JP2013168462A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フラッシュ光照射時の基板の割れを防止することができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】リフトピン１２によって裏面から支持された半導体ウェハーＷの表面にフラッシュランプからフラッシュ光が照射されて加熱される。半導体ウェハーＷの表面の周縁部には透明な石英の規制リング３０が当接または近接されており、この状態にてフラッシュ光照射が実行される。フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの表面温度が急速に上昇したとしても、半導体ウェハーＷがリフトピン１２から跳躍するのを規制リング３０によって抑制することができる。その結果、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの跳躍に起因したウェハー割れを防止することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等の薄板状の精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）に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関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入は半導体ウェハー内にｐｎ接合を形成するための必須の工程である。現在、不純物導入は、イオン打ち込み法とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）といった不純物の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。この際に、アニール時間が数秒程度以上であると、打ち込まれた不純物が熱によって深く拡散し、その結果接合深さが要求よりも深くなり過ぎて良好なデバイス形成に支障が生じるおそれがある。

そこで、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するアニール技術として、近年フラッシュランプアニール（ＦＬＡ）が注目されている。フラッシュランプアニールは、キセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する）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、不純物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（数ミリ秒以下）に昇温させる熱処理技術である。

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、数ミリ秒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、不純物を深く拡散させることなく、不純物活性化のみを実行することができるのである。

この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として、特許文献１には、半導体ウェハーの表面側にフラッシュランプを配置するとともに裏面側にハロゲンランプを配置し、それらの組み合わせによって所望の熱処理を行うものが開示されている。特許文献１に開示の熱処理装置においては、サセプタに保持された半導体ウェハーをハロゲンランプによってある程度の温度にまで予備加熱し、その後フラッシュランプからのフラッシュ光照射によって所望の処理温度にまで昇温している。

特開２００９−１６４４５１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、極めて高いエネルギーを有するフラッシュ光を瞬間的に半導体ウェハーの表面に照射するため、一瞬で半導体ウェハーの表面温度が急速に上昇し、ウェハー表面に急激な熱膨張が生じて半導体ウェハーが変形しようとする。これにより、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーがサセプタ上で激しく振動し、その結果半導体ウェハーの割れが生じるおそれがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュ光照射時の基板の割れを防止す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。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に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、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支持する支持手段と、前記支持手段に支持された基板の一方面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記基板の前記一方面側に設けられ、フラッシュ光照射時における前記基板の前記支持手段からの跳躍を規制する規制部材と、を備えることを特徴とする。

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、前記一方面は、パターン形成がなされる表面であり、前記規制部材は、前記基板の表面のうちパターンが形成されていない周縁部を規制することを特徴とする。

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、前記規制部材は、前記周縁部の形状に対応する環状部材であることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記規制部材は、前記基板の中心から前記周縁部に向けて表面との間隔が徐々に狭くなるような凹面が形成された凹面レンズであることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記規制部材は、前記周縁部の複数箇所を規制することを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記一方面は、パターン形成がなされた表面とは反対側の裏面であり、前記規制部材は、前記基板の裏面の全面を規制することを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記規制部材は、前記基板の前記一方面に当接して前記基板の跳躍を規制することを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記規制部材は、前記基板の前記一方面に近接して前記基板の跳躍を規制することを特徴とする。

また、請求項９の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記規制部材は、フラッシュ光に対して透明な石英にて形成されることを特徴とする。

また、請求項１０の発明は、請求項１から請求項９のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記規制部材を前記支持手段に対して接近または離間するように相対移動させる駆動手段をさらに備えることを特徴とする。

請求項１から請求項１０の発明によれば、フラッシュ光を照射する基板の一方面側に設けられ、フラッシュ光照射時における基板の支持手段からの跳躍を規制する規制部材を備えるため、フラッシュ光照射時の基板の跳躍に起因した割れを防止することができる。

特に、請求項２の発明によれば、規制部材は、基板の表面のうちパターンが形成されていない周縁部を規制するため、デバイスパターンに損傷を与えるのを防止することができる。

特に、請求項４の発明によれば、規制部材は、基板の中心から周縁部に向けて表面との間隔が徐々に狭くなるような凹面が形成された凹面レンズであるため、比較的温度低下の生じやすい基板の周縁部にフラッシュ光を集光して効果的に加熱し、基板の面内温度分布の均一性を向上させることができる。

特に、請求項６の発明によれば、規制部材が基板の裏面の全面を規制するため、フラッシュ光照射時の基板の跳躍を確実に抑制することができる。

特に、請求項９の発明によれば、規制部材はフラッシュ光に対して透明な石英にて形成されるため、フラッシュ光照射時に規制部材がフラッシュ光を遮光して面内温度分布が悪化するのを防ぐことができる。

本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 支持機構の平面図である。 支持機構の側面図である。 支持機構および半導体ウェハーに当接する規制リングを模式的に示す図である。 半導体ウェハーの周縁部に当接する規制リングの斜視図である。 処理対象となる半導体ウェハーの平面図である。 複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。 図１の熱処理装置における半導体ウェハーの処理手順を示すフローチャートである。 半導体ウェハーに当接する凹面レンズを模式的に示す図である。 半導体ウェハーの周縁部に当接する規制ブロックを模式的に示す図である。 半導体ウェハーの裏面に当接する規制板を模式的に示す図である。 半導体ウェハーに近接する規制リングを模式的に示す図である。

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。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。本実施形態の熱処理装置１は、基板としてφ３００ｍｍの円板形状の半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光照射を行うことによっ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に搬入される前の半導体ウェハーＷには不純物が注入されており、熱処理装置１による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行される。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。

熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容するチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するフラッシュ加熱部５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲン加熱部４と、シャッター機構２と、を備える。チャンバー６の上側にフラッシュ加熱部５が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部４が設けられている。また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部に、装置外部から半導体ウェハーＷを受け取って水平姿勢に支持する支持機構１０と、半導体ウェハーＷの周縁部に当接する規制リング３０と、を備える。さらに、熱処理装置１は、シャッター機構２、ハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーＷの熱処理を実行させる制御部３を備える。

チャンバー６は、筒状のチャンバー側部６１の上下に石英製のチャンバー窓を装着して構成されている。チャンバー側部６１は上下が開口された概略筒形状を有しており、上側開口には上側チャンバー窓６３が装着されて閉塞され、下側開口には下側チャンバー窓６４が装着されて閉塞されている。チャンバー６の天井部を構成する上側チャンバー窓６３は、石英により形成された円板形状部材であり、フラッシュ加熱部５から出射されたフラッシュ光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。また、チャンバー６の床部を構成する下側チャンバー窓６４も、石英により形成された円板形状部材であり、ハロゲン加熱部４からの光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。

また、チャンバー側部６１の内側の壁面の上部には反射リング６８が装着され、下部には反射リング６９が装着されている。反射リング６８，６９は、ともに円環状に形成されている。上側の反射リング６８は、チャンバー側部６１の上側から嵌め込むことによって装着される。一方、下側の反射リング６９は、チャンバー側部６１の下側から嵌め込んで図示省略のビスで留めることによって装着される。すなわち、反射リング６８，６９は、ともに着脱自在にチャンバー側部６１に装着されるものである。チャンバー６の内側空間、すなわち上側チャンバー窓６３、下側チャンバー窓６４、チャンバー側部６１および反射リング６８，６９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。

チャンバー側部６１に反射リング６８，６９が装着されることによって、チャンバー６の内壁面に凹部６２が形成される。すなわち、チャンバー側部６１の内壁面のうち反射リング６８，６９が装着されていない中央部分と、反射リング６８の下端面と、反射リング６９の上端面とで囲まれた凹部６２が形成される。凹部６２は、チャンバー６の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、支持機構１０によって支持される半導体ウェハーＷの周囲を囲繞する。

チャンバー側部６１および反射リング６８，６９は、強度と耐熱性に優れた金属材料（例えば、ステンレススチール）にて形成されている。また、反射リング６８，６９の内周面は電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。

また、チャンバー側部６１には、チャンバー６に対して半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための搬送開口部（炉口）６６が形設されている。搬送開口部６６は、ゲートバルブ１８５によって開閉可能とされている。搬送開口部６６は凹部６２の外周面に連通接続されている。このため、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を開放しているときには、搬送開口部６６から凹部６２を通過して熱処理空間６５への半導体ウェハーＷの搬入および熱処理空間６５からの半導体ウェハーＷの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉鎖するとチャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。

上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４のそれぞれとチャンバー側部６１との間には図示省略のＯリングが挟み込まれている。また、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉鎖したときには、それらの間にもＯリングが挟み込まれる。このため、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉鎖すると、チャンバー６内の熱処理空間６５は装置外部に対してシールされることとなり、熱処理空間６５を大気圧以上に加圧したり真空雰囲気にまで減圧することが可能となる。

また、チャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に処理ガス（例えば、窒素ガス（Ｎ_２）やヘリウムガス（Ｈｅ）、アルゴンガス（Ａｒ）等の不活性ガス、あるいは、酸素（Ｏ_２）ガス等）を供給するガス供給孔８１が形設されている。ガス供給孔８１は、凹部６２よりも上側位置に形設されており、反射リング６８に設けられていても良い。ガス供給孔８１はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８２を介してガス供給管８３に連通接続されている。ガス供給管８３は処理ガス供給源８５に接続されている。また、ガス供給管８３の経路途中にはバルブ８４が介挿されている。バルブ８４が開放されると、処理ガス供給源８５から緩衝空間８２に処理ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した処理ガスは、ガス供給孔８１よりも流体抵抗の小さい緩衝空間８２内を拡がるように流れてガス供給孔８１から熱処理空間６５内へと供給される。

一方、チャンバー６の内壁下部には熱処理空間６５内の気体を排気するガス排気孔８６が形設されている。ガス排気孔８６は、凹部６２よりも下側位置に形設されており、反射リング６９に設けられていても良い。ガス排気孔８６はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８７を介してガス排気管８８に連通接続されている。ガス排気管８８は排気部１９０に接続されている。また、ガス排気管８８の経路途中にはバルブ８９が介挿されている。排気部１９０としては、例えば真空ポンプを用いることができる。排気部１９０を作動させつつ、バルブ８９を開放すると、熱処理空間６５の気体がガス排気孔８６から緩衝空間８７を経てガス排気管８８へと排出される。ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉鎖して熱処理空間６５を密閉空間とし、処理ガス供給源８５からガス供給を行うことなく排気部１９０による排気を行うと、熱処理空間６５を大気圧未満の減圧雰囲気とすることができる。なお、ガス供給孔８１およびガス排気孔８６は、チャンバー６の周方向に沿って複数設けられていても良いし、スリット状のものであっても良い。

また、搬送開口部６６の先端にも熱処理空間６５内の気体を排出するガス排気管１９１が接続されている。ガス排気管１９１はバルブ１９２を介して排気部１９０に接続されている。バルブ１９２を開放することによって、搬送開口部６６を介してチャンバー６内の気体が排気される。

