(57)【要約】【課題】フラッシュランプの寿命劣化を抑制することができる熱処理装置を提供する。【解決手段】フラッシュ光を照射する複数のフラッシュランプＦＬを液槽５１の内部に列設する。電力供給のなされるフラッシュランプＦＬの両端は、シール部材を介して液槽５１の壁面から突き出している。チラー５５は、液槽５１の内部に冷却液（純水）を循環供給して満たす。フラッシュ加熱時に複数のフラッシュランプＦＬがフラッシュ光を出射するときには、チラー５５から液槽５１に供給された冷却液中に複数のフラッシュランプＦＬが浸漬される。このため、フラッシュランプＦＬのガラス管内部が高温のプラズマに曝されたとしても、フラッシュランプＦＬの全体は冷却液によって冷却されるために温度上昇が抑制され、その結果フラッシュランプＦＬの寿命を飛躍的に延ばすことができる。【選択図】図１
2008288520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
フラッシュ光を透過するチャンバー窓を上部に備えるチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を水平姿勢にて保持する保持手段と、
前記チャンバーの上方に配置され、フラッシュ光を透過する放射窓を底部に備える液槽と、
前記液槽内に配置され、棒状の放電管内にてアノード−カソード間で放電させることによってフラッシュ光を出射する複数のフラッシュランプと、
前記液槽に冷却液を供給する冷却液供給手段と、
を備え、
前記複数のフラッシュランプがフラッシュ光を出射するときには、前記冷却液供給手段から前記液槽に供給された冷却液中に前記複数のフラッシュランプが浸漬され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、
前記複数のフラッシュランプはアノード−カソードの向きを揃えて前記液槽内にて水平方向に沿って列設され、
前記冷却液供給手段は、前記複数のフラッシュランプのカソード側から冷却液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、
前記液槽から漏出した冷却液を受ける外槽と、
前記外槽に冷却液が流入したことを検知する漏出検知手段と、
をさらに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（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ェハー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、半導体ウェハーを、例えば、１０００℃ないし１１００℃程度の温度に加熱（アニール）することにより、半導体ウェハー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半導体ウェハーを昇温する上記ランプアニール装置を使用して半導体ウェハーのイオン活性化を実行した場合においても、半導体ウェハー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ェハーの表面にフラッシュ光（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ェハー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（例えば、特許文献１，２）。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、数ミリセカンド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、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】
上記のようなフラッシュ加熱を行う熱処理装置においては、キセノンフラッシュランプを冷却すべく、ランプを配置したランプハウスへのエアーの給排気を行っている。これにより、ランプハウス内の熱が排出されるとともに、キセノンフラッシュランプ自体もエアーによって冷却されることとなる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−５５８２１号公報
【特許文献２】特開２００４−８８０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、フラッシュ加熱時には極めて大きなエネルギーのフラッシュ光を出射するため、石英ガラスのランプ管内壁が高温のプラズマに曝されて温度が上昇し、ランプ管の寿命劣化が生じる。特に、フラッシュ光のパルス幅が比較的短い装置においては、比較的長いパルス幅のフラッシュ光照射に比べて高い電流密度が必要となり、その結果ランプ管内のプラズマ密度が高くなって寿命が極端に短くなる。
【０００８】
フラッシュ加熱に使用するキセノンフラッシュランプは非常に高価であり、特に特許文献１，２に開示されているような装置ではキセノンフラッシュランプを数十本も使用しているため、ランプ管の寿命劣化がそのままランニングコストの上昇を引き起こすという問題が生じていた。
【０００９】
また、フラッシュ加熱時にランプ管温度が急激に上昇すると、ランプ管が破裂することもあった。特許文献１，２に開示されているようなキセノンフラッシュランプを数十本使用する装置において、１本のランプ管が破裂するとその衝撃によって隣接するランプ管も次々と連鎖的に破損するという重大な問題が生じるおそれもあった。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュランプの寿命劣化を抑制することが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】
【００１１】
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、フラッシュ光を透過するチャンバー窓を上部に備えるチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を水平姿勢にて保持する保持手段と、前記チャンバーの上方に配置され、フラッシュ光を透過する放射窓を底部に備える液槽と、前記液槽内に配置され、棒状の放電管内にてアノード−カソード間で放電させることによってフラッシュ光を出射する複数のフラッシュランプと、前記液槽に冷却液を供給する冷却液供給手段と、を備え、前記複数のフラッシュランプがフラッシュ光を出射するときには、前記冷却液供給手段から前記液槽に供給された冷却液中に前記複数のフラッシュランプが浸漬されることを特徴とする。
【００１２】
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、前記複数のフラッシュランプはアノード−カソードの向きを揃えて前記液槽内にて水平方向に沿って列設され、前記冷却液供給手段は、前記複数のフラッシュランプのカソード側から冷却液を供給することを特徴とする。
