JP2019057566A - パーティクル除去方法および熱処理装置 - Google Patents

パーティクル除去方法および熱処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】高い精度にてチャンバー内のパーティクルを除去することができるパーティクル除去方法および熱処理装置を提供する。【解決手段】熱処理装置１のメンテナンス等のためにチャンバー６を開放すると外部雰囲気とともに大量のパーティクルがチャンバー６内に流入する。メンテナンス作業完了後に密閉空間としたチャンバー６内を排気して減圧雰囲気とする。チャンバー６内を減圧雰囲気とした状態にて、チャンバー６内にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を複数回照射することによって、瞬間的な気体膨張とそれに続く気体収縮とが繰り返し生じ、それによってチャンバー６内に付着していたパーティクルが飛散する。そして、飛散したパーティクルをチャンバー６から排出することによってパーティクルを除去する。【選択図】図１

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装置および該熱処理装置からパーティクルを除去するパーティクル除去方法に関する。
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。
フラッシュランプアニール装置では、メンテナンス等のために半導体ウェハーの加熱処理を行うチャンバーを開放して大気雰囲気に曝すことがある。一旦チャンバー内を大気雰囲気に曝すと、それに伴ってチャンバー内にパーティクルが流入し、メンテナンスが完了した後にもチャンバー内に多量のパーティクルが残留する。特に、フラッシュランプアニールでは、極めて照射時間が短くかつ強いエネルギーを有するフラッシュ光を照射して極短時間で半導体ウェハーの表面を昇温するため、表面近傍のみに急激な熱膨張が生じてチャンバー内で半導体ウェハーが割れることがある。半導体ウェハーの割れが発生した場合には、チャンバーを開放して割れた半導体ウェハーの破片を回収してチャンバー内を清掃したとしても、チャンバー内には微小なパーティクルが多量に残留することとなる。このような微小なパーティクルをチャンバーから除去することは非常に困難である。
このため、特許文献１には、メンテナンス終了後に、チャンバー内に半導体ウェハーが存在していない状態でフラッシュランプを点灯してチャンバー内の気体を瞬間的に膨張、収縮させてパーティクルを飛散させ、そのパーティクルを窒素ガスの気流によってチャンバー外に排出して簡易に除去する技術が提案されている。
特開２００５−７２２９１号公報
しかしながら、近年、半導体ウェハーに付着が許容されるパーティクル数への要求水準がますます厳しくなってきており、より高い精度にてチャンバーからパーティクルを除去して処理中に半導体ウェハーに付着するパーティクル数を低減することが求められている。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高い精度にてチャンバー内のパーティクルを除去することができるパーティクル除去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装置からパーティクルを除去するパーティクル除去方法において、前記熱処理装置のチャンバー内を排気して減圧雰囲気とした状態にて、前記チャンバー内にフラッシュランプからフラッシュ光を複数回照射することによって前記チャンバー内に飛散したパーティクルを排出することを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係るパーティクル除去方法において、前記チャンバー内に気体を供給しつつ排気を行って前記チャンバー内を前記減圧雰囲気と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の発明に係るパーティクル除去方法において、前記チャンバー内への基板の搬入を禁止した状態にて前記チャンバー内に前記フラッシュ光を照射することを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明に係るパーティクル除去方法において、前記チャンバー内に基板を保持した状態にて前記チャンバー内に前記フラッシュ光を照射す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パーティクル除去方法において、少なくとも前記フラッシュ光を照射する前に、前記チャンバー内にハロゲンランプから光を照射して前記チャンバー内を加熱す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パーティクル除去方法において、前記フラッシュ光のエネルギーは、処理対象となる基板に前記フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギー以上であることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係るパーティクル除去方法において、前記減圧雰囲気は前記チャンバー内が０．５Ｐａ以上９００００Ｐａ以下であることを特徴とする。
また、請求項８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、基板を収容するためのチャンバーと、前記チャンバー内を排気する排気部と、前記チャンバー内にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、を備え、前記排気部が前記チャンバー内を排気して減圧雰囲気とした状態にて、前記チャンバー内に前記フラッシュランプからフラッシュ光を複数回照射することによって前記チャンバー内に飛散したパーティクルを排出することを特徴とする。
また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る熱処理装置において、前記チャンバー内に気体を供給する気体供給部をさらに備え、前記気体供給部から前記チャンバー内に気体を供給しつつ、前記排気部が排気を行って前記チャンバー内を前記減圧雰囲気とすることを特徴とする。
また、請求項１０の発明は、請求項８または請求項９の発明に係る熱処理装置において、前記チャンバー内への基板の搬入を禁止した状態にて、前記フラッシュランプが前記チャンバー内に前記フラッシュ光を照射することを特徴とする。
また、請求項１１の発明は、請求項８または請求項９の発明に係る熱処理装置において、前記チャンバー内にて基板を保持する保持部をさらに備え、前記保持部に基板を保持した状態にて前記フラッシュランプが前記チャンバー内に前記フラッシュ光を照射することを特徴とする。
また、請求項１２の発明は、請求項８から請求項１１のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記チャンバー内に光を照射するハロゲンランプをさらに備え、少なくとも前記フラッシュランプが前記フラッシュ光を照射する前に、前記チャンバー内に前記ハロゲンランプから光を照射して前記チャンバー内を加熱することを特徴とする。
また、請求項１３の発明は、請求項８から請求項１２のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記フラッシュ光のエネルギーは、処理対象となる基板に前記フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギー以上であることを特徴とする。
