JP2004039955A

JP2004039955A - 熱処理装置

Info

Publication number: JP2004039955A
Application number: JP2002196970A
Authority: JP
Inventors: Tatsufumi Kusuda; 楠田　達文; Yasuhiro Imaoka; 今岡　康浩; Hiromi Murayama; 村山　博美; Norio Yamamoto; 山本　範夫; Naoto Mori; 森　直人; Yoko Yoshihara; 葭原　陽子
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】フラッシュランプを使用した熱処理装置であっても消費するエネルギーを増大させることなく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】光源１０を構成する複数のフラッシュランプ６９は、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。複数のフラッシュランプ６９のうちそのランプ配列の両端部の１本ずつ計２本のフラッシュランプ６９のみを他のフラッシュランプ６９よりも下側にずらして配置している。これにより各フラッシュランプ６９からの照射領域の重ね合わせが少ない半導体ウェハーＷの端部における照度が強められて半導体ウェハーＷ上の照度ムラが減少し、その結果半導体ウェハー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。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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）に閃光を照射することにより基板を熱処理する熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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等の熱処理装置が使用されている。このような熱処理装置においては、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】
しかしながら、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する熱処理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イオンのプロファイルがなまる、すなわち、熱によりイオンが拡散してしまう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、半導体ウェハーの表面にイオンを高濃度で注入しても、注入後のイオンが拡散してしまうことから、イオンを必要以上に注入しなければならないという問題が生じていた。
【０００４】
上述した問題を解決するため、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による極短時間の昇温であれば、イオンが拡散するための十分な時間がないため、半導体ウェハーに打ち込まれたイオンのプロファイルをなまらせることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなキセノンフラッシュランプを使用する熱処理装置においては、棒状またはそれに準じる形状の複数のキセノンフラッシュランプが列設されている。キセノンフラッシュランプの本数は省エネルギーおよび装置サイズ小型化の観点からなるべく少ない方が好ましい。しかしながら、キセノンフラッシュランプの本数を少なくした場合は、無駄な照射は減るものの、各キセノンフラッシュランプからの照射領域の重ね合わせの程度が半導体ウェハーの端部において少なくなり、その結果半導体ウェハー端部における照度が中心部近傍よりも低くなって、温度分布の面内均一性が損なわれるという問題が生じる。
【０００６】
このような問題を解決するために、従来のハロゲンランプを使用したランプアニール装置であれば、ランプ配列の端部におけるランプ間隔を短くして半導体ウェハー端部の照度を高める手法を採用することができた。ところが、キセノンフラッシュランプを使用する熱処理装置では、各ランプに周設されたトリガ線に高電圧を印加して発光させているため、ある程度以上にランプ間隔を短くするとトリガ線間で放電が生じたりトリガ線が誤って隣接するランプを発光させる等の問題が生じる。このため、キセノンフラッシュランプを使用する熱処理装置では、照度分布の面内均一性を維持するためにランプ間隔を短くする手法を用いることはできない。
【０００７】
また、ランプ配列の端部におけるランプへの印加電圧を高めて照射強度を強くする手法も考えられるが、１つのランプユニットにおいてランプごとに異なる電圧を印可することは電源ユニットのサイズおよびコストを著しく増大させることにつながるため現実的ではない。また、印加電圧を異なるものにすると、発光−時間の波形が変化したり、スペクトル分布が異なるものになる等の問題も生じる。
【０００８】
