(57)【要約】【課題】ダミーランニングを省略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】ロットの最初の処理対象となる半導体ウェハーの処理を開始する前に、チャンバー６内にダミーウェハーＤＷを搬入し、高い熱伝導率を有するヘリウムガスを含む雰囲気を形成する。ハロゲンランプＨＬからの光照射によってダミーウェハーＤＷを加熱することにより、昇温したダミーウェハーＤＷからヘリウムガスを熱媒体として上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４に熱伝導が生じる。最初の処理対象となる半導体ウェハーがチャンバー６内に搬入されたときには、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４が加熱されているため、ロットを構成する全ての半導体ウェハーの温度履歴を均一にすることができ、ダミーランニングを省略することができる。【選択図】図９
2019129273.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方法であって、
チャンバー内のサセプタに載置された基板に連続点灯ランプから光を照射して当該基板を加熱する光照射工程と、
処理対象となる基板を前記チャンバーに搬入する前に、前記サセプタに予熱用基板を載置し、前記光照射工程にて使用する処理ガスよりも熱伝導率の高い伝熱ガスを前記チャンバー内に供給して前記伝熱ガスを含む雰囲気を形成する雰囲気形成工程と、
前記連続点灯ランプからの光照射によって前記予熱用基板を加熱し、前記予熱用基板から前記伝熱ガスを介して前記チャンバーに設けられた石英窓を昇温する予熱工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理方法において、
前記雰囲気形成工程では、加熱された前記伝熱ガスを前記チャンバー内に供給す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、
前記伝熱ガスがヘリウムであることを特徴とする熱処理方法。
【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て基板を支持するサセプタと、
前記サセプタに支持された基板に光を照射して当該基板を加熱する連続点灯ランプと、
前記チャンバー内にガスを供給するガス供給部と、
を備え、
処理対象となる基板を前記チャンバーに搬入する前に、前記サセプタに予熱用基板を載置し、前記処理対象となる基板の熱処理時に使用する処理ガスよりも熱伝導率の高い伝熱ガスを前記ガス供給部から前記チャンバー内に供給して前記伝熱ガスを含む雰囲気を形成した後、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記予熱用基板を加熱して前記予熱用基板から前記伝熱ガスを介して前記チャンバーに設けられた石英窓を昇温す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、
前記伝熱ガスを加熱するガス加熱部をさらに備え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、
前記伝熱ガスがヘリウムであ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】
このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置として、例えば特許文献１には、半導体ウェハーの表面側にフラッシュランプを配置し、裏面側にハロゲンランプを配置し、それらの組み合わせによって所望の熱処理を行うものが開示されている。特許文献１に開示の熱処理装置においては、ハロゲンランプによって半導体ウェハーをある程度の温度まで予備加熱し、その後フラッシュランプからのフラッシュ光照射によって半導体ウェハーの表面を所望の処理温度にまで昇温している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２２５６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、熱処理に限らず半導体ウェハーの処理はロット（同一条件にて同一内容の処理を行う対象となる１組の半導体ウェハー）単位で行われる。枚葉式の基板処理装置では、ロットを構成する複数枚の半導体ウェハーに対して連続して順次に処理が行われる。フラッシュランプアニール装置においても、ロットを構成する複数の半導体ウェハーが１枚ずつチャンバーに搬入されて順次に熱処理が行われる。
【０００８】
稼働停止状態のフラッシュランプアニール装置がロットの処理を開始する場合、概ね室温のチャンバーにロットの最初の半導体ウェハーが搬入されて加熱処理が行われることとなる。加熱処理時には、チャンバー内にてサセプタに支持された半導体ウェハーが所定温度に予備加熱され、さらにフラッシュ加熱によってウェハー表面が処理温度にまで昇温される。その結果、昇温した半導体ウェハーによってサセプタやチャンバー窓等のチャンバー内構造物が加熱され、そのチャンバー内構造物の温度も上昇することとなる。このような、半導体ウェハーの加熱処理に伴うチャンバー内構造物の温度上昇は、ロットの最初から数枚程度継続し、やがて約１０枚の半導体ウェハーの加熱処理が行われたときにチャンバー内構造物の温度は一定の安定温度に到達する。すなわち、ロットの最初の半導体ウェハーは室温のチャンバーにて処理されるのに対して、１０枚目以降の半導体ウェハーは安定温度に昇温しているチャンバーにて処理されるのである。
