JP4133062B2 - 熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハーやガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）に光を照射することにより基板を熱処理する熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、イオン注入後の半導体ウェハーのイオン活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したランプアニール装置等の熱処理装置が使用されている。このような熱処理装置においては、半導体ウェハーを、例えば、１０００℃ないし１１００℃程度の温度に加熱（アニール）することにより、半導体ウェハーのイオン活性化を実行している。そして、このような熱処理装置においては、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用することにより、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する構成となっている。
【０００３】
しかしながら、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する熱処理装置を使用して半導体ウェハーのイオン活性化を実行した場合においても、半導体ウェハーに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまる、すなわち、熱によりイオンが拡散してしまうという現象が生ずることが判明した。このような現象が発生した場合においては、半導体ウェハーの表面にイオンを高濃度で注入しても、注入後のイオンが拡散してしまうことから、イオンを必要以上に注入しなければならないという問題が生じていた。
【０００４】
上述した問題を解決するため、キセノンフラッシュランプ等を使用して半導体ウェハーの表面に閃光を照射することにより、イオン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（数ミリセカンド以下）に昇温させる技術が提案されている。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、イオンが拡散するための十分な時間がないため、半導体ウェハーに打ち込まれたイオンのプロファイルをなまらせることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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においては、従来よりキセノンフラッシュランプを備えるランプハウスと半導体ウェハーを収容して保持するチャンバーとが開閉自在に蝶着された構造を採用していることが多い。半導体ウェハーのフラッシュ加熱を行うときには上記蝶着構造を閉じる一方で、装置のメンテナンスを行うときには蝶着構造を開放する。
【０００６】
しかしながら、従来より装置のメンテナンス中に作業者が誤ってランプハウス中のキセノンフラッシュランプに接触してランプを破損することがあった。キセノンフラッシュランプは高価なランプであるうえに、それを破損した場合にはランプ交換だけでなくランプハウス全体の再調整等に多くの時間を要するという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、装置のメンテナンス中におけるランプの破損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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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、光を透過するチャンバー窓を上部に備え、その内部に基板を収容して保持するチャンバーと、ランプを内蔵するとともに該ランプから出射された光が通過する照射窓を下部に備え、前記チャンバーに開閉自在に蝶着されたランプハウスと、前記チャンバー窓と前記照射窓とが相対向する閉鎖状態に前記チャンバーと前記ランプハウスとを固定するロック機構と、を備え、前記閉鎖状態にて遮蔽板が挿入されて前記照射窓が遮蔽されることにより前記ロック機構が解除されて前記チャンバーと前記ランプハウスとの開放を許可する。
【０００９】
また、請求項２の発明は、基板に対して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、光を透過するチャンバー窓を上部に備え、その内部に基板を収容して保持するチャンバーと、ランプを内蔵するとともに該ランプから出射された光が通過する照射窓を下部に備え、前記チャンバーに開閉自在に蝶着されたランプハウスと、前記チャンバー窓と前記照射窓とが相対向する閉鎖状態に前記チャンバーと前記ランプハウスとを固定するロック機構と、を備え、前記閉鎖状態にて遮蔽板が引き出された状態では前記ロック機構が前記遮蔽板によって遮蔽されるとともに、前記遮蔽板が挿入されて前記照射窓が遮蔽されることによって前記ロック機構の解除が許可されて前記チャンバーと前記ランプハウスとの開放を可能とする。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明にかかる熱処理装置において、前記遮蔽板を前記ランプから出射される光に対して不透明としている。
【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かかる熱処理装置において、前記ランプをキセノンフラッシュランプとしている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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。
【００１３】
＜１．第１実施形態＞
図１および図２は本発明にかかる熱処理装置の概略構成を示す側断面図である。この熱処理装置は、キセノンフラッシュランプからの閃光によって半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。熱処理装置は、主として上部のランプハウス１０と下部のチャンバー２０とによって構成されている。
【００１４】
チャンバー２０は、熱処理時に筐体内部に半導体ウェハーＷを収容して保持するためのものである。チャンバー２０の上部を構成する透光板６１は、例えば、石英等の赤外線透過性を有する材料から構成されており、ランプハウス１０から出射された光を透過してチャンバー２０内に導くチャンバー窓として機能している。また、チャンバー２０の底部には、後述する熱拡散板７３および加熱プレート７４を貫通して半導体ウェハーＷをその下面から支持するための支持ピン７０が立設されている。
【００１５】
チャンバー２０の筐体内には、加熱プレート７４と熱拡散板７３とが設けられている。熱拡散板７３は加熱プレート７４の上面に貼着されている。加熱プレート７４は、半導体ウェハーＷを予備加熱（アシスト加熱）するためのものである。この加熱プレート７４は、窒化アルミニウムにて構成され、その内部にヒータと該ヒータを制御するためのセンサとを収納した構成を有する。一方、熱拡散板７３は、加熱プレート７４からの熱エネルギーを拡散して半導体ウェハーＷを均一に予備加熱するためのものである。この熱拡散板７３の材質としては、サファイア（Ａｌ2Ｏ3：酸化アルミニウム）や石英等の比較的熱伝導率が小さいものが採用される。
【００１６】
熱拡散板７３および加熱プレート７４は、図示を省略するモータの駆動により、図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降する構成となっている。すなわち、加熱プレート７４を支持する筒状体４１が上記モータと連動連結されており、該モータの駆動によって図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降することができる。
【００１７】
図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置は、図外の搬送ロボットを使用してチャンバー２０の側壁に設けられた開口部（図示省略）から搬入した半導体ウェハーＷを支持ピン７０上に載置し、あるいは、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷを当該開口部から搬出することができるように、熱拡散板７３および加熱プレート７４が下降した位置である。この状態においては、支持ピン７０の上端は、熱拡散板７３および加熱プレート７４に形成された貫通孔を通過し、熱拡散板７３の表面より上方に突出する。
【００１８】
