(57)【要約】【課題】基板に対して閃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、加熱時の基板の表面温度を正確に計測できる熱処理装置を提供する。【解決手段】フラッシュ加熱時に、フラッシュランプ６９からの閃光のうち、半導体ウェハーＷを透過する赤外領域の光の強度を検出素子３１にて計測する。そして、この赤外領域の光の強度の計測結果に基づき、コンピュータ１０にて半導体ウェハーＷの表面温度の演算を実行する。これにより、一瞬の閃光によって半導体ウェハーＷの表面付近の温度を昇温させる場合であっても、半導体ウェハーＷの表面温度を繰り返し再現性よく求めることができる。【選択図】        図３
2004296625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に所定の処理を施す基板処理装置であって、
（ａ）  前記基板を載置しつつ加熱する加熱部と、
（ｂ）  前記加熱部に設けられた貫通孔に挿通され、前記基板を支持して相対的に昇降させる支持ピンと、
（ｃ）  前記基板から放射されて前記支持ピンによってブロックされずに前記貫通孔を通過する熱放射による光の強度を計測する熱放射計測手段と、
（ｄ）  前記熱放射計測手段による計測結果に基づいて前記基板の温度を演算する演算手段と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理装置において、
前記支持ピンは、前記貫通孔を通過する熱放射による光を透過可能な材料によって形成され、前記光を前記基板と対向する一端部に入射させて、他端部から前記熱放射検出手段に向けて出射させることを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の基板処理装置において、
前記支持ピンは、サファイアで形成されていることを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の基板処理装置において、
前記支持ピンは、複数であることを特徴とする基板処理装置。
【請求項５】
基板に対して閃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、
（ａ）  フラッシュランプを有する光源と、
（ｂ）  前記基板を保持する保持手段と、
（ｃ）  前記光源から前記保持手段に保持された前記基板に向けて照射された閃光のうち、前記基板を透過する透過光の強度を計測する第１の光強度計測手段と、
（ｄ）  前記第１の光強度計測手段による第１の計測結果に基づいて前記基板の温度を演算する演算手段と、
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に記載の熱処理装置において、
（ｅ）  前記光源から前記保持手段に保持された基板に向けて閃光を出射するときに、前記フラッシュランプから出射される光の強度を計測する第２の光強度計測手段と、
（ｆ）  前記第２の光強度計測手段による第２の計測結果に基づいて、前記フラッシュランプの発光状態を検出する発光状態検出手段と、
（ｇ）  前記第１の計測結果と第２の計測結果に基づいて前記基板の熱処理結果を判定する判定手段と、
をさらに備え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に記載の熱処理装置において、
前記フラッシュランプは、キセノンフラッシュランプであることを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
基板を加熱する熱処理方法であって、
（ａ）  フラッシュランプから基板に向けて閃光を照射する照射工程と、
（ｂ）  前記照射工程においてフラッシュランプから出射した光のうち、前記基板を透過した透過光の強度を計測する光強度計測工程と、
（ｃ）  前記光強度計測工程による計測結果に基づいて前記基板の温度を演算する演算工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハーやガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）に閃光を照射することによって、または、加熱部から与えられる熱エネルギーによって基板温度を昇温させる熱処理装置、基板処理装置、および熱処理方法に関するもので、特に、基板温度の演算に使用する光の計測方式の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板の表面に薄膜を形成する成膜処理等の基板処理では、基板の温度制御が良好な基板処理を行うための重要な因子となっている。そのため、基板処理中の基板温度を非接触にモニタする技術が提案されている。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
そして、イオン注入後の基板に対してキセノンフラッシュランプ等からの閃光を照射してイオン活性化処理を行う場合も、同様に基板温度を制御することが良好な処理を行うための重要な因子となる。
【０００４】
キセノンフラッシュランプを使用したイオン活性化処理では、予め加熱プレートによって基板全体を２００℃ないし６００℃に予備加熱し、続いて、その予備加熱された基板の表面に向けてキセノンフラッシュランプからの閃光を照射することによって、イオンが注入された基板の表面のみを極めて短時間（数ミリセカンド以下）に、例えば、１０００℃ないし１１００℃程度の温度に加熱（アニール）昇温させている。これにより、基板に注入されたイオンが拡散するための十分な時間を与えることなく基板表面を加熱することができるため、基板表面に打ちこまれたイオンのプロファイルをなまらせることがなく、良好にイオン活性化処理を実行することが可能となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２５６８４８号公報
【特許文献２】
特開平１０−１４０３４９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように、キセノンフラッシュランプを使用したイオン活性化処理では、基板に向けてキセノンフラッシュランプの閃光を短時間照射することによって基板の表面を１０００℃ないし１１００℃に昇温させ、その後、速やかに降温する。そのため、特許文献１のように、光源から照射されて基板表面で反射された赤外光の強度を測定することにより基板温度を測定する方式では、キセノンフラッシュランプの閃光に含まれる赤外光の強度も含めて測定することとなり、基板表面の温度を正確に測定するのは困難となる。
【０００７】
さらに、特許文献２の発明では、基板の下面から放射される輻射赤外線の強度に基づいて基板温度の演算を実行するため、求められる基板温度はその下面の温度に相当するものとなる。しかし、フラッシュランプを使用した熱処理では、基板表面のごく限られた領域のみを昇温することとなり、基板表面の温度と基板下面の温度とは相違する。したがって、フラッシュランプの閃光の照射時に基板の下面から放射される輻射赤外線を観測して、当該輻射赤外線の強度を基に基板表面の温度を演算しても、基板下面の温度を得ることができるのみで、基板表面の温度を取得することができない。
【０００８】
また、キセノンフラッシュランプを使用した熱処理では、閃光照射によって基板の表面温度を所定の温度まで昇温させるため、予め加熱プレートによって基板全体を２００℃ないし６００℃の所定の温度に制御する必要がある。
【０００９】
しかし、特許文献２による基板温度の計測方式では基板の下面から放射される輻射赤外線を観測するために開口窓を設ける必要があり、加熱プレートによる基板の加熱効率が低下してしまう。また、同様に、従来から使用されている熱電対による接触式の温度測定でも、接触部分の加熱効率が低下する。
【００１０】
そこで、本発明は、加熱部によって基板を加熱する際に、加熱効率を維持しつつ基板温度を計測することができる基板処理装置を提供することを第１の目的とする。
【００１１】
