(57)【要約】【課題】熱処理中の基板の反りを検出することができる熱処理方法および熱処理装置を提供する。【解決手段】チャンバー内にて石英のサセプタに保持された半導体ウェハーに対してハロゲンランプからの光照射によって予備加熱を行った後に、フラッシュランプからフラッシュ光を照射する。予備加熱で昇温する半導体ウェハーの温度を端縁部放射温度計で測定するととともに、サセプタの温度を中央部放射温度計で測定する。端縁部放射温度計によるの測定温度の時間微分または中央部放射温度計による測定温度の時間微分が急激に変化する特異変化点が現出したときに、半導体ウェハーに反りが発生したと判定する。反りが発生したと判定された半導体ウェハーへのフラッシュ光照射を省略して当該半導体ウェハーをチャンバーから搬出し、後続の半導体ウェハーをチャンバー内に搬入する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に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、
基板をチャンバー内に搬入してサセプタに保持させる搬入工程と、
前記サセプタに保持された前記基板に連続点灯ランプから光を照射する光照射工程と、
前記基板の温度を第１放射温度計によって測定する第１温度測定工程と、
前記サセプタの温度を第２放射温度計によって測定する第２温度測定工程と、
前記第１放射温度計による測定温度の時間微分または前記第２放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに前記基板に反りが発生したと判定する判定工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理方法において、
前記判定工程では、前記第１放射温度計による測定温度の時間微分が第１閾値以上に変化したとき、または、前記第２放射温度計による測定温度の時間微分が第２閾値以上に変化したときに前記基板に反りが発生したと判定することを特徴とする熱処理方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の熱処理方法において、
前記判定工程では、光照射によって昇温する前記基板の温度が所定値未満のときには前記第２放射温度計による測定温度の時間微分によって判定し、前記所定値以上のときには前記第１放射温度計による測定温度の時間微分によって判定することを特徴とする熱処理方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記判定工程では、前記第１放射温度計による測定温度の時間微分および前記第２放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに前記基板に反りが発生したと判定することを特徴とする熱処理方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記光照射工程の後に、前記基板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工程をさらに備え、
前記判定工程にて前記基板に反りが発生したと判定されたときには、前記基板へのフラッシュ光照射を省略して前記基板を前記チャンバーから搬出するとともに、前記基板の後続基板を前記チャンバー内に搬入することを特徴とする熱処理方法。
【請求項６】
基板に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、
基板をチャンバー内に搬入してサセプタに保持させる搬入工程と、
前記サセプタに保持された前記基板に連続点灯ランプから光を照射する光照射工程と、
前記基板の温度を放射温度計によって測定する温度測定工程と、
前記放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに前記基板に反りが発生したと判定する判定工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項７】
基板に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、
基板をチャンバー内に搬入してサセプタに保持させる搬入工程と、
前記サセプタに保持された前記基板に連続点灯ランプから光を照射する光照射工程と、
前記サセプタの温度を放射温度計によって測定する温度測定工程と、
前記放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに前記基板に反りが発生したと判定する判定工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項８】
基板に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前記基板を保持するサセプタと、
前記サセプタに保持された前記基板に光を照射する連続点灯ランプと、
前記基板の温度を測定する第１放射温度計と、
前記サセプタの温度を測定する第２放射温度計と、
前記第１放射温度計による測定温度の時間微分または前記第２放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに前記基板に反りが発生したと判定する判定部と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項９】
請求項８記載の熱処理装置において、
前記判定部は、前記第１放射温度計による測定温度の時間微分が第１閾値以上に変化したとき、または、前記第２放射温度計による測定温度の時間微分が第２閾値以上に変化したときに前記基板に反りが発生したと判定することを特徴とする熱処理装置。
【請求項１０】
請求項８または請求項９記載の熱処理装置において、
前記判定部は、光照射によって昇温する前記基板の温度が所定値未満のときには前記第２放射温度計による測定温度の時間微分によって判定し、前記所定値以上のときには前記第１放射温度計による測定温度の時間微分によって判定することを特徴とする熱処理装置。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記判定部は、前記第１放射温度計による測定温度の時間微分および前記第２放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに前記基板に反りが発生したと判定することを特徴とする熱処理装置。
【請求項１２】
請求項８から請求項１１のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記連続点灯ランプからの光照射の後に、前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプをさらに備え、
前記判定部が前記基板に反りが発生したと判定したときには、前記基板へのフラッシュ光照射を省略して前記基板を前記チャンバーから搬出するとともに、前記基板の後続基板を前記チャンバー内に搬入することを特徴とする熱処理装置。
【請求項１３】
基板に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前記基板を保持するサセプタと、
前記サセプタに保持された前記基板に光を照射する連続点灯ランプと、
前記基板の温度を測定する放射温度計と、
前記放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに前記基板に反りが発生したと判定する判定部と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１４】
基板に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前記基板を保持するサセプタと、
前記サセプタに保持された前記基板に光を照射する連続点灯ランプと、
前記サセプタの温度を測定する放射温度計と、
前記放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに前記基板に反りが発生したと判定する判定部と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハー等の薄板状精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）に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および熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱する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、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。
