(57)【要約】【課題】簡易な構成にてフラッシュ光照射後の基板の挙動を迅速に把握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】半導体ウェハーの表面は、フラッシュランプからのフラッシュ光が照射されて瞬間的に加熱される。フラッシュ光が照射された以降の半導体ウェハーの表面の温度を上部放射温度計２５および高速放射温度計ユニット９０によって測定し、その温度データを順次に蓄積して温度プロファイルを取得する。解析部３１は、その温度プロファイルからフラッシュ光照射後の半導体ウェハーの最高測定温度を特定し、それに基づいて半導体ウェハーのサセプタからのジャンプ量を算定する。算定したジャンプ量が所定の閾値を超えている場合には、半導体ウェハーの位置が大きくずれている可能性が高く、当該半導体ウェハーの搬出を停止する。【選択図】図８
2019096661.tif 000002
【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、
チャンバー内にてサセプタに支持された基板の表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射する照射工程と、
少なくとも前記フラッシュ光が照射された以降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、
前記温度測定工程にて取得された前記温度プロファイルに基づいて前記基板の挙動を解析する解析工程と、
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、
前記解析工程では、前記チャンバー内が基準圧であるときに測定された表面温度を基準測定温度とし、処理対象となる前記基板について測定された表面温度と前記基準測定温度との差分に基づいて前記基板の挙動を解析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、
前記解析工程では、前記サセプタからの前記基板の跳躍量を算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、
前記解析工程にて算定された前記基板の跳躍量が所定の閾値を超えた場合には前記チャンバーからの前記基板の搬送を停止することを特徴とする熱処理方法。
【請求項５】
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、
前記チャンバー内にて前記基板を載置して支持するサセプタと、
前記サセプタに支持された前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
前記基板の表面温度を測定する温度測定部と、
少なくとも前記フラッシュ光が照射された以降に前記温度測定部によって測定された前記基板の表面温度から取得された温度プロファイルに基づいて前記基板の挙動を解析する解析部と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項５記載の熱処理装置において、
前記解析部は、前記チャンバー内が基準圧であるときに測定された表面温度を基準測定温度とし、処理対象となる前記基板について測定された表面温度と前記基準測定温度との差分に基づいて前記基板の挙動を解析することを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の熱処理装置において、
前記解析部は、前記サセプタからの前記基板の跳躍量を算定することを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
請求項７記載の熱処理装置において、
前記解析部が算定した前記基板の跳躍量が所定の閾値を超えた場合には前記チャンバーからの前記基板の搬送を停止する制御部をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハー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】
キセノン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さほどには上昇せず、表面から裏面にかけて温度勾配が生じる。このため、半導体ウェハーの表面近傍のみに急激に熱膨張が生じて半導体ウェハーが上面を凸面として反るように急激に変形する。その結果、半導体ウェハーを支持するサセプタ上にて半導体ウェハーが振動したり、当該サセプタから半導体ウェハーが跳躍する現象が確認されている（例えば、特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１６８４６２号公報
【特許文献２】特開２０１４−１２０４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体ウェハーが激しく振動したり、サセプタから大きく跳躍して落下してきたときには当該半導体ウェハーの割れが発生するという問題が生じる。また、ウェハー割れには至らなかったとしても、一旦跳躍した半導体ウェハーがサセプタ上に落下することによって半導体ウェハーが本来の設定位置から移動する（ずれる）こともある。半導体ウェハーが本来の設定位置から大きくずれた場合には搬送トラブルの原因となり、場合によっては半導体ウェハーの破損のみならず搬送ロボットの障害につながることもある。
【０００８】
これらの問題を解決するためにフラッシュ光照射後の半導体ウェハーの挙動をモニタする手法が求められている。例えば、半導体ウェハーを収容するチャンバーに高速度カメラを設置してフラッシュ光照射後の半導体ウェハーの挙動を撮像して観察することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、このような高速度カメラは費用が高額で装置のコストアップにつながるだけでなく、撮像した画像データの解析が繁雑な処理になるという問題がある。また、チャンバーに高速度カメラを設置するためのスペースを確保する必要もある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成にてフラッシュ光照射後の基板の挙動を迅速に把握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】
