(57)【要約】【課題】注入された不純物の拡散を抑制しつつ活性化を行うことができ、しかも不純物注入時に導入された結晶欠陥の回復をも行うことができる熱処理方法および熱処理装置を提供する。【解決手段】まずｔｐ≦847500exp(-0.01365Ｔｐ)を満たすような予備加熱温度Ｔｐに半導体ウェハーＷを予備加熱時間ｔｐ維持することによって不純物の拡散を抑制することができる。次に、予備加熱された半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射することにより、半導体ウェハーＷの表面温度が瞬間的に処理温度にまで昇温して不純物の活性化が行われる。さらに、点接触にて支持された半導体ウェハーＷの表面温度の降温速度は比較的小さく、その結果表面温度がアニール温度Ｔａ以上に時間ｔａ維持されることとなり、不純物注入時に半導体ウェハーＷに導入された結晶欠陥の回復をも行うことができる。【選択図】図１１
2011061015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法であって、
点接触にて支持された基板を予備加熱温度Ｔｐにて予備加熱時間ｔｐ加熱する予備加熱工程と、
前記予備加熱工程が終了した基板にフラッシュランプから０．８ミリ秒〜１００ミリ秒の照射時間にてフラッシュ光を照射して加熱処理を行うフラッシュ加熱工程と、
を備え、
前記予備加熱温度Ｔｐは７００℃以上９００℃以下であり、
前記予備加熱時間ｔｐは、ｔｐ≦847500exp(-0.01365Ｔｐ)を満たすことを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理方法において、
前記フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーは１５Ｊ／ｃｍ2以上２５Ｊ／ｃｍ2以下であることを特徴とする熱処理方法。
【請求項３】
請求項２記載の熱処理方法において、
前記フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーは、前記フラッシュ加熱工程が終了した基板の表面温度が所定のアニール温度以上に所定時間以上維持される値とすることを特徴とする熱処理方法。
【請求項４】
請求項２記載の熱処理方法において、
前記予備加熱温度Ｔｐは、前記フラッシュ加熱工程が終了した基板の表面温度が所定のアニール温度以上に所定時間以上維持される値とすることを特徴とする熱処理方法。
【請求項５】
基板に対して光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法であって、
点接触にて支持された基板を、当該基板に注入された不純物の拡散を抑制する予備加熱温度および予備加熱時間にて加熱する予備加熱工程と、
前記予備加熱工程が終了した基板にフラッシュランプから０．８ミリ秒〜１００ミリ秒の照射時間にてエネルギーが１５Ｊ／ｃｍ2以上２５Ｊ／ｃｍ2以下のフラッシュ光を照射して加熱処理を行うフラッシュ加熱工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項６】
基板に対して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点接触にて支持する支持部材と、
前記支持部材に支持された基板に光を照射して当該基板を予備加熱温度Ｔｐにて予備加熱時間ｔｐ加熱するハロゲンランプと、
前記ハロゲンランプによって予備加熱された基板に０．８ミリ秒〜１００ミリ秒の照射時間にてフラッシュ光を照射して当該基板を加熱するフラッシュランプと、
を備え、
前記予備加熱温度Ｔｐは７００℃以上９００℃以下であり、
前記予備加熱時間ｔｐは、ｔｐ≦847500exp(-0.01365Ｔｐ)を満たすことを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項６記載の熱処理装置において、
前記フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーは１５Ｊ／ｃｍ2以上２５Ｊ／ｃｍ2以下であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
請求項７記載の熱処理装置において、
前記フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーは、前記フラッシュランプによる加熱が終了した基板の表面温度が所定のアニール温度以上に所定時間以上維持される値とすることを特徴とする熱処理装置。
【請求項９】
請求項７記載の熱処理装置において、
前記予備加熱温度Ｔｐは、前記フラッシュランプによる加熱が終了した基板の表面温度が所定のアニール温度以上に所定時間以上維持される値とすることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１０】
基板に対して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点接触にて支持する支持部材と、
前記支持部材に支持された基板に光を照射して、当該基板に注入された不純物の拡散を抑制する予備加熱温度および予備加熱時間にて当該基板を加熱するハロゲンランプと、
前記ハロゲンランプによって予備加熱された基板に０．８ミリ秒〜１００ミリ秒の照射時間にてエネルギーが１５Ｊ／ｃｍ2以上２５Ｊ／ｃｍ2以下のフラッシュ光を照射して当該基板を加熱するフラッシュランプと、
