JP5497992B2 - 熱処理装置 - Google Patents

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）に光を照射することにより該基板を熱処理する熱処理装置、特に閃光を照射して基板を瞬間的に加熱する熱処理装置に関する。

従来より、イオン注入後の基板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、基板を、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、基板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基板を昇温する上記ランプアニール装置を使用して基板のイオン活性化を実行した場合においても、基板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、キセノンフラッシュランプ等を使用して基板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基板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、シリコンの基板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基板に閃光を照射したときには、透過光が少なく基板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閃光照射であれば、基板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。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の構成例は、例えば特許文献１に記載されている。

特開２００４−１４０３１８号公報

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、複数のキセノンフラッシュランプを列設した領域は、基板の面積よりもかなり大きいのであるが、それにもかかわらず基板の周縁部における照度はそれよりも内側部における照度と比較すると多少低下することとなっていた。特に、φ３００mmの大径基板では、ウェハー周縁部における照度低下の程度が大きく、面内照度分布は良くなかった。また、ウェハーの径方向に沿った温度分布の不均一のみならず、同一半径の周方向に沿った温度分布の不均一も存在することが判明している。具体的には、基板の周縁部の一部のみにコールドスポットと称される低温領域が生じることがあった。

また、キセノンフラッシュランプによるフラッシュ加熱を行う前には、ホットプレートやハロゲンランプ等を使用して基板の予備加熱が行われる。ホットプレートは、安全かつある程度は均一に基板を昇温できるという利点があるものの、昇温可能な温度に限界があるため、適用範囲に限界がある。一方、ハロゲンランプを使用すれば６００度以上の昇温が実現可能である。フラッシュ加熱前に、基板を予備的に６００度以上の高温領域まで昇温させておくことができれば、フラッシュ加熱に求められる昇温幅をその分小さくすることができる。すなわち、キセノンフラッシュランプによって基板に与えるべきエネルギーを小さくすることができる。これによって、フラッシュ加熱において基板に生じる熱応力を小さくすることが可能となり、フラッシュ加熱における基板の割れの発生を防止することができる。しかしながら、ハロゲンランプを用いる構成では、基板を均一に昇温させることが非常に困難であり、予備昇温においても基板の表面領域の一部のみにホットスポットと称される高温領域やコールドスポットが生じてしまう。

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、熱処理時における基板上の温度分布の面内均一性を向上させ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。

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当該基板を加熱処理する熱処理装置であって、柱体形状の筐体と、前記筐体の内部にて、前記柱体の底面と平行な姿勢で基板を保持する保持手段と、それぞれが、前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて光を照射する１以上の光照射手段と、を備え、前記１以上の光照射手段が、それぞれが前記柱体の底面と平行な所定の平面上から前記基板の全体に向けて光を照射する１以上の処理用光照射手段と、それぞれが前記柱体の側面上の所定位置から前記基板の局所領域に向けて光を照射する１以上の調整用光照射手段と、を備え、前記熱処理装置が、前記１以上の調整用光照射手段のうちの所定の調整用光照射手段の姿勢を変更することにより当該調整用光照射手段の光の照射方向を変更させる照射方向変更手段と、前記１以上の処理用光照射手段による基板の加熱処理において前記基板の一部に低温領域が生じる場合に、前記照射方向変更手段を制御して、前記所定の調整用光照射手段に前記低温領域に向けて光を照射させる照射位置制御手段と、を備える。

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当該基板を加熱処理する熱処理装置であって、柱体形状の筐体と、前記筐体の内部にて、前記柱体の底面と平行な姿勢で基板を保持する保持手段と、それぞれが、前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて光を照射する１以上の光照射手段と、を備え、前記１以上の光照射手段が、それぞれが前記柱体の底面と平行な所定の平面上から前記基板の全体に向けて光を照射する１以上の処理用光照射手段と、それぞれが、前記１以上の処理用光照射手段のうちの所定の処理用光照射手段と同一の平面上から前記基板の局所領域に向けて光を照射する１以上の調整用光照射手段と、を備え、前記熱処理装置が、前記１以上の調整用光照射手段のうちの所定の調整用光照射手段の姿勢を変更することにより当該調整用光照射手段の光の照射方向を変更させる照射方向変更手段と、前記１以上の処理用光照射手段による基板の加熱処理において前記基板の一部に低温領域が生じる場合に、前記照射方向変更手段を制御して、前記所定の調整用光照射手段に前記低温領域に向けて光を照射させる照射位置制御手段と、を備える。

請求項３の発明は、請求項２に記載の熱処理装置であって、前記１以上の調整用光照射手段のそれぞれが、前記所定の処理用光照射手段が備える光源と異なる種類の光源、
を備える。

請求項４の発明は、請求項２または３に記載の熱処理装置であって、前記１以上の調整用光照射手段のそれぞれが、前記所定の処理用光照射手段が備える光源の発光形状と異なる発光形状の光源、を備える。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記１以上の調整用光照射手段のうちの所定の調整用光照射手段から出射される光線の広がり角を変更させることによって、前記所定の調整用光照射手段から出射された光線が基板上に入射する領域である調整光照射領域のサイズを変更する照射領域サイズ変更手段、を備える。

請求項６の発明は、請求項５に記載の熱処理装置であって、前記照射領域サイズ変更手段が、光軸を前記所定の調整用光照射手段の光の照射方向と一致させた姿勢で配置される調整用レンズと、前記調整用レンズを前記光軸に沿って移動させることによって、前記所定の調整用光照射手段と前記調整用レンズとの離間距離を変更する調整用レンズ位置変更手段と、を備える。

