(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】2023-06-12
(45)【発行日】2023-06-20
(54)【発明の名称】熱処理方法および熱処理装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/22 20060101AFI20230613BHJP
H01L 21/26 20060101ALI20230613BHJP
H01L 21/225 20060101ALI20230613BHJP
【ＦＩ】
H01L21/22 P
H01L21/26 F
H01L21/225 R
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2019074404
(22)【出願日】2019-04-09
(65)【公開番号】P2020174092
(43)【公開日】2020-10-22
【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】上田 晃頌
(72)【発明者】
【氏名】布施 和彦
【審査官】桑原 清
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５７－１９４５２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０９８３１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２５８３５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０２６５７９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／２２
Ｈ０１Ｌ ２１／２６
Ｈ０１Ｌ ２１／２２５
(57)【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処理方法であって、自然酸化膜を挟み込んでドーパントおよび炭素を含む薄膜が形成された基板をチャンバー内に収容する収容工程と、
前記チャンバー内に酸化性ガスを供給して酸化雰囲気を形成する酸化雰囲気形成工程と、
前記基板に光を照射して前記基板を加熱する加熱工程と、
を備え、
前記加熱工程は、
連続点灯ランプから前記基板に光を照射する予備加熱工程と、
前記予備加熱工程の後にフラッシュランプから前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュ加熱工程と、
前記予備加熱工程の前に前記連続点灯ランプからの光照射によって前記予備加熱工程での前記基板の温度よりも低い温度に前記基板を維持するアニール工程と、
を含み、
前記アニール工程が前記チャンバー内に水素雰囲気を形成して行われることにより、前記薄膜に含まれる前記ドーパントの原子を前記自然酸化膜中に拡散させて前記基板の表面と前記自然酸化膜との界面に集積させることを特徴とする熱処理方法。
【請求項2】
請求項１記載の熱処理方法において、前記予備加熱工程の途中で前記チャンバー内への前記酸化性ガスの供給を開始す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、前記フラッシュ加熱工程では、紫外光を含むフラッシュ光を前記基板に照射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、前記酸化性ガスは、酸素、オゾンおよび窒素酸化物からなる群から選択された１のガスを含むことを特徴とする熱処理方法。
【請求項5】
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、自然酸化膜を挟み込んでドーパントおよび炭素を含む薄膜が形成された基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に酸化性ガスを供給して酸化雰囲気を形成するガス供給部と、
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、
を備え、
前記光照射部は、
前記基板に光を照射して前記基板を予備加熱する連続点灯ランプと、
前記予備加熱の後に前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
を含み、
前記予備加熱の前に、前記チャンバー内に水素雰囲気を形成しつつ前記連続点灯ランプからの光照射によって前記予備加熱での前記基板の温度よりも低い温度に前記基板を維持することにより、前記薄膜に含まれる前記ドーパントの原子を前記自然酸化膜中に拡散させて前記基板の表面と前記自然酸化膜との界面に集積させることを特徴とする熱処理装置。
【請求項6】
請求項５記載の熱処理装置において、前記ガス供給部は、前記予備加熱の途中で前記チャンバー内への前記酸化性ガスの供給を開始することを特徴とする熱処理装置。
【請求項7】
請求項５または請求項６記載の熱処理装置において、前記フラッシュランプは、紫外光を含むフラッシュ光を前記基板に照射することを特徴とする熱処理装置。
【請求項8】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の熱処理装置において、前記酸化性ガスは、酸素、オゾンおよび窒素酸化物からなる群から選択された１のガスを含む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および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、単結晶のシリコンまたはゲルマニウムへのドーパントの導入は必要不可欠な工程である。ドーパントを導入することによって、ｎ型半導体またはｐ型半導体が作成される。ドーパントの導入は、典型的にはシリコン等の半導体基板にボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）等のドーパント原子をイオン打ち込み法によって注入し、その半導体基板にアニール処理を施してドーパント原子を活性化させることによって実現される。ところが、イオン打ち込み法には単結晶シリコン等に結晶欠陥を生じさせるという問題がある。
