(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】P2023161731
(43)【公開日】2023-11-08
(54)【発明の名称】温度測定方法
(51)【国際特許分類】
G01J 5/00 20220101AFI20231031BHJP
H01L 21/26 20060101ALI20231031BHJP
H01L 21/66 20060101ALI20231031BHJP
F27D 21/00 20060101ALI20231031BHJP
G01J 5/70 20220101ALI20231031BHJP
【ＦＩ】
G01J5/00 101C
H01L21/26 T
H01L21/66 T
F27D21/00 G
G01J5/70 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022072251
(22)【出願日】2022-04-26
(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】小野 行雄
(72)【発明者】
【氏名】大森 麻央
【テーマコード（参考）】
2G066
4K056
4M106
【Ｆターム（参考）】
2G066AC01
2G066AC20
2G066BC15
2G066CB10
4K056AA09
4K056BA04
4K056BB05
4K056CA18
4K056FA12
4M106AA01
4M106CA31
4M106DH13
4M106DH44
(57)【要約】
【課題】放射温度計に入射する外乱光の強度を正確に算定して高い精度にて基板の温度を測定することができる温度測定方法を提供する。
【解決手段】チャンバーに半導体ウェハーを搬入する前に端縁部放射温度計による測定を行う。半導体ウェハーを搬入した後、半導体ウェハーをリフトピンに支持した状態とサセプタに載置した状態とのそれぞれで端縁部放射温度計による測定を行う。これらの測定値から半導体ウェハーの反射率を算定し、その反射率および石英窓から放射される放射光の強度に基づいて端縁部放射温度計に入射する外乱光の強度を算定する。半導体ウェハーの加熱処理中に端縁部放射温度計が受光した光の強度から外乱光の強度を減じて半導体ウェハーの温度を算定する。
【選択図】図８
【解決手段】チャンバーに半導体ウェハーを搬入する前に端縁部放射温度計による測定を行う。半導体ウェハーを搬入した後、半導体ウェハーをリフトピンに支持した状態とサセプタに載置した状態とのそれぞれで端縁部放射温度計による測定を行う。これらの測定値から半導体ウェハーの反射率を算定し、その反射率および石英窓から放射される放射光の強度に基づいて端縁部放射温度計に入射する外乱光の強度を算定する。半導体ウェハーの加熱処理中に端縁部放射温度計が受光した光の強度から外乱光の強度を減じて半導体ウェハーの温度を算定する。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光照射によって加熱される基板の温度を測定する温度測定方法であって、
チャンバー内に搬入された基板の反射率を測定する反射率測定工程と、
前記反射率測定工程にて測定された前記反射率および前記チャンバーに設けられた石英窓から放射される放射光の強度に基づいて、前記基板の温度を測定する放射温度計に入射する外乱光の強度を算定する外乱光算定工程と、
前記基板を光照射によって加熱しているときに前記放射温度計が受光した光の強度から前記外乱光の強度を減じて前記基板の温度を算定する基板温度算定工程と、
を備えることを特徴とする温度測定方法。
チャンバー内に搬入された基板の反射率を測定する反射率測定工程と、
前記反射率測定工程にて測定された前記反射率および前記チャンバーに設けられた石英窓から放射される放射光の強度に基づいて、前記基板の温度を測定する放射温度計に入射する外乱光の強度を算定する外乱光算定工程と、
前記基板を光照射によって加熱しているときに前記放射温度計が受光した光の強度から前記外乱光の強度を減じて前記基板の温度を算定する基板温度算定工程と、
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、
前記外乱光算定工程では、前記基板を光照射によって加熱しているときに逐次変化する前記石英窓からの放射光の強度に基づいて前記外乱光の強度を算定することを特徴とする温度測定方法。
前記外乱光算定工程では、前記基板を光照射によって加熱しているときに逐次変化する前記石英窓からの放射光の強度に基づいて前記外乱光の強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１または請求項２記載の温度測定方法において、
前記石英窓からの放射光の強度は測定器による測定から求めることを特徴とする温度測定方法。
前記石英窓からの放射光の強度は測定器による測定から求めることを特徴とする温度測定方法。
【請求項4】
請求項１または請求項２記載の温度測定方法において、
前記石英窓からの放射光の強度は数理モデルから求めることを特徴とする温度測定方法。
前記石英窓からの放射光の強度は数理モデルから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、
