(57)【要約】【課題】熱処理時の基板の割れを防止することができる熱処理用サセプタおよび熱処理装置を提供する。【解決手段】サセプタ７３には、第１テーパ面９５および第２テーパ面９３からなる二段傾斜面を有する凹部９７が形成されている。第１テーパ面９５の勾配αを５°以上３０°未満とすることにより、サセプタ７３が半導体ウェハーＷを受け取ったときに第１テーパ面９５によって半導体ウェハーＷを載置面９９上に位置決めすることができるとともに、閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張したときにも半導体ウェハーＷに過大な応力を与えることを抑制して熱処理時の半導体ウェハーＷの割れを防止することができる。また、第２テーパ面９３の勾配βを４５°以上９０°以下とすることによってサセプタ７３からの半導体ウェハーＷの飛び出しを確実に防止することができる。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理を行うときに処理対象となる基板を保持する熱処理用サセプタであって、
前記基板の平面サイズ以上の領域を有する平坦な載置面と、
前記載置面の周縁部を環囲して前記載置面を規定する第１テーパ面と、
前記第１テーパ面の周縁部を環囲する第２テーパ面と、を備え、
前記第１テーパ面の下端部が前記載置面の前記周縁部に連接され、前記第２テーパ面の下端部が前記第１テーパ面の上端部に連接されるとともに、前記第１テーパ面は上方に向けて広くなるように形成され、前記第２テーパ面の上端部によって規定される開口は前記載置面よりも広く、前記載置面に対する前記第２テーパ面の勾配が前記第１テーパ面よりも大きいことを特徴とする熱処理用サセプタ。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理用サセプタにおいて、
前記載置面に対する前記第１テーパ面の勾配は５°以上３０°未満であることを特徴とする熱処理用サセプタ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の熱処理用サセプタにおいて、前記第１テーパ面の表面平均粗さは１．６μｍ以下であることを特徴とする熱処理用サセプタ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理用サセプタにおいて、
前記載置面に対する前記第２テーパ面の勾配は４５°以上９０°以下であることを特徴とする熱処理用サセプタ。
【請求項５】
基板に対して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、
複数のランプを有する光源と、
前記光源の下方に設けられ、前記光源から出射された光を透過するチャンバー窓を上部に備えるチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を略水平姿勢にて保持する保持手段と、を備え、
前記保持手段は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理用サセプタを有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項５記載の熱処理装置において、
前記複数のランプのそれぞれはキセノンフラッシュランプであり、
前記保持手段は、保持する基板を予備加熱するアシスト加熱手段をさらに有す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、半導体ウェハー等の基板を熱処理するときにその処理対象となる基板を保持する熱処理用サセプタおよびその熱処理用サセプタを備えた熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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等の熱処理装置が使用されている。
このような熱処理装置においては、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】
しかしながら、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する熱処理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イオンのプロファイルがなまる、すなわち、熱によりイオンが拡散してしまう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、半導体ウェハーの表面にイオンを高濃度で注入しても、注入後のイオンが拡散してしまうことから、イオンを必要以上に注入しなければならないという問題が生じていた。
【０００４】
