(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。【解決手段】保持部２に保持された基板Ｗに向けて、ハロゲンランプ３１から光を照射して予備加熱処理を行い、フラッシュランプ４１から閃光を照射してフラッシュ加熱処理を行う。第１光照射部３と保持部２との間には、回転軸６０２を中心に放射状に配置された羽６０１ａを有する回転体６ａが挿入される。回転体６ａは、回転駆動体６１により回転駆動されることによって、第１光照射部３から出射されて保持部２に保持された基板Ｗへと入射する光線を所定の遮光率で遮光する遮光部材として機能する。基板Ｗに入射する光線の一部を適切に遮光して基板Ｗに入射する光線の量を調整することによって、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。【選択図】図１
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【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、
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、
前記１以上の光照射手段のうちの所定の光照射手段と前記保持手段に保持された基板との間に挿入され、所定の方向に沿った回転軸を中心に放射状に配置された１以上の羽を有する回転体と、
前記回転体を前記回転軸を中心に所定の回転数で回転させる回転駆動手段と、
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１以上の羽のそれぞれが、回転平面に対して所定方向に所定角度だけ傾斜していることを備え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、
前記回転体の回転方向を切り換える回転方向切換手段、
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から３のいずれかに記載の熱処理装置であって、
前記所定の回転数を切り換える回転数切換手段、
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１以上の羽のそれぞれの幅が、前記回転軸から遠ざかるにつれて大きくなることを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
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１以上の羽のそれぞれの幅が、前記回転軸から遠ざかるにつれて小さくなることを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の熱処理装置であって、
前記所定の光照射手段が、
ハロゲンランプ、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
請求項１から７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。
【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、イオン注入後の基板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、基板を、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、基板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基板を昇温する上記ランプアニール装置を使用して基板のイオン活性化を実行した場合においても、基板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基板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基板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、シリコンの基板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基板に閃光を照射したときには、透過光が少なく基板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、基板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、基板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基板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、基板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、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、前記１以上の光照射手段のうちの所定の光照射手段と前記保持手段に保持された基板との間に挿入され、所定の方向に沿った回転軸を中心に放射状に配置された１以上の羽を有する回転体と、前記回転体を前記回転軸を中心に所定の回転数で回転させる回転駆動手段と、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１以上の羽のそれぞれが、回転平面に対して所定方向に所定角度だけ傾斜している。