(57)【要約】【課題】  閃光を照射する基板熱処理装置において、基板が汚染されることを解消した基板熱処理装置を提供する。【解決手段】  基板支持体８は、円筒形の外形の一部を、上端面から斜めに切り落とすように傾斜面８２を備えている。この傾斜面８２は、基板Ｗの中央から基板支持体８を通る直線Ｒに垂直であって、かつ、基板Ｗの主面とは平行である直線Ｓを想定すると、その直線Ｓに対して平行な面である、平行な位置関係にある。傾斜面８２が傾斜する向きは、基板Ｗの外周に近づくほど、基板Ｗの下面から離れる方向へ傾斜している。基板支持体８は、基板の反りを傾斜面８２で許容するようにして基板Ｗを載置するので、基板Ｗと基板支持体８とが擦れて、発塵することを回避する。【選択図】        図４
2011210763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の突起状の基板支持体と、
閃光を照射するフラッシュランプを備え、
前記複数の基板支持体に載置させた基板に、前記フラッシュランプからの閃光を照射することによって、基板を熱処理するようにした基板熱処理装置において、
前記各基板支持体は先端部に、基板の外周へ向かうほどに、基板から遠ざかる向きに傾斜した傾斜面を有することを特徴とする基板熱処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記傾斜面は、基板の中央と基板支持体とを結ぶ直線に垂直な直線であって、基板の主面に平行な直線に対して、平行な面であることを特徴とする基板熱処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、
基板は円形であって、
前記基板支持体は基板を水平に載置し、
前記傾斜面は、基板の中心と基板支持体を結ぶ半径方向の直線が、基板の外周と交差する位置での基板外周の接線に対して、平行な面であると共に、
前記傾斜面は、基板の外周に近づくほど下がる方向へ傾斜した面であることを特徴とする基板熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板や、液晶表示装置、プラズマ表示装置や有機ＥＬ表示装置等の画像表示装置用ガラス基板、フォトマスク用基板、光ディスク用基板、太陽電池用基板等（以下、単に「基板」と称する）に対して閃光を照射することによって加熱する基板熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、イオン注入後の基板のイオン活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したランプアニール装置が一般的に使用されていた。このようなランプアニール装置においては、基板を、例えば、１０００°Ｃないし１１００°Ｃ程度の温度に加熱（アニール）することにより、基板のイオン活性化を実行している。そして、このような熱処理装置においては、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用することにより、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する構成となっている。
【０００３】
一方、近年、半導体デバイスの高集積化が進展し、ゲート長が短くなるにつれて接合深さも浅くすることが望まれている。しかしながら、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する上記ランプアニール装置を使用して基板のイオン活性化を実行した場合においても、基板に打ち込まれたボロンやリン等のイオンが熱によって深く拡散するという現象が生ずることが判明した。このような現象が発生した場合においては、接合深さが要求よりも深くなり過ぎ、良好なデバイス形成に支障が生じることが懸念される。
【０００４】
このため、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）を使用して基板の表面に閃光を照射することにより、イオンが注入された基板の表面のみを極めて短時間（数ミリ秒以下）に昇温させる技術が提案されている。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、シリコンの基板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基板に閃光を照射したときには、透過光が少なく基板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閃光照射であれば、基板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、イオンを深く拡散させることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。
【０００５】
キセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置においては、極めて高いエネルギーを有する光を瞬間的に基板に照射するため、一瞬で基板の表面温度が急速に上昇し、基板表面に急激な熱膨張が生じて基板が割れる傾向がある。この基板割れの不具合を解決するために、例えば特許文献１には、基板を複数の支持ピンに載置させることにより、基板の下方に気体層による断熱層を形成し、基板の面内温度分布を均一にすることで、割れを防止することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２８０８４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に開示されている技術を用いることによって、閃光照射時に基板が割れることは防止できるようになったが、新たな技術課題を知見した。
【０００８】
すなわち、閃光照射によって基板表面に急激な熱膨張が生じることにより、基板は前記基板支持ピンのような基板を支持する手段との間で、瞬間的に強く摺り合わされ、一方ないし双方が摺り下ろされて細かな粒子となり、発塵し、基板が汚染されることが判明した。
【０００９】
本発明は、基板に閃光を照射する基板熱処理を、清浄な環境で行う上での無視できない前記課題を解消することに鑑みてなされた発明であり、閃光を照射する基板熱処理装置において、基板が汚染されることを解消した基板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に、請求項１に記載の発明は、複数の突起状の基板支持体と、閃光を照射するフラッシュランプを備え、前記複数の基板支持体に載置させた基板に、前記フラッシュランプからの閃光を照射することによって、基板を熱処理するようにした基板熱処理装置において、前記各基板支持体は先端部に、基板の外周へ向かうほどに、基板から遠ざかる向きに傾斜した傾斜面を有することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の基板熱処理装置において、前記傾斜面は、基板の中央と基板支持体とを結ぶ直線に垂直な直線であって、基板の主面に平行な直線に対して、平行な面であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明の基板熱処理装置において、基板は円形であって、前記基板支持体は基板を水平に載置し、前記傾斜面は、基板の中心と基板支持体を結ぶ半径方向の直線が、基板の外周と交差する位置での基板外周の接線に対して、平行な面であると共に、前記傾斜面は、基板の外周に近づくほど下がる方向へ傾斜した面であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
閃光照射前を受ける前の基板は、まだ熱膨張しておらず平坦である。基板は閃光を照射されて熱膨張すると、基板の閃光照射を受けた側の面が、その裏面よりも強く膨張することにより、基板の中央が、閃光が来た向きへ近づく方向へ凸となるように、凸面に変形するが、請求項１から請求項３に記載の発明によれば、基板支持体に設けた傾斜面によって、傾斜面と基板との間の空間が、基板が上記したように変形するのを許容するので、基板が基板支持体には擦れない。このため、基板に閃光を照射して熱処理しても、基板が基板支持体との間で発塵することがなく、清浄に基板を熱処理できる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、前記傾斜面は、基板の中央と基板支持体とを結ぶ直線に垂直な直線であって、基板の主面に平行な直線に対して、平行な面であるから、基板の閃光を受ける側がフラッシュランプの方へ凸面状に変形しても、基板が変形する形状に沿うように傾斜面が位置する。基板支持体の先端部にて傾斜面と基板との間に形成される空間が、基板が変形するのを許容して、基板が基板支持体には擦れない。このため、基板に閃光を照射して熱処理しても、基板が基板支持体との間で発塵することがなく、清浄に基板を熱処理できる。
【００１５】
請求項３に記載に発明によれば、基板支持体に設けた傾斜面によって、傾斜面と基板との間の空間が、基板が円錐形に変形するのを許容するので、基板が基板支持体には擦れない。このため、基板に閃光を照射して熱処理しても、基板が基板支持体との間で発塵することがなく、清浄に基板を熱処理できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図２】保持部の斜視図である。
【図３】保持プレートの平面図である。
【図４】基板支持体の拡大斜視図である
【図５】基板を載置した状態での保持プレートの平面図である。
【図６】基板Ｗを載置した状態での基板支持体の側断面図である。
【図７】保持プレートに基板を載置した状態での基板支持体近傍を拡大した図である。
【図８】移載機構の動作を示す図である。
【図９】図１の熱処理装置における基板の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】基板の上面を凸面とするように基板が反った状況を示す模式図である。
【図１１】切頭円錐形の上端に傾斜面を有する形状の基板支持体の斜視図である。
【図１２】半球状の上端近くに傾斜面を有する形状の基板支持体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
＜１．第１実施形態＞
