JP5616006B2

JP5616006B2 - 熱処理装置

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Publication number: JP5616006B2
Application number: JP2008151794A
Authority: JP
Inventors: 楠田　達文; 達文楠田
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2028-06-10
Also published as: JP2009302131A

Description

この発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）に光を照射することにより該基板を熱処理する熱処理装置、特に閃光を照射して基板を瞬間的に加熱する熱処理装置に関する。

従来より、イオン注入後の基板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が一般的に使用されていた。このようなランプアニール装置においては、基板を、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、基板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。

一方、近年、半導体デバイスの高集積化が進展し、ゲート長が短くなるにつれて接合深さも浅くすることが望まれている。しかしながら、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する上記ランプアニール装置を使用して基板のイオン活性化を実行した場合においても、基板に打ち込まれたボロンやリン等のイオンが熱によって深く拡散する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、接合深さが要求よりも深くなり過ぎ、良好なデバイス形成に支障が生じることが懸念される。

このため、キセノンフラッシュランプ等を使用して基板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基板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。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、シリコンの基板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基板に閃光を照射したときには、透過光が少なく基板を急速に昇温することが可能である。また、数ミリセカンド以下の極めて短時間の閃光照射であれば、基板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、イオンを深く拡散させることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置の構成例は、例えば特許文献１に記載されている。

キセノンフラッシュランプによるフラッシュ加熱を行う前には、ホットプレートやハロゲンランプ等を使用して基板の予備加熱が行われる。ホットプレートは、安全かつある程度は均一に基板を昇温できるという利点があるものの、昇温可能な温度に限界があるため、適用範囲に限界がある。一方、ハロゲンランプを使用すれば６００度以上の昇温が実現可能である。フラッシュ加熱前に、基板を予備的に６００度以上の高温領域まで昇温させておくことができれば、フラッシュ加熱に求められる昇温幅をその分小さくすることができる。すなわち、キセノンフラッシュランプによって基板に与えるべきエネルギーを小さくすることができる。これによって、フラッシュ加熱において基板に生じる熱応力を小さくすることが可能となり、フラッシュ加熱における基板の割れの発生を防止することができる。

特開２００４−１４０３１８号公報

ところで、光照射による加熱処理を行う熱処理装置においては、光源と被加熱物との間の空間（熱空間）の断面形状（すなわち、光源と被加熱物とをその内部に収容する筐体の断面形状）は、光源の特性に応じて規定されるべきものである。

例えば、キセノンフラッシュランプは、一般に棒状であり、その両端部から劣化していく（すなわち、ランプの両端部から光量が落ちていく）という劣化特性を有する。このような光源を加熱手段として用いる場合、光源の劣化が熱処理に与える影響をなるべく小さくするためには、ランプを、その両端部が被加熱物からなるべく遠くなるような位置におくことが望ましい。このためには、筐体の断面を長方形とし、その長辺方向にキセノンフラッシュランプの長手方向がおかれるように配置すればよい。ただし、被加熱物は筐体の中央付近に配置されるものとする。このように、劣化特性を考慮すると、キセノンフラッシュランプに適した筐体の断面形状は長方形であるといえる。

一方で、被加熱物を均一に昇温させるためには、熱空間の形状は対称性の高いものであることが望ましい。すなわち、熱処理の均一性を考慮した場合、最も適切な筐体の断面形状は円形であるといえる。したがって、キセノンフラッシュランプのような特殊な劣化特性を有さない光源、例えばハロゲンランプのように発光領域全体の光量が同じように低下していく劣化特性の光源を加熱手段として用いる場合は、筐体の断面形状を長方形とする積極的な理由はないので、熱処理の均一性を考慮して、筐体の断面形状をなるべく対称性の高い形（最も好ましくは円形）にすることが望ましい。

また、断面形状だけでなく断面サイズもまた、光源の特性に応じて規定されるべきものである。

例えば、キセノンフラッシュランプを光源として用いる場合、加熱処理は一瞬で行われるという事情がある。したがって、被加熱物である基板を、その周縁領域まで全体に均一に昇温させるためには、複数のキセノンフラッシュランプを列設した領域が、被加熱物である基板の表面領域よりも十分大きな領域をカバーする必要がある。つまり、キセノンフラッシュランプを加熱手段として用いる場合は、ランプの列設領域が被加熱物の表面領域よりも十分大きくなるように設定する必要がある。したがってこの場合、筐体の断面サイズを被加熱物の表面積よりも十分大きく設定する必要がある。

