JP2023044180A - 熱処理用サセプタ、および、熱処理装置 - Google Patents

熱処理用サセプタ、および、熱処理装置 Download PDF

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Abstract

Figure 2023044180000001
【課題】簡易な構成で、かつ、フラッシュ光照射時における基板の跳躍および割れを防止することができる熱処理用サセプタおよび熱処理装置を提供する。
【解決手段】フラッシュランプから基板に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の熱処理を行うときに半導体ウェハーＷを保持する熱処理用のサセプタ７４であって、平面状の保持面７５ａを有する保持プレート７５と、保持面７５ａ上に立設された複数の基板支持ピン７７と、を備える。保持プレート７５の、少なくとも一つの基板支持ピン７７の立設位置の周囲にスリット７８が形成される。スリット７８は、少なくとも一つの曲部７８ｔを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、フラッシュランプから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前記基板の熱処理を行うときに前記基板を保持する熱処理用サセプタおよびその熱処理用サセプタを備えた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）といった不純物の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。この際に、アニール時間が数秒程度以上であると、打ち込まれた不純物が熱によって深く拡散し、その結果接合深さが要求よりも深くなり過ぎて良好なデバイス形成に支障が生じるおそれがある。
そこで、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するアニール技術として、近年フラッシュランプアニール（ＦＬＡ）が注目されている。フラッシュランプアニールは、キセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する）を使用して半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射することにより、不純物が注入された半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間（数ミリ秒以下）に昇温させる熱処理技術である。
キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーにフラッシュ光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハーを急速に昇温することが可能である。また、数ミリ秒以下の極めて短時間のフラッシュ光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。このため、キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、不純物を深く拡散させることなく、不純物活性化のみを実行することができるのである。
フラッシュランプを使用した熱処理装置においては、典型的には、サセプタに半導体ウェハーを保持した状態でフラッシュランプからフラッシュ光を照射する。フラッシュランプは極めて高いエネルギーを有するフラッシュ光を瞬間的に半導体ウェハーの表面に照射するため、一瞬で半導体ウェハーの表面温度が急速に上昇する一方で裏面温度はそれ程には上昇しない。このため、半導体ウェハーの表面のみに急激な熱膨張が生じて半導体ウェハーが上面を凸として反るように変形する。そして、次の瞬間には反動で半導体ウェハーが下面を凸として反るように変形する。その結果、半導体ウェハーを支持しているサセプタ上にてウェハーが激しく振動し、サセプタから半導体ウェハーが跳躍したり、さらには衝撃で半導体ウェハーもしくはサセプタの支持ピンが割れることもあった。
そこで、半導体ウェハーからの押圧力による支持ピン割れを防止するために、特許文献１または特許文献２のように半導体ウェハーの支持システムの開発が行われている。
具体的には、特許文献１および特許文献２には、工作物の外側端部領域と中央部領域との間で相互に関係する垂直方向の運動について、工作物を支持しながら、熱に誘発される工作物の運動（工作物の外側端部領域と中央部領域との間で相互に関係する垂直方向の運動）を許容する支持システムが提案されている。
米国特許第８４３４３４１号公報 米国特許第９６２７２４４号公報
しかしながら、特許文献１および特許文献２に提示されるような技術は、熱に誘発される工作物の運動を許容するための構成として、例えばバネ、アクチュエータ等が用いられる。このような構成を有する特許文献１および特許文献２に提示される技術は、装置構造が複雑化する。特に、フラッシュランプを利用する熱処理装置においては、装置内部が高温になることが想定されるため、高温による部品の劣化や破損等も考えられる。このような特許文献１および特許文献２に提示されるような装置は、部品の管理に更なる注意が必要となる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、かつ、フラッシュ光照射時における基板の跳躍および割れを防止することができる熱処理用サセプタ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、フラッシュランプから基板にフラッシュ光を照射することによって前記基板の熱処理を行うときに前記基板を保持する熱処理用サセプタであって、平面状の保持面を有する保持プレートと、前記保持面上に立設された複数の基板支持体と、を備え、前記保持プレートの、少なくとも一つの前記基板支持体の立設位置の周囲にスリットが形成され、前記スリットは、少なくとも一つの曲部または角部を有することを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の熱処理用サセプタにおいて、前記スリットの形状は、開口部分が前記保持プレートの中央部に向いているＵ字形状またはＶ字形状