JP5349802B2

JP5349802B2 - 熱処理装置

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Publication number: JP5349802B2
Application number: JP2008001276A
Authority: JP
Inventors: 達文楠田
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-01-08
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2028-01-08
Also published as: JP2009164388A

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。

熱処理において基板上に不均一な温度分布が生じてしまう原因の１つに、熱処理に用いられる光源（キセノンフラッシュランプやハロゲンランプ等）からの光が、等方的に発せられない（すなわち、光源が、点対称の光度分布を与えない）という事情が挙げられる。つまり、光源が特定の方向について偏った特性（配光特性）をもつために、その影響を受けて、基板の温度分布にも特定の方向についての温度勾配が現れてしまうのである。

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する熱処理装置であって、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複数のハロゲンランプを備える第１の光照射手段と、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閃光を照射する複数のフラッシュランプを備える第２の光照射手段と、前記複数のハロゲンランプと前記複数のフラッシュランプとの幾何学的配置関係を調整する配置関係調整手段と、を備え、前記複数のフラッシュランプのそれぞれが平面状に配列されており、前記複数のハロゲンランプのそれぞれが平面状に配列されており、前記配置関係調整手段が、前記複数のハロゲンランプと前記複数のフラッシュランプとのうちの少なくとも一方の姿勢を変えることによって、前記複数のフラッシュランプが配列される平面と、前記複数のハロゲンランプが配列される平面とがなす角度を変更する傾斜角度変更手段、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する熱処理装置であって、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複数のハロゲンランプを備える第１の光照射手段と、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閃光を照射する複数のフラッシュランプを備える第２の光照射手段と、前記複数のハロゲンランプと前記複数のフラッシュランプとの幾何学的配置関係を調整する配置関係調整手段と、を備え、前記複数のフラッシュランプのそれぞれが、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互いに平行となるように平面状に配列されており、前記複数のハロゲンランプのそれぞれが、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互いに平行となるように平面状に配列されており、前記配置関係調整手段が、前記複数のハロゲンランプと前記複数のフラッシュランプとのうちの少なくとも一方の姿勢を変えることによって、前記複数のフラッシュランプのそれぞれの長手方向と、前記複数のハロゲンランプのそれぞれの長手方向とがなす角度を変更する交差角度変更手段、を備える。

請求項１、２の発明によると、複数のハロゲンランプと複数のフラッシュランプとの幾何学的配置関係を調整することができる。したがって、ハロゲンランプやフラッシュランプが特定の方向について偏った配光特性をもつ場合であっても、両者の幾何学的配置関係を適切に調整することによって、互いの配光特性を相殺させてトータルで均一な光分布を形成させることができる。これによって、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。

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および図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、６枚の反射板１１によって６角形の筒状に形成された反射体１を備える。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、反射体１の筒内部において基板Ｗを水平に保持する保持部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に保持される基板Ｗに光を照射することにより基板Ｗを加熱する２つの光照射部３，４を備える。

第１の光照射部（第１光照射部３）は、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以上離間した位置から、基板Ｗ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を所定の予備加熱温度（例えば、６００度）まで昇温させる。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、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以上離間した位置から、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）に向けて閃光を照射する。そして、その光エネルギーによって基板Ｗの表面を短時間に昇温させる。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。

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、光照射部３と第２光照射部４との幾何学的配置関係（より具体的には、第１光照射部３の備える複数のハロゲンランプ３１と、第２光照射部４の備える複数のフラッシュランプ４１との幾何学的配置関係）を調整する配置関係調整部６を備える。配置関係調整部６の具体的な構成については後に説明する。

また、熱処理装置１００は、反射体１を覆う六角筒形状のチャンバー５を備える。チャンバー５は、反射体１を包囲する六角筒状のチャンバー側部５１と、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、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、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．配置関係調整部６の構成〉
配置関係調整部６の構成について、図１、図２に加えて図３、図４をさらに参照しながら説明する。図３は、第１光照射部３および第２光照射部４の平面図である。図４は、熱処理装置１００の構成を示す側断面図である（ただし、図１とは異なる角度からみた断面図となっている）。