上述した問題を解決するため、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（例えば、特許文献１，２参照）。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、イオンが拡散するための十分な時間がないため、半導体ウェハーに打ち込まれたイオンのプロファイルをなまらせることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。
【０００５】
また、光照射による加熱方式に限らず、一般に熱処理装置においては、耐熱性に優れたサセプタに基板を保持させた状態にて熱処理が行われることが多い（例えば、特許文献３，４参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５９−１６９１２５号公報
【特許文献２】
特開昭６３−１６６２１９号公報
【特許文献３】
特開平１０−７４７０５号公報
【特許文献４】
特開２０００−３５５７６６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、キセノンフラッシュランプは極めて高いエネルギーを有する光を瞬間的に半導体ウェハーに照射するため、一瞬で半導体ウェハーの表面温度が急速に上昇し、照射する光のエネルギーがある閾値を超えると急速な表面の熱膨張によって半導体ウェハーが高い確率で割れることとなる。このため、実際に熱処理を行うときには、上記閾値未満のある程度余裕（プロセスマージン）を持たせたエネルギーの光を照射するようにしている。
【０００８】
しかしながら、サセプタに半導体ウェハーを保持させた状態にてキセノンフラッシュランプからの閃光照射によって該ウェハーを加熱したときには、上記閾値未満のエネルギーの閃光を照射したとしても、半導体ウェハーが割れることがあった。これは、一瞬の閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張して半導体ウェハーが凸状に反ろうとしたときに、ウェハー端部がサセプタのポケット縁や位置決めピンに接触していたりすると、その接触部に大きな力が加わる一方で、そのような応力を緩和すべくウェハーがサセプタ上を滑って移動する時間的余裕がないためである。その結果、上記閾値未満のエネルギーの閃光を照射したときであっても、半導体ウェハーの端部が何かに接触していると瞬間的な熱膨張時にそこから受ける応力によってウェハーが割れることとなっていたのである。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱処理時の基板の割れを防止することができる熱処理用サセプタおよび熱処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【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、熱処理を行うときに処理対象となる基板を保持する熱処理用サセプタにおいて、前記基板の平面サイズ以上の領域を有する平坦な載置面と、前記載置面の周縁部を環囲して前記載置面を規定する第１テーパ面と、前記第１テーパ面の周縁部を環囲する第２テーパ面と、を備え、前記第１テーパ面の下端部を前記載置面の前記周縁部に連接し、前記第２テーパ面の下端部を前記第１テーパ面の上端部に連接するとともに、前記第１テーパ面を上方に向けて広くなるように形成し、前記第２テーパ面の上端部によって規定される開口を前記載置面よりも広く、前記載置面に対する前記第２テーパ面の勾配を前記第１テーパ面よりも大きくしている。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明にかかる熱処理用サセプタにおいて、前記載置面に対する前記第１テーパ面の勾配を５°以上３０°未満としている。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明にかかる熱処理用サセプタにおいて、前記第１テーパ面の表面平均粗さを１．６μｍ以下としている。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明にかかる熱処理用サセプタにおいて、前記載置面に対する前記第２テーパ面の勾配を４５°以上９０°以下としている。
【００１４】
また、請求項５の発明は、基板に対して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、複数のランプを有する光源と、前記光源の下方に設けられ、前記光源から出射された光を透過するチャンバー窓を上部に備えるチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を略水平姿勢にて保持する保持手段と、を備え、前記保持手段に、請求項１から請求項４のいずれかの発明にかかる熱処理用サセプタを有させている。
