JP2018098315A - 熱処理方法および熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プロセスチャンバー内に飛散しているパーティクルが基板に付着するのを防止することができる熱処理方法および熱処理装置を提供する。
【解決手段】ロットの２枚目以降の半導体ウェハーＷについては、プロセスチャンバー６に搬入する前に、当該半導体ウェハーＷを処理前加熱温度に加熱しておく。処理前加熱温度は、プロセスチャンバー６内の雰囲気温度よりも高く、かつ、プロセスチャンバー６における摂氏で表示した予備加熱温度の半分以下である。処理前加熱温度に加熱された半導体ウェハーＷがプロセスチャンバー６に搬入されてサセプタ７４に保持される。半導体ウェハーＷの温度はプロセスチャンバー６内の雰囲気温度よりも高いため、半導体ウェハーＷの表面から上方へと向かう熱対流が生じ、プロセスチャンバー６内に飛散していたパーティクルが半導体ウェハーＷの表面に付着するのを防止することができる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、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に関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱する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、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。

このようなフラッシュランプアニールは、極短時間の加熱が必要とされる処理、例えば典型的には半導体ウェハーに注入された不純物の活性化に利用される。イオン注入法によって不純物が注入され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すれば、当該半導体ウェハーの表面を極短時間だけ活性化温度にまで昇温することができ、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。

フラッシュランプから照射されるフラッシュ光は照射時間が極めて短く強度の強い光パルスであるため、フラッシュ光照射時には半導体ウェハーを収容しているチャンバー内の構造物や気体が急速に加熱され、瞬間的な気体膨張と続く収縮とが生じる。その結果、チャンバー内にはパーティクルが巻き上がって飛散することとなる。特許文献１には、このようなフラッシュ光照射時の現象を利用し、半導体ウェハーを収容していない空のチャンバーに意図的にフラッシュ光を複数回照射してチャンバー内にパーティクルを飛散させるとともに、チャンバー内に窒素ガスの気流を形成してパーティクルをチャンバー外に排出する技術が開示されている。

特開２００５−７２２９１号公報

しかしながら、フラッシュ光照射時にパーティクルが巻き上がってチャンバー内に飛散する現象は、処理対象の半導体ウェハーにフラッシュ加熱を行うときにも生じる。そして、このようなパーティクルが半導体ウェハーの表面に付着すると当該半導体ウェハーが汚染され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、プロセスチャンバー内に飛散しているパーティクルが基板に付着するのを防止することができる熱処理方法および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方法において、プロセスチャンバーに搬入する前の基板を所定の処理前加熱温度に加熱する処理前加熱工程と、前記処理前加熱温度に加熱された前記基板をプロセスチャンバーに搬入する搬入工程と、前記プロセスチャンバーに搬入された前記基板を所定の予備加熱温度に加熱する予備加熱工程と、前記基板の表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射する照射工程と、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方法において、前記処理前加熱温度は、前記プロセスチャンバーの雰囲気温度よりも高く、かつ、摂氏で表示した前記予備加熱温度の半分以下であ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方法において、前記処理前加熱工程は、ロットの２枚目以降の基板に対して実行することを特徴とする。

また、請求項４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、基板を収容するプロセスチャンバーと、前記プロセスチャンバーに収容された前記基板を所定の予備加熱温度に加熱する予備加熱部と、前記プロセスチャンバー内にて予備加熱された前記基板の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記プロセスチャンバーに搬入される前の前記基板を待機させるための待機チャンバーと、前記待機チャンバーにて待機する前記基板を所定の処理前加熱温度に加熱する処理前加熱部と、を備え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、前記処理前加熱温度は、前記プロセスチャンバーの雰囲気温度以上かつ摂氏で表示した前記予備加熱温度の半分以下であることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項４または請求項５の発明に係る熱処理装置において、前記処理前加熱部は、前記待機チャンバーに設けられたハロゲンランプであることを特徴とする。

請求項１から請求項３の発明によれば、プロセスチャンバーに搬入する前の基板を所定の処理前加熱温度に加熱した後に当該基板をプロセスチャンバーに搬入するため、表面から上方へと向かう熱対流が生じ、プロセスチャンバー内に飛散しているパーティクルが基板に付着するのを防止することができる。

