(57)【要約】【課題】本発明は、基板の端縁部の温度を局所的に容易に制御でき、中央部と端縁部近傍との温度差を低減し、基板の実際の温度の均一性を容易に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】    ホットプレート71の上面に設置されるサセプタ72は、サセプタ中央721、サセプタ中間722、４個のサセプタ端縁723、４個のサセプタ外周724に分割分離されている。載置されるウエハＷの最も中央部に対向するサセプタ中央721と、その外側のサセプタ中間722とは、石英を素材として作られる。ウエハＷの端縁部に対向する円環状の領域に配置されるサセプタ端縁723と、その外側のサセプタ外周724とは、石英よりも熱伝導率が大きく、紫外線から赤外線にかけて不透明な素材であるシリコン（Ｓｉ）、焼結セラミックス（焼結ＳｉＣ）、金属（例えばＡｌＮ）などから作られる。【選択図】    図３
2012074540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を加熱処理する熱処理装置であって、
基板が上面に載置される載置台と、
該載置台を下方から加熱する熱源とを備え、
前記載置台が、載置される基板の中央部に対向する載置台中央部と、基板の端縁部に対向する載置台端縁部の少なくとも２つの領域に分割し分離されて形成されてい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、
前記熱源は、前記載置台中央部と前記載置台端縁部のそれぞれに対応して設けられていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項２記載の熱処理装置において、
前記載置台中央部に対応する熱源と、前記載置台端縁部に対応する熱源とは、１つのプレートに内蔵されていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記載置台端縁部は、前記載置台中央部よりも熱伝導率が大きい素材で形成されていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記載置台端縁部の上面が平坦に形成され、かつ前記載置台中央部よりも高さが高く形成されていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記載置台端縁部の上面が、中心側が低い傾斜面に形成され、かつ前記載置台中央部よりも高さが高く形成されていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記載置台端縁部および／または前記載置台中央部は、さらに複数の領域に分割形成されていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記載置台端縁部は、紫外線から赤外線にかけて不透明な素材で形成されていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記載置台に載置される基板に対して上方から光を照射して加熱する光化熱源をさらに備えた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、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）に対して熱処理を施す熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入は半導体ウエハ内にｐｎ接合を形成するための必須の工程である。現在、不純物導入は、イオン打ち込み法とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）といった不純物の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウエハに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。この際に、アニール時間が数秒程度以上であると、打ち込まれた不純物が熱によって深く拡散し、その結果接合深さが要求よりも深くなり過ぎて良好なデバイス形成に支障が生じるおそれがある。
【０００３】
そこで、極めて短時間で半導体ウエハを加熱するアニール技術として、近年フラッシュランプアニール（ＦＬＡ）が注目されている。フラッシュランプアニールは、キセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する）を使用して半導体ウエハの表面にフラッシュ光を照射することにより、不純物が注入された半導体ウエハの表面のみを極めて短時間（数ミリセカンド以下）に昇温させる熱処理装置である。キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウエハの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウエハにフラッシュ光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウエハを急速に昇温することが可能である。また、数ミリセカンド以下の極めて短時間のフラッシュ光照射であれば、半導体ウエハの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。このため、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、不純物を深く拡散させることなく、不純物活性化のみを実行することができるのである。
