JP5362251B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウェハーやガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）に対して光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置に関する。

従来より、イオン注入後の半導体ウェハーのイオン活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したランプアニール装置が一般的に使用されていた。このようなランプアニール装置においては、半導体ウェハーを、例えば、１０００℃ないし１１００℃程度の温度に加熱（アニール）することにより、半導体ウェハーのイオン活性化を実行している。そして、このような熱処理装置においては、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用することにより、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する構成となっている。

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

このため、キセノンフラッシュランプ（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閃光を照射することにより、イオン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（数ミリセカンド以下）に昇温させる技術が提案されている。キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの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閃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、数ミリセカンド以下の極めて短時間の閃光照射であれば、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、イオンを深く拡散させることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。

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

特開昭６０−２５８９２８号公報 特表２００５−５２７９７２号公報

特許文献１，２に開示の熱処理装置においては、半導体ウェハーの表面側および裏面側のそれぞれに石英窓を配置し、ハロゲンランプおよびフラッシュランプは石英窓を介して半導体ウェハーに光照射を行う。特にハロゲンランプは赤外光を多く含むため、熱処理時にハロゲンランプ側の石英窓は相当な温度にまで加熱される。昇温した石英窓からは赤外線が放射され、その赤外線によっても基板の温度は影響を受ける。このときに、加熱された石英窓の温度分布が不均一であると、半導体ウェハーの温度分布も不均一になるという問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の面内温度分布の均一性を向上することができる熱処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対して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水平姿勢に保持する保持手段と、前記チャンバーの外部に設けられ、前記保持手段に保持された基板に向けて光を照射して当該基板を加熱する光源と、前記チャンバーに設けられ、前記光源から照射された光を前記チャンバー内に透過するチャンバー窓と、前記光源を通過して前記チャンバー窓に気体を吹き付ける気体噴出手段と、を備え、前記気体噴出手段は、前記光源を挟んで前記チャンバー窓と対向して配置され、複数の噴出口が設けられた噴出板と、前記噴出板を複数の領域に分割したときの前記複数の領域のそれぞれに個別に気体を供給する気体供給手段と、前記気体供給手段から供給される気体の流量を前記複数の領域ごとに個別に調整する流量調整手段と、を備え、前記光源は、格子状に交差して配列された複数の棒状ランプを含み、前記噴出板は、格子状に配列された前記複数の棒状ランプと対向する略矩形形状を有し、前記複数の領域は、当該略矩形形状を前記複数の棒状ランプの長手方向と直交する方向の中心線にて分割した４つの領域であることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、基板に対して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水平姿勢に保持する保持手段と、前記チャンバーの外部に設けられ、前記保持手段に保持された基板に向けて光を照射して当該基板を加熱する光源と、前記チャンバーに設けられ、前記光源から照射された光を前記チャンバー内に透過するチャンバー窓と、前記光源を通過して前記チャンバー窓に気体を吹き付ける気体噴出手段と、前記チャンバー窓と前記光源との間の空間の一方側に設けられた通路から当該空間に挿脱されるシャッター部材と、を備え、前記気体噴出手段は、前記光源を挟んで前記チャンバー窓と対向して配置され、複数の噴出口が設けられた噴出板と、前記噴出板を複数の領域に分割したときの前記複数の領域のそれぞれに個別に気体を供給する気体供給手段と、前記気体供給手段から供給される気体の流量を前記複数の領域ごとに個別に調整する流量調整手段と、を備え、前記流量調整手段は、前記複数の領域のうち前記空間に形成される気流の下流側に対向する領域に供給される気体の流量を上流側に対向する領域に供給される気体の流量よりも多くすることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記チャンバー窓と前記光源との間の空間の一方側に設けられた通路から当該空間に挿脱されるシャッター部材をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る熱処理装置において、前記流量調整手段は、前記複数の領域のうち前記空間に形成される気流の下流側に対向する領域に供給される気体の流量を上流側に対向する領域に供給される気体の流量よりも多くすることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、基板に対して光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を水平姿勢に保持する保持手段と、前記チャンバーの外部に設けられ、前記保持手段に保持された基板に向けて光を照射して当該基板を加熱する光源と、前記チャンバーに設けられ、前記光源から照射された光を前記チャンバー内に透過するチャンバー窓と、前記光源を通過して前記チャンバー窓に気体を吹き付ける気体噴出手段と、を備え、前記気体噴出手段は、前記光源を挟んで前記チャンバー窓と対向して配置され、複数の噴出口が設けられた噴出板と、前記噴出板を複数の領域に分割したときの前記複数の領域のそれぞれに個別に気体を供給する気体供給手段と、前記気体供給手段から供給される気体の流量を前記複数の領域ごとに個別に調整する流量調整手段と、を備え、前記光源は、互いに平行に配列された複数の棒状ランプを含み、前記噴出板は、前記複数の棒状ランプと対向する略矩形形状を有し、前記複数の領域は、当該略矩形形状を前記複数の棒状ランプの長手方向と直交する方向の中心線にて分割した２つの領域であることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記光源は、ハロゲンランプを含み、前記チャンバー窓は石英にて形成されることを特徴とする。

本発明によれば、光源を挟んでチャンバー窓と対向して配置され、複数の噴出口が設けられた噴出板と、噴出板を複数の領域に分割したときの複数の領域のそれぞれに個別に気体を供給する気体供給手段と、気体供給手段から供給される気体の流量を複数の領域ごとに個別に調整する流量調整手段と、を備えるため、光源からの光照射時にチャンバー窓の温度分布を調整して基板の面内温度分布の均一性を向上することができる。

特に、請求項１および請求項５の発明によれば、噴出板の矩形形状を棒状ランプの長手方向と直交する方向の中心線にて分割しているため、棒状ランプの出力調整では解消できないような棒状ランプの長手方向に沿って生じた基板の温度分布不均一をも解消することができる。