【0003】
また、近年、従来の平面型（プレーナ型）のデバイス構造を立体的な構造としてデバイス性能を高める試みがなされている（例えば、ＦｉｎＦＥＴ等）。このような立体的な構造の場合、従来より主流であったイオン打ち込み法では必要な箇所へのドーパント注入が困難なことがある。このため、イオン打ち込み法とは異なるドーパント導入技術として、ボロンやリン等のドーパントを添加した薄膜を半導体ウェハー上に成膜し、それにアニール処理を施すことによってドーパント原子を当該薄膜から半導体中に拡散させるＳＳＤ(Solid source doping)が提案されている（例えば、特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００７－２０１３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
一般的には、ドーパントを添加した薄膜をスピンコータによって成膜する場合、半導体ウェハーに塗布される塗布材料の主成分は炭素（Ｃ）を含む有機物系である。よって、半導体ウェハー上にはドーパントおよび炭素を含む薄膜が形成されることとなる。しかしながら、炭素を含む薄膜は高温のアニール処理によって硬化し、その後の剥離処理時に硬化した薄膜が剥離困難になるという問題が発生する。特に、ドーパントがボロンである場合、アニール処理によってボロンと炭素とが結合して超硬素材であるボロンカーバイトが生成され、薄膜が容易には剥離できなくなる。
【0006】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、炭素を含む薄膜を容易に剥離することができる熱処理方法および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】
【0007】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に光を照射することによって該基板を加熱する処理方法において、自然酸化膜を挟み込んでドーパントおよび炭素を含む薄膜が形成された基板をチャンバー内に収容する収容工程と、前記チャンバー内に酸化性ガスを供給して酸化雰囲気を形成する酸化雰囲気形成工程と、前記基板に光を照射して前記基板を加熱する加熱工程と、を備え、前記加熱工程は、連続点灯ランプから前記基板に光を照射する予備加熱工程と、前記予備加熱工程の後にフラッシュランプから前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュ加熱工程と、前記予備加熱工程の前に前記連続点灯ランプからの光照射によって前記予備加熱工程での前記基板の温度よりも低い温度に前記基板を維持するアニール工程と、を含み、前記アニール工程が前記チャンバー内に水素雰囲気を形成して行われることにより、前記薄膜に含まれる前記ドーパントの原子を前記自然酸化膜中に拡散させて前記基板の表面と前記自然酸化膜との界面に集積させることを特徴とする。
【0008】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記予備加熱工程の途中で前記チャンバー内への前記酸化性ガスの供給を開始することを特徴とする。
【0010】
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、前記フラッシュ加熱工程では、紫外光を含むフラッシュ光を前記基板に照射することを特徴とする。
【0011】
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記酸化性ガスは、酸素、オゾンおよび窒素酸化物からなる群から選択された１のガスを含むことを特徴とする。
【0012】
また、請求項５の発明は、基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、自然酸化膜を挟み込んでドーパントおよび炭素を含む薄膜が形成された基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内に酸化性ガスを供給して酸化雰囲気を形成するガス供給部と、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、を備え、前記光照射部は、前記基板に光を照射して前記基板を予備加熱する連続点灯ランプと、前記予備加熱の後に前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、を含み、前記予備加熱の前に、前記チャンバー内に水素雰囲気を形成しつつ前記連続点灯ランプからの光照射によって前記予備加熱での前記基板の温度よりも低い温度に前記基板を維持することにより、前記薄膜に含まれる前記ドーパントの原子を前記自然酸化膜中に拡散させて前記基板の表面と前記自然酸化膜との界面に集積させることを特徴とする。
【0013】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る熱処理装置において、前記ガス供給部は、前記予備加熱の途中で前記チャンバー内への前記酸化性ガスの供給を開始することを特徴とする。
【0015】
また、請求項７の発明は、請求項５または請求項６の発明に係る熱処理装置において、前記フラッシュランプは、紫外光を含むフラッシュ光を前記基板に照射することを特徴とする。
【0016】