なお、キセノンフラッシュランプの本数を増やしてランプユニットの平面サイズを半導体ウェハーのサイズよりも十分に大きなものにすれば照度分布の面内均一性も維持されるのであるが、装置サイズおよび消費するエネルギーが著しく増大するという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュランプを使用した熱処理装置であっても消費するエネルギーを増大させることなく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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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、複数のフラッシュランプの配列を有する光源と、前記光源の下方に設けられ、前記光源から出射された光を透過するチャンバー窓を上部に備えるチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を略水平姿勢にて保持する保持手段と、を備え、前記複数のフラッシュランプのうち前記配列の端部側のフラッシュランプを他のフラッシュランプよりも前記保持手段に保持された基板に近づけて配置している。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明にかかる熱処理装置において、前記複数のフラッシュランプのそれぞれを長尺の円筒形状を有する棒状ランプとし、前記配列を、前記円筒形状の長手方向に対して略垂直な所定方向に沿って前記複数のフラッシュランプを並べた配列としている。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明にかかる熱処理装置において、前記複数のフラッシュランプのうち前記配列の前記所定方向の両端部の１本ずつのフラッシュランプのみを他のフラッシュランプよりも前記保持手段に保持された基板に近づけて配置している。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項２の発明にかかる熱処理装置において、前記複数のフラッシュランプのうち前記配列の前記所定方向の両端部からｎ本ずつ（但し、ｎは２以上の自然数）のフラッシュランプを他のフラッシュランプよりも前記保持手段に保持された基板に近づけるとともに、前記ｎ本のフラッシュランプを前記両端部に近いフラッシュランプほど前記保持手段に保持された基板に近くなるように等段差の階段配列としている。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項２の発明にかかる熱処理装置において、前記複数のフラッシュランプのうち前記配列の前記所定方向の両端部からｎ本ずつ（但し、ｎは２以上の自然数）のフラッシュランプを他のフラッシュランプよりも前記保持手段に保持された基板に近づけるとともに、前記ｎ本のフラッシュランプを前記両端部に近いフラッシュランプほど前記保持手段に保持された基板に近くなるように、前記両端部に向かって段差を次第に増大させた放物線的な階段配列としている。
【００１５】
また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明にかかる熱処理装置において、前記保持手段に、保持する基板を予備加熱するアシスト加熱手段を備えている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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。
【００１７】
＜１．第１実施形態＞
図１および図２は本発明にかかる熱処理装置の第１実施形態を示す側断面図である。この熱処理装置は、キセノンフラッシュランプからの閃光によって半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。
【００１８】
この熱処理装置は、透光板６１、底板６２および一対の側板６３、６４からなり、その内部に半導体ウェハーＷを収納して熱処理するためのチャンバー６５を備える。チャンバー６５の上部を構成する透光板６１は、例えば、石英等の赤外線透過性を有する材料から構成されており、光源１０から出射された光を透過してチャンバー６５内に導くチャンバー窓として機能している。また、チャンバー６５を構成する底板６２には、後述する熱拡散板７３および加熱プレート７４を貫通して半導体ウェハーＷをその下面から支持するための支持ピン７０が立設されている。
【００１９】
また、チャンバー６５を構成する側板６４には、半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための開口部６６が形成されている。開口部６６は、軸６７を中心に回動するゲートバルブ６８により開閉可能となっている。半導体ウェハーＷは、開口部６６が解放された状態で、図示しない搬送ロボットによりチャンバー６５内に搬入される。また、チャンバー６５内にて半導体ウェハーＷの熱処理が行われるときには、ゲートバルブ６８により開口部６６が閉鎖される。
【００２０】
チャンバー６５は光源１０の下方に設けられている。光源１０は、複数（本実施形態においては２５本）のキセノンフラッシュランプ６９（以下、単に「フラッシュランプ６９」とも称する）の配列と、リフレクタ７１とを備える。複数のフラッシュランプ６９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水平方向に沿うようにして互いに平行に列設されている。リフレクタ７１は、複数のフラッシュランプ６９の上方にそれらの全体を被うように配設されている。
【００２１】
このキセノンフラッシュランプ６９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、該ガラス管の外局部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６９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。