一方、ハロゲンランプを光源として用いる場合、加熱処理はある程度の時間をかけて行われる。すなわち、ハロゲンランプは所定の時間連続点灯されることとなる。点灯時間が長くなるとハロゲンランプは熱をもってしまうので、これを冷却する機構が必要となってくる。冷却機構はハロゲンランプの列設領域の全体を覆うように設けられるところ、ランプの列設領域が大きくなると、冷却機構として大がかりなものが必要になってくる。したがって、装置のフットプリントが増大し、製造コストもかかってしまう。このような事情から、ハロゲンランプの列設領域はなるべく小さくすることが望ましいとされる。すなわち、ハロゲンランプを光源として用いる場合は、筐体の断面サイズをなるべく小さくすることが望ましいとされる。

このように、用いられる光源の種類によって、適切とされる熱空間の断面形状や断面サイズが変わってくる。

ところで、上述したように、光照射により基板を熱処理する熱処理装置においては、ホットプレートにより予備加熱処理を行った後に、キセノンフラッシュランプによりフラッシュ加熱を行うものがある。このような熱処理装置においては、筐体の断面形状や断面サイズは、キセノンフラッシュランプの特性に応じたものとすればよい。

一方、上述したように、ホットプレートではなくハロゲンランプを用いて予備加熱処理を行う熱処理装置の場合、キセノンフラッシュランプの特性に応じた断面形状、断面サイズの筐体とすると、ハロゲンランプの特性からみると不適切なものとなってしまう。

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、複数種類の光源を有する熱処理装置（特に、フラッシュランプとハロゲンランプとを有する熱処理装置）の適切な筐体形状を提案することを目的とする。

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当該基板を加熱する熱処理装置であって、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて光を照射する複数のハロゲンランプを備える第１光照射手段と、前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて閃光を照射する複数のフラッシュランプを備える第２光照射手段と、内部に前記保持手段を収容するチャンバーと、を備え、前記チャンバーが、前記保持手段に保持された基板から前記第１光照射手段までの空間であり、断面形状が一定の筒状の空間である第１熱空間をその内部に形成する第１筐体部と、前記保持手段に保持された基板がおかれる平面上で前記第１筐体部と接合し、前記保持手段に保持された基板から前記第２光照射手段までの空間であり、断面形状が一定の筒状の空間である第２熱空間をその内部に形成する第２筐体部と、を備え、前記チャンバーにおける、前記第１筐体部を前記保持手段に保持された基板と平行な面で切断した断面である第１断面と、前記第２筐体部を前記保持手段に保持された基板と平行な面で切断した断面である第２断面とが非合同であって、前記チャンバーが、全体として、前記保持手段に保持された基板がおかれる平面を境に非連続な形状に形成されており、前記第２断面の面積が、前記第１断面の面積よりも大きい。

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、前記第１断面と前記第２断面とが異なる形状である。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の熱処理装置において、前記第１断面が円形である。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の熱処理装置において、前記複数のフラッシュランプのそれぞれが、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互いに平行となるように平面状に配列されており、前記第２断面が、前記長手方向に長辺をもつ長方形である。

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、前記第１断面が、前記長方形の短辺よりも小さな直径を有する円形である。
請求項６の発明は、基板に対して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、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて光を照射する複数のハロゲンランプを備える第１光照射手段と、前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて閃光を照射する複数のフラッシュランプを備える第２光照射手段と、内部に前記保持手段を収容するチャンバーと、を備え、前記チャンバーが、前記保持手段に保持された基板から前記第１光照射手段までの空間であり、断面形状が一定の筒状の空間である第１熱空間をその内部に形成する第１筐体部と、前記保持手段に保持された基板がおかれる平面上で前記第１筐体部と接合し、前記保持手段に保持された基板から前記第２光照射手段までの空間であり、断面形状が一定の筒状の空間である第２熱空間をその内部に形成する第２筐体部と、を備え、前記チャンバーにおける、前記第１筐体部を前記保持手段に保持された基板と平行な面で切断した断面である第１断面と、前記第２筐体部を前記保持手段に保持された基板と平行な面で切断した断面である第２断面とが非合同であって、前記チャンバーが、全体として、前記保持手段に保持された基板がおかれる平面を境に非連続な形状に形成されており、前記複数のハロゲンランプが円形領域に列設されており、前記複数のフラッシュランプのそれぞれが、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互いに平行となるように平面状に配列されており、前記第１断面が円形であり、前記第２断面が、前記長手方向に長辺をもつ長方形である。
請求項７の発明は、請求項６に記載の熱処理装置において、前記第２断面の面積が、前記第１断面の面積よりも大きい。
請求項８の発明は、請求項６または７に記載の熱処理装置において、前記第１断面が、前記長方形の短辺よりも小さな直径を有する円形である。

請求項９の発明は、請求項１から８のいずれかに記載の熱処理装置において、前記第１断面と相似形の断面をもつ筒状に形成され、前記第１筐体の内側に前記第１筐体の側壁と同心に配置される第１反射体と、前記第２断面と相似形の断面をもつ筒状に形成され、前記第２筐体の内側に前記第２筐体の側壁と同心に配置される第２反射体と、を備え、前記第１反射体の内側表面の反射率と、前記第２反射体の内側表面の反射率とが異なる。

