特許 6138610 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】6138610

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】熱処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/26 20060101AFI20170522BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20170522BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/26 Q

   H01L21/26 J

   H01L21/68 N

【請求項の数】9

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2013-144577(P2013-144577)

(22)【出願日】2013年7月10日

(65)【公開番号】特開2015-18909(P2015-18909A)

(43)【公開日】2015年1月29日

【審査請求日】2016年6月8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】横内 健一

【審査官】 桑原 清

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２３１６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０１７７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１１７８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９９４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０４３９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１７３８５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２６

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(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、
第１面に複数の支持ピンが立設され、前記チャンバー内にて基板を前記複数の支持ピンで支持する石英の平板状のサセプターと、
前記サセプターに支持された基板に前記サセプターを透過して光を照射する光照射部と、
前記サセプターの側方に設けられた補助照射部と、
を備え、
前記補助照射部から出射された光を前記支持ピンに向けて反射する反射部を前記サセプターの第２面に設け、
前記反射部は、前記サセプターの第２面に形設された凹部であり、
前記反射部は、前記複数の支持ピンのそれぞれと同一形状を有することを特徴とする熱処理装置。

【請求項2】

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、
第１面に複数の支持ピンが立設され、前記チャンバー内にて基板を前記複数の支持ピンで支持する石英の平板状のサセプターと、
前記サセプターに支持された基板に前記サセプターを透過して光を照射する光照射部と、
前記サセプターの側方に設けられた補助照射部と、
を備え、
前記補助照射部から出射された光を前記支持ピンに向けて反射する反射部を前記サセプターの第２面に設け、
前記反射部は、前記サセプターの第２面に形設された凹部であり、
前記反射部は、前記複数の支持ピンのそれぞれの中心軸を中心として線対称となる形状を有す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、
前記反射部は、円錐形状の反射面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、
前記反射部は、凸面形状の反射面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、
前記反射部は、凹面形状の反射面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、
前記補助照射部は、レーザー光を出射するレーザー光源を有することを特徴とする熱処理装置。

【請求項7】

請求項６記載の熱処理装置において、
前記レーザー光源は、前記サセプターの第１面および第２面と平行にレーザー光を出射することを特徴とする熱処理装置。

【請求項8】

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、
前記補助照射部は、ハロゲンランプを有することを特徴とする熱処理装置。

【請求項9】

請求項８記載の熱処理装置において、
前記ハロゲンランプは、前記サセプターの周囲を囲繞するように環状に設けられ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、半導体ウェハー等の薄板状精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置に関する。

【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、石英製のサセプターの上面に複数のバンプ（支持ピン）を形成し、それらバンプによって点接触で支持した半導体ウェハーにフラッシュ加熱を行う技術が開示されている。特許文献１に開示の装置では、サセプター上に載置した半導体ウェハーの下面からハロゲンランプが光照射を行って予備加熱した後、ウェハー表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００９−１６４４５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１に開示されるように、複数のバンプによって点接触で半導体ウェハーを支持すると、その接触箇所にて半導体ウェハーとバンプとの間に熱伝導が生じる。ハロゲンランプからの光照射によって予備加熱を行うときには、石英がほとんど光を吸収しないため、半導体ウェハーが石英のサセプターよりも高温となり、半導体ウェハーからバンプへの熱の移動が発生する。その結果、半導体ウェハー面内の複数のバンプとの接触箇所近傍において他の領域よりも相対的に温度が低下するという問題がある。ハロゲンランプによる予備加熱の段階で半導体ウェハーの面内温度分布が不均一になると、続くフラッシュ光照射時にもその不均一な温度分布が解消されずに最高到達温度も不均一になるという問題がある。

【0008】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光照射時の基板面内の温度分布を均一に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】

【0009】

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、第１面に複数の支持ピンが立設され、前記チャンバー内にて基板を前記複数の支持ピンで支持する石英の平板状のサセプターと、前記サセプターに支持された基板に前記サセプターを透過して光を照射する光照射部と、前記サセプターの側方に設けられた補助照射部と、を備え、前記補助照射部から出射された光を前記支持ピンに向けて反射する反射部を前記サセプターの第２面に設け、前記反射部は、前記サセプターの第２面に形設された凹部であり、前記反射部は、前記複数の支持ピンのそれぞれと同一形状を有することを特徴とする。

【0010】

また、請求項２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、第１面に複数の支持ピンが立設され、前記チャンバー内にて基板を前記複数の支持ピンで支持する石英の平板状のサセプターと、前記サセプターに支持された基板に前記サセプターを透過して光を照射する光照射部と、前記サセプターの側方に設けられた補助照射部と、を備え、前記補助照射部から出射された光を前記支持ピンに向けて反射する反射部を前記サセプターの第２面に設け、前記反射部は、前記サセプターの第２面に形設された凹部であり、前記反射部は、前記複数の支持ピンのそれぞれの中心軸を中心として線対称となる形状を有することを特徴とする。

【0014】

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、前記反射部は、円錐形状の反射面を有することを特徴とする。

【0015】

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、前記反射部は、凸面形状の反射面を有することを特徴とする。

【0016】

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、前記反射部は、凹面形状の反射面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、前記補助照射部は、レーザー光を出射するレーザー光源を有することを特徴とする。

【0018】

また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る熱処理装置において、前記レーザー光源は、前記サセプターの第１面および第２面と平行にレーザー光を出射することを特徴とする。

【0019】

また、請求項８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、前記補助照射部は、ハロゲンランプを有することを特徴とする。

【0020】

また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る熱処理装置において、前記ハロゲンランプは、前記サセプターの周囲を囲繞するように環状に設けられることを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、補助照射部から出射された光を支持ピンに向けて反射する反射部をサセプターの第２面に設けるため、光照射部からの光照射時に温度低下が生じやすい支持ピンと基板との接触箇所近傍を補助的に加熱して温度低下を抑制し、基板面内の温度分布を均一にすることができる。

【0022】

特に、請求項１の発明によれば、反射部が複数の支持ピンのそれぞれと同一形状を有するため、サセプターの全面にわたって厚さが一定となって厚さ方向の熱容量が均一となり、光照射時の基板面内の温度分布をより均一にすることができる。