【００１５】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明にかかる熱処理装置において、前記複数のランプのそれぞれをキセノンフラッシュランプとし、前記保持手段に、保持する基板を予備加熱するアシスト加熱手段をさらに有させている。
【００１６】
【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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
加熱プレート７４は、半導体ウェハーＷを予備加熱（アシスト加熱）するためのものである。この加熱プレート７４は、窒化アルミニウムにて構成され、その内部にヒータと該ヒータを制御するためのセンサとを収納した構成を有する。一方、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
サセプタ７３についてさらに説明を続ける。図３および図４は、それぞれサセプタ７３の側断面図および平面図である。本実施形態のサセプタ７３は、円盤形状の部材に上面視円形の凹部９７を形成して構成されている。この凹部９７が半導体ウェハーＷを位置決めしてサセプタ７３上に保持するために機能するものである。
【００３４】
サセプタ７３の載置面９９は凹部９７の底面である。載置面９９は、半導体ウェハーＷの径よりも若干大きな径を有する円形の平面であり、すなわち半導体ウェハーＷの平面サイズ以上の領域を有する平坦な面である。この凹部９７の底面である載置面９９の周縁部を環囲するように第１テーパ面９５が形成されている。第１テーパ面９５の下端部９５ａは載置面９９の周縁部と連接されており、見方を変えれば第１テーパ面９５によって載置面９９が規定されていることとなる。なお、載置面９９は、サセプタ７３全体から見て平面であれば良く、熱処理時の半導体ウェハーＷの温度分布均一性を向上させるために数十μｍ程度の微細な凹凸を設けた面であっても良い。
【００３５】
また、第１テーパ面９５の周縁部を環囲するように第２テーパ面９３が形成されている。すなわち、凹部９７の周縁部は二段傾斜面となっており、その下段が第１テーパ面９５であり、上段が第２テーパ面９３である。第２テーパ面９３の下端部９３ａは第１テーパ面９５の上端部９５ｂと連接されている。第１テーパ面９５の上端部９５ｂによって規定される円形の開口部分は載置面９９に平行であって、その直径は載置面９９の径よりも大きい。つまり、テーパ面９５は上方に向けて広くなるように形成されているのである。
【００３６】
一方、第２テーパ面９３の上端部９３ｂはサセプタ７３の周縁面９１と連接されている。周縁面９１は、円環形状の平面であって、載置面９９に平行である。
周縁面９１の内径は載置面９９の径よりも大きい。つまり、第２テーパ面９３の上端部９３ｂによって規定される円形の開口部分は載置面９９よりも広い。
【００３７】
そして、凹部９７を形成するための二段傾斜面の下段である第１テーパ面９５の載置面９９に対する勾配αは５°以上３０°未満であれば良く、本実施形態では１５°としている（図５参照）。また、第１テーパ面９５の表面平均粗さ（Ｒａ）は１．６μｍ以下であれば良く、本実施形態ではＲａ＝１．６μｍとしている。さらに、凹部９７を形成するための二段傾斜面の上段である第２テーパ面９３の載置面９９に対する勾配βは第１テーパ面９５の勾配αよりも大きければ良く、好ましくは４５°以上９０°以下であり、本実施形態では７５°としている。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
ここで、サセプタ７３および加熱プレート７４が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をサセプタ７３が受け取ることとなる。
このときに、支持ピン７０からサセプタ７３に半導体ウェハーＷが移された後数秒間はサセプタ７３と半導体ウェハーＷとの間に薄い空気層が挟み込まれ、その空気層によって半導体ウェハーＷがサセプタ７３から僅かに浮上した状態となる。このような状態においては、何らかの原因（例えば、微妙な傾斜）によって半導体ウェハーＷが凹部９７内を滑るように移動し、ウェハー端部が第１テーパ面９５によって跳ね返されるという現象が数秒間繰り返される。
【００４１】
