JP4121840B2

JP4121840B2 - 熱処理装置および熱処理方法

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Publication number: JP4121840B2
Application number: JP2002353521A
Authority: JP
Inventors: 達文楠田; 勉上山
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: JP2004186542A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハーやガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）に閃光を照射することにより基板を熱処理する熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、イオン注入後の半導体ウェハーのイオン活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したランプアニール装置等の熱処理装置が使用されている。このような熱処理装置においては、半導体ウェハーを、例えば、１０００℃ないし１１００℃程度の温度に加熱（アニール）することにより、半導体ウェハーのイオン活性化を実行している。そして、このような熱処理装置においては、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用することにより、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する構成となっている。
【０００３】
しかしながら、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する熱処理装置を使用して半導体ウェハーのイオン活性化を実行した場合においても、半導体ウェハーに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまる、すなわち、熱によりイオンが拡散してしまうという現象が生ずることが判明した。このような現象が発生した場合においては、半導体ウェハーの表面にイオンを高濃度で注入しても、注入後のイオンが拡散してしまうことから、イオンを必要以上に注入しなければならないという問題が生じていた。
【０００４】
上述した問題を解決するため、キセノンフラッシュランプ等を使用して半導体ウェハーの表面に閃光を照射することにより、イオン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（数ミリセカンド以下）に昇温させる技術が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。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、イオンが拡散するための十分な時間がないため、半導体ウェハーに打ち込まれたイオンのプロファイルをなまらせることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５９−１６９１２５号公報
【特許文献２】
特開昭６３−１６６２１９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、キセノンフラッシュランプは極めて高いエネルギーを有する光を瞬間的に半導体ウェハーに照射するため、一瞬で半導体ウェハーの表面温度が急速に上昇し、照射する光のエネルギーがある閾値を超えると急速な表面の熱膨張によって半導体ウェハーが高い確率で割れることとなる。このため、実際に熱処理を行うときには、上記閾値未満のある程度余裕（プロセスマージン）を持たせたエネルギーの光を照射するようにしている。
【０００７】
しかしながら、サセプタに半導体ウェハーを保持させた状態にてキセノンフラッシュランプからの閃光照射によって該ウェハーを加熱したときには、上記閾値未満のエネルギーの閃光を照射したとしても、半導体ウェハーが割れることがあった。これは、一瞬の閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張して半導体ウェハーが凸状に反ろうとしたときに、ウェハー端部がサセプタのポケット縁や位置決めピンに接触していたりすると、その接触部に大きな力が加わる一方で、そのような応力を緩和すべくウェハーがサセプタ上を滑って移動する時間的余裕がないためである。その結果、上記閾値未満のエネルギーの閃光を照射したときであっても、半導体ウェハーの端部が何かに接触していると瞬間的な熱膨張時にそこから受ける応力によってウェハーが割れることとなっていたのである。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱処理時の基板の割れを防止することができ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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対して閃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、フラッシュランプを有する光源と、前記光源の下方に設けられたチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を略水平姿勢にて保持するサセプタと、前記サセプタに保持されている基板を前記サセプタの上面から浮上させる浮上機構と、前記光源から閃光を照射する前に前記浮上機構を作動させて前記サセプタに保持された基板を浮上させるとともに、前記光源から閃光を照射するときには前記浮上機構の動作を停止して前記サセプタの前記上面と前記基板との間に気体層が挟み込まれて前記基板が浮遊した状態となるように前記浮上機構を制御する浮上制御手段と、を備える。