請求項７の発明は、請求項５または６に記載の熱処理装置であって、前記１以上の処理用光照射手段による基板の加熱処理において前記基板の一部に低温領域が生じる場合に、前記照射領域サイズ変更手段を制御して、前記調整光照射領域が前記低温領域に応じたサイズとなるように前記広がり角を変更させる照射領域制御手段、を備える。

請求項８の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記１以上の調整用光照射手段のうちの所定の調整用光照射手段が、ハロゲンランプ、を備える。

請求項９の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記１以上の調整用光照射手段のうちの所定の調整用光照射手段が、レーザ光源、を備え、前記照射位置制御手段が、前記レーザ光源から照射されるレーザ光で、前記低温領域を走査させる。

請求項１０の発明は、請求項１から９のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記１以上の処理用光照射手段のうちの所定の処理用光照射手段が、閃光を照射するフラッシュランプ、を備える。

請求項１１の発明は、請求項１から１０のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記１以上の処理用光照射手段のうちの所定の処理用光照射手段が、ハロゲンランプ、を備える。
請求項１２の発明は、請求項１から１１のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記処理用光照射手段を複数備え、複数の前記処理用光照射手段のうち、前記基板の第１の主面側に設けられた第１の処理用光照射手段が、閃光を照射するフラッシュランプ、を備え、複数の前記処理用光照射手段のうち、前記基板の第２の主面側に設けられた第２の処理用光照射手段が、ハロゲンランプ、を備え、前記１以上の調整用光照射手段が、前記基板の前記第１の主面側に設けられる。

請求項１、２の発明によると、基板の全体に向けて光を照射する処理用光照射手段の他に、基板の局所領域に向けて光を照射する調整用光照射手段を備えるので、処理用光照射手段による熱処理において基板に温度分布の不均一領域が生じる場合であっても、調整用光照射手段を用いて基板を局所的に加熱することによって当該温度分布の不均一を解消することができる。これにより、熱処理時における基板上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
また、請求項１、２の発明によると、調整用光照射手段の光の照射方向を変更させる照射方向変更手段を備えるので、調整用光照射手段からの光の出射方向を任意に変更することができる。したがって、処理用光照射手段による熱処理において基板に温度分布の不均一領域が生じる場合であっても、調整用光照射手段に、当該領域に向けて確実に光を照射させることができる。これにより、熱処理時における基板上の温度分布の面内均一性を大きく向上させることができる。

特に、請求項１の発明によると、調整用光照射手段と処理用光照射手段とが互いに異なる面上に配置されるので、調整用光照射手段が処理用光照射手段から熱的影響を受けにくい。

請求項３の発明によると、所定の処理用光照射手段と同一の平面上から基板の局所領域に向けて光を照射する調整用光照射手段の備える光源が、当該所定の処理用光照射手段が備える光源と異なる種類の光源であるので、当該所定の処理用光照射手段による熱処理において生じた温度分布の不均一を有効に解消することができる。

請求項４の発明によると、所定の処理用光照射手段と同一の平面上から基板の局所領域に向けて光を照射する調整用光照射手段の備える光源の発光形状が、当該所定の処理用光照射手段が備える光源の発光形状と異なるので、当該所定の処理用光照射手段による熱処理において生じた温度分布の不均一を有効に解消することができる。

請求項５〜７の発明によると、調整用光照射手段から出射される光線の広がり角を変更させることによって、調整用光照射手段から出射された光線が基板上に入射する領域である調整光照射領域のサイズを変更する照射領域サイズ変更手段を備えるので、調整光照射領域のサイズを任意に調整することができる。したがって、処理用光照射手段による熱処理において基板に温度分布の不均一領域が生じる場合であっても、調整用光照射手段に、当該領域に応じたサイズの調整光照射領域を形成させることができる。これにより、熱処理時における基板上の温度分布の面内均一性を大きく向上させることができる。

この発明の実施の形態に係る熱処理装置について図面を参照しながら説明する。この発明の実施の形態に係る熱処理装置１００は、略円形の基板Ｗに閃光（フラッシュ光）を照射してその基板Ｗを加熱するフラッシュランプアニール装置である。

〈１．熱処理装置の全体構成〉
はじめに、この発明の実施の形態に係る熱処理装置の全体構成について、図１、図２を参照しながら説明する。図１は、熱処理装置１００の構成を示す側断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）は、熱処理装置１００を図１の矢印Ｑ１方向および矢印Ｑ２方向からそれぞれみた縦断面図である。

熱処理装置１００は、柱体（この実施の形態においては、六角柱）形状のチャンバー５を備える。チャンバー５は、六角筒状のチャンバー側部５１、チャンバー側部５１の上部を覆うチャンバー蓋部５２、および、チャンバー側部５１の下部を覆うチャンバー底部５３によって構成される。チャンバー側部５１には、基板Ｗの搬入および搬出を行うための搬送開口部５１１が形成されている。搬送開口部５１１は、軸５１２を中心に回動するゲートバルブ５１３により開閉可能とされる。搬送開口部５１１は、後述する反射体１の側壁面をも貫通して形成されており、ゲートバルブ５１３が開放位置（図１の仮想線位置）におかれることによって、搬送開口部５１１を通じて反射体１の筒内部に基板Ｗを搬出入することが可能となる（矢印ＡＲ５）。一方、ゲートバルブ５１３が閉鎖位置（図１の実線位置）におかれると、チャンバー５の内部が密閉空間とされる。

