特許 7508303 熱処理方法

(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】2024-06-21

(45)【発行日】2024-07-01

(54)【発明の名称】熱処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/26 20060101AFI20240624BHJP

【ＦＩ】

H01L21/26 T

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020130373

(22)【出願日】2020-07-31

(65)【公開番号】P2022026758

(43)【公開日】2022-02-10

【審査請求日】2023-06-20

(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】大森 麻央

(72)【発明者】

【氏名】布施 和彦

【審査官】正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０４３２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００９０９４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－２０７０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３５８２３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１５９７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８４６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００７６０６１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に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、
処理対象基板がチャンバー内に搬入される前に複数のダミーウェハーを順次に前記チャンバー内に搬入してサセプタに載置する搬入工程と、
前記複数のダミーウェハーのうち第１群のダミーウェハーのそれぞれの裏面に連続点灯ランプから光を照射して当該ダミーウェハーを第１加熱温度に加熱した後に、当該ダミー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ダミーウェハーを加熱する第１予熱工程と、
前記第１予熱工程の後、前記複数のダミーウェハーのうち第２群のダミーウェハーのそれぞれの裏面に前記連続点灯ランプから光を照射して当該ダミーウェハーを前記第１加熱温度よりも低温の第２加熱温度に加熱した後に、当該ダミーウェハーの表面に前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射して当該ダミーウェハーを加熱する第２予熱工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。

【請求項2】

請求項１記載の熱処理方法において、
前記連続点灯ランプが消灯してから所定時間が経過した時点での前記複数のダミーウェハーのそれぞれの裏面温度を判定温度として測定する裏面温度測定工程をさらに備え、
前記第２予熱工程は、前記第１群のダミーウェハーについて測定された前記判定温度が目標温度に対する所定範囲内に入った後に開始され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、
前記連続点灯ランプが消灯してから所定時間が経過した時点での前記チャンバー内の雰囲気温度を判定温度として測定する雰囲気温度測定工程をさらに備え、
前記第２予熱工程は、前記第１群のダミーウェハーについて測定された前記判定温度が目標温度に対する所定範囲内に入った後に開始されることを特徴とする熱処理方法。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記第２加熱温度は、前記処理対象基板に前記連続点灯ランプから光を照射して当該処理対象基板を加熱するときの温度であることを特徴とする熱処理方法。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記第１加熱温度は前記第２加熱温度よりも５℃以上１００℃以下高温であることを特徴とする熱処理方法。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記第１予熱工程では、前記第１加熱温度を段階的に引き下げることを特徴とする熱処理方法。

【請求項7】

請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱処理方法において、
第１群のダミーウェハーは１枚以上１０枚以下であることを特徴とする熱処理方法。

【請求項8】

請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱処理方法において、
第２群のダミーウェハーは１枚以上１０枚以下であることを特徴とする熱処理方法。

【請求項9】

基板に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、
処理対象基板がチャンバー内に搬入される前に複数のダミーウェハーを順次に前記チャンバー内に搬入してサセプタに載置する搬入工程と、
前記複数のダミーウェハーのうち第１群のダミーウェハーのそれぞれの裏面に連続点灯ランプから光を照射した後に、当該ダミー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ダミーウェハーを第１加熱温度に加熱する第１予熱工程と、
前記第１予熱工程の後、前記複数のダミーウェハーのうち第２群のダミーウェハーのそれぞれの裏面に前記連続点灯ランプから光を照射した後に、当該ダミーウェハーの表面に前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射して当該ダミーウェハーを前記第１加熱温度よりも低温の第２加熱温度に加熱する第２予熱工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウェハー等の薄板状精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）に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】

典型的には、熱処理に限らず半導体ウェハーの処理はロット（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）単位で行われる。枚葉式の基板処理装置では、ロットを構成する複数枚の半導体ウェハーに対して連続して順次に処理が行われる。フラッシュランプアニール装置においても、ロットを構成する複数の半導体ウェハーが１枚ずつチャンバーに搬入されて順次に熱処理が行われる。

【0006】

ところが、ロットを構成する複数の半導体ウェハーを順次に処理する過程で半導体ウェハーを保持するサセプタ等のチャンバー内構造物の温度が変化することがある。このような現象は、暫く稼働停止状態にあったフラッシュランプアニール装置にて新たに処理を開始する場合や半導体ウェハーの処理温度等の処理条件を変化させた場合に生じる。ロットの複数の半導体ウェハーを処理する過程でサセプタ等のチャンバー内構造物の温度が変化すると、ロットの初期の半導体ウェハーと後半の半導体ウェハーとで処理時の温度履歴が異なるという問題が生じる。

