(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-05-22
(45)【発行日】2023-05-30
(54)【発明の名称】熱処理方法および熱処理装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/26 20060101AFI20230523BHJP
【ＦＩ】
H01L21/26 T
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2018244402
(22)【出願日】2018-12-27
(65)【公開番号】P2020107698
(43)【公開日】2020-07-09
【審査請求日】2021-06-18
【前置審査】
(73)【特許権者】
【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】野崎 仁秀
(72)【発明者】
【氏名】上野 智宏
【審査官】早川 朋一
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－２３１６５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－１６００２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１３０７２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１４１１７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０１１０２４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／２６－２１／２６８
Ｈ０１Ｌ ２１／３２２
Ｈ０１Ｌ ２１／３２４
Ｈ０１Ｌ ２１／４２－２１／４２８
Ｈ０１Ｌ ２１／４７７
Ｈ０１Ｌ ２１／６６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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方法であって、処理対象となる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実測反射率から前記基板の理論反射率を算定する反射率算定工程と、
前記反射率算定工程にて算定された理論反射率に基づいて前記基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定する特定工程と、
理論反射率が既知の基準基板の実測反射率と当該理論反射率との相関係数を求める相関関係取得工程と、
を備え、
前記反射率算定工程では、前記反射率測定工程にて測定された実測反射率と前記相関係数とに基づいて前記基板の理論反射率を算定することを特徴とする熱処理方法。
【請求項2】
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方法であって、処理対象となる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実測反射率から前記基板の理論反射率を算定する反射率算定工程と、
前記反射率算定工程にて算定された理論反射率に基づいて前記基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定する特定工程と、
複数の膜種および膜厚の薄膜が形成された基板についての理論反射率を算定して得られた複数の理論反射率を膜種および膜厚と関連付けて登録したデータベースを作成するデータベース作成工程と、
を備え、
前記特定工程では、前記データベースに対して前記反射率算定工程にて算定された理論反射率のパターンマッチングを行って前記基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定し、
パターンが形成されている前記基板の表面には、前記特定工程にて特定された膜種および膜厚に相当する特性の薄膜が形成されているとみなして前記基板に対する処理条件を決定することを特徴とする熱処理方法。
【請求項3】
請求項１記載の熱処理方法において、前記特定工程にて特定された膜種および膜厚に基づいて前記基板に対する処理条件を決定する条件決定工程をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項4】
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装置であって、処理対象となる基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に収容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、
前記基板の反射率を測定する反射率測定部と、
前記反射率測定部によって測定された実測反射率から前記基板の理論反射率を算定する反射率算定部と、
前記反射率算定部によって算定された理論反射率に基づいて前記基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定する特定部と、
理論反射率が既知の基準基板の実測反射率と当該理論反射率との相関係数を求める相関関係取得部と、
を備え、
前記反射率算定部は、前記反射率測定部によって測定された実測反射率と前記相関係数とに基づいて前記基板の理論反射率を算定することを特徴とする熱処理装置。
【請求項5】
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装置であって、処理対象となる基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に収容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、
前記基板の反射率を測定する反射率測定部と、
前記反射率測定部によって測定された実測反射率から前記基板の理論反射率を算定する反射率算定部と、
前記反射率算定部によって算定された理論反射率に基づいて前記基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定する特定部と、
複数の膜種および膜厚の薄膜が形成された基板についての理論反射率を算定して得られた複数の理論反射率を膜種および膜厚と関連付けて登録したデータベースを保持する記憶部と、
を備え、
前記特定部は、前記データベースに対して前記反射率算定部によって算定された理論反射率のパターンマッチングを行って前記基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定し、
パターンが形成されている前記基板の表面には、前記特定部によって特定された膜種および膜厚に相当する特性の薄膜が形成されているとみなして前記基板に対する処理条件を決定することを特徴とする熱処理装置。
【請求項6】
請求項４記載の熱処理装置において、前記特定部によって特定された膜種および膜厚に基づいて前記基板に対する処理条件を決定する条件決定部をさらに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】
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）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方法および熱処理装置に関する。
【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】
一般に、半導体ウェハーを処理する装置では処理手順および処理条件を規定したレシピに従って制御部が装置の各種構成部を制御することによって所望の処理が実行される。特許文献１には、フラッシュランプアニール装置においても、制御部がレシピに基づいて装置の各構成部を制御して半導体ウェハーに対する熱処理を実行することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２００９－２３１６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従って、半導体ウェハーのフラッシュ加熱処理に際しては、適切な処理が実行されるようなレシピを選択して設定する必要がある。具体的には、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーの表面が過不足無く目標温度に到達するような処理条件のレシピを設定する必要がある。どのような処理条件のレシピを設定するかは半導体ウェハーの表面性状（例えば、半導体ウェハーの表面に形成されている薄膜の膜種や膜厚等）によって定まる。すなわち、半導体ウェハーの表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚に応じて最適な処理条件のレシピを設定する必要がある。
【0008】
半導体ウェハーの表面に形成される薄膜の膜種および膜厚は、フラッシュ加熱処理の前工程である成膜処理によって決定される。典型的には、予め決められた膜種および膜厚の薄膜が形成された半導体ウェハーがフラッシュランプアニール装置に搬入されてフラッシュ加熱処理の対象となる。
【0009】