【００１３】
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、前記液槽から漏出した冷却液を受ける外槽と、前記外槽に冷却液が流入したことを検知する漏出検知手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１から請求項３の発明によれば、フラッシュランプがフラッシュ光を出射するときには冷却液中に浸漬されているため、発光にともなうフラッシュランプの温度上昇が抑制され、フラッシュランプの寿命劣化を抑制することができる。
【００１５】
また、特に、請求項２の発明によれば、より高温となりやすいフラッシュランプのカソード側から冷却液を供給しているため、適切にフラッシュランプを冷却することができる。
【００１６】
また、特に、請求項３の発明によれば、万一液槽から冷却液が漏出したとしても、その液を回収するとともに、液の漏出を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【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】
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。熱処理装置１は基板として略円形の半導体ウェハーＷに閃光（フラッシュ光）を照射し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。
【００１９】
熱処理装置１は、半導体ウェハー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を備えた光照射部５と、を備える。また、熱処理装置１は、チャンバー６および光照射部５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。
【００２０】
チャンバー６は、光照射部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。
【００２１】
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、光照射部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。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、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。
【００２２】
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。
【００２３】
チャンバー底部６２には、保持部７を貫通して半導体ウェハーＷをその下面（光照射部５からの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。
【００２４】
チャンバー側部６３は、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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ェハー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ェハーＷの予備加熱を行う略円板状の保持部７と、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保持部昇降機構４と、を備える。図１に示す保持部昇降機構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、保持部７（厳密には保持部７のホットプレート７１）の下面に接続されて保持部７を支持する。
【００２７】
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を介して保持部７に連結される。
【００２８】
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。保持部昇降機構４により保持部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に接続された保持部７が図１に示す半導体ウェハーＷの受渡位置と図５に示す半導体ウェハーＷの処理位置との間で滑らかに昇降する。
【００２９】
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、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、保持部７とチャンバー窓６１との衝突が防止される。
【００３０】
また、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を回転することより、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を回転して保持部７の昇降を行うことができる。
【００３１】
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。べローズ下端板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。保持部昇降機構４により保持部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、下降する際にはべローズ４７が伸張される。そして、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。
【００３２】
図３は、保持部７の構成を示す断面図である。保持部７は、半導体ウェハー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（保持部７が半導体ウェハーＷを保持する側の面）に設置されるサセプタ７２を有する。保持部７の下面には、既述のように保持部７を昇降するシャフト４１が接続される。サセプタ７２は石英（あるいは、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）等であってもよい）により形成され、その上面には半導体ウェハーＷの位置ずれを防止するピン７５が設けられる。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。これにより、サセプタ７２は、ホットプレート７１からの熱エネルギーを拡散してサセプタ７２上面に載置された半導体ウェハーＷに伝達するとともに、メンテナンス時にはホットプレート７１から取り外して洗浄可能とされる。