特に、請求項２および請求項３の発明によれば、シャッター部材の通路を排気流路として兼用できるため、熱処理装置のサイズを小さくすることができるとともに、光源と基板との距離を近づけることができ、光照射時のエネルギー効率を高めることができる。

特に、請求項２および請求項４の発明によれば、空間に形成される気流の下流側に対向する領域に供給される気体の流量を上流側に対向する領域に供給される気体の流量よりも多くするため、一方向の気流に起因したチャンバー窓の温度勾配を解消し、基板の面内温度分布の均一性をより向上することができる。

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の構成を示す側断面図である。本実施形態の熱処理装置１は基板としてφ３００ｍｍの円板形状の半導体ウェハーＷに閃光（フラッシュ光）を照射し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。

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、シャッター機構２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、シャッター機構２、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。

図２は、チャンバー６の側部を拡大した部分断面図である。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。

図２に示すように、凹部６２を挟んで上下のそれぞれに装着された反射リング６８，６９の内周面はテーパ面とされている。上側の反射リング６８のテーパ面は下側に向けて径が大きくなる。逆に、下側の反射リング６９のテーパ面は上側に向けて径が大きくなる。一方、図１に示すように、半導体ウェハーＷを保持する保持部７は凹部６２の高さ位置に設けられている。従って、上側の反射リング６８および下側の反射リング６９ともに石英窓（上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４）の側から保持部７の側に向けて拡がるテーパ面が形成されていることとなる。

チャンバー側部６１および反射リング６８，６９は、強度と耐熱性に優れた金属材料（例えば、ステンレススチール）にて形成されている。また、反射リング６８，６９の内周面（つまりテーパ面）は電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。

また、チャンバー側部６１には、チャンバー６に対して半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための搬送開口部（炉口）６６が形設されている。搬送開口部６６は、ゲートバルブ１８５によって開閉可能とされている。搬送開口部６６は凹部６２の外周面に連通接続されている。このため、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を開放しているときには、搬送開口部６６から凹部６２を通過して熱処理空間６５への半導体ウェハーＷの搬入および熱処理空間６５からの半導体ウェハーＷの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉鎖するとチャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。

また、チャンバー６においては、熱処理空間６５の上部から処理ガス（本実施形態では窒素ガス（Ｎ₂））を供給するとともに、下部から排気を行うように構成されている。図２に示すように、チャンバー６の上部において、チャンバー側部６１に装着された反射リング６８と上側チャンバー窓６３とは密接しておらず、それらの間には隙間が形成されている。上側チャンバー窓６３は円板状であり、内側側壁６２は円環状であるため、上側チャンバー窓６３と内側側壁６２の上端面との間に形成される隙間も円環状のスリット８１となる。また、チャンバー側部６１と反射リング６８との間に緩衝空間８２が形成されている。緩衝空間８２も円環状に形成されることとなる。緩衝空間８２はスリット８１と連通している。

また、緩衝空間８２にはガス配管８３が連通接続されている。ガス配管８３の基端部は窒素ガス供給源８５に接続されている（図１）。ガス配管８３の経路途中にはバルブ８４が介挿されている。バルブ８４が開放されると、窒素ガス供給源８５から緩衝空間８２に窒素ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した窒素ガスはスリット８１を通過してチャンバー６内の熱処理空間６５に供給される。

図３は、熱処理空間６５への気体供給を示す平面図である。緩衝空間８２からスリット８１へと至る気体の通過経路において、気体の進行方向に対して垂直となる面の断面積が緩衝空間８２の方がスリット８１よりも大きい。すなわち、緩衝空間８２の方がスリット８１よりも流体抵抗が小さい。このため、図３に示すように、ガス配管８３から緩衝空間８２へ流入した窒素ガスの一部は直ちにスリット８１に流れるものの、大部分はより抵抗の小さい緩衝空間８２内を拡がるように流れる。そして、緩衝空間８２内に満たされた窒素ガスがスリット８１を通って熱処理空間６５に供給される。従って、環状のスリット８１の全周にわたって均一に窒素ガスが供給されることとなる。

一方、チャンバー６の底部においても上部と同様に、反射リング６９と下側チャンバー窓６４とは密接しておらず、それらの間には隙間が形成されている。下側チャンバー窓６４は円板状であり、反射リング６９は円環状であるため、下側チャンバー窓６４と反射リング６９の下端面との間に形成される隙間も円環状のスリット８６となる。また、チャンバー側部６１に形成された円環状の緩衝空間８７がスリット８６と連通している。緩衝空間８７にはガス配管８８が連通接続されている。ガス配管８８の基端部は排気部９０に接続されている。ガス配管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の気体がスリット８６から緩衝空間８７を経てガス配管８８へと排出される。

スリット８６から緩衝空間８７へと至る気体の通過経路においても、気体の進行方向に対して垂直となる面の断面積が緩衝空間８７の方がスリット８６よりも大きい。すなわち、緩衝空間８７の方がスリット８６よりも流体抵抗が小さい。このため、環状のスリット８６の全周にわたって均一に気体が排気される。なお、図示の便宜上、図１と図２とではガス配管８３，８８の位置が異なっているが、ガス配管８３，８８は円環状の緩衝空間８２，８７の任意の位置に接続して良く、両ガス配管８３，８８を図１のように接続しても図２のように接続しても良い。また、緩衝空間８２，８７に接続されるガス配管８３，８８は一本に限定されるものではなく、複数本であっても良い。複数本のガス配管８３，８８を緩衝空間８２，８７に均等に接続すれば、環状のスリット８１，８６からより均一な給排気を行うことができる。

