特許 7266458 熱処理装置

(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】2023-04-20

(45)【発行日】2023-04-28

(54)【発明の名称】熱処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/26 20060101AFI20230421BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20230421BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20230421BHJP

【ＦＩ】

H01L21/26 J

H01L21/265 602B

H01L21/68 N

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019092601

(22)【出願日】2019-05-16

(65)【公開番号】P2020188176

(43)【公開日】2020-11-19

【審査請求日】2021-12-23

(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】三宅 浩志

【審査官】船越 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２３２７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８４７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５００８０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２６

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に対して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、
前記チャンバー内にて基板を保持する保持部と、
前記チャンバーの外部であって前記チャンバーの一方側に設けられたフラッシュランプと、
前記チャンバーの前記一方側の開口を覆う石英窓と、
前記チャンバーの側壁と前記石英窓の周縁部の下面との間に挟み込まれたＯリングと、
前記石英窓の周縁部の上面を前記チャンバーの側壁に向けて押圧する窓押さえ部材と、
を備え、
前記周縁部の前記上面は、前記石英窓の外周端に向けて厚さが薄くなるようなテーパ面であることを特徴とする熱処理装置。

【請求項2】

請求項１記載の熱処理装置において、
前記窓押さえ部材の前記石英窓と対向する対向面を黒色とすることを特徴とする熱処理装置。

【請求項3】

請求項２記載の熱処理装置において、
前記窓押さえ部材の前記対向面に黒色アルマイトまたは黒色ニッケルメッキを形成することを特徴とする熱処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウェハー等の薄板状精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）に対して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】

このようなフラッシュランプを使用したランプアニール装置においては、減圧雰囲気やアンモニア（ＮＨ_３）等の反応性ガスの雰囲気中で加熱処理が行われることがある。このため、半導体ウェハーを収容するチャンバー内を気密にするためにシール部材としてＯリングが使用されている。具体的には例えば、金属製のチャンバーの側壁と石英窓との間にＯリングを挟み込んでチャンバー内をシールするようにしている。Ｏリングは樹脂製であって耐熱温度が比較的低いため、熱処理装置に使用する場合には温度上昇を抑制する対策（例えば、冷却流体を利用したチャンバーの冷却）が必要となる。

【0006】

また、フラッシュランプを使用した熱処理装置にＯリングを使用する場合には、極めて強度の強いフラッシュ光が瞬間的に照射されるため、熱によるＯリングの劣化よりもむしろ強力なフラッシュ光照射によるＯリングの表面劣化が問題となる。特に、減圧雰囲気で加熱処理を行う場合には、チャンバー構造を耐圧構造とする必要があり、チャンバーの開口を閉塞する石英窓を厚くする必要が生じる。石英窓を厚くすると、フラッシュ光照射時に石英窓内にフラッシュ光が進入しやすくなり、よりフラッシュ光がＯリングに到達しやすくなる。フラッシュ光照射によるＯリング表面の劣化はチャンバー内の気密性を損なうだけでなく、その劣化したＯリングがガスやパーティクルの発生源になるという点で深刻な問題である。

【0007】

このため、特許文献１には、Ｏリングと接触する石英窓の周縁部の一部を不透明石英とする技術が提案されている。不透明石英はフラッシュ光を遮光するため、Ｏリングと接触する石英窓の周縁部の一部を不透明石英とすれば、フラッシュ光照射時にフラッシュ光がＯリングに到達するのを防止してＯリングの表面劣化を防止することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１６－１８４７１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、透明石英の石英窓の一部に不透明石英を溶接して設けることは施工が困難であり、製造コストが増大するとともに、納期も長期化するという問題が生じていた。このため、より生産性の高い方法での対策が求められている。

