JP6587955B2

JP6587955B2 - 熱処理装置

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Publication number: JP6587955B2
Application number: JP2016032733A
Authority: JP
Inventors: 阿部　誠; 阿部　　誠
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2019-10-09
Anticipated expiration: 2036-02-24
Also published as: TWI607508B; TW201730969A; US20170243771A1; US10249519B2; JP2017152512A

Description

本発明は、円板形状の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。

このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置として、特許文献１，２には、半導体ウェハーの表面側にフラッシュランプ等のパルス発光ランプを配置し、裏面側にハロゲンランプ等の連続点灯ランプを配置し、それらの組み合わせによって所望の熱処理を行うものが開示されている。特許文献１，２に開示の熱処理装置においては、ハロゲンランプ等によって半導体ウェハーをある程度の温度まで予備加熱し、その後フラッシュランプからのパルス加熱によって所望の処理温度にまで昇温している。

特許文献１，２に開示されるようなハロゲンランプにて予備加熱を行う場合には、比較的高い予備加熱温度にまで半導体ウェハーを短時間で昇温することができるというプロセス上のメリットが得られるものの、ウェハー周縁部の温度が中心部よりも低くなる問題が生じやすい。このような温度分布の不均一が生じる原因としては、半導体ウェハーの周縁部からの熱放射、或いは半導体ウェハーの周縁部から比較的低温の石英サセプタへの熱伝導などが考えられる。そこで、このような問題を解決するために、特許文献３には、半透明な素材にて形成された円筒形状のルーバーをハロゲンランプと半導体ウェハーとの間に設置して予備加熱時の面内温度分布を均一にすることが提案されている。

特開昭６０−２５８９２８号公報特表２００５−５２７９７２号公報特開２０１２−１７４８７９号公報

しかしながら、特許文献３に提案されるようなルーバーを設けた場合、半導体ウェハーの周縁部の温度低下は改善されるものの、その周縁部よりも若干内側の領域が逆に高温になるという新たな問題が生じることが判明した。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の面内温度分布を均一に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、円板形状の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、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、前記保持部に保持された基板の主面よりも広く当該主面に対向する光源領域に複数の棒状ランプを配置した光照射部と、前記光照射部と前記保持部との間にて中心軸が前記基板の中心を通るように設けられ、前記光照射部から出射された光に対して不透明な円筒形状のルーバーと、前記光照射部と前記保持部との間に設けられ、前記光照射部から出射された光に対して不透明な遮光部材と、を備え、前記ルーバーによって前記光照射部から出射された光が遮光される前記基板の領域に光が到達するように前記遮光部材に切り欠きを形成することを特徴とする。

また、請求項２の発明は、円板形状の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、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、前記保持部に保持された基板の主面よりも広く当該主面に対向する光源領域に複数の棒状ランプを配置した光照射部と、前記光照射部と前記保持部との間にて中心軸が前記基板の中心を通るように設けられ、前記光照射部から出射された光に対して不透明な円筒形状のルーバーと、前記光照射部と前記保持部との間に設けられ、前記光照射部から出射された光に対して不透明な遮光部材と、を備え、前記ルーバーによって前記光照射部から出射された光が遮光される前記基板の領域に光が到達するように前記遮光部材の一部を透明な部材にて形成することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記遮光部材の前記一部は透明石英にて形成され、残部は不透明石英にて形成されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ルーバーによって光照射部から出射された光が遮光される基板の領域に光が到達するように遮光部材に切り欠きを形成するため、当該領域にも光が到達して他の領域と同様に加熱されることとなり、基板の面内温度分布を均一にすることができる。

請求項２および請求項３の発明によれば、ルーバーによって光照射部から出射された光が遮光される基板の領域に光が到達するように遮光部材の一部を透明な部材にて形成するため、当該領域にも光が到達して他の領域と同様に加熱されることとなり、基板の面内温度分布を均一にすることができる。

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。サセプタの平面図である。サセプタの断面図である。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。ルーバーの斜視図である。第１実施形態におけるルーバーおよび遮光部材の全体外観を示す斜視図である。円筒形状のルーバーに完全な円環形状の遮光部材を設けた全体外観を示す斜視図である。図１０の構造における遮光を示す図である。第１実施形態におけるルーバーおよび遮光部材による光路調整を示す図である。第２実施形態の遮光部材の平面図である。第３実施形態の遮光部材の平面図である。第４実施形態の遮光部材の平面図である。ルーバーのみを設置した場合における半導体ウェハーの面内温度分布を示す図である。

