JP2013207063A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フラッシュ光照射時における均熱リングの振動を抑制することができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】円環形状の平板状部材である環状部７２の外周端に円筒状の補強部７３を垂直に設け、均熱リング７１を断面Ｌ字形状に形成している。この均熱リング７１に支持された半導体ウェハーＷに対してハロゲンランプを用いた予備加熱およびフラッシュ光照射を行う。炭化ケイ素にて形成された均熱リング７１はフラッシュ光を吸収するため、環状部７２の上面のみが急激に熱膨張し、環状部７２に変形応力が作用することとなるが、環状部７２と垂直に補強部７３が設けられているため、環状部７２の熱膨張に起因した変形は抑制される。このため、フラッシュ光照射時における均熱リング７１の振動および跳躍は大幅に抑制されることとなる。
【選択図】図３

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、サセプター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熱処理装置においては、石英のサセプターに保持した半導体ウェハーにハロゲンランプからハロゲン光を照射してフラッシュ加熱前の予備加熱を行っている。石英はハロゲン光を透過するため、予備加熱時には半導体ウェハーが昇温しもて、それを保持するサセプターはあまり昇温しない。このため、特にサセプターとの接触部位近傍や周縁部において半導体ウェハーの温度が低くなる温度分布のバラツキが生じていた。

これを防止するためには、ハロゲン光を吸収して昇温する炭化ケイ素などで形成された均熱リングによって半導体ウェハーを支持することが考えられる。しかしながら、フラッシュランプアニール装置に炭化ケイ素で形成された均熱リングを用いると、フラッシュ光照射によって均熱リングの表面のみが瞬間的に加熱されて急激に昇温し、そのときの熱膨張によって反りが発生して均熱リングが振動する。さらに照射するフラッシュ光のエネルギーを大きくすると、均熱リングが激しく振動して跳躍することもある。このような、均熱リングの振動や跳躍が発生すると、半導体ウェハーやチャンバーとの摺動によってパーティクルが発生するとともに、位置ずれが生じて半導体ウェハーを保持することができなくなるという問題が生じる。

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における均熱リングの振動を抑制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保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、前記基板の他方面に光照射を行うハロゲンランプと、前記基板の端縁部に当接または近接して当該端縁部を囲繞する均熱リングと、を備え、前記均熱リングは、内周端が前記基板の端縁部に当接または近接し、前記基板の主面と平行な環状部と、前記環状部の外周端に連設され、前記環状部と０°より大きく１８０°より小さい角度をなす補強部と、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、前記均熱リングは、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、または、窒化ホウ素にて形成されることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記環状部と前記補強部とのなす角度は９０°であることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る熱処理装置において、前記チャンバーの内壁に固設され、前記均熱リングが嵌装される支持リングをさらに備えることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項３の発明に係る熱処理装置において、前記チャンバーの内壁に固設され、前記基板の主面と平行な平面部を有する支持リングと、前記平面部に設けられ、前記平面部と２ｍｍ以下の間隔を隔てて前記環状部を支持する突起と、をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る熱処理装置において、前記環状部のうち前記平面部と対向する面積は前記環状部の面積の３分の１以上であることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項３の発明に係る熱処理装置において、前記均熱リングは、前記補強部から前記環状部とは反対側に延設され、前記基板の主面と平行な第１の平面部を備え、前記チャンバーの内壁に固設され、前記基板の主面と平行な第２の平面部を有する支持リングと、前記第２の平面部に設けられ、前記第２の平面部と２ｍｍ以下の間隔を隔てて前記第１の平面部を支持する突起と、をさらに備え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７のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記均熱リングの少なくとも一部をフラッシュ光から遮光する遮光部材をさらに備えることを特徴とする。

請求項１から請求項８の発明によれば、均熱リングが、内周端が基板の端縁部に当接または近接し、基板の主面と平行な環状部と、環状部の外周端に連設され、環状部と０°より大きく１８０°より小さい角度をなす補強部と、を備えるため、フラッシュ光照射時に環状部に熱膨張に起因した変形応力が作用したとしても、環状部と所定の角度を有して設けられた補強部によって変形は抑制される。その結果、フラッシュ光照射時における均熱リングの振動を抑制することができ、パーティクルの発生を防止できるとともに、均熱リングの位置ずれも防止することができる。

