JP2013162075A - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フラッシュ光照射時の面内温度分布を均一に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】半導体ウェハーＷの表面の反射率によって多重反射の挙動が異なることに起因してフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光強度の面内分布が変動し、温度分布の不均一が生じる。この不均一を解消するように、半導体ウェハーＷを保持する保持部７を昇降させ、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの周縁部にチャンバー６のクランプリング９０の内周先端部によって形成される影領域の大きさを変化させる。これにより、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの周縁部に到達するフラッシュ光の強度を増減し、半導体ウェハーＷの面内温度分布を調整して均一にすることができる。
【選択図】図１４

Description

本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等の薄板状の精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）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。

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入は半導体ウェハー内にｐｎ接合を形成するための必須の工程である。現在、不純物導入は、イオン打ち込み法とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）といった不純物の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。この際に、アニール時間が数秒程度以上であると、打ち込まれた不純物が熱によって深く拡散し、その結果接合深さが要求よりも深くなり過ぎて良好なデバイス形成に支障が生じるおそれがある。

そこで、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するアニール技術として、近年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、不純物が注入された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。

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。このため、キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、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。

このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置としては、例えば特許文献１に開示されるようなものがある。特許文献１に記載されたフラッシュランプアニール装置においては、ホットプレートによって所定温度にまで予備加熱した半導体ウェハーにフラッシュランプからフラッシュ光を照射して目標の処理温度にまで昇温している。

特開２００４−５５８２１号公報

フラッシュランプを使用した熱処理装置では、フラッシュ光照射時間が極めて短いため、加熱処理中にランプ強度を微調整したり、半導体ウェハーを回転させて処理対象ウェハーの面内温度分布を改善することは不可能である。このため、表面にパターン形成や成膜のなされていない半導体ウェハー（ブランケットウェハー）を用いて面内温度分布が均一となるようにランプ強度等を調整した後、実際に処理対象となるパターン形成のなされた半導体ウェハーのフラッシュ加熱処理を行うようにしていた。ブランケットウェハーを用いた面内温度分布の計測は、イオン注入後のブランケットウェハーにフラッシュ加熱処理を行った後に、シート抵抗値を測定することによって行えば良い。フラッシュ加熱時に温度の高くなった領域ではシート抵抗値が低くなり、面内温度分布が均一であればシート抵抗値のバラツキも小さい。

しかしながら、実際に処理対象となる半導体ウェハーの表面反射率は、ブランケットウェハーの反射率とは異なる。また、処理対象となる半導体ウェハー間においても、形成されたパターンや膜の種類によって反射率が異なる。このため、ブランケットウェハーでは面内温度分布が均一となるように調整されていたとしても、実際に処理対象となる半導体ウェハーにフラッシュ光を照射したときには、周縁部の温度が中央部よりも高くなって温度分布が不均一になるという問題が生じていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュ光照射時の面内温度分布を均一に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。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、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手段と、前記保持手段に保持された基板の一方面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記一方面の反射率に応じて前記基板の周縁部に到達するフラッシュ光の強度を調整する強度調整手段と、を備えることを特徴とする。

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、前記強度調整手段は、前記一方面の反射率が高くなれば前記周縁部に到達するフラッシュ光の強度を増大し、前記一方面の反射率が低くなれば前記周縁部に到達するフラッシュ光の強度を減少することを特徴とする。

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、前記フラッシュランプは、前記チャンバーの上方に、前記チャンバーの光学窓よりも広い領域に配置され、前記強度調整手段は、前記保持手段を前記チャンバー内にて昇降させる昇降手段を含み、前記昇降手段は、前記一方面の反射率が高くなれば前記保持手段を上昇させてフラッシュ光照射時に前記チャンバーによって前記基板の周縁部に形成される影領域を小さくし、前記一方面の反射率が低くなれば前記保持手段を下降させて前記影領域を大きくすることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る熱処理装置において、前記強度調整手段は、前記一方面の反射率と前記保持手段の高さ位置とを対応付けた相関テーブルを保持し、当該相関テーブルに基づいて前記保持手段を昇降させることを特徴とする。

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装置において、前記一方面の反射率を測定する反射率測定手段をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、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方法において、チャンバー内にて保持手段に保持された基板の一方面に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工程と、前記一方面の反射率に応じて前記基板の周縁部に到達するフラッシュ光の強度を調整する強度調整工程と、を備えることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る熱処理方法において、前記強度調整工程では、前記一方面の反射率が高くなれば前記周縁部に到達するフラッシュ光の強度を増大し、前記一方面の反射率が低くなれば前記周縁部に到達するフラッシュ光の強度を減少することを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る熱処理方法において、前記フラッシュランプは、前記チャンバーの上方に、前記チャンバーの光学窓よりも広い領域に配置され、前記強度調整工程では、前記一方面の反射率が高くなれば前記保持手段を上昇させてフラッシュ光照射時に前記チャンバーによって前記基板の周縁部に形成される影領域を小さくし、前記一方面の反射率が低くなれば前記保持手段を下降させて前記影領域を大きくすることを特徴とする。

また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る熱処理方法において、前記強度調整工程では、前記一方面の反射率と前記保持手段の高さ位置とを対応付けた相関テーブルに基づいて前記保持手段を昇降させることを特徴とする。

また、請求項１０の発明は、請求項６から請求項９のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記一方面の反射率を測定する反射率測定工程をさらに備えることを特徴とする。

請求項１から請求項５の発明によれば、保持手段に保持された基板の一方面の反射率に応じて基板の周縁部に到達するフラッシュ光の強度を調整するため、反射率の相違に起因した温度分布の不均一を解消してフラッシュ光照射時の基板の面内温度分布を均一にすることができる。

また、請求項６から請求項１０の発明によれば、保持手段に保持された基板の一方面の反射率に応じて基板の周縁部に到達するフラッシュ光の強度を調整するため、反射率の相違に起因した温度分布の不均一を解消してフラッシュ光照射時の基板の面内温度分布を均一にすることができる。

本発明に係る熱処理装置を示す平面図である。 図１の熱処理装置の正面図である。 フラッシュ加熱部の構成を示す縦断面図である。 フラッシュ加熱部のガス路を示す断面図である。 保持部の構成を示す断面図である。 ホットプレートを示す平面図である。 図３のフラッシュ加熱部の構成を示す縦断面図である。 アライメント部の構成を示す図である。 制御部のハードウェア構成を示す図である。 図１の熱処理装置における処理手順を示すフローチャートである。 フラッシュ光照射時の多重反射の挙動を模式的に示す図である。 フラッシュ光照射時の多重反射の挙動を模式的に示す図である。 半導体ウェハーを保持する保持部の高さ位置とフラッシュ光強度との相関を説明するための図である。 半導体ウェハーを保持する保持部の高さ位置とフラッシュ光強度との相関を説明するための図である。 保持部の昇降による半導体ウェハーの面内温度分布の変化を示す図である。 相関テーブルの一例を示す図である。

