特開 2024-164526 熱処理装置および熱処理方法

(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】P2024164526

(43)【公開日】2024-11-27

(54)【発明の名称】熱処理装置および熱処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/26 20060101AFI20241120BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20241120BHJP

【ＦＩ】

H01L21/26 G

H01L21/265 602B

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023080066

(22)【出願日】2023-05-15

(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】繁桝 翔伍

(72)【発明者】

【氏名】布施 和彦

(72)【発明者】

【氏名】宮脇 真治

(57)【要約】

【課題】冷却効率を向上させて高い降温レートを得ることができる熱処理装置および熱処理方法を提供する。
【解決手段】ハロゲンランプからの光照射によって予備加熱されている半導体ウェハーＷの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。フラッシュ加熱終了後、シャワープレート３０の複数の噴出孔３１から冷却ガスとしての窒素ガスを噴出しつつ、フラッシュ光照射によって加熱された半導体ウェハーＷを昇降機構がサセプタ７４から上昇させてシャワープレート３０に近接させて冷却する。窒素ガスを噴出するシャワープレート３０と半導体ウェハーＷとの距離を短くすることにより、半導体ウェハーＷの表面における窒素ガスの流速が増大して熱伝達率が上昇し、半導体ウェハーＷの冷却効率を向上させて高い降温レートを得ることができる。
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー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、
前記チャンバー内に気体を供給する気体供給部と、
前記チャンバー内にて前記保持部よりも上方に設けられ、前記気体供給部から供給された気体を下方に向けて噴出する噴出孔が形設された有孔板と、
前記基板を前記保持部に保持される保持高さ位置と前記保持高さ位置よりも上方との間で昇降させる昇降部と、
を備え、
前記有孔板の前記噴出孔から冷却気体を噴出しつつ、前記光照射部からの光照射によって加熱された前記基板を前記昇降部が前記保持部から上昇させて前記有孔板に近接させて冷却する熱処理装置。

【請求項2】

請求項１記載の熱処理装置において、
前記有孔板の下面に、前記基板の径よりも大きな内径の円環形状を有する筒状体を備え、
前記昇降部は、前記基板を前記筒状体の内側に上昇させて冷却する熱処理装置。

【請求項3】

請求項１記載の熱処理装置において、
前記有孔板の下面に、前記基板の径よりも小さな内径の円環形状を有する筒状体を備え、
前記昇降部は、前記基板を前記筒状体の下端に近接する高さ位置に上昇させて冷却する熱処理装置。

【請求項4】

請求項１記載の熱処理装置において、
前記噴出孔は、前記昇降部に支持される前記基板の中央部に対向する位置に形設される熱処理装置。

【請求項5】

請求項１記載の熱処理装置において、
前記噴出孔は、前記昇降部に支持される前記基板の周縁部に対向する位置に形設される熱処理装置。

【請求項6】

請求項５記載の熱処理装置において、
前記基板の中心を挟んで前記噴出孔の形設位置とは反対側に前記チャンバー内の気体を排気する排気孔を設ける熱処理装置。

【請求項7】

請求項１記載の熱処理装置において、
前記基板を冷却するときに、前記チャンバー内を大気圧未満に減圧する減圧部をさらに備える熱処理装置。

【請求項8】

請求項１記載の熱処理装置において、
前記冷却気体は、窒素またはヘリウムである熱処理装置。

【請求項9】

請求項１記載の熱処理装置において、
前記光照射部は、前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプを含む熱処理装置。

【請求項10】

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方法であって、
チャンバー内にて保持部に保持された基板に光を照射して前記基板を加熱する照射工程と、
加熱された前記基板を前記保持部から上昇させ、噴出孔から冷却気体を噴出する有孔板に近接させて冷却する冷却工程と、
を備える熱処理方法。