図２は、支持機構１０の平面図である。また、図３は、支持機構１０の側面図である。支持機構１０は、石英にて形成された２本の支持アーム１１を備える。支持アーム１１は、概ね円環状の凹部６２に沿うような円弧形状とされている。それぞれの支持アーム１１には２本の石英製のリフトピン１２が立設されている。各支持アーム１１は水平移動機構１３によって回動可能とされている。水平移動機構１３は、一対の支持アーム１１を半導体ウェハーＷの受け渡しを行う受渡動作位置（図５の実線位置）と処理を行わないときに退避する退避位置（図５の二点鎖線位置）との間で水平移動させる。一対の支持アーム１１の退避位置は、チャンバー６の凹部６２の内側となる。水平移動機構１３としては、個別のモータによって各支持アーム１１をそれぞれ回動させるものであっても良いし、リンク機構を用いて１個のモータによって一対の支持アーム１１を連動させて回動させるものであっても良い。

また、一対の支持アーム１１は、昇降機構１４によって水平移動機構１３とともに昇降移動される。昇降機構１４が一対の支持アーム１１を受渡動作位置にて昇降させると、それらに設けられた計４本のリフトピン１２も鉛直方向に沿って昇降する。なお、支持機構１０の駆動部（水平移動機構１３および昇降機構１４）が設けられている部位の近傍にも図示省略の排気機構が設けられており、支持機構１０の駆動部周辺の雰囲気がチャンバー６の外部に排出されるように構成されている。

熱処理装置１の外部の搬送ロボットが熱処理空間６５に半導体ウェハーＷを搬入し、支持機構１０が一対の支持アーム１１を受渡動作位置にて上昇させると、４本のリフトピン１２が半導体ウェハーＷを突き上げて受け取る。そして、支持機構１０の昇降機構１４が一対の支持アーム１１を適当な高さ位置に昇降移動させることにより、半導体ウェハーＷは４本のリフトピン１２によってチャンバー６内にて所定の処理位置に水平姿勢で支持されることとなる。また、処理後に半導体ウェハーＷを支持した一対の支持アーム１１を上昇させ、上記の搬送ロボットが熱処理空間６５内に進入した後、支持機構１０が一対の支持アーム１１を下降させると、４本のリフトピン１２に支持されていた半導体ウェハーＷが搬送ロボットに渡される。このように、熱処理装置１の支持機構１０は、装置外部の搬送ロボットとの間で半導体ウェハーＷを受け渡しを行うとともに、チャンバー６内にて半導体ウェハーＷを支持する役割を担う。

また、チャンバー６の内部において、支持機構１０よりも上側に規制リング３０が設けられている。すなわち、規制リング３０は半導体ウェハーＷのフラッシュ光照射面側に設けられる。第１実施形態の規制リング３０は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光に対して透明な石英にて形成された円環形状の部材である。第１実施形態では、支持機構１０に支持された半導体ウェハーＷの周縁部に規制リング３０を当接させた状態にてフラッシュ光照射を実行する。

図４は、支持機構１０および半導体ウェハーＷに当接する規制リング３０を模式的に示す図である。また、図５は、半導体ウェハーＷの周縁部に当接する規制リング３０の斜視図である。石英製の規制リング３０は円環形状とされており、その内径は半導体ウェハーＷの径（本実施形態ではφ３００ｍｍ）よりも若干小さい。規制リング３０の高さは、特に限定されるものではないが、本実施形態では例えば２０ｍｍとされる。

上述した通り、支持機構１０は昇降機構１４を備えており、半導体ウェハーＷを支持する一対の支持アーム１１を鉛直方向に沿って昇降させることができる。一方、規制リング３０もチャンバー側部６１に付設されたリング昇降部３５によって鉛直方向に沿って昇降移動される。すなわち、昇降機構１４およびリング昇降部３５によって規制リング３０は支持機構１０に対して接近または離間するように相対移動される。

４本のリフトピン１２に水平姿勢で半導体ウェハーＷを支持した状態にて、昇降機構１４が一対の支持アーム１１を上昇させつつ、リング昇降部３５が規制リング３０を下降させると、規制リング３０が半導体ウェハーＷの周縁部に当接する。図６は、処理対象となる半導体ウェハーＷの平面図である。熱処理装置１にて処理対象となる半導体ウェハーＷの表面には、前工程にて半導体デバイスのパターンが形成されている。そのデバイスパターンにおけるソース・ドレイン領域に注入された不純物が熱処理装置１でのフラッシュ加熱によって活性化されるのである。通常、このようなデバイスパターンが半導体ウェハーＷの全面に形成されることはない。図６に示すように、半導体ウェハーＷの表面にはパターンが形成されていない周縁部ＷＥとそれよりも内側のパターン形成部ＷＰとが設けられる。デバイスパターンはパターン形成部ＷＰのみに形成される。規制リング３０は、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに対応する円環形状とされている。

第１実施形態においては、半導体ウェハーＷを支持する支持機構１０と規制リング３０とがフラッシュ光照射前に相対移動（接近）し、半導体ウェハーＷの表面のうちパターンが形成されていない周縁部ＷＥに規制リング３０が当接する。従って、規制リング３０によってデバイスパターンに損傷を与えるおそれは無い。

図１に戻り、チャンバー６の上方に設けられたフラッシュ加熱部５は、筐体５１の内側に、複数本（本実施形態では３０本）のキセノンフラッシュランプＦＬからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ５２と、を備えて構成される。また、フラッシュ加熱部５の筐体５１の底部にはランプ光放射窓５３が装着されている。フラッシュ加熱部５の床部を構成するランプ光放射窓５３は、石英により形成された板状の石英窓である。フラッシュ加熱部５がチャンバー６の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓５３が上側チャンバー窓６３と相対向することとなる。フラッシュランプＦＬはチャンバー６の上方からランプ光放射窓５３および上側チャンバー窓６３を介して熱処理空間６５にフラッシュ光を照射する。

