JP2014116552A - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】フラッシュランプおよびハロゲンランプの双方について、光照射時における基板の面内温度分布を均一にすることができる熱処理装置および熱処理方法を提供する。
【解決手段】チャンバー６内にて半導体ウェハーＷを保持するサセプター７０が昇降駆動部２０によって昇降可能とされている。ハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うときにはサセプター７０が予備加熱位置に移動する。予備加熱位置は、ハロゲンランプＨＬから半導体ウェハーＷに照射される光の面内照度分布が最も均一となるサセプター７０の高さ位置である。予備加熱終了後、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射するときにはサセプター７０がフラッシュ加熱位置に移動する。フラッシュ加熱位置は、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷに照射されるフラッシュ光の面内照度分布が最も均一となるサセプター７０の高さ位置である。
【選択図】図１

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熱処理方法に関する。
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
光源がフラッシュランプであるかハロゲンランプであるかに関わらず、光照射によって半導体ウェハーを加熱する場合には、ウェハー面内における照度分布を均一にして温度分布均一性を高めることが重要となる。しかしながら、特許文献１に開示されるようなフラッシュランプアニール装置においては、チャンバーの上側および下側にそれぞれフラッシュランプおよびハロゲンランプを配置し、サセプターに保持された半導体ウェハーの表裏に光照射を行っている。このため、例えば、ハロゲンランプからの光照射時にはウェハー面内の照度分布が均一であったとしても、フラッシュランプからのフラッシュ光照射時には照度分布にムラが生じることもあった。その結果、フラッシュランプおよびハロゲンランプの双方について、光照射時に温度分布を均一にすることは困難となっていた。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュランプおよびハロゲンランプの双方について、光照射時における基板の面内温度分布を均一にすることができる熱処理装置および熱処理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、基板に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載置して保持するサセプターと、前記サセプターに保持された基板の一方面に光を照射して所定の予備加熱温度に予備加熱するハロゲンランプと、予備加熱された基板の他方面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記サセプターを昇降させる昇降駆動部と、前記ハロゲンランプによる予備加熱を行うときには基板を保持する前記サセプターが第１の位置に移動するとともに、前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射するときには前記サセプターが第２の位置に移動するように前記昇降駆動部を制御する昇降制御手段と、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、前記昇降制御手段は、前記ハロゲンランプによる予備加熱を行うときには、前記サセプターが第１の位置を含む所定の範囲内で往復移動するように前記昇降駆動部を制御す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、高さ位置が固定され、前記サセプターが昇降することによって前記サセプターに対する基板の受け渡しを行う受け渡しピンをさらに備えることを特徴とする。
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、前記サセプターを水平面に対して傾斜させる傾斜機構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１から請求項４のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記サセプターを回動させる回動機構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１から請求項５のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記サセプターに与えられる衝撃を吸収する緩衝機構をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、基板を載置して保持するサセプターをチャンバー内にて昇降させて第１の位置に移動させる第１昇降工程と、前記サセプターに保持された基板の一方面にハロゲンランプから光を照射して所定の予備加熱温度に予備加熱する予備加熱工程と、前記予備加熱工程の後に、前記サセプターを昇降させて第２の位置に移動させる第２昇降工程と、予備加熱された基板の他方面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射するフラッシュ加熱工程と、を備えることを特徴とする。
また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る熱処理方法において、前記予備加熱工程では、前記サセプターを第１の位置を含む所定の範囲内で往復移動させることを特徴とする。
また、請求項９の発明は、請求項７または請求項８の発明に係る熱処理方法において、前記予備加熱工程では、前記サセプターを水平面に対して傾斜させることを特徴とする。
また、請求項１０の発明は、請求項７から請求項９のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記予備加熱工程では、前記サセプターを回動させることを特徴とする。
請求項１から請求項６の発明によれば、ハロゲンランプによる予備加熱を行うときには基板を保持するサセプターが第１の位置に移動するとともに、フラッシュランプからフラッシュ光を照射するときにはサセプターが第２の位置に移動するため、フラッシュランプおよびハロゲンランプの双方について、適正な距離で光照射を行うことができ、光照射時における基板の面内温度分布を均一にすることができる。
特に、請求項２の発明によれば、ハロゲンランプによる予備加熱を行うときには、サセプターが第１の位置を含む所定の範囲内で往復移動するため、予備加熱時における基板の面内温度分布をより均一にすることができる。
特に、請求項３の発明によれば、高さ位置が固定された受け渡しピンを備えるため、チャンバーの容積を少なくすることができる。
特に、請求項４の発明によれば、サセプターを水平面に対して傾斜させる傾斜機構を備えるため、基板の面内温度分布をより均一にすることができる。
特に、請求項５の発明によれば、サセプターを回動させる回動機構を備えるため、基板の面内温度分布をより均一にすることができる。
特に、請求項６の発明によれば、サセプターに与えられる衝撃を吸収する緩衝機構を備えるため、フラッシュ光照射時に基板からサセプターに与えられる衝撃を吸収して基板の割れを防止することができる。