一方、図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置は、半導体ウェハーＷに対して熱処理を行うために、熱拡散板７３および加熱プレート７４が支持ピン７０の上端より上方に上昇した位置である。熱拡散板７３および加熱プレート７４が図１の搬入・搬出位置から図２の熱処理位置に上昇する過程において、支持ピン７０に載置された半導体ウェハーＷは熱拡散板７３によって受け取られ、その下面を熱拡散板７３の表面に支持されて上昇し、チャンバー２０上部の透光板６１に近接した位置に水平姿勢にて保持される。逆に、熱拡散板７３および加熱プレート７４が熱処理位置から搬入・搬出位置に下降する過程においては、熱拡散板７３に支持された半導体ウェハーＷが支持ピン７０に受け渡される。
【００１９】
また、チャンバー２０には上記した構成以外にも内部雰囲気をシールする機構、窒素ガス等を供給する不活性ガス供給機構、排気機構等が設けられている。
【００２０】
ランプハウス１０は、筐体内部に複数（本実施形態においては３０本）のキセノンフラッシュランプ６９（以下、単に「フラッシュランプ６９」とも称する）と、リフレクタ７１とを備える。複数のフラッシュランプ６９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水平方向に沿うようにして互いに平行に列設されている。リフレクタ７１は、複数のフラッシュランプ６９の上方にそれらの全体を被うように配設されている。
【００２１】
このキセノンフラッシュランプ６９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ガラス管と、該ガラス管の外局部に巻回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、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、そのときのジュール熱でキセノンガスが加熱されて光が放出される。このキセノンフラッシュランプ６９においては、予め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１０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。
【００２２】
ランプハウス１０の筐体下部は開放されており、当該開放部がフラッシュランプ６９から出射された光が通過する照射窓１１となる。図２の状態において、フラッシュランプ６９から放射された光の一部は直接に照射窓１１および透光板６１を透過してチャンバー２０内へと向かう。また、フラッシュランプ６９から放射された光の他の一部は一旦リフレクタ７１によって反射されてから照射窓１１および透光板６１を透過してチャンバー２０内へと向かう。なお、この照射窓１１に石英ガラスまたは拡散板を設けるようにしても良い。
【００２３】
ランプハウス１０はチャンバー２０に対して開閉自在に蝶着されている。すなわち、ランプハウス１０とチャンバー２０とは別体として構成されており、チャンバー２０に固設された軸受け片２２とランプハウス１０に固設された軸受け片１２とが回動軸１５を介して回動自在に軸着されている。これにより、図３に示す如き開放状態と図１に示す如き透光板６１と照射窓１１とが相対向する閉鎖状態との間でランプハウス１０とチャンバー２０とを開閉することができる。
【００２４】
一方、ランプハウス１０における軸受け片１２と反対側には突片１３が固設されるとともに、チャンバー２０における軸受け片２２と反対側には突片２３が固設されている。突片１３および突片２３にはネジ穴が穿設されている。突片１３および突片２３のそれぞれに穿設されるネジ穴の個数は例えば３個程度とすれば良い。
【００２５】
ランプハウス１０とチャンバー２０とを閉鎖状態にすると、突片１３および突片２３が互いに当接する。この閉鎖状態にて突片１３および突片２３のネジ穴に雄ネジ１８を螺入することにより突片１３と突片２３とが締結されることとなり、ランプハウス１０とチャンバー２０とがネジ止めされる。このようにしてネジ止めされると、ランプハウス１０とチャンバー２０とを開放状態にすることは勿論不可能であり、図１および図２に示すようにランプハウス１０とチャンバー２０とが閉鎖状態に固定されることとなる。すなわち、本実施形態では、透光板６１と照射窓１１とが相対向する閉鎖状態にランプハウス１０とチャンバー２０とを固定するロック機構として、ランプハウス１０とチャンバー２０とをネジ止めする締結機構を採用しているのである。
【００２６】
一方、突片１３および突片２３から雄ネジ１８を取り外すと、ランプハウス１０とチャンバー２０とは開閉自在に蝶着されているものであるため、それらを図３に示すように開放状態にすることができる。
【００２７】
また、本実施形態の熱処理装置には略矩形平板形状のシャッター板（遮蔽板）３０が設けられている。シャッター板３０はランプハウス１０に取り付けられており、図１に示す遮蔽位置と図２に示す処理位置との間でスライド移動自在とされている。図４は、ランプハウス１０の一部を上方から見た図である。ランプハウス１０の筐体側壁の内面には２本の溝部２４が水平方向に沿って互いに平行に刻設されている。シャッター板３０はこれら２本の溝部２４に摺動自在に載架されている。従って、シャッター板３０は２本の溝部２４に沿ってスライド移動自在となる。但し、シャッター板３０の両側先端部には係止片３０ａが突設されるとともに、溝部２４の出口側端部にも係止片２４ａが形成されており、シャッター板３０をランプハウス１０から引き出す方向にスライド移動させたとしても係止片２４ａと係止片３０ａとが係合することによってシャッター板３０をランプハウス１０から完全に取り外すことは出来ない。すなわち、係止片２４ａおよび係止片３０ａがシャッター板３０をランプハウス１０から取り外すことを禁止する取り外し禁止機構として機能しているのである。
【００２８】
シャッター板３０はフラッシュランプ６９から出射される光に対して不透明な材質、例えばアルミニウム合金やステンレス鋼にて形成されている。また、シャッター板３０の平面サイズは少なくとも照射窓１１の全体を覆うことが可能な大きさである。
【００２９】
ランプハウス１０とチャンバー２０とをネジ止めした閉鎖状態にてシャッター板３０を図２に示す処理位置までランプハウス１０から引き出すと、照射窓１１が完全に開放される一方、雄ネジ１８のネジ頭がシャッター板３０によって遮蔽される。この状態においては、照射窓１１が開放されているため、複数のフラッシュランプ６９から出射された光は照射窓１１および透光板６１を透過してチャンバー２０内へと向かうことができる。また、雄ネジ１８のネジ頭がシャッター板３０によって遮蔽されているため、雄ネジ１８を突片１３および突片２３から取り外すことは不可能となる。従って、ランプハウス１０とチャンバー２０とを開放状態にすることも当然に不可能となる。
【００３０】
また、ランプハウス１０とチャンバー２０とをネジ止めした閉鎖状態にてシャッター板３０を図１に示す遮蔽位置までランプハウス１０に挿入すると、照射窓１１がシャッター板３０によって完全に遮蔽される一方、雄ネジ１８のネジ頭の上方空間が開放される。この状態においては、照射窓１１がシャッター板３０によって完全に遮蔽されているため、複数のフラッシュランプ６９から閃光を出射したとしてもその光はシャッター板３０によって遮られ、ランプハウス１０の外部に漏れ出ることはない。また、雄ネジ１８のネジ頭の周辺空間が開放されているため、雄ネジ１８を突片１３および突片２３から取り外してランプハウス１０とチャンバー２０とを図３に示すような開放状態にすることができる。すなわち、シャッター板３０が挿入されて照射窓１１が遮蔽されることによってネジによる締結機構を使用したロック機構の解除が許可されてチャンバーとランプハウスとの開放が可能とされる。
【００３１】
次に、本発明にかかる熱処理装置の動作について説明する。この熱処理装置において処理対象となる半導体ウェハーＷは、イオン注入後の半導体ウェハーである。
【００３２】
上記の熱処理装置において半導体ウェハーＷの熱処理を行うときには、まず作業者がランプハウス１０とチャンバー２０とを図１に示す閉鎖状態にして雄ネジ１８によって突片１３と突片２３とを締結する。これにより、透光板６１と照射窓１１とが相対向する閉鎖状態にランプハウス１０とチャンバー２０とが固定される。そして、作業者はランプハウス１０からシャッター板３０を引き出して図２に示す処理可能状態にする。
【００３３】
その後、熱拡散板７３および加熱プレート７４が図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置に配置された状態にて、図示しない搬送ロボットにより半導体ウェハーＷが搬入され、支持ピン７０上に載置される。半導体ウェハーＷの搬入が完了すれば、チャンバー２０の開口部が閉鎖される。しかる後、熱拡散板７３および加熱プレート７４が図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇し、半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持する。また、チャンバー２０内に窒素ガスの気流が形成される。