また、熱処理装置１００は、筒状（より具体的には、チャンバー側部５１と断面相似形の筒状であり、本実施の形態においては六角筒状）に形成された反射体１を備える。反射体１は、チャンバー５内部であって、チャンバー側部５１の内側面に沿って配置される。反射体１は、６枚の反射板１１によって６角形の筒状に形成されており、各反射板１１は反射率が十分に高い部材（例えば、アルミニウム等）により形成されている。もしくは、内側表面に反射率を高めるコーティング（例えば、金の非拡散コーティング）がなされている。後述する光照射部３，４から照射された光線の一部は、反射板１１の内側表面で反射されて後述する保持部２に保持される基板Ｗに入射する。これによって、光照射部３，４から発生した光エネルギーが無駄なく基板Ｗの熱処理に用いられることになる。

また、熱処理装置１００は、チャンバー５の内部において基板Ｗを水平に（すなわち、柱体であるチャンバー５の底面を形成するチャンバー蓋部５２およびチャンバー底部５３と平行な姿勢で）保持する保持部２を備える。保持部２は、基板Ｗの直径よりも若干大きな直径を有するリング状の部材であり、その内側端面には、基板Ｗの裏面を点で支持する支持部材２１が複数個（例えば４個）形成されている。保持部２に保持される基板Ｗは、これら複数個の支持部材２１によって裏面側から支持される。

また、熱処理装置１００は、反射体１の筒内部に配置され、保持部２に保持された基板Ｗと所定の距離だけ離間した位置から当該基板Ｗに向けて光を照射することにより基板Ｗを加熱する３つの光照射部３，４，６を備える。

第１の光照射部（第１光照射部３）は、柱体であるチャンバー５の底面（チャンバー蓋部５２およびチャンバー底部５３）と平行な平面上から（より具体的には、チャンバー５の底面と平行で、保持部２に保持された基板Ｗの下側であって基板Ｗと１００mm以上離間した平面上から）、基板Ｗの全体に向けて光を照射する。そして、その光エネルギーによって基板Ｗの表面領域全体を所定の予備加熱温度まで昇温させる（予備加熱処理）。第１光照射部３は、複数のハロゲンランプ３１およびリフレクタ３２を有する。複数のハロゲンランプ３１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２に保持される基板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。リフレクタ３２は、複数のハロゲンランプ３１の下方にそれら全体を覆うように設けられ、その表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。

ハロゲンランプ３１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）を微量導入したものが封入されている。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３１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徴を有する。

第２の光照射部（第２光照射部４）は、柱体であるチャンバー５の底面と平行な平面上から（より具体的には、チャンバー５の底面と平行で、保持部２に保持された基板Ｗの上側であって基板Ｗと１００mm以上離間した平面上から）、基板Ｗ（より具体的には、第１光照射部３により予備加熱された基板Ｗ）の全体に向けて光を照射する。そして、その光エネルギーによって基板Ｗの表面領域全体を短時間に昇温させる（フラッシュ加熱処理）。第２光照射部４は、複数（例えば、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）４１およびリフレクタ４２を有する。複数のフラッシュランプ４１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２に保持される基板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。リフレクタ４２は、複数のフラッシュランプ４１の上方にそれら全体を覆うように設けられ、その表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。

キセノンフラッシュランプ４１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、該ガラス管の外周面上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４１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。

第３の光照射部（第３光照射部６）は、柱体であるチャンバー５の側面（チャンバー側部５１）上から、基板Ｗの局所領域に向けて光を照射する。そして、その光エネルギーによって基板Ｗを局所的に昇温させる。より具体的には、予備加熱処理およびフラッシュ加熱処理（以下において単に「熱処理」という）において基板Ｗの表面に低温領域（コールドスポットＣ）が生じる場合、当該コールドスポットＣの形成領域に向けて光を照射し、当該領域を局所的に昇温させることによって、当該コールドスポットＣを消滅させる（もしくは、その発生を未然に防止する）。第３光照射部６の構成については、後により具体的に説明する。

なお、光照射部３，４と保持部２との間には、光照射部３，４のそれぞれと保持部２に保持された基板Ｗとを分離された空間におくための雰囲気遮断部材を設けてもよい。ただし、この雰囲気遮断部材は光を透過させる部材（例えば、石英）を用いて形成する必要がある。雰囲気遮断部材を設けることによって、光照射部３，４にて発生したパーティクル等によって保持部２に保持された基板Ｗが汚染されるのを防止することができる。

また、熱処理装置１００は、上記の各構成を制御する制御部９１と、ユーザインターフェイスである操作部９２および表示部９３を備える。操作部９２および表示部９３はチャンバー５の外部に配置され、ユーザから各種の指示をチャンバー５の外部にて受け付ける。制御部９１は、操作部９２および表示部９３から入力された各種の指示に基づいて熱処理装置１００の各構成を制御する。

〈２．第３光照射部６の構成〉
第３光照射部６について、引き続き図１、図２を参照しながら具体的に説明する。

〈調整用ランプ６１〉
第３光照射部６は、保持部２に保持された基板Ｗに向けて光を照射する光源である調整用ランプ６１を備える。調整用ランプ６１は、例えば、点光源状のハロゲンランプにより構成される。