また、請求項８の発明は、請求項５から請求項７のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記酸化性ガスは、酸素、オゾンおよび窒素酸化物からなる群から選択された１のガスを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
請求項１から請求項４の発明によれば、ドーパントおよび炭素を含む薄膜が形成された基板を収容したチャンバー内に酸化性ガスを供給して酸化雰囲気を形成し、当該基板に光を照射して当該基板を加熱するため、薄膜中の炭素の酸化を促進して炭素を薄膜から排出して薄膜の硬化を防止することができ、炭素を含む薄膜を容易に基板から剥離することができる。
【0018】
特に、請求項３の発明によれば、フラッシュ加熱工程では、紫外光を含むフラッシュ光を基板に照射するため、紫外光の化学反応によって薄膜の灰化処理を行って炭素を含む薄膜をより容易に基板から剥離することができる。
【0019】
請求項５から請求項８の発明によれば、ドーパントおよび炭素を含む薄膜が形成された基板を収容したチャンバー内に酸化性ガスを供給して酸化雰囲気を形成し、当該基板に光を照射して当該基板を加熱するため、薄膜中の炭素の酸化を促進して炭素を薄膜から排出して薄膜の硬化を防止することができ、炭素を含む薄膜を容易に基板から剥離することができる。
【0020】
特に、請求項７の発明によれば、フラッシュランプは紫外光を含むフラッシュ光を基板に照射するため、紫外光の化学反応によって薄膜の灰化処理を行って炭素を含む薄膜をより容易に基板から剥離することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【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】本発明に係る熱処理方法の手順を示すフローチャートである。
【図9】ドーパントを含む薄膜が成膜された半導体ウェハーの断面構造を模式的に示す図である。
【図10】半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
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。
【0023】
まず、本発明に係る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。
【0024】
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。熱処理装置１は、チャンバー６内に処理ガスを供給するガス供給部９０を備える。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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。放射温度計２０は、半導体ウェハーＷの下面から放射された赤外光を透明窓２１を介して受光し、その赤外光の強度から半導体ウェハーＷの温度を測定する。
【0030】
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を介してガス供給部９０の供給配管８３に連通接続されている。供給配管８３は二叉に分岐され、そのうちの一方は酸素供給源９３に接続され、他方は水素供給源９４に接続されている。供給配管８３から分岐されて酸素供給源９３に接続された配管にはバルブ９１が設けられ、水素供給源９４に接続された配管にはバルブ９２が設けられている。バルブ９１が開放されると酸素供給源９３から供給配管８３に酸素ガス（Ｏ２）が送り出される。一方、バルブ９２が開放されると水素供給源９４から供給配管８３に水素ガス（Ｈ２）が送り出される。酸素供給源９３、水素供給源９４、バルブ９１、バルブ９２および供給配管８３によって熱処理装置１のガス供給部９０が構成される。ガス供給部９０は、図示を省略する窒素供給源も備えており、供給配管８３に窒素ガス（Ｎ２）または酸素、水素と窒素との混合ガスを送給することもできる。供給配管８３から送給された処理ガスは緩衝空間８２に流入し、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。なお、酸素および水素のそれぞれの供給流量は分岐された配管に設けられた図示省略の流量調整バルブ等によって調整可能とされている。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
排気部１９０は、排気ポンプを備える。排気部１９０を作動させつつ、バルブ８９，１９２を開放することによって、チャンバー６内の雰囲気がガス排気管８８，１９１から排気部１９０へと排出される。ガス供給孔８１から何らのガス供給を行うことなく、排気部１９０によって密閉空間である熱処理空間６５の雰囲気を排気すると、チャンバー６内を大気圧未満の気圧に減圧することができる。すなわち、排気部１９０は、チャンバー６内を減圧する減圧部としても機能するものである。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
