特許 7032947 熱処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-01

(45)【発行日】2022-03-09

(54)【発明の名称】熱処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/26 20060101AFI20220302BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20220302BHJP

【ＦＩ】

H01L21/26 T

H01L21/265 602B

H01L21/26 J

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018022883

(22)【出願日】2018-02-13

(65)【公開番号】P2019140268

(43)【公開日】2019-08-22

【審査請求日】2020-12-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】古川 雅志

【審査官】宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】韓国登録特許第１０－１５８９５９９（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開２０１３－０４６０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０４５９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１４３８１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２６

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

石英のサセプタに保持された基板に複数の連続点灯ランプから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、
前記複数の連続点灯ランプからの光照射開始時に、前記複数の連続点灯ランプが配列された光照射部の端部から放射される光の強度に対する前記光照射部の中央部から放射される光の強度の比率である強度比を１００％未満の第１の比率として前記基板に光照射を行う第１照射工程と、
前記第１照射工程の後、前記強度比を前記第１の比率よりも高い第２の比率として前記基板に光照射を行う第２照射工程と、
を備え、
前記第１照射工程では、前記複数の連続点灯ランプから５秒以上１５秒以下光照射を行うことを特徴とする熱処理方法。

【請求項2】

石英のサセプタに保持された基板に複数の連続点灯ランプから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、
前記複数の連続点灯ランプからの光照射開始時に、前記複数の連続点灯ランプが配列された光照射部の端部から放射される光の強度に対する前記光照射部の中央部から放射される光の強度の比率である強度比を１００％未満の第１の比率として前記基板に光照射を行う第１照射工程と、
前記第１照射工程の後、前記強度比を前記第１の比率よりも高い第２の比率として前記基板に光照射を行う第２照射工程と、
前記第２照射工程の後、前記強度比を１００％未満の第３の比率として前記基板に光照射を行う第３照射工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２記載の熱処理方法において、
前記第２照射工程では、前記第２の比率を１００％よりも高くすることを特徴とする熱処理方法。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記第１の比率は、４０％以上７０％以下であることを特徴とする熱処理方法。

【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方法において、
前記基板が前記サセプタに保持される時点で前記サセプタの中央部の温度が２５０℃以上であり、かつ、前記サセプタの中央部と端縁部との温度差が２０℃以上であることを特徴とする熱処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、石英のサセプタに保持された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）に複数の連続点灯ランプから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のである。

【0005】

特許文献１には、石英のサセプタ上に半導体ウェハーを保持し、その半導体ウェハーにハロゲンランプから光を照射し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してフラッシュランプアニールを実行する装置が開示されている。特許文献１に開示されるフラッシュランプアニール装置においては、サセプタの下方にハロゲンランプを配置し、ハロゲンランプから出射された光は石英のサセプタを透過して半導体ウェハーの下面に照射される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００９－１６４４５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に開示されるように、サセプタ上に保持した半導体ウェハーに加熱処理を行うと、昇温した半導体ウェハーからの熱伝導および熱輻射によってサセプタも加熱される。また、ハロゲンランプから放射された光の一部は石英のサセプタにも吸収され、これによってもサセプタが加熱される。その結果、サセプタもある程度昇温することとなっていた。

【0008】

フラッシュランプアニール装置における一連の処理には、フラッシュ光照射後に半導体ウェハーを降温させる工程が必ず含まれている。半導体ウェハーが降温する際には、その半導体ウェハーを保持するサセプタの温度も降温する。このときには、半導体ウェハーおよびサセプタともに、端縁部から温度が下がり始め、中央部は最も遅くに温度が低下する。従って、装置から加熱処理後の半導体ウェハーが搬出された時点では、サセプタに中央部が高温で端縁部が相対的に低温となるような不均一な温度分布が生じている。特に、装置のスループット向上のために降温時間を短くした場合には、半導体ウェハーの搬出時点でのサセプタに大きな温度分布の不均一性が存在していることとなる。

