JP2014157968A - 熱処理方法、熱処理装置およびサセプター - Google Patents

熱処理方法、熱処理装置およびサセプター Download PDF

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Abstract

【課題】フラッシュ光照射時における基板端縁部とサセプターとの接触を防止することができる熱処理方法、熱処理装置およびサセプターを提供する。
【解決手段】面方位が（１００）面の半導体ウェハーＷには、直交する２つのへき開方向が存在しており、それらのうちの一方を示すようにノッチ９が設けられている。フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷは、へき開方向に対して４５°をなす２本の径のうちの一方を軸として上面を凸とするように反り、他方の径の両端が最も下側となる。サセプター７４の保持プレート７５の上面には同一の円周に沿って４５°間隔で計８本の支持ピン７７が立設されている。サセプター７４に半導体ウェハーＷを載置するときには、へき開方向に対して４５°をなす径が複数の支持ピン７７のいずれかによって支持されるようにしている。
【選択図】図１０

Description

本発明は、円板形状の半導体ウェハー等の薄板状精密電子基板（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って該基板を加熱する熱処理方法および熱処理装置、並びに、該基板を載置するサセプターに関する。
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、チャンバーの上側にフラッシュランプを配置するとともに下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、サセプターに載置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に開示の熱処理装置においては、石英のサセプター上に所定半径の円周に沿って６０°毎に計６本のバンプ（支持ピン）を設けている。処理対象となる半導体ウェハーは６本のバンプによって点接触で支持されてサセプター上に載置される（６点支持）。このような６本のバンプを設けたサセプターに半導体ウェハーを載置してフラッシュランプからフラッシュ光を照射すると、ウェハー上面のみが瞬間的に昇温して急激に熱膨張し、半導体ウェハーが上面を凸とするように反り返る。その結果、半導体ウェハーの端縁部がサセプターの上面に接触し、その接触箇所の石英が半導体ウェハーによって削られる現象が生じていた。このような現象が生じると、サセプターに傷跡が残るとともに、削られた石英がパーティクルとなって飛散す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基板端縁部とサセプターとの接触を防止することができる熱処理方法、熱処理装置およびサセプター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、円板形状の基板にフラッシュ光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理方法において、複数の支持ピンが立設されたサセプターに基板を載置し、前記複数の支持ピンによって前記基板の下面を支持する移載工程と、前記サセプターに載置された前記基板の上面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射して前記基板を加熱するフラッシュ加熱工程と、を備え、前記移載工程では、前記フラッシュ加熱工程にてフラッシュ光が照射されて前記基板が上面を凸とするように反ったときに最も下側になる部位と前記基板の中心とを結ぶ径が前記複数の支持ピンのいずれかによって支持されるように前記基板を載置す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方法において、前記基板は面方位が（１００）面の単結晶シリコンの半導体ウェハーであり、前記移載工程では、前記基板のへき開方向に対して４５°をなす径が前記複数の支持ピンのいずれかによって支持されるように前記基板を前記サセプターに載置することを特徴とする。
また、請求項３の発明は、円板形状の基板にフラッシュ光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理装置において、基板の向きを調整するアライメント機構と、複数の支持ピンが立設され、前記複数の支持ピンによって前記基板の下面を支持して前記基板を載置するサセプターと、前記アライメント機構から前記サセプターに前記基板を搬送する搬送部と、前記サセプターに載置された前記基板の上面にフラッシュ光を照射して前記基板を加熱するフラッシュランプと、を備え、前記アライメント機構は、前記フラッシュランプからフラッシュ光が照射されて前記基板が上面を凸とするように反ったときに最も下側になる部位と前記基板の中心とを結ぶ径が前記複数の支持ピンのいずれかによって支持されるように前記基板の向きを調整す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、前記基板は面方位が（１００）面の単結晶シリコンの半導体ウェハーであり、前記アライメント機構は、前記基板のへき開方向に対して４５°をなす径が前記複数の支持ピンのいずれかによって支持されるように前記基板の向きを調整することを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る熱処理装置において、前記サセプターには、同一の円周に沿って９０°間隔で少なくとも４本の支持ピンが設けられてい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、前記サセプターには、前記円周に沿って４５°間隔で８本の支持ピンが設けられていることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項５または請求項６の発明に係る熱処理装置において、前記円周の径は前記基板の径の３分の２以上であることを特徴とする。
また、請求項８の発明は、フラッシュランプから照射されるフラッシュ光によって加熱される円板形状の基板を載置するサセプターにおいて、平板状のプレートと、前記プレートの上面に立設され、前記基板の下面を支持する複数の支持ピンと、を備え、前記複数の支持ピンは、フラッシュ光が照射されて前記基板が上面を凸とするように反ったときに最も下側になる部位と前記基板の中心とを結ぶ径を支持する位置に設けられることを特徴とする。
また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係るサセプターにおいて、前記基板は面方位が（１００）面の単結晶シリコンの半導体ウェハーであり、前記複数の支持ピンは、前記基板のへき開方向に対して４５°をなす径を支持する位置に設けられることを特徴とする。
また、請求項１０の発明は、請求項９の発明に係るサセプターにおいて、前記プレートの上面に、同一の円周に沿って９０°間隔で少なくとも４本の支持ピンが設けられることを特徴とする。