【0010】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成にてフラッシュ光照射によるＯリングの劣化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、請求項１の発明は、基板に対して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、前記チャンバー内にて基板を保持する保持部と、前記チャンバーの外部であって前記チャンバーの一方側に設けられたフラッシュランプと、前記チャンバーの前記一方側の開口を覆う石英窓と、前記チャンバーの側壁と前記石英窓の周縁部の下面との間に挟み込まれたＯリングと、前記石英窓の周縁部の上面を前記チャンバーの側壁に向けて押圧する窓押さえ部材と、を備え、前記周縁部の前記上面は、前記石英窓の外周端に向けて厚さが薄くなるようなテーパ面であることを特徴とする。

【0012】

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記窓押さえ部材の前記石英窓と対向する対向面を黒色とすることを特徴とする。

【0013】

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記窓押さえ部材の前記対向面に黒色アルマイトまたは黒色ニッケルメッキを形成することを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

請求項１から請求項３の発明によれば、石英窓の周縁部の上面は、石英窓の外周端に向けて厚さが薄くなるようなテーパ面であるため、石英窓に進入したフラッシュ光の内部反射によってＯリングに到達する光の光量を減少させることができ、簡易な構成にてフラッシュ光照射によるＯリングの劣化を防止することができる。

【0016】

特に、請求項２の発明によれば、窓押さえ部材の石英窓と対向する対向面を黒色とするため、石英窓の周縁部上面から出射されたフラッシュ光の反射による石英窓への再入射を抑制することができ、より確実にＯリングの劣化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【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】第１実施形態の上側チャンバー窓の周縁部近傍の構造を示す部分拡大図である。

【図9】石英内における入射角と出射光比率との相関を示す図である。

【図10】第２実施形態の上側チャンバー窓の周縁部近傍の構造を示す部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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。

【0020】

＜第１実施形態＞
まず、本発明に係る熱処理装置の構成について説明する。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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

本実施形態の熱処理装置１は、真空対応の装置であり、チャンバー６も真空に耐える耐圧構造とされている。具体的には、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４が常圧対応のフラッシュランプアニール装置のものよりも厚くされている（例えば、２０ｍｍ以上）。また、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４とチャンバー側部６１との間にはＯリングが挟み込まれることによってチャンバー６内がシールされているのであるが、これについてはさらに後述する。

【0024】

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】

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。

【0028】

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、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ_２）などの不活性ガス、または、酸素（Ｏ_２）、水素（Ｈ_２）、塩素（Ｃｌ_２）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ_３）、アンモニア（ＮＨ_３）などの反応性ガスを使用することができる。

【0029】

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。

【0030】

排気部１９０は真空ポンプを備える。バルブ８４を閉鎖して熱処理空間６５に気体供給を行うことなく、排気部１９０を作動させてバルブ８９を開放することにより、熱処理空間６５の気体を排出して熱処理空間６５を大気圧未満の真空にまで減圧することができる。一方、バルブ８４を開放して熱処理空間６５に処理ガスを供給しつつ、排気部１９０を作動させてバルブ８９を開放すれば、熱処理空間６５の雰囲気置換を行うことができる。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【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】

図８は、第１実施形態の上側チャンバー窓６３の周縁部近傍の構造を示す部分拡大図である。チャンバー６内の熱処理空間６５の気密性を維持するために、上側チャンバー窓６３とチャンバー６の側壁であるチャンバー側部６１とはＯリング９１によってシールされている。Ｏリング９１は、耐熱性に優れた樹脂（例えば、白色のバイトン（登録商標））にて形成されている。略円筒形状のチャンバー側部６１の上端に円環状の溝６１１が刻設され、その溝６１１にＯリング９１が嵌め込まれる。Ｏリング９１の断面の径は溝６１１の深さよりも大きい。そして、溝６１１にＯリング９１を嵌め込んだ上から上側チャンバー窓６３を載せてＯリング９１を押さえつけている。さらに、窓押さえ部材６７と上側チャンバー窓６３の周縁部上面６３１との間に図示省略のＯリングを挟み込むとともに、その窓押さえ部材６７をチャンバー側部６１にネジ止めすることによって、上側チャンバー窓６３の周縁部上面６３１を上側からチャンバー側部６１の上端部に向けて押圧している。これにより、上側チャンバー窓６３の周縁部下面６３２とチャンバー側部６１の上端部との間にＯリング９１を挟み込んで密着させている。窓押さえ部材６７によって上側チャンバー窓６３を押さえつけることにより、チャンバー６の上側開口はＯリング９１によってシールされる。窓押さえ部材６７は、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光に対する耐性に優れたアルミニウムにて形成されている。なお、上側開口と同様に、チャンバー６の下側開口についても、下側チャンバー窓６４とチャンバー側部６１との間にＯリング（図示省略）を挟み込むことによってシールされている。

