(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】P2023156073
(43)【公開日】2023-10-24
(54)【発明の名称】温度測定方法および熱処理システム
(51)【国際特許分類】
H01L 21/26 20060101AFI20231017BHJP
H01L 21/265 20060101ALI20231017BHJP
【ＦＩ】
H01L21/26 T
H01L21/265 602B
H01L21/26 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022065706
(22)【出願日】2022-04-12
(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】布施 和彦
(57)【要約】
【課題】フラッシュ光照射時の基板の表面温度を正確に測定することができる温度測定方法および熱処理システムを提供する。
【解決手段】ハロゲンランプからの光照射によって予備加熱し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して当該表面を加熱する。フラッシュ光照射時に急激に変形する半導体ウェハーの挙動を高速度カメラによって所定間隔で撮像して複数の画像を取得する。角度算定部は、それら複数の画像に画像処理を施して当該所定間隔毎の上部放射温度計と半導体ウェハーとの測定角度を算定する。放射率算定部は、測定角度に基づいて当該所定間隔毎の上部放射温度計から見た半導体ウェハーの見かけの放射率を求める。さらに、温度補正部は、求められた放射率に基づいて当該所定間隔毎に上部放射温度計が測定した半導体ウェハーの温度を補正する。
【選択図】図１０
【解決手段】ハロゲンランプからの光照射によって予備加熱し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して当該表面を加熱する。フラッシュ光照射時に急激に変形する半導体ウェハーの挙動を高速度カメラによって所定間隔で撮像して複数の画像を取得する。角度算定部は、それら複数の画像に画像処理を施して当該所定間隔毎の上部放射温度計と半導体ウェハーとの測定角度を算定する。放射率算定部は、測定角度に基づいて当該所定間隔毎の上部放射温度計から見た半導体ウェハーの見かけの放射率を求める。さらに、温度補正部は、求められた放射率に基づいて当該所定間隔毎に上部放射温度計が測定した半導体ウェハーの温度を補正する。
【選択図】図１０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
フラッシュ光照射によって変化する基板の温度を測定する温度測定方法であって、
フラッシュランプから基板の表面にフラッシュ光を照射する照射工程と、
フラッシュ光の照射によって前記基板が変形したときの放射温度計と前記基板との測定角度を算定する角度算定工程と、
前記角度算定工程にて算定された前記測定角度に基づいて前記放射温度計から見た前記基板の放射率を求める放射率算定工程と、
前記放射率算定工程にて求められた前記放射率に基づいて前記放射温度計が測定した前記基板の温度を補正する補正工程と、
を備えることを特徴とする温度測定方法。
フラッシュランプから基板の表面にフラッシュ光を照射する照射工程と、
フラッシュ光の照射によって前記基板が変形したときの放射温度計と前記基板との測定角度を算定する角度算定工程と、
前記角度算定工程にて算定された前記測定角度に基づいて前記放射温度計から見た前記基板の放射率を求める放射率算定工程と、
前記放射率算定工程にて求められた前記放射率に基づいて前記放射温度計が測定した前記基板の温度を補正する補正工程と、
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、
前記角度算定工程では、フラッシュ光の照射時にカメラによって撮像した前記基板の画像を二値化した二値画像から前記測定角度を算定することを特徴とする温度測定方法。
前記角度算定工程では、フラッシュ光の照射時にカメラによって撮像した前記基板の画像を二値化した二値画像から前記測定角度を算定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、
前記角度算定工程では、前記カメラが所定間隔で前記基板を撮像し、
前記放射率算定工程では、前記所定間隔毎に前記放射率を求め、
前記補正工程では、前記所定間隔毎に前記基板の温度を補正することを特徴とする温度測定方法。
前記角度算定工程では、前記カメラが所定間隔で前記基板を撮像し、
前記放射率算定工程では、前記所定間隔毎に前記放射率を求め、
前記補正工程では、前記所定間隔毎に前記基板の温度を補正することを特徴とする温度測定方法。
【請求項4】
請求項１記載の温度測定方法において、
前記放射率算定工程では、測定角度と放射率との相関関係を示すテーブルより前記放射率を求めることを特徴とする温度測定方法。
前記放射率算定工程では、測定角度と放射率との相関関係を示すテーブルより前記放射率を求めることを特徴とする温度測定方法。
【請求項5】
請求項１記載の温度測定方法において、
前記角度算定工程では、モデルに対して処理条件を入力パラメータとして設定したシミュレーションから得られた基板の反り状態に基づいて前記測定角度を算定することを特徴とする温度測定方法。