【０００３】
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。
【０００４】
このようなフラッシュランプアニールは、極短時間の加熱が必要とされる処理、例えば典型的には半導体ウェハーに注入された不純物の活性化に利用される。イオン注入法によって不純物が注入された半導体ウェハーの表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射すれば、当該半導体ウェハーの表面を極短時間だけ活性化温度にまで昇温することができ、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。
【０００５】
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、特許文献１には、半導体ウェハーの表面側にフラッシュランプを配置するとともに裏面側にハロゲンランプを配置し、それらの組み合わせによって所望の熱処理を行うものが開示されている。特許文献１に開示の熱処理装置においては、サセプタに保持された半導体ウェハーをハロゲンランプによってある程度の温度にまで予備加熱し、その後フラッシュランプからのフラッシュ光照射によって所望の処理温度にまで昇温している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１６４４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示される熱処理において、半導体ウェハーをハロゲンランプによって予備加熱したときに、薄板状の半導体ウェハーが反ることがある。半導体ウェハーが反る要因としては、ハロゲンランプの熱処理パターンに由来するものとウェハー自体に問題がある場合とがある。いずれの場合であっても、半導体ウェハーが沿った状態でフラッシュランプから極短時間の強いフラッシュ光を照射すると、半導体ウェハーが割れるおそれがある。ウェハー割れが発生すると、その半導体ウェハーを無駄に消費するだけでなく、チャンバー内が多量のパーティクルによって汚染され、復旧作業に多大の時間を要することとなる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱処理中の基板の反りを検出することができる熱処理方法および熱処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に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、基板をチャンバー内に搬入してサセプタに保持させる搬入工程と、前記サセプタに保持された前記基板に連続点灯ランプから光を照射する光照射工程と、前記基板の温度を第１放射温度計によって測定する第１温度測定工程と、前記サセプタの温度を第２放射温度計によって測定する第２温度測定工程と、前記第１放射温度計による測定温度の時間微分または前記第２放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに前記基板に反りが発生したと判定する判定工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記判定工程では、前記第１放射温度計による測定温度の時間微分が第１閾値以上に変化したとき、または、前記第２放射温度計による測定温度の時間微分が第２閾値以上に変化したときに前記基板に反りが発生したと判定することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記判定工程では、光照射によって昇温する前記基板の温度が所定値未満のときには前記第２放射温度計による測定温度の時間微分によって判定し、前記所定値以上のときには前記第１放射温度計による測定温度の時間微分によって判定することを特徴とする。
【００１２】
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係る熱処理方法において、前記判定工程では、前記第１放射温度計による測定温度の時間微分および前記第２放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに前記基板に反りが発生したと判定することを特徴とする。
【００１３】
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方法において、前記光照射工程の後に、前記基板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工程をさらに備え、前記判定工程にて前記基板に反りが発生したと判定されたときには、前記基板へのフラッシュ光照射を省略して前記基板を前記チャンバーから搬出するとともに、前記基板の後続基板を前記チャンバー内に搬入することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６の発明は、基板に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、基板をチャンバー内に搬入してサセプタに保持させる搬入工程と、前記サセプタに保持された前記基板に連続点灯ランプから光を照射する光照射工程と、前記基板の温度を放射温度計によって測定する温度測定工程と、前記放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに前記基板に反りが発生したと判定する判定工程と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７の発明は、基板に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、基板をチャンバー内に搬入してサセプタに保持させる搬入工程と、前記サセプタに保持された前記基板に連続点灯ランプから光を照射する光照射工程と、前記サセプタの温度を放射温度計によって測定する温度測定工程と、前記放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに前記基板に反りが発生したと判定する判定工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８の発明は、基板に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前記基板を保持するサセプタと、前記サセプタに保持された前記基板に光を照射する連続点灯ランプと、前記基板の温度を測定する第１放射温度計と、前記サセプタの温度を測定する第２放射温度計と、前記第１放射温度計による測定温度の時間微分または前記第２放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに前記基板に反りが発生したと判定する判定部と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る熱処理装置において、前記判定部は、前記第１放射温度計による測定温度の時間微分が第１閾値以上に変化したとき、または、前記第２放射温度計による測定温度の時間微分が第２閾値以上に変化したときに前記基板に反りが発生したと判定することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１０の発明は、請求項８または請求項９の発明に係る熱処理装置において、前記判定部は、光照射によって昇温する前記基板の温度が所定値未満のときには前記第２放射温度計による測定温度の時間微分によって判定し、前記所定値以上のときには前記第１放射温度計による測定温度の時間微分によって判定することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１１の発明は、請求項８から請求項１０のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記判定部は、前記第１放射温度計による測定温度の時間微分および前記第２放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに前記基板に反りが発生したと判定することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１２の発明は、請求項８から請求項１１のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記連続点灯ランプからの光照射の後に、前