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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023131254
(43)【公開日】2023-09-22
(54)【発明の名称】熱処理装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/26 20060101AFI20230914BHJP
【ＦＩ】
H01L21/26 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022035881
(22)【出願日】2022-03-09
(71)【出願人】
【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】山田 隆泰
(57)【要約】
【課題】発光素子の温度上昇を防止し、基板を効率良く加熱することができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】熱処理装置１は、半導体ウェハーＷに光を照射することによって半導体ウェハーＷを加熱する。熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容するチャンバー６と、光を発光する複数のＬＥＤランプ４５と、複数のＬＥＤランプ４５のそれぞれに個別に接続された複数の光ファイバー４６と、を備える。また、熱処理装置１において、複数の光ファイバー４６のそれぞれの一方端はＬＥＤランプ４５に接続されるとともに、複数の光ファイバー４６の他方端は面状に配されて発光面４７を形成する。
【選択図】図１
【解決手段】熱処理装置１は、半導体ウェハーＷに光を照射することによって半導体ウェハーＷを加熱する。熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容するチャンバー６と、光を発光する複数のＬＥＤランプ４５と、複数のＬＥＤランプ４５のそれぞれに個別に接続された複数の光ファイバー４６と、を備える。また、熱処理装置１において、複数の光ファイバー４６のそれぞれの一方端はＬＥＤランプ４５に接続されるとともに、複数の光ファイバー４６の他方端は面状に配されて発光面４７を形成する。
【選択図】図１
【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、
前記基板を収容するチャンバーと、
光を発光する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子のそれぞれに個別に接続された複数の光ファイバーと、
を備え、
前記複数の光ファイバーのそれぞれの一方端は前記発光素子に接続されるとともに、前記複数の光ファイバーの他方端は面状に配されて発光面を形成する熱処理装置。
前記基板を収容するチャンバーと、
光を発光する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子のそれぞれに個別に接続された複数の光ファイバーと、
を備え、
前記複数の光ファイバーのそれぞれの一方端は前記発光素子に接続されるとともに、前記複数の光ファイバーの他方端は面状に配されて発光面を形成する熱処理装置。
【請求項2】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記発光面は、前記複数の発光素子よりも前記基板に近い位置に形成される熱処理装置。
前記発光面は、前記複数の発光素子よりも前記基板に近い位置に形成される熱処理装置。
【請求項3】
請求項２に記載の熱処理装置において、
前記発光面は、前記基板の下側に配置される、熱処理装置。
前記発光面は、前記基板の下側に配置される、熱処理装置。
【請求項4】
請求項３に記載の熱処理装置において、
前記発光面は、前記基板の上側にも配置される、熱処理装置。
前記発光面は、前記基板の上側にも配置される、熱処理装置。
【請求項5】
請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の熱処理装置において、
前記複数の光ファイバーのそれぞれの前記一方端と前記発光素子との間に光を集光する集光レンズが介在する、熱処理装置。
前記複数の光ファイバーのそれぞれの前記一方端と前記発光素子との間に光を集光する集光レンズが介在する、熱処理装置。
【請求項6】
請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の熱処理装置において、
前記複数の発光素子は複数の発光ダイオードである熱処理装置。
前記複数の発光素子は複数の発光ダイオードである熱処理装置。
【請求項7】
請求項６に記載の熱処理装置において、
前記複数の発光ダイオードは載置板上に配置され、
前記載置板を冷却する冷却機構をさらに備える、熱処理装置。
前記複数の発光ダイオードは載置板上に配置され、
前記載置板を冷却する冷却機構をさらに備える、熱処理装置。
【請求項8】
請求項１ないし請求項７のいずれか一つに記載の熱処理装置において、
フラッシュ光を照射することによって前記基板を加熱するフラッシュランプをさらに備える、熱処理装置。
フラッシュ光を照射することによって前記基板を加熱するフラッシュランプをさらに備える、熱処理装置。
【請求項9】
請求項８に記載の熱処理装置において、
前記フラッシュランプから出射された光から所定波長の光をカットするフィルタを前記発光面と前記基板との間に備える、熱処理装置。
前記フラッシュランプから出射された光から所定波長の光をカットするフィルタを前記発光面と前記基板との間に備える、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、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱する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、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。
【0004】
このようなフラッシュランプアニールは、極短時間の加熱が必要とされる処理、例えば典型的には半導体ウェハーに注入された不純物の活性化に利用される。イオン注入法によって不純物が注入された半導体ウェハーの表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射すれば、当該半導体ウェハーの表面を極短時間だけ活性化温度にまで昇温することができ、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。