【請求項11】

請求項１０記載の熱処理方法において、
前記基板を冷却するときに、前記チャンバー内を大気圧未満に減圧する減圧工程をさらに備える熱処理方法。

【請求項12】

請求項１０記載の熱処理方法において、
前記冷却気体は、窒素またはヘリウムである熱処理方法。

【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および熱処理方法に関する。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を行う装置として、特許文献１には、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予備加熱を行った後に、フラッシュランプからフラッシュ光を照射して半導体ウェハーの表面を１秒以下の極短時間加熱する装置が開示されている。フラッシュ加熱が終了した後、自然冷却によって半導体ウェハーを降温させた場合には、半導体ウェハーが所定温度以下にまで降温するのに相応の時間を要することとなる。そうすると、スループットの向上が阻害されるだけでなく、フラッシュ加熱によって活性化した不純物が不活性化するおそれもある。このため、特許文献１には、フラッシュ光照射の終了後に、チャンバー内にヘリウムガス等の冷却ガスを供給して半導体ウェハーおよびチャンバー内を効率良く迅速に冷却することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２１－４４３７２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、単にチャンバー内に冷却ガスを供給しただけでは、十分な降温レートを得ることは困難である。不純物の不活性化を防止するためには、より高い降温レートが求められる。

【0008】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、冷却効率を向上させて高い降温レートを得ることができる熱処理装置および熱処理方法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、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、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、前記チャンバー内に気体を供給する気体供給部と、前記チャンバー内にて前記保持部よりも上方に設けられ、前記気体供給部から供給された気体を下方に向けて噴出する噴出孔が形設された有孔板と、前記基板を前記保持部に保持される保持高さ位置と前記保持高さ位置よりも上方との間で昇降させる昇降部と、を備え、前記有孔板の前記噴出孔から冷却気体を噴出しつつ、前記光照射部からの光照射によって加熱された前記基板を前記昇降部が前記保持部から上昇させて前記有孔板に近接させて冷却する。

【0010】

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、前記有孔板の下面に、前記基板の径よりも大きな内径の円環形状を有する筒状体を備え、前記昇降部は、前記基板を前記筒状体の内側に上昇させて冷却する。

【0011】

また、第３の態様は、第１の態様に係る熱処理装置において、前記有孔板の下面に、前記基板の径よりも小さな内径の円環形状を有する筒状体を備え、前記昇降部は、前記基板を前記筒状体の下端に近接する高さ位置に上昇させて冷却する。

【0012】

また、第４の態様は、第１から第３のいずれかの態様に係る熱処理装置において、前記噴出孔は、前記昇降部に支持される前記基板の中央部に対向する位置に形設される。

【0013】

また、第５の態様は、第１から第３のいずれかの態様に係る熱処理装置において、前記噴出孔は、前記昇降部に支持される前記基板の周縁部に対向する位置に形設される。

【0014】

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、前記基板の中心を挟んで前記噴出孔の形設位置とは反対側に前記チャンバー内の気体を排気する排気孔を設ける。

【0015】

また、第７の態様は、第１から第６のいずれかの態様に係る熱処理装置において、前記基板を冷却するときに、前記チャンバー内を大気圧未満に減圧する減圧部をさらに備える。

【0016】

また、第８の態様は、第１から第７のいずれかの態様に係る熱処理装置において、前記冷却気体は、窒素またはヘリウムである。

【0017】

また、第９の態様は、第１から第８のいずれかの態様に係る熱処理装置において、前記光照射部は、前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプを含む。

【0018】

また、第１０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方法において、チャンバー内にて保持部に保持された基板に光を照射して前記基板を加熱する照射工程と、加熱された前記基板を前記保持部から上昇させ、噴出孔から冷却気体を噴出する有孔板に近接させて冷却する冷却工程と、を備える。

【0019】

また、第１１の態様は、第１０の態様に係る熱処理方法において、前記基板を冷却するときに、前記チャンバー内を大気圧未満に減圧する減圧工程をさらに備える。

【0020】

また、第１２の態様は、第１０または第１１の態様に係る熱処理方法において、前記冷却気体は、窒素またはヘリウムである。

【発明の効果】

【0021】

第１から第９の態様に係る熱処理装置によれば、有孔板の噴出孔から冷却気体を噴出しつつ、光照射部からの光照射によって加熱された基板を昇降部が保持部から上昇させて有孔板に近接させて冷却するため、基板の表面における冷却気体の流速が増大して熱伝達率が上昇し、基板の冷却効率を向上させて高い降温レートを得ることができる。

【0022】

特に、第２の態様に係る熱処理装置によれば、有孔板の下面に、基板の径よりも大きな内径の円環形状を有する筒状体を備え、昇降部は、基板を筒状体の内側に上昇させて冷却するため、排気の影響を抑制しつつ、基板の表面における冷却気体の流速をさらに増大させることができる。