また、請求項７から請求項１０の発明によれば、基板を載置して保持するサセプターがチャンバー内にて昇降して第１の位置に移動してからハロゲンランプから光を照射する予備加熱が行われ、その後サセプターが昇降して第２の位置に移動してからフラッシュランプからフラッシュ光を照射するため、フラッシュランプおよびハロゲンランプの双方について、適正な距離で光照射を行うことができ、光照射時における基板の面内温度分布を均一にすることができる。
特に、請求項８の発明によれば、予備加熱工程では、サセプターを第１の位置を含む所定の範囲内で往復移動させるため、予備加熱時における基板の面内温度分布をより均一にすることができる。
特に、請求項９の発明によれば、予備加熱工程では、サセプターを水平面に対して傾斜させるため、予備加熱時における基板の面内温度分布をより均一にすることができる。
特に、請求項１０の発明によれば、予備加熱工程では、サセプターを回動させるため、予備加熱時における基板の面内温度分布をより均一にすることができる。
本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 チャンバーの平面図である。 サセプターの断面図である。 受渡部の平面図である。 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。 受け渡しピンに半導体ウェハーが載置された状態を示す図である。 サセプターが受け渡しピンから半導体ウェハーを受け取った状態を示す図である。 サセプターが予備加熱位置に移動した状態を示す図である。 サセプターがフラッシュ加熱位置に移動した状態を示す図である。 予備加熱時にサセプターが上下動する状態を示す図である。 傾斜機構を備えた昇降駆動部を示す図である。 回動機構を備えた昇降駆動部を示す図である。 サセプターと支持板との間に緩衝部材を設けた状態を示す図である。
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。処理対象となる半導体ウェハーＷのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍやφ４５０ｍｍ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は、それらの方向関係を明確にするためＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を適宜付している。また、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、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、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。
図２は、チャンバー６の平面図である。チャンバー６は、平面視で略矩形の筒状のチャンバー側壁部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。チャンバー側壁部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。チャンバー側壁部６１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。
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板状部材であり、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板状部材であり、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。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およびチャンバー側壁部６１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。
また、チャンバー側壁部６１の（＋Ｘ）側には、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、図示省略のゲートバルブによって開閉可能とされている。ゲートバルブが搬送開口部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、熱処理装置１は、チャンバー６内部の熱処理空間６５に処理ガスを供給するためのガス供給部８０と、チャンバー６から排気を行う排気部８５と、を備える。ガス供給部８０は、ガス供給管８１にガス供給源８２と供給バルブ８３とを備える。ガス供給管８１の先端側はチャンバー６内の熱処理空間６５に連通され、基端側はガス供給源８２に接続される。ガス供給管８１の経路途中に供給バルブ８３が介挿されている。ガス供給源８２は、ガス供給管８１に処理ガス（本実施形態では窒素ガス（Ｎ２））を送出する。供給バルブ８３を開放することによって、熱処理空間６５に処理ガスが供給される。なお、ガス供給源８２としては、熱処理装置１内に設けられた気体タンクと送給ポンプとで構成するようにしても良いし、熱処理装置１が設置される工場の用力を用いるにようにしても良い。また、処理ガスは窒素ガスに限定されるものではなく、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガス、または、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、塩素（Ｃｌ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ３）、アンモニア（ＮＨ３）などの反応性ガスであっても良い。
排気部８５は、ガス排気管８６に排気装置８７と排気バルブ８８とを備える。ガス排気管８６の先端側はチャンバー６内の熱処理空間６５に連通され、基端側は排気装置８７に接続される。排気装置８７を作動させつつ、排気バルブ８８を開放することによって、熱処理空間６５の雰囲気が排気される。排気装置８７としては、真空ポンプや熱処理装置１が設置される工場の排気ユーティリティを用いることができる。
また、熱処理装置１は、サセプター７０および昇降駆動部２０を備える。サセプター７０は、処理対象となる半導体ウェハーＷを載置して保持する。サセプター７０は、石英にて形成された略矩形の平板状部材である。サセプター７０の縦および横の長さは、処理対象となる半導体ウェハーＷの径よりも大きい（例えば、半導体ウェハーＷの径がφ４５０ｍｍであれば、サセプター７０の縦および横の長さは４５０ｍｍよりも大きい）。その一方、図２に示すように、サセプター７０の平面サイズはチャンバー６内の熱処理空間６５の平面サイズよりも小さい。
図３は、サセプター７０の断面図である。図２および図３に示すように、サセプター７０の上面中央にはウェハーポケット７１が形設されている。ウェハーポケット７１は、円形の凹部であり、その径は半導体ウェハーＷの径よりも若干大きい。また、ウェハーポケット７１の周縁部はテーパ面とされている（図３）。
ウェハーポケット７１の底面には支持ピン７２が立設されている。本実施形態においては、円形のウェハーポケット７１と同心円の周上に沿って３０°毎に計１２本の支持ピン７２が立設されている。１２本の支持ピン７２を配置した円の径（対向する支持ピン７２間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さい。それぞれの支持ピン７２は石英にて形成されている。なお、複数の支持ピン７２とサセプター７０とを一体に加工するようにしても良いし、別に形成した支持ピン７２をサセプター７０に溶着するようにしても良い。