このように、熱処理装置１は、チャンバー６内に保持された半導体ウェハーＷを挟んで概ね上下対称に給排気機構を備えている。すなわち、バルブ８４、ガス配管８３および緩衝空間８２を有する給気機構によって、上側チャンバー窓６３とチャンバー６の内壁上端との間に環状に形成された隙間であるスリット８１からチャンバー６内の熱処理空間６５に処理ガス（窒素ガス）を供給する。それとともに、バルブ８９、ガス配管８８および緩衝空間８７を有する排気機構によって、下側チャンバー窓６４とチャンバー６の内壁下端との間に環状に形成された隙間であるスリット８６からチャンバー６内の気体を排気する。なお、窒素ガス供給源８５および排気部９０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。

図４は、半導体ウェハーＷの保持位置から見たチャンバー６の平面図である。保持部７は、サセプタ７０および均熱リング７５を備えて構成される。サセプタ７０は、石英により形成され、円環形状のリング部７１に複数の爪部７２（本実施形態では４本）を立設して構成される。リング部７１が凹部６２の底面に載置されることによって、サセプタ７０がチャンバー６に装着される。

均熱リング７５は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）によって形成されたリング状部材であり、サセプタ７０の爪部７２に設けられた支持ピンによって支持される。均熱リング７５の内周には図示を省略する複数の爪が突設されており、それら複数の爪によって半導体ウェハーＷの周縁部が支持されて半導体ウェハーＷが水平姿勢にて保持される。なお、複数の爪に代えて均熱リング７５の内周に沿って鍔を設け、それによって半導体ウェハーＷを保持するようにしても良い。

図５は、移載機構１０の平面図である。また、図６は、移載機構１０の側面図である。移載機構１０は、２本の移載アーム１１を備える。移載アーム１１は、概ね円環状の凹部６２に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム１１には２本のリフトピン１２が立設されている。各移載アーム１１は水平移動機構１３によって回動可能とされている。水平移動機構１３は、一対の移載アーム１１を保持部７に対して半導体ウェハーＷの移載を行う移載動作位置（図５の実線位置）と保持部７に保持された半導体ウェハーＷと平面視で重ならない退避位置（図５の二点鎖線位置）との間で水平移動させる。水平移動機構１３としては、個別のモータによって各移載アーム１１をそれぞれ回動させるものであっても良いし、リンク機構を用いて１個のモータによって一対の移載アーム１１を連動させて回動させるものであっても良い。

また、一対の移載アーム１１は、昇降機構１４によって水平移動機構１３とともに昇降移動される。昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて上昇させると、計４本のリフトピン１２が均熱リング７５の内側を通過し、リフトピン１２の上端が均熱リング７５の上側に突き出る。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、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、サセプタ７０のリング部７１の直上である。リング部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。

図４に示すように、チャンバー側部６１のうち移載機構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には、排気管９３が連通接続されている。排気管９３は排気部９０に接続されている。排気管９３の経路途中にはバルブ９４が介挿されている。バルブ９４を開放することによって、移載機構１０の駆動部周辺を介してチャンバー６内の気体が排気される。また、搬送開口部６６の先端にも熱処理空間６５内の気体を排出する排気管９１が接続されている。排気管９１はバルブ９２を介して排気部９０に接続されている。バルブ９２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。なお、本実施形態では３系統の排気機構の排気部９０を共通のものとしていたが、これを別個のものとしても良い。

また、図４に示すように、熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの温度を測定するためのプローブ７８，７９を備えている。熱電対を使用した接触式温度計のプローブ７８は均熱リング７５に保持された半導体ウェハーＷの裏面に接触し、別置のディテクタによって半導体ウェハーＷの温度を測定する。一方、放射温度計のプローブ７９は均熱リング７５に保持された半導体ウェハーＷの裏面から放射された放射光（赤外線）を受光し、別置のディテクタによって半導体ウェハーＷの温度を測定する。接触式温度計のプローブ７８および放射温度計のプローブ７９は、いずれもチャンバー６の凹部６２に設置されている。

さらに、図１に示すように、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４に放射温度計のプローブ４９を備える。プローブ４９は、プローブ７９と同様に、均熱リング７５に保持された半導体ウェハーＷの裏面から放射された放射光を受光し、別置のディテクタによって半導体ウェハーＷの温度を測定する。プローブ７９が保持部７に保持された半導体ウェハーＷの斜め下方から放射光を受光してウェハー温度を測温するのに対して、プローブ４９は半導体ウェハーＷの直下から放射光を受光して測温する。但し、半導体ウェハーＷからの距離は直下のプローブ４９の方が長い。このように、熱処理装置１は、３つのプローブ７８，７９，４９を備えて半導体ウェハーＷの温度を確実に測温する。

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部材である。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に閃光を照射する。

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１０ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、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。

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保持部７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梨地模様を呈する。

チャンバー６の下方に設けられたハロゲン加熱部４の内部には複数本（本実施形態では４０本）のハロゲンランプＨＬが内蔵されている。複数のハロゲンランプＨＬはチャンバー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への光照射を行う。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。本実施形態では、上下２段に各２０本ずつのハロゲンランプ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端部側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、上段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向と下段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向とが直交するように計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。また、ハロゲンランプＨＬは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプＨＬを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーＷへの放射効率が優れたものとなる。

また、図１に示すように、ハロゲン加熱部４にはガス噴出部１４０が付設されている。ガス噴出部１４０は、噴出板１４１、ガス噴出バッファ１４２、ガス供給管１４３並びにガス供給管１４３に設けられたガス供給機構および流量調整機構を備える。図８は、噴出板１４１の平面図である。また、図９は、ガス噴出バッファ１４２へのガス供給機構１５０および流量調整機構１６０を模式的に示す図である。

