(57)【要約】【課題】フラッシュランプからの閃光照射時の基板の割れを防止することができる熱処理装置を提供する。【解決手段】処理対象となる半導体ウェハーＷはサセプタ７０に保持された保持プレート７４の上に水平姿勢にて載置される。保持プレート７４の上面には６本のバンプ７５が立設されており、半導体ウェハーＷは６本のバンプ７５によって点接触にて支持され、保持プレート７４の上面から０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の間隔を隔てて保持される。保持プレート７４に保持された半導体ウェハーＷに対してハロゲンランプからの光照射によって予備加熱を行って所定の温度まで昇温した後、フラッシュランプからフラッシュ光を照射する。半導体ウェハーＷの裏面と保持プレート７４の上面との間の薄い気体層が抵抗となって半導体ウェハーＷの動きが抑制され、ウェハー割れを防止することができる。【選択図】図２
2009164451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して閃光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
基板を収容するチャンバーと、
基板の平面サイズよりも大きな平面サイズを有し、前記チャンバー内にて基板を載置して保持する保持部材と、
基板を前記保持部材の上方に近接させて点接触にて支持する複数の支持ピンと、
前記保持部材に保持された基板に閃光を照射するフラッシュランプと、
前記保持部材に保持された基板を光照射によって予備加熱する光照射手段と、
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、
前記保持部材の上面のうち少なくとも前記複数の支持ピンに支持された基板に対向する領域は平面とされ、
前記複数の支持ピンは、前記保持部材の前記平面から０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の間隔を隔てて基板を支持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記載の熱処理装置において、
前記複数の支持ピンは６本以上であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記保持部材は石英にて形成され、
前記光照射手段は前記チャンバーの下方から光照射を行い、
前記フラッシュランプは前記チャンバーの上方から閃光照射を行うことを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項４記載の熱処理装置において、
前記複数の支持ピンに支持される基板は円板形状を有し、
前記複数の支持ピンのそれぞれは基板のデバイス形成領域よりも端縁部側にて基板を支持する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３のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記保持部材は炭化ケイ素にて形成され、
前記光照射手段は前記チャンバーの下方から光照射を行い、
前記フラッシュランプは前記チャンバーの上方から閃光照射を行う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、
前記光照射手段は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、半導体ウェハーやガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）に対して閃光を照射することによって該基板を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（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。
【０００５】
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は、極めて高いエネルギーを有する光を瞬間的に半導体ウェハーに照射するため、一瞬で半導体ウェハーの表面温度が急速に上昇し、ウェハー表面に急激な熱膨張が生じて半導体ウェハーが高い確率で割れていた。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特有の割れを解決するために、例えば特許文献１，２には半導体ウェハーを保持するサセプタのウェハポケットの周縁部にテーパを形成する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１７９５１０号公報
【特許文献２】特開２００４−２４７３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１，２に開示されているような技術を用いることによって、キセノンフラッシュランプを使用した場合における半導体ウェハーの割れをある程度は防止できるようになったものの、半導体ウェハーの種類や熱処理条件（予備加熱温度、照射エネルギー）によっては依然として相当な頻度で割れが生じていた。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュランプからの閃光照射時の基板の割れを防止す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】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対して閃光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、基板を収容するチャンバーと、基板の平面サイズよりも大きな平面サイズを有し、前記チャンバー内にて基板を載置して保持する保持部材と、基板を前記保持部材の上方に近接させて点接触にて支持する複数の支持ピンと、前記保持部材に保持された基板に閃光を照射するフラッシュランプと、前記保持部材に保持された基板を光照射によって予備加熱する光照射手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
