(57)【要約】【課題】  基板の温度均一性を維持することができ、しかもピンの破損やガス滞留を生じない熱処理装置を提供する。【解決手段】  加熱プレート７４上に設けられたサセプタ７３が可動部７３ａと固定部７３ｂとに分割されている。搬送アームＴＲによって搬入されてきた半導体ウェハーＷは可動部７３ａが上昇することによって受け取る。半導体ウェハーＷを受け取った可動部７３ａは下降して固定部７３ｂに嵌合する。このときには、可動部７３ａの上面と固定部７３ｂの上面とが面一となりサセプタ７３全体として半導体ウェハーＷの平面サイズより大きくなる。このため、半導体ウェハーＷの端部を含む全体を均一に加熱することができる。また、昇降ピンによるウェハー受け渡しを行わないため、昇降ピンが破損したり、そのピン穴がガス滞留部となって汚染源となる懸念がない。【選択図】図３
2005101215.tif 000002
【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、
基板を載置する載置面を有し、内部にヒータを内蔵し、前記載置面に載置した基板を前記ヒータによって加熱する加熱手段と、
前記載置面の一部を分割した分割体を昇降させることによって、該分割体に支持された基板を前記加熱手段に対して接離させる昇降手段と、
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記載の熱処理装置において、
前記昇降手段が前記分割体を下降させたときに、前記分割体が前記加熱手段に嵌合して前記分割体の上面が前記載置面と面一にな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、
前記昇降手段が前記分割体を下降させたときに、前記分割体が前記加熱手段に嵌合して前記分割体の上面が前記載置面よりも突出することを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記昇降手段が前記分割体を下降させたときに、前記分割体が前記加熱手段に没入することを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記昇降手段は、前記加熱手段の下方に設けられており、前記加熱手段を貫通して前記分割体を支持する支持棒を含むことを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記昇降手段は、前記加熱手段の側方に設けられており、前記加熱手段の側方から前記分割体を支持する支持アームを含むことを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記分割体の内部にヒータを備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記加熱手段は、ヒータを内蔵するホットプレートと、前記ホットプレートの上面に貼着されたサセプタと、を備え、
前記分割体は前記サセプタの一部を分割したものであることを特徴とする熱処理装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記加熱手段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。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハー等の製造プロセスでは、種々の工程においてその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。
【０００３】
また、イオン注入後の半導体ウェハーを加熱してイオン活性化を行う場合には、キセノンフラッシュランプを使用したフラッシュランプアニール装置が使用されることがある。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に昇温させ、注入されたイオンを拡散させることなく活性化のみを行うことができるのである。このようなフラッシュランプアニール装置においても、半導体ウェハーを予備加熱するためにホットプレート方式の加熱処理技術が採用されている。なお、半導体ウェハーを予備加熱するのは、フラッシュランプによる一瞬の閃光照射だけでは目標温度に到達できないような場合に、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ためである。
【０００４】
通常、このようなホットプレートでは半導体ウェハーを受け渡しするためのピン昇降機構を採用している（例えば、特許文献１参照）。すなわち、プレートに３つ以上の小孔を穿設し、それらを貫通するピンを例えばエアシリンダによって鉛直方向に昇降させる。そして、ピンを上昇させてプレート面から突出させた状態にて搬送ロボット等からピン上端部に半導体ウェハーを渡し、該ピンをプレート面よりも下側に下降させることによりピン上端部に支持された半導体ウェハーをプレート面上に載置する。また、プレート面上に加熱処理後の半導体ウェハーが載置されているときには、ピンを上昇させることによって該半導体ウェハーをピン上端部に支持して上昇させ、搬送ロボット等にその半導体ウェハーを渡す。
【０００５】
また、ホットプレートを２段プレート構造とし、上記ピンの代わりに上段プレートによって半導体ウェハーの昇降および搬送ロボットとの受け渡しを行い、下段プレートによってウェハー加熱を行うようにしているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−５８６２３号公報