特に、請求項４の発明によれば、チャンバーの内壁に固設され、均熱リングが嵌装される支持リングを備えるため、フラッシュ光照射時に均熱リングが若干振動したとしても、均熱リングの位置ずれを確実に防止することができる。

特に、請求項５の発明によれば、支持リングの平面部と２ｍｍ以下の間隔を隔てて均熱リングの環状部が支持されるため、フラッシュ光照射時に張り付き効果によって均熱リングに支持リングの平面部に張り付くような力が作用し、均熱リングの振動をより確実に抑制することができる。

特に、請求項７の発明によれば、支持リングの第２の平面部と２ｍｍ以下の間隔を隔てて均熱リングの第１の平面部が支持されるため、フラッシュ光照射時に張り付き効果によって均熱リングに支持リングの第２の平面部に張り付くような力が作用し、均熱リングの振動をより確実に抑制することができる。

特に、請求項８の発明によれば、均熱リングの少なくとも一部をフラッシュ光から遮光する遮光部材を備えるため、フラッシュ光照射時における環状部の熱膨張自体を少なくすることができ、均熱リングの振動をより確実に抑制することができる。

本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 均熱リングの斜視図である。 半導体ウェハーを保持した保持部の側面図である。 移載機構の平面図である。 移載機構の側面図である。 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。 第２実施形態の保持部の側面図である。 第３実施形態の保持部の側面図である。 第４実施形態の熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 第５実施形態の保持部の側面図である。

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の円板形状のシリコン半導体ウェハー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、半導体ウェハーＷを水平姿勢に保持する保持部７と、保持部７と装置外部との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う移載機構１０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、半導体ウェハーＷを保持する保持部７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。

また、チャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に不活性ガス（本実施形態では窒素ガス（Ｎ_２））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は窒素ガス供給源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、窒素ガス供給源８５から緩衝空間８２に窒素ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した窒素ガスは、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。バルブ８９が開放されると、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。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、窒素ガス供給源８５および排気部１９０は、熱処理装置１に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置１が設置される工場のユーティリティであっても良い。

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。

保持部７は、均熱リング７１および支持リング７５を備える。図２は、均熱リング７１の斜視図である。また、図３は、半導体ウェハーＷを保持した保持部７の側面図である。均熱リング７１は、φ３００ｍｍの円板形状の半導体ウェハーＷの端縁部を取り囲む円環形状の部材であり、環状部７２および補強部７３を備える。第１実施形態の均熱リング７１は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）にて形成される。

環状部７２は、円環形状の平板状部材である。第１実施形態では、環状部７２の内周端に鍔部７２ａが設けられており、その鍔部７２ａが半導体ウェハーＷの端縁部の下面を支持する。すなわち、環状部７２は内周端にて半導体ウェハーＷの端縁部に当接し、その半導体ウェハーＷを支持する。また、円環形状の環状部７２の外径は半導体ウェハーＷの直径よりも大きい。よって、環状部７２は、半導体ウェハーＷの端縁部に当接して当該端縁部を囲繞する。また、環状部７２は、均熱リング７１によって支持される半導体ウェハーＷの主面と平行である。

補強部７３は、環状部７２の外周端に連設された円筒状部材である。第１実施形態では、環状部７２と補強部７３とのなす角度は９０°である。すなわち、補強部７３は環状部７２の外周端から垂直に下向きに曲がるように設けられる。よって、図３に示すように、均熱リング７１の断面形状はＬ字となる。このような形状の均熱リング７１は、例えば焼結ＳｉＣを用いて環状部７２および補強部７３を一体成形することにより作製することができる。

支持リング７５は、透明な石英にて形成された円環形状の部材である。支持リング７５は、凹部６２の底面に固定して取り付けられることによって、チャンバー６の内壁面に固設される（図１参照）。支持リング７５をチャンバー６に固設する手法としては、例えばピンによって支持リング７５を凹部６２の底面に固定すれば良い。

第１実施形態においては、石英の支持リング７５も断面形状がＬ字となるように形成される。そして、支持リング７５のＬ字と均熱リング７１のＬ字とが互いに噛み合うように、チャンバー６の内壁に固設された支持リング７５に均熱リング７１が嵌装される。これにより、均熱リング７１を含む保持部７の全体がチャンバー６に固定設置されることとなる。

