(57)【要約】【課題】特別な装置や制御を行うことなく加熱面から基板に対して均一に熱エネルギーを与える加熱装置を提供する。【解決手段】加熱プレート７４は、第１の加熱部３１、第２の加熱部３２および第３の加熱部３３から構成されており、第１の加熱部３１の表面積と、第２の加熱部３２の表面積と、第３の加熱部３３の表面積とは、略同一となるように設定されている。また、第１の加熱部３１の発熱体３８ａ、第２の加熱部３２の発熱体３８ｂ、および第３の加熱部３３の発熱体３８ｃのそれぞれは、同一の電圧を印加すると、略同一の熱エネルギーを発生する。そのため、加熱プレート７４の天板３７ａからサセプタ７３を介して半導体ウェハーＷに均一な熱エネルギーを与えることができ、半導体ウェハーＷを均一に加熱することができる。【選択図】        図４
2004303921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円形の基板を加熱面にて加熱する加熱装置であって、
（ａ）  略円盤状の第１の内部領域を有し、前記第１の内部領域に配設された第１の発熱体からの熱エネルギーによって前記加熱面を加熱する中心加熱部と、
（ｂ）  略ドーナツ形状の第２の内部領域を有し、前記第２の内部領域に配設された第２の発熱体からの熱エネルギーによって前記加熱面を加熱する外側加熱部と、
を備え、
前記外側加熱部は、前記中心加熱部の外側に同心円状に配設されており、
前記加熱面における前記中心加熱部の表面積と前記外側加熱部の表面積とは略同一であることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
略円形の基板を加熱面にて加熱する加熱装置であって、
（ａ）  略円盤状の第１の内部領域を有し、前記第１の内部領域に配設された第１の発熱体からの熱エネルギーによって前記加熱面を加熱する中心加熱部と、
（ｂ）  略ドーナツ形状の第２の内部領域を有し、前記第２の内部領域に配設された第２の発熱体からの熱エネルギーによって前記加熱面を加熱する外側加熱部と、
を備え、
前記外側加熱部は、前記中心加熱部の外側に同心円状に配設されており、
前記加熱面と平行な方向についての断面積に関して前記第１の内部領域の断面積と前記第２の内部領域の断面積とは略同一であることを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の加熱装置において、
前記第１の発熱体および前記第２の発熱体は、略同一の断面積を有する線状の発熱部材であって、前記第１の内部領域および前記第２の内部領域のそれぞれに配設される前記線状の発熱部材の長さは略同一であり、前記第１の発熱体および前記第２の発熱体のそれぞれは、印加電圧に応じた熱エネルギーを発生することを特徴とする加熱装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の加熱装置において、
（ｃ）  前記第１の発熱体での発熱量と、前記第２の発熱体での発熱量とを個別に制御する制御手段、
をさらに備えることを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
請求項４に記載の加熱装置において、
前記外側加熱部は前記中心加熱部の外側に同心円状に複数配設されていることを特徴とする加熱装置。
【請求項６】
請求項５に記載の加熱装置において、
前記外側加熱部の数は３つ以下であることを特徴とする加熱装置。
【請求項７】
略円形の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、
（ａ）  請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の加熱装置と、
（ｂ）  前記加熱装置に保持された基板を挟んで前記加熱装置と逆側に配設されており、フラッシュランプを有する光源と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、略円形の半導体ウェハー（以下、「基板」とも呼ぶ）を加熱する加熱装置および当該加熱装置を含む熱処理装置に関するもので、特に加熱装置の加熱部の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｉ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のように基板の表面に薄膜形成する成膜処理工程や、フォトマスクのラッカ塗布工程に続いて、層を硬化させかつ化学的に前処理する工程において基板を均一に加熱することは、膜厚が均一な薄膜を得るための重要な因子の１つとなっている。また同様に、イオン注入後の基板に対してキセノンフラッシュランプ等からの閃光を照射してイオン活性化処理を行う工程においても、閃光を照射してイオン活性化処理に先だって処理対象基板を予め均一に加熱することは、当該イオン活性化処理を良好に行うための重要な因子の１つになっている。そのため、基板を均一に加熱する加熱装置が種々提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
ここで、キセノンフラッシュランプを使用したイオン活性化処理では、予め加熱装置によって基板全体を２００℃ないし６００℃に予備加熱し、続いて、その予備加熱された基板の表面に向けてキセノンフラッシュランプからの閃光を照射することによって、イオンが注入された基板の表面のみを極めて短時間（数ミリセカンド以下）に、例えば、１０００℃ないし１１００℃程度の温度に加熱（アニール）昇温させている。これにより、基板に注入されたイオンが拡散するための十分な時間を与えることなく基板表面を加熱することができるため、基板表面に打ちこまれたイオンのプロファイルをなまらせることがなく、良好にイオン活性化処理を実行することが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−２１６２８３号公報
【特許文献２】