【0023】

第１０から第１２の態様に係る熱処理装置によれば、加熱された基板を保持部から上昇させ、噴出孔から冷却気体を噴出する有孔板に近接させて冷却するため、基板の表面における冷却気体の流速が増大して熱伝達率が上昇し、基板の冷却効率を向上させて高い降温レートを得ることができる。

【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】半導体ウェハーの処理手順を示すフローチャートである。

【図9】ガス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10】第１実施形態における半導体ウェハーの冷却を模式的に示す図である。

【図11】第２実施形態における半導体ウェハーの冷却を模式的に示す図である。

【図12】第３実施形態における半導体ウェハーの冷却を模式的に示す図である。

【図13】第４実施形態における半導体ウェハーの冷却を模式的に示す図である。

【図14】第５実施形態における半導体ウェハーの冷却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。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。

【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、シャワープレート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（Ｎ_２）、ヘリウム（Ｈｅ）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）。

【0034】

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。すなわち、排気部１９０は減圧部としても機能する。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としては、例えばパルスモーターが使用される。昇降機構１４は、制御部３の指示に従って任意の高さ位置に一対の移載アーム１１を昇降移動させることができる。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。

【0047】

サセプタ７４に半導体ウェハーＷが保持されている状態で昇降機構１４が一対の移載アーム１１を上昇させると、貫通孔７９から突き出た４本のリフトピン１２が当該半導体ウェハーＷを突き上げる。昇降機構１４は、その半導体ウェハーＷを保持部７のサセプタ７４に保持される保持高さ位置とその保持高さ位置よりも上方の高さ位置との間で昇降移動させる。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。

【0048】

図１に戻り、チャンバー６の上部には、ガスリング９０およびシャワープレート３０が設けられている。図９は、ガスリング９０およびシャワープレート３０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。

【0049】

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との間には隙間が存在する。この流路は、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ても良い。当該流路のチャンバー６内に望む側の端部はガス供給口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。

【0050】

シャワープレート３０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３０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。シャワープレート３０には、上下に貫通して複数の噴出孔３１が穿設されている。複数の噴出孔３１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。また、各噴出孔３１の孔径は数ｍｍ程度である。複数の噴出孔３１の孔径は均一であることに限定されるものではなく、例えばシャワープレート３０の中央から周縁部に向けて徐々に孔径が小さくなるようにしても良い。

【0051】

円板形状のシャワープレート３０は、図９に示すように、その周縁部がガスリング９０の下部リング９２に支持されてチャンバー６内に装着される。よって、シャワープレート３０は、保持部７よりも上方に設けられることとなる。シャワープレート３０がチャンバー６内に装着されると、上側チャンバー窓６３とシャワープレート３０との間に空間が形成される。

【0052】

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３０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３０に設けられた複数の噴出孔３１から下方に向けて噴出される。シャワープレート３０からシャワー状に噴出された処理ガスは、熱処理空間６５に上方から下方へと向かう処理ガスのダウンフローを形成する。シャワープレート３０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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。制御部３は、昇降機構１４を制御して一対の移載アーム１１に支持された半導体ウェハーＷを可動範囲内の任意の高さ位置に昇降移動させる。

【0064】

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。

【0065】

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。図８は、半導体ウェハーＷの処理手順を示すフローチャートである。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。

【0066】

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３０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３０に設けられた複数の噴出孔３１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３０から噴出された窒素ガスが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。

【0067】

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（ステップＳ１）。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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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（ステップＳ２）。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。

【0071】

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。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℃）。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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（ステップＳ３）。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３０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。

【0075】

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。

【0076】

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９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３０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３０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３０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。

【0077】

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。また、制御部３が移載機構１０の駆動部を制御して一対の移載アーム１１を退避位置から移載動作位置に水平移動させてから上昇させる。これにより、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。そして、シャワープレート３０の複数の噴出孔３１から冷却ガスとしての窒素ガスを噴出させつつ、昇降機構１４がリフトピン１２を上昇させて半導体ウェハーＷをシャワープレート３０に近接させて冷却する（ステップＳ４）。