チャンバー６の内壁に固設された保持部７の均熱リング７１によって半導体ウェハーＷは水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）に支持される。均熱リング７１の環状部７２は半導体ウェハーＷの主面と平行であるため、環状部７２も水平姿勢である。また、環状部７２に垂直に設けられた補強部７３は鉛直方向に沿って設けられることとなる。

また、チャンバー６には図示を省略する放射温度計が設けられている。放射温度計は、均熱リング７１によって支持される半導体ウェハーＷの下面から放射される放射光（赤外光）を受光してウェハー温度を測定することができる。半導体ウェハーＷは環状部７２によって端縁部が支持され、当該端縁部を除く半導体ウェハーＷの下面は開放されているため、放射温度計は半導体ウェハーＷの下面から放射される放射光を確実に受光することができる。

図４は、移載機構１０の平面図である。また、図５は、移載機構１０の側面図である。移載機構１０は、２本の移載アーム１１を備える。移載アーム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。それぞれの移載アーム１１には２本のリフトピン１２が立設されている。各移載アーム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、一対の移載アーム１１を保持部７に対して半導体ウェハーＷの移載を行う移載動作位置（図５の実線位置）と保持部７に保持された半導体ウェハーＷと平面視で重ならない退避位置（図５の二点鎖線位置）との間で水平移動させる。水平移動機構１３としては、個別のモータによって各移載アーム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移載アーム１１を連動させて回動させるものであっても良い。

また、一対の移載アーム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が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて上昇させると、計４本のリフトピン１２が均熱リング７１の内側空間を通過し、リフトピン１２の上端が環状部７２の上面よりも上方に到達する。一方、昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて下降させてリフトピン１２を保持部７よりも下方に移動させ、水平移動機構１３が一対の移載アーム１１を開くように移動させると各移載アーム１１が退避位置に移動する。なお、移載機構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、移載機構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。

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（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１００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６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（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６に示すように、上段、下段ともに保持部７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。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７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、給気のためのバルブ８４が開放されるとともに、排気用のバルブ８９，１９２が開放されてチャンバー６内に対する給排気が開始される（ステップＳ１）。バルブ８４が開放されると、ガス供給孔８１から熱処理空間６５に窒素ガスが供給される。また、バルブ８９が開放されると、ガス排気孔８６からチャンバー６内の気体が排気される。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５の上部から供給された窒素ガスが下方へと流れ、熱処理空間６５の下部から排気される。

また、バルブ１９２が開放されることによって、搬送開口部６６からもチャンバー６内の気体が排気される。さらに、図示省略の排気機構によって移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気も排気される。なお、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熱処理空間６５に継続的に供給されており、その供給量は図７の処理ステップに応じて適宜変更される。

続いて、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を介して不純物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Ｓ２）。搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーＷは保持部７の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構１０の一対の移載アーム１１が退避位置から移載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が均熱リング７１の内側空間を通過して半導体ウェハーＷを受け取る。

半導体ウェハーＷがリフトピン１２に載置された後、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。そして、一対の移載アーム１１が下降することにより、半導体ウェハーＷは移載機構１０から保持部７の均熱リング７１に渡される。図３に示すように、均熱リング７１は、環状部７２の内周端によって半導体ウェハーＷの端縁部を全周にわたって支持する。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水平姿勢にて均熱リング７１に支持される。保持部７の下方にまで下降した一対の移載アーム１１は水平移動機構１３によって退避位置に退避する。

半導体ウェハーＷが保持部７の均熱リング７１に支持された後、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Ｓ３）。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、移載機構１０の移載アーム１１は退避位置に退避され、さらに移載アーム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、それらがハロゲンランプＨＬによる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、例えば放射温度計を用いることができる。本実施形態においては、均熱リング７１によって支持される半導体ウェハーＷの下方が広く開放されているため、放射温度計は半導体ウェハーＷの下面から放射される放射光を確実に受光して正確な温度測定を行うことができる。また、温度センサとしては、熱電対を使用した接触式温度計を用いるようにしても良い。温度センサによって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しつつ、ハロゲンランプＨＬの出力を制御する。すなわち、制御部３は、温度センサによる測定値に基づいて、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１となるようにハロゲンランプＨＬの出力をフィードバック制御している。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。

次に、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達して所定時間が経過した時点で、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Ｓ４）。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、保持部７の均熱リング７１によって半導体ウェハーＷを端縁部にて支持し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。