【0005】
このようなフラッシュランプアニールを実行する装置として、典型的には半導体ウェハーを収容するチャンバーの上方にフラッシュランプを設けるとともに、下方にハロゲンランプを設けた熱処理装置が使用される。
【0006】
ハロゲンランプは比較的波長の長い赤外光を主として放射する。シリコンの半導体ウェハーの分光吸収率においては、５００℃以下の低温域では１μｍより大きい長波長の赤外光の吸収率が低い。すなわち、５００℃以下の半導体ウェハーは、ハロゲンランプから照射された赤外光をあまり吸収しないため、ハロゲンランプによって予備加熱を行うと予備加熱の初期段階では非効率的な加熱が行われることとなる。したがって、予備加熱手段として、ハロゲンランプ以外の手段が求められていた。
【0007】
また、特許文献１に記載のように、完成した半導体ウェハーに対してさらに加熱を行うバーンイン工程において、半導体ウェハーの加熱手段としてＬＥＤが採用されている。そして、特許文献１に記載の装置では、半導体ウェハーを必要とされる温度まで短時間で達成するために、ＬＥＤが高密度に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２０２０－９９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献１に記載の装置のように、ＬＥＤが高密度に配置されると、発光によるＬＥＤ自身の熱が相互に影響しあうため、ＬＥＤ自身が温度上昇する可能性がある。
【0010】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発光素子の温度上昇を防止し、基板を効率良く加熱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であって、前記基板を収容するチャンバーと、光を発光する複数の発光素子と、前記複数の発光素子のそれぞれに個別に接続された複数の光ファイバーと、を備え、前記複数の光ファイバーのそれぞれの一方端は前記発光素子に接続されるとともに、前記複数の光ファイバーの他方端は面状に配されて発光面を形成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、前記発光面は、前記複数の発光素子よりも前記基板に近い位置に形成され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、前記発光面は、前記基板の下側に配置されることを特徴とする。
【0014】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る熱処理装置において、前記発光面は、前記基板の上側にも配置されることを特徴とする。
【0015】
また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか一つの発明に係る熱処理装置において、前記複数の光ファイバーのそれぞれの前記一方端と前記発光素子との間に光を集光する集光レンズが介在することを特徴とする。
【0016】
また、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか一つの発明に係る熱処理装置において、前記複数の発光素子は複数の発光ダイオードであることを特徴とする。
【0017】
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、前記複数の発光ダイオードは載置板上に配置され、前記載置板を冷却する冷却機構をさらに備えることを特徴とする。
【0018】
また、請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれか一つの発明に係る熱処理装置において、フラッシュ光を照射することによって前記基板を加熱するフラッシュランプをさらに備えることを特徴とする。
【0019】
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、前記フラッシュランプから出射された光から所定波長の光をカットするフィルタを前記発光面と前記基板との間に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
請求項１、請求項２、および請求項６の発明によれば、複数の発光素子のそれぞれに個別に接続された複数の光ファイバーを備えることから、発光素子の過度な温度上昇を防止しつつ、光の減衰を抑制することができる。このため、基板を効率良く加熱することができる。
【0021】
また、請求項３および請求項４の発明によれば、発光面は、基板の下側に配置されることから、基板の予備加熱が効率よく行われる。
【0022】
また、請求項５に記載の発明によれば、複数の光ファイバーのそれぞれの一方端と発光素子との間に光を集光する集光レンズが介在することから、さらに効率よく発光素子からの光が基板に出射される。これにより、さらに効率良く基板を加熱することができる。
【0023】
請求項７の発明によれば、載置板を冷却する冷却機構をさらに備えることから、発光素子の冷却が促進される。これにより、発光素子の過度な温度上昇を防止することができる。
【0024】
請求項８の発明によれば、基板を加熱するフラッシュランプをさらに備えることから、基板を急速に昇温することができる。
【0025】
請求項９の発明によれば、フラッシュランプから出射された光から所定波長の光をカットするフィルタを発光面と基板との間に備えることから、フラッシュランプからのフラッシュ光が、発光面から発光素子に到達することが防止される。このため、発光素子の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【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】円板状の載置板上に配置された複数のＬＥＤランプを示す平面図である。
【図8】載置板の内部の冷却機構を説明する図である。
【図10】光ファイバーと発光面との接続部分を拡大して示す図である。
【図11】発光面の平面図である。
【図12】第２実施形態における熱処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図13】第３実施形態における熱処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図14】第４実施形態における熱処理装置におけるＬＥＤランプと光ファイバーとの接続部分を拡大して示す図である。