【特許文献２】特開平８−２３６４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、プレートに複数の穴を設けるとプレート面内が熱的に不均一となるため、ピン昇降用の穴はなるべく小さなものとせざるを得ない。従って、ピンもなるべく細いものとすることが要求されるのであるが、細ければ細いほどピンの破損が生じやすくなる。特に、フラッシュランプアニール装置では、フラッシュ加熱時に瞬間的に巨大なエネルギーの光が照射されるため大きな衝撃が作用し、ピンの破損がより生じやすくなる。
【０００８】
また、ピンが細くなると設計の自由度も低いものとなり、その使用する材料によってはピン先端が半導体ウェハー自体に傷を付けてしまうこともあった。
【０００９】
さらに、ピンを昇降させるために設けられた穴がガスの滞留部となり、これが熱処理雰囲気に悪影響を与えるおそれもある。このため、プレートの穴ごとに排気機構を設ける等の煩雑な対策が必要であった。
【００１０】
また、特許文献２の如く、２段プレート構造を採用する熱処理装置の場合には、搬送ロボットとウェハを受け渡すために上段プレートの平面サイズをウェハサイズよりも若干小さくしなければならない。従って、加熱処理中も上段プレートからウェハが若干はみ出すこととなり、ウェハ端部に対しては十分に加熱を行うことができない。通常のホットプレートであってもウェハ端部は熱が放散されやすく中央部に比較して温度が低下する傾向にあるのであるが、ウェハ端部に対して十分に加熱を行うことができないとこの温度不均一の傾向がさらに強まるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の温度均一性を維持することができ、しかもピンの破損やガス滞留を生じない熱処理装置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】
【００１２】
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、基板を載置する載置面を有し、内部にヒータを内蔵し、前記載置面に載置した基板を前記ヒータによって加熱する加熱手段と、前記載置面の一部を分割した分割体を昇降させることによって、該分割体に支持された基板を前記加熱手段に対して接離させる昇降手段と、を備える。
【００１３】
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、前記昇降手段が前記分割体を下降させたときに、前記分割体が前記加熱手段に嵌合して前記分割体の上面が前記載置面と面一になるようにしている。
【００１４】
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、前記昇降手段が前記分割体を下降させたときに、前記分割体が前記加熱手段に嵌合して前記分割体の上面が前記載置面よりも突出するようにしている。
【００１５】
また、請求項４の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記昇降手段が前記分割体を下降させたときに、前記分割体が前記加熱手段に没入するようにしている。
【００１６】
また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記昇降手段を前記加熱手段の下方に設けており、前記加熱手段を貫通して前記分割体を支持する支持棒を含ませている。
【００１７】
また、請求項６の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記昇降手段を前記加熱手段の側方に設けており、前記加熱手段の側方から前記分割体を支持する支持アームを含ませている。
【００１８】
また、請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記分割体の内部にヒータを備えている。
【００１９】
また、請求項８の発明は、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記加熱手段に、ヒータを内蔵するホットプレートと、前記ホットプレートの上面に貼着されたサセプタと、を備え、前記分割体を前記サセプタの一部を分割したものとしている。
【００２０】
また、請求項９の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記加熱手段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。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明によれば、載置面の一部を分割した分割体を昇降させることによって、該分割体に支持された基板を加熱手段に対して接離させるため、基板昇降用のピンの破損やピン穴へのガス滞留を抑制することができ、しかも分割体を含む加熱手段の載置面全体によって基板を加熱して温度分布の面内均一性を維持することができる。
【００２２】
また、請求項２の発明によれば、昇降手段が分割体を下降させたときに、分割体が加熱手段に嵌合して分割体の上面が載置面と面一になるため、ピンの破損やピン穴へのガス滞留を抑制することができ、しかも基板の温度分布の面内均一性を維持することができる。
【００２３】
