(57)【要約】【課題】接触式温度計によって予備加熱時の基板温度を測定しつつも、フラッシュ光照射による接触式温度計および基板の破損を防止することができる熱処理技術を提供する。【解決手段】接触式温度計のプローブ９１を支持部１０の一部に含ませる。ハロゲンランプＨＬによる予備加熱時には、サセプター７０が下降してプローブ９１を含む支持部１０によって半導体ウェハーＷを支持する。接触式温度計９０によって半導体ウェハーＷの温度を測定し、その測定結果に基づいて制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を閉ループ制御する。予備加熱後にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射を行うときには、サセプター７０が上昇して半導体ウェハーＷを保持する。フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが急激に変形したとしても、支持部１０にその変形にともなう衝撃が作用することはなく、プローブ９１および半導体ウェハーＷの破損を防止することができる。【選択図】図１
2014192179.tif 000002
【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装置であって、
基板を収容するチャンバーと、
基板に接触して温度測定を行う接触式温度計を含み、前記チャンバー内にて基板を支持する支持部と、
前記チャンバー内にて基板を保持するサセプターと、
前記支持部に対して前記サセプターを相対的に昇降させる昇降駆動部と、
基板に光を照射して予備加熱を行う連続点灯ランプと、
前記連続点灯ランプによって予備加熱された前記基板にフラッシュ光を照射するパルス発光ランプと、
前記連続点灯ランプおよび前記パルス発光ランプの発光および前記昇降駆動部の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記基板を所定の予備加熱温度に昇温するときには前記支持部にて基板を支持する高さに前記サセプターが下降するように前記昇降駆動部を制御するとともに、前記接触式温度計の測定結果に基づいて前記連続点灯ランプの出力を制御し、前記パルス発光ランプから前記基板にフラッシュ光を照射するときには前記サセプターにて前記基板を保持する高さに前記サセプターが上昇するように前記昇降駆動部を制御することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記制御部は、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記基板が前記予備加熱温度に到達した後、前記サセプターを上昇させて前記サセプターにて前記基板を保持するように前記昇降駆動部を制御するとともに、前記連続点灯ランプの出力を一定に維持することを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項２記載の熱処理装置において、
前記制御部は、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記基板が前記予備加熱温度に到達した後であって前記パルス発光ランプからフラッシュ光を照射するまでの間、前記サセプターが下降して前記支持部によって前記基板を支持する状態と、前記サセプターが上昇して前記サセプターによって前記基板を保持する状態と、を交互に繰り返すように前記昇降駆動部を制御することを特徴とする熱処理装置。
【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装置において、
前記制御部は、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記基板を昇温するときに、前記サセプターを継続的に上昇させて前記支持部に支持された前記基板に漸近させるように前記昇降駆動部を制御することを特徴とする熱処理装置。
【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装置において、
前記接触式温度計を前記パルス発光ランプからのフラッシュ光が到達しない退避位置に退避させる退避機構をさらに備え、
前記パルス発光ランプから前記基板にフラッシュ光を照射するときには前記退避機構が前記接触式温度計を前記退避位置に退避させることを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記制御部は、フラッシュ光照射後に前記基板が降温するときに、前記支持部にて前記基板を支持する高さに前記サセプターが位置するように前記昇降駆動部を制御することを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記制御部は、フラッシュ光照射後に前記基板が降温するときに、前記サセプターにて前記基板を保持する高さに前記サセプターが位置するように前記昇降駆動部を制御することを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記予備加熱温度は７０℃以上３５０℃以下であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項９】
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、
チャンバー内にて基板に連続点灯ランプから光を照射して前記基板を所定の予備加熱温度に昇温する昇温工程と、
前記基板に前記連続点灯ランプから光を照射して前記基板を前記予備加熱温度に維持する保温工程と、
前記予備加熱温度に維持された前記基板にパルス発光ランプからフラッシュ光を照射するフラッシュ加熱工程と、
を備え、
前記昇温工程では、前記基板に接触して温度測定を行う接触式温度計を含む支持部によって前記基板を支持するとともに、前記接触式温度計の測定結果に基づいて前記連続点灯ランプの出力を制御し、
前記フラッシュ加熱工程では、前記支持部に対してサセプターを相対的に上昇させて前記サセプターにて前記基板を保持することを特徴とする熱処理方法。
【請求項１０】
請求項９記載の熱処理方法において、
前記昇温工程が終了した後、前記保温工程では、前記サセプターにて前記基板を保持するとともに、前記連続点灯ランプの出力を一定に維持することを特徴とする熱処理方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の熱処理方法において、
前記保温工程では、前記サセプターが下降して前記支持部によって前記基板を支持する状態と、前記サセプターが上昇して前記サセプターによって前記基板を保持する状態と、を交互に繰り返すことを特徴とする熱処理方法。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記昇温工程では、前記サセプターを継続的に上昇させて前記支持部に支持された前記基板に漸近させることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１３】
請求項９から請求項１２のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記フラッシュ加熱工程では、前記接触式温度計を前記パルス発光ランプからのフラッシュ光が到達しない退避位置に退避させることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１４】
請求項９から請求項１３のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記フラッシュ加熱工程が終了した後、前記基板が降温するときには前記支持部にて前記基板を支持することを特徴とする熱処理方法。
【請求項１５】
請求項９から請求項１３のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記フラッシュ加熱工程が終了した後、前記基板が降温するときには前記サセプターにて前記基板を保持することを特徴とする熱処理方法。
【請求項１６】
請求項９から請求項１５のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記予備加熱温度は７０℃以上３５０℃以下であることを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等の薄板状の精密電子基板（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装置および熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入は半導体ウェハー内にｐｎ接合を形成するための必須の工程である。現在、不純物導入は、イオン打ち込み法とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）といった不純物の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。この際に、アニール時間が数秒程度以上であると、打ち込まれた不純物が熱によって深く拡散し、その結果接合深さが要求よりも深くなり過ぎて良好なデバイス形成に支障が生じるおそれがある。
