特開 2025-139619 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】P2025139619

(43)【公開日】2025-09-29

(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 20060101AFI20250919BHJP

   H01L 21/324 20060101ALI20250919BHJP

【ＦＩ】

H01L21/26 T

H01L21/26 G

H01L21/324 R

H01L21/26 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024038556

(22)【出願日】2024-03-13

(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】宮脇 真治

(72)【発明者】

【氏名】竹原 弘耕

(72)【発明者】

【氏名】仁木 惇平

(72)【発明者】

【氏名】天児 和則

(57)【要約】

【課題】チャンバー内に瞬時に処理ガスを供給す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】チャンバー６内に収容された半導体ウェハーＷに対してはハロゲンランプからの光照射によって予備加熱を行った後、フラッシュランプからフラッシュ光を照射する。フラッシュ光照射前にガス貯蔵タンク１５２にはオゾンが貯蔵されてガス貯蔵タンク１５２内は大気圧よりも高い圧力とされている。一方、チャンバー６内は大気圧よりも低い圧力に減圧されている。この状態にて、フラッシュランプが点灯してフラッシュ光照射が開始されてから半導体ウェハーの表面温度がピーク温度に到達するまでの間に給気バルブ１５３を開放する。ガス貯蔵タンク１５２からチャンバー６に向けて一気にオゾンガスが流れ込んでチャンバー６内に瞬時にオゾンガスを供給することができる。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板にフラッシュ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、
前記チャンバーに収容されている前記基板の表面にフラッシュ光を照射して前記基板の表面を所定の処理温度に昇温するフラッシュランプと、
前記チャンバー内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバーから気体を排気して前記チャンバー内を減圧する排気部と、
前記ガス供給部および前記排気部を制御する制御部と、
を備え、
前記ガス供給部は、処理ガスを貯蔵するガス貯蔵部および前記ガス貯蔵部と前記チャンバーとを連通接続する配管に設けられた給気バルブを含み、
前記ガス貯蔵部内が大気圧よりも高い圧力とされ、かつ、前記チャンバー内が大気圧よりも低い圧力に減圧された状態にて、所定のタイミングで前記給気バルブが開くように前記制御部が前記ガス供給部を制御する熱処理装置。

【請求項2】

請求項１記載の熱処理装置において、
前記制御部は、前記フラッシュランプが点灯してフラッシュ光照射が開始されてから前記基板の表面が前記処理温度に到達するまでの間に前記給気バルブが開くように前記ガス供給部を制御する熱処理装置。

【請求項3】

請求項２記載の熱処理装置において、
前記制御部は、前記給気バルブが開いてから１秒以内に前記給気バルブが閉じるように前記ガス供給部を制御する熱処理装置。

【請求項4】

請求項１記載の熱処理装置において、
前記ガス供給部は、前記ガス貯蔵部からの排気配管に設けられた排気バルブをさらに含み、
前記排気バルブによって前記ガス貯蔵部内を大気圧よりも高い圧力に維持する熱処理装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記処理ガスは、酸素、オゾン、アンモニア、窒素およびアルゴンからなる群から選択された一つのガスである熱処理装置。

【請求項6】

基板にフラッシュ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、
チャンバー内に基板を収容する収容工程と、
前記チャンバーに収容された前記基板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前記基板の表面を所定の処理温度に昇温する照射工程と、
前記チャンバーから気体を排気して前記チャンバー内を大気圧よりも低い圧力に減圧する排気工程と、
ガス貯蔵部に処理ガスを貯蔵して前記ガス貯蔵部内を大気圧よりも高い圧力にする貯蔵工程と、
を備え、
前記ガス貯蔵部内が大気圧よりも高い圧力とされ、かつ、前記チャンバー内が大気圧よりも低い圧力に減圧された状態にて、所定のタイミングで前記ガス貯蔵部と前記チャンバーとを連通接続する配管に設けられた給気バルブを開く熱処理方法。

【請求項7】

請求項６記載の熱処理方法において、
前記フラッシュランプが点灯してフラッシュ光照射が開始されてから前記基板の表面が前記処理温度に到達するまでの間に前記給気バルブを開く熱処理方法。