半導体ウェハーＷは、ウェハーポケット７１に立設された複数の支持ピン７２によって点接触にて支持されてサセプター７０に載置される。支持ピン７２の高さよりもウェハーポケット７１の深さの方が大きい。従って、支持ピン７２によって支持された半導体ウェハーＷの位置ずれはウェハーポケット７１周縁部のテーパ面によって防止される。
また、サセプター７０には８個の貫通孔７３が穿設されている。それぞれの貫通孔７３は、サセプター７０を上下に貫通するように設けられている。８個の貫通孔７３のうちの４個はウェハーポケット７１の底面に設けられ、残る４個はウェハーポケット７１よりも外側に設けられている。貫通孔７３は、後述する受渡部１０の受け渡しピン１２が貫通するための孔である。
本発明に係る熱処理装置１においては、サセプター７０が昇降駆動部２０によってチャンバー６内にて昇降される。昇降駆動部２０は、チャンバー６の（−Ｙ）側および（＋Ｙ）側にそれぞれ１個ずつ設けられている。すなわち、第１実施形態では、２個の昇降駆動部２０によってサセプター７０を両持ちで支持して昇降させるのである。
各昇降駆動部２０は、駆動モータ２１、支持板２２および支持軸２３を備える。支持板２２は、金属製の板であり、その先端部はサセプター７０の端部とボルトおよびナットによって締結されている。支持板２２の下面には支持軸２３が連結されている。駆動モータ２１は、支持軸２３を昇降させることによって、支持板２２を鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って昇降させる。駆動モータ２１が支持軸２３を昇降させる機構としては、例えば支持軸２３の下端に連結される部材に螺合するボールネジを駆動モータ２１が回転させるボールネジ機構などを用いることができる。駆動モータ２１としては、正確な位置決め制御が可能なパルスモータを用いるのが好ましい。また、サセプター７０の高さ位置を検出するために、駆動モータ２１にエンコーダを付設するのが好ましい。
図１に示すように、昇降駆動部２０は、支持板２２の先端の一部を除いてチャンバー６のチャンバー側壁部６１よりも外側に設けられている。支持板２２は、チャンバー側壁部６１の（−Ｙ）側および（＋Ｙ）側に形成された開口部を貫通するように設けられている。熱処理空間６５の気密性を維持するために、支持板２２が貫通するチャンバー側壁部６１の両端開口部は筐体２４によって覆われており、その筐体２４の内側に昇降駆動部２０が収納されている。このため、熱処理装置１外部と熱処理空間６５とは雰囲気遮断されている。なお、昇降駆動部２０自体の発塵によって生じたパーティクルが熱処理空間６５に流入するのを防止するために、支持軸２３等を蛇腹によって覆っておくことが好ましい。
第１実施形態では、チャンバー６の（−Ｙ）側および（＋Ｙ）側に設けられた２個の昇降駆動部２０の駆動モータ２１が同期して支持板２２を昇降させる。従って、サセプター７０は、チャンバー６内にて水平姿勢（法線が鉛直方向に沿う姿勢）のまま、２個の昇降駆動部２０によって鉛直方向に沿って昇降されることとなる。
また、熱処理装置１は、サセプター７０に対して半導体ウェハーＷの受け渡しを行うための受渡部１０をチャンバー６内に備える。図４は、受渡部１０の平面図である。受渡部１０は、２本のアーム１１を備える。それぞれのアーム１１には、２本の受け渡しピン１２が立設されている。よって、受渡部１０は計４本の受け渡しピン１２を有する。各アーム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、一対のアーム１１をサセプター７０に対して半導体ウェハーＷの受け渡しを行う受渡動作位置（図４の実線位置）とサセプター７０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は、チャンバー６の（−Ｘ）側に設けられている。水平移動機構１３としては、個別のモータによって各アーム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アーム１１を連動させて回動させるものであっても良い。
４本の受け渡しピン１２は、水平移動機構１３によって水平方向（ＸＹ平面内）にて移動されるが、鉛直方向に沿って昇降されることはない。すなわち、チャンバー６内における４本の受け渡しピン１２の高さ位置は固定されている。
一対のアーム１１が閉じられて受渡動作位置に位置しているときに、昇降駆動部２０によってサセプター７０が下降すると、４本の受け渡しピン１２がウェハーポケット７１に穿設された貫通孔７３を通過し、受け渡しピン１２の上端がサセプター７０の上面から突き出る。このときに、サセプター７０のウェハーポケット７１に半導体ウェハーＷが保持されていると、その半導体ウェハーＷは４本の受け渡しピン１２によって突き上げられて支持される。また、サセプター７０の上面よりも突き出た４本の受け渡しピン１２に半導体ウェハーＷを支持した状態でサセプター７０が上昇すると、ウェハーポケット７１に当該半導体ウェハーＷが保持されることとなる。このようにして、４本の受け渡しピン１２とサセプター７０との間での半導体ウェハーＷの授受が行われる。
一方、一対のアーム１１が開かれて退避位置に位置しているときに、昇降駆動部２０によってサセプター７０が下降すると、４本の受け渡しピン１２がウェハーポケット７１よりも外側に設けられた貫通孔７３を通過し、受け渡しピン１２の上端がサセプター７０の上面から突き出る。このときには、サセプター７０のウェハーポケット７１に半導体ウェハーＷが保持されていたとしても、その半導体ウェハーＷはサセプター７０に保持されたままである。
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は、筐体４１の内側に複数本（本実施形態では４０本）のハロゲンランプＨＬを内蔵している。ハロゲン加熱部４は、複数のハロゲンランプＨＬによってチャンバー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５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５に示すように、上段、下段ともにサセプター７０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周縁部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、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、チャンバー側壁部６１には水冷管（図示省略）が設けられている。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。また、チャンバー６には、サセプター７０に保持された半導体ウェハーＷの温度を測定する温度センサ（例えば、非接触で温度測定する放射温度計）が設けられている。
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。以下に説明する熱処理装置１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り進行する。
図６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。また、図７から図１０は、図６のいずれかの工程における状態を模式的に示す図である。
まず、チャンバー６の搬送開口部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）。このときには、受渡部１０の一対のアーム１１が受渡動作位置に位置するとともに、サセプター７０が下降して４本の受け渡しピン１２がウェハーポケット７１に穿設された貫通孔７３を通過し、受け渡しピン１２の上端がサセプター７０の上面から突き出ている。
搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーＷはサセプター７０のウェハーポケット７１の直上位置にまで進出して停止する。そして、搬送ロボットが下降することにより、半導体ウェハーＷが搬送ロボットから４本の受け渡しピン１２に渡されて載置される（ステップＳ２）。図７は、受け渡しピン１２に半導体ウェハーＷが載置された状態を示す図である。このときには、受け渡しピン１２に載置された半導体ウェハーＷとアーム１１との間の高さ位置にサセプター７０が位置している。
半導体ウェハーＷが受け渡しピン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、搬送開口部６６がゲートバルブによって閉鎖される。そして、昇降駆動部２０によってサセプター７０が受け渡しピン１２よりも上方に上昇することにより、受け渡しピン１２に載置されていた半導体ウェハーＷはサセプター７０に受け渡される（ステップＳ３）。サセプター７０は、受け渡しピン１２から受け取った半導体ウェハーＷをウェハーポケット７１内に保持する。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サセプター７０に保持される。
図８は、サセプター７０が受け渡しピン１２から半導体ウェハーＷを受け取った状態を示す図である。サセプター７０に半導体ウェハーＷが受け渡された後、一対のアーム１１は水平移動機構１３によって退避位置に移動する。また、ガス供給部８０および排気部８５によってチャンバー６内の雰囲気置換が行われる。ガス供給部８０の供給バルブ８３が開放されると、チャンバー６内の熱処理空間６５に窒素ガスが供給される。そして、排気部８５の排気装置８７を作動させつつ、排気バルブ８８が開放されると、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が大気雰囲気から窒素雰囲気へと置換される。なお、半導体ウェハーＷの搬入にともなう外部雰囲気の流入を最小限に抑制すべく、搬送開口部６６を開放する前からチャンバー６内への窒素ガス供給を開始するようにしても良い。
次に、制御部３が昇降駆動部２０を制御してサセプター７０を予備加熱位置（第１の位置）に移動させる（ステップＳ４）。図９は、サセプター７０が予備加熱位置ＡＰに移動した状態を示す図である。予備加熱位置ＡＰは、サセプター７０に保持された半導体ウェハーＷの裏面（表面とは反対側の主面）にハロゲンランプＨＬから照射される光の面内照度分布が最も均一となるサセプター７０の高さ位置である。このようなハロゲンランプＨＬによる加熱に最適な高さ位置は、予め実験またはシミュレーションによって究明しておき、それを予備加熱位置ＡＰとして制御部３の記憶部に記憶させておく。制御部３は、半導体ウェハーＷを保持するサセプター７０がその予備加熱位置ＡＰに移動するように昇降駆動部２０を制御する。或いは、熱処理装置１の動作手順および処理条件等を記述したレシピにて予備加熱位置ＡＰを指定するようにしても良い。
予備加熱位置ＡＰは、搬送ロボットから受け渡しピン１２に半導体ウェハーＷが渡されるときのサセプター７０の高さ位置（図７の位置）より下方であっても良い。第１実施形態では、サセプター７０が半導体ウェハーＷを受け取ってから受け渡しピン１２の上端よりも下方に下降して予備加熱位置ＡＰに到達する。このとき、サセプター７０が半導体ウェハーＷを受け取った後に、一対のアーム１１が退避位置に移動しているため、４本の受け渡しピン１２はウェハーポケット７１よりも外側に設けられた貫通孔７３を通過することとなる。従って、サセプター７０が予備加熱位置ＡＰに移動したときには受け渡しピン１２がサセプター７０の上面よりも突き出ることとなるが、その受け渡しピン１２によって半導体ウェハーＷが突き上げられることは無く、半導体ウェハーＷはサセプター７０に保持された状態が維持される。
半導体ウェハーＷを保持するサセプター７０が予備加熱位置ＡＰに到達して停止した後、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およびサセプター７０を透過して半導体ウェハーＷの裏面から照射される。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、受渡部１０の一対のアーム１１は、半導体ウェハーＷと重ならない退避位置に移動しているため、ハロゲンランプＨＬによる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の温度が図示省略の温度センサによって測定されている。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に到達した時点で制御部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。
特に、第１実施形態においては、ハロゲンランプＨＬから半導体ウェハーＷに照射される光の面内照度分布が最も均一となる予備加熱位置ＡＰにサセプター７０が移動した状態で予備加熱を行っている。このため、最適な高さ位置にて予備加熱が行われることとなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布均一性を良好なものとすることができる。
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制御部３が昇降駆動部２０を制御してサセプター７０をフラッシュ加熱位置（第２の位置）に移動させる（ステップＳ６）。図１０は、サセプター７０がフラッシュ加熱位置ＦＰに移動した状態を示す図である。フラッシュ加熱位置ＦＰは、サセプター７０に保持された半導体ウェハーＷの表面にフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光の面内照度分布が最も均一となるサセプター７０の高さ位置である。上述した予備加熱位置ＡＰと同様に、フラッシュランプＦＬによるフラッシュ加熱に最適な高さ位置は、予め実験またはシミュレーションによって究明しておき、それをフラッシュ加熱位置ＦＰとして制御部３の記憶部に記憶させておく。制御部３は、半導体ウェハーＷを保持するサセプター７０がそのフラッシュ加熱位置ＦＰに移動するように昇降駆動部２０を制御する。或いは、レシピにて予備加熱位置ＡＰを指定するようにしても良い。第１実施形態においては、フラッシュ加熱位置ＦＰは予備加熱位置ＡＰよりも上方であり、予備加熱終了後にサセプター７０が上昇してフラッシュ加熱位置ＦＰに到達する。
半導体ウェハーＷを保持するサセプター７０がフラッシュ加熱位置ＦＰに到達して停止した後、フラッシュ加熱部５のフラッシュランプＦＬが半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光照射を行う（ステップＳ７）。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。
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、予めコンデンサーに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。