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプをさらに備え、前記判定部が前記基板に反りが発生したと判定したときには、前記基板へのフラッシュ光照射を省略して前記基板を前記チャンバーから搬出するとともに、前記基板の後続基板を前記チャンバー内に搬入することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１３の発明は、基板に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前記基板を保持するサセプタと、前記サセプタに保持された前記基板に光を照射する連続点灯ランプと、前記基板の温度を測定する放射温度計と、前記放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに前記基板に反りが発生したと判定する判定部と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１４の発明は、基板に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前記基板を保持するサセプタと、前記サセプタに保持された前記基板に光を照射する連続点灯ランプと、前記サセプタの温度を測定する放射温度計と、前記放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに前記基板に反りが発生したと判定する判定部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１から請求項５の発明によれば、基板の温度を測定する第１放射温度計による測定温度の時間微分またはサセプタの温度を測定する第２放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに基板に反りが発生したと判定するため、目視等で確認することなく熱処理中の基板の反りを検出することができる。
【００２４】
特に、請求項５の発明によれば、基板に反りが発生したと判定されたときには、基板へのフラッシュ光照射を省略して基板をチャンバーから搬出するとともに、後続基板をチャンバー内に搬入するため、基板の割れを未然に防止して処理効率の低下を防ぐことができる。
【００２５】
請求項６の発明によれば、基板の温度を測定する放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに基板に反りが発生したと判定するため、目視等で確認することなく熱処理中の基板の反りを検出することができる。
【００２６】
請求項７の発明によれば、サセプタの温度を測定する放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに基板に反りが発生したと判定するため、目視等で確認することなく熱処理中の基板の反りを検出することができる。
【００２７】
請求項８から請求項１２の発明によれば、基板の温度を測定する第１放射温度計による測定温度の時間微分またはサセプタの温度を測定する第２放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに基板に反りが発生したと判定するため、目視等で確認することなく熱処理中の基板の反りを検出することができる。
【００２８】
特に、請求項１２の発明によれば、基板に反りが発生したと判定したときには、基板へのフラッシュ光照射を省略して基板をチャンバーから搬出するとともに、後続基板をチャンバー内に搬入するため、基板の割れを未然に防止して処理効率の低下を防ぐことができる。
【００２９】
請求項１３の発明によれば、基板の温度を測定する放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに基板に反りが発生したと判定するため、目視等で確認することなく熱処理中の基板の反りを検出することができる。
【００３０】
請求項１４の発明によれば、サセプタの温度を測定する放射温度計による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに基板に反りが発生したと判定するため、目視等で確認することなく熱処理中の基板の反りを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】保持部の全体外観を示す斜視図である。
【図３】サセプタの平面図である。
【図４】サセプタの断面図である。
【図５】移載機構の平面図である。
【図６】移載機構の側面図である。
【図７】複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。
【図８】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。
【図９】端縁部放射温度計によって測定された半導体ウェハーの温度プロファイルの一例を示す図である。
【図１０】中央部放射温度計によって測定されたサセプタの温度プロファイルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。図１の熱処理装置１は、基板として円板形状の半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光照射を行うことによっ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。処理対象となる半導体ウェハーＷのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍやφ４５０ｍｍである（本実施形態ではφ３００ｍｍ）。熱処理装置１に搬入される前の半導体ウェハーＷには不純物が注入されており、熱処理装置１による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行される。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
【００３４】
熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容するチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するフラッシュ加熱部５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲン加熱部４と、を備える。チャンバー６の上側にフラッシュ加熱部５が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部４が設けられている。また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部に、半導体ウェハーＷを水平姿勢に保持する保持部７と、保持部７と装置外部との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う移載機構１０と、を備える。さらに、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーＷの熱処理を実行させる制御部３を備える。
【００３５】
チャンバー６は、筒状のチャンバー側部６１の上下に石英製のチャンバー窓を装着して構成されている。チャンバー側部６１は上下が開口された概略筒形状を有しており、上側開口には上側チャンバー窓６３が装着されて閉塞され、下側開口には下側チャンバー窓６４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上側チャンバー窓６３は、石英により形成された円板形状部材であり、フラッシュ加熱部５から出射されたフラッシュ光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。また、チャンバー６の床部を構成する下側チャンバー窓６４も、石英により形成された円板形状部材であり、ハロゲン加熱部４からの光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。
【００３６】
また、チャンバー側部６１の内側の壁面の上部には反射リング６８が装着され、下部には反射リング６９が装着されている。反射リング６８，６９は、ともに円環状に形成されている。上側の反射リング６８は、チャンバー側部６１の上側から嵌め込むことによって装着される。一方、下側の反射リング６９は、チャンバー側部６１の下側から嵌め込んで図示省略のビスで留めることによって装着される。すなわち、反射リング６８，６９は、ともに着脱自在にチャンバー側部６１に装着されるものである。チャンバー６の内側空間、すなわち上側チャンバー窓６３、下側チャンバー窓６４、チャンバー側部６１および反射リング６８，６９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。
