JP2016181651A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の照射による加熱時に基板の面内温度分布の均一化が図られ得る熱処理装置を提供する。
【解決手段】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が、チャンバー、サセプター、加熱部、および反射部材を備えている。ここで、チャンバーは、基板を収容する。サセプターは、チャンバー内において基板が載置されて該基板を保持する。加熱部は、サセプターに保持された基板を光の照射によって加熱する。反射部材は、サセプター上に配置され、加熱部から発せられる光を反射させて基板の周縁部に照射する反射部を有する。
【選択図】図１

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）と言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させることができる。

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１，２には、凹部を有する石英のサセプターに保持した半導体ウェハーの表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射して加熱するものが開示されている。しかし、特許文献１，２に開示される装置においては、サセプターの載置面に半導体ウェハーの裏面が直接接触するように半導体ウェハーが保持されているため、フラッシュ光照射前に予備加熱を行うときにウェハー面内の温度分布が不均一になりやすい。このようなウェハー面内の温度分布の不均一化により、ウェハー面内にホットスポットおよびコールドスポットが点在し、半導体デバイスの特性の劣化および製造の歩留まりの低下等が生じることが懸念される。

これに対して、特許文献３，４には、平板状のサセプターの上面に複数のバンプ（支持ピン）を形成し、それらバンプによって点接触で支持した半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射する技術が開示されている。このようにすれば、半導体ウェハーの裏面がサセプターの上面と直接には接触しないため、予備加熱段階において半導体ウェハーの面内温度分布が不均一となるのを抑制することができる。

特開２００４−１７９５１０号公報 特開２００４−２４７３３９号公報 特開２００９−１６４４５１号公報 特開２０１４−１２０４９７号公報

ところで、フラッシュランプを使用した熱処理装置においては、例えば、下方からのハロゲンランプ等による光照射によって半導体ウェハーの予備加熱が行われると、熱が逃げやすい半導体ウェハーの周縁部において温度低下が生じやすい。

この問題に対して、特許文献４には、複数本の棒状のハロゲンランプの配設密度が半導体ウェハー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いて高められることで、半導体ウェハーの周縁部により多い光量の光照射を行うことが開示されている。

しかしながら、棒状のハロゲンランプの配設密度の調整のみによって、予備加熱時における半導体ウェハーの周縁部での温度低下を抑制しつつ、半導体ウェハーの面内温度分布の均一化を図ることは容易でない。

上記問題は、フラッシュランプを使用した熱処理装置に限られず、例えば、ハロゲンランプを用いたＲＴＰ（Rapid Thermal Process）装置等を含む、光の照射によって基板を加熱する熱処理装置一般に共通する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光の照射による加熱時に基板の面内温度分布の均一化が図られ得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に、第１の態様に係る熱処理装置は、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であって、前記基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内において前記基板が載置されて該基板を保持するサセプターと、前記サセプターに保持された前記基板を光の照射によって加熱する加熱部と、前記サセプター上に配置され、前記加熱部から発せられる光を反射させて前記基板の周縁部に照射する反射部を有する反射部材と、を備える。

第２の態様に係る熱処理装置は、第１の態様に係る熱処理装置において、前記サセプターに保持された前記基板をフラッシュ光の照射によって加熱するフラッシュ加熱部、をさらに備え、前記基板が、円板形状を有し、前記サセプターが、前記基板が載置される載置面を有するプレートと、前記プレート上のうちの前記基板の径よりも大きな内径を有する円環状の領域において連続的または断続的に突起しているガイド部と、前記プレート上のうちの前記円環状の領域よりも内側の領域上に立設され、前記基板を点接触によって支持する複数の支持ピンと、を有し、前記反射部材が、前記ガイド部上に配置されている。

第３の態様に係る熱処理装置は、第２の態様に係る熱処理装置において、前記ガイド部が、前記円環状の領域における周方向に沿って円環状に形成されており、前記ガイド部の内周面は、前記プレートから上方に向けて広くなるテーパ面とされ、前記反射部が、前記周方向に沿って円環状に配置されている。

第４の態様に係る熱処理装置は、第１の態様に係る熱処理装置において、前記サセプターに保持された前記基板をフラッシュ光の照射によって加熱するフラッシュ加熱部、をさらに備え、前記基板が、円板形状を有し、前記サセプターが、前記基板が載置される載置面を有するプレートと、前記プレート上に立設され、前記基板を点接触によって支持する複数の支持ピンと、を有し、前記反射部材が、前記プレート上のうちの前記基板の径よりも大きな内径を有する円環状の領域において連続的または断続的に配置されており、前記複数の支持ピンが、前記プレート上のうちの前記円環状の領域よりも内側の領域上に立設されている。

第５の態様に係る熱処理装置は、第４の態様に係る熱処理装置において、前記反射部材が、前記円環状の領域の内側に位置する円形領域の中心を通り且つ前記プレートに対して垂直な方向に伸びる仮想線に対向する傾斜面を有し、前記傾斜面が、前記プレートから上方に向けて前記仮想線から遠ざかる傾斜面とされている。