【0023】

特に、請求項２の発明によれば、反射部が複数の支持ピンのそれぞれの中心軸を中心として線対称となる形状を有するため、補助照射部から出射された光が反射部の周囲のいずれの方向から入射したとしても、その光を支持ピンに向けて導くことができる。

【0024】

特に、請求項４の発明によれば、反射部が凸面形状の反射面を有するため、補助照射部から出射された光を反射して拡がるように支持ピンに導くことができ、支持ピンと基板との接触箇所近傍の広い範囲を加熱することができる。

【0025】

特に、請求項５の発明によれば、反射部が凹面形状の反射面を有するため、補助照射部から出射された光を反射して集束するように支持ピンに導くことができ、支持ピンと基板との接触箇所近傍の狭い範囲を集中的に加熱することができる。

【0026】

特に、請求項７の発明によれば、レーザー光源がサセプターの第１面および第２面と平行にレーザー光を出射するため、サセプターの位置が多少ずれたとしてもサセプターと平行にレーザー光が進行することとなり、基板の不要な箇所を照射して加熱するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【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】半導体ウェハーを保持したサセプターの周縁部近傍を示す図である。

【図5】反射部をサセプターの底面側から見た図である。

【図6】移載機構の平面図である。

【図7】移載機構の側面図である。

【図8】複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。

【図9】第１実施形態のレーザー光源から出射されたレーザー光の光路を示す図である。

【図10】第２実施形態の反射部を示す図である。

【図11】第３実施形態の反射部を示す図である。

【図12】第４実施形態の反射部を示す図である。

【図13】第５実施形態の反射部を示す図である。

【図14】第６実施形態の反射部を示す図である。

【図15】第７実施形態の反射部および支持ピンを示す図である。

【図16】補助照射部としてハロゲンランプを設けた例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

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。

【0029】

＜第１実施形態＞
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。

【0030】

熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容するチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するフラッシュ加熱部５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲン加熱部４と、を備える。チャンバー６の上側にフラッシュ加熱部５が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部４が設けられている。また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部に、半導体ウェハーＷを水平姿勢に保持する保持部７と、保持部７と装置外部との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う移載機構１０と、を備える。さらに、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーＷの熱処理を実行させる制御部３を備える。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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（Ｎ_２））を供給するガス供給孔８１が形設されている。ガス供給孔８１は、凹部６２よりも上側位置に形設されており、反射リング６８に設けられていても良い。ガス供給孔８１はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８２を介してガス供給管８３に連通接続されている。ガス供給管８３はガス供給源８５に接続されている。また、ガス供給管８３の経路途中にはバルブ８４が介挿されている。バルブ８４が開放されると、ガス供給源８５から緩衝空間８２に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。なお、処理ガスは窒素ガスに限定されるものではなく、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガス、または、酸素（Ｏ_２）、水素（Ｈ_２）、塩素（Ｃｌ_２）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ_３）、アンモニア（ＮＨ_３）などの反応性ガスであっても良い。

【0037】

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、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。

【0038】

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。

【0039】

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る。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプター７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２およびサセプター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。

【0040】

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。

【0041】

平板状のサセプター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。サセプター７４は、石英にて形成された円形の保持プレートであり、処理対象となる半導体ウェハーＷを載置して保持する。サセプター７４の直径は半導体ウェハーＷの直径よりも大きい。すなわち、サセプター７４は、半導体ウェハーＷよりも大きな平面サイズを有する。また、サセプター７４の厚さは適宜のものとすることができるが、例えば２．５ｍｍである。

【0042】

サセプター７４の上面（第１面）には、複数個の支持ピン７５が立設されている。本実施形態においては、円形のサセプター７４の外周円と同心円の周上に沿って６０°毎に計６本の支持ピン７５が立設されている。６本の支持ピン７５を配置した円の径（対向する支持ピン７５間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さい。それぞれの支持ピン７５は石英にて形成されている。複数の支持ピン７５は、例えばサセプター７４の上面に穿設された凹部に嵌着して立設すれば良い。

【0043】

また、サセプター７４の上面には、複数個（本実施形態では５個）のガイドピン７６が立設されている。５個のガイドピン７６もサセプター７４の外周円と同心円の周上に沿って設けられている。但し、５個のガイドピン７６を配置した円の径は半導体ウェハーＷの径よりも若干大きい。各ガイドピン７６も石英にて形成されている。さらに、サセプター７４には、後述する移載機構１０のリフトピン１２が半導体ウェハーＷの受け渡しのために貫通する４個の貫通孔７９が穿設されている。

【0044】

基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプター７４の下面周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプター７４と基台リング７１とは連結部７２によって固定的に連結されている。このような保持部７の基台リング７１がチャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７がチャンバー６に装着される。保持部７がチャンバー６に装着された状態においては、サセプター７４は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。

【0045】

チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷは、チャンバー６に装着された保持部７のサセプター７４の上に水平姿勢にて載置されて支持される。半導体ウェハーＷは、サセプター７４の上面に立設された６本の支持ピン７５によって点接触にて支持されてサセプター７４に保持される。すなわち、半導体ウェハーＷは６本の支持ピン７５によってサセプター７４の上面から所定の間隔を隔てて支持されることとなる。また、支持ピン７５の高さよりもガイドピン７６の高さの方が高い。従って、６本の支持ピン７５によって支持された半導体ウェハーＷの水平方向の位置ずれはガイドピン７６によって防止される。

【0046】

図４は、半導体ウェハーＷを保持したサセプター７４の周縁部近傍を示す図である。同図に示すように、サセプター７４の底面（第２面）には反射部７７が設けられている。図５は、反射部７７をサセプター７４の底面側から見た図である。第１実施形態の反射部７７は、サセプター７４の底面に形設された凹部である。図４に示すように、その凹部の断面形状（サセプター７４の径方向に沿って切断した断面）は直角三角形である。このような形状の反射部７７が６本の支持ピン７５のそれぞれに対応して設けられている。すなわち、第１実施形態では６本の支持ピン７５に対応して６個の反射部７７が設けられている。図５に示すように、サセプター７４の上面に立設された支持ピン７５の位置の反対面側に反射部７７が形設されている。