第１実施形態では、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷに照射されるフラッシュ光の面内照度分布が最も均一となるフラッシュ加熱位置ＦＰにサセプター７０が移動した状態でフラッシュ加熱を行っている。このため、最適な高さ位置にてフラッシュ加熱が行われることとなり、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布均一性を良好なものとすることができる。
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。これにより、半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１から急速に降温する。また、一対のアーム１１が水平移動機構１３によって退避位置から受渡動作位置に移動し、サセプター７０が下降する。サセプター７０は、搬送ロボットから受け渡しピン１２に半導体ウェハーＷが渡されるときのサセプター７０の高さ位置（図７の位置）にまで下降する。一対のアーム１１が受渡動作位置に位置した状態でサセプター７０が下降するため、４本の受け渡しピン１２はウェハーポケット７１に設けられた貫通孔７３を通過することとなる。その結果、サセプター７０に保持されていた半導体ウェハーＷは４本の受け渡しピン１２によってサセプター７０から突き上げられて支持される（ステップＳ８）。このときの状態は図７と同様である。
その後、半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温した後、チャンバー６の搬送開口部６６が開放され、受け渡しピン１２に載置されている半導体ウェハーＷが装置外部の搬送ロボットによりチャンバー６から搬出され、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Ｓ９）。
第１実施形態においては、半導体ウェハーＷを保持するサセプター７０が昇降可能とされており、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うときにはサセプター７０が予備加熱位置ＡＰに移動する。予備加熱位置ＡＰは、サセプター７０に保持された半導体ウェハーＷの裏面にハロゲンランプＨＬから照射される光の面内照度分布が最も均一となるサセプター７０の高さ位置である。よって、最適な高さ位置にて予備加熱が行われることとなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布均一性を良好なものとすることができる。
また、予備加熱終了後、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射するときにはサセプター７０がフラッシュ加熱位置ＦＰに移動する。フラッシュ加熱位置ＦＰは、サセプター７０に保持された半導体ウェハーＷの表面にフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光の面内照度分布が最も均一となるサセプター７０の高さ位置である。よって、最適な高さ位置にてフラッシュ加熱が行われることとなり、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの面内温度分布均一性を良好なものとすることができる。
従って、フラッシュランプＦＬおよびハロゲンランプＨＬの双方について、光照射時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができ、極めて良好な熱処理結果を得ることができる。
また、第１実施形態においては、受渡部１０の４本の受け渡しピン１２は、水平移動機構１３によって水平方向には移動されるが、鉛直方向に昇降されることはなく、それらの高さ位置は固定されている。このため、受け渡しピン１２が上下に移動するためのスペースをチャンバー６内に確保する必要がなくなるため、例えば特許文献１に開示されるような従来のフラッシュランプアニール装置に比較してチャンバー６内の容積を少なくすることができる。その結果、チャンバー６内の雰囲気置換を行う際に、必要となる処理ガス（本実施形態では窒素ガス）の消費量を低減することができ、置換効率も高めることができる。
さらに、第１実施形態においては、上下に昇降しない受渡部１０の４本の受け渡しピン１２に対して装置外部の搬送ロボットが上下動することによって半導体ウェハーＷの授受を行っている。一般に、ウェハー搬送専用に設計された搬送ロボットの移動速度は高速であるため、４本の受け渡しピン１２が上下動して搬送ロボットと半導体ウェハーＷの受け渡しを行うよりも、搬送ロボットが上下動して半導体ウェハーＷの受け渡しを行う方が短時間で済む。従って、半導体ウェハーＷの受け渡しに要する時間が短くなり、熱処理装置１のスループットを高めることができる。
＜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構成は第１実施形態の熱処理装置１と全く同じである。また、第２実施形態における熱処理装置１の半導体ウェハーＷの処理手順についても第１実施形態と概ね同様である（図６）。第２実施形態が第１実施形態と相違するのは、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うときにサセプター７０を上下に揺動させている点である。
第２実施形態において半導体ウェハーＷの処理を行う際、図６のステップＳ１〜ステップＳ４までの工程は第１実施形態と全く同じである。すなわち、装置外部の搬送ロボットによってチャンバー６内に搬入された半導体ウェハーＷが受渡部１０の４本の受け渡しピン１２に載置された後、サセプター７０が上昇して半導体ウェハーＷを受け取って保持する。続いて、一対のアーム１１が退避位置に移動するとともに、サセプター７０が予備加熱位置ＡＰに移動する。
次に、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬによる予備加熱が行われるのであるが、このときに第２実施形態では制御部３が昇降駆動部２０を制御してサセプター７０を鉛直方向に沿って往復移動させる。図１１は、予備加熱時にサセプター７０が上下動する状態を示す図である。制御部３は、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うときには、サセプター７０が所定の予備加熱移動範囲ＡＲ内で往復移動するように昇降駆動部２０を制御する。予備加熱移動範囲ＡＲには予備加熱位置ＡＰが含まれている。例えば、予備加熱位置ＡＰから上下の所定の距離を予備加熱移動範囲ＡＲとすれば良い（つまり、予備加熱位置ＡＰは予備加熱移動範囲ＡＲの中心となる）。
予備加熱位置ＡＰは、サセプター７０に保持された半導体ウェハーＷの裏面にハロゲンランプＨＬから照射される光の面内照度分布が最も均一となるサセプター７０の高さ位置ではあるが、それでも猶面内照度分布を完全に均一にすることは難しい。第２実施形態においては、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱時に、サセプター７０が予備加熱移動範囲ＡＲ内で往復移動するため、半導体ウェハーＷの裏面に生じているハロゲン光の面内照度分布の僅かなムラを分散させることができる。すなわち、予備加熱移動範囲ＡＲ内のある高さ位置にサセプター７０が位置しているときに半導体ウェハーＷの裏面に他の領域より照度の低い領域が発生していたとしても、サセプター７０が予備加熱移動範囲ＡＲ内で往復移動することによって、その低照度領域が半導体ウェハーＷの面内で移動することとなるため特定箇所のみの照度が不足することが防がれる。その結果、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布均一性をより良好なものとすることができる。