を備え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）に対して光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法および熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体ウェハーなどの熱処理装置としては種々のタイプのものが用いられている。古くから用いられている典型的な熱処理装置としてはファーネスと呼ばれる大型炉がある。ファーネスは、電熱線によって加熱された炉内に半導体ウェハーなどの被処理体を入れるタイプの熱処理装置であり、その熱処理時間は数分から数時間であった。ファーネスの次に登場してきたのは特許文献１に開示されるようなＲＴＡ(Rapid Thermal Annealing)という手法である。このＲＴＡは、ハロゲンランプからの光照射によって半導体ウェハーを急速に加熱する手法であり、これによって熱処理時間を数十秒程度にまで短縮することが可能となった。さらに、ＲＴＡを発展させたスパイクＲＴＡという手法を用いれば１秒から数秒程度の熱処理も可能となる。
【０００３】
ところで、このような熱処理装置は半導体デバイス製造の種々のプロセスに使用されるのであるが、イオン注入法によって半導体ウェハーに注入した不純物（イオン）を活性化させるための熱処理はトランジスタ等のデバイスを製造する際に非常に重要なプロセスである。近年、集積回路の微細化が進行するにつれて、注入された不純物原子の拡散を抑制するべく、より短時間の熱処理が求められている。すなわち、熱処理時間が長時間になると、半導体ウェハーに注入された不純物が拡散してソースとドレインが短絡する原因となるため、パターンの微細化が進行するほどより短時間のアニールが必要となるのである。
【０００４】
このような要求を満たすべく登場したのが特許文献２に開示されるようなレーザーアニールであり、この技術は同一点を何度も繰り返しレーザー照射しながらスキャンすることによって熱処理時間が数マイクロ秒〜数ミリ秒の熱処理を行うものである。
【０００５】
また、特許文献３に開示されるようなフラッシュランプアニールも熱処理時間が数ミリ秒程度の熱処理を行うことができる。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）から極めて短時間のフラッシュ光照射を行うことにより、半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間に昇温させる技術である。このフラッシュランプアニールにおいては、特許文献４に開示されるように、フラッシュランプに流れる電流をトランジスタでチョッパ制御することによって数十ミリ秒の熱処理時間を実現できるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２９１６７７号公報
【特許文献２】特開２００６−３０３４１０号公報
【特許文献３】特開２００７−５５３２号公報
【特許文献４】特開２００９−７０９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、レーザーアニールやフラッシュランプアニールのように熱処理時間の極めて短い熱処理は、不純物の活性化という観点からは非常に良好な特性を示したが、不純物注入時に導入された結晶欠陥の回復が不十分であるという問題を残した。すなわち、半導体ウェハーのシリコン結晶中に導入された結晶欠陥の回復にはある程度の熱処理時間が必要であり、数ミリ秒程度の加熱処理では十分な欠陥回復を行うことはできない。但し、熱処理時間が長時間になると、上述したような不純物の拡散が生じるため、不純物の拡散を抑制しつつ活性化を行い、しかも結晶欠陥の回復をも実現できる熱処理時間は数十ミリ秒から１秒までに存在するが、そのような熱処理時間を実現することは極めて困難であった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、注入された不純物の拡散を抑制しつつ活性化を行うことができ、しかも不純物注入時に導入された結晶欠陥の回復をも行うことができる熱処理方法および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】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対して光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、点接触にて支持された基板を予備加熱温度Ｔｐにて予備加熱時間ｔｐ加熱する予備加熱工程と、前記予備加熱工程が終了した基板にフラッシュランプから０．８ミリ秒〜１００ミリ秒の照射時間にてフラッシュ光を照射して加熱処理を行うフラッシュ加熱工程と、を備え、前記予備加熱温度Ｔｐは７００℃以上９００℃以下であり、前記予備加熱時間ｔｐは、ｔｐ≦847500exp(-0.01365Ｔｐ)を満たすことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーは１５Ｊ／ｃｍ2以上２５Ｊ／ｃｍ2以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーは、前記フラッシュ加熱工程が終了した基板の表面温度が所定のアニール温度以上に所定時間以上維持される値とすることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記予備加熱温度Ｔｐは、前記フラッシュ加熱工程が終了した基板の表面温度が所定のアニール温度以上に所定時間以上維持される値とすることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５の発明は、基板に対して光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、点接触にて支持された基板を、当該基板に注入された不純物の拡散を抑制する予備加熱温度および予備加熱時間にて加熱する予備加熱工程と、前記予備加熱工程が終了した基板にフラッシュランプから０．８ミリ秒〜１００ミリ秒の照射時間にてエネルギーが１５Ｊ／ｃｍ2以上２５Ｊ／ｃｍ2以下のフラッシュ光を照射して加熱処理を行うフラッシュ加熱工程と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６の発明は、基板に対して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点接触にて支持する支持部材と、前記支持部材に支持された基板に光を照射して当該基板を予備加熱温度Ｔｐにて予備加熱時間ｔｐ加熱するハロゲンランプと、前記ハロゲンランプによって予備加熱された基板に０．