特許 6837911 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】6837911

(24)【登録日】2021年2月15日

(45)【発行日】2021年3月3日

(54)【発明の名称】熱処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/26 20060101AFI20210222BHJP

   H01L 21/683 20060101ALN20210222BHJP

   H01L 21/31 20060101ALN20210222BHJP

   C23C 16/455 20060101ALN20210222BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/26 G

   H01L21/26 T

   !H01L21/68 N

   !H01L21/31 B

   !C23C16/455

【請求項の数】7

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-97881(P2017-97881)

(22)【出願日】2017年5月17日

(65)【公開番号】特開2018-195686(P2018-195686A)

(43)【公開日】2018年12月6日

【審査請求日】2019年12月23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】西出 信彦

(72)【発明者】

【氏名】上村 拓也

【審査官】 鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２６００２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５０９６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２２８３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−００７０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０７７１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０７４５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５２６２７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２６

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

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、
略円筒形状の側壁を有するチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を保持する保持部と、
前記保持部に保持された前記基板に光を照射する光照射部と、
前記側壁の一方側開口を閉塞するように設けられ、前記光照射部から出射された光を前記チャンバー内に透過させる石英窓と、
前記側壁に取り付けられ、前記チャンバーの外部から供給された処理ガスを前記チャンバーの内部に導く円環形状のガスリングと、
を備え、
前記ガスリングは、
前記チャンバーの外部から供給された前記処理ガスを前記ガスリングの周方向に沿って拡散させるバッファ部と、
前記バッファ部に満たされた前記処理ガスを前記ガスリングの径方向に沿って内側から外側に向けて流しつつ前記処理ガスの流れに抵抗を与えて前記処理ガスの径方向に沿った流速を低下させる抵抗部と、
を備え、
前記ガスリングと前記石英窓との間に、前記抵抗部から流出した前記処理ガスを前記ガスリングの径方向に沿って外側から内側に向けて流して前記チャンバーの内部に吐出する吐出流路を形成し、
前記抵抗部には、前記ガスリングの周方向に沿った前記処理ガスの流れに抵抗を与えて前記処理ガスの周方向に沿った流速を低下させる突起部が設けられ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、
前記バッファ部は、
前記チャンバーの外部から供給された前記処理ガスが流入する円環状の空間である第１バッファと、
前記第１バッファよりも大きな容積を有し、前記第１バッファに満たされた前記処理ガスが流入する第２バッファと、
を備えることを特徴とする熱処理装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２記載の熱処理装置において、
前記抵抗部は、ラビリンス構造を有することを特徴とする熱処理装置。

【請求項4】

請求項１または請求項２記載の熱処理装置において、
前記抵抗部は、複数の孔を穿設したメッシュ板を有することを特徴とする熱処理装置。

【請求項5】

請求項１または請求項２記載の熱処理装置において、
前記抵抗部は、複数の柱状部材を備えることを特徴とする熱処理装置。

【請求項6】

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、
略円筒形状の側壁を有するチャンバーと、
前記チャンバー内にて基板を保持する保持部と、
前記保持部に保持された前記基板に光を照射する光照射部と、
前記チャンバーの外部から供給された処理ガスを前記側壁の周方向に沿って拡散させるバッファ部と、
前記バッファ部に満たされた前記処理ガスを前記側壁の径方向に沿って内側から外側に向けて流しつつ前記処理ガスの流れに抵抗を与えて前記処理ガスの径方向に沿った流速を低下させる抵抗部と、
前記抵抗部から流出した前記処理ガスを前記側壁の径方向に沿って外側から内側に向けて流して前記チャンバーの内部に吐出する吐出流路と、
を備え、
前記抵抗部には、前記側壁の周方向に沿った前記処理ガスの流れに抵抗を与えて前記処理ガスの周方向に沿った流速を低下させる突起部が設けられ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、
前記バッファ部は、
前記チャンバーの外部から供給された前記処理ガスが流入する円環状の空間である第１バッファと、
前記第１バッファよりも大きな容積を有し、前記第１バッファに満たされた前記処理ガスが流入する第２バッファと、
を備え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】

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する。その結果、半導体ウェハーの表面に急激な熱膨張が生じて変形し、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーがサセプタ上で振動、或いは跳躍する現象が生じていた。そして、半導体ウェハーの振動（或いは、跳躍）に伴うサセプタとの摺動や気流の乱れにより、チャンバー内にパーティクルが発生し、それが半導体ウェハーに付着して半導体ウェハーを汚染することとなる。

