JP2008159994A

JP2008159994A - 熱処理装置

Info

Publication number: JP2008159994A
Application number: JP2006349376A
Authority: JP
Inventors: Toru Kuroiwa; 徹黒岩
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2008-07-10

Abstract

【課題】容易にかつ確実にキャリブレーション作業を行うことができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】半導体ウェハーＷの位置決めを行うアライメント部１３０の天井部分には光の投受光を行う測定光学系を固定設置し、底部には回転機能を有するウェハ保持部を設ける。アライメント部１３０の直下には標準ウェハーＢＷを格納する標準ウェハー格納部が配置されている。適当なタイミングにて受渡ロボット１２０が標準ウェハー格納部から標準ウェハーＢＷを取り出してアライメント部１３０に搬送する。アライメント部１３０では、測定光学系から標準ウェハーＢＷに光を照射して反射強度を取得し、処理対象半導体ウェハーＷの反射強度との相対比較の基準値として設定しなおし、キャリブレーション作業を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）に対して光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理装置、特に基板にフラッシュ光を照射する熱処理装置に関する。

従来より、イオン注入後の半導体ウェハーのイオン活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したランプアニール装置が一般的に使用されていた。このようなランプアニール装置においては、半導体ウェハーを、例えば、１０００℃ないし１１００℃程度の温度に加熱（アニール）することにより、半導体ウェハーのイオン活性化を実行している。そして、このような熱処理装置においては、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用することにより、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する構成となっている。

一方、近年、半導体デバイスの高集積化が進展し、ゲート長が短くなるにつれて接合深さも浅くすることが望まれている。しかしながら、毎秒数百度程度の速度で半導体ウェハーを昇温する上記ランプアニール装置を使用して半導体ウェハーのイオン活性化を実行した場合においても、半導体ウェハーに打ち込まれたボロンやリン等のイオンが熱によって深く拡散するという現象が生ずることが判明した。このような現象が発生した場合においては、接合深さが要求よりも深くなり過ぎ、良好なデバイス形成に支障が生じることが懸念される。

このため、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閃光を照射することにより、イオンが注入された半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間（数ミリセカンド以下）に昇温させる技術が提案されている。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閃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、数ミリセカンド以下の極めて短時間の閃光照射であれば、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。このため、フラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、イオンを深く拡散させることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。

ところが、フラッシュランプを使用した熱処理装置では極めて短時間に非常に巨大な光エネルギーをウェハー表面に照射するため、その表面温度が急速に上昇し、ウェハーの表面のみが急激に膨張することとなる。そして、フラッシュランプから照射するエネルギーが過剰であると、表面のみが急激に膨張した結果ウェハー表面にスリップが生じたり、最悪の場合ウェハー割れが生じることも判明している。一方、照射エネルギーが少ないとイオン活性化を行うことができない。従って、フラッシュランプから照射する光エネルギーの範囲を適正化することが重要となる。

一般に、照射時間が極めて短いフラッシュランプの場合、半導体ウェハーの温度測定結果に基づくランプ出力のフィードバック制御は不可能であるため、パターン形成のなされていないベアウェハーにイオン注入を行い、そのウェハーに実際に光照射を行ってから処理後の特性（例えばシート抵抗値等）を測定し、その結果に基づいてフラッシュランプから照射される光エネルギーを調整するようにしている。

しかしながら、実際に処理対象となるウェハーはパターン形成がなされたものであり、無地のベアウェハーとは光吸収特性が異なることが多い。通常、同じエネルギーの光を照射したとしても、パターン形成のなされたウェハーの方がベアウェハーよりも多くの光エネルギーを吸収する傾向にある。このため、ベアウェハーにて照射エネルギーの適正化を行ったとしても、実際に処理するウェハーではより多くの光エネルギーを吸収した結果ウェハー割れが生じたりするという問題が発生していた。これを防止するためには、ベアウェハーでの適正照射エネルギー値に対して処理対象のウェハー毎に補正を行わなければならない。

このような課題を解決するために、特許文献１には、フラッシュ加熱を行うのに先立って、反射率が既知の標準ウェハー、パターン形成がなされていない無地ウェハー（例えば、ベアウェハー）および実際に処理対象となる半導体ウェハーの反射強度を測定して無地ウェハーが吸収した光エネルギー値および処理対象ウェハーが吸収した光エネルギー値を算出し、それらに基づいて無地ウェハーに対する処理対象ウェハーの光エネルギー吸収比率を算出し、その値と無地ウェハーに照射する光の適正エネルギー値とから処理対象ウェハーに照射すべき適正エネルギー値を算出する技術が開示されている。

特開２００５−３９２１３号公報

特許文献１に開示されている手法では、要するに、パターン形成がなされていない無地ウェハーの反射強度を基準値とし、その基準値と処理対象ウェハーの反射強度との相対的な比較結果に基づいて処理対象ウェハーに照射すべき適正エネルギー値を算出している。このような基準値との相対比較によって演算を行う装置においては、例えば反射強度測定用光源の経年劣化等の経時的変動要因に対応するために、定期的に無地ウェハーの反射強度を測定してそれを基準値として記憶しなおす必要がある（いわゆるキャリブレーション）。

しかしながら、キャリブレーション作業を行うときには、その都度無地ウェハーを清浄な格納容器に収納した状態で装置に渡さなければならず、このために装置の実稼働プロセス（処理対象ウェハーの処理）に障害を与えることもあった。また、キャリブレーション用の無地ウェハーは同一のものを使用し続けることが望ましいため、そのためのウェハー管理、保管も負担の大きな作業となっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、容易にかつ確実にキャリブレーション作業を行うことができる熱処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、処理対象基板に対して光を照射することによって当該処理対象基板を加熱する熱処理装置において、照射する光の適正エネルギー値が既知である標準基板を格納する標準基板格納部と、チャンバー内の基板保持部に保持された前記標準基板に投受光部から光を照射したときの反射光を前記投受光部によって受光することにより得られる当該反射光の強度および前記基板保持部に保持された処理対象基板に前記投受光部から光を照射したときの反射光を前記投受光部によって受光することにより得られる当該反射光の強度から前記標準基板に対する前記処理対象基板の光エネルギー吸収比率を算定する吸収比率測定部と、前記標準基板に照射する光の適正エネルギー値および前記吸収比率測定部によって求められた光エネルギー吸収比率に基づいて前記処理対象基板に照射する光の適正エネルギー値を算定し、ランプから当該適正エネルギー値にて前記処理対象基板に光を照射する加熱部と、光エネルギー吸収比率を算定するときに前記標準基板格納部から前記吸収比率測定部に前記標準基板を搬送して前記基板保持部に載置するとともに、光エネルギー吸収比率の算定後に前記基板保持部から前記標準基板を取り出して前記標準基板格納部に帰還させる搬送手段と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、未処理の処理対象基板を装置内に搬入するとともに処理済みの処理対象基板を装置外に搬出するためのインデクサ部をさらに備え、前記標準基板格納部を前記インデクサ部に配置することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記加熱部にて加熱された基板を冷却する冷却部をさらに備え、前記標準基板格納部と前記冷却部とを積層して配置することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、未処理の処理対象基板の位置決めを行うアライメント部をさらに備え、前記吸収比率測定部を前記アライメント部に設けるとともに、前記標準基板格納部と前記アライメント部とを積層して配置することを特徴とする。