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明にかかる熱処理装置において、前記浮上機構に、前記サセプタに対して挿通自在とされ、上端部が前記サセプタの上面から突き出たときに基板を載置可能な支持ピンと、前記支持ピンの上端部が前記サセプタの上面よりも低くなる位置と、前記サセプタの上面よりも突き出て前記サセプタに保持された基板を支持する位置との間にて、前記支持ピンを前記サセプタに対して相対的に昇降させる昇降機構と、を含ませ、前記浮上制御手段に、前記光源から閃光を照射する前に前記支持ピンを前記サセプタの上面から突出させて前記サセプタに保持された基板を前記上面から浮上させるとともに、前記光源から閃光を照射するときには前記支持ピンを前記サセプタの上面よりも低くして前記上面と前記基板との間に気体層が挟み込まれて前記基板が浮遊した状態となるように前記昇降機構を制御させている。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明にかかる熱処理装置において、前記浮上機構に、前記サセプタの上面から前記サセプタに保持された基板の下面に向けて気体を噴出する気体噴出機構を含ませ、前記浮上制御手段に、前記光源から閃光を照射する前に前記サセプタに保持された基板の下面に向けて気体を噴出させて前記サセプタに保持された基板を前記上面から浮上させるとともに、前記光源から閃光を照射するときには気体の噴出を停止させて前記上面と前記基板との間に気体層が挟み込まれて前記基板が浮遊した状態となるように前記気体噴出機構を制御させている。
【００１２】
また、請求項４の発明は、基板に対して閃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、サセプタ上に基板を略水平姿勢にて保持する保持工程と、浮上機構を作動して前記サセプタに保持された基板を前記サセプタの上面から浮上させる浮上工程と、浮上機構の動作を停止して前記サセプタの前記上面と前記基板との間に気体層を挟み込ませて前記基板を浮遊させる浮遊工程と、フラッシュランプから浮遊状態の前記基板に向けて閃光を照射する照射工程と、を備える。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項４の発明にかかる熱処理方法において、前記浮上工程に、前記サセプタに対して挿通自在とされた支持ピンを前記サセプタの上面から突出させて前記サセプタに保持された基板を前記上面から浮上させる工程を含ませ、前記浮遊工程に、前記支持ピンを前記サセプタの上面よりも低くして前記上面と前記基板との間に気体層を挟み込ませて前記基板を浮遊させる工程を含ませている。
【００１４】
また、請求項６の発明は、請求項４の発明にかかる熱処理方法において、前記浮上工程に、前記サセプタの上面から前記サセプタに保持された基板の下面に向けて気体を噴出させて前記サセプタに保持された基板を前記上面から浮上させる工程を含ませ、前記浮遊工程に、前記気体の噴出を停止して前記上面と前記基板との間に気体層を挟み込ませて前記基板を浮遊させる工程を含ませている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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。
【００１６】
＜１．第１実施形態＞
図１および図２は本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。この熱処理装置は、キセノンフラッシュランプからの閃光によって円形の半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。
【００１７】
この熱処理装置は、透光板６１、底板６２および一対の側板６３、６４からなり、その内部に半導体ウェハーＷを収納して熱処理するためのチャンバー６５を備える。チャンバー６５の上部を構成する透光板６１は、例えば、石英等の赤外線透過性を有する材料から構成されており、光源５から出射された光を透過してチャンバー６５内に導くチャンバー窓として機能している。また、チャンバー６５を構成する底板６２には、後述するサセプタ７３および加熱プレート７４を貫通して半導体ウェハーＷをその下面から支持するための支持ピン７０が立設されている。
【００１８】
また、チャンバー６５を構成する側板６４には、半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための開口部６６が形成されている。開口部６６は、軸６７を中心に回動するゲートバルブ６８により開閉可能となっている。半導体ウェハーＷは、開口部６６が解放された状態で、図示しない搬送ロボットによりチャンバー６５内に搬入される。また、チャンバー６５内にて半導体ウェハーＷの熱処理が行われるときには、ゲートバルブ６８により開口部６６が閉鎖される。
【００１９】