調整用ランプ６１は、チャンバー側部５１の内壁面であって、保持部２に保持された基板の上面の高さ位置から所定距離（離間距離Ｈ）だけ離間した高さ位置に、反射体１を貫通して（すなわち、光の出射口が反射体１の筒内部に位置するように）配設される。ただし、この離間距離Ｈは、なるべく大きな値に設定することが望ましい。なぜなら、調整用ランプ６１から出射された光線が基板Ｗに入射する際の入射角θは、離間距離Ｈが小さくなれば相対的に大きくなってしまうところ、入射角θが大きくなると、基板Ｗ表面で光束が大きく広がってしまい、調整光照射領域Ｓの領域サイズを適切に制御することが困難になるからである。（ただし、「調整光照射領域Ｓ」とは、調整用ランプ６１から出射された光線が保持部２に保持された基板Ｗ上に入射する領域をいう。）したがって、調整用ランプ６１は、フラッシュランプ４１からの熱的影響を受けない限度において、なるべく高い位置に配設されることが望ましい。例えば、処理対象とされる基板Ｗの直径が３００mmの場合、離間距離Ｈは２００mm以上であることが望ましい。

〈照射方向変更機構６２〉
第３光照射部６は、調整用ランプ６１の姿勢を変更することによって、調整用ランプ６１から照射される光の照射方向を変更する照射方向変更機構６２を備える。照射方向変更機構６２は、例えば、調整用ランプ６１の固定端（チャンバー側部５１の内壁面に固定的に取り付けられた端部）に対する調整用ランプ６１の光出射口の位置を変更することによって調整用ランプ６１の姿勢を変更する。この場合、調整用ランプ６１の光出射口と固定端との間に、曲げを可能とする蛇腹構造６１１を形成しておけばよい。

制御部９１が備える照射位置制御部９１１は、例えば加熱処理を施された基板Ｗの温度を計測する温度センサ（図示省略）からの検出結果に応じて、もしくは、操作部９２および表示部９３を介してオペレータから入力された指示に応じて、照射方向変更機構６２を駆動制御して、調整用ランプ６１から照射される光の照射方向を調整する。すなわち、基板Ｗ上に形成される調整光照射領域Ｓを適切な位置に移動させる（図１の調整光照射領域Ｓａ）。

例えば、熱処理に係る基板Ｗの表面温度を計測する温度センサ等による計測結果から、図２（ｂ）に示すように、熱処理後の基板Ｗ上の特定の領域に温度不均一領域（ここでは特に、低温領域であるコールドスポットＣ）が形成されることが判明した場合、照射位置制御部９１１は、照射方向変更機構６２を制御して、調整用ランプ６１から照射される光が当該領域に入射するように、調整用ランプ６１の姿勢を調整する。すなわち、調整用ランプ６１が基板Ｗ上に形成する調整光照射領域Ｓを、コールドスポットＣの形成領域まで移動させる。調整光照射領域Ｓは、調整用ランプ６１から出射される光エネルギーによって昇温されることとなり、これにより当該コールドスポットＣが消滅する（もしくは、その発生が未然に防止される）。

〈照射領域サイズ変更機構６３〉
第３光照射部６は、調整用ランプ６１から出射される光束の広がり角を変更することによって、調整用ランプ６１から照射される光が基板Ｗ上に形成する調整光照射領域Ｓのサイズを変更する照射領域サイズ変更機構６３を備える。

照射領域サイズ変更機構６３は、例えば各種の光学系にて形成される。この実施の形態においては、照射領域サイズ変更機構６３は、その光軸が調整用ランプ６１から出射される光の方向と一致するような姿勢で配置されるレンズ６３１と、このレンズ６３１を光軸に沿って移動させることによって、調整用ランプ６１とレンズ６３１との離間距離を変更するレンズ位置変更部６３２とを備える。レンズ位置変更部６３２がこの離間距離を変更すると、調整用ランプ６１から出射される光束の広がり度合いが（ひいては、調整光照射領域Ｓのサイズが）変更される。レンズ６３１として、凸レンズ、凹レンズ等の各種のレンズを用いることができる。また、複数個のレンズを組み合わせて用いてもよい。

制御部９１が備える照射領域制御部９１２は、例えば加熱処理を施された基板Ｗの温度を計測する温度センサ（図示省略）からの検出結果に応じて、もしくは、操作部９２および表示部９３を介してオペレータから入力された指示に応じて、照射領域サイズ変更機構６３を駆動制御して（より具体的には、レンズ位置変更部６３２を駆動制御してレンズ６３１と調整用ランプ６１との離間距離を適切な値に調整して）、調整用ランプ６１から照射される光束の広がり角を調整する。すなわち、基板Ｗ上に形成される調整光照射領域Ｓを適切なサイズに調整する（図１の調整光照射領域Ｓｂ）。

例えば、温度センサ等による計測結果から、図２（ｂ）に示すように、熱処理後の基板Ｗ上の特定の領域に温度不均一領域（ここでは特に、コールドスポットＣ）が形成されることが判明した場合、照射領域制御部９１２は、照射領域サイズ変更機構６３を制御して、調整用ランプ６１が基板Ｗ上に形成する調整光照射領域Ｓのサイズを、コールドスポットＣに応じたサイズに変更する。特に好ましくは、コールドスポットＣと同程度のサイズに変更する。調整光照射領域Ｓは、調整用ランプ６１から出射される光エネルギーによって昇温されることとなり、これによりコールドスポットＣが消滅する（もしくは、その発生が未然に防止される）。

〈３．熱処理装置の動作〉
次に、熱処理装置１００における基板Ｗの処理手順について図３を参照しながら説明する。図３は、熱処理装置１００にて実行される処理の流れを示す図である。ここで処理対象となる基板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１００による熱処理により行われる。なお、以下の処理動作は、制御部９１が所定のタイミングで各構成を制御することによって行われる。

