JP2005072291A - 熱処理装置および熱処理装置の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理室内のパーティクルを容易に除去することができる熱処理装置およびその熱処理装置の洗浄方法を提供する。
【解決手段】装置のメンテナンスが終了した後、半導体ウェハーＷの熱処理を行う前にサセプタ７３および加熱プレート７４を上昇させるとともに、導入路７８から排出路８４に向けて窒素ガスの気流を形成する。この状態で、フラッシュランプ６９を点灯させることによりチャンバー６５内の気体を瞬間的に膨張、収縮させて底板６２等に堆積したパーティクルを飛散させる。飛散したパーティクルはチャンバー６５の底部を通過して排出路８４から排出される窒素ガス気流によって除去される。このような窒素ガスの気流を形成しつつ、一定時間間隔にてフラッシュランプ６９を所定回数点灯するだけで、チャンバー６５内のパーティクルを容易に除去することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、処理室内に収容された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およびその熱処理装置の洗浄方法に関する。

周知のように、半導体部品等は多数の工程を経て製造されるものであり、各工程に対応した種々の製造装置が使用されている。いずれの装置においても、微細化が進む半導体部品等の製造には高度の清浄雰囲気が要求されるため、装置内にクリーニング機構が設けられていることが多い。例えば、特許文献１には紫外線を照射しながらオゾンガスを流すことによって基板上の有機物を除去する技術が開示されている。また、特許文献２には、処理室の内壁面や内部構造物表面に付着した不要な成膜をＣｌＦ₃ガスを供給しつつ２００℃程度でクリーニングする技術が開示されている。さらに、特許文献３には、プラズマ処理装置において、チャンバー内部の構造部品表面に付着した残留物を加熱することによって分解除去するクリーニング手法が開示されている。

ところで、半導体部品等を製造する工程の一つにシリコンウェハーにボロンや砒素等のイオンを注入するイオン注入工程がある。このようなイオン注入後の半導体ウェハーのイオン活性化を行う目的で加熱処理が行われる。イオン活性化のための加熱処理は、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）することにより実行されるものであり、従来よりハロゲンランプから照射される光のエネルギーを利用して毎秒数百度程度の速度でウェハーを昇温するランプアニール装置が使用されてきた。

ところが、ハロゲンランプにより毎秒数百度程度の速度で半導体ウェハー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。

上述したイオン拡散の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４，５参照）。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。

特開平７−３２１０４６号公報 特開平９−１７７０５号公報 特開平７−２３０９５４号公報 特開昭５９−１６９１２５号公報 特開昭６３−１６６２１９号公報

このようなフラッシュランプアニール装置においては、フラッシュ加熱時に瞬間的に巨大なエネルギーの光が照射されるために半導体ウェハーが破損するということがある。半導体ウェハーが割れて破損すると、その半導体ウェハー自体の破片や周辺構造物の損傷等に起因してチャンバー内に大量のパーティクルが発生する。半導体ウェハーの破損が生じたときには、チャンバーを開放して破片回収等のメンテナンスを行うことは勿論であるが、発生したパーティクルを完全に除去することは極めて困難であり、またチャンバーを開放することによって外部から新たなパーティクルを巻き込むことにもなる。チャンバー内にパーティクルが残留したままフラッシュ加熱処理を行うと、そのパーティクルが半導体ウェハーに付着して処理不良の原因となる。

このため、従来においてはチャンバーを開放してメンテナンスを行った後にダミーウェハーにフラッシュ加熱を行うことにより、そのダミーウェハーにパーティクルを付着させてパーティクル除去を行うという手法が採用されていた。しかしながら、チャンバー内に残留するパーティクルを許容限以下にまで除去するためには相当数のダミーウェハーおよび時間を必要とし、大幅なコストアップにつながるという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、処理室内のパーティクルを容易に除去することができる熱処理装置およびその熱処理装置の洗浄方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、処理室内に収容された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、前記処理室内に閃光を照射して前記処理室内の処理空間にパーティクルを飛散させるフラッシュランプと、前記処理空間の排気を行う排気手段と、を備えている。

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、前記排気手段に、前記処理室の底部から前記処理空間の排気を行わせている。

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記処理室の底部に不活性ガスを供給するガス供給手段をさらに備える。

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、処理対象となる基板の搬入を禁止した状態にて前記処理室内に閃光を照射するように前記フラッシュランプを制御する制御手段をさらに備える。