【0054】

第１実施形態においては、上側チャンバー窓６３の周縁部上面６３１がテーパ面（傾斜面）とされている。より正確には、周縁部上面６３１は、上側チャンバー窓６３の中心側から外周端に向けて徐々に上側チャンバー窓６３の厚さが薄くなるようなテーパ面とされている。周縁部上面６３１と上側チャンバー窓６３の周縁部上面６３１を除く上面とのなすテーパ角度βは適宜の値とすることができるが、本実施形態では例えば１０°である。

【0055】

また、上側チャンバー窓６３の周縁部上面６３１と対向する窓押さえ部材６７の対向面６７１は、黒色アルマイト処理がなされて黒色とされている。黒色アルマイト処理は、アルミニウムの窓押さえ部材６１に対するアルマイト加工処理後に黒色の染料を用いて対向面６７１を黒色とする処理である。窓押さえ部材６７の対向面６７１は黒色アルマイトが形成されて黒色であるため、対向面６７１の反射率は５％以下となっている。

【0056】

図１に戻り、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。

【0057】

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。

【0058】

次に、上記構成を有する熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順について簡単に説明する。本実施形態の熱処理装置１にて処理対象となる半導体ウェハーＷの種類は特に限定されるものではないが、例えば表面にＨｆ系の高誘電率ゲート絶縁膜（hig-k膜）が形成されている。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。

【0059】

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て熱処理空間６５の下部から排気され、熱処理空間６５が窒素ガス雰囲気に置換される。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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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、高誘電率膜が形成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。

【0063】

半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入されて搬送開口部６６が閉鎖された後、排気部１９０を作動させたままバルブ８４を閉鎖し、チャンバー６内の熱処理空間６５から窒素ガスを排気して熱処理空間６５を大気圧未満に減圧する。さらにその後、再びバルブ８４を開放して、処理ガス供給源８５から熱処理空間６５にアンモニアを供給し、チャンバー６内にアンモニア雰囲気を形成する。なお、アンモニア雰囲気が形成された後もチャンバー６内は大気圧未満の減圧雰囲気である。

【0064】

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高誘電率膜を含む半導体ウェハーＷの全体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。

【0065】

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（第１の温度）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、３００℃以上６００℃以下であり、本実施形態では４５０℃である。

【0066】

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を維持するように、制御部３がハロゲンランプＨＬの出力をフィードバック制御する。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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、瞬間的に処理温度Ｔ２まで上昇した後、ただちに急速に下降する。フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面が到達する最高温度（ピーク温度）である処理温度Ｔ２は６００℃以上１２００℃以下であり、本実施形態では１０００℃である。アンモニア雰囲気中にて、半導体ウェハーＷの表面温度が処理温度Ｔ２にまで昇温することにより、表面に形成された高誘電率膜の成膜後熱処理(PDA:Post Deposition Anneal)が実行される。

【0070】

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。また、チャンバー６内の熱処理空間６５からアンモニア雰囲気が排出されて熱処理空間６５が窒素雰囲気に置換される。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、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の保持プレート７５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。