８ミリ秒〜１００ミリ秒の照射時間にてフラッシュ光を照射して当該基板を加熱するフラッシュランプと、を備え、前記予備加熱温度Ｔｐは７００℃以上９００℃以下であり、前記予備加熱時間ｔｐは、ｔｐ≦847500exp(-0.01365Ｔｐ)を満たすことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る熱処理装置において、前記フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーは１５Ｊ／ｃｍ2以上２５Ｊ／ｃｍ2以下であることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る熱処理装置において、前記フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーは、前記フラッシュランプによる加熱が終了した基板の表面温度が所定のアニール温度以上に所定時間以上維持される値とすることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９の発明は、請求項７の発明に係る熱処理装置において、前記予備加熱温度Ｔｐは、前記フラッシュランプによる加熱が終了した基板の表面温度が所定のアニール温度以上に所定時間以上維持される値とすることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１０の発明は、基板に対して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点接触にて支持する支持部材と、前記支持部材に支持された基板に光を照射して、当該基板に注入された不純物の拡散を抑制する予備加熱温度および予備加熱時間にて当該基板を加熱するハロゲンランプと、前記ハロゲンランプによって予備加熱された基板に０．８ミリ秒〜１００ミリ秒の照射時間にてエネルギーが１５Ｊ／ｃｍ2以上２５Ｊ／ｃｍ2以下のフラッシュ光を照射して当該基板を加熱するフラッシュランプと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１から請求項４の発明によれば、ｔｐ≦847500exp(-0.01365Ｔｐ)を満たすような予備加熱温度Ｔｐに基板を予備加熱時間ｔｐ維持する予備加熱を行ってからフラッシュ光を照射する加熱処理を行っているため、注入された不純物の拡散を抑制しつつ活性化を行うことができる。また、点接触にて支持された基板にフラッシュ光を照射するため、フラッシュ光照射後の基板表面温度の降温速度が比較的小さくなり、不純物注入時に導入された結晶欠陥の回復をも併せて行うことができる。
【００２０】
特に、請求項２の発明によれば、フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーは１５Ｊ／ｃｍ2以上２５Ｊ／ｃｍ2以下であるため、フラッシュ光照射時の基板の割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、フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーは、フラッシュ加熱工程が終了した基板の表面温度が所定のアニール温度以上に所定時間以上維持される値としているため、結晶欠陥の回復を確実に行うことができる。
【００２２】
特に、請求項４の発明によれば、予備加熱温度Ｔｐは、フラッシュ加熱工程が終了した基板の表面温度が所定のアニール温度以上に所定時間以上維持される値としているため、結晶欠陥の回復を確実に行うことができる。
【００２３】
また、請求項５の発明によれば、注入された不純物の拡散を抑制する予備加熱温度および予備加熱時間にて基板を予備加熱してからフラッシュ光を照射する加熱処理を行っているため、注入された不純物の拡散を抑制しつつ活性化を行うことができる。また、点接触にて支持された基板にフラッシュ光を照射するため、フラッシュ光照射後の基板表面温度の降温速度が比較的小さくなり、不純物注入時に導入された結晶欠陥の回復をも併せて行うことができる。
【００２４】
また、請求項６から請求項９の発明によれば、ｔｐ≦847500exp(-0.01365Ｔｐ)を満たすような予備加熱温度Ｔｐに基板を予備加熱時間ｔｐ維持する予備加熱を行ってからフラッシュ光を照射する加熱処理を行っているため、注入された不純物の拡散を抑制しつつ活性化を行うことができる。また、支持部材に点接触にて支持された基板にフラッシュ光を照射するため、フラッシュ光照射後の基板表面温度の降温速度が比較的小さくなり、不純物注入時に導入された結晶欠陥の回復をも併せて行うことができる。
【００２５】
特に、請求項７の発明によれば、フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーは１５Ｊ／ｃｍ2以上２５Ｊ／ｃｍ2以下であるため、フラッシュ光照射時の基板の割れを防止することができる。
【００２６】
特に、請求項８の発明によれば、フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーは、フラッシュランプによる加熱が終了した基板の表面温度が所定のアニール温度以上に所定時間以上維持される値としているため、結晶欠陥の回復を確実に行うことができる。
【００２７】
特に、請求項９の発明によれば、予備加熱温度Ｔｐは、フラッシュランプによる加熱が終了した基板の表面温度が所定のアニール温度以上に所定時間以上維持される値としているため、結晶欠陥の回復を確実に行うことができる。
【００２８】
