(57)【要約】      （修正有）【課題】支持ピン用の貫通孔部分の温度低下を抑制し、基板の加熱処理を均一化できる熱処理装置を提供する。【解決手段】ホットプレート７１およびサセプタ７２には、支持ピン７０用の貫通孔７７が形成され、この貫通孔７７には、円筒状のピン孔用スリーブ７８が嵌め込まれている。このピン孔用スリーブ７８は、サセプタ７２の形状に合わせて、サセプタ面に対して＋／−０．２ｍｍの範囲の高さであり、０．５〜１０ｍｍの範囲の厚さである。また、ピン孔用スリーブ７８は、貫通孔７７に対して約１ｍｍの余裕を持たせて嵌め込まれている。なお、サセプタ７２が石英の場合、石英よりも熱伝導率の高いＡＬＮやＳｉＣ等の材料を用いると、貫通孔７７に対応する部分の温度は、石英の場合より高く設定できる。その結果、支持ピン７０用の貫通孔７７部分の温度低下を抑制できる。【選択図】図１
2011077147.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基板を加熱する熱処理装置において、
基板に予備加熱を行うホットプレート及び前記ホットプレートに載置されるサセプタを有し、基板を水平姿勢に載置して保持する基板保持部と、
前記基板支持部に支持された基板に光を照射する光照射手段と、
基板を支持しつつ前記基板保持部に対して基板を昇降させる支持ピンと、
前記ホットプレート及び前記サセプタに、前記支持ピン用に貫通された貫通孔と、を備え、
前記貫通孔には、前記サセプタよりも熱伝導率の高い材料のピン孔用スリーブが形成されてい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において、
前記ピン孔用スリーブを形成している材料は、ＡＬＮ、ＳｉＣ、アルミナ、カーボン、シリコンのいずれかにより形成されてい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に記載の熱処理装置において、
前記ピン孔用スリーブは、前記貫通孔に嵌め込まれてい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】
この発明は、半導体ウエハやガラス基板等の基板（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基板を加熱する熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、イオン注入後の半導体ウエハ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、半導体ウエハを、例えば、摂氏１０００度ないし１１００度程度の温度に加熱（アニール）することにより、半導体ウエハ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、ハロゲンランプに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させている。
【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半導体ウエハを昇温するランプアニール装置を使用して半導体ウエハのイオン活性化を実行した場合においても、半導体ウエハ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）を使用して半導体ウエハ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半導体ウエハの表面のみを極めて短時間（数ミリセカンド以下）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、シリコンの半導体ウエハ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エハに閃光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウエハを急速に昇温することが可能である。また、数ミリセカンド以下の極めて短時間の閃光照射であれば、半導体ウエハ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】
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１，２，３には、半導体ウエハ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１，２，３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エハをある程度の温度まで昇温し、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。
【０００６】
このような従来の熱処理装置においては、半導体ウエハへの汚染を防止するために、ヒータと半導体ウエハとの間に石英サセプタを配置している。そして、ウエハをヒータに載せかえる際には、ピン等を用いて半導体ウエハをリフトアップする必要があるので、ヒータ及び石英サセプタにピン用の貫通孔が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−００４４１０号公報
【特許文献２】特開２００９−０７０９４８号公報
【特許文献３】特開２００９−００４４２７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、特許文献１，２，３に開示の熱処理装置のように、ヒータ及び石英サセプタにピン用の貫通孔が形成されていると、この貫通孔の部分は、温度が低下してしまうので、半導体ウエハに対して不均一な加熱処理が行われるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、支持ピン用の貫通孔部分の温度低下を抑制し、基板の加熱処理を均一化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】
上述した課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、基板に対して光を照射することによって基板を加熱する熱処理装置において、基板に予備加熱を行うホットプレート及び前記ホットプレートに載置されるサセプタを有し、基板を水平姿勢に載置して保持する基板保持部と、前記基板支持部に支持された基板に光を照射する光照射手段と、基板を支持しつつ前記基板保持部に対して基板を昇降させる支持ピンと、前記ホットプレート及び前記サセプタに、前記支持ピン用に貫通された貫通孔と、を備え、前記貫通孔には、前記サセプタよりも熱伝導率の高い材料のピン孔用スリーブを形成されてい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に記載の熱処理装置において、前記ピン孔用スリーブを形成している材料が、ＡＬＮ、ＳｉＣ、アルミナ、カーボン、シリコンのいずれかにより形成されていることを特徴とする。