なお、上述の通り、第１光照射部３および第２光照射部４のそれぞれは、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互いに平行となるように平面状に配列された複数のランプ（ハロゲンランプ３１、フラッシュランプ４１）を備えている。以下においては、ハロゲンランプ３１の長手方向を「ハロゲンランプ方向Ｒ３１」と、フラッシュランプ４１の長手方向を「フラッシュランプ方向Ｒ４１」と、それぞれ示す（図２、図３参照）。また、複数のハロゲンランプ３１が配列された平面を「ハロゲンランプ平面Ｈ３１」と、複数のフラッシュランプ４１が配列された平面を「フラッシュランプ平面Ｈ４１」と、それぞれ示す（図１、図４参照）。

配置関係調整部６は、第１光照射部３と第２光照射部４とのうちのいずれか一方の光照射部に接続され、接続された光照射部が備えるランプの位置および姿勢を変更する機構（離間位置変更機構６１、交差角度変更機構６２、傾斜角度変更機構６３）を備える。これらの機構６１，６２，６３が、接続された光照射部の備えるランプの位置および姿勢を変更することによって、第１光照射部３が備える複数のハロゲンランプ３１と第２光照射部４が備える複数のフラッシュランプ４１との幾何学的配置関係が変更されることになる。

なお、この実施の形態においては、図２に示すように、配置関係調整部６は第２光照射部４と接続されるものとする。すなわち、この実施の形態においては、フラッシュランプ４１の位置および姿勢を変更することによって、ハロゲンランプ３１とフラッシュランプ４１との幾何学的配置関係を変更する。

図１を参照する。離間位置変更機構６１は、ハロゲンランプ平面Ｈ３１とフラッシュランプ平面Ｈ４１との離間距離（離間距離ｄＨ）を変更する。例えば、複数のフラッシュランプ４１のそれぞれを共通の支持軸Ａ上に固定しておく。そして、離間位置変更機構６１が、当該支持軸Ａを、垂直方向（Ｚ方向）について移動させる（ＡＲ６１）。すると、複数のフラッシュランプ４１が一体となって、Ｚ方向について移動することになる。支持軸Ａを＋Ｚ方向に移動させることによって、フラッシュランプ平面Ｈ４１をハロゲンランプ平面Ｈ３１から遠ざけることができる（すなわち、離間距離ｄＨを大きくすることができる）。また、支持軸Ａを−Ｚ方向に移動させることによって、フラッシュランプ平面Ｈ４１をハロゲンランプ平面Ｈ３１に近づけることができる（すなわち、離間距離ｄＨを小さくすることができる）（図１の仮想線位置）。

図３を参照する。交差角度変更機構６２は、ハロゲンランプ方向Ｒ３１とフラッシュランプ方向Ｒ４１とがなす角度（交差角度θ）を変更する。交差角度変更機構６２は、例えば、複数のフラッシュランプ４１が固定された軸（支持軸Ａ）を所定の回転軸Ｋ１（例えば、フラッシュランプ平面Ｈ４１と直交し、かつ、複数のフラッシュランプ４１が配置された領域の中心を通る軸）を中心として所定角度回転させる（ＡＲ６２）。すると、複数のフラッシュランプ４１が一体となって、回転軸Ｋ１を中心に所定角度だけ回転することになる。これによって、交差角度θを変更することができる。

図４を参照する。傾斜角度変更機構６３は、ハロゲンランプ平面Ｈ３１とフラッシュランプ平面Ｈ４１とがなす角度（傾斜角度φ）を変更する。傾斜角度変更機構６３は、例えば、複数のフラッシュランプ４１が固定された軸（支持軸Ａ）を所定の回転軸Ｋ２（例えば、フラッシュランプ平面Ｈ４１と平行であり、かつ、フラッシュランプ方向Ｒ４１と直交する軸）を中心として所定角度回転させる（ＡＲ６３）。すると、複数のフラッシュランプ４１が一体となって、回転軸Ｋ２を中心に所定角度だけ回転することになる。つまり、フラッシュランプ平面Ｈ４１がハロゲンランプ平面Ｈ３１に対して所定角度だけ傾けられる（ティルトされる）こととなり、これによって傾斜角度φを変更することができる。なお、回転軸Ｋ２はフラッシュランプ方向Ｒ４１と直交する方向でなくともよい。例えば、フラッシュランプ方向Ｒ４１と平行な方向に設定してもよい。また、回転軸Ｋ２の方向をオペレータからの指示に応じて変更する構成をさらに設けることによって、フラッシュランプ平面Ｈ４１をオペレータから指示された任意の方向について傾斜させる構成としてもよい。

