(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】P2024163420
(43)【公開日】2024-11-22
(54)【発明の名称】熱処理装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/26 20060101AFI20241115BHJP
H01L 21/265 20060101ALI20241115BHJP
【ＦＩ】
H01L21/26 G
H01L21/265 602B
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023078999
(22)【出願日】2023-05-12
(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】竹原 弘耕
(57)【要約】
【課題】コストの上昇を抑制しつつ、チャンバー内の部品への汚染物質の付着を防止することができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】チャンバー内のサセプタ７４よりも上方に石英のプロテクトリング３０およびシャワープレート３５が設けられる。ガスリング９０の内壁面９２ａはプロテクトリング３０によって覆われる。加熱処理時に半導体ウェハーＷから放出された汚染物質は、プロテクトリング３０、シャワープレート３５およびサセプタ７４に付着する。このため、ガスリング９０の内壁面９２ａおよび上側チャンバー窓６３への汚染物質の付着は防止される。汚染物質が付着したプロテクトリング３０およびシャワープレート３５は交換する必要が生じるが、これらは比較的安価な部品であり、かつ、容易に交換することができるため、交換に要するコストの上昇は抑制される。
【選択図】図８
【解決手段】チャンバー内のサセプタ７４よりも上方に石英のプロテクトリング３０およびシャワープレート３５が設けられる。ガスリング９０の内壁面９２ａはプロテクトリング３０によって覆われる。加熱処理時に半導体ウェハーＷから放出された汚染物質は、プロテクトリング３０、シャワープレート３５およびサセプタ７４に付着する。このため、ガスリング９０の内壁面９２ａおよび上側チャンバー窓６３への汚染物質の付着は防止される。汚染物質が付着したプロテクトリング３０およびシャワープレート３５は交換する必要が生じるが、これらは比較的安価な部品であり、かつ、容易に交換することができるため、交換に要するコストの上昇は抑制される。
【選択図】図８
【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、
筒形状の側壁を有し、基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて前記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して前記基板を加熱する光照射部と、
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環状のガスリングと、
前記保持部よりも下方の前記側壁に設けられた排気孔から前記チャンバー内の気体を排気する排気部と、
前記保持部よりも上方に設けられた筒形状の石英のプロテクト部と、
を備え、
前記ガスリングは、上部リングおよび下部リングを含み、
前記プロテクト部は、前記プロテクト部の上端から外方に向けて張り出すフランジを前記下部リングに係合させて少なくとも前記下部リングの内壁面を覆うように設置される熱処理装置。
筒形状の側壁を有し、基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて前記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して前記基板を加熱する光照射部と、
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環状のガスリングと、
前記保持部よりも下方の前記側壁に設けられた排気孔から前記チャンバー内の気体を排気する排気部と、
前記保持部よりも上方に設けられた筒形状の石英のプロテクト部と、
を備え、
前記ガスリングは、上部リングおよび下部リングを含み、
前記プロテクト部は、前記プロテクト部の上端から外方に向けて張り出すフランジを前記下部リングに係合させて少なくとも前記下部リングの内壁面を覆うように設置される熱処理装置。
【請求項2】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記チャンバーの上部には、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する上側チャンバー窓が設けられ、
前記プロテクト部の上側開口は、石英板によって覆われる熱処理装置。
前記チャンバーの上部には、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する上側チャンバー窓が設けられ、
前記プロテクト部の上側開口は、石英板によって覆われる熱処理装置。
【請求項3】
請求項２記載の熱処理装置において、
前記石英板には、前記処理ガスを噴出する複数の噴出孔が形設され、
前記複数の噴出孔の孔径は、前記石英板の中心から外周に向けて徐々に小さくなる熱処理装置。
前記石英板には、前記処理ガスを噴出する複数の噴出孔が形設され、
前記複数の噴出孔の孔径は、前記石英板の中心から外周に向けて徐々に小さくなる熱処理装置。
【請求項4】
請求項３記載の熱処理装置において、
前記上部リングと前記下部リングとの間に形成される流路の先端が前記上側チャンバー窓と前記石英板との間の空間に前記処理ガスを供給する供給口となる熱処理装置。
前記上部リングと前記下部リングとの間に形成される流路の先端が前記上側チャンバー窓と前記石英板との間の空間に前記処理ガスを供給する供給口となる熱処理装置。
【請求項5】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記保持部が前記プロテクト部と一体に設けられる熱処理装置。
前記保持部が前記プロテクト部と一体に設けられる熱処理装置。
【請求項6】
請求項５記載の熱処理装置において、
前記保持部と前記プロテクト部との間に、前記ガスリングから供給された前記処理ガスを前記排気孔へと導く開口が設けられる熱処理装置。
