(57)【要約】【課題】チャンバー内の汚染を低減することができる熱処理装置および熱処理方法を提供する。【解決手段】チャンバー６内にてサセプター７４によって保持される半導体ウェハーＷの下面にハロゲンランプＨＬから光照射を行って予備加熱した後、上面にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を行う。ガス供給源８５から送給された処理ガスをヒータ２２によって加熱してチャンバー６内に供給する。また、流量調整バルブ２１によってチャンバー６内に供給する処理ガスの流量を増加する。チャンバー６内に高温の処理ガスを大流量で供給してそのガス流を形成することにより、加熱処理時に半導体ウェハーＷの膜から放散された汚染物質をチャンバー６外に排出してチャンバー６内の汚染を低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に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支持するサセプターと、
前記サセプターに支持された基板に光を照射する光照射部と、
前記チャンバー内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバー内の気体を排気する排気部と、
前記ガス供給部から前記チャンバーに供給される前記処理ガスを加熱するガス加熱部と、
を備え、
前記ガス供給部は前記サセプターに支持された基板よりも上側に形設されたガス供給孔から前記処理ガスを供給するとともに、前記排気部は前記サセプターに支持された基板よりも下側に形設されたガス排気孔から気体を排気し、
前記ガス加熱部は、前記チャンバー内に供給される前記処理ガスが１００℃以上かつ最も低い基板の設定処理温度未満となるように前記処理ガスを加熱す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、
前記ガス供給部は、前記ガス供給孔よりも流体抵抗の小さい緩衝空間を経て前記ガス供給孔から前記チャンバー内に前記処理ガスを供給す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、
前記処理ガスは、窒素、酸素またはアルゴンであ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、
前記ガス供給部から前記チャンバーに供給される前記処理ガスの流量を増加する流量増加部をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記光照射部は、前記チャンバーの一方側から基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプを含むことを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項５記載の熱処理装置において、
前記光照射部は、前記チャンバーの他方側から基板に光を照射する連続点灯ランプをさらに含むことを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
基板に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、
チャンバー内のサセプターにて基板を支持する支持工程と、
前記チャンバー内に処理ガスを供給するガス供給工程と、
前記チャンバー内の気体を排気する排気工程と、
前記サセプターに支持された基板に光を照射する光照射工程と、
を備え、
前記ガス供給工程は、前記チャンバーに供給する前記処理ガスを加熱するガス加熱工程を含み、
前記ガス供給工程では前記サセプターに支持された基板よりも上側に形設されたガス供給孔から前記処理ガスを供給するとともに、前記排気工程では前記サセプターに支持された基板よりも下側に形設されたガス排気孔から気体を排気し、
前記ガス加熱工程では、前記チャンバー内に供給される前記処理ガスが１００℃以上かつ最も低い基板の設定処理温度未満となるように前記処理ガスを加熱することを特徴とする熱処理方法。
【請求項８】
請求項７記載の熱処理方法において、
前記ガス供給工程では、前記ガス供給孔よりも流体抵抗の小さい緩衝空間を経て前記ガス供給孔から前記チャンバー内に前記処理ガスを供給することを特徴とする熱処理方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８記載の熱処理方法において、
前記処理ガスは、窒素、酸素またはアルゴンであることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記ガス供給工程は、前記チャンバーに供給する前記処理ガスの流量を増加する流量増加工程を含むことを特徴とする熱処理方法。
【請求項１１】
請求項７から請求項１０のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記光照射工程では、前記チャンバーの一方側からフラッシュランプによって基板にフラッシュ光を照射することを特徴とする熱処理方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の熱処理方法において、
前記光照射工程では、さらに前記チャンバーの他方側から連続点灯ランプによって基板に光を照射することを特徴とする熱処理方法。
【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および熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入は半導体ウェハー内にｐｎ接合を形成するための必須の工程である。現在、不純物導入は、イオン打ち込み法とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）といった不純物の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。この際に、アニール時間が数秒程度以上であると、打ち込まれた不純物が熱によって深く拡散し、その結果接合深さが要求よりも深くなり過ぎて良好なデバイス形成に支障が生じるおそれがある。
【０００３】
そこで、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、近年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、不純物が注入された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。
【０００４】
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、不純物を深く拡散させることなく、不純物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には、半導体ウェハー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ェハーをある程度の温度まで予備加熱し、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−２５８９２８号公報