【0006】

このため、特許文献１には、チャンバー内に供給する窒素ガスの流量を増大させることによって、発生したパーティクルを効率良くチャンバーから排出して半導体ウェハーにパーティクルが付着するのを防止する技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１３−２０７０３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、チャンバー内に供給する窒素ガスの流量を増大させることは、パーティクル数を低減させるのには効果的であるものの、チャンバー内におけるガスの流れが不均一となり、半導体ウェハーの温度分布の面内均一性を低下させるという問題が生じていた。

【0009】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、チャンバー内に供給する処理ガスの流量を増大させても均一に処理ガスを供給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】

【0010】

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、略円筒形状の側壁を有するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を保持する保持部と、前記保持部に保持された前記基板に光を照射する光照射部と、前記側壁の一方側開口を閉塞するように設けられ、前記光照射部から出射された光を前記チャンバー内に透過させる石英窓と、前記側壁に取り付けられ、前記チャンバーの外部から供給された処理ガスを前記チャンバーの内部に導く円環形状のガスリングと、を備え、前記ガスリングは、前記チャンバーの外部から供給された前記処理ガスを前記ガスリングの周方向に沿って拡散させるバッファ部と、前記バッファ部に満たされた前記処理ガスを前記ガスリングの径方向に沿って内側から外側に向けて流しつつ前記処理ガスの流れに抵抗を与えて前記処理ガスの径方向に沿った流速を低下させる抵抗部と、を備え、前記ガスリングと前記石英窓との間に、前記抵抗部から流出した前記処理ガスを前記ガスリングの径方向に沿って外側から内側に向けて流して前記チャンバーの内部に吐出する吐出流路を形成し、前記抵抗部には、前記ガスリングの周方向に沿った前記処理ガスの流れに抵抗を与えて前記処理ガスの周方向に沿った流速を低下させる突起部が設けられ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、前記バッファ部は、前記チャンバーの外部から供給された前記処理ガスが流入する円環状の空間である第１バッファと、前記第１バッファよりも大きな容積を有し、前記第１バッファに満たされた前記処理ガスが流入する第２バッファと、を備えることを特徴とする。

【0013】

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記抵抗部は、ラビリンス構造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１または請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記抵抗部は、複数の孔を穿設したメッシュ板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１または請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記抵抗部は、複数の柱状部材を備えることを特徴とする。

【0016】

また、請求項６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、略円筒形状の側壁を有するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を保持する保持部と、前記保持部に保持された前記基板に光を照射する光照射部と、前記チャンバーの外部から供給された処理ガスを前記側壁の周方向に沿って拡散させるバッファ部と、前記バッファ部に満たされた前記処理ガスを前記側壁の径方向に沿って内側から外側に向けて流しつつ前記処理ガスの流れに抵抗を与えて前記処理ガスの径方向に沿った流速を低下させる抵抗部と、前記抵抗部から流出した前記処理ガスを前記側壁の径方向に沿って外側から内側に向けて流して前記チャンバーの内部に吐出する吐出流路と、を備え、前記抵抗部には、前記側壁の周方向に沿った前記処理ガスの流れに抵抗を与えて前記処理ガスの周方向に沿った流速を低下させる突起部が設けられ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、前記バッファ部は、前記チャンバーの外部から供給された前記処理ガスが流入する円環状の空間である第１バッファと、前記第１バッファよりも大きな容積を有し、前記第１バッファに満たされた前記処理ガスが流入する第２バッファと、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

請求項１から請求項５の発明によれば、ガスリングは、チャンバーの外部から供給された処理ガスをガスリングの周方向に沿って拡散させるバッファ部と、バッファ部に満たされた処理ガスをガスリングの径方向に沿って内側から外側に向けて流しつつ処理ガスの流れに抵抗を与えて処理ガスの径方向に沿った流速を低下させる抵抗部と、を備え、ガスリングと石英窓との間に、抵抗部から流出した処理ガスをガスリングの径方向に沿って外側から内側に向けて流してチャンバーの内部に吐出する吐出流路を形成するため、チャンバー内に供給する処理ガスの流量を増大させても処理ガスを均等に拡散させて流速を低下させることができ、均一に処理ガスを供給することができる。また、抵抗部には、ガスリングの周方向に沿った処理ガスの流れに抵抗を与えて処理ガスの周方向に沿った流速を低下させる突起部が設けられるため、処理ガスの周方向に沿った流速も十分に低下させてより均一に処理ガスを供給することができる。