前記反射率測定工程では、前記チャンバーに搬入された前記基板がサセプタから離間して支持されているときに前記放射温度計が受光する光の強度、前記基板が前記サセプタに載置されたときに前記放射温度計が受光する光の強度、および、前記サセプタから放射される光の強度に基づいて前記反射率を求めることを特徴とする温度測定方法。
前記反射率測定工程では、前記チャンバーに搬入された前記基板がサセプタから離間して支持されているときに前記放射温度計が受光する光の強度、前記基板が前記サセプタに載置されたときに前記放射温度計が受光する光の強度、および、前記サセプタから放射される光の強度に基づいて前記反射率を求め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、光照射によって加熱される基板の温度を測定する温度測定方法に関する。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。熱処理中の半導体ウェハーの温度は典型的には非接触の放射温度計によって測定される。放射温度計には、半導体ウェハーから放射された赤外光のみならず、サセプタや石英窓等のチャンバー内構造物から放射された赤外光も外乱光として入射するため温度測定に誤差が生じることとなる。特に、半導体ウェハーの表面および裏面は鏡面となっているため、半導体ウェハーからの輻射に比してウェハー表面または裏面で反射される外乱光の成分の割合が相対的に高くなり、放射温度計の温度測定誤差が大きくなりやすかった。このため、特許文献１には、サセプタや石英窓等の石英構造物の温度に基づいて放射温度計による半導体ウェハーの温度測定を補正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２０１９－０８７６３２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、半導体ウェハーの熱処理中にも石英窓等の温度は絶えず変動している。例えば、フラッシュ光照射前に半導体ウェハーを予備加熱するためのハロゲンランプを点灯しているときには石英窓が昇温し、そのハロゲンランプを消灯したときには石英窓が降温する。従って、石英窓から放射されて半導体ウェハーの表面または裏面で反射される外乱光の強度も絶えず変動しており、そのような外乱光の変動を考慮した温度測定が求められている。
【0008】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、放射温度計に入射する外乱光の強度を正確に算定して高い精度にて基板の温度を測定することができる温度測定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】
【0009】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、光照射によって加熱される基板の温度を測定する温度測定方法において、チャンバー内に搬入された基板の反射率を測定する反射率測定工程と、前記反射率測定工程にて測定された前記反射率および前記チャンバーに設けられた石英窓から放射される放射光の強度に基づいて、前記基板の温度を測定する放射温度計に入射する外乱光の強度を算定する外乱光算定工程と、前記基板を光照射によって加熱しているときに前記放射温度計が受光した光の強度から前記外乱光の強度を減じて前記基板の温度を算定する基板温度算定工程と、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、前記外乱光算定工程では、前記基板を光照射によって加熱しているときに逐次変化する前記石英窓からの放射光の強度に基づいて前記外乱光の強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１または請求項２の発明に係る温度測定方法において、前記石英窓からの放射光の強度は測定器による測定から求めることを特徴とする。
【0012】
また、請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る温度測定方法において、前記石英窓からの放射光の強度は数理モデルから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、前記反射率測定工程では、前記チャンバーに搬入された前記基板がサセプタから離間して支持されているときに前記放射温度計が受光する光の強度、前記基板が前記サセプタに載置されたときに前記放射温度計が受光する光の強度、および、前記サセプタから放射される光の強度に基づいて前記反射率を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
請求項１から請求項５の発明によれば、基板の反射率を測定し、その反射率および石英窓から放射される放射光の強度に基づいて、放射温度計に入射する外乱光の強度を算定し、基板を光照射によって加熱しているときに放射温度計が受光した光の強度から外乱光の強度を減じて基板の温度を算定するため、放射温度計に入射する外乱光の強度を正確に算定して高い精度にて基板の温度を測定することができる。
