(57)【要約】【課題】チャンバー内のパーティクルを短時間で、しかも確実に除去することができる熱処理装置を提供する。【解決手段】チャンバー側部６３の比較的上部に形成された複数のガス吐出口から窒素ガスを吐出する。これらのガス吐出口のそれぞれから見たガス吐出方向がチャンバー６の中心部を鉛直方向に沿って貫く中心軸から等しい向きにずれるように構成されている。一方、チャンバー６の底面中心部に形成された下部開口６４からはチャンバー内雰囲気の排気を行う。これにより、チャンバー側部６３の比較的上部からチャンバー底面中心部へと向かうような窒素ガスの渦巻き状気流が形成される。この状態でチャンバー６内に半導体ウェハーを搬入することなくフラッシュ照射を行うことにより、チャンバー６内のパーティクルを飛散させて窒素ガス流とともに外部に排出する。【選択図】図８
2008028091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して閃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、
複数のフラッシュランプを有する光源と、
前記光源の下方に設けられ、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、
前記チャンバーの側壁面に設けられた複数のガス吐出口と、
前記複数のガス吐出口に不活性ガスを送給するガス送給手段と、
前記チャンバーの底面中心部近傍に設けられた排気口と、
前記排気口を介して前記チャンバー内の排気を行う排気手段と、
を備え、
前記複数のガス吐出口のそれぞれから見たガス吐出方向が前記チャンバーの中心部を鉛直方向に沿って貫く中心軸から等しい向きにずれるように、前記複数のガス吐出口が形成されていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記チャンバー内壁面のうちの角部にアールをつけることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、
前記複数のガス吐出口のそれぞれからのガス吐出方向が水平面よりも下側に向くように、前記複数のガス吐出口が形成されていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
基板に対して閃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、
複数のフラッシュランプを有する光源と、
前記光源の下方に設けられ、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、
前記チャンバーの側壁面に設けられた複数のガス吐出口と、
前記複数のガス吐出口に不活性ガスを送給するガス送給手段と、
前記チャンバーの底面中心部近傍に設けられた排気口と、
前記排気口を介して前記チャンバー内の排気を行う排気手段と、
を備え、
前記複数のガス吐出口のそれぞれから吐出された不活性ガスが前記チャンバー内にて渦巻き状の気流を形成するように前記複数のガス吐出口が形成されていることを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体ウ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）に閃光を照射することにより基板を熱処理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等を使用して半導体ウェハーの表面に閃光を照射することにより、イオンが注入された半導体ウ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。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閃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閃光照射であれば、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】
一方、半導体デバイスの高集積化に伴って、半導体ウェハーへのパーティクル付着や金属汚染を防止することについての要求レベルも年々高まってきている。ところが、キセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置においては、フラッシュ加熱時に瞬間的に巨大なエネルギーの閃光が照射されるために半導体ウェハーが破損するということがある。半導体ウェハーが割れて破損すると、その半導体ウェハー自体の破片や周辺構造物の損傷等に起因してチャンバー内に大量のパーティクルが発生する。半導体ウェハーの破損が生じたときには、チャンバーを開放して破片回収等のメンテナンスを行うことは勿論であるが、発生したパーティクルを完全に除去することは極めて困難であり、またチャンバーを開放することによって外部から新たなパーティクルを巻き込むことにもなる。チャンバー内にパーティクルが残留したままフラッシュ加熱処理を行うと、そのパーティクルが半導体ウェハーに付着して処理不良の原因となる。
【０００６】
