(57)【要約】【課題】連続して加熱処理を行う全ての基板について安定して均一な熱処理を行うことができる熱処理装置および熱処理方法を提供する。【解決手段】フラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射して半導体ウェハーＷの加熱処理を行うときには半導体ウェハーＷを保持する保持部７をチャンバー窓６１に近接した処理位置に移動させる。一方、半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入される前の待機状態のときには保持部７を処理位置よりもチャンバー窓６１から離間した受渡位置に移動させる。待機状態のときに保持部７のホットプレート７１からチャンバー窓６１が受ける熱が小さくなり、チャンバー窓６１の著しい温度上昇を抑制することができる。その結果、全ての半導体ウェハーＷの予備加熱温度を安定させることができ、全ての半導体ウェハーＷについて安定して均一なフラッシュ加熱処理を行うことができる。【選択図】図１
2009099787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対してフラッシュ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、
前記チャンバーの上部開口を覆う石英窓と、
前記チャンバー内にて基板を載置して保持するとともに、当該基板を加熱する加熱プレートと、
前記チャンバー内にて前記加熱プレートを移動させる移動手段と、
前記加熱プレートに保持された基板に前記石英窓を介してフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射して基板の加熱処理を行うときには基板を保持する前記加熱プレートを前記石英窓に近接した処理位置に移動させるとともに、基板が前記チャンバー内に搬入される前の待機状態のときには前記加熱プレートが前記処理位置よりも前記石英窓から離間するように前記移動手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記制御手段は、待機状態のときに前記加熱プレートが前記チャンバーに基板を搬出入するための受渡位置に位置するように前記移動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記載の熱処理装置において、
同一の処理が行われる一群の基板からなるロットを順次処理するときに、
先行するロットの最終基板の処理が終了して前記チャンバーから搬出されてから後続のロットの最初の基板が前記チャンバー内に搬入されるまでを待機状態として前記制御手段が前記移動手段を制御す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、
待機状態のときに前記石英窓と前記加熱プレートとの間に気体を供給する気体供給手段をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
チャンバー内の加熱プレート上に載置した基板にフラッシュランプからフラッシュ光を照射して加熱処理を行う熱処理方法であって、
前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射して基板の加熱処理を行うときには基板を保持する前記加熱プレートを前記チャンバーの上部開口を覆う石英窓に近接した処理位置に移動させるとともに、前記チャンバー内に基板を搬入する前の待機状態のときには前記加熱プレートを前記処理位置よりも前記石英窓から離間させることを特徴とする熱処理方法。
【請求項６】
請求項５記載の熱処理方法において、
待機状態のときに前記加熱プレートを前記チャンバーに基板を搬出入するための受渡位置に位置させることを特徴とする熱処理方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の熱処理方法において、
同一の処理が行われる一群の基板からなるロットを順次処理するときに、
先行するロットの最終基板の処理が終了して前記チャンバーから搬出されてから後続のロットの最初の基板が前記チャンバー内に搬入されるまでを待機状態することを特徴とする熱処理方法。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の熱処理方法において、
待機状態のときに前記石英窓と前記加熱プレートとの間に気体を供給することを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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）に対してフラッシュ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および熱処理方法に関する。
【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を使用して半導体ウェハーの表面にフラッシュ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（例えば、特許文献１，２）。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フラッシュ光照射であれば、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】
【特許文献１】特開２００４−５５８２１号公報