【００３４】
熱拡散板７３および加熱プレート７４は、加熱プレート７４に内蔵されたヒータの作用により予め所定温度に加熱されている。このため、熱拡散板７３および加熱プレート７４が半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇した状態においては、半導体ウェハーＷが加熱状態にある熱拡散板７３と接触することにより予備加熱され、半導体ウェハーＷの温度が次第に上昇する。
【００３５】
この状態においては、半導体ウェハーＷは熱拡散板７３により継続して加熱される。そして、半導体ウェハーＷの温度上昇時には、図示しない温度センサにより、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを常に監視する。
【００３６】
なお、この予備加熱温度Ｔ１は、例えば２００℃ないし６００℃程度の温度である。半導体ウェハーＷをこの程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱したとしても、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散してしまうことはない。
【００３７】
やがて、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達すると、フラッシュランプ６９を点灯してフラッシュ加熱を行う。このフラッシュ加熱工程におけるフラッシュランプ６９の点灯時間は、０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の時間である。このように、フラッシュランプ６９においては、予め蓄えられていた静電エネルギーがこのように極めて短い光パルスに変換されることから、極めて強い閃光が照射されることになる。
【００３８】
このようなフラッシュ加熱により、半導体ウェハーＷの表面温度は瞬間的に温度Ｔ２に到達する。この温度Ｔ２は、１０００℃ないし１１００℃程度の半導体ウェハーＷのイオン活性化処理に必要な温度である。半導体ウェハーＷの表面がこのような処理温度Ｔ２にまで昇温されることにより、半導体ウェハーＷ中に打ち込まれたイオンが活性化される。
【００３９】
このとき、半導体ウェハーＷの表面温度が０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の極めて短い時間で処理温度Ｔ２まで昇温されることから、半導体ウェハーＷ中のイオン活性化は短時間で完了する。従って、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散することはなく、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまるという現象の発生を防止することが可能となる。なお、イオン活性化に必要な時間はイオンの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１０ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であってもイオン活性化は完了する。
【００４０】
また、フラッシュランプ６９を点灯して半導体ウェハーＷを加熱する前に、加熱プレート７４を使用して半導体ウェハーＷの表面温度を２００℃ないし６００℃程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱していることから、フラッシュランプ６９により半導体ウェハーＷを１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度Ｔ２まで速やかに昇温させることが可能となる。
【００４１】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、熱拡散板７３および加熱プレート７４が図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置まで下降するとともに、チャンバー２０の開口部６６が解放される。そして、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷが図示しない搬送ロボットにより搬出される。以上のようにして、一連の熱処理動作が完了する。
【００４２】
このような熱処理装置のメンテナンスを行うときには、作業者がランプハウス１０にシャッター板３０を挿入して図１に示す遮蔽状態とする。この状態においては、照射窓１１がシャッター板３０によって完全に遮蔽される。同時に、雄ネジ１８のネジ頭の上方を覆っていたシャッター板３０がランプハウス１０に挿入されて、ネジ頭の上方空間が開放されるため、雄ネジ１８を突片１３および突片２３から取り外すことが可能となる。作業者は、雄ネジ１８を突片１３および突片２３から取り外して、ランプハウス１０とチャンバー２０とを図３に示すような開放状態とする。そして、この状態にて装置のメンテナンスが行われるのである。
【００４３】
ここで、仮に作業者がシャッター板３０をランプハウス１０に挿入することなくランプハウス１０とチャンバー２０とを開放状態にしようとしても、シャッター板３０が引き出されているときには雄ネジ１８のネジ頭が遮蔽されているため、雄ネジ１８を突片１３および突片２３から取り外すことが出来ない。つまり、シャッター板３０をランプハウス１０に挿入することなくランプハウス１０とチャンバー２０とを開放状態にすることは不可能なのである。シャッター板３０が挿入されて照射窓１１が遮蔽されることによってネジによる締結機構を使用したロック機構の周辺空間が開放され、その結果該ロック機構の解除が許可されてチャンバー２０とランプハウス１０との開放が可能となるのである。
【００４４】
照射窓１１がシャッター板３０によって完全に遮蔽された図３に示す如き状態にて装置のメンテナンスを行えば、作業者が誤ってランプハウス１０中のフラッシュランプ６９等に接触して破損するおそれはない。
【００４５】
また、仮に過電圧、トリガー電極に混入したノイズ、静電気等に起因してフラッシュランプ６９のミス発光が生じたとしても、光に対して不透明な材質にて形成されたシャッター板３０によって照射窓１１が完全に遮蔽されているため、ランプハウス１０から閃光が漏れ出ることはなく安全である。
【００４６】
さらに、メンテナンス中に作業者が誤って高電圧が印加されたトリガー電極等に触れることも防止される。
【００４７】
＜２．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。図５は、第２実施形態の熱処理装置の概略構成を示す側断面図である。第２実施形態の熱処理装置もキセノンフラッシュランプからの閃光によって半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。第２実施形態の熱処理装置が第１実施形態と異なるのは、ランプハウス１０とチャンバー２０とを閉鎖状態に固定するためのロック機構と、そのロック機構をシャッター板３０によって解除する態様であり、残余の点については同一であるため同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
第２実施形態においても、複数のフラッシュランプ６９を内蔵するランプハウス１０と半導体ウェハーＷを収容して保持するチャンバー２０とが開閉自在に蝶着されている。第２実施形態では、ランプハウス１０とチャンバー２０とを閉鎖状態に固定するためにラチェット機構を使用したロック機構８０を採用している。図６は、第２実施形態のロック機構８０を示す拡大図である。ロック機構８０は、係止片８１、係止部材８２、支持部材８３およびバネ８４を備えている。支持部材８３はランプハウス１０における軸受け片１２と反対側に固設されている。支持部材８３には断面略Ｌ字形状の係止片８１が回動自在に支持されている。係止片８１はバネ８４によってランプハウス１０の壁面と連結されている。係止部材８２はチャンバー２０における軸受け片２２と反対側に固設されている。係止部材８２は断面凹形状の部材である。
【００４９】
一方、第２実施形態においては、第１実施形態とは逆側から、すなわち回動軸１５の側からシャッター板３０をランプハウス１０に対して出し入れすることとなる。なお、シャッター板３０がフラッシュランプ６９から出射される光に対して不透明な材質にて形成されている点およびその平面サイズが少なくとも照射窓１１の全体を覆うことが可能な大きさである点は第１実施形態と同じである。また、ランプハウス１０に刻設された溝部に沿ってシャッター板３０を水平方向にスライド移動自在である点も第１実施形態と同じである。
【００５０】