チャンバー６５は光源５の下方に設けられている。光源５は、複数（本実施形態においては２７本）のキセノンフラッシュランプ６９（以下、単に「フラッシュランプ６９」とも称する）と、リフレクタ７１とを備える。複数のフラッシュランプ６９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水平方向に沿うようにして互いに平行に列設されている。リフレクタ７１は、複数のフラッシュランプ６９の上方にそれらの全体を被うように配設されている。
【００２０】
このキセノンフラッシュランプ６９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ガラス管と、該ガラス管の外局部に巻回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、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、そのときのジュール熱でキセノンガスが加熱されて光が放出される。このキセノンフラッシュランプ６９においては、予め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１０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、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。
【００２１】
光源５と透光板６１との間には、光拡散板７２が配設されている。この光拡散板７２は、赤外線透過材料としての石英ガラスの表面に光拡散加工を施したものが使用される。
【００２２】
フラッシュランプ６９から放射された光の一部は直接に光拡散板７２および透光板６１を透過してチャンバー６５内へと向かう。また、フラッシュランプ６９から放射された光の他の一部は一旦リフレクタ７１によって反射されてから光拡散板７２および透光板６１を透過してチャンバー６５内へと向かう。
【００２３】
チャンバー６５内には、加熱プレート７４とサセプタ７３とが設けられている。サセプタ７３は加熱プレート７４の上面に貼着されている。また、サセプタ７３の表面には、半導体ウェハーＷの位置ずれ防止ピン７５が付設されている。チャンバー６５内にて半導体ウェハーＷは直接にはサセプタ７３によって略水平姿勢にて保持される。
【００２４】
加熱プレート７４は、半導体ウェハーＷを予備加熱（アシスト加熱）するためのものである。この加熱プレート７４は、窒化アルミニウムにて構成され、その内部にヒータと該ヒータを制御するためのセンサとを収納した構成を有する。一方、サセプタ７３は、半導体ウェハーＷを位置決めして保持するとともに、加熱プレート７４からの熱エネルギーを拡散して半導体ウェハーＷを均一に予備加熱するためのものである。このサセプタ７３の材質としては、窒化アルミニウムや石英等の比較的熱伝導率が小さいものが採用される。
【００２５】
サセプタ７３および加熱プレート７４は、モータ４０の駆動により、図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降する構成となっている。
【００２６】
すなわち、加熱プレート７４は、筒状体４１を介して移動板４２に連結されている。この移動板４２は、チャンバー６５の底板６２に釣支されたガイド部材４３により案内されて昇降可能となっている。また、ガイド部材４３の下端部には、固定板４４が固定されており、この固定板４４の中央部にはボールネジ４５を回転駆動するモータ４０が配設されている。そして、このボールネジ４５は、移動板４２と連結部材４６、４７を介して連結されたナット４８と螺合している。このため、サセプタ７３および加熱プレート７４は、モータ４０の駆動により、図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降することができる。
【００２７】
図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置は、図示しない搬送ロボットを使用して開口部６６から搬入した半導体ウェハーＷを支持ピン７０上に載置し、あるいは、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷを開口部６６から搬出することができるように、サセプタ７３および加熱プレート７４が下降した位置である。すなわち、昇降自在のサセプタ７３および加熱プレート７４には貫通孔が形成されており、底板６２に固定して立設された支持ピン７０がサセプタ７３および加熱プレート７４に対して挿通自在とされている。そして、サセプタ７３および加熱プレート７４が上記搬入・搬出位置まで下降すると、図１に示す如く支持ピン７０の上端部がサセプタ７３の上面から突き出て半導体ウェハーＷを載置することができる状態となる。
【００２８】
一方、図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置は、半導体ウェハーＷに対して熱処理を行うために、サセプタ７３および加熱プレート７４が支持ピン７０の上端より上方に上昇した位置である。サセプタ７３および加熱プレート７４が上記熱処理位置まで上昇すると、図２に示す如く支持ピン７０の上端部がサセプタ７３の上面よりも低くなり、支持ピン７０に載置されていた半導体ウェハーＷはサセプタ７３に受け取られる。すなわち、モータ４０は、支持ピン７０の上端部がサセプタ７３の上面よりも低くなる位置と、サセプタ７３の上面よりも突き出てサセプタ７３に保持された半導体ウェハーＷを支持する位置との間にて、支持ピン７０をサセプタ７３に対して相対的に昇降させているのである。
