(57)【要約】【課題】放射温度計の測定位置を基板面内の所定位置に正確に合わせ込むことができる熱処理装置および放射温度計の測定位置調整方法を提供する。【解決手段】下部放射温度計２０を保持した状態にてパイロホルダー１１０をチャンバーの外壁に装着する。下部放射温度計２０の先端側をパイロホルダー１１０の装着部１１１に当接させるとともに、後端側に底板１１３を当接させ、底板１１３と装着部１１１とに引っ張りバネ１１２を張架することにより、下部放射温度計２０の落下や位置ずれを防止する。また、パイロホルダー１１０に保持された下部放射温度計２０の先端を支点としてチャンバーの外壁に対する下部放射温度計２０の角度を角度調整機構１２０によって調整することにより、下部放射温度計２０の測定位置を調整する。【選択図】図８
2018157064.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、
前記チャンバーに収容された前記基板に光を照射する光源と、
前記基板から放射された赤外光を受光して前記基板の温度を測定する円筒形状の放射温度計と、
前記放射温度計を保持した状態で前記チャンバーの外壁に装着されるホルダーと、
前記ホルダーに設けられ、前記基板における前記放射温度計の測定位置を調整する測定位置調整機構と、
を備え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、
前記測定位置調整機構は、前記放射温度計の先端を支点として前記チャンバーの外壁に対する前記放射温度計の角度を調整する角度調整機構を有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、
前記角度調整機構は、
前記放射温度計の側壁面に当接して第１の方向に沿った前記放射温度計の角度を調整する第１ボルトと、
前記放射温度計の側壁面に当接して前記第１の方向と直角をなす第２の方向に沿った前記放射温度計の角度を調整する第２ボルトと、
前記第１の方向および前記第２の方向のそれぞれと１３５°をなす第３の方向に沿って設けられたバネ付きボルトと、
を備え、
前記第１ボルトおよび前記第２ボルトによって前記放射温度計の角度を調整するときには前記バネ付きボルトのバネ部分が前記放射温度計の側壁面を押圧し、前記第１ボルトおよび前記第２ボルトによる前記放射温度計の角度調整が完了したときには前記バネ付きボルトのボルト部分が前記放射温度計の側壁面に当接して前記放射温度計を固定することを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項３記載の熱処理装置において、
前記角度調整機構は、
前記第１ボルトによる前記放射温度計の角度調整量を示す第１ゲージと、
前記第２ボルトによる前記放射温度計の角度調整量を示す第２ゲージと、
をさらに備え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、
前記ホルダーは、前記放射温度計の後端側から先端側に向けて前記放射温度計を前記ホルダーに押圧する引っ張りバネを備え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、
前記チャンバー内にて前記基板は、前記基板の下面から放射された赤外光を通過させる開口を形設した石英のサセプタに保持され、
前記放射温度計は前記基板の斜め下方に設けられ、前記開口を通過した前記赤外光を受光することを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
チャンバー内に収容されて光照射によって加熱される基板の温度を測定する円筒形状の放射温度計の測定位置調整方法であって、
前記放射温度計を保持したホルダーを前記チャンバーの外壁に装着する装着工程と、
前記放射温度計の先端を支点として前記放射温度計の角度を調整することによって前記基板における前記放射温度計の測定位置を調整する角度調整工程と、
を備えることを特徴とする放射温度計の測定位置調整方法。
【請求項８】
請求項７記載の放射温度計の測定位置調整方法において、
前記角度調整工程は、
前記放射温度計の軸を中心とする前記放射温度計の回転角度を調整する回転角度調整工程と、
前記チャンバーの外壁に対する前記放射温度計の傾斜角度を調整する傾斜角度調整工程と、
を備えることを特徴とする放射温度計の測定位置調整方法。
【請求項９】
請求項８記載の放射温度計の測定位置調整方法において、
前記傾斜角度調整工程は、
前記放射温度計の側壁面に対する第１の方向に沿った前記放射温度計の角度を調整する工程と、
前記放射温度計の側壁面に対する前記第１の方向と直角をなす第２の方向に沿った前記放射温度計の角度を調整する工程と、
を備えることを特徴とする放射温度計の測定位置調整方法。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれかに記載の放射温度計の測定位置調整方法において、
前記チャンバー内にて前記基板は、前記基板の下面から放射された赤外光を通過させる開口を形設した石英のサセプタに保持され、
前記放射温度計は前記基板の斜め下方に設けられ、前記開口を通過した前記赤外光を受光することを特徴とする放射温度計の測定位置調整方法。
【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装置およびその熱処理装置にて使用する放射温度計の測定位置調整方法に関する。