【００３７】
チャンバー側部６１に反射リング６８，６９が装着されることによって、チャンバー６の内壁面に凹部６２が形成される。すなわち、チャンバー側部６１の内壁面のうち反射リング６８，６９が装着されていない中央部分と、反射リング６８の下端面と、反射リング６９の上端面とで囲まれた凹部６２が形成される。凹部６２は、チャンバー６の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウェハーＷを保持する保持部７を囲繞する。チャンバー側部６１および反射リング６８，６９は、強度と耐熱性に優れた金属材料（例えば、ステンレススチール）にて形成されている。
【００３８】
また、チャンバー側部６１には、チャンバー６に対して半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための搬送開口部（炉口）６６が形設されている。搬送開口部６６は、ゲートバルブ１８５によって開閉可能とされている。搬送開口部６６は凹部６２の外周面に連通接続されている。このため、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を開放しているときには、搬送開口部６６から凹部６２を通過して熱処理空間６５への半導体ウェハーＷの搬入および熱処理空間６５からの半導体ウェハーＷの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉鎖するとチャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。
【００３９】
また、チャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に処理ガスを供給するガス供給孔８１が形設されている。ガス供給孔８１は、凹部６２よりも上側位置に形設されており、反射リング６８に設けられていても良い。ガス供給孔８１はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８２を介してガス供給管８３に連通接続されている。ガス供給管８３は処理ガス供給源８５に接続されている。また、ガス供給管８３の経路途中にはバルブ８４が介挿されている。バルブ８４が開放されると、処理ガス供給源８５から緩衝空間８２に処理ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した処理ガスは、ガス供給孔８１よりも流体抵抗の小さい緩衝空間８２内を拡がるように流れてガス供給孔８１から熱処理空間６５内へと供給される。処理ガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）等の不活性ガス、または、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）等の反応性ガス、或いはそれらを混合した混合ガスを用いることができる（本実施形態では窒素ガス）。
【００４０】
一方、チャンバー６の内壁下部には熱処理空間６５内の気体を排気するガス排気孔８６が形設されている。ガス排気孔８６は、凹部６２よりも下側位置に形設されており、反射リング６９に設けられていても良い。ガス排気孔８６はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８７を介してガス排気管８８に連通接続されている。ガス排気管８８は排気部１９０に接続されている。また、ガス排気管８８の経路途中にはバルブ８９が介挿されている。バルブ８９が開放されると、熱処理空間６５の気体がガス排気孔８６から緩衝空間８７を経てガス排気管８８へと排出される。なお、ガス供給孔８１およびガス排気孔８６は、チャンバー６の周方向に沿って複数設けられていても良いし、スリット状のものであっても良い。
【００４１】
また、搬送開口部６６の先端にも熱処理空間６５内の気体を排出するガス排気管１９１が接続されている。ガス排気管１９１はバルブ１９２を介して排気部１９０に接続されている。バルブ１９２を開放することによって、搬送開口部６６を介してチャンバー６内の気体が排気される。
【００４２】
排気部１９０としては、真空ポンプや熱処理装置１が設置される工場の排気ユーティリティを用いることができる。排気部１９０として真空ポンプを採用し、バルブ８４を閉止してガス供給孔８１から何らのガス供給を行うことなく密閉空間である熱処理空間６５の雰囲気を排気すると、チャンバー６内を真空雰囲気にまで減圧することができる。また、排気部１９０として真空ポンプを用いていない場合であっても、ガス供給孔８１からガス供給を行うことなく排気を行うことにより、チャンバー６内を大気圧未満の気圧に減圧することができる。
【００４３】
図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプタ７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２およびサセプタ７４はいずれも石英にて形成されている。すなわち、保持部７の全体が石英にて形成されている。
【００４４】
基台リング７１は円環形状から一部が欠落した円弧形状の石英部材である。この欠落部分は、後述する移載機構１０の移載アーム１１と基台リング７１との干渉を防ぐために設けられている。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されることによって、チャンバー６の壁面に支持されることとなる（図１参照）。基台リング７１の上面に、その円環形状の周方向に沿って複数の連結部７２（本実施形態では４個）が立設される。連結部７２も石英の部材であり、溶接によって基台リング７１に固着される。
【００４５】
サセプタ７４は基台リング７１に設けられた４個の連結部７２によって支持される。図３は、サセプタ７４の平面図である。また、図４は、サセプタ７４の断面図である。サセプタ７４は、保持プレート７５、ガイドリング７６および複数の基板支持ピン７７を備える。保持プレート７５は、石英にて形成された略円形の平板状部材である。保持プレート７５の直径は半導体ウェハーＷの直径よりも大きい。すなわち、保持プレート７５は、半導体ウェハーＷよりも大きな平面サイズを有する。
【００４６】
保持プレート７５の上面周縁部にガイドリング７６が設置されている。ガイドリング７６は、半導体ウェハーＷの直径よりも大きな内径を有する円環形状の部材である。例えば、半導体ウェハーＷの直径がφ３００ｍｍの場合、ガイドリング７６の内径はφ３２０ｍｍである。ガイドリング７６の内周は、保持プレート７５から上方に向けて広くなるようなテーパ面とされている。ガイドリング７６は、保持プレート７５と同様の石英にて形成される。ガイドリング７６は、保持プレート７５の上面に溶着するようにしても良いし、別途加工したピンなどによって保持プレート７５に固定するようにしても良い。或いは、保持プレート７５とガイドリング７６とを一体の部材として加工するようにしても良い。
【００４７】
保持プレート７５の上面のうちガイドリング７６よりも内側の領域が半導体ウェハーＷを保持する平面状の保持面７５ａとされる。保持プレート７５の保持面７５ａには、複数の基板支持ピン７７が立設されている。本実施形態においては、保持面７５ａの外周円（ガイドリング７６の内周円）と同心円の周上に沿って３０°毎に計１２個の基板支持ピン７７が立設されている。１２個の基板支持ピン７７を配置した円の径（対向する基板支持ピン７７間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さく、半導体ウェハーＷの径がφ３００ｍｍであればφ２７０ｍｍ〜φ２８０ｍｍ（本実施形態ではφ２７０ｍｍ）である。それぞれの基板支持ピン７７は石英にて形成されている。複数の基板支持ピン７７は、保持プレート７５の上面に溶接によって設けるようにしても良いし、保持プレート７５と一体に加工するようにしても良い。
【００４８】
図２に戻り、基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプタ７４の保持プレート７５の周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプタ７４と基台リング７１とは連結部７２によって固定的に連結されている。このような保持部７の基台リング７１がチャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７がチャンバー６に装着される。保持部７がチャンバー６に装着された状態においては、サセプタ７４の保持プレート７５は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。すなわち、保持プレート７５の保持面７５ａは水平面となる。