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、前記保持部材の上面のうち少なくとも前記複数の支持ピンに支持された基板に対向する領域は平面とされ、前記複数の支持ピンは、前記保持部材の前記平面から０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の間隔を隔てて基板を支持することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記複数の支持ピンは６本以上であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記保持部材は石英にて形成され、前記光照射手段は前記チャンバーの下方から光照射を行い、前記フラッシュランプは前記チャンバーの上方から閃光照射を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る熱処理装置において、前記複数の支持ピンに支持される基板は円板形状を有し、前記複数の支持ピンのそれぞれは基板のデバイス形成領域よりも端縁部側にて基板を支持することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記保持部材は炭化ケイ素板にて形成され、前記光照射手段は前記チャンバーの下方から光照射を行い、前記フラッシュランプは前記チャンバーの上方から閃光照射を行うことを特徴とする。
【００１５】
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、前記光照射手段はハロゲンランプを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数の支持ピンによって基板を保持部材の上方に近接させて点接触にて支持するため、基板と保持部材との間に薄い気体層が形成され、その気体層によって閃光照射時の基板の激しい動きが抑制され、フラッシュランプからの閃光照射時の基板の割れを防止することができる。
【００１７】
特に、請求項２の発明によれば、保持部材の平面から０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の間隔を隔てて基板を支持するため、基板と保持部材の平面との間には薄い気体層が確実に形成されるとともに、基板がわずかに動いたとしても保持部材と衝突することはなく、閃光照射時の基板の割れをより確実に防止することができる。
【００１８】
特に、請求項３の発明によれば、複数の支持ピンは６本以上であるため、支持ピン間で基板の撓みがほとんど生じず、撓み部分が保持部材に近づくことに起因した温度低下が防止され、基板の面内温度分布の均一性が向上する。
【００１９】
特に、請求項５の発明によれば、複数の支持ピンのそれぞれは基板のデバイス形成領域よりも端縁部側にて基板を支持するため、支持ピンとの接触に起因したデバイス形成領域の温度変化が抑制され、デバイス形成領域の処理不良が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
まず、本発明に係る熱処理装置の全体構成について概説する。図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す側断面図である。本実施形態の熱処理装置１は基板としてφ３００ｍｍの円板形状の半導体ウェハー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。
【００２２】
熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容するチャンバー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半導体ウェハーＷの熱処理を実行させる制御部３を備える。
【００２３】
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、略円筒形状の内壁を有する上部チャンバー６１、および、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵する下部チャンバー６２によって構成される。上部チャンバー６１の天井部分には上側チャンバー窓６３が装着されて上方が閉塞されている。また、上部チャンバー６１の床部分には下側チャンバー窓６４が装着されて下方が閉塞されている。下側チャンバー窓６４は上部チャンバー６１と下部チャンバー６２とを仕切る雰囲気遮断壁としても機能する。上部チャンバー６１の内側側壁、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４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。
【００２４】
チャンバー６全体の天井部を構成する上側チャンバー窓６３は、石英により形成された円板形状部材であり、ランプハウス５から出射された光を熱処理空間６５に透過する石英窓として機能する。また、下側チャンバー窓６４も石英により形成された円板形状部材であり、下部チャンバー６２からの光を熱処理空間６５に透過する石英窓として機能する。上部チャンバー６１の側壁部分は、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いる。上部チャンバー６１の側壁のうち半導体ウェハーＷの上側および下側に位置する部分（図１において半導体ウェハーＷの両側のへこみを除く部分）の内壁面にはニッケルメッキが施されて反射率が高められている。
【００２５】
上部チャンバー６１の側壁部分には、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６６が設けられている。搬送開口部６６は、ゲートバルブ１８５によって開閉可能とされている。ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を開放した状態にて半導体ウェハーＷが搬送開口部６６を介して装置内に搬入および搬出される。また、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉鎖すると上部チャンバー６１内の熱処理空間６５が密閉空間となる。
【００２６】