このため、特許文献１には、チャンバー内に窒素ガスの気流を形成しつつキセノンフラッシュランプを点灯することにより、チャンバー内の気体を瞬間的に膨張、収縮させてパーティクルを飛散させ、その飛散したパーティクルを窒素ガスの気流とともに排出するクリーニング技術が開示されている。この技術によれば、チャンバー内に窒素ガスの気流を形成しつつ、一定時間間隔にてキセノンフラッシュランプを所定回数点灯するだけで、チャンバー内のパーティクルを容易に除去することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−７２２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の熱処理装置においては上記のクリーニング手法を用いたとしても、チャンバー内の給排気効率が悪く、パーティクル除去に相当回数のフラッシュ点灯が必要であり、クリーニングに長時間を要していた。クリーニングの時間が長時間になると、それに伴って大量の窒素ガスを消費することともなる。
【０００９】
また、チャンバーの構造上、一部に気流の吹き溜まりエリアも生じていたために、相当の長時間をかけて大量の窒素ガスを消費したにもかかわらず、該吹き溜まりエリアではパーティクルが残留することとなっていた。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、チャンバー内のパーティクルを短時間で、しかも確実に除去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、基板に対して閃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、複数のフラッシュランプを有する光源と、前記光源の下方に設けられ、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、前記チャンバーの側壁面に設けられた複数のガス吐出口と、前記複数のガス吐出口に不活性ガスを送給するガス送給手段と、前記チャンバーの底面中心部近傍に設けられた排気口と、前記排気口を介して前記チャンバー内の排気を行う排気手段と、を備え、前記複数のガス吐出口のそれぞれから見たガス吐出方向が前記チャンバーの中心部を鉛直方向に沿って貫く中心軸から等しい向きにずれるように、前記複数のガス吐出口を形成している。
【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、前記チャンバー内壁面のうちの角部にアールをつけている。
【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、前記複数のガス吐出口のそれぞれからのガス吐出方向が水平面よりも下側に向くように、前記複数のガス吐出口を形成している。
【００１４】
また、請求項４の発明は、基板に対して閃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、複数のフラッシュランプを有する光源と、前記光源の下方に設けられ、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、前記チャンバーの側壁面に設けられた複数のガス吐出口と、前記複数のガス吐出口に不活性ガスを送給するガス送給手段と、前記チャンバーの底面中心部近傍に設けられた排気口と、前記排気口を介して前記チャンバー内の排気を行う排気手段と、を備え、前記複数のガス吐出口のそれぞれから吐出された不活性ガスが前記チャンバー内にて渦巻き状の気流を形成するように前記複数のガス吐出口を形成している。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、複数のガス吐出口のそれぞれから見たガス吐出方向がチャンバーの中心部を鉛直方向に沿って貫く中心軸から等しい向きにずれるように、複数のガス吐出口を形成しているため、複数のガス吐出口からチャンバーの底面中心部近傍に設けられた排気口に向けて不活性ガスの渦巻き状気流（螺旋状気流）を形成することができ、その結果チャンバー内の吹き溜まりエリアを無くして給排気効率を高めることができ、チャンバー内のパーティクルを短時間で、しかも確実に除去することができる。
【００１６】
また、請求項２の発明によれば、チャンバー内壁面のうちの角部にアールをつけているため、複数のガス吐出口から排気口へと向かう渦巻き状気流を容易に形成することができる。
【００１７】
また、請求項３の発明によれば、複数のガス吐出口のそれぞれからのガス吐出方向が水平面よりも下側に向くように、複数のガス吐出口を形成しているため、複数のガス吐出口から排気口へと向かう渦巻き状気流を容易に形成することができる。
【００１８】
また、請求項４の発明によれば、複数のガス吐出口のそれぞれから吐出された不活性ガスがチャンバー内にて渦巻き状の気流を形成するように複数のガス吐出口を形成しているため、チャンバー内の吹き溜まりエリアを無くして給排気効率を高めることができ、チャンバー内のパーティクルを短時間で、しかも確実に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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は基板として半導体ウェハーＷに閃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。
【００２１】