【0015】
特に、請求項２の発明によれば、基板を光照射によって加熱しているときに逐次変化する石英窓からの放射光の強度に基づいて外乱光の強度を算定するため、逐次変化する外乱光の強度もより適切に算定してより正確に基板の温度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【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】熱処理装置における処理動作の手順を示すフローチャートである。
【図9】チャンバー内に半導体ウェハーが存在しないときの端縁部放射温度計による測定を模式的に示す図である。
【図10】半導体ウェハーがリフトピンに支持されているときの端縁部放射温度計による測定を模式的に示す図である。
【図11】半導体ウェハーがサセプタに載置されているときの端縁部放射温度計による測定を模式的に示す図である。
【図12】第２実施形態の熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
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。
【0018】
＜第１実施形態＞
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。
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。チャンバー側部６１の外壁面の貫通孔６１ａが設けられている部位には端縁部放射温度計（エッジパイロメーター）２０が取り付けられている。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の下面から放射された赤外光を端縁部放射温度計２０に導くための円筒状の孔である。一方、チャンバー側部６１の外壁面の貫通孔６１ｂが設けられている部位には中央部放射温度計（センターパイロメーター）２５が取り付けられている。貫通孔６１ｂは、サセプタ７４から放射された赤外光を中央部放射温度計２５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。よって、端縁部放射温度計２０および中央部放射温度計２５はサセプタ７４の斜め下方に設けられることとなる。貫通孔６１ａおよび貫通孔６１ｂの熱処理空間６５に臨む側の端部には、端縁部放射温度計２０および中央部放射温度計２５が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化バリウム材料からなる透明窓２１および透明窓２６がそれぞれ装着されている。
【0025】
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）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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、端縁部放射温度計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、端縁部放射温度計２０が開口部７８および貫通孔６１ａ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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
図１に示すように、チャンバー６には、端縁部放射温度計２０および中央部放射温度計２５の２つの放射温度計が設けられている。端縁部放射温度計２０および中央部放射温度計２５の双方ともにサセプタ７４に保持される半導体ウェハーＷよりも下方に設けられている。端縁部放射温度計２０は、サセプタ７４に設けられた切り欠きである開口部７８を介して半導体ウェハーＷの下面から放射された赤外光を受光してその下面の温度を測定する。すなわち、端縁部放射温度計２０の測定領域は開口部７８の内側となる。一方、中央部放射温度計２５の測定領域は、サセプタ７４の保持プレート７５の面内である。中央部放射温度計２５は、サセプタ７４から放射された赤外光を受光してサセプタ７４の温度を測定する。
【0050】
制御部３は、熱処理装置１に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。制御部３のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部３は、各種演算処理を行う回路であるＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく記憶部（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。また、制御部３は、端縁部放射温度計２０および中央部放射温度計２５の測定値に基づいて種々の演算処理を行う。
【0051】
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。
【0052】