特表２００２−５３８５０１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１の加熱装置の中央部、周辺部および中間部（以下、「発熱部」とも呼ぶ）のそれぞれから基板に向けて供給される単位面積当たりの熱エネルギーは必ずしも同一でないため、基板を均一に加熱するためには、当該発熱部のそれぞれに配設される発熱抵抗体に印加される電圧を個別に制御することが必要となる。そのため、加熱処理を制御する制御部の処理コストが増加するという問題が生ずる。
【０００６】
ここで、特許文献１の加熱装置において、上述の処理コスト増加という問題を解決する方法の１つとして、発熱部のそれぞれに異なった発熱抵抗体を配設する方法が考えられる。これによれば、発熱部のそれぞれに対応する発熱抵抗体に同一電圧を印加することによって、発熱部のそれぞれから基板に向けて供給される単位面積当たりの熱エネルギーを略同一にすることができ、制御部における処理コストを低減することが可能となる。
【０００７】
しかしながら、この方法では、各発熱抵抗体に流れる電流値が相違することになる。したがって、基板を昇温させるために各発熱抵抗体に電圧を印加すると、温度によっては発熱抵抗体のうち１つが定格消費電力に達し、その他の発熱抵抗体は定格消費電力以下となる問題、すなわち、ある発熱抵抗体のために基板を昇温可能な温度範囲が狭められてしまうという問題が生ずる。
【０００８】
また、特許文献２に記載された基板を熱的に処理するための装置では、基板が配置される載置面と反対の側に、それぞれが同じ形および大きさを有する複数の正方形の加熱エレメントを設けられている。そして、各加熱エレメントを別個に加熱制御することによって基板全体を均一に加熱している。
【０００９】
しかしながら、特許文献２の装置では、正方形の加熱エレメントを採用しており、基板を載置して加熱する加熱面の温度分布を略同心円状に制御することができない。これにより、加熱プレート付近に熱対流等の空気の流れが生ずることによって円形基板の中央部と外周部とにおける放熱量が相違した場合、この放熱量の相違を補償するように略同心円状に加熱プレートの加熱面を制御することができず、その結果、基板全体を均一に昇温することが困難となる。
【００１０】
そこで、本発明では、基板を略同心円状に配設された複数の加熱部によって、特別な装置や制御を行うことなく加熱面から基板に対して与えられる単位面積当たりの熱エネルギーを略同一にすることができる加熱装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、略円形の基板を加熱面にて加熱する加熱装置であって、略円盤状の第１の内部領域を有し、前記第１の内部領域に配設された第１の発熱体からの熱エネルギーによって前記加熱面を加熱する中心加熱部と、略ドーナツ形状の第２の内部領域を有し、前記第２の内部領域に配設された第２の発熱体からの熱エネルギーによって前記加熱面を加熱する外側加熱部と、を備え、前記外側加熱部は、前記中心加熱部の外側に同心円状に配設されており、前記加熱面における前記中心加熱部の表面積と前記外側加熱部の表面積とは略同一であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２の発明は、略円形の基板を加熱面にて加熱する加熱装置であって、略円盤状の第１の内部領域を有し、前記第１の内部領域に配設された第１の発熱体からの熱エネルギーによって前記加熱面を加熱する中心加熱部と、略ドーナツ形状の第２の内部領域を有し、前記第２の内部領域に配設された第２の発熱体からの熱エネルギーによって前記加熱面を加熱する外側加熱部と、を備え、前記外側加熱部は、前記中心加熱部の外側に同心円状に配設されており、前記加熱面と平行な方向についての断面積に関して前記第１の内部領域の断面積と前記第２の内部領域の断面積とは略同一であ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に記載の加熱装置において、前記第１の発熱体および前記第２の発熱体は、略同一の断面積を有する線状の発熱部材であって、前記第１の内部領域および前記第２の内部領域のそれぞれに配設される前記線状の発熱部材の長さは略同一であり、前記第１の発熱体および前記第２の発熱体のそれぞれは、印加電圧に応じた熱エネルギーを発生することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の加熱装置において、前記第１の発熱体での発熱量と、前記第２の発熱体での発熱量とを個別に制御する制御手段、をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５の発明は、請求項４に記載の加熱装置において、前記外側加熱部は前記中心加熱部の外側に同心円状に複数配設されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６の発明は、請求項５に記載の加熱装置において、前記外側加熱部の数は３つ以下であることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７の発明は、略円形の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、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の加熱装置と、前記加熱装置に保持された基板を挟んで前記加熱装置と逆側に配設されており、フラッシュランプを有する光源と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
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。
【００１９】
＜１．熱処理装置の構成＞
図１および図２は本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。この熱処理装置は、キセノンフラッシュランプからの閃光によって円形の半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。なお、図１および以降の各図には、それらの方向関係を明確にすべく必要に応じて適宜、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を付している。