しかしながら、予め決められたのとは異なる膜種および膜厚の薄膜が形成された半導体ウェハーが誤ってフラッシュアニール装置に搬入されて処理対象となることがある。このような場合、装置に搬入されてしまった半導体ウェハーに形成されている薄膜の膜種および膜厚を確認することは困難であった。
【0010】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を確認することができる熱処理方法および熱処理装置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方法において、処理対象となる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実測反射率から前記基板の理論反射率を算定する反射率算定工程と、前記反射率算定工程にて算定された理論反射率に基づいて前記基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定する特定工程と、理論反射率が既知の基準基板の実測反射率と当該理論反射率との相関係数を求める相関関係取得工程と、を備え、前記反射率算定工程では、前記反射率測定工程にて測定された実測反射率と前記相関係数とに基づいて前記基板の理論反射率を算定することを特徴とする。
【0013】
また、請求項２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方法において、処理対象となる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実測反射率から前記基板の理論反射率を算定する反射率算定工程と、前記反射率算定工程にて算定された理論反射率に基づいて前記基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定する特定工程と、複数の膜種および膜厚の薄膜が形成された基板についての理論反射率を算定して得られた複数の理論反射率を膜種および膜厚と関連付けて登録したデータベースを作成するデータベース作成工程と、を備え、前記特定工程では、前記データベースに対して前記反射率算定工程にて算定された理論反射率のパターンマッチングを行って前記基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定し、パターンが形成されている前記基板の表面には、前記特定工程にて特定された膜種および膜厚に相当する特性の薄膜が形成されているとみなして前記基板に対する処理条件を決定することを特徴とする。
【0015】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記特定工程にて特定された膜種および膜厚に基づいて前記基板に対する処理条件を決定する条件決定工程をさらに備えることを特徴とする。
【0016】
また、請求項４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装置において、処理対象となる基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内に収容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、前記基板の反射率を測定する反射率測定部と、前記反射率測定部によって測定された実測反射率から前記基板の理論反射率を算定する反射率算定部と、前記反射率算定部によって算定された理論反射率に基づいて前記基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定する特定部と、理論反射率が既知の基準基板の実測反射率と当該理論反射率との相関係数を求める相関関係取得部と、を備え、前記反射率算定部は、前記反射率測定部によって測定された実測反射率と前記相関係数とに基づいて前記基板の理論反射率を算定することを特徴とする。
【0018】
また、請求項５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装置において、処理対象となる基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内に収容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、前記基板の反射率を測定する反射率測定部と、前記反射率測定部によって測定された実測反射率から前記基板の理論反射率を算定する反射率算定部と、前記反射率算定部によって算定された理論反射率に基づいて前記基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定する特定部と、複数の膜種および膜厚の薄膜が形成された基板についての理論反射率を算定して得られた複数の理論反射率を膜種および膜厚と関連付けて登録したデータベースを保持する記憶部を備え、前記特定部は、前記データベースに対して前記反射率算定部によって算定された理論反射率のパターンマッチングを行って前記基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定し、パターンが形成されている前記基板の表面には、前記特定部によって特定された膜種および膜厚に相当する特性の薄膜が形成されているとみなして前記基板に対する処理条件を決定することを特徴とする。
【0020】
また、請求項６の発明は、請求項４の発明に係る熱処理装置において、前記特定部によって特定された膜種および膜厚に基づいて前記基板に対する処理条件を決定する条件決定部をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0021】
請求項１から請求項３の発明によれば、実測反射率から算定された理論反射率に基づいて基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定するため、基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を確認することができる。
【0022】
請求項４から請求項６の発明によれば、実測反射率から算定された理論反射率に基づいて基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定するため、基板の表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明に係る熱処理装置を示す平面図である。
【図3】熱処理部の構成を示す縦断面図である。
【図4】保持部の全体外観を示す斜視図である。
【図5】サセプタの平面図である。
【図6】サセプタの断面図である。
【図7】移載機構の平面図である。
【図8】移載機構の側面図である。
【図9】複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。
【図10】反射率測定部および制御部の構成を示す図である。
【図11】半導体ウェハーの表面に形成された薄膜の膜種および膜厚を特定する手順を示すフローチャートである。
【図12】半導体ウェハーの表面に形成された薄膜の膜種および膜厚を特定する手順を示すフローチャートである。
【図13】シミュレーションによって得られた反射率プロファイルの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
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。
【0025】
まず、本発明に係る熱処理装置の全体構成について説明する。図１は、本発明に係る熱処理装置１００を示す平面図であり、図２はその正面図である。熱処理装置１００は基板として円板形状の半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射し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。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。また、図１～図３の各図においては、それらの方向関係を明確にするためＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を付している。
【0026】
図１および図２に示すように、熱処理装置１００は、未処理の半導体ウェハーＷを外部から装置内に搬入するとともに処理済みの半導体ウェハーＷを装置外に搬出するためのインデクサ部１０１、未処理の半導体ウェハーＷの位置決めを行うアライメント部２３０、加熱処理後の半導体ウェハーＷの冷却を行う２つの冷却部１３０，１４０、半導体ウェハーＷにフラッシュ加熱処理を施す熱処理部１６０並びに冷却部１３０，１４０および熱処理部１６０に対して半導体ウェハーＷの受け渡しを行う搬送ロボット１５０を備える。また、熱処理装置１００は、上記の各処理部に設けられた動作機構および搬送ロボット１５０を制御して半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理を進行させる制御部３を備える。
【0027】
インデクサ部１０１は、複数のキャリアＣ（本実施形態では２個）を並べて載置するロードポート１１０と、各キャリアＣから未処理の半導体ウェハーＷを取り出すとともに、各キャリアＣに処理済みの半導体ウェハーＷを収納する受渡ロボット１２０とを備えている。未処理の半導体ウェハーＷを収容したキャリアＣは無人搬送車（ＡＧＶ、ＯＨＴ）等によって搬送されてロードポート１１０に載置されるともに、処理済みの半導体ウェハーＷを収容したキャリアＣは無人搬送車によってロードポート１１０から持ち去られる。