第６の態様に係る熱処理装置は、第５の態様に係る熱処理装置において、前記反射部材が、前記円環状の領域における周方向に沿って円環状に形成されており、前記反射部材の内周面は、前記プレートから上方に向けて広くなるテーパ面とされ、前記反射部が、前記周方向に沿って円環状に配置されている。

第７の態様に係る熱処理装置は、第１から第６の何れか１つの態様に係る熱処理装置において、前記反射部が、凹面状の表面を有している。

第１から第７の何れの態様に係る熱処理装置によっても、加熱部から発せられる光を反射して基板の周縁部に照射する反射部材がサセプター上に配置されていることで、基板の周縁部に近接するように反射部材が配置され、加熱時における基板の周縁部での温度低下が良好に抑制され得る。その結果、光の照射による加熱時に基板の面内温度分布の均一化が図られ得る。

特に、第２および第３の何れの態様に係る熱処理装置によっても、サセプターが、基板が載置されるプレートと、該プレート上において円環状に連続的または断続的に突起しているガイド部と、基板を支持するためにプレート上に立設されている複数の支持ピンとを有しており、反射部材がガイド部上に配置されることで、反射部材が基板の周縁部に近接するように容易に配置され得る。

特に、第３の態様に係る熱処理装置によれば、反射部が円環状に設けられることで、フラッシュ光の照射前における予備加熱時に基板の面内温度分布の均一化がさらに図られ得る。

特に、第４から第６の何れの態様に係る熱処理装置によっても、サセプターが、円板形状を有する基板が載置されるプレートと、基板を支持するためにプレート上に立設されている複数の支持ピンとを有しており、プレート上において円環状に連続的または断続的に反射部材が配置されていることで、反射部材が基板の周縁部に近接するように容易に配置され得る。

特に、第５および第６の何れの態様に係る熱処理装置によっても、反射部材が、上方に向けて、プレートに対して垂直な方向に伸びる仮想的な中心線から遠ざかる傾斜面を有していることで、フラッシュ光の照射時にサセプターから跳躍した基板が落下したときの衝撃を緩和するとともに、落下後の該基板の位置を修正する機能を併せ持つことで、反射部材が基板の周縁部に近接するように空間的に効率良く配置され得る。

特に、第６の態様に係る熱処理装置によれば、反射部が円環状に設けられることで、フラッシュ光の照射前の予備加熱時に基板の面内温度分布の均一化がさらに図られ得る。

特に、第７の態様に係る熱処理装置によれば、反射部が凹面状の表面を有していることで、加熱部から発せられる光を基板の周縁部に集光させることが可能となるため、光の照射による加熱時に基板の周縁部での温度低下が効率良く抑制され得る。

一実施形態に係る熱処理装置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。 保持部の断面を模式的に示す断面図である。 ガイドリングの設置部分を拡大した図である。 反射部材の設置態様を側方から見た断面図である。 反射部材を上面から見た平面図である。 反射部材による光の反射態様を模式的に示す図である。 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。 半導体ウェハーがサセプターに保持された状態を示す図である。 半導体ウェハーがサセプターから跳躍した状態を示す図である。 半導体ウェハーが落下して傾斜面に衝突した状態を示す図である。 落下後に半導体ウェハーが複数の支持ピンに支持された状態を示す図である。 第１変形例に係る反射部材の設置態様を側方から見た断面図である。 第１変形例に係る反射部材を上面から見た平面図である。 第１変形例に係る反射部による光の反射態様を模式的に示す図である。 第２変形例に係る反射部材の設置態様を側方から見た断面図である。 第２変形例に係る反射部による光の反射態様を模式的に示す図である。 その他の変形例に係る反射部材を上面から見た平面図である。

以下、本発明の一実施形態および各種変形例を図面に基づいて説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。

図１は、一実施形態に係る熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。熱処理装置１は、基板としての半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光の照射を行うことによって該半導体ウェハーＷを加熱する装置（フラッシュランプアニール装置とも言う）である。ここで、処理対象となる半導体ウェハーＷは、一般に円板形状を有する。該半導体ウェハーＷのサイズとしては、特に限定されるものではないが、例えば、φ３００ｍｍあるいはφ４５０ｍｍのものが採用され得る。そして、熱処理装置１に搬入される上記半導体ウェハー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およびそれ以降の各図においては、理解が容易となるように、必要に応じて各部の寸法や数が誇張または簡略化されて描かれている。

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を内蔵する予備加熱部としてのハロゲン加熱部４と、を備える。具体的には、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、チャンバー６の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、保持部７と、反射部材９と、移載機構１０と、を備える。保持部７は、半導体ウェハーＷを水平姿勢で保持する部分である。反射部材９は、ハロゲン加熱部４から発せられる光を反射させて半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥ（図６および図８参照）に照射する部材である。移載機構１０は、保持部７と装置外部との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う機構である。さらに、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。