また、請求項１１の発明は、請求項１０の発明に係るサセプターにおいて、前記プレートの上面に、前記円周に沿って４５°間隔で８本の支持ピンが設けられることを特徴とする。
また、請求項１２の発明は、請求項１０または請求項１１の発明に係るサセプターにおいて、前記円周の径は前記基板の径の３分の２以上であることを特徴とする。
請求項１および請求項２の発明によれば、フラッシュ光が照射されて基板が上面を凸とするように反ったときに最も下側になる部位と基板の中心とを結ぶ径が複数の支持ピンのいずれかによって支持されるため、当該部位がサセプターと接触することはなく、フラッシュ光照射時における基板端縁部とサセプターとの接触を防止することができる。
また、請求項３から請求項７の発明によれば、フラッシュランプからフラッシュ光が照射されて基板が上面を凸とするように反ったときに最も下側になる部位と基板の中心とを結ぶ径が複数の支持ピンのいずれかによって支持されるように基板の向きを調整するため、当該部位がサセプターと接触することはなく、フラッシュ光照射時における基板端縁部とサセプターとの接触を防止することができる。
また、請求項８から請求項１２の発明によれば、フラッシュ光が照射されて基板が上面を凸とするように反ったときに最も下側になる部位と基板の中心とを結ぶ径を支持する位置に複数の支持ピンが設けられるため、当該部位がプレート上面と接触することはなく、フラッシュ光照射時における基板端縁部とサセプターとの接触を防止することができる。
本発明に係る熱処理装置を示す平面図である。 図１の熱処理装置の正面図である。 フラッシュ加熱部の構成を示す縦断面図である。 保持部の全体外観を示す斜視図である。 保持部のサセプターを上面から見た平面図である。 保持部を側方から見た側面図である。 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。 サセプターに載置する半導体ウェハーの向きを説明するための図である。 サセプターに載置された半導体ウェハーのフラッシュ光照射時の挙動を示す図である。 サセプターに１２本の支持ピンを設けた例を示す図である。
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。
まず、本発明に係る熱処理装置１００の全体概略構成について簡単に説明する。図１は、本発明に係る熱処理装置１００を示す平面図であり、図２はその正面図である。熱処理装置１００は基板として円板形状の半導体ウェハーＷに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。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１００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１００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。また、図１，２および以降の各図においては、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直交座標系を必要に応じて付している。
図１および図２に示すように、熱処理装置１００は、未処理の半導体ウェハーＷを外部から装置内に搬入するとともに処理済みの半導体ウェハーＷを装置外に搬出するためのインデクサ部１０１、未処理の半導体ウェハーＷの位置決めを行うアライメント部１３０、加熱処理後の半導体ウェハーＷの冷却を行う冷却部１４０、半導体ウェハーＷにフラッシュ加熱処理を施すフラッシュ加熱部１６０並びにアライメント部１３０、冷却部１４０およびフラッシュ加熱部１６０に対して半導体ウェハーＷの搬送を行う搬送ロボット１５０を備える。また、熱処理装置１００は、上記の各処理部に設けられた動作機構および搬送ロボット１５０を制御して半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理を進行させる制御部３を備える。
インデクサ部１０１は、複数のキャリアＣ（本実施形態では２個）を並べて載置するロードポート１１０と、各キャリアＣから未処理の半導体ウェハーＷを取り出すとともに、各キャリアＣに処理済みの半導体ウェハーＷを収納する受渡ロボット１２０とを備えている。未処理の半導体ウェハーＷを収容したキャリアＣは無人搬送車（ＡＧＶ、ＯＨＴ）等によって搬送されてロードポート１１０に載置されるともに、処理済みの半導体ウェハーＷを収容したキャリアＣは無人搬送車によってロードポート１１０から持ち去られる。また、ロードポート１１０においては、受渡ロボット１２０がキャリアＣに対して任意の半導体ウェハーＷの出し入れを行うことができるように、キャリアＣが図２の矢印ＣＵにて示す如く昇降移動可能に構成されている。なお、キャリアＣの形態としては、半導体ウェハーＷを密閉空間に収納するＦＯＵＰ(front opening unified pod)の他に、ＳＭＩＦ(Standard Mechanical Inter Face)ポッドや収納した半導体ウェハーＷを外気に曝すＯＣ(open cassette)であっても良い。
また、受渡ロボット１２０は、図１の矢印１２０Ｓにて示すようなスライド移動、矢印１２０Ｒにて示すような旋回動作および昇降動作が可能とされている。これにより、受渡ロボット１２０は、２つのキャリアＣに対して半導体ウェハーＷの出し入れを行うとともに、アライメント部１３０および冷却部１４０に対して半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。受渡ロボット１２０によるキャリアＣに対する半導体ウェハーＷの出し入れは、ハンド１２１のスライド移動、および、キャリアＣの昇降移動により行われる。また、受渡ロボット１２０とアライメント部１３０または冷却部１４０との半導体ウェハーＷの受け渡しは、ハンド１２１のスライド移動、および、受渡ロボット１２０の昇降動作によって行われる。
アライメント部１３０は、半導体ウェハーＷを水平面内で回転させて続くフラッシュ加熱に適切な向きに向ける処理部である。アライメント部１３０は、アルミニウム合金製の筐体であるアライメントチャンバー１３１の内部に、半導体ウェハーＷを水平姿勢に支持して回転させる機構、および、半導体ウェハーＷの周縁部に形成されたノッチやオリフラ等を光学的に検出する機構などを設けて構成される。受渡ロボット１２０からアライメントチャンバー１３１へはウェハー中心が所定の位置に位置するように半導体ウェハーＷが渡される。アライメント部１３０では、インデクサ部１０１から受け取った半導体ウェハーＷの中心部を回転中心として鉛直方向軸まわりで回転させ、ノッチ等を光学的に検出することによって半導体ウェハーＷの向きを調整する。
熱処理装置１００の主要部であるフラッシュ加熱部１６０は、予備加熱を行った半導体ウェハーＷにキセノンフラッシュランプＦＬからの閃光（フラッシュ光）を照射してフラッシュ加熱処理を行う処理部である。フラッシュ加熱部１６０の構成については後に詳述する。
冷却部１４０は、アルミニウム合金製の筐体であるクールチャンバー１４１の内部に、金属製の冷却プレートの上面に石英板を載置して構成されている。フラッシュ加熱部１６０にてフラッシュ加熱処理が施された直後の半導体ウェハーＷは温度が高いため、冷却部１４０にて上記石英板上に載置されて冷却される。