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を備える。チャンバー６は、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とされている。
【００２２】
また、熱処理装置１は、上部開口６０に装着されて上部開口６０を閉塞する閉塞部材である透光板６１、チャンバー６の内部において半導体ウェハーＷを保持しつつ予備加熱を行う略円板状の保持部７、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、保持部７に保持される半導体ウェハーＷに透光板６１を介して光を照射することにより半導体ウェハーＷを加熱する光照射部５、および、これらの構成を制御して熱処理を行う制御部３を備える。
【００２３】
チャンバー６は、光照射部５の下方に設けられている。チャンバー６の上部に設けられた透光板６１は、例えば、石英等により形成された円板形状部材であり、光照射部５から出射された光を透過して熱処理空間６５に導く。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。
【００２４】
また、熱処理空間６５の気密性を維持するために、透光板６１とチャンバー側部６３とはＯリング（図示省略）によってシールされている。すなわち、略円筒状のチャンバー側部６３の上端に円環状の溝を刻設し、その溝にＯリングを嵌め込んで透光板６１によって押さえつけている。そして、透光板６１の下面周縁部とチャンバー側部６３との間にＯリングを挟み込んで密着させるために、クランプリング９０を透光板６１の上面周縁部に当接させるとともに、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、透光板６１をＯリングに押し付けている。
【００２５】
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。
【００２６】
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における搬送開口都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を介してガス送給部８３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８４に連通接続される。
【００２７】
図２は、チャンバー６へのガス供給機構を示す部分拡大断面図である。なお、同図においては、支持ピン７０は省略している。上述したように、ステンレススチール製のチャンバー側部６３の内側面上部には耐フラッシュ特性に優れたアルミニウム合金製のリング６３１が嵌め込まれている。図３は、リング６３１の外観斜視図である。リング６３１は、管状部６３２の端部にフランジ６３３を形成して構成された円環状の部材である。管状部６３２のフランジ６３３とは反対側の端面には複数のスリット６３４（本実施形態では１２本）が刻設されている。１２本のスリット６３４は、管状部６３２の端面周方向に沿って等間隔で３０°毎に形成されている。また、同図に示すように、複数のスリット６３４は、その長手方向がリング６３１の中心部から同じ向きにずれるように形成されている。なお、図３のリング６３１をチャンバー側部６３に装着するときには、スリット６３４が刻設されている側の端部を下側に向けて嵌めることとなる。
【００２８】
図３の如きリング６３１をチャンバー側部６３に嵌め込むことによって、図２に示すように、スリット６３４とチャンバー側部６３の端面とで囲まれたガス吐出口８５が形成されることとなる。本実施形態ではリング６３１に１２本のスリット６３４が刻設されているため、１２個のガス吐出口８５がチャンバー６の側壁面に形成される。また、１２個のガス吐出口８５は、チャンバー側部６３の円筒周方向に沿って等間隔で（つまり、３０°毎に）同一高さ位置に形成される。本実施形態では、１２個のガス吐出口８５のそれぞれからのガス吐出方向は略水平方向である。また、１２個のガス吐出口８５はガス導入バッファ８４に連通されている。
【００２９】
図４は、チャンバー６をガス吐出口８５の位置で水平面に沿って切断した概略平面図である。同図に示すように、導入路８１に連通接続されたガス導入バッファ８４は円環状の空間である。そして、１２個のガス吐出口８５はガス導入バッファ８４に連通するように設けられている。従って、弁８２を開放してガス送給部８３から導入路８１を介して送給された気体は、一旦ガス導入バッファ８４に流入した後に、１２個のガス吐出口８５のそれぞれからチャンバー６の内部に吐出されることとなる。
【００３０】
また、１２個のガス吐出口８５のそれぞれから見たガス吐出方向がチャンバー６の中心部を鉛直方向に沿って貫く中心軸ＣＸから等しい向き（図４の紙面では上から見て左向き）にずれるように、ガス吐出口８５は形成されている。このため、図４に示すように、各ガス吐出口８５からは、中心軸ＣＸから等しい向きにずれるように気体が吐出されてチャンバー６内に流れ込むこととなる。
【００３１】
図１に戻り、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の中心部には保持部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。本実施形態においては、このシャフト４１と上記チャンバー６の中心軸ＣＸとが一致する。