チャンバー６は、筒状のチャンバー側部６１の上下の部分に石英製のチャンバー窓が装着されて構成されている。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、該チャンバー側部６１の上側開口が上側チャンバー窓６３の装着によって閉塞され、該チャンバー側部６１の下側開口が下側チャンバー窓６４の装着によって閉塞されている。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、石英によって形成された円板形状の部材であり、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内に透過させ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、石英によって形成された円板形状の部材であり、ハロゲン加熱部４からの光をチャンバー６内に透過させ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、チャンバー側部６１の内側の壁面の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に対して上側から嵌め込まれる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に対して下側から嵌め込まれて図示省略のビスで留められ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。

ここでは、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の内壁面のうちの反射リング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）によって形成されている。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を介した熱処理空間６５への半導体ウェハーＷの搬入および熱処理空間６５からの凹部６２を介した半導体ウェハー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（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よりも上側の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の経路の途中にはバルブ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）およびヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガス、または、酸素（Ｏ_２）、水素（Ｈ_２）、塩素（Ｃｌ_２）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ_３）、アンモニア（ＮＨ_３）等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よりも下側の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の経路の途中にはバルブ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。

図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。また、図３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４は、水平面に垂直な面に沿った保持部７の断面を模式的に示す断面図である。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はいずれも石英によって形成されている。すなわち、保持部７の全体が石英によって形成されている。

基台リング７１は、円環形状の石英製の部材である。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（図１参照）。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、例えば、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、チャンバー６内において該サセプター７４上に載置された半導体ウェハーＷを保持する。該サセプター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、プレートとしての保持プレート７５、ガイド部としてのガイドリング７６および複数の支持ピン７７を備える。保持プレート７５は、石英によっ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の上面の周縁部には、ガイドリング７６が設置されている。ガイドリング７６は、保持プレート７５上のうちの半導体ウェハーＷの径よりも大きな内径を有する円環状の領域（円環状領域とも言う）Ａｒ１において、突起している。本実施形態では、ガイドリング７６は、保持プレート７５上の円環状領域Ａｒ１において、突起しており且つ周方向に沿って連続的に形成されている。換言すれば、ガイドリング７６は、円環状領域Ａｒ１における周方向に沿って円環状に形成されている。すなわち、ガイドリング７６は、半導体ウェハーＷの直径よりも大きな内径を有する円環形状の部材である。

ガイドリング７６は、保持プレート７５と同様に石英によって形成される。ガイドリング７６は、保持プレート７５の上面に溶着されても良いし、別途加工によって形成されたピン等によって保持プレート７５に固定されても良い。あるいは、ガイドリング７６は、単に保持プレート７５の上面の周縁部に載置されるだけでも良い。ここで、ガイドリング７６が保持プレート７５に溶着されると、石英の部材の摺動によるパーティクルの発生が抑制され、ガイドリング７６を載置した場合には、溶着による保持プレート７５の歪みが防止され得る。

図５は、ガイドリング７６の設置部分を拡大した図である。ガイドリング７６は、円環状領域Ａｒ１の内側に位置する円形領域Ａｒ２の中心を通り且つ保持プレート７５に対して垂直な方向（つまり、鉛直方向）に伸びる仮想的な線（仮想線とも言う）Ｌ０に対向する傾斜面７６ａを有している。該傾斜面７６ａは、保持プレート７５から上方に向けて仮想線Ｌ０から遠ざかる傾斜面とされている。本実施形態では、ガイドリング７６が円環状に形成されており、ガイドリング７６の内周面は、保持プレート７５から上方に向けて広くなるテーパ面とされている。そして、保持プレート７５の上面のうちの傾斜面７６ａの先端（下端）よりも内側の領域が半導体ウェハーＷを載置する載置面７５ａとされる。

保持プレート７５の載置面７５ａに対するガイドリング７６の傾斜面７６ａの勾配αは、３０°以上で且つ７０°以下（本実施形態では、４５°）である。これにより、跳躍した半導体ウェハーＷが落下して衝突したときの衝撃緩和効果、および半導体ウェハーＷが落下して衝突したときの位置修正効果の双方が得られる。また、傾斜面７６ａの表面平均粗さ（Ｒａ）が、例えば、１．６μｍ以下とされていれば、落下した半導体ウェハーＷの外周端が傾斜面７６ａに衝突したときに、その外周端が円滑に傾斜面７６ａに沿って滑り、上記の位置修正効果をより確実に得ることができる。

ガイドリング７６の内径（傾斜面７６ａの先端の径）は、半導体ウェハーＷの直径よりも１０ｍｍ以上で且つ４０ｍｍ以下大きい。従って、保持プレート７５の載置面７５ａの中央に半導体ウェハーＷが保持されたときには、当該半導体ウェハーＷの外周端から傾斜面７６ａの先端までの距離は、５ｍｍ以上で且つ２０ｍｍ以下となる。本実施形態においては、φ３００ｍｍの半導体ウェハーＷに対してガイドリング７６の内径がφ３２０ｍｍとされている（半導体ウェハーＷの外周端から傾斜面７６ａの先端までの距離は、１０ｍｍ）。なお、ガイドリング７６の外径は、特に限定されるものではないが、例えば、保持プレート７５の直径（本実施形態では、φ３４０ｍｍ）と同じであれば良い。