前記角度算定工程では、モデルに対して処理条件を入力パラメータとして設定したシミュレーションから得られた基板の反り状態に基づいて前記測定角度を算定することを特徴とする温度測定方法。
【請求項6】
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システムであって、
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保持する保持部と、
前記保持部に保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、
前記基板の温度を測定する放射温度計と、
フラッシュ光の照射によって前記基板が変形したときの前記放射温度計と前記基板との測定角度を算定する角度算定部と、
前記角度算定部にて算定された前記測定角度に基づいて前記放射温度計から見た前記基板の放射率を求める放射率算定部と、
前記放射率算定部にて求められた前記放射率に基づいて前記放射温度計が測定した前記基板の温度を補正する温度補正部と、
を備えることを特徴とする熱処理システム。
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保持する保持部と、
前記保持部に保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、
前記基板の温度を測定する放射温度計と、
フラッシュ光の照射によって前記基板が変形したときの前記放射温度計と前記基板との測定角度を算定する角度算定部と、
前記角度算定部にて算定された前記測定角度に基づいて前記放射温度計から見た前記基板の放射率を求める放射率算定部と、
前記放射率算定部にて求められた前記放射率に基づいて前記放射温度計が測定した前記基板の温度を補正する温度補正部と、
を備えることを特徴とする熱処理システム。
【請求項7】
請求項６記載の熱処理システムにおいて、
前記保持部に保持された前記基板を撮像するカメラをさらに備え、
前記角度算定部は、フラッシュ光の照射時に前記カメラによって撮像した前記基板の画像を二値化した二値画像から前記測定角度を算定することを特徴とする熱処理システム。
前記保持部に保持された前記基板を撮像するカメラをさらに備え、
前記角度算定部は、フラッシュ光の照射時に前記カメラによって撮像した前記基板の画像を二値化した二値画像から前記測定角度を算定することを特徴とする熱処理システム。
【請求項8】
請求項７記載の熱処理システムにおいて、
前記カメラはフラッシュ光の照射時に所定間隔で前記基板を撮像し、
前記放射率算定部は、前記所定間隔毎に前記放射率を求め、
前記温度補正部は、前記所定間隔毎に前記基板の温度を補正することを特徴とする熱処理システム。
前記カメラはフラッシュ光の照射時に所定間隔で前記基板を撮像し、
前記放射率算定部は、前記所定間隔毎に前記放射率を求め、
前記温度補正部は、前記所定間隔毎に前記基板の温度を補正することを特徴とする熱処理システム。
【請求項9】
請求項６記載の熱処理システムにおいて、
測定角度と放射率との相関関係を示すテーブルを記憶する記憶部をさらに備え、
前記放射率算定部は、前記テーブルより前記放射率を求めることを特徴とする熱処理システム。
測定角度と放射率との相関関係を示すテーブルを記憶する記憶部をさらに備え、
前記放射率算定部は、前記テーブルより前記放射率を求めることを特徴とする熱処理システム。
【請求項10】
請求項６記載の熱処理システムにおいて、
前記角度算定部は、モデルに対して処理条件を入力パラメータとして設定したシミュレーションから得られた基板の反り状態に基づいて前記測定角度を算定することを特徴とする熱処理システム。
前記角度算定部は、モデルに対して処理条件を入力パラメータとして設定したシミュレーションから得られた基板の反り状態に基づいて前記測定角度を算定することを特徴とする熱処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フラッシュ光照射によって変化する基板の温度を測定する温度測定法および熱処理システムに関する。処理対象となる基板には、例えば、半導体ウェハー、液晶表示装置用基板、flat panel display（ＦＰＤ）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、または、太陽電池用基板などが含まれる。
【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。特に、フラッシュランプアニールにおいては、半導体ウェハーの表面近傍のみが選択的に昇温されるため、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測定することが重要である。フラッシュ光照射後の半導体ウェハーのデバイス特性はフラッシュ光照射時におけるウェハー表面の最高到達温度（ピーク温度）によって決定されるため、少なくとも当該最高到達温度を測定することが求められている。特許文献１には、半導体ウェハーの表面の放射率を正確に求め、放射温度計によってフラッシュ光照射時の半導体ウェハーの表面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】
【0006】