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。

＜１．熱処理装置の構成＞
＜１−１．全体構成＞
図１は、本発明に係る熱処理装置１００を示す平面図であり、図２はその正面図である。熱処理装置１００は基板として略円板形状の半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射し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。なお、図１および図２においては適宜部分的に断面図としており、細部については適宜簡略化している。また、図１，２および以降の各図においては、それらの方向関係を明確にするためＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を必要に応じて付している。

図１および図２に示すように、熱処理装置１００は、未処理の半導体ウェハーＷを装置内に搬入するとともに処理済みの半導体ウェハーＷを装置外に搬出するためのインデクサ部１０１、未処理の半導体ウェハーＷの位置決めを行うアライメント部１３０、加熱処理後の半導体ウェハーＷの冷却を行う冷却部１４０、半導体ウェハーＷにフラッシュ加熱処理を施すフラッシュ加熱部１６０並びにアライメント部１３０、冷却部１４０およびフラッシュ加熱部１６０に対して半導体ウェハーＷの搬送を行う搬送ロボット１５０を備える。また、熱処理装置１００は、上記の各処理部に設けられた動作機構および搬送ロボット１５０を制御して半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理を進行させる制御部３を備える。

インデクサ部１０１は、複数のキャリアＣ（本実施形態では２個）を並べて載置するロードポート１１０と、各キャリアＣから未処理の半導体ウェハーＷを取り出すとともに、各キャリアＣに処理済みの半導体ウェハーＷを収納する受渡ロボット１２０とを備えている。未処理の半導体ウェハーＷを収容したキャリアＣは無人搬送車（ＡＧＶ）等によって搬送されてロードポート１１０に載置されるともに、処理済みの半導体ウェハーＷを収容したキャリアＣは無人搬送車によってロードポート１１０から持ち去られる。また、ロードポート１１０においては、受渡ロボット１２０がキャリアＣに対して任意の半導体ウェハーＷの出し入れを行うことができるように、キャリアＣが図２の矢印ＣＵにて示す如く昇降移動可能に構成されている。なお、キャリアＣの形態としては、半導体ウェハーＷを密閉空間に収納するＦＯＵＰ(front opening unified pod)の他に、ＳＭＩＦ(Standard Mechanical Inter Face)ポッドや収納した半導体ウェハーＷを外気に曝すＯＣ(open cassette)であっても良い。

また、受渡ロボット１２０は、矢印１２０Ｓにて示すようなスライド移動、矢印１２０Ｒにて示すような旋回動作および昇降動作が可能とされている。これにより、受渡ロボット１２０は、２つのキャリアＣに対して半導体ウェハーＷの出し入れを行うとともに、アライメント部１３０および冷却部１４０に対して半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。受渡ロボット１２０によるキャリアＣに対する半導体ウェハーＷの出し入れは、ハンド１２１のスライド移動、および、キャリアＣの昇降移動により行われる。また、受渡ロボット１２０とアライメント部１３０または冷却部１４０との半導体ウェハーＷの受け渡しは、ハンド１２１のスライド移動、および、受渡ロボット１２０の昇降動作によって行われる。

アライメント部１３０は、半導体ウェハーＷを回転させて続くフラッシュ加熱に適切な向きに向ける処理部である。受渡ロボット１２０からアライメント部１３０へはウェハー中心が所定の位置に位置するように半導体ウェハーＷが渡される。アライメント部１３０では、インデクサ部１０１から受け取った半導体ウェハーＷの中心部を回転中心として鉛直方向軸まわりで回転させノッチやオリフラ等を光学的に検出することによって半導体ウェハーＷの位置決めを行う。また、アライメント部１３０は後述の光学測定ユニットを備えており、その光学測定ユニットによって処理対象となる半導体ウェハーＷの反射率を測定する。

熱処理装置１００の主要部であるフラッシュ加熱部１６０は、予備加熱を行った半導体ウェハーＷにキセノンフラッシュランプＦＬからの閃光（フラッシュ光）を照射してフラッシュ加熱処理を行う処理部である。フラッシュ加熱部１６０およびアライメント部１３０の構成についてはさらに後述する。

冷却部１４０は、金属製の冷却プレートの上面に石英板を載置して構成されている。フラッシュ加熱部１６０にてフラッシュ加熱処理が施された直後の半導体ウェハーＷは温度が高いため、冷却部１４０にて上記石英板上に載置されて冷却される。

搬送ロボット１５０は、鉛直方向に沿った軸を中心に矢印１５０Ｒにて示すように旋回可能とされるとともに、複数のアームセグメントからなる２つのリンク機構を有し、それら２つのリンク機構の先端にはそれぞれ半導体ウェハーＷを保持する搬送アーム１５１ａ，１５１ｂが設けられる。これらの搬送アーム１５１ａ，１５１ｂは上下に所定のピッチだけ隔てて配置され、リンク機構によりそれぞれ独立して同一水平方向に直線的にスライド移動可能とされている。また、搬送ロボット１５０は、２つのリンク機構が設けられるベースを昇降移動することにより、所定のピッチだけ離れた状態のまま２つの搬送アーム１５１ａ，１５１ｂを昇降移動させる。

また、搬送ロボット１５０による半導体ウェハーＷの搬送空間として搬送ロボット１５０を収容する搬送室１７０が設けられており、アライメント部１３０、冷却部１４０およびフラッシュ加熱部１６０が搬送室１７０に連結されて配置されている。搬送ロボット１５０がアライメント部１３０、フラッシュ加熱部１６０または冷却部１４０を受け渡し相手として半導体ウェハーＷの受け渡し（出し入れ）を行う際には、まず、両搬送アーム１５１ａ，１５１ｂが受け渡し相手と対向するように旋回し、その後（または旋回している間に）昇降移動していずれかの搬送アームが受け渡し相手と半導体ウェハーＷを受け渡しする高さに位置する。そして、搬送アーム１５１ａ（１５１ｂ）を水平方向に直線的にスライド移動させて受け渡し相手と半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。

また、インデクサ部１０１とアライメント部１３０および冷却部１４０との間にはそれぞれゲートバルブ１８１，１８２が設けられ、搬送室１７０とアライメント部１３０、冷却部１４０およびフラッシュ加熱部１６０との間にはそれぞれゲートバルブ１８３，１８４，１８５が設けられる。そして、アライメント部１３０、冷却部１４０および搬送室１７０の内部が清浄に維持されるようにそれぞれに窒素ガス供給部（図示省略）から高純度の窒素ガスが供給され、余剰の窒素ガスは適宜排気管から排気される。なお、半導体ウェハーＷが搬送される際に適宜これらのゲートバルブが開閉される。

また、アライメント部１３０および冷却部１４０は、インデクサ部１０１と搬送ロボット１５０との間のウェハー搬送経路の往路および復路にそれぞれ位置し、アライメント部１３０では半導体ウェハーＷの位置決めを行うために半導体ウェハーＷが一時的に載置され、冷却部１４０では加熱処理後の半導体ウェハーＷを冷却するために半導体ウェハーＷが一時的に載置される。

＜１−２．フラッシュ加熱部の構成＞
次に、フラッシュ加熱部１６０の構成について詳細に説明する。図３は、フラッシュ加熱部１６０の構成を示す縦断面図である。フラッシュ加熱部１６０は、半導体ウェハーＷを収容する略円筒形状のチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するランプハウス５と、を備える。