請求項１〜９の発明によると、第１断面と第２断面とが非合同である。つまり、第１筐体部の断面と、第２筐体部の断面とを独立に設定することができる。これにより、複数種類の光源のそれぞれの特性に応じた適切な形状の筐体を得ることができる。

特に、請求項２、６の発明によると、第１断面と第２断面とが異なる形状である。熱空間の断面形状として適切なものは、光源の種類によって変わってくるところ、この発明では、第１断面の形状はハロゲンランプの特性に応じたものとし、第２断面の形状はフラッシュランプの特性に応じたものとすることができる。したがって、複数種類の光源のそれぞれの特性に応じた形状の筐体を得ることができる。

特に、請求項１、７の発明によると、第２断面の面積が、第１断面の面積よりも大きい。これによって、熱処理における温度分布の均一性を担保しつつ、装置のコンパクト化を実現することができる。

特に、請求項３、６の発明によると、第１断面が円形であるので、第１光照射手段による熱処理において、処理の均一性を高めることができる。また、円柱状の空間にはパーティクルが溜まりにくいので、第１熱空間を清浄な状態に保つことができる。

特に、請求項４、６の発明によると、第２断面が、フラッシュランプの長手方向に長辺をもつ長方形である。フラッシュランプはその両端部から劣化するという特性をもつところ、この発明によると、フラッシュランプの劣化が熱処理に与える影響を小さくすることができる。

この発明の実施の形態に係る熱処理装置について図面を参照しながら説明する。この発明の実施の形態に係る熱処理装置は、略円形の基板Ｗに閃光（フラッシュ光）を照射してその基板Ｗを加熱するフラッシュランプアニール装置である。

〈１．熱処理装置の全体構成〉
はじめに、この発明の実施の形態に係る熱処理装置の全体構成について、図１〜図４を参照しながら説明する。図１および図２は、熱処理装置１００の構成を示す側断面図であり、互いに直交する方向からみた図となっている。図３（ａ）、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、熱処理装置１００を図１の矢印Ｑ１方向、矢印Ｑ２方向および矢印Ｑ３方向からそれぞれみた縦断面図である。図４は、チャンバー５の形状を模式的に示す図である。

〈１−１．チャンバー５〉
熱処理装置１００は、後述する各構成部をその内部に収容するチャンバー５を備える。チャンバー５は、側壁面を構成するチャンバー側部５１、チャンバー側部５１の上端縁と接合されてチャンバー側部５１の上部を覆うチャンバー蓋部５２、および、チャンバー側部５１の下端縁と接合されてチャンバー側部５１の下部を覆うチャンバー底部５３を備える。

チャンバー側部５１には、基板Ｗの搬入および搬出を行うための搬送開口部５１１が形成されている（図２参照）。搬送開口部５１１は、軸５１２を中心に回動するゲートバルブ５１３により開閉可能とされる。搬送開口部５１１は、後述する反射体１の側壁面をも貫通して形成されており、ゲートバルブ５１３が開放位置（図２の仮想線位置）におかれることによって、搬送開口部５１１を通じて反射体１の筒内部に基板Ｗを搬出入することが可能となる（矢印ＡＲ５）。一方、ゲートバルブ５１３が閉鎖位置（図２の実線位置）におかれると、チャンバー５の内部が密閉空間とされる。チャンバー５の形状については、後により具体的に説明する。

〈１−２．チャンバー５の内部に収容される各構成部〉
チャンバー５の内部には、その断面がチャンバー５の断面と相似形となる筒状に形成された反射体１が、チャンバー側部５１と同心となる配置で収容される。

後述するハロゲンランプ対応部５１ａの内部に収納される反射体１（反射体１ａ）は、１枚の反射板１１ａによって円筒状に形成され、ハロゲンランプ対応部５１ａと同心に配置される。ただし、後述するように、ハロゲンランプ対応部５１ａは円筒状に成型される。

また、後述するフラッシュランプ対応部５１ｂの内部に収納される反射体１（反射体１ｂ）は、４枚の反射板１１ｂによって長方形の筒状に形成され、フラッシュランプ対応部５１ｂと同心に配置される。ただし、後述するように、フラッシュランプ対応部５１ｂは長方形の筒状に成型される。

各反射板１１ａ，１１ｂの内側表面は反射率が十分に高い部材（例えば、アルミニウム等）により形成されている。もしくは、内側表面に反射率を高めるコーティング（例えば、金の非拡散コーティング）がなされている。後述する光照射部３，４から照射された光線の一部は、反射板１１ａ，１１ｂの内側表面で反射されて、後述する保持部２に保持された基板Ｗに入射する。これによって、光照射部３，４から発生した光エネルギーが無駄なく基板Ｗの熱処理に用いられることになる。