また、請求項３の発明によれば、昇降手段が分割体を下降させたときに、分割体が加熱手段に嵌合して分割体の上面が載置面よりも突出するため、ピンの破損やピン穴へのガス滞留を抑制することができ、しかも基板の温度分布の面内均一性を維持することができる。
【００２４】
また、請求項４の発明によれば、昇降手段が分割体を下降させたときに、分割体が加熱手段に没入するため、ピンの破損やピン穴へのガス滞留を抑制することができ、しかも熱放散の生じやすい基板端縁部を強めに加熱することにより基板の温度分布の面内均一性を維持することができる。
【００２５】
また、請求項５の発明によれば、昇降手段が加熱手段の下方に設けられており、加熱手段を貫通して分割体を支持する支持棒を含むため、熱処理時にはその貫通孔を分割体で塞いでガス滞留を抑制することができる。
【００２６】
また、請求項６の発明によれば、昇降手段が加熱手段の側方に設けられており、加熱手段の側方から分割体を支持する支持アームを含むため、加熱手段に穴を設ける必要がなくガス滞留を抑制することができる。
【００２７】
また、請求項７の発明によれば、分割体の内部にヒータを備えるため、基板をより均一に加熱することができる。
【００２８】
また、請求項８の発明によれば、ヒータを内蔵するホットプレートの上面に貼着されたサセプタの一部を分割して分割体としているため、装置構成を簡易なものとすることができる。
【００２９】
また、請求項９の発明によれば、加熱手段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、その予備加熱時にピンの破損やピン穴へのガス滞留を抑制することができ、しかも基板の温度分布の面内均一性を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
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。
【００３１】
＜１．第１実施形態＞
図１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。
【００３２】
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、赤外線透過性を有する石英にて構成されており、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の本体部を構成する底板６２および側板６３、６４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構成されている。
【００３３】
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。
【００３４】
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平面状に配列されている。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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。これら加熱プレート７４およびサセプタ７３が一体として半導体ウェハーＷを載置して予備加熱（アシスト加熱）する加熱部として機能するものである。図２は、加熱プレート７４およびサセプタ７３を示す平面図である。また、図３は図２のＩ−Ｉ矢視断面図であり、図４
は図２のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【００３９】
加熱プレート７４は、上面の大きさが半導体ウェハーＷのサイズより若干大きい円柱形状を有する。加熱プレート７４は、例えば窒化アルミニウムやステンレスにて構成されており、その内部にヒータ７５およびヒータ７５を制御するためのセンサを内蔵する。一方、サセプタ７３は加熱プレート７４の上部に位置しており、例えば石英やサファイア（Ａｌ2Ｏ3：酸化アルミニウム）等の比較的熱伝導率が小さい材質または、窒化アルミニウムにて構成されている。サセプタ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ーＷを均一に予備加熱するためのものである。
【００４０】
第１実施形態では、サセプタ７３が可動部７３ａと固定部７３ｂとに分割されている。すなわち、サセプタ７３の中央部を含む径方向に沿った長尺形状の領域が可動部７３ａ（分割体）とされ、可動部７３ａを挟む残部が固定部７３ｂとされている。これらのうち固定部７３ｂは加熱プレート７４の上面に固定して貼着されており、可動部７３ａは加熱プレート７４の上面に対して接離自在とされている。なお、サセプタ７３は、可動部７３ａおよび固定部７３ｂの双方を合わせた形状として半導体ウェハーＷのサイズより若干大きい平面サイズを有している。
【００４１】
可動部７３ａの長手方向両端部は支持アーム２５によってそれぞれ支持されている。両側の支持アーム２５はモータ２６，２６によって回転駆動されるボールネジ２７，２７にそれぞれ螺合されている。モータ２６，２６の駆動によって可動部７３ａは、図１の２点鎖線にて示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と実線にて示す熱処理位置との間で昇降することができる。なお、モータ２６，２６はそれぞれチャンバー６５の側板６３、６４に配置されている。すなわち、可動部７３ａは加熱プレート７４の側方に設けられたモータ２６，２６によって昇降されるものであり、加熱プレート７４の側方から支持アーム２５によって支持されている。
