JP2007266368A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に、かつ安全にランプハウスの傾きの微調整を行うことができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】熱処理装置は、ウェハを収容するチャンバーの上にランプハウス５を配置している。ランプハウス５は、平面視で矩形形状を有するとともに、複数のフラッシュランプ６９を一列に配列して内蔵している。ランプハウス５の矩形の四隅のそれぞれにウォームギア１０が設けられている。各ウォームギア１０は、その設置位置におけるランプハウス５とチャンバーとの間の距離を調整する。また、ランプハウス５の四隅のそれぞれにはダイヤルゲージ２０も設けられている。ダイヤルゲージ２０を確認しつつ、アウターパネル２の外部から４個のウォームギア１０を個別に操作することによって容易に、かつ安全にチャンバーに対するランプハウス５の傾斜を微調整することができる。
【選択図】図５

Description

この発明は、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り基板を加熱する熱処理装置に関する。

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。

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。

このため、複数の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）。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。

特開２００４−５５８２１号公報

特許文献１に開示される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おいては、処理対象となる半導体ウェハーを収容するチャンバーの上部に複数のキセノンフラッシュランプを備えたランプハウスを設置する構成となっている。すなわち、チャンバーとランプハウスとは一体成型されているものではなく、チャンバー内部の清掃時等にはランプハウスを取り外してチャンバー内を開放できるようになっている。

このため、従来より熱処理装置には、ランプハウスの水平だし等を行うためにチャンバーに対するランプハウスの傾きを調整するダブルナット機構が設けられていた。この機構はネジに螺合するナットの位置を調整することによってランプハウスの傾きを調整するものである。

しかしながら、ランプハウスにはキセノンフラッシュランプに印加するための高電圧電源が設けられている。また、チャンバー内には半導体ウェハーを予備加熱するためのホットプレートも設けられており、ランプハウスが高温になっている場合もある。このため、上記の傾き調整機構を操作するときには、その都度装置全体の電源を落としてホットプレートの温度が低下するのを待って行わねばならず、著しく長時間を要す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、容易に、かつ安全にランプハウスの傾きの微調整を行うことができる熱処理装置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、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、フラッシュ光を出射するフラッシュランプを内蔵するランプハウスと、前記ランプハウスの下方に設けられ、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を保持する保持部と、前記ランプハウスと前記チャンバーとの間の少なくとも一部に設けられ、前記チャンバーに対する前記ランプハウスの傾斜を調整するウォームギアと、を備える。

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、前記ランプハウスを平面視で矩形とし、前記矩形の四隅のそれぞれにウォームギアを設けるとともに、各ウォームギアに、略鉛直方向に沿った回転軸を有するウォームホイールと、前記回転軸に沿って前記ウォームホイールに固設された雄ネジと、前記ウォームホイールに歯合されたウォームと、前記ウォームに固設され、前記ウォームを回転させるための外部工具が嵌合する嵌合部と、を備え、前記チャンバーおよび／または前記ランプハウスに前記雄ネジと螺合する雌ネジを螺刻している。

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、前記矩形の四隅のそれぞれに設けられたウォームギアの近傍に、各ウォームギアの近傍における前記チャンバーと前記ランプハウスとの間の距離を測定するダイヤルゲージをさらに備える。

請求項１の発明によれば、チャンバーに対するランプハウスの傾斜の調整をウォームギアによって行うため、容易に、かつ安全にランプハウスの傾きの微調整を行うことができる。

また、請求項２の発明によれば、ランプハウスを平面視で矩形とし、その矩形の四隅のそれぞれにウォームギアを設けているため、容易に、かつ安全にランプハウスの傾きの微調整を行うことができる。

また、請求項３の発明によれば、ウォームギアの近傍にチャンバーとランプハウスとの間の距離を測定するダイヤルゲージを備えるため、より正確にランプハウスの傾きの微調整を行うことができる。

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。

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。

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を備える。チャンバー６は、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とされている。