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に記載の熱処理用サセプタにおいて、前記複数の基板支持体は、第１の円周上と、前記第１の円周の径よりも大きい径を有する第２の円周上とに立設され、前記第１の円周上の前記基板支持体の立設位置の周囲には、開口部分が前記保持プレートの中央部に向いているＵ字形状またはＶ字形状の前記スリットが形成され、前記第２の円周上の前記基板支持体の立設位置の周囲には、開口部分が前記保持プレートの端部に向いているＵ字形状またはＶ字形状の前記スリットが形成されることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１に記載の熱処理用サセプタにおいて、前記複数の基板支持体は、第１の円周上と、前記第１の円周の径よりも大きい径を有する第２の円周上とに立設され、前記第１の円周上に立設される前記基板支持体の一つと、前記第２の円周上に立設される前記基板支持体の一つとで構成される一対の基板支持体対を囲むように前記スリット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１ないし請求項３のいずれか一つに記載の熱処理用サセプタにおいて、前記複数の基板支持体の全ての立設位置の周囲に前記スリットが形成されることを特徴とする。
また、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の熱処理用サセプタにおいて、前記フラッシュランプからのフラッシュ光照射によって前記基板が変形したときに、前記基板によって前記基板支持体を介して押圧されることにより生じる、前記スリットに囲まれる部分の最大撓み量が、前記基板支持体の立設高さよりも小さいことを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれか一つに記載の熱処理用サセプタにおいて、前記フラッシュランプからのフラッシュ光照射によって前記基板が変形したときに、前記スリットによって囲まれる前記基板支持体の立設位置が回動するように撓むことを特徴とする。
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前記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、前記チャンバーの内部に配置され、請求項１ないし請求項７のいずれか一つに記載の熱処理用サセプタと、前記熱処理用サセプタに保持された前記基板に前記フラッシュ光を照射するフラッシュランプと、を備えることを特徴とする。
請求項１、請求項２、請求項６、請求項７、または、請求項８の発明によれば、基板支持体の立設位置の周囲にスリットが形成され、スリットは、少なくとも一つの曲部または角部を有する。このため、フラッシュ光照射時の基板の変形に伴う基板支持体への負荷が増大しても、スリットによって囲まれる部分が撓むことにより基板支持体への負荷が吸収される。したがって、簡易な構成で、かつ、フラッシュ光照射時における基板の跳躍および割れを防止することができる。
請求項３の発明によれば、第１の円周上の基板支持体の立設位置の周囲に形成されるスリットと、第２の円周上の基板支持体の立設位置の周囲に形成されるスリットとは、開口部分の向きが異なることから、それぞれの径に応じた基板から基板支持体への負荷に対応することができる。
請求項４の発明によれば、第１の円周上に立設される基板支持体の一つと、第２の円周上に立設される基板支持体の一つとで構成される一対の基板支持体対を囲むようにスリットが形成されることから、スリットの数を低減しながら、効果的にフラッシュ光照射時における基板の跳躍および割れを防止することができる。
請求項５の発明によれば、複数の基板支持体の全ての立設位置の周囲にスリットが形成される。このため、基板の変形が不均衡であっても、それぞれの基板支持体毎の周囲のスリットに囲まれる部分の撓み量を異ならせることができる。これにより、これにより、基板支持体毎に異なる負荷がかかっても、それぞれ適切に負荷が吸収される。
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。 図３におけるＡ－Ａ断面を示す断面図である。 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ＨＬの配置を示す平面図である。 サセプタに保持された半導体ウェハーＷおよび保持プレートのフラッシュ光照射時の挙動を図示した説明図である。 図８の基板支持ピンおよびスリットを拡大して示す部分拡大図である。 第２実施形態のサセプタの平面図である。 第３実施形態のサセプタの平面図である。 第４実施形態のサセプタの平面図である。 第５実施形態のサセプタの平面図である。 第６実施形態のサセプタの平面図である。 他の例のスリットの形状を示す説明図である。
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。本実施形態の熱処理装置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。熱処理装置１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、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１６２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１６２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１６２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））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は窒素ガス供給源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、窒素ガス供給源８５から緩衝空間８２に窒素ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した窒素ガスは、ガス供給孔８１よりも流体抵抗の小さい緩衝空間８２内を拡がるように流れてガス供給孔８１から熱処理空間６５内へと供給される。なお、処理ガスは窒素ガスに限定されるものではなく、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガス、または、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、塩素（Ｃｌ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ３）、アンモニア（ＮＨ３）などの反応性ガスであっても良い。
