(57)【要約】【課題】基板上の温度分布の面内均一性を向上させることができる熱処理装置を提供する。【解決手段】光源１０を構成す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る。そして、フラッシュランプ６９とリフレクタ７１との間隔とフラッシュランプ６９と半導体ウェハＷとの間隔との比率が１．８以下または２．２以上となるように設定した。その結果、半導体ウェハＷの主面におけるフラッシュランプ６９の鉛直方向直下の照度が弱められる一方、隣接するフラッシュランプ６９の間の鉛直方向直下の照度が強められることとなり、半導体ウェハＷの主面全体における照度ムラが低減され、半導体ウェハＷ上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。【選択図】　　　　図１
2004088052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に光を照射することにより基板を熱処理する熱処理方法において、
基板処理面上に複数の光源からの照射光を導入する主加熱工程と、
前記主加熱工程と同時に前記複数の光源からの照射光を反射鏡で反射して前記基板処理面上に導入する副加熱工程と、
を具備し、
前記主加熱工程による前記基板処理面上の光強度勾配のピークに対して前記副加熱工程による前記基板処理面上の光強度勾配のピークをずらしたことを特徴とする基板の熱処理方法。
【請求項２】
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た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、
前記光源を挟んで前記保持手段と対向し、前記光源からの照射光を反射する反射手段と、
を具備し、
前記光源から基板処理面上へ直接導入される光強度勾配のピークに対して、前記反射手段を介して導入される基板処理面上の光強度勾配のピークをずらしたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項２に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長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、前記複数のランプをランプ間に間隙を有するように前記保持手段に保持された基板と平行に一列に配置したことを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項３に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備えることを特徴とする熱処理装置。
【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た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、
前記光源を挟んで前記保持手段と対向し、前記光源からの照射光を反射する反射手段と、
を具備し、
前記反射手段と前記光源との間の距離に対する前記光源と前記保持手段に保持された基板との間の距離の比を１．８以下または２．２以上と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長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、
前記複数のランプはランプ間に間隙を有するように前記保持手段に保持された基板と平行に一列に配置され、
前記複数のランプのランプ中心と前記反射手段との間の距離に対する前記ランプ中心と前記保持手段に保持された基板との間の距離の比を１．８以下または２．２以上とすることを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項６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備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
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、
それぞれが長尺の円筒形状を有する複数の棒状ランプを互いに平行に水平方向に沿って一列に並べた光源と、
前記光源の下方に設けられた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、
前記光源を挟んで前記保持手段と対向し、前記光源からの照射光を反射する反射手段と、
を具備し、
前記保持手段に保持された基板の表面のうち前記複数の棒状ランプのそれぞれの直下における直下位置からみて当該棒状ランプと当該棒状ランプに隣接する隣接棒状ランプとの隙間から前記反射手段に前記隣接棒状ランプの像が映らないように前記反射手段、前記光源および前記保持手段に保持された基板を配置することを特徴とする熱処理装置。
【請求項９】
請求項８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】
本発明は、半導体ウェハやガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）に光を照射することにより基板を熱処理する熱処理方法および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てしまうという現象が生じることが判明した。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の表面に閃光を照射することにより、イオン注入された半導体ウェハ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】
【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