【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】
フラッシュランプアニールに限らず、半導体ウェハーの熱処理においては、ウェハー温度の管理が重要となる。特許文献１，２には、処理対象となる半導体ウェハーの斜め上方および斜め下方に放射温度計を設け、半導体ウェハーの主面から放射された放射光を受光して当該主面の温度を測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２３８７７９号公報
【特許文献２】特開２０１２−２３８７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体ウェハーの熱処理装置においては、放射温度計によって測定された半導体ウェハーの温度情報に基づいて加熱源の出力をフィードバック制御していることも多く、その温度情報は最重要パラメータである。このため、半導体ウェハーの面内の決められた位置を放射温度計によって正確に測定することが強く求められる。
【０００８】
しかし、従来においては、熱処理装置の所定箇所に単に放射温度計を取り付けていただけであるため、当該放射温度計による測定位置がウェハー面内の決められた位置となっているかについては保証されておらず、温度測定の正確性を欠くこととなっていた。また、メンテナンス等のために放射温度計を一旦取り外してから再び取り付けた場合には、放射温度計の測定位置の再現性が不確実であるため、取り外し前と温度測定条件が異なるという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、放射温度計の測定位置を基板面内の所定位置に正確に合わせ込むことができる熱処理装置および放射温度計の測定位置調整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】
【００１０】
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、前記チャンバーに収容された前記基板に光を照射する光源と、前記基板から放射された赤外光を受光して前記基板の温度を測定する円筒形状の放射温度計と、前記放射温度計を保持した状態で前記チャンバーの外壁に装着されるホルダーと、前記ホルダーに設けられ、前記基板における前記放射温度計の測定位置を調整する測定位置調整機構と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
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、前記測定位置調整機構は、前記放射温度計の先端を支点として前記チャンバーの外壁に対する前記放射温度計の角度を調整する角度調整機構を有することを特徴とする。
【００１２】
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、前記角度調整機構は、前記放射温度計の側壁面に当接して第１の方向に沿った前記放射温度計の角度を調整する第１ボルトと、前記放射温度計の側壁面に当接して前記第１の方向と直角をなす第２の方向に沿った前記放射温度計の角度を調整する第２ボルトと、前記第１の方向および前記第２の方向のそれぞれと１３５°をなす第３の方向に沿って設けられたバネ付きボルトと、を備え、前記第１ボルトおよび前記第２ボルトによって前記放射温度計の角度を調整するときには前記バネ付きボルトのバネ部分が前記放射温度計の側壁面を押圧し、前記第１ボルトおよび前記第２ボルトによる前記放射温度計の角度調整が完了したときには前記バネ付きボルトのボルト部分が前記放射温度計の側壁面に当接して前記放射温度計を固定することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る熱処理装置において、前記角度調整機構は、前記第１ボルトによる前記放射温度計の角度調整量を示す第１ゲージと、前記第２ボルトによる前記放射温度計の角度調整量を示す第２ゲージと、をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
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、前記ホルダーは、前記放射温度計の後端側から先端側に向けて前記放射温度計を前記ホルダーに押圧する引っ張りバネを備えることを特徴とする。
【００１５】
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、前記チャンバー内にて前記基板は、前記基板の下面から放射された赤外光を通過させる開口を形設した石英のサセプタに保持され、前記放射温度計は前記基板の斜め下方に設けられ、前記開口を通過した前記赤外光を受光することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７の発明は、チャンバー内に収容されて光照射によって加熱される基板の温度を測定する円筒形状の放射温度計の測定位置調整方法において、前記放射温度計を保持したホルダーを前記チャンバーの外壁に装着する装着工程と、前記放射温度計の先端を支点として前記放射温度計の角度を調整することによって前記基板における前記放射温度計の測定位置