WO2019146166A1 - 熱処理方法および熱処理装置 - Google Patents

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heat treatment
semiconductor wafer
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    • H10P72/7604—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for supporting or gripping using mechanical means, e.g. clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H10P72/7614—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for supporting or gripping using mechanical means, e.g. clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a plurality of individual support members, e.g. support posts or protrusions

Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment method and a heat treatment apparatus for heating a thin plate-like precision electronic substrate (hereinafter, simply referred to as a “substrate”) such as a semiconductor wafer by heating the substrate.
  • a thin plate-like precision electronic substrate hereinafter, simply referred to as a “substrate”
  • substrate such as a semiconductor wafer
  • impurity introduction is an essential step for forming a pn junction in a semiconductor wafer.
  • impurity introduction is generally performed by ion implantation and subsequent annealing.
  • the ion implantation method is a technology for physically implanting impurities by ionizing elements of impurities such as boron (B), arsenic (As), and phosphorus (P) and causing them to collide with a semiconductor wafer at a high acceleration voltage.
  • the implanted impurities are activated by annealing. At this time, if the annealing time is about several seconds or more, the implanted impurities are deeply diffused by heat, and as a result, the junction depth becomes too deep than required, which may cause a problem in forming a good device.
  • Flash lamp annealing is a semiconductor wafer in which impurities are implanted by irradiating flash light onto the surface of the semiconductor wafer using a xenon flash lamp (hereinafter simply referred to as a xenon flash lamp when it is referred to as “flash lamp”). It is a heat treatment technology that raises the temperature of only the surface for a very short time (a few milliseconds or less).
  • the emission spectral distribution of the xenon flash lamp is in the ultraviolet region to the near infrared region, has a shorter wavelength than that of the conventional halogen lamp, and substantially matches the basic absorption band of a silicon semiconductor wafer. Therefore, when the semiconductor wafer is irradiated with flash light from the xenon flash lamp, it is possible to rapidly increase the temperature of the semiconductor wafer because the amount of transmitted light is small. It has also been found that only the vicinity of the surface of the semiconductor wafer can be selectively heated if the flash light irradiation is performed for an extremely short time of several milliseconds or less. For this reason, if the temperature rise for a very short time by a xenon flash lamp, only impurity activation can be performed without deeply diffusing the impurity.
  • a flash lamp is disposed on the front side of a semiconductor wafer, a halogen lamp is disposed on the back side, and desired heat treatment is performed by combining them. Things are disclosed.
  • the semiconductor wafer is preheated to a certain temperature by a halogen lamp, and then the surface of the semiconductor wafer is heated to a desired processing temperature by flash light irradiation from a flash lamp. .
  • processing of semiconductor wafers as well as heat treatment is performed in units of lots (one set of semiconductor wafers to be subjected to processing of the same contents under the same conditions).
  • processing is sequentially performed on a plurality of semiconductor wafers constituting a lot.
  • a plurality of semiconductor wafers constituting a lot are carried into the chamber one by one and heat treatment is sequentially performed.
  • the first semiconductor wafer of the lot is carried into a chamber substantially at room temperature and heat treatment is performed.
  • the semiconductor wafer supported by the susceptor in the chamber is preheated to a predetermined temperature, and the wafer surface is further heated to the treatment temperature by flash heating.
  • the temperature-increasing internal structure such as the susceptor and the chamber window is heated by the heated semiconductor wafer, and the temperature of the internal structure in the chamber is also increased.
  • Such temperature rise of the chamber internal structure accompanying the heat treatment of the semiconductor wafer continues for several sheets from the beginning of the lot, and when the heat treatment of about 10 semiconductor wafers is performed in the end, the chamber internal structure The temperature of the reaches a constant stable temperature. That is, while the first semiconductor wafer in the lot is processed in the chamber at room temperature, the semiconductor wafers in the tenth and subsequent wafers are processed in the chamber heated to a stable temperature.
  • a dummy wafer not to be processed is carried into the chamber and held on the susceptor, and preheating and flash heating are performed under the same conditions as the lot to be processed.
  • the temperature inside the chamber has been raised in advance (dummy running).
  • This invention is made in view of the said subject, and it aims at providing the heat processing method and heat processing apparatus which can abbreviate
  • a heat treatment method of heating a substrate by irradiating the substrate with light in a heat treatment method of heating a substrate by irradiating the substrate with light, light is continuously emitted from a continuous lighting lamp onto the substrate mounted on a susceptor in a chamber.
  • the substrate for preheating is mounted on the susceptor and the processing gas used in the light irradiation process
  • the heated heat transfer gas is supplied into the chamber.
  • a third aspect is the heat treatment method according to the first or second aspect, wherein the heat transfer gas is helium.
  • the fourth aspect is a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with light, the chamber containing the substrate, the susceptor for supporting the substrate in the chamber, and the susceptor supported by the susceptor
  • the susceptor is provided with a continuous lighting lamp that heats the substrate by irradiating light to the substrate, and a gas supply unit that supplies a gas into the chamber, and before the substrate to be processed is carried into the chamber, the susceptor is A substrate for preheating is placed, and a heat transfer gas having a thermal conductivity higher than that of the processing gas used in the heat treatment of the substrate to be processed is supplied from the gas supply unit into the chamber to contain the heat transfer gas. After the atmosphere is formed, the substrate for preheating is heated by light irradiation from the continuous lighting lamp, and the substrate for preheating is provided in the chamber via the heat transfer gas.
  • the English window to raise the temperature.
  • a fifth aspect is the heat treatment apparatus according to the fourth aspect, further comprising a gas heating unit that heats the heat transfer gas.
  • a sixth aspect is the heat treatment apparatus according to the fourth or fifth aspect, wherein the heat transfer gas is helium.
  • the substrate for preheating is heated by light irradiation from the continuous lighting lamp before the substrate to be treated is carried into the chamber, and the heat transfer gas is transferred from the substrate for preheating Since the temperature of the quartz window provided in the chamber is raised through the above, when the substrate to be processed is carried into the chamber, the temperature of the quartz window is raised, and dummy running can be omitted.
  • the temperature of the quartz window can be raised more efficiently.
  • the substrate for preheating before the substrate to be processed is carried into the chamber, the substrate for preheating is heated by light irradiation from the continuous lighting lamp to transfer the heat transfer gas from the substrate for preheating Since the temperature of the quartz window provided in the chamber is raised through the above, when the substrate to be processed is carried into the chamber, the temperature of the quartz window is raised, and dummy running can be omitted.
  • the quartz window can be heated more efficiently because it further includes a gas heating unit that heats the heat transfer gas.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the configuration of a heat treatment apparatus 1 according to the present invention.
  • the heat treatment apparatus 1 of FIG. 1 is a flash lamp annealing apparatus which heats the semiconductor wafer W by irradiating the semiconductor wafer W having a disk shape as a substrate with flash light.
  • the size of the semiconductor wafer W to be processed is not particularly limited, and is, for example, ⁇ 300 mm or ⁇ 450 mm.
  • the dimensions and the numbers of the respective parts are exaggerated or simplified as necessary for easy understanding.
  • the heat treatment apparatus 1 includes a chamber 6 for housing a semiconductor wafer W, a flash heating unit 5 containing a plurality of flash lamps FL, and a halogen heating unit 4 containing a plurality of halogen lamps HL.
  • a flash heating unit 5 is provided on the upper side of the chamber 6 and a halogen heating unit 4 is provided on the lower side.
  • the heat treatment apparatus 1 further includes a holding unit 7 for holding the semiconductor wafer W in a horizontal posture inside the chamber 6, and a transfer mechanism 10 for delivering the semiconductor wafer W between the holding unit 7 and the outside of the apparatus. Equipped with The heat treatment apparatus 1 further includes a control unit 3 that controls the respective operation mechanisms provided in the halogen heating unit 4, the flash heating unit 5, and the chamber 6 to execute the heat treatment of the semiconductor wafer W.
  • the chamber 6 is configured by mounting quartz chamber windows on the upper and lower sides of a cylindrical chamber side 61.
  • the chamber side 61 has a generally cylindrical shape with an open top and bottom, the upper opening is fitted with the upper chamber window 63 and closed, and the lower opening is fitted with the lower chamber window 64 and closed ing.
  • the upper chamber window 63 constituting the ceiling of the chamber 6 is a disk-shaped member formed of quartz, and functions as a quartz window that transmits the flash light emitted from the flash heating unit 5 into the chamber 6.
  • the lower chamber window 64 constituting the floor of the chamber 6 is also a disk-shaped member made of quartz and functions as a quartz window for transmitting the light from the halogen heating unit 4 into the chamber 6.