また、請求項１０の発明によれば、注入された不純物の拡散を抑制する予備加熱温度および予備加熱時間にて基板を予備加熱してからフラッシュ光を照射する加熱処理を行っているため、注入された不純物の拡散を抑制しつつ活性化を行うことができる。また、支持部材に点接触にて支持された基板にフラッシュ光を照射するため、フラッシュ光照射後の基板表面温度の降温速度が比較的小さくなり、不純物注入時に導入された結晶欠陥の回復をも併せて行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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】保持部の斜視図である。
【図３】保持プレートの平面図である。
【図４】保持プレートに半導体ウェハーが載置されたときのバンプ近傍を拡大した図である。
【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】半導体ウェハーを保持した保持プレートを示す図である。
【図９】熱処理装置における半導体ウェハーの処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。
【図１１】図１０の予備加熱段階およびフラッシュ加熱段階を拡大した図である。
【図１２】注入された不純物が拡散する限界条件を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
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に対して閃光（フラッシュ光）を照射する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。
【００３２】
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、シャッター部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、シャッター部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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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９０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９０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。
【００４０】
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９１が接続されている。ガス排気管９１はバルブ９２を介して排気部９０に接続されている。バルブ９２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。
【００４１】
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。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。保持プレート７４の上面には複数個のバンプ７５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°毎に計６本のバンプ７５が立設されている。６本のバンプ７５を配置した円の径（対向するバンプ７５間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さく、本実施形態ではφ２８０ｍｍである。それぞれのバンプ７５は石英にて形成された支持ピンである。なお、バンプ７５の個数は６本に限定されるものではなく、半導体ウェハーＷを安定して支持可能な３本以上であれば良い。
【００４２】
また、保持プレート７４の上面には、６本のバンプ７５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。
【００４３】
リング部７１が凹部６２の底面に載置されることによって、サセプタ７０がチャンバー６に装着される。そして、保持プレート７４はチャンバー６に装着されたサセプタ７０の爪部７２に載置される。チャンバー６に搬入された半導体ウェハー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。
【００４４】
図４は、保持プレート７４に半導体ウェハーＷが載置されたときのバンプ７５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。
【００４５】
また、バンプ７５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バンプ７５およびガイドピン７６の上端は当該上面から突出する。半導体ウェハーＷは保持プレート７４に立設された複数のバンプ７５によって点接触にて支持されて保持プレート７４上に載置される。バンプ７５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０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下（本実施形態では１ｍｍ）である。従って、半導体ウェハーＷは複数のバンプ７５によって保持プレート７４の上面から０．５ｍｍ以上３ｍｍ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バンプ７５の上端よりも高く、複数のガイドピン７６によって半導体ウェハーＷの水平方向の位置ずれが防止される。なお、バンプ７５およびガイドピン７６を保持プレート７４と一体に石英にて加工するようにしても良い。
【００４６】
