JP2004247340A

JP2004247340A - 熱処理装置および熱処理方法

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Publication number: JP2004247340A
Application number: JP2003032514A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Murayama; 博美村山; Tatsufumi Kusuda; 達文楠田
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】熱処理時の基板の割れを防止する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】吸引管９４から真空吸引を行うことによりサセプタ７３の各吸着孔３１が減圧状態となり、載置面３８に吸着効果が生じる。サセプタ７３に半導体ウェハーを受け渡すときには、その周端部がウェハポケット３７の周壁部３７ａと非接触となる状態にて半導体ウェハーをウェハポケット３７内の載置面３８に吸着する。そして、フラッシュランプによる閃光照射前に吸着動作を停止する。半導体ウェハーの周端部が非接触な状態にて閃光照射を行えば、一瞬の閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張しても半導体ウェハーの周端部から大きな拘束応力が作用することはなくなり、閃光照射時の半導体ウェハーの割れを防止することができる。
【選択図】図３

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（例えば、特許文献１，２参照）。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】
また、光照射による加熱方式に限らず、一般に熱処理装置においては、耐熱性に優れたサセプタに基板を保持させた状態にて熱処理が行われることが多い（例えば、特許文献３，４参照）。また、熱処理を対象となる基板を真空吸着によって保持しているものもあり、特にレーザ照射による熱処理を行う装置ではレーザに対する基板位置を精度良く設定するために堅固に基板を保持できる真空吸着を使用していることがある（例えば、特許文献５参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５９−１６９１２５号公報
【特許文献２】
特開昭６３−１６６２１９号公報
【特許文献３】
特開平１０−７４７０５号公報
【特許文献４】
特開２０００−３５５７６６号公報
【特許文献５】
特開平９−７９６８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、キセノンフラッシュランプ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、照射する光のエネルギーがある閾値を超えると急速な表面の熱膨張によって半導体ウェハーが高い確率で割れることとなる。このため、実際に熱処理を行うときには、上記閾値未満のある程度余裕（プロセスマージン）を持たせたエネルギーの光を照射するようにしている。
【０００８】
しかしながら、サセプタに半導体ウェハーを保持させた状態にてキセノンフラッシュランプからの閃光照射によって該ウェハーを加熱したときには、上記閾値未満のエネルギーの閃光を照射したとしても、半導体ウェハーが割れることがあった。これは、一瞬の閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張して半導体ウェハーが凸状に反ろうとしたときに、ウェハー端部がサセプタのポケット縁や位置決めピンに接触していたりすると、その接触部に大きな力が加わる一方で、そのような応力を緩和すべくウェハーがサセプタ上を滑って移動する時間的余裕がないためである。その結果、上記閾値未満のエネルギーの閃光を照射したときであっても、半導体ウェハーの端部が何かに接触していると瞬間的な熱膨張時にそこから受ける応力によってウェハーが割れることとなっていたのである。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱処理時の基板の割れを防止する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。
【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、フラッシュランプを有する光源と、前記光源の下方に設けられたチャンバーと、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、前記保持手段に対して基板の受け渡しを行う受渡手段と、前記保持手段に基板を吸着する吸着手段と、前記受渡手段から前記保持手段に基板が受け渡されるときに周端部が非接触となる状態にて当該基板を前記保持手段に吸着させるとともに、前記光源から閃光を照射するときには前記基板に対する吸着動作を停止するように前記吸着手段を制御する吸着制御手段と、を備える。