【請求項8】

請求項７記載の熱処理方法において、
前記給気バルブが開いてから１秒以内に前記給気バルブを閉じる熱処理方法。

【請求項9】

請求項６記載の熱処理方法において、
前記ガス貯蔵部からの排気配管に設けられた排気バルブによって前記ガス貯蔵部内を大気圧よりも高い圧力に維持する熱処理方法。

【請求項10】

請求項６から請求項９のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記処理ガスは、酸素、オゾン、アンモニア、窒素およびアルゴンからなる群から選択された一つのガスである熱処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板にフラッシュ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】

また、フラッシュランプアニールを酸化膜形成に応用することも試みられている（特許文献１）。フラッシュランプアニールは、極めて短時間で半導体ウェハーの表面を高温に加熱できるため、薄くかつ良好な特性の酸化膜を形成するのに好適である。特許文献１に開示される技術では、低温で質の悪い酸化膜が形成されるのを防止するために、加熱の初期段階は窒素雰囲気中で行い、半導体ウェハーがある程度の温度に昇温した時点で酸素等の酸化性ガスを供給してチャンバー内を窒素雰囲気から酸化雰囲気に切り替えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２０－１４５３６６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、近年酸化膜の膜厚および膜質に対する要求はますます厳しくなってきており、より高温領域のみでの酸化が必要とされている。具体的には、フラッシュ光照射時のピーク温度領域のみで酸化反応を行うことが理想的であるとされている。このためには、フラッシュ光照射時に瞬時かつ大容量で酸化性ガスを供給することが必要となるが、従来のガス制御ではそのようなガス供給を行うことはできなかった。

【0008】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、チャンバー内に瞬時に処理ガスを供給す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、基板にフラッシュ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、前記チャンバーに収容されている前記基板の表面にフラッシュ光を照射して前記基板の表面を所定の処理温度に昇温するフラッシュランプと、前記チャンバー内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記チャンバーから気体を排気して前記チャンバー内を減圧する排気部と、前記ガス供給部および前記排気部を制御する制御部と、を備え、前記ガス供給部は、処理ガスを貯蔵するガス貯蔵部および前記ガス貯蔵部と前記チャンバーとを連通接続する配管に設けられた給気バルブを含み、前記ガス貯蔵部内が大気圧よりも高い圧力とされ、かつ、前記チャンバー内が大気圧よりも低い圧力に減圧された状態にて、所定のタイミングで前記給気バルブが開くように前記制御部が前記ガス供給部を制御する。

【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、前記制御部は、前記フラッシュランプが点灯してフラッシュ光照射が開始されてから前記基板の表面が前記処理温度に到達するまでの間に前記給気バルブが開くように前記ガス供給部を制御する。

【0011】

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、前記制御部は、前記給気バルブが開いてから１秒以内に前記給気バルブが閉じるように前記ガス供給部を制御する。

【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、前記ガス供給部は、前記ガス貯蔵部からの排気配管に設けられた排気バルブをさらに含み、前記排気バルブによって前記ガス貯蔵部内を大気圧よりも高い圧力に維持する。

【0013】

また、第５の態様は、第１から第４のいずれかの態様に係る熱処理装置において、前記処理ガスは、酸素、オゾン、アンモニア、窒素およびアルゴンからなる群から選択された一のガスである。

【0014】

また、第６の態様は、基板にフラッシュ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、チャンバー内に基板を収容する収容工程と、前記チャンバーに収容された前記基板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前記基板の表面を所定の処理温度に昇温する照射工程と、前記チャンバーから気体を排気して前記チャンバー内を大気圧よりも低い圧力に減圧する排気工程と、ガス貯蔵部に処理ガスを貯蔵して前記ガス貯蔵部内を大気圧よりも高い圧力にする貯蔵工程と、を備え、前記ガス貯蔵部内が大気圧よりも高い圧力とされ、かつ、前記チャンバー内が大気圧よりも低い圧力に減圧された状態にて、所定のタイミングで前記ガス貯蔵部と前記チャンバーとを連通接続する配管に設けられた給気バルブを開く。

【0015】

また、第７の態様は、第６の態様に係る熱処理方法において、前記フラッシュランプが点灯してフラッシュ光照射が開始されてから前記基板の表面が前記処理温度に到達するまでの間に前記給気バルブを開く。

【0016】

また、第８の態様は、第７の態様に係る熱処理方法において、前記給気バルブが開いてから１秒以内に前記給気バルブを閉じる。

【0017】

また、第９の態様は、第６から第８のいずれかの態様に係る熱処理方法において、前記ガス貯蔵部からの排気配管に設けられた排気バルブによって前記ガス貯蔵部内を大気圧よりも高い圧力に維持する。

