(57)【要約】【課題】装置内で発生している異常事態を、装置を開けずに検知することができる技術を提供する。【解決手段】差圧計６１が、第１熱空間Ａの圧力と、第２熱空間Ｂの圧力との差圧をモニタリングして差圧情報として取得する。各種の異常事態（熱処理を開始する時点において保持部２上に基板Ｗが存在しなかったり、熱処理の途中で被処理基板Ｗが割れてしまう等）が発生した場合、差圧の経時変化は、異常がない状態とは異なる振る舞いを示すことがわかっている。検出処理部６３は、差圧計６１が取得した差圧情報の経時変化をみることによって、装置内に発生している異常を検知する。【選択図】図１
2009231600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して光を照射することによって当該基板を熱処理する熱処理装置であって、
筐体内部の所定位置に基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて光を照射する第１の光照射手段と、
前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて、前記第１の光照射手段と異なる照射態様で、光を照射する第２の光照射手段と、
前記第１の光照射手段と前記保持手段に保持された基板との間に形成される第１熱空間の圧力と、前記第２の光照射手段と前記保持手段に保持された基板との間に形成される第２熱空内間の圧力との差圧をモニタリングして、差圧情報として取得するモニタリング手段と、
前記モニタリング手段が取得した差圧情報に基づいて、装置内に発生している異常を検出する異常検出手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記第１の光照射手段が、
単位時間当たりに所定量のエネルギーを照射しながら、所定の照射時間をかけて基板を所定の予備加熱温度まで昇温させる第１の光源、
を備え、
前記第２の光照射手段が、
単位時間当たりに前記所定量よりも大きなエネルギーを照射しながら、前記所定の照射時間よりも短い照射時間をかけて基板を前記予備加熱温度よりも高い所定の処理温度まで昇温させる第２の光源、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の熱処理装置であって、
前記異常検出手段が、
前記第１の光源が点灯開始されてから前記第２の光源が点灯されるまでの間に、前記差圧が所定値以上の振れ幅を示すか否かを判断し、所定値以上の振れ幅を示さない場合に、前記熱処理を開始する時点において前記保持手段に基板が保持されていないと判断し、それを異常として検出することを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の熱処理装置であって、
前記異常検出手段が、
前記第１の光源が点灯開始されてから前記第２の光源が点灯されるまでの間に前記差圧が所定値以上の振れ幅を示す場合に、前記第２の光源が点灯された後に、前記差圧が所定値以上の振れ幅を示すか否かを判断し、ここで所定値以上の振れ幅を示さない場合に、前記熱処理の途中で前記保持手段に保持されている基板が割れたと判断し、それを異常として検出することを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項２から請求項４のいずれかに記載の熱処理装置であって、
前記第１の光源が、
ハロゲンランプ、
を備え、
前記第２の光源が、
閃光を照射するフラッシュランプ、
を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】
この発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）に光を照射することにより該基板を熱処理する熱処理装置、特に閃光を照射して基板を瞬間的に加熱する熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、イオン注入後の基板のイオン活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したランプアニール装置が一般的に使用されていた。このようなランプアニール装置においては、基板を、例えば、１０００℃ないし１１００℃程度の温度に加熱（アニール）することにより、基板のイオン活性化を実行している。そして、このような熱処理装置においては、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用することにより、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する構成となっている。
【０００３】
一方、近年、半導体デバイスの高集積化が進展し、ゲート長が短くなるにつれて接合深さも浅くすることが望まれている。しかしながら、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する上記ランプアニール装置を使用して基板のイオン活性化を実行した場合においても、基板に打ち込まれたボロンやリン等のイオンが熱によって深く拡散するという現象が生ずることが判明した。このような現象が発生した場合においては、接合深さが要求よりも深くなり過ぎ、良好なデバイス形成に支障が生じることが懸念される。