【０００９】
従って、ロットを構成する複数の半導体ウェハーの温度履歴が不均一になるという問題が生じる。特に、ロットの最初から数枚程度の半導体ウェハーについては、比較的低温のチャンバー内にて処理されるため、フラッシュ光照射時の表面到達温度が処理温度に届かないおそれもある。
【００１０】
このため、従来より、ロットの処理を開始する前に、処理対象ではないダミーウェハーをチャンバー内に搬入してサセプタに保持し、処理対象のロットと同一条件にて予備加熱およびフラッシュ加熱処理を行うことにより、事前にチャンバー内構造物を昇温しておくことが行われていた（ダミーランニング）。約１０枚程度のダミーウェハーについて予備加熱およびフラッシュ加熱処理を行うことにより、チャンバー内構造物が安定温度に到達するので、その後処理対象となるロットの最初の半導体ウェハーの処理を開始する。このようにすれば、ロットを構成する複数の半導体ウェハーの温度履歴を均一にすることができる。
【００１１】
しかしながら、このようなダミーランニングは、処理とは無関係なダミーウェハーを消費するだけでなく、１０枚程度のダミーウェハーにフラッシュ加熱処理を行うのに相当の時間を要するため、フラッシュランプアニール装置の効率的な運用が妨げられるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ダミーランニングを省略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】
【００１３】
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方法において、チャンバー内のサセプタに載置された基板に連続点灯ランプから光を照射して当該基板を加熱する光照射工程と、処理対象となる基板を前記チャンバーに搬入する前に、前記サセプタに予熱用基板を載置し、前記光照射工程にて使用する処理ガスよりも熱伝導率の高い伝熱ガスを前記チャンバー内に供給して前記伝熱ガスを含む雰囲気を形成する雰囲気形成工程と、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記予熱用基板を加熱し、前記予熱用基板から前記伝熱ガスを介して前記チャンバーに設けられた石英窓を昇温する予熱工程と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記雰囲気形成工程では、加熱された前記伝熱ガスを前記チャンバー内に供給することを特徴とする。
【００１５】
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、前記伝熱ガスがヘリウムであることを特徴とする。
【００１６】
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て基板を支持するサセプタと、前記サセプタに支持された基板に光を照射して当該基板を加熱する連続点灯ランプと、前記チャンバー内にガスを供給するガス供給部と、を備え、処理対象となる基板を前記チャンバーに搬入する前に、前記サセプタに予熱用基板を載置し、前記処理対象となる基板の熱処理時に使用する処理ガスよりも熱伝導率の高い伝熱ガスを前記ガス供給部から前記チャンバー内に供給して前記伝熱ガスを含む雰囲気を形成した後、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記予熱用基板を加熱して前記予熱用基板から前記伝熱ガスを介して前記チャンバーに設けられた石英窓を昇温することを特徴とする。
【００１７】
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、前記伝熱ガスを加熱するガス加熱部をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
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、前記伝熱ガスがヘリウムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１から請求項３の発明によれば、処理対象となる基板をチャンバーに搬入する前に、連続点灯ランプからの光照射によって予熱用基板を加熱し、予熱用基板から伝熱ガスを介してチャンバーに設けられた石英窓を昇温するため、処理対象となる基板がチャンバーに搬入されたときには石英窓が昇温しており、ダミーランニングを省略することができる。
【００２０】
特に、請求項２の発明によれば、加熱された伝熱ガスをチャンバー内に供給するため、石英窓をより効率良く昇温させることができる。
【００２１】
請求項４から請求項６の発明によれば、処理対象となる基板をチャンバーに搬入する前に、連続点灯ランプからの光照射によって予熱用基板を加熱して予熱用基板から伝熱ガスを介してチャンバーに設けられた石英窓を昇温するため、処理対象となる基板がチャンバーに搬入されたときには石英窓が昇温しており、ダミーランニングを省略することができる。
【００２２】
特に、請求項５の発明によれば、伝熱ガスを加熱するガス加熱部をさらに備えるため、石英窓をより効率良く昇温させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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】本発明に係る熱処理方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】ヘリウム雰囲気中にてダミーウェハーが加熱された状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