【００２０】
この熱処理装置は、透光板６１、底板６２および一対の側板６３、６４からなり、その内部に略円形の半導体ウェハーＷを収納して熱処理するためのチャンバー６５を備える。チャンバー６５の上部を構成する透光板６１は、例えば、石英等の赤外線透過性を有する材料から構成されており、光源５から出射された光を透過してチャンバー６５内に導くチャンバー窓として機能している。また、チャンバー６５を構成する底板６２には、後述するサセプタ７３および加熱プレート７４を貫通して半導体ウェハーＷをその下面から支持するための支持ピン７０が立設されている。
【００２１】
また、チャンバー６５を構成する側板６４には、半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための開口部６６が形成されている。開口部６６は、軸６７を中心に回動するゲートバルブ６８により開閉可能となっている。半導体ウェハーＷは、開口部６６が解放された状態で、図示しない搬送ロボットによりチャンバー６５内に搬入される。また、チャンバー６５内にて半導体ウェハーＷの熱処理が行われるときには、ゲートバルブ６８により開口部６６が閉鎖される。
【００２２】
チャンバー６５は光源５の下方に設けられている。光源５は、複数（本実施形態においては２７本）のキセノンフラッシュランプ６９（以下、単に「フラッシュランプ６９」とも称する）と、リフレクタ７１とを備える。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水平方向に沿うようにして互いに平行に列設されている。リフレクタ７１は、複数のフラッシュランプ６９の上方にそれらの全体を被うように配設されている。
【００２３】
この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、該ガラス管の外局部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。
【００２４】
光源５と透光板６１との間には、光拡散板７２が配設されている。この光拡散板７２は、赤外線透過材料としての石英ガラスの表面に光拡散加工を施したものが使用される。
【００２５】
フラッシュランプ６９から放射された光の一部は直接に光拡散板７２および透光板６１を透過してチャンバー６５内へと向かう。また、フラッシュランプ６９から放射された光の他の一部は一旦リフレクタ７１によって反射されてから光拡散板７２および透光板６１を透過してチャンバー６５内へと向かう。
【００２６】
チャンバー６５内には、加熱プレート７４とサセプタ７３とが設けられている。サセプタ７３は加熱プレート７４の上面に貼着されている。加熱プレート７４およびサセプタ７３によって、チャンバー６５内にて半導体ウェハーＷを略水平姿勢にて保持する保持手段が構成されている。
【００２７】
図３は、加熱プレート７４を上面から見た図である。また、図４は、加熱プレート７４付近を図３のＶ−Ｖ線から見た断面を示す図である。なお、図３では、説明の都合上、加熱プレート７４の上部に配設された天板３７ａ（図４参照）を省略して図示している。
【００２８】
加熱プレート７４は、半導体ウェハーＷを所定の温度まで昇温する加熱部材であり、窒化アルミニウムやステンレスにて形成されている。図３および図４に示すように、加熱プレート７４は、略円盤状の形状を有し、その上面はサセプタ７３の下面とが接するように配設されている。そして、加熱プレート７４を加熱することにより、サセプタ７３の上面に保持された半導体ウェハーＷに対して、フラッシュランプ６９によるフラッシュ加熱に先立って当該半導体ウェハーＷを予め所定の温度に保持する予備加熱（アシスト加熱）を行うことができる。
【００２９】
また、図３および図４に示すように、加熱プレート７４は、短軸方向に分割され、熱エネルギーを発生する複数（本実施の形態では３つ）の加熱部３１、３２、３３から構成されている。すなわち、加熱プレート７４の内部は、複数（本実施の形態では２つ）の内壁３５、３６によって複数（本実施の形態では３つ）の内部領域３１ａ、３２ａ、３３ａに分割されている。そして、これら内部領域３１ａ、３２ａ、３３ａが、それぞれ半導体ウェハーＷを加熱する第１の加熱部３１、第２の加熱部３２、第３の加熱部３３の要部に相当する。
【００３０】
第１の内壁３５は、加熱プレート７４内部の最も内側に配設された略円筒状の部材である。そして、加熱プレート７４の内部空間のうち、サセプタ７３の下面と接する加熱プレート７４の天板３７ａと、加熱プレート７４の底部に配設された底板３７ｂと、当該第１の内壁３５の内周部とによって囲まれる略円盤状の内部領域３１ａは、第１の加熱部３１を形成する。
【００３１】
第１の加熱部３１の内部領域３１ａには、熱伝導部材として窒化アルミニウムやステンレスが充填されており、それらに内蔵する形態や、形成された溝に配置する形態で熱エネルギーを発生する発熱体３８ａが配設されている。なお、熱伝導部材は、内壁、天板、底板と同じ材質が選択される。
【００３２】
発熱体３８ａは、フィラメント等の線状の発熱素子によって構成されており、内部領域３１ａに所定の長さＬだけ内部領域３１ａの中心部から第１の内壁３５内周部に向けて渦巻き状に配設されている。したがって発熱体３８ａは、その両端に印加された電圧に応じた熱エネルギーを発生することとなる。そして、発生した熱エネルギーは第１の加熱部３１の上部を形成する天板３７ａを介してサセプタ７３の上面に載置された半導体ウェハーＷを加熱するのに使用される。すなわち、第１の加熱部３１は、加熱プレート７４の中心部に配設され、半導体ウェハーＷの中心部を略円形状に加熱する中心加熱部として使用される。
【００３３】
なお、内部領域３１ａには、第１の加熱部３１の温度を検出するためのセンサ（図示省略）が取りつけられている。そのため、当該センサによって検出された温度に基づいて発熱体３８ａに印加する電圧を制御することができる。
【００３４】
