(57)【要約】【課題】基板に反りを生じさせることなくホットプレートによって基板を加熱することができる熱処理装置および熱処理方法を提供する。【解決手段】予め加熱されたホットプレート９０の上面と支持ピン７０に支持された半導体ウェハーＷとが非接触の近接状態となる近接加熱位置Ｈ２にて３０秒間ホットプレート９０を停止している。この間にホットプレート９０からの輻射熱によって支持ピン７０に支持された半導体ウェハーＷが徐々に加熱され、緩やかに昇温する。しかる後、ホットプレート９０をさらに上昇させてホットプレート９０上に半導体ウェハーＷを直接載置している。従って、半導体ウェハーＷはまず近接加熱によって緩やかに昇温された後に急速に加熱されることとなるため、半導体ウェハーＷに急激な温度変化を与えることが防止され、半導体ウェハーＷに反りを生じさせることなくホットプレート９０によって半導体ウェハーＷを予備加熱することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を加熱する熱処理装置であって、
基板を載置して加熱するホットプレートと、
前記ホットプレートの上方にて基板を支持可能な支持ピンと、
前記ホットプレートと前記支持ピンとを相対的に昇降移動させる相対昇降手段と、
前記相対昇降手段を制御して前記ホットプレートの上面と前記支持ピンに支持された基板との距離を調節する昇降制御手段と、
を備え、
前記昇降制御手段は、前記ホットプレートによって加熱される基板の平均昇温レートが１１℃/sec.以下となるように前記相対昇降手段を制御す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、
前記昇降制御手段は、前記ホットプレートの上面と前記支持ピンに支持された基板とが非接触の近接状態となる位置にて所定時間昇降移動を停止し、その後前記ホットプレートと前記支持ピンとを相対的に昇降移動させて前記ホットプレート上に前記基板が載置されるように前記相対昇降手段を制御することを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記昇降制御手段は、前記ホットプレート上に前記基板が載置されるまでの前記ホットプレートと前記支持ピンとの相対昇降移動速度が、前記ホットプレート上に前記基板が載置された以降の相対昇降移動速度よりも遅くなるように前記相対昇降手段を制御することを特徴とする熱処理装置。
【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装置において、
前記ホットプレートによって予備加熱された基板に対して閃光を照射することによって該基板をさらに加熱するフラッシュランプを備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
基板を加熱する熱処理方法であって、
基板を載置して加熱するホットプレートと前記ホットプレートの上方にて基板を支持する支持ピンとを、前記基板の平均昇温レートが１１℃/sec.以下となるように相対的に昇降移動させることを特徴とする熱処理方法。
【請求項６】
請求項５記載の熱処理方法において、
前記ホットプレートの上面と前記支持ピンに支持された基板とが非接触の近接状態となる位置にて所定時間昇降移動を停止させ、その後前記ホットプレートと前記支持ピンとを相対的に昇降移動させて前記ホットプレート上に前記基板を載置させることを特徴とする熱処理方法。
【請求項７】
請求項５記載の熱処理方法において、
前記ホットプレート上に前記基板が載置されるまでの前記ホットプレートと前記支持ピンとの相対昇降移動速度を、前記ホットプレート上に前記基板が載置された以降の相対昇降移動速度よりも遅くすることを特徴とする熱処理方法。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記ホットプレートによって予備加熱された基板に対してフラッシュランプから閃光を照射することによって該基板をさらに加熱する工程を備えることを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハーやガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）を載置して加熱する熱処理装置、特にフラッシュ加熱前に基板を予備加熱する熱処理装置および熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハー等の製造工程においては種々の目的にて様々な加熱処理が行われる。加熱処理として従来より、ヒータを内蔵したホットプレート上に半導体ウェハーを載置して加熱することが一般的に行われている。この方式は、半導体ウェハーを安定して均一に目標温度に加熱することができるのであるが、常温の半導体ウェハーＷを高温のホットプレート上に載せたときにウェハーが反りやすいという問題があった。
【０００３】
このため、例えば特許文献１のＣＶＤ装置では、ホットプレートに近接した位置に支持ピンでウェハーを保持することによって該ウェハーを予備加熱する技術が提案されている。また、例えば特許文献２のアッシング装置でも、基板とホットプレートとを近接させた状態で予備加熱する手法が採用されている。
【０００４】