請求項４から請求項６の発明によれば、プロセスチャンバーに搬入する前の基板を所定の処理前加熱温度に加熱した後に当該基板をプロセスチャンバーに搬入するため、表面から上方へと向かう熱対流が生じ、プロセスチャンバー内に飛散しているパーティクルが基板に付着するの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の熱処理装置の平面図である。 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。 サセプタの平面図である。 サセプタの断面図である。 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。 処理前加熱温度に加熱された半導体ウェハーがプロセスチャンバーに搬入されたときに生じる現象を模式的に示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

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基板処理部である。このフラッシュ加熱部１６０の詳細についてはさらに後述する。

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を収容する待機チャンバー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のプロセスチャンバー６が待機チャンバー１７０に連結されて配置されている。待機チャンバー１７０は、プロセスチャンバー６に搬入される前の半導体ウェハーＷを待機させるチャンバーでもある。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のプロセスチャンバー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。

図２に示すように、待機チャンバー１７０の天井部分には処理前加熱部１９０が設けられている。処理前加熱部１９０は、複数本のハロゲンランプ１９１を備える。このハロゲンランプ１９１は、後述するフラッシュ加熱部１６０のハロゲンランプＨＬと同様のランプ加熱源である。処理前加熱部１９０は、搬送ロボット１５０の搬送ハンド１５１ａまたは搬送ハンド１５１ｂに保持された半導体ウェハーＷを加熱する。また、待機チャンバー１７０の天井部分には放射温度計１９９が設置されている。放射温度計１９９は、送ハンド１５１ａまたは搬送ハンド１５１ｂに保持された半導体ウェハーＷの温度を非接触にて測定する。

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、待機チャンバー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のプロセスチャンバー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および待機チャンバー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。

次に、フラッシュ加熱部１６０の構成について説明する。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を収容するプロセスチャンバー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。プロセスチャンバー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、プロセスチャンバー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。

プロセスチャンバー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。プロセスチャンバー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プロセスチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。また、プロセスチャンバー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からの光をプロセスチャンバー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。プロセスチャンバー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、プロセスチャンバー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、プロセスチャンバー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、チャンバー側部６１には、プロセスチャンバー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を閉鎖するとプロセスチャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。

また、プロセスチャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に処理ガス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はプロセスチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８２を介してガス供給管８３に連通接続されている。ガス供給管８３は処理ガス供給源８５に接続されている。また、ガス供給管８３の経路途中にはバルブ８４が介挿されている。バルブ８４が開放されると、処理ガス供給源８５から緩衝空間８２に処理ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した処理ガスは、ガス供給孔８１よりも流体抵抗の小さい緩衝空間８２内を拡がるように流れてガス供給孔８１から熱処理空間６５内へと供給される。処理ガスとしては、窒素（Ｎ_２）等の不活性ガス、または、水素（Ｈ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）等の反応性ガスを用いることができる（本実施形態では窒素）。

一方、プロセスチャンバー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はプロセスチャンバー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、プロセスチャンバー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、処理ガス供給源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を介してプロセスチャンバー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。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプタ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は円環形状から一部が欠落した円弧形状の石英部材である。この欠落部分は、後述する移載機構１０の移載アーム１１と基台リング７１との干渉を防ぐために設けられている。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、プロセスチャンバー６の壁面に支持されることとなる（図１参照）。基台リング７１の上面に、その円環形状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。

サセプタ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。図５は、サセプタ７４の平面図である。また、図６は、サセプタ７４の断面図である。サセプタ７４は、保持プレート７５、ガイドリング７６および複数の基板支持ピン７７を備える。保持プレート７５は、石英にて形成された略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の上面周縁部にガイドリング７６が設置されている。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。例えば、半導体ウェハーＷの直径がφ３００ｍｍの場合、ガイドリング７６の内径はφ３２０ｍｍである。ガイドリング７６の内周は、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面とされている。ガイドリング７６は、保持プレート７５と同様の石英にて形成される。ガイドリング７６は、保持プレート７５の上面に溶着するようにしても良いし、別途加工したピンなどによって保持プレート７５に固定するようにしても良い。或いは、保持プレート７５とガイドリング７６とを一体の部材として加工するようにしても良い。