まず、本発明に係る熱処理装置の全体構成について概説する。図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す側断面図である。本実施形態の熱処理装置１は円板形状の半導体ウェハーである基板Ｗに閃光（フラッシュ光）を照射して、その基板Ｗを加熱するフラッシュランプアニール装置である。
【００１９】
熱処理装置１は、基板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を内蔵するランプハウス５と、を備える。また、熱処理装置１は、チャンバー６およびランプハウス５に設けられた各動作機構を制御して基板Ｗの熱処理を実行させる制御部３を備える。
【００２０】
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、略円筒形状の内壁を有する上部チャンバー６１、および、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵する下部チャンバー６２によって構成される。上部チャンバー６１の天井部分には上側チャンバー窓６３が装着されて上方が閉塞されている。また、上部チャンバー６１の床部分には下側チャンバー窓６４が装着されて下方が閉塞されている。下側チャンバー窓６４は上部チャンバー６１と下部チャンバー６２とを仕切る雰囲気遮断壁としても機能する。上部チャンバー６１の内側側壁、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４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。
【００２１】
チャンバー６全体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、ランプハウス５から出射された光を熱処理空間６５に透過する石英窓として機能する。また、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、下部チャンバー６２からの光を熱処理空間６５に透過する石英窓として機能する。上部チャンバー６１の側壁部分は、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、この側壁部分の内壁面の主要部分にはニッケルメッキが施されて反射率が高められている。
【００２２】
上部チャンバー６１の側壁部分には、基板Ｗの搬入および搬出を行うための搬送開口部６６が設けられている。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。ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を開放した状態にて基板Ｗが搬送開口部６６を介して装置内に搬入および搬出される。また、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉鎖すると上部チャンバー６１内の熱処理空間６５が密閉空間となる。
【００２３】
上部チャンバー６１の側壁部分における搬送開口部６６と反対側の部位には熱処理空間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、あるいは、酸素（０２）ガス等）を供給するガス供給孔８４が形設されている。ガス供給孔８４は、上部チャンバー６１の側壁内面の基板Ｗよりも上側位置に形設されている。ガス供給孔８４は上部チャンバー６１の側壁内部に形成されたガス導入バッファ８３を介して導入路８１に連通接続されている。導入路８１の基端部は図示省略の給気機構に接続される。また、導入路８１にはガス供給バルブ８２が介挿されている。ガス供給バルブ８２が開放され、給気機構から導入路８１を経由して送給された処理ガスは緩衝空間として機能するガス導入バッファ８３に流入した後、ガス供給孔８４から熱処理空間６５内へと供給される。
【００２４】
一方、上部チャンバー６１の側壁部分におけるガス供給孔８４とは反対側の部位には、熱処理空間６５内の気体を排気するガス排気孔８５が形設されている。ガス排気孔８５は、上部チャンバー６１の側壁内面の基板Ｗよりも下側位置に形設される。ガス排気孔８５は排出路８８に連通接続されている。排出路８８は排気バルブ８９を介して図示省略の排気機構に接続される。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排出路８６が接続されている。排出路８６は排気バルブ８７を介して図示省略の排気機構に接続される。ガス供給バルブ８２を開放するとともに、排気バルブ８７，８９を開放することにより、ガス供給孔８４から供給された処理ガスが熱処理空間６５内を図１の紙面左側から右側へと流れるような気流を形成する。
【００２５】
また、熱処理装置１は、上部チャンバー６１の内部において基板Ｗを保持する保持部７と、保持部７と装置外部との間で基板Ｗの受け渡しを行う移載機構４とを備える。図２は、保持部７の斜視図である。保持部７は、サセプタ７０および保持プレート７４を備えて構成される。サセプタ７０は、石英により形成され、円環形状のリング部７１に複数の爪部７２（本実施形態では４本）を立設して構成される。
【００２６】
