(57)【要約】【課題】スパイクアニール工程に対しても、ゾーンの数を増加させることなくワーク表面における照度分布の均一性を向上させること。【解決手段】複数のランプ１が並列に並べられ、各ランプ１の上部に平面ミラー２が設けられ、ワークの周りにはガードリング５が配置される。ランプ１はＩ群、ＩＩ群、ＩＩＩ群から構成され、ＩＩＩ群に属する各ランプ１への投入エネルギーは、Ｉ群、ＩＩ群に属する各ランプ１への投入エネルギーより大きい。平面ミラー２のワーク６に対応する上方領域には拡散ミラー部２１が設けられ、Ｉ群、ＩＩ群に属するランプ１から放射され反射鏡２で反射された光は拡散光としてワーク６に照射され、ウエハ表面での照度分布の均一性が向上する。また、ＩＩＩ群に属する各ランプ１から放射される光は拡散ミラー部２１での反射は殆どなく、ＩＩＩ群とＩＩ群との良好なゾーンの分離性は維持される。【選択図】          図１
2008071787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物と、その外周に配置されたガードリングと、これら被加熱物とガードリングの上方に配置された複数のランプと、当該ランプの上方に配置された反射鏡とを備えた光照射式加熱装置において、
拡散光が前記被加熱物の全面に入射するように、該被加熱物に対応する上方領域に拡散部材が位置している
ことを特徴とする光照射式加熱装置。
【請求項２】
前記拡散部材の占める領域の大きさは、被加熱物の外周により囲まれる領域の大きさと同等、もしくは、被加熱物の外周周辺を含む領域の大きさと同等である
ことを特徴とする請求項１に記載の光照射式加熱装置。
【請求項３】
前記ランプは、発光管内に管軸方向に複数分割された発光部を有し、各分割された発光部がそれぞれ給電される白熱ランプであり、前記ランプを複数平行に配置した
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光照射式加熱装置。
【請求項４】
前記拡散部材は、前記反射鏡に形成された拡散部である
ことを特徴とする請求項１，２または請求項３に記載の光照射式加熱装置。
【請求項５】
前記拡散部材は、前記被加熱物と前記ランプとの間に配置された光透過性窓部材に形成された拡散部である
ことを特徴とする請求項１，２または請求項３に記載の光照射式加熱装置。
【請求項６】
前記拡散部材は、前記ランプの発光管に形成された拡散部である
ことを特徴とする請求項１，２または請求項３に記載の光照射式加熱装置。
【請求項７】
光照射式加熱装置のカードリング内に配置された被加熱物を複数のランプよって加熱する光照射式加熱方法において、
前記被加熱物に、該被加熱物に対応する上方領域に配置した拡散部材からの拡散光を照射し、
前記ガードリングには、非拡散光を支配的に照射する
ことを特徴とする光照射式加熱方法。
【請求項８】
請求項７に記載の拡散部材は、ランプの上方に配置された反射鏡に形成された拡散部である
ことを特徴とする光照射式加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物に光照射することにより、急速かつ高温に加熱処理する光照射式加熱装置および被処理物を加熱処理する光照射式加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程における光照射式加熱処理は、成膜、拡散、アニールなど、広い範囲に渡って行なわれている。いずれの処理も、板状のワークである半導体ウエハ（以下、単にウエハとも呼ぶ）を高温に加熱処理するものである。
この加熱処理に光照射式加熱処理を使用すれば、ウエハを急速に加熱したり冷却することができる。例えば、ウエハへの光照射開始後数秒間〜数十秒間で、ウエハを１０００°Ｃ以上にまで昇温させることが可能である。光照射を停止すれば、急速にウエハを冷却することができる。
光照射式加熱処理装置は、一般に熱源として複数本の白熱ランプを使用する。光透過性材料からなる発光管の内部にフィラメントが配設されてなる白熱ランプは、光出力の立ち上がりが早くワークの急速加熱処理に適している。特に、ハロゲンランプの場合、発光管（バルブ）内に封入されたハロゲンと加熱蒸発するタングステン製フィラメントとの循環再生反応（ハロゲンサイクル）の効果により、バルブを小形化しても黒化せず、寿命も延びるという利点を有する。
【０００３】
ここで、ウエハの材質がケイ素である場合、ウエハを１０５０°Ｃ以上に加熱する際、ウエハに温度分布の不均一が生じると、ウエハにスリップと呼ばれる現象、即ち結晶転移の欠陥が発生する。その結果、加熱処理されるウエハは不良品となる。そこで、光照射式加熱装置を用いてウエハを加熱処理する場合には、ウエハ全面の温度分布が均一となるよう加熱・高温保持・冷却する必要がある。また、成膜のためにウエハを加熱する場合においても同様である。すなわち、均一な厚さでウエハ表面に膜を形成するためには、ウエハの温度分布が均一となるようウエハを加熱しなければならない。
ウエハ全面の物理特性が均一である場合、ウエハ全面での放射照度が均一となるように光照射を行うと、ウエハの温度は均一になると考えられる。しかしながら、実際には、このような照射条件でウエハに光照射を行っても、ウエハの周辺部の温度が低くなり、ウエハに温度分布の不均一が生じる。上記したように、ウエハを１０５０°Ｃ以上に加熱する場合、ウエハに温度分布の不均一が生じるとウエハにはスリップが発生する。
【０００４】
このようにウエハ周辺部の温度が低くなるのは、ウエハの側面もしくはウエハの側面近傍等のウエハ周辺部から熱が放射されるためである。従って、ウエハ全面に渡り温度分布を均一にするためには、ウエハ周辺部からの熱放射による温度低下を補償する必要がある。例えば、ウエハ周辺部表面における放射照度を、ウエハ中央部表面における放射照度よりも大きくなるように、光照射を行う。
【０００５】
一方、ウエハ周辺部の温度低下を防止する方法の１つとして、以前より、ウエハと同等の熱容量の補助材をウエハの外周を包囲するように配置する方法が提案されている。このような補助材は、一般にガードリングと呼ばれている。
ウエハの外周を包囲するように配置されたガードリングの熱容量がウエハの熱容量と同等である場合、ウエハとガードリングとは一体化した一枚の仮想板状体と見なすことが可能となる。この場合、ウエハの周辺部は上記仮想板状体の周辺部とならないので、ウエハの周辺部からの熱放射が発生しない。そのため、ウエハ周辺部の温度が低下することはない。即ち、上記したようなガードリングを用いることより、ウエハ周辺部からの熱放射による温度低下を補償し、ウエハの温度を均一にすることが可能となる。
なお、ガードリングはウエハの外周を包囲するように設けられるので、ガードリングにウエハの周縁部を保持する機構を付加して、ガードリングをウエハ保持材として兼用する場合も多い。
【０００６】
しかしながら、実際は、ガードリングをウエハと一体とみなせるように（即ち、熱容量が同等になるように）製作することは困難である。その理由を以下に示す。
（ａ）ガードリングとウエハとの熱容量を同等にするには、ガードリングの材質をウエハの材質と同じにすればよい。例えば、ウエハがシリコンウエハである場合、ガードリングの材質をケイ素（Ｓｉ）とすればよい。しかしながら、ケイ素は繰り返して大きな温度差にさらされると、変形してしまいガードリングとしての機能を果たさなくなる。
（ｂ）変形の問題を回避するために、一般にガードリングは炭化ケイ素（ＳｉＣ）から作られることが多い。炭化ケイ素はケイ素よりも比熱はやや大きいが、大きくは相違しない。しかしながら、炭化ケイ素は加工が難しく、加工上の問題（歩留まり）により厚さを１ｍｍより薄くできないので、ウエハの厚さ０．７〜０．８ｍｍよりも厚くなる。上記したケイ素と炭化ケイ素の比熱の違い、及びウエハの厚さと炭化ケイ素製のガードリングの厚さとの違いにより、ガードリングの熱容量は、高温に加熱した時、ウエハに比べ単位面積あたり１．５倍ほど大きくなる。
したがって、ウエハの周辺部の温度低下を補償するように、ガードリングを機能させるには、ウエハとガードリングとの上記熱容量差の影響を解消する必要がある。具体的には、ガードリング上の放射照度がウエハ上の放射照度より大きくなるように光照射する必要がある。
【０００７】
上記のような事情により、光照射式加熱装置は、照射領域における照度分布を任意に設定して光照射する機能が必須となる。このような機能を有する光照射式加熱装置を用いることにより、上記のように、ガードリング上の放射照度がウエハ上の放射照度より大きくなるように光照射することが可能となる。以下、上記機能を有する光照射式加熱装置について説明する。
上記した光照射式加熱装置においては、加熱源は複数の白熱ランプで構成される。そして、複数のランプを幾つかの制御ゾーン（ランプ群）に分けて制御することにより、照射領域における照度分布を所定の分布に設定する。
例えば、特許文献１に記載された光照射式加熱装置は、加熱手段である光照射手段を、複数の直管型のハロゲンランプを並列に並べて構成する。これらのハロゲンランプは、数本ずつのランプ群に分割され、各ランプ群を制御単位として、各ランプ群からの熱出力が独立に制御される。具体的には、まず、ワークの複数点の温度が放射温度計で検知される。そしてその検知結果に基づき、ワークの温度が均一になるように、上記制御単位が制御される。
【０００８】
特許文献２に記載された光照射式加熱装置は、加熱手段である光照射手段を、環状で直径がそれぞれ異なる複数の赤外ランプを同心状に並べて構成する。これらのランプも幾つかの制御ゾーン（ランプ群）に分けて制御される。
具体的には、まず、事前にワークの種々の温度分布パターンに対して、複数の赤外ランプをどのように点灯制御すればワークの温度分布が所定の温度で均一となるかというデータが求められる。この光照射式加熱装置の制御部は、上記データに基づき、各温度分布パターン対赤外ランプ点灯制御パターンのテーブルを記憶している。
次に、加熱処理中、ワークの２点以上を放射温度計が測定され、温度分布パターンが求められる。制御部は、測定した温度分布パターンに最も近い温度分布パターンを記憶しているテーブルから検索する。検索の結果得られた温度分布パターンに対応する赤外ランプ点灯制御パターンに基づき、ワークの温度が均一になるように、ランプ群が制御される。
【０００９】
以下、ゾーン制御により、ガードリングをウエハよりも大きな放射照度で光照射する例について具体的に説明する。なお、理解を容易にするために、ワークであるウエハ表面の輻射率（emmisivity）分布は均一であるとする。すなわち、光照射されたウエハの温度は、ウエハ表面における放射照度に比例するものとする。
図２８は、複数の直管型ランプ１０１と波形ミラー１０２とからなる光照射手段によって、ワーク（ウエハ）１０６およびガードリング１０５を照射したときのワーク１０６およびガードリング１０５上の照度分布を説明する図である。
図２８において、光照射手段は、複数の直管型のハロゲンランプ１０１を並列に並べて構成される。各ランプ１０１の上部には、反射鏡である波形ミラー１０２が設けられる。波形ミラー１０２の反射面は、複数の凹面部が並列に配列された形状である。
直管型ハロゲンランプ１０１はそれぞれ、各凹面部によって、一部が包囲される。波型ミラー１０２の凹面部形状は、凹面部により反射される光がある程度の指向性を有するように設計される。すなわち、各ランプ１０１から直接ワーク１０６に照射される光の広がりより、波型ミラーの凹面部によって反射される光の広がりが小さい。
なお、一般に、ウエハ等のワーク１０６は、処理室内に収容されている。光照射手段から放射される光は、当該処理室に設けられた光透過用の透過窓部材１０４を介して、ワーク１０６に照射される。
【００１０】
図２８（ａ）は、複数の直管型ランプ１０１をガードリング照射用ランプ群１０１−１とウエハ照射用ランプ群１０１−２の２つのランプ群（ゾーン）に分けた場合を示す。ここで、ガードリング照射用ランプ群１０１−１は、ガードリング１０５の上部に配置されたランプ群である。一方、ウエハ照射用ランプ群１０１−２はワーク１０６（以下ウエハともいう）の上部に配置されたランプ群である。
ここで、ガードリング１０５をワーク１０６よりも大きな放射照度で光照射するために、ガードリング照射用ランプ群１０１−１に属する各ランプ１への投入エネルギーが、ウエハ照射用ランプ群１０１−２に属する各ランプへの投入エネルギーより大きくなるように、各ゾーン（ランプ群）を制御する。その結果、ガードリング照射用ランプ群１０１−１に属する各ランプから放出される光の強度は、ウエハ照射用ランプ群１０１−２に属する各ランプから放出される光の強度より大きくなる。
【００１１】
図２８（ａ）から明らかなように、上記のようなゾーン制御を行えば、ガードリング１０５をワーク１０６よりも大きな放射照度で光照射することが可能となる。
しかしながら、ワーク１０６の端部（周辺部）における照度がワーク中央部の照度より大きくなっており、ワーク１０６の照度分布の均一性は実現されていない。ワーク表面の輻射率（emmisivity）分布が均一であるとき、ワーク表面での照度分布が不均一であると、ワーク１０６の温度分布も不均一となる。
ワーク１０６の照度分布が不均一であるのは、ガードリング照射用ランプ群１０１−１からの照射光がワーク周辺部にも照射されるためである。すなわち、ランプ１０１から放出される光は発散光であるので、ワーク１０６とランプ１０１とが近接していない場合、ガードリング１０５の上部に配置されたガードリング照射用ランプ群１０１−１からの光はウエハ周辺部にも照射される。ガードリング照射用ランプ群１０１−１に属する各ランプから放出される光の強度は、ウエハ照射用ランプ群１０１−２に属する各ランプから放出される光の強度より大きいので、ワーク１０６の端部における照度がウエハ中央部の照度より顕著に大きくなる。
【００１２】
ワークであるウエハ１０６を１０５０°Ｃ以上に加熱する場合、図２８（ａ）にて斜線で示す照度不均一部分が大きいと、温度分布の不均一も顕著となり、ウエハ１０６にはスリップが発生する。
上記したウエハ１０６の照度不均一部分は、ゾーンの数を増加させることにより、低減される。図２８（ｂ）は、ゾーン（ランプ群）の数を３つにした例である。ここに示す例では、ウエハ照射用ランプ群１０１−２をＩ群とＩＩ群の２つに分割する。ＩＩ群は、図２８（ａ）において照度不均一部分が発生した領域の上部に配置される。一方、Ｉ群は、ウエハの中央部側領域の上部に配置される。なお、上記ガードリング照射用ランプ群１０１−１を、以下ＩＩＩ群ともいう。
図２８（ｂ）に示すゾーン制御の考え方は、以下の通りである。ガードリング１０５をワーク１０６よりも大きな放射照度で光照射するために、ＩＩＩ群に属する各ランプ１０１への投入エネルギーは、Ｉ群、ＩＩ群に属する各ランプへの投入エネルギーより大きくなるように設定される。また、ＩＩＩ群からの照射光はウエハ周辺部にも照射されるので、その分を相殺するように、ＩＩ群に属する各ランプへの投入エネルギーは、Ｉ群に属する各ランプへの投入エネルギーより小さく設定される。すなわち、各群に属する各ランプへの投入エネルギーは、ＩＩＩ群、Ｉ群、ＩＩ群の順に小さくなるように設定される。
【００１３】
図２８（ｂ）から明らかなように、上記のようなゾーン制御を行えば、ガードリング１０５をワーク１０６よりも大きな放射照度で光照射することが可能となる。また、発散光であるガードリング照射用ランプ群１０１−１からの照射光がウエハ周辺部にも照射されることにより生じる照度分布の不均一も抑制される。よって、ウエハの温度分布の均一性も良好となる。
以上のように、ガードリング１０５をワーク１０６よりも大きな放射照度で光照射するとともに、ウエハ表面での放射照度分布を略均一にするためには、少なくとも３つのランプ群によるゾーン制御が必要となる。実際には、光照射手段（図２８においては複数の直管型ランプ１０１と波形ミラー１０２）とワーク１０６との距離、反射鏡（図２８においては波形ミラー１０２）の形状、各ゾーン（ランプ群）からの光の重なり合い等の様々なパラメータが、ワーク上の照度分布に影響を及ぼす。そのため、ゾーン制御も複雑となり、通常、ランプ群の数は３つ以上となることが多い。
なお、図２８に示したゾーン制御の説明は、直管型ランプ１０１の管軸方向と直交する一次元方向に適用される。例えば、直管型ランプの管軸方向については、照射領域に存在するランプは１本のみとなるので、ゾーン制御を実施することは不可能である。よって、通常、ウエハ全面（すなわち、２次元方向）に対してゾーン制御を適用するために、光照射中、ウエハを回転させることが多い。
【特許文献１】特開昭６２−２０３０８号公報
【特許文献２】特開昭６３−２６０１２７号公報
【特許文献３】特公平６−９３４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
半導体集積回路の微細化、高集積化に伴い、ウエハ上に構成される回路構造は、ウエハの深さ方向についても微細化されている。すなわち、上記回路構造の薄膜構造化が進んでいる。一方、ウエハの高温加熱処理工程においては、ウエハの到達温度を、１０００°Ｃを超える温度にする必要がある場合がある。例えば、イオンインプランテーション後に、打ち込んだ不純物イオンを活性化するための高温加熱処理工程がこれに相当する。
このような高温では不純物の熱拡散速度が増大する。そのため、ウエハが高温になっている時間が長いと、不純物イオンがウエハの深さ方向にも拡散してしまい、上記した薄膜構造を維持することができない。
このために近年はスパイクアニールと呼ばれる急峻加熱・急峻冷却工程を実現するための加熱装置の開発がなされている。スパイクアニールでは所謂一定温度保持を行わず、目標温度（活性化に必要な温度）に到達したら即座に冷却を行う。すなわち、ウエハが高温となっている時間をできるだけ短くし、不純物イオンの深さ方向への拡散の進行を抑制するものである。
そのために、スパイクアニール工程における昇温レートを出来る限り高速化し、短時間でウエハ等のワークの温度を目標温度に到達させたいという要望が非常に強くなってきている。
【００１５】
上記光照射式加熱処理装置を用いてスパイクアニール工程を行う場合、ワーク表面での照射光の放射照度を大きくすることにより、上記昇温レートの高速化が実現される。ここで、複数の直管型のハロゲンランプを並列に並べて構成される光照射手段を有する光照射式加熱処理装置の場合、各ランプ間の間隔を小さくすることにより、ワーク表面での照射光の放射照度を大きくする。
