WO2020044775A1 - 熱処理方法 - Google Patents

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WO2020044775A1
WO2020044775A1 PCT/JP2019/026235 JP2019026235W WO2020044775A1 WO 2020044775 A1 WO2020044775 A1 WO 2020044775A1 JP 2019026235 W JP2019026235 W JP 2019026235W WO 2020044775 A1 WO2020044775 A1 WO 2020044775A1
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WO
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heat treatment
mounting plate
gan substrate
flash
light
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Application number
PCT/JP2019/026235
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English (en)
French (fr)
Inventor
英昭 谷村
隆泰 山田
加藤　慎一
Original Assignee
株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation

Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment method for heating a gallium nitride (GaN) substrate by irradiating the substrate with light.
  • GaN gallium nitride
  • Flash lamp annealing uses a xenon flash lamp (hereinafter, simply referred to as a xenon flash lamp when simply referred to as a "flash lamp”) to irradiate the surface of the semiconductor wafer with flash light, thereby extremely exposing only the surface of the semiconductor wafer.
  • a xenon flash lamp hereinafter, simply referred to as a xenon flash lamp when simply referred to as a "flash lamp”
  • Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor by injecting a p-type dopant into a gallium nitride-based compound layer and irradiating the layer with infrared light to activate the p-type dopant. ing.
  • gallium nitride In order to activate the p-type dopant in gallium nitride, it is necessary to heat gallium nitride to a high temperature of 1400 ° C. or more. It is known that when gallium nitride is heated at a high temperature for a long time (several minutes or more), nitrogen is relatively easily desorbed. Therefore, in order to obtain a good activation rate, it is necessary to perform high-temperature and short-time heat treatment on gallium nitride into which a p-type dopant has been implanted. Flash lamp annealing that irradiates flash light having an extremely short irradiation time and strong energy meets such needs.
  • gallium nitride is transparent in the wavelength range from visible light to near infrared light, and hardly absorbs light. For this reason, it is difficult to heat gallium nitride and raise the temperature because gallium nitride hardly absorbs the flash light even when irradiated with flash light having strong energy.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a heat treatment method capable of heating a gallium nitride substrate by flash light irradiation to raise the temperature.
  • a first aspect of the present invention is a heat treatment method for heating a gallium nitride substrate by irradiating the substrate with light, wherein the substrate is placed on a mounting plate formed of a light absorbing material.
  • a mounting step of mounting a preheating step of preheating the substrate by heat conduction from the mounting plate heated by irradiating the mounting plate with light from a lamp such as a continuous point, and the preheating.
  • the mounting plate is formed of silicon carbide.
  • the substrate is placed in a recess formed in the placing plate.
  • the method further comprises a step of carrying the laminate in which the substrate is mounted on the mounting plate into the chamber.
  • the gallium nitride substrate is mounted on the mounting plate formed of the light absorbing material, and the mounting plate is irradiated with light from a lamp such as a continuous point. Because the substrate is preheated by heat conduction from the heated mounting plate, the heated gallium nitride substrate can absorb flash light, and the gallium nitride substrate can be heated and heated by flash light irradiation. it can.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a state where a GaN substrate is mounted on a mounting plate.
  • FIG. 3 is a diagram showing a spectral distribution of an absorption rate of gallium nitride.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a heat treatment apparatus 1 used when performing a heat treatment method according to the present invention.
  • the heat treatment apparatus 1 in FIG. 1 is a flash lamp annealing apparatus that heats a gallium nitride substrate (GaN substrate) W by irradiating the substrate with a flash light. Note that, in FIG. 1 and each of the following drawings, 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 containing the GaN substrate 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 above the chamber 6, and a halogen heating unit 4 is provided below the chamber 6.
  • the heat treatment apparatus 1 includes a holding unit 7 for holding the GaN substrate W in a horizontal position inside the chamber 6, a transfer mechanism 10 for transferring the GaN substrate W between the holding unit 7 and the outside of the apparatus, Is provided.
  • the heat treatment apparatus 1 includes a control unit 3 that controls each operation mechanism provided in the halogen heating unit 4, the flash heating unit 5, and the chamber 6 to execute the heat treatment of the GaN substrate W.
  • the chamber 6 is configured by mounting a quartz chamber window above and below a cylindrical chamber side 61.
  • the chamber side portion 61 has a substantially cylindrical shape with an open top and bottom.
  • the upper opening is provided with an upper chamber window 63 mounted and closed, and the lower opening is provided with a lower chamber window 64 mounted and closed.
  • 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 for transmitting 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 disc-shaped member formed of quartz, and functions as a quartz window for transmitting light from the halogen heating unit 4 into the chamber 6.
  • Reflection ring 68 is attached to the upper part of the inner wall surface of chamber side part 61, and reflection ring 69 is attached to the lower part.
  • the reflection rings 68 and 69 are both formed in an annular shape.
  • the upper reflecting ring 68 is mounted by being fitted from above the chamber side 61.
  • the lower reflective ring 69 is mounted by being fitted from below the chamber side 61 and fastened with screws (not shown). That is, the reflection rings 68 and 69 are both detachably attached to the chamber side 61.
  • the space inside the chamber 6, that is, the 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 the heat treatment space 65.
  • a concave portion 62 is formed on the inner wall surface of the chamber 6. That is, a concave portion 62 is formed which is surrounded by a central portion of the inner wall surface of the chamber side portion 61 where the reflection rings 68 and 69 are not mounted, a lower end surface of the reflection ring 68, and an upper end surface of the reflection ring 69. .
  • the concave portion 62 is formed in an annular shape along the horizontal direction on the inner wall surface of the chamber 6 and surrounds the holding portion 7 that holds the GaN substrate W.
  • the chamber side 61 and the reflection rings 68 and 69 are formed of a metal material (for example, stainless steel) having excellent strength and heat resistance.
  • a transfer opening (furnace opening) 66 for carrying the GaN substrate W in and out of the chamber 6 is formed in the chamber side 61.
  • the transport opening 66 can be opened and closed by a gate valve 185.
  • the transport opening 66 is connected to the outer peripheral surface of the concave portion 62 in communication. Therefore, when the gate valve 185 opens the transfer opening 66, the GaN substrate W is loaded into the heat treatment space 65 through the concave portion 62 from the transfer opening 66 and unloaded from the heat treatment space 65. It can be performed.
  • the gate valve 185 closes the transfer opening 66, the heat treatment space 65 in the chamber 6 becomes a closed space.
  • a through hole 61a is formed in the chamber side 61.
  • the radiation thermometer 20 is attached to a portion of the outer wall surface of the chamber side 61 where the through hole 61a is provided.
  • the through-hole 61 a is a cylindrical hole for guiding infrared light emitted from the lower surface of the mounting plate 91 held by a susceptor 74 described later to the radiation thermometer 20.
  • the through hole 61a is provided to be inclined with respect to the horizontal direction so that the axis in the through direction intersects with the main surface of the susceptor 74.
  • a transparent window 21 made of a barium fluoride material that transmits infrared light in a wavelength range that can be measured by the radiation thermometer 20 is mounted.
  • a gas supply hole 81 for supplying a processing gas to the heat treatment space 65 is formed in an upper portion of an inner wall of the chamber 6.
  • the gas supply hole 81 is formed above the concave portion 62 and may be provided on the reflection ring 68.
  • the gas supply hole 81 is connected to a gas supply pipe 83 through a buffer space 82 formed in an annular shape inside the side wall of the chamber 6.
  • the gas supply pipe 83 is connected to a processing gas supply source 85.
  • a valve 84 is inserted in the middle of the path of the gas supply pipe 83. When the valve 84 is opened, the processing gas is supplied from the processing gas supply source 85 to the buffer space 82.
  • the processing 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 processing gas for example, ammonia (NH 3 ) or a forming gas that is a mixed gas of hydrogen (H 2 ) and nitrogen (N 2 ) can be used.