図３は、保持プレート７４の平面図である。保持プレート７４は石英にて形成された円形の平板状部材である。保持プレート７４の直径は基板Ｗの直径よりも大きい。すなわち、保持プレート７４は、基板Ｗよりも大きな平面サイズを有する。保持プレート７４の上面の複数箇所に、突起状の基板支持体８が立設されている。本実施形態においては、保持プレート７４の外周円と同心円の周上に沿って６０°毎の箇所に一つずつ、計６本の基板支持体８が立設されている。６本の基板支持体８を配置した円の径（対向する基板支持体８間の距離）は基板Ｗの径よりも小さい。
【００２７】
それぞれの突起状の基板支持体８は石英にて形成され、第４図に拡大して示すように、先端部である上端面８１を斜めに切り落としたような傾斜面８２を有する円筒形の支持ピンである。基板支持体８は、この円筒形の上端面８１で基板Ｗを支持する。
【００２８】
基板支持体８は、円筒形の外形の一部を、すなわち先端部の上端面８１から斜めに切り落とすように傾斜面８２を備えている。この傾斜面８２は、直線Ｓに対して平行な面である。この直線Ｓは、基板Ｗの中央から基板支持体８を通る直線Ｒに垂直であって、かつ、基板Ｗの主面に対して平行な直線である。つまり、基板Ｗの中央から基板支持体８を通る直線Ｒに垂直であって、かつ、基板Ｗの主面とは平行である直線Ｓを想定すると、傾斜面８２は、その直線Ｓに対して平行な面である。
【００２９】
この実施形態では基板Ｗは円形であるから、より直裁に説明すると、傾斜面８２は、円形である基板Ｗの中心から基板支持体８を結ぶ半径方向の直線Ｒが、基板Ｗの外周Ｅと交わる交点Ｐでの接線Ｓに対して、平行な位置関係にある。このことは、基板Ｗの外周円にて、基板支持体８と最も近い位置Ｐにおける接線Ｓに対して、前記傾斜面８２が平行であると言うことでもでもある。
【００３０】
なお、幾何学的に、面が直線に対して平行であるとは、面と直線の双方を、いくら延長しても交わらない位置関係を意味する。すなわち、傾斜面８２が接線Ｓに対して平行であるとは、双方とも、どんなに延長しても、両者は交わらない幾何学的な位置関係を意味する。
【００３１】
保持プレート７４には基板支持体８を６個配置している。それら各基板支持体８は、各々の傾斜面８２が、どの方向と平行であるのかについて、図５を参照して説明する。図５は基板Ｗを載置した状態での保持プレート７４の平面図である。基板支持体８は、全部で６個の基板支持体８を６０度の開きで配置している。この配置の様子を、図５を参照して時計の文字盤に例えると、１、３、５、７、９、１１の文字の位置に基板支持体８を設けている。この配置の場合、時計の文字盤の１の文字の位置に設けられた基板支持体８ａの傾斜面８２は、４と１０の文字を結ぶ直線Ｓａと平行である。文字盤で３の文字に設置した基板支持体８ｂの傾斜面８２は、６と１２の文字を結ぶ直線Ｓｂと平行である。５の文字に設置した基板支持体８ｃの傾斜面８２は、８と２の文字を結ぶ直線Ｓｃと平行である。７の文字に設置した基板支持体８ｄの傾斜面８２は、１０と４の文字を結ぶ直線Ｓｄと平行である。９の文字に設置した基板支持体８ｅの傾斜面８２は、１２と６の文字を結ぶ直線Ｓｅと平行である。１１の文字に設置した基板支持体８ｆの傾斜面８２は、２と８の文字を結ぶ直線Ｓｆと平行である。
【００３２】
図６は、基板Ｗを載置した状態での基板支持体８の側断面図である。傾斜面８２が傾斜する向きは、基板Ｗの外周に近づくほど、基板Ｗから、すなわち基板Ｗの下面から離れる方向へ傾斜している。
【００３３】
傾斜面８２が傾斜する角度は、基板Ｗの下面からの俯角Θが、基板Ｗの寸法、基板支持体８を基板Ｗの外周からどれくらいの距離に設置するか等の諸条件により、最適な角度は異なるが、４５度〜７５度が好ましい。
【００３４】
また、保持プレート７４の上面には、６本の基板支持体８と同心円状に複数個（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を配置した円の径は基板Ｗの径よりも若干大きい。各ガイドピン７６は石英にて形成されている。なお、これら複数個のガイドピン７６に代えて上側に向けて拡がるように水平面と所定の角度をなすテーパ面が形成された円環状部材を設けるようにしても良い。
【００３５】
リング部７１が上部チャンバー６１の側壁部分に形成された円環形状の棚に載置されることによって、サセプタ７０が上部チャンバー６１に装着される。そして、保持プレート７４は上部チャンバー６１に装着されたサセプタ７０の爪部７２に載置される。上部チャンバー６１に搬入された基板Ｗはサセプタ７０に保持された保持プレート７４の上に水平姿勢にて載置される。
【００３６】
図７は、保持プレート７４に基板Ｗが載置されたときの基板支持体８の近傍を拡大した図である。サセプタ７０の各爪部７２には支持棒７３が立設されている。支持棒７３の上端部が保持プレート７４の下面に穿設された凹部に嵌合することによって、保持プレート７４が位置ずれすることなくサセプタ７０に保持される。
【００３７】
また、基板支持体８およびガイドピン７６も保持プレート７４の上面に穿設された凹部に嵌着されて立設されている。保持プレート７４の上面に立設された基板支持体８およびガイドピン７６の上端は当該上面から突出する。基板Ｗは保持プレート７４に立設された複数の基板支持体８に支持されて、保持プレート７４上に載置される。
【００３８】