【0009】

このような不均一な温度分布を有するサセプタに新たな常温の半導体ウェハーが保持されると、サセプタからの熱輻射によってその半導体ウェハーが不均一に加熱されることとなる。すなわち、半導体ウェハーの端縁部に比較して中央部が強く加熱され、当該半導体ウェハーにも端縁部よりも中央部が高温となるような不均一な温度分布が生じる。そして、この状態にてハロゲンランプからの光照射を開始して半導体ウェハーを加熱すると、半導体ウェハーに反りが発生することが判明した。

【0010】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板に反りを生じさせることなく基板を加熱することができる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】

【0011】

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、石英のサセプタに保持された基板に複数の連続点灯ランプから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、前記複数の連続点灯ランプからの光照射開始時に、前記複数の連続点灯ランプが配列された光照射部の端部から放射される光の強度に対する前記光照射部の中央部から放射される光の強度の比率である強度比を１００％未満の第１の比率として前記基板に光照射を行う第１照射工程と、前記第１照射工程の後、前記強度比を前記第１の比率よりも高い第２の比率として前記基板に光照射を行う第２照射工程と、を備え、前記第１照射工程では、前記複数の連続点灯ランプから５秒以上１５秒以下光照射を行うことを特徴とする。
また、請求項２の発明は、石英のサセプタに保持された基板に複数の連続点灯ランプから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、前記複数の連続点灯ランプからの光照射開始時に、前記複数の連続点灯ランプが配列された光照射部の端部から放射される光の強度に対する前記光照射部の中央部から放射される光の強度の比率である強度比を１００％未満の第１の比率として前記基板に光照射を行う第１照射工程と、前記第１照射工程の後、前記強度比を前記第１の比率よりも高い第２の比率として前記基板に光照射を行う第２照射工程と、前記第２照射工程の後、前記強度比を１００％未満の第３の比率として前記基板に光照射を行う第３照射工程と、を備えることを特徴とする。

【0012】

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記第２照射工程では、前記第２の比率を１００％よりも高くすることを特徴とする。

【0013】

また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３いずれかの発明に係る熱処理方法において、前記第１の比率は、４０％以上７０％以下であることを特徴とする。

【0016】

また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記基板が前記サセプタに保持される時点で前記サセプタの中央部の温度が２５０℃以上であり、かつ、前記サセプタの中央部と端縁部との温度差が２０℃以上であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

請求項１から請求項５の発明によれば、複数の連続点灯ランプからの光照射開始時に、複数の連続点灯ランプが配列された光照射部の端部から放射される光の強度に対する光照射部の中央部から放射される光の強度の比率である強度比を１００％未満の第１の比率として基板に光照射を行った後、その強度比を第１の比率よりも高い第２の比率として基板に光照射を行うため、基板に反りを生じさせることなく基板を加熱することができる。

【0018】

特に、請求項２の発明によれば、強度比を１００％未満の第３の比率として基板に光照射を行う第３照射工程をさらに備えるため、基板を均一に加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係る熱処理方法に使用す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】予備加熱時におけるハロゲンランプからの光照射の手順を示すフローチャートである。

【図9】半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。

【図10】反り抑制照射が実行されているときの状態を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

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。

【0021】

まず、本発明に係る熱処理方法を実施するための熱処理装置について説明する。図１は、本発明に係る熱処理方法に使用する熱処理装置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。

【0022】

熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容するチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するフラッシュ加熱部５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲン加熱部４と、を備える。チャンバー６の上側にフラッシュ加熱部５が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部４が設けられている。また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部に、半導体ウェハーＷを水平姿勢に保持する保持部７と、保持部７と装置外部との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う移載機構１０と、を備える。さらに、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーＷの熱処理を実行させる制御部３を備える。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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（Ｎ_２）等の不活性ガス、または、水素（Ｈ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）等の反応性ガス、或いはそれらを混合した混合ガスを用いることができる（本実施形態では窒素ガス）。

【0028】

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。

【0029】

また、搬送開口部６６の先端にも熱処理空間６５内の気体を排出するガス排気管１９１が接続されている。ガス排気管１９１はバルブ１９２を介して排気部１９０に接続されている。バルブ１９２を開放することによって、搬送開口部６６を介してチャンバー６内の気体が排気される。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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１２０（図１参照）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１２０が開口部７８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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

