JP4401753B2

JP4401753B2 - 熱処理装置

Info

Publication number: JP4401753B2
Application number: JP2003399241A
Authority: JP
Inventors: 博美村山; 徹佐藤; 純渡辺
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: JP2005005667A

Description

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。

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。

一般に、このようなハロゲンランプを使用したランプアニール装置においては、熱処理室内に種々のガスを導入することが多く、熱処理室を気密にするためのシール部材としてＯリングが使用されている。Ｏリングは樹脂製であって耐熱温度が比較的低いため、ハロゲンランプからの輻射熱による温度上昇を抑制する必要がある。このため、ガスや冷却流体を利用して熱処理中のＯリングを冷却するランプアニール装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、冷媒に効率良く熱を伝導するために、冷媒ジャケットとＯリングとの間に樹脂シートを挟み込んでいるランプアニール装置もある（例えば、特許文献２参照）。

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。

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３，４参照）。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。

特開２００２−９０１０号公報特開平９−３２６３６６号公報特開昭５９−１６９１２５号公報特開昭６３−１６６２１９号公報

しかしながら、キセノンフラッシュランプは一瞬の閃光照射によって被照射物を加熱するものであるため、熱処理室内のＯリングにキセノンフラッシュランプから閃光が照射されたときにはＯリング全体が熱によって劣化するよりも光照射によって表面が劣化するという現象が見られる。Ｏリング表面の劣化は熱処理室内の気密性を損なうという点で大きな問題となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱処理時の光照射によるシール部材の劣化を防止することができる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、基板に対して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、ランプを有する光源と、前記光源の下方に設けられ、前記光源から出射された光を透過するチャンバー窓を上部に備えるチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を略水平姿勢にて保持する保持手段と、前記チャンバーに内設され、前記チャンバー窓の下面周縁部に沿って前記チャンバー窓と前記チャンバーの本体部との間に挟み込まれて前記チャンバー内を気密状態に維持するＯリングと、前記ランプから出射されて前記チャンバー窓を通過して前記Ｏリングに向かう光を遮る遮光手段と、を備え、前記遮光手段は、前記チャンバー窓の上面周縁部を覆うように前記本体部に設けられた不透明なフランジ、および、前記Ｏリングよりも内周側の前記本体部に立設された遮光壁を含むことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記遮光壁は、前記チャンバー窓の下面周縁部に刻設された溝に嵌合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の発明に係る熱処理装置において、前記フランジはアルミニウム製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から請求項３のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記フランジの先端に垂下部を設け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熱処理装置において、前記ランプはキセノンフラッシュランプであり、前記保持手段は、保持する基板を予備加熱するアシスト加熱手段を備えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ランプから出射されてＯリングに向かう光を遮る遮光手段を備えるため、Ｏリングに光が到達することはなく、熱処理時の光照射によるＯリングの劣化を防止することができる。また、不透明なフランジによってＯリングへの光の到達を遮ることができる。さらに、Ｏリングよりも内周側に立設された遮光壁によってＯリングへの光の到達を遮ることができる。

また、請求項２の発明によれば、遮光壁がチャンバー窓の下面周縁部に刻設された溝に嵌合するため、チャンバー窓を通過してＯリングに向かう光を遮光壁によって遮ることができる。

また、請求項３の発明によれば、フランジがアルミニウム製であるため、フランジ自体にも耐光性を付与することができる。

また、請求項４の発明によれば、フランジの先端に垂下部を設けるため、その垂下部によってＯリングへの光の到達を遮ることができる。

また、請求項５の発明によれば、ランプがキセノンフラッシュランプであり、保持手段が保持する基板を予備加熱するアシスト加熱手段を備えるため、キセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置であっても、シール部材に閃光が到達することはなく、熱処理時の光照射によるシール部材の劣化を防止することができる。

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。

＜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半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。

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の本体部を構成する底板６２および側板６３、６４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構成されている。

また、底板６２には、後述する熱拡散板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。さらに、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が開放された状態で、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。

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２９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平面状に配列されている。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覆うように配設されている。

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。

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。

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。

チャンバー６５内には、加熱プレート７４と熱拡散板７３とが設けられている。熱拡散板７３は加熱プレート７４の上面に貼着されている。また、熱拡散板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。

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、熱拡散板７３は、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。この熱拡散板７３の材質としては、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃：酸化アルミニウム）や石英等の比較的熱伝導率が小さいものが採用される。

熱拡散板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。

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、熱拡散板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。

