(57)【要約】【課題】石英ガラス越しに基板の温度を測定することができる温度測定方法および熱処理装置を提供する。【解決手段】チャンバー内にて半導体ウェハーＷは石英のサセプタ７４に保持される。石英ガラスの下側チャンバー窓６４よりも下方に測定波長域が３μｍ以上４μｍ以下の放射温度計２０およびハロゲンランプＨＬが配置されている。ハロゲンランプＨＬからの光照射によって加熱される半導体ウェハーＷの温度を放射温度計２０によって測定する。放射温度計２０の測定波長域が３μｍ以上４μｍ以下であるため、ハロゲンランプＨＬからの放射光の影響を最小限に抑制しつつ、石英ガラスの下側チャンバー窓６４越しに半導体ウェハーＷの温度を測定することができる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱されている基板の温度を測定する温度測定方法であって、
チャンバー内に収容されている基板にハロゲンランプから光を照射して当該基板を加熱する加熱工程と、
前記基板から放射された赤外光を測定波長域３μｍ以上４μｍ以下の放射温度計によって受光する受光工程と、
前記放射温度計の出力信号から前記ハロゲンランプからの放射光に由来する成分を減算して基板由来成分を求める減算工程と、
前記基板由来成分から前記基板の温度を求める温度算定工程と、
を備えることを特徴とする温度測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の温度測定方法において、
前記ハロゲンランプからの放射光に由来する成分は、前記ハロゲンランプからの放射光のエネルギーの時間関数に対して前記放射温度計のインパルス応答をたたみ込み積分して求めることを特徴とする温度測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の温度測定方法において、
前記ハロゲンランプおよび前記放射温度計は前記チャンバーの外部に設置され、
前記加熱工程では、前記ハロゲンランプから出射された光が前記チャンバーに設けられた石英のチャンバー窓を透過して前記基板に照射され、
前記受光工程では、前記基板から放射されて前記チャンバー窓を透過した赤外光を前記放射温度計が受光することを特徴とする温度測定方法。
【請求項４】
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収容された前記基板に光を照射するハロゲンランプと、
前記基板から放射される赤外光を受光して前記基板の温度を測定する測定波長域が３μｍ以上４μｍ以下の放射温度計と、
前記放射温度計の出力信号から前記ハロゲンランプからの放射光に由来する成分を減算して基板由来成分を求める減算部と、
前記基板由来成分から前記基板の温度を求める温度算定部と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項４記載の熱処理装置において、
前記減算部は、前記ハロゲンランプからの放射光のエネルギーの時間関数に対して前記放射温度計のインパルス応答をたたみ込み積分して前記ハロゲンランプからの放射光に由来する成分を求めることを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５記載の熱処理装置において、
前記ハロゲンランプおよび前記放射温度計は前記チャンバーの外部に設置され、
前記ハロゲンランプから出射された光が前記チャンバーに設けられた石英のチャンバー窓を透過して前記基板に照射されるとともに、前記基板から放射されて前記チャンバー窓を透過した赤外光を前記放射温度計が受光することを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記放射温度計はインジウムアンチモンの受光素子を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
請求項４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装置およびその基板の温度を測定する温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、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】
フラッシュランプアニールに限らず熱処理では半導体ウェハーの温度を適切に管理することが重要である。一般には、半導体ウェハーの熱処理では非接触の放射温度計によって温度測定が行われ、例えば特許文献１には、フラッシュ光照射前のハロゲンランプによる予備加熱時に放射温度計によって半導体ウェハーの温度を測定することが開示されている。
【０００６】
典型的には放射温度計は、物体から放射される赤外光を受光してそのエネルギーから当該物体の温度を測定し、赤外光を受光する受光素子としてサーモパイルを使用している。サーモパイルの測定波長域は６．５μｍ〜１４μｍである。この測定波長域は、５００℃以上のシリコンの半導体ウェハーの温度測定に適しているとともに、ハロゲンランプからの放射光の影響を受けにくい。その一方、当該波長域の赤外光は合成石英ガラスを透過しないため、受光素子にサーモパイルを採用した放射温度計では石英ガラス越しの温度測定は不可能である。
【０００７】