はじめに、イオン注入後の基板Ｗを熱処理装置１００内に搬入する（ステップＳ１）。より具体的には、制御部９１が駆動手段（図示省略）を制御して、ゲートバルブ５１３を開放位置におく。これにより搬送開口部５１１が開放される。続いて、装置外部の搬送ロボットが、イオン注入後の基板Ｗを搬送開口部５１１を通じてチャンバー５内に搬入して、保持部２上に載置する。基板Ｗが保持部２上に載置されると、制御部９１が再び駆動手段（図示省略）を制御して、ゲートバルブ５１３を閉鎖位置におく。これにより搬送開口部５１１が閉鎖され、チャンバー５内部が密閉空間とされる。

続いて、保持部２に保持された基板Ｗを予備加熱する（ステップＳ２）。より具体的には、制御部９１が第１光照射部３を制御して、保持部２に保持された基板Ｗに向けて光を照射させる。この光エネルギーによって基板Ｗが所定の予備加熱温度まで昇温される。このとき、第１光照射部３のハロゲンランプ３１から放射される光は直接に、もしくは、反射板１１や反射カバー３２等で反射されながら、保持部２に保持された基板Ｗへと向かい、これらの光照射により基板Ｗの予備加熱が行われる。

後述するフラッシュ加熱の前に第１光照射部３により基板Ｗを予備加熱しておくことにより、後述するフラッシュランプ４１からの閃光照射において基板Ｗの表面温度を処理温度まで容易に上昇させることができる。特に、この実施の形態においては、ハロゲンランプ３１を用いて予備加熱を行うので、ホットプレート等を用いた場合に比べて高温（例えば、６００度以上）領域まで基板Ｗを予備昇温させておくことができる。これにより、フラッシュ加熱における昇温幅を小さくすることが可能となり、フラッシュ加熱における基板の割れの発生を防止することができる。

続いて、基板Ｗに対する局所的な加熱処理を行うことにより、基板Ｗの表面温度を調整する（ステップＳ３）。より具体的には、制御部９１が第３光照射部６を制御して、保持部２に保持された基板Ｗの特定領域（例えば、熱処理においてコールドスポットＣが形成されやすいと判明している領域）に向けて光を照射させる。この光エネルギーによって当該特定領域が所定の処理加熱温度まで昇温され、これにより基板Ｗ表面温度の面内均一性が向上する。

ただし、照射位置制御部９１１および照射領域制御部９１２は、ステップＳ３の処理が開始される前に、照射方向変更機構６２および照射領域サイズ変更機構６３をそれぞれ駆動制御して、適切な位置に適切なサイズの調整光照射領域Ｓが形成されるように、調整用ランプ６１の姿勢およびレンズ６３１の位置を予め調整しているものとする。例えば、熱処理後の基板Ｗ上の特定の領域にコールドスポットＣが生じやすいことが事前に判明している場合は、当該領域に調整光照射領域Ｓが形成されるように調整を行う。この調整は、遅くともステップＳ３の処理が開始される時点において完了していればよく、例えば、ステップＳ１の処理を開始する前に行えばよい。また、局所的な加熱処理を行う直前に基板表面の温度を温度センサ等により計測し、得られた計測結果に基づいて調整を行う構成としてもよい。

続いて、保持部２に保持された基板Ｗをフラッシュ加熱する（ステップＳ４）。より具体的には、制御部９１が第２光照射部４を制御して、保持部２に保持された基板Ｗに向けて閃光（フラッシュ光）を照射させる。この光エネルギーによって基板Ｗが所定の処理加熱温度まで昇温される。このとき、第２光照射部４のフラッシュランプ４１から放射される光の一部は直接に保持部２に保持された基板Ｗへと向かい、他の一部は一旦反射板１１や反射カバー４２により反射されてから基板Ｗへと向かう。これらの閃光照射により基板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４１からの閃光照射により行われるため、基板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、第２光照射部４のフラッシュランプ４１から照射される閃光は、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４１からの閃光照射によりフラッシュ加熱される基板Ｗの表面温度は、瞬間的に所定の処理温度（例えば、１０００℃ないし１１００℃程度）まで上昇し、基板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１００では、基板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、基板Ｗに添加された不純物の熱による拡散（この拡散現象を、基板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。

以上の処理が終了すると、基板Ｗを熱処理装置１００内から搬出する（ステップＳ５）。より具体的には、制御部９１が駆動手段（図示省略）を制御してゲートバルブ５１３を開放位置におく。続いて、装置外部の搬送ロボットが、基板Ｗを搬送開口部５１１を通じてチャンバー５内から搬出する。以上で、熱処理装置１００における基板Ｗの処理が終了する。

〈４．効果〉
上記の実施の形態に係る熱処理装置１００は、基板Ｗの全体に向けて光を照射して基板Ｗに対する熱処理（予備加熱処理およびフラッシュ加熱処理）を行う第１および第２の光照射部３，４の他に、基板Ｗの局所領域に向けて光を照射して基板Ｗの表面温度を調整する第３の光照射部６を備える。したがって、熱処理において基板Ｗに温度分布の不均一領域が生じる場合であっても、第３光照射部６を用いて基板Ｗを局所的に加熱することによって、当該温度分布の不均一を解消することができる。これにより、熱処理時における基板Ｗ上の温度分布の面内均一性を向上させることができる。

また、熱処理装置１００においては、調整用ランプ６１がチャンバー側部５１に配設される。すなわち、調整用ランプ６１が、第１光照射部３の備えるハロゲンランプ３１の配設平面および第２光照射部４の備えるフラッシュランプ４１の配設平面のいずれとも異なる面上に配置される。したがって、調整用ランプ６１がハロゲンランプ３１やフラッシュランプ４１から熱的影響を受けにくい。