ランプハウス１０とチャンバー２０とを閉鎖状態にして、かつシャッター板３０をランプハウス１０から引き出すと、照射窓１１が開放されるとともに、図６の実線にて示すように係止片８１の先端部が係止部材８２の凹部に係合する。この状態ではバネ８４によって係止片８１の先端部が係止部材８２の凹部に当接するように押圧されている。従って、シャッター板３０をランプハウス１０から引き出した状態では、ランプハウス１０とチャンバー２０とを開放状態にすることはできず、透光板６１と照射窓１１とが相対向する閉鎖状態にランプハウス１０とチャンバー２０とが固定される。また、照射窓１１が開放されるため、複数のフラッシュランプ６９から出射された光は照射窓１１および透光板６１を透過してチャンバー２０内へと向かうことができる。
【００５１】
一方、ランプハウス１０とチャンバー２０とが閉鎖状態にあるときに、シャッター板３０をランプハウス１０に挿入してその先端部を係止片８１に当接させ、さらにシャッター板３０を押し入れるとその先端部に押された係止片８１がバネ８４の弾性力に抗して回動し、図６の二点鎖線にて示すように係止片８１の先端部が係止部材８２の凹部から離脱する。このような状態となれば、ロック機構８０が解除されてチャンバー２０とランプハウス１０との開放が許可されることとなる。また、照射窓１１がシャッター板３０によって完全に遮蔽されることとなるため、複数のフラッシュランプ６９から閃光を出射したとしてもその光はシャッター板３０によって遮られ、ランプハウス１０の外部に漏れ出ることはない。
【００５２】
第２実施形態の熱処理装置において半導体ウェハーＷの処理を行うときには、作業者がランプハウス１０とチャンバー２０とを閉鎖状態にしてランプハウス１０からシャッター板３０を引き出す。これにより、照射窓１１が開放されるとともに、バネ８４の弾性力によって係止片８１が係止部材８２の凹部に係合してランプハウス１０とチャンバー２０とが閉鎖状態に固定される。その後の半導体ウェハーＷ自体の加熱処理内容は第１実施形態と同じである。
【００５３】
第２実施形態の熱処理装置のメンテナンスを行うときには、作業者がランプハウス１０にシャッター板３０を挿入して照射窓１１を完全に遮蔽するとともに、シャッター板３０の先端部によって係止片８１を押し上げることによりロック機構８０を解除する。そして、作業者はランプハウス１０とチャンバー２０と開放状態として装置のメンテナンスを行う。
【００５４】
ここで、仮に作業者がシャッター板３０をランプハウス１０に挿入することなくランプハウス１０とチャンバー２０とを開放状態にしようとしても、シャッター板３０が引き出されているときには係止片８１が係止部材８２の凹部に係合することによってランプハウス１０とチャンバー２０とが閉鎖状態に固定されているため、ランプハウス１０とチャンバー２０とを開放状態にすることは出来ない。つまり、第２実施形態においてもシャッター板３０をランプハウス１０に挿入することなくランプハウス１０とチャンバー２０とを開放状態にすることは不可能なのである。シャッター板３０が挿入されて照射窓１１が遮蔽されることによってロック機構８０が解除され、その結果チャンバー２０とランプハウス１０との開放が許可されるのである。
【００５５】
第２実施形態においても、照射窓１１がシャッター板３０によって完全に遮蔽された状態にて装置のメンテナンスを行えば、作業者が誤ってランプハウス１０中のフラッシュランプ６９等に接触して破損するおそれはない。
【００５６】
また、仮に過電圧、トリガー電極に混入したノイズ、静電気等に起因してフラッシュランプ６９のミス発光が生じたとしても、光に対して不透明な材質にて形成されたシャッター板３０によって照射窓１１が完全に遮蔽されているため、ランプハウス１０から閃光が漏れ出ることはなく安全である。
【００５７】
＜３．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、透光板６１と照射窓１１とが相対向する閉鎖状態にランプハウス１０とチャンバー２０とを固定するためのロック機構としてラチェット機構やネジによる締結機構を採用していたが、これらに限定されるものではなく種々の公知の固定機構を採用することができる。そして、その固定機構はシャッター板３０を挿入して照射窓１１を遮蔽することによってチャンバー２０とランプハウス１０との開放を許可可能とするようなものであれば良い。
【００５８】
また、ランプハウス１０にフラッシュランプ６９に代えて他の種類のランプ（例えばハロゲンランプ）を備え、当該ランプからの光照射によって半導体ウェハーＷの加熱を行う熱処理装置であっても本発明に係る技術を適用することができる。
【００５９】
また、上記各実施形態においては、半導体ウェハーＷに光を照射してイオン活性化処理を行うようにしていたが、本発明にかかる熱処理装置による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い。例えば、窒化シリコン膜や多結晶シリコン膜等の種々のシリコン膜が形成されたガラス基板に対して本発明にかかる熱処理装置による処理を行っても良い。一例として、ＣＶＤ法によりガラス基板上に形成した多結晶シリコン膜にシリコンをイオン注入して非晶質化した非晶質シリコン膜を形成し、さらにその上に反射防止膜となる酸化シリコン膜を形成する。この状態で、本発明にかかる熱処理装置により非晶質のシリコン膜の全面に光照射を行い、非晶質のシリコン膜が多結晶化した多結晶シリコン膜を形成することもできる。
【００６０】
また、ガラス基板上に下地酸化シリコン膜、アモルファスシリコンを結晶化したポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜にリンやボロン等の不純物をドーピングした構造のＴＦＴ基板に対して本発明にかかる熱処理装置により光照射を行い、ドーピング工程で打ち込まれた不純物の活性化を行うこともできる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、チャンバーとランプハウスとが閉鎖状態にあるときに遮蔽板を挿入して照射窓を遮蔽することにより、ロック機構が解除されてチャンバーとランプハウスとの開放が許可されるため、遮蔽板によって照射窓を遮蔽しない限りチャンバーとランプハウスとを開放することができず、開放中は必ず照射窓が遮蔽板により遮蔽されることとなり、装置のメンテナンス中におけるランプの破損を防止することができる。
【００６２】
また、請求項２の発明によれば、チャンバーとランプハウスとが閉鎖状態にあるときに遮蔽板が引き出された状態ではロック機構が遮蔽板によって遮蔽されるとともに、遮蔽板が挿入されて照射窓が遮蔽されることによってロック機構の開放が許可されてチャンバーとランプハウスとの開放が可能されるため、遮蔽板によって照射窓を遮蔽してロック機構を外さない限りチャンバーとランプハウスとを開放することができず、開放中は必ず照射窓が遮蔽板により遮蔽されることとなり、装置のメンテナンス中におけるランプの破損を防止することができる。
【００６３】
また、請求項３の発明によれば、遮蔽板がランプから出射される光に対して不透明であるため、装置のメンテナンス中にランプがミス発光しても安全である。
【００６４】
また、請求項４の発明によれば、ランプがキセノンフラッシュランプであり、装置のメンテナンス中におけるキセノンフラッシュランプの破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱処理装置の概略構成を示す側断面図である。
【図２】本発明にかかる熱処理装置の概略構成を示す側断面図である。
【図３】開放状態の熱処理装置を示す側断面図である。
【図４】ランプハウスの一部を上方から見た図である。
【図５】第２実施形態の熱処理装置の概略構成を示す側断面図である。
【図６】第２実施形態のロック機構を示す拡大図である。
【符号の説明】
１０ ランプハウス
１３，２３ 突片
１１ 照射窓
１８ 雄ネジ
２０ チャンバー
３０ シャッター板
６１ 透光板
６９ フラッシュランプ
７１ リフレクタ
７３ 熱拡散板
７４ 加熱プレート
８０ ロック機構
８１ 係止片
８２ 係止部材
８３ 支持部材
８４ バネ
Ｗ 半導体ウェハー
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハーやガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）に光を照射することにより基板を熱処理する熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、イオン注入後の半導体ウェハーのイオン活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したランプアニール装置等の熱処理装置が使用されている。このような熱処理装置においては、半導体ウェハーを、例えば、１０００℃ないし１１００℃程度の温度に加熱（アニール）することにより、半導体ウェハーのイオン活性化を実行している。そして、このような熱処理装置においては、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用することにより、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する構成となっている。
