(57)【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、
前記チャンバー内にて基板を保持する保持手段と、
前記チャンバーの一端に配置された石英窓と、
前記保持手段に保持された基板の一方面に前記石英窓を介して光を照射するハロゲンランプと、
前記保持手段に保持された基板の他方面から放射された赤外線を受光して前記他方面の温度を二次元的に検出する温度検出手段と、
前記チャンバーの他端に配置され、前記温度検出手段の検出波長域の赤外線を透過する赤外透過窓と、
前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記保持手段に保持された基板のうち相対的に温度が低い温度低下領域を加熱する温度補正手段と、
を備え、
前記温度検出手段は、前記保持手段に保持された基板の前記他方面の全面を撮像する赤外線カメラを含み、
前記赤外線カメラと前記赤外透過窓との距離は、前記保持手段に保持された基板を被写体としたときの被写界深度の半分以下であ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、
前記赤外透過窓は、シリコン、ゲルマニウム、または、サファイアにて形成され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、
前記赤外透過窓を１５０℃以下に冷却する窓冷却手段をさらに備え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、
前記保持手段に保持された基板と前記赤外透過窓との距離は３０ｃｍ以上であ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、
前記温度補正手段は、前記保持手段に保持された基板の前記温度低下領域の前記一方面に前記石英窓を介してレーザ光を照射するレーザ光照射手段を含むことを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項５記載の熱処理装置において、
前記レーザ光照射手段は、
前記保持手段に保持された基板の中心軸に沿うように設けられ、当該基板の周縁部に向けてレーザ光を出射するレーザ光出射部と、
前記レーザ光出射部を前記中心軸を回転中心として回転させる第１回転部と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項６記載の熱処理装置において、
前記レーザ光照射手段は、前記回転部によって回転される前記レーザ光出射部を前記中心軸に沿って往復移動させる往復移動部をさらに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に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より半導体デバイス等の製造工程においては半導体ウェハー等の基板に対する種々の熱処理が行われている。半導体ウェハーに対する熱処理方法としては急速加熱処理（ＲＴＰ：Rapid Thermal Process）が広く用いられている。典型的なＲＴＰ装置では、チャンバー内に保持した半導体ウェハーにハロゲンランプから光を照射して数秒程度の短時間で半導体ウェハーを所定の処理温度にまで昇温する。半導体ウェハーを急速昇温することにより、例えばイオン打ち込み法によって注入された不純物の拡散を抑制しつつその活性化を実行することができる。また、ＲＴＰ装置を用いて、半導体ウェハーを処理温度に保持することなく、急速昇温によって半導体ウェハーが処理温度に到達すると同時に急速降温を開始するスパイクアニールも行われている。
【０００３】
このようなＲＴＰ装置においては、例えば特許文献１に開示されるように、複数のハロゲンランプを複数のゾーンに分割するとともに、各ゾーンに対応するパイロメータ（放射温度計）を設け、そのパイロメータによって測定されたウェハー温度に基づいてハロゲンランプの出力をゾーン毎に制御している。パイロメータは半導体ウェハーの一部領域の温度しか測定できないため、ＲＴＰ装置では熱処理中に半導体ウェハーを回転させることによって同心円状のゾーンの平均温度を算定し、それに基づいてハロゲンランプのフィードバック制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８６５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のＲＴＰ装置においては、半導体ウェハーを回転させるためにチャンバー内に回転機構を設けなければならなかった。チャンバー内にウェハー回転機構を設けると、装置構成が複雑となってチャンバーも大型化する。また、回転機構からは不可避的にパーティクルが発生してチャンバー内に飛散するという問題も生じる。
【０００６】
また、パイロメータに対して半導体ウェハーを回転させつつ温度測定を行うと、同心円状の平均温度を測定することとなるため、局所的な温度分布の不均一を検出することができなかった。このため、局所的な温度低下領域（コールドスポット）が現出した場合には、コールドスポットを含む同心円状の領域全体の測定温度が低下することとなり、その測定結果に基づいてハロゲンランプの出力をフィードバック制御すると同心円状の温度分布不均一が生じることがあった。
【０００７】
また、近年、光吸収率のパターン依存性が無い半導体ウェハーの裏面から光照射を行うバックサイドアニールが注目されている。ＲＴＰ装置にてバックサイドアニールを行う場合には、光が照射される半導体ウェハーの裏面を空けておく必要があり、ウェハーの周縁部を支持しなければならなかった。このため、特に半導体ウェハーの周縁部に温度異常が生じやすく、ウェハーに反りが生じることもあった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板を回転させることなく全面にわたって温度分布を均一にす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。
【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基板を保持する保持手段と、前記チャンバーの一端に配置された石英窓と、前記保持手段に保持された基板の一方面に前記石英窓を介して光を照射するハロゲンランプと、前記保持手段に保持された基板の他方面から放射された赤外線を受光して前記他方面の温度を二次元的に検出する温度検出手段と、前記チャンバーの他端に配置され、前記温度検出手段の検出波長域の赤外線を透過する赤外透過窓と、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記保持手段に保持された基板のうち相対的に温度が低い温度低下領域を加熱する温度補正手段と、を備え、前記温度検出手段は、前記保持手段に保持された基板の前記他方面の全面を撮像する赤外線カメラを含み、前記赤外線カメラと前記赤外透過窓との距離は、前記保持手段に保持された基板を被写体としたときの被写界深度の半分以下であ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装置において、前記赤外透過窓は、シリコン、ゲルマニウム、または、サファイアにて形成されることを特徴とする。