図１に戻り、チャンバー６には酸素濃度計９９が設けられている。酸素濃度計９９は、チャンバー６内の雰囲気中における酸素濃度を測定する。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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、本発明に係る熱処理方法について説明する。図８は、本発明に係る熱処理方法の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半導体基板はシリコン（Ｓｉ）の半導体ウェハーＷである。まず、シリコンの半導体ウェハーＷの表面にドーパントを含む薄膜を成膜する（ステップＳ１）。ステップＳ１の成膜処理は上述した熱処理装置１とは異なる成膜装置によって実行される。具体的には、スピンコータによって、半導体ウェハーＷを回転させつつ、その表面にドーパントを含む塗布液を滴下し、遠心力によって半導体ウェハーＷに表面に当該塗布液を薄く拡布する。塗布液には、例えばＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールメチルエーテルアセテート）等の炭素を含む有機溶剤が用いられている。そして、半導体ウェハーＷの表面に形成された塗布膜を乾燥させることによってドーパントおよび炭素を含む薄膜が成膜される。なお、ステップＳ１の成膜工程の前に、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うようにしても良い。
【0059】
図９は、ドーパントを含む薄膜が成膜された半導体ウェハーＷの断面構造を模式的に示す図である。シリコンの半導体ウェハーＷの表面には二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の自然酸化膜１０１が形成されている。この自然酸化膜１０１は意図して形成されたものではなく、フッ酸等による半導体ウェハーＷの表面洗浄処理を行って除去したとしても除去処理後に直ちに再成長を開始して不可避的に形成されるものである。従って、必然的にドーパントを含む薄膜１０２は自然酸化膜１０１の上に成膜される。すなわち、ドーパントを含む薄膜１０２と半導体ウェハーＷの表面との間に自然酸化膜１０１が挟み込まれることとなる。なお、自然酸化膜１０１の膜厚は例えば約１ｎｍであり、成膜された薄膜１０２の膜厚は例えば約１０ｎｍである。
【0060】
次に、ドーパントおよび炭素を含む薄膜１０２が成膜された半導体ウェハー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Ｓ２）。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、ガス供給部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。
【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、ドーパントを含む薄膜１０２が成膜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】
また、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内に水素を含む雰囲気が形成される（ステップＳ３）。具体的には、バルブ９２が開放されてガス供給孔８１から熱処理空間６５に水素ガスが供給される。このときに窒素ガスも同時に供給され、水素ガスと窒素ガスとの混合ガスが処理ガスとしてガス供給部９０から供給されることとなる。また、バルブ８９が開放されてガス排気孔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処理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、チャンバー６内が水素を含む雰囲気に置換される。チャンバー６内に形成された水素を含む雰囲気中における水素の濃度は例えば約４vol%である。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。
【0064】
チャンバー６内に水素を含む雰囲気が形成された後、ハロゲン加熱部４のハロゲンランプＨＬによって半導体ウェハーＷの水素アニールが実行される（ステップＳ４）。図１０は、半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。チャンバー６内に水素を含む雰囲気が形成された後、時刻ｔ１にハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して半導体ウェハーＷの加熱が開始される。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の裏面から照射される。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による加熱処理を行うときには、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の温度が所定のアニール温度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の温度がアニール温度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。水素アニールのアニール温度Ｔ１は、３００℃以上６００℃以下であり、より好ましくは４００℃以上５００℃以下である。
【0066】
時刻ｔ２に半導体ウェハーＷの温度がアニール温度Ｔ１に到達した後、制御部３は半導体ウェハーＷをそのアニール温度Ｔ１に予め設定された水素アニール時間の間維持する。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の温度がアニール温度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、時刻ｔ３まで半導体ウェハーＷの温度をほぼアニール温度Ｔ１に維持する。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの水素アニール時間は、１秒以上１時間以下であり、より好ましくは１分以上３０分以下である。
【0067】