【００３３】
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。
【００３４】
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ェハー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。
【００３５】
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。保持部７に保持された半導体ウェハー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。
【００３６】
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、半導体ウェハーＷの熱処理（複数の半導体ウェハーＷを連続的に処理する場合は、全ての半導体ウェハー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。
【００３７】
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。
【００３８】
次に、光照射部５は、液密構造の液槽５１の内部に複数本（本実施形態では３０本）のキセノンフラッシュランプＦＬからなる光源を配置して構成される。また、光照射部５は、液槽５１に冷却液を循環供給するチラー５５を備えている。
【００３９】
図６は、フラッシュランプＦＬの配置構成を示すための液槽５１の平面図である。また、図７は図６のI−I線断面図であり、図８は図６のII−II線断面図である。液槽５１は、内部に液体を貯留可能な筐体であり、チャンバー６の上方に設置される。液槽５１の槽底部５１ａおよび槽側部５１ｂはフラッシュ光を透過可能な石英によって形成されている。液槽５１の槽底部５１ａは、フラッシュ光を透過するランプ光放射窓として機能する。液槽５１がチャンバー６の上方に設置されることにより、槽底部５１ａがチャンバー窓６１と相対向することとなる。光照射部５は、チャンバー６内にて保持部７に保持される半導体ウェハーＷに槽底部５１ａ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ェハーＷを加熱する。
【００４０】
また、液槽５１の天井部にはリフレクタ５２が装着されている。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おり、液槽５１の蓋としても機能する。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。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ェハーＷの表面温度分布の均一性が低下するためである。
【００４１】
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液槽５１内に配列されている。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。各キセノンフラッシュランプＦＬは、棒状のガラス管（放電管）９１の内部にキセノンガスを封入し、その内側両端部に陽極（アノード）９２および陰極（カソード）９３を配設して構成される。陽極９２および陰極９３は、電源ユニットによって所定電圧が印加可能なコンデンサー（図示省略）に接続されている。
【００４２】
また、隣接するフラッシュランプＦＬの間において、ガラス管９１の外周面近傍にはトリガー電極９４が設けられている。トリガー電極９４は、石英のガラス細管の軸心部にタングステン（Ｗ）のワイヤーを配設したものである。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、上記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９１内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極９４に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、陽極９２と陰極９３との間に放電が生じてコンデンサーに蓄えられた電気がガラス管９１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９３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。
【００４３】
図６に示すように、本実施形態においては、３０本のフラッシュランプＦＬがアノード−カソードの向きを揃えて液槽５１内に列設されている。すなわち、陽極９２が図６の紙面左側に位置するとともに陰極９３が紙面右側に位置するように、３０本全てのフラッシュランプＦＬが列設されている。なお、本実施形態においては、ガラス管９１の外径が１３ｍｍであり、隣接するガラス管９１の間隔が２ｍｍである。
【００４４】
また、各フラッシュランプＦＬは、液槽５１の相対向する槽側部５１ｂに横架されている。すなわち、液槽５１の相対向する槽側部５１ｂに３０対の貫通孔が穿設され、ガラス管９１の両端部がその貫通孔に嵌通されることによって各フラッシュランプＦＬは配設されている。フラッシュランプＦＬに電力を供給する電力線は液槽５１の外部に突き出たガラス管９１の両端部に接続され、さらにガラス管９１の内部を通って陽極９２および陰極９３に接続される。
【００４５】
図９は、ガラス管９１の嵌通部位の近傍を拡大した図である。各フラッシュランプＦＬのガラス管９１の両端部外周面にはＯリング５３が装着されている。Ｏリング５３は、押さえ部材５４によってガラス管９１の外周面および槽側部５１ｂに密着されている。これにより、Ｏリング５３はフラッシュランプＦＬが槽側部５１ｂに嵌通された部位のシール部材として機能する。
【００４６】
Ｏリング５３によって液槽５１からの液漏れは防止されるはずであるが、万一液漏れが生じた場合に備えて液槽５１の外方には液槽５１から漏出した冷却液を受ける外槽５６が設けられている。さらに、外槽５６には冷却液が流入したことを検知する漏出検知部５７が付設されている。漏出検知部５７は、外槽５６の底部の一部に形成された検出孔に流入した冷却液を検知して制御部３に漏出検知信号を伝達する。なお、液槽５１の槽側部５１ｂのうちフラッシュランプＦＬと平行な壁面からの液漏出はあり得ないため、外槽５６はフラッシュランプＦＬの両端が嵌通された壁面の外方にのみ設けられている。また、漏出検知部５７としては、検出孔に流入した冷却液を検知する形態に限らず、例えば光学的に液面を検出するセンサなど公知の種々の液漏れセンサを用いることができる。
【００４７】