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。このようなキセノンフラッシュランプを使用する熱処理装置においては、棒状またはそれに準じる形状の複数のキセノンフラッシュランプが並設されている。それら複数のキセノンフラッシュランプと半導体ウェハとを接近させると、ウェハ面のランプ直下の部分の照度が他の部分の照度よりも高くなるため、温度分布の面内均一性が損なわれることとなる。一方、昇温時間の極めて短いキセノンフラッシュランプを使用する熱処理装置においては、従来のハロゲンランプを使用したランプアニール装置のようにウェハを回転させて照度分布の面内均一性を維持する手法を採用することができない。
【０００７】
また、ランプからの照射を有効活用する観点から、ランプに併設してリフレクタを配置しているが、このリフレクタによって反射される照度もウェハ面上で光強度勾配を有しいる。この反射光の光強度勾配とランプからの直接ウェハに照射される照射の光強度勾配の振幅が略一致するように照射されると、なお一層、温度分布の面内均一性が損なわれることとなる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、基板上の温度分布の面内均一性を向上させることができる熱処理方法および熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、基板に光を照射することにより基板を熱処理する熱処理方法において、基板処理面上に複数の光源からの照射光を導入する主加熱工程と、前記主加熱工程と同時に前記複数の光源からの照射光を反射鏡で反射して前記基板処理面上に導入する副加熱工程と、を具備し、前記主加熱工程による前記基板処理面上の光強度勾配のピークに対して前記副加熱工程による前記基板処理面上の光強度勾配のピークをずらしている。
【００１０】
また、請求項２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た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、前記光源を挟んで前記保持手段と対向し、前記光源からの照射光を反射する反射手段と、を具備し、前記光源から基板処理面上へ直接導入される光強度勾配のピークに対して、前記反射手段を介して導入される基板処理面上の光強度勾配のピークをずらしている。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項２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長尺の円筒形状を有する棒状ランプとし、前記複数のランプをランプ間に間隙を有するように前記保持手段に保持された基板と平行に一列に配置している。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項３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備える。
【００１３】
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た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、前記光源を挟んで前記保持手段と対向し、前記光源からの照射光を反射する反射手段と、を具備し、前記反射手段と前記光源との間の距離に対する前記光源と前記保持手段に保持された基板との間の距離の比を１．８以下または２．２以上としている。
【００１４】
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長尺の円筒形状を有する棒状ランプとし、前記複数のランプをランプ間に間隙を有するように前記保持手段に保持された基板と平行に一列に配置し、前記複数のランプのランプ中心と前記反射手段との間の距離に対する前記ランプ中心と前記保持手段に保持された基板との間の距離の比を１．８以下または２．２以上としている。
【００１５】
また、請求項７の発明は、請求項６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備える。
【００１６】
また、請求項８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、それぞれが長尺の円筒形状を有する複数の棒状ランプを互いに平行に水平方向に沿って一列に並べた光源と、前記光源の下方に設けられた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、前記光源を挟んで前記保持手段と対向し、前記光源からの照射光を反射する反射手段と、を具備し、前記保持手段に保持された基板の表面のうち前記複数の棒状ランプのそれぞれの直下における直下位置からみて当該棒状ランプと当該棒状ランプに隣接する隣接棒状ランプとの隙間から前記反射手段に前記隣接棒状ランプの像が映らないように前記反射手段、前記光源および前記保持手段に保持された基板を配置している。
【００１７】
また、請求項９の発明は、請求項８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備える。
【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．第１実施形態＞
図１および図２は、本発明にかかる熱処理装置の第１実施形態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半導体ウェハ等の基板の熱処理を行う装置である。
【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、その内部に半導体ウェハ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１０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、後述する熱拡散板７３および加熱プレート７４を貫通して半導体ウェハ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Ｗの熱処理が行われるときには、開口部６６が閉鎖される。
