(57)【要約】【課題】フラッシュ光照射時における基板の割れを簡易な構成にて検出することができる熱処理方法および熱処理装置を提供する。【解決手段】フラッシュ光照射によって半導体ウェハーの表面を急速に加熱する。フラッシュ光照射後の半導体ウェハーの表面温度を一定間隔で測定し、それらを順次に蓄積することによって温度プロファイルを取得する。その温度プロファイルから特性値として平均値および標準偏差を算定する。温度プロファイルの平均値が複数の半導体ウェハーについての総平均から±５σの範囲から外れているとき、または、温度プロファイルの標準偏差が複数の半導体ウェハーについての総平均から５σの範囲から外れているときに半導体ウェハーが割れていると判定する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にフラッシュ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、
フラッシュランプから基板の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュ光照射工程と、
前記フラッシュ光を照射した後の所定期間の前記基板の表面温度を測定して温度プロファイルを取得する温度測定工程と、
前記温度プロファイルを解析して前記基板の割れを検出する検出工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
基板にフラッシュ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、
フラッシュランプから基板の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュ光照射工程と、
前記フラッシュ光の照射を開始してから所定期間の前記基板の表面温度を測定して温度プロファイルを取得する温度測定工程と、
前記温度プロファイルを解析して前記基板の割れを検出する検出工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の熱処理方法において、
前記検出工程では、前記温度プロファイルの特性値が所定範囲から外れているときに前記基板が割れていると判定することを特徴とする熱処理方法。
【請求項４】
請求項３記載の熱処理方法において、
前記特性値は、前記温度プロファイルの平均値および標準偏差であり、
前記検出工程では、前記温度プロファイルの平均値が所定範囲から外れている、または、前記温度プロファイルの標準偏差が所定範囲から外れているときに前記基板が割れていると判定することを特徴とする熱処理方法。
【請求項５】
請求項４記載の熱処理方法において、
前記検出工程では、前記温度プロファイルの平均値が±５σの範囲から外れているとき、または、前記プロファイルの標準偏差が５σの範囲を超えているときに前記基板が割れていると判定することを特徴とする熱処理方法。
【請求項６】
請求項３記載の熱処理方法において、
前記検出工程は、前記特性値を選択して設定する工程を含むことを特徴とする熱処理方法。
【請求項７】
請求項２記載の熱処理方法において、
前記検出工程では、前記フラッシュ光の照射を開始してから前記基板の表面温度が昇温を継続する時間が前記フラッシュランプのフラッシュ光照射時間と所定値以上乖離する場合には前記基板が割れていると判定することを特徴とする熱処理方法。
【請求項８】
請求項１または請求項２記載の熱処理方法において、
前記検出工程では、前記基板よりも前に処理された基板の表面温度を測定して取得された基準温度プロファイルと前記温度プロファイルとを比較して前記基板の割れを判定することを特徴とする熱処理方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記温度測定工程では、前記基板の表面から放射された波長５μｍ以上６．５μｍ以下の赤外光の強度から前記基板の表面温度を測定することを特徴とする熱処理方法。
【請求項１０】
基板にフラッシュ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の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
前記基板の表面から放射された赤外光を受光して当該表面の温度を測定する放射温度計と、
前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射した後の所定期間に前記放射温度計によって測定された前記基板の表面温度の温度プロファイルを取得するプロファイル取得部と、
前記温度プロファイルを解析して前記基板の割れを検出する解析部と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１１】
基板にフラッシュ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の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
前記基板の表面から放射された赤外光を受光して当該表面の温度を測定する放射温度計と、
前記フラッシュランプからフラッシュ光の照射を開始してからの所定期間に前記放射温度計によって測定された前記基板の表面温度の温度プロファイルを取得するプロファイル取得部と、
前記温度プロファイルを解析して前記基板の割れを検出する解析部と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１記載の熱処理装置において、
前記解析部は、前記温度プロファイルの特性値が所定範囲から外れているときに前記基板が割れていると判定することを特徴とする熱処理装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の熱処理装置において、
前記特性値は、前記温度プロファイルの平均値および標準偏差であり、
前記解析部は、前記温度プロファイルの平均値が所定範囲から外れている、または、前記温度プロファイルの標準偏差が所定範囲から外れているときに前記基板が割れていると判定することを特徴とする熱処理装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の熱処理装置において、
前記解析部は、前記温度プロファイルの平均値が±５σの範囲から外れているとき、または、前記プロファイルの標準偏差が５σの範囲を超えているときに前記基板が割れていると判定することを特徴とする熱処理装置。
【請求項１５】
請求項１２記載の熱処理装置において、
前記特性値を設定する設定部をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１６】
請求項１１記載の熱処理装置において、
前記解析部は、前記フラッシュ光の照射を開始してから前記基板の表面温度が昇温を継続する時間が前記フラッシュランプのフラッシュ光照射時間と所定値以上乖離する場合には前記基板が割れていると判定することを特徴とする熱処理装置。
【請求項１７】
請求項１０または請求項１１記載の熱処理装置において、
前記解析部は、前記基板よりも前に処理された基板の表面温度を測定して取得された基準温度プロファイルと前記温度プロファイルとを比較して前記基板の割れを判定することを特徴とする熱処理装置。
【請求項１８】