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装置において、前記加熱部は、コンデンサーに充電された電荷を放電管内で放電することによって生じるフラッシュ光をフラッシュランプから照射して処理対象基板を加熱し、前記コンデンサーの充電時間に、前記搬送手段が前記標準基板格納部から前記吸収比率測定部に前記標準基板を搬送し、前記吸収比率測定部が前記標準基板に前記投受光部から光を照射して前記標準基板の反射光強度を取得することを特徴とする。

また、請求項６の発明は、処理対象基板に対して光を照射することによって当該処理対象基板を加熱する熱処理装置において、標準基板を格納する標準基板格納部と、前記標準基板に光を照射したときの反射光の強度および処理対象基板に光を照射したときの反射光の強度から前記標準基板に対する前記処理対象基板の反射光強度比を算定する反射強度比測定部と、ランプから前記処理対象基板に光を照射する加熱部と、前記標準基板格納部と前記反射強度比測定部との間で前記標準基板を搬送する搬送手段と、を備えることを特徴とする。

請求項１から請求項５の発明によれば、照射する光の適正エネルギー値が既知である標準基板を格納する標準基板格納部を装置内に設けているため、容易にかつ確実にキャリブレーション作業を行うことができる。

また、特に請求項４の発明によれば、吸収比率測定部をアライメント部に設けるとともに、標準基板格納部とアライメント部とを積層して配置するため、標準基板の搬送距離が短くなり搬送に要する時間を短縮することができる。

また、特に請求項５の発明によれば、コンデンサーの充電時間に、標準基板格納部から吸収比率測定部に標準基板を搬送し、標準基板に光を照射して標準基板の反射光強度を取得するため、処理対象基板の処理の障害となるのを防止することができる。

また、請求項６の発明によれば、標準基板を格納する標準基板格納部を装置内に設けているため、容易にかつ確実にキャリブレーション作業を行うことができる。

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。

＜１．熱処理装置の全体構成＞
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。なお、図１および図２においては適宜部分的に断面図としており、細部については適宜簡略化している。また、図１，２および以降の各図においては、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直交座標系を必要に応じて付している。

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１３０、加熱処理後の半導体ウェハーＷの冷却を行う冷却部（クーラ）１４０、半導体ウェハーＷにフラッシュ加熱処理を施す加熱処理部１６０並びにアライメント部１３０、冷却部１４０および加熱処理部１６０に対して半導体ウェハーＷの搬送を行う搬送ロボット１５０を備える。また、本実施形態の熱処理装置１００は、標準ウェハーＢＷを格納する標準ウェハー格納部１９０を冷却部１４０の下側に備える（図９）。

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）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は当該無人搬送車によってロードポート１１０から持ち去られる。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。

また、受渡ロボット１２０は、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若干の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１３０および冷却部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１３０または冷却部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。

アライメント部１３０は、半導体ウェハーＷを回転させて続くフラッシュ加熱に適切な向きに向ける処理部である。受渡ロボット１２０からアライメント部１３０へは半導体ウェハーＷの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。また、アライメント部１３０は後述の光学測定ユニットを備えており、その光学測定ユニットによって熱処理に供される半導体ウェハーＷの光エネルギー吸収比率等を測定する。

熱処理装置１００の主要部である加熱処理部１６０は、キセノンフラッシュランプＦＬからの閃光（フラッシュ光）を半導体ウェハーＷに照射して加熱処理を行う処理部である。なお、加熱処理部１６０およびアライメント部１３０の構成については後に詳述する。

冷却部１４０は、金属製の冷却プレートの上面に石英板を載置して構成されている。加熱処理部１６０にてフラッシュ加熱処理が施された直後の半導体ウェハーＷは温度が高いため、冷却部１４０にて上記石英板上に載置されて冷却される。

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とともに、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つのリンク機構の末端にはそれぞれ半導体ウェハーＷを保持する搬送アーム１５１ａ，１５１ｂが設けられる。これらの搬送アーム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つの搬送アーム１５１ａ，１５１ｂを昇降移動させる。

また、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を収容する搬送室１７０が設けられており、アライメント部１３０、冷却部１４０および加熱処理部１６０は搬送室１７０に連結されて配置されている。搬送ロボット１５０がアライメント部１３０、加熱処理部１６０または冷却部１４０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、両搬送アーム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アーム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、搬送アーム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。

また、インデクサ部１０１とアライメント部１３０および冷却部１４０との間にはそれぞれゲートバルブ１８１，１８２が設けられ、搬送室１７０とアライメント部１３０、冷却部１４０および加熱処理部１６０との間にはそれぞれゲートバルブ１８３，１８４，１８５が設けられる。そして、アライメント部１３０、冷却部１４０および搬送室１７０の内部が清浄に維持されるようにそれぞれに窒素ガス供給部（図示省略）から高純度の窒素ガスが供給され、余剰の窒素ガスは適宜排気管から排気される。なお、半導体ウェハーＷが搬送される際に適宜これらのゲートバルブが開閉される。

また、アライメント部１３０および冷却部１４０は、インデクサ部１０１と搬送ロボット１５０との間のウェハー搬送経路の往路および復路にそれぞれ位置し、アライメント部１３０では半導体ウェハーＷの位置決めを行うために半導体ウェハーＷが一時的に載置され、冷却部１４０では加熱処理後の半導体ウェハーＷを冷却するために半導体ウェハーＷが一時的に載置される。

＜２．加熱処理部の構成＞
次に、加熱処理部１６０の構成について説明する。図３は、加熱処理部１６０の構成を示す側断面図である。加熱処理部１６０は基板として略円形の半導体ウェハーＷに閃光を照射してその半導体ウェハーＷを加熱する熱処理ユニットである。

加熱処理部１６０は、半導体ウェハーＷを収容する略円筒形状のチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するランプハウス５と、を備える。なお、チャンバー６およびランプハウス５に設けられた各動作機構は、熱処理装置１００に設けられた制御部３によって制御されて半導体ウェハーＷの熱処理を進行する。