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８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。
【0053】
熱処理装置１においては、ロットを構成する複数枚の半導体ウェハーＷが１枚ずつ順次にチャンバー６内に搬入されて加熱処理される。複数枚の半導体ウェハーＷを順次に加熱処理しているときには、ハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬから照射された光を吸収するとともに加熱された半導体ウェハーＷからの熱伝導および熱の対流によって上側チャンバー窓６３、下側チャンバー窓６４およびサセプタ７４等のチャンバー内構造物も昇温する。例えば、複数枚の半導体ウェハーＷが定常的に処理されているときには、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の温度は２０℃～５００℃程度に昇温している。よって、これらの昇温したチャンバー内構造物から放射された放射光が端縁部放射温度計２０および中央部放射温度計２５に入射することとなる。これにより、端縁部放射温度計２０および中央部放射温度計２５は絶えず測定値を出力し続けている。
【0054】
本実施形態においては、処理対象となる半導体ウェハーＷをチャンバー６に搬入する直前に端縁部放射温度計２０による測定を行う（ステップＳ１）。図９は、チャンバー６内に半導体ウェハーＷが存在しないときの端縁部放射温度計２０による測定を模式的に示す図である。半導体ウェハーＷをチャンバー６に搬入する前、すなわちチャンバー６内に半導体ウェハーＷが存在しないときには、上側チャンバー窓６３から放射された放射光がサセプタ７４の開口部７８を通過して端縁部放射温度計２０に入射する。その一方、端縁部放射温度計２０の測定領域は開口部７８の内側となるため、サセプタ７４から放射された放射光は端縁部放射温度計２０には入射しない。また、下側チャンバー窓６４から放射された放射光も端縁部放射温度計２０には入射しない。よって、チャンバー６内に半導体ウェハーＷが存在しないときに端縁部放射温度計２０に入射するのは実質的には上側チャンバー窓６３からの放射光のみである。このため、半導体ウェハーＷをチャンバー６に搬入する直前に端縁部放射温度計２０から出力される測定値Ｉｐ１は次の式（１）によって表される。
【0055】
【数1】
【0056】
式（１）において、Ｉｕｗは上側チャンバー窓６３から放射される放射光の強度である。なお、端縁部放射温度計２０および中央部放射温度計２５は測定対象物の温度を測定するセンサーであるが、厳密にはこれらが直接出力する測定値は放射温度計に入射する光の強度を示す値であり、それに対して例えば制御部３が温度換算の演算処理を施すことによって測定対象物の温度を求める。
【0057】
端縁部放射温度計２０による測定を行った後、チャンバー６内に処理対象となる半導体ウェハーＷを搬入する（ステップＳ２）。ウェハー搬入に先立って、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８９，１９２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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。半導体ウェハーＷがリフトピン１２に支持された後、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。
【0061】
次に、半導体ウェハーＷがリフトピン１２に支持された状態にて端縁部放射温度計２０による測定を行う（ステップＳ３）。図１０は、半導体ウェハーＷがリフトピン１２に支持されているときの端縁部放射温度計２０による測定を模式的に示す図である。半導体ウェハーＷがリフトピン１２に支持されている状態では、半導体ウェハーＷはサセプタ７４から上方に離間した上位置に保持されている。よって、半導体ウェハーＷとサセプタ７４との間には比較的大きな間隔が存在している。
【0062】
半導体ウェハーＷがリフトピン１２によってサセプタ７４から離間して支持されているときには、上側チャンバー窓６３から放射されて半導体ウェハーＷを透過した透過光、半導体ウェハーＷから直接放射された放射光、および、サセプタ７４から放射されて半導体ウェハーＷの裏面で反射された反射光が端縁部放射温度計２０に入射する。これらはいずれもサセプタ７４の開口部７８を通過して端縁部放射温度計２０に入射する。半導体ウェハーＷがリフトピン１２に支持されているときに端縁部放射温度計２０から出力される測定値Ｉｐ２は次の式（２）によって表される。測定値Ｉｐ２は、半導体ウェハーＷがリフトピン１２に支持されているときに端縁部放射温度計２０が受光する光の強度である。
【0063】
【数2】
【0064】
式（２）において、ｔｗおよびｒｗはそれぞれ半導体ウェハーＷの透過率および反射率である。また、Ｉｓはサセプタ７４から放射される放射光の強度である。さらに、Ｉｗは半導体ウェハーＷから放射される放射光の強度である。チャンバー６に半導体ウェハーＷが搬入された時点での半導体ウェハーＷの温度は概ね常温であるため、半導体ウェハーＷから放射される放射光の強度Ｉｗは０とすることができる。よって、式（１）（２）より次の式（３）が成立する。