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２に記載の熱処理装置であって、前記回転体の回転方向を切り換える回転方向切換手段、を備える。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記所定の回転数を切り換える回転数切換手段、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１以上の羽のそれぞれの幅が、前記回転軸から遠ざかるにつれて大きくなる。
【００１４】
請求項６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１以上の羽のそれぞれの幅が、前記回転軸から遠ざかるにつれて小さくなる。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記所定の光照射手段が、ハロゲンランプ、を備える。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項１から７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。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１〜８の発明によると、回転体の備える羽で、所定の光照射手段から出射されて保持手段に保持された基板へと入射する光線の一部を遮光することができる。これによって、基板に入射する光線の量を調整することが可能となり、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。
【００１８】
特に、請求項２の発明によると、回転体の備える１以上の羽のそれぞれが回転平面に対して所定方向に所定角度だけ傾斜しているので、回転体を回転させることによって風を発生させることができる。所定の光照射手段と保持手段に保持された基板との間の空間の気体を積極的に特定の方向に流すことによって、偶発的に生じる気流の影響を排除して空間内の気体の流れを安定させることができる。これによって、熱処理における基板上の温度分布を安定させ、その面内均一性を向上させるとともに熱処理の再現性を担保することができる。
【００１９】
特に、請求項３の発明によると、回転体の回転方向を切り換えることができる。回転方向を切り換えることによって、回転体の回転によって発生する風の向きを変えることが可能となり、任意の方向に風を吹き付けることができる。例えば、保持手段に保持された基板に風を吹き付けることによって、基板を冷却することができる。また例えば、保持手段に風を吹き付けることによって保持手段を冷却し、これによって、保持手段に保持された基板を間接的に冷却することができる。また例えば、光照射手段に向けて風を吹き付けることによって、当該光照射手段を冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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は、略円形の基板Ｗに閃光（フラッシュ光）を照射してその基板Ｗを加熱するフラッシュランプアニール装置である。
【００２１】
〈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、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。
【００２２】
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に保持される基板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基板Ｗの熱処理に用いられることになる。
【００２３】
また、熱処理装置１００は、反射体１の筒内部において基板Ｗを水平に保持する保持部２を備える。保持部２は、基板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、基板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に保持される基板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。
【００２４】
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に保持される基板Ｗに光を照射することにより基板Ｗを加熱する２つの光照射部３，４を備える。
【００２５】
第１の光照射部（第１光照射部３）は、保持部２に保持された基板Ｗの下側であって基板Ｗと１００mm以上離間した位置から、基板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基板Ｗを所定の予備加熱温度（例えば、６００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。