その後、やがて上記空気層が抜けることによって、サセプタ７３の凹部９７内に半導体ウェハーＷが安定して保持されることとなる。すなわち、僅かに浮上している半導体ウェハーＷが第１テーパ面９５によって位置決めされ、特別な位置決めピン等を設けなくても凹部９７の最下位置つまり載置面９９上に保持されることとなるのである。なお、載置面９９の径は半導体ウェハーＷの径よりも若干大きく、通常載置面９９上にて半導体ウェハーＷが偏心して位置決め・保持されるため、その周端部の一点が第１テーパ面９５に接触した状態で安定して保持されることとなる。また、半導体ウェハーＷが凹部９７内を滑るように移動したときに、その移動速度によっては第１テーパ面９５にウェハー端部が乗り上げるおそれもあるが、このような場合であっても第１テーパ面９５の外側にそれより急勾配の第２テーパ面９３があるため、半導体ウェハーＷがサセプタ７３から飛び出すことは防止される。
【００４２】
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。
【００４３】
この状態においては、半導体ウェハーＷはサセプタ７３により継続して加熱される。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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
サセプタ７３および加熱プレート７４が下降する過程において、サセプタ７３に保持された半導体ウェハーＷが支持ピン７０に渡されることとなる。このときに、第１テーパ面９５の載置面９９に対する勾配が比較的緩やかであるため、熱処理後の半導体ウェハーＷが第１テーパ面９５に乗り上げて位置ずれを生じた状態にて支持ピン７０に渡されるおそれがある。半導体ウェハーＷの位置ずれの程度が大きい場合には、搬送ロボットが適切に当該半導体ウェハーＷを支持ピン７０から受け取ることができなくなるという問題が生じる。ここで、本実施形態においては、第１テーパ面９５の外側にそれより急勾配の第２テーパ面９３があるため、サセプタ７３に保持された半導体ウェハーＷが支持ピン７０に渡されるときに第２テーパ面９３にまで乗り上げることはなく、その結果半導体ウェハーＷの大きな位置ずれが発生することが防止される。すなわち、第２テーパ面９３によってサセプタ７３と支持ピン７０との間のウェハー受け渡し時の半導体ウェハーＷの飛び出しを防止しているのである。
【００５１】
ところで、フラッシュランプ６９を点灯して半導体ウェハーＷを加熱する際には、一瞬の閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張して半導体ウェハーＷが凸状に反ろうとする。そして、このときに、半導体ウェハーＷの端部が位置決めピン等に接触していると、瞬間的な熱膨張時にそこから受ける応力によって半導体ウェハーＷが割れるおそれのあることは既述した通りである。
【００５２】
本実施形態においては、載置面９９に対する第１テーパ面９５の勾配αを１５°としている。上述した如く、半導体ウェハーＷは、通常その周端部の一点が第１テーパ面９５に接触した状態で安定して保持されている。ここで、第１テーパ面９５の勾配αが３０°未満であれば、図５に示す如く、半導体ウェハーＷが瞬間的に熱膨張したときであっても図中矢印ＡＲ５にて示すように、半導体ウェハーＷの端部（テーパ面９５に接触している端部）が第１テーパ面９５に対して滑ることができる。つまり、第１テーパ面９５の勾配αを３０°未満とすることにより、半導体ウェハーＷの端部が第１テーパ面９５によって拘束されることがなくなるため、フラッシュランプ６９の点灯時に半導体ウェハーＷが自由に膨張することができるのである。その結果、一瞬の閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張しても半導体ウェハーＷが第１テーパ面９５から大きな応力を受けることはなくなり、閃光照射時の半導体ウェハーＷの割れを防止することができる。
【００５３】
このような瞬間的な熱膨張時に半導体ウェハーＷの端部が第１テーパ面９５に対して滑ることができるためには、載置面９９に対する第１テーパ面９５の勾配αを３０°未満としなければならない。第１テーパ面９５の勾配αが３０°以上になると、半導体ウェハーＷの端部と第１テーパ面９５との静止摩擦力が大きくなり、瞬間的な熱膨張時に半導体ウェハーＷの端部（第１テーパ面９５に接触している端部）が滑ることができなくなり、その結果第１テーパ面９５からの拘束応力によって半導体ウェハーＷが割れるおそれがあるためである。第１テーパ面９５の勾配αが３０°未満であれば半導体ウェハーＷの端部が第１テーパ面９５に対して滑ることができ、特に勾配αが２０°未満であれば半導体ウェハーＷの端部と第１テーパ面９５との間の摩擦力が極めて小さくなり、閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張しても半導体ウェハーＷが第１テーパ面９５から受ける応力は微小なものとなるため、閃光照射時の半導体ウェハーＷの割れをより確実に防止することができる。
【００５４】