また、熱処理装置１は、上部開口６０に装着されて上部開口６０を閉塞する閉塞部材である透光板６１、チャンバー６の内部において半導体ウェハーＷを保持しつつ予備加熱を行う略円板状の保持部７、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、保持部７に保持される半導体ウェハーＷに透光板６１を介してフラッシュ光を照射することにより半導体ウェハーＷを加熱するキセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」という）６９を内蔵するランプハウス５、および、これらの構成を制御して熱処理を行う制御部３を備える。

チャンバー６は、ランプハウス５の下方に設けられている。チャンバー６の上部に設けられた透光板６１は、例えば、石英等により形成された円板形状部材であり、フラッシュランプ６９から出射された光を透過して熱処理空間６５に導くチャンバー窓として機能する。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。

また、熱処理空間６５の気密性を維持するために、透光板６１とチャンバー側部６３とはＯリングによってシールされている。すなわち、透光板６１の下面周縁部とチャンバー側部６３との間にＯリングを挟み込むとともに、クランプリング９０を透光板６１の上面周縁部に当接させ、そのクランプリング９０をチャンバー側部６３にネジ止めすることによって、透光板６１をＯリングに押し付けている。

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。

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、その一端は弁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、弁８７を介して図示省略の排気機構に接続される。

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。

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。

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。

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４に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間で滑らかに昇降する。

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が透光板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と透光板６１との衝突が防止される。

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。

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。

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。

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。

図３は、ホットプレート７１を示す平面図である。図３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。

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が周回するように配設されてヒータが形成されており、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。

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。

６つのゾーン７１１〜７１６にそれぞれ配設される抵抗加熱線は、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。

図１に示すランプハウス５は、複数（本実施の形態においては３０本）のフラッシュランプ６９およびリフレクタ５２を有する。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の主面に沿って互いに平行となるように平面状に配列されている。リフレクタ５２は、複数のフラッシュランプ６９の上方にそれら全体を覆うように設けられ、その表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。また、光拡散板５３（ディフューザ）は、表面に光拡散加工を施した石英ガラスにより形成され、透光板６１との間に所定の間隙を設けてランプハウス５の下面側に設置される。熱処理装置１には、メンテナンス時にランプハウス５をチャンバー６に対して相対的に上昇させて水平方向にスライド移動させるランプハウス移動機構５５がさらに設けられる。

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、該ガラス管の外周面上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。

図５は、熱処理装置１のランプハウス５を上方から見た平面図である。本実施形態のランプハウス５は平面視で矩形形状を有している。チャンバー６についても、内壁は円筒形状であるものの、その外径は平面視でランプハウス５に対応する矩形を有している。また、図１，４では図示を省略しているが、熱処理装置１の全体はアウターパネル２によって囲まれている。アウターパネル２は、熱処理装置１のメンテナンス時などに開放或いは取り外すことも可能であるが、半導体ウェハーＷの加熱処理を行うときには安全上の観点から必ず設置されているものであり、装置起動中にアウターパネル２が開放されると電源が強制的にＯＦＦ状態となるようなインターロック機構が設けられている。また、図５の紙面上においてランプハウス５の右側には、チャンバー６に半導体ウェハーＷを搬出入するための搬送ロボットを内蔵する搬送チャンバー（図示省略）が設けられている。

ランプハウス５とチャンバー６との間には、チャンバー６に対するランプハウス５の傾斜を調整する４個のウォームギア１０が設けられている。４個のウォームギア１０は、平面視でランプハウス５の矩形の四隅のそれぞれに設けられている。各ウォームギア１０は、その設置位置におけるランプハウス５とチャンバー６との間の距離を調整する。また、ランプハウス５の四隅のそれぞれにはダイヤルゲージ２０も設けられている。各ダイヤルゲージ２０は、ウォームギア１０の近傍に設けられており、当該ウォームギア１０近傍におけるランプハウス５とチャンバー６との間の距離を測定する。