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。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Ｓ５）。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Ｓ６）。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。なお、降温中の半導体ウェハーＷの温度も温度センサによって測定され、その測定結果は制御部３に伝達される。

制御部３は、温度センサによって測定される半導体ウェハーＷの温度が所定温度まで降温したか否かを監視する。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、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載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が均熱リング７１の内側空間を通過して熱処理後の半導体ウェハーＷを均熱リング７１から受け取る。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、リフトピン１２上に載置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Ｓ７）。

第１実施形態においては、円環形状の平板状部材である環状部７２の外周端に円筒状の補強部７３を垂直に設け、均熱リング７１を断面Ｌ字形状としている。炭化ケイ素にて形成された均熱リング７１はフラッシュ光を吸収する。特に、半導体ウェハーＷの主面と平行な環状部７２の上面は、フラッシュランプＦＬから照射されたフラッシュ光を直接に受光して吸収することとなるため、瞬間的に急激に昇温する。その結果、均熱リング７１のうち環状部７２の上面のみが急激に熱膨張し、環状部７２に変形応力が作用することとなるが、環状部７２と垂直に補強部７３が設けられているため、環状部７２の熱膨張に起因した変形は抑制される。このため、フラッシュ光照射時における均熱リング７１の振動および跳躍は大幅に抑制されることとなり、そのような均熱リング７１の挙動に起因したパーティクルの発生を防止することができる。また、均熱リング７１の振動を抑制することによって、均熱リング７１の位置ずれも防止することができ、半導体ウェハーＷを確実に支持することができる。

また、炭化ケイ素にて形成された均熱リング７１はハロゲンランプＨＬから照射されたハロゲン光も吸収する。従って、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とともに均熱リング７１もハロゲン光を吸収して昇温することとなる。このような均熱リング７１によって半導体ウェハーＷの端縁部を取り囲むことにより、予備加熱段階で温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度低下を防止して面内温度分布の均一性を向上させることができる。

また、第１実施形態においては、支持リング７５のＬ字と均熱リング７１のＬ字とが互いに噛み合うように、チャンバー６の内壁に固設された支持リング７５に均熱リング７１が嵌装されている。このため、フラッシュ光照射時に均熱リング７１が若干振動したとしても、均熱リング７１の位置ずれを確実に防止することができる。

＜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２実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と同様である。また、第２実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第２実施形態が第１実施形態と相違するのは、保持部７の構造である。

図８は、第２実施形態の保持部７の側面図である。図８において、第１実施形態と同一の要素については図３と同様の符号を付している。保持部７は、均熱リング７１および支持リング１７５を備える。均熱リング７１は第１実施形態と同様のものである。すなわち、均熱リング７１は、内周端が半導体ウェハーＷの端縁部に当接して当該端縁部を囲繞する円環形状の環状部７２と、環状部７２の外周端から垂直に連設された円筒形状の補強部７３と、を備える。環状部７２は、均熱リング７１によって支持される半導体ウェハーＷの主面と平行である。また、均熱リング７１は、炭化ケイ素にて形成される。

支持リング１７５は、透明な石英にて形成された円環形状の部材である。第１実施形態と同様に、支持リング１７５は、凹部６２の底面に固定して取り付けられることによって、チャンバー６の内壁面に固設される。第２実施形態の支持リング１７５においては、第１実施形態の支持リング７５の断面のＬ字の先端からさらに垂直に内側に曲がるように平面部１７６が設けられている。平面部１７６は、均熱リング７１によって支持される半導体ウェハーＷの主面と平行である。よって、平面部１７６は、平坦な円環形状を有することとなる。

平面部１７６の上面には複数の突起１７７が立設されている。突起１７７も石英にて形成される。平面部１７６の上面から突起１７７の先端までの高さは２ｍｍ以下である。そして、第２実施形態においては、複数の突起１７７によって均熱リング７１が支持される。より具体的には、支持リング１７５の平面部１７６に立設された複数の突起１７７によって、均熱リング７１の環状部７２が支持される。これにより、均熱リング７１によって支持される半導体ウェハーＷの主面と平行な環状部７２は、同じく当該半導体ウェハーＷの主面と平行な平面部１７６から２ｍｍ以下の間隔を隔てて相対向するように支持されることとなる。

また、均熱リング７１の環状部７２のうち支持リング１７５の平面部１７６と対向する面積は、環状部７２の面積の３分の１以上である。すなわち、均熱リング７１の環状部７２は、その面積の３分の１以上において平面部１７６と２ｍｍ以下の間隔を隔てて相対向している。