【０００４】
このため、キセノンフラッシュランプ等を使用して基板の表面に閃光を照射することにより、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）に昇温させる技術が提案されている。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、シリコンの基板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基板に閃光を照射したときには、透過光が少なく基板を急速に昇温することが可能である。また、数ミリセカンド以下の極めて短時間の閃光照射であれば、基板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、イオンを深く拡散させることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。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の構成例は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４０３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、キセノンフラッシュランプのように基板に瞬間的に膨大な熱エネルギーを与える加熱態様においては、基板がその熱応力により粉々に割れることがある。また、基板に与えられるエネルギーが比較的小さくても、処理される基板に予めストレスが入っていた場合に、基板が粉々に割れてしまうことがある。
【０００７】
従来の装置においては、キセノンフラッシュランプ等による熱処理が実行された後、装置内から基板を搬出しようとしたにもかかわらず搬出できなかったことをもって、はじめて、熱処理の途中で基板が割れてしまったことが判明していた。すなわち、装置を開けて（より具体的には、熱処理チャンバーを開放して）基板を取り出す動作（シーケンス）を実行してはじめて基板の割れが検出されていた。
【０００８】
基板が粉砕した場合、割れた基板の粉塵がパーティクルとなってチャンバー内を浮遊している。この状態でチャンバーを開放すると、チャンバー内を浮遊するパーティクルが装置外部に流出して汚染を招いてしまう。また、チャンバー内では割れた基板の砕片が八方に飛び散っているため、この状態で搬出扉等の可動部を動作させると、装置機構の隙間に砕片が入り込んで故障の原因となる可能性も高い。
【０００９】
このように、基板が割れた場合に装置を開けるまでそれを検知できない従来の装置構成においては、外部汚染や装置故障等の各種の問題が発生するおそれがあるため、装置を開けずに基板の割れを検知できるような技術が求められていた。
【００１０】
また、熱処理装置内で発生しうる異常事態は、熱処理の途中で基板が割れた場合に限らない。例えば、被処理基板を装置内に搬入する搬送ロボットが、その搬送アームにて被処理基板を保持できていなかった場合、また、この搬送ロボットが装置内の適正な位置に被処理基板を載置できなかった場合には、熱処理を開始する時点において被処理基板が装置内の適正位置に存在しないといった事態が生じうる。このような異常事態も、熱処理を実行する前に迅速に検知する必要がある。
【００１１】
以上の通り、装置内で発生している様々な異常を、装置を開けることなく検知できるような技術が求められていた。
【００１２】
この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、装置内で発生している異常事態を、装置を開けずに検知することができる技術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】
請求項１の発明は、基板に対して光を照射することによって当該基板を熱処理する熱処理装置であって、筐体内部の所定位置に基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて光を照射する第１の光照射手段と、前記保持手段に保持された基板と所定の距離だけ離間した位置から前記基板に向けて、前記第１の光照射手段と異なる照射態様で、光を照射する第２の光照射手段と、前記第１の光照射手段と前記保持手段に保持された基板との間に形成される第１熱空間の圧力と、前記第２の光照射手段と前記保持手段に保持された基板との間に形成される第２熱空内間の圧力との差圧をモニタリングして、差圧情報として取得するモニタリング手段と、前記モニタリング手段が取得した差圧情報に基づいて、装置内に発生している異常を検出する異常検出手段と、を備える。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の熱処理装置であって、前記第１の光照射手段が、単位時間当たりに所定量のエネルギーを照射しながら、所定の照射時間をかけて基板を所定の予備加熱温度まで昇温させる第１の光源、を備え、前記第２の光照射手段が、単位時間当たりに前記所定量よりも大きなエネルギーを照射しながら、前記所定の照射時間よりも短い照射時間をかけて基板を前記予備加熱温度よりも高い所定の処理温度まで昇温させる第２の光源、を備える。