また、保持プレート７５の載置面７５ａには、複数の支持ピン７７が立設されている。複数の支持ピン７７は、例えば、保持プレート７５上のうちに円環状領域Ａｒ１よりも内側の領域に立設され、半導体ウェハーＷを点接触によって支持する。本実施形態においては、載置面７５ａの外周円（ガイドリング７６の内周円）と同心円の周上に沿って６０°毎に計６本の支持ピン７７が立設されている。６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、本実施形態ではφ２８０ｍｍである。それぞれの支持ピン７７は、石英によって形成されている。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されれば良い。

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上に立設された複数の支持ピン７７によって点接触によって支持されることでサセプター７４に保持される。すなわち、半導体ウェハーＷは、複数の支持ピン７７によって保持プレート７５の載置面７５ａから所定の間隔を隔てて支持される。また、支持ピン７７の高さよりもガイドリング７６の厚さの方が大きい。従って、支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの水平方向における位置のずれは、ガイドリング７６によって防止される。

また、図２および図３に示すように、サセプター７４の保持プレート７５には、上下に貫通する開口部７８が形成されている。開口部７８は、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）が、放射温度計１２０によって受光されるように設けられている。すなわち、サセプター７４に保持された半導体ウェハーＷの裏面から放射された光が、開口部７８を介して放射温度計１２０によって受光され、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。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６は、反射部材９の設置態様を側方から見た断面図である。図７は、反射部材９を上面から見た平面図である。図８は、反射部材９による光の反射態様を模式的に示す図である。図８には、ハロゲン加熱部４から発せられる光が進む方向が細線の直線状の矢印Ｐ１で描かれている。

図６で示されるように、反射部材９は、サセプター７４上に配置されており、反射部材本体部９ｂと反射部９ｍとを有している。反射部材本体部９ｂは、反射部材９の構造の大部分を構成している。本実施形態では、図７で示されるように、反射部材本体部９ｂが、円環状のガイドリング７６上に配置されている。つまり、反射部材９が、サセプター７４の周方向に沿って円環状に形成されている。ここでは、反射部材本体部９ｂが、例えば、ガイドリング７６に対して接触あるいは連結されることで、ガイドリング７６上に配置され得る。反射部９ｍは、ハロゲン加熱部４から発せられる光を反射させて半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに照射する部分であり、反射部材本体部９ｂに対して設けられている。本実施形態では、反射部９ｍが、サセプター７４の周方向に沿って円環状に形成されている。このとき、反射部９ｍが、フラッシュ加熱部５からサセプター７４上に配される半導体ウェハーＷまで至るフラッシュ光の光路を避けるように、サセプター７４上の周縁部近傍に設けられ得る。したがって、反射部材９が半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに近接するように容易に配置され得る。

また、反射部材本体部９ｂは、円環状領域Ａｒ１の内側に位置する円形領域Ａｒ２の中心を通り且つ保持プレート７５に対して垂直な方向（つまり、鉛直方向）に伸びる仮想線Ｌ０に対向する傾斜面を有している。該傾斜面は、上方から保持プレート７５に向けて仮想線Ｌ０から遠ざかる傾斜面とされている。そして、該傾斜面に反射部９ｍが形成されており、反射部９ｍが、仮想線Ｌ０に対向する傾斜面を形成する。ここで、反射部材本体部９ｂは、例えば、耐熱性と光透過性とを有する素材としての石英によって形成されている。反射部９ｍは、例えば、光を反射させる素材としての金属等で形成されている。例えば、反射部材本体部９ｂの少なくとも一面にニッケル等の金属が鏡面を成すように被着されることで、反射部９ｍが形成され得る。

また、本実施形態では、図８で示されるように、サセプター７４上に載置された半導体ウェハーＷがハロゲン加熱部４によって加熱される際に、ハロゲン加熱部４から発せられる光の一部が、保持プレート７５およびガイドリング７６を透過した後に反射部９ｍで反射されて、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに照射される。これにより、フラッシュ光の照射前の予備的な加熱時における半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥでの温度低下が良好に抑制され得る。その結果、フラッシュ光の照射前の予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布の均一化が図られ得る。すなわち、光の照射による加熱時に半導体ウェハーＷの面内温度分布の均一化が図られ得る。

図９は、移載機構１０の平面図である。また、図１０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９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９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２および図３参照）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。そして、フラッシュ加熱部５が、サセプター７４に保持された半導体ウェハーＷに複数のフラッシュランプＦＬから発せられるフラッシュ光を照射することで、該半導体ウェハーＷを加熱する。本実施形態では、フラッシュランプＦＬとして、キセノンフラッシュランプが採用される。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のランプであり、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ミリ秒から１００ミリ秒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、例えば、アルミニウム合金板によって形成されており、その表面（フラッシュランプＦＬに臨む側の面）には、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への光の照射を行う。該ハロゲン加熱部４は、サセプター７４に保持された半導体ウェハーＷに対する光の照射によって、半導体ウェハーＷを予備的に加熱する機能を有する。図１１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１１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ＷＥ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からの光の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ＷＥ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等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。

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。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、装置外部の搬送ロボットによって、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。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が貫通孔７９を通ってサセプター７４の上面から突き出て半導体ウェハー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。

