特開 2022-131413 温度測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022131413

(43)【公開日】2022-09-07

(54)【発明の名称】温度測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01J 5/06 20220101AFI20220831BHJP

   H01L 21/26 20060101ALI20220831BHJP

   G01J 5/00 20220101ALN20220831BHJP

【ＦＩ】

G01J5/10 B

H01L21/26 T

H01L21/26 G

G01J5/00 101C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021030353

(22)【出願日】2021-02-26

(71)【出願人】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】大西 脩平

(72)【発明者】

【氏名】北澤 貴宏

【テーマコード（参考）】

2G066

【Ｆターム（参考）】

2G066AC11

2G066AC20

2G066BC12

2G066BC15

2G066CB01

2G066CB02

(57)【要約】

【課題】基板の表裏面ともに放射率が未知であっても、基板の表面温度を正確に測定することができる熱処理方法を提供する。
【解決手段】表面に熱電対が取り付けられた熱電対付きウェハーをハロゲンランプからの光照射によって加熱しつつ、その熱電対付きウェハーの表面温度を熱電対によって測定するとともに裏面の温度を裏面側放射温度計によって測定する。熱電対によって測定された熱電対付きウェハーの温度に基づいて裏面側放射温度計に設定された放射率を校正する。次に、表面にパターンが形成された半導体ウェハーをハロゲンランプからの光照射によって加熱しつつ、その半導体ウェハーの裏面および表面の温度をそれぞれ裏面側放射温度計および表面側放射温度計によって測定する。裏面側放射温度計によって測定された半導体ウェハーの温度に基づいて表面側放射温度計に設定された放射率を校正する。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の温度を測定する温度測定方法であって、
表面に接触式温度計が取り付けられた第１基板を加熱しつつ前記第１基板の裏面の温度を裏面側放射温度計によって測定し、前記接触式温度計によって測定された前記第１基板の温度に基づいて前記裏面側放射温度計に設定された放射率を校正する第１校正工程と、
表面にパターンの形成された第２基板を加熱しつつ前記第２基板の裏面および表面の温度をそれぞれ前記裏面側放射温度計および表面側放射温度計によって測定し、前記裏面側放射温度計によって測定された前記第２基板の温度に基づいて前記表面側放射温度計に設定された放射率を校正する第２校正工程と、
光照射によって加熱される前記第２基板の表面温度を前記表面側放射温度計によって測定する温度測定工程と、
を備えることを特徴とする温度測定方法。

【請求項2】

請求項１記載の温度測定方法において、
前記第１校正工程および前記第２校正工程では、連続点灯ランプからの光照射によって前記第１基板および前記第２基板を加熱することを特徴とする温度測定方法。

【請求項3】

請求項２記載の温度測定方法において、
前記第１校正工程では、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記第１基板を所定温度に維持しているときに前記接触式温度計および前記裏面側放射温度計によって前記第１基板の温度を測定し、
前記第２校正工程では、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記第２基板を所定温度に維持しているときに前記裏面側放射温度計および前記表面側放射温度計によって前記第２基板の温度を測定することを特徴とする温度測定方法。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれかに記載の温度測定方法において、
前記温度測定工程では、フラッシュランプから前記第２基板の表面にフラッシュ光を照射したときに昇温する前記第２基板の表面の温度を前記表面側放射温度計によって測定することを特徴とする温度測定方法。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれかに記載の温度測定方法において、
前記第１基板を挟んで前記接触式温度計の取り付け位置と前記裏面側放射温度計の温度測定位置とは対称な位置であり、
前記第２基板を挟んで前記裏面側放射温度計の温度測定位置と前記表面側放射温度計の温度測定位置とは対称な位置であることを特徴とする温度測定方法。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれかに記載の温度測定方法において、
前記第２基板の表面温度を測定する際に前記表面側放射温度計の受光素子を０℃以下に冷却することを特徴とする温度測定方法。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれかに記載の温度測定方法において、
前記第１基板および前記第２基板を収容するチャンバーの壁面を冷却することを特徴とする温度測定方法。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれかに記載の温度測定方法において、
前記接触式温度計は熱電対であることを特徴とする温度測定方法。