ところで、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も加熱処理が行われる。イオン活性化工程の加熱処理は、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）することにより実行されるものであり、従来よりハロゲンランプから照射される光のエネルギーを利用して毎秒数百度程度の速度でウェハーを昇温するランプアニール装置が使用されてきた。
【０００５】
ところが、ハロゲンランプにより毎秒数百度程度の速度で半導体ウェハー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。
【０００６】
上述したイオン拡散の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３，４参照）。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。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−７７８６３号公報
【特許文献２】特開平１１−８２２７号公報
【特許文献３】特開昭５９−１６９１２５号公報
【特許文献４】特開昭６３−１６６２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようなフラッシュランプアニール装置においては、キセノンフラッシュランプによる一瞬の閃光照射だけでは１０００℃ないし１１００℃程度の目標温度に到達できないため、閃光照射前に予め半導体ウェハーをある程度の温度（イオン拡散が生じない温度）にまで昇温させておく予備加熱処理が行われている。予備加熱処理は、主に４００℃〜５００℃程度の温度域で行われるため、均熱性および制御性に優れたホットプレート方式によって実行されるのが主流である。
【０００９】
しかしながら、４００℃〜５００℃程度の高温のホットプレートに室温の半導体ウェハーを載置して接触させると、ウェハー面内に急激な温度変化が起こり、瞬間的に温度分布の面内均一性に大きなバラツキが生じ、半導体ウェハーが反るという現象が生じていた。半導体ウェハーが反るとスリップ等のダメージをウェハーに与えることとなり、その結果フラッシュ加熱処理による処理結果に大きな面内バラツキが生じたり、最悪の場合フラッシュ加熱時にウェハー割れが発生するという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板に反りを生じさせることなくホットプレートによって基板を加熱することができる熱処理装置および熱処理方法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、基板を加熱する熱処理装置において、基板を載置して加熱するホットプレートと、前記ホットプレートの上方にて基板を支持可能な支持ピンと、前記ホットプレートと前記支持ピンとを相対的に昇降移動させる相対昇降手段と、前記相対昇降手段を制御して前記ホットプレートの上面と前記支持ピンに支持された基板との距離を調節する昇降制御手段と、を備え、前記昇降制御手段に、前記ホットプレートによって加熱される基板の平均昇温レートが１１℃/sec.以下となるように前記相対昇降手段を制御させている。
【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、前記昇降制御手段に、前記ホットプレートの上面と前記支持ピンに支持された基板とが非接触の近接状態となる位置にて所定時間昇降移動を停止させ、その後前記ホットプレートと前記支持ピンとを相対的に昇降移動させて前記ホットプレート上に前記基板が載置されるように前記相対昇降手段を制御させている。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記昇降制御手段に、前記ホットプレート上に前記基板が載置されるまでの前記ホットプレートと前記支持ピンとの相対昇降移動速度が、前記ホットプレート上に前記基板が載置された以降の相対昇降移動速度よりも遅くなるように前記相対昇降手段を制御させている。
【００１４】
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係る熱処理装置において、前記ホットプレートによって予備加熱された基板に対して閃光を照射することによって該基板をさらに加熱するフラッシュランプを備えている。
【００１５】
また、請求項５の発明は、基板を加熱する熱処理方法において、基板を載置して加熱するホットプレートと前記ホットプレートの上方にて基板を支持する支持ピンとを、前記基板の平均昇温レートが１１℃/sec.以下となるように相対的に昇降移動させている。
【００１６】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る熱処理方法において、前記ホットプレートの上面と前記支持ピンに支持された基板とが非接触の近接状態となる位置にて所定時間昇降移動を停止させ、その後前記ホットプレートと前記支持ピンとを相対的に昇降移動させて前記ホットプレート上に前記基板を載置させている。
【００１７】
また、請求項７の発明は、請求項５の発明に係る熱処理方法において、前記ホットプレート上に前記基板が載置されるまでの前記ホットプレートと前記支持ピンとの相対昇降移動速度を、前記ホットプレート上に前記基板が載置された以降の相対昇降移動速度よりも遅くしている。
【００１８】