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半導体ウェハー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バンプ７５に支持された半導体ウェハーＷに対向する領域は平面となる。この場合、半導体ウェハーＷは複数のバンプ７５によって保持プレート７４の当該平面から０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の間隔を隔てて支持されることとなる。
【００４７】
また、図２および図３に示すように、保持プレート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が保持プレート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。
【００４８】
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。
【００４９】
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１２の上端が保持プレート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、サセプタ７０のリング部７１の直上である。リング部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。
【００５０】
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に閃光を照射する。
【００５１】
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。
【００５２】
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両端電極間の放電によって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０．８ミリセカンドから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。
【００５３】
また、リフレクタ５２は、複数のフラッシュランプＦＬの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ５２の基本的な機能は、複数のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を保持部７の側に反射するというものである。リフレクタ５２はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面（フラッシュランプＦＬに臨む側の面）はブラスト処理により粗面化加工が施されて梨地模様を呈する。
【００５４】
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。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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
また、図１に示すように、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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にはイオン注入法により不純物原子が注入されており、注入された不純物の活性化が熱処理装置１によるフラッシュアニールにより実行される。図９は、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順を示すフローチャートである。以下に示す半導体ウェハー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。
【００６２】
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８９，９２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（ステップＳ１）。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。
【００６３】
また、バルブ９２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、その供給量は図９の処理ステップに応じて適宜変更される。
【００６４】
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（ステップＳ２）。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を通って保持プレート７４の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。
【００６５】
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の保持プレート７４に受け渡されて水平姿勢に保持される。図８は、半導体ウェハーＷを保持した保持プレート７４を示す図である。半導体ウェハーＷは６本のバンプ７５によって点接触にて支持され、保持プレート７４の上面から０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の間隔（本実施形態では１ｍｍ）を隔てて保持される。これにより、半導体ウェハーＷの下面と保持プレート７４の上面との間には厚さ１ｍｍの空気層が挟み込まれることとなる。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。
【００６６】
半導体ウェハー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、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯する（ステップＳ３）。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の温度が上昇する。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による予備加熱の障害となることは無い。