  • the thickness of the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 is adapted to normal pressure in order to increase pressure resistance. It is thicker than that. For example, if the thickness of the chamber window is 8 mm for normal pressure, the thicknesses of the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 in the present embodiment are 28 mm.
  • a reflection ring 68 is attached to the upper portion of the inner wall surface of the chamber side portion 61, and a reflection ring 69 is attached to the lower portion.
  • the reflection rings 68 and 69 are both formed in an annular shape.
  • the upper reflective ring 68 is mounted by fitting from the upper side of the chamber side 61.
  • the lower reflection ring 69 is mounted by being fitted from the lower side of the chamber side 61 and fixed with a screw (not shown). That is, the reflection rings 68 and 69 are both detachably mounted on the chamber side 61.
  • An inner space of the chamber 6, that is, a space surrounded by the upper chamber window 63, the lower chamber window 64, the chamber side 61 and the reflection rings 68 and 69 is defined as a heat treatment space 65.
  • a recess 62 is formed on the inner wall surface of the chamber 6. That is, a recess 62 surrounded by a central portion of the inner wall surface of the chamber side 61 to which the reflective rings 68 and 69 are not attached, the lower end surface of the reflective ring 68 and the upper end surface of the reflective ring 69 is formed. .
  • the recess 62 is formed in an annular shape along the horizontal direction on the inner wall surface of the chamber 6 and surrounds the holding unit 7 that holds the semiconductor wafer W.
  • the chamber side 61 and the reflection rings 68 and 69 are formed of a metal material (for example, stainless steel) which is excellent in strength and heat resistance.
  • a transfer opening (furnace port) 66 for carrying in and out the semiconductor wafer W with respect to the chamber 6 is formed.
  • the transfer opening 66 can be opened and closed by a gate valve 185.
  • the transfer opening 66 is connected in communication with the outer peripheral surface of the recess 62. Therefore, when the gate valve 185 opens the transfer opening 66, the semiconductor wafer W is carried into the heat treatment space 65 from the transfer opening 66 through the recess 62 and the semiconductor wafer W is unloaded from the heat treatment space 65. It can be performed. Further, when the gate valve 185 closes the transfer opening 66, the heat treatment space 65 in the chamber 6 is made a closed space.
  • a gas supply hole 81 for supplying a gas to the heat treatment space 65 is formed on the upper inner wall of the chamber 6.
  • the gas supply hole 81 is formed at a position above the recess 62 and may be provided in the reflection ring 68.
  • the gas supply hole 81 is communicatively connected to the gas supply pipe 83 via a buffer space 82 formed annularly in the side wall of the chamber 6.
  • the gas supply pipe 83 is connected to the gas supply source 85.
  • a valve 84 and a heater 22 are interposed in the middle of the path of the gas supply pipe 83.
  • the type of gas supplied by the gas supply source 85 is not particularly limited and may be appropriately selected.
  • inert gases such as nitrogen (N 2 ), argon (Ar), helium (He), etc.
  • Gas, or reactive gases such as oxygen (O 2 ), hydrogen (H 2 ), chlorine (Cl 2 ), hydrogen chloride (HCl), ozone (O 3 ), ammonia (NH 3 ), or a mixture thereof Mixed gases can be used.
  • gas is supplied from the gas supply source 85 to the buffer space 82.
  • the gas flowing into the buffer space 82 flows so as to expand in the buffer space 82 having a smaller fluid resistance than the gas supply holes 81, and is supplied from the gas supply holes 81 into the heat treatment space 65.
  • the gas supply source 85 and the valve 84 correspond to the gas supply unit for supplying the gas into the chamber 6.
  • the heater 22 also heats the gas flowing through the gas supply pipe 83.
  • the gas heated by the heater 22 is supplied from the gas supply hole 81 to the heat treatment space 65. That is, the heater 22 corresponds to a gas heating unit that heats the gas supplied to the chamber 6.
  • a gas exhaust hole 86 for exhausting the gas in the heat treatment space 65 is formed in the lower portion of the inner wall of the chamber 6.
  • the gas exhaust hole 86 is formed at a lower position than the recess 62, and may be provided in the reflection ring 69.
  • the gas exhaust hole 86 is connected in communication with the gas exhaust pipe 88 via a buffer space 87 formed annularly in the side wall of the chamber 6.
  • the gas exhaust pipe 88 is connected to the exhaust unit 190.
  • a valve 89 is interposed in the middle of the path of the gas exhaust pipe 88. When the valve 89 is opened, the gas in the heat treatment space 65 is exhausted from the gas exhaust hole 86 through the buffer space 87 to the gas exhaust pipe 88.
  • a plurality of gas supply holes 81 and gas exhaust holes 86 may be provided along the circumferential direction of the chamber 6, or may be slit-shaped.
  • a gas exhaust pipe 191 for exhausting the gas in the heat treatment space 65 is also connected to the tip of the transfer opening 66.
  • the gas exhaust pipe 191 is connected to the exhaust unit 190 via a valve 192. By opening the valve 192, the gas in the chamber 6 is exhausted through the transfer opening 66.
  • an exhaust utility of a factory in which a vacuum pump or the heat treatment apparatus 1 is installed can be used.
  • a vacuum pump is employed as the exhaust unit 190 and the valve 84 is closed to exhaust the atmosphere of the heat treatment space 65 which is a sealed space without performing any gas supply from the gas supply hole 81
  • the inside of the chamber 6 becomes a vacuum atmosphere. It can be depressurized.
  • the inside of the chamber 6 can be depressurized to a pressure less than the atmospheric pressure by exhausting without performing gas supply from the gas supply holes 81. .
  • FIG. 2 is a perspective view showing the entire appearance of the holder 7.
  • the holding unit 7 is configured to include a base ring 71, a connecting unit 72, and a susceptor 74.
  • the base ring 71, the connecting portion 72 and the susceptor 74 are all formed of quartz. That is, the whole of the holding portion 7 is formed of quartz.
  • the base ring 71 is an arc-shaped quartz member which is partially missing from the annular shape. This missing portion is provided to prevent interference between the transfer arm 11 of the transfer mechanism 10 described later and the base ring 71.
  • the base ring 71 is supported by the wall surface of the chamber 6 by being placed on the bottom of the recess 62 (see FIG. 1).
  • On the top surface of the base ring 71 a plurality of connecting portions 72 (four in the present embodiment) are provided upright along the circumferential direction of the annular shape.
  • the connecting portion 72 is also a quartz member and is fixed to the base ring 71 by welding.
  • FIG. 3 is a plan view of the susceptor 74.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the susceptor 74.
  • the susceptor 74 includes a holding plate 75, a guide ring 76 and a plurality of substrate support pins 77.
  • the holding plate 75 is a substantially circular flat member made of quartz. The diameter of the holding plate 75 is larger than the diameter of the semiconductor wafer W. That is, the holding plate 75 has a larger planar size than the semiconductor wafer W.
  • a guide ring 76 is installed on the upper surface peripheral portion of the holding plate 75.
  • the guide ring 76 is an annular member having an inner diameter larger than the diameter of the semiconductor wafer W. For example, when the diameter of the semiconductor wafer W is ⁇ 300 mm, the inner diameter of the guide ring 76 is ⁇ 320 mm.
  • the inner periphery of the guide ring 76 is tapered so as to widen upward from the holding plate 75.
  • the guide ring 76 is formed of quartz similar to the holding plate 75.
  • the guide ring 76 may be welded to the upper surface of the holding plate 75 or may be fixed to the holding plate 75 by a separately processed pin or the like. Alternatively, the holding plate 75 and the guide ring 76 may be processed as an integral member.
  • a region of the upper surface of the holding plate 75 inside the guide ring 76 is a planar holding surface 75 a for holding the semiconductor wafer W.
  • a plurality of substrate support pins 77 are provided upright on the holding surface 75 a of the holding plate 75. In the present embodiment, a total of 12 substrate support pins 77 are erected every 30 ° along the circumference of a concentric circle with the outer circumference circle of the holding surface 75a (the inner circumference circle of the guide ring 76).
  • the diameter of the circle in which the 12 substrate support pins 77 are arranged (the distance between the opposing substrate support pins 77) is smaller than the diameter of the semiconductor wafer W, and if the diameter of the semiconductor wafer W is ⁇ 300 mm, ⁇ 270 mm to ⁇ 280 mm (this embodiment) The form is ⁇ 270 mm).
  • Each substrate support pin 77 is formed of quartz.
  • the plurality of substrate support pins 77 may be provided on the upper surface of the holding plate 75 by welding, or may be processed integrally with the holding plate 75.
  • the four connecting portions 72 erected on the base ring 71 and the peripheral portion of the holding plate 75 of the susceptor 74 are fixed by welding. That is, the susceptor 74 and the base ring 71 are fixedly connected by the connecting portion 72.