一方、チャンバー６の内壁下部には熱処理空間６５内の気体を排気するガス排気孔８６が形設されている。ガス排気孔８６は、凹部６２よりも下側位置に形設されており、反射リング６９に設けられていても良い。ガス排気孔８６はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８７を介してガス排気管８８に連通接続されている。ガス排気管８８は排気部１９０に接続されている。また、ガス排気管８８の経路途中にはバルブ８９が介挿されている。バルブ８９が開放されると、熱処理空間６５の気体がガス排気孔８６から緩衝空間８７を経てガス排気管８８へと排出される。なお、ガス供給孔８１およびガス排気孔８６は、チャンバー６の周方向に沿って複数設けられていても良いし、スリット状のものであっても良い。また、窒素ガス供給源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９０°間隔で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、図３におけるＡ－Ａ断面を示す断面図である。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φ２８０ｍｍ）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。また、基板支持ピン７７の高さは、０．８ｍｍ～２ｍｍ、好ましくは０．８ｍｍ～１．２ｍｍである。
図２に示すように、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によって点接触に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の下面に点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。
図２ないし図４に示すように、サセプタ７４の保持プレート７５に複数のスリット７８が形成されている。各スリット７８は、基板支持ピン７７の立設位置の周囲に位置する。本実施形態においては、各基板支持ピン７７の全ての立設位置の周囲にスリット７８が形成されている。言い換えると、１２個の基板支持ピン７７の全ての立設位置の周囲にそれぞれスリット７８が形成されている。スリット７８は、曲部７８ｔを有する。本実施形態においては、スリット７８の形状は、開口部分が保持プレート７５の中央部に向いているＵ字形状である。つまり、図３で示すように、端部７８ｅが保持プレート７５の中央部に向き、曲部７８ｔが保持プレート７５の端部に向いている。各スリット７８は保持プレート７５を上下に貫通する切り欠きである。各スリット７８は、Ｕ字形状の内側に基板支持ピン７７が位置するように形成されている。
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（図２）。さらに、保持プレート７５には、放射温度計２０（図１参照）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）を受光するための開口部（図示省略）が設けられている。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の下面から放射された赤外光を受光して半導体ウェハーＷの温度を測定する。
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。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および図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。
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。
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を加熱する光照射部である。
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。
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１６２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、搬送ロボットが熱処理空間６５から退出し、ゲートバルブ１６２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。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保持部７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の裏面（表面とは反対側の主面）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、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、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の裏面から照射される。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の裏面から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。予備加熱温度Ｔ１は、半導体ウェハーＷに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、２００℃ないし８００℃程度、好ましくは３５０℃ないし６００℃程度とされる（本実施の形態では６００℃）。
