JP6546063B2

JP6546063B2 - 熱処理装置

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Publication number: JP6546063B2
Application number: JP2015206277A
Authority: JP
Inventors: 信彦西出; 浩志三宅
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2019-07-17
Anticipated expiration: 2035-10-20
Also published as: JP2016184716A; TWI600087B; TW201642347A

Description

本発明は、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）に対してフラッシュ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。

このようなフラッシュランプを使用したランプアニール装置においては、半導体ウェハーを収容するチャンバー内を気密にするためにシール部材として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、熱処理装置に使用する場合には温度上昇を抑制する対策（例えば、冷却流体を利用したチャンバーの冷却）が必要となる。また、特にフラッシュランプを使用した熱処理装置に使用する場合には、極めて強度の強いフラッシュ光が瞬間的に照射されるため、熱によるＯリングの劣化よりもむしろ強力なフラッシュ光照射によるＯリングの表面劣化が問題となる。Ｏリング表面の劣化はチャンバー内の気密性を損なうだけでなく、その劣化したＯリングがガスやパーティクルの発生源になるという点で深刻な問題である。

このため、特許文献１には、チャンバーの側壁と石英窓との間にＯリングを挟み込み、その石英窓をクランプリングによってチャンバーに対して押圧してシールする装置において、クランプリングの裏面をサンドブラスト加工によって光が乱反射する粗面とすることが提案されている。クランプリングの裏面を粗面とすれば、フラッシュ光照射時にフラッシュ光の一部がクランプリングとチャンバー側壁との間に入り込んだとしても、その光はクランプリングの裏面で乱反射されてＯリングにまで到達することは防止され、Ｏリングの劣化を防止することができる。

特開２００９−４４２７号公報

従来、特許文献１に開示されるような不純物を活性化するためのフラッシュランプアニール装置は常圧で使用されていたが、近年他の処理目的（例えば、高誘電率ゲート絶縁膜の熱処理）にフラッシュランプアニールを適用することも検討されており、処理目的によってはチャンバー内を真空にまで減圧することもある。チャンバー内を真空にまで減圧するためには、チャンバー自体を耐圧構造とする必要があり、チャンバーの開口を閉塞する石英窓も特許文献１に開示されるものより厚くしなければならない。

ところが、石英窓の厚さを厚くした場合には、フラッシュ光照射時に石英窓内に進入するフラッシュ光の光量も増加し、クランプリングの裏面をブラスト処理しただけではＯリングがフラッシュ光に曝されてその表面劣化が十分に防げないことが判明した。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュ光照射によるＯリング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、基板に対してフラッシュ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、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を保持する保持部と、前記チャンバーの外部であって前記チャンバーの一方側に設けられたフラッシュランプと、前記チャンバーの前記一方側の開口を覆う石英窓と、前記チャンバーの側壁と前記石英窓の周縁部の接触面との間に挟み込まれたＯリングと、前記石英窓の周縁部の前記接触面と対向する対向面を前記チャンバーの側壁に向けて押圧する窓押さえ部材と、を備え、前記フラッシュランプから出射されて前記石英窓の周縁部内部に進入した光が前記Ｏリングに到達するのを阻害する光曝露阻害部を前記石英窓の周縁部に形成し、前記光曝露阻害部は、前記石英窓の周縁部表面に形成された粗面であり、前記粗面は、前記石英窓の周縁部の前記接触面のうち前記Ｏリングと接触する部位を除く領域に形成されることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、基板に対してフラッシュ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、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を保持する保持部と、前記チャンバーの外部であって前記チャンバーの一方側に設けられたフラッシュランプと、前記チャンバーの前記一方側の開口を覆う石英窓と、前記チャンバーの側壁と前記石英窓の周縁部の接触面との間に挟み込まれたＯリングと、前記石英窓の周縁部の前記接触面と対向する対向面を前記チャンバーの側壁に向けて押圧する窓押さえ部材と、を備え、前記フラッシュランプから出射されて前記石英窓の周縁部内部に進入した光が前記Ｏリングに到達するのを阻害する光曝露阻害部を前記石英窓の周縁部に形成し、前記石英窓の前記接触面には段差が設けられ、前記光曝露阻害部は、前記段差に前記Ｏリングと接触するように設けられた不透明石英であることを特徴とする。

請求項１および請求項２の発明によれば、フラッシュランプから出射されて石英窓の周縁部内部に進入した光がＯリングに到達するのを阻害する光曝露阻害部を石英窓の周縁部に形成するため、フラッシュ光照射時にＯリングに到達するフラッシュ光の光量が減少してフラッシュ光照射によるＯリングの劣化を防止することができる。

特に、請求項２の発明によれば、光曝露阻害部が不透明石英であるため、光曝露阻害部によるチャンバー内の汚染を防止することができる。

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。保持部を上面から見た平面図である。保持部を側方から見た側面図である。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の配置を示す平面図である。チャンバーのシール部分周辺の構造を示す部分拡大図である。上側チャンバー窓に形成された複数の溝を拡大した図である。第３実施形態の上側チャンバー窓の周縁部の構造を示す図である。第４実施形態の上側チャンバー窓の周縁部の構造を示す図である。第５実施形態の上側チャンバー窓の周縁部の構造を示す図である。第６実施形態の上側チャンバー窓の周縁部の構造を示す図である。第８実施形態の上側チャンバー窓の周縁部構造の一例を示す図である。第８実施形態の上側チャンバー窓の周縁部構造の他の例を示す図である。第８実施形態の上側チャンバー窓の周縁部構造の他の例を示す図である。第８実施形態の上側チャンバー窓の周縁部構造の他の例を示す図である。第９実施形態の上側チャンバー窓の周縁部構造の一例を示す図である。第９実施形態の上側チャンバー窓の周縁部構造の他の例を示す図である。第９実施形態の上側チャンバー窓の周縁部構造の他の例を示す図である。第９実施形態の上側チャンバー窓の周縁部構造の他の例を示す図である。第９実施形態の上側チャンバー窓の周縁部構造の他の例を示す図である。第９実施形態の上側チャンバー窓の周縁部構造の他の例を示す図である。第９実施形態の上側チャンバー窓の周縁部構造の他の例を示す図である。第９実施形態の上側チャンバー窓の周縁部構造の他の例を示す図である。