また、請求項１４の発明は、請求項８から請求項１３のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記減圧雰囲気は前記チャンバー内が０．５Ｐａ以上９００００Ｐａ以下であることを特徴とする。
請求項１から請求項７の発明によれば、熱処理装置のチャンバー内を排気して減圧雰囲気とした状態にて、チャンバー内にフラッシュランプからフラッシュ光を複数回照射することによってチャンバー内に飛散したパーティクルを排出するため、高い精度にてチャンバー内のパーティクルを除去することができる。
特に、請求項２の発明によれば、チャンバー内に気体を供給しつつ排気を行ってチャンバー内を減圧雰囲気とするため、供給した気体の流れによってパーティクルを効率良くチャンバーから排出することができる。
特に、請求項３の発明によれば、チャンバー内への基板の搬入を禁止した状態にてチャンバー内にフラッシュ光を照射するため、フラッシュ光照射によって基板が割れて新たなパーティクルが発生するのを防止することができる。
特に、請求項４の発明によれば、チャンバー内に基板を保持した状態にてチャンバー内にフラッシュ光を照射するため、飛散したパーティクルを基板に付着させて除去することができる。
特に、請求項５の発明によれば、少なくともフラッシュ光を照射する前に、チャンバー内にハロゲンランプから光を照射してチャンバー内を加熱するため、チャンバー内に対流を生じさせてパーティクルを効率良く排出することができる。
特に、請求項６の発明によれば、フラッシュ光のエネルギーは、処理対象となる基板にフラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギー以上であるため、処理対象となる基板の処理中に新たにパーティクルが飛散するのを抑制することができる。
請求項８から請求項１４の発明によれば、チャンバー内を排気して減圧雰囲気とした状態にて、チャンバー内にフラッシュランプからフラッシュ光を複数回照射することによってチャンバー内に飛散したパーティクルを排出するため、高い精度にてチャンバー内のパーティクルを除去することができる。
特に、請求項９の発明によれば、気体供給部からチャンバー内に気体を供給しつつ、排気部が排気を行ってチャンバー内を減圧雰囲気とするため、供給した気体の流れによってパーティクルを効率良くチャンバーから排出することができる。
特に、請求項１０の発明によれば、チャンバー内への基板の搬入を禁止した状態にて、フラッシュランプがチャンバー内にフラッシュ光を照射するため、フラッシュ光照射によって基板が割れて新たなパーティクルが発生するのを防止することができる。
特に、請求項１１の発明によれば、チャンバー内の保持部に基板を保持した状態にてフラッシュランプがチャンバー内にフラッシュ光を照射するため、飛散したパーティクルを基板に付着させて除去することができる。
特に、請求項１２の発明によれば、少なくともフラッシュランプがフラッシュ光を照射する前に、チャンバー内にハロゲンランプから光を照射してチャンバー内を加熱するため、チャンバー内に対流を生じさせてパーティクルを効率良く排出することができる。
特に、請求項１３の発明によれば、フラッシュ光のエネルギーは、処理対象となる基板にフラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギー以上であるため、処理対象となる基板の処理中に新たにパーティクルが飛散するのを抑制することができる。
本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 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。 排気部の構成を示す図である。 第１実施形態におけるチャンバー内の圧力変化を示す図である。 チャンバー内を減圧雰囲気とした状態でフラッシュ光を照射することによる効果を示す図である。 第２実施形態におけるチャンバー内の圧力変化を示す図である。
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。図１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（本実施形態ではφ３００ｍｍ）。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容するチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するフラッシュ加熱部５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲン加熱部４と、を備える。チャンバー６の上側にフラッシュ加熱部５が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部４が設けられている。また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部に、半導体ウェハーＷを水平姿勢に保持する保持部７と、保持部７と装置外部との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う移載機構１０と、を備える。さらに、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーＷの熱処理を実行させる制御部３を備える。
チャンバー６は、筒状のチャンバー側部６１の上下に石英製のチャンバー窓を装着して構成されている。チャンバー側部６１は上下が開口された概略筒形状を有しており、上側開口には上側チャンバー窓６３が装着されて閉塞され、下側開口には下側チャンバー窓６４が装着されて閉塞されている。チャンバー６の天井部を構成する上側チャンバー窓６３は、石英により形成された円板形状部材であり、フラッシュ加熱部５から出射されたフラッシュ光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。また、チャンバー６の床部を構成する下側チャンバー窓６４も、石英により形成された円板形状部材であり、ハロゲン加熱部４からの光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。
また、チャンバー側部６１の内側の壁面の上部には反射リング６８が装着され、下部には反射リング６９が装着されている。反射リング６８，６９は、ともに円環状に形成されている。上側の反射リング６８は、チャンバー側部６１の上側から嵌め込むことによって装着される。一方、下側の反射リング６９は、チャンバー側部６１の下側から嵌め込んで図示省略のビスで留めることによって装着される。すなわち、反射リング６８，６９は、ともに着脱自在にチャンバー側部６１に装着されるものである。チャンバー６の内側空間、すなわち上側チャンバー窓６３、下側チャンバー窓６４、チャンバー側部６１および反射リング６８，６９によって囲まれる空間が熱処理空間６５として規定される。
チャンバー側部６１に反射リング６８，６９が装着されることによって、チャンバー６の内壁面に凹部６２が形成される。すなわち、チャンバー側部６１の内壁面のうち反射リング６８，６９が装着されていない中央部分と、反射リング６８の下端面と、反射リング６９の上端面とで囲まれた凹部６２が形成される。凹部６２は、チャンバー６の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウェハーＷを保持する保持部７を囲繞する。チャンバー側部６１および反射リング６８，６９は、強度と耐熱性に優れた金属材料（例えば、ステンレススチール）にて形成されている。
また、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。