ハロゲンランプＨＬによる予備加熱終了後、図６のステップＳ６〜ステップＳ９までの工程も第１実施形態と全く同じである。すなわち、予備加熱された半導体ウェハーＷを保持するサセプター７０がフラッシュ加熱位置ＦＰに移動してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射が行われ、その後サセプター７０が下降して受け渡しピン１２に半導体ウェハーＷが渡される。そして、装置外部の搬送ロボットによって処理後の半導体ウェハーＷがチャンバー６から搬出され、半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。
＜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実施形態と概ね同じである（図１）。但し、第３実施形態においては、昇降駆動部２０に、サセプター７０を水平面に対して傾斜させる傾斜機構を備えている。
図１２は、傾斜機構を備えた昇降駆動部２０を示す図である。図１２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。第３実施形態の２個の昇降駆動部２０のそれぞれは傾斜モータ２５をさらに備える。傾斜モータ２５は、駆動モータ２１によって昇降される支持軸２３の上端に連結されている。傾斜モータ２５のモータ軸には支持板２２が連結されている。図１２の矢印Ａ１２にて示すように、傾斜モータ２５は、支持板２２およびサセプター７０をＹ軸を中心として回動させて水平面（ＸＹ平面）に対して傾斜させることができる。なお、２個の傾斜モータ２５（（−Ｙ）側の昇降駆動部２０に設けられた傾斜モータ２５および（＋Ｙ）側の昇降駆動部２０に設けられた傾斜モータ２５）は完全に同期して動作しており、同じタイミングで同じ傾斜角にてサセプター７０を傾斜させることは勿論である。
昇降駆動部２０に傾斜機構を設ける点以外の第３実施形態の残余の構成は第１実施形態と同じである。また、第３実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順についても第１実施形態と概ね同様である（図６）。第３実施形態において半導体ウェハーＷの処理を行う際、図６のステップＳ１〜ステップＳ４までの工程は第１実施形態と全く同じである。すなわち、装置外部の搬送ロボットによってチャンバー６内に搬入された半導体ウェハーＷが受渡部１０の４本の受け渡しピン１２に載置された後、サセプター７０が上昇して半導体ウェハーＷを受け取って保持する。続いて、一対のアーム１１が退避位置に移動するとともに、サセプター７０が予備加熱位置ＡＰに移動する。
次に、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬによる予備加熱が行われるのであるが、このときに第３実施形態では制御部３が昇降駆動部２０の傾斜モータ２５を制御してサセプター７０を水平面に対して傾斜させる。このときのサセプター７０の傾斜角度は、ウェハーポケット７１が半導体ウェハーＷを保持可能な範囲内の適宜の角度とされる。
第３実施形態においては、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱時に、半導体ウェハーＷを保持するサセプター７０が水平面に対して傾斜される。このため、予備加熱位置ＡＰにて半導体ウェハーＷの裏面に僅かにハロゲン光の面内照度分布の不均一が生じていたとしても、その照度分布を変更してより均一な分布にすることができる。その結果、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布均一性をより良好なものとすることができる。
ここで、第２実施形態のように、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱時にサセプター７０を予備加熱移動範囲ＡＲ内で往復移動させつつ、かつ、水平面に対して傾斜させるようにしても良い。また、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱時に、サセプター７０を所定の角度範囲内で繰り返し揺動させるようにしても良い。
ハロゲンランプＨＬによる予備加熱終了後、図６のステップＳ６〜ステップＳ９までの工程も第１実施形態と全く同じである。すなわち、予備加熱された半導体ウェハーＷを保持するサセプター７０がフラッシュ加熱位置ＦＰに移動してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射が行われ、その後サセプター７０が下降して受け渡しピン１２に半導体ウェハーＷが渡される。そして、装置外部の搬送ロボットによって処理後の半導体ウェハーＷがチャンバー６から搬出され、半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。
＜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実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と概ね同じである（図１）。但し、第４実施形態においては、昇降駆動部２０に、サセプター７０を水平面内で回動させる回動機構を備えている。
図１３は、回動機構を備えた昇降駆動部２０を示す図である。第３実施形態の２個の昇降駆動部２０のそれぞれは回動部２６をさらに備える。図１３に示しているのは、（−Ｙ）側に設けられた昇降駆動部２０であるが、（＋Ｙ）側に設けられた昇降駆動部２０についても同様である。回動部２６は、駆動モータ２１によって昇降される支持軸２３の上端に連結されている。箱形形状の回動部２６の上面には歯車２７が設けられている。歯車２７は、回動部２６に内蔵されたモータによって水平面内で回転駆動される。
また、回動部２６の上面には円弧状の摺動溝２９が形設されている。摺動溝２９には、支持板１２２の係合部材（図示省略）が摺動自在に係合されている。第１実施形態と同様に、支持板１２２の先端部はサセプター７０の端部と締結されている。支持板１２２の基端部には、歯切り加工が施されて歯が形成されている。支持板１２２に形成された歯は歯車２７と歯合する。
回動部２６が歯車２７を回転させると、歯車２７に歯合する支持板１２２は矢印Ａ１３に示すように摺動溝２９に案内されて水平面内で円弧状に移動する。２個の昇降駆動部２０の回動部２６は、完全に同期して同じタイミングで同じ角度だけ支持板１２２を移動させる。但し、２個の回動部２６が支持板１２２を移動させる向きは同じである。例えば、（−Ｙ）側の昇降駆動部２０に設けられた回動部２６が支持板１２２を図１３の紙面時計回りに移動させた場合には、（＋Ｙ）側の昇降駆動部２０に設けられた回動部２６も支持板１２２を図１３の紙面時計回りに移動させる。これにより、２個の昇降駆動部２０の回動部２６によって、サセプター７０はウェハーポケット７１の中心を鉛直方向に通る軸を中心として水平面内（ＸＹ平面内）で回動される。
昇降駆動部２０に回動機構を設ける点以外の第４実施形態の残余の構成は第１実施形態と同じである。また、第４実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順についても第１実施形態と概ね同様である（図６）。第４実施形態において半導体ウェハーＷの処理を行う際、図６のステップＳ１〜ステップＳ４までの工程は第１実施形態と全く同じである。すなわち、装置外部の搬送ロボットによってチャンバー６内に搬入された半導体ウェハーＷが受渡部１０の４本の受け渡しピン１２に載置された後、サセプター７０が上昇して半導体ウェハーＷを受け取って保持する。続いて、一対のアーム１１が退避位置に移動するとともに、サセプター７０が予備加熱位置ＡＰに移動する。
