(57)【要約】【課題】熱処理時における基板上の温度分布の面内均一性を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】保持部２に保持された半導体ウェハーＷに向けて、第１光照射部３から光を照射して予備加熱処理を行い、第２光照射部４から閃光を照射してフラッシュ加熱処理を行う。光照射部３，４から発射された光の一部は反射板１１ａによって反射されて半導体ウェハーＷに到達する。各反射板１１ａには姿勢変更機構１１１ａが接続されており、各反射板１１ａの姿勢を変更することができる。反射板１１ａの姿勢を変更することによって、半導体ウェハーＷの特定の領域に入射する光束を少なく（もしくは多く）することができ、これによって半導体ウェハーＷの表面領域に生じた温度不均一領域を消滅させることができる。【選択図】図６
2009123810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理装置であって、
ｎ枚（ｎは３以上の整数）の反射板によってｎ角形の筒状に形成された反射体と、
前記反射体の筒内部にて基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板から所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて光を照射する１以上の光照射手段と、
を備え、
前記ｎ枚の反射板のうちの所定の反射板の姿勢を変更する姿勢変更手段と、
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に記載の熱処理装置であって、
前記姿勢変更手段が、
前記保持手段に保持された基板の主面に直交する直交軸を中心に、前記所定の反射板を、所定の角度だけ回動させる第１の回動手段、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記姿勢変更手段が、
前記保持手段に保持された基板の主面に平行な平行軸を中心に、前記所定の反射板を、所定の角度だけ回動させる第２の回動手段、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記姿勢変更手段が、
前記所定の反射板を、所定の方向に所定の角度だけ湾曲させる湾曲手段、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の熱処理装置であって、
前記姿勢変更手段が、前記反射体の筒外部から与えられた指示に基づいて、前記所定の反射板の姿勢を変更することを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の熱処理装置であって、
前記反射体の筒外部に配置され、前記ｎ枚の反射板のうちのどの反射板の姿勢をどの程度変更するかの指示をオペレータから受け付ける指示受付手段と、
前記指示受付手段が受け付けた指示に基づいて、前記姿勢変更手段に、前記指示に係る反射板の姿勢を変更させる制御手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
基板に対して光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理装置であって、
ｎ枚（ｎは３以上の整数）の反射板によってｎ角形の筒状に形成された反射体と、
前記反射体内の筒内部で基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて光を照射する１以上の光照射手段と、
を備え、
前記反射体の内側表面の所定領域に、他の領域とは異なる反射率を有する反射率調整領域が形成されることを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載の熱処理装置であって、
前記反射率調整領域が、前記反射体の内側表面の一部を切り欠いて形成した領域であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項９】
請求項７に記載の熱処理装置であって、
前記反射率調整領域が、前記反射体の内側表面の一部を前記他の領域と段違いに形成した領域であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の熱処理装置であって、
前記反射率調整領域が、前記反射体の内側表面の一部を所定の方法で表面加工した領域であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の熱処理装置であって、
前記１以上の光照射手段の１つが、
閃光を照射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１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の熱処理装置であって、
前記１以上の光照射手段の少なくとも１つが、
ハロゲンランプ、
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】
この発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）に光を照射することにより該基板を熱処理する熱処理装置、特に閃光を照射して基板を瞬間的に加熱する熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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が一般的に使用されていた。このようなランプアニール装置においては、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】
