(57)【要約】【課題】フラッシュランプから基板に照射される光の照度分布を平滑化する。【解決手段】熱処理装置１は、基板９が熱処理される空間を形成するチャンバ本体６、複数の棒状のフラッシュランプ６９が配列される光照射部５、チャンバ本体６内の光照射部５に対向する位置にて基板９を保持するサセプタ７、サセプタ７に保持される基板９の主面に沿う所定の移動方向へと光照射部５を移動するランプ移動機構５０、および、これらの構成を制御して熱処理を行う制御部８を備える。熱処理装置１では、制御部８の制御により、第１照射位置に位置する光照射部５からサセプタ７に保持された基板９に光が照射され、ランプ移動機構５０によって光照射部５が第１照射位置からフラッシュランプ６９のピッチの半分の距離だけ離れた第２照射位置へと移動し、基板９に対して再度光の照射を行う。その結果、基板９に照射される光の累積照度分布が平滑化される。【選択図】図６
2005064346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に光を照射して加熱を伴う処理を行う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照射部と、
前記光照射部に対向する位置にて基板を保持する保持部と、
前記保持部に保持される基板の主面に沿う所定の移動方向へと前記光照射部を前記保持部に対して相対的に移動する移動機構と、
前記光照射部および前記移動機構を制御することにより、前記保持部に対して第１の相対位置に位置する前記光照射部から前記保持部に保持された基板に光を照射し、前記光照射部を前記第１の相対位置から前記保持部に対して前記移動方向へと相対的に移動して第２の相対位置に位置させた後、前記光照射部から前記基板に光を再度照射する制御部と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記複数のフラッシュランプのそれぞれが、前記保持部に保持される基板の主面に沿って前記移動方向とは異なる方向を向く棒状であり、前記複数のフラッシュランプが、前記移動方向に対して一定のピッチにて配列される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であって、
前記複数のフラッシュランプの配列方向が前記移動方向に対して平行であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の熱処理装置であって、
前記第１の相対位置から前記第２の相対位置への前記光照射部の相対的な移動により、前記光照射部が、前記一定のピッチの半分の距離だけ前記保持部に対して相対的に移動することを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載の熱処理装置であって、
前記制御部の制御により、前記光照射部の前記第２の相対位置における光照射の後、前記移動機構が前記光照射部を前記第２の相対位置から前記保持部に対して前記移動方向へと相対的に移動して第３の相対位置に位置させ、前記光照射部が前記基板に光をさらに照射することを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の熱処理装置であって、
前記保持部が内部に位置し、基板が処理される空間を形成するチャンバ本体をさらに備え、
前記移動機構により前記光照射部が前記チャンバ本体の外部において移動することを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載の熱処理装置であって、
前記移動機構により、メンテナンス時の前記光照射部の移動が行われ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】
本発明は、基板に加熱を伴う処理を行う熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体基板等（以下、単に「基板」という。）の製造の様々な段階において基板に対する熱処理が行われており、熱処理方法の１つとして急速加熱工程（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ、以下、「ＲＴＰ」という。）が利用されている。ＲＴＰでは、処理室内の基板をハロゲンランプ等で加熱して短時間で所定の温度まで昇温することにより、酸化膜等の絶縁膜の薄膜化、イオン注入法により添加した不純物の活性化工程における不純物の再拡散抑制等、従来の電気炉による長時間の熱処理では困難であった処理を実現することができる。
【０００３】
近年、基板の加熱源としてフラッシュランプを用いて、基板に閃光を照射してさらに短時間で基板を加熱する技術も提案されている。例えば、特許文献１では、半導体ウエハ上に膜を設けて閃光を照射することにより、半導体ウエハの選択領域のみを所定温度まで加熱する半導体ウエハの加熱方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２では、基板上に拡散マスクを形成し、不純物を含む雰囲気中で閃光を照射することにより、基板に不純物拡散層を形成する半導体装置の製造方法が開示されている。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ランプを用いる熱処理装置では、基板とランプとの間の距離が大きくなるに従い熱処理に必要なエネルギーが増大するため、省エネルギーの観点からランプは基板に近接して設けられる。このため、基板上のランプの直下の部分の照度が他の部分よりも高くなり、基板の温度分布が不均一になって、基板表面の熱処理後の状態にばらつき（むら）が生じてしまう。