【0047】

また、図３から図５に示すように、サセプター７４の側方にはレーザー光源２１が設置されている。第１実施形態においては、６本の支持ピン７５および６個の反射部７７に対向するように６個のレーザー光源２１が設けられている。６個のレーザー光源２１はチャンバー６の凹部６２に設置すれば良い。

【0048】

レーザー光源２１は、サセプター７４を構成する石英が透過する波長域（４μｍ以下）、かつ、シリコンの半導体ウェハーＷが吸収する波長域（１．１μｍ以下）のレーザー光を出射する。すなわち、レーザー光源２１は、波長１．１μｍ以下のレーザー光を出射する。また、レーザー光源２１は、サセプター７４の主面（上面および底面）と平行に、対応する反射部７７に向けてレーザー光を出射する。レーザー光源２１から出射されたレーザー光は反射部７７によって反射されて支持ピン７５へと向かうのであるが、この作用についてはさらに後述する。

【0049】

図６は、移載機構１０の平面図である。また、図７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６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６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。

【0050】

また、一対の移載アーム１１は、昇降機構１４によって水平移動機構１３とともに昇降移動される。昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて上昇させると、計４本のリフトピン１２がサセプター７４に穿設された貫通孔７９（図２，３参照）を通過し、リフトピン１２の上端がサセプター７４の上面から突き出る。一方、昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて下降させてリフトピン１２を貫通孔７９から抜き取り、水平移動機構１３が一対の移載アーム１１を開くように移動させると各移載アーム１１が退避位置に移動する。一対の移載アーム１１の退避位置は、保持部７の基台リング７１の直上である。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されているため、移載アーム１１の退避位置は凹部６２の内側となる。なお、移載機構１０の駆動部（水平移動機構１３および昇降機構１４）が設けられている部位の近傍にも図示省略の排気機構が設けられており、移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気がチャンバー６の外部に排出されるように構成されている。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

キセノンフラッシュランプＦＬは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）と、該ガラス管の外周面上に付設されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、ハロゲンランプＨＬの如き連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。すなわち、フラッシュランプＦＬは、１秒未満の極めて短い時間で瞬間的に発光するパルス発光ランプである。なお、フラッシュランプＦＬの発光時間は、フラッシュランプＦＬに電力供給を行うランプ電源のコイル定数によって調整することができる。

【0054】

また、リフレクタ５２は、複数のフラッシュランプＦＬの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ５２の基本的な機能は、複数のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５の側に反射するというものである。リフレクタ５２はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面（フラッシュランプＦＬに臨む側の面）はブラスト処理により粗面化加工が施されている。

【0055】

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８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。

【0056】

また、図８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。

【0057】

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。

【0058】

ハロゲンランプＨＬは、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素（ヨウ素、臭素等）を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプＨＬは、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特性を有する。すなわち、ハロゲンランプＨＬは少なくとも１秒以上連続して発光する連続点灯ランプである。また、ハロゲンランプＨＬは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプＨＬを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーＷへの放射効率が優れたものとなる。

【0059】

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。

【0060】

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。さらに、熱処理装置１には、サセプター７４に保持された半導体ウェハーＷの温度を測定する温度センサー（放射温度計および／または接触式温時計）が設けられている。

【0061】

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（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。

【0062】

まず、給気のためのバルブ８４が開放されるとともに、排気用のバルブ８９，１９２が開放されてチャンバー６内に対する給排気が開始される。バルブ８４が開放されると、ガス供給孔８１から熱処理空間６５に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。

【0063】

また、バルブ１９２が開放されることによって、搬送開口部６６からもチャンバー６内の気体が排気される。さらに、図示省略の排気機構によって移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気も排気される。なお、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの熱処理時には窒素ガスが熱処理空間６５に継続的に供給されており、その供給量は処理工程に応じて適宜変更される。

【0064】

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。搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーＷは保持部７の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構１０の一対の移載アーム１１が退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２が貫通孔７９を通ってサセプター７４の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。このとき、リフトピン１２はサセプター７４の支持ピン７５の上端よりも上方にまで上昇する。

【0065】

半導体ウェハーＷがリフトピン１２に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間６５から退出し、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖される。そして、一対の移載アーム１１が下降することにより、半導体ウェハーＷは移載機構１０から保持部７のサセプター７４に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。

【0066】

半導体ウェハーＷは、サセプター７４の上面に立設された６本の支持ピン７５によって点接触にて支持されてサセプター７４に保持される。半導体ウェハーＷは、その中心がサセプター７４の中心軸と一致するように（つまり、サセプター７４の上面の中央に）、６本の支持ピン７５によって支持される。支持ピン７５によって支持された半導体ウェハーＷの周囲は５本のガイドピン７６によって取り囲まれる。また、半導体ウェハーＷは、パターン形成がなされて不純物が注入された表面を上面としてサセプター７４に保持される。複数の支持ピン７５によって支持された半導体ウェハーＷの裏面（表面とは反対側の主面）とサセプター７４の上面との間には所定の間隔が形成され、半導体ウェハーＷはサセプター７４の上面と平行に支持される。サセプター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。

【0067】

半導体ウェハーＷが保持部７のサセプター７４によって水平姿勢にて下方より支持された後、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して予備加熱（アシスト加熱）が開始される。ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓６４およびサセプター７４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。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。

【0068】

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の温度が図示を省略する温度センサーによって測定されている。測定された半導体ウェハーＷの温度は当該温度センサーから制御部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する。予備加熱温度Ｔ１は、半導体ウェハーＷに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、２００℃ないし８００℃程度、好ましくは３５０℃ないし６００℃程度とされる（本実施の形態では６００℃）。

【0069】

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、温度センサーによって測定される半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した時点にて制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を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に所定時間維持している。