【0007】

このような問題を解決するために、ロットを構成するプロダクトウェハーの処理を開始する前に、処理対象ではないダミーウェハーをチャンバー内に搬入してサセプタに支持し、処理対象のロットと同一条件にて加熱処理を行うことにより、事前にサセプタ等のチャンバー内構造物を安定温度にまで昇温しておくことが行われていた（ダミーランニング）。特許文献１には、１０枚程度のダミーウェハーに加熱処理を行ってサセプタ等のチャンバー内構造物の温度を処理時の安定温度に到達させることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１７－０９２１０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

製品となるプロダクトウェハーの処理を行う前に、複数枚のダミーウェハーを消費してダミーランニングを行うことは、ランニングコストを上昇させるとともに、生産効率を低下させることにも繋がる。このため、可能な限りダミーランニングにて消費するダミーウェハーの枚数を低減してダミーランニングの時間を短縮することが強く求められている。

【0010】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、短時間で効率良くチャンバー内の温度を安定化させることができる熱処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に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、処理対象基板がチャンバー内に搬入される前に複数のダミーウェハーを順次に前記チャンバー内に搬入してサセプタに載置する搬入工程と、前記複数のダミーウェハーのうち第１群のダミーウェハーのそれぞれの裏面に連続点灯ランプから光を照射して当該ダミーウェハーを第１加熱温度に加熱した後に、当該ダミー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ダミーウェハーを加熱する第１予熱工程と、前記第１予熱工程の後、前記複数のダミーウェハーのうち第２群のダミーウェハーのそれぞれの裏面に前記連続点灯ランプから光を照射して当該ダミーウェハーを前記第１加熱温度よりも低温の第２加熱温度に加熱した後に、当該ダミーウェハーの表面に前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射して当該ダミーウェハーを加熱する第２予熱工程と、を備えることを特徴とする。

【0012】

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記連続点灯ランプが消灯してから所定時間が経過した時点での前記複数のダミーウェハーのそれぞれの裏面温度を判定温度として測定する裏面温度測定工程をさらに備え、前記第２予熱工程は、前記第１群のダミーウェハーについて測定された前記判定温度が目標温度に対する所定範囲内に入った後に開始されることを特徴とする。

【0013】

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、前記連続点灯ランプが消灯してから所定時間が経過した時点での前記チャンバー内の雰囲気温度を判定温度として測定する雰囲気温度測定工程をさらに備え、前記第２予熱工程は、前記第１群のダミーウェハーについて測定された前記判定温度が目標温度に対する所定範囲内に入った後に開始されることを特徴とする。

【0014】

また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記第２加熱温度は、前記処理対象基板に前記連続点灯ランプから光を照射して当該処理対象基板を加熱するときの温度であることを特徴とする。

【0015】

また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記第１加熱温度は前記第２加熱温度よりも５℃以上１００℃以下高温であることを特徴とする。

【0016】

また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記第１予熱工程では、前記第１加熱温度を段階的に引き下げることを特徴とする。

【0017】

また、請求項７の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係る熱処理方法において、第１群のダミーウェハーは１枚以上１０枚以下であることを特徴とする。

【0018】

また、請求項８の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係る熱処理方法において、第２群のダミーウェハーは１枚以上１０枚以下であることを特徴とする。

【0019】

また、請求項９の発明は、基板に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、処理対象基板がチャンバー内に搬入される前に複数のダミーウェハーを順次に前記チャンバー内に搬入してサセプタに載置する搬入工程と、前記複数のダミーウェハーのうち第１群のダミーウェハーのそれぞれの裏面に連続点灯ランプから光を照射した後に、当該ダミー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ダミーウェハーを第１加熱温度に加熱する第１予熱工程と、前記第１予熱工程の後、前記複数のダミーウェハーのうち第２群のダミーウェハーのそれぞれの裏面に前記連続点灯ランプから光を照射した後に、当該ダミーウェハーの表面に前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射して当該ダミーウェハーを前記第１加熱温度よりも低温の第２加熱温度に加熱する第２予熱工程と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