図１に示すように、熱処理装置１には３つの放射温度計１２０，１３０，１４０が設けられている。上述した通り、放射温度計１２０は、サセプタ７４に設けられた開口部７８を介して半導体ウェハーＷの温度を測定する。放射温度計１３０は、サセプタ７４の中央部から放射された赤外光を検知して当該中央部の温度を測定する。一方、放射温度計１４０は、サセプタ７４の端縁部から放射された赤外光を検知して当該端縁部の温度を測定する。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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棒状のガラス管（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。

【0045】

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。

【0046】

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が配列された光照射部４５を備えている。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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

また、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬの出力を個別に制御してそれぞれのハロゲンランプＨＬから放射される光の強度を個別に調整することが可能である。本実施形態においては、４０本のハロゲンランプＨＬを幾つかのランプ群に区分けし、ランプ群毎に放射する光の強度を調整している。具体的には、図７に示すように、上段の２０本のハロゲンランプＨＬのうち両端から７本のハロゲンランプＨＬを端部ランプ群４５Ｅとし、中央の６本のハロゲンランプＨＬを中央部ランプ群４５Ｃとしている。同様に、下段の２０本のハロゲンランプＨＬについても、両端から７本のハロゲンランプＨＬを端部ランプ群４５Ｅとし、中央の６本のハロゲンランプＨＬを中央部ランプ群４５Ｃとしている。そして、端部ランプ群４５Ｅおよび中央部ランプ群４５Ｃから放射する光の強度をそれぞれ個別に調整する。すなわち、４０本のハロゲンランプＨＬが配列された光照射部４５の端部から放射される光の強度と中央部から放射される光の強度とを個別に調整しているのである。

【0052】

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。

【0053】

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。また、制御部３は、端部ランプ群４５Ｅおよび中央部ランプ群４５Ｃから放射する光の強度をそれぞれ個別に制御する。

【0054】

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。

【0055】

次に、熱処理装置１における処理動作について説明する。まず、処理対象となる半導体ウェハーＷに対する典型的な熱処理手順について説明する。ここで処理対象となる半導体ウェハーＷはイオン注入法により不純物（イオン）が添加された半導体基板である。その不純物の活性化が熱処理装置１によるフラッシュ光照射加熱処理（アニール）により実行される。以下に説明する半導体ウェハー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。

【0056】

まず、給気のためのバルブ８４が開放されるとともに、排気用のバルブ８９，１９２が開放されてチャンバー６内に対する給排気が開始される。バルブ８４が開放されると、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。

【0057】

また、バルブ１９２が開放されることによって、搬送開口部６６からもチャンバー６内の気体が排気される。さらに、図示省略の排気機構によって移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気も排気される。なお、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの熱処理時には窒素ガスが熱処理空間６５に継続的に供給されており、その供給量は処理工程に応じて適宜変更される。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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１２０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放射温度計１２０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１２０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℃）。なお、予備加熱時におけるハロゲンランプＨＬの出力制御の詳細については後にさらに詳述する。

【0063】

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１２０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。

【0064】

半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達して所定時間が経過した時点にてフラッシュ加熱部５のフラッシュランプＦＬがサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光照射を行う。このとき、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光の一部は直接にチャンバー６内へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ５２により反射されてからチャンバー６内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱が行われる。

【0065】

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。

【0066】

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１２０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１２０の測定結果より半導体ウェハーＷの温度が所定温度まで降温したか否かを監視する。そして、半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２がサセプタ７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプタ７４から受け取る。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、リフトピン１２上に載置された半導体ウェハーＷが装置外部の搬送ロボットにより搬出され、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。

【0067】

上述の通り、処理対象となる半導体ウェハーＷは、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって予備加熱温度Ｔ１にまで予備加熱された後、処理温度Ｔ２にフラッシュ加熱される。そして、昇温した半導体ウェハーＷからの熱伝導および熱輻射によって半導体ウェハーＷを保持するサセプタ７４も加熱されて昇温する。