【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）の温度を非接触にて測定する温度測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱する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、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。

【0003】

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。

【0004】

このようなフラッシュランプアニールは、極短時間の加熱が必要とされる処理、例えば典型的には半導体ウェハーに注入された不純物の活性化に利用される。イオン注入法によって不純物が注入された半導体ウェハーの表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射すれば、当該半導体ウェハーの表面を極短時間だけ活性化温度にまで昇温することができ、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】

フラッシュランプアニールに限らず、半導体ウェハーの熱処理においては、ウェハー温度の管理が重要となる。典型的には、熱処理中の半導体ウェハーの温度は放射温度計によって非接触で測定される。放射温度計によって高精度の温度測定を行うためには、被測定物の放射率を正確に放射温度計に設定する必要がある。従って、フラッシュ光照射時に急激に変化する半導体ウェハーの表面温度を放射温度計によって正確に測定するためには、半導体ウェハーの表面の放射率を放射温度計に設定する必要がある。

【0006】

ところが、フラッシュ光が照射される半導体ウェハーの表面には何らかのパターンが形成されていることが多い。半導体ウェハーの表面の放射率はパターンに依存する。すなわち、半導体ウェハーの表面に形成されているパターンが異なると、当該表面の放射率も異なるのである。このため、加熱処理の対象となる半導体ウェハーごとに表面の放射率を求めて放射温度計に設定する必要性が生じる。

【0007】

特許文献１には、裏面の放射率が既知の半導体ウェハーの当該裏面の温度を正確に測定し、それに基づいて半導体ウェハーの表面の放射率を算定して当該表面の温度を測定する技術が開示されている。また、特許文献２には、放射率が既知のモニタ用ウェハーを測定対象の半導体ウェハーに近接して設置し、モニタ用ウェハーの温度測定値に基づいて半導体ウェハーの放射率を求め、半導体ウェハーの温度を測定する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１４－１８５８９８号公報

【特許文献2】特開平５－２９９４２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献１に開示される技術は、半導体ウェハーの裏面の放射率が既知でなければ適用することができない。一方、特許文献２に開示される技術では、放射率が既知のモニタ用ウェハーを別途用意する必要がある。また、特許文献２に開示される技術では、モニタ用ウェハーを測定対象の半導体ウェハーに接触させるため、当該半導体ウェハーの表面に形成されているパターンに傷をつけてしまうおそれもある。

【0010】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の表裏面ともに放射率が未知であっても、基板の表面温度を正確に測定することができる熱処理方法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、基板の温度を測定する温度測定方法において、表面に接触式温度計が取り付けられた第１基板を加熱しつつ前記第１基板の裏面の温度を裏面側放射温度計によって測定し、前記接触式温度計によって測定された前記第１基板の温度に基づいて前記裏面側放射温度計に設定された放射率を校正する第１校正工程と、表面にパターンの形成された第２基板を加熱しつつ前記第２基板の裏面および表面の温度をそれぞれ前記裏面側放射温度計および表面側放射温度計によって測定し、前記裏面側放射温度計によって測定された前記第２基板の温度に基づいて前記表面側放射温度計に設定された放射率を校正する第２校正工程と、光照射によって加熱される前記第２基板の表面温度を前記表面側放射温度計によって測定する温度測定工程と、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の発明に係る温度測定方法において、前記第１校正工程および前記第２校正工程では、連続点灯ランプからの光照射によって前記第１基板および前記第２基板を加熱することを特徴とする。

【0013】

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る温度測定方法において、前記第１校正工程では、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記第１基板を所定温度に維持しているときに前記接触式温度計および前記裏面側放射温度計によって前記第１基板の温度を測定し、前記第２校正工程では、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記第２基板を所定温度に維持しているときに前記裏面側放射温度計および前記表面側放射温度計によって前記第２基板の温度を測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１から請求項３のいずれかの発明に係る温度測定方法において、前記温度測定工程では、フラッシュランプから前記第２基板の表面にフラッシュ光を照射したときに昇温する前記第２基板の表面の温度を前記表面側放射温度計によって測定することを特徴とする。