【００３２】
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。
【００３３】
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の熱処理位置との間で滑らかに昇降する。
【００３４】
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が透光板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と透光板６１との衝突が防止される。
【００３５】
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。
【００３６】
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（図示省略）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。
【００３７】
ベローズ下端板４７１には熱処理空間６５内の気体を排出するためのガス排気口４７２が形成されている。本実施形態では、シャフト４１が中心軸ＣＸと一致しているため、ガス排気口４７２はチャンバー６の底面中心部近傍に設けられているものである。ガス排気口４７２は弁４７３を介して排気ポンプ４７４と連通接続されている。排気ポンプ４７４を作動させつつ弁４７３を開放すると、チャンバー６内の気体は下部開口６４からガス排気口４７２を介してチャンバー外に排出される。また、搬送開口部６６にも熱処理空間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。この排気機構は上記の排気ポンプ４７４と共通のものであっても良い。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
図６は、ホットプレート７１を示す平面図である。図６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。
【００４１】
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が周回するように配設されてヒータが形成されており、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の内部を通り制御都３に接続される。
【００４２】
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,Differential)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。
【００４３】
６つのゾーン７１１〜７１６にそれぞれ配設される抵抗加熱線は、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。
【００４４】
図１に示す光照射部５は、複数（本実施の形態においては３０本）のキセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」という）６９およびリフレクタ５２を有する光源である。複数のフラッシュランプ６９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の主面に沿って互いに平行となるように平面状に配列されている。リフレクタ５２は、複数のフラッシュランプ６９の上方にそれら全体を覆うように設けられ、その表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。また、光拡散板５３（ディフューザ）は、表面に光拡散加工を施した石英ガラスにより形成され、透光板６１との間に所定の間隙を設けて光照射部５の下面側に設置される。熱処理装置１には、メンテナンス時に光照射部５をチャンバー６に対して相対的に上昇させて水平方向にスライド移動させる照射部移動機構５５がさらに設けられる。
【００４５】
キセノンフラッシュランプ６９は、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設されたガラス管と、該ガラス管の外周面上に巻回されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときの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。このキセノンフラッシュランプ６９においては、予め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。
【００４６】
なお、本実施形態の熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にフラッシュランプ６９およびホットプレート７１から発生する熱エネルギーによるチャンバー６および光照射部５の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造（図示省略）を備えている。例えば、チャンバー６のチャンバー側部６３およびチャンバー底部６２には水冷管が設けられており、光照射部５は内部に気体を供給する供給管とサイレンサ付きの排気管が設けられて空冷構造とされている。また、透光板６１と光照射部５（の光拡散板５３）との間隙には圧縮空気が供給され、光照射都５および透光板６１を冷却するとともに、間隙に存在する有機物等を排除して熱処理時における光拡散板５３および透光板６１への付着を抑制する。
