(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状に配列された複数のフラッシュランプから基板に対して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方法であって、
前記複数のフラッシュランプの配列のうちチャンバー内にて保持された基板の中央部に対向する領域を含む第１ゾーンのフラッシュ光照射時間よりも前記第１ゾーンよりも外側の第２ゾーンのフラッシュ光照射時間が長く、
前記第１ゾーンに属するフラッシュランプの放電電圧よりも前記第２ゾーンに属するフラッシュランプの放電電圧が高く、前記第１ゾーンからのフラッシュ光の強度よりも前記第２ゾーンからのフラッシュ光の強度が強い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、
前記第１ゾーンのフラッシュ光照射と前記第２ゾーンのフラッシュ光照射とは同時に開始されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項３】
請求項１記載の熱処理方法において、
前記第１ゾーンのフラッシュ光照射と前記第２ゾーンのフラッシュ光照射とは同時に終了することを特徴とする熱処理方法。
【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方法において、
前記第１ゾーンおよび前記第２ゾーンのフラッシュ光照射時間は、前記複数のフラッシュランプのそれぞれに流れる電流をＩＧＢＴでオンオフ制御することによって規定されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項５】
平面状に配列された複数のフラッシュランプから基板に対して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方法であって、
前記複数のフラッシュランプの配列のうちチャンバー内にて保持された基板の中央部に対向する領域を含む第１ゾーンのフラッシュ光照射時間よりも前記第１ゾーンよりも外側の第２ゾーンのフラッシュ光照射時間が長く、
前記第１ゾーンのフラッシュ光照射と前記第２ゾーンのフラッシュ光照射とは同時に終了することを特徴とする熱処理方法。
【請求項６】
基板に対して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基板を保持する保持部と、
平面状に配列された複数のフラッシュランプと、
前記複数のフラッシュランプのフラッシュ光照射時間を規定する照射時間制御部と、
を備え、
前記照射時間制御部は、前記複数のフラッシュランプの配列のうち前記チャンバー内にて保持された基板の中央部に対向する領域を含む第１ゾーンのフラッシュ光照射時間よりも前記第１ゾーンよりも外側の第２ゾーンのフラッシュ光照射時間が長くなるように前記複数のフラッシュランプのそれぞれのフラッシュ光照射時間を規定し、
前記第１ゾーンに属するフラッシュランプに電荷を供給するコンデンサの充電電圧よりも前記第２ゾーンに属するフラッシュランプに電荷を供給するコンデンサの充電電圧の方が高く、前記第１ゾーンからのフラッシュ光の強度よりも前記第２ゾーンからのフラッシュ光の強度が強い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、
前記照射時間制御部は、前記第１ゾーンのフラッシュ光照射と前記第２ゾーンのフラッシュ光照射とを同時に開始させることを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
請求項６記載の熱処理装置において、
前記照射時間制御部は、前記第１ゾーンのフラッシュ光照射と前記第２ゾーンのフラッシュ光照射とを同時に終了させることを特徴とする熱処理装置。
【請求項９】
請求項６から請求項８のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記照射時間制御部は、前記複数のフラッシュランプのそれぞれに流れる電流をオンオフ制御するＩＧＢＴを含むことを特徴とする熱処理装置。
【請求項１０】
基板に対して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基板を保持する保持部と、
平面状に配列された複数のフラッシュランプと、
前記複数のフラッシュランプのフラッシュ光照射時間を規定する照射時間制御部と、
を備え、
前記照射時間制御部は、前記複数のフラッシュランプの配列のうち前記チャンバー内にて保持された基板の中央部に対向する領域を含む第１ゾーンのフラッシュ光照射時間よりも前記第１ゾーンよりも外側の第２ゾーンのフラッシュ光照射時間が長くなるように前記複数のフラッシュランプのそれぞれのフラッシュ光照射時間を規定するとともに、前記第１ゾーンのフラッシュ光照射と前記第２ゾーンのフラッシュ光照射とを同時に終了させ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）に対して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方法および熱処理装置に関する。
【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】
特許文献１，２に開示されるようなハロゲンランプにて予備加熱を行う場合には、比較的高い予備加熱温度にまで半導体ウェハーを短時間で昇温することができるというプロセス上のメリットが得られるものの、ウェハー周縁部の温度が中心部よりも相対的に低くなる問題が生じやすい。このような温度分布の不均一が生じる原因としては、半導体ウェハーの周縁部からの熱放射、或いは半導体ウェハーの周縁部から比較的低温の石英サセプターへの熱伝導などが考えられる。
【０００８】
