、チャンバー６の内径と同じになる。すなわち、保護シート２０はチャンバー６の内壁面を覆うようにチャンバー６に装着されることとなる。このときに、穴２１および切り欠き２２が対応するガス供給孔８１、ガス排気孔８６、放射温度計１２０等と対向するように、保護シート２０はチャンバー６に装着される。
【００５５】
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。
【００５６】
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の表面には加熱されることによって汚染物質を放出するコーティング膜が成膜されている。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。
【００５７】
まず、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７４の保持プレート７５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は基板支持ピン７７の上端よりも上方にまで上昇する。
【００５８】
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、保持プレート７５上に立設された複数の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。また、半導体ウェハーＷは、コーティング膜が成膜された表面を上面として保持部７に保持される。複数の基板支持ピン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の保持面７５ａとの間には所定の間隔が形成される。サセプタ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】
また、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖されて熱処理空間６５が密閉空間とされた後、チャンバー６内の雰囲気調整が行われる。具体的にはバルブ８４が開放されてガス供給孔８１から熱処理空間６５に処理ガスが供給される。本実施形態では、処理ガスとして窒素がチャンバー６内の熱処理空間６５に供給される。また、バルブ８９が開放されてガス排気孔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処理ガスが下方へと流れて熱処理空間６５の下部から排気され、熱処理空間６５が窒素雰囲気に置換される。ガス供給孔８１からの処理ガスの供給およびガス排気孔８６による排気は、保護シート２０の穴２１を介して行われる。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。
【００６０】
チャンバー６内が窒素雰囲気に置換され、半導体ウェハーＷが保持部７のサセプタ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。
【００６１】
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しつつ、ハロゲンランプＨＬの出力を制御する。すなわち、制御部３は、放射温度計１２０による測定値に基づいて、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１となるようにハロゲンランプＨＬの出力をフィードバック制御する。予備加熱温度Ｔ１は、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℃）。
【００６２】
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の出力を調整し、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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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まで上昇した後、急速に下降する。
【００６６】
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。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の温度は放射温度計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、放射温度計１２０の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。
【００６７】
本実施形態においては、チャンバー６の内壁面を覆う保護シート２０を設けている。フラッシュ加熱時に半導体ウェハーＷの表面が１０００℃以上の処理温度Ｔ２にまで昇温することによって、当該表面に成膜されたコーティング膜からチャンバー６内の熱処理空間６５に汚染物質が放出される。また、熱処理装置１によるフラッシュランプアニールの前工程までに半導体ウェハーＷにパーティクルが付着していた場合には、フラッシュ光照射時にチャンバー６内にそのパーティクルも飛散することとなる。チャンバー６内に浮遊した汚染物質やパーティクルは、チャンバー６の内壁面を覆うように装着された保護シート２０の表面に付着することとなる。従って、チャンバー６の内壁面の汚染を防止することができる。
【００６８】
熱処理装置１における半導体ウェハーＷのフラッシュランプアニールを繰り返すことによって、保護シート２０の表面に汚染が堆積して固着する。このため、熱処理装置１のメンテナンス時等に保護シート２０を取り外して新しい保護シート２０に交換する。使用済みの保護シート２０を取り外す際には、保護シート２０をその円筒形状の内径がチャンバー６の内径よりも若干小さくなるまで曲げてからチャンバー６から抜き取る。新しい保護シート２０をチャンバー６に装着する手順は上述した通りである。保護シート２０は、板厚が極めて薄く、可撓性を有しているため、容易かつ短時間にて交換作業を行うことができる。保護シート２０を交換することにより、汚染物質は使用済みの保護シート２０とともにチャンバー６外に排出されることとなり、チャンバー６内が清浄な状態で新しい半導体ウェハーＷの処理を開始することができる。
【００６９】
本実施形態においては、チャンバー６内に設置する保護部材を予めチャンバー６の内壁面の形状に沿うように成形加工しておくのではなく、可撓性を有する薄板状の金属板を適宜に曲げてチャンバー６に装着している。従って、保護シート２０の加工時の残留歪みや輸送時の振動等に起因した形状の歪みは問題とならない。仮に、そのような歪みが発生したとしても、保護シート２０は可撓性を有しているため、簡単に歪みを修整することができる。その結果、チャンバー６に保護シート２０を装着できなくなるという問題が生じることはあり得ず、チャンバー６の内壁面等に傷を付けることも確実に防止することができる。
【００７０】
また、保護シート２０には穴２１および切り欠き２２が形成されている。このため、ガス供給孔８１およびガス排気孔８６による給排気、放射温度計１２０による半導体ウェハーＷの温度測定、半導体ウェハーＷのチャンバー６への搬出入等が保護シート２０によって阻害されることは防止される。
【００７１】
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、保護シート２０に穴２１および切り欠き２２の双方を設けていたが、いずれか一方を設けるようにしても良い。すなわち、保護シート２０には、穴２１および／または切り欠き２２を設けるようにしておけば良い。
【００７２】
また、保護シート２０をチャンバー側部６１の内壁面に形成された凹部６２にも取り付けるようにしても良い。
【００７３】
また、保護シート２０の少なくとも一部に表面改質領域を設けるようにしても良い。図１１は、表面改質領域を設けた保護シート２０の例を示す図である。図１１に示す保護シート２０には、穴２１および切り欠き２２の他に種々の形状の表面改質領域２３が形成されている。表面改質領域２３は、表面処理を施すことによって反射率を他の領域とは異なるようにした領域である。このような表面処理としては、例えば、メッキ処理、ブラスト処理、溶射等を用いることができる。これらの表面処理を行うことによって、表面改質領域２３の反射率を制御することができる。具体的には、メッキ処理を施すと表面改質領域２３の反射率が高くなり、ブラスト処理および溶射では表面改質領域２３の反射率が低くなる。
【００７４】
ハロゲンランプＨＬによる予備加熱時およびフラッシュランプＦＬによるフラッシュ光照射時には、半導体ウェハーＷの面内における照度分布にバラツキが生じた結果温度分布も不均一になることがある。保護シート２０の一部に表面改質領域２３を設けて反射率を制御することにより、保護シート２０による反射光の照度を調整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。具体的には、半導体ウェハーＷの面内で周囲よりも温度が低くなる部位（いわゆるコールドスポット）に反射光を導く保護シート２０の領域にメッキ処理を施して反射率の高い表面改質領域２３とすることにより、その温度低下部位の照度が高まって周囲と同程度にまで昇温することとなる。逆に、半導体ウェハーＷの面内で周囲よりも温度が高くなる部位（いわゆるホットスポット）に反射光を導く保護シート２０の領域にブラスト処理を施して反射率の低い表面改質領域２３とすることにより、その温度上昇部位の照度が低くなって周囲と同程度にまで降温することとなる。その結果、半導体ウェハーＷの面内温度分布の均一性を向上させることができる。換言すれば、保護シート２０に表面改質領域２３を設けることは、チャンバー６の内壁の反射率を任意に調整していることと同義である。
【００７５】
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。
【符号の説明】
【００７６】
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
２０  保護シート
２１  穴
２２  切り欠き
２３  表面改質領域
６１  チャンバー側部
６５  熱処理空間
７４  サセプタ
７５  保持プレート
７７  基板支持ピン
１２０  放射温度計
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】
2018029148.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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