ここで、ワークがウエハのように板状で所定の大きさが設定されている場合、ワークに対峙して並列に並べることが可能なランプの本数は所定の本数となる。このような場合において、ワーク表面での照射光の放射照度が十分でないときには、光照射手段を構成するハロゲンランプ等の白熱ランプに大電力を投入して、白熱ランプから放射される光の光量を大きくする必要がある。
【００１６】
図２９は、スパイクアニール工程に対応した光照射式加熱装置の光照射手段の概略構成、並びに、この光照射手段によってワークであるウエハおよびガードリングを照射したときのウエハおよびガードリング上の照度分布を説明する図である。
図２９（ａ）において、光照射手段は、複数の直管型のハロゲンランプ１０１を並列に並べて構成される。ここで、スパイクアニール工程に対応するために、各ランプの間の間隔をできるだけ小さくするには、各ランプの上部に設けられる反射鏡としては平面ミラー１１２を採用せざるを得ない。図２８のように、反射鏡として波形ミラー１０２を採用すると、各ランプの間の間隔を狭くすることが困難となるためである。
【００１７】
図２９（ａ）は、図２８（ｂ）のものと同様、ゾーン（ランプ群）の数を３つにした例である。
すなわち、ゾーンとしては、ワークであるウエハ中央部領域の上部に配置されるＩ群、ウエハの周辺部領域の上部に配置されるＩＩ群、ガードリング照射用ランプ群であるＩＩＩ群が構成される。
各ゾーンの制御は、図２８（ｂ）のものと同様、以下のように行われる。ガードリング１０５上の放射照度がワーク１０６であるウエハ上の放射照度よりも大きくなるように光照射するために、ＩＩＩ群に属する各ランプへの投入エネルギーは、Ｉ群、ＩＩ群に属する各ランプへの投入エネルギーより大きくなるように設定される。また、ＩＩＩ群からの照射光はウエハ周辺部にも照射されるので、その分を相殺するように、ＩＩ群に属する各ランプへの投入エネルギーは、Ｉ群に属する各ランプへの投入エネルギーより小さく設定される。
すなわち、各群に属する各ランプへの投入エネルギーは、ＩＩＩ群、Ｉ群、ＩＩ群の順に小さくなるように設定される。
【００１８】
図２９（ａ）から明らかなように、図２８（ｂ）に示す場合と異なり、ワーク１０６表面における照度分布が不均一となっている。これは、以下のような理由によるものと考えられる。
上記したように、スパイクアニール工程に対応するためには、光照射手段を構成する各ランプ１０１のランプ間隔をできるだけ狭くする必要がある。そのため、反射鏡として平面ミラー１１２が用いられる。しかしながら、平面ミラーは、波形ミラーとは異なり、凹面部を有していない。そのため、平面ミラーによって反射される光は、波型ミラーにより反射される光と異なり、ある程度の指向性を有しない。
また、各ランプ１０１から平面ミラー１１２により反射されワーク（ウエハ）１０６に到達する光の光路長は、各ランプ１０１から直接ウエハ１０６に照射される光の光路長より長くなるので、平面ミラー１１２による反射光のウエハ１０６上での広がりは、ランプ１０１からの直接光の広がりより大きくなる。
よって、各ゾーンから放射された光の一部が、他のゾーンから放射された光の照射領域の一部に照射される割合が大きくなる。すなわち、ゾーンの分離性が悪くなる。
【００１９】
上記したように、ガードリング１０５上の放射照度がワーク１０６上の放射照度よりも大きくなるように光照射するために、ＩＩＩ群に属する各ランプ１０１への投入エネルギーは、Ｉ群、ＩＩ群に属する各ランプ１０１への投入エネルギーより大きくなるように設定されている。よって、ＩＩＩ群に属する各ランプ１０１から放射される光の強度はＩ群、ＩＩ群に属する各ランプ１０１から放射される光の強度より大きい。そのため、特に、ＩＩＩ群に属するランプ１０１から放射されワーク１０６の周辺部に照射される光の影響が大きくなる。
【００２０】
従って、図２８（ｂ）に示すようなゾーン制御を図２９（ａ）に示す例に採用しても、図２８（ｂ）に示す場合と異なり、ウエハ（ワーク）表面における照度分布が不均一となったものと考えられる。上記したように、ウエハ表面の輻射率（emmisivity）分布が均一であるとき、ウエハ表面での照度分布が不均一であると、ウエハの温度分布も不均一となる。ウエハを１０５０°Ｃ以上に加熱する場合、照度不均一部分が大きいと、温度分布の不均一も顕著となり、ウエハ１０６にはスリップが発生する。
このような場合、個別に制御する各ゾーンの個数を増やすことにより、ウエハ表面における照度分布の均一性を良好にすることができると考えられる。しかしながら、ゾーンの個数が増加する分、各ゾーンを制御するための制御システムが複雑になり、実用上、実際的ではなくなる場合が多い。
【００２１】
上記不具合に対応するために、図２９（ｂ）に示すように、光照射手段を構成する各ランプ１０１とワーク１０６であるウエハとの距離を短くすることが考えられる。
すなわち、当該距離を短くすることにより、各ランプ１０１から平面ミラー１１２により反射されワーク１０６に到達する光の光路長、および、各ランプ１０１から直接ワーク１０６に照射される光の光路長を短くする。これにより、各ランプ１０１から平面ミラー１１２により反射されワーク１０６に到達する光、および、各ランプ１０１から直接ワーク１０６に照射される光は、あまり広がらずにワーク１０６上に到達する。その結果、各ゾーンから放射された光の一部が、他のゾーンから放射された光の照射領域の一部に照射される割合が小さくなり、ゾーンの分離性が良好になる。
図２９（ｂ）に示す構成によれば、ゾーンの分離性が図２９（ａ）に示す構造の場合と比較して良好となる。すなわち、ゾーンの個数を増加させることなく、ワーク１０６表面における照度分布の均一性を良好にすることができると考えられる。
しかしながら、実際には、図２９（ｂ）から明らかなように、ウエハ表面における照度分布の均一性は良好とはならない。
【００２２】
すなわち、光照射手段を構成する各ランプ１０１とワーク１０６であるウエハとの距離が短くなった分、各ランプ１０１から平面ミラー１１２により反射されワーク１０６に到達する光、および、各ランプ１０１から直接ワークに照射される光はあまり広がらずにワーク１０６上に到達するので、各ランプ１０１間における非発光部分の影響が無視できなくなる。
従来は、光照射手段を構成する各ランプ１０１とワーク１０６であるウエハとの距離が長い分、各ランプ１０１から、直接、あるいは、平面ミラー１１２を介して間接的に到達する光はワーク上で広がり、ワーク上での照度分布の均一度は良くないものの、ある程度、平均化されていた。そのため、各ランプ間における非発光部分の影響も小さくなっていた。
しかしながら、図２９（ｂ）に示す構成によればゾーンの分離性は向上するものの放射照度の平均化は殆ど成されず、ウエハ１０６上の各ランプ１０１間の非発光部分に相当する部分に対応する領域において、放射照度の比較的急峻な落ち込みが生じる（以下、この放射照度の比較的急峻な落ち込みのことをリップルと称する）
【００２３】
よって、図２９（ｂ）に示すように、光照射手段を構成する各ランプ１０１とワークであるウエハ１０６との距離を短くしてゾーン制御を行っても、ウエハ１０６表面における照度分布の均一性を向上されることは困難である。
図２９（ｂ）に示す構成による不具合を克服する方策として、図３０（ｃ）に示すように、光照射手段を構成する各ランプ１０１とワークであるウエハ１０６との距離を短くして、かつ、反射鏡として、平面ミラー１１２ではなく、平面型の拡散ミラー１２２を用いることが考えられる。すなわち、各ランプ１０１から直接ウエハ１０６に照射される光に対応するゾーンの分離性を確保し、各ランプ１０１から拡散ミラーにより反射されウエハ１０６に到達する拡散光によって、リップルを小さくしようとするものである。
【００２４】
しかしながら、図３０（ｃ）に示す構成によれば、リップルはある程度は低減できるが、今度は拡散光による照度不均一の影響を無視できなくなる。すなわち、ＩＩＩ群に属する各ランプ１０１への投入エネルギーは、Ｉ群、ＩＩ群に属する各ランプへの投入エネルギーより大きくなるように設定されている。
よって、ＩＩＩ群に属する各ランプ１０１から放射される光の強度は、Ｉ群、ＩＩ群に属する各ランプから放射される光の強度より大きい。特に、光照射手段を構成する各ランプ１０１とワークであるウエハ１０６との距離が短いので、ＩＩＩ群に属する各ランプ１０１から拡散ミラー１２２により反射されウエハ１０６に到達する拡散光の強度も大きくなる。この拡散光は、図３０（ｃ）に示すように、ウエハ周辺部にも広く照射される。よって、結局、図２９（ａ）に示す構成の場合と同様、ウエハ表面における照度分布の均一性は良好とはならない。
本発明は上記のような事情に基づき成されたものであって、その目的は、特にスパイクアニール工程に対しても、ゾーンの数を増加させることなく、ワーク表面における照度分布の均一性を向上させることが可能な光照射式加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上述したように、複数の直管型の白熱ランプ（例えば、ハロゲンランプ）を並列に並べて構成される光照射手段を有する光照射式加熱装置を用いてウエハ等のワーク（以下、ワークがウエハであるとして説明する）を加熱する場合、ウエハの周辺部の温度低下を補償するようにガードリングを機能させるようにウエハを加熱するためには、ガードリングをウエハよりも大きな放射照度で光照射する必要がある。
そのためには、光照射手段を構成する複数のランプを幾つかの制御ゾーン（ランプ群）に分けて制御することにより、照射領域における照度分布を所定の分布に設定する。
ランプから放射される光が平行光であれば、各ゾーンから放射される光によって照射されるワーク上の照射領域は明確に分離される。しかしながら、ランプから放出される光は発散光であるので、あるゾーンから放射された光の一部は、他のゾーンから放射された光の照射領域の一部に照射されることになる。
従来は、上記照射領域の重なりを考慮した上で、ゾーン数を設定していた。また、できるだけゾーンの分離性を確保するために、各ゾーンの上部には、反射光がある程度の指向性を有するように設計された波形ミラーが設けられることが多かった。
【００２６】
しかるに、例えば、スパイクアニール工程を行う場合、要求される昇温レートの高速化を実現するためには、ワークであるウエハへの照射光の放射照度を大きくする必要がある。そのため、複数の直管型の白熱ランプを並列に並べて構成される光照射手段を有する光照射式加熱処理装置の場合、各ランプ間の間隔を小さくする必要がある。また、場合によっては、各白熱ランプに大電力を投入して、白熱ランプから放射される光の光量を大きくする必要がある。
このような構成の光照射式加熱処理装置の場合、各ランプの間隔がある程度広くなってしまう波形ミラーの採用は難しく、各ランプの上部に設けられる反射鏡としては平面ミラーを採用せざるを得ない。
このような条件下でゾーン制御を行う場合、ゾーンの個数を増やさざるを得ない。しかしながら、ゾーンの個数が増加する分、各ゾーンを制御するための制御システムが複雑になり、実用上、実際的ではなくなる場合が多い。
よって、ゾーンの個数をあまり増加させずに良好な光照射式加熱を行うためには、できるだけゾーンの分離性を向上させる必要がある。そのためには、上記したように、光照射手段とワークとの距離を短くせざるを得ないが、この場合は、並列にならべられた各ランプ光の非発光部分に起因するリップルの問題を回避できない。また、リップルの問題を回避するために反射鏡として拡散ミラーを使用すると、前述したように、本来の目的であるゾーンの分離性の向上を行うことが困難になる。
【００２７】
以上のように、スパイクアニールと呼ばれる急峻加熱・急峻冷却工程を実現するためには、ランプの間隔を狭くし、かつ、光照射手段とワークとの距離を短くすることが必要となってきているが、このような状況において、ゾーンの数を増加させることなく、ワーク表面における照度分布の均一性を確保することが要求されるようになってきている。本発明においては、このような要求を次のように解決する。
（１）構成例１
本発明の光照射式加熱処理装置は、例えば、スパイクアニール工程を行うために、光照射手段を構成する各ランプ間の間隔を小さくする場合においても、ウエハ等のワーク上での照度分布の均一性を、次のように確保するものである。
具体的には、光照射手段とワークであるウエハとの距離を短くしてゾーンの分離性を向上させるとともに、従来回避できなかった各ランプ光の非発光部分に起因するリップルの問題をも解決する。
【００２８】
以下、図１を用いて、本発明の構成例１を説明する。
図１は、本発明の光照射式加熱装置における光照射手段の概略構成、並びに、この光照射手段によってワーク６であるウエハ６００およびガードリング５を照射したときのウエハ６００およびガードリング５上の照度分布を説明する図である。
本発明の光照射式加熱装置における光照射手段は、従来と同様、複数の直管型のハロゲンランプ１を並列に並べて構成される。また、各ランプ１の間の間隔をできるだけ小さくしてスパイクアニール工程に対応するために、各ランプの上部に設ける反射鏡として例えば平面ミラー２を採用している。
ここで、図１に示す光照射手段は、図２８（ｂ）や図２９に示すものと同様、ゾーン（ランプ群）の数を３つにした例である。
すなわち、ゾーンとしては、ウエハ中央部領域の上部に配置されるＩ群、ウエハの周辺部領域の上部に配置されるＩＩ群、ガードリング照射用ランプ群であるＩＩＩ群から構成される。
【００２９】
各ゾーンの制御は、図２８（ｂ）や図２９に示すものと同様、以下のように行われる。  ガードリング５をワーク６であるウエハ６００よりも大きな放射照度で光照射するために、ＩＩＩ群に属する各ランプ１への投入エネルギーは、Ｉ群、ＩＩ群に属する各ランプ１への投入エネルギーより大きくなるように設定される。また、ＩＩＩ群からの照射光はウエハ周辺部にも照射されるので、その分を相殺するように、ＩＩ群に属する各ランプ１への投入エネルギーは、Ｉ群に属する各ランプ１への投入エネルギーより小さく設定される。
すなわち、各群に属する各ランプ１への投入エネルギーは、ＩＩＩ群、Ｉ群、ＩＩ群の順に小さくなるように設定される。
また、本発明の光照射式加熱装置においては、光照射手段を構成する各ランプ１とワーク６との距離ができるだけ短くなるように設定される。
【００３０】
本発明の光照射式加熱装置が従来のものと相違する点は、各ランプ１の上部に設ける反射鏡２（例えば平面ミラー）の一部に反射光を拡散する拡散ミラー部２１を設けたことである。具体的には、反射鏡２において、ワーク６であるウエハ６００の中央部領域の上部に配置されるＩ群に属するランプ１からの光、並びにウエハ６００の周辺部領域の上部に配置されるＩＩ群に属するランプ１からの光が入射し、かつ、ガードリング５照射用ランプ群であるＩＩＩ群に属するランプ１からの光が殆ど入射しない領域に拡散部材である拡散ミラー部２１を設ける。
この拡散ミラー部２１は、ワーク６（ウエハ６００）に対応する上方領域に配置され、拡散ミラー部２１が形成された領域の大きさは、ワーク６の外周で囲まれる領域の大きさと同等か、ウエハの外周より少し広めの外周周辺を含む大きさである。
【００３１】
上記したように、光照射手段を構成する各ランプ１とワーク６との距離ができるだけ短くなるように設定されているので、各ランプ１から反射鏡２により反射されワーク６に到達する光の光路長、および、各ランプ１から直接ワーク６に照射される光の光路長を短くする。
これにより、各ランプ１から反射鏡２により反射されワーク６に到達する光、および、各ランプ１から直接ワーク６に照射される光は、あまり広がらずにワーク６上に到達する。
その結果、各ゾーンから放射された光の一部が、他のゾーンから放射された光の照射領域の一部に照射される割合が小さくなり、ゾーンの分離性が良好になる。
【００３２】
ここで、図２９（ｂ）に示す構成のように反射面が鏡面の平面ミラー１１２である場合は、上記したように、ワーク６であるウエハ６００上の各ランプ１間の非発光部分に相当する部分に対応する領域に起因して、ウエハ６００上の照射領域においてリップルが生じる。
それに対して、本発明の光照射式加熱装置によれば、反射鏡である平面ミラー２において、Ｉ群、ＩＩ群に属するランプ１からの光が入射し、ＩＩＩ群に属するランプ１からの光が殆ど入射しない領域に拡散ミラー部２１を設けている。
すなわち、この拡散ミラー部２１は、拡散光がワーク６（ウエハ６００）の全面に入射するように、ワーク６に対応する上方領域に配置され、拡散ミラー部２１が形成される領域の大きさは、ワーク６の外周で囲まれる領域の大きさと同等か、ウエハの外周より少し広めの外周周辺を含む大きさと同等である。
そのため、Ｉ群、ＩＩ群に属するランプ１から放射され反射鏡２で反射された光は拡散光としてワーク６に照射される。
【００３３】
ここで、Ｉ群、ＩＩ群に属する各ランプ１とワーク６との距離ができるだけ短くなるように設定されているので、光照射領域（すなわち、ワーク６の表面およびガードリング５の表面）における拡散光の照射領域もあまり広がらない。
すなわち、上記拡散光は、主としてワーク６であるウエハ６００表面に照射される。この拡散光により、従来のリップル部分が相殺され、結果としてウエハ６００表面での照度分布の均一性が向上する。
一方、ＩＩＩ群に属するランプ１から放出される光は、反射鏡２の拡散ミラー部２１には殆ど入射せず、反射鏡２の鏡面部（図１の平面ミラー２において、白抜きで示した部分）に大部分は入射する。そのため、ＩＩＩ群に属するランプ１から放出される光のうち、反射鏡２により反射される光の殆んどは拡散光とはならない。
ＩＩＩ群に属する各ランプ１とワーク６との距離は、出来るだけ短くなるように設定されているので、ＩＩＩ群に属する各ランプから、直接、あるいは、反射鏡２を介して間接的にワーク６に到達する光はワーク６上ではあまり広がらない。すなわち、ＩＩＩ群とＩＩ群との良好なゾーンの分離性は維持される。
【００３４】
以上、まとめると、本発明の光照射式加熱装置は、スパイクアニール工程にも対応可能なように、各ランプ１の間の間隔をできるだけ小さくし、反射鏡としては例えば平面ミラー２を使用する。その際、各ランプ１から反射鏡により反射されワーク６（ウエハ６００）に到達する光の光路長、および、各ランプ１から直接ワーク６に照射される光の光路長が短くなるように、光照射手段とワーク６との距離を短く設定し、ゾーンの分離性を向上させている。
例えば、ゾーン（ランプ群）をウエハ中央部領域の上部に位置するＩ群、ウエハの周辺部領域の上部に位置するＩＩ群、ガードリング照射用ランプ群であるＩＩＩ群としたとき、反射鏡２の反射面おいて、Ｉ群に属するランプ１からの光、並びにＩＩ群に属するランプ１からの光が入射し、かつ、ＩＩＩ群に属するランプ１からの光が殆ど入射しない領域に拡散ミラー部２１を設ける。
【００３５】