【0078】

図１０は、第１実施形態における半導体ウェハーＷの冷却を模式的に示す図である。制御部３の制御下にて昇降機構１４がリフトピン１２を上昇させて半導体ウェハーＷをシャワープレート３０の直下にまで近接させる。半導体ウェハーＷは、シャワープレート３０との間隔が例えば１０ｍｍ以下となる高さ位置にまで上昇する。シャワープレート３０の複数の噴出孔３１から窒素ガスを噴出しつつ、半導体ウェハーＷをシャワープレート３０に近接させることにより、噴出された窒素ガスは直接に半導体ウェハーＷに吹き付けられて半導体ウェハーＷの表面に沿って流れ、当該表面における窒素ガスの流速が増大する。これにより、半導体ウェハーＷから窒素ガスへの熱伝達率が上昇し、半導体ウェハーＷの冷却効率を向上させて高い降温レートを得ることができる。

【0079】

フラッシュ加熱終了後に、半導体ウェハーＷを自然冷却（放冷）によって降温させると、高い降温レートを得ることができず、不純物が不活性化する温度域に半導体ウェハーＷが長時間留まることになる。そうすると、フラッシュ加熱によって活性化した不純物が不活性化するという問題が生じる。第１実施形態においては、窒素ガスを噴出するシャワープレート３０に半導体ウェハーＷを近接させ、半導体ウェハーＷの冷却効率を向上させて高い降温レートを得ることにより、半導体ウェハーＷは迅速に不活性化温度域を通過することになり、フラッシュ加熱によって活性化した不純物の不活性化を抑制することができる。

【0080】

半導体ウェハーＷを冷却した後、昇降機構１４がリフトピン１２を下降させて半導体ウェハーＷを受け渡し位置に移動させる。この受け渡し位置は、シャワープレート３０に近接する半導体ウェハーＷの冷却高さ位置とサセプタ７４に半導体ウェハーＷを保持する保持高さ位置との間の高さ位置である。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（ステップＳ５）。

【0081】

第１実施形態においては、シャワープレート３０の複数の噴出孔３１から冷却ガスとしての窒素ガスを噴出しつつ、フラッシュ光照射によって加熱された半導体ウェハーＷを昇降機構１４がサセプタ７４から上昇させてシャワープレート３０に近接させて冷却している。窒素ガスを噴出するシャワープレート３０と半導体ウェハーＷとの距離を短くすることにより、半導体ウェハーＷの表面における窒素ガスの流速が増大して熱伝達率が上昇し、半導体ウェハーＷの冷却効率を向上させて高い降温レートを得ることができる。その結果、不純物の不活性化を抑制できるとともに、処理時間を短くしてスループットを向上させることも可能となる。

【0082】

＜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（図８）。第２実施形態が第１実施形態と相違するのは、シャワープレート３０にリングを設けている点である。

【0083】

図１１は、第２実施形態における半導体ウェハーＷの冷却を模式的に示す図である。第２実施形態のシャワープレート３０の下面には、リング３２が取り付けられている。第２実施形態のリング３２は、半導体ウェハーＷの直径よりも大きな内径の円環形状を有する筒状体である。換言すれば、リング３２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。従って、相対的に大きな内径を有するリング３２の内側にまで半導体ウェハーＷを上昇させることが可能である。リング３２の内径は、半導体ウェハーＷの直径がφ３００ｍｍであれば、例えばφ３２０ｍｍ～φ３３０ｍｍである。

【0084】

また、リング３２は、シャワープレート３０と同様に、石英にて形成されている。シャワープレート３０におけるリング３２の内側領域には複数の噴出孔３１が形設されている。

【0085】

第２実施形態においては、フラッシュ加熱処理が終了した後、シャワープレート３０の複数の噴出孔３１から窒素ガスを噴出させつつ、昇降機構１４がリフトピン１２を上昇させて半導体ウェハーＷをリング３２の内側にまで上昇させて冷却する。半導体ウェハーＷを円筒形状部材であるリング３２の内側にまで上昇させることにより、噴出孔３１から噴出される窒素ガスがより強く半導体ウェハーＷに吹き付けられることとなり、半導体ウェハーＷの表面における窒素ガスの流速が第１実施形態よりもさらに増大する。その結果、半導体ウェハーＷの冷却効率を向上させて高い降温レートを得ることができる。