【0068】

ハロゲンランプＨＬが消灯して半導体ウェハーＷが降温する際には、サセプタ７４も降温する。このときには、半導体ウェハーＷおよびサセプタ７４ともに、放熱の大きな端縁部から温度が下がり始め、中央部の温度が最も遅くに低下する。すなわち、中央部から端縁部に向けて温度が下がるような温度勾配が半導体ウェハーＷおよびサセプタ７４に生じる。なお、サセプタ７４の端縁部とは、サセプタ７４に半導体ウェハーＷを保持したときの当該半導体ウェハーＷに対向する領域における端縁部を意味する。

【0069】

一方、処理時間を短縮してスループットを向上させる観点からは、ハロゲンランプＨＬの消灯後にチャンバー６内にて半導体ウェハーＷが降温するのに要する待機時間を短縮することが考えられる。この場合、半導体ウェハーＷは十分に降温せずにある程度温度が高い状態でチャンバー６から搬出されることとなり、サセプタ７４も十分には降温しない。そして、半導体ウェハーＷがチャンバー６から搬出された時点では、サセプタ７４の中央部が比較的高温で端縁部が相対的に低温となるような不均一な温度分布が生じることとなる。

【0070】

このような不均一な温度分布が生じているサセプタ７４に新たな常温の半導体ウェハーＷが保持されると、比較的高温のサセプタ７４の中央部からの熱輻射によって半導体ウェハーＷの中央部が強く加熱される一方、半導体ウェハーＷの端縁部は強くは加熱されない。この状態で、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬから均一な強度にて光照射を行うと、半導体ウェハーＷの中央部が強く加熱されすぎて予備加熱段階で半導体ウェハーＷに反りが発生するのである。

【0071】

そこで、本実施形態においては、予備加熱段階でのハロゲンランプＨＬの出力を以下のように制御している。図８は、予備加熱時におけるハロゲンランプＨＬからの光照射の手順を示すフローチャートである。図９は、半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。

【0072】

チャンバー６内に搬入された半導体ウェハーＷがサセプタ７４に保持された後、時刻ｔ１に４０本のハロゲンランプＨＬが点灯して予備加熱が開始される。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの予備加熱の初期段階では、ハロゲンランプＨＬから”反り抑制照射（第１照射工程）”が実行される（ステップＳ１）。反り抑制照射では、４０本のハロゲンランプＨＬが配列された光照射部４５の端部から放射される光の強度に対する中央部から放射される光の強度の比率である強度比を１００％未満としている。すなわち、光照射部４５の端部から放射される光の強度よりも中央部から放射される光の強度を弱くしている。具体的には、端部ランプ群４５Ｅから放射される光の強度に対する中央部ランプ群４５Ｃから放射される光の強度の比率を４０％以上７０％以下としている。また、複数のハロゲンランプＨＬから反り抑制照射を実行する時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間は５秒以上１５秒以下である。

【0073】

図１０は、反り抑制照射が実行されているときの状態を模式的に示す図である。端縁部に比較して中央部が高温となる不均一な温度分布のサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷに対して複数のハロゲンランプＨＬが配列された光照射部４５から反り抑制照射を行う。不均一な温度分布を有するサセプタ７４からは半導体ウェハーＷの端縁部よりも中央部が強く加熱されるのであるが、予備加熱の初期段階では光照射部４５の端部から放射される光の強度よりも中央部から放射される光の強度を弱くすることにより、半導体ウェハーＷの全面が概ね均一に加熱されることとなる。その結果、半導体ウェハーＷに反りを生じさせることなく半導体ウェハーＷを予備加熱することができるのである。

【0074】

サセプタ７４からの不均一な加熱を打ち消して半導体ウェハーＷの全面を概ね均一に加熱するためには、光照射部４５の端部から放射される光の強度に対する中央部から放射される光の強度の比率を７０％以下とするのが好ましい。その一方、光照射部４５の端部から放射される光の強度よりも中央部から放射される光の強度を極端に弱くすると、逆に半導体ウェハーＷの端縁部が強く加熱されすぎて半導体ウェハーＷに反りが発生することとなる。このため、光照射部４５の端部から放射される光の強度に対する中央部から放射される光の強度の比率を４０％以上とする必要はある。