【０００６】
ハロゲンランプ等を加熱源とする従来の熱処理装置では、所定の温度までの昇温時間が比較的長いという特徴を利用して、光の照射中に基板を回転させて基板上の照度分布を平滑化する手法が用いられる。しかしながら、フラッシュランプを加熱源とする熱処理装置では、光の照射による昇温時間が極めて短いため、上述のような手法を用いて基板上の照度分布を平滑化することは困難である。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、フラッシュランプを備える熱処理装置において基板上の照度分布を平滑化することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、基板に光を照射して加熱を伴う処理を行う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照射部と、前記光照射部に対向する位置にて基板を保持する保持部と、前記保持部に保持される基板の主面に沿う所定の移動方向へと前記光照射部を前記保持部に対して相対的に移動する移動機構と、前記光照射部および前記移動機構を制御することにより、前記保持部に対して第１の相対位置に位置する前記光照射部から前記保持部に保持された基板に光を照射し、前記光照射部を前記第１の相対位置から前記保持部に対して前記移動方向へと相対的に移動して第２の相対位置に位置させた後、前記光照射部から前記基板に光を再度照射する制御部とを備える。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱処理装置であって、前記複数のフラッシュランプのそれぞれが、前記保持部に保持される基板の主面に沿って前記移動方向とは異なる方向を向く棒状であり、前記複数のフラッシュランプが、前記移動方向に対して一定のピッチにて配列される。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の熱処理装置であって、前記複数のフラッシュランプの配列方向が前記移動方向に対して平行である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の熱処理装置であって、前記第１の相対位置から前記第２の相対位置への前記光照射部の相対的な移動により、前記光照射部が、前記一定のピッチの半分の距離だけ前記保持部に対して相対的に移動する。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記制御部の制御により、前記光照射部の前記第２の相対位置における光照射の後、前記移動機構が前記光照射部を前記第２の相対位置から前記保持部に対して前記移動方向へと相対的に移動して第３の相対位置に位置させ、前記光照射部が前記基板に光をさらに照射する。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記保持部が内部に位置し、基板が処理される空間を形成するチャンバ本体をさらに備え、前記移動機構により前記光照射部が前記チャンバ本体の外部において移動する。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の熱処理装置であって、前記移動機構により、メンテナンス時の前記光照射部の移動が行われる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、基板に照射される光の累積照度分布を平滑化することができる。
【００１６】
請求項２の発明では、基板上の照度分布を容易に平滑化することができる。
【００１７】
請求項３の発明では、フラッシュランプの配列方向のピッチに対する光照射部の保持部に対する相対移動量を最小とすることができる。
【００１８】
請求項４の発明では、２回の光照射で基板上の累積照度分布を容易に平滑化することができる。
【００１９】
請求項５の発明では、基板上の累積照度分布をさらに平滑化することができる。
【００２０】
請求項６および７の発明では、熱処理装置の構造を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る熱処理装置１の構成を示す図であり、熱処理装置１は半導体基板９（以下、「基板９」という。）に光を照射して加熱を伴う処理を行う装置である。
【００２２】
熱処理装置１は、略円筒状の内壁を有するチャンバ側部６３、チャンバ側部６３の下部を覆うチャンバ底部６２、および、チャンバ側部６３の上部を覆う透光板６１を備え、これらにより基板９が熱処理される空間（以下、「チャンバ」という。）６５を形成するチャンバ本体６が構成される。
【００２３】
また、熱処理装置１は、基板９に光を照射して加熱する光照射部５、チャンバ本体６の内部に位置し、光照射部５に対向する位置にて基板９を保持するサセプタ７、サセプタ７をチャンバ本体６の底面であるチャンバ底部６２に対して昇降するサセプタ昇降機構４、サセプタ７に保持される基板９の主面に沿う所定の移動方向（図１中のＸ方向）へと光照射部５をサセプタ７に対して相対的に移動するランプ移動機構５０、および、これらの構成を制御して熱処理を行う制御部８を備える。