第２の内壁３６は、加熱プレート７４の内部に配設された略円筒部材であり、第１の内壁３５と加熱プレート７４の側壁３７ｃとの間に配設されている。そして、加熱プレート７４の内部空間のうち、天板３７ａと、底板３７ｂと、第１の内壁３５の外周部と当該第２の内壁３６の内周部とによって囲まれる略ドーナツ形状の内部領域３２ａは、第２の加熱部３２を形成する。
【００３５】
第２の加熱部３２の内部領域３２ａには、第１の加熱部３１と同様に、熱伝導部材と熱エネルギーを発生する発熱体３８ｂとが配設されている。発熱体３８ｂは、発熱体３８ａと略同一な断面積（より正確には、長さ方向に垂直な方向の断面積）を有し、発熱体３８ａと同様な材料によって形成された線状の発熱素子（例えば、フィラメント）によって構成されている。そして、発熱体３８ｂは、内部領域３２ａに発熱体３８ａと同じ長さＬだけ、第１の内壁３５の外周部付近から第２の内壁３６の内周部に向けて渦巻き状に配設されている。
【００３６】
したがって、発熱体３８ｂの両端に印加される電圧値と、発熱体３８ａの両端に印加される電圧値とを同一にすると、発熱体３８ｂにて発生する発熱量は発熱体３８ａのものと略同一になる。一方、発熱体３８ｂの両端に印加される電圧値を、発熱体３８ａの両端に印加される電圧値と異なる値に設定すると、発熱体３８ｂにて発生する発熱量を発熱体３８ａおよび発熱体３８ｃのそれぞれで発生する発熱量と異なったものとすることができ、発熱体３８ｂにて発生する発熱量を独立して個別的に制御することもできる。
【００３７】
そして、発熱体３８ｂで発生した熱エネルギーは、発熱体３８ａで発生する熱エネルギーと同様に、第２の加熱部３２の上部を形成する天板３７ａを介してサセプタ７３の上面に載置された半導体ウェハーＷを加熱するのに使用される。すなわち、第２の加熱部３２は、第１の加熱部３１の外側に同心円状に配設され、半導体ウェハーＷの中心部より外側部分を略ドーナツ形状に加熱する外側加熱部として使用される。
【００３８】
なお、内部領域３２ａには、内部領域３１ａと同様に、第２の加熱部３２の温度を検出するためのセンサ（図示省略）が取りつけられている。そのため、当該センサによって検出された温度に基づいて発熱体３８ｂに印加する電圧を制御することができる。
【００３９】
また、加熱プレート７４の内部空間のうち、天板３７ａと、底板３７ｂと、第２の内壁３６の外周部と、側壁３７ｃの内周部とによって囲まれる略ドーナツ形状の内部領域３３ａは、第３の加熱部３３を形成する。
【００４０】
第３の加熱部３３の内部領域３３ａには、第１の加熱部３１および第２の加熱部３２と同様に、熱伝導部材と熱エネルギーを発生する発熱体３８ｃとが配設されている。発熱体３８ｃは、発熱体３８ａおよび発熱体３８ｂと略同一な断面積（より正確には、長さ方向に垂直な方向の断面積）を有し、発熱体３８ａおよび発熱体３８ｂと同様な材料によって形成された線状の発熱素子（例えば、フィラメント）によって構成されている。そして、当該発熱体３８ｃは、内部領域３３ａに発熱体３８ａ、３８ｂと同じ長さＬだけ、第２の内壁３６の外周部付近から側壁３７ｃの内周部に向けて渦巻き状に配設されている。
【００４１】
したがって、発熱体３８ｃの両端に印加される電圧値と、発熱体３８ａおよび発熱体３８ｂの両端にそれぞれ印加される電圧値とを同一にすると、発熱体３８ｃにて発生する熱エネルギーは、発熱体３８ａ、３８ｂのそれぞれから発生する熱エネルギーと略同一になる。一方、発熱体３８ｂの両端に印加される電圧値を、発熱体３８ａおよび発熱体３８ｃの両端にそれぞれ印加される電圧値と異なる値に設定すると、発熱体３８ｂにて発生する発熱量を発熱体３８ａおよび発熱体３８ｃのそれぞれで発生する発熱量と異なったものとすることができ、発熱体３８ｂにて発生する発熱量を独立して個別的に制御することもできる。
【００４２】
そして、発熱体３８ｃで発生した熱エネルギーは、発熱体３８ａ、３８ｂのそれぞれで発生した熱エネルギーと同様に、第３の加熱部３３の上部を形成する天板３７ａを介してサセプタ７３の上面に載置された半導体ウェハーＷを加熱するのに使用される。すなわち、第３の加熱部３３は、第２の加熱部３２と同様に、第１の加熱部３１の外側に同心円状に配設され、半導体ウェハーＷの中心部より外側部分を略ドーナツ形状に加熱する外側加熱部として使用される。
【００４３】
なお、内部領域３３ａには、内部領域３１ａおよび内部領域３２ａと同様に、第３の加熱部３３の温度を検出するためのセンサ（図示省略）が取りつけられている。そのため、当該センサによって検出された温度に基づいて発熱体３８ｃに印加する電圧を制御することができる。
【００４４】
ここで、本実施の形態において、第１の内壁３５および第２の内壁３６は、内部領域３１ａの断面（すなわち、第１の内壁３５によって囲まれる略円形の断面）の水平断面積と、内部領域３２ａの断面（すなわち、第１の内壁３５および第２の内壁３６によって囲まれる略ドーナツ形状の断面）の水平断面積と、内部領域３３ａの断面（すなわち、第２の内壁３６および側壁３７ｃによって囲まれる略ドーナツ形状の断面）の水平断面積とが略同一となるように、加熱プレート７４の内部にそれぞれ配設されている。ここにおいて、水平方向は天板３７ａの方向に相当するから、一般的には、複数の内部領域３１ａ、３２ａ、３３ａは天板３７ａに平行な方向についての断面積が同一とされていることになる。そして、半導体ウェハーＷに対向する天板３７ａの加熱面３７１ａも第１の加熱部３１、第２の加熱部３２、および第３の加熱部３３に相当して、その表面積が同一とされていることになる。また、上述のように、発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれの両端に同一の電圧を印加すると、各発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれから発生する熱エネルギー量は略同一となる。また、各加熱部３１〜３３は、その高さ方向の長さ、すなわち、短軸方向の幅が同一とされている。
【００４５】