【0075】

また、半導体ウェハーＷがサセプタ７４に保持される時点でのサセプタ７４の中央部の温度が２５０℃以上であり、かつ、サセプタ７４の中央部と端縁部との温度差が２０℃以上である場合に反り抑制照射を実行するのが好ましい。すなわち、サセプタ７４の中央部が比較的高温で中央部よりも端縁部が低温となる不均一な温度分布が生じている場合に、上述した反り抑制照射を実行するのが好ましい。その理由は、サセプタ７４の中央部がそれほど高温ではなく中央部と端縁部とに不均一な温度分布が生じていない場合には、サセプタ７４から半導体ウェハーＷの中央部が強く加熱されることもないため、反り抑制照射が必要では無く、むしろ反り抑制照射を実行することによって半導体ウェハーＷの端縁部が強く加熱されすぎて反りが発生するおそれがあるためである。なお、ハロゲンランプＨＬが消灯して加熱処理後の半導体ウェハーＷがチャンバー６から搬出された以降に、サセプタ７４の中央部の温度が２５０℃以上である場合にはサセプタ７４の中央部よりも端縁部が２０℃以上低温であることが多い。

【0076】

次に、時刻ｔ２に”反り抑制照射”から”昇温用照射”に切り替えられる。時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、ハロゲンランプＨＬから”昇温用照射（第２照射工程）”が実行される（ステップＳ２）。昇温用照射は、半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１の近傍にまで昇温する予備加熱の中心段階の照射である。昇温用照射では、光照射部４５の端部から放射される光の強度に対する中央部から放射される光の強度の比率を反り抑制照射での強度比よりも高くしている。すなわち、光照射部４５の端部から放射される光の強度に対する中央部から放射される光の強度の比率を少なくとも７０％よりも高くしている。昇温用照射における光照射部４５の端部から放射される光の強度に対する中央部から放射される光の強度の比率は、反り抑制照射のときよりも高ければ、１００％以下であっても良いし１００％より高くても良い。本実施形態においては、昇温用照射での光照射部４５の端部から放射される光の強度に対する中央部から放射される光の強度の比率を１００％よりも高くしている。具体的には、端部ランプ群４５Ｅから放射される光の強度に対する中央部ランプ群４５Ｃから放射される光の強度の比率を１００％よりも高くして、双方の強度比を反り抑制照射のときと逆転させている。

【0077】

光照射部４５の端部から放射される光の強度に対する中央部から放射される光の強度の比率を１００％よりも高くすることによって、反り抑制照射のときよりも半導体ウェハーＷの中央部が強く加熱されることとなる。予備加熱の初期段階で反り抑制照射によって半導体ウェハーＷの反りを防止しておけば、その後に光照射部４５の端部から放射される光の強度より中央部から放射される光の強度を強くして半導体ウェハーＷの中央部を強く加熱したとしても、半導体ウェハーＷに反りが生じることは無い。そして、半導体ウェハーＷの中央部を強く加熱する昇温用照射は、半導体ウェハーＷを急速に予備加熱温度Ｔ１の近傍にまで昇温するのに好適である。

【0078】

次に、時刻ｔ３に”昇温用照射”から”均一化照射”に切り替えられる。時刻ｔ３からハロゲンランプＨＬが消灯するまでは、ハロゲンランプＨＬから”均一化照射（第３照射工程）”が実行される（ステップＳ３）。均一化照射は、半導体ウェハーＷの全体を均一に予備加熱温度Ｔ１に加熱するための予備加熱の仕上げの照射である。均一化照射では、光照射部４５の端部から放射される光の強度に対する中央部から放射される光の強度の比率を再び１００％未満としている。すなわち、端部ランプ群４５Ｅから放射される光の強度に対する中央部ランプ群４５Ｃから放射される光の強度の比率を１００％未満としている。