半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した後、制御部３は半導体ウェハーＷをその予備加熱温度Ｔ１に暫時維持する。具体的には、放射温度計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。さらに、チャンバー側部６１に装着された反射リング６９の内周面は鏡面とされているため、この反射リング６９の内周面によって半導体ウェハーＷの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一なものとすることができる。
ハロゲンランプＨＬからの光照射によって半導体ウェハーＷの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照射を行う。このとき、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光の一部は直接にチャンバー６内へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ５２により反射されてからチャンバー６内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱が行われる。
フラッシュ加熱は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光（閃光）照射により行われるため、半導体ウェハーＷの表面温度を短時間で上昇することができる。すなわち、フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下程度の極めて短く強い閃光である。そして、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの表面温度は、瞬間的に１０００℃以上の処理温度Ｔ２まで上昇し、半導体ウェハーＷに注入された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。このように、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。
ところで、このフラッシュ光照射によって、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。続いて、次の瞬間には、半導体ウェハーＷの表面から裏面側にも熱が伝導するとともに、上記の表面を凸面とする反りの反動によって裏面を凸面とするように反る。以降、半導体ウェハーＷは表面と裏面とが交互に凸面となるような反りを繰り返して振動することとなる。
ここで、従来のように、スリット７８が形成されていないサセプタ７４が基台リング７１および４個の連結部７２によって強固に支持されていた場合には、半導体ウェハーＷが表面を凸面とするように反ると、半導体ウェハーＷの端縁部がサセプタ７４の上面に衝突する。逆に、半導体ウェハーＷが裏面を凸面とするように反ると、半導体ウェハーＷの中央部がサセプタ７４の上面に衝突する。その結果、半導体ウェハーＷが跳躍したり、サセプタ７４の上面に傷がついたり、最悪の場合ウェハー割れが生じるおそれもあった。
そこで、本発明に係る熱処理装置１においては、サセプタ７４の保持プレート７５にスリット７８を刻設している。第１実施形態においては、保持プレート７５の１２個の基板支持ピン７７それぞれを取り囲むようにＵ字形状のスリット７８が形成されている。
図８は、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷおよび保持プレート７５のフラッシュ光照射時の挙動を図示した説明図である。また、図９は、図８の基板支持ピン７７およびスリット７８を拡大して示す部分拡大図である。フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが表面を凸面とするように反ったときに、基板支持ピン７７が、半導体ウェハーＷの反りにより半導体ウェハーＷの下側方向への押圧力を受ける。これにより、スリット７８により囲まれる基板支持ピン７７の立設部位が、図９の点Ｏを中心とした矢印Ｂ方向に回動するように撓む。その結果、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷに作用するストレスが緩和され、半導体ウェハーＷの跳躍および割れを防止することができる。
また、一般に、半導体ウェハーＷは円柱状の単結晶シリコンのインゴットを薄くスライスした薄板状基板である（例えば、φ３００ｍｍであれば厚さ０．７７５ｍｍ）。よって、本実施形態にて処理される半導体ウェハーＷも単結晶シリコンにて形成されている。また、半導体ウェハーＷは、シリコンインゴットの特定の結晶方位に沿ってスライスされたものである。典型的には、面方位が（１００）面、（１１０）面、（１１１）面となる３種類のウェハーが用いられているが、（１００）面方位のものが最も多く使用されている。本実施形態においても、処理対象となる半導体ウェハーＷは面方位が（１００）面の単結晶シリコンのウェハーである。
面方位が（１００）面の半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射したときには、＜１００＞方向に伸びるように半導体ウェハーＷが反る。つまり、半導体ウェハーＷの＜１００＞方向に沿った径の両端が最も下側または上側となるように半導体ウェハーＷが凸状に反るのである。
サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射すると、図８および図９の一点鎖線で示すように、２つの等価な＜１００＞方向のうちのいずれかに伸びるように半導体ウェハーＷが反る。このように、半導体ウェハーＷの結晶構造の特性により、半導体ウェハーＷの変形が不均衡になることが考えられる。本実施形態においては、各基板支持ピン７７の全ての立設位置の周囲にスリット７８が形成されている。それぞれの基板支持ピン７７毎の周囲のスリット７８に囲まれる部分の撓み量を異ならせることができる。これにより、基板支持ピン７７毎に異なる負荷がかかっても、それぞれ適切に負荷が吸収される。