チャンバー６は、ランプハウス５の下方に設けられており、略円筒状の内壁を有するチャンバー側部６３、および、チャンバー側部６３の下部を覆うチャンバー底部６２によって構成される。また、チャンバー側部６３およびチャンバー底部６２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。熱処理空間６５の上方は上部開口６０とされており、上部開口６０にはチャンバー窓６１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チャンバー窓６１は、石英により形成された円板形状部材であり、フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５に透過する石英窓として機能する。チャンバー６の本体を構成するチャンバー底部６２およびチャンバー側部６３は、例えば、ステンレススチール等の強度と耐熱性に優れた金属材料にて形成されており、チャンバー側部６３の内側面の上部のリング６３１は、光照射による劣化に対してステンレススチールより優れた耐久性を有するアルミニウム（Ａｌ）合金等で形成されている。

また、熱処理空間６５の気密性を維持するために、チャンバー窓６１とチャンバー側部６３とはＯリングによってシールされている。すなわち、チャンバー窓６１の下面周縁部とチャンバー側部６３との間にＯリングを挟み込むとともに、クランプリング９０をチャンバー窓６１の上面周縁部に当接させ、そのクランプリング９０をチャンバー側部６３にネジ止めすることによって、チャンバー窓６１をＯリングに押し付けている。

クランプリング９０の内周先端部はチャンバー側部６３よりも内側に突き出ている。従って、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に導くための光学窓６７はクランプリング９０の開口部によって規定される。

チャンバー底部６２には、保持部７を貫通して半導体ウェハーＷをその下面（フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光が照射される側とは反対側の面）から支持するための複数（本実施の形態では３本）の支持ピン７０が立設されている。支持ピン７０は、例えば石英により形成されており、チャンバー６の外部から固定されているため、容易に取り替えることができる。

チャンバー側部６３は、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６６を有し、搬送開口部６６は、軸６６２を中心に回動するゲートバルブ１８５により開閉可能とされる。チャンバー側部６３における搬送開口部６６とは反対側の部位には熱処理空間６５に処理ガス（例えば、窒素（Ｎ_２）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス、あるいは、酸素（Ｏ_２）ガス等）を導入する導入路８１が形成され、その一端は弁８２を介して図示省略の給気機構に接続され、他端はチャンバー側部６３の内部に形成されるガス導入バッファ８３に接続される。また、搬送開口部６６には熱処理空間６５内の気体を排出する排出路８６が形成され、弁８７を介して図示省略の排気機構に接続される。

図４は、チャンバー６をガス導入バッファ８３の位置にて水平面で切断した断面図である。図４に示すように、ガス導入バッファ８３は、図３に示す搬送開口部６６の反対側においてチャンバー側部６３の内周の約１／３に亘って形成されており、導入路８１を介してガス導入バッファ８３に導かれた処理ガスは、複数のガス供給孔８４から熱処理空間６５内へと供給される。

図３に戻り、フラッシュ加熱部１６０は、チャンバー６の内部において半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持しつつフラッシュ光照射前にその保持する半導体ウェハーＷの予備加熱を行う略円板状の保持部７と、保持部７をチャンバー６の底面であるチャンバー底部６２に対して昇降させる保持部昇降機構４と、を備える。図３に示す保持部昇降機構４は、略円筒状のシャフト４１、移動板４２、ガイド部材４３（本実施の形態ではシャフト４１の周りに３本配置される）、固定板４４、ボールネジ４５、ナット４６およびモータ４０を有する。チャンバー６の下部であるチャンバー底部６２には保持部７よりも小さい直径を有する略円形の下部開口６４が形成されており、ステンレススチール製のシャフト４１は、下部開口６４を挿通して、保持部７（厳密には保持部７のホットプレート７１）の下面に接続されて保持部７を支持する。

移動板４２にはボールネジ４５と螺合するナット４６が固定されている。また、移動板４２は、チャンバー底部６２に固定されて下方へと伸びるガイド部材４３により摺動自在に案内されて上下方向に移動可能とされる。また、移動板４２は、シャフト４１を介して保持部７に連結される。

モータ４０は、ガイド部材４３の下端部に取り付けられる固定板４４に設置され、タイミングベルト４０１を介してボールネジ４５に接続される。保持部昇降機構４により保持部７が昇降する際には、駆動部であるモータ４０が制御部３の制御によりボールネジ４５を回転し、ナット４６が固定された移動板４２がガイド部材４３に沿って鉛直方向に移動する。この結果、移動板４２に固定されたシャフト４１が鉛直方向に沿って移動し、シャフト４１に接続された保持部７が図３に示す半導体ウェハーＷの受渡位置と図７に示す半導体ウェハーＷの処理位置との間で滑らかに昇降する。

移動板４２の上面には略半円筒状（円筒を長手方向に沿って半分に切断した形状）のメカストッパ４５１がボールネジ４５に沿うように立設されており、仮に何らかの異常により移動板４２が所定の上昇限界を超えて上昇しようとしても、メカストッパ４５１の上端がボールネジ４５の端部に設けられた端板４５２に突き当たることによって移動板４２の異常上昇が防止される。これにより、保持部７がチャンバー窓６１の下方の所定位置以上に上昇することはなく、保持部７とチャンバー窓６１との衝突が防止される。

また、保持部昇降機構４は、チャンバー６の内部のメンテナンスを行う際に保持部７を手動にて昇降させる手動昇降部４９を有する。手動昇降部４９はハンドル４９１および回転軸４９２を有し、ハンドル４９１を介して回転軸４９２を回転することより、タイミングベルト４９５を介して回転軸４９２に接続されるボールネジ４５を回転して保持部７の昇降を行うことができる。

チャンバー底部６２の下側には、シャフト４１の周囲を囲み下方へと伸びる伸縮自在のベローズ４７が設けられ、その上端はチャンバー底部６２の下面に接続される。一方、ベローズ４７の下端はベローズ下端板４７１に取り付けられている。べローズ下端板４７１は、鍔状部材４１１によってシャフト４１にネジ止めされて取り付けられている。保持部昇降機構４により保持部７がチャンバー底部６２に対して上昇する際にはベローズ４７が収縮され、下降する際にはべローズ４７が伸張される。そして、保持部７が昇降する際にも、ベローズ４７が伸縮することによって熱処理空間６５内の気密状態が維持される。

図５は、保持部７の構成を示す断面図である。保持部７は、半導体ウェハーＷを予備加熱（いわゆるアシスト加熱）するホットプレート（加熱プレート）７１、および、ホットプレート７１の上面（保持部７が半導体ウェハーＷを保持する側の面）に設置されるサセプタ７２を有する。保持部７の下面には、既述のように保持部７を昇降するシャフト４１が接続される。サセプタ７２は石英（あるいは、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）等であってもよい）により形成され、その上面には半導体ウェハーＷの位置ずれを防止するピン７５が設けられる。サセプタ７２は、その下面をホットプレート７１の上面に面接触させてホットプレート７１上に設置される。これにより、サセプタ７２は、ホットプレート７１からの熱エネルギーを拡散してサセプタ７２上面に載置された半導体ウェハーＷに伝達するとともに、メンテナンス時にはホットプレート７１から取り外して洗浄可能とされる。