【０００３】
そこで、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するアニール技術として、近年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、不純物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（数ミリ秒以下）に昇温させる熱処理技術である。
【０００４】
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。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、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、サセプター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。また、特許文献１に開示の熱処理装置においては、予備加熱時に接触式温度計および放射温度計によって半導体ウェハーが所定の予備加熱温度に到達したか否かを監視している。
【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】
ところで、近年、不純物活性化の如き高温プロセスのみならず、例えばニッケルシリサイドなどのシリサイド形成や化学増幅型レジストの露光後ベーク処理などの低温プロセスに対しても、フラッシュランプを用いた極短時間の加熱処理が有効となってきている。このような低温プロセスでは、予備加熱温度も７０℃〜３５０℃程度の比較的低い温度となる。しかし、この程度の低温域ではシリコンの半導体ウェハーの赤外線透過率が高いため（つまり、ウェハーが半透明となって放射率が低い）、放射温度計による温度測定は困難である。一般に放射温度計によってシリコンの半導体ウェハーの温度測定を行う場合には５００℃程度以上でなければ信頼性が低い。
【０００８】
このため、フラッシュランプアニールを低温プロセスに適用する場合、予備加熱時の半導体ウェハーの温度は熱電対を内蔵する接触式温度計によって測定する必要がある。特許文献１に開示の熱処理装置にも接触式温度計が採用されている。通常、接触式温度計のプローブは、セラミックスの被覆管内に熱電対を挿入して構成されており、プローブ先端を半導体ウェハーに直接接触させて温度測定を行う。接触式温度計であれば、半導体ウェハーが低温であっても正確に温度測定を行うことができる。
【０００９】
しかしながら、温度センサーとして接触式温度計を用いた場合には、フラッシュ光照射時に接触式温度計のプローブまたは半導体ウェハーが破損するおそれがあった。これは、巨大なエネルギーを有するフラッシュ光を極短時間で照射することにより、ウェハー表面のみが急激に熱膨張して半導体ウェハーに瞬間的な反りが生じ、接触式温度計と半導体ウェハーとの接触箇所に衝撃を与えるためである。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、接触式温度計によって予備加熱時の基板温度を測定しつつも、フラッシュ光照射による接触式温度計および基板の破損を防止することができる熱処理装置および熱処理方法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】
【００１１】
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装置において、基板を収容するチャンバーと、基板に接触して温度測定を行う接触式温度計を含み、前記チャンバー内にて基板を支持する支持部と、前記チャンバー内にて基板を保持するサセプターと、前記支持部に対して前記サセプターを相対的に昇降させる昇降駆動部と、基板に光を照射して予備加熱を行う連続点灯ランプと、前記連続点灯ランプによって予備加熱された前記基板にフラッシュ光を照射するパルス発光ランプと、前記連続点灯ランプおよび前記パルス発光ランプの発光および前記昇降駆動部の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記基板を所定の予備加熱温度に昇温するときには前記支持部にて基板を支持する高さに前記サセプターが下降するように前記昇降駆動部を制御するとともに、前記接触式温度計の測定結果に基づいて前記連続点灯ランプの出力を制御し、前記パルス発光ランプから前記基板にフラッシュ光を照射するときには前記サセプターにて前記基板を保持する高さに前記サセプターが上昇するように前記昇降駆動部を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記制御部は、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記基板が前記予備加熱温度に到達した後、前記サセプターを上昇させて前記サセプターにて前記基板を保持するように前記昇降駆動部を制御するとともに、前記連続点灯ランプの出力を一定に維持することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記制御部は、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記基板が前記予備加熱温度に到達した後であって前記パルス発光ランプからフラッシュ光を照射するまでの間、前記サセプターが下降して前記支持部によって前記基板を支持する状態と、前記サセプターが上昇して前記サセプターによって前記基板を保持する状態と、を交互に繰り返すように前記昇降駆動部を制御することを特徴とする。
【００１４】
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装置において、前記制御部は、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記基板を昇温するときに、前記サセプターを継続的に上昇させて前記支持部に支持された前記基板に漸近させるように前記昇降駆動部を制御することを特徴とする。
【００１５】
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装置において、前記接触式温度計を前記パルス発光ランプからのフラッシュ光が到達しない退避位置に退避させる退避機構をさらに備え、前記パルス発光ランプから前記基板にフラッシュ光を照射するときには前記退避機構が前記接触式温度計を前記退避位置に退避させることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記制御部は、フラッシュ光照射後に前記基板が降温するときに、前記支持部にて前記基板を支持する高さに前記サセプターが位置するように前記昇降駆動部を制御することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記制御部は、フラッシュ光照射後に前記基板が降温するときに、前記サセプターにて前記基板を保持する高さに前記サセプターが位置するように前記昇降駆動部を制御することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項８の発明は、請求項１から請求項７のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記予備加熱温度は７０℃以上３５０℃以下であることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項９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、チャンバー内にて基板に連続点灯ランプから光を照射して前記基板を所定の予備加熱温度に昇温する昇温工程と、前記基板に前記連続点灯ランプから光を照射して前記基板を前記予備加熱温度に維持する保温工程と、前記予備加熱温度に維持された前記基板にパルス発光ランプからフラッシュ光を照射するフラッシュ加熱工程と、を備え、前記昇温工程では、前記基板に接触して温度測定を行う接触式温度計を含む支持部によって前記基板を支持するとともに、前記接触式温度計の測定結果に基づいて前記連続点灯ランプの出力を制御し、前記フラッシュ加熱工程では、前記支持部に対してサセプターを相対的に上昇させて前記サセプターにて前記