【００１１】
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、前記赤外透過窓を１５０℃以下に冷却する窓冷却手段をさらに備え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装置において、前記保持手段に保持された基板と前記赤外透過窓との距離は３０ｃｍ以上であ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装置において、前記温度補正手段は、前記保持手段に保持された基板の前記温度低下領域の前記一方面に前記石英窓を介してレーザ光を照射するレーザ光照射手段を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る熱処理装置において、前記レーザ光照射手段は、前記保持手段に保持された基板の中心軸に沿うように設けられ、当該基板の周縁部に向けてレーザ光を出射するレーザ光出射部と、前記レーザ光出射部を前記中心軸を回転中心として回転させる第１回転部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る熱処理装置において、前記レーザ光照射手段は、前記回転部によって回転される前記レーザ光出射部を前記中心軸に沿って往復移動させる往復移動部をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１から請求項７の発明によれば、保持手段に保持された基板の一方面に石英窓を介してハロゲンランプから光を照射し、その基板の他方面から放射された赤外線を赤外透過窓を介して受光して当該他方面の温度を二次元的に検出し、その検出結果に基づいて基板のうち相対的に温度が低い温度低下領域を加熱するため、基板を回転させることなく、基板の全面の温度を二次元的に検出してその全面にわたって温度分布を均一にすることができる。
【００１９】
特に、請求項２の発明によれば、赤外透過窓がシリコン、ゲルマニウム、または、サファイアにて形成されるため、温度検出手段の検出波長域の赤外線を確実に透過することができる。
【００２０】
特に、請求項３の発明によれば、赤外透過窓を１５０℃以下に冷却する窓冷却手段を備えるため、基板からの輻射熱によって赤外透過窓が加熱されて赤外線に対して不透明となるのを防止することができる。
【００２１】
特に、請求項４の発明によれば、保持手段に保持された基板と赤外透過窓との距離は３０ｃｍ以上であるため、赤外透過窓を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る熱処理装置の要部構成を示す図である。
【図２】複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。
【図３】温度補正部の構成を示す図である。
【図４】レーザ光出射部の縦断面図である。
【図５】石英の分光透過率を示す図である。
【図６】シリコンの分光透過率を示す図である。
【図７】赤外線カメラの検出結果に基づいて半導体ウェハーの温度の補正を行う様子を概念的に示す図である。
【図８】半導体ウェハーの温度マップの一例を示す図である。
【図９】レーザ光出力の変調を説明する図である。
【図１０】第２実施形態の熱処理装置における温度補正の様子を概念的に示す図である。
【図１１】第３実施形態の熱処理装置の要部構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る熱処理装置１の要部構成を示す図である。この熱処理装置１は、円形の半導体ウェハーＷの裏面に光を照射することによって半導体ウェハーＷの加熱処理（バックサイドアニール）を行うランプアニール装置である。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。
【００２５】
熱処理装置１は、主たる構成として、半導体ウェハーＷを収容する略円筒形状のチャンバー６と、チャンバー６内にて半導体ウェハーＷを保持する保持部７と、保持部７に保持された半導体ウェハーＷに光を照射する光照射部４と、光照射される半導体ウェハーＷの温度を検出する温度検出部８と、半導体ウェハーＷの一部領域の温度を補正する温度補正部２と、を備えている。また、熱処理装置１は、これらの各部を制御して半導体ウェハーＷの加熱処理を実行させる制御部３を備える。
【００２６】
チャンバー６は、上下が開口された略円筒形状の側壁を有している。チャンバー６は、例えば、ステンレススチール等の強度と耐熱性に優れた金属材料にて形成されている。チャンバー６の下側開口には石英窓６４が装着されて閉塞されている。チャンバー６の下端に配置された石英窓６４は、石英（ＳｉＯ２）により形成された円板形状部材であり、光照射部４から照射された光をチャンバー６内に透過する。
【００２７】
また、チャンバー６の上側開口には赤外透過窓６３が装着されて閉塞されている。チャンバー６の上端に配置された赤外透過窓６３は、シリコン（Ｓｉ）により形成された円板形状部材である。第１実施形態の赤外透過窓６３の径は半導体ウェハーＷと同様のφ３００ｍｍである。このような赤外透過窓６３としては、例えば半導体ウェハーＷを切り出すシリコン単結晶のインゴットから所定厚さ（本実施形態では３ｍｍ）の円板を切り出したものを用いるようにすれば安価に製作することができる。後に詳述するように、シリコンは可視光に対しては不透明（可視光を透過しない）であるが、波長１μｍを超える赤外線を透過する性質を有する。従って、光照射部４からの光照射を受けて昇温した半導体ウェハーＷから放射された赤外線はチャンバー６上端の赤外透過窓６３を透過してチャンバー６の上方に放出される。
【００２８】
石英窓６４、赤外透過窓６３およびチャンバー６の側壁によって囲まれる空間が熱処理空間６５として規定される。熱処理空間６５の気密性を維持するために、石英窓６４および赤外透過窓６３とチャンバー６とは図示省略のＯリングによってそれぞれシールされており、これらの隙間から気体が流出入するのを防いでいる。具体的には、石英窓６４の上面周縁部とチャンバー６との間にＯリングを挟み込み、クランプリング６６を石英窓６４の下面周縁部に当接させ、そのクランプリング６６をチャンバー６にネジ止めすることによって、石英窓６４をＯリングに押し付けている。同様に、赤外透過窓６３の下面周縁部とチャンバー６との間にＯリングを挟み込み、クランプリング６２を赤外透過窓６３の上面周縁部に当接させ、そのクランプリング６２をチャンバー６にネジ止めすることによって、赤外透過窓６３をＯリングに押し付けている。
【００２９】