  • the processing gas supply source 85 can supply nitrogen as an inert gas to the heat treatment space 65.
  • 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 position lower than the concave portion 62, and may be provided on the reflection ring 69.
  • the gas exhaust hole 86 is connected to a gas exhaust pipe 88 via a buffer space 87 formed in an annular shape inside the side wall of the chamber 6.
  • the gas exhaust pipe 88 is connected to the exhaust part 190.
  • a valve 89 is inserted 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 discharged from the gas exhaust hole 86 to the gas exhaust pipe 88 via the buffer space 87.
  • 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. Further, the processing gas supply source 85 and the exhaust unit 190 may be a mechanism provided in the heat treatment apparatus 1 or a utility of a factory where the heat treatment apparatus 1 is installed.
  • a gas exhaust pipe 191 for discharging gas in the heat treatment space 65 is also connected to the end of the transfer opening 66.
  • the gas exhaust pipe 191 is connected to the exhaust part 190 via a valve 192. By opening the valve 192, the gas in the chamber 6 is exhausted through the transfer opening 66.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the overall appearance of the holding unit 7.
  • the holding unit 7 includes 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 entire holding section 7 is formed of quartz.
  • the base ring 71 is an arc-shaped quartz member in which a part is omitted from the ring shape.
  • the missing portion is provided to prevent interference between a transfer arm 11 of the transfer mechanism 10 described below and the base ring 71.
  • the base ring 71 is supported on the wall surface of the chamber 6 by being placed on the bottom surface of the concave portion 62 (see FIG. 1).
  • a plurality of connecting portions 72 (four in this embodiment) are erected on the upper surface of the base ring 71 along the circumferential direction of the ring 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 sectional view of the susceptor 74.
  • the susceptor 74 includes a holding plate 75, a guide ring 76, and a plurality of support pins 77.
  • the holding plate 75 is a substantially circular plate-shaped member formed of quartz. The diameter of the holding plate 75 is larger than the diameter of the GaN substrate W. That is, the holding plate 75 has a larger planar size than the GaN substrate W.
  • the guide ring 76 is provided on the periphery of the upper surface of the holding plate 75.
  • the guide ring 76 is an annular member having an inner diameter larger than the diameter of the mounting plate 91 (see FIG. 9) on which the GaN substrate W is mounted.
  • the inner diameter of the guide ring 76 is ⁇ 320 mm.
  • the inner circumference of the guide ring 76 has a tapered surface that widens upward from the holding plate 75.
  • the guide ring 76 is formed of the same quartz as 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 inside the guide ring 76 on the upper surface of the holding plate 75 is a flat holding surface 75a for holding the mounting plate 91 on which the GaN substrate W is mounted.
  • a plurality of support pins 77 are provided upright on the holding surface 75 a of the holding plate 75.
  • a total of twelve support pins 77 are erected every 30 ° along the circumference of the outer circumference of the holding surface 75a (the inner circumference of the guide ring 76).
  • the diameter of the circle on which the twelve support pins 77 are arranged is smaller than the diameter of the mounting plate 91.
  • Each support pin 77 is formed of quartz.
  • the plurality of 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 edge 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 mounted on 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 plane.
  • the mounting plate 91 on which the GaN substrate W is mounted is mounted and held in a horizontal posture on the susceptor 74 of the holding unit 7 mounted on the chamber 6. At this time, the mounting plate 91 is supported by the twelve support pins 77 erected on the holding plate 75 and held by the susceptor 74. More precisely, the upper ends of the twelve support pins 77 contact the lower surface of the mounting plate 91 to support the mounting plate 91. Since the height of the twelve support pins 77 (the distance from the upper end of the support pins 77 to the holding surface 75a of the holding plate 75) is uniform, the mounting plate 91 is supported in a horizontal position by the twelve support pins 77. be able to.
  • the mounting plate 91 is supported by the plurality of support pins 77 at a predetermined distance from the holding surface 75a of the holding plate 75.
  • the thickness of the guide ring 76 is larger than the height of the support pin 77. Therefore, the horizontal displacement of the mounting plate 91 supported by the plurality of support pins 77 is prevented by the guide ring 76.
  • the holding plate 75 of the susceptor 74 has an opening 78 penetrating vertically.
  • the opening 78 is provided for the radiation thermometer 20 to receive radiation light (infrared light) radiated from the lower surface of the mounting plate 91. That is, the radiation thermometer 20 receives the light radiated from the lower surface of the mounting plate 91 through the opening 78 and the transparent window 21 mounted in the through hole 61 a of the chamber side portion 61 and receives the light from the mounting plate 91. Measure the temperature.
  • the holding plate 75 of the susceptor 74 is provided with four through holes 79 through which the lift pins 12 of the transfer mechanism 10 to be described later pass for delivery of the stacked body 92 (see FIG. 9).
  • FIG. 5 is a plan view of the transfer mechanism 10.
  • FIG. 6 is a side view of the transfer mechanism 10.
  • the transfer mechanism 10 includes two transfer arms 11.
  • the transfer arm 11 is formed in a circular arc shape along the generally annular concave portion 62.
  • Each transfer arm 11 is provided with two lift pins 12 standing upright.
  • the transfer arm 11 and the lift pins 12 are formed of quartz.
  • Each transfer arm 11 is rotatable by a horizontal movement mechanism 13.
  • the horizontal moving mechanism 13 includes a transfer operation position (a solid line position in FIG. 5) for transferring the stack 92 from the pair of transfer arms 11 to the holder 7, and a mounting plate 91 held by the holder 7. And the retreat position (the position indicated by the two-dot chain line in FIG. 5) that 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 rotated by a single motor using a link mechanism. It may be moved.
  • the pair of transfer arms 11 is moved up and down by the elevating mechanism 14 together with the horizontal moving mechanism 13.
  • the lifting mechanism 14 raises 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 The upper end of 12 protrudes from the upper surface of susceptor 74.
  • the elevating mechanism 14 lowers the pair of transfer arms 11 at the transfer operation position, pulls out the lift pins 12 from the through holes 79, and moves the horizontal movement mechanism 13 to open the pair of transfer arms 11, The transfer arm 11 moves to the retreat position.
  • the retracted position of the pair of transfer arms 11 is immediately above the base ring 71 of the holding unit 7.
  • the retreat position of the transfer arm 11 is inside the concave portion 62.
  • An exhaust mechanism (not shown) is also provided near the portion where the driving unit (the horizontal moving mechanism 13 and the elevating mechanism 14) of the transfer mechanism 10 is provided, and an atmosphere around the driving unit of the transfer mechanism 10 is provided. Is discharged to the outside of the chamber 6.
  • the flash heating unit 5 provided above the chamber 6 includes a light source including a plurality of (30 in this embodiment) xenon flash lamps FL and a light source above the light source. And a reflector 52 provided so as to cover the reflector. Further, a lamp light emission window 53 is mounted on the bottom of the housing 51 of the flash heating unit 5.
  • the lamp light emission window 53 constituting the floor of the flash heating unit 5 is a plate-shaped quartz window made of quartz.
  • Each of the plurality of flash lamps FL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape, and has a longitudinal direction along the main surface of the GaN substrate W held by the holding unit 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 area where the plurality of flash lamps FL are arranged is larger than the plane size of the GaN substrate W.
  • the xenon flash lamp FL has a cylindrical glass tube (discharge tube) in which xenon gas is sealed inside and an anode and a cathode connected to a condenser are disposed at both ends thereof, and an outer peripheral surface of the glass tube. And an attached trigger electrode. Since xenon gas is electrically an insulator, electricity does not flow in a glass tube in a normal state even if charges are stored in a capacitor. However, when a high voltage is applied to the trigger electrode to break the insulation, the electricity stored in the capacitor flows instantaneously into the glass tube, and light is emitted by the excitation of xenon atoms or molecules at that time.