【0070】

ところで、上述の如く、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱は、半導体ウェハーＷを６本の支持ピン７５によって点接触で支持した状態で行われる。支持ピン７５を含む石英のサセプター７４は、ハロゲンランプＨＬから放射された光をほとんど吸収せずに透過する。このため、予備加熱時には、半導体ウェハーＷがハロゲンランプＨＬからの光を吸収して昇温する一方で支持ピン７５を含むサセプター７４はあまり昇温せず、相対的に半導体ウェハーＷよりも低温となる。よって、半導体ウェハーＷから直接に接触する支持ピン７５への熱伝導が生じ、６本の支持ピン７５による接触箇所近傍のウェハー温度が他の領域よりも相対的に低下することとなる。その結果、半導体ウェハーＷの面内温度分布が不均一となる傾向が生じる。

【0071】

このため、第１実施形態においては、サセプター７４の側方に補助照射部としてのレーザー光源２１を設けるとともに、サセプター７４の底面に反射部７７を設けている。図９は、第１実施形態のレーザー光源２１から出射されたレーザー光の光路を示す図である。本実施形態においては、６本の支持ピン７５に対応してサセプター７４の底面に６個の反射部７７が設けられている。そして、６個の反射部７７に対向するように６個のレーザー光源２１が設けられている。各レーザー光源２１は、対応する反射部７７に向けてサセプター７４の上面および底面と平行にレーザー光を出射する。レーザー光源２１が出射するレーザー光の波長はシリコンの吸収波長域である１．１μｍ以下であり、その光線の径はサセプター７４の厚さよりも小さい。

【0072】

レーザー光源２１から出射されたレーザー光は、サセプター７４の端面から入射してサセプター７４の内部を上面および底面と平行に進み、反射部７７の反射面７７ａに到達する。このとき、レーザー光は石英から空気への臨界角（約４３°〜４４°）よりも大きな入射角にて反射面７７ａに入射するため、反射面７７ａによって全反射される。そして、反射面７７ａで全反射されたレーザー光は支持ピン７５へと向かい、半導体ウェハーＷの支持ピン７５との接触箇所近傍に到達する。換言すれば、反射部７７の反射面７７ａは、サセプター７４の上面および底面と平行に進行して入射する光の入射角が臨界角よりも大きくなり、かつ、その光が反射して支持ピン７５へと向かうような位置および角度（水平面とのなす角度）に形設される。

【0073】

レーザー光源２１が出射するレーザー光の波長はシリコンの半導体ウェハーＷが吸収する１．１μｍ以下である。従って、半導体ウェハーＷの支持ピン７５との接触箇所近傍においてはレーザー光が吸収されて昇温する。その結果、予備加熱時に相対的な温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの支持ピン７５との接触箇所近傍を補助的に加熱して温度低下を抑制し、当該接触箇所近傍と周辺領域との温度差を最小にすることができる。

【0074】

このようなレーザー光照射による支持ピン７５との接触箇所近傍の補助的な加熱が６本の支持ピン７５のそれぞれについて行われる。これにより、６本の支持ピン７５と半導体ウェハーＷとの接触箇所近傍が個別に加熱されて昇温し、それらの温度低下を防止して半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。

【0075】

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の温度が予備加熱温度Ｔ１に到達して所定時間が経過した時点にてフラッシュ加熱部５のフラッシュランプＦＬが半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光照射を行う。このとき、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光の一部は直接にチャンバー６内へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ５２により反射されてからチャンバー６内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱が行われる。

【0076】

フラッシュ加熱は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光（閃光）照射により行われるため、半導体ウェハーＷの表面温度を短時間で上昇することができる。すなわち、フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下程度の極めて短く強い閃光である。そして、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの表面温度は、瞬間的に１０００℃以上の処理温度Ｔ２まで上昇し、半導体ウェハーＷに注入された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。このように、熱処理装置１では、半導体ウェハーＷの表面温度を極めて短時間で昇降することができるため、半導体ウェハーＷに注入された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、不純物の活性化に必要な時間はその熱拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であっても活性化は完了する。

【0077】

第１実施形態では、レーザー光源２１から出射されたレーザー光を反射部７７で全反射させて支持ピン７５に向けて導くことにより、支持ピン７５と半導体ウェハーＷとの接触箇所近傍における温度低下を抑制して予備加熱段階での半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にしている。その結果、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷ表面の面内温度分布も均一にすることができる。

【0078】

フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプＨＬが消灯する。これにより、半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１から急速に降温する。降温中の半導体ウェハーＷの温度も温度センサーによって測定され、その測定結果は制御部３に伝達される。制御部３は、測定結果より半導体ウェハーＷの温度が所定温度まで降温したか否かを監視する。そして、半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２がサセプター７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプター７４から受け取る。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、リフトピン１２上に載置された半導体ウェハーＷが装置外部の搬送ロボットにより搬出され、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。

【0079】

第１実施形態においては、サセプター７４の側方にレーザー光源２１を設けるとともに、サセプター７４の底面に凹部の反射部７７を設けている。そして、レーザー光源２１から出射されたレーザー光を反射部７７での全反射によって支持ピン７５に導いている。これにより、温度低下が生じやすい支持ピン７５と半導体ウェハーＷとの接触箇所近傍を補助的に加熱して温度低下を抑制し、予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。その結果、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷ表面の面内温度分布も均一にすることができる。

【0080】

支持ピン７５と半導体ウェハーＷとの接触箇所近傍にレーザー光を照射するだけであれば、反射部７７を設けることなく、レーザー光源２１から直接に当該接触箇所近傍に向けてレーザー光を出射することも考えられる。しかし、このようにすると、レーザー光源２１から半導体ウェハーＷに向けて所定の角度にてレーザー光が出射することとなり、少しでもサセプター７４の位置がずれた場合には支持ピン７５と接触箇所以外の領域にレーザー光が到達して加熱され、結果として温度分布の不均一がさらに大きくなるおそれがある。第１実施形態においては、レーザー光源２１からサセプター７４の上面および底面と平行（つまり、サセプター７４に支持された半導体ウェハーＷと平行）にレーザー光が出射され、それを反射部７７によって支持ピン７５に導くようにしている。このため、サセプター７４の位置が多少ずれたとしても、レーザー光は半導体ウェハーＷと平行な面内（第１実施形態であればサセプター７４の内部）を進行することとなり、半導体ウェハーＷの不要な箇所に到達して加熱するのを防止することができる。

