JP2007035984A - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理装置の構成を簡素化しつつ処理の効率を向上する。
【解決手段】熱処理装置１は、基板９に対する熱処理が行われる第１プロセスチャンバ部２１および第２プロセスチャンバ部２２、基板９の冷却を行う１つのクールプレート３１が設けられたクールチャンバ部３、並びに、第１光照射部２１５の複数の第１フラッシュランプ２１５１および第２光照射部２２５の複数の第２フラッシュランプ２２５１に対して交互に電力を供給する電力供給部７を備える。熱処理装置１では、電力供給部７が２つの光出射部に対して共用されることにより装置の構成を簡素化しつつ処理の効率を向上することができる。また、電力供給部７において１つの光照射部に対応する容量のコンデンサを共用することにより、熱処理装置１の小型化および軽量化を実現することができるとともに熱処理装置１の製造コストを低減することもできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に光を照射して加熱を伴う処理を行う技術に関する。

従来より、半導体基板等（以下、単に「基板」という。）の製造の様々な段階において基板に対する熱処理が行われており、熱処理方法の１つとして急速加熱工程（Rapid Thermal Process、以下、「ＲＴＰ」という。）が利用されている。ＲＴＰでは、処理室内の基板をハロゲンランプ等で加熱して短時間で所定の温度まで昇温することにより、酸化膜等の絶縁膜の薄膜化、イオン注入法により添加した不純物の活性化工程における不純物の再拡散抑制等、従来の電気炉による長時間の熱処理では困難であった処理を実現することができる。

また、近年、基板の加熱源としてフラッシュランプを用いて、さらに短時間で基板を加熱する技術も提案されている。例えば、特許文献１の熱処理装置では、処理室内に搬入された基板を加熱プレート上に載置して予備加熱した後、複数のフラッシュランプから基板に向けて閃光を照射することにより、基板表面が極めて短時間に昇温される。特許文献１では、棒状のフラッシュランプの長手方向を、搬送ロボットによる処理部への基板の搬出入方向に対して垂直とすることにより、搬送アームの移動距離を最短として装置を小型化する技術が開示されている。また、特許文献１の熱処理装置では、搬送ロボットの周囲に複数の処理室を配置する場合も、各処理室におけるフラッシュランプの向きを上記と同様とすることにより、搬送アームの移動距離が最短とされる。
特開２００４−３１９７５４号公報

近年、このような熱処理装置では、処理効率（すなわち、スループット）の更なる向上が求められており、フラッシュランプを用いた熱処理装置においても例外ではない。フラッシュランプを用いた熱処理装置では通常、ホットプレートを利用した基板の予備加熱工程が他の工程に比べて時間を要し、基板処理における律速段階（いわゆる、ボトルネック）となっている。一方、生産現場における装置の設置場所の制約等から、熱処理装置の構成の簡素化も求められている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、熱処理装置の構成を簡素化しつつ処理の効率を向上することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板に光を照射して加熱を伴う処理を行う熱処理装置であって、それぞれが基板を処理する空間を形成する第１チャンバ本体および第２チャンバ本体と、前記第１チャンバ本体内に搬入された基板に光を照射する第１光照射部と、前記第２チャンバ本体内に搬入された基板に光を照射する第２光照射部と、前記第１光照射部および前記第２光照射部に接続されるとともに前記第１光照射部および前記第２光照射部に対して交互に電力を供給する電力供給部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱処理装置であって、前記第１光照射部が、第１フラッシュランプを備え、前記第２光照射部が、第２フラッシュランプを備える。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の熱処理装置であって、前記電力供給部が、前記第１フラッシュランプおよび前記第２フラッシュランプのうち発光するものにて光に変換される電荷を蓄えるコンデンサを備える。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の熱処理装置であって、前記第１フラッシュランプ近傍に設けられてトリガ信号が与えられることにより前記第１フラッシュランプ内部を導通状態として前記第１フラッシュランプを発光させる第１トリガ線と、前記第２フラッシュランプ近傍に設けられてトリガ信号が与えられることにより前記第２フラッシュランプ内部を導通状態として前記第２フラッシュランプを発光させる第２トリガ線と、前記第１トリガ線および前記第２トリガ線に交互にトリガ信号を与えるトリガ回路とをさらに備え、前記コンデンサが、前記第１フラッシュランプおよび前記第２フラッシュランプと電気的に常時接続されている。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の熱処理装置であって、前記トリガ回路が、前記第１トリガ線に接続される第１回路と、前記第２トリガ線に接続される第２回路とを備え、前記第１回路および前記第２回路が、互いの少なくとも一部を共有している。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の熱処理装置であって、光照射後に前記第１チャンバ本体および前記第２チャンバ本体から搬出された基板を順次冷却する１つの冷却部と、前記第１チャンバ本体、前記第２チャンバ本体および前記冷却部に対して基板を搬送する搬送機構とをさらに備える。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記第１チャンバ本体内において第１基板に対する光の照射よりも前に前記第１基板を予備加熱する第１予備加熱部と、前記第２チャンバ本体内において第２基板に対する光の照射よりも前に前記第２基板を予備加熱する第２予備加熱部と、前記第１光照射部および前記第２光照射部による光照射を制御するとともに、前記第１予備加熱部および前記第２予備加熱部を制御することにより、前記第１基板の予備加熱と前記第２基板の予備加熱とを部分的に並行して行う制御部とをさらに備える。

請求項８に記載の発明は、基板に光を照射して加熱を伴う処理を行う熱処理方法であって、ａ）第１チャンバ本体の内部の第１基板を予備加熱する工程と、ｂ）前記第１チャンバ本体の内部において前記第１基板に光を照射する工程と、ｃ）前記ａ）工程の一部および前記ｂ）工程と並行して第２チャンバ本体の内部の第２基板を予備加熱する工程と、ｄ）前記第２チャンバ本体の内部において前記第２基板に光を照射する工程とを備える。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の熱処理方法であって、前記ａ）工程ないし前記ｄ）工程が繰り返し行われ、前記ａ）工程が前記ｃ）工程の一部および前記ｄ）工程と並行して行われ、前記ｂ）工程における光の照射が第１光照射部により行われ、前記ｄ）工程における光の照射が第２光照射部により行われ、前記第１光照射部および前記第２光照射部に接続される電力供給部から前記第１光照射部および前記第２光照射部に交互に電力が供給されることにより、前記ｂ）工程および前記ｄ）工程における光の照射が交互に行われる。

