JP2007266351A

JP2007266351A - 熱処理装置

Info

Publication number: JP2007266351A
Application number: JP2006090074A
Authority: JP
Inventors: Tatsufumi Kusuda; 達文楠田
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11
Also published as: US20070229657A1; US7531771B2

Abstract

【課題】容易にトリガ電極を配置することが可能な熱処理装置を提供する。
【解決手段】互いに平行に配列された複数のフラッシュランプ６９の全体を覆うようにリフレクタ５２が配置されている。リフレクタ５２は、フラッシュランプ６９から出射されたフラッシュ光を反射する。フラッシュランプ６９の放電に必要なトリガ電極６８は、複数のフラッシュランプ６９に１対１で近接対向するように絶縁部材６７を挟み込んでリフレクタ５２に固設されている。このため、装置のメンテナンス時やランプ交換時等に逐一トリガワイヤをフラッシュランプ６９の近傍に張る必要はなく、リフレクタ５２を所定の設置位置に固定するだけで容易にトリガ電極６８をフラッシュランプ６９の近傍に配置することができる。
【選択図】図５

Description

この発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等（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り基板を加熱する熱処理装置に関する。

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が一般的に使用されていた。このようなランプアニール装置においては、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。

一方、近年、半導体デバイスの高集積化が進展し、ゲート長が短くなるにつれて接合深さも浅くすることが望まれている。しかしながら、毎秒数百度程度の速度で半導体ウェハーを昇温する上記ランプアニール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ボロンやリン等のイオンが熱によって深く拡散する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、接合深さが要求よりも深くなり過ぎ、良好なデバイス形成に支障が生じることが懸念される。

このため、複数のキセノンフラッシュランプ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、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（例えば、特許文献１，２）。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、数ミリセカンド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、イオンを深く拡散させることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。

特開２００４−５５８２１号公報特開２００４−８８０５２号公報

キセノンフラッシュランプは、キセノンガスを封入したガラス管の両端部に陽極と陰極とを配置したものである。キセノンガス自体は絶縁体であるため、これら両端の電極に単に電圧を印加しただけではガラス管内に放電は生じない。このため、ガラス管の外部近傍にトリガワイヤを配置し、両端電極に所定の電圧を印加した状態でトリガワイヤに高電圧を印加してキセノンガスの絶縁性を破壊することによって放電を生じさせている。このようなトリガワイヤはガラス管の近傍に配置しなければならないため、特許文献１，２に開示されているような複数のキセノンフラッシュランプを有する装置においては、複数のキセノンフラッシュランプのそれぞれの近傍に１本のトリガワイヤを配置していた。

しかしながら、ガラス管の直近にトリガワイヤを設置する作業は繁雑なものである。特に、多数のキセノンフラッシュランプを有する装置においては、メンテナンス時やランプ交換時等にそれら全てのランプについてトリガワイヤを配置しなければならず、非常に大きな作業負担を強いられるという問題があった。

また、複数のキセノンフラッシュランプのそれぞれにトリガワイヤを配置すると、トリガワイヤの設置数に応じたトリガ回路が必要となる。トリガ回路の数が増えるとそれに比例して回路障害の頻度も増加する。また、多数のトリガ回路の電圧印加タイミングが少しでもずれると、複数のキセノンフラッシュランプの発光タイミングもずれることとなり、半導体ウェハーの熱処理にも支障を来す懸念があった。

さらに、トリガワイヤはガラス管の直近に配置されているため、フラッシュ光照射時に大きな熱的影響を受ける。このため、トリガワイヤの材質としてはタングステン（Ｗ）のような高融点金属が使用されているが、フラッシュ光照射時に酸化されて断線するおそれがあった。トリガワイヤを貴金属にて形成すれば、高温酸化を防止することができるが、コストが著しく上昇するという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、容易にトリガ電極を配置することが可能な熱処理装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、フラッシュ光照射に対する耐久性に優れた熱処理装置を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、複数のトリガ電極に完全に同一のタイミングにて電圧を印加することが可能な熱処理装置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、放電管内に設けられた両端電極間に生じる放電によってフラッシュ光を出射する複数のフラッシュランプと、基板を保持する保持手段と、前記複数のフラッシュランプを挟んで前記保持手段と対向するように、かつ前記複数のフラッシュランプを覆うように配置され、前記複数のフラッシュランプから出射されたフラッシュ光を前記保持手段の側に反射する反射板と、前記複数のフラッシュランプに１対１で近接対向するように前記反射板に固設され、前記複数のフラッシュランプが放電を開始するための複数のトリガ電極と、を備える。