【0028】
また、ロードポート１１０においては、受渡ロボット１２０がキャリアＣに対して任意の半導体ウェハーＷの出し入れを行うことができるように、キャリアＣが図２の矢印ＣＵにて示す如く昇降移動可能に構成されている。なお、キャリアＣの形態としては、半導体ウェハーＷを密閉空間に収納するＦＯＵＰ(front opening unified pod)の他に、ＳＭＩＦ(Standard Mechanical Inter Face)ポッドや収納した半導体ウェハーＷを外気に曝すＯＣ(open cassette)であっても良い。
【0029】
また、受渡ロボット１２０は、図１の矢印１２０Ｓにて示すようなスライド移動、矢印１２０Ｒにて示すような旋回動作および昇降動作が可能とされている。これにより、受渡ロボット１２０は、２つのキャリアＣに対して半導体ウェハーＷの出し入れを行うとともに、アライメント部２３０および２つの冷却部１３０，１４０に対して半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。受渡ロボット１２０によるキャリアＣに対する半導体ウェハーＷの出し入れは、ハンド１２１のスライド移動、および、キャリアＣの昇降移動により行われる。また、受渡ロボット１２０とアライメント部２３０または冷却部１３０，１４０との半導体ウェハーＷの受け渡しは、ハンド１２１のスライド移動、および、受渡ロボット１２０の昇降動作によって行われる。
【0030】
アライメント部２３０は、Ｙ軸方向に沿ったインデクサ部１０１の側方に接続されて設けられている。アライメント部２３０は、半導体ウェハーＷを水平面内で回転させてフラッシュ加熱に適切な向きに向ける処理部である。アライメント部２３０は、アルミニウム合金製の筐体であるアライメントチャンバー２３１の内部に、半導体ウェハーＷを水平姿勢に支持して回転させる機構（図１０の回転支持部２３７、回転モータ２３８）、および、半導体ウェハーＷの周縁部に形成されたノッチやオリフラ等を光学的に検出する機構などを設けて構成される。また、アライメントチャンバー２３１には、その内部にて支持されている半導体ウェハーＷの表面の反射率を測定する反射率測定部２３２が設けられている。反射率測定部２３２は、半導体ウェハーＷの表面に光を照射するとともに、当該表面にて反射された反射光を受光し、その反射光の強度から半導体ウェハーＷの表面の反射率を測定する。
【0031】
アライメント部２３０への半導体ウェハーＷの受け渡しは受渡ロボット１２０によって行われる。受渡ロボット１２０からアライメントチャンバー２３１へはウェハー中心が所定の位置に位置するように半導体ウェハーＷが渡される。アライメント部２３０では、インデクサ部１０１から受け取った半導体ウェハーＷの中心部を回転中心として鉛直方向軸まわりで半導体ウェハーＷを回転させ、ノッチ等を光学的に検出することによって半導体ウェハーＷの向きを調整する。また、反射率測定部２３２が半導体ウェハーＷの表面の反射率を測定する。向き調整の終了した半導体ウェハーＷは受渡ロボット１２０によってアライメントチャンバー２３１から取り出される。
【0032】
搬送ロボット１５０による半導体ウェハーＷの搬送空間として搬送ロボット１５０を収容する搬送チャンバー１７０が設けられている。その搬送チャンバー１７０の三方に熱処理部１６０の処理チャンバー６、冷却部１３０の第１クールチャンバー１３１および冷却部１４０の第２クールチャンバー１４１が連通接続されている。
【0033】
熱処理装置１００の主要部である熱処理部１６０は、予備加熱を行った半導体ウェハーＷにキセノンフラッシュランプＦＬからの閃光（フラッシュ光）を照射してフラッシュ加熱処理を行う基板処理部である。この熱処理部１６０の構成についてはさらに後述する。
【0034】
２つの冷却部１３０，１４０は、概ね同様の構成を備える。冷却部１３０，１４０はそれぞれ、アルミニウム合金製の筐体である第１クールチャンバー１３１，第２クールチャンバー１４１の内部に、金属製の冷却プレートと、その上面に載置された石英板とを備える（いずれも図示省略）。当該冷却プレートは、ペルチェ素子または恒温水循環によって常温（約２３℃）に温調されている。熱処理部１６０にてフラッシュ加熱処理が施された半導体ウェハーＷは、第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１に搬入されて当該石英板に載置されて冷却される。
【0035】
第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１はともに、インデクサ部１０１と搬送チャンバー１７０との間にて、それらの双方に接続されている。第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１には、半導体ウェハーＷを搬入出するための２つの開口が形設されている。第１クールチャンバー１３１の２つの開口のうちインデクサ部１０１に接続される開口はゲートバルブ１８１によって開閉可能とされている。一方、第１クールチャンバー１３１の搬送チャンバー１７０に接続される開口はゲートバルブ１８３によって開閉可能とされている。すなわち、第１クールチャンバー１３１とインデクサ部１０１とはゲートバルブ１８１を介して接続され、第１クールチャンバー１３１と搬送チャンバー１７０とはゲートバルブ１８３を介して接続されている。
【0036】
インデクサ部１０１と第１クールチャンバー１３１との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う際には、ゲートバルブ１８１が開放される。また、第１クールチャンバー１３１と搬送チャンバー１７０との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う際には、ゲートバルブ１８３が開放される。ゲートバルブ１８１およびゲートバルブ１８３が閉鎖されているときには、第１クールチャンバー１３１の内部が密閉空間となる。
【0037】
また、第２クールチャンバー１４１の２つの開口のうちインデクサ部１０１に接続される開口はゲートバルブ１８２によって開閉可能とされている。一方、第２クールチャンバー１４１の搬送チャンバー１７０に接続される開口はゲートバルブ１８４によって開閉可能とされている。すなわち、第２クールチャンバー１４１とインデクサ部１０１とはゲートバルブ１８２を介して接続され、第２クールチャンバー１４１と搬送チャンバー１７０とはゲートバルブ１８４を介して接続されている。
【0038】
インデクサ部１０１と第２クールチャンバー１４１との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う際には、ゲートバルブ１８２が開放される。また、第２クールチャンバー１４１と搬送チャンバー１７０との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う際には、ゲートバルブ１８４が開放される。ゲートバルブ１８２およびゲートバルブ１８４が閉鎖されているときには、第２クールチャンバー１４１の内部が密閉空間となる。
【0039】
さらに、冷却部１３０，１４０はそれぞれ、第１クールチャンバー１３１，第２クールチャンバー１４１に清浄な窒素ガスを供給するガス供給機構とチャンバー内の雰囲気を排気する排気機構とを備える。これらのガス供給機構および排気機構は、流量を２段階に切り換え可能とされていても良い。
【0040】
搬送チャンバー１７０に設けられた搬送ロボット１５０は、鉛直方向に沿った軸を中心に矢印１５０Ｒにて示すように旋回可能とされる。搬送ロボット１５０は、複数のアームセグメントからなる２つのリンク機構を有し、それら２つのリンク機構の先端にはそれぞれ半導体ウェハーＷを保持する搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂが設けられている。これらの搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂは上下に所定のピッチだけ隔てて配置され、リンク機構によりそれぞれ独立して同一水平方向に直線的にスライド移動可能とされている。また、搬送ロボット１５０は、２つのリンク機構が設けられるベースを昇降移動することにより、所定のピッチだけ離れた状態のまま２つの搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂを昇降移動させる。
【0041】
搬送ロボット１５０が第１クールチャンバー１３１、第２クールチャンバー１４１または熱処理部１６０の処理チャンバー６を受け渡し相手として半導体ウェハーＷの受け渡し（出し入れ）を行う際には、まず、両搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂが受け渡し相手と対向するように旋回し、その後（または旋回している間に）昇降移動していずれかの搬送ハンドが受け渡し相手と半導体ウェハーＷを受け渡しする高さに位置する。そして、搬送ハンド１５１ａ（１５１ｂ）を水平方向に直線的にスライド移動させて受け渡し相手と半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。
【0042】