【０００４】
この種の熱処理装置において、フラッシュランプによる一瞬の閃光照射だけでは基板を目標温度まで加熱できないような場合には、基板を予備的に加熱しておくことが行われる。例えば特許文献１には、基板を保持する保持部に補助加熱用のホットプレートを備えているものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７７２４２号公報
【特許文献２】特開平６−２３２１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種の熱処理装置において、基板の中央部と比べて端縁部近傍は温度が低くなる傾向があり、基板全面を均一な温度で熱処理することができなかった。この原因としては、基板の端縁部から対流等で熱が逃げやすいことなどがあげられる。そのため、処理後の基板の特性が均一にならず、処理品質に問題があった。特許文献１記載のようにホットプレートの加熱領域を複数に分割して制御したり、特許文献２記載のように端縁部を加熱する専用のヒータを設けることも提案されているが、ヒータ等を制御しても基板の実際の温度が制御されるまでには熱伝達に時間がかかるため、基板の実際の温度を均一に保つことは困難であった。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板の端縁部の温度を局所的に容易に制御できる熱処理装置を提供すること、また基板の中央部と端縁部近傍との温度差を低減し、基板の実際の温度の均一性を容易に向上させることができる熱処理装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決する為に、請求項１に係わる発明は、基板を加熱処理する熱処理装置であって、基板が上面に載置される載置台と、該載置台を下方から加熱する熱源とを備え、前記載置台は、載置される基板の中央部に対向する載置台中央部と、基板の端縁部に対向する載置台端縁部の少なくとも２つの領域に分割し分離されて形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係わる発明は、請求項１記載の熱処理装置において、前記熱源は、前記載置台中央部と前記載置台端縁部のそれぞれに対応して設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係わる発明は、請求項２記載の熱処理装置において、前記載置台中央部に対応する熱源と、前記載置台端縁部に対応する熱源とは、１つのプレートに内蔵されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係わる発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の熱処理装置において、前記載置台端縁部は、前記載置台中央部よりも熱伝導率が大きい素材で形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係わる発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の熱処理装置において、前記載置台端縁部の上面が平坦に形成され、かつ前記載置台中央部よりも高さが高く形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係わる発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の熱処理装置において、前記載置台端縁部の上面が、中心側が低い傾斜面に形成され、かつ前記載置台中央部よりも高さが高く形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係わる発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の熱処理装置において、前記載置台端縁部および／または前記載置台中央部は、さらに複数の領域に分割形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に係わる発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の熱処理装置において、前記載置台端縁部は、紫外線から赤外線にかけて不透明な素材で形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項９に係わる発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の熱処理装置において、前記載置台に載置される基板に対して上方から光を照射して加熱する光加熱源をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、基板の端縁部の温度を局所的に容易に制御できる。