【図15】第１実施形態の変形例における熱処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。以下の実施の形態では、技術の説明のために詳細な特徴なども示されるが、それらは例示であり、実施の形態が実施可能となるためにそれらすべてが必ずしも必須の特徴ではない。
【0028】
なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化が図面においてなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。また、断面図ではない平面図などの図面においても、実施の形態の内容を理解することを容易にするために、ハッチングが付される場合がある。
【0029】
また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。
【0030】
また、以下に記載される説明において、ある構成要素を「備える」、「含む」または「有する」などと記載される場合、特に断らない限りは、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【0031】
また、以下に記載される説明における、相対的または絶対的な位置関係を示す表現、たとえば、「一方向に」、「一方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」または「同軸」などは、特に断らない限りは、その位置関係を厳密に示す場合、および、公差または同程度の機能が得られる範囲において角度または距離が変位している場合を含むものとする。
【0032】
また、以下に記載される説明において、等しい状態であることを示す表現、たとえば、「同一」、「等しい」、「均一」または「均質」などは、特に断らない限りは、厳密に等しい状態であることを示す場合、および、公差または同程度の機能が得られる範囲において差が生じている場合を含むものとする。
【0033】
また、以下に記載される説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「側」、「底」、「表」または「裏」などの特定の位置または方向を意味する用語が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、実際に実施される際の位置または方向とは関係しないものである。
【0034】
また、以下に記載される説明において、「…の上面」または「…の下面」などと記載される場合、対象となる構成要素の上面自体または下面自体に加えて、対象となる構成要素の上面または下面に他の構成要素が形成された状態も含むものとする。すなわち、たとえば、「甲の上面に設けられる乙」と記載される場合、甲と乙との間に別の構成要素「丙」が介在することを妨げるものではない。
【0035】
＜第１の実施の形態＞
以下、本実施の形態に関する熱処理装置について説明する。
以下、本実施の形態に関する熱処理装置について説明する。
【0036】
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。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。
【0037】
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ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ランプ４５を内蔵するＬＥＤ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ＬＥＤ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、ＬＥＤ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。
【0038】
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、ＬＥＤ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。
【0039】
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。
【0040】
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。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。
【0041】
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。
【0042】
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。よって、放射温度計２０はサセプタ７４の斜め下方に設けられることとなる。貫通孔６１ａの熱処理空間６５に臨む側の端部には、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。
【0043】
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から緩衝空間８２に処理ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した処理ガスは、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。処理ガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）等の不活性ガス、または、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）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）。
【0044】
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、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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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、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、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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