また、基板に対して閃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、加熱時の基板の表面温度を正確に計測できる熱処理装置を提供することを第２の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に所定の処理を施す基板処理装置であって、前記基板を載置しつつ加熱する加熱部と、前記加熱部に設けられた貫通孔に挿通され、前記基板を支持して相対的に昇降させる支持ピンと、前記基板から放射されて前記支持ピンによってブロックされずに前記貫通孔を通過する熱放射による光の強度を計測する熱放射計測手段と、前記熱放射計測手段による計測結果に基づいて前記基板の温度を演算する演算手段と、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に記載の基板処理装置において、前記支持ピンは、前記貫通孔を通過する熱放射による光を透過可能な材料によって形成され、前記光を前記基板と対向する一端部に入射させて、他端部から前記熱放射検出手段に向けて出射させることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３の発明は、請求項２に記載の基板処理装置において、前記支持ピンは、サファイアで形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４の発明は、請求項２または請求項３に記載の基板処理装置において、前記支持ピンは、複数であることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５の発明は、基板に対して閃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、フラッシュランプを有する光源と、前記基板を保持する保持手段と、前記光源から前記保持手段に保持された前記基板に向けて照射された閃光のうち、前記基板を透過する透過光の強度を計測する第１の光強度計測手段と、前記第１の光強度計測手段による第１の計測結果に基づいて前記基板の温度を演算する演算手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６の発明は、請求項５に記載の熱処理装置において、前記光源から前記保持手段に保持された基板に向けて閃光を出射するときに、前記フラッシュランプから出射される光の強度を計測する第２の光強度計測手段と、前記第２の光強度計測手段による第２の計測結果に基づいて、前記フラッシュランプの発光状態を検出する発光状態検出手段と、前記第１の計測結果と第２の計測結果に基づいて前記基板の熱処理結果を判定する判定手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７の発明は、請求項５または請求項６に記載の熱処理装置において、前記フラッシュランプは、キセノンフラッシュランプであることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８の発明は、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に向けて閃光を照射する照射工程と、前記照射工程においてフラッシュランプから出射した光のうち、前記基板を透過した透過光の強度を計測する光強度計測工程と、前記光強度計測工程による計測結果に基づいて前記基板の温度を演算する演算工程と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
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。
【００２１】
＜１．熱処理装置の構成＞
図１および図２は本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。この熱処理装置は、キセノンフラッシュランプからの閃光によって半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。
【００２２】
この熱処理装置は、透光板６１、底板６２および一対の側板６３、６４からなり、その内部に半導体ウェハーＷを収納して熱処理するためのチャンバー６５を備える。チャンバー６５の上部を構成する透光板６１は、例えば、石英等の赤外線透過性を有する材料から構成されており、光源５から出射された光を透過してチャンバー６５内に導くチャンバー窓として機能している。また、チャンバー６５を構成する底板６２には、後述する熱拡散板７３および加熱プレート７４を貫通して半導体ウェハーＷをその下面から支持する複数（本実施の形態では３本）の支持ピン７０が立設されている。
【００２３】
また、チャンバー６５を構成する側板６４には、半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための開口部６６が形成されている。開口部６６は、軸６７を中心に回動するゲートバルブ６８により開閉可能となっている。半導体ウェハーＷは、開口部６６が解放された状態で、図示しない搬送ロボットによりチャンバー６５内に搬入される。また、チャンバー６５内にて半導体ウェハーＷの熱処理が行われるときには、ゲートバルブ６８により開口部６６が閉鎖される。
【００２４】
チャンバー６５は光源５の下方に設けられている。光源５は、複数（本実施形態においては２７本）のキセノンフラッシュランプ６９（以下、単に「フラッシュランプ６９」とも称する）と、リフレクタ７１とを備える。複数のフラッシュランプ６９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水平方向に沿うようにして互いに平行に列設されている。リフレクタ７１は、複数のフラッシュランプ６９の上方にそれらの全体を被うように配設されている。
【００２５】
このキセノンフラッシュランプ６９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ガラス管と、該ガラス管の外局部に巻回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、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、そのときのジュール熱でキセノンガスが加熱されて光が放出される。このキセノンフラッシュランプ６９においては、予め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１０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、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。本実施形態では、熱処理装置にフラッシュランプ６９から出射される光の強度を計測する機構（図１および図２では図示の便宜上省略）を設けているのであるがそれについてはさらに後述する。
【００２６】
光源５と透光板６１との間には、光拡散板７２が配設されている。この光拡散板７２は、赤外線透過材料としての石英ガラスの表面に光拡散加工を施したものが使用される。
【００２７】
フラッシュランプ６９から放射された光の一部は直接に光拡散板７２および透光板６１を透過してチャンバー６５内へと向かう。また、フラッシュランプ６９から放射された光の他の一部は一旦リフレクタ７１によって反射されてから光拡散板７２および透光板６１を透過してチャンバー６５内へと向かう。
【００２８】
チャンバー６５内には、加熱プレート７４と熱拡散板７３とが設けられている。熱拡散板７３は加熱プレート７４の上面に貼着されている。また、熱拡散板７３の表面には、半導体ウェハーＷの位置ずれ防止ピン７５が付設されている。したがって、熱拡散板７３によって半導体ウェハーＷを保持することができる。
【００２９】