請求項１から請求項８の発明によれば、複数のダミーウェハーのうち第１群のダミーウェハーのそれぞれの裏面に連続点灯ランプから光を照射して当該ダミーウェハーを第１加熱温度に加熱した後に、第２群のダミーウェハーのそれぞれの裏面に連続点灯ランプから光を照射して当該ダミーウェハーを第１加熱温度よりも低温の第２加熱温度に加熱するため、ダミーウェハーを高温に加熱した後に低温に加熱することとなり、短時間で効率良くチャンバー内の温度を安定化させることができる。

【0021】

特に、請求項４の発明によれば、前記第２加熱温度は、前記処理対象基板に前記連続点灯ランプから光を照射して当該処理対象基板を加熱するときの温度であるため、チャンバー内の温度を処理対象基板を処理するときの温度に安定化させることができる。

【0022】

請求項９の発明によれば、複数のダミーウェハーのうち第１群のダミーウェハーのそれぞれにフラッシュ光を照射して当該ダミーウェハーを第１加熱温度に加熱した後に、第２群のダミーウェハーのそれぞれにフラッシュ光を照射して当該ダミーウェハーを第１加熱温度よりも低温の第２加熱温度に加熱するため、ダミーウェハーを高温に加熱した後に低温に加熱することとなり、短時間で効率良くチャンバー内の温度を安定化させることができる。

【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】ダミー処理時における１枚のダミーウェハーの温度変化を示す図である。

【図9】本実施形態におけるダミー処理の手順を示すフローチャートである。

【図10】第１実施形態のダミー処理時の複数のダミーウェハーの温度変化を示す図である。

【図11】判定温度の推移を示す図である。

【図12】第２実施形態のダミー処理時の複数のダミーウェハーの温度変化を示す図である。

【図13】第３実施形態のダミー処理時の複数のダミーウェハーの温度変化を示す図である。

【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】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る熱処理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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

また、チャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に処理ガスを供給するガス供給孔８１が形設されている。ガス供給孔８１は、凹部６２よりも上側位置に形設されており、反射リング６８に設けられていても良い。ガス供給孔８１はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８２を介してガス供給管８３に連通接続されている。ガス供給管８３は処理ガス供給源８５に接続されている。また、ガス供給管８３の経路途中にはバルブ８４が介挿されている。バルブ８４が開放されると、処理ガス供給源８５から緩衝空間８２に処理ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した処理ガスは、ガス供給孔８１よりも流体抵抗の小さい緩衝空間８２内を拡がるように流れてガス供給孔８１から熱処理空間６５内へと供給される。処理ガスとしては、例えば窒素（Ｎ_２）等の不活性ガス、または、水素（Ｈ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）等の反応性ガス、或いはそれらを混合した混合ガスを用いることができる（本実施形態では窒素ガス）。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。また、チャンバー６には、温度センサー９５が設けられている。温度センサー９５は、チャンバー６内の雰囲気温度を測定する。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

次に、熱処理装置１における処理動作について説明する。ここではまず、製品となる通常の半導体ウェハー（プロダクトウェハー）Ｗに対する熱処理動作について説明する。以下に説明する半導体ウェハーＷの処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することにより進行する。

【0060】

まず、半導体ウェハーＷの処理に先立って給気のためのバルブ８４が開放されるとともに、排気用のバルブ８９が開放されてチャンバー６内に対する給排気が開始される。バルブ８４が開放されると、ガス供給孔８１から熱処理空間６５に窒素ガスが供給される。また、バルブ８９が開放されると、ガス排気孔８６からチャンバー６内の気体が排気される。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５の上部から供給された窒素ガスが下方へと流れ、熱処理空間６５の下部から排気される。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

半導体ウェハーＷが石英にて形成された保持部７のサセプタ７４によって水平姿勢にて下方より保持された後、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して予備加熱（アシスト加熱）が開始される。ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓６４およびサセプタ７４を透過して半導体ウェハーＷの下面に照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって半導体ウェハーＷが予備加熱されて温度が上昇する。なお、移載機構１０の移載アーム１１は凹部６２の内側に退避しているため、ハロゲンランプＨＬによる加熱の障害となることは無い。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

フラッシュ加熱は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光（閃光）照射により行われるため、半導体ウェハーＷの表面温度を短時間で上昇することができる。すなわち、フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下程度の極めて短く強い閃光である。そして、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの表面温度は、瞬間的に１０００℃以上の処理温度Ｔ２まで上昇した後、急速に下降する。