また、請求項５の発明は、処理室内に収容された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の洗浄方法において、前記処理室内にフラッシュランプから閃光を照射して前記処理室内の処理空間にパーティクルを飛散させる工程と、パーティクルが飛散した前記処理空間の排気を行う工程と、を備える。

また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る洗浄方法において、前記処理室の底部から前記処理空間の排気を行う。

また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る洗浄方法において、前記処理室の底部に不活性ガスを供給する工程をさらに備える。

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洗浄方法において、処理対象となる基板の前記処理室への搬入を禁止した状態にて前記パーティクルを飛散させる工程を行う。

請求項１の発明によれば、処理室内に閃光を照射して処理室内の処理空間にパーティクルを飛散させるフラッシュランプと、その処理空間の排気を行う排気手段と、を備えるため、排気を行いつつフラッシュランプを点灯させるだけで飛散したパーティクルを処理室外に排出することができ、処理室内のパーティクルを容易に除去することができる。

また、請求項２の発明によれば、排気手段が処理室の底部から処理空間の排気を行うため、特にパーティクルが堆積しやすい処理室の底部近傍から効率良くパーティクルを除去することができる。

また、請求項３の発明によれば、処理室の底部に不活性ガスを供給するガス供給手段をさらに備えるため、特にパーティクルが堆積しやすい処理室の底部近傍から効率良くパーティクルを除去することができる。

また、請求項４の発明によれば、処理対象となる基板の搬入を禁止した状態にて処理室内に閃光を照射するため、処理対象基板へのパーティクルの付着を防止することができる。

また、請求項５の発明によれば、処理室内にフラッシュランプから閃光を照射して処理室内の処理空間にパーティクルを飛散させ、パーティクルが飛散したその処理空間の排気を行うため、排気を行いつつフラッシュランプを点灯させるだけで飛散したパーティクルを処理室外に排出することができ、処理室内のパーティクルを容易に除去することができる。

また、請求項６の発明によれば、処理室の底部から処理空間の排気を行うため、特にパーティクルが堆積しやすい処理室の底部近傍から効率良くパーティクルを除去することができる。

また、請求項７の発明によれば、処理室の底部に不活性ガスを供給するため、特にパーティクルが堆積しやすい処理室の底部近傍から効率良くパーティクルを除去することができる。

また、請求項８の発明によれば、処理対象となる基板の処理室への搬入を禁止した状態にてパーティクルを飛散させるため、処理対象基板へのパーティクルの付着を防止することができる。

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。

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。

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。

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が開放された状態で、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。

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３０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。

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。

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。

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。

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は直接にはサセプタ７３によって略水平姿勢にて保持される。

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。

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。

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。

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。

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、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にてサセプタ７３および加熱プレート７４を支持ピン７０に対して相対的に昇降させているのである。

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。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。

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。

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。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。

チャンバー６５における開口部６６と反対側の側板６３には導入路７８が形成されている。この導入路７８はガス配管８２を介して図外のガス供給源と連通接続されている。ガス配管８２には開閉弁８０が介挿されている。開閉弁８０を開放することによって、導入路７８の先端からチャンバー６５内に処理に必要なガス、例えば不活性な窒素ガスを供給することができる。このときに窒素ガスはほぼ水平方向に沿って吐出される。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ているときに導入路７８から窒素ガスを供給すると、図２に示すように、加熱プレート７４と底板６２との間に窒素ガスが供給されることとなる。すなわち、チャンバー６５の底部に不活性な窒素ガスが供給されるのである。

一方、側板６４における開口部６６には排出路７９が形成されている。この排出路７９は排気管８３を介して図外の排気手段と連通接続されている。排気管８３には開閉弁８１が介挿されている。開閉弁８１を開放することによって、チャンバー６５内の気体は開口部６６を経由して排出路７９から排出されることとなる。

さらに、移動板４２にも排出路８４が形設されている。排出路８４の先端部は蛇腹７７と筒状体４１との間の空間に連通しており、排出路８４の基端部は排気管８６を介して図外の排気手段と連通接続されている。排気管８６には開閉弁８５が介挿されている。開閉弁８５を開放することによって、チャンバー６５内の気体は蛇腹７７と筒状体４１との間の空間を経由して排出路８４から排出されることとなる。すなわち、図２に示すように、排出路８４はチャンバー６５の底部からチャンバー６５内の空間の気体を排気するのである。