噴出板１４１は、ハロゲン加熱部４の床部分を構成し、ハロゲンランプＨＬを挟んで下側チャンバー窓６４と対向するように配置されている。噴出板１４１は、格子状に交差して配列された複数のハロゲンランプＨＬによって形成される配列平面と略同一の矩形形状を有しており、その配列平面と対向している。噴出板１４１には、複数の噴出孔１４９が上下に貫通して穿設されている。複数の噴出孔１４９のそれぞれは、上段および下段に配列されたハロゲンランプＨＬの隙間に対向するように噴出板１４１に設けられている。

本実施形態においては、噴出板１４１が４つの領域１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄに分割されている。４つの領域１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄは、噴出板１４１の矩形形状を複数のハロゲンランプＨＬの長手方向と直交する方向の中心線にて分割したものである。すなわち、噴出板１４１の矩形形状は、上段のハロゲンランプＨＬの長手方向と直交する方向の中心線１４８ａによって領域１４１ａ，１４１ｂと領域１４１ｃ，１４１ｄとに分割されている。同様に、噴出板１４１の矩形形状は、下段のハロゲンランプＨＬの長手方向と直交する方向の中心線１４８ｂによって領域１４１ａ，１４１ｄと領域１４１ｂ，１４１ｃとに分割されている。

ガス噴出バッファ１４２は、噴出板１４１の直下に設けられた空間である。噴出板１４１の領域分割に対応してガス噴出バッファ１４２も４つの小空間１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄに分割されている。４つの小空間１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄは、仕切り壁によって相互に雰囲気分離されている。４つの小空間１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄは、領域１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄのそれぞれに対向している。すなわち、領域１４１ａに設けられた全ての噴出孔１４９の下端は小空間１４２ａに開口して連通している。同様に、領域１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄのそれぞれに設けられた全ての噴出孔１４９の下端は小空間１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄのそれぞれに開口して連通している。なお、複数の噴出孔１４９の上端はハロゲンランプＨＬの配列に向けて開口している。よって、各噴出孔１４９は、ガス噴出バッファ１４２からハロゲンランプＨＬの配列へと向かうように設けられている。

ガス噴出バッファ１４２にはガス供給機構１５０によって所定の気体（本実施形態ではエアー）が供給される。ガス供給機構１５０は、ガス供給管１４３に手動弁１５１、レギュレータ１５２、空気作動弁１５３およびフィルター１５４を介挿して構成されている。ガス供給管１４３の基端部はエアー供給源１４４に連通接続される。なお、エアー供給源１４４は、窒素ガス供給源８５と同様に、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。

一方、ガス供給管１４３の先端は４つの経路に分岐されて、分岐配管１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，１４３ｄを形成している。４本の分岐配管１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，１４３ｄのそれぞれは、小空間１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄに接続される。これによって、ガス噴出バッファ１４２を４つの区画に分割した小空間１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄのそれぞれがガス供給管１４３を介してエアー供給源１４４と連通接続されることとなる。

手動弁１５１は、手動によってガス供給管１４３を開閉するバルブである。レギュレータ１５２は、ガス供給管１４３を通過する窒素ガスの圧力調整を行うものである。空気作動弁１５３は、電源停止時にガス供給管１４３を閉鎖するために設けられているものであり、熱処理装置１の通常の稼働時には開放されている。また、フィルター１５４は、ガス供給管１４３を通過するエアーから微粒子等を取り除いて浄化する。手動弁１５１および空気作動弁１５３を開放するとともにレギュレータ１５２が設定値に基づく圧力調整を行うことにより、エアー供給源１４４からガス供給管１４３に送給された所定圧のエアーが４本の分岐配管１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，１４３ｄに分流する。すなわち、ガス供給機構１５０は４つの小空間１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄ、つまり４つの領域１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄのそれぞれに個別にエアーを供給する。

流量調整機構１６０は、４本の分岐配管１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，１４３ｄのそれぞれにニードルバルブ１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄおよびフローメータ１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ，１６２ｄを介挿して構成されている。ニードルバルブ１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄのそれぞれは対応する分岐配管を流れるエアーの流量を調整する。また、フローメータ１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ，１６２ｄのそれぞれは対応する分岐配管を流れるエアーの流量を計測する。ニードルバルブ１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄのそれぞれが設定値に基づいた流量調整を行うことにより、ガス供給機構１５０から４つの小空間１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄのそれぞれに供給されるエアーの流量を個別に調整することができる。具体的には、フローメータ１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ，１６２ｄの計測結果に基づいて制御部３がニードルバルブ１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄの設定値を自動制御するようにしても良い。また、熱処理装置１のオペレータがフローメータ１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ，１６２ｄを監視しつつニードルバルブ１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄの設定値を手動で調整するようにしても良い。なお、フローメータおよびニードルバルブに代えて双方の機能を併せ持つマスフローメータを分岐配管１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，１４３ｄのそれぞれに設けるようにしても良い。

４本の分岐配管１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，１４３ｄのそれぞれから供給されたエアーは、一旦小空間１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄに貯留された後に、対応する噴出板１４１の領域１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄに形設された噴出孔１４９からハロゲンランプＨＬの隙間に向けて噴出される。このときのガス噴出バッファ１４２の内圧は大気圧よりも若干大きい。

複数の噴出孔１４９のそれぞれは、上段および下段に配列されたハロゲンランプＨＬの隙間の直下に位置するように噴出板１４１に穿設されている。従って、小空間１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄに供給されたエアーは、複数の噴出孔１４９のそれぞれからハロゲンランプＨＬの配列の隙間に向けて噴出される。複数の噴出孔１４９から噴出されたエアーはハロゲンランプＨＬの管壁外周に接しつつランプ配列を通過して下側チャンバー窓６４に吹き付けられることとなる。

本実施形態においては、４つの小空間１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄのそれぞれに供給するエアーの流量を個別に調整することができるため、それに伴って４つの領域１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄから噴出されるエアーの流量も領域毎に個別に調整されることとなる。そして、その結果、下側チャンバー窓６４に吹き付けられるエアーの流量も窓上の領域毎に異なることとなる。

