特許 6096592 熱処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6096592

(24)【登録日】2017年2月24日

(45)【発行日】2017年3月15日

(54)【発明の名称】熱処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/26 20060101AFI20170306BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20170306BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/26 G

   H01L21/02 D

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-112439(P2013-112439)

(22)【出願日】2013年5月29日

(65)【公開番号】特開2014-232786(P2014-232786A)

(43)【公開日】2014年12月11日

【審査請求日】2016年2月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】西原 英夫

(72)【発明者】

【氏名】マリオス ガブロス

【審査官】 柴山 将隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−３２６３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３１１８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２４５４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１０８７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２００３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−００４４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１００６５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２６

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバーの開口を閉塞する石英窓と、
前記石英窓を介して前記チャンバー内に光を照射する加熱光源と、
前記チャンバーに締結されることにより、前記石英窓の一方面の周縁部に接触して前記石英窓の他方面を前記チャンバーに対して押圧するフレーム部材と、
前記石英窓の前記他方面の周縁部と前記チャンバーとの間に挟み込まれる第１のＯリングと、
前記石英窓の端面および前記チャンバーと前記フレーム部材との間に挟み込まれる第２のＯリングと、
を備え、
前記フレーム部材は、前記石英窓の前記一方面の端縁部よりも内側にて前記周縁部に接触するとともに、
前記フレーム部材が前記チャンバーに締結されることによって、前記石英窓が前記第１のＯリングを前記チャンバーに対して押圧するとともに、前記フレーム部材が前記第２のＯリングを前記石英窓の端面および前記チャンバーに対して押圧することを特徴とする熱処理装置。

【請求項2】

請求項１記載の熱処理装置において、
前記石英窓の内側に向かう前記フレーム部材の端部は前記石英窓の前記一方面から隔離していることを特徴とする熱処理装置。

【請求項3】

請求項２記載の熱処理装置において、
前記フレーム部材は、環状の平面にて前記周縁部に接触する接触部を有することを特徴とする熱処理装置。

【請求項4】

請求項２記載の熱処理装置において、
前記フレーム部材は、断面曲線形状を有して当該曲線形状の一点にて前記周縁部に接触する接触部を有することを特徴とする熱処理装置。

【請求項5】

請求項２記載の熱処理装置において、
前記フレーム部材は、断面Ｗ字形状を有して当該Ｗ字形状の下端の二点にて前記周縁部に接触する接触部を有することを特徴とする熱処理装置。

【請求項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、
前記加熱光源は、フラッシュ光を照射するパルス発光ランプを有することを特徴とする熱処理装置。

【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。

【背景技術】

【0002】

半導体ウェハー等の基板の表面を極めて短時間で加熱する熱処理装置としてフラッシュランプアニール（ＦＬＡ）装置が用いられている。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。

【0003】

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。このようなフラッシュランプアニールは、例えば半導体ウェハーに注入された不純物の活性化など、ウェハー表面が目標温度に到達している時間を極めて短くすることが要求される処理に好適である。

【0004】

特許文献１には、フラッシュランプアニール装置として、ホットプレートに載置して所定の温度にまで予備加熱した半導体ウェハーの表面にフラッシュランプから０．１ミリ秒ないし１０ミリ秒の照射時間にてフラッシュ光を照射して当該表面を瞬間的に１０００℃以上に加熱する装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−２３８７３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に開示されるフラッシュランプアニール装置では、石英のチャンバー窓とチャンバーとの間にＯリングを挟み込むとともに、そのチャンバー窓を上部からクランプリング（アルミニウムのフレーム部材）によってチャンバー側に押さえつけることにより、チャンバー内を外部環境から絶縁している。チャンバー内には常に適量な窒素ガスが供給されることによって、酸素濃度が一定以下となるように雰囲気管理されている。チャンバー窓を押さえつけるフレーム部材はネジによってチャンバーに締結されているのであるが、強く締め付けすぎて石英のチャンバー窓を割らないように、その締め付けトルクは一定（例えば、２５ｃＮｍ）に管理されていた。

【0007】

しかしながら、生産される半導体ウェハーの微細化が進展するにしたがって、要求されるパーティクル条件が厳しくなり、より厳格な雰囲気管理が必要となってきた。例えば、４０ｎｍプロセスでは熱処理時の半導体ウェハー１枚当たりに許容されるパーティクル増加数は粒径０．１２μｍ以上のパーティクルが２０個以下であったのが、より微細な２８ｎｍプロセスにおいては０．０６μｍ以上のパーティクルを４０個以下とすることが要求されている。

【0008】

このため、チャンバー窓とチャンバーとの間のシール性を高めるべく、フレーム部材をチャンバーに締結する締め付けトルクを強くすることが検討された。締め付けトルクを強くし、チャンバー窓によってＯリングをより強く押さえつけることにより、外部環境からチャンバー内への微量な雰囲気流入をより少なくして半導体ウェハーに付着するパーティクル数を低減することが可能となる。