上記構成により、Ｉ群、ＩＩ群に属するランプ１から放射され反射鏡２で反射された光は拡散光としてワーク６（ウエハ６００）に照射される。この拡散光により、従来のリップル部分が相殺され、結果としてウエハ表面での照度分布の均一性が向上する。
また、ＩＩＩ群に属する各ランプ１から放射され反射鏡２により反射される光は、上記拡散ミラー部２１での反射は殆どない。よって、ＩＩＩ群とＩＩ群との良好なゾーンの分離性は維持される。ここで、ＩＩＩ群に属する各ランプ１から放射され、直接、あるいは、反射鏡２を介してガードリング５に到達する光によるガードリング５上の照度分布においては、リップル部分が存在する。しかしながら、ガードリング自体は光照射式加熱装置の一部であり、ワーク（ウエハ）のように表面における照度分布の均一性は必要としないので、リップルが存在しても不都合が生じない。
すなわち、本発明の光照射式加熱装置によれば、各ランプ１から放射され、直接、あるいは、反射鏡（例えば平面ミラー２）を介してワークを照射する光の光路長を短くできるので、ゾーンの分離性が良好であり、しかも、当該光路長を短くすることにより従来ワーク上で生じていたリップル部分の抑制も同時に行うことが可能となる。
そのため、本発明の光照射式加熱装置は、上記したようなスパイクアニール工程にも十分対応することが可能となる。
【００３６】
（２）構成例２
本発明の光照射式加熱装置における光照射手段の構成は、上記した構成例１に限るものではなく、以下に説明するように、透過窓部材に拡散部を設けた構成とすることもできる。
図２に、本発明の光照射式加熱装置における光照射手段の別の構成例である構成例２を示す。
図２に示す光照射手段は、構成例１と同様、複数の直管型の白熱ランプ１を並列に並べて構成され、各ランプ１の上部に設ける反射鏡２は、例えば平面ミラーであり、ゾーン（ランプ群）の数を３つにした例である。すなわち、ゾーンとしては、ワークであるウエハの中央部領域の上部に配置されるＩ群、ウエハの周辺部領域の上部に配置されるＩＩ群、ガードリング照射用ランプ群であるＩＩＩ群から構成される。
また、各ゾーンの制御は、前述した構成例１と同様であり、各ランプへの投入エネルギーが、ＩＩＩ群、Ｉ群、ＩＩ群の順に小さくなるように設定される。
また、本発明の光照射式加熱装置においては、光照射手段を構成する各ランプ１とワーク６との距離ができるだけ短くなるように設定される。
【００３７】
図１に示す構成例１においては、ワーク６上における照度分布のリップル部分の発生を抑制するために、反射鏡２である平面ミラーにおいて、Ｉ群、ＩＩ群に属するランプ１からの光が入射し、ＩＩＩ群に属するランプ１からの光が殆ど入射しない領域に拡散ミラー部２１を設けている。
一方、図２に示す構成例２は、反射鏡２としては従来の平面ミラーをそのまま使用し、透過窓部材４に拡散部４１を設けるものである。
すなわち、透過窓部材４において、ウエハ中央部領域の上部に配置されるＩ群に属するランプ、ウエハの周辺部領域の上部に配置されるＩＩ群に属するランプからの光が入射し、かつ、ガードリング照射用ランプ群であるＩＩＩ群に属するランプからの光が殆ど入射しない領域に拡散部材である拡散部４１を設ける。
この拡散部４１は、拡散光がワーク６（ウエハ６００）の全面に入射するように、ワーク６に対応する上方領域に配置され、なおかつ、ワーク６とランプ１との間に配置された透過窓部材４の拡散部４１の領域の大きさは、ワーク６の外周で囲まれる領域の大きさと同等か、ウエハの外周より少し広めの外周周辺を含む大きさと同等である。
【００３８】
ここで構成例１と同様、構成例２においても、各ランプ１から反射鏡２により反射されワーク６に到達する光の光路長、および、各ランプ１から直接ワーク６に照射される光の光路長が短くなるように、光照射手段とワークとの距離を短く設定し、ゾーンの分離性を向上させている。
上記構成により、Ｉ群、ＩＩ群に属するランプ１から放射され、直接、あるいは、反射鏡である平面ミラー２によって反射された後に、透過窓部材４の拡散部４１を通過する光は、拡散光となりワーク６に照射される。この拡散光は強度が平均化されているので、ワーク６であるウエハ６００表面での照度分布にリップル部分が発生することがなく、ウエハ６００表面での照度分布の均一性が向上する。
一方、また、ＩＩＩ群に属する各ランプ１から放射され、あるいは、反射鏡２で反射された後に透過窓部材４を通過する光は、拡散部４１を殆ど通過しないので、拡散光とならない。よって、ＩＩＩ群とＩＩ群との良好なゾーンの分離性は維持される。
【００３９】
ここで、ＩＩＩ群に属する各ランプ１から放射され、直接、あるいは、反射鏡を介してガードリング５に到達する光によるガードリング５上の照度分布においては、リップル部分が存在する。しかしながら、ガードリング５自体は表面における照度分布の均一性は必要としないので、リップルが存在しても不都合が生じない。
従って、光照射式加熱装置を構成例２のように構成しても、構成例１に示すものと同様、各ランプ１から放射され、直接、あるいは、反射鏡２を介してワーク６を照射する光の光路長を短くできるので、ゾーンの分離性が良好であり、しかも、当該光路長を短くすることにより従来ワーク上で生じていたリップル部分の抑制も同時に行うことが可能となる。
そのため、本発明の光照射式加熱装置は、上記したようなスパイクアニール工程にも十分対応することが可能となる。
なお、構成例１に示す光照射式加熱装置の光照射手段は、Ｉ群、ＩＩ群に属するランプ１から放射され反射鏡２によって反射される反射光のみが拡散光となっていた。
一方、構成例２に示す光照射式加熱装置の光照射手段によれば、Ｉ群、ＩＩ群に属するランプ１から放射され、反射鏡２を介さず直接ワーク６に照射される光も拡散光となる。よって、より効率よく上記リップル部分の発生を抑制することができる。
【００４０】
（３）構成例３
図３は、本発明の光照射手段の他の構成例を示すものであり、同図は、光照射手段の概略構成、並びに、この光照射手段によってワークであるウエハおよびガードリングを照射したときのウエハおよびガードリング上の照度分布を説明する図である。
図３に示す光照射手段は、構成例１と同様、複数の直管型の白熱ランプ１を並列に並べて構成され、各ランプ１の上部に設ける反射鏡２は、例えば平面ミラーであり、ゾーン（ランプ群）の数を３つにした例である。すなわち、ゾーンとしては、ウエハ中央部領域の上部に配置されるＩ群、ウエハの周辺部領域の上部に配置されるＩＩ群、ガードリング照射用ランプ群であるＩＩＩ群から構成される。
また、各ゾーンの制御は、前述した構成例１と同様であり、各ランプ１への投入エネルギーが、ＩＩＩ群、Ｉ群、ＩＩ群の順に小さくなるように設定される。また、光照射手段を構成する各ランプ１とワーク６との距離ができるだけ短くなるように設定される。
【００４１】
本構成例は、複数本の直管型の白熱ランプ１を並列に並べて構成される光照射手段において、発光管の少なくとも一部に拡散部材である拡散部１１（図中太線で表示）を設けた白熱ランプを、上記複数本のランプ１の一部に使用したことである。具体的には、光照射手段において、ウエハ中央部領域の上部に配置されるＩ群に属するランプ１、並びにウエハの周辺部領域の上部に配置されるＩＩ群に属するランプ１を、発光管の少なくとも一部に拡散部１１を設けた白熱ランプとする。一方、ガードリング照射用ランプ群であるＩＩＩ群に属するランプ１の発光管には、拡散部１１を設けない。
上記したように、光照射手段を構成する各ランプ１とワーク６であるウエハ６００との距離ができるだけ短くなるように設定されているので、各ランプ１から反射鏡２により反射されワーク６に到達する光の光路長、および、各ランプ１から直接ワーク６に照射される光の光路長を短くする。
これにより、各ランプ１から反射鏡２により反射されワーク６に到達する光、および、各ランプ１から直接ワーク６に照射される光は、あまり広がらずにワーク６上に到達する。その結果、各ゾーンから放射された光の一部が、他のゾーンから放射された光の照射領域の一部に照射される割合が小さくなり、ゾーンの分離性が良好になる。
【００４２】
ここで、発光管に拡散部１１を設けたランプ１を使用しない場合は、上記したように、ウエハ上の各ランプ間の非発光部分に相当する部分に対応する領域に起因して、ワーク６であるウエハ６００上の照射領域においてリップルが生じる。
それに対して、本構成例の光照射式加熱装置によれば、Ｉ群、ＩＩ群に属するランプ１の発光管の少なくとも一部に拡散部材である拡散部１１を設けている。
すなわち、この拡散部１１が設けられている領域は、ワーク６（ウエハ６００）に対応する上方領域であって、ウエハ６００の外周で囲まれる領域の大きさと同等か、ウエハ６００の外周よりさらに外側の周辺を含む領域の大きさと同等である。
そのため、Ｉ群、ＩＩ群に属するランプ１から放射され反射鏡２で反射された光は拡散光としてワークに照射される。ここで、Ｉ群、ＩＩ群に属する各ランプ１とワーク６との距離ができるだけ短くなるように設定されているので、光照射領域（すなわち、ワーク６表面およびガードリング５表面）における拡散光の照射領域もあまり広がらない。
【００４３】
すなわち、上記拡散光は、主としてワークであるウエハの表面に照射される。この拡散光により、従来のリップル部分が相殺され、結果としてウエハ表面での照度分布の均一性が向上する。
一方、ＩＩＩ群に属するランプ１から放出される光は、発光管に拡散部１１を設けないので拡散光とはならない。ＩＩＩ群に属する各ランプ１とワーク６（ウエハ６００）との距離は、出来るだけ短くなるように設定されているので、ＩＩＩ群に属する各ランプ１から、直接、あるいは、反射鏡を介して間接的にワーク６に到達する光はワーク６上ではあまり広がらない。すなわち、ＩＩＩ群とＩＩ群との良好なゾーンの分離性は維持される。
【００４４】
以上、まとめると、本構成例の光照射式加熱装置は、スパイクアニール工程にも対応可能なように、各ランプの間の間隔をできるだけ小さくし、反射鏡としては例えば平面ミラーを使用する。その際、各ランプから平面ミラーにより反射されワークであるウエハに到達する光の光路長、および、各ランプから直接ウエハに照射される光の光路長が短くなるように、光照射手段とワークとの距離を短く設定し、ゾーンの分離性を向上させている。
そして、ゾーン（ランプ群）をウエハ中央部領域の上部に位置するＩ群、ウエハの周辺部領域の上部に位置するＩＩ群、ガードリング照射用ランプ群であるＩＩＩ群としたとき、Ｉ群並びにＩＩ群に属するランプ１を、発光管の少なくとも一部に拡散部を設けた白熱ランプとする。ＩＩＩ群に属するランプの発光管には、拡散部を設けない。
上記構成により、Ｉ群、ＩＩ群に属するランプ１から放射され、直接ワーク６（ウエハ６００）に照射される光、または、反射鏡２で反射された光は、拡散光としてワーク６に照射される。この拡散光により、従来のリップル部分が相殺され、結果としてワーク６表面での照度分布の均一性が向上する。
【００４５】
また、ＩＩＩ群に属する各ランプ１から放射され、直接ワーク６に照射される光、または、反射鏡２で反射された光は、拡散されることなく、ガードリング５およびその近傍に照射される。よって、ＩＩＩ群とＩＩ群との良好なゾーンの分離性は維持される。
ここで、ＩＩＩ群に属する各ランプ１から放射され、直接、あるいは、反射鏡２を介してガードリング５に到達する光によるガードリング５上の照度分布においては、リップル部分が存在する。しかしながら、ガードリング５自体は表面における照度分布の均一性は必要としないので、リップルが存在しても不都合が生じない。
すなわち、本構成例の光照射式加熱装置によれば、各ランプから放射され、直接、あるいは、反射鏡を介してワークを照射する光の光路長を短くできるので、ゾーンの分離性が良好であり、しかも、当該光路長を短くすることにより従来ワーク上で生じていたリップル部分の抑制も同時に行うことが可能となる。そのため、本発明の光照射式加熱装置は、上記したようなスパイクアニール工程にも十分対応することが可能となる。
なお、上記ランプとして、管軸方向の光強度を個別に制御できないものを用いる場合には、ワークであるウエハ全面（すなわち、２次元方向）に対して均一にゾーン制御を適用するため、光照射中、ウエハを回転させることが望ましいが、発光管内の発光部を管軸方向に複数に分割し、各分割された発光部への給電を個別に制御できるランプを用いる場合には、必ずしもウエハを回転させる必要はない。
【００４６】
以上のように本発明においては、以下のように前記課題を解決する。
（１）被加熱物と、その外周に配置されたガードリングと、これら被加熱物とガードリングの上方に配置された複数のランプと、当該ランプの上方に配置された反射鏡とを備えた光照射式加熱装置において、拡散光が前記被加熱物の全面に入射するように、該被加熱物に対応する上方領域に拡散部材を位置させる。
なお、急峻加熱・急峻冷却工程（スパイクアニール工程）を実現するため、上記複数のランプと反射鏡と被加熱物は、ランプ間の非発光部分による放射照度の落ち込みにより被加熱物上に光強度の不均一部分が生ずる程度に接近して配置される。すなわち、被加熱物上に光照度のリップルが発生する程度に、ランプと反射鏡と被加熱物を接近して配置する。
また、前記したように通常、ガードリングの熱容量は高温に加熱した時、被加熱物に比べて大きく、ガードリングには被加熱物よりも大きな放射照度で光照射する必要がある。
このような場合には、上記複数のランプを、被加熱物の上方に配置された被加熱物照射用のランプと、ガードリングの上方に配置されたガードリング照射用のランプとに分け、該被加熱物照射用のランプの光強度と、ガードリング照射用のランプの光強度を異ならせる（ゾーン制御を行う）のが望ましい。これにより、被加熱物とガードリングとの上記熱容量差の影響を解消することができる。
（２）上記（１）において、拡散部材の占める領域の大きさを、被加熱物の外周により囲まれる領域の大きさと同等とするか、あるいは、該領域にさらに被加熱物の外周周辺を加えた領域の大きさと同等とする。
（３）上記（１）（２）において、ランプとして、発光管内に管軸方向に複数分割された発光部を有し、各分割された発光部がそれぞれ給電される白熱ランプを用い、このランプを複数平行に配置する。
（４）上記（１）（２）（３）において、前記反射鏡に拡散部を形成し、拡散部材とする。
（５）上記（１）（２）（３）において、前記被加熱物と前記ランプとの間に配置された光透過性窓部材に拡散部を形成し、拡散部材とする。
（６）上記（１）（２）（３）において、前記ランプの発光管に拡散部を形成し、拡散部材とする。
（７）光照射式加熱装置のカードリング内に配置された被加熱物を複数のランプよって加熱する光照射式加熱方法において、前記被加熱物に、該被加熱物に対応する上方領域に配置した拡散部材からの拡散光を照射し、前記ガードリングに、非拡散光を支配的に照射する。すなわち、ガードリングに照射される光の内、５０パーセント以上の光を非拡散光とする。
（８）上記（７）において、ランプの上方に配置された反射鏡に形成された拡散部を拡散部材とする。
【発明の効果】
【００４７】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）被加熱物に対応する上方領域に拡散部材を設けたので、各ランプから直接、あるいは反射鏡を介して被処理物に照射される光の光路長を短くし、ゾーンの分離性を良好とした場合に生ずる被加熱物上の照度分布におけるリップル部分を、上記拡散部材による拡散光により相殺することができる。
また、上記拡散部材は被加熱物に対応する上方領域に設けられ、ガードリングに対応する上方領域には設けられていないので、ガードリングの上方に配置された各ランプから放射され、直接、あるいは、反射鏡を介してガードリングに到達する光は拡散光にならない。このため、各ランプから被処理物までの光路長を短くして、ゾーンの分離性を良好とした場合、上記ガードリング上方に配置されたランプから放射される光は、被処理物にはほとんど照射されない。
したがって、ガードリング上方に配置されたランプと、被処理物の上方に配置されたランプの光強度を異ならせても、被処理物上の照度分布に影響を与えることがなく、被加熱物表面での照度分布の均一性は確保される。
このため、本発明の光照射式加熱装置によれば、スパイクアニール工程にも十分対応可能となる。
なお、ランプから放射され、直接、あるいは、反射鏡を介してガードリングに到達する光によるガードリング上の照度分布においては、リップル部分が存在するが、ガードリング自体は表面における照度分布の均一性は必要としないので、リップルが存在しても不都合が生じない。
（２）ランプとして、発光管内に管軸方向に複数分割された発光部を有し、各分割された発光部がそれぞれ給電される白熱ランプを用いることにより、白熱ランプの発光部への供給電力を個別に制御することができる。
このため、ランプの管軸方向におけるゾーン制御も可能となり、光照射中、被処理物を必ずしも回転させる必要はなくなる。このため、回転機構などが不要となり構成を簡単化することができる。
（３）反射鏡に拡散部を形成することにより、拡散部を有する光透過性窓部材を設けたり、拡散部を設けた特殊なランプを使用する必要がない。
一方、光透過性窓部材に拡散部を形成したり、ランプの発光管に拡散部を形成することにより、反射鏡を介して被処理物を照射される光だけでなく、各ランプから直接放射される光も拡散光とすることができる。このため、反射鏡に拡散部を形成した場合に比べ、被加熱物上の照度分布におけるリップル部分をより効果的に相殺することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の光照射式加熱装置の具体的な構成例について説明する。
（１）実施例１
図４は、本発明の実施例１の光照射式加熱装置（以下、加熱装置ともいう）１００の構成を説明するための図である。
図４に示すように、加熱装置１００は、チャンバ３００を有する。チャンバ３００の内部は、光透過性窓部材である石英窓部４により、ランプユニット収容空間Ｓ１と加熱処理空間Ｓ２とに分割される。
ランプユニット収容空間Ｓ１に収容される第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０から放出される光を、石英窓部４を介して加熱処理空間Ｓ２に設置されるワーク６（例えば、半導体ウエハ６００、以下ウエハ６００ともいう）に照射することにより、ワークの加熱処理が施される。
【００４９】