【００４２】
搬送ロボットからチャンバー６５内へ半導体ウェハーＷを搬入するときには以下のようにして行われる。まず、開口部６６が開放された状態で半導体ウェハーＷを保持する搬送ロボットの搬送アームＴＲ（図２）が開口部６６からチャンバー６５内に挿入される。半導体ウェハーＷが加熱プレート７４の直上に位置した状態で搬送アームＴＲが前進を停止し、その状態でモータ２６，２６が可動部７３ａを上昇させる。可動部７３ａの上面には例えば３箇所に支持ピン２８が立設されており、可動部７３ａが上昇して支持ピン２８が半導体ウェハーＷの裏面に当接し（図３の２点鎖線状態）、さらに可動部７３ａが上昇することによって搬送アームＴＲから可動部７３ａに半導体ウェハーＷが渡される。その後、搬送アームＴＲが後退し、開口部６６を経てチャンバー６５から退出する。
【００４３】
可動部７３ａが半導体ウェハーＷを受け取った後、モータ２６，２６が可動部７３ａを下降させる。やがて、可動部７３ａは固定部７３ｂに嵌合し、図３の実線にて示す状態となる。第１実施形態では、可動部７３ａが下降して固定部７３ｂに嵌合したときに固定部７３ｂの上面と可動部７３ａの上面とが面一となる。また、固定部７３ｂの上面には例えば４箇所に載置ピン２９が立設されている。載置ピン２９の高さは支持ピン２８の高さよりも高い。従って、可動部７３ａが下降する過程において、支持ピン２８から載置ピン２９に半導体ウェハーＷが渡され、可動部７３ａが固定部７３ｂに嵌合した状態では載置ピン２９上に半導体ウェハーＷが載置されることとなる。
【００４４】
なお、チャンバー６５から半導体ウェハーＷを搬出するときには上記と逆のプロセスにて行われる。すなわち、固定部７３ｂに嵌合していた可動部７３ａが上昇して載置ピン２９から支持ピン２８に半導体ウェハーＷを受け取り、搬入・搬出位置まで上昇する。そして、搬送アームＴＲが加熱プレート７４の直上まで進入し、可動部７３ａが下降することにより可動部７３ａから搬送アームＴＲに半導体ウェハーＷが渡される。その後、半導体ウェハーＷを受け取った搬送アームＴＲがチャンバー６５から退出するとともに、可動部７３ａが下降して再び固定部７３ｂに嵌合する。
【００４５】
また、チャンバー６５の底板６２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、側板６３の近傍に形成されており、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におけるモータ２６の設置部に連通して、排出路７９が形成されている。排出路７９には開閉弁８１が連通接続されている。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。
【００４６】
次に、上記構成を有す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。
【００４７】
まず、上述のようにして処理対象となる半導体ウェハーＷがチャンバー６５内に搬入され、サセプタ７３に載置される（厳密には固定部７３ｂの載置ピン２９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、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。
【００４８】
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７５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上に半導体ウェハーＷが載置された状態においては、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（厳密には載置ピン２９を介してサセプタ７３と近接する）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。なお、このときには可動部７３ａおよび固定部７３ｂともに半導体ウェハーＷを予備加熱する役割を果たす。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
フラッシュ加熱工程が終了した後にサセプタ７３の可動部７３ａが上昇し、上述した手順にしたがって搬送ロボットによりチャンバー６５から処理済みの半導体ウェハーＷが搬出される。以上のようにして、一連の熱処理動作が完了する。
【００５６】
第１実施形態の熱処理装置においては、従来のように昇降ピンを用いるのではなく、加熱部の載置面を構成するサセプタ７３の一部を分割した可動部７３ａを昇降させることによって搬送アームＴＲとの間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行っている。従って、昇降ピンが破損したり、昇降ピンによって半導体ウェハーＷ自体を傷付けるおそれがない。また、可動部７３ａを昇降させるためのピン穴も存在しないため、そこがガス滞留部となって汚染源となる懸念もない。
【００５７】
さらに、可動部７３ａが下降して固定部７３ｂに嵌合した状態においては、それらが全体として半導体ウェハーＷのサイズより大きい平面サイズを有する平滑なサセプタ７３となるため、半導体ウェハーＷの端部を含む全体を均一に加熱することができ、半導体ウェハーＷの温度分布の面内均一性を維持することができる。