【００２２】
図３は、第１実施形態におけるフラッシュランプ６９の配列を示す斜視図である。同図に示すように、第１実施形態においては、複数のフラッシュランプ６９をその円筒形状の長手方向に対して略垂直な方向（以下、「垂直方向」と略称）に沿って互いに平行に並べたランプ配列としている。そして、複数のフラッシュランプ６９のうち当該ランプ配列の当該垂直方向（円筒形状の長手方向に対して略垂直な方向）の両端部の１本ずつ計２本のフラッシュランプ６９のみを他のフラッシュランプ６９よりも下側にずらして配置している。
【００２３】
また、光源１０と透光板６１との間には、光拡散板７２が配設されている。この光拡散板７２は、赤外線透過材料としての石英ガラスの表面に光拡散加工を施したものが使用される。
【００２４】
フラッシュランプ６９から放射された光の一部は直接に光拡散板７２および透光板６１を透過してチャンバー６５内へと向かう。また、フラッシュランプ６９から放射された光の他の一部は一旦リフレクタ７１によって反射されてから透光板６１を透過してチャンバー６５内へと向かう。なお、第１実施形態において一部のフラッシュランプ６９のみを下側にずらして配置する作用についてはさらに後述する。
【００２５】
チャンバー６５内には、加熱プレート７４と熱拡散板７３とが設けられている。熱拡散板７３は加熱プレート７４の上面に貼着されている。また、熱拡散板７３の表面には、半導体ウェハーＷの位置ずれ防止ピン７５が付設されている。
【００２６】
加熱プレート７４は、半導体ウェハーＷを予備加熱（アシスト加熱）するためのものである。この加熱プレート７４は、窒化アルミニウムにて構成され、その内部にヒータと該ヒータを制御するためのセンサとを収納した構成を有する。一方、熱拡散板７３は、加熱プレート７４からの熱エネルギーを拡散して半導体ウェハーＷを均一に予備加熱するためのものである。この熱拡散板７３の材質としては、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３：酸化アルミニウム）や石英等の比較的熱伝導率が小さいものが採用される。
【００２７】
熱拡散板７３および加熱プレート７４は、モータ４０の駆動により、図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降する構成となっている。
【００２８】
すなわち、加熱プレート７４は、筒状体４１を介して移動板４２に連結されている。この移動板４２は、チャンバー６５の底板６２に釣支されたガイド部材４３により案内されて昇降可能となっている。また、ガイド部材４３の下端部には、固定板４４が固定されており、この固定板４４の中央部にはボールネジ４５を回転駆動するモータ４０が配設されている。そして、このボールネジ４５は、移動板４２と連結部材４６、４７を介して連結されたナット４８と螺合している。このため、熱拡散板７３および加熱プレート７４は、モータ４０の駆動により、図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降することができる。
【００２９】
図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置は、図示しない搬送ロボットを使用して開口部６６から搬入した半導体ウェハーＷを支持ピン７０上に載置し、あるいは、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷを開口部６６から搬出することができるように、熱拡散板７３および加熱プレート７４が下降した位置である。この状態においては、支持ピン７０の上端は、熱拡散板７３および加熱プレート７４に形成された貫通孔を通過し、熱拡散板７３の表面より上方に突出する。
【００３０】
一方、図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置は、半導体ウェハーＷに対して熱処理を行うために、熱拡散板７３および加熱プレート７４が支持ピン７０の上端より上方に上昇した位置である。熱拡散板７３および加熱プレート７４が図１の搬入・搬出位置から図２の熱処理位置に上昇する過程において、支持ピン７０に載置された半導体ウェハーＷは熱拡散板７３によって受け取られ、その下面を熱拡散板７３の表面に支持されて上昇し、チャンバー６５内の透光板６１に近接した位置に水平姿勢にて保持される。逆に、熱拡散板７３および加熱プレート７４が熱処理位置から搬入・搬出位置に下降する過程においては、熱拡散板７３に支持された半導体ウェハーＷは支持ピン７０に受け渡される。
【００３１】
半導体ウェハーＷを支持する熱拡散板７３および加熱プレート７４が熱処理位置に上昇した状態においては、それらに保持された半導体ウェハーＷと光源１０との間に透光板６１が位置することとなり、当該半導体ウェハーＷの表面と各フラッシュランプ６９との間の距離は、例えば４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度とされている。なお、この半導体ウェハーＷの表面と各フラッシュランプ６９との間の距離は、モータ４０の回転量を制御することにより、任意の値に設定することが可能となっている。
【００３２】
また、チャンバー６５の底板６２と移動板４２との間には筒状体４１の周囲を取り囲むようにしてチャンバー６５を気密状体に維持するための伸縮自在の蛇腹７７が配設されている。熱拡散板７３および加熱プレート７４が熱処理位置まで上昇したときには蛇腹７７が収縮し、熱拡散板７３および加熱プレート７４が搬入・搬出位置まで下降したときには蛇腹７７が伸長してチャンバー６５内の雰囲気と外部雰囲気とを遮断する。