【0018】

また、第１０の態様は、第６から第９のいずれかの態様に係る熱処理方法において、前記処理ガスは、酸素、オゾン、アンモニア、窒素およびアルゴンからなる群から選択された一のガスである。

【発明の効果】

【0019】

第１から第５の態様に係る熱処理装置によれば、ガス貯蔵部内が大気圧よりも高い圧力とされ、かつ、チャンバー内が大気圧よりも低い圧力に減圧された状態にて、所定のタイミングで給気バルブが開くため、加圧状態のガス貯蔵部から減圧状態のチャンバーに向けて一気に処理ガスが流れ、チャンバー内に瞬時に処理ガスを供給することができる。

【0020】

特に、第２の態様に係る熱処理装置によれば、フラッシュランプが点灯してフラッシュ光照射が開始されてから基板の表面が処理温度に到達するまでの間に給気バルブが開くため、基板の表面が処理温度に到達した瞬間に処理ガスを供給することができる。

【0021】

第６から第１０の態様に係る熱処理方法によれば、ガス貯蔵部内が大気圧よりも高い圧力とされ、かつ、チャンバー内が大気圧よりも低い圧力に減圧された状態にて、所定のタイミングでガス貯蔵部とチャンバーとを連通接続する配管に設けられた給気バルブを開くため、加圧状態のガス貯蔵部から減圧状態のチャンバーに向けて一気に処理ガスが流れ、チャンバー内に瞬時に処理ガスを供給することができる。

【0022】

特に、第７の態様に係る熱処理方法によれば、フラッシュランプが点灯してフラッシュ光照射が開始されてから基板の表面が処理温度に到達するまでの間に給気バルブを開くため、基板の表面が処理温度に到達した瞬間に処理ガスを供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。

【図2】保持部の全体外観を示す斜視図である。

【図3】サセプタの平面図である。

【図4】サセプタの断面図である。

【図5】移載機構の平面図である。

【図6】移載機構の側面図である。

【図7】複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。

【図8】チャンバーに対する給排気機構を模式的に示す図である。

【図9】図１の熱処理装置における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10】チャンバー内の圧力および半導体ウェハーの表面温度の推移を示す図である。

【図11】フラッシュ光照射前後の半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。

【図12】給気バルブが開放された瞬間にチャンバー内に生じる現象を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。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。

【0025】

図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。図１の熱処理装置１は、基板として円板形状の半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光照射を行うことによってその半導体ウェハーＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。処理対象となる半導体ウェハーＷのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍやφ４５０ｍｍである。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。

【0026】

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

【0027】

チャンバー６は、筒状のチャンバー側部６１の上下に石英製のチャンバー窓を装着して構成されている。チャンバー側部６１は上下が開口された概略筒形状を有しており、上側開口には上側チャンバー窓６３が装着されて閉塞され、下側開口には下側チャンバー窓６４が装着されて閉塞されている。チャンバー６の天井部を構成する上側チャンバー窓６３は、石英により形成された円板形状部材であり、フラッシュ加熱部５から出射されたフラッシュ光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。また、チャンバー６の床部を構成する下側チャンバー窓６４も、石英により形成された円板形状部材であり、ハロゲン加熱部４からの光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。

【0028】

また、チャンバー側部６１の内側の壁面の上部にはガスリング９０が装着され、下部には反射リング６９が装着されている。ガスリング９０および反射リング６９は、ともに円環状に形成されている。チャンバー６の内側空間、すなわち上側チャンバー窓６３、下側チャンバー窓６４、チャンバー側部６１、反射リング６９およびガスリング９０によって囲まれる空間が熱処理空間６５として規定される。

【0029】

チャンバー側部６１に反射リング６９およびガスリング９０が装着されることによって、チャンバー６の内壁面に凹部６２が形成される。すなわち、チャンバー側部６１の内壁面のうち反射リング６９およびガスリング９０が装着されていない中央部分と、反射リング６９の上端面と、ガスリング９０の下端面で囲まれた凹部６２が形成される。凹部６２は、チャンバー６の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウェハーＷを保持する保持部７を囲繞する。