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、熱拡散板７３および加熱プレート７４が下降した位置である。この状態においては、支持ピン７０の上端は、熱拡散板７３および加熱プレート７４に形成された貫通孔を通過し、熱拡散板７３の表面より上方に突出する。

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、熱拡散板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。熱拡散板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、支持ピン７０に載置された半導体ウェハーＷは熱拡散板７３によって受け取られ、その下面を熱拡散板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。逆に、熱拡散板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過程においては、熱拡散板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。

半導体ウェハーＷを支持する熱拡散板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、このときの熱拡散板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。

また、チャンバー６５のチャンバー壁面に沿ってライナー２０が嵌合されている。ライナー２０はチャンバー６５に対して固定はされておらず、着脱自在とされている。ライナー２０は、例えば石英にて構成されており、側板６３、６４および底板６２の内壁面を覆うように有底筒形状に形成されている。なお、ライナー２０は、筒部と底部とに分離可能な分割体としても良いし、一体成型するようにしても良い。

また、加熱プレート７４、熱拡散板７３およびそれらを支える筒状体４１の周囲には、熱拡散板７３の上面を除いてヒーターリフレクタ３０が周設されている。ヒーターリフレクタ３０も石英製の部材である。ヒーターリフレクタ３０は、加熱プレート７４からの熱エネルギーが熱拡散板７３以外に伝導するのを防ぐ。

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。熱拡散板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、熱拡散板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。

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。

ところで、チャンバー６５内を清浄な雰囲気に維持しつつ処理に必要なガスを導入するためには、チャンバー６５内の雰囲気と外部雰囲気とを遮断してチャンバー６５内を気密状態に維持しなければならない。このために上述の如く、底板６２と移動板４２との間に蛇腹７７を設けている。一方、石英製の透光板６１と金属製の側板６３、６４との間もリーク源となる可能性があるため、ここにシール部材として樹脂製のＯリング１７を設けている。

図３は、図１および図２中のＡで示されるシール部分の拡大図である。チャンバー６５の側板６３，６４には、透光板６１の下面周縁部に対向する位置にリング溝１５が円環状に刻設されている。そして、このリング溝１５に沿って樹脂製のＯリング１７が円環状に設けられている。なお、リング溝１５の深さはＯリング１７の断面の直径ｒよりも若干小さい。従って、Ｏリング１７は透光板６１の下面周縁部に沿って透光板６１とチャンバー６５の本体部との間に挟み込まれることとなり、これによってチャンバー６５内が気密状態に維持されることとなる。

一方、側板６３，６４の上部にはフランジ１０が設けられている。フランジ１０はアルミニウム製であって、透光板６１の上面周縁部を覆うように設けられている。フランジ１０の内径は、Ｏリング１７の内径よりも小さい。アルミニウムはフラッシュランプ６９から照射される閃光に対して不透明であるとともに、他の金属と比較してフラッシュランプ６９からの閃光によって損傷を受けにくいという性質を有する。不透明なフランジ１０が透光板６１の上面周縁部を覆うように設けられているため、Ｏリング１７の直上近傍から閃光が照射されたとしてもフランジ１０によって遮られ、Ｏリング１７に到達することはない。

また、第１実施形態においては、透光板６１の下面周縁部はホーニング処理によって粗面化された遮光面６１ａとされている。図４は、透光板６１を下面側から見た図である。遮光面６１ａは、透光板６１の下面周縁部に沿って円環状に形成されている。遮光面６１ａは、少なくともＯリング１７全体を覆うように形成されていれば良い。

ここでホーニング処理とは、表面粗面化加工の一種であり、乾式および湿式の処理方法がある。湿式（液体）ホーニング処理は、水などの液体に粉末状の研磨剤（砥粒）を懸濁させ、それをマスキングされた透光板６１の下面に高速で吹き付けて周縁部を粗面化する方法である。湿式ホーニング処理の場合、液体の吹き付け圧力、速度、研磨剤の量、種類、形状、大きさ、硬度、比重および懸濁濃度等により表面粗さを制御することができる。

一方、乾式ホーニング処理は、研磨剤をエアによりマスキングされた透光板６１の下面に高速で吹き付けて粗面化する方法である。乾式ホーニング処理の場合もエアの吹き付け圧力、速度、研磨剤の量、種類、形状、大きさ、硬度、比重等によって表面粗さを制御することができる。