  • the holder 7 is attached to the chamber 6.
  • the holding plate 75 of the susceptor 74 is in a horizontal posture (a posture in which the normal line coincides with the vertical direction). That is, the holding surface 75a of the holding plate 75 is a horizontal surface.
  • the semiconductor wafer W carried into the chamber 6 is placed and held in a horizontal posture on the susceptor 74 of the holding unit 7 mounted in the chamber 6. At this time, the semiconductor wafer W is supported by the twelve substrate support pins 77 erected on the holding plate 75 and held by the susceptor 74. More strictly, the upper end portions of the twelve substrate support pins 77 contact the lower surface of the semiconductor wafer W to support the semiconductor wafer W. Since the heights of the twelve substrate support pins 77 (the distance from the upper end of the substrate support pins 77 to the holding surface 75 a of the holding plate 75) are uniform, the semiconductor wafer W is horizontally oriented by the twelve substrate support pins 77. It can be supported.
  • the semiconductor wafer W is supported by the plurality of substrate support pins 77 at a predetermined distance from the holding surface 75 a of the holding plate 75.
  • the thickness of the guide ring 76 is larger than the height of the substrate support pin 77. Therefore, the horizontal displacement of the semiconductor wafer W supported by the plurality of substrate support pins 77 is prevented by the guide ring 76.
  • the holding plate 75 of the susceptor 74 is formed with an opening 78 penetrating therethrough in the vertical direction.
  • the opening 78 is provided for the radiation thermometer 120 (see FIG. 1) to receive radiation (infrared light) emitted from the lower surface of the semiconductor wafer W. That is, the radiation thermometer 120 receives the light emitted from the lower surface of the semiconductor wafer W through the opening 78, and the temperature of the semiconductor wafer W is measured by a separate detector.
  • four through holes 79 are formed in the holding plate 75 of the susceptor 74 so that lift pins 12 of the transfer mechanism 10 described later pass therethrough for delivery of the semiconductor wafer W.
  • FIG. 5 is a plan view of the transfer mechanism 10.
  • 6 is a side view of the transfer mechanism 10.
  • the transfer mechanism 10 includes two transfer arms 11.
  • the transfer arm 11 has an arc shape along the generally annular recess 62.
  • Two lift pins 12 are erected on each transfer arm 11.
  • the transfer arm 11 and the lift pin 12 are formed of quartz.
  • Each transfer arm 11 is rotatable by a horizontal movement mechanism 13.
  • the horizontal movement mechanism 13 transfers the pair of transfer arms 11 to the holding unit 7 at the transfer operation position (solid line position in FIG. 5) for transferring the semiconductor wafer W and the semiconductor wafer W held by the holding unit 7.
  • Horizontal movement is performed between a retracted position (two-dot chain line position in FIG. 5) which does not overlap in plan view.
  • each transfer arm 11 may be rotated by an individual motor, or a pair of transfer arms 11 may be interlocked by one motor using a link mechanism. It may be moved.
  • the pair of transfer arms 11 are moved up and down together with the horizontal movement mechanism 13 by the elevation mechanism 14.
  • the lifting mechanism 14 lifts the pair of transfer arms 11 at the transfer operation position, a total of four lift pins 12 pass through the through holes 79 (see FIGS. 2 and 3) formed in the susceptor 74 and lift pins The upper end of 12 protrudes from the upper surface of the susceptor 74.
  • the lifting mechanism 14 lowers the pair of transfer arms 11 at the transfer operation position to extract the lift pins 12 from the through holes 79 and the horizontal movement mechanism 13 moves the pair of transfer arms 11 to open.
  • the transfer arm 11 moves to the retracted position.
  • the retracted position of the pair of transfer arms 11 is immediately above the base ring 71 of the holder 7.
  • the radiation thermometer 120 measures the temperature of the semiconductor wafer W through the opening 78 provided in the susceptor 74.
  • the radiation thermometer 130 detects the infrared light emitted from the upper chamber window 63 to measure the temperature of the upper chamber window 63.
  • the radiation thermometer 140 detects infrared light emitted from the lower chamber window 64 to measure the temperature of the lower chamber window 64.
  • a flash heating unit 5 provided above the chamber 6 is provided inside the housing 51 so as to cover a light source consisting of a plurality of (30 in this embodiment) xenon flash lamps FL and the upper side of the light source And the reflector 52, and it comprises.
  • a lamp light emission window 53 is attached to the bottom of the housing 51 of the flash heating unit 5.
  • the lamp light emission window 53 which constitutes the floor of the flash heating unit 5 is a plate-like quartz window formed of quartz.
  • the plurality of flash lamps FL are rod-shaped lamps each having a long cylindrical shape, and the longitudinal direction of each is along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holder 7 (that is, along the horizontal direction) They are arranged in a plane so as to be parallel to each other. Therefore, the plane formed by the arrangement of the flash lamps FL is also a horizontal plane.
  • the xenon flash lamp FL has a rod-like glass tube (discharge tube) in which xenon gas is enclosed and an anode and a cathode connected to a capacitor are disposed at both ends, and attached on the outer peripheral surface of the glass tube And a trigger electrode. Since xenon gas is an insulator electrically, no electricity flows in the glass tube under normal conditions even if charge is stored in the capacitor. However, when a high voltage is applied to the trigger electrode to break the insulation, the electricity stored in the capacitor instantaneously flows in the glass tube, and light is emitted by excitation of atoms or molecules of xenon at that time.
  • the electrostatic energy stored in advance in the capacitor is converted into an extremely short light pulse of 0.1 milliseconds to 100 milliseconds. It is characterized in that it can emit extremely intense light as compared to a light source. That is, the flash lamp FL is a pulse light emitting lamp that emits light instantaneously in an extremely short time of less than one second. The light emission time of the flash lamp FL can be adjusted by the coil constant of the lamp power supply that supplies power to the flash lamp FL.
  • the reflector 52 is provided above the plurality of flash lamps FL so as to cover the whole of them.
  • the basic function of the reflector 52 is to reflect flash light emitted from a plurality of flash lamps FL to the side of the heat treatment space 65.
  • the reflector 52 is formed of an aluminum alloy plate, and its surface (surface facing the flash lamp FL) is roughened by blasting.
  • the halogen heating unit 4 provided below the chamber 6 incorporates a plurality of (40 in the present embodiment) halogen lamps HL inside the housing 41.
  • the halogen heating unit 4 is a light irradiation unit that heats the semiconductor wafer W by performing light irradiation on the heat treatment space 65 from the lower side of the chamber 6 through the lower chamber window 64 with a plurality of halogen lamps HL.
  • the halogen heating unit 4 is disposed below the chamber 6 so that the plurality of halogen lamps HL face the lower chamber window 64.
  • FIG. 7 is a plan view showing the arrangement of the plurality of halogen lamps HL.
  • the 40 halogen lamps HL are divided into upper and lower two stages.
  • the twenty halogen lamps HL are disposed in the upper stage near the holding unit 7, and the twenty halogen lamps HL are disposed in the lower stage further from the holding unit 7 than the upper stage.
  • Each halogen lamp HL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape.
  • the upper and lower 20 halogen lamps HL are arranged such that their longitudinal directions are parallel to each other along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holder 7 (that is, along the horizontal direction). There is. Therefore, the plane formed by the arrangement of the halogen lamps HL in the upper and lower stages is a horizontal plane.
  • the disposition density of the halogen lamps HL in the region facing the peripheral portion is higher than the region facing the central portion of the semiconductor wafer W held by the holding portion 7 in both the upper and lower portions. There is. That is, in both the upper and lower portions, the disposition pitch of the halogen lamps HL is shorter in the peripheral portion than in the central portion of the lamp arrangement. For this reason, it is possible to perform irradiation of a larger amount of light at the peripheral portion of the semiconductor wafer W which is likely to cause a temperature drop during heating by light irradiation from the halogen heating unit 4.
  • a lamp group consisting of the halogen lamp HL in the upper stage and a lamp group consisting of the halogen lamp HL in the lower stage are arranged so as to cross in a lattice shape. That is, a total of 40 halogen lamps HL are disposed so that the longitudinal direction of the 20 halogen lamps HL disposed in the upper stage and the longitudinal direction of the 20 halogen lamps HL disposed in the lower stage are orthogonal to each other. There is.
  • the halogen lamp HL is a filament type light source which causes the filament to glow to emit light by energizing the filament disposed inside the glass tube. Inside the glass tube, a gas in which a small amount of a halogen element (iodine, bromine or the like) is introduced into an inert gas such as nitrogen or argon is enclosed. By introducing a halogen element, it is possible to set the temperature of the filament to a high temperature while suppressing the breakage of the filament. Therefore, the halogen lamp HL has a characteristic that it has a long life and can continuously emit strong light as compared with a normal incandescent lamp. That is, the halogen lamp HL is a continuous lighting lamp which emits light continuously for at least one second or more. Further, since the halogen lamp HL is a rod-like lamp, it has a long life, and by arranging the halogen lamp HL in the horizontal direction, the radiation efficiency to the upper semiconductor wafer W becomes excellent.
