熱処理方法
【課題】フラッシュ光照射時の基板の割れを防止することができる熱処理方法を提供する。
【解決手段】保持部７の均熱リング７４に支持された半導体ウェハーＷの上面にフラッシュランプから第１のフラッシュ光照射を行うことによって、半導体ウェハーＷを均熱リング７４から跳躍させて浮上させている。そして、半導体ウェハーＷが均熱リング７４から浮上している間に、フラッシュランプから半導体ウェハーＷの上面に第２のフラッシュ光照射を行い、その半導体ウェハーＷの上面の温度を処理温度にまで昇温している。半導体ウェハーＷが浮上して何らの拘束も受けていない状態で第２のフラッシュ光照射が行われるため、半導体ウェハーＷの割れを防止することができる。
【解決手段】保持部７の均熱リング７４に支持された半導体ウェハーＷの上面にフラッシュランプから第１のフラッシュ光照射を行うことによって、半導体ウェハーＷを均熱リング７４から跳躍させて浮上させている。そして、半導体ウェハーＷが均熱リング７４から浮上している間に、フラッシュランプから半導体ウェハーＷの上面に第２のフラッシュ光照射を行い、その半導体ウェハーＷの上面の温度を処理温度にまで昇温している。半導体ウェハーＷが浮上して何らの拘束も受けていない状態で第２のフラッシュ光照射が行われるため、半導体ウェハーＷの割れを防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等の薄板状の精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入は半導体ウェハー内にｐｎ接合を形成するための必須の工程である。現在、不純物導入は、イオン打ち込み法とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）といった不純物の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。この際に、アニール時間が数秒程度以上であると、打ち込まれた不純物が熱によって深く拡散し、その結果接合深さが要求よりも深くなり過ぎて良好なデバイス形成に支障が生じるおそれがある。
【０００３】
そこで、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するアニール技術として、近年フラッシュランプアニール（ＦＬＡ）が注目されている。フラッシュランプアニールは、キセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する）を使用して半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射することにより、不純物が注入された半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間（数ミリ秒以下）に昇温させる熱処理技術である。
【０００４】
キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーにフラッシュ光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハーを急速に昇温することが可能である。また、数ミリ秒以下の極めて短時間のフラッシュ光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。このため、キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、不純物を深く拡散させることなく、不純物活性化のみを実行することができるのである。
【０００５】
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には、半導体ウェハーの表面側にフラッシュランプを配置するとともに裏面側に熱拡散板と加熱プレートを配置し、それらの組み合わせによって所望の熱処理を行うものが開示されている。特許文献１に開示の熱処理装置においては、熱拡散板上に半導体ウェハーを載置し、加熱プレートによって半導体ウェハーをある程度の温度まで予備加熱し、その後フラッシュランプからのフラッシュ光照射によって所望の処理温度にまで昇温している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２８９０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示される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においては、極めて高いエネルギーを有するフラッシュ光を瞬間的に半導体ウェハーの表面に照射するため、一瞬で半導体ウェハーの表面温度が急速に上昇し、ウェハー表面に急激な熱膨張が生じて半導体ウェハーが変形しようとする。しかしながら、半導体ウェハーが載置されている熱拡散板によってそのような変形が妨げられ、半導体ウェハーに拘束応力が作用する結果として高い確率でウェハー割れが生じるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュ光照射時の基板の割れを防止す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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、支持部材にて基板を支持する支持工程と、前記支持部材に支持された基板の上面に第１のフラッシュ光を照射することによって、前記基板を前記支持部材から跳躍させる跳躍工程と、前記基板が跳躍して前記支持部材から浮上している間に、前記基板の上面に第２のフラッシュ光を照射して加熱処理を行う加熱工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記第１のフラッシュ光の強度は前記第２のフラッシュ光の強度よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板が跳躍して支持部材から浮上している間に、当該基板の上面に第２のフラッシュ光を照射して加熱処理を行うため、第２のフラッシュ光によって基板が変形したとしても他の部材との接触が避けられ、基板の割れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】保持部の全体外観を示す斜視図である。
【図３】保持部を上面から見た平面図である。
【図４】保持部を側方から見た側面図である。
【図５】移載機構の平面図である。
【図６】移載機構の側面図である。
【図７】複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。
【図８】フラッシュランプの駆動回路を示す図である。
【図９】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。
【図１０】半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。
【図１１】パルス信号の波形とフラッシュランプに流れる電流との相関の一例を示す図である。
【図１２】半導体ウェハーが均熱リングから跳躍した瞬間を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。本実施形態の熱処理装置１は、基板としてφ３００ｍｍの円板形状の半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光照射を行うことによってその半導体ウェハーＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。熱処理装置１に搬入される前の半導体ウェハーＷには不純物が注入されており、熱処理装置１による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行される。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
チャンバー側部６１および反射リング６８，６９は、強度と耐熱性に優れた金属材料（例えば、ステンレススチール）にて形成されている。また、反射リング６８，６９の内周面は電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。
【００２０】
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。
【００２１】
また、チャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に処理ガス（本実施形態では窒素ガス（Ｎ2））を供給するガス供給孔８１が形設されている。ガス供給孔８１は、凹部６２よりも上側位置に形設されており、反射リング６８に設けられていても良い。ガス供給孔８１はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８２を介してガス供給管８３に連通接続されている。ガス供給管８３は窒素ガス供給源８５に接続されている。また、ガス供給管８３の経路途中にはバルブ８４が介挿されている。バルブ８４が開放されると、窒素ガス供給源８５から緩衝空間８２に窒素ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した窒素ガスは、ガス供給孔８１よりも流体抵抗の小さい緩衝空間８２内を拡がるように流れてガス供給孔８１から熱処理空間６５内へと供給される。
【００２２】
一方、チャンバー６の内壁下部には熱処理空間６５内の気体を排気するガス排気孔８６が形設されている。ガス排気孔８６は、凹部６２よりも下側位置に形設されており、反射リング６９に設けられていても良い。ガス排気孔８６はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８７を介してガス排気管８８に連通接続されている。ガス排気管８８は排気部１９０に接続されている。また、ガス排気管８８の経路途中にはバルブ８９が介挿されている。バルブ８９が開放されると、熱処理空間６５の気体がガス排気孔８６から緩衝空間８７を経てガス排気管８８へと排出される。なお、ガス供給孔８１およびガス排気孔８６は、チャンバー６の周方向に沿って複数設けられていても良いし、スリット状のものであっても良い。また、窒素ガス供給源８５および排気部１９０は、熱処理装置１に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置１が設置される工場のユーティリティであっても良い。
【００２３】
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。
【００２４】
図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。また、図３は保持部７を上面から見た平面図であり、図４は保持部７を側方から見た側面図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２および均熱リング７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２および均熱リング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。
【００２５】
基台リング７１は円環形状の石英部材である。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されることによって、チャンバー６の壁面に支持されることとなる（図１参照）。円環形状を有する基台リング７１の上面に、その周方向に沿って複数の連結部７２（本実施形態では４個）が立設される。連結部７２も石英の部材であり、溶接によって基台リング７１に固着される。なお、基台リング７１の形状は、円環形状から一部が欠落した円弧状であっても良い。
【００２６】
円環形状の均熱リング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。均熱リング７４は石英にて形成された円環形状の板状部材である。均熱リング７４の外径は半導体ウェハーＷの直径（本実施形態では３００ｍｍ）よりも大きく、内径は半導体ウェハーＷの直径よりも小さい。すなわち、均熱リング７４は半導体ウェハーＷの周縁部を支持することができる。
【００２７】