第２実施形態においては、支持リング１７５に突起１７７を介して支持された均熱リング７１によって半導体ウェハーＷが水平姿勢に支持される。そして、このように均熱リング７１に支持された半導体ウェハーＷに対して、第１実施形態と同様にハロゲンランプＨＬを用いた予備加熱およびフラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射が行われる。

第２実施形態においても、円環形状の平板状部材である環状部７２の外周端に円筒状の補強部７３を垂直に設け、均熱リング７１を断面Ｌ字形状としている。このため、フラッシュ光照射時に環状部７２に表面熱膨張に起因した変形応力が作用したとしても、環状部７２と垂直に設けられた補強部７３によって変形は抑制される。その結果、フラッシュ光照射時における均熱リング７１の振動および跳躍は大幅に抑制されることとなり、そのような均熱リング７１の挙動に起因したパーティクルの発生を防止することができる。また、均熱リング７１の振動を抑制することによって、均熱リング７１の位置ずれも防止することができ、半導体ウェハーＷを確実に支持することができる。

また、炭化ケイ素にて形成された均熱リング７１によって半導体ウェハーＷの端縁部を取り囲むことにより、予備加熱段階で温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度低下を防止して面内温度分布の均一性を向上させることができる。

さらに、第２実施形態においては、均熱リング７１の環状部７２が支持リング１７５の平面部１７６から２ｍｍ以下の間隔を隔てて相対向するように支持される。このため、フラッシュ光照射時に、張り付き効果によって均熱リング７１の振動および跳躍がより確実に抑制されることとなる。張り付き効果とは、フラッシュ光照射時に均熱リング７１が振動または跳躍しようとしても、環状部７２と平面部１７６との間の２ｍｍ以下の狭い間隔には気体が入り込みにくいため、当該間隔が負圧となって環状部７２に平面部１７６に張り付くような力が作用する効果である。このような張り付き効果を得るためには、環状部７２のうち平面部１７６と対向する面積が環状部７２の面積の３分の１以上であることが望ましい。

＜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３実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と同様である。また、第３実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第３実施形態が第１実施形態と相違するのは、保持部７の構造である。

図９は、第３実施形態の保持部７の側面図である。図９において、第１実施形態と同一の要素については図３と同様の符号を付している。保持部７は、均熱リング１７１および支持リング２７５を備える。第２実施形態では支持リングのＬ字の先端から平面部を延設していたが、第３実施形態では均熱リングのＬ字の先端から平面部を延設している。第３実施形態の均熱リング１７１は、円板形状の半導体ウェハーＷの端縁部を取り囲む円環形状の部材であり、環状部７２、補強部７３および平面部７４を備える。第１実施形態と同様に、均熱リング１７１は、炭化ケイ素にて形成される。

環状部７２は、内周端にて半導体ウェハーＷの端縁部に当接し、その半導体ウェハーＷを支持するとともに、当該端縁部を囲繞する円環形状の部材である。また、環状部７２は、均熱リング７１によって支持される半導体ウェハーＷの主面と平行である。補強部７３は、環状部７２の外周端から垂直に連設された円筒形状の部材である。

第３実施形態の均熱リング１７１においては、環状部７２と補強部７３とで形成される断面のＬ字の先端からさらに垂直に外側に曲がるように平面部７４が設けられている。すなわち、平面部７４は、補強部７３の下端から環状部７２とは反対側に延設されている。平面部７４は、環状部７２と平行、つまり均熱リング１７１によって支持される半導体ウェハーＷの主面と平行である。よって、平面部７４は、平坦な円環形状を有することとなる。

支持リング２７５は、透明な石英にて形成された円環形状の部材である。第１実施形態と同様に、支持リング２７５は、凹部６２の底面に固定して取り付けられることによって、チャンバー６の内壁面に固設される。第３実施形態の支持リング２７５は、平坦な円環形状を有する平面部２７６を備える。平面部２７６は、均熱リング１７１によって支持される半導体ウェハーＷの主面と平行である。