請求項１０から請求項１７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、前記基板の表面から放射された波長５μｍ以上６．５μｍ以下の赤外光の強度から前記基板の表面温度を測定す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）にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法および熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、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】
このようなフラッシュランプを使用した熱処理装置においては、極めて高いエネルギーを有するフラッシュ光を瞬間的に半導体ウェハーの表面に照射するため、一瞬で半導体ウェハーの表面温度が急速に上昇する一方で裏面温度はそれ程には上昇しない。このため、半導体ウェハーの表面のみに急激な熱膨張が生じて半導体ウェハーが上面を凸として反るように変形する。そして、次の瞬間には反動で半導体ウェハーが下面を凸として反るように変形していた。
【０００６】
半導体ウェハーが上面を凸とするように変形したときには、ウェハーの端縁部がサセプタに衝突する。逆に、半導体ウェハーが下面を凸とするように変形したときには、ウェハーの中央部がサセプタに衝突することとなっていた。その結果、サセプタに衝突した衝撃によって半導体ウェハーが割れるという問題があった。
【０００７】
フラッシュ加熱時にウェハー割れが生じたときには、その割れを迅速に検出して後続の半導体ウェハーの投入を停止するとともに、チャンバー内の清掃を行う必要がある。また、ウェハー割れによって発生したパーティクルがチャンバー外に飛散して後続の半導体ウェハーに付着する等の弊害を防止する観点からも、フラッシュ加熱直後のチャンバーの搬出入口を開放する前にチャンバー内にて半導体ウェハーの割れを検出するのが好ましい。
【０００８】
このため、例えば特許文献１には、フラッシュ加熱処理を行うチャンバーにマイクロフォンを設け、半導体ウェハーが割れたときの音を検知することによってウェハー割れを判定する技術が開示されている。また、特許文献２には、半導体ウェハーの搬送経路に光学センサを設け、半導体ウェハーの輪郭形状を測定することによってウェハー割れを検出する技術が開示されている。さらに、特許文献３には、半導体ウェハーからの反射光を導光ロッドによって受光し、その反射光の強度からウェハー割れを検出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２３１６９７号公報
【特許文献２】特開２０１３−２４７１２８号公報
【特許文献３】特開２０１５−１３０４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示の技術では、半導体ウェハーが割れた音響のみを抽出するためのフィルタリングが困難であるという問題があった。また、特許文献２に開示の技術では、半導体ウェハーを搬送する搬送ロボットのハンドの形状に制限を与えてしまうという問題があった。さらに、特許文献３に開示の技術では、導光ロッドを回転させる工程がフラッシュ光照射の前後で２回必要となるため、スループットが悪化するという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュ光照射時における基板の割れを簡易な構成にて検出することができる熱処理方法および熱処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板にフラッシュ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、フラッシュランプから基板の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュ光照射工程と、前記フラッシュ光を照射した後の所定期間の前記基板の表面温度を測定して温度プロファイルを取得する温度測定工程と、前記温度プロファイルを解析して前記基板の割れを検出する検出工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２の発明は、基板にフラッシュ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、フラッシュランプから基板の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュ光照射工程と、前記フラッシュ光の照射を開始してから所定期間の前記基板の表面温度を測定して温度プロファイルを取得する温度測定工程と、前記温度プロファイルを解析して前記基板の割れを検出する検出工程と、を備え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の発明に係る熱処理方法において、前記検出工程では、前記温度プロファイルの特性値が所定範囲から外れているときに前記基板が割れていると判定することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る熱処理方法において、前記特性値は、前記温度プロファイルの平均値および標準偏差であり、前記検出工程では、前記温度プロファイルの平均値が所定範囲から外れている、または、前記温度プロファイルの標準偏差が所定範囲から外れているときに前記基板が割れていると判定す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方法において、前記検出工程では、前記温度プロファイルの平均値が±５σの範囲から外れているとき、または、前記プロファイルの標準偏差が５σの範囲を超えているときに前記基板が割れていると判定することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６の発明は、請求項３の発明に係る熱処理方法において、前記検出工程は、前記特性値を選択して設定する工程を含むことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７の発明は、請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記検出工程では、前記フラッシュ光の照射を開始してから前記基板の表面温度が昇温を継続する時間が前記フラッシュランプのフラッシュ光照射時間と所定値以上乖離する場合には前記基板が割れていると判定することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記検出工程では、前記基板よりも前に処理された基板の表面温度を測定して取得された基準温度プロファイルと前記温度プロファイルとを比較して前記基板の割れを判定することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項９の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記温度測定工程では、前記基板の表面から放射された波長５μｍ以上６．