加熱プレート７４は、半導体ウェハーＷを予備加熱（アシスト加熱）するためのものである。この加熱プレート７４は、窒化アルミニウムにて構成され、その内部にヒータを収納した構成を有する。一方、熱拡散板７３は、加熱プレート７４からの熱エネルギーを拡散して半導体ウェハーＷを均一に予備加熱するためのものである。この熱拡散板７３の材質としては、サファイア（Ａｌ２Ｏ３：酸化アルミニウム）や石英等の比較的熱伝導率が小さいものが採用される。
【００３０】
熱拡散板７３および加熱プレート７４は、モータ４０の駆動により、図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降する構成となっている。
【００３１】
すなわち、加熱プレート７４は、筒状体４１を介して移動板４２に連結されている。この移動板４２は、チャンバー６５の底板６２に釣支されたガイド部材４３により案内されて昇降可能となっている。また、ガイド部材４３の下端部には、固定板４４が固定されており、この固定板４４の中央部にはボールネジ４５を回転駆動するモータ４０が配設されている。そして、このボールネジ４５は、移動板４２と連結部材４６、４７を介して連結されたナット４８と螺合している。このため、熱拡散板７３および加熱プレート７４は、モータ４０の駆動により、図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降することができる。
【００３２】
図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置は、図示しない搬送ロボットを使用して開口部６６から搬入した半導体ウェハーＷを支持ピン７０上に載置し、あるいは、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷを開口部６６から搬出することができるように、熱拡散板７３および加熱プレート７４が下降した位置である。この状態においては、支持ピン７０の上端７０ａは、熱拡散板７３および加熱プレート７４に形成された貫通孔３８を通過し、熱拡散板７３の表面より上方に突出する。
【００３３】
一方、図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置は、半導体ウェハーＷに対して熱処理を行うために、熱拡散板７３および加熱プレート７４が支持ピン７０の上端７０ａより上方に上昇した位置である。熱拡散板７３および加熱プレート７４が図１の搬入・搬出位置から図２の熱処理位置に上昇する過程において、支持ピン７０に載置された半導体ウェハーＷは熱拡散板７３によって受け取られ、その下面を熱拡散板７３の表面に支持されて上昇し、チャンバー６５内の透光板６１に近接した位置に水平姿勢にて保持される。逆に、熱拡散板７３および加熱プレート７４が熱処理位置から搬入・搬出位置に下降する過程においては、熱拡散板７３に支持された半導体ウェハーＷは支持ピン７０に受け渡される。
【００３４】
このように支持ピン７０は、熱拡散板７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動によって図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降することにより、半導体ウェハーＷを上下方向に昇降させることとなる。
【００３５】
また、支持ピン７０は、上述のように半導体ウェハーＷを上下方向に昇降させるだけでなく、半導体ウェハーＷから放射される熱放射を導入する導入路としても使用される。図３は、図２に示すように半導体ウェハーＷを熱処理位置に配置した場合における支持ピン７０付近の構成を示す側断面図である。
【００３６】
支持ピン７０は、例えば石英やサファイアのように光の伝送路ないしは光ガイド棒として使用可能な材料によって形成された棒状体である。そのため、支持ピン７０の一端部７０ａに紫外域から赤外域の範囲の光（すなわち、可視領域を含む光）が入射すると、当該光は、支持ピン７０の内部にて反射を繰り返すことにより支持ピン７０の他端部７０ｂから支持ピン７０の外部に出射することとなる。したがって、上記の光は支持ピン７０によってブロックされずに、この支持ピン７０の中を伝播することになる。なお、以下において単に「光」という場合、可視光だけでなく、可視光より波長の長い赤外域および可視光より波長の短い紫外域の電磁波も含むものとする。
【００３７】
また、支持ピン７０は、図３に示すように、チャンバー６５の底部を構成する底板６２に設けられた貫通孔６２ｈに挿通されている。したがって、支持ピン７０が貫通孔３８の外部に存在する状態においては、支持ピン７０の上端部（一端部）７０ａは、貫通孔３８を介して半導体ウェハーＷと対向するように配置されており、また、支持ピン７０の下端部（他端部）７０ｂは、チャンバー６５外部の光検出部３５に設けられたフィルタ３２付近となるように、それぞれ配置されている。そのため、半導体ウェハーＷの下面からの熱放射によって放射される赤外線や、後述するフラッシュランプ６９からの閃光のうち半導体ウェハーＷを透過する赤外線は、熱拡散板７３および加熱プレート７４の貫通孔３８を介して支持ピン７０の一端部７０ａに入射して他端部７０ｂから出射することとなる。
【００３８】
光検出部３５は、後述するように半導体ウェハーＷから放出される赤外領域の光を検出して計測する部材であり、主として、フィルタ３２と、特定の波長の光の強度を検出する検出素子３１とから構成されている。図３に示すように、光検出部３５は、底板６２に設けられた支持ピン７０を挿通する貫通孔６２ｈ下部の開口部を覆うように設けられている。また、光検出部３５は、支持ピン７０によって導入された光以外の光（例えば、チャンバー６５外部を進行する光）が入射しない遮光構造（遮光容器３５ａ）を有している。
【００３９】
なお、図３において、各支持ピン７０のそれぞれの下方には、対応する光検出部３５が配置されているが、これに限定されるものでなく、例えば、複数の支持ピン７０のうち特定のもの（単数であっても複数であってもよい）の下方にのみ光検出部３５を配置してもよい。
【００４０】
フィルタ３２は、入射する光のうち特定の波長のみを透過させたり、検出素子３１の検出強度範囲内にするために入射する光の強度を弱めるために使用する部材である。図３に示すように、フィルタ３２は、光検出部３５の内部であって支持ピン７０が挿通された貫通孔６２ｈの直下に配置されている。そのため、支持ピン７０の下端部７０ｂから出射する光は当該フィルタ３２の上面に入射する。
【００４１】
ここで、本実施の形態の検出素子３１では、半導体ウェハーＷの下面から出射された熱放射による赤外域の光や、フラッシュランプ６９の閃光のうち半導体ウェハーＷを透過した赤外域の光を検出するため、フィルタ３２はシリコンウエハによって形成されている。これにより、支持ピン７０の上端部７０ａから入射した光のうち可視光や紫外域の光は、フィルタ３２を透過することができない。そのため、フィルタ３２の下面からは赤外域の光が出射することとなる。
【００４２】
検出素子３１は、フィルタ３２の下面から出射する赤外域の光の強度をアナログ信号として検出する検出装置であり、光検出部３５の内部であってフィルタ３２の下方に配置される。また、検出素子３１は、信号線３９を介して後述するコンピュータ１０のＡ／Ｄコンバータ１５と接続されている（図５参照）。したがって、検出素子３１で検出された赤外域の光強度を示すアナログ信号をデジタル信号に変換し、当該デジタル信号に変換された赤外域の光の強度に基づき、ＣＰＵ１１およびＲＡＭ１３によって基板温度の演算処理を実行することができる。
【００４３】
なお、図３では、支持ピン７０が貫通孔３８から完全に抜け出た状態を示しているが、支持ピン７０は光透過性の材料で形成されているため、支持ピン７０が貫通孔３８に挿通されている状態でも熱放射光の検出は可能である。
【００４４】
半導体ウェハーＷを支持する熱拡散板７３および加熱プレート７４が熱処理位置に上昇した状態においては、それらに保持された半導体ウェハーＷと光源５との間に透光板６１が位置することとなる。なお、このときの熱拡散板７３と光源５との間の距離についてはモータ４０の回転量を制御することにより任意の値に調整することが可能である。
【００４５】
