JP4371260B2

JP4371260B2 - 熱処理装置

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Publication number: JP4371260B2
Application number: JP2003400964A
Authority: JP
Inventors: 章宏細川
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2023-12-01
Also published as: US20050115947A1; JP2005166770A; US7041939B2

Description

本発明は、基板に加熱を伴う処理を行う熱処理装置に関する。

従来より、半導体基板等（以下、単に「基板」という。）の製造の様々な段階において基板に対する熱処理が行われており、熱処理方法の１つとして急速加熱工程（Rapid Thermal Process、以下、「ＲＴＰ」という。）が利用されている。ＲＴＰでは、処理室内の基板をハロゲンランプ等で加熱して短時間で所定の温度まで昇温することにより、酸化膜等の絶縁膜の薄膜化、イオン注入法により添加した不純物の活性化工程における不純物の再拡散抑制等、従来の電気炉による長時間の熱処理では困難であった処理を実現することができる。また、近年、基板の加熱源としてフラッシュランプを用いて、さらに短時間で基板を加熱する技術も提案されている。

ところで、ＲＴＰに限らず、基板に熱処理を行う熱処理装置では、基板の表面に不要な粒子が付着して品質を劣化させることがないように熱処理室内を清浄に保つ必要があり、不要な粒子（パーティクル）等により熱処理室内が汚染されるのを防止するために様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１では、基板を支持するサセプタのエッジ部と予備加熱リングのエッジ部とが相補型階段形状を有することよりサセプタ裏面への不要物の蒸着を防止して、不要物が剥離した際のパーティクルの発生を抑制する技術が開示されている。

なお、特許文献２では、基板と同材質にて形成され、赤外線吸収率、熱伝導率等が基板とほぼ等しいホルダ内に基板を収容することにより、均一性に優れた熱処理を実現する技術が開示されている。
特開平７−７８８６３号公報特開平４−３３４０１８号公報

ところで、熱処理室内の汚染原因は、上述のような蒸着した不要物が剥離する際に発生するパーティクル以外にも、処理中に割れた基板の破片等がある。特に、フラッシュランプを用いて行う熱処理においては、極めて短時間に基板の表面温度を上昇させるために、表面の急速な熱膨張により基板が粉々に割れることがある。

従来の装置では、割れた基板の破片は熱処理室内の広い範囲に飛散し、複雑な構造の間隙等にも入り込むため、汚染原因を除去して装置を復旧するには熱処理室を開放（場合によっては、分解）して内部を清掃する必要があり、多大な時間と労力を要してしまう。このような破片の飛散を、基板を保持するサセプタ近辺にて抑制する一手法としてサセプタを大きくすることが考えられるが、この手法は熱処理装置全体の大型化に直結するため現実的ではない。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、熱処理室内で基板が割れた場合であっても、基板の破片の飛散を抑制することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板に加熱を伴う処理を行う熱処理装置であって、基板を処理する空間を形成するチャンバ本体と、前記チャンバ本体の上部に設けられた開口の外側から前記チャンバ本体内へと光を照射する光照射部と、前記チャンバ本体内において、基板の厚さよりも深い凹部の底面により前記基板の下面を支持するとともに前記凹部の側壁部により前記基板の周囲を囲う基板支持部と、前記基板支持部を加熱する加熱部と、前記基板支持部の上方にて前記開口を閉塞するとともに前記光照射部からの光を透過する略板状の部材と、基板の処理時に前記基板支持部を上昇することにより前記側壁部の上端を前記略板状の部材の下面に当接させて前記凹部を閉塞する閉塞機構とを備え、前記基板支持部に支持された基板が、前記略板状の部材を介して照射される前記光照射部からの光により加熱される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱処理装置であって、前記基板支持部の熱伝導率が、基板よりも低い。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の熱処理装置であって、前記光照射部が、フラッシュランプを有する。

請求項１ないし３の発明では、簡単な構造で凹部を閉塞して、チャンバ本体内において基板の周囲を容易に閉塞することができ、これにより、処理時に万一基板が割れた場合であっても破片が飛散することを防止することができる。