ランプユニット収容空間Ｓ１に収容される第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０は、例えば、１０本の直管状の白熱ランプ１（以下、ランプ１ともいう）を所定の間隔で並列に配置して構成される。ランプ１は、例えば、発光管の内部に１本のフィラメント１４を有するハロゲンランプである。両ランプユニット１０、２０は互いに対向するように配置されている。なお、ランプユニット１０を構成するランプ１の軸方向は、ランプユニット２０を構成するランプ１の軸方向と互いに交差するように設定されている。
第１のランプユニット１０の上方には、反射鏡２が配置される。図５に示す加熱装置において、ランプユニット収容空間Ｓ１に収容される第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０、並びに、反射鏡２により光照射手段が構成される。
なお、本加熱装置は、スパイクアニール工程に対応できるように、上記第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０とワーク６（例えば、ウエハ６００）との距離ができるだけ短くなるように設定されている。
【００５０】
ランプユニット収容空間Ｓ１には、冷却風ユニット８からの冷却風がチャンバ３００に設けられた冷却風供給ノズル８１の吹出し口８２から導入される。ランプユニット収容空間Ｓ１に導入された冷却風は、第１のランプユニット１０及び第２のランプユニット２０における各ランプ１に吹きつけられ、各ランプ１を構成する発光管を冷却する。ここで、各ランプ１の封止部１２ａ、１２ｂは他の箇所に比して耐熱性が低い。そのため、冷却風供給ノズル８１の吹出し口８２は、各ランプ１の封止部１２ａ、１２ｂに対向して配置し、各ランプ１の封止部１２ａ、１２ｂを優先的に冷却するように構成することが望ましい。各ランプ１に吹きつけられ、熱交換により高温になった冷却風は、チャンバ３００に設けられた冷却風排出口８３から排出される。なお、冷却風の流れは、熱交換されて高温になった冷却風が逆に各ランプ１を加熱しないように考慮されている。
上記冷却風は、反射鏡２も同時に冷却するように風の流れが設定される。なお、反射鏡２が図示を省略した水冷機構により水冷されているような場合は、必ずしも反射鏡２も同時に冷却するように風の流れを設定しなくともよい。
【００５１】
チャンバ３００には、図示しない電源部７からのリードが接続される一対の電源供給ポート７１、７２が設けられる。図４の例では、電源供給ポート７１は第１のランプ固定台５００の取付台５１に固定された端子台５２と電気的に接続されている。また、電源供給ポート７２は第１のランプ固定台５０１の取付台５１に固定された端子台５２と電気的に接続されている。
一方、第１のランプ固定台５００の端子台５２は、例えば、第１のランプユニット１０における１つのランプ１の外部リード１８ａと電気的に接続されている。第１のランプ固定台５０１の端子台５２は、例えば、外部リード１８ｂと電気的に接続されている。このような構成により、電源部７から、第１のランプユニット１０におけるランプ１のフィラメント１４への給電が可能となる。
また、第２ランプユニット２０の各ランプ１は、図示しない一対の第２の固定台により支持される。
【００５２】
一方、加熱処理空間Ｓ２には、ワーク６が固定される処理台が設けられる。例えば、ワーク６がウエハ６００である場合、処理台は、モリブデンやタングステン、タンタルのような高融点金属材料や炭化ケイ素（ＳｉＣ）などのセラミック材料、または石英、ケイ素（Ｓｉ）からなる薄板の環状体であり、その円形開口部の内周部にウエハ６００を支持する段差部が形成されている構造のガードリング５であることが好ましい。
ウエハ６００は、上記した円環状のガードリング５の円形開口部に填め込むように配置され、上記段差部で支持される。ガードリング５は、自らも光照射によって高温となり対面するウエハの６００外周縁を補助的に放射加熱し、ウエハ６００の外周縁からの熱放射を補償する。これにより、ウエハ６００の外周縁からの熱放射などに起因するウエハ周縁部６００の温度低下が抑制される。
【００５３】
図４における光照射手段は、先に示した構成例１に基づくものである。すなわち、反射鏡２の一部に反射光を拡散する拡散ミラー部２１を設ける。第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０を構成する各ランプ１をウエハ６００の上部に位置するウエハ照射用ランプ群、ガードリング照射用ランプ群（ＩＩＩ群）に分割する場合を考える。例として、ウエハ照射用ランプ群は、更に、ウエハ中央部領域の上部に位置するＩ群、ウエハの周辺部領域の上部に位置するＩＩ群に分割する。すなわち、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０を構成する各ランプ１をＩ群、ＩＩ群、ＩＩＩ群の３つのゾーンに分割するものとする。
【００５４】
図５、図６は、拡散ミラー部２１を設ける位置関係を示す図である。図５（ａ）は、第１のランプユニット１０を構成する各ランプ１の断面方向から見た図、図５（ｂ）は、第２のランプユニット２０を構成する各ランプ１の断面方向から見た図である。また、図６は、反射鏡２の上部から見た図である。
図５に示すように、拡散ミラー部２１は、反射鏡２の反射面おいて、Ｉ群に属するランプ１からの光、並びにＩＩ群に属するランプ１からの光が入射し、かつ、ＩＩＩ群に属するランプ１からの光が殆ど入射しない領域に設けられる。ワークであるウエハ６００の形状、並びに、ガードリング５の形状が円形であるので、図６に示すように、拡散ミラー部２１の形状も円形となる。
【００５５】
上記構成により、Ｉ群、ＩＩ群に属するランプから放射され反射鏡２で反射された光は拡散光としてウエハ６００に照射される。反射鏡２が従来のように、平面状の鏡面ミラーである場合、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０とウエハ６００との距離ができるだけ短くなるように設定されているので、各ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ間の非発光部分により、ウエハ６００上の放射照度分布にリップル部分が発生する。
しかしながら、本実施例の加熱装置によれば、上記拡散光により、リップル部分が相殺され、結果としてウエハ表面での照度分布の均一性が向上する。
なお、ＩＩＩ群に属する各ランプ１から放射され反射鏡２により反射される光は、拡散ミラー部２１での反射は殆どない。よって、ＩＩＩ群とＩＩ群との良好なゾーンの分離性は維持される。ここで、ＩＩＩ群に属する各ランプ１から放射され、直接、あるいは、反射鏡２を介してガードリング５に到達する光によるガードリング５上の照度分布においては、リップル部分が存在する。
しかしながら、ガードリング５自体は表面における照度分布の均一性は必要としないので、リップルが存在しても不都合が生じない。
反射鏡２は、例えば、無酸素銅やアルミニウムからなる板状の母材に金をコートした構造である。拡散ミラー部２１は、上記母材にショットブラスト加工を施し、このショットブラスト加工面に金がコートされた領域である。
なお、拡散ミラー部２１を形成する方法としては、その他、例えば反射鏡２の表面を化学処理して拡散ミラー部２１を形成することも考えられる。
【００５６】
ここで、ゾーン制御に関する説明は、先に述べたので省略する。上記したように、ゾーン制御は、直管型ランプの管軸方向と直交する一次元方向に適用される。例えば、第１のランプユニット１０によるゾーン制御は、図５（ａ）に示すように、第１のランプユニット１０を構成する各ランプ１の管軸と垂直な断面方向に適用される。同方向において、第２のランプユニット２０によるゾーン制御は、第２のランプユニット２０を構成する各ランプの管軸方向が、上記方向と垂直とはならないので、実質上、実施できない。
同様に、第２のランプユニット２０によるゾーン制御は、図５（ｂ）に示すように、第２のランプユニット２０を構成する各ランプ１の管軸と垂直な断面方向に適用される。同方向において、第１のランプユニット１０によるゾーン制御は、第１のランプユニット１０を構成する各ランプの管軸方向が、上記方向と垂直とはならないので、実質上、実施できない。
よって、各ランプユニットにより、ワーク全面（すなわち、２次元方向）に対してゾーン制御を適用するために、光照射中、ワーク６（例えば、ウエハ６００）を回転させることが多い。ワーク６の回転は、例えば、ワーク６を保持するガードリング５自体を回転させることにより実現される。図４においては、ガードリング５の下端部にベアリング５５が取り付けられており、ガードリング５は図示略の回転機構によって回転駆動される。なお、回転はワーク６の略中心を回転軸にして行われる。
【００５７】
ガードリング５に設置されるウエハ６００の光照射面の裏面側には、温度測定部９１がワーク６に接触或いは近接して設けられる。温度測定部９１は、ウエハ６００の温度分布をモニタするためのものであり、ウエハ６００の寸法に応じて個数、配置が設定される。温度測定部９１は、例えば、熱電対や光ファイバ式放射温度計が使用される。温度測定部９１によりモニタされた温度情報は、温度計９に送出される。温度計９は、各温度測定部９１により送出された温度情報に基づき、各温度測定部９１の測定地点における温度を算出する。
なお、図示は省略したが、加熱処理の種類に応じて、加熱処理空間Ｓ２には、プロセスガスを導入・排気するプロセスガスユニットを接続してもよい。例えば、熱酸化プロセスを行う場合は、加熱処理空間Ｓ２に酸素ガス、および、加熱処理空間Ｓ２をパージするためのパージガス（例えば、窒素ガス）を導入・排気するプロセスガスユニットを接続する。
【００５８】
（２）実施例１の変形例
図７は、実施例１における加熱装置の変形例の構成を説明するための図である。図４と同じ符号が付与されている構成要素は、実施例１のものと同一であるので説明を省略する。本変形例においても、実施例１と同様、スパイクアニール工程に対応できるように、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０とワーク６（例えば、ウエハ６００）との距離ができるだけ短くなるように設定されている。また、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０を構成する各ランプ１を、例えば実施例１と同様、３つのゾーンに分割するものとする。なお、反射鏡２は、従来同様、平面状の鏡面ミラーである。
【００５９】
図７に示す本変形例における加熱装置の構成例と、図４に示す加熱装置の構成例との相違点は、図４における光照射手段が先に示した構成例１に基づくものであるのに対し、図７における光照射手段は、先に示した構成例２に基づくものである。
すなわち、本変形例においては、石英窓部４の一部に、ワークであるウエハの中央部領域の上部に配置されるＩ群、ウエハの周辺部領域の上部に配置されるＩＩ群に属するランプからの光が入射し、かつ、ガードリング照射用ランプ群であるＩＩＩ群に属するランプからの光が殆ど入射しない領域に拡散部４１を設ける。なお、ワークであるウエハ６００の形状、並びに、ガードリング５の形状が円形であるので、拡散部４１の形状も円形となる。
石英窓部４の一部に拡散部４１を形成する方法としては、例えば、窓部材をフロスト加工によりスリガラス状、または、つや消し状にしたり、窓部材のランプ側の表面を化学処理することが考えられる。あるいは、窓部材を構成しているガラスに気泡を混入させたり、ガラスを結晶化（失透）させてもよい。
【００６０】
上記構成により、Ｉ群、ＩＩ群に属するランプ１から放射され、直接、あるいは、反射鏡２である平面ミラーによって反射された後に石英窓部４の拡散部４１を通過する光は、拡散光となりウエハ６００に照射される。この拡散光は強度が平均化されているので、ウエハ６００表面での照度分布にリップル部分が発生することがなく、ウエハ６００表面での照度分布の均一性が向上する。
一方、また、ＩＩＩ群に属する各ランプ１から放射され、直接、あるいは、反射鏡２によって反射された後に石英窓部４の拡散部４１を通過する光は、拡散部４１を殆ど通過しないので、拡散光とならない。よって、ＩＩＩ群とＩＩ群との良好なゾーンの分離性は維持される。
【００６１】
ここで、ＩＩＩ群に属する各ランプ１から放射され、直接、あるいは、反射鏡２を介してガードリング５に到達する光によるガードリング５上の照度分布においては、リップル部分が存在する。しかしながら、ガードリング５自体は表面における照度分布の均一性は必要としないので、リップルが存在しても不都合が生じない。
従って、光照射式加熱装置を実施例１の変形例のように構成しても、実施例１に示すものと同様、各ランプ１から放射され、直接、あるいは、反射鏡２を介してワーク６を照射する光の光路長を短く設定しているので、ゾーンの分離性が良好であり、しかも、当該光路長を短くすることにより従来ワーク６上で生じていたリップル部分の抑制も同時に行うことが可能となる。
そのため、本変形例の光照射式加熱装置は、上記したようなスパイクアニール工程にも十分対応することが可能となる。
なお、実施例１に示す光照射式加熱装置の光照射手段は、Ｉ群、ＩＩ群に属するランプ１から放射され反射鏡２である平面ミラーによって反射される反射光のみが拡散光となっていた。一方、本変形例に示す光照射式加熱装置の光照射手段によれば、Ｉ群、ＩＩ群に属するランプ１から放射され、反射鏡２を介さず直接ウエハ６００に照射される光も拡散光となる。よって、より効率よく上記リップル部分の発生を抑制することができる。
【００６２】
（３）実施例１の光照射式加熱装置による加熱処理例。
次に、本実施例の光照射式加熱装置を用いた加熱処理の例を示す。
図８に本発明の光照射式加熱装置を用いた加熱処理の例を説明するための光照射式加熱装置を含む制御ブロック図を示す。
なお、加熱装置１００は図４、図７に示すものが適用されるが、図８は、図４に示す加熱装置１００を適用した例である。ここで、加熱装置１００は、図４に詳細に示されているのでここでは簡略化して示す。
なお、図８では、図４では省略した部分も一部記載されている。また、図９は、加熱処理プロセスにおけるランプユニットへの供給電力の動作条件を示すものである。さらに、図１０、図１１は本発明の光照射式加熱装置を用いた加熱処理例のフローチャートである。
【００６３】
以下、ワーク６が半導体ウエハ６００であり、イオンインプランテーションによってウエハ６００に打ち込まれた不純物イオンを活性化するための高温加熱処理をスパイクアニールプロセスにより実施する例について、図８、図９並びに図１０、図１１を用いて説明する。
なお、加熱装置１００のランプユニット１０，２０は、上記したようなゾーン制御に基づき照射条件が設定されているものとする。
主制御部ＭＣは、冷却風ユニット８を制御してチャンバ３００内のランプユニット１０及びランプユニット２０における各ランプ１に冷却風を吹きつける（図１０のステップＳ１０１）。
また、主制御部ＭＣは、図示を省略したプロセスガスユニットを制御して、パージガス（例えば、窒素ガス）によるチャンバ３００の加熱処理空間Ｓ２のパージ動作を開始する（図１０のステップＳ１０２）。このとき、加熱処理空間Ｓ２のパージガス圧力やパージガス流量は、プロセスガスユニットにより所定の値に制御されている。
【００６４】
次に主制御部ＭＣは、ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１の各フィラメント１４に接続されている電源部７を制御して、ランプユニット１０、２０の各ランプ１のフィラメント１４に電力を供給する（図１０のステップＳ１０３）。なお、この時点（図９の時点(1) ）で供給される電力は、ウエハ６００が光照射された場合、ウエハ６００の温度が室温から３５０°Ｃ程度の温度範囲内に到達するような条件の小電力（図９のＬｏｗ１）である。
ウエハ６００の加熱処理時にいきなり大電力をランプユニット１０、２０に供給すると、多大なる突入電流が流れ、電源部７にダメージを与える場合がある。そのため、ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１の点灯時には、小電力を供給し突入電流の影響を抑制している。なお、当然ながら、各ランプ１への供給電力量は、ゾーン毎に互いに相違する。
【００６５】
主制御部ＭＣは、搬送機構制御部２０４にカセット２０１ａに保管されている半導体ウエハ６００の１枚を、チャンバ３００内のガードリング５に搬送し、当該ガードリング５に設置するよう搬送機構制御部２０４に搬送指令信号を送信する（図１０のステップＳ１０４）。搬送指令信号を受信した搬送機構制御部２０４は、搬送機構２０２ａを駆動し、カセット２０１ａからウエハ６００を１枚取り出し、ウエハ６００を搬送してガードリング５に載せる（図１０のステップＳ１０５）。
以上のステップＳ１０１〜Ｓ１０５は、図９の期間(1) 〜(2) において行われる。
なお、上記したように、時点(1) 以降、ランプユニット１０、２０の各ランプ１のフィラメント１４にはウエハ６００の温度が室温から３５０°Ｃ程度の温度範囲内の温度Ｔ１に到達するような条件の小電力（図９のＬｏｗ１）が供給される。よって、搬送機構２０２ａは、ウエハ６００をガードリング５へ載せる際に加熱されることになる。上記した小電力の条件例は、搬送機構２０２ａが加熱される際、到達温度が搬送機構２０２ａの耐熱温度以下となるような条件に相当する。
【００６６】
次に、主制御部ＭＣは、回転機構制御部５５６にガードリング駆動信号を送信する（図１０のステップＳ１０６）。ガードリング駆動信号を受信したガードリング駆動機構５５５は、ガードリング５を回転駆動する（図１０のステップＳ１０７）。
図４に示すように、ガードリング５の下端部にはベアリング５５が取り付けられており、ガードリング５は、保持しているウエハ６００と供に回転駆動される。回転はウエハ６００の略中心を回転軸にして行われる。
主制御部ＭＣは、ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１の各フィラメント１４に接続されている電源部７を制御して、ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１の各フィラメント１４に供給する電力を増加し（図９のＭｉｄｄｌｅ）、ウエハ６００の温度を昇温する（図１０のステップＳ１０８）。
【００６７】
ウエハ６００の温度が所定の温度Ｔ２に到達した時点（図９の時点(3) ）で、主制御部ＭＣは電源部７を制御してランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１の各フィラメント１４に供給する電力を減少させ（図９のＬｏｗ２）、ウエハ６００の温度をＴ２に数秒〜数十秒間維持する（図１０のステップＳ１０９）。