搬送ロボット１５０は、鉛直方向に沿った軸を中心に矢印１５０Ｒにて示すように旋回可能とされるとともに、複数のアームセグメントからなる２つのリンク機構を有し、それら２つのリンク機構の先端にはそれぞれ半導体ウェハーＷを保持する搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂが設けられる。これらの搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂは上下に所定のピッチだけ隔てて配置され、リンク機構によりそれぞれ独立して同一水平方向に直線的にスライド移動可能とされている。また、搬送ロボット１５０は、２つのリンク機構が設けられるベースを昇降移動することにより、所定のピッチだけ離れた状態のまま２つの搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂを昇降移動させる。
また、搬送ロボット１５０による半導体ウェハーＷの搬送空間として搬送ロボット１５０を収容する搬送チャンバー１７０が設けられており、アライメントチャンバー１３１、クールチャンバー１４１およびフラッシュ加熱部１６０のチャンバー６が搬送チャンバー１７０に連結されて配置されている。搬送ロボット１５０がアライメントチャンバー１３１、クールチャンバー１４１またはフラッシュ加熱部１６０のチャンバー６を受け渡し相手として半導体ウェハーＷの受け渡し（出し入れ）を行う際には、まず、両搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂが受け渡し相手と対向するように旋回し、その後（または旋回している間に）昇降移動していずれかの搬送ハンドが受け渡し相手と半導体ウェハーＷを受け渡しする高さに位置する。そして、搬送ハンド１５１ａ（１５１ｂ）を水平方向に直線的にスライド移動させて受け渡し相手と半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。
アライメント部１３０のアライメントチャンバー１３１および冷却部１４０のクールチャンバー１４１とインデクサ部１０１との間にはそれぞれゲートバルブ１８１，１８２が設けられている。また、搬送チャンバー１７０とアライメントチャンバー１３１、クールチャンバー１４１およびフラッシュ加熱部１６０のチャンバー６との間にはそれぞれゲートバルブ１８３，１８４，１８５が設けられる。熱処理装置１００内にて半導体ウェハーＷが搬送される際には、適宜これらのゲートバルブが開閉される。また、アライメントチャンバー１３１、クールチャンバー１４１および搬送チャンバー１７０の内部が清浄に維持されるようにそれぞれに窒素ガス供給部（図示省略）から高純度の窒素ガスが供給され、余剰の窒素ガスは適宜排気管から排気される。
また、制御部３は、熱処理装置１００に設けられた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１００における処理が進行する。なお、図１においては、インデクサ部１０１内に制御部３を示しているが、これに限定されるものではなく、制御部３は熱処理装置１００内の任意の位置に配置することができる。
次に、フラッシュ加熱部１６０の構成について詳細に説明する。図３は、フラッシュ加熱部１６０の構成を示す縦断面図である。フラッシュ加熱部１６０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ランプハウス５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲンランプハウス４と、を備える。チャンバー６の上側にフラッシュランプハウス５が設けられるとともに、下側にハロゲンランプハウス４が設けられている。また、フラッシュ加熱部１６０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と搬送ロボット１５０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。
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、フラッシュランプＦＬ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、ハロゲンランプＨＬ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に処理ガス（本実施形態では窒素ガス（Ｎ２））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、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。なお、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。
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、ガス供給源８５および排気部１９０は、熱処理装置１００に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置１００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。
図４は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。また、図５は保持部７のサセプター７４を上面から見た平面図であり、図６は保持部７を側方から見た側面図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプター７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２およびサセプター７４はいずれも石英にて形成されている。すなわち、保持部７の全体が石英にて形成されている。
基台リング７１は円環形状の石英部材である。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されることによって、チャンバー６の壁面に支持されることとなる（図３参照）。円環形状を有する基台リング７１の上面に、その周方向に沿って複数の連結部７２（本実施形態では４個）が立設される。連結部７２も石英の部材であり、溶接によって基台リング７１に固着される。なお、基台リング７１の形状は、円環形状から一部が欠落した円弧状であっても良い。
サセプター７４は基台リング７１に設けられた４個の連結部７２によって支持される。サセプター７４は、保持プレート７５および複数の支持ピン７７を備える。保持プレート７５は、石英にて形成された円形の平板状部材である。保持プレート７５の直径は半導体ウェハーＷの直径よりも大きい。すなわち、保持プレート７５は、半導体ウェハーＷよりも大きな平面サイズを有する。