また、請求項２の発明では、基板支持部により基板を均一に加熱することができる。

また、請求項３の発明では、基板の表面温度を短時間で昇降することができる。

図１は、本発明の関連技術に係る熱処理装置１の構成を示す図であり、熱処理装置１は半導体基板９（以下、「基板９」という。）に光を照射して加熱を伴う処理を行う装置である。

熱処理装置１は、略円筒状の内壁を有するチャンバ側部６３、および、チャンバ側部６３の下部を覆うチャンバ底部６２を備え、これらにより基板９を熱処理する空間（以下、「チャンバ」という。）６５を形成するとともに上部に光導入用の開口（以下、「上部開口」という。）６０が設けられたチャンバ本体６が構成される。

また、熱処理装置１は、チャンバ本体６の上部開口６０に装着される透光板６１、チャンバ本体６の内部において基板９を保持するとともに基板９を予備的に加熱する略円板状の保持部７、透光板６１と保持部７との間に配置されるカバー部材２１、保持部７をチャンバ本体６の底面であるチャンバ底部６２に対して昇降する保持部昇降機構４、上部開口６０の外側から透光板６１を介してチャンバ本体６内へと光を照射して保持部７上の基板９を加熱する光照射部５、および、これらの構成を制御して熱処理を行う制御部３を備える。

透光板６１は、例えば、石英等の赤外線透過性を有する材料により形成されるとともに上部開口６０を閉塞し、光照射部５からの光を透過してチャンバ６５に導く窓部材（すなわち、チャンバ窓）として機能する。チャンバ底部６２およびチャンバ側部６３は、例えば、ステンレススチール等の強度と耐熱性に優れた金属材料にて形成されており、チャンバ側部６３の内側面の上部のリング６３１は、光照射による劣化に対してステンレススチールより優れた耐性を有するアルミニウム（Ａｌ）合金等で形成されている。

チャンバ底部６２には、保持部７を貫通して基板９をその下面（光照射部５からの光が照射される側とは反対側の面）から支持するための複数（本実施の形態では３本）の支持ピン７０が立設されている。支持ピン７０は、例えば石英により形成されており、チャンバ本体６の外部から固定されているため、容易に取り替えることができる。

チャンバ底部６２にはさらに、保持部７の上方に配置された板状のカバー部材２１を下方から支持する複数のカバー支持ピン２２が設けられる。複数のカバー支持ピン２２はチャンバ底部６２を貫通し、チャンバ本体６の外部において環状部材２３に固定され、環状部材２３はモータを有するカバー昇降機構２４に接続される。制御部３の制御によりカバー昇降機構２４が駆動されると、複数のカバー支持ピン２２が一体となって昇降し、カバー部材２１が図１中のＺ方向に移動する。なお、カバー部材２１も、透光板６１と同様に、石英等の赤外線透過性を有する材料により形成される。

チャンバ側部６３は、基板９の搬入および搬出を行うための搬送開口部６６を有し、搬送開口部６６は、軸６６２を中心に回動するゲートバルブ６６３により開閉可能とされる。チャンバ側部６３の搬送開口部６６とは反対側の部位にはチャンバ６５に処理ガス（例えば、窒素（Ｎ_２）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス、場合によっては、酸素（Ｏ_２）ガス等）を導入する導入路８１が形成され、片方の端は弁８２を介して図示省略の給気機構に接続され、もう一方の端はチャンバ側部６３の内部に形成されるガス導入チャンネル８３に接続される。また、搬送開口部６６にはチャンバ内の気体を排出する排出路８６が形成され、弁８７を介して図示省略の排気機構に接続される。

図２は、チャンバ本体６をガス導入チャンネル８３の位置でＺ方向に垂直な面で切断した断面図である。図２に示すように、ガス導入チャンネル８３は、図１に示す搬送開口部６６の反対側においてチャンバ側部６３の全周の約１／３に亘って形成されており、導入路８１を介してガス導入チャンネル８３に導かれた処理ガスは、複数のガス供給孔８４からチャンバ６５内へと供給される。

図１に示す保持部昇降機構４は、略円筒状のシャフト４１、移動板４２、ガイド部材４３（本実施の形態ではシャフト４１の周りに３本配置される。）、固定板４４、ボールねじ４５、ナット４６およびモータ４０を有する。チャンバ本体６の下部であるチャンバ底部６２には保持部７よりも小さい直径を有する略円形の開口（以下、「下部開口」という。）６４が形成されており、ステンレススチール製のシャフト４１は、下部開口６４に挿入され、保持部７（正確には、後述のホットプレート７１）の下面に接続されて保持部７を支持する。