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。処理対象となる半導体ウェハーＷのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍやφ４５０ｍｍである（本実施形態ではφ３００ｍｍ）。熱処理装置１に搬入される前の半導体ウェハーＷには不純物が注入されており、熱処理装置１による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行される。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。ハロゲン加熱部４とチャンバー６との間にはルーバー２１および遮光部材２５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。

また、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（本実施形態では窒素ガス（Ｎ_２））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は窒素ガス供給源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、窒素ガス供給源８５から緩衝空間８２に窒素ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した窒素ガスは、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。なお、処理ガスは窒素ガスに限定されるものではなく、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）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）などの反応性ガスであっても良い。

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。また、窒素ガス供給源８５および排気部１９０は、熱処理装置１に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置１が設置される工場のユーティリティであっても良い。

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。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプタ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は円環形状から一部が欠落した円弧形状の石英部材である。この欠落部分は、後述する移載機構１０の移載アーム１１と基台リング７１との干渉を防ぐために設けられている。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）。基台リング７１の上面に、その円環形状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。

サセプタ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。図３は、サセプタ７４の平面図である。また、図４は、サセプタ７４の断面図である。サセプタ７４は、保持プレート７５、ガイドリング７６および複数の基板支持ピン７７を備える。保持プレート７５は、石英にて形成された略円形の平板状部材である。保持プレート７５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、保持プレート７５は、半導体ウェハーＷよりも大きな平面サイズを有する。

保持プレート７５の上面周縁部にガイドリング７６が設置されている。ガイドリング７６は、半導体ウェハーＷの直径よりも大きな内径を有する円環形状の部材である。例えば、半導体ウェハーＷの直径がφ３００ｍｍの場合、ガイドリング７６の内径はφ３２０ｍｍである。ガイドリング７６の内周は、保持プレート７５から上方に向けて広くなるようなテーパ面とされている。ガイドリング７６は、保持プレート７５と同様の石英にて形成される。ガイドリング７６は、保持プレート７５の上面に溶着するようにしても良いし、別途加工したピンなどによって保持プレート７５に固定するようにしても良い。或いは、保持プレート７５とガイドリング７６とを一体の部材として加工するようにしても良い。

保持プレート７５の上面のうちガイドリング７６よりも内側の領域が半導体ウェハーＷを保持する平面状の保持面７５ａとされる。保持プレート７５の保持面７５ａには、複数の基板支持ピン７７が立設されている。本実施形態においては、保持面７５ａの外周円（ガイドリング７６の内周円）と同心円の周上に沿って３０°毎に計１２個の基板支持ピン７７が立設されている。１２個の基板支持ピン７７を配置した円の径（対向する基板支持ピン７７間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さく、半導体ウェハーＷの径がφ３００ｍｍであればφ２７０ｍｍ〜φ２８０ｍｍ（本実施形態ではφ２８０ｍｍ）である。それぞれの基板支持ピン７７は石英にて形成されている。複数の基板支持ピン７７は、保持プレート７５の上面に溶接によって設けるようにしても良いし、保持プレート７５と一体に加工するようにしても良い。

図２に戻り、基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプタ７４の保持プレート７５の周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプタ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いる。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、サセプタ７４の保持プレート７５は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。すなわち、保持プレート７５の保持面７５ａは水平面となる。

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７４の上に水平姿勢にて載置されて保持される。このとき、半導体ウェハーＷは保持プレート７５上に立設された１２個の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。より厳密には、１２個の基板支持ピン７７の上端部が半導体ウェハーＷの下面に接触して当該半導体ウェハーＷを支持する。１２個の基板支持ピン７７の高さ（基板支持ピン７７の上端から保持プレート７５の保持面７５ａまでの距離）は均一であるため、１２個の基板支持ピン７７によって半導体ウェハーＷを水平姿勢に支持することができる。

また、半導体ウェハーＷは複数の基板支持ピン７７によって保持プレート７５の保持面７５ａから所定の間隔を隔てて支持されることとなる。基板支持ピン７７の高さよりもガイドリング７６の厚さの方が大きい。従って、複数の基板支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの水平方向の位置ずれはガイドリング７６によって防止される。

また、図２および図３に示すように、サセプタ７４の保持プレート７５には、上下に貫通して開口部７８が形成されている。開口部７８は、放射温度計１２０（図１参照）がサセプタ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。すなわち、放射温度計１２０が開口部７８を介してサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から放射された光を受光し、別置のディテクタによってその半導体ウェハーＷの温度が測定される。さらに、サセプタ７４の保持プレート７５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。第１実施形態では、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光源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、第１実施形態では、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、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、光源領域における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、光源領域の中央部よりも周縁部からの照度が強くなり、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、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。