保持プレート７５の上面には、複数の支持ピン７７が立設されている。本実施形態においては、円形の保持プレート７５の外周円と同心円の円周に沿って４５°間隔で計８本の支持ピン７７が立設されている。８本の支持ピン７７を配置した円の径（対向する支持ピン７７間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さく当該径の３分の２以上である。すなわち、処理対象となる半導体ウェハーＷの径がφ３００ｍｍであれば、８本の支持ピン７７を配置した円の径は２００ｍｍ以上３００ｍｍ未満である。処理対象となる半導体ウェハーＷの径がφ４５０ｍｍであれば、８本の支持ピン７７を配置した円の径は３００ｍｍ以上４５０ｍｍ未満である。複数の支持ピン７７のそれぞれは石英にて形成されている。複数の支持ピン７７は、保持プレート７５の上面に穿設された凹部に嵌着して立設すれば良い。
また、保持プレート７５の上面には複数個（本実施形態では５個）のガイドピン７６も立設されている。５個のガイドピン７６は保持プレート７５の外周円と同心円の円周に沿って設けられている。５個のガイドピン７６を配置した円の径は半導体ウェハーＷの径よりも若干大きい。よって、５個のガイドピン７６を配置した円の径は、８本の支持ピン７７を配置した円の径よりも大きい。各ガイドピン７６も石英にて形成されている。なお、ガイドピン７６の個数は５個に限定されるものではなく、半導体ウェハーＷの位置ずれを防止できる数であれば良い。
基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプター７４の保持プレート７５の下面周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプター７４と基台リング７１とは連結部７２によって固定的に連結されている。このような保持部７の基台リング７１がチャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７がチャンバー６に装着される。保持部７がチャンバー６に装着された状態においては、サセプター７４の保持プレート７５は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷは、チャンバー６に装着された保持部７のサセプター７４の上に水平姿勢にて載置されて保持される。このとき、半導体ウェハーＷは保持プレート７５上に立設された８本の支持ピン７７によって点接触にて下面から支持されてサセプター７４に載置される。すなわち、半導体ウェハーＷは８本の支持ピン７７によって保持プレート７５の上面から所定の間隔を隔てて支持されることとなる。また、支持ピン７７の高さよりもガイドピン７６の高さの方が大きい。従って、複数の支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの水平方向の位置ずれはガイドピン７６によって防止される。
また、図４および図５に示すように、サセプター７４の保持プレート７５には、上下に貫通して開口部７８および切り欠き部７３が形成されている。開口部７８は、放射温度計２２０がサセプター７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から放射される放射光（赤外光）を受光するために設けられている。すなわち、放射温度計２２０が開口部７８を介してサセプター７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から放射された光を受光し、別置のディテクタによってその半導体ウェハーＷの温度が測定される。一方、切り欠き部７３は、熱電対を使用した接触式温度計２３０のプローブ先端部を通すために設けられている。接触式温度計２３０は、切り欠き部７３を通過してプローブを半導体ウェハーＷの下面に接触させて温度測定を行う。さらに、サセプター７４の保持プレート７５には、後述する移載機構１０のリフトピン１２が半導体ウェハーＷの受け渡しのために貫通する４個の貫通孔７９が穿設されている。
図７は、移載機構１０の平面図である。また、図８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７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７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がサセプター７４の保持プレート７５に穿設された貫通孔７９（図４，５参照）を通過し、リフトピン１２の上端が保持プレート７５の上面から突き出る。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を貫通孔７９から抜き取り、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。一対の移載アーム１１の退避位置は、保持部７の基台リング７１の直上である。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されているため、移載アーム１１の退避位置は凹部６２の内側となる。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３に戻り、チャンバー６の上方に設けられたフラッシュランプハウス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、フラッシュランプハウス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。フラッシュランプハウス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。フラッシュランプハウス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ランプハウス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９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９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、ハロゲンランプＨＬ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。
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ランプハウス４、フラッシュランプハウス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、ハロゲンランプハウス４およびフラッシュランプハウス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、フラッシュランプハウス５および上側チャンバー窓６３を冷却する。
次に、本発明に係る熱処理装置１００による半導体ウェハーＷの処理動作について説明する。典型的には、半導体ウェハーＷは円柱状の単結晶シリコンのインゴットを薄くスライスした薄板状基板である（例えば、φ３００ｍｍであれば厚さ０．７７５ｍｍ）。よって、本実施形態にて処理される半導体ウェハーＷも単結晶シリコンにて形成されている。