【0079】

典型的には、半導体ウェハーＷの中央部よりも端縁部からの放熱が多いにもかかわらず、上述の昇温用照射では、半導体ウェハーＷの中央部を強く加熱しているため、半導体ウェハーＷの面内温度分布が不均一となるおそれがある。このため、予備加熱の最終段階で光照射部４５の端部から放射される光の強度に対する中央部から放射される光の強度の比率を１００％未満とする均一化照射を行っているのである。均一化照射では、光照射部４５の中央部から放射される光の強度よりも端部から放射される光の強度を強くして放熱が生じ易い半導体ウェハーＷの端縁部を強く加熱しているため、半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。そして、半導体ウェハーＷが均一に予備加熱温度Ｔ１に昇温されている状態にて時刻ｔ４にフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光を照射することにより当該表面を均一に処理温度Ｔ２にまで加熱することができるのである。

【0080】

本実施形態においては、複数のハロゲンランプＨＬからの光照射を開始する予備加熱の初期段階で光照射部４５の端部から放射される光の強度に対する中央部から放射される光の強度の比率である強度比を１００％未満としている。そして、その後、光照射部４５の端部から放射される光の強度に対する中央部から放射される光の強度の比率を高めている。このようにすることにより、サセプタ７４に現出している不均一な温度分布に起因した半導体ウェハーＷの反りを生じさせることなく、半導体ウェハーＷを迅速に予備加熱することができる。

【0081】

その後、さらに光照射部４５の端部から放射される光の強度に対する中央部から放射される光の強度の比率を再び１００％未満とすることにより、半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることもできる。

【0082】

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、半導体ウェハーＷがサセプタ７４に保持される時点でのサセプタ７４の中央部の温度が２５０℃未満である場合には、図９の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、上記実施形態の反り抑制照射と昇温用照射とを交互に繰り返すようにしても良い。サセプタ７４の中央部の温度が２５０℃未満である場合には、サセプタ７４から半導体ウェハーＷの中央部が強く加熱されることもないため、予備加熱の初期段階で反り抑制照射と昇温用照射とを交互に繰り返すことにより、半導体ウェハーＷに反りを生じさせることなく半導体ウェハーＷを効率良く昇温することができる。

【0083】

また、放射温度計１３０によってサセプタ７４の中央部の温度を測定するとともに、放射温度計１４０によってサセプタ７４の端縁部の温度を測定し、それらの測定結果に基づいて制御部３が予備加熱のモードを自動的に切り替えるようにしても良い。具体的には、半導体ウェハーＷがサセプタ７４に保持される時点でのサセプタ７４の中央部の温度が２５０℃以上であり、かつ、サセプタ７４の中央部と端縁部との温度差が２０℃以上である場合には制御部３が上記実施形態の予備加熱モードを選択する。一方、半導体ウェハーＷがサセプタ７４に保持される時点でのサセプタ７４の中央部の温度が２５０℃未満、または、サセプタ７４の中央部と端縁部との温度差が２０℃未満である場合には、予備加熱の初期段階で反り抑制照射と昇温用照射とを交互に繰り返す予備加熱モードを制御部３が選択する。

【0084】

また、サセプタ７４の端縁部が比較的高温で中央部が低温となる上記実施形態とは逆の温度分布が生じていた場合には、反り抑制照射で光照射部４５の中央部から放射される光の強度よりも端部から放射される光の強度を弱くするようにしても良い。すなわち、サセプタ７４に現出している温度分布とは逆の強度分布にて光照射部４５から光を照射するようにすれば良い。

【0085】

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。

【0086】

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）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。この場合、複数のアークランプから放射される光の強度を上記実施形態と同様に調整する。

【0087】

また、熱処理装置１によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。

【0088】

また、本発明に係る熱処理技術は、フラッシュランプアニール装置に限定されるものではなく、ハロゲンランプを使用した枚葉式のランプアニール装置やＣＶＤ装置などのフラッシュランプ以外の熱源の装置にも適用することができる。特に、チャンバーの下方にハロゲンランプを配置し、半導体ウェハーの裏面から光照射を行って熱処理を行うバックサイドアニール装置に本発明に係る技術は好適に適用することができる。

【符号の説明】

【0089】

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
４５ 光照射部
４５Ｃ 中央部ランプ群
４５Ｅ 端部ランプ群
６５ 熱処理空間
７４ サセプタ
７５ 保持プレート
７７ 基板支持ピン
１２０，１３０，１４０ 放射温度計
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】