【００２９】
サセプタ７３および加熱プレート７４が図２の熱処理位置から図１の搬入・搬出位置に下降する過程においては、サセプタ７３に支持された半導体ウェハーＷは支持ピン７０に受け渡される。つまり、サセプタ７３および加熱プレート７４が熱処理位置から搬入・搬出位置に下降することによって、サセプタ７３に保持されている半導体ウェハーＷをサセプタ７３の上面から浮上させることとなるのである。
【００３０】
逆に、サセプタ７３および加熱プレート７４が図１の搬入・搬出位置から図２の熱処理位置に上昇する過程においては、支持ピン７０に載置された半導体ウェハーＷがサセプタ７３によって受け取られ、その下面をサセプタ７３の表面に支持されて上昇し、チャンバー６５内の透光板６１に近接した位置に水平姿勢にて保持される。このときに、支持ピン７０からサセプタ７３に半導体ウェハーＷが渡された直後は、図５に示すように、サセプタ７３の上面と半導体ウェハーＷの下面との間に空気層が挟み込まれて半導体ウェハーＷがサセプタ７３の上面から浮遊した状態となる。このような浮遊状態は、サセプタ７３の上面と半導体ウェハーＷの下面との間から空気が完全に流出して両者が接触するまで続き、半導体ウェハーＷの径やサセプタ７３の表面性状にも依存するが通常は３〜５秒程度持続する。つまり、サセプタ７３および加熱プレート７４が搬入・搬出位置から熱処理位置に上昇することによって、半導体ウェハーＷをサセプタ７３の上面から浮遊した状態に数秒間おくことができるのである。
【００３１】
半導体ウェハーＷを支持するサセプタ７３および加熱プレート７４が熱処理位置に上昇した状態においては、それらに保持された半導体ウェハーＷと光源５との間に透光板６１が位置することとなる。なお、このときのサセプタ７３と光源５との間の距離についてはモータ４０の回転量を制御することにより任意の値に調整することが可能である。
【００３２】
また、チャンバー６５の底板６２と移動板４２との間には筒状体４１の周囲を取り囲むようにしてチャンバー６５を気密状体に維持するための伸縮自在の蛇腹７７が配設されている。サセプタ７３および加熱プレート７４が熱処理位置まで上昇したときには蛇腹７７が収縮し、サセプタ７３および加熱プレート７４が搬入・搬出位置まで下降したときには蛇腹７７が伸長してチャンバー６５内の雰囲気と外部雰囲気とを遮断する。
【００３３】
チャンバー６５における開口部６６と反対側の側板６３には、開閉弁８０に連通接続された導入路７８が形成されている。この導入路７８は、チャンバー６５内に処理に必要なガス、例えば不活性な窒素ガスを導入するためのものである。一方、側板６４における開口部６６には、開閉弁８１に連通接続された排出路７９が形成されている。この排出路７９は、チャンバー６５内の気体を排出するためのものであり、開閉弁８１を介して図示しない排気手段と接続されている。
【００３４】
また、上記熱処理装置は、モータ４０等の各機構部を制御するためのコントローラ１０を備えている。図３は、コントローラ１０の構成を示すブロック図である。コントローラ１０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、コントローラ１０は、各種演算処理を行うＣＰＵ１１、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ＲＯＭ１２、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ１３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１４をバスライン１９に接続して構成されている。
【００３５】
また、バスライン１９には、熱処理装置のモータ４０や図示を省略するフラッシュランプ６９への電力供給回路が電気的に接続されている。コントローラ１０のＣＰＵ１１は、磁気ディスク１４に格納された制御用ソフトウェアを実行することにより、フラッシュランプ６９の点灯タイミングを制御するとともに、モータ４０を制御してサセプタ７３および加熱プレート７４の高さ位置を調整する。
【００３６】
さらに、バスライン１９には、表示部２１および入力部２２が電気的に接続されている。表示部２１は、例えば液晶ディスプレイ等を用いて構成されており、処理結果やレシピ内容等の種々の情報を表示する。入力部２２は、例えばキーボードやマウス等を用いて構成されており、コマンドやパラメータ等の入力を受け付ける。装置のオペレータは、表示部２１に表示された内容を確認しつつ入力部２２からコマンドやパラメータ等の入力を行うことができる。なお、表示部２１と入力部２２とを一体化してタッチパネルとして構成するようにしても良い。
【００３７】
次に、本発明にかかる熱処理装置による半導体ウェハーＷの熱処理動作について説明する。図４は、本発明にかかる熱処理装置による熱処理動作の処理手順を示すフローチャートである。この熱処理装置において処理対象となる半導体ウェハーＷは、イオン注入後の半導体ウェハーである。また、以下の処理はコントローラ１０の指示に従ってモータ４０等の各機構部が駆動することにより実行されるものである。
【００３８】