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φ３００ｍｍの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。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。

本実施形態の熱処理装置１は、真空対応の装置であり、チャンバー６も真空に耐える耐圧構造とされている。具体的には、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４が従来の常圧対応のフラッシュランプアニール装置のものよりも厚くされている（例えば、２０ｍｍ以上）。また、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４とチャンバー側部６１との間にはＯリングが挟み込まれることによってチャンバー６内がシールされているのであるが、これについてはさらに後述する。

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１８５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１８５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１８５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６の内壁上部には熱処理空間６５に処理ガス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、ガス供給源８５から緩衝空間８２に処理ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した処理ガスは、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。処理ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ_２）などの不活性ガス、または、酸素（Ｏ_２）、水素（Ｈ_２）、塩素（Ｃｌ_２）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ_３）、アンモニア（ＮＨ_３）などの反応性ガスを使用することができる。

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。

排気部１９０は真空ポンプを備える。バルブ８４を閉鎖して熱処理空間６５に気体供給を行うことなく、排気部１９０を作動させてバルブ８９を開放することにより、熱処理空間６５の気体を排出して熱処理空間６５を大気圧未満の真空にまで減圧することができる。一方、バルブ８４を開放して熱処理空間６５に処理ガスを供給しつつ、排気部１９０を作動させてバルブ８９を開放すれば、熱処理空間６５の雰囲気置換を行うことができる。

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。また、図３は保持部７を上面から見た平面図であり、図４は保持部７を側方から見た側面図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプター７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２およびサセプター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は円環形状の石英部材である。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）。円環形状を有する基台リング７１の上面に、その周方向に沿って複数の連結部７２（本実施形態では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。なお、基台リング７１の形状は、円環形状から一部が欠落した円弧状であっても良い。

平板状のサセプター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。サセプター７４は石英にて形成された略円形の平板状部材である。サセプター７４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、サセプター７４は、半導体ウェハーＷよりも大きな平面サイズを有する。サセプター７４の上面には複数個（本実施形態では５個）のガイドピン７６が立設されている。５個のガイドピン７６はサセプター７４の外周円と同心円の周上に沿って設けられている。５個のガイドピン７６を配置した円の径は半導体ウェハーＷの径よりも若干大きい。各ガイドピン７６も石英にて形成されている。なお、ガイドピン７６は、サセプター７４と一体に石英のインゴットから加工するようにしても良いし、別途に加工したものをサセプター７４に溶接等によって取り付けるようにしても良い。

基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプター７４の周縁部の下面とが溶接によって固着される。すなわち、サセプター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おり、保持部７は石英の一体成形部材となる。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、略円板形状のサセプター７４は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）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のサセプター７４の上に水平姿勢にて載置されて保持される。半導体ウェハーＷは、５個のガイドピン７６によって形成される円の内側に載置されることにより、水平方向の位置ずれが防止される。なお、ガイドピン７６の個数は５個に限定されるものではなく、半導体ウェハーＷの位置ずれを防止できる数であれば良い。

また、図２および図３に示すように、サセプター７４には、上下に貫通して開口部７８および切り欠き部７７が形成されている。切り欠き部７７は、熱電対を使用した接触式温度計１３０のプローブ先端部を通すために設けられている。一方、開口部７８は、放射温度計１２０がサセプター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）を受光するために設けられている。さらに、サセプター７４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がサセプター７４に穿設された貫通孔７９（図２，３参照）を通過し、リフトピン１２の上端がサセプター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の外部であってチャンバー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の外部であってチャンバー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へのハロゲン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。保持部７に保持された円板形状の半導体ウェハーＷの主面（つまり、直径３００ｍｍの円）よりも広い領域に複数のハロゲンランプＨＬが配置されている。また、当該半導体ウェハーＷの主面のうち下面と対向する領域に複数のハロゲンランプＨＬが配置されている。

図１および図７に示すように、４０本のハロゲンランプＨＬが上下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。

図８は、チャンバー６のシール部分周辺の構造を示す部分拡大図である。チャンバー６内の熱処理空間６５の気密性を維持するために、上側チャンバー窓６３とチャンバー側部６１とはＯリング２１によってシールされている。Ｏリング２１は、耐熱性に優れた樹脂（例えば、白色のバイトン（登録商標））にて形成されている。略円筒形状のチャンバー側部６１の上端に円環状の溝６１１が刻設され、その溝６１１にＯリング２１が嵌め込まれる。Ｏリング２１の断面の径は溝６１１の深さよりも大きい。そして、溝６１１にＯリング２１を嵌め込んだ上から上側チャンバー窓６３を載せてＯリング２１を押さえつけている。さらに、クランプリング６７を上側チャンバー窓６３の上面周縁部に当接させるとともに、そのクランプリング６７をチャンバー側部６１にネジ止めすることによって、上側チャンバー窓６３の周縁部を上側からチャンバー側部６１の上端部に向けて押圧し、上側チャンバー窓６３の下面周縁部とチャンバー側部６１の上端部との間にＯリング２１を挟み込んで密着させている。クランプリング６７によって上側チャンバー窓６３を押さえつけることにより、チャンバー６の上側開口はＯリング２１によってシールされる。クランプリング６７は、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光に対する耐性に優れたアルミニウムにて形成されている。なお、上側開口と同様に、チャンバー６の下側開口についても、下側チャンバー窓６４とチャンバー側部６１との間にＯリング（図示省略）を挟み込むことによってシールされている。