また、チャンバー６の側壁には、半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための搬送開口部６７が設けられている。搬送開口部６７は、図示を省略するゲートバルブによって開閉可能とされている。搬送開口部６７が開放されると、図外の搬送ロボットによってチャンバー６に対する半導体ウェハーＷの搬入および搬出が可能となる。また、搬送開口部６７が閉鎖されると、熱処理空間６５が外部との通気が遮断された密閉空間となる。
【００３０】
保持部７は、チャンバー６の内部に固定設置されており、保持プレート７１および支持ピン７２を備える。保持プレート７１および支持ピン７２を含む保持部７の全体は石英にて形成されている。保持プレート７１は、水平姿勢となるようにチャンバー６の内部に固定設置されている。保持プレート７１の上面には、複数（少なくとも３個）の支持ピン７２が円周上に沿って立設されている。複数の支持ピン７２によって形成される円の径は半導体ウェハーＷの径よりも若干小さい。よって、複数の支持ピン７２によって半導体ウェハーＷを水平姿勢（半導体ウェハーＷの法線が鉛直方向に沿う姿勢）に載置して支持することができる。なお、複数の支持ピン７２に代えて、保持プレート７１の上面に半導体ウェハーＷの径よりも小さい石英のリングを設けるようにしても良い。
【００３１】
また、チャンバー６の内部には移載機構５が設けられている。移載機構５は、一対の移載アーム５１と、各移載アーム５１の上面に設けられたリフトピン５２とを備える。２本の移載アーム５１のそれぞれには、例えば２本のリフトピン５２が設けられている。２本の移載アーム５１および４本のリフトピン５２はいずれも石英にて形成される。一対の移載アーム５１は、図示省略の昇降駆動部によって鉛直方向に沿って昇降移動される。一対の移載アーム５１が上昇すると、計４本のリフトピン５２が保持プレート７１に穿設された貫通孔を通過し、その上端が保持プレート７１の上面から突き出て支持ピン７２よりも上方にまで到達する。一方、移載アーム５１が下降しているときには、図１に示すように、リフトピン５２の上端が保持プレート７１よりも下方に位置している。なお、移載アーム５１が下降している状態において、開閉機構によって一対の移載アーム５１を水平方向に沿って開閉するようにしても良い。
【００３２】
光照射部４は、チャンバー６の下方に設けられている。光照射部４は、複数本のハロゲンランプＨＬおよびリフレクタ４３を備える。本実施形態では、光照射部４に４０本のハロゲンランプＨＬを設けている。複数のハロゲンランプＨＬは、チャンバー６の下方から石英窓６４を介して熱処理空間６５への光照射を行う。図２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。
【００３３】
また、図２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端部側の方がハロゲンランプＨＬの配設ピッチが短い。このため、光照射部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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。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。
【００３６】
また、リフレクタ４３は、複数のハロゲンランプＨＬの下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４３の基本的な機能は、複数のハロゲンランプＨＬから出射された光をチャンバー６内の熱処理空間６５に反射するというものである。リフレクタ４３は例えば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。
【００３７】
また、チャンバー６の下方には温度補正部２も設けられている。図３は、温度補正部２の構成を示す図である。図３においては、図示の便宜上、光照射部４およびチャンバー６の構成を簡略化して描いている。温度補正部２は、レーザユニット２１、レーザ光出射部２５および回転モータ２４を備える。本実施形態のレーザユニット２１は、出力が５００Ｗの非常に高出力の半導体レーザであり、波長が８００ｎｍ〜８２０ｎｍの可視光レーザを放出する。レーザユニット２１から放出されたレーザ光は光ファイバー２２によってコリメータレンズ２３へと導かれる。コリメータレンズ２３から出射された平行なレーザ光はレーザ光出射部２５に入射する。
【００３８】
図４は、レーザ光出射部２５の縦断面図である。レーザ光出射部２５は、石英によって形成された略棒状の光学部材である。レーザ光出射部２５は、上端に位置する投光部２５ａと、その下側に鉛直方向に沿って設けられた導光部２５ｂと、を備えて構成される。導光部２５ｂは円柱形状を有しており、本実施形態ではその径がφ１５ｍｍとされている。投光部２５ａには、反射面２５ｃおよび出射面２５ｄが形成されている。本実施形態においては、出射面２５ｄは鉛直方向に沿って形成され、反射面２５ｃと水平面とのなす角度は例えば５６．７°とされている。なお、レーザ光出射部２５は、１本の円柱状石英ロッドから反射面２５ｃおよび出射面２５ｄを切り出して作製するようにしても良いし、投光部２５ａと導光部２５ｂとを別体の石英部材として接着するようにしても良い。
【００３９】
レーザ光出射部２５は、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸに沿うようにウェハー中心の直下に配置されている。具体的には、保持部７が水平姿勢にて保持する半導体ウェハーＷの中心を鉛直方向に貫く中心軸ＣＸ（図３）と円柱形状の導光部２５ｂの中心軸とが一致するようにレーザ光出射部２５が設けられている。
【００４０】
図３に示すように、レーザ光出射部２５は、回転モータ２４によって導光部２５ｂの中心軸（つまり、半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸ）を回転中心として回転可能とされている。本実施形態の回転モータ２４は、モータ軸が中空となっている中空モータであり、その中空部分に導光部２５ｂの下端が挿通されている。そして、導光部２５ｂの下端面に対向する位置にコリメータレンズ２３が配置されている。回転モータ２４にはエンコーダ２４ａが付設されており、そのエンコーダ２４ａによってレーザ光出射部２５の回転角度を検出することができる。
【００４１】
また、レーザ光出射部２５は、スライド駆動部２６によって半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸに沿って往復移動可能とされている。スライド駆動部２６としては、例えば、導光部２５ｂに連結された部材に螺合されたボールネジを回転させるパルスモータを用いることができる。スライド駆動部２６にはエンコーダ２６ａが付設されており、そのエンコーダ２６ａによってレーザ光出射部２５の高さ位置を検出することができる。