この熱処理装置においては、サセプタ７３および加熱プレート７４が図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置に配置された状態にて、図示しない搬送ロボットにより開口部６６を介して半導体ウェハーＷが搬入され、支持ピン７０上に載置される（ステップＳ１）。半導体ウェハーＷの搬入が完了すれば、開口部６６がゲートバルブ６８により閉鎖される。しかる後、サセプタ７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動により図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇し、半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持する（ステップＳ２）。また、開閉弁８０および開閉弁８１を開いてチャンバー６５内に窒素ガスの気流を形成する。
【００３９】
サセプタ７３および加熱プレート７４は、加熱プレート７４に内蔵されたヒータの作用により予め所定温度に加熱されている。このため、サセプタ７３および加熱プレート７４が半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇した状態においては、半導体ウェハーＷが加熱状態にあるサセプタ７３と接触することにより予備加熱され、半導体ウェハーＷの温度が次第に上昇する。
【００４０】
この状態においては、半導体ウェハーＷはサセプタ７３により継続して加熱される。そして、半導体ウェハーＷの温度上昇時には、図示しない温度センサにより、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを常に監視する（ステップＳ３）。
【００４１】
なお、この予備加熱温度Ｔ１は、例えば２００℃ないし６００℃程度の温度である。半導体ウェハーＷをこの程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱したとしても、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散してしまうことはない。
【００４２】
やがて、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達するとステップＳ４に進み、コントローラ１０がモータ４０を駆動させて一旦サセプタ７３および加熱プレート７４を下降させ、サセプタ７３に保持された半導体ウェハーＷを支持ピン７０に受け渡す。つまり、光源５から閃光を照射する前にサセプタ７３に保持されている半導体ウェハーＷをサセプタ７３の上面から浮上させる。なお、このときにはサセプタ７３および加熱プレート７４を図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置まで下降させる必要はなく、半導体ウェハーＷがサセプタ７３の上面から１〜２ｍｍ浮上する程度にまで下降させれば十分である。
【００４３】
その後、直ぐにステップＳ５に進み、サセプタ７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動によって再び上昇し、支持ピン７０に載置された半導体ウェハーＷがサセプタ７３によって受け取られる。このときに、上述したように、支持ピン７０からサセプタ７３に半導体ウェハーＷが渡された直後数秒間は、サセプタ７３の上面と半導体ウェハーＷの下面との間に空気層が挟み込まれて半導体ウェハーＷがサセプタ７３の上面から浮遊した状態となる。
【００４４】
そして、半導体ウェハーＷがサセプタ７３の上面から浮遊している間にフラッシュランプ６９を点灯してフラッシュ加熱を行う（ステップＳ６）。このフラッシュ加熱工程におけるフラッシュランプ６９の点灯時間は、０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の時間である。このように、フラッシュランプ６９においては、予め蓄えられていた静電エネルギーがこのように極めて短い光パルスに変換されることから、極めて強い閃光が照射されることになる。
【００４５】
このようなフラッシュ加熱により、半導体ウェハーＷの表面温度は瞬間的に温度Ｔ２に到達する。この温度Ｔ２は、１０００℃ないし１１００℃程度の半導体ウェハーＷのイオン活性化処理に必要な温度である。半導体ウェハーＷの表面がこのような処理温度Ｔ２にまで昇温されることにより、半導体ウェハーＷ中に打ち込まれたイオンが活性化される。
【００４６】
このとき、半導体ウェハーＷの表面温度が０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の極めて短い時間で処理温度Ｔ２まで昇温されることから、半導体ウェハーＷ中のイオン活性化は短時間で完了する。従って、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散することはなく、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまるという現象の発生を防止することが可能となる。なお、イオン活性化に必要な時間はイオンの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１０ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であってもイオン活性化は完了する。
【００４７】