基板支持体８の上端の高さ位置から保持プレート７４の上面までの距離は数ミリメートル以下である。従って、基板Ｗは複数の基板支持体８によって保持プレート７４の上面から数ミリメートル以下の間隔を隔てて支持されることとなる。また、ガイドピン７６の上端の高さ位置は基板支持体８の上端よりも高く、複数のガイドピン７６によって基板Ｗの水平方向の位置ずれが防止される。なお、基板支持体８およびガイドピン７６を保持プレート７４と一体に加工するようにしても良い。
【００３９】
また、ガイドピン７６に代えて上記テーパ面が形成された円環状部材を設けた場合には、当該円環状部材によって基板Ｗの水平方向の位置ずれが防止される。そして、保持プレート７４の上面のうち少なくとも複数の基板支持体８に支持された基板Ｗに対向する領域は平面となる。この場合、基板Ｗは複数の基板支持体８によって保持プレート７４の当該平面から数ミリメートル以下の間隔を隔てて支持されることとなる。
【００４０】
また、図２に示すように、保持プレート７４には、切り欠き部７７および開口部７８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のプローブ３１の先端部を通すために設けられている。すなわち、プローブ３１が切り欠き部７７を介して保持プレート７４に載置された基板Ｗの裏面に接触し、別置のディテクタによってその基板Ｗの温度が測定される。一方、開口部７８は、放射温度計のプローブ３２が基板Ｗからの放射光（赤外線）を受光するために設けられている。すなわち、プローブ３２が開口部７８を介して保持プレート７４に載置された基板Ｗの裏面から放射された光を受光し、別置のディテクタによってその基板Ｗの温度が測定される。なお、接触式温度計のプローブ３１および放射温度計のプローブ３２はいずれも上部チャンバー６１の側壁部分、より正確にはサセプタ７０の外方に設置されている。
【００４１】
図８は、移載機構４の動作を示す図である。移載機構４は、２本の移載アーム４１を備える。移載アーム４１は、概ね基板Ｗの外周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４１には２本のリフトピン４２が立設されている。各移載アーム４１は開閉機構４３によって回動可能とされている。一対の移載アーム４１は開閉機構４３によって図５の実線で示す位置と二点鎖線で示す位置との間で開閉する。また、一対の移載アーム４１は、図示を省略する昇降機構によって開閉機構４３とともに昇降移動される。
【００４２】
一対の移載アーム４１が閉じて上昇すると、計４本のリフトピン４２が保持プレート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４２の上端が保持プレート７４の上面から突き出る。一方、一対の移載アーム４１が下降して開くと、サセプタ７０のリング部７１の直上に待避する。移載アーム４１の待避位置は上部チャンバー６１の側壁に形成されたへこみ部分（図１において基板Ｗの両側のへこみ）の内側となる。
【００４３】
下部チャンバー６２の内部には複数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の下方から熱処理空間６５への光照射を行う。本実施形態では、上下２段に複数のハロゲンランプＨＬが各々配設されている。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に保持される基板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。また、上段、下段ともに保持部７に保持される基板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配設密度が高くなっている。
【００４４】
さらに、上段のハロゲンランプＨＬと下段のハロゲンランプＨＬとが井桁状に交差するように構成されている。すなわち、上段のハロゲンランプＨＬの長手方向と下段のハロゲンランプＨＬの長手方向とが直交するように複数本のハロゲンランプＨＬが配設されている。
【００４５】
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徴を有する。
【００４６】
チャンバー６の上方に設けられたランプハウス５は、筐体５１の内側に、複数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に閃光を照射する。
【００４７】
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に保持される基板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。
【００４８】
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、そのときのジュール熱でキセノンガスが加熱されて光が放出される。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ミリ秒ないし１０ミリ秒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閃光を照射し得るという特徴を有する。
【００４９】