移動板４２にはボールねじ４５が挿入されたナット４６が固定されており、移動板４２は、チャンバ底部６２に固定されて下方へと伸びるガイド部材４３により案内されて上下方向に移動可能とされる。また、移動板４２は、シャフト４１を介して保持部７に連結される。

モータ４０は、ガイド部材４３の下端部に取り付けられる固定板４４に設置され、タイミングベルト４０１を介してボールねじ４５に接続される。保持部昇降機構４により保持部７が昇降する際には、駆動部であるモータ４０が制御部３の制御によりボールねじ４５を回転し、ナット４６が固定された移動板４２がガイド部材４３に沿って移動する。この結果、シャフト４１が図１中のＺ方向に移動し、シャフト４１に接続された保持部７が、基板９の熱処理時にチャンバ本体６の内部にて滑らかに昇降する。

移動板４２の上面には略半円筒状（円筒を長手方向に沿って半分に切断した形状）のメカストッパ４５１がボールねじ４５に沿うように立設されており、仮に何らかの異常により移動板４２が所定の上昇限界を超えて上昇したとしても、メカストッパ４５１の上端がボールねじ４５の端部に設けられた端板４５２に突き当たることによって移動板４２の異常上昇が防止される。これにより、保持部７は透光板６１の下方の所定位置以上に上昇することはなく、保持部７と透光板６１との衝突が防止される。

また、保持部昇降機構４は、チャンバ本体６の内部のメンテナンスを行う際に保持部７を手動にて昇降させる手動昇降部４９を有する。手動昇降部４９はハンドル４９１および回転軸４９２を有し、ハンドル４９１を介して回転軸４９２を回転することより、タイミングベルト４９５を介して回転軸４９２に接続されるボールねじ４５を回転して保持部７の昇降が行われる。図示の便宜上、ハンドル４９１は図１中の熱処理装置１の基板搬出入側に描かれているが、Ｙ軸方向の側面に位置するのが好ましい。

チャンバ底部６２の下側には、シャフト４１の周囲を囲み下方へと伸びる伸縮自在のベローズ４７が設けられ、その上端はチャンバ底部６２の下面に接続される。ベローズ４７のもう一方の端にはベローズ下端板４７１が取り付けられ、ベローズ下端板４７１はシャフト４１に取り付けられる鍔状部材４１１にねじ止めされてチャンバ６５を気密状態に保つ。保持部昇降機構４により保持部７がチャンバ底部６２に対して上昇する際にはベローズ４７は収縮され、下降する際にはベローズ４７が伸張される。

保持部７は、基板９を予備加熱（いわゆる、アシスト加熱）するホットプレート７１、および、ホットプレート７１の上面（保持部７が基板９を保持する側の面）に設置されるサセプタ７２を有し、保持部７（ホットプレート７１）の下面には、既述のように保持部７を昇降するシャフト４１が接続される。

図３は、保持部７およびシャフト４１を示す断面図である。図３に示すように、サセプタ７２には基板９の厚さよりも深い凹部７２１が形成され、基板９は凹部７２１内に載置される。すなわち、基板９の下面が凹部７２１の底面（凹部７２１内の上方を向く面）７２１ａにより支持されるとともに、凹部７２１の側壁部７２２（すなわち、サセプタ７２の外縁部において、上端面が基板９の表面よりも高くなる環状の部位）により基板９の周囲が囲まれる。なお、図３では側壁部７２２の内側を向く面は、凹部７２１の底面７２１ａに対しておよそ垂直な円筒状に形成されるが、例えば、上側に向かうにつれて径が漸次増大する傾斜面とされてもよい。

また、サセプタ７２は石英により形成され、その熱伝導率は基板９（例えば、シリコンにより形成される基板）の熱伝導率よりも低く、さらに、サセプタ７２は下面をホットプレート７１の上面に面接触させてホットプレート７１上に載置されるため、サセプタ７２がホットプレート７１により加熱されると、ホットプレート７１からの熱エネルギーが拡散して基板９に伝導される。これにより基板９が均一に加熱される。なお、メンテナンス時にはサセプタ７２はホットプレート７１から取り外して洗浄可能とされる。