ホットプレート７１は、ステンレススチール製の上部プレート７３および下部プレート７４にて構成される。上部プレート７３と下部プレート７４との間には、ホットプレート７１を加熱するニクロム線等の抵抗加熱線７６が配設され、導電性のニッケル（Ｎｉ）ロウが充填されて封止されている。また、上部プレート７３および下部プレート７４の端部はロウ付けにより接着されている。

図６は、ホットプレート７１を示す平面図である。図６に示すように、ホットプレート７１は、保持される半導体ウェハーＷと対向する領域の中央部に同心円状に配置される円板状のゾーン７１１および円環状のゾーン７１２、並びに、ゾーン７１２の周囲の略円環状の領域を周方向に４等分割した４つのゾーン７１３〜７１６を備え、各ゾーン間には若干の間隙が形成されている。また、ホットプレート７１には、支持ピン７０が挿通される３つの貫通孔７７が、ゾーン７１１とゾーン７１２との隙間の周上に１２０°毎に設けられる。

６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、相互に独立した抵抗加熱線７６が周回するように配設されてヒータが個別に形成されており、各ゾーンに内蔵されたヒータにより各ゾーンが個別に加熱される。保持部７に保持された半導体ウェハーＷは、６つのゾーン７１１〜７１６に内蔵されたヒータにより加熱される。また、ゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、熱電対を用いて各ゾーンの温度を計測するセンサ７１０が設けられている。各センサ７１０は略円筒状のシャフト４１の内部を通り制御部３に接続される。

ホットプレート７１が加熱される際には、センサ７１０により計測される６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が予め設定された所定の温度になるように、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７６への電力供給量が制御部３により制御される。制御部３による各ゾーンの温度制御はＰＩＤ(Proportional,Integral,Derivative)制御により行われる。ホットプレート７１では、半導体ウェハーＷの熱処理（複数の半導体ウェハーＷを連続的に処理する場合は、全ての半導体ウェハーＷの熱処理）が終了するまでゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が継続的に計測され、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７６への電力供給量が個別に制御されて、すなわち、各ゾーンに内蔵されたヒータの温度が個別に制御されて各ゾーンの温度が設定温度に維持される。なお、各ゾーンの設定温度は、基準となる温度から個別に設定されたオフセット値だけ変更することが可能とされる。

６つのゾーン７１１〜７１６にそれぞれ配設される抵抗加熱線７６は、シャフト４１の内部を通る電力線を介してプレート電源９８（図９参照）に接続されている。プレート電源９８から各ゾーンに至る経路途中において、プレート電源９８からの電力線は、マグネシア（マグネシウム酸化物）等の絶縁体を充填したステンレスチューブの内部に互いに電気的に絶縁状態となるように配置される。なお、シャフト４１の内部は大気開放されている。

次に、ランプハウス５は、チャンバー６の上方に設けられている。ランプハウス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、ランプハウス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。ランプハウス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部材である。ランプハウス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がチャンバー窓６１と相対向することとなる。ランプハウス５は、チャンバー６内にて保持部７に保持される半導体ウェハーＷにランプ光放射窓５３およびチャンバー窓６１を介してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射することにより半導体ウェハーＷを加熱する。

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の配列によって形成される平面の平面エリアは、クランプリング９０の開口部によって規定されるチャンバー６の光学窓６７よりも大きい。すなわち、複数のフラッシュランプＦＬは、チャンバー６の上方に、チャンバー６の光学窓６７よりも広い領域にわたって配置されている。

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、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。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９９（図９参照）のコイル定数によって調整することができる。

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保持部７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梨地模様を呈する。このような粗面化加工を施しているのは、リフレクタ５２の表面が完全な鏡面であると、複数のフラッシュランプＦＬからの反射光の強度に規則パターンが生じて半導体ウェハーＷの表面温度分布の均一性が低下するためである。

上記の構成以外にもフラッシュ加熱部１６０は、半導体ウェハーＷの熱処理時にフラッシュランプＦＬおよびホットプレート７１から発生する熱エネルギーによるチャンバー６およびランプハウス５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のチャンバー側部６３およびチャンバー底部６２には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ランプハウス５は、内部に気体流を形成して排熱するための気体供給管５５および排気管５６が設けられて空冷構造とされている（図３，７参照）。また、チャンバー窓６１とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、ランプハウス５およびチャンバー窓６１を冷却する。

＜１−３．アライメント部の構成＞
次に、アライメント部１３０の構成について説明する。図８は、アライメント部１３０の構成を示す図である。アライメント部１３０は、チャンバー１３１にウェハ保持部１３２と光学測定ユニット２３０とを備えて構成されている。

チャンバー１３１は半導体ウェハーＷを収容する金属製の筐体である。チャンバー１３１の側壁には受渡ロボット１２０および搬送ロボット１５０がアクセスするための開口（図示省略）がそれぞれ設けられており、それぞれの開口はゲートバルブ１８１，１８３によって開閉される。

チャンバー１３１の底部にはウェハ保持部１３２が設けられている。ウェハ保持部１３２は、回転テーブル１３３とアライメントモータ１３５とを備えている。回転テーブル１３３は半導体ウェハーＷを下面から支持して水平姿勢（半導体ウェハーＷの法線が鉛直方向に沿う姿勢）にて載置する。回転テーブル１３３はアライメントモータ１３５によって鉛直方向軸まわりで回転可能とされている。

光学測定ユニット２３０は、測定光学系２３１と、この測定光学系２３１に対して投光用光ファイバ２３２を介して結合された投光器２３３と、測定光学系２３１に対して受光用光ファイバ２３４を介して結合された分光器２３５と、を含む。光学測定ユニット２３０の構成要素のうち測定光学系２３１はチャンバー１３１の天井部分に固定設置されており、他の要素はチャンバー１３１の外部に設けられている。

投光器２３３はハロゲンランプを内蔵しており、一定光量の光を発生する。投光器２３３から出射された光は投光用光ファイバ２３２を介して測定光学系２３１に導かれ、測定光学系２３１から鉛直方向下方に向けて出射される。測定光学系２３１から下方に向けて出射された光は、回転テーブル１３３に半導体ウェハーＷが支持されているときには、その半導体ウェハーＷの表面に照射される。

半導体ウェハーＷの表面に到達した光は鉛直方向上方に向けて反射され、その反射光は測定光学系２３１に再び入射する。そして、測定光学系２３１に入射した光は受光用光ファイバ２３４を介して分光器２３５に導かれ、分光器２３５によってスペクトル分解処理を受け、この処理結果として分光器２３５から出力された信号が制御部３に入力される。制御部３は、分光器２３５から出力された信号から得られる半導体ウェハーＷの反射光強度および投光器２３３から出射した光の強度に基づいて半導体ウェハーＷの反射率を算定する。