【００６７】
図１０は、半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。半導体ウェハーＷが搬入されて保持プレート７４に載置された後、時刻ｔ０にて４０本のハロゲンランプＨＬが点灯して半導体ウェハーＷの温度が上昇する。半導体ウェハーＷの温度は接触式温度計１３０および放射温度計１２０によって測定されている。これらによって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。但し、半導体ウェハーＷから放射される赤外光を受光して温度測定を行う放射温度計１２０は、半導体ウェハーＷの温度があまりに低温（３００℃以下）であるときには測定不能である。このため、放射温度計１２０による測定可能温度域に半導体ウェハーＷが昇温した時刻ｔ１にて一旦ハロゲンランプＨＬの出力を低下させて半導体ウェハーＷの温度を一定に維持する。すなわち、接触式温度計１３０によって測定される半導体ウェハーＷの温度が放射温度計１２０による測定可能な所定温度（本実施形態では６００℃）に到達した時刻ｔ１にて制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を低下させる。これにより、放射温度計１２０による半導体ウェハーＷの温度測定を確実なものとする。
【００６８】
放射温度計１２０による温度測定が可能となった後、制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を再び増加させて半導体ウェハーＷの温度を予め設定された予備加熱温度Ｔｐまで上昇させる。本実施形態においては、予備加熱温度Ｔｐは７５０℃とされている。半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔｐに到達した時刻ｔ２にて制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を低下させて半導体ウェハーＷの温度を予備加熱温度Ｔｐに予備加熱時間ｔｐ維持する。これにより、予備加熱温度Ｔｐでの予備加熱時間ｔｐの半導体ウェハーＷの予備加熱が実行されることとなる（ステップＳ４）。予備加熱温度Ｔｐおよび予備加熱時間ｔｐは予め設定されて制御部３の記憶部（メモリまたは磁気ディスクなど）に記憶されており、制御部３はそれに従って予備加熱温度Ｔｐでの予備加熱時間ｔｐの半導体ウェハーＷの加熱処理が行われるようにハロゲンランプＨＬの出力を制御する。なお、予備加熱温度Ｔｐおよび予備加熱時間ｔｐの設定についてはさらに詳述する。
【００６９】
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の面内温度分布をより均一なものとすることができる。
【００７０】
さらに、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の内周面によって半導体ウェハーＷの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一なものとすることができる。
【００７１】
次に、予備加熱時間ｔｐが経過した時刻ｔ３にて、制御部３の制御によりフラッシュ加熱部５のフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷへ向けてフラッシュ光が照射される（ステップＳ５）。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半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱が行われる。フラッシュ加熱は、フラッシュランプＦＬからの閃光照射により行われるため、半導体ウェハーＷの表面温度を短時間で上昇することができる。
【００７２】
すなわち、フラッシュ加熱部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、予めコンデンサ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０．８ミリ秒から１００ミリ秒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０．８ミリ秒以上１００ミリ秒以下の照射時間にてフラッシュ光を照射して半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱を行うことにより、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（本実施形態では約１４００℃）にまで上昇し、注入された不純物が活性化された後、表面温度が下降する。
【００７３】
フラッシュ加熱が終了した後、所定時間経過後（例えば、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔｐ近傍に低下するまでの時間経過後）にハロゲンランプＨＬが消灯する（ステップＳ６）。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（ステップＳ７）。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。
【００７４】
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が保持プレート７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハー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（ステップＳ９）、熱処理装置１における半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理が完了する。