【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、前記保持手段に、処理対象となる基板が位置決めされて入り込むウェハポケットを備え、前記受渡手段から前記保持手段に基板が受け渡されるときに周端部が前記ウェハポケットの周壁部と非接触となる状態にて前記吸着手段に当該基板を前記ウェハポケット内に吸着させる。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明にかかる熱処理装置において、前記保持手段に平坦な上面を備えるとともに、前記受渡手段から前記保持手段に基板が受け渡されるときに周端部が非接触となる状態にて前記吸着手段に当該基板を前記上面に吸着させる。
【００１３】
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かかる熱処理装置において、前記吸着手段に前記保持手段に基板を真空吸着させる。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４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有させる。
【００１５】
また、請求項６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方法において、保持手段に基板を渡す工程と、前記保持手段が基板を受け取るときに、当該基板を周端部が非接触となる状態にて前記保持手段に吸着させる工程と、前記基板に対する吸着動作を停止した後に、フラッシュランプから前記基板に向けて閃光を照射する工程と、を備える。
【００１６】
また、請求項７の発明は、請求項６の発明にかかる熱処理方法において、前記保持手段に基板が渡されてから前記フラッシュランプによる閃光照射を行うまでの間に前記基板の予備加熱を行う工程をさらに備える。
【００１７】
【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。
【００１８】
＜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構成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円形の半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。
【００１９】
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５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、後述するサセプタ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。
【００２０】
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。
【００２１】
チャンバー６５は光源５の下方に設けられている。光源５は、複数（本実施形態においては２７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）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。
【００２２】
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。
【００２３】
光源５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。
【００２５】
チャンバー６５内には、加熱プレート７４とサセプタ７３とが設けられている。サセプタ７３は加熱プレート７４の上面に貼着されている。また、サセプタ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。チャンバー６５内にて半導体ウェハーＷはサセプタ７３および加熱プレート７４によって略水平姿勢にて保持される。
【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、サセプタ７３は、半導体ウェハーＷを位置決めして保持するとともに、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。このサセプタ７３の材質としては、窒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】
サセプタ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、サセプタ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、サセプタ７３および加熱プレート７４が下降した位置である。すなわち、昇降自在のサセプタ７３および加熱プレート７４には貫通孔が形成されており、底板６２に固定して立設された支持ピン７０がサセプタ７３および加熱プレート７４に対して挿通自在とされている。そして、サセプタ７３および加熱プレート７４が上記搬入・搬出位置まで下降すると、図１に示す如く支持ピン７０の上端部がサセプタ７３の上面から突き出て半導体ウェハーＷを載置することができる状態となる。