【0021】

請求項６および請求項７の発明によれば、チャンバーの外部から供給された処理ガスを側壁の周方向に沿って拡散させるバッファ部と、バッファ部に満たされた処理ガスを側壁の径方向に沿って内側から外側に向けて流しつつ処理ガスの流れに抵抗を与えて処理ガスの径方向に沿った流速を低下させる抵抗部と、抵抗部から流出した処理ガスを側壁の径方向に沿って外側から内側に向けて流してチャンバーの内部に吐出する吐出流路と、を備えるため、チャンバー内に供給する処理ガスの流量を増大させても処理ガスを均等に拡散させて流速を低下させることができ、均一に処理ガスを供給することができる。また、抵抗部には、側壁の周方向に沿った処理ガスの流れに抵抗を与えて処理ガスの周方向に沿った流速を低下させる突起部が設けられるため、処理ガスの周方向に沿った流速も十分に低下させてより均一に処理ガスを供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【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】サセプタの平面図である。

【図4】サセプタの断面図である。

【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】ガスリングの全体外観を示す斜視図である。

【図9】上部リングの外観を示す斜視図である。

【図10】下部リングの外観を示す斜視図である。

【図11】ガスリングの断面構造を示す斜視図である。

【図12】ガスリングの内部空間における処理ガスの流れを示す断面図である。

【図13】メッシュ板を設けたガスリングの断面構造を示す斜視図である。

【図14】複数の柱状部材を設けたガスリングの断面構造を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

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。

【0025】

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。図１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（本実施形態ではφ３００ｍｍ）。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。

【0026】

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。

【0027】

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円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。

【0028】

また、チャンバー側部６１の内側の壁面の上部にはガスリング９０が装着され、下部には反射リング６９が装着されている。ガスリング９０および反射リング６９は、ともに円環状に形成されている。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、反射リング６９およびガスリング９０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。

【0029】

チャンバー側部６１に反射リング６９およびガスリング９０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６９およびガスリング９０が装着されていない中央部分と、反射リング６９の上端面と、ガスリング９０の下端面で囲まれた凹部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。

【0030】

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。

【0031】

さらに、チャンバー側部６１には、貫通孔６１ａが穿設されている。チャンバー側部６１の外壁面の貫通孔６１ａが設けられている部位には下部放射温度計２０が取り付けられている。貫通孔６１ａは、後述するサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から放射された赤外光を下部放射温度計２０に導くための円筒状の孔である。貫通孔６１ａは、その貫通方向の軸がサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの主面と交わるように、水平方向に対して傾斜して設けられている。貫通孔６１ａの熱処理空間６５に臨む側の端部には、下部放射温度計２０が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化バリウム材料からなる透明窓２１が装着されている。

【0032】

また、チャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に処理ガスを供給するガス吐出口８１が形設されている。ガス吐出口８１は、ガスリング９０と上側チャンバー窓６３との間に形設されている。ガス吐出口８１は、ガスリング９０の内部空間を介してガス供給管８３に連通接続されている。ガス供給管８３は処理ガス供給源８５に接続されている。また、ガス供給管８３の経路途中にはバルブ８４が介挿されている。バルブ８４が開放されると、処理ガス供給源８５からガスリング９０に処理ガスが送給され、ガスリング９０の内部空間を通過した処理ガスがガス吐出口８１から熱処理空間６５に吐出される。処理ガスとしては、例えば窒素（Ｎ_２）等の不活性ガス、または、水素（Ｈ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）等の反応性ガス、或いはそれらを混合した混合ガスを用いることができる（本実施形態では窒素ガス）。なお、ガスリング９０の構成についてはさらに後述する。

【0033】

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、処理ガス供給源８５および排気部１９０は、熱処理装置１に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置１が設置される工場のユーティリティであっても良い。

【0034】

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。

【0035】

図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプタ７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２およびサセプタ７４はいずれも石英にて形成されている。すなわち、保持部７の全体が石英にて形成されている。

【0036】

基台リング７１は円環形状から一部が欠落した円弧形状の石英部材である。この欠落部分は、後述する移載機構１０の移載アーム１１と基台リング７１との干渉を防ぐために設けられている。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されることによって、チャンバー６の壁面に支持されることとなる（図１参照）。基台リング７１の上面に、その円環形状の周方向に沿って複数の連結部７２（本実施形態では４個）が立設される。連結部７２も石英の部材であり、溶接によって基台リング７１に固着される。

【0037】

サセプタ７４は基台リング７１に設けられた４個の連結部７２によって支持される。図３は、サセプタ７４の平面図である。また、図４は、サセプタ７４の断面図である。サセプタ７４は、保持プレート７５、ガイドリング７６および複数の基板支持ピン７７を備える。保持プレート７５は、石英にて形成された略円形の平板状部材である。保持プレート７５の直径は半導体ウェハーＷの直径よりも大きい。すなわち、保持プレート７５は、半導体ウェハーＷよりも大きな平面サイズを有する。