【００３３】
チャンバー６５における開口部６６と反対側の側板６３には、開閉弁８０に連通接続された導入路７８が形成されている。この導入路７８は、チャンバー６５内に処理に必要なガス、例えば不活性な窒素ガスを導入するためのものである。一方、側板６４における開口部６６には、開閉弁８１に連通接続された排出路７９が形成されている。この排出路７９は、チャンバー６５内の気体を排出するためのものであり、開閉弁８１を介して図示しない排気手段と接続されている。
【００３４】
次に、本発明にかかる熱処理装置による半導体ウェハーＷの熱処理動作について説明する。この熱処理装置において処理対象となる半導体ウェハーＷは、イオン注入後の半導体ウェハーである。
【００３５】
この熱処理装置においては、熱拡散板７３および加熱プレート７４が図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置に配置された状態にて、図示しない搬送ロボットにより開口部６６を介して半導体ウェハーＷが搬入され、支持ピン７０上に載置される。半導体ウェハーＷの搬入が完了すれば、開口部６６がゲートバルブ６８により閉鎖される。しかる後、熱拡散板７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動により図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇し、半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持する。また、開閉弁８０および開閉弁８１を開いてチャンバー６５内に窒素ガスの気流を形成する。
【００３６】
熱拡散板７３および加熱プレート７４は、加熱プレート７４に内蔵されたヒータの作用により予め所定温度に加熱されている。このため、熱拡散板７３および加熱プレート７４が半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇した状態においては、半導体ウェハーＷが加熱状態にある熱拡散板７３と接触することにより予備加熱され、半導体ウェハーＷの温度が次第に上昇する。
【００３７】
この状態においては、半導体ウェハーＷは熱拡散板７３により継続して加熱される。そして、半導体ウェハーＷの温度上昇時には、図示しない温度センサにより、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを常に監視する。
【００３８】
なお、この予備加熱温度Ｔ１は、例えば２００℃ないし６００℃程度の温度である。半導体ウェハーＷをこの程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱したとしても、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散してしまうことはない。
【００３９】
やがて、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達すると、フラッシュランプ６９を点灯してフラッシュ加熱を行う。このフラッシュ加熱工程におけるフラッシュランプ６９の点灯時間は、０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の時間である。このように、フラッシュランプ６９においては、予め蓄えられていた静電エネルギーがこのように極めて短い光パルスに変換されることから、極めて強い閃光が照射されることになる。
【００４０】
このようなフラッシュ加熱により、半導体ウェハーＷの表面温度は瞬間的に温度Ｔ２に到達する。この温度Ｔ２は、１０００℃ないし１１００℃程度の半導体ウェハーＷのイオン活性化処理に必要な温度である。半導体ウェハーＷの表面がこのような処理温度Ｔ２にまで昇温されることにより、半導体ウェハーＷ中に打ち込まれたイオンが活性化される。
【００４１】
このとき、半導体ウェハーＷの表面温度が０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の極めて短い時間で処理温度Ｔ２まで昇温されることから、半導体ウェハーＷ中のイオン活性化は短時間で完了する。従って、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散することはなく、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまるという現象の発生を防止することが可能となる。なお、イオン活性化に必要な時間はイオンの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イオン活性化は完了する。
【００４２】
また、フラッシュランプ６９を点灯して半導体ウェハーＷを加熱する前に、加熱プレート７４を使用して半導体ウェハーＷの表面温度を２００℃ないし６００℃程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱していることから、フラッシュランプ６９により半導体ウェハーＷを１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度Ｔ２まで速やかに昇温させることが可能となる。