図１２は、半導体ウェハーＷがサセプター７４に保持された状態を示す図である。なお、図１２から図１５は、理解容易のためにガイドリング７６および支持ピン７７の大きさを誇張して描いた模式図である。半導体ウェハーＷは、保持プレート７５上に立設された複数の支持ピン７７によって点接触によって支持されてサセプター７４に保持される。半導体ウェハーＷは、その中心が保持プレート７５の載置面７５ａの中心軸と一致するように（つまり、載置面７５ａの中央に）、複数の支持ピン７７によって支持される。よって、半導体ウェハーＷは、複数の支持ピン７７によってガイドリング７６内周の傾斜面７６ａよりも内側において、該傾斜面７６ａに対して一定間隔を隔てて支持されることとなる。また、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に保持される。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の裏面（表面とは反対側の主面）と保持プレート７５の載置面７５ａとの間には所定の間隔が形成される。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によって水平姿勢にて下方より保持された後、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。ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光は、石英によっ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の裏面から照射される。ハロゲンランプＨＬからの光の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１２０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の裏面から開口部７８を介して放射された赤外光を放射温度計１２０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からの光の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℃から８００℃程度、好ましくは３５０℃から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１２０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ＷＥ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。さらに、反射部材９が、反射部９ｍによって、ハロゲン加熱部４から発せられる光を反射させて半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに照射する。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥ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ＷＥ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の照射を行う。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ミリ秒以上で且つ１００ミリ秒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の照射によってフラッシュ加熱が施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ミリ秒から１００ミリ秒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。

ところで、このフラッシュ光の照射によって、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にまで上昇する一方、その瞬間の裏面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の表面と裏面とに瞬間的に温度差が発生するのである。その結果、半導体ウェハーＷの表面のみに急激な熱膨張が生じ、裏面はほとんど熱膨張しないために、半導体ウェハーＷが表面を凸面とするように瞬間的に反る。このような表面を凸面とする瞬間的な反りが発生することによって、図１３に示すように、半導体ウェハーＷがサセプター７４から跳躍して浮上する。

サセプター７４から跳躍して浮上した半導体ウェハーＷは、その直後にサセプター７４に向けて落下してくる。このときに、薄板状の半導体ウェハーＷは鉛直方向に沿って上方に跳躍し、そのまま鉛直方向下方に落下するとは限らず、むしろ水平方向の位置がずれて落下してくることが多い。その結果、図１４に示すように、半導体ウェハーＷの外周端がガイドリング７６の傾斜面７６ａに衝突することになる。

ここで、ガイドリング７６のうちの半導体ウェハーＷ側の面は、保持プレート７５から上方に向けて広くなるようなテーパ状の傾斜面７６ａとされている。別の観点から言えば、ガイドリング７６は、円環状領域Ａｒ１の内側に位置する円形領域Ａｒ２の中心を通り且つ保持プレート７５に対して垂直な方向に伸びる仮想線Ｌ０に対向する傾斜面７６ａを有している。つまり、傾斜面７６ａは、保持プレート７５から上方に向けて仮想線Ｌ０から遠ざかる面とされている。本実施形態では、ガイドリング７６は円環状領域Ａｒ１における周方向に沿って形成された円環形状の部材であり、傾斜面７６ａは円環形状のテーパ面である。

このようなガイドリング７６に円板形状の半導体ウェハーＷの外周端が衝突する場合、ガイドピンに点接触で衝突するよりも衝突時の接触面積が大きくなり、衝撃が緩和される。その結果、フラッシュ光の照射時における半導体ウェハーＷの割れを防止することができるとともに、ガイドリング７６の損傷も防止することができる。特に、図１４のように、半導体ウェハーＷの外周端が傾斜面７６ａに衝突した場合には、水平面に衝突するよりも運動エネルギーが分散されてさらに衝撃が緩和され、半導体ウェハーＷの割れをより確実に防止することができる。

また、半導体ウェハーＷの外周端が傾斜面７６ａに衝突すると、当該外周端が傾斜面７６ａに沿って斜め下方に滑り、半導体ウェハーＷの水平方向の位置がフラッシュ光照射前の位置（載置面７５ａの中央）に向けて修正されることとなる。その結果、図１５に示すように、落下後の半導体ウェハーＷは複数の支持ピン７７によって支持される。なお、本実施形態では、半導体ウェハーＷの落下時におけるサセプター７４に対する衝撃を緩和し、落下後の該半導体ウェハーＷの位置を修正するガイドリング７６が利用されて、反射部材９が半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに近接するように容易に配置され得る。ここで、特に、ガイドリング７６が、円環状領域Ａｒ１における周方向に沿って円環状に形成されていれば、反射部材９および反射部９ｍが円環状に設けられ得る。その結果、フラッシュ光の照射前の予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布の均一化がさらに図られ得る。

フラッシュ光照射によって跳躍した半導体ウェハーＷが落下して複数の支持ピン７７によって支持された後、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の温度も放射温度計１２０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によって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って搬出され、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。