  • the electrostatic energy previously stored in the condenser is converted into an extremely short light pulse of 0.1 to 100 milliseconds. It has a feature that it can emit extremely strong light compared to a light source. That is, the flash lamp FL is a pulsed lamp that emits light instantaneously in a very short time of less than one second. The light emission time of the flash lamp FL can be adjusted by the coil constant of a 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 entirety thereof.
  • the basic function of the reflector 52 is to reflect flash light emitted from the plurality of flash lamps FL to the heat treatment space 65 side.
  • the reflector 52 is made of an aluminum alloy plate, and its surface (the surface facing the flash lamp FL) is roughened by blasting.
  • the halogen heating unit 4 provided below the chamber 6 has a plurality of (in this embodiment, 40) halogen lamps HL inside the housing 41.
  • the halogen heating unit 4 heats the GaN substrate W by irradiating the heat treatment space 65 with light from below the chamber 6 through the lower chamber window 64 by a plurality of halogen lamps HL.
  • FIG. 7 is a plan view showing an arrangement of a plurality of halogen lamps HL.
  • the forty halogen lamps HL are arranged in two upper and lower stages. Twenty halogen lamps HL are arranged in an upper stage near the holding unit 7 and 20 halogen lamps HL are arranged in a lower stage farther from the holding unit 7 than the upper stage.
  • Each halogen lamp HL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape.
  • the 20 halogen lamps HL in both the upper and lower rows are arranged so that their respective longitudinal directions are parallel to each other along the main surface of the GaN substrate W held by the holding section 7 (that is, along the horizontal direction). I have. Therefore, the plane formed by the arrangement of the halogen lamps HL in both the upper and lower stages is a horizontal plane.
  • the arrangement density of the halogen lamps HL is higher in a region facing the peripheral portion than in a region facing the center of the mounting plate 91 held by the holding portion 7 in both the upper stage and the lower stage. ing. That is, in both upper and lower stages, the arrangement pitch of the halogen lamps HL is shorter at the periphery than at the center of the lamp array. For this reason, it is possible to irradiate a larger amount of light to the peripheral portion of the mounting plate 91 where the temperature is likely to decrease during heating by light irradiation from the halogen heater 4.
  • a lamp group composed of the upper halogen lamps HL and a lamp group composed of the lower halogen lamps HL are arranged so as to intersect in a grid pattern. That is, a total of 40 halogen lamps HL are arranged such that the longitudinal direction of the 20 halogen lamps HL arranged in the upper stage and the longitudinal direction of the 20 halogen lamps HL arranged in the lower stage are orthogonal to each other. I have.
  • the halogen lamp HL is a filament type light source which emits light by incandescent the filament by energizing the filament provided inside the glass tube.
  • a gas in which a trace amount of a halogen element (iodine, bromine, or the like) is introduced into an inert gas such as nitrogen or argon is sealed inside the glass tube.
  • a halogen element iodine, bromine, or the like
  • the halogen lamp HL has a characteristic that it has a longer 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 that emits light continuously for at least one second. Further, since the halogen lamp HL is a rod-shaped lamp, it has a long life.
  • a reflector 43 is provided below the two-stage halogen lamp HL 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 heat treatment space 65 side.
  • the control unit 3 controls the various operation mechanisms described above provided in the heat treatment apparatus 1.
  • the configuration of the control unit 3 as hardware is the same as that of a general computer. That is, the control unit 3 includes a CPU that is a circuit for performing 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, and control software and data. It has a magnetic disk for storing.
  • the processing in the heat treatment apparatus 1 proceeds when the CPU of the control unit 3 executes a predetermined processing program.
  • the heat treatment apparatus 1 prevents an excessive rise in temperature of the halogen heating unit 4, the flash heating unit 5, and the chamber 6 due to heat energy generated from the halogen lamp HL and the flash lamp FL during the heat treatment of the GaN substrate W. Therefore, it has various cooling structures.
  • a water cooling tube (not shown) is provided on the wall of the chamber 6.
  • the halogen heating unit 4 and the flash heating unit 5 have an air cooling structure that forms a gas flow inside and discharges heat. Air is also supplied to the gap between the upper chamber window 63 and the lamp light emission window 53 to cool the flash heating unit 5 and the upper chamber window 63.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the procedure of the heat treatment method according to the present invention.
  • the GaN substrate W to be processed is a disk-shaped gallium nitride wafer having a diameter of about 50 mm (2 inches), which is significantly smaller than a typical silicon semiconductor wafer (300 mm in diameter).
  • magnesium (Mg) as a p-type dopant is implanted into the GaN substrate W to be processed by using a known ion implantation method.
  • the implantation of the p-type dopant is performed using an ion implantation apparatus different from the heat treatment apparatus 1.
  • the implantation conditions (dose amount, implantation energy, and the like) of the p-type dopant are not particularly limited, and may be set to appropriate values.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a state where the GaN substrate W is mounted on the mounting plate 91.
  • the mounting plate 91 is a disk-shaped member having a diameter of 300 mm.
  • the mounting plate 91 is formed of silicon carbide (SiC). Silicon carbide is a light-absorbing material having a high absorptivity for light emitted from the halogen lamp HL and flash light emitted from the flash lamp FL.
  • a circular recess 93 having a diameter of about 70 mm is formed at the center of the upper surface of the mounting plate 91.
  • the GaN substrate W is mounted on the mounting plate 91 so as to fit into the recess 93. Since the diameter of the GaN substrate W is about 50 mm, a gap of about 10 mm is formed between the edge of the placed GaN substrate W and the edge of the recess 93.
  • the GaN substrate W mounted on the mounting plate 91 is subjected to heat treatment by the heat treatment apparatus 1.
  • the heat treatment of the GaN substrate W in the heat treatment apparatus 1 will be described.
  • the processing procedure of the heat treatment apparatus 1 described below proceeds by the control unit 3 controlling each operation mechanism of the heat treatment apparatus 1.
  • the stacked body 92 in which the GaN substrate W is mounted on the silicon carbide mounting plate 91 is carried into the chamber 6 of the heat treatment apparatus 1 (Step S2). Specifically, the gate valve 185 is opened and the transfer opening 66 is opened, and the stacked body 92 is carried into the heat treatment space 65 in the chamber 6 through the transfer opening 66 by the transfer robot outside the apparatus. At this time, the valve 84 is opened to supply the nitrogen gas into the chamber 6, and the nitrogen gas is caused to flow out from the transfer opening 66 so as to minimize the entrainment of the external atmosphere accompanying the loading of the GaN substrate W. May be.
  • the stacked body 92 carried in by the transfer robot advances to the position immediately above the holding unit 7 and stops.
  • the lift pins 12 protrude from the upper surface of the holding plate 75 of the susceptor 74 through the through holes 79.
  • the transfer robot exits the heat treatment space 65, and the transfer opening 66 is closed by the gate valve 185.
  • the stacked body 92 is transferred from the transfer mechanism 10 to the susceptor 74 of the holding unit 7 and is held from below in a horizontal posture.
  • the stacked body 92 is supported by a plurality of support pins 77 erected on the holding plate 75 and held by the susceptor 74.
  • the stacked body 92 is held by the holder 7 with the surface of the GaN substrate W into which the p-type dopant has been implanted facing upward.
  • a predetermined space is formed between the back surface of the mounting plate 91 supported by the plurality of support pins 77 (the surface opposite to the surface on which the GaN substrate W is mounted) and the holding surface 75a of the holding plate 75. Is done.
  • the pair of transfer arms 11 that have descended to below the susceptor 74 are retracted by the horizontal moving mechanism 13 to the retracted position, that is, to the inside of the recess 62.
  • an ammonia atmosphere is formed in the chamber 6.
  • the valve 84 is opened, and ammonia (NH 3 ) is supplied from the processing gas supply source 85 to the heat treatment space 65 as a processing gas.
  • Ammonia contains nitrogen and hydrogen as elements.