【００４９】
チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷは、チャンバー６に装着された保持部７のサセプタ７４の上に水平姿勢にて載置されて保持される。このとき、半導体ウェハーＷは保持プレート７５上に立設された１２個の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。より厳密には、１２個の基板支持ピン７７の上端部が半導体ウェハーＷの下面に接触して当該半導体ウェハーＷを支持する。１２個の基板支持ピン７７の高さ（基板支持ピン７７の上端から保持プレート７５の保持面７５ａまでの距離）は均一であるため、１２個の基板支持ピン７７によって半導体ウェハーＷを水平姿勢に支持することができる。
【００５０】
また、半導体ウェハーＷは複数の基板支持ピン７７によって保持プレート７５の保持面７５ａから所定の間隔を隔てて支持されることとなる。基板支持ピン７７の高さよりもガイドリング７６の厚さの方が大きい。従って、複数の基板支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの水平方向の位置ずれはガイドリング７６によって防止される。
【００５１】
また、図２および図３に示すように、サセプタ７４の保持プレート７５には、上下に貫通して開口部７８が形成されている。開口部７８は、端縁部放射温度計２０（図１参照）がサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から放射される放射光（赤外光）を受光するために設けられている。すなわち、端縁部放射温度計２０が開口部７８を介してサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から放射された光を受光してその半導体ウェハーＷの温度を測定する。さらに、サセプタ７４の保持プレート７５には、後述する移載機構１０のリフトピン１２が半導体ウェハーＷの受け渡しのために貫通する４個の貫通孔７９が穿設されている。
【００５２】
図５は、移載機構１０の平面図である。また、図６は、移載機構１０の側面図である。移載機構１０は、２本の移載アーム１１を備える。移載アーム１１は、概ね円環状の凹部６２に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム１１には２本のリフトピン１２が立設されている。移載アーム１１およびリフトピン１２は石英にて形成されている。各移載アーム１１は水平移動機構１３によって回動可能とされている。水平移動機構１３は、一対の移載アーム１１を保持部７に対して半導体ウェハーＷの移載を行う移載動作位置（図５の実線位置）と保持部７に保持された半導体ウェハーＷと平面視で重ならない退避位置（図５の二点鎖線位置）との間で水平移動させる。水平移動機構１３としては、個別のモータによって各移載アーム１１をそれぞれ回動させるものであっても良いし、リンク機構を用いて１個のモータによって一対の移載アーム１１を連動させて回動させるものであっても良い。
【００５３】
また、一対の移載アーム１１は、昇降機構１４によって水平移動機構１３とともに昇降移動される。昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて上昇させると、計４本のリフトピン１２がサセプタ７４に穿設された貫通孔７９（図２，３参照）を通過し、リフトピン１２の上端がサセプタ７４の上面から突き出る。一方、昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて下降させてリフトピン１２を貫通孔７９から抜き取り、水平移動機構１３が一対の移載アーム１１を開くように移動させると各移載アーム１１が退避位置に移動する。一対の移載アーム１１の退避位置は、保持部７の基台リング７１の直上である。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されているため、移載アーム１１の退避位置は凹部６２の内側となる。なお、移載機構１０の駆動部（水平移動機構１３および昇降機構１４）が設けられている部位の近傍にも図示省略の排気機構が設けられており、移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気がチャンバー６の外部に排出されるように構成されている。
【００５４】
図１に戻り、熱処理装置１は、端縁部放射温度計（エッジパイロメーター）２０および中央部放射温度計（センターパイロメーター）２５の２つの放射温度計を備える。上述の通り、端縁部放射温度計２０は、サセプタ７４の開口部７８を介して半導体ウェハーＷの下面端縁部から放射された赤外光を受光し、その赤外光の強度から半導体ウェハーＷの温度を測定するウェハー温度計である。一方、中央部放射温度計２５は、サセプタ７４の中央部から放射された赤外光を受光し、その赤外光の強度からサセプタ７４の温度を測定するサセプタ温度計である。なお、図示の便宜上、図１では端縁部放射温度計２０および中央部放射温度計２５をチャンバー６の内部に記載しているが、これらはいずれもチャンバー６の外壁面に取り付けられ、外壁面に設けられた貫通孔を通して赤外光を受光する。
【００５５】
チャンバー６の上方に設けられたフラッシュ加熱部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、フラッシュ加熱部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。フラッシュ加熱部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の石英窓である。フラッシュ加熱部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が上側チャンバー窓６３と対向することとなる。フラッシュランプＦＬはチャンバー６の上方からランプ光放射窓５３および上側チャンバー窓６３を介して熱処理空間６５にフラッシュ光を照射する。
【００５６】
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。
【００５７】
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、ハロゲンランプＨＬの如き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。すなわち、フラッシュランプＦＬは、１秒未満の極めて短い時間で瞬間的に発光するパルス発光ランプである。なお、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のコイル定数によって調整することができる。
【００５８】
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熱処理空間６５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いる。
【００５９】
チャンバー６の下方に設けられたハロゲン加熱部４は、筐体４１の内側に複数本（本実施形態では４０本）のハロゲンランプＨＬを内蔵している。ハロゲン加熱部４は、複数のハロゲンランプＨＬによってチャンバー６の下方から下側チャンバー窓６４を介して熱処理空間６５への光照射を行って半導体ウェハーＷを加熱する光照射部である。
【００６０】
図７は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。４０本のハロゲンランプＨＬは上下２段に分けて配置されている。保持部７に近い上段に２０本のハロゲンランプＨＬが配設されるとともに、上段よりも保持部７から遠い下段にも２０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。各ハロゲンランプＨＬは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに２０本のハロゲンランプＨＬは、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配列されている。よって、上段、下段ともにハロゲンランプＨＬの配列によって形成される平面は水平面である。
【００６１】