保持プレート７５の上面のうちガイドリング７６よりも内側の領域が半導体ウェハーＷを保持する平面状の保持面７５ａとされる。保持プレート７５の保持面７５ａには、複数の基板支持ピン７７が立設されている。本実施形態においては、保持面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３０°毎に計１２個の基板支持ピン７７が立設されている。１２個の基板支持ピン７７を配置した円の径（対向する基板支持ピン７７間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さく、半導体ウェハーＷの径がφ３００ｍｍであればφ２７０ｍｍ〜φ２８０ｍｍ（本実施形態ではφ２７０ｍｍ）である。それぞれの基板支持ピン７７は石英にて形成されている。複数の基板支持ピン７７は、保持プレート７５の上面に溶接によって設けるようにしても良いし、保持プレート７５と一体に加工するようにしても良い。

図４に戻り、基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプタ７４の保持プレート７５の周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプタ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がプロセスチャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７がプロセスチャンバー６に装着される。保持部７がプロセスチャンバー６に装着された状態においては、サセプタ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。すなわち、保持プレート７５の保持面７５ａは水平面となる。

プロセスチャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷは、プロセスチャンバー６に装着された保持部７のサセプタ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１２個の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。より厳密には、１２個の基板支持ピン７７の上端部が半導体ウェハーＷの下面に接触して当該半導体ウェハーＷを支持する。１２個の基板支持ピン７７の高さ（基板支持ピン７７の上端から保持プレート７５の保持面７５ａまでの距離）は均一であるため、１２個の基板支持ピン７７によって半導体ウェハーＷを水平姿勢に支持することができる。

また、半導体ウェハーＷは複数の基板支持ピン７７によって保持プレート７５の保持面７５ａから所定の間隔を隔てて支持されることとなる。基板支持ピン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、複数の基板支持ピン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リング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７４の保持プレート７５には、上下に貫通して開口部７８が形成されている。開口部７８は、放射温度計２０（図３参照）がサセプタ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２０が開口部７８を介してサセプタ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。さらに、サセプタ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７４に穿設された貫通孔７９（図２，３参照）を通過し、リフトピン１２の上端がサセプタ７４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プロセスチャンバー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、プロセスチャンバー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がプロセスチャンバー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はプロセスチャンバー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。すなわち、フラッシュランプＦＬは、１秒未満の極めて短い時間で瞬間的に発光するパルス発光ランプである。なお、フラッシュランプＦＬの発光時間は、フラッシュランプＦＬに電力供給を行うランプ電源のコイル定数によって調整することができる。

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。

プロセスチャンバー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。複数のハロゲンランプＨＬはプロセスチャンバー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。すなわち、ハロゲンランプＨＬは少なくとも１秒以上連続して発光する連続点灯ランプである。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シリコン基板Ｗへの放射効率が優れたものとなる。

また、ハロゲンランプハウス４の筐体４１内にも、２段のハロゲンランプＨＬの下側にリフレクタ４３が設けられている（図３）。リフレクタ４３は、複数のハロゲンランプＨＬから出射された光を熱処理空間６５の側に反射する。

上記の構成以外にもフラッシュ加熱部１６０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およびプロセスチャンバー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、プロセスチャンバー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。

制御部３は、熱処理装置１００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回路である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。

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。ここでは、まず、熱処理装置１００全体における半導体ウェハーＷの処理フローについて簡単に説明した後、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。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１００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。アライメント部１３０にて１枚の半導体ウェハーＷのアライメント処理に要する処理時間は約３０秒である。

次に、ゲートバルブ１８３がアライメントチャンバー１３１と待機チャンバー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を向くように旋回し、半導体ウェハーＷをプロセスチャンバー６に対向させた状態で待機させる。搬送ハンド１５１ａに保持された半導体ウェハーＷが待機しているときに、待機チャンバー１７０に設けられた処理前加熱部１９０によって当該半導体ウェハーＷが所定の処理前加熱温度Ｔ１に加熱される。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と待機チャンバー１７０との間を閉鎖する。