上述した構成要素以外にも、アライメント部１３０には回転テーブル１３３に支持されて回転する半導体ウェハーＷの切り欠き部（φ３００ｍｍウェハーの場合はノッチ、φ２００ｍｍウェハーの場合はオリフラ）を検出する検出ヘッド、チャンバー１３１に窒素ガスを供給するガス供給部およびチャンバー１３１内の雰囲気ガスを排気する排気部等（いずれも図示省略）が設けられている。

＜１−４．制御部の構成＞
次に、制御部３の構成について説明する。制御部３は、熱処理装置１００に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。図９は、制御部３のハードウェア構成を示す図である。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ＣＰＵ３１、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ＲＯＭ３２、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ３３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３４をバスライン３９に接続して構成されている。

また、バスライン３９には、チャンバー６内にて保持部７を昇降させる保持部昇降機構４のモータ４０、フラッシュランプＦＬに電力供給を行うランプ電源９９、ホットプレート７１のゾーン７１１〜７１６への電力供給を行うプレート電源９８、並びに、光学測定ユニット２３０の投光器２３３および分光器２３５等が電気的に接続されている。制御部３のＣＰＵ３１は、磁気ディスク３４に格納された制御用ソフトウェアを実行することにより、これらの各動作機構を制御して、半導体ウェハーＷの加熱処理を進行する。また、磁気ディスク３４には、半導体ウェハーＷの反射率と保持部７の高さ位置とを対応付けた相関テーブル３８が格納されており、ＣＰＵ３１は当該相関テーブル３８に基づいてフラッシュ光照射前に保持部７を昇降させる。

さらに、バスライン３９には、表示部３５および入力部３６が電気的に接続されている。表示部３５は、例えば液晶ディスプレイ等を用いて構成されており、処理結果やレシピ内容等の種々の情報を表示する。入力部３６は、例えばキーボードやマウス等を用いて構成されており、コマンドやパラメータ等の入力を受け付ける。装置のオペレータは、表示部３５に表示された内容を確認しつつ入力部３６からコマンドやパラメータ等の入力を行うことができる。なお、表示部３５と入力部３６とを一体化してタッチパネルとして構成するようにしても良い。

＜２．熱処理装置の処理動作＞
次に、本発明に係る熱処理装置１００による半導体ウェハーＷの処理動作について説明する。この熱処理装置１００において処理対象となる半導体ウェハーＷは、パターン形成後にイオン注入法により不純物（イオン）が添加された半導体ウェハーである。その不純物の活性化がフラッシュ加熱部１６０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。ここでは、熱処理装置１００全体における処理動作について簡単に説明した後、フラッシュ光照射前の保持部７の高さ調整について説明する。以下に説明する熱処理装置１００の処理手順は、制御部３が熱処理装置１００の各動作機構を制御することにより進行する。

図１０は、熱処理装置１００における処理手順を示すフローチャートである。熱処理装置１００では、まず、不純物注入後の半導体ウェハーＷがキャリアＣに複数枚収容された状態でインデクサ部１０１のロードポート１１０に載置される。そして、受渡ロボット１２０がキャリアＣから半導体ウェハーＷを１枚ずつ取り出し、アライメント部１３０に載置する。アライメント部１３０では、回転テーブル１３３に支持された半導体ウェハーＷを、その中心部を回転中心として鉛直方向軸まわりで回転させノッチ等を光学的に検出することによって半導体ウェハーＷの位置決めを行う。

また、アライメント部１３０では、光学測定ユニット２３０による半導体ウェハーＷの表面の反射率測定が行われる（ステップＳ１）。具体的には、投光器２３３から測定光学系２３１を介して半導体ウェハーＷの表面に入射した入射光の強度と、半導体ウェハーＷの表面で反射して測定光学系２３１によって受光された反射光の強度との比率を制御部３が算定し、それを半導体ウェハーＷの表面の反射率としてＲＡＭ３３等に記憶する。なお、半導体ウェハーＷの「表面」とは、半導体ウェハーＷの主面のうちパターンが形成されて不純物が注入された面であり、「裏面」とは主面のうち表面とは反対側の面である。

アライメント部１３０にて位置決めが行われた半導体ウェハーＷは搬送ロボット１５０の上側の搬送アーム１５１ａにより搬送室１７０内へと取り出され、搬送ロボット１５０がフラッシュ加熱部１６０を向くように旋回する。搬送ロボット１５０がフラッシュ加熱部１６０に向くと、下側の搬送アーム１５１ｂがフラッシュ加熱部１６０から先行するフラッシュ加熱処理後の半導体ウェハーＷを取り出し、上側の搬送アーム１５１ａが未処理の半導体ウェハーＷをフラッシュ加熱部１６０へと搬入する。このときに搬送ロボット１５０は、フラッシュランプＦＬの長手方向と垂直に搬送アーム１５１ａ，１５１ｂをスライド移動させる。

フラッシュ加熱部１６０においては、処理に先立って保持部７が図７に示す処理位置から図３に示す受渡位置に下降する（ステップＳ２）。「処理位置」とは、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射が行われるときの保持部７の位置であり、図７に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。また、「受渡位置」とは、チャンバー６に半導体ウェハーＷの搬出入が行われるときの保持部７の位置であり、図３に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。「処理位置」は、「受渡位置」よりも上方ではあるが固定された位置ではなく、上下方向の一定の範囲内におけるいずれかの位置である。フラッシュ加熱部１６０における保持部７の基準位置は処理位置であり、処理前にあっては保持部７は処理位置に位置しており、これが処理開始に際して受渡位置に下降するのである。図３に示すように、保持部７が受渡位置にまで下降するとチャンバー底部６２に近接し、支持ピン７０の先端が保持部７を貫通して保持部７の上方に突出する。

次に、保持部７が受渡位置に下降した後、弁８２が開かれてチャンバー６の熱処理空間６５内に不活性ガス（本実施形態では、窒素ガス）が供給される。それと同時に、弁８７が開かれて熱処理空間６５内の気体が排気される（ステップＳ３）。半導体ウェハーＷの搬入時におけるチャンバー６への窒素ガスのパージ量は約４０リットル／分とされ、チャンバー６に供給された窒素ガスは、熱処理空間６５においてガス導入バッファ８３から図４中に示す矢印ＡＲ４の方向へと流れ、排出路８６および弁８７を介してユーティリティ排気により排気される。また、チャンバー６に供給された窒素ガスの一部は、べローズ４７の内側に設けられる排出口（図示省略）からも排出される。なお、以下で説明する各ステップにおいて、チャンバー６には常に窒素ガスが供給および排気され続けており、窒素ガスの供給量は半導体ウェハーＷの処理工程に合わせて様々に変更される。

続いて、ゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放される。この時点で搬送ロボット１５０が処理対象となる半導体ウェハーＷを保持する搬送アーム１５１ａを搬送開口部６６からチャンバー６内に進入させる。搬送ロボット１５０は、３本の支持ピン７０の上方にまで搬送アーム１５１ａを進出させた後、搬送アーム１５１ａを若干下降させる。このときに、搬送アーム１５１ａに保持されていた半導体ウェハーＷは３本の支持ピン７０に受け渡される（ステップＳ４）。