【００２６】
ハロゲンランプ３１は、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素（ヨウ素、臭素等）を微量導入したものが封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプ３１は、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特徴を有する。
【００２７】
第２の光照射部（第２光照射部４）は、保持部２に保持された基板Ｗの上側であって基板Ｗと１００mm以上離間した位置から、基板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基板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基板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。
【００２８】
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。
【００２９】
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に保持された基板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に保持された基板Ｗが汚染されるのを防止することができる。
【００３０】
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、基板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の筒内部に基板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。
【００３１】
また、熱処理装置１００は、第１光照射部３と保持部２との間に挿入された回転体６を備える。回転体６については、後により具体的に説明する。
【００３２】
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。
【００３３】
〈２．熱処理装置の動作〉
次に、熱処理装置１００における基板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基板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。
【００３４】
はじめに、イオン注入後の基板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、イオン注入後の基板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。基板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。
【００３５】
続いて、保持部２に保持された基板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に保持された基板Ｗに向けて光を照射させる。この光エネルギーによって基板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から放射される光は直接に、もしくは、反射板１１や反射カバー３２等で反射されながら、保持部２に保持された基板Ｗへと向かい、これらの光照射により基板Ｗの予備加熱が行われる。
【００３６】
予備加熱が完了すると、続いて、保持部２に保持された基板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に保持された基板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基板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に保持された基板Ｗへと向かい、他の一部は一旦反射板１１や反射カバー４２により反射されてから基板Ｗへと向かう。これらの閃光照射により基板Ｗのフラッシュ加熱が行われる。
【００３７】
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、基板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基板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、基板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、基板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、基板Ｗ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。
【００３８】