また、チャンバー６５の底板６２と移動板４２との間には筒状体４１の周囲を取り囲むようにしてチャンバー６５を気密状体に維持するための伸縮自在の蛇腹７７が配設されている。熱拡散板７３および加熱プレート７４が熱処理位置まで上昇したときには蛇腹７７が収縮し、熱拡散板７３および加熱プレート７４が搬入・搬出位置まで下降したときには蛇腹７７が伸長してチャンバー６５内の雰囲気と外部雰囲気とを遮断する。
【００４６】
チャンバー６５における開口部６６と反対側の側板６３には、開閉弁８０に連通接続された導入路７８が形成されている。この導入路７８は、チャンバー６５内に処理に必要なガス、例えば不活性な窒素ガスを導入するためのものである。一方、側板６４における開口部６６には、開閉弁８１に連通接続された排出路７９が形成されている。この排出路７９は、チャンバー６５内の気体を排出するためのものであり、開閉弁８１を介して図示しない排気手段と接続されている。
【００４７】
上述したように、この熱処理装置にはフラッシュランプ６９から出射される光の強度を計測する機構が設けられている。図４は、光強度計測機構の概略構成を示す図である。この光強度計測機構は、主としてフラッシュランプ６９から出射された光を導く複数の光ファイバー２０と、受光した光の強度を電気信号として出力するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）２５と、ＣＣＤ２５から出力された電気信号を解析するコンピュータ１０とにより構成される。
【００４８】
各光ファイバー２０の一端部はリフレクタ７１に固設されている。図６はフラッシュランプ６９に対する光ファイバー２０の配設状態を示す図である。また、図７はリフレクタ７１への光ファイバー２０の取付態様を示す拡大図である。図６に示すように、本実施形態では１本のフラッシュランプ６９に対して３本の光ファイバー２０を配設している。すなわち、フラッシュランプ６９は長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、光ファイバー２０の端面が各フラッシュランプ６９の中央部および両端部のそれぞれに対向するように構成されている。従って、光源５に２７本のフラッシュランプ６９が設けられているとすると、リフレクタ７１には計８１本の光ファイバー２０が取り付けられることとなる。具体的な取付態様は図７に示すように、リフレクタ７１におけるフラッシュランプ６９の直上部分に光ファイバー２０の径よりも若干大きな穴を穿設し、その穴に光ファイバー２０の一端部を挿通させた状態にて取付治具２１により光ファイバー２０を固定する。光ファイバー２０の材質は石英製であり、フラッシュランプ６９からの強烈なフラッシュ光に対しても耐性を備えている。
【００４９】
図６および図７に示すようにして複数の、例えば８１本の光ファイバー２０をリフレクタ７１に取り付けることにより、それら光ファイバー２０の端面が２７本のフラッシュランプ６９の中央部および両端部に対向する。そしてこの状態でフラッシュランプ６９が閃光を出射すると、出射された光は各光ファイバー２０の端面に入射して該光ファイバー２０によって導かれることとなる。
【００５０】
一方、各光ファイバー２０の他端部はファイバー固定治具２２に固設されている。複数の光ファイバー２０のファイバー固定治具２２への接続態様（配列）はＣＣＤ２５の形状に応じて任意のものとすれば良い。例えば、８１本の光ファイバー２０を一列に並べても良いし、矩形状に配列して並べても良い。本実施形態では、フラッシュランプ６９の中央部、一端部および他端部のそれぞれに対向する光ファイバー２０を２７本ずつ３列に並べてファイバー固定治具２２に固設している。なお、フラッシュランプ６９に対向する一端面から入射して光ファイバー２０内を導かれた光がその他端面からファイバー固定治具２２に遮られることなく出射されることは勿論である。
【００５１】
ファイバー固定治具２２にはフィルター２３が貼設されている。フィルター２３としては、その目的に応じて種々のものを採用することができる。例えば、光ファイバー２０から出射される光が強すぎる場合にはＮＤフィルター、所定のスペクトルに絞りたい場合にはバンドパスフィルターを採用すれば良い。例えば、フラッシュ加熱に大きく寄与する紫外線側のスペクトルに限ってモニタを行いたい場合には、紫外線側スペクトルに絞るバンドパスフィルターを採用する。また、フィルター２３として蛍光塗料を塗布したフィルター等を採用することができる。さらに、フィルター２３の代わりに光拡散板を使用するようにしても良い。
【００５２】
ＣＣＤ２５は、フォトダイオードを平面状に並べたものであり、蓄積された入射光に比例した電気量を取り出す受光素子である。ＣＣＤ２５はファイバー固定治具２２に対向配置されており、８１本の光ファイバー２０から出射されてフィルター２３を透過した光を単一のＣＣＤ２５にて受光することができる。なお、ＣＣＤ２５に代わる受光素子としてＣＭＯＳセンサ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等を採用するようにしても良い。また、フィルター２３とＣＣＤ２５との間にレンズ結合系を配置するようにしても良い。
【００５３】
ＣＣＤ制御回路２７は、ＣＣＤ２５に蓄積された電荷の読み出しを制御する回路である。ＣＣＤ制御回路２７によってＣＣＤ２５から読み出された電気信号はコンピュータ１０に伝達される。コンピュータ１０は熱処理装置に付設されているものであり、そ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。
【００５４】
図５は、コンピュータ１０の構成を示すブロック図である。コンピュータ１０は、各種演算処理を行うＣＰＵ１１、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ＲＯＭ１２、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ１３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１４をバスライン１９に接続して構成されている。また、バスライン１９にはＡ／Ｄコンバータ１５が接続されている。Ａ／Ｄコンバータ１５は、ＣＣＤ制御回路２７によってＣＣＤ２５から読み出されたアナログの電気信号をデジタルに変換する回路である。
【００５５】
さらに、バスライン１９には、表示部１６および入力部１７が電気的に接続されている。表示部１６は、例えば液晶ディスプレイ等を用いて構成されており、処理結果やレシピ内容等の種々の情報を表示する。入力部１７は、例えばキーボードやマウス等を用いて構成されており、コマンドやパラメータ等の入力を受け付ける。装置のオペレータは、表示部１６に表示された内容を確認しつつ入力部１７からコマンドやパラメータ等の入力を行うことができる。なお、表示部１６と入力部１７とを一体化してタッチパネルとして構成するようにしても良い。
【００５６】
以上のような構成により、本実施形態ではフラッシュランプ６９から出射される光を光ファイバー２０によって導き、その光強度をＣＣＤ２５により計測し、得られた計測結果をコンピュータ１０により解析することができる。
【００５７】
＜２．熱処理動作＞
次に、本発明にかかる熱処理装置による半導体ウェハーＷの熱処理動作について説明する。この熱処理装置において処理対象となる半導体ウェハーＷは、イオン注入後の半導体ウェハーである。
【００５８】
この熱処理装置においては、熱拡散板７３および加熱プレート７４が図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置に配置された状態にて、図示しない搬送ロボットにより開口部６６を介して半導体ウェハーＷが搬入され、支持ピン７０上に載置される。半導体ウェハーＷの搬入が完了すれば、開口部６６がゲートバルブ６８により閉鎖される。しかる後、熱拡散板７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動により図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇し、半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持する。また、開閉弁８０および開閉弁８１を開いてチャンバー６５内に窒素ガスの気流を形成する。