【００１２】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、前記ピン孔用スリーブが、前記貫通孔に嵌め込まれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に記載の熱処理装置によれば、支持ピン用のために、ホットプレート及びサセプタに貫通された貫通孔には、サセプタよりも熱伝導率の高い材料であるピン孔用スリーブが形成されているので、支持ピン用の貫通孔部分の温度低下を抑制し、基板の加熱処理を均一化できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】チャンバーをガス導入バッファの位置にて水平面で切断した断面図である。
【図３】基板保持部の構成を示す断面図である。
【図４】ホットプレートを示す平面図である。
【図５】貫通孔とその周辺における、目標温度との温度差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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の構成を示す縦断面図である。熱処理装置１は基板として略円形の半導体ウエハＷの表面にフラッシュ光を照射してその半導体ウエハＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。
【００１７】
熱処理装置１は、半導体ウエハＷを収容する略円筒形状のチャンバー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半導体ウエハＷの熱処理を実行させる制御部３を備える。
【００１８】
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、略円筒状の内壁を有するチャンバー側部６３、および、チャンバー側部６３の下部を覆うチャンバー底部６２によって構成される。また、チャンバー側部６３およびチャンバー底部６２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。熱処理空間６５の上方は上部開口６０とされており、上部開口６０にはチャンバー窓６１が装着されて閉塞されている。
【００１９】
チャンバー６の天井部を構成するチャンバー窓６１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から出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５に透過する石英窓として機能する。チャンバー６の本体を構成するチャンバー底部６２およびチャンバー側部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、チャンバー側部６３の内側面の上部のリング６３１は、フラッシュ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久性を有するアルミニウム（Ａｌ）合金等で形成されている。
【００２０】
また、熱処理空間６５の気密性を維持するために、チャンバー窓６１とチャンバー側部６３とはＯリングによってシールされている。すなわち、チャンバー窓６１の下面周縁部とチャンバー側部６３との間にＯリングを挟み込むとともに、クランプリング９０をチャンバー窓６１の上面周縁部に当接させ、そのクランプリング９０をチャンバー側部６３にネジ止めすることによって、チャンバー窓６１をＯリングに押し付けている。
【００２１】
チャンバー底部６２には、基板保持部７を貫通して半導体ウエハＷをその下面（ランプハウス５からのフラッシュ光が照射される側とは反対側の面）から支持するための複数（本実施の形態では３本）の支持ピン７０が立設されている。支持ピン７０は、例えば石英により形成されており、チャンバー６の外部から固定されているため、容易に取り替えることができる。
【００２２】
チャンバー側部６３は、半導体ウエハＷ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１８５により開閉可能とされる。チャンバー側部６３における搬送開口部６６とは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）を導入する導入路８１が形成され、その一端は弁８２を介して図示省略の給気機構に接続され、他端はチャンバー側部６３の内部に形成されるガス導入バッファ８３に接続される。また、搬送開口部６６には熱処理空間６５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、チャンバー６をガス導入バッファ８３の位置にて水平面で切断した断面図である。図２に示すように、ガス導入バッファ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ー側部６３の内周の約１／３に亘って形成されており、導入路８１を介してガス導入バッファ８３に導かれた処理ガスは、複数のガス供給孔８４から熱処理空間６５内へと供給される。
【００２４】
また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部において半導体ウエハＷを水平姿勢にて保持しつつフラッシュ光照射前にその保持する半導体ウエハＷの予備加熱を行う略円板状の基板保持部７と、基板保持部７をチャンバー６の底面であるチャンバー底部６２に対して昇降させる基板保持部昇降機構４と、を備える。図１に示す基板保持部昇降機構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、ボールネジ４５、ナット４６およびモータ４０を有する。チャンバー６の下部であるチャンバー底部６２には基板保持部７よりも小さい直径を有する略円形の下部開口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、下部開口６４を挿通して、基板保持部７（厳密には基板保持部７のホットプレート７１）の下面に接続されて基板保持部７を支持する。
【００２５】