ここで、上記した温度Ｔ２は、光照射され加熱されるウエハ６００の温度が、不純物拡散が発生しない温度、もしくは、不純物拡散が発生してもウエハ６００に構成されている薄膜構造（回路構造）には影響を及ぼさない温度であり、例えば、５００°Ｃ〜７００°Ｃ程度である。
なお、ステップＳ１０８，Ｓ１０９における各ランプ１への供給電力量は、ゾーン毎に互いに相違する。
【００６８】
ここで、ウエハ６００の温度は、温度測定部９１によりモニタされる。温度計９は、各温度測定部９１により送出された温度情報に基づき、各温度測定部９１の測定地点における温度を算出する。主制御部ＭＣは、ウエハ６００の温度がＴ２に到達した時点を、温度計９から送出されるウエハ６００の温度データに基づき判断する。
ステップＳ１０９において、ウエハ６００の温度をＴ２に数秒〜数十秒間（図９の(3) 〜(4) ）維持するのは、高温加熱処理前に各ランプ１のフィラメント１４の動作を安定化し、また、ワークであるウエハ６００全面で温度が略均一になるようにして、加熱処理雰囲気の安定化を図るためである。なお、温度測定部９１として放射温度計を用いる場合、通常、温度測定部９１による温度の検出限界（下限）は５００°Ｃ程度であり、それ以下では、温度測定誤差が大きくなる。そのため、加熱処理前のウエハ６００の温度を５００°Ｃ〜７００°Ｃ程度に昇温している。
【００６９】
なお、ウエハ６００の温度をＴ２に到達させる際の昇温時における供給電力量（図９のＭｉｄｄｌｅ）、ウエハ６００の温度をＴ２に維持する際の供給電力量（図９のＬｏｗ２）、維持時間等のデータは、予め主制御部ＭＣに記憶されている。主制御部ＭＣは上記した記憶データに基づき電源部７を制御する。
加熱処理雰囲気の安定化がなされるための期間(3) 〜(4) の計時は、主制御部ＭＣが有する計時手段で行われる。計時手段は、期間(3) 〜(4) に相当する時間が経過した時点で期間終了信号を主制御部ＭＣに送信する（図１０のステップＳ１１０）。
以上のステップＳ１０６〜Ｓ１１０は、図９の期間(2) 〜(4) において行われる。
【００７０】
期間終了信号を計時手段より受信した主制御部ＭＣは、図９の期間(4) 〜(5) において、光照射されるウエハ６００の温度が、例えば、昇温速度２００〜４００°Ｃ／ｓにて上昇し、温度Ｔ３（例えば、１０００〜１２００°Ｃ）に到達するように、電源部７を制御して、ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１の各フィラメント１４に供給する電力を増加する（図９のＦｕｌｌ、図１０のステップＳ１１１）。
ウエハ６００の温度が所定の温度Ｔ3 に到達した時点（図９の時点(5) ）で、主制御部ＭＣは電源部７を制御してランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１の各フィラメント１４に供給する電力を減少（図９のＬｏｗ１）、もしくは、電力供給停止として、ウエハ６００の温度を急速に低下させる（図１１のステップＳ１１２）。なお、主制御部ＭＣは、ウエハ６００の温度がＴ３に到達した時点を、温度計９から送出されるウエハ６００の温度データに基づき判断する。
なお、ステップＳ１１１，Ｓ１１２における各ランプ１への供給電力量は、ゾーン毎に互いに相違する。
【００７１】
主制御部ＭＣは、ウエハ６００の温度が所定の温度にまで下降した時点（図９の時点(6) ）で、ウエハ６００の加熱処理が所定のプロセスを経て終了したと判断し、回転機構制御部５５６にガードリング停止信号を送信する（図１１のステップＳ１１３）。ここで、時点(6) における所定の温度は、搬送機構２０２ｂの耐熱温度以下となるように設定される。
ガードリング停止信号を受信したガードリング駆動機構５５５は、ガードリング５の回転動作を停止する（図１１のステップＳ１１４）。
主制御部ＭＣは、搬送機構制御部２０４にガードリング５に載置されている熱処理済みのウエハ６００の１枚をカセット２０１ｂに搬送するよう搬送指令信号を送信する（ステップＳ１１５）。搬送指令信号を受信した搬送機構制御部２０４は、搬送機構２０２ｂを駆動し、ガードリング５に載置されているウエハ６００をカセット２０１ｂに搬送し、半導体ウエハ６００をカセット２０１ｂに収納する（ステップＳ１１６）。以上の手順により、１枚のウエハ６００の加熱処理が終了する。
【００７２】
以下、次のワークを処理する場合、各ランプ１への冷却風の吹きつけ、並びに、パージガスのチャンバ３００への導入を維持して、ステップＳ１０３〜Ｓ１１６の手順を繰り返す。
上記手順によれば、ウエハ６００の温度は、昇温速度２００〜４００°Ｃ／ｓにて上昇し、温度Ｔ３（例えば、１０００〜１２００°Ｃ）に到達後、直ちに低下する。すなわち、急峻加熱・急峻冷却のスパイクアニール工程が実現される。よって、ウエハ６００に構築されている回路構造に影響を及ぼすことなく、不純物イオンの活性化を実現することができる。
【００７３】
（４）実施例２
図４に示した実施例１に示す光照射式加熱装置の構成例おいては、ランプユニット収容空間Ｓ１に収容される第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０は、複数の直管状のランプ１を所定の間隔で並列に配置して構成される。
両ランプユニット１０、２０は互いに対向するように配置されている。ここで、ランプユニット１０を構成するランプ１の軸方向は、ランプユニット２０を構成するランプ１の軸方向と互いに交差するように設定されている。上記したように、両ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１は、例えば、発光管の内部に１本のフィラメント１４を有するハロゲンランプである。
先に述べたように、このようなこのようなランプユニットを使用する場合、ゾーン制御は、直管型ランプの管軸方向と直交する一次元方向に適用される。よって、各ランプユニットにより、ワーク全面（すなわち、２次元方向）に対してゾーン制御を適用するためには、光照射中、ワーク６（例えば、ウエハ６００）を回転させる必要がある。
【００７４】
一般に、ワーク６の加熱処理は、所定のガス雰囲気で行われる。例えば、上記したウエハ６００における不純物の活性化処理においては、窒素ガス雰囲気で行われる。また、ウエハ６００の熱酸化処理を行う場合、酸素ガスを含む雰囲気で行われる。
すなわち、加熱処理中、加熱処理空間Ｓ２は所定のガス雰囲気が維持される。そのため、ガードリング５に載置されたウエハ６００を回転させる図示を省略した回転機構は、上記加熱処理空間Ｓ２内の所定のガス雰囲気を破壊しないようにウエハ６００を回転させなければならない。よって、構成が複雑となる。
【００７５】
実施例２に示す光照射式加熱装置の構成例は、ウエハ６００（およびガードリング５）を回転させることなく、ワーク全面（すなわち、２次元方向）に対してゾーン制御を適用可能とするものである。
具体的には、両ランプユニット１０、２０を構成する各ランプにおいて、発光管の内部のフィラメントを複数に分割し、各フィラメントそれぞれ独立に給電可能な構成とする。  このようなフィラメント構造を有する直管状のランプ１’を複数本用意し、これらを所定の間隔で並列に配置して、各ランプユニット１０、２０を構成する。
このような構成においては、各ランプ１’の各フィラメントを個別に発光させたり、各ランプ１’の各フィラメントへの供給電力を個別に調整することが可能となる。よって、従来は不可能であった直管型ランプの管軸方向おけるゾーン制御を実施することが可能となる。すなわち、ワークの２次元方向に対してゾーン制御を実施することができるので、光照射中、ワーク６（例えば、ウエハ６００）を回転させる必要がない。
【００７６】
図１２に、このようなランプ１’の詳細構造を示す。図１２には、３つのフィラメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃを有するランプ１’の例が示されている。図１２に示すように、ランプ１’の発光管１１は、ピンチシール等のシール製法により、一端側に封止部１２ａ、他端側に封止部１２ｂが形成され、発光管１１内部が気密に封止されている。図１２においては、ピンチシールにより封止が行われた例が示されているが、シール製法はこれに限るものではない。
なお、図１２において、ピンチシールは、封止部１２ａに金属箔１３ａ、１３ｂ及び１３ｃが埋設され、封止部１２ｂに金属箔１３ｄ、１３ｅ、１３ｆが埋設されるように行われる。
金属箔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、及び１３ｆには、それぞれ、外部リード１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、及び１８ｆが電気的に接続されている。  発光管１１の内部には、略同一軸上に沿って、３つのフィラメント１４ａ，１４ｂ，１４ｃが順番に設置されている。フィラメント１４ａと１４ｂとの間には絶縁体６１ａが設けられ、フィラメント１４ｂと１４ｃとの間には絶縁体６１ｂが設けられている。
【００７７】
フィラメント１４ａの一端側には、リード１５ａが電気的に接続され、更に、リード１５ａは、金属箔１３ａに接続されている。一方、フィラメント１４ａの他端側には、リード１５ｆが電気的に接続され、更に、リード１５ｆは、金属箔１３ｆに接続されている。  ここで、リード１５ｆは、順次、絶縁体６１ａに設けられた貫通孔６１１ａ、フィラメント１４ｂと対向する絶縁管１６ｃ、絶縁体６１ｂに設けられた貫通孔６１１ｂ、及びフィラメント１４ｃと対向する絶縁管１６ｆを通過するように設置される。
フィラメント１４ｂの一端側には、リード１５ｂが電気的に接続され、更に、リード１５ｂは、金属箔１３ｂに接続されている。一方、フィラメント１４ｂの他端側には、リード１５ｅが電気的に接続され、更に、リード１５ｅは、金属箔１３ｅに接続されている。  ここで、リード１５ｂは、絶縁体６１ａに設けられた貫通孔６１２ａ、フィラメント１４ａと対向する絶縁管１６ａを通過するように設置される。
また、リード１５ｅは、絶縁体６１ｂに設けられた貫通孔６１２ｂ、フィラメント１４ｃと対向する絶縁管１６ｅを通過するように設置される。
フィラメント１４ｃの一端側には、リード１５ｃが電気的に接続され、更に、リード１５ｃは、金属箔１３ｃに接続されている。一方、フィラメント１４ｃの他端側には、リード１５ｄが電気的に接続され、更に、リード１５ｄは、金属箔１３ｄに接続されている。
【００７８】
ここで、リード１５ｃは、順次、絶縁体６１ｂに設けられた貫通孔６１３ｂ、フィラメント１４ｂと対向する絶縁管１６ｄ、絶縁体６１ａに設けられた貫通孔６１３ａ、及びフィラメント１４ａと対向する絶縁管１６ｂを通過するように設置される。
フィラメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、発光管１１の軸方向に複数個配設されたアンカー１７によって支持される。アンカー１７は、発光管１１の内壁と、絶縁管１６ａ、１６ｄあるいは１６ｅとの間に挟まれて保持される。
ランプ１’において、外部リード１８ａと１８ｆの間に第１の給電装置６２が接続され、外部リード１８ｂと１８ｅの間に第２の給電装置６３が接続され、外部リード１８ｃと１８ｄの間に第３の給電装置６４が接続されている。すなわち、フィラメント１４ａ、１４ｂ、及び１４ｃは、それぞれ個別の給電装置６２、６３、６４よって独立に給電される。給電装置６２、６３、及び６４は、可変電源であり、必要に応じて給電量を調整可能となっている。なお、各給電装置は、フィラメントに対して、ＤＣ電力を供給するものでもよいし、ＡＣ電力を供給するものでもよい。
【００７９】
すなわち、図１２に示すランプ１’によれば、略同一軸上に沿って、３つのフィラメント１４ａ，１４ｂ，１４ｃが順番に設置され、各フィラメント１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、それぞれ個別の給電装置６２、６３、６４よって独立に給電可能であるため、それぞれのフィラメントから放射される光量を個別に調整することが可能である。そのため、このようなランプを有するランプユニットによれば、従来は不可能であった直管型ランプの管軸方向おけるゾーン制御を実施することが可能となる。
なお、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０の各ランプに含まれる全てのフィラメント各々に個別に給電装置を設けるのではなく、所望の照度分布によっては、複数のフィラメントを１台の給電装置に接続するようにしてもよい。
以下、複数の給電装置を総称して電源部７と称することもある。
【００８０】
図１３は、上記したようなランプ１’を採用した第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０を有する本実施例の加熱装置の構成を説明するための図である。なお、図１３に示すランプ１’においては、図５に示すようなＩ群、ＩＩ群、ＩＩＩ群からなるゾーンを用いたゾーン制御をランプの管軸方向に実施可能なように、フィラメントは５つのフィラメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅに分割されている。図１２に示すランプ１’と同様、各フィラメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅは、個別に給電可能なように構成される。
ここで、図４に示した加熱装置と同一の構成要素には、図４と同様の符号が付されており、詳細な説明は省略する。
図１３において、第１のランプユニット１０の各ランプ１’は、一対の第１の固定台５００、５０１により支持される。上記第１のランプユニットを構成するランプの本数をｎ１、上記ランプが有する分割されたフィラメントの個数をｍ１として、各フィラメント全てに独立に電力が供給される場合、一対の第１の固定台５００、５０１の組数は、ｎ１×ｍ１組となる。
【００８１】
一方、第２ランプユニット２０の各ランプ１’は、一対の第２の固定台により支持される。上記第２のランプユニットを構成するランプの本数をｎ２、上記ランプが有する分割されたフィラメントの個数をｍ２として、各フィラメント全てに独立に電力が供給される場合、一対の第２の固定台の組数は、ｎ２×ｍ２組となる。
チャンバ３００には、電源部７の給電装置からの給電線が接続される一対の電源供給ポート７１、７２が設けられる。なお、図１３では１組の電源供給ポート７１、７２が示されているが、ランプ１’の個数、各ランプ内のフィラメントの個数等に応じて、一組の電源供給ポートの個数は決められる。
【００８２】
図１３の例では、電源供給ポート７１は第１のランプ固定台５００の端子台５２と電気的に接続されている。また、電源供給ポート７２は第１のランプ固定台５０１の端子台５２と電気的に接続されている。
一方、第１のランプ固定台５００の端子台５２は、例えば、第１のランプユニット１０における１つのランプ１’のフィラメント１４ａの一方の外部リード１８’と電気的に接続されている。第１のランプ固定台５０１の端子台５２は、例えば、フィラメント１４ａの他方の外部リード１８’’と電気的に接続されている。このような構成により、給電装置から、第１のランプユニット１０における１つのランプ１’のフィラメント１４ａへの給電が可能となる。
ランプ１’の他のフィラメント１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、また、第１のランプユニット１０の他のランプ１’の各フィラメント、第２のランプユニット２０のランプ１’の各フィラメントについても、他の一対の電源供給ポート７１、７２より、各々同様の電気的接続がなされる。
【００８３】
図１３における光照射手段は、図４に示す加熱装置と同様、先に示した構成例１に基づくものである。すなわち、反射鏡２の一部に反射光を拡散する拡散ミラー部２１を設ける。
第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０を構成する各ランプ１’の各フィラメントをワークであるウエハ６００の上部に位置するウエハ照射用フィラメント群、ガードリング照射用フィラメント群（ＩＩＩ群）に分割する場合を考える。ウエハ照射用フィラメント群は、更に、ウエハ中央部領域の上部に位置するＩ群、ウエハの周辺部領域の上部に位置するＩＩ群に分割する。すなわち、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０を構成する各ランプ１’の各フィラメントをＩ群、ＩＩ群、ＩＩＩ群の３つのゾーンに分割するものとする。
【００８４】
図１４、図１５は、拡散ミラー部２１を設ける位置関係を示す図である。図１４は、第１のランプユニット１０と拡散ミラー部２１との位置関係を示す図、図１５は、第２のランプユニット２０と拡散ミラー部２１との位置関係を示す図である。
図１４、図１５において、実線で示すフィラメント群がＩ群、二重線で示すフィラメント群がＩＩ群、太線で示すフィラメント群がＩＩＩ群に相当する。
図１４示すように、拡散ミラー部２１は、反射鏡２の反射面において、第１のランプユニット１０の各ランプ１’からの光のうち、Ｉ群に属するフィラメントからの光、並びにＩＩ群に属するフィラメントの光が入射し、かつ、ＩＩＩ群に属するフィラメントからの光が殆ど入射しない領域に設けられる。
また、図１５に示すように、拡散ミラー部２１は、反射鏡２の反射面おいて、第２のランプユニット２０の各ランプ１’からの光のうち、Ｉ群に属するフィラメントからの光、並びにＩＩ群に属するフィラメントの光が入射し、かつ、ＩＩＩ群に属するフィラメントからの光が殆ど入射しない領域に設けられる。
なお、ワークであるウエハ６００の形状、並びに、ガードリング５の形状が円形であるので、拡散ミラー部２１の形状は円形となる。
【００８５】
上記構成により、Ｉ群、ＩＩ群に相当するフィラメントから放射され反射鏡２で反射された光は拡散光としてウエハ６００に照射される。反射鏡２が従来のように、平面状の鏡面ミラーである場合、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０とウエハ６００との距離ができるだけ短くなるように設定されているので、各ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ間の非発光部分により、ウエハ６００上の放射照度分布にリップル部分が発生する。しかしながら、本発明の加熱装置によれば、上記拡散光により、リップル部分が相殺され、結果としてウエハ表面での照度分布の均一性が向上する。