さらに、チャンバー側部６１には、貫通孔６１ａが穿設されている。チャンバー側部６１の外壁面の貫通孔６１ａが設けられている部位には放射温度計２０が取り付けられている。貫通孔６１ａは、後述するサセプタ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赤外光を放射温度計２０に導くための円筒状の孔である。貫通孔６１ａは、その貫通方向の軸がサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの主面と交わるように、水平方向に対して傾斜して設けられている。貫通孔６１ａの熱処理空間６５に臨む側の端部には、放射温度計２０が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化バリウム材料からなる透明窓２１が装着されている。
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）またはアンモニア（ＮＨ３）と窒素ガスとの混合ガス）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。処理ガス供給源８５は、制御部３の制御下にて、窒素ガス、または、アンモニアと窒素ガスとの混合ガスを処理ガスとしてガス供給管８３に送給する。また、ガス供給管８３の経路途中には供給バルブ８４および流量調整バルブ９０が介挿されている。供給バルブ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。ガス供給管８３を流れて緩衝空間８２に送給される処理ガスの流量は流量調整バルブ９０によって調整される。流量調整バルブ９０が規定する処理ガスの流量は制御部３の制御によって可変とされる。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。なお、処理ガスは窒素ガス、アンモニア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）、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、二酸化窒素（ＮＯ２）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の経路途中には排気バルブ８９が介挿されている。排気バルブ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。
図８は、排気部１９０の構成を示す図である。排気部１９０は、排気ポンプ１９１、流量調整バルブ１９６、３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９、および、３つの排気バルブ１９２，１９３，１９４を備える。チャンバー６からの排気を導くガス排気管８８と排気ポンプ１９１とは、３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９によって接続されている。３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９は並列に設けられている。３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９は、その配管径が互いに異なる。バイパスライン１９７の径が最も小さく、バイパスライン１９９の径が最も大きく、バイパスライン１９８の径はそれらの間である。よって、通過可能な気体の流量はバイパスライン１９７，１９８，１９９の順に大きくなる。
３つの排気バルブ１９２，１９３，１９４は、それぞれ３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９に設けられる。すなわち、バイパスライン１９７には排気バルブ１９２が介挿され、バイパスライン１９８には排気バルブ１９３が介挿され、バイパスライン１９９には排気バルブ１９４が介挿される。排気ポンプ１９１を作動させつつ、３つの排気バルブ１９２，１９３，１９４を開放すると、ガス排気管８８によって導かれたチャンバー６からの排気が対応するバイパスライン１９７，１９８，１９９を通過して排気ポンプ１９１に吸引される。
３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９は配管径が異なるため、排気能力が異なる。配管径が大きいほど排気能力も大きくなり、バイパスライン１９７，１９８，１９９の順に排気能力は大きくなる。従って、３つの排気バルブ１９２，１９３，１９４のうちのいずれを開閉するかによってチャンバー６からの排気流量を制御することができる。３つの排気バルブ１９２，１９３，１９４のいずれか１つのみを開放しても良いし、２つまたは３つを開放しても良い。例えば、排気バルブ１９３，１９４を閉止して排気バルブ１９２のみを開放した場合には、最も小さな排気流量での排気が行われる。また、３つの排気バルブ１９２，１９３，１９４の全てを開放した場合には、最も大きな排気流量での排気が行われる。
また、３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９の合流部分と排気ポンプ１９１との間に流量調整バルブ１９６が介挿されている。ガス排気管８８の排気流量は流量調整バルブ１９６によっても調整可能である。流量調整バルブ１９６が規定する排気流量は制御部３の制御によって可変とされる。３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９が不連続かつ多段に排気流量を調整する機構であるのに対して、流量調整バルブ１９６は連続的に無段階で排気流量を調整する機構である。
ガス供給管８３、ガス排気管８８、および、３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９は強度と耐食性に優れたステンレススチールによって構成されている。また、チャンバー６内には熱処理空間６５の圧力を測定する圧力計１８０が設けられている。
図２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、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３は、サセプタ７４の平面図である。また、図４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２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。
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２および図３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が半導体ウェハー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およびチャンバー側部６１の貫通孔６１ａに装着された透明窓２１を介して半導体ウェハーＷの下面から放射された光を受光して当該半導体ウェハーＷの温度を測定する。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５は、移載機構１０の平面図である。また、図６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。移載アーム１１およびリフトピン１２は石英にて形成されている。各移載アーム１１は水平移動機構１３によって回動可能とされている。水平移動機構１３は、一対の移載アーム１１を保持部７に対して半導体ウェハーＷの移載を行う移載動作位置（図５の実線位置）と保持部７に保持された半導体ウェハーＷと平面視で重ならない退避位置（図５の二点鎖線位置）との間で水平移動させる。水平移動機構１３としては、個別のモータによって各移載アーム１１をそれぞれ回動させるものであっても良いし、リンク機構を用いて１個のモータによって一対の移載アーム１１を連動させて回動させるものであっても良い。