【００１１】
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、チャンバー内にてサセプタに支持された基板の表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射する照射工程と、少なくとも前記フラッシュ光が照射された以降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、前記温度測定工程にて取得された前記温度プロファイルに基づいて前記基板の挙動を解析する解析工程と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
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、前記解析工程では、前記チャンバー内が基準圧であるときに測定された表面温度を基準測定温度とし、処理対象となる前記基板について測定された表面温度と前記基準測定温度との差分に基づいて前記基板の挙動を解析することを特徴とする。
【００１３】
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、前記解析工程では、前記サセプタからの前記基板の跳躍量を算定することを特徴とする。
【００１４】
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、前記解析工程にて算定された前記基板の跳躍量が所定の閾値を超えた場合には前記チャンバーからの前記基板の搬送を停止することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５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、前記チャンバー内にて前記基板を載置して支持するサセプタと、前記サセプタに支持された前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記基板の表面温度を測定する温度測定部と、少なくとも前記フラッシュ光が照射された以降に前記温度測定部によって測定された前記基板の表面温度から取得された温度プロファイルに基づいて前記基板の挙動を解析する解析部と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る熱処理装置において、前記解析部は、前記チャンバー内が基準圧であるときに測定された表面温度を基準測定温度とし、処理対象となる前記基板について測定された表面温度と前記基準測定温度との差分に基づいて前記基板の挙動を解析することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７の発明は、請求項５または請求項６の発明に係る熱処理装置において、前記解析部は、前記サセプタからの前記基板の跳躍量を算定することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る熱処理装置において、前記解析部が算定した前記基板の跳躍量が所定の閾値を超えた場合には前記チャンバーからの前記基板の搬送を停止する制御部をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１から請求項４の発明によれば、少なくともフラッシュ光が照射された以降の基板の表面温度を測定して取得した温度プロファイルに基づいて基板の挙動を解析するため、高価な撮像機構等を用いることなく、簡易な構成にてフラッシュ光照射後の基板の挙動を迅速に把握することができる。
【００２０】
特に、請求項４の発明によれば、算定された基板の跳躍量が所定の閾値を超えた場合にはチャンバーからの基板の搬送を停止するため、基板の位置ずれに起因した搬送トラブルを未然に防ぐことができる。
【００２１】
請求項５から請求項８の発明によれば、少なくともフラッシュ光が照射された以降に温度測定部によって測定された基板の表面温度から取得された温度プロファイルに基づいて基板の挙動を解析するため、高価な撮像機構等を用いることなく、簡易な構成にてフラッシュ光照射後の基板の挙動を迅速に把握することができる。
【００２２】
特に、請求項８の発明によれば、解析部が算定した基板の跳躍量が所定の閾値を超えた場合にはチャンバーからの基板の搬送を停止するため、基板の位置ずれに起因した搬送トラブルを未然に防ぐことができる。
【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】上部放射温度計を含む温度測定機構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】フラッシュ光照射後の半導体ウェハーの最高測定温度とジャンプ量との相関を示す図である。
【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（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。
【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】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、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。上部放射温度計２５は、半導体ウェハーＷの上面から放射された赤外光を透明窓２６を介して受光し、その赤外光の強度から半導体ウェハーＷの上面の温度を測定する。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。下部放射温度計２０は、半導体ウェハーＷの下面から放射された赤外光を透明窓２１を介して受光し、その赤外光の強度から半導体ウェハーＷの下面の温度を測定する。
【００３２】
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）。
【００３３】