また、熱処理装置１００は、基板Ｗを水平に保持する保持部２を備える。保持部２は、光透過性の部材（例えば石英）により形成される保持ステージ２１を備える。保持ステージ２１には、複数個（例えば３個）の支持ピン２２が立設される。保持部２に保持される基板Ｗは、これら複数の支持ピン２２によって裏面側から点で支持される。

また、チャンバー５の内部には、反射体１ａ，１ｂの各筒内部に配置され、保持部２に保持される基板Ｗに光を照射することにより基板Ｗを加熱する２つの光照射部３，４が収容される。

第１の光照射部（第１光照射部３）は、保持部２に保持された基板Ｗの下側であって基板Ｗと１００mm以上離間した位置から、基板Ｗに向けて光を照射する。そして、その光エネルギーによって基板Ｗを所定の予備加熱温度（例えば、６００度）まで昇温させる。第１光照射部３は、複数のハロゲンランプ３１およびリフレクタ３２を有する。複数のハロゲンランプ３１は、それぞれが点灯管（すなわち、点光源）であり、平面状に規則的に配列されている。リフレクタ３２は、複数のハロゲンランプ３１の下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。

ハロゲンランプ３１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）を微量導入したものが封入されている。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３１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徴を有する。

第２の光照射部（第２光照射部４）は、保持部２に保持された基板Ｗの上側であって基板Ｗと１００mm以上離間した位置から、基板Ｗ（より具体的には、第１光照射部３により予備加熱された基板Ｗ）に向けて閃光を照射する。そして、その光エネルギーによって基板Ｗの表面を短時間に昇温させる。第２光照射部４は、複数（例えば、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）４１およびリフレクタ４２を有する。複数のフラッシュランプ４１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４２は、複数のフラッシュランプ４１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。

キセノンフラッシュランプ４１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、該ガラス管の外周面上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４１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。

なお、光照射部３，４と保持部２との間には、光照射部３，４のそれぞれと保持部２に保持された基板Ｗとを分離された空間におくための雰囲気遮断部材を設けてもよい。ただし、この雰囲気遮断部材は光を透過させる部材（例えば、石英）を用いて形成する必要がある。雰囲気遮断部材を設けることによって、光照射部３，４にて発生したパーティクル等によって保持部２に保持された基板Ｗが汚染されるのを防止することができる。

なお、熱処理装置１００は、上記の各構成部を制御する制御部９１と、ユーザインターフェイスである操作部９２および表示部９３を備える。操作部９２および表示部９３はチャンバー５の外部に配置され、ユーザから各種の指示をチャンバー５の外部にて受け付ける。制御部９１は、操作部９２および表示部９３から入力された各種の指示に基づいて熱処理装置１００の各構成部を制御する。

〈２．チャンバー５〉
チャンバー５の形状について、引き続き図１〜図４を参照しながら、より具体的に説明する。チャンバー５は、保持部２が基板Ｗを保持する平面（すなわち、保持部２に水平姿勢にて保持された基板Ｗと略同一な高さ位置（境界位置Ｔ））を境に非連続な形状を有している。つまり、チャンバー５は、境界位置Ｔについて非対称な形状を有しており、チャンバー側部５１の上側の断面（境界位置Ｔよりも上側の断面５１０ｂ）と下側の断面（境界位置Ｔよりも下側の断面５１０ａ）とが非合同となっている。ただし、この「断面」とは、チャンバー側部５１を保持部２に保持された基板Ｗと平行な面で切断した断面である。

チャンバー側部５１についてより具体的に説明する。チャンバー側部５１は、境界位置Ｔにて互いに接合する２つの部材５１ａ，５１ｂを備える。

第１の部材（ハロゲンランプ対応部５１ａ）は、境界位置Ｔの下側に配置される。ハロゲンランプ対応部５１ａと、これに接合されたチャンバー底部５３とは、その内部に第１熱空間Ｖ１を形成する。第１熱空間Ｖ１は、保持部２に保持された基板Ｗと第１光照射部３との間の空間であり、第１光照射部３から出射された光線はこの第１熱空間Ｖ１を通って基板Ｗへと到達し、そのエネルギーによって基板Ｗが昇温されることになる。

ハロゲンランプ対応部５１ａは、図４に示すように、円筒状に成型される。（すなわち、第１熱空間Ｖ１は円柱形状となる。）そして、図３に示すように、ハロゲンランプ対応部５１ａの断面（ハロゲンランプ対応部５１ａを保持部２に保持された基板Ｗと平行な面で切断した断面）５１０ａの直径Ｒ３は、後述するフラッシュランプ対応部５１ｂの断面（フラッシュランプ対応部５１ｂを保持部２に保持された基板Ｗと平行な面で切断した断面）５１０ｂの長方形の短辺Ｒ２よりも小さく設定される。すなわち、ハロゲンランプ対応部５１ａは、その断面５１０ａが円形（より具体的には、直径Ｒ３がフラッシュランプ対応部５１ｂの断面５１０ｂの短辺Ｒ２よりも小さな円形）となるように成型される。