複数のフラッシュランプＦＬ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支持機構１０に保持される半導体ウェハーＷの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプＦＬの配列によって形成される平面も水平面である。

キセノンフラッシュランプＦＬ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棒状のガラス管（放電管）と、該ガラス管の外周面上に付設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、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても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、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサーに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、ハロゲンランプＨＬの如き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。

また、リフレクタ５２は、複数のフラッシュランプＦＬの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ５２の基本的な機能は、複数のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５の側に反射するというものである。リフレクタ５２はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面（フラッシュランプＦＬに臨む側の面）はブラスト処理により粗面化加工が施されている。

チャンバー６の下方に設けられたハロゲン加熱部４の内部には複数本（本実施形態では４０本）のハロゲンランプＨＬが内蔵されている。複数のハロゲンランプＨＬはチャンバー６の下方から下側チャンバー窓６４を介して熱処理空間６５への光照射を行う。図７は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。本実施形態では、上下２段に各２０本ずつのハロゲンランプＨＬが配設されている。各ハロゲンランプＨＬは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに２０本のハロゲンランプＨＬは、それぞれの長手方向が支持機構１０に保持される半導体ウェハーＷの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように配列されている。よって、上段、下段ともにハロゲンランプＨＬの配列によって形成される平面は水平面である。

また、図７に示すように、上段、下段ともに支持機構１０に保持される半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプＨＬの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも端部側の方がハロゲンランプＨＬの配設ピッチが短い。このため、ハロゲン加熱部４からの光照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。

また、上段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群と下段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群とが格子状に交差するように配列されている。すなわち、上段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向と下段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向とが直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。

ハロゲンランプＨＬは、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素（ヨウ素、臭素等）を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプＨＬは、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特性を有する。また、ハロゲンランプＨＬは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプＨＬを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーＷへの放射効率が優れたものとなる。

また、図１に示すように、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４およびチャンバー６の側方にシャッター機構２を備える。シャッター機構２は、シャッター板２１およびスライド駆動機構２２を備える。シャッター板２１は、ハロゲン光に対して不透明な板であり、例えばチタン（Ｔｉ）にて形成されている。スライド駆動機構２２は、シャッター板２１を水平方向に沿ってスライド移動させ、ハロゲン加熱部４と熱処理空間６５との間の遮光位置にシャッター板２１を挿脱する。スライド駆動機構２２がシャッター板２１を前進させると、チャンバー６とハロゲン加熱部４との間の遮光位置（図１の二点鎖線位置）にシャッター板２１が挿入され、下側チャンバー窓６４と複数のハロゲンランプＨＬとが遮断される。これによって、複数のハロゲンランプＨＬから熱処理空間６５へと向かう光は遮光される。逆に、スライド駆動機構２２がシャッター板２１を後退させると、チャンバー６とハロゲン加熱部４との間の遮光位置からシャッター板２１が退出して下側チャンバー窓６４の下方が開放される。

また、制御部３は、熱処理装置１に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。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を備えている。制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置１における処理が進行する。

上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー６の壁体には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ハロゲン加熱部４およびフラッシュ加熱部５は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓６３とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部５および上側チャンバー窓６３を冷却する。

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（イオン）が添加されたシリコンの半導体基板である。図６に示すように、半導体ウェハーＷにはパターン形成部ＷＰと周縁部ＷＥとが設けられており、パターン形成部ＷＰに不純物が注入されている。その不純物の活性化が熱処理装置１によるフラッシュ光照射加熱処理（アニール）により実行される。図８は、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順を示すフローチャートである。以下に示す半導体ウェハーＷの処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することによって進行する。

まず、ゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放され、装置外部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内の熱処理空間６５に搬入される（ステップＳ１）。ウェハー搬入のために搬送開口部６６を開放するときには、給気のためのバルブ８４を開いてガス供給孔８１から熱処理空間６５に窒素ガス等の不活性ガスを供給し、パーティクルを含む外気が熱処理空間６５に流入するのを防止するようにしても良い。また、これとともに、排気用のバルブ８９，１９２を開いて熱処理空間６５の気体を排気するようにしても良い。

搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーＷは支持機構１０の受渡動作位置の上方にまで進出して停止する。そして、支持機構１０の一対の支持アーム１１が退避位置から受渡動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２が搬送ロボットから半導体ウェハーＷを受け取る。半導体ウェハーＷが支持機構１０のリフトピン１２に渡された後、搬送ロボットが熱処理空間６５から退出し、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖される。この時点で半導体ウェハーＷは支持機構１０の４本のリフトピン１２によって水平姿勢で支持されることとなる（ステップＳ２）。第１実施形態では、半導体ウェハーＷは、パターン形成がなされて不純物が注入された表面を上面として支持機構１０に支持される。

次に、支持機構１０に支持された半導体ウェハーＷに対して規制リング３０が接近するように相対移動して半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに当接する（ステップＳ３）。このときには、例えば、フラッシュランプＦＬおよびハロゲンランプＨＬからの半導体ウェハーＷまでの照射距離が適切となる所定の処理位置にまで支持機構１０が半導体ウェハーＷを昇降させて位置決めする。その後、リング昇降部３５が規制リング３０を下降させて半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに当接させるようにすれば良い。なお、規制リング３０の当接はこれに限定されるものではなく、半導体ウェハーＷまたは規制リング３０のいずれか一方が停止したまま残る一方が昇降移動して規制リング３０が半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに当接するようにしても良い。図４および図５は、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに規制リング３０が当接した状態を示す。