５μｍ以下の赤外光の強度から前記基板の表面温度を測定することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１０の発明は、基板にフラッシュ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の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記基板の表面から放射された赤外光を受光して当該表面の温度を測定する放射温度計と、前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射した後の所定期間に前記放射温度計によって測定された前記基板の表面温度の温度プロファイルを取得するプロファイル取得部と、前記温度プロファイルを解析して前記基板の割れを検出する解析部と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１１の発明は、基板にフラッシュ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の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記基板の表面から放射された赤外光を受光して当該表面の温度を測定する放射温度計と、前記フラッシュランプからフラッシュ光の照射を開始してからの所定期間に前記放射温度計によって測定された前記基板の表面温度の温度プロファイルを取得するプロファイル取得部と、前記温度プロファイルを解析して前記基板の割れを検出する解析部と、を備えることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１２の発明は、請求項１０または請求項１１の発明に係る熱処理装置において、前記解析部は、前記温度プロファイルの特性値が所定範囲から外れているときに前記基板が割れていると判定することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１３の発明は、請求項１２の発明に係る熱処理装置において、前記特性値は、前記温度プロファイルの平均値および標準偏差であり、前記解析部は、前記温度プロファイルの平均値が所定範囲から外れている、または、前記温度プロファイルの標準偏差が所定範囲から外れているときに前記基板が割れていると判定することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１４の発明は、請求項１３の発明に係る熱処理装置において、前記解析部は、前記温度プロファイルの平均値が±５σの範囲から外れているとき、または、前記プロファイルの標準偏差が５σの範囲を超えているときに前記基板が割れていると判定することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１５の発明は、請求項１２の発明に係る熱処理装置において、前記特性値を設定する設定部をさらに備えることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１６の発明は、請求項１１の発明に係る熱処理装置において、前記解析部は、前記フラッシュ光の照射を開始してから前記基板の表面温度が昇温を継続する時間が前記フラッシュランプのフラッシュ光照射時間と所定値以上乖離する場合には前記基板が割れていると判定することを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１７の発明は、請求項１０または請求項１１の発明に係る熱処理装置において、前記解析部は、前記基板よりも前に処理された基板の表面温度を測定して取得された基準温度プロファイルと前記温度プロファイルとを比較して前記基板の割れを判定することを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１８の発明は、請求項１０から請求項１７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、前記基板の表面から放射された波長５μｍ以上６．５μｍ以下の赤外光の強度から前記基板の表面温度を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１から請求項９の発明によれば、フラッシュ光を照射した後またはフラッシュ光の照射を開始してから所定期間の基板の表面温度を測定して取得された温度プロファイルを解析して基板の割れを検出するため、フラッシュ光照射時における基板の割れを簡易な構成にて検出することができる。
【００３１】
特に、請求項２の発明によれば、フラッシュ光の照射を開始してからの温度プロファイルから基板の割れを検出しているため、フラッシュ光照射中の基板の割れをより確実に検出することができる。
【００３２】
特に、請求項４の発明によれば、温度プロファイルの平均値が所定範囲から外れている、または、温度プロファイルの標準偏差が所定範囲から外れているときに基板が割れていると判定するため、割れ判定の精度を向上させることができる。
【００３３】
請求項１０から請求項１８の発明によれば、フラッシュランプからフラッシュ光を照射した後またはフラッシュ光の照射を開始してからの所定期間に放射温度計によって測定された基板の表面温度の温度プロファイルを解析して基板の割れを検出するため、フラッシュ光照射時における基板の割れを簡易な構成にて検出することができる。
【００３４】
特に、請求項１１の発明によれば、フラッシュ光の照射を開始してからの温度プロファイルから基板の割れを検出しているため、フラッシュ光照射中の基板の割れをより確実に検出することができる。
【００３５】
特に、請求項１３の発明によれば、温度プロファイルの平均値が所定範囲から外れている、または、温度プロファイルの標準偏差が所定範囲から外れているときに基板が割れていると判定するため、割れ判定の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【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】上部放射温度計の主要部を備える高速放射温度計ユニットの構成を示すブロック図である。
【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】フラッシュ光照射時における半導体ウェハーの表面温度の温度プロファイルの一例を示す図である。
【図１１】温度プロファイルの平均値に基づく割れ判定を説明するための図である。
【図１２】温度プロファイルの標準偏差に基づく割れ判定を説明するための図である。
【図１３】上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。
【図１４】半導体ウェハーの昇温継続時間に基づく割れ判定を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
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。
【００３８】
＜第１実施形態＞
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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の赤外線センサ９１に導くための円筒状の孔である。一方、貫通孔６１ｂは、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。
【００４５】
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）。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、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。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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。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。