また、請求項８の発明は、請求項５から請求項７のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記ホットプレートによって予備加熱された基板に対してフラッシュランプから閃光を照射することによって該基板をさらに加熱する工程を備える。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、ホットプレートによって加熱される基板の平均昇温レートが１１℃/sec.以下となるようにしているため、基板に急激な温度変化を与えることが防止され、基板に反りを生じさせることなくホットプレートによって基板を加熱することができる。
【００２０】
また、請求項２の発明によれば、ホットプレートの上面と支持ピンに支持された基板とが非接触の近接状態となる位置にて所定時間昇降移動を停止し、その後ホットプレートと支持ピンとを相対的に昇降移動させてホットプレート上に基板が載置されるようにしているため、基板に急激な温度変化を与えることが確実に防止され、基板に反りを生じさせることなくホットプレートによって基板を加熱することができる。
【００２１】
また、請求項３の発明によれば、ホットプレート上に基板が載置されるまでのホットプレートと支持ピンとの相対昇降移動速度が、ホットプレート上に基板が載置された以降の相対昇降移動速度よりも遅くなるようにしているため、基板に急激な温度変化を与えることが確実に防止され、基板に反りを生じさせることなくホットプレートによって基板を加熱することができる。
【００２２】
また、請求項４の発明によれば、ホットプレートによって予備加熱された基板に対して閃光を照射することによって該基板をさらに加熱するフラッシュランプを備えるため、予備加熱時に基板に反りを生じさせることを防止することができる。
【００２３】
また、請求項５の発明によれば、基板を載置して加熱するホットプレートとホットプレートの上方にて基板を支持する支持ピンとを、基板の平均昇温レートが１１℃/sec.以下となるように相対的に昇降移動させるため、基板に急激な温度変化を与えることが防止され、基板に反りを生じさせることなくホットプレートによって基板を加熱することができる。
【００２４】
また、請求項６の発明によれば、ホットプレートの上面と支持ピンに支持された基板とが非接触の近接状態となる位置にて所定時間昇降移動を停止させ、その後ホットプレートと支持ピンとを相対的に昇降移動させてホットプレート上に基板を載置させるため、基板に急激な温度変化を与えることが確実に防止され、基板に反りを生じさせることなくホットプレートによって基板を加熱することができる。
【００２５】
また、請求項７の発明によれば、ホットプレート上に基板が載置されるまでのホットプレートと支持ピンとの相対昇降移動速度を、ホットプレート上に基板が載置された以降の相対昇降移動速度よりも遅くするため、基板に急激な温度変化を与えることが確実に防止され、基板に反りを生じさせることなくホットプレートによって基板を加熱することができる。
【００２６】
また、請求項８の発明によれば、ホットプレートによって予備加熱された基板に対してフラッシュランプから閃光を照射することによって該基板をさらに加熱する工程を備えるため、予備加熱時に基板に反りを生じさせることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
＜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半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。
【００２９】
この熱処理装置は、透光板６１、底板６２および円筒内部空間を形成する側板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。
【００３０】
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が開放された状態で、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。
【００３１】
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３０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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
チャンバー６５内には、ホットプレート９０が設けられている。ホットプレート９０は加熱プレート７４およびサセプタ７３によって構成されている。サセプタ７３は加熱プレート７４の上面に貼着されている。また、サセプタ７３の表面には、半導体ウェハーＷの位置ずれ防止ピン７５が付設されている。チャンバー６５内にて半導体ウェハーＷは直接にはサセプタ７３によって略水平姿勢にて保持されることとなる。
【００３６】
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。
【００３７】
ホットプレート９０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。
【００３８】
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、ホットプレート９０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。