【００２２】
チャンバー６５は光源１０の下方に設けられている。光源１０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）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所定ピッチで列設されている。また、光源１０を構成する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リフレクタ７１が配設されている。
【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、該ガラス管の外周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え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、連続点灯に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】
フラッシュランプ６９から放射された光の一部は直接に透光板６１を透過してチャンバー６５内へと向う。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透光板６１を透過してチャンバー６５内へと向かう。
【００２５】
チャンバー６５内には、熱拡散板７３と加熱プレート７４とがこの順で配設されている。熱拡散板７３は加熱プレート７４の上面に貼着されている。また、熱拡散板７３の表面には、半導体ウェハＷの位置ずれ防止ピン７５が付設されている。
【００２６】
加熱プレート７４は、半導体ウェハ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、窒化アルミニウムから構成され、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、熱拡散板７３は、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Ｗを均一に予備加熱するためのものである。この熱拡散板７３の材質としては、サファイア（Ａｌ２Ｏ３：酸化アルミニウム）や石英等の比較的熱伝導率が小さいものが採用される。
【００２７】
熱拡散板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Ｗの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハＷの熱処理位置との間を昇降する構成となっている。
【００２８】
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、熱拡散板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Ｗの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハＷの熱処理位置との間を昇降することができる。
【００２９】
図１に示す半導体ウェハ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Ｗを開口部６６から搬出することができるように、熱拡散板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、熱拡散板７３および加熱プレート７４に形成された貫通孔を通過し、熱拡散板７３の表面より上方に配置される。なお、図１においては、説明の便宜上、本来側面図では図示されない熱拡散板７３および加熱プレート７４の貫通孔を図示している。
【００３０】
一方、図２に示す半導体ウェハＷの熱処理装置は、半導体ウェハＷに対して熱処理を行うために、熱拡散板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。熱拡散板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Ｗは熱拡散板７３によって受け取られ、その下面を熱拡散板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、熱拡散板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、熱拡散板７３に支持された半導体ウェハＷは支持ピン７０に受け渡される。
【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。熱拡散板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、熱拡散板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】
次に、本発明に係る熱処理装置による半導体ウェハ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Ｗは、イオン注入後の半導体ウェハである。
【００３４】
この熱処理装置においては、熱拡散板７３および加熱プレート７４が図１に示す半導体ウェハ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Ｗが搬入され、支持ピン７０上に載置される。半導体ウェハ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、熱拡散板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Ｗの熱処理位置まで上昇し、半導体ウェハ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。