【００４３】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、熱拡散板７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動により図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置まで下降するとともに、ゲートバルブ６８により閉鎖されていた開口部６６が解放される。そして、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷが図示しない搬送ロボットにより搬出される。以上のようにして、一連の熱処理動作が完了する。
【００４４】
ところで、既述したように、フラッシュランプ６９の本数を少なくした場合は無駄な照射は減るものの、各フラッシュランプ６９からの照射領域の重ね合わせの程度が半導体ウェハーＷの端部において少なくなり、その結果半導体ウェハーＷ端部における照度が中心部近傍よりも低くなって、温度分布の面内均一性が損なわれるという問題が生じる。
【００４５】
そこで、第１実施形態においては、図３に示したように、複数のフラッシュランプ６９のうちそのランプ配列の両端部の１本ずつ計２本のフラッシュランプ６９のみを他のフラッシュランプ６９よりも下側にずらして、つまり熱拡散板７３および加熱プレート７４によって熱処理位置に保持された半導体ウェハーＷに近づけて配置している。あるフラッシュランプ６９からの半導体ウェハーＷへの照度はそれらの間の距離の２乗に反比例する。従って、熱拡散板７３および加熱プレート７４によって熱処理位置に保持された半導体ウェハーＷの主面における上記ランプ配列の両端部のフラッシュランプ６９からの照度は他のフラッシュランプ６９からの照度よりも相対的に強められる。このことが半導体ウェハーＷの端部における各フラッシュランプ６９からの照射領域の重ね合わせの減少を補償するため、結果として半導体ウェハーＷの主面全体における照度ムラが低減され、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のである。
【００４６】
また、このようにすれば、ランプ配列の両端部においてもランプ間隔を狭める必要はないため、トリガ線間での放電等の不具合を防止することができる。さらに、全てのフラッシュランプ６９への印加電圧自体は同一であるため、電源ユニットも従来のものをそのまま使用することができ、消費エネルギーの増大も抑制することができる。
【００４７】
＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の熱処理装置の構成は複数のフラッシュランプ６９の配列態様を除いて第１実施形態と同じである。また、第２実施形態の熱処理装置による半導体ウェハーＷの熱処理動作についても、上述した第１実施形態と同じである。
【００４８】
図４は、第２実施形態におけるフラッシュランプ６９の配列態様を示す側面図である。第２実施形態においても複数のフラッシュランプ６９は、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。また、第１実施形態と同様に、複数のフラッシュランプ６９をその円筒形状の長手方向に対して略垂直な方向に沿って互いに平行に並べたランプ配列としている。
【００４９】
そして、第２実施形態においては、図４に示すように、複数のフラッシュランプ６９のうち当該ランプ配列の両端部から３本ずつ（厳密には、フラッシュランプ６９の円筒形状の長手方向に対して略垂直な方向の両端部から３本ずつ）のフラッシュランプ６９を他のフラッシュランプ６９よりも下側にずらして、つまり熱拡散板７３および加熱プレート７４によって熱処理位置に保持された半導体ウェハーＷに近づけて配置している。さらに、それら３本のフラッシュランプ６９を上記両端部に近いフラッシュランプ６９ほど下になるように、すなわち熱拡散板７３および加熱プレート７４によって熱処理位置に保持された半導体ウェハーＷに近くなるように等段差の階段配列としてある。これをフラッシュランプ６９の長手方向から見ると、図４のように両端部の３本ずつのフラッシュランプ６９が直線状に等間隔で傾斜配置されていることになる。そして、これら３本ずつの幾何学的な配置は、全フラッシュランプ６９の配列の中心面ＣＰに関して面対称となっている（この対称性は、第１実施形態でも同様である）。
【００５０】
このようにしても、第１実施形態と同様に、熱拡散板７３および加熱プレート７４によって熱処理位置に保持された半導体ウェハーＷの主面における上記ランプ配列の両端部近傍のフラッシュランプ６９からの照度は中央部近傍のフラッシュランプ６９からの照度よりも相対的に強められる。このことが半導体ウェハーＷの端部における各フラッシュランプ６９からの照射領域の重ね合わせの減少を補償するため、結果として半導体ウェハーＷの主面全体における照度ムラが低減され、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のである。
【００５１】
また、このようにすれば、ランプ配列の両端部においてもランプ間隔を狭める必要はないため、トリガ線間での放電等の不具合を防止することができる。さらに、全てのフラッシュランプ６９への印加電圧自体は同一であるため、電源ユニットも従来のものをそのまま使用することができ、消費エネルギーの増大も抑制することができる。
【００５２】
なお、第２実施形態においては、ランプ配列の両端部から３本ずつのフラッシュランプ６９を下側にずらしているが、その本数はそれぞれの側につき３本に限定されるものではなく２本以上であれば良い。
【００５３】
＜３．第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態の熱処理装置の構成は複数のフラッシュランプ６９の配列態様を除いて第１実施形態と同じである。また、第３実施形態の熱処理装置による半導体ウェハーＷの熱処理動作についても、上述した第１実施形態と同じである。