制御部９１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配置関係調整部６を制御することによって、第１光照射部３と第２光照射部４との幾何学的配置関係を変更する。より具体的には、離間位置変更機構６１、交差角度変更機構６２および傾斜角度変更機構６３のそれぞれを駆動制御することによって、複数のハロゲンランプ３１と複数のフラッシュランプ４１との幾何学的配置関係（より具体的には、離間距離ｄＨ、公差角度θおよび傾斜角度φ）が、オペレータから指示されたものとなるように、複数のフラッシュランプ４１の位置および姿勢を変更する。すなわち、オペレータは、制御部９１に対して、離間距離ｄＨ、交差角度θおよび傾斜角度φの各値を指示入力することによって、第１光照射部３と第２光照射部４とを所望の幾何学的配置関係におくことができる。例えば、交差角度θおよび傾斜角度φの両方を「０」以外の値とすることによって、ハロゲンランプ３１とフラッシュランプ４１とをねじれの位置におくことができる。

後述するように、熱処理装置１００においては、第１光照射部３および第２光照射部４からの光照射によって基板Ｗに対する熱処理が行われる（図５参照）。ところが、光照射手段３の備えるハロゲンランプ３１や第２光照射部４の備えるフラッシュランプ４１は、それぞれ固有の配光特性をもつため、その影響を受けて、基板Ｗの温度分布にも特定の方向についての温度勾配が生じてしまう。

この実施の形態に係る熱処理装置１００においては、配置関係調整部６を用いて第１光照射部３の備える複数のハロゲンランプ３１と第２光照射部４の備える複数のフラッシュランプ４１との幾何学的配置関係を適切に調整することによって、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。

例えば、ハロゲンランプ３１が有する配光特性に起因して、基板の表面に＋Ｘ方向についての温度勾配が現れ、一方のフラッシュランプ４１が有する配光特性に起因して、これと同じ方向（＋Ｘ方向）についての温度勾配が現れたとする。すると、ハロゲンランプ３１とフラッシュランプ４１との両方からの影響が相乗されて、基板Ｗの表面に＋Ｘ方向についての大きな温度勾配が発生してしまうことになる。この実施の形態に係る熱処理装置１００においては、このような場合に、ハロゲンランプ３１とフラッシュランプ４１との幾何学的配置関係を変更することによって基板Ｗの面内における温度勾配を小さくすることができる。上記の例の場合であれば、例えば、制御部９１に交差角度変更機構６２を駆動制御させて、フラッシュランプ４１を１８０度回転させる（交差角度θを＋１８０度する）。すると、ハロゲンランプ３１の配光特性に起因して現れる温度勾配と、フラッシュランプ４１の配光特性に起因して現れる温度勾配とが互いに逆の方向を向くことになり、基板Ｗの表面に現れる温度勾配が総じて小さくなる。すなわち、ハロゲンランプ３１の配光特性とフラッシュランプ４１の配光特性とが相殺しあって、トータルで均一な光分布が基板Ｗ上に形成されることになる。このように、ハロゲンランプ３１とフラッシュランプ４１とを適切な幾何学的配置関係におくことによって、熱処理時における基板上の温度分布の面内均一性を良好なものとすることができる。

〈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５を参照しながら説明する。図５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。

また、以下の処理が行われる前に、オペレータが、配置関係調整部６を用いて第１光照射部３の備える複数のハロゲンランプ３１と第２光照射部４の備える複数のフラッシュランプ４１との幾何学的配置関係を予め調整しているものとする。すなわち、複数のハロゲンランプ３１の配光特性と複数のフラッシュランプ４１の配光特性とが互いに相殺されて、保持部２に保持された基板Ｗの表面領域にトータルで均一な光分布が形成されるように、両ランプ３１，４１の配置関係が調整されているものとする。

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やリフレクタ３２により反射されてから基板Ｗへと向かう。これらの光照射により基板Ｗの予備加熱が行われる。

予備加熱が完了すると、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Ｓ３）。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やリフレクタ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。

なお、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。

また、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、フラッシュランプ４１からの閃光照射によって基板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。

また、予備加熱を行う前に、ハロゲンランプ３１とフラッシュランプ４１との幾何学的配置関係を適切に調整しておくによって、熱処理（すなわち、予備加熱処理およびフラッシュ加熱処理）における基板Ｗ上の温度分布の面内均一性を良好なものとすることができる。