【００５９】
熱拡散板７３および加熱プレート７４は、加熱プレート７４に内蔵されたヒータの作用により予め所定温度に加熱されている。このため、熱拡散板７３および加熱プレート７４が半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇した状態においては、半導体ウェハーＷが加熱状態にある熱拡散板７３と接触することにより予備加熱され、半導体ウェハーＷの温度が次第に上昇する。
【００６０】
この状態においては、半導体ウェハーＷは熱拡散板７３により継続して加熱される。そして、半導体ウェハーＷの温度上昇時には、後述する温度計測動作により、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを常に監視する。
【００６１】
なお、この予備加熱温度Ｔ１は、例えば２００℃ないし６００℃程度の温度である。半導体ウェハーＷをこの程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱したとしても、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散してしまうことはない。
【００６２】
やがて、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達すると、フラッシュランプ６９を点灯してフラッシュ加熱を行う。このフラッシュ加熱工程におけるフラッシュランプ６９の点灯時間は、０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の時間である。このように、フラッシュランプ６９においては、予め蓄えられていた静電エネルギーがこのように極めて短い光パルスに変換されることから、極めて強い閃光が照射されることになる。
【００６３】
このようなフラッシュ加熱により、半導体ウェハーＷの表面温度は瞬間的に温度Ｔ２に到達する。この温度Ｔ２は、１０００℃ないし１１００℃程度の半導体ウェハーＷのイオン活性化処理に必要な温度である。半導体ウェハーＷの表面がこのような処理温度Ｔ２にまで昇温されることにより、半導体ウェハーＷ中に打ち込まれたイオンが活性化される。
【００６４】
このとき、半導体ウェハーＷの表面温度が０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の極めて短い時間で処理温度Ｔ２まで昇温されることから、半導体ウェハーＷ中のイオン活性化は短時間で完了する。従って、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散することはなく、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまるという現象の発生を防止することが可能となる。なお、イオン活性化に必要な時間はイオンの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１０ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であってもイオン活性化は完了する。
【００６５】
また、フラッシュランプ６９を点灯して半導体ウェハーＷを加熱する前に、加熱プレート７４を使用して半導体ウェハーＷの表面温度を２００℃ないし６００℃程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱していることから、フラッシュランプ６９により半導体ウェハーＷを１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度Ｔ２まで速やかに昇温させることが可能となる。
【００６６】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、熱拡散板７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動により図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置まで下降するとともに、ゲートバルブ６８により閉鎖されていた開口部６６が解放される。そして、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷが図示しない搬送ロボットにより搬出される。以上のようにして、一連の熱処理動作が完了する。
【００６７】
＜３．温度計測動作＞
以上のような一連の熱処理工程では、半導体ウェハーＷの熱処理状況を監視するため、半導体ウェハーＷの温度を監視している。すなわち、フラッシュランプ６９による熱処理を行う前に予め行われる予備加熱においては、半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを常に監視し、また、フラッシュランプ６９の閃光によるフラッシュ加熱においては、半導体ウェハーＷの表面が所定の温度に到達したか否かの監視を行っている。
【００６８】
そこで、以下では、
（１）フラッシュ加熱に先立って行われる半導体ウェハーＷの予備加熱において実行される半導体ウェハーＷの温度計測動作と、
（２）フラッシュ加熱において行われる半導体ウェハーＷの温度計測動作と、について説明する。
【００６９】
＜３．１．予備加熱時の温度計測動作＞
フラッシュ加熱に先立って行われる半導体ウェハーＷの予備加熱では、上述のように、加熱プレート７４からの熱エネルギーが熱拡散板７３で拡散されることによって、半導体ウェハーＷ全体に熱エネルギーを与えることができ、当該半導体ウェハーＷ全体を均一に加熱することができる。そして、半導体ウェハーＷが加熱されると、半導体ウェハーＷの材質および温度によって決まる熱放射が生じる。したがって、予備加熱の際に半導体ウェハーＷからの熱放射の強度、すなわち、熱放射によって放射される光のうち特定範囲に含まれる光の強度を計測し、当該熱放射の強度の計測結果を基に演算することによって半導体ウェハーＷの温度を求めることができる。
【００７０】
ところで、熱拡散板７３に載置された半導体ウェハーＷの下面からの熱放射を観測するためには、通常、熱拡散板７３および加熱プレート７４に熱放射観測用の貫通孔を設ける必要がある。しかし、熱拡散板７３および加熱プレート７４にさらに熱放射観測用の貫通孔を設けると、熱拡散板７３と半導体ウェハーＷとが接触する面積が低下してしまい、その結果、加熱プレート７４による加熱効率が低下してしまう。
【００７１】
一方、本実施の形態では、チャンバー６５内にて搬送ロボット（図示省略）から半導体ウェハーＷを受け取る際に、支持ピン７０は貫通孔３８に挿通された状態にて半導体ウェハーＷを受け取って支持する（図１参照）。そして、モータ４０の駆動によって熱拡散板７３および加熱プレート７４を上昇させ、支持ピン７０が貫通孔３８に挿通されていない状態にて、当該半導体ウェハーＷに対して予備加熱やフラッシュ加熱の熱処理が施される（図２参照）。
【００７２】
このように、本実施の形態では、熱処理を行う際において貫通孔３８に支持ピン７０は挿通されていない。したがって、熱処理時において基板の下面からの熱放射を貫通孔３８を介して取得することができる。すなわち、熱拡散板７３および加熱プレート７４に熱放射観測用の貫通孔をさらに設ける必要がないため、加熱プレート７４による加熱効率を維持しつつ半導体ウェハーＷ下面からの熱放射を取得することが可能となる。
【００７３】
以上の理由により、本実施の形態では、熱拡散板７３および加熱プレート７４に熱放射観測用の貫通孔を設けず、支持ピン７０を挿通する貫通孔３８を熱放射観測用に流用することにより、半導体ウェハーＷの下面からの熱放射を取得している。
【００７４】