【００３５】
熱拡散板７３および加熱プレート７４は、加熱プレート７４に内臓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、熱拡散板７３および加熱プレート７４が半導体ウェハＷの熱処理位置まで上昇した状態においては、半導体ウェハ基板Ｗが加熱状態にある熱拡散板７３と接触することにより予備加熱され、半導体ウェハＷの温度が次第に上昇する。
【００３６】
この状態においては、半導体ウェハＷは熱拡散板７３により継続して加熱される。そして、半導体ウェハ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。
【００３７】
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Ｗに打ち込まれたイオンが拡散してしまうことはない。
【００３８】
やがて、半導体ウェハ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ミリセカンド乃至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。
【００３９】
このようなフラッシュ加熱により、半導体ウェハ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Ｗ中に打ち込まれたイオンが活性化される。
【００４０】
このとき、半導体ウェハ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。
【００４１】
また、フラッシュランプ６９を点灯して半導体ウェハ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。
【００４２】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、熱拡散板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。そして、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハ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。
【００４３】
ところで、既述したように、熱処理位置における半導体ウェハＷの表面と各フラッシュランプ６９を対向させた場合、各フラッシュランプ６９の直下の部分の照度が他の部分の照度よりも高くなるため、温度分布の面内均一性が損なわれることとなる。そこで、第１実施形態においては、各フラッシュランプ６９とリフレクタ７１との間の距離を１としたときに、半導体ウェハＷの表面と各フラッシュランプ６９との間の距離を１．８以下に設定することにより、複数のフラッシュランプ６９を使用した場合においても、半導体ウェハＷを均一に熱処理することが可能となる。
【００４４】
図３は、半導体ウェハＷの表面におけるフラッシュランプ６９から照射される光の照度とフラッシュランプ６９の列設方向の位置との関係を模式的に示すグラフである。
【００４５】
このグラフにおいて、符号ＬＡは半導体ウェハＷの表面においてリフレクタ７１により反射照射される照度の光強度勾配を表わし、符号ＬＢは半導体ウェハＷの表面においてフラッシュランプ６９により照射される照度の光強度勾配を表わし、符号ＬＣは半導体ウェハＷの表面において光強度勾配ＬＡとＬＢが合算された状態を表わしている。
【００４６】
フラッシュランプ６９は複数のランプ６９１と６９２が一定間隔を空けて列設されている。ランプ６９１の直下における半導体ウェハＷの表面上の位置Ｗ１は、ランプ６９１の中心Ｌ１からの照射Ｌ１１により光強度勾配ＬＢがピークを有する。同様にランプ６９２においても中心Ｌ２の直下がピークを有する。
【００４７】
一方、位置Ｗ１からリフレクタ７１を見た時、ランプ６９１とランプ６９２との隙間からランプ６９１に隣り合うランプ６９２がリフレクタ７１に映って見える位置がある。これは、ランプ６９２から出射された照射Ｌ２１にあるように、リフレクタ７１により反射され位置Ｗ１に導入されるためである。これは、ランプ６９１の中心Ｌ１とリフレクタ７１との間隔Ｚ１と、ランプ６９１の中心Ｌ１と位置Ｗ１との間隔Ｚ２が長さの比率で１：２の場合に生じる。このとき、ランプ６９１とランプ６９２との間の位置Ｗ２では照射Ｌ３１のように、フラッシュランプ６９からの直接的な照射がリフレクタ７１に反射して導入されない。その結果、光強度勾配ＬＡに示すような分布を示すとともに、リフレクタ７１が高反射率、例えば９５％以上の反射率の部材で構成されたとして、照射距離が伸びる分、光強度勾配ＬＢよりも強度の勾配が低い照度分布が得られる。
【００４８】
このように、間隔Ｚ１と間隔Ｚ２が１：２の比率の時に、光強度勾配ＬＡとＬＢはそのピークがフラッシュランプ６９の各中心Ｌ１、Ｌ２にそれぞれ合致した分布を有する。そのため、この半導体ウェハＷの表面では光強度勾配ＬＡとＬＢが合算された光強度勾配ＬＣとなり、それぞれのピークがさらに大きくなり勾配が大きい分布となる。
【００４９】
そこで、本発明では光強度勾配ＬＡとＬＢのピークをずらすことで、合算された光強度勾配ＬＣのピークを低くすることで半導体ウェハＷの主面全体における照度ムラを低減するものである。図４に示すように、間隔Ｚ１と間隔Ｚ２が１：２の比の時に、光強度勾配ＬＡとＬＢはそのピークが合致するのに対して、その比率が２（Ｚ２／Ｚ１）より小さくなる距離関係とした。すなわち間隔Ｚ１に対して間隔Ｚ３を１：１．８の比とし、具体的には、間隔Ｚ１を２５ｍｍとした場合、間隔Ｚ３を４５ｍｍとした。また、ランプ６９１とランプ６９２の間隔Ｚ１０は２ｍｍである。この結果、フラッシュランプ６９による主加熱工程による光強度勾配ＬＢと、リフレクタ７１により反射して導入する副加熱工程による光強度勾配ＬＡはそのピークがずれた分布を有する。そのため、この半導体ウェハＷの表面では光強度勾配ＬＡとＬＢが合算された光強度勾配ＬＣは、それぞれのピークの勾配が合算されても低減された分布となる。