【００４７】
次に、熱処理装置１の動作について説明する。ここでは、まず、チャンバー６内部のクリーニング手順について説明する。チャンバー６のクリーニング作業は、熱処理装置１の定期メンテナンス時、装置立ち上げ時、或いは処理中の半導体ウェハーＷが破損したとき等に実行されるものである。なお、ここでのクリーニングとは、チャンバー６内のウェハーの破片等の清掃作業を終えた後に残留する微小なパーティクルを除去する処理である。
【００４８】
図７は、チャンバー内のクリーニング処理の手順を示すフローチャートである。なお、図７の処理は制御部３の制御下で保持部昇降機構４や光照射部５の各機構部が作動することにより実行されるものである。
【００４９】
クリーニング処理を行うときには、まず、処理対象となる半導体ウェハーＷの搬入を禁止して保持部７を図５の熱処理位置まで上昇させる（ステップＳ１）。よって、クリーニング処理時にはチャンバー６内に半導体ウェハーＷは搬入されておらず、保持部７は何も載置しない状態で熱処理位置まで上昇する。また、ホットプレート７１の内部のヒータはＯＦＦとされており、ホットプレート７１は加熱されていない状態である。なお、図２に示した保持部７の高さ位置も熱処理位置であり、保持部７が熱処理装置に上昇したときにはガス排気口８５よりも若干高くなる。
【００５０】
保持部７が熱処理位置まで上昇した後、チャンバー６内に窒素ガスの気流を形成する（ステップＳ２）。具体的には、弁８２を開放してガス送給部８３から導入路８１を経由してバッファ８４に窒素ガスを送給し、バッファ８４に連通する１２個のガス吐出口８５のそれぞれからチャンバー６の内部に窒素ガスを吐出する。一旦、窒素ガスをバッファ８４に流入させてから１２個のガス吐出口８５から吐出させるようにしているため、各ガス吐出口８５からの吐出流量は概ね均一である。
【００５１】
一方、窒素ガスの供給とともに、排気ポンプ４７４を作動させつつ弁４７３を開放することにより、チャンバー６内の雰囲気を下部開口６４からガス排気口４７２を介して排気する。なお、このときに、弁８７を開放して排出路８６からも排気を行うようにしても良い。
【００５２】
これにより、ガス吐出口８５から吐出された窒素ガスが下部開口６４を経てガス排気口４７２から排出されるような気流がチャンバー６内に形成される。このときに、本実施形態においては、１２個のガス吐出口８５のそれぞれから見たガス吐出方向がチャンバー６の中心部を鉛直方向に沿って貫く中心軸ＣＸから等しい向きにずれるように構成されているため、各ガス吐出口８５からは中心軸ＣＸから等しい向きにずれるように窒素ガスが吐出されてチャンバー６内に流れ込む（図４参照）。その結果、図８に示すように、各ガス吐出口８５から吐出された窒素ガスがチャンバー６内にて渦巻き状（螺旋状）の気流を形成する。本実施形態では、チャンバー６の底面中心部近傍に設けられたガス排気口４７２から排気を行っているため、チャンバー側部６３の比較的上部からチャンバー底面中心部へと向かうような渦巻き状気流が形成される。また、この渦巻き状気流はチャンバー６の中心軸ＣＸ（ここの例ではシャフト４１と一致）の周囲を回り込むように形成され、その径は下へ向かうほど小さくなる。
【００５３】
チャンバー６内に窒素ガスの渦巻き状気流を形成した状態にて、フラッシュランプ６９を点灯して、チャンバー６内に閃光を照射する（ステップＳ３）。この閃光照射は、保持部７が半導体ウェハーＷを保持しない状態で行われるものであり、いわゆる「空フラッシュ」である。このときのフラッシュランプ６９の点灯時間は、０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の時間である。フラッシュランプ６９においては、予め蓄えられていた静電エネルギーがこのように極めて短い光パルスに変換されることから、極めて強い閃光がチャンバー６内に照射されることになる。そして、フラッシュランプ６９からの閃光照射によってチャンバー６内の気体や構造部材が加熱され、チャンバー６内に瞬間的な気体膨張・収縮が生じ、その結果チャンバー６内にパーティクルが巻き上がって飛散することとなる。チャンバー底部６２の上面には特にパーティクルが堆積しやすいが、本実施形態のように保持部７を熱処理位置まで上昇させて閃光照射を行えば、そのような底部に堆積したパーティクルも容易に巻き上がることとなる。
【００５４】
このようにして飛散したパーティクルは窒素ガスの渦巻き状気流によってチャンバー６の外部に排出される。ここで本実施形態においては、チャンバー６内に窒素ガスの渦巻き状気流を形成しつつ排気を行っているため、チャンバー６内に隈無く窒素ガスの気流を巡らせて排気を行うことが可能となり、その結果給排気効率が向上して従来よりも大幅に短い時間でチャンバー６内に飛散したパーティクルをチャンバー外に排出することが可能となる。また、チャンバー６内にいわゆる吹き溜まりエリアが生じにくくなるため、チャンバー６内に飛散したパーティクルを確実に排出することができる。
【００５５】