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２に記載の熱処理装置であって、前記異常検出手段が、前記第１の光源が点灯開始されてから前記第２の光源が点灯されるまでの間に、前記差圧が所定値以上の振れ幅を示すか否かを判断し、所定値以上の振れ幅を示さない場合に、前記熱処理を開始する時点において前記保持手段に基板が保持されていないと判断し、それを異常として検出する。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項２または３に記載の熱処理装置であって、前記異常検出手段が、前記第１の光源が点灯開始されてから前記第２の光源が点灯されるまでの間に前記差圧が所定値以上の振れ幅を示す場合に、前記第２の光源が点灯された後に、前記差圧が所定値以上の振れ幅を示すか否かを判断し、ここで所定値以上の振れ幅を示さない場合に、前記熱処理の途中で前記保持手段に保持されている基板が割れたと判断し、それを異常として検出する。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項２から請求項４のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記第１の光源が、ハロゲンランプ、を備え、前記第２の光源が、閃光を照射するフラッシュランプ、を備える。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１〜５の発明によると、モニタリング手段が、基板により分離される２つの空間である第１熱空間と第２熱空間との差圧をモニタリングする。そして、異常検知手段が、取得された差圧情報から、装置内に発生している異常を検出する。この構成によると、装置内に発生している異常事態を、装置を開けずに検知することができる。
【００１９】
特に、請求項３の発明によると、熱処理を開始する時点において保持手段に基板が保持されていないという異常事態を、装置を開けずに検知することができる。
【００２０】
特に、請求項４の発明によると、熱処理の途中で保持手段に保持されている基板が割れるという異常事態を、装置を開けずに検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
この発明の実施の形態に係る熱処理装置について図面を参照しながら説明する。この発明の実施の形態に係る熱処理装置は、略円形の基板Ｗに閃光（フラッシュ光）を照射してその基板Ｗを加熱するフラッシュランプアニール装置である。
【００２２】
〈１．熱処理装置の全体構成〉
はじめに、この発明の実施の形態に係る熱処理装置の全体構成について、図１、図２を参照しながら説明する。図１は、熱処理装置１００の構成を示す側断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）は、熱処理装置１００を図１の矢印Ｑ１方向および矢印Ｑ２方向からそれぞれみた縦断面図である。
【００２３】
熱処理装置１００は、６枚の反射板１１によって６角形の筒状に形成された反射体１を備える。各反射板１１は反射率が十分に高い部材（例えば、アルミニウム等）により形成されている。もしくは、内側表面に反射率を高めるコーティング（例えば、金の非拡散コーティング）がなされている。後述する光照射部３，４から照射された光線の一部は、反射板１１の内側表面で反射されて後述する保持部２に保持される基板Ｗに入射する。これによって、光照射部３，４から発生した光エネルギーが無駄なく基板Ｗの熱処理に用いられることになる。
【００２４】
また、熱処理装置１００は、反射体１の筒内部の所定位置において基板Ｗを水平に保持する保持部２を備える。保持部２は、光透過性の部材（例えば石英）により形成される保持ステージ２１を備える。保持ステージ２１には、複数個（例えば３個）の支持ピン２２が立設される。保持部２に保持される基板Ｗは、これら複数の支持ピン２２によって裏面側から点で支持される。なお、保持ステージ２１は反射体１を貫通してチャンバー側部５１に着設されているものとし、保持部２に基板Ｗが保持された状態において、保持ステージ２１と基板Ｗとによって後述する第１熱空間Ａと第２熱空間Ｂとが分離された状態となる。
【００２５】
また、熱処理装置１００は、反射体１の筒内部に配置され、保持部２に保持された基板Ｗと所定の距離だけ離間した位置から当該基板Ｗに向けて、互いに異なる照射態様で光を照射することにより基板Ｗを加熱する２つの光照射部３，４を備える。ただし、互いに異なる照射態様とは、照射時間と、単位時間当たりの照射エネルギーとのうちの少なくとも一方が異なることをいう。この実施の形態においては、後述するように、第１光照射部３と第２光照射部４とは、照射時間および単位時間当たりの照射エネルギーの両方が異なっている。
【００２６】
第１の光照射部（第１光照射部３）は、保持部２に保持された基板Ｗの下側であって基板Ｗと１００mm以上離間した位置から、基板Ｗに向けて光を照射し、その光エネルギーによって基板Ｗを所定の予備加熱温度（例えば、６００度）まで昇温させる。第１光照射部３の照射時間は、後述する第２光照射部４の照射時間よりも長く、少なくとも１秒以上である。また、第１光照射部３から単位時間当たりに照射されるエネルギーは、後述する第２光照射部４のそれよりも小さい。
【００２７】