支持機構１０に水平姿勢で支持された半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに規制リング３０が当接した後、チャンバー６内を減圧する（ステップＳ４）。半導体ウェハーＷのチャンバー６内への搬入が完了した時点でゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖され、熱処理空間６５が密閉空間とされている。この状態で、排気部１９０を作動させつつバルブ８９を開放すると、熱処理空間６５の気体がガス排気孔８６から排気され、チャンバー６内が大気圧未満の所定の目標気圧（例えば１Ｐａ）にまで減圧される。なお、減圧時には、給気のためのバルブ８４は閉止される。その一方、バルブ１９２を開いて搬送開口部６６からもチャンバー６内の気体を排気するようにしても良い。

チャンバー６内が減圧されて所定の目標気圧にまで到達した後、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して予備加熱（アシスト加熱）が開始される（ステップＳ５）。ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓６４を透過して半導体ウェハーＷの裏面（表面とは反対側のパターン形成がなされていない主面）から照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって半導体ウェハーＷが予備加熱されて温度が上昇する。なお、支持機構１０の支持アーム１１およびリフトピン１２も透明な石英にて形成されているため、ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光はこれらの部材も透過して半導体ウェハーＷの裏面に到達する。すなわち、半導体ウェハーＷを裏面から支持する支持機構１０が予備加熱の障害となることは無い。

ハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うときには、半導体ウェハーＷの温度が図示しない温度センサによって測定されている。この温度センサとしては、例えば熱電対を使用した接触式温度計を用いることができる。測定された半導体ウェハーＷの温度は制御部３に伝達される。制御部３は、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって昇温する半導体ウェハーＷの温度が所定の予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを監視する。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８００℃程度、好ましくは３５０℃ないし６００℃程度とされる（本実施の形態では６００℃）。

半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した後、制御部３は半導体ウェハーＷをその予備加熱温度Ｔ１に暫時維持する。具体的には、温度センサによって測定される半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した時点にて制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を制御して半導体ウェハーＷの温度をほぼ予備加熱温度Ｔ１に維持している。

このようなハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うことによって、半導体ウェハーＷの全体を予備加熱温度Ｔ１に均一に昇温している。ハロゲンランプＨＬによる予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、ハロゲン加熱部４におけるハロゲンランプＨＬの配設密度は、半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっている。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一なものとすることができる。さらに、チャンバー側部６１に装着された反射リング６９の内周面は鏡面とされているため、この反射リング６９の内周面によって半導体ウェハーＷの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一なものとすることができる。

続いて、フラッシュ加熱部５のフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光が照射される（ステップＳ６）。このとき、フラッシュランプＦＬ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。第１実施形態においては、支持機構１０に支持された半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに規制リング３０を当接させた状態にてフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射される。規制リング３０はフラッシュ光に対して透明な石英にて形成されているため、フラッシュ光は規制リング３０を透過して半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥにも照射される。このため、規制リング３０がフラッシュ光を遮光して半導体ウェハーＷの面内温度分布を損なうことは防がれる。

フラッシュ加熱は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光（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、フラッシュランプＦＬ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ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下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ＦＬからのフラッシュ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℃以上の処理温度Ｔ２まで上昇し、半導体ウェハーＷに注入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に注入された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。また、減圧雰囲気下で半導体ウェハーＷの表面を処理温度Ｔ２にまで加熱しているため、当該表面の分子レベルでの酸化も防止することができる。なお、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１００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。

フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプＨＬが消灯する（ステップＳ７）。また、ハロゲンランプＨＬが消灯するのと同時に、シャッター機構２がシャッター板２１をハロゲン加熱部４とチャンバー６との間の遮光位置に挿入する（ステップＳ８）。ハロゲンランプＨＬが消灯しても、すぐにフィラメントや管壁の温度が低下するものではなく、暫時高温のフィラメントおよび管壁から輻射熱が放射され続け、これが半導体ウェハーＷの降温を妨げる。シャッター板２１が挿入されることによって、消灯直後のハロゲンランプＨＬから熱処理空間６５に放射される輻射熱が遮断されることとなり、半導体ウェハーＷの降温速度を高めることができる。

また、半導体ウェハーＷの降温と併せて、バルブ８４を開いて熱処理空間６５に窒素ガス等を供給し、チャンバー６内を復圧する（ステップＳ９）。さらに、リング昇降部３５が規制リング３０を上昇させて半導体ウェハーＷから離間させる。そして、半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温した後、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、リフトピン１２に支持された半導体ウェハーＷが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の加熱処理が完了する（ステップＳ１０）。

第１実施形態においては、支持機構１０の４本のリフトピン１２によって支持された半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに規制リング３０を当接させた状態にてフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射を行っている。照射時間が０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下程度の極めて短く、かつ、強度の強いフラッシュ光を半導体ウェハーＷの表面に照射すると、瞬間的に半導体ウェハーＷの表面温度が急上昇し、当該表面に急激な熱膨張が生じて半導体ウェハーＷが変形しようとする。その結果、規制リング３０が存在しない場合には、半導体ウェハーＷが激しく振動してリフトピン１２から跳躍することが判明している。

第１実施形態では、規制リング３０が半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに当接しつつフラッシュ光を照射しているため、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの表面温度が急速に上昇したとしても、半導体ウェハーＷがリフトピン１２から跳躍するのを規制リング３０によって抑制することができる。その結果、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの跳躍に起因したウェハー割れを防止することができる。

また、規制リング３０は、半導体ウェハーＷの表面のうちパターンが形成されていない周縁部ＷＥに当接している。従って、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥと規制リング３０との間に摩擦が生じたとしてもデバイスパターンに損傷を与えるのを防止することができる。