【００５０】
ここで、比率は１．８（Ｚ３／Ｚ１）以下が好ましい。ランプ６９１とランプ６９２の間には間隔Ｚ１０があるので、その間隔Ｚ１０を通過する照射Ｌ２１もある程度の幅を有する。そのため、比率が「２」を少し小さくなったとして、光強度勾配ＬＡとＬＢのピークをずらした効果が現れない。そこで、比率を１．８以下から選定するこで、強度の勾配が低い照度分布が得られる。
【００５１】
一方、各フラッシュランプ６９のランプ中心と半導体ウェハＷとの間の距離の絶対値が大きい場合は、フラッシュランプ６９から半導体ウェハＷに直接照射される照射光の照度分布にほとんどバラツキが生じない。すなわち、上述した光強度勾配ＬＢはほぼ平坦なものとなる。このような場合であっても、各フラッシュランプ６９のランプ中心とリフレクタ７１との間の距離に対する当該ランプ中心と熱拡散板７３に保持された半導体ウェハＷとの間の距離の比が「２」となると以下のような理由によって半導体ウェハＷ表面の照度分布にバラツキが生じる。
【００５２】
図５はリフレクタ７１、フラッシュランプ６９および半導体ウェハＷの配置関係を示す模式図である。複数のフラッシュランプ６９のうちの任意の一つを注目ランプ６９５とし、その注目ランプ６９５に隣接するランプを隣接ランプ６９６とする。
【００５３】
隣接ランプ６９６から出射されてリフレクタ７１によって正反射され、当該隣接ランプ６９６と注目ランプ６９５との隙間（正確には当該隣接ランプ６９６のランプ中心Ｃ６と注目ランプ６９５のランプ中心Ｃ５との中点）を通過した反射光ＲＬ６は、ランプ中心Ｃ５と半導体ウェハＷとの間隔がＺ２となるときに（つまり、各フラッシュランプ６９のランプ中心とリフレクタ７１との間の距離に対する当該ランプ中心と半導体ウェハＷとの間の距離の比が「２」となるときに）半導体ウェハＷの表面のうちランプ中心Ｃ５直下の位置Ｗ５に到達する。さらに、位置Ｗ５においては注目ランプ６９５の両側の隣接ランプ６９６からの反射光ＲＬ６が重なって到達するのである。これに対して、半導体ウェハＷの表面のうちランプ中心Ｃ５とランプ中心Ｃ６との中点直下の位置Ｗ６にはリフレクタ７１によって反射された反射光は到達しない。
【００５４】
換言すれば、熱拡散板７３に保持された半導体ウェハＷの表面のうち注目ランプ６９５直下の位置Ｗ５から見ると、注目ランプ６９５と隣接ランプ６９６との隙間からリフレクタ７１に当該隣接ランプ６９６の像が映し出されることとなるのである。これに対して、半導体ウェハＷの表面のうち注目ランプ６９５と隣接ランプ６９６との中点直下の位置Ｗ６から見ると、注目ランプ６９５と当該隣接ランプ６９６との隙間からリフレクタ７１には半導体ウェハＷ自身が映し出されるのである。
【００５５】
このため、フラッシュランプ６９から直接照射される光の照度分布のバラツキの有無に関わらず、各フラッシュランプ６９のランプ中心とリフレクタ７１との間の距離に対する当該ランプ中心と半導体ウェハＷとの間の距離の比が「２」となるときには半導体ウェハＷ表面の照度分布にバラツキが生じ、ひいては温度分布の面内均一性が損なわれることとなっていたのである。
【００５６】
そこで、ランプ中心Ｃ５と半導体ウェハＷとの間隔がＺ３となるようにすると（つまり、各フラッシュランプ６９のランプ中心とリフレクタ７１との間の距離に対する当該ランプ中心と半導体ウェハＷとの間の距離の比が「１．８」となるようにすると）、隣接ランプ６９６から出射されてランプ中心Ｃ５直下の位置Ｗ５に到達するようにリフレクタ７１によって正反射された反射光ＲＬ７が注目ランプ６９５自身によって遮られ、位置Ｗ５に到達することはない。隣接ランプ６９６と注目ランプ６９５との隙間を通過する反射光ＲＬ６はランプ中心Ｃ５直下の位置Ｗ５以外に到達することとなり、その位置においては注目ランプ６９５を挟んで反対側の隣接ランプ６９６からの反射光ＲＬ６が到達することはなく、つまり注目ランプ６９５の両側の隣接ランプ６９６からの反射光ＲＬ６が重なり合うことはない。
【００５７】
換言すれば、熱拡散板７３に保持された半導体ウェハＷの表面のうち複数のフラッシュランプ６９のそれぞれの直下位置から見て当該フラッシュランプ６９とその隣接ランプ６９６との隙間からリフレクタ７１に当該隣接ランプ６９６の像が映らないように（つまり当該隙間からリフレクタ７１に半導体ウェハＷまたは熱拡散板７３の像が映るように）リフレクタ７１、複数のフラッシュランプ６９および半導体ウェハＷが配置されている。
【００５８】
これにより、フラッシュランプ６９からの閃光照射時における半導体ウェハＷ表面の照度分布のバラツキが低減され、半導体ウェハＷ上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
【００５９】
ここで、半導体ウェハＷの表面のうち複数のフラッシュランプ６９のそれぞれの直下位置から見て当該フラッシュランプ６９とその隣接ランプ６９６との隙間からリフレクタ７１に当該隣接ランプ６９６の像が映らないようにするためには、各フラッシュランプ６９のランプ中心とリフレクタ７１との間の距離に対する当該ランプ中心と半導体ウェハＷとの間の距離の比が１．８以下であれば良い。このようなリフレクタ７１、複数のフラッシュランプ６９および半導体ウェハＷの配置関係であれば、フラッシュランプ６９からの閃光照射時における半導体ウェハＷ表面の照度分布のバラツキが低減され、半導体ウェハＷ上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
【００６０】
＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の熱処理装置の構成は上記の比率を除いて第１実施形態と同じである。また、第２実施形態の熱処理装置による半導体ウェハＷの熱処理動作についても、上述した第１実施形態と同じである。
【００６１】