【０００３】
しかしながら、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する熱処理装置を使用して半導体ウェハーのイオン活性化を実行した場合においても、半導体ウェハーに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまる、すなわち、熱によりイオンが拡散してしまうという現象が生ずることが判明した。このような現象が発生した場合においては、半導体ウェハーの表面にイオンを高濃度で注入しても、注入後のイオンが拡散してしまうことから、イオンを必要以上に注入しなければならないという問題が生じていた。
【０００４】
上述した問題を解決するため、キセノンフラッシュランプ等を使用して半導体ウェハーの表面に閃光を照射することにより、イオン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（数ミリセカンド以下）に昇温させる技術が提案されている。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、イオンが拡散するための十分な時間がないため、半導体ウェハーに打ち込まれたイオンのプロファイルをなまらせることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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においては、従来よりキセノンフラッシュランプを備えるランプハウスと半導体ウェハーを収容して保持するチャンバーとが開閉自在に蝶着された構造を採用していることが多い。半導体ウェハーのフラッシュ加熱を行うときには上記蝶着構造を閉じる一方で、装置のメンテナンスを行うときには蝶着構造を開放する。
【０００６】
しかしながら、従来より装置のメンテナンス中に作業者が誤ってランプハウス中のキセノンフラッシュランプに接触してランプを破損することがあった。キセノンフラッシュランプは高価なランプであるうえに、それを破損した場合にはランプ交換だけでなくランプハウス全体の再調整等に多くの時間を要するという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、装置のメンテナンス中におけるランプの破損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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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、光を透過するチャンバー窓を上部に備え、その内部に基板を収容して保持するチャンバーと、ランプを内蔵するとともに該ランプから出射された光が通過する照射窓を下部に備え、前記チャンバーに開閉自在に蝶着されたランプハウスと、前記チャンバー窓と前記照射窓とが相対向する閉鎖状態に前記チャンバーと前記ランプハウスとを固定するロック機構と、を備え、前記閉鎖状態にて遮蔽板が挿入されて前記照射窓が遮蔽されることにより前記ロック機構が解除されて前記チャンバーと前記ランプハウスとの開放を許可する。
【０００９】
また、請求項２の発明は、基板に対して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、光を透過するチャンバー窓を上部に備え、その内部に基板を収容して保持するチャンバーと、ランプを内蔵するとともに該ランプから出射された光が通過する照射窓を下部に備え、前記チャンバーに開閉自在に蝶着されたランプハウスと、前記チャンバー窓と前記照射窓とが相対向する閉鎖状態に前記チャンバーと前記ランプハウスとを固定するロック機構と、を備え、前記閉鎖状態にて遮蔽板が引き出された状態では前記ロック機構が前記遮蔽板によって遮蔽されるとともに、前記遮蔽板が挿入されて前記照射窓が遮蔽されることによって前記ロック機構の解除が許可されて前記チャンバーと前記ランプハウスとの開放を可能とする。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明にかかる熱処理装置において、前記遮蔽板を前記ランプから出射される光に対して不透明としている。
【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かかる熱処理装置において、前記ランプをキセノンフラッシュランプとしている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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。
【００１３】
＜１．第１実施形態＞
図１および図２は本発明にかかる熱処理装置の概略構成を示す側断面図である。この熱処理装置は、キセノンフラッシュランプからの閃光によって半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。熱処理装置は、主として上部のランプハウス１０と下部のチャンバー２０とによって構成されている。
【００１４】
チャンバー２０は、熱処理時に筐体内部に半導体ウェハーＷを収容して保持するためのものである。チャンバー２０の上部を構成する透光板６１は、例えば、石英等の赤外線透過性を有する材料から構成されており、ランプハウス１０から出射された光を透過してチャンバー２０内に導くチャンバー窓として機能している。また、チャンバー２０の底部には、後述する熱拡散板７３および加熱プレート７４を貫通して半導体ウェハーＷをその下面から支持するための支持ピン７０が立設されている。
【００１５】
チャンバー２０の筐体内には、加熱プレート７４と熱拡散板７３とが設けられている。熱拡散板７３は加熱プレート７４の上面に貼着されている。加熱プレート７４は、半導体ウェハーＷを予備加熱（アシスト加熱）するためのものである。この加熱プレート７４は、窒化アルミニウムにて構成され、その内部にヒータと該ヒータを制御するためのセンサとを収納した構成を有する。一方、熱拡散板７３は、加熱プレート７４からの熱エネルギーを拡散して半導体ウェハーＷを均一に予備加熱するためのものである。この熱拡散板７３の材質としては、サファイア（Ａｌ2Ｏ3：酸化アルミニウム）や石英等の比較的熱伝導率が小さいものが採用される。
【００１６】
熱拡散板７３および加熱プレート７４は、図示を省略するモータの駆動により、図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降する構成となっている。すなわち、加熱プレート７４を支持する筒状体４１が上記モータと連動連結されており、該モータの駆動によって図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降することができる。
【００１７】
図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置は、図外の搬送ロボットを使用してチャンバー２０の側壁に設けられた開口部（図示省略）から搬入した半導体ウェハーＷを支持ピン７０上に載置し、あるいは、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷを当該開口部から搬出することができるように、熱拡散板７３および加熱プレート７４が下降した位置である。この状態においては、支持ピン７０の上端は、熱拡散板７３および加熱プレート７４に形成された貫通孔を通過し、熱拡散板７３の表面より上方に突出する。
【００１８】
一方、図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置は、半導体ウェハーＷに対して熱処理を行うために、熱拡散板７３および加熱プレート７４が支持ピン７０の上端より上方に上昇した位置である。熱拡散板７３および加熱プレート７４が図１の搬入・搬出位置から図２の熱処理位置に上昇する過程において、支持ピン７０に載置された半導体ウェハーＷは熱拡散板７３によって受け取られ、その下面を熱拡散板７３の表面に支持されて上昇し、チャンバー２０上部の透光板６１に近接した位置に水平姿勢にて保持される。逆に、熱拡散板７３および加熱プレート７４が熱処理位置から搬入・搬出位置に下降する過程においては、熱拡散板７３に支持された半導体ウェハーＷが支持ピン７０に受け渡される。
【００１９】
また、チャンバー２０には上記した構成以外にも内部雰囲気をシールする機構、窒素ガス等を供給する不活性ガス供給機構、排気機構等が設けられている。
【００２０】
