JP2023030458A - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱処理後の基板の降温速度を速める熱処理装置および熱処理方法を提供する。【解決手段】熱処理装置１は、半導体ウェハーＷに光を照射することによって半導体ウェハーＷを加熱する。熱処理装置１は、加熱された後の半導体ウェハーＷを冷却する石英板１００と、石英板１００を、石英板１００が半導体ウェハーＷの裏面Ｗｂに当接する当接位置と、石英板１００が半導体ウェハーＷから離間した離間位置との間で相対的に移動させる移動機構（昇降機構１４）と、を備える。【選択図】図１１

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）に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置および熱処理方法に関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、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。

フラッシュランプアニールを利用した装置としては、典型的には半導体ウェハーの裏面にハロゲンランプから光を照射してある程度の温度にまで予備加熱し、その後半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射して所望の処理温度にまで昇温して不純物を活性化している。

このようなフラッシュランプアニールを利用する装置に関して、特許文献１には、フラッシュ加熱処理が終了した後、チャンバー内に冷却ガスが供給される装置が開示されている。この特許文献１に開示される装置によれば、チャンバー内への冷却ガスの供給によって、フラッシュ加熱直後の比較的高温の半導体ウェハーが冷却される。

また、フラッシュランプアニールを利用する他の装置に関して、特許文献２には、半導体ウェハーとサセプタとの距離を可変することができる装置が開示されている。この特許文献２に開示される装置は、支持部に支持された基板の昇温過程では基板と板状部材との距離が第１間隔とし、基板が目標温度に保持される保温過程では基板と板状部材との距離が第２間隔となるように制御している。この特許文献２に記載の装置によれば、光照射加熱時における基板の温度の制御性が向上する。

特開２０２１－０４４３７２号公報 特開２０１４－１７５６３０号公報

近年、加熱処理後の基板の降温速度を速めることにより、加熱処理により活性化された不純物の不活性化を防止することが求められている。これに対し、特許文献１および特許文献２に開示の技術では、近年要請される降温速度を実現することが困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、加熱処理後の基板の降温速度を速める熱処理装置および熱処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に光を照射することによって当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、前記基板を保持する保持部と、前記保持部に保持された前記基板に光を照射することにより前記基板を加熱する光照射部と、前記光照射部により加熱された後の前記基板を冷却する石英板と、前記石英板または前記基板を前記石英板が前記基板の表面または裏面に当接する当接位置と前記石英板が前記基板から離間した離間位置との間で相対的に移動させる移動機構と、前記移動機構の動作を制御する制御部と、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に記載の熱処理装置において、前記制御部は、前記光照射部からの光照射によって前記基板が最高温度に到達した時点から０．１秒ないし３秒後に、前記石英板または前記基板が前記当接位置に移動するように前記移動機構を制御することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、前記石英板の平面サイズは、前記基板の平面サイズの±２０％であることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の熱処理装置において、前記石英板の前記基板に当接する側の面に凹部または凸部が形成されることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項４に記載の熱処理装置において、前記凹部は線状の溝であることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、基板に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、前記基板を収容するチャンバー内において、保持部により保持された前記基板に対して光を照射することにより加熱する加熱工程と、前記加熱工程の後、加熱された前記基板に対して石英板を相対的に移動させて前記基板の表面または裏面に前記石英板を当接させて前記基板を冷却する冷却工程と、を備えることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項６に記載の熱処理方法において、前記冷却工程では、光照射によって前記基板が最高温度に到達した時点から０．１秒ないし３秒後に、前記基板と前記石英板とを当接させることを特徴とする。

また、請求項８の発明は、基板に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、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、前記基板を保持する保持部と、前記保持部に保持された前記基板にフラッシュ光を照射して常温の前記基板を予備加熱温度に昇温する第１フラッシュ光照射部と、前記予備加熱温度に昇温された前記基板にフラッシュ光を照射して前記予備加熱温度よりも高い処理温度に前記基板を昇温する第２フラッシュ光照射部と、を備えることを特徴とする。

また、請求項９の発明は、請求項８に記載の熱処理装置において、前記第１フラッシュ光照射部および前記第２フラッシュ光照射部のフラッシュ光照射時間は０．１ミリ秒以上１００ミリ秒以下であ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に記載の熱処理装置において、前記第１フラッシュ光照射部が発光してから前記第２フラッシュ光照射部が発光するまでの間隔は１秒以内であることを特徴とする。

また、請求項１１の発明は、基板に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、前記基板を収容するチャンバー内において、保持部により保持された前記基板に対して第１のフラッシュ光を照射して常温の前記基板を予備加熱温度に昇温する第１フラッシュ光照射工程と、前記予備加熱温度に昇温された前記基板に対して第２のフラッシュ光を照射して前記予備加熱温度よりも高い処理温度に前記基板を昇温する第２フラッシュ光照射工程と、を備えることを特徴とする。