  • a halogen element
  • a reflector 43 is provided below the two-stage halogen lamp HL also in the housing 41 of the halogen heating unit 4 (FIG. 1).
  • the reflector 43 reflects the light emitted from the plurality of halogen lamps HL to the side of the heat treatment space 65.
  • the control unit 3 controls the above-described various operation mechanisms provided in the heat treatment apparatus 1.
  • the hardware configuration of the control unit 3 is the same as that of a general computer. That is, the control unit 3 includes a CPU that is a circuit that performs various arithmetic processing, a ROM that is a read only memory that stores a basic program, a RAM that is a readable and writable memory that stores various information, control software, data, and the like. It has a magnetic disk to be stored.
  • the CPU of the control unit 3 executes a predetermined processing program to advance the processing in the heat treatment apparatus 1.
  • the processing operation in the heat treatment apparatus 1 will be described.
  • a normal heat treatment procedure for a semiconductor wafer W to be treated will be described.
  • the semiconductor wafer W to be treated is a semiconductor substrate to which impurities (ions) are added by ion implantation.
  • the activation of the impurities is performed by the flash light irradiation heat treatment (annealing) by the heat treatment apparatus 1.
  • the processing procedure of the semiconductor wafer W described below proceeds with the control unit 3 controlling each operation mechanism of the heat treatment apparatus 1.
  • the valve 84 for air supply is opened, and the valves 89 and 192 for exhaust are opened to start air supply / exhaust into the chamber 6.
  • nitrogen gas is supplied from the gas supply holes 81 to the heat treatment space 65 as a processing gas.
  • the valve 89 is opened, the gas in the chamber 6 is exhausted from the gas exhaust hole 86. Thereby, the nitrogen gas supplied from the upper part of the heat treatment space 65 in the chamber 6 flows downward, and is exhausted from the lower part of the heat treatment space 65.
  • the gas in the chamber 6 is also exhausted from the transfer opening 66. Furthermore, the atmosphere around the drive unit of the transfer mechanism 10 is also exhausted by an exhaust mechanism (not shown). During the heat treatment of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1, nitrogen gas is continuously supplied to the heat treatment space 65, and the supply amount thereof is appropriately changed in accordance with the treatment process.
  • the gate valve 185 is opened, the transfer opening 66 is opened, and the semiconductor wafer W to be processed is carried into the heat treatment space 65 in the chamber 6 through the transfer opening 66 by the transfer robot outside the apparatus.
  • the atmosphere outside the apparatus may be involved as the semiconductor wafer W is carried in, but since nitrogen gas continues to be supplied to the chamber 6, nitrogen gas flows out from the transfer opening 66, Of the external atmosphere can be minimized.
  • the semiconductor wafer W carried in by the transfer robot advances to a position immediately above the holding unit 7 and stops there. Then, when the pair of transfer arms 11 of the transfer mechanism 10 horizontally move from the retracted position to the transfer operation position and ascends, the lift pins 12 protrude from the upper surface of the holding plate 75 of the susceptor 74 through the through holes 79. Semiconductor wafer W. At this time, the lift pin 12 ascends above the upper end of the substrate support pin 77.
  • the transfer robot exits the heat treatment space 65, and the transfer opening 66 is closed by the gate valve 185. Then, when the pair of transfer arms 11 is lowered, the semiconductor wafer W is transferred from the transfer mechanism 10 to the susceptor 74 of the holding unit 7 and held horizontally from below.
  • the semiconductor wafer W is supported by a plurality of substrate support pins 77 erected on the holding plate 75 and held by the susceptor 74.
  • the semiconductor wafer W is held by the holding unit 7 with the surface on which the pattern formation is performed and the impurity is implanted as the upper surface.
  • a predetermined distance is formed between the back surface (main surface opposite to the front surface) of the semiconductor wafer W supported by the plurality of substrate support pins 77 and the holding surface 75 a of the holding plate 75.
  • the pair of transfer arms 11 lowered to the lower side of the susceptor 74 is retracted by the horizontal movement mechanism 13 to the retracted position, that is, to the inside of the recess 62.
  • the 40 halogen lamps HL of the halogen heating unit 4 are simultaneously turned on to perform preheating (assist heating ) Is started.
  • the halogen light emitted from the halogen lamp HL is transmitted to the lower surface of the semiconductor wafer W through the lower chamber window 64 and the susceptor 74 formed of quartz.
  • the semiconductor wafer W is preheated by receiving light irradiation from the halogen lamp HL, and the temperature rises.
  • the transfer arm 11 of the transfer mechanism 10 is retracted to the inside of the concave portion 62, there is no hindrance to the heating by the halogen lamp HL.
  • the temperature of the semiconductor wafer W is measured by the radiation thermometer 120. That is, the radiation thermometer 120 receives infrared light emitted from the lower surface of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74 through the opening 78, and measures the temperature of the wafer during temperature rise. The measured temperature of the semiconductor wafer W is transmitted to the control unit 3.
  • the control unit 3 controls the output of the halogen lamp HL while monitoring whether or not the temperature of the semiconductor wafer W heated by irradiation of light from the halogen lamp HL has reached a predetermined preheating temperature T1.
  • the control unit 3 feedback-controls the output of the halogen lamp HL so that the temperature of the semiconductor wafer W becomes the preheating temperature T1.
  • the preheating temperature T1 is set to about 200 ° C. to 800 ° C., preferably about 350 ° C. to 600 ° C. (in this embodiment, 600 ° C.) without the risk that the impurity added to the semiconductor wafer W is diffused by heat. .
  • the control unit 3 After the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the control unit 3 temporarily maintains the semiconductor wafer W at the preheating temperature T1. Specifically, when the temperature of the semiconductor wafer W measured by the radiation thermometer 120 reaches the preheating temperature T1, the control unit 3 adjusts the output of the halogen lamp HL to substantially reserve the temperature of the semiconductor wafer W. The heating temperature T1 is maintained.
  • the flash lamp FL of the flash heating unit 5 performs flash light irradiation on the surface of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74. At this time, a part of the flash light emitted from the flash lamp FL directly goes into the chamber 6, and the other part is once reflected by the reflector 52 and then goes into the chamber 6, and these flash lights are Flash heating of the semiconductor wafer W is performed by the irradiation.
  • the surface temperature of the semiconductor wafer W can be raised in a short time. That is, the flash light emitted from the flash lamp FL has an extremely short irradiation time of 0.1 milliseconds or more and 100 milliseconds or less, in which electrostatic energy previously stored in the capacitor is converted into an extremely short light pulse. It is a strong flashlight. Then, the surface temperature of the semiconductor wafer W flash-heated by the flash light irradiation from the flash lamp FL instantaneously rises to the processing temperature T2 of 1000 ° C. or higher, and the impurity implanted into the semiconductor wafer W is activated. After that, the surface temperature drops rapidly.
  • the heat treatment apparatus 1 can raise and lower the surface temperature of the semiconductor wafer W in a very short time, the activation of the impurities is suppressed while the diffusion of the impurities injected into the semiconductor wafer W is suppressed. Can. Since the time required for activating the impurity is extremely short compared to the time required for its thermal diffusion, the activation can be performed even for a short time when diffusion of about 0.1 milliseconds to 100 milliseconds does not occur. Complete.
  • the halogen lamp HL is turned off after a predetermined time has elapsed. Thereby, the semiconductor wafer W is rapidly cooled from the preheating temperature T1.
  • the temperature of the semiconductor wafer W being cooled is measured by the radiation thermometer 120, and the measurement result is transmitted to the control unit 3.
  • the control unit 3 monitors whether the temperature of the semiconductor wafer W has dropped to a predetermined temperature based on the measurement result of the radiation thermometer 120.
  • the pair of transfer arms 11 of the transfer mechanism 10 horizontally move from the retracted position to the transfer operation position again and rises, whereby the lift pins 12 are susceptors
  • the semiconductor wafer W after heat treatment is projected from the upper surface of the substrate 74 from the susceptor 74.
  • the transfer opening 66 closed by the gate valve 185 is opened, the semiconductor wafer W placed on the lift pins 12 is carried out by the transfer robot outside the apparatus, and the heat treatment of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1 is performed. Is complete.
  • the processing of the semiconductor wafer W is performed in lot units.
  • a lot is a set of semiconductor wafers W to be subjected to processing of the same contents under the same conditions.