また、フラッシュランプ６９を点灯して半導体ウェハーＷを加熱する前に、加熱プレート７４を使用して半導体ウェハーＷの表面温度を２００℃ないし６００℃程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱していることから、フラッシュランプ６９により半導体ウェハーＷを１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度Ｔ２まで速やかに昇温させることが可能となる。
【００４８】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、サセプタ７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動により図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置まで下降するとともに、ゲートバルブ６８により閉鎖されていた開口部６６が解放される。サセプタ７３および加熱プレート７４が下降することにより、サセプタ７３から支持ピン７０に半導体ウェハーＷが受け渡される。そして、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷが図示しない搬送ロボットにより搬出される。以上のようにして、一連の熱処理動作が完了する。
【００４９】
ところで、フラッシュランプ６９を点灯して半導体ウェハーＷを加熱する際には、一瞬の閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張して半導体ウェハーＷが凸状に反ろうとする。そして、このときに、半導体ウェハーＷの端部が位置決めピン等に接触していると瞬間的な熱膨張時にそこから受ける応力によって半導体ウェハーＷが割れるおそれのあることは既述した通りである。
【００５０】
本実施形態においては、光源５から閃光を照射する直前（約１秒前）にサセプタ７３を下降させて支持ピン７０の上端部をサセプタ７３の上面から突出させ、サセプタ７３に保持された半導体ウェハーＷをサセプタ７３の上面から一旦浮上させている。そして、光源５から閃光を照射するときにはサセプタ７３を再び上昇させて支持ピン７０の上端部をサセプタ７０の上面よりも低くし、サセプタ７３の上面と半導体ウェハーＷの下面との間に空気層が挟み込まれて半導体ウェハーＷがサセプタ７３の上面から浮遊した状態としている。
【００５１】
したがって、閃光照射時においては、半導体ウェハーＷとサセプタ７３との間に摩擦力がなく、半導体ウェハーＷが自由に動くことができるのである。その結果、一瞬の閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張しても半導体ウェハーＷに大きな応力が作用することはなくなり、閃光照射時の半導体ウェハーＷの割れを防止することができる。但し、半導体ウェハーＷが長時間サセプタ７３から離間すると予備加熱温度Ｔ１からの温度低下が生じ、しかも半導体ウェハーＷがサセプタ７３の上面から浮遊した状態は３〜５秒程度しか持続しないため、サセプタ７３を下降させた後直ぐに再上昇させるとともに、その後短時間の内にフラッシュランプ６９を点灯するようにコントローラ１０が制御を行う必要がある。
【００５２】
＜２．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構成はサセプタ７３の上面から半導体ウェハーＷの下面に向けて窒素ガスを噴出する機構を付加している点を除いては第１実施形態の熱処理装置と同じである。図６は、第２実施形態の熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【００５３】
第２実施形態の熱処理装置においては、サセプタ７３および加熱プレート７４にガス供給管９０が垂設されている。ガス供給管９０の上端部はサセプタ７３および加熱プレート７４に挿設されてサセプタ７３の上面に噴出口９３を形成している。噴出口９３は、サセプタ７３に保持された半導体ウェハーＷの下面に向けられている。
【００５４】
ガス供給管９０の基端部はガス配管９１に連通接続されている。ガス配管９１は図示を省略する窒素ガス供給源と接続され、その経路途中には開閉弁９２が設けられている。なお、サセプタ７３および加熱プレート７４の昇降動作に伴ってガス供給管９０も上下動するため、ガス配管９１とガス供給管９０とは可撓性を有するチューブ等にて接続している。
【００５５】
開閉弁９２を開放することによって噴出口９３からサセプタ７３に保持された半導体ウェハーＷの下面に窒素ガスを噴出することができる。なお、開閉弁９２の開閉動作もコントローラ１０によって制御されるものである。
【００５６】
上記以外の残余の構成については第１実施形態と同じであり、図１と同一の符号を付して詳説を省略する。第２実施形態の熱処理装置による半導体ウェハーＷの熱処理動作についても第１実施形態と概ね同じであるが（図４参照）、半導体ウェハーＷを浮上させる手法のみが異なる。
【００５７】
すなわち、第１実施形態では図４のステップＳ４にて支持ピン７０をサセプタ７３の上面から突出させることによってサセプタ７３に保持された半導体ウェハーＷをサセプタ７３の上面から浮上させていたが、第２実施形態では光源５から閃光を照射する直前（約１秒前）にサセプタ７３に保持された半導体ウェハーＷの下面に向けて噴出口９３から窒素ガスを噴出させ、サセプタ７３に保持された半導体ウェハーＷをサセプタ７３の上面から一旦浮上させている。そして、光源５から閃光を照射するときには噴出口９３からの窒素ガス噴出を停止して、サセプタ７３の上面と半導体ウェハーＷの下面との間に気体層が挟み込まれて半導体ウェハーＷがサセプタ７３の上面から浮遊した状態としている。