第２の部材（フラッシュランプ対応部５１ｂ）は、境界位置Ｔの上側に配置される。フラッシュランプ対応部５１ｂと、これに接合されたチャンバー蓋部５２とは、その内部に第２熱空間Ｖ２を形成する。第２熱空間Ｖ２は、保持部２に保持された基板Ｗと第２光照射部４との間の空間であり、第２光照射部４から出射された光線はこの第２熱空間Ｖ２を通って基板Ｗへと到達し、そのエネルギーによって基板Ｗが昇温されることになる。

フラッシュランプ対応部５１ｂは、図４に示すように、長方形の筒状に成型される。（すなわち、第２熱空間Ｖ２は四角柱形状となる。）そして、図１に示すように、複数のフラッシュランプ４１は、その長手方向が断面５１０ｂの長辺Ｒ１に沿うように配置される。また、上述した通り、断面５１０ｂの短辺Ｒ２は、ハロゲンランプ対応部５１ａの断面５１０ａの直径Ｒ３よりも大きく設定される。

ハロゲンランプ対応部５１ａとフラッシュランプ対応部５１ｂとは、境界位置Ｔに配置される境界部材５１ｃを介して互いに接合される。境界部材５１ｃは、フラッシュランプ対応部５１ｂの断面５１０ｂと同一サイズの平板状の部材であり、その中央にハロゲンランプ対応部５１ａの断面５１０ａと同一サイズの開口部が形成されている。この境界部材５１ｃの内周縁（開口部の周縁）にハロゲンランプ対応部５１ａの上端縁が接合され、外周縁にフラッシュランプ対応部５１ｂの下端縁が接合される。これによって、境界部材５１ｃを介して、ハロゲンランプ対応部５１ａとフラッシュランプ対応部５１ｂとが一体化されることになる。

ただし、保持部２は、境界部材５１ｃに形成された開口部の中心に基板Ｗの中心が位置するように基板Ｗを保持する。つまり、ハロゲンランプ対応部５１ａ、フラッシュランプ対応部５１ｂおよび保持部２に保持された基板Ｗは、同心に配置される。

〈３．熱処理装置の動作〉
次に、熱処理装置１００における基板Ｗの処理手順について図５を参照しながら説明する。図５は、熱処理装置１００にて実行される処理の流れを示す図である。ここで処理対象となる基板Ｗ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、添加された不純物の活性化が熱処理装置１００による熱処理により行われる。なお、以下の処理動作は、制御部９１が所定のタイミングで各構成を制御することによって行われる。

はじめに、イオン注入後の基板Ｗを熱処理装置１００内に搬入する（ステップＳ１）。より具体的には、制御部９１が駆動手段（図示省略）を制御して、ゲートバルブ５１３を開放位置におく。これにより搬送開口部５１１が開放される。続いて、装置外部の搬送ロボットが、イオン注入後の基板Ｗを搬送開口部５１１を通じてチャンバー５内に搬入して、保持部２上に載置する。基板Ｗが保持部２上に載置されると、制御部９１が再び駆動手段（図示省略）を制御して、ゲートバルブ５１３を閉鎖位置におく。これにより搬送開口部５１１が閉鎖され、チャンバー５内部が密閉空間とされる。

続いて、保持部２に保持された基板Ｗを予備加熱する（ステップＳ２）。より具体的には、制御部９１が第１光照射部３を制御して、保持部２に保持された基板Ｗに向けて光を照射させる。この光エネルギーによって基板Ｗが所定の予備加熱温度まで昇温される。このとき、第１光照射部３のハロゲンランプ３１から放射される光は直接に、もしくは、反射板１１ａやリフレクタ３２等で反射されながら、保持部２に保持された基板Ｗへと向かい、これらの光照射により基板Ｗの予備加熱が行われる。

予備加熱が完了すると、続いて、保持部２に保持された基板Ｗをフラッシュ加熱する（ステップＳ３）。より具体的には、制御部９１が第２光照射部４を制御して、保持部２に保持された基板Ｗに向けて閃光（フラッシュ光）を照射させる。この光エネルギーによって基板Ｗが所定の処理加熱温度まで昇温される。このとき、第２光照射部４のフラッシュランプ４１から放射される光は直接に、もしくは、反射板１１ｂやリフレクタ４２等で反射されながら、保持部２に保持された基板Ｗへと向かい、これらの閃光照射により基板Ｗのフラッシュ加熱が行われる。