搬送ロボット１５０と受渡ロボット１２０との半導体ウェハーＷの受け渡しは冷却部１３０，１４０を介して行うことができる。すなわち、冷却部１３０の第１クールチャンバー１３１および冷却部１４０の第２クールチャンバー１４１は、搬送ロボット１５０と受渡ロボット１２０との間で半導体ウェハーＷを受け渡すためのパスとしても機能するものである。具体的には、搬送ロボット１５０または受渡ロボット１２０のうちの一方が第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１に渡した半導体ウェハーＷを他方が受け取ることによって半導体ウェハーＷの受け渡しが行われる。搬送ロボット１５０および受渡ロボット１２０によって半導体ウェハーＷをキャリアＣから熱処理部１６０にまで搬送する搬送機構が構成される。
【0043】
上述したように、第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１とインデクサ部１０１との間にはそれぞれゲートバルブ１８１，１８２が設けられている。また、搬送チャンバー１７０と第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１との間にはそれぞれゲートバルブ１８３，１８４が設けられている。さらに、搬送チャンバー１７０と熱処理部１６０の処理チャンバー６との間にはゲートバルブ１８５が設けられている。熱処理装置１００内にて半導体ウェハーＷが搬送される際には、適宜これらのゲートバルブが開閉される。また、搬送チャンバー１７０およびアライメントチャンバー２３１にもガス供給部から窒素ガスが供給されるとともに、それらの内部の雰囲気が排気部によって排気される（いずれも図示省略）。
【0044】
次に、熱処理部１６０の構成について説明する。図３は、熱処理部１６０の構成を示す縦断面図である。熱処理部１６０は、半導体ウェハーＷを収容して加熱処理を行う処理チャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するフラッシュランプハウス５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲンランプハウス４と、を備える。処理チャンバー６の上側にフラッシュランプハウス５が設けられるとともに、下側にハロゲンランプハウス４が設けられている。また、熱処理部１６０は、処理チャンバー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と搬送ロボット１５０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。
【0045】
処理チャンバー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。処理チャンバー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、フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を処理チャンバー６内に透過する石英窓として機能する。また、処理チャンバー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、ハロゲンランプＨＬからの光を処理チャンバー６内に透過する石英窓として機能する。
【0046】
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。処理チャンバー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。
【0047】
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、処理チャンバー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、処理チャンバー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。
【0048】
また、チャンバー側部６１には、処理チャンバー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を閉鎖すると処理チャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。
【0049】
また、処理チャンバー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は処理チャンバー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、窒素（Ｎ２）等の不活性ガス、または、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）等の反応性ガスを用いることができる（本実施形態では窒素）。
【0050】
一方、処理チャンバー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は処理チャンバー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は排気機構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、処理チャンバー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および排気機構１９０は、熱処理装置１００に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置１００が設置される工場のユーティリティであっても良い。
【0051】
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を介して排気機構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を介して処理チャンバー６内の気体が排気される。
【0052】
図４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。
【0053】
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、処理チャンバー６の壁面に支持されることとなる（図３参照）。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。
【0054】
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５は、サセプタ７４の平面図である。また、図６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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
図４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が処理チャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７が処理チャンバー６に装着される。保持部７が処理チャンバー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。
【0058】
処理チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷは、処理チャンバー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。
【0059】
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。
【0060】
また、図４および図５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、放射温度計２０（図３参照）がサセプタ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、放射温度計２０が開口部７８を介してサセプタ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光を受光してその半導体ウェハー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。
【0061】
図７は、移載機構１０の平面図である。また、図８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。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７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７の二点鎖線位置）との間で水平移動させる。移載動作位置はサセプタ７４の下方であり、退避位置はサセプタ７４よりも外方である。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。
【0062】
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４，５参照）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処理チャンバー６の外部に排出されるように構成されている。
【0063】