【００１８】
さらに請求項２の発明によれば、基板の端縁部の温度を局所的により高精度に制御できる。
【００１９】
さらに請求項４および請求項５の発明によれば、基板の端縁部への熱伝導が良好で、基板の端縁部の温度を局所的により効果的に制御できる。
【００２０】
さらに請求項６の発明によれば、中央部と端縁部近傍との温度差を低減したうえで、基板の端縁部に緩やかな温度勾配をつけることができる。
【００２１】
さらに請求項８の発明によれば、熱源からの赤外線が載置台端縁部を透過して直接ウエハＷに熱的影響を与えるのを防止できる。
【００２２】
さらに請求項９の発明によれば、加熱ムラが生じやすい光加熱源からの加熱と併用して、下側の熱源による加熱の温度分布を細かく制御することで、光照射による加熱ムラをキャンセルし軽減することができ、加熱温度の均一性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明が適用される熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１の熱処理装置のガス路を示す断面図である。
【図３】保持部の構成を示す断面図である。
【図４】ホットプレートを示す平面図である。
【図５】図１の熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図６】保持部の変形例の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
＜１．熱処理装置の全体構成＞
【００２６】
まず、本発明を実施する熱処理装置の全体構成について説明する。図1は、本発明に係る熱処理装置1の構成を示す縦断面図である。熱処理装置1は基板として直径３００ｍｍの略円形の半導体ウエハＷに光を照射してその半導体ウエハＷ（以下、単にウエハＷと称する）を加熱するランプアニール装置である。
【００２７】
熱処理装置1は、ウエハＷを収容する略円筒形状のチャンバー6と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するランプハウス5と、を備える。また、熱処理装置1は、チャンバー6およびランプハウス5に設けられた各動作機構を制御してウエハＷの熱処理を実行させるメインコントローラ3を備える。そしてこの熱処理装置１には、所定のウエハ供給格納機構（例えばＦＯＵＰであり、図示は省略している）と、そのウエハ供給格納機構との間でウエハＷを搬送する搬送ロボットが設けられ、その搬送ロボットのハンドＨによってウエハＷがチャンバー6に対して搬入および搬出される。
【００２８】
＜２．チャンバー周辺の構成＞
【００２９】
チャンバー6は、ランプハウス5の下方に設けられており、略円筒状の内壁を有するチャンバー側部63、および、チャンバー側部63の下部を覆うチャンバー底部62によって構成される。また、チャンバー側部63およびチャンバー底部62によって囲まれる空間が熱処理空間65として規定される。熱処理空間65の上方は上部開口60とされており、上部開口60にはチャンバー窓61が装着されて閉塞されている。
【００３０】
チャンバー6の天井部を構成するチャンバー窓61は、光学ガラスの一種であるＢＫ7（ホウケイ酸クラウン光学ガラス）によって形成された円板形状部材である。ＢＫ7は、可視光および近赤外線は透過するものの、波長3μｍ以上の赤外線に対しては不透明である。すなわち、ＢＫ7によって形成されたチャンバー窓61は、ランプハウス5からチャンバー6内に照射される光のうち波長3μｍ以上の光を遮光するフィルターとして機能する。従って、ランプハウス5から出射された光のうち熱処理空間65に入射するのは波長3μｍ未満の光である。
【００３１】
チャンバー6の本体を構成するチャンバー底部62およびチャンバー側部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、チャンバー側部63の内側面の上部のリング631は、光照射による劣化に対してステンレススチールより優れた耐久性を有するアルミニウム（Ａｌ）合金等で形成されている。
【００３２】
また、熱処理空間65の気密性を維持するために、チャンバー窓61とチャンバー側部63とはＯリングによってシールされている。すなわち、チャンバー窓61の下面周縁部とチャンバー側部63との間にＯリングを挟み込むとともに、クランプリング90をチャンバー窓61の上面周縁部に当接させ、そのクランプリング90をチャンバー側部63にネジ止めすることによって、チャンバー窓61をＯリングに押し付けている。
【００３３】
チャンバー底部62には、保持部7を貫通してウエハＷをその下面（ランプハウス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（本実施の形態では3本）の支持ピン70が立設されている。支持ピン70は、例えば石英により形成されており、チャンバー6の外部から固定されているため、容易に取り替えることができる。
【００３４】