チャンバー６の下方に設けられたＬＥＤ加熱部４は、筐体４１の内側に複数個の発光素子としてのＬＥＤランプ４５と、複数本の光ファイバー４６と、発光面４７とを備えている。また、ＬＥＤ加熱部４は、発光面４７と半導体ウェハーＷとの間にフィルタ９０を備える。ＬＥＤ加熱部４は、複数のＬＥＤランプ４５から光ファイバー４６を通過する光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。発光面４７は、半導体ウェハーＷの面積と同程度の面積を有する。
【0061】
図７は、円板状の載置板４４上に配置された複数のＬＥＤランプ４５を示す平面図である。ＬＥＤ加熱部４には、数千個のＬＥＤランプ４５が載置板４４上に配置される。ただし、図７では図示の便宜上個数を簡略化して描いている。従来のハロゲンランプが棒状ランプであったのに対して、各ＬＥＤランプ４５は四角柱形状の点光源ランプである。複数のＬＥＤランプ４５が配置されている円板状の載置板４４は、保持部７に保持される半導体ウェハーＷの主面に沿って平行に（つまり水平方向に沿って）設置されている。よって、複数のＬＥＤランプ４５の配列によって形成される平面は水平面である。
【0062】
図８は、載置板４４の内部の冷却機構を説明する図である。載置板４４は、その内部に冷却する冷却機構を備える。冷却機構は、載置板４４上に配置された複数のＬＥＤランプ４５を冷却処理する。載置板４４は、円板状であり、例えば金属またはセラミックで形成されている。載置板４４は、その内部に所定の温度（例えば２３℃）に調節された冷却水が循環するように循環流路４４ａが設けられている。載置板４４内の循環流路４４ａに外部ポンプ４４ｂによって冷却水が循環されることにより載置板４４およびそれに配置された複数のＬＥＤランプ４５が冷却される。なお、載置板４４は、冷却機構として、ペルチェ素子を内蔵していてもよい。
【0063】
また、図７に示すように、複数のＬＥＤランプ４５は同心円状に配置される。より詳細には、保持部７に保持される半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸと同軸の同心円状に複数のＬＥＤランプ４５は配置される。各同心円において、複数のＬＥＤランプ４５は均等な間隔で配置される。例えば、図７に示す例では、内側から二番目の同心円においては、８個のＬＥＤランプ４５が４５°間隔で均等に配置される。
【0064】
また、隣接するＬＥＤランプ４５同士は、所定値以上の距離Ｌの間隔で配置されることが好ましい。距離Ｌは、隣接するＬＥＤランプ４５からの熱の影響を排除してＬＥＤランプ４５の温度上昇を抑制することができる距離である。このような距離Ｌの間隔をあけてＬＥＤランプ４５が配置されると、ＬＥＤランプ４５の過度の温度上昇が抑制される。このため、ＬＥＤランプ４５の劣化が防止される。したがって、ＬＥＤランプ４５の長寿命化が促進される。
【0065】
ＬＥＤランプ４５は、発光ダイオードを含んでいる。発光ダイオードは、ダイオードの一種であり、順方向に電圧を加えた際にエレクトロルミネセンス効果によって発光する。本実施形態のＬＥＤランプ４５は、主として可視光の波長域の光を放射する。また、ＬＥＤランプ４５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。
【0066】
複数のＬＥＤランプ４５のそれぞれには電力供給部４９（図１）から電圧が印加されることによって、当該ＬＥＤランプ４５が発光する。電力供給部４９は、制御部３の制御に従って、複数のＬＥＤランプ４５のそれぞれに供給する電力を個別に調整する。すなわち、電力供給部４９は、ＬＥＤ加熱部４に配置された複数のＬＥＤランプ４５のそれぞれの発光強度および発光時間を個別に調整することができる。
【0067】
図９は、図１におけるＬＥＤランプ４５と光ファイバー４６との接続部分を拡大して示す図である。また、図１０は、光ファイバー４６と発光面４７との接続部分を拡大して示す図である。また、図１１は、発光面４７の平面図である。なお、本明細書において、光ファイバー４６には、被覆がないコアとクラッドのみの状態のものだけでなく、被覆された光ファイバー素線、光ファイバー心線、光ファイバーコードなども含まれる。
【0068】
図９に示すように、それぞれの光ファイバー４６の一方端４６ａは、ＬＥＤランプ４５のそれぞれに個別に接続される。光ファイバー４６とＬＥＤランプ４５との接続部分の周囲には、管状の接続管４８が設けられる。接続管４８は、例えば弾性部材からできている。接続管４８がその管内に光ファイバー４６の一方端４６ａとＬＥＤランプ４５とを収容することにより、光ファイバー４６のそれぞれの一方端４６ａがＬＥＤランプ４５に接続される。
【0069】
複数の光ファイバー４６の他方端４６ｂは、金属材料（例えば、ステンレススチール）の板４２に設けられた複数の貫通孔４２ａに挿入されることにより固定され、発光面４７を形成する。金属材料の板４２は、図示されない支持部材により発光面４７がチャンバー６内の半導体ウェハーＷに向くように固定される。このとき、発光面４７は、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置される。
【0070】
光ファイバー４６は、ＬＥＤランプ４５よりも耐熱性が高いため、隣接する光ファイバー４６同士を接触させて配置することも可能である。このため、複数の光ファイバー４６の他方端４６ｂ（本実施形態においては全ての光ファイバー４６の他方端４６ｂ）を固定するための複数の貫通孔４２ａが近接していてもよい。また貫通孔４２ａがハニカム形状や多角形状であってもよい。
【0071】
また、光ファイバー４６は可撓性を有するため、光ファイバー４６の形状をある程度自在に変更することができる。これにより、発光面４７の配置の自由度が高まる。このため、本実施形態において、発光面４７は、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの下側であって、複数のＬＥＤランプ４５よりも半導体ウェハーＷに近い位置に形成される。
【0072】
チャンバー６内の保持部７と発光面４７との間にフィルタ９０を備える。本実施形態においては、フィルタ９０は発光面４７の直上に設置される。フィルタ９０はＬＥＤランプ４５（光ファイバー４６）から発光する光の波長領域（半値幅は２０ｎｍ程度）を通過させ、それ以外の波長をカットする。これにより、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光において、ＬＥＤランプ４５（光ファイバー４６）から発光する光の波長領域と重複しない波長領域の光については、発光面４７から入射してＬＥＤランプ４５に到達することが防止される。これにより、ＬＥＤランプ４５が強度の強いフラッシュ光に曝されて損傷することを抑えることができる。