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基板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。
【００３９】
フラッシュ加熱が終了すると、基板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、基板Ｗを搬送開口部５１１を通じてチャンバー５内から搬出する。以上で、熱処理装置１００における基板Ｗの処理が終了する。
【００４０】
〈３．回転体６〉
上述した通り、熱処理装置１００においては、第１光照射部３および第２光照射部４からの光照射により基板Ｗに対する熱処理が行われる。このような構成においては、上述した通り、熱処理における基板Ｗの表面に温度不均一領域が生じやすく、温度分布の面内均一性を担保することは容易ではない。この発明の実施の形態に係る熱処理装置１００は、回転体６を備え、この回転体６を用いて基板Ｗ上の温度分布の不均一を改善することにより均一な熱処理を実現する。以下において、回転体６について具体的に説明する。なお、以下においては、回転体６として２つの態様を提案する。
【００４１】
〈３−１．第１の態様に係る回転体６〉
第１の態様に係る回転体６（以下において「回転体６ａ」と示す）について、図１および図４〜図８を参照しながら説明する。ただし、図４〜図７は、熱処理装置１００を図１の矢印Ｑ３方向からみた縦断面図であり、回転体６ａの構成例をそれぞれ示している。また、図８は、熱処理において基板に生じる温度分布（基板Ｗの半径方向に沿った温度分布）の例を模式的に示す図である。
【００４２】
〈３−１−１．回転体６ａの構成〉
図１を参照する。回転体６ａは、第１光照射部３と保持部２との間に挿入され、その回転軸６０２が、保持部２に保持された基板Ｗの中心を通る法線に沿う姿勢におかれる。また、回転体６ａは、回転軸６０２を中心に放射状に配置された１以上の羽６０１ａを有する（例えば図４参照）。１以上の羽６０１ａは、平面状に配列されている。すなわち、羽６０１ａのそれぞれは平板状に成型されており、その表面が回転軸６０２と直交するような姿勢（すなわち、その表面が、回転軸６０２と直交する所定の平面（回転平面Ｈ）上におかれるような姿勢）で、回転軸６０２に取り付けられている。
【００４３】
回転軸６０２には、回転軸６０２を所定の回転数で回転駆動する回転駆動体６１が接続されている。回転駆動体６１は制御部９１と電気的に接続されており、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、回転駆動体６１を駆動制御する。つまり、オペレータが、回転体６ａの回転を開始・終了するタイミングを操作部９２および表示部９３を介して入力すると、制御部９１は当該指示を受け付ける。そして、指示されたタイミングで回転駆動体６１を駆動制御して回転体６ａを回転させる。
【００４４】
なお、回転体６ａの回転を開始・終了するタイミングはオペレータが任意に設定することができるが、本発明を有効に機能させるには、少なくとも上述した予備加熱処理（図３のステップＳ２参照）を行う前に回転体６ａの回転を開始する必要がある。
【００４５】
回転駆動体６１には、回転軸６０２の回転数を切り換える回転数切換部６２が接続されている。回転数切換部６２は制御部９１と電気的に接続されており、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、回転数切換部６２を駆動制御する。つまり、オペレータが、回転体６ａの回転数を操作部９２および表示部９３を介して設定入力すると、制御部９１は当該指示を受け付ける。そして、回転数切換部６２を駆動制御して、回転駆動体６１が回転体６ａを回転させる際の回転数を当該設定された値とする。また、オペレータが所定のタイミングで回転数を変更するように設定入力した場合は、設定されたタイミングで回転数を切り換える。
【００４６】
なお、回転体６ａの回転数はオペレータが任意に設定することができるが、本発明を有効に機能させるには、回転数を熱処理における基板Ｗの温度上昇速度に比べて十分大きな値に設定する必要がある。後述する通り、回転体６ａは回転駆動されることによって所定の遮光率を有する遮光部材として機能するところ、基板Ｗの温度上昇速度に比べて回転体６ａの回転数が小さいと、回転体６ａが半径方向についてむらのある遮光率をもつことになり、そうすると、基板Ｗの半径方向についての温度分布にむらが生じる可能性が高くなってしまうからである。基板Ｗの温度上昇速度に比べて回転体６ａの回転数を十分大きなものとすれば、回転体６ａが半径方向について一定の遮光率をもつことになり、基板Ｗの半径方向についての温度分布にむらが発生することはない。
【００４７】
〈３−１−２．遮光体としての機能〉
回転体６ａは、回転駆動体６１により回転駆動されることによって、第１光照射部３から出射されて保持部２に保持された基板Ｗへと入射する光線を所定の遮光率で遮光する遮光部材として機能する。これについてより詳細に説明する。
【００４８】