移動板４２にはボールネジ４５と螺合するナット４６が固定されている。また、移動板４２は、チャンバー底部６２に固定されて下方へと伸びるガイド部材４３により摺動自在に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を介して基板保持部７に連結される。
【００２６】
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を介してボールネジ４５に接続される。基板保持部昇降機構４により基板保持部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ネジ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に沿って鉛直方向に移動する。この結果、移動板４２に固定されたシャフト４１が鉛直方向に沿って移動し、シャフト４１に接続された基板保持部７が図１に示す半導体ウエハＷの受渡位置と、半導体ウエハＷの処理位置との間で滑らかに昇降する。
【００２７】
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がボールネジ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ようとしても、メカストッパ４５１の上端がボールネジ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、基板保持部７がチャンバー窓６１の下方の所定位置以上に上昇することはなく、基板保持部７とチャンバー窓６１との衝突が防止される。
【００２８】
また、基板保持部昇降機構４は、チャンバー６の内部のメンテナンスを行う際に基板保持部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を回転させることより、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ネジ４５を回転させて基板保持部７の昇降を行うことができる。
【００２９】
チャンバー底部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ー底部６２の下面に接続される。一方、ベローズ４７の下端はベローズ下端板４７１に取り付けられている。ベローズ下端板４７１は、鍔状部材４１１によってシャフト４１にネジ止めされて取り付けられている。基板保持部昇降機構４により基板保持部７がチャンバー底部６２に対して上昇する際にはベローズ４７が収縮され、下降する際にはベローズ４７が伸張される。そして、基板保持部７が昇降する際にも、ベローズ４７が伸縮することによって熱処理空間６５内の気密状態が維持される。
【００３０】
図３は、基板保持部７の構成を示す断面図である。基板保持部７は、フラッシュ光照射前に半導体ウエハＷを予備加熱（いわゆるアシスト加熱）するホットプレート（加熱プレート）７１、および、ホットプレート７１の上面（基板保持部７が半導体ウエハＷを保持する側の面）に載置されるサセプタ７２を有する。基板保持部７の下面には、既述のように基板保持部７を昇降するシャフト４１が接続される（図１参照）。
【００３１】
サセプタ７２は石英で形成されている。石英にて形成されたサセプタ７２は、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上に設置される。また、サセプタ７２の上面には周縁をテーパ面とした凹部１７６が形設されており、半導体ウエハＷはその凹部１７６内（凹部１７６の底面）に載置される。さらに、サセプタ７２の上面であって凹部１７６の外側には半導体ウエハＷの位置ずれを防止するピン７５が設けられる。ピン７５はパイロリティックボロンナイトライドにて形成するようにしても良いし、石英にて形成するようにしても良い。
【００３２】
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にて構成される。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。
【００３３】
図４は、ホットプレート７１を示す平面図である。図４に示すように、ホットプレート７１は、保持される半導体ウエハＷと対向する領域の中央部に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７１２の周囲の略円環状の領域を周方向に４等分割した４つのゾーン７１３〜７１６を備え、各ゾーン間には若干の間隙が形成されている。また、ホットプレート７１には、支持ピン７０が挿通される３つの貫通孔７７が、ゾーン７１１とゾーン７１２との隙間の周上に１２０°毎に設けられる。
【００３４】
この３つの貫通孔７７には、円筒状のピン孔用スリーブ７８が嵌め込まれている。このピン孔用スリーブ７８は、サセプタ７２の形状に合わせて、サセプタ面に対して＋／−０．２ｍｍの範囲の高さであり、０．５〜１０ｍｍの範囲の厚さである。また、ピン孔用スリーブ７８は、貫通孔７７に対して約１ｍｍの余裕を持たせて嵌め込まれている。なお、サセプタ７２が石英の場合、ピン孔用スリーブを形成している材料に、石英よりも熱伝導率の高いＡＬＮ、ＳｉＣ、アルミナ、カーボン、シリコンのいずれかの材料を用いると、貫通孔７７に対応する部分の温度は、石英の場合より高く設定できる。
【００３５】
図５は、貫通孔とその周辺における目標温度との温度差を示すグラフである。図５（ａ）は、従来技術における目標温度に対するズレを示すグラフであり、図５（ｂ）は、本発明における目標温度に対するズレを示すグラフである。図５（ａ）（ｂ）から明らかなように、３つの貫通孔７７に円筒状のピン孔用スリーブ７８が嵌め込んだ本発明の方が、従来技術に比べて、目標温度に対するズレは小さい。したがって、本発明は、従来技術に比べて支持ピン７０用の貫通孔７７部分の温度低下を抑制し、半導体ウエハＷの加熱処理を均一化できる。
【００３６】
６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、相互に独立した抵抗加熱線７６が周回するように配設されてヒータが個別に形成されており、各ゾーンに内蔵されたヒータにより各ゾーンが個別に加熱される。基板保持部７に保持された半導体ウエハＷは、６つのゾーン７１１〜７１６に内蔵されたヒータにより加熱される。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が設けられている。各センサ７１０は略円筒状のシャフト４１の内部を通り制御部３に接続される。
【００３７】