前記保持部と前記プロテクト部との間に、前記ガスリングから供給された前記処理ガスを前記排気孔へと導く開口が設けられる熱処理装置。
【請求項7】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記プロテクト部は、下に向かうほど間隔が広くなるテーパー形状を有する熱処理装置。
前記プロテクト部は、下に向かうほど間隔が広くなるテーパー形状を有する熱処理装置。
【請求項8】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記プロテクト部は、下に向かうほど間隔が狭くなるテーパー形状を有する熱処理装置。
前記プロテクト部は、下に向かうほど間隔が狭くなるテーパー形状を有する熱処理装置。
【請求項9】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記基板は円板形状であり、
前記プロテクト部は円筒形状を有し、
前記プロテクト部の内径は前記基板の直径よりも大きい熱処理装置。
前記基板は円板形状であり、
前記プロテクト部は円筒形状を有し、
前記プロテクト部の内径は前記基板の直径よりも大きい熱処理装置。
【請求項10】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記光照射部は、前記チャンバーの上方に設けられたフラッシュランプを含む熱処理装置。
前記光照射部は、前記チャンバーの上方に設けられたフラッシュランプを含む熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、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関する。処理対象となる基板には、例えば、半導体ウェハー、液晶表示装置用基板、flat panel display（ＦＰＤ）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、または、太陽電池用基板などが含まれる。
【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のである。
【0005】
フラッシュランプアニールは、上記のような不純物の活性化のみならず、多種多様な用途への応用も試みられている。例えば、ドーパントを含んだ二酸化ケイ素の薄膜を半導体ウェハーの表面に成膜し、ハロゲンランプからの光照射によって半導体ウェハーの表面にドーパントを拡散させた後、フラッシュ光照射によってドーパントを活性化させることが行われている（いわゆる固相拡散法）。
【0006】
このような薄膜を形成した半導体ウェハーを加熱したときには、膜中の原子が薄膜の外側に拡散して放出される、いわゆる外方拡散が生じることがある。外方拡散が発生すると、放出された原子がプロセスチャンバー（以下、単に「チャンバー」とする）内の金属パーツや石英パーツに付着してそれらを汚染する可能性がある。例えば、フラッシュ光を透過する石英窓が原子付着によって汚染されると、当該石英窓の透過率が低下して半導体ウェハーへの照度が低下する。また、チャンバー内に入射したフラッシュ光の一部は金属の内壁面で反射されてから半導体ウェハーの表面に到達するのであるが、当該内壁面が汚染されると、反射率が低下してやはり半導体ウェハーへの照度が低下する。半導体ウェハーへの照度が低下すると、投入するフラッシュ光のエネルギーも減少することとなり、所望の特性が得られなくなるという問題が生じる。
【0007】
このため、特許文献１には、チャンバー内にオゾンを含む雰囲気を形成し、フラッシュランプから紫外成分を含むフラッシュ光を照射することによって付着した汚染物質を分解除去することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２０２１－３４４１６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、光化学作用によるクリーニングでは汚染物質を完全には分解除去できずに汚染物質が残留することもある。また、付着する汚染物質の種類によっては分解自体が困難なこともある。このため、汚染されたパーツを交換することが最も確実かつ効果的なのであるが、石英窓のような高価なパーツを頻繁に交換するとランニングコストが著しく増えるという問題も生じる。
【0010】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コストの上昇を抑制しつつ、チャンバー内の部品への汚染物質の付着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、この発明の第１の態様は、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、筒形状の側壁を有し、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて前記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して前記基板を加熱する光照射部と、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環状のガスリングと、前記保持部よりも下方の前記側壁に設けられた排気孔から前記チャンバー内の気体を排気する排気部と、前記保持部よりも上方に設けられた筒形状の石英のプロテクト部と、を備え、前記ガスリングは、上部リングおよび下部リングを含み、前記プロテクト部は、前記プロテクト部の上端から外方に向けて張り出すフランジを前記下部リングに係合させて少なくとも前記下部リングの内壁面を覆うように設置される。
【0012】
また、第２の態様は、第１の態様に係る熱処理装置において、前記チャンバーの上部には、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する上側チャンバー窓が設けられ、前記プロテクト部の上側開口は、石英板によって覆われる。
【0013】
また、第３の態様は、第２の態様に係る熱処理装置において、前記石英板には、前記処理ガスを噴出する複数の噴出孔が形設され、前記複数の噴出孔の孔径は、前記石英板の中心から外周に向けて徐々に小さくなる。
【0014】
また、第４の態様は、第３の態様に係る熱処理装置において、前記上部リングと前記下部リングとの間に形成される流路の先端が前記上側チャンバー窓と前記石英板との間の空間に前記処理ガスを供給する供給口となる。
【0015】