【００５４】
図５は、第３実施形態におけるフラッシュランプ６９の配列態様を示す側面図である。第３実施形態においても複数のフラッシュランプ６９は、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。また、第１実施形態と同様に、複数のフラッシュランプ６９をその円筒形状の長手方向に対して略垂直な方向に沿って互いに平行に並べたランプ配列としている。
【００５５】
そして、第３実施形態においては、図５に示すように、複数のフラッシュランプ６９のうち当該ランプ配列の両端部から３本ずつ（厳密には、フラッシュランプ６９の円筒形状の長手方向に対して略垂直な方向の両端部から３本ずつ）のフラッシュランプ６９を他のフラッシュランプ６９よりも下側にずらして、つまり熱拡散板７３および加熱プレート７４によって熱処理位置に保持された半導体ウェハーＷに近づけて配置している。さらに、それら３本のフラッシュランプ６９を上記両端部に近いフラッシュランプ６９ほど下になるように、すなわち熱拡散板７３および加熱プレート７４によって熱処理位置に保持された半導体ウェハーＷに近くなるように、フラッシュランプ６９の配列の両端部に向かって段差を次第に増大させた階段配列としてある。これをフラッシュランプ６９の長手方向から見ると、図５のように両端部の３本ずつのフラッシュランプ６９が「上に凸」の曲線状に配列されていることになる。好ましくは、この曲線状配列は「上に凸」の放物線状の配置である。そして、これら３本ずつの幾何学的な配置は、全フラッシュランプ６９の配列の中心面ＣＰに関して面対称となっている。
【００５６】
このようにしても、第１実施形態と同様に、熱拡散板７３および加熱プレート７４によって熱処理位置に保持された半導体ウェハーＷの主面における上記ランプ配列の両端部近傍のフラッシュランプ６９からの照度は中央部近傍のフラッシュランプ６９からの照度よりも相対的に強められる。このことが半導体ウェハーＷの端部における各フラッシュランプ６９からの照射領域の重ね合わせの減少を補償するため、結果として半導体ウェハーＷの主面全体における照度ムラが低減され、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のである。
【００５７】
また、このようにすれば、ランプ配列の両端部においてもランプ間隔を狭める必要はないため、トリガ線間での放電等の不具合を防止することができる。さらに、全てのフラッシュランプ６９への印加電圧自体は同一であるため、電源ユニットも従来のものをそのまま使用することができ、消費エネルギーの増大も抑制することができる。
【００５８】
なお、第３実施形態においては、ランプ配列の両端部から３本のフラッシュランプ６９を下側にずらしているが、その本数は３本に限定されるものではなく２本以上であれば良い。
【００５９】
また、第１実施形態から第３実施形態を集約すると、複数のフラッシュランプ６９のうちランプ配列の端部から少なくとも１本のフラッシュランプ６９を他のフラッシュランプ６９よりも熱拡散板７３および加熱プレート７４によって熱処理位置に保持された半導体ウェハーＷに近づけて配置している。このようにすれば、半導体ウェハーＷの主面全体における照度ムラを低減して、温度分布の面内均一性を向上させることができるのである。もっとも、第１実施形態のように、ランプ配列の両端部の１本のフラッシュランプ６９のみを他のフラッシュランプ６９よりも下側にずらすのが最も調整作業が容易となる。一方、照度ムラを低減するという観点からは第３実施形態のように、ランプ配列の両端部の数本のフラッシュランプ６９を放物線状に配置することが好ましいがランプ調整作業の負担は相対的に最も大きくなる。
【００６０】
＜４．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。例えば、フラッシュランプ６９は棒状ランプに限定されるものではなく、その形状は任意であり、例えば円環状ランプであっても良いし、点光源ランプであっても良い。このような場合であっても、光源１０には複数のフラッシュランプを配列して備えるとともに、複数のフラッシュランプのうちランプ配列の端部から少なくとも１本のフラッシュランプを他のフラッシュランプよりも熱拡散板７３および加熱プレート７４に保持された半導体ウェハーＷに近づけて配置すれば、半導体ウェハーＷの主面全体における照度ムラを低減して、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、上記各実施形態において、複数のフラッシュランプ６９を並べたランプ配列におけるフラッシュランプ６９の円筒形状の長手方向の両端部に新たなフラッシュランプ６９を例えば１本ずつ設けても良い。それら新たなフラッシュランプ６９は、長手方向が水平方向に沿うとともに上記ランプ配列中のフラッシュランプ６９の長手方向と直行するように配置される。また、それら新たなフラッシュランプ６９の高さ位置は上記ランプ配列中の最も下のフラッシュランプ６９と同じ高さとされる。このようにすれば、半導体ウェハーＷの主面全体における照度ムラをさらに低減して、温度分布の面内均一性をより向上させることができる。
【００６２】
また、上記各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。
【００６３】