【0015】

また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る温度測定方法において、前記第１基板を挟んで前記接触式温度計の取り付け位置と前記裏面側放射温度計の温度測定位置とは対称な位置であり、前記第２基板を挟んで前記裏面側放射温度計の温度測定位置と前記表面側放射温度計の温度測定位置とは対称な位置であることを特徴とする。

【0016】

また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係る温度測定方法において、前記第２基板の表面温度を測定する際に前記表面側放射温度計の受光素子を０℃以下に冷却することを特徴とする。

【0017】

また、請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係る温度測定方法において、前記第１基板および前記第２基板を収容するチャンバーの壁面を冷却することを特徴とする。

【0018】

また、請求項８の発明は、請求項１から請求項７のいずれかの発明に係る温度測定方法において、前記接触式温度計は熱電対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８の発明によれば、接触式温度計によって測定された第１基板の温度に基づいて裏面側放射温度計に設定された放射率を校正し、裏面側放射温度計によって測定された第２基板の温度に基づいて表面側放射温度計に設定された放射率を校正するため、接触式温度計によって得られた正確な温度測定値に基づいて裏面側放射温度計および表面側放射温度計に設定された放射率を２段階で校正することとなり、基板の表裏面ともに放射率が未知であっても、基板の表面温度を正確に測定することができる。

【0020】

特に、請求項３の発明によれば、第１基板および第２基板を所定温度に維持しているときに温度測定を行うため、第１基板および第２基板の表裏面で温度差がなく、裏面側放射温度計および表面側放射温度計に設定された放射率を正確に校正することができる。

【0021】

特に、請求項５の発明によれば、第１基板を挟んで接触式温度計の取り付け位置と裏面側放射温度計の温度測定位置とは対称な位置であり、第２基板を挟んで裏面側放射温度計の温度測定位置と表面側放射温度計の温度測定位置とは対称な位置であるため、第１基板および第２基板の表裏面で温度差がなく、裏面側放射温度計および表面側放射温度計に設定された放射率を正確に校正することができる。

【0022】

特に、請求項６の発明によれば、第２基板の表面温度を測定する際に表面側放射温度計の受光素子を０℃以下に冷却するため、表面側放射温度計の受光素子は高感度を維持することができ、基板の表面温度を正確に測定することができる。

【0023】

特に、請求項７の発明によれば、チャンバーの壁面を冷却するため、裏面側放射温度計および表面側放射温度計に入射する迷光の影響を抑制することができ、温度測定の精度低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明に係る温度測定方法を実施す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】表面側放射温度計および裏面側放射温度計の機能ブロック図である。

【図9】本発明に係る温度測定方法の手順を示すフローチャートである。

【図10】熱電対の測定値に基づく裏面側放射温度計の放射率校正を模式的に説明する図である。

【図11】裏面側放射温度計の測定値に基づく表面側放射温度計の放射率校正を模式的に説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

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。

【0026】

図１は、本発明に係る温度測定方法を実施する熱処理装置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）。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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【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】

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表面側放射温度計２５の赤外線センサー２９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裏面側放射温度計２０の赤外線センサー２４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、表面側放射温度計２５が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化カルシウム材料からなる透明窓２６が装着されている。また、貫通孔６１ｂの熱処理空間６５に臨む側の端部には、裏面側放射温度計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。

【0033】

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（Ｎ_２）等の不活性ガス、または、水素（Ｈ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）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）。

【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。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。

【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】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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、裏面側放射温度計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、裏面側放射温度計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。なお、半導体ウェハーＷの面内温度分布を測定するため、裏面側放射温度計２０を複数設けてもよい。裏面側放射温度計２０を複数設ける場合、開口部７８も複数設ける必要がある。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