上部チャンバー６１の側壁部分における搬送開口部６６と反対側の部位には熱処理空間６５に処理ガス（例えば、窒素（Ｎ２）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（０２）ガス等）を供給するガス供給孔８４が形設されている。ガス供給孔８４は、上部チャンバー６１の側壁内面の半導体ウェハーＷよりも上側位置に形設されている。ガス供給孔８４は上部チャンバー６１の側壁内部に形成されたガス導入バッファ８３を介して導入路８１に連通接続されている。導入路８１の基端部は図示省略の給気機構に接続される。また、導入路８１にはガス供給バルブ８２が介挿されている。ガス供給バルブ８２が開放され、給気機構から導入路８１を経由して送給された処理ガスは緩衝空間として機能するガス導入バッファ８３に流入した後、ガス供給孔８４から熱処理空間６５内へと供給される。
【００２７】
一方、上部チャンバー６１の側壁部分におけるガス供給孔８４とは反対側の部位には、熱処理空間６５内の気体を排気するガス排気孔８５が形設されている。ガス排気孔８５は、上部チャンバー６１の側壁内面の半導体ウェハーＷよりも下側位置に形設される。ガス排気孔８５は排出路８８に連通接続されている。排出路８８は排気バルブ８９を介して図示省略の排気機構に接続される。また、搬送開口部６６の先端にも熱処理空間６５内の気体を排出する排出路８６が接続されている。排出路８６は排気バルブ８７を介して図示省略の排気機構に接続される。ガス供給バルブ８２を開放するとともに、排気バルブ８７，８９を開放することにより、ガス供給孔８４から供給された処理ガスが熱処理空間６５内を図１の紙面左側から右側へと流れるような気流を形成する。
【００２８】
また、熱処理装置１は、上部チャンバー６１の内部において半導体ウェハーＷを保持する保持部７と、保持部７と装置外部との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う移載機構４とを備える。図２は、保持部７の斜視図である。保持部７は、サセプタ７０および保持プレート７４を備えて構成される。サセプタ７０は、石英により形成され、円環形状のリング部７１に複数の爪部７２（本実施形態では４本）を立設して構成される。
【００２９】
図３は、保持プレート７４の平面図である。保持プレート７４は石英にて形成された円形の平板状部材である。保持プレート７４の直径は半導体ウェハーＷの直径よりも大きい。すなわち、保持プレート７４は、半導体ウェハーＷよりも大きな平面サイズを有する。保持プレート７４の上面には複数個のバンプ７５が立設されている。本実施形態においては、保持プレート７４の外周円と同心円の周上に沿って６０°毎に計６本のバンプ７５が立設されている。６本のバンプ７５を配置した円の径（対向するバンプ７５間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さく、本実施形態ではφ２８０ｍｍである。それぞれのバンプ７５は石英にて形成された支持ピンである。
【００３０】
また、保持プレート７４の上面には、６本のバンプ７５と同心円状に複数個（本実施形態では５個）のガイドピン７６が立設されている。５個のガイドピン７６を配置した円の径は半導体ウェハーＷの径よりも若干大きい。各ガイドピン７６は石英にて形成されている。なお、これら複数個のガイドピン７６に代えて上側に向けて拡がるように水平面と所定の角度をなすテーパ面が形成された円環状部材を設けるようにしても良い。
【００３１】
リング部７１が上部チャンバー６１の側壁部分に形成された円環形状の棚に載置されることによって、サセプタ７０が上部チャンバー６１に装着される。そして、保持プレート７４は上部チャンバー６１に装着されたサセプタ７０の爪部７２に載置される。上部チャンバー６１に搬入された半導体ウェハーＷはサセプタ７０に保持された保持プレート７４の上に水平姿勢にて載置される。
【００３２】
図４は、保持プレート７４に半導体ウェハーＷが載置されたときのバンプ７５近傍を拡大した図である。サセプタ７０の各爪部７２には支持棒７３が立設されている。支持棒７３の上端部が保持プレート７４の下面に穿設された凹部に嵌合することによって、保持プレート７４が位置ずれすることなくサセプタ７０に保持される。
【００３３】
また、バンプ７５およびガイドピン７６も保持プレート７４の上面に穿設された凹部に嵌着されて立設されている。保持プレート７４の上面に立設されたバンプ７５およびガイドピン７６の上端は当該上面から突出する。半導体ウェハーＷは保持プレート７４に立設された複数のバンプ７５によって点接触にて支持されて保持プレート７４上に載置される。バンプ７５の上端の高さ位置から保持プレート７４の上面までの距離は０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下（本実施形態では１ｍｍ）である。従って、半導体ウェハーＷは複数のバンプ７５によって保持プレート７４の上面から０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の間隔を隔てて支持されることとなる。また、ガイドピン７６の上端の高さ位置はバンプ７５の上端よりも高く、複数のガイドピン７６によって半導体ウェハーＷの水平方向の位置ずれが防止される。なお、バンプ７５およびガイドピン７６を保持プレート７４と一体に加工するようにしても良い。
【００３４】
また、ガイドピン７６に代えて上記テーパ面が形成された円環状部材を設けた場合には、当該円環状部材によって半導体ウェハーＷの水平方向の位置ずれが防止される。そして、保持プレート７４の上面のうち少なくとも複数のバンプ７５に支持された半導体ウェハーＷに対向する領域は平面となる。この場合、半導体ウェハーＷは複数のバンプ７５によって保持プレート７４の当該平面から０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の間隔を隔てて支持されることとなる。
【００３５】
また、図２に示すように、保持プレート７４には、切り欠き部７７および開口部７８が形成されている。切り欠き部７７は、熱電対を使用した接触式温度計のプローブ３１の先端部を通すために設けられている。すなわち、プローブ３１が切り欠き部７７を介して保持プレート７４に載置された半導体ウェハーＷの裏面に接触し、別置のディテクタによってその半導体ウェハーＷの温度が測定される。一方、開口部７８は、放射温度計のプローブ３２が半導体ウェハーＷからの放射光（赤外線）を受光するために設けられている。すなわち、プローブ３２が開口部７８を介して保持プレート７４に載置された半導体ウェハーＷの裏面から放射された光を受光し、別置のディテクタによってその半導体ウェハーＷの温度が測定される。なお、接触式温度計のプローブ３１および放射温度計のプローブ３２はいずれも上部チャンバー６１の側壁部分、より正確にはサセプタ７０の外方に設置されている。