【0071】

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。

【0072】

ところで、典型的には、半導体ウェハーＷの処理はロット単位で行われる。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。本実施形態の熱処理装置１においても、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に搬入されて加熱処理が行われる。

【0073】

ここで、しばらく処理を行っていなかった熱処理装置１にてロットの処理を開始する場合、概ね室温のチャンバー６にロットの最初の半導体ウェハーＷが搬入されて加熱処理が行われることとなる。このよう場合は、例えばメンテナンス後に熱処理装置１が起動されてから最初のロットを処理する場合や先のロットを処理した後に長時間が経過した場合などである。加熱処理時には、昇温した半導体ウェハーＷからサセプタ７４に熱伝導が生じるため、初期には室温であったサセプタ７４が半導体ウェハーＷの処理枚数が増えるにつれて徐々に蓄熱により昇温することとなる。

【0074】

そして、約１０枚の半導体ウェハーＷの加熱処理が行われたときにサセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度が一定の安定温度に到達する。サセプタ７４の温度が安定温度に到達するまでは、半導体ウェハーＷからのサセプタ７４への伝熱量がサセプタ７４からの放熱量よりも多いため、半導体ウェハーＷの処理枚数が増えるにつれてサセプタ７４の温度が徐々に蓄熱により上昇する。これに対して、サセプタ７４の温度が安定温度に到達した後は、半導体ウェハーＷからサセプタ７４への伝熱量とサセプタ７４からの放熱量とが均衡するため、サセプタ７４の温度は一定の安定温度に維持されることとなる。なお、サセプタ７４等のチャンバー内構造物の安定温度とは、当該構造物を予熱することなく、チャンバー６内にてロットの複数の半導体ウェハーＷに連続して加熱処理を行うことにより、サセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度が上昇して一定となったときの当該構造物の温度である。

【0075】

このように室温のチャンバー６にてロットの処理を開始すると、初期段階では室温近傍のサセプタ７４に半導体ウェハーＷが保持されるのに対して、後半では安定温度に昇温したサセプタ７４に半導体ウェハーＷが保持されることとなる。すなわち、ロットの初期の半導体ウェハーＷと途中からの半導体ウェハーＷとでサセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度が異なることに起因して温度履歴が不均一になるという問題があった。そこで、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の処理を開始する前に、処理対象ではないダミーウェハーをチャンバー６内に搬入して加熱処理を行ってサセプタ７４等のチャンバー内構造物を予熱するダミーランニング（ダミー処理）を実施している。このようなダミー処理は、室温のチャンバー６にてロットの処理を開始する場合のみならず、予備加熱温度Ｔ１や処理温度Ｔ２を変更する場合にも実行される。以下、本実施形態におけるダミー処理について説明する。

【0076】

ダミー処理は、処理対象ではないダミーウェハーをチャンバー６内に搬入してハロゲンランプＨＬからの光照射による加熱処理およびフラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射による加熱処理を行うことによって実行される。ダミーウェハーは、製品となる半導体ウェハーＷと同様の円板形状のシリコンウェハーであり、半導体ウェハーＷと同様のサイズおよび形状を有する。但し、ダミーウェハーには、パターン形成やイオン注入はなされていない。すなわち、ダミーウェハーはいわゆるベアウェハーである。

【0077】

最初に１枚のダミーウェハーに対するダミー処理について簡単に説明する。まず、ダミーウェハーがチャンバー６内に搬入される。ダミーウェハーのチャンバー６内への搬入は上述した半導体ウェハーＷの搬入と同様の手順にて行われる。チャンバー６内に搬入されたダミーウェハーは石英のサセプタ７４に保持される。ダミーウェハーがサセプタ７４に保持された後、ハロゲンランプＨＬの点灯が開始される。ハロゲンランプＨＬから出射された光は石英の下側チャンバー窓６４およびサセプタ７４を透過してダミーウェハーの裏面に照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによってダミーウェハーが加熱されてその温度が上昇する。

【0078】

図８は、ダミー処理時における１枚のダミーウェハーの温度変化を示す図である。同図の縦軸に示すのは、下部放射温度計２０によって測定されるダミーウェハーの裏面の温度である。時刻ｔ１にハロゲンランプＨＬが点灯してダミーウェハーの昇温が開始される。そして、ダミーウェハーの裏面温度が所定温度に到達した時刻ｔ２にフラッシュランプＦＬが発光する。フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光はダミーウェハーの表面に照射される。フラッシュ光照射によってフラッシュ加熱されるダミーウェハーの温度はさらに昇温する。また、昇温したダミーウェハーからの熱伝導および熱輻射によってサセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度も昇温する。