なお、フラッシュ加熱は、フラッシュランプ４１からの閃光照射により行われるため、基板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、第２光照射部４のフラッシュランプ４１から照射される閃光は、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る。そして、フラッシュランプ４１からの閃光照射によりフラッシュ加熱される基板Ｗの表面温度は、瞬間的に所定の処理温度（例えば、１０００℃ないし１１００℃程度）まで上昇し、基板Ｗに添加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１００では、基板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、基板Ｗ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Ｗ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。なお、添加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活性化は完了する。

また、フラッシュ加熱の前に第１光照射部３により基板Ｗを予備加熱しておくことにより、フラッシュランプ４１からの閃光照射によって基板Ｗの表面温度を処理温度まで容易に上昇させることができる。特に、この実施の形態においては、ハロゲンランプ３１を用いて予備加熱を行うので、ホットプレート等を用いた場合に比べて高温（例えば、６００度以上）領域まで基板Ｗを予備昇温させておくことができる。これにより、フラッシュ加熱における昇温幅を小さくすることが可能となり、フラッシュ加熱における基板の割れの発生を防止することができる。

フラッシュ加熱が終了すると、基板Ｗを熱処理装置１００内から搬出する（ステップＳ４）。より具体的には、制御部９１が駆動手段（図示省略）を制御してゲートバルブ５１３を開放位置におく。続いて、装置外部の搬送ロボットが、基板Ｗを搬送開口部５１１を通じてチャンバー５内から搬出する。以上で、熱処理装置１００における基板Ｗの処理が終了する。

〈４．効果〉
上記の実施の形態に係る熱処理装置１００においては、フラッシュランプ対応部５１ｂの断面５１０ｂが、フラッシュランプ４１の長手方向に長辺Ｒ１をもつ長方形である。フラッシュランプ４１はその両端部から劣化するという特性をもつところ、この断面形状によると、フラッシュランプ４１の劣化がフラッシュ加熱処理に与える影響を小さくすることができる。

また、フラッシュランプ４１の形状は一般に棒状であるので、フラッシュランプ対応部５１ｂの断面５１０ｂを長方形とすれば、この断面領域の全体にあますところなくフラッシュランプ４１を列設することが可能となる。すなわち、フラッシュランプ対応部５１ｂの断面領域に無駄なくフラッシュランプ４１を列設することによって、フラッシュランプ４１の列設領域を大きくとることができる。

一方、ハロゲンランプ３１は、フラッシュランプ４１とは異なり、発光領域全体の光量が同じように低下する劣化特性をもつので、ハロゲンランプ対応部５１ａの断面５１０ａを長方形とする積極的な理由はない。また、ハロゲンランプ３１は多種多様な形状のものがある（例えば、棒状、円環状、点状等）ため、適切な形状のものを選択すれば各種の形状領域（例えば、円形や多角形）に無駄なくハロゲンランプ３１を列設することが可能となる。したがって、フラッシュランプ対応部５１ｂの断面形状としては上述の通り長方形が適しているのに対し、ハロゲンランプ対応部５１ａの断面形状については最適形状が長方形であるとは必ずしもいえない。

そこで、熱処理装置１００においては、ハロゲンランプ対応部５１ａの断面５１０ａとフラッシュランプ対応部５１ｂの断面５１０ｂとを異なる形状とする。すなわち、ハロゲンランプ対応部５１ａの断面５１０ａを、長方形ではなく、円形とする。熱処理においては、熱空間の形状の対称性が高いほど、熱処理の均一性を高めることができるところ、第１熱空間Ｖ１の断面５１０ａは円形であるので、第１光照射部３による熱処理（すなわち、ハロゲンランプ３１による予備加熱処理）における均一性を高めることができる。また、円形の断面は構造上パーティクルが溜まりにくいので、第１熱空間Ｖ１を清浄な状態に保つことができる。

また、フラッシュランプ４１を用いたフラッシュ加熱処理においては、処理は一瞬で行われる。したがって、基板Ｗの周縁部まで全体に均一に昇温させるためには、複数のフラッシュランプ４１を列設した領域が被加熱物である基板Ｗの表面領域よりも十分大きくなるように設定する必要がある。一方、ハロゲンランプ３１を用いた予備加熱処理においては、ある程度の時間をかけて基板Ｗが昇温される。したがって、複数のハロゲンランプ３１を列設した領域は、フラッシュランプ４１の列設領域ほど大きく設定する必要はなく、基板Ｗと同程度の大きさであればよい。

そこで、熱処理装置１００においては、ハロゲンランプ対応部５１ａの断面５１０ａの直径Ｒ３を、フラッシュランプ対応部５１ｂの断面５１０ｂの短辺Ｒ２よりも小さく設定する。このように、ハロゲンランプ対応部５１ａの断面サイズを相対的に小さく、フラッシュランプ対応部５１ｂの断面サイズを相対的に大きくすることによって、フラッシュ加熱処理における温度分布の均一性を担保しつつ、熱処理装置１００全体のコンパクト化を実現することができる。また、フラッシュランプ対応部５１ｂの断面サイズを小さくすることによって、例えばハロゲンランプ３１の冷却機構を設ける場合にも、大がかりな冷却機構を必要としない。すなわち、冷却機構をコンパクト化することができるとともに製造コストを抑えることができる。