第１実施形態においては、上側チャンバー窓６３の周縁部の表面に溝加工を施して複数の溝２２を刻設している。具体的には、上側チャンバー窓６３の周縁部の下面（つまり、Ｏリング２１と接触する接触面）に複数の溝２２を刻設するとともに、上側チャンバー窓６３の周縁部の上面（つまり、上記接触面と対向する対向面）にも複数の溝２２を刻設している。なお、上側チャンバー窓６３の周縁部の表面とは、当該周縁部の上面（対向面）、下面（接触面）および側面（図８の紙面左側の端面）を含む。

複数の溝２２は、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面および対向面の全面に形成しても良いが必ずしもそうである必要はなく、少なくとも一部領域に形成されていれば良い。φ３００ｍｍの半導体ウェハーＷを処理する本実施形態では、例えば上側チャンバー窓６３の上面および下面の半径２１５ｍｍ〜２６０ｍｍの円環帯状の領域に複数の溝２２が刻設されている。但し、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面のうち少なくともＯリング２１と接触する部位には溝２２を形成しない方が好ましい。すなわち、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面のうちＯリング２１と接触する部位を除く領域に複数の溝２２を刻設するのが好ましい。これは、上側チャンバー窓６３の接触面のうちＯリング２１と接触する部位に溝２２を形成すると、シール性が損なわれるためである。なお、Ｏリング２１と接触する部位の溝の大きさ、形状をＯリング２１の曲面に合わせ込んだものとしてシール性を確保した上で、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面のＯリング２１と接触する部位にも溝を形成しても良い。

図９は、上側チャンバー窓６３に形成された複数の溝２２を拡大した図である。複数の溝２２のそれぞれは断面が直角三角形の円環状となるように上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面および対向面に刻設される。本実施形態では、各溝２２は、断面の直角三角形の一辺が水平面となす角度αが６０°となるように刻設される。また、複数の溝２２のそれぞれの大きさ（深さ）は適宜のものとすることができる。

図１に戻り、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。これにより、チャンバー側部６１の溝６１１に嵌め込まれたＯリング２１も冷却される。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、上記構成を有する熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順について簡単に説明する。本実施形態の熱処理装置１にて処理対象となる半導体ウェハーＷの種類は特に限定されるものではないが、例えば表面にＨｆ系の高誘電率ゲート絶縁膜（hig-k膜）が形成されている。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て熱処理空間６５の下部から排気され、熱処理空間６５が窒素ガス雰囲気に置換される。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。

続いて、ゲートバルブ１８５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を介して処理対象となる半導体ウェハー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を通ってサセプター７４の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。

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１８５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のサセプター７４に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。また、半導体ウェハーＷは、サセプター７４の上面にて５個のガイドピン７６の内側に保持される。サセプター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がチャンバー６内に搬入されて搬送開口部６６が閉鎖された後、排気部１９０を作動させたままバルブ８４を閉鎖して熱処理空間６５を大気圧未満に減圧し、さらにその後ガス供給源８５から熱処理空間６５にアンモニア等の反応性ガスを供給するようにしても良い。

半導体ウェハーＷが石英にて形成された保持部７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およびサセプター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の温度が接触式温度計１３０によって測定されている。すなわち、熱電対を内蔵する接触式温度計１３０が保持部７に保持された半導体ウェハーＷの下面にサセプター７４の切り欠き部７７を介して接触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℃）。なお、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を昇温するときには、放射温度計１２０による温度測定は行わない。これは、ハロゲンランプＨＬから照射されるハロゲン光が放射温度計１２０に外乱光として入射し、正確な温度測定ができないためである。

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、接触式温度計１３０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を維持するように、制御部３がハロゲンランプＨＬの出力をフィードバック制御する。

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。

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まで上昇した後、ただちに急速に下降する。

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の温度は接触式温度計１３０または放射温度計１２０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、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がサセプター７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプター７４から受け取る。続いて、ゲートバルブ１８５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。なお、アンモニア等の反応性ガス雰囲気中にて半導体ウェハーＷの加熱処理を行った場合には、熱処理空間６５を窒素ガス雰囲気に置換した後に搬送開口部６６を開放するのが好ましい。

ところで、熱処理装置１において、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射したときに、チャンバー６の内壁面等で乱反射したフラッシュ光が上側チャンバー窓６３の周縁部内部にまで進入してくることがある。特に、真空対応の本実施形態の熱処理装置１においては、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の板厚が従来の常圧対応のフラッシュランプアニール装置のものよりも厚くなっているため、フラッシュ光照射時に上側チャンバー窓６３の周縁部に進入するフラッシュ光の光量が多くなる。なお、下側チャンバー窓６４は、保持部７に保持された半導体ウェハーＷを挟んでフラッシュランプＦＬとは反対側に配置されているため、フラッシュ光照射時にもほとんどフラッシュ光は到達しない。