フラッシュ光照射時に跳躍して落下することにより、半導体ウェハーＷの水平方向の位置がフラッシュ光照射前の位置からずれていることもあるが、図１５に示す如く、半導体ウェハーＷが複数の支持ピン７７によって支持されている状態であれば、移載機構１０のリフトピン１２によって半導体ウェハーＷを受け取り、それを搬送ロボットが搬出することが可能である。

以上のように、一実施形態に係る熱処理装置１では、ハロゲン加熱部４から発せられる光を反射させて半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに照射する反射部材９がサセプター７４上に配置されている。これにより、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに近接するように反射部材９が配置されて、光の照射による加熱時に半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥでの温度低下が良好に抑制され得る。その結果、光の照射による加熱時に半導体ウェハーＷの面内温度分布の均一化が図られ得る。

なお、本発明は上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

例えば、上記一実施形態の熱処理装置１では、ガイドリング７６上に反射部材９が配置されていたが、これに限られない。例えば、保持プレート７５上にガイドリング７６が設けられる代わりに、ガイドリング７６の機能と反射部材９の機能とを併せ持つ反射部材９Ａが設けられた熱処理装置１Ａが採用されても良い。これにより、反射部材９Ａが半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに近接するように空間的に効率良く配置され得る。ここで、第１変形例に係る反射部材９Ａの具体例を挙げて説明する。

図１６は、第１変形例に係る反射部材９Ａの設置態様を側方から見た断面図である。図１７は、第１変形例に係る反射部材９Ａを上面から見た平面図である。図１８は、第１変形例に係る反射部材９Ａによる光の反射態様を模式的に示す図である。図１８には、ハロゲン加熱部４から発せられる光が進む方向が細線の直線状の矢印Ｐ１で描かれている。

図１６で示されるように、サセプター７４Ａは、上記一実施形態に係るサセプター７４からガイドリング７６が取り除かれたものである。つまり、サセプター７４Ａは、プレートとしての保持プレート７５および複数の支持ピン７７を備える。

反射部材９Ａは、保持プレート７５上のうちの半導体ウェハーＷの径よりも大きな内径を有する円環状領域Ａｒ１において周方向に連続的に配置されている。つまり、サセプター７４Ａ上に配置されている。これにより、反射部材９Ａが半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに近接するように容易に配置され得る。そして、複数の支持ピン７７が、円環状領域Ａｒ１よりも内側の保持プレート７５上に立設されている。

反射部材９Ａは、反射部材本体部９ｂＡと反射部９ｍＡとを有している。反射部材本体部９ｂＡは、反射部材９Ａの構造の大部分を構成している。本実施形態では、図１６で示されるように、保持プレート７５に対して垂直な方向に伸びる仮想線Ｌ０を含み且つ円環状領域Ａｒ１の径方向に沿った面における反射部材９Ａの断面は、略台形状の断面を有する。また、図１７で示されるように、反射部材本体部９ｂＡが円環状領域Ａｒ１における周方向に沿って円環状に形成されている。ここでは、反射部材本体部９ｂＡが、例えば、保持プレート７５に対して接触あるいは連結されることで、保持プレート７５上に配置される。反射部９ｍＡは、反射部材本体部９ｂＡに対して設けられており、ハロゲン加熱部４から発せられる光を反射させて半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに照射する。また、本実施形態では、図１７で示されるように、反射部９ｍＡが、サセプター７４Ａの周方向に沿って円環状に形成されている。ここで、反射部材本体部９ｂＡは、例えば、耐熱性と光透過性とを有する素材としての石英によって形成されている。反射部９ｍＡは、例えば、光を反射させる素材としての金属等で形成されている。例えば、反射部材本体部９ｂの少なくとも一面にニッケル等の金属が鏡面を成すように被着されることで、反射部９ｍＡが形成され得る。

また、ここでは、反射部９ｍＡが、フラッシュ加熱部５からサセプター７４Ａ上に配される半導体ウェハーＷまで至るフラッシュ光の光路を避けるように、サセプター７４Ａ上の周縁部近傍に設けられている。また、本変形例では、反射部材本体部９ｂＡが、円環状領域Ａｒ１の内側に位置する円形領域Ａｒ２の中心を通り且つ保持プレート７５に対して垂直な方向に伸びる仮想線Ｌ０に対向する傾斜面（内周傾斜面とも言う）９ａＡを有している。該内周傾斜面９ａＡは、保持プレート７５から上方に向けて仮想線Ｌ０から遠ざかる。つまり、本変形例では、反射部材９Ａの内周面が、保持プレート７５から上方に向けて広くなるテーパ面とされている。また、反射部材本体部９ｂＡが、仮想線Ｌ０とは逆方向において傾斜面（外周傾斜面とも言う）９ｃＡを有している。該外周傾斜面９ｃＡに反射部９ｍＡが形成されており、反射部９ｍＡが、反射部材本体部９ｂＡのうちの仮想線Ｌ０とは逆方向における外周傾斜面を形成する。