円環形状の平面部２７６の上面には複数の突起２７７が立設されている。突起２７７も石英にて形成される。平面部２７６の上面から突起２７７の先端までの高さは２ｍｍ以下である。そして、第３実施形態においては、複数の突起２７７によって均熱リング１７１が支持される。より具体的には、支持リング２７５の平面部２７６に立設された複数の突起２７７によって、均熱リング１７１の平面部７４が支持される。これにより、均熱リング１７１によって支持される半導体ウェハーＷの主面と平行な均熱リング１７１の平面部７４は、同じく当該半導体ウェハーＷの主面と平行な支持リング２７５の平面部２７６から２ｍｍ以下の間隔を隔てて相対向するように支持されることとなる。

また、均熱リング１７１の平面部７４のうち支持リング２７５の平面部２７６と対向する面積は、平面部７４の面積の３分の１以上である。すなわち、均熱リング１７１の平面部７４は、その面積の３分の１以上において平面部２７６と２ｍｍ以下の間隔を隔てて相対向している。

第３実施形態においては、支持リング２７５に突起２７７を介して支持された均熱リング１７１によって半導体ウェハーＷが水平姿勢に支持される。そして、このように均熱リング１７１に支持された半導体ウェハーＷに対して、第１実施形態と同様にハロゲンランプＨＬを用いた予備加熱およびフラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射が行われる。

第３実施形態においても、円環形状の平板状部材である環状部７２の外周端に円筒状の補強部７３を垂直に設けている。このため、フラッシュ光照射時に環状部７２に表面熱膨張に起因した変形応力が作用したとしても、環状部７２と垂直に設けられた補強部７３によって変形は抑制される。その結果、フラッシュ光照射時における均熱リング１７１の振動および跳躍は大幅に抑制されることとなり、そのような均熱リング１７１の挙動に起因したパーティクルの発生を防止することができる。また、均熱リング１７１の振動を抑制することによって、均熱リング１７１の位置ずれも防止することができ、半導体ウェハーＷを確実に支持することができる。

また、炭化ケイ素にて形成された均熱リング１７１によって半導体ウェハーＷの端縁部を取り囲むことにより、予備加熱段階で温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度低下を防止して面内温度分布の均一性を向上させることができる。

さらに、第３実施形態においては、均熱リング１７１の平面部７４が支持リング２７５の平面部２７６から２ｍｍ以下の間隔を隔てて相対向するように支持される。このため、フラッシュ光照射時に、第２実施形態と同様の張り付き効果によって均熱リング１７１に平面部２７６に張り付くような力が作用し、均熱リング１７１の振動および跳躍がより確実に抑制されることとなる。

特に、第３実施形態では、均熱リング１７１のＬ字の先端から平面部７４を延設しているため、均熱リング１７１に支持される半導体ウェハーＷと支持リング２７５との距離を第２実施形態よりも長くすることができる。これにより、予備加熱時に昇温しにくい石英の支持リング２７５が半導体ウェハーＷの端縁部の温度に与える影響をより少なくすることができる。

＜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。図１０は、第４実施形態の熱処理装置の構成を示す縦断面図である。図１０において、第１実施形態と同一の要素については図１と同様の符号を付している。第４実施形態の熱処理装置が第１実施形態と相違するのは、均熱リング７１の上方に遮光リング７９を備えている点である。

遮光リング７９は、断面が三角形の円環形状の部材である。遮光リング７９は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光に対して不透明な金属材料（例えば、ステンレススチール）にて形成される。円環形状の遮光リング７９の内径は、半導体ウェハーＷの直径よりも大きく、均熱リング７１の外径よりも小さい。また、遮光リング７９の外径は、均熱リング７１の外径と同程度である。

第４実施形態では、このような遮光リング７９が均熱リング７１の上方であって環状部７２の上面から所定の間隔を隔てた高さ位置に設置される。遮光リング７９は、チャンバー６の内壁に固定設置される。遮光リング７９を除く第４実施形態の残余の構成については、第１実施形態と同様である。

第４実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第４実施形態においては、第１実施形態と同様に、支持リング７５に嵌装された均熱リング７１によって水平姿勢で支持された半導体ウェハーＷに対して、ハロゲンランプＨＬを用いた予備加熱およびフラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射が行われる。

このようにしても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。それに加えて、第４実施形態においては、フラッシュ光に対して不透明な（つまり、フラッシュ光を透過しない）遮光リング７９を均熱リング７１の上方に設けているため、均熱リング７１の上面の少なくとも一部は遮光リング７９によってフラッシュ光から遮光されることとなる。このため、フラッシュ光照射時における環状部７２の表面熱膨張自体を少なくすることができ、均熱リングの振動および跳躍をより確実に抑制することができる。