【0038】

保持プレート７５の上面周縁部にガイドリング７６が設置されている。ガイドリング７６は、半導体ウェハーＷの直径よりも大きな内径を有する円環形状の部材である。例えば、半導体ウェハーＷの直径がφ３００ｍｍの場合、ガイドリング７６の内径はφ３２０ｍｍである。ガイドリング７６の内周は、保持プレート７５から上方に向けて広くなるようなテーパ面とされている。ガイドリング７６は、保持プレート７５と同様の石英にて形成される。ガイドリング７６は、保持プレート７５の上面に溶着するようにしても良いし、別途加工したピンなどによって保持プレート７５に固定するようにしても良い。或いは、保持プレート７５とガイドリング７６とを一体の部材として加工するようにしても良い。

【0039】

保持プレート７５の上面のうちガイドリング７６よりも内側の領域が半導体ウェハーＷを保持する平面状の保持面７５ａとされる。保持プレート７５の保持面７５ａには、複数の基板支持ピン７７が立設されている。本実施形態においては、保持面７５ａの外周円（ガイドリング７６の内周円）と同心円の周上に沿って３０°毎に計１２個の基板支持ピン７７が立設されている。１２個の基板支持ピン７７を配置した円の径（対向する基板支持ピン７７間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さく、半導体ウェハーＷの径がφ３００ｍｍであればφ２７０ｍｍ〜φ２８０ｍｍ（本実施形態ではφ２７０ｍｍ）である。それぞれの基板支持ピン７７は石英にて形成されている。複数の基板支持ピン７７は、保持プレート７５の上面に溶接によって設けるようにしても良いし、保持プレート７５と一体に加工するようにしても良い。

【0040】

図２に戻り、基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプタ７４の保持プレート７５の周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプタ７４と基台リング７１とは連結部７２によって固定的に連結されている。このような保持部７の基台リング７１がチャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７がチャンバー６に装着される。保持部７がチャンバー６に装着された状態においては、サセプタ７４の保持プレート７５は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。すなわち、保持プレート７５の保持面７５ａは水平面となる。

【0041】

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７４の上に水平姿勢にて載置されて保持される。このとき、半導体ウェハーＷは保持プレート７５上に立設された１２個の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。より厳密には、１２個の基板支持ピン７７の上端部が半導体ウェハーＷの下面に接触して当該半導体ウェハーＷを支持する。１２個の基板支持ピン７７の高さ（基板支持ピン７７の上端から保持プレート７５の保持面７５ａまでの距離）は均一であるため、１２個の基板支持ピン７７によって半導体ウェハーＷを水平姿勢に支持することができる。

【0042】

また、半導体ウェハーＷは複数の基板支持ピン７７によって保持プレート７５の保持面７５ａから所定の間隔を隔てて支持されることとなる。基板支持ピン７７の高さよりもガイドリング７６の厚さの方が大きい。従って、複数の基板支持ピン７７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リング７６によって防止される。

【0043】

また、図２および図３に示すように、サセプタ７４の保持プレート７５には、上下に貫通して開口部７８が形成されている。開口部７８は、下部放射温度計２０が半導体ウェハーＷの下面から放射される放射光（赤外光）を受光するために設けられている。すなわち、下部放射温度計２０が開口部７８およびチャンバー側部６１の貫通孔６１ａに装着された透明窓２１を介して半導体ウェハーＷの下面から放射された光を受光して当該半導体ウェハーＷの温度を測定する。さらに、サセプタ７４の保持プレート７５には、後述する移載機構１０のリフトピン１２が半導体ウェハー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】

図５は、移載機構１０の平面図である。また、図６は、移載機構１０の側面図である。移載機構１０は、２本の移載アーム１１を備える。移載アーム１１は、概ね円環状の凹部６２に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム１１には２本のリフトピン１２が立設されている。移載アーム１１およびリフトピン１２は石英にて形成されている。各移載アーム１１は水平移動機構１３によって回動可能とされている。水平移動機構１３は、一対の移載アーム１１を保持部７に対して半導体ウェハー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。

【0045】

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

【0046】

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。

【0047】

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が配列される領域は半導体ウェハーＷの平面サイズよりも大きい。

【0048】

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

【0049】

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。

【0050】

チャンバー６の下方に設けられたハロゲン加熱部４は、筐体４１の内側に複数本（本実施形態では４０本）のハロゲンランプＨＬを内蔵している。ハロゲン加熱部４は、複数のハロゲンランプＨＬによってチャンバー６の下方から下側チャンバー窓６４を介して熱処理空間６５への光照射を行って半導体ウェハーＷを加熱する光照射部である。