本発明では、処理の効率を向上することができる。請求項１ないし７の発明では、装置の構成を簡素化することができる。

請求項３の発明では、装置の小型化および軽量化を実現することができる。請求項４の発明では、コンデンサとフラッシュランプとの接続に対する信頼性を向上することができる。請求項５および６の発明では、装置の構成をより簡素化することができる。請求項７ないし９の発明では、処理の効率をより向上することができる。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る熱処理装置１の構成を示す平面図である。熱処理装置１は略円板状の半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）に光を照射して加熱を伴う処理である熱処理を行う装置である。

図１に示すように、熱処理装置１は、基板９が収容されるとともに基板９に対する熱処理が行われる第１プロセスチャンバ部２１および第２プロセスチャンバ部２２、基板９の位置決めが行われるアライメントチャンバ部４、基板９の冷却を行う冷却部である１つのクールプレート３１が内部に設けられたクールチャンバ部３、各チャンバ部（すなわち、第１プロセスチャンバ部２１、第２プロセスチャンバ部２２、クールチャンバ部３およびアライメントチャンバ部４）に対して基板を搬送する搬送機構５、並びに、これらの構成を制御して熱処理を行う制御部６を備える。

搬送機構５の基板９を保持するアームは、水平方向において回転可能とされ、垂直方向に昇降可能とされる。各チャンバ部は、搬送機構５により基板９が搬出入される搬送開口部が搬送機構５を向くように、隣接するチャンバ部に対して斜めに配置されている。後述するように、熱処理装置１では、１枚の基板９に対する一連の処理が、アライメントチャンバ部４、第１プロセスチャンバ部２１および第２プロセスチャンバ部２２のいずれか一方、並びに、クールチャンバ部３により行われる。

図２．Ａおよび図２．Ｂは、第１プロセスチャンバ部２１の構成を示す縦断面図である。図２．Ａおよび図２．Ｂに示すように、第１プロセスチャンバ部２１は、基板９を熱処理する空間（以下、「第１プロセスチャンバ」という。）２１０を形成する第１チャンバ本体２１１、第１チャンバ本体２１１の上部に形成された開口を閉塞する閉塞部材である透光板２１２、第１チャンバ本体２１１内に搬入された基板９を支持する複数の支持ピン２１８、第１チャンバ本体２１１内において複数の支持ピン２１８から基板９を受け取って保持しつつ予備的に加熱する略円板状の第１予備加熱部２１３、第１予備加熱部２１３を第１チャンバ本体２１１の底面に対して昇降する昇降機構２１４、および、第１予備加熱部２１３に保持される基板９に透光板２１２を介して光を照射することにより基板９を加熱する第１光照射部２１５を備える。

第１チャンバ本体２１１では、略円筒状の内側面を有する側壁部に基板９の搬入および搬出を行うための搬送開口部２１１１が形成され、搬送開口部２１１１は図示省略のゲートバルブにより開閉可能とされる。第１チャンバ本体２１１の底部には、第１予備加熱部２１３よりも小さい直径を有する略円形の開口が形成されており、当該開口に挿入されるシャフト２１６を介して、第１予備加熱部２１３が昇降機構２１４に連結されている。第１チャンバ本体２１１の下側には、シャフト２１６の周囲を囲み下方へと伸びる伸縮自在のベローズ２１７が設けられ、ベローズ２１７により第１プロセスチャンバ２１０が気密状態に保たれる。昇降機構２１４により第１予備加熱部２１３が上昇する際にはベローズ２１７は収縮され、下降する際にはベローズ２１７が伸張される。複数の支持ピン２１８は、第１チャンバ本体２１１の底部から第１予備加熱部２１３を貫通して上方に向かって伸びている。

第１予備加熱部２１３は、内部にニクロム線等の抵抗加熱線が配設されたホットプレート２１３１、および、ホットプレート２１３１の上面（第１予備加熱部２１３が基板９を保持する側の面）に設置されるサセプタ２１３２を備える。第１予備加熱部２１３では、サセプタ２１３２がその下面をホットプレート２１３１の上面に面接触させてホットプレート２１３１上に載置されるため、サセプタ２１３２がホットプレート２１３１により加熱されると、ホットプレート２１３１からの熱エネルギーが拡散して基板９に伝導される。これにより基板９が均一に予備加熱（いわゆる、アシスト加熱）される。

図１、図２．Ａおよび図２．Ｂに示すように、第１光照射部２１５は、複数のキセノンフラッシュランプ（以下、「第１フラッシュランプ」という。）２１５１を備える。複数の第１フラッシュランプ２１５１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第１予備加熱部２１３に保持される基板９の主面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。

第２プロセスチャンバ部２２の構成は、図１、図２．Ａおよび図２．Ｂに示す第１プロセスチャンバ部２１と同様であり、図１に示すように、基板９を熱処理する空間（以下、「第２プロセスチャンバ」という。）２２０を形成する第２チャンバ本体２２１、第２チャンバ本体２２１内において基板９を保持しつつ予備的に加熱する略円板状の第２予備加熱部２２３、および、第２予備加熱部２２３に保持される基板９に光を照射することにより基板９を加熱する第２光照射部２２５を備える。