【００７１】
図８は、上部放射温度計２５の主要部を含む高速放射温度計ユニット９０の構成を示すブロック図である。上部放射温度計２５の赤外線センサ９１は、その光軸が貫通孔６１ａの貫通方向の軸と一致するように、チャンバー側部６１の外壁面に装着されている。赤外線センサ９１は、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フッ化カルシウムの透明窓２６を介して受光する。赤外線センサ９１は、ＩｎＳｂ（インジウムアンチモン）の光学素子を備えており、その測定波長域は５μｍ〜６．５μｍである。フッ化カルシウムの透明窓２６は赤外線センサ９１の測定波長域の赤外光を選択的に透過する。ＩｎＳｂ光学素子は、受光した赤外光の強度に応じて抵抗が変化する。ＩｎＳｂ光学素子を備えた赤外線センサ９１は、応答時間が極めて短くサンプリング間隔が顕著に短時間（例えば、約４０マイクロセカンド）の高速測定が可能である。赤外線センサ９１は高速放射温度計ユニット９０と電気的に接続されており、受光に応答して生じた信号を高速放射温度計ユニット９０に伝達する。
【００７２】
高速放射温度計ユニット９０は、信号変換回路９２、増幅回路９３、Ａ／Ｄコンバータ９４、温度変換部９５、特性値算定部９６および記憶部９７を備える。信号変換回路９２は、赤外線センサ９１のＩｎＳｂ光学素子にて発生した抵抗変化を電流変化、電圧変化の順に信号変換を行い、最終的に取り扱いの容易な電圧の信号に変換して出力する回路である。信号変換回路９２は、例えばオペアンプを用いて構成される。増幅回路９３は、信号変換回路９２から出力された電圧信号を増幅してＡ／Ｄコンバータ９４に出力する。Ａ／Ｄコンバータ９４は、増幅回路９３によって増幅された電圧信号をデジタル信号に変換する。
【００７３】
温度変換部９５および特性値算定部９６は、高速放射温度計ユニット９０のＣＰＵ（図示省略）が所定の処理プログラムを実行することによって実現される機能処理部である。温度変換部９５は、Ａ／Ｄコンバータ９４から出力された信号、つまり赤外線センサ９１が受光した赤外光の強度を示す信号に所定の演算処理を行って温度に変換する。温度変換部９５によって求められた温度が半導体ウェハーＷの上面の温度である。なお、赤外線センサ９１、信号変換回路９２、増幅回路９３、Ａ／Ｄコンバータ９４、および、温度変換部９５によって上部放射温度計２５が構成される。下部放射温度計２０も、上部放射温度計２５と概ね同様の構成を備えるが、高速測定に対応していなくても良い。
【００７４】
また、温度変換部９５は、取得した温度データを記憶部９７に格納する。記憶部９７としては、磁気ディスクやメモリ等の公知の記憶媒体を用いることができる。一定間隔でサンプリングした温度データを温度変換部９５が順次に記憶部９７に蓄積することによって、半導体ウェハーＷの上面の温度の時間変化を示す温度プロファイルが取得される。
【００７５】
図８に示すように、高速放射温度計ユニット９０は熱処理装置１全体のコントローラである制御部３と電気的に接続されている。制御部３は、割れ判定部３１を備える。割れ判定部３１は、制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって実現される機能処理部である。高速放射温度計ユニット９０の特性値算定部９６および制御部３の割れ判定部３１の処理内容についてはさらに後述する。
【００７６】
また、制御部３には表示部３２および入力部３３が接続されている。制御部３は、表示部３２に種々の情報を表示する。入力部３３は、熱処理装置１のオペレータが制御部３に種々のコマンドやパラメータを入力するための機器である。オペレータは入力部３３から半導体ウェハーＷの処理条件を記述した処理レシピの条件設定を行うこともできる。表示部３２および入力部３３としては、例えば、熱処理装置１の外壁に設けられた液晶のタッチパネルを採用することができる。
【００７７】
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。
【００７８】
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。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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
続いて、ゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部６６を介して処理対象となる半導体ウェハーＷがチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される（ステップＳ１）。このときには、半導体ウェハーＷの搬入にともなって装置外部の雰囲気を巻き込むおそれがあるが、チャンバー６には窒素ガスが供給され続けているため、搬送開口部６６から窒素ガスが流出して、そのような外部雰囲気の巻き込みを最小限に抑制することができる。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
半導体ウェハーＷが石英にて形成された保持部７のサセプタ７４によって水平姿勢にて下方より保持された後、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して予備加熱（アシスト加熱）が開始される（ステップＳ２）。ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓６４およびサセプタ７４を透過して半導体ウェハーＷの下面に照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって半導体ウェハーＷが予備加熱されて温度が上昇する。なお、移載機構１０の移載アーム１１は凹部６２の内側に退避しているため、ハロゲンランプＨＬによる加熱の障害となることは無い。
【００８５】
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℃）。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射を行う直前に上部放射温度計２５による半導体ウェハーＷの表面温度の測定を開始する（ステップＳ３）。加熱される半導体ウェハーＷの表面からはその温度に応じた強度の赤外光が放射されている。半導体ウェハーＷの表面から放射された赤外光は透明窓２６を透過して上部放射温度計２５の赤外線センサ９１によって受光される。
【００８９】
赤外線センサ９１のＩｎＳｂ光学素子には、受光した赤外光の強度に応じた抵抗変化が発生する。赤外線センサ９１のＩｎＳｂ光学素子に生じた抵抗変化は信号変換回路９２によって電圧信号に変換される。信号変換回路９２から出力された電圧信号は、増幅回路９３によって増幅された後、Ａ／Ｄコンバータ９４によってコンピュータが取り扱うのに適したデジタル信号に変換される。そして、Ａ／Ｄコンバータ９４から出力された信号に温度変換部９５が所定の演算処理を施して温度データに変換する。すなわち、上部放射温度計２５は、加熱される半導体ウェハーＷの表面から放射された赤外光を受光し、その赤外光の強度から半導体ウェハーＷの表面温度を測定するのである。
【００９０】