【0051】

図７は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。４０本のハロゲンランプＨＬは上下２段に分けて配置されている。保持部７に近い上段に２０本のハロゲンランプＨＬが配設されるとともに、上段よりも保持部７から遠い下段にも２０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。各ハロゲンランプＨＬは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに２０本のハロゲンランプＨＬは、それぞれの長手方向が保持部７に保持される半導体ウェハー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。

【0052】

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。

【0053】

また、上段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群と下段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群とが格子状に交差するように配列されている。すなわち、上段に配置された２０本のハロゲンランプＨＬの長手方向と下段に配置された２０本のハロゲンランプＨＬの長手方向とが互いに直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。

【0054】

ハロゲンランプＨＬは、円筒形状の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。

【0055】

また、ハロゲン加熱部４の筐体４１内にも、２段のハロゲンランプＨＬの下側にリフレクタ４３が設けられている（図１）。リフレクタ４３は、複数のハロゲンランプＨＬから出射された光を熱処理空間６５の側に反射する。

【0056】

次に、ガスリング９０の構成について説明を続ける。図８は、ガスリング９０の全体外観を示す斜視図である。概略円筒形状のチャンバー側部６１の内壁面上部に装着されるガスリング９０は円環形状を有する。ガスリング９０は、その中心がチャンバー側部６１の中心と一致するように装着される。すなわち、ガスリング９０の径方向および周方向とチャンバー側部６１の径方向および周方向とは一致する。ガスリング９０は、上部リング９１と下部リング９２とを備える。図９は、上部リング９１の外観を示す斜視図である。また、図１０は、下部リング９２の外観を示す斜視図である。上部リング９１と下部リング９２とが重ね合わされてガスリング９０が形成される。

【0057】

図８，１０に示すように、下部リング９２の外壁面にはガス供給口９３が形設されている。ガス供給口９３は、ガスリング９０の径方向の両端に２箇所形設される。すなわち、ガス供給口９３は、下部リング９２の外壁面にガスリング９０の中心から見て１８０°間隔で対向するように２箇所形設される。２箇所のガス供給口９３には、ガス供給管８３（図１）が接続される。

【0058】

また、下部リング９２には、複数の通気孔９４が形設されている。これら複数の通気孔９４は、後述する第１バッファ９５と第２バッファ９６とを連通する孔である。２箇所のガス供給口９３と複数の通気孔９４とは、ガスリング９０の周方向において異なる位置に設けられている。すなわち、２箇所のガス供給口９３と複数の通気孔９４とは、ガスリング９０の中心から見て重ならないように設けられている。

【0059】

さらに、上部リング９１および下部リング９２には貫通孔２６が設けられている。貫通孔２６は、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの上面から放射された赤外光をチャンバー側部６１の外壁面に取り付けられた上部放射温度計２５（図１）に導くための円筒状の孔である。貫通孔２６は、その貫通方向の軸がサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの主面と交わるように、水平方向に対して傾斜して設けられている。貫通孔２６の熱処理空間６５に臨む側の端部には、上部放射温度計２５が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化カルシウム材料からなる透明窓を装着するようにしても良い。なお、図８に示すように、貫通孔２６は２箇所のガス供給口９３のうちの一方に偏った位置に設けられている。

【0060】

図１１は、ガスリング９０の断面構造を示す斜視図である。また、図１２は、ガスリング９０の内部空間における処理ガスの流れを示す断面図である。ガスリング９０の下部リング９２の内部には、第１バッファ９５が形成されている。第１バッファ９５は略円環形状の空間である。ガスリング９０がチャンバー側部６１の内壁面上部に装着されることによって、第１バッファ９５の下端の開口部分がチャンバー側部６１により閉塞され、第１バッファ９５が密閉空間となる。但し、第１バッファ９５は完全な円環形状の空間ではなく、上部放射温度計２５のための貫通孔２６が設けられた部分によって遮断されている。上記のガス供給口９３は第１バッファ９５に連通するように形設されており、ガス供給管８３から送給された処理ガスは、２箇所のガス供給口９３を介してまず第１バッファ９５に流れ込む。

【0061】

また、上部リング９１と下部リング９２とが重ね合わされることによって、ガスリング９０の内部には第２バッファ９６が形成される。第２バッファ９６も略円環形状の空間である。但し、第２バッファ９６も第１バッファ９５と同様に完全な円環形状の空間ではなく、貫通孔２６が設けられた部分によって遮断されている（図１０参照）。

【0062】

第１バッファ９５と第２バッファ９６とは複数の通気孔９４によって連通される。第２バッファ９６の容積は第１バッファ９５の容積よりも大きい。第１バッファ９５に流れ込んだ処理ガスは、複数の通気孔９４を通過して第２バッファ９６に流入する。このとき、２箇所のガス供給口９３と複数の通気孔９４とは、ガスリング９０の周方向において異なる位置に設けられているため、ガス供給口９３から供給された処理ガスが直接に通気孔９４を通過して第２バッファ９６に流れ込むことは防がれる。