続いて、ゲートバルブ１８５がプロセスチャンバー６と待機チャンバー１７０との間を開放し、搬送ロボット１５０が処理前加熱温度Ｔ１に加熱された半導体ウェハーＷをプロセスチャンバー６に搬入する。このときに、先行するフラッシュ加熱処理済みの半導体ウェハーＷがプロセスチャンバー６に存在している場合には、下側の搬送ハンド１５１ｂによって当該フラッシュ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をプロセスチャンバー６に搬入してウェハー入れ替えを行う。その後、ゲートバルブ１８５がプロセスチャンバー６と待機チャンバー１７０との間を閉鎖する。

プロセスチャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷには、ハロゲンランプＨＬによって予備加熱が行われた後、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によってフラッシュ加熱処理が行われる。フラッシュ加熱処理により不純物の活性化が行われる。

フラッシュ加熱処理が終了した後、ゲートバルブ１８５がプロセスチャンバー６と待機チャンバー１７０との間を再び開放し、搬送ロボット１５０が搬送ハンド１５１ｂによってプロセスチャンバー６からフラッシュ加熱後の半導体ウェハー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、プロセスチャンバー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がプロセスチャンバー６と待機チャンバー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と待機チャンバー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と待機チャンバー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のプロセスチャンバー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。

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を続ける。プロセスチャンバー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が開放されてプロセスチャンバー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からプロセスチャンバー６内の気体が排気される。これにより、プロセスチャンバー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からもプロセスチャンバー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を介して処理対象となる半導体ウェハーＷがプロセスチャンバー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７４の保持プレート７５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は基板支持ピン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７４に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。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基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。複数の基板支持ピン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の保持面７５ａとの間には所定の間隔が形成される。サセプタ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７４によって水平姿勢にて下方より保持された後、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２０によって測定されている。すなわち、サセプタ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２０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Ｔ２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、放射温度計２０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Ｔ２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する。予備加熱温度Ｔ２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、６００℃ないし８００℃程度とされる（本実施の形態では７００℃）。

半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ２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Ｔ２に暫時維持する。具体的には、放射温度計２０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Ｔ２に到達した時点にて制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を調整し、半導体ウェハーＷの温度をほぼ予備加熱温度Ｔ２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Ｔ２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。

半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ２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プロセスチャンバー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プロセスチャンバー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Ｔ３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Ｔ２から急速に降温する。降温中の半導体ウェハーＷの温度は放射温度計２０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、放射温度計２０の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をプロセスチャンバー６から退出させて半導体ウェハーＷを搬出する。

ところで、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、同じ処理条件にて処理を行う複数（例えば、２５枚）の半導体ウェハーＷからなるロットの単位で処理を行うことが多い。上記の熱処理装置１００においてもロットの単位で熱処理を行う。先のロットの処理が終了してからしばらく後に次のロットの最初の半導体ウェハーＷを処理する段階では、フラッシュ加熱部１６０のプロセスチャンバー６内は、窒素ガスがパージされてパーティクルの飛散していない清浄な状態であり、プロセスチャンバー６内の雰囲気温度も常温である。但し、プロセスチャンバー６から排出しきれていないパーティクルがプロセスチャンバー６内の構造物（特に、下側チャンバー窓６４）に堆積している。

ロットの最初の半導体ウェハーＷにフラッシュ加熱を行う際に、フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は照射時間が極めて短く強度の強い光パルスであるため、プロセスチャンバー６内の構造物および気体が急激に加熱され、瞬間的な気体膨張と続く収縮とが生じる。その結果、下側チャンバー窓６４等に堆積していたパーティクルが巻き上がってプロセスチャンバー６内の熱処理空間６５に飛散することとなる。また、フラッシュ光照射時には、半導体ウェハーＷも急激に熱膨張してサセプタ７４と擦れるため、これによるパーティクルも発生して熱処理空間６５に飛散する。但し、フラッシュ加熱された直後のロットの最初の半導体ウェハーＷの温度はプロセスチャンバー６内の雰囲気温度よりも高いため、半導体ウェハーＷの表面から上方へと向かう熱対流が発生しており、その最初の半導体ウェハーＷの表面にパーティクルが付着することはない。そして、最初の半導体ウェハーＷがプロセスチャンバー６から搬出された時点では、プロセスチャンバー６内にはパーティクルが飛散した状態となっている。また、プロセスチャンバー６内の雰囲気温度はハロゲンランプＨＬによる予備加熱およびフラッシュランプＦＬによるフラッシュ加熱によって２００℃程度となっている。