【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、サセプタ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。サセプタ７３および加熱プレート７４が上記熱処理位置まで上昇すると、図２に示す如く支持ピン７０の上端部がサセプタ７３の上面よりも低くなり、支持ピン７０に載置されていた半導体ウェハーＷはサセプタ７３に受け取られる。すなわち、モータ４０は、支持ピン７０の上端部がサセプタ７３の上面よりも低くなる位置と、サセプタ７３の上面よりも突き出てサセプタ７３に保持された半導体ウェハーＷを支持する位置との間にて、支持ピン７０をサセプタ７３に対して相対的に昇降させているのである。
【００３１】
サセプタ７３および加熱プレート７４が図２の熱処理位置から図１の搬入・搬出位置に下降する過程においては、サセプタ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。つまり、サセプタ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ことによって、サセプタ７３に保持されている半導体ウェハーＷをサセプタ７３の上面から浮上させることとなるのである。
【００３２】
逆に、サセプタ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は、支持ピン７０に載置された半導体ウェハーＷがサセプタ７３によって受け取られ、その下面をサセプタ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。すなわち、支持ピン７０がサセプタ７３に対して半導体ウェハーＷの受け渡しを行うのである。
【００３３】
半導体ウェハーＷを支持するサセプタ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５との間に透光板６１が位置することとなる。なお、このときのサセプタ７３と光源５との間の距離についてはモータ４０の回転量を制御することにより任意の値に調整することが可能である。
【００３４】
また、筒状体４１の中空部分には吸引管９４が配設されており、その先端部は加熱プレート７４の中心部近傍に連通接続され、基端部は排気管９１に連通接続されている。排気管９１は真空ポンプ９２に連通接続されるとともに、その経路途中には真空バルブ９３が介挿されている。なお、吸引管９４は加熱プレート７４に連動して上下動するため、吸引管９４と排気管９１との接続には可撓性のチューブ等を用いる。
【００３５】
図３は、吸引管９４と加熱プレート７４との接続態様を示す断面図である。加熱プレート７４には吸引孔３２が貫通して穿設されている。吸引管９４はこの吸引孔３２に連通するように加熱プレート７４に垂設されている。一方、サセプタ７３はその上下両面が凹形状（皿状）となるように形成されている。よって、サセプタ７３の下面周縁部が加熱プレート７４の上面と貼設されることにより、両部材間に扁平な空間３９が形成される。そして、空間３９は吸引孔３２によって吸引管９４と連通されることとなる。なお、サセプタ７３の上面側の凹部は半導体ウェハーＷが位置決めされて入り込むウェハポケット３７であり、ウェハポケット３７の底面が半導体ウェハーＷを載置するための載置面３８となる。
【００３６】
サセプタ７３の周縁部を除く部分には空間３９から載置面３８に向けて複数の吸着孔３１が穿設されている。それぞれの吸着孔３１はサセプタ７３を貫通しており、これら吸着孔３１によって空間３９と載置面３８の上方空間とが連通状態とされている。従って、真空ポンプ９２を作動するとともに真空バルブ９３を開放して吸引管９４の内部を減圧状態とすることにより、空間３９も減圧状態となり載置面３８の上方空間から各吸着孔３１を通って空間３９に流れ込む気流が発生することとなる。すなわち、吸引管９４から真空吸引を行うことにより各吸着孔３１が減圧状態となり、載置面３８に吸着効果が生じることとなる。
【００３７】
なお、サセプタ７３および加熱プレート７４に設けられた支持ピン７０が貫通する穴から気体が流入して上記吸着効果が消されるのを防止するために当該穴にはパイプ状のシール管３５を挿嵌している。支持ピン７０はシール管３５の内部に遊挿される。また、シール管３５によって空間３９とサセプタ７３および加熱プレート７４の外部の空間との連通状態が遮断されるため、真空ポンプ９２による吸着効果は吸着孔３１のみに現れる。
【００３８】
図１および図２に戻り、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。サセプタ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、サセプタ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。
【００３９】
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。
【００４０】