【0086】

また、半導体ウェハーＷを円筒形状のリング３２に内側に入れて冷却すれば、ガス排気孔８６からの排気の影響を抑制して半導体ウェハーＷに表面に均質な窒素ガス流を形成することが可能となる。すなわち、リング３２による整流作用を得ることができる。これにより、半導体ウェハーＷの全面を均一な降温レートで降温させることができる。

【0087】

＜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（図８）。第３実施形態が第１実施形態と相違するのは、シャワープレート３０にリングを設けている点である。但し、第３実施形態においては、リングの大きさが第２実施形態とは異なる。

【0088】

図１２は、第３実施形態における半導体ウェハーＷの冷却を模式的に示す図である。第３実施形態のシャワープレート３０の下面には、リング３３が取り付けられている。第３実施形態のリング３３は、半導体ウェハーＷの直径よりも小さな内径の円環形状を有する筒状体である。換言すれば、リング３３は、半導体ウェハーＷの直径よりも小さな内径の円筒形状部材である。第２実施形態とは異なり、相対的に小さな内径のリング３３の内側に半導体ウェハーＷを入れることは出来ない。リング３３の内径は、半導体ウェハーＷの直径がφ３００ｍｍであれば、例えばφ２７０ｍｍ～φ２８０ｍｍである。

【0089】

また、リング３３は、シャワープレート３０と同様に、石英にて形成されている。シャワープレート３０におけるリング３３の内側領域には複数の噴出孔３１が形設されている。

【0090】

第３実施形態においては、フラッシュ加熱処理が終了した後、シャワープレート３０の複数の噴出孔３１から窒素ガスを噴出させつつ、昇降機構１４がリフトピン１２を上昇させて半導体ウェハーＷをリング３３の下端に近接する高さ位置にまで上昇させて冷却する。半導体ウェハーＷが当該高さ位置にまで上昇すると、リング３３の下端は半導体ウェハーＷの周縁部と微少間隔を隔てて近接することとなる。但し、リング３３の下端は半導体ウェハーＷの周縁部に接触はしない。このようにしても、複数の噴出孔３１から噴出される窒素ガスの全てがリング３３内を通過して半導体ウェハーＷに吹き付けられることになるため、窒素ガスがより強く半導体ウェハーＷに吹き付けられることとなり、半導体ウェハーＷの表面における窒素ガスの流速が第１実施形態よりもさらに増大する。その結果、半導体ウェハーＷの冷却効率を向上させて高い降温レートを得ることができる。

【0091】

＜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（図８）。第４実施形態が第１実施形態と相違するのは、シャワープレート３０の構成である。

【0092】

図１３は、第４実施形態における半導体ウェハーＷの冷却を模式的に示す図である。第１実施形態から第３実施形態ではシャワープレート３０に複数の噴出孔３１が設けられていたが、第４実施形態においては、シャワープレート３０の中央に１つの噴出孔３４が穿設されている。より正確には、リフトピン１２に支持される半導体ウェハーＷの中央部に対向するシャワープレート３０の位置に１つの噴出孔３４が穿設されている。噴出孔３４の孔径は噴出孔３１の孔径より大きくても良い。

【0093】

第４実施形態においては、フラッシュ加熱が終了した後、シャワープレート３０の中央の噴出孔３４から下方に向けて窒素ガスを噴出させつつ、昇降機構１４がリフトピン１２を上昇させて半導体ウェハーＷをシャワープレート３０に近接させて冷却する。図１３に示すように、噴出孔３４から噴出された窒素ガスは、半導体ウェハーＷの中央部に吹き付けられ、その中央部から周縁部に向けて拡がるように流れる。このようにしても、半導体ウェハーＷの表面における窒素ガスの流速が増大して熱伝達率が上昇し、半導体ウェハーＷの冷却効率を向上させて高い降温レートを得ることができる。

【0094】

また、半導体ウェハーＷの中央部に吹き付けられた窒素ガスが周縁部に向かって流れるため、半導体ウェハーＷに表面に均質な窒素ガス流を形成することができる。これにより、半導体ウェハーＷの全面を均一な降温レートで降温させることができる。

【0095】

＜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概ね第１実施形態と同様である（図１）。また、第５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（図８）。第５実施形態が第１実施形態と相違するのは、シャワープレート３０の構成である。