  • the valve 89 is opened, and the gas in the chamber 6 is exhausted from the gas exhaust hole 86.
  • the processing 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, and the inside of the chamber 6 is replaced with an ammonia atmosphere.
  • the concentration of ammonia in the ammonia atmosphere formed in the chamber 6 can be an appropriate value, and may be, for example, 100%.
  • the pressure in the chamber 6 may be temporarily reduced to less than the atmospheric pressure, and then the ammonia may be supplied into the chamber 6.
  • the forty halogen lamps HL of the halogen heating part 4 are turned on at the same time, and the preliminary heating (assisting heating) is started (step S3).
  • the halogen light emitted from the halogen lamp HL passes through the lower chamber window 64 and the susceptor 74 formed of quartz, and irradiates the lower surface of the mounting plate 91 on which the GaN substrate W is mounted. Since the mounting plate 91 is made of silicon carbide, the light emitted from the halogen lamp HL is favorably absorbed and the temperature rises. Then, the GaN substrate W is preheated by the heat conduction from the mounting plate 91 whose temperature has been raised. Since the transfer arm 11 of the transfer mechanism 10 is retracted inside the concave portion 62, there is no obstacle to heating by the halogen lamp HL.
  • FIG. 10 is a diagram showing the spectral distribution of the absorption rate of gallium nitride.
  • gallium nitride has a high absorptance in the wavelength region of ultraviolet light having a wavelength of less than 400 nm, but has almost an absorptivity in the wavelength region of visible light having a wavelength of 400 nm to 760 nm and infrared light having a longer wavelength than that. It becomes 0. That is, gallium nitride hardly absorbs visible light and infrared light.
  • the emission spectral distribution of the halogen lamp HL is mainly in the infrared region, and the GaN substrate W hardly absorbs the light emitted from the halogen lamp HL. Therefore, even if the light emitted from the halogen lamp HL is directly applied to the GaN substrate W, the temperature of the GaN substrate W hardly rises.
  • light irradiation is performed from the halogen lamp HL while the GaN substrate W is mounted on the mounting plate 91 made of silicon carbide.
  • Silicon carbide has a high absorptivity for light emitted from the halogen lamp HL, and the mounting plate 91 satisfactorily absorbs light emitted from the halogen lamp HL and raises the temperature.
  • the GaN substrate W is preliminarily heated by the heat conduction from the heated mounting plate 91 and the temperature is raised. That is, the GaN substrate W is preheated indirectly by the irradiation of light from the halogen lamp HL via the mounting plate 91.
  • the temperature of the mounting plate 91 on which the GaN substrate W is mounted is measured by the radiation thermometer 20. That is, the infrared thermometer 20 receives infrared light radiated from the lower surface of the mounting plate 91 held by the susceptor 74 through the opening 78 through the transparent window 21 and receives the temperature of the mounting plate 91 during temperature rise. Is measured.
  • the measured temperature of the mounting plate 91 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 mounting plate 91 that is heated by the light irradiation from the halogen lamp HL has reached the target temperature T1.
  • control unit 3 performs feedback control of the output of the halogen lamp HL based on the value measured by the radiation thermometer 20 so that the temperature of the mounting plate 91 becomes the target temperature T1.
  • the target temperature T1 is 900 ° C. or more and 1000 ° C. or less.
  • the control unit 3 adjusts the output of the halogen lamp HL so that the temperature of the mounting plate 91 maintains the target temperature T1. More specifically, when the temperature of the mounting plate 91 measured by the radiation thermometer 20 reaches the target temperature T1, the control unit 3 adjusts the output of the halogen lamp HL so that the temperature of the mounting plate 91 substantially reaches the target temperature T1. Maintain at temperature T1. Since the mounting plate 91 is maintained at the target temperature T1 by irradiation with light from the halogen lamp HL, the GaN substrate W is uniformly preheated by heat conduction from the mounting plate 91.
  • step S4 the surface of the GaN substrate W is irradiated with flash light from the flash lamp FL of the flash heating unit 5 (step S4). At this time, a part of the flash light radiated from the flash lamp FL goes directly into the chamber 6, and the other part is once reflected by the reflector 52 and then goes into the chamber 6. The flash heating of the GaN substrate W is performed by the irradiation.
  • the emission spectral distribution of the flash lamp FL is from the ultraviolet region to the near infrared region, and as shown in FIG. Therefore, normal temperature gallium nitride hardly absorbs the flash light emitted from the flash lamp FL.
  • the GaN substrate W heated by the preliminary heating in step S3 free carriers (electrons or holes) in gallium nitride increase, and the free carriers absorb flash light. Therefore, the GaN substrate W heated by the preheating absorbs the flash light emitted from the flash lamp FL, and the surface of the GaN substrate W is flash-heated.
  • the surface temperature of the GaN substrate W can be increased in a short time. That is, the flash light emitted from the flash lamp FL is converted into a light pulse in which the electrostatic energy previously stored in the condenser is extremely short, and the irradiation time is extremely short, from about 0.1 millisecond to about 100 milliseconds. It is a strong flash. Then, the surface of the GaN substrate W into which the p-type dopant has been implanted is instantaneously heated to the processing temperature T2 by the irradiation of flash light from the flash lamp FL, and then rapidly cooled.
  • flash light flash light
  • the processing temperature T2 is higher than the target temperature T1 and is 1400 ° C. or higher.
  • the implanted p-type dopant is activated. Since the time required for activating the dopant is extremely short, even a short flash heating is sufficient for activating the dopant.
  • the surface of the GaN substrate W is flash-heated from the target temperature T1 to the processing temperature T2 by irradiating the GaN substrate W with flash light having an extremely short irradiation time. The period of time for which such nitrogen is eliminated can be minimized. Even if nitrogen is slightly desorbed, the GaN substrate W is flash-heated from the target temperature T1 to the processing temperature T2 in an ammonia atmosphere (that is, in an atmosphere containing nitrogen). The heat treatment can be performed while supplementing from the atmosphere.
  • the GaN substrate W is flash-heated in an ammonia atmosphere (that is, in an atmosphere containing hydrogen)
  • the heat treatment can be performed while supplying hydrogen into GaN.
  • the p-type dopant implanted into the GaN substrate W can be activated with high efficiency.
  • the surface of the GaN substrate W is heated to a high temperature of 1400 ° C. or more by flash heating. Thereby, the crystal defects of the GaN substrate W generated at the time of the dopant implantation are recovered, whereby the activation efficiency of the p-type dopant can be increased.
  • the atmosphere in the chamber 6 is replaced with an inert gas atmosphere.
  • the valve 84 is closed, the valve 89 is opened, the ammonia atmosphere in the chamber 6 is exhausted, and the pressure in the chamber 6 is reduced to less than the atmospheric pressure. Supply nitrogen.
  • the inside of the chamber 6 is replaced from the ammonia atmosphere to the atmosphere of the inert gas nitrogen.
  • the GaN substrate W and the mounting plate 91 are rapidly cooled by turning off the halogen lamp HL.
  • the temperature of the mounting plate 91 during the temperature drop is measured by the radiation thermometer 20, and the measurement result is transmitted to the control unit 3.
  • the control unit 3 monitors whether the temperature of the mounting plate 91 has dropped to a predetermined temperature based on the measurement result of the radiation thermometer 20. Then, after the temperature of the mounting plate 91 decreases to a predetermined value or less, the pair of transfer arms 11 of the transfer mechanism 10 move horizontally again from the retreat position to the transfer operation position and rise, so that the lift pins 12 are moved.
  • the stacked body 92 protrudes from the upper surface of the susceptor 74 and is received from the susceptor 74.
  • Step S5 the transfer opening 66 closed by the gate valve 185 is opened, and the stacked body 92 placed on the lift pins 12 is carried out by the transfer robot outside the apparatus.
  • the GaN substrate W is removed from the mounting plate 91 of the stacked body 92 carried out of the heat treatment apparatus 1, and the heat treatment of the GaN substrate W is completed (Step S6).