また、一対の移載アーム１１は、昇降機構１４によって水平移動機構１３とともに昇降移動される。昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて上昇させると、計４本のリフトピン１２がサセプタ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チャンバー６の外部に排出されるように構成されている。
図１に戻り、チャンバー６の上方に設けられたフラッシュ加熱部５は、筐体５１の内側に、複数本（本実施形態では３０本）のキセノンフラッシュランプＦＬからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ５２と、を備えて構成される。また、フラッシュ加熱部５の筐体５１の底部にはランプ光放射窓５３が装着されている。フラッシュ加熱部５の床部を構成するランプ光放射窓５３は、石英により形成された板状の石英窓である。フラッシュ加熱部５がチャンバー６の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓５３が上側チャンバー窓６３と相対向することとなる。フラッシュランプＦＬはチャンバー６の上方からランプ光放射窓５３および上側チャンバー窓６３を介して熱処理空間６５にフラッシュ光を照射する。
複数のフラッシュランプＦＬは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が保持部７に保持される半導体ウェハーＷの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプＦＬの配列によって形成される平面も水平面である。複数のフラッシュランプＦＬが配列される領域は半導体ウェハーＷの平面サイズよりも大きい。
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、当該ランプ電源のコンデンサーに充電する電圧によってフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光のエネルギーを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。
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への光照射を行って半導体ウェハーＷを加熱する。
図７は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。４０本のハロゲンランプＨＬは上下２段に分けて配置されている。保持部７に近い上段に２０本のハロゲンランプＨＬが配設されるとともに、上段よりも保持部７から遠い下段にも２０本のハロゲンランプ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７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、上段に配置された２０本のハロゲンランプＨＬの長手方向と下段に配置された２０本のハロゲンランプＨＬの長手方向とが互いに直交するように計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、ハロゲン加熱部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１）。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。
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１における処理が進行する。また、制御部３は、供給バルブ８４、排気バルブ８９、流量調整バルブ９０、流量調整バルブ１９６、排気ポンプ１９１、および、３つの排気バルブ１９２，１９３，１９４を制御してチャンバー６内の熱処理空間６５の圧力、給気流量および排気流量を調整する。
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、上記構成を有する熱処理装置１における処理動作について説明する。まずメンテナンス等を行ったときのチャンバー６内のパーティクル除去処理について説明した後、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。熱処理装置１に対しては、定期的に或いは不定期にメンテナンスが実行される。定期的なメンテナンスは熱処理装置１の点検および機能保全のために行われ、不定期なメンテナンスは半導体ウェハーＷの割れ等の不具合が発生したときに行われる。いずれの場合であってもメンテナンス作業はチャンバー６を開放して行われる。チャンバー６を開放したときに、外部雰囲気とともに大量のパーティクルがチャンバー６内に流入する。
メンテナンス作業が完了すると、チャンバー６が再び閉じられて熱処理空間６５が密閉空間とされるものの、チャンバー６内には多量のパーティクルが残留したままとなる。特に、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷが微細に粉砕した場合には、チャンバー６に相当に多量のパーティクルが残留することとなる。チャンバー６内に多量のパーティクルが残留したまま半導体ウェハーＷの処理を行うと、その半導体ウェハーＷにパーティクルが付着して処理不良となるおそれがある。そこで、本実施形態では、以下のようにしてチャンバー６内のパーティクルを除去している。以下に説明する熱処理装置１における処理手順は、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。
第１実施形態では、まず、ダミーウェハーが熱処理装置１のチャンバー６に搬入される。ダミーウェハーは、処理対象となる半導体ウェハーＷと同じサイズを有するシリコンウェハーであり、パターン形成のなされていないベアウェハーである。ダミーウェハーの搬入時には、ゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部６６を介してダミーウェハーがチャンバー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ダミーウェハーは保持部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７４の保持プレート７５の上面から突き出てダミーウェハーを受け取る。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。
ダミーウェハーがリフトピン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、ダミーウェハーは移載機構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。ダミーウェハーは、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ダミーウェハー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。