第２チャンバ本体２２１では、第１チャンバ本体２１１と同様に、側壁部に基板９の搬入および搬出を行うための搬送開口部２２１１が形成され、ゲートバルブにより開閉可能とされる。第２チャンバ本体２２１の上部に形成された開口は、第２光照射部２２５と第２チャンバ本体２２１との間に設けられた透光板により閉塞される。第２チャンバ本体２２１の底部に形成された開口にはシャフトが挿入され、当該シャフトを介して第２予備加熱部２２３と第２予備加熱部２２３を第２チャンバ本体２２１の底面に対して昇降する昇降機構とが連結される。シャフトの周囲には、第２プロセスチャンバ２２０を気密状態に保つベローズが設けられる。

第２予備加熱部２２３は、第１予備加熱部２１３と同様に、内部にニクロム線等の抵抗加熱線が配設されたホットプレート、および、当該ホットプレートの上面に設置されるサセプタを備える。第２光照射部２２５は、長尺の円筒形状を有する複数の第２フラッシュランプ２２５１を備え、複数の第２フラッシュランプ２２５１は、それぞれの長手方向が第２予備加熱部２２３に保持される基板９の主面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。

図１に示すように、熱処理装置１は、第１光照射部２１５および第２光照射部２２５に電気的に接続されるとともに複数の第１フラッシュランプ２１５１および複数の第２フラッシュランプ２２５１に対して交互に電力を供給する電力供給部７、並びに、第１フラッシュランプ２１５１および第２フラッシュランプ２２５１にトリガ信号を与えて発光させるトリガ部８をさらに備える。

図３は、電力供給部７およびトリガ部８の構成を示す回路図である。図３では、図示の都合上、複数の第１フラッシュランプ２１５１および複数の第２フラッシュランプ２２５１のうち、それぞれ１つのフラッシュランプのみを描いている。

図３に示すように、電力供給部７は、第１光照射部２１５および第２光照射部２２５に電気的に接続された大容量のコンデンサ７１、並びに、コンデンサ７１と電気的に接続されてコンデンサ７１を充電する充電器７２を備える。第１光照射部２１５および第２光照射部２２５においてフラッシュランプの発光に必要とされる電力は等しく、コンデンサ７１は、１つの光照射部の発光に必要とされるだけの電荷を蓄積できる容量を有する。逆に言えば、コンデンサ７１は、第１光照射部２１５および第２光照射部２２５の同時発光に必要とされる電荷を蓄積する容量は有していない。コンデンサ７１は、第１光照射部２１５の複数の第１フラッシュランプ２１５１、および、第２光照射部２２５の複数の第２フラッシュランプ２２５１と電気的に常時接続されているが、フラッシュランプの内部に封入されているキセノン（Ｘｅ）ガスは通常の状態では絶縁体であるため、トリガ部８からのトリガ信号なしで第１フラッシュランプ２１５１および第２フラッシュランプ２２５１が発光することはない。

トリガ部８は、各第１フラッシュランプ２１５１近傍に設けられる第１トリガ線８１、各第２フラッシュランプ２２５１近傍に設けられる第２トリガ線８２、並びに、第１トリガ線８１および第２トリガ線８２に交互にトリガ信号を与えるトリガ回路８３を備える。既述のように、図３では、複数の第１フラッシュランプ２１５１および複数の第２フラッシュランプ２２５１のうち、それぞれ１つのフラッシュランプのみを描いているため、第１トリガ線８１および第２トリガ線８２も１つずつしか描かれていないが、実際には、複数の第１トリガ線８１が第１光照射部２１５において複数の第１フラッシュランプ２１５１の近傍に配置され、複数の第２トリガ線８２が第２光照射部２２５において複数の第２フラッシュランプ２２５１の近傍に配置される。

図３に示すように、第１トリガ線８１および第２トリガ線８２はそれぞれ、互いに独立する第１接続線８１１および第２接続線８２１によりトリガ回路８３と電気的に接続されている。トリガ回路８３は、電源８４に接続される共用昇圧部８３１、並びに、接続切り替え用のスイッチ８３２を介して共用昇圧部８３１にそれぞれ接続される第１昇圧部８３３および第２昇圧部８３４を備える。

トリガ回路８３では、スイッチ８３２により共用昇圧部８３１と第１昇圧部８３３とが電気的に接続されることにより、第１昇圧部８３３において昇圧された高圧のパルス電圧がトリガ信号として第１トリガ線８１に与えられる。第１光照射部２１５では、第１トリガ線８１に与えられたトリガ信号により、第１フラッシュランプ２１５１内部のキセノンガスがイオン化して第１フラッシュランプ２１５１内部が導通状態となり、コンデンサ７１に蓄えられていた大量の電荷が瞬時に第１フラッシュランプ２１５１に流れ込んで放電が行われることにより第１フラッシュランプ２１５１が発光する。

共用昇圧部８３１と第２昇圧部８３４とが電気的に接続された場合も同様に、第２昇圧部８３４において昇圧された高圧のパルス電圧がトリガ信号として第２トリガ線８２に与えられることにより、第２フラッシュランプ２２５１内部が導通状態となって第２フラッシュランプ２２５１が発光する。換言すれば、第１トリガ線８１または第２トリガ線８２にトリガ信号が与えられることにより、コンデンサ７１に予め蓄えられていた電荷が、第１フラッシュランプ２１５１および第２フラッシュランプ２２５１のうちの発光するものにおいて光に変換される。

このように、トリガ回路８３では、共用昇圧部８３１、スイッチ８３２および第１昇圧部８３３が、第１トリガ線８１に接続されて第１トリガ線８１にトリガ信号を与える第１回路となり、共用昇圧部８３１、スイッチ８３２および第２昇圧部８３４が、第２トリガ線８２に接続されて第２トリガ線８２にトリガ信号を与える第２回路となる。そして、トリガ回路８３において、第１回路および第２回路は、互いの一部（すなわち、共用昇圧部８３１およびスイッチ８３２）を共有している。なお、トリガ回路８３に接続される電源８４として、電力供給部７の充電器７２が兼用されてもよい。

次に、熱処理装置１による基板９の熱処理について説明する。本実施の形態では、基板９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、熱処理装置１による熱処理により添加された不純物の活性化が行われる。以下の説明では、まず、１枚の基板９に注目して基板９に対する熱処理の流れについて説明し、続いて、熱処理装置１において複数の基板９に対して並行して行われる熱処理の流れについて説明する。