を調整する角度調整工程と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る放射温度計の測定位置調整方法において、前記角度調整工程は、前記放射温度計の軸を中心とする前記放射温度計の回転角度を調整する回転角度調整工程と、前記チャンバーの外壁に対する前記放射温度計の傾斜角度を調整する傾斜角度調整工程と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る放射温度計の測定位置調整方法において、前記傾斜角度調整工程は、前記放射温度計の側壁面に対する第１の方向に沿った前記放射温度計の角度を調整する工程と、前記放射温度計の側壁面に対する前記第１の方向と直角をなす第２の方向に沿った前記放射温度計の角度を調整する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１０の発明は、請求項７から請求項９のいずれかの発明に係る放射温度計の測定位置調整方法において、前記チャンバー内にて前記基板は、前記基板の下面から放射された赤外光を通過させる開口を形設した石英のサセプタに保持され、前記放射温度計は前記基板の斜め下方に設けられ、前記開口を通過した前記赤外光を受光することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１から請求項６の発明によれば、放射温度計を保持した状態でチャンバーの外壁に装着されるホルダーに基板における放射温度計の測定位置を調整する測定位置調整機構を設けるため、放射温度計の測定位置を基板面内の所定位置に正確に合わせ込むことができる。
【００２１】
特に、請求項５の発明によれば、ホルダーは、放射温度計の後端側から先端側に向けて放射温度計をホルダーに押圧する引っ張りバネを備えるため、放射温度計の落下や位置ずれを防止することができる。
【００２２】
特に、請求項６の発明によれば、放射温度計は基板の斜め下方に設けられるため、基板に形成された薄膜の膜厚や膜種による放射率への影響を軽減することができる。
【００２３】
請求項７から請求項１０の発明によれば、放射温度計を保持したホルダーをチャンバーの外壁に装着し、放射温度計の先端を支点として放射温度計の角度を調整することによって基板における放射温度計の測定位置を調整するため、放射温度計の測定位置を基板面内の所定位置に正確に合わせ込むことができる。
【００２４】
特に、請求項１０の発明によれば、放射温度計は基板の斜め下方に設けられるため、基板に形成された薄膜の膜厚や膜種による放射率への影響を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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】下部放射温度計のチャンバー側部への装着を説明するための側面図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線から見た断面図である。
【図１０】下部放射温度計の測定位置調整の手順を示すフローチャートである。
【図１１】熱源をサセプタに保持した状態を模式的に示す図である。
【図１２】板状体の下面における下部放射温度計の測定領域を示す図である。
【図１３】下部放射温度計の光軸と半導体ウェハーの主面とのなす角度が半導体ウェハーの見かけの放射率に与える影響を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。また、熱処理装置１は、加熱される半導体ウェハーＷの温度を測定する上部放射温度計２５および下部放射温度計２０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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
さらに、チャンバー側部６１には、貫通孔６１ａおよび貫通孔６１ｂが穿設されている。貫通孔６１ａは、後述するサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの上面から放射された赤外光を上部放射温度計２５に導くための円筒状の孔である。一方、貫通孔６１ｂは、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赤外光を下部放射温度計２０に導くための円筒状の孔である。貫通孔６１ａおよび貫通孔６１ｂは、それらの貫通方向の軸がサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの主面と交わるように、水平方向に対して傾斜して設けられている。貫通孔６１ａの熱処理空間６５に臨む側の端部には、上部放射温度計２５が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化カルシウム材料からなる透明窓２６が装着されている。また、貫通孔６１ｂの熱処理空間６５に臨む側の端部には、下部放射温度計２０が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化バリウム材料からなる透明窓２１が装着されている。
【００３４】
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）。
【００３５】