本実施形態のチャンバー６は、内部を大気圧未満に減圧することができる減圧対応であるため、耐圧性を増すために上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の厚さを常圧対応のものよりも厚くしている。例えば、常圧対応であればチャンバー窓の厚さが８ｍｍであるところ、本実施形態の上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の厚さは２８ｍｍとしている。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、チャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に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およびヒータ２２が介挿されている。ガス供給源８５が供給するガスの種類は特に限定されるものではなく、適宜に選択されるものであるが、例えば、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガス、または、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、塩素（Ｃｌ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ３）、アンモニア（ＮＨ３）などの反応性ガス、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。
【００３３】
バルブ８４が開放されると、ガス供給源８５から緩衝空間８２にガスが送給される。緩衝空間８２に流入したガスは、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。すなわち、ガス供給源８５およびバルブ８４がチャンバー６内にガスを供給するガス供給部に相当する。また、ヒータ２２は、ガス供給管８３を流れるガスを加熱する。ヒータ２２によって加熱されたガスがガス供給孔８１から熱処理空間６５に供給される。すなわち、ヒータ２２がチャンバー６に供給されるガスを加熱するガス加熱部に相当する。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
排気部１９０としては、真空ポンプや熱処理装置１が設置される工場の排気ユーティリティを用いることができる。排気部１９０として真空ポンプを採用し、バルブ８４を閉止してガス供給孔８１から何らのガス供給を行うことなく密閉空間である熱処理空間６５の雰囲気を排気すると、チャンバー６内を真空雰囲気にまで減圧することができる。また、排気部１９０として真空ポンプを用いていない場合であっても、ガス供給孔８１からガス供給を行うことなく排気を行うことにより、チャンバー６内を大気圧未満の気圧に減圧することができる。
【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、放射温度計１２０（図１参照）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、放射温度計１２０が開口部７８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、別置のディテクタによってその半導体ウェハーＷの温度が測定される。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に示すように、チャンバー６の内部には３つの放射温度計１２０，１３０，１４０が設けられている。上述した通り、放射温度計１２０は、サセプタ７４に設けられた開口部７８を介して半導体ウェハーＷの温度を測定する。放射温度計１３０は、上側チャンバー窓６３から放射された赤外光を検知して上側チャンバー窓６３の温度を測定する。一方、放射温度計１４０は、下側チャンバー窓６４から放射された赤外光を検知して下側チャンバー窓６４の温度を測定する。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。ハロゲン加熱部４がチャンバー６の下方に設置されることにより、複数本のハロゲンランプＨＬは下側チャンバー窓６４と対向することとなる。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
次に、熱処理装置１における処理動作について説明する。まず、処理対象となる半導体ウェハーＷに対する通常の熱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。以下に説明する半導体ウェハーＷ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、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に処理ガスとして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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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の温度が放射温度計１２０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放射温度計１２０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、放射温度計１２０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。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℃）。