ホットプレート７１は、ステンレススチール製の上部プレート７３および下部プレート７４を有し、上部プレート７３と下部プレート７４との間には、ホットプレート７１を加熱するニクロム線等の抵抗加熱線７６が配設され、導電性のニッケル（Ｎｉ）ロウが充填されて封止されている。また、上部プレート７３および下部プレート７４の端部はロウ付けにより接着されている。

図４は、ホットプレート７１を示す平面図である。図４に示すように、ホットプレート７１は同心円状の４つのゾーン７１１，７１２，７１３，７１４に分割されており、それぞれのゾーン間には間隙が形成されている。ゾーン７１１〜７１４にはそれぞれ独立する抵抗加熱線７６が周回するように配設され、これらの抵抗加熱線７６により各ゾーンが個別に加熱される。

最も内側のゾーン７１１には、熱電対を用いてゾーン７１１の温度を計測するセンサ７１０が設けられ、センサ７１０は略円筒状のシャフト４１（図３参照）の内部を通り制御部３に接続される。ホットプレート７１が加熱される際には、センサ７１０により計測されるゾーン７１１の温度が所定の温度になるように、ゾーン７１１に配設される抵抗加熱線７６への電力供給量が制御部３により制御される。制御部３によるゾーン７１１の温度制御はＰＩＤ（Proportional, Integral, Differential）制御により行われている。また、他のゾーン７１２〜７１４に配設される抵抗加熱線７６への電力供給量は、ゾーン７１１に対する電力供給量に基づき、予め求められている対応関係（ゾーン７１１に対する電力供給量と、他のゾーン７１２〜７１４をゾーン７１１と同じ温度にするために必要な電力供給量との対応関係）より決定される。ホットプレート７１では、基板９の熱処理（複数枚の基板９を連続的に処理する場合は、全ての基板９の熱処理）が終了するまでゾーン７１１の温度が継続的に計測され、ゾーン７１１〜７１４の温度が制御されて目標温度に維持される。

ゾーン７１１〜７１４にそれぞれ配設される抵抗加熱線７６は、シャフト４１の内部を通り電力供給源（図示省略）に接続され、電力供給源から各ゾーンまでの間、電力供給源からの２本の抵抗加熱線７６は、図５の断面図に示すように、マグネシア（マグネシウム酸化物）等の絶縁体７６２を充填したステンレスチューブ７６３の内部に互いに電気的に絶縁状態となるように配置される。なお、シャフト４１の内部は大気開放されている。

図１に示す光照射部５は、複数（本実施の形態においては３０本）のキセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」という。）５１、リフレクタ５２および光拡散板５３を有する。複数のフラッシュランプ５１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（図１中のＹ方向）が保持部７に保持される基板９の主面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。リフレクタ５２は、複数のフラッシュランプ５１の上方にそれら全体を覆うように設けられ、その表面はブラスト処理により粗面化加工が施されて梨地模様を呈する。また、光拡散板５３は、表面に光拡散加工を施した石英ガラスにより形成され、透光板６１との間に所定の間隙を設けて光照射部５の下面に設置される。熱処理装置１では、メンテナンス時に光照射部５をチャンバ本体６に対して図１中のＸ方向に相対的に移動する照射部移動機構５５がさらに設けられる。

図６は、基板９を熱処理する際の熱処理装置１の動作の流れを示す図である。本実施の形態では、基板９はイオン注入法により不純物が添加された半導体基板であり、熱処理装置１による熱処理により添加された不純物の活性化が行われる。

熱処理装置１により基板９が熱処理される際には、まず、保持部７が図１に示すようにチャンバ底部６２に近接した位置に配置される。以下、図１における保持部７のチャンバ６５内における位置を「受渡位置」という。保持部７が受渡位置にあるとき、支持ピン７０の先端は、保持部７を貫通して保持部７の上方に位置する。次に、弁８２および弁８７が開かれてチャンバ６５内に常温の窒素ガスが導入される（ステップＳ１１）。続いて、搬送開口部６６が開放され、制御部３により制御される搬送ロボット（図示省略）により搬送開口部６６を介して基板９がチャンバ６５内に搬入され（ステップＳ１２）、複数の支持ピン７０上に載置される。