図６は、図５の紙面上にて左下に位置するウォームギア１０およびダイヤルゲージ２０を模式的に示す平面図である。また、図７は、図６の矢印ＡＲ６の向きから見たウォームギア１０およびダイヤルゲージ２０を示す正面図である。なお、他の位置の３個のウォームギア１０についても図６および図７に示したのと同様の構成を有している。ウォームギア１０は、送りねじであるウォーム１５と、その送りねじに対応した角度を有する歯を付けた歯車であるウォームホイール１１とを組み合わせた歯車対である。なお、本実施形態のウォームギア１０は円筒ウォームギアであるが、鼓形ウォームギアであっても良い。

ウォームホイール１１は、略鉛直方向に沿った回転軸１２を有しており、その回転軸１２の周りに回転可能である。回転軸１２の周面の一部または全部にはネジ山が螺刻されて雄ネジ１３とされている。本実施形態では、ウォームホイール１１の中心を上下に貫通する回転軸１２のホイールより下部が雄ネジ１３とされている。この雄ネジ１３はウォームホイール１１に固設されており、ウォームホイール１１の回転に伴って回転する。

回転軸１２の上端は摺動自在にランプハウス５の下端部（厳密にはランプハウス５の台座）に当接している。一方、雄ネジ１３はチャンバー６の上端部に螺刻された雌ネジ６ａと螺合している。従って、ウォームホイール１１が一方向に回転すると雄ネジ１３がチャンバー６に嵌入し、当該ウォームホイール１１の設置位置におけるランプハウス５とチャンバー６との間の距離が小さくなる。ウォームホイール１１がそれとは逆方向に回転すると雄ネジ１３がチャンバー６から抜け出る方向に上昇し、当該ウォームホイール１１の設置位置におけるランプハウス５とチャンバー６との間の距離が大きくなる。

また、ウォーム１５は、その送りねじ部分において、ウォームホイール１１と歯合している。ウォーム１５とウォームホイール１１とが歯合することによって、ウォーム１５の水平方向を軸とする回転がウォームホイール１１の鉛直方向を軸とする回転に変換される。このようなウォームギア１０の特徴として減速比が非常に大きい。

ウォーム１５の一端部は軸受け１７によって支持され、その他端部には四角柱形状の突起１６が凸設されている。突起１６は、その中心軸をウォーム１５の回転軸に一致させるように設けられている。この突起１６は、クランクハンドル２５のソケット２６と嵌合可能である。クランクハンドル２５は、ウォーム１５を回転させるための工具である。なお、クランクハンドル２５の材質は熱伝導率が低く、しかも電気的に絶縁性を有する素材にて形成するのが好ましい。

アウターパネル２のうちウォーム１５の回転軸と交わる部分の近傍には開口２ａが形成されており、装置のオペレータは、その開口２ａからクランクハンドル２５のソケット２６を挿入して突起１６に嵌合させることができる。また、アウターパネル２の開口２ａの近傍には覗き窓として機能する開口２ｂも形成されており、開口２ｂからオペレータが視認可能な位置にダイヤルゲージ２０が設けられている。ダイヤルゲージ２０はウォームギア１０の近傍に設置されており、当該ウォームギア１０近傍におけるランプハウス５とチャンバー６との間の距離またはその変位を測定してその値を指針が指し示す。

装置のオペレータは、開口２ａからクランクハンドル２５を挿入してソケット２６を突起１６に嵌合させ、しかる後、開口２ｂからダイヤルゲージ２０を視認しつつ、クランクハンドル２５を正または逆方向に回転させることによってウォームギア１０を駆動し、該ウォームギア１０の設置位置におけるランプハウス５とチャンバー６との間の距離を伸縮して調整することができる。

図１に戻り、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いる。制御部３は、モータ４０、弁８２，８７およびフラッシュランプ６９への電源供給回路を制御する。

なお、上述の構成以外にも、本実施形態の熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にフラッシュランプ６９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（図示省略）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には水冷管が設けられており、ランプハウス５は内部に気体を供給する供給管とサイレンサ付きの排気管が設けられて空冷構造とされている。また、透光板６１とランプハウス５（の光拡散板５３）との間隙には圧縮空気が供給され、ランプハウス５および透光板６１を冷却するとともに、間隙に存在する有機物等を排除して熱処理時における光拡散板５３および透光板６１への付着を抑制する。