図４は、１枚の基板９を熱処理する際の熱処理装置１の動作の流れを示す図である。図４では、基板９が第１プロセスチャンバ部２１において熱処理される場合について処理の流れを描いているが、基板９が第２プロセスチャンバ部２２において熱処理される場合であっても、処理の流れは同様である。

図１に示す熱処理装置１では、まず、１枚の基板９が熱処理装置１の外部からアライメントチャンバ部４に搬入され、アライメントチャンバ部４において基板９のノッチ位置を所定の位置に合わせる位置合わせが行われる（ステップＳ１１）。続いて、搬送機構５により基板９がアライメントチャンバ部４から搬出され、第１プロセスチャンバ部２１の第１チャンバ本体２１１へと搬送される。このとき、第１プロセスチャンバ部２１では、処理ガス（例えば、窒素（Ｎ_２）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス、場合によっては、酸素（Ｏ_２）ガス等）が第１プロセスチャンバ２１０に充填されており、また、第１予備加熱部２１３が図２．Ａに示すように第１チャンバ本体２１１の底部に近接した位置に配置されている。以下、図２．Ａにおける第１予備加熱部２１３の第１プロセスチャンバ２１０内における位置を「受渡位置」という。

第１チャンバ本体２１１では、搬送開口部２１１１が開放され、制御部６（図１参照）により制御される搬送機構５により、基板９が搬送開口部２１１１を介して第１チャンバ本体２１１の内部（すなわち、第１プロセスチャンバ２１０）に搬入される（ステップＳ１２）。第１チャンバ本体２１１内に搬入された基板９は、複数の支持ピン２１８上に載置される。

基板９が第１チャンバ本体２１１内に搬入されると、ゲートバルブにより搬送開口部２１１１が閉鎖され（ステップＳ１３）、昇降機構２１４により第１予備加熱部２１３が受渡位置から上昇し、図２．Ｂに示すように、第１プロセスチャンバ２１０の上下方向の中央部近傍の位置（以下、「中間位置」という。）まで移動する（ステップＳ１４）。このとき、基板９は複数の支持ピン２１８から第１予備加熱部２１３のサセプタ２１３２へと渡され、サセプタ２１３２に保持される。第１予備加熱部２１３は、ホットプレート２１３１の内部に配設された抵抗加熱線により予め所定の温度に加熱されており、基板９は第１予備加熱部２１３（のサセプタ２１３２）と接触することにより予備加熱され（ステップＳ１５）、基板９の温度が次第に上昇する。第１予備加熱部２１３では、サセプタ２１３２によりホットプレート２１３１からの熱エネルギーが拡散されるため、基板９が均一に予備加熱される。

中間位置において約１秒間の予備加熱が行われた後、第１予備加熱部２１３が透光板２１２に近接した位置（図２．Ｂ中に二点鎖線にて示す位置であり、以下、「処理位置」という。）まで昇降機構２１４により上昇し（ステップＳ１６）、この位置でさらに約６０秒間の予備加熱が行われ、基板９の温度が設定された予備加熱温度（以下、「設定温度」という。）まで上昇する（ステップＳ１７）。設定温度は、基板９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６００℃程度、好ましくは３５０℃ないし５５０℃程度とされる。また、基板９の予備加熱に要する時間は、およそ２分である。なお、第１予備加熱部２１３と透光板２１２との間の距離は、昇降機構２１４を制御することにより任意に調整することが可能とされている。

基板９の予備加熱が終了すると、制御部６に制御されるトリガ部８（図３参照）において、第１トリガ線８１にトリガ信号が与えられ、電力供給部７のコンデンサ７１に予め蓄えられている電荷が第１光照射部２１５の複数の第１フラッシュランプ２１５１へと瞬時に流れ込んで放電が行われることにより、処理位置に位置したままの第１予備加熱部２１３上に保持された基板９に向けて第１光照射部２１５から閃光（すなわち、フラッシュ光）が照射される（ステップＳ１８）。この光照射により基板９の加熱（以下、予備加熱と区別するため、基板９の表面温度を処理温度まで上昇させる加熱を「主加熱」という。）が行われる。第１プロセスチャンバ部２１では、主加熱が光の照射により行われることによって、基板９の表面温度を短時間で昇降することができる。

第１光照射部２１５、すなわち、第１フラッシュランプ２１５１から照射される光は、電力供給部７のコンデンサ７１に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り、第１フラッシュランプ２１５１からの光により主加熱される基板９の表面温度は、瞬間的に１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度まで上昇し、基板９に添加された不純物が活性化された後、急速に下降する。このように、第１プロセスチャンバ部２１では、基板９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、基板９に添加された不純物の熱による拡散（この拡散現象を、基板９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。

また、光の照射による主加熱よりも前に第１予備加熱部２１３により基板９を予備加熱しておくことにより、第１フラッシュランプ２１５１からの光の照射によって基板９の表面温度を処理温度まで速やかに上昇させることができる。

基板９に対する主加熱が終了すると、処理位置における約１０秒間の待機の後、第１予備加熱部２１３が昇降機構２１４により再び図２．Ａに示す受渡位置まで下降し（ステップＳ１９）、基板９が第１予備加熱部２１３から複数の支持ピン２１８へと渡される。続いて、ゲートバルブにより閉鎖されていた搬送開口部２１１１が開放され（ステップＳ２０）、支持ピン２１８上に載置された基板９が搬送機構５により第１チャンバ本体２１１から搬出されてクールチャンバ部３のクールプレート３１（図１参照）へと搬送され、クールプレート３１上に載置される（ステップＳ２１）。電力供給部７では、基板９に対する光照射後、基板９の搬出動作（ステップＳ１９〜Ｓ２１）と並行してコンデンサ７１に対する充電が行われ、コンデンサ７１に電荷が蓄積される。本実施の形態では、コンデンサ７１の充電に要する時間は、およそ３０秒程度である。