本実施形態においては、上部放射温度計２５がＩｎＳｂ光学素子を用いた高速放射温度計であり、上部放射温度計２５は４０マイクロセカンドの極めて短いサンプリング間隔にて半導体ウェハーＷの表面温度を測定する。そして、上部放射温度計２５は、一定間隔で測定した半導体ウェハーＷの表面温度のデータを順次に記憶部９７に蓄積する。
【００９１】
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（ステップＳ４）。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。
【００９２】
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。
【００９３】
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も、その表面温度は上部放射温度計２５によって測定されている。上部放射温度計２５は４０マイクロセカンドの極めて短いサンプリング間隔にて半導体ウェハーＷの表面温度を測定するため、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの表面温度が急激に変化しても、その変化に追随することが可能である。例えば、半導体ウェハーＷの表面温度が４ミリセカンドで昇降温したとしても、上部放射温度計２５はその間に１００点の温度データを取得することができる。上部放射温度計２５は、フラッシュランプＦＬがフラッシュ光を照射してから予め設定された所定期間（例えば、１２０ミリセカンド）の間、半導体ウェハーＷの表面温度を測定して温度データを取得する。そして、上部放射温度計２５は、取得した半導体ウェハーＷの表面温度のデータを順次に記憶部９７に蓄積する。これにより、フラッシュ光照射時における、半導体ウェハーＷの表面温度の温度プロファイルが作成されることとなる（ステップＳ５）。
【００９４】
図１０は、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの表面温度の温度プロファイルの一例を示す図である。図１０に示すのは、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが割れることなく、正常にフラッシュ加熱処理が行われた場合の温度プロファイル例である。時刻ｔ０にフラッシュランプＦＬが発光して半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光が照射され、瞬間的に半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１から処理温度Ｔ２にまで上昇してから急速に下降する。その後、図１０に示すように、半導体ウェハーＷの表面の測定温度が微小な振幅にて変動する。このような測定温度の微小な変動が生じるのは、フラッシュ光照射後にサセプタ７４上にて半導体ウェハーＷが振動することに起因するものであると考えられる。すなわち、フラッシュ光照射時には、極めて照射時間が短く高いエネルギーを有するフラッシュ光を半導体ウェハーＷの表面に照射するため、半導体ウェハーＷの表面の温度は瞬間的に１０００℃以上の処理温度Ｔ２にまで上昇する一方、その瞬間の裏面の温度は予備加熱温度Ｔ１からさほどには上昇しない。従って、半導体ウェハーＷの表面のみに急激な熱膨張が生じ、裏面はほとんど熱膨張しないために、半導体ウェハーＷが表面を凸とするように瞬間的に反る。そして、次の瞬間には、その反りが戻るように半導体ウェハーＷが変形し、このような挙動を繰り返すことによって半導体ウェハーＷがサセプタ７４上で振動する。上部放射温度計２５の赤外線センサ９１は、半導体ウェハーＷの斜め上方に設けられているため、半導体ウェハーＷが振動すると赤外線センサ９１から見たウェハー表面の放射率が変動することとなり、その結果上部放射温度計２５による測定温度が微小に変動するのである。なお、半導体ウェハーＷの振動に起因して上部放射温度計２５による測定温度は変動しているものの、実際の半導体ウェハーＷの表面温度が変動しているわけではない。
【００９５】
フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷが割れることなく、正常にフラッシュ加熱処理が行われた場合には、高い再現性にて図１０に示すような温度プロファイルが得られる。一方、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷに割れが発生した場合には、温度プロファイルに異常な測定データが現出することとなる。そこで、第１実施形態においては、温度プロファイルを統計的に解析して異常な測定データを識別することによって半導体ウェハーＷの割れを検出している。
【００９６】
フラッシュ加熱処理が終了した後、作成された温度プロファイルから特性値算定部９６が特性値を算定する（ステップＳ６）。特性値とは、温度プロファイルを統計処理するときの統計量であり、本実施形態においては温度プロファイルの平均値および標準偏差である。具体的には、特性値算定部９６は、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間内における温度プロファイルの平均値および標準偏差を特性値として算定する。算定期間の始期である時刻ｔ１は、例えばフラッシュランプＦＬが発光した時刻ｔ０から３０ミリセカンド経過後である。算定期間の始期である時刻ｔ１をフラッシュランプＦＬが発光する時刻ｔ０よりも遅らせるのは、フラッシュ加熱による半導体ウェハーＷの表面温度の昇降を算定期間に含めると特性値に影響を与えるためである。また、算定期間の終期である時刻ｔ２は、例えばフラッシュランプＦＬが発光した時刻ｔ０から１００ミリセカンド経過後である。よって、特性値算定部９６が特性値を算定する算定期間（ｔ２−ｔ１）は７０ミリセカンドであり、フラッシュ光照射後に半導体ウェハーＷの表面温度が安定した期間である。
【００９７】
次に、特性値算定部９６によって算定された特性値に基づいて、制御部３の割れ判定部３１が半導体ウェハーＷの割れ判定を行う（ステップＳ７）。割れ判定部３１は、温度プロファイルの特性値が所定の範囲から外れているか否かを判定して割れ判定を行う。図１１は、温度プロファイルの平均値に基づく割れ判定を説明するための図である。図１１は、複数枚の半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射して作成した温度プロファイルの平均値をプロットしたものである。なお、温度プロファイルの平均値とは、上記と同様に、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの算定期間内における温度プロファイルの平均値であり、以降「プロファイル平均値」とも称する。
【００９８】
図１１の横軸には、複数の半導体ウェハーＷごとのデータ点を示し、図１１の縦軸には温度プロファイルの平均値を示す。上方管理限界値Ｕ１は、複数の半導体ウェハーＷのプロファイル平均値の総平均にそれら複数の半導体ウェハーＷのプロファイル平均値の標準偏差σを５倍した値を加算したものである。一方、下方管理限界値Ｌ１は、複数の半導体ウェハーＷのプロファイル平均値の総平均からそれら複数の半導体ウェハーＷのプロファイル平均値の標準偏差σを５倍した値を減算したものである。すなわち、図１１の点線で挟まれた範囲がプロファイル平均値の総平均から±５σの範囲である。
【００９９】