このような予備加熱時の温度計測動作において、半導体ウェハーＷから熱放射によって放射されて貫通孔３８を通過する光（主として赤外領域の光）は、まず、支持ピン７０の上端部７０ａに到達する。そして、支持ピン７０の上端部７０ａから入射して支持ピン７０内部に導入され、支持ピン７０の下端部７０ｂから出射されて光検出部３５に導かれる。したがって、半導体ウェハーＷからの赤外光がチャンバー６５の空間内を伝播する距離を低減することができ、赤外光の強度が減衰することを抑制することができる。
【００７５】
次に、支持ピン７０の下端部７０ｂから出射される光は、光検出部３５内部のフィルタ３２の上面に入射する。ここで、支持ピン７０の上端部７０ａには、半導体ウェハーＷの下面から赤外光だけでなく、チャンバー６５内にて反射された可視光も入射する。したがって、支持ピン７０の下端部７０ｂから出射してフィルタ３２に入射する入射光は、可視光域から赤外域に分布を有することとなる。しかし、当該入射光がフィルタ３２に入射すると、赤外領域の光が当該フィルタ３２を透過し、可視広域の光は透過しない。そのため、フィルタ３２からは、半導体ウェハーＷからの赤外光が透過することとなる。
【００７６】
続いて、フィルタ３２から出射する赤外光は検出素子３１に入射して、当該赤外光の強度に対応したアナログ信号に変換される。なお、上述のように半導体ウェハーＷの下面から放射される赤外光は支持ピン７０を使用して光検出部３５に導かれており、当該赤外光の強度が減衰することを抑制することができる。そのため、検出素子３１において赤外光の強度を良好にアナログ信号に変換することができる。
【００７７】
続いて、この赤外光の強度に基づくアナログ信号は、信号線３９を介してコンピュータ１０のＡ／Ｄコンバータ１５に送出される。Ａ／Ｄコンバータ１５では、赤外光の強度に基づくアナログ信号をデジタルデータに変換してＲＡＭ１３に格納する。そして、ＣＰＵ１１によってＲＡＭ１３に格納されたデジタルデータに基づいて半導体ウェハーＷの温度を求める温度演算処理が実行される。なお、温度演算処理は、予め実験等によって求められた赤外光の強度のデジタルデータおよび半導体ウェハーＷの温度の関係と、実際に計測した赤外光の強度のデジタルデータとを比較することによって求めもよい。
【００７８】
そして、このようにして求められた半導体ウェハーＷの温度に基づき、コンピュータ１０によって加熱プレート７４のヒータの加熱状況を制御することにより、予備加熱時の半導体ウェハーＷを所定の温度に保持することができる。
【００７９】
＜３．２．フラッシュ加熱時の温度計測動作＞
フラッシュ加熱では、上述のように、フラッシュランプ６９から放出される閃光によって半導体ウェハーＷの表面を加熱している。図８は、フラッシュランプ６９から放出される閃光の発光スペクトルを示す図である。なお、図８の横軸はフラッシュランプ６９からの閃光の波長を、縦軸は閃光の強度をそれぞれ示す。
【００８０】
図８に示すように、フラッシュランプ６９からの閃光には、７５０（ｎｍ）から１０００（ｎｍ）の範囲の赤外領域の光が多く含まれており、また、半導体ウェハーＷを形成するシリコンは、赤外領域の光を透過する。さらに、フラッシュランプ６９から放出される光の強度と半導体ウェハーＷの表面温度とは、一定の相関関係を有することが知られている。したがって、本実施の形態では、フラッシュ加熱時にフラッシュランプ６９から放出されて半導体ウェハーＷを透過する赤外領域の光の強度に基づいて半導体ウェハーＷの表面温度の演算を行うことができる。
【００８１】
ここで、従来のフラッシュ加熱時の半導体ウェハーＷの温度計測方式では、半導体ウェハーＷの下面からの熱放射の強度に基づいて半導体ウェハーＷの温度を求めており、結果的に半導体ウェハーＷの下面の温度を計測することとなっていた。そのため、フラッシュ加熱のように一瞬の閃光によって半導体ウェハーＷの表面付近の温度を昇温させる場合において、昇温時の半導体ウェハーＷの表面温度を正しく求めることができなかった。
【００８２】
しかし、本実施の形態の温度計測方式では、半導体ウェハーＷの下面からの熱放射でなく、フラッシュランプ６９から放出される閃光のうち、半導体ウェハーＷの表面温度と相関関係にある半導体ウェハーＷを透過する赤外領域の光の強度に基づいて半導体ウェハーＷの温度を求めている。そのため、フラッシュ加熱時の半導体ウェハーＷの表面温度を繰り返し再現性よく求めることができる。
【００８３】
このようなフラッシュ加熱時の温度計測動作において、フラッシュランプ６９を発光させると、図８に示す発光スペクトルを有する閃光がフラッシュランプ６９から半導体ウェハーＷに向けて放出される。その閃光のうち紫外領域および可視領域の光は、半導体ウェハーＷに吸収されて当該半導体ウェハーＷ表面の温度上昇に寄与する。一方、赤外領域の光は、半導体ウェハーＷを透過して当該半導体ウェハーＷの下面から出射する。
【００８４】
ここで、上述のようにフラッシュ加熱時において、熱拡散板７３および加熱プレート７４の貫通孔３８には支持ピン７０が挿通されていない（図２参照）。そのため、フラッシュ加熱時の半導体ウェハーＷ表面の温度計測では、予備加熱時の半導体ウェハーＷの温度計測と同様に、貫通孔３８を通過する赤外領域の光の観測することができる。
【００８５】
すなわち、半導体ウェハーＷを透過する赤外領域の光を観測するために、熱拡散板７３および加熱プレート７４に貫通光を新たに設ける必要がない。その結果、予備加熱時の半導体ウェハーＷの温度計測と同様に、加熱プレート７４による加熱効率を維持しつつ半導体ウェハーＷの下面からの透過赤外光を取得することが可能となる。
【００８６】
次に、半導体ウェハーＷの下面から出射して貫通孔３８を通過した赤外領域の光は、支持ピン７０の上端部７０ａに到達する。そして、予備加熱時の温度計測動作の場合と同様に、支持ピン７０内部に導入され、支持ピン７０の下端部７０ｂから出射されて光検出部３５に導かれる。そのため、予備加熱時の温度計測動作の場合と同様に、赤外光の強度が減衰することを抑制することができる。
【００８７】
続いて、支持ピン７０の下端部７０ｂから出射される光は、光検出部３５内部のフィルタ３２の上面に入射する。そして、フィルタ３２の下面からは、フラッシュランプ６９発光時に半導体ウェハーＷを透過した赤外光が透過する。
【００８８】
続いて、フィルタ３２から出射する赤外光は、検出素子３１にて赤外光の強度に応じたアナログ信号に変換され、信号線３９を介してコンピュータ１０に送信される。続いて、赤外光の強度に対応するアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ１５によってデジタルデータに変換されてＲＡＭ１３に格納される。そして、ＣＰＵ１１によってＲＡＭ１３に格納されたデジタルデータに基づいて半導体ウェハーＷの表面温度を求める温度演算処理が実行される。なお、温度演算処理は、予め実験等によって求められた赤外光の強度のデジタルデータおよび半導体ウェハーＷの温度との関係と、実際に計測した赤外光の強度のデジタルデータとを比較することによって求めもよい。
【００８９】
そして、このように求められた半導体ウェハーＷの表面温度に基づき、コンピュータ１０によって熱処理結果を判断することができる。例えば、フラッシュランプ６９の劣化のため赤外光の強度が所定の値以下となっている場合、熱処理不良が発生していると判断することができる。
【００９０】
＜４．光強度監視動作＞
また、本実施の形態の熱処理装置では、熱処理工程において基板温度を計測して熱処理状況を監視するとともに、フラッシュランプ６９から出射される光の強度を計測して当該フラッシュランプ６９の発光状態を監視している。そこで、以下では、その光強度の監視動作について説明する。
【００９１】
上述したフラッシュ加熱時にフラッシュランプ６９から閃光が出射されると、その光の一部が光ファイバー２０によって受光される。このときに、各フラッシュランプ６９の中央部および両端部のそれぞれに光ファイバー２０の端面が対向しているため、各フラッシュランプ６９の中央部および両端部それぞれの箇所から出射された光が個別に受光されることとなる。受光された光は光ファイバー２０によって導かれて出射され、フィルター２３を通過してＣＣＤ２５により受光される。