一方、近年、半導体デバイスの高集積化が進展し、ゲート長が短くなるにつれて接合深さも浅くすることが望まれている。しかしながら、毎秒数百度程度の速度で半導体ウェハーを昇温する上記ランプアニール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ボロンやリン等のイオンが熱によって深く拡散する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、接合深さが要求よりも深くなり過ぎ、良好なデバイス形成に支障が生じることが懸念される。
【０００４】
このため、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。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ェハー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ェハーに閃光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハー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閃光照射であれば、半導体ウェハー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、イオンを深く拡散させることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置の構成例は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４０３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
キセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置において、複数のキセノンフラッシュランプを列設した領域は、半導体ウェハーの面積よりもかなり大きいのであるが、それにもかかわらず半導体ウェハーの周縁部における照度はそれよりも内側部における照度と比較すると多少低下することとなっていた。特に、φ３００mmの大径基板では、ウェハー周縁部における照度低下の程度が大きく、面内照度分布は良くなかった。また、ウェハーの径方向に沿った温度分布の不均一のみならず、同一半径の周方向に沿った温度分布の不均一も存在することが判明している。具体的には、半導体ウェハーの周縁部の一部のみにコールドスポットと称される低温領域が生じることがあった。
【０００７】
また、キセノンフラッシュランプによるフラッシュ加熱を行う前には、ホットプレートやハロゲンランプ等を使用して基板の予備加熱が行われる。ホットプレートは、安全かつある程度は均一に基板を昇温できるという利点があるものの、昇温可能な温度に限界があるため、適用範囲に限界がある。一方、ハロゲンランプを使用すれば６００度以上の昇温が実現可能である。フラッシュ加熱前に、基板を予備的に６００度以上の高温領域まで昇温させておくことができれば、フラッシュ加熱に求められる昇温幅をその分小さくすることができる。すなわち、キセノンフラッシュランプによって基板に与えるべきエネルギーを小さくすることができる。これによって、フラッシュ加熱において基板に生じる熱応力を小さくすることが可能となり、フラッシュ加熱における基板の割れの発生を防止することができる。しかしながら、ハロゲンランプを用いる構成では、基板を均一に昇温させることが非常に困難であり、予備昇温においても基板の表面領域の一部のみにホットスポットと称される高温領域やコールドスポットが生じてしまう。
【０００８】
この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、熱処理時における基板上の温度分布の面内均一性を向上させることができる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】
【０００９】
請求項１の発明は、基板に対して光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理装置であって、ｎ枚（ｎは３以上の整数）の反射板によってｎ角形の筒状に形成された反射体と、前記反射体の筒内部にて基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板から所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて光を照射する１以上の光照射手段と、を備え、前記ｎ枚の反射板のうちの所定の反射板の姿勢を変更する姿勢変更手段と、を備える。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の熱処理装置であって、前記姿勢変更手段が、前記保持手段に保持された基板の主面に直交する直交軸を中心に、前記所定の反射板を、所定の角度だけ回動させる第１の回動手段、を備える。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１に記載の熱処理装置であって、前記姿勢変更手段が、前記保持手段に保持された基板の主面に平行な平行軸を中心に、前記所定の反射板を、所定の角度だけ回動させる第２の回動手段、を備える。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１に記載の熱処理装置であって、前記姿勢変更手段が、前記所定の反射板を、所定の方向に所定の角度だけ湾曲させる湾曲手段、を備える。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記姿勢変更手段が、前記反射体の筒外部から与えられた指示に基づいて、前記所定の反射板の姿勢を変更する。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項５に記載の熱処理装置であって、前記反射体の筒外部に配置され、前記ｎ枚の反射板のうちのどの反射板の姿勢をどの程度変更するかの指示をオペレータから受け付ける指示受付手段と、前記指示受付手段が受け付けた指示に基づいて、前記姿勢変更手段に、前記指示に係る反射板の姿勢を変更させる制御手段と、を備える。