割れ判定部３１は、ある半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射したときに得られた温度プロファイルの平均値がプロファイル平均値の総平均から±５σの範囲内におさまっているときには半導体ウェハーＷが割れていないと判定し、当該範囲から外れているときには半導体ウェハーＷが割れていると判定する。図１１に示す例では、データ点Ａ１にて示す半導体ウェハーＷのプロファイル平均値が上方管理限界値Ｕ１よりも大きくなっている。また、データ点Ａ２にて示す半導体ウェハーＷのプロファイル平均値が下方管理限界値Ｌ１よりも小さくなっている。すなわち、データ点Ａ１，Ａ２に示す半導体ウェハーＷのプロファイル平均値がプロファイル平均値の総平均から±５σの範囲から外れており、割れ判定部３１はこれら２枚の半導体ウェハーＷが割れていると判定する。
【０１００】
一方、図１２は、温度プロファイルの標準偏差に基づく割れ判定を説明するための図である。図１２は、複数枚の半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射して作成した温度プロファイルの標準偏差をプロットしたものである。なお、温度プロファイルの標準偏差とは、上記と同様に、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの算定期間内における温度プロファイルの標準偏差であり、以降「プロファイル標準偏差」とも称する。
【０１０１】
図１２の横軸には、複数の半導体ウェハーＷごとのデータ点を示し、図１２の縦軸には温度プロファイルの標準偏差を示す。上方管理限界値Ｕ２は、複数の半導体ウェハーＷのプロファイル標準偏差の総平均にそれら複数の半導体ウェハーＷのプロファイル標準偏差の標準偏差σを５倍した値を加算したものである。すなわち、図１２の点線よりも下の範囲がプロファイル標準偏差の総平均から５σの範囲である。なお、プロファイル標準偏差については、最も測定温度の変動が少ないときが０であり、下方管理限界値の概念は存在しない。
【０１０２】
割れ判定部３１は、ある半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射したときに得られた温度プロファイルの標準偏差がプロファイル標準偏差の総平均から５σの範囲内におさまっているときには半導体ウェハーＷが割れていないと判定し、当該範囲から外れているときには半導体ウェハーＷが割れていると判定する。図１２に示す例では、データ点Ｂ１にて示す半導体ウェハーＷのプロファイル標準偏差が上方管理限界値Ｕ２よりも大きくなっている。すなわち、データ点Ｂ１に示す半導体ウェハーＷのプロファイル標準偏差がプロファイル標準偏差の総平均から５σの範囲から外れており、割れ判定部３１は当該半導体ウェハーＷが割れていると判定する。
【０１０３】
また、割れ判定部３１は、２つの特性値である平均値と標準偏差とについて「ＯＲ判定」を行う。すなわち、割れ判定部３１は、ある半導体ウェハーＷについての温度プロファイルの平均値がプロファイル平均値の総平均から±５σの範囲から外れているとき、または、当該温度プロファイルの標準偏差がプロファイル標準偏差の総平均から５σの範囲から外れているときにその半導体ウェハーＷが割れていると判定する。このようにしているのは、いずれか一方の特性値のみついての判定では、実際には半導体ウェハーＷが割れているにもかかわらず、割れていないと判定されるおそれがあるためである。例えば、半導体ウェハーＷに割れが生じた結果としてフラッシュ光照射後の測定温度が安定して通常より顕著に高い温度（または低い温度）となった場合には、平均値についての判定であれば割れていると判定されるものの、標準偏差についての判定では割れていないと判定されるおそれがある。逆に、半導体ウェハーＷに割れが生じた結果としてフラッシュ光照射後の測定温度が通常の温度を挟んで大きく上下に変動した場合には、標準偏差についての判定であれば割れていると判定されるものの、平均値についての判定では割れていないと判定されるおそれがある。従って、平均値と標準偏差とについて「ＯＲ判定」を行うことにより、割れの検出精度を高めることができる。
【０１０４】
図９に戻り、割れ判定部３１がフラッシュ光照射後の半導体ウェハーＷが割れていると判定したときには、ステップＳ８からステップＳ９に進み、制御部３が熱処理装置１における処理を中断し、チャンバー６に半導体ウェハーＷを搬出入する搬送系の動作も停止する。また、制御部３が表示部３２にウェハー割れ発生の警告を発報するようにしても良い。半導体ウェハーＷの割れが発生したときには、チャンバー６内にパーティクルが発生しているため、チャンバー６を開放して清掃作業を行う。
【０１０５】
一方、割れ判定部３１がフラッシュ光照射後の半導体ウェハーＷが割れていないと判定したときには、ステップＳ８からステップＳ１０に進み、半導体ウェハーＷの搬出処理が行われる。具体的には、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。
【０１０６】
本実施形態においては、フラッシュ光照射後の半導体ウェハーＷの表面温度を上部放射温度計２５によって測定して温度プロファイルを取得し、その温度プロファイルの平均値がプロファイル平均値の総平均から±５σの範囲から外れているとき、または、当該温度プロファイルの標準偏差がプロファイル標準偏差の総平均から５σの範囲から外れているときに半導体ウェハーＷが割れていると判定している。すなわち、熱処理装置１にウェハー割れ検出のための特別なハードウェア構成を追加することなく、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの割れを簡易な構成にて検出しているのである。また、簡単な統計演算処理によって半導体ウェハーＷの割れを検出しているため、スループットを低下させる懸念も無い。
【０１０７】
また、本実施形態においては、温度プロファイルの平均値と標準偏差とについて「ＯＲ判定」を行っているため、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの割れを高い精度にて検出することができる。
【０１０８】
また、本実施形態においては、上部放射温度計２５の測定波長域が５μｍ以上６．５μｍ以下である。すなわち、上部放射温度計２５は、半導体ウェハーＷの表面から放射された波長５μｍ以上６．５μｍ以下の赤外光の強度から半導体ウェハーＷの表面温度を測定している。半導体ウェハーＷの割れの発生の有無に関わらず、半導体ウェハーＷの表面温度自体には大きな変動は生じない。半導体ウェハーＷに割れが発生したときに、温度プロファイルに異常な測定データが現出するのは、割れた破片が正常時とは異なる挙動（物理的運動）をしているためであると考えられる。具体的には、上部放射温度計２５の光軸と割れた破片とのなす角度が正常時とは異なる値となることにより、半導体ウェハーＷの見かけの放射率が大きく変化した結果として異常な測定データが得られるのである。従って、割れを精度良く検出するためには、上部放射温度計２５による温度測定は半導体ウェハーＷとの角度変化に対しては鋭敏である必要がある。一方、半導体ウェハーＷの表面には種々のパターンや薄膜が形成されていることが多い。半導体ウェハーＷの放射率はこれらのパターンや薄膜によっても影響を受けるのであるが、割れ検出の観点からは、上部放射温度計２５による温度測定はパターンや膜種の変化の影響は受けにくい方が好ましい。
【０１０９】
図１３は、上部放射温度計２５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の上面に膜厚の異なる２種類の薄膜を形成し、上部放射温度計２５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、上部放射温度計２５の測定波長域（５μｍ〜６．５μｍ）での半導体ウェハーＷの見かけの放射率を示す。