【0009】

しかし、締め付けトルクを強くすることに起因して、フレーム部材とチャンバー窓との接触部分において石英の欠損が発生するという新たな問題が生じた。チャンバー窓に欠損が生じると、その欠損を起点として石英のチャンバー窓全体が割れるおそれがある。その一方、厳しいパーティクル条件を満足できるように、締め付けトルクは一定以上としなければならない。

【0010】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フレーム部材をチャンバーに締結する締め付けトルクを強くしても石英窓の欠損を防止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。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバーの開口を閉塞する石英窓と、前記石英窓を介して前記チャンバー内に光を照射する加熱光源と、前記チャンバーに締結されることにより、前記石英窓の一方面の周縁部に接触して前記石英窓の他方面を前記チャンバーに対して押圧するフレーム部材と、前記石英窓の前記他方面の周縁部と前記チャンバーとの間に挟み込まれる第１のＯリングと、前記石英窓の端面および前記チャンバーと前記フレーム部材との間に挟み込まれる第２のＯリングと、を備え、前記フレーム部材は、前記石英窓の前記一方面の端縁部よりも内側にて前記周縁部に接触するとともに、前記フレーム部材が前記チャンバーに締結されることによって、前記石英窓が前記第１のＯリングを前記チャンバーに対して押圧するとともに、前記フレーム部材が前記第２のＯリングを前記石英窓の端面および前記チャンバーに対して押圧することを特徴とする。

【0012】

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記石英窓の内側に向かう前記フレーム部材の端部は前記石英窓の前記一方面から隔離していることを特徴とする。

【0013】

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記フレーム部材は、環状の平面にて前記周縁部に接触する接触部を有することを特徴とする。

【0014】

また、請求項４の発明は、請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記フレーム部材は、断面曲線形状を有して当該曲線形状の一点にて前記周縁部に接触する接触部を有することを特徴とする。

【0015】

また、請求項５の発明は、請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記フレーム部材は、断面Ｗ字形状を有して当該Ｗ字形状の下端の二点にて前記周縁部に接触する接触部を有することを特徴とする。

【0017】

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、前記加熱光源は、フラッシュ光を照射するパルス発光ランプを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

請求項１から請求項６の発明によれば、石英窓をチャンバーに対して押圧するフレーム部材は、石英窓の一方面の端縁部よりも内側にて周縁部に接触するため、当該端縁部は開放されており、フレーム部材をチャンバーに締結する締め付けトルクを強くしても石英窓の欠損を防止することができる。また、石英窓の他方面の周縁部とチャンバーとの間に挟み込まれる第１のＯリングと、石英窓の端面およびチャンバーとフレーム部材との間に挟み込まれる第２のＯリングと、を備えるため、外部環境からチャンバー内に至るリーク経路が二重にシールされることとなり、パーティクルを含む外部雰囲気のチャンバー内への流入を確実に防止することができる。

【0019】

特に、請求項２の発明によれば、フレーム部材の端部は石英窓の一方面から隔離しているため、フレーム部材の端部が石英窓に欠損を生じさせることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【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】図１の熱処理装置のガス路を示す断面図である。

【図3】保持部の構成を示す断面図である。

【図4】ホットプレートを示す平面図である。

【図5】図１の熱処理装置の構成を示す縦断面図である。

【図6】チャンバーの上端部近傍を拡大した部分断面図である。

【図7】チャンバー窓を押さえつけるアルミフレームの平面図である。

【図8】アルミフレームの他の例を示す図である。

【図9】アルミフレームの他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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。

【0023】

まず、本発明に係る熱処理装置の全体構成について概説する。図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。熱処理装置１は、基板として円板形状の半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光照射を行うことによってその半導体ウェハーＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。処理対象となる半導体ウェハーＷのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍやφ４５０ｍｍである。熱処理装置１に搬入される前の半導体ウェハーＷには不純物が注入されており、熱処理装置１による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行される。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。

【0024】

熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容する略円筒形状のチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するランプハウス５と、を備える。また、熱処理装置１は、チャンバー６およびランプハウス５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。

【0025】

チャンバー６は、ランプハウス５の下方に設けられており、略円筒状の内壁を有するチャンバー側部６３、および、チャンバー側部６３の下部を覆うチャンバー底部６２によって構成される。また、チャンバー側部６３およびチャンバー底部６２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。熱処理空間６５の上方は上部開口６０とされており、上部開口６０にはチャンバー窓６１が装着されて閉塞されている。

【0026】

チャンバー６の天井部を構成するチャンバー窓６１は、石英により形成された円板形状部材であり、ランプハウス５から出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５に透過する石英窓として機能する。チャンバー６の本体を構成するチャンバー底部６２およびチャンバー側部６３は、例えば、ステンレススチール等の強度と耐熱性に優れた金属材料にて形成されている。また、チャンバー側部６３の内側面の上部のガスリング６３１は、光照射による劣化に対してステンレススチールより優れた耐久性を有するアルミニウム（Ａｌ）合金等で形成されている。