【0063】

さらに、上部リング９１と下部リング９２とが重ね合わされることによって、第２バッファ９６の上側にラビリンス部９７が形成される。より具体的には、上部リング９１に下側に向けて突き出るように形設された複数の同心円の円筒状壁と、下部リング９２に上側に向けて突き出るように形設された複数の同心円の円筒状壁とが所定の間隔を隔てて互い違いに組み合わされることによってラビリンス部９７が形成される。このラビリンス部９７は、ガスリング９０の径方向に沿っては屈曲した流路となる。

【0064】

また、図９に示すように、ラビリンス部９７を形成する上部リング９１の内壁面には複数の突起部９８が設けられている。突起部９８は、ラビリンス部９７におけるガスリング９０の周方向に沿った処理ガスの流れに抵抗を与える。なお、ラビリンス部９７には貫通孔２６が通っておらず、ラビリンス部９７の流路はガスリング９０の周方向の全周に渡って連通している。

【0065】

第２バッファ９６に満たされた処理ガスは、ラビリンス部９７に流入し、ガスリング９０の径方向に沿って内側から外側に向けてラビリンス部９７の屈曲した流路を流れる。このときに、処理ガスが屈曲した流路を流れるため、ラビリンス部９７はガスリング９０の径方向に沿った処理ガスの流れに抵抗を与えることとなる。また、ラビリンス部９７に流入した処理ガスは、ラビリンス部９７の流路内をガスリング９０の周方向に沿っても流れる。このとき、ラビリンス部９７に設けられた突起部９８は、ガスリング９０の周方向に沿った処理ガスの流れに抵抗を与えることとなる。

【0066】

図１２に示すように、ガスリング９０の上部リング９１の上面と石英の上側チャンバー窓６３との間には所定間隔の隙間が形成されており、この隙間が処理ガスの吐出流路９９となる。そして、熱処理空間６５に臨む吐出流路９９の先端がガス吐出口８１となる。ラビリンス部９７の屈曲した流路を通過してラビリンス部９７から流出した処理ガスは吐出流路９９に流れ込み、ガスリング９０の径方向に沿って外側から内側に向けて吐出流路９９を流れ、ガス吐出口８１から熱処理空間６５に吐出される。

【0067】

図１に戻り、制御部３は、熱処理装置１に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。制御部３のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部３は、各種演算処理を行う回路であるＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えている。制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置１における処理が進行する。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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、処理ガス供給源８５からガスリング９０に処理ガスとしての窒素ガスが送給され、ガスリング９０の内部空間を通過した窒素ガスがガス吐出口８１から熱処理空間６５に吐出される。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。

【0071】

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。

【0072】

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。このときには、半導体ウェハーＷの搬入にともなって装置外部の雰囲気を巻き込むおそれがあるが、チャンバー６には窒素ガスが供給され続けているため、搬送開口部６６から窒素ガスが流出して、そのような外部雰囲気の巻き込みを最小限に抑制することができる。

【0073】

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７４の保持プレート７５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は基板支持ピン７７の上端よりも上方にまで上昇する。

【0074】

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７４に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。半導体ウェハーＷは、保持プレート７５上に立設された複数の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。また、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保持部７に保持される。複数の基板支持ピン７７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）と保持プレート７５の保持面７５ａとの間には所定の間隔が形成される。サセプタ７４の下方にまで下降した一対の移載アーム１１は水平移動機構１３によって退避位置、すなわち凹部６２の内側に退避する。

【0075】

半導体ウェハーＷが石英にて形成された保持部７のサセプタ７４によって水平姿勢にて下方より保持された後、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。ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓６４およびサセプタ７４を透過して半導体ウェハーＷの下面に照射される。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。

【0076】

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の温度が下部放射温度計２０によって測定されている。すなわち、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から開口部７８を介して放射された赤外光を透明窓２１を通して下部放射温度計２０が受光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、下部放射温度計２０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℃）。

【0077】

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、下部放射温度計２０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の出力を調整し、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。

【0078】

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、基板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。

【0079】

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がサセプタ７４に保持された半導体ウェハー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。

【0080】

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。また、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの表面温度を上部放射温度計２５によって測定するようにしても良い。

【0081】

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の温度は下部放射温度計２０によって測定され、その測定結果は制御部３に伝達される。制御部３は、下部放射温度計２０の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。