【０１１０】
図１３に示すように、５μｍ以上６．５μｍ以下の波長域では、上部放射温度計２５の光軸と半導体ウェハーＷの主面とのなす角度が変化すると見かけの放射率が大きく変化している。このことは、上部放射温度計２５の測定波長域の範囲においては、上部放射温度計２５による温度測定が半導体ウェハーＷとの角度変化に対しては鋭敏であることを示している。よって、半導体ウェハーＷに割れが発生して割れた破片と上部放射温度計２５との角度が少しでも正常時とは異なると、見かけの放射率が変化して異常な測定データが得られる。その結果、半導体ウェハーＷの割れが精度良く検出されることとなる。一方、角度変化による影響に比較して薄膜の膜厚による放射率への影響は小さい。このことは、上部放射温度計２５による温度測定はパターンや膜種の変化の影響は受けにくいことを示している。すなわち、パターンや膜種の影響の排除と角度変化に対する鋭敏さとを両立するために、上部放射温度計２５の測定波長域が５μｍ以上６．５μｍ以下であることは好適である。
【０１１１】
また、本実施形態においては、上部放射温度計２５が半導体ウェハーＷの斜め上方に設けられており、上部放射温度計２５の光軸と半導体ウェハーＷの主面とのなす角度が比較的小さい。このため、上部放射温度計２５の検出範囲は半導体ウェハーＷの上面の比較的広い範囲にわたり、半導体ウェハーＷの割れを検出しやすい。
【０１１２】
＜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。第２実施形態の熱処理装置１の構成は第１実施形態と全く同じである。また、第２実施形態の熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と概ね同様である。第２実施形態が第１実施形態と相違するのは温度プロファイルにおける特性値の算定期間である。
【０１１３】
第２実施形態においては、フラッシュランプＦＬがフラッシュ光の照射を開始した図１０の時刻ｔ０を算定期間の始期としている。すなわち、第２実施形態では、フラッシュ光の照射を開始してから所定期間を算定期間としており、フラッシュ加熱による半導体ウェハーＷの表面温度の昇降を特性値の算定期間に含めているのである。特性値の算定方法および特性値に基づく半導体ウェハーＷの割れの判定方法は第１実施形態と同じである。フラッシュ光照射期間を含む温度プロファイルの平均値がプロファイル平均値の総平均から±５σの範囲から外れているとき、または、当該温度プロファイルの標準偏差がプロファイル標準偏差の総平均から５σの範囲から外れているときに半導体ウェハーＷが割れていると判定している。
【０１１４】
図１０から明らかなように、フラッシュ加熱による半導体ウェハーＷの表面温度の昇降は温度プロファイルの平均値、標準偏差等の特性値に大きな影響を与える。しかし、半導体ウェハーＷが割れることなく正常に処理された場合には、フラッシュ加熱による半導体ウェハーＷの表面温度の昇降パターンは高い再現性を有しており、温度プロファイルの特性値自体は安定したものとなる（特性値の標準偏差は第１実施形態と同程度に小さい）。従って、第１実施形態と同様に、半導体ウェハーＷに割れが発生して温度プロファイルに異常な測定データが現出した場合には、温度プロファイルの特性値が所定の範囲から外れることとなる。このため、温度プロファイルの特性値が所定の範囲から外れているか否かを判定することによって半導体ウェハーＷの割れ判定を行うことができる。
【０１１５】
むしろ、第２実施形態においては、フラッシュ光照射期間も特性値の算定期間に含めているため、フラッシュ光照射中に半導体ウェハーＷに割れが発生して異常な測定データが得られたときにも、温度プロファイルの特性値が所定の範囲から外れることとなる。このため、フラッシュ光照射中における半導体ウェハーＷの割れをより確実に検出することができる。特に、フラッシュランプＦＬの照射時間が比較的長い（６ミリセカンド以上）場合には、フラッシュ光の照射中に半導体ウェハーＷが割れる懸念があり、第２実施形態のようにフラッシュ光照射期間も特性値の算定期間に含めるのが好適である。
【０１１６】
特性値の算定期間を第１実施形態のようにフラッシュ光を照射した後の所定期間とするか、第２実施形態のようにフラッシュ光の照射を開始してからの所定期間とするかは熱処理装置１のオペレータが入力部３３から適宜に入力して設定することができる。
【０１１７】
＜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。第３実施形態の熱処理装置１の構成は第１実施形態と全く同じである。また、第３実施形態の熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と概ね同様である。第３実施形態が第１実施形態と相違するのは、温度プロファイルに基づく半導体ウェハーＷの割れの判定方法である。
【０１１８】
第１実施形態と同様に、フラッシュランプＦＬによるフラッシュ光照射を行う前から上部放射温度計２５による半導体ウェハーＷの表面温度の測定を開始する。フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射が開始されて半導体ウェハーＷの表面温度が急速に上昇するときにも、その表面温度は上部放射温度計２５によって測定されている。既述したように、上部放射温度計２５は４０マイクロセカンドの極めて短いサンプリング間隔にて半導体ウェハーＷの表面温度を測定するため、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの表面温度が急激に変化しても、その変化に追随することが可能である。上部放射温度計２５は、取得した半導体ウェハーＷの表面温度のデータを順次に記憶部９７に蓄積する。これにより、フラッシュ光照射時における、半導体ウェハーＷの表面温度の温度プロファイルが作成される。
【０１１９】
第３実施形態では、フラッシュランプＦＬがフラッシュ光の照射を開始してから半導体ウェハーＷの表面温度が昇温を継続する時間に基づいて半導体ウェハーＷの割れを判定する。図１４は、半導体ウェハーＷの昇温継続時間に基づく割れ判定を説明するための図である。図１４に示すのは、図１０と同じく、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの表面温度の温度プロファイルである。時刻ｔ０にフラッシュランプＦＬが発光してフラッシュ光照射が開始されるのとほぼ同時に、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１から昇温を開始する。フラッシュ光照射中に半導体ウェハーＷが割れることなく、正常にフラッシュ加熱処理が行われた場合、フラッシュランプＦＬのフラッシュ光照射時間ｆ（フラッシュランプＦＬの発光時間）と半導体ウェハーＷの表面温度が昇温を継続する時間ｄとは概ね一致する。
【０１２０】
ところが、フラッシュ光照射中に半導体ウェハーＷが割れた場合、フラッシュランプＦＬのフラッシュ光照射時間ｆと半導体ウェハーＷの表面温度が昇温を継続する時間ｄとに乖離が生じる。通常は、図１４に示すように、半導体ウェハーＷの表面温度の昇温継続時間ｄがフラッシュ光照射時間ｆよりも短くなる。第３実施形態においては、割れ判定部３１は、フラッシュ光の照射を開始してから半導体ウェハーＷの表面温度が昇温を継続する時間ｄがフラッシュランプＦＬのフラッシュ光照射時間ｆと所定値以上乖離する場合には、半導体ウェハーＷが割れたと判定する。例えば、昇温継続時間ｄがフラッシュ光照射時間ｆと±１０％以上乖離する場合には、半導体ウェハーＷが割れたと判定される。