  • a plurality of (for example, 25) semiconductor wafers W constituting a lot are sequentially carried into the chamber 6 one by one and heat treatment is performed.
  • the first semiconductor wafer W of the lot is carried into the chamber 6 at approximately room temperature, and flash heat treatment is performed.
  • heat conduction and heat radiation from the semiconductor wafer W heated up to the chamber internal structure such as the susceptor 74 occur, so that the number of semiconductor wafers W processed in the chamber internal structure initially increased at room temperature increases.
  • the temperature of the internal structure including the lower chamber window 64 reaches a certain stable temperature.
  • the amount of heat transfer from the semiconductor wafer W to the internal structure of the chamber balances with the amount of heat released from the internal structure of the chamber. Since the amount of heat transfer from the semiconductor wafer W is larger than the amount of heat radiated from the chamber internal structure until the temperature of the chamber 6 reaches the stable temperature, the temperature of the chamber internal structure increases as the number of processed semiconductor wafers W increases. Gradually increase due to heat storage.
  • the heat transfer amount from the semiconductor wafer W and the heat release amount from the chamber internal structure are balanced, so the temperature of the chamber internal structure is constant and stable. It will be maintained at the temperature. Also, after the temperature of the lower chamber window 64 reaches the stable temperature, the amount of heat absorbed by the lower chamber window 64 from the irradiation light of the halogen lamp HL and the amount of heat released from the lower chamber window 64 are balanced. The temperature of the lower chamber window 64 is also maintained at a constant stable temperature.
  • the temperature of the structure of the chamber 6 is different between the initial semiconductor wafer W of the lot and the semiconductor wafer W halfway.
  • the semiconductor wafer W in the initial stage of the lot is processed in the chamber 6 near room temperature
  • the semiconductor wafer W after the tenth wafer is in the chamber 6 which is heated to a stable temperature. Will be processed.
  • the semiconductor wafer W in the initial stage of the lot and the semiconductor wafer W in the middle of the lot have a problem that the temperature history becomes uneven because the peripheral temperature is different.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the processing procedure of the heat treatment method according to the present invention.
  • the dummy wafer DW is loaded into the chamber 6 (step S1).
  • the dummy wafer DW is a disk-shaped silicon wafer similar to the semiconductor wafer W, and has the same size and shape as the semiconductor wafer W. However, the dummy wafer DW is not subjected to pattern formation or ion implantation (so-called bare wafer).
  • the loading procedure of the dummy wafer DW into the chamber 6 is the same as the loading procedure of the semiconductor wafer W described above. That is, the dummy wafer DW is carried into the chamber 6 by the transfer robot outside the apparatus, and the lift pins 12 of the transfer mechanism 10 receive the dummy wafer DW. Then, the lift pins 12 are lowered to hold the dummy wafer DW on the susceptor 74 (step S2). In addition, at the time of carrying in of dummy wafer DW, the inside of chamber 6 is made into nitrogen atmosphere.
  • step S3 the inside of the chamber 6 is replaced with a helium atmosphere.
  • the atmosphere of the heat treatment space 65 which is a closed space, is exhausted without performing any gas supply from the gas supply holes 81 to depressurize the inside of the chamber 6 to less than the atmospheric pressure.
  • the valve 89 and the valve 192 are closed, the valve 84 is opened, and a mixed gas of helium and nitrogen is supplied from the gas supply source 85 into the chamber 6.
  • an atmosphere containing helium gas is formed in the heat treatment space 65 in the chamber 6.
  • the 40 halogen lamps HL are turned on, and the dummy wafer DW is heated by light irradiation from the halogen lamps HL (step S4).
  • the light emitted from the halogen lamp HL passes through the lower chamber window 64 and the susceptor 74 formed of quartz and is irradiated to the lower surface of the dummy wafer DW.
  • the dummy wafer DW is heated by receiving light irradiation from the halogen lamp HL and its temperature rises.
  • FIG. 9 is a view showing a state in which the dummy wafer DW is heated in a helium atmosphere.
  • Helium gas has a higher thermal conductivity than nitrogen gas, which is a processing gas used during heat treatment of the semiconductor wafer W.
  • the thermal conductivity of helium gas at 0 ° C. is 0.144 W / mK, while the thermal conductivity of nitrogen gas at 0 ° C. is 0.024 W / mK.
  • the helium gas having such a high thermal conductivity functions as a heat transfer gas, and when the temperature of the dummy wafer DW rises in the atmosphere containing the helium gas, the helium gas is used as a heat transfer medium from the dummy wafer DW in the chamber 6 Heat transfer occurs in the structure. Thereby, the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 of the chamber 6 are heated (step S5). The susceptor 74 is also heated by heat conduction and heat radiation from the heated dummy wafer DW.
  • the structure in the chamber 6 is heated by the dummy wafer DW so that the temperatures of the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 reach the stable temperature.
  • the stable temperature of the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 means that the temperature of the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 rises after the heat treatment of 10 or more semiconductor wafers W of the lot is continuously performed.
  • the output of the halogen lamp HL capable of heating the dummy wafer DW to a temperature necessary to raise the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 to a stable temperature is previously determined by experiment or simulation Set in the control unit 3.
  • the output of the halogen lamp HL is adjusted to the set output.
  • the dummy wafer DW is heated to a predetermined temperature by light irradiation from the halogen lamp HL, and the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 are heated to a stable temperature from the dummy wafer DW using helium gas as a heat medium.
  • the control unit 3 performs feedback control of the output of the halogen lamp HL so that the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 have stable temperatures. Also good.
  • step S6 After the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 are heated to a stable temperature by the dummy wafer DW, the 40 halogen lamps HL are extinguished (step S6). Although the temperature of the dummy wafer DW is lowered by turning off the halogen lamp HL, the upper chamber window 63, the lower chamber window 64 and the quartz member of the susceptor 74 having a large heat capacity are not stabilized immediately but are almost stabilized. Maintained.
  • step S7 the inside of the chamber 6 is replaced with a nitrogen atmosphere.
  • the inside of the chamber 6 is rapidly replaced from the helium atmosphere to the nitrogen atmosphere by temporarily reducing the pressure in the chamber 6 below atmospheric pressure and supplying nitrogen gas.
  • the dummy wafer DW is unloaded from the chamber 6 (step S8).
  • the procedure for unloading the dummy wafer DW from the chamber 6 is also the same as the procedure for unloading the semiconductor wafer W described above. That is, the lift pins 12 ascend to receive the dummy wafer DW from the susceptor 74, and the dummy wafer DW is unloaded from the chamber 6 by the transfer robot outside the apparatus.
  • the semiconductor wafer W to be processed first in the lot is loaded into the chamber 6 and held on the susceptor 74 (step S9). Then, the heat treatment of the semiconductor wafer W to be processed is performed along the above-described processing procedure (step S10).
  • the dummy wafer DW is carried into the chamber 6 and placed on the susceptor 74 before starting the processing of the semiconductor wafer W to be first processed in the lot, and the heat conduction is higher than nitrogen gas.
  • Helium gas having a ratio is supplied into the chamber 6 to form an atmosphere containing helium gas.
  • the dummy wafer DW is heated by irradiation of light from the halogen lamp HL in an atmosphere containing helium gas, whereby the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 with the helium gas as a heat medium from the heated dummy wafer DW.
  • the heat conduction occurs in the structure in the chamber 6 including the Particularly, by setting the inside of the chamber 6 to an atmosphere containing helium gas having high thermal conductivity, the heat of the dummy wafer DW is efficiently transferred to the structure in the chamber 6 including the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64. It can be done.
  • the temperature of the structure is raised, thereby making it possible to process the first batch of the lot.
  • the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 are heated to a stable temperature. Therefore, the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 have the same temperature (stable temperature) over all the semiconductor wafers W constituting the lot, and the temperature history can be made uniform.
  • the present invention is not limited to this.
  • the heat transfer gas may be any gas having a thermal conductivity higher than that of nitrogen gas, which is a processing gas used in heat treatment of the semiconductor wafer W to be treated.
  • hydrogen gas thermal conductivity at 0 ° C. 0.168 W / mK
  • plural kinds of heat transfer gases may be mixed and supplied into the chamber 6.
  • the mixing ratio of the heat transfer gas can be changed by a mass flow controller or the like.
  • the heat transfer gas such as helium gas may be heated by the heater 22 and supplied into the chamber 6.
  • the structure in the chamber 6 including the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 can be heated more efficiently.
  • the number of flash lamps FL can be made into arbitrary numbers.
  • the flash lamp FL is not limited to the xenon flash lamp, and may be a krypton flash lamp.
  • the number of halogen lamps HL provided in the halogen heating unit 4 is not limited to 40, and can be an arbitrary number.