上記いずれの方法であっても研磨剤としては、炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、ステンレス、鉄、ガラスビーズおよびプラスティックショット等の粒子を用いることができる。そして、ホーニング処理による粗面化によって形成された遮光面６１ａはいわゆる梨地模様を呈する。従って、フラッシュランプ６９から透光板６１に入射されて遮光面６１ａに閃光が到達したとしても粗面化された遮光面６１ａによって散乱され、Ｏリング１７に到達することは防止される。

なお、ライナー２０の外面には上記と同様のホーニング処理を施して粗面化するとともに、内面にはホーニング処理を行わずに外面よりも平滑な面としている。また、ヒーターリフレクタ３０の両面にも上記と同様のホーニング処理が施されている。

次に、上記構成を有す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。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。

この熱処理装置においては、熱拡散板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。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、熱拡散板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。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。

熱拡散板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、熱拡散板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が加熱状態にある熱拡散板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。

この状態においては、半導体ウェハーＷは熱拡散板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。

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。

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、フラッシュランプ６９を点灯してフラッシュ加熱を行う。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。

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。

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。

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。

フラッシュ加熱工程が終了した後に、熱拡散板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が開放される。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。

フラッシュランプ６９を点灯して半導体ウェハーＷを加熱するときに、フラッシュランプ６９から透光板６１を通過してＯリング１７に向かう光もある。既述したように、フラッシュランプ６９は極めて短い時間に強い閃光を出射するため、Ｏリング１７に閃光が照射されたときにはその表面が著しく劣化する。

そこで、第１実施形態では、フランジ１０を設けるとともに、透光板６１の下面周縁部をホーニング処理によって粗面化して遮光面６１ａを形成することにより、フラッシュランプ６９から透光板６１を通過してＯリング１７に向かう閃光を遮るようにしている。図３において、複数のフラッシュランプ６９のうち比較的Ｏリング１７に近いフラッシュランプ６９１からＯリング１７に向けて出射された閃光Ｌ１はフランジ１０によって遮られる。フランジ１０はアルミニウム製であって閃光Ｌ１に対して不透明であるため、閃光Ｌ１がＯリング１７に到達することはない。また、アルミニウムはフラッシュランプ６９からの閃光によって損傷を受けにくい性質を有するため、フランジ１０自体が閃光Ｌ１によって劣化することも防止される。

一方、複数のフラッシュランプ６９のうち比較的Ｏリング１７から遠いフラッシュランプ６９２からＯリング１７に向けて出射された閃光Ｌ２は、フランジ１０によって遮光することはできない。閃光Ｌ２は一旦透光板６１に入射した後、粗面化された遮光面６１ａによって遮られる。このため、閃光Ｌ２がＯリング１７に到達することも防止される。

したがって、全てのフラッシュランプ６９からＯリング１７に向けて出射された閃光は、フランジ１０または遮光面６１ａのいずれかによって遮光され、Ｏリング１７には到達しない。その結果、熱処理時の閃光照射に起因したＯリング１７の劣化が防止されるのである。

なお、遮光面６１ａはＯリング１７に向かう光を遮るとともに、Ｏリング１７と接触してチャンバー６５内部を気密状態に維持するシール面でもある。すなわち、遮光面６１ａは遮光性とシール性を兼備しなければならない。遮光面６１ａの粗面化の程度が大きくなるほど（表面粗さが粗くなるほど）遮光性に優れたものとなる一方で、シール性が低下する。よって、遮光面６１ａの表面平均粗さ（Ｒａ）は遮光性およびシール性を両立できる１．０μｍ以上２．０μｍ以下の範囲にする必要があり、本実施形態ではＲａ＝１．１６μｍとしている。

＜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もキセノンフラッシュランプからの閃光によって半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置であり、その全体構成および半導体ウェハーＷの熱処理動作は第１実施形態と同じであるため詳説は省略する。但し、第２実施形態は、図１および図２中のＡで示されるシール部分の構造において第１実施形態と異なる。

図５および図６は、それぞれ第２実施形態のシール部分の拡大図および斜視図である。第１実施形態と同様に、チャンバー６５の側板６３，６４には、透光板６１の下面周縁部に対向する位置にリング溝１５が円環状に刻設されており、このリング溝１５に沿って樹脂製のＯリング１７が円環状に設けられている。Ｏリング１７は透光板６１の下面周縁部に沿って透光板６１とチャンバー６５の本体部との間に挟み込まれ、その結果チャンバー６５内が気密状態に維持される。