【0027】

また、熱処理空間６５の気密性を維持するために、チャンバー窓６１とチャンバー側部６３とはＯリングによってシールされている。すなわち、チャンバー窓６１の下面周縁部とチャンバー側部６３との間にＯリングを挟み込むとともに、アルミフレーム９０をチャンバー窓６１の上面周縁部に当接させ、そのアルミフレーム９０をチャンバー側部６３にネジ止めすることによって、チャンバー窓６１をＯリングに押し付けている。なお、アルミフレーム９０によるチャンバー窓６１の押圧についてはさらに後述する。

【0028】

チャンバー底部６２には、保持部７を貫通して半導体ウェハーＷをその下面（ランプハウス５からの光が照射される側とは反対側の面）から支持するための複数（本実施の形態では３本）の支持ピン７０が立設されている。支持ピン７０は、例えば石英により形成されており、チャンバー６の外部から固定されているため、容易に取り替えることができる。

【0029】

チャンバー側部６３は、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６６を有し、搬送開口部６６は、軸６６２を中心に回動するゲートバルブ１８５により開閉可能とされる。チャンバー側部６３における搬送開口部６６とは反対側の部位には熱処理空間６５に処理ガス（例えば、窒素（Ｎ_２）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス、あるいは、酸素（Ｏ_２）ガス等）を導入する導入路８１が形成され、その一端は弁８２を介して図示省略の給気機構に接続され、他端はチャンバー側部６３の内部に形成されるガス導入バッファ８３に接続される。また、搬送開口部６６には熱処理空間６５内の気体を排出する排出路８６が形成され、弁８７を介して図示省略の排気機構に接続される。

【0030】

図２は、チャンバー６をガス導入バッファ８３の位置にて水平面で切断した断面図である。図２に示すように、ガス導入バッファ８３は、図１に示す搬送開口部６６の反対側においてチャンバー側部６３の内周の約１／３に亘って形成されており、導入路８１を介してガス導入バッファ８３に導かれた処理ガスは、複数のガス供給孔８４から熱処理空間６５内へと供給される。

【0031】

また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部において半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持しつつフラッシュ光照射前にその保持する半導体ウェハーＷの予備加熱を行う略円板状の保持部７と、保持部７をチャンバー６の底面であるチャンバー底部６２に対して昇降させる保持部昇降機構４と、を備える。図１に示す保持部昇降機構４は、略円筒状のシャフト４１、移動板４２、ガイド部材４３（本実施の形態ではシャフト４１の周りに３本配置される）、固定板４４、ボールネジ４５、ナット４６およびモータ４０を有する。チャンバー６の下部であるチャンバー底部６２には保持部７よりも小さい直径を有する略円形の下部開口６４が形成されており、ステンレススチール製のシャフト４１は、下部開口６４を挿通して、保持部７（厳密には保持部７のホットプレート７１）の下面に接続されて保持部７を支持する。

【0032】

移動板４２にはボールネジ４５と螺合するナット４６が固定されている。また、移動板４２は、チャンバー底部６２に固定されて下方へと伸びるガイド部材４３により摺動自在に案内されて上下方向に移動可能とされる。また、移動板４２は、シャフト４１を介して保持部７に連結される。

【0033】

モータ４０は、ガイド部材４３の下端部に取り付けられる固定板４４に設置され、タイミングベルト４０１を介してボールネジ４５に接続される。保持部昇降機構４により保持部７が昇降する際には、駆動部であるモータ４０が制御部３の制御によりボールネジ４５を回転し、ナット４６が固定された移動板４２がガイド部材４３に沿って鉛直方向に移動する。この結果、移動板４２に固定されたシャフト４１が鉛直方向に沿って移動し、シャフト４１に接続された保持部７が図１に示す半導体ウェハーＷの受渡位置と図５に示す半導体ウェハーＷの処理位置との間で滑らかに昇降する。

【0034】

移動板４２の上面には略半円筒状（円筒を長手方向に沿って半分に切断した形状）のメカストッパ４５１がボールネジ４５に沿うように立設されており、仮に何らかの異常により移動板４２が所定の上昇限界を超えて上昇しようとしても、メカストッパ４５１の上端がボールネジ４５の端部に設けられた端板４５２に突き当たることによって移動板４２の異常上昇が防止される。これにより、保持部７がチャンバー窓６１の下方の所定位置以上に上昇することはなく、保持部７とチャンバー窓６１との衝突が防止される。

【0035】

また、保持部昇降機構４は、チャンバー６の内部のメンテナンスを行う際に保持部７を手動にて昇降させる手動昇降部４９を有する。手動昇降部４９はハンドル４９１および回転軸４９２を有し、ハンドル４９１を介して回転軸４９２を回転することより、タイミングベルト４９５を介して回転軸４９２に接続されるボールネジ４５を回転して保持部７の昇降を行うことができる。