基台リング７１に立設された４個の連結部７２と均熱リング７４の下面とが溶接によって固着される。すなわち、均熱リング７４と基台リング７１とは連結部７２によって固定的に連結されており、保持部７は石英の一体成形部材となる。このような保持部７の基台リング７１がチャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７がチャンバー６に装着される。保持部７がチャンバー６に装着された状態においては、円環形状の均熱リング７４は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。図４に示すように、チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷは、チャンバー６に装着された保持部７の均熱リング７４によってその下面周縁部が支持されて水平姿勢に保持される。円環形状の均熱リング７４に保持された半導体ウェハーＷの周縁部を除く下面は開放されている。
【００２８】
また、チャンバー６に装着された保持部７の近傍には放射温度計１２０および熱電対を使用した接触式温度計１３０が設けられている。図２に示すように、接触式温度計１３０のプローブ先端部は、円環形状の均熱リング７４の円形開口部を通って半導体ウェハーＷの下面に接触する。また、放射温度計１２０は、半導体ウェハーＷの下面から均熱リング７４の円形開口部を通過して放射される放射光（赤外光）を受光し、その放射光の強度から半導体ウェハーＷの温度を測定する。さらに、後述する移載機構１０のリフトピン１２も半導体ウェハーＷの受け渡しのために均熱リング７４の円形開口部を上下方向に通過する。
【００２９】
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によって水平面内で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。
【００３０】
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７４の円形開口部を通過し、リフトピン１２の上端が均熱リング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を均熱リング７４よりも下方に引き下げ、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
図８は、フラッシュランプＦＬの駆動回路を示す図である。同図に示すように、コンデンサ９３と、コイル９４と、フラッシュランプＦＬと、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）９６とが直列に接続されている。また、図８に示すように、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備えるとともに、入力部３３に接続されている。入力部３３としては、キーボード、マウス、タッチパネル等の種々の公知の入力機器を採用することができる。入力部３３からの入力内容に基づいて波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を発生する。
【００３４】
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陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）９２と、該ガラス管９２の外周面上に付設されたトリガー電極９１とを備える。コンデンサ９３には、電源ユニット９５によって所定の電圧が印加され、その印加電圧（充電電圧）に応じた電荷が充電される。また、トリガー電極９１にはトリガー回路９７から高電圧を印加することができる。トリガー回路９７がトリガー電極９１に電圧を印加するタイミングは制御部３によって制御される。
【００３５】
ＩＧＢＴ９６は、ゲート部にＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor）を組み込んだバイポーラトランジスタであり、大電力を取り扱うのに適したスイッチング素子である。ＩＧＢＴ９６のゲートには制御部３のパルス発生器３１からパルス信号が印加される。ＩＧＢＴ９６のゲートに所定値以上の電圧（Highの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオン状態となり、所定値未満の電圧（Lowの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。このようにして、フラッシュランプＦＬを含む駆動回路はＩＧＢＴ９６によってオンオフされる。ＩＧＢＴ９６がオンオフすることによってフラッシュランプＦＬと対応するコンデンサ９３との接続が断続される。
【００３６】
コンデンサ９３が充電された状態でＩＧＢＴ９６がオン状態となってガラス管９２の両端電極に高電圧が印加されたとしても、キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、通常の状態ではガラス管９２内に電気は流れない。しかしながら、トリガー回路９７がトリガー電極９１に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には両端電極間の放電によってガラス管９２内に電流が瞬時に流れ、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。
【００３７】
また、図１のリフレクタ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。
【００３８】
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。
【００３９】
また、図７に示すように、上段、下段ともに保持部７に保持される半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプＨＬの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも周縁部の方がハロゲンランプＨＬの配設ピッチが短い。このため、ハロゲン加熱部４からの光照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
また、図１に示すように、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、ハロゲン加熱部４と保持部７との間の遮光位置にシャッター板２１を挿脱する。スライド駆動機構２２がシャッター板２１を前進させると、チャンバー６とハロゲン加熱部４との間の遮光位置（図１の二点鎖線位置）にシャッター板２１が挿入され、下側チャンバー窓６４と複数のハロゲンランプＨＬとが遮断される。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の保持部７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、チャンバー６とハロゲン加熱部４との間の遮光位置からシャッター板２１が退出して下側チャンバー窓６４の下方が開放される。
【００４３】
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構成される。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。また、図８に示したように、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備える。上述のように、入力部３３からの入力内容に基づいて、波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、それに従ってパルス発生器３１がＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力する。
【００４４】
上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー６の壁体には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ハロゲン加熱部４およびフラッシュ加熱部５は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓６３とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部５および上側チャンバー窓６３を冷却する。
【００４５】
次に、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順について説明する。ここで処理対象となる半導体ウェハーＷはイオン注入法により不純物（イオン）が添加された半導体基板である。その添加された不純物の活性化が熱処理装置１によるフラッシュ光照射加熱処理（アニール）により実行される。以下に説明する熱処理装置１の処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することにより進行する。
【００４６】
図９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。まず、給気のためのバルブ８４が開放されるとともに、排気用のバルブ８９，１９２が開放されてチャンバー６内に対する給排気が開始される（ステップＳ１）。バルブ８４が開放されると、ガス供給孔８１から熱処理空間６５に窒素ガスが供給される。また、バルブ８９が開放されると、ガス排気孔８６からチャンバー６内の気体が排気される。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５の上部から供給された窒素ガスが下方へと流れ、熱処理空間６５の下部から排気される。
【００４７】
また、バルブ１９２が開放されることによって、搬送開口部６６からもチャンバー６内の気体が排気される。さらに、図示省略の排気機構によって移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気も排気される。なお、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの熱処理時には窒素ガスが熱処理空間６５に継続的に供給されており、その供給量は図９の処理ステップに応じて適宜変更される。
【００４８】
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を介して不純物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７４の円形開口部を通って均熱リング７４の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。
【００４９】
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７４に受け渡されて水平姿勢に保持される。半導体ウェハーＷは、不純物注入がなされた表面を上面として均熱リング７４に保持される。また、図４に示すように、半導体ウェハーＷは、その下面周縁部が均熱リング７４によって支持されて水平姿勢に保持される。均熱リング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。
【００５０】
半導体ウェハーＷが保持部７の均熱リング７４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の下面から照射される。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の温度が上昇する。なお、移載機構１０の移載アーム１１は凹部６２の内側に退避しているため、ハロゲンランプＨＬによる加熱の障害となることは無い。
【００５１】
図１０は、半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。半導体ウェハーＷが搬入されて均熱リング７４に保持された後、制御部３が時刻ｔ０に４０本のハロゲンランプＨＬを点灯させてハロゲン光照射によって半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１にまで昇温している。予備加熱温度Ｔ１は３００℃以上８００℃以下であり、本実施形態では７００℃としている。
【００５２】
ハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うときには、半導体ウェハーＷの温度が接触式温度計１３０によって測定されている。すなわち、熱電対を内蔵する接触式温度計１３０が均熱リング７４に保持された半導体ウェハーＷの下面に接触して昇温中のウェハー温度を測定する。測定された半導体ウェハーＷの温度は制御部３に伝達される。制御部３は、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって昇温する半導体ウェハーＷの温度が所定の予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを監視しつつ、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、接触式温度計１３０による測定値に基づいて、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１となるようにハロゲンランプＨＬの出力をフィードバック制御している。なお、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって半導体ウェハーＷを昇温するときには、放射温度計１２０による温度測定は行わない。これは、ハロゲンランプＨＬから照射されるハロゲン光が放射温度計１２０に外乱光として入射し、正確な温度測定ができないためである。
【００５３】
半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した後、制御部３は半導体ウェハーＷをその予備加熱温度Ｔ１に暫時維持する。具体的には、接触式温度計１３０によって測定される半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した時刻ｔ１にて制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を制御して半導体ウェハーＷの温度をほぼ予備加熱温度Ｔ１に維持している。
【００５４】
このようなハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うことによって、半導体ウェハーＷの全体を予備加熱温度Ｔ１に均一に昇温している。ハロゲンランプＨＬによる予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、ハロゲン加熱部４におけるハロゲンランプＨＬの配設密度は、半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっている。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一なものとすることができる。さらに、チャンバー側部６１に装着された反射リング６９の内周面は鏡面とされているため、この反射リング６９の内周面によって半導体ウェハーＷの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一なものとすることができる。
【００５５】
次に、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達して所定時間が経過した時刻ｔ２にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射することによる加熱処理を実行する。なお、半導体ウェハーＷの温度が室温から予備加熱温度Ｔ１に到達するまでの時間（時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間）および予備加熱温度Ｔ１に到達してからフラッシュランプＦＬが発光するまでの時間（時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間）はいずれも数秒程度である。フラッシュランプＦＬがフラッシュ光照射を行うに際しては、予め電源ユニット９５によってコンデンサ９３に電荷を蓄積しておく。そして、コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にて、制御部３のパルス発生器３１からＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力してＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動する。本実施形態においては、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動によってコンデンサ９３とフラッシュランプＦＬとの接続を断続することにより、フラッシュランプＦＬを２回発光、つまり２回のフラッシュ光照射を行っている。
【００５６】
図１１は、パルス信号の波形とフラッシュランプＦＬに流れる電流との相関の一例を示す図である。図１１（ａ）はパルス発生器３１から出力されるパルス信号の波形を示し、図１１（ｂ）はフラッシュランプＦＬを含む図８の回路に流れる電流の波形を示す。ここでは、図１１（ａ）に示すような矩形波のパルス信号がパルス発生器３１から出力される。パルス信号の波形は、パルス幅の時間（オン時間）とパルス間隔の時間（オフ時間）とをパラメータとして順次設定したレシピを入力部３３から入力することによって規定することができる。このようなレシピをオペレータが入力部３３から制御部３に入力すると、それに従って制御部３の波形設定部３２は図１１（ａ）に示すようなオンオフを繰り返すパルス波形を設定する。図１１（ａ）に示すパルス波形においては、前段に第１のフラッシュ光照射に対応する比較的パルス幅の短いパルスＰＡが設定され、後段に第２のフラッシュ光照射に対応する比較的パルス幅の長いパルスＰＢが設定されている。そして、波形設定部３２によって設定されたパルス波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を出力する。その結果、ＩＧＢＴ９６のゲートには図１１（ａ）のような波形のパルス信号が印加され、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動が制御されることとなる。具体的には、ＩＧＢＴ９６のゲートに入力されるパルス信号がオンのときにはＩＧＢＴ９６がオン状態となり、パルス信号がオフのときにはＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。
【００５７】
また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになる毎にオンになるタイミングと同期して制御部３がトリガー回路９７を制御してトリガー電極９１に高電圧（トリガー電圧）を印加する。コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にてＩＧＢＴ９６のゲートに第１のパルスＰＡが入力され、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されると、フラッシュランプＦＬのガラス管９２内の両端電極間で電流が流れ始め、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て第１のフラッシュ光照射が行われる（ステップＳ４）。そして、第１のパルスＰＡがオフになると、フラッシュランプＦＬのガラス管９２内に流れる電流値が減少し、一旦フラッシュランプＦＬが完全に消灯する。
【００５８】
次に、ＩＧＢＴ９６のゲートに第２のパルスＰＢが入力され、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されると、ガラス管９２内の両端電極間で再び電流が流れ始め、フラッシュランプＦＬから第２のフラッシュ光照射が行われる（ステップＳ６）。そして、第２のパルスＰＢがオフになると、ガラス管９２内に流れる電流値が減少してフラッシュランプＦＬが再び消灯する。このようにして、フラッシュランプＦＬには図１１（ｂ）に示すような波形の電流が流れ、フラッシュランプＦＬは２回発光する。なお、各パルスに対応する個々の電流波形はコイル９４の定数によって規定される。
【００５９】
フラッシュランプＦＬの発光出力は、フラッシュランプＦＬに流れる電流の１．５乗にほぼ比例する。従って、フラッシュランプＦＬの発光出力の出力波形（プロファイル）は図１１（ｂ）に示した電流波形と同じようなパターンとなる。図１１（ｂ）に示すのと同様のフラッシュランプＦＬからの出力波形にて、保持部７の均熱リング７４に保持された半導体ウェハーＷの上面に２回のフラッシュ光照射が行われる。本実施形態においては、第１のパルスＰＡよりも第２のパルスＰＢの方がパルス幅が長く、フラッシュランプＦＬに長時間電流が流れることとなるため、第１のフラッシュ光照射における発光出力よりも第２のフラッシュ光照射の発光出力の方が大きくなる。
【００６０】
図９のステップＳ４において、ＩＧＢＴ９６のゲートに第１のパルスＰＡが入力され、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されると、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの上面に第１のフラッシュ光照射が行われる。この第１のフラッシュ光照射によって、半導体ウェハーＷの上面温度は瞬間的に上昇する一方、その瞬間の下面温度は予備加熱温度Ｔ１からさほどには上昇しない。すなわち、半導体ウェハーＷの上面と下面とに瞬間的に温度差が発生するのである。その結果、半導体ウェハーＷの上面のみに急激な熱膨張が生じ、下面はほとんど熱膨張しないために、半導体ウェハーＷが上面を凸面とするように瞬間的に反る。このような上面を凸面とする瞬間的な反りが発生することによって、半導体ウェハーＷの下面周縁部が均熱リング７４を蹴ることとなり、その結果図１２に示すように、半導体ウェハーＷが均熱リング７４から跳躍して浮上する（ステップＳ５）。
【００６１】
そして、半導体ウェハーＷが均熱リング７４から浮上している間に、ＩＧＢＴ９６のゲートに第２のパルスＰＢが入力され、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加され、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの上面に第２のフラッシュ光照射が行われるのである（ステップＳ６）。この第２のフラッシュ光照射により半導体ウェハーＷの表面温度は瞬間的に１０００℃以上の処理温度Ｔ２（本実施形態では約１２００℃）にまで上昇する。このように半導体ウェハーＷの表面温度を瞬間的に１０００℃以上に昇温することによって、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、図１０の時刻スケールは秒である一方、第１のフラッシュ光照射と第２のフラッシュ光照射との間隔はミリ秒単位のものであるため、図１０では２回のフラッシュ光照射はいずれも時刻ｔ２に実行されるものとみなすことができる。
【００６２】
フラッシュランプＦＬによる２回のフラッシュ光照射が終了すると、ＩＧＢＴ９６がオフ状態となってフラッシュランプＦＬの発光が停止し、半導体ウェハーＷの表面温度は処理温度Ｔ２から急速に降温する。図９，１０に戻り、２回のフラッシュ光照射が終了した後、所定時間が経過した時刻ｔ３にハロゲンランプＨＬが消灯する（ステップＳ７）。これにより、半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１からの降温を開始する。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との間の遮光位置に挿入する（ステップＳ８）。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。
【００６３】
また、シャッター板２１が遮光位置に挿入された時点で放射温度計１２０による温度測定を開始する。すなわち、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの下面から均熱リング７４の円形開口部を介して放射された赤外光の強度を放射温度計１２０が測定して降温中の半導体ウェハーＷの温度を測定する。測定された半導体ウェハーＷの温度は制御部３に伝達される。
【００６４】