【００３９】
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、ホットプレート９０が下降した位置である。すなわち、昇降自在のサセプタ７３および加熱プレート７４には貫通孔が形成されており、底板６２に固定して立設された支持ピン７０がサセプタ７３および加熱プレート７４に対して挿通自在とされている。そして、ホットプレート９０が上記搬入・搬出位置まで下降すると、図１に示す如く支持ピン７０の上端部がサセプタ７３の上面から突き出て半導体ウェハーＷを載置することができる状態となる。
【００４０】
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、ホットプレート９０が支持ピン７０の上端より上方に上昇した位置である。ホットプレート９０が上記熱処理位置まで上昇すると、図２に示す如く支持ピン７０の上端部がサセプタ７３の上面よりも低くなり、支持ピン７０に載置されていた半導体ウェハーＷはサセプタ７３に受け取られる。すなわち、モータ４０は、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にてホットプレート９０を支持ピン７０に対して相対的に昇降させているのである。
【００４１】
ホットプレート９０が図２の熱処理位置から図１の搬入・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。逆に、ホットプレート９０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は、支持ピン７０に載置された半導体ウェハーＷがサセプタ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。
【００４２】
半導体ウェハーＷを支持するホットプレート９０が熱処理位置に上昇した状態においては、それ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。
【００４３】
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。ホットプレート９０が熱処理位置まで上昇したときには蛇腹７７が収縮し、ホットプレート９０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。
【００４４】
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。
【００４５】
また、上記熱処理装置は、モータ４０等の各機構部を制御するためのコントローラ１０を備えている。図３は、コントローラ１０の構成を示すブロック図である。コントローラ１０のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、コントローラ１０は、各種演算処理を行うＣＰＵ１１、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ１２、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ１３および制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスク１４をバスライン１９に接続して構成されている。
【００４６】
また、バスライン１９には、熱処理装置のモータ４０や図示を省略するフラッシュランプ６９への電力供給回路が電気的に接続されている。コントローラ１０のＣＰＵ１１は、磁気ディスク１４に格納された制御用ソフトウェアを実行することにより、フラッシュランプ６９の点灯タイミングを制御するとともに、モータ４０を制御してホットプレート９０の高さ位置を調整する。
【００４７】
さらに、バスライン１９には、表示部２１および入力部２２が電気的に接続されている。表示部２１は、例えば液晶ディスプレイ等を用いて構成されており、処理結果やレシピ内容等の種々の情報を表示する。入力部２２は、例えばキーボードやマウス等を用いて構成されており、コマンドやパラメータ等の入力を受け付ける。装置のオペレータは、表示部２１に表示された内容を確認しつつ入力部２２からコマンドやパラメータ等の入力を行うことができる。なお、表示部２１と入力部２２とを一体化してタッチパネルとして構成するようにしても良い。
【００４８】
コントローラ１０は、モータ４０を制御することによって、ホットプレート９０を搬入・搬出位置と熱処理位置との間の任意の位置に移動させることができる。図４は、ホットプレート９０が移動可能な高さ位置について説明する図である。半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置Ｈ１と熱処理位置Ｈ４との間にてホットプレート９０が支持ピン７０に対して相対的に昇降移動可能であることは上述した通りである。半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置Ｈ１は、半導体ウェハーＷを支持ピン７０に対して受け渡しできるように、ホットプレート９０が支持ピン７０の上端部よりも下降した位置である。また、熱処理位置Ｈ４は、半導体ウェハーＷに対してフラッシュ加熱処理を行うために、ホットプレート９０が支持ピン７０の上端より上方に上昇した位置である。
【００４９】