以上の通り、ハロゲンランプ対応部５１ａの断面５１０ａとフラッシュランプ対応部５１ｂの断面５１０ｂとを非合同とすれば、装置が備える複数種類の光源（ハロゲンランプ３１およびフラッシュランプ４１）のそれぞれの特性に応じた適切な形状のチャンバー５を得ることができる。

〈５．変形例〉
上記の実施の形態においては、ハロゲンランプ対応部５１ａ、フラッシュランプ対応部５１ｂの各断面５１０ａ，５１０ｂを、それぞれ円形、長方形としているが、各断面５１０ａ，５１０ｂの形状はこれに限られるものではなく、各断面５１０ａ，５１０ｂの形状とサイズとの少なくとも一方を異なるものとすることによって、各種の効果を得ることができる。

例えば、各断面５１０ａ，５１０ｂを、同一形状でありサイズが異なる相似関係とする。特に、フラッシュランプ対応部５１ｂの断面５１０ｂのサイズを、ハロゲンランプ対応部５１ａの断面５１０ｂのサイズよりも大きくすれば、上述の通り、フラッシュ加熱処理における温度分布の均一性を担保しつつ、熱処理装置１００全体のコンパクト化を実現することができる。

また例えば、各断面５１０ａ，５１０ｂを、円形と各種の多角形（例えば、上述したような長方形の他、正方形、三角形、五角形、六角形等）の組み合わせとしてもよいし、互いに異なる多角形同士の組み合わせとしてもよい。

また、上記の実施の形態において、反射板１１ａと反射板１１ｂとの反射率は必ずしも同じでなくてもよい。例えば、いずれか一方の反射板の内側表面にのみ特定の加工処理を施すことによって、一方の反射板の反射率を他方よりも小さく（もしくは、大きく）してもよい。

例えば、反射板１１ａの内側表面にのみサンドブラスト処理を施すことによって、反射板１１ａの反射率を反射板１１ｂよりも小さくしてもよい。なお、サンドブラスト処理を施すと、反射板の内側表面で光を拡散させることができる。これにより均等な反射光が得られることになる。また例えば、反射板１１ａの内側表面のみを黒く塗ることによって、反射板１１ａの反射率を反射板１１ｂよりも小さくしてもよい。

また、反射体１の断面形状は、その内部にて熱処理される基板Ｗの熱分布に影響を与えることがある。この場合、反射体１の内側表面の反射率を調整することによって反射体１の断面形状に起因する熱分布の影響を緩和することができる。例えば、円筒状に形成される反射体１ａにおいては、その内部にて熱処理される基板Ｗに同心円状の熱分布が現れやすい。そこで、反射体１ａを構成する反射板１１ａの内側表面に、その反射率を小さくするための加工処理を施しておく（例えば、反射板１１ａの内側表面を黒く塗っておく）。すると、反射板１１ａの内側壁面で光が反射しないので、その内部で熱処理される被処理基板Ｗに同心円状の熱分布も現れることもない。これによって、被処理基板Ｗの熱分布の面内均一性を向上させることができる。

また、上記の実施の形態においては、２つの光照射部３，４の両方が、保持部２に保持された基板Ｗから１００mm以上離間した位置に配置されるとしたが、必ずしも両方の光照射部３，４を基板Ｗから１００mm以上離間させなくともよい。また、各光照射部３，４と基板Ｗとの離間距離は等しくてもよいし、異なっていてもよい。

また、上記の実施の形態においては、ハロゲンランプ３１は点光源であり、フラッシュランプ４１は棒状光源であるとしたが、各光源３１，４１の形状はこれに限らず、ハロゲンランプ対応部５１ａ，フラッシュランプ対応部５１ｂの各断面５１０ａ，５１０ｂの形状に応じて選択すればよい。例えば、上記の実施の形態のように、ハロゲンランプ対応部５１ａの断面５１０ａの形状を円形とする場合、ハロゲンランプ３１として、渦巻き形状の光源を用いてもよいし、互いに異なる直径を有する複数個の円環状の光源を用いてもよい。後者の場合、複数個の円環状の光源を同心円に配置すればよい。

また、上記の実施の形態においては、保持部２は、保持ステージ２１に設けた複数個の支持ピン２２により基板Ｗを支持（点支持）する構成としたが、基板Ｗを保持する態様はこれに限らない。例えば、保持ステージ２１上に基板Ｗを直接載置して保持ステージ２１に基板Ｗを支持（面支持）させる構成としてもよい。また、基板Ｗの直径よりも若干大きな直径を有するリング状の部材により基板Ｗを支持する構成としてもよい。この場合、例えばリングの内側端面に、基板Ｗの裏面を点で支持する支持部材を複数個（例えば４個）形成しておき、これら複数個の支持部材によって基板Ｗを裏面側から支持する構成とすることができる。さらにまた、各種形状のハンドにより支持する構成としてもよい。