このため、特許文献１等に開示されるような従来の熱処理装置では、半導体ウェハーを収容するチャンバーの内部であって、その半導体ウェハーの斜め下方に放射温度計を設置するようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２２５６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、チャンバーの内部にはウェハー搬送用のアームや処理ガス等の配管が配置されているため、放射温度計を設置できる空間は極めて限られていた。このため、半導体ウェハーの複数箇所の温度を測定するために複数の放射温度計を設置しようとしても、十分なスペースが無いために実現困難であった。
【００１０】
また、石英ガラス越しの温度測定が不可能であるため、半導体ウェハーを保持する石英のサセプタに温度測定用の穴を設け、その穴を通った赤外光を放射温度計が受光して温度測定を行う必要があった。この場合、放射温度計の光軸を厳密に当該穴に合わせなければならず、光軸調整のための作業が繁雑であった。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、石英ガラス越しに基板の温度を測定することができる温度測定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】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、加熱されている基板の温度を測定する温度測定方法において、チャンバー内に収容されている基板にハロゲンランプから光を照射して当該基板を加熱する加熱工程と、前記基板から放射された赤外光を測定波長域３μｍ以上４μｍ以下の放射温度計によって受光する受光工程と、前記放射温度計の出力信号から前記ハロゲンランプからの放射光に由来する成分を減算して基板由来成分を求める減算工程と、前記基板由来成分から前記基板の温度を求める温度算定工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る温度測定方法において、前記ハロゲンランプからの放射光に由来する成分は、前記ハロゲンランプからの放射光のエネルギーの時間関数に対して前記放射温度計のインパルス応答をたたみ込み積分して求めることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る温度測定方法において、前記ハロゲンランプおよび前記放射温度計は前記チャンバーの外部に設置され、前記加熱工程では、前記ハロゲンランプから出射された光が前記チャンバーに設けられた石英のチャンバー窓を透過して前記基板に照射され、前記受光工程では、前記基板から放射されて前記チャンバー窓を透過した赤外光を前記放射温度計が受光することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４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収容された前記基板に光を照射するハロゲンランプと、前記基板から放射される赤外光を受光して前記基板の温度を測定する測定波長域が３μｍ以上４μｍ以下の放射温度計と、前記放射温度計の出力信号から前記ハロゲンランプからの放射光に由来する成分を減算して基板由来成分を求める減算部と、前記基板由来成分から前記基板の温度を求める温度算定部と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る熱処理装置において、前記減算部は、前記ハロゲンランプからの放射光のエネルギーの時間関数に対して前記放射温度計のインパルス応答をたたみ込み積分して前記ハロゲンランプからの放射光に由来する成分を求めることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６の発明は、請求項４または請求項５の発明に係る熱処理装置において、前記ハロゲンランプおよび前記放射温度計は前記チャンバーの外部に設置され、前記ハロゲンランプから出射された光が前記チャンバーに設けられた石英のチャンバー窓を透過して前記基板に照射されるとともに、前記基板から放射されて前記チャンバー窓を透過した赤外光を前記放射温度計が受光することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７の発明は、請求項４から請求項６のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記放射温度計はインジウムアンチモンの受光素子を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８の発明は、請求項４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ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１から請求項３の発明によれば、測定波長域３μｍ以上４μｍ以下の放射温度計の出力信号よりハロゲンランプからの放射光に由来する成分を減算した基板由来成分から基板の温度を求めるため、３μｍ以上４μｍ以下の赤外光は石英ガラスを透過することができ、石英ガラス越しに基板の温度を測定することができる。
【００２１】
請求項４から請求項８の発明によれば、測定波長域が３μｍ以上４μｍ以下の放射温度計の出力信号よりハロゲンランプからの放射光に由来する成分を減算した基板由来成分から基板の温度を求めるため、３μｍ以上４μｍ以下の赤外光は石英ガラスを透過することができ、石英ガラス越しに基板の温度を測定することができる。