一方、載置面９９に対する第１テーパ面９５の勾配αが５°未満になると、上述したような第１テーパ面９５による半導体ウェハーＷの位置決め効果がほとんど得られなくなり、サセプタ７３が半導体ウェハーＷを受け取ったときにその半導体ウェハーＷが第２テーパ面９３に激しく衝突するおそれがある。このため、載置面９９に対する第１テーパ面９５の勾配αは５°以上とする必要があり、特に安定した半導体ウェハーＷの位置決め効果を得るためには勾配αを１０°以上とすることが好ましい。
【００５５】
また、半導体ウェハーＷの端部と第１テーパ面９５との間の摩擦力を小さくして当該端部が自由に滑れるようにするためには、第１テーパ面９５の表面性状も重要となる。すなわち、半導体ウェハーＷの端部と第１テーパ面９５との間の摩擦係数が小さいと、該端部が第１テーパ面９５に対して滑り易くなる。このため、第１テーパ面９５の表面平均粗さ（Ｒａ）は１．６μｍ以下とするのが好ましく、この範囲であれば半導体ウェハーＷの端部と第１テーパ面９５との間の摩擦力がより小さくなり、閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張しても半導体ウェハーＷが第１テーパ面９５から受ける応力がより小さくなるため、閃光照射時の半導体ウェハーＷの割れをより確実に防止することができる。このため、本実施形態においては、Ｒａ＝１．６μｍとしている。
【００５６】
以上の内容を集約すると、本発明にかかるサセプタ７３の第１テーパ面９５には半導体ウェハーＷの位置決めおよび閃光照射時の半導体ウェハーＷの割れ防止という二つの機能が与えられている。そして、これら二つの機能を両立すべく、載置面９９に対する第１テーパ面９５の勾配αを５°以上３０°未満としているのである。勾配αが５°以上あればサセプタ７３が半導体ウェハーＷを受け取ったときに第１テーパ面９５によって半導体ウェハーＷを載置面９９上に位置決めすることができ、３０°未満であれば閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張したときにも半導体ウェハーＷに過大な応力を与えることが抑制される。このような二つの機能をより効果的に得るためには、載置面９９に対する第１テーパ面９５の勾配αを１０°以上２０°未満とするのが好ましい。さらに、第１テーパ面９５の表面平均粗さ（Ｒａ）を１．６μｍ以下とすれば半導体ウェハーＷの端部と第１テーパ面９５との間の摩擦力がより小さくなり、閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張したときにも半導体ウェハーＷに過大な応力を与えることがより確実に抑制される。
【００５７】
また、上述したように、本発明にかかるサセプタ７３の第２テーパ面９３にはウェハー受け渡し時の半導体ウェハーＷの飛び出しを防止する機能が与えられている。すなわち、載置面９９に対する第１テーパ面９５の勾配αが比較的緩やかであるため、第１テーパ面９５のみではサセプタ７３から支持ピン７０に半導体ウェハーＷを渡すとき等に半導体ウェハーＷが飛び出して位置ずれを生じるおそれがあり、これを防止すべく第２テーパ面９３を形成しているのである。このような半導体ウェハーＷの飛び出しを防止するためには、載置面９９に対する第２テーパ面９３の勾配βを少なくとも載置面９９に対する第１テーパ面９５の勾配αよりも大きくする必要があり、第２テーパ面９３の勾配βは４５°以上９０°以下とするのが好ましい。この範囲であれば、半導体ウェハーＷが何らかの原因によって第１テーパ面９５に乗り上げた場合であっても、第２テーパ面９３にまで乗り上げることが不可能であり、サセプタ７３からの半導体ウェハーＷの飛び出しを確実に防止することができる。このため、本実施形態においては、載置面９９に対する第２テーパ面９３の勾配βを７５°としている。
【００５８】
なお、上述したような二段傾斜面の効果を有効に得るためには、半導体ウェハーＷがサセプタ７３に安定して保持されているときに半導体ウェハーＷの周縁部先端が第２テーパ面９３に触れないように、かつウェハー受け渡し時に半導体ウェハーＷの位置ずれが生じたとしても搬送ロボットが支持ピン７０から受け取れる範囲内に収まるように二段傾斜面を形成することが求められる。このような要求を満たすためには、載置面９９と平行な方向に沿った第１テーパ面９５の長さｄを０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とすることが必要となる。この長さｄが０．１ｍｍ未満であると、半導体ウェハーＷがサセプタ７３に安定して保持されているときに第１テーパ面９５に接触している部分のウェハー先端部が第２テーパ面９３にも接触して、瞬間的な熱膨張時にそこからの拘束応力によって半導体ウェハーＷが割れるおそれがある。一方、長さｄが５．０ｍｍより大きいと、ウェハー受け渡し時における半導体ウェハーＷの位置ずれの程度が過大になり、搬送ロボットが支持ピン７０から受け取れなくなるおそれがある。このため、載置面９９と平行な方向に沿った第１テーパ面９５の長さｄは０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とすることが必要となり、このようにすれば半導体ウェハーＷの割れ防止と飛び出し防止という二段傾斜面の効果を有効に得ることができる。