フラッシュランプ６９を点灯した後、所定時間が経過したか否かが制御部３によって判断される（ステップＳ４）。つまり、１回のフラッシュ照射を行った後、所定時間パーティクル排出を行うのである。なお、このような所定時間が経過している間もガス吐出口８５からチャンバー底面中心部へと向かうような窒素ガスの渦巻き状気流は形成され続けている。
【００５６】
やがて、所定時間が経過すると相当量のパーティクルがチャンバー６５の外部に排出されるものの、一部のパーティクルは再びチャンバー底部６２に堆積することとなる。そして、フラッシュランプ６９の点灯が所定回数行われたか否かが制御部３によって判断される（ステップＳ５）。フラッシュランプ６９の点灯回数が所定数に達していない場合には、ステップＳ３に戻って再度フラッシュランプ６９が点灯される。フラッシュランプ６９の点灯による閃光照射によって再び堆積したパーティクルを巻き上げて飛散させ、それを窒素ガスの渦巻き状気流によってチャンバー６の外部に排出するのである。一方、フラッシュランプ６９の点灯回数が所定数に到達している場合には、クリーニング処理を終了する。
【００５７】
このようにすれば、チャンバー６内に窒素ガスの渦巻き状気流を形成しつつ排気を行っているため、給排気効率が向上して従来よりも大幅に短い時間でチャンバー６内のパーティクルを除去することができる。短時間でチャンバー６内のパーティクルを除去することができれば、装置立ち上げ時間やメンテナンス時間を短縮することができるとともに、空フラッシュ（ステップＳ３）の回数や窒素ガスの消費量をも従来より抑制することができる。また、チャンバー６内にいわゆる吹き溜まりエリアが生じにくくなるため、チャンバー６内のパーティクルを短時間で、しかも確実に除去することができる。
【００５８】
また、本実施形態の熱処理装置１においては、チャンバー６の内壁面のうち窒素ガスの渦巻き状気流が通過する角部にアールをつける加工を行っている。具体的には、図２に示すように、チャンバー６の内壁面のうち底面周縁の角部Ｒ１にアールを付ける加工を行っている。また、チャンバー６の底面のうちガス排気口４７２へと通じる下部開口６４の周縁の角部Ｒ２にもアールを付けている。これによって、窒素ガスの渦巻き状気流がチャンバー６内により容易に形成され、しかも円滑にチャンバー６内を流れることとなる。その結果、チャンバー６内のパーティクルをより短時間で、しかも確実に除去することができる。
【００５９】
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も簡単に説明しておく。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による熱処理により行われる。
【００６０】
まず、保持部７が図１に示すようにチャンバー底部６２に近接した位置（受渡位置）に配置される。保持部７が受渡位置にあるとき、支持ピン７０の先端は、保持部７を貫通して保持部７の上方に突出する。
【００６１】
次に、弁８２および弁４７３（必要に応じて弁８７）が開かれてチャンバー６の熱処理空間６５内に窒素ガスが導入される。続いて、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。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いる。
【００６２】
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、図５に示す如く、保持部昇降機構４により保持部７が透光板６１に近接した位置（熱処理位置）まで上昇される。このとき、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。
【００６３】
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）に個別に配設された抵抗加熱線により所定の温度まで加熱されている。保持部７が熱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は予備加熱されて温度が次第に上昇する。
【００６４】
この熱処理位置にて約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６００℃程度、好ましくは３５０℃ないし５５０℃程度とされる。また、保持部７と透光板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。
【００６５】
約６０秒間の予備加熱時間が経過した後、保持部７が熱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、光照射部５のフラッシュランプ６９から放射される光の一部は直接にチャンバー６内へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ５２により反射されてからチャンバー６内へと向かい、これらの閃光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６９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。
【００６６】
すなわち、フラッシュランプ６９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。
【００６７】