基板を保持することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１０の発明は、請求項９の発明に係る熱処理方法において、前記昇温工程が終了した後、前記保温工程では、前記サセプターにて前記基板を保持するとともに、前記連続点灯ランプの出力を一定に維持することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１１の発明は、請求項１０の発明に係る熱処理方法において、前記保温工程では、前記サセプターが下降して前記支持部によって前記基板を支持する状態と、前記サセプターが上昇して前記サセプターによって前記基板を保持する状態と、を交互に繰り返すことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１２の発明は、請求項９から請求項１１のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記昇温工程では、前記サセプターを継続的に上昇させて前記支持部に支持された前記基板に漸近させることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１３の発明は、請求項９から請求項１２のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記フラッシュ加熱工程では、前記接触式温度計を前記パルス発光ランプからのフラッシュ光が到達しない退避位置に退避させることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１４の発明は、請求項９から請求項１３のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記フラッシュ加熱工程が終了した後、前記基板が降温するときには前記支持部にて前記基板を支持することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１５の発明は、請求項９から請求項１３のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記フラッシュ加熱工程が終了した後、前記基板が降温するときには前記サセプターにて前記基板を保持することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１６の発明は、請求項９から請求項１５のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記予備加熱温度は７０℃以上３５０℃以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１から請求項８の発明によれば、連続点灯ランプからの光照射によって基板を所定の予備加熱温度に昇温するときには接触式温度計を含む支持部にて基板を支持し、パルス発光ランプから基板にフラッシュ光を照射するときにはサセプターにて基板を保持するため、予備加熱時には接触式温度計によって基板の温度を測定しつつも、フラッシュ光照射時はサセプターで基板を保持して接触式温度計および基板の破損を防止することができる。
【００２８】
特に、請求項３の発明によれば、連続点灯ランプからの光照射によって基板が予備加熱温度に到達した後であってパルス発光ランプからフラッシュ光を照射するまでの間、支持部によって基板を支持する状態と、サセプターによって基板を保持する状態と、を交互に繰り返すため、基板の特定箇所の温度低下を緩和して面内温度分布均一性を向上させることができる。
【００２９】
特に、請求項４の発明によれば、連続点灯ランプからの光照射によって基板を昇温するときに、サセプターを継続的に上昇させて支持部に支持された基板に漸近させるため、基板に支持部が接触する箇所の局所的な温度低下を緩和して基板の面内温度分布の低下を最小限に抑制するとともに、基板との接触前にサセプターを予熱することができる。
【００３０】
特に、請求項５の発明によれば、パルス発光ランプから基板にフラッシュ光を照射するときには接触式温度計をパルス発光ランプからのフラッシュ光が到達しない退避位置に退避させるため、接触式温度計がフラッシュ光に曝されるのを防いで接触式温度計の破損をより確実に防止することができる。
【００３１】
特に、請求項６の発明によれば、フラッシュ光照射後に基板が降温するときに、支持部にて基板を支持するため、降温中の基板の温度を測定することができる。
【００３２】
特に、請求項７の発明によれば、フラッシュ光照射後に基板が降温するときに、サセプターにて基板を保持するため、サセプターへの熱伝導によって基板の降温速度を高めることができる。
【００３３】
請求項９から請求項１６の発明によれば、連続点灯ランプから光を照射して基板を所定の予備加熱温度に昇温する昇温工程では接触式温度計を含む支持部によって基板を支持し、基板にパルス発光ランプからフラッシュ光を照射するフラッシュ加熱工程ではサセプターにて基板を保持するため、予備加熱時には接触式温度計によって基板の温度を測定しつつも、フラッシュ光照射時はサセプターで基板を保持して接触式温度計および基板の破損を防止することができる。
【００３４】
特に、請求項１１の発明によれば、連続点灯ランプから光を照射して基板を予備加熱温度に維持する保温工程では、支持部によって基板を支持する状態と、サセプターによって基板を保持する状態と、を交互に繰り返すため、基板の特定箇所の温度低下を緩和して面内温度分布均一性を向上させることができる。
【００３５】
特に、請求項１２の発明によれば、昇温工程ではサセプターを継続的に上昇させて支持部に支持された基板に漸近させるため、基板に支持部が接触する箇所の局所的な温度低下を緩和して基板の面内温度分布の低下を最小限に抑制するとともに、基板との接触前にサセプターを予熱することができる。
【００３６】
特に、請求項１３の発明によれば、フラッシュ加熱工程では接触式温度計をパルス発光ランプからのフラッシュ光が到達しない退避位置に退避させるため、接触式温度計がフラッシュ光に曝されるのを防いで接触式温度計の破損をより確実に防止することができる。
【００３７】
特に、請求項１４の発明によれば、フラッシュ加熱工程が終了した後、基板が降温するときには支持部にて基板を支持するため、降温中の基板の温度を測定することができる。
【００３８】
特に、請求項１５の発明によれば、フラッシュ加熱工程が終了した後、基板が降温するときにはサセプターにて基板を保持するため、サセプターへの熱伝導によって基板の降温速度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【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】チャンバーの平面図である。
【図３】サセプターの断面図である。
【図４】支持部の平面図である。
【図５】複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。
【図６】図１の熱処理装置における半導体ウェハーの処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図１の熱処理装置における半導体ウェハーの処理手順を示すフローチャートである。
【図８】支持部に半導体ウェハーが載置された状態を示す図である。
【図９】サセプターが半導体ウェハーに近接する状態を示す図である。
【図１０】サセプターによって半導体ウェハーが保持された状態を示す図である。
【図１１】半導体ウェハーがサセプターに保持されてプローブが退避した状態を示す図である。
【図１２】半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
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。
【００４１】
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。本実施形態の熱処理装置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。本発明に係る熱処理装置１においてはシリサイド形成が行われる。一例として、熱処理装置１に搬入される前のシリコンの半導体ウェハーＷの所定領域にはニッケル（Ｎｉ）膜が成膜されており、熱処理装置１による加熱処理によってニッケルシリサイドが形成される。なお、図１および以降の各図には、それらの方向関係を明確にするためＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を適宜付している。また、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。
【００４２】