また、請求項１２の発明は、請求項１１に記載の熱処理方法において、前記第１フラッシュ光照射工程および前記第２フラッシュ光照射工程でのフラッシュ光照射時間は０．１ミリ秒以上１００ミリ秒以下であることを特徴とする。

また、請求項１３の発明は、請求項１１または請求項１２に記載の熱処理方法において、前記第１フラッシュ光照射工程の終了後、前記第２フラッシュ光照射工程の開始までの間は１秒以内であることを特徴とする。

請求項１ないし請求項３の発明によれば、光照射部により加熱された後の基板を冷却する石英板と、石英板または基板を石英板が基板の表面または裏面に当接する当接位置と石英板が基板から離間した離間位置との間で相対的に移動させる移動機構を備えることから、加熱処理後に石英板を基板に当接させることにより加熱処理後の基板の降温速度を速めることができる。これにより、基板において活性状態にある不純物の不活性化を防止することができる。

請求項４の発明によれば、石英板の基板に当接する側の面に凹部または凸部が形成されることから、当接した基板と石英板との離間を促進することができる。

請求項５の発明によれば、凹部は線状の溝であることから、石英板に対して簡易に凹部を形成することができる。

請求項６および請求項７の発明によれば、加熱された基板に対して石英板を相対的に移動させて基板の表面または裏面に石英板を当接させて基板を冷却する冷却工程を備えることから、加熱処理後に石英板を基板に当接させることにより加熱処理後の基板の降温速度を速めることができる。

請求項８ないし請求項１０の発明によれば、保持部に保持された前記基板にフラッシュ光を照射して常温の基板を予備加熱温度に昇温する第１フラッシュ光照射部と、予備加熱温度に昇温された基板にフラッシュ光を照射して予備加熱温度よりも高い処理温度に基板を昇温する第２フラッシュ光照射部と、を備えることから、基板の表面から所望の深さ領域だけを処理温度に昇温させることができる。これにより、サーマルバジェットを小さくして加熱処理後の基板の降温速度を速めることができ、基板に注入された不純物の拡散を防止できる。

請求項１１ないし請求項１３の発明によれば、基板を予備加熱温度に昇温する第１フラッシュ光照射工程と、予備加熱温度よりも高い処理温度に基板を昇温する第２フラッシュ光照射工程と、を備えることから、基板の表面から所望の深さ領域だけを処理温度に昇温させることができる。これにより、サーマルバジェットを小さくして加熱処理後の基板の降温速度を速めることができ、基板に注入された不純物の拡散を防止できる。

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。 石英板を示す斜視図である。 石英板の部分的な断面を示す部分断面図である。 移載機構の平面図である。 移載機構の側面図である。 図１の熱処理装置における処理動作を示すフロー図である。 サセプタを半導体ウェハー、石英板、リフトピンと共に示す側面図である。 サセプタを半導体ウェハー、石英板、リフトピンと共に示す側面図である。 サセプタを半導体ウェハー、石英板、リフトピンと共に示す側面図である。 本実施形態の熱処理装置による半導体ウェハーの経時的な温度変化を示すグラフである。 第１実施形態の変形例１のサセプタを半導体ウェハー、石英板、リフトピンと共に示す側面図である。 第１実施形態の変形例２のサセプタを半導体ウェハー、石英板、リフトピンと共に示す側面図である。 第１実施形態の変形例３のサセプタを半導体ウェハー、石英板、リフトピンと共に示す側面図である。 本発明に係る熱処理方法を実施する熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 第２実施形態の熱処理装置による半導体ウェハーの熱処理の流れを示すフロー図である。

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光照射部としてのフラッシュ加熱部５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲン光照射部としてのハロゲン加熱部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（例えば、キセノンフラッシュランプ）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。

フラッシュランプＦＬは、例えば、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。

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。

ハロゲン加熱部４を構成するハロゲンランプＨＬは、例えば、上下２段に分けて４０本配置されている（図１参照）。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、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１参照）。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。

図１に示すように、チャンバー６には、上部放射温度計２５および下部放射温度計２０の２つの放射温度計（本実施形態ではパイロメーター）が設けられている。上部放射温度計２５は、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの斜め上方に設置され、その半導体ウェハーＷの上面から放射された赤外光を受光して上面の温度を測定する。上部放射温度計２５の赤外線センサー２９は、フラッシュ光が照射された瞬間の半導体ウェハーＷの上面の急激な温度変化に対応できるように、ＩｎＳｂ（インジウムアンチモン）の光学素子を備えている。一方、下部放射温度計２０は、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの斜め下方に設けられ、その半導体ウェハーＷの下面から放射された赤外光を受光して下面の温度を測定する。