ここでロットの２枚目の半導体ウェハーＷを常温のままプロセスチャンバー６に搬入してサセプタ７４に保持させると、その半導体ウェハーＷの温度はプロセスチャンバー６内の雰囲気温度よりも低いこととなる。そうすると、プロセスチャンバー６内の雰囲気から半導体ウェハーＷの表面へと向かうような気流が生じて、プロセスチャンバー６内に飛散していたパーティクルが半導体ウェハーの表面に付着するおそれがある。このようなパーティクル付着による汚染はロットの３枚目以降の半導体ウェハーＷについても同様に生じることとなる。

そこで、本実施形態においては、ロットの２枚目以降の半導体ウェハーＷが搬送ハンド１５１ａに保持されて待機チャンバー１７０にて待機しているときに、処理前加熱部１９０によって当該半導体ウェハーＷを処理前加熱温度Ｔ１に加熱している。すなわち、プロセスチャンバー６に搬入する前の半導体ウェハーＷを処理前加熱温度Ｔ１に加熱している。具体的には、制御部３が放射温度計１９９による半導体ウェハーＷの温度測定値に基づいて、半導体ウェハーＷの温度が処理前加熱温度Ｔ１となるように処理前加熱部１９０のハロゲンランプ１９１の出力をフィードバック制御する。なお、フラッシュ加熱部１６０にて１枚の半導体ウェハーＷの熱処理に要する時間は約１分であり、アライメント部１３０にて１枚の半導体ウェハーＷのアライメント処理に要する処理時間が約３０秒であるため、半導体ウェハーＷはプロセスチャンバー６に搬入される前に待機チャンバー１７０に約３０秒待機していることとなり、ハロゲンランプ１９１によって半導体ウェハーＷを処理前加熱温度Ｔ１に加熱するには十分な時間がある。

処理前加熱温度Ｔ１は、プロセスチャンバー６内の雰囲気温度よりも高く、かつ、摂氏で表示した予備加熱温度Ｔ２の半分以下である。例えば、上記実施形態の例では、最初の半導体ウェハーＷをフラッシュ加熱処理した後のプロセスチャンバー６内の雰囲気温度は約２００℃であり、予備加熱温度Ｔ２が７００℃であるため、処理前加熱温度Ｔ１は２００℃よりも高く３５０℃以下の範囲内とする。

図１０は、処理前加熱温度Ｔ１に加熱された半導体ウェハーＷがプロセスチャンバー６に搬入されたときに生じる現象を模式的に示す図である。処理前加熱温度Ｔ１に加熱された２枚目以降の半導体ウェハーＷがプロセスチャンバー６に搬入されてサセプタ７４に保持される。処理前加熱温度Ｔ１は、プロセスチャンバー６内の雰囲気温度以上であるため、半導体ウェハーＷの温度はプロセスチャンバー６内の雰囲気温度よりも高い。このため、図１０に示すように、プロセスチャンバー６内において半導体ウェハーＷの表面から上方へと向かう熱対流が生じ、プロセスチャンバー６内に飛散していたパーティクルが半導体ウェハーＷの表面に付着するのを防止することができる。

また、処理前加熱温度Ｔ１は、摂氏で表示した予備加熱温度Ｔ２の半分以下であるため、半導体ウェハーＷに注入された不純物が拡散するおそれもない。なお、プロセスチャンバー６内に飛散していたパーティクルは熱処理空間６５に留まることとなるが、このような熱処理空間６５に浮遊しているパーティクルは、窒素ガスの気流によってプロセスチャンバー６の外部に排出するのが好ましい。