ダミーウェハーがチャンバー６に収容され、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖された後、チャンバー６内を大気圧よりも低い気圧に減圧する。図９は、第１実施形態におけるチャンバー６内の圧力変化を示す図である。同図の横軸には時刻を示し、縦軸にはチャンバー６内の圧力を示す。ダミーウェハーがチャンバー６に収容されて搬送開口部６６が閉鎖されることによって、チャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間となる。この時点では、チャンバー６内の圧力は大気圧Ｐｓ（＝約101325Pa）である。この状態にて、時刻ｔ１に、給気のための供給バルブ８４を閉止しつつ、排気バルブ８９を開放する。また、制御部３は、排気ポンプ１９１を作動させつつ、３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９のうち最も配管径が小さいバイパスライン１９７に設けられた排気バルブ１９２を開放する。他の排気バルブ１９３，１９４は閉止されている。これにより、チャンバー６内に対してはガス供給が行われることなく排気が行われることとなり、チャンバー６内の熱処理空間６５が減圧される。減圧の初期段階では、３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９のうち最も配管径が小さいバイパスライン１９７のみを使用しているため、排気流量が小さく排気速度も比較的遅い。
次に、チャンバー６内が気圧Ｐ１（例えば、２００００Ｐａ）にまで減圧された時刻ｔ２に制御部３が３つの排気バルブ１９２，１９３，１９４の全てを開放する。これにより、チャンバー６からの排気流量が増大し、排気速度も速くなる。そして、時刻ｔ３にチャンバー６の圧力（真空度）が気圧Ｐ２に到達する。気圧Ｐ２は、例えば約１００Ｐａである。すなわち、減圧の初期段階では小さな排気流量で排気を行った後に、それよりも大きな排気流量に切り換えて排気を行っているのである。なお、本実施形態では、流量調整バルブ１９６の流量は一定である。
チャンバー６内の圧力が気圧Ｐ１に到達した時刻ｔ３に、排気バルブ８９および排気バルブ１９２，１９３，１９４を開放しつつ、供給バルブ８４を開放して処理ガス供給源８５からチャンバー６内の熱処理空間６５に窒素ガスを供給する。チャンバー６内に窒素ガスが供給されることによって、チャンバー６内の圧力が気圧Ｐ２から上昇して時刻ｔ４に気圧Ｐ３に到達する。気圧Ｐ３は、気圧Ｐ２より高く、かつ、大気圧Ｐｓよりも低く、例えば約５０００Ｐａである。チャンバー６内の圧力が気圧Ｐ３に復圧した時刻ｔ４以降は、チャンバー６に対する窒素ガスの供給流量とチャンバー６からの排気流量とを概ね等しくしてチャンバー６内の圧力を気圧Ｐ３に維持する。
また、チャンバー６内の圧力が気圧Ｐ３に復圧した時刻ｔ４以降にハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが点灯してチャンバー６内に光照射を行ってダミーウェハーを加熱する。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を透過してダミーウェハーの下面に照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによってダミーウェハーの温度が上昇する。そして、ダミーウェハーの温度が上昇することによってチャンバー６内が間接的に加熱される。
次に、ハロゲンランプＨＬによる光照射を開始してから所定時間が経過した時刻ｔ５にフラッシュ加熱部５のフラッシュランプＦＬがフラッシュ光照射を行う。フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光は上側チャンバー窓６３を透過してダミーウェハーの上面に照射される。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。このため、フラッシュランプＦＬからダミーウェハーにフラッシュ光を照射することによって、ダミーウェハーの上面を瞬間的に昇温することができる。そして、フラッシュ光照射後のダミーウェハーの上面温度はただちに急速に下降する。
また、極めて強度の強く照射時間の短いフラッシュ光がチャンバー６内に照射されるため、チャンバー６内に瞬間的な気体膨張とそれに続く気体収縮とが生じ、それによってチャンバー６内に付着していたパーティクル（特に、下側チャンバー窓６４に堆積していたパーティクル）が巻き上がって熱処理空間６５に飛散することとなる。
チャンバー６に対する窒素ガスの供給流量と排気流量とを概ね等しくしてチャンバー６内を大気圧未満の減圧雰囲気とした状態にて、チャンバー６内にフラッシュ光を照射してパーティクルを飛散させることにより、ガス排気孔８６からガス排気管８８へと飛散したパーティクルを排出することができる。
また、時刻ｔ５にフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光のエネルギーは、後述する処理対象となる半導体ウェハーＷにフラッシュランプＦＬから照射するフラッシュ光のエネルギー以上である。具体的には、コンデンサーに充電する電圧を実際の半導体ウェハーＷに対するフラッシュ光照射時よりも大きくしている。このため、より効果的にチャンバー６内のパーティクルが巻き上がってチャンバー６から排出されることとなる。
フラッシュ光照射後の時刻ｔ６に、制御部３が供給バルブ８４を閉止してチャンバー６内を再び気圧Ｐ２にまで減圧する。続いて、チャンバー６内が気圧Ｐ２にまで到達した時刻ｔ７に、制御部３が排気バルブ８９を閉止して供給バルブ８４を開放し、処理ガス供給源８５からチャンバー６内に窒素ガスを供給して大気圧Ｐｓにまで復圧する。また、ハロゲンランプＨＬも消灯し、これによってダミーウェハーがさらに降温する。そして、時刻ｔ８にチャンバー６内が大気圧Ｐｓにまで復圧した後、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ダミーウェハーをサセプタ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上に載置されたダミーウェハーが装置外部の搬送ロボットにより搬出される。
続いて、新たなダミーウェハーがチャンバー６に搬入され、時刻ｔ９に再び最も配管径が小さいバイパスライン１９７のみを用いた排気を開始してチャンバー６内を減圧する。その後の時刻ｔ９以降の熱処理装置１における処理手順は、上述した時刻ｔ１以降の手順と同様である。そして、時刻ｔ１から時刻ｔ８までの処理手順が複数枚のダミーウェハーに対して行われる。すなわち、時刻ｔ１から時刻ｔ８までの処理手順が複数回繰り返されるのである（本実施形態では例えば２５回繰り返される）。
熱処理装置１のチャンバー６に対する窒素ガスの供給流量と排気流量とを概ね等しくしてチャンバー６内を大気圧未満の減圧雰囲気とした状態にて、チャンバー６内にフラッシュ光を複数回照射してパーティクルを飛散させて排出することにより、メンテナンス時等に混入したチャンバー６内のパーティクルを除去することができる。特に、本発明に係る技術では、チャンバー６内を減圧状態としてフラッシュ光を複数回照射しているため、効率良くパーティクルをチャンバー６から排出することができる。
また、チャンバー６に窒素ガスを供給しつつもチャンバー６内を減圧雰囲気に維持してフラッシュ光を照射しているため、飛散したパーティクルを供給された窒素ガスの流れとともに効率良くチャンバー６から排出することができる。