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。移載機構１０も、制御部３により制御される。すなわち、制御部３は、移載機構１０を構成する昇降機構１４や水平移動機構１３の動作を制御する。

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。

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。熱処理装置１は、このように半導体ウェハーＷに対して光を照射することにより半導体ウェハーＷを加熱する。

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および貫通孔６１ｂが穿設されている。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の上面から放射された赤外光を上部放射温度計２５の赤外線センサー２９に導くための円筒状の孔である。一方、貫通孔６１ｂは、半導体ウェハーＷの下面から放射された赤外光を下部放射温度計２０の赤外線センサー２４に導くための円筒状の孔である。貫通孔６１ａおよび貫通孔６１ｂは、それら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、上部放射温度計２５が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化カルシウム材料からなる透明窓２６が装着されている。また、貫通孔６１ｂの熱処理空間６５に臨む側の端部には、下部放射温度計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。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、例えば窒素（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、或いはそれらを混合した混合ガスを用いることができる（本実施形態では窒素ガス）。

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、処理ガス供給源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。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。

サセプタ７４は、保持プレート７５と、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略円形の平板状部材である。保持プレート７５の直径は、例えば、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、例えば、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の上面は、平面状の保持面７５ａになっている。保持プレート７５の保持面７５ａ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、保持面７５ａの外周円と同心円の周上に沿って３０°毎に計１２個の支持ピン７７が立設されている。１２個の支持ピン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の径よりも小さい。例えば、半導体ウェハーＷの径がφ３００ｍｍであれば、好ましくは、φ２７０ｍｍ～φ２８０ｍｍ（本実施形態ではφ２７０ｍｍ）である。それぞれの支持ピン７７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個の支持ピン７７の高さ（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。支持ピンまた、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。

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、上下に貫通する開口部７８が形成されている。開口部７８は、下部放射温度計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、下部放射温度計２０が開口部７８およびチャンバー側部６１の貫通孔６１ｂ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。また、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。さらに、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が石英板１００の昇降移動のために貫通する４個の貫通孔７６が穿設されている。

図４は、石英板１００を示す斜視図である。保持プレート７５の保持面７５ａには、石英板１００（図４参照）が載置される。石英板１００は、例えば、保持プレート７５の保持面７５ａの外周円と同心円の外周円を有する石英の円板形状に形成される。石英板１００には、保持プレート７５と同様に、上下に貫通する開口部１０８が形成されている。開口部１０８は、下部放射温度計２０が石英板１００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。石英板１００は、その開口部１０８が、開口部７８の直上に配置されるように、保持プレート７５上に載置される。このため、下部放射温度計２０が、半導体ウェハーＷの下面から放射される放射光を受光することができる。また、石英板１００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１０９が穿設されている。さらに、石英板１００には、円板形状の保持面７５ａに立設される支持ピン７７を貫通させるピン貫通孔１０７が穿設されている。

また、石英板１００の平面サイズは、例えば、半導体ウェハーＷの平面サイズの±２０％である。例えば、半導体ウェハーＷの直径がφ３００ｍｍであれば、石英板１００の直径がφ２４０ｍｍ～φ３６０ｍｍ程度であることが好ましい。なお、後に説明するように、石英板１００は、半導体ウェハーＷの一面（表面Ｗｆまたは裏面Ｗｂ）に当接することにより、半導体ウェハーＷを冷却させる。なお、本実施形態においては、石英板１００は、半導体ウェハーＷの裏面に当接する。また、石英板１００の平面サイズが半導体ウェハーＷの平面サイズに近い方が、石英板１００により半導体ウェハーＷの全面が冷却される。このため、石英板１００による半導体ウェハーＷの冷却効率が向上する。ただし、半導体ウェハーＷにおいて、中央部よりも端部の方が、降温速度が速い傾向にある。このため、半導体ウェハーＷの中央部にのみ当接可能な平面サイズの石英板１００であっても、半導体ウェハーＷは効率的に冷却される。

図５は、石英板１００の部分的な断面を示す部分断面図である。図５に示すように、石英板１００の半導体ウェハーＷに当接する側の面１００ａ（以下、当接面１００ａという。）に凹部１０１が形成される。凹部１０１は、例えば複数形成される。また。凹部１０１は、好ましくは、線状の溝である。これらの線状の溝は、例えば、互いに平行に形成される。凹部１０１が形成されておらずに石英板１００の表面が平滑面の場合、石英板１００と半導体ウェハーＷとは、当接した後に、離間し難いという現象が見られることがある。そこで、石英板１００に凹部１０１が形成されることにより、石英板１００と半導体ウェハーＷとが当接している状態であっても、石英板１００と半導体ウェハーＷとの間に隙間が存在する。これにより、石英板１００と半導体ウェハーＷとの吸着が防止される。そして、この隙間が、当接した半導体ウェハーＷと石英板１００との離間を促進することができる。したがって、石英板１００による半導体ウェハーＷの冷却後の石英板１００と半導体ウェハーＷと離間がスムーズに行われる。