【特許文献２】特表２００５−５２７９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フラッシュランプアニールの処理対象となる半導体ウェハーにはレジスト膜等の種々の膜が形成されていることもある。このような膜付きの半導体ウェハーに対してフラッシュ光を照射して加熱処理を行うと、半導体ウェハーを収容するチャンバーの内壁やサセプター等のチャンバー内の構造物が汚染されることがある。これは、半導体ウェハーに成膜されている各種膜がフラッシュ加熱により燃焼することによって、チャンバー内の構造物に炭素系の汚染物質が付着することが原因であると推定される。
【０００８】
チャンバー内構造物が汚染されると、それ自体が後続の半導体ウェハーに対する汚染源となる。また、光照射時にはチャンバーの内壁面にて反射された光も半導体ウェハーに照射されるのであるが、チャンバーの内壁面が汚染されると、汚染箇所では反射率が低下するため、光照射時の半導体ウェハーの面内温度分布が不均一となる。そうすると、フラッシュ加熱処理の処理結果に影響を与えるとともに、半導体ウェハーに不均一な温度分布に起因した反りが生じるという問題も発生する。さらに、特許文献１，２に開示されるように、半導体ウェハーの両面にランプを配置している場合には、サセプターが汚染されると、光の透過率が低下するという問題も生じる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、チャンバー内の汚染を低減することができる熱処理装置および熱処理方法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支持するサセプターと、前記サセプターに支持された基板に光を照射する光照射部と、前記チャンバー内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記チャンバー内の気体を排気する排気部と、前記ガス供給部から前記チャンバーに供給される前記処理ガスを加熱するガス加熱部と、を備え、前記ガス供給部は前記サセプターに支持された基板よりも上側に形設されたガス供給孔から前記処理ガスを供給するとともに、前記排気部は前記サセプターに支持された基板よりも下側に形設されたガス排気孔から気体を排気し、前記ガス加熱部は、前記チャンバー内に供給される前記処理ガスが１００℃以上かつ最も低い基板の設定処理温度未満となるように前記処理ガスを加熱す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、前記ガス供給部は、前記ガス供給孔よりも流体抵抗の小さい緩衝空間を経て前記ガス供給孔から前記チャンバー内に前記処理ガスを供給す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、前記処理ガスは、窒素、酸素またはアルゴンであ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、前記ガス供給部から前記チャンバーに供給される前記処理ガスの流量を増加する流量増加部をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記光照射部は、前記チャンバーの一方側から基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプを含むことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る熱処理装置において、前記光照射部は、前記チャンバーの他方側から基板に光を照射する連続点灯ランプをさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７の発明は、基板に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、チャンバー内のサセプターにて基板を支持する支持工程と、前記チャンバー内に処理ガスを供給するガス供給工程と、前記チャンバー内の気体を排気する排気工程と、前記サセプターに支持された基板に光を照射する光照射工程と、を備え、前記ガス供給工程は、前記チャンバーに供給する前記処理ガスを加熱するガス加熱工程を含み、前記ガス供給工程では前記サセプターに支持された基板よりも上側に形設されたガス供給孔から前記処理ガスを供給するとともに、前記排気工程では前記サセプターに支持された基板よりも下側に形設されたガス排気孔から気体を排気し、前記ガス加熱工程では、前記チャンバー内に供給される前記処理ガスが１００℃以上かつ最も低い基板の設定処理温度未満となるように前記処理ガスを加熱することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る熱処理方法において、前記ガス供給工程では、前記ガス供給孔よりも流体抵抗の小さい緩衝空間を経て前記ガス供給孔から前記チャンバー内に前記処理ガスを供給することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項９の発明は、請求項７または請求項８の発明に係る熱処理方法において、前記処理ガスは、窒素、酸素またはアルゴンであることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１０の発明は、請求項７から請求項９のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記ガス供給工程は、前記チャンバーに供給する前記処理ガスの流量を増加する流量増加工程を含むことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１１の発明は、請求項７から請求項１０のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記光照射工程では、前記チャンバーの一方側からフラッシュランプによって基板にフラッシュ光を照射することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１２の発明は、請求項１１の発明に係る熱処理方法において、前記光照射工程では、さらに前記チャンバーの他方側から連続点灯ランプによって基板に光を照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１から請求項６の発明によれば、チャンバーに供給される処理ガスを加熱するため、チャンバー内に高温の処理ガス流が形成され、加熱処理時に基板から放散された汚染物質をチャンバー外に排出してチャンバー内の汚染を低減することができる。
【００２３】
特に、請求項４の発明によれば、チャンバーに供給される処理ガスの流量を増加するため、汚染物質をより効果的にチャンバー外に排出することができる。
【００２４】
請求項７から請求項１２の発明によれば、チャンバーに供給する処理ガスを加熱するため、チャンバー内に高温の処理ガス流が形成され、加熱処理時に基板から放散された汚染物質をチャンバー外に排出してチャンバー内の汚染を低減することができる。