【0065】
【数3】
【0066】
次に、移載機構１０の一対の移載アーム１１が下降してリフトピン１２が貫通孔７９から下方に抜け出ることにより、半導体ウェハーＷは移載機構１０からサセプタ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サセプタ７４に載置される。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。そして、半導体ウェハーＷがサセプタ７４に載置された状態にて再び端縁部放射温度計２０による測定を行う（ステップＳ４）。
【0067】
図１１は、半導体ウェハーＷがサセプタ７４に載置されているときの端縁部放射温度計２０による測定を模式的に示す図である。半導体ウェハーＷがサセプタ７４に載置されている状態では、半導体ウェハーＷはサセプタ７４に近接した下位置に保持されることとなる。半導体ウェハーＷとサセプタ７４の保持面７５ａとの間には基板支持ピン７７の高さに相当する僅かな間隔しか存在していない。
【0068】
半導体ウェハーＷがサセプタ７４に載置されているときには、上側チャンバー窓６３から放射されて半導体ウェハーＷを透過した透過光、半導体ウェハーＷから直接放射された放射光、および、下側チャンバー窓６４から放射されて半導体ウェハーＷの裏面で反射された反射光が端縁部放射温度計２０に入射する。半導体ウェハーＷがサセプタ７４に載置されているときには、半導体ウェハーＷとサセプタ７４との間にほとんど間隔が無いため、サセプタ７４から放射されて半導体ウェハーＷの裏面で反射されてから開口部７８を通過して端縁部放射温度計２０に入射する反射光は存在しない。その一方、下側チャンバー窓６４から放射されて開口部７８を通過し、半導体ウェハーＷの裏面で反射されてから再び開口部７８を通過して端縁部放射温度計２０に入射する反射光が生じることとなる。半導体ウェハーＷがサセプタ７４に載置されているときに端縁部放射温度計２０から出力される測定値Ｉｐ３は次の式（４）によって表される。測定値Ｉｐ３は、半導体ウェハーＷがサセプタ７４に載置されているときに端縁部放射温度計２０が受光する光の強度である。
【0069】
【数4】
【0070】
式（４）において、Ｉｌｗは下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度である。上述と同様に、サセプタ７４に載置された直後の半導体ウェハーＷの温度は概ね常温であるため、半導体ウェハーＷから放射される放射光の強度Ｉｗは０とすることができる。よって、式（１）（４）より次の式（５）が成立する。
【0071】
【数5】
【0072】
式（５）から式（３）を減じることにより式（６）が成立する。そして、式（６）より式（７）が導き出される。
【0073】
【数6】
【0074】
【数7】
【0075】
式（７）において、測定値Ｉｐ２および測定値Ｉｐ３は、それぞれ半導体ウェハーＷがリフトピン１２に支持された状態および半導体ウェハーＷがサセプタ７４に載置された状態での端縁部放射温度計２０の実測値である。また、サセプタ７４から放射された放射光は中央部放射温度計２５に直接入射している（図１０参照）。すなわち、サセプタ７４から放射される放射光の強度Ｉｓは中央部放射温度計２５の実測値である。従って、下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを求めることができれば、式（７）よりチャンバー６内における半導体ウェハーＷの裏面の反射率を算定することができる。
【0076】
下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗは下側チャンバー窓６４の温度の関数として表される。下側チャンバー窓６４はハロゲンランプＨＬから照射される光の一部を吸収することによって昇温し、下側チャンバー窓６４の温度は主にハロゲンランプＨＬのランプパワーに依存する。そこで、第１実施形態では、半導体ウェハーＷの処理に先立って、複数のハロゲンランプＨＬのランプパワーと下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗとの関係を表す伝達関数などの数理モデルを予め導出している。具体的には、例えば、下側チャンバー窓６４に熱電対等の接触式温度計を一時的に取り付け、ハロゲンランプＨＬを点灯してランプパワーを変化させつつ下側チャンバー窓６４の温度を測定し、時間的に変化するランプパワーと温度測定値との関係を同定する。そして、それに下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗと下側チャンバー窓６４の温度との関数を合成することによって伝達関数などの数理モデルを作成するのである。
【0077】