  • the preheating of the semiconductor wafer W is performed using the filament type halogen lamp HL as a continuous lighting lamp that emits light continuously for 1 second or more, but the present invention is not limited to this.
  • a discharge type arc lamp for example, a xenon arc lamp
  • the dummy wafer DW is heated by the discharge type arc lamp at the time of preheating.
  • the substrate to be treated by the heat treatment apparatus 1 is not limited to a semiconductor wafer, and may be a glass substrate used for a flat panel display such as a liquid crystal display device or a substrate for a solar cell. Further, the technique according to the present invention may be applied to heat treatment of a high dielectric constant gate insulating film (High-k film), bonding of metal and silicon, or crystallization of polysilicon.
  • High-k film high dielectric constant gate insulating film
  • the heat treatment technique according to the present invention is not limited to the flash lamp annealing apparatus, and is also applied to an apparatus of a heat source other than a single wafer type lamp annealing apparatus using a halogen lamp and a flash lamp such as a CVD apparatus. be able to.
  • the technology according to the present invention can be suitably applied to a backside annealing apparatus in which a halogen lamp is disposed below the chamber and light is irradiated from the back surface of the semiconductor wafer to perform heat treatment.

Landscapes

  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
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Abstract

ロットの最初の処理対象となる半導体ウェハーの処理を開始する前に、チャンバー６内にダミーウェハーを搬入し、高い熱伝導率を有するヘリウムガスを含む雰囲気を形成する。ハロゲンランプからの光照射によってダミーウェハーを加熱することにより、昇温したダミーウェハーからヘリウムガスを熱媒体として上側チャンバー窓および下側チャンバー窓に熱伝導が生じる。最初の処理対象となる半導体ウェハーがチャンバー内に搬入されたときには、上側チャンバー窓および下側チャンバー窓が加熱されているため、ロットを構成する全ての半導体ウェハーの温度履歴を均一にすることができ、ダミーランニングを省略することができる。

Description

熱処理方法および熱処理装置
　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）に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法および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、例えば特許文献１には、半導体ウェハーの表面側にフラッシュランプを配置し、裏面側にハロゲンランプを配置し、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に開示の熱処理装置においては、ハロゲンランプ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フラッシュ光照射によって半導体ウェハーの表面を所望の処理温度にまで昇温している。
特開２０１０－２２５６４５号公報
　一般に、熱処理に限らず半導体ウェハーの処理はロット（同一条件にて同一内容の処理を行う対象となる１組の半導体ウェハー）単位で行われる。枚葉式の基板処理装置では、ロットを構成する複数枚の半導体ウェハーに対して連続して順次に処理が行われる。フラッシュランプアニール装置においても、ロットを構成する複数の半導体ウェハーが１枚ずつチャンバーに搬入されて順次に熱処理が行われる。
　稼働停止状態のフラッシュランプアニール装置がロットの処理を開始する場合、概ね室温のチャンバーにロットの最初の半導体ウェハーが搬入されて加熱処理が行われることとなる。加熱処理時には、チャンバー内にてサセプタに支持された半導体ウェハーが所定温度に予備加熱され、さらにフラッシュ加熱によってウェハー表面が処理温度にまで昇温される。その結果、昇温した半導体ウェハーによってサセプタやチャンバー窓等のチャンバー内構造物が加熱され、そのチャンバー内構造物の温度も上昇することとなる。このような、半導体ウェハーの加熱処理に伴うチャンバー内構造物の温度上昇は、ロットの最初から数枚程度継続し、やがて約１０枚の半導体ウェハーの加熱処理が行われたときにチャンバー内構造物の温度は一定の安定温度に到達する。すなわち、ロットの最初の半導体ウェハーは室温のチャンバーにて処理されるのに対して、１０枚目以降の半導体ウェハーは安定温度に昇温しているチャンバーにて処理されるのである。
　従って、ロットを構成する複数の半導体ウェハーの温度履歴が不均一になるという問題が生じる。特に、ロットの最初から数枚程度の半導体ウェハーについては、比較的低温のチャンバー内にて処理されるため、フラッシュ光照射時の表面到達温度が処理温度に届かないおそれもある。
　このため、従来より、ロットの処理を開始する前に、処理対象ではないダミーウェハーをチャンバー内に搬入してサセプタに保持し、処理対象のロットと同一条件にて予備加熱およびフラッシュ加熱処理を行うことにより、事前にチャンバー内構造物を昇温しておくことが行われていた（ダミーランニング）。約１０枚程度のダミーウェハーについて予備加熱およびフラッシュ加熱処理を行うことにより、チャンバー内構造物が安定温度に到達するので、その後処理対象となるロットの最初の半導体ウェハーの処理を開始する。このようにすれば、ロットを構成する複数の半導体ウェハーの温度履歴を均一にすることができる。
　しかしながら、このようなダミーランニングは、処理とは無関係なダミーウェハーを消費するだけでなく、１０枚程度のダミーウェハーにフラッシュ加熱処理を行うのに相当の時間を要するため、フラッシュランプアニール装置の効率的な運用が妨げられるという問題があった。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ダミーランニングを省略することができる熱処理方法および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、この発明の第１の態様は、基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、チャンバー内のサセプタに載置された基板に連続点灯ランプから光を照射して当該基板を加熱する光照射工程と、処理対象となる基板を前記チャンバーに搬入する前に、前記サセプタに予熱用基板を載置し、前記光照射工程にて使用する処理ガスよりも熱伝導率の高い伝熱ガスを前記チャンバー内に供給して前記伝熱ガスを含む雰囲気を形成する雰囲気形成工程と、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記予熱用基板を加熱し、前記予熱用基板から前記伝熱ガスを介して前記チャンバーに設けられた石英窓を昇温する予熱工程と、を備える。
　また、第２の態様は、第１の態様に係る熱処理方法において、前記雰囲気形成工程では、加熱された前記伝熱ガスを前記チャンバー内に供給する。
　また、第３の態様は、第１または第２の態様に係る熱処理方法において、前記伝熱ガスがヘリウムである。
　また、第４の態様は、基板に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支持するサセプタと、前記サセプタに支持された基板に光を照射して当該基板を加熱する連続点灯ランプと、前記チャンバー内にガスを供給するガス供給部と、を備え、処理対象となる基板を前記チャンバーに搬入する前に、前記サセプタに予熱用基板を載置し、前記処理対象となる基板の熱処理時に使用する処理ガスよりも熱伝導率の高い伝熱ガスを前記ガス供給部から前記チャンバー内に供給して前記伝熱ガスを含む雰囲気を形成した後、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記予熱用基板を加熱して前記予熱用基板から前記伝熱ガスを介して前記チャンバーに設けられた石英窓を昇温する。
　また、第５の態様は、第４の態様に係る熱処理装置において、前記伝熱ガスを加熱するガス加熱部をさらに備える。
　また、第６の態様は、第４または第５の態様に係る熱処理装置において、前記伝熱ガスがヘリウムである。
　第１から第３の態様に係る熱処理方法によれば、処理対象となる基板をチャンバーに搬入する前に、連続点灯ランプからの光照射によって予熱用基板を加熱し、予熱用基板から伝熱ガスを介してチャンバーに設けられた石英窓を昇温するため、処理対象となる基板がチャンバーに搬入されたときには石英窓が昇温しており、ダミーランニングを省略することができる。
　特に、第２の態様に係る熱処理方法によれば、加熱された伝熱ガスをチャンバー内に供給するため、石英窓をより効率良く昇温させることができる。
　第４から第６の態様に係る熱処理装置によれば、処理対象となる基板をチャンバーに搬入する前に、連続点灯ランプからの光照射によって予熱用基板を加熱して予熱用基板から伝熱ガスを介してチャンバーに設けられた石英窓を昇温するため、処理対象となる基板がチャンバーに搬入されたときには石英窓が昇温しており、ダミーランニングを省略することができる。
　特に、第５の態様に係る熱処理装置によれば、伝熱ガスを加熱するガス加熱部をさらに備えるため、石英窓をより効率良く昇温させることができる。
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。 本発明に係る熱処理方法の処理手順を示すフローチャートである。 ヘリウム雰囲気中にてダミーウェハーが加熱された状態を示す図である。
　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。