光照射後に第１チャンバ本体２１１から搬出された高温の基板９は、クールプレート３１上において冷却され（ステップＳ２２）、クールチャンバ部３から熱処理装置１の外部に搬出されることにより、熱処理装置１による１枚の基板９に対する一連の熱処理動作が完了する。基板９に対する熱処理では、基板９の第１チャンバ本体２１１内への搬入と基板９の主加熱との間に行われる予備加熱（ステップＳ１４〜Ｓ１７）が最も時間を要し、熱処理装置１において複数の基板９を処理する場合の律速段階（いわゆる、ボトルネック）となっている。

図５は、熱処理装置１において複数の基板９に対して並行して行われる処理の流れを示す図であり、各チャンバ部および電力供給部７において行われる動作を時間経過に沿って示すタイミングチャートである。

複数の基板９が熱処理される際には、連続して熱処理装置１に搬入される基板９に対する光の照射（すなわち、主加熱）が、第１プロセスチャンバ部２１および第２プロセスチャンバ部２２にて交互に行われる。以下、第１プロセスチャンバ部２１にて加熱される基板９を「第１基板９ａ」といい、第２プロセスチャンバ部２２にて加熱される基板９を「第２基板９ｂ」という。また、必要に応じて、第１基板９ａおよび第２基板９ｂを、基板９と総称する場合もある。

図５中に示す符号Ｓ１１〜Ｓ２２は、上述したように、基板９（この場合は、第１基板９ａ）に対する熱処理時にアライメントチャンバ部４、第１プロセスチャンバ部２１、クールチャンバ部３および電力供給部７において行われる各ステップ（図４参照）を示す。符号Ｓ３１〜Ｓ４２は、第２基板９ｂに対する熱処理時にアライメントチャンバ部４、第２プロセスチャンバ部２２、クールチャンバ部３および電力供給部７において行われる各ステップを示し、それぞれ、図４に示すステップＳ１１〜Ｓ２２に対応する。また、符号Ｓ１８１，Ｓ３８１はそれぞれ、第１光照射部２１５および第２光照射部２２５からの光の照射の後に行われるコンデンサ７１への充電（すなわち、電荷の蓄積）を示す。

なお、図５では、各工程（ステップ）に要する作業時間を、図中において各工程を囲む矩形の横方向の長さとして表しているが、図中の作業時間は、各工程に要するおよその作業時間を概念的に表したものであり、これらの工程の横方向の長さは、実際の作業時間に完全には比例していない。例えば、第１基板９ａおよび第２基板９ｂに対する主加熱（ステップＳ１８，Ｓ３８）に要する時間は他の工程に比べて極めて短いため、図示の都合上、実際の作業時間よりも大きく描いている。

熱処理装置１では、まず、１枚目の第１基板９ａがアライメントチャンバ部４に搬入されて位置合わせが行われる（時刻ｔ１〜ｔ２：ステップＳ１１）。続いて、搬送機構５により第１基板９ａがアライメントチャンバ部４から搬出されて搬送開口部２１１１を介して第１チャンバ本体２１１内に搬入され、搬送開口部２１１１がゲートバルブにより閉鎖される（時刻ｔ２〜ｔ３：ステップＳ１２，Ｓ１３）。

第１プロセスチャンバ部２１では、第１基板９ａが搬入されると、第１予備加熱部２１３が支持ピン２１８から第１基板９ａを受け取って中間位置まで上昇し、第１基板９ａが予め加熱されている第１予備加熱部２１３との接触により予備加熱される。そして、第１予備加熱部２１３がさらに上昇して処理位置に位置し、第１基板９ａは、その温度が設定温度に上昇するまで処理位置にて予備加熱される（時刻ｔ３〜ｔ７：ステップＳ１４〜Ｓ１７）。第１基板９ａの予備加熱が終了すると、制御部６の制御により、電力供給部７のコンデンサ７１から第１フラッシュランプ２１５１に電荷が流れ込み、第１フラッシュランプ２１５１から第１基板９ａに光が照射されて第１基板９ａに対する主加熱が行われる（時刻ｔ７〜ｔ８：ステップＳ１８）。

図５に示すように、熱処理装置１では、第１プロセスチャンバ部２１における１枚目の第１基板９ａの予備加熱（時刻ｔ３〜ｔ７）と並行して、１枚目の第２基板９ｂがアライメントチャンバ部４に搬入されて位置合わせが行われる（時刻ｔ４〜ｔ５：ステップＳ３１）。続いて、搬送機構５により第２基板９ｂがアライメントチャンバ部４から搬出され、第２プロセスチャンバ部２２の第２チャンバ本体２２１へと搬送されて第２チャンバ本体２２１内に搬入された後、搬送開口部２２１１が閉鎖される（時刻ｔ５〜ｔ６：ステップＳ３２，Ｓ３３）。

搬送開口部２２１１が閉鎖されると、第２予備加熱部２２３が支持ピンから第２基板９ｂを受け取りつつ中間位置まで上昇して第２基板９ｂに対する予備加熱が行われ、さらに処理位置まで上昇して第２基板９ｂが設定温度になるまで予備加熱が行われる（時刻ｔ６〜ｔ１１：ステップＳ３４〜Ｓ３７）。図５に示すように、第２予備加熱部２２３により第２基板９ｂに対して光の照射よりも前に行われる予備加熱は、時刻ｔ６〜ｔ８において、第１プロセスチャンバ部２１における１枚目の第１基板９ａに対する予備加熱工程の一部、および、主加熱工程と並行して行われる。

一方、第１プロセスチャンバ部２１では、第１基板９ａの主加熱が終了すると、第１予備加熱部２１３が受渡位置まで下降し、搬送開口部２１１１が開放されて第１基板９ａが第１チャンバ本体２１１から搬出され、さらに、クールチャンバ部３へと搬送されてクールプレート３１上に載置される（時刻ｔ８〜ｔ９：ステップＳ１９〜Ｓ２１）。熱処理装置１では、１枚目の第１基板９ａの第１チャンバ本体２１１からの搬出およびクールプレート３１上への載置と並行して、電力供給部７においてコンデンサ７１に対する充電が行われ（ステップＳ１８１）、アライメントチャンバ部４において２枚目の第１基板９ａの位置合わせが行われる（ステップＳ１１）。