また、上記熱処理装置は、モータ４０や真空ポンプ９２等の各機構部を制御するためのコントローラ１０を備えている。図４は、コントローラ１０の構成を示すブロック図である。コントローラ１０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、コントローラ１０は、各種演算処理を行うＣＰＵ１１、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ＲＯＭ１２、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ１３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１４をバスライン１９に接続して構成されている。
【００４１】
また、バスライン１９には、熱処理装置のモータ４０、真空ポンプ９２、真空バルブ９３および図示を省略するフラッシュランプ６９への電力供給回路等が電気的に接続されている。コントローラ１０のＣＰＵ１１は、磁気ディスク１４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、フラッシュランプ６９の点灯タイミングを制御するとともに、モータ４０を制御してサセプタ７３および加熱プレート７４の高さ位置を調整する。また、コントローラ１０は真空ポンプ９２および真空バルブ９３の開閉動作を制御する。
【００４２】
さらに、バスライン１９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。
【００４３】
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。図５は、本発明にかかる熱処理装置による熱処理動作の処理手順を示すフローチャートである。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。また、以下の処理はコントローラ１０の指示に従ってモータ４０等の各機構部が駆動することにより実行されるものである。
【００４４】
この熱処理装置においては、サセプタ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（ステップＳ１）。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、コントローラ１０が真空ポンプ９２の作動を開始するとともに真空バルブ９３を開放して吸引管９４からの真空吸引を開始する（ステップＳ２）。その結果、サセプタ７３と加熱プレート７４との間の空間３９が減圧状態となり、載置面３８に吸着効果が生じる。
【００４５】
次に、サセプタ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する（ステップＳ３）。この過程において、支持ピン７０からサセプタ７３のウェハポケット３７に半導体ウェハーＷが受け渡される。このときにウェハポケット３７の載置面３８には既に吸着効果が生じているため、支持ピン７０から受け渡された半導体ウェハーＷは載置面３８に吸着される（ステップＳ４）。図６は、載置面３８に半導体ウェハーＷが吸着された状態を示す図である。
【００４６】
同図に示すように、支持ピン７０からサセプタ７３に半導体ウェハーＷが受け渡されるときには、その周端部がウェハポケット３７の周壁部３７ａと非接触となる状態にて半導体ウェハーＷがウェハポケット３７内の載置面３８に吸着される。すなわち、上記の搬送ロボットは水平面内における一定範囲内に位置決めした状態にて半導体ウェハーＷを支持ピン７０に渡す。また、ウェハポケット３７の平面サイズは上記一定範囲よりも若干大きくしておく。そして、サセプタ７３および加熱プレート７４がそのまま鉛直方向に沿って上昇すれば、支持ピン７０に渡された上記半導体ウェハーＷの周端部がウェハポケット３７の周壁部３７ａと非接触となる状態にて当該半導体ウェハーＷをサセプタ７３が受け取れるようにサセプタ７３を設置または搬送ロボットのティーチングを行っておく。
【００４７】
このようにすれば、支持ピン７０からサセプタ７３に半導体ウェハーＷが受け渡された瞬間はその周端部がウェハポケット３７の周壁部３７ａと接触しない。
その状態にて直ちに載置面３８に半導体ウェハーＷを吸着すれば、周端部がウェハポケット３７の周壁部３７ａと非接触となる状態にて半導体ウェハーＷがウェハポケット３７内の載置面３８に吸着されることとなる。吸着状態にある半導体ウェハーＷが載置面３８上を水平方向に滑ることはあり得ないため、サセプタ７３が半導体ウェハーＷを受け取った後に、その半導体ウェハーＷの周端部がウェハポケット３７の周壁部３７ａと接触することはない。
【００４８】
載置面３８に半導体ウェハーＷを吸着した状態にてサセプタ７３および加熱プレート７４が図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇し、当該半導体ウェハー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。
【００４９】
サセプタ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、サセプタ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が加熱状態にあるサセプタ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。