【0071】

ところで、熱処理装置１において、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射したときに、上側チャンバー窓６３に入射したフラッシュ光が上側チャンバー窓６３の周縁部にまで進入してくることがある。特に、真空対応の本実施形態の熱処理装置１においては、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の板厚が常圧対応のフラッシュランプアニール装置のものよりも厚くなっているため、フラッシュ光照射時に上側チャンバー窓６３の周縁部に進入するフラッシュ光の光量が多くなる。なお、下側チャンバー窓６４は、保持部７に保持された半導体ウェハーＷを挟んでフラッシュランプＦＬとは反対側に配置されているため、フラッシュ光照射時にもほとんどフラッシュ光は到達しない。

【0072】

フラッシュ光の進入を阻害するための特段の工夫を行っていない場合には、上側チャンバー窓６３の周縁部に進入したフラッシュ光が周縁部表面で多重反射を繰り返してＯリング９１に到達することとなる。樹脂のＯリング９１が強力なフラッシュ光に曝されるとＯリング９１の表面が劣化してチャンバー６内の気密性が低下するのみならず、劣化したＯリング９１がガスやパーティクルの発生源となるおそれがある。

【0073】

このため、第１実施形態においては、上側チャンバー窓６３の周縁部上面６３１をテーパ面とするとともに、窓押さえ部材６７の対向面６７１を黒色としている。このような構成の作用について図８を参照しつつ説明する。空気の屈折率ｎ_１が１であるのに対して石英の屈折率ｎ_２が１．４６であるため、フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光は石英の上側チャンバー窓６３に入射するときに屈折する。上側チャンバー窓６３の内部に進入したフラッシュ光は入射角α_１にて上側チャンバー窓６３の下面に到達して反射する。このときの反射角もα_１である。

【0074】

上側チャンバー窓６３の下面で反射したフラッシュ光は周縁部上面６３１に到達する。周縁部上面６３１はテーパ面であるため、フラッシュ光の周縁部上面６３１への入射角α_２は入射角α_１よりも小さくなる。具体的には、入射角α_２は入射角α_１よりもテーパ角度βだけ小さくなる。なお、図８に示す例では、上側チャンバー窓６３の内部に進入したフラッシュ光が上側チャンバー窓６３の下面で１回だけ反射して周縁部上面６３１に到達しているが、フラッシュ光が上側チャンバー窓６３の上面と下面との間で多重反射を繰り返した後に周縁部上面６３１に到達しても良い。この場合も、上側チャンバー窓６３の上面と下面とは平行であるため、フラッシュ光の周縁部上面６３１への入射角はα_２となる。

【0075】

図９は、石英内における入射角と出射光比率との相関を示す図である。石英内に進入した光は入射角が約４３°より大きいときには、全く石英から出射しない。つまり、光は石英の表面で全反射する。一方、石英内に進入した光は入射角が約３５°より小さいときには、その９０％以上が石英から出射する。

【0076】

フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光は空気中から石英の上側チャンバー窓６３に入射する際に屈折するため、入射角α_１は必ず４３°よりも小さくなる。周縁部上面６３１に対するフラッシュ光の入射角α_２は入射角α_１よりもテーパ角度βだけ小さく、本実施形態の例ではテーパ角度β＝１０°であるため、入射角α_２は３３°よりも小さくなる。従って、周縁部上面６３１に到達したフラッシュ光の９０％以上は上側チャンバー窓６３から出射されることとなる。その結果、上側チャンバー窓６３の内部に進入して周縁部上面６３１にまで到達したフラッシュ光の大半は周縁部上面６３１から外方に出射されることとなり、周縁部上面６３１で内部反射される反射光の光量は非常に少なくなる。このため、上側チャンバー窓６３内での内部反射によってＯリング９１に到達するフラッシュ光の光量を少量に抑制することができる。なお、周縁部上面６３１での反射光がＯリング９１に到達するのを抑制する観点からは、テーパ角度βが大きいほど好ましいが、上側チャンバー窓６３の強度も考慮してテーパ角度βを１０°としている。