また、第５の態様は、第１の態様に係る熱処理装置において、前記保持部が前記プロテクト部と一体に設けられる。
【0016】
また、第６の態様は、第５の態様に係る熱処理装置において、前記保持部と前記プロテクト部との間に、前記ガスリングから供給された前記処理ガスを前記排気孔へと導く開口が設けられる。
【0017】
また、第７の態様は、第１の態様に係る熱処理装置において、前記プロテクト部は、下に向かうほど間隔が広くなるテーパー形状を有する。
【0018】
また、第８の態様は、第１の態様に係る熱処理装置において、前記プロテクト部は、下に向かうほど間隔が狭くなるテーパー形状を有する。
【0019】
また、第９の態様は、第１の態様に係る熱処理装置において、前記基板は円板形状であり、前記プロテクト部は円筒形状を有し、前記プロテクト部の内径は前記基板の直径よりも大きい。
【0020】
また、第１０の態様は、第１の態様に係る熱処理装置において、前記光照射部は、前記チャンバーの上方に設けられたフラッシュランプを含む。
【発明の効果】
【0021】
第１から第１０の態様に係る熱処理装置によれば、プロテクト部は少なくとも下部リングの内壁面を覆うように設置されるため、加熱された基板から放出された汚染物質は安価で交換可能なプロテクト部に付着し、コストの上昇を抑制しつつ、チャンバー内の部品への汚染物質の付着を防止することができる。
【0022】
特に、第２の態様に係る熱処理装置によれば、プロテクト部の上側開口は石英板によって覆われるため、チャンバー内の部品への汚染物質の付着をより確実に防止することができる。
【0023】
特に、第３の態様に係る熱処理装置によれば、石英板に形設された複数の噴出孔の孔径は、石英板の中心から外周に向けて徐々に小さくなるため、チャンバー内の中心部にも十分が処理ガスを供給することができ、その中心部におけるガスの滞留を消滅させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【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、プロテクトリングおよびシャワープレートの構成を図解的に示す図である。
【図9】プロテクトリングの斜視図である。
【図10】シャワープレートの平面図である。
【図11】第２実施形態のプロテクトリングを図解的に示す図である。
【図12】第２実施形態のプロテクトリングの斜視図である。
【図13】第３実施形態のプロテクトリングを模式的に示す図である。
【図14】第４実施形態のプロテクトリングを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
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。以下において、相対的または絶対的な位置関係を示す表現（例えば、「一方向に」、「一方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」、「同軸」、など）は、特に断らない限り、その位置関係を厳密に表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる範囲で相対的に角度または距離に関して変位された状態も表すものとする。また、等しい状態であることを示す表現（例えば、「同一」、「等しい」、「均質」、など）は、特に断らない限り、定量的に厳密に等しい状態を表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる差が存在する状態も表すものとする。また、形状を示す表現（例えば、「円形状」、「四角形状」、「円筒形状」、など）は、特に断らない限り、幾何学的に厳密にその形状を表すのみならず、同程度の効果が得られる範囲の形状を表すものとし、例えば凹凸または面取りなどを有していてもよい。また、構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、「有する」、といった各表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的表現ではない。また、「Ａ、ＢおよびＣのうちの少なくとも一つ」という表現には、「Ａのみ」、「Ｂのみ」、「Ｃのみ」、「Ａ、ＢおよびＣのうち任意の２つ」、「Ａ、ＢおよびＣの全て」が含まれる。
【0026】
＜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。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。
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。
【0027】
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、プロテクトリング３０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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。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。
【0033】
また、チャンバー６の内壁上部に装着されたガスリング９０には熱処理空間６５に処理ガスを供給するガス供給口８１が形設されている。ガス供給口８１は、ガスリング９０の内部に形成された流路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の経路途中には給気バルブ８４が介挿されている。給気バルブ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の内部の流路を通過した処理ガスがガス供給口８１から熱処理空間６５に供給される。処理ガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）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）。
【0034】
一方、チャンバー６の側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の経路途中には排気バルブ８９が介挿されている。排気バルブ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。