チャンバー側部63は、ハンドＨによってウエハＷを搬入および搬出を行うための搬送開口部66を有し、搬送開口部66は、軸662を中心に回動するゲートバルブ185により開閉可能とされる。チャンバー側部63における搬送開口部66とは反対側の部位には熱処理空間65に処理ガス（例えば、窒素（Ｎ<SUB>2</SUB>）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス、あるいは、酸素（0<SUB>2</SUB>）ガス等）を導入する導入路81が形成され、その一端は弁82を介して図示省略の給気機構に接続され、他端はチャンバー側部63の内部に形成されるガス導入バッファ83に接続される。また、搬送開口部66には熱処理空間65内の気体を排出する排出路86が形成され、弁87を介して図示省略の排気機構に接続される。
【００３５】
図2は、チャンバー6をガス導入バッファ83の位置にて水平面で切断した断面図である。図2に示すように、ガス導入バッファ83は、図1に示す搬送開口部66の反対側においてチャンバー側部63の内周の約1／3に亘って形成されており、導入路81を介してガス導入バッファ83に導かれた処理ガスは、複数のガス供給孔84から熱処理空間65内へと供給される。
【００３６】
また、熱処理装置1は、チャンバー6の内部においてウエハＷを水平姿勢にて保持しつつ光照射前にその保持するウエハＷの予備加熱を行う略円板状の保持部7と、保持部7をチャンバー6の底面であるチャンバー底部62に対して昇降させる保持部昇降機構4と、を備える。図1に示す保持部昇降機構4は、略円筒状のシャフト41、移動板42、ガイド部材43（本実施の形態ではシャフト41の周りに3本配置される）、固定板44、ボールネジ45、ナット46およびモータ40を有する。チャンバー6の下部であるチャンバー底部62には保持部7よりも小さい直径を有する略円形の下部開口64が形成されており、ステンレススチール製のシャフト41は、下部開口64を挿通して、保持部7（厳密には保持部7のホットプレート71）の下面に接続されて保持部7を支持する。
【００３７】
移動板42にはボールネジ45と螺合するナット46が固定されている。また、移動板42は、チャンバー底部62に固定されて下方へと伸びるガイド部材43により摺動自在に案内されて上下方向に移動可能とされる。また、移動板42は、シャフト41を介して保持部7に連結される。
【００３８】
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に設置され、タイミングベルト401を介してボールネジ45に接続される。保持部昇降機構4により保持部7が昇降する際には、駆動部であるモータ40がメインコントローラ3の制御によりボールネジ45を回転し、ナット46が固定された移動板42がガイド部材43に沿って鉛直方向に移動する。この結果、移動板42に固定されたシャフト41が鉛直方向に沿って移動し、シャフト41に接続された保持部7が図1に示すウエハＷの受渡位置と、図5に示すウエハＷの処理位置との間で滑らかに昇降する。
【００３９】
そして、図1に示すウエハＷの受け渡し位置においては、ハンドＨにウエハＷが載置されて搬送され、図１に示すように支持ピン70上方でハンドＨが若干下降して支持ピン70上にウエハＷが載置される。その後、ハンドＨは図中の右方向に退避し、ゲートバルブ185が閉じられるとともに、保持部7が図5に示すウエハＷの処理位置まで上昇て保持部7の上面のサセプタ72にウエハＷが載置される。
【００４０】
移動板42の上面には略半円筒状（円筒を長手方向に沿って半分に切断した形状）のメカストッパ451がボールネジ45に沿うように立設されており、仮に何らかの異常により移動板42が所定の上昇限界を超えて上昇しようとしても、メカストッパ451の上端がボールネジ45の端部に設けられた端板452に突き当たることによって移動板42の異常上昇が防止される。これにより、保持部7がチャンバー窓61の下方の所定位置以上に上昇することはなく、保持部7とチャンバー窓61との衝突が防止される。
【００４１】
また、保持部昇降機構4は、チャンバー6の内部のメンテナンスを行う際に保持部7を手動にて昇降させる手動昇降部49を有する。手動昇降部49はハンドル491および回転軸492を有し、ハンドル491を介して回転軸492を回転することより、タイミングベルト495を介して接続されるボールネジ45を回転して保持部7の昇降を行うことができる。
【００４２】
チャンバー底部62の下側には、シャフト41の周囲を囲み下方へと伸びる伸縮自在のベローズ47が設けられ、その上端はチャンバー底部62の下面に接続される。一方、ベローズ47の下端はベローズ下端板471に取り付けられている。べローズ下端板471は、鍔状部材411によってシャフト41にネジ止めされて取り付けられている。保持部昇降機構4により保持部7がチャンバー底部62に対して上昇する際にはベローズ47が収縮され、下降する際にはべローズ47が伸張される。そして、保持部7が昇降する際にも、ベローズ47が伸縮することによって熱処理空間65内の気密状態が維持される。
【００４３】
＜３．保持部周辺の構成＞
【００４４】