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、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。
【００４３】
図２は、チャンバー６の平面図である。チャンバー６は、平面視で略矩形の筒状のチャンバー側壁部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。チャンバー側壁部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。チャンバー側壁部６１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。
【００４４】
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板状部材であり、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板状部材であり、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。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およびチャンバー側壁部６１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。
【００４５】
また、チャンバー側壁部６１の（＋Ｘ）側には、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、図示省略のゲートバルブによって開閉可能とされている。ゲートバルブが搬送開口部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。
【００４６】
また、熱処理装置１は、チャンバー６内部の熱処理空間６５に処理ガスを供給するためのガス供給部８０と、チャンバー６から排気を行う排気部８５と、を備える。ガス供給部８０は、ガス供給管８１にガス供給源８２と供給バルブ８３とを備える。ガス供給管８１の先端側はチャンバー６内の熱処理空間６５に連通され、基端側はガス供給源８２に接続される。ガス供給管８１の経路途中に供給バルブ８３が介挿されている。ガス供給源８２は、ガス供給管８１に処理ガス（本実施形態では窒素ガス（Ｎ２））を送出する。供給バルブ８３を開放することによって、熱処理空間６５に処理ガスが供給される。なお、ガス供給源８２としては、熱処理装置１内に設けられた気体タンクと送給ポンプとで構成するようにしても良いし、熱処理装置１が設置される工場の用力を用いるにようにしても良い。また、処理ガスは窒素ガスに限定されるものではなく、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガス、または、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、塩素（Ｃｌ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ３）、アンモニア（ＮＨ３）などの反応性ガスであっても良い。
【００４７】
排気部８５は、ガス排気管８６に排気装置８７と排気バルブ８８とを備える。ガス排気管８６の先端側はチャンバー６内の熱処理空間６５に連通され、基端側は排気装置８７に接続される。排気装置８７を作動させつつ、排気バルブ８８を開放することによって、熱処理空間６５の雰囲気が排気される。排気装置８７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。
【００４８】
また、熱処理装置１は、サセプター７０および昇降駆動部２０を備える。サセプター７０は、石英にて形成された略矩形の平板状部材である。サセプター７０の縦および横の長さは、処理対象となる半導体ウェハーＷの径よりも大きい（例えば、半導体ウェハーＷの径がφ４５０ｍｍであれば、サセプター７０の縦および横の長さは４５０ｍｍよりも大きい）。その一方、図２に示すように、サセプター７０の平面サイズはチャンバー６内の熱処理空間６５の平面サイズよりも小さい。
【００４９】
図３は、サセプター７０の断面図である。図２および図３に示すように、サセプター７０の上面中央にはウェハーポケット７１が形設されている。ウェハーポケット７１は、円形の凹部であり、その径は半導体ウェハーＷの径よりも若干大きい。また、ウェハーポケット７１の周縁部はテーパ面とされている（図３）。
【００５０】
ウェハーポケット７１の底面には複数の支持ピン７２が立設されている。本実施形態においては、円形のウェハーポケット７１と同心円の周上に沿って６０°毎に計６本の支持ピン７２が立設されている。６本の支持ピン７２を配置した円の径（対向する支持ピン７２間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さい。それぞれの支持ピン７２は石英にて形成されている。なお、複数の支持ピン７２とサセプター７０とを一体に加工するようにしても良いし、別に形成した支持ピン７２をサセプター７０に溶着するようにしても良い。
【００５１】
半導体ウェハーＷがサセプター７０によって保持されるときには、ウェハーポケット７１に立設された６本の支持ピン７２によって半導体ウェハーＷの下面が点接触にて支持される。支持ピン７２の高さよりもウェハーポケット７１の深さの方が大きい。従って、支持ピン７２によって支持された半導体ウェハーＷの位置ずれはウェハーポケット７１周縁部のテーパ面によって防止される。
【００５２】
また、サセプター７０には２個の貫通孔７３が穿設されている。それぞれの貫通孔７３は、サセプター７０を上下に貫通するように設けられている。２個の貫通孔７３はウェハーポケット７１の底面に設けられている。貫通孔７３は、後述するウェハーピン１２が貫通するための孔である。
【００５３】
さらに、サセプター７０の（−Ｘ）側には切り欠き７５が形設されている。切り欠き７５は、サセプター７０の（−Ｘ）側の辺の中央部からウェハーポケット７１にかけて、Ｘ方向に延びるように設けられている。また、切り欠き７５は、サセプター７０を上下に貫通するように形設されている。切り欠き７５は、後述する接触式温度計９０のプローブ９１が通過するために設けられている。
【００５４】
本発明に係る熱処理装置１においては、サセプター７０が昇降駆動部２０によってチャンバー６内にて昇降される。昇降駆動部２０は、チャンバー６の（−Ｙ）側および（＋Ｙ）側にそれぞれ１個ずつ設けられている。すなわち、２個の昇降駆動部２０によってサセプター７０を両持ちで支持して並進的に昇降させるのである。
【００５５】
各昇降駆動部２０は、駆動モータ２１、支持板２２および支持軸２３を備える。支持板２２は、金属製の板であり、その先端部はサセプター７０の端部とボルトおよびナットによって締結されている。支持板２２の下面には支持軸２３が連結されている。駆動モータ２１は、支持軸２３を昇降させることによって、支持板２２を鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って昇降させる。駆動モータ２１が支持軸２３を昇降させる機構としては、例えば支持軸２３の下端に連結される部材に螺合するボールネジを駆動モータ２１が回転させるボールネジ機構などを用いることができる。駆動モータ２１としては、正確な位置決め制御が可能なパルスモータを用いるのが好ましい。また、サセプター７０の高さ位置を検出するために、駆動モータ２１にエンコーダを付設するのが好ましい。
【００５６】
図１に示すように、昇降駆動部２０は、支持板２２の先端の一部を除いてチャンバー６のチャンバー側壁部６１よりも外側に設けられている。支持板２２は、チャンバー側壁部６１の（−Ｙ）側および（＋Ｙ）側に形成された開口部を貫通するように設けられている。熱処理空間６５の気密性を維持するために、支持板２２が貫通するチャンバー側壁部６１の両端開口部は筐体２４によって覆われており、その筐体２４の内側に昇降駆動部２０が収納されている。このため、熱処理装置１外部と熱処理空間６５とは雰囲気遮断されている。なお、昇降駆動部２０自体の発塵によって生じたパーティクルが熱処理空間６５に流入するのを防止するために、支持軸２３等を蛇腹によって覆っておくことが好ましい。
【００５７】
チャンバー６の（−Ｙ）側および（＋Ｙ）側に設けられた２個の昇降駆動部２０の駆動モータ２１は同期して支持板２２を昇降させる。従って、サセプター７０は、チャンバー６内にて水平姿勢（法線が鉛直方向に沿う姿勢）のまま、２個の昇降駆動部２０によって鉛直方向に沿って昇降されることとなる。
【００５８】