【００２５】
特に、請求項１０の発明によれば、チャンバーに供給する処理ガスの流量を増加するため、汚染物質をより効果的にチャンバー外に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】保持部を上面から見た平面図である。
【図４】保持部を側方から見た側面図である。
【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。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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。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。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。
【００２９】
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。また、熱処理装置１は、チャンバー６内に加熱された処理ガスを供給する機構を備える。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、流量調整バルブ２１およびヒータ２２が介挿されている。ガス供給源８５が供給する処理ガスの種類は特に限定されるものではなく、処理目的に応じて適宜に選択されるものであるが、例えば、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガス、または、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、塩素（Ｃｌ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ３）、アンモニア（ＮＨ３）などの反応性ガスを用いることができる。
【００３６】
バルブ８４が開放されると、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。ガス供給管８３を流れて熱処理空間６５に供給される処理ガスの流量は流量調整バルブ２１によって規定される。すなわち、ガス供給源８５およびバルブ８４がチャンバー６内に処理ガスを供給するガス供給部に相当し、流量調整バルブ２１がチャンバー６に供給される処理ガスの流量を増加する流量増加部に相当する。なお、流量増加部としては、流量調整バルブ２１に代えてマスフローコントローラを用いるようにしても良い。
【００３７】
ヒータ２２は、ガス供給管８３を流れる処理ガスを加熱する。ヒータ２２によって加熱された処理ガスがガス供給孔８１から熱処理空間６５に供給される。すなわち、ヒータ２２がチャンバー６に供給される処理ガスを加熱するガス加熱部に相当する。
【００３８】
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、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。
【００３９】
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。
【００４０】
図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。また、図３は保持部７を上面から見た平面図であり、図４は保持部７を側方から見た側面図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプター７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２およびサセプター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。
【００４１】
基台リング７１は円環形状の石英部材である。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）。円環形状を有する基台リング７１の上面に、そ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。なお、基台リング７１の形状は、円環形状から一部が欠落した円弧状であっても良い。
【００４２】
平板状のサセプター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。サセプター７４は石英にて形成された略円形の平板状部材である。サセプター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、サセプター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。サセプター７４の上面には複数個（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はサセプター７４の外周円と同心円の周上に沿って設けられている。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も石英にて形成されている。なお、ガイドピン７６は、サセプター７４と一体に石英のインゴットから加工するようにしても良いし、別途に加工したものをサセプター７４に溶接等によって取り付けるようにしても良い。
【００４３】
基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプター７４の周縁部の下面とが溶接によって固着される。すなわち、サセプター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おり、保持部７は石英の一体成形部材となる。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、略円板形状のサセプター７４は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。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のサセプター７４の上に水平姿勢にて載置されて保持される。半導体ウェハーＷは、５個のガイドピン７６によって形成される円の内側に載置されることにより、水平方向の位置ずれが防止される。なお、ガイドピン７６の個数は５個に限定されるものではなく、半導体ウェハーＷの位置ずれを防止できる数であれば良い。
【００４４】
また、図２および図３に示すように、サセプター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がサセプター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。さらに、サセプター７４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。
【００４５】
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。