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簡単に説明する。ここで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による熱処理により行われる。

まず、保持部７が図１に示すようにチャンバー底部６２に近接した位置に配置される。以下、図１における保持部７のチャンバー６内における位置を「受渡位置」という。保持部７が受渡位置にあるとき、支持ピン７０の先端は、保持部７を貫通して保持部７の上方に突出する。

次に、弁８２および弁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。続いて、搬送開口部６６が開放され、上記搬送チャンバー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および弁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。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、窒素ガスのパージ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。

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、図４に示す如く、保持部昇降機構４により保持部７が透光板６１に近接した位置（以下、「処理位置」という）まで上昇される。このとき、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。

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）に個別に配設された抵抗加熱線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は予備加熱されて温度が次第に上昇する。

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６００℃程度、好ましくは３５０℃ないし５５０℃程度とされる。また、保持部７と透光板６１との間の距離は、保持部昇降機構４のモータ４０の回転量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。

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６９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６９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６９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。

すなわち、ランプハウス５のフラッシュランプ６９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６９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。

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６９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。

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。

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、そのパージ量は、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。

ところで、本実施形態の熱処理装置１においては、ホットプレート７１が２００℃ないし６００℃程度にまで昇温して半導体ウェハーＷを予備加熱しているため、保持部７を支持するシャフト４１も熱伝導によってある程度昇温する。その結果、保持部７が常温のときよりも微妙に傾く可能性がある。このような場合には、ランプハウス５の傾斜を調整して複数のフラッシュランプ６９の配列と保持部７とを平行にする必要がある。

しかしながら、ランプハウス５自体もフラッシュランプ６９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って温度が上昇している。このため、高温のランプハウス５等に直接作業者が触れることのないように、処理中は常に熱処理装置１の周囲がアウターパネル２によって囲まれている。また、処理中にアウターパネル２を開放すると装置電源が強制的にＯＦＦ状態となることも既述した通りである。

このため、本実施形態の熱処理装置１においては、アウターパネル２を開放することなく、パネル外部からクランクハンドル２５を用いて操作可能なウォームギア１０をランプハウス５の傾斜調整機構として設けている。ウォームギア１０は平面視でランプハウス５の矩形の四隅のそれぞれに設けられており、４個のウォームギア１０を個別に操作することによってチャンバー６に対するランプハウス５の傾斜を調整することが可能である。各ウォームギア１０の操作手法は上述の通りのものであり、開口２ｂからダイヤルゲージ２０を視認しつつ、突起１６に嵌合させたクランクハンドル２５を正または逆方向に回転させることによって該ウォームギア１０の設置位置におけるランプハウス５とチャンバー６との間の距離を伸縮する。

このようにすれば、アウターパネル２を開けることなく、パネル外部から４個のウォームギア１０を操作してランプハウス５の傾斜を調整することができるため、従来のように装置電源を落としてホットプレート７１の温度が低下するのを待ってからランプハウス５の傾斜を調整するのと比較して傾斜調整に要する時間を飛躍的に短くすることができる。また、アウターパネル２の外部からクランクハンドル２５によってウォームギア１０を操作するため、装置電源をＯＦＦ状態にせずとも安全にランプハウス５の傾斜調整を行うことができる。

ウォームギア１０は、他の形式のギアに比較して小さな容積で大きな減速比が得られるという特長を有する。それ故、ウォームギア１０のギア効率は余り良くない（つまり、ウォームホイール１１を１回転させるのにウォーム１５を多数回転させる必要がある）ものの、上記のようなランプハウス５の傾斜の微調整であればウォームホイール１１をそれ程回転させる必要がないため傾斜調整の操作性を低下させることはない。また、ランプハウス５は複数のフラッシュランプ６９の他にもリフレクタ５２、光拡散板５３、ランプ電源回路、冷却機構等を備えており、その重量は約１６０ｋｇｗにも達するのであるが、ウォームギア１０が大きな減速比を有するが故に重いランプハウス５の傾斜を容易に調整することができ、しかもランプハウス５の重量によってウォームギア１０が動作するおそれもない。