コントローラ１０がモータ４０を制御することによって、ホットプレート９０は搬入・搬出位置Ｈ１と熱処理位置Ｈ４との間の近接加熱位置Ｈ２および受渡位置Ｈ３にも移動することができる。近接加熱位置Ｈ２は、ホットプレート９０の上面（サセプタ７３）と支持ピン７０に支持された半導体ウェハーＷとが非接触の近接状態となる位置である。ホットプレート９０が近接加熱位置Ｈ２に位置しているときには、ホットプレート９０からの輻射熱によって支持ピン７０に支持された半導体ウェハーＷが緩やかに加熱される。一方、受渡位置Ｈ３は、ホットプレート９０と支持ピン７０との間で半導体ウェハーＷの受け渡しが行われる位置であり、すなわち支持ピン７０の上端の高さ位置である。
【００５０】
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。また、以下の処理はコントローラ１０の指示に従ってモータ４０等の各機構部が駆動することにより実行されるものである。
【００５１】
この熱処理装置においては、ホットプレート９０が半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置Ｈ１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。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。
【００５２】
その後、ホットプレート９０がモータ４０の駆動により搬入・搬出位置Ｈ１から近接加熱位置Ｈ２まで上昇し、そこで一旦停止する。第１実施形態では、加熱プレート７４に内蔵されたヒータの作用により予めホットプレート９０が例えば４００℃に昇温されている。そのホットプレート９０が近接加熱位置Ｈ２に位置しているときには、ホットプレート９０からの輻射熱によって支持ピン７０に支持された半導体ウェハーＷが徐々に加熱される。第１実施形態では、ホットプレート９０は近接加熱位置Ｈ２に３０秒間停止しており、この間に半導体ウェハーＷの近接加熱が行われ、半導体ウェハーＷの温度が緩やかに昇温する。
【００５３】
しかる後、ホットプレート９０がモータ４０の駆動により近接加熱位置Ｈ２から受渡位置Ｈ３まで上昇して支持ピン７０に支持された半導体ウェハーＷをサセプタ７３に受け取り、さらに該半導体ウェハーＷを載置したホットプレート９０は熱処理位置Ｈ４まで上昇して半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持する。ホットプレート９０が受渡位置Ｈ３まで上昇して半導体ウェハーＷを受け取ったときにはサセプタ７３と半導体ウェハーＷとが直接接触するため、半導体ウェハーＷの温度が急速に上昇する。すなわち、第１実施形態においては、上述した近接加熱およびサセプタ７３と半導体ウェハーＷとを接触させての直接加熱の両方によって半導体ウェハーＷの予備加熱処理を行っているのである。
【００５４】
半導体ウェハーＷはホットプレート９０によって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４００℃に到達したか否かを常に監視する。なお、半導体ウェハーＷをこの程度の予備加熱温度４００℃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。
【００５５】
やがて、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度４００℃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。
【００５６】
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Ｔに到達する。この温度Ｔ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Ｔ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。
【００５７】
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Ｔ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。
【００５８】
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、ホットプレート９０を使用して半導体ウェハーＷの表面温度を予備加熱温度４００℃まで予備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Ｔまで速やかに昇温させることが可能となる。
【００５９】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、ホットプレート９０がモータ４０の駆動により熱処理位置Ｈ４から搬入・搬出位置Ｈ１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が開放される。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。
【００６０】
