(57)【要約】【課題】基板の周辺に気流を形成しつつ、当該基板に対してアシスト加熱および閃光照射を行う熱処理装置または熱処理方法において、基板表面の温度勾配を緩和した状態で閃光照射を行うことができる技術を提供する。【解決手段】本発明に係る熱処理では、アシスト加熱が行われる時刻ｔ０から時刻ｔ６までの加熱期間において、閃光照射が開始される時刻ｔ３の所定時間前の時刻ｔ２から閃光照射が終了する時刻ｔ４以後の時刻ｔ５までの間に基板の周辺に形成される気流の単位時間あたりの流量Ｖ１を、その前後の気流の単位時間あたりの流量Ｖ２よりも低くなるようにする。このため、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの間の、基板に対する気流の冷却効果を低減させることができ、基板表面の温度勾配を緩和した状態で、閃光照射を行うことができる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理対象とする熱処理装置であって、
基板に対するアシスト加熱を所定の加熱期間内に行うアシスト加熱手段と、
前記アシスト加熱中の基板に対して閃光照射を行う閃光照射手段と、
前記加熱期間において基板の周辺に気流を形成する気流形成手段と、
前記気流の流量を調節する流量調節手段と、
前記加熱期間のうち、前記閃光照射が開始される時刻の所定時間前から前記閃光照射が終了する時刻またはその後の所定時刻までの間の前記気流の単位時間あたりの流量が、その前後の前記気流の単位時間あたりの流量よりも低くなるように、前記流量調節手段を制御する制御手段と、
を備えた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、
前記制御手段は、前記閃光照射が開始される時刻の所定時間前から前記閃光照射が終了する時刻またはその後の所定時刻までの間の前記気流を停止させるように、前記流量調節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または請求項２に記載の熱処理装置であって、
前記所定時間は、０．１秒以上１０秒以下であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
基板を処理対象とする熱処理方法であって、
基板に対するアシスト加熱を所定の加熱期間内に行うアシスト加熱工程と、
前記アシスト加熱中の基板に対して閃光照射を行う閃光照射工程と、
前記加熱期間において基板の周辺に気流を形成する気流形成工程と、
を備え、
前記気流形成工程においては、前記閃光照射が開始される時刻の所定時間前から前記閃光照射が終了する時刻またはその後の所定時刻までの間の前記気流の単位時間あたりの流量を、その前後の前記気流の単位時間あたりの流量よりも低くすることを特徴とする熱処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載の熱処理方法であって、
前記気流形成工程においては、前記閃光照射が開始される時刻の所定時間前から前記閃光照射が終了する時刻またはその後の所定時刻までの間の前記気流を停止させることを特徴とする熱処理方法。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の熱処理方法であって、
前記所定時間は、０．１秒以上１０秒以下であることを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハーやガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）の周辺に気流を形成した状態で、当該基板に対してアシスト加熱を行いつつ閃光照射を行う熱処理装置および熱処理方法に関する。
【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照射を行うことにより、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）。このような閃光照射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】
ところで、このように閃光照射を行うことによって半導体ウェハーの昇温を行う熱処理においては、打ち込まれたイオンが拡散してしまわない程度の温度（２００℃ないし６００℃程度）まで半導体ウェハーをアシスト加熱し、その上で閃光照射を行う場合がある（例えば、特許文献３参照）。これは、キセノンフラッシュランプから照射される閃光のエネルギーだけでは、イオン活性化に必要な温度（１０００℃ないし１１００℃程度）まで半導体ウェハーの表面を昇温させることが困難であるためである。
【０００６】
また、閃光照射を行うことによって半導体ウェハーの昇温を行う熱処理においては、半導体ウェハーの周辺に不活性ガスの気流を形成した状態で、このようなアシスト加熱や閃光照射を行う場合がある（例えば、特許文献３参照）。これは、主として、アシスト加熱や閃光照射を受ける間、半導体ウェハー周辺の雰囲気における酸素濃度を低下させるためである。
【０００７】
【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２００３−１７３９８３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような熱処理においては、半導体ウェハーの周辺に気流を形成した状態でアシスト加熱を行うと、その気流により半導体ウェハーの表面が冷却され、半導体ウェハー表面に温度勾配が生じてしまう。具体的には、半導体ウェハーの表面のうち気流の上流側に位置する部分の方が、下流側に位置する部分よりも冷却効果を強く受けるため、比較的低温となる傾向がある。