【００３６】
図５は、移載機構４の動作を示す図である。移載機構４は、２本の移載アーム４１を備える。移載アーム４１は、概ね半導体ウェハーＷの外周に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム４１には２本のリフトピン４２が立設されている。各移載アーム４１は開閉機構４３によって回動可能とされている。一対の移載アーム４１は開閉機構４３によって図５の実線で示す位置と二点鎖線で示す位置との間で開閉する。また、一対の移載アーム４１は、図示を省略する昇降機構によって開閉機構４３とともに昇降移動される。
【００３７】
一対の移載アーム４１が閉じて上昇すると、計４本のリフトピン４２が保持プレート７４に穿設された貫通孔７９（図２，３参照）を通過し、リフトピン４２の上端が保持プレート７４の上面から突き出る。一方、一対の移載アーム４１が下降して開くと、サセプタ７０のリング部７１の直上に待避する。移載アーム４１の待避位置は上部チャンバー６１の側壁に形成されたへこみ部分（図１において半導体ウェハーＷの両側のへこみ）の内側となる。
【００３８】
下部チャンバー６２の内部には複数本のハロゲンランプＨＬが内蔵されている。複数のハロゲンランプＨＬはチャンバー６の下方から熱処理空間６５への光照射を行う。本実施形態では、上下２段に各２０本ずつのハロゲンランプＨＬが配設されている。ハロゲンランプＨＬは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに２０本のハロゲンランプＨＬは、それぞれの長手方向が保持部７に保持される半導体ウェハー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配列されている。また、上段、下段ともに保持部７に保持される半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域における配設密度が高くなっている。
【００３９】
さらに、上段のハロゲンランプＨＬと下段のハロゲンランプＨＬとが井桁状に交差するように構成されている。すなわち、上段のハロゲンランプＨＬの長手方向と下段のハロゲンランプＨＬの長手方向とが直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。
【００４０】
ハロゲンランプＨＬ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。ガラス管の内部には、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）を微量導入した気体が封入されている。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ＨＬ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。
【００４１】
チャンバー６の上方に設けられたランプハウス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の床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が上側チャンバー窓６３と相対向することとなる。フラッシュランプＦＬはチャンバー６の上方からランプ光放射窓５３および上側チャンバー窓６３を介して熱処理空間６５に閃光を照射する。
【００４２】
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に保持される半導体ウェハー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。
【００４３】
キセノンフラッシュランプＦＬ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棒状のガラス管（放電管）と、該ガラス管の外周面上に付設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、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても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。このようなキセノンフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサーに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、ハロゲンランプＨＬの如き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。
【００４４】
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から出射されたフラッシュ光を保持部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。
【００４５】
また、制御部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。制御部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、制御部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。
【００４６】
上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にフラッシュランプＦＬおよびハロゲンランプＨＬ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の壁体には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ランプハウス５および下部チャンバー６２は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓６３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および上側チャンバー窓６３を冷却する。