上述した通り、回転体６ａは、回転軸６０２を中心に放射状に配置された１以上の羽６０１ａを有し（例えば図４参照）、回転軸６０２は保持部２に保持された基板Ｗの中心を通る法線に沿う姿勢におかれている（図１参照）。したがって、ハロゲンランプ３１から出射され、保持部２に保持された基板Ｗ上の特定の位置（例えば、基板Ｗの中心から距離「ｘ」だけ離間した位置）に向かう直進光を考えた場合、この直進光は、回転体６ａが一回転する間のある時間帯においては、回転している回転体６ａのいずれかの羽６０１ａに遮られて基板Ｗに入射できないが、別の時間帯においては羽６０１ａと羽６０１ａとの間を通って基板Ｗに入射できる。つまり、図４に示すように、回転軸６０２を中心とする半径ｘの円の円周中、羽６０１ａと交わる円弧の長さ（すなわち、回転軸６０２から距離ｘだけ離間した位置の羽６０１ａの回転方向ＡＲ６１に沿った幅）を「ｙ」とし、この円弧の中心角を「θ」とした場合、基板Ｗ上の特定の位置（基板中心から距離ｘだけ離間した位置）に入射する直進光に対する回転体６ａの遮光率「Ｐ（ｘ）」は、
Ｐ（ｘ）＝ｎｙ／２πｘ＝ｎθ／２π
となる。ただし、ｎは回転体６ａが備える羽６０１ａの枚数であり、図４の例では「ｎ＝３」である。
【００４９】
したがって、羽６０１ａの幅ｙの中心角θを回転軸６０２からの距離ｘに応じて変化させれば、回転体６ａの遮光率Ｐ（ｘ）を、回転軸６０２からの距離ｘに対して連続的に変化させることができる。
【００５０】
基板Ｗに対する熱処理においては、基板表面の位置にかかわらず温度分布が一定となることが望ましい。しかしながら、上述した通り、熱処理における基板Ｗの温度分布の面内均一性を実現することは容易ではなく、例えば図８に示すような様々な態様の温度勾配が生じてしまう。回転軸６０２からの距離ｘに対して遮光率が連続的に変化する回転体６ａを用いれば、このような温度勾配を解消することが可能となる。
【００５１】
例えば、羽６０１ａを、回転軸６０２から遠ざかるにつれてその幅ｙの中心角θが大きくなるような先太りの形状に成型する（図４）。すると、回転体６ａの遮光率は回転軸６０２から遠ざかるにつれて高くなる。このような回転体６ａを用いれば、基板Ｗの周縁部領域に近づくにつれて多くの量の光を遮光することができるので、基板Ｗの中心部に比べて周縁部が高温となる同心分布の温度勾配（例えば温度分布Ａ（図８））を解消することができる。
【００５２】
また例えば、羽６０１ａを、回転軸６０２から遠ざかるにつれてその幅ｙの中心角θが小さくなるような形状（例えば、回転軸６０２からの距離ｘにかかわらずその幅ｙが一定であるような形状（四角形状）（図５（ａ））、また例えば、回転軸６０２から遠ざかるにつれてその幅ｙが小さくなるような先細りの形状（図５（ｂ））に成型する。すると、回転体６ａの遮光率は回転軸６０２から遠ざかるにつれて低くなる。このような回転体６ａを用いれば、基板Ｗの中心部に近づくにつれて多くの量の光を遮光することができるので、基板Ｗの中心部に比べて周縁部が低温となる同心分布の温度勾配（例えば温度分布Ｂ，Ｃ（図８））を解消することができる。特に、四角形状の回転体６ａ（図５（ａ））は遮光率の変化の割合が比較的なだらかであるので、比較的なだらかな温度勾配（温度分布Ｂ）を解消するのに適している。また、先細り形状の回転体６ａ（図５（ｂ））は遮光率の変化の割合が比較的急であるので、比較的急な温度勾配（温度分布Ｃ）を解消するのに適している。
【００５３】
また例えば、羽６０１ａを、回転軸６０２から所定距離ｘ１だけ遠ざかった位置で、幅ｙの中心角θが最大となるような形状に成型する（図６）。すなわち、所定位置を境に両端部に向かって細くなっていく形状に成型する。すると、回転体６ａの遮光率は、回転軸６０２から遠ざかるにつれて高くなるとともに、所定位置（回転軸６０２から距離ｘ１離間した位置）をピークとしてこれをすぎると今度は低くなる。このような回転体６ａを用いれば、所定の半径位置に近づくにつれて多くの量の光を遮光することができるので、基板Ｗの半径方向に沿って所定の位置にピークをもつ同心分布の温度勾配（例えば温度分布Ｄ）を解消することができる。
【００５４】
なお、中心角θの値が一定の値となるような形状（扇形）（図７）に成型すれば、回転体６ａの遮光率を回転軸６０２からの距離にかかわらず一定とすることもできる。このような回転体６ａを用いれば、基板Ｗ上の各領域に入射する光を等しい遮光率で遮光することができるので、基板Ｗの表面領域に入射する光の量を全体として少なくすることができる。特に、中心角θの値を調整することによって、遮光率を調整することができる。すなわち、中心角θの値を大きく設定するほど、遮光率を高くすることができる。
【００５５】
以上説明したように、回転体６ａは、回転駆動体６１により回転駆動されることによって、回転軸６０２を中心とする同心分布の遮光率を有する遮光部材として機能する。この回転体６ａを用いて基板Ｗに入射する光線の一部を遮光することによって、熱処理において基板表面に生じる様々な態様の温度分布を解消することが可能となる。特に、同心円状の温度分布が生じている場合、適切な形状の羽６０１ａ（より具体的には、幅ｙの距離ｘに応じた変化の態様が、基板Ｗ上に生じている温度勾配に応じたものであるような形状の羽６０１ａ）をもつ回転体６ａを用いて基板Ｗに入射する光の一部を遮光することによって、当該温度勾配を解消して温度分布の面内均一性を向上させることができる。
【００５６】
〈３−２．第２の態様に係る回転体６〉