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。また、処理ガス供給源８５および排気部１９０は、熱処理装置１に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置１が設置される工場のユーティリティであっても良い。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、チャンバー側部６１に穿設された貫通孔６１ｂの貫通方向の軸とサセプタ７４の保持プレート７５とが交わる位置に形成されている。開口部７８は、下部放射温度計２０が半導体ウェハー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、下部放射温度計２０が開口部７８およびチャンバー側部６１の貫通孔６１ｂに装着された透明窓２１を介して半導体ウェハーＷの下面から放射された光を受光して当該半導体ウェハーＷの温度を測定する。このため、半導体ウェハーＷの下面における下部放射温度計２０の測定位置は、下部放射温度計２０から開口部７８を介して半導体ウェハーＷの下面を見たときの視野の範囲内に調整されなければならないが、その調整手法については後に詳述する。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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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からなる光源を内蔵している。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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
また、図１に示すように熱処理装置１は、上部放射温度計２５および下部放射温度計２０を備える。サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの斜め上方に設けられる上部放射温度計２５は、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射された瞬間の半導体ウェハーＷの上面の急激な温度変化を測定するための高速放射温度計である。一方、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの斜め下方に設けられる下部放射温度計２０は、半導体ウェハーＷの下面の温度を測定し、その測定結果に基づいてハロゲンランプＨＬの出力が制御される。
【００６０】
図８は、下部放射温度計２０のチャンバー側部６１への装着を説明するための側面図である。また、図９は図８のＡ−Ａ線から見た断面図である。本実施形態においては、下部放射温度計２０はパイロホルダー１１０に保持された状態にてチャンバー６に取り付けられる。
【００６１】
下部放射温度計２０は、円筒形状の筐体の内部に赤外光を受光する受光素子を内蔵して構成される。円筒形状の下部放射温度計２０は、その光軸が貫通孔６１ｂの貫通方向の軸と概ね一致するように、パイロホルダー１１０によってチャンバー６のチャンバー側部６１の外壁面に取り付けられる。下部放射温度計２０は、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から開口部７８を介して放射された赤外光をフッ化バリウムの透明窓２１を通して受光する。フッ化バリウムの透明窓２１は、下部放射温度計２０の測定波長域の赤外光を選択的に透過する。半導体ウェハーＷの下面から放射された赤外光を受光することに応答して下部放射温度計２０から出力された信号に基づいて、別置のディテクタが当該半導体ウェハーＷの下面の温度を算定する。
【００６２】
パイロホルダー１１０は、装着部１１１、引っ張りバネ１１２、底板１１３および角度調整機構１２０を備える。装着部１１１は、チャンバー６のチャンバー側部６１の外壁に図示省略のビスで留めることによって装着される。下部放射温度計２０の先端側を装着部１１１に当接させるとともに、後端側に底板１１３を当接させ、底板１１３と装着部１１１とに引っ張りバネ１１２を張架する。すなわち、底板１１３と装着部１１１との間に下部放射温度計２０を挟み込んだ状態にて底板１１３と装着部１１１とに引っ張りバネ１１２を張架するのである。これにより、下部放射温度計２０の後端側から先端側に向けて下部放射温度計２０はパイロホルダー１１０に押圧されることとなり、使用中における下部放射温度計２０の落下や位置ずれを防止することができる。また、後述する下部放射温度計２０の測定位置の調整時に、支点となる下部放射温度計２０の先端のパイロホルダー１１０に対する滑りや位置ずれを防止することができる。
【００６３】
パイロホルダー１１０に設けられた角度調整機構１２０は、調整リング１２１、第１ローレットボルト１２２、第２ローレットボルト１２３、および、バネ付きボルト１２４を備える。角度調整機構１２０は、装着部１１１に当接された下部放射温度計２０の先端を支点としてチャンバー６の外壁に対する下部放射温度計２０の角度を調整して下部放射温度計２０の測定位置を調整するための機構である。調整リング１２１は、円環形状の部材である。調整リング１２１の内径は、円筒形状の下部放射温度計２０の直径よりも大きい。調整リング１２１は、下部放射温度計２０の円筒形状の側壁面を囲繞するように設けられる。調整リング１２１の内側面と下部放射温度計２０の側壁面との間には一定の間隔が形成される。また、調整リング１２１は、円筒形状の下部放射温度計２０の長手方向に沿った中央よりも後端側の側壁面を囲むように設けられている。