【特許文献1】特開２０１７－９４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、フラッシュランプアニールにおいては、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する現象も確認されている。特許文献１に開示される技術によって半導体ウェハーの表面の放射率を正確に求めたとしても、温度測定の対象である半導体ウェハーが変形すると、放射温度計から見た見かけの放射率が変動し、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーの表面温度を正確に測定することが困難となる。また、半導体ウェハーの反り状態は、処理毎に一定ではないため、温度測定の再現性を悪化させることにもなっていた。
【0008】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュ光照射時の基板の温度を正確に測定することができる温度測定方法および熱処理システム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】
【0009】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、フラッシュ光照射によって変化する基板の温度を測定する温度測定方法において、フラッシュランプから基板の表面にフラッシュ光を照射する照射工程と、フラッシュ光の照射によって前記基板が変形したときの放射温度計と前記基板との測定角度を算定する角度算定工程と、前記角度算定工程にて算定された前記測定角度に基づいて前記放射温度計から見た前記基板の放射率を求める放射率算定工程と、前記放射率算定工程にて求められた前記放射率に基づいて前記放射温度計が測定した前記基板の温度を補正する補正工程と、を備えることを特徴とする。
【0010】
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、前記角度算定工程では、フラッシュ光の照射時にカメラによって撮像した前記基板の画像を二値化した二値画像から前記測定角度を算定することを特徴とする。
【0011】
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、前記角度算定工程では、前記カメラが所定間隔で前記基板を撮像し、前記放射率算定工程では、前記所定間隔毎に前記放射率を求め、前記補正工程では、前記所定間隔毎に前記基板の温度を補正することを特徴とする。
【0012】
また、請求項４の発明は、請求項１の発明に係る温度測定方法において、前記放射率算定工程では、測定角度と放射率との相関関係を示すテーブルより前記放射率を求めることを特徴とする。
【0013】
また、請求項５の発明は、請求項１の発明に係る温度測定方法において、前記角度算定工程では、モデルに対して処理条件を入力パラメータとして設定したシミュレーションから得られた基板の反り状態に基づいて前記測定角度を算定することを特徴とする。
【0014】
また、請求項６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システムにおいて、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保持する保持部と、前記保持部に保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、前記基板の温度を測定する放射温度計と、フラッシュ光の照射によって前記基板が変形したときの前記放射温度計と前記基板との測定角度を算定する角度算定部と、前記角度算定部にて算定された前記測定角度に基づいて前記放射温度計から見た前記基板の放射率を求める放射率算定部と、前記放射率算定部にて求められた前記放射率に基づいて前記放射温度計が測定した前記基板の温度を補正する温度補正部と、を備えることを特徴とする。
【0015】
また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る熱処理システムにおいて、前記保持部に保持された前記基板を撮像するカメラをさらに備え、前記角度算定部は、フラッシュ光の照射時に前記カメラによって撮像した前記基板の画像を二値化した二値画像から前記測定角度を算定することを特徴とする。
【0016】
また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る熱処理システムにおいて、前記カメラはフラッシュ光の照射時に所定間隔で前記基板を撮像し、前記放射率算定部は、前記所定間隔毎に前記放射率を求め、前記温度補正部は、前記所定間隔毎に前記基板の温度を補正することを特徴とする。
【0017】
また、請求項９の発明は、請求項６の発明に係る熱処理システムにおいて、測定角度と放射率との相関関係を示すテーブルを記憶する記憶部をさらに備え、前記放射率算定部は、前記テーブルより前記放射率を求めることを特徴とする。
【0018】
また、請求項１０の発明は、請求項６の発明に係る熱処理システムにおいて、前記角度算定部は、モデルに対して処理条件を入力パラメータとして設定したシミュレーションから得られた基板の反り状態に基づいて前記測定角度を算定することを特徴とする。
【発明の効果】
【0019】
請求項１から請求項５の発明によれば、放射温度計と基板との測定角度に対応する放射率に基づいて放射温度計が測定した基板の温度を補正するため、基板の反り状態に応じた測定角度に対応する放射率に基づいて基板の測定温度を補正することとなり、フラッシュ光照射時の基板の温度を正確に測定することができる。