また、上記熱処理装置は、モータ４０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３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。

また、バスライン１９には、熱処理装置のモータ４０、図示を省略するフラッシュランプ６９のランプ電源回路および開閉弁８０，８１，８５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の高さ位置を調整し、さらにはチャンバー６５への給排気をも制御する。

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。

次に、本発明にかかる熱処理装置の動作について説明する。図４は、本発明にかかる熱処理装置の動作手順を示すフローチャートである。図４では、装置に対してメンテナンスを行ったときの装置立ち上げ手順を示している。

まず、ステップＳ１にて装置のメンテナンスを行う。このメンテナンスは定期的に行うものであっても良いし、チャンバー６５内で半導体ウェハーＷの破損が生じたときなどに行う不定期なものであっても良い。いずれの場合であっても、メンテナンスは光源５を取り外してチャンバー６５の内部を外気に開放した状態にて行う。従って、メンテナンス中に外部からチャンバー６５内にパーティクルを巻き込むとともに、半導体ウェハーＷの破損が生じてメンテナンスを行うような場合はその破片からもパーティクルが発生する。

やがて、所定のメンテナンス作業が終了すると、ステップＳ２に進み、チャンバー６５の上部に光源５を取り付けて（図１の状態にして）チャンバー６５内のクリーニング処理を行う。このクリーニング処理は、チャンバー６５内のパーティクルを所定レベル以下にまで除去する処理である。図５は、このクリーニング処理の手順を示すフローチャートである。なお、図５の処理はコントローラ１０の指示に従ってランプ電源回路等の各機構部が作動することにより実行されるものである。

クリーニング処理を行うときには、まず、処理対象となる半導体ウェハーＷの搬入を禁止してサセプタ７３および加熱プレート７４を図２の熱処理位置まで上昇させる（ステップＳ２１）。よって、クリーニング処理時にはチャンバー６５内に半導体ウェハーＷは搬入されておらず、サセプタ７３は何も載置しない状態で熱処理位置まで上昇する。また、加熱プレート７４の内部のヒータはＯＦＦとされており、加熱プレート７４は加熱されていない状態である。

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後、チャンバー６５内に窒素ガスの気流を形成する（ステップＳ２２）。具体的には、開閉弁８０，８１，８５を開放して導入路７８から排出路７９，８４へと向かう窒素ガスの気流を形成するのである。なお、開閉弁７９は閉鎖したままでも良いが、開閉弁８４は必ず開放する。これにより、図２中の矢印にて示すようなチャンバー６５の底部を通過して排出されるような気流を形成するのである。

しかる後、フラッシュランプ６９を点灯して、チャンバー６５内に閃光を照射する。このときのフラッシュランプ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。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、極めて強い閃光がチャンバー６５内に照射されることになる。そして、フラッシュランプ６９からの閃光照射によってチャンバー６５内の気体や構造部材が加熱され、チャンバー６５内に瞬間的な気体膨張・収縮が生じ、その結果チャンバー６５内にパーティクルが巻き上がって飛散することとなる。チャンバー６５の底部（底板６２の上面）には特にパーティクルが堆積しやすいが、本実施形態のように加熱プレート７４を熱処理位置まで上昇させて閃光照射を行えば、そのような底部に堆積したパーティクルも容易に巻き上がることとなる。

このようにして飛散したパーティクルは窒素ガスの気流によってチャンバー６５の外部に排出される。上記のように、チャンバー６５の底部近傍では特にパーティクルが飛散し易いが、本実施形態ではチャンバー６５の底部を通過して排出されるような気流が形成されているため、該底部近傍で飛散したパーティクルも効率良くチャンバー６５の外部に排出されることとなる。

フラッシュランプ６９を点灯した後、所定時間が経過したか否かがコントローラ１０によって判断される（ステップＳ２４）。つまり、１回のフラッシュ照射を行った後、所定時間パーティクル排出を行うのである。なお、このような所定時間が経過している間もチャンバー６５の底部を通過して排出されるような窒素ガスの気流は形成され続けている。