また、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４およびチャンバー６の側方にシャッター機構２を備える。シャッター機構２は、シャッター板２１およびスライド駆動機構２２を備える。シャッター板２１は、ハロゲン光に対して不透明な板であり、例えばチタン（Ｔｉ）にて形成されている。スライド駆動機構２２は、シャッター板２１を水平方向に沿ってスライド移動させる。スライド駆動機構２２がシャッター板２１をスライド移動させることにより、シャッター板２１は、チャンバー６の下側チャンバー窓６４とハロゲン加熱部４のハロゲンランプＨＬとの間の空間の一方側に形成された通路２５から当該空間に挿脱される。すなわち、スライド駆動機構２２がシャッター板２１を前進させると、通路２５から下側チャンバー窓６４とハロゲンランプＨＬとの間の空間にシャッター板２１が挿入されて下側チャンバー窓６４と複数のハロゲンランプＨＬとを遮断する。これによって、複数のハロゲンランプＨＬから熱処理空間６５へと向かう光は遮光される。逆に、スライド駆動機構２２がシャッター板２１を後退させると、下側チャンバー窓６４とハロゲンランプＨＬとの間の空間から通路２５を通過してシャッター板２１が退出して下側チャンバー窓６４の下方が開放される。なお、シャッター板２１が挿入された状態においても、通路２５とシャッター板２１との間には隙間が存在している。

シャッター板２１には、図示を省略する小孔が貫通して穿設されている。シャッター板２１が前進して下側チャンバー窓６４の全体を覆ったときに、当該小孔がプローブ４９の直上に位置する。従って、シャッター板２１が下側チャンバー窓６４と複数のハロゲンランプＨＬとを遮断しても、プローブ４９による半導体ウェハーＷの測温は可能とされている。

また、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。上記のガス供給機構１５０および流量調整機構１６０も制御部３によって制御される。

上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー６の壁体には水冷管（図示省略）が設けられている。また、フラッシュ加熱部５は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓６３とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部５および上側チャンバー窓６３を冷却する。

次に、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順について簡単に説明する。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り、添加された不純物の活性化が熱処理装置１によるフラッシュ加熱処理により実行される。図１０は、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順を示すフローチャートである。以下に示す半導体ウェハー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って実行される。

まず、熱処理空間６５への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８９，９２，９４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（ステップＳ１）。バルブ８４が開放されると、上側チャンバー窓６３とチャンバー６の内壁上端との間に形成された環状のスリット８１の全周から均一に熱処理空間６５に窒素ガスが供給される。また、バルブ８９が開放されると、下側チャンバー窓６４とチャンバー６の内壁下端との間に形成された環状のスリット８６の全周から均一にチャンバー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の最上部から供給された窒素ガスが保持部７に保持された半導体ウェハーＷの側方を通って下方へ流れ、熱処理空間６５の最下部から排気される。なお、半導体ウェハーＷの側方においては、爪部７２の隙間が大きく開放されており、そこから下方へと窒素ガスが流れる。

また、バルブ９２，９４が開放されることによって、それぞれ搬送開口部６６および移載機構１０の駆動部周辺を介してチャンバー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の最上部から供給された窒素ガスが搬送開口部６６および移載機構１０の駆動部周辺を流れて排気される。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、その供給量は図１０の処理ステップに応じて適宜変更される。

続いて、ゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部６６を介してイオン注入後の半導体ウェハーＷがチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される（ステップＳ２）。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が均熱リング７５の内側を通って上方に突き出て搬送ロボットから半導体ウェハーＷを受け取る。

半導体ウェハーＷがリフトピン１２に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間６５から退出し、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖される。そして、一対の移載アーム１１が下降することにより、半導体ウェハーＷは移載機構１０から保持部７の均熱リング７５に受け渡されて水平姿勢に保持される。均熱リング７５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が保持部７の均熱リング７５に保持された後、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（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を透過して半導体ウェハーＷの裏面から照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって半導体ウェハーＷが予備加熱されて温度が上昇する。また、ハロゲンランプＨＬからの放射光には赤外光も多く含まれているため、石英製の下側チャンバー窓６４によってハロゲン光が吸収され、その温度が上昇する。そして、昇温した下側チャンバー窓６４からも長波長の赤外線が放射され、それによっても半導体ウェハーＷの温度は影響を受ける。ハロゲンランプＨＬによる予備加熱時にはガス噴出部１４０からのエアー噴出も実行されるが、これについてはさらに後述する。

また、予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、均熱リング７５によって周縁部の放熱が補償されるため、半導体ウェハーＷの面内温度分布が均一に維持される。また、ハロゲン加熱部４におけるハロゲンランプＨＬの配設密度は、半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっているため、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一なものとすることができる。

さらに、チャンバー側部６１に装着された反射リング６９に保持部７の側に向けて拡がるテーパ面が形成され、そのテーパ面はニッケルメッキによって鏡面とされているため、この反射リング６９のテーパ面によって半導体ウェハーＷの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一なものとすることができる。

予備加熱を行うときには、半導体ウェハーＷの温度が接触式温度計および放射温度計によって計測されている。すなわち、接触式温度計のプローブ７８が半導体ウェハーＷの裏面に接触するとともに、放射温度計のプローブ４９，７９が半導体ウェハーＷの裏面から放射される光を受光している。これら３つのプローブ４９，７８，７９によって半導体ウェハーＷが所定の予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かが監視される（ステップＳ４）。

本実施の形態においては、予備加熱温度Ｔ１は８００℃とされる。そして、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達したことが検知されたら直ちにフラッシュ加熱部５のフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷへ向けてフラッシュ光が照射される（ステップＳ５）。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熱処理空間６５内の保持部７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熱処理空間６５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、フラッシュ加熱部５のフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、予め蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリ秒ないし１０ミリ秒程度の極めて短く強い閃光である。そして、フラッシュランプＦＬからの閃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℃ないし１１００℃程度の処理温度Ｔ２まで上昇し、半導体ウェハーＷに添加された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。このように、熱処理装置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に添加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、添加不純物の活性化に必要な時間はその熱拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であっても活性化は完了する。