石英の上側チャンバー窓６３に特段の加工を行っていない場合には、上側チャンバー窓６３の周縁部に進入したフラッシュ光が周縁部表面で多重反射を繰り返してＯリング２１に到達することとなる。樹脂のＯリング２１が強力なフラッシュ光に曝されるとＯリング２１の表面が劣化してチャンバー６内の気密性が低下するのみならず、劣化したＯリング２１がガスやパーティクルの発生源となるおそれがある。

このため、第１実施形態においては、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面および対向面に複数の溝２２を刻設している。上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面および対向面に複数の溝２２を刻設することにより、フラッシュ光照射時に上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光が複数の溝２２によって反射されてＯリング２１に向かわなくなり、Ｏリング２１に到達するフラッシュ光の光量が顕著に減少する。すなわち、上側チャンバー窓６３の周縁部表面に刻設された複数の溝２２によって、フラッシュランプＦＬから出射されて上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光がＯリング２１に到達するのを阻害しているのである。その結果、フラッシュ光照射時にＯリング２１がフラッシュ光に曝されることが防止され、フラッシュ光照射によるＯリング２１の劣化を防止することができる。なお、本実施形態においては、複数の溝２２の断面の直角三角形の一辺が水平面となす角度αを６０°としていたが、複数の溝２２を設ける位置や上側チャンバー窓６３のサイズ等に応じて、上側チャンバー窓６３の周縁部に進入した光がＯリング２１に向かわないような適宜な角度αとすることが好ましい。

＜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は第１実施形態と概ね同じである。また、第２実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第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、第１実施形態の複数の溝２２に金属膜を成膜して鏡面を形成している点である。

第２実施形態においては、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面および対向面に刻設された複数の溝２２に例えばスパッタリングによって金属膜を成膜している。複数の溝２２の刻設形態は第１実施形態と同様である（図８，９参照）。金属膜の素材としては、例えばクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）を用いることができる。複数の溝２２を構成する各面が平滑面であれば、その上に成膜された金属膜の溝２２との界面は鏡面となる。

複数の溝２２に鏡面を形成することにより、フラッシュ光照射時に上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光が複数の溝２２によって確実に反射されてＯリング２１に向かわなくなり、Ｏリング２１に到達するフラッシュ光の光量がさらに顕著に減少する。すなわち、上側チャンバー窓６３の周縁部表面に刻設された複数の溝２２に鏡面を形成することによって、フラッシュランプＦＬから出射されて上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光がＯリング２１に到達するのを確実に阻害しているのである。その結果、フラッシュ光照射時にＯリング２１がフラッシュ光に曝されることが防止され、フラッシュ光照射によるＯリング２１の劣化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は第１実施形態と概ね同じである。また、第３実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第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、第１実施形態では上側チャンバー窓６３の周縁部の表面に複数の溝２２を刻設していたのに代えて、第３実施形態では上側チャンバー窓６３の周縁部の表面に鏡面を形成している点である。

図１０は、第３実施形態の上側チャンバー窓６３の周縁部の構造を示す図である。図１０において第１実施形態（図８）と同一の要素については同一の符号を付している。第３実施形態においては、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面（下面）に金属膜を成膜して鏡面２３としている。石英の上側チャンバー窓６３の周縁部表面は平滑面である。その平滑面に例えばスパッタリングによって金属膜を成膜する。成膜する金属膜の素材は、適宜のものとすることができ、例えばクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等を用いることができる。但し、処理対象となる半導体ウェハーＷの配線材料としても用いられているような金属材料（例えば、銅（Ｃｕ））は不適当である。上側チャンバー窓６３の周縁部の平滑面上に金属膜を成膜すると、当該金属膜の周縁部との界面は鏡面となる。このようにして、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面に鏡面２３を形成することができる。形成された鏡面２３の反射率は９０％以上である。

鏡面２３は、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面の全面に形成される必要は必ずしもなく、少なくともＯリング２１と接触する部位を含む一部領域に形成されていれば良い。鏡面２３の表面（上側チャンバー窓６３との界面とは反対側の面）は平滑面であるため、Ｏリング２１と接触する部位に鏡面２３が形成されていてもシール性は維持される。

上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面に鏡面２３を形成することにより、フラッシュ光照射時に上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光が鏡面２３によって反射されてＯリング２１に向かわなくなり、Ｏリング２１に到達するフラッシュ光の光量が顕著に減少する。すなわち、上側チャンバー窓６３の周縁部表面に形成された鏡面２３によって、フラッシュランプＦＬから出射されて上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光がＯリング２１に到達するのを阻害しているのである。その結果、フラッシュ光照射時にＯリング２１がフラッシュ光に曝されることが防止され、フラッシュ光照射によるＯリング２１の劣化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は第１実施形態と概ね同じである。また、第４実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第４実施形態が第１実施形態と相違するのは、第１実施形態では上側チャンバー窓６３の周縁部の表面に複数の溝２２を刻設していたのに代えて、第４実施形態では上側チャンバー窓６３の周縁部の表面に鏡面を形成している点である。

図１１は、第４実施形態の上側チャンバー窓６３の周縁部の構造を示す図である。図１１において第１実施形態（図８）と同一の要素については同一の符号を付している。第３実施形態と同様に、第４実施形態においても上側チャンバー窓６３の周縁部の表面に金属膜を成膜して鏡面２３としている。第３実施形態では上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面のみを鏡面２３としていたのに対して、第４実施形態では上側チャンバー窓６３の周縁部の表面全体、つまり接触面（下面）、対向面（上面）および端面に金属膜を成膜して鏡面２３としている。石英の上側チャンバー窓６３の周縁部表面は平滑面である。その平滑面に例えばスパッタリングによって金属膜を成膜する。成膜する金属膜の素材は、第３実施形態と同様に適宜のものとすることができる。上側チャンバー窓６３の周縁部の平滑面上に金属膜を成膜すると、当該金属膜の周縁部との界面は鏡面となる。このようにして、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面、対向面および端面に鏡面２３を形成することができる。すなわち、第４実施形態の鏡面２３は、第３実施形態に加えてさらに上側チャンバー窓６３の周縁部の対向面および端面にも金属膜を成膜したものであると言える。形成された鏡面２３の反射率は９０％以上である。