図３に戻り、処理チャンバー６の上方に設けられたフラッシュランプハウス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、フラッシュランプハウス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。フラッシュランプハウス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。フラッシュランプハウス５が処理チャンバー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は処理チャンバー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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
処理チャンバー６の下方に設けられたハロゲンランプハウス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。複数のハロゲンランプＨＬは処理チャンバー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への光照射を行う。
【0068】
図９は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。本実施形態では、上下２段に各２０本ずつのハロゲンランプ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。
【0069】
また、図９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、ハロゲンランプＨＬ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。
【0070】
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、上段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向と下段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向とが直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。
【0071】
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。
【0072】
また、ハロゲンランプハウス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３）。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。
【0073】
上記の構成以外にも熱処理部１６０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ランプハウス４、フラッシュランプハウス５および処理チャンバー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、処理チャンバー６の壁体には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ハロゲンランプハウス４およびフラッシュランプハウス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、フラッシュランプハウス５および上側チャンバー窓６３を冷却する。
【0074】
図１０は、アライメント部２３０に設けられた反射率測定部２３２および制御部３の構成を示す図である。反射率測定部２３２は、投光部３００、受光部２３５およびハーフミラー２３６を備える。アライメント部２３０のアライメントチャンバー２３１内には、半導体ウェハーＷを支持して回転させる回転支持部２３７と当該回転支持部２３７を回転駆動する回転モータ２３８とが設けられている。半導体ウェハーＷを支持する回転支持部２３７を回転モータ２３８が回転させることによって、当該半導体ウェハーＷの向きを調整する。
【0075】
投光部３００は、キセノン光源、ハロゲン光源またはＬＥＤ光源等の光源を備えて反射率測定用の光を出射する。受光部２３５は受光した光の強度を電気信号に変換する受光素子を備える。投光部３００から出射された光はハーフミラー２３６によって反射されて回転支持部２３７に支持された半導体ウェハーＷの上面に垂直に照射される。投光部３００から照射された光は半導体ウェハーＷの上面にて反射される。その反射光はハーフミラー２３６を透過して受光部２３５によって受光される。制御部３は、受光部２３５が受光した反射光の強度に基づいて半導体ウェハーＷの上面の反射率を算出する。なお、投光部３００は、照射する波長域の異なる複数の光源を備えている方が好ましい。投光部３００が波長域の異なる複数の光源を備えていれば、広域波長にわたって半導体ウェハーＷの反射率を測定することができる。また、投光部３００は、半導体ウェハーＷの上面の複数箇所に光を照射するものであっても良い。半導体ウェハーＷの上面の複数箇所に光を照射すれば、局所的なパターン依存性を軽減することが可能となる。
【0076】
制御部３は、熱処理装置１００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磁気ディスク３５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１００における処理が進行する。反射率算定部３１、特定部３６、相関関係取得部３７および条件決定部３８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。反射率算定部３１、特定部３６、相関関係取得部３７および条件決定部３８の処理内容についてはさらに後述する。なお、図１においては、インデクサ部１０１内に制御部３を示しているが、これに限定されるものではなく、制御部３は熱処理装置１００内の任意の位置に配置することができる。
【0077】
また、制御部３には表示部３４および入力部３３が接続されている。制御部３は、表示部３４に種々の情報を表示する。熱処理装置１００のオペレータは、表示部３４に表示された情報を確認しつつ、入力部３３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３３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３４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３４および入力部３３として、熱処理装置１００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。
【0078】
次に、本発明に係る熱処理装置１００の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に対する典型的な処理動作について説明する。処理対象となる半導体ウェハーＷはイオン注入法により不純物（イオン）が添加された半導体基板である。その不純物の活性化が熱処理装置１００によるフラッシュ光照射加熱処理（アニール）により実行される。
【0079】
まず、不純物が注入された未処理の半導体ウェハーＷがキャリアＣに複数枚収容された状態でインデクサ部１０１のロードポート１１０に載置される。そして、受渡ロボット１２０がキャリアＣから未処理の半導体ウェハーＷを１枚ずつ取り出し、アライメント部２３０のアライメントチャンバー２３１に搬入する。アライメントチャンバー２３１では、回転支持部２３７に支持した半導体ウェハーＷをその中心部を回転中心として水平面内にて鉛直方向軸まわりで回転させ、ノッチ等を光学的に検出することによって半導体ウェハーＷの向きを調整する。
【0080】
次に、インデクサ部１０１の受渡ロボット１２０がアライメントチャンバー２３１から向きの調整された半導体ウェハーＷを取り出し、冷却部１３０の第１クールチャンバー１３１または冷却部１４０の第２クールチャンバー１４１に搬入する。第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１に搬入された未処理の半導体ウェハーＷは搬送ロボット１５０によって搬送チャンバー１７０に搬出される。未処理の半導体ウェハーＷがインデクサ部１０１から第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１を経て搬送チャンバー１７０に移送される際には、第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１は半導体ウェハーＷの受け渡しのためのパスとして機能するのである。
【0081】
半導体ウェハーＷを取り出した搬送ロボット１５０は熱処理部１６０を向くように旋回する。続いて、ゲートバルブ１８５が処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０との間を開放し、搬送ロボット１５０が未処理の半導体ウェハーＷを処理チャンバー６に搬入する。このときに、先行する加熱処理済みの半導体ウェハーＷが処理チャンバー６に存在している場合には、搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂの一方によって加熱処理後の半導体ウェハーＷを取り出してから未処理の半導体ウェハーＷを処理チャンバー６に搬入してウェハー入れ替えを行う。その後、ゲートバルブ１８５が処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０との間を閉鎖する。