【0035】
排気部１９０は真空ポンプを含む。ガス供給口８１からガス供給を行うことなく、排気部１９０を作動させて熱処理空間６５の気体を排気することにより、チャンバー６内を大気圧未満に減圧することができる。また、排気部１９０の真空ポンプとガス排気管８８とは、例えば管径の異なる３本のバイパスラインによって接続されており、それらのいずれを開放するかによってチャンバー６からの排気流量および排気速度を変化させることができる。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
図１に戻り、チャンバー６の上部には、ガスリング９０、プロテクトリング３０およびシャワープレート３５が設けられている。図８は、ガスリング９０、プロテクトリング３０およびシャワープレート３５の構成を図解的に示す図である。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。上部リング９１および下部リング９２はともに円環形状を有する。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。下部リング９２は、チャンバー６の内部空間（熱処理空間６５）に臨む内壁面９２ａを有する。
【0048】
円環形状の上部リング９１と下部リング９２とが重ね合わされた構造において、上部リング９１と下部リング９２との間には凹凸が組み合わされた隙間が存在する。この屈曲する流路は、気体の流れに対する抵抗部となり得るバッファおよびラビリンス構造を有している。当該流路のチャンバー６内に望む側の先端部がガス供給口８１となる。また、当該流路の他方側の端部はガス供給管８３に接続される。
【0049】
プロテクトリング３０は、石英の円筒形状部材である。図９は、プロテクトリング３０の斜視図である。図９には、円筒形状のプロテクトリング３０を径方向に沿った平面で半分に切断した一方を示す。プロテクトリング３０は、筒部３１およびフランジ３２を備える。筒部３１およびフランジ３２はともに石英にて形成される。
【0050】
筒部３１は、上側および下側が開放された円筒形状を有する。筒部３１の内径は、サセプタ７４に保持される半導体ウェハーＷの直径よりも大きい。筒部３１の高さは、少なくとも下部リング９２の内壁面９２ａの高さよりも大きい。
【0051】
筒部３１の上端から外方に向けて張り出すようにフランジ３２が設けられる。フランジ３２は、円環形状の板状部材である。フランジ３２の内径は筒部３１の内径とほぼ同じである。フランジ３２の外径は筒部３１の外径よりも大きい。フランジ３２は、筒部３１の上端に固設されている。フランジ３２と筒部３１とは例えば溶接によって接合するようにしても良いし、一体に成型するようにしても良い。
【0052】
図８に戻り、プロテクトリング３０のフランジ３２をガスリング９０の下部リング９２に係合させることによって、プロテクトリング３０はガスリング９０に支持されてチャンバー６に装着される。具体的には、例えばフランジ３２の外周には図示省略の切り欠き部が３箇所形設されており、その切り欠き部を下部リング９２に設けられたピン部材に係合させる。プロテクトリング３０がガスリング９０に支持された状態においては、少なくとも下部リング９２の内壁面９２ａがプロテクトリング３０の筒部３１によって覆われる。また、プロテクトリング３０の上側にはシャワープレート３５が載置される。シャワープレート３５は、石英製の円板形状部材である。よって、シャワープレート３５は、上側チャンバー窓６３と同じく、フラッシュ加熱部５から出射されたフラッシュ光を透過する。円板形状のシャワープレート３５の直径はフランジ３２の外径と概ね同じである。シャワープレート３５の外周にも切り欠き部が形設されており、その切り欠き部を上記のピン部材に係合させることによって、シャワープレート３５はプロテクトリング３０のフランジ３２上に載置されてチャンバー６に装着される。シャワープレート３５がプロテクトリング３０上に載置されることにより、プロテクトリング３０の上側開口はシャワープレート３５によって覆われる。
【0053】
図１０は、シャワープレート３５の平面図である。シャワープレート３５には、上下に貫通して複数の噴出孔３６が穿設されている。複数の噴出孔３６が設けられる領域の大きさは、例えば半導体ウェハーＷの平面サイズと同程度である。複数の噴出孔３６の孔径は、シャワープレート３５の中心から外周に向けて徐々に小さくなる。すなわち、シャワープレート３５の中心に設けられた噴出孔３６の孔径が最大であり、例えば１１ｍｍである。逆に、シャワープレート３５の最も外周側に設けられた噴出孔３６の孔径が最小であり、例えば７ｍｍである。
【0054】
チャンバー６にプロテクトリング３０およびシャワープレート３５が装着されると、上側チャンバー窓６３とシャワープレート３５との間に空間が形成される。プロテクトリング３０およびシャワープレート３５がチャンバー６に装着された状態においては、プロテクトリング３０およびシャワープレート３５は保持部７のサセプタ７４よりも上方に設けられることとなる。また、図１では図示の便宜上１つしか示していなかったガス排気孔８６は、チャンバー側部６１の径方向両端に相対向するように２つ設けられている。２つのガス排気孔８６は、保持部７のサセプタ７４よりも下方に設けられる。
【0055】
処理ガス供給源８５からガス供給管８３を経由してガスリング９０に送給された処理ガスは、ガスリング９０内の流路を通過してガス供給口８１から上側チャンバー窓６３とシャワープレート３５との間の空間に供給される。その処理ガスは、シャワープレート３５に設けられた複数の噴出孔３６から下方に向けて噴出される。複数の噴出孔３６から噴出された処理ガスは、プロテクトリング３０の筒部３１の内側空間内を流下してサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷに供給される。そして、処理ガスはプロテクトリング３０の下端とサセプタ７４との間の空間からガス排気孔８６に向けて流れ、ガス排気孔８６から排出される。シャワープレート３５から噴出される処理ガスの総流量は、例えば１００リットル／分である。
【0056】
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。