【0036】

チャンバー底部６２の下側には、シャフト４１の周囲を囲み下方へと伸びる伸縮自在のベローズ４７が設けられ、その上端はチャンバー底部６２の下面に接続される。一方、ベローズ４７の下端はベローズ下端板４７１に取り付けられている。べローズ下端板４７１は、鍔状部材４１１によってシャフト４１にネジ止めされて取り付けられている。保持部昇降機構４により保持部７がチャンバー底部６２に対して上昇する際にはベローズ４７が収縮され、下降する際にはべローズ４７が伸張される。そして、保持部７が昇降する際にも、ベローズ４７が伸縮することによって熱処理空間６５内の気密状態が維持される。

【0037】

図３は、保持部７の構成を示す断面図である。保持部７は、半導体ウェハーＷを予備加熱（いわゆるアシスト加熱）するホットプレート（加熱プレート）７１、および、ホットプレート７１の上面に設置されるサセプタ７２を有する。保持部７の下面には、既述のように保持部７を昇降するシャフト４１が接続される。サセプタ７２は石英により形成され、その上面には半導体ウェハーＷの位置ずれを防止するピン７５が設けられる。サセプタ７２は、その下面をホットプレート７１の上面に面接触させてホットプレート７１上に支持される。これにより、サセプタ７２は、ホットプレート７１からの熱エネルギーを拡散してサセプタ７２上面に載置された半導体ウェハーＷに伝達するとともに、メンテナンス時にはホットプレート７１から取り外して洗浄可能とされる。

【0038】

ホットプレート７１は、ステンレススチール製の上部プレート７３および下部プレート７４にて構成される。上部プレート７３と下部プレート７４との間には、ホットプレート７１を加熱するニクロム線等の抵抗加熱線７６が配設され、導電性のニッケル（Ｎｉ）ロウが充填されて封止されている。また、上部プレート７３および下部プレート７４の端部はロウ付けにより接着されている。

【0039】

図４は、ホットプレート７１を示す平面図である。図４に示すように、ホットプレート７１は、保持される半導体ウェハーＷと対向する領域の中央部に同心円状に配置される円板状のゾーン７１１および円環状のゾーン７１２、並びに、ゾーン７１２の周囲の略円環状の領域を周方向に４等分割した４つのゾーン７１３〜７１６を備え、各ゾーン間には若干の間隙が形成されている。また、ホットプレート７１には、支持ピン７０が挿通される３つの貫通孔７７が、ゾーン７１１とゾーン７１２との隙間の周上に１２０°毎に設けられる。

【0040】

６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、相互に独立した抵抗加熱線７６が周回するように配設されてヒータが個別に形成されており、各ゾーンに内蔵されたヒータにより各ゾーンが個別に加熱される。保持部７に保持された半導体ウェハーＷは、６つのゾーン７１１〜７１６に内蔵されたヒータにより加熱される。また、ゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、熱電対を用いて各ゾーンの温度を計測するセンサ７１０が設けられている。各センサ７１０は略円筒状のシャフト４１の内部を通り制御部３に接続される。

【0041】

ホットプレート７１が加熱される際には、センサ７１０により計測される６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が予め設定された所定の温度になるように、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７６への電力供給量が制御部３により制御される。制御部３による各ゾーンの温度制御はＰＩＤ(Proportional,Integral,Derivative)制御により行われる。ホットプレート７１では、半導体ウェハーＷの熱処理（複数の半導体ウェハーＷを連続的に処理する場合は、全ての半導体ウェハーＷの熱処理）が終了するまでゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が継続的に計測され、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７６への電力供給量が個別に制御されて、すなわち、各ゾーンに内蔵されたヒータの温度が個別に制御されて各ゾーンの温度が設定温度に維持される。なお、各ゾーンの設定温度は、基準となる温度から個別に設定されたオフセット値だけ変更することが可能とされる。

【0042】

６つのゾーン７１１〜７１６にそれぞれ配設される抵抗加熱線７６は、シャフト４１の内部を通る電力線を介して電力供給源（図示省略）に接続されている。電力供給源から各ゾーンに至る経路途中において、電力供給源からの電力線は、マグネシア（マグネシウム酸化物）等の絶縁体を充填したステンレスチューブの内部に互いに電気的に絶縁状態となるように配置される。なお、シャフト４１の内部は大気開放されている。

【0043】

図１に戻り、ランプハウス５は、チャンバー６の上方に設けられている。ランプハウス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、ランプハウス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。ランプハウス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。ランプハウス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がチャンバー窓６１と相対向することとなる。ランプハウス５は、チャンバー６内にて保持部７に保持される半導体ウェハーＷにランプ光放射窓５３およびチャンバー窓６１を介してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射することにより半導体ウェハーＷを加熱する。