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。バルブ８４を閉止して熱処理空間６５に処理ガスを供給することなくバルブ８９を開放して熱処理空間６５からの排気のみを行うと、チャンバー６内の熱処理空間６５が大気圧未満にまで減圧されることとなる。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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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支持される。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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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３４を備えている（図８）。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】
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。
【００５８】
図８は、上部放射温度計２５を含む温度測定機構の構成を示すブロック図である。上部放射温度計２５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の外壁面に斜めに傾斜して装着されている。上部放射温度計２５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。上部放射温度計２５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は上部放射温度計２５の測定波長域の赤外光を選択的に透過する。ＩｎＳｂの光学素子は、受光した赤外光の強度に応じて抵抗が変化する。ＩｎＳｂの光学素子を備えた上部放射温度計２５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。上部放射温度計２５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。
【００５９】
高速放射温度計ユニット９０は、増幅回路やＡ／Ｄコンバータ等を備え（いずれも図示省略）、上部放射温度計２５から伝達された信号に所定の演算処理を行って温度に変換する。高速放射温度計ユニット９０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。本実施形態においては、上部放射温度計２５と高速放射温度計ユニット９０とによって半導体ウェハーＷの表面温度を測定する温度測定部が構成される。なお、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。
【００６０】
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。高速放射温度計ユニット９０によって求められた半導体ウェハーＷの上面の温度は制御部３に伝達される。制御部３は、高速放射温度計ユニット９０から伝達された温度データを磁気ディスク３４に格納する。上部放射温度計２５および高速放射温度計ユニット９０が一定間隔でサンプリングした温度データを制御部３が順次に磁気ディスク３４に蓄積されることによって、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。
【００６１】
また、制御部３は、解析部３１を備える。解析部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。この解析部３１の処理内容についてはさらに後述する。
【００６２】
また、制御部３には表示部３５が接続されている。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。制御部３は、表示部３５に種々の情報を表示する。さらに、制御部３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搬送ロボットＴＲを制御する。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、搬送ロボットＴＲ（図８参照）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。
【００６８】
搬送ロボットＴＲ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。
【００６９】
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ＴＲ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。
【００７０】
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支持された後、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。
【００７１】
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℃）。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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（例えば、数十マイクロセカンド前）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によって受光される。
【００７５】
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、高速放射温度計ユニット９０は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。上部放射温度計２５は、ＩｎＳｂ光学素子を用いた高速放射温度計であり、高速放射温度計ユニット９０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、高速放射温度計ユニット９０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制御部３に伝達する。