【特許文献２】特開２００４−８８０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、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によって１ロット（例えば２５枚）の半導体ウェハーを連続して加熱処理したときに、最初の数枚については処理後のシート抵抗値が他のウェハーよりも小さくなっている、つまり加熱処理時の温度が他のウェハーよりも高くなっていることが判明した。特に、ロットの最初の１枚については、加熱処理時の温度が顕著に高くなっている。このため、１ロットの全ての半導体ウェハーについて均一な熱処理を行うことができないという問題が生じていた。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、連続して加熱処理を行う全ての基板について安定して均一な熱処理を行うことができる熱処理装置および熱処理方法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】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対してフラッシュ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、前記チャンバーの上部開口を覆う石英窓と、前記チャンバー内にて基板を載置して保持するとともに、当該基板を加熱する加熱プレートと、前記チャンバー内にて前記加熱プレートを移動させる移動手段と、前記加熱プレートに保持された基板に前記石英窓を介してフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射して基板の加熱処理を行うときには基板を保持する前記加熱プレートを前記石英窓に近接した処理位置に移動させるとともに、基板が前記チャンバー内に搬入される前の待機状態のときには前記加熱プレートが前記処理位置よりも前記石英窓から離間するように前記移動手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
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、前記制御手段は、待機状態のときに前記加熱プレートが前記チャンバーに基板を搬出入するための受渡位置に位置するように前記移動手段を制御することを特徴とする。
【００１０】
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、同一の処理が行われる一群の基板からなるロットを順次処理するときに、先行するロットの最終基板の処理が終了して前記チャンバーから搬出されてから後続のロットの最初の基板が前記チャンバー内に搬入されるまでを待機状態として前記制御手段が前記移動手段を制御することを特徴とする。
【００１１】
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、待機状態のときに前記石英窓と前記加熱プレートとの間に気体を供給する気体供給手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５の発明は、チャンバー内の加熱プレート上に載置した基板にフラッシュランプからフラッシュ光を照射して加熱処理を行う熱処理方法において、前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射して基板の加熱処理を行うときには基板を保持する前記加熱プレートを前記チャンバーの上部開口を覆う石英窓に近接した処理位置に移動させるとともに、前記チャンバー内に基板を搬入する前の待機状態のときには前記加熱プレートを前記処理位置よりも前記石英窓から離間させることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る熱処理方法において、待機状態のときに前記加熱プレートを前記チャンバーに基板を搬出入するための受渡位置に位置させることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７の発明は、請求項５または請求項６の発明に係る熱処理方法において、同一の処理が行われる一群の基板からなるロットを順次処理するときに、先行するロットの最終基板の処理が終了して前記チャンバーから搬出されてから後続のロットの最初の基板が前記チャンバー内に搬入されるまでを待機状態することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８の発明は、請求項５から請求項７のいずれかの発明に係る熱処理方法において、待機状態のときに前記石英窓と前記加熱プレートとの間に気体を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１から請求項４の発明によれば、基板がチャンバー内に搬入される前の待機状態のときには加熱プレートが処理位置よりも石英窓から離間するため、待機状態における加熱プレートによる石英窓の著しい温度上昇が抑制され、連続して加熱処理を行う全ての基板について安定して均一な熱処理を行うことができる。
【００１７】
特に、請求項４の発明によれば、待機状態のときに石英窓と加熱プレートとの間に気体を供給するため、待機状態における石英窓の温度上昇をさらに効果的に抑制することができる。
【００１８】
また、請求項５から請求項８の発明によれば、チャンバー内に基板を搬入する前の待機状態のときには加熱プレートを処理位置よりも石英窓から離間させるため、待機状態における加熱プレートによる石英窓の著しい温度上昇が抑制され、連続して加熱処理を行う全ての基板について安定して均一な熱処理を行うことができる。
【００１９】
特に、請求項８の発明によれば、待機状態のときに石英窓と加熱プレートとの間に気体を供給するため、待機状態における石英窓の温度上昇をさらに効果的に抑制することができる。
【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。熱処理装置１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。
【００２２】
熱処理装置１は、半導体ウェハー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。
【００２４】
チャンバー６の天井部を構成するチャンバー窓６１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から出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５に透過する石英窓として機能する。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。
【００２５】
チャンバー底部６２には、保持部７を貫通して半導体ウェハー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。
【００２６】