また、図６は、移載機構１０の平面図である。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、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Ａ（図６の実線位置）と、石英板１００（および半導体ウェハーＷ）の昇降を行う冷却動作位置Ｂ（図６の一点鎖線位置）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Ｃ（図６の二点鎖線位置）との間で移載アーム１１を水平移動させる。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。なお、退避位置Ｃ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Ｃは凹部６２の内側となる。

また、図７は、移載機構１０の側面図である。移載機構１０は、昇降機構１４を備える。昇降機構１４は、移載アーム１１およびリフトピン１２を上下方向に移動させる。図７に示すように、昇降機構１４は、半導体ウェハーＷを受け渡しするための最も高い位置（後述する搬送位置Ｘに対応する移載アーム１１の高さ位置）、半導体ウェハーＷに加熱処理を行う最も低い位置（後述する加熱位置Ｙに対応する移載アーム１１の高さ位置）、および、その間の石英板１００が半導体ウェハーＷの裏面Ｗｂに当接する位置（後述する冷却位置Ｚに対応する移載アーム１１の高さ位置）に移載アーム１１を昇降させる。

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８は、熱処理装置１における処理動作を示すフロー図である。また、図９ないし図１１は、サセプタ７４を半導体ウェハーＷ、石英板１００、リフトピン１２と共に示す側面図である。なお、図９は搬送位置Ｘ、図１０は加熱位置Ｙ、図１１は冷却位置Ｚ、に半導体ウェハーＷが配置された状態を示している。

以下、図８から図１１を参照して、熱処理装置１の具体的な動作を説明する。まず、半導体ウェハーＷの処理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がチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される。このときには、半導体ウェハーＷの搬入にともなって装置外部の雰囲気を巻き込むおそれがあるが、チャンバー６には窒素ガスが供給され続けているため、搬送開口部６６から窒素ガスが流出して、そのような外部雰囲気の巻き込みを最小限に抑制することができる。

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（ステップＳ１）。そして、移載機構１０の一対の移載アーム１１が退避位置Ｃ（図６参照）から移載動作位置Ａ（図６参照）に水平移動して上昇することにより、図９に示すように、リフトピン１２がサセプタ７４の貫通孔７９および石英板１００の貫通孔１０９を通って石英板１００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。また、半導体ウェハーＷは、被処理面である表面を上面として保持部７に保持される。すなわち、図１０に示すように、半導体ウェハーＷが加熱位置Ｙに移動する（ステップＳ２）。ここで、半導体ウェハーＷが保持部７に保持される位置を加熱位置Ｙとしている（図８、図１０参照）。なお、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Ｗｂ（表面Ｗｆとは反対側の主面）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Ｃ、すなわち凹部６２の内側に退避する。

半導体ウェハーＷが石英にて形成された保持部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、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（予備加熱工程）（ステップＳ３）。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、サセプタ７４および石英板１００を透過して半導体ウェハーＷ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の温度は下部放射温度計２０によって測定される。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、下部放射温度計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。

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、下部放射温度計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の出力を調整し、半導体ウェハーＷの温度をほぼ予備加熱温度Ｔ１に維持している。

このようなハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うことによって、半導体ウェハーＷの全体を予備加熱温度Ｔ１に均一に昇温している。ハロゲンランプＨＬによる予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、ハロゲン加熱部４におけるハロゲンランプＨＬの配設密度は、半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっている。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一なものとすることができる。

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するとフラッシュ加熱部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、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（本加熱工程）（ステップＳ４）。

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（フラッシュ光照射時間）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まで上昇した後、急速に下降する。

フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間が経過した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の温度は下部放射温度計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、下部放射温度計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。

また、制御部３は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷが最高温度（処理温度Ｔ２）に到達した時点から所定時間ｔ１が経過した後に、石英板１００を半導体ウェハーＷに当接させる（ステップＳ５）。ここで、所定時間ｔ１は、例えば、０．１秒ないし３秒である。このような所定時間を設定することにより、迅速に半導体ウェハーＷを降温させることができる。