【0081】

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と概ね同様である。また、第２実施形態の熱処理装置における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第２実施形態が第１実施形態と相違するのはサセプター７４に形設する反射部の構造である。

【0082】

図１０は、第２実施形態の反射部１７７を示す図である。第１実施形態の反射部７７がサセプター７４の底面に形設された凹部であったのに対して、第２実施形態の反射部１７７はサセプター７４の底面に突設された石英の凸部である。その凸部の断面形状は直角三角形であり、第１実施形態の反射部７７の断面形状と同一である。このような形状の反射部１７７が６本の支持ピン７５のそれぞれに対応して設けられている。

【0083】

また、第１実施形態と同様に、サセプター７４の側方には、６本の支持ピン７５および６個の反射部１７７に対向するように６個のレーザー光源２１が設置されている。レーザー光源２１は、石英が透過し、かつ、シリコンが吸収する波長域（１．１μｍ以下）のレーザー光を出射する。

【0084】

第２実施形態においては、６個のレーザー光源２１のそれぞれが対応する反射部１７７に向けてサセプター７４の上面および底面と平行にレーザー光を出射する。レーザー光源２１から出射されたレーザー光は、反射部１７７に入射して反射面１７７ａに到達する。このとき、レーザー光は石英から空気への臨界角よりも大きな入射角にて反射面１７７ａに入射するため、反射面１７７ａによって全反射される。そして、反射面１７７ａで全反射されたレーザー光は支持ピン７５へと向かい、半導体ウェハーＷの支持ピン７５との接触箇所近傍に到達する。換言すれば、反射部１７７の反射面１７７ａは、サセプター７４の上面および底面と平行に進行して入射する光の入射角が臨界角よりも大きくなり、かつ、その光が反射して支持ピン７５へと向かうような位置および角度（水平面とのなす角度）に形設される。

【0085】

半導体ウェハーＷの支持ピン７５との接触箇所近傍においてはレーザー光が吸収されて昇温する。このようなレーザー光照射による支持ピン７５との接触箇所近傍の補助的な加熱が６本の支持ピン７５のそれぞれについて行われる。これにより、６本の支持ピン７５と半導体ウェハーＷとの接触箇所近傍が個別に加熱されて昇温し、それらの温度低下を防止して予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。その結果、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷ表面の面内温度分布も均一にすることができる。

【0086】

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と概ね同様である。また、第３実施形態の熱処理装置における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第３実施形態が第１実施形態と相違するのはサセプター７４に形設する反射部の構造である。

【0087】

図１１は、第３実施形態の反射部２７７を示す図である。第３実施形態の反射部２７７はサセプター７４の底面に突設された石英の凸部である。反射部２７７は、支持ピン７５の中心軸を中心として線対称となる形状を有している。具体的には、第３実施形態の反射部２７７は円錐形状の反射面２７７ａを有する。このような線対称形状の反射部２７７が６本の支持ピン７５のそれぞれに対応して設けられている。

【0088】

また、第１実施形態と同様に、サセプター７４の側方には、６本の支持ピン７５および６個の反射部２７７に対向するように６個のレーザー光源２１が設置されている。レーザー光源２１は、石英が透過し、かつ、シリコンが吸収する波長域（１．１μｍ以下）のレーザー光を出射する。

【0089】

第３実施形態においては、６個のレーザー光源２１のそれぞれが対応する反射部２７７に向けてサセプター７４の上面および底面と平行にレーザー光を出射する。レーザー光源２１から出射されたレーザー光は、反射部２７７に入射して反射面２７７ａに到達する。このとき、レーザー光は石英から空気への臨界角よりも大きな入射角にて反射面２７７ａに入射するため、反射面２７７ａによって全反射される。そして、反射面２７７ａで全反射されたレーザー光は支持ピン７５へと向かい、半導体ウェハーＷの支持ピン７５との接触箇所近傍に到達する。

【0090】

半導体ウェハーＷの支持ピン７５との接触箇所近傍においてはレーザー光が吸収されて昇温する。このようなレーザー光照射による支持ピン７５との接触箇所近傍の補助的な加熱が６本の支持ピン７５のそれぞれについて行われる。これにより、６本の支持ピン７５と半導体ウェハーＷとの接触箇所近傍が個別に加熱されて昇温し、それらの温度低下を防止して予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。その結果、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷ表面の面内温度分布も均一にすることができる。

【0091】

また、第３実施形態においては、反射部２７７が支持ピン７５の中心軸を中心として線対称となる形状を有している。従って、図１１に点線にて示すように、反射部２７７の周囲のいずれの方向（但し、サセプター７４の上面および底面と平行）からレーザー光が入射しても、そのレーザー光は反射面２７７ａで反射されて支持ピン７５へと導かれる。このため、レーザー光源２１によるレーザー光の入射方向の自由度が高くなり、レーザー光源２１の設置位置にバリエーションを持たせることができる。さらに、サセプター７４の位置またはレーザー光源２１からのレーザー光の光軸がずれ、そのレーザー光が対応するのとは異なる反射部２７７に入射したとしても支持ピン７５に導かれることとなる。

【0092】

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と概ね同様である。また、第４実施形態の熱処理装置における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第４実施形態が第１実施形態と相違するのはサセプター７４に形設する反射部の構造である。

【0093】

図１２は、第４実施形態の反射部３７７を示す図である。第４実施形態の反射部３７７はサセプター７４の底面に突設された石英の凸部である。反射部３７７は、支持ピン７５の中心軸を中心として線対称となる形状を有している。具体的には、第４実施形態の反射部３７７は凸面形状の反射面３７７ａを有する。ここでの凸面形状とは、支持ピン７５の側に向かって凸となる曲面の形状である。このような線対称形状の反射部３７７が６本の支持ピン７５のそれぞれに対応して設けられている。