【００４２】
導光部２５ｂの上端側は、光照射部４のリフレクタ４３を貫通している。導光部２５ｂがリフレクタ４３を貫通する部位にはベアリングを設けるようにしても良い。導光部２５ｂは、さらにハロゲンランプＨＬの配置の隙間を通り抜け（図２参照）、その上端が少なくとも上段のハロゲンランプＨＬよりも上側に位置するように設けられる。そして、導光部２５ｂの上端に投光部２５ａが連設される。このため、レーザ光出射部２５が回転したときにも、レーザ光出射部２５とハロゲンランプＨＬとの接触が防止される。
【００４３】
図４に示すように、レーザユニット２１から放出されてコリメータレンズ２３からレーザ光出射部２５の導光部２５ｂの下端面に垂直に入射したレーザ光は、鉛直方向に沿って設けられた導光部２５ｂの長手方向に沿って直進する。すなわち、入射したレーザ光は導光部２５ｂの中心軸と平行に上方の投光部２５ａに向けて導かれる。そして、導光部２５ｂ内を導かれたレーザ光は投光部２５ａの反射面２５ｃにて出射面２５ｄに向けて全反射され、出射面２５ｄから保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周縁部に向けて出射される。レーザ光は石英の投光部２５ａから大気中に出射される際に若干屈折される。その結果、レーザ光出射部２５から出射されたレーザ光と水平面とのなす角度は約３５°となる。本実施形態ではこの角度を約３５°としているが、熱処理装置１の配置構成（レーザ光出射部２５と半導体ウェハーＷとの位置関係等）に応じて適宜の値とすることができ、具体的には反射面２５ｃと水平面とのなす角度によって調整することができる。
【００４４】
レーザ光出射部２５から出射されたレーザ光は、半導体ウェハーＷの裏面周縁部の一部領域に照射される。レーザ光出射部２５からレーザ光を出射しつつ、回転モータ２４が中心軸ＣＸを回転中心としてレーザ光出射部２５を回転させることにより、レーザ光の照射スポットが半導体ウェハーＷの裏面周縁部で旋回することとなる。また、スライド駆動部２６がレーザ光出射部２５を中心軸ＣＸに沿って昇降させると、レーザ光の照射スポットが旋回する径が拡縮することとなる。なお、温度補正部２による半導体ウェハーＷの周縁部へのレーザ光照射についてはさらに後述する。
【００４５】
図１に戻り、チャンバー６の上方には温度検出部８が設けられている。第１実施形態では、温度検出部８は赤外線カメラ８１を備える。この赤外線カメラ８１は、波長３．７μｍ〜４．８μｍのいわゆる中赤外線を検出して撮像するものである。赤外線カメラ８１は、チャンバー６の上方に、撮像レンズを赤外透過窓６３に対向させて配置されている。シリコンにて形成された赤外透過窓６３は波長１μｍ以上の赤外線を透過する。すなわち、チャンバー６内の熱処理空間６５から放射された波長３．７μｍ〜４．８μｍの赤外線は赤外透過窓６３を透過して赤外線カメラ８１によって検出されることとなり、赤外線カメラ８１は赤外透過窓６３よりも下側の熱処理空間６５を撮像することが出来るのである。
【００４６】
赤外線カメラ８１は、その視野内に保持部７に保持された半導体ウェハーＷの全面を収める高さ位置に設置される。従って、赤外線カメラ８１は、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの表面の全面を赤外透過窓６３を通して撮像することができる。なお、赤外線カメラ８１と赤外透過窓６３との距離は、赤外線カメラ８１が赤外透過窓６３から放射される赤外線を検出することがないように、半導体ウェハーＷを被写体としたときにピントが合っている範囲である被写界深度の半分以下の距離に設定されている。例えば、赤外線カメラ８１として被写界深度の最短距離が３０ｃｍのものを設けた場合、赤外線カメラ８１から赤外透過窓６３までの距離は、０ｃｍから１５ｃｍの範囲となるように設定され、好ましくは、赤外線カメラ８１と赤外透過窓６３との距離は出来うる限り短い方が良い。
【００４７】
また、熱処理装置１には赤外透過窓６３を冷却する冷却部６９が設けられている。第１実施形態では、冷却部６９として送風機を用いている。冷却部６９は、チャンバー６の外部に設けられており、赤外透過窓６３の上面に向けて送風することにより赤外透過窓６３を空冷する。冷却部６９は、送風する風を温調するための温調機構を備えていても良い。
【００４８】
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構成される。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、制御部３には赤外線カメラ８１の撮像結果が伝達されるとともに、光照射部４および温度補正部２も制御部３によって制御される。
【００４９】
上記の構成以外にも熱処理装置１は、熱処理空間６５の雰囲気調整を行う機構、例えば窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、アンモニア（ＮＨ３）などの処理ガスを熱処理空間６５に供給する給気機構および熱処理空間６５内の雰囲気を装置外に排気する排気機構を備えていても良い。また、光照射部４からの光照射によるチャンバー６の過剰な温度上昇を防止するための水冷管をチャンバー６の側壁に設けるようにしても良い。
【００５０】
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。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。
【００５１】
まず、図示省略のゲートバルブが開いて搬送開口部６７が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部６７を介して処理対象となるシリコンの半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入される。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５の一対の移載アーム５１が上昇することにより、計４本のリフトピン５２が保持プレート７１の貫通孔を通過して支持ピン７２よりも上方に突き出て搬送ロボットから半導体ウェハーＷを受け取る。
【００５２】
半導体ウェハーＷがリフトピン５２に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間６５から退出して搬送開口部６７が閉鎖されることにより熱処理空間６５が密閉空間とされる。そして、一対の移載アーム５１が下降することにより、半導体ウェハーＷは移載機構５から保持部７に受け渡され、支持ピン７２によって下方より水平姿勢にて保持される。半導体ウェハーＷは、パターン形成がなされた表面を上面として保持部７に保持される。つまり、パターン形成がなされていない裏面が下面となっている。
【００５３】