なお、石英板１００の移動は、昇降機構１４により行われる。具体的には、昇降機構１４が一対の移載アーム１１を冷却動作位置Ｂ（図６、図１１参照）の状態で上昇させると、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７６（図２参照）を通過する。そして、リフトピン１２の上端がサセプタ７４の上面から突き出る。そして、図１１に示すように、サセプタ７４の上面から突き出たリフトピン１２の上端は、石英板１００を載置して、石英板１００を上方へ移動させる。リフトピン１２により上方へ移動した石英板１００は、支持ピン７７に支持された状態の半導体ウェハーＷの裏面Ｗｂに当接する。リフトピン１２の上端の上昇により半導体ウェハーＷに当接した石英板１００は、さらなるリフトピン１２の上端の上昇により、半導体ウェハーＷを載置した後も、さらに上方に移動する。昇降機構１４により、半導体ウェハーＷおよび石英板１００が、サセプタ７４と最も離間する位置に配置されて停止する。この時、半導体ウェハーＷの裏面Ｗｂが石英板１００に当接した状態となり、半導体ウェハーＷが石英板１００により冷却される。すなわち、半導体ウェハーＷが図１１に示す冷却位置Ｚに移動する（冷却工程）（ステップＳ６）。なお、石英板１００が半導体ウェハーＷの裏面Ｗｂに当接してから半導体ウェハーＷが冷却位置Ｚに上昇するまでの間の石英板１００の高さ位置が石英板１００と半導体ウェハーＷとの当接位置である。

半導体ウェハーＷが所定温度以下まで降温した後、昇降機構１４により半導体ウェハーＷおよび石英板１００が下降する。そして、図１０に示すように、半導体ウェハーＷが再び加熱位置Ｙに移動する（ステップＳ７）。具体的には、昇降機構１４が一対の移載アーム１１を冷却動作位置Ｂの状態で下降させてリフトピン１２を貫通孔７６から抜き取る。この時、半導体ウェハーＷは支持ピン７７の上端に載置される。そして、石英板１００はサセプタ７４上に載置される。このようにして、半導体ウェハーＷと石英板１００とは、互いに離間した状態となる。なお、石英板１００が半導体ウェハーＷの裏面Ｗｂから離れてから石英板１００がサセプタ７４上に載置されるまでの間の石英板１００の高さ位置が石英板１００と半導体ウェハーＷとの離間位置である。

そして、移載アーム１１が移載動作位置Ａ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に穿設された貫通孔７９および石英板１００に穿設された貫通孔１０９から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷを上方へ移動させる。これにより、半導体ウェハーＷが搬送位置Ｘに移動する（ステップＳ８）。

その後、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チャンバー６から搬出され、半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。

以上のように、昇降機構１４は石英板１００を石英板１００が半導体ウェハーＷの裏面Ｗｂに当接する当接位置と石英板１００が半導体ウェハーＷから離間した離間位置との間で半導体ウェハーＷに対して昇降移動させる。つまり、半導体ウェハーＷと石英板１００とは離間位置と、当接位置との間で相対的に移動される。

図１２は、本実施形態の熱処理装置１による半導体ウェハーＷの経時的な温度変化を示すグラフである。なお、図１２の中での点線は、比較対象として、石英板１００を利用しない自然放冷による半導体ウェハーＷの経時的な温度変化を示している。

図１２において、点Ｏは半導体ウェハーＷが最高温度に到達する時を、点Ｐは半導体ウェハーＷと石英板１００とが当接する時を示している。図１２に示すように、半導体ウェハーＷが最高温度に到達した後に石英板１００と接触する場合、石英板１００との接触後の降温速度が、石英板１００と接触しない場合と比較して、速まっていることがわかる。本実施形態においては、半導体ウェハーＷの最高温度への到達の直後に、半導体ウェハーＷと石英板１００とが当接することから、加熱処理後の半導体ウェハーＷの降温速度を速めることができる。これにより、半導体ウェハーＷにおいて活性状態にある不純物の不活性化を防止することが期待できる。半導体ウェハーＷの最高温度への到達時点から０．１秒ないし３秒の間に、半導体ウェハーＷと石英板１００とが当接する場合には、特にこの効果が顕著である。

＜第１実施形態の変形例１＞
以下、第１実施形態の変形例１に係る熱処理装置を説明する。図１３は、第１実施形態の変形例１のサセプタ２７４を半導体ウェハーＷ、石英板１００、リフトピン１２と共に示す側面図である。変形例１に係る熱処理装置は、サセプタ７４に代えてサセプタ２７４を備える。サセプタ２７４は、保持プレート２７５と、複数の支持ピン７７を備える。保持プレート２７５は、支持ピン７７の立設する位置よりも内側に中空部２７９が形成される。この中空部２７９が形成されることにより、第１実施形態の保持プレート７５のように、複数の貫通孔７９が形成されることが不要となる。つまり、単一の中空部２７９が形成されることにより、移載動作位置Ａでも冷却動作位置Ｂでも、リフトピン１２が中空部２７９を通過して半導体ウェハーＷまたは石英板１００を上方へ移動させることができる。第１実施形態の変形例１に係る熱処理装置によれば、保持プレート７５の構成を簡易にできる。