半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入されて３本の支持ピン７０に載置されると、搬送ロボット１５０が搬送アーム１５１ａをチャンバー６から退出させる。そして、ゲートバルブ１８５により搬送開口部６６が閉鎖された後、保持部昇降機構４により保持部７が受渡位置からチャンバー窓６１に近接した所定の処理位置にまで上昇する（ステップＳ５）。このときに、制御部３の制御によって、ステップＳ１で測定された半導体ウェハーＷの表面反射率に応じた高さ位置に保持部７は上昇するのであるが、これについてはさらに後述する。

保持部７が受渡位置から上昇する過程において、半導体ウェハーＷは支持ピン７０から保持部７のサセプタ７２へと渡され、サセプタ７２の上面に載置・保持される。保持部７が処理位置にまで上昇するとサセプタ７２に保持された半導体ウェハーＷも処理位置に保持されることとなる。

ホットプレート７１の６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれは、各ゾーンの内部（上部プレート７３と下部プレート７４との間）に個別に内蔵されたヒータ（抵抗加熱線７６）により所定の温度まで加熱されている。保持部７が処理位置まで上昇して半導体ウェハーＷが保持部７と接触することにより、その半導体ウェハーＷはホットプレート７１に内蔵されたヒータによって予備加熱されて温度が次第に上昇する（ステップＳ６）。

この処理位置にて約６０秒間の予備加熱が行われ、半導体ウェハーＷの温度が予め設定された予備加熱温度Ｔ１まで上昇する。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７００℃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５００℃）。

約６０秒間の予備加熱時間が経過した後、保持部７が処理位置に位置したまま制御部３の制御によりランプハウス５のフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷへ向けてフラッシュ光が照射される（ステップＳ７）。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内の保持部７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。フラッシュ加熱は、フラッシュランプＦＬからの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、ランプハウス５のフラッシュランプ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。

フラッシュ加熱が終了し、処理位置における約１０秒間の待機の後、保持部７が保持部昇降機構４により再び図３に示す受渡位置まで下降し、半導体ウェハーＷが保持部７から支持ピン７０へと渡される（ステップＳ８）。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、搬送ロボット１５０が搬送アーム１５１ｂを搬送開口部６６からチャンバー６内に進入させる。搬送ロボット１５０は、３本の支持ピン７０によって支持される半導体ウェハーＷの下方にまで搬送アーム１５１ｂを進出させた後、搬送アーム１５１ｂを上昇させる。これにより、支持ピン７０に載置されていた半導体ウェハーＷは搬送アーム１５１ｂに受け渡される。その後、搬送ロボット１５０は、フラッシュ加熱処理後の半導体ウェハーＷを支持した搬送アーム１５１ｂをチャンバー６から退出させて半導体ウェハーＷを搬出する（ステップＳ９）。

既述のように、フラッシュ加熱部１６０における半導体ウェハーＷの熱処理時には窒素ガスがチャンバー６に継続的に供給されており、その供給量は、保持部７が処理位置に位置するときには約３０リットル／分とされ、保持部７が処理位置以外の位置に位置するときには約４０リットル／分とされる。

その後、搬送ロボット１５０は冷却部１４０に向くように旋回し、下側の搬送アーム１５１ｂがフラッシュ加熱処理済の半導体ウェハーＷを冷却部１４０内に載置する。冷却部１４０にて冷却された半導体ウェハーＷは受渡ロボット１２０によりキャリアＣへと返却される。所定枚数の処理済み半導体ウェハーＷが収容されたキャリアＣがインデクサ部１０１のロードポート１１０から搬出されて熱処理装置１００における一連の処理が完了する。

本実施形態においては、ステップＳ５にて保持部７が処理位置に上昇するときに、半導体ウェハーＷの表面反射率に応じた高さ位置に上昇するように制御されている。以下、この内容について詳細に説明する。

図１１および図１２は、フラッシュ光照射時の多重反射の挙動を模式的に示す図である。図１１は半導体ウェハーＷの表面の反射率が高い場合を示し、図１２は表面反射率が低い場合を示している。なお、図１１および図１２における半導体ウェハーＷの高さ位置は同じである。

一般に表面にパターンが形成されておらず成膜もなされていない半導体ウェハーＷ（ブランケットウェハー）の表面反射率は高い。また、表面に反射率の高い膜が形成されている半導体ウェハーＷの表面反射率も高い。このような表面の反射率が高い半導体ウェハーＷを保持した保持部７が所定の処理位置に上昇した状態において、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射すると、図１１に示すように、保持部７に保持された処理位置の半導体ウェハーＷとランプハウス５のリフレクタ５２との間でフラッシュ光の多重反射が生じる。すなわち、複数のフラッシュランプＦＬの配列における中央近傍のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光が反射率の高い半導体ウェハーＷの表面で反射されてランプハウス５へと向かい、その反射光がリフレクタ５２で反射されて再び半導体ウェハーＷに入射して反射されるという現象が繰り返される。

また、複数のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光は、チャンバー６に設けられた部材（本実施形態ではクランプリング９０および保持部７等）とリフレクタ５２との間で多重反射された後に半導体ウェハーＷの周縁部に入射する。これら中央近傍および端部近傍のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光の多重反射によって、半導体ウェハーＷの表面の中央部および周縁部の双方において照射されるフラッシュ光の強度が強くなる。

一方、表面に各種の膜が形成されてパターン形成のなされている半導体ウェハーＷの表面反射率は相対的に低い。通常、実際に処理対象となる半導体ウェハーＷはこのようなウェハーであり、ブランケットウェハーよりは表面反射率が低い。このような表面の反射率が低い半導体ウェハーＷを保持した保持部７が所定の処理位置に上昇した状態において、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射すると、図１２に示すように、半導体ウェハーＷの表面での反射は生じにくい。よって、複数のフラッシュランプＦＬの配列における中央近傍のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光は半導体ウェハーＷの表面でほとんど反射されず、多重反射の減衰が大きくなる。

また、複数のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光は、上記の図１１と同様に、チャンバー６に設けられた部材とリフレクタ５２との間で多重反射された後に半導体ウェハーＷの周縁部に入射する。すなわち、半導体ウェハーＷの中央部においては多重反射が生じにくいために多重反射による入射が少なくなる反面、周縁部においては半導体ウェハーＷ以外の要素での多重反射による入射が生じる。このような半導体ウェハーＷ以外の要素による多重反射は、半導体ウェハーＷの表面反射率に依存することなく生じるものであり、表面反射率に関わらず概ね一定の強度にて半導体ウェハーＷの周縁部に入射する。その結果、半導体ウェハーＷの中央部よりも周縁部に照射されるフラッシュ光の強度が相対的に強くなり、フラッシュ加熱時における周縁部の温度が中央部よりも相対的に高くなる。

以上のように、半導体ウェハーＷの表面の反射率によって多重反射の挙動が異なることに起因して照射されるフラッシュ光の強度の面内分布が変動する。フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの高さ位置が同じであれば、半導体ウェハーＷの表面反射率が低くなると周縁部に照射されるフラッシュ光の強度が中央部よりも相対的に強くなって温度も相対的に高くなる。このため、表面反射率の高いブランケットウェハーを用いて面内温度分布が均一となるようにフラッシュランプＦＬの強度やホットプレート７１の予備加熱温度を調整したとしても、それよりも表面反射率の低い実際に処理対象となる半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射を行ったときには周縁部の温度が中央部よりも高くなるという問題が生じていた。逆に、半導体ウェハーＷの表面反射率が高くなると、周縁部の温度が中央部よりも相対的に低くなることもあり得る。