また、熱処理装置１は、チャンバー６内にて半導体ウェハーＷを支持する支持部１０を備える。図４は、支持部１０の平面図である。支持部１０は、２本の石英の支持アーム１１を備える。それぞれの支持アーム１１には、１本の石英のウェハーピン１２が立設されている。また、支持部１０は、接触式温度計９０のプローブ９１を含む。支持部１０は、２本のウェハーピン１２およびプローブ９１の先端近傍の３点で半導体ウェハーＷを下面から支持する。なお、２本の支持アーム１１はチャンバー６内に固定設置されている。従って、チャンバー６内における２本のウェハーピン１２の水平面内位置および高さ位置も固定されている。
【００５９】
昇降駆動部２０によってサセプター７０が下降すると、２本のウェハーピン１２がサセプター７０に穿設された貫通孔７３を通過し、ウェハーピン１２の上端がサセプター７０の上面から突き出る。また、２本のウェハーピン１２の上端とプローブ９１とは同じ高さ位置となるように構成されている。よって、サセプター７０が下降して２本のウェハーピン１２の上端がサセプター７０の上面から突き出たときには、プローブ９１も切り欠き７５を通過してサセプター７０の上面より上方に位置する。このときに、サセプター７０のウェハーポケット７１に半導体ウェハーＷが保持されていると、その半導体ウェハーＷは２本のウェハーピン１２およびプローブ９１によって突き上げられて支持される。また、サセプター７０の上面よりも突き出た２本のウェハーピン１２およびプローブ９１に半導体ウェハーＷを支持した状態でサセプター７０が上昇すると、ウェハーポケット７１に当該半導体ウェハーＷが渡されて保持されることとなる。このようにして、支持部１０とサセプター７０との間での半導体ウェハーＷの授受が行われる。
【００６０】
図２に示すように、熱処理装置１は、チャンバー６の（−Ｘ）側に接触式温度計９０を備える。接触式温度計９０は、内部に熱電対を挿入したセラミックス（例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ））の被覆管であるプローブ９１を備える。接触式温度計９０は、プローブ９１の先端を半導体ウェハーＷの裏面に直接接触させて当該半導体ウェハーＷの温度を測定する。すなわち、本実施形態のプローブ９１は半導体ウェハーＷを支持する機能とその半導体ウェハーＷの温度測定を行う機能とを兼ね備えるものである。
【００６１】
周知のように熱電対は、異なる２種類の金属線の端部を接合したものであり、ゼーベック効果によって測定点の温度に応じた起電力（熱起電力）を生じる。接触式温度計９０は、プローブ９１の熱電対に生じた起電力を図示省略の測定器によって温度に変換することにより温度測定を行う。熱電対としては、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理温度に応じてアルメル−クロメル（Ｋタイプ）や白金−白金ロジウム（Ｒタイプ）など適宜のものを用いることができる。接触式温度計９０による温度測定結果は制御部３に伝達される。
【００６２】
また、本実施形態の接触式温度計９０は、プローブ９１を水平面内で回動させる回動部９２を備える。回動部９２は、例えばモータを備えており、チャンバー側壁部６１の（−Ｘ）側に設けられた筐体９４の内部に設けられている。プローブ９１は、その長手方向が水平方向に沿う姿勢で回動部９２によって回動可能に保持されている。上述したように、プローブ９１が設けられる高さ位置は２本のウェハーピン１２の上端の高さ位置と同じである。回動部９２は、図２の矢印ＡＲ２にて示すように、プローブ９１の先端が半導体ウェハーＷの裏面に接触して温度測定を行う測定位置（図２の実線位置）と、筐体９４の内側の退避位置（図２の点線位置）と、の間でプローブ９１を回動させる。筐体９４の内側の退避位置は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光が到達しない位置である。
【００６３】
図１に戻り、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と相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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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への光照射を行う。
【００６８】
図５は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。本実施形態では、上下２段に各２０本ずつのハロゲンランプ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。
【００６９】
また、図５に示すように、上段、下段ともに支持部１０に支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。
【００７０】
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、上段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向と下段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向とが直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。
【００７１】
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。
【００７２】
また、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。
【００７３】
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、チャンバー側壁部６１には水冷管（図示省略）が設けられている。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。
【００７４】
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説明する。ここで処理対象となる半導体ウェハーＷは、所定領域にニッケルの薄膜が成膜されたシリコンの半導体基板である。薄膜のニッケルを基材のシリコンと反応させることによるニッケルシリサイドの形成が熱処理装置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。以下に説明する熱処理装置１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。
【００７５】
図６および図７は、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順を示すフローチャートである。また、図８から図１１は、図６，７のいずれかの工程における状態を模式的に示す図である。
【００７６】
まず、処理に先立って、支持部１０の２本のウェハーピン１２の上端が貫通孔７３を通ってサセプター７０の上面よりも突き出る位置にまで昇降駆動部２０がサセプター７０を下降させる（ステップＳ１）。このときには、接触式温度計９０のプローブ９１が測定位置に移動している。従って、２本のウェハーピン１２の上端が貫通孔７３を通過するのと同時に、プローブ９１も切り欠き７５を通過してサセプター７０の上面よりも上方に位置することとなる。
【００７７】
次に、チャンバー６の搬送開口部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を介してニッケル膜成膜後の半導体ウェハー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Ｓ２）。搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーＷはサセプター７０のウェハーポケット７１の直上位置にまで進出して停止する。そして、搬送ロボットが下降することにより、半導体ウェハーＷが搬送ロボットから支持部１０に、すなわち２本のウェハーピン１２およびプローブ９１に渡されて載置される（ステップＳ３）。図８は、支持部１０に半導体ウェハーＷが載置された状態を示す図である。このときには、支持部１０に支持された半導体ウェハーＷと支持アーム１１との間の高さ位置にサセプター７０が位置しており、貫通孔７３を支持ピン１２が貫通している。また、接触式温度計９０のプローブ９１もサセプター７０の上方に位置しており、２本のウェハーピン１２およびプローブ９１の先端近傍の３点で半導体ウェハーＷを下面から支持する。半導体ウェハーＷは、ニッケル膜が形成された表面を上面として支持部１０に支持される。
【００７８】