【0082】
処理チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷには、ハロゲンランプＨＬによって予備加熱が行われた後、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によってフラッシュ加熱処理が行われる。このフラッシュ加熱処理により半導体ウェハーＷに注入された不純物の活性化が行われる。
【0083】
フラッシュ加熱処理が終了した後、ゲートバルブ１８５が処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０との間を再び開放し、搬送ロボット１５０が処理チャンバー６からフラッシュ加熱処理後の半導体ウェハーＷを搬送チャンバー１７０に搬出する。半導体ウェハーＷを取り出した搬送ロボット１５０は、処理チャンバー６から第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１に向くように旋回する。また、ゲートバルブ１８５が処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０との間を閉鎖する。
【0084】
その後、搬送ロボット１５０が加熱処理後の半導体ウェハーＷを冷却部１３０の第１クールチャンバー１３１または冷却部１４０の第２クールチャンバー１４１に搬入する。このとき、当該半導体ウェハーＷが加熱処理前に第１クールチャンバー１３１を通ってきている場合には加熱処理後にも第１クールチャンバー１３１に搬入され、加熱処理前に第２クールチャンバー１４１を通ってきている場合には加熱処理後にも第２クールチャンバー１４１に搬入される。第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１では、フラッシュ加熱処理後の半導体ウェハーＷの冷却処理が行われる。熱処理部１６０の処理チャンバー６から搬出された時点での半導体ウェハーＷ全体の温度は比較的高温であるため、これを第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１にて常温近傍にまで冷却するのである。
【0085】
所定の冷却処理時間が経過した後、受渡ロボット１２０が冷却後の半導体ウェハーＷを第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１から搬出し、キャリアＣへと返却する。キャリアＣに所定枚数の処理済み半導体ウェハーＷが収容されると、そのキャリアＣはインデクサ部１０１のロードポート１１０から搬出される。
【0086】
熱処理部１６０における加熱処理について説明を続ける。処理チャンバー６への半導体ウェハーＷの搬入に先立って、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が開放されて処理チャンバー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から処理チャンバー６内の気体が排気される。これにより、処理チャンバー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。
【0087】
また、バルブ１９２が開放されることによって、搬送開口部６６からも処理チャンバー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、熱処理部１６０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。
【0088】
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、搬送ロボット１５０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が処理チャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される。搬送ロボット１５０は、未処理の半導体ウェハーＷを保持する搬送ハンド１５１ａ（または搬送ハンド１５１ｂ）を保持部７の直上位置まで進出させて停止させる。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。
【0089】
未処理の半導体ウェハーＷがリフトピン１２に載置された後、搬送ロボット１５０が搬送ハンド１５１ａを熱処理空間６５から退出させ、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、パターン形成がなされて不純物が注入された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。
【0090】
半導体ウェハーＷが保持部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、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の下面から照射される。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。
【0091】
ハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うときには、半導体ウェハーＷの温度が放射温度計２０によって測定されている。すなわち、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放射温度計２０が受光して昇温中のウェハー温度を測定する。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、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。予備加熱温度Ｔ１は、半導体ウェハーＷに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、６００℃ないし８００℃程度とされる（本実施の形態では７００℃）。
【0092】
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、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。
【0093】
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、ハロゲンランプハウス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。
【0094】
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にてフラッシュランプＦＬが半導体ウェハー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処理チャンバー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処理チャンバー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。
【0095】
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、半導体ウェハーＷに注入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、フラッシュ加熱では半導体ウェハー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、半導体ウェハーＷに注入された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、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１００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。
【0096】
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、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上に載置された処理後の半導体ウェハーＷが搬送ロボット１５０の搬送ハンド１５１ｂ（または搬送ハンド１５１ａ）により搬出される。搬送ロボット１５０は、搬送ハンド１５１ｂをリフトピン１２によって突き上げられた半導体ウェハーＷの直下位置にまで進出させて停止させる。そして、一対の移載アーム１１が下降することにより、フラッシュ加熱後の半導体ウェハーＷが搬送ハンド１５１ｂに渡されて載置される。その後、搬送ロボット１５０が搬送ハンド１５１ｂを処理チャンバー６から退出させて処理後の半導体ウェハーＷを搬出する。
【0097】
次に、半導体ウェハーＷの表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定する技術について説明する。典型的には、製品となる半導体ウェハーＷの表面には薄膜が形成されていることが多い。上述した処理対象としている半導体ウェハーＷの表面にも薄膜が形成されて不純物が注入されている。形成されている薄膜の膜種および膜厚によって半導体ウェハーＷの反射率が異なるため、膜種および膜厚に応じた最適な処理条件を設定する必要がある。
【0098】