図７は、図２に示すチャンバ本体６を抽象的に示す図である。基板９の搬入時におけるチャンバ６５への窒素ガスのパージ量は約４０リットル／分とされ、供給された窒素ガスはチャンバ６５内において図７中に示す矢印８５の方向へと流れ、図１に示す排出路８６および弁８７を介してユーティリティ排気により排気される。また、チャンバ６５に供給された窒素ガスの一部は、ベローズ４７の内側に設けられる排出口（図示省略）からも排出される。なお、以下で説明する各ステップにおいて、チャンバ６５には常に窒素ガスが供給および排気され続けており、窒素ガスのパージ量は基板９の処理工程に合わせて様々に変更される。

基板９がチャンバ６５内に搬入されると、図１に示すゲートバルブ６６３により搬送開口部６６が閉鎖され（ステップＳ１３）、保持部昇降機構４により保持部７がチャンバ６５の上下方向（図１中のＺ方向）の中央部近傍の位置（以下、「中間位置」という。）まで上昇する（ステップＳ１４）。このとき、基板９は支持ピン７０から保持部７のサセプタ７２へと渡され、サセプタ７２に保持される。保持部７は、ホットプレート７１の内部（上部プレート７３と下部プレート７４との間）に配設された抵抗加熱線７６により予め所定の温度に加熱されており、基板９は保持部７（サセプタ７２）と接触することにより予備加熱され（ステップＳ１５）、基板９の温度が次第に上昇する。保持部７では、前述のようにサセプタ７２によりホットプレート７１からの熱エネルギーが拡散されるため、基板９は均一に予備加熱される。

中間位置において約１秒間の予備加熱が行われた後、図８に示すように保持部７が透光板６１に近接した位置（以下、「処理位置」という。）まで保持部昇降機構４（図１参照）により上昇し（ステップＳ１６）、この位置でさらに約６０秒間の予備加熱が行われ、基板９の温度が設定された予備加熱温度（以下、「設定温度」という。）まで上昇する（ステップＳ１７）。設定温度は、基板９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６００℃程度、好ましくは３５０℃ないし５５０℃程度とされる。また、保持部７と透光板６１との間の距離は、保持部昇降機構４のモータ４０の回転量を制御することにより任意に調整することが可能とされている。

基板９が設定温度まで予備加熱される間に、カバー昇降機構２４によりカバー部材２１が下降し、図９に示すようにサセプタ７２の側壁部７２２の上端に当接して移載され、凹部７２１が閉塞される（ステップＳ１８）。すなわち、チャンバ本体６内において、基板９の周囲がサセプタ７２およびカバー部材２１により閉塞される。これにより、以降の処理において、基板９上にパーティクル等の不要物が付着することを防止することができる。

その後、保持部７が処理位置に位置したまま制御部３の制御により光照射部５（図１参照）から基板９へ向けてフラッシュ光が照射される（ステップＳ１９）。このとき、光照射部５のフラッシュランプ５１から放射される光の一部は光拡散板５３および透光板６１を透過して直接チャンバ６５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光拡散板５３および透光板６１を透過してチャンバ６５内へと向かう。そして、これらの光が図９に示すカバー部材２１を透過して基板９に照射され、基板９の加熱（以下、予備加熱と区別するため、基板９の表面温度を処理温度まで上昇させる加熱を「主加熱」という。）が行われる。主加熱が光の照射により行われることによって、基板９の表面温度を短時間で昇降することができる。

光照射部５、すなわち、フラッシュランプ５１から照射される光は、予め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ミリ秒ないし１０ミリ秒程度の極めて短く強い閃光であり、フラッシュランプ５１からの光により主加熱される基板９の表面温度は、瞬間的に１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度まで上昇し、基板９に添加された不純物が活性化された後、急速に下降する。このように、熱処理装置１では、基板９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、基板９に添加された不純物の熱による拡散（この拡散現象を、基板９中の不純物のプロファイルがなまる、ともいう。）を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。また、主加熱の前に保持部７により基板９を予備加熱しておくことにより、フラッシュランプ５１からの光の照射によって基板９の表面温度を処理温度まで速やかに上昇させることができる。