また、請求項２の発明は、請求項１記載の熱処理装置において、前記反射板を導電性材料によって構成し、前記複数のトリガ電極を前記反射板に通電可能に固設し、前記反射板に通電可能に設けられ、前記複数のフラッシュランプが放電を開始する電圧を前記反射板を介して前記複数のトリガ電極に印加する単一のトリガ回路をさらに備える。

また、請求項３の発明は、請求項１記載の熱処理装置において、前記複数のトリガ電極を絶縁部材を挟み込んで前記反射板に固設し、前記複数のトリガ電極が並列的に接続され、前記複数のフラッシュランプが放電を開始する電圧を前記複数のトリガ電極に印加する単一のトリガ回路をさらに備える。

請求項１の発明によれば、複数のフラッシュランプを覆う反射板に複数のトリガ電極を固設しているため、反射板を装置の所定位置に取り付けるだけで容易にトリガ電極を配置することが可能となる。また、反射板にトリガ電極を固設すれば、トリガ電極の容量を大きくすることができるため、フラッシュ光照射時にトリガ電極が受けた熱が急速に伝導して拡散され、トリガ電極のフラッシュ光照射に対する耐久性を優れたものとすることができる。

また、請求項２の発明によれば、単一のトリガ回路が反射板を介して複数のトリガ電極に放電を開始するための電圧を印加するため、複数のトリガ電極に完全に同一のタイミングにて電圧を印加することが可能となる。

また、請求項３の発明によれば、複数のトリガ電極が並列的に接続された単一のトリガ回路が放電を開始するための電圧を複数のトリガ電極に印加するため、複数のトリガ電極に完全に同一のタイミングにて電圧を印加することが可能となる。

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．第１実施形態＞
まず、本発明に係る熱処理装置の全体構成について概説する。図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す側断面図である。熱処理装置１は基板として略円形の半導体ウェハーＷに閃光（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。

熱処理装置１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を備える。チャンバー６は、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とされている。

また、熱処理装置１は、上部開口６０に装着されて上部開口６０を閉塞する閉塞部材である透光板６１、チャンバー６の内部において半導体ウェハーＷを保持しつつ予備加熱を行う略円板状の保持部７、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、保持部７に保持される半導体ウェハーＷに透光板６１を介して光を照射することにより半導体ウェハーＷを加熱する光照射部５、および、これらの構成を制御して熱処理を行う制御部３を備える。

チャンバー６は、光照射部５の下方に設けられている。チャンバー６の上部に設けられた透光板６１は、例えば、石英等により形成された円板形状部材であり、光照射部５から出射された光を透過して熱処理空間６５に導くチャンバー窓として機能する。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、透光板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、透光板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を透光板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、透光板６１をＯリングに押し付けている。

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（光照射部５からの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（Ｎ₂）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（０₂）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２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２に示すように、ガス導入バッファ８３は、図１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１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１に示す半導体ウェハーＷの受渡位置と図４に示す半導体ウェハーＷの熱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が透光板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と透光板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。

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３は、ホットプレート７１を示す平面図である。図３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が周回するように配設されてヒータが形成されており、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の内部を通り制御都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は、シャフト４１の内部を通る電力線を介して電力供給源（図示省略）に接続されている。電力供給源から各ゾーンに至る経路途中において、電力供給源からの電力線は、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。

図１に示す光照射部５は、複数（本実施の形態においては３０本）のキセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」という）６９およびリフレクタ５２を有する光源である。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の主面に沿って互いに平行となるように平面状に配列されている。各キセノンフラッシュランプ６９は、少量のキセノンガスが封入された透明なガラス管（放電管）内部の両端部に、コンデンサーに接続された陽極および陰極を配設して構成されている。