第２の態様に係る回転体６（以下において「回転体６ｂ」と示す）について、図９〜図１３を参照しながら説明する。ただし、図９、図１０は、いずれも熱処理装置１００の構成を示す側断面図である。また、図１１〜図１３は、熱処理装置１００を図９の矢印Ｑ３方向からみた縦断面図であり、回転体６ｂの構成例をそれぞれ示している。なお、図において、上述した構成要素と同じ構成要素については同じ参照符号を付して示している。
【００５７】
〈３−２−１．回転体６ｂの構成〉
図９を参照する。回転体６ｂは、回転体６ａと同様、第１光照射部３と保持部２との間に挿入され、その回転軸６０２が、保持部２に保持された基板Ｗの中心を通る法線に沿う姿勢におかれる。また、回転体６ｂは、回転体６ａと同様、回転軸６０２を中心に放射状に配置された１以上の羽６０１ｂを有する（例えば図１１参照）。１以上の羽６０１ｂは、プロペラ状に配列されている。すなわち、羽６０１ｂのそれぞれは、その表面が回転軸６０２と直交する平面（回転平面Ｈ）に対して、所定方向に所定角度だけ傾斜した姿勢で、回転軸６０２に取り付けられている。
【００５８】
回転軸６０２には、回転駆動体６１が接続されている。また、回転駆動体６１には回転数切換部６２が接続されている。回転駆動体６１、回転数切換部６２については上述した通りである。
【００５９】
さらに回転軸６０２には、回転軸６０２の回転方向を切り換える回転方向切換部６３が接続されている。回転方向切換部６３は制御部９１と電気的に接続されており、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、回転方向切換部６３を駆動制御する。つまり、オペレータが、回転体６ｂを回転させる方向を操作部９２および表示部９３を介して設定入力すると、制御部９１は当該指示を受け付ける。そして、回転方向切換部６３を駆動制御して、回転駆動体６１が回転体６ｂを回転させる際の回転方向を当該設定された方向とする。また、オペレータが所定のタイミングで回転方向を変更するように設定入力した場合は、設定されたタイミングで回転方向を切り換える。
【００６０】
〈３−２−２．遮光体としての機能〉
回転体６ｂは、回転体６ａと同様、回転駆動体６１により回転駆動されることによって、回転軸６０２を中心とする同心分布の遮光率を有する遮光部材として機能する。特に、羽６０１ｂの形状を調整することによって、半径方向に沿った遮光率を様々に変化させることができる。例えば、羽６０１ｂを、回転軸６０２から遠ざかるにつれてその幅ｙの中心角θが大きくなるような先太りの形状（図１１（ａ））に成型すれば、回転軸６０２から遠ざかるにつれて遮光率が高くなる。また例えば、羽６０１ｂを、回転軸６０２から遠ざかるにつれてその幅ｙの中心角θが小さくなるような形状（四角形状（図１１（ｂ））や、先細りの形状（図１２（ａ）））に成型すれば、回転軸６０２から遠ざかるにつれて遮光率が低くなる。また例えば、羽６０１ｂを、その幅ｙの中心角θが回転軸６０２から所定距離だけ離れた位置で最大となるような形状（図１２（ｂ））に成型すれば、回転軸６０２から遠ざかるにつれて遮光率が高くなり、所定位置をピークとしてこれをすぎると今度は低くなる。熱処理において基板表面に同心円状の温度分布が生じている場合、適切な形状の羽６０１ｂをもつ回転体６ｂを用いて基板Ｗに入射する光の一部を遮光することによって、当該温度勾配を解消して温度分布の面内均一性を向上させることができる。
【００６１】
また、中心角θの値が一定の値となるような形状（扇形）（図１３）に成型すれば、半径方向に沿った遮光率を一定とすることができる。このような形状の羽６０１ｂをもつ回転体６ｂを用いて基板Ｗに入射する光の一部を遮光することによって、基板Ｗの表面領域に入射する光の量を全体として少なくすることができる。
【００６２】
〈３−２−３．送風体としての機能〉
回転体６ｂは、回転駆動体６１により回転駆動されることによって、チャンバー５内の空間（熱空間）に風を送る送風体として機能する。すなわち、回転体６ｂの備える１以上の羽６０１ｂは、プロペラ状に配列されているため、回転体６ｂが回転駆動体６１により回転駆動されることによって、回転平面Ｈの法線方向に向かう風が発生する。また、回転体６ｂの回転数が回転数切換部６２により切り換えられることによって、風の強さが切り換えられる。また、回転体６ｂの回転方向が回転方向切換部６３により切り換えられることによって、送風方向が切り換えられる。すなわち、回転数切換部６２および回転方向切換部６３によって、熱空間内に吹く風の方向および強さを調整することが可能となる。熱空間内に風を発生させることによって、以下の効果を得ることができる。
【００６３】
〔i．基板Ｗの温度分布の安定・面内均一性の向上〕
回転体６ｂを回転させて熱空間に風を発生させることによって、熱空間に対流を形成することができる。これにより熱処理時における基板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。その理由は次の通りである。
【００６４】