【0094】

また、第１実施形態と同様に、サセプター７４の側方には、６本の支持ピン７５および６個の反射部３７７に対向するように６個のレーザー光源２１が設置されている。レーザー光源２１は、石英が透過し、かつ、シリコンが吸収する波長域（１．１μｍ以下）のレーザー光を出射する。

【0095】

第４実施形態においては、６個のレーザー光源２１のそれぞれが対応する反射部３７７に向けてサセプター７４の上面および底面と平行にレーザー光を出射する。レーザー光源２１から出射されたレーザー光は、反射部３７７に入射して反射面３７７ａに到達する。このとき、レーザー光は石英から空気への臨界角よりも大きな入射角にて反射面３７７ａに入射するため、反射面３７７ａによって全反射される。そして、反射面３７７ａで全反射されたレーザー光は支持ピン７５へと向かい、半導体ウェハーＷの支持ピン７５との接触箇所近傍に到達する。

【0096】

半導体ウェハーＷの支持ピン７５との接触箇所近傍においてはレーザー光が吸収されて昇温する。このようなレーザー光照射による支持ピン７５との接触箇所近傍の補助的な加熱が６本の支持ピン７５のそれぞれについて行われる。これにより、６本の支持ピン７５と半導体ウェハーＷとの接触箇所近傍が個別に加熱されて昇温し、それらの温度低下を防止して予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。その結果、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷ表面の面内温度分布も均一にすることができる。

【0097】

また、第３実施形態と同様に、反射部３７７が支持ピン７５の中心軸を中心として線対称となる形状を有している。従って、反射部３７７の周囲のいずれの方向からレーザー光が入射しても、そのレーザー光は反射面３７７ａで反射されて支持ピン７５へと導かれる。このため、レーザー光源２１によるレーザー光の入射方向の自由度が高くなる。

【0098】

さらに、第４実施形態においては、反射部３７７が凸面形状の反射面３７７ａを有しているため、所定の幅を有するレーザー光が反射面３７７ａで反射されて拡がるように支持ピン７５に導かれる。このため、第１実施形態から第３実施形態に比較して接触箇所近傍の広い範囲を加熱することができる。すなわち、半導体ウェハーＷの支持ピン７５との接触箇所近傍の比較的広い範囲にわたって温度低下が生じる場合には、第４実施形態のような凸面形状の反射面３７７ａを有する反射部３７７が好適である。

【0099】

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と概ね同様である。また、第５実施形態の熱処理装置における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第５実施形態が第１実施形態と相違するのはサセプター７４に形設する反射部の構造である。

【0100】

図１３は、第５実施形態の反射部４７７を示す図である。第５実施形態の反射部４７７はサセプター７４の底面に突設された石英の凸部である。反射部４７７は、支持ピン７５の中心軸を中心として線対称となる形状を有している。具体的には、第５実施形態の反射部４７７は凹面形状の反射面４７７ａを有する。ここでの凹面形状とは、支持ピン７５の側から見て凹となる曲面の形状である。このような線対称形状の反射部４７７が６本の支持ピン７５のそれぞれに対応して設けられている。

【0101】

また、第１実施形態と同様に、サセプター７４の側方には、６本の支持ピン７５および６個の反射部４７７に対向するように６個のレーザー光源２１が設置されている。レーザー光源２１は、石英が透過し、かつ、シリコンが吸収する波長域（１．１μｍ以下）のレーザー光を出射する。

【0102】

第５実施形態においては、６個のレーザー光源２１のそれぞれが対応する反射部４７７に向けてサセプター７４の上面および底面と平行にレーザー光を出射する。レーザー光源２１から出射されたレーザー光は、反射部４７７に入射して反射面４７７ａに到達する。このとき、レーザー光は石英から空気への臨界角よりも大きな入射角にて反射面４７７ａに入射するため、反射面４７７ａによって全反射される。そして、反射面４７７ａで全反射されたレーザー光は支持ピン７５へと向かい、半導体ウェハーＷの支持ピン７５との接触箇所近傍に到達する。

【0103】

半導体ウェハーＷの支持ピン７５との接触箇所近傍においてはレーザー光が吸収されて昇温する。このようなレーザー光照射による支持ピン７５との接触箇所近傍の補助的な加熱が６本の支持ピン７５のそれぞれについて行われる。これにより、６本の支持ピン７５と半導体ウェハーＷとの接触箇所近傍が個別に加熱されて昇温し、それらの温度低下を防止して予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。その結果、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷ表面の面内温度分布も均一にすることができる。

【0104】

また、第３実施形態と同様に、反射部４７７が支持ピン７５の中心軸を中心として線対称となる形状を有している。従って、反射部４７７の周囲のいずれの方向からレーザー光が入射しても、そのレーザー光は反射面４７７ａで反射されて支持ピン７５へと導かれる。このため、レーザー光源２１によるレーザー光の入射方向の自由度が高くなる。

【0105】

さらに、第５実施形態においては、反射部４７７が凹面形状の反射面４７７ａを有しているため、所定の幅を有するレーザー光が反射面４７７ａで反射されて集束するように支持ピン７５に導かれる。このため、第１実施形態から第３実施形態に比較して接触箇所近傍の狭い範囲を集中的に加熱することができる。すなわち、半導体ウェハーＷの支持ピン７５との接触箇所近傍の比較的狭い範囲にて周辺領域に比べて大きな温度低下が生じる場合には、第５実施形態のような凹面形状の反射面４７７ａを有する反射部４７７が好適である。

【0106】

＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態について説明する。第６実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と概ね同様である。また、第６実施形態の熱処理装置における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第６実施形態が第１実施形態と相違するのはサセプター７４に形設する反射部の構造である。

【0107】

図１４は、第６実施形態の反射部を示す図である。第３実施形態から第５実施形態ではサセプター７４の底面に線対称形状の凸部を反射部として形設していたが、第６実施形態においてはサセプター７４の底面に線対称形状の凹部を反射部として設ける。図１４（ａ）の反射部５７７および図１４（ｂ）の反射部５７８は、いずれも支持ピン７５の中心軸を中心として線対称となる形状を有している。具体的には、図１４（ａ）の反射部５７７は円錐形状の反射面５７７ａを有しており、図１４（ｂ）の反射部５７８は凸面形状の反射面５７８ａを有する。すなわち、図１４（ａ）の反射部５７７は第３実施形態の凸部を凹部としたものであり、図１４（ｂ）の反射部５７８は第４実施形態の凸部を凹部としたものであると言える。