リフレクタ５２は、複数のフラッシュランプ６９を挟んで保持部７と対向するように、かつ複数のフラッシュランプ６９の上方にそれら全体を覆うように配置された反射板である。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６９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６９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６９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の表面温度分布均一性が低下するためである。また、光拡散板５３（ディフューザ）は、表面に光拡散加工を施した石英ガラスにより形成され、透光板６１との間に所定の間隙を設けて光照射部５の下面側に設置される。熱処理装置１には、メンテナンス時に光照射部５をチャンバー６に対して相対的に上昇させて水平方向にスライド移動させる照射部移動機構５５がさらに設けられる。

ところで、キセノンフラッシュランプ６９の放電管内部に封入されているキセノンガスは電気的には絶縁体であるため、通常の状態では両端の電極に電圧を印加しても放電管内に電流は流れない。このため、両端の電極に電圧を印加した状態において、放電管の外部から放電を開始させるきっかけを与えてやる必要があり、このきっかけを与えるのがトリガ電極である。

図５は、第１実施形態のリフレクタ５２およびフラッシュランプ６９の部分断面図である。フラッシュランプ６９の放電管６９１は円筒形状の透明なガラス管であり、その内部の中空空間６９２にキセノンガスが封入されている。フラッシュランプ６９の直径、つまり放電管６９１の外径は約１５ｍｍである。また、フラッシュランプ６９の上端からリフレクタ５２までの距離は約３ｍｍ程度に設定されている。

トリガ電極６８は、複数のフラッシュランプ６９に１対１で近接対向するようにリフレクタ５２に固設されている。第１実施形態では、光照射部５に３０本のフラッシュランプ６９が設けられているため、トリガ電極６８も３０本設けられている。各トリガ電極６８は、耐フラッシュ特性に優れたアルミニウム（またはニッケルでも良い）にて形成された長尺の四角柱形状を有しており、フラッシュランプ６９の直上にランプ長手方向に沿って近接して配置されている。トリガ電極６８の断面形状は、縦約１ｍｍ、横約２ｍｍの長方形である。

ここで、第１実施形態においては、リフレクタ５２に固設された絶縁部材６７を介してトリガ電極６８が取り付けられている。すなわち、絶縁部材６７を挟み込んで各トリガ電極６８がリフレクタ５２に固設されているのである。絶縁部材６７の数は当然にトリガ電極６８の数と同じ（本実施形態では３０本）になる。各絶縁部材６７は、絶縁性を有するセラミック（例えば、シリカ（ＳｉＯ₂））或いはテフロン（登録商標）を用いて形成され、長尺の四角柱形状を有している。トリガ電極６８が絶縁部材６７を挟み込んでリフレクタ５２に取り付けられているため、トリガ電極６８とリフレクタ５２とは電気的に絶縁されている。

図６は、トリガ電極６８に電圧を印加するトリガ回路を示す図である。複数のフラッシュランプ６９のそれぞれの両端電極６９３ａ，６９３ｂはコンデンサー（図示省略）に接続されている。そして、各フラッシュランプ６９の直上にはリフレクタ５２に固設されたトリガ電極６８が配設されている。第１実施形態では３０本のフラッシュランプ６９に対応して３０本のトリガ電極６８が設けられているのであるが、それら３０本のトリガ電極６８が並列的に単一のトリガ回路２０に接続されている。トリガ回路２０は、トリガ用電源２３、トリガスイッチ２１および昇圧コイル２２を備えている。トリガスイッチ２１をＯＮ状態にすると、昇圧コイル２２を介して３０本のトリガ電極６８の全てに同一のタイミングで高電圧が印加される。第１実施形態において、トリガスイッチ２１をＯＮ状態にしたときにトリガ電極６８に印加される電圧は約２００００Ｖである。

各フラッシュランプ６９の両端電極６９３ａ，６９３ｂに接続されたコンデンサーに電荷を蓄電すると、その蓄積された電荷量に従って両端電極６９３ａ，６９３ｂ間に電圧が印加される。第１実施形態において、両端電極６９３ａ，６９３ｂ間に印加される電圧は約４０００Ｖである。既述したように、フラッシュランプ６９の放電管６９１内に封入されているキセノンガスは絶縁体であるため、単に両端電極６９３ａ，６９３ｂに電圧を印加しただけでは放電管内に放電は生じない。