続いて、クールチャンバ部３において第１基板９ａの冷却が行われ（時刻ｔ９〜ｔ１０：ステップＳ２２）、第１基板９ａが装置外に搬出されることにより１枚目の第１基板９ａに対する熱処理が完了する。熱処理装置１では、１枚目の第１基板９ａのクールチャンバ部３における冷却と並行して、２枚目の第１基板９ａの第１チャンバ本体２１１内への搬入と搬送開口部２１１１の閉鎖が行われる（ステップＳ１２，Ｓ１３）。そして、２枚目の第１基板９ａに対する予備加熱が第１チャンバ本体２１１内において開始される（時刻ｔ１０）。この間、第２プロセスチャンバ部２２では、依然、１枚目の第２基板９ｂの予備加熱が行われている。

第２プロセスチャンバ部２２では、第１プロセスチャンバ部２１における２枚目の第１基板９ａの予備加熱が継続されている間に、１枚目の第２基板９ｂの予備加熱が終了し（時刻ｔ１１）、第２フラッシュランプ２２５１から第２基板９ｂに光が照射されて第２基板９ｂに対する主加熱が行われる（時刻ｔ１１〜ｔ１２：ステップＳ３８）。図５に示すように、第２プロセスチャンバ部２２では、時刻ｔ１０〜ｔ１１において、１枚目の第２基板９ｂに対する予備加熱が、第１プロセスチャンバ部２１における２枚目の第１基板９ａに対する予備加熱工程の一部と並行して行われる。

第２基板９ｂの主加熱が終了すると、第２予備加熱部２２３が受渡位置まで下降し、搬送開口部２２１１が開放されて光照射後の第２基板９ｂが第２チャンバ本体２２１から搬出され、さらに、クールチャンバ部３へと搬送されてクールプレート３１上に載置される（時刻ｔ１２〜ｔ１３：ステップＳ３９〜Ｓ４１）。熱処理装置１では、１枚目の第２基板９ｂの第２チャンバ本体２２１からの搬出と並行して、電力供給部７においてコンデンサ７１に対する充電が行われ、アライメントチャンバ部４において２枚目の第２基板９ｂの位置合わせが行われる（ステップＳ３８１，Ｓ３１）。

続いて、クールチャンバ部３において１枚目の第２基板９ｂの冷却が行われ（時刻ｔ１３〜ｔ１４：ステップＳ４２）、第２基板９ｂが装置外に搬出されることにより１枚目の第２基板９ｂに対する熱処理が完了する。熱処理装置１では、１枚目の第２基板９ｂの冷却と並行して、２枚目の第２基板９ｂが第２チャンバ本体２２１内へと搬入される（ステップＳ３２，Ｓ３３）。そして、２枚目の第２基板９ｂに対する予備加熱が第２チャンバ本体２２１内において開始される（時刻ｔ１４）。この間、第１プロセスチャンバ部２１では、２枚目の第１基板９ａの予備加熱（ステップＳ１４〜Ｓ１７）が継続されている。

第１プロセスチャンバ部２１では、第２プロセスチャンバ部２２における２枚目の第２基板９ｂの予備加熱が継続されている間に、２枚目の第１基板９ａの予備加熱が終了し（時刻ｔ１５）、２枚目の第１基板９ａに対する主加熱が行われる（時刻ｔ１５〜ｔ１６：ステップＳ１８）。図５に示すように、第１プロセスチャンバ部２１では、時刻ｔ１０〜ｔ１２，ｔ１４〜ｔ１５において、２枚目の第１基板９ａに対する予備加熱が、１枚目の第２基板９ｂに対する予備加熱工程の一部および主加熱工程、並びに、２枚目の第２基板９ｂに対する予備加熱工程の一部と並行して行われる（３枚目以降の第１基板９ａについても同様）。

その後、１枚目の第１基板９ａと同様に、２枚目の第１基板９ａが第１チャンバ本体２１１から搬出され（時刻ｔ１６〜ｔ１７：ステップＳ１９〜Ｓ２１）、これと並行して、コンデンサ７１に対する充電および３枚目の第１基板９ａの位置合わせ（ステップＳ１８１，Ｓ１１）が行われる。そして、２枚目の第１基板９ａの冷却（時刻ｔ１７〜ｔ１８：ステップＳ２２）と並行して、３枚目の第１基板９ａが第１チャンバ本体２１１内へと搬入され（ステップＳ１２，Ｓ１３）、第１予備加熱部２１３による予備加熱が開始される（時刻ｔ１８）。この間、第２プロセスチャンバ部２２では、２枚目の第２基板９ｂの予備加熱（ステップＳ３４〜Ｓ３７）が継続されている。

第１プロセスチャンバ部２１における３枚目の第１基板９ａの予備加熱が開始された後、第２プロセスチャンバ部２２では、２枚目の第２基板９ｂの予備加熱が終了し（時刻ｔ１９）、２枚目の第２基板９ｂに対する主加熱が行われる（時刻ｔ１９〜ｔ２０：ステップＳ３８）。図５に示すように、第２プロセスチャンバ部２２では、時刻ｔ１４〜ｔ１６，ｔ１８〜ｔ１９において、２枚目の第２基板９ｂに対する予備加熱が、２枚目の第１基板９ａに対する予備加熱工程の一部および主加熱工程、並びに、３枚目の第１基板９ａに対する予備加熱工程の一部と並行して行われる（３枚目以降の第２基板９ｂについても同様）。