【0082】

ところで、フラッシュ加熱時に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Ｗの表面に照射するため、一瞬で半導体ウェハーＷの表面温度が急速に上昇する。その結果、半導体ウェハーＷの表面に急激な熱膨張が生じて変形し、半導体ウェハーＷの下面とサセプタ７４との摺動や気流の乱れが生じてチャンバー６内にパーティクルが発生することがあった。このようなパーティクルは半導体ウェハーＷを汚染する原因となるため、チャンバー６内に供給する窒素ガスの流量を増大させることによって、発生したパーティクルを効率良くチャンバー６から排出するのが効果的である。なお、窒素ガスの流量を増大させるタイミングは、特に限定されるものではなく、適宜の時点（例えば、フラッシュ光照射の直前または直後）とすることができる。

【0083】

本実施形態においては、窒素ガスの流量を例えば１００リットル／分の大流量に増大させて、パーティクルをチャンバー６から排出する。処理ガス供給源８５から１００リットル／分の大流量にて送給された窒素ガスは２箇所のガス供給口９３のそれぞれから５０リットル／分ずつガスリング９０の第１バッファ９５に流れ込む。第１バッファ９５に流れ込んだ窒素ガスは、直ちに第１バッファ９５内をガスリング９０の周方向に沿って均等に拡散し、第１バッファ９５の内部空間に満たされる。これにより、大流量の窒素ガスの流速が低下することとなる。なお、第１バッファ９５は、貫通孔２６が設けられた部分では遮断されているため、当該部分を超えて窒素ガスが流れることはない。また、２箇所のガス供給口９３と複数の通気孔９４とは、ガスリング９０の周方向において重ならないように異なる位置に設けられているため、ガス供給口９３から供給された窒素ガスがそのまま直接に通気孔９４を通過して第２バッファ９６に流れ込むことは防止される。

【0084】

第１バッファ９５に満たされた窒素ガスは、複数の通気孔９４を通過して第２バッファ９６に流入する。第１バッファ９５よりも容積の大きな第２バッファ９６に流れ込んだ窒素ガスは、第２バッファ９６内をガスリング９０の周方向に沿ってさらに均等に拡散して第２バッファ９６の内部空間に満たされる。第１バッファ９５からより容積の大きな第２バッファ９６に窒素ガスが流れ込むことによって、窒素ガスの流速はさらに低下することとなる。なお、第２バッファ９６も貫通孔２６が設けられた部分では遮断されているため、当該部分を超えて窒素ガスが流れることはない。

【0085】

第２バッファ９６に満たされた窒素ガスは、ラビリンス部９７に流入する。ラビリンス部９７に流入した窒素ガスは、ガスリング９０の径方向に沿って内側から外側に向けてラビリンス部９７の屈曲した流路を流れる。窒素ガスは屈曲した流路を流れるため、ガスリング９０の径方向に沿った窒素ガスの流れはラビリンス部９７から抵抗を受ける。その結果、ガスリング９０の径方向に沿った窒素ガスの流速はさらに低下することとなる。

【0086】

また、ラビリンス部９７に流入した窒素ガスは、ラビリンス部９７の流路内をガスリング９０の周方向に沿っても流れる。ラビリンス部９７内におけるガスリング９０の周方向に沿った窒素ガスの流れは突起部９８から抵抗を受ける。その結果、ガスリング９０の周方向に沿った窒素ガスの流速も低下することとなる。

【0087】

ラビリンス部９７を通過した窒素ガスは、ガスリング９０と上側チャンバー窓６３との間に形成された吐出流路９９に流れ込む。吐出流路９９に流れ込んだ窒素ガスは、ガスリング９０の径方向に沿って外側から内側に向けて吐出流路９９を流れ、吐出流路９９の先端に形成されたガス吐出口８１から熱処理空間６５に向けて吐出される。ラビリンス部９７から流出した窒素ガスが吐出流路９９に流れ込む時点では、ガスリング９０の径方向および周方向に沿った窒素ガスの流速が十分に低下しているため、窒素ガスは吐出流路９９内を穏やかに流れることとなる。その結果、ガス吐出口８１の全周に渡って窒素ガスが均一に吐出されることとなる。

【0088】

このように、本実施形態においては、バッファ部およびラビリンス構造を備えたガスリング９０を介して窒素ガスを供給することにより、チャンバー６内に供給する窒素ガスの流量を増大させても、熱処理空間６５の全周に渡って均一に窒素ガスを供給することができる。その結果、半導体ウェハーＷの温度分布の面内均一性が低下するのを防止することができる。

【0089】

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、上記実施形態のラビリンス部９７に代えて、図１３または図１４に示すような構造をガスリングに設けるようにしても良い。