【0079】

フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光の照射時間は上述と同様に０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下程度である。すなわち、フラッシュランプＦＬは、時刻ｔ２に発光するのとほぼ同時に消灯するのである。また、フラッシュランプＦＬが消灯するのと同時にハロゲンランプＨＬも消灯する。フラッシュランプＦＬおよびハロゲンランプＨＬが消灯することによって、ダミーウェハーの温度は急速に降温する。

【0080】

フラッシュランプＦＬおよびハロゲンランプＨＬが消灯してから所定時間（例えば３０秒）が経過した時刻ｔ３のダミーウェハーの裏面温度が下部放射温度計２０によって測定される。時刻ｔ３に下部放射温度計２０によって測定されるダミーウェハーの裏面温度がサセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度が安定化したか否かを判定するための判定温度Ｔａである。判定温度Ｔａが測定された後、当該ダミーウェハーがチャンバー６から搬出される。ダミーウェハーの搬出も上述した半導体ウェハーＷの搬出と同様の手順にて行われる。

【0081】

本実施形態においては、処理対象となるロットの最初の半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入される前に、複数のダミーウェハーを順次にチャンバー６内に搬入して上述のような処理を繰り返して実行する。昇温した複数のダミーウェハーからの熱伝導および熱輻射によってサセプタ７４等のチャンバー内構造物が予熱される。

【0082】

図９は、本実施形態におけるダミー処理の手順を示すフローチャートである。図１０は、第１実施形態のダミー処理時の複数のダミーウェハーの温度変化を示す図である。図１０に示すダミーウェハーの温度も下部放射温度計２０によって測定されるダミーウェハーの裏面の温度である。

【0083】

まず、複数のダミーウェハーのうちの最初のダミーウェハーがチャンバー６内に搬入されてサセプタ７４に保持される。最初のダミーウェハーはハロゲンランプＨＬからの光照射によって第１加熱温度ＴＦに加熱される（ステップＳ１）。そのダミーウェハーの温度が第１加熱温度ＴＦに到達した時点で、当該ダミーウェハーにフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射されて当該ダミーウェハーが第１加熱温度ＴＦからさらに昇温する（ステップＳ２）。昇温したダミーウェハーからの熱伝導および熱輻射によってサセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度も昇温する。

【0084】

次に、フラッシュランプＦＬおよびハロゲンランプＨＬが消灯することによって、最初のダミーウェハーの温度が急速に降温する。そして、フラッシュランプＦＬおよびハロゲンランプＨＬが消灯してから所定時間が経過した時点での当該ダミーウェハーの裏面温度が下部放射温度計２０によって判定温度Ｔａとして測定される（ステップＳ３）。下部放射温度計２０によって測定された判定温度Ｔａは制御部３に伝達される。また、判定温度Ｔａが取得された後、最初のダミーウェハーはチャンバー６から搬出される。

【0085】

制御部３は、判定温度Ｔａが目標温度Ｔｔに対する所定範囲内に入っているか否かを判定する（ステップＳ４）。例えば、目標温度Ｔｔが１５０℃であったとすると、判定温度Ｔａが目標温度Ｔｔに対する±１０％の範囲内（１３５℃から１６５℃の範囲内）に入っているか否かが制御部３によって判定される。

【0086】

判定温度Ｔａが目標温度Ｔｔに対する所定範囲内に入っていない場合には、複数のダミーウェハーのうちの２枚目のダミーウェハーがチャンバー６内に搬入されてステップＳ１～ステップＳ４の処理が繰り返される。そして、２枚目のダミーウェハーの判定温度Ｔａが目標温度Ｔｔに対する所定範囲内に入っていない場合には、さらに３枚目のダミーウェハーがチャンバー６内に搬入されてステップＳ１～ステップＳ４の処理が繰り返される。すなわち、判定温度Ｔａが目標温度Ｔｔに対する所定範囲内に入るまでステップＳ１～ステップＳ４の処理が繰り返されるのである。