チャンバー６は、ランプハウス５の下方に設けられており、略円筒状の内壁を有するチャンバー側部６３、および、チャンバー側部６３の下部を覆うチャンバー底部６２によって構成される。また、チャンバー側部６３およびチャンバー底部６２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。熱処理空間６５の上方は上部開口６０とされており、上部開口６０にはチャンバー窓６１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チャンバー窓６１は、石英により形成された円板形状部材であり、ランプハウス５から出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５に透過する。チャンバー６の本体を構成するチャンバー底部６２およびチャンバー側部６３は、例えば、ステンレススチール等の強度と耐熱性に優れた金属材料にて形成されており、チャンバー側部６３の内側面の上部のリング６３１は、光照射による劣化に対してステンレススチールより優れた耐久性を有するアルミニウム（Ａｌ）合金等で形成されている。

また、熱処理空間６５の気密性を維持するために、チャンバー窓６１とチャンバー側部６３とはＯリングによってシールされている。すなわち、チャンバー窓６１の下面周縁部とチャンバー側部６３との間にＯリングを挟み込むとともに、クランプリング９０をチャンバー窓６１の上面周縁部に当接させ、そのクランプリング９０をチャンバー側部６３にネジ止めすることによって、チャンバー窓６１をＯリングに押し付けている。

チャンバー底部６２には、保持部７を貫通して半導体ウェハーＷをその下面（ランプハウス５からの光が照射される側とは反対側の面）から支持するための複数（本実施の形態では３本）の支持ピン７０が立設されている。支持ピン７０は、例えば石英により形成されており、チャンバー６の外部から固定されているため、容易に取り替えることができる。

チャンバー側部６３は、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６６を有し、搬送開口部６６は、軸６６２を中心に回動するゲートバルブ１８５により開閉可能とされる。チャンバー側部６３における搬送開口部６６とは反対側の部位には熱処理空間６５に処理ガス（例えば、窒素（Ｎ₂）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス、あるいは、酸素（０₂）ガス等）を導入する導入路８１が形成され、その一端は弁８２を介して図示省略の給気機構に接続され、他端はチャンバー側部６３の内部に形成されるガス導入バッファ８３に接続される。また、搬送開口部６６には熱処理空間６５内の気体を排出する排出路８６が形成され、弁８７を介して図示省略の排気機構に接続される。

図４は、チャンバー６をガス導入バッファ８３の位置にて水平面で切断した断面図である。図４に示すように、ガス導入バッファ８３は、図３に示す搬送開口部６６の反対側においてチャンバー側部６３の内周の約１／３に亘って形成されており、導入路８１を介してガス導入バッファ８３に導かれた処理ガスは、複数のガス供給孔８４から熱処理空間６５内へと供給される。

また、加熱処理部１６０は、チャンバー６の内部において半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持しつつフラッシュ光照射前にその保持する半導体ウェハーＷの予備加熱を行う略円板状の保持部７と、保持部７をチャンバー６の底面であるチャンバー底部６２に対して昇降させる保持部昇降機構４と、を備える。図３に示す保持部昇降機構４は、略円筒状のシャフト４１、移動板４２、ガイド部材４３（本実施の形態ではシャフト４１の周りに３本配置される）、固定板４４、ボールネジ４５、ナット４６およびモータ４０を有する。チャンバー６の下部であるチャンバー底部６２には保持部７よりも小さい直径を有する略円形の下部開口６４が形成されており、ステンレススチール製のシャフト４１は、下部開口６４を挿通して、保持部７（厳密には保持部７のホットプレート７１）の下面に接続されて保持部７を支持する。

移動板４２にはボールネジ４５と螺合するナット４６が固定されている。また、移動板４２は、チャンバー底部６２に固定されて下方へと伸びるガイド部材４３により摺動自在に案内されて上下方向に移動可能とされる。また、移動板４２は、シャフト４１を介して保持部７に連結される。

モータ４０は、ガイド部材４３の下端部に取り付けられる固定板４４に設置され、タイミングベルト４０１を介してボールネジ４５に接続される。保持部昇降機構４により保持部７が昇降する際には、駆動部であるモータ４０が制御部３の制御によりボールネジ４５を回転し、ナット４６が固定された移動板４２がガイド部材４３に沿って鉛直方向に移動する。この結果、移動板４２に固定されたシャフト４１が鉛直方向に沿って移動し、シャフト４１に接続された保持部７が図３に示す半導体ウェハーＷの受渡位置と図８に示す半導体ウェハーＷの処理位置との間で滑らかに昇降する。

移動板４２の上面には略半円筒状（円筒を長手方向に沿って半分に切断した形状）のメカストッパ４５１がボールネジ４５に沿うように立設されており、仮に何らかの異常により移動板４２が所定の上昇限界を超えて上昇しようとしても、メカストッパ４５１の上端がボールネジ４５の端部に設けられた端板４５２に突き当たることによって移動板４２の異常上昇が防止される。これにより、保持部７がチャンバー窓６１の下方の所定位置以上に上昇することはなく、保持部７とチャンバー窓６１との衝突が防止される。

また、保持部昇降機構４は、チャンバー６の内部のメンテナンスを行う際に保持部７を手動にて昇降させる手動昇降部４９を有する。手動昇降部４９はハンドル４９１および回転軸４９２を有し、ハンドル４９１を介して回転軸４９２を回転することより、タイミングベルト４９５を介して回転軸４９２に接続されるボールネジ４５を回転して保持部７の昇降を行うことができる。

チャンバー底部６２の下側には、シャフト４１の周囲を囲み下方へと伸びる伸縮自在のベローズ４７が設けられ、その上端はチャンバー底部６２の下面に接続される。一方、ベローズ４７の下端はベローズ下端板４７１に取り付けられている。べローズ下端板４７１は、鍔状部材４１１によってシャフト４１にネジ止めされて取り付けられている。保持部昇降機構４により保持部７がチャンバー底部６２に対して上昇する際にはベローズ４７が収縮され、下降する際にはべローズ４７が伸張される。そして、保持部７が昇降する際にも、ベローズ４７が伸縮することによって熱処理空間６５内の気密状態が維持される。

図５は、保持部７の構成を示す断面図である。保持部７は、半導体ウェハーＷを予備加熱（いわゆるアシスト加熱）するホットプレート（加熱プレート）７１、および、ホットプレート７１の上面（保持部７が半導体ウェハーＷを保持する側の面）に設置されるサセプタ７２を有する。保持部７の下面には、既述のように保持部７を昇降するシャフト４１が接続される。サセプタ７２は石英（あるいは、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）等であってもよい）により形成され、その上面には半導体ウェハーＷの位置ずれを防止するピン７５が設けられる。サセプタ７２は、その下面をホットプレート７１の上面に面接触させてホットプレート７１上に設置される。これにより、サセプタ７２は、ホットプレート７１からの熱エネルギーを拡散してサセプタ７２上面に載置された半導体ウェハーＷに伝達するとともに、メンテナンス時にはホットプレート７１から取り外して洗浄可能とされる。