【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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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記憶部（例えば、磁気ディスクまたはＳＳＤ）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。
【0067】
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。
【0068】
次に、熱処理装置１における典型的な半導体ウェハーＷの処理手順について説明する。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。
【0069】
まず、半導体ウェハーＷの処理に先立って給気バルブ８４が開放されるとともに、排気バルブ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。給気バルブ８４が開放されると、処理ガス供給源８５からガスリング９０に窒素ガスが送給され、ガス供給口８１から上側チャンバー窓６３とシャワープレート３５との間の空間に窒素ガスが供給される。その窒素ガスは、シャワープレート３５に設けられた複数の噴出孔３６から下方に向けて噴出される。また、排気バルブ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、シャワープレート３５から噴出された窒素ガスがプロテクトリング３０の内側空間を通過して下方へと流れて熱処理空間６５にダウンフローを形成する。
【0070】
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。
【0071】
搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーＷは、プロテクトリング３０の下端とサセプタ７４との間を通過し、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。
【0072】
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、成膜処理のな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。
【0073】
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。
【0074】
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、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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。フラッシュランプＦＬから放射されたフラッシュ光は、いずれも石英にて形成されたランプ光放射窓５３、上側チャンバー窓６３およびシャワープレート３５を順に透過して半導体ウェハーＷに表面に照射され、半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱が行われる。また、上側チャンバー窓６３からチャンバー６内に入射したフラッシュ光の一部はガスリング９０の内壁面９２ａで反射されてから半導体ウェハーＷの表面に到達する。
【0078】
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まで上昇した後、急速に下降する。
【0079】
半導体ウェハーＷの予備加熱およびフラッシュ加熱を実行しているときには、図８に示すように、半導体ウェハーＷがサセプタ７４に保持されている状態でシャワープレート３５から下方に向けて窒素ガスが噴出されている。シャワープレート３５から噴出された窒素ガスは、プロテクトリング３０の内側を流下してサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの表面に供給される。なお、シャワープレート３５とサセプタ７４に保持されている半導体ウェハーＷとの間隔は比較的大きいため、シャワープレート３５から噴出された窒素ガスによって加熱中の半導体ウェハーＷの温度が低下するおそれはない。
【0080】
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。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。
【0081】
表面に膜が形成された半導体ウェハーＷが予備加熱された後にフラッシュ加熱されると、昇温した膜からの外方拡散によってドーパント等の原子が熱処理空間６５に放出されることがある。また、膜の種類によっては、昇温した膜から昇華物が発生することもある。これらの膜由来の汚染物質が上側チャンバー窓６３に付着すると、上側チャンバー窓６３の透過率が低下して半導体ウェハーＷへのフラッシュ光の照度が低下する。また、汚染物質がガスリング９０の内壁面９２ａに付着すると、その内壁面９２ａの反射率が低下して半導体ウェハーＷへのフラッシュ光の照度が低下する。
【0082】
このため、第１実施形態においては、チャンバー６内の上部に、プロテクトリング３０およびシャワープレート３５を設けている。加熱処理時（予備加熱およびフラッシュ加熱の双方を含む）に半導体ウェハーＷから放出された汚染物質の大半は、シャワープレート３５から噴出されてプロテクトリング３０の下端とサセプタ７４との間の空間を通過してガス排気孔８６に向かう窒素ガスの流れによってチャンバー６から排出される。しかし、チャンバー６内には窒素ガスの流れの渦が形成されており、その渦によって汚染物質の一部はチャンバー６内の部品に付着する。
【0083】
ガスリング９０の内壁面９２ａはプロテクトリング３０の筒部３１によって覆われている。従って、窒素ガスの渦によって内壁面９２ａへと向かう汚染物質はプロテクトリング３０に付着することとなる。これにより、内壁面９２ａに汚染物質が付着して汚染されることは防がれる。
【0084】
また、窒素ガスの渦によって上方へと向かう汚染物質はシャワープレート３５に付着することとなる。このため、上側チャンバー窓６３に汚染物質が付着して汚染されることも防がれる。なお、プロテクトリング３０は、フランジ３２を下部リング９２に係合させることによってガスリング９０に支持されている。従って、内壁面９２ａとプロテクトリング３０の筒部３１との間に生じる隙間はフランジ３２によって塞がれることとなるため、汚染物質がプロテクトリング３０の上方から回り込んで当該隙間に入って内壁面９２ａに付着することも防止される。また、半導体ウェハーＷの下側にはサセプタ７４が存在しているため、汚染物質が下側チャンバー窓６４に付着することも防がれる。