図１１および図１２は、半導体ウェハーＷの表面に形成された薄膜の膜種および膜厚を特定する手順を示すフローチャートである。図１１に示す手順は熱処理装置１００に半導体ウェハーＷが搬入される前の準備処理であり、図１２に示す手順は熱処理装置１００に半導体ウェハーＷが搬入された後の処理である。
【0099】
まず、準備処理として種々の薄膜についての反射率のシミュレーションを行う（ステップＳ１）。具体的には、シリコンの半導体基板上に種々の膜種および膜厚の薄膜が形成されている場合の反射率をシミュレーターによって個別に求める。シミュレーターは、例えば熱処理装置１００の外部に別途設けられたコンピュータに設けられている。シリコンの半導体基板上に薄膜が形成されているときの反射率は、光の波長、薄膜の膜厚、屈折率および消衰係数から理論的に求めることができる。屈折率および消衰係数は薄膜の膜種および波長に依存する光学定数である。従って、シリコンの半導体基板上に形成されている薄膜の膜種および膜厚を指定すれば、シミュレーターはある波長での反射率を演算によって求めることができる。本実施形態においては、オペレータが薄膜の膜種および膜厚を指定すると、シミュレーターは所定の波長域（例えば、０．１μｍ～１．０μｍ）における波長ごとの反射率を求める。すなわち、シミュレーターは所定の波長域での反射率プロファイル（分光反射率）を求めるのである。なお、膜種および膜厚を指定することなくシミュレーターに演算処理を行わせることにより、シミュレーターは薄膜が形成されていないシリコンの半導体基板（つまり、ベアシリコンウェハー）の反射率プロファイルを求める。
【0100】
図１３は、ステップＳ１のシミュレーションによって得られた反射率プロファイルの例を示す図である。図１３において、実線で示すのは膜厚１００ｎｍのポリシリコンと膜厚１００ｎｍの二酸化ケイ素との多層膜をシリコン基板上に形成したときの反射率プロファイルである。一点鎖線で示すのは膜厚１００ｎｍの二酸化ケイ素の薄膜をシリコン基板上に形成したときの反射率プロファイルである。また、点線で示すのは、薄膜を形成していないベアシリコンウェハーの反射率プロファイルである。図１３では、３種類の反射率プロファイルを例示しているが、さらに種々の薄膜についての反射率プロファイルがシミュレーションによって求められる。ステップＳ１で求められた反射率は、膜厚等のパラメータおよび光学定数から理論的に求められた理論反射率である。
【0101】
次に、ステップＳ１で求められた反射率のデータベースを作成する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、ステップＳ１で求められた反射率プロファイルとシミュレーションの条件として設定した薄膜の膜種および膜厚とを相互に関連付けてデータベースＤＢに登録する。作成されたデータベースＤＢは制御部３の記憶部である磁気ディスク３５に格納される（図１０）。データベースＤＢには、複数の膜種および膜厚の薄膜が形成されたシリコン基板についてシミュレーションによって求められた複数の理論反射率のプロファイルが登録されることとなる。
【0102】
次に、ベアシリコンウェハーの反射率を測定する（ステップＳ３）。具体的には、受渡ロボット１２０がキャリアＣからベアシリコンウェハーを取り出し、アライメント部２３０のアライメントチャンバー２３１に搬入する。アライメントチャンバー２３１では、ベアシリコンウェハーが回転支持部２３７によって支持される。反射率測定部２３２の投光部３００から出射された光はハーフミラー２３６によって反射されてベアシリコンウェハーの表面に入射角０°にて照射される。投光部３００から照射された光はベアシリコンウェハーの表面にて反射され、その反射光はハーフミラー２３６を透過して受光部２３５によって受光される。制御部３は、受光部２３５が受光したベアシリコンウェハーからの反射光の強度を投光部３００が照射した光の強度で除することによってベアシリコンウェハーの表面の反射率を算出する。なお、ベアシリコンウェハーのみを収容した専用のキャリアＣを常時載置するロードポートをインデクサ部１０１に設け、そのキャリアＣからベアシリコンウェハーを搬出して反射率を測定するようにしても良い。また、回転支持部２３７に支持されたベアシリコンウェハーを回転モータ２３８によって回転させつつ当該ベアシリコンウェハーの反射率を測定するようにしても良い。
【0103】
また、投光部３００は、例えば波長域の異なる複数の光源を備えることにより、比較的広い波長域（例えば、０．４μｍ～０．８μｍ）の光を照射する。投光部３００が照射する光の波長域は、フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光の波長域と整合させるのが好ましい。投光部３００がある程度の幅を有する波長域の光を照射することにより、反射率測定部２３２は当該波長域でのベアシリコンウェハーの分光反射率を測定することとなる。ステップＳ１では光学定数等からベアシリコンウェハーの理論反射率を求めていたのに対して、ステップＳ３ではベアシリコンウェハーに実際に光を照射して実測反射率を測定している。
【0104】
次に、制御部３の相関関係取得部３７がベアシリコンウェハーについての理論反射率と実測反射率との相関係数を算定する（ステップＳ４）。一般的には実測反射率は、アライメントチャンバー２３１の構造的な要因や反射率測定部２３２の光学特性に起因して理論反射率と完全には一致しない。ステップＳ４では、ステップＳ１で求められた理論反射率とステップＳ３で測定された実測反射率との相関関係を求めるのである。本実施形態においては、ステップＳ１にて理論的な反射率プロファイルが求められるとともに、ステップＳ３では実測による反射率プロファイルが測定されている。反射率プロファイルは、相応の波長域における波長ごとの反射率を連続的に示したものである。従って、相関関係取得部３７は、波長の関数として相関係数を算定する。具体的には、相関関係取得部３７は、次の式（１）に基づいて理論反射率と実測反射率との相関係数を算定する。
【0105】
【数1】
【0106】
式（１）において、Ｒｉ（ｗ）は波長ｗに依存して決まるベアシリコンウェハーの理論反射率である。一方、Ｒｒ（ｗ）は波長ｗに依存して決まるベアシリコンウェハーの実測反射率である。そして、ｆ（ｗ）は波長ｗに依存する理論反射率と実測反射率との相関係数である。すなわち、相関関係取得部３７は、理論反射率と実測反射率との波長ごとの相関係数を算定して取得するのである。
【0107】
以上説明した図１１に示す手順は、製品となる半導体ウェハーＷの処理に先立って予め行っておく準備処理である。準備処理は、半導体ウェハーＷの処理ごとに行う必要はなく、１回行っておけば足りる処理である。
【0108】
続いて、図１２を参照しつつ、処理対象となる半導体ウェハーＷの表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定する手順について説明する。まず、熱処理装置１００にロットが搬入される（ステップＳ５）。ロットとは、同一条件にて同一内容の処理を行う対象となる１組の半導体ウェハーＷである。具体的には、ロットを構成する複数（本実施形態では２５枚）の半導体ウェハーＷがキャリアＣに収容された状態でインデクサ部１０１のロードポート１１０に載置される。
【0109】
次に、キャリアＣに収容されている半導体ウェハーＷの反射率を測定する（ステップＳ６）。処理対象となる半導体ウェハーＷの反射率を測定する手法は上述したベアシリコンウェハーの反射率を測定する手法と同じである。すなわち、受渡ロボット１２０がキャリアＣから半導体ウェハーＷを取り出し、アライメント部２３０のアライメントチャンバー２３１に搬入する。アライメントチャンバー２３１では、半導体ウェハーＷが回転支持部２３７によって支持される。反射率測定部２３２の投光部３００から出射された光はハーフミラー２３６によって反射されて半導体ウェハーＷの表面に入射角０°にて照射される。投光部３００から照射された光は半導体ウェハーＷの表面にて反射され、その反射光はハーフミラー２３６を透過して受光部２３５によって受光される。制御部３は、受光部２３５が受光した半導体ウェハーＷからの反射光の強度を投光部３００が照射した光の強度で除することによって半導体ウェハーＷの表面の反射率を算出する。
【0110】
また、上記と同様に、投光部３００がある程度幅を有する波長域の光を照射することにより、反射率測定部２３２は当該波長域での半導体ウェハーＷの分光反射率を測定する。ステップＳ６にて測定される反射率も投光部３００から実際に光を照射して取得する半導体ウェハーＷの実測反射率である。
【0111】
次に、制御部３の反射率算定部３１が処理対象となる半導体ウェハーＷについて測定された実測反射率から当該半導体ウェハーＷの理論反射率を算定する（ステップＳ７）。反射率算定部３１は、ステップＳ６で測定された半導体ウェハーＷの実測反射率にステップＳ４で求められた相関係数ｆ（ｗ）を乗じて半導体ウェハーＷの理論反射率を算定する。ステップＳ６では半導体ウェハーＷの分光反射率が測定され、相関係数ｆ（ｗ）は理論反射率と実測反射率との波長ごとの相関係数であるため、ステップＳ７では波長ごとに半導体ウェハーＷの理論反射率が算定される。すなわち、ステップＳ７では半導体ウェハーＷの分光理論反射率が算定されることとなる。
【0112】
半導体ウェハーＷの実測反射率から理論反射率が算定された後、制御部３の特定部３６が半導体ウェハーＷの表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定する（ステップＳ８）。特定部３６は、ステップＳ７で求められた半導体ウェハーＷの理論反射率に基づいて半導体ウェハーＷの表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定する。