【0044】

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。複数のフラッシュランプＦＬの配列によって形成される平面の平面エリアは少なくとも保持部７に保持される半導体ウェハーＷよりも大きい。

【0045】

キセノンフラッシュランプＦＬは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）と、該ガラス管の外周面上に付設されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、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。

【0046】

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いる。このような粗面化加工を施しているのは、リフレクタ５２の表面が完全な鏡面であると、複数のフラッシュランプＦＬからの反射光の強度に規則パターンが生じて半導体ウェハーＷの表面温度分布の均一性が低下するためである。

【0047】

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。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。

【0048】

上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にフラッシュランプＦＬおよびホットプレート７１から発生する熱エネルギーによるチャンバー６およびランプハウス５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のチャンバー側部６３およびチャンバー底部６２には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ランプハウス５は、内部に気体流を形成して排熱するための気体供給管５５および排気管５６が設けられて空冷構造とされている（図１，５参照）。また、チャンバー窓６１とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、ランプハウス５およびチャンバー窓６１を冷却する。

【0049】

次に、アルミフレーム９０によるチャンバー窓６１の押圧について説明を続ける。図６は、チャンバー６の上端部近傍を拡大した部分断面図である。チャンバー６のチャンバー側部６３の上面には円環状に溝６７が形設されている。その溝６７に円環状のＯリング６８（第１のＯリング）が嵌め込まれる。Ｏリング６８は、例えば耐熱性および耐薬品性に優れたフッ素ゴム（ＦＫＭ）にて形成されており、その最高仕様温度は約３００℃である。Ｏリング６８の直径（溝６７の直径と等しい）は半導体ウェハーＷの直径よりも小さい。また、Ｏリング６８の断面（周方向に垂直な面で切断した断面）の直径は溝６７の深さよりも大きい。

【0050】

石英の円板形状のチャンバー窓６１は、Ｏリング６８を挟み込んでチャンバー６に装着される。具体的には、チャンバー窓６１の下面の周縁部がＯリング６８に接触するようにチャンバー窓６１がチャンバー側部６３に装着される。

【0051】

Ｏリング６８を挟み込んでチャンバー６に装着されたチャンバー窓６１の上側からアルミフレーム９０によって押さえつける。図７は、チャンバー窓６１を押さえつけるアルミフレーム９０の平面図である。アルミフレーム９０は、アルミニウム（Ａｌ）にて形成された円環形状の部材である。図６に示すように、アルミフレーム９０は、固定部９１および鍔部９２を備える。本実施形態の鍔部９２は、２箇所で屈曲する断面形状を有しており、先端部９３、中間部９４および基端部９５を備える。鍔部９２は、中間部９４がチャンバー窓６１側にせり出すように屈曲している。

【0052】

鍔部９２の中間部９４をチャンバー窓６１の上面に当接させつつ、ネジ９６によって固定部９１をチャンバー側部６３に締結することにより、アルミフレーム９０をチャンバー６に固定するとともに、鍔部９２がチャンバー窓６１を下側に押圧する。図７に示すように、アルミフレーム９０は、周方向に沿って３０°毎に配置された１２本のネジ９６によってチャンバー側部６３に締結される。ネジ９６としては、耐熱性および耐摩耗性の向上を目的として、ステンレス製のネジにチタンナイトライド（ＴｉＮ）をコーティングしたものを用いている。この場合、締結後のネジ９６の緩みを防止するため、ＴｉＮコーティングの剥がれていないネジ９６を用いるのが望ましい。また、ネジ９６を締結するときの締め付けトルクは１５０ｃＮｍ〜３００ｃＮｍに管理されている。さらに、ネジ９６の締結時には、スプリングワッシャー９７を介挿している（図６）。これにより、ネジ９６が緩むのを確実に防止することができる。

【0053】

等間隔で配置された１２本のネジ９６によってアルミフレーム９０をチャンバー側部６３に締結することにより、鍔部９２が均等な圧力にてチャンバー窓６１の下面をチャンバー６に対して押圧する。チャンバー窓６１の下面とチャンバー６のチャンバー側部６３との間にはＯリング６８が挟み込まれているため、アルミフレーム９０の鍔部９２がチャンバー窓６１を下側に押圧するとＯリング６８が変形して圧縮される。これにより、チャンバー窓６１の下面周縁部とチャンバー側部６３との間が密封されることとなる。アルミフレーム９０をチャンバー６に締結するネジ９６の締め付けトルクが１５０ｃＮｍ〜３００ｃＮｍと従来（２５ｃＮｍ）よりも顕著に強いため、チャンバー窓６１とチャンバー６との間のシール性を高めることができる。なお、Ｏリング６８を挟み込んでチャンバー窓６１は１２箇所でネジ９６によってチャンバー側部６３に締結されているため、締結後においてもチャンバー窓６１の下面はチャンバー側部６３には直接接触しない。