【０００９】
このように表面に温度勾配が生じている状態の半導体ウェハーに対して閃光照射を行った場合には、閃光照射によって半導体ウェハーが到達する温度も不均一なものとなり、イオンの活性化を半導体ウェハー全体で一様に実行することが困難となる。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、基板の周辺に気流を形成しつつ、当該基板に対してアシスト加熱および閃光照射を行う熱処理装置または熱処理方法において、基板表面の温度勾配を緩和した状態で閃光照射を行うことができる技術を提供することを目的とする。
【００１１】
【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に係る発明は、基板を処理対象とする熱処理装置であって、基板に対するアシスト加熱を所定の加熱期間内に行うアシスト加熱手段と、前記アシスト加熱中の基板に対して閃光照射を行う閃光照射手段と、前記加熱期間において基板の周辺に気流を形成する気流形成手段と、前記気流の流量を調節する流量調節手段と、前記加熱期間のうち、前記閃光照射が開始される時刻の所定時間前から前記閃光照射が終了する時刻またはその後の所定時刻までの間の前記気流の単位時間あたりの流量が、その前後の前記気流の単位時間あたりの流量よりも低くなるように、前記流量調節手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の熱処理装置であって、前記制御手段は、前記閃光照射が開始される時刻の所定時間前から前記閃光照射が終了する時刻またはその後の所定時刻までの間の前記気流を停止させるように、前記流量調節手段を制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の熱処理装置であって、前記所定時間は、０．１秒以上１０秒以下であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明は、基板を処理対象とする熱処理方法であって、基板に対するアシスト加熱を所定の加熱期間内に行うアシスト加熱工程と、前記アシスト加熱中の基板に対して閃光照射を行う閃光照射工程と、前記加熱期間において基板の周辺に気流を形成する気流形成工程と、を備え、前記気流形成工程においては、前記閃光照射が開始される時刻の所定時間前から前記閃光照射が終了する時刻またはその後の所定時刻までの間の前記気流の単位時間あたりの流量を、その前後の前記気流の単位時間あたりの流量よりも低くすることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の熱処理方法であって、前記気流形成工程においては、前記閃光照射が開始される時刻の所定時間前から前記閃光照射が終了する時刻またはその後の所定時刻までの間の前記気流を停止させることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項４または請求項５に記載の熱処理方法であって、前記所定時間は、０．１秒以上１０秒以下であることを特徴とする。
【００１７】
【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。
【００１８】
図１および図２は本発明に係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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、チャンバー６５内部の雰囲気は外部の雰囲気から遮断される。
【００２１】
チャンバー６５の上方には、閃光照射手段となる光源５が設けられている。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。
【００２２】
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、当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。
【００２３】
光源５と透光板６１との間には、光拡散板（ディフューザ）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、複数のフラッシュランプ６９のそれぞれから出射された光を拡散させるものである。
【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。
【００２５】
チャンバー６５内には、アシスト加熱手段としての加熱プレート７４と熱拡散板７３とが設けられている。熱拡散板７３は加熱プレート７４の上面に貼着されている。
【００２６】
加熱プレート７４は、半導体ウェハーＷをアシスト加熱（予備加熱）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当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ーＷを均一にアシスト加熱するためのものであり、平面視において半導体ウェハーＷよりも若干大きな系を有する。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。