【００１５】
請求項７の発明は、基板に対して光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理装置であって、ｎ枚（ｎは３以上の整数）の反射板によってｎ角形の筒状に形成された反射体と、前記反射体内の筒内部で基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて光を照射する１以上の光照射手段と、を備え、前記反射体の内側表面の所定領域に、他の領域とは異なる反射率を有する反射率調整領域が形成される。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項７に記載の熱処理装置であって、前記反射率調整領域が、前記反射体の内側表面の一部を切り欠いて形成した領域である。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項７に記載の熱処理装置であって、前記反射率調整領域が、前記反射体の内側表面の一部を前記他の領域と段違いに形成した領域である。
【００１８】
請求項１０の発明は、請求項７に記載の熱処理装置であって、前記反射率調整領域が、前記反射体の内側表面の一部を所定の方法で表面加工した領域である。
【００１９】
請求項１１の発明は、請求項１から１０のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記１以上の光照射手段の１つが、閃光を照射するフラッシュランプ、を備える。
【００２０】
請求項１２の発明は、請求項１から１１のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記１以上の光照射手段の少なくとも１つが、ハロゲンランプ、を備える。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１〜６の発明によると、姿勢変更手段によって、反射体を構成するｎ枚の反射板のうちの所定の反射板の姿勢を変更することができる。反射板の姿勢を変更することによって当該反射板の内側表面にて反射される光束の出射方向を調整して、保持手段に保持された基板の特定の領域に入射する光束を少なくしたり多くしたりすることが可能となる。これにより、熱処理時における基板上の温度分布の不均一を解消して、面内均一性を向上させることができる。
【００２２】
特に、請求項５〜６の発明によると、姿勢変更手段が反射体の筒外部から与えられた指示に基づいて反射板の姿勢を変更するので、装置のオペレータは、筒外部から姿勢制御手段に指示を与えることによって所望の反射板の姿勢を変更させることができる。すなわち、反射板の姿勢を変えるにあたって、オペレータが反射板に直接アクセスする必要がない。
【００２３】
請求項７〜１０の発明によると、反射体の内側表面の所定領域に、他の領域と異なる反射率を有する反射率調整領域を形成する。反射率調整領域を形成し、熱処理装置が構造上有する光学的な非対称性等をこれで相殺することによって、保持手段に保持された基板の面内に不均一な温度分布領域が生じることを回避することができる。すなわち、熱処理時における基板上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
この発明の実施の形態に係る熱処理装置について図面を参照しながら説明する。この発明の実施の形態に係る熱処理装置１００は、基板として略円形の半導体ウェハーＷに閃光（フラッシュ光）を照射してその半導体ウェハーＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。
【００２５】
〈１．熱処理装置の全体構成〉
はじめに、この発明の実施の形態に係る熱処理装置の全体構成について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、熱処理装置１００の構成を示す側断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）は、熱処理装置１００を図１の矢印Ｑ１方向および矢印Ｑ２方向からそれぞれみた縦断面図である。
【００２６】
熱処理装置１００は、６枚の反射板１１によって６角形の筒状に形成された反射体１を備える。各反射板１１は反射率が十分に高い部材（例えば、アルミニウム等）により形成されている。もしくは、内側表面に反射率を高めるコーティング（例えば、金の非拡散コーティング）がなされている。後述する光照射部３，４から照射された光線の一部は、反射板１１の内側表面で反射されて後述する保持部２に保持される半導体ウェハーＷに入射する。これによって、光照射部３，４から発生した光エネルギーが無駄なく半導体ウェハーＷの熱処理に用いられることになる。反射体１の具体的な構成については後に説明する。
【００２７】
また、熱処理装置１００は、反射体１の筒内部において半導体ウェハーＷを水平に保持する保持部２を備える。保持部２は、半導体ウェハーＷの直径よりも若干大きな直径を有するリング状の部材であり、その内側端面には、半導体ウェハーＷの裏面を点で支持する支持部材２１が複数個（例えば４個）形成されている。保持部２に保持される半導体ウェハーＷは、これら複数個の支持部材２１によって裏面側から支持される。
【００２８】
また、熱処理装置１００は、反射体１の筒内部に配置され、保持部２に保持される半導体ウェハーＷに光を照射することにより半導体ウェハーＷを加熱する２つの光照射部３，４を備える。
【００２９】