熱処理装置の構成を示す側断面図である。熱処理装置の構成を示す側断面図である。熱処理装置の構成を示す縦断面図である。チャンバーの形状を模式的に示す図である。熱処理装置にて実行される処理の流れを示す図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ反射体
２保持部
３第１光照射部
４第２光照射部
５チャンバー
１１ａ，１１ｂ反射板
３１ハロゲンランプ
４１フラッシュランプ
５１チャンバー側部
５１ａハロゲンランプ対応部
５１ｂフラッシュランプ対応部
５１ｃ境界部材
５２チャンバー蓋部
５３チャンバー底部
９１制御部
１００熱処理装置
５１０ａ，５１０ｂ断面
Ｔ境界位置
Ｗ基板

Claims

基板に対して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、
基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて光を照射する複数のハロゲンランプを備える第１光照射手段と、
前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて閃光を照射する複数のフラッシュランプを備える第２光照射手段と、
内部に前記保持手段を収容するチャンバーと、
を備え、
前記チャンバーが、
前記保持手段に保持された基板から前記第１光照射手段までの空間であり、断面形状が一定の筒状の空間である第１熱空間をその内部に形成する第１筐体部と、
前記保持手段に保持された基板がおかれる平面上で前記第１筐体部と接合し、前記保持手段に保持された基板から前記第２光照射手段までの空間であり、断面形状が一定の筒状の空間である第２熱空間をその内部に形成する第２筐体部と、
を備え、
前記チャンバーにおける、前記第１筐体部を前記保持手段に保持された基板と平行な面で切断した断面である第１断面と、前記第２筐体部を前記保持手段に保持された基板と平行な面で切断した断面である第２断面とが非合同であって、前記チャンバーが、全体として、前記保持手段に保持された基板がおかれる平面を境に非連続な形状に形成されており、
前記第２断面の面積が、前記第１断面の面積よりも大きい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において、
前記第１断面と前記第２断面とが異なる形状である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において、
前記第１断面が円形であることを特徴とする熱処理装置。
請求項１から３のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記複数のフラッシュランプのそれぞれが、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互いに平行となるように平面状に配列されており、
前記第２断面が、前記長手方向に長辺をもつ長方形であることを特徴とする熱処理装置。
請求項４に記載の熱処理装置において、
前記第１断面が、前記長方形の短辺よりも小さな直径を有する円形であることを特徴とする熱処理装置。
基板に対して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、
基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて光を照射する複数のハロゲンランプを備える第１光照射手段と、
前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて閃光を照射する複数のフラッシュランプを備える第２光照射手段と、
内部に前記保持手段を収容するチャンバーと、
を備え、
前記チャンバーが、
前記保持手段に保持された基板から前記第１光照射手段までの空間であり、断面形状が一定の筒状の空間である第１熱空間をその内部に形成する第１筐体部と、
前記保持手段に保持された基板がおかれる平面上で前記第１筐体部と接合し、前記保持手段に保持された基板から前記第２光照射手段までの空間であり、断面形状が一定の筒状の空間である第２熱空間をその内部に形成する第２筐体部と、
を備え、
前記チャンバーにおける、前記第１筐体部を前記保持手段に保持された基板と平行な面で切断した断面である第１断面と、前記第２筐体部を前記保持手段に保持された基板と平行な面で切断した断面である第２断面とが非合同であって、前記チャンバーが、全体として、前記保持手段に保持された基板がおかれる平面を境に非連続な形状に形成されており、
前記複数のハロゲンランプが円形領域に列設されており、
前記複数のフラッシュランプのそれぞれが、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互いに平行となるように平面状に配列されており、
前記第１断面が円形であり、
前記第２断面が、前記長手方向に長辺をもつ長方形であることを特徴とする熱処理装置。
請求項６に記載の熱処理装置において、
前記第２断面の面積が、前記第１断面の面積よりも大きいことを特徴とする熱処理装置。
請求項６または７に記載の熱処理装置において、
前記第１断面が、前記長方形の短辺よりも小さな直径を有する円形であることを特徴とする熱処理装置。
請求項１から８のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記第１断面と相似形の断面をもつ筒状に形成され、前記第１筐体の内側に前記第１筐体の側壁と同心に配置される第１反射体と、
前記第２断面と相似形の断面をもつ筒状に形成され、前記第２筐体の内側に前記第２筐体の側壁と同心に配置される第２反射体と、
を備え、
前記第１反射体の内側表面の反射率と、前記第２反射体の内側表面の反射率とが異なることを特徴とする熱処理装置。