また、半導体ウェハーＷはシリコンインゴットの特定の結晶方位に沿ってスライスされている。一般的には、面方位が（１００）面、（１１０）面、（１１１）面となる３種類のウェハーが用いられているが、（１００）面方位のものが最も多く使用されている。本実施形態においても、処理対象となる半導体ウェハーＷは面方位が（１００）面の単結晶シリコンのウェハーである。この（１００）面方位の半導体ウェハーＷにイオン注入法によって不純物（イオン）が添加され、その不純物の活性化がフラッシュ加熱部１６０によるフラッシュ光照射加熱処理（アニール）により実行されるのである。以下に説明する熱処理装置１００の処理手順は、制御部３が熱処理装置１００の各動作機構を制御することにより進行する。
熱処理装置１００では、まず、不純物注入後の半導体ウェハーＷがキャリアＣに複数枚収容された状態でインデクサ部１０１のロードポート１１０に載置される。そして、受渡ロボット１２０がキャリアＣから半導体ウェハーＷを１枚ずつ取り出し、アライメント部１３０のアライメントチャンバー１３１に搬入する。アライメントチャンバー１３１に半導体ウェハーＷが搬入された時点で、ゲートバルブ１８１がアライメントチャンバー１３１とインデクサ部１０１との間を閉鎖する。アライメント部１３０では、半導体ウェハーＷをその中心部を回転中心として水平面内にて鉛直方向軸まわりで回転させ、ノッチ等を光学的に検出することによって半導体ウェハーＷの向きを調整する。このときに、アライメント部１３０が半導体ウェハーＷを回転させて調整する向きについてはさらに後述する。
次に、ゲートバルブ１８３がアライメントチャンバー１３１と搬送チャンバー１７０との間を開放し、搬送ロボット１５０が上側の搬送ハンド１５１ａによってアライメントチャンバー１３１から向きが調整された半導体ウェハーＷを搬出する。半導体ウェハーＷを取り出した搬送ロボット１５０はフラッシュ加熱部１６０を向くように旋回する。また、半導体ウェハーＷの搬出後に、ゲートバルブ１８３がアライメントチャンバー１３１と搬送チャンバー１７０との間を閉鎖する。
続いて、ゲートバルブ１８５がチャンバー６と搬送チャンバー１７０との間を開放し、搬送ロボット１５０が半導体ウェハーＷをチャンバー６に搬入する。このときに、先行する加熱処理済みの半導体ウェハーＷがチャンバー６に存在している場合には、下側の搬送ハンド１５１ｂによって当該加熱処理済みの半導体ウェハーＷを取り出してから上側の搬送ハンド１５１ａによって未処理の半導体ウェハーＷをチャンバー６に搬入してウェハー入れ替えを行う。
チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷにはフラッシュ加熱処理が行われる。以下、フラッシュ加熱部１６０におけるフラッシュ加熱処理について説明する。
チャンバー６への半導体ウェハーＷの搬入に先立って、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。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、フラッシュ加熱部１６０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、その供給量は処理工程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、搬送ロボット１５０により搬送開口部６６を介して未処理の半導体ウェハーＷがチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される。搬送ロボット１５０は、半導体ウェハーＷを保持する搬送ハンド１５１ａを保持部７の直上位置まで進出させて停止させる。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が貫通孔７９を通ってサセプター７４の上面から突き出て搬送ハンド１５１ａから半導体ウェハーＷを受け取る。このとき、リフトピン１２はサセプター７４の支持ピン７７の上端よりも上方にまで上昇する。
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１５０が搬送ハンド１５１ａを熱処理空間６５から退出させ、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のサセプター７４に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。
保持プレート７５上に立設された８本の支持ピン７７は、半導体ウェハーＷの下面を点接触にて支持する。これにより、半導体ウェハーＷは水平姿勢にてサセプター７４に載置される。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サセプター７４に載置される。８本の支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの下面と保持プレート７５の上面との間には所定の間隔が形成される。また、半導体ウェハーＷは、サセプター７４の保持プレート７５の上面にて５個のガイドピン７６の内側に保持される。サセプター７４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、すなわち凹部６２の内側に退避する。
半導体ウェハーＷが保持部７のサセプター７４に水平姿勢にて載置された後、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。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７４を透過して半導体ウェハーＷの下面から照射される。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は凹部６２の内側に退避しているため、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の温度が放射温度計２２０によって測定されている。すなわち、サセプター７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から開口部７８を介して放射された赤外光を放射温度計２２０が受光して昇温中のウェハー温度を測定する。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。その予備加熱温度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、放射温度計２２０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、ハロゲンランプハウス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。