【００５８】
＜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、その全体構成は概ね第１実施形態と同じである（図１参照）。第２実施形態の熱処理装置が第１実施形態と相違するのは、サセプタ、加熱プレートおよびサセプタの分割体を昇降させる機構である。
【００５９】
第２実施形態においても、チャンバー６５内に設けられた加熱プレート３４およびサセプタ３３が一体として半導体ウェハーＷを載置して予備加熱する加熱部として機能する。図５は、第２実施形態の加熱プレート３４およびサセプタ３３を示す平面図である。また、図６は、第２実施形態の加熱プレート３４およびサセプタ３３の側断面図である。
【００６０】
加熱プレート３４は、上面の大きさが半導体ウェハーＷのサイズより若干大きい円柱形状を有する。加熱プレート３４は、例えば窒化アルミニウムやステンレスにて構成されており、その内部にヒータ３５およびヒータ３５を制御するためのセンサを内蔵する。一方、サセプタ３３は加熱プレート３４の上部に位置しており、例えば石英やサファイア等の比較的熱伝導率が小さい材質または窒化アルミニウムにて構成されている。サセプタ３３は、加熱プレート３４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。
【００６１】
第２実施形態では、サセプタ３３が可動部３３ａと固定部３３ｂとに分割されている。すなわち、サセプタ３３の中央部を含む略円形の領域が可動部３３ａ（分割体）とされ、可動部３３ａを囲繞する円環状の残部が固定部３３ｂとされている。これらのうち固定部３３ｂは加熱プレート３４の上面に固定して貼着されており、可動部３３ａは加熱プレート３４の上面に対して接離自在とされている。なお、サセプタ３３は、可動部３３ａおよび固定部３３ｂの双方を合わせた形状として半導体ウェハーＷのサイズより若干大きい円形の平面サイズを有している。
【００６２】
可動部３３ａの下面中央部にはエアシリンダ８３によって昇降駆動される支持軸８２が垂設されている。エアシリンダ８３の駆動によって可動部３３ａは、半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と熱処理位置との間で昇降することができる。なお、エアシリンダ８３は加熱プレート３４の下方に設けられており、それによって昇降駆動される支持軸８２は加熱プレート３４を貫通して可動部３３ａを支持している。
【００６３】
搬送ロボットからチャンバー６５内へ半導体ウェハーＷを搬入するときには以下のようにして行われる。まず、開口部６６が開放された状態で半導体ウェハーＷを保持する搬送ロボットの搬送アームＴＲが開口部６６からチャンバー６５内に挿入される。半導体ウェハーＷが加熱プレート３４の直上に位置した状態で搬送アームＴＲが前進を停止し、その状態でエアシリンダ８３が可動部３３ａを上昇させる。可動部３３ａの上面には例えば３箇所に支持ピン３８が立設されており、可動部３３ａが上昇して支持ピン３８が半導体ウェハーＷの裏面に当接し（図６の２点鎖線状態）、さらに可動部７３ａが上昇することによって搬送アームＴＲから可動部３３ａに半導体ウェハーＷが渡される。その後、搬送アームＴＲが後退し、開口部６６を経てチャンバー６５から退出する。
【００６４】
可動部３３ａが半導体ウェハーＷを受け取った後、エアシリンダ８３が可動部３３ａを下降させる。やがて、可動部３３ａは固定部３３ｂに嵌合し、図６の実線にて示す状態となる。第２実施形態では、可動部３３ａが下降して固定部３３ｂに嵌合したときに固定部３３ｂの上面と可動部３３ａの上面とが面一となる。また、固定部３３ｂの上面には例えば３箇所に載置ピン３９が立設されている。載置ピン３９の高さは支持ピン３８の高さよりも高い。従って、可動部３３ａが下降する過程において、支持ピン３８から載置ピン３９に半導体ウェハーＷが渡され、可動部３３ａが固定部３３ｂに嵌合した状態では載置ピン３９上に半導体ウェハーＷが載置されることとなる。
【００６５】
なお、チャンバー６５から半導体ウェハーＷを搬出するときには上記と逆のプロセスにて行われる。すなわち、固定部３３ｂに嵌合していた可動部３３ａが上昇して載置ピン３９から支持ピン３８に半導体ウェハーＷを受け取り、搬入・搬出位置まで上昇する。そして、搬送アームＴＲが加熱プレート３４の直上まで進入し、可動部３３ａが下降することにより可動部３３ａから搬送アームＴＲに半導体ウェハーＷが渡される。その後、半導体ウェハーＷを受け取った搬送アームＴＲがチャンバー６５から退出するとともに、可動部３３ａが下降して再び固定部３３ｂに嵌合する。
【００６６】
第２実施形態の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も第１実施形態と全く同じであり、加熱プレート３４およびサセプタ３３によって半導体ウェハーＷを予備加熱した後、フラッシュランプ６９からの閃光照射によるフラッシュ加熱によりその半導体ウェハーＷを短時間に昇温してイオン活性化を実行する。
【００６７】
第２実施形態においても、加熱部の載置面を構成するサセプタ３３の一部を分割した可動部３３ａを昇降させることによって搬送アームＴＲとの間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行っている。従って、昇降ピンが破損したり、昇降ピンによって半導体ウェハーＷ自体を傷付けるおそれがない。
【００６８】