図１に示すように、チャンバー６には、表面側放射温度計２５および裏面側放射温度計２０の２つの放射温度計が設けられている。図８は、表面側放射温度計２５および裏面側放射温度計２０の機能ブロック図である。表面側放射温度計２５は、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの斜め上方に設置され、当該半導体ウェハーＷの上面の温度を測定する。表面側放射温度計２５は、赤外線センサー２９、増幅器２８および温度測定ユニット２７を備える。赤外線センサー２９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受光する。赤外線センサー２９は、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に対応できるように、ＩｎＳｂ（インジウムアンチモン）の光学素子を備えている。赤外線センサー２９は、受光に応答して生じた信号を増幅器２８に伝達する。赤外線センサー２９から出力された信号は増幅器２８によって増幅されてから温度測定ユニット２７に入力される。温度測定ユニット２７は、図示を省略するＡ／Ｄコンバータおよび温度変換回路等を備えており、赤外線センサー２９から出力された赤外光の強度を示す信号を温度に変換する。温度測定ユニット２７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。

【0058】

一方、裏面側放射温度計２０は、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの斜め下方に設けられ、当該半導体ウェハーＷの下面の温度を測定する。裏面側放射温度計２０は、赤外線センサー２４、増幅器２３および温度測定ユニット２２を備える。赤外線センサー２４は、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受光する。赤外線センサー２４は、受光に応答して生じた信号を増幅器２３に伝達する。赤外線センサー２４から出力された信号は増幅器２３によって増幅されてから温度測定ユニット２２に入力される。温度測定ユニット２２は、図示を省略するＡ／Ｄコンバータおよび温度変換回路等を備えており、赤外線センサー２４から出力された赤外光の強度を示す信号を温度に変換する。温度測定ユニット２２によって求められた温度が半導体ウェハーＷの下面の温度である。

【0059】

また、表面側放射温度計２５の赤外線センサー２９には冷却素子９５が付設されている。冷却素子９５としては、例えばペルチェ素子が用いられる。冷却素子９５は電力制御部９６と電気的に接続されている。電力制御部９６が冷却素子９５に供給する電力を制御することによって、冷却素子９５は赤外線センサー２９の受光素子を０℃以下に冷却する。本実施形態では、例えば赤外線センサー２９の受光素子を－２５℃に冷却する。赤外線センサー２９が備えるＩｎＳｂの受光素子は温度が高くなると検出感度が低下するのであるが、冷却素子９５によって当該受光素子を０℃以下に冷却することにより赤外線センサー２９は高感度を維持することができる。

【0060】

裏面側放射温度計２０および表面側放射温度計２５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おり、裏面側放射温度計２０および表面側放射温度計２５によってそれぞれ測定された半導体ウェハーＷの下面および上面の温度は制御部３に伝達される。制御部３は、熱処理装置１に設けられた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。

【0061】

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。当該水冷管に熱処理装置１の外部から冷却水を供給することによって、チャンバー６の壁面を冷却する。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。

【0062】

次に、熱処理装置１における処理動作について説明する。ここではまず、製品となる通常の半導体ウェハー（プロダクトウェハー）Ｗに対する熱処理動作について説明する。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。

【0063】

まず、半導体ウェハーＷの処理に先立って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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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、被処理面である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。

【0068】

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。

【0069】

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の温度は裏面側放射温度計２０によって測定される。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、裏面側放射温度計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。

【0070】

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、裏面側放射温度計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。

【0071】

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、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。

【0072】

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でフラッシュ加熱部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。

【0073】

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まで上昇した後、急速に下降する。

【0074】

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の温度は裏面側放射温度計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、裏面側放射温度計２０の測定結果より半導体ウェハーＷの温度が所定温度まで降温したか否かを監視する。そして、半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２がサセプタ７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプタ７４から受け取る。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、リフトピン１２上に載置された半導体ウェハーＷが装置外部の搬送ロボットによりチャンバー６から搬出され、半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。