【0054】

また、図６および図７に明示するように、アルミフレーム９０は、円環状の平面である中間部９４によってチャンバー窓６１の上面の周縁部に接触している。そして、アルミフレーム９０の先端部９３および基端部９５はチャンバー窓６１の上面に接触していない。図６に示すように、アルミフレーム９０の中間部９４は、チャンバー窓６１の上面の端縁部６１ａよりも内側にて周縁部に接触している。従って、チャンバー窓６１の上面の端縁部６１ａには、アルミフレーム９０の鍔部９２は接触しておらず、当該端縁部６１ａは開放されている。なお、強い締め付けトルクによってネジ９６を締結した場合には、鍔部９２の基端部９５が変形することもあるが、それでも鍔部９２がチャンバー窓６１の上面の端縁部６１ａに接触するには至らない。

【0055】

さらに、図６に示すように、先端部９３の内側先端、つまりチャンバー窓６１の内側へと向かうアルミフレーム９０の鍔部９２の端部はチャンバー窓６１の上面から隔離している。すなわち、鍔部９２は、中間部９４が先端部９３および基端部９５よりもチャンバー窓６１側にせり出すように屈曲しているため、チャンバー窓６１の上面の端縁部６１ａがアルミフレーム９０に接触しないとともに、アルミフレーム９０の鍔部９２の内側端部もチャンバー窓６１と接触していない。

【0056】

本実施形態の熱処理装置１においては、Ｏリング６８に加えて、チャンバー窓６１の測端面およびチャンバー６とアルミフレーム９０との間に挟み込まれるＯリング６９（第２のＯリング）を設けている。Ｏリング６９もＯリング６８と同様に、例えばフッ素ゴム（ＦＫＭ）にて形成されている。Ｏリング６９の直径はＯリング６８の直径よりも大きい。

【0057】

アルミフレーム９０の固定部９１の内側には、円環形状の押さえ金具９８が固設されている。押さえ金具９８の断面形状はＬ字形状である。この押さえ金具９８とチャンバー窓６１の端面およびチャンバー側部６３の上面との間にＯリング６９を挟み込んでネジ９６によってアルミフレーム９０を締結する。これにより、Ｏリング６９が変形して圧縮され、Ｏリング６９とチャンバー窓６１の端面との間およびＯリング６９とチャンバー側部６３の上面との間が密封される。

【0058】

次に、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順について説明する。ここで処理対象となる半導体ウェハーＷはイオン注入法により不純物（イオン）が添加された半導体基板である。その不純物の活性化が熱処理装置１によるフラッシュ光照射加熱処理（フラッシュランプアニール）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。

【0059】

まず、保持部７が図５に示す処理位置から図１に示す受渡位置に下降する。「処理位置」とは、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷに光照射が行われるときの保持部７の位置であり、図５に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。また、「受渡位置」とは、チャンバー６に半導体ウェハーＷの搬出入が行われるときの保持部７の位置であり、図１に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。熱処理装置１における保持部７の基準位置は処理位置であり、処理前にあっては保持部７は処理位置に位置しており、これが処理開始に際して受渡位置に下降するのである。図１に示すように、保持部７が受渡位置にまで下降するとチャンバー底部６２に近接し、支持ピン７０の先端が保持部７を貫通して保持部７の上方に突出する。

【0060】

次に、保持部７が受渡位置に下降した後、弁８２が開かれてチャンバー６の熱処理空間６５内に不活性ガス（本実施形態では、窒素ガス）が供給される。それと同時に、弁８７が開かれて熱処理空間６５内の気体が排気される。チャンバー６に供給された窒素ガスは、熱処理空間６５においてガス導入バッファ８３から図２中に示す矢印ＡＲ４の方向へと流れ、排出路８６および弁８７を介して排気機構により排気される。また、チャンバー６に供給された窒素ガスの一部は、べローズ４７の内側に設けられる排出口（図示省略）からも排出される。

【0061】

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を介して半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入され、複数の支持ピン７０上に載置される。半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入されると、ゲートバルブ１８５により搬送開口部６６が閉鎖される。そして、保持部昇降機構４により保持部７が受渡位置からチャンバー窓６１に近接した処理位置にまで上昇する。保持部７が受渡位置から上昇する過程において、半導体ウェハーＷは支持ピン７０から保持部７のサセプタ７２へと渡され、サセプタ７２の上面に保持される。保持部７が処理位置にまで上昇するとサセプタ７２に保持された半導体ウェハーＷも処理位置に保持されることとなる。

【0062】

ホットプレート７１の６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれは、各ゾーンの内部（上部プレート７３と下部プレート７４との間）に個別に内蔵されたヒータ（抵抗加熱線７６）により所定の温度まで加熱されている。保持部７が処理位置まで上昇して半導体ウェハーＷが保持部７と接触することにより、その半導体ウェハーＷはホットプレート７１に内蔵されたヒータによって予備加熱されて温度が次第に上昇する。