半導体ウェハーＷが石英にて形成された保持部７によって水平姿勢にて下方より保持された後、光照射部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して光照射加熱（ランプアニール）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石英窓６４および保持プレート７１を透過して半導体ウェハーＷの裏面から照射される。
【００５４】
図５は、石英の分光透過率を示す図である。同図に示すように、石英は波長２．５μｍ以下の比較的短波長の光はほとんど透過させるのに対して、波長２．５μｍを超えるいわゆる中赤外線よりも長波長の光については透過率が大幅に低下する。そして、赤外線カメラ８１の検出波長域である波長３．７μｍ〜４．８μｍの赤外線はほとんど石英を透過しない。従って、赤外線カメラ８１は赤外透過窓６３よりも下側の熱処理空間６５を撮像することは出来るものの、石英窓６４よりも下側のハロゲンランプＨＬの光を検出することはできない。このことは、ハロゲンランプＨＬから出射された光が赤外線カメラ８１の外乱光とはならないことを意味する。
【００５５】
ハロゲンランプＨＬから出射されて石英の石英窓６４および保持プレート７１を透過した光は保持部７に保持された半導体ウェハーＷの裏面に照射され、それによって半導体ウェハーＷが加熱されて目標とする処理温度にまで昇温する。本実施形態においては、パターンの形成されていない半導体ウェハーＷの裏面に光が照射されるため、均一な光照射加熱を行うことができる（いわゆるバックサイドアニール）。すなわち、パターン形成がなされていない半導体ウェハーＷの裏面には光吸収率のパターン依存性が存在しないため、裏面全面にわたって光吸収率は均一であり、その結果ハロゲンランプＨＬの光が均一に吸収されるのである。なお、移載機構５の移載アーム５１およびリフトピン５２も石英にて形成されているため、ハロゲンランプＨＬによる光照射加熱の障害となることは無い。
【００５６】
ハロゲンランプＨＬからの光照射加熱によって昇温した半導体ウェハーＷからは、その温度に応じた強度（エネルギー）の赤外線が放射される。半導体ウェハーＷから放射される赤外線の強度は温度（絶対温度）の４乗に比例することが知られている（シュテファン＝ボルツマンの法則）。そして、昇温した半導体ウェハーＷの表面から放射された赤外線はチャンバー６の上端に設けられたシリコンの赤外透過窓６３を透過する。
【００５７】
図６は、厚さ３ｍｍのシリコンの分光透過率を示す図である。同図に示すように、可視光を含む波長１μｍ以下の光はシリコンを全く透過しないのに対して、波長１μｍを超える赤外線はある程度シリコンを透過する。赤外線カメラ８１の検出波長域である波長３．７μｍ〜４．８μｍの赤外線もシリコンを透過する。従って、昇温した半導体ウェハーＷの表面から放射された波長３．７μｍ〜４．８μｍの赤外線はシリコンの赤外透過窓６３を透過して赤外線カメラ８１によって検出されることとなる。
【００５８】
このときに、半導体ウェハーＷから放射された光の一部は赤外透過窓６３を透過するものの、残部は赤外透過窓６３に吸収され、赤外透過窓６３自体が加熱される。すなわち、光照射加熱によって昇温した半導体ウェハーＷからの輻射熱によって、半導体ウェハーＷと同じ材質（シリコン）の赤外透過窓６３が加熱されるのである。シリコンは、常温のときには図６に示すような分光透過率特性を示すが、加熱されて昇温するとほとんど赤外線を透過しなくなるという性質を有する。従って、半導体ウェハーＷが昇温してからの経過時間が長くなるにつれて赤外透過窓６３も昇温し、半導体ウェハーＷから放射された赤外線が赤外透過窓６３を透過しにくくなって赤外線カメラ８１による検出が困難となる。
【００５９】
このため、赤外透過窓６３を冷却するための冷却部６９が設けられている。冷却部６９は、少なくともハロゲンランプＨＬが点灯している間は赤外透過窓６３の上面に向けて継続して送風する。これにより、ハロゲンランプＨＬからの光照射加熱によって半導体ウェハーＷが昇温しても、赤外透過窓６３の温度は冷却部６９によって１５０℃以下に維持されることとなる。１５０℃以下であれば赤外透過窓６３は波長３．７μｍ〜４．８μｍの赤外線を透過することができる。なお、より確実に赤外線を透過するためには、冷却部６９によって赤外透過窓６３を１００℃以下に冷却しておくのが好ましい。
【００６０】
また、仮に、赤外透過窓６３が半導体ウェハーＷからの輻射熱によって多少昇温したとしても、赤外線カメラ８１と赤外透過窓６３との距離が、半導体ウェハーＷを被写体とした場合の被写界深度の最短距離の半分以下の距離に設定されているため、赤外線カメラ８１は赤外透過窓６３から放射される赤外線を検出することなく、半導体ウェハーＷの表面から放射された赤外線を確実に検出することができる。
【００６１】
図７は、赤外線カメラ８１の検出結果に基づいて半導体ウェハーＷの温度の補正を行う様子を概念的に示す図である。上述したように、ハロゲンランプＨＬから出射された光は石英窓６４および石英の保持プレート７１（図７では省略）を透過して半導体ウェハーＷの裏面に照射され、それによって半導体ウェハーＷが加熱されて処理温度にまで昇温する。昇温した半導体ウェハーＷからはその温度に応じた強度の赤外線が放射される。半導体ウェハーＷの表面から放射された赤外線の一部はシリコンの赤外透過窓６３を透過する。そして、赤外透過窓６３を透過した赤外線のうち波長３．７μｍ〜４．８μｍのものが赤外線カメラ８１によって所定のサイクルで検出される。赤外線カメラ８１が検出した赤外線の強度から半導体ウェハーＷの温度を測定することができる。
【００６２】
赤外線カメラ８１は、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの表面の全面を赤外透過窓６３を通して撮像することができる高さ位置に設けられているため、ハロゲンランプＨＬによって光照射加熱される半導体ウェハーＷの表面全面の温度を二次元的に検出することができる。そして、赤外線カメラ８１によって検出された半導体ウェハーＷの表面全面の温度は制御部３に伝達される。制御部３は、赤外線カメラ８１の検出結果から半導体ウェハーＷの温度マップを作成する。このときに、必要に応じてシェーディング補正などを行うようにしても良い。
【００６３】
図８は、赤外線カメラ８１の検出結果に基づいて作成された半導体ウェハーＷの温度マップの一例を示す図である。ここの例では、同図に示すように、半導体ウェハーＷの周縁部の一部に他の領域よりも相対的に温度の低い局所的な温度低下領域（コールドスポット）ＣＰが現出している。このようなコールドスポットＣＰは、半導体ウェハーＷと支持ピン７２との接触やチャンバー６内に形成される気流などによって生じる。コールドスポットＣＰは半導体ウェハーＷの他の領域に比較して温度が低いために放射する赤外線の強度が低く、その強度差が赤外線カメラ８１によって検出されるのである。
【００６４】