しかしながら、フラッシュランプ６９の両端電極６９３ａ，６９３ｂ間に高電圧が印加された状態において、トリガスイッチ２１をＯＮ状態にしてトリガ電極６８に約２万Ｖの高電圧を印加して放電管６９１内の絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電荷が放電管６９１内に瞬時に流れ（放電）、そのときのジュール熱でキセノンガスが加熱されてフラッシュ光が放射される。このときには、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、フラッシュランプ６９は連続点灯の光源に比べて極めて強い閃光を照射し得るという特徴を有する。

図１に示す制御部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および制御用アプリケーションやデータなどを記憶しておく磁気ディスク等を備えている。制御部３は、モータ４０、弁８２，８７、トリガ回路２０および上記コンデンサーへの蓄電のための回路を制御する。

なお、第１実施形態の熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にフラッシュランプ６９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および光照射部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（図示省略）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には水冷管が設けられており、光照射部５は内部に気体を供給する供給管とサイレンサ付きの排気管が設けられて空冷構造とされている。また、透光板６１と光照射部５（の光拡散板５３）との間隙には圧縮空気が供給され、光照射部５および透光板６１を冷却するとともに、間隙に存在する有機物等を排除して熱処理時における光拡散板５３および透光板６１への付着を抑制する。

次に、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。ここで処理対象となる半導体ウェハーＷはイオン注入法により不純物が添加された半導体基板であり、添加された不純物の活性化が熱処理装置１による熱処理により行われる。

まず、保持部７が図１に示すようにチャンバー底部６２に近接した位置に配置される。以下、図１における保持部７のチャンバー６内における位置を「受渡位置」という。保持部７が受渡位置にあるとき、支持ピン７０の先端は、保持部７を貫通して保持部７の上方に突出する。

次に、弁８２および弁８７が開かれてチャンバー６の熱処理空間６５内に常温の窒素ガスが導入される。続いて、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を介してイオン注入後の半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入され、複数の支持ピン７０上に載置される。

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、供給された窒素ガスはチャンバー６内においてガス導入バッファ８３から図２中に示す矢印ＡＲ４の方向へと流れ、図１に示す排出路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、窒素ガスのパージ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。

半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入されると、ゲートバルブ１８５により搬送開口部６６が閉鎖される。そして、図４に示す如く、保持部昇降機構４により保持部７が透光板６１に近接した位置（以下、「処理位置」という）まで上昇される。このとき、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。

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）に個別に配設された抵抗加熱線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は予備加熱されて温度が次第に上昇する。

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６００℃程度、好ましくは３５０℃ないし５５０℃程度とされる。また、保持部７と透光板６１との間の距離は、保持部昇降機構４のモータ４０の回転量を制御することにより任意に調整することが可能とされている。

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の制御により光照射部５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。このとき、光照射部５のフラッシュランプ６９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。フラッシュ加熱は、フラッシュランプ６９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、光照射部５のフラッシュランプ６９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ミリ秒ないし１０ミリ秒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６９からの閃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℃ないし１１００℃程度の処理温度Ｔ２まで上昇し、半導体ウェハーＷに添加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に添加された不純物の熱による拡散（この拡散現象を、半導体ウェハーＷ中の不純物のプロファイルがなまる、ともいう）を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、添加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活性化は完了する。

また、フラッシュ加熱の前に保持部７により半導体ウェハーＷを予備加熱しておくことにより、フラッシュランプ６９からの閃光照射によって半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２まで速やかに上昇させることができる。

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１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。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、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷは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のフラッシュ加熱処理が完了する。

既述のように、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの熱処理時には窒素ガスがチャンバー６に継続的に供給されており、そのパージ量は、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。

第１実施形態においては、３０本のトリガ電極６８の全てがリフレクタ５２に固設されている。従って、装置のメンテナンス時やランプ交換時等に逐一トリガワイヤをフラッシュランプ６９の近傍に張る必要はなく、リフレクタ５２を所定の設置位置に固定するだけで容易にトリガ電極６８をフラッシュランプ６９の近傍に配置することができる。その結果、従来と比較してトリガ電極設置のための作業負担が大幅に軽減されることとなる。なお、装置の製作段階においては、リフレクタ５２を所定の設置位置に固定したときに３０本のフラッシュランプ６９の直上近傍にトリガ電極６８が位置するように、トリガ電極６８をリフレクタ５２に取り付けておく必要がある。