第１光照射部３は、複数のハロゲンランプ３１およびリフレクタ３２を有する。複数のハロゲンランプ３１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互いに平行となるように平面状に配列されている。リフレクタ３２は、複数のハロゲンランプ３１の下方にそれら全体を覆うように設けられ、その表面はブラスト処理により粗面化加工が施されて梨地模様を呈する。
【００２８】
ハロゲンランプ３１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）を微量導入したものが封入されている。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３１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徴を有する。
【００２９】
第２の光照射部（第２光照射部４）は、保持部２に保持された基板Ｗの上側であって基板Ｗと１００mm以上離間した位置から、基板Ｗ（より具体的には、第１光照射部３により予備加熱された基板Ｗ）に向けて閃光を照射し、その光エネルギーによって基板Ｗの表面を短時間に昇温させる。第２光照射部４の照射時間は、第１光照射部３の照射時間よりも短く、この実施の形態においては、０．１ミリ秒ないし１０ミリ秒程度である。また、第２光照射部４から単位時間当たりに照射されるエネルギーは、第１光照射部３のそれよりも大きい。
【００３０】
第２光照射部４は、複数（例えば、３０本）のキセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」という）４１およびリフレクタ４２を有する。複数のフラッシュランプ４１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互いに平行となるように平面状に配列されている。リフレクタ４２は、複数のフラッシュランプ４１の上方にそれら全体を覆うように設けられ、その表面はブラスト処理により粗面化加工が施されて梨地模様を呈する。
【００３１】
キセノンフラッシュランプ４１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、該ガラス管の外周面上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４１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うるという特徴を有する。
【００３２】
また、熱処理装置１００は、反射体１を覆う六角筒形状のチャンバー５を備える。チャンバー５は、反射体１を包囲する六角筒状のチャンバー側部５１と、チャンバー側部５１の上部を覆うチャンバー蓋部５２、および、チャンバー側部５１の下部を覆うチャンバー底部５３によって構成される。チャンバー側部５１には、基板Ｗの搬入および搬出を行うための搬送開口部５１１が形成されている。搬送開口部５１１は、軸５１２を中心に回動するゲートバルブ５１３により開閉可能とされる。搬送開口部５１１は、反射体１の側壁面をも貫通して形成されており、ゲートバルブ５１３が開放位置（図１の仮想線位置）におかれることによって、搬送開口部５１１を通じて反射体１の筒内部に基板Ｗを搬出入することが可能となる（矢印ＡＲ５）。一方、ゲートバルブ５１３が閉鎖位置（図１の実線位置）におかれると、チャンバー５の内部が密閉空間とされる。
【００３３】
また、熱処理装置１００は、装置内に搬入された基板Ｗの異常を検出する異常検出部６を備える。異常検出部６の構成については後に説明する。
【００３４】
また、熱処理装置１００は、上記の各構成を制御する制御部９１と、ユーザインターフェイスである操作部９２および表示部９３を備える。操作部９２および表示部９３はチャンバー５の外部に配置され、ユーザから各種の指示をチャンバー５の外部にて受け付ける。制御部９１は、操作部９２および表示部９３から入力された各種の指示に基づいて熱処理装置１００の各構成を制御する。また、制御部９１においては、後述する検出処理部６３が実現される。
【００３５】
〈２．異常検出部６〉
異常検出部６の構成について、引き続き図１を参照しながら説明する。異常検出部６は、差圧計６１、増幅器６２、および、検出処理部６３を備える。
【００３６】
〈差圧計６１〉
差圧計６１は、第１光照射部３と保持部２に保持された基板Ｗとの間に形成される空間（第１熱空間）Ａの圧力Ｐａと、第２光照射部４と保持部２に保持された基板Ｗとの間に形成される空間（第２熱空間）Ｂの圧力Ｐｂとの差圧ΔＰ（ΔＰ＝Ｐａ−Ｐｂ）をモニタリングして差圧情報として取得する。すなわち、差圧計６１は、保持部２と第１光照射部３との間の所定位置にチャンバー側部５１および反射板１１を貫通して設けられた貫通孔より貫入し、第１熱空間Ａまで達するように貫装された第１のセンサ６１１と、保持部２と第２光照射部４との間の所定位置にチャンバー側部５１および反射板１１を貫通して設けられた貫通孔より貫入し、第２熱空間Ｂまで達するように貫装された第２のセンサ６１２とを有し、２つのセンサ６１１，６１２のそれぞれにて感知される圧力Ｐａ，Ｐｂの差ΔＰを、差圧情報として取得する。
【００３７】
〈増幅器６２〉
増幅器６２は、差圧計６１が取得した差圧情報を増幅して、検出処理部６３へ送る。
【００３８】
〈検出処理部６３〉