【0020】
請求項６から請求項１０の発明によれば、放射温度計と基板との測定角度に対応する放射率に基づいて放射温度計が測定した基板の温度を補正するため、基板の反り状態に応じた測定角度に対応する放射率に基づいて基板の測定温度を補正することとなり、フラッシュ光照射時の基板の温度を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【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】制御部の構成を示すブロック図である。
【図10】上部放射温度計と半導体ウェハーとの測定角度を示す図である。
【図11】測定角度と放射率との相関関係を規定したテーブルの一例を示す図である。
【図12】２台の高速度カメラによって半導体ウェハーを撮影する例を示す図である。
【図13】シミュレーションを用いて反り状態を求めるプロセスの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
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。以下において、相対的または絶対的な位置関係を示す表現（例えば、「一方向に」、「一方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」、「同軸」、など）は、特に断らない限り、その位置関係を厳密に表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる範囲で相対的に角度または距離に関して変位された状態も表すものとする。また、等しい状態であることを示す表現（例えば、「同一」、「等しい」、「均質」、など）は、特に断らない限り、定量的に厳密に等しい状態を表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる差が存在する状態も表すものとする。また、形状を示す表現（例えば、「円形状」、「四角形状」、「円筒形状」、など）は、特に断らない限り、幾何学的に厳密にその形状を表すのみならず、同程度の効果が得られる範囲の形状を表すものとし、例えば凹凸または面取りなどを有していてもよい。また、構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、「有する」、といった各表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的表現ではない。また、「Ａ、ＢおよびＣのうちの少なくとも一つ」という表現には、「Ａのみ」、「Ｂのみ」、「Ｃのみ」、「Ａ、ＢおよびＣのうち任意の２つ」、「Ａ、ＢおよびＣの全て」が含まれる。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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下部放射温度計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、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。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。
【0030】
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）。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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ミリ秒ないし１００ミリ秒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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
図１に示すように、チャンバー６には、上部放射温度計２５および下部放射温度計２０の２つの放射温度計（本実施形態ではパイロメーター）が設けられている。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の斜め上方に設置され、その半導体ウェハーＷの上面から放射された赤外光を受光して上面の温度を測定する。上部放射温度計２５の赤外線センサー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。一方、下部放射温度計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、その半導体ウェハーＷの下面から放射された赤外光を受光して下面の温度を測定する。
【0055】
また、チャンバー６には高速度カメラ９５が設けられている。高速度カメラ９５は、チャンバー６内に設置されたサセプタ７４の側方に設けられており、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷを側方から撮影する。高速度カメラ９５の撮影ピッチは、１０マイクロ秒（１０００００ｆｐｓ）～１０００マイクロ秒（１０００ｆｐｓ）の任意の値に設定される。なお、図１では図示の便宜上、高速度カメラ９５が搬送開口部６６に設けられているが、実際には高速度カメラ９５は搬送開口部６６ではなく半導体ウェハーＷの搬出入や放射温度計による温度測定と干渉しない位置に設けられている。