鏡面２３は、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面、対向面および端面の全面に形成される必要は必ずしもなく、少なくともＯリング２１と接触する部位を含む一部領域に形成されていれば良い。

上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面、対向面および端面に鏡面２３を形成することにより、フラッシュ光照射時に上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光は鏡面２３によって反射されて再び熱処理空間６５に戻ることとなる。その結果、上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光はＯリング２１に向かわなくなり、Ｏリング２１に到達するフラッシュ光の光量が顕著に減少する。すなわち、上側チャンバー窓６３の周縁部表面に形成された鏡面２３によって、フラッシュランプＦＬから出射されて上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光がＯリング２１に到達するのを阻害しているのである。その結果、フラッシュ光照射時にＯリング２１がフラッシュ光に曝されることが防止され、フラッシュ光照射によるＯリング２１の劣化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は第１実施形態と概ね同じである。また、第５実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第５実施形態が第１実施形態と相違するのは、第１実施形態では上側チャンバー窓６３の周縁部の表面に複数の溝２２を刻設していたのに代えて、第５実施形態では上側チャンバー窓６３の周縁部の表面に粗面を形成している点である。

図１２は、第５実施形態の上側チャンバー窓６３の周縁部の構造を示す図である。図１２において第１実施形態（図８）と同一の要素については同一の符号を付している。第５実施形態においては、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面（下面）にブラスト処理を行って粗面２４としている。具体的には、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面に例えば圧縮空気に微小粒体を混合したものを吹き付けるブラスト処理を施すことによって、当該接触面に表面研削が行われることとなり、当該接触面に粗面２４が形成される。形成された粗面２４は、例えば透過率２５％、散乱反射率７５％を有する。

粗面２４は、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面の全面に形成される必要は必ずしもなく、少なくとも一部領域に形成されていれば良い。但し、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面のうち少なくともＯリング２１と接触する部位には粗面２４を形成しない方が好ましい。すなわち、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面のうちＯリング２１と接触する部位を除く領域に粗面２４を形成するのが好ましい。これは、上側チャンバー窓６３の接触面のうちＯリング２１と接触する部位に粗面２４を形成すると、シール性が損なわれるおそれがあるためである。また、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面のうちＯリング２１と接触する部位のブラスト処理による粗面２４の目の粗さを他の部分よりも細かくしてシール性を確保するようにしても良い。

上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面に粗面２４を形成することにより、フラッシュ光照射時に上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光が粗面２４によって散乱されてＯリング２１に向かわなくなり、Ｏリング２１に到達するフラッシュ光の光量が顕著に減少する。すなわち、上側チャンバー窓６３の周縁部表面に形成された粗面２４によって、フラッシュランプＦＬから出射されて上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光がＯリング２１に到達するのを阻害しているのである。その結果、フラッシュ光照射時にＯリング２１がフラッシュ光に曝されることが防止され、フラッシュ光照射によるＯリング２１の劣化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は第１実施形態と概ね同じである。また、第６実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第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、第１実施形態では上側チャンバー窓６３の周縁部の表面に複数の溝２２を刻設していたのに代えて、第６実施形態では上側チャンバー窓６３の周縁部の表面に粗面を形成している点である。

図１３は、第６実施形態の上側チャンバー窓６３の周縁部の構造を示す図である。図１３において第１実施形態（図８）と同一の要素については同一の符号を付している。第６実施形態においては、上側チャンバー窓６３の周縁部の対向面（上面）にブラスト処理を行って粗面２４としている。具体的には、上側チャンバー窓６３の周縁部の対向面に例えば圧縮空気に微小粒体を混合したものを吹き付けるブラスト処理を施すことによって、当該対向面に表面研削が行われることとなり、当該対向面に粗面２４が形成される。形成された粗面２４は、例えば透過率２５％、散乱反射率７５％を有する。粗面２４は、上側チャンバー窓６３の周縁部の対向面の全面に形成される必要は必ずしもなく、少なくとも一部領域に形成されていれば良い。

上側チャンバー窓６３の周縁部の対向面に粗面２４を形成することにより、フラッシュ光照射時に上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光が粗面２４によって散乱されてＯリング２１に向かわなくなり、Ｏリング２１に到達するフラッシュ光の光量が顕著に減少する。すなわち、上側チャンバー窓６３の周縁部表面に形成された粗面２４によって、フラッシュランプＦＬから出射されて上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光がＯリング２１に到達するのを阻害しているのである。その結果、フラッシュ光照射時にＯリング２１がフラッシュ光に曝されることが防止され、フラッシュ光照射によるＯリング２１の劣化を防止することができる。

＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態について説明する。第７実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と概ね同じである。また、第７実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第７実施形態が第１実施形態と相違するのは、第１実施形態では上側チャンバー窓６３の周縁部の表面に複数の溝２２を刻設していたのに代えて、第７実施形態では上側チャンバー窓６３の周縁部の表面に粗面を形成している点である。