【0077】

また、図８に示すように、上側チャンバー窓６３の周縁部上面６３１から外方に出射されたフラッシュ光は窓押さえ部材６７の対向面６７１に入射することとなる。窓押さえ部材６７の対向面６７１は、黒色アルマイト処理がなされて黒色とされており、その反射率は５％以下とされている。よって、窓押さえ部材６７の対向面６７１に入射したフラッシュ光の大半は黒色の対向面６７１に吸収されることとなり、対向面６７１で反射されて上側チャンバー窓６３に再入射するフラッシュ光は非常に少量となる。これにより、上側チャンバー窓６３の周縁部上面６３１から一旦外方に出射されて対向面６７１で反射されてから再入射によってＯリング９１に到達するフラッシュ光の光量も少量に抑制することができる。

【0078】

さらに、周縁部上面６３１に到達して反射される反射光の反射角はα_２であり、α_１よりも小さい。このため、周縁部上面６３１をテーパ面としなかった場合と比較して、第１実施形態では周縁部上面６３１での反射光がＯリング９１に到達するまでの反射回数が増加することとなり、Ｏリング９１に到達するフラッシュ光がより減衰することとなる。

【0079】

このように、第１実施形態においては、上側チャンバー窓６３の周縁部上面６３１をテーパ面とするとともに、窓押さえ部材６７の対向面６７１を黒色としている。これにより、上側チャンバー窓６３に進入して周縁部上面６３１に到達したフラッシュ光の内部反射光の光量を少量にすることができるとともに、周縁部上面６３１から一旦出射されて反射により上側チャンバー窓６３に再入射するフラッシュ光の光量も少量に抑制することができる。その結果、Ｏリング９１に到達するフラッシュ光の光量を少量に抑制してＯリング９１の劣化を防止することができる。すなわち、上側チャンバー窓６３の周縁部上面６３１をテーパ面として窓押さえ部材６７の対向面６７１を黒色にするという簡易な構成にてフラッシュ光照射によるＯリング９１の劣化を防止することができる。

【0080】

＜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第１実施形態と概ね同じである。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、上側チャンバー窓６３の周縁部の構造である。

【0081】

図１０は、第２実施形態の上側チャンバー窓６３の周縁部近傍の構造を示す部分拡大図である。図１０において、第１実施形態と同一の要素については図８と同じ符合を付している。第２実施形態では、チャンバー６内の熱処理空間６５の気密性を維持するために、上側チャンバー窓６３と窓押さえ部材６７とがＯリング９１によってシールされている。

【0082】

第２実施形態の上側チャンバー窓６３は、円板形状の石英部材であり、テーパ面は形成されていない。上側チャンバー窓６３の外周側面６３３は、上側チャンバー窓６３の外周端に形成される円筒状の面であり、上側チャンバー窓６３の上面および下面と垂直な面である。上側チャンバー窓６３は、図示省略の金属支持片を介してチャンバー側部６１に支持されるとともに、図示省略のＯリングを介して窓押さえ部材６７によって上方より押さえ込まれている。窓押さえ部材６７の内側に円環状の溝６７２が刻設され、その溝６７２にＯリング９１が嵌め込まれる。そして、溝６７２に嵌め込まれたＯリング９１に上側チャンバー窓６３の外周側面６３３が当接する。すなわち、上側チャンバー窓６３の外周側面６３３と窓押さえ部材６７との間にシールのためのＯリング９１が挟み込まれている。

【0083】

第１実施形態と同様に、フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光は石英の上側チャンバー窓６３に入射するときに屈折する。上側チャンバー窓６３の内部に進入したフラッシュ光は入射角αにて上側チャンバー窓６３の下面に到達して反射する。このときの反射角はαである。上側チャンバー窓６３の下面で反射した反射光は、上側チャンバー窓６３の上面に到達して再度反射する。このようにして上側チャンバー窓６３の上面と下面との間で多重反射が繰り返されてフラッシュ光は外周側面６３３に到達する。上側チャンバー窓６３の上面と下面とは平行であるため、上面と下面との間で多重反射を繰り返しているときのフラッシュ光の入射角および反射角は全てαである。