第１の光照射部（第１光照射部３）は、保持部２に保持された半導体ウェハーＷの下側であって半導体ウェハーＷと１００mm以上離間した位置から、半導体ウェハーＷに向けて光を照射する。そして、その光エネルギーによって半導体ウェハーＷを所定の予備加熱温度まで昇温させる。第１光照射部３は、複数のハロゲンランプ３１およびリフレクタ３２を有する。複数のハロゲンランプ３１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２に保持される半導体ウェハーＷの主面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。リフレクタ３２は、複数のハロゲンランプ３１の下方にそれら全体を覆うように設けられ、その表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。
【００３０】
第２の光照射部（第２光照射部４）は、保持部２に保持された半導体ウェハーＷの上側であって半導体ウェハーＷと１００mm以上離間した位置から、半導体ウェハーＷ（より具体的には、第１光照射部３により予備加熱された半導体ウェハーＷ）に向けて閃光を照射する。そして、その光エネルギーによって半導体ウェハーＷの表面を短時間に昇温させる。第２光照射部４は、複数（例えば、３０本）のキセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」という）４１およびリフレクタ４２を有する。複数のフラッシュランプ４１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２に保持される半導体ウェハーＷの主面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。リフレクタ４２は、複数のフラッシュランプ４１の上方にそれら全体を覆うように設けられ、その表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。
【００３１】
キセノンフラッシュランプ４１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、該ガラス管の外周面上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４１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。
【００３２】
なお、光照射部３，４と保持部２との間には、光照射部３，４のそれぞれと保持部２に保持された半導体ウェハーＷとを分離された空間におくための雰囲気遮断部材を設けてもよい。ただし、この雰囲気遮断部材は光を透過させる部材（例えば、石英）を用いて形成する必要がある。雰囲気遮断部材を設けることによって、光照射部３，４にて発生したパーティクル等によって保持部２に保持された半導体ウェハーＷが汚染されるのを防止することができる。
【００３３】
また、熱処理装置１００は、反射体１を覆う六角筒形状のチャンバー５を備える。チャンバー５は、反射体１を包囲する六角筒状のチャンバー側部５１と、チャンバー側部５１の上部を覆うチャンバー蓋部５２、および、チャンバー側部５１の下部を覆うチャンバー底部５３によって構成される。チャンバー側部５１には、半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための搬送開口部５１１が形成されている。搬送開口部５１１は、軸５１２を中心に回動するゲートバルブ５１３により開閉可能とされる。搬送開口部５１１は、反射体１の側壁面をも貫通して形成されており、ゲートバルブ５１３が開放位置（図１の仮想線位置）におかれることによって、搬送開口部５１１を通じて反射体１の筒内部に半導体ウェハーＷを搬出入することが可能となる（矢印ＡＲ５）。一方、ゲートバルブ５１３が閉鎖位置（図１の実線位置）におかれると、チャンバー５の内部が密閉空間とされる。
【００３４】
また、熱処理装置１００は、上記の各構成を制御する制御部９１と、ユーザインターフェイスである操作部９２および表示部９３とを備える。操作部９２および表示部９３はチャンバー５の外部に配置され、ユーザから各種の指示をチャンバー５の外部にて受け付ける。制御部９１は、操作部９２および表示部９３から入力された各種の指示に基づいて熱処理装置１００の各構成を制御する。
【００３５】
〈２．熱処理装置の動作〉
次に、熱処理装置１００における半導体ウェハーＷの処理手順について図３を参照しながら説明する。図３は、熱処理装置１００にて実行される処理の流れを示す図である。ここで処理対象となる半導体ウェハーＷ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、添加された不純物の活性化が熱処理装置１００による熱処理により行われる。なお、以下の処理動作は、制御部９１が所定のタイミングで各構成を制御することによって行われる。
【００３６】
まず、イオン注入後の半導体ウェハーＷを熱処理装置１００内に搬入する（ステップＳ１）。より具体的には、制御部９１が駆動手段（図示省略）を制御して、ゲートバルブ５１３を開放位置におく。これにより搬送開口部５１１が開放される。続いて、装置外部の搬送ロボットが、イオン注入後の半導体ウェハーＷを搬送開口部５１１を通じてチャンバー５内に搬入して、保持部２上に載置する。半導体ウェハーＷが保持部２上に載置されると、制御部９１が再び駆動手段（図示省略）を制御して、ゲートバルブ５１３を閉鎖位置におく。これにより搬送開口部５１１が閉鎖され、チャンバー５内部が密閉空間とされる。
【００３７】
続いて、保持部２に保持された半導体ウェハーＷを予備加熱する（ステップＳ２）。より具体的には、制御部９１が第１光照射部３を制御して、保持部２に保持された半導体ウェハーＷに向けて光を照射させる。この光エネルギーによって半導体ウェハーＷが所定の予備加熱温度まで昇温される。このとき、第１光照射部３のハロゲンランプ３１から放射される光の一部は直接に保持部２に保持された半導体ウェハーＷへと向かい、他の一部は一旦反射板１１やリフレクタ３２により反射されてから半導体ウェハーＷへと向かう。これらの光照射により半導体ウェハーＷの予備加熱が行われる。