【0108】

また、第１実施形態と同様に、サセプター７４の側方には、６本の支持ピン７５および６個の反射部５７７，５７８に対向するように６個のレーザー光源２１が設置されている。レーザー光源２１は、石英が透過し、かつ、シリコンが吸収する波長域（１．１μｍ以下）のレーザー光を出射する。

【0109】

第５実施形態においては、６個のレーザー光源２１のそれぞれが対応する反射部５７７，５７８に向けてサセプター７４の上面および底面と平行にレーザー光を出射する。レーザー光源２１から出射されたレーザー光は、反射部５７７，５７８に入射して反射面５７７ａ，５７８ａに到達する。このとき、レーザー光は臨界角よりも大きな入射角にて反射面５７７ａ，５７８ａに入射するため、反射面５７７ａ，５７８ａによって全反射される。そして、反射面５７７ａ，５７８ａで全反射されたレーザー光は支持ピン７５へと向かい、半導体ウェハーＷの支持ピン７５との接触箇所近傍に到達する。

【0110】

半導体ウェハーＷの支持ピン７５との接触箇所近傍においてはレーザー光が吸収されて昇温する。このようなレーザー光照射による支持ピン７５との接触箇所近傍の補助的な加熱が６本の支持ピン７５のそれぞれについて行われる。これにより、６本の支持ピン７５と半導体ウェハーＷとの接触箇所近傍が個別に加熱されて昇温し、それらの温度低下を防止して予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。その結果、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷ表面の面内温度分布も均一にすることができる。

【0111】

また、図１４（ａ）の反射部５７７によれば第３実施形態の反射部２７７と同様の効果を得ることができ、図１４（ｂ）の反射部５７８によれば第４実施形態の反射部３７７と同様の効果を得ることができる。

【0112】

＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態について説明する。第７実施形態の熱処理装置の全体構成は第１実施形態と概ね同様である。また、第７実施形態の熱処理装置における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第７実施形態が第１実施形態と相違するのはサセプター７４に設ける反射部および支持ピンの構造である。

【0113】

図１５は、第７実施形態の反射部および支持ピンを示す図である。第６実施形態と同様に、サセプター７４の底面には線対称形状の凹部を反射部として設けている。そして、第７実施形態においては、反射部と同じ形状の支持ピンをサセプター７４の上面に立設している。すなわち、サセプター７４の底面に設ける反射部の形状を上面に設ける支持ピンと同一形状としている。

【0114】

図１５（ａ）の例では、サセプター７４の底面に円錐形状の反射面６７７ａを有する反射部６７７を形設している。そして、サセプター７４の上面には円錐形状の支持ピン１７５を設けている。また、図１５（ｂ）の例では、サセプター７４の底面に凸面形状の反射面６７８ａを有する反射部６７８を形設している。そして、サセプター７４の上面には凸面形状の支持ピン２７５を設けている。さらに、図１５（ｃ）の例では、サセプター７４の底面に凹面形状の反射面６７９ａを有する反射部６７９を形設している。そして、サセプター７４の上面には凹面形状の支持ピン３７５を設けている。

【0115】

図１５（ａ）〜（ｃ）のいずれにおいても、支持ピン１７５，２７５，３７５と反射部６７７，６７８，６７９とはそれぞれ同一形状であり、大きさも同じである。支持ピン１７５，２７５，３７５は、例えばサセプター７４の上面に６個設けられる。６個の支持ピン１７５，２７５，３７５のそれぞれに対応して反射部６７７，６７８，６７９が設けられる。反射部６７７，６７８，６７９は、支持ピン１７５，２７５，３７５の中心軸を中心として線対称となる形状を有している。すなわち、反射部６７７，６７８，６７９の中心軸と支持ピン１７５，２７５，３７５の中心軸とは一致している。

【0116】

また、第１実施形態と同様に、サセプター７４の側方には６個のレーザー光源２１が設置されている。レーザー光源２１は、石英が透過し、かつ、シリコンが吸収する波長域（１．１μｍ以下）のレーザー光を出射する。

【0117】

第７実施形態においては、６個のレーザー光源２１のそれぞれが対応する反射部６７７，６７８，６７９に向けてサセプター７４の上面および底面と平行にレーザー光を出射する。レーザー光源２１から出射されたレーザー光は、反射部６７７，６７８，６７９に入射して反射面６７７ａ，６７８ａ，６７９ａに到達する。このとき、レーザー光は臨界角よりも大きな入射角にて反射面６７７ａ，６７８ａ，６７９ａに入射するため、反射面６７７ａ，６７８ａ，６７９ａによって全反射される。そして、反射面６７７ａ，６７８ａ，６７９ａで全反射されたレーザー光は支持ピン１７５，２７５，３７５へと向かい、半導体ウェハーＷの支持ピン１７５，２７５，３７５との接触箇所近傍に到達する。

【0118】

半導体ウェハーＷの支持ピン１７５，２７５，３７５との接触箇所近傍においてはレーザー光が吸収されて昇温する。このようなレーザー光照射による支持ピン１７５，２７５，３７５との接触箇所近傍の補助的な加熱が６個の支持ピン１７５，２７５，３７５のそれぞれについて行われる。これにより、６個の支持ピン１７５，２７５，３７５と半導体ウェハーＷとの接触箇所近傍が個別に加熱されて昇温し、それらの温度低下を防止して予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。その結果、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷ表面の面内温度分布も均一にすることができる。

【0119】

また、第７実施形態においては、凹部である反射部６７７，６７８，６７９と同一形状の支持ピン１７５，２７５，３７５をサセプター７４の上面に立設している。反射部６７７，６７８，６７９の中心軸と支持ピン１７５，２７５，３７５の中心軸とは一致している。このため、支持ピン１７５，２７５，３７５を含むサセプター７４の全面にわたって厚さが一定となる。その結果、サセプター７４の全面にわたって厚さ方向の熱容量が均一となり、予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一にすることができる。