また、第１実施形態のように、トリガ電極６８をリフレクタ５２に固設するようにすれば、従来のトリガワイヤに比較してトリガ電極６８の断面積をある程度大きくして容量を増大することが可能となる。アルミニウムやニッケルのように耐フラッシュ特性に優れた金属にて形成されたトリガ電極６８の容量を大きくすることができれば、フラッシュ光照射時にトリガ電極６８が受けた熱が急速に伝導して拡散されるため、トリガ電極６８が熱溶融或いは高温酸化によって断線することが防止される。すなわち、フラッシュ光照射に対するトリガ電極６８の耐久性を優れたものとすることができる。

さらに、第１実施形態においては、３０本のトリガ電極６８を並列的に単一のトリガ回路２０に接続しているため、３０本のトリガ電極６８の全てに完全に同一のタイミングで電圧を印加することが可能となる。その結果、３０本のフラッシュランプ６９の発光タイミングも一致させることができる。また、単一のトリガ回路２０であれば、昇圧コイル２２を大きなコイルにする必要はあるものの、従来のように３０本のトリガ電極６８のそれぞれにトリガ回路を設けるのと比較してトリガ回路の故障頻度を低下させて信頼性を高めることが可能となる。

＜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。第２実施形態の熱処理装置の全体構成は概ね図１，４に示した第１実施形態の装置構成と同じであり、また第２実施形態の熱処理装置における半導体ウェハーＷの処理手順についても第１実施形態と同一である。第２実施形態の熱処理装置が第１実施形態と相違するのは、トリガ電極の配置態様である。

図７は、第２実施形態のリフレクタ５２およびフラッシュランプ６９の部分断面図である。同図において、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。第２実施形態においても、３０本のフラッシュランプ６９が配設されており、それらとリフレクタ５２との配置関係は第１実施形態と同じである。

また、第２実施形態においても、３０本のフラッシュランプ６９の直上に１対１で近接対向するようにリフレクタ５２にトリガ電極６８が固設されているのであるが、これら３０本のトリガ電極６８が直接リフレクタ５２に通電可能に固設されている。すなわち、リフレクタ５２は導電性材料であるアルミニウム合金で形成されている。また、トリガ電極６８も導電性材料であるアルミニウム（またはニッケル）にて形成されている。従って、トリガ電極６８を直接リフレクタ５２に取り付けると、それらの間で通電可能となる。

さらに、第２実施形態においては、第１実施形態と同様の単一のトリガ回路２０をリフレクタ５２に通電可能に接続している。従って、３０本のトリガ電極６８はリフレクタ５２を介してトリガ回路２０に接続されていることとなる。第２実施形態においては、トリガ回路２０のトリガスイッチ２１をＯＮ状態にすると、リフレクタ５２を介して３０本のトリガ電極６８の全てに同一のタイミングで高電圧が印加される。このことは、換言すれば、リフレクタ５２自体をトリガ電極として機能させるということである。この場合、高電圧が印加されるリフレクタ５２は絶縁物を介して光照射部５に取り付けられることは勿論である。

このようにしても、３０本のトリガ電極６８の全てがリフレクタ５２に固設されているため、装置のメンテナンス時やランプ交換時等に逐一トリガワイヤをフラッシュランプ６９の近傍に張る必要はなく、リフレクタ５２を所定の設置位置に固定するだけで容易にトリガ電極６８をフラッシュランプ６９の近傍に配置することができる。その結果、第１実施形態と同様に、従来と比較してトリガ電極設置のための作業負担が大幅に軽減されることとなる。

また、第２実施形態においても、トリガ電極６８の容量を大きくすることができるため、フラッシュ光照射時にトリガ電極６８が受けた熱が急速に伝導して拡散され、トリガ電極６８が熱溶融或いは高温酸化によって断線することが防止される。

さらに、３０本のトリガ電極６８をリフレクタ５２を介して単一のトリガ回路２０に接続しているため、３０本のトリガ電極６８の全てに完全に同一のタイミングで電圧を印加することが可能となる。その結果、３０本のフラッシュランプ６９の発光タイミングも一致させることができる。また、単一のトリガ回路２０であれば、３０本のトリガ電極６８のそれぞれにトリガ回路を設けるのと比較してトリガ回路の故障頻度を低下させて信頼性を高めることが可能となる。