第７実施形態においては、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面（下面）および対向面（上面）の両面にブラスト処理を行って粗面２４としている。すなわち、第７実施形態における粗面２４の形成領域は第５実施形態と第６実施形態とを併せたものである。第７実施形態におけるブラスト処理の手法も第５，６実施形態と同様である。

上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面および対向面に粗面２４を形成することにより、フラッシュ光照射時に上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光が粗面２４によって散乱されてＯリング２１に向かわなくなり、Ｏリング２１に到達するフラッシュ光の光量が顕著に減少する。すなわち、上側チャンバー窓６３の周縁部表面に形成された粗面２４によって、フラッシュランプＦＬから出射されて上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光がＯリング２１に到達するのを阻害しているのである。その結果、フラッシュ光照射時にＯリング２１がフラッシュ光に曝されることが防止され、フラッシュ光照射によるＯリング２１の劣化を防止することができる。

＜第８実施形態＞
次に、本発明の第８実施形態について説明する。第８実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と概ね同じである。また、第８実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第８実施形態が第１実施形態と相違するのは、上側チャンバー窓６３の周縁部に不透明石英を設けている点である。

図１４〜図１７は、第８実施形態の上側チャンバー窓６３の周縁部の構造を示す図である。図１４〜図１７において第１実施形態（図８）と同一の要素については同一の符号を付している。第８実施形態においては、石英窓である上側チャンバー窓６３の周縁部に不透明石英２５を設けている。不透明石英２５は、例えば微小な気泡を多数含有することによって光の透過率が低下した石英であり、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光の波長域に対する透過率が非常に低い（例えば、３ｍｍ厚さで１％以下）。

図１４に示す例では、上側チャンバー窓６３の外周端部に円環形状の不透明石英２５を溶接して設けている。円環形状の不透明石英２５の外径はＯリング２１の直径よりも大きく、内径はＯリング２１の直径よりも小さい。よって、図１４の例では、Ｏリング２１と接触する部位を含む上側チャンバー窓６３の周縁部全体が不透明石英２５にて形成されることとなる。

また、図１５に示す例では、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面（下面）のうちＯリング２１と接触する部位に断面が半円となる溝を円環状に刻設した後、当該溝部に不透明石英２５が埋まるように不透明石英２５の溶接処理を行う。

また、図１６に示す例では、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面のうちＯリング２１と接触する部位に断面が矩形となる溝を円環状に刻設した後、当該溝部に不透明石英２５が埋まるように不透明石英２５の溶接処理を行う。

さらに、図１７に示す例では、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面のうちＯリング２１と接触する部位を含む領域に段付加工を施し、その領域に段差が無くなるように不透明石英２５を溶接する。図１７に示す例は、図１６に示す例の溝および不透明石英２５を上側チャンバー窓６３の外周端にまで延長させたものとみなすこともできる。

図１４〜図１７に示す例は、いずれも上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面のうちＯリング２１と接触する部位に不透明石英２５が形設されている。従って、第８実施形態では、不透明石英２５とＯリング２１との接触によってシール性が維持されることとなる。このため、第８実施形態に用いる不透明石英２５としては、表面粗さの小さい平滑性の高いものを採用することが好ましい。

上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面のうちＯリング２１と接触する部位に不透明石英２５を設けることにより、フラッシュ光照射時に上側チャンバー窓６３の周縁部に進入したフラッシュ光が不透明石英２５によって遮光されてＯリング２１に向かわなくなり、Ｏリング２１に到達するフラッシュ光の光量が顕著に減少する。すなわち、上側チャンバー窓６３の周縁部に設けられた不透明石英２５によって、フラッシュランプＦＬから出射されて上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光がＯリング２１に到達するのを阻害しているのである。その結果、フラッシュ光照射時にＯリング２１がフラッシュ光に曝されることが防止され、フラッシュ光照射によるＯリング２１の劣化を防止することができる。

また、不透明石英２５であれば、上側チャンバー窓６３の素材である石英と同様に、半導体ウェハーＷを処理するチャンバー６の内部を汚染するおそれも無い。

＜第９実施形態＞
次に、本発明の第９実施形態について説明する。第９実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と概ね同じである。また、第９実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第９実施形態が第１実施形態と相違するのは、上側チャンバー窓６３の周縁部に不透明石英を設けている点である。

図１８〜図２５は、第９実施形態の上側チャンバー窓６３の周縁部の構造を示す図である。図１８〜図２５において第１実施形態（図８）と同一の要素については同一の符号を付している。第９実施形態においては、石英窓である上側チャンバー窓６３の周縁部に不透明石英２５を設けている。但し、第９実施形態においては、Ｏリング２１と接触する部位は透明石英にて形成している。透明石英は、上側チャンバー窓６３を形成する石英と同じものであり、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光を透過する。

図１８に示す例では、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面のうちＯリング２１と接触する部位に断面が矩形となる溝を円環状に刻設した後、当該溝部に不透明石英２５が埋まるように不透明石英２５の溶接処理を行う。さらにその後、不透明石英２５の表面のうちのＯリング２１と接触する部位に断面が矩形となる溝を円環状に刻設し、その溝部に透明石英が埋まるように透明石英２６の溶接処理を行う。

図１９に示す例では、上側チャンバー窓６３の外周端部に円環形状の不透明石英２５を溶接して設け、さらにその不透明石英２５の外周面に円環形状の透明石英２６を溶接して設けている。円環形状の不透明石英２５の外径および内径はＯリング２１の直径よりも小さい。また、円環形状の透明石英２６の外径はＯリング２１の直径よりも大きく、内径はＯリング２１の直径よりも小さい。よって、図１９の例では、上側チャンバー窓６３の周縁部におけるＯリング２１と接触する部位は透明石英２６で形成され、その内側に円環形状の不透明石英２５が設けられることとなる。