第１実施形態においては、ホットプレート９０の上面と支持ピン７０に支持された半導体ウェハーＷとが非接触の近接状態となる近接加熱位置Ｈ２にて３０秒間ホットプレート９０を停止して半導体ウェハーＷの近接加熱を行い、その後ホットプレート９０をさらに上昇させてホットプレート９０上に半導体ウェハーＷを直接載置している。従って、半導体ウェハーＷはまず近接加熱によって緩やかに昇温された後に急速に加熱されることとなるため、半導体ウェハーＷに急激な温度変化を与えることが防止され、半導体ウェハーＷに反りを生じさせることなくホットプレート９０によって半導体ウェハーＷを予備加熱することができるのである。
【００６１】
ここで第１実施形態では、ホットプレート９０が近接加熱位置Ｈ２に到達してから半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度４００℃に到達するまでの予備加熱工程における半導体ウェハーＷの平均昇温レートは約１１℃／sec.である。本発明者の実験によれば、ホットプレート９０を近接加熱位置Ｈ２にて停止させる時間を３０秒未満としたとき、すなわち予備加熱工程における半導体ウェハーＷの平均昇温レートを１１℃／sec.より大きくすると半導体ウェハーＷに反りが生じることが判明している。このため、予備加熱工程における半導体ウェハーＷの平均昇温レートが１１℃／sec.以下となるようにホットプレート９０の上昇動作を制御しており、具体的には第１実施形態ではホットプレート９０を近接加熱位置Ｈ２に３０秒停止させているのである。
【００６２】
このようにすれば、予備加熱工程における半導体ウェハーＷの反りを防止することができ、その結果良好なフラッシュ加熱処理を行うことができる。
【００６３】
＜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も、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ー等の基板の熱処理を行う装置であり、その装置構成は第１実施形態と全く同じであるため説明を省略する（図１〜図３参照）。第２実施形態が第１実施形態と異なるのは、ホットプレート９０を上昇させる態様である。すなわち、第２実施形態では、コントローラ１０がモータ４０を制御することによって、ホットプレート９０が搬入・搬出位置Ｈ１から熱処理位置Ｈ４まで上昇する速度を途中で変化させている。図５は、第２実施形態のホットプレート９０の上昇速度の変化を説明する図である。
【００６４】
第２実施形態の熱処理装置においても、ホットプレート９０が半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置Ｈ１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。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。
【００６５】
その後、ホットプレート９０がモータ４０の駆動により搬入・搬出位置Ｈ１から受渡位置Ｈ３まで上昇して支持ピン７０に支持された半導体ウェハーＷをサセプタ７３に受け取る。搬入・搬出位置Ｈ１から受渡位置Ｈ３までのホットプレート９０の上昇速度は比較的遅い。そして、受渡位置Ｈ３にて半導体ウェハーＷを受け取った後、ホットプレート９０は半導体ウェハーＷを水平姿勢で載置して熱処理位置Ｈ４まで上昇する。受渡位置Ｈ３から熱処理位置Ｈ４までのホットプレート９０の上昇速度は比較的速い。つまり、図５に示すように、ホットプレート９０上に半導体ウェハーＷが載置されるまでのホットプレート９０の上昇速度が、ホットプレート９０上に半導体ウェハーＷが載置された以降の上昇速度よりも遅くなるように、コントローラ１０がモータ４０を制御しているのである。
【００６６】
加熱プレート７４に内蔵されたヒータの作用により予め４００℃に昇温されたホットプレート９０が搬入・搬出位置Ｈ１から受渡位置Ｈ３までゆっくりと上昇している間に、次第に近づきつつあるホットプレート９０からの輻射熱によって支持ピン７０に支持された半導体ウェハーＷが徐々に加熱され、緩やかに昇温する。そして、ホットプレート９０が半導体ウェハーＷを受け取った後にはサセプタ７３と半導体ウェハーＷとが直接接触するため、半導体ウェハーＷの温度が急速に上昇する。すなわち、第２実施形態においても、ホットプレート９０を比較的遅く上昇させる近接加熱およびサセプタ７３と半導体ウェハーＷとを接触させての直接加熱の両方によって半導体ウェハーＷの予備加熱処理を行っているのである。
【００６７】
このような予備加熱処理以外の熱処理動作については第１実施形態と同じである。すなわち、上記予備加熱処理によって半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度４００℃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により、半導体ウェハーＷの表面温度は瞬間的に１０００℃ないし１１００℃に到達し、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。
【００６８】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、ホットプレート９０がモータ４０の駆動により熱処理位置Ｈ４から搬入・搬出位置Ｈ１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。
【００６９】