【００２４】
透光板６１は、例えば、石英等の赤外線透過性を有する材料により形成され、光照射部５からの光を透過してチャンバ６５に導くチャンバ窓として機能する。
【００２５】
チャンバ底部６２およびチャンバ側部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、チャンバ底部６２には、サセプタ７を貫通して基板９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の支持ピン７０が立設される。
【００２６】
チャンバ側部６３は、基板９の搬入および搬出を行うための開口部６６を有し、開口部６６は、軸６７を中心に回動するゲートバルブ６８により開閉可能とされる。チャンバ側部６３の開口部６６とは反対側の部位にはチャンバ６５に処理ガス（例えば、窒素（Ｎ２）ガス）を導入する導入路７８が設けられ、開閉弁８０を介して図示省略の供給装置に接続される。また、開口部６６にはチャンバ内の気体を排出する排出路７９が形成され、開閉弁８１を介して図示省略の排気装置に接続される。また、チャンバ側部６３は蝶番６０を介して透光板６１と接続される。
【００２７】
光照射部５は、複数（第１の実施の形態においては２５本）のキセノン（Ｘｅ）フラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」という。）６９、フラッシュランプ６９からの光を反射するリフレクタ７１、および、フラッシュランプ６９の光を拡散しつつ透過する光拡散板７２を有する。
【００２８】
複数のフラッシュランプ６９のそれぞれは、サセプタ７に保持される基板９の主面に沿うとともに光照射部５の移動方向と直交する方向を向く（すなわち、長手方向が図１中のＹ方向へと伸びる）棒状ランプであり、光照射部５の移動方向に対して所定のピッチ（以下、光照射部５の移動方向に対するフラッシュランプ６９のピッチを「ランプピッチ」という。）にて互いに平行に平面状に配列される。換言すれば、光照射部５において、複数のフラッシュランプ６９の配列方向は、光照射部５の移動方向に対して平行とされる。
【００２９】
リフレクタ７１は、複数のフラッシュランプ６９の上方にそれら全体を覆うように設けられ、その表面はホーニング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７２は、赤外線を透過する石英ガラスにて形成され、その表面には光拡散加工が施される。
【００３０】
図２および図３は、ランプ移動機構５０および光照射部５、並びに、チャンバ本体６の一部を示す図であり、図２はランプ移動機構５０の（＋Ｙ）側から（−Ｙ）方向を見た様子を示し、図３は（＋Ｘ）側から（−Ｘ）方向を見た様子を示す。
【００３１】
図２および図３に示すランプ移動機構５０は、モータ５１、モータ５１に接続されるボールねじ５２、光照射部５に固定されボールネジ５２に取り付けられるナット５４、および、ガイドレール５３を有し、制御部８によりモータ５１が駆動されることによりボールねじ５２が回転し、ナット５４とともに光照射部５が図２中のＸ方向（すなわち、フラッシュランプ６９の配列方向に対して平行な方向）へとガイドレール５３に沿って滑らかに移動する。熱処理装置１では、ランプ移動機構５０により光照射部５がチャンバ本体６の外部において移動するため、チャンバ６５内の構造を簡素化することができる。
【００３２】
図１に示すサセプタ７は、基板９を予備加熱（いわゆる、アシスト加熱）する加熱プレート７４、および、加熱プレート７４の上面（サセプタ７が基板９を保持する側の面）に設置される熱拡散板７３を有し、熱拡散板７３の上面には、基板９の位置ずれを防止するピン７５が設けられる。また、加熱プレート７４の下面側には、サセプタ７を支持する筒状体４１が設けられる。
【００３３】
加熱プレート７４は、窒化アルミニウムにより形成され、その内部に図示省略のヒータと、そのヒータを制御するためのセンサとを有する。熱拡散板７３は、比較的熱伝導率が小さいサファイア（Ａｌ２Ｏ３：酸化アルミニウム）や石英等により形成され、加熱プレート７４から放射される熱エネルギーを拡散する。
【００３４】
サセプタ７および筒状体４１の周囲には、サセプタ７から放射される熱エネルギーを反射するヒータリフレクタ３０が配置される。ヒータリフレクタ３０は石英により形成され、その表面全体はホーニング処理により粗面化加工が施されて梨地模様を呈し、加熱プレート７４からの熱エネルギーが熱拡散板７３以外に伝導することを抑制する。ヒータリフレクタ３０のチャンバ底部６２に対向する部位には複数の支持ピン７０がそれぞれ挿入される貫通孔３４が、サセプタ７に同様に形成された貫通孔７６に対応する位置に形成される。
【００３５】
サセプタ昇降機構４は、移動板４２、ガイド部材４３、固定板４４、ボールネジ４５、連結部材４６および４７、ナット４８並びにモータ４０を有する。移動板４２は、筒状体４１を介してサセプタ７に、連結部材４６および４７を介してナット４８に連結され、チャンバ底部６２に上端が固定されたガイド部材４３により案内されて昇降可能とされる。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の中央部に設置され、ボールネジ４５が接続される。サセプタ昇降機構４によりサセプタ７が昇降する際には、制御部８の制御によりモータ４０がボールネジ４５を回転し、ナット４８に連結される移動板４２がガイド部材４３に沿って移動し、それに伴いサセプタ７が図１中のＺ方向に滑らかに移動する。