ランプハウス１０は、筐体内部に複数（本実施形態においては３０本）のキセノンフラッシュランプ６９（以下、単に「フラッシュランプ６９」とも称する）と、リフレクタ７１とを備える。複数のフラッシュランプ６９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水平方向に沿うようにして互いに平行に列設されている。リフレクタ７１は、複数のフラッシュランプ６９の上方にそれらの全体を被うように配設されている。
【００２１】
このキセノンフラッシュランプ６９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ガラス管と、該ガラス管の外局部に巻回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、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、そのときのジュール熱でキセノンガスが加熱されて光が放出される。このキセノンフラッシュランプ６９においては、予め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１０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。
【００２２】
ランプハウス１０の筐体下部は開放されており、当該開放部がフラッシュランプ６９から出射された光が通過する照射窓１１となる。図２の状態において、フラッシュランプ６９から放射された光の一部は直接に照射窓１１および透光板６１を透過してチャンバー２０内へと向かう。また、フラッシュランプ６９から放射された光の他の一部は一旦リフレクタ７１によって反射されてから照射窓１１および透光板６１を透過してチャンバー２０内へと向かう。なお、この照射窓１１に石英ガラスまたは拡散板を設けるようにしても良い。
【００２３】
ランプハウス１０はチャンバー２０に対して開閉自在に蝶着されている。すなわち、ランプハウス１０とチャンバー２０とは別体として構成されており、チャンバー２０に固設された軸受け片２２とランプハウス１０に固設された軸受け片１２とが回動軸１５を介して回動自在に軸着されている。これにより、図３に示す如き開放状態と図１に示す如き透光板６１と照射窓１１とが相対向する閉鎖状態との間でランプハウス１０とチャンバー２０とを開閉することができる。
【００２４】
一方、ランプハウス１０における軸受け片１２と反対側には突片１３が固設されるとともに、チャンバー２０における軸受け片２２と反対側には突片２３が固設されている。突片１３および突片２３にはネジ穴が穿設されている。突片１３および突片２３のそれぞれに穿設されるネジ穴の個数は例えば３個程度とすれば良い。
【００２５】
ランプハウス１０とチャンバー２０とを閉鎖状態にすると、突片１３および突片２３が互いに当接する。この閉鎖状態にて突片１３および突片２３のネジ穴に雄ネジ１８を螺入することにより突片１３と突片２３とが締結されることとなり、ランプハウス１０とチャンバー２０とがネジ止めされる。このようにしてネジ止めされると、ランプハウス１０とチャンバー２０とを開放状態にすることは勿論不可能であり、図１および図２に示すようにランプハウス１０とチャンバー２０とが閉鎖状態に固定されることとなる。すなわち、本実施形態では、透光板６１と照射窓１１とが相対向する閉鎖状態にランプハウス１０とチャンバー２０とを固定するロック機構として、ランプハウス１０とチャンバー２０とをネジ止めする締結機構を採用しているのである。
【００２６】
一方、突片１３および突片２３から雄ネジ１８を取り外すと、ランプハウス１０とチャンバー２０とは開閉自在に蝶着されているものであるため、それらを図３に示すように開放状態にすることができる。
【００２７】
また、本実施形態の熱処理装置には略矩形平板形状のシャッター板（遮蔽板）３０が設けられている。シャッター板３０はランプハウス１０に取り付けられており、図１に示す遮蔽位置と図２に示す処理位置との間でスライド移動自在とされている。図４は、ランプハウス１０の一部を上方から見た図である。ランプハウス１０の筐体側壁の内面には２本の溝部２４が水平方向に沿って互いに平行に刻設されている。シャッター板３０はこれら２本の溝部２４に摺動自在に載架されている。従って、シャッター板３０は２本の溝部２４に沿ってスライド移動自在となる。但し、シャッター板３０の両側先端部には係止片３０ａが突設されるとともに、溝部２４の出口側端部にも係止片２４ａが形成されており、シャッター板３０をランプハウス１０から引き出す方向にスライド移動させたとしても係止片２４ａと係止片３０ａとが係合することによってシャッター板３０をランプハウス１０から完全に取り外すことは出来ない。すなわち、係止片２４ａおよび係止片３０ａがシャッター板３０をランプハウス１０から取り外すことを禁止する取り外し禁止機構として機能しているのである。
【００２８】
シャッター板３０はフラッシュランプ６９から出射される光に対して不透明な材質、例えばアルミニウム合金やステンレス鋼にて形成されている。また、シャッター板３０の平面サイズは少なくとも照射窓１１の全体を覆うことが可能な大きさである。
【００２９】
ランプハウス１０とチャンバー２０とをネジ止めした閉鎖状態にてシャッター板３０を図２に示す処理位置までランプハウス１０から引き出すと、照射窓１１が完全に開放される一方、雄ネジ１８のネジ頭がシャッター板３０によって遮蔽される。この状態においては、照射窓１１が開放されているため、複数のフラッシュランプ６９から出射された光は照射窓１１および透光板６１を透過してチャンバー２０内へと向かうことができる。また、雄ネジ１８のネジ頭がシャッター板３０によって遮蔽されているため、雄ネジ１８を突片１３および突片２３から取り外すことは不可能となる。従って、ランプハウス１０とチャンバー２０とを開放状態にすることも当然に不可能となる。
【００３０】
また、ランプハウス１０とチャンバー２０とをネジ止めした閉鎖状態にてシャッター板３０を図１に示す遮蔽位置までランプハウス１０に挿入すると、照射窓１１がシャッター板３０によって完全に遮蔽される一方、雄ネジ１８のネジ頭の上方空間が開放される。この状態においては、照射窓１１がシャッター板３０によって完全に遮蔽されているため、複数のフラッシュランプ６９から閃光を出射したとしてもその光はシャッター板３０によって遮られ、ランプハウス１０の外部に漏れ出ることはない。また、雄ネジ１８のネジ頭の周辺空間が開放されているため、雄ネジ１８を突片１３および突片２３から取り外してランプハウス１０とチャンバー２０とを図３に示すような開放状態にすることができる。すなわち、シャッター板３０が挿入されて照射窓１１が遮蔽されることによってネジによる締結機構を使用したロック機構の解除が許可されてチャンバーとランプハウスとの開放が可能とされる。
【００３１】
次に、本発明にかかる熱処理装置の動作について説明する。この熱処理装置において処理対象となる半導体ウェハーＷは、イオン注入後の半導体ウェハーである。
【００３２】
上記の熱処理装置において半導体ウェハーＷの熱処理を行うときには、まず作業者がランプハウス１０とチャンバー２０とを図１に示す閉鎖状態にして雄ネジ１８によって突片１３と突片２３とを締結する。これにより、透光板６１と照射窓１１とが相対向する閉鎖状態にランプハウス１０とチャンバー２０とが固定される。そして、作業者はランプハウス１０からシャッター板３０を引き出して図２に示す処理可能状態にする。
【００３３】
その後、熱拡散板７３および加熱プレート７４が図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置に配置された状態にて、図示しない搬送ロボットにより半導体ウェハーＷが搬入され、支持ピン７０上に載置される。半導体ウェハーＷの搬入が完了すれば、チャンバー２０の開口部が閉鎖される。しかる後、熱拡散板７３および加熱プレート７４が図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇し、半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持する。また、チャンバー２０内に窒素ガスの気流が形成される。
【００３４】
熱拡散板７３および加熱プレート７４は、加熱プレート７４に内蔵されたヒータの作用により予め所定温度に加熱されている。このため、熱拡散板７３および加熱プレート７４が半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇した状態においては、半導体ウェハーＷが加熱状態にある熱拡散板７３と接触することにより予備加熱され、半導体ウェハーＷの温度が次第に上昇する。
【００３５】
この状態においては、半導体ウェハーＷは熱拡散板７３により継続して加熱される。そして、半導体ウェハーＷの温度上昇時には、図示しない温度センサにより、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを常に監視する。
【００３６】