【0075】

フラッシュ加熱時に瞬間的に昇温する半導体ウェハーＷの表面の温度は表面側放射温度計２５によって測定される。ところが、一般的には製品となる半導体ウェハーＷの表面にはパターンが形成されていることが多い。形成されているパターンによって半導体ウェハーＷの表面の放射率も異なる。よって、熱処理装置１にて加熱処理される半導体ウェハーＷごとに表面の放射率を求めて表面側放射温度計２５に設定しなければ、半導体ウェハーＷの表面温度を正確に測定することはできない。本実施形態においては、以下のようにして半導体ウェハーＷの表面温度を正確に測定している。

【0076】

図９は、本発明に係る温度測定方法の手順を示すフローチャートである。まず、製品となる半導体ウェハーＷの処理に先立って、熱電対付きウェハー（第１基板）ＴＷがチャンバー６内に搬入される（ステップＳ１）。熱電対付きウェハーＴＷは、製品となる半導体ウェハー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、熱電対付きウェハーＴＷには、パターン形成や成膜はなされていない。また、熱電対付きウェハーＴＷの表面には熱電対が取り付けられている。熱電対は金属線にて構成されているため、熱電対付きウェハーＴＷを搬送ロボットによってチャンバー６内に搬入することはできない。このため、熱電対付きウェハーＴＷは手動にてチャンバー６内に搬入されてサセプタ７４に載置される。

【0077】

熱電対付きウェハーＴＷが石英のサセプタ７４に載置された後、ハロゲンランプＨＬからの光照射が開始されて熱電対付きウェハーＴＷが加熱される（ステップＳ２）。ハロゲンランプＨＬからの光照射による熱電対付きウェハーＴＷの加熱は、上述した半導体ウェハーＷの予備加熱とほぼ同様である。すなわち、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を透過して熱電対付きウェハーＴＷの裏面に照射され、熱電対付きウェハーＴＷの温度が上昇する。ハロゲンランプＨＬからの光照射によって昇温する熱電対付きウェハーＴＷの温度は裏面側放射温度計２０によって測定される。そして、裏面側放射温度計２０による温度測定値に基づいて、熱電対付きウェハーＴＷの温度が所定温度となるように制御部３によってハロゲンランプＨＬの出力がフィードバック制御される。熱電対付きウェハーＴＷの温度が所定温度に到達した後は、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって熱電対付きウェハーＴＷが当該所定温度に一定時間維持される。

【0078】

熱電対付きウェハーＴＷの温度が所定温度に維持されている間に、熱電対の測定値に基づいて裏面側放射温度計２０の放射率校正が実行される（ステップＳ３）。図１０は、熱電対９９の測定値に基づく裏面側放射温度計２０の放射率校正を模式的に説明する図である。ハロゲンランプＨＬからの光照射によって熱電対付きウェハーＴＷが所定温度に一定時間維持されている。熱電対付きウェハーＴＷの表面には熱電対９９が取り付けられている。ハロゲンランプＨＬからの光照射によって所定温度に加熱されている熱電対付きウェハーＴＷの表面の温度は熱電対９９によって測定される。

【0079】

一方、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって所定温度に加熱されている熱電対付きウェハーＴＷの裏面の温度は裏面側放射温度計２０によって測定されている。熱電対付きウェハーＴＷの表面における熱電対９９の取り付け位置と熱電対付きウェハーＴＷの裏面における裏面側放射温度計２０の温度測定位置とは熱電対付きウェハーＴＷを挟んで対称な位置である。また、熱電対付きウェハーＴＷが所定温度に維持されているときには、熱電対付きウェハーＴＷの表面と裏面との間に温度差はなく、表面温度と裏面温度とは等しい。よって、熱電対付きウェハーＴＷの表面における熱電対９９の取り付け位置の温度と、熱電対付きウェハーＴＷの裏面における裏面側放射温度計２０の温度測定位置の温度とは完全に等しい。