さらに、第１実施形態においては、チャンバー６内にダミーウェハーを搬入してサセプタ７４に保持させ、フラッシュ光照射前にハロゲンランプＨＬからの光照射によってダミーウェハーを加熱し、間接的にチャンバー６内を加熱している。このため、チャンバー６内の温度上昇に起因した対流がチャンバー６内に発生し、フラッシュ光照射時には、瞬間的な気体膨張・収縮に加えて、熱対流によってより効果的にパーティクルがチャンバー６内に飛散して排出されることとなる。また、飛散したパーティクルはダミーウェハーに付着するため、ダミーウェハーをチャンバー６から搬出することによってパーティクルを除去することができる。さらに、サセプタ７４にダミーウェハーを保持した状態でフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射すれば、フラッシュ光はダミーウェハーによって遮られ、フラッシュ光がハロゲンランプＨＬに直接照射されてダメージを与えるのを防止することができる。
次に、上述したパーティクル除去によるクリーニング処理が終了した後、処理対象となる半導体ウェハーＷが熱処理装置１によって処理される。以下、処理対象となる半導体ウェハーＷの処理手順について説明する。まず、処理対象となる半導体ウェハーＷが熱処理装置１のチャンバー６に搬入される。半導体ウェハーＷの搬入動作は、上述したダミーウェハーの搬入動作と同じである。処理対象となる半導体ウェハーＷの搬入時には、供給バルブ８４を開放して処理ガス供給源８５からチャンバー６内に窒素ガスを供給し続けることによって搬送開口部６６から窒素ガス流を流出させ、装置外部の雰囲気がチャンバー６内の流入するのを最小限に抑制するようにしても良い。さらに、ゲートバルブ１８５の開放時には、排気バルブ８９を閉止してチャンバー６からの排気を停止するのが好ましい。これにより、チャンバー６内に供給された窒素ガスは搬送開口部６６のみから流出することとなるため、外部雰囲気の流入をより効果的に防ぐことができる。
半導体ウェハーＷがチャンバー６に収容されてサセプタ７４に保持され、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖された後、チャンバー６内を大気圧よりも低い気圧に減圧する。減圧を開始した後のチャンバー６内の圧力変化は、上述したパーティクル除去処理のときと概ね同様である（図９参照）。換言すれば、処理対象となる半導体ウェハーＷについてと同じ減圧パターンにてパーティクル除去処理時のチャンバー６内の減圧を行っているのである。すなわち、減圧の初期段階では小さな排気流量で排気を行った後に、それよりも大きな排気流量に切り換えて排気を行う。これは、減圧の開始時から大きな排気流量にて急速に排気を行うと、チャンバー６内に大きな気流変化が生じてチャンバー６の構造物（例えば、下側チャンバー窓６４）に僅かに残留していたパーティクルが巻き上げられて半導体ウェハーＷに再付着して汚染するおそれがあるためである。減圧の初期段階では小さな排気流量で静かに排気を行った後に、大きな排気流量に切り換えて排気を行うようにすれば、そのようなチャンバー６内のパーティクルの巻き上げを抑制することができる。
やがてチャンバー６の圧力が気圧Ｐ２に到達した時点で、給気のための供給バルブ８４を開放し、処理ガス供給源８５からチャンバー６内の熱処理空間６５に処理ガスを供給する。処理ガスとしては、半導体ウェハーＷの処理目的に応じたものを使用することができ、例えばアンモニアと窒素ガスとの混合ガスを供給して熱処理空間６５にアンモニア雰囲気を形成するようにしても良い。
チャンバー６内に処理ガスが供給されることによって、チャンバー６内の圧力が気圧Ｐ２から上昇して気圧Ｐ３にまで復圧する。そして、チャンバー６内の圧力が気圧Ｐ３に復圧した時点で、チャンバー６に対する処理ガスの供給流量とチャンバー６からの排気流量とを概ね等しくしてチャンバー６内の圧力を気圧Ｐ３に維持する。
また、チャンバー６内の圧力が気圧Ｐ３に復圧した後、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して半導体ウェハーＷの予備加熱（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。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透明窓２１を通して放射温度計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Ｔ１に到達したか否かを監視しつつ、ハロゲンランプＨＬの出力を制御する。すなわち、制御部３は、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Ｔ１となるようにハロゲンランプＨＬの出力をフィードバック制御する。
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、基板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。なお、予備加熱時のチャンバー６内の圧力は気圧Ｐ３に維持されている。
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がサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光照射を行う。このときにフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光のエネルギーは上述したパーティクル除去処理時に照射されるフラッシュ光のエネルギー以下である。従って、このフラッシュ光照射によって新たにチャンバー６内にパーティクルが飛散することはほとんど無い。
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、半導体ウェハーＷの表面にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射することによって、半導体ウェハーＷの表面は瞬間的に処理温度Ｔ２にまで昇温し、その後ただちに急速に降温する。フラッシュランプＦＬからの照射時間は０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下程度の短時間であるため、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１から処理温度Ｔ２にまで昇温するのに要する時間も１秒未満の極めて短時間である。
フラッシュ加熱処理が終了して所定時間が経過した時点にて、供給バルブ８４を閉止してチャンバー６内を再び気圧Ｐ２にまで減圧する。これにより、処理ガスとしてアンモニアと窒素ガスとの混合ガスを使用している場合には、チャンバー６内の熱処理空間６５から有害なアンモニアを排出することができる。続いて、チャンバー６内が気圧Ｐ２にまで到達した時点にて、排気バルブ８９を閉止して供給バルブ８４を開放し、処理ガス供給源８５からチャンバー６内に不活性ガスである窒素ガスを供給して大気圧Ｐｓにまで復圧する。また、ハロゲンランプＨＬも消灯し、これによって半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１からも降温する。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、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、チャンバー６が窒素雰囲気に置換されて大気圧Ｐｓにまで復圧し、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が装置外部の搬送ロボットにより搬出され、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。