ハロゲン加熱部４と保持部７との間にルーバー２１および遮光部材２５が設けられている。図８は、ルーバー２１の斜視図である。ルーバー２１は上下に開放端を有する円筒形状（無底円筒形状）の部材である。ルーバー２１は、ハロゲン加熱部４のハロゲンランプＨＬから出射される光に対して不透明な材質にて形成されており、例えば石英ガラスに微細な気泡を多数内包させた不透明石英にて形成されている。ルーバー２１のサイズはチャンバー６およびハロゲン加熱部４の配置構成に応じた適宜のものとすることができる。ルーバー２１の円筒の外径はハロゲンランプＨＬが配置される光源領域よりも小さければ良く、例えば第１実施形態ではルーバー２１の外径を半導体ウェハーＷの直径と同じ３００ｍｍとし、内径を２９４ｍｍとしている。また、ルーバー２１の高さは、例えば１５ｍｍ〜２５ｍｍとすれば良い（第１実施形態では１６ｍｍとしている）。

図１に示すように、ハロゲン加熱部４の筐体４１の上端にはルーバーステージ２２が設けられている。ルーバーステージ２２は、ハロゲンランプＨＬから出射される光に対して透明な石英ガラスにて形成された平板状部材である。このルーバーステージ２２の上面にルーバー２１が設置される。ルーバー２１は、その円筒の中心軸ＣＸが保持部７に保持された半導体ウェハーＷの中心を通るように設けられる。ハロゲン加熱部４の複数のハロゲンランプＨＬは、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの下面と対向する領域に配列されている。よって、ルーバー２１の中心軸ＣＸは、複数のハロゲンランプＨＬの配列の中心をも通ることとなる。

このように不透明石英にて形成された円筒形状のルーバー２１をハロゲン加熱部４とチャンバー６との間に設けることにより、複数のハロゲンランプＨＬから光照射を行ったときに、ルーバー２１よりも外側に設けられたハロゲンランプＨＬから半導体ウェハーＷの中心部近傍を含む内側領域（周縁部よりも内側の領域）に向かう光が不透明なルーバー２１の壁面によって遮光される。その一方、ルーバー２１よりも外側に設けられたハロゲンランプＨＬから半導体ウェハーＷの周縁部に向かう光は遮光されない。その結果、ルーバー２１を設けることにより、ハロゲン加熱部４から半導体ウェハーＷの周縁部に向かう光はほとんど減少しないのに対して、内側領域へと向かう光が減少し、内側領域の加熱が弱まることとなり、温度低下の生じ易い半導体ウェハーＷの周縁部が相対的に強く加熱されることとなる。

ところが、単にルーバー２１のみをハロゲン加熱部４の上方に設置しただけでは、複数のハロゲンランプＨＬによる光照射加熱時に半導体ウェハーＷの周縁部よりも若干内側の領域が逆に高温になるという新たな問題が生じることが判明した。図１６は、ルーバー２１のみを設置した場合における半導体ウェハーＷの面内温度分布を示す図である。単にルーバー２１のみを設置して複数のハロゲンランプＨＬから光照射を行うと、同図に示すように、半導体ウェハーＷの周縁部よりも若干内側に他の領域よりも高温になる過熱領域（ホットスポット）９９が現出する。例えば、半導体ウェハーＷの直径が３００ｍｍであれば、半導体ウェハーＷの面内の半径約１１７ｍｍ近傍に過熱領域９９が現出する。つまり、過熱領域９９の形状は直径約２３５ｍｍの円弧状となる。

そこで本発明は、このような円弧上の過熱領域９９を解消するべく、ハロゲン加熱部４と保持部７との間にルーバー２１に加えて遮光部材２５を設けている。図９は、第１実施形態におけるルーバー２１および遮光部材２５の全体外観を示す斜視図である。円筒形状のルーバー２１の上端にリングステージ２４が設置される。リングステージ２４は、ハロゲンランプＨＬから出射される光に対して透明な石英ガラスにて形成された円板状部材である。リングステージ２４の直径はルーバー２１の外径（本実施形態では３００ｍｍ）と同じである。また、リングステージ２４の板厚は２ｍｍ〜３ｍｍである。