【0090】

図１３は、メッシュ板２９１，２９２を設けたガスリング２９０の断面構造を示す斜視図である。図１３に示すガスリング２９０も上記実施形態と同様の第１バッファ９５および第２バッファ９６を備えている。そして、ガスリング２９０は、上記実施形態のラビリンス部９７に代えて、２枚のメッシュ板２９１，２９２を設けている。２枚のメッシュ板２９１，２９２のそれぞれは、多数の貫通孔を穿設した板状部材である。図１３に示すガスリング２９０においては、第２バッファ９６に満たされた窒素ガスが２枚のメッシュ板２９１，２９２を通過するときに、ガスリング２９０の径方向に沿った窒素ガスの流れは２枚のメッシュ板２９１，２９２から抵抗を受けることとなる。なお、図１３のガスリング２９０にも、上記実施形態の突起部９８と同様の突起部が設けられており、ガスリング２９０の周方向に沿った窒素ガスの流れは当該突起部から抵抗を受ける。その結果、上記実施形態と同様に、ガスリング２９０と上側チャンバー窓６３との間に形成された吐出流路９９に窒素ガスが流れ込む時点では、ガスリング２９０の径方向および周方向に沿った窒素ガスの流速が十分に低下しており、熱処理空間６５の全周に渡って均一に窒素ガスを供給することができる。

【0091】

一方、図１４は、複数の柱状部材３９１を設けたガスリング３９０の断面構造を示す斜視図である。図１４に示すガスリング３９０も上記実施形態と同様の第１バッファ９５および第２バッファ９６を備えている。そして、ガスリング３９０は、ラビリンス部９７に代えて、複数の柱状部材３９１を設けている。図１４に示すガスリング３９０においては、第２バッファ９６に満たされた窒素ガスが複数の柱状部材３９１の隙間を通過するときに、ガスリング３９０の径方向に沿った窒素ガスの流れは複数の柱状部材３９１から抵抗を受けることとなる。また、図１４に示すガスリング３９０においては、ガスリング３９０の周方向に沿った窒素ガスの流れも複数の柱状部材３９１から抵抗を受けることとなる。その結果、上記実施形態と同様に、ガスリング３９０と上側チャンバー窓６３との間に形成された吐出流路９９に窒素ガスが流れ込む時点では、ガスリング３９０の径方向および周方向に沿った窒素ガスの流速が十分に低下しており、熱処理空間６５の全周に渡って均一に窒素ガスを供給することができる。

【0092】

集約すると、第２バッファ９６に満たされた窒素ガスをガスリングの径方向に沿って内側から外側に向けて流しつつその窒素ガスの流れに抵抗を与えてガスリングの径方向に沿った窒素ガスの流速を低下させる抵抗部（ラビリンス部９７、メッシュ板２９１，２９２、複数の柱状部材３９１）をガスリングに設けるようにすれば良い。このような抵抗部を設けることにより、当該抵抗部から流出した流速の低下した窒素ガスがガスリングの径方向に沿って外側から内側に向けて吐出流路９９を穏やかに流れ、ガス吐出口８１の全周に渡って窒素ガスを均一に吐出することができる。

【0093】

また、上記実施形態においては、第１バッファ９５および第２バッファ９６の２段のバッファを設けていたが、バッファは１段であっても良い。さらには、円筒形状のチャンバー側部６１に直接に上記実施形態のガスリングの内部構造と同様の構造を形設するようにしても良い。すなわち、チャンバーの外部から供給された処理ガスを円筒形状のチャンバー側部６１の周方向に沿って拡散させるバッファ部と、当該バッファ部に満たされた処理ガスをチャンバー側部６１の径方向に沿って内側から外側に向けて流しつつその処理ガスの流れに抵抗を与えて処理ガスの径方向に沿った流速を低下させる抵抗部と、を備える形態であれば良い。

【0094】

また、上記実施形態においては、フラッシュ加熱部５に３０本のフラッシュランプＦＬを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプＦＬの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲン加熱部４に備えるハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。

【0095】

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、本発明に係る熱処理装置により、高誘電率ゲート絶縁膜（High-k膜）の熱処理、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化を行うようにしても良い。

【0096】

また、本発明に係る技術は、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装置などのチャンバー内に所定の処理ガスを供給する装置に好適に適用することができる。

【符号の説明】

【0097】

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
２０ 下部放射温度計
２５ 上部放射温度計
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 サセプタ
８１ ガス吐出口
８３ ガス供給管
９０，２９０，３９０ ガスリング
９１ 上部リング
９２ 下部リング
９３ ガス供給口
９４ 通気孔
９５ 第１バッファ
９６ 第２バッファ
９７ ラビリンス部
９８ 突起部
９９ 吐出流路
２９１，２９２ メッシュ板
３９１ 柱状部材
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

【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】