また、本実施形態の熱処理装置１は、ハロゲンランプＨＬによって半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１（８００℃）にまで予備加熱してからフラッシュランプＦＬからの閃光照射によってフラッシュ加熱を行っている。半導体ウェハーＷの温度が６００℃以上になると添加された不純物の熱拡散が生じる可能性があるが、ハロゲンランプＨＬは比較的急速に半導体ウェハーＷを８００℃まで昇温することができるため、添加不純物の拡散を最小限に抑制することができる。また、半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１にまで昇温してからフラッシュランプＦＬからの閃光照射を行うことにより、半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２まで速やかに上昇させることができる。さらに、予備加熱温度Ｔ１から処理温度Ｔ２までのフラッシュ加熱による昇温幅が比較的小さいため、フラッシュランプＦＬから照射する閃光のエネルギーを比較的小さくすることができ、その結果フラッシュ加熱時に半導体ウェハーＷに与える熱的衝撃を緩和することができる。

フラッシュ加熱が終了した後、ある時間経過後に複数のハロゲンランプＨＬが一斉に消灯して、半導体ウェハーＷの温度が急速に降温する（ステップＳ６）。また、ハロゲンランプＨＬが消灯するのと同時に、シャッター機構２がシャッター板２１をハロゲン加熱部４とチャンバー６との間に挿入する（ステップＳ７）。ハロゲンランプＨＬが消灯しても、すぐにフィラメントや管壁の温度が低下するものではなく、暫時高温のフィラメントおよび管壁から輻射熱が放射され続け、これが半導体ウェハーＷの降温を妨げる。シャッター板２１が挿入されることによって、消灯直後のハロゲンランプＨＬから熱処理空間６５に放射される輻射熱が遮断されることとなり、半導体ウェハーＷの降温速度を高めることができる。

半導体ウェハーＷの降温段階においても、３つのプローブ４９，７８，７９によって半導体ウェハーＷの温度が計測されている。なお、上述のように、シャッター板２１には小孔が形成されているため、シャッター板２１が挿入された状態においてもプローブ４９による温度計測は可能である。また、シャッター板２１が挿入されることによって、消灯直後のハロゲンランプＨＬから放射される輻射熱が遮断されるため、接触式温度計のプローブ７８が受ける外乱が少なくなり、温度計測の精度を高めることができる。

その後、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が均熱リング７５の内側から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷを保持部７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（ステップＳ８）、熱処理装置１における半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理が完了する。

上述した一連の熱処理工程において、ハロゲンランプＨＬの配設密度を半導体ウェハーＷの周縁部に対向する領域の方を高くするなどして予備加熱（ステップＳ３）のときのウェハー面内温度分布の均一性を高めているものの、それでもなお十分な温度分布均一性が得られないこともある。４０本のハロゲンランプＨＬは個別にまたはゾーン毎に出力を調整することが可能であり、出力調整によって温度分布均一性を向上させることも可能であるが、本実施形態のように複数のハロゲンランプＨＬを格子状に交差するように配列している場合には以下のような問題が生じる。

例えば、図７のランプ配列における紙面右上に対向する領域のウェハー温度が低かった場合、上段の紙面上側のハロゲンランプＨＬまたは下段の紙面右側のハロゲンランプＨＬの出力を高めることによって当該領域の温度を上昇させることは可能である。ところが、上段の紙面上側のハロゲンランプＨＬの出力を高めると、紙面左上に対向する領域のウェハー温度も上昇することとなり、また下段の紙面右側のハロゲンランプＨＬの出力を高めると、紙面右下に対向する領域のウェハー温度も上昇することとなる。その結果、調整前とは異なる形態の面内温度分布不均一が生じるのである。

このため、本実施形態の熱処理装置１においては、少なくともハロゲンランプＨＬによる予備加熱の工程において、ガス供給機構１５０が４つの小空間１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄに個別にエアーを供給し、噴出板１４１からエアーを噴出してハロゲンランプＨＬおよび下側チャンバー窓６４を冷却して半導体ウェハーＷの温度調整を行っている。下側チャンバー窓６４は石英にて形成されているため、ハロゲンランプＨＬからの放射光を吸収して昇温し、その昇温した下側チャンバー窓６４からの輻射熱によって半導体ウェハーＷも昇温される。すなわち、保持部７に保持された半導体ウェハーＷは、ハロゲンランプＨＬからの直接の放射光のみならず、下側チャンバー窓６４からの輻射熱によっても温度影響を受ける。

ここで例えば、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの面内において、図７のランプ配列における紙面右上に対向する領域の温度が高かった場合、噴出板１４１の図８紙面右上の領域１４１ｄからのエアー噴出流量を他の領域からのエアー噴出流量よりも多くする。具体的には、流量調整機構１６０が小空間１４２ｄに供給するエアーの流量を他の小空間に供給するエアーの流量よりも多くする。これにより、領域１４１ｄに対向するハロゲンランプＨＬのランプ管壁および下側チャンバー窓６４に吹き付けられるエアーの流量が他の領域に対向するハロゲンランプＨＬおよび下側チャンバー窓６４に吹き付けられるエアー流量よりも多くなる。その結果、領域１４１ｄに対向する下側チャンバー窓６４の温度が他の領域よりも相対的に低くなり、領域１４１ａに対向する半導体ウェハーＷへの輻射熱が弱まり、上記の面内温度分布不均一が解消される。