【００３６】
また、移動板４２にはヒータリフレクタ３０の下端（すなわち、ヒータリフレクタ３０の筒状体４１を囲む部位の（−Ｚ）側の端部）が固定され、サセプタ７が昇降する際には、ヒータリフレクタ３０もサセプタ７と共に昇降する。
【００３７】
移動板４２とチャンバ底部６２との間には、筒状体４１およびその周囲のヒータリフレクタ３０を囲む伸縮自在の蛇腹７７が設けられる。蛇腹７７の一方の端はチャンバ底部６２に、他方の端は移動板４２に接続され、チャンバ６５を気密状態に保つ。サセプタ昇降機構４によりサセプタ７およびヒータリフレクタ３０がチャンバ底部６２に対して上昇する際には蛇腹７７は収縮され、下降する際には蛇腹７７が伸張される。
【００３８】
ライナ２０は、例えば、石英により形成され、チャンバ底部６２およびチャンバ側部６３に沿ってチャンバ本体６に対して着脱自在に取り付けられる。ライナ２０のチャンバ底部６２に対向する部位には、筒状体４１およびヒータリフレクタ３０の下部が挿入される貫通孔２１が形成され、また、支持ピン７０が挿入される貫通孔２２が貫通孔３４および貫通孔７６に対応する位置に形成される。
【００３９】
ライナ２０のチャンバ側部６３に対向する部位には、ライナ２０をチャンバ本体６に取り付ける際に開口部６６とチャンバ６５とを連通させる開口２３、および、導入路７８から排出路７９へと流れる処理ガスが通過するための流路（図示省略）が形成される。また、ライナ２０の外側の表面（すなわち、チャンバ底部６２およびチャンバ側部６３に対向する面）は、ホーニング処理により粗面化加工が施されて梨地模様を呈する。
【００４０】
図４および図５は、基板９を熱処理する際の熱処理装置１の動作の流れを示す図である。第１の実施の形態では、基板９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、熱処理装置１による熱処理により基板９中の不純物の活性化が行われる（後述の第２および第３の実施の形態においても同様）。
【００４１】
熱処理装置１により基板９が熱処理される際には、まず、サセプタ７が図１に示すようにチャンバ底部６２に近接した位置に配置される。以下、図１におけるサセプタ７およびヒータリフレクタ３０のチャンバ６５内における位置を「受渡位置」という。サセプタ７およびヒータリフレクタ３０が受渡位置にあるとき、支持ピン７０の先端は、サセプタ７およびヒータリフレクタ３０を貫通してサセプタ７の上方に位置する。次に、開口部６６が開放され、制御部８により制御される搬送ロボット（図示省略）により開口部６６および開口２３を介して基板９がチャンバ６５内に搬入され（ステップＳ１１）、複数の支持ピン７０上に載置される。
【００４２】
その後、ゲートバルブ６８により開口部６６が閉鎖され（ステップＳ１２）、開閉弁８０および８１が開かれてチャンバ６５内に常温の窒素ガスが導入される（ステップＳ１３）。サセプタ昇降機構４によりサセプタ７およびヒータリフレクタ３０は、図６に示すように透光板６１に近接した位置まで上昇し（ステップＳ１４）、基板９が支持ピン７０からサセプタ７へと渡されてサセプタ７上に保持される。そして、サセプタ７およびヒータリフレクタ３０がチャンバ底部６２に対して上昇した状態において熱処理が行われる。以下、図６におけるサセプタ７およびヒータリフレクタ３０のチャンバ６５内における位置を「処理位置」という。なお、サセプタ７と透光板６１との間の距離は、サセプタ昇降機構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である。
【００４３】
サセプタ７は、加熱プレート７４に内蔵されたヒータにより予め所定の温度に加熱されており、基板９はサセプタ７（正確には、熱拡散板７３）と接触することにより予備加熱され（ステップＳ１５）、基板９の温度が次第に上昇する。このとき、熱拡散板７３により加熱プレート７４からの熱エネルギーが拡散されるため、基板９は均一に予備加熱される。また、サセプタ７から放射される熱線等の熱エネルギーは、サセプタ７の周囲にてヒータリフレクタ３０により反射されて周囲への熱伝導が抑制されるため、サセプタ７からの熱エネルギーを効率的に基板９の予備加熱に利用することができる。
【００４４】
基板９の表面温度は加熱プレート７４内の温度センサにより間接的に継続して計測され（ステップＳ１６）、計測された温度が設定された予備加熱温度（以下、「設定温度」という。）に到達したか否かが判断される（ステップＳ１７）。設定温度は、基板９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。
【００４５】
基板９の表面温度が設定温度よりも低い場合には、ステップＳ１５に戻って予備加熱が継続され、基板９の表面温度の計測および確認（ステップＳ１５，Ｓ１６）が、基板９の表面温度が設定温度以上になるまで繰り返される（ステップＳ１７）。
【００４６】