図3は、保持部7の構成を示す断面図である。保持部7は、ウエハＷを予備加熱（いわゆるアシスト加熱）するホットプレート（加熱プレート）71、および、ホットプレート71の上面（保持部7がウエハＷを保持する側の面）に設置されるサセプタ72（これは後述するサセプタ中央721、サセプタ中間722、４個のサセプタ端縁723、４個のサセプタ外周724を総称するものである）を有する。サセプタ72はウエハＷが上面に載置される台であって、ホットプレート71からの熱伝導によって下面から加熱され、ウエハＷを加熱する。保持部7の下面には、既述のように保持部7を昇降するシャフト41が接続される。
【００４５】
ホットプレート71は、ステンレススチール製の上部プレート73および下部プレート74にて構成される。上部プレート73と下部プレート74との間には、ホットプレート71を加熱する熱源としてのニクロム線等の抵抗加熱線76（これは後述する抵抗加熱線76ａ、76ｂ、76ｃ、76ｄを総称するものである）が配設されてヒータを構成し、導電性のニッケル（Ｎｉ）ロウが充填されて封止されている。また、上部プレート73および下部プレート74の端部はロウ付けにより接着されている。
【００４６】
図4は、保持部７の上面すなわちサセプタ72の上面を示す平面図である。サセプタ72は、載置されるウエハＷの中央部に対向する領域に配置される円板形状のサセプタ中央721と、ウエハＷの端縁部に対向する円環状の領域に配置され、かかる円環状の領域を周方向に等分に四分割した扇形形状のサセプタ端縁723と、そのサセプタ中央721とサセプタ端縁723との中間に配置される円環形状のサセプタ中間722と、サセプタ端縁723のさらに外側の円環状の領域に配置され、かかる円環状の領域を周方向に等分に四分割した扇形形状のサセプタ外周724とに分割され、かつ分離されて配置構成される。
【００４７】
サセプタ中央721、サセプタ中間722、４個のサセプタ端縁723、４個のサセプタ外周724のそれぞれは、ホットプレート71を構成する上部プレート73の平坦な上面に対して次の如く着脱自在かつ位置決めして取り付けられる。すなわち、サセプタ中央721、サセプタ中間722、４個のサセプタ端縁723、４個のサセプタ外周724それぞれの下面には、位置決め用の穴（図示せず）が二個づつ穿たれている。他方、その位置決め用の穴に対応する上部プレート73の上面にはピン穴（図示せず）が穿たれて、そのピン穴に位置決めピン（図示せず）が立設固定されている。
【００４８】
そして、サセプタ中央721、サセプタ中間722、４個のサセプタ端縁723、４個のサセプタ外周724のそれぞれは、それぞれの下面の位置決め用の穴を上部プレート73の対応する位置決めピンにはめ込むことで、上部プレート73と熱的に密着するように面接触し、かつ位置決めした状態で取り付けられる。これにより、ホットプレート71からの熱がサセプタ中央721、サセプタ中間722、４個のサセプタ端縁723、４個のサセプタ外周724のそれぞれの領域内で熱伝導により拡散均一化しながら上面に載置されたウエハＷに到達して加熱するとともに、メンテナンス時等には上部プレート73から取り外して洗浄可能となっている。
【００４９】
また、サセプタ中央721、サセプタ中間722、４個のサセプタ端縁723、４個のサセプタ外周724のそれぞれは、相互には直接接触しての熱伝導が発生しないように若干の間隔を保って配置される。その間隔は載置されるウエハＷの温度の均一性に影響を与えない程度に設定され、具体的には０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度である。なお、図３および図４では間隔は誇張して描いてある。また、サセプタ72のうちサセプタ外周724の上面にはウエハＷの移動、位置ずれを防止するピン75（詳細は後述する）がウエハＷの周囲に位置するうよう取り付けられる。
【００５０】
サセプタ72のうち、載置されるウエハＷの最も中央部に対向するサセプタ中央721と、そのサセプタ中央721より外側であるがサセプタ端縁723よりも中央部寄りの位置に配置されるサセプタ中間722とは、石英を素材として作られている。それに対し、ウエハＷの端縁部に対向する円環状の領域に配置されるサセプタ端縁723と、そのサセプタ端縁723のさらに外側に配置されるサセプタ外周724とは、石英よりも熱伝導率が大きく、紫外線から赤外線にかけて不透明な素材から作られている。石英よりも熱伝導率が大きく、紫外線から赤外線にかけて不透明な素材は、具体的にはシリコン（Ｓｉ）、焼結セラミックス（焼結ＳｉＣ）、金属（例えばＡｌＮ）などである。
【００５１】
なお、ここで紫外線から赤外線にかけて不透明な素材を用いる理由は、ホットプレート71からの赤外線がサセプタ端縁723およびサセプタ外周724を透過して直接ウエハＷに熱的影響を与えないためである。すなわち、ホットプレート71からの放射光は指向性がないため、透明な素材であればホットプレート71の中央部からの放射光もウエハＷの端部にも当たってしまい温度変動の原因になることが考えられる。従って、その影響を防ぎ、温度の制御性を上げるために、紫外線から赤外線にかけて不透明な素材を用いている。
【００５２】
また、４個のサセプタ端縁723は平坦なホットプレート71の上面に円環を作るように取り付けられ、その円環の内径は約２２０ｍｍである。またサセプタ端縁723およびサセプタ外周724は、サセプタ中央721およびサセプタ中間722よりも若干高さが高く作られ、両者の高さの差は０．２ｍｍ〜１．０ｍｍである。ウエハＷの外径は３００ｍｍであるから、ウエハＷがサセプタ72の中心に載置されたとき、ウエハＷは幅４０ｍｍの外周部分をサセプタ端縁723に面接触される形で支持され、サセプタ中央721およびサセプタ中間722とウエハＷの中央部とはその高さの差である０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの間隔が保たれる。