なお、ＩＩＩ群に相当するフィラメントから放射され反射鏡２により反射される光は、拡散ミラー部２１での反射は殆どない。よって、ＩＩＩ群とＩＩ群との良好なゾーンの分離性は維持される。ここで、ＩＩＩ群に相当する各フィラメントから放射され、直接、あるいは、反射鏡２を介してガードリング５に到達する光によるガードリング５上の照度分布においては、リップル部分が存在する。しかしながら、ガードリング５自体は表面における照度分布の均一性は必要としないので、リップルが存在しても不都合が生じない。
【００８６】
本実施例の加熱装置においては、ランプユニット１０、２０を構成する各ランプにおいて、発光管の内部のフィラメントを複数に分割し、各フィラメントそれぞれ独立に給電可能な構成としている。そして、各フィラメントを所定のゾーンに分割し、当該各フィラメントへの供給電力を個別に調整している。そのため、ワークの２次元方向に対してゾーン制御を実施することができるので、光照射中、ワーク６（例えば、ウエハ６００）を回転させる必要がない。
【００８７】
（５）実施例２の変形例
実施例１のときと同様、実施例２の変形例として、光照射手段を先に示した構成例２に基づき構成することができる。
図１６は、実施例２における加熱装置の変形例の構成を説明するための図である。図１３と同じ符号が付与されている構成要素は、実施例１のものと同一であるので説明を省略する。本変形例においても、実施例２と同様、スパイクアニール工程に対応できるように、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０とワーク６（ウエハ６００）との距離ができるだけ短くなるように設定されている。また、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０を構成する各ランプ１’の各フィラメントを、例えば実施例２と同様、３つのゾーンに分割するものとする。なお、反射鏡２は、従来同様、平面状の鏡面ミラーである。
【００８８】
上記したように、図１６における光照射手段は、先に示した構成例２に基づくものである。
すなわち、石英窓部４の一部に、ワークであるウエハの中央部領域の上部に配置されるＩ群、ウエハの周辺部領域の上部に配置されるＩＩ群に属するフィラメントからの光が入射し、かつ、ガードリング照射用ランプ群であるＩＩＩ群に属するフィラメントからの光が殆ど入射しない領域に拡散部４１を設ける。なお、ワークであるウエハ６００の形状、並びに、ガードリング５の形状が円形であるので、拡散部４１の形状も円形となる。
上記構成により、Ｉ群、ＩＩ群に属するフィラメントから放射され、直接、あるいは、反射鏡２である平面ミラーによって反射された後に石英窓部４の拡散部４１を通過する光は、拡散光となりウエハ６００に照射される。この拡散光は強度が平均化されているので、ウエハ６００表面での照度分布にリップル部分が発生することがなく、ウエハ６００表面での照度分布の均一性が向上する。
一方、ＩＩＩ群に属する各フィラメントから放射され、直接、あるいは、反射鏡２によって反射された後に石英窓部４を通過する光は、拡散部４１を殆ど通過しないので、拡散光とならない。よって、ＩＩＩ群とＩＩ群との良好なゾーンの分離性は維持される。
【００８９】
ここで、ＩＩＩ群に属する各フィラメントから放射され、直接、あるいは、反射鏡２を介してガードリング５に到達する光によるガードリング５上の照度分布においては、リップル部分が存在する。しかしながら、ガードリング５自体は表面における照度分布の均一性は必要としないので、リップルが存在しても不都合が生じない。
従って、光照射式加熱装置を実施例２の変形例のように構成しても、実施例２に示すものと同様、各フィラメントから放射され、直接、あるいは、反射鏡２を介してワーク６を照射する光の光路長を短く設定しているので、ゾーンの分離性が良好であり、しかも、当該光路長を短くすることにより従来ワーク上で生じていたリップル部分の抑制も同時に行うことが可能となる。そのため、本変形例の光照射式加熱装置は、上記したようなスパイクアニール工程にも十分対応することが可能となる。
なお、実施例１に示す光照射式加熱装置の光照射手段は、Ｉ群、ＩＩ群に属するフィラメントから放射され反射鏡２である平面ミラーによって反射される反射光のみが拡散光となっていた。一方、本変形例に示す光照射式加熱装置の光照射手段によれば、Ｉ群、ＩＩ群に属するフィラメントから放射され、反射鏡２を介さず直接ウエハ６００に照射される光も拡散光となる。よって、より効率よく上記リップル部分の発生を抑制することができる。
【００９０】
（６）実施例２の光照射式加熱装置による加熱処理例。
次に、本実施例２の光照射式加熱装置を用いた加熱処理の例を示す。
図１７に本発明の光照射式加熱装置を用いた加熱処理の例を説明するための光照射式加熱装置を含む制御ブロック図を示す。なお、加熱装置１００は図１３、図１６に示すものが適用される。図１７は、図１３に示す加熱装置１００を適用した例である。ここで、加熱装置１００は、図１３に詳細に示されているのでここでは簡略化して示す。なお、図１７では、図１３では省略した部分も一部記載されている。
図１８は本発明の光照射式加熱装置を用いた加熱処理例のフローチャートである。なお、加熱処理プロセスにおけるランプユニットへの供給電力の動作条件は、実施例１と同様、図９に示される。
【００９１】
以下、ワーク６が半導体ウエハ６００であり、イオンインプランテーションによってウエハ６００に打ち込まれた不純物イオンを活性化するための高温加熱処理をスパイクアニールプロセスにより実施する例について、図１７、図１８並びに図９を用いて説明する。なお、加熱装置１００のランプユニット１０，２０の各ランプ１’の各フィラメントは、上記したようなゾーン制御に基づき、配置・照射条件が設定されているものとする。
主制御部ＭＣは、冷却風ユニット８を制御してチャンバ３００内のランプユニット１０及びランプユニット２０における各ランプ１’に冷却風を吹きつける（図１８のステップＳ１０１）。
また、主制御部ＭＣは、図示を省略したプロセスガスユニットを制御して、パージガス（例えば、窒素ガス）によるチャンバ３００の加熱処理空間Ｓ２のパージ動作を開始する（図１８のステップＳ１０２）。このとき、加熱処理空間Ｓ２のパージガス圧力やパージガス流量は、プロセスガスユニットにより所定の値に制御されている。
【００９２】
次に主制御部ＭＣは、ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１’の各フィラメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅにそれぞれ個別に接続されている電源部７の給電装置６２、６３、６４、６５、６６を制御して、ランプユニット１０、２０の各ランプ１’の各フィラメントに電力を供給する（図１８のステップＳ１０３）。
この時点（図９の時点(1) ）で供給される電力は、ウエハ６００が光照射された場合、ウエハ６００の温度が室温から３５０°Ｃ程度の温度範囲内に到達するような条件の小電力（図９のＬｏｗ１）である。ウエハ６００の加熱処理時にいきなり大電力をランプユニット１０、２０に供給すると、多大なる突入電流が流れ、電源部７の給電装置６２、６３、６４、６５、６６その他にダメージを与える場合がある。そのため、ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１’の点灯時には、小電力を供給し突入電流の影響を抑制している。なお、当然ながら、各フィラメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅへの供給電力量は、ゾーン毎に互いに相違する。
【００９３】
なお、ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１’が有する各フィラメントは、全て５つである必要はなく、ゾーンに応じてその数が適宜設定される。例えば、図１４、１５に示すように、各ランプユニット１０、２０の両端側のランプ１’はガードリング５上のみに配置されるので、フィラメントの個数を１としている。また、ウエハ６００の周縁部ならびにガードリング上方に配置されるランプ１’は、ウエハ中央部上方には存在しないので、フィラメントの個数を３としている。以下、理解を容易にするために、各ランプ１’に関しては、フィラメントを５つ有しているものを代表として説明する。
【００９４】
主制御部ＭＣは、搬送機構制御部２０４にカセット２０１ａに保管されている半導体ウエハ６００の１枚を、チャンバ３００内のガードリング５に搬送し、当該ガードリング５に設置するよう搬送機構制御部２０４に搬送指令信号を送信する（図１８のステップＳ１０４）。搬送指令信号を受信した搬送機構制御部２０４は、搬送機構２０２ａを駆動し、カセット２０１ａからウエハ６００を１枚取り出し、ウエハ６００を搬送してガードリング５に載せる（図１８のステップＳ１０５）。以上のステップＳ１０１〜Ｓ１０５は、図９の期間(1) 〜(2) において行われる。
なお、上記したように、時点(1) 以降、ランプユニット１０、２０の各ランプ１’の各フィラメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅにはウエハ６００の温度が室温から３５０°Ｃ程度の温度範囲内の温度Ｔ１に到達するような条件の小電力（図９のＬｏｗ１）が供給される。よって、搬送機構２０２ａは、ウエハ６００をガードリング５へ載せる際に加熱されることになる。上記した小電力の条件例は、搬送機構２０２ａが加熱される際、到達温度が搬送機構２０２ａの耐熱温度以下となるような条件に相当する。
【００９５】
主制御部ＭＣは、ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１’の各フィラメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅにそれぞれ個別に接続されている電源部７の給電装置６２、６３、６４、６５、６６を制御して、ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１’の各フィラメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅに供給する電力を増加し（図９のＭｉｄｄｌｅ）、ウエハ６００の温度を昇温する（図１８のステップＳ１０６）。
ウエハ６００の温度が所定の温度Ｔ２に到達した時点（図９の時点(3) ）で、主制御部ＭＣは電源部７の給電装置６２、６３、６４、６５、６６を制御してランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１’の各フィラメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅに供給する電力を減少させ（図９のＬｏｗ２）、ウエハ６００の温度をＴ２に数秒〜数十秒間維持する（図１８のステップＳ１０７）。ここで、上記した温度Ｔ２は、光照射され加熱されるウエハ６００の温度が、不純物拡散が発生しない温度、もしくは、不純物拡散が発生してもウエハ６００に構成されている薄膜構造（回路構造）には影響を及ぼさない温度であり、例えば、５００°Ｃ〜７００°Ｃ程度である。
なお、ステップＳ１０６，Ｓ１０７における各フィラメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅへの供給電力量は、ゾーン毎に互いに相違する。
【００９６】
ここで、ウエハ６００の温度は、温度測定部９１によりモニタされる。温度計９は、各温度測定部９１により送出された温度情報に基づき、各温度測定部９１の測定地点における温度を算出する。主制御部ＭＣは、ウエハ６００の温度がＴ２に到達した時点を、温度計９から送出されるウエハ６００の温度データに基づき判断する。
ステップＳ１０７において、ウエハ６００の温度をＴ２に数秒〜数十秒間（図９の(3) 〜(4) ）維持するのは、高温加熱処理前に各ランプ１’のフィラメント１４の動作を安定化し、また、ワークであるウエハ６００全面で温度が略均一になるようにして、加熱処理雰囲気の安定化を図るためである。なお、温度測定部９１として放射温度計を用いる場合通常、温度測定部９１による温度の検出限界（下限）は５００°Ｃ程度であり、それ以下では、温度測定誤差が大きくなる。そのため、加熱処理前のウエハ６００の温度を５００°Ｃ〜７００°Ｃ程度に昇温している。
【００９７】
なお、ウエハ６００の温度をＴ２に到達させる際の昇温時における供給電力量（図９のＭｉｄｄｌｅ）、ウエハ６００の温度をＴ２に維持する際の供給電力量（図９のＬｏｗ２）、維持時間等のデータは、各フィラメント毎、予め主制御部ＭＣに記憶されている。主制御部ＭＣは上記した記憶データに基づき電源部７を制御する。
加熱処理雰囲気の安定化がなされるための期間(3) 〜(4) の計時は、主制御部ＭＣが有する計時手段で行われる。計時手段は、期間(3) 〜(4) に相当する時間が経過した時点で期間終了信号を主制御部ＭＣに送信する（図１８のステップＳ１０８）。
以上のステップＳ１０６〜Ｓ１０８は、図９の期間(2) 〜(4) において行われる。
期間終了信号を計時手段より受信した主制御部ＭＣは、図９の期間(4) 〜(5) において、光照射されるウエハ６００の温度が、例えば、昇温速度２００〜４００°Ｃ／ｓにて上昇し、温度Ｔ３（例えば、１０００〜１２００°Ｃ）に到達するように、電源部７を制御して、ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１’の各フィラメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅに供給する電力を増加する（図９のＦｕｌｌ、図１８のステップＳ１０９）。
【００９８】
ウエハ６００の温度が所定の温度Ｔ3 に到達した時点（図９の時点(5) ）で、主制御部ＭＣは電源部７の給電装置６２、６３、６４、６５、６６を制御してランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１’の各フィラメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅに供給する電力を減少（図９のＬｏｗ１）、もしくは、電極供給停止として、ウエハ６００の温度を急速に低下させる（図１８のステップＳ１１０）。なお、主制御部ＭＣは、ウエハ６００の温度がＴ３に到達した時点を、温度計９から送出されるウエハ６００の温度データに基づき判断する。
なお、ステップＳ１０９，Ｓ１１０における各フィラメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅへの供給電力量は、ゾーン毎に互いに相違する。
【００９９】
主制御部ＭＣは、ウエハ６００の温度が所定の温度にまで下降した時点（図９の時点(6) ）で、ウエハ６００の加熱処理が所定のプロセスを経て終了したと判断し、搬送機構制御部２０４にガードリング５に載置されている熱処理済みのウエハ６００の１枚をカセット２０１ｂに搬送するよう搬送指令信号を送信する（ステップＳ１１１）。搬送指令信号を受信した搬送機構制御部２０４は、搬送機構２０２ｂを駆動し、ガードリング５に載置されているウエハ６００をカセット２０１ｂに搬送し、半導体ウエハ６００をカセット２０１ｂに収納する（ステップＳ１１２）。以上の手順により、１枚のウエハ６００の加熱処理が終了する。
以下、次のワークを処理する場合、各ランプ１’への冷却風の吹きつけ、並びに、パージガスのチャンバ３００への導入を維持して、ステップＳ１０３〜Ｓ１１２の手順を繰り返す。
上記手順によれば、ウエハ６００の温度は、昇温速度２００〜４００°Ｃ／ｓにて上昇し、温度Ｔ３（例えば、１０００〜１２００°Ｃ）に到達後、直ちに低下する。すなわち、急峻加熱・急峻冷却のスパイクアニール工程が実現される。よって、ウエハ６００に構築されている回路構造に影響を及ぼすことなく、不純物イオンの活性化を実現することができる。
【０１００】
（７）実施例３
実施例１、実施例２では、拡散部を反射鏡あるいは石英窓部４の一部に設けたが、以下に説明する実施例３では、ワークの上部に位置するランプの発光管に拡散部を設けたものである。
以下、本実施例の光照射式加熱装置の構成例について説明する。図１９は、本実施例の光照射式加熱装置（以下、加熱装置ともいう）１００の構成を説明するための図である。本実施例は、拡散部を反射鏡、石英窓部に設けずに、ランプの発光管に設けたものであり、その他の構成は、前記実施例１と同様である。
図１９に示すように、加熱装置１００は、チャンバ３００を有する。チャンバ３００の内部は、光透過性窓部材である石英窓部４により、ランプユニット収容空間Ｓ１と加熱処理空間Ｓ２とに分割される。
前記実施例１、実施例２と同様、ランプユニット収容空間Ｓ１に収容される第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０から放出される光を、石英窓部４を介して加熱処理空間Ｓ２に設置されるワーク６（例えば、半導体ウエハ６００、以下ウエハ６００ともいう）に照射することにより、ワークの加熱処理が施される。
【０１０１】
ランプユニット収容空間Ｓ１に収容される第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０は、例えば、１０本の直管状の白熱ランプ１（以下、ランプ１ともいう）を所定の間隔で並列に配置して構成される。ランプ１は、例えば、石英製の発光管１１の内部に１本のフィラメント１４を有するハロゲンランプである。両ランプユニット１０、２０は互いに対向するように配置されている。なお、ランプユニット１０を構成するランプ１の軸方向は、ランプユニット２０を構成するランプ１の軸方向と互いに交差するように設定されている。
第１のランプユニット１０の上方には、反射鏡２が配置される。反射鏡２は、実施例１で説明したように、例えば、無酸素銅やアルミニウムからなる板状の母材に金をコートした構造であるが、本実施例では、反射鏡２には拡散部は設けられていない。
図１９に示す加熱装置において、ランプユニット収容空間Ｓ１に収容される第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０、並びに、反射鏡２により光照射手段が構成される。なお、本実施例の加熱装置においても、スパイクアニール工程に対応できるように、上記第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０とワーク６（例えば、ウエハ６００）との距離ができるだけ短くなるように設定されている。