【００７５】
本実施形態においては、フラッシュランプＦＬによるフラッシュ加熱を行う前に予備加熱温度Ｔｐに半導体ウェハーＷを予備加熱時間ｔｐ維持する予備加熱を行っている（図９のステップＳ４）。予備加熱はハロゲンランプＨＬからの光照射によって実行される。このような光照射による予備加熱はＲＴＡと同様の手法であり、半導体ウェハーＷを急速にしかも相当高温にまで昇温することが可能である。
【００７６】
ところが、過度に高温の予備加熱温度Ｔｐに半導体ウェハーＷを長時間維持すると、注入された不純物が拡散して不具合が生じる。具体的には、ソース・ドレインにつなげられたエクステンション領域に注入された不純物が拡散してソースとドレインとの短絡が生じてトランジスタとして機能しなくなるのである。特に、近年のように集積回路の微細化が顕著に進展した状況においては不純物の拡散は最小限に抑制することが強く求められている。
【００７７】
本願発明者は、鋭意調査を行って、エクステンション領域に注入された不純物が拡散して半導体デバイスとして機能しなくなる限界条件を実験的に求めた。その結果を図１２に示す。同図に示すのは、不純物が拡散して半導体デバイスとして機能しなくなる限界線である。つまり、この限界線よりも上の領域での熱処理条件ではエクステンション領域に注入された不純物が拡散して不具合が生じる。図１２の限界線、すなわち不純物が拡散して不具合が生じる臨界の熱処理温度Ｔ（℃）と熱処理時間ｔ（秒）との関係は次の数１にて示される。
【００７８】
【数１】
2011061015.tif 000003
【００７９】
従って、ｔｐ≦847500exp(-0.01365Ｔｐ)を満たすような予備加熱温度Ｔｐに半導体ウェハーＷを予備加熱時間ｔｐ維持する予備加熱であれば、不純物の拡散を抑制してそれに起因する不具合を防止することができる。例えば、予備加熱温度Ｔｐが８００℃の場合、予備加熱時間ｔｐが１０秒程度以下であれば不純物の拡散を抑制することができる。すなわち、かかる条件を満足するような予備加熱温度Ｔｐおよび予備加熱時間ｔｐは注入された不純物が拡散しない予備加熱温度および予備加熱時間である。このため、かかる条件を満足するような予備加熱温度Ｔｐに半導体ウェハーＷを予備加熱時間ｔｐ加熱する予備加熱工程を行う（本実施形態においては、予備加熱温度Ｔｐ＝７５０℃、予備加熱時間ｔｐ＝４秒）。
【００８０】
但し、予備加熱温度Ｔｐは７００℃以上９００℃以下の範囲内である。予備加熱温度Ｔｐが７００℃未満であると、フラッシュ加熱時に半導体ウェハーＷの表面温度を所定の処理温度にまで昇温するのにフラッシュランプＦＬから過大なエネルギーのフラッシュ光を照射する必要があり、その結果半導体ウェハーＷに割れ(Shattering)が生じるおそれがある。一方、予備加熱温度Ｔｐが９００℃を超えると、図１２からも明らかなように、僅か数秒程度の予備加熱時間ｔｐでも不純物拡散に起因する不具合が生じることとなり、予備加熱工程におけるハロゲンランプＨＬの制御が非常に難しくなる。このため、予備加熱温度Ｔｐは７００℃以上９００℃以下としているのである。すなわち、予備加熱温度Ｔｐは７００℃以上９００℃以下の範囲であって、ｔｐ≦847500exp(-0.01365Ｔｐ)を満たす予備加熱時間ｔｐの熱処理条件（図１２の斜線部の条件）にて予備加熱を行うようにすれば良い。なお、処理対象となる半導体ウェハーＷがベアウェハーに近いほど、フラッシュ光の吸収率が低下してフラッシュ加熱時の昇温幅が小さくなるため、予備加熱温度Ｔｐを９００℃に近くしておく方が好ましい。
【００８１】
また、３０本のフラッシュランプＦＬから照射するフラッシュ光のエネルギーは１５Ｊ／ｃｍ2以上２５Ｊ／ｃｍ2以下としている。このエネルギー値の範囲は、７００℃以上９００℃以下に予備加熱された半導体ウェハーＷの表面温度を所定の処理温度にまで昇温することができ、しかも半導体ウェハーＷの割れを防止することができる範囲である。
【００８２】
さらに、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光の照射時間は０．８ミリ秒以上１００ミリ秒以下としている。フラッシュ光の照射時間は、フラッシュランプＦＬに電力供給を行う回路のコイルのインダクタンスによって調整することができる。
【００８３】
以上のような条件にてハロゲンランプＨＬによる予備加熱およびフラッシュランプＦＬによるフラッシュ加熱を行うと、まず予備加熱段階では不純物の拡散を抑制してそれに起因する不具合を防止しつつ半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔｐに加熱することができる。そして、予備加熱温度Ｔｐに加熱された半導体ウェハーＷに上記の条件にてフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射することにより、半導体ウェハーＷの表面温度が瞬間的に処理温度にまで昇温して注入された不純物が活性化される。０．８ミリ秒〜１００ミリ秒のフラッシュ光によって瞬間的に昇温した半導体ウェハーＷの表面温度は処理温度に到達した後直ぐに降温を開始する。
【００８４】
ここで、本実施形態においては、半導体ウェハーＷが保持プレート７４の６本のバンプ７５によって点接触にて支持され、半導体ウェハーＷの下面と保持プレート７４の上面との間に厚さ１ｍｍ程度の空気層が挟み込まれている。このため、半導体ウェハーＷの下面から保持プレート７４への熱伝導はほとんど生じず、フラッシュ加熱後の半導体ウェハーＷの表面温度の低下も比較的緩やかなものとなる。
【００８５】