図２０に示す例では、上側チャンバー窓６３の周縁部におけるＯリング２１と接触する部位よりも内側に断面が矩形となる溝を円環状に刻設した後、当該溝部に不透明石英２５が埋まるように不透明石英２５の溶接処理を行う。これにより、図２０に示すように、上側チャンバー窓６３の周縁部におけるＯリング２１と接触する部位は透明石英で形成され、それよりも内側に不透明石英２５の壁が形成されることとなる。不透明石英２５の壁の高さは、上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入した光が上側チャンバー窓６３の周縁部とＯリング２１との接触部位に到達するのを阻害できる程度であれば良い。図１９に示す例は、図２０に示す例の不透明石英２５の壁の高さを延長させて上側チャンバー窓６３の上下に貫通させたものとみなすことができる。

図２１に示す例では、上側チャンバー窓６３の周縁部におけるＯリング２１と接触する部位よりも内側に上面側からおよび下面側から互い違いとなるように断面が矩形となる溝を円環状に刻設した後、それら２つの溝部に不透明石英２５が埋まるように不透明石英２５の溶接処理を行う。これにより、図２１に示すように、上側チャンバー窓６３の周縁部におけるＯリング２１と接触する部位は透明石英で形成され、それよりも内側に不透明石英２５の２つの壁が互い違いに形成されることとなる。下面側からの不透明石英２５の上端の高さ位置は、上面側からの不透明石英２５の下端の高さ位置よりも高い。よって、上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入した光は、上側チャンバー窓６３の周縁部とＯリング２１との接触部位に到達することなく、２つの不透明石英２５の壁によって遮られることとなる。図２１に示す例は、図２０に示す例の不透明石英２５の壁を上側チャンバー窓６３の上下から互い違いに２つ設けたものである。

図２２に示す例では、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面のうちＯリング２１と接触する部位を含む領域に段付加工を施し、その領域に断面がＬ字形状の不透明石英２５を全周溶接した後、そのＬ字形状の内側の段差が無くなるように透明石英２６を全周溶接している。透明石英２６の外径はＯリング２１の直径よりも大きく、内径はＯリング２１の直径よりも小さい。よって、図２２の例では、Ｏリング２１と接触する部位は透明石英２６で形成され、その内側および上側が不透明石英２５で覆われることとなる。図２２に示す例は、図１７に示す例の不透明石英２５のＯリング２１と接触する部位にさらに段付加工を施し、その領域に段差が無くなるように透明石英２６を溶接したものであるとみなすこともできる。

図２３に示す例では、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面のうちＯリング２１と接触する部位に断面が矩形となる溝を円環状に刻設した後、その溝の中に円環形状の不透明石英２５を填め込む。さらに、その後、溝に填め込まれた不透明石英２５の蓋をするように透明石英２６の全周溶接を行う。これにより、図２３に示すように、上側チャンバー窓６３の内部に不透明石英２５のリングが内蔵され、上側チャンバー窓６３の周縁部におけるＯリング２１と接触する部位は透明石英２６で形成されるとともに、その上側が不透明石英２５で覆われることとなる。但し、図２３に示す例では、不透明石英２５の界面近傍に空気溜まりが生じることがあり、熱処理時にその空気溜まりが熱膨張して上側チャンバー窓６３が破損するおそれがあるため、不透明石英２５の界面から上側チャンバー窓６３の外部に連通する空気抜き穴２７を適宜に設けておくのが好ましい。

図２４に示す例では、上側チャンバー窓６３の周縁部におけるＯリング２１と接触する部位よりも内側に断面が矩形となる溝を円環状に刻設した後、その溝の中に円環形状の不透明石英２５を填め込む。さらに、その後、溝に填め込まれた不透明石英２５の蓋をするように透明石英の全周溶接を行う。これにより、図２４に示すように、上側チャンバー窓６３の内部に不透明石英２５のリングが内蔵され、上側チャンバー窓６３の周縁部におけるＯリング２１と接触する部位は透明石英で形成されるとともに、それよりも内側に不透明石英２５の壁が形成されることとなる。不透明石英２５の壁の高さは、上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入した光が上側チャンバー窓６３の周縁部とＯリング２１との接触部位に到達するのを阻害できる程度であれば良い。図２４に示す例は、図２０に示す例の不透明石英２５の壁の高さを低くして上側チャンバー窓６３の内部に填め込んだものとみなすことができる。但し、図２４に示す例においても、不透明石英２５の界面近傍に空気溜まりが生じることがあり、熱処理時にその空気溜まりが熱膨張して上側チャンバー窓６３が破損するおそれがあるため、図２３に示す例と同様に、不透明石英２５の界面から上側チャンバー窓６３の外部に連通する空気抜き穴を設けておくのが好ましい。

図２５に示す例では、上側チャンバー窓６３の端面から中心側に向けて円環形状の溝を刻設し、その溝部に不透明石英２５が埋まるように不透明石英２５の溶接処理を行う。これにより、図２５に示すように、上側チャンバー窓６３の周縁部におけるＯリング２１と接触する部位は透明石英で形成され、その上側が不透明石英２５で覆われることとなる。不透明石英２５が上側チャンバー窓６３の端面から中心側に入り込む長さは、上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入した光が上側チャンバー窓６３の周縁部とＯリング２１との接触部位に到達するのを阻害する程度であれば良い。なお、上記溝部には、周方向に幾つかに分割した不透明石英２５のリングを挿入して溶接処理を行うようにしても良い。