【0063】

この処理位置にて約６０秒間の予備加熱が行われ、半導体ウェハーＷの温度が予め設定された予備加熱温度Ｔ１まで上昇する。予備加熱温度Ｔ１は、半導体ウェハーＷに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、２００℃ないし６００℃程度、好ましくは３５０℃ないし５５０℃程度とされる。また、保持部７とチャンバー窓６１との間の距離は、保持部昇降機構４のモータ４０の回転量を制御することにより任意に調整することが可能とされている。

【0064】

約６０秒間の予備加熱時間が経過した後、保持部７が処理位置に位置したまま制御部３の制御によりランプハウス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。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チャンバー６内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱が行われる。フラッシュ加熱は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光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。

【0065】

すなわち、ランプハウス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、瞬間的に処理温度Ｔ２まで上昇し、半導体ウェハーＷに注入された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。このように、熱処理装置１では、半導体ウェハーＷの表面温度を極めて短時間で昇降することができるため、半導体ウェハーＷに注入された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、不純物の活性化に必要な時間はその熱拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であっても活性化は完了する。

【0066】

また、フラッシュ加熱の前に保持部７により半導体ウェハーＷを予備加熱しておくことにより、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によって半導体ウェハー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。

【0067】

フラッシュ加熱が終了し、処理位置における約１０秒間の待機の後、保持部７が保持部昇降機構４により再び図１に示す受渡位置まで下降し、半導体ウェハーＷが保持部７から支持ピン７０へと渡される。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、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷは装置外部の搬送ロボットにより搬出され、熱処理装置１における半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理が完了する。

【0068】

本実施形態においては、Ｏリング６８を挟み込んでチャンバー６に装着されたチャンバー窓６１の上側からアルミフレーム９０によって押さえつけているのであるが、チャンバー窓６１の上面の端縁部６１ａには、アルミフレーム９０の鍔部９２が接触しておらず、当該端縁部６１ａは開放されている。このため、アルミフレーム９０をチャンバー６に締結する締め付けトルクを１５０ｃＮｍ〜３００ｃＮｍと従来より顕著に強くしても、チャンバー窓６１の端縁部６１ａに欠損が生じることは無い。従って、端縁部６１ａの欠損を起点としたチャンバー窓６１全体の割れも防止することができる。

【0069】

その一方、アルミフレーム９０の鍔部９２の中間部９４が円環状の平面にてチャンバー窓６１の端縁部６１ａよりも内側の上面周縁部に接触している。角部である端縁部６１ａに比較して、それよりも内側の平坦な上面周縁部は鍔部９２が接触したとしても欠損が生じにくい。すなわち、アルミフレーム９０が石英のチャンバー窓６１の端縁部６１ａよりも内側にて上面周縁部に接触することにより、アルミフレーム９０をチャンバー６に締結する締め付けトルクを強くしても石英のチャンバー窓６１の欠損を防止することができるのである。

【0070】

逆の視点では、石英のチャンバー窓６１に欠損が生じるおそれが少ないため、アルミフレーム９０をチャンバー６に締結する締め付けトルクを従来よりも顕著に強くすることができる。その結果、Ｏリング６８によるチャンバー窓６１とチャンバー６との間のシール性を高めて外部環境からチャンバー６内に漏れる雰囲気を最小限に抑制してフラッシュ加熱時に半導体ウェハーＷに付着するパーティクル数を低減することができる。

【0071】

また、アルミフレーム９０の鍔部９２の端部はチャンバー窓６１の上面に接触することによって当該上面に傷を付けるおそれもあるが、本実施形態においては、チャンバー窓６１の内側へと向かうアルミフレーム９０の鍔部９２の端部もチャンバー窓６１の上面から隔離している。このため、鍔部９２の端部が石英のチャンバー窓６１に欠損を生じさせるおそれもない。よって、石英のチャンバー窓６１の欠損をより確実に防止することができる。

【0072】

また、本実施形態の熱処理装置１においては、Ｏリング６８に加えて、チャンバー窓６１の端面およびチャンバー６とアルミフレーム９０との間に挟み込まれるＯリング６９を設けている。このＯリング６９は、アルミフレーム９０がチャンバー６に締結されることによって変形し、Ｏリング６９とチャンバー窓６１の端面との間およびＯリング６９とチャンバー側部６３の上面との間をシールする。

【0073】

Ｏリング６８のみを設けている場合における、チャンバー６の主たるリーク経路は、アルミフレーム９０の固定部９１とチャンバー側部６３の上面との間の隙間からチャンバー窓６１とチャンバー側部６３との間の隙間に至る経路である（図６参照）。この経路を通ってパーティクルを含む外部雰囲気が微量にチャンバー６内の熱処理空間６５に流入する。チャンバー窓６１とチャンバー側部６３との間はＯリング６８によってシールされているものの、近年要求されている厳しいパーティクル条件には必ずしも十分でないこともあった。本実施形態においては、Ｏリング６８に加えて、Ｏリング６９を設けてＯリング６９とチャンバー側部６３の上面との間をシールしている。すなわち、上記のリーク経路は、Ｏリング６８およびＯリング６９によって二重にシールされているのである。これにより、リーク経路が確実にシールされることとなり、パーティクルを含む外部雰囲気のチャンバー６内への流入を確実に防止することができる。その結果、フラッシュ加熱時に半導体ウェハーＷに付着するパーティクル数を低減して近年要求されている厳しいパーティクル条件をも満足させることができる。