【００９２】
図９は、フラッシュランプ６９から閃光が出射されたときのフィルター２３の出射面のイメージを示す図である。同図は、各フラッシュランプ６９の中央部に対向配置された光ファイバー２０によって導かれた光がフィルター２３を通過するときのイメージを示している。図９中の１つの円はあるフラッシュランプ６９から出射されて光ファイバー２０によって導かれた光がフィルター２３を通過するときのイメージである。このように、各フラッシュランプ６９の中央部から出射された光が個別にフィルター２３を通過する。そして、ＣＣＤ２５は図９のラインＣ１上の光量を計測して電気信号に変換し、その電気信号がコンピュータ１０に伝達される。
【００９３】
図１０および図１１は、ＣＣＤ２５から出力された電気信号の波形の例を示す図である。図１０および図１１において、横軸はＣＣＤ２５のセル位置を示し、縦軸はＣＣＤ２５から出力された電気信号の強度を示している。また、図中Ｐ１〜Ｐ６は、各光ファイバー２０から出射された光（正確には当該光ファイバー２０が対向するフラッシュランプ６９の所定部位から出射された光）の中心に位置するセル位置、具体的には図９の円形のイメージの中心に位置するセル位置を示している。ここで、セル位置Ｐ１はフラッシュランプ６９ａの中心部から出射された光の中心に位置するセル位置である。同様に、セル位置Ｐ２はフラッシュランプ６９ｂの中心部、セル位置Ｐ３はフラッシュランプ６９ｃの中心部、セル位置Ｐ４はフラッシュランプ６９ｄの中心部、セル位置Ｐ５はフラッシュランプ６９ｅの中心部、セル位置Ｐ６はフラッシュランプ６９ｆの中心部から出射された光の中心に位置するセル位置である。すなわち、単一のＣＣＤ２５によって複数のフラッシュランプ６９のそれぞれから出射される光の強度を計測するのである。なお、フラッシュランプ６９ａ〜フラッシュランプ６９ｆは光源５に設けられた２７本のフラッシュランプ６９のうちの１本である（以降、特に区別を必要としないときは単にフラッシュランプ６９とする）。
【００９４】
図１０に示す波形Ｆｎは、チャンバー６５内にて熱拡散板７３および加熱プレート７４によって熱処理位置に保持された半導体ウェハーＷへの照射状態が所定の基準を満足するときの複数のフラッシュランプ６９のそれぞれから出射される光の強度を示している。「照射状態が所定の基準を満足するとき」とは、例えば半導体ウェハーＷ上の照度のバラツキが所定の範囲内に収まっているときである。このような状態は、熱処理装置の設置時やメンテナンス時等に各フラッシュランプ６９の調整等が行われることにより実現される。そして、メンテナンス完了時等に上述した「照射状態が所定の基準を満足するとき」の複数のフラッシュランプ６９のそれぞれから出射される光の強度が予め測定され、コンピュータ１０は、その光強度を示す波形Ｆｎを磁気ディスク１４に格納しておく。
【００９５】
なお、半導体ウェハーＷへの照射状態が所定の基準を満足するときに、各フラッシュランプ６９から出射される光の強度自体は必ずしも均一にならなくて良い。すなわち、図１０の波形Ｆｎに示すように、フラッシュランプ６９ａ〜フラッシュランプ６９ｆから出射される光の強度がばらついていたとしても、結果として半導体ウェハーＷ上の照度のバラツキが所定の範囲内に収まっていれば良く、そのときのフラッシュランプ６９から出射される光の強度を示す波形Ｆｎが標準発光強度としてコンピュータ１０に予め記憶されるのである。
【００９６】
一方、図１１に示す波形Ｇｎは、実際に処理対象となるある半導体ウェハーＷへのフラッシュ加熱を行うときの複数のフラッシュランプ６９のそれぞれから出射される光の強度を示している。フラッシュ加熱を行うときには必ずフラッシュランプ６９が発光し、その都度フラッシュランプ６９から出射された光がＣＣＤ２５によって受光され、波形Ｇｎが得られるのである。すなわち、処理対象となる半導体ウェハーＷに光照射を行うごとに、２７本のフラッシュランプ６９のそれぞれから出射される光の強度を示す波形Ｇｎが取得されるのである。
【００９７】
そして、コンピュータ１０のＣＰＵ１１は、波形Ｇｎが得られるごとに標準発光強度である波形Ｆｎと波形Ｇｎとを比較して２７本のフラッシュランプ６９のそれぞれの発光状態を検出するのである。具体的には、ＣＰＵ１１がＧｎ／Ｆｎの演算を実行する。このことは、標準発光強度である波形Ｆｎによる正規化を行うことを意味している。
【００９８】
図１２は、図１１に示す波形Ｇｎに対する図１０に示す標準発光強度である波形Ｆｎの強度比を示す図である。同図に示すように、セル位置Ｐ１およびセル位置Ｐ５における波形Ｇｎの強度が標準発光強度である波形Ｆｎよりも低下している。このことはフラッシュランプ６９ａ，６９ｅから出射される光の強度が波形Ｆｎを取得したときよりも低下していること、つまりフラッシュランプ６９ａ，６９ｅの劣化を意味している。特に、セル位置Ｐ１における強度比が大きく低下しており、フラッシュランプ６９ａの劣化の程度が大きいことが明らかである。
【００９９】
本実施形態では、ＣＰＵ１１が光源５に設けられた２７本のフラッシュランプ６９のうちの少なくとも１本についての図１２に示す強度比が０．９８以下となったか否かを判断し、０．９８以下となった時点で当該フラッシュランプ６９が劣化している旨の警告を発する。警告としては、例えばＣＰＵ１１が表示部１６に警告メッセージを表示するようにすれば良い。
【０１００】
また、ＣＰＵ１１が光源５に設けられた２７本のフラッシュランプ６９のうちの少なくとも１本についての図１２に示す強度比が０．９５以下となったか否かを判断し、０．９５以下となった時点で熱処理装置を停止する。上記の例では、フラッシュランプ６９ａについての強度比が０．９５以下となっているため、ＣＰＵ１１はフラッシュランプ６９ａの劣化の程度が激しいと判断して熱処理装置を停止する。また、仮にフラッシュランプ６９ａについての強度比が正常であったとしても、フラッシュランプ６９ｅについての強度比が０．９８以下となっているときには、ＣＰＵ１１はフラッシュランプ６９ｅの劣化が進行していると判断して表示部１６に警告メッセージを表示する。
【０１０１】
なお、図１２に示す強度比がどの程度まで低下した時点で異常対応処理を行うかは、予め実験等によって強度比がどの程度まで低下した時点で半導体ウェハーＷ上の照度分布の均一性が損なわれるかを調査した上で設定しておけば良い。
【０１０２】
熱処理装置が停止したときにはフラッシュランプ６９の交換等を行う。好ましくは、警告が発せられた段階でフラッシュランプ６９の交換等を行う。そして、このようなメンテナンスを行い、半導体ウェハーＷ上の照度のバラツキが所定の範囲内に収まった時点で、複数のフラッシュランプ６９のそれぞれから出射される光の強度をＣＣＤ２５によって測定し、その波形Ｆｎを新たな標準発光強度としてコンピュータ１０に記憶させる。
【０１０３】
以上のように、光強度監視動作では、各フラッシュランプ６９から半導体ウェハーＷに向けて出射される光の発光状態を検出することによって、各フラッシュランプ６９の劣化を確実かつ簡便に検出することができるため、半導体ウェハーＷに向けて照射されるフラッシュランプ６９の閃光の照度分布の均一性が損なわれることによって発生する熱処理不良を各半導体ウェハーＷ毎に検査することができる。
【０１０４】
そして、この光強度監視動作とフラッシュ加熱時の半導体ウェハーＷ表面の温度計測動作とを併用して半導体ウェハーＷの表面温度と各フラッシュランプ６９の発光状況とを監視することにより、すなわち、光強度監視動作による各フラッシュランプ６９の発光状態の計測結果と、フラッシュ加熱時の半導体ウェハーＷの表面温度の計測結果に基づいてフラッシュ加熱による熱処理結果を判定することにより、さらに確実に熱処理不良を検出することができる。そのため、熱処理不良が発生した基板が後工程に流出することを未然に防止することが可能となる。
【０１０５】
＜５．本実施の形態の熱処理装置の利点＞