特に、調整用ランプ６１を、チャンバー側部５１の上側（すなわち、フラッシュランプ４１側）に配設することによって、調整用ランプ６１がハロゲンランプ３１から受ける熱的影響を低減することができる。すなわち、一瞬の閃光で基板Ｗを熱処理するフラッシュランプ４１に対して、ハロゲンランプ３１はある一定時間連続点灯されることによって基板Ｗを熱処理するため、ハロゲンランプ３１の配設領域の近傍は非常に高温となってしまうところ、調整用ランプ６１をチャンバー側部５１の上側に配設することによって、調整用ランプ６１がハロゲンランプ３１からの熱的影響を受けて昇温することを防止できる。

また、熱処理装置１００においては、調整用ランプ６１の光の照射方向を変更させる照射方向変更機構６２を備えるので、調整用ランプ６１からの光の出射方向を任意に調整することができる。さらに、調整用ランプ６１から出射される光線の広がり角を変更させることによって、調整光照射領域Ｓのサイズを変更する照射領域サイズ変更機構６３を備えるので、調整光照射領域Ｓのサイズを任意に調整することができる。したがって、調整用ランプ６１から出射される光を、熱処理において基板Ｗに形成されるコールドスポットＣ領域に確実に入射させることができる。これにより、コールドスポットＣを確実に消滅させて（もしくは、その発生を未然に防止して）、熱処理時における基板Ｗ上の温度分布の面内均一性を大きく向上させることができる。

〈５．その他の実施の形態〉
〈５−１．レーザ光源〉
上記の実施の形態に係る熱処理装置１００においては、調整用ランプ６１はハロゲンランプにより構成するものとしたが、これ以外の各種の光源（例えば、レーザ光源）により構成してもよい。調整用ランプ６１としてレーザ光源を用いた場合、小さく絞ったレーザー光スポットで基板Ｗ上の局所領域を走査しながら照射する構成とすることができる。これには、照射方向変更機構６２を各種のレーザ走査機構により構成すればよい。

例えば、図４に示すように、熱処理において、基板Ｗ上の特定の領域（例えば、基板Ｗの周縁に沿って）に温度不均一領域（ここでは特に、コールドスポットＣ）が形成されることが判明した場合、照射位置制御部９１１は、照射方向変更機構６２を制御して、調整用ランプ６１から照射されるレーザ光で当該領域を走査させる。レーザ光の走査領域（すなわち、調整光照射領域Ｓ）は光エネルギーによって昇温されることとなり、これにより当該コールドスポットＣが消滅する（もしくは、その発生が未然に防止される）。

この構成によると、任意の形状の調整光照射領域Ｓを形成することができるので、例えば、基板Ｗの周縁部領域に沿って形成された円環状のコールドスポットＣ等も確実に消滅させることができる。

〈５−２．第１光照射部３側に調整用ランプ６１を配設〉
上記の実施の形態に係る熱処理装置１００においては、第３光照射部６の備える調整用ランプ６１が、保持部２と第２光照射部４との間のチャンバー側部５１に設けられるものとしたが（図１参照）、図５に示すように、保持部２と第１光照射部３との間のチャンバー側部５１に設けてもよい（第３光照射部６ａ、調整用ランプ６１ａ）。ただし、図５は、この変形例に係る熱処理装置１００ａの構成を示す側断面図である。

〈５−３．光照射部３，４と同一の平面に調整用ランプ６１を配設〉
上記の実施の形態に係る熱処理装置１００においては、調整用ランプ６１は、チャンバー側部５１に設けられるものとしたが、図６に示すように、フラッシュランプ４１が配設された平面上に設けてもよい（第３光照射部６ｂ、調整用ランプ６１ｂ）。ただし、図６はこの変形例に係る熱処理装置１００ｂの構成を示す側断面図である。

また、図７，図８に示すように、ハロゲンランプ３１が配設された平面上に設けてもよい（第３光照射部６ｃ、調整用ランプ６１ｃ）。ただし、図７はこの変形例に係る熱処理装置１００ｃの構成を示す側断面図である。また、図８は、熱処理装置１００ｃを図７の矢印Ｑ３方向からみた縦断面図である。

調整用ランプ６１を、ハロゲンランプ３１もしくはフラッシュランプ４１が配設された平面上に設ける場合、調整用ランプ６１として、これと同一平面に設けられたランプ（以下において「隣接ランプ」という）とは異なる種類の光源を用いることが望ましい。調整用ランプ６１として、隣接ランプと異なる種類の光源を用いれば、調整用ランプ６１による加熱パターンが、隣接ランプと異なるものとなるので、隣接ランプによる熱処理において生じる温度分布の不均一を有効に解消することができる。

例えば、図７に示されるように、調整用ランプ６１をハロゲンランプ３１が配設された平面上に設ける場合（すなわち、隣接ランプがハロゲンランプ３１の場合）、調整用ランプ６１としてハロゲンランプ以外の種類の光源（例えばレーザ光源）を用いることが望ましい。

また、調整用ランプ６１を、ハロゲンランプ３１もしくはフラッシュランプ４１が配設された平面上に設ける場合、調整用ランプ６１として、隣接ランプとは異なる形状（発光形状）の光源を用いることが望ましい。調整用ランプ６１として、隣接ランプと異なる発光形状の光源を用いれば、調整用ランプ６１による加熱パターンが、隣接ランプと異なるものとなるので、隣接ランプによる熱処理において生じる温度分布の不均一を有効に解消することができる。