本実施形態の熱処理装置１においては、噴出板１４１を４分割するとともに、４つの領域１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄから噴出されるエアーの流量も領域毎に個別に調整することができるため、ハロゲンランプＨＬの出力調整では解消できないような上述の如き半導体ウェハーＷの温度分布不均一をも解消することができる。その結果、半導体ウェハーＷの面内温度分布の均一性をより向上することができる。

また、ガス噴出部１４０から噴出されたエアーは通路２５から装置外へと排出される。通路２５は、シャッター板２１を挿脱するための経路およびエアーの排出経路として共用されることとなる。このため、熱処理装置１の高さ方向サイズを小さくすることができるとともに、ハロゲンランプＨＬと保持部７に保持された半導体ウェハーＷとの距離を近づけることができ、予備加熱段階におけるエネルギー効率を高めることができる。

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、噴出板１４１を４つの領域に分割していたが、噴出板１４１の分割数は２以上の任意の数とすることができる。分割した領域毎に小空間を設け、ガス供給機構１５０から供給されるエアーの流量を流量調整機構１６０によって複数の領域ごとに個別に調整することにより、下側チャンバー窓６４に意図的に温度分布を生じさせ、半導体ウェハーＷの温度分布不均一を解消することができる。

例えば、ハロゲン加熱部４に棒状のハロゲンランプＨＬが互いに平行に一段に配列されている場合には、そのランプ配列と対向する矩形形状を有する噴出板１４１を２つの領域に分割するようにしても良い。この場合も噴出板１４１の矩形形状を複数のハロゲンランプＨＬの長手方向と直交する方向の中心線にて２分割して２つの領域とする。このようにすれば、ハロゲンランプＨＬの長手方向に沿って生じた半導体ウェハーＷの温度分布不均一、つまりハロゲンランプＨＬの出力調整では解消できないような半導体ウェハーＷの温度分布不均一をも解消することができる。

また、ガス噴出部１４０から噴出されたエアーは、下側チャンバー窓６４とハロゲンランプＨＬとの間の空間の一方側に形成された通路２５から排出されるため、当該空間には一方向の気流が形成される。このような一方向の気流が発生すると、気流の下流側に接する下側チャンバー窓６４の温度が上流側よりも高くなるような温度勾配が生じる。そこで、噴出板１４１を分割した複数の領域のうち気流の下流側に対向する領域に供給するエアーの流量を上流側に対向する領域に供給するエアーの流量よりも多くするようにしても良い。このようにすれば、下側チャンバー窓６４に生じた温度勾配を解消して半導体ウェハーＷの面内温度分布の均一性をより向上することができる。

また、ガス噴出部１４０からのエアー噴出は少なくともハロゲンランプＨＬによる予備加熱段階（図１０のステップＳ３〜ステップＳ４）にて行うものであれば良く、図１０の他の工程にて行うようにしても良い。例えば、ハロゲンランプＨＬを消灯してシャッター板２１をハロゲン加熱部４とチャンバー６との間に挿入した後もガス噴出部１４０からのエアー噴出を継続するようにしても良い。このようにすれば、ハロゲンランプＨＬの温度がより速く低下するとともに、シャッター板２１の温度上昇を抑制することもできる。なお、シャッター板２１がハロゲン加熱部４とチャンバー６との間に挿入された状態においても、通路２５とシャッター板２１との間には隙間が存在しており、ガス噴出部１４０から噴出されたエアーはその隙間から排出される。

また、上記実施形態においては、ガス噴出部１４０からエアーを噴出していたが、これに代えて他の種類の気体、例えば窒素ガスを噴出するようにしても良い。

また、通路２５の近傍に吸引ポンプ等の排気手段を設け、下側チャンバー窓６４とハロゲンランプＨＬとの間の空間から通路２５を介して気体を強制的に排気するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、熱処理空間６５に供給する処理ガスを窒素ガス（Ｎ₂）としていたが、これに限定されるものではなく、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス、あるいは、酸素（０₂）ガスや清浄エアであっても良い。もっとも、熱処理空間６５にて加熱される半導体ウェハーＷは数百℃から１０００℃以上の高温に昇温されるため、処理ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが好ましく、特にコスト面からは安価な窒素ガスが好ましい。

また、上記実施形態においては、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した時点でハロゲンランプＨＬを点灯したままフラッシュランプＦＬからの閃光照射を行うようにしていたが、フラッシュ加熱のタイミングはこれに限定されるものではない。例えば、ハロゲンランプＨＬによって半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１を超えて昇温した後、ハロゲンランプＨＬを消灯するとともにシャッター板２１を挿入して半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１にまで降温した時点で閃光照射を行うようにしても良い。

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、チャンバー６の上方にフラッシュランプＦＬを配置し、下方にハロゲンランプＨＬを配置していたが、本発明はチャンバーの上下にチャンバー窓を備え半導体ウェハーＷの両面から光照射を行う装置であれば適用することが可能である。例えば、チャンバー６の上下双方にハロゲンランプＨＬを配置した熱処理装置であっても本発明を適用することができる。この場合。チャンバー６の上方にもガス噴出部１４０を設けて上側チャンバー窓６３に意図的に温度分布を生じさせるようにしても良い。

また、上記実施形態においては、半導体ウェハーに光を照射してイオン活性化処理を行うようにしていたが、本発明にかかる熱処理装置による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い。例えば、窒化シリコン膜や多結晶シリコン膜等の種々のシリコン膜が形成されたガラス基板に対して本発明にかかる熱処理装置による処理を行っても良い。一例として、ＣＶＤ法によりガラス基板上に形成した多結晶シリコン膜にシリコンをイオン注入して非晶質化した非晶質シリコン膜を形成し、さらにその上に反射防止膜となる酸化シリコン膜を形成する。この状態で、本発明にかかる熱処理装置により非晶質のシリコン膜の全面に光照射を行い、非晶質のシリコン膜が多結晶化した多結晶シリコン膜を形成することもできる。