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すなわち閃光を保持部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。
【００５０】
また、制御部３は、熱処理装置１に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。制御部３のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部３は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えている。
【００５１】
上記の構成以外にも熱処理装置１は、基板Ｗの熱処理時にフラッシュランプＦＬおよびハロゲンランプＨＬから発生する熱エネルギーによるチャンバー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、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、ランプハウス５および下部チャンバー６２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、ランプハウス５および上側チャンバー窓６３を冷却する。
【００５２】
次に、熱処理装置１における基板Ｗの処理手順について簡単に説明する。ここで処理対象となる基板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り、添加された不純物の活性化が熱処理装置１によるフラッシュ加熱処理により実行される。図９は、熱処理装置１における基板Ｗの処理手順を示すフローチャートである。以下に示す基板Ｗ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って実行される。
【００５３】
まず、処理に先立って、ガス供給バルブ８２および排気バルブ８７，８９が開放されて熱処理空間６５内に常温の窒素ガスが供給される。供給された窒素ガスは熱処理空間６５内を流れ、図１に示す排出路８６，８８を介してユーティリティ排気により排気される。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基板Ｗが上部チャンバー６１内の熱処理空間６５に搬入される（ステップＳ１）。搬送ロボットによって搬入された基板Ｗは保持部７の保持プレート７４の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構４の一対の移載アーム４１が図８の実線で示すように閉じた状態で上昇することにより、リフトピン４２が保持プレート７４の上面から突き出て基板Ｗを受け取る。
【００５４】
基板Ｗがリフトピン４２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４１が下降することにより、基板Ｗは移載機構４から保持部７の保持プレート７４に受け渡される。保持プレート７４の下方にまで下降した一対の移載アーム４１は図８の二点鎖線で示すように開いて、上部チャンバー６１の側壁に形成されたへこみ部分に待避する。
【００５５】
基板Ｗが保持部７の保持プレート７４に載置されて保持された後、ハロゲンランプＨＬが点灯して予備加熱（アシスト加熱）が開始される（ステップＳ２）。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および保持プレート７４を透過して基板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基板Ｗが予備加熱されて温度が上昇する。ハロゲンランプＨＬの配設密度は、基板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ため、放熱が生じやすい基板Ｗの周縁部に照射される光量が多くなり、より均一に基板Ｗが予備加熱される。
【００５６】
予備加熱を行うときには、基板Ｗの温度が接触式温度計および放射温度計によって計測されている。すなわち、接触式温度計のプローブ３１が保持プレート７４の切り欠き部７７を介して基板Ｗの裏面に接触するとともに、放射温度計のプローブ３２が開口部７８を介して基板Ｗの裏面から放射される光を受光している。なお、プローブ３１，３２は基板Ｗの斜め下方から温度測定を行っており、ハロゲンランプＨＬからの光照射の障害とならないようにされている。また、保持部７を構成するサセプタ７０および保持プレート７４は全て石英にて形成されているため、ハロゲンランプＨＬから基板Ｗの裏面に照射される光を遮ることは無い。さらに、移載機構４の移載アーム４１は、上部チャンバー６１の側壁に形成されたへこみ部分に待避しているため、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱の障害となることは無い。
【００５７】