チャンバー側部６３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（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）を導入する導入路８１が形成され、その一端はガスバルブ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、ガスバルブ８７を介して図示省略の排気機構に接続される。
【００２７】
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。
【００２８】
また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部において半導体ウェハーＷを水平姿勢にて載置して保持しつつフラッシュ光照射前にその保持する半導体ウェハー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。
【００２９】
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。
【００３０】
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が制御部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に示す半導体ウェハーＷの受渡位置と図５に示す半導体ウェハーＷの処理位置との間で滑らかに昇降する。
【００３１】
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。
【００３２】
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を介して回転軸４９２に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。
【００３３】
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。
【００３４】
図３は、保持部７の構成を示す断面図である。保持部７は、半導体ウェハー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が半導体ウェハーＷを保持する側の面）に設置されるサセプタ７２を有する。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。サセプタ７２は石英（あるいは、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）等であってもよい）により形成され、その上面には半導体ウェハーＷの位置ずれを防止するピン７５が設けられる。サセプタ７２は、その下面をホットプレート７１の上面に面接触させてホットプレート７１上に設置される。これにより、サセプタ７２は、ホットプレート７１からの熱エネルギーを拡散してサセプタ７２上面に載置された半導体ウェハーＷに伝達するとともに、メンテナンス時にはホットプレート７１から取り外して洗浄可能とされる。
【００３５】
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を加熱するニクロム線等の抵抗加熱線７６が配設され、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。
【００３６】
図４は、ホットプレート７１を示す平面図である。図４に示すように、ホットプレート７１は、保持される半導体ウェハーＷと対向する領域の中央部に同心円状に配置される円板状のゾーン７１１および円環状のゾーン７１２、並びに、ゾーン７１２の周囲の略円環状の領域を周方向に４等分割した４つのゾーン７１３〜７１６を備え、各ゾーン間には若干の間隙が形成されている。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、ゾーン７１１とゾーン７１２との隙間の周上に１２０°毎に設けられる。
【００３７】
６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、相互に独立した抵抗加熱線７６が周回するように配設されてヒータが個別に形成されており、各ゾーンに内蔵されたヒータにより各ゾーンが個別に加熱される。保持部７に保持された半導体ウェハーＷは、６つのゾーン７１１〜７１６に内蔵されたヒータにより加熱される。また、ゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、熱電対を用いて各ゾーンの温度を計測するセンサ７１０が設けられている。各センサ７１０は略円筒状のシャフト４１の内部を通り制御部３に接続される。
【００３８】
ホットプレート７１が加熱される際には、センサ７１０により計測される６つのゾーン７１１〜７１６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抵抗加熱線７６への電力供給量が制御部３により制御される。制御部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、半導体ウェハーＷの熱処理（複数の半導体ウェハーＷを連続的に処理する場合は、全ての半導体ウェハーＷの熱処理）が終了するまでゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が継続的に計測され、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７６への電力供給量が個別に制御されて、すなわち、各ゾーンに内蔵されたヒータの温度が個別に制御されて各ゾーンの温度が設定温度に維持される。なお、各ゾーンの設定温度は、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。
【００３９】
６つのゾーン７１１〜７１６にそれぞれ配設される抵抗加熱線７６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。
【００４０】
次に、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に保持される半導体ウェハー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からフラッシュ光を照射することにより半導体ウェハーＷを加熱する。
【００４１】