【0084】

上側チャンバー窓６３の外周側面６３３に到達したフラッシュ光は入射角γにて外周側面６３３に入射する。上側チャンバー窓６３の上面および下面と外周側面６３３とは垂直であるため、入射角αと入射角γとの間にはα＋γ＝９０°の関係が成立する。

【0085】

上述したように、フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光が上側チャンバー窓６３に入射する際に屈折するため、入射角αは必ず４３°よりも小さくなる。そうすると、入射角γは４７°よりも大きくなる。図９に示したように、石英の上側チャンバー窓６３内を進行する光は、入射角γが４７°より大きいときには、外周側面６３３にて全反射する。すなわち、上側チャンバー窓６３の外周側面６３３に到達したフラッシュ光は外周側面６３３からは全く出射しないのである。その結果、上側チャンバー窓６３に進入したフラッシュ光が外周側面６３３から出射されてＯリング９１に到達することは防がれる。

【0086】

第２実施形態においては、上側チャンバー窓６３の外周側面６３３と窓押さえ部材６７との間にＯリング９１を挟み込んでいる。上側チャンバー窓６３に進入したフラッシュ光は必ず４７°よりも大きな入射角γにて外周側面６３３に到達する。このため、フラッシュ光は外周側面６３３で全反射されて外周側面６３３から出射されることはない。その結果、Ｏリング９１にフラッシュ光が到達することはなく、Ｏリング９１の劣化を防止することができる。すなわち、外周側面６３３と窓押さえ部材６７との間にＯリング９１を挟み込むという簡易な構成にてフラッシュ光照射によるＯリング９１の劣化を防止することができる。

【0087】

もっとも、上側チャンバー窓６３の上面と窓押さえ部材６７との間の隙間から進入したフラッシュ光が回り込んでＯリング９１に到達する可能性はある。このため、第２実施形態においても、上側チャンバー窓６３と対向する窓押さえ部材６７の対向面を黒色としておくことにより、そのようなフラッシュ光の反射を抑制して、フラッシュ光がＯリング９１に到達するのをより確実に防止することができる。

【0088】

＜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、上記実施形態においては、窓押さえ部材６７の対向面６７１を黒色アルマイト処理により黒色としていたが、これに代えて対向面６７１に黒色ニッケルメッキを形成して黒色とするようにしても良い。或いは、他の手法によって窓押さえ部材６７の対向面６７１を黒色としても良い。要するに、対向面６７１を反射率５％以下の黒色とするようにすれば良い。

【0089】

また、第１実施形態または第２実施形態では上側チャンバー窓６３の周縁部の構造について説明したが、下側チャンバー窓６４の周縁部についても同様の構造とするようにしても良い。下側チャンバー窓６４の周縁部について上記実施形態の上側チャンバー窓６３と同様の構造とすれば、ハロゲンランプＨＬからの光照射によるＯリングの劣化を防止することができる。

【0090】

また、第１実施形態においては、上側チャンバー窓６３の周縁部上面６３１をテーパ面とするとともに、窓押さえ部材６７の対向面６７１を黒色としていたが、いずれか一方のみの方策を施すようにしてもＯリング９１に到達するフラッシュ光をある程度減少させてＯリング９１の劣化を防止することはできる。もっとも、第１実施形態のようにした方がより確実にフラッシュ光照射によるＯリング９１の劣化を防止することができる。

【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）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。

【0093】

また、本発明に係る熱処理装置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。また、本発明に係る技術は、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化等に適用するようにしても良い。

【符号の説明】

【0094】

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
６３ 上側チャンバー窓
６４ 下側チャンバー窓
６５ 熱処理空間
６７ 窓押さえ部材
７４ サセプタ
７５ 保持プレート
７７ 基板支持ピン
９１ Ｏリング
６３１ 周縁部上面
６３３ 外周側面
６７１ 対向面
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】