また、支持軸８２を貫通させるための貫通孔を加熱プレート３４に穿設しているものの、半導体ウェハーＷをサセプタ３３上に支持して熱処理を行うときには該貫通孔が可動部３３ａによって完全に塞がれることとなる。このため、該貫通孔がガス滞留部となって汚染源となる懸念もない。
【００６９】
さらに、可動部３３ａが下降して固定部３３ｂに嵌合した状態においては、それらが全体として半導体ウェハーＷのサイズより大きい平面サイズを有する平滑なサセプタ３３となるため、半導体ウェハーＷの端部を含む全体を均一に加熱することができ、半導体ウェハーＷの温度分布の面内均一性を維持することができる。
【００７０】
＜３．第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態の熱処理装置の構成は第２実施形態とほぼ同じであり、同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。第３実施形態の熱処理装置が第２実施形態と異なるのは、可動部３３ａの固定部３３ｂに対する嵌合態様である。
【００７１】
図７は、第３実施形態の加熱プレート３４およびサセプタ３３の側断面図である。同図に示すように、第３実施形態においては、可動部３３ａが下降して固定部３３ｂに嵌合したときに、可動部３３ａの上面が固定部３３ｂの上面から突出する。なお、この状態であっても固定部３３ｂの載置ピン３９の先端の高さ位置の方が可動部３３ａの支持ピン３８の先端の高さ位置よりも高い。従って、可動部３３ａが下降する過程において、支持ピン３８から載置ピン３９に半導体ウェハーＷが渡され、可動部３３ａが固定部３３ｂに嵌合した状態では載置ピン３９上に半導体ウェハーＷが載置されることとなる。
【００７２】
なお、第３実施形態においても、エアシリンダ８３は加熱プレート３４の下方に設けられており、それによって昇降駆動される支持軸８２は加熱プレート３４およびサセプタ３３の底部を貫通して可動部３３ａを支持している。
【００７３】
第３実施形態の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も第１実施形態と全く同じであり、加熱プレート３４およびサセプタ３３によって半導体ウェハーＷを予備加熱した後、フラッシュランプ６９からの閃光照射によるフラッシュ加熱によりその半導体ウェハーＷを短時間に昇温してイオン活性化を実行する。
【００７４】
第３実施形態においても、加熱部の載置面を構成するサセプタ３３の一部を分割した可動部３３ａを昇降させることによって搬送アームＴＲとの間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行っている。従って、昇降ピンが破損したり、昇降ピンによって半導体ウェハーＷ自体を傷付けるおそれがない。
【００７５】
また、支持軸８２を貫通させるための貫通孔を加熱プレート３４およびサセプタ３３の底部に穿設しているものの、半導体ウェハーＷをサセプタ３３上に支持して熱処理を行うときには該貫通孔が可動部３３ａによって完全に塞がれることとなる。このため、該貫通孔がガス滞留部となって汚染源となる懸念もない。
【００７６】
さらに、可動部３３ａが下降して固定部３３ｂに嵌合した状態においては、それらが全体として半導体ウェハーＷのサイズより大きい平面サイズを有するサセプタ３３となるため、半導体ウェハーＷの端部を含む全体を均一に加熱することができ、半導体ウェハーＷの温度分布の面内均一性を維持することができる。
【００７７】
＜４．第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態の熱処理装置の構成も第２実施形態とほぼ同じであり、同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。第４実施形態の熱処理装置が第２実施形態と異なるのは、可動部３３ａの固定部３３ｂに対する嵌合態様である。
【００７８】
図８は、第４実施形態の加熱プレート３４およびサセプタ３３の側断面図である。同図に示すように、第４実施形態においては、可動部３３ａが下降したときに、固定部３３ｂを通過してさらに加熱プレート３４の内部にまで嵌合する。つまり、エアシリンダ８３が可動部３３ａを下降させたときに、可動部３３ａが加熱プレート３４にまで没入し、可動部３３ａの上面が固定部３３ｂの上面よりも低くなるのである。この場合当然に、固定部３３ｂの載置ピン３９の先端の高さ位置の方が可動部３３ａの支持ピン３８の先端の高さ位置よりも高くなる。従って、可動部３３ａが下降する過程において、支持ピン３８から載置ピン３９に半導体ウェハーＷが渡され、可動部３３ａが加熱プレート３４に没入した状態では載置ピン３９上に半導体ウェハーＷが載置されることとなる。
【００７９】
なお、第４実施形態においても、エアシリンダ８３は加熱プレート３４の下方に設けられており、それによって昇降駆動される支持軸８２は加熱プレート３４の底部を貫通して可動部３３ａを支持している。
【００８０】
第４実施形態の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も第１実施形態と全く同じであり、加熱プレート３４およびサセプタ３３によって半導体ウェハーＷを予備加熱した後、フラッシュランプ６９からの閃光照射によるフラッシュ加熱によりその半導体ウェハーＷを短時間に昇温してイオン活性化を実行する。
【００８１】