【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。図８は、制御部３の構成を示すブロック図である。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記憶部３４（例えば、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。
【0057】
制御部３は、角度算定部３１、放射率算定部３２および温度補正部３３を備える。角度算定部３１、放射率算定部３２および温度補正部３３のそれぞれは、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。角度算定部３１、放射率算定部３２および温度補正部３３の処理内容についてはさらに後述する。また、制御部３の記憶部３４には、上部放射温度計２５の測定角度と半導体ウェハーＷの見かけの放射率との相関関係を示すテーブル３５（図１１）が記憶されている。
【0058】
制御部３には、高速度カメラ９５等の要素が電気的に接続されている。制御部３は、高速度カメラ９５から撮像した画像のデータを受け取って当該画像に所定の画像処理を行う。また、制御部３は、ハロゲンランプＨＬの出力や移載機構１０の動作などを制御する。
【0059】
また、制御部３には、表示部３７および入力部３６が接続されている。表示部３７および入力部３６は、熱処理装置１のユーザーインターフェイスとして機能する。制御部３は、表示部３７に種々の情報を表示する。熱処理装置１のオペレータは、表示部３７に表示された情報を確認しつつ、入力部３６から種々のコマンドやパラメータを入力することができる。入力部３６としては、例えばキーボードやマウスを用いることができる。表示部３７としては、例えば液晶ディスプレイを用いることができる。本実施形態においては、表示部３７および入力部３６として、熱処理装置１の外壁に設けられた液晶のタッチパネルを採用して双方の機能を併せ持たせるようにしている。
【0060】
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。
【0061】
次に、上記構成を有する熱処理装置１における処理動作について説明する。図９は、熱処理装置１における処理動作の手順を示すフローチャートである。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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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（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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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（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。
【0068】
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の温度は下部放射温度計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、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。下部放射温度計２０は、ハロゲンランプＨＬの出力を制御するための温度センサーである。
【0069】
半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した後、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。
【0070】
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。
【0071】
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（ステップＳ３）。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。
【0072】
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ミリ秒以上１００ミリ秒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。
【0073】
照射時間の極めて短いフラッシュ光を照射したときには、半導体ウェハーＷの表面近傍の温度が急速に上昇する一方で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。その結果、半導体ウェハーＷ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Ｗが上面を凸面として反るように急激に変形する。高速度カメラ９５は、フラッシュ光が照射されたときの半導体ウェハーＷのそのような挙動を撮影する（ステップＳ４）。
【0074】