【0120】

＜第８実施形態＞
次に、本発明の第８実施形態について説明する。第１実施形態から第７実施形態では補助照射部としてレーザー光源２１を設けていたが、第８実施形態においてはレーザー光源に代えて補助照射部としてハロゲンランプ１２１を設ける。図１６は、補助照射部としてハロゲンランプ１２１を設けた例を示す図である。第８実施形態のサセプター７４は第１実施形態と同じものである。すなわち、第１実施形態と同様に、サセプター７４の底面には凹部である反射部７７が形設される。また、サセプター７４の上面には支持ピン７５が立設される。

【0121】

第８実施形態においては、サセプター７４の側方には、円環形状のハロゲンランプ１２１が設置される。円環形状のハロゲンランプ１２１の内径はサセプター７４の直径よりも大きい。よって、ハロゲンランプ１２１はサセプター７４の周囲を囲繞するように環状に設けられる。ハロゲンランプ１２１は、ハロゲン加熱部４のハロゲンランプＨＬと同じ原理で発光する連続点灯ランプである。

【0122】

第８実施形態においては、ハロゲンランプ１２１が発光してサセプター７４の側方から光を照射する。但し、ハロゲンランプ１２１はガラス管の全周から光を放射するため、サセプター７４の上面および底面と平行に進行する光の他にそれ以外の方向に進行する光も放射する。ハロゲンランプ１２１から出射された光のうち、サセプター７４の上面および底面と平行に進行する光は、第１実施形態と同様に、反射面７７ａで全反射されて支持ピン７５へと導かれる。これにより、６本の支持ピン７５と半導体ウェハーＷとの接触箇所近傍が加熱されて昇温し、それらの温度低下を防止して予備加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。その結果、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷ表面の面内温度分布も均一にすることができる。

【0123】

また、ハロゲンランプ１２１はサセプター７４の側方にてその周囲を囲繞するように円環状に設けられるため、ハロゲンランプ１２１から出射された光の一部はサセプター７４に支持された半導体ウェハーＷの端縁部に直接に照射される。これにより、予備加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの端縁部を加熱して半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一にすることができる。

【0124】

＜変形例＞
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、第１実施形態から第７実施形態では、６本の支持ピン７５および６個の反射部に対向するように６個のレーザー光源２１を設けていたが、これに限定されるものではなく、チャンバー６の側壁内部の１箇所に６系統のレーザー光源を設けて６個の反射部に向けてレーザー光を出射するようにしても良い。特に、第３実施形態から第７実施形態のように、支持ピンの中心軸を中心として線対称となる形状を有する反射部を設けている場合には、反射部の周囲のいずれの方向からレーザー光が入射しても、そのレーザー光は全反射されて支持ピンへと導かれるため、レーザー光源の設置位置の自由度は高い。

【0125】

また、第８実施形態では、サセプター７４の側方にハロゲンランプ１２１を設けていたが、補助照射部としてアークランプを設けるようにしても良い。或いは、サセプター７４の側方の四方に、ハロゲン加熱部４のハロゲンランプＨＬと同様の棒状ランプを配置するようにしても良い。

【0126】

また、上記各実施形態では、支持ピンの本数を６本としていたが、これに限定されるものではなく、サセプター７４の上面に立設する支持ピンの本数は半導体ウェハーＷを支持可能な３本以上であれば良い。サセプター７４の上面に立設する支持ピンの本数に応じて底面に設ける反射部の個数もそれと同数となるように設定される。

【0127】

また、上記各実施形態では、反射部の反射面に臨界角よりも大きな入射角にて光が入射するようにしていたが、これに代えて反射面に金属膜を成膜して鏡面とすることにより、入射光を反射するようにしても良い。金属膜は一般に石英よりも耐熱性に劣るものの、反射面が鏡面であれば入射角は必ずしも臨界角より大きくなくても良いため、特に処理温度が低い場合には好適である。

【0128】

また、第６実施形態において、第５実施形態の如き凹面形状の凸部を凹部としてサセプター７４の底面に反射部を形成するようにしても良い（図１５（ｃ）参照）。

【0129】

また、第８実施形態において、サセプター７４を第２実施形態から第７実施形態にて示したようなものとしても良い。特に、第３実施形態から第７実施形態に示したサセプター７４は、支持ピンの中心軸を中心として線対称となる形状を有する反射部を設けているため、反射部の周囲のいずれの方向から入射した光をも支持ピンへと導くことができる。このため、円環状に設けられたハロゲンランプ１２１の全周から出射された光を効率良く反射して支持ピンへと導くことができる。

【0130】

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、上段および下段に複数する配置する形態であれば任意の数とすることができる。

【0131】

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。

【0132】

また、本発明に係る熱処理技術は、フラッシュランプアニール装置に限定されるものではなく、ハロゲンランプを使用した枚葉式のランプアニール装置やＣＶＤ装置などのフラッシュランプ以外の熱源の装置にも適用することができる。特に、チャンバーの下方にハロゲンランプを配置し、石英のサセプター上に複数の支持ピンで支持した半導体ウェハーの裏面から光照射を行って熱処理を行うバックサイドアニール装置に本発明に係る技術は好適に適用することができる。

【符号の説明】

【0133】

１ 熱処理装置
３ 制御部
４ ハロゲン加熱部
５ フラッシュ加熱部
６ チャンバー
７ 保持部
１０ 移載機構
２１
６５ 熱処理空間
７４ サセプター
７５，１７５，２７５，３７５ 支持ピン
７７，１７７，２７７，３７７，４７７，５７７，５７８，６７７，６７８，６７９ 反射部
７７ａ，１７７ａ，２７７ａ，３７７ａ，４７７ａ，５７７ａ，５７８ａ，６７７ａ，６７８ａ，６７９ａ 反射面
１２１，ＨＬ ハロゲンランプ
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】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】