また、図９に示すように、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷが変形したときに、スリット７８によって囲まれる基板支持ピン７７の立設位置の最大撓み量Ｔは、基板支持ピン７７の高さよりも小さい。これにより、半導体ウェハーＷの変形量が大きく押圧力が大きくなっても、半導体ウェハーＷの端部の保持プレート７５への接触を防止することができる。
以上のように、本実施形態においては、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷが表面を凸面とするように反ったときに、半導体ウェハーＷによって押圧される保持プレート７５の押圧部位が半導体ウェハーＷの変形に追従するように撓むこととなる。保持プレート７５が撓むことにより、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷに作用するストレスが緩和されることとなり、その結果フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷのサセプタ７４からの跳躍および割れを防止することができる。
フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプＨＬが消灯する。これにより、半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１から急速に降温する。降温中の半導体ウェハーＷの温度は放射温度計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１６２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、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が表面を凸面とするように変形したときに、半導体ウェハーＷによって押圧される保持プレート７５の押圧部位としての基板支持ピン７７の立設位置の周囲にスリット７８が形成されている。これにより、フラッシュ光照射時の基板の変形に伴う基板支持ピン７７への負荷が増大しても、スリット７８によって囲まれる部分が撓むことにより基板支持ピン７７への負荷が吸収される。
なお、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが伸びる＜１００＞方向は半導体ウェハーＷの面内に互いに直交するように２つ存在していると考えられる。そして、それらの両端の計４箇所がフラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷを押圧する可能性を有する。よって、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷによって特に大きな力で押圧されると考えられる保持プレート７５の押圧部位にもスリット７８が形成されている。特に、本実施形態においては、１２個の基板支持ピン７７の全ての立設位置の周囲にスリット７８が形成されている。このため、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷが２つ存在する＜１００＞方向のいずれに伸びるように変形したとしても、また、半導体ウェハーＷの変形が不均衡であっても、保持プレート７５の押圧部位（スリット７８によって囲まれる部位）が半導体ウェハーＷのそれぞれの変形に追従するように撓むことができる。これにより、スリット７８を設けるという簡易な構成で半導体ウェハーＷに作用するストレスを緩和して半導体ウェハーＷの跳躍および割れを防止することができる。
＜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の全体構成および半導体ウェハーＷの処理手順は第１実施形態と同じである。第２実施形態が第１実施形態と相違するのは、サセプタの構成である。
図１０は、第２実施形態のサセプタ２７４の平面図である。図１０において、第１実施形態と同一の要素については同一の符合を付している。第２実施形態のサセプタ２７４は保持プレート２７５および複数の基板支持ピン７７を備える。保持プレート２７５には、第１実施形態におけるスリット７８に代えて複数のスリット２７８が形成される。本実施形態においても、第１実施形態のスリット７８と同様に、各基板支持ピン７７の全ての立設位置の周囲にスリット２７８が形成されている。本実施形態においては、スリット２７８の形状は、開口部分が保持プレート２７５の端部に向いているＵ字形状である。つまり、図１０で示すように、端部２７８ｅが保持プレート２７５の端部に向き、曲部２７８ｔが保持プレート２７５の中央部に向いている。
第２実施形態においても、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が表面を凸面とするように変形したときに、半導体ウェハーＷによって押圧される保持プレート２７５の押圧部位としての基板支持ピン７７の立設位置の周囲にスリット２７８が形成されている。そして、第１実施形態と同様に、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷによって特に大きな力で押圧されると考えられる保持プレート２７５の押圧部位にもスリット２７８が形成されている。１２個の基板支持ピン７７の全ての立設位置の周囲にスリット２７８が形成されている。このため、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷが２つ存在する＜１００＞方向のいずれに伸びるように変形したとしても、また、半導体ウェハーＷの変形が不均衡であっても、保持プレート２７５の押圧部位（スリット２７８によって囲まれる部位）が半導体ウェハーＷのそれぞれの変形に追従するように撓むことができる。これにより、半導体ウェハーＷに作用するストレスを緩和して半導体ウェハーＷの跳躍および割れを防止することができる。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態の熱処理装置の全体構成および半導体ウェハーＷの処理手順は第１実施形態と同じである。第３実施形態が第１実施形態と相違するのは、サセプタの構成である。