また、図７に示すように、上段、下段ともに保持部７に保持される半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプＨＬの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも周縁部の方がハロゲンランプＨＬの配設ピッチが短い。このため、ハロゲン加熱部４からの光照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。
【００６２】
また、上段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群と下段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群とが格子状に交差するように配列されている。すなわち、上段に配置された２０本のハロゲンランプＨＬの長手方向と下段に配置された２０本のハロゲンランプＨＬの長手方向とが互いに直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。
【００６３】
ハロゲンランプＨＬ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。ガラス管の内部には、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）を微量導入した気体が封入されている。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ＨＬ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性を有する。すなわち、ハロゲンランプＨＬは少なくとも１秒以上連続して発光する連続点灯ランプである。また、ハロゲンランプＨＬは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプＨＬを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーＷへの放射効率が優れたものとなる。
【００６４】
また、ハロゲン加熱部４の筐体４１内にも、２段のハロゲンランプＨＬの下側にリフレクタ４３が設けられている（図１）。リフレクタ４３は、複数のハロゲンランプＨＬから出射された光を熱処理空間６５の側に反射する。
【００６５】
制御部３は、熱処理装置１に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。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回路である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を備えている。制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置１における処理が進行する。また、判定部３１は、制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって実現される機能処理部である。判定部３１は、端縁部放射温度計２０および／または中央部放射温度計２５の温度測定結果に基づいて半導体ウェハーＷの反りを判定するのであるがその詳細についてはさらに後述する。
【００６６】
上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６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の壁体には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ハロゲン加熱部４およびフラッシュ加熱部５は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓６３とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部５および上側チャンバー窓６３を冷却する。
【００６７】
次に、熱処理装置１における処理動作について説明する。図８は、熱処理装置１における処理手順を示すフローチャートである。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（イオン）が添加された半導体基板である。その不純物の活性化が熱処理装置１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。以下に説明する半導体ウェハーＷの処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することにより進行する。
【００６８】
まず、半導体ウェハーＷの処理に先立って給気のためのバルブ８４が開放されるとともに、排気用のバルブ８９，１９２が開放されてチャンバー６内に対する給排気が開始される。バルブ８４が開放されると、ガス供給孔８１から熱処理空間６５に窒素ガスが供給される。また、バルブ８９が開放されると、ガス排気孔８６からチャンバー６内の気体が排気される。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５の上部から供給された窒素ガスが下方へと流れ、熱処理空間６５の下部から排気される。
【００６９】
また、バルブ１９２が開放されることによって、搬送開口部６６からもチャンバー６内の気体が排気される。さらに、図示省略の排気機構によって移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気も排気される。なお、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熱処理空間６５に継続的に供給されており、その供給量は処理工程に応じて適宜変更される。
【００７０】
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、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部６６を介して処理対象となる半導体ウェハーＷがチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される（ステップＳ１）。このときには、半導体ウェハーＷの搬入にともなって装置外部の雰囲気を巻き込むおそれがあるが、チャンバー６には窒素ガスが供給され続けているため、搬送開口部６６から窒素ガスが流出して、そのような外部雰囲気の巻き込みを最小限に抑制することができる。
【００７１】
搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーＷは保持部７の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構１０の一対の移載アーム１１が退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２が貫通孔７９を通ってサセプタ７４の保持プレート７５の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。このとき、リフトピン１２は基板支持ピン７７の上端よりも上方にまで上昇する。
【００７２】
半導体ウェハーＷがリフトピン１２に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間６５から退出し、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖される。そして、一対の移載アーム１１が下降することにより、半導体ウェハーＷは移載機構１０から保持部７のサセプタ７４に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。半導体ウェハーＷは、保持プレート７５上に立設された複数の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。また、半導体ウェハーＷは、パターン形成がなされて不純物が注入された表面を上面として保持部７に保持される。複数の基板支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの裏面（表面とは反対側の主面）と保持プレート７５の保持面７５ａとの間には所定の間隔が形成される。サセプタ７４の下方にまで下降した一対の移載アーム１１は水平移動機構１３によって退避位置、すなわち凹部６２の内側に退避する。
【００７３】