ハロゲンランプＨＬによる加熱時には、半導体ウェハーＷの全体が均一にアニール温度Ｔ１に昇温している。ハロゲンランプＨＬによる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、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】
表面に自然酸化膜１０１を挟んでドーパントを含む薄膜１０２が成膜された半導体ウェハーＷを水素雰囲気中にてアニール温度Ｔ１に加熱することにより、二酸化ケイ素中におけるドーパント原子の拡散速度が増加する。その結果、薄膜１０２に含まれるドーパント原子が自然酸化膜１０１中を拡散して半導体ウェハーＷの表面と自然酸化膜１０１との界面に高濃度に集積するものと考えられる。
【0069】
アニール温度Ｔ１が６００℃以下であれば、薄膜１０２に含まれるドーパント原子が自然酸化膜１０１を超えて半導体ウェハーＷの表面に拡散するおそれはない。また、アニール温度Ｔ１が３００℃以上であれば、ドーパント原子が自然酸化膜１０１中を拡散することは可能である。このような理由により、水素アニールのアニール温度Ｔ１は、３００℃以上６００℃以下に限定される。
【0070】
所定の水素アニール時間が経過した時刻ｔ３に、チャンバー６内が減圧される（ステップＳ５）。具体的には、バルブ９１およびバルブ９２が閉止されてチャンバー６へのガス供給が行われることなく、バルブ８９が開放されてチャンバー６内の水素雰囲気が排出されてチャンバー６内が大気圧未満の気圧に減圧される。
【0071】
続いて時刻ｔ４に半導体ウェハーＷの予備加熱（アシスト加熱）が開始される（ステップＳ６）。予備加熱工程に移行すると、制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を水素アニール工程のときよりも高めて半導体ウェハーＷの裏面に照射されるハロゲン光の強度を強くする。これにより、半導体ウェハーＷの温度がアニール温度Ｔ１からさらに上昇する。
【0072】
また、半導体ウェハーＷの予備加熱が開始された後、バルブ９１が開放されてガス供給孔８１からチャンバー６内に酸素ガスが供給される（ステップＳ７）。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５は水素雰囲気から酸素雰囲気に置換されることとなる。水素雰囲気のチャンバー６内を一旦減圧して水素を排出してからチャンバー６内に酸素ガスを供給して酸素雰囲気を形成しているため、円滑かつ迅速に雰囲気置換を行うことができる。チャンバー６内における酸素の濃度は適宜のものとすることができ、例えば１００％であっても良い。チャンバー６内における酸素の濃度は酸素濃度計９９によって測定されている。
【0073】
水素アニール工程と同様に予備加熱時にも、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の温度が所定の予備加熱温度Ｔ２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Ｔ２は、水素アニールのアニール温度Ｔ１よりも高く、６００℃以上１１００℃以下である。半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ２に到達した後、制御部３はハロゲンランプＨＬの出力を調整して半導体ウェハーＷをその予備加熱温度Ｔ２に暫時維持する。
【0074】
半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ２に到達して所定時間が経過した時刻ｔ５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Ｓ８）。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。
【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、薄膜１０２および自然酸化膜１０１を含む半導体ウェハーＷの表面は瞬間的にピーク温度Ｔ３にまで昇温した後、急速に降温する。ピーク温度Ｔ３は、予備加熱温度Ｔ２よりも高く、シリコンの半導体ウェハーＷの融点未満である。
【0076】
フラッシュ加熱時のフラッシュ光照射時間は１００ミリセカンド以下の極めて短い時間である。よって、半導体ウェハーＷの表面温度がピーク温度Ｔ３となっている時間は１秒未満である。すなわち、フラッシュ加熱は、半導体ウェハーＷの表面をピーク温度Ｔ３に１秒未満加熱するミリセカンドアニールである。
【0077】
半導体ウェハーＷを酸素雰囲気中で予備加熱温度Ｔ２に予備加熱してからフラッシュ加熱することによって、半導体ウェハーＷの表面と自然酸化膜１０１との界面に集積されていたドーパント原子が半導体ウェハーＷの表面に拡散するとともに、その拡散したドーパント原子が活性化される。その結果、半導体ウェハーＷの表面にはドーパントの拡散層が形成される。
【0078】
また、それと同時に、ドーパントおよび炭素を含む薄膜１０２が成膜された半導体ウェハーＷを酸素雰囲気中で予備加熱温度Ｔ２に予備加熱してからフラッシュ加熱することによって、薄膜１０２中の炭素と雰囲気中の酸素との結合が促進され、薄膜１０２中の炭素は二酸化炭素（ＣＯ２）として薄膜１０２から排出される。その結果、加熱処理による薄膜１０２の硬化を防ぐことができる。
【0079】
このように本実施形態においては、酸素雰囲気中でのフラッシュ加熱により、ドーパントの導入および活性化と薄膜１０２中の炭素と酸素との結合とを同時に行っている。これにより、半導体ウェハーＷの表面にドーパントの拡散層を形成するとともに、薄膜１０２の硬化を防止することができる。
【0080】