【００４６】
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がサセプター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の上端がサセプター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。
【００４７】
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して半導体ウェハーＷをフラッシュ加熱する。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。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。ハロゲン加熱部４は、サセプター７４に支持された半導体ウェハーＷの下面に石英のサセプター７４を透過してハロゲン光を照射する。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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る。その不純物の活性化が熱処理装置１によるフラッシュ光照射加熱処理（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。
【００５８】
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８９，１９２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。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に処理ガスが供給される。本実施形態においては、処理ガスとして窒素がガス供給源８５からチャンバー６内に供給される。チャンバー６内に供給される窒素の流量は流量調整バルブ２１によって規定されており、本実施形態では５０Ｌ／分〜６０Ｌ／分とされる。
【００５９】
また、ヒータ２２がガス供給管８３を通過する窒素を加熱する。本実施形態においては、ヒータ２２はガス供給管８３を通過する窒素を３５０℃に加熱する。但し、３５０℃はヒータ２２が設置されている部位における窒素の温度である。ヒータ２２によって３５０℃に加熱された窒素がガス供給孔８１からチャンバー６内に供給される時点では、約２００℃となっている。これは、ガス供給管８３などのガス通過経路によって窒素ガスから熱が奪われるためである。
【００６０】
また、給気とともにバルブ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。ガス供給孔８１から給気を行いつつガス排気孔８６から排気を行うことにより、チャンバー６内の熱処理空間６５の上部から供給された高温の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。このようにして、チャンバー６内の熱処理空間６５に高温の窒素ガス流が形成される。
【００６１】
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。なお、チャンバー６内の熱処理空間６５への高温窒素ガスの供給は、ロット（同一条件にて同一内容の処理を行う対象となる１組の半導体ウェハーＷ）の最初の半導体ウェハーＷについての処理を開始する前から実行されている。また、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの熱処理時には高温の窒素ガスが熱処理空間６５に継続的に供給されており、その供給量は処理工程に応じて適宜変更される。
【００６２】
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。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を通ってサセプター７４の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。
【００６３】
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のサセプター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、パターン形成がなされて不純物が注入された表面を上面として保持部７に保持される。また、半導体ウェハーＷは、サセプター７４の上面にて５個のガイドピン７６の内側に保持される。サセプター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。
【００６４】
半導体ウェハーＷが石英にて形成された保持部７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（表面とは反対側の主面）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。
【００６５】
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の温度が接触式温度計１３０によって測定されている。すなわち、熱電対を内蔵する接触式温度計１３０が保持部７に保持された半導体ウェハーＷの下面にサセプター７４の切り欠き部７７を介して接触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、接触式温度計１３０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、半導体ウェハーＷに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、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℃）。なお、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって半導体ウェハーＷを昇温するときには、放射温度計１２０による温度測定は行わない。これは、ハロゲンランプＨＬから照射されるハロゲン光が放射温度計１２０に外乱光として入射し、正確な温度測定ができないためである。
【００６６】
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、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。
【００６７】
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（図７参照）。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。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。
【００６８】
ハロゲンランプＨＬからの光照射によって半導体ウェハー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。