半導体ウェハーＷが石英にて形成された保持部７のサセプタ７４によって水平姿勢にて下方より保持された後、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して予備加熱（アシスト加熱）が開始される（ステップＳ２）。ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓６４およびサセプタ７４を透過して半導体ウェハーＷの下面に照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって半導体ウェハーＷが予備加熱されて温度が上昇する。なお、移載機構１０の移載アーム１１は凹部６２の内側に退避しているため、ハロゲンランプＨＬによる加熱の障害となることは無い。
【００７４】
ハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うときには、半導体ウェハーＷの温度が端縁部放射温度計２０によって測定されるとともに、サセプタ７４の温度が中央部放射温度計２５によって測定される（ステップＳ３）。すなわち、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面端縁部から開口部７８を介して放射された赤外光を端縁部放射温度計２０が受光して昇温中のウェハー温度を測定する。また、サセプタ７４自体から放射された赤外光を中央部放射温度計２５が受光して昇温中の半導体ウェハーＷを保持するサセプタ７４の温度を測定する。端縁部放射温度計２０および中央部放射温度計２５によって測定された半導体ウェハーＷおよびサセプタ７４の温度は制御部３に伝達される。なお、端縁部放射温度計２０および中央部放射温度計２５による温度測定は、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱を開始する以前から行っていても良い。
【００７５】
図９は、端縁部放射温度計２０によって測定された半導体ウェハーＷの温度プロファイルの一例を示す図である。また、図１０は、中央部放射温度計２５によって測定されたサセプタ７４の温度プロファイルの一例を示す図である。制御部３は、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって昇温する半導体ウェハーＷの温度が所定の予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを監視しつつ、ハロゲンランプＨＬの出力を制御する。すなわち、制御部３は、端縁部放射温度計２０による測定値に基づいて、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１となるようにハロゲンランプＨＬの出力をフィードバック制御する。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８００℃程度とされる（本実施の形態では７５０℃）。
【００７６】
また、制御部３の判定部３１は、端縁部放射温度計２０および中央部放射温度計２５の温度測定結果に基づいて半導体ウェハーＷの反りを監視している。具体的には判定部３１は、端縁部放射温度計２０による半導体ウェハーＷの測定温度の時間微分または中央部放射温度計２５によるサセプタ７４の測定温度の時間微分に特異変化点が現出しているか否かを監視する（ステップＳ４）。測定温度の時間微分は、温度変化レート（昇温レートまたは降温レート）であり、図９，１０に示す温度プロファイルの傾きでもある。そして、測定温度の時間微分の特異変化点とは、温度プロファイルの傾きが急激に変化する特異点である。
【００７７】
予備加熱時にハロゲンランプＨＬからの光照射によって半導体ウェハーＷが昇温するときに、薄板状の半導体ウェハーＷに反りが発生することがある。半導体ウェハーＷに反りが発生すると、端縁部放射温度計２０と半導体ウェハーＷとの間の測定距離が変化するとともに、端縁部放射温度計２０の光軸と半導体ウェハーＷの下面とのなす測定角度も変化することになる。このような測定距離および測定角度の変化が端縁部放射温度計２０の温度測定に影響を与えた結果、端縁部放射温度計２０による半導体ウェハーＷの測定温度の時間微分に特異変化点が現出するのである。すなわち、端縁部放射温度計２０による半導体ウェハーＷの測定温度の時間微分に特異変化点が現出することは半導体ウェハーＷに反りが発生していることを示しているのである。よって、判定部３１は、端縁部放射温度計２０による半導体ウェハーＷの測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに半導体ウェハーＷに反りが発生したと判定する。
【００７８】
より具体的には、判定部３１は、端縁部放射温度計２０による半導体ウェハーＷの測定温度の時間微分が所定の閾値以上に変化したときに半導体ウェハーＷに反りが発生したと判定する。例えば、図９に示す温度プロファイルにおいて、半導体ウェハーＷの昇温レートが５０℃／秒であるときに、端縁部放射温度計２０による測定温度の時間微分が閾値である２０％以上変化したとき、すなわち４０℃／秒以下または６０℃／秒以上となったときに判定部３１は測定温度の時間微分に特異変化点が現出したと判断して半導体ウェハーＷに反りが発生したと判定する。図９に示す例では、時刻ｔ１に端縁部放射温度計２０による半導体ウェハーＷの測定温度の時間微分に特異変化点が現出している。
【００７９】
また、半導体ウェハーＷに反りが発生すると、複数の基板支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの一部とサセプタ７４の保持プレート７５とが接触することとなる。複数の半導体ウェハーＷを連続して処理するときにはサセプタ７４が所定温度にまで昇温している。また、ロットの最初の半導体ウェハーＷを処理する前にサセプタ７４を当該所定温度にまで予熱することも行われている。よって、常温の半導体ウェハーＷがサセプタ７４に保持された時点ではサセプタ７４の温度よりも半導体ウェハーＷの温度の方が低い。相対的に低温の半導体ウェハーＷが反ってサセプタ７４に接触すると、サセプタ７４から半導体ウェハーＷへの熱伝導が生じ、接触部位近傍におけるサセプタ７４の温度が急激に降温する。その結果、中央部放射温度計２５によるサセプタ７４の測定温度の時間微分に特異変化点が現出することとなる。すなわち、中央部放射温度計２５によるサセプタ７４の測定温度の時間微分に特異変化点が現出することも半導体ウェハーＷに反りが発生していることを示しているのである。よって、判定部３１は、中央部放射温度計２５によるサセプタ７４の測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときにも半導体ウェハーＷに反りが発生したと判定する。
【００８０】
より具体的には上記と同様に、判定部３１は、中央部放射温度計２５によるサセプタ７４の測定温度の時間微分が所定の閾値以上に変化したときに半導体ウェハーＷに反りが発生したと判定する。図１０に示す例では、時刻ｔ２に判定部３１が中央部放射温度計２５による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したと判断して半導体ウェハーＷに反りが発生したと判定する。
【００８１】
本実施形態においては、端縁部放射温度計２０による半導体ウェハーＷの測定温度の時間微分および中央部放射温度計２５によるサセプタ７４の測定温度の時間微分の少なくともいずれか一方に特異変化点が現出したときに判定部３１は半導体ウェハーＷに反りが発生したと判定する。すなわち、端縁部放射温度計２０による半導体ウェハーＷの測定温度の時間微分および中央部放射温度計２５によるサセプタ７４の測定温度の時間微分の双方に特異変化点が現出していないときには、判定部３１は半導体ウェハーＷに反りが発生していないと判定する。
【００８２】
特異点が現出しておらず、判定部３１が半導体ウェハーＷに反りが発生していないと判定したときには、ステップＳ４からステップＳ７に進み、正常な半導体ウェハーＷに対するフラッシュ光照射が実行される。具体的には、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達して所定時間が経過した時点にてフラッシュ加熱部５のフラッシュランプＦＬがサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光照射を行う。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。
【００８３】
フラッシュ加熱は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光（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、フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、予めコンデンサーに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。
【００８４】
フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプＨＬが消灯する。これにより、半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１から急速に降温する。降温中の半導体ウェハーＷの温度は端縁部放射温度計２０によって測定され、その測定結果は制御部３に伝達される。制御部３は、端縁部放射温度計２０の測定結果より半導体ウェハーＷの温度が所定温度まで降温したか否かを監視する。そして、半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２がサセプタ７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプタ７４から受け取る。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、リフトピン１２上に載置された半導体ウェハーＷが装置外部の搬送ロボットによりチャンバー６から搬出され（ステップＳ８）、半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。
【００８５】
一方、特異変化点が現出して判定部３１が半導体ウェハーＷに反りが発生していると判定したときには、ステップＳ４からステップＳ５に進み、続くフラッシュ光照射を省略して当該半導体ウェハーＷをチャンバー６から搬出する。フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は照射時間が極めて短く強度の強い光である。反りが発生した半導体ウェハーＷにそのような強いフラッシュ光が瞬間的に照射されると、半導体ウェハーＷが割れるおそれがある。このため、半導体ウェハーＷに反りが発生したと判定されたときには、その半導体ウェハーＷに対してはフラッシュ光照射を行うことなく、当該半導体ウェハーＷをチャンバー６から搬出するのである。
【００８６】
反りが発生したと判定された半導体ウェハーＷがチャンバー６から搬出された後、後続の新たな半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入される（ステップＳ６）。そして、新たに搬入された後続の半導体ウェハーＷに対して上述と同様の処理が行われる。
【００８７】
本実施形態においては、ハロゲンランプＨＬによる半導体ウェハーＷの予備加熱時に、端縁部放射温度計２０による半導体ウェハーＷの測定温度の時間微分または中央部放射温度計２５によるサセプタ７４の測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに、半導体ウェハーＷに反りが発生したと判定している。このため、フラッシュ光照射前に、目視等で確認すること無く自動で予備加熱処理中の半導体ウェハーＷの反りを検出することができる。
【００８８】
フラッシュ光照射前に半導体ウェハーＷの反りを検出することにより、反った半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射して当該半導体ウェハーＷが割れるのを未然に防ぐことができる。これにより、破損した半導体ウェハーＷの破片によるチャンバー６内の汚染を防止することができる。
【００８９】
また、反りが発生したと判定された半導体ウェハーＷへのフラッシュ光照射を省略して当該半導体ウェハーＷをチャンバー６から搬出するとともに、引き続いて後続の半導体ウェハーＷをチャンバー６内に搬入して処理を行っているため、反りが発生したときに熱処理装置１のダウンタイムが発生することはなく、スループットの低下を防止することが可能となる。
【００９０】
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。上記実施形態においては、端縁部放射温度計２０による半導体ウェハーＷの測定温度の時間微分または中央部放射温度計２５によるサセプタ７４の測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに、半導体ウェハーＷに反りが発生したと判定していた。これに代えて、端縁部放射温度計２０による半導体ウェハーＷの測定温度の時間微分および中央部放射温度計２５によるサセプタ７４の測定温度の時間微分の双方に特異変化点が現出したときのみに、半導体ウェハーＷの反りが発生したと判定するようにしても良い。このようにすれば、半導体ウェハーＷに反りが発生していないにもかかわらず、反りが発生したと判定する誤検出を低減することができる。
【００９１】
また、端縁部放射温度計２０による半導体ウェハーＷの測定温度の時間微分または中央部放射温度計２５によるサセプタ７４の測定温度の時間微分のいずれか一方のみに特異変化点が現出したときに、半導体ウェハーＷの反りが発生したと判定するようにしても良い。すなわち、中央部放射温度計２５の測定温度の時間微分の変化にかかわらず、端縁部放射温度計２０による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに、半導体ウェハーＷの反りが発生したと判定する。或いは、端縁部放射温度計２０の測定温度の時間微分の変化にかかわらず、中央部放射温度計２５による測定温度の時間微分に特異変化点が現出したときに、半導体ウェハーＷの反りが発生したと判定する。
【００９２】
半導体ウェハーＷの温度が比較的高温のときには、ウェハー反りが発生したときに端縁部放射温度計２０による測定温度の時間微分に特異変化点が現出しやすい。逆に、半導体ウェハーＷの温度が比較的低温のときには、ウェハー反りが発生したときに中央部放射温度計２５による測定温度の時間微分に特異変化点が現出しやすい。従って、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって昇温する半導体ウェハーＷの温度が所定値（例えば４００℃）未満のときには、中央部放射温度計２５によるサセプタ７４の測定温度の時間微分によって半導体ウェハーＷの反りを判定するのが好ましい。一方、昇温する半導体ウェハーＷの温度が上記所定値以上のときには、端縁部放射温度計２０による半導体ウェハーＷの測定温度の時間微分によって半導体ウェハーＷの反りを判定するのが好ましい。
【００９３】
また、上記実施形態においては、フラッシュ加熱部５に３０本のフラッシュランプＦＬ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ＦＬの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプＦＬ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、ハロゲン加熱部４に備えるハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。
【００９４】
また、上記実施形態においては、１秒以上連続して発光する連続点灯ランプとしてフィラメント方式のハロゲンランプＨＬを用いて半導体ウェハーＷの予備加熱を行っていたが、これに限定されるものではなく、ハロゲンランプＨＬに代えて放電型のアークランプ（例えば、キセノンアークランプ）を連続点灯ランプとして用いて予備加熱を行うようにしても良い。この場合、アークランプからの光照射によって加熱される半導体ウェハーＷの反りが検出されることとなる。
【００９５】
また、熱処理装置１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、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイ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。或いは、熱処理装置１では、高誘電率ゲート絶縁膜（High-k膜）の熱処理、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化を行うようにしても良い。
【符号の説明】
【００９６】
１  熱処理装置
３  制御部
４  ハロゲン加熱部
５  フラッシュ加熱部
６  チャンバー
７  保持部
１０  移載機構
２０  端縁部放射温度計
２５  中央部放射温度計
３１  判定部
６３  上側チャンバー窓
６４  下側チャンバー窓
６５  熱処理空間
７４  サセプタ
７５  保持プレート
７７  基板支持ピン
ＦＬ  フラッシュランプ
ＨＬ  ハロゲンランプ
Ｗ  半導体ウェハー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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