次に、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬによる予備加熱が行われるのであるが、このときに第４実施形態では制御部３が昇降駆動部２０の回動部２６を制御してサセプター７０を水平面内で回動させる。このときのサセプター７０の回動角度は、チャンバー６内にてサセプター７０が回動可能な適宜の角度とされる。
第４実施形態においては、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱時に、半導体ウェハーＷを保持するサセプター７０が水平面内で回動される。このため、予備加熱位置ＡＰにて半導体ウェハーＷの裏面に僅かにハロゲン光の面内照度分布の不均一が生じていたとしても、その照度分布を変更してより均一な分布にすることができる。その結果、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布均一性をより良好なものとすることができる。
ここで、第２実施形態のようにサセプター７０を予備加熱移動範囲ＡＲ内で往復移動させつつ、および／または、第３実施形態のようにサセプター７０を水平面に対して傾斜させつつ、サセプター７０を回動させるようにしても良い。また、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱時に、サセプター７０を所定の角度範囲内で往復するように繰り返し回動させるようにしても良い。
ハロゲンランプＨＬによる予備加熱終了後、図６のステップＳ６〜ステップＳ９までの工程も第１実施形態と全く同じである。すなわち、予備加熱された半導体ウェハーＷを保持するサセプター７０がフラッシュ加熱位置ＦＰに移動してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射が行われ、その後サセプター７０が下降して受け渡しピン１２に半導体ウェハーＷが渡される。そして、装置外部の搬送ロボットによって処理後の半導体ウェハーＷがチャンバー６から搬出され、半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。
＜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実施形態と概ね同じである（図１）。但し、第５実施形態においては、フラッシュ光照射時にサセプター７０に与えられる衝撃を吸収する緩衝機構を設けている。
図１４は、サセプター７０と支持板２２との間に緩衝部材１２３を設けた状態を示す図である。支持板２２の先端部とサセプター７０の端部とは、ボルト１２４およびナット１２５によって締結されている。第５実施形態では、支持板２２の先端部とサセプター７０の端部との間に緩衝部材１２３を挟み込んでいる。緩衝部材１２３としては、例えばボルト１２４が貫通する中空円筒形状の弾性部材を用いることができる。このような弾性部材としては可撓性を有する樹脂材料など種々の公知の材料を適用することができる。
サセプター７０と支持板２２との間に緩衝部材１２３を設ける点以外の第５実施形態の残余の構成は第１実施形態と同じである。また、第５実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順についても第１実施形態と同様である（図６）。すなわち、装置外部の搬送ロボットによってチャンバー６内に搬入された半導体ウェハーＷが受渡部１０の４本の受け渡しピン１２に載置された後、サセプター７０が上昇して半導体ウェハーＷを受け取って保持する。続いて、一対のアーム１１が退避位置に移動するとともに、サセプター７０が予備加熱位置ＡＰに移動する。
次に、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱が行われるが、このときには第２実施形態〜第４実施形態のようにしても良い。そして、予備加熱終了後、半導体ウェハーＷを保持するサセプター７０がフラッシュ加熱位置ＦＰに移動してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射が行われる。ここで、既述したように、フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、コンデンサーに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。このように、極めて短時間に強度の強いフラッシュ光が半導体ウェハーＷの表面に照射されると、当該表面は急激に昇温することとなる。その一方、半導体ウェハーＷの裏面は、表面からの熱伝導に時間を要するため、表面から遅れて緩慢に昇温する。その結果、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射された瞬間には、半導体ウェハーＷの表面のみに急激な熱膨張が生じて半導体ウェハーＷが反るように変形してサセプター７０に衝撃を与える。
このときに、第５実施形態においては、サセプター７０と支持板２２との間に緩衝部材１２３が設けられているため、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの変形によりサセプター７０に与えられる衝撃を緩衝部材１２３によって吸収して緩和することができる。その結果、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが割れるのを防止することができるとともに、サセプター７０のウェハーポケット７１から半導体ウェハーＷが跳躍するのを防止することもできる。また、仮にサセプター７０から半導体ウェハーＷが跳躍したとしても、その半導体ウェハーＷがサセプター７０に落下してきたときの衝撃も緩衝部材１２３によって吸収することができ、半導体ウェハーＷの割れを防止することができる。
また、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの挙動を通じて生じるサセプター７０の弾性変形に対する緩衝効果も緩衝部材１２３は発揮することができ、サセプター７０の破損を防止することができる。
フラッシュランプＦＬによるフラッシュ加熱終了後、サセプター７０が下降して受け渡しピン１２に半導体ウェハーＷが渡される。そして、装置外部の搬送ロボットによって処理後の半導体ウェハーＷがチャンバー６から搬出され、半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。
＜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、チャンバー６を矩形の筒形状としていたが、円板形状の半導体ウェハーＷを収容して処理するチャンバー６は円筒形状であっても良い。チャンバー６が円筒形状であれば、サセプター７０の平面形状も円形となる。第４実施形態において、チャンバー６が円筒形状であれば、予備加熱時にサセプター７０を水平面内で１回転以上（３６０°以上）回転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、チャンバー６の上側にフラッシュ加熱部５を設け、下側にハロゲン加熱部４を設けるようにしていたが、これを逆にしても良い。また、半導体ウェハーＷの表裏を反転させてチャンバー６内に搬入するようにしても良い。これらの場合、半導体ウェハーＷの表面に対してハロゲンランプＨＬによる光照射が行われ、裏面にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射されることとなる。すなわち、半導体ウェハーＷの一方面にハロゲンランプＨＬによる光照射が行われ、他方面にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射される形態であれば良い。