【0073】
フィルタ９０として水フィルタが採用されてもよい。ただし、これに限定されるものではなく、フィルタ９０は波長３５０ｎｍ以上１０００ｎｍ（１μｍ）未満の光を透過するとともに波長１０００ｎｍ（１μｍ）以上４０００ｎｍ（４μｍ）以下の光を遮光または減光するものであることが好ましい。このようなフィルタ９０として、例えばいわゆる光学フィルタが用いられてもよい。フィルタ９０として用いられ得る光学フィルタは、例えば帯域フィルタや短波長パスフィルタである。より具体的には、光学フィルタは、ガラス、石英または樹脂のような透明な基材に誘電体または金属の多層膜を付けたものである。多層膜の界面で生じる反射が干渉することで光の透過特性が変化する性質を利用し、多層膜の材質、膜厚、層数を調整することによって特定波長域の光だけを透過する光学フィルタを得ることができる。よって、多層膜の材質、膜厚、層数を適宜に調整すれば、波長３５０ｎｍ以上１０００ｎｍ（１μｍ）未満の光を透過するとともに波長１０００ｎｍ（１μｍ）以上４０００ｎｍ（４μｍ）以下の光を遮光または減光する光学フィルタを作成することができる。なお、ＬＥＤランプ４５の発光波長域に応じて、その発光波長域の光を透過するような光学フィルタを得ることが好ましい。
【0074】
また、スパッタリングにより金属（例えば銀（Ａｇ））の薄膜を成膜した石英板をフィルタ９０として用いるようにしても良い。このようなフィルタ９０も波長３５０ｎｍ以上１０００ｎｍ（１μｍ）未満の光を透過するとともに波長１０００ｎｍ（１μｍ）以上４０００ｎｍ（４μｍ）以下の光を遮光または減光する。このため、かかるフィルタ９０を発光面４７と半導体ウェハーＷとの間に設けることにより、上記と同様に、半導体ウェハーＷからの輻射光が発光面４７に到達するのを防いでＬＥＤランプ４５の損傷を防止することができる。なお、石英の下側チャンバー窓６４に金属の薄膜を成膜してフィルタとして機能させるようにしても良い。
【0075】
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。
【0076】
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ＬＥＤランプ４５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ＬＥＤ加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６の過度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、ＬＥＤ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。
【0077】
次に、熱処理装置１における処理動作について説明する。処理対象となる半導体ウェハーＷは、前工程としてのイオン注入によって不純物が注入されたシリコン（Ｓｉ）の半導体基板である。その不純物の活性化が熱処理装置１によるアニール処理により実行される。以下に説明する半導体ウェハーＷの処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することにより進行する。
【0078】
まず、半導体ウェハーＷの処理に先立って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。
【0079】
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を介して処理対象となる半導体ウェハー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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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、ＬＥＤ加熱部４の複数のＬＥＤランプ４５が点灯して予備加熱（アシスト加熱）が開始される。複数のＬＥＤランプ４５から出射された光は、光ファイバー４６を通過した後、発光面４７から出射する。発光面４７から出射された光は、フィルタ９０および石英にて形成された下側チャンバー窓６４、サセプタ７４を順に透過して半導体ウェハーＷの下面に照射される。ＬＥＤランプ４５（発光面４７）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、ＬＥＤランプ４５による加熱の障害となることは無い。
【0083】
上述のように、複数のＬＥＤランプ４５が点灯して半導体ウェハーＷが昇温を開始すると、半導体ウェハーＷの温度は放射温度計２０によって測定される。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、ＬＥＤランプ４５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、電力供給部４９を制御してＬＥＤランプ４５の出力を調整する。すなわち、制御部３は、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ＬＥＤランプ４５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℃）。
【0084】
本実施形態においては、ＬＥＤランプ４５から光ファイバー４６を経由して、波長１０００ｎｍ（１μｍ）以下の光が半導体ウェハーＷに照射される。シリコンの半導体ウェハーＷの分光吸収率においては、５００℃以下の低温域では波長１μｍより大きい赤外光の吸収率が低いものの、波長１０００ｎｍ（１μｍ）以下の光の吸収率は相対的に高い。すなわち、５００℃以下の低温域であっても、半導体ウェハーＷはＬＥＤランプ４５から光ファイバー４６を通過して出射された光を良好に吸収する。従って、予備加熱の初期段階に半導体ウェハーＷの温度が５００℃以下のときにも、ＬＥＤランプ４５によって半導体ウェハーＷを効率良く加熱することができる。
【0085】