例えば、図７に示されるように、調整用ランプ６１を棒状のハロゲンランプ３１が配設された平面上に設ける場合（すなわち、隣接ランプの形状が棒状の場合）、図８に示すように、調整用ランプ６１として棒状以外の光源（例えば、点光源）を用いることが望ましい。

つまり、ハロゲンランプ３１もしくはフラッシュランプ４１が配設された平面上に調整用ランプ６１を設ける場合、調整用ランプ６１として、種類・発光形状の少なくとも一方が隣接ランプと異なる光源を用いることによって、熱処理において生じる温度分布の不均一を有効に解消することができる。

〈５−４．その他〉
上記の実施の形態に係る熱処理装置１００においては、１個の第３光照射部６を備える構成としたが、複数個の第３光照射部６を備える構成としてもよい。例えば、チャンバー側部５１に設けられた調整用ランプ６１を有する第３光照射部６（図１参照）と、チャンバー蓋部５２に設けられた調整用ランプ６１ｂを有する第３光照射部６ｂ（図６参照）との両方を備える構成としてもよい。

また、上記の実施の形態に係る熱処理装置１００においては、第３光照射部６は１個の調整用ランプ６１を備える構成としたが、複数個の調整用ランプ６１を備える構成としてもよい。この場合、複数個の調整用ランプ６１それぞれの姿勢およびその光束の広がり角は、それぞれ別個独立に規定するものとしてもよいし、一律に規定するものとしてもよい。また、複数個の調整用ランプ６１のそれぞれは、互いに隣接する位置に配設してもよいし、所定距離をおいて（例えば、同一水平面上の対向する位置に）配設してもよい。

また、上記の実施の形態においては、制御部９１によって電気的に制御される照射方向変更機構６２，照射領域サイズ変更機構６３によって調整用ランプ６１の姿勢および広がり角を変更するものとしたが、調整用ランプ６１の姿勢や広がり角を変更する機構は必ずしも電気的制御によるものでなくてもよい。例えば、調整用ランプ６１の出射口と接続され、出射口の位置を規定する軸（ランプ支持軸）をチャンバー５を貫通させて形成する。また、同様に、レンズ６３１の調整用ランプ６１に対する位置を規定する軸（レンズ支持軸）をチャンバー５を貫通させて形成する。これらランプ支持軸やレンズ支持軸の位置を、チャンバー５の外部からオペレータに直接に調整させることによって調整用ランプ６１の姿勢や広がり角を調整する構成としてもよい。この構成によると、オペレータは、チャンバー５の外部から、各種支持軸の位置を変更することによって、調整用ランプ６１の姿勢および広がり角（ひいては、基板Ｗ上に形成される調整光照射領域Ｓの位置および大きさ）を所望通りに調整することができる。

また、上記の実施の形態においては、予備加熱処理が終了した後に、基板Ｗに対する局所的な加熱処理を行って基板Ｗの表面温度を調整する処理（図３のステップＳ３）を実行する構成としていたが、ステップＳ３の処理は、必ずしも予備加熱処理後に実行する必要はなく、基板Ｗを熱処理装置１００内に搬入してから搬出するまでの間の任意のタイミングで実行することができる。例えば、予備加熱処理（図３のステップＳ２）と同時に、またフラッシュ加熱処理（図３のステップＳ４）の終了後に、表面温度を調整する処理を開始するとしてもよい。

また、上記の実施の形態においては、チャンバー５は、六角柱であるとしたが、チャンバー５の形状はこれに限らず、各種の柱体形状（例えば、円柱、四角柱、三角柱等）であってもよい。

また、上記の実施の形態においては、２つの光照射部３，４の両方が、保持部２に保持された基板Ｗから１００mm以上離間した位置に配置されるとしたが、必ずしも両方の光照射部３，４を基板Ｗから１００mm以上離間させなくともよい。少なくとも一方の光照射部３，４が１００mm以上離間している構成を有する熱処理装置においては、上記の発明は有効に作用する。というのも、被加熱物である基板Ｗと光照射部との距離が大きくなるほど、基板Ｗを均一に加熱することが難しくなるからである。また、この距離が大きくなることは、すなわち上述した離間距離Ｈ（図１参照）を大きく設定できることを意味しており、これにより、本願発明を有効に機能させることが可能となる。

また、上記の実施の形態においては、第２光照射部４は、光源としてキセノンフラッシュランプを備える構成としたが、この光源としてハロゲンランプが用いられてもよい。

また、上記の実施の形態においては、第１光照射部３および第２光照射部４のそれぞれは、複数の棒状光源（ハロゲンランプ３１、フラッシュランプ４１）を備える構成としたが、光源は必ずしも棒状でなくともよい。例えば、渦巻き形状の光源を用いてもよい。また、複数個の点光源を規則的に配置してもよい。また、互いに異なる直径を有する複数個の円環状の光源を同心円に配置してもよい。

また、上記の実施の形態においては、保持部２は、リング状の部材により基板Ｗを支持する構成としたが、基板Ｗを保持する態様はこれに限らない。例えば、平板状の部材（例えば、石英により形成されたステージ）により基板Ｗを支持（面支持）する構成としてもよい。また、このような平板状の部材にさらに複数個の支持ピンを設け、これら複数個の支持ピンにより基板Ｗを支持（点支持）する構成としてもよい。また、各種形状のハンドにより支持する構成としてもよい。