【００５３】
なお、ホットプレート71は、図３に示すように１枚の上部プレート73および１枚の下部プレート74にて構成されるが、ホットプレート71に内蔵されている抵抗加熱線76は、その上部に配置されるサセプタ中央721、サセプタ中間722、４個のサセプタ端縁723、４個のサセプタ外周724のそれぞれの領域ごとに個別に対応するように、それぞれの直下に独立して設けられる。すなわち、サセプタ中央721の直下には抵抗加熱線76ａが、サセプタ中間722の直下には抵抗加熱線76ｂが、４個のサセプタ端縁723の直下には４個の抵抗加熱線76ｃが、４個のサセプタ外周724の直下には４個の抵抗加熱線76ｄが、それぞれ設けられる。抵抗加熱線76ａ、76ｂ、76ｃ、76ｄのそれぞれは個別にメインコントローラ３に接続される。さらにそれぞれの領域には、その領域の温度を計測する熱電対を備えたセンサ（図示せず）が個別に埋め込んで設けられている。このセンサもメインコントローラ３に接続されてその計測結果を伝達するようになっており、メインコントローラ３はセンサの計測結果に基づきヒータを構成する抵抗加熱線76ａ、76ｂ、76ｃ、76ｄを個別に加熱制御して、それぞれの領域を所望の温度に制御できる。また、ホットプレート71には、支持ピン70が挿通される3つの貫通孔77が、ホットプレート71の中心から見て120°毎に設けられる。支持ピン70はその貫通孔77を挿通されたうえサセプタ中央721とサセプタ中間722の間を経てサセプタ72の上面に出没可能となっている。
【００５４】
さらに、サセプタ72の最も外側に位置する４個のサセプタ外周724には、その上面にウエハＷの移動、位置ずれを防止するピン75が合計６個取り付けられている。ピン75の取り付けは、サセプタ72に載置されるウエハＷの外形よりも若干外側の位置に等間隔に6箇所形成された取付穴にはめ込むことによりなされる。ピン75は円柱状であってその上面は角度約15度の傾斜面に形成され、かかる傾斜面がサセプタ72の中心側すなわちウエハＷが置かれる側が低くなるように取り付けられる。この種の熱処理装置１においては、急激な温度変化によりウエハＷの表面が局部的に膨張あるいは収縮等を起こし、それに伴う基板の反りなどの変形や、その反りが発生しあるいは元に戻る際にウエハＷのサセプタ72に対する位置ずれが起こることがある。この熱処理装置１においては、上記ピン75の構造により、仮にウエハＷの移動、位置ずれが起ころうとしても、ピン75の傾斜した上面にウエハＷの端縁が乗り上げることで、その位置ずれの発生を抑制し、また傾斜した上面に乗り上げることでウエハＷに大きな応力がかかってウエハＷが破損することをも防止している。
【００５５】
ホットプレート71が加熱される際には、前記センサ710により計測される各領域のそれぞれの温度が予め設定された所定の温度になるように、各ゾーンに配設されたヒータの抵抗加熱線76ａ、76ｂ、76ｃ、76ｄへの電力供給量がメインコントローラ3により制御される。メインコントローラ3による各ゾーンの温度制御はＰＩＤ(Proportional Integral Derivative)制御により行われる。ホットプレート71では、ウエハＷの熱処理（複数のウエハＷを連続的に処理する場合は、全てのウエハＷの熱処理）が終了するまで各領域のそれぞれの温度が継続的に計測され、各領域に配設されたヒータの抵抗加熱線76ａ、76ｂ、76ｃ、76ｄへの電力供給量が個別に制御されて、すなわち、各領域に対応しれたヒータの温度が個別に制御されて各領域の温度が設定温度に維持される。なお、各領域の設定温度は、基準となる温度から個別に設定されたオフセット値だけ変更することが可能とされる。
【００５６】
各領域に対応してそれぞれ配設されるヒータの抵抗加熱線76ａ、76ｂ、76ｃ、76ｄは、シャフト41の内部を通る電力線を介して電力供給源（図示省略）に接続されている。電力供給源から各ゾーンに至る経路途中において、電力供給源からの電力線は、マグネシア（マグネシウム酸化物）等の絶縁体を充填したステンレスチューブの内部に互いに電気的に絶縁状態となるように配置される。なお、シャフト41の内部は大気開放されている。
【００５７】
＜４．ランプハウス周辺の構成＞
【００５８】
次に、ランプハウス5は、チャンバー6内の保持部7の上方に設けられている。ランプハウス5は、筐体51の内側に、複数本（本実施形態では30本）のキセノンフラッシュランプＦＬからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ52と、を備えて構成される。また、ランプハウス5の筐体51の底部にはランプ光放射窓53が装着されている。ランプハウス5の底部を構成するランプ光放射窓53は、石英により形成された板状部材である。ランプハウス5がチャンバー6の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓53がチャンバー窓61と相対向することとなる。ランプハウス5は、チャンバー6内にて保持部7に保持されるウエハＷにランプ光放射窓53およびチャンバー窓61を介してフラッシュランプＦＬから光を照射することによりウエハＷを加熱する。