処理前加熱温度Ｔ１がプロセスチャンバー６内の雰囲気温度以下であると、処理前加熱温度Ｔ１の半導体ウェハーＷがプロセスチャンバー６に搬入されてもその半導体ウェハーＷの温度は周辺温度以下であり、半導体ウェハーＷの表面から上方へと向かう熱対流が生じることはなく、半導体ウェハーＷへのパーティクル付着を防止することはできない。むしろ、半導体ウェハーＷの温度がプロセスチャンバー６内の雰囲気温度よりも低いと、却って半導体ウェハーＷへのパーティクル付着を誘発することとなる。また、処理前加熱温度Ｔ１が摂氏で表示した予備加熱温度Ｔ２の半分よりも高いと、半導体ウェハーＷに注入された不純物の種類によっては熱による拡散が始まり、所望の接合深さが得られなくなるおそれがある。このため、処理前加熱温度Ｔ１は、プロセスチャンバー６内の雰囲気温度よりも高く、かつ、摂氏で表示した予備加熱温度Ｔ２の半分以下に限定している。

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、ロットの２枚目以降の半導体ウェハーＷに対して処理前加熱部１９０による加熱を行うようにしていたが、ロットの最初の半導体ウェハーＷに対しても処理前加熱部１９０によって処理前加熱温度Ｔ１に加熱するようにしても良い。上述した通り、ロットの最初の半導体ウェハーＷのみは処理前加熱部１９０による加熱を行わなくてもパーティクル付着の問題は生じないのであるが、２枚目以降の半導体ウェハーＷと同様に最初の半導体ウェハーＷも処理前加熱温度Ｔ１に加熱することによってロットを構成する全ての半導体ウェハーＷについて熱履歴を均一にすることができる。もっとも、ロットの最初の半導体ウェハーＷについては、そもそも待機チャンバー１７０での待機時間が生じないため、処理前加熱部１９０による加熱を行うことによってスループットは僅かに低下することとなる。

また、処理前加熱部１９０が備える加熱源はハロゲンランプ１９１に限定されるものではなく、例えばレーザー光源等の他の非接触加熱手段であっても良い。

また、搬送ロボット１５０を収容する待機チャンバー１７０とは別に、処理前加熱を行うための専用のチャンバーを設け、そのチャンバーにてプロセスチャンバー６に搬入する前の半導体ウェハーＷを処理前加熱温度Ｔ１に加熱するようにしても良い。この場合は、例えばホットプレートによって半導体ウェハーＷを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、上段および下段に複数する配置する形態であれば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。

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 プロセスチャンバー
７ 保持部
１０ 移載機構
７４ サセプタ
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
１７０ 待機チャンバー
１９０ 処理前加熱部
１９１，ＨＬ ハロゲンランプ
１９９ 放射温度計
ＦＬ フラッシュランプ
Ｗ 半導体ウェハー

Claims (6)

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方法であって、
   プロセスチャンバーに搬入する前の基板を所定の処理前加熱温度に加熱する処理前加熱工程と、
   前記処理前加熱温度に加熱された前記基板をプロセスチャンバーに搬入する搬入工程と、
   前記プロセスチャンバーに搬入された前記基板を所定の予備加熱温度に加熱する予備加熱工程と、
   前記基板の表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射する照射工程と、
   を備え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、
   前記処理前加熱温度は、前記プロセスチャンバーの雰囲気温度よりも高く、かつ、摂氏で表示した前記予備加熱温度の半分以下であることを特徴とする熱処理方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の熱処理方法において、
   前記処理前加熱工程は、ロットの２枚目以降の基板に対して実行することを特徴とする熱処理方法。
4. 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、
   基板を収容するプロセスチャンバーと、
   前記プロセスチャンバーに収容された前記基板を所定の予備加熱温度に加熱する予備加熱部と、
   前記プロセスチャンバー内にて予備加熱された前記基板の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
   前記プロセスチャンバーに搬入される前の前記基板を待機させるための待機チャンバーと、
   前記待機チャンバーにて待機する前記基板を所定の処理前加熱温度に加熱する処理前加熱部と、
   を備え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、
   前記処理前加熱温度は、前記プロセスチャンバーの雰囲気温度以上かつ摂氏で表示した前記予備加熱温度の半分以下であることを特徴とする熱処理装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の熱処理装置において、
   前記処理前加熱部は、前記待機チャンバーに設けられたハロゲンランプであることを特徴とする熱処理装置。

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