また、保持部７と複数のフラッシュランプ６９の配列とが平行に近づくようにランプハウス５の傾斜を調整すれば、半導体ウェハーＷの面内照度分布が均一となり、その結果面内温度分布も均一とすることができる。

また、４個のウォームギア１０を取り付けるだけで、安全なランプハウス５の傾斜調整が可能となるため、従来と比較しても大きなコストアップになるおそれはない。なお、ウォームギア１０に代えてパルスモータ等を設けてランプハウス５の傾斜を自動調整するという手法もあり得るが、このようにするとモータの他に別途新たなセンサや制御機構も必要となり大幅なコスト増に繋がり、傾斜調整を行う頻度を考慮すると現実的ではない。

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、チャンバー６に雌ネジ６ａを刻設するとともにウォームホイール１１の回転軸１２の下部に雄ネジ１３を形成していたが、これに代えてまたはこれと併せてランプハウス５の下端部に雌ネジを刻設して回転軸１２の上部に雄ネジ１３を形成するようにしても良い。すなわち、チャンバー６および／またはランプハウス５に雄ネジ１３と螺合する雌ネジを形成する形態であれば良い。

また、上記実施形態においては、平面視でランプハウス５の矩形の四隅のそれぞれにウォームギア１０を設けるようにしていたが、ランプハウス５の平面視形状は矩形に限定されるものではなく、ランプハウス５とチャンバー６との間の少なくとも一部にウォームギア１０を設置するようにしても良い。

また、上記各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６９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６９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６９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。

また、上記各実施形態においては、アシスト加熱手段としてホットプレート７１を使用していたが、半導体ウェハーＷを保持する保持部７の下方に複数のランプ群（例えば複数のハロゲンランプ）を設け、それらからの光照射によってアシスト加熱を行うようにしても良い。

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。

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。

本発明に係る熱処理装置の構成を示す側断面図である。 チャンバーへのガス供給機構を示す部分拡大断面図である。 図１の熱処理装置のホットプレートを示す平面図である。 図１の熱処理装置の構成を示す側断面図である。 熱処理装置のランプハウスを上方から見た平面図である。 ウォームギアおよびダイヤルゲージを示す平面図である。 図６のウォームギアおよびダイヤルゲージを示す正面図である。

符号の説明

１ 熱処理装置
２ アウターパネル
５ ランプハウス
６ チャンバー
６ａ 雌ネジ
７ 保持部
１０ ウォームギア
１１ ウォームホイール
１２ 回転軸
１３ 雄ネジ
１５ ウォーム
１６ 突起
２０ ダイヤルゲージ
２５ クランクハンドル
６５ 熱処理空間
６９ フラッシュランプ
Ｗ 半導体ウェハー

Claims (3)

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、
   フラッシュ光を出射するフラッシュランプを内蔵するランプハウスと、
   前記ランプハウスの下方に設けられ、基板を収容するチャンバーと、
   前記チャンバー内にて基板を保持する保持部と、
   前記ランプハウスと前記チャンバーとの間の少なくとも一部に設けられ、前記チャンバーに対する前記ランプハウスの傾斜を調整するウォームギアと、
   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、
   前記ランプハウスは平面視で矩形を有し、
   前記矩形の四隅のそれぞれにウォームギアを設けるとともに、
   各ウォームギアは、
   略鉛直方向に沿った回転軸を有するウォームホイールと、
   前記回転軸に沿って前記ウォームホイールに固設された雄ネジと、
   前記ウォームホイールに歯合されたウォームと、
   前記ウォームに固設され、前記ウォームを回転させるための外部工具が嵌合する嵌合部と、
   を備え、
   前記チャンバーおよび／または前記ランプハウスに前記雄ネジと螺合する雌ネジを螺刻する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、
   前記矩形の四隅のそれぞれに設けられたウォームギアの近傍に、各ウォームギアの近傍における前記チャンバーと前記ランプハウスとの間の距離を測定するダイヤルゲージをさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
   

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