基板９の表面温度が設定温度以上になると、制御部８の制御により、サセプタ７に対して所定の相対位置（以下、「第１照射位置」という。）に位置する光照射部５からサセプタ７に保持された基板９にフラッシュ光が照射される（ステップＳ２１）。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光拡散板７２および透光板６１を透過して直接チャンバ６５内へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ７１により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６５内へと向かい、これらの光の照射により基板９の加熱（以下、予備加熱と区別するため、基板９の表面温度を処理温度まで上昇させる加熱を「主加熱」という。）が行われる。
【００４７】
続いて、制御部８によりランプ移動機構５０が制御されて、チャンバ本体６の外部において光照射部５が第１照射位置から図１中の（＋Ｘ）方向（基板９の主面に沿ってフラッシュランプ６９の配列方向）へと移動して２回目の光の照射を行うためのサセプタ７に対する所定の相対位置（以下、「第２照射位置」という。）に位置する（ステップＳ２２）。このとき、第１照射位置から第２照射位置への光照射部５の移動により、光照射部５は、ランプピッチの半分の距離だけサセプタ７に対して相対的に移動し、その後、光照射部５からサセプタ７に保持される基板９に光が再度照射され（ステップＳ２３）、基板９に対する２回目の主加熱が行われる。
【００４８】
２回目の主加熱の終了後、ランプ移動機構５０により光照射部５が第１照射位置へと移動され（ステップＳ２４）、サセプタ昇降機構４によりサセプタ７およびヒータリフレクタ３０が再び図１に示す受渡位置まで下降し（ステップＳ２５）、基板９がサセプタ７から支持ピン７０へと渡される。続いて、開閉弁８０および８１が閉じられて窒素ガスの導入が停止され（ステップＳ２６）、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（ステップＳ２７）。支持ピン７０上に載置された基板９は搬送ロボットにより搬出され（ステップＳ２８）、熱処理装置１による一連の熱処理動作が完了する。
【００４９】
図７は、１回目の光の照射におけるフラッシュランプ６９の配列方向の基板９上の位置と、フラッシュランプ６９からの光による基板９上の照度との関係を示す図であり、線９１は照度分布を示し、フラッシュランプ６９の位置も重ねて示している。熱処理装置１では、フラッシュランプ６９からの光の一部を反射するリフレクタ７１にホーニング処理を施して反射光を散乱させることにより、基板９上の照度分布のばらつきをある程度抑えることができるが、それでも、図７に示すように、基板９上にリップル状の照度分布が現れる。フラッシュランプ６９と基板９との間の距離に応じて照度分布は複雑に変化するが、一般的には、基板９における複数のフラッシュランプ６９のそれぞれの鉛直直下の部位では照度が高く、複数のフラッシュランプ６９のそれぞれの間隙の鉛直直下の部位では照度が低くなる。
【００５０】
図８は、２回目の光の照射におけるフラッシュランプ６９の配列方向の基板９上の位置と、フラッシュランプ６９からの光の基板９上の照度との関係を示す図であり、フラッシュランプ６９の位置、および、１回目の光の照射による基板９上の照度分布９１も示している。線９２は２回目の光の照射による基板９上の照度分布を示し、線９３は２回の光の照射による基板９上の累積照度分布（１回目および２回目の光照射により基板９上に照射された光の照度分布の和）を示す。
【００５１】
熱処理装置１では、制御部８が光照射部５およびランプ移動機構５０を制御することにより、第１照射位置に位置する光照射部５からサセプタ７に保持される基板９に対して１回目の光の照射が行われ、光照射部５がランプピッチの半分の距離だけ移動され、第２照射位置において２回目の光の照射が行われる。その結果、図８に示すように１回目および２回目の光の照射における照度分布（線９１および９２）のばらつきが相殺され、基板９に照射される光の累積照度分布（線９３）を容易に平滑化することができ、照度分布のばらつきに起因する基板９に対する熱処理のばらつき（むら）を抑制することができる。
【００５２】
また、熱処理装置１では、棒状のフラッシュランプ６９から基板９に光を照射することにより、フラッシュランプ６９の直線移動のみで基板９に対する熱処理のばらつきを容易に抑制することができる。さらに、熱処理装置１では、フラッシュランプ６９の配列方向が光照射部５の移動方向に対して平行とされることにより、フラッシュランプ６９の配列方向のピッチに対する光照射部５の移動量を最小とすることができる。
【００５３】
熱処理装置１では、主加熱が光の照射により行われることによって、基板９の表面温度を短時間で昇降させることができる。フラッシュランプ６９から照射される光は、予め蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリ秒ないし１０ミリ秒程度の極めて短く強い閃光であり、フラッシュランプ６９からの光により主加熱される基板９の表面温度は、瞬間的に１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度まで上昇し、基板９に添加された不純物が活性化される。このとき、基板９の表面温度が極めて短い時間で処理温度まで上昇して急速に下降するため、基板９に添加された不純物の熱による拡散（この拡散現象を、基板９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実現することができる。