図１８〜図２５に示す例は、上側チャンバー窓６３の周縁部に不透明石英２５を設けつつも、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面のうちＯリング２１と接触する部位は透明石英２６にて形成している。従って、第９実施形態では、透明石英２６とＯリング２１との接触によってシール性が維持されることとなる。一般には、不透明石英よりも透明石英の方が表面粗さのより小さい高い平滑性を備えるものとすることが可能であり、Ｏリング２１と接触する部位を透明石英２６にて形成するとより高度なシール性を実現することが可能となる。

また、フラッシュ光照射時に上側チャンバー窓６３の周縁部に進入したフラッシュ光が上側チャンバー窓６３の周縁部とＯリング２１との接触部位に到達するのを阻害するように不透明石英２５を設けることにより、Ｏリング２１に到達するフラッシュ光の光量が顕著に減少する。すなわち、上側チャンバー窓６３の周縁部に設けられた不透明石英２５によって、フラッシュランプＦＬから出射されて上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入したフラッシュ光がＯリング２１に到達するのを阻害しているのである。その結果、フラッシュ光照射時にＯリング２１がフラッシュ光に曝されることが防止され、フラッシュ光照射によるＯリング２１の劣化を防止することができる。

また、不透明石英２５であれば、上側チャンバー窓６３の素材である石英や透明石英２６と同様に、半導体ウェハーＷを処理するチャンバー６の内部を汚染するおそれも無い。

＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記各実施形態においては、上側チャンバー窓６３の周縁部にフラッシュランプＦＬから出射されて上側チャンバー窓６３の周縁部内部に進入した光がＯリング２１に到達するのを阻害する光曝露阻害部を形成するようにしていたが、これに加えて、上側チャンバー窓６３を押さえるクランプリング６７の裏面（上側チャンバー窓６３の周縁部に接触する面）にブラスト処理等の粗面加工を施すか、または金属膜を成膜して鏡面を形成するようにしても良い。これにより、フラッシュ光照射時にＯリング２１に到達するフラッシュ光をさらに減少させることができる。

また、第７実施形態では、上側チャンバー窓６３の周縁部の接触面（下面）および対向面（上面）の両面にブラスト処理を行って粗面２４としていたが、これに加えて、上側チャンバー窓６３の周縁部の端面にもブラスト処理を行って粗面とするようにしても良い。上側チャンバー窓６３の周縁部端面にも粗面を形成すれば、フラッシュ光照射時にＯリング２１にフラッシュ光が到達するのをより確実に阻害することができる。

また、上記各実施形態においては、上側チャンバー窓６３の周縁部に光曝露阻害部を形成するようにしていたが、下側チャンバー窓６４とチャンバー側部６１との間もＯリングを挟み込むことによってシールされており、下側チャンバー窓６４の周縁部にも同様の光曝露阻害部を形成するようにしても良い。下側チャンバー窓６４にはフラッシュ光はほとんど到達しないのであるが、ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光が進入するため、下側チャンバー窓６４の周縁部に光曝露阻害部を形成することによって、ハロゲン光によるＯリングの劣化を防止することができる。

また、上記各実施形態においては、ハロゲンランプＨＬによって半導体ウェハーＷの予備加熱を行っていたが、これに代えてホットプレートに半導体ウェハーＷを載置して予備加熱を行うようにしても良い。

また、上記各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、上段および下段に複数する配置する形態であれば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、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化等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
２１Ｏリング
２２溝
２３鏡面
２４粗面
２５不透明石英
２６透明石英
６１チャンバー側部
６３上側チャンバー窓
６４下側チャンバー窓
６５熱処理空間
６７クランプリング
ＦＬフラッシュランプ
ＨＬハロゲンランプ
Ｗ半導体ウェハー

Claims

基板に対してフラッシュ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、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を保持する保持部と、
前記チャンバーの外部であって前記チャンバーの一方側に設けられたフラッシュランプと、
前記チャンバーの前記一方側の開口を覆う石英窓と、
前記チャンバーの側壁と前記石英窓の周縁部の接触面との間に挟み込まれたＯリングと、
前記石英窓の周縁部の前記接触面と対向する対向面を前記チャンバーの側壁に向けて押圧する窓押さえ部材と、
を備え、
前記フラッシュランプから出射されて前記石英窓の周縁部内部に進入した光が前記Ｏリングに到達するのを阻害する光曝露阻害部を前記石英窓の周縁部に形成し、
前記光曝露阻害部は、前記石英窓の周縁部表面に形成された粗面であり、
前記粗面は、前記石英窓の周縁部の前記接触面のうち前記Ｏリングと接触する部位を除く領域に形成されることを特徴とする熱処理装置。
基板に対してフラッシュ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、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を保持する保持部と、
前記チャンバーの外部であって前記チャンバーの一方側に設けられたフラッシュランプと、
前記チャンバーの前記一方側の開口を覆う石英窓と、
前記チャンバーの側壁と前記石英窓の周縁部の接触面との間に挟み込まれたＯリングと、
前記石英窓の周縁部の前記接触面と対向する対向面を前記チャンバーの側壁に向けて押圧する窓押さえ部材と、
を備え、
前記フラッシュランプから出射されて前記石英窓の周縁部内部に進入した光が前記Ｏリングに到達するのを阻害する光曝露阻害部を前記石英窓の周縁部に形成し、
前記石英窓の前記接触面には段差が設けられ、
前記光曝露阻害部は、前記段差に前記Ｏリングと接触するように設けられた不透明石英であることを特徴とする熱処理装置。