高速度カメラ９５は、サセプタ７４の側方から、すなわち水平方向から半導体ウェハーＷの挙動を撮影する。従って、半導体ウェハーＷが上面を凸面として反るように変形したときには、高速度カメラ９５は半導体ウェハーＷの反り状態を撮像することができる。また、高速度カメラ９５は、少なくともフラッシュランプＦＬからフラッシュ光の照射が開始された時点以降の半導体ウェハーＷの挙動を撮影する。高速度カメラ９５は、それよりも以前、例えば半導体ウェハーＷの予備加熱が行われているときから半導体ウェハーＷを撮影するようにしても良い。また、高速度カメラ９５は、１０マイクロ秒～１０００マイクロ秒の撮影ピッチにて半導体ウェハーＷを撮影する（本実施形態では４０マイクロ秒）。高速度カメラ９５によって撮像された複数の画像のデータは、例えば記憶部３４に格納される。
【0075】
一方、上部放射温度計２５は、フラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの表面の温度を測定する（ステップＳ５）。上部放射温度計２５は、半導体ウェハーＷの斜め上方からその表面温度を測定する。上部放射温度計２５は、少なくともフラッシュランプＦＬからフラッシュ光の照射が開始された時点以降の半導体ウェハーＷの表面温度を測定する。上記の高速度カメラ９５と同様に、上部放射温度計２５は、それよりも以前、例えば半導体ウェハーＷの予備加熱が行われているときから半導体ウェハーＷの表面温度を測定するようにしても良い。すなわち、ステップＳ４およびステップＳ５は、ステップＳ３よりも前から行うようにしても良い。
【0076】
また、上部放射温度計２５が温度測定を行うサンプリングピッチは、高速度カメラ９５の撮影ピッチと同じであることが好ましい。よって、本実施形態では、上部放射温度計２５のサンプリングピッチは４０マイクロ秒である。この程度のサンプリングピッチであれば、上部放射温度計２５は、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の表面温度を適切に測定することができる。上部放射温度計２５によって測定された温度のデータは、例えば記憶部３４に蓄積される。
【0077】
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（ステップＳ６）。
【0078】
フラッシュ光照射時に急激に昇降する半導体ウェハーＷの表面温度は上部放射温度計２５によって測定されている。ところが、フラッシュ光照射時には、半導体ウェハーＷの表面近傍のみが急激に昇温して熱膨張することに起因して半導体ウェハーＷが変形する。その結果、上部放射温度計２５から見た半導体ウェハーＷの見かけの放射率が変動し、半導体ウェハーＷの表面温度を正確に測定することが困難となる。そこで、本実施形態においては、ステップＳ７～ステップＳ９のようにしてフラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの表面温度を正確に測定するようにしている。ステップＳ７～ステップＳ９の処理は半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理が終了してから後続の半導体ウェハーＷがチャンバー６に搬入されるまでに行われる。
【0079】
まず、角度算定部３１（図８）がフラッシュ光の照射によって半導体ウェハーＷが変形したときの上部放射温度計２５と半導体ウェハーＷとの測定角度を算定する（ステップＳ７）。記憶部３４には、フラッシュ光の照射時に高速度カメラ９５によって撮像された半導体ウェハーＷの複数の画像のデータが格納されている。角度算定部３１は、記憶部３４に格納されているそれぞれの画像に対して二値化処理を施して二値画像を得る。二値化処理とは、対象となる画像を白と黒との２階調に変換する画像処理である。高速度カメラ９５によって半導体ウェハーＷを側方から撮像した画像に対して二値化処理を施すことにより、半導体ウェハーＷは線として認識される。
【0080】
角度算定部３１は、得られた二値画像に対してさらなる画像処理を施して上部放射温度計２５と半導体ウェハーＷとの測定角度を算定する。図１０は、上部放射温度計２５と半導体ウェハーＷとの測定角度を示す図である。図１０にて二点鎖線で示すのは、フラッシュ光が照射される前にサセプタ７４上に水平姿勢で保持されている半導体ウェハーＷである。一方、図１０にて実線で示すのは、フラッシュ光照射により変形した半導体ウェハーＷである。上部放射温度計２５と半導体ウェハーＷとの測定角度とは、上部放射温度計２５の赤外線センサー２９の光軸と半導体ウェハーＷの法線とがなす角度である。フラッシュ光照射前の変形していない半導体ウェハーＷと上部放射温度計２５との測定角度θ１よりもフラッシュ光照射により変形した半導体ウェハーＷと上部放射温度計２５との測定角度θ２の方が小さくなる。
【0081】
角度算定部３１は、上部放射温度計２５とフラッシュ光照射によって変形する半導体ウェハーＷとの測定角度を画像処理により求める。角度算定部３１は、上部放射温度計２５の温度測定のサンプリングピッチに応じて、高速度カメラ９５によって撮像された複数の画像の全てについて測定角度を算定するようにしても良いし、一部の画像を抽出して測定角度を算定するようにしても良い。例えば、本実施形態のように、上部放射温度計２５のサンプリングピッチが高速度カメラ９５の撮影ピッチと同じである場合には、角度算定部３１は撮像された全ての画像について測定角度を算定するのが好ましい。一方、上部放射温度計２５のサンプリングピッチが高速度カメラ９５の撮影ピッチよりも長い場合には、角度算定部３１は撮像された複数の画像から一部を抽出して測定角度を算定するのが好ましい。例えば、上部放射温度計２５のサンプリングピッチが４０マイクロ秒で高速度カメラ９５の撮影ピッチが１０ミリ秒である場合には、角度算定部３１は撮像された画像の４枚につき１枚を抽出して測定角度を算定すれば良い。