＜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全体構成は第１実施形態と同様である。また、第５実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と概ね同じである。第５実施形態が第１実施形態と相違するのは、保持部７の構造およびそれによる半導体ウェハーＷの支持手法である。

図１１は、第５実施形態の保持部７の側面図である。図１１において、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。保持部７は、均熱リング２７１および支持リング７５を備える。均熱リング２７１は、第１実施形態の均熱リング７１と概ね同様のものであるが、その内径が半導体ウェハーＷの直径よりも若干大きい。すなわち、第５実施形態の均熱リング２７１も円板形状の半導体ウェハーＷの端縁部を取り囲む円環形状の部材であり、環状部２７２および補強部７３を備える。第１実施形態と同様に、均熱リング２７１は、炭化ケイ素にて形成される。

第５実施形態の環状部２７２も円環形状の平板状部材であるが、その内径は半導体ウェハーＷの直径よりも若干大きい。よって、円環形状の環状部２７２の内周端は半導体ウェハーＷの端縁部に非接触で近接する。また、環状部２７２の外径は半導体ウェハーＷの直径よりも大きい。よって、環状部２７２は、半導体ウェハーＷの端縁部に近接して当該端縁部を囲繞することとなる。一方、補強部７３は、第１実施形態と同様に、環状部２７２の外周端から垂直に連設された円筒形状の部材である。

第５実施形態では、環状部２７２の内径が半導体ウェハーＷの直径よりも大きいため、均熱リング２７１の環状部２７２によって半導体ウェハーＷを支持することはできない。そこで、第５実施形態では、移載機構１０の計４本のリフトピン１２によって半導体ウェハーＷを下面より支持している。均熱リング２７１の環状部２７２は、移載機構１０のリフトピン１２によって支持される半導体ウェハーＷの端縁部に近接して当該端縁部を囲繞する。また、環状部２７２は、移載機構１０によって支持される半導体ウェハーＷの主面と平行である。

第５実施形態においては、装置外部の搬送ロボットから半導体ウェハーＷを受け取った移載機構１０のリフトピン１２がその半導体ウェハーＷを均熱リング２７１の環状部２７２とほぼ同じ高さ位置に支持する。そして、リフトピン１２によって環状部２７２の内側に水平姿勢で支持された半導体ウェハーＷに対して、ハロゲンランプＨＬを用いた予備加熱およびフラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射が行われる。なお、移載機構１０の移載アーム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、それらがハロゲンランプＨＬによる加熱の障害となることは無い。

このようにしても、炭化ケイ素にて形成された均熱リング２７１によって半導体ウェハーＷの端縁部を取り囲むこととなるため、第１実施形態と同様に、予備加熱段階で温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度低下を防止して面内温度分布の均一性を向上させることができる。

また、第５実施形態においても、円環形状の平板状部材である環状部２７２の外周端に円筒状の補強部７３を垂直に設け、均熱リング２７１を断面Ｌ字形状としている。このため、フラッシュ光照射時に環状部２７２に表面熱膨張に起因した変形応力が作用したとしても、環状部２７２と垂直に設けられた補強部７３によって変形は抑制される。その結果、フラッシュ光照射時における均熱リング２７１の振動および跳躍は大幅に抑制されることとなり、そのような均熱リング２７１の挙動に起因したパーティクルの発生を防止することができる。また、均熱リング２７１の振動を抑制することによって、均熱リング２７１の位置ずれも防止することができ、半導体ウェハーＷを確実に支持することができる。

＜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、上記各実施形態においては、環状部７２と補強部７３とのなす角度を９０°としていたが、これに限定されるものではなく、０°より大きく１８０°より小さければ良い。すなわち、補強部７３は環状部７２と平行でなければ良い。もっとも、フラッシュ光照射時における環状部７２の変形を抑制する効果を得るためには、環状部７２と補強部７３とのなす角度を３０°以上１５０°以下程度とするのが好ましい。

また、上記各実施形態の均熱リング７１は炭化ケイ素にて形成されていたが、材質はこれに限定されるものではなく、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または窒化ホウ素（ＢＮ）などの不透明なセラミックにて形成されていても良い。不透明なセラミックであればハロゲン光を吸収して昇温するため、予備加熱段階での半導体ウェハーＷの周縁部の温度低下を防止することができるが、フラッシュ光照射に対する耐久性を考慮すると、均熱リング７１は炭化ケイ素、窒化アルミニウム、または、窒化ホウ素にて形成するのが好ましい。