第１実施形態においては、熱処理装置１のチャンバー６内を排気して減圧雰囲気とした状態にて、チャンバー６内にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を複数回照射することによってチャンバー６内に飛散したパーティクルを排出しているため、高い精度にてチャンバー６内のパーティクルを除去することができる。図１０は、チャンバー６内を減圧雰囲気とした状態でフラッシュ光を照射することによる効果を示す図である。同図には、本実施形態のようにしてパーティクルを除去したチャンバー６に処理対象となる半導体ウェハーＷを搬入して処理したときに当該半導体ウェハーＷに付着したパーティクル数を示している。また、同図には比較例として、常圧のチャンバー６にフラッシュ光を複数回照射した後に当該チャンバー６に半導体ウェハーＷを搬入して処理したときに半導体ウェハーＷに付着したパーティクル数を示している。図１０に示すように、本実施形態のようにチャンバー６内を減圧雰囲気とした状態にてフラッシュ光を複数回照射してチャンバー６からパーティクルを排出することにより、常圧でのフラッシュ光照射に比較して、処理後の半導体ウェハーＷに付着する２６ｎｍ以上の微小パーティクルを顕著に少なくすることができている。
＜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１の構成は第１実施形態と全く同じである。また、第２実施形態の熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と概ね同様である。第２実施形態が第１実施形態と相違するのは、パーティクル除去処理時における処理動作である。
第２実施形態では、ダミーウェハーを使用しない。すなわち、チャンバー６内にウェハーが存在しない状態でフラッシュランプＦＬからチャンバー６内にフラッシュ光を照射してパーティクルを飛散させるのである。
図１１は、第２実施形態におけるチャンバー６内の圧力変化を示す図である。第２実施形態では、パーティクル除去処理時にチャンバー６内へのウェハーの搬入を禁止している。すなわち、チャンバー６へは処理対象となる半導体ウェハーＷもダミーウェハーも搬入されない。
ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖されてチャンバー６内が密閉空間とされた状態（チャンバー６内の圧力は大気圧Ｐｓ）にて、時刻ｔ１１に給気のための供給バルブ８４を閉止しつつ、排気バルブ８９を開放して排気を開始する。３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９は適宜に開放される。これにより、チャンバー６内に対してはガス供給が行われることなく排気が行われることとなり、チャンバー６内の熱処理空間６５が減圧される。
チャンバー６内が気圧Ｐ４（例えば、５０００Ｐａ）にまで減圧された時刻ｔ１２に、供給バルブ８４を開放して処理ガス供給源８５からチャンバー６内の熱処理空間６５に窒素ガスを供給し、チャンバー６に対する窒素ガスの供給流量とチャンバー６からの排気流量とを概ね等しくしてチャンバー６内の圧力を気圧Ｐ４に維持する。
また、チャンバー６内の圧力が気圧Ｐ４に復圧した時刻ｔ１２以降にハロゲン加熱部４のハロゲンランプＨＬが点灯してチャンバー６内に対する光照射を行う。第２実施形態ではチャンバー６内にダミーウェハーが存在していないのであるが、ハロゲンランプＨＬからチャンバー６内に光照射を行うことによってチャンバー６内の構造物が直接に光照射を受けて加熱されることとなる。
次に、ハロゲンランプＨＬによる光照射を開始してから所定時間が経過した時刻ｔ１３にフラッシュ加熱部５のフラッシュランプＦＬからチャンバー６内にフラッシュ光を照射する。チャンバー６内にダミーウェハーは存在しないものの、極めて強度の強く照射時間の短いフラッシュ光がチャンバー６内に照射されることによって、第１実施形態と同様にチャンバー６内に瞬間的な気体膨張とそれに続く気体収縮とが生じる。そして、その結果、チャンバー６内に付着していたパーティクルが巻き上がって熱処理空間６５に飛散することとなる。
チャンバー６に対する窒素ガスの供給流量と排気流量とを概ね等しくしてチャンバー６内を大気圧未満の減圧雰囲気とした状態にて、チャンバー６内にフラッシュ光を照射してパーティクルを飛散させることにより、ガス排気孔８６からガス排気管８８へと飛散したパーティクルを排出することができる。
また、時刻ｔ１３にフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光のエネルギーは、処理対象となる半導体ウェハーＷにフラッシュランプＦＬから照射するフラッシュ光のエネルギー以上である。このため、より効果的にチャンバー６内のパーティクルが巻き上がってチャンバー６から排出されることとなる。
また、第２実施形態ではチャンバー６内にダミーウェハーが存在しないものの、ハロゲンランプＨＬからの光照射によってチャンバー６内の構造物が直接に加熱され、その結果チャンバー６内に弱い対流が生じることとなる。これにより、パーティクルの排出効率を僅かに高めることができる。
その後、所定時間が経過した時刻ｔ１４に再びフラッシュランプＦＬからチャンバー６内にフラッシュ光照射を行う。これによって、チャンバー６内にパーティクルが巻き上がって飛散し、そのパーティクルがチャンバー６から排出される。なお、ハロゲンランプＨＬは継続してチャンバー６に光照射を行っている。以降、一定間隔（次回は時刻ｔ１５）でフラッシュランプＦＬがチャンバー６内にフラッシュ光を複数回照射し（例えば２５回）、その都度チャンバー６内にパーティクルが飛散して排出される。
第２実施形態においても、熱処理装置１のチャンバー６内を排気して減圧雰囲気とした状態にて、チャンバー６内にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を複数回照射することによってチャンバー６内に飛散したパーティクルを排出しているため、高い精度にてチャンバー６内のパーティクルを除去することができる。
また、チャンバー６に窒素ガスを供給しつつもチャンバー６内を減圧雰囲気に維持してフラッシュ光を照射しているため、飛散したパーティクルを供給された窒素ガスの流れとともに効率良くチャンバー６から排出することができる。
また、第２実施形態では、チャンバー６内へのダミーウェハーを含む基板の搬入を禁止した状態にてチャンバー６内にフラッシュ光を照射しているため、パーティクル除去処理中にフラッシュ光照射によってダミーウェハーが割れて新たなパーティクルが発生する懸念が無い。その一方、チャンバー６内に強い対流を生じさせてパーティクルの排出効率を高める観点からは、第１実施形態のようにチャンバー６内にダミーウェハーを保持した状態にてチャンバー６内にフラッシュ光を照射する方が好ましい。また、ダミーウェハーを用いることにより、飛散したパーティクルをダミーウェハーに付着させて除去することができる。
＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、第１実施形態では複数枚のダミーウェハーを使用していたが、ダミーウェハーを使用することなく熱処理装置１が第１実施形態と同様の動作を行ってパーティクル除去処理を実行するようにしても良い。すなわち、実際にはダミーウェハーを使用しないのであるが、あたかも仮想のダミーウェハーを使用しているかの如くゲートバルブ１８５や移載機構１０が駆動するとともに、図９のようにチャンバー６内の圧力を変化させて減圧状態のチャンバー６内にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を複数回照射する。このようにしてもチャンバー６内にパーティクルを飛散させ、そのパーティクルを排出して除去することができる。この場合、第２実施形態と同様に、パーティクル除去処理中にダミーウェハーが割れて新たなパーティクルが発生する懸念は無くなるものの、パーティクルの排出効率は第１実施形態よりも低下せざるを得ない。