図４の間隔Ｚ４に示すように。第２実施形態では間隔Ｚ１と間隔Ｚ４を１：２．２の比とし、具体的には、間隔Ｚ１を２５ｍｍとした場合、間隔Ｚ３を５５ｍｍとした。また、ランプ６９１とランプ６９２の間隔Ｚ１０は２ｍｍである。この結果、フラッシュランプ６９による主加熱工程による光強度勾配ＬＢと、リフレクタ７１により反射して導入する副加熱工程による光強度勾配ＬＡはそのピークがずれた分布を有する。そのため、この半導体ウェハＷの表面では光強度勾配ＬＡとＬＢが合算された光強度勾配ＬＣは、それぞれのピークの勾配が低減された分布となる。
【００６２】
この第２実施形態でも、比率は２．２（Ｚ４／Ｚ１）以上が好ましい。ランプ６９１とランプ６９２の間には間隔Ｚ１０があるので、その間隔Ｚ１０を通過する照射Ｌ２１もある程度の幅を有する。そのため、比率が「２」を少し大きくなったとして、光強度勾配ＬＡとＬＢのピークをずらした効果が現れない。そこで、比率を２．２以上から選定するこで、強度の勾配が低い照度分布が得られる。
【００６３】
一方、上述したように、各フラッシュランプ６９のランプ中心と半導体ウェハＷとの間の距離の絶対値が大きい場合は、フラッシュランプ６９から半導体ウェハＷに直接照射される照射光の照度分布にほとんどバラツキが生じない。そして、フラッシュランプ６９から直接照射される光の照度分布のバラツキの有無に関わらず、各フラッシュランプ６９のランプ中心とリフレクタ７１との間の距離に対する当該ランプ中心と半導体ウェハＷとの間の距離の比が「２」となるときには半導体ウェハＷ表面の照度分布にバラツキが生じ、ひいては温度分布の面内均一性が損なわれることも既述した通りである。
【００６４】
そこで、ランプ中心Ｃ５と半導体ウェハＷとの間隔がＺ４となるようにすると（つまり、各フラッシュランプ６９のランプ中心とリフレクタ７１との間の距離に対する当該ランプ中心と半導体ウェハＷとの間の距離の比が「２．２」となるようにすると）、隣接ランプ６９６から出射されてランプ中心Ｃ５直下の位置Ｗ５に到達するようにリフレクタ７１によって正反射された反射光ＲＬ８が隣接ランプ６９６自身によって遮られ、位置Ｗ５に到達することはない。隣接ランプ６９６と注目ランプ６９５との隙間を通過する反射光ＲＬ６はランプ中心Ｃ５直下の位置Ｗ５以外に到達することとなり、その位置においては注目ランプ６９５を挟んで反対側の隣接ランプ６９６からの反射光ＲＬ６が到達することはなく、つまり注目ランプ６９５の両側の隣接ランプ６９６からの反射光ＲＬ６が重なり合うことはない。
【００６５】
換言すれば、熱拡散板７３に保持された半導体ウェハＷの表面のうち複数のフラッシュランプ６９のそれぞれの直下位置から見て当該フラッシュランプ６９とその隣接ランプ６９６との隙間からリフレクタ７１に当該隣接ランプ６９６の像が映らないように（つまり当該隙間からリフレクタ７１に半導体ウェハＷまたは熱拡散板７３の像が映るように）リフレクタ７１、複数のフラッシュランプ６９および半導体ウェハＷが配置されている。
【００６６】
これにより、フラッシュランプ６９からの閃光照射時における半導体ウェハＷ表面の照度分布のバラツキが低減され、半導体ウェハＷ上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
【００６７】
ここで、半導体ウェハＷの表面のうち複数のフラッシュランプ６９のそれぞれの直下位置から見て当該フラッシュランプ６９とその隣接ランプ６９６との隙間からリフレクタ７１に当該隣接ランプ６９６の像が映らないようにするためには、各フラッシュランプ６９のランプ中心とリフレクタ７１との間の距離に対する当該ランプ中心と半導体ウェハＷとの間の距離の比が２．２以上であれば良い。このようなリフレクタ７１、複数のフラッシュランプ６９および半導体ウェハＷの配置関係であれば、フラッシュランプ６９からの閃光照射時における半導体ウェハＷ表面の照度分布のバラツキが低減され、半導体ウェハＷ上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
【００６８】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、以下のように他の形態でも実施することができる。
【００６９】
（１）上記各実施形態においては、半導体ウェハ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。
【００７０】
（２）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。
【００７１】
その他、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【００７２】
【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、基板処理面上に複数の光源からの照射光を導入する主加熱工程と、前記主加熱工程と同時に複数の光源からの照射光を反射鏡で反射して基板処理面上に導入する副加熱工程と、を具備し、前記主加熱工程による基板処理面上の光強度勾配のピークに対して前記副加熱工程による基板処理面上の光強度勾配のピークをずらしたため、基板処理面全体における照度ムラが低減され、基板上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
【００７３】
また、請求項２の発明によれば、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た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、前記光源を挟んで保持手段と対向する反射手段と、を具備し、前記光源から基板処理面上へ直接導入される光強度勾配のピークに対して、前記反射手段を介して導入される基板処理面上の光強度勾配のピークをずらしたため、基板の処理面におけるランプの鉛直方向直下の照度が弱められる一方、隣接するランプの間の鉛直方向直下の照度が強められることとなり、基板処理面全体における照度ムラが低減され、基板上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
【００７４】