＜第１実施形態の変形例２＞
以下、第１実施形態の変形例２に係る熱処理装置を説明する。図１４は、第１実施形態の変形例２のサセプタ３７４を半導体ウェハーＷ、石英板３００、リフトピン１２と共に示す側面図である。変形例２に係る熱処理装置は、サセプタ７４に代えてサセプタ３７４を備える。サセプタ３７４は、保持プレート３７５と、複数の支持ピン７７を備える。保持プレート３７５には、貫通孔７６が形成されない。また、サセプタ３７４には、石英板保持部３７６が立設される。石英板３００は、石英板保持部３７６により半導体ウェハーＷよりも上方（フラッシュ加熱部５側）で保持される。石英板３００には、リフトピンの貫通孔や支持ピン７７の貫通孔が形成される必要がない。

このような変形例２に係る熱処理装置を用いて半導体ウェハーＷと石英板３００とが当接する場合には、まず、昇降機構１４によりリフトピン１２が貫通孔７９を通過する。そして、リフトピン１２のさらなる上方への移動により、半導体ウェハーＷがリフトピン１２上に載置され、上方に移動する。そして、半導体ウェハーＷの表面が、石英板３００と当接することにより、石英板３００によって半導体ウェハーＷが冷却される。このため、石英板３００や保持プレート３７５の構成を簡易にできる。

＜第１実施形態の変形例３＞
以下、第１実施形態の変形例３に係る熱処理装置を説明する。図１５は、第１実施形態の変形例３のサセプタ４７４を半導体ウェハーＷ、石英板４００、リフトピン１２と共に示す側面図である。変形例３に係る熱処理装置は、変形例２のサセプタ３７４に代えてサセプタ４７４を備える。この変形例３に係る熱処理装置は、上述の変形例２の石英板保持部３７６に代えて石英板保持部４６０を備える。したがって、サセプタ４７４には、石英板保持部３７６が立設されない。石英板保持部４６０はチャンバー側部６１に固定される。石英板４００は、石英板保持部４６０により、半導体ウェハーＷの上方で保持される。このような変形例３に係る熱処理装置によっても、石英板４００や保持プレート３７５の構成を簡易にできる。

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態に係る熱処理装置２を説明する。図１６は、本発明に係る熱処理装置２の構成を示す縦断面図である。図１６の熱処理装置２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。

熱処理装置２は、熱処理装置１におけるフラッシュ加熱部５に代えて、フラッシュ加熱部２５０を備える。また、熱処理装置２は、熱処理装置１におけるハロゲン加熱部４を備えない。なお、第２実施形態の説明において、第１実施形態において説明したものと同様構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。

チャンバー６の上方に設けられたフラッシュ加熱部２５０は、筐体５１の内側に、複数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。フラッシュランプＦＬは、例えば、上下２段に分けて６０本配置されている（図１６参照）。保持部７に近い下段に３０本のフラッシュランプＦＬ（Ｄ）が配設されるとともに、下段よりも保持部７から遠い上段にも３０本のフラッシュランプＦＬ（Ｕ）が配設されている。上段、下段ともに３０本のフラッシュランプＦＬ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、下段ともにフラッシュランプＦＬ（Ｕ）、ＦＬ（Ｄ）の配列によって形成される平面は水平面である。フラッシュランプＦＬ（Ｕ）が第１フラッシュ光照射部として機能し、フラッシュランプＦＬ（Ｄ）が第２フラッシュ光照射部として機能する。

なお、第２実施形態におけるフラッシュランプＦＬ（Ｕ）、ＦＬ（Ｄ）においても、第１実施形態におけるフラッシュランプＦＬと同様に、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照射時間のフラッシュ光を照射する。

第２実施形態の予備加熱工程では、フラッシュランプＦＬ（Ｕ）が保持部７に保持された半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射して常温の半導体ウェハーＷの表面を予備加熱温度Ｔ１に昇温する。続いて本加熱工程では、フラッシュランプＦＬ（Ｄ）は、予備加熱温度Ｔ１に昇温された半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射して半導体ウェハーＷの表面を予備加熱温度Ｔ１よりも高い処理温度Ｔ２に昇温する。なお、予備加熱温度Ｔ１に昇温させるフラッシュランプＦＬ（第１フラッシュランプ）は、フラッシュランプＦＬ（Ｄ）であってもよい。処理温度Ｔ２に昇温させるフラッシュランプＦＬ（第２フラッシュランプ）は、第１フラッシュランプと異なるフラッシュランプＦＬが利用される。