【００５０】
この状態においては、半導体ウェハーＷはサセプタ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（ステップＳ５）。
【００５１】
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。
【００５２】
やがて、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達するとステップＳ６に進み、コントローラ１０が真空ポンプ９２の作動を停止するとともに真空バルブ９３を閉鎖して吸引管９４からの真空吸引を停止する。一旦載置面３８に半導体ウェハーＷを吸着保持すれば、吸着動作を停止したとしても載置面３８に半導体ウェハーＷが密着した状態が維持され続け、半導体ウェハーＷが載置面３８上を水平方向に移動してその周端部がウェハポケット３７の周壁部３７ａと接触することはない。
【００５３】
そして、この状態にてフラッシュランプ６９を点灯してフラッシュ加熱を行う（ステップＳ７）。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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、サセプタ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（ステップＳ８）。サセプタ７３および加熱プレート７４が下降することにより、サセプタ７３から支持ピン７０に半導体ウェハーＷが受け渡される。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（ステップＳ９）。以上のようにして、一連の熱処理動作が完了する。
【００５８】
ところで、フラッシュランプ６９を点灯して半導体ウェハーＷを加熱する際には、一瞬の閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張して半導体ウェハーＷが凸状に反ろうとする。そして、このときに、半導体ウェハーＷの端部が位置決めピン等に接触していると瞬間的な熱膨張時にそこから受ける応力によって半導体ウェハーＷが割れるおそれのあることは既述した通りである。
【００５９】
本実施形態においては、支持ピン７０からサセプタ７３に半導体ウェハーＷが受け渡されるときに、その周端部がウェハポケット３７の周壁部３７ａと非接触となる状態にて半導体ウェハーＷがウェハポケット３７内の載置面３８に吸着される。光源５から閃光を照射するときには半導体ウェハーＷに対する吸着動作は停止しているものの、一旦吸着した半導体ウェハーＷはその吸着動作を停止したとしても水平方向に移動してウェハポケット３７の周壁部３７ａに接触することはない。このような、半導体ウェハーＷの周端部が周壁部３７ａと非接触な状態にて閃光照射を行えば、一瞬の閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張しても半導体ウェハーＷの周端部から大きな拘束応力が作用することはなくなり、閃光照射時の半導体ウェハーＷの割れを防止することができる。
【００６０】
なお、半導体ウェハーＷを載置面３８に吸着保持したまま閃光照射を行うと、ウェハー表面が急激に熱膨張したときにその吸着による拘束によって従来とは異なるメカニズムのウェハー割れが生じるおそれがある。このため、本実施形態においては、閃光照射時には半導体ウェハーＷに対する吸着動作を停止しており、ウェハー表面が急激に熱膨張したときの吸着による拘束応力に起因した半導体ウェハーＷの割れを防止している。
【００６１】
＜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サセプタ７３の形状を除いては第１実施形態の熱処理装置と同じである。図７は、第２実施形態のサセプタの形状を示す側断面図である。なお、図７において、第１実施形態と同一の機能を有する同一部材については図１から図６で使用した符号と同一の符号を付している。
【００６２】
第２実施形態においても、吸引管９４は吸引孔３２に連通するように加熱プレート７４に垂設されている。第２実施形態のサセプタ８３は、その下面が凹形状（皿状）となるように形成されるとともに、その上面が平坦面とされている。よって、第１実施形態と同様にサセプタ８３の下面周縁部が加熱プレート７４の上面と貼設されることにより、両部材間に扁平な空間３９が形成される。そして、空間３９は吸引孔３２によって吸引管９４と連通されることとなる。
【００６３】
一方、サセプタ８３の上面８３ａには半導体ウェハーＷの位置ずれ防止ピン７６が付設されている。これは主としてサセプタ８３から支持ピン７０に処理後の半導体ウェハーＷを渡すときにその位置が大きくずれるのを防ぐためのものである。そして、第２実施形態においては、サセプタ８３の上面８３ａのうちの位置ずれ防止ピン７６よりも内側が半導体ウェハーＷを載置するための載置面となる。
【００６４】