その後、２枚目の第２基板９ｂの第２チャンバ本体２２１からの搬出（時刻ｔ２０〜ｔ２１：ステップＳ３９〜Ｓ４１）と並行して、コンデンサ７１に対する充電および３枚目の第２基板９ｂの位置合わせ（ステップＳ３８１，Ｓ３１）が行われる。そして、２枚目の第２基板９ｂの冷却（時刻ｔ２１〜ｔ２２：ステップＳ４２）と並行して、３枚目の第２基板９ｂが第２チャンバ本体２２１内へと搬入され（ステップＳ３２，Ｓ３３）、予備加熱が開始される（時刻ｔ２２）。

以上に説明したように、熱処理装置１では、基板９に対する熱処理を行う複数のプロセスチャンバ部（すなわち、第１プロセスチャンバ部２１および第２プロセスチャンバ部２２）を設けることにより、処理の効率（スループット）を向上することができる。なお、熱処理装置１では、３つ以上のプロセスチャンバ部を設けることにより、更なるスループットの向上を図ることも可能である。

熱処理装置１では、第１光照射部２１５および第２光照射部２２５の一方の発光に必要とされる電力のみを供給することができるコンデンサ７１を有する電力供給部７により、第１光照射部２１５および第２光照射部２２５に交互に電力が供給されることにより、第１プロセスチャンバ部２１および第２プロセスチャンバ部２２において基板９に対する光の照射が交互に行われる。このように、１つの光照射部に対応する容量のコンデンサ７１（すなわち、１つの光照射部に適合する電力供給部７）を第１光照射部２１５および第２光照射部２２５により共用することにより、熱処理装置１の構成を簡素化しつつ基板９の熱処理の効率を向上することができる。また、コンデンサ７１は、熱処理装置１において大きなスペースを占める上に重量も重く（例えば、数トン程度）、かつ、高価でもあるため、第１光照射部２１５および第２光照射部２２５によりコンデンサ７１を共用することにより、熱処理装置１の小型化および軽量化を実現することができるとともに熱処理装置１の製造コストを低減することもできる。

ところで、電源と交互に発光する２つの光照射部とを接続する場合には通常、これらの間に切替装置を設けて電源と光照射部との接続を交互に切り替えることにより、発光させる側の光照射部に電力を供給することが考えられる。しかしながら、熱処理装置１のように、光照射部においてフラッシュランプを発光させる場合、コンデンサとフラッシュランプとの間には非常に高い電圧がかかるため、通常の機械的な切替装置（例えば、リレースイッチ）を設けると、切替部に付着した異物が導通時の高電圧により溶けてしまい、接続不良や切替部の融着が生じる恐れがある。また、このような高電圧、大出力の回路の切り替えに半導体スイッチを利用することは難しい。

そこで、熱処理装置１では、コンデンサ７１を、第１光照射部２１５の複数の第１フラッシュランプ２１５１、および、第２光照射部２２５の複数の第２フラッシュランプ２２５１と電気的に常時接続させ、第１トリガ線８１および第２トリガ線８２のうちの一方にトリガ信号を与えることにより、第１フラッシュランプ２１５１および第２フラッシュランプ２２５１のうちの一方を発光させる構造としている。このため、コンデンサ７１と第１光照射部２１５および第２光照射部２２５との間に切替装置を設ける必要がなく、熱処理装置１の構成をさらに簡素化することができるとともに高電圧がかかるコンデンサ７１と第１フラッシュランプ２１５１および第２フラッシュランプ２２５１との接続に対する信頼性を向上することができる。

トリガ部８のトリガ回路８３では、第１トリガ線８１と電源８４とを接続する回路と、第２トリガ線８２と電源８４とを接続する回路とが互いの一部を共有している（すなわち、トリガ回路８３が共用昇圧部８３１を有する）ことにより、回路構成を簡素化することができる。その結果、熱処理装置１の構成をより簡素化することができる。また、トリガ部８では、トリガ回路８３にスイッチ８３２が設けられることにより、トリガ回路８３と第１トリガ線８１および第２トリガ線８２とが独立して接続されている。このように、トリガ回路８３と第１トリガ線８１および第２トリガ線８２との間の高電圧部に切替装置を設ける必要がないため、トリガ回路８３と第１トリガ線８１および第２トリガ線８２との接続に対する信頼性を向上することができる。

熱処理装置１では、制御部６により第１予備加熱部２１３および第２予備加熱部２２３による予備加熱が制御され、また、第１光照射部２１５および第２光照射部２２５による光照射が制御されることにより、第１プロセスチャンバ部２１における第１基板９ａの予備加熱と第２プロセスチャンバ部２２における第２基板９ｂの予備加熱とが部分的に並行して行われる。このように、基板９の熱処理における律速段階である予備加熱工程を第１プロセスチャンバ部２１および第２プロセスチャンバ部２２において並行して行うことにより、複数の基板９に対して並行して熱処理を行う場合に、処理の効率をさらに向上することができる。

熱処理装置１では、また、１つのクールプレート３１により、第１プロセスチャンバ部２１および第２プロセスチャンバ部２２において熱処理された基板９を順次冷却することにより、換言すれば、第１プロセスチャンバ部２１および第２プロセスチャンバ部２２によりクールプレート３１を共用することにより、熱処理装置１の構成をさらに簡素化することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、トリガ部８では、第１トリガ線８１と電源８４とを接続する回路と、第２トリガ線８２と電源８４とを接続する回路とが互いに独立して設けられてもよい。この場合、当該２つの回路が、制御部６により制御されて第１トリガ線８１および第２トリガ線８２に交互にトリガ信号を与えるトリガ回路８３となる。逆に、トリガ部８の構成を簡素化して熱処理装置１の構成を簡素化するという観点からは、トリガ回路８３全体が第１トリガ線８１および第２トリガ線８２に共用されてもよい。この場合、トリガ回路８３と第１トリガ線８１および第２トリガ線８２との間に切替装置を設けることが必要となる。

熱処理装置１では、ホットプレート以外の熱源が基板９の予備加熱に用いられてもよい。また、基板９とは非接触の状態の熱源により、基板９に対する予備加熱が行われてもよい。