【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。
【００２９】
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、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の表面より上方に突出する。
【００３０】
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、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ー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ーＷは支持ピン７０に受け渡される。
【００３１】
半導体ウェハーＷを支持する熱拡散板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、このときの熱拡散板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。
【００３２】
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。
【００３３】
チャンバー６５における開口部６６と反対側の側板６３には、チャンバー６５内に窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを導入するための導入路７８が形成されている。図７は、導入路７８を含む部材の水平断面図である。導入路７８は、チャンバー６５内に複数の吐出孔７８１を有し、チャンバー６５内に向けて（図７の矢印の向きに）不活性ガスを導入することができる。また、導入路７８の他端側は、流量調節弁８０を介して不活性ガス供給源８２に連通接続されている。なお、ここで用いている流量調節弁８０は、その開閉を切り替えることができるとともに開放時には通過する不活性ガスの流量を任意に絞ることができる弁、すなわち、通過する不活性ガスの流量を０以上の範囲で調節することができる弁であるものとする。そして、本明細書における「流量を調節する」という表現は、「流れを停止させる」ことをも含む意味で使用される表現であるものとする。この流量調節弁８０を操作することによって、不活性ガス供給源８２からチャンバー６５内へ不活性ガスを導入することができるとともに、導入する不活性ガスの流量を調節することができる。
【００３４】
一方、側板６４における開口部６６には、チャンバー６５内の気体を排出するための排出路７９が形成されている。排出路７９は、開閉弁８１を介して図示しない排気手段へ連通接続されている。このため、開閉弁８１を開放することによってチャンバー６５内の初期雰囲気または導入路７８から導入された不活性ガスを排気することができ、開閉弁８１を閉鎖することによってその排気を停止させることができる。
【００３５】
図３は、熱拡散板７３上に保持された半導体ウェハーＷ周辺の拡大側断面図である。上述したような流量調節弁８０と開閉弁８１とを共に開放することによって、半導体ウェハーＷの周辺には、導入路７８側から排出路７９側へ向かう不活性ガスの気流Ｇが形成される。本実施形態では、このようにして半導体ウェハーＷの周辺の酸素濃度を低下させるようにしている。また、流量調節弁８０を操作することによって、その気流Ｇの単位時間あたりの流量を調節することができる。このとき、流量調節弁８０、開閉弁８１、および不活性ガス供給源８２は、半導体ウェハーＷの周辺に不活性ガスの気流Ｇを形成する気流形成手段として機能し、さらに流量調節弁８０は、その気流Ｇの流量を調節する流量調節手段としても機能することになる。
【００３６】
また、流量調節弁８０および開閉弁８１には、制御手段１０が電気的に接続されている。制御手段１０は、流量調節弁８０および開閉弁８１に対してそれぞれ所定の電気信号を送信することによって、各弁の開閉を操作することができる。
【００３７】
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。
【００３８】
図４（ａ）は、本実施形態でアシスト加熱または閃光照射が行われている加熱期間（時刻ｔ１から時刻ｔ６までの間）における、半導体ウェハーＷの表面温度変化の概略を示したグラフである。ただし、時刻ｔ１から時刻ｔ６までの間においては、半導体ウェハーＷの表面温度が均一でない時刻も存在するが、図４（ａ）のグラフでは、各時刻における半導体ウェハーＷ上面の平均的な表面温度を示している。また、図４（ｂ）は、同じく時刻ｔ１から時刻ｔ６までの間において、半導体ウェハーＷの周辺に形成する気流Ｇの単位時間あたりの流量の変化を示したグラフである。以下では、図１〜図３に加えて、図４（ａ）および図４（ｂ）も随時参照しつつ、説明する。
【００３９】
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、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。
【００４０】
このとき、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、熱拡散板７３が半導体ウェハーＷを保持し、半導体ウェハーＷが熱拡散板７３と接触した時刻ｔ０から継続的なアシスト加熱を含む加熱期間が開始され、図３（ａ）に示したように、半導体ウェハーＷの温度が次第に上昇する。
【００４１】