【0096】

図１４は、第５実施形態における半導体ウェハーＷの冷却を模式的に示す図である。第５実施形態においては、シャワープレート３０の端部に１つの噴出孔３５が穿設されている。より正確には、リフトピン１２に支持される半導体ウェハーＷの周縁部に対向するシャワープレート３０の位置に１つの噴出孔３５が穿設されている。噴出孔３５の孔径は噴出孔３１の孔径より大きくても良い。

【0097】

また、第５実施形態においては、チャンバー６内の気体を排気するガス排気孔８６を設ける位置を調整している。具体的には、チャンバー６を上方から見た平面視において、リフトピン１２に支持される半導体ウェハーＷの中心を挟んでシャワープレート３０の噴出孔３５とは反対側にガス排気孔８６を設けている。ガス排気孔８６を設ける高さ位置は適宜のものとすることができる。

【0098】

第５実施形態においては、フラッシュ加熱が終了した後、シャワープレート３０の端部の噴出孔３５から下方に向けて窒素ガスを噴出させつつ、昇降機構１４がリフトピン１２を上昇させて半導体ウェハーＷをシャワープレート３０に近接させて冷却する。図１４に示すように、噴出孔３５から噴出された窒素ガスは、半導体ウェハーＷの周縁部の一方側に吹き付けられ、その一方側から周縁部の他方側に向けて流れる。なお、ここでの周縁部の他方側は、半導体ウェハーＷの中心を挟んで上記周縁部の一方側の反対側である。

【0099】

また、第５実施形態においては、半導体ウェハーＷの中心を挟んで噴出孔３５とは反対側にガス排気孔８６を設けているため、ガス排気孔８６からの排気を行うことによって、上述したような半導体ウェハーＷの周縁部の一方側から他方側に向かう窒素ガスの流れがより形成されやすい。すなわち、ガス排気孔８６からの排気によって、半導体ウェハーＷの周縁部の一方側から他方側に向かう窒素ガスの流れが形成されるのを補助しているのである。

【0100】

第５実施形態のように、半導体ウェハーＷの表面に沿って周縁部の一方側から他方側に向かう窒素ガスの流れを形成することにより、半導体ウェハーＷの表面における窒素ガスの流速が増大して熱伝達率が上昇し、半導体ウェハーＷの冷却効率を向上させて高い降温レートを得ることができる。また、第５実施形態においては、半導体ウェハーＷの周縁部の一方側から他方側に向かうような概ね一方向の窒素ガスの流れを形成するため、窒素ガスの滞留は生じにくい。

【0101】

＜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概ね第１実施形態と同様である（図１）。また、第６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（図８）。第６実施形態においては、半導体ウェハーＷの冷却中にチャンバー６内の減圧を行っている。

【0102】

第６実施形態のシャワープレート３０の構成は、第１実施形態から第５実施形態のいずれかと同じである。すなわち、シャワープレート３０には少なくとも１つの噴出孔が穿設されている。シャワープレート３０にはリングが設けられていても良い。

【0103】

第６実施形態においては、フラッシュ加熱が終了した後、シャワープレート３０に設けられた噴出孔から下方に向けて窒素ガスを噴出させつつ、昇降機構１４がリフトピン１２を上昇させて半導体ウェハーＷをシャワープレート３０に近接させて冷却する。それとともに、第６実施形態においては、排気部１９０がガス排気孔８６からチャンバー６内の気体を排気することによって、チャンバー６内を大気圧未満に減圧している。チャンバー６内に窒素ガスを噴出しつつ排気を行っているため、チャンバー６内を高真空状態にまで減圧することは困難であるものの、窒素ガスの供給流量よりも排気流量を大きくすることによって、チャンバー内を大気圧未満（例えば、５０００Ｐａ程度）に減圧することは可能である。

【0104】

窒素ガスを噴出するシャワープレート３０に半導体ウェハーＷを近接させるとともに、チャンバー６内を大気圧未満に減圧することにより、半導体ウェハーＷの表面における窒素ガスの流速をさらに増大させることができる。その結果、窒素ガスへの熱伝達率が上昇し、半導体ウェハーＷの冷却効率を向上させて高い降温レートを得ることができる。