【００５８】
したがって、第１実施形態と同様に、閃光照射時においては、半導体ウェハーＷとサセプタ７３との間に摩擦力がなく、半導体ウェハーＷが自由に動くことができ、その結果、一瞬の閃光照射によってウェハー表面が急激に熱膨張しても半導体ウェハーＷに大きな応力が作用することはなくなり、閃光照射時の半導体ウェハーＷの割れを防止することができる。但し、半導体ウェハーＷが長時間サセプタ７３から離間すると予備加熱温度Ｔ１からの温度低下が生じ、しかも半導体ウェハーＷがサセプタ７３の上面から浮遊した状態は３〜５秒程度しか持続しないため、半導体ウェハーＷを浮上させた後直ぐに窒素ガス噴出を停止するとともに、その後短時間の内にフラッシュランプ６９を点灯するようにコントローラ１０が制御を行う必要がある。
【００５９】
＜３．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては光源５に２７本のフラッシュランプ６９を備えるようにしていたが、これに限定されずフラッシュランプ６９の本数は任意のものとすることができる。
【００６０】
また、第１実施形態においては、支持ピン７０を固定するとともにサセプタ７３および加熱プレート７４自体をを昇降させることによってそれらの間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行うようにしていたが、サセプタ７３および加熱プレート７４に対して支持ピン７０を上下動させることによってそれらの間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行うようにしても良い。具体的には、支持ピン７０を底板６２に固設するのではなく、エアシリンダ等の昇降機構によって昇降自在とする。そして、閃光照射直前に支持ピン７０を上昇させてサセプタ７３の上面から突出させ、サセプタ７３に保持された半導体ウェハーＷをサセプタ７３の上面から１〜２ｍｍ程度浮上させるとともに、閃光照射時には支持ピン７０を下降させて支持ピン７０の上端部をサセプタ７０の上面よりも低くし、サセプタ７３の上面と半導体ウェハーＷの下面との間に空気層が挟み込まれて半導体ウェハーＷがサセプタ７３の上面から浮遊した状態とする。すなわち、サセプタ７３と支持ピン７０とを相対的に昇降させるように構成する形態であれば良い。
【００６１】
また、第２実施形態においては、半導体ウェハーＷの下面に向けて窒素ガスを噴出することによりその半導体ウェハーＷを浮上させていたが、窒素ガスに代えて他の気体（例えば空気）を噴出して半導体ウェハーＷを浮上させるようにしても良い。もっとも、予備加熱温度Ｔ１にまで加熱された半導体ウェハーＷに吹き付けるため、不活性かつ清浄な窒素ガスが好ましい。
【００６２】
また、第２実施形態において、複数箇所から窒素ガスを噴出するようにしても良く、例えば複数の支持ピン７０のそれぞれに貫通孔を設け、そこから窒素ガスを噴出するようにしても良い。
【００６３】
また、上記実施形態においては、半導体ウェハーに光を照射してイオン活性化処理を行うようにしていたが、本発明にかかる熱処理装置による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い。例えば、窒化シリコン膜や多結晶シリコン膜等の種々のシリコン膜が形成されたガラス基板に対して本発明にかかる熱処理装置による処理を行っても良い。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、光源から閃光を照射する前に支持ピンをサセプタの上面から突出させてサセプタに保持された基板をその上面から浮上させるとともに、光源から閃光を照射するときには支持ピンをサセプタの上面よりも低くしてその上面と基板との間に気体層が挟み込まれて基板が浮遊した状態となるようにしているため、閃光照射時には浮遊状態の基板が自由に動くことができ、その結果、一瞬の閃光照射によって基板表面が急激に熱膨張しても基板に大きな応力が作用することはなくなり、熱処理時の基板の割れを防止することができる。
【００６５】
また、請求項２の発明によれば、光源から閃光を照射する前に支持ピンをサセプタの上面から突出させてサセプタに保持された基板をその上面から浮上させるとともに、光源から閃光を照射するときには支持ピンをサセプタの上面よりも低くしてその上面と基板との間に気体層が挟み込まれて基板が浮遊した状態となるようにしているため、閃光照射時には基板を確実に浮遊状態として熱処理時の基板の割れを防止することができる。
【００６６】
また、請求項３の発明によれば、光源から閃光を照射する前にサセプタに保持された基板の下面に向けて気体を噴出させてサセプタに保持された基板をその上面から浮上させるとともに、光源から閃光を照射するときには気体の噴出を停止させて該上面と基板との間に気体層が挟み込まれて基板が浮遊した状態となるようにしているため、閃光照射時には基板を確実に浮遊状態として熱処理時の基板の割れを防止することができる。
【００６７】
また、請求項４の発明によれば、サセプタの上面と基板との間に気体層を挟み込ませて基板を浮遊させ、フラッシュランプからその浮遊状態の基板に向けて閃光を照射するため、閃光照射時には浮遊状態の基板が自由に動くことができ、その結果、一瞬の閃光照射によって基板表面が急激に熱膨張しても基板に大きな応力が作用することはなくなり、熱処理時の基板の割れを防止することができる。
【００６８】