【0082】
次に、放射率算定部３２が角度算定部３１によって算定された上記の測定角度に基づいて上部放射温度計２５から見た半導体ウェハーＷの見かけの放射率を求める（ステップＳ８）。半導体ウェハーＷの表面の見かけの放射率は、上部放射温度計２５と半導体ウェハーＷとの測定角度によって変動するパラメータである。半導体ウェハーＷの表面の見かけの放射率と、上部放射温度計２５と半導体ウェハーＷとの測定角度との相関関係については、予め実験またはシミュレーション等によって求められてテーブル３５として記憶部３４に格納されている。図１１は、測定角度と放射率との相関関係を規定したテーブル３５の一例を示す図である。
【0083】
放射率算定部３２は、ステップＳ７で算定した測定角度に対応する半導体ウェハーＷの放射率をテーブル３５より特定する。このようにして放射率算定部３２によって特定された放射率は、上記の測定角度にて上部放射温度計２５から見た半導体ウェハーＷの表面の見かけの放射率である。
【0084】
続いて、温度補正部３３が放射率算定部３２によって求められた半導体ウェハーＷの見かけの放射率に基づいて上部放射温度計２５が測定した半導体ウェハーＷの温度を補正する（ステップＳ９）。ステップＳ５にて上部放射温度計２５がフラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの表面の温度を測定するときには、上部放射温度計２５に適当な値の半導体ウェハーＷの放射率（例えば、半導体ウェハーＷが変形していないときの放射率）が設定されている。ところが、その設定された放射率とフラッシュ光照射によって変形する半導体ウェハーＷの見かけの放射率とには差異があり、その差異に起因して温度測定に誤差が生じるのである。このため、本実施形態では、変形する半導体ウェハーＷの正確な見かけの放射率に基づいて上部放射温度計２５の測定温度を補正する。具体的には、上部放射温度計２５に設定されている放射率をステップＳ８で求めた半導体ウェハーＷの見かけの放射率に置き換えて半導体ウェハーＷの温度を求める演算処理を行うことによって上部放射温度計２５の測定温度を補正する。
【0085】
本実施形態においては、フラッシュ光照射時に急激に変形する半導体ウェハーＷの挙動を高速度カメラ９５によって所定間隔（本実施形態では４０マイクロ秒）で撮像して複数の画像を取得する。角度算定部３１は、それら複数の画像から当該所定間隔毎の上部放射温度計２５と半導体ウェハーＷとの測定角度を算定する。そして、放射率算定部３２は、測定角度に基づいてテーブル３５から当該所定間隔毎の上部放射温度計２５から見た半導体ウェハーＷの見かけの放射率を求める。さらに、温度補正部３３は、求められた放射率に基づいて当該所定間隔毎に上部放射温度計２５が測定した半導体ウェハーＷの温度を補正する。このようにすれば、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷが急激に変形したときにも、半導体ウェハーＷの反り状態に応じた測定角度に対応する放射率に基づいて半導体ウェハーＷの測定温度を補正することとなるため、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの温度を正確に測定することができる。
【0086】
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、図９のステップＳ４において、複数の高速度カメラによってフラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの挙動を撮影するようにしても良い。図１２は、２台の高速度カメラによって半導体ウェハーＷを撮影する例を示す図である。図１２の例では、第１の高速度カメラ９５ａと第２の高速度カメラ９５ｂとがサセプタ７４の側方から互いに９０°の角度を隔てて半導体ウェハーＷの挙動を撮影する。このようにすれば、より正確にフラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの反り状態を捉えることができ、その結果上部放射温度計２５と半導体ウェハーＷとの測定角度をより正確に算定することが可能となる。なお、高速度カメラの台数は３台以上であっても良い。高速度カメラの台数が増えるほど、半導体ウェハーＷの反り状態をより正確に捉えることができるものの、その後の画像処理が複雑になるとともに高速度カメラの設置コストも増大する。
【0087】