制御部３は、赤外線カメラ８１の検出結果（図８に示す如き温度マップ）に基づいて、コールドスポットＣＰを選択的に加熱するように温度補正部２を制御する。温度補正部２においては、レーザユニット２１から放出されたレーザ光がコリメータレンズ２３からレーザ光出射部２５の導光部２５ｂに入射される。入射されたレーザ光はレーザ光出射部２５の投光部２５ａから石英窓６４を介して保持部７に保持された半導体ウェハーＷの裏面周縁部に照射される。このときには、回転モータ２４が半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸを回転中心としてレーザ光出射部２５を回転させる。これにより、レーザ光出射部２５から出射されたレーザ光の照射スポットは半導体ウェハーＷの裏面周縁部に沿って旋回する。また、スライド駆動部２６がレーザ光出射部２５を中心軸ＣＸに沿って昇降させるようにしても良い。このようにすれば、レーザ光の照射スポットが蛇行しながら旋回することとなり、半導体ウェハーＷの裏面周縁部におけるレーザ光の照射幅が拡がる。
【００６５】
図８に示すように、半導体ウェハーＷの周縁部の一部にコールドスポットＣＰが現出した場合には、赤外線カメラ８１の検出結果に基づいての制御部３の制御下にてレーザユニット２１がレーザ光出力の変調を行う。図９は、レーザ光出力の変調を説明する図である。同図においては、レーザ光出射部２５の回転角度を横軸に示し、”２π”，”４π”と表記しているのは、それぞれレーザ光出射部２５が１回転、２回転したときの回転角度である。レーザ光出射部２５の回転角度は、エンコーダ２４ａによって測定されて制御部３に伝達される。また、図９の縦軸にはレーザユニット２１のレーザ光出力を示している。図９に示すように、レーザ光出射部２５の回転角度がレーザ光の照射スポットがコールドスポットＣＰに位置する角度となっているときには、制御部３の制御によってレーザユニット２１のレーザ光出力を高める。また、レーザ光の照射スポットがコールドスポットＣＰから外れているときには、レーザユニット２１のレーザ光出力を低くする。なお、レーザユニット２１は、レーザ光出力を０％から１００％の範囲で高速に制御することができる。
【００６６】
このようにすれば、ハロゲンランプＨＬによる光照射加熱の結果として半導体ウェハーＷの周縁部に現出した相対的に温度が低いコールドスポットＣＰのみにレーザ光出射部２５から強いレーザ光を照射して加熱することができる。その結果、コールドスポットＣＰを解消して半導体ウェハーＷの全面を均一に処理温度に加熱することができる。
【００６７】
光照射加熱が終了した後、ハロゲンランプＨＬが消灯して半導体ウェハーＷの降温が開始される。このときには、温度補正部２による半導体ウェハーＷの裏面周縁部へのレーザ光照射については継続して行うようにしても良い。通常、ハロゲンランプＨＬが消灯した後の半導体ウェハーＷの降温時には、周縁部の温度が先に低下して温度分布の不均一が生じる傾向がある。温度補正部２によって半導体ウェハーＷの裏面周縁部へのレーザ光照射を半導体ウェハーＷの降温時にも行うようにすれば、先行して温度が低下する周縁部を選択的に加熱することができるため、降温時にも面内温度分布の均一性を維持することができる。
【００６８】
ハロゲンランプＨＬが消灯して所定時間が経過し、半導体ウェハーＷが十分に降温した後、移載機構５の一対の移載アーム５１が上昇し、リフトピン５２が保持プレート７１に保持されていた半導体ウェハーＷを突き上げて支持ピン７２から離間させる。その後、搬送開口部６７が再び開放され、装置外部の搬送ロボットのハンドが搬送開口部６７からチャンバー６内に進入して半導体ウェハーＷの直下で停止する。続いて、移載アーム５１が下降することによって、半導体ウェハーＷがリフトピン５２から搬送ロボットに渡される。そして、半導体ウェハーＷを受け取った搬送ロボットのハンドがチャンバー６から退出することにより、半導体ウェハーＷがチャンバー６から搬出され、熱処理装置１における光照射加熱処理が完了する。
【００６９】
第１実施形態においては、ハロゲンランプＨＬからの光照射加熱によって生じた半導体ウェハーＷの面内温度分布の不均一を赤外線カメラ８１によって検出している。赤外線カメラ８１の検出波長域は３．７μｍ〜４．８μｍであり、ハロゲンランプＨＬから出射された光のうちこの波長域はチャンバー６の下端に配置された石英窓６４によってほとんどカットされる。従って、ハロゲンランプＨＬから出射された光が赤外線カメラ８１に到達することはなく、温度検出の外乱光となるおそれはない。その一方、チャンバー６の上端に配置されたシリコンの赤外透過窓６３は、昇温した半導体ウェハーＷから放射された光のうち赤外線カメラ８１の検出波長域３．７μｍ〜４．８μｍの赤外線を透過する。よって、赤外線カメラ８１は半導体ウェハーＷの温度を確実に検出することができる。また、赤外線カメラ８１は、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの表面全面の温度を二次元的に検出することができる。
【００７０】
そして、赤外線カメラ８１の検出結果に基づいて、半導体ウェハーＷのうち相対的に温度が低いコールドスポットＣＰを加熱するように制御部３が温度補正部２を制御している。具体的には、レーザ変調によって、温度補正部２のレーザ光出射部２５からコールドスポットＣＰに照射されるレーザ光の出力を高めている。これにより、半導体ウェハーＷの全面にわたって温度分布を均一にすることができる。
【００７１】
このようにすれば、半導体ウェハーＷを回転させることなく、半導体ウェハーＷの全面の温度を二次元的に検出し、その検出結果に基づいて温度の補正を行うことにより、半導体ウェハーＷの全面にわたって温度分布を均一にすることができる。半導体ウェハーＷを回転させる必要がなければ、チャンバー６内部に回転機構も不要となるため、熱処理装置１の構成が単純なものとなってチャンバー６の容量を小さくすることができる。また、チャンバー６内に回転機構が無ければ、回転機構からパーティクルが発生して熱処理空間６５を汚染することも防止される。
【００７２】
また、半導体ウェハーＷを回転させる必要がないため、チャンバー６内に半導体ウェハーＷを搬入した後、直ちにハロゲンランプＨＬによる光照射加熱を開始することができる。このため、熱処理装置１におけるスループットを高めることができる。
【００７３】
また、半導体ウェハーＷの全面の温度を二次元的に検出して温度マップを作成しているため、局所的な温度分布の不均一をも検出し、その箇所の温度補正を行うことが可能となる。従って、半導体ウェハーＷの全面の温度分布を高精度にて均一化することが可能となる。
【００７４】
なお、レーザ光出射部２５を回転させて半導体ウェハーＷの裏面周縁部に沿ってレーザ光照射スポットを旋回させる温度補正方式では、スライド駆動部２６によってレーザ光出射部２５を昇降させたとしても、半導体ウェハーＷの中心部近傍の温度補正を行うことはできない。ただし、本実施形態のように保持プレート７１上の支持ピン７２に半導体ウェハーＷを載置してハロゲンランプＨＬから光照射加熱を行う場合には、通常、半導体ウェハーＷの中心部近傍の温度均一性は比較的良好に保たれ、相対的に温度が低いコールドスポットＣＰはほとんどの場合半導体ウェハーＷの周縁部に現出する。このため、レーザ光出射部２５を回転させて半導体ウェハーＷの半径の半分よりも周縁部側の温度補正を行うことができれば、半導体ウェハーＷの全面の温度分布を均一にすることができる。