検出処理部６３は、差圧計６１が取得し、増幅器６２により増幅された差圧情報に基づいて、装置内に発生している異常を検出する処理（異常検出処理）を実行する処理部であり、制御部９１にて実現される。検出処理部６３は、専用のハードウェア回路を用いて実現されてもよいし、図示しない記憶装置に格納されたプログラム（もしくは、記録媒体に格納されたプログラムを読み取ることによって取得されたプログラム）により実現されてもよい。
【００３９】
異常検出処理について具体的に説明する。第１熱空間Ａの圧力Ｐａと第２熱空間Ｂの圧力Ｐｂとの差圧ΔＰの経時変化は、異常のない場合、すなわち、熱処理（後述する予備加熱処理およびフラッシュ加熱処理）が行われる間中、基板Ｗが保持部２上の所定位置に載置された状態にある場合（以下において「正常状態Ｓ１」と示す）と、異常が発生している場合とでは異なる形を示す。異常が発生している場合とは、具体的には、熱処理を開始する時点において保持部２上に基板Ｗが存在しない場合（以下において「不在状態Ｓ２」と示す）、熱処理の途中で保持ステージ２１上の被処理基板Ｗが割れた場合（より具体的には、フラッシュ加熱処理の直後に、フラッシュランプ４１からの膨大な熱エネルギーを受けた基板Ｗが熱応力により粉々に粉砕した場合）（以下において「割れ発生Ｓ３」と示す）、の各場合である。
【００４０】
図３は、正常状態Ｓ１、不在状態Ｓ２、および割れ発生Ｓ３の各場合における差圧ΔＰの経時変化を模式的に示す図である。ただし、正常状態Ｓ１に係る変化の様子は実線で、不在状態Ｓ２に係る変化の様子は破線で、割れ発生Ｓ３に係る変化の様子は一点鎖線で、それぞれ示されている。また、図中において、時刻「ｔ＝０」はハロゲンランプ３１が点灯される時刻を、時刻「ｔ＝ｔ１」はフラッシュランプ４１が照射される時刻を、時刻「ｔ＝ｔ２」はハロゲンランプ３１が消灯される時刻を、それぞれ示している。
【００４１】
図３の詳細な説明を行う前に、まず、第１光照射部３および第２光照射部４それぞれの照射態様が熱空間Ａ，Ｂ内の気体に及ぼす影響について説明する。この熱処理装置１００においては、第１光照射部３による予備加熱処理と第２光照射部４によるフラッシュ加熱処理とによって基板Ｗに対する熱処理が行われる。上述した通り、第１光照射部３と第２光照射部４とは互いに異なる照射態様によって基板Ｗを加熱する。すなわち、第１光照射部３は、比較的少ないエネルギーを比較的長い時間与え続けることによって、基板Ｗをゆっくりと昇温させるのに対し、第２光照射部４は、膨大なエネルギーを瞬間的に与えることによって、基板Ｗを瞬間的に昇温させる。
【００４２】
予備加熱処理においては、基板Ｗおよび第１熱空間Ａ内の気体は、ハロゲンランプ３１によって、ある程度長い時間（１秒以上）をかけて緩やかに昇温される。したがって、ハロゲンランプ３１が点灯されている間、第１熱空間Ａ内の気体は徐々に膨張する。そして、所定の照射時間が経過してハロゲンランプ３１が消灯すると、徐々に収縮する。
【００４３】
一方、フラッシュ加熱処理においては、基板Ｗおよび第２熱空間Ｂ内の気体は、フラッシュランプ４１からの閃光照射によって、瞬間的に膨大なエネルギーが与えられることによって、短時間（数ミリ秒程度）で急激に昇温される。したがって、フラッシュランプ４１が照射されると、第２熱空間Ｂ内の気体は急激に膨張する。そして、所定の照射時間（数ミリ秒程度）が経過してフラッシュランプ４１が消灯すると、急激に収縮する。その後、第２熱空間Ｂ内にはパージガスがゆっくりと供給される。
【００４４】
〈正常状態Ｓ１〉
図３を参照する。正常状態Ｓ１においては、熱処理が行われる間中、保持部２上の所定位置に基板Ｗが載置された状態にある。すると、保持ステージ２１と基板Ｗとによって、第１熱空間Ａと第２熱空間Ｂとの間に壁が形成されることになり、これにより、第１熱空間Ａと第２熱空間Ｂとは分離された状態におかれる（図１参照）。この状態においては、両空間の間で気体の移動が妨げられるため、一方の熱空間において生じる圧力変動が他方の熱空間の圧力に影響を及ぼしにくい。したがって、両熱空間Ａ，Ｂの圧力Ｐａ，Ｐｂは、それぞれ第１光照射部３，第２光照射部４からの影響を受けて全く異なる態様で変化することとなり、差圧ΔＰの絶対値は大きな値を示す。すなわち、差圧ΔＰの経時変化は、大きな振れ幅を示す（図３の実線）。
【００４５】
正常状態Ｓ１における差圧ΔＰの経時変化を具体的に説明する。ハロゲンランプ３１が点灯されると（ｔ＝０）、第１熱空間Ａ内の気体は徐々に膨張し、圧力Ｐａが緩やかに上昇する。ここでは、第１熱空間Ａと第２熱空間Ｂとは分離された状態にあるため、このときに第１熱空間Ａから第２熱空間Ｂへと気体が流れ込むことはほとんどなく、第２熱空間Ｂの圧力Ｐｂは、第１熱空間Ａの圧力Ｐａの変動の影響をほとんど受けない。したがって、圧力Ｐｂはほぼ一定のままである。すると、差圧ΔＰは、圧力Ｐａの変動を受けて緩やかに上昇する。
【００４６】
所定時間が経過した後にフラッシュランプ４１が照射されると（ｔ＝ｔ１）、第２熱空間Ｂ内の気体は急激に膨張し、数ミリ秒の後に急激に収縮する。したがって、圧力Ｐｂは、急激に上昇し、数ミリ秒の後に、急激に下降する。一方、第１熱空間Ａと第２熱空間Ｂとは分離された状態におかれているため、このときに第２熱空間Ｂから第１熱空間Ａへと気体が流れ込むことはほとんどなく、第１熱空間Ａの圧力Ｐａは、第２熱空間Ｂの圧力Ｐｂの変動の影響をほとんど受けない。したがって、圧力Ｐａはほぼ一定のままである。すると、差圧ΔＰは、圧力Ｐｂの影響を受けて、急激に下降した後に、急激に上昇する。