【0030】

また、チャンバー側部６１には、チャンバー６に対して半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための搬送開口部（炉口）６６が形設されている。搬送開口部６６は、ゲートバルブ１８５によって開閉可能とされている。搬送開口部６６は凹部６２の外周面に連通接続されている。このため、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を開放しているときには、搬送開口部６６から凹部６２を通過して熱処理空間６５への半導体ウェハーＷの搬入および熱処理空間６５からの半導体ウェハーＷの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉鎖するとチャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。

【0031】

さらに、チャンバー側部６１には、貫通孔６１ａが穿設されている。チャンバー側部６１の外壁面の貫通孔６１ａが設けられている部位には放射温度計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またはフッ化カルシウム材料からなる透明窓２１が装着されている。

【0032】

また、チャンバー６の内壁上部に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はガス供給部１５０に接続されている。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。本実施形態においては、チャンバー６内にて保持部７に保持された半導体ウェハーＷよりも上方からガス供給が行われて当該半導体ウェハーＷよりも下方から排気が行われる。チャンバー６に対する給排気機構の詳細についてはさらに後述する。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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φ２００ｍｍ～φ２８０ｍｍ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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

図８は、チャンバー６に対する給排気機構を模式的に示す図である。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。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。

【0045】

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との間には隙間が形成されており、その隙間がガスリング９０の流路となる。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等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。ガス供給管８３はガス供給部１５０に接続される。

【0046】

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。

【0047】

円板形状のシャワープレート３０は、図８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。

【0048】

ガス供給部１５０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。

【0049】

ガス供給部１５０は、オゾン発生器１５１、ガス貯蔵タンク１５２、給気バルブ１５３および排気バルブ１５４を含む。オゾン発生器１５１は、例えば酸素（Ｏ_２）への紫外線照射または酸素中での放電によってオゾン（Ｏ_３）を発生させる。オゾン発生器１５１は、発生させたオゾンをガス貯蔵タンク１５２に送り出す。ガス貯蔵タンク１５２は、オゾン発生器１５１から送給されたオゾンを一時的に貯留するバッファタンクである。チャンバー６内の容積が例えば２５リットルであるときに、ガス貯蔵タンク１５２の容積は例えば１～２リットルである。ガス貯蔵タンク１５２には圧力センサ１５７が設けられている。圧力センサ１５７は、ガス貯蔵タンク１５２に貯蔵されているオゾンの圧力を計測する。

【0050】

ガス供給管８３は、ガス貯蔵タンク１５２とチャンバー６のガスリング９０とを連通接続する配管である。給気バルブ１５３はガス供給管８３に設けられる。給気バルブ１５３が開放されるとガス貯蔵タンク１５２に貯蔵されているオゾンガスがチャンバー６に供給される。

【0051】

ガス供給管８３のうちガス貯蔵タンク１５２と給気バルブ１５３との間の経路途中から排気配管１５５が分岐して接続されている。排気配管１５５には排気バルブ１５４が設けられる。排気バルブ１５４が開放されるとガス貯蔵タンク１５２に貯蔵されているオゾンガスが装置外部に排出される。なお、給気バルブ１５３および排気バルブ１５４としては応答速度の速いバルブが好ましく、例えば電磁バルブを用いることができる。

【0052】

また、ガス供給管８３のうち給気バルブ１５３とガスリング９０との間の経路途中には窒素（Ｎ_２）の供給ラインが接続されている。当該供給ラインから送給される窒素ガスはガス供給管８３内を流れてチャンバー６に供給される。

【0053】

給気バルブ１５３と排気バルブ１５４とは択一的に開放される。すなわち、給気バルブ１５３が開放されているときには、排気バルブ１５４が閉止される。逆に、排気バルブ１５４が開放されているときには、給気バルブ１５３が閉止されている。

【0054】

一方、ガス排気管８８は排気部１９０に接続されている。排気部１９０は、メインバルブ１９１、自動圧力制御バルブ(APC:Automatic Pressure Controller)１９２および真空ポンプ１９３を含む。真空ポンプ１９３を作動させつつメインバルブ１９１を開放すると、チャンバー６内の気体がガス排気管８８から排気される。ガスリング９０からチャンバー６内に供給する気体流量よりも排気部１９０によってチャンバー６から排気される気体の流量が大きい場合には、チャンバー６内が大気圧未満に減圧される。自動圧力制御バルブ１９２は、チャンバー６内の減圧時に圧力変動が生じたときにもその圧力変動を解消してチャンバー６内の圧力を一定に維持する。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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、ガス供給部１５０および排気部１９０を制御し、より具体的には給気バルブ１５３、排気バルブ１５４およびメインバルブ１９１の開閉を制御する。