図１７は、第２実施形態の熱処理装置２による半導体ウェハーＷの熱処理の流れを示すフロー図である。

以下、図１６および図１７を参照して、熱処理装置２の具体的な動作を説明する。まず、半導体ウェハーＷが、第１実施形態と同様の動作で、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（ステップＳ１１）。そして、移載機構１０の一対の移載アーム１１の動作により、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。また、半導体ウェハーＷは、被処理面である表面を上面として保持部７に保持される。すなわち、半導体ウェハーＷが加熱位置Ｙに移動する（ステップＳ１２）。

半導体ウェハーＷが石英にて形成された保持部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、第１フラッシュランプが一斉に点灯して予備加熱（アシスト加熱）が開始される（第１フラッシュ光照射工程）（ステップＳ１３）。第１フラッシュランプからの光照射を受けることによって半導体ウェハーＷが予備加熱されて表面温度が常温から予備加熱温度Ｔ１に上昇する。この時の予備加熱温度Ｔ１は例えば７００℃である。

半導体ウェハーＷの表面の温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した後、第２フラッシュランプが一斉に点灯して本加熱が開始される（第２フラッシュ光照射工程）（ステップＳ１４）。第２フラッシュランプからの光照射を受けることによって半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１からそれよりも高い処理温度Ｔ２に昇温される。ここで、第１フラッシュランプが発光してから第２フラッシュランプが発光するまでの間隔ｔ２は１秒以内であることが好ましい。これは、フラッシュランプからの光照射による加熱は、半導体ウェハーＷの表面部分だけを昇温させるため、第１フラッシュランプが発光してから第２フラッシュランプが発光するまでの間隔が長いと半導体ウェハーＷが急速に降温してしまうためである。

第１フラッシュランプおよび第２フラッシュランプによる光照射による加熱が終了した後、移載アーム１１のリフトピン１２が半導体ウェハーＷを上方へ移動させる。これにより半導体ウェハーＷが搬送位置Ｘに移動する（ステップＳ１５）。そしてその後、半導体ウェハーＷは、搬送ロボットによって熱処理装置２から搬出される。

以上のような、第２実施形態に係る熱処理装置２によれば、予備加熱温度への昇温および処理温度への昇温の双方をフラッシュ光照射により行うことから、半導体ウェハーＷの裏面の温度をほとんど上昇させることなく表面のみの温度を上昇させることができる。その結果、フラッシュ光照射が終了した後、半導体ウェハーＷの表面から裏面への向けての急激な熱伝導が生じ、加熱処理後の半導体ウェハーＷの降温速度を速めることができる。これにより、フラッシュ光照射によって活性化された不純物の不活性化を防止することができる。

以上のように、熱処理装置２により半導体ウェハーＷの表面から比較的浅い部分にのみ昇温させることにより、半導体ウェハーＷにおいて活性状態にある不純物の不活性化を防止することが期待できる。また、熱処理装置２においては、予備加熱のための熱源として、第１実施形態におけるハロゲン加熱部４が不要であるため、装置の構成が簡易となる。

＜その他＞
上記第１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、上記第２実施形態においては、上下２段に分けて６０本のフラッシュランプに限定されるものでもない。第２実施形態におけるフラッシュランプの本数も適宜変更可能である。

また、上記第１実施形態においては、１秒以上連続して発光する連続点灯ランプとしてフィラメント方式のハロゲンランプＨＬを用いて半導体ウェハーＷの予備加熱を行っていたが、これに限定されるものではなく、ハロゲンランプＨＬに代えて放電型のアークランプ（例えば、キセノンアークランプ）またはＬＥＤランプを連続点灯ランプとして用いて予備加熱を行うようにしても良い。

また、上記第１実施形態においては、石英板１００（３００，４００）に、線状の溝の凹部１０１が形成されているが、線状の溝に限定されるものではない。また、凹部１０１に限定されるものでもなく、半導体ウェハーＷに当接する側の面に形成されることで、半導体ウェハーＷとの間に隙間を生じさせる構成であれば良い。したがって、凹部ではなく凸部であっても良い。

また、上記第１実施形態においては、石英板１００（３００，４００）は、円板形状に形成されるが、この形状に限定されるものではない。円板形状の他、三角形状や四角形状など他の種々の形状でも良い。

また、上記第２実施形態においては、フラッシュランプＦＬが上下２段に分けて配置されるが、これに限定されるものではない。第１フラッシュランプと第２フラッシュランプとが同一平面上に配置されていても良い。また、第１フラッシュランプによる予備加熱と第２フラッシュランプによる本加熱とを実現できるのであれば、第１フラッシュランプと第２フラッシュランプとが同一のフラッシュランプで構成されても良い。