図１１は、第３実施形態のサセプタ３７４の平面図である。図１１において、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。第３実施形態のサセプタ３７４は、保持プレート３７５および複数の基板支持ピン３７７を備える。複数の基板支持ピン３７７は、第１の円周Ｃ１上と、第２の円周Ｃ２上とに立設される。第２の円周Ｃ２の径は、第１の円周の径よりも大きい。また第１の円周Ｃ１と第２の円周Ｃ２は略同心円である。第１の円周Ｃ１の径および第２の円周Ｃ２の径は半導体ウェハーＷの径よりも小さい。
第１の円周Ｃ１は、保持プレート３７５の保持面の外周円と略同心円である。また、第１の円周Ｃ１上には、３０°毎に計１２個の基板支持ピン３７７ａが立設されている。１２個の基板支持ピン３７７ａの全ての立設位置の周囲にそれぞれスリット３７８ａが形成されている。スリット３７８ａは、曲部を有する。本実施形態においては、スリット３７８ａの形状は、開口部分が保持プレート３７５の中央部に向いているＵ字形状である。つまり、図１１で示すように、端部が保持プレート３７５の中央部に向き、曲部が保持プレート３７５の端部に向いている。
また、第２の円周Ｃ２もまた、保持プレート３７５の保持面の外周円と略同心円である。また、第２の円周Ｃ２上には、３０°毎に計１２個の基板支持ピン３７７ｂが立設されている。１２個の基板支持ピン３７７ｂの全ての立設位置の周囲にそれぞれスリット３７８ｂが形成されている。スリット３７８ｂは、曲部を有する。本実施形態においては、スリット３７８ｂの形状は、開口部分が保持プレート３７５の端部に向いているＵ字形状である。つまり、図１１で示すように、端部が保持プレート３７５の端部に向き、曲部が保持プレート３７５の中央部に向いている。
第３実施形態においても、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が表面を凸面とするように変形したときに、半導体ウェハーＷによって押圧される保持プレート３７５の押圧部位としての基板支持ピン３７７の立設位置の周囲にスリット３７８が形成されている。そして、第１実施形態と同様に、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷによって特に大きな力で押圧されると考えられる保持プレート３７５の押圧部位にもスリット３７８ａまたは３７８ｂが形成されている。なお、第１の円周Ｃ１上の１２個の基板支持ピン３７７ａの全ての立設位置の周囲にスリット３７８ａが形成され、第２の円周Ｃ２上の１２個の基板支持ピン３７７ｂの全ての立設位置の周囲にスリット３７８ｂが形成されている。このため、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷが２つ存在する＜１００＞方向のいずれに伸びるように変形したとしても、また、半導体ウェハーＷの変形が不均衡であっても、保持プレート３７５の押圧部位（スリット３７８ａによって囲まれる部位、およびスリット３７８ｂによって囲まれる部位）が半導体ウェハーＷのそれぞれの変形に追従するように撓むことができる。これにより、半導体ウェハーＷに作用するストレスを緩和して半導体ウェハーＷの跳躍および割れを防止することができる。
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態の熱処理装置の全体構成および半導体ウェハーＷの処理手順は第３実施形態と同じである。第４実施形態が第３実施形態と相違するのは、サセプタの構成である。
図１２は、第４実施形態のサセプタ４７４の平面図である。図１２において、第３実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。第４実施形態もまた、複数の基板支持ピン３７７が第１の円周Ｃ１上と、第２の円周Ｃ２上とに立設される。
第１の円周Ｃ１上に立設された１２個の基板支持ピン３７７ａの全ての立設位置の周囲にそれぞれスリット４７８ａが形成されている。スリット４７８ａもまた曲部を有する。本実施形態においては、スリット４７８ａの形状は、開口部分が保持プレート４７５の端部に向いているＵ字形状である。つまり、図１２で示すように、端部が保持プレート４７５の端部に向き、曲部が保持プレート４７５の中央部に向いている。
同様に、第２の円周Ｃ２上に立設された１２個の基板支持ピン３７７ｂの全ての立設位置の周囲にそれぞれスリット４７８ｂが形成されている。スリット４７８ｂは、曲部を有する。本実施形態においては、スリット４７８ｂの形状は、開口部分が保持プレート４７５の中央部に向いているＵ字形状である。つまり、図１２で示すように、端部が保持プレート４７５の中央部に向き、曲部が保持プレート４７５の端部に向いている。
第４実施形態においても、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が表面を凸面とするように変形したときに、半導体ウェハーＷによって押圧される保持プレート４７５の押圧部位としての基板支持ピン３７７の立設位置の周囲にスリット４７８が形成されている。そして、第３実施形態と同様に、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷによって特に大きな力で押圧されると考えられる保持プレート４７５の押圧部位にもスリット４７８ａまたは４７８ｂが形成されている。なお、第１の円周Ｃ１上の１２個の基板支持ピン３７７ａの全ての立設位置の周囲にスリット４７８ａが形成され、第２の円周Ｃ２上の１２個の基板支持ピン３７７ｂの全ての立設位置の周囲にスリット４７８ｂが形成されている。このため、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷが２つ存在する＜１００＞方向のいずれに伸びるように変形したとしても、また、半導体ウェハーＷの変形が不均衡であっても、保持プレート４７５の押圧部位（スリット４７８ａによって囲まれる部位、およびスリット４７８ｂによって囲まれる部位）が半導体ウェハーＷのそれぞれの変形に追従するように撓むことができる。これにより、半導体ウェハーＷに作用するストレスを緩和して半導体ウェハーＷの跳躍および割れを防止することができる。
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態の熱処理装置の全体構成および半導体ウェハーＷの処理手順は第３実施形態と同じである。第５実施形態が第３実施形態と相違するのは、サセプタの構成である。