【0080】

接触式温度計である熱電対９９は、熱電対付きウェハーＴＷの表面温度を正確に測定できる。従って、熱電対９９によって測定された熱電対付きウェハーＴＷの温度に基づいて裏面側放射温度計２０に設定された放射率を校正することができる。具体的には、熱電対９９によって測定された熱電対付きウェハーＴＷの表面温度と、裏面側放射温度計２０が示す熱電対付きウェハーＴＷの裏面温度とが一致するように、裏面側放射温度計２０に設定されている放射率を調整する。これにより、熱電対付きウェハーＴＷの裏面の真の放射率が裏面側放射温度計２０に設定されることとなり、裏面側放射温度計２０に設定された放射率を正確に校正することができる。

【0081】

裏面側放射温度計２０の放射率校正が終了した後、熱電対付きウェハーＴＷはチャンバー６から搬出される。熱電対付きウェハーＴＷの搬出も手動にて行われる。上述のような熱電対付きウェハーＴＷを用いた裏面側放射温度計２０の放射率校正は、例えば熱処理装置１のメンテナンス時等に行えば良い。

【0082】

次に、製品となる半導体ウェハー（第２基板）Ｗに対する熱処理が行われる。典型的には、製品となる半導体ウェハーＷの表面にはパターンが形成されている。製品となる半導体ウェハーＷに対する熱処理動作は上述した通りである。まず、製品となる半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入される（ステップＳ４）。半導体ウェハーＷは搬送ロボットによってチャンバー６内に搬入されてサセプタ７４に載置される。

【0083】

半導体ウェハーＷが石英のサセプタ７４に載置された後、ハロゲンランプＨＬからの光照射が開始されて半導体ウェハーＷが予備加熱される（ステップＳ５）。上述した通り、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の温度は裏面側放射温度計２０によって測定される。そして、裏面側放射温度計２０による温度測定値に基づいて、半導体ウェハーＷの温度が所定の予備加熱温度Ｔ１となるように制御部３によってハロゲンランプＨＬの出力がフィードバック制御される。半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した後は、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１に一定時間維持される。

【0084】

半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に維持されている間に、裏面側放射温度計２０の測定値に基づいて表面側放射温度計２５の放射率校正が実行される（ステップＳ６）。図１１は、裏面側放射温度計２０の測定値に基づく表面側放射温度計２５の放射率校正を模式的に説明する図である。ハロゲンランプＨＬからの光照射によって半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１に一定時間維持されている。ハロゲンランプＨＬからの光照射によって予備加熱温度Ｔ１に加熱されている半導体ウェハーＷの裏面の温度は裏面側放射温度計２０によって測定される。製品となる半導体ウェハーＷであっても、その裏面には熱電対付きウェハーＴＷと同様にパターンが形成されていない。よって、熱電対付きウェハーＴＷの裏面の放射率と半導体ウェハーＷの裏面の放射率とは等しい。ステップＳ３では、熱電対付きウェハーＴＷの裏面の放射率が裏面側放射温度計２０に設定されて裏面側放射温度計２０の放射率校正が完了している。従って、裏面側放射温度計２０は、熱電対付きウェハーＴＷの裏面と同じ放射率を有する半導体ウェハーＷの裏面の温度を正確に測定することができる。

【0085】

一方、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって予備加熱温度Ｔ１に加熱されている半導体ウェハーＷの表面の温度は表面側放射温度計２５によって測定されている。半導体ウェハーＷの表面における表面側放射温度計２５の温度測定位置と半導体ウェハーＷの裏面における裏面側放射温度計２０の温度測定位置とは半導体ウェハーＷを挟んで対称な位置である。また、半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１に維持されているときには、半導体ウェハーＷの表面と裏面との間に温度差はなく、表面温度と裏面温度とは等しい。よって、半導体ウェハーＷの表面における表面側放射温度計２５の温度測定位置の温度と、半導体ウェハーＷの裏面における裏面側放射温度計２０の温度測定位置の温度とは完全に等しい。