以上のように、本実施の形態の熱処理装置では、フラッシュ加熱に先立って行われる半導体ウェハーＷの予備加熱において、半導体ウェハーＷの下面から放射されて貫通孔３８を通過する赤外領域の光を検出し、当該赤外領域の光の強度に基づいて半導体ウェハーＷの温度の演算を行っている。このように、本実施の形態では、半導体ウェハーＷの下面から熱放射によって放射される赤外光を検出する際、支持ピン７０が挿通される貫通孔３８を赤外孔観測用の貫通孔として流用し、別の貫通孔を熱拡散板７３および加熱プレート７４に設ける必要がない。そのため、加熱プレート７４による半導体ウェハーＷの加熱効率を維持しつつ、半導体ウェハーＷからの熱放射の強度に基づき、半導体ウェハーＷの温度を演算することができる。
【０１０６】
また、フラッシュ加熱時の半導体ウェハーＷの表面の温度計測動作では、フラッシュランプ６９から照射される閃光のうち半導体ウェハーＷを透過した赤外領域の光の強度に基づいて半導体ウェハーＷの表面温度を演算している。そのため、半導体ウェハーＷの表面温度を繰り返し再現性よく求めることができる。
【０１０７】
また、フラッシュ加熱時において、半導体ウェハーＷの表面温度を監視するとともに、各フラッシュランプ６９の発光状態を監視することができる。そのため、熱処理結果をさらに正確に把握することができる。
【０１０８】
＜６．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。
【０１０９】
本実施の形態では、半導体ウェハーＷの下面から放射されて貫通孔３８を通過する光の強度に基づいて半導体ウェハーＷの温度を計測する装置の例として、フラッシュ加熱を行う熱処理装置について説明したが、これに限定されるものでなく、加熱プレートを使用して所定の基板処理を行うものであれば、例えば、半導体ウェハーＷの表面に薄膜を形成する成膜処理を施す基板処理装置であってもよい。
【０１１０】
また、本実施の形態のフィルタ３２では、支持ピン７０の下端部７０ｂから出射する光のうち赤外領域の光を透過するようシリコンウエハによって形成されているが、検出素子３１によって特定範囲の波長の光のみを検出することができる場合は、フィルタ３２を使用せず、支持ピン７０の下端部７０ｂから出射する光を、直接、検出素子３１に入射させてもよい。
【０１１１】
また、支持ピン７０に光透過性の材料を用いないときには、支持ピン７０を中空のパイプ状とすることにより、半導体ウェハーＷからの光を支持ピン７０内部の中空空間を通して導くことができる。これも、半導体ウェハーＷからの光を支持ピン７０によってブロックさせないためのひとつの態様である。
【０１１２】
また、本実施の形態では、熱処理を行う際において貫通孔３８に支持ピン７０が挿通されていない状態で半導体ウェハーＷからの熱放射を取得しているが、これに限定されるものでなく、熱処理を行う際に支持ピン７０は貫通孔７０に挿通されており、半導体ウェハーＷの下面に近接する位置関係になるように装置を構成してもよい。
【０１１３】
また、本実施の形態では、熱拡散板７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動によって上下方向に昇降することにより、支持ピン７０に支持されて固定された半導体ウェハーＷが、図１に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図２に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間において搬送されるが、これに限定されるものでない。例えば、熱拡散板７３および加熱プレート７４を固定しつつ支持ピン７０を上下方向に昇降させることにより、半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と半導体ウェハーＷの熱処理位置との間にて半導体ウェハーＷを搬送してもよい。すなわち、半導体ウェハーＷを支持ピン７０に支持しつつ、当該半導体ウェハーＷを熱拡散板７３および加熱プレート７４に対して相対的に昇降できればよい。
【０１１４】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項４に記載の発明によれば、加熱部に設けられた貫通孔を、基板を昇降させる支持ピンを挿通することに加えて、基板の下面から放射される熱放射の導入孔としても使用することができる。そのため、基板の下面からの熱放射を取得するために他の貫通孔を設ける必要がなく、加熱部の加熱効率を維持しつつ熱放射計測手段による計測結果に基づいて基板温度を求めることができる。
【０１１５】
特に、請求項２に記載の発明によれば、支持ピンによって貫通孔を通過する熱放射を熱放射検出手段に導くことができる。これにより、他に熱放射を導く部材を設けることなく、基板の下面から放射されて貫通孔を通過する熱放射を良好に計測することができるため、基板の温度を正確に演算することができる。
【０１１６】
特に、請求項３に記載の発明によれば、支持ピンは、サファイアで形成されている。これにより、基板の下面から放射され貫通孔を通過する熱放射を支持ピンによって良好に伝送することができるため、熱放射計測手段によって当該熱放射を良好に計測することができ、基板温度を正確に演算することができる。
【０１１７】
特に、請求項４に記載の発明によれば、基板の下面の複数の場所から放射される熱放射を計測することができるため、複数個所の基板温度を取得することができる。
【０１１８】
また、請求項５ないし請求項７に記載の発明によれば、基板温度と相関を有して計測の繰り返し再現性の高い透過光を第１の光強度計測手段によって計測することができる。そのため、第１の光強度計測手段による第１の計測結果に基づいて繰り返し再現性の高い基板温度を演算することができる。
【０１１９】
特に、請求項６に記載の発明によれば、第１の計測結果に基づいて基板温度を演算するとともに、第２の計測結果に基づき、フラッシュランプの発光状態を検出することによってフラッシュランプから光が良好に照射されているかどうかを調べることができる。そのため、基板が所定の温度で良好に熱処理されているかを判断することが可能となる。
【０１２０】
特に、請求項７に記載の発明によれば、フラッシュランプとしてキセノンフラッシュランプを使用するため、基板の表面を極めて短時間に昇温させて熱処理を行うことができる。
【０１２１】
また、請求項８に記載の発明によれば、基板温度と相関を有して計測の繰り返し再現性の高い透過光を計測することができる。そのため、演算工程において光強度計測工程による計測結果に基づいて、繰り返し再現性の高い基板温度を演算することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図２】本発明にかかる熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図３】図２に示す熱処理装置の支持ピン付近を示す側断面図である。
【図４】光強度計測機構の概略構成を示す図である。
【図５】コンピュータの構成を示すブロック図である。
【図６】フラッシュランプに対する光ファイバーの配設状態を示す図である。
【図７】リフレクタへの光ファイバーの取付態様を示す拡大図である。
【図８】キセノンフラッシュランプの発光スペクトルを示す図である。
【図９】フラッシュランプから閃光が出射されたときのフィルターの出射面のイメージを示す図である。
【図１０】ＣＣＤから出力された電気信号の波形の例を示す図である。
【図１１】ＣＣＤから出力された電気信号の波形の例を示す図である。
【図１２】図１１に示す波形に対する図１０に示す標準発光強度である波形の強度比を示す図である。
【符号の説明】
５  光源
３１  検出素子
３２  フィルタ
３５  光検出部
３８  貫通孔
４０  モータ
６５  チャンバー
６９  フラッシュランプ
７０  支持ピン
７１  リフレクタ
７３  熱拡散板
７４  加熱プレート
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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【図１２】
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