したがって、第１の加熱部３１の発熱体３８ａから天板３７ａの加熱面３７１ａから半導体ウェハーＷに伝達される単位面積当たりの熱エネルギー量と、第２の加熱部３２の発熱体３８ｂから天板３７ａの加熱面３７１ａから半導体ウェハーＷに伝達される単位面積当たりの熱エネルギー量と、第３の加熱部３３の発熱体３８ｃから天板３７ａの加熱面３７１ａから半導体ウェハーＷに伝達される単位面積当たりの熱エネルギー量とは、略同一となる。
【００４６】
これにより、加熱プレート７４の天板３７ａの上面からは、均一に熱エネルギーを伝達することができる。すなわち、天板３７ａの上面は、その上に載置されるものを均一に加熱する加熱面としての機能を有する。そのため、半導体ウェハーＷの各部は加熱プレート７４からサセプタ７３を介して均一に熱エネルギーを受け取ることができ、半導体ウェハーＷ全体を均一に加熱して昇温することができる。
【００４７】
また、上述のように、各発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃの両端に同一電圧を印加するだけで、加熱プレート７４の天板３７ａから均一に熱エネルギーを伝達することができる。すなわち、各発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれの両端に印加する電圧値を調整することなく、天板３７ａから均一に熱エネルギーを伝達することができる。その結果、加熱プレート７４から均一に熱エネルギーを伝達する場合、各発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれに印加する電圧を調整するための装置（例えば、トランス）を設けたり、各発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれに印加される電圧を個別に制御する必要がなく、制御部１０の処理コストを軽減することができる。
【００４８】
図５は、半導体ウェハーＷを配置したときの、天板３７ａ上の各部分３１ｂ、３２ｂ、３３ｂと半導体ウェハーＷの位置関係とを示す図である。なお、説明の都合上、図５では加熱プレート７４の上部に配置されるサセプタ７３の図示を省略している。
【００４９】
ところで、フラッシュ加熱に先立って行われる半導体ウェハーＷの予備加熱において、予備加熱された半導体ウェハーＷから放射される熱によって当該半導体ウェハーＷ付近の雰囲気が加熱されて熱対流が発生し、この対流の影響により半導体ウェハーＷの中央部と半導体ウェハーＷの周縁部とで放熱量が相違することにより、半導体ウェハーＷの温度分布が不均一になる場合がある。
【００５０】
しかし、本実施の形態の加熱プレート７４では、第１の加熱部３１の発熱体３８ａ、第２の加熱部３２の発熱体３８ｂおよび第３の加熱部３３の発熱体３８ｃのそれぞれに印加される電圧を個別に制御することにより、半導体ウェハーＷの中央部における放熱量と半導体ウェハーＷの外周部における放熱量との相違を略同心円状に補償することができる。
【００５１】
すなわち、発熱体３８ａは、天板３７ａのうち内部領域３１ａの直上に位置する略円形の部分（破線３９ａの内側部分：図５参照）３１ｂに熱エネルギーを供給することができる。また、同様に、発熱体３８ｂは、天板３７ａのうち内部領域３２ａの直上に位置する略ドーナツ形状の部分（破線３９ａおよび破線３９ｂによって囲まれる部分）３２ｂに熱エネルギーを供給することができる。さらに、発熱体３８ｃは、天板３７ａのうち内部領域３３ａの直上に位置する略ドーナツ形状の部分（破線３９ｂおよび側壁３７ｃを示す実線によって囲まれる部分）３３ｂに熱エネルギーを供給することができる。
【００５２】
これにより、発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれに印加する電圧を個別に制御することによって、略円形の半導体ウェハーＷの中央部付近（部分３１ｂ）と半導体ウェハーＷの周縁部付近（部分３２ｂ、３３ｂ）とで、供給する熱エネルギーを個別に設定することができる。そのため、半導体ウェハーＷの中央部付近と周縁部付近との放熱量の相違を考慮した熱エネルギーを供給することができ、半導体ウェハーＷを均一に加熱することができる。なお、本実施の形態において、発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれに印加する電圧値の制御は、位相制御によって行っている。
【００５３】
サセプタ７３は、半導体ウェハーＷを位置決めして保持するとともに、加熱プレート７４からの熱エネルギーを拡散して半導体ウェハーＷを均一に予備加熱するためのものである。このサセプタ７３の材質としては、窒化アルミニウムや石英等の比較的熱伝導率が小さいものが採用される。サセプタ７３の詳細についてはさらに後述する。
【００５４】
サセプタ７３および加熱プレート７４は、モータ４０の駆動により、図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降する構成となっている。
【００５５】
すなわち、加熱プレート７４は、筒状体４１を介して移動板４２に連結されている。この移動板４２は、チャンバー６５の底板６２に釣支されたガイド部材４３により案内されて昇降可能となっている。また、ガイド部材４３の下端部には、固定板４４が固定されており、この固定板４４の中央部にはボールネジ４５を回転駆動するモータ４０が配設されている。そして、このボールネジ４５は、移動板４２と連結部材４６、４７を介して連結されたナット４８と螺合している。このため、サセプタ７３および加熱プレート７４は、モータ４０の駆動により、図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降することができる。
【００５６】
図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置は、図示しない搬送ロボットを使用して開口部６６から搬入した半導体ウェハーＷを支持ピン７０上に載置し、あるいは、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷを開口部６６から搬出することができるように、サセプタ７３および加熱プレート７４が下降した位置である。この状態においては、支持ピン７０の上端は、サセプタ７３および加熱プレート７４に形成された貫通孔を通過し、サセプタ７３の表面より上方に突出する。