【0087】

図１１は、判定温度Ｔａの推移を示す図である。同図の例では、最初のダミーウェハーおよび２枚目のダミーウェハーの判定温度Ｔａは、目標温度Ｔｔに対する所定範囲内（上限温度ＴＵと下限温度ＴＬとの間の範囲内）から外れている。このため、複数のダミーウェハーのうち最初から３枚目までのダミーウェハーに対してはステップＳ１～ステップＳ４の処理が行われる。すなわち、最初から３枚目までのダミーウェハーについては、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって第１加熱温度ＴＦに加熱されるのである。なお、ダミーウェハーの枚数が増えるにつれて判定温度Ｔａが高くなるのは、昇温したダミーウェハーからの熱伝導および熱輻射によってサセプタ７４の温度が次第に上昇し、ダミーウェハーの降温速度が遅くなるためである。

【0088】

一方、判定温度Ｔａが目標温度Ｔｔに対する所定範囲内に入っている場合には、ステップＳ４からステップＳ５に進む。上述の例では、３枚目のダミーウェハーの判定温度Ｔａが目標温度Ｔｔに対する所定範囲内に入っているため、４枚目のダミーウェハーからはステップＳ５に進む。すなわち、４枚目のダミーウェハーはチャンバー６内に搬入されてサセプタ７４に保持された後、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって第２加熱温度ＴＳに加熱される。第２加熱温度ＴＳは第１加熱温度ＴＦよりも低温である。また、第２加熱温度ＴＳは、処理対象となる半導体ウェハーＷに対してハロゲンランプＨＬから光を照射して当該半導体ウェハーＷを加熱するときの温度（つまり予備加熱温度Ｔ１）と等温である。

【0089】

４枚目のダミーウェハーの温度が第２加熱温度ＴＳに到達した時点で、当該ダミーウェハーにフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射されて当該ダミーウェハーが第２加熱温度ＴＳからさらに昇温する（ステップＳ６）。昇温したダミーウェハーからの熱伝導および熱輻射によってサセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度も昇温する。

【0090】

その後、ステップＳ５およびステップＳ６の処理が所定回数実施されたか否かが判定される。そして、ステップＳ５およびステップＳ６の処理が所定回数実施されていない場合には、新たなダミーウェハーに対してステップＳ５およびステップＳ６の処理が繰り返される。本実施形態では、図１０に示すように、４枚目から６枚目のダミーウェハーに対してステップＳ５およびステップＳ６の処理が繰り返して実施される。

【0091】

図１１に示すように、６枚目のダミーウェハーの判定温度Ｔａは目標温度Ｔｔとほぼ等しい。ダミーウェハーの判定温度Ｔａが目標温度Ｔｔと等しいときには、サセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度が安定温度に到達している。換言すれば、目標温度Ｔｔは、サセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度が安定温度となるダミーウェハーの判定温度Ｔａである。目標温度Ｔｔは、処理対象となる半導体ウェハーＷの予備加熱温度Ｔ１および処理温度Ｔ２に依存するパラメータである。予備加熱温度Ｔ１が高くなるほど、また処理温度Ｔ２が高くなるほど目標温度Ｔｔも高くなる。

【0092】

６枚目のダミーウェハーがチャンバー６から搬出された後、処理対象となるロットの最初の半導体ウェハーＷがチャンバー６に搬入されて上述した熱処理動作が実行される。６枚目のダミーウェハーがチャンバー６から搬出された時点では、サセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度が安定温度となっているため、ロットを構成する全ての半導体ウェハーＷについてチャンバー内構造物の温度が一定である。その結果、ロットを構成する全ての半導体ウェハーＷについて温度履歴を均一にすることができる。

【0093】

第１実施形態においては、複数のダミーウェハーのうちの最初から３枚目までのダミーウェハー（第１群のダミーウェハー）については、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって第１加熱温度ＴＦに加熱している。そして、複数のダミーウェハーのうちの４枚目から６枚目までのダミーウェハー（第２群のダミーウェハー）については、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって第２加熱温度ＴＳに加熱している。すなわち、複数のダミーウェハーのうちの最初から数枚のダミーウェハーを高温に加熱した後、その後の数枚のダミーウェハーを相対的に低温（予備加熱温度Ｔ１と等温）に加熱しているのである。集約すれば、ハロゲンランプＨＬから光照射によってダミーウェハーを２段階に加熱している。このようにすれば、最初のダミーウェハーから予備加熱温度Ｔ１と等温に加熱するのに比較して、それよりも高温に加熱された第１群のダミーウェハーによってサセプタ７４等が強く加熱されることとなる。その後、予備加熱温度Ｔ１と等温に加熱された第２群のダミーウェハーによってサセプタ７４等が安定温度に正確に温調されることとなる。その結果、より短時間かつ少ないダミーウェハーの枚数でサセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度を安定温度とすることができる。すなわち、本実施形態のようにすれば、短時間で効率良くチャンバー内の温度を安定化させることができるのである。