また、ＬＥＤ加熱部４と保持部７との間には石英の下側チャンバー窓６４が存在している。よって、ＬＥＤランプ４５から光ファイバー４６を通過して出射された光は石英の下側チャンバー窓６４を透過してから半導体ウェハーＷに照射されることとなる。石英の分光透過率においては、比較的長い波長域の光の透過率が低いものの、波長９００ｎｍ以下の光の透過率は高い。従って、ＬＥＤランプ４５から光ファイバー４６を通過して出射された光は下側チャンバー窓６４によってはほとんど吸収されない。このため、ＬＥＤランプ４５によって半導体ウェハーＷをより効率良く加熱することができる。
【0086】
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、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ＬＥＤランプ４５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。
【0087】
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でフラッシュ加熱部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。
【0088】
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。
【0089】
フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間経過後にＬＥＤランプ４５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、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。
【0090】
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チャンバー６から搬出され、半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。
【0091】
＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１２は、第２実施形態における熱処理装置２０１の構成を概略的に示す断面図である。
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１２は、第２実施形態における熱処理装置２０１の構成を概略的に示す断面図である。
【0092】
第２実施形態における熱処理装置２０１は、第１実施形態における熱処理装置１のフラッシュ加熱部５に代えて、チャンバー６の上側に上側ＬＥＤ加熱部２０５を備える。上側ＬＥＤ加熱部２０５は、ＬＥＤ加熱部４と同一の構成である。つまり、上側ＬＥＤ加熱部２０５は、複数のＬＥＤランプ２４５を内蔵する。上側ＬＥＤ加熱部２０５もまた制御部３により制御される。
【0093】
上側ＬＥＤ加熱部２０５は、筐体２４１の内側に複数個のＬＥＤランプ２４５と、複数本の光ファイバー２４６と、発光面２４７と、複数のＬＥＤランプ２４５が配置される円板状の載置板２４４とを備える。発光面２４７は、金属材料（例えば、ステンレススチール）の板２４２に設けられた複数の貫通孔２４２ａに光ファイバー２４６が挿入されることにより固定されて形成される。上側ＬＥＤ加熱部２０５は、複数のＬＥＤランプ２４５から光ファイバー２４６を通過する光によってチャンバー６の上方から上側チャンバー窓６３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。
【0094】
複数のＬＥＤランプ２４５のそれぞれには電力供給部２４９（図１２）から電圧が印加されることによって、当該ＬＥＤランプ２４５が発光する。電力供給部２４９は、制御部３の制御に従って、複数のＬＥＤランプ２４５のそれぞれに供給する電力を個別に調整する。すなわち、電力供給部２４９は、上側ＬＥＤ加熱部２０５に配置された複数のＬＥＤランプ２４５のそれぞれの発光強度および発光時間を個別に調整することができる。
【0095】
なお、第２実施形態においては、フラッシュ加熱部５が備えられない。このため、フラッシュランプＦＬによる波長をカットするフィルタ９０は不要である。同様に、上側ＬＥＤ加熱部２０５においても、フィルタは不要である。
【0096】
＜第３の実施の形態＞
以下、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１３は、第３実施形態における熱処理装置３０１の構成を概略的に示す断面図である。
以下、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１３は、第３実施形態における熱処理装置３０１の構成を概略的に示す断面図である。
【0097】
第３実施形態における熱処理装置３０１は、第１実施形態における熱処理装置１のＬＥＤ加熱部４に代えて、ＬＥＤ加熱部３０４を備える。ＬＥＤ加熱部３０４は、複数の発光面３４７を備える。それぞれの発光面３４７は、それぞれ複数の光ファイバー４６の他端部が金属材料（例えば、ステンレススチール）の板３４２に設けられた複数の貫通孔３４２ａに挿入されることにより固定され、形成される。金属材料の板３４２は、第１実施形態の金属材料の板４２と同様に、図示されない支持部材により発光面３４７が半導体ウェハーＷ方向を向くように固定される。このとき、発光面３４７は、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置される。
【0098】
金属材料の板３４２に設けられた貫通孔３４２ａは、半導体ウェハーＷにおいて、加熱時の温度が低くなりがちな半導体ウェハーＷの端部に対応する位置に多く偏って設けられる。すなわち、複数の光ファイバー４６の他方端４６ｂは、半導体ウェハーＷの端部に対応する位置に多く偏って配置され、発光面３４７が形成される。これにより、第３実施形態における熱処理装置３０１によれば、半導体ウェハーＷの加熱温度の面内均一性が向上する。
【0099】
＜第４の実施の形態＞
以下、本発明の第４の実施の形態について説明する。図１４は、第４実施形態における熱処理装置４０１におけるＬＥＤランプ４５と光ファイバー４６との接続部分を拡大して示す図である。
以下、本発明の第４の実施の形態について説明する。図１４は、第４実施形態における熱処理装置４０１におけるＬＥＤランプ４５と光ファイバー４６との接続部分を拡大して示す図である。
【0100】
第４実施形態の熱処理装置４０１においては、複数の光ファイバー４６のそれぞれの一方端４６ａとＬＥＤランプ４５との間に光を集光する集光レンズ４４３が介在する。これにより、ＬＥＤランプ４５から光ファイバー４６への光の通過率が増す。このため、さらに効率よくＬＥＤランプ４５からの光が半導体ウェハーＷに出射される。これにより、さらに効率良く半導体ウェハーＷを加熱することができる。