【００６８】
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１２０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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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１２０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１２０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。
【００７２】
ところで、典型的には、半導体ウェハーＷの処理はロット単位で行われる。ロットとは、同一条件にて同一内容の処理を行う対象となる１組の半導体ウェハーＷである。本実施形態の熱処理装置１においても、ロットを構成する複数枚（例えば、２５枚）の半導体ウェハーＷが１枚ずつ順次にチャンバー６に搬入されて加熱処理が行われる。
【００７３】
ここで、しばらく処理を行っていなかった熱処理装置１にてロットの処理を開始する場合、概ね室温のチャンバー６にロットの最初の半導体ウェハーＷが搬入されてフラッシュ加熱処理が行われることとなる。このよう場合は、例えばメンテナンス後に熱処理装置１が起動されてから最初のロットを処理する場合や先のロットを処理した後に長時間が経過した場合などである。加熱処理時には、昇温した半導体ウェハーＷからサセプタ７４等のチャンバー内構造物への熱伝導および熱輻射が生じるため、初期には室温であったチャンバー内構造物が半導体ウェハーＷの処理枚数が増えるにつれて徐々に蓄熱により昇温することとなる。また、ハロゲンランプＨＬから出射された赤外光の一部は下側チャンバー窓６４に吸収されるため、半導体ウェハーＷの処理枚数が増えるにつれて下側チャンバー窓６４の温度も徐々に昇温することとなる。
【００７４】
そして、約１０枚の半導体ウェハーＷの加熱処理が行われたときに下側チャンバー窓６４を含むチャンバー内構造物の温度が一定の安定温度に到達する。安定温度に到達したチャンバー６では、半導体ウェハーＷからチャンバー内構造物への伝熱量とチャンバー内構造物からの放熱量とが均衡する。チャンバー６の温度が安定温度に到達するまでは、半導体ウェハーＷからの伝熱量がチャンバー内構造物からの放熱量よりも多いため、半導体ウェハーＷの処理枚数が増えるにつれてチャンバー内構造物の温度が徐々に蓄熱により上昇する。これに対して、チャンバー６の温度が安定温度に到達した後は、半導体ウェハーＷからの伝熱量とチャンバー内構造物からの放熱量とが均衡するため、チャンバー内構造物の温度は一定の安定温度に維持されることとなる。また、下側チャンバー窓６４の温度が安定温度に到達した後は、下側チャンバー窓６４がハロゲンランプＨＬの照射光から吸収する熱量と下側チャンバー窓６４から放出される熱量とが均衡するため、下側チャンバー窓６４の温度も一定の安定温度に維持されることとなる。
【００７５】
従って、室温のチャンバー６にて処理を開始すると、ロットの初期の半導体ウェハーＷと途中からの半導体ウェハーＷとではチャンバー６の構造物の温度が異なることととなる。具体的には、ロットの初期の半導体ウェハーＷは室温近傍のチャンバー６内にて処理されるのに対して、１０枚目以降の半導体ウェハーＷは安定温度に昇温しているチャンバー６内にて処理されることとなる。その結果、ロットの初期の半導体ウェハーＷと途中からの半導体ウェハーＷとでは、周辺温度が異なるために温度履歴が不均一になるという問題があった。このため、既述したように、従来では、ロットの処理を開始する前に、処理対象ではない約１０枚のダミーウェハーを順次にチャンバー６内に搬入して処理対象の半導体ウェハーＷと同様の予備加熱およびフラッシュ加熱処理を行ってサセプタ７４および下側チャンバー窓６４等のチャンバー内構造物を安定温度に昇温するダミーランニングが実施されていた。このようなダミーランニングが熱処理装置１の効率的な運用を阻害することも既述した通りである。
【００７６】
そこで、本実施形態においては、処理対象となる半導体ウェハーＷをチャンバー６に搬入する前に、下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３を含むチャンバー内構造物を予め事前加熱しておく。図８は、本発明に係る熱処理方法の処理手順を示すフローチャートである。
【００７７】
まず、室温のチャンバー６にて処理を開始する前に、そのチャンバー６内にダミーウェハーＤＷを搬入する（ステップＳ１）。ダミーウェハーＤＷは、半導体ウェハーＷと同様の円板形状のシリコンウェハーであり、半導体ウェハーＷと同様のサイズおよび形状を有する。但し、ダミーウェハーＤＷには、パターン形成やイオン注入はなされていない（いわゆるベアウェハー）。