なお、この予備加熱温度Ｔ１は、例えば２００℃ないし６００℃程度の温度である。半導体ウェハーＷをこの程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱したとしても、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散してしまうことはない。
【００３７】
やがて、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達すると、フラッシュランプ６９を点灯してフラッシュ加熱を行う。このフラッシュ加熱工程におけるフラッシュランプ６９の点灯時間は、０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の時間である。このように、フラッシュランプ６９においては、予め蓄えられていた静電エネルギーがこのように極めて短い光パルスに変換されることから、極めて強い閃光が照射されることになる。
【００３８】
このようなフラッシュ加熱により、半導体ウェハーＷの表面温度は瞬間的に温度Ｔ２に到達する。この温度Ｔ２は、１０００℃ないし１１００℃程度の半導体ウェハーＷのイオン活性化処理に必要な温度である。半導体ウェハーＷの表面がこのような処理温度Ｔ２にまで昇温されることにより、半導体ウェハーＷ中に打ち込まれたイオンが活性化される。
【００３９】
このとき、半導体ウェハーＷの表面温度が０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の極めて短い時間で処理温度Ｔ２まで昇温されることから、半導体ウェハーＷ中のイオン活性化は短時間で完了する。従って、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散することはなく、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまるという現象の発生を防止することが可能となる。なお、イオン活性化に必要な時間はイオンの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１０ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であってもイオン活性化は完了する。
【００４０】
また、フラッシュランプ６９を点灯して半導体ウェハーＷを加熱する前に、加熱プレート７４を使用して半導体ウェハーＷの表面温度を２００℃ないし６００℃程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱していることから、フラッシュランプ６９により半導体ウェハーＷを１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度Ｔ２まで速やかに昇温させることが可能となる。
【００４１】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、熱拡散板７３および加熱プレート７４が図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置まで下降するとともに、チャンバー２０の開口部６６が解放される。そして、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷが図示しない搬送ロボットにより搬出される。以上のようにして、一連の熱処理動作が完了する。
【００４２】
このような熱処理装置のメンテナンスを行うときには、作業者がランプハウス１０にシャッター板３０を挿入して図１に示す遮蔽状態とする。この状態においては、照射窓１１がシャッター板３０によって完全に遮蔽される。同時に、雄ネジ１８のネジ頭の上方を覆っていたシャッター板３０がランプハウス１０に挿入されて、ネジ頭の上方空間が開放されるため、雄ネジ１８を突片１３および突片２３から取り外すことが可能となる。作業者は、雄ネジ１８を突片１３および突片２３から取り外して、ランプハウス１０とチャンバー２０とを図３に示すような開放状態とする。そして、この状態にて装置のメンテナンスが行われるのである。
【００４３】
ここで、仮に作業者がシャッター板３０をランプハウス１０に挿入することなくランプハウス１０とチャンバー２０とを開放状態にしようとしても、シャッター板３０が引き出されているときには雄ネジ１８のネジ頭が遮蔽されているため、雄ネジ１８を突片１３および突片２３から取り外すことが出来ない。つまり、シャッター板３０をランプハウス１０に挿入することなくランプハウス１０とチャンバー２０とを開放状態にすることは不可能なのである。シャッター板３０が挿入されて照射窓１１が遮蔽されることによってネジによる締結機構を使用したロック機構の周辺空間が開放され、その結果該ロック機構の解除が許可されてチャンバー２０とランプハウス１０との開放が可能となるのである。
【００４４】
照射窓１１がシャッター板３０によって完全に遮蔽された図３に示す如き状態にて装置のメンテナンスを行えば、作業者が誤ってランプハウス１０中のフラッシュランプ６９等に接触して破損するおそれはない。
【００４５】
また、仮に過電圧、トリガー電極に混入したノイズ、静電気等に起因してフラッシュランプ６９のミス発光が生じたとしても、光に対して不透明な材質にて形成されたシャッター板３０によって照射窓１１が完全に遮蔽されているため、ランプハウス１０から閃光が漏れ出ることはなく安全である。
【００４６】
さらに、メンテナンス中に作業者が誤って高電圧が印加されたトリガー電極等に触れることも防止される。
【００４７】
＜２．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。図５は、第２実施形態の熱処理装置の概略構成を示す側断面図である。第２実施形態の熱処理装置もキセノンフラッシュランプからの閃光によって半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。第２実施形態の熱処理装置が第１実施形態と異なるのは、ランプハウス１０とチャンバー２０とを閉鎖状態に固定するためのロック機構と、そのロック機構をシャッター板３０によって解除する態様であり、残余の点については同一であるため同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
第２実施形態においても、複数のフラッシュランプ６９を内蔵するランプハウス１０と半導体ウェハーＷを収容して保持するチャンバー２０とが開閉自在に蝶着されている。第２実施形態では、ランプハウス１０とチャンバー２０とを閉鎖状態に固定するためにラチェット機構を使用したロック機構８０を採用している。図６は、第２実施形態のロック機構８０を示す拡大図である。ロック機構８０は、係止片８１、係止部材８２、支持部材８３およびバネ８４を備えている。支持部材８３はランプハウス１０における軸受け片１２と反対側に固設されている。支持部材８３には断面略Ｌ字形状の係止片８１が回動自在に支持されている。係止片８１はバネ８４によってランプハウス１０の壁面と連結されている。係止部材８２はチャンバー２０における軸受け片２２と反対側に固設されている。係止部材８２は断面凹形状の部材である。
【００４９】
一方、第２実施形態においては、第１実施形態とは逆側から、すなわち回動軸１５の側からシャッター板３０をランプハウス１０に対して出し入れすることとなる。なお、シャッター板３０がフラッシュランプ６９から出射される光に対して不透明な材質にて形成されている点およびその平面サイズが少なくとも照射窓１１の全体を覆うことが可能な大きさである点は第１実施形態と同じである。また、ランプハウス１０に刻設された溝部に沿ってシャッター板３０を水平方向にスライド移動自在である点も第１実施形態と同じである。
【００５０】
ランプハウス１０とチャンバー２０とを閉鎖状態にして、かつシャッター板３０をランプハウス１０から引き出すと、照射窓１１が開放されるとともに、図６の実線にて示すように係止片８１の先端部が係止部材８２の凹部に係合する。この状態ではバネ８４によって係止片８１の先端部が係止部材８２の凹部に当接するように押圧されている。従って、シャッター板３０をランプハウス１０から引き出した状態では、ランプハウス１０とチャンバー２０とを開放状態にすることはできず、透光板６１と照射窓１１とが相対向する閉鎖状態にランプハウス１０とチャンバー２０とが固定される。また、照射窓１１が開放されるため、複数のフラッシュランプ６９から出射された光は照射窓１１および透光板６１を透過してチャンバー２０内へと向かうことができる。
【００５１】
一方、ランプハウス１０とチャンバー２０とが閉鎖状態にあるときに、シャッター板３０をランプハウス１０に挿入してその先端部を係止片８１に当接させ、さらにシャッター板３０を押し入れるとその先端部に押された係止片８１がバネ８４の弾性力に抗して回動し、図６の二点鎖線にて示すように係止片８１の先端部が係止部材８２の凹部から離脱する。このような状態となれば、ロック機構８０が解除されてチャンバー２０とランプハウス１０との開放が許可されることとなる。また、照射窓１１がシャッター板３０によって完全に遮蔽されることとなるため、複数のフラッシュランプ６９から閃光を出射したとしてもその光はシャッター板３０によって遮られ、ランプハウス１０の外部に漏れ出ることはない。