【００７５】
また、本実施形態のように半導体ウェハーＷの裏面から光照射を行うバックサイドアニールを実施する場合であっても、石英の保持プレート７１上に支持ピン７２を設けただけの簡単な構成の保持部７によって半導体ウェハーＷを保持することができる。半導体ウェハーＷと支持ピン７２との接触箇所が熱伝導によって相対的に低温となることもあるが、そのような箇所も赤外線カメラ８１によって的確に検出され、温度補正部２からのレーザ光照射によって容易に解消される。
【００７６】
また、本実施形態の熱処理装置１では、半導体ウェハーＷを支持ピン７２に載置して光照射加熱を行っていたが、これに代えて移載機構５のリフトピン５２に半導体ウェハーＷを保持したまま光照射加熱を行っても良い。この場合であれば、光照射加熱終了時に一対の移載アーム５１を下降させて半導体ウェハーＷを保持プレート７１に着地させることにより、半導体ウェハーＷの温度を急速に下げることができる（急冷）。このようにすれば、従来のヘリウムガス（Ｈｅ）などを使用した急冷と比較して装置運用のコストを大幅に下げることができる。
【００７７】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１０は、第２実施形態の熱処理装置１ａにおける温度補正の様子を概念的に示す図である。同図において、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。第２実施形態の熱処理装置１ａは、温度検出部８の構成を除いては第１実施形態の熱処理装置１と同様の構成を備える。
【００７８】
第２実施形態の温度検出部８は、レーザ光受光部８５および受光ユニット８６を備える。レーザ光受光部８５は、レーザ光出射部２５と全く同一の石英製の棒状光学部材であり、レーザ光出射部２５を上下反転して設置したものである。また、レーザ光出射部２５に付設されている回転モータ２４と同様の回転モータ８７がレーザ光受光部８５にも付設されている。さらに、レーザ光出射部２５に付設されているスライド駆動部２６と同様のスライド駆動部８８がレーザ光受光部８５にも付設されている。また、図１０では図示を省略しているが、エンコーダ２４ａ，２６ａと同一の要素も設けられている。要するに、温度補正部２のレーザ光出射部２５とそれに付随する要素を上下反転してチャンバー６の上方に設けたのがレーザ光受光部８５である。
【００７９】
受光ユニット８６は、レーザ光受光部８５によって受光された赤外線の強度を測定し、それを電気信号として制御部３に伝達する。すなわち、レーザ光受光部８５によって受光された赤外線は温度補正部２と同様のコリメータレンズおよび光ファイバーを通して受光ユニット８６へと導かれる。受光ユニット８６は、フォトダイオードなどの受光素子を内蔵しており、レーザ光受光部８５から導かれた赤外線の強度を電気信号に変換して制御部３に伝達する。
【００８０】
第２実施形態の熱処理装置１ａにおいても、ハロゲンランプＨＬから出射された光は石英窓６４および石英の保持プレート７１を透過して半導体ウェハーＷの裏面に照射され、それによって半導体ウェハーＷが加熱されて目標とする処理温度にまで昇温する。そして、昇温した半導体ウェハーＷからはその温度に応じた強度の赤外線が放射される。半導体ウェハーＷの表面から放射された赤外線の一部はシリコンの赤外透過窓６３を透過する。
【００８１】
第２実施形態では、半導体ウェハーＷの表面のうちの特定箇所から放射された赤外線がレーザ光受光部８５によって受光される。具体的には、温度補正部２のレーザ光出射部２５から出射されたレーザ光の照射位置の表面から放射された赤外線を受光する位置にレーザ光受光部８５が設けられている。また、レーザ光出射部２５の回転に完全に同期するように、半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸを回転中心としてレーザ光受光部８５も回転モータ８７によって回転される。さらに、レーザ光出射部２５が上昇するときにはスライド駆動部８８によってレーザ光受光部８５が下降し、レーザ光出射部２５が下降するときにはレーザ光受光部８５が上昇する。
【００８２】
このようにすれば、レーザ光出射部２５から出射されたレーザ光が半導体ウェハーＷの裏面に到達する位置の表面から放射された赤外線が常にレーザ光受光部８５によって受光されることとなる。そして、レーザ光出射部２５から出射されたレーザ光の照射位置の温度が温度検出部８によって検出される。レーザ光出射部２５は回転モータ２４によって常時回転されているため、レーザ光受光部８５もそれと同期して回転モータ８７によって回転されている。従って、第２実施形態の温度検出部８は、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの表面の温度を二次元的に検出していることとなる。
【００８３】
第２実施形態においては、レーザ光受光部８５によって受光した赤外線を受光ユニット８６によって検出した結果に基づいて、半導体ウェハーＷのうち相対的に温度が低いコールドスポットＣＰを加熱するように制御部３が温度補正部２を制御している。具体的には、レーザ変調によって、温度補正部２のレーザ光出射部２５からコールドスポットＣＰに照射されるレーザ光の出力を高めている。これにより、半導体ウェハーＷの全面にわたって温度分布を均一にすることができる。
【００８４】
第２実施形態のようにしても、半導体ウェハーＷを回転させることなく、半導体ウェハーＷの全面の温度を二次元的に検出し、その検出結果に基づいて温度の補正を行うことにより、半導体ウェハーＷの全面にわたって温度分布を均一にすることができる。その結果、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図１１は、第３実施形態の熱処理装置１ｂの要部構成を示す図である。同図において、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。第３実施形態の熱処理装置１ｂにおいては、赤外透過窓１６３を第１実施形態よりも半導体ウェハーＷから隔てて高位置に設けている。
【００８６】
第３実施形態においては、チャンバー６の側壁上端部に円錐台形状の上壁１６６が設置されている。上壁１６６は、例えば耐熱性に優れたステンレススチールにて形成されており、図示省略の水冷機構によって冷却されている。そして、上壁１６６の上端部に赤外透過窓１６３が装着されている。第３実施形態の赤外透過窓１６３の径は第１実施形態よりも小さく、φ５０ｍｍ〜φ７５ｍｍである。
【００８７】