【0085】
第１実施形態においては、チャンバー６内のサセプタ７４よりも上方にプロテクトリング３０およびシャワープレート３５を設けているため、加熱処理時に半導体ウェハーＷから放出された汚染物質がガスリング９０の内壁面９２ａおよび上側チャンバー窓６３に付着することは防止される。半導体ウェハーＷから放出された汚染物質はプロテクトリング３０、シャワープレート３５およびサセプタ７４に付着することとなる。従って、メンテナンス時等にこれらの部品を交換する必要が生じるものの、これらの部品はガスリング９０や上側チャンバー窓６３等に比較すると安価であり、かつ、容易に交換することができる。すなわち、プロテクトリング３０、シャワープレート３５およびサセプタ７４の交換に要するコストは比較的低い。よって、第１実施形態のようにすれば、コストの上昇を抑制しつつ、チャンバー６内の部品への汚染物質の付着を防止することができる。
【0086】
また、シャワープレート３５に設けられた複数の噴出孔３６の孔径は、シャワープレート３５の中心から外周に向けて徐々に小さくなる。従って、ガス供給口８１から上側チャンバー窓６３とシャワープレート３５との間の空間に供給された処理ガスは、シャワープレート３５の中心に近いほど強く噴出される。ガス排気孔８６はチャンバー側部６１に設けられているため、シャワープレート３５が存在しない場合には、ガス供給口８１から供給された処理ガスはチャンバー側部６１に沿って流れてガス排気孔８６から排出されることが想定される。そうすると、チャンバー６内の中心部には処理ガスが供給されず、ガスの滞留が生じるおそれがある。第１実施形態では、シャワープレート３５の中心から外周に向けて噴出孔３６の孔径が徐々に小さくなるため、チャンバー６内の中心部にも十分な処理ガスを供給することができ、ガスの滞留を消滅させることが可能となる。その結果、半導体ウェハーＷの中心近傍から放出された汚染物質も処理ガスの流れによって排出することができ、チャンバー６内の部品への汚染物質の付着をより確実に防止することができる。
【0087】
＜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概ね第１実施形態と同様である（図１）。また、第２実施形態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、サセプタとプロテクトリングとを一体化している点である。
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概ね第１実施形態と同様である（図１）。また、第２実施形態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、サセプタとプロテクトリングとを一体化している点である。
【0088】
図１１は、第２実施形態のプロテクトリング１３０を図解的に示す図である。図１２は、プロテクトリング１３０の斜視図である。図１１において、第１実施形態（図８）と同一の要素については同一の符号を付している。第２実施形態のプロテクトリング１３０は、筒部１３１、フランジ１３２、天板１３３および結合部１３４を備える。筒部１３１、フランジ１３２、天板１３３および結合部１３４はいずれも石英にて形成される。
【0089】
筒部１３１は、第１実施形態の筒部３１と同様の要素である。すなわち、筒部１３１は、半導体ウェハーＷの直径よりも大きな内径の円筒形状部材である。また、フランジ１３２も第１実施形態のフランジ３２と同様の要素である。すなわち、フランジ１３２は、筒部１３１の上端から外方に向けて張り出すように設けられた円環形状の板状部材である。
【0090】
プロテクトリング１３０の天板１３３は、第１実施形態のサセプタ７４と同様の要素である。すなわち、天板１３３は、半導体ウェハーＷの直径よりも大きな直径の石英の円板形状部材である。天板１３３には、サセプタ７４と同様に、半導体ウェハーＷを支持するための複数の基板支持ピン、放射温度計２０が温度測定を行うための開口部、および、リフトピン１２が通過するための貫通孔が設けられている。よって、第２実施形態においては、チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷは、プロテクトリング１３０の天板１３３の上に水平姿勢にて載置されて保持される。
【0091】
結合部１３４は、筒部１３１の下端の一部から突き出るように設けられた平面視円弧状の部材である。筒部１３１と天板１３３とは結合部１３４によって固定的に連結されている。結合部１３４は筒部１３１の下端の一部のみに設けられているため、結合部１３４が設けられていない筒部１３１の下端と天板１３３と間には開口１３５が形成されることとなる。搬送ロボットによる天板１３３に対する半導体ウェハーＷの受け渡しは、この開口１３５を通して行うこととなる。また、開口１３５は、プロテクトリング１３０の内部に供給された処理ガスの排気口としても機能する。
【0092】
第１実施形態と同様に、フランジ１３２をガスリング９０の下部リング９２に係合させることによって、第２実施形態のプロテクトリング１３０はガスリング９０に支持されてチャンバー６に装着される。プロテクトリング１３０がガスリング９０に支持された状態においては、少なくとも下部リング９２の内壁面９２ａがプロテクトリング１３０の筒部１３１によって覆われる。
【0093】
また、第１実施形態と同様に、プロテクトリング１３０の上側にはシャワープレート３５が載置される。シャワープレート３５は、石英製の円板形状部材である。シャワープレート３５には複数の噴出孔３６が設けられている。複数の噴出孔３６の孔径は、シャワープレート３５の中心から外周に向けて徐々に小さくなる。シャワープレート３５がプロテクトリング１３０上に載置されることにより、プロテクトリング１３０の上側開口はシャワープレート３５によって覆われる。
【0094】