ホットプレート７１は、ステンレススチール製の上部プレート７３および下部プレート７４にて構成される。上部プレート７３と下部プレート７４との間には、ホットプレート７１を加熱するニクロム線等の抵抗加熱線７６が配設され、導電性のニッケル（Ｎｉ）ロウが充填されて封止されている。また、上部プレート７３および下部プレート７４の端部はロウ付けにより接着されている。

図６は、ホットプレート７１を示す平面図である。図６に示すように、ホットプレート７１は、保持される半導体ウェハーＷと対向する領域の中央部に同心円状に配置される円板状のゾーン７１１および円環状のゾーン７１２、並びに、ゾーン７１２の周囲の略円環状の領域を周方向に４等分割した４つのゾーン７１３〜７１６を備え、各ゾーン間には若干の間隙が形成されている。また、ホットプレート７１には、支持ピン７０が挿通される３つの貫通孔７７が、ゾーン７１１とゾーン７１２との隙間の周上に１２０°毎に設けられる。

６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、相互に独立した抵抗加熱線７６が周回するように配設されてヒータが個別に形成されており、各ゾーンに内蔵されたヒータにより各ゾーンが個別に加熱される。保持部７に保持された半導体ウェハーＷは、６つのゾーン７１１〜７１６に内蔵されたヒータにより加熱される。また、ゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、熱電対を用いて各ゾーンの温度を計測するセンサ７１０が設けられている。各センサ７１０は略円筒状のシャフト４１の内部を通り制御部３に接続される。

ホットプレート７１が加熱される際には、センサ７１０により計測される６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が予め設定された所定の温度になるように、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７６への電力供給量が制御部３により制御される。制御部３による各ゾーンの温度制御はＰＩＤ(Proportional,Integral,Derivative)制御により行われる。ホットプレート７１では、半導体ウェハーＷの熱処理（複数の半導体ウェハーＷを連続的に処理する場合は、全ての半導体ウェハーＷの熱処理）が終了するまでゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が継続的に計測され、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７６への電力供給量が個別に制御されて、すなわち、各ゾーンに内蔵されたヒータの温度が個別に制御されて各ゾーンの温度が設定温度に維持される。なお、各ゾーンの設定温度は、基準となる温度から個別に設定されたオフセット値だけ変更することが可能とされる。

６つのゾーン７１１〜７１６にそれぞれ配設される抵抗加熱線７６は、シャフト４１の内部を通る電力線を介して電力供給源（図示省略）に接続されている。電力供給源から各ゾーンに至る経路途中において、電力供給源からの電力線は、マグネシア（マグネシウム酸化物）等の絶縁体を充填したステンレスチューブの内部に互いに電気的に絶縁状態となるように配置される。なお、シャフト４１の内部は大気開放されている。

次に、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、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。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部材である。ランプハウス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がチャンバー窓６１と相対向することとなる。ランプハウス５は、チャンバー６内にて保持部７に保持される半導体ウェハーＷにランプ光放射窓５３およびチャンバー窓６１を介してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射することにより半導体ウェハーＷを加熱する。

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。

図７は、キセノンフラッシュランプＦＬの駆動回路を示す図である。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９３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）９２と、該ガラス管９２の外周面上に付設されたトリガー電極９１とを備える。コンデンサー９３には、電源ユニット９５によって所定の電圧が印加され、その印加電圧に応じた電荷が充電される。また、コンデンサー９３とガラス管９２の電極とを接続する回路にはコイル９４が設けられている。

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９３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９２内に電気は流れない。しかしながら、トリガースイッチＳＷをＯＮ状態にしてトリガー電極９１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９３に蓄えられた電気がガラス管９２内に瞬時に流れ、そのときのジュール熱でキセノンガスが加熱されて光が放出される。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９３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１０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、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。なお、トリガースイッチＳＷとしては例えばサイリスター等の電気的なスイッチ素子を用いる。

また、図３のリフレクタ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保持部７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梨地模様を呈する。このような粗面化加工を施しているのは、リフレクタ５２の表面が完全な鏡面であると、複数のフラッシュランプＦＬからの反射光の強度に規則パターンが生じて半導体ウェハーＷの表面温度分布の均一性が低下するためである。

上記の構成以外にも加熱処理部１６０は、半導体ウェハーＷの熱処理時にフラッシュランプＦＬおよびホットプレート７１から発生する熱エネルギーによるチャンバー６およびランプハウス５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のチャンバー側部６３およびチャンバー底部６２には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ランプハウス５は、内部に気体流を形成して排熱するための気体供給管５５および排気管５６が設けられて空冷構造とされている（図３参照）。また、チャンバー窓６１とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、ランプハウス５およびチャンバー窓６１を冷却する。

＜３．アライメント部の構成＞
次に、アライメント部１３０の構成について説明する。図９は、アライメント部１３０および標準ウェハー格納部１９０の構成を示す図である。図９に示すように、本実施形態においては、標準ウェハー格納部１９０とアライメント部１３０とが積層配置されており、アライメント部１３０の直下に標準ウェハー格納部１９０が配置される。

アライメント部１３０は、チャンバー１３１にウェハ保持部１３２と光学測定ユニット３０とを備えて構成されている。チャンバー１３１は半導体ウェハーＷを収容する金属製の筐体である。チャンバー１３１の側壁には受渡ロボット１２０および搬送ロボット１５０がアクセスするための開口１３３，１３４がそれぞれ設けられており、それぞれの開口はゲートバルブ１８１，１８３によって開閉される。なお、図９では、ゲートバルブ１８１，１８３の図示を省略している。

チャンバー１３１の底部にはウェハ保持部１３２が設けられている。ウェハ保持部１３２は、３本の支持ピン１３６（図９では図示の便宜上２本のみ記載）とモータ１３５とを備えている。３本の支持ピン１３６は半導体ウェハーＷを下面から支持して載置する。３本の支持ピン１３６は相互に連結されており、それら３本の支持ピン１３６はモータ１３５によって連動して鉛直方向軸まわりで回転可能とされている。

光学測定ユニット３０は、測定光学系３１と、この測定光学系３１に対して投光用光ファイバ３２を介して結合された投光器３３と、測定光学系３１に対して受光用光ファイバ３４を介して結合された分光器３５とを含む。光学測定ユニット３０の構成要素のうち測定光学系３１はチャンバー１３１の天井部分に固定設置されており、他の要素はチャンバー１３１の外部に設けられている。投光器３３はランプを内蔵しており、一定光量の光を発生する。投光器３３から出射された光は投光用光ファイバ３２を介して測定光学系３１に導かれる。