【0101】
＜以上に記載された実施の形態によって生じる効果について＞
次に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果の例を示す。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態に例が示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例が示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。
次に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果の例を示す。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態に例が示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例が示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。
【0102】
また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例が示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。
【0103】
以上に記載された実施の形態の熱処理装置は、半導体ウェハーＷに光を照射することによって半導体ウェハーＷを加熱する熱処理装置１，２０１，３０１，４０１である。熱処理装置１，２０１，３０１，４０１は、半導体ウェハーＷを収容するチャンバー６と、光を発光する複数のＬＥＤランプ４５と、複数のＬＥＤランプ４５のそれぞれに個別に接続された複数の光ファイバー４６と、を備える。また、熱処理装置１，２０１，３０１，４０１において、複数の光ファイバー４６のそれぞれの一方端４６ａはＬＥＤランプ４５に接続されるとともに、複数の光ファイバー４６の他方端４６ｂは面状に配されて発光面４７を形成する。
【0104】
このような熱処理装置１，２０１，３０１，４０１によれば、複数のＬＥＤランプ４５のそれぞれに個別に接続された複数の光ファイバー４６を束ねて発光面４７を形成することから、ＬＥＤランプ４５同士の間隔を距離Ｌ以上としつつも発光面４７から出射される光の単位面積当たりの強度を高めることができる。このため、ＬＥＤランプ４５の過度な温度上昇を防止しつつ半導体ウェハーＷを効率良く加熱することができる。
【0105】
また、光ファイバー４６が可撓性を有するため、発光面４７の配置の自由度が増す。発光面４７をＬＥＤランプ４５よりも半導体ウェハーＷに近い位置に形成することにより、光の減衰を抑制することができる。
【0106】
また、熱処理装置１，２０１，３０１，４０１において、発光面４７は、半導体ウェハーＷの下側に配置される。このため、半導体ウェハーＷの予備加熱が効率よく行われる。
【0107】
また、熱処理装置２０１において、発光面４７は、半導体ウェハーＷの上側にも配置される。このため、ＬＥＤランプ４５だけで半導体ウェハーＷの熱処理を行うことができる。このため、熱処理装置２０１において全体的な装置構成や制御が簡便になる。
【0108】
また、熱処理装置４０１において、複数の光ファイバー４６のそれぞれの一方端４６ａとＬＥＤランプ４５との間に光を集光する集光レンズ４４３が介在する。このため、熱処理装置４０１によれば、さらに効率よくＬＥＤランプ４５からの光が半導体ウェハーＷに出射される。これにより、さらに効率良く半導体ウェハーＷを加熱することができる。
【0109】
また、熱処理装置１，２０１，３０１，４０１において、複数のＬＥＤランプ４５により加熱される。このため、さらに効率よく半導体ウェハーＷを加熱することができる。
【0110】
また、熱処理装置１，２０１，３０１，４０１において、複数のＬＥＤランプ４５は載置板４４上に配置される。また、熱処理装置１，２０１，３０１，４０１は、載置板４４を冷却する冷却機構をさらに備える。このため、ＬＥＤランプ４５の冷却が促進される。これにより、ＬＥＤランプ４５の過度な温度上昇を防止することができる。
【0111】
また、熱処理装置１，３０１，４０１は、フラッシュ光を照射することによって半導体ウェハーＷを加熱するフラッシュランプＦＬをさらに備える。このため、半導体ウェハーＷを急速に昇温することができる。
【0112】
また、熱処理装置１，３０１，４０１は、フラッシュランプＦＬから出射された光から所定波長の光をカットするフィルタ９０を発光面４７，３４７と半導体ウェハーＷとの間に備える。このため、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光が、発光面４７，３４７からＬＥＤランプ４５に到達することが防止される。このため、ＬＥＤランプ４５の損傷を防止することができる。
【0113】
＜以上に記載された実施の形態の変形例について＞
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面においてひとつの例であって、本願明細書に記載されたものに限られることはないものとする。
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面においてひとつの例であって、本願明細書に記載されたものに限られることはないものとする。
【0114】
したがって、例が示されていない無数の変形例、および、均等物が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの実施の形態における少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態における構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【0115】
上述の実施形態においては、発光面４７，２４７，３４７が筐体４１の内側に形成される構成が採用されるが、発光面４７，２４７，３４７は筐体４１の外側に形成される構成であってもよい。例えば、チャンバー６の内部に形成されてもよい。この場合、石英の下側チャンバー窓６４は不要となるため、チャンバー６の底壁をステンレスで形成し、その底壁を複数の光ファイバー４６の束が貫通するようにすれば良い。
【0116】
また、上述の実施形態においては、フィルタ９０が発光面４７，３４７の直上に配置される構成が採用されるが、発光面４７の上側に設置される下側チャンバー窓６４の直下にフィルタ９０が設置されてもよい。さらに、フィルタ９０が、チャンバー６内であって下側チャンバー窓６４の直上位置に設置されてもよい。