また、側板６３，６４の上部にはフランジ１０が設けられている。フランジ１０はアルミニウム製であって、透光板６１の上面周縁部を覆うように設けられている。フランジ１０の内径は、Ｏリング１７の内径よりも小さい。アルミニウムはフラッシュランプ６９から照射される閃光に対して不透明であるとともに、他の金属と比較してフラッシュランプ６９からの閃光によって損傷を受けにくい。不透明なフランジ１０が透光板６１の上面周縁部を覆うように設けられているため、Ｏリング１７の直上近傍から閃光が照射されたとしてもフランジ１０によって遮られ、Ｏリング１７に到達することはない。

さらに、第２実施形態においては、透光板６１の下面周縁部に円環状に溝１９を刻設するとともに、チャンバー６５の側板６３，６４に円環状に遮光壁１８を立設している。透光板６１は、遮光壁１８が溝１９に嵌合するようにチャンバー６５に設置される。円環状の遮光壁１８の径は、Ｏリング１７の径よりも小さい。つまり、遮光壁１８はＯリング１７よりも内周側に立設されている。また、Ｏリング１７は側板６３，６４の上端面よりも下側に設置されているのに対して、遮光壁１８は側板６３，６４の上端面よりも上側に立設されており、遮光壁１８はＯリング１７よりも内周側上方に設けられることとなる。

第２実施形態では、Ｏリング１７の上方を覆うようにフランジ１０を設けるとともに、Ｏリング１７よりも内周側上方に遮光壁１８を立設することにより、フラッシュランプ６９から透光板６１を通過してＯリング１７に向かう閃光を遮るようにしている。すなわち、図５において、複数のフラッシュランプ６９のうち比較的Ｏリング１７に近いフラッシュランプ６９からＯリング１７に向けて出射された閃光Ｌ３はフランジ１０によって遮られる。一方、複数のフラッシュランプ６９のうち比較的Ｏリング１７から遠いフラッシュランプ６９からＯリング１７に向けて出射された閃光Ｌ４は一旦透光板６１に入射した後遮光壁１８によって遮られる。

その結果、全てのフラッシュランプ６９から出射された閃光は、フランジ１０または遮光壁１８のいずれかによって遮光され、Ｏリング１７には到達しない。これにより、熱処理時の閃光照射に起因したＯリング１７の劣化が防止される。換言すれば、第２実施形態においては、透光板６１の上面周縁部を覆うように設けられたフランジ１０と透光板６１の下面周縁部に刻設された溝１９とによってラビリンス機構を構成し、その溝１９に遮光壁１８を嵌合させることによって全てのフラッシュランプ６９からＯリング１７に向けて出射された閃光を遮光するようにしているのである。

また、第２実施形態では透光板６１の下面周縁部は平滑であるため、Ｏリング１７との接触による十分なシール性を得ることができる。

＜３．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もキセノンフラッシュランプからの閃光によって半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置であり、フランジ１０の先端に垂下部１１を設けている点を除いては、第２実施形態と同じである。

図７は、第３実施形態のシール部分の拡大図である。第３実施形態では、溝１９に加えて、透光板６１の上面周縁部に円環状に溝１２を刻設している。また、透光板６１の上面周縁部を覆うように設けられたフランジ１０の先端から垂下する垂下部１１を設けている。垂下部１１は溝１２に嵌合する。垂下部１１は遮光壁１８よりもさらに内周側に設けられている。

第３実施形態では、複数のフラッシュランプ６９のうち比較的Ｏリング１７に近いフラッシュランプ６９からＯリング１７に向けて出射された閃光はフランジ１０によって遮られ、比較的Ｏリング１７から遠いフラッシュランプ６９から出射された閃光は垂下部１１および遮光壁１８によって遮られる。その結果、全てのフラッシュランプ６９から出射された閃光は、フランジ１０、垂下部１１および遮光壁１８によって確実に遮光され、Ｏリング１７には到達しない。これにより、熱処理時の閃光照射に起因したＯリング１７の劣化が防止される。

また、第３実施形態においては、透光板６１の上面周縁部を覆うように設けられたフランジ１０、透光板６１の下面周縁部に刻設された溝１９および上面周縁部に刻設された溝１２によって第２実施形態よりも複雑なラビリンス機構を構成している。そして、溝１９に遮光壁１８を嵌合させるとともに、溝１２に垂下部１１を嵌合させることによって全てのフラッシュランプ６９からＯリング１７に向けて出射された閃光を確実に遮光するようにしているのである。また、より複雑なラビリンス機構が実現されるため、フランジ１０の内壁面や側板６３，６４の上端面で反射した閃光がＯリング１７に到達することをも防止することができる。