図１０は、測定光学系３１の構成を説明するための図である。測定光学系３１は、支持ピン１３６に支持された半導体ウェハーＷの主面に光を照射するとともに、該主面からの反射光を受光する投受光部として機能するものである。測定光学系３１は、下から順に、アクロマティックレンズ３６、ハーフミラー３７および全反射ミラー３８を鉛直方向に沿って配列している。また、全反射ミラー３８からの反射光が向かう方向に沿ってディフューザ３９を配置している。

ハーフミラー３７は、支持ピン１３６に支持される半導体ウェハーＷに対して４５°の角度（水平面に対して４５°の角度）をなす姿勢で設けられており、投光用光ファイバ３２の出射端３２ａからの水平方向の光を受け、これを鉛直方向下方に向けて反射する。ハーフミラー３７によって反射された光は、アクロマティックレンズ３６を透過して下方に向かって進行する。こうして測定光学系３１から下方に向けて出射された光は、支持ピン１３６に半導体ウェハーＷが支持されているときには、その半導体ウェハーＷの上面に照射されることとなる。一方、支持ピン１３６に標準ウェハーＢＷが支持されているときには、測定光学系３１から出射された光は標準ウェハーＢＷの上面に照射される。

半導体ウェハーＷまたは標準ウェハーＢＷの上面にて反射された反射光は、アクロマティックレンズ３６およびハーフミラー３７を順に透過し、全反射ミラー３８によってディフューザ３９に向けて反射される。ディフューザ３９に入射した反射光は拡散均一化処理を受けて、受光用光ファイバ３４の入射端３４ａに入射する。すなわち、ディフューザ３９は、受光用光ファイバ３４の入射端３４ａと全反射ミラー３８との間に介挿されていて、その入射端面３９ａが全反射ミラー３８に対向するとともに、その出射端面３９ｂが受光用光ファイバ３４の入射端３４ａに対向している。また、アクロマティックレンズ３６は、半導体ウェハーＷからの反射光をディフューザ３９の入射端面３９ａに集束させる働きを有する。

受光用光ファイバ３４に入射された光は、分光器３５によってスペクトル分解処理を受け、この処理結果として分光器３５から出力された信号が制御部３に入力される。制御部３は、後述するようにして半導体ウェハーＷの反射光強度比や光エネルギー吸収比率を算出する。

アライメント部１３０の下側に設けられた標準ウェハー格納部１９０は、チャンバー１９１の内部に載置部１９２を設けて構成されている。チャンバー１９１は標準ウェハーＢＷを収容する金属製の筐体である。チャンバー１９１の側壁には受渡ロボット１２０がアクセスするための開口１９３が形設されており、その開口１９３は図示を省略するゲートバルブによって開閉される。なお、アライメント部１３０のチャンバー１３１と標準ウェハー格納部１９０のチャンバー１９１とを一体として形成するようにしても良い。

載置部１９２は、３本の支持ピン１９４によって構成されており（図９では図示の便宜上２本のみ記載）、１枚の標準ウェハーＢＷを載置することができる。本実施形態においては、標準ウェハーＢＷとしてパターン形成のなされていないシリコンのベアウェハーを使用している。標準ウェハーＢＷの形状および大きさは通常の処理対象となる半導体ウェハーＷと同じである（例えば、φ３００ｍｍの円板形状）。なお、載置部１９２を多段の棚構造とし、標準ウェハー格納部１９０に複数の標準ウェハーＢＷを収容できるようにしても良い。

インデクサ部１０１の受渡ロボット１２０は、標準ウェハー格納部１９０とアライメント部１３０との間で標準ウェハーＢＷを搬送する。標準ウェハー格納部１９０からアライメント部１３０に標準ウェハーＢＷを搬送するときには、受渡ロボット１２０が標準ウェハー格納部１９０の開口１９３からハンド１２１を進入させて載置部１９２から標準ウェハーＢＷを受け取り、ハンド１２１を退出させてからそのままの姿勢で上昇し、アライメント部１３０の開口１３３にハンド１２１を進入させてウェハ保持部１３２に標準ウェハーＢＷを渡す。アライメント部１３０から標準ウェハー格納部１９０に標準ウェハーＢＷを搬送するときには、受渡ロボット１２０がこれとは逆の動作を行う。本実施形態においては、標準ウェハー格納部１９０とアライメント部１３０とを積層配置しているため、両者間の標準ウェハーＢＷの搬送距離が短く、搬送に要する時間を短縮するのに好適である。

制御部３は、熱処理装置１００の全体を管理するコントローラであり、加熱処理部１６０や光学測定ユニット３０を制御するとともに、後述するようにしてアライメント部１３０に保持されている半導体ウェハーＷの反射光強度比および光エネルギー吸収比率を算出する。図１１は、制御部３の構成を示すブロック図である。制御部３のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部３は、各種演算処理を行うＣＰＵ１１、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ＲＯＭ１２、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ１３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１４をバスライン１９に接続して構成されている。

また、バスライン１９には、加熱処理部１６０の電源ユニット９５およびトリガー制御回路９９並びに光学測定ユニット３０の投光器３３および分光器３５が電気的に接続されている。トリガー制御回路９９は、複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれのトリガースイッチＳＷと接続されており、各トリガースイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを制御する。制御部３のＣＰＵ１１は、磁気ディスク１４に格納された制御用ソフトウェアを実行することにより、標準ウェハーＢＷに対する処理対象半導体ウェハーＷの反射光強度比や光エネルギー吸収比率を測定するとともに、フラッシュランプＦＬの発光タイミングおよびフラッシュランプＦＬへの供給電力（コンデンサー９３への印加電圧）を調整する。

さらに、バスライン１９には、表示部２１および入力部２２が電気的に接続されている。表示部２１は、例えば液晶ディスプレイ等を用いて構成されており、処理結果やレシピ内容等の種々の情報を表示する。入力部２２は、例えばキーボードやマウス等を用いて構成されており、コマンドやパラメータ等の入力を受け付ける。装置のオペレータは、表示部２１に表示された内容を確認しつつ入力部２２からコマンドやパラメータ等の入力を行うことができる。なお、表示部２１と入力部２２とを一体化してタッチパネルとして構成するようにしても良い。

上述した構成要素以外にも、アライメント部１３０には支持ピン１３６に支持されて回転する半導体ウェハーＷの切り欠き部（φ３００ｍｍウェハーの場合はノッチ、φ２００ｍｍウェハーの場合はオリフラ）を検出する検出ヘッド、チャンバー１３１に窒素ガスを供給するガス供給部およびチャンバー１３１内の雰囲気ガスを排気する排気部等（いずれも図示省略）が設けられている。

＜４．熱処理装置における熱処理動作＞
次に、本発明に係る熱処理装置１００による半導体ウェハーＷの熱処理動作について説明する。この熱処理装置１００において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ウェハーである。ここでは、熱処理装置１００全体におけるウェハーフローについて簡単に説明した後、アライメント部１３０における半導体ウェハーＷの光エネルギー吸収比率測定および加熱処理部１６０における処理内容について説明する。