制御部３は、上記の数理モデルに、常温の下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度を初期値（Ｉｌｗ０）として与えるとともに、時間的に変化するハロゲンランプＨＬのランプパワーを入力することによって逐次変化する下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを推定する。そして、制御部３は、チャンバー６に半導体ウェハーＷが搬入された時点での下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを数理モデルから求め、その値と端縁部放射温度計２０および中央部放射温度計２５の実測値とを用いて式（７）より半導体ウェハーＷの反射率を算定するのである（ステップＳ５）。
【0078】
次に、半導体ウェハーＷの加熱処理が開始される（ステップＳ６）。具体的には、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して半導体ウェハーＷの予備加熱（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。
【0079】
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の温度は端縁部放射温度計２０によって測定される。半導体ウェハーＷの加熱処理が行われているときに端縁部放射温度計２０から出力される測定値Ｉｐ４は次の式（８）によって表される。半導体ウェハーＷの加熱処理が行われているときには半導体ウェハーＷはサセプタ７４に載置されているため、端縁部放射温度計２０に入射する光の成分は式（４）と同じになる。すなわち、端縁部放射温度計２０には、加熱処理されている半導体ウェハーＷから放射された放射光の他に、上側チャンバー窓６３から放射されて半導体ウェハーＷを透過した透過光および下側チャンバー窓６４から放射されて半導体ウェハーＷの裏面で反射された反射光が外乱光として入射する。
【0080】
【数8】
【0081】
半導体ウェハーＷの素材であるシリコン（Ｓｉ）は、温度が上昇するにつれて透過率が低下する性質を有する。半導体ウェハーＷの温度が６００℃以上になると、半導体ウェハーＷの透過率ｔｗは０に近付くため、外乱光のうち上側チャンバー窓６３から放射されて半導体ウェハーＷを透過した透過光は無視することができる。すなわち、端縁部放射温度計２０に入射する外乱光の主成分は下側チャンバー窓６４から放射されて半導体ウェハーＷの裏面で反射された反射光となる。従って、次の式（９）が成立する。
【0082】
【数9】
【0083】
すなわち、加熱処理中の半導体ウェハーＷから放射される放射光の強度Ｉｗは、端縁部放射温度計２０の測定値Ｉｐ４から外乱光である下側チャンバー窓６４からの反射光の強度を減じた値として求められる。下側チャンバー窓６４から放射されて半導体ウェハーＷの裏面で反射された反射光の強度は、半導体ウェハーＷの裏面の反射率ｒｗと下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗとの積である。半導体ウェハーＷの裏面の反射率ｒｗは、ステップＳ５にて式（７）より求められている。下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗは、半導体ウェハーＷの加熱処理中にもハロゲンランプＨＬから照射された光の一部を吸収することによって逐次変化する。第１実施形態では、このように逐次変化する下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗは、上述した数理モデルから求められる。
【0084】
制御部３は、上記の数理モデルに、時間的に変化するハロゲンランプＨＬのランプパワーを入力することによって逐次変化する下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを推定する。そして、制御部３は、求めた強度Ｉｌｗに半導体ウェハーＷの裏面の反射率ｒｗを乗じることによって外乱光である下側チャンバー窓６４からの反射光の強度を算定する（ステップＳ７）。
【0085】
続いて、制御部３は、式（９）に基づいて、端縁部放射温度計２０の測定値Ｉｐ４から外乱光の強度を減じることによって加熱処理中の半導体ウェハーＷから放射される放射光の強度Ｉｗを算定する。式（９）より算定された強度Ｉｗは、外乱光の影響が排除された真の半導体ウェハーＷから放射される放射光強度である。制御部３は、式（９）から算定した放射光の強度Ｉｗに所定の演算処理を行って半導体ウェハーＷの温度を算定する（ステップＳ８）。制御部３は、算定した半導体ウェハーＷの温度を記憶部に記憶するとともに液晶ディスプレイ等の表示部に表示するようにしても良い。
【0086】
半導体ウェハーＷの温度は加熱処理が進行するにつれて時間とともに変化する。また、外乱光の原因となる下側チャンバー窓６４の温度も時間とともに変化する。このため、加熱処理が終了するまで半導体ウェハーＷの温度算定を繰り返して継続する。具体的には、半導体ウェハーＷの加熱処理が終了するまでステップＳ７およびステップＳ８の処理を繰り返す（ステップＳ９）。
【0087】
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、ステップＳ８で算定された半導体ウェハー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。
【0088】