　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。図１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。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。
　本実施形態のチャンバー６は、内部を大気圧未満に減圧することができる減圧対応であるため、耐圧性を増すために上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の厚さを常圧対応のものよりも厚くしている。例えば、常圧対応であればチャンバー窓の厚さが８ｍｍであるところ、本実施形態の上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の厚さは２８ｍｍとしている。
　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、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およびヒータ２２が介挿されている。ガス供給源８５が供給するガスの種類は特に限定されるものではなく、適宜に選択されるものであるが、例えば、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガス、または、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、塩素（Ｃｌ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ３）、アンモニア（ＮＨ３）などの反応性ガス、或いはそれらを混合した混合ガスを用いることができる。
　バルブ８４が開放されると、ガス供給源８５から緩衝空間８２にガスが送給される。緩衝空間８２に流入したガスは、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。すなわち、ガス供給源８５およびバルブ８４がチャンバー６内にガスを供給するガス供給部に相当する。また、ヒータ２２は、ガス供給管８３を流れるガスを加熱する。ヒータ２２によって加熱されたガスがガス供給孔８１から熱処理空間６５に供給される。すなわち、ヒータ２２がチャンバー６に供給されるガスを加熱するガス加熱部に相当する。
　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。
　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。
　排気部１９０としては、真空ポンプや熱処理装置１が設置される工場の排気ユーティリティを用いることができる。排気部１９０として真空ポンプを採用し、バルブ８４を閉止してガス供給孔８１から何らのガス供給を行うことなく密閉空間である熱処理空間６５の雰囲気を排気すると、チャンバー６内を真空雰囲気にまで減圧することができる。また、排気部１９０として真空ポンプを用いていない場合であっても、ガス供給孔８１からガス供給を行うことなく排気を行うことにより、チャンバー６内を大気圧未満の気圧に減圧することができる。
　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φ２７０ｍｍ）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。移載アーム１１およびリフトピン１２は石英にて形成されている。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に示すように、チャンバー６の内部には３つの放射温度計１２０，１３０，１４０が設けられている。上述した通り、放射温度計１２０は、サセプタ７４に設けられた開口部７８を介して半導体ウェハーＷの温度を測定する。放射温度計１３０は、上側チャンバー窓６３から放射された赤外光を検知して上側チャンバー窓６３の温度を測定する。一方、放射温度計１４０は、下側チャンバー窓６４から放射された赤外光を検知して下側チャンバー窓６４の温度を測定する。
　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。ハロゲン加熱部４がチャンバー６の下方に設置されることにより、複数本のハロゲンランプＨＬは下側チャンバー窓６４と対向することとなる。
　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。４０本のハロゲンランプＨＬは上下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。
　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。
　次に、熱処理装置１における処理動作について説明する。まず、処理対象となる半導体ウェハーＷに対する通常の熱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。以下に説明する半導体ウェハーＷ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に処理ガスとして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。このときには、半導体ウェハーＷの搬入にともなって装置外部の雰囲気を巻き込むおそれがあるが、チャンバー６には窒素ガスが供給され続けているため、搬送開口部６６から窒素ガスが流出して、そのような外部雰囲気の巻き込みを最小限に抑制することができる。
　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の下面に照射される。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の下面から開口部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℃）。
　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、放射温度計１２０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に到達した時点にて制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を調整し、半導体ウェハーＷの温度をほぼ予備加熱温度Ｔ１に維持している。
　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がサセプタ７４に保持された半導体ウェハー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。
　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。
　ところで、典型的には、半導体ウェハーＷの処理はロット単位で行われる。ロットとは、同一条件にて同一内容の処理を行う対象となる１組の半導体ウェハーＷである。本実施形態の熱処理装置１においても、ロットを構成する複数枚（例えば、２５枚）の半導体ウェハーＷが１枚ずつ順次にチャンバー６に搬入されて加熱処理が行われる。
　ここで、しばらく処理を行っていなかった熱処理装置１にてロットの処理を開始する場合、概ね室温のチャンバー６にロットの最初の半導体ウェハーＷが搬入されてフラッシュ加熱処理が行われることとなる。このよう場合は、例えばメンテナンス後に熱処理装置１が起動されてから最初のロットを処理する場合や先のロットを処理した後に長時間が経過した場合などである。加熱処理時には、昇温した半導体ウェハーＷからサセプタ７４等のチャンバー内構造物への熱伝導および熱輻射が生じるため、初期には室温であったチャンバー内構造物が半導体ウェハーＷの処理枚数が増えるにつれて徐々に蓄熱により昇温することとなる。また、ハロゲンランプＨＬから出射された赤外光の一部は下側チャンバー窓６４に吸収されるため、半導体ウェハーＷの処理枚数が増えるにつれて下側チャンバー窓６４の温度も徐々に昇温することとなる。
　そして、約１０枚の半導体ウェハーＷの加熱処理が行われたときに下側チャンバー窓６４を含むチャンバー内構造物の温度が一定の安定温度に到達する。安定温度に到達したチャンバー６では、半導体ウェハーＷからチャンバー内構造物への伝熱量とチャンバー内構造物からの放熱量とが均衡する。チャンバー６の温度が安定温度に到達するまでは、半導体ウェハーＷからの伝熱量がチャンバー内構造物からの放熱量よりも多いため、半導体ウェハーＷの処理枚数が増えるにつれてチャンバー内構造物の温度が徐々に蓄熱により上昇する。これに対して、チャンバー６の温度が安定温度に到達した後は、半導体ウェハーＷからの伝熱量とチャンバー内構造物からの放熱量とが均衡するため、チャンバー内構造物の温度は一定の安定温度に維持されることとなる。また、下側チャンバー窓６４の温度が安定温度に到達した後は、下側チャンバー窓６４がハロゲンランプＨＬの照射光から吸収する熱量と下側チャンバー窓６４から放出される熱量とが均衡するため、下側チャンバー窓６４の温度も一定の安定温度に維持されることとなる。
　従って、室温のチャンバー６にて処理を開始すると、ロットの初期の半導体ウェハーＷと途中からの半導体ウェハーＷとではチャンバー６の構造物の温度が異なることとなる。具体的には、ロットの初期の半導体ウェハーＷは室温近傍のチャンバー６内にて処理されるのに対して、１０枚目以降の半導体ウェハーＷは安定温度に昇温しているチャンバー６内にて処理されることとなる。その結果、ロットの初期の半導体ウェハーＷと途中からの半導体ウェハーＷとでは、周辺温度が異なるために温度履歴が不均一になるという問題があった。このため、既述したように、従来では、ロットの処理を開始する前に、処理対象ではない約１０枚のダミーウェハーを順次にチャンバー６内に搬入して処理対象の半導体ウェハーＷと同様の予備加熱およびフラッシュ加熱処理を行ってサセプタ７４および下側チャンバー窓６４等のチャンバー内構造物を安定温度に昇温するダミーランニングが実施されていた。このようなダミーランニングが熱処理装置１の効率的な運用を阻害することも既述した通りである。
　そこで、本実施形態においては、処理対象となる半導体ウェハーＷをチャンバー６に搬入する前に、下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３を含むチャンバー内構造物を予め事前加熱しておく。図８は、本発明に係る熱処理方法の処理手順を示すフローチャートである。
　まず、室温のチャンバー６にて処理を開始する前に、そのチャンバー６内にダミーウェハーＤＷを搬入する（ステップＳ１）。ダミーウェハーＤＷは、半導体ウェハーＷと同様の円板形状のシリコンウェハーであり、半導体ウェハーＷと同様のサイズおよび形状を有する。但し、ダミーウェハーＤＷには、パターン形成やイオン注入はなされていない（いわゆるベアウェハー）。
　ダミーウェハーＤＷのチャンバー６への搬入手順は、上述した半導体ウェハーＷの搬入手順と同じである。すなわち、装置外部の搬送ロボットによってダミーウェハーＤＷがチャンバー６内に搬入され、移載機構１０のリフトピン１２がダミーウェハーＤＷを受け取る。そして、リフトピン１２が下降することにより、ダミーウェハーＤＷがサセプタ７４に保持される（ステップＳ２）。なお、ダミーウェハーＤＷの搬入時にはチャンバー６内は窒素雰囲気とされている。
　次に、チャンバー６内をヘリウム雰囲気に置換する（ステップＳ３）。このときには、一旦ガス供給孔８１から何らのガス供給を行うことなく密閉空間である熱処理空間６５の雰囲気を排気してチャンバー６内を大気圧未満に減圧する。続いて、バルブ８９およびバルブ１９２を閉止してバルブ８４を開放し、ガス供給源８５からチャンバー６内にヘリウムと窒素との混合ガスを供給する。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５にヘリウムガスを含む雰囲気が形成される。一旦チャンバー６内を減圧してからヘリウムと窒素との混合ガスを供給することにより、チャンバー６内を速やかに窒素雰囲気からヘリウム雰囲気に置換することができる。