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にてフラッシュランプＦＬが半導体ウェハーＷの上面にフラッシュ光照射を行う。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、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。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。降温中の半導体ウェハーＷの温度は接触式温度計２３０または放射温度計２２０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、測定結果より半導体ウェハー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がサセプター７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプター７４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が搬送ロボット１５０の下側の搬送ハンド１５１ｂにより搬出される。搬送ロボット１５０は、下側の搬送ハンド１５１ｂをリフトピン１２によって突き上げられた半導体ウェハーＷの直下位置にまで進出させて停止させる。そして、一対の移載アーム１１が下降することにより、フラッシュ加熱後の半導体ウェハーＷが搬送ハンド１５１ｂに渡されて載置される。その後、搬送ロボット１５０が搬送ハンド１５１ｂをチャンバー６から退出させて半導体ウェハーＷを搬出する。
搬送ハンド１５１ｂにてフラッシュ加熱後の半導体ウェハーＷを受け取った搬送ロボット１５０は、チャンバー６から冷却部１４０に向くように旋回する。また、ゲートバルブ１８５がチャンバー６と搬送チャンバー１７０との間を閉鎖するとともに、ゲートバルブ１８４がクールチャンバー１４１と搬送チャンバー１７０との間を開放する。
その後、搬送ロボット１５０が搬送ハンド１５１ｂを前進させてフラッシュ加熱直後の半導体ウェハーＷを冷却部１４０のクールチャンバー１４１に搬入する。クールチャンバー１４１にフラッシュ加熱後の半導体ウェハーＷが搬入された後、ゲートバルブ１８４がクールチャンバー１４１と搬送チャンバー１７０との間を閉鎖する。冷却部１４０では、フラッシュ加熱処理後の半導体ウェハーＷの冷却処理が行われる。フラッシュ加熱部１６０のチャンバー６から搬出された時点での半導体ウェハーＷ全体の温度は比較的高温であるため、これを冷却部１４０にて常温近傍にまで冷却するのである。所定の冷却処理時間が経過した後、ゲートバルブ１８２がクールチャンバー１４１とインデクサ部１０１との間を開放し、受渡ロボット１２０が冷却後の半導体ウェハーＷをクールチャンバー１４１から搬出し、キャリアＣへと返却する。キャリアＣに所定枚数の処理済み半導体ウェハーＷが収容されると、そのキャリアＣはインデクサ部１０１のロードポート１１０から搬出される。
ところで、上述のフラッシュ光照射によって、半導体ウェハーＷの上面の温度は瞬間的に１０００℃以上の処理温度Ｔ２にまで上昇する一方、その瞬間の下面の温度は予備加熱温度Ｔ１からさほどには上昇しない。すなわち、半導体ウェハーＷの上面と下面とに瞬間的に大きな温度差が発生するのである。その結果、半導体ウェハーＷの上面のみに急激な熱膨張が生じ、下面はほとんど熱膨張しないために、半導体ウェハーＷが上面を凸とするように瞬間的に反る。このような反りが生じると、半導体ウェハーＷの端部（エッジ）がサセプター７４の保持プレート７５の上面に接触して石英を削るおそれのあることは既述した通りである。
このため、本発明に係る熱処理技術では、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが反ったときに最も下側となる部位とウェハー中心とを結ぶ径を支持ピン７７によって支持するようにしている。
本発明者は、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが反る向きと結晶方位との相関について鋭意研究を行ったところ、面方位が（１００）面のシリコンの半導体ウェハーＷの場合、へき開方向に対して４５°をなす径（円形の半導体ウェハーＷの中心を通る線分）を軸として上面を凸とするように反ることを究明した。すなわち、フラッシュ光を照射したときに、半導体ウェハーＷのへき開方向と４５°をなす方向に沿った径が最も上側となるように、当該径の両側が下向きに反るのである。ここで、半導体ウェハーＷの「へき開方向」とは、半導体ウェハーＷが切り出される単結晶シリコンのインゴットのへき開面と半導体ウェハーＷとが交差する線の方向である。半導体ウェハーＷは、このへき開方向に沿って比較的容易に割れる。フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷがへき開方向に対して４５°をなす径を軸として反るのであれば、半導体ウェハーＷが反ったときに最も下側となる部位も特定されることとなる。
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが上面を凸とするように反ったときに最も下側になる部位とウェハー中心とを結ぶ径が８本の支持ピン７７のいずれかによって支持されるように、半導体ウェハーＷをサセプター７４に載置している。
図１０は、サセプター７４に載置する半導体ウェハーＷの向きを説明するための図である。図１０にて点線で示す直線に沿った方向が半導体ウェハーＷのへき開方向である。同図に示すように、面方位が（１００）面の半導体ウェハーＷには、直交する２つのへき開方向が存在している。一般に、φ３００ｍｍの半導体ウェハーＷには、向きを調整するための切り欠きであるノッチ９が形設されている。アライメント部１３０は、このノッチ９を光学的に検出することによって半導体ウェハーＷが所定の向きを向くように調整する。ノッチ９は、面方位が（１００）面の半導体ウェハーＷに２つ存在するへき開方向のうち一方を示すように設けられている。
図１０において、一点鎖線で示す直線に沿った方向がへき開方向と４５°をなす方向である。図１０に示すように、面方位が（１００）面の半導体ウェハーＷには、へき開方向に対して４５°をなす方向も２つ存在しており、それらは直交する。フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷは、図１０の一点鎖線で示す径を軸として上面を凸とするように反る。但し、へき開方向に対して４５°をなす２本の径のうち一方のみを軸として半導体ウェハーＷは反る。従って、その一方の径と直交する他方の径の両端がフラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが上面を凸とするように反ったときに最も下側になる部位となる。
すなわち、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが上面を凸とするように反ったときに最も下側になる部位は、へき開方向に対して４５°をなす２本の径のうちのいずれかの両端である。本実施形態においては、図１０に示すように、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが上面を凸とするように反ったときに最も下側になる部位と半導体ウェハーＷの中心とを結ぶ径、つまりへき開方向に対して４５°をなす径（半導体ウェハーＷの中心を通る線分）が複数の支持ピン７７のいずれかによって支持されるように半導体ウェハーＷをサセプター７４に載置している。
本実施形態では、サセプター７４の保持プレート７５の上面に、同一の円周に沿って４５°間隔で８本の支持ピン７７が立設されている。一方、半導体ウェハーＷのへき開方向に対して４５°をなす径は２本存在している。よって、４５°間隔で設けられた８本の支持ピン７７のうち４本でもって半導体ウェハーＷのへき開方向に対して４５°をなす径の両側を支持することができる。さらに、当該径はへき開方向に沿った径と４５°をなしているため、４５°間隔で設けられた８本の支持ピン７７のうち残りの４本でもって半導体ウェハーＷのへき開方向に沿った径の両側をも支持することができる。