半導体ウェハーＷが支持部１０に支持された後、搬送ロボットが熱処理空間６５から退出し、搬送開口部６６がゲートバルブによって閉鎖される。搬送開口部６６が閉鎖されて熱処理空間６５が密閉空間になるとともに、ガス供給部８０および排気部８５によってチャンバー６内の雰囲気置換が行われる。ガス供給部８０の供給バルブ８３が開放されると、チャンバー６内の熱処理空間６５に窒素ガスが供給される。そして、排気部８５の排気装置８７を作動させつつ、排気バルブ８８が開放されると、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が大気雰囲気から窒素雰囲気へと置換される。なお、半導体ウェハーＷの搬入にともなう外部雰囲気の流入を最小限に抑制すべく、搬送開口部６６を開放する前からチャンバー６内への窒素ガス供給を開始するようにしても良い。
【００７９】
次に、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して半導体ウェハーＷの予備加熱（アシスト加熱）が開始される。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およびサセプター７０を透過して半導体ウェハーＷの下面（本実施形態では半導体ウェハーＷの裏面）から照射される。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が昇温する。なお、支持部１０の支持アーム１１およびウェハーピン１２は、ともに石英で形成されているためハロゲンランプＨＬからの光を透過し、予備加熱の支障となることはない。
【００８０】
図１２は、半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。同図に示すように、時刻ｔ１にハロゲンランプＨＬが点灯して予備加熱が開始され、半導体ウェハーＷが室温から所定の予備加熱温度Ｔ１に昇温する（ステップＳ４）。このハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うときの昇温段階においては、接触式温度計９０によって半導体ウェハーＷの温度が測定されている。すなわち、予備加熱初期の昇温段階では、接触式温度計９０のプローブ９１が半導体ウェハーＷの下面に接触しており、接触式温度計９０によって半導体ウェハーＷの温度測定を行うことができる。
【００８１】
接触式温度計９０によって測定された半導体ウェハーＷの温度は制御部３に伝達される。制御部３は、接触式温度計９０の測定結果に基づいて、ハロゲンランプＨＬの出力を閉ループ制御している。すなわち、制御部３は、接触式温度計９０の測定結果をハロゲンランプＨＬの出力にフィードバックし、半導体ウェハーＷが予め設定された昇温レート（例えば、５０℃／秒）で昇温するように制御している。制御部３による半導体ウェハーＷの温度制御は例えばＰＩＤ(Proportional,Integral,Derivative)制御により行われる。
【００８２】
制御部３によって閉ループ制御されたハロゲンランプＨＬからの光照射により、半導体ウェハーＷが昇温して時刻ｔ２に予備加熱温度Ｔ１に到達する。ニッケルシリサイドを形成するときの予備加熱温度Ｔ１は３５０℃以下であり、本実施形態では２００℃としている。予備加熱温度Ｔ１を３５０℃以下としているのは、これが３５０℃を超えるとニッケルシリサイドが横方向（ソース・ドレイン領域からゲートに向かう方向）の異常成長を開始するためである。熱電対を用いた接触式温度計９０であれば、予備加熱温度Ｔ１が比較的低温であっても半導体ウェハーＷの温度を正確に測定することができ、制御部３は接触式温度計９０の測定結果に基づいて適切な制御を行うことができる。
【００８３】
また、時刻ｔ１から時刻ｔ２の半導体ウェハーＷの昇温段階では、制御部３が昇降駆動部２０を制御することによってサセプター７０が徐々に上昇して支持部１０に支持された半導体ウェハーＷに近接する（ステップＳ５）。図９は、サセプター７０が半導体ウェハーＷに近接する状態を示す図である。但し、この昇温段階では、サセプター７０は半導体ウェハーＷとの間隔を徐々に縮めるものの、半導体ウェハーＷに接触はしない。すなわち、時刻ｔ１から時刻ｔ２の昇温段階では、サセプター７０が継続的に上昇して支持部１０に支持された半導体ウェハーＷに漸近するのである。
【００８４】
半導体ウェハーＷの予備加熱時には、２本のウェハーピン１２および接触式温度計９０のプローブ９１と接触している箇所の温度が他の領域よりも低くなって温度分布の均一性が損なわれるおそれがある。一方、石英のサセプター７０は、ハロゲンランプＨＬから出射された光をほとんど透過する。石英も多少はハロゲンランプＨＬからの光を吸収するのであるが、そのような波長域の成分は同じく石英の下側チャンバー窓６４によって吸収されるため、サセプター７０はハロゲンランプＨＬからの光をほとんど吸収しない。従って、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が急速に昇温する一方でサセプター７０はほとんど昇温しない。このような熱容量の大きい相対的に低温のサセプター７０を昇温段階の半導体ウェハーＷに近接させることによって、半導体ウェハーＷに２本のウェハーピン１２等が接触する箇所の局所的な温度低下を緩和することができる。
【００８５】
また、相対的に低温のサセプター７０を昇温段階の半導体ウェハーＷに近接させることによって、サセプター７０も緩やかに昇温される。これにより、続く半導体ウェハーＷの保温段階でサセプター７０が半導体ウェハーＷに接触したときにも、半導体ウェハーＷの急激な温度変化を抑制してウェハー反りなどを防止することができる。
【００８６】
次に、時刻ｔ２に半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１に到達した時点で制御部３が昇降駆動部２０を制御してサセプター７０をさらに上昇させて支持部１０からサセプター７０に半導体ウェハーＷを渡して保持させる。すなわち、昇温段階よりもサセプター７０がさらに上昇することによって支持部１０に支持された半導体ウェハーＷに接触して支持部１０から半導体ウェハーＷを受け取る。サセプター７０に渡された半導体ウェハーＷは６本の支持ピン７２によって支持される。
【００８７】
図１０は、サセプター７０によって半導体ウェハーＷが保持された状態を示す図である。支持部１０からサセプター７０に半導体ウェハーＷが渡された時点で半導体ウェハーＷが接触式温度計９０のプローブ９１から離間する。よって、接触式温度計９０による半導体ウェハーＷの温度測定は不可能となる。このため、時刻ｔ２に半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１に到達した時点で制御部３は、接触式温度計９０の測定結果に基づく閉ループ制御を停止してフィードバックを行わない開ループ制御に切り替える。具体的には、制御部３は、ハロゲンランプＨＬの出力を一定値に維持して固定し、半導体ウェハーＷの温度を予備加熱温度Ｔ１に維持する。すなわち、制御部３によって開ループ制御されたハロゲンランプＨＬからの一定出力での光照射によって半導体ウェハーＷが時刻ｔ２から時刻ｔ３まで予備加熱温度Ｔ１に保温される（ステップＳ６）。
【００８８】
また、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの半導体ウェハーＷの保温段階では、制御部３が昇降駆動部２０を制御することによってサセプター７０と支持部１０とで半導体ウェハーＷの持ち替えを行う（ステップＳ７）。具体的には、制御部３の制御下にて昇降駆動部２０がサセプター７０を昇降させ、サセプター７０がウェハーピン１２の上端よりも下降して支持部１０によって半導体ウェハーＷを支持する状態（図９）と、サセプター７０がウェハーピン１２の上端よりも上昇してサセプター７０によって半導体ウェハーＷを保持する状態（図１０）と、を交互に繰り返す。
【００８９】
上述したように、石英のサセプター７０はハロゲンランプＨＬからの光をほとんど吸収せずに昇温しないため、半導体ウェハーＷに比較して低温である。よって、サセプター７０が上昇して半導体ウェハーＷを保持しているときには、相対的に低温の６本の支持ピン７２が接触している箇所では半導体ウェハーＷから石英の支持ピン７２への熱伝導が生じて当該接触箇所の近傍に局所的な温度低下が発生するおそれがある。一方、サセプター７０が下降して支持部１０によって半導体ウェハーＷを支持しているときには、同様に半導体ウェハーＷから２本のウェハーピン１２および接触式温度計９０のプローブ９１への熱伝導が生じて接触箇所の近傍に局所的な温度低下が発生するおそれがある。
【００９０】