上壁１６６によって赤外透過窓１６３を高位置に設けることにより、保持部７に保持された半導体ウェハーＷと赤外透過窓１６３との距離は３０ｃｍ以上８０ｃｍ以下となる。また、温度検出部８の赤外線カメラ８１と赤外透過窓１６３との距離は、前述した本発明の第１実施形態の場合と同じく、半導体ウェハーＷを被写体としたときにピントが合っている範囲である被写界深度の最短距離の半分以下の距離に設定される。
【００８８】
また、上壁１６６には冷却管１６９が設けられている。冷却管１６９は、例えば窒素ガス等の冷却用ガスを赤外透過窓１６３の下面に向けて吹き付ける。第１実施形態と同様に、少なくともハロゲンランプＨＬが点灯している間は冷却管１６９から冷却用ガスを吹き付けることによって赤外透過窓１６３の温度を赤外線が透過する１５０℃以下（好ましくは１００℃以下）としている。
【００８９】
上述した以外の残余の構成については、第３実施形態の熱処理装置１ｂは第１実施形態と同じである。また、第３実施形態の熱処理装置１ｂにおける半導体ウェハーＷの処理手順についても第１実施形態と同様である。
【００９０】
第３実施形態においては、上壁１６６によって赤外透過窓１６３を高位置に設けることにより、赤外透過窓１６３を半導体ウェハーＷから遠ざけるとともに赤外線カメラ８１に近づけて設置することができる。このため、赤外透過窓１６３のサイズを第１実施形態より小さくしても赤外線カメラ８１の視野内に保持部７に保持された半導体ウェハーＷの全面を収めることができる。よって、赤外透過窓１６３をより簡易かつ安価に製造することができる。
【００９１】
また、赤外透過窓１６３が半導体ウェハーＷから離れて設けられているため、昇温した半導体ウェハーＷからの輻射熱によって赤外透過窓１６３が加熱される程度は小さい。よって、冷却管１６９による冷却の負荷を軽減することができる。その他、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９２】
＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記各実施形態においては、赤外透過窓６３（または１６３）をシリコンにて形成していたが、これに限定されるものではなく、赤外線カメラ８１の検出波長域の赤外線を透過する素材であれば良く、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）またはサファイア（Ａｌ２Ｏ３）にて形成するようにしても良い。もっとも、シリコンの円板は比較的容易に入手できるため、製造コストの観点からはシリコンを用いるのが好ましい。
【００９３】
また、赤外透過窓６３（または１６３）を空冷するの代えて、水冷によって冷却するようにしても良い。水冷によって赤外透過窓６３を冷却する場合にも、半導体ウェハーＷから放射された赤外線が透過する１５０℃以下に冷却する。
【００９４】
また、上記各実施形態においては、チャンバー６の上端および下端にそれぞれ赤外透過窓６３および石英窓６４を配置するとともに、チャンバー６の上側および下側にそれぞれ赤外線カメラ８１およびハロゲンランプＨＬを配置していたが、これを逆にするようにしても良い。すなわち、チャンバー６の上端に石英窓６４を配置するととも、上側に光照射部４のハロゲンランプＨＬを配置する。また、温度補正部２のレーザ光出射部２５もチャンバー６の上側に配置する。一方、チャンバー６の下端に赤外透過窓６３を配置するとともに、下側に温度検出部８の赤外線カメラ８１を配置する。ハロゲンランプＨＬから出射された光はパターンが形成された半導体ウェハーＷの表面に照射される。そして、昇温した半導体ウェハーＷの裏面から放射された赤外線が赤外透過窓６３を透過して赤外線カメラ８１によって検出される。このようにしても、上記各実施形態と同様に、半導体ウェハーＷを回転させることなく、半導体ウェハーＷの全面の温度を二次元的に検出し、その検出結果に基づいて温度の補正を行うことにより、半導体ウェハーＷの全面にわたって温度分布を均一にすることができる。
【００９５】
また、上記各実施形態においては、温度補正部２からのレーザ光照射によって温度低下領域を加熱していたが、温度低下の程度によっては光照射部４および温度補正部２の双方によって温度低下領域を加熱するようにしても良い。レーザユニット２１に５００Ｗの高出力の半導体レーザを用いたとしても、レーザ光出射部２５からのレーザ光照射によって補正できる温度は数１０℃程度である。従って、温度低下領域が他の領域よりも１００℃以上も低温であるような場合は、まずその温度低下領域の直下に位置するハロゲンランプＨＬの出力を高める。そして、それでも猶、残存している温度低下領域については、上記各実施形態と同様に、温度補正部２からのレーザ光照射による加熱によって解消するようにしても良い。
【００９６】
また、棒状の光学部材であるレーザ光出射部２５を回転させるのに代えて、レーザ光を２次元面内で（ＸＹ方向に）走査させる機構を用いるようにしても良い。このような機構としては、例えばガルバノミラーを用いることができる。ガルバノミラーを用いれば、半導体ウェハーＷの全面の任意の箇所について温度補正を行うことができる。もっとも、上記各実施形態のレーザ光出射部２５は、ハロゲンランプＨＬの配列の隙間を貫通するように設けられ、上段のハロゲンランプＨＬよりも上方からレーザ光を出射するため、ハロゲンランプＨＬと干渉するおそれがない。
【００９７】
また、第２実施形態においては、レーザ光受光部８５を石英にて形成していたが、これに代えて、レーザ光受光部８５をゲルマニウムまたはサファイアにて形成するようにしても良い。
【００９８】
また、温度検出部８が備える赤外線カメラ８１の台数は１台に限定されるものではなく、複数であっても良い。複数の赤外線カメラ８１を設けた場合には、それらの撮像結果を合成することによって半導体ウェハーＷの全面の温度マップを作成するようにすれば良い。
【００９９】
また、本発明に係る熱処理装置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】
【０１００】
１，１ａ，１ｂ  熱処理装置
２  温度補正部
３  制御部
４  光照射部
５  移載機構
６  チャンバー
７  保持部
８  温度検出部
２１  レーザユニット
２４  回転モータ
２５  レーザ光出射部
２６  スライド駆動部
６３，１６３  赤外透過窓
６４  石英窓
６５  熱処理空間
６９  冷却部
７１  保持プレート
７２  支持ピン
８１  赤外線カメラ
８５  レーザ光受光部
８６  受光ユニット
１６９  冷却管
ＣＰ  コールドスポット
ＣＸ  中心軸
ＨＬ  ハロゲンランプ
Ｗ  半導体ウェハー
【図１】
0005964626.tif 000002
【図２】
0005964626.tif 000003
【図３】
0005964626.tif 000004
【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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