【００３８】
予備加熱が完了すると、続いて、保持部２に保持された半導体ウェハーＷをフラッシュ加熱する（ステップＳ３）。より具体的には、制御部９１が第２光照射部４を制御して、保持部２に保持された半導体ウェハーＷに向けて閃光（フラッシュ光）を照射させる。この光エネルギーによって半導体ウェハーＷが所定の処理加熱温度まで昇温される。このとき、第２光照射部４のフラッシュランプ４１から放射される光の一部は直接に保持部２に保持された半導体ウェハーＷへと向かい、他の一部は一旦反射板１１やリフレクタ４２により反射されてから半導体ウェハーＷへと向かう。これらの閃光照射により半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱が行われる。
【００３９】
なお、フラッシュ加熱は、フラッシュランプ４１からの閃光照射により行われるため、半導体ウェハーＷの表面温度を短時間で上昇することができる。すなわち、第２光照射部４のフラッシュランプ４１から照射される閃光は、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る。そして、フラッシュランプ４１からの閃光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの表面温度は、瞬間的に所定の処理温度（例えば、１０００℃ないし１１００℃程度）まで上昇し、半導体ウェハーＷに添加された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。このように、熱処理装置１００では、半導体ウェハーＷの表面温度を極めて短時間で昇降することができるため、半導体ウェハーＷに添加された不純物の熱による拡散（この拡散現象を、半導体ウェハーＷ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行うことができる。なお、添加不純物の活性化に必要な時間はその熱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活性化は完了する。
【００４０】
また、フラッシュ加熱の前に第１光照射部３により基板Ｗを予備加熱しておくことにより、フラッシュランプ４１からの閃光照射によって半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度まで容易に上昇させることができる。特に、この実施の形態においては、ハロゲンランプ３１を用いて予備加熱を行うので、ホットプレート等を用いた場合に比べて高温（例えば、６００度以上）領域まで基板Ｗを予備昇温させておくことができる。これにより、フラッシュ加熱における昇温幅を小さくすることが可能となり、フラッシュ加熱における基板の割れの発生を防止することができる。
【００４１】
フラッシュ加熱が終了すると、半導体ウェハーＷを熱処理装置１００内から搬出する（ステップＳ４）。より具体的には、制御部９１が駆動手段（図示省略）を制御してゲートバルブ５１３を開放位置におく。続いて、装置外部の搬送ロボットが、半導体ウェハーＷを搬送開口部５１１を通じてチャンバー６内から搬出する。以上で、熱処理装置１００における半導体ウェハーＷの処理が終了する。
【００４２】
〈３．反射体の構成〉
上述した通り、この発明の実施の形態に係る熱処理装置１００は、６枚の反射板１１によって６角形の筒状に形成された反射体１を備え、第１光照射部３および第２光照射部４から照射された光線の一部は反射板１１の内側表面で反射されて半導体ウェハーＷまで到達する。
【００４３】
ところで、予備加熱およびフラッシュ加熱において、温度分布の不均一を生じさせないためには、保持部２に保持された半導体ウェハーＷの位置に均一な放射線束が形成される必要がある。ところが、反射体１を半導体ウェハーＷに対して光学的に対称に構成しても、半導体ウェハーＷの位置に均一な放射線束を形成することができない（したがって、温度分布の不均一が生じてしまう）可能性がある。その理由の１つは、装置が構造上有する光学的な非対称性（より具体的には、保持部２に保持された半導体ウェハーＷに対して有する光学的な非対称性）等にある。例えば、第１光照射部３および第２光照射部４、また保持部２等は、構造上、半導体ウェハーＷに対して光学的に対称（点対称）な構成を有さない可能性が高い。また、その他の各種の要因（例えば、保持部２による光線の遮断、搬送開口部５１１による光の屈折等）によっても、不均一な温度分布が生じてしまう。
【００４４】
この発明の実施の形態に係る熱処理装置１００は、半導体ウェハーＷに生じる温度分布の不均一を、反射体１を用いて解消する。以下において、これを実現する反射体１の構成を具体的に説明する。なお、以下においては、温度分布の不均一を解消することができる反射体１の構成として２種類の態様を提案する。
【００４５】
〈３−１．第１の態様に係る反射体〉
〈３−１−１．構成〉
第１の態様に係る反射体１（以下において「反射体１ａ」と示す）は、６枚の反射板１１（以下において、「反射板１１ａ」と示す）によって６角形の筒状に形成される。反射体１ａについて、図４〜図８を参照しながら説明する。図４〜図８のそれぞれは、反射体１ａおよび姿勢変更機構１１１ａを模式的に示す図である。
【００４６】
反射体１ａを構成する６枚の反射板１１ａのそれぞれには、姿勢変更機構１１１ａが接続されている。姿勢変更機構１１１ａは、接続された反射板１１ａの姿勢を変更する。
【００４７】
姿勢変更機構１１１ａは、制御部９１と電気的に接続されている。制御部９１は、操作部９２および表示部９３を介してオペレータから受け付けた指示に基づいて、姿勢変更機構１１１ａを駆動制御する。つまり、オペレータが、６枚のうちのどの反射板１１ａの姿勢をどの程度変更するかの指示を操作部９２および表示部９３から入力すると、制御部９１は当該指示を受け付ける。そして、指示された反射板１１ａと接続された姿勢変更機構１１１ａを駆動制御して、指示された反射板１１ａの姿勢を変更する。