本実施形態においては、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの保温段階ではサセプター７０と支持部１０とで半導体ウェハーＷの持ち替えを行っているため、石英のピンと半導体ウェハーＷとの接触箇所を周期的に異ならせることができる。これにより、半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１に到達してからフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射されるまでの保温段階の間（時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間）における半導体ウェハーＷと石英のピンとの接触箇所の局所的な温度低下を緩和して半導体ウェハーＷの面内温度分布均一性を向上させることができる。
【００９１】
次に、半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１に到達してから所定の保温時間が経過した時刻ｔ３の時点では、サセプター７０が上昇して半導体ウェハーＷを保持している（ステップＳ８）。このときには、２本のウェハーピン１２の上端および接触式温度計９０のプローブ９１がサセプター７０の下面よりも下方に位置する高さにまでサセプター７０が上昇している。よって、プローブ９１の水平面内での回動が可能であり、図２の矢印ＡＲ２に示すように、回動部９２がプローブ９１を測定位置から筐体９４の内側の退避位置に退避させる（ステップＳ９）。図１１は、半導体ウェハーＷがサセプター７０に保持されてプローブ９１が退避した状態を示す図である。
【００９２】
接触式温度計９０のプローブ９１が退避位置に移動した時刻ｔ３にフラッシュ加熱部５のフラッシュランプＦＬが半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光照射を行う（ステップＳ１０）。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。
【００９３】
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、瞬間的に所定の処理温度Ｔ２にまで上昇し、ニッケルと半導体ウェハーＷのシリコンとが反応してニッケルシリサイドが形成される。処理温度Ｔ２は半導体ウェハーＷのシリコンとニッケルとが反応してニッケルシリサイドが形成される６００℃以上１１００℃以下であり、本実施形態では９００℃としている。フラッシュ光照射によって急速に処理温度Ｔ２にまで昇温した半導体ウェハーＷの表面温度はフラッシュ光照射終了とともに急速に降温する。
【００９４】
本実施形態においては、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射時には、サセプター７０によって半導体ウェハーＷが保持されている。大きなエネルギーを有するフラッシュ光が極めて短い照射時間にて照射されると、半導体ウェハーＷの表面のみが急激に昇温する一方で裏面は予備加熱温度Ｔ１からさほどには昇温しない。その結果、半導体ウェハーＷの表面のみが急激に熱膨張し、半導体ウェハーＷが表面を凸とするように反る。半導体ウェハーＷを支持部１０に支持したままフラッシュ光照射を行うと、半導体ウェハーＷが急激に反ったときの衝撃によって支持部１０のウェハーピン１２およびプローブ９１が破損するおそれがある。或いは、支持部１０からの反作用によって半導体ウェハーＷが損傷するおそれもある。
【００９５】
本実施形態のように、半導体ウェハーＷをサセプター７０に保持した状態でフラッシュ光照射を行うと、半導体ウェハーＷが急激に反ったときにも支持部１０に衝撃が作用することはなく、プローブ９１などの破損を防止することができる。また、その結果として、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの破損も防止することができる。なお、サセプター７０にても半導体ウェハーＷは６本の支持ピン７２によって支持されているのであるが、支持ピン７２の高さはウェハーピン１２と比較して顕著に短いため、半導体ウェハーＷから与えられる衝撃に対する耐性が高い。このため、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが急激に変形しても支持ピン７２の損傷は防がれる。
【００９６】
また、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射されるときには、接触式温度計９０のプローブ９１が退避位置に退避している（図１１）。退避位置は、筐体９４の内側のフラッシュランプＦＬからのフラッシュ光が到達しない位置である。従って、フラッシュランプＦＬが発光したときにも、プローブ９１にフラッシュ光が直接照射されることは防がれる。これにより、フラッシュ光照射時の熱衝撃によってセラミックスのプローブ９１が破損するのを防止することができる。
【００９７】
フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間が経過した時刻ｔ４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（ステップＳ１１）。本実施形態では、フラッシュ光照射時と同じ高さ位置のサセプター７０によって半導体ウェハーＷを保持したまま（図１１の状態）、半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１から降温する。降温時に比較的低温のサセプター７０によって半導体ウェハーＷを保持することにより、サセプター７０がヒートシンクとして機能し、半導体ウェハーＷの冷却速度を高めることができる。
【００９８】
その後、所定時間が経過した後、プローブ９１が測定位置に移動し、サセプター７０が下降することにより、サセプター７０から支持部１０に半導体ウェハーＷが渡される。そして、チャンバー６の搬送開口部６６が開放され、支持部１０に支持されている半導体ウェハー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、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する（ステップＳ１２）。
【００９９】
本実施形態においては、接触式温度計９０のプローブ９１を支持部１０の一部に含ませている。そして、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱時の昇温段階では、サセプター７０が下降してプローブ９１を含む支持部１０によって半導体ウェハーＷを支持している。このため、予備加熱時の昇温段階では接触式温度計９０によって半導体ウェハーＷの温度を測定し、その測定結果に基づいて制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を閉ループ制御している。
【０１００】
本実施形態のように、予備加熱温度Ｔ１が３５０℃以下の比較的低温である場合には、一般的な放射温度計の測定波長域（波長５μｍ〜１０μｍ）ではシリコンの半導体ウェハーＷが半透明であるため、正確な温度測定を行うことが困難である。シリコンのバンドギャップよりも短い波長（波長１．１μｍ以下）であれば３５０℃以下の低温であっても半導体ウェハーＷは透明とはならないが、その波長域では輻射強度が弱いため、やはり放射温度計による温度測定は困難となる。そこで、本実施形態のように、熱電対を用いた接触式温度計９０によって予備加熱時の半導体ウェハーＷの温度を測定することにより、正確な温度測定が可能となり、その結果ハロゲンランプＨＬの出力を適切に制御することができる。
【０１０１】
また、予備加熱後にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射を行うときには、サセプター７０が上昇して半導体ウェハーＷを保持している。すなわち、半導体ウェハーＷはプローブ９１を含む支持部１０からは離間している。このため、フラッシュ光照射時のウェハー表面の瞬間的な熱膨張によって半導体ウェハーＷが急激に変形したとしても、支持部１０にその変形にともなう衝撃が作用することはなく、接触式温度計９０のプローブ９１および半導体ウェハーＷの破損を防止することができる。
【０１０２】
また、本実施形態においては、フラッシュ光照射時に、接触式温度計９０のプローブ９１が筐体９４の内側であってフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が到達しない退避位置に退避している。このため、フラッシュ光照射を行うときに、プローブ９１が直接フラッシュ光に曝されることはなく、フラッシュ光照射時の熱ショックによるプローブ９１の破損をより確実に防止することができる。
【０１０３】
また、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱時の昇温段階では、サセプター７０が支持部１０に支持された半導体ウェハーＷに接触はしないものの、継続的に上昇して半導体ウェハーＷに漸近する。これにより、支持部１０が接触する箇所の局所的な温度低下を緩和して半導体ウェハーＷの面内温度分布の低下を最小限に抑制するとともに、続く半導体ウェハーＷとの接触前にサセプター７０を予熱することができる。