そのリングステージ２４の上面に遮光部材２５が載置される。すなわち、ルーバー２１の上に設けられた石英板であるリングステージ２４の上にさらに遮光部材２５が載置される。遮光部材２５は、円環平板形状の遮光リングから一部が欠損した形状を有する。具体的には、遮光部材２５は、円環形状の遮光リングの径方向両端部の２箇所に切り欠き２９を形成した形状を有する。遮光部材２５のリング部分の外径は、円筒形状のルーバー２１の内径よりも小さく、例えば２８０ｍｍである。よって、遮光部材２５の外形サイズはルーバー２１の内側のサイズよりも小さい。また、遮光部材２５のリング部分の内径は例えば２６０ｍｍであり、遮光部材２５の板厚は例えば２ｍｍである。

遮光部材２５は、ハロゲン加熱部４のハロゲンランプＨＬから出射される光に対して不透明な材質にて形成されており、例えば石英ガラスに微細な気泡を多数内包させた不透明石英にて形成されている。すなわち、ルーバー２１と遮光部材２５とは同じ材質にて形成されている。

また、ルーバー２１の中心軸ＣＸは遮光部材２５のリング部分の中心軸と一致する。従って、遮光部材２５も、そのリング部分の中心軸が保持部７に保持された半導体ウェハーＷの中心を通るように設けられることとなる。

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。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、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説明する。ここで処理対象となる半導体ウェハーＷはイオン注入法により不純物（イオン）が添加された半導体基板である。その不純物の活性化が熱処理装置１によるフラッシュ光照射加熱処理（アニール）により実行される。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、熱処理空間６５の下部から排気される。

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。なお、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの熱処理時には窒素ガスが熱処理空間６５に継続的に供給されており、その供給量は処理工程に応じて適宜変更される。

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を介してイオン注入後の半導体ウェハー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７４の保持プレート７５の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。このとき、リフトピン１２は基板支持ピン７７の上端よりも上方にまで上昇する。

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７４に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。半導体ウェハーＷは、保持プレート７５上に立設された複数の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。また、半導体ウェハーＷは、パターン形成がなされて不純物が注入された表面を上面として保持部７に保持される。複数の基板支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの裏面（表面とは反対側の主面）と保持プレート７５の保持面７５ａとの間には所定の間隔が形成される。サセプタ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が石英にて形成された保持部７のサセプタ７４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ルーバーステージ２２、リングステージ２４、下側チャンバー窓６４およびサセプタ７４を透過して半導体ウェハーＷの裏面（表面とは反対側の主面）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の温度が放射温度計１２０によって測定されている。すなわち、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの裏面から開口部７８を介して放射された赤外光を放射温度計１２０が受光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しつつ、ハロゲンランプＨＬの出力を制御する。すなわち、制御部３は、放射温度計１２０による測定値に基づいて、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１となるようにハロゲンランプＨＬの出力をフィードバック制御する。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℃）。

また、第１実施形態においては、ハロゲン加熱部４とチャンバー６との間に不透明な円筒形状のルーバー２１および径方向両端部が欠損した円環形状を有する遮光部材２５を設け、ハロゲン加熱部４から保持部７に保持された半導体ウェハーＷへと向かう光を一部遮光している。ここで、仮に、上記の遮光部材２５の代わりに切り欠き２９が設けられていない完全な円環形状の遮光部材２５１が設置されていた場合における遮光について説明する。

図１０は、円筒形状のルーバー２１に完全な円環形状の遮光部材２５１を設けた全体外観を示す斜視図である。図９に示した本実施形態の遮光部材２５は、図１０の円環形状の遮光部材２５１の径方向両端部に切り欠き２９を設けたものである。図１１は、図１０の構造における遮光を示す図である。上述したように、本実施形態では、円板形状の半導体ウェハーＷの主面よりも広い領域に複数のハロゲンランプＨＬを配置しており、ルーバー２１の外径は半導体ウェハーＷの直径と同じである。従って、円筒形状のルーバー２１より外側にもハロゲンランプＨＬが存在している。このため、図１１に示すように、ルーバー２１よりも外側に設けられたハロゲンランプＨＬから半導体ウェハーＷに向かう光の一部は不透明なルーバー２１によって遮光される。

また、円環形状の遮光部材２５１の中心軸はルーバー２１の中心軸ＣＸと一致し、かつ、遮光部材２５１の外径はルーバー２１の内径よりも小さい。よって、ルーバー２１の内壁面と遮光部材２５１の外周との間にはハロゲンランプＨＬから出射された光が透過可能な隙間が存在する。ハロゲンランプＨＬから出射されてルーバー２１の内壁面と遮光部材２５１の外周との間に生じた当該隙間を透過した光は保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周縁部に照射される。これにより、ハロゲンランプＨＬからの光照射による半導体ウェハーＷの周縁部の照度が相対的に高くなり、温度低下の生じ易い当該周縁部が強く加熱されることとなる。