第２実施形態のように複数のトリガ電極６８を通電可能に直接リフレクタ５２に固設した方が第１実施形態よりも簡易な構成とすることができるものの、トリガ電極６８の大きさによってはリフレクタ５２の反射パターンに影響を与えるおそれがある。このような場合は、第１実施形態のように絶縁部材６７（好ましくは透明な絶縁材）を介してトリガ電極６８をリフレクタ５２に取り付けた方が望ましい。

＜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、第１実施形態においては、３０本のトリガ電極６８を並列的に単一のトリガ回路２０に接続していたが、３０本のトリガ電極６８のそれぞれにトリガ回路を設けるようにしても良い。このようにしても、複数のトリガ電極６８をリフレクタ５２に固設することによるトリガ配線作業簡略化の効果は得ることができる。

また、第１および第２実施形態において、３０本のトリガ電極６８を、例えば５本ずつの６組に区分けし、それぞれの組みに１つのトリガ回路を設けるようにしても良い。すなわち、第１の本数のトリガ電極をそれぞれが第１の本数よりも少ない第２の本数のトリガ電極で構成される複数のトリガ電極群に区分けし、各トリガ電極群に１つのトリガ回路を設けるようにしても良い。このようにしても、従来のように３０本のトリガ電極６８のそれぞれにトリガ回路を設けるのと比較すれば６つのトリガ回路を設けるだけで足りるため、トリガ回路の故障頻度を低下させて信頼性を高くすることができる。

また、上記各実施形態においては、光照射部５に３０本のフラッシュランプ６９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６９の本数は２本以上であれば任意の数とすることができる。また、フラッシュランプ６９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、上記各実施形態においては、アシスト加熱手段としてホットプレート７１を使用していたが、半導体ウェハーＷを保持する保持部７の下方に複数のランプ群（例えば複数のハロゲンランプ）を設け、それらからの光照射によってアシスト加熱を行うようにしても良い。

また、上記各実施形態においては、半導体ウェハー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。

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。

本発明に係る熱処理装置１の構成を示す側断面図である。図１の熱処理装置のガス路を示す断面図である。図１の熱処理装置のホットプレートを示す平面図である。図１の熱処理装置の構成を示す側断面図である。第１実施形態のリフレクタおよびフラッシュランプの部分断面図である。トリガ電極に電圧を印加するトリガ回路を示す図である。第２実施形態のリフレクタおよびフラッシュランプの部分断面図である。

符号の説明

１熱処理装置
４保持部昇降機構
５光照射部
６チャンバー
７保持部
２０トリガ回路
５２リフレクタ
６１透光板
６５熱処理空間
６７絶縁部材
６８トリガ電極
６９フラッシュランプ
６９３ａ，６９３ｂ両端電極
Ｗ半導体ウェハー

Claims

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、
放電管内に設けられた両端電極間に生じる放電によってフラッシュ光を出射する複数のフラッシュランプと、
基板を保持する保持手段と、
前記複数のフラッシュランプを挟んで前記保持手段と対向するように、かつ前記複数のフラッシュランプを覆うように配置され、前記複数のフラッシュランプから出射されたフラッシュ光を前記保持手段の側に反射する反射板と、
前記複数のフラッシュランプに１対１で近接対向するように前記反射板に固設され、前記複数のフラッシュランプが放電を開始するための複数のトリガ電極と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
請求項１記載の熱処理装置において、
前記反射板は、導電性材料によって構成され、
前記複数のトリガ電極は、前記反射板に通電可能に固設され、
前記反射板に通電可能に設けられ、前記複数のフラッシュランプが放電を開始する電圧を前記反射板を介して前記複数のトリガ電極に印加する単一のトリガ回路をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
請求項１記載の熱処理装置において、
前記複数のトリガ電極は、絶縁部材を挟み込んで前記反射板に固設され、
前記複数のトリガ電極が並列的に接続され、前記複数のフラッシュランプが放電を開始する電圧を前記複数のトリガ電極に印加する単一のトリガ回路をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。