【００５７】
一方、図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置は、半導体ウェハーＷに対して熱処理を行うために、サセプタ７３および加熱プレート７４が支持ピン７０の上端より上方に上昇した位置である。サセプタ７３および加熱プレート７４が図１の搬入・搬出位置から図２の熱処理位置に上昇する過程において、支持ピン７０に載置された半導体ウェハーＷはサセプタ７３によって受け取られ、その下面をサセプタ７３の表面に支持されて上昇し、チャンバー６５内の透光板６１に近接した位置に水平姿勢にて保持される。逆に、サセプタ７３および加熱プレート７４が熱処理位置から搬入・搬出位置に下降する過程においては、サセプタ７３に支持された半導体ウェハーＷは支持ピン７０に受け渡される。
【００５８】
半導体ウェハーＷを支持するサセプタ７３および加熱プレート７４が熱処理位置に上昇した状態においては、それらに保持された半導体ウェハーＷと光源５との間に透光板６１が位置することとなる。なお、このときのサセプタ７３と光源５との間の距離についてはモータ４０の回転量を制御することにより任意の値に調整することが可能である。
【００５９】
また、チャンバー６５の底板６２と移動板４２との間には筒状体４１の周囲を取り囲むようにしてチャンバー６５を気密状体に維持するための伸縮自在の蛇腹７７が配設されている。サセプタ７３および加熱プレート７４が熱処理位置まで上昇したときには蛇腹７７が収縮し、サセプタ７３および加熱プレート７４が搬入・搬出位置まで下降したときには蛇腹７７が伸長してチャンバー６５内の雰囲気と外部雰囲気とを遮断する。
【００６０】
チャンバー６５における開口部６６と反対側の側板６３には、開閉弁８０に連通接続された導入路７８が形成されている。この導入路７８は、チャンバー６５内に処理に必要なガス、例えば不活性な窒素ガスを導入するためのものである。一方、側板６４における開口部６６には、開閉弁８１に連通接続された排出路７９が形成されている。この排出路７９は、チャンバー６５内の気体を排出するためのものであり、開閉弁８１を介して図示しない排気手段と接続されている。
【００６１】
制御部１０は、プログラムや変数等を格納するメモリ１１と、メモリ１１に格納されたプログラムに従った制御を実行するＣＰＵ１２とを備えている。ＣＰＵ１２は、メモリ１１に格納されているプログラムに従って、発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃに印加する電圧制御や、モータ４０の回転制御、開閉弁８０、８１の開閉制御等を所定のタイミングで行う。
【００６２】
＜２．熱処理動作＞
次に、本発明にかかる熱処理装置による半導体ウェハーＷの熱処理動作について説明する。この熱処理装置において処理対象となる半導体ウェハーＷは、イオン注入後の半導体ウェハーである。
【００６３】
この熱処理装置においては、サセプタ７３および加熱プレート７４が図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置に配置された状態にて、図示しない搬送ロボットにより開口部６６を介して半導体ウェハーＷが搬入され、支持ピン７０上に載置される。半導体ウェハーＷの搬入が完了すれば、開口部６６がゲートバルブ６８により閉鎖される。しかる後、サセプタ７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動により図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇し、半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持する。また、開閉弁８０および開閉弁８１を開いてチャンバー６５内に窒素ガスの気流を形成する。
【００６４】
サセプタ７３および加熱プレート７４は、加熱プレート７４に内蔵されたヒータの作用により予め所定温度に加熱されている。このとき、第１の加熱部３１の発熱体３８ａ、第２の加熱部３２の発熱体３８ｂ、および、第３の加熱部３３の発熱体３８ｃのそれぞれには同一の電圧値が印加されており、加熱プレート７４の天板３７ａからサセプタ７３に向けて、熱エネルギーが均一に供給されている。そのため、サセプタ７３および加熱プレート７４が半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇した状態においては、半導体ウェハーＷが加熱状態にあるサセプタ７３と接触することにより予備加熱され、半導体ウェハーＷの温度が次第に上昇する。
【００６５】
この状態においては、半導体ウェハーＷはサセプタ７３を介して均一に加熱され続ける。そのため、半導体ウェハーＷ全体の温度分布を均一にしつつ、当該半導体ウェハーＷを昇温することができる。そして、半導体ウェハーＷの温度上昇時には、図示しない温度センサにより、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを常に監視する。
【００６６】
なお、この予備加熱温度Ｔ１は、例えば２００℃ないし６００℃程度の温度である。半導体ウェハーＷをこの程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱したとしても、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散してしまうことはない。
【００６７】
また、予備加熱において、第１の加熱部３１の発熱体３８ａ、第２の加熱部３２の発熱体３８ｂ、および第３の加熱部３３の発熱体３８ｃのそれぞれに同一電圧を印加することにより、加熱プレート７４の天板３７ａからサセプタ７３を介して与えられる単位面積当たり（より正確には、天板３７ａの加熱面３７１ａに平行な面についての単位面積当たり）の熱エネルギーを略同一にすることができる。そのため、半導体ウェハーＷを均一に加熱することができる。
【００６８】