予備加熱段階での半導体ウェハーの面内温度分布が不均一なままフラッシュランプからフラッシュ光を照射すると、そのフラッシュ光照射時における半導体ウェハーの表面到達温度の面内温度分布も不均一なものとなる。その結果、不純物の活性化の程度にもバラツキが生じ、シート抵抗値も不均一なものとなる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の周縁部の相対的な温度低下を防止する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】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、平面状に配列された複数のフラッシュランプから基板に対して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方法において、前記複数のフラッシュランプの配列のうちチャンバー内にて保持された基板の中央部に対向する領域を含む第１ゾーンのフラッシュ光照射時間よりも前記第１ゾーンよりも外側の第２ゾーンのフラッシュ光照射時間が長く、前記第１ゾーンに属するフラッシュランプの放電電圧よりも前記第２ゾーンに属するフラッシュランプの放電電圧が高く、前記第１ゾーンからのフラッシュ光の強度よりも前記第２ゾーンからのフラッシュ光の強度が強いことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記第１ゾーンのフラッシュ光照射と前記第２ゾーンのフラッシュ光照射とは同時に開始されることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記第１ゾーンのフラッシュ光照射と前記第２ゾーンのフラッシュ光照射とは同時に終了す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方法において、前記第１ゾーンおよび前記第２ゾーンのフラッシュ光照射時間は、前記複数のフラッシュランプのそれぞれに流れる電流をＩＧＢＴでオンオフ制御することによって規定されることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５の発明は、平面状に配列された複数のフラッシュランプから基板に対して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方法において、前記複数のフラッシュランプの配列のうちチャンバー内にて保持された基板の中央部に対向する領域を含む第１ゾーンのフラッシュ光照射時間よりも前記第１ゾーンよりも外側の第２ゾーンのフラッシュ光照射時間が長く、前記第１ゾーンのフラッシュ光照射と前記第２ゾーンのフラッシュ光照射とは同時に終了することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６の発明は、基板に対して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基板を保持する保持部と、平面状に配列された複数のフラッシュランプと、前記複数のフラッシュランプのフラッシュ光照射時間を規定する照射時間制御部と、を備え、前記照射時間制御部は、前記複数のフラッシュランプの配列のうちチャンバー内にて保持された基板の中央部に対向する領域を含む第１ゾーンのフラッシュ光照射時間よりも前記第１ゾーンよりも外側の第２ゾーンのフラッシュ光照射時間が長くなるように前記複数のフラッシュランプのそれぞれのフラッシュ光照射時間を規定し、前記第１ゾーンに属するフラッシュランプに電荷を供給するコンデンサの充電電圧よりも前記第２ゾーンに属するフラッシュランプに電荷を供給するコンデンサの充電電圧の方が高く、前記第１ゾーンからのフラッシュ光の強度よりも前記第２ゾーンからのフラッシュ光の強度が強いことを特徴とする。
【００１６】
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、前記照射時間制御部は、前記第１ゾーンのフラッシュ光照射と前記第２ゾーンのフラッシュ光照射とを同時に開始させることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８の発明は、請求項６の発明に係る熱処理装置において、前記照射時間制御部は、前記第１ゾーンのフラッシュ光照射と前記第２ゾーンのフラッシュ光照射とを同時に終了させることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項９の発明は、請求項６から請求項８のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記照射時間制御部は、前記複数のフラッシュランプのそれぞれに流れる電流をオンオフ制御するＩＧＢＴを含むことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１０の発明は、基板に対して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基板を保持する保持部と、平面状に配列された複数のフラッシュランプと、前記複数のフラッシュランプのフラッシュ光照射時間を規定する照射時間制御部と、を備え、前記照射時間制御部は、前記複数のフラッシュランプの配列のうち前記チャンバー内にて保持された基板の中央部に対向する領域を含む第１ゾーンのフラッシュ光照射時間よりも前記第１ゾーンよりも外側の第２ゾーンのフラッシュ光照射時間が長くなるように前記複数のフラッシュランプのそれぞれのフラッシュ光照射時間を規定するとともに、前記第１ゾーンのフラッシュ光照射と前記第２ゾーンのフラッシュ光照射とを同時に終了させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１から請求項４の発明によれば、複数のフラッシュランプの配列のうちチャンバー内にて保持された基板の中央部に対向する領域を含む第１ゾーンのフラッシュ光照射時間よりも第１ゾーンよりも外側の第２ゾーンのフラッシュ光照射時間が長いため、相対的に温度低下の生じやすい基板の周縁部に照射されるフラッシュ光の光量が中央部よりも多くなり、基板の周縁部の相対的な温度低下を防止することができる。また、第１ゾーンに属するフラッシュランプの放電電圧よりも第２ゾーンに属するフラッシュランプの放電電圧が高く、基板の周縁部に照射されるフラッシュ光の強度が中央部に照射されるフラッシュ光の強度よりも強くなるため、基板の周縁部の相対的な温度低下をより確実に防止することができる。
【００２１】