【００４８】
どの反射板１１ａの姿勢をどの程度変更するかは、保持部２に保持された半導体ウェハーＷに生じる温度不均一領域の位置等に基づいて決定する。例えば、半導体ウェハーＷの表面領域の一部に温度不均一領域（高温領域（ホットスポットＨＳ）もしくは低温領域（コールドスポットＣＳ））が生じる場合、第１光照射部３（もしくは第２光照射部４）と当該温度不均一領域とに対して、所定の幾何学的位置にある反射板１１ａ（例えば、図４に示すように、温度不均一領域ＣＳに近い反射板１１ａｃ）を、姿勢を変更すべき反射板として選択する。
【００４９】
そして、選択した反射板１１ａの姿勢を、温度不均一領域が解消されるように変更する。例えば、温度不均一領域がコールドスポットＣＳの場合、これを消滅させるためには、コールドスポットＣＳ付近に入射する光束の量を多くする必要がある。したがってこの場合、例えば、選択した反射板１１ａの法線方向がコールドスポットＣＳ付近を向くように当該反射板１１ａの姿勢を変更する（図４の反射板１１ａｃ参照）。すると、当該反射板１１ａの内側表面にて反射されてコールドスポットＣＳ付近に入射する光束の量が多くなり、これによってコールドスポットＣＳを消滅させることができる。
【００５０】
また例えば、温度不均一領域がホットスポットＨＳの場合、これを消滅させるためには、ホットスポットＨＳ付近に入射する光束の量を少なくする必要がある。したがってこの場合、例えば、選択した反射板１１ａの法線方向がホットスポットＨＳ付近を外した位置に向くように当該反射板１１ａの姿勢を変更する。すると、当該反射板１１ａの内側表面にて反射されてホットスポットＨＳ付近に入射する光束の量が少なくなり、これによってホットスポットＨＳを消滅させることができる。
【００５１】
反射板１１ａの姿勢を変更させる具体的な方法としては、以下に例示するような各種の態様を採用することができる。なお、以下に例示する各種の態様は、単独で用いられてもよいし、複合的に用いられてもよい。
【００５２】
〔第１の姿勢変更態様〕
例えば、図４に示すように、反射板１１ａを、保持部２に保持された半導体ウェハーＷの主面に直交する回動軸（回動軸Ａｚ）に固設しておく。そして、この回動軸Ａｚを、姿勢変更機構１１１ａによって所定角度α（すなわち、制御部９１から指示された角度α）回動させる。これによって、反射板１１ａの姿勢を（より具体的には、反射板１１ａと半導体ウェハーＷの主面とがなす角度を）オペレータからの指示に応じて適宜変更することができる。
【００５３】
〔第２の姿勢変更態様〕
また例えば、図５および図６に示すように、反射板１１ａを、保持部２に保持された半導体ウェハーＷの主面に平行な回動軸（回動軸Ａｘｙ）に固設しておく。そして、この回動軸Ａｘｙを、姿勢変更機構１１１ａによって所定角度β（すなわち、制御部９１から指示された角度β）回動させる。これによって、反射板１１ａの姿勢を（より具体的には、反射板１１ａと半導体ウェハーＷの主面とがなす角度を）オペレータからの指示に応じて適宜変更することができる。
【００５４】
〔第３の姿勢変更態様〕
また例えば、図７に示すように、反射板１１ａの任意の位置に、互いに平行な変更軸を形成しておく。例えば、図７に示すように、反射板１１ａの互いに対向する２つの垂直辺に沿って変更軸Ｂ１，Ｂ２を形成しておく。そして、この変更軸Ｂ１，Ｂ２を、姿勢変更機構１１１ａによって所定距離（すなわち、制御部９１から指示された距離）離間もしくは近接させる。なお、変更軸Ｂ１，Ｂ２を近接させつつ、図示しない押圧棒等によって、反射板１１ａの所定位置（例えば中央付近）に、反射体１ａの中心側に向けて押圧する力を加えれば、反射体１ａを内側に湾曲させることができる（図７参照）。また、反射体１ａの外側に向けて吸引する力を加えれば、反射体１ａを外側に湾曲させることができる（図８参照）。これによって、反射板１１ａの姿勢を（より具体的には、反射板１１ａの湾曲率を）オペレータからの指示に応じて適宜変更することができる。なお、変更軸を形成する位置を適宜選択することによって、反射板１１ａを湾曲させる方向を任意に設定することができる。例えば、図８に示すように、反射板１１ａの互いに対向する２つの水平辺に沿って変更軸Ｃ１，Ｃ２を形成しておき、この変更軸Ｃ１，Ｃ２の離間距離を姿勢変更機構１１１ａによって適宜変更することによって反射板１１ａの姿勢を変更する構成としてもよい。
【００５５】
〈３−１−２．効果〉
反射体１ａにおいては、６枚の反射板１１ａのそれぞれに姿勢変更機構１１１ａを接続しておくことによって、６枚の反射板１１ａのうちの任意の反射板１１ａの姿勢を適宜変更することができる。反射板１１ａの姿勢を変更することによって、当該反射板１１ａの内側表面にて反射される光束の出射方向を調整して、保持部２に保持された半導体ウェハーＷの特定の領域（例えばホットスポットＨＳ）に入射する光束を少なくすること、また、特定の領域（例えばコールドスポットＣＳ）に入射する光束を多くすることが可能となる。これによって、半導体ウェハーＷの表面領域に生じた温度不均一領域を消滅させることができる。
【００５６】
また、制御部９１は、操作部９２および表示部９３を介して受け付けた指示に基づいて、姿勢変更機構１１１ａを駆動制御して、姿勢変更機構１１１ａに反射板１１ａの姿勢を変更させる。したがって、オペレータは、操作部９２および表示部９３を介して制御部９１に指示（どの反射板１１ａの姿勢をどの程度変更するかの指示）を入力することによって、所望の反射板１１ａの姿勢を思い通りに変更することができる。すなわち、チャンバー蓋部５２を開放してチャンバー５の内部に配置された反射板１１ａに直接にアクセスしなくとも、所望の反射板１１ａの姿勢を思い通りに変更することができる。