消灯直後の高温のハロゲンランプＨＬからは多少の放射光が放射され続けるのであるが、放射温度計１２０はシャッター板２１が遮光位置に挿入されているときに半導体ウェハーＷの温度測定を行うため、ハロゲンランプＨＬからチャンバー６内の熱処理空間６５へと向かう放射光は遮光される。従って、放射温度計１２０は外乱光の影響を受けることなく、均熱リング７４に保持された半導体ウェハーＷの温度を正確に測定することができる。
【００６５】
制御部３は、放射温度計１２０によって測定される半導体ウェハーＷの温度が所定温度まで降温したか否かを監視する。そして、半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２が均熱リング７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷを均熱リング７４から受け取る。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、リフトピン１２上に載置された半導体ウェハーＷが装置外部の搬送ロボットにより搬出され（ステップＳ９）、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。
【００６６】
本実施形態においては、保持部７の均熱リング７４に支持された半導体ウェハーＷの上面にフラッシュランプＦＬから第１のフラッシュ光照射を行うことによって、半導体ウェハーＷを均熱リング７４から跳躍させて熱処理空間６５中に浮上させている。そして、半導体ウェハーＷが均熱リング７４から浮上している間に、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの上面に第２のフラッシュ光照射を行い、その半導体ウェハーＷの上面の温度を処理温度Ｔ２にまで昇温している。
【００６７】
第１のフラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷが浮上して均熱リング７４から離隔している間は、半導体ウェハーＷはいかなる拘束をも受けていないために自由に変形することができる。従って、第２のフラッシュ光照射が行われたときにも、半導体ウェハーＷの上下面に生じた温度差によって上面のみが急激に熱膨張して上面を凸面とするような反りが生じるのであるが、そのときに半導体ウェハーＷには拘束応力は全く作用しない。このため、第２のフラッシュ光照射が行われたときに半導体ウェハーＷが変形を拘束されることに起因したウェハー割れを防止することができる。また、半導体ウェハーＷが均熱リング７４から浮上している間に第２のフラッシュ光照射を行うと、瞬間的に変形した半導体ウェハーＷが均熱リング７４と衝突することが回避され、それに起因した割れも防止することができる。さらに、半導体ウェハーＷが均熱リング７４から浮上している間にいかに変形したとしても、その浮上位置からさらに跳躍することは無いため、半導体ウェハーＷが上側チャンバー窓６３と衝突することによる割れも防止することができる。また、半導体ウェハーＷが均熱リング７４と衝突することによる均熱リング７４の損傷をも防止することができる。
【００６８】
第１のフラッシュ光照射の目的は、第２のフラッシュ光照射時に変形する半導体ウェハーＷが均熱リング７４に接触しない程度に半導体ウェハーＷを浮上させることである。また、第１のフラッシュ光照射時に、過度に大きく半導体ウェハーＷが均熱リング７４から跳躍すると、半導体ウェハーＷが上側チャンバー窓６３と衝突するおそれが生じる。このため、第１のフラッシュ光照射時におけるフラッシュ光の強度は、跳躍した半導体ウェハーＷが上側チャンバー窓６３と接触しない程度、かつ、第２のフラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが均熱リング７４に接触しない程度のものとする。
【００６９】
一方、第２のフラッシュ光照射の目的は、半導体ウェハーＷの表面を目標とする処理温度Ｔ２にまで昇温することである。このため、第２のフラッシュ光照射時におけるフラッシュ光の強度は、半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２に昇温できる程度のものとする。
【００７０】
第１のフラッシュ光照射を行うことなく、半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２に昇温するための第２のフラッシュ光照射を実行すると、半導体ウェハーＷが瞬間的に大きく変形し、その変形時に均熱リング７４から受ける応力によって割れが生じたり、或いは半導体ウェハーＷが均熱リング７４から大きく跳躍することによって上側チャンバー窓６３と衝突して割れるおそれがある。本実施形態においては、まず第１のフラッシュ光照射を行うことによって半導体ウェハーＷを均熱リング７４から小さく跳躍させ、次いで半導体ウェハーＷが浮上している間に第２のフラッシュ光照射を行うことによって半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２にまで昇温しているのである。このような２回のフラッシュ光照射により、第２のフラッシュ光照射のみのときと比較して半導体ウェハーＷの全体跳躍量は小さくなり、半導体ウェハーＷが上側チャンバー窓６３と衝突するおそれも無くなってウェハー割れを防止することができる。また、半導体ウェハーＷと均熱リング７４との間に生じる応力も第２のフラッシュ光照射のみのときと比較して小さくなり、均熱リング７４の損傷および半導体ウェハーＷの割れを防止することができる。
【００７１】
第１のフラッシュ光照射による半導体ウェハーＷの跳躍量は第２のフラッシュ光照射のみのときよりも小さくしなければならないため、第１のフラッシュ光照射におけるフラッシュ光の強度は第２のフラッシュ光照射時おけるフラッシュ光の強度よりも小さい。なお、フラッシュ光の強度はパルスＰＡ，ＰＢのパルス幅を調整することによって制御することができる。
【００７２】
また、第１のフラッシュ光照射と第２のフラッシュ光照射との間隔は、第１のフラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷが均熱リング７４から浮上している間に第２のフラッシュ光照射が実行されるように設定される。具体的には、第１のフラッシュ光照射と第２のフラッシュ光照射との間隔は、１ミリ秒から５００ミリ秒の間に設定される。
【００７３】
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、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになる毎にそのタイミングと同期してトリガー電極９１に高電圧を印加するようにしていたが、これに限定されるものではなく、最初にパルス信号がオンになるときのみトリガー電極９１に高電圧を印加するようにしても良い。このようにする場合、フラッシュ光照射の間に小刻みにＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動させて小さなフラッシュを繰り返し発生させることにより、フラッシュランプＦＬに弱い電流を流し続けるようにしておいた方が、次のフラッシュ光照射時にフラッシュランプＦＬを確実に発光させることができる。もっとも、フラッシュ光照射の間隔（第１のフラッシュ光照射と第２のフラッシュ光照射との間隔）が１５ミリ秒以内程度であれば、微弱電流を流し続けなくても次にＩＧＢＴ９６がオン状態となってコンデンサ９３とフラッシュランプＦＬとを接続するだけでフラッシュランプＦＬを再発光させることが可能な場合もある。
【００７４】
また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになる毎にトリガー電極９１に高電圧を印加する場合には、フラッシュランプＦＬの放電を確実なものとすべくパルス信号がオンになってから所定時間後にトリガー電圧を印加するようにしても良い。このようにした場合、フラッシュランプＦＬの照射時間は、トリガー電極９１に高電圧が印加されてからパルス信号がオフとなるまでの時間となり、上記実施形態（照射時間＝パルス幅の時間）とは異なる。また、フラッシュランプＦＬの照射間隔（非照射時間）はパルス信号がオフとなってから次のパルスに対応するトリガー電圧が印加されるまでの時間となる。
【００７５】
また、均熱リング７４の材質は石英に限定されるものではなく、炭化ケイ素（ＳｉＣ）または窒化ホウ素（ＢＮ）であっても良い。さらに、上記実施形態においては、円環形状の均熱リング７４によって半導体ウェハーＷを保持するようにしていたが、これに代えて、平板状のプレート部材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。そのプレート部材はハロゲンランプＨＬからのハロゲン光を透過する材質、例えば石英にて形成するのが好ましい。
【００７６】
また、上記実施形態においては、第１のフラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷを均熱リング７４から跳躍させ、半導体ウェハーＷが均熱リング７４から浮上している間に第２のフラッシュ光照射を行うようにしていたが、第２のフラッシュ光照射時に必ずしも半導体ウェハーＷの全体が均熱リング７４から完全に浮上していなくても良い。半導体ウェハーＷの少なくとも一部が均熱リング７４から浮上していれば、第２のフラッシュ光照射を行ったときに、半導体ウェハーＷが大きく跳躍して上側チャンバー窓６３と衝突することは避けられる。すなわち、本明細書における「浮上」は、半導体ウェハーＷの少なくとも一部が均熱リング７４から浮上している概念を含む。
【００７７】
また、パルス信号の波形の設定は、入力部３３から逐一パルス幅等のパラメータを入力することに限定されるものではなく、例えば、オペレータが入力部３３から波形を直接グラフィカルに入力するようにしても良いし、以前に設定されて磁気ディスク等の記憶部に記憶されていた波形を読み出すようにしても良いし、或いは熱処理装置１の外部からダウンロードするようにしても良い。
【００７８】
また、上記各実施形態においては、スイッチング素子としてＩＧＢＴ９６を用いていたが、これに代えてゲートに入力された信号レベルに応じて回路をオンオフできる他のトランジスタを用いるようにしても良い。もっとも、フラッシュランプＦＬの発光には相当に大きな電力が消費されるため、大電力の取り扱いに適したＩＧＢＴやＧＴＯ(Gate Turn Off)サイリスタをスイッチング素子として採用するのが好ましい。
【００７９】
また、上記各実施形態においては、フラッシュ加熱部５に３０本のフラッシュランプＦＬを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプＦＬの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲン加熱部４に備えるハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。
【００８０】
また、上記各実施形態においては、ハロゲンランプＨＬからのハロゲン光照射によって半導体ウェハーＷを予備加熱するようにしていたが、予備加熱の手法はこれに限定されるものではなく、ホットプレートに載置することによって半導体ウェハーＷを予備加熱するようにしても良い。
【００８１】
また、本発明に係る熱処理装置によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。また、本発明に係る技術は、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化に適用するようにしても良い。
【符号の説明】
【００８２】
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
３１ パルス発生器
３２ 波形設定部
３３ 入力部
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
７４ 均熱リング
９１ トリガー電極
９２ ガラス管
９３ コンデンサ
９４ コイル
９６ ＩＧＢＴ
９７ トリガー回路