【００６９】
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、半導体ウェハーＷに注入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、半導体ウェハー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、半導体ウェハーＷに注入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、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１００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。
【００７０】
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も消灯する。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の温度は接触式温度計１３０または放射温度計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、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がサセプター７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプター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。
【００７１】
ところで、処理対象となる半導体ウェハーＷの表面にはレジスト膜や絶縁膜等の種々の膜が形成されていることがある。このような膜形成のなされた半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射して加熱処理を行うと、膜の燃焼や残留溶媒成分の揮発等によってチャンバー６内の熱処理空間６５に炭素系の汚染物質が放散されることがある。熱処理空間６５に放散された汚染物質がチャンバー６の内壁面やサセプター７４等のチャンバー内構造物に付着すると、その付着箇所が汚染されることとなる。このような汚染は、後続の半導体ウェハーＷに対する汚染源となるのみならず、光照射加熱時における半導体ウェハーＷの照度分布の乱れの原因ともなる。
【００７２】
そこで、本実施形態においては、ヒータ２２によって加熱された高温の処理ガスをチャンバー６内の熱処理空間６５に供給してガス流を形成している。チャンバー６内に高温の処理ガスを流すことによって、加熱処理時に半導体ウェハーＷの膜から放散された汚染物質をチャンバー６外に排出してチャンバー６内の汚染を低減することができる。その結果、チャンバー６の内壁面やサセプター７４等のチャンバー内構造物の汚染を抑制することができる。
【００７３】
高温の処理ガスを供給することによって汚染物質がチャンバー内構造物に付着するのを抑制する効果を得るためには、チャンバー６内に供給される時点での処理ガスの温度が１００℃以上となるように、ヒータ２２がガス供給管８３を通過する処理ガスを加熱する必要がある。処理ガスの温度が高くなるほど、汚染の抑制効果も高くなるが、過度に高温の処理ガスを供給すると半導体ウェハーＷの熱処理に影響を与えることとなる。このため、チャンバー６内に供給される時点での処理ガスの温度が半導体ウェハーＷの設定処理温度未満となるように、ヒータ２２はガス供給管８３を通過する処理ガスを加熱しなければならない。半導体ウェハーＷについての処理温度が多段階に設定されている場合には、それらのうちの最も低い設定処理温度未満にチャンバー６内に供給される処理ガスの温度がなるように、ヒータ２２が処理ガスを加熱する。本実施形態では、チャンバー６内に供給される時点での窒素ガスの温度が予備加熱温度Ｔ１未満となるように、ヒータ２２がガス供給管８３を通過する窒素ガスを加熱する。
【００７４】
また、チャンバー６内に高温の処理ガスを供給することによって、既にチャンバー６の内壁面やサセプター７４等のチャンバー内構造物に付着している汚染物質を除去するクリーニング効果を得ることもできる。
【００７５】
また、チャンバー６内に供給する処理ガスの流量が多くなるほど、汚染物質をチャンバー６外に排出する効果が高まり、汚染物質がチャンバー内構造物に付着するのを抑制することができる。本実施形態においては、通常は２０Ｌ／分〜３０Ｌ／分のところ、流量調整バルブ２１が窒素ガスの流量を５０Ｌ／分〜６０Ｌ／分の大流量に増加してチャンバー６内に供給している。これにより、汚染物質がチャンバー内構造物に付着する前にチャンバー６外に排出され、チャンバー６内における汚染をより効果的に低減することができる。
【００７６】
チャンバー６内に供給する処理ガスの流量としては、チャンバー６内の容積をＤとしたときに、０．５Ｄ／分〜５Ｄ／分とすれば良い。このような大流量にて、チャンバー６内に処理ガスを供給することにより、汚染物質をチャンバー６外に排出する効果を高めて、チャンバー６内における汚染をより効果的に低減することができる。
【００７７】
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、高温の窒素ガスをチャンバー６内に供給するようにしていたが、処理ガスの種類は窒素ガスに限定されるものではなく、酸素またはアルゴン等であっても良い。特に、酸素のような反応性に富む処理ガスを加熱してチャンバー６内に供給することによって、既にチャンバー内構造物に付着している汚染物質を除去するクリーニング効果をより高めることができる。
【００７８】
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、上段および下段に複数する配置する形態であれば任意の数とすることができる。
【００７９】
また、半導体ウェハーＷに光を照射して加熱する光照射部としては、フラッシュランプＦＬやハロゲンランプＨＬに限定されるものではなくレーザー光源であっても良い。
【００８０】
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、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。また、本発明に係る技術は、高誘電率ゲート絶縁膜（High-k膜）の熱処理、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化に適用するようにしても良い。
【符号の説明】
【００８１】
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
１０  移載機構
２１  流量調整バルブ
２２  ヒータ
６５  熱処理空間
７４  サセプター
８３  ガス供給管
８５  ガス供給源
ＨＬ  ハロゲンランプ
ＦＬ  フラッシュランプ
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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