熱処理装置１００では、まず、イオン注入後の半導体ウェハー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から半導体ウェハーＷを１枚ずつ取り出し、アライメント部１３０に載置する。アライメント部１３０では、支持ピン１３６に保持された半導体ウェハーＷを、その中心部を回転中心とし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の位置決めを行う他に、光学測定ユニット３０による光エネルギー吸収比率測定も行われる。

アライメント部１３０にて位置決めが行われた半導体ウェハーＷは搬送ロボット１５０の上側の搬送アーム１５１ａにより搬送室１７０内へと取り出され、搬送ロボット１５０が加熱処理部１６０を向くように旋回する。

搬送ロボット１５０が加熱処理部１６０に向くと、下側の搬送アーム１５１ｂが加熱処理部１６０から先行するフラッシュ加熱処理済の半導体ウェハーＷを取り出し、上側の搬送アーム１５１ａが未処理の半導体ウェハーＷを加熱処理部１６０へと搬入する。このときに搬送ロボット１５０は、フラッシュランプＦＬの長手方向と垂直に搬送アーム１５１ａ，１５１ｂをスライド移動させる。

次に、搬送ロボット１５０は冷却部１４０に向くように旋回し、下側の搬送アーム１５１ｂがフラッシュ加熱処理済の半導体ウェハーＷを冷却部１４０内に載置する。冷却部１４０にて冷却された半導体ウェハーＷは受渡ロボット１２０によりキャリアＣへと返却される。

図１２は、アライメント部１３０における半導体ウェハーＷの光エネルギー吸収比率測定の手順を示すフローチャートである。アライメント部１３０では、処理対象となる半導体ウェハーＷの反射光強度比および光エネルギー吸収比率が測定される。ここで、処理対象となる半導体ウェハーＷの反射光強度比とは標準ウェハーＢＷに対する処理対象ウェハーＷの反射光強度比であり、処理対象となる半導体ウェハーＷの光エネルギー吸収比率とは標準ウェハーＢＷに対する処理対象ウェハーＷの光エネルギー吸収比率である。標準ウェハーＢＷは、処理対象ウェハーＷとの相対比較の基準となるウェハーであって光照射を受けたときの反射挙動が既知であり、本実施形態ではパターン形成のなされていないベアウェハーである。ベアウェハーについては、投光器３３からの光照射を受けたときの反射挙動が解明されており、また、フラッシュランプＦＬから照射すべき閃光の適正エネルギー値も既知となっている。

まず、標準ウェハーＢＷが受渡ロボット１２０によって標準ウェハー格納部１９０から搬出されてアライメント部１３０に搬入され、支持ピン１３６に載置される（ステップＳ１）。そして、測定光学系３１から標準ウェハーＢＷに光を照射したときに得られる反射光の強度測定が実行される（ステップＳ２）。具体的には、支持ピン１３６に標準ウェハーＢＷが支持されることによって、測定光学系３１から出射された光は標準ウェハーＢＷの表面に照射されることとなる。標準ウェハーＢＷの表面にて反射された反射光は、測定光学系３１にて受光された後、分光器３５によってスペクトル分解処理を受け、この処理結果として反射光の反射強度の分光特性が制御部３に入力される。本明細書では、このような標準ウェハーＢＷの反射強度の分光特性を「標準反射強度」とする。

標準ウェハーＢＷの反射強度測定が終了すると、受渡ロボット１２０がアライメント部１３０のウェハ保持部１３２から標準ウェハーＢＷを取り出して標準ウェハー格納部１９０へと帰還させる（ステップＳ３）。次に、ステップＳ４に進み、処理対象となる半導体ウェハーＷが受渡ロボット１２０によってアライメント部１３０に搬入され、支持ピン１３６に載置される。そして、測定光学系３１から処理対象となる半導体ウェハーＷに光を照射したときに得られる反射光の強度測定が実行される（ステップＳ５）。すなわち、支持ピン１３６に半導体ウェハーＷが支持されることによって、測定光学系３１から出射した光は半導体ウェハーＷの表面に照射されることとなる。処理対象となる半導体ウェハーＷの表面にて反射された反射光は、測定光学系３１にて受光された後、分光器３５によってスペクトル分解処理を受け、この処理結果として反射光の反射強度の分光特性が制御部３に入力される。本明細書では、このような処理対象となる半導体ウェハーＷの反射強度の分光特性を「処理対象基板反射強度」とする。

処理対象となる半導体ウェハーＷの反射強度測定が終了すると、ステップＳ６に進み、標準ウェハーＢＷが吸収した光エネルギーが制御部３のＣＰＵ１１によって算出される。図１３は、標準ウェハーＢＷが吸収した光エネルギーを説明する図である。同図において、縦軸は反射強度を示し、横軸は波数（波長の逆数）を示している。このような２次元座標にて反射強度を積分した値が反射光の光エネルギーとなる。すなわち、図１３において、標準反射強度ＲＢを積分した値が標準ウェハーＢＷの反射光の光エネルギーＳＢとなる。

また、標準ウェハーＢＷについては反射挙動が既知であり、照射された光を１００％反射する理想鏡に測定光学系３１から光を照射したときに得られる反射光の強度（これを「理想反射強度ＲＡ」とする）を標準反射強度ＲＢから換算することは可能である。制御部３のＣＰＵ１１は、ステップＳ２にて得られた標準反射強度ＲＢから理想反射強度ＲＡを算出し、さらに理想反射強度ＲＡを積分することによって理想鏡の反射光の光エネルギーＳＡを算出する。理想反射強度ＲＡは、反射率１００％のときの反射強度であるため、光エネルギーＳＡから光エネルギーＳＢを減じた値（図１３の斜線部の面積）が標準ウェハーＢＷが吸収した光エネルギーとして算出される。

なお、上記において、反射強度の積分範囲を１／８００〜１／４００、すなわち可視光域にしているのは、キセノンフラッシュランプＦＬの波長分布が紫外域から赤外域にまでわたることおよびシリコンの半導体ウェハーＷが赤外線を透過することを考慮し、半導体ウェハーＷの加熱に寄与する波長域を選択したものである。

次に、ステップＳ７に進み、処理対象の半導体ウェハーＷが吸収した光エネルギーが制御部３のＣＰＵ１１によって算出される。図１４は、処理対象となる半導体ウェハーＷが吸収した光エネルギーを説明する図である。同図において、理想反射強度ＲＡは上述した通りのものであり、理想反射強度ＲＡを積分した値が反射率１００％の理想鏡の反射光の光エネルギーＳＡであり、処理対象基板反射強度ＲＣを積分した値が処理対象の半導体ウェハーＷの反射光の光エネルギーＳＣである。従って、光エネルギーＳＡから光エネルギーＳＣを減じた値（図１４の斜線部の面積）が処理対象となる半導体ウェハーＷが吸収した光エネルギーとして算出される。