チラー５５は、液槽５１に冷却液を循環供給するとともに、その冷却液を冷却して所定温度に維持する。本実施形態では、冷却液として純水を使用する。チラー５５は、フラッシュランプＦＬの陰極９３の側から所定温度に冷却した冷却液を液槽５１に供給するとともに、陽極９２の側から冷却液を回収する。これにより、液槽５１の内部は冷却液によって満たされ、３０本のフラッシュランプＦＬの全ては冷却液中に浸漬される。また、液槽５１の内部において、フラッシュランプＦＬの陰極９３の側から陽極９２へと向かうような冷却液の液流が形成される。液槽５１から排出されて回収された冷却液はチラー５５によって再度所定温度に冷却され、再び液槽５１に供給される。
【００４８】
また、制御部３は、熱処理装置１に設けられたチラー５５など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。
【００４９】
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簡単に説明する。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。
【００５０】
まず、保持部７が図５に示す処理位置から図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から半導体ウェハーＷに閃光照射が行われるときの保持部７の位置であり、図５に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。また、「受渡位置」とは、チャンバー６に半導体ウェハーＷの搬出入が行われるときの保持部７の位置であり、図１に示す保持部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を貫通して保持部７の上方に突出する。
【００５１】
次に、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を介してイオン注入後の半導体ウェハー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。
【００５２】
半導体ウェハー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ェハーＷの処理工程に合わせて様々に変更される。
【００５３】
半導体ウェハー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、保持部昇降機構４により保持部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。保持部７が受渡位置から上昇する過程において、半導体ウェハーＷは支持ピン７０から保持部７のサセプタ７２へと渡され、サセプタ７２の上面に載置・保持される。保持部７が処理位置にまで上昇するとサセプタ７２に保持された半導体ウェハーＷも処理位置に保持されることとなる。
【００５４】
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。保持部７が処理位置まで上昇して半導体ウェハーＷが保持部７と接触することにより、その半導体ウェハー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。
【００５５】
この処理位置にて約６０秒間の予備加熱が行われ、半導体ウェハー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５５０℃程度とされる。また、保持部７とチャンバー窓６１との間の距離は、保持部昇降機構４のモータ４０の回転量を制御することにより任意に調整することが可能とされている。
【００５６】
約６０秒間の予備加熱時間が経過した後、保持部７が処理位置に位置したまま制御部３の制御により光照射部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。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。
【００５７】
すなわち、光照射部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半導体ウェハーＷの表面温度は、瞬間的に１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度Ｔ２まで上昇し、半導体ウェハー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に添加された不純物の熱による拡散（この拡散現象を、半導体ウェハーＷ中の不純物のプロファイルがなまる、ともいう）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。
【００５８】
また、フラッシュ加熱の前に保持部７により半導体ウェハーＷを予備加熱しておくことにより、フラッシュランプＦＬからの閃光照射によって半導体ウェハー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。
【００５９】
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、保持部７が保持部昇降機構４により再び図１に示す受渡位置まで下降し、半導体ウェハーＷが保持部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ェハー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における半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理が完了する。
【００６０】
既述のように、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チャンバー６に継続的に供給されており、その供給量は、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、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。
【００６１】
ところで、本実施形態においては、複数のフラッシュランプＦＬを液槽５１内に収容し、チラー５５から液槽５１に冷却液（本実施形態では純水）を循環供給している。熱処理装置１において半導体ウェハーＷの処理を行っているときには、冷却液の循環供給が継続的に実行され、液槽５１の内部は冷却液によって満たされている。よって、上記フラッシュ加熱時に複数のフラッシュランプＦＬがフラッシュ光を出射するときには、チラー５５から液槽５１に供給された冷却液中に複数のフラッシュランプＦＬが浸漬されることとなる。
【００６２】