  • the heat treatment is performed by the heat treatment apparatus 1 in a state where the GaN substrate W is mounted on the silicon carbide mounting plate 91 having the same size as a typical silicon semiconductor wafer and having a diameter of 300 mm.
  • the GaN substrate W hardly absorbs the light emitted from the halogen lamp HL, but the mounting plate 91 made of silicon carbide absorbs the light of the halogen lamp HL well and raises the temperature.
  • the GaN substrate W that does not absorb the light of the halogen lamp HL is indirectly preheated by the heat conduction from the mounting plate 91 that has been heated.
  • the GaN substrate W heated by the preheating can absorb the flash light emitted from the flash lamp FL.
  • the GaN substrate W can be heated and heated by the irradiation of the flash light, and the surface of the GaN substrate W is flash-heated to activate the p-type dopant.
  • the GaN substrate W is mounted on the mounting plate 91 to form a stacked body 92, thereby handling the silicon semiconductor wafer.
  • the heat treatment of the small-diameter GaN substrate W can be performed by the heat treatment apparatus 1.
  • the mounting plate 91 made of silicon carbide having a diameter of 300 mm converts the light emitted from the halogen lamp HL into heat and transmits the heat to the GaN substrate W. It has a function that makes it easy to handle.
  • the stacked body 92 in which the GaN substrate W is mounted on the mounting plate 91 is carried into the chamber 6, but instead, the silicon carbide mounting plate may be , And the GaN substrate W may be placed thereon.
  • the susceptor 74 of the holding unit 7 may be formed of silicon carbide, and the GaN substrate W may be mounted thereon.
  • the GaN substrate W can be pre-heated by the heat conduction from the silicon carbide mounting plate that has been heated by absorbing the light of the halogen lamp HL.
  • the heat treatment for activating the dopant implanted in the GaN substrate W is performed.
  • a post-deposition heat treatment (PDA: Post-deposition heat treatment of the film formed on the GaN substrate W) may be performed.
  • Deposition may be performed by the heat treatment apparatus 1. Even in the case of performing the heat treatment after the film formation, the GaN substrate W is mounted on the silicon carbide mounting plate, and the heat treatment is performed so that the light of the halogen lamp HL is absorbed and the temperature of the silicon carbide is increased.
  • the GaN substrate W can be preheated by heat conduction from the plate.
  • the size of the GaN substrate W is not limited to about 50 mm in diameter, but may be, for example, about 100 mm (4 inches) in diameter.
  • the material of the mounting plate 91 is not limited to silicon carbide, but may be any light-absorbing material, for example, silicon (Si).
  • silicon Si
  • the GaN substrate W is heated to a high temperature of 1400 ° C. or more during flash heating, and thus there is a concern that the mounting plate 91 made of silicon (melting point 1414 ° C.) may be melted.
  • the mounting plate 91 is preferably formed of silicon carbide (melting point: 2730 ° C.).
  • the silicon mounting plate 91 can be used without fear of melting because the GaN substrate W does not rise to such a high temperature during flash heating.
  • the flash heating of the GaN substrate W is performed in an ammonia atmosphere.
  • the flash light is irradiated in an atmosphere of a forming gas which is a mixed gas of hydrogen and nitrogen. Then, flash heating of the GaN substrate W may be performed. Even in this case, the same effect as flash heating the GaN substrate W in an ammonia atmosphere can be obtained.
  • the flash heating unit 5 is provided with 30 flash lamps FL.
  • the present invention is not limited to this, and the number of flash lamps FL can be any number.
  • the flash lamp FL is not limited to a xenon flash lamp, but may be a krypton flash lamp.
  • the number of halogen lamps HL provided in the halogen heating unit 4 is not limited to 40 but may be any number.
  • the preheating of the GaN substrate W is performed by using the filament type halogen lamp HL as a continuous lighting lamp that emits light continuously for 1 second or more.
  • the preliminary heating may be performed using a discharge type arc lamp (for example, a xenon arc lamp) as a continuous lighting lamp instead of the halogen lamp HL.
  • the GaN substrate W is preheated by the heat conduction from the mounting plate 91 which has been heated by absorbing the light from the arc lamp.

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Abstract

炭化ケイ素にて形成された載置板の上面中央部には凹部が形設される。載置板の凹部に窒化ガリウムのＧａＮ基板が載置される。ハロゲンランプからの光照射によってＧａＮ基板を予備加熱するときには、ハロゲンランプから出射された光は載置板に吸収される。昇温した載置板からの熱伝導によってＧａＮ基板が間接的に予備加熱される。予備加熱により昇温したＧａＮ基板は、フラッシュランプから放射されたフラッシュ光を吸収可能となる。これにより、フラッシュ光照射によってＧａＮ基板を加熱して昇温させることができる。

Description

熱処理方法
　本発明は、窒化ガリウム（ＧａＮ）の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関する。
　半導体デバイスの製造プロセスにおいて、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱する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、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。