【００４７】
さらに所定時間が経過した後にハロゲンランプ３１が消灯されると（ｔ＝ｔ２）、第１熱空間Ａの圧力Ｐａが徐々に下降し、差圧ΔＰは徐々に小さくなる。
【００４８】
〈不在状態Ｓ２〉
不在状態Ｓ２においては、熱処理を開始する時点において、保持部２上に基板Ｗが存在しない。すると、第１熱空間Ａと第２熱空間Ｂとが通じ合った状態におかれる（図１参照）。すなわち、両熱空間Ａ，Ｂが続いた空間になる。この状態においては、両空間の間で気体の移動が可能となり、一方の熱空間において生じる圧力変動が他方の熱空間の圧力に影響を及ぼす。したがって、差圧ΔＰの経時変化は、正常状態Ｓ１の場合ほど大きな振れ幅を示さない（図３の破線）。
【００４９】
不在状態Ｓ２における差圧ΔＰの経時変化を具体的に説明する。ハロゲンランプ３１が点灯されると（ｔ＝０）、第１熱空間Ａ内の気体は徐々に膨張し、圧力Ｐａが緩やかに上昇する。ここでは、第１熱空間Ａと第２熱空間Ｂとは通じ合った状態にあるため、このときに第１熱空間Ａから第２熱空間Ｂへと気体が流れ込み、第２熱空間Ｂの圧力Ｐｂも上昇する。したがって、両熱空間Ａ，Ｂ間の圧力差はほとんど生じない。すなわち、差圧ΔＰは、正常状態Ｓ１の場合のように大きく上昇することはない。
【００５０】
所定時間が経過した後にフラッシュランプ４１が照射されると（ｔ＝ｔ１）、第２熱空間Ｂ内の気体は急激に膨張し、数ミリ秒の後に急激に収縮する。したがって、圧力Ｐｂは急激に上昇し、数ミリ秒の後に、急激に下降する。このときに、第２熱空間Ｂから第１熱空間Ａへと気体が流れ込み、第１熱空間Ａの圧力Ｐａも上昇する。したがって、このときの差圧ΔＰは、多少の変動はみられるものの、正常状態Ｓ１の場合のように大きな振れ幅で変動することはない。
【００５１】
〈割れ発生Ｓ３〉
割れ発生Ｓ３においては、保持部２上の所定位置に載置されていた基板Ｗが、熱処理の途中で（より具体的には、フラッシュ加熱処理の直後に）割れる。すると、熱処理を開始する時点においては、保持部２上の所定位置に基板Ｗが載置された状態にあったにもかかわらず、熱処理の途中からは、保持部２上に基板Ｗが存在しなくなる。つまり、熱処理開始時には互いに分離された状態にあった第１熱空間Ａと第２熱空間Ｂとが、基板Ｗが割れた瞬間を境に、続いた空間になる（図１参照）。
【００５２】
割れ発生Ｓ３における差圧ΔＰの経時変化を具体的に説明する。熱処理が開始されてから基板Ｗが割れるまでの間は、保持部２上には基板Ｗが適正に保持されている。したがって、この間は、差圧ΔＰは、上述した正常状態Ｓ１の場合と同じ振る舞いを示す（図３の一点鎖線）。
【００５３】
一方、フラッシュ加熱処理の直後に基板Ｗが割れてしまうと、保持部２上には基板Ｗが存在しなくなる。したがって、この間は、差圧ΔＰは、上述した不在状態Ｓ２の場合とほぼ同じ振る舞いを示す（図３の一点鎖線）。
【００５４】
以上の通り、差圧ΔＰの経時変化は、異常のない場合（正常状態Ｓ１）と、異常が発生している場合（不在状態Ｓ２、割れ発生Ｓ３）とでは異なる形を示す。また、発生している異常の種類によっても異なる形を示す。検出処理部６３は、差圧計６１が取得した差圧情報に係る差圧ΔＰの変化態様をみることによって、装置内に発生している各種の異常を検出する。
【００５５】
例えば、ハロゲンランプ３１が点灯された後に差圧ΔＰが所定値以上の振れ幅を示さない場合（例えば、所定時刻ｔｂ（ただし、０＜ｔｂ＜ｔ１）の差圧ΔＰが、所定値に満たない場合）は、保持部２上に基板Ｗが存在しない（すなわち、不在状態Ｓ２である）と判断し、異常として検出する。
【００５６】
また、フラッシュランプ４１が点灯される前においては異常が検出されなかった（正常状態Ｓ１であった）にもかかわらず、フラッシュランプ４１が点灯された後に、差圧ΔＰが所定値以上の振れ幅を示さない場合（例えば、所定時刻ｔｃ（ただし、ｔ１＜ｔｃ）の差圧ΔＰの絶対値が所定値に満たない場合）は、熱処理の途中で被処理基板Ｗが割れた（すなわち、割れ発生Ｓ３である）と判断し、異常として検出する。
【００５７】
〈３．熱処理装置の動作〉
次に、熱処理装置１００における基板Ｗの処理手順について図４を参照しながら説明する。図４は、熱処理装置１００にて実行される処理の流れを示す図である。
【００５８】
〈熱処理に係る処理動作〉
まず、熱処理に係る処理の流れを説明する。ここで処理対象となる基板Ｗはイオン注入法により不純物が添加された半導体基板であり、添加された不純物の活性化が熱処理装置１００による熱処理により行われる。なお、以下の処理動作は、制御部９１が所定のタイミングで各構成を制御することによって行われる。
【００５９】
はじめに、イオン注入後の基板Ｗを熱処理装置１００内に搬入する（ステップＳ１）。より具体的には、制御部９１が駆動手段（図示省略）を制御して、ゲートバルブ５１３を開放位置におく。これにより搬送開口部５１１が開放される。続いて、装置外部の搬送ロボットが、イオン注入後の基板Ｗを搬送開口部５１１を通じてチャンバー５内に搬入して、保持部２上に載置する。基板Ｗが保持部２上に載置されると、制御部９１が再び駆動手段（図示省略）を制御して、ゲートバルブ５１３を閉鎖位置におく。これにより搬送開口部５１１が閉鎖され、チャンバー５内部が密閉空間とされる。
【００６０】