また、規制リング３０はフラッシュ光に対して透明な石英にて形成されているため、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの表面（特に、周縁部ＷＥ）に到達するフラッシュ光を遮光して面内温度分布が悪化するのを防ぐことができる。

また、支持機構１０のリフトピン１２に半導体ウェハーＷを支持してフラッシュ加熱を行うことができるため、従来必要であったサセプタが不要となり、そのコストを削減することが可能となる。

＜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１実施形態では半導体ウェハーＷの周縁部に当接する規制リング３０を用いていたが、第２実施形態では規制リング３０に代えて凹面レンズ１３０を用いている点で第１実施形態と相違する。

図９は、半導体ウェハーＷに当接する凹面レンズ１３０を模式的に示す図である。第２実施形態の凹面レンズ１３０は、チャンバー６の内部において支持機構１０よりも上側（つまり、半導体ウェハーＷのフラッシュ光照射面側）に設けられている。凹面レンズ１３０は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光に対して透明な石英にて形成され、その下面（支持機構１０に支持された半導体ウェハーＷに対向する面）には凹面１３１が形成されている。凹面１３１は、上側を凸とする曲面、つまり支持機構１０に支持された半導体ウェハーＷの中心から周縁部に向けて半導体ウェハーＷの表面との間隔が徐々に狭くなる曲面である。凹面１３１の径は、半導体ウェハーＷの径よりも大きい。

また、第１実施形態と同様に、凹面レンズ１３０は、レンズ昇降部１３５によって鉛直方向に沿って昇降移動される。すなわち、支持機構１０の昇降機構１４およびレンズ昇降部１３５によって凹面レンズ１３０は支持機構１０に対して接近または離間するように相対移動される。

第１実施形態と同様に、半導体ウェハーＷは支持機構１０の４本のリフトピン１２によって水平姿勢で支持される。半導体ウェハーＷは、パターン形成がなされて不純物が注入された表面を上面としてリフトピン１２に支持される。４本のリフトピン１２に水平姿勢で半導体ウェハーＷを支持した状態にて、凹面レンズ１３０が半導体ウェハーＷに接近するように相対移動すると、凹面レンズ１３０の凹面１３１が半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに当接する。第２実施形態では、周縁部ＷＥの最外周、すなわち半導体ウェハーＷの端縁部に凹面レンズ１３０が接触する。そして、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに凹面レンズ１３０を当接させた状態にてフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射を行うのである。規制リング３０を凹面レンズ１３０としている以外の残余の点については第２実施形態は第１実施形態と同様である。

このように、第２実施形態においては、支持機構１０の４本のリフトピン１２によって支持された半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに凹面レンズ１３０を当接させた状態にてフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射を行っている。このため、第１実施形態と同様に、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの表面温度が急速に上昇したとしても、半導体ウェハーＷがリフトピン１２から跳躍するのを凹面レンズ１３０によって抑制することができる。その結果、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの跳躍に起因したウェハー割れを防止することができる。

また、凹面レンズ１３０の凹面１３１が半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに当接した状態において、半導体ウェハーＷのパターン形成部ＷＰと凹面１３１との間には比較的大きな隙間が形成されている。よって、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの表面が急激に熱膨張したとしても、パターン形成部ＷＰが凹面１３１と接触することは無く、デバイスパターンの損傷を防止することができる。

さらに、第２実施形態においては、凹面レンズ１３０によってフラッシュランプＦＬからのフラッシュ光を半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに集光している。このため、フラッシュ光照射時に比較的温度低下の生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥを効果的に加熱することができ、面内温度分布の均一性を向上させることができる。なお、図９において凹面レンズ１３０の凹面１３１は曲面に形成されていたが、これに限られるものではなく、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの表面が急激に熱膨張したとしても、パターン形成部ＷＰが凹面レンズ１３０の凹面１３１に接触しないだけの隙間が、半導体ウェハーＷと凹面レンズ１３０の凹面１３１との間に形成されていれば良い。例えば、凹面レンズ１３０の凹面１３１が半導体ウェハーＷの中心部と対向する領域では、半導体ウェハーＷの表面と平行な平らな面に形成されていても良い。

＜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１実施形態では半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥの全周にわたって規制リング３０が当接していたが、第３実施形態では周縁部ＷＥの一部にのみ規制ブロック２３０が当接している点で第１実施形態と相違する。

図１０は、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに当接する規制ブロック２３０を模式的に示す図である。第３実施形態においては、４つの規制ブロック２３０が支持機構１０よりも上側（つまり、半導体ウェハーＷのフラッシュ光照射面側）に設けられており、それぞれが周縁部ＷＥに当接する。各規制ブロック２３０は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光に対して透明な石英にて形成された棒状部材（ロッド）である。４個の規制ブロック２３０は、第１，２実施形態と同様の昇降部によって昇降移動されても良いし、チャンバー６内に固定設置されていても良い。

第１実施形態と同様に、半導体ウェハーＷは支持機構１０の４本のリフトピン１２によって水平姿勢で支持される。半導体ウェハーＷは、パターン形成がなされて不純物が注入された表面を上面としてリフトピン１２に支持される。リフトピン１２に水平姿勢で半導体ウェハーＷを支持した状態にて、４個の規制ブロック２３０と半導体ウェハーＷとが接近するように相対移動すると、４個の規制ブロック２３０のそれぞれが半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに当接する。第３実施形態においては、図１０に示すように、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥの周方向に沿って９０°毎の４箇所に４個の規制ブロック２３０が当接する。そして、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに４個の規制ブロック２３０を当接させた状態にてフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射を行うのである。規制リング３０を規制ブロック２３０としている以外の残余の点については第３実施形態は第１実施形態と同様である。