　一方、窒化ガリウム系化合物は、青色の光を発光する発光素子として注目されるとともに、絶縁破壊電界が高くエネルギーギャップが大きいため、電力変換に用いられるパワーデバイスの基幹材料としても期待されている。特許文献１には、窒化ガリウム系化合物の層にｐ型ドーパントを注入し、その層に赤外光を照射することによってｐ型ドーパントを活性化して窒化ガリウム系化合物半導体を製造する方法が開示されている。
特開２００４－１２８１８９号公報
　窒化ガリウム中におけるｐ型ドーパントを活性化させるためには、窒化ガリウムを１４００℃以上の高温に加熱する必要がある。また、窒化ガリウムを高温で長時間（数分以上）加熱すると、比較的容易に窒素が脱離することが知られている。従って、良好な活性化率を得るためには、ｐ型ドーパントが注入された窒化ガリウムに高温かつ短時間の加熱処理を行うことが必要となる。極めて照射時間が短く、かつ、強いエネルギーを有するフラッシュ光を照射するフラッシュランプアニールは、このようなニーズに適合する。
　しかしながら、窒化ガリウムは、可視光から近赤外線の波長域において透明であり、光をほとんど吸収しない。このため、強いエネルギーを有するフラッシュ光を照射しても、窒化ガリウムがほとんどそのフラッシュ光を吸収しないため、窒化ガリウムを加熱して昇温させることは困難であった。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュ光照射によって窒化ガリウムの基板を加熱して昇温させることができる熱処理方法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、窒化ガリウムの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、前記基板を吸光材料にて形成された載置板に載置する載置工程と、連続点等ランプから前記載置板に光を照射することによって昇温した前記載置板からの熱伝導により前記基板を予備加熱する予備加熱工程と、前記予備加熱工程にて昇温した前記基板にフラッシュランプからフラッシュ光を照射して加熱するフラッシュ加熱工程と、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、前記載置板は炭化ケイ素にて形成される。
　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、前記載置板に形設された凹部に前記基板が載置される。
　また、第４の態様は、第１から第３のいずれかの態様に係る熱処理方法において、前記載置板に前記基板が載置された積層体をチャンバー内に搬入する工程をさらに備える。
　第１から第４の態様に係る熱処理方法によれば、窒化ガリウムの基板を吸光材料にて形成された載置板に載置し、連続点等ランプから載置板に光を照射することによって昇温した載置板からの熱伝導により基板を予備加熱するため、昇温した窒化ガリウムの基板はフラッシュ光を吸収可能となり、フラッシュ光照射によって窒化ガリウムの基板を加熱して昇温させることができる。
本発明に係る熱処理方法を実施する際に使用す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手順を示すフローチャートである。 ＧａＮ基板を載置板に載置した状態を示す図である。 窒化ガリウムの吸収率の分光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。
　まず、本発明に係る熱処理方法を実施するための熱処理装置について説明する。図１は、本発明に係る熱処理方法を実施する際に使用する熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。図１の熱処理装置１は、窒化ガリウムの基板（ＧａＮ基板）Ｗにフラッシュ光照射を行うことによってそのＧａＮ基板Ｗを加熱するフラッシュランプアニール装置である。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、ＧａＮ基板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、ＧａＮ基板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ＧａＮ基板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ＧａＮ基板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、ＧａＮ基板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ＧａＮ基板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ＧａＮ基板Ｗの搬入および熱処理空間６５からのＧａＮ基板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。
　さらに、チャンバー側部６１には、貫通孔６１ａが穿設されている。チャンバー側部６１の外壁面の貫通孔６１ａが設けられている部位には放射温度計２０が取り付けられている。貫通孔６１ａは、後述するサセプタ７４に保持された載置板９１の下面から放射された赤外光を放射温度計２０に導くための円筒状の孔である。貫通孔６１ａは、その貫通方向の軸がサセプタ７４の主面と交わるように、水平方向に対して傾斜して設けられている。貫通孔６１ａの熱処理空間６５に臨む側の端部には、放射温度計２０が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化バリウム材料からなる透明窓２１が装着されている。
　また、チャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に処理ガスを供給するガス供給孔８１が形設されている。ガス供給孔８１は、凹部６２よりも上側位置に形設されており、反射リング６８に設けられていても良い。ガス供給孔８１はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８２を介してガス供給管８３に連通接続されている。ガス供給管８３は処理ガス供給源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、処理ガス供給源８５から緩衝空間８２に処理ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した処理ガスは、ガス供給孔８１よりも流体抵抗の小さい緩衝空間８２内を拡がるように流れてガス供給孔８１から熱処理空間６５内へと供給される。処理ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ３）、または、水素（Ｈ２）と窒素（Ｎ２）との混合ガスであるフォーミングガスを用いることができる。また、処理ガス供給源８５は、不活性ガスとしての窒素を熱処理空間６５に供給することもできる。
　一方、チャンバー６の内壁下部には熱処理空間６５内の気体を排気するガス排気孔８６が形設されている。ガス排気孔８６は、凹部６２よりも下側位置に形設されており、反射リング６９に設けられていても良い。ガス排気孔８６はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８７を介してガス排気管８８に連通接続されている。ガス排気管８８は排気部１９０に接続されている。また、ガス排気管８８の経路途中にはバルブ８９が介挿されている。バルブ８９が開放されると、熱処理空間６５の気体がガス排気孔８６から緩衝空間８７を経てガス排気管８８へと排出される。なお、ガス供給孔８１およびガス排気孔８６は、チャンバー６の周方向に沿って複数設けられていても良いし、スリット状のものであっても良い。また、処理ガス供給源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ＧａＮ基板Ｗの直径よりも大きい。すなわち、保持プレート７５は、ＧａＮ基板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、ＧａＮ基板Ｗを載置する載置板９１（図９参照）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、載置板９１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ＧａＮ基板Ｗを載置した載置板９１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個の支持ピン７７が立設されている。１２個の支持ピン７７を配置した円の径（対向する支持ピン７７間の距離）は載置板９１の径よりも小さく、載置板９１の径がφ３００ｍｍであればφ２７０ｍｍ～φ２８０ｍｍ（本実施形態ではφ２７０ｍｍ）である。それぞれの支持ピン７７は石英にて形成されている。複数の支持ピン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。
　ＧａＮ基板Ｗを載置した載置板９１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、載置板９１は保持プレート７５上に立設された１２個の支持ピン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個の支持ピン７７の上端部が載置板９１の下面に接触して当該載置板９１を支持する。１２個の支持ピン７７の高さ（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個の支持ピン７７によって載置板９１を水平姿勢に支持することができる。
　また、載置板９１は複数の支持ピン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。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、複数の支持ピン７７によって支持された載置板９１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２０が載置板９１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２０が開口部７８およびチャンバー側部６１の貫通孔６１ａに装着された透明窓２１を介して載置板９１の下面から放射された光を受光して当該載置板９１の温度を測定する。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が積層体９２（図９参照）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に対して積層体９２の移載を行う移載動作位置（図５の実線位置）と保持部７に保持された載置板９１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ＧａＮ基板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。複数のフラッシュランプＦＬが配列される領域はＧａＮ基板Ｗの平面サイズよりも大きい。
　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円筒形状のガラス管（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ＧａＮ基板Ｗを加熱する。