一方、不透明な円環形状の遮光部材２５１は、その外径が２８０ｍｍで内径が２６０ｍｍであるため、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周縁部よりも若干内側の領域、すなわちルーバー２１のみを設置した場合に現出する図１６の過熱領域９９の下方に存在することとなる。従って、ハロゲンランプＨＬから出射されて半導体ウェハーＷの周縁部よりも若干内側の過熱領域９９に向かう光は遮光部材２５１によって遮光される。これにより、ルーバー２１のみを設置した場合に現出する半導体ウェハーＷの過熱領域９９における照度が相対的に低くなり、過熱領域９９の加熱が弱まることとなる。

ところが、図１１に示すように、完全な円環形状の遮光部材２５１は、ルーバー２１よりも外側に設けられたハロゲンランプＨＬから半導体ウェハーＷに向かう光の一部がルーバー２１によって遮光されることによって生じる半導体ウェハーＷの影領域ＳＡに照射されるべき光をも遮光する。すなわち、ルーバー２１よりも内側に設けられたハロゲンランプＨＬから影領域ＳＡに向かう光が遮光部材２５１によって遮光されるのである。なお、ルーバー２１よりも外側に設けられたハロゲンランプＨＬからの光がルーバー２１に遮光されることによって半導体ウェハーＷに影領域ＳＡが生じるか否かは、ハロゲンランプＨＬ、ルーバー２１および半導体ウェハーＷの位置関係に依存している。本実施形態の位置関係では、ハロゲン加熱部４の下段外側のハロゲンランプＨＬからの光がルーバー２１に遮光されることによって影領域ＳＡが生じるものの、上段外側のハロゲンランプＨＬに起因した影領域ＳＡは生じない。

ハロゲンランプＨＬからの光が到達しにくい半導体ウェハーＷの影領域ＳＡは他の領域よりも温度が低い低温領域（コールドスポット）となる。このようなコールドスポットが生じると、フラッシュランプＦＬによるフラッシュ加熱時にも半導体ウェハーＷの面内温度分布が不均一となり、半導体のデバイス特性の劣化や歩留まりの低下が懸念される。

このため、本発明は、円環形状の遮光リング（遮光部材２５１）の径方向両端部に切り欠き２９を形成したものを遮光部材２５としている。図１２は、第１実施形態におけるルーバー２１および遮光部材２５による光路調整を示す図である。同図は、図９の切り欠き２９が形成された部位を側方から見た図である。

図１２に示すように、遮光部材２５には切り欠き２９が形成されているため、ルーバー２１よりも内側に設けられたハロゲンランプＨＬから出射された光は切り欠き２９を通過して半導体ウェハーＷの影領域ＳＡに到達する。すなわち、遮光部材２５に切り欠き２９を設けることにより、ルーバー２１によってハロゲンランプＨＬから出射された光が遮光される半導体ウェハーＷの影領域ＳＡに光が到達するのである。その結果、影領域ＳＡにおける照度が相対的に高くなり、影領域ＳＡも他の領域と同様に加熱されることとなる。

このようにして、ルーバー２１および切り欠き２９を有する遮光部材２５の組み合わせによって、ハロゲンランプＨＬからの光照射時における半導体ウェハーＷの面内温度分布の不均一を効果的に解消することができる。

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、半導体ウェハーＷに注入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１では、半導体ウェハー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、半導体ウェハーＷに注入された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、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１００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。

第１実施形態では、ルーバー２１および切り欠き２９を有する遮光部材２５の組み合わせによって、ハロゲン加熱部４による予備加熱段階での半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にしているため、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷ表面の面内温度分布も均一にすることができる。

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、放射温度計１２０の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。

第１実施形態においては、ハロゲン加熱部４とチャンバー６との間に不透明な円筒形状のルーバー２１および円環形状の遮光リングに切り欠き２９を形成した遮光部材２５を設け、ハロゲン加熱部４から保持部７に保持された半導体ウェハーＷへと向かう光の光路を調整している。既述したように、ルーバー２１と完全な円環形状の遮光部材を設けた場合には、半導体ウェハーＷにハロゲンランプＨＬからの光が到達しにくい影領域ＳＡが発生し、面内温度分布が不均一となる傾向が認められる。そこで、完全な円環形状に切り欠き２９を形成した遮光部材２５を設け、ルーバー２１よりも内側に設けられたハロゲンランプＨＬから出射された光を影領域ＳＡにも到達させることによって、予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。その結果、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷ表面の面内温度分布も均一にすることができる。