フラッシュ加熱処理が終了した後、ハロゲンランプＨＬも消灯することにより、半導体ウェハーＷの温度が急速に降温する。また、チャンバー６内を再度減圧して酸素雰囲気を排出するとともに、チャンバー６内を窒素雰囲気に置換する。降温中の半導体ウェハーＷの温度は放射温度計２０によって測定され、その測定結果は制御部３に伝達される。制御部３は、放射温度計２０の測定結果より半導体ウェハーＷの温度が所定温度まで降温したか否かを監視する。そして、半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２がサセプタ７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプタ７４から受け取る。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、リフトピン１２上に載置された半導体ウェハーＷが装置外部の搬送ロボットにより搬出され、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Ｓ９）。
【0081】
熱処理装置１のチャンバー６から搬出された半導体ウェハーＷに対しては不要となった薄膜１０２の剥離処理が行われる（ステップＳ１０）。剥離処理としては、湿式または乾式の公知の種々の手法を採用することができる。薄膜１０２中の炭素を雰囲気中の酸素と結合させて薄膜１０２の硬化を防止しているため、薄膜１０２を容易に剥離することができる。
【0082】
本実施形態においては、ドーパントおよび炭素を含む薄膜１０２が成膜された半導体ウェハーＷを酸素雰囲気中にて加熱することにより、ドーパントの活性化とともに薄膜１０２中の炭素と雰囲気中の酸素との結合を促進して炭素を薄膜１０２から排出し、薄膜１０２の硬化を防止している。その結果、炭素を含む薄膜１０２を容易に半導体ウェハーＷから剥離することができる。
【0083】
また、酸素雰囲気中での加熱処理を行う前に、水素雰囲気中にて半導体ウェハーＷのアニール処理を行っている。これにより、フラッシュ加熱を行う前に半導体ウェハーＷの表面と自然酸化膜１０１との界面にドーパントを高濃度に集積させることができ、フラッシュ加熱時に半導体ウェハーＷの表面に容易にドーパントを導入することができる。
【0084】
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、チャンバー６内にガス供給部９０から酸素ガスを供給して酸化雰囲気を形成していたが、これに代えて、ガス供給部９０からオゾン（Ｏ３）または窒素酸化物（ＮＯｘ）を供給して酸化雰囲気を形成するようにしても良い。窒素酸化物は、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、二酸化窒素（ＮＯ２）を含む。すなわち、酸素、オゾンおよび窒素酸化物からなる群から選択された１のガスを含む酸化性ガスをチャンバー６内に供給して酸化雰囲気を形成するようにすれば良い。或いは、ラジカル酸素、水蒸気等をチャンバー６内に供給して酸化雰囲気を形成するようにしても良い。ドーパントおよび炭素を含む薄膜１０２が成膜された半導体ウェハーＷを上記酸化雰囲気中にて加熱することにより、薄膜１０２中の炭素の酸化を促進して炭素を薄膜１０２から排出して薄膜１０２を容易に半導体ウェハーＷから剥離することができる。
【0085】
また、フラッシュランプＦＬは紫外光を含むフラッシュ光を薄膜１０２が成膜された半導体ウェハーＷに照射するようにしても良い。紫外光を含むフラッシュ光とは、分光分布にて波長４００ｎｍ以下のピークを有するフラッシュ光である。薄膜１０２が成膜された半導体ウェハーＷに酸化雰囲気中にて紫外光を含むフラッシュ光を照射することにより、炭素の酸化が促進されるとともに、紫外光の化学反応によって薄膜１０２の灰化処理を行うことができる。これにより、炭素を含む薄膜１０２をより容易に半導体ウェハーＷから剥離することができる。
【0086】
適切な酸化性ガスを選択するとともに、酸化雰囲気中での加熱処理の条件を最適化することにより、炭素を含む薄膜１０２の全体を加熱処理によって分解することもできる。このようにすれば、ステップＳ１０の剥離処理を省略して工程数を削減することができる。
【0087】
また、上記実施形態においては、予備加熱およびフラッシュ加熱の前に、水素雰囲気中にて半導体ウェハーＷのアニール処理を行っていたが、これに代えて、窒素雰囲気中にて半導体ウェハーＷのアニール処理を行うようにしても良い。もっとも、水素雰囲気であれば、二酸化ケイ素中におけるドーパント原子の拡散速度が増加するため、ドーパント原子は自然酸化膜１０１中をより迅速に拡散することができる。
【0088】
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。
【0089】
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の水素アニールおよび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水素アニールおよび予備加熱を行うようにしても良い。
【符号の説明】
【0090】
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
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
８３ 供給配管
９０ ガス供給部
９３ 酸素供給源
９４ 水素供給源
９９ 酸素濃度計
１０１ 自然酸化膜
１０２ 薄膜
１９０ 排気部
ＦＬ フラッシュランプ
ＨＬ ハロゲンランプ
Ｗ 半導体ウェハー
３ 制御部
４ ハロゲン加熱部
５ フラッシュ加熱部
６ チャンバー
７ 保持部
１０ 移載機構
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
８３ 供給配管
９０ ガス供給部
９３ 酸素供給源
９４ 水素供給源
９９ 酸素濃度計
１０１ 自然酸化膜
１０２ 薄膜
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】