【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】放射温度計を用いた温度測定機構を模式的に示す図である。
【図９】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１０】石英ガラスの分光透過率を示す図である。
【図１１】ハロゲンランプの分光放射強度を示す図である。
【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】
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。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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、石英ガラス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、石英ガラス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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、窒素（Ｎ２）等の不活性ガス、または、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）等の反応性ガスを用いることができる（本実施形態では窒素）。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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φ２８０ｍｍ）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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
また、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。
【００４２】
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。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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
また、図１に示すように、チャンバー６の下方であって、チャンバー６とハロゲン加熱部４との間に放射温度計２０が設置されている。すなわち、放射温度計２０は、チャンバー６の外部に設置されている。放射温度計２０は、チャンバー６内に収容された半導体ウェハーＷの温度を測定する。
【００５５】
図８は、放射温度計２０を用いた温度測定機構を模式的に示す図である。本実施形態の放射温度計２０は、インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）の受光素子を備えている。インジウムアンチモンの測定波長域は、サーモパイル（６．５μｍ〜１４μｍ）よりも短く、３μｍ以上４μｍ以下である。すなわち、放射温度計２０の測定波長域は３μｍ以上４μｍ以下である。
【００５６】
放射温度計２０は制御部３に電気的に接続されている。制御部３は、熱処理装置１に設けられた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（いずれも図示省略）。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。
【００５７】
制御部３は、減算部３１および温度算定部３２を備える。減算部３１および温度算定部３２は、制御部３のＣＰＵが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。減算部３１および温度算定部３２の詳細な処理内容についてはさらに後述するが、放射温度計２０からの出力信号をこれら機能処理部が処理することによって半導体ウェハーＷの温度が求められる。制御部３は、求められた半導体ウェハーＷの温度に基づいてハロゲンランプＨＬのランプ電源４５を制御し、ランプ電源４５からハロゲンランプＨＬに供給する電力を調整する。
【００５８】
また、制御部３には、入力部３４および表示部３５が接続されている。入力部３４としては、キーボード、マウス等の種々の公知の入力機器を採用することができる。表示部３５は、例えば熱処理装置１の外壁に設けられた液晶ディスプレイ等の表示パネルである。入力部３４および表示部３５として、双方の機能を有するタッチパネルを採用するようにしても良い。
【００５９】
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。
【００６０】
次に、半導体ウェハーＷに対する処理手順について説明する。図９は、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。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。
【００６１】