やがて、所定時間が経過すると相当量のパーティクルがチャンバー６５の外部に排出されるものの、一部のパーティクルは再びチャンバー６５の底部に堆積することとなる。そして、フラッシュランプ６９の点灯が所定回数行われたか否かがコントローラ１０によって判断される（ステップＳ２５）。フラッシュランプ６９の点灯回数が所定数に達していない場合には、ステップＳ２３に戻って再度フラッシュランプ６９が点灯される。フラッシュランプ６９の点灯による閃光照射によって再び堆積したパーティクルを巻き上げて飛散させ、それを窒素ガスの気流によってチャンバー６５の外部に排出するのである。一方、フラッシュランプ６９の点灯回数が所定数に到達している場合には、クリーニング処理を終了する。

以上のように本実施形態では、一定時間間隔にてフラッシュランプ６９を所定回数点灯しつつ、その間チャンバー６５の底部を通過して排出されるような窒素ガスの気流を形成し続けることによりクリーニング処理を行う。例えば、２分間隔にて３０回フラッシュランプ６９を点灯することによって、チャンバー６５内のパーティクルを許容限以下にまで除去するのである。

図４に戻り、チャンバー６５内のクリーニング処理が完了した後、ステップＳ３に進んで半導体ウェハーＷの熱処理を行う。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。

熱処理工程においては、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。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、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８０，８１，８５を開いてチャンバー６５内に窒素ガスの気流を形成する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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が開放される。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。

以上のように、本実施形態では、チャンバー６５内に窒素ガスの気流を形成しつつ、一定時間間隔にてフラッシュランプ６９を所定回数点灯することによってチャンバー６５の底部に堆積したパーティクルを巻き上げて排出し、チャンバー６５内のクリーニング処理を実行している。従って、従来のように特別なダミーウェハーを用いることなく、極めて簡易にチャンバー６５内のパーティクルを除去することができる。その結果、メンテナンス後の、装置の立ち上げに必要な工数、時間、コストを削減することができるのである。

特に本実施形態では、開閉弁８５を開放し、チャンバー６５の底部を通過して排出されるような窒素ガスの気流を形成しているため、該底部に堆積しやすいパーティクルを効率良く除去することができる。

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、上記実施形態においては光源５に３０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。

また、クリーニング処理時にフラッシュランプ６９を点灯する間隔、回数は２分間隔３０回に限定されるものではなく、チャンバー６５内に残留しているパーティクル量に応じて任意のものとすることができる。

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。

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。

また、クリーニング処理時に加熱プレート７４の内部のヒータをＯＮにしておいても良い。このようにすることで、実際に処理対象となる半導体ウェハーＷの熱処理工程に速やかに移行することができる。

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。 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１の熱処理装置の動作手順を示すフローチャートである。 クリーニング処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

５ 光源
１０ コントローラ
１１ ＣＰＵ
６１ 透光板
６２ 底板
６５ チャンバー
６９ フラッシュランプ
７１ リフレクタ
７３ サセプタ
７４ 加熱プレート
７８ 導入路
７９，８４ 排出路
８０，８１，８５ 開閉弁
Ｗ 半導体ウェハー

Claims (8)

1. 処理室内に収容された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、
   前記処理室内に閃光を照射して前記処理室内の処理空間にパーティクルを飛散させるフラッシュランプと、
   前記処理空間の排気を行う排気手段と、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
2. 請求項１記載の熱処理装置において、
   前記排気手段は、前記処理室の底部から前記処理空間の排気を行うことを特徴とする熱処理装置。
3. 請求項２記載の熱処理装置において、
   前記処理室の底部に不活性ガスを供給するガス供給手段をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
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、
   処理対象となる基板の搬入を禁止した状態にて前記処理室内に閃光を照射するように前記フラッシュランプを制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
5. 処理室内に収容された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の洗浄方法であって、
   前記処理室内にフラッシュランプから閃光を照射して前記処理室内の処理空間にパーティクルを飛散させる工程と、
   パーティクルが飛散した前記処理空間の排気を行う工程と、
   を備えることを特徴とする熱処理装置の洗浄方法。
6. 請求項５記載の洗浄方法において、
   前記処理室の底部から前記処理空間の排気を行うことを特徴とする熱処理装置の洗浄方法。
7. 請求項６記載の洗浄方法において、
   前記処理室の底部に不活性ガスを供給する工程をさらに備えることを特徴とする熱処理装置の洗浄方法。
8. 請求項５から請求項７のいずれかに記載の洗浄方法において、
   処理対象となる基板の前記処理室への搬入を禁止した状態にて前記パーティクルを飛散させる工程を行うことを特徴とする熱処理装置の洗浄方法。

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