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６９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。
【００６８】
フラッシュ加熱が終了し、熱処理位置における約１０秒間の待機の後、保持都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。
【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、上記実施形態においては、スリット６３４を刻設したリング６３１をチャンバー側部６３に嵌め込むことによって１２個のガス吐出口８５を形成するようにしていたが、これに限定されるものではなく、チャンバー側部６３にいわゆる丸穴を穿設することによってガス吐出口を形成するようにしても良い。ガス吐出口の形成位置としては、ガス流と保持部７との干渉を避けて容易に渦巻き状気流を形成するために、熱処理位置にまで上昇した保持部７よりも若干下方とするのが好ましい。
【００７０】
また、ガス吐出口８５の数も１２個に限定されるものではなく、チャンバー６内に渦巻き状気流を形成できる数であれば任意のものとすることができる。
【００７１】
また、複数のガス吐出口８５のそれぞれからのガス吐出方向が水平面よりも下側に向くようにしても良い。このようにすれば、チャンバー側部６３の比較的上部からチャンバー底面中心部へと向かうような渦巻き状気流をより容易に形成することができる。
【００７２】
また、上記実施形態においては、チャンバー６内部のクリーニング処理時に窒素ガスの渦巻き状気流を形成するようにしていたが、他の不活性ガス（例えば、アルゴンガス）の渦巻き状気流を形成するようにしても良い。もっとも、コストの観点からは窒素ガスを使用するのが好ましい。
【００７３】
また、上記実施形態においては、チャンバー６のクリーニング処理時に、保持部７に半導体ウェハーＷを保持させることなくフラッシュ照射を行ういわゆる空フラッシュを行っていたが、空フラッシュは必ずしも必須ではなく、単にチャンバー６内に窒素ガスの渦巻き状気流を形成するだけでもチャンバー内の吹き溜まりエリアを無くして給排気効率を高めることができ、チャンバー内のパーティクルを短時間で、しかも確実に除去することができる。
【００７４】
また、複数のガス吐出口８５をクリーニング処理専用のガス吐出ポートとし、これとは別に従来と同様の吐出方向がチャンバー６の中心軸ＣＸを向くガス吐出ポートを設け、半導体ウェハーＷを熱処理するときにはそちらを使用するようにしても良い。
【００７５】
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６９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６９の本数は任意の数とすることができる。
【００７６】
また、フラッシュランプ６９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。
【００７７】
また、光照射部５にフラッシュランプ６９に代えて他の種類のランプ（例えばハロゲンランプ）を備え、当該ランプからの光照射によって半導体ウェハーＷの加熱を行う熱処理装置であっても本発明に係る技術を適用することができる。
【００７８】
また、上記各実施形態においては、アシスト加熱手段としてホットプレート７１を使用していたが、半導体ウェハーＷを保持する保持部７の下方に複数のランプ群（例えば複数のハロゲンランプ）を設け、それらからの光照射によってアシスト加熱を行うようにしても良い。
【００７９】
また、上記各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。
【００８０】
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】
【００８１】
【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】チャンバーへのガス供給機構を示す部分拡大断面図である。
【図３】リングの外観斜視図である。
【図４】チャンバーをガス吐出口の位置で水平面に沿って切断した概略平面図である。
【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】ホットプレートを示す平面図である。
【図７】チャンバー内のクリーニング処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】チャンバー内に形成された渦巻き状気流を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
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
６１  透光板
６５  熱処理空間
６９  フラッシュランプ
７１  ホットプレート
７２  サセプタ
８３  ガス送給部
８４  バッファ
８５  ガス吐出口
４７２  ガス排気口
４７４  排気ポンプ
ＣＸ  中心軸
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】
2008028091.tif 000009
【図８】
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