図１３は、第５実施形態のサセプタ５７４の平面図である。図１３において、第３実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。第５実施形態もまた、複数の基板支持ピン５７７が第１の円周Ｃ１上と、第２の円周Ｃ２上とに立設される。第１の円周Ｃ１上には複数の基板支持ピン５７７ａが立設されるとともに、第２の円周Ｃ２上にも複数の基板支持ピン５７７ｂが立設される。
本実施形態における保持プレート５７５には、基板支持ピン５７７ａの一つと、基板支持ピン５７７ｂの一つとで構成される一対の基板支持ピン対５７７ｓを囲むようにスリット５７８が形成されている。また、第１の円周Ｃ１上に立設される基板支持ピン５７７ａと、第２の円周Ｃ２上に立設される基板支持ピン５７７ｂとは、同一の径Ｄ上に配置される。このように異なる円周上に立設される基板支持ピン５７７ａ、５７７ｂが同一の径Ｄ上に配置されるため、スリット５７８の形成に必要となるスペースを省スペース化できる。スリット５７８の形状は、開口部分が保持プレート５７５の中央部に向いているＵ字形状である。つまり、図１３で示すように、端部が保持プレート５７５の中央部に向き、曲部が保持プレート５７５の端部に向いている。
また、本実施形態においては、スリット５７８は、全ての基板支持ピン５７７ａまたは基板支持ピン５７７ｂの立設位置の周囲に形成されていない。隣接する基板支持ピン対５７７ｓの周囲に交互にスリット５７８が形成されている。したがって、スリットの数を低減できる。なお、このスリット５７８は、特に半導体ウェハーＷの＜１００＞方向に沿った線上に形成されることが好ましい。上述のとおり、半導体ウェハーＷは、＜１００＞方向に特に変形しやすいと考えられるためである。
第５実施形態においても、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が表面を凸面とするように変形したときに、半導体ウェハーＷによって押圧される保持プレート５７５の押圧部位としての基板支持ピン５７７の立設位置の周囲にスリット５７８が形成されている。そして、第３実施形態と同様に、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷによって特に大きな力で押圧されると考えられる保持プレート５７５の押圧部位にスリット５７８が形成されている。なお、基板支持ピン５７７ａ、５７７ｂの全ての立設位置の周囲にスリット５７８が形成されていないが、本実施形態においても、保持プレート５７５の押圧部位（スリット５７８によって囲まれる部位）が半導体ウェハーＷの変形に追従するように撓むことができる。これにより、半導体ウェハーＷに作用するストレスを緩和して半導体ウェハーＷの跳躍および割れを防止することができる。
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態について説明する。第６実施形態の熱処理装置の全体構成および半導体ウェハーＷの処理手順は第１実施形態と同じである。第６実施形態が第１実施形態と相違するのは、サセプタの構成である。
図１４は、第６実施形態のサセプタ６７４の平面図である。図１４において、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。第６実施形態のサセプタ６７４は保持プレート６７５および複数の基板支持ピン７７を備える。保持プレート６７５には、第１実施形態におけるスリット７８に代えて複数のスリット６７８が形成される。本実施形態においても、第１実施形態のスリット７８と同様に、各基板支持ピン７７の全ての立設位置の周囲にスリット６７８が形成されている。本実施形態においては、スリット６７８の形状は、渦巻き形状である。Ｕ字形状では、スリット７８に囲まれる部分が撓むときに、開口部分に負荷が集中すると考えられる。一方で、渦巻き形状では、スリット７８に囲まれる部分が撓むときに、基板支持ピンの周囲全体が撓むため、一部分へ負荷が集中しにくいと考えられる。このため、保持プレート６７５の長寿命化が期待できる。
第６実施形態においても、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が表面を凸面とするように変形したときに、半導体ウェハーＷによって押圧される保持プレート６７５の押圧部位としての基板支持ピン７７の立設位置の周囲にスリット６７８が形成されている。そして、第１実施形態と同様に、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷによって特に大きな力で押圧されると考えられる保持プレート２７５の押圧部位にもスリット６７８が形成されている。１２個の基板支持ピン７７の全ての立設位置の周囲にスリット６７８が形成されている。このため、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷが２つ存在する＜１００＞方向のいずれに伸びるように変形したとしても、また、半導体ウェハーＷの変形が不均衡であっても、保持プレート６７５の押圧部位（スリット６７８によって囲まれる部位）が半導体ウェハーＷのそれぞれの変形に追従するように撓むことができる。これにより、半導体ウェハーＷに作用するストレスを緩和して半導体ウェハーＷの跳躍および割れを防止することができる。
＜その他＞
図１５は、他の例のスリット７７８の形状を示す説明図である。図１５に示すように、スリット７７８は、曲部に代えて角部７７８ｔを有している。すなわち、スリット７７８の形状は、Ｕ字形状ではなく、Ｖ字形状である。
第１ないし第４、第６実施形態においては、基板支持ピン７７，３７７の全ての立設位置の周囲にスリット７８，２７８，３７８，４７８，６７８が形成されているが、これに限定されない。スリット７８，２７８，３７８，４７８，６７８は、少なくとも一つの基板支持ピン７７の周囲に形成されていれば、半導体ウェハーＷに作用するストレスを緩和して半導体ウェハーＷの跳躍および割れを防止することができる。
第３および第４実施形態においては、図面上、第１の円周Ｃ１上に立設される基板支持ピン３７７ａと、第２の円周Ｃ２上に立設される基板支持ピン３７７ｂとは、同一の径上に配置されていないが、これに限定されない。第５実施形態のように、第１の円周Ｃ１上に立設される基板支持ピン３７７ａと、第２の円周Ｃ２上に立設される基板支持ピン３７７ｂとは、同一の径上に配置されてもよい。