このように、第３実施形態においては、支持機構１０の４本のリフトピン１２によって支持された半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥの４箇所に規制ブロック２３０を当接させた状態にてフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射を行っている。このため、第１実施形態と同様に、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの表面温度が急速に上昇したとしても、半導体ウェハーＷがリフトピン１２から跳躍するのを規制ブロック２３０によって抑制することができる。その結果、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの跳躍に起因したウェハー割れを防止することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態においては、半導体ウェハーＷの裏面にフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を行い、その裏面の全面に当接する規制板３３０を設けている。

図１１は、半導体ウェハーＷの裏面に当接する規制板３３０を模式的に示す図である。第４実施形態では、パターン形成がなされて不純物が注入された表面を下面として半導体ウェハーＷが支持される。このため、チャンバー６に固定設置されたリング状のサセプタ３３９によって半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥを支持する。なお、装置外部の搬送ロボットとサセプタ３３９との間の半導体ウェハーＷの受け渡しは、例えば第１実施形態の支持機構１０によって行えば良い。

規制板３３０は、サセプタ３３９よりも上側（つまり、フラッシュ光が照射される半導体ウェハーＷの裏面側）に設けられている。規制板３３０は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光に対して透明な石英にて形成された円板形状の部材である。規制板３３０の径は、半導体ウェハーＷの径よりも大きい。また、規制板３３０は、板昇降部３３５によって鉛直方向に沿って昇降移動される。

第４実施形態では、表面を下面に向けた状態で半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入され、その姿勢のままサセプタ３３９によって支持される。サセプタ３３９は、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥを支持するため、パターン形成部ＷＰのデバイスパターンと接触することは無い。サセプタ３３９に水平姿勢で半導体ウェハーＷを支持した状態にて、規制板３３０が半導体ウェハーＷに接近するように相対移動すると、規制板３３０が半導体ウェハーＷの裏面の全面に当接する。そして、この状態にてフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射を行う。フラッシュ光は石英の規制板３３０を透過して半導体ウェハーＷの裏面に照射される。これにより、半導体ウェハーＷの裏面が急速に昇温し、その熱が表面に伝導して表面の加熱が行われる。第４実施形態の残余の点については第１実施形態と同様である。

このように、第４実施形態においては、サセプタ３３９によって支持された半導体ウェハーＷの裏面全面に規制板３３０を当接させた状態にてフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射を行っている。このため、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの裏面温度が急速に上昇したとしても、半導体ウェハーＷがサセプタ３３９から跳躍するのを規制板３３０によって抑制することができる。その結果、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの跳躍に起因したウェハー割れを防止することができる。

特に、第４実施形態では、半導体ウェハーＷの裏面全面に規制板３３０が当接しているため、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの振動を確実に抑制することができる。

また、第４実施形態では、パターンが形成されていないために光吸収率が均一な半導体ウェハーＷの裏面にフラッシュ光が照射される。このため、フラッシュ光の吸収率にパターン依存性がなく、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態の熱処理装置の構成は、第１実施形態と全く同じである。第１実施形態では半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに規制リング３０を当接させていたが、第５実施形態では周縁部ＷＥに所定間隔を隔てて規制リング３０を近接させている点で第１実施形態と相違する。

図１２は、半導体ウェハーＷに近接する規制リング３０を模式的に示す図である。第１実施形態と同様に、半導体ウェハーＷは支持機構１０の４本のリフトピン１２によって水平姿勢で支持される。半導体ウェハーＷは、パターン形成がなされて不純物が注入された表面を上面としてリフトピン１２に支持される。４本のリフトピン１２に水平姿勢で半導体ウェハーＷを支持した状態にて、規制リング３０が半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥから所定間隔ｄを隔てる位置にまで接近するように相対移動する。すなわち、第５実施形態においては、規制リング３０が半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥと接触することはなく、所定間隔ｄを隔てて近接する。そして、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに規制リング３０を近接させた状態にてフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射を行うのである。規制リング３０を半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに近接させている以外の残余の点については第５実施形態は第１実施形態と同様である。

このように、第５実施形態においては、支持機構１０の４本のリフトピン１２によって支持された半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに規制リング３０を近接させた状態にてフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射を行っている。このような近接状態であっても、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの表面温度が急速に上昇したときに、半導体ウェハーＷがリフトピン１２から跳躍するのを規制リング３０によって抑制することができる。その結果、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの跳躍に起因したウェハー割れを防止することができる。このような半導体ウェハーＷの跳躍を抑制する効果を得るために、規制リング３０と半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥとを近接させる間隔ｄは１．５ｍｍ以下とする必要があり、０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とするのが好ましい。その理由は、間隔ｄが１．５ｍｍより大きいと、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが規制リング３０に衝突して割れるおそれがあるためである。

また、第５実施形態においては、規制リング３０が半導体ウェハーＷに接触していないため、予備加熱によって昇温した半導体ウェハーＷから規制リング３０への熱伝導が生じない。このため、半導体ウェハーＷの面内温度分布を比較的容易に均一にすることができる。

＜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、第１実施形態では規制リング３０を半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに当接させていたのを第５実施形態では近接させていたが、第２実施形態から第４実施形態についてもこれと同様に近接させても良い。すなわち、第２実施形態の凹面レンズ１３０、第３実施形態の規制ブロック２３０および第４実施形態の規制板３３０のそれぞれを半導体ウェハーＷに所定間隔を隔てて近接させるようにしても良い。このようにしても、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの表面温度が急速に上昇したときに、半導体ウェハーＷの跳躍を抑制してウェハー割れを防止することができる。