処理ガス供給源８５からガス供給管８３を経由してガスリング９０に送給された処理ガスは、ガスリング９０内の流路を通過してガス供給口８１から上側チャンバー窓６３とシャワープレート３５との間の空間に供給される。その処理ガスは、シャワープレート３５に設けられた複数の噴出孔３６から下方に向けて噴出される。複数の噴出孔３６から噴出された処理ガスは、プロテクトリング１３０の筒部１３１の内側空間内を流下して天板１３３に保持された半導体ウェハーＷに供給される。そして、処理ガスはプロテクトリング１３０の開口１３５からガス排気孔８６に向けて流れ、ガス排気孔８６から排出される。なお、第２実施形態では、プロテクトリング１３０によって半導体ウェハーＷを保持するため、第１実施形態の保持部７は設けていない。
【0095】
第２実施形態においては、搬送ロボットによってチャンバー６内に搬入された半導体ウェハーＷは開口１３５を介してプロテクトリング１３０内に持ち込まれて天板１３３に保持される。そして、半導体ウェハーＷが天板１３３に保持された状態にて、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱およびフラッシュランプＦＬによるフラッシュ加熱が実行される。半導体ウェハーＷの予備加熱およびフラッシュ加熱を実行しているときには、半導体ウェハーＷが天板１３３に保持されている状態でガスリング９０から供給された窒素ガスがシャワープレート３５から下方に向けて噴出される。その窒素ガスは、開口１３５からガス排気孔８６に向けて排出される。
【0096】
第２実施形態においても、チャンバー６内にプロテクトリング１３０およびシャワープレート３５を設けているため、加熱処理時に半導体ウェハーＷから放出された汚染物質がガスリング９０の内壁面９２ａおよび上側チャンバー窓６３に付着することは防止される。すなわち、ガスリング９０の内壁面９２ａはプロテクトリング１３０の筒部１３１によって覆われているため、内壁面９２ａへと向かう汚染物質はプロテクトリング１３０に付着する。また、上方へと向かう汚染物質はシャワープレート３５に付着する。従って、メンテナンス時等にはプロテクトリング１３０およびシャワープレート３５を交換すれば足り、それに要するコストは比較的低い。よって、第２実施形態のようにしても、コストの上昇を抑制しつつ、チャンバー６内の部品への汚染物質の付着を防止することができる。もっとも、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの割れ防止の観点からは、サセプタ７４とプロテクトリング３０と別体とした第１実施形態の方が好適である。その一方、開口１３５の大きさが比較的小さいため、チャンバー６内の部品へと向かう汚染物質を第１実施形態よりも少なくすることができる。
【0097】
＜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概ね第１実施形態と同様である（図１）。また、第３実施形態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、プロテクトリングの形状である。
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概ね第１実施形態と同様である（図１）。また、第３実施形態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、プロテクトリングの形状である。
【0098】
図１３は、第３実施形態のプロテクトリング２３０を模式的に示す図である。第３実施形態のプロテクトリング２３０は、筒部２３１およびフランジ２３２を備える。筒部２３１およびフランジ２３２はともに石英にて形成される。
【0099】
第３実施形態の筒部２３１は、上側および下側が開放された筒形状を有するものの、その外観は円錐台形状である。すなわち、筒部２３１を鉛直方向に沿った平面で切断した断面は、図１３に示すように、下に向かうほど間隔が広くなるテーパー形状を有する。筒部２３１の下端の直径は半導体ウェハーＷの直径よりも小さい。
【0100】
フランジ２３２は、第１実施形態のフランジ３２と同様の要素である。すなわち、フランジ２３２は、筒部２３１の上端から外方に向けて張り出すように設けられた円環形状の板状部材である。
【0101】
第１実施形態と同様に、フランジ２３２をガスリング９０の下部リング９２に係合させることによって、第３実施形態のプロテクトリング２３０はガスリング９０に支持されてチャンバー６に装着される。プロテクトリング２３０がガスリング９０に支持された状態においては、少なくとも下部リング９２の内壁面９２ａがプロテクトリング２３０の筒部２３１によって覆われる。
【0102】
また、図１３では図示を省略しているが、第１実施形態と同様に、プロテクトリング２３０の上側にはシャワープレートが載置される。このシャワープレートは、第１および第２実施形態のシャワープレート３５と同様のものである。シャワープレートがプロテクトリング２３０上に載置されることにより、プロテクトリング２３０の上側開口はシャワープレートによって覆われる。
【0103】
シャワープレートから噴出された処理ガスは、プロテクトリング２３０の筒部２３１の内側空間を流下して半導体ウェハーＷに供給される。第３実施形態においては、シャワープレートから噴出された処理ガスの一部は、筒部２３１の内側のテーパー面に沿って流下し、半導体ウェハーＷの周縁部に吹き付けられる。
【0104】
第３実施形態においても、チャンバー６内にプロテクトリング２３０およびシャワープレートを設けているため、加熱処理時に半導体ウェハーＷから放出された汚染物質がガスリング９０の内壁面９２ａおよび上側チャンバー窓６３に付着することは防止される。メンテナンス時等にはプロテクトリング２３０およびシャワープレートを交換すれば足り、それに要するコストは比較的低い。よって、第１および第２実施形態と同様に、コストの上昇を抑制しつつ、チャンバー６内の部品への汚染物質の付着を防止することができる。また、第３実施形態においては、テーパー形状を有するプロテクトリング２３０によって、より多量の処理ガスを半導体ウェハーＷの周縁部に吹き付けることができる。
【0105】
＜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概ね第１実施形態と同様である（図１）。また、第４実施形態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、プロテクトリングの形状である。
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概ね第１実施形態と同様である（図１）。また、第４実施形態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、プロテクトリングの形状である。