また、熱処理装置１および熱処理装置２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。

１，２ 熱処理装置
３ 制御部
４ ハロゲン加熱部
５，２５０ フラッシュ加熱部
６ チャンバー
７ 保持部
１０ 移載機構
１１ 移載アーム
１２ リフトピン
１３ 水平移動機構
１４ 昇降機構
２０ 下部放射温度計
２５ 上部放射温度計
４３ リフレクタ
５２ リフレクタ
６３ 上側チャンバー窓
６４ 下側チャンバー窓
６５ 熱処理空間
７１ 基台リング
７２ 連結部
７４，３７４，４７４ サセプタ
７５，２７５，３７５ 保持プレート
７５ａ 保持面
７６ 貫通孔
７７ 支持ピン
７８ 開口部
７９，２７９ 貫通孔
１００，３００，４００ 石英板
１００ａ 当接面
１０１ 凹部
１０７，１０９ 貫通孔
１０８ 開口部
３７６ 石英板保持部
４６０ 石英板保持部
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
Ｗｆ 半導体ウェハーの表面
Ｗｂ 半導体ウェハーの裏面

Claims (13)

1. 基板に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、
   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、前記基板を保持する保持部と、
   前記保持部に保持された前記基板に光を照射することにより前記基板を加熱する光照射部と、
   前記光照射部により加熱された後の前記基板を冷却する石英板と、
   前記石英板または前記基板を前記石英板が前記基板の表面または裏面に当接する当接位置と前記石英板が前記基板から離間した離間位置との間で相対的に移動させる移動機構と、
   前記移動機構の動作を制御する制御部と、
   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、
   前記制御部は、前記光照射部からの光照射によって前記基板が最高温度に到達した時点から０．１秒ないし３秒後に、前記石英板または前記基板が前記当接位置に移動するように前記移動機構を制御することを特徴とする熱処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、
   前記石英板の平面サイズは、前記基板の平面サイズの±２０％であることを特徴とする熱処理装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の熱処理装置において、
   前記石英板の前記基板に当接する側の面に凹部または凸部が形成され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、
   前記凹部は線状の溝であることを特徴とする熱処理装置。
6. 基板に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、
   前記基板を収容するチャンバー内において、保持部により保持された前記基板に対して光を照射することにより加熱する加熱工程と、
   前記加熱工程の後、加熱された前記基板に対して石英板を相対的に移動させて前記基板の表面または裏面に前記石英板を当接させて前記基板を冷却する冷却工程と、
   を備えることを特徴とする熱処理方法。
7. 請求項６に記載の熱処理方法において、
   前記冷却工程では、光照射によって前記基板が最高温度に到達した時点から０．１秒ないし３秒後に、前記基板と前記石英板とを当接させることを特徴とする熱処理方法。
8. 基板に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、
   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、前記基板を保持する保持部と、
   前記保持部に保持された前記基板にフラッシュ光を照射して常温の前記基板を予備加熱温度に昇温する第１フラッシュ光照射部と、
   前記予備加熱温度に昇温された前記基板にフラッシュ光を照射して前記予備加熱温度よりも高い処理温度に前記基板を昇温する第２フラッシュ光照射部と、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
9. 請求項８に記載の熱処理装置において、
   前記第１フラッシュ光照射部および前記第２フラッシュ光照射部のフラッシュ光照射時間は０．１ミリ秒以上１００ミリ秒以下であ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に記載の熱処理装置において、
    前記第１フラッシュ光照射部が発光してから前記第２フラッシュ光照射部が発光するまでの間隔は１秒以内であることを特徴とする熱処理装置。
11. 基板に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、
    前記基板を収容するチャンバー内において、保持部により保持された前記基板に対して第１のフラッシュ光を照射して常温の前記基板を予備加熱温度に昇温する第１フラッシュ光照射工程と、
    前記予備加熱温度に昇温された前記基板に対して第２のフラッシュ光を照射して前記予備加熱温度よりも高い処理温度に前記基板を昇温する第２フラッシュ光照射工程と、
    を備えることを特徴とする熱処理方法。
12. 請求項１１に記載の熱処理方法において、
    前記第１フラッシュ光照射工程および前記第２フラッシュ光照射工程でのフラッシュ光照射時間は０．１ミリ秒以上１００ミリ秒以下であることを特徴とする熱処理方法。
13. 請求項１１または請求項１２に記載の熱処理方法において、
    前記第１フラッシュ光照射工程の終了後、前記第２フラッシュ光照射工程の開始までの間は１秒以内であることを特徴とする熱処理方法。

Images