【0066】

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。

【0067】

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９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。本実施形態において処理対象となる基板はシリコン（Ｓｉ）の半導体ウェハーＷである。半導体ウェハーＷの表面において、少なくとも一部は基材のシリコンが露出している。なお、本発明に係る熱処理方法に先立って、半導体ウェハーＷの表面にフッ酸等による洗浄処理を行ってシリコンの露出部位に形成されている自然酸化膜を除去しておくようにしても良い。

【0068】

まず、シリコンの半導体ウェハーＷが熱処理装置１のチャンバー６内に搬入される（ステップＳ１）。具体的には、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、ガスリング９０からチャンバー６内に窒素ガスを供給し、搬送開口部６６から窒素ガスを流出させて半導体ウェハーＷの搬入にともなう外部雰囲気の巻き込みを最小限に抑制するようにしても良い。

【0069】

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。

【0070】

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、一部領域でシリコンが露出している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。

【0071】

ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖されて熱処理空間６５が密閉空間とされた後、チャンバー６内に窒素を供給しつつチャンバー６からの排気も行ってチャンバー６内を減圧する（ステップＳ２）。すなわち、ガスリング９０からチャンバー６内に窒素を供給しつつ、真空ポンプ１９３を作動させた状態でメインバルブ１９１を開放してチャンバー６からの排気も行う。このとき、チャンバー６内への窒素の供給流量よりもチャンバー６からの排気流量の方が顕著に大きいため、チャンバー６内の圧力は急速に低下して大気圧未満に減圧されることとなる。チャンバー６内は、例えば約５ｋＰａに減圧される。これにより、チャンバー６内には圧力の低い窒素雰囲気が形成されることとなる。

【0072】

次に、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Ｓ３）。図１０は、チャンバー６内の圧力および半導体ウェハーＷの表面温度の推移を示す図である。時刻ｔ１にチャンバー６内の圧力が約５ｋＰａにまで減圧された後にハロゲンランプＨＬが点灯して半導体ウェハーＷの予備加熱が開始される。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。

【0073】

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、例えば８００℃である。

【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に到達した時刻ｔ２に制御部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。

【0075】

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、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。ハロゲンランプＨＬによる予備加熱の工程では、チャンバー６内が大気圧未満に減圧されて低圧の窒素雰囲気とされているため、半導体ウェハーＷの表面における酸化反応は抑制されている。

【0076】

チャンバー６内の減圧および半導体ウェハーＷの予備加熱と並行してガス貯蔵タンク１５２にガス貯蔵を行っている（ステップＳ４）。すなわち、ステップＳ２およびステップＳ３とステップＳ４とは並行して実行されるプロセスである。オゾン発生器１５１は、常時オゾンを発生させ続けており、一定流量でガス貯蔵タンク１５２にオゾンを送給し続ける。オゾン発生器１５１からガス貯蔵タンク１５２に一定流量でオゾンを送給するために、オゾン発生器１５１とガス貯蔵タンク１５２内との間の配管にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を設けるようにしても良い。オゾン発生器１５１から送給されたオゾンは一旦ガス貯蔵タンク１５２に貯蔵される。

【0077】

チャンバー６にオゾンを供給するとき以外は、給気バルブ１５３が閉止されるとともに、排気バルブ１５４が開放されている。従って、ガス貯蔵タンク１５２に貯蔵されたオゾンは排気配管１５５を通過して排気され続けることとなる。すなわち、ガス貯蔵タンク１５２には新たに生成されたオゾンが供給され続ける一方で、ガス貯蔵タンク１５２からはオゾンが排気され続けている。排気バルブ１５４の開度を適宜な値としておけば、ガス貯蔵タンク１５２には一定圧力でオゾンが貯蔵されることとなる。本実施形態では、ガス貯蔵タンク１５２には、大気圧よりも高い例えば０．２ＭＰａの圧力でオゾンが貯蔵されている。すなわち、排気バルブ１５４によってガス貯蔵タンク１５２内を大気圧よりも高い圧力に維持しているのである。なお、圧力センサ１５７によって計測されたガス貯蔵タンク１５２内の圧力に基づいて、そのガス貯蔵タンク１５２内の圧力が大気圧よりも高い一定値となるように制御部３が排気バルブ１５４の開度をフィードバック制御するようにしても良い。