また、少なくとも半導体ウェハーＷが熱拡散板７３の上面に保持された時刻ｔ０では、流量調節弁８０および開閉弁８１は制御手段１０によって自動的に開放され、チャンバー６５内には不活性ガスの気流が形成される。したがって、図３（ｂ）に示したように、半導体ウェハーＷの周辺にも所定の流量Ｖ２の気流Ｇが形成される。
【００４２】
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の表面温度がアシスト加熱温度Ｔ１に到達したか否かを常に監視する。このアシスト加熱温度Ｔ１は、例えば２００℃ないし６００℃程度、好ましくは３５０℃〜５５０℃程度の温度である。半導体ウェハーＷをこの程度のアシスト加熱温度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。
【００４３】
半導体ウェハーＷの表面温度がアシスト加熱温度Ｔ１に到達した時刻ｔ１より後であって、フラッシュランプ６９からの閃光照射が開始される時刻ｔ３より所定時間前の時刻ｔ２において、流量調節弁８０が制御手段１０によって自動調節され、半導体ウェハーＷの周辺に形成される不活性ガスの気流Ｇの単位時間あたりの流量が、流量Ｖ２から流量Ｖ１へ低下する。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間には、アシスト加熱を受けている半導体ウェハーＷの周辺には比較的高い流量Ｖ２の気流Ｇが形成されている。したがって、半導体ウェハーＷの表面には、その流量Ｖ２の気流Ｇの冷却効果による温度勾配が生じている。しかし、時刻ｔ２に不活性ガスの気流を流量Ｖ１に低下させた後においては、その冷却効果も低減するため、半導体ウェハーＷ表面の温度勾配が緩和される。
【００４４】
ここで、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間（ｔ３−ｔ２）は、半導体ウェハーＷ表面の温度勾配を緩和させる効果を得ることができる程度の時間であることが必要である。具体的には、時間（ｔ３−ｔ２）は、０．１秒以上で温度勾配の緩和効果を得ることができ、１０秒程度あれば熱拡散板７３中の熱伝導が十分に行われ温度勾配は緩和され得る。一方、時間（ｔ３−ｔ２）は、半導体ウェハーＷの周辺雰囲気における酸素濃度を上昇させないためには、なるべく短い時間であることが望ましい。したがって、時間（ｔ３ーｔ２）は、０．１秒以上１０秒以下に設定することが望ましい。
【００４５】
このようにして半導体ウェハーＷ表面の温度勾配を緩和した後、時刻ｔ３においてフラッシュランプ６９を点灯させ、閃光照射を開始する。この閃光照射は、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継続し、時刻ｔ４において終了する。フラッシュランプ６９による閃光照射では、予め蓄えられていた静電エネルギーがこのような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】
このような閃光照射により、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℃程度のアシスト加熱温度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】
そして、フラッシュランプ６９による閃光照射か終了した時刻ｔ４以後の時刻ｔ５において、流量調節弁８０が制御手段１０により自動調節され、半導体ウェハーＷの周辺に形成される気流Ｇの単位時間あたりの流量が、流量Ｖ１から流量Ｖ２に再び上昇する。チャンバー６５内は外部雰囲気と遮断されるべく設計されており、気流Ｇの短時間の流量低下では、半導体ウェハーＷの周辺雰囲気における酸素濃度が問題となるレベルまで上昇することはない筈であるが、気流Ｇの流量低下を長時間継続すると、次第に半導体ウェハーＷの周辺雰囲気における酸素濃度が上昇する可能性がある。気流Ｇの単位時間あたりの流量を再び上昇させるのは、このような酸素濃度の上昇を抑えるためである。
【００５０】
その後、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。熱拡散板７３および加熱プレート７４が下降しつつある時刻ｔ６に、熱拡散板７３に保持された半導体ウェハーＷが支持ピン７０上に再び受け渡され、アシスト加熱は終了する。
【００５１】
さらに、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、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て、一連の熱処理動作が完了する。
【００５２】
このように、本実施形態に係る熱処理では、時刻ｔ０から時刻ｔ６までの加熱期間において、閃光照射が開始される時刻ｔ３の所定時間前の時刻ｔ２から閃光照射が終了する時刻ｔ４以後の時刻ｔ５までの間に半導体ウェハーＷの周辺に形成される気流Ｇの単位時間あたりの流量Ｖ１を、その前後の気流Ｇの単位時間あたりの流量Ｖ２よりも低くなるようにしている。このため、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの間の、半導体ウェハーＷに対する気流Ｇの冷却効果を低減させることができる。したがって、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間においては、半導体ウェハーＷ表面の温度勾配を緩和した状態で、閃光照射を行うことができる。
【００５３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではない。