また、上記実施形態においては、半導体ウェハーＷの反り状態を高速度カメラ９５によって撮像して実測していたが、これをシミュレーションによって求めるようにしても良い。図１３は、シミュレーションを用いて反り状態を求めるプロセスの一例を示す図である。シミュレーションを用いるに際しては、熱処理装置１における種々の処理条件を入力したときに半導体ウェハーＷの温度分布等の結果を導き出すモデルを予め作成しておく。モデルの作成には機械学習を用いても良い。そして、当該モデルに対して処理対象となる半導体ウェハーＷについての処理条件（例えば、予備加熱を行うハロゲンランプＨＬのランプパワー、フラッシュランプＦＬに電力供給を行うコンデンサーの充電電圧など）を入力パラメータとして設定することにより、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの面内温度分布などが出力として得られる。半導体ウェハーＷの面内温度分布が得られれば、そこからフラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの反り状態を求めることができる。なお、半導体ウェハーＷの面内温度分布を出力するモデルと反り状態を出力するモデルとは別のものであっても良いし、１つのモデルに組み込まれていても良い。
【0088】
モデルを用いたシミュレーションによってフラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの反り状態を得ることができれば、そこから上部放射温度計２５と半導体ウェハーＷとの測定角度を算定することができる。続いて、上記実施形態と同様に、算定された上記の測定角度に基づいて上部放射温度計２５から見た半導体ウェハーＷの見かけの放射率を求める。そして、求められた半導体ウェハーＷの見かけの放射率に基づいて上部放射温度計２５が測定した半導体ウェハーＷの温度を補正する。このようにしても、上記実施形態と同様に、半導体ウェハーＷの反り状態に応じた測定角度に対応する放射率に基づいて半導体ウェハーＷの測定温度を補正することとなるため、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの温度を正確に測定することができる。
【0089】
上述のようなモデルを用いたシミュレーションは、熱処理装置１の制御部３で行うようにしても良いし、熱処理装置１とは別体のコンピュータシステムにて実行するようにしても良い。また、上記実施形態の角度算定部３１、放射率算定部３２および温度補正部３３も制御部３に備えられることに限定されるものではなく、熱処理装置１とは別体のコンピュータシステム内に実現されても良い。そのコンピュータシステムと熱処理装置１とによって熱処理システムが構築される。
【0090】
また、上記実施形態においては、上部放射温度計２５が測定した半導体ウェハーＷの表面温度を補正していたが、これに代えて、下部放射温度計２０が測定した半導体ウェハーＷの裏面温度を補正するようにしても良い。この場合も、上記実施形態と同様に、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの反り状態から下部放射温度計２０と半導体ウェハーＷとの測定角度を算定し、その測定角度に対応する放射率を求め、求めた放射率に基づいて下部放射温度計２０が測定した半導体ウェハーＷの裏面温度を補正する。
【0091】
また、上記実施形態においては、半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理が終了した後にステップＳ７～ステップＳ９の処理を行っていたが、十分に高速な演算処理を行えるのであれば、半導体ウェハーＷの反り状態に応じた測定角度に対応する放射率を求め、その放射率を直ちに上部放射温度計２５に設定して半導体ウェハーＷの温度を測定するようにしても良い。このようにすれば、半導体ウェハーＷの反り状態を考慮したリアルタイムの温度測定を行うことができ、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの温度を正確に測定することができる。
【0092】
また、上記実施形態においては、フラッシュ加熱部５に３０本のフラッシュランプＦＬを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプＦＬの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲン加熱部４に備えるハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。
【0093】
また、上記実施形態においては、１秒以上連続して発光する連続点灯ランプとしてフィラメント方式のハロゲンランプＨＬを用いて半導体ウェハーＷの予備加熱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予備加熱処理を行うようにしても良い。
【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 角度算定部
３２ 放射率算定部
３３ 温度補正部
３４ 記憶部
３５ テーブル
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 高速度カメラ
ＦＬ フラッシュランプ
ＨＬ ハロゲンランプ
Ｗ 半導体ウェハー
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 角度算定部
３２ 放射率算定部
３３ 温度補正部
３４ 記憶部
３５ テーブル
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 高速度カメラ
ＦＬ フラッシュランプ
ＨＬ ハロゲンランプ
Ｗ 半導体ウェハー
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】