【０１０４】
また、予備加熱時の保温段階では、サセプター７０と支持部１０とで半導体ウェハーＷの持ち替えを行っている。これにより、支持部１０とサセプター７０の支持ピン７２とで半導体ウェハーＷに交互に接触することとなり、半導体ウェハーＷと石英のピンとの接触箇所の局所的な温度低下を緩和して半導体ウェハーＷの面内温度分布均一性を向上させることができる。
【０１０５】
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、上記実施形態においては、時刻ｔ４にハロゲンランプＨＬが消灯して半導体ウェハーＷが降温するときにはサセプター７０によって半導体ウェハーＷを保持していたが、これに代えて予備加熱の昇温段階と同様に支持部１０によって降温時の半導体ウェハーＷを支持するようにしても良い。すなわち、フラッシュ加熱処理が終了した後、プローブ９１が測定位置に移動し、時刻ｔ４にサセプター７０が下降して支持部１０に半導体ウェハーＷを渡す。降温時にプローブ９１を含む支持部１０によって半導体ウェハーＷを支持することにより、降温中の半導体ウェハーＷの温度を監視することができる。これにより、半導体ウェハーＷの搬出タイミングを正確に決定することができる。
【０１０６】
また、降温時の半導体ウェハーＷを支持部１０によって支持するようにサセプター７０が下降することにより、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの割れを検出することもできる。フラッシュ光照射時の急激な変形によって半導体ウェハーＷが割れた場合、サセプター７０が下降しても支持部１０によって半導体ウェハーＷを支持することができない。このため、接触式温度計９０が半導体ウェハーＷの温度を検出することができない。このように接触式温度計９０がフラッシュ光照射後の半導体ウェハーＷの温度を検出することができなかったときに、制御部３がウェハー割れが生じたと判定する。
【０１０７】
また、上記実施形態においては、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射時にプローブ９１が退避位置に退避していたが、フラッシュ光照射時に少なくとも半導体ウェハーＷがプローブ９１から離間していれば良い。例えば、２本のウェハーピン１２の上端が貫通孔７３内に位置するとともに、接触式温度計９０のプローブ９１が切り欠き７５内に位置する高さにサセプター７０が上昇する。このようにして僅かでも半導体ウェハーＷとプローブ９１とが離間していれば、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが急激に変形したとしても、支持部１０にその変形にともなう衝撃が作用することはなく、接触式温度計９０のプローブ９１および半導体ウェハーＷの破損を防止することができる。もっとも、このようにすると、プローブ９１が退避位置に移動することはできないため、フラッシュ光照射時にはプローブ９１もフラッシュ光に曝されることとなる。
【０１０８】
また、上記実施形態においては、予備加熱時の保温段階にてサセプター７０と支持部１０とで半導体ウェハーＷの持ち替えを行っていたが、この持ち替えは必ずしも必須ではない。すなわち、時刻ｔ２に半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１に到達した時点でサセプター７０が上昇して支持部１０から半導体ウェハーＷを受け取り、半導体ウェハーＷを保持したまま所定の高さ位置に停止していても良い。この場合も、接触式温度計９０による半導体ウェハーＷの温度測定は不可能となるため、制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を一定値に維持して固定する開ループ制御を行う。
【０１０９】
また、上記実施形態においては、熱処理装置１でのフラッシュ加熱処理によってシリサイド形成を行っていたが、これに限定されるものではなく、例えば化学増幅型レジストの露光後ベーク処理をフラッシュ加熱処理により行っても良い。この場合、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱温度Ｔ１は７０℃程度となる。予備加熱温度Ｔ１が１００℃以下の低温であっても、熱電対を用いた接触式温度計９０であれば正確な温度測定が可能となる。すなわち、本発明に係る熱処理技術は、予備加熱温度Ｔ１が比較的低い７０℃以上３５０℃以下の低温プロセスに好適に用いることができる。
【０１１０】
本発明に係る熱処理技術は、低温プロセスへの適用に限定されるものではなく、例えば半導体ウェハーＷに注入されたボロン、ヒ素などの不純物（イオン）の活性化のように、予備加熱温度Ｔ１が５００℃以上となる高温プロセスにも適用することができる。予備加熱温度Ｔ１に応じて、適切な熱電対を接触式温度計９０に採用することが好ましい。
【０１１１】
また、上記実施形態においては、サセプター７０を昇降させていたが、これに代えて、半導体ウェハーＷを支持する支持部１０を昇降させて支持部１０とサセプター７０との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行うようにしても良い。具体的には、支持アーム１１およびプローブ９１を昇降させるための昇降駆動部（アクチュエータなど）を設ける。そして、半導体ウェハーＷを支持する支持部１０を昇降させることによって、上記実施形態と同様に支持部１０とサセプター７０との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。このようにしても、上記実施形態と同様の処理を行うことができる。
【０１１２】
さらには、サセプター７０および支持部１０の双方を昇降させて半導体ウェハーＷとサセプター７０との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行うようにしても良い。要するに、支持部１０に対してサセプター７０を相対的に昇降させる構成であれば良い。
【０１１３】
また、上記実施形態においては、支持部１０が支持アーム１１にウェハーピン１２を立設していたが、これに代えて、石英の下側チャンバー窓６４の上面に２本のウェハーピン１２を直接立設するようにしても良い。
【０１１４】
ウェハーピン１２の本数は２本に限定されるものではなく、３本以上であっても良い。また、接触式温度計９０のプローブ９１も複数本設けるようにしても良い。この場合、半導体ウェハーＷの異なる位置（例えば、ウェハー周縁部と中央部）にプローブ９１先端が接触するようにしても良い。
【０１１５】
また、上記実施形態においては、チャンバー６の上側にフラッシュ加熱部５を設け、下側にハロゲン加熱部４を設けるようにしていたが、これを逆にしても良い。また、半導体ウェハーＷの表裏を反転させてチャンバー６内に搬入するようにしても良い。これらの場合、半導体ウェハーＷの表面に対してハロゲンランプＨＬによる光照射が行われ、裏面にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射されることとなる。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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を採用し、発光時間が１秒未満のパルス発光ランプとしてフラッシュランプＦＬを用いていたが、連続点灯ランプとしては放電によって発光する例えばキセノンアークランプを用いるようにしても良い。
【０１１８】
また、本発明に係る熱処理技術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。
【符号の説明】
【０１１９】
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
１０  支持部
１２  ウェハーピン
２０  昇降駆動部
７０  サセプター
７１  ウェハーポケット
７２  支持ピン
７３  貫通孔
７５  切り欠き
９０  接触式温度計
９１  プローブ
９２  回動部
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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【図１１】
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【図１２】
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