【００５９】
複数のフラッシュランプＦＬ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保持部7に保持されるウエハＷの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプＦＬの配列によって形成される平面も水平面である。
【００６０】
また、リフレクタ52は、複数のフラッシュランプＦＬの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ52の基本的な機能は、複数のフラッシュランプＦＬから出射された光を保持部7の側に反射するというものである。リフレクタ52はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面（フラッシュランプＦＬに臨む側の面）はブラスト処理により粗面化加工が施されて梨地模様を呈する。このような粗面化加工を施しているのは、リフレクタ52の表面が完全な鏡面であると、複数のフラッシュランプＦＬからの反射光の強度に規則パターンが生じてウエハＷの表面温度分布の均一性が低下するためである。
【００６１】
また、メインコントローラ3は、熱処理装置1に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。メインコントローラ3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、メインコントローラ3は、各種演算処理を行うＣＰＵ、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ＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ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を備えている。
【００６２】
＜５．その他の構成＞
【００６３】
上記の構成以外にも熱処理装置1は、ウエハＷの熱処理時にフラッシュランプＦＬおよびホットプレート71から発生する熱エネルギーによるチャンバー6およびランプハウス5の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー6のチャンバー側部63およびチャンバー底部62には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ランプハウス5は、内部に気体流を形成して排熱するための気体供給管55および排気管56が設けられて空冷構造とされている（図1参照）。また、チャンバー窓61とランプ光放射窓53との間隙にも空気が供給され、ランプハウス5およびチャンバー窓61を冷却する。
【００６４】
図1、図5に示すように、本実施形態の熱処理装置1は、石英プローブ18および波形計測部20を備える。石英プローブ18は、石英製の導光ロッドであり、チャンバー側部63およびリング631を貫通して設けられている。石英プローブ18は、その長手方向が水平方向に沿うように設けられている。図5に示すように、石英プローブ18が設置される高さ位置は処理位置に保持されるウエハＷの高さ位置よりも若干上方であることが好ましい。また、石英プローブ18の基端はチャンバー側部63を貫通してチャンバー6の外部に面している。なお、石英プローブ18は、その先端が処理位置のウエハＷに向かうように傾斜して設けられていても良い。
【００６５】
＜６．熱処理装置の動作＞
【００６６】
次に、上記の構成を有する熱処理装置1の動作について説明する。熱処理工程において、処理対象となるウエハＷはイオン打ち込み法により不純物（イオン）が注入された半導体基板であり、注入された不純物の活性化が熱処理装置1による光照射加熱処理（アニール）により実行される。この工程においては、まず、図1に示すように、保持部７が下がった位置（すなわちウエハＷの受け渡し位置）として、ゲートバルブ185を開放した状態で、搬送ロボットのハンドＨが処理対象であるウエハＷを保持して保持部７の支持ピン70の上まで搬送して若干下降し、図１に示すように支持ピン70上にウエハＷを載置する。その後、ハンドＨは図中の右方向に退避し、ゲートバルブ185を閉じ、保持部７を上昇させて、図５に示すようにウエハＷをサセプタ７２上の所定の位置に載置する。
【００６７】
次に、処理対象となるウエハＷの加熱処理を行う。具体的には、まず保持部７のホットプレート７１のヒータを作動させてサセプタ７２を介してウエハＷを予備加熱（いわゆるアシスト加熱）する。このときメインコントローラ３は、ヒータを構成する抵抗加熱線76ａ、76ｂ、76ｃ、76ｄを個別に加熱制御して、それぞれの領域を所望の予備加熱温度に制御する。このときメインコントローラ３は、ウエハＷの端縁からの放熱を考慮して、このウエハＷの端縁部に対向位置するサセプタ端縁723の部分を加熱する抵抗加熱線76ｃを、やや多目の発熱量となるよう加熱制御する。
【００６８】