スリットの形状は、第１ないし第６実施形態のスリットの形状に限定されない。スリットは、少なくとも一つの曲部または角部を有する形状であればよい。つまり、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が変形したときに、半導体ウェハーＷによって押圧される保持プレート７５の押圧部位が撓むように保持プレート７５にスリットを形成する形態であれば良い。このようにスリットを形成しておけば、保持プレート７５の押圧部位が半導体ウェハーＷの変形に追従するように撓むこととなり、半導体ウェハーＷに作用するストレスを緩和して半導体ウェハーＷの跳躍および割れを防止することができる。
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、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。また、本発明に係る技術は、高誘電率ゲート絶縁膜（Ｈｉｇｈ－ｋ膜）の熱処理、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化に適用するようにしても良い。
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
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 放射温度計
２１ 透過窓
４１ 筐体
４３ リフレクタ
５１ 筐体
５２ リフレクタ
５３ ランプ光放射窓
６１ チャンバー側部
６２ 凹部
６３ 上側チャンバー窓
６４ 下側チャンバー窓
６５ 熱処理空間
６６ 搬送開口部
６８，６９ 反射リング
７１ 基台リング
７２ 連結部
７４，２７４，３７４，４７４，５７４，６７４ サセプタ
７５，２７５，３７５，４７５，５７５，６７５ 保持プレート
７５ａ 保持面
７６ ガイドリング
７７，３７７，３７７ａ，３７７ｂ，５７７，５７７ａ，５７７ｂ 基板支持ピン
７８，２７８，３７８，３７８ａ，３７８ｂ，４７８，４７８ａ，４７８ｂ，５７８，６７８，７７８ スリット
７８ｅ，２７８ｅ 端部
７８ｔ，２７８ｔ 曲部
７９ 貫通孔
８１ ガス供給孔
８２，８７ 緩衝空間
８３ ガス供給管
８４，８９，１９２ バルブ
８５ 窒素ガス供給源
８６ ガス排気孔
８８ ガス排気管
１６２ ゲートバルブ
１９０ 排気部
１９１ ガス排気管
５７７ｓ 基板支持ピン対
７７８ｔ 角部
Ｂ 矢印
Ｃ１ 第１の円周
Ｃ２ 第２の円周
Ｄ 対角線
Ｔ 最大撓み量
Ｔ１ 予備加熱温度
Ｔ２ 処理温度
Ｗ 半導体ウェハー

Claims (8)

  1. フラッシュランプから基板にフラッシュ光を照射することによって前記基板の熱処理を行うときに前記基板を保持する熱処理用サセプタであって、
    平面状の保持面を有する保持プレートと、
    前記保持面上に立設された複数の基板支持体と、を備え、
    前記保持プレートの、少なくとも一つの前記基板支持体の立設位置の周囲にスリットが形成され、
    前記スリットは、少なくとも一つの曲部または角部を有することを特徴とする、熱処理用サセプタ。
  2. 請求項１に記載の熱処理用サセプタにおいて、
    前記スリットの形状は、開口部分が前記保持プレートの中央部に向いているＵ字形状またはＶ字形状であることを特徴とする、熱処理用サセプタ。
  3. 請求項１に記載の熱処理用サセプタにおいて、
    前記複数の基板支持体は、第１の円周上と、前記第１の円周の径よりも大きい径を有する第２の円周上とに立設され、
    前記第１の円周上の前記基板支持体の立設位置の周囲には、開口部分が前記保持プレートの中央部に向いているＵ字形状またはＶ字形状の前記スリットが形成され、
    前記第２の円周上の前記基板支持体の立設位置の周囲には、開口部分が前記保持プレートの端部に向いているＵ字形状またはＶ字形状の前記スリットが形成されることを特徴とする、熱処理用サセプタ。
  4. 請求項１に記載の熱処理用サセプタにおいて、
    前記複数の基板支持体は、第１の円周上と、前記第１の円周の径よりも大きい径を有する第２の円周上に立設され、
    前記第１の円周上に立設される前記基板支持体の一つと、前記第２の円周上に立設される前記基板支持体の一つとで構成される一対の基板支持体対を囲むように前記スリットが形成されることを特徴とする熱処理用サセプタ。
  5. 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用サセプタにおいて、
    前記複数の基板支持体の全ての立設位置の周囲に前記スリットが形成されることを特徴とする、熱処理用サセプタ。
  6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の熱処理用サセプタにおいて、
    前記フラッシュランプからのフラッシュ光照射によって前記基板が変形したときに、前記基板によって前記基板支持体を介して押圧されることにより生じる、前記スリットに囲まれる部分の最大撓み量が、前記基板支持体の立設高さよりも小さいことを特徴とする、熱処理用サセプタ。
  7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一つに記載の熱処理用サセプタにおいて、
    前記フラッシュランプからのフラッシュ光照射によって前記基板が変形したときに、前記スリットによって囲まれる前記基板支持体の立設位置が回動するように撓むことを特徴とする熱処理用サセプタ。
  8. 基板にフラッシュ光を照射することによって前記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、
    前記チャンバーの内部に配置され、請求項１ないし請求項７のいずれか一つに記載の熱処理用サセプタと、
    前記熱処理用サセプタに保持された前記基板に前記フラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
    を備えることを特徴とする熱処理装置。
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