続いて、保持部２に保持された基板Ｗを予備加熱する（ステップＳ２）。より具体的には、制御部９１が第１光照射部３のハロゲンランプ３１を点灯させて、保持部２に保持された基板Ｗに向けて光を照射させる。ハロゲンランプ３１から放射される光は直接に、もしくは、反射板１１やリフレクタ３２等で反射されながら、保持部２に保持された基板Ｗへと向かう。ハロゲンランプ３１は所定の照射時間（少なくとも１秒以上）の間点灯し続け、この光照射によって基板Ｗが所定の予備加熱温度まで昇温される。
【００６１】
後述するフラッシュ加熱の前に第１光照射部３により基板Ｗを予備加熱しておくことにより、後述するフラッシュランプ４１からの閃光照射において基板Ｗの表面温度を処理温度まで容易に上昇させることができる。特に、この実施の形態においては、ハロゲンランプ３１を用いて予備加熱を行うので、ホットプレート等を用いた場合に比べて高温（例えば、６００度以上）領域まで基板Ｗを予備昇温させておくことができる。これにより、フラッシュ加熱における昇温幅を小さくすることが可能となり、フラッシュ加熱における基板の割れの発生を抑制することができる。
【００６２】
続いて、保持部２に保持された基板Ｗをフラッシュ加熱する（ステップＳ３）。より具体的には、制御部９１が第２光照射部４のフラッシュランプ４１を制御して、保持部２に保持された基板Ｗに向けて閃光（フラッシュ光）を照射させる。フラッシュランプ４１から放射される光の一部は直接に保持部２に保持された基板Ｗへと向かい、他の一部は一旦反射板１１やリフレクタ４２により反射されてから基板Ｗへと向かう。フラッシュランプ４１は、所定の照射時間（０．１ミリ秒ないし１０ミリ秒程度）の間瞬間的に点灯し、この閃光照射によって基板Ｗが所定の処理加熱温度まで昇温される。
【００６３】
フラッシュ加熱は、フラッシュランプ４１からの閃光照射により行われるため、基板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、第２光照射部４のフラッシュランプ４１から照射される閃光は、予め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ミリ秒ないし１０ミリ秒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４１からの閃光照射によりフラッシュ加熱される基板Ｗの表面温度は、瞬間的に所定の処理温度（例えば、１０００℃ないし１１００℃程度）まで上昇し、基板Ｗに添加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１００では、基板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、基板Ｗに添加された不純物の熱による拡散（この拡散現象を、基板Ｗ中の不純物のプロファイルがなまる、ともいう）を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、添加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活性化は完了する。
【００６４】
フラッシュ加熱が終了すると、基板Ｗを熱処理装置１００内から搬出する（ステップＳ４）。より具体的には、制御部９１が駆動手段（図示省略）を制御してゲートバルブ５１３を開放位置におく。続いて、装置外部の搬送ロボットが、基板Ｗを搬送開口部５１１を通じてチャンバー５内から搬出する。以上で、熱処理装置１００における基板Ｗの処理が終了する。
【００６５】
〈状態検出に係る処理動作〉
次に、装置内に搬入された基板Ｗの異常を検出する処理の流れを説明する。なお、以下の処理動作は、制御部９１が所定のタイミングで各構成を制御することによって行われる。この処理は、上記の熱処理と並行して実行される。
【００６６】
被処理基板Ｗが装置内に搬入され、チャンバー５内部が密閉空間とされると（ステップＳ１）、差圧計６１が、第１熱空間Ａの圧力Ｐａと第２熱空間Ｂの圧力Ｐｂとの差圧ΔＰのモニタリングを開始する（ステップＳ６１）。差圧計６１は取得した差圧情報を増幅器６２に送り、増幅器６２は送られた差圧情報を増幅して検出処理部６３に送る。
【００６７】
検出処理部６３は、まず、不在状態Ｓ２に係る異常を検出する（ステップＳ６２）。より具体的には、ハロゲンランプ３１が点灯された後に、差圧ΔＰが所定値以上の振れ幅を示すか否かを判断し、所定値以上の振れ幅を示さない場合には不在状態Ｓ２であると判断し、異常として検出する。
【００６８】
不在状態Ｓ２に係る異常が検出された場合は、基板Ｗに対する熱処理動作を中止して、所定の警報処理（例えば、保持部２に基板Ｗがない旨をオペレータに報知する処理）を行う（ステップＳ６５）。
【００６９】
一方、不在状態Ｓ２に係る異常が検出されなかった場合は、基板Ｗに対する熱処理動作はそのまま続行され、検出処理部６３は、続いて、割れ発生Ｓ３に係る異常を検出する（ステップＳ６３）。より具体的には、フラッシュランプ４１が点灯された後に、差圧ΔＰが所定値以上の振れ幅を示すか否かを判断し、所定値以上の振れ幅を示さない場合には割れ発生Ｓ３であると判断し、異常として検出する。
【００７０】
割れ発生Ｓ３に係る異常が検出された場合は、基板Ｗに対する熱処理動作を中止して、所定の警報処理（例えば、基板Ｗが割れている旨をオペレータに報知する処理）を行う（ステップＳ６５）。
【００７１】