まず、処理対象となる半導体ウェハーＷが熱処理装置１のチャンバー６に搬入される（ステップＳ１）。半導体ウェハーＷの搬入時には、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。この際に、バルブ８４を開放してチャンバー６内に窒素ガスを供給し続けることによって搬送開口部６６から窒素ガス流を流出させ、装置外部の雰囲気がチャンバー６内の流入するのを最小限に抑制するようにしても良い。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。
【００６２】
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。
【００６３】
また、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖されて熱処理空間６５が密閉空間とされた後、チャンバー６内の雰囲気調整が行われる（ステップＳ２）。具体的にはバルブ８４が開放されてガス供給孔８１から熱処理空間６５に処理ガスが供給される。本実施形態では、処理ガスとして窒素がチャンバー６内の熱処理空間６５に供給される。また、バルブ８９が開放されてガス排気孔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処理ガスが下方へと流れて熱処理空間６５の下部から排気され、熱処理空間６５が窒素雰囲気に置換される。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。
【００６４】
チャンバー６内が窒素雰囲気に置換され、半導体ウェハーＷが保持部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Ｓ３）。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。
【００６５】
ハロゲンランプＨＬによる予備加熱が開始された後、放射温度計２０による半導体ウェハーＷの温度計測が開始される（ステップＳ４）。図１，８に示すように、放射温度計２０はチャンバー６の外部に設置されており、石英ガラスの下側チャンバー窓６４越しに半導体ウェハーＷの温度を計測することとなる。
【００６６】
図１０は、石英ガラスの分光透過率を示す図である。上述したように、放射温度計２０の測定波長域は３μｍ以上４μｍ以下である。図１０に示すように、石英ガラスは３μｍ以上４μｍ以下の波長域の赤外光をある程度透過させる。よって、放射温度計２０は、半導体ウェハーＷから放射されて石英のサセプタ７４および下側チャンバー窓６４を透過した３μｍ以上４μｍ以下の波長の赤外光を受光することができる。
【００６７】
一方、図１１は、ハロゲンランプＨＬの分光放射強度を示す図である。同図には、ピークの強度に対する相対強度を示している。図１１に示すように、ハロゲンランプＨＬは、波長１μｍ近傍に放射強度のピークを有するものの、３μｍ以上４μｍ以下の波長域でもある程度の強度の赤外光を放射している。従って、放射温度計２０は、半導体ウェハーＷから放射されて下側チャンバー窓６４を透過した３μｍ以上４μｍ以下の波長の赤外光を受光するとともに、ハロゲンランプＨＬから放射された３μｍ以上４μｍ以下の波長の赤外光も受光することとなる。このようなハロゲンランプＨＬから放射温度計２０に入射する波長３μｍ以上４μｍ以下の赤外光は、半導体ウェハーＷの温度測定には外乱光となる。そこで、本実施形態においては、以下のようにしてハロゲンランプＨＬからの放射光の影響を排除している。
【００６８】
半導体ウェハーＷから放射された赤外光およびハロゲンランプＨＬから出射された赤外光を受光した放射温度計２０は、受光した赤外光のエネルギーに応じた強度の電気信号を出力する。放射温度計２０の出力信号Ｙ（ｔ）は次の式（１）で表される。式（１）において、Ｘｗ（ｔ）は半導体ウェハーＷから放射された赤外光に由来する基板由来成分であり、Ｘｏ（ｔ）はその他の外乱光に由来する成分である。その他の外乱光には、ハロゲンランプＨＬから出射された赤外光の他にもチャンバー６からの反射光等も含まれるが、そのような反射光等はハロゲンランプＨＬからの光に比較して無視できる程度の光量であるため、Ｘｏ（ｔ）は実質的にはハロゲンランプＨＬからの放射光に由来する成分とみなすことができる。なお、ｔは時間であり、Ｙ（ｔ），Ｘｗ（ｔ），Ｘｏ（ｔ）はいずれも時間の関数である。
【００６９】
【数１】
2018044915.tif 000003
【００７０】
放射温度計２０からの出力信号Ｙ（ｔ）を受信した制御部３の減算部３１は、式（２）に示すように、出力信号Ｙ（ｔ）からハロゲンランプＨＬからの放射光に由来する成分Ｘｏ（ｔ）を減算して基板由来成分Ｘｗ（ｔ）を求める（ステップＳ５）。
【００７１】
【数２】
2018044915.tif 000004
【００７２】
ここで、減算部３１は、次の式（３）よりハロゲンランプＨＬからの放射光に由来する成分Ｘｏ（ｔ）を算定する。式（３）において、Ｅ（ｔ）はハロゲンランプＨＬからの放射光のエネルギーの時間関数である。また、ｈ（ｔ）は放射温度計２０のインパルス応答である。
【００７３】
【数３】
2018044915.tif 000005
【００７４】
ハロゲンランプＨＬによる半導体ウェハーＷの予備加熱を行う際には、半導体ウェハーＷが所定温度に昇温するまでの初期段階では制御部３がランプ電源４５を開ループ制御するとともに、半導体ウェハーＷが所定温度以上に昇温した後には放射温度計２０による温度測定結果に基づいて制御部３がランプ電源４５を閉ループ制御する。従って、ハロゲンランプＨＬからの放射光のエネルギーＥ（ｔ）は一定ではなく、時間の経過とともに変動し、時間の関数として表すことができる。よって、ハロゲンランプＨＬからの放射光に由来する成分Ｘｏ（ｔ）も一定ではなく、時間とともに変動する。