【0078】

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刻ｔ３にフラッシュ加熱部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。

【0079】

図１１は、フラッシュ光照射前後の半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。時刻ｔ３２にフラッシュランプＦＬが点灯してフラッシュ光照射が開始される（ステップＳ５）。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。従って、フラッシュ光が照射される半導体ウェハーＷの表面温度は短時間で急速に昇温して時刻ｔ３４に処理温度Ｔ２に到達する。処理温度Ｔ２は、例えば１２００℃である。フラッシュ光照射が開始される時刻ｔ３２から半導体ウェハーＷの表面温度がピークの処理温度Ｔ２に到達する時刻ｔ３４までの時間（フラッシュ加熱による昇温時間）は数ミリセカンド～数十ミリセカンドである。なお、図１１の横軸のスケールは図１０の横軸のスケールを大幅に拡大したものであり、図１１の時刻ｔ３２～時刻ｔ３４は図１０では時刻ｔ３に重ねて表示されるものである。

【0080】

フラッシュランプＦＬが点灯してフラッシュ光照射が開始される時刻ｔ３２から半導体ウェハーＷの表面温度が処理温度Ｔ２に到達する時刻ｔ３４までの間の時刻ｔ３３に給気バルブ１５３が開放されるとともに排気バルブ１５４が閉止される（ステップＳ６）。具体的には、制御部３がバルブの開閉信号を発出してから通信およびバルブの駆動に一定の時間（１秒以下）を要するため、フラッシュランプＦＬが点灯する時刻ｔ３２よりも前の時刻ｔ３１に制御部３が給気バルブ１５３を開放するとともに排気バルブ１５４を閉止する信号を発する。その信号が通信により伝わって実際に給気バルブ１５３が開放するとともに排気バルブ１５４が閉止する時刻ｔ３３は、フラッシュ光照射が開始される時刻ｔ３２と半導体ウェハーＷの表面温度がピーク温度（処理温度Ｔ２）に到達する時刻ｔ３４との間である。

【0081】

図１２は、給気バルブ１５３が開放された瞬間にチャンバー６内に生じる現象を模式的に示す図である。フラッシュ光照射が開始される時刻ｔ３２の時点（つまり、給気バルブ１５３が開放される直前）では、ガス貯蔵タンク１５２内が大気圧よりも高い圧力（例えば０．２ＭＰａ）とされ、かつ、チャンバー６内が大気圧よりも低い圧力（例えば５ｋＰａ）に減圧されている。この状態にて時刻ｔ３３に給気バルブ１５３が開放されると、大気圧よりも高い加圧状態のガス貯蔵タンク１５２から大気圧よりも低い減圧状態のチャンバー６に向けて一気にオゾンガスが流れ込む。その結果、チャンバー６内には瞬時にかつ大量のオゾンガスが供給されることとなる。ガス貯蔵タンク１５２から供給されたオゾンガスは、ガスリング９０の流路を通過して上側チャンバー窓６３とシャワープレート３０との間の空間に流れ込み、そこから複数の噴出孔３１を通って下方に向けて噴き出してサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷに吹き付けられる。なお、チャンバー６内の圧力は、オゾンガスが瞬時に流れ込んだときにも自動圧力制御バルブ１９２によって概ね一定（上記の例では５ｋＰａ）に維持される。

【0082】

図１１に戻り、フラッシュ光の照射時間は０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下程度と極めて短いため、半導体ウェハーＷの表面温度は時刻ｔ３４にピーク温度に到達した後急速に降温する。また、半導体ウェハーＷの表面温度がピーク温度に到達する時刻ｔ３４よりも後であって、給気バルブ１５３が開放された時刻ｔ３３から１秒以内の時刻ｔ３５に給気バルブ１５３が閉止されるとともに排気バルブ１５４が開放される（ステップＳ７）。これにより、チャンバー６へのオゾンの供給は停止される。従って、フラッシュ光照射により半導体ウェハーＷの表面温度がピーク温度に到達する前後の時刻ｔ３３から時刻ｔ３５の間だけチャンバー６にオゾンが供給されることとなる。