本実施形態においては、搬送ロボット１５０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が移載機構１０によってサセプター７４上に載置されたときに、半導体ウェハーＷのへき開方向に対して４５°をなす径が支持ピン７７によって支持されるように、アライメント部１３０が半導体ウェハーＷの向きを調整している。より具体的には、サセプター７４には同一の円周に沿って４５°間隔で８本の支持ピン７７が設けられており、半導体ウェハーＷにはへき開方向に沿った径の一端にノッチ９が設けられているため、そのノッチ９が８本の支持ピン７７のいずれかと最近接するようにアライメント部１３０は半導体ウェハーＷの向きを調整すれば良い。
ノッチ９が８本の支持ピン７７のいずれかと最近接する向きにて半導体ウェハーＷがサセプター７４に載置されると、図１０に示すように、半導体ウェハーＷのへき開方向に対して４５°をなす径が４本の支持ピン７７によって支持されることとなる。また、同時に、半導体ウェハーＷのへき開方向に沿った径も４本の支持ピン７７によって支持されることとなる。
図１０のようにサセプター７４に載置された半導体ウェハーＷに対してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射すると、半導体ウェハーＷの上面と下面との間に瞬間的に大きな温度差が発生し、半導体ウェハーＷの上面のみに急激な熱膨張が生じてウェハー上面を凸とするような反りが生じる。このときに、半導体ウェハーＷのへき開方向に対して４５°をなす径が複数の支持ピン７７によって支持されていると、図１１に示すように、半導体ウェハーＷの端部が保持プレート７５の上面に接触することが防がれる。すなわち、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが上面を凸とするように反ったときに最も下側になる部位と半導体ウェハーＷの中心とを結ぶ径が複数の支持ピン７７のいずれかによって支持されることとなるため、当該部位よりもさらに下になって保持プレート７５の上面に接触する半導体ウェハーＷの端部は存在しなくなるのである。その結果、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの反りによってサセプター７４の石英が削られることは無くなり、サセプター７４に傷を付けることを防止するとともに、削れられた石英がパーティクルとなって飛散するのを防止することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、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、４５°間隔で８本の支持ピン７７を設けるようにしていたが、サセプター７４の保持プレート７５の上面に設ける支持ピン７７は８本に限定されるものではない。図１２は、サセプター７４に１２本の支持ピン７７を設けた例を示す図である。図１０と同様に、点線で示す直線に沿った方向が半導体ウェハーＷのへき開方向である。面方位が（１００）面の半導体ウェハーＷには、直交する２つのへき開方向が存在しており、それらのうちの一方を示すようにノッチ９が形設されている。また、図１２においても、一点鎖線で示す直線に沿った方向がへき開方向と４５°をなす方向である。フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷは、図１２の一点鎖線で示す２本の径のうちの一方を軸として上面を凸とするように反り、他方の径の両端が最も下側となる。
図１２に示す例では、サセプター７４の保持プレート７５の上面に、その外周円と同心円の円周に沿って３０°間隔で計１２本の支持ピン７７が立設されている。１２本の支持ピン７７を配置した円の径は半導体ウェハーＷの径よりも小さく当該径の３分の２以上である。図１２のサセプター７４に半導体ウェハーＷを載置するときには、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが上面を凸とするように反ったときに最も下側になる部位と半導体ウェハーＷの中心とを結ぶ径、つまりへき開方向に対して４５°をなす径が１２本の支持ピン７７のいずれかによって支持されるようにしている。
上述したように、半導体ウェハーＷのへき開方向に対して４５°をなす径は２本存在しており、３０°間隔で設けられた１２本の支持ピン７７のうち４本でもって半導体ウェハーＷのへき開方向に対して４５°をなす径の両側を支持することととなる。上記実施形態と同様に、搬送ロボット１５０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が移載機構１０によってサセプター７４上に載置されたときに、半導体ウェハーＷのへき開方向に対して４５°をなす径が支持ピン７７によって支持されるように、アライメント部１３０が半導体ウェハーＷの向きを調整している。より具体的には、半導体ウェハーＷのノッチ９が隣り合って配置された支持ピン７７の中間に対向するようにアライメント部１３０は半導体ウェハーＷの向きを調整すれば良い。
このようにしてフラッシュ光照射を行った場合であっても、半導体ウェハーＷのへき開方向に対して４５°をなす径が複数の支持ピン７７によって支持されているため、半導体ウェハーＷの端部が保持プレート７５の上面に接触することが防がれる（図１１参照）。その結果、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの反りによってサセプター７４の石英が削られることは無くなり、サセプター７４に傷を付けることを防止するとともに、削れられた石英がパーティクルとなって飛散するのを防止することができる。
面方位が（１００）面の半導体ウェハーＷの場合、へき開方向に対して４５°をなす径は２本存在しており、少なくともそれら２本の径の両端を支持ピン７７によって支持するようにすれば、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの端部がサセプター７４の保持プレート７５の上面と接触するのを防止することができる。すなわち、サセプター７４の保持プレート７５の上面に、同一の円周に沿って少なくとも９０°間隔で４本の支持ピン７７を設けておけば、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの端部がサセプター７４と接触するのを防止することができる。
従って、保持プレート７５の上面に、同一の円周に沿って等間隔で複数の支持ピン７７を設けるのであれば、４の倍数の本数を設けるようにすれば良い。もっとも、支持ピン７７が少ないと、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが反ったときに安定して支持することが困難となる。その一方、熱処理時に光をほとんど吸収しない石英の支持ピン７７が接触している半導体ウェハーＷの箇所は周辺に比較して局所的に低温となる傾向があるため、支持ピン７７の本数が多くなると、半導体ウェハーＷの面内温度分布の均一性が損なわれるおそれがある。このため、サセプター７４に設ける支持ピン７７の本数は８本または１２本としておくのが好ましい。