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等の薄板状の精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入は半導体ウェハー内にｐｎ接合を形成するための必須の工程である。現在、不純物導入は、イオン打ち込み法とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）といった不純物の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。この際に、アニール時間が数秒程度以上であると、打ち込まれた不純物が熱によって深く拡散し、その結果接合深さが要求よりも深くなり過ぎて良好なデバイス形成に支障が生じるおそれがある。
【０００３】
そこで、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するアニール技術として、近年フラッシュランプアニール（ＦＬＡ）が注目されている。フラッシュランプアニールは、キセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する）を使用して半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射することにより、不純物が注入された半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間（数ミリ秒以下）に昇温させる熱処理技術である。
【０００４】
キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーにフラッシュ光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハーを急速に昇温することが可能である。また、数ミリ秒以下の極めて短時間のフラッシュ光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。このため、キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、不純物を深く拡散させることなく、不純物活性化のみを実行することができるのである。
【０００５】
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には、半導体ウェハーの表面側にフラッシュランプを配置するとともに裏面側に熱拡散板と加熱プレートを配置し、それらの組み合わせによって所望の熱処理を行うものが開示されている。特許文献１に開示の熱処理装置においては、熱拡散板上に半導体ウェハーを載置し、加熱プレートによって半導体ウェハーをある程度の温度まで予備加熱し、その後フラッシュランプからのフラッシュ光照射によって所望の処理温度にまで昇温している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２８９０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示される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においては、極めて高いエネルギーを有するフラッシュ光を瞬間的に半導体ウェハーの表面に照射するため、一瞬で半導体ウェハーの表面温度が急速に上昇し、ウェハー表面に急激な熱膨張が生じて半導体ウェハーが変形しようとする。しかしながら、半導体ウェハーが載置されている熱拡散板によってそのような変形が妨げられ、半導体ウェハーに拘束応力が作用する結果として高い確率でウェハー割れが生じるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュ光照射時の基板の割れを防止す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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、支持部材にて基板を支持する支持工程と、前記支持部材に支持された基板の上面に第１のフラッシュ光を照射することによって、前記基板を前記支持部材から跳躍させる跳躍工程と、前記基板が跳躍して前記支持部材から浮上している間に、前記基板の上面に第２のフラッシュ光を照射して加熱処理を行う加熱工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記第１のフラッシュ光の強度は前記第２のフラッシュ光の強度よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板が跳躍して支持部材から浮上している間に、当該基板の上面に第２のフラッシュ光を照射して加熱処理を行うため、第２のフラッシュ光によって基板が変形したとしても他の部材との接触が避けられ、基板の割れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】保持部の全体外観を示す斜視図である。
【図３】保持部を上面から見た平面図である。
【図４】保持部を側方から見た側面図である。
【図５】移載機構の平面図である。
【図６】移載機構の側面図である。
【図７】複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。
【図８】フラッシュランプの駆動回路を示す図である。
【図９】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。
【図１０】半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。
【図１１】パルス信号の波形とフラッシュランプに流れる電流との相関の一例を示す図である。
【図１２】半導体ウェハーが均熱リングから跳躍した瞬間を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。本実施形態の熱処理装置１は、基板としてφ３００ｍｍの円板形状の半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光照射を行うことによってその半導体ウェハーＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。熱処理装置１に搬入される前の半導体ウェハーＷには不純物が注入されており、熱処理装置１による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行される。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
チャンバー側部６１および反射リング６８，６９は、強度と耐熱性に優れた金属材料（例えば、ステンレススチール）にて形成されている。また、反射リング６８，６９の内周面は電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。
【００２０】
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。
【００２１】
また、チャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に処理ガス（本実施形態では窒素ガス（Ｎ2））を供給するガス供給孔８１が形設されている。ガス供給孔８１は、凹部６２よりも上側位置に形設されており、反射リング６８に設けられていても良い。ガス供給孔８１はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８２を介してガス供給管８３に連通接続されている。ガス供給管８３は窒素ガス供給源８５に接続されている。また、ガス供給管８３の経路途中にはバルブ８４が介挿されている。バルブ８４が開放されると、窒素ガス供給源８５から緩衝空間８２に窒素ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した窒素ガスは、ガス供給孔８１よりも流体抵抗の小さい緩衝空間８２内を拡がるように流れてガス供給孔８１から熱処理空間６５内へと供給される。
【００２２】
一方、チャンバー６の内壁下部には熱処理空間６５内の気体を排気するガス排気孔８６が形設されている。ガス排気孔８６は、凹部６２よりも下側位置に形設されており、反射リング６９に設けられていても良い。ガス排気孔８６はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８７を介してガス排気管８８に連通接続されている。ガス排気管８８は排気部１９０に接続されている。また、ガス排気管８８の経路途中にはバルブ８９が介挿されている。バルブ８９が開放されると、熱処理空間６５の気体がガス排気孔８６から緩衝空間８７を経てガス排気管８８へと排出される。なお、ガス供給孔８１およびガス排気孔８６は、チャンバー６の周方向に沿って複数設けられていても良いし、スリット状のものであっても良い。また、窒素ガス供給源８５および排気部１９０は、熱処理装置１に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置１が設置される工場のユーティリティであっても良い。
【００２３】
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。
【００２４】
図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。また、図３は保持部７を上面から見た平面図であり、図４は保持部７を側方から見た側面図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２および均熱リング７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２および均熱リング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。
【００２５】
基台リング７１は円環形状の石英部材である。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されることによって、チャンバー６の壁面に支持されることとなる（図１参照）。円環形状を有する基台リング７１の上面に、その周方向に沿って複数の連結部７２（本実施形態では４個）が立設される。連結部７２も石英の部材であり、溶接によって基台リング７１に固着される。なお、基台リング７１の形状は、円環形状から一部が欠落した円弧状であっても良い。
【００２６】
円環形状の均熱リング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。均熱リング７４は石英にて形成された円環形状の板状部材である。均熱リング７４の外径は半導体ウェハーＷの直径（本実施形態では３００ｍｍ）よりも大きく、内径は半導体ウェハーＷの直径よりも小さい。すなわち、均熱リング７４は半導体ウェハーＷの周縁部を支持することができる。
【００２７】
基台リング７１に立設された４個の連結部７２と均熱リング７４の下面とが溶接によって固着される。すなわち、均熱リング７４と基台リング７１とは連結部７２によって固定的に連結されており、保持部７は石英の一体成形部材となる。このような保持部７の基台リング７１がチャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７がチャンバー６に装着される。保持部７がチャンバー６に装着された状態においては、円環形状の均熱リング７４は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。図４に示すように、チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷは、チャンバー６に装着された保持部７の均熱リング７４によってその下面周縁部が支持されて水平姿勢に保持される。円環形状の均熱リング７４に保持された半導体ウェハーＷの周縁部を除く下面は開放されている。
【００２８】
また、チャンバー６に装着された保持部７の近傍には放射温度計１２０および熱電対を使用した接触式温度計１３０が設けられている。図２に示すように、接触式温度計１３０のプローブ先端部は、円環形状の均熱リング７４の円形開口部を通って半導体ウェハーＷの下面に接触する。また、放射温度計１２０は、半導体ウェハーＷの下面から均熱リング７４の円形開口部を通過して放射される放射光（赤外光）を受光し、その放射光の強度から半導体ウェハーＷの温度を測定する。さらに、後述する移載機構１０のリフトピン１２も半導体ウェハーＷの受け渡しのために均熱リング７４の円形開口部を上下方向に通過する。
【００２９】