【００７５】
ハロゲンランプＨＬからの放射光に対する放射温度計２０の応答は一次遅れ系とみなされる。従って、ハロゲンランプＨＬからの放射光に由来する成分Ｘｏ（ｔ）は、ハロゲンランプＨＬからの放射光のエネルギーＥ（ｔ）に対して放射温度計２０のインパルス応答ｈ（ｔ）をたたみ込み積分して得られる。放射温度計２０のインパルス応答ｈ（ｔ）は次の式（４）にて表される。
【００７６】
【数４】
2018044915.tif 000006
【００７７】
式（４）において、Ｋはゲイン定数であり、Ｔは時定数である。これらのゲイン定数Ｋおよび時定数Ｔは予め実験的に求めておく。減算部３１は、式（３）にしたがって、ハロゲンランプＨＬからの放射光のエネルギーＥ（ｔ）に対して放射温度計２０のインパルス応答ｈ（ｔ）をたたみ込み積分してハロゲンランプＨＬからの放射光に由来する成分Ｘｏ（ｔ）を求める。さらに、減算部３１は、式（２）にしたがって、出力信号Ｙ（ｔ）からハロゲンランプＨＬからの放射光に由来する成分Ｘｏ（ｔ）を減算して基板由来成分Ｘｗ（ｔ）を求める。なお、ハロゲンランプＨＬからの放射光のエネルギーＥ（ｔ）は、制御部３自身のランプ電源４５に対する制御内容から取得することができる。
【００７８】
減算部３１が基板由来成分Ｘｗ（ｔ）を求めた後、制御部３の温度算定部３２が基板由来成分Ｘｗ（ｔ）から半導体ウェハーＷの温度を求める（ステップＳ６）。基板由来成分Ｘｗ（ｔ）は、放射温度計２０の出力信号Ｙ（ｔ）からハロゲンランプＨＬの放射光の影響を排除した半導体ウェハーＷから放射された赤外光のみに由来する成分である。よって、基板由来成分Ｘｗ（ｔ）から半導体ウェハーＷの温度を算定することが可能となる。
【００７９】
基板由来成分Ｘｗ（ｔ）から半導体ウェハーＷの温度を算定する基本的な原理は、黒体の温度と放射エネルギーとの関係を示すシュテファン＝ボルツマンの法則およびプランクの法則を用いるものである。もっとも、典型的には、半導体ウェハーＷの温度と放射温度計２０からの出力信号とを実際に測定して作成した変換テーブルを用いることも多い。温度算定部３２は、そのような変換テーブルに基づいて基板由来成分Ｘｗ（ｔ）から半導体ウェハーＷの温度を求めれば良い。基板由来成分Ｘｗ（ｔ）は半導体ウェハーＷから放射された赤外光のみに由来する放射温度計２０の出力信号であるため、温度算定部３２は正確に半導体ウェハーＷの温度を算定することができる。
【００８０】
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（ステップＳ５〜ステップＳ７）。すなわち、制御部３は、放射温度計２０による測定結果に基づいて、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１となるようにランプ電源４５を閉ループ制御する。予備加熱温度Ｔ１は、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℃）。
【００８１】
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、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。このときにも、上述と同様に、放射温度計２０の出力信号Ｙ（ｔ）から基板由来成分Ｘｗ（ｔ）を抽出して半導体ウェハーＷの温度を測定している。
【００８２】
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、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。
【００８３】
次に、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が半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱処理を実行する（ステップＳ８）。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。
【００８４】
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。
【００８５】
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、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（ステップＳ９）、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。
【００８６】
本実施形態においては、測定波長域が３μｍ以上４μｍ以下の放射温度計２０を用いている。図１０に示したように、石英ガラスのサセプタ７４および下側チャンバー窓６４は３μｍ以上４μｍ以下の波長域の赤外光をある程度透過させるものの、波長４μｍを超える赤外光はほとんど透過させない。従って、測定波長域が４μｍを超える放射温度計（例えば、受光素子にサーモパイルを用いた放射温度計）では石英ガラスの下側チャンバー窓６４越しに半導体ウェハーＷの温度を測定することは不可能である。本実施形態の放射温度計２０の測定波長域は３μｍ以上４μｍ以下であるため、当該波長域の赤外光は石英ガラスのサセプタ７４および下側チャンバー窓６４を透過することができ、放射温度計２０は石英ガラスの下側チャンバー窓６４越しに半導体ウェハーＷからの赤外光を受光してその温度を測定することができる。