【００５４】
また、熱処理装置１では、主加熱の前に加熱プレート７４により基板９を予備加熱しておくことにより、フラッシュランプ６９からの光の照射によって基板９の表面温度を処理温度まで速やかに上昇させることができる。
【００５５】
さらに、主加熱の際にフラッシュランプ６９からの光がライナ２０に入射することがあっても、ホーニング処理により粗面化されたライナ２０の外面（チャンバ本体６に対向する面）により光がある程度遮られるため、チャンバ本体６の内側の表面が光に曝されて変質、あるいは、劣化する現象を抑制することができる。
【００５６】
熱処理装置１のメンテナンスが行われる際には、ランプ移動機構５０により光照射部５がチャンバ６５の上方から図１中に示す（−Ｘ）方向へと滑らかに移動して二点鎖線で示す位置へと配置され、透光板６１が蝶番６０を支点として上方に引き上げられてチャンバ６５が開放される。このように、熱処理装置１では、ランプ移動機構５０により、熱処理時およびメンテナンス時の光照射部５の移動が行われるため、装置の構造を簡素化することができる。
【００５７】
図９は、第２の実施の形態に係る熱処理装置１ａの構成を示す図であり、熱処理装置１ａでは、図１に示す熱処理装置１のランプ移動機構５０に代えて、サセプタ７を図９中のＸ方向（すなわち、第１の実施の形態における光照射部５の移動方向と同じく、フラッシュランプ６９の配列方向に対して平行な方向）に移動するサセプタ移動機構１０が設けられ、また、サセプタ７にサセプタ基台７７が設けられる。その他の基本構成は図１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。
【００５８】
図１０は、サセプタ移動機構１０、サセプタ７、ヒータリフレクタ３０および筒状体４１を示す図であり、サセプタ７の移動方向に垂直な面で切断した断面を示す。図１１は、サセプタ移動機構１０、サセプタ７、ヒータリフレクタ３０および筒状体４１を図１０中に示すＡ−Ａの位置でサセプタ７の移動方向に平行な面で切断した断面図であり、図１２は、サセプタ移動機構１０、サセプタ７およびヒータリフレクタ３０をＢ−Ｂの位置で切断した断面図である。
【００５９】
サセプタ移動機構１０は、図１１に示すモータ１１、モータ１１に接続されるボールねじ１２、および、ボールねじ１２に取り付けられるナット１３、並びに、図１２に示すガイド棒１９、および、ガイド棒１９に取り付けられるボールブッシュ１８を有し、移動機構支持部１４によりこれらの構成が保持される。サセプタ７の下面（基板９を保持する側とは反対側の面）には、ナット１３、および、ボールブッシュ１８が固定されるサセプタ基台７７が設けられ、サセプタ７は、サセプタ基台７７を貫通するガイド棒１９を介して移動機構支持部１４により支持される。
【００６０】
移動機構支持部１４には、サセプタ７が受渡位置に位置するときに支持ピン７０が挿入される貫通孔１５（図１１参照）が、ヒータリフレクタ３０の貫通孔３４、および、サセプタ７の貫通孔７６に対応する位置に形成される。また、筒状体４１は、図１に示す熱処理装置１とは異なり、移動機構支持部１４の下面に接続され、移動機構支持部１４およびサセプタ７を支持する。
【００６１】
サセプタ移動機構１０によりサセプタ７が移動される際には、制御部８によりモータ１１が駆動されてボールねじ１２が回転し、ナット１３に固定されたサセプタ７がＸ方向へとガイド棒１９に沿って滑らかに移動する。
【００６２】
移動機構支持部１４とサセプタ基台７７との間には、図１１に示すボールネジ１２の周囲を囲む伸縮自在の蛇腹１６および１７、並びに、図１２に示すガイド棒１９の周囲を囲む伸縮自在の蛇腹１６０および１７０が設けられ、移動機構支持部１４およびサセプタ基台７７と共にサセプタ移動機構１０の配置される空間を気密状態に保ち、サセプタ移動機構１０からの発塵によりチャンバ６５が汚染されるのを防止する。
【００６３】
図１３は、基板９を熱処理する際の熱処理装置１ａの動作の流れの後半部分を示す図である。動作の前半部分は図４と同様である。以下、熱処理装置１ａの動作について、図４、図９、図１３および適宜他の図面を参照しながら説明する。
【００６４】
熱処理装置１ａにより基板９が熱処理される際には、まず、サセプタ７がチャンバ底部６２に近い受渡位置に配置されて、基板９がチャンバ６５内に搬入される（ステップＳ１１）。このとき、第１の実施の形態と同様に支持ピン７０の先端はサセプタ７上に突き出ており、基板９が複数の支持ピン７０上に載置される。
【００６５】
次に、ゲートバルブ６８により開口部６６が閉鎖され（ステップＳ１２）、開閉弁８０および８１が開かれてチャンバ６５内に常温の窒素ガスが導入される（ステップＳ１３）。続いて、サセプタ昇降機構４によりサセプタ７およびヒータリフレクタ３０が、図９に示すように処理位置（以下、「第１処理位置」と呼ぶ。）まで上昇し（ステップＳ１４）、基板９が支持ピン７０からサセプタ７へと渡されてサセプタ７上に保持される。
【００６６】
サセプタ７は、予め所定の温度に加熱されており、基板９はサセプタ７（正確には、熱拡散板７３）と接触することにより予備加熱され（ステップＳ１５）、基板９の温度が次第に上昇する。そして、基板９の表面温度が加熱プレート７４内の温度センサにより間接的に継続して計測され（ステップＳ１６）、基板９の表面温度が設定温度以上になると（ステップＳ１７）、制御部８の制御により光照射部５からサセプタ７に保持された基板９にフラッシュ光が照射され（ステップＳ３１）、基板９の主加熱が行われる。