＜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概ね第１実施形態と同じである。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、遮光部材に切り欠きに代えて透明部分を設けている点である。

図１３は、第２実施形態の遮光部材１２５の平面図である。第１実施形態の遮光部材２５は円環形状の遮光リングに切り欠き２９を形成したものであったが、第２実施形態の遮光部材１２５は円環形状の遮光リングの一部をハロゲンランプＨＬから出射される光に対して透明な部材にて形成したものである。すなわち、第２実施形態の遮光部材１２５は、円環平板形状のリングの一部を透明部１２２とするとともに、残部を不透明部１２１としたものである。透明部１２２は例えばハロゲンランプＨＬから出射される光を透過する透明石英で形成され、不透明部１２１は例えば第１実施形態と同様の不透明石英にて形成される。透明石英の透明部１２２と不透明石英の不透明部１２１とは溶接によって接合可能である。不透明部１２１と透明部１２２とを接合したものは完全な円環形状となる。その円環形状の径方向両端部の２箇所に透明部１２２が設けられている。換言すれば、第２実施形態の遮光部材１２５は、第１実施形態の遮光部材２５の切り欠き２９を透明石英に置き換えたものである。

遮光部材１２５のサイズは第１実施形態と同じく、例えば外径２８０ｍｍ、内径２６０ｍｍ、厚さ２ｍｍである。このような遮光部材１２５が円筒形状のルーバー２１の上端に設けられたリングステージ２４の上面に載置される。遮光部材１２５の形態を除く第２実施形態の残余の構成は第１実施形態と同じである。

第２実施形態においてハロゲン加熱部４からの光照射によって半導体ウェハーＷの予備加熱を行うときには、遮光部材１２５の一部が透明部１２２とされているため、ルーバー２１よりも内側に設けられたハロゲンランプＨＬから出射された光は透明部１２２を透過して半導体ウェハーＷの影領域ＳＡに到達する。すなわち、遮光部材１２５に透明部１２２を設けることにより、ルーバー２１によってハロゲンランプＨＬから出射された光が遮光される半導体ウェハーＷの影領域ＳＡに光が到達するのである。これにより、影領域ＳＡにおける照度が相対的に高くなり、影領域ＳＡも他の領域と同様に加熱されることとなって、予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。その結果、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷ表面の面内温度分布も均一にすることができる。

＜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概ね第１実施形態と同じである。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遮光部材の形状である。

図１４は、第３実施形態の遮光部材２２５の平面図である。第３実施形態の遮光部材２２５は、複数の遮光パーツによって構成されており、切り欠き２２９を形成した遮光リング２２１の内側に４個の板状の遮光片２２２を配置する。遮光部材２２５を構成する遮光リング２２１および４個の遮光片２２２は、ハロゲン加熱部４のハロゲンランプＨＬから出射される光に対して不透明な材質にて形成されており、例えば石英ガラスに微細な気泡を多数内包させた不透明石英にて形成されている。

遮光リング２２１は、第１実施形態の遮光部材２５と同様のものである。すなわち、遮光リング２２１は、円環形状の径方向両端部の２箇所に切り欠き２２９を形成した形状を有する。遮光リング２２１の外径は、円筒形状のルーバー２１の内径よりも小さい。各遮光片２２２は、遮光リング２２１の内側に収まる程度の大きさの矩形の板状部材である。これらの遮光リング２２１および４個の遮光片２２２が円筒形状のルーバー２１の上端に設けられたリングステージ２４の上面に図１４に示すような配置形態で載置される。遮光部材２２５の形状を除く第３実施形態の残余の構成は第１実施形態と同じである。

第３実施形態においてハロゲン加熱部４からの光照射によって半導体ウェハーＷの予備加熱を行うときには、遮光部材２２５に切り欠き２２９が形成されているため、ルーバー２１よりも内側に設けられたハロゲンランプＨＬから出射された光は切り欠き２２９を通過して半導体ウェハーＷの影領域ＳＡに到達する。すなわち、遮光部材２２５に切り欠き２２９を設けることにより、ルーバー２１によってハロゲンランプＨＬから出射された光が遮光される半導体ウェハーＷの影領域ＳＡに光が到達するのである。これにより、影領域ＳＡにおける照度が相対的に高くなり、影領域ＳＡも他の領域と同様に加熱されることとなって、予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。その結果、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷ表面の面内温度分布も均一にすることができる。