【００７８】
ダミーウェハーＤＷのチャンバー６への搬入手順は、上述した半導体ウェハーＷの搬入手順と同じである。すなわち、装置外部の搬送ロボットによってダミーウェハーＤＷがチャンバー６内に搬入され、移載機構１０のリフトピン１２がダミーウェハーＤＷを受け取る。そして、リフトピン１２が下降することにより、ダミーウェハーＤＷがサセプタ７４に保持される（ステップＳ２）。なお、ダミーウェハーＤＷの搬入時にはチャンバー６内は窒素雰囲気とされている。
【００７９】
次に、チャンバー６内をヘリウム雰囲気に置換する（ステップＳ３）。このときには、一旦ガス供給孔８１から何らのガス供給を行うことなく密閉空間である熱処理空間６５の雰囲気を排気してチャンバー６内を大気圧未満に減圧する。続いて、バルブ８９およびバルブ１９２を閉止してバルブ８４を開放し、ガス供給源８５からチャンバー６内にヘリウムと窒素との混合ガスを供給する。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５にヘリウムガスを含む雰囲気が形成される。一旦チャンバー６内を減圧してからヘリウムと窒素との混合ガスを供給することにより、チャンバー６内を速やかに窒素雰囲気からヘリウム雰囲気に置換することができる。
【００８０】
次に、４０本のハロゲンランプＨＬが点灯し、ハロゲンランプＨＬからの光照射によってダミーウェハーＤＷを加熱する（ステップＳ４）。ハロゲンランプＨＬから出射された光は、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を透過してダミーウェハーＤＷ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ダミーウェハーＤＷが加熱されてその温度が上昇する。
【００８１】
図９は、ヘリウム雰囲気中にてダミーウェハーＤＷが加熱された状態を示す図である。ヘリウムガスは半導体ウェハーＷの熱処理時に使用する処理ガスである窒素ガスよりも高い熱伝導率を有する。０℃での窒素ガスの熱伝導率が０．０２４Ｗ／ｍＫであるのに対して０℃でのヘリウムガスの熱伝導率は０．１４４Ｗ／ｍＫである。このような高い熱伝導率を有するヘリウムガスは伝熱ガスとして機能し、ヘリウムガスを含む雰囲気中にてダミーウェハーＤＷが昇温すると、そのダミーウェハーＤＷからヘリウムガスを熱媒体としてチャンバー６内の構造物に熱伝導が生じる。これにより、チャンバー６の上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４が加熱される（ステップＳ５）。また、昇温したダミーウェハーＤＷからの熱伝導および熱輻射によってサセプタ７４も加熱される。
【００８２】
このときには、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の温度が安定温度に到達するようにダミーウェハーＤＷによってチャンバー６内の構造物が加熱される。上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の安定温度とは、ロットの１０枚以上の半導体ウェハーＷの加熱処理を連続して行った後に、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の温度が上昇して一定となる安定状態に到達したときの当該上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の温度である。具体的には、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４を安定温度に昇温するために必要な温度にまでダミーウェハーＤＷを加熱することができるハロゲンランプＨＬの出力を予め実験またはシミュレーションによって求めて制御部３に設定しておく。そして、制御部３の制御下にて、ハロゲンランプＨＬの出力が当該設定出力に調整される。その結果、ハロゲンランプＨＬからの光照射によってダミーウェハーＤＷが所定温度に加熱され、そのダミーウェハーＤＷからヘリウムガスを熱媒体として上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４が安定温度に昇温されることとなる。或いは、放射温度計１３０，１４０によって測定した測定値に基づいて、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４が安定温度となるように制御部３がハロゲンランプＨＬの出力をフィードバック制御するようにしても良い。
【００８３】
ダミーウェハーＤＷによって上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４が安定温度に昇温された後、４０本のハロゲンランプＨＬが消灯する（ステップＳ６）。ハロゲンランプＨＬが消灯することによって、ダミーウェハーＤＷの温度は降温するものの、熱容量の大きな上側チャンバー窓６３、下側チャンバー窓６４およびサセプタ７４の石英部材はすぐには降温せずに概ね安定温度に維持される。
【００８４】
続いて、チャンバー６内を窒素雰囲気に置換する（ステップＳ７）。このときには、上述したヘリウム雰囲気への置換と同様に、一旦チャンバー６内を大気圧未満に減圧してから窒素ガスを供給することにより、チャンバー６内を速やかにヘリウム雰囲気から窒素雰囲気に置換する。
【００８５】