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によって水平面内で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。
【００３０】
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７４の円形開口部を通過し、リフトピン１２の上端が均熱リング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を均熱リング７４よりも下方に引き下げ、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
図８は、フラッシュランプＦＬの駆動回路を示す図である。同図に示すように、コンデンサ９３と、コイル９４と、フラッシュランプＦＬと、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）９６とが直列に接続されている。また、図８に示すように、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備えるとともに、入力部３３に接続されている。入力部３３としては、キーボード、マウス、タッチパネル等の種々の公知の入力機器を採用することができる。入力部３３からの入力内容に基づいて波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を発生する。
【００３４】
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陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）９２と、該ガラス管９２の外周面上に付設されたトリガー電極９１とを備える。コンデンサ９３には、電源ユニット９５によって所定の電圧が印加され、その印加電圧（充電電圧）に応じた電荷が充電される。また、トリガー電極９１にはトリガー回路９７から高電圧を印加することができる。トリガー回路９７がトリガー電極９１に電圧を印加するタイミングは制御部３によって制御される。
【００３５】
ＩＧＢＴ９６は、ゲート部にＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor）を組み込んだバイポーラトランジスタであり、大電力を取り扱うのに適したスイッチング素子である。ＩＧＢＴ９６のゲートには制御部３のパルス発生器３１からパルス信号が印加される。ＩＧＢＴ９６のゲートに所定値以上の電圧（Highの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオン状態となり、所定値未満の電圧（Lowの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。このようにして、フラッシュランプＦＬを含む駆動回路はＩＧＢＴ９６によってオンオフされる。ＩＧＢＴ９６がオンオフすることによってフラッシュランプＦＬと対応するコンデンサ９３との接続が断続される。
【００３６】
コンデンサ９３が充電された状態でＩＧＢＴ９６がオン状態となってガラス管９２の両端電極に高電圧が印加されたとしても、キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、通常の状態ではガラス管９２内に電気は流れない。しかしながら、トリガー回路９７がトリガー電極９１に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には両端電極間の放電によってガラス管９２内に電流が瞬時に流れ、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。
【００３７】
また、図１のリフレクタ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。
【００３８】
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。
【００３９】
また、図７に示すように、上段、下段ともに保持部７に保持される半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプＨＬの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも周縁部の方がハロゲンランプＨＬの配設ピッチが短い。このため、ハロゲン加熱部４からの光照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
また、図１に示すように、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、ハロゲン加熱部４と保持部７との間の遮光位置にシャッター板２１を挿脱する。スライド駆動機構２２がシャッター板２１を前進させると、チャンバー６とハロゲン加熱部４との間の遮光位置（図１の二点鎖線位置）にシャッター板２１が挿入され、下側チャンバー窓６４と複数のハロゲンランプＨＬとが遮断される。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の保持部７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、チャンバー６とハロゲン加熱部４との間の遮光位置からシャッター板２１が退出して下側チャンバー窓６４の下方が開放される。
【００４３】
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構成される。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。また、図８に示したように、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備える。上述のように、入力部３３からの入力内容に基づいて、波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、それに従ってパルス発生器３１がＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力する。
【００４４】
上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー６の壁体には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ハロゲン加熱部４およびフラッシュ加熱部５は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓６３とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部５および上側チャンバー窓６３を冷却する。
【００４５】
次に、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順について説明する。ここで処理対象となる半導体ウェハーＷはイオン注入法により不純物（イオン）が添加された半導体基板である。その添加された不純物の活性化が熱処理装置１によるフラッシュ光照射加熱処理（アニール）により実行される。以下に説明する熱処理装置１の処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することにより進行する。
【００４６】
図９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。まず、給気のためのバルブ８４が開放されるとともに、排気用のバルブ８９，１９２が開放されてチャンバー６内に対する給排気が開始される（ステップＳ１）。バルブ８４が開放されると、ガス供給孔８１から熱処理空間６５に窒素ガスが供給される。また、バルブ８９が開放されると、ガス排気孔８６からチャンバー６内の気体が排気される。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５の上部から供給された窒素ガスが下方へと流れ、熱処理空間６５の下部から排気される。
【００４７】
また、バルブ１９２が開放されることによって、搬送開口部６６からもチャンバー６内の気体が排気される。さらに、図示省略の排気機構によって移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気も排気される。なお、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの熱処理時には窒素ガスが熱処理空間６５に継続的に供給されており、その供給量は図９の処理ステップに応じて適宜変更される。
【００４８】
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を介して不純物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７４の円形開口部を通って均熱リング７４の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。
【００４９】
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７４に受け渡されて水平姿勢に保持される。半導体ウェハーＷは、不純物注入がなされた表面を上面として均熱リング７４に保持される。また、図４に示すように、半導体ウェハーＷは、その下面周縁部が均熱リング７４によって支持されて水平姿勢に保持される。均熱リング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。
【００５０】
半導体ウェハーＷが保持部７の均熱リング７４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の下面から照射される。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の温度が上昇する。なお、移載機構１０の移載アーム１１は凹部６２の内側に退避しているため、ハロゲンランプＨＬによる加熱の障害となることは無い。
【００５１】
図１０は、半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。半導体ウェハーＷが搬入されて均熱リング７４に保持された後、制御部３が時刻ｔ０に４０本のハロゲンランプＨＬを点灯させてハロゲン光照射によって半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１にまで昇温している。予備加熱温度Ｔ１は３００℃以上８００℃以下であり、本実施形態では７００℃としている。
【００５２】
ハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うときには、半導体ウェハーＷの温度が接触式温度計１３０によって測定されている。すなわち、熱電対を内蔵する接触式温度計１３０が均熱リング７４に保持された半導体ウェハーＷの下面に接触して昇温中のウェハー温度を測定する。測定された半導体ウェハーＷの温度は制御部３に伝達される。制御部３は、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって昇温する半導体ウェハーＷの温度が所定の予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを監視しつつ、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、接触式温度計１３０による測定値に基づいて、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１となるようにハロゲンランプＨＬの出力をフィードバック制御している。なお、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって半導体ウェハーＷを昇温するときには、放射温度計１２０による温度測定は行わない。これは、ハロゲンランプＨＬから照射されるハロゲン光が放射温度計１２０に外乱光として入射し、正確な温度測定ができないためである。
【００５３】