また、ガラス基板上に下地酸化シリコン膜、アモルファスシリコンを結晶化したポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜にリンやボロン等の不純物をドーピングした構造のＴＦＴ基板に対して本発明にかかる熱処理装置により光照射を行い、ドーピング工程で打ち込まれた不純物の活性化を行うこともできる。

本発明に係る熱処理装置の構成を示す側断面図である。 チャンバーの側部を拡大した部分断面図である。 熱処理空間への気体供給を示す平面図である。 半導体ウェハーの保持位置から見たチャンバーの平面図である。 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。 噴出板の平面図である。 ガス噴出バッファへのガス供給機構および流量調整機構を模式的に示す図である。 図１の熱処理装置における半導体ウェハーの処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 熱処理装置
２ シャッター機構
３ 制御部
４ ハロゲン加熱部
５ フラッシュ加熱部
６ チャンバー
７ 保持部
１０ 移載機構
２１ シャッター板
２２ スライド駆動機構
４９，７８，７９ プローブ
６１ チャンバー側部
６２ 凹部
６３ 上側チャンバー窓
６４ 下側チャンバー窓
６５ 熱処理空間
６６ 搬送開口部
７０ サセプタ
７５ 均熱リング
１４０ ガス噴出部
１４１ 噴出板
１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄ 領域
１４２ ガス噴出バッファ
１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄ 小空間
１４３ ガス供給管
１４９ 噴出孔
１５０ ガス供給機構
１６０ 流量調整機構
１４８ａ，１４８ｂ 中心線
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. 基板に対して光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
   基板を収容するチャンバーと、
   前記チャンバー内にて基板を水平姿勢に保持する保持手段と、
   前記チャンバーの外部に設けられ、前記保持手段に保持された基板に向けて光を照射して当該基板を加熱する光源と、
   前記チャンバーに設けられ、前記光源から照射された光を前記チャンバー内に透過するチャンバー窓と、
   前記光源を通過して前記チャンバー窓に気体を吹き付ける気体噴出手段と、
   を備え、
   前記気体噴出手段は、
   前記光源を挟んで前記チャンバー窓と対向して配置され、複数の噴出口が設けられた噴出板と、
   前記噴出板を複数の領域に分割したときの前記複数の領域のそれぞれに個別に気体を供給する気体供給手段と、
   前記気体供給手段から供給される気体の流量を前記複数の領域ごとに個別に調整する流量調整手段と、
   を備え、
   前記光源は、格子状に交差して配列された複数の棒状ランプを含み、
   前記噴出板は、格子状に配列された前記複数の棒状ランプと対向する略矩形形状を有し、
   前記複数の領域は、当該略矩形形状を前記複数の棒状ランプの長手方向と直交する方向の中心線にて分割した４つの領域であることを特徴とする熱処理装置。
2. 基板に対して光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
   基板を収容するチャンバーと、
   前記チャンバー内にて基板を水平姿勢に保持する保持手段と、
   前記チャンバーの外部に設けられ、前記保持手段に保持された基板に向けて光を照射して当該基板を加熱する光源と、
   前記チャンバーに設けられ、前記光源から照射された光を前記チャンバー内に透過するチャンバー窓と、
   前記光源を通過して前記チャンバー窓に気体を吹き付ける気体噴出手段と、
   前記チャンバー窓と前記光源との間の空間の一方側に設けられた通路から当該空間に挿脱されるシャッター部材と、
   を備え、
   前記気体噴出手段は、
   前記光源を挟んで前記チャンバー窓と対向して配置され、複数の噴出口が設けられた噴出板と、
   前記噴出板を複数の領域に分割したときの前記複数の領域のそれぞれに個別に気体を供給する気体供給手段と、
   前記気体供給手段から供給される気体の流量を前記複数の領域ごとに個別に調整する流量調整手段と、
   を備え、
   前記流量調整手段は、前記複数の領域のうち前記空間に形成される気流の下流側に対向する領域に供給される気体の流量を上流側に対向する領域に供給される気体の流量よりも多くすることを特徴とする熱処理装置。
3. 請求項１記載の熱処理装置において、
   前記チャンバー窓と前記光源との間の空間の一方側に設けられた通路から当該空間に挿脱されるシャッター部材をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
4. 請求項３記載の熱処理装置において、
   前記流量調整手段は、前記複数の領域のうち前記空間に形成される気流の下流側に対向する領域に供給される気体の流量を上流側に対向する領域に供給される気体の流量よりも多くすることを特徴とする熱処理装置。
5. 基板に対して光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
   基板を収容するチャンバーと、
   前記チャンバー内にて基板を水平姿勢に保持する保持手段と、
   前記チャンバーの外部に設けられ、前記保持手段に保持された基板に向けて光を照射して当該基板を加熱する光源と、
   前記チャンバーに設けられ、前記光源から照射された光を前記チャンバー内に透過するチャンバー窓と、
   前記光源を通過して前記チャンバー窓に気体を吹き付ける気体噴出手段と、
   を備え、
   前記気体噴出手段は、
   前記光源を挟んで前記チャンバー窓と対向して配置され、複数の噴出口が設けられた噴出板と、
   前記噴出板を複数の領域に分割したときの前記複数の領域のそれぞれに個別に気体を供給する気体供給手段と、
   前記気体供給手段から供給される気体の流量を前記複数の領域ごとに個別に調整する流量調整手段と、
   を備え、
   前記光源は、互いに平行に配列された複数の棒状ランプを含み、
   前記噴出板は、前記複数の棒状ランプと対向する略矩形形状を有し、
   前記複数の領域は、当該略矩形形状を前記複数の棒状ランプの長手方向と直交する方向の中心線にて分割した２つの領域であることを特徴とする熱処理装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱処理装置において、
   前記光源は、ハロゲンランプを含み、
   前記チャンバー窓は石英にて形成されることを特徴とする熱処理装置。

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