ここでは、図１８で示されるように、サセプター７４Ａ上に載置された半導体ウェハーＷがハロゲン加熱部４によって加熱される際に、ハロゲン加熱部４から発せられる光の一部が、保持プレート７５および反射部材本体部９ｂＡを透過した後に反射部９ｍＡで反射されて、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに向けて照射される。このとき、反射部９ｍＡのうちの反射部材本体部９ｂＡと接する部分において、ハロゲン加熱部４から発せられる光の一部が反射される。これにより、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに近接するように反射部材９Ａが配置され、フラッシュ光の照射前の予備的な加熱時における半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥでの温度低下が良好に抑制され得る。その結果、光の照射による加熱時に半導体ウェハーＷの面内温度分布の均一化が図られ得る。そして、特に反射部材９Ａおよび反射部９ｍＡが円環状領域Ａｒ１における周方向に沿って円環状に設けられていることで、光の照射による加熱時に半導体ウェハーＷの面内温度分布の均一化がさらに図られ得る。

なお、本変形例では、反射部材本体部９ｂＡの断面の形状が、台形であったが、例えば、三角形等、その他の多角形とされても良い。

また、上記一実施形態および第１変形例では、ハロゲン加熱部４から発せられる光を反射する表面（反射表面とも言う）が平面状であった反射部９ｍ，９ｍＡが採用されたが、これに限られず、凹面状の表面（反射表面）を有する反射部９ｍＢが採用されても良い。これにより、加熱時にハロゲン加熱部４から発せられる光を半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに向けて集光させることが可能となる。このため、光の照射による加熱時に半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥでの温度低下が効率良く抑制され得る。ここで、第２変形例に係る反射部材９Ｂの具体例を挙げて説明する。

図１９は、第２変形例に係る反射部材９Ｂの設置態様を側方から見た断面図である。図２０は、第２変形例に係る反射部材９Ｂによる光の反射態様を模式的に示す図である。図２０には、ハロゲン加熱部４から発せられる光が進む様子が細線の直線状の矢印Ｐ１で描かれている。

図１９で示されるように、反射部材９Ｂは、上記一実施形態に係る反射部材９がベースとされて、平面状の反射表面を有する反射部９ｍが、凹面状の反射表面を有する反射部９ｍＢに置換されたものである。具体的には、反射部９ｍＢは、半導体ウェハーＷの端縁部ＷＥに対向する凹面状の反射表面を有している。ここでは、上記一実施形態に係る反射部材本体部９ｂがベースとされて、反射部９ｍが形成された平面状の面が、反射部９ｍＢが形成された凹面状の面とされた反射部材本体部９ｂＢが採用されることで、反射部９ｍＢの変更が実現される。そして、図２０で示されるように、サセプター７４上に載置された半導体ウェハーＷがハロゲン加熱部４によって加熱される際に、ハロゲン加熱部４から発せられる光の一部が、保持プレート７５およびガイドリング７６を透過した後に反射部９ｍＢで反射されて、半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに向けて集光されつつ照射される。

このように、光の照射による加熱時にハロゲン加熱部４から発せられる光を半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥに集光させることが可能となるため、光の照射による加熱時に半導体ウェハーＷの周縁部ＷＥでの温度低下が効率良く抑制され得る。

また、上記一実施形態および上記各変形例では、ガイドリング７６、反射部材９，９Ａ，９Ｂおよび反射部９ｍ、９ｍＡ，９ｍＢが円環状領域Ａｒ１における周方向に沿って円環状に連続して配置されたが、これに限られない。例えば、ガイドリング７６、反射部材９，９Ａ，９Ｂおよび反射部９ｍ、９ｍＡ，９ｍＢが、円環状の領域において、円環状領域Ａｒ１における周方向に沿って少なくとも一部が欠損した断続的な構成を有していても良い。このとき、例えば、保持プレート７５上のうちの半導体ウェハーＷの径よりも大きな内径を有する円環状領域Ａｒ１において、ガイドリング７６が分割されて複数の部分が断続的に突起しているガイド部が採用され得る。また、例えば、図２１で示されるように、保持プレート７５上のうちの半導体ウェハーＷの径よりも大きな内径を有する円環状領域Ａｒ１において、反射部材９が分割されて複数の部分が断続的に配置されている反射部材９Ｃが採用され得る。具体的には、円環状領域Ａｒ１における周方向に沿って円環状に配置された反射部材９が間隙部９ｓによって分割されて複数の部分が断続的に配置されている反射部材９Ｃが形成され得る。このとき、反射部材本体部９ｂが分割されて複数の反射部材本体部９ｂＣとなり、反射部９も分割されて複数の反射部９ｍＣとなる。なお、例えば、反射部材本体部９ｂ，９ｂＡ，９ｂＢが複数の部分に分割されることなく、反射部材本体部９ｂ，９ｂＡ，９ｂＢの周方向の一部に反射部９ｍ，９ｍＡ，９ｍＢが形成されるようにしても良い。

また、上記一実施形態および上記第２変形例では、ガイドリング７６が設けられたが、これに限られず、例えば、ガイドリング７６が設けられていなくても良い。但し、ガイドリング７６が設けられれば、半導体ウェハーＷの落下時におけるサセプター７４に対する衝撃が緩和され、落下後の該半導体ウェハーＷの位置も修正され得る。