【００４７】
次に、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順について簡単に説明する。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（イオン）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１によるフラッシュ加熱処理により実行される。図７は、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順を示すフローチャートである。以下に示す半導体ウェハーＷの処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することによって実行される。
【００４８】
まず、処理に先立って、ガス供給バルブ８２および排気バルブ８７，８９が開放されて熱処理空間６５内に常温の窒素ガスが供給される。供給された窒素ガスは熱処理空間６５内を流れ、図１に示す排出路８６，８８を介してユーティリティ排気により排気される。続いて、ゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部６６を介してイオン注入後の半導体ウェハーＷが上部チャンバー６１内の熱処理空間６５に搬入される（ステップＳ１）。搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーＷは保持部７の保持プレート７４の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構４の一対の移載アーム４１が図５の実線で示すように閉じた状態で上昇することにより、リフトピン４２が保持プレート７４の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。
【００４９】
半導体ウェハーＷがリフトピン４２に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間６５から退出し、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖される。そして、一対の移載アーム４１が下降することにより、半導体ウェハーＷは移載機構４から保持部７の保持プレート７４に受け渡される。保持プレート７４の下方にまで下降した一対の移載アーム４１は図５の二点鎖線で示すように開いて、上部チャンバー６１の側壁に形成されたへこみ部分に待避する。
【００５０】
図６は、半導体ウェハーＷを保持した保持プレート７４を示す図である。半導体ウェハーＷは６本のバンプ７５によって点接触にて支持され、保持プレート７４の上面から０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の間隔ｔを隔てて保持される。本実施形態の間隔ｔは１ｍｍである。また、複数のバンプ７５のそれぞれは半導体ウェハーＷのデバイス形成領域ＰＡよりも端縁部側にて半導体ウェハーＷを支持する。すなわち、デバイスパターンは半導体ウェハーＷの全面に形成されるものではなく、端縁部近傍には形成されない。保持プレート７４の複数のバンプ７５は、そのようなデバイスパターンが形成されていない領域に接触して半導体ウェハーＷを保持するのである。
【００５１】
半導体ウェハーＷが保持部７の保持プレート７４に載置されて保持された後、４０本のハロゲンランプＨＬが点灯して予備加熱（アシスト加熱）が開始される（ステップＳ２）。ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓６４および保持プレート７４を透過して半導体ウェハーＷの裏面から照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって半導体ウェハーＷが予備加熱されて温度が上昇する。ハロゲンランプＨＬの配設密度は、半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっているため、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射される光量が多くなり、より均一に半導体ウェハーＷが予備加熱される。
【００５２】
予備加熱を行うときには、半導体ウェハーＷの温度が接触式温度計および放射温度計によって計測されている。すなわち、接触式温度計のプローブ３１が保持プレート７４の切り欠き部７７を介して半導体ウェハーＷの裏面に接触するとともに、放射温度計のプローブ３２が開口部７８を介して半導体ウェハーＷの裏面から放射される光を受光している。なお、プローブ３１，３２は半導体ウェハーＷの斜め下方から温度測定を行っており、ハロゲンランプＨＬからの光照射の障害とならないようにされている。また、保持部７を構成するサセプタ７０および保持プレート７４は全て石英にて形成されているため、ハロゲンランプＨＬから半導体ウェハーＷの裏面に照射される光を遮ることは無い。さらに、移載機構４の移載アーム４１は、上部チャンバー６１の側壁に形成されたへこみ部分に待避しているため、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱の障害となることは無い。
【００５３】
二種の温度計によって半導体ウェハーＷが所定の予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かが監視される（ステップＳ３）。本実施形態においては、予備加熱温度Ｔ１は８００℃とされる。そして、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達したことが検知されたら直ちにランプハウス５のフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷへ向けてフラッシュ光が照射される（ステップＳ４）。このとき、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光の一部は直接に熱処理空間６５内の保持部７へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ５２により反射されてから熱処理空間６５内へと向かい、これらのフラッシュ光の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。フラッシュ加熱は、フラッシュランプＦＬ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。