二種の温度計によって基板Ｗが所定の予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かが監視される（ステップＳ３）。本実施形態においては、予備加熱温度Ｔ１は８００°Ｃとされる。そして、基板Ｗの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達したことが検知されたら直ちにランプハウス５のフラッシュランプＦＬから基板Ｗへ向けてフラッシュ光が照射される（ステップＳ４）。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空間６５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空間６５内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により基板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、基板Ｗの表面温度を短時間で上昇することができる。
【００５８】
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１０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からの閃光照射によりフラッシュ加熱される基板Ｗの表面温度は、瞬間的に１０００°Ｃないし１１００°Ｃ程度の処理温度Ｔ２まで上昇し、基板Ｗに添加された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。このように、熱処理装置１では、基板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、基板Ｗに添加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、添加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ミリ秒ないし１０ミリ秒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。
【００５９】
また、本実施形態の熱処理装置１は、ハロゲンランプＨＬによって基板Ｗを予備加熱温度Ｔ１（８００°Ｃ）にまで予備加熱してからフラッシュランプＦＬからの閃光照射によってフラッシュ加熱を行っている。基板Ｗの温度が６００°Ｃ以上になると添加された不純物の熱拡散が生じる可能性があるが、ハロゲンランプＨＬは比較的急速に基板Ｗを８００°Ｃまで昇温することができるため、添加不純物の拡散を最小限に抑制することができる。また、基板Ｗを予備加熱温度Ｔ１にまで昇温してからフラッシュランプＦＬからの閃光照射を行うことにより、基板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。さらに、予備加熱温度Ｔ１から処理温度Ｔ２までのフラッシュ加熱による昇温幅が比較的小さいため、フラッシュランプＦＬから照射する閃光のエネルギーを比較的小さくすることができ、その結果フラッシュ加熱時に基板Ｗに与える熱的衝撃を緩和することができる。
【００６０】
フラッシュ加熱が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプＨＬが消灯して、基板Ｗの温度が急速に降温する（ステップＳ５）。その後、移載機構４の一対の移載アーム４１が再び閉じた状態で上昇することにより、リフトピン４２が保持プレート７４の上面から突き出て熱処理後の基板Ｗを保持プレート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４２上に載置された基板Ｗが装置外部の搬送ロボットにより搬出され（ステップＳ６）、熱処理装置１における基板Ｗのフラッシュ加熱処理が完了する。なお、熱処理装置１における基板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、その供給量は図９の処理ステップに応じて適宜変更される。
【００６１】
ところで、上記の熱処理工程において、フラッシュランプＦＬからの閃光照射によりフラッシュ加熱される基板Ｗの表面温度は瞬間的に１０００°Ｃないし１１００°Ｃ程度の処理温度Ｔ２まで上昇する一方、その瞬間の裏面温度は予備加熱温度Ｔ１からさほどには上昇しない。このため、ウェハー表面側のみに急激な熱膨張が生じ、基板Ｗの上面を凸面とするように反ろうとする応力が作用する。図１０に、基板Ｗの上面を凸面とするように基板Ｗが反った状況を模式的に示す。
【００６２】
フラッシュランプＦＬからの閃光照射は、短い時間であり、その次の瞬間には、閃光照射は止み、基板Ｗの表面温度が急速に下降する一方、表面から裏面への熱伝導により裏面温度も若干上昇するため、基板Ｗには上記とは逆向きに反ろうとする応力が作用する。その結果、基板Ｗが保持プレート７４の上で激しく動こうとする。
【００６３】
上記したように閃光照射の瞬間の出来事である基板Ｗの反り返りに際して、本実施形態では、基板支持体８に傾斜面８２を前述のように形成し、基板Ｗの反りを傾斜面８２で許容するようにして、基板支持体８に基板Ｗを載置するので、基板Ｗと基板支持体８とは、反り返り時に擦れて、発塵することを回避できる。
【００６４】
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、保持プレート７４に立設された６本の基板支持体８によって基板Ｗを支持するようにしていたが、基板支持体８の個数は６本に限定されるものではなく、基板Ｗを安定して支持可能な３本以上であれば良い。