特に、請求項２の発明によれば、第１ゾーンのフラッシュ光照射と第２ゾーンのフラッシュ光照射とは同時に開始されるため、基板の中央部へのフラッシュ光照射が終了した後も周縁部へのフラッシュ光照射が継続して行われており、放熱が生じやすい基板の周縁部への伝熱に起因した中央部の温度低下を抑制することができる。
【００２２】
特に、請求項３の発明によれば、第１ゾーンのフラッシュ光照射と第２ゾーンのフラッシュ光照射とは同時に終了するため、基板の全面にわたって均一な冷却速度にて降温させることができる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、複数のフラッシュランプの配列のうちチャンバー内にて保持された基板の中央部に対向する領域を含む第１ゾーンのフラッシュ光照射時間よりも第１ゾーンよりも外側の第２ゾーンのフラッシュ光照射時間が長いため、相対的に温度低下の生じやすい基板の周縁部に照射されるフラッシュ光の光量が中央部よりも多くなり、基板の周縁部の相対的な温度低下を防止することができる。また、第１ゾーンのフラッシュ光照射と第２ゾーンのフラッシュ光照射とは同時に終了するため、基板の全面にわたって均一な冷却速度にて降温させることができる。
【００２４】
請求項６から請求項９の発明によれば、複数のフラッシュランプの配列のうちチャンバー内にて保持された基板の中央部に対向する領域を含む第１ゾーンのフラッシュ光照射時間よりも第１ゾーンよりも外側の第２ゾーンのフラッシュ光照射時間が長くなるように複数のフラッシュランプのそれぞれのフラッシュ光照射時間を規定するため、相対的に温度低下の生じやすい基板の周縁部に照射されるフラッシュ光の光量が中央部よりも多くなり、基板の周縁部の相対的な温度低下を防止することができる。また、第１ゾーンに属するフラッシュランプに電荷を供給するコンデンサの充電電圧よりも第２ゾーンに属するフラッシュランプに電荷を供給するコンデンサの充電電圧の方が高く、基板の周縁部に照射されるフラッシュ光の強度が中央部に照射されるフラッシュ光の強度よりも強くなるため、基板の周縁部の相対的な温度低下をより確実に防止することができる。
【００２５】
特に、請求項７の発明によれば、第１ゾーンのフラッシュ光照射と第２ゾーンのフラッシュ光照射とを同時に開始させるため、基板の中央部へのフラッシュ光照射が終了した後も周縁部へのフラッシュ光照射が継続して行われており、放熱が生じやすい基板の周縁部への伝熱に起因した中央部の温度低下を抑制することができる。
【００２６】
特に、請求項８の発明によれば、第１ゾーンのフラッシュ光照射と第２ゾーンのフラッシュ光照射とを同時に終了させるため、基板の全面にわたって均一な冷却速度にて降温させることができる。
【００２７】
請求項１０の発明によれば、複数のフラッシュランプの配列のうちチャンバー内にて保持された基板の中央部に対向する領域を含む第１ゾーンのフラッシュ光照射時間よりも第１ゾーンよりも外側の第２ゾーンのフラッシュ光照射時間が長くなるように複数のフラッシュランプのそれぞれのフラッシュ光照射時間を規定するため、相対的に温度低下の生じやすい基板の周縁部に照射されるフラッシュ光の光量が中央部よりも多くなり、基板の周縁部の相対的な温度低下を防止することができる。また、第１ゾーンのフラッシュ光照射と第２ゾーンのフラッシュ光照射とを同時に終了させるため、基板の全面にわたって均一な冷却速度にて降温させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【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。
【図８】フラッシュランプの駆動回路を示す図である。
【図９】複数のフラッシュランプの配列を示す図である。
【図１０】第１実施形態におけるフラッシュランプの発光強度プロファイルを示す図である。
【図１１】第２実施形態におけるフラッシュランプの発光強度プロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
＜第１実施形態＞
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。なお、処理ガスは窒素ガスに限定されるものではなく、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）などの反応性ガスであっても良い。
【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、窒素ガス供給源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】
図８は、フラッシュランプＦＬの駆動回路を示す図である。同図に示すように、コンデンサ９３と、コイル９４と、フラッシュランプＦＬと、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）９６とが直列に接続されている。また、図８に示すように、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備えるとともに、入力部３３に接続されている。入力部３３としては、キーボード、マウス、タッチパネル等の種々の公知の入力機器を採用することができる。入力部３３からの入力内容に基づいて波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を発生する。
【００５０】
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陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）９２と、該ガラス管９２の外周面上に付設されたトリガー電極９１とを備える。コンデンサ９３には、電源ユニット９５によって所定の電圧が印加され、その印加電圧（充電電圧）に応じた電荷が充電される。また、トリガー電極９１にはトリガー回路９７から高電圧を印加することができる。トリガー回路９７がトリガー電極９１に電圧を印加するタイミングは制御部３によって制御される。
【００５１】