さらに、予備加熱によって半導体ウェハーＷ付近の雰囲気が加熱されて対流が発生して半導体ウェハーＷの中央部と周縁部とで放熱量が異なる場合であっても、発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれに印加する電圧値を調整することにより、略同心円状に半導体ウェハーＷを加熱することができる。そのため、半導体ウェハーＷの中央部の放熱量と周縁部の放熱量の相違を補償することができ、半導体ウェハーＷを均一に昇温することができる。
【００６９】
やがて、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達すると、フラッシュランプ６９を点灯してフラッシュ加熱を行う。このフラッシュ加熱工程におけるフラッシュランプ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。このように、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、極めて強い閃光が照射されることになる。
【００７０】
このようなフラッシュ加熱により、半導体ウェハーＷの表面温度は瞬間的に温度Ｔ２に到達する。この温度Ｔ２は、１０００℃ないし１１００℃程度の半導体ウェハーＷのイオン活性化処理に必要な温度である。半導体ウェハーＷの表面がこのような処理温度Ｔ２にまで昇温されることにより、半導体ウェハーＷ中に打ち込まれたイオンが活性化される。
【００７１】
このとき、半導体ウェハーＷの表面温度が０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の極めて短い時間で処理温度Ｔ２まで昇温されることから、半導体ウェハーＷ中のイオン活性化は短時間で完了する。従って、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散することはなく、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまるという現象の発生を防止することが可能となる。なお、イオン活性化に必要な時間はイオンの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イオン活性化は完了する。
【００７２】
また、フラッシュランプ６９を点灯して半導体ウェハーＷを加熱する前に、加熱プレート７４を使用して半導体ウェハーＷの表面温度を２００℃ないし６００℃程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱していることから、フラッシュランプ６９により半導体ウェハーＷを１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度Ｔ２まで速やかに昇温させることが可能となる。
【００７３】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、サセプタ７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動により図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置まで下降するとともに、ゲートバルブ６８により閉鎖されていた開口部６６が解放される。サセプタ７３および加熱プレート７４が下降することにより、サセプタ７３から支持ピン７０に半導体ウェハーＷが受け渡される。そして、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷが図示しない搬送ロボットにより搬出される。以上のようにして、一連の熱処理動作が完了する。
【００７４】
＜３．熱処理装置の利点＞
以上のように、本実施の形態の熱処理装置では、加熱プレート７４を構成する複数の加熱部３１、３２、３３のそれぞれに配設された発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃに同一の電圧を印加することにより、加熱プレート７４の加熱面３７１ａからサセプタ７３を介して半導体ウェハーＷに熱エネルギーを均一に与えることができる。そのため、発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃのそれぞれに印加する電圧値を制御することなく半導体ウェハーＷを均一に加熱することができ、制御部１０の処理コストを低減することができる。
【００７５】
また、本実施の形態の加熱プレート７４は、略同心円状に配設された第１の加熱部３１、第２の加熱部３２、および第３の加熱部３３から構成されており、半導体ウェハーＷを略同心円状に加熱することができる。これにより、半導体ウェハーＷ付近に生ずる対流によって当該半導体ウェハーＷの中央部と周縁部とで放熱量が相違する場合であっても、発熱体３８ａ、発熱体３８ｂ、および発熱体３８ｃに印加される電圧を制御することにより、この放熱量の相違を補償することができる。そのため、良好に半導体ウェハーＷを加熱することができる。
【００７６】
＜４．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。
【００７７】
（１）  本実施の形態の加熱プレート７４は、フラッシュ加熱を行う熱処理装置において、半導体ウェハーＷを予め所定の温度に予備加熱するための加熱装置として使用されているが、これに限定されるものでなく、例えば、ＣＶＤ等の成膜処理やレジスト塗布処理において半導体ウェハーＷを加熱するための加熱装置として使用してもよい。
【００７８】
（２）  また、本実施の形態では、発熱体３８ａ、３８ｂ、３８ｃとして線状の発熱素子を採用しているが、これに限定されるものでなく、例えば、例えば、セラミックス等によって形成された板状の発熱素子であってもよい。この場合、第１の加熱部３１、第２の加熱部３２、および第３の加熱部３３のそれぞれに配設される板状の発熱体は、略同一面積の熱放射面を有し、同一電圧を印加することによって略同一のエネルギーを発生する発熱素子であることが好ましい。これにより、加熱面３７１ａからサセプタ７３を介して半導体ウェハーＷに対して均一な熱エネルギーを与えることができ、半導体ウェハーＷを均一に加熱することができる。