ところで、熱処理装置１では、上記のように極めて短時間に基板９の表面温度を上昇させるため、光が照射された側の表面の急速な熱膨張により基板９が粉々に割れて飛散することがまれにある。しかしながら、基板９の破損が万一起きた場合であっても、基板９はサセプタ７２およびカバー部材２１により閉塞された空間内に配置されるため、この空間の外部には破片は飛散しない。

主加熱が終了し、処理位置における約１０秒間の待機の後、カバー昇降機構２４によりカバー部材２１が上昇し、凹部７２１が開放され（ステップＳ２０）、保持部７が保持部昇降機構４により再び図１に示す受渡位置まで下降し（ステップＳ２１）、基板９が保持部７から支持ピン７０へと渡される。続いて、ゲートバルブ６６３により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され（ステップＳ２２）、支持ピン７０上に載置された基板９は搬送ロボットにより搬出され（ステップＳ２３）、熱処理装置１による基板９に対する一連の熱処理動作が完了する。

既述のように、熱処理装置１による基板９の熱処理時には窒素ガスがチャンバ６５に継続的に供給されており、そのパージ量は、保持部７が処理位置に位置するとき（すなわち、中間位置での約１秒間の予備加熱後に処理位置に移動してから、光の照射後の約１０秒間の待機が終了するまでの間）には３０リットル／分とされ、保持部７が処理位置以外の位置に位置するときには４０リットル／分とされる。

熱処理装置１では、新たな基板９に対して同じ内容の熱処理を行う場合には、基板９をチャンバ６５内に搬入して光の照射を行った後に基板９をチャンバ６５内から搬出する動作（ステップＳ１２〜Ｓ２３）が繰り返される。また、新たな基板９に対して異なる熱処理を行う場合には、新たな熱処理に合わせて各種設定（窒素ガスのパージ量等）を行う間、保持部７は処理位置まで上昇して待機する。このように、透光板６１の温度を熱処理が継続的に行われているときとほぼ同じ温度に維持することにより、新たな熱処理時においても基板９の処理品質を維持することができる。

なお、熱処理装置１では、基板９の熱処理時にフラッシュランプ５１およびホットプレート７１から発生する熱エネルギーによるチャンバ本体６および光照射部５の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造（図示省略）を備えている。例えば、チャンバ本体６のチャンバ側部６３およびチャンバ底部６２には水冷管が設けられており、光照射部５は内部に気体を供給する供給管とサイレンサ付きの排気管が設けられて空冷構造とされている。また、透光板６１と光照射部５（の光拡散板５３）との間隙には圧縮空気が供給され、光照射部５および透光板６１を冷却する。

以上のように、図１の熱処理装置１では、チャンバ本体６内のサセプタ７２に基板９の厚さより深い凹部７２１が設けられ、基板９が凹部７２１内に載置されてサセプタ７２を介してホットプレート７１により予備加熱される。そして、カバー昇降機構２４がカバー部材２１を下降することにより凹部７２１が閉塞され、透光板６１およびカバー部材２１を介して照射される光照射部５からの光により基板９が主加熱される。これにより、熱処理装置１ではチャンバ本体６内において、サセプタ７２により基板９を予備加熱をしながら基板９の周囲を容易に閉塞することができ、その結果、基板９の主加熱による処理時に万一基板９が割れた場合であっても破片が飛散することを防止することができる。

また、熱処理装置１ではサセプタ７２とホットプレート７１とが個別の部材であるため、基板９が割れた際のメンテナンス時にホットプレート７１を取り外す煩雑な作業を行うことなく、カバー部材２１およびサセプタ７２のみを取り外して洗浄するだけでよく、熱処理装置１のメンテナンス性の向上を図る（すなわち、メンテナンスを容易に行う）ことができる。

熱処理装置１では、光照射部５からの光の照射により基板９の表面温度を短時間で昇降することができるため、酸化膜等の絶縁膜の薄膜化等、長時間の熱処理では困難な処理を実現することができる。また、光源としてフラッシュランプ５１が用いられており、基板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、イオン注入法により添加した不純物の活性化工程における不純物の再拡散抑制等、さらに短時間での熱処理が必要とされる処理を実現することができる。