第４実施形態においても、加熱部の載置面を構成するサセプタ３３の一部を分割した可動部３３ａを昇降させることによって搬送アームＴＲとの間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行っている。従って、昇降ピンが破損したり、昇降ピンによって半導体ウェハーＷ自体を傷付けるおそれがない。
【００８２】
また、支持軸８２を貫通させるための貫通孔を加熱プレート３４に穿設しているものの、半導体ウェハーＷをサセプタ３３上に支持して熱処理を行うときには該貫通孔が可動部３３ａによって完全に塞がれることとなる。このため、該貫通孔がガス滞留部となって汚染源となる懸念もない。
【００８３】
さらに、第４実施形態においては、可動部３３ａが下降して加熱プレート３４に没入すると、半導体ウェハーＷの端縁部の方が中央部よりもサセプタ３３との距離が短くなり、該端縁部の方がより加熱されやすくなる。一般に、半導体ウェハーＷの端縁部の方が熱の放散の程度が大きいため、中央部よりも端縁部の方を強めに加熱することにより半導体ウェハーＷ全体の温度分布の面内均一性がより維持しやすくなる。
【００８４】
＜５．第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態について説明する。第５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、その全体構成は概ね第１実施形態と同じである（図１参照）。第５実施形態の熱処理装置が第１実施形態と相違するのは、サセプタ、加熱プレートおよび加熱部の分割体を昇降させる機構である。
【００８５】
第５実施形態においても、チャンバー６５内に設けられた加熱プレート９４およびサセプタ９３が一体として半導体ウェハーＷを載置して予備加熱する加熱部として機能する。図９は、第５実施形態の加熱プレート９４およびサセプタ９３の側断面図である。
【００８６】
加熱プレート９４は、上面の大きさが半導体ウェハーＷのサイズより若干大きい円柱形状を有する。加熱プレート９４は、例えば窒化アルミニウムやステンレスにて構成されており、その内部にヒータ９７およびヒータ９７を制御するためのセンサを内蔵する。一方、サセプタ９３は加熱プレート９４の上部に位置しており、例えば石英やサファイア等の比較的熱伝導率が小さい材質または窒化アルミニウムにて構成されている。サセプタ９３は、加熱プレート９４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。
【００８７】
第５実施形態では、加熱部として機能するサセプタ９３および加熱プレート９４の双方が分割されて可動部９６を構成している。すなわち、サセプタ９３および加熱プレート９４の中央部を含む円柱形状の部分が一体として分割されて可動部９６とされており、可動部９６の内部にもヒータ９８が内蔵されている。サセプタ９３および加熱プレート９４のうち可動部９６以外の部分は固定されている。なお、サセプタ９３は、可動部９６を含む形状として半導体ウェハーＷのサイズより若干大きい円形の平面サイズを有している。
【００８８】
可動部９６の下面中央部にはエアシリンダ９１によって昇降駆動される支持軸９２が垂設されている。エアシリンダ９１の駆動によって可動部９６は、半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と熱処理位置との間で昇降することができる。なお、エアシリンダ９１は加熱プレート９４の下方に設けられており、それによって昇降駆動される支持軸９２は加熱プレート９４を貫通して可動部９６を支持している。
【００８９】
搬送ロボットからチャンバー６５内へ半導体ウェハーＷを搬入するときには以下のようにして行われる。まず、開口部６６が開放された状態で半導体ウェハーＷを保持する搬送ロボットの搬送アームＴＲが開口部６６からチャンバー６５内に挿入される。半導体ウェハーＷが加熱プレート９４の直上に位置した状態で搬送アームＴＲが前進を停止し、その状態でエアシリンダ９１が可動部９６を上昇させる。可動部９６が上昇してその上面が半導体ウェハーＷの裏面に当接し（図９の２点鎖線状態）、さらに可動部９６が上昇することによって搬送アームＴＲから可動部９６に半導体ウェハーＷが渡される。その後、搬送アームＴＲが後退し、開口部６６を経てチャンバー６５から退出する。なお、第５実施形態においては、サセプタ９３や可動部９６の上面に支持ピンや載置ピンは設けていない。
【００９０】
可動部９６が半導体ウェハーＷを受け取った後、エアシリンダ９１が可動部９６を下降させる。やがて、可動部９６はサセプタ９３および加熱プレート９４に嵌合し、図９の実線にて示す状態となる。第５実施形態では、可動部９６が下降してサセプタ９３および加熱プレート９４に嵌合したときに可動部９６の上面とサセプタ９３の上面とが面一となる。また、第５実施形態では、サセプタ９３や可動部９６の上面に支持ピンや載置ピンは設けていないため、可動部９６が下降してサセプタ９３および加熱プレート９４に嵌合した状態においては、可動部９６の上面およびサセプタ９３の上面の全体にて半導体ウェハーＷが載置されることとなる。
【００９１】
なお、チャンバー６５から半導体ウェハーＷを搬出するときには上記と逆のプロセスにて行われる。すなわち、サセプタ９３および加熱プレート９４に嵌合していた可動部９６が上昇して半導体ウェハーＷを搬入・搬出位置まで上昇させる。そして、搬送アームＴＲが加熱プレート９４の直上まで進入し、可動部９６が下降することにより可動部９６から搬送アームＴＲに半導体ウェハーＷが渡される。その後、半導体ウェハーＷを受け取った搬送アームＴＲがチャンバー６５から退出するとともに、可動部９６が下降して再びサセプタ９３および加熱プレート９４に嵌合する。