【００５４】
例えば、上述の実施形態では、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの間において、半導体ウェハーＷの周辺に形成する気流の単位時間あたりの流量を低下させる場合について説明したが、低下させる流量Ｖ１は低ければ低いほど、温度勾配を緩和する効果を良好に得ることができる。したがって、図５に示したように、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの間において、半導体ウェハーＷの周辺に形成する気流Ｇを停止させる形態であればより好ましい。
【００５５】
また、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの間の気流Ｇを停止させる場合においては、流量調節手段として流量調節弁８０ではなく開閉弁８１を使用し、開閉弁８１の開閉によって気流Ｇの流量を調節する形態であってもよい。
【００５６】
また、上述の実施形態では、半導体ウェハーＷの周辺に形成する気体を、流量Ｖ２と流量Ｖ１との２段階に調節する場合について説明したが、本発明は、このような２段階の流量調節に限定される訳ではない。例えば、時刻ｔ２より前の気流Ｇの単位時間あたりの流量と時刻ｔ５より後の気流Ｇの単位時間あたりの流量とが相違していてもよい。すなわち、ｔ２からｔ５までの加熱期間の気流Ｇの単位時間あたりの流量がその前後の気流Ｇの単位時間あたりの流量と比較して、相対的に低くなるように流量を調節すれば、本発明の効果を得ることができる。
【００５７】
また、上述の実施形態では、時刻ｔ５において気流Ｇの単位時間あたりの流量を再び上昇させる形態について説明したが、酸素濃度の上昇をより確実に抑えるためには、時刻ｔ５は時刻ｔ４以後のなるべく早い時刻に設定することが望ましい。したがって、図６に示したように、時刻ｔ４のフラッシュランプ６９による閃光照射の終了と同時に気流Ｇの単位時間あたりの流量を再び上昇させる形態であればより好ましい。
【００５８】
また、上述の実施形態では、アシスト加熱を加熱プレート７４から供給されるエネルギーにより行う場合について説明したが、アシスト加熱はハロゲンランプ等のランプから継続的に照射される光のエネルギーにより行う形態であってもよい。
【００５９】
また、上述の実施形態では、気流Ｇを構成する気体は、酸素濃度を低下させることを目的とする不活性ガスである場合について説明したが、他の目的を有する他の気体であってもよい。すなわち、熱処理を受ける半導体ウェハーＷの周辺に何らかの必要性をもって気流が形成されている場合には、本発明を適用することができる。
【００６０】
また、上述の実施形態では、処理対象となる基板が半導体ウェハーＷである場合について説明したが、ガラス基板や、その他の有形の基板一般に対して、本発明を適用することが可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように、請求項１から請求項６に記載の発明によれば、閃光照射が開始される時刻の所定時間前から閃光照射が終了する時刻またはその後の所定時刻までの間に基板の周辺に形成される気流による、基板の冷却効果を低減させることができるため、基板表面の温度勾配を緩和させた状態で閃光照射を行うことができる。
【００６２】
特に、請求項２または請求項４に記載の発明によれば、基板表面の温度勾配を緩和する効果をより良好に得ることができる。
【００６３】
特に、請求項３または請求項６に記載の発明によれば、基板の周辺雰囲気における酸素濃度を上昇させることなく、基板表面の温度勾配を緩和させる効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図２】本発明に係る熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図３】熱拡散板７３上に保持された半導体ウェハーＷ周辺の拡大側断面図である。
【図４】加熱期間における、半導体ウェハーＷの表面温度変化の概略を示したグラフおよび気流Ｇの単位時間あたりの流量の変化を示したグラフである。
【図５】時刻ｔ２から時刻ｔ５までの間に半導体ウェハーＷの周辺に形成する気流Ｇを停止させる形態における、気流Ｇの単位時間あたりの流量の変化を示したグラフである。
【図６】フラッシュランプ６９による閃光照射の終了と同時に気流Ｇの単位時間あたりの流量を再び上昇させる形態における、気流Ｇの単位時間あたりの流量の変化を示したグラフである。
【図７】導入路７８を含む部材の水平断面図である。
【符号の説明】
５  光源
１０  制御手段
６５  チャンバー
６９  キセノンフラッシュランプ
７０  支持ピン
７３  熱拡散板
７４  加熱プレート
７８  導入路
７９  排出路
８０  流量調節弁
８１  開閉弁
８２  不活性ガス供給源
Ｇ  気流
Ｔ１  アシスト加熱温度
Ｔ２  処理温度
Ｖ１，Ｖ２  流量
Ｗ  半導体ウェハー
ｔ０〜ｔ６  時刻
【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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【図６】
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【図７】
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