また、支持リング７５も石英に限定されるものではなく、ハロゲン光を透過するサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）などの透明な材質にて形成すれば良い。或いは、支持リング７５を均熱リング７１と同様の炭化ケイ素などの不透明セラミックにて形成するようにしても良い。ただし、支持リング７５が不透明であると、予備加熱時に均熱リング７１に照射されるハロゲン光の一部が支持リング７５によって遮光されることとなるため、均熱リング７１が十分に昇温しなくなるおそれがある。このため、支持リング７５は、石英またはサファイアなどの透明な材質にて形成するのが好ましい。特に、フラッシュ光照射に対する耐久性およびコストの観点からは、均熱リング７１を炭化ケイ素にて形成し、支持リング７５を石英にて形成するのが好ましい。

また、第３実施形態においては、補強部７３の上端に環状部７２が設けられ、下端に平面部７４が設けられていたが（図９）、この上下関係を逆にしても良い。すなわち、環状部７２によって支持される半導体ウェハーＷよりも上側に平面部７４が設けられていても良い。

また、第２実施形態および第３実施形態においては、支持リングの平面部に突起を立設するようにしていたが、均熱リングの下側に突起を設けるようにしても良い。

また、第４実施形態と同様の遮光リング７９を第１実施形態から第３実施形態または第５実施形態に適用するようにしても良い。また、第１実施形態から第４実施形態において、第５実施形態と同様に、移載機構１０のリフトピン１２によって支持する半導体ウェハーＷに均熱リングを非接触で近接させるようにしても良い。

また、上記各実施形態においては、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半導体ウェハーＷを保持していたが、これを逆向き、つまり表面を下面として半導体ウェハーＷを保持部７に保持するようにしても良い。この場合、パターン形成のなされていない半導体ウェハーＷの裏面にフラッシュ光が照射されることとなる（バックサイドアニール）。

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、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
７ 保持部
１０ 移載機構
１２ リフトピン
６５ 熱処理空間
７１，１７１，２７１ 均熱リング
７２，２７２ 環状部
７３ 補強部
７４，１７６，２７６ 平面部
７５，１７５，２７５ 支持リング
７９ 遮光リング
１７７，２７７ 突起
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

Claims (8)

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保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、
   前記基板の他方面に光照射を行うハロゲンランプと、
   前記基板の端縁部に当接または近接して当該端縁部を囲繞する均熱リングと、
   を備え、
   前記均熱リングは、
   内周端が前記基板の端縁部に当接または近接し、前記基板の主面と平行な環状部と、
   前記環状部の外周端に連設され、前記環状部と０°より大きく１８０°より小さい角度をなす補強部と、
   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、
   前記均熱リングは、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、または、窒化ホウ素にて形成されることを特徴とする熱処理装置。
3. 請求項１または請求項２記載の熱処理装置において、
   前記環状部と前記補強部とのなす角度は９０°であることを特徴とする熱処理装置。
4. 請求項３記載の熱処理装置において、
   前記チャンバーの内壁に固設され、前記均熱リングが嵌装される支持リングをさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
5. 請求項３記載の熱処理装置において、
   前記チャンバーの内壁に固設され、前記基板の主面と平行な平面部を有する支持リングと、
   前記平面部に設けられ、前記平面部と２ｍｍ以下の間隔を隔てて前記環状部を支持する突起と、
   をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
6. 請求項５記載の熱処理装置において、
   前記環状部のうち前記平面部と対向する面積は前記環状部の面積の３分の１以上であることを特徴とする熱処理装置。
7. 請求項３記載の熱処理装置において、
   前記均熱リングは、前記補強部から前記環状部とは反対側に延設され、前記基板の主面と平行な第１の平面部を備え、
   前記チャンバーの内壁に固設され、前記基板の主面と平行な第２の平面部を有する支持リングと、
   前記第２の平面部に設けられ、前記第２の平面部と２ｍｍ以下の間隔を隔てて前記第１の平面部を支持する突起と、
   をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の熱処理装置において、
   前記均熱リングの少なくとも一部をフラッシュ光から遮光する遮光部材をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。

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