【０１０２】
各ランプユニット１０、２０を構成するランプ１のうち、ウエハ６００の上部に位置するものについては、発光管１１に拡散部１１１が設けられている。拡散部１１１は、例えば、発光管１１の表面をフロスト加工によりスリガラス状、または、つや消し状にしたものである。なお、発光管１１に拡散部１１１を形成する方法としては、その他、発光管の表面をサンドブラストしたり、化学処理したり、ガラスを結晶化（失透）させる等の方法が考えられる。なお、拡散部１１１とウエハ６００との位置関係については、後で述べる。
ランプユニット収容空間Ｓ１には、前記実施例１で説明したように、冷却風ユニット８からの冷却風がチャンバ３００に設けられた冷却風供給ノズル８１の吹出し口８２から導入され、第１のランプユニット１０及び第２のランプユニット２０の各ランプ１の発光管を冷却する。
ここで、前述したように、冷却風供給ノズル８１の吹出し口８２は、各ランプ１の封止部１２ａ、１２ｂに対向して配置し、各ランプ１の封止部１２ａ、１２ｂを優先的に冷却するように構成することが望ましい。各ランプ１に吹きつけられ、熱交換により高温になった冷却風は、チャンバ３００に設けられた冷却風排出口８３から排出される。なお、冷却風の流れは、熱交換されて高温になった冷却風が逆に各ランプ１を加熱しないように考慮されている。
【０１０３】
前記実施例１と同様、チャンバ３００には、図示しない電源部７からの給電線が接続される一対の電源供給ポート７１、７２が設けられ、電源供給ポート７１は第１のランプ固定台５００の端子台５２と電気的に接続され、電源供給ポート７２は第１のランプ固定台５０１の端子台５２と電気的に接続されている。
一方、第１のランプ固定台５００の端子台５２は、例えば、第１のランプユニット１０における１つのランプ１の外部リード１８ａと電気的に接続され、第１のランプ固定台５０１の端子台５２は、例えば、外部リード１８ｂと電気的に接続されて、電源部７から、第１のランプユニット１０におけるランプ１のフィラメント１４への給電が可能である。
【０１０４】
また、前記したように加熱処理空間Ｓ２には、ワーク６が固定される処理台が設けられる。ワーク６がウエハ６００である場合、処理台は、前記したように例えば、モリブデンやタングステン、タンタルのような高融点金属材料や炭化ケイ素（ＳｉＣ）などのセラミック材料、または石英、ケイ素（Ｓｉ）からなる薄板の環状体であり、その円形開口部の内周部にウエハ６００を支持する段差部が形成されている構造のガードリング５であることが好ましい。
ガードリング５は、自らも光照射によって高温となり対面するウエハの６００外周縁を補助的に放射加熱し、ウエハ６００の外周縁からの熱放射を補償する。これにより、熱放射などに起因するウエハ周縁部６００の温度低下が抑制される。
【０１０５】
次に、拡散部１１１を設けたランプ１とワーク６との位置関係について説明する。
図２０、図２１は、拡散部１１１を設けたランプ１とワーク６との位置関係を示す図である。図２０（ａ）は、第１のランプユニット１０を構成する各ランプ１の断面方向から見た図、図２０（ｂ）は、第２のランプユニット２０を構成する各ランプ１の断面方向から見た図である。また、図２１は、ランプユニット１０の上部から見た図である。
なお、ゾーンの分割は、以下のように設定する。
すなわち、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０を構成する各ランプ１を、ワーク６（ウエハ６００）の上部に位置するウエハ照射用ランプ群、ガードリング照射用ランプ群（ＩＩＩ群) に分割する場合を考える。例として、ウエハ照射用ランプ群は、更に、ウエハ中央部領域の上部に位置するＩ群、ウエハの周辺部領域の上部に位置するＩＩ群に分割する。すなわち、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０を構成する各ランプ１をＩ群、ＩＩ群、ＩＩＩ群の３つのゾーンに分割するものとする。
【０１０６】
図２０に示すように、各ランプユニット１０、２０を構成するランプ１のうち、ウエハ６００の上部に位置するＩ群、ＩＩ群に属するランプ１については、発光管１１に拡散部１１１が設けられている。一方、ガードリング照射用ランプ群であるＩＩＩ群に属するランプ１については、発光管１１に拡散部１１１は設けられない。
ここで上記拡散部１１１は、図２１に示すようにワークであるウエハ６００の形状、並びに、ガードリング５の形状を考慮して、発光管１１の一部に設けられている。
また、拡散部１１１は、必ずしも、発光管１１の全周方向に設ける必要はなく、一部の周方向に関しては設けなくてもよい。
図２２（ａ）は、拡散部１１１を発光管１１の全周方向に設けた例、図２２（ｂ）は、拡散部１１１を発光管１１のウエハ６００に対向した半周方向にのみ設けた例である。
上記したように、本発明の光照射式加熱装置は、スパイクアニール工程にも対応可能なように、各ランプの間の間隔をできるだけ小さくしている。そのため、1 本のランプ１から放射されて反射鏡２で反射する光は、上記ランプ１の隣に位置するランプ１の発光管１１を通過して、石英窓部４を介してワークであるウエハ６００に到達する割合が多くなる。
【０１０７】
図２２（ａ）のように、拡散部１１１を発光管１１の全周方向に設けた場合は、ランプ１から放射され直接ウエハ６００に放射される光は、ランプ１から放射される際、散部１１１を通過するので拡散光となる。また、ランプ１から放射され、反射鏡２により反射された後ウエハ６００に放射される光も、ランプ１から放射される際、拡散部１１１を通過するので拡散光となる。よって、上記したリップルの影響をある程度補償することができる。
ここで、上記したように、1 本のランプ１から放射されて反射鏡２で反射する光は、上記ランプ１の隣に位置するランプ１の発光管１１を通過して、石英窓部４を介してワークであるウエハ６００に到達する割合が多い。よって、図２２（ａ）の場合、反射鏡２により反射する光は、拡散部１１１を複数回通過することが多く、その分、ウエハ６００上での照度が小さくなる。また、反射光に関しては、ゾーンの分離性があまり良好では無くなる。
【０１０８】
一方、図２２（ｂ）のように、拡散部１１１を発光管１１のウエハ６００に対向した半周方向にのみ設けた場合は、ランプ１から放射され直接ウエハ６００に放射される光は、ランプ１から放射される際、図２２（ａ）と同様に拡散部１１１を通過するので拡散光となる。
ランプ１から放射され、反射鏡２により反射された後ウエハ６００に放射される光は、ランプ１から放射される際は拡散部１１１を通過しないが、上記ランプ１の隣に位置するランプ１の発光管１１に設けられた拡散部１１１を通過する割合が多い。このような光は、拡散部１１１を通過する回数が図２２（ａ）の場合より少ないので、図２２（ａ）の場合と比較するとウエハ６００上での照度が大きくなる。また、反射光に関しても、ゾーンの分離性は比較的良好となる。
結果的に、図２２（ｂ）の場合、図２２（ａ）と同様、拡散光により上記したリップルの影響をある程度補償することができることに加えて、図２２（ａ）と比較すると、ワークであるウエハ６００に到達する拡散光のワーク６００上での照度が大きくなり、ゾーンの分離性も良好となる。
【０１０９】
以上のように、拡散部１１１は、必ずしも、発光管１１の全周方向に設ける必要はなく、複数本並列に配置されるランプ１の配置状況によっては、一部の周方向に関しては設けずとも、効果的にリップルの影響を補償することが可能となる。
上記構成により、Ｉ群、ＩＩ群に属するランプ１から放射され、直接ウエハ６００に照射される光、または、反射鏡２で反射された光は、発光管１１に設けられた拡散部１１１を通過するので、拡散光としてウエハ６００に照射される。
第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０とウエハ６００との距離ができるだけ短くなるように設定されているので、ランプ１の発光管１１に拡散部１１１が設けられていない場合は、前記したように、各ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ間の非発光部分により、ウエハ６００上の放射照度分布にリップル部分が発生する。
しかしながら、本実施例の加熱装置によれば、上記拡散光により、リップル部分が相殺され、結果としてウエハ表面での照度分布の均一性が向上する。
【０１１０】
なお、ＩＩＩ群に属する各ランプから放射され、直接ワークに照射される光、または、平面ミラーで反射された光は、拡散されることなく、ガードリングおよびその近傍に照射される。よって、ＩＩＩ群とＩＩ群との良好なゾーンの分離性は維持される。ここで、ＩＩＩ群に属する各ランプから放射され、直接、あるいは、反射鏡を介してガードリングに到達する光によるガードリング上の照度分布においては、リップル部分が存在する。しかしながら、ガードリング自体は表面における照度分布の均一性は必要としないので、リップルが存在しても不都合が生じない。
すなわち、本実施例に示す光照射式加熱装置によれば、各ランプから放射され、直接、あるいは、反射鏡を介してワークを照射する光の光路長を短くできるので、ゾーンの分離性が良好であり、しかも、当該光路長を短くすることにより従来ワーク上で生じていたリップル部分の抑制も同時に行うことが可能となる。そのため、上記したようなスパイクアニール工程にも十分対応することが可能となる。
【０１１１】
ここで、ゾーン制御に関する説明は、先に述べたので省略する。上記したように、ゾーン制御は、直管型ランプの管軸方向と直交する一次元方向に適用される。例えば、第１のランプユニット１０によるゾーン制御は、図２０（ａ）に示すように、第１のランプユニット１０を構成する各ランプ１の管軸と垂直な断面方向に適用される。
同方向において、第２のランプユニット２０によるゾーン制御は、第２のランプユニット２０を構成する各ランプの管軸方向が、上記方向と垂直とはならないので、実質上、実施できない。
同様に、第２のランプユニット２０によるゾーン制御は、図２０（ｂ）に示すように、第２のランプユニット２０を構成する各ランプ１の管軸と垂直な断面方向に適用される。  同方向において、第１のランプユニット１０によるゾーン制御は、第１のランプユニット１０を構成する各ランプの管軸方向が、上記方向と垂直とはならないので、実質上、実施できない。
よって、各ランプユニットにより、ワーク全面（すなわち、２次元方向）に対してゾーン制御を適用するために、前記第１の実施例と同様、光照射中、ワーク６（例えば、ウエハ６００）を回転させることが多い。ワーク６の回転は、例えば、ワーク６を保持するガードリング５自体を回転させることにより実現される。図１９においては、ガードリング５の下端部にベアリング５５が取り付けられており、ガードリング５は図示略の回転機構によって回転駆動される。なお、回転はワーク６の略中心を回転軸にして行われる。
【０１１２】
ガードリング５に設置されるウエハ６００の光照射面の裏面側には、温度測定部９１がワーク６に当接或いは近接して設けられる。温度測定部９１は、ウエハ６００の温度分布をモニタするためのものであり、ウエハ６００の寸法に応じて個数、配置が設定される。温度測定部９１は、例えば、熱電対や光ファイバ式放射温度計が使用される。温度測定部９１によりモニタされた温度情報は、温度計９に送出される。温度計９は、各温度測定部９１により送出された温度情報に基づき、各温度測定部９１の測定地点における温度を算出する。
なお、図示は省略したが、加熱処理の種類に応じて、加熱処理空間Ｓ２には、プロセスガスを導入・排気するプロセスガスユニットを接続してもよい。例えば、熱酸化プロセスを行う場合は、加熱処理空間Ｓ２に酸素ガス、および、加熱処理空間Ｓ２をパージするためのパージガス（例えば、窒素ガス）を導入・排気するプロセスガスユニットを接続する。
【０１１３】
本実施例の光照射式加熱装置を用いた加熱処理は、前記図８に示した構成装置と同様の装置を使用して実現することができる。なお、図８では、反射鏡に拡散ミラー部を設けているが、本実施例では、ランプに拡散部が設けられる。
また、本実施例の光照射式加熱装置による加熱処理方法は、上記図８および前述した図９並びに図１０、図１１で説明したのと同様であり、例えば、イオンインプランテーションによってウエハに打ち込まれた不純物イオンを活性化するための高温加熱処理をスパイクアニールプロセスにより実施する場合、前述したのと同様に行うことができる。
【０１１４】
（８）実施例４
実施例３においては、ゾーン制御が各ランプ１の管軸と垂直な断面方向に適用され、管軸方向に対してゾーン制御を行うことができなかったが、本実施例は、ワーク全面（すなわち、２次元方向）に対してゾーン制御を適用可能とし、ウエハ６００（およびガードリング５）を回転させることなく、ワーク全面（すなわち、２次元方向）に対してゾーン制御を適用可能とするものである。
具体的には、両ランプユニット１０、２０を構成する各ランプとして、前記図１２に示した、発光管の内部のフィラメントを複数に分割し、各フィラメントそれぞれ独立に給電可能な構成としたランプを使用する。このようなフィラメント構造を有する直管状のランプ１’を複数本用意し、これらを所定の間隔で並列に配置して、各ランプユニット１０、２０を構成する。そして、ランプ１’のうち、ウエハ６００の上部に位置するものについては、発光管１１に拡散部１１１を設ける。
このような構成においては、各ランプ１’の各フィラメントを個別に発光させたり、各ランプ１’の各フィラメントへの供給電力を個別に調整することが可能となる。よって、従来は不可能であった直管型ランプの管軸方向おけるゾーン制御を実施することが可能となる。すなわち、ワークの２次元方向に対してゾーン制御を実施することができるので、光照射中、ワーク６（例えば、ウエハ６００）を回転させる必要がない。
【０１１５】
図２３は、本実施例の光照射式加熱装置（以下、加熱装置ともいう）１００の構成を説明するための図である。本実施例は、ランプとして発光管の内部のフィラメントを複数に分割し、前記実施例３のようにランプの発光管に拡散部を設けたものにおいて、各フィラメントそれぞれ独立に給電可能な構成としたランプを使用したものであり、ランプが異なるなる点を除き、前記実施例３と同様の構成を有する。
本実施例の加熱装置は、図１９に示す加熱装置と同様、図２３に示すように、ランプユニット収容空間Ｓ１に収容される第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０、並びに、例えば無酸素銅やアルミニウムからなる板状の母材に金をコートした構造である反射鏡２により光照射手段が構成される。
なお、本加熱装置は、スパイクアニール工程に対応できるように、上記第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０とワーク６（例えば、ウエハ６００）との距離ができるだけ短くなるように設定されている。
１つ以上に分割されたフィラメントを有する各ランプユニット１０、２０を構成するランプ１’において、ウエハ６００の上部に位置するフィラメント近傍の発光管１１には拡散部１１１が設けられている。拡散部１１１は、例えば、発光管１１の表面をフロスト加工によりスリガラス状、または、つや消し状にしたものである。なお、発光管１１に拡散部１１１を形成する方法としては、前述したように、発光管の表面をサンドブラストしたり、化学処理したり、ガラスを結晶化（失透）させる等の方法も考えられる。
【０１１６】
次に、拡散部１１１を設けたランプ１’とワーク６との位置関係について説明する。
図２４、図２５は、拡散部１１１とワークの位置関係を示す図である。図２４は、第１のランプユニット１０に属するランプ１’における拡散部１１１とワーク６との位置関係を示す図、図２５は、第２のランプユニット２０に属するランプ１’における拡散部１１１とワーク６との位置関係を示す図である。
なお、ゾーンの分割は、前記実施例２で説明したのと同様であり、以下のように設定する。すなわち、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０を構成する各ランプ１’の各フィラメントをウエハ６００の上部に位置するウエハ照射用フィラメント群、ガードリング照射用フィラメント群（ＩＩＩ群）に分割する場合を考える。例として、ガードリングウエハ照射用フィラメント群は、更に、ウエハ中央部領域の上部に位置するＩ群、ウエハの周辺部領域の上部に位置するＩＩ群に分割する。すなわち、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０を構成する各ランプ１’の各フィラメントをＩ群、ＩＩ群、ＩＩＩ群の３つのゾーンに分割するものとする。
図２４、図２５において、実線で示すフィラメント群がＩ群、二重線で示すフィラメント群がＩＩ群、太線で示すフィラメント群がＩＩＩ群に相当する。
【０１１７】
図２４、図２５に示すように、第１のランプユニット１０の各ランプ１’の発光管１１において、Ｉ群に属するフィラメントからの光、並びにＩＩ群に属するフィラメントの光が透過する部分には、拡散部１１１が設けられている。一方、ＩＩＩ群に属するフィラメントの光が透過する部分には、拡散部１１１は設けられない。
ここで、Ｉ群、ＩＩ群に属するフィラメントから放射される光のうち、直接ワーク６へ照射されない方向に放射される光に対しては、前記図２２（ｂ）に示したように特に拡散部１１１を設けなくてもよい。すなわち、拡散部１１１は、必ずしも、発光管１１の全周方向に設ける必要はなく、一部の周方向に関しては設けなくてもよい。
上記構成により、Ｉ群、ＩＩ群に属するフィラメントから放射され、直接ウエハ６００に照射される光、または、反射鏡２で反射された光は、発光管１１に設けられた拡散部１１１を通過するので、拡散光としてウエハ６００に照射される。
従来のように、ランプ１’の発光管１１に拡散部１１１が設けられていない場合は、第１のランプユニット１０、第２のランプユニット２０とウエハ６００との距離ができるだけ短くなるように設定されているので、各ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ間の非発光部分により、ウエハ６００上の放射照度分布にリップル部分が発生する。
しかしながら、本発明の加熱装置によれば、上記拡散光により、リップル部分が相殺され、結果としてウエハ表面での照度分布の均一性が向上する。
【０１１８】