【0086】

上記のように裏面側放射温度計２０は、半導体ウェハーＷの裏面温度を正確に測定している。従って、裏面側放射温度計２０によって測定された半導体ウェハーＷの温度に基づいて表面側放射温度計２５に設定された放射率を校正することができる。具体的には、裏面側放射温度計２０が示す半導体ウェハーＷの裏面温度と、表面側放射温度計２５が示す半導体ウェハーＷの表面温度とが一致するように、表面側放射温度計２５に設定されている放射率を調整する。これにより、処理対象となっている半導体ウェハーＷの表面の放射率が表面側放射温度計２５に設定されることとなり、表面側放射温度計２５に設定された放射率を正確に校正することができる。

【0087】

表面側放射温度計２５の放射率校正が終了した後、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光照射を行う（ステップＳ７）。照射時間が０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下のフラッシュ光を照射することによって、半導体ウェハーＷの表面は瞬間的に昇温してから急激に降温する。

【0088】

フラッシュ光照射によって加熱される半導体ウェハーＷの表面温度は放射率校正済みの表面側放射温度計２５によって測定される（ステップＳ８）。表面側放射温度計２５は、ＩｎＳｂの受光素子を備えているため、フラッシュ光照射によって急激に変化する半導体ウェハーＷの表面温度を短いサンプリング周期で適切に測定することができる。また、フラッシュ光照射前に、パターンが形成されている半導体ウェハーＷの表面の放射率が表面側放射温度計２５に設定されて表面側放射温度計２５の放射率校正が完了している。従って、表面側放射温度計２５は、フラッシュ光照射によって加熱される半導体ウェハーＷの表面の温度を正確に測定することができる。

【0089】

本実施形態においては、表面に熱電対９９が取り付けられた熱電対付きウェハーＴＷをハロゲンランプＨＬからの光照射によって加熱しつつ、その熱電対付きウェハーＴＷの表面温度を熱電対９９によって測定するとともに裏面の温度を裏面側放射温度計２０によって測定する。そして、熱電対９９によって測定された熱電対付きウェハーＴＷの温度に基づいて裏面側放射温度計２０に設定された放射率を校正している。

【0090】

次に、裏面側放射温度計２０の放射率校正が終了した後、表面にパターンが形成された半導体ウェハーＷをハロゲンランプＨＬからの光照射によって加熱しつつ、その半導体ウェハーＷの裏面および表面の温度をそれぞれ裏面側放射温度計２０および表面側放射温度計２５によって測定する。そして、裏面側放射温度計２０によって測定された半導体ウェハーＷの温度に基づいて表面側放射温度計２５に設定された放射率を校正している。

【0091】

要するに、接触式温度計である熱電対９９によって得られた正確な温度測定値に基づいて裏面側放射温度計２０および表面側放射温度計２５に設定された放射率を２段階で校正しているのである。このため、半導体ウェハーＷの表裏面ともに放射率が未知であっても、裏面側放射温度計２０および表面側放射温度計２５に設定された放射率を適正に校正することができ、その表面側放射温度計２５によって半導体ウェハーＷの表面温度を正確に測定することができる。また、製品となる半導体ウェハーＷの表面に物体が接触する工程はないため、半導体ウェハーＷの表面に形成されたパターンを損傷することなく当該表面の温度を正確に測定することができる。

【0092】

また、裏面側放射温度計２０の放射率を校正するときには、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって熱電対付きウェハーＴＷを所定温度に維持している間に熱電対９９および裏面側放射温度計２０によって熱電対付きウェハーＴＷの温度を測定している。従って、熱電対付きウェハーＴＷの表面と裏面との間に温度差がなく、熱電対９９の温度測定値に基づいて裏面側放射温度計２０に設定された放射率を正確に校正することができる。

【0093】

同様に、表面側放射温度計２５の放射率を校正するときには、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって半導体ウェハーＷを所定温度に維持している間に裏面側放射温度計２０および表面側放射温度計２５によって半導体ウェハーＷの温度を測定している。従って、半導体ウェハーＷの表面と裏面との間に温度差がなく、裏面側放射温度計２０の温度測定値に基づいて表面側放射温度計２５に設定された放射率を正確に校正することができる。