標準ウェハーＢＷが吸収した光エネルギーおよび処理対象となる半導体ウェハーＷが吸収した光エネルギーの双方が算出されると、それらから標準ウェハーＢＷに対する処理対象半導体ウェハーＷの光エネルギー吸収比率が制御部３のＣＰＵ１１によって算出される（ステップＳ８）。すなわち、次の数１によって標準ウェハーＢＷに対する処理対象の半導体ウェハーＷの光エネルギー吸収比率ｒが算出される。

また、これと並行して制御部３は、標準ウェハーＢＷに対する処理対象半導体ウェハーＷの反射光強度比を算出する。すなわち、次の数２によって標準ウェハーＢＷに対する処理対象の半導体ウェハーＷの反射光強度比Ｒが算出される。

一般にパターン形成がなされていないベアウェハーよりも処理対象の半導体ウェハーＷの方が光を良く吸収するため、通常はＲＢ＞ＲＣ，ＳＢ＞ＳＣとなり、その結果ｒ＞１，Ｒ＜１となる。

このようにすれば、シンプルな光学系によって標準ウェハーに対する処理対象半導体ウェハーＷの光エネルギー吸収比率ｒおよび反射光強度比Ｒを簡易に測定することができる。

以上のようにして、標準ウェハーＢＷに対する処理対象半導体ウェハーＷの光エネルギー吸収比率ｒを算出した後、本実施形態ではフラッシュランプＦＬから処理対象半導体ウェハーＷに照射する光のエネルギーの適正値を算出している（ステップＳ９）。既述したように、フラッシュランプＦＬから照射するフラッシュ光のエネルギー値は、パターン形成のなされていないベアウェハーにイオン注入を行い、そのベアウェハーに実際に閃光照射を行ってから処理後の特性（例えばシート抵抗値等）を測定した結果に基づいて調整されている。つまり、ベアウェハーである標準ウェハーＢＷについては照射すべき光の適正エネルギー値が既知となっている。なお、照射光の適正エネルギー値とは、ウェハーにダメージを与えることなくイオンの活性化を行うことができる必要十分なエネルギー値であり、通常ベアウェハーでは約２５Ｊ/ｃｍ²〜２８Ｊ/ｃｍ²程度の値となる。

ところが、ベアウェハーよりも処理対象の半導体ウェハーＷの方が光を良く吸収するため、ベアウェハーでは適正値であったとしてもそれと同等のエネルギーの閃光を実際の処理対象ウェハーに照射すると、表面温度が予定以上に上昇した結果ウェハー割れが生じたりすることも既述した通りである。

そこで、本実施形態では、ベアウェハーに照射すべき光の適正エネルギー値および上記光エネルギー吸収比率ｒに基づいて、処理対象の半導体ウェハーＷに照射する閃光のエネルギーの適正値を制御部３のＣＰＵ１１が算出し、その適正値にて閃光照射を行うように電源ユニット９５を制御している。具体的には、次の数３に基づいて、制御部３のＣＰＵ１１が処理対象の半導体ウェハーＷに照射するフラッシュ光のエネルギーの適正値ＥＣを算出する。

数３において、ＥＢはベアウェハーに照射すべき光の適正エネルギー値であり、この適正エネルギー値は予め実験やシミュレーション等によって求められた上記の通りの値である。すなわち、ベアウェハーに照射すべき光の適正エネルギー値ＥＢおよび光エネルギー吸収比率ｒから処理対象の半導体ウェハーＷに照射する光のエネルギーの適正値ＥＣを算出するのである。なお、通常ｒ＞１となるため、ＥＣ＜ＥＢとなる。

処理対象の半導体ウェハーＷに照射すべき光のエネルギーの適正値ＥＣが算出されると、その適正値ＥＣにてフラッシュランプＦＬから閃光照射を行うように制御部３のＣＰＵ１１が電源ユニット９５を制御する。具体的には、制御部３からの指示に従って、フラッシュランプＦＬの電極に接続されたコンデンサー９３に蓄電する電圧が電源ユニット９５によて調整される。コンデンサー９３に蓄電する電圧は電荷量を規定し、その電荷量によってフラッシュランプＦＬから出射される閃光のエネルギー値が規定される。

その後、ステップＳ１０に進み、搬送ロボット１５０によりアライメント部１３０から処理対象となる半導体ウェハーＷが搬出されて加熱処理部１６０に搬入される。なお、搬出前に半導体ウェハーＷを回転させて位置決めが行われることは勿論である。

加熱処理部１６０での処理動作について更に説明を続ける。加熱処理部１６０では、半導体ウェハーＷに添加された不純物の活性化がフラッシュ加熱処理により実行される。

まず、保持部７が図８に示す処理位置から図３に示す受渡位置に下降する。「処理位置」とは、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷに閃光照射が行われるときの保持部７の位置であり、図８に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。また、「受渡位置」とは、チャンバー６に半導体ウェハーＷの搬出入が行われるときの保持部７の位置であり、図３に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。加熱処理部１６０における保持部７の基準位置は処理位置であり、処理前にあっては保持部７は処理位置に位置しており、これが処理開始に際して受渡位置に下降するのである。図３に示すように、保持部７が受渡位置にまで下降するとチャンバー底部６２に近接し、支持ピン７０の先端が保持部７を貫通して保持部７の上方に突出する。

次に、保持部７が受渡位置に下降したときに、弁８２および弁８７が開かれてチャンバー６の熱処理空間６５内に常温の窒素ガスが導入される。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を介して上記光学測定の終了した処理対象の半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入され、複数の支持ピン７０上に載置される。

半導体ウェハーＷの搬入時におけるチャンバー６への窒素ガスのパージ量は約４０リットル／分とされ、供給された窒素ガスはチャンバー６内においてガス導入バッファ８３から図４中に示す矢印ＡＲ４の方向へと流れ、図３に示す排出路８６および弁８７を介してユーティリティ排気により排気される。また、チャンバー６に供給された窒素ガスの一部は、べローズ４７の内側に設けられる排出口（図示省略）からも排出される。なお、以下で説明する各ステップにおいて、チャンバー６には常に窒素ガスが供給および排気され続けており、窒素ガスの供給量は半導体ウェハーＷの処理工程に合わせて様々に変更される。

半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入されると、ゲートバルブ１８５により搬送開口部６６が閉鎖される。そして、保持部昇降機構４により保持部７が受渡位置からチャンバー窓６１に近接した処理位置にまで上昇する。保持部７が受渡位置から上昇する過程において、半導体ウェハーＷは支持ピン７０から保持部７のサセプタ７２へと渡され、サセプタ７２の上面に載置・保持される。保持部７が処理位置にまで上昇するとサセプタ７２に載置された半導体ウェハーＷも処理位置に保持されることとなる。