【0094】

第１加熱温度ＴＦは第２加熱温度ＴＳよりも５℃以上１００℃以下高温である。例えば、処理対象となる半導体ウェハーＷについての予備加熱温度Ｔ１が７００℃であれば、第２加熱温度ＴＳは予備加熱温度Ｔ１と等温の７００℃であり、第１加熱温度ＴＦは７０５℃以上８００以下である。第１加熱温度ＴＦと第２加熱温度ＴＳとの温度差が５℃未満であると、ダミーウェハーを第１加熱温度ＴＦに加熱したときに、サセプタ７４等を強く加熱する効果が得られない。また、第１加熱温度ＴＦが第２加熱温度ＴＳよりも１００℃を超えて高温であると、サセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度にバラツキが生じる。

【0095】

第１実施形態において、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって第１加熱温度ＴＦにまで加熱するダミーウェハーの枚数は１枚以上１０枚以下である。また、ハロゲンランプＨＬから光照射によって第２加熱温度ＴＳにまで加熱するダミーウェハーの枚数は１枚以上１０枚以下である。使用するダミーウェハーの枚数が少ないほど、短時間でチャンバー内の温度を安定化させることができる。

【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２実施形態の熱処理装置１の構成は第１実施形態と同様である。また、第２実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第１実施形態ではハロゲンランプＨＬから光照射によってダミーウェハーを第１加熱温度ＴＦと第２加熱温度ＴＳとの２段階に加熱していたが、第２実施形態においては第１加熱温度を段階的に引き下げる。

【0097】

図１２は、第２実施形態のダミー処理時の複数のダミーウェハーの温度変化を示す図である。図１２に示すダミーウェハーの温度も下部放射温度計２０によって測定されるダミーウェハーの裏面の温度である。

【0098】

第２実施形態においては、複数のダミーウェハーのうちの最初のダミーウェハーがハロゲンランプＨＬからの光照射によって第１加熱温度ＴＦ１に加熱され、当該ダミーウェハーにフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射される。次に、２枚目のダミーウェハーがハロゲンランプＨＬからの光照射によって第１加熱温度ＴＦ１よりも低い第１加熱温度ＴＦ２に加熱され、当該ダミーウェハーにフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射される。さらに、３枚目のダミーウェハーがハロゲンランプＨＬからの光照射によって第１加熱温度ＴＦ２よりも低い第１加熱温度ＴＦ３に加熱され、当該ダミーウェハーにフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射される。

【0099】

３枚目のダミーウェハーの判定温度Ｔａが目標温度Ｔｔに対する所定範囲内に入っており、４枚目のダミーウェハーはハロゲンランプＨＬからの光照射によって第２加熱温度ＴＳに加熱される。第２加熱温度ＴＳは第１加熱温度ＴＦ３よりも低温である。また、第２実施形態においても、第２加熱温度ＴＳは、処理対象となる半導体ウェハーＷに対してハロゲンランプＨＬから光を照射して当該半導体ウェハーＷを加熱するときの温度（つまり予備加熱温度Ｔ１）と等温である。

【0100】

また、第１加熱温度ＴＦ１，ＴＦ２，ＴＦ３と第２加熱温度ＴＳとの温度差は５℃以上１００℃以下である。例えば、処理対象となる半導体ウェハーＷについての予備加熱温度Ｔ１が７００℃であれば、第２加熱温度ＴＳは予備加熱温度Ｔ１と等温の７００℃であり、第１加熱温度ＴＦ１は８００℃、第１加熱温度ＴＦ２は７４０℃、第１加熱温度ＴＦ３は７１０℃である。

【0101】

４枚目および５枚目のダミーウェハーはハロゲンランプＨＬからの光照射によって第２加熱温度ＴＳに加熱され、それらのダミーウェハーにはフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射される。５枚目のダミーウェハーに対する処理が終了した後、処理対象となるロットの最初の半導体ウェハーＷがチャンバー６に搬入されて上述した熱処理動作が実行される。