　次に、４０本のハロゲンランプＨＬが点灯し、ハロゲンランプＨＬからの光照射によってダミーウェハーＤＷを加熱する（ステップＳ４）。ハロゲンランプＨＬから出射された光は、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７４を透過してダミーウェハーＤＷの下面に照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによってダミーウェハーＤＷが加熱されてその温度が上昇する。
　図９は、ヘリウム雰囲気中にてダミーウェハーＤＷが加熱された状態を示す図である。ヘリウムガスは半導体ウェハーＷの熱処理時に使用する処理ガスである窒素ガスよりも高い熱伝導率を有する。０℃での窒素ガスの熱伝導率が０．０２４Ｗ／ｍＫであるのに対して０℃でのヘリウムガスの熱伝導率は０．１４４Ｗ／ｍＫである。このような高い熱伝導率を有するヘリウムガスは伝熱ガスとして機能し、ヘリウムガスを含む雰囲気中にてダミーウェハーＤＷが昇温すると、そのダミーウェハーＤＷからヘリウムガスを熱媒体としてチャンバー６内の構造物に熱伝導が生じる。これにより、チャンバー６の上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４が加熱される（ステップＳ５）。また、昇温したダミーウェハーＤＷからの熱伝導および熱輻射によってサセプタ７４も加熱される。
　このときには、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の温度が安定温度に到達するようにダミーウェハーＤＷによってチャンバー６内の構造物が加熱される。上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の安定温度とは、ロットの１０枚以上の半導体ウェハーＷの加熱処理を連続して行った後に、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の温度が上昇して一定となる安定状態に到達したときの当該上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の温度である。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を安定温度に昇温するために必要な温度にまでダミーウェハーＤＷを加熱することができるハロゲンランプＨＬの出力を予め実験またはシミュレーションによって求めて制御部３に設定しておく。そして、制御部３の制御下にて、ハロゲンランプＨＬの出力が当該設定出力に調整される。その結果、ハロゲンランプＨＬからの光照射によってダミーウェハーＤＷが所定温度に加熱され、そのダミーウェハーＤＷからヘリウムガスを熱媒体として上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４が安定温度に昇温されることとなる。或いは、放射温度計１３０，１４０によって測定した測定値に基づいて、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４が安定温度となるように制御部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ようにしても良い。
　ダミーウェハーＤＷによって上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４が安定温度に昇温された後、４０本のハロゲンランプＨＬが消灯する（ステップＳ６）。ハロゲンランプＨＬが消灯することによって、ダミーウェハーＤＷの温度は降温するものの、熱容量の大きな上側チャンバー窓６３、下側チャンバー窓６４およびサセプタ７４の石英部材はすぐには降温せずに概ね安定温度に維持される。
　続いて、チャンバー６内を窒素雰囲気に置換する（ステップＳ７）。このときには、上述したヘリウム雰囲気への置換と同様に、一旦チャンバー６内を大気圧未満に減圧してから窒素ガスを供給することにより、チャンバー６内を速やかにヘリウム雰囲気から窒素雰囲気に置換する。
　次に、チャンバー６からダミーウェハーＤＷを搬出する（ステップＳ８）。チャンバー６からのダミーウェハーＤＷの搬出手順も、上述した半導体ウェハーＷの搬出手順と同じである。すなわち、リフトピン１２が上昇してサセプタ７４からダミーウェハーＤＷを受け取り、そのダミーウェハーＤＷを装置外部の搬送ロボットによってチャンバー６から搬出する。
　ダミーウェハーＤＷがチャンバー６から搬出された後、速やかにロットの最初の処理対象となる半導体ウェハーＷをチャンバー６に搬入してサセプタ７４に保持する（ステップＳ９）。そして、上述した処理手順に沿って処理対象となる半導体ウェハーＷの加熱処理を実行する（ステップＳ１０）。
　本実施形態においては、ロットの最初の処理対象となる半導体ウェハーＷの処理を開始する前に、チャンバー６内にダミーウェハーＤＷを搬入してサセプタ７４に載置し、窒素ガスよりも高い熱伝導率を有するヘリウムガスをチャンバー６内に供給してヘリウムガスを含む雰囲気を形成している。そして、ヘリウムガスを含む雰囲気中にてハロゲンランプＨＬからの光照射によってダミーウェハーＤＷを加熱することにより、昇温したダミーウェハーＤＷからヘリウムガスを熱媒体として上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４を含むチャンバー６内の構造物に熱伝導が生じる。特に、チャンバー６内を高い熱伝導率を有するヘリウムガスを含む雰囲気としておくことにより、ダミーウェハーＤＷの熱を効率良く上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４を含むチャンバー６内の構造物に伝達させることができる。
　ダミーウェハーＤＷからヘリウムガスを介して上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４を含むチャンバー６内の構造物に熱を伝達して当該構造物を昇温することにより、ロットの最初の処理対象となる半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入されたときには、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４が安定温度に加熱されている。このため、ロットを構成する全ての半導体ウェハーＷにわたって上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４が等しい温度（安定温度）であり、温度履歴を均一にすることができる。その結果、従来のような複数枚（１０枚以上）のダミーウェハーに実際の半導体ウェハーＷに対するのと同様の加熱処理を行うダミーランニングを省略することができるため、チャンバー内構造物が安定温度に到達する時間を短縮して基板処理装置１の効率的な運用が可能となる。
　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、上記実施形態においては、ダミーウェハーＤＷの熱を上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４に伝達する伝熱ガスとしてヘリウムガスを用いていたが、これに限定されるものではない。伝熱ガスとしては、処理対象となる半導体ウェハーＷの熱処理時に使用する処理ガスである窒素ガスよりも高い熱伝導率を有するガスであれば良く、例えば水素ガス（０℃での熱伝導率は０．１６８Ｗ／ｍＫ）を用いるようにしても良い。
　また、複数種類の伝熱ガスを混合してチャンバー６内に供給するようにしても良い。この場合、マスフローコントローラ等によって伝熱ガスの混合比率を変更可能とするのが好ましい。
　また、ヘリウムガス等の伝熱ガスをヒータ２２によって加熱してチャンバー６内に供給するようにしても良い。加熱した伝熱ガスをチャンバー６内に供給することにより、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４を含むチャンバー６内の構造物をより効率良く昇温させることが可能となる。
　また、上記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、任意の数とすることができる。
　また、上記実施形態においては、１秒以上連続して発光する連続点灯ランプとしてフィラメント方式のハロゲンランプＨＬを用いて半導体ウェハーＷの予備加熱を行っていたが、これに限定されるものではなく、ハロゲンランプＨＬに代えて放電型のアークランプ（例えば、キセノンアークランプ）を連続点灯ランプとして用いて予備加熱を行うようにしても良い。この場合、事前加熱時には放電型のアークランプによってダミーウェハーＤＷを加熱することとなる。
　また、熱処理装置１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
　２２　ヒータ
　６３　上側チャンバー窓
　６４　下側チャンバー窓
　６５　熱処理空間
　７４　サセプタ
　８４　バルブ
　８５　ガス供給源
　１２０，１３０，１４０　放射温度計
　ＤＷ　ダミーウェハー
　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 (6)

  1. 　基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法であって、
    　チャンバー内のサセプタに載置された基板に連続点灯ランプから光を照射して当該基板を加熱する光照射工程と、
    　処理対象となる基板を前記チャンバーに搬入する前に、前記サセプタに予熱用基板を載置し、前記光照射工程にて使用する処理ガスよりも熱伝導率の高い伝熱ガスを前記チャンバー内に供給して前記伝熱ガスを含む雰囲気を形成する雰囲気形成工程と、
    　前記連続点灯ランプからの光照射によって前記予熱用基板を加熱し、前記予熱用基板から前記伝熱ガスを介して前記チャンバーに設けられた石英窓を昇温する予熱工程と、
    を備える熱処理方法。
  2. 　請求項１記載の熱処理方法において、
    　前記雰囲気形成工程では、加熱された前記伝熱ガスを前記チャンバー内に供給する熱処理方法。
  3. 　請求項１または請求項２記載の熱処理方法において、
    　前記伝熱ガスがヘリウムである熱処理方法。
  4. 　基板に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支持するサセプタと、
    　前記サセプタに支持された基板に光を照射して当該基板を加熱する連続点灯ランプと、
    　前記チャンバー内にガスを供給するガス供給部と、
    を備え、
    　処理対象となる基板を前記チャンバーに搬入する前に、前記サセプタに予熱用基板を載置し、前記処理対象となる基板の熱処理時に使用する処理ガスよりも熱伝導率の高い伝熱ガスを前記ガス供給部から前記チャンバー内に供給して前記伝熱ガスを含む雰囲気を形成した後、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記予熱用基板を加熱して前記予熱用基板から前記伝熱ガスを介して前記チャンバーに設けられた石英窓を昇温する熱処理装置。
  5. 　請求項４記載の熱処理装置において、
    　前記伝熱ガスを加熱するガス加熱部をさらに備える熱処理装置。
  6. 　請求項４または請求項５記載の熱処理装置において、
    　前記伝熱ガスがヘリウムである熱処理装置。
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