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。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、複数のフラッシュランプのうちその配列の端部側のフラッシュランプを他のフラッシュランプよりも保持手段に保持された基板に近づけて配置するため、各フラッシュランプからの照射領域の重ね合わせが少ない基板端部の照度が強められて基板上の照度ムラが減少し、フラッシュランプを使用した熱処理装置であっても消費するエネルギーを増大させることなく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。
【００６５】
また、請求項２の発明によれば、複数のフラッシュランプのそれぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、その円筒形状の長手方向に対して略垂直な所定方向に沿って複数のフラッシュランプを並べて配列としており、棒状のフラッシュランプを使用した熱処理装置においても消費するエネルギーを増大させることなく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。
【００６６】
また、請求項３の発明によれば、複数のフラッシュランプのうちその配列の両端部の１本ずつのフラッシュランプのみを他のフラッシュランプよりも保持手段に保持された基板に近づけて配置するため、簡単なランプ調整作業にて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。
【００６７】
また、請求項４の発明によれば、複数のフラッシュランプのうちその配列の両端部からｎ本ずつのフラッシュランプを他のフラッシュランプよりも保持手段に保持された基板に近づけるとともに、ｎ本のフラッシュランプを両端部に近いフラッシュランプほど保持手段に保持された基板に近くなるように等段差の階段配列としてあるため、ランプ調整作業の容易性と基板上の温度分布の面内均一性とを両立することができる。
【００６８】
また、請求項５の発明によれば、複数のフラッシュランプのうちその配列の両端部からｎ本ずつのフラッシュランプを他のフラッシュランプよりも保持手段に保持された基板に近づけるとともに、ｎ本のフラッシュランプを両端部に近いフラッシュランプほど保持手段に保持された基板に近くなるように両端部に向かって段差を次第に増大させた放物線的な階段配列としてあるため、基板上の温度分布の面内均一性をより良好に向上させることができる。
【００６９】
また、請求項６の発明によれば、保持手段が保持する基板を予備加熱するアシスト加熱手段を備えるため、フラッシュランプであっても効果的な熱処理を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱処理装置の第１実施形態を示す側断面図である。
【図２】本発明にかかる熱処理装置の第１実施形態を示す側断面図である。
【図３】第１実施形態におけるフラッシュランプの配列を示す斜視図である。
【図４】第２実施形態におけるフラッシュランプの配列態様を示す側面図である。
【図５】第３実施形態におけるフラッシュランプの配列態様を示す側面図である。
【符号の説明】
１０　光源
６１　透光板
６５　チャンバー
６９　フラッシュランプ
７１　リフレクタ
７３　熱拡散板
７４　加熱プレート
Ｗ　半導体ウェハー

Claims

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、
複数のフラッシュランプの配列を有する光源と、
前記光源の下方に設けられ、前記光源から出射された光を透過するチャンバー窓を上部に備えるチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を略水平姿勢にて保持する保持手段と、
を備え、
前記複数のフラッシュランプのうち前記配列の端部側のフラッシュランプを他のフラッシュランプよりも前記保持手段に保持された基板に近づけて配置することを特徴とする熱処理装置。
請求項１記載の熱処理装置において、
前記複数のフラッシュランプのそれぞれは長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、
前記配列は、前記円筒形状の長手方向に対して略垂直な所定方向に沿って前記複数のフラッシュランプを並べた配列であることを特徴とする熱処理装置。
請求項２記載の熱処理装置において、
前記複数のフラッシュランプのうち前記配列の前記所定方向の両端部の１本ずつのフラッシュランプのみを他のフラッシュランプよりも前記保持手段に保持された基板に近づけて配置することを特徴とする熱処理装置。
請求項２記載の熱処理装置において、
前記複数のフラッシュランプのうち前記配列の前記所定方向の両端部からｎ本ずつ（但し、ｎは２以上の自然数）のフラッシュランプを他のフラッシュランプよりも前記保持手段に保持された基板に近づけるとともに、前記ｎ本のフラッシュランプを前記両端部に近いフラッシュランプほど前記保持手段に保持された基板に近くなるように等段差の階段配列としてあることを特徴とする熱処理装置。
請求項２記載の熱処理装置において、
前記複数のフラッシュランプのうち前記配列の前記所定方向の両端部からｎ本ずつ（但し、ｎは２以上の自然数）のフラッシュランプを他のフラッシュランプよりも前記保持手段に保持された基板に近づけるとともに、前記ｎ本のフラッシュランプを前記両端部に近いフラッシュランプほど前記保持手段に保持された基板に近くなるように、前記両端部に向かって段差を次第に増大させた放物線的な階段配列としてあることを特徴とする熱処理装置。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記保持手段は、保持する基板を予備加熱するアシスト加熱手段を備えることを特徴とする熱処理装置。