サセプタ８３の周縁部を除く部分には空間３９から上面８３ａに向けて複数の吸着孔３１が穿設されている。それぞれの吸着孔３１はサセプタ８３を貫通しており、これら吸着孔３１によって空間３９とサセプタ８３の上方空間とが連通状態とされている。従って、真空ポンプ９２を作動するとともに真空バルブ９３を開放して吸引管９４の内部を減圧状態とすることにより、空間３９も減圧状態となりサセプタ８３の上方空間から各吸着孔３１を通って空間３９に流れ込む気流が発生することとなる。すなわち、吸引管９４から真空吸引を行うことにより各吸着孔３１が減圧状態となり、サセプタ８３の上面８３ａに吸着効果が生じることとなる。なお、第１実施形態と同じく、サセプタ８３および加熱プレート７４に設けられた支持ピン７０が貫通する穴から吸着効果がリークするのを防止するために当該穴にシール管３５を挿嵌している。
【００６５】
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第１実施形態と全く同じである（図５参照）。但し、第２実施形態においては、支持ピン７０からサセプタ８３に半導体ウェハーＷが受け渡されるときに、その周端部が非接触となる状態にて半導体ウェハーＷがサセプタ８３の上面８３ａに吸着される。すなわち、図外の搬送ロボットは水平面内における一定範囲内に位置決めした状態にて半導体ウェハーＷを支持ピン７０に渡す。また、位置ずれ防止ピン７６によって囲まれる領域の平面サイズは上記一定範囲よりも若干大きくしておく。そして、サセプタ８３および加熱プレート７４がそのまま鉛直方向に沿って上昇すれば、支持ピン７０に渡された上記半導体ウェハーＷの周端部が位置ずれ防止ピン７６と非接触となる状態にて当該半導体ウェハーＷをサセプタ８３が受け取れるように位置ずれ防止ピン７６を設置または搬送ロボットのティーチングを行っておく。
【００６６】
このようにすれば、周端部が位置ずれ防止ピン７６と非接触となる状態にて半導体ウェハーＷがサセプタ８３の上面８３ａに吸着されることとなる。そして、第１実施形態と同様に、フラッシュランプ６９を点灯してフラッシュ加熱を行う前に真空ポンプ９２の作動を停止するとともに真空バルブ９３を閉鎖し、半導体ウェハーＷに対する吸着動作を停止してから閃光照射を行っている。
【００６７】
このようにしても、半導体ウェハーＷの周端部が位置ずれ防止ピン７６と非接触な状態にて閃光照射を行っているため、第１実施形態と同様に一瞬の閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張しても半導体ウェハーＷの周端部から大きな拘束応力が作用することはなくなり、閃光照射時の半導体ウェハーＷの割れを防止することができる。
【００６８】
＜３．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、上記各実施形態においては光源５に２７本のフラッシュランプ６９を備えるようにしていたが、これに限定されずフラッシュランプ６９の本数は任意のものとすることができる。
【００６９】
また、上記各実施形態においては、支持ピン７０を固定するとともにサセプタ７３，８３および加熱プレート７４自体をを昇降させることによってそれらの間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行うようにしていたが、サセプタ７３，８３および加熱プレート７４に対して支持ピン７０を上下動させることによってそれらの間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行うようにしても良い。具体的には、支持ピン７０を底板６２に固設するのではなく、エアシリンダ等の昇降機構によって昇降自在とする。なお、この場合であっても、支持ピン７０からサセプタ７３，８３に半導体ウェハーＷが受け渡されるときに、その周端部が非接触となる状態にて半導体ウェハーＷがサセプタ７３，８３に吸着されるように調整しておく。
【００７０】
また、上記各実施形態においては、真空吸着によって半導体ウェハーＷをサセプタ７３，８３に吸着するようにしていたが、この吸着手法に限定されるものではなく、他の吸着技術、例えば絶縁体であるサセプタ７３，８３を帯電させて半導体ウェハーＷを静電気によって吸着する静電吸着を採用するようにしても良い。
【００７１】
また、真空吸引の開始と支持ピン７０からサセプタ７３，８３への半導体ウェハーＷの受け渡しをほぼ同時に行っても良いし、吸着動作を停止して直ちにフラッシュ加熱を行うようにしても良い。
【００７２】
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。
【００７３】
【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、受渡手段から保持手段に基板が受け渡されるときに周端部が非接触となる状態にて当該基板を保持手段に吸着させるとともに、光源から閃光を照射するときには基板に対する吸着動作を停止するようにしているため、閃光照射によって基板表面が急激に熱膨張してもその周端部から大きな拘束応力が作用することはなく、熱処理時の基板の割れを防止することができる。また、閃光照射時に吸着による拘束応力が基板に作用するのを防ぐことができる。
【００７４】
また、請求項２の発明によれば、受渡手段から保持手段に基板が受け渡されるときに周端部がウェハポケットの周壁部と非接触となる状態にて吸着手段が当該基板をウェハポケット内に吸着するため、閃光照射によって基板表面が急激に熱膨張してもウェハポケットの周壁部との接触による拘束応力が作用することはなく、熱処理時の基板の割れを防止することができる。