【0083】

フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの表面温度がピーク温度に到達する前後（ピーク温度領域）のみオゾンが供給されることにより、半導体ウェハーＷの表面におけるシリコンの露出部位に酸化が生じてシリコン酸化膜（二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の薄膜）が成膜される。半導体ウェハーＷの周辺にオゾンが供給されている時間は１秒以内と短いため、形成されるシリコン酸化膜の膜厚は１０オングストローム程度である。

【0084】

時刻ｔ３４に半導体ウェハーＷの表面温度が処理温度Ｔ２に到達してから所定時間が経過した後にハロゲンランプＨＬも消灯する。これにより、半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１からも降温する。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。また、時刻ｔ３５にチャンバー６へのオゾンの供給が停止された後も排気部１９０によるチャンバー６からの排気は継続されている。これにより、チャンバー６から残留しているオゾンが排出される。

【0085】

半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温し、チャンバー６内のオゾンが十分に排出された後、時刻ｔ４（図１０）にチャンバー６からの排気が停止されるとともにチャンバー６内に窒素が供給されてチャンバー６内の圧力が大気圧に復圧する。その後、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２がサセプタ７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプタ７４から受け取る。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、リフトピン１２上に載置された半導体ウェハーＷが装置外部の搬送ロボットにより搬出され（ステップＳ８）、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。

【0086】

本実施形態においては、フラッシュ光照射時にガス貯蔵タンク１５２内が大気圧よりも高い圧力とされ、かつ、チャンバー６内が大気圧よりも低い圧力に減圧された状態にて給気バルブ１５３が開放されるように制御部３がガス供給部１５０を制御している。ガス貯蔵タンク１５２内が加圧状態とされ、かつ、チャンバー６内が減圧状態とされているときに、給気バルブ１５３が開放されると、ガス貯蔵タンク１５２からチャンバー６に向けて一気にオゾンガスが流れ込んでチャンバー６内に瞬時にオゾンガスを供給することができる。

【0087】

また、本実施形態では、給気バルブ１５３を開放するタイミングをフラッシュランプＦＬが点灯してフラッシュ光照射が開始されてから半導体ウェハーＷの表面温度がピーク温度（処理温度Ｔ２）に到達するまでの間としている。さらに、給気バルブ１５３を閉止するタイミングを半導体ウェハーＷの表面温度がピーク温度に到達した後であって、給気バルブ１５３が開放されてから１秒以内としている。このため、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの表面温度がピーク温度に到達する前後のピーク温度領域のみでオゾンが供給されることとなる。その結果、半導体ウェハーＷの表面温度が最も高温となっている瞬間を含む１秒以内の短時間だけオゾンが供給されて酸化反応が進行することとなり、良質かつ薄いシリコン酸化膜を形成することができる。

【0088】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、フラッシュ光照射が開始されてから半導体ウェハーＷの表面温度がピーク温度に到達するまでの間に給気バルブ１５３を開放していたが、これに限定されるものではない。少なくとも半導体ウェハーＷの表面温度がピーク温度に到達しているときに給気バルブ１５３が開放されていれば良く、例えばフラッシュ光照射が開始される直前に給気バルブ１５３を開放するようにしても良い。

【0089】

また、上記実施形態においては、給気バルブ１５３が開放されてから１秒以内に給気バルブ１５３を閉止していたが、この間隔は可能な限り短い方が好ましく、数十ミリセカンドから１００ミリセカンド程度が理想的である。もっとも、給気バルブ１５３の駆動時間を考慮すると、給気バルブ１５３を開放してから閉止するまで少なくとも４００ミリセカンド以上は必要である。

【0090】

また、上記実施形態においては、ガス貯蔵タンク１５２にオゾンを貯蔵してチャンバー６に供給していたが、これに限定されるものではなく、酸素（Ｏ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）、窒素（Ｎ_２）またはアルゴン（Ａｒ）を上記実施形態と同様にしてチャンバー６に供給するようにしても良い。すなわち、ガス貯蔵タンク１５２に貯蔵してチャンバー６に供給する処理ガスは、酸素、オゾン、アンモニア、窒素およびアルゴンからなる群から選択されて一であれば良い。

【0091】

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

【0092】

また、上記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】

【0093】

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
３０ シャワープレート
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
８３ ガス供給管
８８ ガス排気管
９０ ガスリング
１５０ ガス供給部
１５１ オゾン発生器
１５２ ガス貯蔵タンク
１５３ 給気バルブ
１５４ 排気バルブ
１５５ 排気配管
１９０ 排気部
１９３ 真空ポンプ
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】