要するに、半導体ウェハーＷのフラッシュ光照射面側に、そのフラッシュ光照射面に当接または近接してフラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの跳躍を規制する規制部材を設ける形態であれば良い。そのような規制部材としては、石英のリング、凹面レンズ、円板、ロッドなどを用いることができる。このような規制部材を設けることによって、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの跳躍に起因したウェハー割れを防止することができる。

また、第１実施形態においては、リング昇降部３５によって規制リング３０が昇降移動させるように構成されていたが、規制リング３０はチャンバー６内に固定設置されていても良い。規制リング３０を固定設置する場合には、チャンバー６内にフレームを組み込み、そのフレームに取り付けるようにしても良いし、石英の上側チャンバー窓６３に直接溶着するようにしても良い。規制リング３０を固定設置した場合には、支持機構１０によって半導体ウェハーＷを昇降させることによって規制リング３０を半導体ウェハーＷに当接または近接させる。同様に、第２実施形態の凹面レンズ１３０、第３実施形態の規制ブロック２３０および第４実施形態の規制板３３０についても、チャンバー６内に固定設置するようにしても良い。

また、第３実施形態においては、半導体ウェハーＷの周方向に沿って９０°毎に４個の規制ブロック２３０を設けていたが、これに限定されるものではなく、規制ブロック２３０の個数は複数であれば良い。但し、半導体ウェハーＷの跳躍を確実に規制するためには３個以上の規制ブロック２３０を設けておくのが好ましい。

また、上記各実施形態においては、チャンバー６内を減圧雰囲気にしてフラッシュ加熱を行っていたが、常圧雰囲気にてフラッシュ加熱を行うようにしても良い。もっとも、常圧雰囲気であれば半導体ウェハーＷの上下に気圧差を生じさせて跳躍を抑制することもできるが、上記各実施形態のような減圧雰囲気下では気圧差を利用することができないため、本発明に係る技術が有効となる。

また、上記各実施形態では、規制リング３０、凹面レンズ１３０、規制ブロック２３０、規制板３３０を石英で構成するようにしていたが、これに限られるものではなく、例えばサファイアなどフラッシュランプＦＬからの照射光を透過させて半導体ウェハーＷに導ける透明な部材であれば良い。

また、かかる規制リング３０、凹面レンズ１３０、規制ブロック２３０、規制板３３０の保持の仕方に関して、半導体ウェハーＷへのフラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが跳躍しようとする力を吸収できるように、上下方向に多少の遊びを有するように保持するようにしても良い。

また、上記各実施形態においては、フラッシュ加熱部５に３０本のフラッシュランプＦＬ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ＦＬ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ＦＬ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、ハロゲン加熱部４に備えるハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。

また、上記各実施形態においては、ハロゲンランプＨＬからのハロゲン光照射によって半導体ウェハーＷを予備加熱するようにしていたが、予備加熱の手法はこれに限定されるものではなく、ホットプレートに載置することによって半導体ウェハーＷを予備加熱するようにしても良い。ホットプレートに載置された半導体ウェハーＷのフラッシュ光照射面に当接または近接してフラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの跳躍を規制する規制部材を設けるようにすれば、上記各実施形態と同様に、半導体ウェハーＷの跳躍に起因したウェハー割れを防止することができる。

また、本発明に係る熱処理装置によって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く、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。また、本発明に係る技術は、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化に適用するようにしても良い。

１ 熱処理装置
２ シャッター機構
３ 制御部
４ ハロゲン加熱部
５ フラッシュ加熱部
６ チャンバー
１０ 支持機構
１１ 支持アーム
１２ リフトピン
１３ 水平移動機構
１４ 昇降機構
３０ 規制リング
３５ リング昇降部
６５ 熱処理空間
１３０ 凹面レンズ
１３１ 凹面
１３５ レンズ昇降部
２３０ 規制ブロック
３３０ 規制板
３３５ 板昇降部
３３９ サセプタ
ＦＬ フラッシュランプ
ＨＬ ハロゲンランプ
Ｗ 半導体ウェハー
ＷＥ 周縁部
ＷＰ パターン形成部

Claims (10)

1. 基板に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、
   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支持する支持手段と、
   前記支持手段に支持された基板の一方面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
   前記基板の前記一方面側に設けられ、フラッシュ光照射時における前記基板の前記支持手段からの跳躍を規制する規制部材と、
   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、
   前記一方面は、パターン形成がなされる表面であり、
   前記規制部材は、前記基板の表面のうちパターンが形成されていない周縁部を規制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、
   前記規制部材は、前記周縁部の形状に対応する環状部材であることを特徴とする熱処理装置。
4. 請求項２記載の熱処理装置において、
   前記規制部材は、前記基板の中心から前記周縁部に向けて表面との間隔が徐々に狭くなるような凹面が形成された凹面レンズであることを特徴とする熱処理装置。
5. 請求項２記載の熱処理装置において、
   前記規制部材は、前記周縁部の複数箇所を規制することを特徴とする熱処理装置。
6. 請求項１記載の熱処理装置において、
   前記一方面は、パターン形成がなされた表面とは反対側の裏面であり、
   前記規制部材は、前記基板の裏面の全面を規制することを特徴とする熱処理装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱処理装置において、
   前記規制部材は、前記基板の前記一方面に当接して前記基板の跳躍を規制することを特徴とする熱処理装置。
8. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱処理装置において、
   前記規制部材は、前記基板の前記一方面に近接して前記基板の跳躍を規制することを特徴とする熱処理装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の熱処理装置において、
   前記規制部材は、フラッシュ光に対して透明な石英にて形成されることを特徴とする熱処理装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の熱処理装置において、
    前記規制部材を前記支持手段に対して接近または離間するように相対移動させる駆動手段をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。

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