また、ルーバー２１のみを設けてハロゲン加熱部４によって予備加熱を行ったときに、半導体ウェハーＷの面内に図１６に示す形状の過熱領域９９に加えてその内側にも過熱領域が現出する場合には、第３実施形態のように、遮光リング２２１に加えて遮光片２２２を配置することによってそれら過熱領域に向かう光を個別に遮光することができ、半導体ウェハーＷの面内温度分布を効果的に均一にすることができる。

＜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概ね第１実施形態と同じである。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遮光部材の形状である。

図１５は、第４実施形態の遮光部材３２５の平面図である。第４実施形態の遮光部材３２５は、複数の遮光パーツによって構成されており、切り欠き３２９を形成した平板四角枠形状の遮光フレーム３２１の内側に板状の遮光片３２２を配置する。遮光部材３２５を構成する遮光フレーム３２１および遮光片３２２は、ハロゲン加熱部４のハロゲンランプＨＬから出射される光に対して不透明な材質にて形成されており、例えば石英ガラスに微細な気泡を多数内包させた不透明石英にて形成されている。

四角枠形状を有する遮光フレーム３２１の対角線の長さは、円筒形状のルーバー２１の内径よりも小さい。遮光フレーム３２１は、四角形の４辺のうちの相対向する２辺の中央部に切り欠き３２９を形成した形状を有する。遮光片３２２は、遮光フレーム３２１の内側に収まる程度の大きさの円板形状部材である。これらの遮光フレーム３２１および遮光片３２２が円筒形状のルーバー２１の上端に設けられたリングステージ２４の上面に図１５に示すような配置形態で載置される。遮光部材３２５の形状を除く第４実施形態の残余の構成は第１実施形態と同じである。

第４実施形態においてハロゲン加熱部４からの光照射によって半導体ウェハーＷの予備加熱を行うときには、遮光部材３２５に切り欠き３２９が形成されているため、ルーバー２１よりも内側に設けられたハロゲンランプＨＬから出射された光は切り欠き３２９を通過して半導体ウェハーＷの影領域ＳＡに到達する。すなわち、遮光部材３２５に切り欠き３２９を設けることにより、ルーバー２１によってハロゲンランプＨＬから出射された光が遮光される半導体ウェハーＷの影領域ＳＡに光が到達するのである。これにより、影領域ＳＡにおける照度が相対的に高くなり、影領域ＳＡも他の領域と同様に加熱されることとなって、予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。その結果、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷ表面の面内温度分布も均一にすることができる。

また、ルーバー２１のみを設けてハロゲン加熱部４によって予備加熱を行ったときに、半導体ウェハーＷの面内に図１６に示す形状の過熱領域９９に加えてその内側にも過熱領域が現出する場合には、第４実施形態のように、遮光フレーム３２１に加えて遮光片３２２を配置することによってそれら過熱領域に向かう光を個別に遮光することができ、半導体ウェハーＷの面内温度分布を効果的に均一にすることができる。

＜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、遮光部材２５，２２５，３２５および遮光部材１２５の不透明部１２１が石英ガラスに微細な気泡を多数内包させた不透明石英にて形成されていたが、これらの材質は不透明石英に限定されるものではない。例えば、遮光部材２５，２２５，３２５および遮光部材１２５の不透明部１２１は、セラミックスや金属等、ハロゲン加熱部４のハロゲンランプＨＬから出射される光に対して不透明な材質にて形成されていれば良い。不透明な材質は、完全に不透明（透過率０％）である必要性は必ずしもなく、ハロゲンランプＨＬから出射される光に対して透過率１５％以下であれば良い。

また、ルーバー２１と遮光部材２５，１２５，２２５，３２５とは、ハロゲンランプＨＬから出射される光に対して不透明な材質であれば異なる材質にて形成されていても良い。さらに、第３実施形態においては、遮光リング２２１と複数個の遮光片２２２とが異なる材質にて形成されていても良い。この場合、ハロゲンランプＨＬから出射される光に対する複数個の遮光片２２２の透過率が相互に異なっていても良い。ルーバー２１のみを設けて予備加熱を行ったときに、半導体ウェハーＷの面内に生じる過熱領域の温度にばらつきがある場合には、過熱領域の温度に応じて複数個の遮光片２２２の透過率を異なる値とする方が好ましい。具体的には、他の領域よりも大きく温度が高くなる過熱領域に対応する遮光片２２２の透過率は低くし（透過率０％に近づける）、逆に他の領域よりも僅かに温度が高くなる過熱領域に対応する遮光片２２２の透過率は高くする。このようにすれば、より高精度に過熱領域の照度を調整して半導体ウェハーＷの面内温度分布を効果的に均一にすることができる。なお、第３実施形態において、遮光リング２２１と複数個の遮光片２２２との透過率が異なっていても良いことは勿論である。