ハロゲンランプ３１やフラッシュランプ４１等の光源からの光照射によって基板Ｗを熱処理する態様において、光源３１，４１と基板Ｗとが大きく（例えば、１００mm以上）離間する装置構成の場合、基板Ｗ上の温度分布は、熱空間に生じる対流から大きな影響を受ける。ところが、熱空間に生じる対流は、些細な要因（例えば、基板を搬入する際の僅かな振動等）によってその時々で大きく変化する非常に不安定なものであるため、その影響を受ける基板Ｗ上の温度分布も非常に不安定なものとなってしまう。基板Ｗ上の温度分布が不安定になると、予期せぬ位置にホットスポットやコールドスポットが発生し、熱処理の均一性や再現性が悪化する。
【００６５】
回転体６ｂを回転させて熱空間の気体を積極的に特定の方向に流せば、偶発的に生じる気流の影響を排除して熱空間内の気体の流れを安定させることが可能となる。つまり、熱処理における基板上の温度分布を安定させることが可能となり、これによって、熱処理の面内均一性を向上させるとともにその再現性を担保することができる。
【００６６】
〔ii．基板Ｗの冷却〕
回転体６ｂを回転させて熱空間内の所定の方向に向けて吹く風を発生させることによって、保持部２に保持された基板Ｗを冷却することができる。例えば、図９に示すように、回転体６ｂを第１の方向ＡＲ６１１に回転させて、保持部２に保持された基板Ｗに向けて風を送ることによって、保持部２に保持された基板Ｗを冷却することができる。また例えば、保持部２に向けて風を送ることによって、保持部２を介して保持部２に保持された基板Ｗを間接的に冷却することができる。また例えば、保持部２に保持された基板Ｗと近接する位置に挿入体（例えば石英板）を挿入しておき、当該挿入体に向けて風を送ることによって、挿入体を介して保持部２に保持された基板Ｗを間接的に冷却することができる。
【００６７】
熱処理後の基板Ｗを熱処理装置１００から搬出する前に粗く冷却しておくことによって、熱処理後の基板Ｗを保持して搬送する搬送アームのダメージを低減することができる（熱処理直後の基板Ｗは６００度以上の高温状態となっており、特に耐熱性の高い材質（例えば石英）で形成された部材以外では把持することすら難しい）。また、熱処理装置１００で基板Ｗをある程度冷却しておくことによって、熱処理装置１００から搬出された基板Ｗの酸化を抑制することができる（基板Ｗは、高温状態で酸素を含有する雰囲気下におかれるとたちまちに酸化されてしまうが、ある程度冷却された状態であれば酸化されにくい）。また、一般に、熱処理後の基板Ｗは、熱処理装置１００から搬出された後にコールドプレート等を用いて所定の温度まで冷却されることになるが、熱処理装置１００で基板Ｗをある程度冷却しておけば、コールドプレート等において基板Ｗを所定の温度まで冷却するのに要する時間を短縮することができる。すなわち、スループットを上げることが可能となる。
【００６８】
〔iii．ランプの冷却〕
回転体６ｂを回転させて第１光照射部３に向けて吹く風を発生させることによって、第１光照射部３の備えるハロゲンランプ３１を冷却することができる。例えば、図１０に示すように、回転体６ｂを第１の方向ＡＲ６１１とは逆の第２の方向ＡＲ６１２に回転させて、ハロゲンランプ３１に向けて風を送ることによって、ハロゲンランプ３１を冷却することができる。
【００６９】
〔iv．熱空間の冷却〕
回転体６ｂを回転させて熱空間内の所定の方向に向けて吹く風を発生させることによって、熱空間に対流を形成することができる。特に、熱空間内と外部空間とが通気した状態で熱空間に対流を形成することによって、熱空間を冷却することができる。
【００７０】
この場合、熱空間内と外部空間とを通気させるために、図９、図１０に示すように、チャンバー５内の複数箇所に開閉可能な通気口５０１を形成しておく。基板Ｗに対する熱処理を行う間は、例えばゲートバルブ５０２により通気口５０１を閉鎖してチャンバー５内を密閉空間としておく。熱処理が終了すると、ゲートバルブ５０２を開放位置において通気口５０１を開口する。これによって、熱空間を外部空間と通気させることができる。この状態で回転体６ｂを回転させて熱空間内に対流を形成すると、熱空間内の暖かい空気が一部の通気口５０１（５０１ａ）から排気され、別の通気口５０１（５０１ｂ）から冷たい空気が取り入れられる。これによって、熱空間が冷却される。
【００７１】
上述した通り、回転体６ｂを送風体として機能させることによって、各種の効果を得ることができる。適切なのタイミングで回転体６ｂの回転方向や回転数を切り換えることによって、上述した効果を併せて得ることも可能となる。例えば、基板Ｗに対する熱処理（ステップＳ２〜ステップＳＳ３（図３））が行われている間は、熱処理における基板Ｗの温度分布の面内均一性を向上させるべく、回転体６ｂを第２の方向ＡＲ６１２に回転させて熱空間に対流を形成する。熱処理が終了すると、回転方向を第２の方向ＡＲ６１２から第１の方向ＡＲ６１１に切り換えて保持部２に風を吹き付けて、基板Ｗを冷却する。また、基板Ｗが装置外に搬出されると（ステップＳ４（図３））、通気口５０１を開放し、この状態で回転体６ｂを回転させて、熱空間を冷却する。
【００７２】
〈４．変形例〉
上記の実施の形態においては、回転体６ａには回転駆動体６１および回転数切換部６２が、回転体６ｂには回転駆動体６１、回転数切換部６２および回転方向切換部６３がそれぞれ接続されるものとしたが、回転体６ａ，６ｂには、少なくとも回転駆動体６１が接続されていればよく、回転数切換部６２、回転方向切換部６３については必ずしも必須ではない。