図１０は、熱処理装置の他の例を示す図であり、チャンバ本体６の内部のみを図示している。図１０の熱処理装置１は図１の熱処理装置１と比較して、カバー部材２１を支持する複数のカバー支持ピン２２がチャンバ底部６２に固定される点で相違しており、他の構成は図１と同様であり同符号を付している。

図１０の熱処理装置では、図６の動作の流れにおいてステップＳ１８の動作が、ステップＳ１６の動作により実現される。すなわち、カバー部材２１は保持部７の処理位置に対応する位置にて複数のカバー支持ピン２２により支持されており、図１１に示すように保持部昇降機構４（図１参照）が保持部７を処理位置まで上昇することにより（ステップＳ１６）、カバー部材２１が複数のカバー支持ピン２２からサセプタ７２の側壁部７２２上に移載され、凹部７２１が閉塞される（ステップＳ１８）。そして、基板９がサセプタ７２により予備加熱された後（ステップＳ１７）、基板９が設定温度まで光照射部５からの光により加熱される（ステップＳ１９）。凹部７２１を開放するステップＳ２０に関しても同様に、ステップＳ２１の動作により実現される。

これにより、図１０の熱処理装置では、カバー部材２１を移動する機構（すなわち、図１のカバー昇降機構２４）を設けることなく、簡単な構造で主加熱時にサセプタ７２の凹部７２１を閉塞することができる。その結果、処理時に万一基板９が割れた場合であっても、カバー部材２１が破片の飛散防止板としての役割を果たし、チャンバ本体６を分解して掃除する等、煩雑な作業を行うことなく、サセプタ７２とカバー部材２１とを取り外して洗浄するのみで容易かつ迅速に熱処理装置を復旧することができる。

図１２は、本発明の一の実施の形態に係る熱処理装置を示す図であり、チャンバ本体６の内部のみを図示している。図１２の熱処理装置は図１０の熱処理装置からカバー部材２１および複数のカバー支持ピン２２がさらに省かれたものであり、他の構成は図１の熱処理装置１と同様である。なお、図１２の熱処理装置ではメカストッパ４５１の長さが変更されて保持部７が透光板６１に当接する位置まで移動可能とされている。

図１２の熱処理装置では、サセプタ７２がチャンバ本体６に設けられた上部開口６０を閉塞する透光板６１と当接する位置が、基板９の処理位置とされる。すなわち、図６のステップＳ１６において、保持部昇降機構４（図１参照）が保持部７を処理位置まで上昇することにより、図１３に示すようにサセプタ７２の側壁部７２２が透光板６１の下面に当接してサセプタ７２および透光板６１により基板９の周囲が閉塞される（ステップＳ１８）。そして、図１の熱処理装置１と同様に、基板９がサセプタ７２により予備加熱された後（ステップＳ１７）、光照射部５によりチャンバ本体６の上部開口６０の外側からチャンバ本体６内へと光が照射され、光照射部５からの光を透過する透光板６１を介して照射される光により基板９が加熱される（ステップＳ１９）。凹部７２１を開放するステップＳ２０に関しても同様に、ステップＳ２１の動作により実現されることとなる。

このように、図１２の熱処理装置では、簡単な構造でチャンバ本体６内において基板９を予備加熱するサセプタ７２の凹部７２１を透光板６１により閉塞することができ、これにより、処理時に万一基板９が割れた場合であっても破片が飛散することを防止することができる。なお、図１２の熱処理装置では、サセプタ７２の凹部７２１を適切に閉塞するためサセプタ７２と透光板６１との間の平行度が高くなるように熱処理装置の組み立てが行われる。

以上、本発明に係る実施の形態について説明してきたが、上記実施の形態は様々な変更が可能である。

例えば、光照射部５では、フラッシュランプ５１の数、配列または形状は上記実施の形態に示したものに限定されず、熱処理される基板９の大きさ等の諸条件に合わせて適宜変更が可能である。また、キセノンフラッシュランプに代えて、クリプトンフラッシュランプが用いられてもよく、フラッシュランプでないハロゲンランプ等の他の光源が用いられてもよい。