サセプタ端縁723はサセプタ中央721、サセプタ中間722と別体に作られ、かつそれらと間隔を保っていて直接に接していないので、サセプタ端縁723からウエハＷの端縁部への熱伝導が、サセプタ中央721、サセプタ中間722の温度の影響を受けず、独立して容易に局所的な温度制御が行える。またサセプタ端縁723はサセプタ中央721、サセプタ中間722と比べて熱伝導率が大きく、紫外線から赤外線にかけて不透明な素材で形成されているので、ヒータからの発熱を熱伝導で効率よく速やかにウエハＷに伝達し、制御の応答性を向上させ、局所的な温度制御がより効果的に行え、その結果、ウエハＷ端部の温度低下を低減または防止することができる。本実施形態では、サセプタ端縁723はウエハＷの外周から４０ｍｍの幅でウエハＷと面接触しており、この領域での熱伝導が良好であり、この領域の温度制御が良好に行え、温度低下の低減または防止に特に有効である。
【００６９】
所定の温度までウエハＷを予備加熱したところで、続いてフラッシュランプＦＬから強力な瞬間的な光照射を行って短時間でウエハＷを急速に加熱する。フラッシュランプＦＬによる加熱が終了してウエハＷの温度がピークをすぎるとウエハＷの温度は低下し始めるが、このときもウエハＷの端縁部の温度の低下が早い場合には、上述と同様にヒータを作動させてウエハＷの端縁部の温度低下を低減または防止することができる。そしてこれら所定の加熱処理が終了すると、保持部７を下降させ、ウエハＷを支持ピン７０で支持し、ゲートバルブ185を開放してハンドＨが処理対象であるウエハＷを搬出する。
【００７０】
＜７．変形例＞
【００７１】
図６は、保持部7の変形例の構成を示す断面図である。この変形例では、ウエハＷを支持するサセプタ端縁723の上面を傾斜面723ａとして、サセプタ中央721およびサセプタ中間722の上面よりも高い高さまで形成し、その傾斜面723ａにおいてウエハＷの周縁を支持することで、サセプタ中央721およびサセプタ中間722とウエハＷ中央部との間隔を０．２ｍｍ〜１．０ｍｍに保っている。傾斜面723ａが水平面となす角度は３０度以下が好ましく、実施形態では１５度である。この傾斜によってウエハＷの端縁とその内側とでサセプタ端縁723との間隔をわずかに変化させ、ウエハＷの端部の温度に意図して穏やかな温度勾配をつけることができる。なお、フラッシュランプＦＬによる急激な温度変化によりウエハＷの表面が局部的に膨張あるいは収縮等を起こし、それに伴う基板の反りなどの変形や、その反りが発生しあるいは元に戻る際にウエハＷのサセプタ72に対する位置ずれが起こった場合に、傾斜面723ａが水平面となす角度が３０度を超えていると、ウエハＷと傾斜面723ａとの間に生じる衝撃が大きくなり好ましくない。傾斜角度が３０度以下であれば、仮にウエハＷの移動、位置ずれが起ころうとしても、傾斜面723ａにウエハＷの端縁が乗り上げることで、その位置ずれの発生を抑制し、またウエハＷに大きな応力がかかってウエハＷが破損することをも防止している。
【００７２】
また上述した実施形態においては、サセプタ72の各領域（サセプタ中央721、サセプタ中間722、４個のサセプタ端縁723、４個のサセプタ外周724）のそれぞれごとに個別に対応するように、ヒータに個別の抵抗加熱線76ａ、76ｂ、76ｃ、76ｄを内蔵していたが、サセプタ72とヒータの分割の態様は必ずしも等しくなくてもよい。また上述の実施形態においては、サセプタ72の各領域のそれぞれごとに個別に対応するように、１つのホットプレート71の内部に抵抗加熱線76ａ、76ｂ、76ｃ、76ｄを内蔵していたが、各領域ごとに個別のホットプレートを独立して設けてもよい。その場合、隣り合う領域からの加熱の影響を受けることがより少なくなり、より応答性に優れた制御が可能になる。
【００７３】
また本発明においては、載置されるウエハＷの中央部に対向するサセプタ中央721よりも、ウエハＷの端縁部に対向するサセプタ端縁723のほうが熱伝導率が大きい素材で形成されていればよいので、例えばサセプタ中間722にも熱伝導率が大きい素材を用いてもよいし、ウエハＷの端縁部に対向しないサセプタ外周724には他の素材を用いてもよい。
【００７４】
また上述した実施形態では、サセプタ72の各領域は円板形状、円環状、扇形状に分割形成されているが、例えば小さな格子形状に分割形成するものなど他の形状に分割形成するものであってもよい。
【００７５】
また、この実施形態ではランプアニール装置に適用した例を示したが、これに限らず、レーザ加熱装置やスパイクアニーラ、ＣＶＤ装置等にも利用できる。
【符号の説明】
【００７６】
1  熱処理装置
3  メインコントローラ
4  保持部昇降機構
6  チャンバー
7  保持部
70  支持ピン
71  ホットプレート
72  サセプタ
76、76ａ、76ｂ、76ｃ、76ｄ  抵抗加熱線
721  サセプタ中央
722  サセプタ中間
723  サセプタ端縁
724  サセプタ外周
ＦＬ  フラッシュランプ
Ｗ  半導体ウエハ
【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】
2012074540.tif 000007
【図６】
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