図１１は、図１０の予備加熱段階およびフラッシュ加熱段階を拡大した図である。半導体ウェハーＷが点接触にて支持されているため、フラッシュ加熱によって処理温度に到達した後の半導体ウェハーＷの表面温度の低下は比較的緩やかである。すなわち、仮に半導体ウェハーＷから保持プレート７４への熱伝導が十分に大きいとフラッシュ加熱によって処理温度に到達した半導体ウェハーＷの表面温度が急速に予備加熱温度程度まで降温する。これに対して、点接触にて支持された半導体ウェハーＷから保持プレート７４への熱伝導はほとんど生じないため、フラッシュ加熱後の半導体ウェハーＷの表面温度の降温速度も比較的小さくなり、図１１に示すようなフラッシュ加熱後の略三角形の熱履歴を得ることができる。例えば、本実施形態のように処理温度が１４００℃であった場合には、フラッシュ加熱後の経過時間をｔとして半導体ウェハーＷの表面温度Ｔは、Ｔ＝1400exp(-0.0257ｔ)で表される。
【００８６】
その結果、フラッシュランプＦＬによる加熱が終了した半導体ウェハーＷの表面温度が所定のアニール温度Ｔａ以上となるアニール時間ｔａを確保することができる。半導体ウェハーＷの表面温度がアニール温度Ｔａ以上にアニール時間ｔａ保持されることによって、不純物注入時に半導体ウェハーＷの表面近傍に導入された結晶欠陥の回復をも行うことができる。
【００８７】
このように、本実施形態の熱処理技術によれば、まずｔｐ≦847500exp(-0.01365Ｔｐ)を満たすような予備加熱温度Ｔｐに半導体ウェハーＷを予備加熱時間ｔｐ維持する予備加熱を行うことによって不純物の拡散を最小限に抑制することができる。次に、予備加熱温度Ｔｐに加熱された半導体ウェハーＷに、エネルギーが１５Ｊ／ｃｍ2以上２５Ｊ／ｃｍ2以下のフラッシュ光を０．８ミリ秒以上１００ミリ秒以下の照射時間にて照射することにより、半導体ウェハーＷの表面温度が瞬間的に処理温度にまで昇温して注入された不純物の活性化を行うことができる。さらに、半導体ウェハーＷが点接触にて支持されているため、フラッシュ加熱によって処理温度に到達した後の半導体ウェハーＷの表面温度の降温速度は比較的小さく、その結果として半導体ウェハーＷの表面温度がアニール温度Ｔａ以上にアニール時間ｔａ維持されることとなり、不純物注入時に半導体ウェハーＷの表面近傍に導入された結晶欠陥の回復をも行うことができる。
【００８８】
また、結晶欠陥の回復のためのアニール条件は、フラッシュランプＦＬから照射するフラッシュ光のエネルギーまたは予備加熱温度Ｔｐを上下させることによって調整することができる。例えば、フラッシュ加熱後に半導体ウェハーＷの表面温度が１２００℃以上となるのが０．１秒であるときに、これを０．２秒とするのであれば、フラッシュランプＦＬから照射するフラッシュ光のエネルギーを増大すれば図１１のアニール時間ｔａも長くなる。また、予備加熱温度Ｔｐを高くしても同様に図１１のアニール時間ｔａを長くすることができる。換言すれば、フラッシュランプＦＬから照射するフラッシュ光のエネルギーは、フラッシュ加熱が終了した半導体ウェハーＷの表面温度が所定のアニール温度Ｔａ以上に所定のアニール時間ｔａ以上維持される値としている。また、予備加熱温度Ｔｐも、フラッシュ加熱が終了した半導体ウェハーＷの表面温度が所定のアニール温度Ｔａ以上に所定のアニール時間ｔａ以上維持される値としている。
【００８９】
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、半導体ウェハーＷをバンプ７５によって点接触にて支持するようにしていたが、フラッシュ加熱後の半導体ウェハーＷからの熱伝導を十分抑制することができれば、他の手段によって半導体ウェハーＷを支持するようにしても良い。例えば、熱伝導率が十分に小さい部材であれば半導体ウェハーＷを面接触にて支持するようにしても良い。また、いわゆるベルヌーイチャックなどによって半導体ウェハーＷを非接触で支持するようにしても良い。
【００９０】
また、フラッシュ加熱時におけるフラッシュランプＦＬの発光出力の出力波形（発光出力プロファイル）を調整するようにしても良い。具体的には、特許文献４に開示される技術を用い、ＩＧＢＴ（Insulated gate bipolar transistor）などのトランジスタによりフラッシュランプＦＬに流れる電流をチョッパ制御することによって発光出力プロファイルを変化させる。このようにすれば、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷの表面温度プロファイルのバリエーションを豊富なものとすることができ、その表面温度が所定のアニール温度Ｔａ以上となるアニール時間ｔａをより高い自由度にて調整することができる。
【００９１】
また、上記実施形態においては、熱処理空間６５に供給する処理ガスを窒素ガス（Ｎ2）としていたが、これに限定されるものではなく、例えば、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）ガスや清浄エアであっても良い。もっとも、熱処理空間６５にて加熱される半導体ウェハーＷは数百℃から１０００℃以上の高温に昇温されるため、処理ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが好ましく、特にコスト面からは安価な窒素ガスが好ましい。
【００９２】
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。
【００９３】
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、液晶表示装置などに用いるガラス基板であっても良い。
【符号の説明】
【００９４】
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
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
７４  保持プレート
７５  バンプ
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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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