【００５９】
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。例えば、上記実施形態においては光源５に２７本のフラッシュランプ６９を備えるようにしていたが、これに限定されずフラッシュランプ６９の本数は任意のものとすることができる。
【００６０】
また、上記実施形態においては、支持ピン７０を固定するとともにサセプタ７３および加熱プレート７４自体を昇降させることによってそれらの間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行うようにしていたが、サセプタ７３および加熱プレート７４を固定して支持ピン７０を上下動させることによってそれらの間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行うようにしても良い。すなわち、サセプタ７３および加熱プレート７４と支持ピン７０とを相対的に昇降させるように構成する形態であれば良い。
【００６１】
また、上記実施形態においては、半導体ウェハーに光を照射してイオン活性化処理を行うようにしていたが、本発明にかかる熱処理装置による処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではない。例えば、窒化シリコン膜や多結晶シリコン膜等の種々のシリコン膜が形成されたガラス基板に対して本発明にかかる熱処理装置による処理を行っても良い。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、第１テーパ面が上方に向けて広くなるように形成され、第２テーパ面の上端部によって規定される開口は載置面よりも広く、載置面に対する第２テーパ面の勾配が第１テーパ面よりも大きいため、熱処理時に基板表面が急激に熱膨張したときにも基板に過大な応力が作用することを抑制して熱処理時の基板の割れを防止することができるとともに、熱処理用サセプタからの基板の飛び出しをも防止することができる。
【００６３】
また、請求項２の発明によれば、載置面に対する第１テーパ面の勾配が５°以上３０°未満であるため、基板を載置面上に適切に位置決めすることができるとともに、熱処理時に基板表面が急激に熱膨張したときにも基板に過大な応力が作用することを抑制して熱処理時の基板の割れを確実に防止することができる。
【００６４】
また、請求項３の発明によれば、第１テーパ面の表面平均粗さが１．６μｍ以下であるため、基板とテーパ面との間の摩擦力がより小さくなり、熱処理時に基板表面が急激に熱膨張したときにも基板に過大な応力が作用することをより確実に抑制することができる。
【００６５】
また、請求項４の発明によれば、載置面に対する第２テーパ面の勾配が４５°以上９０°以下であるため、第１テーパ面に基板が乗り上げたとしても第２テーパ面によって熱処理用サセプタからの基板の飛び出しを確実に防止することができる。
【００６６】
また、請求項５の発明によれば、熱処理装置の保持手段が請求項１から請求項４のいずれかの発明にかかる熱処理用サセプタを有しているため、該熱処理装置にて光照射により熱処理を行うときの基板の割れを防止することができるとともに、熱処理用サセプタからの基板の飛び出しをも防止することができる。
【００６７】
また、請求項６の発明によれば、複数のランプのそれぞれがキセノンフラッシュランプであり、保持手段が基板を予備加熱するアシスト加熱手段を有するため、キセノンフラッシュランプからの光照射により熱処理を行うときにも基板の割れを防止することができる。
【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の熱処理装置のサセプタの側断面図である。
【図４】図１の熱処理装置のサセプタの平面図である。
【図５】閃光照射時の半導体ウェハーの挙動を示す図である。
【符号の説明】
５  光源
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
９１  周縁面
９３  第２テーパ面
９５  第１テーパ面
９９  載置面
Ｗ  半導体ウェハー
α、β  勾配
【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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