【００５２】
第２実施形態の熱処理装置において半導体ウェハーＷの処理を行うときには、作業者がランプハウス１０とチャンバー２０とを閉鎖状態にしてランプハウス１０からシャッター板３０を引き出す。これにより、照射窓１１が開放されるとともに、バネ８４の弾性力によって係止片８１が係止部材８２の凹部に係合してランプハウス１０とチャンバー２０とが閉鎖状態に固定される。その後の半導体ウェハーＷ自体の加熱処理内容は第１実施形態と同じである。
【００５３】
第２実施形態の熱処理装置のメンテナンスを行うときには、作業者がランプハウス１０にシャッター板３０を挿入して照射窓１１を完全に遮蔽するとともに、シャッター板３０の先端部によって係止片８１を押し上げることによりロック機構８０を解除する。そして、作業者はランプハウス１０とチャンバー２０と開放状態として装置のメンテナンスを行う。
【００５４】
ここで、仮に作業者がシャッター板３０をランプハウス１０に挿入することなくランプハウス１０とチャンバー２０とを開放状態にしようとしても、シャッター板３０が引き出されているときには係止片８１が係止部材８２の凹部に係合することによってランプハウス１０とチャンバー２０とが閉鎖状態に固定されているため、ランプハウス１０とチャンバー２０とを開放状態にすることは出来ない。つまり、第２実施形態においてもシャッター板３０をランプハウス１０に挿入することなくランプハウス１０とチャンバー２０とを開放状態にすることは不可能なのである。シャッター板３０が挿入されて照射窓１１が遮蔽されることによってロック機構８０が解除され、その結果チャンバー２０とランプハウス１０との開放が許可されるのである。
【００５５】
第２実施形態においても、照射窓１１がシャッター板３０によって完全に遮蔽された状態にて装置のメンテナンスを行えば、作業者が誤ってランプハウス１０中のフラッシュランプ６９等に接触して破損するおそれはない。
【００５６】
また、仮に過電圧、トリガー電極に混入したノイズ、静電気等に起因してフラッシュランプ６９のミス発光が生じたとしても、光に対して不透明な材質にて形成されたシャッター板３０によって照射窓１１が完全に遮蔽されているため、ランプハウス１０から閃光が漏れ出ることはなく安全である。
【００５７】
＜３．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、透光板６１と照射窓１１とが相対向する閉鎖状態にランプハウス１０とチャンバー２０とを固定するためのロック機構としてラチェット機構やネジによる締結機構を採用していたが、これらに限定されるものではなく種々の公知の固定機構を採用することができる。そして、その固定機構はシャッター板３０を挿入して照射窓１１を遮蔽することによってチャンバー２０とランプハウス１０との開放を許可可能とするようなものであれば良い。
【００５８】
また、ランプハウス１０にフラッシュランプ６９に代えて他の種類のランプ（例えばハロゲンランプ）を備え、当該ランプからの光照射によって半導体ウェハーＷの加熱を行う熱処理装置であっても本発明に係る技術を適用することができる。
【００５９】
また、上記各実施形態においては、半導体ウェハーＷに光を照射してイオン活性化処理を行うようにしていたが、本発明にかかる熱処理装置による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い。例えば、窒化シリコン膜や多結晶シリコン膜等の種々のシリコン膜が形成されたガラス基板に対して本発明にかかる熱処理装置による処理を行っても良い。一例として、ＣＶＤ法によりガラス基板上に形成した多結晶シリコン膜にシリコンをイオン注入して非晶質化した非晶質シリコン膜を形成し、さらにその上に反射防止膜となる酸化シリコン膜を形成する。この状態で、本発明にかかる熱処理装置により非晶質のシリコン膜の全面に光照射を行い、非晶質のシリコン膜が多結晶化した多結晶シリコン膜を形成することもできる。
【００６０】
また、ガラス基板上に下地酸化シリコン膜、アモルファスシリコンを結晶化したポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜にリンやボロン等の不純物をドーピングした構造のＴＦＴ基板に対して本発明にかかる熱処理装置により光照射を行い、ドーピング工程で打ち込まれた不純物の活性化を行うこともできる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、チャンバーとランプハウスとが閉鎖状態にあるときに遮蔽板を挿入して照射窓を遮蔽することにより、ロック機構が解除されてチャンバーとランプハウスとの開放が許可されるため、遮蔽板によって照射窓を遮蔽しない限りチャンバーとランプハウスとを開放することができず、開放中は必ず照射窓が遮蔽板により遮蔽されることとなり、装置のメンテナンス中におけるランプの破損を防止することができる。
【００６２】
また、請求項２の発明によれば、チャンバーとランプハウスとが閉鎖状態にあるときに遮蔽板が引き出された状態ではロック機構が遮蔽板によって遮蔽されるとともに、遮蔽板が挿入されて照射窓が遮蔽されることによってロック機構の開放が許可されてチャンバーとランプハウスとの開放が可能されるため、遮蔽板によって照射窓を遮蔽してロック機構を外さない限りチャンバーとランプハウスとを開放することができず、開放中は必ず照射窓が遮蔽板により遮蔽されることとなり、装置のメンテナンス中におけるランプの破損を防止することができる。
【００６３】
また、請求項３の発明によれば、遮蔽板がランプから出射される光に対して不透明であるため、装置のメンテナンス中にランプがミス発光しても安全である。
【００６４】
また、請求項４の発明によれば、ランプがキセノンフラッシュランプであり、装置のメンテナンス中におけるキセノンフラッシュランプの破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱処理装置の概略構成を示す側断面図である。
【図２】本発明にかかる熱処理装置の概略構成を示す側断面図である。
【図３】開放状態の熱処理装置を示す側断面図である。
【図４】ランプハウスの一部を上方から見た図である。
【図５】第２実施形態の熱処理装置の概略構成を示す側断面図である。
【図６】第２実施形態のロック機構を示す拡大図である。
【符号の説明】
１０ ランプハウス
１３，２３ 突片
１１ 照射窓
１８ 雄ネジ
２０ チャンバー
３０ シャッター板
６１ 透光板
６９ フラッシュランプ
７１ リフレクタ
７３ 熱拡散板
７４ 加熱プレート
８０ ロック機構
８１ 係止片
８２ 係止部材
８３ 支持部材
８４ バネ
Ｗ 半導体ウェハー
Claims (4)
- 基板に対して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、
光を透過するチャンバー窓を上部に備え、その内部に基板を収容して保持するチャンバーと、
ランプを内蔵するとともに該ランプから出射された光が通過する照射窓を下部に備え、前記チャンバーに開閉自在に蝶着されたランプハウスと、
前記チャンバー窓と前記照射窓とが相対向する閉鎖状態に前記チャンバーと前記ランプハウスとを固定するロック機構と、
を備え、
前記閉鎖状態にて遮蔽板を挿入して前記照射窓を遮蔽することにより前記ロック機構が解除されて前記チャンバーと前記ランプハウスとの開放が許可されることを特徴とする熱処理装置。 - 基板に対して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、
光を透過するチャンバー窓を上部に備え、その内部に基板を収容して保持するチャンバーと、
ランプを内蔵するとともに該ランプから出射された光が通過する照射窓を下部に備え、前記チャンバーに開閉自在に蝶着されたランプハウスと、
前記チャンバー窓と前記照射窓とが相対向する閉鎖状態に前記チャンバーと前記ランプハウスとを固定するロック機構と、
を備え、
前記閉鎖状態にて遮蔽板が引き出された状態では前記ロック機構が前記遮蔽板によって遮蔽されるとともに、前記遮蔽板が挿入されて前記照射窓が遮蔽されることによって前記ロック機構の解除が許可されて前記チャンバーと前記ランプハウスとの開放が可能とされることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、
前記遮蔽板は前記ランプから出射される光に対して不透明であることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記ランプはキセノンフラッシュランプであることを特徴とする熱処理装置。
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