【００５７】
〈３−２．第２の態様に係る反射体〉
〈３−２−１．構成〉
第２の態様に係る反射体１（以下において「反射体１ｂ」と示す）は、６枚の反射板１１（以下において、「反射板１１ｂ」と示す）によって６角形の筒状に形成される。反射板１１ｂについて、図９および図１０を参照しながら説明する。図９は、反射体１ｂを模式的に示す図である。図１０（ａ）〜（ｃ）のそれぞれは、反射板１１ｂの構成例を示す図である。
【００５８】
反射体１ｂを構成する６枚の反射板１１ｂのうちの少なくとも１つの反射板１１ｂ（例えば、図９における反射板１１ｂｈ）には、その内側表面の所定領域に、他の領域とは異なる反射率を有する領域（反射率調整領域Ｓ）が形成される。
【００５９】
反射率調整領域Ｓの形成位置および当該領域の反射率は、反射率調整領域Ｓを形成しない状態で保持部２に保持された半導体ウェハーＷの表面領域に生じてしまう温度不均一領域（高温領域（ホットスポットＨＳ）もしくは低温領域（コールドスポットＣＳ））の位置に基づいて決定する。なお、反射率調整領域Ｓを形成しない状態では、熱処理装置１００が構造上有する光学的な非対称性等に起因して温度不均一領域が生じる可能性が高い。
【００６０】
例えば、半導体ウェハーＷの表面領域の一部に温度不均一領域（ホットスポットＨＳもしくはコールドスポットＣＳ）が生じる場合、第１光照射部３（もしくは第２光照射部４）と当該温度不均一領域とに対して、所定の幾何学的位置にある反射体１ｂの内壁面領域（より具体的には、第１光照射部３（もしくは第２光照射部４）から出射された光束が、当該内壁面領域で反射されて温度不均一領域付近に入射するような領域）の一部領域または全体領域を、反射率調整領域Ｓを形成するべき領域として選択する。
【００６１】
そして、選択した領域の反射率を、他の領域とは異なるものとする（反射率を異なるものとする具体的方法については後述する）。例えば、温度不均一領域がコールドスポットＣＳの場合、これを消滅させるためには、コールドスポットＣＳ付近に入射する光束の量を多くする必要がある。したがってこの場合、選択された領域の反射率を他の領域よりも大きくすることによって反射率調整領域Ｓを形成する。すると、当該コールドスポットＣＳに入射する光束の量が多くなり、これによってコールドスポットＣＳを消滅させることができる。
【００６２】
また例えば、温度不均一領域がホットスポットＨＳの場合、これを消滅させるためには、ホットスポットＨＳ付近に入射する光束の量を少なくする必要がある。したがってこの場合、選択された領域の反射率を他の領域よりも小さくすることによって反射率調整領域Ｓを形成する。すると、当該ホットスポットＨＳに入射する光束の量が少なくなり、これによってホットスポットＨＳを消滅させることができる。
【００６３】
選択された領域に反射率調整領域Ｓを形成する方法（すなわち、選択された領域の反射率を、他の領域とは異なるものとする方法）について説明する。これには、以下に例示するような各種の方法を採用することができる。なお、以下に例示する各種の方法は、単独で用いられてもよいし、複合的に用いられてもよい。
【００６４】
〔第１の方法〕
例えば、図１０（ａ）に示すように、選択された領域を切り欠くことによって、当該領域の反射率を他の領域よりも低くすることができる。すなわち、選択された領域を切り欠くことによって、当該領域に反射率調整領域Ｓを形成することができる。
【００６５】
〔第２の方法〕
また例えば、図１０（ｂ）に示すように、選択された領域に、他の領域とは異なる特別な表面加工を施すことによって、当該領域の反射率を他の領域よりも低く（もしくは高く）することができる。例えば、選択された領域にメッキ（例えば、チタンメッキ）を施すことによって、当該領域の反射率を他の領域よりも低くすることができる。また例えば、選択された領域に特定の表面仕上げ（例えば、バフ研磨）を施すことによって、当該領域の反射率を他の領域よりも高くすることができる。このように、選択された領域に各種の表面加工を施すことによって、当該領域に反射率調整領域Ｓを形成することができる。
【００６６】
〔第３の方法〕
また例えば、図１０（ｃ）に示すように、選択された領域を外側に向けて窪ませることによって、当該領域の反射率を他の領域よりも低くすることができる。また、選択された領域を内側に向けて窪ませることによって、当該領域の反射率を他の領域よりも高くすることができる。このように、選択された領域を、他の領域と段違い（すなわち、他の領域とは異なる表面高さ）に成型することによって、当該領域に反射率調整領域Ｓを形成することができる。
【００６７】
〈３−２−２．効果〉
反射体１ｂにおいては、反射体１ｂの内側表面の所定領域に、他の領域と異なる反射率を有する反射率調整領域Ｓを形成する。反射率調整領域Ｓを形成し、装置が構造上有する光学的な非対称性等をこれで相殺することによって、保持部２に保持された半導体ウェハーＷの面内に不均一な温度分布領域が生じることを回避することができる。すなわち、熱処理時における半導体ウェハーＷ上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
【００６８】
〈４．変形例〉
上記の実施の形態においては、第１の態様に係る反射体１ａは、制御部９１によって電気的に制御される姿勢変更機構１１１ａによってその姿勢を変更されるものとしたが、反射板１１ａの姿勢を変更する機構は必ずしも電気的制御によるものでなくてもよい。例えば、反射板１１ａのそれぞれに設けられた軸（例えば、回動軸Ａｚ（図４）、回動軸Ａｘｙ（図５，図６）、変更軸Ｂ１，Ｂ２（図７）、変更軸Ｃ１，Ｃ２（図８））を、チャンバー５を貫通させて形成し、当該軸を、チャンバー５の外部から直接回動させる（もしくその位置を調整させる）ことによって反射板１１ａの姿勢を変更する構成としてもよい。この構成によると、オペレータは、チャンバー５の外部から、任意の反射板１１ａに係る軸を所望の角度だけ回動させる（もしくは、所望の距離だけ移動させる）ことによって、所望の反射板１１ａの姿勢を所望通りに変更することができる。