【００６７】
続いて、制御部８によりサセプタ移動機構１０が制御されて、サセプタ７が第１処理位置から２回目の光の照射が行われる位置（以下、「第２処理位置」という。）へと図９中の（−Ｘ）方向にランプピッチの半分の距離だけ移動する（ステップＳ３２）。このサセプタ７の移動により、光照射部５がサセプタ７に対して（＋Ｘ）方向へと相対的に移動して２回目の光の照射を行う相対位置に位置することとなる。そして、サセプタ７に保持された基板９に光が再度照射され（ステップＳ３３）、基板９に対する２回目の主加熱が行われる。
【００６８】
２回目の主加熱の終了後、サセプタ移動機構１０によりサセプタ７が第２処理位置から第１処理位置へと移動され（ステップＳ３４）、移動機構支持部１４に形成された貫通孔１５はヒータリフレクタ３０の貫通孔３４、および、サセプタ７の貫通孔７６に対応する位置に位置する。その後、サセプタ昇降機構４によりサセプタ７およびヒータリフレクタ３０が再び受渡位置まで下降し（ステップＳ３５）、基板９がサセプタ７から支持ピン７０へと渡される。開閉弁８０および８１は閉じられて窒素ガスの導入が停止され（ステップＳ３６）、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（ステップＳ３７）。支持ピン７０上に載置された基板９は搬送ロボットにより搬出され（ステップＳ３８）、熱処理装置１ａによる一連の熱処理動作が完了する。
【００６９】
熱処理装置１ａでは、サセプタ移動機構１０によりサセプタ７を移動することにより、１回目と２回目とで基板９に対する光照射部５の相対位置をランプの配列方向に対してランプピッチの半分の距離だけ変更した２回の光の照射を行う。その結果、複数のフラッシュランプ６９の配列に対応する基板９上のリップル状の照度分布のばらつきを相殺し、基板９上の累積照度分布を容易に平滑化することができ、照度分布のばらつきに起因する基板９に対する熱処理のばらつき（むら）を抑制することができる。
【００７０】
また、熱処理装置１ａでは、第１の実施の形態と同様に棒状のフラッシュランプ６９を用いることにより基板９上の照度分布を容易に平滑化することができ、さらに、フラッシュランプ６９の配列方向にサセプタ７を移動することで光照射部５とサセプタ７との相対移動量を最小とすることができる。
【００７１】
図１４は、第３の実施の形態に係る熱処理装置により基板９が熱処理される際の、熱処理装置の動作の流れの後半部分を示す図である。第３の実施の形態に係る熱処理装置では、基板９に対する光の照射回数が３回とされる。装置の構成は図１および図６に示す熱処理装置１と同様であり、以下の動作の説明においてこれらの図を参照する。また、第３の実施の形態に係る熱処理装置の動作の流れの前半部分は図４と同様である。
【００７２】
第３の実施の形態に係る熱処理装置により基板９が熱処理される際には、図２に示す動作を経た後、第１照射位置に位置する光照射部５からサセプタ７に保持された基板９にフラッシュ光が照射され（ステップＳ４１）、基板９の主加熱が行われる。続いて、制御部８によりランプ移動機構５０が制御されて、光照射部５が第１照射位置から図１中の（＋Ｘ）方向へとランプピッチの１／３だけ移動し、２回目の光の照射を行うためのサセプタ７に対する所定の相対位置（以下、「第２照射位置」という。）に位置する（ステップＳ４２）。その後、光照射部５からサセプタ７に保持される基板９に光が再度照射され（ステップＳ４３）、基板９に対する２回目の主加熱が行われる。
【００７３】
光照射部５の第２照射位置における光照射の後、制御部８の制御により、ランプ移動機構５０が光照射部５を第２照射位置からサセプタ７に対して（＋Ｘ）方向へとランプピッチの１／３だけ相対的に移動して３回目の光の照射を行うためのサセプタ７に対する所定の相対位置（以下、「第３照射位置」という。）に位置する（ステップＳ４４）。その後、光照射部５によりサセプタ７に保持される基板９に光がさらに照射され（ステップＳ４５）、基板９に対する３回目の主加熱が行われる。
【００７４】
３回目の主加熱の終了後、ランプ移動機構５０により光照射部５が第３照射位置から第１照射位置へと移動され（ステップＳ４６）、サセプタ昇降機構４によりサセプタ７およびヒータリフレクタ３０が再び図１に示す受渡位置まで下降し（ステップＳ４７）、基板９がサセプタ７から支持ピン７０へと渡される。続いて、第１の実施の形態と同様に、窒素ガスの導入が停止され（ステップＳ４８）、開口部６６が開放され（ステップＳ４９）、基板９が搬送ロボットにより搬出されて一連の熱処理動作が完了する（ステップＳ５０）。
【００７５】
第３の実施の形態に係る熱処理装置では、３回の光の照射による主加熱により基板９上の累積照度分布をさらに平滑化し、熱処理の一層の均一化を実現することができる。また、棒状のフラッシュランプ６９を用いることにより基板９上の照度分布を容易に平滑化することができ、さらに、フラッシュランプ６９の配列方向に光照射部５を移動することで光照射部５とサセプタ７との相対移動量を最小とすることができる。
【００７６】
なお、第３の実施の形態に係る熱処理装置では、ランプ移動機構５０により光照射部５が移動されるが、ランプ移動機構５０に代えて熱処理装置１ａと同様のサセプタ移動機構１０が設けられ、サセプタ７が移動されることにより、基板９に対する光照射部５の相対位置が複数回変更されてもよい。