そこで、本実施形態においては、半導体ウェハーＷの表面反射率に応じてフラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの高さ位置を調整するようにしている。図１３および図１４は、半導体ウェハーＷを保持する保持部７の高さ位置とフラッシュ光強度との相関を説明するための図である。既述したように、複数のフラッシュランプＦＬは、チャンバー６の上方に、チャンバー６の光学窓６７よりも広い領域にわたって配置されている。このため、図１３，１４に示すように、複数のフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射されたときに、光学窓６７よりも外側の発光領域とクランプリング９０の内周先端部とによって影領域が形成される。図１３，１４では、このような影領域を斜線部にて示している。

図１３に示すように、半導体ウェハーＷを保持する保持部７が相対的に高い位置（光学窓６７との距離が短い位置）に上昇しているとき、その高さ位置における影領域の面積は小さい。すなわち、半導体ウェハーＷの表面周縁部に形成される影領域も小さい（図１３の例ではウェハー端縁部よりも外側に影領域が形成されている）。一方、図１４に示すように、半導体ウェハーＷを保持する保持部７が相対的に低い位置（光学窓６７との距離が長い位置）に下降しているときには、その高さ位置における影領域の面積が大きい。すなわち、半導体ウェハーＷの表面周縁部に形成される影領域も大きい。

従って、半導体ウェハーＷを保持する保持部７が上昇すると、フラッシュ光照射時にチャンバー６（詳細にはクランプリング９０の内周先端部）によって半導体ウェハーＷの周縁部に形成される影領域が小さくなり、逆に下降すると半導体ウェハーＷの周縁部に形成される影領域が大きくなる。その結果、保持部７が上昇するとフラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの周縁部に到達するフラッシュ光の強度が増大し、逆に保持部７が下降すると半導体ウェハーＷの周縁部に到達するフラッシュ光の強度が減少することとなる。なお、周縁部に影領域が形成されてもフラッシュ光の強度がゼロになるわけではなく、影形成に寄与したフラッシュランプＦＬ以外のフラッシュランプＦＬからの直接光や多重反射によって入射する光があるため、フラッシュ光強度が相対的に低下するだけである。

このようにして半導体ウェハーＷを保持する保持部７を昇降させることにより、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの周縁部に到達するフラッシュ光の強度を増減し、ウェハー面内の温度分布を調整することができる。図１５は、保持部７の昇降による半導体ウェハーＷの面内温度分布の変化を示す図である。保持部７が相対的に高い処理位置Ｈ１に位置しているときには、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの周縁部に形成される影領域が小さくなって当該周縁部に到達するフラッシュ光の強度が増大し、当該周縁部の温度が中央部よりも高くなる。また、保持部７が相対的に低い処理位置Ｈ３に位置しているときには、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの周縁部に形成される影領域が大きくなって当該周縁部に到達するフラッシュ光の強度が減少し、当該周縁部の温度が中央部よりも低くなる。いずれの高さの処理位置であっても、半導体ウェハーＷの面内温度分布は均一とはならず好ましくない。

一方、処理位置Ｈ１と処理位置Ｈ３との間の高さである処理位置Ｈ２に保持部７が位置しているときには、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの周縁部に到達するフラッシュ光の強度が適正値となり、半導体ウェハーＷの面内温度分布が均一となる。このような処理位置Ｈ２は、上述したフラッシュ光照射時の多重反射の影響と、チャンバー６に設けられたクランプリング９０等の部材による反射の影響と、影領域の形成によるフラッシュ光強度の減少の影響とのバランスによって規定される。すなわち、面内温度分布が均一となる処理位置Ｈ２の高さは半導体ウェハーＷの表面の反射率に依存しており、反射率が異なれば処理位置Ｈ２の高さも異なる。

既述したように、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの高さ位置が同じであれば（つまり、影領域による影響が同じであれば）、半導体ウェハーＷの表面反射率が低くなるほど周縁部に照射されるフラッシュ光の強度が中央部よりも相対的に強くなって周縁部温度も相対的に高くなる。従って、半導体ウェハーＷの表面反射率が低くなるほど保持部７を下方に下降させてフラッシュ光照射時に周縁部に形成される影領域を大きくし、当該周縁部に到達するフラッシュ光照射の強度を減少する必要があり、比較的下方に面内温度分布が均一となる適切な処理位置Ｈ２が存在する。逆に、半導体ウェハーＷの表面反射率が高くなるほど保持部７を上方に上昇させてフラッシュ光照射時に周縁部に形成される影領域を小さくし、当該周縁部に到達するフラッシュ光照射の強度を増大する必要があり、比較的上方に面内温度分布が均一となる処理位置Ｈ２が存在する。

本実施形態においては、半導体ウェハーＷの表面の反射率と面内温度分布が均一となる保持部７の適切な高さ位置（処理位置Ｈ２）とを対応付けた相関テーブル３８を作成して制御部３の磁気ディスク３４に格納するようにしている。図１６は、相関テーブル３８の一例を示す図である。表面反射率が異なる複数の半導体ウェハーＷについてフラッシュ光照射時の面内温度分布が均一となる保持部７の高さ位置を実験またはシミュレーション等によって予め求めておき、それらの相関関係から図１６に示すような相関テーブル３８を作成して磁気ディスク３４に格納しておくことができる。同図に示すように、半導体ウェハーＷの表面の反射率が低くなるほど面内温度分布が均一となる保持部７の高さ位置も低くなる。なお、表面反射率が異なる複数の半導体ウェハーＷは、ブランケットウェハーの表面に光吸収膜を異なる厚さで堆積させることによって用意することができる。

そして、図１０のステップＳ５にてフラッシュ光照射前に保持部７が処理位置に上昇するときには、制御部３は相関テーブル３８に基づいて、ステップＳ１で測定された半導体ウェハーＷの表面の反射率に対応する高さ位置に保持部７が上昇するように保持部昇降機構４のモータ４０を制御する。従って、ステップＳ１で光学測定ユニット２３０によって測定された半導体ウェハーＷの表面反射率が高くなれば、ステップＳ５では保持部７がより高い処理位置に上昇してフラッシュ光照射時にチャンバー６によって半導体ウェハーＷの周縁部に形成される影領域を小さくし、当該周縁部に到達するフラッシュ光の強度を増大する。逆に、ステップＳ１で測定された半導体ウェハーＷの表面反射率が低くなれば、ステップＳ５では保持部７がより低い処理位置に上昇（上記反射率が高いときの処理位置よりは下降）してフラッシュ光照射時にチャンバー６によって半導体ウェハーＷの周縁部に形成される影領域を大きくし、当該周縁部に到達するフラッシュ光の強度を減少する。

このように、半導体ウェハーＷの表面の反射率に応じて保持部７を昇降し、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの周縁部に到達するフラッシュ光の強度を調整することにより、フラッシュ光照射時の面内温度分布を均一にすることができる。