【００７５】
また、請求項３の発明によれば、受渡手段から保持手段に基板が受け渡されるときに周端部が非接触となる状態にて吸着手段が当該基板を保持手段の上面に吸着するため、閃光照射によって基板表面が急激に熱膨張してもその周端部から大きな拘束応力が作用することはなく、熱処理時の基板の割れを防止することができる。
【００７６】
また、請求項４の発明によれば、保持手段に基板を真空吸着するため、基板が水平方向に移動してその周端部が接触状態となるのを防ぐことができる。
【００７７】
また、請求項５の発明によれば、保持手段が基板を予備加熱するアシスト加熱手段を有するため、フラッシュランプにより基板を比較的高い処理温度まで速やかに昇温させることが可能となる。
【００７８】
また、請求項６の発明によれば、保持手段が基板を受け取るときに、当該基板を周端部が非接触となる状態にて保持手段に吸着させるとともに、基板に対する吸着動作を停止した後にフラッシュランプから基板に向けて閃光を照射するため、閃光照射によって基板表面が急激に熱膨張してもその周端部から大きな拘束応力が作用することはなく、熱処理時の基板の割れを防止することができる。また、閃光照射時に吸着による拘束応力が基板に作用するのを防ぐことができる。
【００７９】
また、請求項７の発明によれば、保持手段に基板が渡されてからフラッシュランプによる閃光照射を行うまでの間に基板の予備加熱を行うため、フラッシュランプにより基板を比較的高い処理温度まで速やかに昇温させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱処理装置の構成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構成を示す側断面図である。
【図３】図１の熱処理装置の吸引管と加熱プレートとの接続態様を示す断面図である。
【図４】図１の熱処理装置のコントローラの構成を示すブロック図である。
【図５】図１の熱処理装置による熱処理動作の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】サセプタの載置面に半導体ウェハーが吸着された状態を示す図である。
【図７】第２実施形態のサセプタの形状を示す側断面図である。
【符号の説明】
５光源
１０コントローラ
１１ＣＰＵ
３１吸着孔
３２吸引孔
３５シール管
３７ウェハポケット
３７ａ周壁部
３８載置面
６５チャンバー
６９フラッシュランプ
７０支持ピン
７３，８３サセプタ
７４加熱プレート
７５，７６位置ずれ防止ピン
８３ａ上面
９２真空ポンプ
９３真空バルブ
９６吸引管
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、
フラッシュランプを有する光源と、
前記光源の下方に設けられたチャンバーと、
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、
前記保持手段に対して基板の受け渡しを行う受渡手段と、
前記保持手段に基板を吸着する吸着手段と、
前記受渡手段から前記保持手段に基板が受け渡されるときに周端部が非接触となる状態にて当該基板を前記保持手段に吸着させるとともに、前記光源から閃光を照射するときには前記基板に対する吸着動作を停止するように前記吸着手段を制御する吸着制御手段と、を備えることを特徴とする熱処理装置。
請求項１記載の熱処理装置において、
前記保持手段は、処理対象となる基板が位置決めされて入り込むウェハポケットを備え、
前記受渡手段から前記保持手段に基板が受け渡されるときに周端部が前記ウェハポケットの周壁部と非接触となる状態にて前記吸着手段が当該基板を前記ウェハポケット内に吸着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、
前記保持手段は平坦な上面を備えるとともに、前記受渡手段から前記保持手段に基板が受け渡されるときに周端部が非接触となる状態にて前記吸着手段が当該基板を前記上面に吸着することを特徴とする熱処理装置。
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、
前記吸着手段は、前記保持手段に基板を真空吸着することを特徴とする熱処理装置。
請求項１から請求項４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有することを特徴とする熱処理装置。
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方法であって、
保持手段に基板を渡す工程と、
前記保持手段が基板を受け取るときに、当該基板を周端部が非接触となる状態にて前記保持手段に吸着させる工程と、
前記基板に対する吸着動作を停止した後に、フラッシュランプから前記基板に向けて閃光を照射する工程と、を備えることを特徴とする熱処理方法。
請求項６記載の熱処理方法において、
前記保持手段に基板が渡されてから前記フラッシュランプによる閃光照射を行うまでの間に前記基板の予備加熱を行う工程をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。