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。
【００４２】
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、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。
【００４３】
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。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半導体ウェハーＷの表面温度分布の均一性が低下するためである。
【００４４】
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。図６は、制御部３の構成を示すブロック図である。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ＣＰＵ３１、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ＲＯＭ３２、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ３３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３４をバスライン３９に接続して構成されている。
【００４５】
また、バスライン３９には、チャンバー６内にて保持部７を昇降させる保持部昇降機構４のモータ４０、フラッシュランプＦＬに電力供給を行うランプ電源９９、チャンバー６内への処理ガスの給排を行うガスバルブ８２，８７、搬送開口部６６を開閉するゲートバルブ１８５およびホットプレート７１のゾーン７１１〜７１６への電力供給を行うプレート電源９８等が電気的に接続されている。制御部３のＣＰＵ３１は、磁気ディスク３４に格納された制御用ソフトウェアを実行することにより、これらの各動作機構を制御して、半導体ウェハーＷの加熱処理を進行する。
【００４６】
さらに、バスライン３９には、表示部２１および入力部２２が電気的に接続されている。表示部２１は、例えば液晶ディスプレイ等を用いて構成されており、処理結果やレシピ内容等の種々の情報を表示する。入力部２２は、例えばキーボードやマウス等を用いて構成されており、コマンドやパラメータ等の入力を受け付ける。装置のオペレータは、表示部２１に表示された内容を確認しつつ入力部２２からコマンドやパラメータ等の入力を行うことができる。なお、表示部２１と入力部２２とを一体化してタッチパネルとして構成するようにしても良い。
【００４７】
また、熱処理装置１の制御部３の上位の制御機構としてホストコンピュータ１００が設けられている。すなわち、熱処理装置１はホストコンピュータ１００によってオンラインで管理されており、ホストコンピュータ１００には複数の熱処理装置１が接続されていても良い。ホストコンピュータ１００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および制御用アプリケーションやデータなどを記憶しておく磁気ディスク等を備えており、一般的なコンピュータと同様の構成を有している。ホストコンピュータ１００は、熱処理装置１に処理手順および処理条件を記述したレシピを渡すとともに、半導体ウェハーＷの生産管理情報を伝達する。
【００４８】
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１，５参照）。
【００４９】
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説明する。本実施形態の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１によるフラッシュ加熱処理により行われる。以下に説明する熱処理装置１の処理手順は、制御部３がホストコンピュータ１００から渡されたレシピに記述された手順に従って熱処理装置１の各動作機構を制御することにより進行する。
【００５０】
本実施形態においては、半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入される前の待機状態のときにはホットプレート７１を含む保持部７が図１に示す受渡位置にて待機している。「受渡位置」とは、チャンバー６に半導体ウェハーＷの搬出入が行われるときの保持部７の位置であり、図１に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。受渡位置にある保持部７とチャンバー窓６１との間の距離は約８０ｍｍである。図１に示すように、保持部７が受渡位置に存在しているときにはチャンバー底部６２に近接しており、支持ピン７０の先端が保持部７を貫通して保持部７の上方に突出する。
【００５１】
また、保持部７が受渡位置にて待機しているとき、ガスバルブ８２およびガスバルブ８７が開かれてチャンバー６の熱処理空間６５内に常温の窒素ガスが導入される。保持部７が受渡位置に下降しているときのチャンバー６への窒素ガスのパージ量は約４０リットル／分とされ、供給された窒素ガスはチャンバー６内においてガス導入バッファ８３から図２中に示す矢印ＡＲ４の方向へと流れ、図１に示す排出路８６およびガスバルブ８７を介してユーティリティ排気により排気される。また、チャンバー６に供給された窒素ガスの一部は、べローズ４７の内側に設けられる排出口（図示省略）からも排出される。図１に明示するように、ガス導入バッファ８３の高さ位置は受渡位置の保持部７よりも高いため、保持部７が受渡位置にて待機しているときには、ガス導入バッファ８３からチャンバー窓６１と保持部７との間に窒素ガスが供給されることとなる。
【００５２】
次に、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がチャンバー６内に搬入され、複数の支持ピン７０上に載置される。半導体ウェハーＷの搬入時におけるチャンバー６への窒素ガスのパージ量も約４０リットル／分とされる。なお、以下で説明する各ステップにおいて、チャンバー６には常に窒素ガスが供給および排気され続けており、窒素ガスの供給量は半導体ウェハーＷの処理工程に合わせて様々に変更される。
【００５３】