【００７６】
また、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に支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。
【００７７】
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。
【００７８】
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および高速放射温度計ユニット９０によって測定されている。上部放射温度計２５および高速放射温度計ユニット９０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、高速放射温度計ユニット９０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および高速放射温度計ユニット９０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制御部３に伝達する。そして、高速放射温度計ユニット９０から伝達された温度データが順次に磁気ディスク３４に蓄積されることによって、フラッシュ光照射前後にわたる半導体ウェハーＷの表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（ステップＳ５）。
【００７９】
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。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が振動または跳躍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。また、振動が大きいときには半導体ウェハーＷがサセプタ７４から跳躍することもある。
【００８０】
上部放射温度計２５は、半導体ウェハーＷの斜め上方に設けられているため（図１参照）、半導体ウェハーＷが振動または跳躍すると上部放射温度計２５から見たウェハー表面のみかけ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の振動または跳躍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。
【００８１】
図１０のような温度プロファイルが取得された後、制御部３の解析部３１がその温度プロファイルに基づいてフラッシュ光照射後の半導体ウェハーＷの挙動を解析する。具体的には、まず、解析部３１がフラッシュ光照射後の最高測定温度Ｔｍを温度プロファイルから特定する（ステップＳ６）。温度プロファイル全体における最高測定温度は、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面が到達した処理温度Ｔ２なのではあるが、解析部３１は温度プロファイルのうちフラッシュランプＦＬが発光した時刻ｔ０から所定時間が経過した時刻ｔ１以降での最高測定温度Ｔｍを特定する。時刻ｔ０から時刻ｔ１までの上記所定時間は、例えば２０ミリ秒に設定されている。解析部３１は、フラッシュランプＦＬが発光した時刻ｔ０から２０ミリ秒間は解析範囲から除外し、温度プロファイルの時刻ｔ１以降の範囲から最高測定温度Ｔｍを特定するのである。フラッシュランプＦＬが発光してから２０ミリ秒が経過する間には、半導体ウェハーＷの表面温度が処理温度Ｔ２にまで瞬間的に昇温してから予備加熱温度Ｔ１近傍にまで降温している。すなわち、解析部３１は、フラッシュ光照射による半導体ウェハーＷの表面の実質的な昇温は除外し、フラッシュ光照射後に半導体ウェハーＷの表面が予備加熱温度Ｔ１近傍にまで降温して変動する範囲内での最高測定温度Ｔｍを特定する。
【００８２】
定性的には、ハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬの発光条件が同じであり、予備加熱温度Ｔ１および処理温度Ｔ２が同じであれば、最高測定温度Ｔｍが高いほど半導体ウェハーＷが激しく振動して跳躍していると言える。図１１は、フラッシュ光照射後の半導体ウェハーＷの最高測定温度Ｔｍとジャンプ量（跳躍量）との相関を示す図である。図１１に示しているのは、ハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬの発光条件が同じであり、予備加熱温度Ｔ１および処理温度Ｔ２が同じである前提である。
【００８３】
図１１に示すように、フラッシュ光照射後の時刻ｔ１以降の最高測定温度Ｔｍが高くなるほど、サセプタ７４からの半導体ウェハーＷのジャンプ量も大きくなっている。なお、ハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬの発光条件が同じであるにもかかわらず、半導体ウェハーＷのジャンプ量に差異が生じるのは、典型的にはチャンバー６内の圧力の相違に起因する。ハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬの発光条件が同じであっても、チャンバー６内の圧力が低くなるほど半導体ウェハーＷのジャンプ量が大きくなり、最高測定温度Ｔｍも高くなるのである。このようになるのは、チャンバー６内の圧力が低くなるほど、半導体ウェハーＷの跳躍を抑制する力が弱くなることによるものと考えられる。
【００８４】
チャンバー６内が基準圧（例えば、ほぼ常圧の100000Pa）であるときの半導体ウェハーＷの最高測定温度Ｔｍを基準測定温度Ｔｓとすると、処理対象となる半導体ウェハーＷの最高測定温度Ｔｍと基準測定温度Ｔｓとの差分ΔＴは、当該半導体ウェハーＷのジャンプ量と線形の相関関係を有する。そこで、本実施形態においては解析部３１は、処理対象となる半導体ウェハーＷの最高測定温度Ｔｍを特定した後、その最高測定温度Ｔｍと基準測定温度Ｔｓとの差分ΔＴを算定する（ステップＳ７）。そして、解析部３１は、その差分ΔＴに基づいてサセプタ７４からの半導体ウェハーＷのジャンプ量を算定する（ステップＳ８）。具体的には、例えば図１１に示す相関関係から導出される差分ΔＴと半導体ウェハーＷのジャンプ量との相関を示すテーブルを作成して制御部３の記憶部（例えば、磁気ディスク３４）内に格納しておき、制御部３はそのテーブルから半導体ウェハーＷのジャンプ量を求める。