【0074】

また、本実施形態のように、アルミフレーム９０の鍔部９２の端部をチャンバー窓６１の上面から隔離した場合には、鍔部９２とチャンバー窓６１の上面との間から外部雰囲気が流入することも考えられる。この経路に対しては、Ｏリング６９によってＯリング６９とチャンバー窓６１の測端面との間をシールしている。これにより、鍔部９２とチャンバー窓６１の上面との間から外部雰囲気が流入したとしても、その外部雰囲気がＯリング６９とチャンバー窓６１の端面との間のシール部分を超えて流入することはなく、パーティクルを含む外部雰囲気のチャンバー６内への流入をより確実に防止することができる。

【0075】

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、アルミフレーム９０の形状は、図８または図９に示すようなものであっても良い。

【0076】

図８に示すアルミフレーム１９０は、固定部１９１および鍔部１９２を備える。固定部１９１は上記実施形態のアルミフレーム９０の固定部９１と同様のものである。鍔部１９２は、チャンバー窓６１の側にせり出すように湾曲した断面曲線形状を有している。そして、図８のアルミフレーム１９０は、湾曲する鍔部１９２断面の曲線形状の一点にてチャンバー窓６１の上面の周縁部に接触する。よって、図８のアルミフレーム１９０は、円環状の曲線（円）によってチャンバー窓６１の上面の周縁部に接触することとなる。このような形状のアルミフレーム１９０であっても、鍔部１９２がチャンバー窓６１を押圧することによって上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0077】

また、図９に示すアルミフレーム２９０は、固定部２９１および鍔部２９２を備える。固定部２９１は上記実施形態のアルミフレーム９０の固定部９１と同様のものである。図９に示すように、鍔部２９２は断面Ｗ字形状を有している。そして、図９のアルミフレーム２９０は、鍔部１９２断面のＷ字形状の下端の二点にてチャンバー窓６１の上面の周縁部に接触する。よって、図９のアルミフレーム２９０は、径の異なる２本の円環状の曲線（円）によってチャンバー窓６１の上面の周縁部に接触することとなる。このような形状のアルミフレーム２９０であっても、鍔部２９２がチャンバー窓６１を押圧することによって上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0078】

また、上記実施形態においては、断面Ｌ字形状の押さえ金具９８によってＯリング６９を押圧していたが、アルミフレーム９０の締結によって押さえ金具９８からＯリング６９に作用する力は主として鉛直方向のものなので、水平方向の力が十分でない場合には、固定部９１を水平方向に貫通するネジによって押さえ金具９８を水平方向に押圧するようにしても良い。なお、このような水平方向のネジを設ける場合、アルミフレーム９０をチャンバー６に締結するネジ９６と緩衝しない位置に設けるのは勿論である。また、押さえ金具９８の全周にわたって均等に押圧することができるように、水平方向のネジを等間隔で複数設けるのが好ましい。

【0079】

また、アルミフレーム９０をチャンバー６に締結するネジ９６の本数は１２本に限定されるものではなく、適宜の本数とすることができる。もっとも、アルミフレーム９０が均等な圧力にてチャンバー窓６１を押圧するためには、ネジ９６は６本以上であることが好ましい。

【0080】

また、アルミフレーム９０に代えて、ステンレススチール等の他の材質のフレーム部材を用いるようにしても良い。

【0081】

また、上記実施形態においては、保持部７のホットプレート７１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、これに代えてチャンバー６の下方にハロゲンランプを設け、そのハロゲンランプからの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も良い。この場合、チャンバー６の下側にもハロゲンランプからの光を透過するための石英窓が設けられることとなるため、上記実施形態と同様の技術を適用することによって当該石英窓の欠損を防止することができる。

【0082】

また、上記実施形態においては、ランプハウス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。

【0083】

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】

【0084】

１ 熱処理装置
３ 制御部
４ 保持部昇降機構
５ ランプハウス
６ チャンバー
７ 保持部
６０ 上部開口
６１ チャンバー窓
６３ チャンバー側部
６５ 熱処理空間
６８，６９ Ｏリング
７１ ホットプレート
７２ サセプタ
９０，１９０，２９０ アルミフレーム
９１，１９１，２９１ 固定部
９２，１９２，２９２ 鍔部
９３ 先端部
９４ 中間部
９５ 基端部
９６ ネジ
９７ スプリングワッシャー
９８ 押さえ金具
ＦＬ フラッシュランプ
Ｗ 半導体ウェハー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】