【００７３】
また、上記の実施の形態においては、回転方向切換部６３により回転体６ｂの回転方向を切り換えることによって、送風方向を切り換える構成としていたが、回転体６ｂの羽６０１ｂの傾斜方向を逆にすることによって送風方向を切り換える構成としてもよい。
【００７４】
また、上記の実施の形態においては、回転数切換部６２により回転体６ｂの回転数を切り換えることによって風の強さを切り換える構成としていたが、回転体６ｂの羽６０１ｂの傾斜角度を変えることによって風の強さを切り換える構成としてもよい。
【００７５】
また、上記の実施の形態においては、回転体６の回転軸６０２は保持部２に保持された基板Ｗの中心を通る法線に沿う姿勢におかれるとしたが、基板Ｗの中心以外を通る法線に沿う姿勢におかれてもよい。例えば、基板Ｗの一部領域に局所的に同心円状の温度分布が生じている場合、回転体６の回転軸６０２を、当該温度分布の中心を通る法線に沿う姿勢においてもよい。
【００７６】
また、上記の実施の形態においては、回転体６の回転軸６０２は保持部２に保持された基板Ｗの法線に沿う姿勢におかれるとしたが、必ずしも基板Ｗの法線に沿う姿勢におかれなくともよい。すなわち、基板Ｗの法線方向と必ずしも平行でなくともよい。ただし、基板Ｗに入射する光の遮光率を高精度に調整するためには、上述した通り回転軸６０２が基板Ｗの法線に沿う（法線と平行な）姿勢でおかれることが望ましい。
【００７７】
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。また、１枚の反射板１１によって円筒状に形成することもできる。
【００７８】
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に保持された基板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を基板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、被加熱物である基板Ｗと光照射部との距離が大きくなるほど、基板Ｗを均一に加熱することが困難になるからである。
【００７９】
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。
【００８０】
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基板Ｗを支持する構成としたが、基板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）により基板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基板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】
【００８１】
【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】熱処理装置の縦断面図であり、回転体の構成例を示す図である。
【図５】熱処理装置の縦断面図であり、回転体の構成例を示す図である。
【図６】熱処理装置の縦断面図であり、回転体の構成例を示す図である。
【図７】熱処理装置の縦断面図であり、回転体の構成例を示す図である。
【図８】熱処理において基板に生じる温度分布の例を模式的に示す図である。
【図９】熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図１０】熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図１１】熱処理装置の縦断面図であり、回転体の構成例を示す図である。
【図１２】熱処理装置の縦断面図であり、回転体の構成例を示す図である。
【図１３】熱処理装置の縦断面図であり、回転体の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  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
６，６ａ，６ｂ  回転体
３１  ハロゲンランプ
４１  フラッシュランプ
６１  回転駆動体
６２  回転数切換部
６３  回転方向切換部
５０１  通気口
６０１ａ，６０１ｂ  羽
６０２  回転軸
１００  熱処理装置
Ｗ  基板
【図１】
2009164376.tif 000003
【図２】
2009164376.tif 000004
【図３】
2009164376.tif 000005
【図４】
2009164376.tif 000006
【図５】
2009164376.tif 000007
【図６】
2009164376.tif 000008
【図７】
2009164376.tif 000009
【図８】
2009164376.tif 000010
【図９】
2009164376.tif 000011
【図１０】
2009164376.tif 000012
【図１１】
2009164376.tif 000013
【図１２】
2009164376.tif 000014
【図１３】
2009164376.tif 000015