【００５４】
すなわち、ランプハウス５のフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、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ＦＬ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１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度Ｔ２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１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。
【００５５】
また、本実施形態の熱処理装置１は、ハロゲンランプＨＬによって半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１（８００℃）にまで予備加熱してからフラッシュランプＦＬからの閃光照射によってフラッシュ加熱を行っている。半導体ウェハーＷの温度が６００℃以上になると添加された不純物の熱拡散が生じる可能性があるが、ハロゲンランプＨＬは比較的急速に半導体ウェハーＷを８００℃まで昇温することができるため、添加不純物の拡散を最小限に抑制することができる。また、半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１にまで昇温してからフラッシュランプＦＬからの閃光照射を行うことにより、半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２まで速やかに上昇させることができる。さらに、予備加熱温度Ｔ１から処理温度Ｔ２までのフラッシュ加熱による昇温幅が比較的小さいため、フラッシュランプＦＬから照射する閃光のエネルギーを比較的小さくすることができ、その結果フラッシュ加熱時に半導体ウェハーＷに与える熱的衝撃を緩和することができる。
【００５６】
フラッシュ加熱が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプＨＬが消灯して、半導体ウェハーＷの温度が急速に降温する（ステップＳ５）。その後、移載機構４の一対の移載アーム４１が再び閉じた状態で上昇することにより、リフトピン４２が保持プレート７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷを保持プレート７４から受け取る。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、リフトピン４２上に載置された半導体ウェハーＷが装置外部の搬送ロボットにより搬出され（ステップＳ６）、熱処理装置１における半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理が完了する。なお、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの熱処理時には窒素ガスが熱処理空間６５に継続的に供給されており、その供給量は図７の処理ステップに応じて適宜変更される。
【００５７】
ところで、上記の熱処理工程において、フラッシュランプＦＬ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１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度Ｔ２まで上昇する一方、その瞬間の裏面温度は予備加熱温度Ｔ１からさほどには上昇しない。このため、ウェハー表面側のみに急激な熱膨張が生じ、半導体ウェハーＷに上面を凸面とするように反ろうとする応力が作用する。次に瞬間には、半導体ウェハーＷの表面温度が急速に下降する一方、表面から裏面への熱伝導により裏面温度も若干上昇するため、半導体ウェハーＷには上記とは逆向きに反ろうとする応力が作用する。その結果、半導体ウェハーＷが保持プレート７４の上で激しく動こうとする。
【００５８】
本実施形態においては、φ３００ｍｍの半導体ウェハーＷが６本のバンプ７５によって点接触にて支持され、保持プレート７４の上面から１ｍｍの間隔ｔを隔てて保持される。これにより、半導体ウェハーＷの裏面と保持プレート７４の上面との間には薄い気体層が挟み込まれることとなる。このような薄い気体層は半導体ウェハーＷが反ろうとする動きの抵抗として作用する。すなわち、半導体ウェハーＷの裏面と保持プレート７４の上面との間の薄い気体層へは気体の出入りが困難であるため、容積変化が生じにくく、これが半導体ウェハーＷが反ろうとする動きの抵抗となるのである。その結果、フラッシュランプＦＬからの閃光照射がなされたときにも、半導体ウェハーＷは６本のバンプ７５に支持されたままほとんど動かず、半導体ウェハーＷの割れを防止することができる。
【００５９】
保持プレート７４の上面から半導体ウェハーＷの裏面までの間隔ｔが３ｍｍを超えると、それらの間に挟まれた気体層への気体の出入りが容易となり、気体層が半導体ウェハーＷの動きに対する抵抗として機能しなくなる。よって、閃光照射時に半導体ウェハーＷが６本のバンプ７５の上で激しく動き、保持プレート７４の上面に衝突してウェハー割れが生じるおそれがある。
【００６０】
一方、保持プレート７４の上面から半導体ウェハーＷの裏面までの間隔ｔが０．５ｍｍ未満であれば、それらの間には薄い気体層が形成される。しかし、薄い気体層が形成されていたとしても、閃光照射時には若干半導体ウェハーＷが動く。間隔ｔが０．５ｍｍ未満であると、僅かに半導体ウェハーＷが動いただけでも保持プレート７４に衝突してウェハー割れが生じるおそれがある。このため、保持プレート７４の上面から半導体ウェハーＷの裏面までの間隔ｔは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下としている。なお、ガイドピン７６に代えて上記テーパ面が形成された円環状部材を設けた場合であっても、半導体ウェハーＷと対向する保持プレート７４の平面から半導体ウェハーＷの裏面までの間隔ｔは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であるため、閃光照射時の半導体ウェハーＷの著しい動きが抑制され、ウェハー割れを防止することができる。