＜３．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、アライメント部１３０にて半導体ウェハーＷの表面の反射率を測定していたが、これに限定されるものではなく、インデクサ部１０１からフラッシュ加熱部１６０に半導体ウェハーＷを搬送する経路上のいずれかに光学測定ユニット２３０を設けて反射率測定を行うようにしても良い。また、フラッシュ加熱部１６０にて半導体ウェハーＷの表面反射率を測定し、その測定結果に応じて保持部７の処理位置を決定するようにしても良い。

また、熱処理装置１００とは別体の装置にて予め半導体ウェハーＷの表面反射率を測定しておき、その測定値を熱処理装置１００側に伝達して保持部７の処理位置を決定するようにしても良い。さらに、同一内容のパターン形成および成膜のなされた複数の半導体ウェハーＷを含むロットの処理を行う場合であれば、それら複数の半導体ウェハーＷの表面反射率は同じであるため、それらのうちの１枚の表面反射率を固定値として逐次反射率測定を行うことなく保持部７の処理位置を決めるようにしても良い。

また、上記実施形態においては、保持部７を昇降させて半導体ウェハーＷの周縁部に形成される影領域の大きさを変化させることにより、当該周縁部に到達するフラッシュ光の強度を調整していたが、これに限定されるものではなく、保持部７の昇降に代えてまたは併せて、複数のフラッシュランプＦＬの配列を昇降させるようにしても良い。或いは、チャンバー６の側壁の高さを可変とし、その高さを調整してフラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの周縁部に形成される影領域の大きさを変化させるようにしても良い。さらには、チャンバー６の側壁内側に水平方向に沿って伸縮する遮光部材を設け、それによってフラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの周縁部に形成される影領域の大きさを変化させるようにしても良い。

要するに、半導体ウェハーＷの表面反射率に応じてフラッシュ光照射時にその周縁部に形成される影領域の大きさを調整し、当該周縁部に到達するフラッシュ光の強度を調整する構成であれば良い。

また、上記実施形態においては、半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光を照射して加熱処理を行っていたが、半導体ウェハーＷの裏面にフラッシュ光を照射するようにしても良い。具体的には、半導体ウェハーＷの表裏を反転させて保持部７に保持（つまり、表面を下面として保持）させて上記実施形態と同様の処理を行うようにすれば良い。この場合、半導体ウェハーＷの裏面の反射率に応じて保持部７を昇降し、フラッシュ光照射時に裏面の周縁部に形成される影領域の大きさを調整して当該周縁部に到達するフラッシュ光の強度を調整すれば良い。

また、上記実施形態においては、ホットプレート７１に載置することによって半導体ウェハーＷを予備加熱するようにしていたが、予備加熱の手法はこれに限定されるものではなく、ハロゲンランプを設けて光照射によって半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１にまで予備加熱するようにしても良い。この場合であっても、上記実施形態と同様に、半導体ウェハーＷを保持する保持部材を昇降させることによって、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの周縁部に形成される影領域の大きさを変化させて当該周縁部に到達するフラッシュ光の強度を調整することができる。

また、搬送ロボット１５０の上側の搬送アーム１５１ａを未処理の半導体ウェハーＷを保持する専用のアームとして設計し、下側の搬送アーム１５１ｂを処理済の半導体ウェハーＷを保持する専用のアームとして設計することにより、搬送ロボット１５０の小型化、および搬送の信頼性の向上を図ることができる。

また、本発明に係る熱処理技術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に適用するようにしても良い。

３ 制御部
４ 保持部昇降機構
５ ランプハウス
６ チャンバー
７ 保持部
３１ ＣＰＵ
３４ 磁気ディスク
３８ 相関テーブル
４０ モータ
５２ リフレクタ
６１ チャンバー窓
６３ チャンバー側部
６７ 光学窓
７１ ホットプレート
７２ サセプタ
９０ クランプリング
１００ 熱処理装置
１０１ インデクサ部
１３０ アライメント部
１４０ 冷却部
１５０ 搬送ロボット
１６０ フラッシュ加熱部
１７０ 搬送室
２３０ 光学測定ユニット
２３１ 測定光学系
２３３ 投光器
２３５ 分光器
ＦＬ フラッシュランプ
Ｗ 半導体ウェハー

Claims (10)

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、
   前記チャンバー内にて基板を保持する保持手段と、
   前記保持手段に保持された基板の一方面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
   前記一方面の反射率に応じて前記基板の周縁部に到達するフラッシュ光の強度を調整する強度調整手段と、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
2. 請求項１記載の熱処理装置において、
   前記強度調整手段は、前記一方面の反射率が高くなれば前記周縁部に到達するフラッシュ光の強度を増大し、前記一方面の反射率が低くなれば前記周縁部に到達するフラッシュ光の強度を減少することを特徴とする熱処理装置。
3. 請求項２記載の熱処理装置において、
   前記フラッシュランプは、前記チャンバーの上方に、前記チャンバーの光学窓よりも広い領域に配置され、
   前記強度調整手段は、前記保持手段を前記チャンバー内にて昇降させる昇降手段を含み、
   前記昇降手段は、前記一方面の反射率が高くなれば前記保持手段を上昇させてフラッシュ光照射時に前記チャンバーによって前記基板の周縁部に形成される影領域を小さくし、前記一方面の反射率が低くなれば前記保持手段を下降させて前記影領域を大きくすることを特徴とする熱処理装置。
4. 請求項３記載の熱処理装置において、
   前記強度調整手段は、前記一方面の反射率と前記保持手段の高さ位置とを対応付けた相関テーブルを保持し、当該相関テーブルに基づいて前記保持手段を昇降させることを特徴とする熱処理装置。
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、
   前記一方面の反射率を測定する反射率測定手段をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
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、
   チャンバー内にて保持手段に保持された基板の一方面に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工程と、
   前記一方面の反射率に応じて前記基板の周縁部に到達するフラッシュ光の強度を調整する強度調整工程と、
   を備えることを特徴とする熱処理方法。
7. 請求項６記載の熱処理方法において、
   前記強度調整工程では、前記一方面の反射率が高くなれば前記周縁部に到達するフラッシュ光の強度を増大し、前記一方面の反射率が低くなれば前記周縁部に到達するフラッシュ光の強度を減少することを特徴とする熱処理方法。
8. 請求項７記載の熱処理方法において、
   前記フラッシュランプは、前記チャンバーの上方に、前記チャンバーの光学窓よりも広い領域に配置され、
   前記強度調整工程では、前記一方面の反射率が高くなれば前記保持手段を上昇させてフラッシュ光照射時に前記チャンバーによって前記基板の周縁部に形成される影領域を小さくし、前記一方面の反射率が低くなれば前記保持手段を下降させて前記影領域を大きくすることを特徴とする熱処理方法。
9. 請求項８記載の熱処理方法において、
   前記強度調整工程では、前記一方面の反射率と前記保持手段の高さ位置とを対応付けた相関テーブルに基づいて前記保持手段を昇降させることを特徴とする熱処理方法。
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、
    前記一方面の反射率を測定する反射率測定工程をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。

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