半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入されると、ゲートバルブ１８５により搬送開口部６６が閉鎖される。そして、保持部昇降機構４により保持部７が受渡位置からチャンバー窓６１に近接した処理位置にまで上昇する。「処理位置」とは、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷに閃光照射が行われるときの保持部７の位置であり、図５に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。処理位置の保持部７とチャンバー窓６１との間の距離は約５ｍｍ〜１０ｍｍである。保持部７が受渡位置から上昇する過程において、半導体ウェハーＷは支持ピン７０から保持部７のサセプタ７２へと渡され、サセプタ７２の上面に載置・保持される。保持部７が処理位置にまで上昇するとサセプタ７２に保持された半導体ウェハーＷも処理位置に保持されることとなる。
【００５４】
ホットプレート７１の６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれは、各ゾーンの内部（上部プレート７３と下部プレート７４との間）に個別に内蔵されたヒータ（抵抗加熱線７６）により所定の温度まで加熱されている。保持部７が処理位置まで上昇して半導体ウェハーＷが保持部７と接触することにより、その半導体ウェハーＷはホットプレート７１に内蔵されたヒータによって予備加熱されて温度が次第に上昇する。
【００５５】
この処理位置にて約６０秒間の予備加熱が行われ、半導体ウェハーＷの温度が予め設定された予備加熱温度Ｔ１まで上昇する。予備加熱温度Ｔ１は、半導体ウェハーＷに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、２００℃ないし８００℃程度、好ましくは３５０℃ないし５５０℃程度とされる。
【００５６】
約６０秒間の予備加熱時間が経過した後、保持部７が処理位置に位置したまま制御部３の制御によりランプハウス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。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チャンバー６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チャンバー６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。
【００５７】
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（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。
【００５８】
また、フラッシュ加熱の前に保持部７により半導体ウェハーＷを予備加熱しておくことにより、フラッシュランプＦＬ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Ｔ２まで速やかに上昇させることができる。
【００５９】
フラッシュ加熱が終了し、処理位置における約１０秒間の待機の後、保持部７が保持部昇降機構４により再び図１に示す受渡位置まで下降し、半導体ウェハーＷが保持部７から支持ピン７０へと渡される。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、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷは装置外部の搬送ロボットにより搬出され、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。連続して複数の半導体ウェハーＷを処理するときには、次の新たな半導体ウェハーＷをチャンバー６内に搬入して支持ピン７０に載置する。すなわち、処理済みの半導体ウェハーＷと未処理の半導体ウェハーＷとの交換が装置外部の搬送ロボットによって行われるのである。
【００６０】
既述のように、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チャンバー６に継続的に供給されており、その供給量は、保持部７が処理位置に位置するときには約３０リットル／分とされ、保持部７が処理位置以外の位置に位置するときには約４０リットル／分とされる。
【００６１】
ところで、熱処理装置１にて１ロットの半導体ウェハーＷを連続して処理したときに、最初の数枚について、特に最初の１枚についてはフラッシュ加熱時のウェハー到達温度がその後の他のウェハーよりも顕著に高くなる傾向のあることは既述した通りである。これは、従来においては熱処理装置１における保持部７の基準位置が処理位置であり、ロットの最初の半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入される前の待機状態のときに保持部７が処理位置にて待機しており、ホットプレート７１が継続して透光板６１に近接していることによるものと考えられる。すなわち、ホットプレート７１は半導体ウェハーＷを２００℃ないし８００℃程度の予備加熱温度Ｔ１に昇温できる程度にまで加熱されており、このような高温のホットプレート７１が長時間チャンバー窓６１に近接していると、ホットプレート７１からの輻射熱によってチャンバー窓６１の温度も上昇する。そして、ロットの最初の半導体ウェハーＷは温度上昇したチャンバー窓６１の近くで予備加熱されるため、設定よりも高い温度に予備加熱された結果としてフラッシュ加熱時のウェハー到達温度も高くなったものと考えられる。なお、「ロット」とは、同一の処理が行われる一群の基板によって構成される処理単位であり、本実施形態では同一のレシピに従って処理される２５枚の半導体ウェハーＷをもって１つのロットが構成される。
【００６２】
その後、ロットに含まれる続く半導体ウェハーＷを連続して処理するにつれて、保持部７が昇降動作を繰り返し、ホットプレート７１がチャンバー窓６１への接近と離間とを繰り返すこととなるため、チャンバー窓６１の温度も初期段階よりも徐々に低下し、概ね５枚目の半導体ウェハーＷの処理を行うあたりから安定（安定した後のチャンバー窓６１の温度を以下「安定温度」と称する）する。これに伴って、ロットに含まれる半導体ウェハーＷのうち５枚目くらいからは予備加熱温度も安定し、その結果フラッシュ加熱時のウェハー到達温度も安定した均一なものとなる。