【００８５】
次に、ステップＳ９に進み、解析部３１が算定した半導体ウェハーＷのジャンプ量が所定の閾値を超えているか否かを判定する。半導体ウェハーＷのジャンプ量が所定の閾値以下である場合には、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が搬送ロボットＴＲ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。
【００８６】
一方、半導体ウェハーＷのジャンプ量が所定の閾値を超えている場合には、ステップＳ１１に進み、制御部３がチャンバー６からの半導体ウェハーＷの搬出を停止する。フラッシュ光照射後に半導体ウェハーＷが跳躍してサセプタ７４に落下してきたときには、半導体ウェハーＷの位置が本来の設定位置（半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入されてサセプタ７４に支持されたときの初期位置）からずれていることが多い。そのずれ量は、半導体ウェハーＷのジャンプ量が大きくなるほど多くなる。半導体ウェハーＷが本来の設定位置から例えば１５ｍｍ以上ずれた場合には、搬送ロボットＴＲが半導体ウェハーＷを適正に保持して搬出することができず、場合によっては搬送ロボットＴＲ自体の障害につながることもある。このため、半導体ウェハーＷのジャンプ量が所定の閾値を超えている場合には、制御部３が半導体ウェハーＷの搬出処理を停止することにより、搬送トラブルを未然に防いで半導体ウェハーＷおよび搬送ロボットＴＲが損傷するのを防止している。また、半導体ウェハーＷのジャンプ量が所定の閾値を超えている場合には、制御部３が表示部３５等にアラームを発報するようにしても良い。なお、半導体ウェハーＷのジャンプ量が所定の閾値以下であれば、半導体ウェハーＷのずれ量も少なく、搬送ロボットＴＲの許容範囲内となるため上述のようにステップＳ１０の搬出処理が可能となる。
【００８７】
本実施形態においては、フラッシュ光が照射された以降の半導体ウェハーＷの表面の温度を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からフラッシュ光照射後の半導体ウェハーＷの最高測定温度Ｔｍを特定している。そして、チャンバー６内が基準圧であるときの基準測定温度Ｔｓと最高測定温度Ｔｍとの差分ΔＴに基づいて半導体ウェハーＷのジャンプ量を算定している。
【００８８】
半導体ウェハーＷの表面の温度を測定するための上部放射温度計２５および高速放射温度計ユニット９０は、そもそもフラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの表面到達温度（本実施形態では処理温度Ｔ２）を測定するために設けられているものである。すなわち、半導体ウェハーＷの表面到達温度を測定するための機構を利用して半導体ウェハーＷのジャンプ量を算定しているのである。従って、上部放射温度計２５および高速放射温度計ユニット９０を設けるための新たなスペースを熱処理装置１に確保する必要はなく、また高速度カメラ等に比較して放射温度計は廉価な計測機器である。さらに、上記の温度プロファイルの解析は高速度カメラの画像データの解析に比較すると顕著にシンプルであり、短時間で可能である。このため、本発明に係る技術によれば、簡易な構成にてフラッシュ光照射後の半導体ウェハーＷの挙動を迅速に把握することができる。
【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、半導体ウェハーＷの挙動としてジャンプ量を算定していたが、これに限定されるものではなく、解析部３１が温度プロファイルから他の指標を算定するようにしても良い。フラッシュ光照射後に半導体ウェハーＷが傾くことなく、ほぼ水平姿勢のままサセプタ７４から跳躍した場合には、半導体ウェハーＷの振動の周期および振幅と温度プロファイル上での測定温度の変動の周期および振幅とが連動する。よって、このような場合には、解析部３１は、温度プロファイルに現出した測定温度の変動の周期および振幅から半導体ウェハーＷの振動の周期および振幅を求めるようにしても良い。
【００９０】
また、上記実施形態においては、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していたが、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱を開始する前から上部放射温度計２５による測定を開始しても良いし、フラッシュランプＦＬの発光と同時に上部放射温度計２５による測定を開始するようにしても良い。要するに、少なくともフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射された以降の半導体ウェハーＷの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するようにすれば良い。
【００９１】
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。
【００９２】
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。或いは、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。
【００９３】
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】
【００９４】
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  解析部
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
ＦＬ  フラッシュランプ
ＨＬ  ハロゲンランプ
ＴＲ  搬送ロボット
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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