【００７７】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００７８】
例えば、光照射部５では、キセノンフラッシュランプに代えて、クリプトンフラッシュランプが用いられてもよい。また、フラッシュランプ６９の数、配列または形状は上記実施の形態に示したものに限定されず、熱処理される基板９の大きさ等の諸条件に合わせて適宜変更が可能である。例えば、基板９の主面に沿う棒状のフラッシュランプ６９は、光照射部５の移動量を最小にするという観点から光照射部５のサセプタ７に対する相対移動方向に対して平行に配列されることが好ましいが、相対移動方向に対して垂直な方向以外であれば、熱処理の条件に合わせて適宜他の方向に配列されてもよい。また、フラッシュランプ６９の形状は、例えば球状であってもよく、この場合でも基板９に対する光の照射位置を適宜変更して複数回の光照射を行うことにより、基板９上の累積照度分布を平滑化することができる。
【００７９】
上記実施の形態に係る熱処理装置では、基板９に対する光の照射回数が２回または３回とされるが、要求される熱処理の均一化のレベルに合わせて、光の照射回数は適宜変更されてよい。このとき、基板９上の累積照度分布の平滑化の観点からは、光照射部５が１回の光照射の後に次の光照射までに移動するサセプタ７に対する相対移動距離は、ランプピッチを照射回数で除した距離とされることが好ましい。ただし、移動距離は適宜変更することも可能であり、例えば、照射回数が２回の場合の相対移動距離をランプピッチの１．５倍としても、実質的に上記第１または第２の実施の形態と同様の基板９に対する熱処理の均一化を実現することができる。
【００８０】
上記実施の形態に係る熱処理装置では、サセプタ７に保持される基板９の予備加熱は、加熱プレート７４以外の他の機構によって行われてもよい。例えば、チャンバ本体６の外側に設けられたハロゲンランプ等からのサセプタ７の下面（基板９を保持する側の面とは反対側の面）に対する光照射により基板９が予備加熱されてもよい。この場合、チャンバ底部６２にはサセプタ７の下面へと光を透過するチャンバ窓が設けられ、ヒータリフレクタ３０のサセプタ７の下面を覆う部分は省略される。また、熱処理の態様によっては予備加熱が必ずしも必要でない場合もあり、この場合は基板９を予備加熱する機構は省略されてもよい。
【００８１】
上記実施の形態に係る熱処理装置では、基板９に対して、不純物の活性化処理以外にも、酸化、アニール、ＣＶＤ等の様々な熱処理が行われてもよい。また、熱処理装置は、半導体基板のみならず、液晶表示装置やプラズマ表示装置等のフラットパネル表示装置用のガラス基板に対する熱処理にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】第１の実施の形態に係る熱処理装置の構成を示す図である。
【図２】ランプ移動機構および光照射部並びにチャンバ本体の一部を示す図である。
【図３】ランプ移動機構および光照射部並びにチャンバ本体の一部を示す図である。
【図４】熱処理装置の動作の流れを示す図である。
【図５】熱処理装置の動作の流れを示す図である。
【図６】第１の実施の形態に係る熱処理装置の構成を示す図である。
【図７】フラッシュランプの位置と基板上の光の照度分布との関係を示す図である。
【図８】フラッシュランプの位置と基板上の光の照度分布との関係を示す図である。
【図９】第２の実施の形態に係る熱処理装置の構成を示す図である。
【図１０】サセプタ移動機構、サセプタ、ヒータリフレクタおよび筒状体を示す図である。
【図１１】サセプタ移動機構、サセプタ、ヒータリフレクタおよび筒状体を示す図である。
【図１２】サセプタ移動機構、サセプタおよびヒータリフレクタを示す図である。
【図１３】熱処理装置の動作の流れを示す図である。
【図１４】熱処理装置の動作の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１，１ａ  熱処理装置
５  光照射部
６  チャンバ本体
７  サセプタ
８  制御部
９  基板
１０  サセプタ移動機構
５０  ランプ移動機構
６５  チャンバ
６９  フラッシュランプ
Ｓ１１〜Ｓ１７，Ｓ２１〜Ｓ２８，Ｓ３１〜Ｓ３８，Ｓ４１〜Ｓ５０  ステップ
【図１】
2005064346.tif 000003
【図２】
2005064346.tif 000004
【図３】
2005064346.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005064346.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005064346.tif 000009
【図８】
2005064346.tif 000010
【図９】
2005064346.tif 000011
【図１０】
2005064346.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2005064346.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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