　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ＧａＮ基板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に保持される載置板９１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載置板９１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載置板９１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。
　上記の構成以外にも熱処理装置１は、ＧａＮ基板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、本発明に係るＧａＮ基板Ｗの熱処理方法について説明する。図８は、本発明に係る熱処理方法の手順を示すフローチャートである。処理対象となるＧａＮ基板Ｗは、直径約５０ｍｍ（２インチ）の円板形状の窒化ガリウムウェハーであり、典型的なシリコンの半導体ウェハー（直径３００ｍｍ）に比較すると顕著に小さい。また、本発明に係る熱処理に先立って、処理対象となるＧａＮ基板Ｗには、公知のイオン注入法を用いてｐ型ドーパントであるマグネシウム（Ｍｇ）が注入される。ｐ型ドーパントの注入は、熱処理装置１とは別のイオン注入装置を用いて行われる。また、ｐ型ドーパントの注入条件（ドーズ量、注入エネルギー等）は、特に限定されるものではなく、適宜の値とすることができる。
　直径約５０ｍｍの小径のＧａＮ基板Ｗは、そのままでは熱処理装置１で取り扱うことが困難であるため、吸光材料にて形成された載置板９１に載置される（ステップＳ１）。図９は、ＧａＮ基板Ｗを載置板９１に載置した状態を示す図である。載置板９１は、直径３００ｍｍの円板形状の部材である。載置板９１は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）にて形成されている。炭化ケイ素は、ハロゲンランプＨＬから照射される光およびフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光に対して高い吸収率を有する吸光材料である。
　載置板９１の上面中央部には直径約７０ｍｍの円形の凹部９３が形設されている。ＧａＮ基板Ｗは、凹部９３にはまり込むようにして載置板９１に載置される。ＧａＮ基板Ｗの直径は約５０ｍｍであるため、載置されたＧａＮ基板Ｗの端縁部と凹部９３の端縁部との間には約１０ｍｍの隙間が形成されることとなる。凹部９３内にＧａＮ基板Ｗを載置することによって、ＧａＮ基板Ｗの位置ずれを防止することができる。そして、載置板９１に載置された状態のＧａＮ基板Ｗに対して熱処理装置１により熱処理が行われる。以下、熱処理装置１におけるＧａＮ基板Ｗの熱処理について説明する。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、炭化ケイ素の載置板９１にＧａＮ基板Ｗが載置された積層体９２が熱処理装置１のチャンバー６内に搬入される（ステップＳ２）。具体的には、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を介して積層体９２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、バルブ８４を開放してチャンバー６内に窒素ガスを供給し、搬送開口部６６から窒素ガスを流出させてＧａＮ基板Ｗの搬入にともなう外部雰囲気の巻き込みを最小限に抑制するようにしても良い。
　搬送ロボットによって搬入された積層体９２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ＧａＮ基板Ｗを載置した載置板９１を受け取る。このとき、リフトピン１２は支持ピン７７の上端よりも上方にまで上昇する。
　積層体９２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、積層体９２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。積層体９２は、保持プレート７５上に立設された複数の支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。また、ｐ型ドーパントが注入されたＧａＮ基板Ｗの表面を上面に向けて積層体９２は保持部７に保持される。複数の支持ピン７７によって支持された載置板９１の裏面（ＧａＮ基板Ｗが載置されるのとは反対側の面）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。
　また、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖されて熱処理空間６５が密閉空間とされた後、チャンバー６内にアンモニア雰囲気が形成される。具体的には、バルブ８４が開放されて処理ガス供給源８５から熱処理空間６５にアンモニア（ＮＨ３）が処理ガスとして供給される。アンモニアは、元素としての窒素および水素を含む。また、バルブ８９が開放されてガス排気孔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処理ガスが下方へと流れて熱処理空間６５の下部から排気され、チャンバー６内がアンモニア雰囲気に置換される。チャンバー６内に形成されたアンモニア雰囲気中におけるアンモニアの濃度は、適宜の値とすることができ、例えば１００％であっても良い。なお、置換効率を高めるために、チャンバー６内を一旦大気圧未満にまで減圧してからチャンバー６内にアンモニアを供給するようにしても良い。
　チャンバー６内にアンモニア雰囲気が形成された後、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（ステップＳ３）。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ＧａＮ基板Ｗを載置した載置板９１の下面に照射される。載置板９１は、炭化ケイ素にて形成されているため、ハロゲンランプＨＬから出射された光を良好に吸収して昇温する。そして、昇温した載置板９１からの熱伝導によってＧａＮ基板Ｗが予備加熱されることとなる。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。
　ここで、仮に載置板９１を用いることなく、ハロゲンランプＨＬからの光照射によってＧａＮ基板Ｗを直接に加熱した場合には、ＧａＮ基板Ｗを昇温させることが困難である。図１０は、窒化ガリウムの吸収率の分光分布を示す図である。同図に示すように、窒化ガリウムは、波長４００ｎｍ未満の紫外線の波長域では高い吸収率を有するものの、波長４００ｎｍ～７６０ｎｍの可視光およびそれよりも長波長の赤外線の波長域では吸収率がほぼ０となる。すなわち、窒化ガリウムは、可視光線および赤外線をほとんど吸収しないのである。ハロゲンランプＨＬの放射分光分布は主に赤外域であり、ＧａＮ基板ＷはハロゲンランプＨＬから出射された光をほとんど吸収しない。このため、ハロゲンランプＨＬから出射された光をＧａＮ基板Ｗに直接照射してもＧａＮ基板Ｗはほとんど昇温しないのである。
　そこで本実施形態においては、ＧａＮ基板Ｗを炭化ケイ素の載置板９１に載置した状態でハロゲンランプＨＬから光照射を行っている。炭化ケイ素はハロゲンランプＨＬから照射される光に対して高い吸収率を有しており、載置板９１はハロゲンランプＨＬから出射された光を良好に吸収して昇温する。そして、昇温した載置板９１からの熱伝導によってＧａＮ基板Ｗが予備加熱されて昇温する。すなわち、ＧａＮ基板Ｗは載置板９１を媒介としてハロゲンランプＨＬからの光照射によって間接的に予備加熱されるのである。
　ハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うときには、ＧａＮ基板Ｗを載置する載置板９１の温度が放射温度計２０によって測定されている。すなわち、サセプタ７４に保持された載置板９１の下面から開口部７８を介して放射された赤外光を透明窓２１を通して放射温度計２０が受光して昇温中の載置板９１の温度を測定する。測定された載置板９１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載置板９１の温度が目標温度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２０による測定値に基づいて、載置板９１の温度が目標温度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。目標温度Ｔ１は、９００℃以上１０００℃以下である。
　載置板９１の温度が目標温度Ｔ１に到達した後、制御部３は載置板９１の温度がその目標温度Ｔ１を維持するようにハロゲンランプＨＬの出力を調整する。具体的には、放射温度計２０によって測定される載置板９１の温度が目標温度Ｔ１に到達した時点で制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を調整し、載置板９１の温度をほぼ目標温度Ｔ１に維持する。ハロゲンランプＨＬからの光照射によって載置板９１が目標温度Ｔ１に維持されることにより、載置板９１からの熱伝導によってＧａＮ基板Ｗが均一に予備加熱される。
　載置板９１の温度が目標温度Ｔ１に到達してから所定時間が経過した時点でフラッシュ加熱部５のフラッシュランプＦＬからＧａＮ基板Ｗの表面にフラッシュ光照射を行う（ステップＳ４）。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ＧａＮ基板Ｗのフラッシュ加熱が行われる。
　フラッシュランプＦＬの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、図１０に示したように窒化ガリウムの吸収率がほぼ０となる波長域である。よって、常温の窒化ガリウムは、フラッシュランプＦＬから放射されたフラッシュ光もほとんど吸収しない。ところが、ステップＳ３での予備加熱によって昇温したＧａＮ基板Ｗにおいては、窒化ガリウム中のフリーキャリア（電子または正孔）が増大し、そのフリーキャリアがフラッシュ光を吸収する。このため、予備加熱によって昇温したＧａＮ基板Ｗは、フラッシュランプＦＬから放射されたフラッシュ光を吸収し、ＧａＮ基板Ｗの表面がフラッシュ加熱されるのである。
　また、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、ＧａＮ基板Ｗの表面温度を短時間で上昇することができる。すなわち、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、ｐ型ドーパントが注入されたＧａＮ基板Ｗの表面は瞬間的に処理温度Ｔ２にまで昇温した後、急速に降温する。処理温度Ｔ２は、上記の目標温度Ｔ１よりも高く、１４００℃以上である。ＧａＮ基板Ｗの表面が瞬間的に処理温度Ｔ２にまで加熱されることにより、注入されたｐ型ドーパントが活性化される。なお、ドーパントの活性化に要する時間は極めて短いため、短時間のフラッシュ加熱であってもドーパントの活性化には十分である。
　窒化ガリウムを高温に加熱すると、比較的容易に窒素が脱離することが知られている。本実施形態においては、照射時間の極めて短いフラッシュ光をＧａＮ基板Ｗに照射することによってＧａＮ基板Ｗの表面を目標温度Ｔ１から処理温度Ｔ２にまでフラッシュ加熱しているため、ＧａＮ基板Ｗが高温となっている時間は短く、そのような窒素の脱離を最小限に抑制することができる。また、僅かに窒素が脱離したとしても、アンモニア雰囲気中（つまり、窒素を含む雰囲気中）にてＧａＮ基板Ｗを目標温度Ｔ１から処理温度Ｔ２にまでフラッシュ加熱しているため、脱離した窒素を雰囲気中から補完しつつ加熱処理を行うことができる。