【０１２１】
第３実施形態においては、処理対象とされている半導体ウェハーＷの表面温度の温度プロファイルのみからフラッシュ光照射時における当該半導体ウェハーＷの割れを検出している。従って、第１実施形態のように、多数の半導体ウェハーＷの温度プロファイルを作成し、それらの特性値を算定して管理限界値を求める工程が不要となる。
【０１２２】
フラッシュランプＦＬのフラッシュ光照射時間ｆは、フラッシュランプＦＬの回路中に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を組み込んでフラッシュランプＦＬへの通電をオンオフ制御したり、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。上述したように、フラッシュ光照射時間ｆを比較的長く（６ミリセカンド以上）した場合には、フラッシュ光の照射中に半導体ウェハーＷが割れる懸念がある。第３実施形態の割れ判定方法は、このような場合に好適である。
【０１２３】
＜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、上記実施形態においては、温度プロファイルの特性値として平均値および標準偏差を用いていたが、これに限定されるものではなく、他の統計量を用いても良い。例えば、温度プロファイルの特性値として、平均値に代えて中央値を用い、標準偏差に代えて最大値と最小値との差であるレンジを用いるようにしても良い。
【０１２４】
また、温度プロファイルの特性値として、例えば温度プロファイルの波形の最大値、最小値を用いるようにしても良い。温度プロファイルの波形を周期的な正弦波として捉えることができれば、その波の周期、周波数、振幅等を特性値として採用するようにしても良い。或いは、温度プロファイルの波形をパルス波とみなすのであれば、特性値としてデューティー比、半値全幅、半値半幅、最大傾き等を用いるようにしても良い。さらには、特性値として、温度プロファイルを微分した微分波形の平均値、標準偏差、中央値、レンジ、最大値、最小値や波形の積分値等を用いるようにしても良い。
【０１２５】
ウェハー割れの判定に使用する特性値は２つに限定されるものではなく、上述した種々の特性値の３つ以上であっても良いし、１つのみであっても良い。ウェハー割れの判定に使用する特性値の数が多くなるほど判定精度は向上するものの、演算処理に要する時間は長くなる。
【０１２６】
また、ウェハー割れの判定に複数の特性値を用いる場合には、それらの「ＯＲ判定」に限定されるものではなく、他の論理演算（例えば、ＡＮＤ、ＸＯＲ等）による判定を行うようにしても良い。もっとも、判定精度を高める観点からは、上記実施形態と同様の「ＯＲ判定」が好ましい。
【０１２７】
ウェハー割れの判定にいずれの特性値をいくつ使用するかは、オペレータが入力部３３から適宜に選択して処理レシピ上に設定することができる。また、複数の特性値を用いる場合には、オペレータが入力部３３から「ＯＲ判定」にするか「ＡＮＤ判定」にするかも選択して設定することができる。これにより、特性値を変更する場合にも、熱処理装置１の都度改造やソフトウェアのアップグレードが不要となる。
【０１２８】
また、上記実施形態においては、管理限界値を５σの範囲としていたが、これに代えてより一般的な３σとするようにしても良い。
【０１２９】
また、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理を重ねるごとに新たな温度プロファイルが得られるため、ウェハー割れ判定に用いる管理限界値を再計算して逐次更新するようにしても良い。例えば、同一処理条件にて処理された半導体ウェハーＷについての直近１００００個の温度プロファイルに基づいて管理限界値を算定するようにしても良い。このようにすれば、装置部品の経年劣化等によって温度プロファイルが変化したとしても、その変化に追随して最適な管理限界値を設定することができる。
【０１３０】
また、処理対象となる半導体ウェハーＷと同一処理条件にて直前（或いは数枚前）に処理された半導体ウェハーＷの表面温度を測定して取得された温度プロファイルを基準温度プロファイルとし、その基準温度プロファイルと当該処理対象の半導体ウェハーＷの温度プロファイルとを比較して半導体ウェハーＷの割れを判定するようにしても良い。なお、この手法を採用する場合には、その直前（或いは数枚前）の半導体ウェハーＷが割れることなく正常に処理されたことを前提とする。このようにすれば、第３実施形態と同様に、多数の半導体ウェハーＷの温度プロファイルを作成して管理限界値を求める工程を不要とすることができる。
【０１３１】
また、半導体ウェハーＷの表面温度のプロファイルを作成するのに代えて、温度に変換する前の赤外線センサ９１の出力値（つまり、半導体ウェハーＷの表面から放射される赤外光の強度）のプロファイルを作成してウェハー割れ判定に使用するようにしても良い。
【０１３２】
また、上記実施形態においては、上部放射温度計２５を半導体ウェハーＷの斜め上方に設けることによって上部放射温度計２５の検出範囲（視野）を拡げていたが、これに代えて、上部放射温度計２５と半導体ウェハーＷとの距離を長くすることによって半導体ウェハーＷの上面における上部放射温度計２５の検出範囲を拡げるようにしても良い。さらに、複数の放射温度計を設ける、或いは放射温度計に複数の赤外線センサを設けることによって半導体ウェハーＷの上面における検出範囲を拡げるようにしても良い。
【０１３３】
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。
【０１３４】
また、上記実施形態においては、１秒以上連続して発光する連続点灯ランプとしてフィラメント方式のハロゲンランプＨＬを用いて半導体ウェハーＷの予備加熱を行っていたが、これに限定されるものではなく、ハロゲンランプＨＬに代えて放電型のアークランプ（例えば、キセノンアークランプ）を連続点灯ランプとして用いて予備加熱を行うようにしても良い。
【０１３５】
また、上記実施形態においては、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の予備加熱を行うようにしていたが、これに代えて半導体ウェハーＷを保持するサセプタをホットプレート上に載置し、そのホットプレートからの熱伝導によって半導体ウェハーＷを予備加熱するようにしても良い。
【０１３６】
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】
【０１３７】
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
３１  割れ判定部
３３  入力部
６３  上側チャンバー窓
６４  下側チャンバー窓
６５  熱処理空間
７４  サセプタ
７５  保持プレート
７７  基板支持ピン
９０  高速放射温度計ユニット
９１  赤外線センサ
９５  温度変換部
９６  特性値算定部
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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【図１３】
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【図１４】
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