【００６４】
第１ローレットボルト１２２は、その長手方向が水平方向に沿うように調整リング１２１に螺合される。第１ローレットボルト１２２は、その先端が水平方向から下部放射温度計２０の円筒形状の側壁面に当接する。一方、第２ローレットボルト１２３は、その長手方向が鉛直方向に沿うように調整リング１２１に螺合される。第２ローレットボルト１２３は、その先端が鉛直方向の下方から下部放射温度計２０の円筒形状の側壁面に当接する。すなわち、第１ローレットボルト１２２の長手方向と第２ローレットボルト１２３の長手方向とは直角をなす。
【００６５】
また、バネ付きボルト１２４は、その長手方向が第１ローレットボルト１２２の長手方向および第２ローレットボルト１２３の長手方向のそれぞれと１３５°をなすように調整リング１２１に螺合される。バネ付きボルト１２４の先端部の周囲を囲むようにバネ１２５が設けられる。バネ１２５は、調整リング１２１の内側面と下部放射温度計２０の側壁面との間に設けられており、下部放射温度計２０の側壁面を下部放射温度計２０の中心軸に向けて押圧する。
【００６６】
また、調整リング１２１には、第１ゲージ１２６および第２ゲージ１２７が設けられる。第１ゲージ１２６は、調整リング１２１に対する第１ローレットボルト１２２の回転量を計測するためのものである。第２ゲージ１２７は、調整リング１２１に対する第２ローレットボルト１２３の回転量を計測するためのものである。なお、上部放射温度計２５についても下部放射温度計２０と同様の構成にてチャンバー６に取り付けるようにしても良い。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
まず、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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。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。
【００７５】
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の温度が下部放射温度計２０によって測定されている。すなわち、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から開口部７８を介して放射された赤外光を透明窓２１を通して下部放射温度計２０が受光して昇温中のウェハー温度を測定する。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、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、下部放射温度計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。このように、下部放射温度計２０は、予備加熱時における半導体ウェハーＷの温度制御のための放射温度計である。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、好ましくは３５０℃ないし６００℃程度とされる（本実施の形態では６００℃）。
【００７６】
半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した後、制御部３は半導体ウェハーＷをその予備加熱温度Ｔ１に暫時維持する。具体的には、下部放射温度計２０によって測定される半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した時点にて制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を調整し、半導体ウェハーＷの温度をほぼ予備加熱温度Ｔ１に維持している。
【００７７】
このようなハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うことによって、半導体ウェハーＷの全体を予備加熱温度Ｔ１に均一に昇温している。ハロゲンランプＨＬによる予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、ハロゲン加熱部４におけるハロゲンランプＨＬの配設密度は、基板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の方が高くなっている。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一なものとすることができる。
【００７８】
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。
【００７９】
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。また、フラッシュ加熱によって半導体ウェハーＷの表面温度が急速に上昇して下降するときに、その表面温度を上部放射温度計２５によって測定するようにしても良い。