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、ステップＳ８で算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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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。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Ｓ１０）。
【0093】
第１実施形態においては、チャンバー６内に搬入された半導体ウェハーＷの反射率ｒｗを測定し、その反射率ｒｗおよび下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗに基づいて端縁部放射温度計２０に入射する外乱光の強度を算定している。そして、半導体ウェハーＷの加熱処理中に端縁部放射温度計２０が受光した光の強度（測定値Ｉｐ４）から外乱光の強度を減じて半導体ウェハーＷの温度を算定している。
【0094】
チャンバー６に搬入する前に別チャンバー（例えば、半導体ウェハーＷの向きを調整するアライメントチャンバー）にて専用の反射率測定機構を用いて半導体ウェハーＷの反射率を事前に測定する手法も考えられる。しかし、チャンバー内の周辺環境（例えば、放射温度計の設置角度など）が異なると、測定される反射率の相違するものとなる。本実施形態においては、チャンバー６内に半導体ウェハーＷを搬入してから実際の熱処理環境と同じ環境にて半導体ウェハーＷの反射率を求めているため、熱処理環境におけるより正確な半導体ウェハーＷの反射率を得ることができる。その結果、端縁部放射温度計２０に入射する外乱光の強度を正確に算定してより高い精度にて半導体ウェハーＷの温度を測定することができる。半導体ウェハーＷの温度を正確に測定することができれば、例えば予備加熱時における半導体ウェハーＷの温度制御の精度を向上させることができる。
【0095】
また、第１実施形態においては、複数のハロゲンランプＨＬのランプパワーと下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗとの関係を表す数理モデルを構築し、その数理モデルから経過時間とともに逐次変化する下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを求めている。このため、逐次変化する外乱光の強度もより適切に算定してより正確に半導体ウェハーＷの温度を測定することができる。
【0096】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態では下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを数理モデルから求めていたのに対して、第２実施形態では下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを実測により求めている。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態では下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを数理モデルから求めていたのに対して、第２実施形態では下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを実測により求めている。
【0097】
図１２は、第２実施形態の熱処理装置１ａの構成を示す縦断面図である。図１２において、第１実施形態の熱処理装置１（図１）と同一の要素については同一の符号を付している。第２実施形態の熱処理装置１ａが第１実施形態と相違するのは下窓放射温度計２９を備えている点である。下窓放射温度計２９は、例えばチャンバー６とハロゲン加熱部４との間に設けられる。下窓放射温度計２９は、下側チャンバー窓６４から放射された放射光を受光して下側チャンバー窓６４の温度を測定する。下窓放射温度計２９を除く熱処理装置１ａの残余の構成は第１実施形態と同じである。
【0098】
第２実施形態の熱処理装置１ａにおける処理動作も第１実施形態（図８）と概ね同様である。但し、第２実施形態においては、ステップＳ５で式（７）から半導体ウェハーＷの反射率ｒｗを算定するときに、下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを下窓放射温度計２９の実測値としている。すなわち、制御部３は、下窓放射温度計２９、端縁部放射温度計２０および中央部放射温度計２５の実測値を用いて式（７）より半導体ウェハーＷの反射率ｒｗを算定する。
【0099】
また、第２実施形態においては、ステップＳ７で外乱光の強度を算定するときに、逐次変化する下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを下窓放射温度計２９の実測値としている。制御部３は、下窓放射温度計２９の実測値に半導体ウェハーＷの裏面の反射率ｒｗを乗じることによって外乱光である下側チャンバー窓６４からの反射光の強度を算定する。そして、制御部３は、端縁部放射温度計２０の測定値Ｉｐ４から外乱光の強度を減じることによって加熱処理中の半導体ウェハーＷから放射される放射光の強度Ｉｗを算定し、半導体ウェハーＷの温度を算定する。