また、上記各実施形態においては、サセプター７０に受け渡し用および退避用の計８個の貫通孔７３を穿設するようにしていたが、これに代えて、４本の受け渡しピン１２が水平方向に移動する軌跡に沿って４本のスリットをサセプター７０に形設するようにしても良い。
また、上記各実施形態においては、受渡部１０が水平移動機構１３によって受け渡しピン１２を水平方向に移動させるようにしていたが、これに代えて、４本の受け渡しピン１２をチャンバー６に対して固定するようにしても良い。例えば、チャンバー６の床部を構成する下側チャンバー窓６４に４本の受け渡しピン１２を立設するようにしても良い。但し、４本の受け渡しピン１２を完全に固定した場合には、予備加熱位置ＡＰおよびフラッシュ加熱位置ＦＰは受け渡しピン１２の上端よりも上方とする必要がある。
また、予備加熱位置ＡＰとフラッシュ加熱位置ＦＰとの高さ位置関係は任意である。すなわち、予備加熱位置ＡＰおよびフラッシュ加熱位置ＦＰはそれぞれ予備加熱およびフラッシュ加熱に最適なサセプター７０の高さ位置であり、例えば予備加熱位置ＡＰがフラッシュ加熱位置ＦＰよりも上方であっても良い。もっとも、通常は、処理対象となる半導体ウェハーＷをなるべく光源に近づけた方が好ましいため、上記各実施形態の如くフラッシュ加熱位置ＦＰが予備加熱位置ＡＰよりも上方となる。
また、第２実施形態においては、予備加熱位置ＡＰが予備加熱移動範囲ＡＲの中心であったが、これに限定されるものではなく、予備加熱位置ＡＰは予備加熱移動範囲ＡＲに含まれる高さ位置であれば良い。
また、第３実施形態においては、一対の傾斜モータ２５によってサセプター７０を傾斜させるようにしていたが、これに代えて、２個の昇降駆動部２０による支持板２２の高さ位置を異なるようにしてサセプター７０を傾斜させるようにしても良い。この場合、サセプター７０はＸ軸を中心として回動されて水平面に対して傾斜されることとなる。或いは、２個の昇降駆動部２０によって支持板２２の高さ位置を異ならせるとともに、傾斜モータ２５も使用することにより、サセプター７０を２軸で傾斜させるようにしても良い。
また、昇降駆動部２０を３個以上設けるようにしても良い。３個以上の昇降駆動部２０を完全に同期して動作させれば、上記各実施形態と同様にサセプター７０を水平姿勢のまま昇降させることができる。一方、３個以上の昇降駆動部２０を非同期にて動作させれば、第３実施形態のようにサセプター７０を水平面に対して傾斜させることができる。
また、昇降駆動部２０は１個であっても良い。昇降駆動部２０が１個の場合には、サセプター７０を片持ちで支持して昇降させることとなる。この場合、支持軸２３の上端にＸ軸を中心としてサセプター７０を回動させて傾斜させる機構を設け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、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
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 受渡部
１２ 受け渡しピン
２０ 昇降駆動部
２１ 駆動モータ
２２，１２２ 支持板
２５ 傾斜モータ
２６ 回動部
７０ サセプター
７１ ウェハーポケット
１２３ 緩衝部材
ＡＰ 予備加熱位置
ＡＲ 予備加熱移動範囲
ＦＬ フラッシュランプ
ＦＰ フラッシュ加熱位置
ＨＬ ハロゲンランプ
Ｗ 半導体ウェハー

Claims (10)

  1. 基板に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載置して保持するサセプターと、
    前記サセプターに保持された基板の一方面に光を照射して所定の予備加熱温度に予備加熱するハロゲンランプと、
    予備加熱された基板の他方面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
    前記サセプターを昇降させる昇降駆動部と、
    前記ハロゲンランプによる予備加熱を行うときには基板を保持する前記サセプターが第１の位置に移動するとともに、前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射するときには前記サセプターが第２の位置に移動するように前記昇降駆動部を制御する昇降制御手段と、
    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、
    前記昇降制御手段は、前記ハロゲンランプによる予備加熱を行うときには、前記サセプターが第１の位置を含む所定の範囲内で往復移動するように前記昇降駆動部を制御す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に記載の熱処理装置において、
    高さ位置が固定され、前記サセプターが昇降することによって前記サセプターに対する基板の受け渡しを行う受け渡しピン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、
    前記サセプターを水平面に対して傾斜させる傾斜機構をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
  5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、
    前記サセプターを回動させる回動機構をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
  6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱処理装置において、
    前記サセプターに与えられる衝撃を吸収する緩衝機構をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
  7. 基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法であって、
    基板を載置して保持するサセプターをチャンバー内にて昇降させて第１の位置に移動させる第１昇降工程と、
    前記サセプターに保持された基板の一方面にハロゲンランプから光を照射して所定の予備加熱温度に予備加熱する予備加熱工程と、
    前記予備加熱工程の後に、前記サセプターを昇降させて第２の位置に移動させる第２昇降工程と、
    予備加熱された基板の他方面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射するフラッシュ加熱工程と、
    を備えることを特徴とする熱処理方法。
  8. 請求項７記載の熱処理方法において、
    前記予備加熱工程では、前記サセプターを第１の位置を含む所定の範囲内で往復移動させることを特徴とする熱処理方法。
  9. 請求項７または請求項８に記載の熱処理方法において、
    前記予備加熱工程では、前記サセプターを水平面に対して傾斜させることを特徴とする熱処理方法。
  10. 請求項７から請求項９のいずれかに記載の熱処理方法において、
    前記予備加熱工程では、前記サセプターを回動させることを特徴とする熱処理方法。
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