　また、本実施形態においては、アンモニア雰囲気中（つまり、水素を含む雰囲気中）にてＧａＮ基板Ｗをフラッシュ加熱しているため、ＧａＮ中に水素を供給しつつ加熱処理を行うことができる。これにより、ＧａＮ基板Ｗに注入されたｐ型ドーパントを高効率で活性化させることができる。
　さらに、本実施形態においては、フラッシュ加熱によってＧａＮ基板Ｗの表面を１４００℃以上の高温に加熱している。これにより、ドーパント注入時に生じたＧａＮ基板Ｗの結晶の欠陥が回復し、それによってもｐ型ドーパントの活性化効率を高めることができる。
　フラッシュ加熱によってｐ型ドーパントが活性化された後、チャンバー６内の雰囲気が不活性ガスの雰囲気に置換される。具体的には、バルブ８４を閉止するとともに、バルブ８９を開放してチャンバー６内のアンモニア雰囲気を排出してチャンバー６内を大気圧未満に減圧した後、バルブ８４を開放してチャンバー６内に窒素を供給する。これにより、チャンバー６内がアンモニア雰囲気から不活性ガスである窒素の雰囲気に置換される。
　その後、ハロゲンランプＨＬも消灯することにより、ＧａＮ基板Ｗおよび載置板９１が急速に降温する。降温中の載置板９１の温度は放射温度計２０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２０の測定結果より載置板９１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、載置板９１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積層体９２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上に載置された積層体９２が装置外部の搬送ロボットにより搬出される（ステップＳ５）。そして、熱処理装置１の外部に搬出された積層体９２の載置板９１からＧａＮ基板Ｗが取り外されてＧａＮ基板Ｗの熱処理が完了する（ステップＳ６）。
　本実施形態においては、典型的なシリコンの半導体ウェハーと同じ大きさの直径３００ｍｍの炭化ケイ素の載置板９１にＧａＮ基板Ｗを載置した状態にて熱処理装置１による熱処理を行っている。ＧａＮ基板ＷはハロゲンランプＨＬから出射された光をほとんど吸収しないのであるが、炭化ケイ素の載置板９１はハロゲンランプＨＬの光を良好に吸収して昇温する。そして、昇温した載置板９１からの熱伝導により、ハロゲンランプＨＬの光を吸収しないＧａＮ基板Ｗを間接的に予備加熱している。予備加熱により昇温したＧａＮ基板Ｗは、フラッシュランプＦＬから放射されたフラッシュ光を吸収可能となる。これにより、フラッシュ光照射によってＧａＮ基板Ｗを加熱して昇温させることができ、ＧａＮ基板Ｗの表面がフラッシュ加熱されてｐ型ドーパントが活性化される。
　また、載置板９１のサイズは典型的なシリコンの半導体ウェハーと同程度であるため、ＧａＮ基板Ｗを載置板９１に載置して積層体９２とすることにより、シリコンの半導体ウェハーを扱う熱処理装置１にて小径のＧａＮ基板Ｗの熱処理を行うことができる。このように、直径３００ｍｍの炭化ケイ素の載置板９１は、ハロゲンランプＨＬから照射された光を熱に変換してＧａＮ基板Ｗに伝達する機能と、小径のＧａＮ基板Ｗを熱処理装置１にて取り扱えるようにする機能とを兼ね備えているのである。
　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、載置板９１にＧａＮ基板Ｗを載置した積層体９２をチャンバー６内に搬入するようにしていたが、これに代えて、炭化ケイ素の載置板をチャンバー６内に設置しておき、それにＧａＮ基板Ｗを載置するようにしても良い。例えば、保持部７のサセプタ７４を炭化ケイ素にて形成し、その上にＧａＮ基板Ｗを載置するようにしても良い。このようにしても、ハロゲンランプＨＬの光を吸収して昇温した炭化ケイ素の載置板からの熱伝導によってＧａＮ基板Ｗを予備加熱することができる。
　また、上記実施形態においては、ＧａＮ基板Ｗに注入されたドーパントを活性化する加熱処理を行っていたが、これ代えて、例えばＧａＮ基板Ｗに形成された膜の成膜後熱処理(PDA:Post Deposition Anneal)を熱処理装置１にて行うようにしても良い。成膜後熱処理を行う場合であっても、炭化ケイ素の載置板にＧａＮ基板Ｗを載置して熱処理を行うことにより、ハロゲンランプＨＬの光を吸収して昇温した炭化ケイ素の載置板からの熱伝導によってＧａＮ基板Ｗを予備加熱することができる。
　また、ＧａＮ基板Ｗのサイズは、直径約５０ｍｍに限定されるものではなく、例えば直径約１００ｍｍ（４インチ）であっても良い。
　また、載置板９１の材質は炭化ケイ素に限定されるものではなく、吸光材料であれば良く、例えばシリコン（Ｓｉ）であっても良い。もっとも、ｐ型ドーパントの活性化を行う際にはフラッシュ加熱時にＧａＮ基板Ｗが１４００℃以上の高温に加熱されるため、シリコン（融点１４１４℃）の載置板９１では溶融する懸念がある。このため、ｐ型ドーパントの活性化を行うときには、載置板９１は炭化ケイ素（融点２７３０℃）にて形成するのが好ましい。一方、成膜後熱処理であれば、フラッシュ加熱時にＧａＮ基板Ｗがそれほどには高温に昇温しないため、溶融の懸念無く、シリコンの載置板９１を用いることができる。
　また、上記実施形態においては、アンモニア雰囲気中にてＧａＮ基板Ｗのフラッシュ加熱を行っていたが、これに代えて、水素と窒素との混合ガスであるフォーミングガスの雰囲気中にてフラッシュ光を照射してＧａＮ基板Ｗのフラッシュ加熱を行うようにしても良い。このようにしても、アンモニア雰囲気中にてＧａＮ基板Ｗをフラッシュ加熱するのと同様の効果を得ることができる。
　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ＧａＮ基板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、アークランプからの光を吸収して昇温した載置板９１からの熱伝導によってＧａＮ基板Ｗを予備加熱することとなる。
　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
　６５　熱処理空間
　７４　サセプタ
　７５　保持プレート
　７７　支持ピン
　８５　処理ガス供給源
　９１　載置板
　９２　積層体
　９３　凹部
　ＦＬ　フラッシュランプ
　ＨＬ　ハロゲンランプ
　Ｗ　ＧａＮ基板

Claims (4)

  1. 　窒化ガリウムの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、
    　前記基板を吸光材料にて形成された載置板に載置する載置工程と、
    　連続点等ランプから前記載置板に光を照射することによって昇温した前記載置板からの熱伝導により前記基板を予備加熱する予備加熱工程と、
    　前記予備加熱工程にて昇温した前記基板にフラッシュランプからフラッシュ光を照射して加熱するフラッシュ加熱工程と、
    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、
    　前記載置板は炭化ケイ素にて形成される熱処理方法。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の熱処理方法において、
    　前記載置板に形設された凹部に前記基板が載置される熱処理方法。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理方法において、
    　前記載置板に前記基板が載置された積層体をチャンバー内に搬入する工程をさらに備える熱処理方法。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01196837A (ja) * 1988-02-02 1989-08-08 Fujitsu Ltd 半導体製造装置
JP2001345313A (ja) * 2000-05-31 2001-12-14 Ebara Corp 基板処理装置
JP2005019650A (ja) * 2003-06-25 2005-01-20 Toshiba Corp 処理装置、製造装置、処理方法及び電子装置の製造方法
JP2005150608A (ja) * 2003-11-19 2005-06-09 Seiko Epson Corp ガラス基板の光処理方法およびデバイス
JP2010225645A (ja) * 2009-03-19 2010-10-07 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 熱処理装置
JP2013048236A (ja) * 2011-08-24 2013-03-07 Ultratech Inc ＧａＮＬＥＤ用高速熱アニール
JP2014212285A (ja) * 2013-04-22 2014-11-13 株式会社クラレ 結晶性膜の製造方法、結晶性膜、積層体、および発光装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5543123B2 (ja) * 2009-03-30 2014-07-09 大日本スクリーン製造株式会社 熱処理用サセプタおよび熱処理装置
JP6185398B2 (ja) * 2014-01-31 2017-08-23 東京エレクトロン株式会社 窒化ガリウム系結晶の成長方法及び熱処理装置
JP6560550B2 (ja) * 2015-07-06 2019-08-14 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
JP6539568B2 (ja) * 2015-11-04 2019-07-03 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01196837A (ja) * 1988-02-02 1989-08-08 Fujitsu Ltd 半導体製造装置
JP2001345313A (ja) * 2000-05-31 2001-12-14 Ebara Corp 基板処理装置
JP2005019650A (ja) * 2003-06-25 2005-01-20 Toshiba Corp 処理装置、製造装置、処理方法及び電子装置の製造方法
JP2005150608A (ja) * 2003-11-19 2005-06-09 Seiko Epson Corp ガラス基板の光処理方法およびデバイス
JP2010225645A (ja) * 2009-03-19 2010-10-07 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 熱処理装置
JP2013048236A (ja) * 2011-08-24 2013-03-07 Ultratech Inc ＧａＮＬＥＤ用高速熱アニール
JP2014212285A (ja) * 2013-04-22 2014-11-13 株式会社クラレ 結晶性膜の製造方法、結晶性膜、積層体、および発光装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GOTO, TOSHIO: "Luminescence Properties in Er- added GaN by using of Ion Implantation", APPLIED PHYSICS, March 1999 (1999-03-01), pages 1434 *

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