【００６５】
もっとも、３本の基板支持体８にて基板Ｗを支持した場合には、支持点数が少ないため基板支持体８間で基板Ｗが若干撓む。一方、保持プレート７４は石英製であるため、予備加熱時にもほとんど昇温しない。このため、基板支持体８間の基板Ｗの撓み部分が保持プレート７４に近づき、その部分の温度低下が生じるおそれがある。本実施形態のように、６本以上の基板支持体８にて基板Ｗを支持すれば基板支持体８間での基板Ｗの撓みはほとんど生じず、その結果撓み部分の温度低下が防止され、基板Ｗの面内温度分布の均一性が向上して好ましい。
【００６６】
基板支持体８の形状は、例えば、図１１に示す基板支持体２０８のように、切頭円錐形の上端に傾斜面２８２を有する形状でもよい。また、図１２に示す基板支持体３０８のように、半球状の上端近くに傾斜面３８２を有する形状でもよく、前記実施形態の基板支持体８のように、円筒形の上端に傾斜面８２を形成した形状に限らない。
【００６７】
また、前記実施形態では、円形の基板Ｗを取り扱ったが、基板Ｗの形状としては、例えば太陽電池製造用の基板等のように、四隅が丸い略正方形の形状や、また、例えば発光ダイオード製造用に用いられる化合物半導体基板のように、３隅が丸い略三角形の基板や、また、その他の多角形など、円形に限定しない。
【００６８】
また、上記実施形態においては、基板支持体８の各傾斜面８２は平面であるが、曲面でもよい。
【００６９】
また、上記実施形態においては、保持プレート７４を石英にて形成していたが、これを炭化ケイ素（ＳｉＣ）にて形成するようにしても良く、他の材質で形成してもよい。
【００７０】
また、上記実施形態においては、基板Ｗの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した時点でハロゲンランプＨＬを点灯したままフラッシュランプＦＬからの閃光照射を行うようにしていたが、ハロゲンランプＨＬによって予備加熱温度Ｔ１を超えて基板を昇温した後、ハロゲンランプＨＬを消灯して基板Ｗが予備加熱温度Ｔ１にまで降温した時点で閃光照射を行うようにしても良い。
【００７１】
また、上記実施形態においては、フラッシュランプＦＬにはキセノンフラッシュランプを使用したが、これ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。
【００７２】
また、予備加熱の熱源はハロゲンランプＨＬに限定されるものではなく、抵抗発熱体等のヒータを内蔵したホットプレートに基板Ｗを載置して予備加熱を行うようにしても良い。この場合であっても、ホットプレート上に上記実施形態と同様の保持プレートを載置し、その保持プレートによって数ミリメートル以下の間隔を隔てて基板Ｗを保持する。これにより、閃光照射時の基板Ｗの著しい動きが抑制され、ウェハー割れを防止することができる。
【００７３】
また、上記実施形態においては、基板に光を照射してイオン活性化処理を行うようにしていたが、本発明にかかる熱処理装置１による処理対象となる基板は基板に限定されるものではない。例えば、窒化シリコン膜や多結晶シリコン膜等の種々のシリコン膜が形成されたガラス基板に対して本発明にかかる熱処理装置による処理を行っても良い。一例として、ＣＶＤ法によりガラス基板上に形成した多結晶シリコン膜にシリコンをイオン注入して非晶質化した非晶質シリコン膜を形成し、さらにその上に反射防止膜となる酸化シリコン膜を形成する。この状態で、本発明にかかる熱処理装置により非晶質のシリコン膜の全面に光照射を行い、非晶質のシリコン膜が多結晶化した多結晶シリコン膜を形成することもできる。
【００７４】
また、ガラス基板上に下地酸化シリコン膜、アモルファスシリコンを結晶化したポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜にリンやボロン等の不純物をドーピングした構造のＴＦＴ基板に対して本発明にかかる熱処理装置により光照射を行い、ドーピング工程で打ち込まれた不純物の活性化を行うこともできる。
【符号の説明】
【００７５】
１  熱処理装置
３  制御部
４  移載機構
５  ランプハウス
６  チャンバー
７  保持部
８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ  基板支持体
３１，３２  プローブ
４１  移載アーム
６１  上部チャンバー
６２  下部チャンバー
６３  上側チャンバー窓
６４  下側チャンバー窓
６５  熱処理空間
７０  サセプタ
７１  リング部
７２  爪部
７４  保持プレート
７５  基板支持体
７７  切り欠き部
７８  開口部
８１  上端面
８２  傾斜面
Ｅ  基板外周
ＦＬ  フラッシュランプ
ＨＬ  ハロゲンランプ
Ｐ  基板支持体を通る半径方向の直線が基板外周と交差する位置
Ｒ  基板中心から基板支持体を通る半径方向の直線
Ｓ  接線
Ｗ  基板
【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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