【００８０】
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の温度は下部放射温度計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、下部放射温度計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。
【００８１】
次に、半導体ウェハーＷの下面の温度を測定する下部放射温度計２０の測定位置の調整方法について説明する。この測定位置の調整は、メンテナンス時等に下部放射温度計２０をチャンバー６に取り付けたときに作業者によって行われるものである。図１０は、下部放射温度計２０の測定位置調整の手順を示すフローチャートである。
【００８２】
まず、下部放射温度計２０の測定位置を調整するための温度測定ターゲットとなる熱源を保持部７のサセプタ７４に保持させる（ステップＳ１）。図１１は、熱源１３１をサセプタ７４に保持した状態を模式的に示す図である。正確には、下面に熱源１３１を有する板状体１３０をサセプタ７４に保持させる。板状体１３０は、半導体ウェハーＷと同じく、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。よって、板状体１３０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、その間隔はサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面と保持プレート７５の保持面７５ａとの間に形成される間隔と同じである。
【００８３】
熱源１３１は、例えば平面状のヒータである。熱源１３１は例えば４００℃に昇温している。図１１に示すように、チャンバー６に取り付けられた下部放射温度計２０から開口部７８を介して板状体１３０の下面を見たときの視野の範囲内に熱源１３１が収まるように板状体１３０をサセプタ７４に保持させる。
【００８４】
次に、下部放射温度計２０をパイロホルダー１１０に保持させる（ステップＳ２）。具体的には、円筒形状の下部放射温度計２０を調整リング１２１の内側に挿通し、下部放射温度計２０の先端側を装着部１１１に当接させるとともに、後端側に底板１１３を当接させ、底板１１３と装着部１１１とに引っ張りバネ１１２を張架する。このときには、下部放射温度計２０の中心と調整リング１２１の中心とが一致するように下部放射温度計２０をパイロホルダー１１０に保持させる。また、第１ローレットボルト１２２および第２ローレットボルト１２３の先端が下部放射温度計２０の円筒形状の側壁面に接触するとともに、調整リング１２１の内側面と下部放射温度計２０の側壁面との間に設けられたバネ１２５によって当該側壁面が押圧される。なお、バネ付きボルト１２４の先端は下部放射温度計２０の側壁面から離間している。
【００８５】
続いて、下部放射温度計２０を保持した状態のパイロホルダー１１０をチャンバー側部６１の外壁に装着する（ステップＳ３）。パイロホルダー１１０がチャンバー側部６１の外壁に装着されると、下部放射温度計２０の光軸は貫通孔６１ｂの貫通方向の軸と概ね一致する（図８参照）。貫通孔６１ｂの貫通方向の軸とサセプタ７４の保持プレート７５とが交わる位置に開口部７８が形成されている。よって、チャンバー６に取り付けられた下部放射温度計２０の光軸はサセプタ７４の開口部７８を通って板状体１３０の下面と交わることとなる。そして、板状体１３０の下面において下部放射温度計２０の光軸と交わる領域が下部放射温度計２０の測定領域となる。
【００８６】
図１２は、板状体１３０の下面における下部放射温度計２０の測定領域２２を示す図である。下部放射温度計２０はサセプタ７４の斜め下方に設けられるため、板状体１３０の下面における下部放射温度計２０の測定領域２２は略楕円形状となる。下部放射温度計２０は、この測定領域２２から放射された赤外光を受光して当該測定領域２２の温度を測定する。従って、下部放射温度計２０の測定領域２２を半導体ウェハーＷの下面の定められた領域と一致させることが下部放射温度計２０の測定位置をウェハー面内の所定位置に合わせ込むこととなる。本実施形態においては、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面の定められた領域と同じ位置に熱源１３１が設けられており、測定領域２２を熱源１３１に近づけることによって下部放射温度計２０の測定位置を調整する。
【００８７】
下部放射温度計２０を保持したパイロホルダー１１０をチャンバー側部６１の外壁に装着した後、まずは下部放射温度計２０の回転角度を調整する（ステップＳ４）。正確には、円筒形状の下部放射温度計２０の中心軸を中心として下部放射温度計２０をその中心軸まわりで回転させて回転角度を調整する。下部放射温度計２０の光軸と中心軸とが完全に一致していれば、下部放射温度計２０を回転させても測定領域２２には影響しないのであるが、実際には製造誤差等によって僅かに下部放射温度計２０の光軸と中心軸とがずれている場合がある。このような場合には、下部放射温度計２０を回転させると、サセプタ７４に保持された板状体１３０の下面において、測定領域２２が僅かに移動することとなる。このため、下部放射温度計２０の回転角度を調整するのである。
【００８８】