割れ発生Ｓ３に係る異常が検出されなかった場合は、異常なし（正常状態Ｓ１）と判断し、モニタリングを終了して（ステップＳ６４）、異常の検出処理を終了する。
【００７２】
〈４．効果〉
上記の実施の形態に係る熱処理装置１００においては、異常検出部６が、装置内に発生している異常を、第１熱空間Ａの圧力Ｐａと第２熱空間Ｂの圧力Ｐｂとの差圧ΔＰに基づいて検出する。したがって、装置内に異常が生じている場合に、それを装置を開けずに検知することができる。より具体的には、差圧ΔＰの経時変化をみることによって、熱処理を開始する時点において保持部２上に基板Ｗが存在しないという異常事態（不在状態Ｓ２）を検出することができる。また、熱処理の途中で基板Ｗが割れるという異常事態（割れ発生Ｓ３）を検出することができる。
【００７３】
〈５．その他の実施の形態〉
上記の実施の形態においては、保持部２は、保持ステージ２１に設けた複数個の支持ピン２２により基板Ｗを支持（点支持）する構成としたが、基板Ｗを保持する態様はこれに限らない。例えば、保持ステージ２１上に基板Ｗを直接載置して保持ステージ２１に基板Ｗを支持（面支持）させる構成としてもよい。また、基板Ｗの直径よりも若干大きな直径を有するリング状の部材により基板Ｗを支持する構成としてもよい。この場合、例えばリングの内側端面に、基板Ｗの裏面を点で支持する支持部材を複数個（例えば４個）形成しておき、これら複数個の支持部材によって基板Ｗを裏面側から支持する構成とすることができる。さらにまた、各種形状のハンドにより支持する構成としてもよい。
【００７４】
なお、保持ステージ２１を設ける構成とすれば、保持部２に基板Ｗが保持されることによって、第１熱空間Ａと第２熱空間Ｂとを分離する壁が形成されるので、正常状態Ｓ１、不在状態Ｓ２、割れ発生Ｓ３のそれぞれにて示される差圧ΔＰの経時変化の相違が顕著なものとなるという利点がある。リング部材やハンドにより基板Ｗを保持する構成とすれば、保持部２に基板Ｗが保持された状態においても、第１熱空間Ａと第２熱空間Ｂとが一部で通じ合った状態となってしまうが、この場合でも、正常状態Ｓ１、不在状態Ｓ２、割れ発生Ｓ３のそれぞれにて得られる差圧ΔＰの経時変化は十分な相違を示す。なぜなら、フラッシュランプ４１はいうまでもなく、ハロゲンランプ３１から単位時間当たりに照射されるエネルギーも、一般的な熱源（例えばホットプレート）と比較して相当大きなものであり、ハロゲンランプ３１の照射を受けた第１熱空間Ａ内の空気の昇温速度（ひいては膨張速度）も相当早く、これに比べると、この一部で通じ合った空間から流れる空気の流量は無視できる程度に小さなものとみなせるからである。したがって、保持部２の構成がどのようなものであっても、上記の実施の形態に係る異常検出部６を有効に機能させることができる。すなわち、保持部２の構成がいかなるものであっても、上述した異常検出部６を用いて装置内の異常を検出することができる。
【００７５】
また、上記の実施の形態においては、相対的に照射時間の短い光照射部（第２光照射部４）の有する光源がフラッシュランプ４１であるとしたが、その他の光源を用いてもよい。例えば、アークランプを用いてもよい。
【００７６】
また、上記の実施の形態においては、２つの光照射部３，４の両方が、保持部２に保持された基板Ｗから１００mm以上離間した位置に配置されるとしたが、必ずしも両方の光照射部３，４を基板Ｗから１００mm以上離間させなくともよい。ただし、第１光照射部３や第２光照射部４と基板Ｗとの離間距離を大きくすると第１熱空間Ａや第２熱空間Ｂの体積が大きくなるため、差圧ΔＰの変動が顕著に表れるようになる。これによって、異常検出部６による異常の検出を高精度に行えるようになるという利点が得られる。
【００７７】
また、上記の実施の形態においては、第１光照射部３および第２光照射部４のそれぞれは、複数の棒状光源（ハロゲンランプ３１、フラッシュランプ４１）を備える構成としたが、光源は必ずしも棒状でなくともよい。例えば、渦巻き形状の光源を用いてもよい。また、複数個の点光源を規則的に配置してもよい。また、互いに異なる直径を有する複数個の円環状の光源を同心円に配置してもよい。
【００７８】
また、上記の実施の形態においては、チャンバー５は、六角柱であるとしたが、チャンバー５の形状はこれに限らず、各種の柱体形状（例えば、円柱、四角柱、三角柱等）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図２】熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図３】正常状態、不在状態、および割れ発生の各場合における差圧の経時変化を模式的に示す図である。
【図４】熱処理装置にて実行される処理の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  反射体
２  保持部
３  第１光照射部
４  第２光照射部
５  チャンバー
６  異常検出部
６１  差圧計
６２  増幅器
６３  検出処理部
９１  制御部
１００  熱処理装置
Ａ  第１熱空間
Ｂ  第２熱空間
Ｗ  基板
【図１】
2009231600.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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