ＩＧＢＴ９６は、ゲート部にＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor）を組み込んだバイポーラトランジスタであり、大電力を取り扱うのに適したスイッチング素子である。ＩＧＢＴ９６のゲートには制御部３のパルス発生器３１からパルス信号が印加される。ＩＧＢＴ９６のゲートに所定値以上の電圧（Highの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオン状態となり、所定値未満の電圧（Lowの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。このようにして、フラッシュランプＦＬを含む駆動回路はＩＧＢＴ９６によってオンオフされる。ＩＧＢＴ９６がオンオフすることによってフラッシュランプＦＬと対応するコンデンサ９３との接続が断続され、フラッシュランプＦＬに流れる電流がオンオフ制御される。
【００５２】
コンデンサ９３が充電された状態でＩＧＢＴ９６がオン状態となってガラス管９２の両端電極に高電圧が印加されたとしても、キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、通常の状態ではガラス管９２内に電気は流れない。しかしながら、トリガー回路９７がトリガー電極９１に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には両端電極間の放電によってガラス管９２内に電流が瞬時に流れ、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。
【００５３】
図８に示すような駆動回路は、フラッシュ加熱部５に設けられた複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれに個別に設けられている。本実施形態では、３０本のフラッシュランプＦＬが平面状に配列されているため、それらに対応して図８に示す如き駆動回路が３０個設けられている。よって、３０本のフラッシュランプＦＬのそれぞれに流れる電流が対応するＩＧＢＴ９６によって個別にオンオフ制御されることとなる。
【００５４】
図９は、複数のフラッシュランプＦＬの配列を示す図である。本実施形態においては、３０本のフラッシュランプＦＬの平面状配列が、当該配列のうち両端から４本ずつの計８本のフラッシュランプＦＬからなる周縁ゾーン（第２ゾーン）Ｚ２と、それら両端から４本ずつのフラッシュランプＦＬを除く計２２本のフラッシュランプＦＬからなる中央ゾーン（第１ゾーン）Ｚ１との２つの領域に分割されている。中央ゾーンＺ１は、チャンバー６内にて保持部７に保持された半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域を含む。周縁ゾーンＺ２は、フラッシュランプＦＬの平面状配列において中央ゾーンＺ１よりも外側に位置する。そして、３０本のフラッシュランプＦＬのフラッシュ光照射時間は、ＩＧＢＴ９６を含む駆動回路によってゾーン毎に制御されるのであるが、その詳細についてはさらに後述する。
【００５５】
図１に戻り、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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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構成される。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。また、図８に示したように、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備える。上述のように、入力部３３からの入力内容に基づいて、波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、それに従ってパルス発生器３１がＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力する。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、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、その供給量は処理工程に応じて適宜変更される。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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の表面および裏面を予備加熱温度Ｔ１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して面内温度分布が不均一となる傾向がある。このため、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）。これにより、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、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布の不均一をある程度緩和することができるものの、そのような面内温度分布を完全に解消することは困難である。
【００７３】
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、半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部よりも相対的に低くなる面内温度分布の不均一を残したまま、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。フラッシュランプＦＬがフラッシュ光照射を行うに際しては、予め電源ユニット９５によってコンデンサ９３に電荷を蓄積しておく。そして、コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にて、制御部３のパルス発生器３１からＩＧＢＴ９６にパルス信号を出力してＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動する。
【００７４】