また、請求項３の発明によれば、複数のランプのそれぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、複数のランプをランプ間に間隙を有するように保持手段に保持された基板と平行に一列に配置しているため、基板上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
【００７５】
また、請求項４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、保持手段が保持する基板を予備加熱するアシスト加熱手段を備えるため、キセノンフラッシュランプであっても効果的な熱処理を実行することができる。
【００７６】
また、請求項５の発明によれば、複数のランプを有する光源と、光源の下方に設けられた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、光源を挟んで保持手段と対向し、光源からの照射光を反射する反射手段と、を具備し、反射手段と光源との間の距離に対する光源と保持手段に保持された基板との間の距離の比を１．８以下または２．２以上とするため、あるランプの直下位置にそのランプに隣接するランプからの反射手段を介した反射光が到達することがなくなり、基板処理面全体における照度ムラが低減され、基板上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
【００７７】
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長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、複数のランプがランプ間に間隙を有するように保持手段に保持された基板と平行に一列に配置され、複数のランプのランプ中心と反射手段との間の距離に対するランプ中心と保持手段に保持された基板との間の距離の比を１．８以下または２．２以上とするため、あるランプの直下位置にそのランプに隣接するランプからの反射手段を介した反射光が到達することがなくなり、基板処理面全体における照度ムラが低減され、基板上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
【００７８】
また、請求項７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、保持手段が保持する基板を予備加熱するアシスト加熱手段を備えるため、キセノンフラッシュランプであっても基板処理面全体における照度ムラが低減され、基板上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
【００７９】
また、請求項８の発明によれば、それぞれが長尺の円筒形状を有する複数の棒状ランプを互いに平行に水平方向に沿って一列に並べた光源と、光源の下方に設けられた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、光源を挟んで保持手段と対向し、光源からの照射光を反射する反射手段と、を具備し、保持手段に保持された基板の表面のうち複数の棒状ランプのそれぞれの直下における直下位置からみて当該棒状ランプと当該棒状ランプに隣接する隣接棒状ランプとの隙間から反射手段にその隣接棒状ランプの像が映らないように反射手段、光源および保持手段に保持された基板を配置するため、当該棒状ランプの直下位置に隣接棒状ランプからの反射手段を介した反射光が到達することがなくなり、基板処理面全体における照度ムラが低減され、基板上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
【００８０】
また、請求項９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、保持手段が保持する基板を予備加熱するアシスト加熱手段を備えるため、キセノンフラッシュランプであっても基板処理面全体における照度ムラが低減され、基板上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱処理装置の第１実施形態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第１実施形態を示す側断面図である。
【図３】半導体ウェハの表面におけるフラッシュランプから照射される光の照度とフラッシュランプの列設方向の位置との関係を模式的に示す図である。
【図４】半導体ウェハの表面におけるフラッシュランプから照射される光の照度とフラッシュランプの列設方向の位置との関係を模式的に示す図である。
【図５】リフレクタ、フラッシュランプおよび半導体ウェハの配置関係を示す模式図である。
【符号の説明】
１０　光源
６１　透光板
６２　底板
６３　側板
６４　側板
６５　チャンバー
６６　開口部
６８　ゲートバルブ
６９　キセノンフラッシュランプ
６９１、６９２　ランプ
６９５　注目ランプ
６９６　隣接ランプ
７０　支持ピン
７１　リフレクタ
７３　熱拡散板
７４　加熱プレート
７５　位置ずれ防止ピン
Ｃ５、Ｃ６　ランプ中心
ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ　光強度勾配
ＲＦ６、ＲＦ７、ＲＦ８　反射光
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ５、Ｗ６　位置
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ１０　間隔
Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ３１　照射
Ｗ　半導体ウェハ
【図１】
2004088052.tif 000003
【図２】
2004088052.tif 000004
【図３】
2004088052.tif 000005
【図４】
2004088052.tif 000006
【図５】
2004088052.tif 000007