また、請求項５の発明によれば、サセプタに対して挿通自在とされた支持ピンをサセプタの上面から突出させてサセプタに保持された基板をその上面から浮上させるとともに、支持ピンをサセプタの上面よりも低くしてその上面と基板との間に気体層を挟み込ませて基板を浮遊させるため、閃光照射時には基板を確実に浮遊状態として熱処理時の基板の割れを防止することができる。
【００６９】
また、請求項６の発明によれば、サセプタの上面からサセプタに保持された基板の下面に向けて気体を噴出させてサセプタに保持された基板をその上面から浮上させるとともに、気体の噴出を停止して該上面と基板との間に気体層を挟み込ませて基板を浮遊させるため、閃光照射時には基板を確実に浮遊状態として熱処理時の基板の割れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図２】本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図３】図１の熱処理装置のコントローラの構成を示すブロック図である。
【図４】図１の熱処理装置による熱処理動作の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】半導体ウェハーがサセプタから浮遊した状態を示す図である。
【図６】第２実施形態の熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
５光源
１０コントローラ
１１ＣＰＵ
４０モータ
６１透光板
６５チャンバー
６９フラッシュランプ
７０支持ピン
７１リフレクタ
７３サセプタ
９０ガス供給管
９３噴出口
Ｗ半導体ウェハー

Claims

基板に対して閃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、
フラッシュランプを有する光源と、
前記光源の下方に設けられたチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を略水平姿勢にて保持するサセプタと、
前記サセプタに保持されている基板を前記サセプタの上面から浮上させる浮上機構と、
前記光源から閃光を照射する前に前記浮上機構を作動させて前記サセプタに保持された基板を浮上させるとともに、前記光源から閃光を照射するときには前記浮上機構の動作を停止して前記サセプタの前記上面と前記基板との間に気体層が挟み込まれて前記基板が浮遊した状態となるように前記浮上機構を制御する浮上制御手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
請求項１記載の熱処理装置において、
前記浮上機構は、
前記サセプタに対して挿通自在とされ、上端部が前記サセプタの上面から突き出たときに基板を載置可能な支持ピンと、
前記支持ピンの上端部が前記サセプタの上面よりも低くなる位置と、前記サセプタの上面よりも突き出て前記サセプタに保持された基板を支持する位置との間にて、前記支持ピンを前記サセプタに対して相対的に昇降させる昇降機構と、
を含み、
前記浮上制御手段は、前記光源から閃光を照射する前に前記支持ピンを前記サセプタの上面から突出させて前記サセプタに保持された基板を前記上面から浮上させるとともに、前記光源から閃光を照射するときには前記支持ピンを前記サセプタの上面よりも低くして前記上面と前記基板との間に気体層が挟み込まれて前記基板が浮遊した状態となるように前記昇降機構を制御することを特徴とする熱処理装置。
請求項１記載の熱処理装置において、
前記浮上機構は、前記サセプタの上面から前記サセプタに保持された基板の下面に向けて気体を噴出する気体噴出機構を含み、
前記浮上制御手段は、前記光源から閃光を照射する前に前記サセプタに保持された基板の下面に向けて気体を噴出させて前記サセプタに保持された基板を前記上面から浮上させるとともに、前記光源から閃光を照射するときには気体の噴出を停止させて前記上面と前記基板との間に気体層が挟み込まれて前記基板が浮遊した状態となるように前記気体噴出機構を制御することを特徴とする熱処理装置。
基板に対して閃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、
サセプタ上に基板を略水平姿勢にて保持する保持工程と、
浮上機構を作動して前記サセプタに保持された基板を前記サセプタの上面から浮上させる浮上工程と、
浮上機構の動作を停止して前記サセプタの前記上面と前記基板との間に気体層を挟み込ませて前記基板を浮遊させる浮遊工程と、
フラッシュランプから浮遊状態の前記基板に向けて閃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。
請求項４記載の熱処理方法において、
前記浮上工程は、前記サセプタに対して挿通自在とされた支持ピンを前記サセプタの上面から突出させて前記サセプタに保持された基板を前記上面から浮上させる工程を含み、
前記浮遊工程は、前記支持ピンを前記サセプタの上面よりも低くして前記上面と前記基板との間に気体層を挟み込ませて前記基板を浮遊させる工程を含むことを特徴とする熱処理方法。
請求項４記載の熱処理方法において、
前記浮上工程は、前記サセプタの上面から前記サセプタに保持された基板の下面に向けて気体を噴出させて前記サセプタに保持された基板を前記上面から浮上させる工程を含み、
前記浮遊工程は、前記気体の噴出を停止して前記上面と前記基板との間に気体層を挟み込ませて前記基板を浮遊させる工程を含むことを特徴とする熱処理方法。