【0106】
図１４は、第４実施形態のプロテクトリング３３０を模式的に示す図である。第４実施形態のプロテクトリング３３０は、筒部３３１およびフランジ３３２を備える。筒部３３１およびフランジ３３２はともに石英にて形成される。
【0107】
第４実施形態の筒部３３１は、上側および下側が開放された筒形状を有するものの、その外観は逆円錐台形状である。すなわち、筒部３３１を鉛直方向に沿った平面で切断した断面は、図１４に示すように、下に向かうほど間隔が狭くなるテーパー形状を有する。筒部３３１の下端の直径は半導体ウェハーＷの直径よりも小さい。
【0108】
フランジ３３２は、第１実施形態のフランジ３２と同様の要素である。すなわち、フランジ３３２は、筒部３３１の上端から外方に向けて張り出すように設けられた円環形状の板状部材である。
【0109】
第１実施形態と同様に、フランジ３３２をガスリング９０の下部リング９２に係合させることによって、第４実施形態のプロテクトリング３３０はガスリング９０に支持されてチャンバー６に装着される。プロテクトリング３３０がガスリング９０に支持された状態においては、少なくとも下部リング９２の内壁面９２ａがプロテクトリング３３０の筒部３３１によって覆われる。
【0110】
また、図１４では図示を省略しているが、第１実施形態と同様に、プロテクトリング３３０の上側にはシャワープレートが載置される。このシャワープレートは、第１および第２実施形態のシャワープレート３５と同様のものである。シャワープレートがプロテクトリング３３０上に載置されることにより、プロテクトリング３３０の上側開口はシャワープレートによって覆われる。
【0111】
シャワープレートから噴出された処理ガスは、プロテクトリング３３０の筒部３３１の内側空間を流下して半導体ウェハーＷに供給される。第４実施形態においては、シャワープレートから噴出された処理ガスの一部は、筒部３３１の内側のテーパー面に沿って流下し、さらに筒部３３１の下端と半導体ウェハーＷの周縁部との間の隙間から外方へと流れる。
【0112】
第４実施形態においても、チャンバー６内にプロテクトリング３３０およびシャワープレートを設けているため、加熱処理時に半導体ウェハーＷから放出された汚染物質がガスリング９０の内壁面９２ａおよび上側チャンバー窓６３に付着することは防止される。メンテナンス時等にはプロテクトリング３３０およびシャワープレートを交換すれば足り、それに要するコストは比較的低い。よって、第１および第２実施形態と同様に、コストの上昇を抑制しつつ、チャンバー６内の部品への汚染物質の付着を防止することができる。また、第４実施形態においては、筒部３３１の下端と半導体ウェハーＷの周縁部との間の隙間を処理ガスが流れるため、当該周縁部における処理ガスの流速を高めることができる。
【0113】
＜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、上記各実施形態において、プロテクトリングに載置するシャワープレート３５の枚数は１枚に限定されるものではなく、複数枚のシャワープレート３５を重ねて載置するようにしても良い。重ねるシャワープレート３５の枚数が多くなるほど、透過率が低下するため、半導体ウェハーＷの表面に照射されるフラッシュ光の照度を調整することができる。
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、上記各実施形態において、プロテクトリングに載置するシャワープレート３５の枚数は１枚に限定されるものではなく、複数枚のシャワープレート３５を重ねて載置するようにしても良い。重ねるシャワープレート３５の枚数が多くなるほど、透過率が低下するため、半導体ウェハーＷの表面に照射されるフラッシュ光の照度を調整することができる。
【0114】
また、シャワープレート３５は、透明な石英にて形成されることに限定されるものではなく、不透明石英にて形成されても良い。或いは、石英のシャワープレート３５の表面にブラスト処理を施すようにしても良い。これらによっても、半導体ウェハーＷの表面に照射されるフラッシュ光の照度を適宜に調整することができる。
【0115】
また、上記各実施形態においては、フラッシュランプハウス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。また、ハロゲンランプハウス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。
【0116】
また、上記各実施形態においては、１秒以上連続して発光する連続点灯ランプとしてフィラメント方式のハロゲンランプＨＬを用いて半導体ウェハーＷの予備加熱を行っていたが、これに限定されるものではなく、ハロゲンランプＨＬに代えて放電型のアークランプ（例えば、キセノンアークランプ）またはＬＥＤランプを連続点灯ランプとして用いて予備加熱を行うようにしても良い。
【符号の説明】
【0117】
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
１２ リフトピン
３０，１３０，２３０，３３０ プロテクトリング
３１，１３１，２３１，３３１ 筒部
３２，１３２，２３２，３３２ フランジ
３５ シャワープレート
３６ 噴出孔
６１ チャンバー側部
６３ 上側チャンバー窓
６４ 下側チャンバー窓
６５ 熱処理空間
７４ サセプタ
８１ ガス供給口
８６ ガス排気孔
９０ ガスリング
９１ 上部リング
９２ 下部リング
９２ａ 内壁面
１３３ 天板
１３４ 結合部
１３５ 開口
１９０ 排気部
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
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
１２ リフトピン
３０，１３０，２３０，３３０ プロテクトリング
３１，１３１，２３１，３３１ 筒部
３２，１３２，２３２，３３２ フランジ
３５ シャワープレート
３６ 噴出孔
６１ チャンバー側部
６３ 上側チャンバー窓
６４ 下側チャンバー窓
６５ 熱処理空間
７４ サセプタ
８１ ガス供給口
８６ ガス排気孔
９０ ガスリング
９１ 上部リング
９２ 下部リング
９２ａ 内壁面
１３３ 天板
１３４ 結合部
１３５ 開口
１９０ 排気部
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】