【００９２】
第５実施形態の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も第１実施形態と全く同じであり、加熱プレート９４およびサセプタ９３によって半導体ウェハーＷを予備加熱した後、フラッシュランプ６９からの閃光照射によるフラッシュ加熱によりその半導体ウェハーＷを短時間に昇温してイオン活性化を実行する。
【００９３】
第５実施形態においても、加熱部の載置面の一部を分割した可動部９６を昇降させることによって搬送アームＴＲとの間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行っている。従って、昇降ピンが破損したり、昇降ピンによって半導体ウェハーＷ自体を傷付けるおそれがない。
【００９４】
また、支持軸９２を貫通させるための貫通孔を加熱プレート９４に穿設しているものの、半導体ウェハーＷをサセプタ９３上に支持して熱処理を行うときには該貫通孔が可動部９６によって完全に塞がれることとなる。このため、該貫通孔がガス滞留部となって汚染源となる懸念もない。
【００９５】
さらに、可動部９６が下降してサセプタ９３および加熱プレート９４に嵌合した状態においては、それらが全体として半導体ウェハーＷのサイズより大きい平面サイズを有する平滑なサセプタ９３となるため、半導体ウェハーＷの端部を含む全体を均一に加熱することができ、半導体ウェハーＷの温度分布の面内均一性を維持することができる。また、特に第５実施形態では、可動部９６自体がヒータ９８を備えているため、上記貫通孔が加熱プレート９４のヒータ９７を貫通することはあり得ないため、半導体ウェハーＷをより均一に加熱することができる。
【００９６】
＜６．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。
【００９７】
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。
【００９８】
また、光照射による加熱を行う装置に限定されず、ホットプレートのみ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。もっとも、一般的なホットプレートによる加熱温度は数十度〜百数十度程度であるのに対して、上記各実施形態のようなフラッシュ加熱時の予備加熱温度は２００℃〜６００℃程度の高温であるためより昇降ピンの破損等が生じやすく、本発明に係る技術を適用する意義は大きい。また、フラッシュ加熱時には通常のホットプレートによる加熱時よりも高純度の雰囲気が要求されるため、本発明に係る技術によってガス滞留部を消滅させる効果も大きい。
【００９９】
また、第１実施形態〜第４実施形態の支持ピンおよび／または載置ピンを設置する必要は必ずしもなく、逆に第５実施形態において支持ピンおよび／または載置ピンを設置するようにしても良い。
【０１００】
また、第１実施形態においてモータ２６に代えてエアシリンダを用いるようにしても良く、第２実施形態〜第５実施形態においてエアシリンダに代えてモータを採用するようにしても良い。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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】
【０１０３】
【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】図１の熱処理装置の加熱プレートおよびサセプタを示す平面図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図４】図２のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図５】第２実施形態の加熱プレートおよびサセプタを示す平面図である。
【図６】第２実施形態の加熱プレートおよびサセプタの側断面図である。
【図７】第３実施形態の加熱プレートおよびサセプタの側断面図である。
【図８】第４実施形態の加熱プレートおよびサセプタの側断面図である。
【図９】第５実施形態の加熱プレートおよびサセプタの側断面図である。
【符号の説明】
【０１０４】
５  光源
２５  支持アーム
２６  モータ
２８，３８  支持ピン
２９，３９  載置ピン
３３，７３，９３  サセプタ
３３ａ，７３ａ，９６  可動部
３３ｂ，７３ｂ  固定部
３４，７４，９４  加熱プレート
３５，７５，９７，９８  ヒータ
６５  チャンバー
６９  フラッシュランプ
８２，９２  支持軸
８３，９１  エアシリンダ
ＴＲ  搬送アーム
Ｗ  半導体ウェハー
【図１】
2005101215.tif 000003
【図２】
2005101215.tif 000004
【図３】
2005101215.tif 000005
【図４】
2005101215.tif 000006
【図５】
2005101215.tif 000007
【図６】
2005101215.tif 000008
【図７】
2005101215.tif 000009
【図８】
2005101215.tif 000010
【図９】
2005101215.tif 000011