また、上記実施形態においては、面方位が（１００）面の半導体ウェハーＷを処理対象としていたが、これに限定されるものではなく、他の面方位であっても良い。上述したように、一般的には、面方位が（１００）面、（１１０）面、（１１１）面となる３種類のウェハーが用いられており、処理対象となる半導体ウェハーＷの面方位は（１１０）面または（１１１）面であっても良い。面方位が（１１０）面または（１１１）面の半導体ウェハーＷのフラッシュ光照射時の変形挙動は上記実施形態の（１００）面方位の半導体ウェハーＷとは異なる。しかし、面方位が（１１０）面または（１１１）面の半導体ウェハーＷであっても、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが上面を凸とするように反ったときに最も下側になる部位とウェハー中心とを結ぶ径が複数の支持ピン７７のいずれかによって支持されるように、半導体ウェハーＷをサセプター７４に載置すれば、半導体ウェハーＷの端部がサセプター７４と接触するのを防止することができる。
また、上記実施形態の半導体ウェハーＷには向きを調整するためのノッチ９が形成されていたが、これに代えてオリフラ（オリエンテーションフラット）が設けられていても良い。
また、上記実施形態においては、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって半導体ウェハーＷの予備加熱を行うようにしていたが、これに代えて半導体ウェハーＷを保持するサセプターをホットプレート上に載置し、そのホットプレートからの熱伝導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。
また、上記実施形態においては、フラッシュランプハウス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、ハロゲンランプハウス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。
３ 制御部
４ ハロゲンランプハウス
５ フラッシュランプハウス
６ チャンバー
７ 保持部
１０ 移載機構
７４ サセプター
７５ 保持プレート
７６ ガイドピン
７７ 支持ピン
１００ 熱処理装置
１０１ インデクサ部
１３０ アライメント部
１４０ 冷却部
１５０ 搬送ロボット
１６０ フラッシュ加熱部
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 (12)

  1. 円板形状の基板にフラッシュ光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理方法であって、
    複数の支持ピンが立設されたサセプターに基板を載置し、前記複数の支持ピンによって前記基板の下面を支持する移載工程と、
    前記サセプターに載置された前記基板の上面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射して前記基板を加熱するフラッシュ加熱工程と、
    を備え、
    前記移載工程では、前記フラッシュ加熱工程にてフラッシュ光が照射されて前記基板が上面を凸とするように反ったときに最も下側になる部位と前記基板の中心とを結ぶ径が前記複数の支持ピンのいずれかによって支持されるように前記基板を載置することを特徴とする熱処理方法。
  2. 請求項１記載の熱処理方法において、
    前記基板は面方位が（１００）面の単結晶シリコンの半導体ウェハーであり、
    前記移載工程では、前記基板のへき開方向に対して４５°をなす径が前記複数の支持ピンのいずれかによって支持されるように前記基板を前記サセプターに載置することを特徴とする熱処理方法。
  3. 円板形状の基板にフラッシュ光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理装置であって、
    基板の向きを調整するアライメント機構と、
    複数の支持ピンが立設され、前記複数の支持ピンによって前記基板の下面を支持して前記基板を載置するサセプターと、
    前記アライメント機構から前記サセプターに前記基板を搬送する搬送部と、
    前記サセプターに載置された前記基板の上面にフラッシュ光を照射して前記基板を加熱するフラッシュランプと、
    を備え、
    前記アライメント機構は、前記フラッシュランプからフラッシュ光が照射されて前記基板が上面を凸とするように反ったときに最も下側になる部位と前記基板の中心とを結ぶ径が前記複数の支持ピンのいずれかによって支持されるように前記基板の向きを調整す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、
    前記基板は面方位が（１００）面の単結晶シリコンの半導体ウェハーであり、
    前記アライメント機構は、前記基板のへき開方向に対して４５°をなす径が前記複数の支持ピンのいずれかによって支持されるように前記基板の向きを調整することを特徴とする熱処理装置。
  5. 請求項４記載の熱処理装置において、
    前記サセプターには、同一の円周に沿って９０°間隔で少なくとも４本の支持ピンが設けられてい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、
    前記サセプターには、前記円周に沿って４５°間隔で８本の支持ピンが設けられていることを特徴とする熱処理装置。
  7. 請求項５または請求項６に記載の熱処理装置において、
    前記円周の径は前記基板の径の３分の２以上であることを特徴とする熱処理装置。
  8. フラッシュランプから照射されるフラッシュ光によって加熱される円板形状の基板を載置するサセプターであって、
    平板状のプレートと、
    前記プレートの上面に立設され、前記基板の下面を支持する複数の支持ピンと、
    を備え、
    前記複数の支持ピンは、フラッシュ光が照射されて前記基板が上面を凸とするように反ったときに最も下側になる部位と前記基板の中心とを結ぶ径を支持する位置に設けられることを特徴とするサセプター。
  9. 請求項８記載のサセプターにおいて、
    前記基板は面方位が（１００）面の単結晶シリコンの半導体ウェハーであり、
    前記複数の支持ピンは、前記基板のへき開方向に対して４５°をなす径を支持する位置に設けられることを特徴とするサセプター。
  10. 請求項９記載のサセプターにおいて、
    前記プレートの上面に、同一の円周に沿って９０°間隔で少なくとも４本の支持ピンが設けられることを特徴とするサセプター。
  11. 請求項１０記載のサセプターにおいて、
    前記プレートの上面に、前記円周に沿って４５°間隔で８本の支持ピンが設けられることを特徴とするサセプター。
  12. 請求項１０または請求項１１に記載のサセプターにおいて、
    前記円周の径は前記基板の径の３分の２以上であることを特徴とするサセプター。
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