パルス信号の波形は、パルス幅の時間（オン時間）とパルス間隔の時間（オフ時間）とをパラメータとして順次設定したレシピを入力部３３から入力することによって規定することができる。このようなレシピをオペレータが入力部３３から制御部３に入力すると、それに従って制御部３の波形設定部３２はオンオフを繰り返すパルス波形を設定する。そして、波形設定部３２によって設定されたパルス波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を出力する。その結果、ＩＧＢＴ９６のゲートには設定された波形のパルス信号が印加され、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動が制御されることとなる。具体的には、ＩＧＢＴ９６のゲートに入力されるパルス信号がオンのときにはＩＧＢＴ９６がオン状態となり、パルス信号がオフのときにはＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。
【００７５】
また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになるタイミングと同期して制御部３がトリガー回路９７を制御してトリガー電極９１に高電圧（トリガー電圧）を印加する。コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にてＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号が入力され、かつ、そのパルス信号がオンになるタイミングと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されることにより、パルス信号がオンのときにはガラス管９２内の両端電極間で必ず電流が流れ、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。
【００７６】
このようにしてフラッシュ加熱部５の３０本のフラッシュランプＦＬが発光し、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光が照射される。ここで、ＩＧＢＴ９６を使用することなくフラッシュランプＦＬを発光させた場合には、コンデンサ９３に蓄積されていた電荷が１回の発光で消費され、フラッシュランプＦＬからの出力波形は幅が０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度のシングルパルスとなる。これに対して、本実施の形態では、回路中にスイッチング素子たるＩＧＢＴ９６を接続してそのゲートにパルス信号を出力することにより、コンデンサ９３からフラッシュランプＦＬへの電荷の供給をＩＧＢＴ９６によって断続してフラッシュランプＦＬに流れる電流をオンオフ制御している。その結果、いわばフラッシュランプＦＬの発光がチョッパ制御されることとなり、コンデンサ９３に蓄積された電荷が分割して消費され、極めて短い時間の間にフラッシュランプＦＬが点滅を繰り返す。なお、回路を流れる電流値が完全に”０”になる前に次のパルスがＩＧＢＴ９６のゲートに印加されて電流値が再度増加するため、フラッシュランプＦＬが点滅を繰り返している間も発光出力が完全に”０”になるものではない。
【００７７】
その結果、ＩＧＢＴ９６によってフラッシュランプＦＬに流れる電流をオンオフ制御することにより、フラッシュランプＦＬの発光パターンを自在に規定することができ、発光時間および発光強度を自由に調整することができる。具体的には、例えば、入力部３３から入力するパルス間隔の時間に対するパルス幅の時間の比率を大きくすると、フラッシュランプＦＬに流れる電流が増大して発光強度が強くなる。また、入力部３３から入力するパルス幅の時間とパルス間隔の時間との組み合わせの総時間を長くすることによって、フラッシュランプＦＬに比較的長時間にわたって電流が流れ続けることとなり、フラッシュランプＦＬの発光時間が長くなる。なお、フラッシュランプＦＬの発光時間は長くても１秒以下である。
【００７８】
また、３０本のフラッシュランプＦＬのそれぞれに流れる電流は対応するＩＧＢＴ９６によって個別に制御され、本実施形態では、３０本のフラッシュランプＦＬの平面状配列のゾーン毎にフラッシュランプＦＬの発光時間が規定される。すなわち、図９の中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射時間と周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射時間とが異なるようにしている。
【００７９】
図１０は、第１実施形態におけるフラッシュランプＦＬの発光強度プロファイルを示す図である。同図の縦軸にはフラッシュランプＦＬの発光強度を示し、横軸にはフラッシュランプＦＬが発光を開始してからの照射時間を示す。図１０において、実線で示すのは周縁ゾーンＺ２に属するフラッシュランプＦＬの発光強度プロファイルであり、点線で示すのは中央ゾーンＺ１に属するフラッシュランプＦＬの発光強度プロファイルである。
【００８０】
第１実施形態においては、周縁ゾーンＺ２に属する８本のフラッシュランプＦＬと中央ゾーンＺ１に属する２２本のフラッシュランプＦＬとが同時に発光を開始する。また、周縁ゾーンＺ２に属する８本のフラッシュランプＦＬの発光時間は、中央ゾーンＺ１に属する２２本のフラッシュランプＦＬの発光時間よりも長い。すなわち、第１実施形態では、周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射と中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射とは同時に開始され、かつ、中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射時間よりも周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射時間の方が長い。
【００８１】