具体的には、パイロホルダー１１０を固定したまま下部放射温度計２０を中心軸まわりで例えば４５°ずつ回転させる。そして、各回転角度での下部放射温度計２０による測定温度のうち最も高い温度を示した回転角度に下部放射温度計２０を回転させる。下部放射温度計２０の測定温度が最も高いことは、測定領域２２と熱源１３１との一致率が最も高いこと示している。すなわち、測定領域２２が熱源１３１に最も近づくように下部放射温度計２０を回転させるのである。
【００８９】
次に、チャンバー側部６１の外壁に対する下部放射温度計２０の傾斜角度の粗調整を行う（ステップＳ５）。正確には、パイロホルダー１１０の装着部１１１に当接された下部放射温度計２０の先端を支点としてチャンバー６の外壁に対する下部放射温度計２０の傾斜角度を調整する。チャンバー６の外壁に対する下部放射温度計２０の傾斜角度が変化すると、板状体１３０に対する下部放射温度計２０の光軸の角度も変化し、板状体１３０の下面にて測定領域２２が移動する。
【００９０】
具体的には、角度調整機構１２０の第１ローレットボルト１２２を０．５回転ずつ７段階にわたって回転させる。第１ローレットボルト１２２の回転量は第１ゲージ１２６によっと計測することができる。第１ローレットボルト１２２は、水平方向に沿った下部放射温度計２０の傾斜角度を調整する。第１ローレットボルト１２２によって下部放射温度計２０の先端を支点として下部放射温度計２０が水平方向に沿って回動すると、板状体１３０の下面においては図１２のＸ方向に測定領域２２が移動する。
【００９１】
第１ローレットボルト１２２を０．５回転ずつ７段階にわたって回転させる各段階において、第２ローレットボルト１２３を０．５回転ずつ７段階にわたって回転させる。第２ローレットボルト１２３の回転量は第２ゲージ１２７によって計測することができる。第２ローレットボルト１２３は、鉛直方向に沿った下部放射温度計２０の傾斜角度を調整する。第２ローレットボルト１２３によって下部放射温度計２０の先端を支点として下部放射温度計２０が鉛直方向に沿って回動すると、板状体１３０の下面においては図１２のＹ方向に測定領域２２が移動する。なお、第１ローレットボルト１２２および第２ローレットボルト１２３の回転によって下部放射温度計２０の傾斜角度を調整している間、バネ１２５によって下部放射温度計２０の側壁面が第１ローレットボルト１２２および第２ローレットボルト１２３に向けて押圧され続けている。このため、第１ローレットボルト１２２および第２ローレットボルト１２３の回転による下部放射温度計２０の傾斜角度の変更は可能であるものの、下部放射温度計２０の意図しない移動は規制されている。
【００９２】
第１ローレットボルト１２２を７段階にわたって回転させる各段階において、第２ローレットボルト１２３を７段階にわたって回転させることにより、板状体１３０の下面においては、測定領域２２がＸＹ方向に４９段階に移動することとなる。そして、測定領域２２が移動する各段階で下部放射温度計２０が温度測定を行うことにより、４９点の温度測定データを取得することができる。上述したように、測定領域２２を熱源１３１に近づけるように下部放射温度計２０の測定位置を調整しているため、４９点の温度測定データのうち最も高い測定温度を示した段階に対応する回転量に第１ローレットボルト１２２および第２ローレットボルト１２３を回転させる。
【００９３】
続いて、下部放射温度計２０の傾斜角度の微調整を行う（ステップＳ６）。具体的には、上記の粗調整によって求められた回転量に第１ローレットボルト１２２および第２ローレットボルト１２３を回転させた後、第１ローレットボルト１２２および第２ローレットボルト１２３を少量回転させ（例えば、０．２５回転）、下部放射温度計２０の測定温度が最も高くなるようにする。このようにすれば、測定領域２２を熱源１３１に最も近づけることができ、下部放射温度計２０の測定位置を半導体ウェハーＷの下面の所定位置に正確に合わせ込むことができる。
【００９４】
第１ローレットボルト１２２および第２ローレットボルト１２３の最終的な回転量が決定されて角度調整が完了した後、バネ付きボルト１２４を回転させてその先端（ボルト部分）を下部放射温度計２０の側壁面に当接させることにより下部放射温度計２０を固定する（ステップＳ７）。これにより、下部放射温度計２０の測定位置が半導体ウェハーＷの下面の所定位置に合わせ込まれた状態で下部放射温度計２０が第１ローレットボルト１２２、第２ローレットボルト１２３およびバネ付きボルト１２４によって３点支持されて固定されることとなる。
【００９５】
本実施形態においては、下部放射温度計２０を保持したパイロホルダー１１０をチャンバー６の外壁に装着することによって下部放射温度計２０をチャンバー６に取り付けている。そして、そのパイロホルダー１１０に設けられた角度調整機構１２０等を用いることによって下部放射温度計２０の測定位置を調整している。このため、下部放射温度計２０の測定位置を半導体ウェハーＷの面内の所定位置に正確に合わせ込むことができるとともに、下部放射温度計２０を一旦取り外してから再度取り付けた場合であっても、同じ手順にて下部放射温度計２０の測定位置を調整すれば再現性良く当該測定位置を元の位置に戻すことができる。また、例えば工場内に複数台の熱処理装置１が設置されていた場合に、同じ手順にて下部放射温度計２０の測定位置を調整すれば、それら複数の熱処理装置１間での機差を最小限に抑制することができる。なお、下部放射温度計２０はパイロホルダー１１０ごとチャンバー６から取り外すようにしても良いし、下部放射温度計２０のみをパイロホルダー１１０から取り外すようにしても良い。