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６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が予め設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，Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御により行われる。ホットプレート７１では、半導体ウエハＷの熱処理（複数の半導体ウエハＷを連続的に処理する場合は、全ての半導体ウエハＷ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。なお、各ゾーンの設定温度は、基準となる温度から個別に設定されたオフセット値だけ変更することが可能とされる。
【００３８】
６つのゾーン７１１〜７１６にそれぞれ配設される抵抗加熱線７６は、シャフト４１の内部を通る電力線を介して電力供給源（図示省略）に接続されている。電力供給源から各ゾーンに至る経路途中において、電力供給源からの電力線は、マグネシア（マグネシウム酸化物）等の絶縁体を充填したステンレスチューブ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。
【００３９】
次に、再度図１を参照して、ランプハウス５は、チャンバー６内の基板保持部７の上方に設けられている。ランプハウス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からなるフラッシュ光源と、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がチャンバー窓６１と相対向することとなる。ランプハウス５は、チャンバー６内にて基板保持部７に保持される半導体ウエハＷにランプ光放射窓５３およびチャンバー窓６１を介し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エハＷを加熱する。
【００４０】
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基板保持部７に保持される半導体ウエハ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。
【００４１】
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０．１ミリセカンドないし１０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、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。
【００４２】
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基板保持部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。このような粗面化加工を施しているのは、リフレクタ５２の表面が完全な鏡面であると、複数のフラッシュランプＦＬからの反射光の強度に規則パターンが生じて半導体ウエハＷの表面温度分布の均一性が低下するためである。
【００４３】
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。
【００４４】
上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウエハＷの熱処理時にフラッシュランプＦＬおよびホットプレート７１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のチャンバー側部６３およびチャンバー底部６２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は、内部に気体流を形成して排熱するための気体供給管５５および排気管５６が設けられて空冷構造とされている（図１参照）。また、チャンバー窓６１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およびチャンバー窓６１を冷却する。
【００４５】
次に、熱処理装置１における半導体ウエハ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エハ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。
【００４６】
まず、基板保持部７が処理位置から図１に示す受渡位置に下降する。「処理位置」とは、フラッシュランプＦＬから半導体ウエハＷに光照射が行われるときの基板保持部７の位置である。また、「受渡位置」とは、チャンバー６に半導体ウエハＷの搬出入が行われるときの基板保持部７の位置であり、図１に示す基板保持部７のチャンバー６内における位置である。熱処理装置１における基板保持部７の基準位置は処理位置であり、処理前にあっては、基板保持部７は処理位置に位置しており、これが処理開始に際して受渡位置に下降するのである。図１に示すように、保持部７が受渡位置にまで下降するとチャンバー底部６２に近接し、支持ピン７０の先端が保持部７を貫通して基板保持部７の上方に突出する。
【００４７】
次に、基板保持部７が受渡位置に下降したときに、弁８２および弁８７が開かれてチャンバー６の熱処理空間６５内に常温の窒素ガスが導入される。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を介して半導体ウエハＷがチャンバー６内に搬入され、複数の支持ピン７０上に載置される。
【００４８】
半導体ウエハＷの搬入時におけるチャンバー６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チャンバー６内においてガス導入バッファ８３から図２中に示す矢印ＡＲ４の方向へと流れ、図１に示す排出路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、チャンバー６に供給された窒素ガスの一部は、べローズ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、チャンバー６には常に窒素ガスが供給および排気され続けており、窒素ガスの供給量は半導体ウエハＷの処理工程に合わせて様々に変更される。
【００４９】