フラッシュ加熱が終了すると、基板Ｗを熱処理装置１００内から搬出する（ステップＳ４）。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６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においては、配置関係調整部６によって、第１光照射部３と第２光照射部４との幾何学的配置関係を任意に調整することができる。したがって、個々の光照射手段３，４が特定の方向について特性をもつ場合であっても、両者の配置関係を適切に調整することによって、互いのもつ特性を相殺させることができる。

〈５．変形例〉
上記の実施の形態に係る熱処理装置１００においては、配置関係調整部６を第２光照射部４に接続する構成としたが、第１光照射部３に接続する構成としてもよい。また、２個の配置関係調整部６を設け、第１光照射部３と第２光照射部４とのそれぞれに接続する構成としてもよい。前者の場合はハロゲンランプ３１の位置および姿勢を変更することによって、また、後者の場合はハロゲンランプ３１とフラッシュランプ４１の両方の位置および姿勢を独立して変更することによって、ハロゲンランプ３１とフラッシュランプ４１との幾何学的配置関係を調整することになる。特に後者の場合、ハロゲンランプ３１とフラッシュランプ４１と保持部２に保持された基板Ｗとの３つの幾何学的配置関係を調整することが可能となるので、熱処理時における基板Ｗ上の温度分布の面内均一性をより向上させることができる。

また、配置関係調整部６は、離間位置変更機構６１、交差角度変更機構６２、傾斜角度変更機構６３の全てを必ずしも備える必要はなく、少なくとも１つの変更機構を備える構成とすることもできる。

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変更機構６１，６２，６３によって第２光照射部４の位置および姿勢を変更するものとしたが、光照射部の位置および姿勢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、支持軸Ａ（例えば、図１，図２参照）を、チャンバー５を貫通させて形成し、当該軸の位置を、チャンバー５の外部から直接に調整させることによって第２光照射部４の姿勢を変更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、支持軸Ａの位置を調整することによって、ハロゲンランプ３１とフラッシュランプ４１との幾何学的配置関係を所望通りに変更することができる。

また、上記の実施の形態においては、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いるが、反射体１の形状はこれに限らず、ｎ枚（ただし、ｎは３以上の整数）の反射板１１によって任意の多角形の筒状に形成することができる。また、１枚の反射板１１によって円筒状に形成することもできる。

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（すなわち、基板Ｗの位置に均一な放射線束を形成すること）が困難になるからである。

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。どのような形状の光源であれ、多少なりとも配光特性を有するので上記の発明は有効に作用する。

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。第１光照射部および第２光照射部の平面図である。熱処理装置の構成を示す側断面図である。熱処理装置にて実行される処理の流れを示す図である。

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配置関係調整部
６１離間位置変更機構
６２交差角度変更機構
６３傾斜角度変更機構
１００熱処理装置
Ｗ基板

Claims

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する熱処理装置であって、
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複数のハロゲンランプを備える第１の光照射手段と、
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閃光を照射する複数のフラッシュランプを備える第２の光照射手段と、
前記複数のハロゲンランプと前記複数のフラッシュランプとの幾何学的配置関係を調整する配置関係調整手段と、
を備え、
前記複数のフラッシュランプのそれぞれが平面状に配列されており、
前記複数のハロゲンランプのそれぞれが平面状に配列されており、
前記配置関係調整手段が、
前記複数のハロゲンランプと前記複数のフラッシュランプとのうちの少なくとも一方の姿勢を変えることによって、前記複数のフラッシュランプが配列される平面と、前記複数のハロゲンランプが配列される平面とがなす角度を変更する傾斜角度変更手段、
を備え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当該基板を加熱する熱処理装置であって、
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複数のハロゲンランプを備える第１の光照射手段と、
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閃光を照射する複数のフラッシュランプを備える第２の光照射手段と、
前記複数のハロゲンランプと前記複数のフラッシュランプとの幾何学的配置関係を調整する配置関係調整手段と、
を備え、
前記複数のフラッシュランプのそれぞれが、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互いに平行となるように平面状に配列されており、
前記複数のハロゲンランプのそれぞれが、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互いに平行となるように平面状に配列されており、
前記配置関係調整手段が、
前記複数のハロゲンランプと前記複数のフラッシュランプとのうちの少なくとも一方の姿勢を変えることによって、前記複数のフラッシュランプのそれぞれの長手方向と、前記複数のハロゲンランプのそれぞれの長手方向とがなす角度を変更する交差角度変更手段、
を備えることを特徴とする熱処理装置。