【００７９】
（３）  また、本実施の形態において、加熱プレート７４は、第１の加熱部３１、第２の加熱部３２、および第３の加熱部３３の３つに略同心円状に分割されているが、これに限定されるものでなく、第１の加熱部３１の外側にドーナツ形状を有する外側加熱部（例えば、第２の加熱部３２、第３の加熱部３３）が、１つまたは３つ以上、同心円状に配置されていればよい。これにより、半導体ウェハーＷ付近の対流の影響によって半導体ウェハーＷの中央部と周縁部とで放熱量が異なった場合であっても、放熱量の相違を略同心円状に補償することができ、半導体ウェハーＷを均一に昇温することができる。
【００８０】
ただし、加熱プレート７４を構成する加熱部の数が増加すると、当該加熱部の数の増加に応じて、各加熱部の調整やメンテナンスのために必要となる工数が増加する。したがって、加熱プレート７４を構成する加熱部の数は、「２」から「４」の範囲にすること、すなわち、加熱プレート７４の中央部に配置された略円筒状の加熱部を除いた加熱部（換言すると、略ドーナツ形状の外側加熱部）の数は、「１」から「３」の範囲にすることが好ましい。
【００８１】
【発明の効果】
請求項１および請求項３ないし請求項６に記載の発明によれば、加熱面における中心加熱部の表面積と外側加熱面の表面積とを略同一であることにより、第１の発熱体からの熱エネルギーと第２の発熱体からの熱エネルギーとを略同一にすると、中心加熱部から加熱面に与える単位面積当たりの熱エネルギーと、外側加熱部から加熱面に与える単位面積当たりの熱エネルギーとを略同一にすることできる。そのため、加熱面から当該加熱面に保持された基板に対して均一に熱エネルギーを与えることができ、基板を均一に加熱することができる。
【００８２】
また、請求項２から請求項６に記載の発明によれば、第１の内部領域の断面積と第２の内部領域の断面積とが略同一であることにより、第１の発熱体からの熱エネルギーと第２の発熱体からの熱エネルギーとを略同一にすると、中心加熱部から加熱面に与える単位面積当たりの熱エネルギーと、外側加熱部から加熱面に与える単位面積当たりの熱エネルギーとを略同一にすることできる。そのため、加熱面から当該加熱面に保持された基板に対して均一に熱エネルギーを与えることができ、基板を均一に加熱することができる。
【００８３】
特に、請求項３に記載の発明によれば、第１の内部領域に配設される第１の発熱体と第２の内部領域に配設される第２の発熱体とは、それぞれ略同一の断面積と略同一の長さを有する発熱部材によって構成されいる。したがって、第１の発熱体および第２の発熱体のそれぞれに同一の電圧を印加することによって、第１の発熱体から加熱面に与えられる単位面積当たりの熱エネルギーと第２の発熱体から加熱面に与えられる単位面積当たりの熱エネルギーとを略同一にすることができる。
【００８４】
すなわち、第１の発熱体に印加する電圧と第２の発熱体に印加する電圧とを異なった値にすることなく、加熱面から基板に対して与えられる単位面積当たりの熱エネルギーを略同一にすることができる。そのため、第１の発熱体および第２の発熱体のそれぞれについて、印加電圧を調整するための特別な制御を行うことなく基板を均一に加熱することができる。
【００８５】
特に、請求項４に記載の発明によれば、加熱面のうち中心加熱部から熱エネルギーを受ける部分と、加熱面のうち外側加熱部から熱エネルギーを受ける部分とで放熱量が異なる場合であっても、第１の発熱体での発熱量と第２の発熱体での発熱量とを個別に制御することにより、基板に与えられる単位面積当たりの熱エネルギーを略同一に維持することができる。そのため、加熱面からの放熱量が均一とならない場合であっても、基板を均一に加熱することができる。
【００８６】
特に、請求項５に記載の発明によれば、加熱面のうち中心加熱部および複数の外側加熱部のそれぞれと対応する部分の放熱量に応じて、当該中心加熱部および複数の外側加熱部からの発熱量を制御し、当該加熱面をさらに区分して加熱することができる。そのため、加熱面からの放熱量が均一とならない場合であっても、基板をさらに均一に加熱することができる。
【００８７】
特に、請求項６に記載の発明によれば、加熱面を区分的に加熱して基板をさらに均一加熱することができるとともに、外側加熱部を調整するのに必要となる手間および時間を低減することができる。
【００８８】
また、請求項７に記載の発明によれば、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の加熱装置をフラッシュランプの閃光による熱処理を施す前に行う予備加熱に使用して当該基板を均一に加熱することができる。そのため、フラッシュランプの閃光によって基板全体を均一に所定の温度まで昇温することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図２】本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図３】図１および図２に示す熱処理装置の加熱プレートの上面図である。
【図４】図３の加熱プレート付近をＶ−Ｖ線から見た断面を示す図である。
【図５】図１および図２に示す熱処理装置の加熱プレートの上面図である。
【符号の説明】
１  熱処理装置
５  光源
１０  制御部
３１  第１の加熱部
３２  第２の加熱部
３３  第３の加熱部
３５  第１の内壁
３６  第２の内壁
３７ａ  天板
３７１ａ  加熱面
３７ｂ  底板
３７ｃ  側壁
３８  発熱体
４０  モータ
６５  チャンバー
６９  フラッシュランプ
７０  支持ピン
７１  リフレクタ
７３  サセプタ
７４  加熱プレート
Ｗ  半導体ウェハー
【図１】
2004303921.tif 000003
【図２】
2004303921.tif 000004
【図３】
2004303921.tif 000005
【図４】
2004303921.tif 000006
【図５】
2004303921.tif 000007