【００６９】
また、上記の実施の形態においては、第１の態様に係る反射体１ａにおいて、反射体１ａを構成する６枚の反射板１１ａのそれぞれに姿勢変更機構１１１ａを接続する構成としたが、必ずしも６枚全ての反射板１１ａに姿勢変更機構１１１ａを取り付ける必要はなく、６枚の反射板１１ａのうちから選択した特定の反射板１１ａのみに姿勢変更機構１１１ａを取り付ける構成としてもよい。
【００７０】
また、反射板１１ａをさらに複数枚の板状部材から構成し、各板部材のそれぞれに姿勢変更機構１１１ａを接続する構成としてもよい。すなわち、１枚の反射板１１ａを構成する複数の板部材の姿勢をそれぞれ独立に変更する構成としてもよい。例えば、図１１に示すように、反射板１１ａのそれぞれを、第１光照射部３と保持部２との間の側壁面を構成する部材（下部反射板１１０１）と、保持部２と第２光照射部４との間の側壁面を構成する部材（上部反射板１１０２）との２枚の部材から構成し、上部反射板１１０１と下部反射板１１０２とのそれぞれに姿勢変更機構１１１ａ（上部板姿勢変更機構１１１０１、下部姿勢変更機構１１１０２）を接続してもよい。この変形例によると、上部反射板１１０１と下部反射板１１０２との姿勢を独立に変更することが可能となる。すなわち、上部板姿勢変更機構１１１０１に上部反射板１１０１の姿勢を変更させることによって第２光照射部４から半導体ウェハーＷに入射する光束の量を調整することが可能となり、下部姿勢変更機構１１１０２に下部反射板１１０２の姿勢を変更させることによって第１光照射部３から半導体ウェハーＷに入射する光束の量を調整することが可能となる。したがって、半導体ウェハーＷの表面領域に生じた僅かな温度不均一領域でさえも確実に消滅させることができる。
【００７１】
また、上記の実施の形態においては、反射体１は６枚の反射板１１によって６角形の筒状に形成されているが、反射体１の形状はこれに限らず、ｎ枚（ただし、ｎは３以上の整数）の反射板１１によって任意の多角形の筒状に形成することができる。例えば、３枚の反射板によって三角形の筒状に形成されてもよいし、４枚の反射板によって四角形の筒状に形成されてもよい。また例えば、１２枚の反射板によって十二角形の筒状に形成されてもよい。
【００７２】
また、上記の実施の形態においては、２つの光照射部３，４の両方が、保持部２に保持された半導体ウェハーＷから１００mm以上離間した位置に配置されるとしたが、必ずしも両方の光照射部３，４を半導体ウェハーＷから１００mm以上離間させなくともよい。少なくとも一方の光照射部３，４が１００mm以上離間している構成を有する熱処理装置においては、上記の発明は有効に作用する。というのも、被加熱物である半導体ウェハーＷと光照射部との距離が大きくなるほど、半導体ウェハーＷを均一に加熱すること（すなわち、半導体ウェハーＷの位置に均一な放射線束を形成すること）が困難になるからである。
【００７３】
また、上記の実施の形態においては、第２光照射部４は、光源としてキセノンフラッシュランプを備える構成としたが、この光源としてハロゲンランプが用いられてもよい。
【００７４】
また、上記の実施の形態においては、第１光照射部３および第２光照射部４のそれぞれは、複数の棒状光源（ハロゲンランプ３１、フラッシュランプ４１）を備える構成としたが、光源は必ずしも棒状でなくともよい。例えば、渦巻き形状の光源を用いてもよい。また、複数個の点光源を規則的に配置してもよい。また、互いに異なる直径を有する複数個の円環状の光源を同心円に配置してもよい。
【００７５】
また、上記の実施の形態においては、保持部２は、リング状の部材により半導体ウェハーＷを支持する構成としたが、半導体ウェハーＷを保持する態様はこれに限らない。例えば、平板状の部材（例えば、石英により形成されたステージ）により半導体ウェハーＷを支持（面支持）する構成としてもよい。また、このような平板状の部材にさらに複数個の支持ピンを設け、これら複数個の支持ピンにより半導体ウェハーＷを支持（点支持）する構成としてもよい。また、各種形状のハンドにより支持する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図２】熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図３】熱処理装置にて実行される処理の流れを示す図である。
【図４】第１の態様に係る反射体を模式的に示す図である。
【図５】第１の態様に係る反射体を模式的に示す図である。
【図６】第１の態様に係る反射体を模式的に示す図である。
【図７】第１の態様に係る反射体を模式的に示す図である。
【図８】第１の態様に係る反射体を模式的に示す図である。
【図９】第２の態様に係る反射体を模式的に示す図である。
【図１０】第２の態様に係る反射板を模式的に示す図である。
【図１１】変形例に係る反射体を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１，１ａ，１ｂ  反射体
２  保持部
３  第１光照射部
４  第２光照射部
５  チャンバー
１１，１１ａ，１１ｂ  反射板
９１  制御部
９２  操作部
９３  表示部
１００  熱処理装置
１１１ａ  姿勢変更機構
Ｓ  反射率調整領域
Ｗ  半導体ウェハー
【図１】
2009123810.tif 000003
【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】
2009123810.tif 000009
【図８】
2009123810.tif 000010
【図９】
2009123810.tif 000011
【図１０】
2009123810.tif 000012
【図１１】
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