フラッシュランプＦＬがフラッシュ光を出射するときには、陽極９２と陰極９３との間に放電が生じてガラス管９１の内壁が高温のプラズマに曝されるが、ガラス管９１の外壁は冷却液中に浸漬されているため、ガラス管９１全体としては液冷によって温度上昇が抑制される。その結果、フラッシュランプＦＬの寿命劣化を抑制することができる。特に、本実施形態の熱処理装置１のように３０本ものフラッシュランプＦＬを備えている場合には、各フラッシュランプＦＬの寿命劣化を抑制することによって、ランプ寿命に起因したランニングコストの上昇を抑制することができる。
【００６３】
また、ガラス管９１の温度上昇を抑制することができれば、フラッシュランプＦＬに従来よりも大きな電力を供給することが可能となり、照射可能なフラッシュ光のエネルギーの幅を広くすることができ、フラッシュ加熱のバリエーションをより豊富なものとすることができる。
【００６４】
仮に、フラッシュランプＦＬのうちの１本が破裂したとしても、冷却液が緩衝材となって破裂の衝撃が大幅に弱められるため、隣接するフラッシュランプＦＬが次々に連鎖的に破損するという深刻な事態は避けられる。
【００６５】
また、本実施形態においては、３０本のフラッシュランプＦＬをアノード−カソードの向きを揃えて液槽５１内に列設している。フラッシュランプＦＬの両端電極のうち陰極９３は接地されている（グランドレベル）。よって、感電防止などの対策が必要なのは陽極９２の側であり、本実施形態のようにアノード−カソードの向きを揃えてフラッシュランプＦＬを列設することができれば、液槽５１の片側（図６では紙面左側）のみに対策を施せば足りるため好都合である。
【００６６】
ところが、アノード−カソードの向きを揃えてフラッシュランプＦＬを並べた状態でフラッシュ光照射を行うと、隣接するフラッシュランプＦＬの間に瞬間的に強力な引力が発生し、従来のように液体を供給することなくフラッシュランプＦＬを配設していると、隣接するフラッシュランプＦＬのガラス管９１が衝突して破損するおそれがあった。このため、従来にあってはアノード−カソードの向きが互い違いとなるように複数のフラッシュランプＦＬを配列していたのであるが、このような配列は感電防止などの対策が煩雑なものとなる。本実施形態においては、複数のフラッシュランプＦＬを冷却液に浸漬した状態でフラッシュ光照射を行っているため、瞬間的に強力な引力が発生したとしてもガラス管９１の急激な動きが緩和されてガラス管９１の衝突による破損を防止できるため、３０本のフラッシュランプＦＬをアノード−カソードの向きを揃えて液槽５１内に列設することが可能となり、その結果として感電防止などの対策も容易となる。
【００６７】
また、液槽５１内にアノード−カソードの向きを揃えて３０本のフラッシュランプＦＬが列設された状態において、チラー５５はフラッシュランプＦＬの陰極９３の側から冷却液を供給して陽極９２の側から回収している。つまり、液槽５１の内部にて冷却液の上流側にフラッシュランプＦＬの陰極９３が位置している。フラッシュ光照射時には、陽極９２よりも陰極９３の側が高温となりやすい。本実施形態のように、フラッシュランプＦＬの陰極９３から陽極９２に向けて冷却液を流すようにすれば、高温となりやすい陰極９３側の方が冷却能が高くなり、フラッシュランプＦＬの適切な冷却を行うことが可能となる。
【００６８】
さらに、本実施形態の熱処理装置１は、漏出検知部５７を付設した外槽５６を備えているため、万一液槽５１から液漏れが生じた場合であっても、その漏出した液を回収することが可能であるとともに、液漏れを直ちに検知することができる。
【００６９】
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、上記各実施形態においては、冷却液として純水を用いていたが、これに限定されるものではなく、例えばフロロカーボンなどの他の液体であっても良い。冷却液としては比熱の大きな液体である方が好ましい。
【００７０】
また、液槽５１にシャワーノズルを設け、冷却液をミストとしてフラッシュランプＦＬに吹き付けるようにしても良い。但し、冷却液をミストとして吹き付けた場合にはフラッシュランプＦＬの冷却効果は得られるものの、フラッシュランプＦＬの破損を防止する緩衝材としては機能しないため、上記実施形態のように冷却液を流体として液槽５１に供給して複数のフラッシュランプＦＬを冷却液中に浸漬した方が好ましい。
【００７１】
また、上記実施形態では、隣接するフラッシュランプＦＬの間にトリガー電極９４を設けていたが、複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれの直上にトリガー電極９４を配設するようにしても良い。
【００７２】
また、上記実施形態においては、光照射部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。
【００７３】
また、上記実施形態においては、半導体ウェハー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による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。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【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】図１の熱処理装置のガス路を示す断面図である。
【図３】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】図１の熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図６】フラッシュランプの配置構成を示すための液槽の平面図である。
【図７】図６のI−I線断面図である。
【図８】図６のII−II線断面図である。
【図９】ガラス管の嵌通部位の近傍を拡大した図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  熱処理装置
４  保持部昇降機構
５  光照射部
６  チャンバー
７  保持部
５１  液槽
５１ａ  槽底部
５１ｂ  槽側部
５２  リフレクタ
５３  Ｏリング
５５  チラー
５６  外槽
５７  漏出検知部
６１  チャンバー窓
６５  熱処理空間
７１  ホットプレート
７２  サセプタ
９１  ガラス管
９２  陽極
９３  陰極
９４  トリガー電極
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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【図８】
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【図９】
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