【００６１】
また、本実施形態においては、複数のバンプ７５が半導体ウェハーＷのデバイス形成領域ＰＡよりも端縁部側にて半導体ウェハーＷを支持している。バンプ７５は石英製であるため、ハロゲンランプＨＬからの光を透過し、予備加熱時にもその温度がほとんど昇温しない。このため、比較的低温のバンプ７５が半導体ウェハーＷに接触している部分は他の領域よりも温度が低くなるものと考えられる。保持プレート７４の複数のバンプ７５がデバイス形成領域ＰＡよりも端縁部側に接触して半導体ウェハーＷを保持するようにすれば、少なくともデバイス形成領域ＰＡの温度が低下して処理不良となることは防止される。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、保持プレート７４に立設された６本のバンプ７５によって半導体ウェハーＷを支持するようにしていたが、バンプ７５の個数は６本に限定されるものではなく、半導体ウェハーＷを安定して支持可能な３本以上であれば良い。
【００６３】
もっとも、３本のバンプ７５にて半導体ウェハーＷを支持した場合には、支持点数が少ないためバンプ７５間で半導体ウェハーＷが若干撓む。一方、保持プレート７４は石英製であるため、予備加熱時にもほとんど昇温しない。このため、バンプ７５間の半導体ウェハーＷの撓み部分が保持プレート７４に近づき、その部分の温度低下が生じるおそれがある。本実施形態のように、６本以上のバンプ７５にて半導体ウェハーＷを支持すればバンプ７５間での半導体ウェハーＷの撓みはほとんど生じず、その結果撓み部分の温度低下が防止され、半導体ウェハーＷの面内温度分布の均一性が向上する。
【００６４】
また、保持プレート７４の上面に傾斜の緩やかなテーパ面または曲率半径の大きな凹面を形成し、そのテーパ面または凹面に複数のバンプ７５を立設し、それら複数のバンプ７５によって半導体ウェハーＷを支持するようにしても良い。
【００６５】
また、上記実施形態においては、保持プレート７４を石英にて形成していたが、これを炭化ケイ素（ＳｉＣ）にて形成するようにしても良い。ＳｉＣの保持プレートの形状は図２，図３で示した上記実施形態と同様のものとする。ＳｉＣはハロゲンランプＨＬからの照射光を透過しないため、予備加熱時には保持プレート自体が昇温し、その昇温した保持プレートから加熱されることによって半導体ウェハーＷの予備加熱が行われる。ＳｉＣの保持プレートを使用した場合であっても、半導体ウェハーＷは複数のバンプによって点接触にて支持され、保持プレートの上面から０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の間隔ｔを隔てて保持される。これにより、石英の保持プレート７４と同様に、閃光照射時の半導体ウェハーＷの著しい動きが抑制され、ウェハー割れを防止することができる。
【００６６】
また、上記実施形態においては、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した時点でハロゲンランプＨＬを点灯したままフラッシュランプＦＬからの閃光照射を行うようにしていたが、ハロゲンランプＨＬによって半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１を超えて昇温した後、ハロゲンランプＨＬを消灯して半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１にまで降温した時点で閃光照射を行うようにしても良い。
【００６７】
また、上記実施形態においては、ランプハウス５に３０本のフラッシュランプＦＬを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプＦＬの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。
【００６８】
また、予備加熱の熱源はハロゲンランプＨＬに限定されるものではなく、抵抗発熱体等のヒータを内蔵したホットプレートに半導体ウェハーＷを載置して予備加熱を行うようにしても良い。この場合であっても、ホットプレート上に上記実施形態と同様の保持プレートを載置し、その保持プレートによって０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の間隔を隔てて半導体ウェハーＷを保持する。これにより、閃光照射時の半導体ウェハーＷの著しい動きが抑制され、ウェハー割れを防止することができる。
【００６９】
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。
【００７０】
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】
【００７１】
【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】保持部の斜視図である。
【図３】保持プレートの平面図である。
【図４】保持プレートに半導体ウェハーが載置されたときのバンプ近傍を拡大した図である。
【図５】移載機構の動作を示す図である。
【図６】半導体ウェハーを保持した保持プレートを示す図である。
【図７】図１の熱処理装置における半導体ウェハーの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７２】
１  熱処理装置
３  制御部
４  移載機構
５  ランプハウス
６  チャンバー
７  保持部
３１，３２  プローブ
４１  移載アーム
６１  上部チャンバー
６２  下部チャンバー
６３  上側チャンバー窓
６４  下側チャンバー窓
６５  熱処理空間
７０  サセプタ
７１  リング部
７２  爪部
７４  保持プレート
７５  バンプ
７７  切り欠き部
７８  開口部
ＦＬ  フラッシュランプ
ＨＬ  ハロゲンランプ
ＰＡ  デバイス形成領域
Ｗ  半導体ウェハー
【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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