基板９に光を照射する光源がハロゲンランプである場合等、基板９の熱処理がフラッシュランプ５１を用いた熱処理と比べて比較的長い時間で行われる場合には、基板９全体の熱処理結果を均質化するために、保持部７がシャフト４１を中心としてチャンバ６５内で回転する構造とされてもよい。

上記実施の形態では、主に光照射部５からの光により基板９に対する加熱を伴う処理が行われるが、サセプタ７２から付与される熱のみにより基板９に処理が施されてもよい。この場合であってもサセプタ７２の凹部７２１がカバー部材２１または透光板６１（ここでは、両者共に光を透過しないものであってもよい。）により閉塞されることにより、万一、処理時に基板９が割れたとしても破片の飛散が防止される。

サセプタ７２の加熱は、必ずしもホットプレート７１により行われる必要はなく、例えば、サセプタ７２の下方にランプが設けられ、ランプからの光が照射されてサセプタ７２が加熱されてもよい。また、基板支持部であるサセプタ７２と加熱部であるホットプレート７１とが一体的に形成され、基板９が実質的に加熱部により支持されてもよい。

カバー部材２１は必ずしもピン状の支持部により下方から支持される必要はなく、例えば、カバー部材がサセプタ７２よりも大きい板状部材とされ、カバー部材において基板９の処理時にサセプタ７２と当接する部位よりも外側の部分が把持されて支持されてもよい。なお、熱処理装置の構造によっては、カバー部材とカバー部材を支持する部材（支持ピン）とが固定されていてもよい。

保持部７および保持部７を支持して昇降させるシャフト４１の構造は、基板９の周囲の閉塞空間の容積を小さくするという観点からはいわゆるＴ字型構造であることが好ましいが、これに限定されるわけではない。

熱処理装置は、基板９の不純物の活性化処理やアニール処理に特に適しているが、酸化、ＣＶＤ等の他の様々な加熱を伴う処理を行うこともできる。また、熱処理装置は、半導体基板のみならず、例えば、液晶表示装置やプラズマ表示装置等のフラットパネル表示装置用のガラス基板に対する熱処理にも利用することができる。

関連技術に係る熱処理装置の構成を示す図である。ガス路を示す断面図である。保持部およびシャフトを示す断面図である。ホットプレートを示す平面図である。抵抗加熱線を示す断面図である。処理時の熱処理装置の動作の流れを示す図である。ガスの流れを示す図である。保持部が移動する様子を説明するための図である。サセプタの凹部が閉塞される様子を説明するための図である。熱処理装置の他の例を示す図である。サセプタの凹部が閉塞される様子を説明するための図である。一の実施の形態に係る熱処理装置を示す図である。サセプタの凹部が閉塞される様子を説明するための図である。

符号の説明

１熱処理装置
４保持部昇降機構
５光照射部
６チャンバ本体
９基板
５１フラッシュランプ
６０上部開口
６１透光板
６５チャンバ
７１ホットプレート
７２サセプタ
７２１凹部
７２１ａ底面
７２２側壁部

Claims

基板に加熱を伴う処理を行う熱処理装置であって、
基板を処理する空間を形成するチャンバ本体と、
前記チャンバ本体の上部に設けられた開口の外側から前記チャンバ本体内へと光を照射する光照射部と、
前記チャンバ本体内において、基板の厚さよりも深い凹部の底面により前記基板の下面を支持するとともに前記凹部の側壁部により前記基板の周囲を囲う基板支持部と、
前記基板支持部を加熱する加熱部と、
前記基板支持部の上方にて前記開口を閉塞するとともに前記光照射部からの光を透過する略板状の部材と、
基板の処理時に前記基板支持部を上昇することにより前記側壁部の上端を前記略板状の部材の下面に当接させて前記凹部を閉塞する閉塞機構と、
を備え、
前記基板支持部に支持された基板が、前記略板状の部材を介して照射される前記光照射部からの光により加熱されることを特徴とする熱処理装置。
請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記基板支持部の熱伝導率が、基板よりも低いことを特徴とする熱処理装置。
請求項１または２に記載の熱処理装置であって、
前記光照射部が、フラッシュランプを有することを特徴とする熱処理装置。