半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した後、制御部３は半導体ウェハーＷをその予備加熱温度Ｔ１に暫時維持する。具体的には、接触式温度計１３０によって測定される半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した時刻ｔ１にて制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を制御して半導体ウェハーＷの温度をほぼ予備加熱温度Ｔ１に維持している。
【００５４】
このようなハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うことによって、半導体ウェハーＷの全体を予備加熱温度Ｔ１に均一に昇温している。ハロゲンランプＨＬによる予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、ハロゲン加熱部４におけるハロゲンランプＨＬの配設密度は、半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっている。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一なものとすることができる。さらに、チャンバー側部６１に装着された反射リング６９の内周面は鏡面とされているため、この反射リング６９の内周面によって半導体ウェハーＷの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一なものとすることができる。
【００５５】
次に、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達して所定時間が経過した時刻ｔ２にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射することによる加熱処理を実行する。なお、半導体ウェハーＷの温度が室温から予備加熱温度Ｔ１に到達するまでの時間（時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間）および予備加熱温度Ｔ１に到達してからフラッシュランプＦＬが発光するまでの時間（時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間）はいずれも数秒程度である。フラッシュランプＦＬがフラッシュ光照射を行うに際しては、予め電源ユニット９５によってコンデンサ９３に電荷を蓄積しておく。そして、コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にて、制御部３のパルス発生器３１からＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力してＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動する。本実施形態においては、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動によってコンデンサ９３とフラッシュランプＦＬとの接続を断続することにより、フラッシュランプＦＬを２回発光、つまり２回のフラッシュ光照射を行っている。
【００５６】
図１１は、パルス信号の波形とフラッシュランプＦＬに流れる電流との相関の一例を示す図である。図１１（ａ）はパルス発生器３１から出力されるパルス信号の波形を示し、図１１（ｂ）はフラッシュランプＦＬを含む図８の回路に流れる電流の波形を示す。ここでは、図１１（ａ）に示すような矩形波のパルス信号がパルス発生器３１から出力される。パルス信号の波形は、パルス幅の時間（オン時間）とパルス間隔の時間（オフ時間）とをパラメータとして順次設定したレシピを入力部３３から入力することによって規定することができる。このようなレシピをオペレータが入力部３３から制御部３に入力すると、それに従って制御部３の波形設定部３２は図１１（ａ）に示すようなオンオフを繰り返すパルス波形を設定する。図１１（ａ）に示すパルス波形においては、前段に第１のフラッシュ光照射に対応する比較的パルス幅の短いパルスＰＡが設定され、後段に第２のフラッシュ光照射に対応する比較的パルス幅の長いパルスＰＢが設定されている。そして、波形設定部３２によって設定されたパルス波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を出力する。その結果、ＩＧＢＴ９６のゲートには図１１（ａ）のような波形のパルス信号が印加され、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動が制御されることとなる。具体的には、ＩＧＢＴ９６のゲートに入力されるパルス信号がオンのときにはＩＧＢＴ９６がオン状態となり、パルス信号がオフのときにはＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。
【００５７】
また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになる毎にオンになるタイミングと同期して制御部３がトリガー回路９７を制御してトリガー電極９１に高電圧（トリガー電圧）を印加する。コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にてＩＧＢＴ９６のゲートに第１のパルスＰＡが入力され、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されると、フラッシュランプＦＬのガラス管９２内の両端電極間で電流が流れ始め、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て第１のフラッシュ光照射が行われる（ステップＳ４）。そして、第１のパルスＰＡがオフになると、フラッシュランプＦＬのガラス管９２内に流れる電流値が減少し、一旦フラッシュランプＦＬが完全に消灯する。
【００５８】
次に、ＩＧＢＴ９６のゲートに第２のパルスＰＢが入力され、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されると、ガラス管９２内の両端電極間で再び電流が流れ始め、フラッシュランプＦＬから第２のフラッシュ光照射が行われる（ステップＳ６）。そして、第２のパルスＰＢがオフになると、ガラス管９２内に流れる電流値が減少してフラッシュランプＦＬが再び消灯する。このようにして、フラッシュランプＦＬには図１１（ｂ）に示すような波形の電流が流れ、フラッシュランプＦＬは２回発光する。なお、各パルスに対応する個々の電流波形はコイル９４の定数によって規定される。
【００５９】
フラッシュランプＦＬの発光出力は、フラッシュランプＦＬに流れる電流の１．５乗にほぼ比例する。従って、フラッシュランプＦＬの発光出力の出力波形（プロファイル）は図１１（ｂ）に示した電流波形と同じようなパターンとなる。図１１（ｂ）に示すのと同様のフラッシュランプＦＬからの出力波形にて、保持部７の均熱リング７４に保持された半導体ウェハーＷの上面に２回のフラッシュ光照射が行われる。本実施形態においては、第１のパルスＰＡよりも第２のパルスＰＢの方がパルス幅が長く、フラッシュランプＦＬに長時間電流が流れることとなるため、第１のフラッシュ光照射における発光出力よりも第２のフラッシュ光照射の発光出力の方が大きくなる。
【００６０】
図９のステップＳ４において、ＩＧＢＴ９６のゲートに第１のパルスＰＡが入力され、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されると、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの上面に第１のフラッシュ光照射が行われる。この第１のフラッシュ光照射によって、半導体ウェハーＷの上面温度は瞬間的に上昇する一方、その瞬間の下面温度は予備加熱温度Ｔ１からさほどには上昇しない。すなわち、半導体ウェハーＷの上面と下面とに瞬間的に温度差が発生するのである。その結果、半導体ウェハーＷの上面のみに急激な熱膨張が生じ、下面はほとんど熱膨張しないために、半導体ウェハーＷが上面を凸面とするように瞬間的に反る。このような上面を凸面とする瞬間的な反りが発生することによって、半導体ウェハーＷの下面周縁部が均熱リング７４を蹴ることとなり、その結果図１２に示すように、半導体ウェハーＷが均熱リング７４から跳躍して浮上する（ステップＳ５）。
【００６１】
そして、半導体ウェハーＷが均熱リング７４から浮上している間に、ＩＧＢＴ９６のゲートに第２のパルスＰＢが入力され、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加され、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの上面に第２のフラッシュ光照射が行われるのである（ステップＳ６）。この第２のフラッシュ光照射により半導体ウェハーＷの表面温度は瞬間的に１０００℃以上の処理温度Ｔ２（本実施形態では約１２００℃）にまで上昇する。このように半導体ウェハーＷの表面温度を瞬間的に１０００℃以上に昇温することによって、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、図１０の時刻スケールは秒である一方、第１のフラッシュ光照射と第２のフラッシュ光照射との間隔はミリ秒単位のものであるため、図１０では２回のフラッシュ光照射はいずれも時刻ｔ２に実行されるものとみなすことができる。
【００６２】
フラッシュランプＦＬによる２回のフラッシュ光照射が終了すると、ＩＧＢＴ９６がオフ状態となってフラッシュランプＦＬの発光が停止し、半導体ウェハーＷの表面温度は処理温度Ｔ２から急速に降温する。図９，１０に戻り、２回のフラッシュ光照射が終了した後、所定時間が経過した時刻ｔ３にハロゲンランプＨＬが消灯する（ステップＳ７）。これにより、半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１からの降温を開始する。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との間の遮光位置に挿入する（ステップＳ８）。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。
【００６３】
また、シャッター板２１が遮光位置に挿入された時点で放射温度計１２０による温度測定を開始する。すなわち、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの下面から均熱リング７４の円形開口部を介して放射された赤外光の強度を放射温度計１２０が測定して降温中の半導体ウェハーＷの温度を測定する。測定された半導体ウェハーＷの温度は制御部３に伝達される。
【００６４】
消灯直後の高温のハロゲンランプＨＬからは多少の放射光が放射され続けるのであるが、放射温度計１２０はシャッター板２１が遮光位置に挿入されているときに半導体ウェハーＷの温度測定を行うため、ハロゲンランプＨＬからチャンバー６内の熱処理空間６５へと向かう放射光は遮光される。従って、放射温度計１２０は外乱光の影響を受けることなく、均熱リング７４に保持された半導体ウェハーＷの温度を正確に測定することができる。
【００６５】
制御部３は、放射温度計１２０によって測定される半導体ウェハーＷの温度が所定温度まで降温したか否かを監視する。そして、半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２が均熱リング７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷを均熱リング７４から受け取る。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、リフトピン１２上に載置された半導体ウェハーＷが装置外部の搬送ロボットにより搬出され（ステップＳ９）、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。
【００６６】
本実施形態においては、保持部７の均熱リング７４に支持された半導体ウェハーＷの上面にフラッシュランプＦＬから第１のフラッシュ光照射を行うことによって、半導体ウェハーＷを均熱リング７４から跳躍させて熱処理空間６５中に浮上させている。そして、半導体ウェハーＷが均熱リング７４から浮上している間に、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの上面に第２のフラッシュ光照射を行い、その半導体ウェハーＷの上面の温度を処理温度Ｔ２にまで昇温している。