なお、ＩＩＩ群に属する各フィラメントから放射され、直接ワーク６に照射される光、または、反射鏡２で反射された光は、拡散されることなく、ガードリング５およびその近傍に照射される。よって、ＩＩＩ群とＩＩ群との良好なゾーンの分離性は維持される。ここで、ＩＩＩ群に属する各ランプから放射され、直接、あるいは、反射鏡２を介してガードリング５に到達する光によるガードリング５上の照度分布においては、リップル部分が存在する。しかしながら、ガードリング自体は表面における照度分布の均一性は必要としないので、リップルが存在しても不都合が生じない。
すなわち、本実施例に示す本発明の光照射式加熱装置によれば、実施例１，２，３のものと同様、各ランプから放射され、直接、あるいは、反射鏡を介してワークを照射する光の光路長を短くできるので、ゾーンの分離性が良好であり、しかも、当該光路長を短くすることにより従来ワーク上で生じていたリップル部分の抑制も同時に行うことが可能となる。そのため、本実施例の光照射式加熱装置は、上記したようなスパイクアニール工程にも十分対応することが可能となる。
【０１１９】
特に本実施例の加熱装置においては、ランプユニット１０、２０を構成する各ランプ１’において、発光管の内部のフィラメントを複数に分割し、各フィラメントそれぞれ独立に給電可能な構成としている。そして、各フィラメントを所定のゾーンに分割し、当該各フィラメントへの供給電力を個別に調整している。そのため、ワークの２次元方向に対してゾーン制御を実施することができるので、光照射中、ワーク６（例えば、ウエハ６００）を回転させる必要がない。
本実施例の光照射式加熱装置を用いた加熱処理は、前記図１７に示した構成の装置と同様の装置を使用して実現することができる。なお、図１７では、反射鏡に拡散ミラー部を設けているが、本実施例では、ランプに拡散部が設けられる。
また、本実施例の光照射式加熱装置による加熱処理方法は、上記図１７および前述した図９並びに図１８で説明したのと同様であり、例えば、イオンインプランテーションによってウエハに打ち込まれた不純物イオンを活性化するための高温加熱処理をスパイクアニールプロセスにより実施する場合、前述したのと同様に行うことができる。
【０１２０】
（９）その他の実施例
上記した実施例１〜４に記載の本発明の光照射式加熱装置は、直管状の複数のランプを所定の間隔で並列に配置して構成したランプユニットと、平面ミラーである反射鏡とからなる光照射手段を採用している。
実施例１、３のものにおいては、ランプユニットを構成する各ランプは1 本のフィラメントを有しており、ゾーン制御をワーク全面に適用するために、ワークを回転する。一方、実施例２、４のものにおいては、ランプユニットを構成する各ランプは、それぞれ１つ以上のフィラメントを有している。これらのフィラメントは個別に給電可能であり、よって、個別に点灯制御を実施することが可能である。そのため、ワークを回転せずとも、ゾーン制御をワーク全面に適用することが可能である。
また、これらの実施例の光照射式加熱装置は、スパイクアニール工程にも対応可能なように、各ランプの間の間隔をできるだけ小さくし、反射鏡としては平面ミラーを使用している。その際、各ランプから平面ミラーにより反射されウエハに到達する光の光路長、および、各ランプから直接ウエハに照射される光の光路長が短くなるように、光照射手段とワークとの距離を短く設定し、ゾーンの分離性を向上させている。
【０１２１】
このような光照射手段を有する光照射式加熱装置において、本発明では、反射鏡の一部（構成例１）、もしくは、光照射手段とワーク（例えば、ウエハ）との間に介在する透過窓部の一部（構成例２）、ランプの発光管の一部（構成例３）に、光を拡散する拡散部を設けるものである。
上記拡散部は、ウエハの上部にあるランプ群（実施例１、３）やフィラメント群（実施例２、４）からの光が入射し、ガードリング照射用のランプ群（実施例１、３）やフィラメント群（実施例２、４）からの光が殆ど入射しない領域に設けられる。
上記構成により、拡散部によって反射された光（構成例１）や、拡散部を透過した光( 構成例２、３) は、拡散光としてワークに照射される。この拡散光により、従来のリップル部分が相殺され、結果としてウエハ表面での照度分布の均一性が向上する。
また、ガードリング照射用のランプ群（実施例１、３）やフィラメント群（実施例２、４）からの光は、上記拡散部での反射（構成例１）や透過（構成例２、３）が殆どない。よって、ガードリング照射用の光がウエハへ及ぼす影響を小さくすることができ、良好なゾーンの分離性は維持される。
【０１２２】
ここで、光照射手段を構成するランプユニットは、必ずしも直管状の複数のランプを所定の間隔で並列に配置して構成に限るものではない。例えば、シール部がランプの一端側のみに設けられた一端封止型（シングルエンドともいう）のランプを複数、ハニカム状に並べてランプユニットを構成してもよい。
図２６は、上記したようなシングルエンドのランプを複数本、ハニカム状に並べたランプユニットを採用した加熱装置の構成例を示すものである。
図２６に示すように、加熱装置１００は、チャンバ３００を有する。チャンバ３００の内部は、光透過性窓部材である石英窓部４により、ランプユニット収容空間Ｓ１と加熱処理空間Ｓ２とに分割される。
【０１２３】
ランプユニット収容空間Ｓ１に収容されるランプユニット１０から放出される光を、石英窓部４を介して加熱処理空間Ｓ２に設置されるワーク６（例えば、半導体ウエハ６００、以下ウエハ６００ともいう）に照射することにより、ワークの加熱処理が施される。
ランプユニット収容空間Ｓ１に収容されるランプユニット１０は、シングルエンドの白熱ランプ１（以下、ランプ１ともいう）を所定の間隔でハニカム状に配置して構成される。ランプ１は、例えば、発光管の内部に１本のフィラメント１４を有するハロゲンランプである。なお、各ランプ１はワーク表面に対して管軸が垂直になるように配置される。各ランプ１のシール部には、当該シール部を覆うようにスリーブ２５が取り付けられている。
【０１２４】
一方、チャンバ３００の上部には、チャンバの内側表面に複数の孔２６が設けられたミラー構造体２００が設けられる。ミラー構造体２００の内側表面は反射鏡２が形成されている。また、上記孔２６は、ミラー構造体２００に所定の間隔でハニカム状に配置されている。
ミラー構造体２００に設けられたこれらの孔２６に、上記各ランプ１のスリーブ２５を嵌め合わせることにより、各ランプ１はミラー構造体２００に固定される。すなわち、各ランプ１は所定の間隔でハニカム状に配置され、ランプユニット１０を形成する。
ミラー構造体２００の内部は空洞となっており、この空洞は、不図示の冷却手段からの冷媒が循環するように構成される。冷媒は、循環口２０１を介して、空洞内を循環する。この空洞内を循環する冷媒は、ミラー構造体２００に取り付けられたランプ１のシール部を冷却するためのものである。すなわち、ランプ１が点灯中に温度上昇したシール部の熱は、スリーブ２５およびミラー構造体２６に設けられた孔部２６を構成する壁を介して、ミラー構造体２００内部の冷媒と熱交換される。
【０１２５】
図２６に示す加熱装置は、スパイクアニール工程に対応できるように、ランプユニット１０とワーク６（例えば、ウエハ６００）との距離ができるだけ短くなるように設定されている。上記したように、ランプ１はワーク表面に対して管軸が垂直になるように配置される。従って、ミラー構造体２００に形成されている反射鏡２とウエハ６００との距離はあまり短くならない。よって、ランプ１から直接ウエハ６００に照射される光が、主に、スパイクアニール工程に使用される。
なお、特許文献３に記載されている加熱装置のように、ランプユニットは、円筒状の光ガイドに各ランプを挿入した構成にすることも可能である。この場合、光ガイドの先端から放射される光がワークの加熱に使用される。
ランプユニット収容空間Ｓ１には、冷却風ユニット８からの冷却風がチャンバ３００に設けられた冷却風供給ノズル８１の吹出し口８２から導入される。ランプユニット収容空間Ｓ１に導入された冷却風は、ランプユニット１０の各ランプ１に吹きつけられ、各ランプ１を構成する発光管を冷却する。各ランプ１に吹きつけられ、熱交換により高温になった冷却風は、チャンバ３００に設けられた冷却風排出口８３から排出される。なお、冷却風の流れは、熱交換されて高温になった冷却風が逆に各ランプ１を加熱しないように考慮されている。
【０１２６】
ミラー構造体２００には、図示を省略した電源供給ポートが設けられる。各ランプ１のシングルエンド部は、フィラメントに電気的に接続されたリードが２本、外部に突出している。この外部に突出したリードは、電源供給ポートを介して、給電装置６０に接続される。すなわち、各ランプ１に電力を供給する給電装置６０は、各ランプ１毎、個別に設けられる。このような構成により、各給電装置６０から、各ランプ１へ個別に給電することが可能となる。なお、複数の給電装置を総称して電源部７と称することもある。
加熱処理空間Ｓ２には、ワーク６が固定される処理台が設けられる。例えば、ワーク６がウエハ６００である場合、処理台は、モリブデンやタングステン、タンタルのような高融点金属材料や炭化ケイ素（ＳｉＣ）などのセラミック材料、または石英、ケイ素（Ｓｉ）からなる薄板の環状体であり、その円形開口部の内周部にウエハ６００を支持する段差部が形成されている構造のガードリング５であることが好ましい。
ウエハ６００は、上記した円環状のガードリング５の円形開口部に填め込むように配置され、上記段差部で支持される。ガードリング５は、自らも光照射によって高温となり対面するウエハの６００外周縁を補助的に放射加熱し、ウエハ６００の外周縁からの熱放射を補償する。これにより、ウエハ６００の外周縁からの熱放射などに起因するウエハ周縁部６００の温度低下が抑制される。
【０１２７】
ガードリング５に設置されるウエハ６００の光照射面の裏面側には、温度測定部９１がワーク６に当接接触或いは近接して設けられる。温度測定部９１は、ウエハ６００の温度分布をモニタするためのものであり、ウエハ６００の寸法に応じて個数、配置が設定される。温度測定部９１は、例えば、熱電対や光ファイバ式放射温度計が使用される。温度測定部９１によりモニタされた温度情報は、温度計９に送出される。温度計９は、各温度測定部９１により送出された温度情報に基づき、各温度測定部９１の測定地点における温度を算出する。
なお、図示は省略したが、加熱処理の種類に応じて、加熱処理空間Ｓ２には、プロセスガスを導入・排気するプロセスガスユニットを接続してもよい。例えば、熱酸化プロセスを行う場合は、加熱処理空間Ｓ２に酸素ガス、および、加熱処理空間Ｓ２をパージするためのパージガス（例えば、窒素ガス）を導入・排気するプロセスガスユニットを接続する。
【０１２８】
次に、ランプユニットと拡散部との位置関係について説明する。
上記したように、本実施例の加熱装置の光照射手段は、シングルエンドのランプを複数本、ハニカム状に並べたランプユニットを採用している。このような構成においては、各ランプ１を個別に発光させたり、各ランプ１のフィラメントへの供給電力を個別に調整することが可能となる。よって、実施例２、４のものと同様、ワークの２次元方向に対してゾーン制御を実施することができるので、光照射中、ワーク６（例えば、ウエハ６００）を回転させる必要がない。
また、上記したように、反射鏡２とワークとの距離はあまり短くならないので、ランプ１から直接ウエハ６００に照射される光が、主に、スパイクアニール工程に使用される。特許文献３に記載されている加熱装置のように、ランプユニットは、円筒状の光ガイドに各ランプを挿入した構成にした場合においても、光ガイドの先端から放射される光がワークの加熱に使用される。
従って、本実施例の加熱装置においては、透過窓部４に拡散部４１を設ける構成例２、あるいは発光管の一部に拡散部を設ける構成例３の構成が採用される。図２６では、透過窓部４に拡散部４１を設けた場合を示している。
【０１２９】
ランプユニット１０を構成するシングルエンドの各ランプ１をウエハ６００の上部に位置するウエハ照射用ランプ群、ガードリング照射用ランプ群（ＩＩＩ群）に分割する場合を考える。ガードリングウエハ照射用ランプ群は、更に、ウエハ中央部領域の上部に位置するＩ群、ウエハの周辺部領域の上部に位置するＩＩ群に分割する。すなわち、ランプユニット１０を構成する各ランプを３つのゾーンに分割するものとする。
図２７は、拡散部４１を設ける位置関係を示す図である。図２７において、実線で示すランプ群がＩ群、二重線で示すランプ群がＩＩ群、太線で示すランプ群がＩＩＩ群に相当する。
図２７に示すように、拡散部４１は、Ｉ群に属するランプ１からの光、並びにＩＩ群に属するランプ１からの光が入射し、かつ、ＩＩＩ群に属するランプ１からの光が殆ど入射しない領域に設けられる。
なお、ワークであるウエハ６００の形状、並びに、ガードリング５の形状が円形であるので、拡散部４１の形状は円形となる。
【０１３０】
上記構成により、Ｉ群、ＩＩ群に相当するランプ１から放射され透過窓部４を透過する光は拡散光としてウエハ６００に照射される。透過窓部４が従来のように、拡散部を有さない場合、ランプユニット１０とウエハ６００との距離ができるだけ短くなるように設定されているので、ランプユニット１０を構成する各ランプ間の非発光部分により、ウエハ６００上の放射照度分布にリップル部分が発生する。しかしながら、本発明の加熱装置によれば、上記拡散光により、リップル部分が相殺され、結果としてウエハ表面での照度分布の均一性が向上する。
なお、ＩＩＩ群に相当するランプ１から放射され透過窓部４を透過する光は、拡散部４１を殆ど透過しない。よって、ＩＩＩ群とＩＩ群との良好なゾーンの分離性は維持される。ここで、ＩＩＩ群に属する各ランプ１から放射されガードリング５に到達する光によるガードリング５上の照度分布においては、リップル部分が存在する。しかしながら、ガードリング５自体は表面における照度分布の均一性は必要としないので、リップルが存在しても不都合が生じない。
なお、図２６に示す加熱装置による加熱処理は、実施例２における各フィラメントを各ランプに置き換えたものと同等であるので、説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の構成例１を示す図である。
【図２】本発明の構成例２を示す図である。
【図３】本発明の構成例３を示す図である。
【図４】本発明の実施例１の光照射式加熱装置の構成を示す図である。
【図５】実施例１において拡散ミラー部とワークの位置関係を説明する図（断面方向から見た図）である。
【図６】実施例１において拡散ミラー部とワークの位置関係を説明する図（上部から見た図）である。
【図７】実施例１の変形例を説明する図である。
【図８】実施例１の光照射式加熱装置による加熱処理を説明するための制御ブロック図である。
【図９】加熱処理プロセスにおけるランプユニットへの供給電力の動作条件を示す図である。
【図１０】実施例１の光照射式加熱装置を用いた加熱処理例のフローチャート（１）である。
【図１１】実施例１の光照射式加熱装置を用いた加熱処理例のフローチャート（２）である。
【図１２】実施例２、４で用いられるランプの詳細構造を示す図である。
【図１３】本発明の実施例２の光照射式加熱装置の構成を示す図である。
【図１４】実施例２において第１のランプユニットと拡散ミラー部とワークの位置関係を説明する図である。
【図１５】実施例２において第２のランプユニットと拡散ミラー部とワークの位置関係を説明する図である。
【図１６】実施例２の変形例を説明する図である。
【図１７】実施例２の光照射式加熱装置による加熱処理を説明するための制御ブロック図である。
【図１８】実施例２の光照射式加熱装置を用いた加熱処理例のフローチャートである。
【図１９】本発明の実施例３の光照射式加熱装置の構成を示す図である。
【図２０】実施例３においてランプに設けられる拡散部とワークの位置関係を説明する図（断面方向から見た図）である。
【図２１】実施例３においてランプに設けられる拡散部とワークの位置関係を説明する図（上部から見た図）である。
【図２２】拡散部の形成例を説明する図である。
【図２３】本発明の実施例４の光照射式加熱装置の構成を示す図である。
【図２４】実施例４において第１のランプユニットと拡散部とワークの位置関係を説明する図である。
【図２５】実施例４において第２のランプユニットと拡散部とワークの位置関係を説明する図である。
【図２６】その他の実施例の加熱装置（シングルエンドのランプを使用）の構成例を示す図ものである。
【図２７】その他の実施例において拡散部とワークの位置関係を説明する図である。
【図２８】直管型ランプと波形ミラーとからなる光照射手段によりウエハおよびガードリングを照射したときのウエハおよびガードリング上の照度分布を説明する図である。
【図２９】スパイクアニール工程に対応した光照射式加熱装置の概略構成、並びに、ウエハおよびガードリング上の照度分布を説明する図（１）である。
【図３０】スパイクアニール工程に対応した光照射式加熱装置の概略構成、並びに、ウエハおよびガードリング上の照度分布を説明する図（２）である。
【符号の説明】
【０１３２】
１，１’    ランプ
１０，２０  ランプユニット
１１        発光管
１２ａ，１２ｂ  封止部
１３ａ〜１３ｆ  金属箔
１４，１４ａ〜１４ｅ  フィラメント
１８ａ〜１８ｅ，１８’，１８’’  外部リード
２          反射鏡（平面ミラー）
２１        拡散ミラー部
３００      チャンバ
４          透過窓部材（石英窓部）
４１        拡散部
５          ガードリング
５５        ベアリング
５１        取付台
５２        端子台
５００      ランプ固定台
５０１      ランプ固定台
５５６      回転機構制御部
６          ワーク
６００      ウエハ
６０，６２、６３、６４、６５、６６  給電装置
７          電源部
７１，７２  電源供給ポート
８          冷却ユニット
８１        冷却風供給ノズル
８２        吹出し口
８３        冷却風排出口
９          温度計
９１        温度測定部
１００      加熱装置
１１１      拡散部
２００      ミラー構造体
２０１ａ    カセット
２０１ｂ    カセット
２０２ａ    搬送機構
２０２ｂ    搬送機構
２０４      搬送機構制御部
Ｓ１        ランプユニット収容空間
Ｓ２        加熱処理空間
ＭＣ        主制御部
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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