【0105】

＜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は、シャワープレート３０から冷却ガスとして窒素ガスを噴出させていたが、これに限定されるものではなく、冷却ガスとして例えば高い熱伝導率を有するヘリウムガスまたは水素ガスを用いるようにしても良い。窒素ガスよりも熱伝導率の高いヘリウムガスまたは水素ガスを冷却ガスとして用いることにより、より半導体ウェハーＷの冷却効率を向上させることが可能となる。もっとも、ヘリウムガスまたは水素ガスに比較して窒素ガスは顕著に安価であるため、冷却ガスとして窒素ガス用いることによりランニングコストの上昇を抑制することができる。

【0106】

また、第４実施形態および第５実施形態において、シャワープレート３０に複数の噴出孔を設けるようにしても良い。すなわち、第４実施形態では、シャワープレート３０の中央に複数の噴出孔３４を設けるようにしても良い。第５実施形態では、シャワープレート３０の端部に複数の噴出孔３５を設けるようにしても良い。

【0107】

また、第２実施形態と第４実施形態または第５実施形態とを併用するようにしても良い。すなわち、シャワープレート３０の下面に半導体ウェハーＷの直径よりも大きなリングを設けるとともに、そのリングの内側領域の中央または端部に１つの噴出孔を設けるようにしても良い。

【0108】

また、半導体ウェハーＷをシャワープレート３０に近接させたときの双方の間隔は適宜の値に調整することができる。シャワープレート３０と半導体ウェハーＷとの間隔が狭くなるほど、ウェハー表面における窒素ガスの流速を増大させて冷却効率を向上させることができるものの、当該表面にパーティクル等が付着する懸念も高まる。熱処理装置１におけるプロセスの内容によっては上記各実施形態よりも相対的に低い降温レートが好適な場合もある。このような場合には、必要とする降温レートを得ることができる間隔に半導体ウェハーＷをシャワープレート３０に近接させるのが好ましい。

【0109】

また、チャンバー６内の気体を排気するガス排気孔８６を設ける位置を適宜に調整することもできる。ガス排気孔８６を設ける位置によって、冷却時に半導体ウェハーＷに表面に形成される窒素ガスの流れの方向を調整することができる（但し、第２実施形態および第３実施形態のようにリングを設けた場合は、窒素ガス流はガス排気孔８６の影響を受けない）。従って、最も冷却効率を高めることができる窒素ガスの流れを形成する位置にガス排気孔８６を設けるのが好適である。このため、第５実施形態では、半導体ウェハーＷの中心を挟んで噴出孔３５とは反対側にガス排気孔８６を設けている。

【0110】

なお、第５実施形態において、ガス排気孔８６の位置調整は必須ではない。ガス排気孔８６の位置に関わらず、第５実施形態のようにシャワープレート３０の端部の噴出孔３５から窒素ガスを噴出させることにより、半導体ウェハーＷの表面に沿った窒素ガスの流れを形成することは可能である。もっとも、半導体ウェハーＷの中心を挟んで噴出孔３５とは反対側にガス排気孔８６を設けるようにすれば、より確実に半導体ウェハーＷの周縁部の一方側から他方側に向かう窒素ガスの流れを形成することができる。

【0111】

また、昇降機構１４がリフトピン１２を上昇させるタイミングは、フラッシュ光照射の後に限定されるものではなく、フラッシュ光照射とほぼ同時であっても良い。フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光の照射時間は、０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下の極めて短時間であるため、フラッシュ光照射とほぼ同時にリフトピン１２を上昇させたとしても、半導体ウェハーＷの表面温度は目標とする処理温度Ｔ２に到達する。そして、フラッシュ光照射とほぼ同時にリフトピン１２を上昇させることにより、加熱後の半導体ウェハーＷを迅速に冷却することができる。

【0112】

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。

【0113】

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】

【0114】

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
１４ 昇降機構
３０ シャワープレート
３１，３４，３５ 噴出孔
３２，３３ リング
６１ チャンバー側部
６５ 熱処理空間
７４ サセプタ
８１ ガス供給口
８４ 給気バルブ
８５ 処理ガス供給源
８６ ガス排気孔
８９ 排気バルブ
９０ ガスリング
９１ 上部リング
９２ 下部リング
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】