これにより、半導体ウェハーＷの中央部よりも周縁部に照射されるフラッシュ光の光量が多くなり、予備加熱段階で生じていた半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部よりも相対的に低くなる面内温度分布の不均一が解消され、フラッシュ加熱段階での半導体ウェハーＷの表面到達温度は周縁部と中央部とで同程度となり、面内温度分布を均一にすることができる。不純物の活性化の程度は半導体ウェハーＷの表面到達温度によって規定され、予備加熱段階で面内温度分布の不均一が生じていたとしても、フラッシュ加熱段階での最終的な半導体ウェハーＷの表面到達温度の面内温度分布が均一であれば、不純物の活性化の程度も均一となる。
【００８２】
フラッシュ光照射時間は周縁ゾーンＺ２であっても１秒以下の極めて短時間であるため、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。フラッシュランプＦＬが発光する前後にわたってハロゲンランプＨＬによる光照射は継続されているため、半導体ウェハーＷの表面温度は予備加熱温度Ｔ１の近傍まで降温する。
【００８３】
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。
【００８４】
第１実施形態においては、３０本のフラッシュランプＦＬの平面状配列を半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域を含む中央ゾーンＺ１とそれよりも外側の周縁ゾーンＺ２との２つのゾーンに分割している。そして、周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射と中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射とは同時に開始され、かつ、中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射時間よりも周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射時間の方が長い。これにより、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱時に相対的な温度低下の生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射されるフラッシュ光の光量が中央部よりも多くなり、フラッシュ加熱時での半導体ウェハーＷの周縁部の相対的な温度低下を防止することができ、表面到達温度の面内温度分布を均一にすることができる。
【００８５】
また、第１実施形態では、中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射が終了した後も周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射が行われる。よって、半導体ウェハーＷの中央部へのフラッシュ光照射が終了した後も周縁部へのフラッシュ光照射が継続して行われており、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部への伝熱に起因した中央部の温度低下を抑制することができる。
【００８６】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の熱処理装置１の構成は第１実施形態と全く同じである。また、第２実施形態の熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と概ね同様である。第２実施形態が第１実施形態と相違するのは、中央ゾーンＺ１および周縁ゾーンＺ２の発光パターンである。
【００８７】
図１１は、第２実施形態におけるフラッシュランプＦＬの発光強度プロファイルを示す図である。図１０と同様に、実線で示すのは周縁ゾーンＺ２に属するフラッシュランプＦＬの発光強度プロファイルであり、点線で示すのは中央ゾーンＺ１に属するフラッシュランプＦＬの発光強度プロファイルである。
【００８８】
第２実施形態においては、周縁ゾーンＺ２に属する８本のフラッシュランプＦＬに遅れて中央ゾーンＺ１に属する２２本のフラッシュランプＦＬが発光を開始する。そして、第２実施形態では、周縁ゾーンＺ２に属する８本のフラッシュランプＦＬと中央ゾーンＺ１に属する２２本のフラッシュランプＦＬとが同時に発光を終了する。よって、第１実施形態と同様に、周縁ゾーンＺ２に属する８本のフラッシュランプＦＬの発光時間は、中央ゾーンＺ１に属する２２本のフラッシュランプＦＬの発光時間よりも長い。すなわち、第２実施形態においては、周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射と中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射とは同時に終了し、かつ、中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射時間よりも周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射時間の方が長い。
【００８９】
これにより、第１実施形態と同様に、半導体ウェハーＷの中央部よりも周縁部に照射されるフラッシュ光の光量が多くなり、予備加熱段階で生じていた半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部よりも相対的に低くなる面内温度分布の不均一が解消され、フラッシュ加熱段階での半導体ウェハーＷの表面到達温度は周縁部と中央部とで同程度となり、面内温度分布を均一にすることができる。不純物の活性化の程度は半導体ウェハーＷの表面到達温度によって規定され、予備加熱段階で面内温度分布の不均一が生じていたとしても、フラッシュ加熱段階での最終的な半導体ウェハーＷの表面到達温度の面内温度分布が均一であれば、不純物の活性化の程度も均一となる。
【００９０】
中央ゾーンＺ１および周縁ゾーンＺ２の発光パターンを除く第２実施形態の残余の事項は第１実施形態と同じである。
【００９１】