同様に、第４実施形態においては、遮光フレーム３２１と遮光片３２２とが異なる材質にて形成されていても良い。この場合、ハロゲンランプＨＬから出射される光に対する遮光フレーム３２１と遮光片３２２との透過率が異なっていても良い。

また、遮光部材の形状およびパーツ点数も第１実施形態から第４実施形態の例に限定されるものではない。例えば、遮光部材の形状は、円形の他、楕円形、星形、多角形などであっても良い。また、遮光部材のパーツ点数も適宜のものとすることができる。さらに、遮光部材のパーツ点数を複数とする場合には、半導体ウェハーＷの面内における過熱領域の分布に応じて、遮光部材のパーツを対称に配置しても良いし、非対称に配置しても良い。

また、第３実施形態の切り欠き２２９および第４実施形態の切り欠き３２９を第２実施形態と同様に透明部に置き換えるようにしても良い。要するに、遮光部材の一部を取り除く、または、透過率を高めて透明にすれば良い。

また、上記各実施形態においては、ハロゲン加熱部４の下段外側のハロゲンランプＨＬからの光がルーバー２１に遮光されることによって半導体ウェハーＷに影領域ＳＡが生じていたが、ハロゲンランプＨＬ等の配置関係によっては上段外側のハロゲンランプＨＬによって影領域ＳＡが生じることもある。この場合、上記実施形態にて切り欠き２９等を形成した径とは直交する方向の径の両端部に切り欠きを形成する。このようしても、ルーバー２１よりも内側に設けられたハロゲンランプＨＬから出射された光は切り欠きを通過して半導体ウェハーＷの影領域ＳＡに到達するため、上記実施形態と同様に半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。集約すれば、不透明な円筒形状のルーバー２１によってハロゲン加熱部４から出射された光が遮光される半導体ウェハーＷの影領域ＳＡに光が到達するように遮光部材に切り欠き（または透明部）を形成する形態であれば良い。

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、高誘電率ゲート絶縁膜（High-k膜）の熱処理、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化に適用するようにしても良い。

また、本発明に係る熱処理技術は、フラッシュランプアニール装置に限定されるものではなく、ハロゲンランプを使用した枚葉式のランプアニール装置やＣＶＤ装置などのフラッシュランプ以外の熱源の装置にも適用することができる。特に、チャンバーの下方にハロゲンランプを配置し、半導体ウェハーの裏面から光照射を行って熱処理を行うバックサイドアニール装置に本発明に係る技術は好適に適用することができる。

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
２１ルーバー
２２ルーバーステージ
２４リングステージ
２５，１２５，２２５，３２５遮光部材
２９，２２９，３２９切り欠き
６４下側チャンバー窓
６５熱処理空間
７４サセプタ
７５保持プレート
７７基板支持ピン
１２１不透明部
１２２透明部
２２１遮光リング
２２２，３２２遮光片
３２１遮光フレーム
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

円板形状の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、
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、
前記保持部に保持された基板の主面よりも広く当該主面に対向する光源領域に複数の棒状ランプを配置した光照射部と、
前記光照射部と前記保持部との間にて中心軸が前記基板の中心を通るように設けられ、前記光照射部から出射された光に対して不透明な円筒形状のルーバーと、
前記光照射部と前記保持部との間に設けられ、前記光照射部から出射された光に対して不透明な遮光部材と、
を備え、
前記ルーバーによって前記光照射部から出射された光が遮光される前記基板の領域に光が到達するように前記遮光部材に切り欠きを形成することを特徴とする熱処理装置。
円板形状の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、
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、
前記保持部に保持された基板の主面よりも広く当該主面に対向する光源領域に複数の棒状ランプを配置した光照射部と、
前記光照射部と前記保持部との間にて中心軸が前記基板の中心を通るように設けられ、前記光照射部から出射された光に対して不透明な円筒形状のルーバーと、
前記光照射部と前記保持部との間に設けられ、前記光照射部から出射された光に対して不透明な遮光部材と、
を備え、
前記ルーバーによって前記光照射部から出射された光が遮光される前記基板の領域に光が到達するように前記遮光部材の一部を透明な部材にて形成することを特徴とする熱処理装置。
請求項２記載の熱処理装置において、
前記遮光部材の前記一部は透明石英にて形成され、残部は不透明石英にて形成されることを特徴とする熱処理装置。