【0113】
ステップＳ７では、半導体ウェハーＷの分光理論反射率、つまり半導体ウェハーＷの理論反射率のプロファイルが求められる。従って、特定部３６は、複数の理論反射率のプロファイルが登録されているデータベースＤＢに対してステップＳ７で求められた半導体ウェハーＷの理論反射率のプロファイルのパターンマッチングを行って薄膜の膜種および膜厚を特定することができる。より具体的には、データベースＤＢに登録されている複数の理論反射率のプロファイルからステップＳ７で求められた半導体ウェハーＷの理論反射率のプロファイルの形状に近似するものを特定部３６が抽出する。抽出された理論反射率のプロファイルはデータベースＤＢにて薄膜の膜種および膜厚と関連付けられている。特定部３６は、その薄膜の膜種および膜厚を半導体ウェハーＷの表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚として特定する。特定部３６によって特定された薄膜の膜種および膜厚は表示部３４に表示するようにしても良い。
【0114】
ところで、製品として処理対象となる半導体ウェハーＷには薄膜とともにパターンが形成されていることも多い。パターンが形成されている場合には、そのパターンが実測反射率のプロファイルに影響を与えることがある。実測反射率に与える薄膜の影響とパターンの影響とを分離することは困難である。従って、パターンが形成されている半導体ウェハーＷの実測反射率から算定された理論反射率は、パターンが形成されていないことを前提にしてシミュレーションによって求められた理論反射率と乖離することもある。
【0115】
本実施形態においては、パターンが形成されている半導体ウェハーＷについては、仮想的にパターンが形成されていないとしてステップＳ８で特定された膜種および膜厚の薄膜に相当する薄膜が形成されているものとみなす。例えば、パターンが形成されている半導体ウェハーＷの実測反射率から算定された理論反射率のプロファイルが図１３の一点鎖線のプロファイルに近い場合には、その半導体ウェハーＷの表面には膜厚１００ｎｍの二酸化ケイ素の薄膜が形成されているものとみなす。このようにすると、パターンが形成されている半導体ウェハーＷの場合、実際に形成されている薄膜の膜種および膜厚と上記のようにして形成されているものとみなされた薄膜の膜種および膜厚とが相違することもある。しかし、最終的な目的は、最適なレシピを選択して処理条件を設定することであり、実際に形成されている薄膜と形成されているものとみなされた薄膜とが異なっていたとしても、それらが同じような分光理論反射率の傾向を示すのであれば、形成されているものとみなされた薄膜に最適な処理条件を設定しても支障はない。
【0116】
次に、制御部３の条件決定部３８がステップＳ８で特定された薄膜の膜種および膜厚に基づいて半導体ウェハーＷに対する処理条件を決定する（ステップＳ９）。具体的には、予めフラッシュ加熱時の半導体ウェハーＷの目標温度（上述した処理温度Ｔ２）が設定されており、条件決定部３８がステップＳ８で特定された薄膜の膜種および膜厚に基づいて半導体ウェハーＷの表面温度が目標温度に過不足無く到達するような最適なレシピを選択する。レシピとは、半導体ウェハーＷに対する熱処理の処理手順および処理条件を規定したものである。処理条件は、例えばフラッシュランプＦＬに電力を供給するコンデンサーの充電電圧およびフラッシュランプＦＬの照射時間等を含む。すなわち、条件決定部３８は、ステップＳ８で特定された薄膜の膜種および膜厚に基づいて最適な処理条件を決定するのである。なお、パターンが形成されている半導体ウェハーＷについては、ステップＳ８にて形成されているものとみなされた薄膜の膜種および膜厚に基づいて処理条件を決定する。
【0117】
このようにして決定された処理条件に従って熱処理装置１００にて半導体ウェハーＷに対する熱処理が実行される。これにより、半導体ウェハーＷを目標温度に加熱して適切な処理を行うことができる。
【0118】
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に実際に光を照射して測定した実測反射率から理論反射率を算定し、その理論反射率に基づいて半導体ウェハーＷの表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を特定している。すなわち、熱処理装置１００に搬入された半導体ウェハーＷの反射率を測定することによって薄膜の膜種および膜厚を特定しているので、熱処理装置１００に半導体ウェハーＷが搬入された後であっても半導体ウェハーＷの表面に形成されている薄膜の膜種および膜厚を確認することができる。
【0119】
また、本実施形態においては、実測反射率および理論反射率ともに波長ごとの反射率を連続的に示した反射率プロファイル（分光反射率）として処理している。反射率を単一の値（例えば、平均値）で扱うのに比較して反射率プロファイルで表現すればより正確に半導体ウェハーＷの表面の反射状態を示すことができる。特に、フラッシュランプＦＬの放射分光分布は可視光域が強いものの紫外域から近赤外域までの比較的広範囲にわたっている。従って、実測反射率および理論反射率を反射率プロファイルで表現して処理することにより、フラッシュランプＦＬの放射分光分布にも対応したより適切な処理条件を決定することができる。
【0120】
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、ベアシリコンウェハーの実測反射率と理論反射率とから相関係数を算定していたが、これに限定されるものではなく、シミュレーションによって予め理論反射率が既知となっているウェハー（基準基板）の実測反射率と理論反射率とから相関係数を算定するようにしても良い。
【0121】
また、熱処理装置１００に搬入されたロットを構成する全ての半導体ウェハーＷについて順次にアライメントチャンバー２３１に搬送して反射率を測定してから一旦キャリアＣに戻し、全ての半導体ウェハーＷについて図１２に示す手順の処理を実行してから熱処理を開始するようにしても良い。或いは、ロットを構成する半導体ウェハーＷをアライメントチャンバー２３１に搬送して反射率を測定するごとに図１２に示す手順の処理を実行し、その半導体ウェハーＷをアライメントチャンバー２３１から処理チャンバー６に搬送して熱処理を行うようにしても良い。
【0122】
また、ステップＳ９では、条件決定部３８がレシピを選択した後に、そのレシピに規定されている処理条件を特定された薄膜の膜種および膜厚に基づいて最適な値に修正するようにしても良い。
【0123】
また、ステップＳ８では、半導体ウェハーＷの理論反射率のプロファイルに基づいて理論的計算によって薄膜の膜種および膜厚を特定するようにしても良い。
【0124】
また、ステップＳ８で特定された薄膜の膜種および膜厚が予定されているものとは異なっていた場合には、アラームを発報するようにしても良い。
【0125】
また、上記実施形態においては、反射率測定部２３２をアライメントチャンバー２３１に設けていたが、これに限定されるものではなく、反射率測定部２３２を半導体ウェハーＷの搬送経路上の任意の位置（例えば、第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１）に設けるようにしても良い。
【0126】
また、上記実施形態においては、フラッシュランプハウス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、ハロゲンランプハウス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。
【0127】
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）を連続点灯ランプとして用いて予備加熱を行うようにしても良い。
【0128】
また、熱処理装置１００によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。
【符号の説明】
【0129】
３ 制御部
４ ハロゲンランプハウス
５ フラッシュランプハウス
６ 処理チャンバー
７ 保持部
１０ 移載機構
３１ 反射率算定部
３３ 入力部
３４ 表示部
３５ 磁気ディスク
３６ 特定部
３７ 相関関係取得部
３８ 条件決定部
６５ 熱処理空間
７４ サセプタ
１００ 熱処理装置
１０１ インデクサ部
１２０ 受渡ロボット
１３０，１４０ 冷却部
１５０ 搬送ロボット
１５１ａ，１５１ｂ 搬送ハンド
１６０ 熱処理部
２３１ アライメントチャンバー
２３２ 反射率測定部
ＤＢ データベース
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
４ ハロゲンランプハウス
５ フラッシュランプハウス
６ 処理チャンバー
７ 保持部
１０ 移載機構
３１ 反射率算定部
３３ 入力部
３４ 表示部
３５ 磁気ディスク
３６ 特定部
３７ 相関関係取得部
３８ 条件決定部
６５ 熱処理空間
７４ サセプタ
１００ 熱処理装置
１０１ インデクサ部
１２０ 受渡ロボット
１３０，１４０ 冷却部
１５０ 搬送ロボット
１５１ａ，１５１ｂ 搬送ハンド
１６０ 熱処理部
２３１ アライメントチャンバー
２３２ 反射率測定部
ＤＢ データベース
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】