【0102】

第２実施形態においては、複数のダミーウェハーのうちの最初から３枚目までのダミーウェハーについては、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって加熱する第１加熱温度を段階的に引き下げている。そして、４枚目以降のダミーウェハーについては、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって第２加熱温度ＴＳに加熱している。すなわち、第１実施形態と同様に、複数のダミーウェハーのうちの最初から数枚のダミーウェハーを高温に加熱した後、その後の数枚のダミーウェハーを相対的に低温に加熱しているのである。このようにしても、最初のダミーウェハーから予備加熱温度Ｔ１と等温に加熱するのに比較して、より短時間かつ少ないダミーウェハーの枚数でサセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度を安定温度とすることができる。すなわち、第２実施形態のようにしても、短時間で効率良くチャンバー内の温度を安定化させることができるのである。

【0103】

また、最初から数枚のダミーウェハーについて第１加熱温度を段階的に引き下げることにより、判定温度Ｔａを徐々に目標温度Ｔｔに近づけてサセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度を安定温度とすることができる。

【0104】

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態の熱処理装置１の構成は第１実施形態と同様である。また、第３実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第１実施形態ではハロゲンランプＨＬから光照射によってダミーウェハーを２段階に加熱していたが、第３実施形態ではフラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によってダミーウェハーを２段階に加熱している。

【0105】

図１３は、第３実施形態のダミー処理時の複数のダミーウェハーの温度変化を示す図である。図１３に示すダミーウェハーの温度は上部放射温度計２５によって測定されるダミーウェハーの表面の温度である。

【0106】

第３実施形態においては、複数のダミーウェハーの全てについてハロゲンランプＨＬからの光照射によって加熱される温度は一定である。そして、複数のダミーウェハーのうち最初から３枚目までのダミーウェハー（第１群のダミーウェハー）については、ハロゲンランプＨＬからの光照射による加熱の後、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によって表面到達温度を第１加熱温度ＴＰにまで加熱している。続く４枚目および５枚目のダミーウェハー（第２群のダミーウェハー）については、ハロゲンランプＨＬからの光照射による加熱の後、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によって表面到達温度を第２加熱温度ＴＱにまで加熱している。第２加熱温度ＴＱは第１加熱温度ＴＰよりも低温である。すなわち、第３実施形態においては、第２群のダミーウェハーに照射するフラッシュ光の強度に比べて第１群のダミーウェハーに照射するフラッシュ光の強度を強くし、フラッシュ光照射時の第１群のダミーウェハーの表面到達温度を第２群のダミーウェハーの表面到達温度よりも高くなるようにしている。

【0107】

このようにすれば、高温に加熱された第１群のダミーウェハーによってサセプタ７４等が強く加熱されることとなる。その結果、第１実施形態と同様に、より短時間かつ少ないダミーウェハーの枚数で効率良くサセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度を安定温度とすることができる。

【0108】

＜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実施形態では、下部放射温度計２０によって測定されるダミーウェハーの裏面温度を判定温度Ｔａとしていたが、判定温度はダミーウェハーの裏面温度に限定されるものではなく、チャンバー６内の雰囲気温度を判定温度として測定するようにしても良い。具体的には、まずハロゲンランプＨＬからの光照射によってダミーウェハーを第１加熱温度ＴＦに加熱し、そのダミーウェハーにフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射する。この処理時にフラッシュランプＦＬおよびハロゲンランプＨＬが消灯してから所定時間が経過した時点でのチャンバー６内の雰囲気温度が温度センサー９５によって判定温度として測定される。そして、その判定温度が目標温度に対する所定範囲内に入った後に、ハロゲンランプＨＬからの光照射によってダミーウェハーを第２加熱温度ＴＳに加熱する。このようにしても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0109】

また、目標温度Ｔｔは、処理対象となる半導体ウェハーＷの予備加熱温度Ｔ１および処理温度Ｔ２に依存するパラメータであり、予備加熱温度Ｔ１および処理温度Ｔ２から求められる。この際に、予備加熱温度Ｔ１および処理温度Ｔ２と目標温度Ｔｔとを機械学習によって記憶し、新たな予備加熱温度Ｔ１等に基づいて目標温度Ｔｔを求めるようにしても良い。

【0110】

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。

【0111】

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。

【0112】

また、熱処理装置１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】

【0113】

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
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 温度センサー
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】