【００８７】
一方、図１１に示したように、ハロゲンランプＨＬは３μｍ以上４μｍ以下の波長域でもある程度の強度の赤外光を放射するものの、波長３μｍ未満の赤外光の放射強度はさらに強くなる。従って、測定波長域が３μｍ未満の放射温度計ではハロゲンランプＨＬからの外乱光の影響が過度に大きくなり、半導体ウェハーＷの温度を正確に測定することが困難となる。本実施形態の放射温度計２０の測定波長域は３μｍ以上４μｍ以下であるため、ハロゲンランプＨＬからの放射光の影響を最小限に抑制して放射温度計２０による半導体ウェハーＷの温度測定を可能にしている。
【００８８】
要するに、放射温度計２０の測定波長域を３μｍ以上４μｍ以下とすることによって、ハロゲンランプＨＬからの放射光の影響を最小限に抑制しつつ、石英ガラスの下側チャンバー窓６４越しの半導体ウェハーＷの温度測定を可能にしているのである。石英ガラスの下側チャンバー窓６４越しに半導体ウェハーＷの温度を測定することができれば、放射温度計２０をチャンバー６の外部であって下側チャンバー窓６４の下方に設置することが可能となる。このため、チャンバー６の内部に放射温度計２０を設置するためのスペースを確保する必要がなくなる。
【００８９】
また、チャンバー６の外部に放射温度計２０を設置することができれば、複数の放射温度計２０を配置して半導体ウェハーＷの複数箇所の温度測定を行うことができる。さらに、石英ガラス越しに半導体ウェハーＷの温度を測定することができれば、サセプタ７４に温度測定用の穴を設ける必要がなくなり、その穴に放射温度計２０の光軸を合わせるための繁雑な光軸調整作業が不要となる。
【００９０】
放射温度計２０による温度測定時には、ハロゲンランプＨＬからの放射光の影響を最小限に抑制しているものの、放射温度計２０は半導体ウェハーＷから放射された赤外光およびハロゲンランプＨＬから出射された赤外光の双方を受光することとなる。そこで、放射温度計２０の出力信号Ｙ（ｔ）からハロゲンランプＨＬからの放射光に由来する成分Ｘｏ（ｔ）を減算して基板由来成分Ｘｗ（ｔ）を抽出し、ハロゲンランプＨＬからの放射光の影響を排除することによって正確に半導体ウェハーＷの温度を求めることができる。ハロゲンランプＨＬからの放射光に由来する成分Ｘｏ（ｔ）は、ハロゲンランプＨＬからの放射光のエネルギーＥ（ｔ）に対して放射温度計２０のインパルス応答ｈ（ｔ）をたたみ込み積分して得られる。
【００９１】
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、１つの放射温度計２０を設けるようにしていたが、複数の放射温度計２０を設けて半導体ウェハーＷの複数箇所の温度を測定して面内温度分布を取得するようにしても良い。石英ガラス越しに半導体ウェハーＷの温度を測定することができる放射温度計２０であれば、チャンバー６の外部に容易に複数の放射温度計２０を配置することができる。この場合、複数の放射温度計２０の測定結果に基づいて、制御部３がハロゲンランプＨＬの配置ゾーン毎に個別にランプ電源４５を閉ループ制御するようにしても良い（ゾーン制御）。
【００９２】
また、放射温度計２０の設置位置はチャンバー６の外部に限定されるものではなく、チャンバー６の内部であっても良い。この場合であっても、放射温度計２０によって石英のサセプタ７４越しに半導体ウェハーＷの温度を測定することができる。
【００９３】
また、上記実施形態においては、減算部３１および温度算定部３２を制御部３に設けるようにしていたが、減算部３１および温度算定部３２は放射温度計２０の内部に設けるようにしても良いし、或いは放射温度計２０に接続された別置の検出器に設けるようにしても良い。
【００９４】
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。
【００９５】
また、上記実施形態においては、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱後に半導体ウェハーＷにフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射する熱処理装置１にて予備加熱時の温度測定に本発明に係る技術を適用していたが、本発明に係る技術はハロゲンランプのみによって半導体ウェハーＷを加熱する装置（例えば、スパイクアニール装置、ＣＶＤ装置等）に適用しても良い。
【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
２０  放射温度計
３１  減算部
３２  温度算定部
６４  下側チャンバー窓
６５  熱処理空間
７４  サセプタ
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】
2018044915.tif 000007
【図２】
2018044915.tif 000008
【図３】
2018044915.tif 000009
【図４】
2018044915.tif 000010
【図５】
2018044915.tif 000011
【図６】
2018044915.tif 000012
【図７】
2018044915.tif 000013
【図８】
2018044915.tif 000014
【図９】
2018044915.tif 000015
【図１０】
2018044915.tif 000016
【図１１】
2018044915.tif 000017