【0117】
また、上述の実施形態においては、発光素子としてＬＥＤランプ４５が採用されているが、これに限定されない。発光素子はＬＥＤランプ４５に限定されるものではなく、例えばレーザーダイオードであっても良い。
【0118】
また、上述の実施形態においては、複数のＬＥＤランプ４５が同心円状に配置されているが、これに限定されるものではない。例えば、複数のＬＥＤランプ４５を等間隔で格子状に配置されてもよい。
【0119】
また、上述の実施形態においては、複数の光ファイバー４６，２４６の他方端は、金属材料（例えば、ステンレススチール）の板４２，２４２，３４２に設けられた複数の貫通孔４２ａ，２４２ａ，３４２ａに挿入されることにより固定されているが、これに限定されるものではない。例えば、結束バンドにより束ねられることで固定されてもよい。結束バンドは図示されない支持部材により発光面４７がチャンバー６内の半導体ウェハーＷに向くように固定されてもよい。
【0120】
また、上述の実施形態においては、半導体ウェハーＷの下側に配置されるＬＥＤランプ４５と、半導体ウェハーＷの上側に配置されるＬＥＤランプ２４５とが採用されているが、これに限定されない。ＬＥＤランプが半導体ウェハーＷの側面に配置されてもよいし、ＬＥＤランプに接続される発光面が半導体ウェハーＷの側面に配置される構成が採用されてもよい。
【0121】
【0122】
第１実施形態の熱処理装置１においては、発光面４７は半導体ウェハーＷの主面に沿って互いに平行となるように平面状に配置されるが、このような発光面４７の配置に限定されない。例えば、図１５に示す熱処理装置５０１のような構成が採用されてもよい。
【0123】
具体的には、図１５に示すように、一部のＬＥＤランプ５４５から接続される一部の光ファイバー５４６の他方端はチャンバー側部５６１に挿入されることで形成された発光面５４７がチャンバー５０６の側部から半導体ウェハーＷの方向に向けられてもよい。
【0124】
詳細には、チャンバー側部５６１には、加熱用貫通孔５６１ａが形成されている。加熱用貫通孔５６１ａは、後述する光ファイバー５４６および発光面５４７をチャンバー５０６の内側に導くための円筒状の孔である。加熱用貫通孔５６１ａの熱処理空間５６５に臨む側の端部には、発光面５４７からの光を透過させる石英からなる透明窓５２１が装着されている。
【0125】
発光面５４７は半導体ウェハーＷの方向に光を照射するように加熱用貫通孔５６１ａに配置される。このとき、発光面５４７は、半導体ウェハーＷの周縁部または側部を向くように配置されることが好ましい。この理由は以下の通りである。半導体ウェハーＷの周縁部は特に放熱が生じやすいと考えられ、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。このため、半導体ウェハーＷの周縁部へ向けられる光の量が、半導体ウェハーＷの中央部に向けられる光の量よりも多い方が、半導体ウェハーＷの温度の面内均一性が向上するためである。
【0126】
また、図１６に示すように、加熱用貫通孔５６１ａは、チャンバー側部５６１の周囲に複数箇所（図１６の例では６箇所）形成される。また、半導体ウェハーＷの温度の面内均一性向上の観点から、複数の加熱用貫通孔５６１ａが半導体ウェハーＷの周囲に略等間隔に形成されることが好ましい。
【0127】
【0128】
また、以上に記載された実施の形態において、特に指定されずに材料名などが記載された場合は、矛盾が生じない限り、当該材料に他の添加物が含まれた、たとえば、合金などが含まれるものとする。
【符号の説明】
【0129】
１，２０１，３０１，４０１，５０１ 熱処理装置
３ 制御部
４，３０４ ＬＥＤ加熱部
５ フラッシュ加熱部
６，５０６ チャンバー
７ 保持部
１０ 移載機構
１１ 移載アーム
１２ リフトピン
１３ 水平移動機構
１４ 昇降機構
２０ 放射温度計
２１，５２１ 透明窓
４１，５１，２４１ 筐体
４２，２４２，３４２ 板
４２ａ，２４２ａ，３４２ａ 貫通孔
４４，２４４ 載置板
４４ａ 循環経路
４４ｂ 外部ポンプ
４５，２４５，５４５ ＬＥＤランプ
４６，２４６，５４６ 光ファイバー
４６ａ 一方端
４６ｂ 他方端
４７，２４７，３４７，５４７ 発光面
４８ 接続管
４９，２４９ 電力供給部
５２ リフレクタ
５３ ランプ光放射窓
６１，５６１ チャンバー側部
６１ａ 貫通孔
６２ 凹部
６３ 上側チャンバー窓
６４ 下側チャンバー窓
６５，５６５ 熱処理空間
６６ 搬送開口部
６８，６９ 反射リング
７１ 基台リング
７２ 連結部
７４ サセプタ
７５ 保持プレート
７５ａ 保持面
７６ ガイドリング
７７ 基板支持ピン
７８ 開口部
７９ 貫通孔
８１ ガス供給孔
８４，８９ バルブ
８５ 処理ガス供給源
８６ ガス排気孔
８７ 緩衝空間
８８ ガス排気管
９０ フィルタ
１８５ ゲートバルブ
１９０ 排気部
２０５ 上側ＬＥＤ加熱部
４４３ 集光レンズ
５６１ａ 加熱用貫通孔
ＣＸ 中心軸
ＦＬ フラッシュランプ
Ｌ 距離
Ｔ１ 予備加熱温度
Ｔ２ 処理温度
Ｗ 半導体ウェハー
３ 制御部
４，３０４ ＬＥＤ加熱部
５ フラッシュ加熱部
６，５０６ チャンバー
７ 保持部
１０ 移載機構
１１ 移載アーム
１２ リフトピン
１３ 水平移動機構
１４ 昇降機構
２０ 放射温度計
２１，５２１ 透明窓
４１，５１，２４１ 筐体
４２，２４２，３４２ 板
４２ａ，２４２ａ，３４２ａ 貫通孔
４４，２４４ 載置板
４４ａ 循環経路
４４ｂ 外部ポンプ
４５，２４５，５４５ ＬＥＤランプ
４６，２４６，５４６ 光ファイバー
４６ａ 一方端
４６ｂ 他方端
４７，２４７，３４７，５４７ 発光面
４８ 接続管
４９，２４９ 電力供給部
５２ リフレクタ
５３ ランプ光放射窓
６１，５６１ チャンバー側部
６１ａ 貫通孔
６２ 凹部
６３ 上側チャンバー窓
６４ 下側チャンバー窓
６５，５６５ 熱処理空間
６６ 搬送開口部
６８，６９ 反射リング
７１ 基台リング
７２ 連結部
７４ サセプタ
７５ 保持プレート
７５ａ 保持面
７６ ガイドリング
７７ 基板支持ピン
７８ 開口部
７９ 貫通孔
８１ ガス供給孔
８４，８９ バルブ
８５ 処理ガス供給源
８６ ガス排気孔
８７ 緩衝空間
８８ ガス排気管
９０ フィルタ
１８５ ゲートバルブ
１９０ 排気部
２０５ 上側ＬＥＤ加熱部
４４３ 集光レンズ
５６１ａ 加熱用貫通孔
ＣＸ 中心軸
ＦＬ フラッシュランプ
Ｌ 距離
Ｔ１ 予備加熱温度
Ｔ２ 処理温度
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】