【００６３】
上述のような要因によって、１ロットの半導体ウェハーＷを連続して処理したときの最初の数枚についてはフラッシュ加熱時のウェハー到達温度が高くなり、かかる問題は当然にロットの最初の半導体ウェハーＷに最も顕著に表れる。
【００６４】
このため、本実施形態においては、ロットの最初の半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入される前の待機状態のときに保持部７を受渡位置にて待機させている。図７は、処理前の待機状態のときの保持部７の位置によるチャンバー窓６１の温度変化の相違を示す図である。同図の横軸は半導体ウェハーＷの処理枚数を示し、縦軸はチャンバー窓６１の中央部温度を示している。また、同図の点線は従来の如く処理前の待機状態のときに保持部７が処理位置に待機していた場合の温度変化であり、実線は保持部７が受渡位置に待機していた場合の温度変化である。
【００６５】
図７に示すように、保持部７が処理位置にて待機していた場合にはチャンバー窓６１の初期温度が相当に高く、ロットの最初の半導体ウェハーＷを処理するときにもチャンバー窓６１の温度は３００℃以上である。一方、本実施形態のように、保持部７が受渡位置にて待機していた場合には上記に比較してチャンバー窓６１の初期温度も低く、ロットの最初の半導体ウェハーＷを処理するときのチャンバー窓６１の温度も３００℃以下である。保持部７の待機位置に関わらず、処理枚数を重ねた後（５枚目以降）のチャンバー窓６１の安定温度はほぼ同じである。よって、ロットの最初の半導体ウェハーＷの処理時と５枚目の半導体ウェハーＷの処理時とのチャンバー窓６１の温度差は、保持部７が処理装置に待機していた場合は約４０℃程度であるのに対して、受渡位置に待機していた場合には約２０℃程度まで抑制することができる。その結果、ロットの最初の半導体ウェハーＷ以後に連続して加熱処理される全ての半導体ウェハーＷの予備加熱温度を安定させることができ、ロットに含まれて連続処理される全ての半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱時のウェハー到達温度をも安定した均一なものとすることができる。
【００６６】
すなわち、本実施形態においては、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射して半導体ウェハーＷの加熱処理を行うときには半導体ウェハーＷを保持する保持部７をチャンバー窓６１に近接した処理位置に移動させている。その一方、半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入される前の待機状態のときには保持部７を処理位置よりもチャンバー窓６１から離間した受渡位置に移動させている。このため、待機状態のときに保持部７のホットプレート７１からチャンバー窓６１が受ける熱が小さくなり、ロットの最初の半導体ウェハーＷを処理するときのチャンバー窓６１の著しい温度上昇を抑制することができる。その結果、ロットの最初の半導体ウェハーＷを処理するときのチャンバー窓６１の初期温度と処理枚数を重ねた後の安定温度との温度差を小さくして全ての半導体ウェハーＷの予備加熱温度を安定させることができ、全ての半導体ウェハーＷについて安定して均一なフラッシュ加熱処理を行うことができるのである。
【００６７】
ここで、「待機状態」には、熱処理装置１を立ち上げたときに最初のロットを処理するまでの期間の他に、複数のロットを順次処理するときに先行するロットの最終の半導体ウェハーＷの処理が終了してチャンバー６から搬出されてから後続のロットの最初の半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入されるまでの期間も含まれる。つまり、「待機状態」とは、同一のレシピに従った連続処理を行っている処理期間を除く全ての期間が含まれ得る。なお、処理対象となっている半導体ウェハーＷがロットの最終ウェハーであるか否かは、制御部３がホストコンピュータ１００から渡されたレシピを参照することによって判別することが可能である。
【００６８】
また、本実施形態においては、待機状態のときにチャンバー窓６１と保持部７との間にガス導入バッファ８３から窒素ガスを供給している。このため、待機状態におけるチャンバー窓６１の温度上昇がさらに抑制され、全ての半導体ウェハーＷについての熱処理をより安定したものとすることができる。
【００６９】
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、待機状態のときに保持部７を受渡位置にて待機させるようにしていたが、待機状態のときの保持部７の待機位置は受渡位置に限定されるものではなく、処理位置よりもチャンバー窓６１から離間した位置であれば良い。すなわち、待機状態のときに保持部７は処理位置と受渡位置との間にて待機していても良いし、受渡位置よりもさらに下方にて待機していても良い。このようにしても、待機状態のときのチャンバー窓６１と保持部７との間の距離に応じてチャンバー窓６１の温度上昇を抑制することができる。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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】
【００７３】
【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】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側断面図である。
【図６】制御部の構成を示すブロック図である。
【図７】処理前の待機状態のときの保持部の位置によるチャンバー窓の温度変化の相違を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  熱処理装置
３  制御部
４  保持部昇降機構
５  ランプハウス
６  チャンバー
７  保持部
６０  上部開口
６１  チャンバー窓
６５  熱処理空間
７１  ホットプレート
７２  サセプタ
８３  ガス導入バッファ
ＦＬ  フラッシュランプ
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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