＜４．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、上記各実施形態においては光源５に２９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。

また、光源５にフラッシュランプ６９に代えて他の種類のランプ（例えばハロゲンランプ）を備え、当該ランプからの光照射によって半導体ウェハーＷの加熱を行う熱処理装置であっても本発明に係る技術を適用することができる。すなわち、ランプから出射されてシール部材に向かう光を遮る遮光部材を設けることにより、光照射によるシール部材の劣化を防止することができる。

また、第１実施形態ではフランジ１０および遮光面６１ａの両方によって全てのフラッシュランプ６９からＯリング１７に向かう閃光を遮光していたが、いずれか一方のみによって遮光を行うようにしても良い。例えば、金属製のフランジ１０の方が遮光性が高いため、全てのフラッシュランプ６９からＯリング１７に向かう閃光を遮光できる配置にできるのであればフランジ１０のみを設けるようにしても良い。また、Ｏリング１７自体にある程度の耐光性を持たせられるのであれば遮光面６１ａのみとしても良い。

また、第１実施形態において、遮光面６１ａに代えて、透光板６１の内部に遮光性を付与するようにしても良い。例えば、透光板６１の周縁部内部に多数の気泡を含ませて遮光性を付与するようにすれば良い。透光板６１の下面周縁部を平滑面としつつ内部に遮光性を付与すれば、Ｏリング１７との十分なシール性を維持しつつも高い遮光性を得ることができる。

また、第２，３実施形態では溝１９に遮光壁１８を嵌合させてフラッシュランプ６９からの閃光を遮光するようにしていたが、他の手法にて溝１９に遮光性を付与するようにしても良い。例えば、溝１９の内壁面を着色することによって溝１９に遮光性を付与し、フラッシュランプ６９からＯリング１７に向かう閃光を遮光するようにしても良い。

また、上記各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。一例として、ＣＶＤ法によりガラス基板上に形成した多結晶シリコン膜にシリコンをイオン注入して非晶質化した非晶質シリコン膜を形成し、さらにその上に反射防止膜となる酸化シリコン膜を形成する。この状態で、本発明にかかる熱処理装置により非晶質のシリコン膜の全面に光照射を行い、非晶質のシリコン膜が多結晶化した多結晶シリコン膜を形成することもできる。

また、ガラス基板上に下地酸化シリコン膜、アモルファスシリコンを結晶化したポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜にリンやボロン等の不純物をドーピングした構造のＴＦＴ基板に対して本発明にかかる熱処理装置により光照射を行い、ドーピング工程で打ち込まれた不純物の活性化を行うこともできる。

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。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。第１実施形態のシール部分の拡大図である。第１実施形態の透光板を下面側から見た図である。第２実施形態のシール部分の拡大図である。第２実施形態のシール部分の斜視図である。第３実施形態のシール部分の拡大図である。

符号の説明

５光源
１０フランジ
１１垂下部
１２，１９溝
１５リング溝
１７Ｏリング
１８遮光壁
２０ライナー
３０ヒーターリフレクタ
６１透光板
６１ａ遮光面
６２底板
６３，６４側板
６５チャンバー
６９フラッシュランプ
７１リフレクタ
７２光拡散板
７３熱拡散板
７４加熱プレート
Ｗ半導体ウェハー

Claims

基板に対して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、
ランプを有する光源と、
前記光源の下方に設けられ、前記光源から出射された光を透過するチャンバー窓を上部に備えるチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を略水平姿勢にて保持する保持手段と、
前記チャンバーに内設され、前記チャンバー窓の下面周縁部に沿って前記チャンバー窓と前記チャンバーの本体部との間に挟み込まれて前記チャンバー内を気密状態に維持するＯリングと、
前記ランプから出射されて前記チャンバー窓を通過して前記Ｏリングに向かう光を遮る遮光手段と、
を備え、
前記遮光手段は、前記チャンバー窓の上面周縁部を覆うように前記本体部に設けられた不透明なフランジ、および、前記Ｏリングよりも内周側の前記本体部に立設された遮光壁を含む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、
前記遮光壁は、前記チャンバー窓の下面周縁部に刻設された溝に嵌合することを特徴とする熱処理装置。
請求項１または請求項２記載の熱処理装置において、
前記フランジはアルミニウム製であることを特徴とする熱処理装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記フランジの先端に垂下部を設けることを特徴とする熱処理装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記ランプはキセノンフラッシュランプであり、
前記保持手段は、保持する基板を予備加熱するアシスト加熱手段を備えることを特徴とする熱処理装置。