第２実施形態においては、支持ピン７０に支持された半導体ウェハーＷとホットプレート９０とが接触するまでは比較的ゆっくりとホットプレート９０を上昇させ、半導体ウェハーＷとホットプレート９０とが接触した後は比較的急速にホットプレート９０を熱処理位置Ｈ４まで上昇させている。従って、ホットプレート９０が比較的遅く上昇している間に半導体ウェハーＷはゆっくりと近づきつつあるホットプレート９０によって緩やかに昇温され、しかる後にホットプレート９０と直接接触して急速に加熱されることとなるため、半導体ウェハーＷに急激な温度変化を与えることが防止され、半導体ウェハーＷに反りを生じさせることなくホットプレート９０によって半導体ウェハーＷを予備加熱することができるのである。
【００７０】
ここで第２実施形態においても、比較的遅く上昇するホットプレート９０が半導体ウェハーＷの昇温を開始してから半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度４００℃に到達するまでの予備加熱工程における半導体ウェハーＷの平均昇温レートを１１℃／sec.以下としている。既述したように、半導体ウェハーＷの平均昇温レートが１１℃／sec.より大きくなると半導体ウェハーＷに反りが生じることが判明しており、このため、予備加熱工程における半導体ウェハーＷの平均昇温レートが１１℃／sec.以下となるようにホットプレート９０の上昇動作を制御しているのである。具体的には第２実施形態では、ホットプレート９０上に半導体ウェハーＷが載置されるまでのホットプレート９０の上昇速度をホットプレート９０上に半導体ウェハーＷが載置された以降の上昇速度よりも遅くしているのである。
【００７１】
このようにすれば、予備加熱工程における半導体ウェハーＷの反りを防止することができ、その結果良好なフラッシュ加熱処理を行うことができる。
【００７２】
＜３．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。例えば、上記実施形態においては光源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。
【００７３】
また、光源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。すなわち、ランプからの光照射による加熱を補助するための予備加熱を行うときに上記各実施形態のような技術を適用することができる。
【００７４】
また、光照射による加熱を行う装置に限定されず、例えばＣＶＤ装置のようにホットプレートによって半導体ウェハーＷ等を加熱する熱処理装置に本発明に係る技術を適用することができるのは勿論である。特に、半導体ウェハーＷ等を数百度程度の高温のホットプレートに接触させることによって該半導体ウェハーＷ等を昇温させる場合には、本発明に係る技術を適用する意義は大きい。
【００７５】
また、予備加熱工程における半導体ウェハーＷの平均昇温レートを１１℃／sec.よりもさらに小さくして半導体ウェハーＷの反りを確実に防止する観点からは、近接加熱位置Ｈ２におけるホットプレート９０の停止時間を３０秒以上に長くしたり、受渡位置Ｈ３までのホットプレート９０の上昇速度をさらに遅くするようにしても良い。もっとも、予備加熱工程における半導体ウェハーＷの平均昇温レートをあまりに小さくすると熱処理装置のスループットが著しく低下するため、スループット維持の観点からは平均昇温レートを５℃／sec.以上とすることが好ましい。
【００７６】
また、上記各実施形態においては、モータ４０によってホットプレート９０を昇降させるようにしていたが、ホットプレート９０を固定して支持ピン７０を昇降駆動するようにしても良い。すなわち、ホットプレート９０と支持ピン７０とを相対的に昇降移動させる形態であれば良い。
【００７７】
また、第２実施形態における搬入・搬出位置Ｈ１から受渡位置Ｈ３までのホットプレート９０の上昇速度は必ずしも一定であることに限定されるものではなく、例えばホットプレート９０が受渡位置Ｈ３に近づくほどその上昇速度を遅くするようにしても良い。
【００７８】
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。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。
【００７９】
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】
【００８０】
【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の熱処理装置のコントローラの構成を示すブロック図である。
【図４】図１の熱処理装置のホットプレートが移動可能な高さ位置について説明する図である。
【図５】第２実施形態のホットプレートの上昇速度の変化を説明する図である。
【符号の説明】
【００８１】
５  光源
１０  コントローラ
１１  ＣＰＵ
４０  モータ
６１  透光板
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
９０  ホットプレート
Ｈ１  搬入・搬出位置
Ｈ２  近接加熱位置
Ｈ３  受渡位置
Ｈ４  熱処理位置
Ｗ  半導体ウェハー
【図１】
2005085993.tif 000003
【図２】
2005085993.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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