次に、チャンバー６からダミーウェハーＤＷを搬出する（ステップＳ８）。チャンバー６からのダミーウェハーＤＷの搬出手順も、上述した半導体ウェハーＷの搬出手順と同じである。すなわち、リフトピン１２が上昇してサセプタ７４からダミーウェハーＤＷを受け取り、そのダミーウェハーＤＷを装置外部の搬送ロボットによってチャンバー６から搬出する。
【００８６】
ダミーウェハーＤＷがチャンバー６から搬出された後、速やかにロットの最初の処理対象となる半導体ウェハーＷをチャンバー６に搬入してサセプタ７４に保持する（ステップＳ９）。そして、上述した処理手順に沿って処理対象となる半導体ウェハーＷの加熱処理を実行する（ステップＳ１０）。
【００８７】
本実施形態においては、ロットの最初の処理対象となる半導体ウェハーＷの処理を開始する前に、チャンバー６内にダミーウェハーＤＷを搬入してサセプタ７４に載置し、窒素ガスよりも高い熱伝導率を有するヘリウムガスをチャンバー６内に供給してヘリウムガスを含む雰囲気を形成している。そして、ヘリウムガスを含む雰囲気中にてハロゲンランプＨＬからの光照射によってダミーウェハーＤＷを加熱することにより、昇温したダミーウェハーＤＷからヘリウムガスを熱媒体として上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４を含むチャンバー６内の構造物に熱伝導が生じる。特に、チャンバー６内を高い熱伝導率を有するヘリウムガスを含む雰囲気としておくことにより、ダミーウェハーＤＷの熱を効率良く上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４を含むチャンバー６内の構造物に伝達させることができる。
【００８８】
ダミーウェハーＤＷからヘリウムガスを介して上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４を含むチャンバー６内の構造物に熱を伝達して当該構造物を昇温することにより、ロットの最初の処理対象となる半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入されたときには、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４が安定温度に加熱されている。このため、ロットを構成する全ての半導体ウェハーＷにわたって上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４が等しい温度（安定温度）であり、温度履歴を均一にすることができる。その結果、従来のような複数枚（１０枚以上）のダミーウェハーに実際の半導体ウェハーＷに対するのと同様の加熱処理を行うダミーランニングを省略することができるため、チャンバー内構造物が安定温度に到達する時間を短縮して基板処理装置１の効率的な運用が可能となる。
【００８９】
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、ダミーウェハーＤＷの熱を上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４に伝達する伝熱ガスとしてヘリウムガスを用いていたが、これに限定されるものではない。伝熱ガスとしては、処理対象となる半導体ウェハーＷの熱処理時に使用する処理ガスである窒素ガスよりも高い熱伝導率を有するガスであれば良く、例えば水素ガス（０℃での熱伝導率は０．１６８Ｗ／ｍＫ）を用いるようにしても良い。
【００９０】
また、複数種類の伝熱ガスを混合してチャンバー６内に供給するようにしても良い。この場合、マスフローコントローラ等によって伝熱ガスの混合比率を変更可能とするのが好ましい。
【００９１】
また、ヘリウムガス等の伝熱ガスをヒータ２２によって加熱してチャンバー６内に供給するようにしても良い。加熱した伝熱ガスをチャンバー６内に供給することにより、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４を含むチャンバー６内の構造物をより効率良く昇温させることが可能となる。
【００９２】
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。
【００９３】
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。この場合、事前加熱時には放電型のアークランプによってダミーウェハーＤＷを加熱することとなる。
【００９４】
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。
【００９５】
また、本発明に係る熱処理技術は、フラッシュランプアニール装置に限定されるものではなく、ハロゲンランプを使用した枚葉式のランプアニール装置やＣＶＤ装置などのフラッシュランプ以外の熱源の装置にも適用することができる。特に、チャンバーの下方にハロゲンランプを配置し、半導体ウェハーの裏面から光照射を行って熱処理を行うバックサイドアニール装置に本発明に係る技術は好適に適用することができる。
【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
１０  移載機構
２２  ヒータ
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
８４  バルブ
８５  ガス供給源
１２０，１３０，１４０  放射温度計
ＤＷ  ダミーウェハー
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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