また、上記一実施形態および上記各変形例では、サセプター７４，７４Ａが石英によって形成されていたが、これに限られず、サセプター７４，７４Ａが窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）等によって形成されても良い。あるいは、保持プレート７５の材質とガイドリング７６の材質とが異なっていても良い。例えば、石英の保持プレート７５の上面に炭化ケイ素のガイドリング７６が設置されても良い。

また、上記一実施形態および上記各変形例では、フラッシュ加熱部５に３０本のフラッシュランプＦＬが備えられていたが、これに限られず、フラッシュランプＦＬの本数は任意の数に設定され得る。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られず、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のハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限られず、任意の数に設定され得る。

また、上記一実施形態および上記各変形例では、熱処理装置１が、フラッシュ加熱部５を有していたが、これに限られない。例えば、熱処理装置１が、フラッシュ加熱部５を有することなく、ハロゲン加熱部４を有する態様が採用されても良い。このとき、加熱部としてのハロゲン加熱部４は、例えば、半導体ウェハーＷを予備的に加熱するものではなく、半導体ウェハーＷを光の照射によって加熱するものとなり得る。これにより、光の照射による加熱時に半導体ウェハーＷの面内温度分布の均一化が図られ得る。このような熱処理装置としては、例えば、ハロゲンランプを用いたＲＴＰ（Rapid Thermal Process）装置等が挙げられる。

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Ｗに限られず、液晶表示装置等のフラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板あるいは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、あるいはポリシリコンの結晶化等にも適用され得る。

なお、上記一実施形態および各種変形例をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。

１ 熱処理装置
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
９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ 反射部材
９ｂ，９ｂＡ，９ｂＢ，９ｂＣ 反射部材本体部
９ｍ，９ｍＡ，９ｍＢ，９ｍＣ 反射部
７４，７４Ａ サセプター
７５ 保持プレート
７６ ガイドリング
７６ａ 傾斜面
７７ 支持ピン
Ａｒ１ 円環状領域
Ａｒ２ 円形領域
Ｌ０ 仮想線
Ｗ 半導体ウェハー
ＷＥ 周縁部

Claims (7)

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、
   前記基板を収容するチャンバーと、
   前記チャンバー内において前記基板が載置されて該基板を保持するサセプターと、
   前記サセプターに保持された前記基板を光の照射によって加熱する加熱部と、
   前記サセプター上に配置され、前記加熱部から発せられる光を反射させて前記基板の周縁部に照射する反射部を有する反射部材と、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
2. 請求項１に記載の熱処理装置において、
   前記サセプターに保持された前記基板をフラッシュ光の照射によって加熱するフラッシュ加熱部、をさらに備え、
   前記基板が、円板形状を有し、
   前記サセプターが、
   前記基板が載置される載置面を有するプレートと、
   前記プレート上のうちの前記基板の径よりも大きな内径を有する円環状の領域において連続的または断続的に突起しているガイド部と、
   前記プレート上のうちの前記円環状の領域よりも内側の領域上に立設され、前記基板を点接触によって支持する複数の支持ピンと、
   を有し、
   前記反射部材が、
   前記ガイド部上に配置されていることを特徴とする熱処理装置。
3. 請求項２に記載の熱処理装置において、
   前記ガイド部が、
   前記円環状の領域における周方向に沿って円環状に形成されており、
   前記ガイド部の内周面は、前記プレートから上方に向けて広くなるテーパ面とされ、
   前記反射部が、
   前記周方向に沿って円環状に配置されていることを特徴とする熱処理装置。
4. 請求項１に記載の熱処理装置において、
   前記サセプターに保持された前記基板をフラッシュ光の照射によって加熱するフラッシュ加熱部、をさらに備え、
   前記基板が、円板形状を有し、
   前記サセプターが、
   前記基板が載置される載置面を有するプレートと、
   前記プレート上に立設され、前記基板を点接触によって支持する複数の支持ピンと、
   を有し、
   前記反射部材が、
   前記プレート上のうちの前記基板の径よりも大きな内径を有する円環状の領域において連続的または断続的に配置されており、
   前記複数の支持ピンが、
   前記プレート上のうちの前記円環状の領域よりも内側の領域上に立設されていることを特徴とする熱処理装置。
5. 請求項４に記載の熱処理装置において、
   前記反射部材が、
   前記円環状の領域の内側に位置する円形領域の中心を通り且つ前記プレートに対して垂直な方向に伸びる仮想線に対向する傾斜面を有し、
   前記傾斜面が、
   前記プレートから上方に向けて前記仮想線から遠ざかる傾斜面とされていることを特徴とする熱処理装置。
6. 請求項５に記載の熱処理装置において、
   前記反射部材が、
   前記円環状の領域における周方向に沿って円環状に形成されており、
   前記反射部材の内周面は、前記プレートから上方に向けて広くなるテーパ面とされ、
   前記反射部が、
   前記周方向に沿って円環状に配置されてい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の何れか１つの請求項に記載の熱処理装置において、
   前記反射部が、
   凹面状の表面を有していることを特徴とする熱処理装置。

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