熱処理装置の構成を示す側断面図である。 熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 熱処理装置にて実行される処理の流れを示す図である。 熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 変形例に係る熱処理装置の構成を示す側断面図である。 変形例に係る熱処理装置の構成を示す側断面図である。 変形例に係る熱処理装置の構成を示す側断面図である。 変形例に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 反射体
２ 保持部
３ 第１光照射部
４ 第２光照射部
５ チャンバー
６ 第３光照射部
６１ 調整用ランプ
６２ 照射方向変更機構
６３ 照射領域サイズ変更機構
９１ 制御部
６３１ レンズ
６３２ レンズ位置変更部
１００ 熱処理装置
９１１ 照射位置制御部
９１２ 照射領域制御部
Ｗ 基板

Claims (12)

1. 基板に対して光を照射することによって当該基板を加熱処理する熱処理装置であって、
   柱体形状の筐体と、
   前記筐体の内部にて、前記柱体の底面と平行な姿勢で基板を保持する保持手段と、
   それぞれが、前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて光を照射する１以上の光照射手段と、
   を備え、
   前記１以上の光照射手段が、
   それぞれが前記柱体の底面と平行な所定の平面上から前記基板の全体に向けて光を照射する１以上の処理用光照射手段と、
   それぞれが前記柱体の側面上の所定位置から前記基板の局所領域に向けて光を照射する１以上の調整用光照射手段と、
   を備え、
   前記熱処理装置が、
   前記１以上の調整用光照射手段のうちの所定の調整用光照射手段の姿勢を変更することにより当該調整用光照射手段の光の照射方向を変更させる照射方向変更手段と、
   前記１以上の処理用光照射手段による基板の加熱処理において前記基板の一部に低温領域が生じる場合に、前記照射方向変更手段を制御して、前記所定の調整用光照射手段に前記低温領域に向けて光を照射させる照射位置制御手段と、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
2. 基板に対して光を照射することによって当該基板を加熱処理する熱処理装置であって、
   柱体形状の筐体と、
   前記筐体の内部にて、前記柱体の底面と平行な姿勢で基板を保持する保持手段と、
   それぞれが、前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて光を照射する１以上の光照射手段と、
   を備え、
   前記１以上の光照射手段が、
   それぞれが前記柱体の底面と平行な所定の平面上から前記基板の全体に向けて光を照射する１以上の処理用光照射手段と、
   それぞれが、前記１以上の処理用光照射手段のうちの所定の処理用光照射手段と同一の平面上から前記基板の局所領域に向けて光を照射する１以上の調整用光照射手段と、
   を備え、
   前記熱処理装置が、
   前記１以上の調整用光照射手段のうちの所定の調整用光照射手段の姿勢を変更することにより当該調整用光照射手段の光の照射方向を変更させる照射方向変更手段と、
   前記１以上の処理用光照射手段による基板の加熱処理において前記基板の一部に低温領域が生じる場合に、前記照射方向変更手段を制御して、前記所定の調整用光照射手段に前記低温領域に向けて光を照射させる照射位置制御手段と、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
3. 請求項２に記載の熱処理装置であって、
   前記１以上の調整用光照射手段のそれぞれが、
   前記所定の処理用光照射手段が備える光源と異なる種類の光源、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
4. 請求項２または３に記載の熱処理装置であって、
   前記１以上の調整用光照射手段のそれぞれが、
   前記所定の処理用光照射手段が備える光源の発光形状と異なる発光形状の光源、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の熱処理装置であって、
   前記１以上の調整用光照射手段のうちの所定の調整用光照射手段から出射される光線の広がり角を変更させることによって、前記所定の調整用光照射手段から出射された光線が基板上に入射する領域である調整光照射領域のサイズを変更する照射領域サイズ変更手段、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
6. 請求項５に記載の熱処理装置であって、
   前記照射領域サイズ変更手段が、
   光軸を前記所定の調整用光照射手段の光の照射方向と一致させた姿勢で配置される調整用レンズと、
   前記調整用レンズを前記光軸に沿って移動させることによって、前記所定の調整用光照射手段と前記調整用レンズとの離間距離を変更する調整用レンズ位置変更手段と、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
7. 請求項５または６に記載の熱処理装置であって、
   前記１以上の処理用光照射手段による基板の加熱処理において前記基板の一部に低温領域が生じる場合に、前記照射領域サイズ変更手段を制御して、前記調整光照射領域が前記低温領域に応じたサイズとなるように前記広がり角を変更させる照射領域制御手段、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の熱処理装置であって、
   前記１以上の調整用光照射手段のうちの所定の調整用光照射手段が、
   ハロゲンランプ、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
9. 請求項１から７のいずれかに記載の熱処理装置であって、
   前記１以上の調整用光照射手段のうちの所定の調整用光照射手段が、
   レーザ光源、
   を備え、
   前記照射位置制御手段が、前記レーザ光源から照射されるレーザ光で、前記低温領域を走査させることを特徴とする熱処理装置。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の熱処理装置であって、
    前記１以上の処理用光照射手段のうちの所定の処理用光照射手段が、
    閃光を照射するフラッシュランプ、
    を備えることを特徴とする熱処理装置。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の熱処理装置であって、
    前記１以上の処理用光照射手段のうちの所定の処理用光照射手段が、
    ハロゲンランプ、
    を備えることを特徴とする熱処理装置。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の熱処理装置であって、
    前記処理用光照射手段を複数備え、
    複数の前記処理用光照射手段のうち、前記基板の第１の主面側に設けられた第１の処理用光照射手段が、
    閃光を照射するフラッシュランプ、
    を備え、
    複数の前記処理用光照射手段のうち、前記基板の第２の主面側に設けられた第２の処理用光照射手段が、
    ハロゲンランプ、
    を備え、
    前記１以上の調整用光照射手段が、
    前記基板の前記第１の主面側に設けられることを特徴とする熱処理装置。

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