【００９６】
また、角度調整機構１２０の調整リング１２１は円筒形状の下部放射温度計２０の長手方向に沿った中央よりも後端側の側壁面を囲むように設けられているため、角度調整機構１２０による下部放射温度計２０の先端を支点とした傾斜角度の調整が比較的容易となる。それに加えて、測定位置調整後に、第１ローレットボルト１２２、第２ローレットボルト１２３およびバネ付きボルト１２４によって下部放射温度計２０を３点支持したときの安定性が増すこととなる。
【００９７】
また、引っ張りバネ１１２によって下部放射温度計２０の後端側から先端側に向けて下部放射温度計２０をパイロホルダー１１０に押圧しているため、下部放射温度計２０の落下や位置ずれを防止することができる。
【００９８】
また、角度調整機構１２０に第１ゲージ１２６および第２ゲージ１２７を設けることによって、第１ローレットボルト１２２および第２ローレットボルト１２３の回転量を計測することができる。すなわち、第１ゲージ１２６によって第１ローレットボルト１２２による下部放射温度計２０の水平方向に沿った角度調整量が測定される。また、第２ゲージ１２７によって第２ローレットボルト１２３による下部放射温度計２０の鉛直方向に沿った角度調整量が測定される。その結果、第１ローレットボルト１２２および第２ローレットボルト１２３による下部放射温度計２０の測定位置を定量化することができ、作業者の経験や能力にかかわらず下部放射温度計２０の測定位置を再現性良く調整することができる。
【００９９】
また、本実施形態においては、下部放射温度計２０をサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの斜め下方に設けている。下部放射温度計２０を半導体ウェハーＷの直下にてウェハー面に垂直に設けた場合には、下部放射温度計２０の光軸と半導体ウェハーＷの主面とのなす角度が９０°となる。これに対して、下部放射温度計２０を半導体ウェハーＷの斜め下方に設ければ、下部放射温度計２０の光軸と半導体ウェハーＷの主面とのなす角度が９０°未満となる。
【０１００】
図１３は、下部放射温度計２０の光軸と半導体ウェハーＷの主面とのなす角度が半導体ウェハーＷの見かけの放射率に与える影響を示す図である。半導体ウェハーＷの下面に膜厚の異なる２種類の薄膜を形成し、下部放射温度計２０の光軸と半導体ウェハーＷの主面とのなす角度が１５°と９０°のそれぞれの場合の見かけの放射率を同図に示す。また、図１３には、下部放射温度計２０の測定波長域での半導体ウェハーＷの見かけの放射率を示す。
【０１０１】
図１３に示すように、下部放射温度計２０の光軸と半導体ウェハーＷの主面とのなす角度が９０°である場合には、半導体ウェハーＷの見かけの放射率がその下面に形成された薄膜の膜厚や膜種に大きく依存する。これに対して、下部放射温度計２０の光軸と半導体ウェハーＷの主面とのなす角度が１５°の場合には、半導体ウェハーＷの見かけの放射率がその下面に形成された薄膜の膜厚や膜種にほとんど依存しない。すなわち、下部放射温度計２０を半導体ウェハーＷの斜め下方に設けることにより、半導体ウェハーＷに形成された薄膜の膜厚や膜種による放射率への影響を軽減することができ、半導体ウェハーＷごとの厳格な放射率調整が不要となる。
【０１０２】
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、下部放射温度計２０の測定位置を調整していたが、上部放射温度計２５についても下部放射温度計２０と同様に構成して同じように測定位置の調整を行うようにしても良い。
【０１０３】
また、上記実施形態においては、下部放射温度計２０の傾斜角度調整時に第１ローレットボルト１２２および第２ローレットボルト１２３をそれぞれ７段階にわたって回転させていたが、これに限定されるものではなく、それらの回転量は適宜の多段であれば良い。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。また、本発明に係る技術は、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に適用するようにしても良い。
【符号の説明】
【０１０６】
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  下部放射温度計
２５  上部放射温度計
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
７８  開口部
１１０  パイロホルダー
１１１  装着部
１１２  引っ張りバネ
１１３  底板
１２０  角度調整機構
１２１  調整リング
１２２  第１ローレットボルト
１２３  第２ローレットボルト
１２４  バネ付きボルト
１２５  バネ
１２６  第１ゲージ
１２７  第２ゲージ
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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【図１３】
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