【0094】

また、熱電対付きウェハーＴＷの表面における熱電対９９の取り付け位置と熱電対付きウェハーＴＷの裏面における裏面側放射温度計２０の温度測定位置とは熱電対付きウェハーＴＷを挟んで対称な位置である。よって、それらの間には温度差がなく、熱電対９９の温度測定値に基づいて裏面側放射温度計２０に設定された放射率をより正確に校正することができる。

【0095】

同様に、半導体ウェハーＷの表面における表面側放射温度計２５の温度測定位置と半導体ウェハーＷの裏面における裏面側放射温度計２０の温度測定位置とは半導体ウェハーＷを挟んで対称な位置である。よって、それらの間には温度差がなく、裏面側放射温度計２０の温度測定値に基づいて表面側放射温度計２５に設定された放射率をより正確に校正することができる。

【0096】

また、表面側放射温度計２５によって半導体ウェハーＷの表面温度を測定する際に表面側放射温度計２５の受光素子を冷却素子９５によって０℃以下に冷却している。これにより、表面側放射温度計２５の赤外線センサー２９は高感度を維持することができ、フラッシュ光照射によって加熱される半導体ウェハーＷの表面の温度を表面側放射温度計２５によって正確に測定することができる。

【0097】

さらに、本実施形態においては、チャンバー６の壁体に水冷管を設け、当該水冷管に冷却水を供給することによって、チャンバー６の壁面を冷却している。これにより、チャンバー６の壁面から放射されて裏面側放射温度計２０および表面側放射温度計２５に入射する赤外光（迷光）の影響を抑制することができ、温度測定の精度低下を防止することができる。

【0098】

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、熱電対付きウェハーＴＷの表面温度を熱電対９９によって測定していたが、これに限定されるものではなく、他の接触式温度計、例えばサーミスタまたは測温抵抗体によって測定するようにしても良い。すなわち、熱電対付きウェハーＴＷの表面温度は接触式温度計によって正確に測定する形態であれば良い。

【0099】

また、チャンバー６の壁面の冷却に加えて、偏光フィルタを設けることによって裏面側放射温度計２０および表面側放射温度計２５に入射する迷光を抑制するようにしても良い。これにより、温度測定の精度低下をより効果的に防止することができる。

【0100】

また、裏面側放射温度計２０としては、チャンバー６内に形成される雰囲気に応じて適切な測定波長域のものを用いるようにするのが好ましい。例えば、チャンバー６内にアンモニア雰囲気が形成される場合には、アンモニアの吸収波長域とはことなる測定波長域の裏面側放射温度計２０を用いるのが好ましい。或いは、測定対象に応じて適宜の波長域の光を透過または遮断するフィルタを設置するようにしても良い。

【0101】

また、上記実施形態において、表面側放射温度計２５に内蔵される赤外線センサー２９は、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に対応できるように、ＩｎＳｂ（インジウムアンチモン）の光学素子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、赤外線センサー２９は任意のセンサーとすることができる。例えば、ハロゲン加熱部４からの光照射による加熱時の半導体ウェハーＷの面内温度分布を測定するため、赤外線センサー２９はサーモパイルのような応答性の低いセンサーであっても良い。さらに、表面側放射温度計２５を複数備えても良い。これにより、半導体ウェハーＷの面内温度分布を測定するための裏面側放射温度計２０、および半導体ウェハーＷの下面から放射される放射光（赤外光）を受光するための開口部７８を複数設ける必要がなくなる。よって、開口部７８を複数設けることで生じるハロゲン加熱部４からの光照射の均一性悪化に起因する加熱時の半導体ウェハーＷの面内温度均一性の悪化を未然に防ぐことができる。

【0102】

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。

【0103】

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を用いて基板を所定温度に維持する加熱処理を行っていたが、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）またはＬＥＤランプを連続点灯ランプとして用いて加熱処理を行うようにしても良い。

【符号の説明】

【0104】

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 裏面側放射温度計
２５ 表面側放射温度計
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
９５ 冷却素子
９９ 熱電対
ＦＬ フラッシュランプ
ＨＬ ハロゲンランプ
ＴＷ 熱電対付きウェハー
Ｗ 半導体ウェハー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】