【００６７】
第１のフラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷが浮上して均熱リング７４から離隔している間は、半導体ウェハーＷはいかなる拘束をも受けていないために自由に変形することができる。従って、第２のフラッシュ光照射が行われたときにも、半導体ウェハーＷの上下面に生じた温度差によって上面のみが急激に熱膨張して上面を凸面とするような反りが生じるのであるが、そのときに半導体ウェハーＷには拘束応力は全く作用しない。このため、第２のフラッシュ光照射が行われたときに半導体ウェハーＷが変形を拘束されることに起因したウェハー割れを防止することができる。また、半導体ウェハーＷが均熱リング７４から浮上している間に第２のフラッシュ光照射を行うと、瞬間的に変形した半導体ウェハーＷが均熱リング７４と衝突することが回避され、それに起因した割れも防止することができる。さらに、半導体ウェハーＷが均熱リング７４から浮上している間にいかに変形したとしても、その浮上位置からさらに跳躍することは無いため、半導体ウェハーＷが上側チャンバー窓６３と衝突することによる割れも防止することができる。また、半導体ウェハーＷが均熱リング７４と衝突することによる均熱リング７４の損傷をも防止することができる。
【００６８】
第１のフラッシュ光照射の目的は、第２のフラッシュ光照射時に変形する半導体ウェハーＷが均熱リング７４に接触しない程度に半導体ウェハーＷを浮上させることである。また、第１のフラッシュ光照射時に、過度に大きく半導体ウェハーＷが均熱リング７４から跳躍すると、半導体ウェハーＷが上側チャンバー窓６３と衝突するおそれが生じる。このため、第１のフラッシュ光照射時におけるフラッシュ光の強度は、跳躍した半導体ウェハーＷが上側チャンバー窓６３と接触しない程度、かつ、第２のフラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが均熱リング７４に接触しない程度のものとする。
【００６９】
一方、第２のフラッシュ光照射の目的は、半導体ウェハーＷの表面を目標とする処理温度Ｔ２にまで昇温することである。このため、第２のフラッシュ光照射時におけるフラッシュ光の強度は、半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２に昇温できる程度のものとする。
【００７０】
第１のフラッシュ光照射を行うことなく、半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２に昇温するための第２のフラッシュ光照射を実行すると、半導体ウェハーＷが瞬間的に大きく変形し、その変形時に均熱リング７４から受ける応力によって割れが生じたり、或いは半導体ウェハーＷが均熱リング７４から大きく跳躍することによって上側チャンバー窓６３と衝突して割れるおそれがある。本実施形態においては、まず第１のフラッシュ光照射を行うことによって半導体ウェハーＷを均熱リング７４から小さく跳躍させ、次いで半導体ウェハーＷが浮上している間に第２のフラッシュ光照射を行うことによって半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２にまで昇温しているのである。このような２回のフラッシュ光照射により、第２のフラッシュ光照射のみのときと比較して半導体ウェハーＷの全体跳躍量は小さくなり、半導体ウェハーＷが上側チャンバー窓６３と衝突するおそれも無くなってウェハー割れを防止することができる。また、半導体ウェハーＷと均熱リング７４との間に生じる応力も第２のフラッシュ光照射のみのときと比較して小さくなり、均熱リング７４の損傷および半導体ウェハーＷの割れを防止することができる。
【００７１】
第１のフラッシュ光照射による半導体ウェハーＷの跳躍量は第２のフラッシュ光照射のみのときよりも小さくしなければならないため、第１のフラッシュ光照射におけるフラッシュ光の強度は第２のフラッシュ光照射時おけるフラッシュ光の強度よりも小さい。なお、フラッシュ光の強度はパルスＰＡ，ＰＢのパルス幅を調整することによって制御することができる。
【００７２】
また、第１のフラッシュ光照射と第２のフラッシュ光照射との間隔は、第１のフラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷが均熱リング７４から浮上している間に第２のフラッシュ光照射が実行されるように設定される。具体的には、第１のフラッシュ光照射と第２のフラッシュ光照射との間隔は、１ミリ秒から５００ミリ秒の間に設定される。
【００７３】
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、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになる毎にそのタイミングと同期してトリガー電極９１に高電圧を印加するようにしていたが、これに限定されるものではなく、最初にパルス信号がオンになるときのみトリガー電極９１に高電圧を印加するようにしても良い。このようにする場合、フラッシュ光照射の間に小刻みにＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動させて小さなフラッシュを繰り返し発生させることにより、フラッシュランプＦＬに弱い電流を流し続けるようにしておいた方が、次のフラッシュ光照射時にフラッシュランプＦＬを確実に発光させることができる。もっとも、フラッシュ光照射の間隔（第１のフラッシュ光照射と第２のフラッシュ光照射との間隔）が１５ミリ秒以内程度であれば、微弱電流を流し続けなくても次にＩＧＢＴ９６がオン状態となってコンデンサ９３とフラッシュランプＦＬとを接続するだけでフラッシュランプＦＬを再発光させることが可能な場合もある。
【００７４】
また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになる毎にトリガー電極９１に高電圧を印加する場合には、フラッシュランプＦＬの放電を確実なものとすべくパルス信号がオンになってから所定時間後にトリガー電圧を印加するようにしても良い。このようにした場合、フラッシュランプＦＬの照射時間は、トリガー電極９１に高電圧が印加されてからパルス信号がオフとなるまでの時間となり、上記実施形態（照射時間＝パルス幅の時間）とは異なる。また、フラッシュランプＦＬの照射間隔（非照射時間）はパルス信号がオフとなってから次のパルスに対応するトリガー電圧が印加されるまでの時間となる。
【００７５】
また、均熱リング７４の材質は石英に限定されるものではなく、炭化ケイ素（ＳｉＣ）または窒化ホウ素（ＢＮ）であっても良い。さらに、上記実施形態においては、円環形状の均熱リング７４によって半導体ウェハーＷを保持するようにしていたが、これに代えて、平板状のプレート部材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。そのプレート部材はハロゲンランプＨＬからのハロゲン光を透過する材質、例えば石英にて形成するのが好ましい。
【００７６】
また、上記実施形態においては、第１のフラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷを均熱リング７４から跳躍させ、半導体ウェハーＷが均熱リング７４から浮上している間に第２のフラッシュ光照射を行うようにしていたが、第２のフラッシュ光照射時に必ずしも半導体ウェハーＷの全体が均熱リング７４から完全に浮上していなくても良い。半導体ウェハーＷの少なくとも一部が均熱リング７４から浮上していれば、第２のフラッシュ光照射を行ったときに、半導体ウェハーＷが大きく跳躍して上側チャンバー窓６３と衝突することは避けられる。すなわち、本明細書における「浮上」は、半導体ウェハーＷの少なくとも一部が均熱リング７４から浮上している概念を含む。
【００７７】
また、パルス信号の波形の設定は、入力部３３から逐一パルス幅等のパラメータを入力することに限定されるものではなく、例えば、オペレータが入力部３３から波形を直接グラフィカルに入力するようにしても良いし、以前に設定されて磁気ディスク等の記憶部に記憶されていた波形を読み出すようにしても良いし、或いは熱処理装置１の外部からダウンロードするようにしても良い。
【００７８】
また、上記各実施形態においては、スイッチング素子としてＩＧＢＴ９６を用いていたが、これに代えてゲートに入力された信号レベルに応じて回路をオンオフできる他のトランジスタを用いるようにしても良い。もっとも、フラッシュランプＦＬの発光には相当に大きな電力が消費されるため、大電力の取り扱いに適したＩＧＢＴやＧＴＯ(Gate Turn Off)サイリスタをスイッチング素子として採用するのが好ましい。
【００７９】
また、上記各実施形態においては、フラッシュ加熱部５に３０本のフラッシュランプＦＬを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプＦＬの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲン加熱部４に備えるハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。
【００８０】
また、上記各実施形態においては、ハロゲンランプＨＬからのハロゲン光照射によって半導体ウェハーＷを予備加熱するようにしていたが、予備加熱の手法はこれに限定されるものではなく、ホットプレートに載置することによって半導体ウェハーＷを予備加熱するようにしても良い。
【００８１】
また、本発明に係る熱処理装置によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。また、本発明に係る技術は、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化に適用するようにしても良い。
【符号の説明】
【００８２】
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
３１ パルス発生器
３２ 波形設定部
３３ 入力部
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
７４ 均熱リング
９１ トリガー電極
９２ ガラス管
９３ コンデンサ
９４ コイル
９６ ＩＧＢＴ
９７ トリガー回路
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法であって、
支持部材にて基板を支持する支持工程と、
前記支持部材に支持された基板の上面に第１のフラッシュ光を照射することによって、前記基板を前記支持部材から跳躍させる跳躍工程と、
前記基板が跳躍して前記支持部材から浮上している間に、前記基板の上面に第２のフラッシュ光を照射して加熱処理を行う加熱工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理方法において、
前記第１のフラッシュ光の強度は前記第２のフラッシュ光の強度よりも小さいことを特徴とする熱処理方法。
【請求項１】
基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法であって、
支持部材にて基板を支持する支持工程と、
前記支持部材に支持された基板の上面に第１のフラッシュ光を照射することによって、前記基板を前記支持部材から跳躍させる跳躍工程と、
前記基板が跳躍して前記支持部材から浮上している間に、前記基板の上面に第２のフラッシュ光を照射して加熱処理を行う加熱工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理方法において、
前記第１のフラッシュ光の強度は前記第２のフラッシュ光の強度よりも小さいことを特徴とする熱処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−７４００７（Ｐ２０１３−７４００７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１０３８８（Ｐ２０１１−２１０３８８）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
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