第２実施形態においては、３０本のフラッシュランプＦＬの平面状配列を半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域を含む中央ゾーンＺ１とそれよりも外側の周縁ゾーンＺ２との２つのゾーンに分割している。そして、周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射と中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射とは同時に終了し、かつ、中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射時間よりも周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射時間の方が長い。これにより、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱時に相対的な温度低下の生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射されるフラッシュ光の光量が中央部よりも多くなり、フラッシュ加熱時での半導体ウェハーＷの周縁部の相対的な温度低下を防止することができ、表面到達温度の面内温度分布を均一にすることができる。
【００９２】
また、第２実施形態では、周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射と中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射とが同時に終了するため、半導体ウェハーＷの全面にわたって均一な冷却速度にて降温することとなる。
【００９３】
＜変形例＞
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、第１実施形態では周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射と中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射とを同時に開始し、第２実施形態では周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射と中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射とを同時に終了していたが、両ゾーンの照射タイミングはこれら以外の態様であっても良い。
【００９４】
例えば、周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射を中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射よりも先に開始して、後から終了するようにしても良い。また、周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射を中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射よりも先に開始して、先に終了するようにしても良い。逆に、周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射を中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射よりも後に開始して、後に終了するようにしても良い。いずれのパターンであっても、中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射時間よりも周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射時間の方が長ければ、予備加熱時に相対的な温度低下の生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射されるフラッシュ光の光量が中央部よりも多くなり、フラッシュ加熱時での半導体ウェハーＷの周縁部の相対的な温度低下を防止することができる。また、中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射期間と周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射期間とは少なくとも一部において重なり合うのが好ましい。
【００９５】
また、中央ゾーンＺ１のフラッシュ光照射時間よりも周縁ゾーンＺ２のフラッシュ光照射時間を長くするのに加えて、中央ゾーンＺ１に属する２２本のフラッシュランプＦＬに電荷を供給するコンデンサ９３の充電電圧よりも周縁ゾーンＺ２に属する８本のフラッシュランプＦＬに電荷を供給するコンデンサ９３の充電電圧の方が高くなるようにしても良い。このようにすれば、フラッシュ光照射時には、中央ゾーンＺ１に属する２２本のフラッシュランプＦＬの放電電圧よりも周縁ゾーンＺ２に属する８本のフラッシュランプＦＬの放電電圧の方が高くなり、半導体ウェハーＷの周縁部に照射されるフラッシュ光の強度が中央部に照射されるフラッシュ光の強度よりもさらに強くなり、フラッシュ加熱時での半導体ウェハーＷの周縁部の相対的な温度低下をより確実に防止することができる。
【００９６】
また、上記各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、中央ゾーンＺ１および周縁ゾーンＺ２に属するフラッシュランプＦＬの本数も２２本、８本に限定されるものではなく、適宜の数とすることができる。
【００９７】
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。
【００９８】
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】
【００９９】
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
３３  入力部
６５  熱処理空間
９３  コンデンサ
９５  電源ユニット
９６  ＩＧＢＴ
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
Ｚ１  中央ゾーン
Ｚ２  周縁ゾーン
【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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