また、上記実施形態においては、チャンバー６に窒素ガスを供給しつつチャンバー６内を減圧雰囲気に維持してフラッシュ光を照射していたが、供給バルブ８４を閉止してチャンバー６にガス供給を行うことなくチャンバー６を減圧雰囲気とした状態にてフラッシュ光を照射してパーティクルを排出するようにしても良い。
また、上記各実施形態においては、減圧状態のチャンバー６内にフラッシュ光を２５回照射していたが、これに限定されるものではなく、フラッシュ光の照射回数は適宜のものとすることができる。パーティクルの排出効率と処理時間とのバランスの観点からは、チャンバー６内へのフラッシュ光の照射回数を２５回以上５０回以下とするのが好ましい。
また、上記各実施形態においては、チャンバー６内を５０００Ｐａの減圧雰囲気とした状態でフラッシュ光を複数回照射していたが、これに限定されるものではなく、パーティクル除去処理のためのフラッシュ光を照射するときのチャンバー６内の気圧は０．５Ｐａ以上９００００Ｐａ以下であれば良い。チャンバー６内を０．５Ｐａ以上９００００Ｐａ以下の減圧雰囲気とした状態にて、チャンバー６内にフラッシュ光を複数回照射することにより、飛散したパーティクルを効率良くチャンバー６から排出することができる。
また、ハロゲンランプＨＬからの光照射によってチャンバー６内を加熱する際のチャンバー６内の温度は室温〜５００℃とするのが好ましい。チャンバー６内を５００℃にまで加熱するためには、第１実施形態のようにチャンバー６内にダミーウェハーを保持し、ハロゲンランプＨＬからの光照射によってダミーウェハーを５００℃以上に加熱する必要がある。一方、チャンバー６内を室温とする場合には、必ずしもハロゲンランプＨＬからの光照射を行わなくても良い。
また、上記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、熱処理装置１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、液晶表示装置や有機ＥＬ(Electroluminescence)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。
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
７ 保持部
１０ 移載機構
６５ 熱処理空間
７４ サセプタ
７５ 保持プレート
７７ 基板支持ピン
８４ 供給バルブ
８５ 処理ガス供給源
８８ ガス排気管
８９ 排気バルブ
１８０ 圧力計
１９０ 排気部
１９１ 排気ポンプ
１９２，１９３，１９４ 排気バルブ
１９７，１９８，１９９ バイパスライン
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 (14)

  1. 基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置からパーティクルを除去するパーティクル除去方法であって、
    前記熱処理装置のチャンバー内を排気して減圧雰囲気とした状態にて、前記チャンバー内にフラッシュランプからフラッシュ光を複数回照射することによって前記チャンバー内に飛散したパーティクルを排出することを特徴とするパーティクル除去方法。
  2. 請求項１記載のパーティクル除去方法において、
    前記チャンバー内に気体を供給しつつ排気を行って前記チャンバー内を前記減圧雰囲気とすることを特徴とするパーティクル除去方法。
  3. 請求項１または請求項２記載のパーティクル除去方法において、
    前記チャンバー内への基板の搬入を禁止した状態にて前記チャンバー内に前記フラッシュ光を照射することを特徴とするパーティクル除去方法。
  4. 請求項１または請求項２記載のパーティクル除去方法において、
    前記チャンバー内に基板を保持した状態にて前記チャンバー内に前記フラッシュ光を照射することを特徴とするパーティクル除去方法。
  5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のパーティクル除去方法において、
    少なくとも前記フラッシュ光を照射する前に、前記チャンバー内にハロゲンランプから光を照射して前記チャンバー内を加熱することを特徴とするパーティクル除去方法。
  6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のパーティクル除去方法において、
    前記フラッシュ光のエネルギーは、処理対象となる基板に前記フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギー以上であることを特徴とするパーティクル除去方法。
  7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のパーティクル除去方法において、
    前記減圧雰囲気は前記チャンバー内が０．５Ｐａ以上９００００Ｐａ以下であることを特徴とするパーティクル除去方法。
  8. 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、
    基板を収容するためのチャンバーと、
    前記チャンバー内を排気する排気部と、
    前記チャンバー内にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
    を備え、
    前記排気部が前記チャンバー内を排気して減圧雰囲気とした状態にて、前記チャンバー内に前記フラッシュランプからフラッシュ光を複数回照射することによって前記チャンバー内に飛散したパーティクルを排出することを特徴とする熱処理装置。
  9. 請求項８記載の熱処理装置において、
    前記チャンバー内に気体を供給する気体供給部をさらに備え、
    前記気体供給部から前記チャンバー内に気体を供給しつつ、前記排気部が排気を行って前記チャンバー内を前記減圧雰囲気とすることを特徴とする熱処理装置。
  10. 請求項８または請求項９記載の熱処理装置において、
    前記チャンバー内への基板の搬入を禁止した状態にて、前記フラッシュランプが前記チャンバー内に前記フラッシュ光を照射することを特徴とする熱処理装置。
  11. 請求項８または請求項９記載の熱処理装置において、
    前記チャンバー内にて基板を保持する保持部をさらに備え、
    前記保持部に基板を保持した状態にて前記フラッシュランプが前記チャンバー内に前記フラッシュ光を照射することを特徴とする熱処理装置。
  12. 請求項８から請求項１１のいずれかに記載の熱処理装置において、
    前記チャンバー内に光を照射するハロゲンランプをさらに備え、
    少なくとも前記フラッシュランプが前記フラッシュ光を照射する前に、前記チャンバー内に前記ハロゲンランプから光を照射して前記チャンバー内を加熱することを特徴とする熱処理装置。
  13. 請求項８から請求項１２のいずれかに記載の熱処理装置において、
    前記フラッシュ光のエネルギーは、処理対象となる基板に前記フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギー以上であることを特徴とする熱処理装置。
  14. 請求項８から請求項１３のいずれかに記載の熱処理装置において、
    前記減圧雰囲気は前記チャンバー内が０．５Ｐａ以上９００００Ｐａ以下であることを特徴とする熱処理装置。
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