第２フラッシュランプ２２５１による基板９の主加熱（ステップＳ３８）は、基板９の第１チャンバ本体２１１内への搬入および搬送開口部２１１１の閉鎖（ステップＳ１２，Ｓ１３）と並行して行われてもよい。第１光照射部２１５および第２光照射部２２５では、キセノンフラッシュランプに代えて、クリプトンフラッシュランプが用いられてもよく、フラッシュランプでないハロゲンランプ等の他の光源が用いられてもよい。

熱処理装置１は、基板９の不純物の活性化処理やアニール処理に特に適しているが、酸化、ＣＶＤ等の他の様々な加熱を伴う処理を行うこともできる。また、熱処理装置１は、半導体基板のみならず、例えば、液晶表示装置やプラズマ表示装置等のフラットパネル表示装置用のガラス基板に対する熱処理にも利用することができる。

熱処理装置の構成を示す平面図である。 第１プロセスチャンバ部の構成を示す縦断面図である。 第１プロセスチャンバ部の構成を示す縦断面図である。 電力供給部およびトリガ部の構成を示す回路図である。 熱処理装置の動作の流れを示す図である。 処理の流れを示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 熱処理装置
５ 搬送機構
６ 制御部
７ 電力供給部
９ 基板
３１ クールプレート
７１ コンデンサ
８１ 第１トリガ線
８２ 第２トリガ線
８３ トリガ回路
２１０ 第１プロセスチャンバ
２１１ 第１チャンバ本体
２１３ 第１予備加熱部
２１５ 第１光照射部
２２０ 第２プロセスチャンバ
２２１ 第２チャンバ本体
２２３ 第２予備加熱部
２２５ 第２光照射部
８３１ 共用昇圧部
８３２ スイッチ
８３３ 第１昇圧部
８３４ 第２昇圧部
２１５１ 第１フラッシュランプ
２２５１ 第２フラッシュランプ
Ｓ１１〜Ｓ２２，Ｓ３１〜Ｓ４２，Ｓ１８１，Ｓ３８１ ステップ

Claims (9)

1. 基板に光を照射して加熱を伴う処理を行う熱処理装置であって、
   それぞれが基板を処理する空間を形成する第１チャンバ本体および第２チャンバ本体と、
   前記第１チャンバ本体内に搬入された基板に光を照射する第１光照射部と、
   前記第２チャンバ本体内に搬入された基板に光を照射する第２光照射部と、
   前記第１光照射部および前記第２光照射部に接続されるとともに前記第１光照射部および前記第２光照射部に対して交互に電力を供給する電力供給部と、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
2. 請求項１に記載の熱処理装置であって、
   前記第１光照射部が、第１フラッシュランプを備え、
   前記第２光照射部が、第２フラッシュランプを備えることを特徴とする熱処理装置。
3. 請求項２に記載の熱処理装置であって、
   前記電力供給部が、前記第１フラッシュランプおよび前記第２フラッシュランプのうち発光するものにて光に変換される電荷を蓄えるコンデンサを備えることを特徴とする熱処理装置。
4. 請求項３に記載の熱処理装置であって、
   前記第１フラッシュランプ近傍に設けられてトリガ信号が与えられることにより前記第１フラッシュランプ内部を導通状態として前記第１フラッシュランプを発光させる第１トリガ線と、
   前記第２フラッシュランプ近傍に設けられてトリガ信号が与えられることにより前記第２フラッシュランプ内部を導通状態として前記第２フラッシュランプを発光させる第２トリガ線と、
   前記第１トリガ線および前記第２トリガ線に交互にトリガ信号を与えるトリガ回路と、
   をさらに備え、
   前記コンデンサが、前記第１フラッシュランプおよび前記第２フラッシュランプと電気的に常時接続されていることを特徴とする熱処理装置。
5. 請求項４に記載の熱処理装置であって、
   前記トリガ回路が、
   前記第１トリガ線に接続される第１回路と、
   前記第２トリガ線に接続される第２回路と、
   を備え、
   前記第１回路および前記第２回路が、互いの少なくとも一部を共有していることを特徴とする熱処理装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の熱処理装置であって、
   光照射後に前記第１チャンバ本体および前記第２チャンバ本体から搬出された基板を順次冷却する１つの冷却部と、
   前記第１チャンバ本体、前記第２チャンバ本体および前記冷却部に対して基板を搬送する搬送機構と、
   をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の熱処理装置であって、
   前記第１チャンバ本体内において第１基板に対する光の照射よりも前に前記第１基板を予備加熱する第１予備加熱部と、
   前記第２チャンバ本体内において第２基板に対する光の照射よりも前に前記第２基板を予備加熱する第２予備加熱部と、
   前記第１光照射部および前記第２光照射部による光照射を制御するとともに、前記第１予備加熱部および前記第２予備加熱部を制御することにより、前記第１基板の予備加熱と前記第２基板の予備加熱とを部分的に並行して行う制御部と、
   をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
8. 基板に光を照射して加熱を伴う処理を行う熱処理方法であって、
   ａ）第１チャンバ本体の内部の第１基板を予備加熱する工程と、
   ｂ）前記第１チャンバ本体の内部において前記第１基板に光を照射する工程と、
   ｃ）前記ａ）工程の一部および前記ｂ）工程と並行して第２チャンバ本体の内部の第２基板を予備加熱する工程と、
   ｄ）前記第２チャンバ本体の内部において前記第２基板に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。
9. 請求項８に記載の熱処理方法であって、
   前記ａ）工程ないし前記ｄ）工程が繰り返し行われ、
   前記ａ）工程が前記ｃ）工程の一部および前記ｄ）工程と並行して行われ、
   前記ｂ）工程における光の照射が第１光照射部により行われ、
   前記ｄ）工程における光の照射が第２光照射部により行われ、
   前記第１光照射部および前記第２光照射部に接続される電力供給部から前記第１光照射部および前記第２光照射部に交互に電力が供給されることにより、前記ｂ）工程および前記ｄ）工程における光の照射が交互に行われることを特徴とする熱処理方法。

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