【0100】
第２実施形態においては、下窓放射温度計２９による実測値に基づいて逐次変化する下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを求めている。そして、測定器による実測より求めた放射光の強度Ｉｌｗと半導体ウェハーＷの反射率ｒｗとに基づいて端縁部放射温度計２０に入射する外乱光の強度を算定し、加熱処理中の半導体ウェハーＷの温度を算定している。このため、逐次変化する端縁部放射温度計２０に入射する外乱光の強度を正確に算定して高い精度にて半導体ウェハーＷの温度を測定することができる。
【0101】
＜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、第１および第２実施形態においては、下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを求め、下側チャンバー窓６４からの反射光を端縁部放射温度計２０に入射する外乱光としてその強度算定を行っていたが、これに限定されるものではない。これに代えて、半導体ウェハーＷよりも上方に放射温度計を設け、上側チャンバー窓６３から放射されて半導体ウェハーＷの表面で反射された反射光を当該放射温度計に入射する外乱光として扱うようにしても良い。この場合、上側チャンバー窓６３から放射される放射光の強度を求め、それと半導体ウェハーＷの表面の反射率とに基づいて外乱光の強度を算定することとなる。
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、第１および第２実施形態においては、下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを求め、下側チャンバー窓６４からの反射光を端縁部放射温度計２０に入射する外乱光としてその強度算定を行っていたが、これに限定されるものではない。これに代えて、半導体ウェハーＷよりも上方に放射温度計を設け、上側チャンバー窓６３から放射されて半導体ウェハーＷの表面で反射された反射光を当該放射温度計に入射する外乱光として扱うようにしても良い。この場合、上側チャンバー窓６３から放射される放射光の強度を求め、それと半導体ウェハーＷの表面の反射率とに基づいて外乱光の強度を算定することとなる。
【0102】
また、第１実施形態においては、下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを推定する数理モデルとして伝達関数を用いていたが、これに限定されるものではなく、例えば状態空間表現、ＡＲＸ(Auto-Regressive with eXogenous)モデル、非線形ＡＲＸモデル、ニューラルネットワークなどを用いるようにしても良い。すなわち、逐次変化する下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを出力することができる数理モデルであれば良い。
【0103】
また、第２実施形態において、下側チャンバー窓６４から放射される放射光の強度Ｉｌｗを下窓放射温度計２９によって実測するのに加えて第１実施形態の如き数理モデルからも求め、それらの差が予め設定された閾値を超えた場合には制御部３が異常と判断して加熱処理を停止するようにしても良い。
【0104】
本発明に係る技術は、２枚以上の半導体ウェハーＷを順次に加熱処理するときにそれぞれの半導体ウェハーＷの温度を測定するときに適用するようにしても良い。むしろ、本発明に係る技術は、ロットを構成する複数枚の半導体ウェハーＷを１枚ずつ順次にチャンバー６内に搬入して加熱処理する際に、２枚目以降の半導体ウェハーＷの温度を測定するのに好適である。その理由は、２枚目以降の半導体ウェハーＷを処理するときには、下側チャンバー窓６４などが昇温していて外乱光の強度が強くなっているからである。
【0105】
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。
【0106】
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】
【0107】
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
１２ リフトピン
２０ 端縁部放射温度計
２５ 中央部放射温度計
２９ 下窓放射温度計
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
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
１２ リフトピン
２０ 端縁部放射温度計
２５ 中央部放射温度計
２９ 下窓放射温度計
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
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】