半導体ウエハＷがチャンバー６内に搬入されると、ゲートバルブ１８５により搬送開口部６６が閉鎖される。そして、基板保持部昇降機構４により基板保持部７が受渡位置からチャンバー窓６１に近接した処理位置にまで上昇する。基板保持部７が受渡位置から上昇する過程において、半導体ウエハＷは支持ピン７０から基板保持部７のサセプタ７２へと渡され、サセプタ７２の凹部１７６に水平姿勢に載置・支持される。この状態では、サセプタ７２の凹部１７６の中央に半導体ウエハＷが載置されているが、半導体ウエハＷが多少横滑りしてその端部が凹部１７６のテーパ面に接触していても良い。基板保持部７が処理位置にまで上昇するとサセプタ７２に支持された半導体ウエハＷも処理位置に保持されることとなる。
【００５０】
ホットプレート７１の６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれは、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）に個別に内蔵されたヒータ（抵抗加熱線７６）により所定の温度まで加熱されている。基板保持部７が処理位置まで上昇して半導体ウエハＷが基板保持部７と接触することにより、その半導体ウエハＷはホットプレート７１に内蔵されたヒータによって予備加熱されて温度が次第に上昇する。
【００５１】
この処理位置にて約６０秒間の予備加熱が行われ、半導体ウエハＷの温度が予め設定された予備加熱温度Ｔ１まで上昇する。予備加熱温度Ｔ１は、半導体ウエハＷに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、摂氏２００度ないし８００度程度、好ましくは摂氏３５０度ないし５５０度程度とされる。
【００５２】
約６０秒間の予備加熱時間が経過した後、基板保持部７が処理位置に位置したまま制御部３の制御によりランプハウス５のフラッシュランプＦＬから半導体ウエハＷへ向けてフラッシュ光が照射される。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内の基板保持部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エハ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からのフラッシュ光照射により行われるため、半導体ウエハＷの表面温度を短時間で上昇することができる。
【００５３】
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ミリセカンドないし１０ミリセカンド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エハＷの表面温度は、瞬間的に摂氏１０００度ないし１１００度程度の処理温度Ｔ２まで上昇し、半導体ウエハ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、半導体ウエハ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、半導体ウエハ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ミリセカンドないし１０ミリセカンド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。
【００５４】
また、フラッシュ加熱の前に基板保持部７により半導体ウエハＷを予備加熱しておくことにより、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によって半導体ウエハ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。
【００５５】
フラッシュ加熱が終了し、処理位置における約１０秒間の待機の後、基板保持部７が基板保持部昇降機構４により再び図１に示す受渡位置まで下降し、半導体ウエハＷが基板保持部７から支持ピン７０へと渡される。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、支持ピン７０上に載置された半導体ウエハＷは装置外部の搬送ロボットにより搬出され、熱処理装置１における半導体ウエハＷのフラッシュ加熱処理が完了する。
【００５６】
既述のように、熱処理装置１における半導体ウエハＷの熱処理時には窒素ガスがチャンバー６に継続的に供給されており、その供給量は、基板保持部７が処理位置に位置するときには約３０リットル／分とされ、基板保持部７が処理位置以外の位置に位置するときには約４０リットル／分とされる。
【００５７】
ところで、フラッシュランプＦＬからの数ミリセカンド程度の閃光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウエハＷの表面温度は瞬間的に摂氏１０００度ないし１１００度程度の処理温度Ｔ２まで上昇する一方、その瞬間の裏面温度は摂氏３５０度ないし５５０度程度の予備加熱温度Ｔ１からさほどには上昇しない。このため、ウエハ表面側のみに急激な熱膨張が生じ、半導体ウエハＷが上面を凸面とするように反る。そして、次に瞬間には、半導体ウエハ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、半導体ウエハ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、半導体ウエハＷがサセプタ７２の上で激しく振動し、そのときの衝撃で半導体ウエハＷの割れが生じるおそれがあった。
【００５８】
この実施形態においては、ランプハウス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。
【００５９】
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エハ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】
【００６０】
１  熱処理装置
３  制御部
４  基板保持部昇降機構
５  ランプハウス
６  チャンバー
７  基板保持部
６０  上部開口
６１  チャンバー窓
６５  熱処理空間
７０  支持ピン
７１  ホットプレート
７２  サセプタ
７３  上部プレート
７４  下部プレート
７５  ピン
７６  抵抗加熱線
７７  貫通孔
７８  ピン孔用スリーブ
ＦＬ  フラッシュランプ
Ｗ  半導体ウエハ
【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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