ホットプレート７１の６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれは、各ゾーンの内部（上部プレート７３と下部プレート７４との間）に個別に内蔵されたヒータ（抵抗加熱線７６）により所定の温度まで加熱されている。保持部７が処理位置まで上昇して半導体ウェハーＷが保持部７と接触することにより、その半導体ウェハーＷはホットプレート７１に内蔵されたヒータによって予備加熱されて温度が次第に上昇する。

この処理位置にて約６０秒間の予備加熱が行われ、半導体ウェハーＷの温度が予め設定された予備加熱温度Ｔ１まで上昇する。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、２００℃ないし８００℃程度、好ましくは３５０℃ないし５５０℃程度とされる。また、保持部７とチャンバー窓６１との間の距離は、保持部昇降機構４のモータ４０の回転量を制御することにより任意に調整することが可能とされている。

約６０秒間の予備加熱時間が経過した後、保持部７が処理位置に位置したまま制御部３の制御によりランプハウス５のフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷへ向けてフラッシュ光が照射される。このときには、予め上記のようにして算出されている半導体ウェハーＷに照射すべき光のエネルギーの適正値ＥＣにてフラッシュランプＦＬからの閃光照射が行われる。具体的には、適正値ＥＣに基づいてコンデンサー９３に充電する電圧が電源ユニット９５によって調整された状態において、制御部３がトリガー制御回路９９を制御して全てのフラッシュランプＦＬに接続された駆動回路のトリガースイッチＳＷを一斉に同時にＯＮ状態とする。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内の保持部７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。フラッシュ加熱は、フラッシュランプＦＬからの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、ランプハウス５のフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、予めコンデンサー９３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ミリ秒ないし１０ミリ秒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からの閃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℃ないし１１００℃程度の処理温度Ｔ２まで上昇し、半導体ウェハーＷに添加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、加熱処理部１６０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に添加された不純物の熱による拡散（この拡散現象を、半導体ウェハーＷ中の不純物のプロファイルがなまる、ともいう）を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、添加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１０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。

また、処理対象の半導体ウェハーＷに照射すべき光のエネルギーの適正値ＥＣにてフラッシュランプＦＬからの閃光照射が行われるため、熱処理時に半導体ウェハーＷにダメージを与えることなくイオン活性化を行うことができる。

また、フラッシュ加熱の前に保持部７により半導体ウェハーＷを予備加熱しておくことにより、フラッシュランプＦＬからの閃光照射によって半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２まで速やかに上昇させることができる。

フラッシュ加熱が終了し、処理位置における約１０秒間の待機の後、保持部７が保持部昇降機構４により再び図３に示す受渡位置まで下降し、半導体ウェハーＷが保持部７から支持ピン７０へと渡される。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、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷは搬送ロボット１５０により搬出され、加熱処理部１６０における半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理が完了する。

既述のように、加熱処理部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チャンバー６に継続的に供給されており、その供給量は、保持部７が処理位置に位置するときには約３０リットル／分とされ、保持部７が処理位置以外の位置に位置するときには約４０リットル／分とされる。また、フラッシュ加熱の終了した半導体ウェハーＷは冷却部１４０に搬送されて冷却され、その後受渡ロボット１２０によって冷却部１４０から取り出されてキャリアＣへと格納される。

以上のように、本実施形態においては、標準ウェハーＢＷの反射強度を基準値とし、その基準値と処理対象半導体ウェハーＷの反射強度との相対的な比較結果に基づいて光エネルギー吸収比率ｒおよび反射光強度比Ｒを算定し、最終的には処理対象半導体ウェハーＷに照射すべき適正エネルギー値ＥＣを算出している。既述したように、このような基準値と測定値との相対比較によって種々演算を行う装置においては、例えば投光器３３のランプの経年劣化等の経時的変動要因に対応するために、定期的に標準ウェハーＢＷの反射強度を測定してそれを基準値として設定しなおす作業、すなわち図１２のステップＳ１〜ステップＳ３にて実行されるキャリブレーション作業が必要となる。

本実施形態においては、専ら標準ウェハーＢＷを格納する標準ウェハー格納部１９０を熱処理装置１００内に設け、標準ウェハー格納部１９０からアライメント部１３０に標準ウェハーＢＷを搬送することによってキャリブレーション作業を実行している。このため、標準ウェハーＢＷを収容したキャリアＣを逐一装置外部からインデクサ部１０１に渡す必要がなくなり、容易にかつ確実にキャリブレーション作業を行うことができる。

また、標準ウェハー格納部１９０とアライメント部１３０とを積層配置し、アライメント部１３０の直下に標準ウェハー格納部１９０が配置しているため、標準ウェハーＢＷの搬送距離が短くなり、キャリブレーション作業に要する時間を短くすることができる。

標準ウェハーＢＷを標準ウェハー格納部１９０からアライメント部１３０に搬送してキャリブレーション作業を行うタイミングは任意のものとすることが可能である。例えば、１日に１回としても良いし、数ロットに１回としても良いし、或いは半導体ウェハーＷを１枚処理毎にキャリブレーション作業を行っても良い。具体的には、制御部３が実行するソフトウェアにキャリブレーション作業を行うタイミングを設定しておくことによって自動的に受渡ロボット１２０が標準ウェハーＢＷをアライメント部１３０に搬送してキャリブレーション作業を行うことができる。

特に、フラッシュランプＦＬを使用する熱処理装置１００においては、コンデンサー９３に規定量の電荷を充電するのに数十秒を要するため、その充電時間に標準ウェハーＢＷを標準ウェハー格納部１９０からアライメント部１３０に搬送して標準ウェハーＢＷの反射強度を取得すれば、処理対象の半導体ウェハーＷを１枚処理する毎にキャリブレーション作業を実行したとしても装置の実稼働プロセスに影響を与えることが防止される。

＜５．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、上記実施形態においては、標準ウェハーＢＷを格納する標準ウェハー格納部１９０をアライメント部１３０と積層配置していたが、標準ウェハー格納部１９０を冷却部１４０と積層配置するようにしても良い。標準ウェハー格納部１９０をアライメント部１３０と積層配置した方が標準ウェハーＢＷの搬送距離は短くなるが、冷却部１４０はウェハー回転のためのモータ（図９のモータ１３５に相当する要素）を備えないために高さが低く、冷却部１４０の直下または直上の方が標準ウェハー格納部１９０の設置スペースを確保しやすい。

また、標準ウェハー格納部１９０をインデクサ部１０１に配置するようにしても良い。この場合は、受渡ロボット１２０の移動の障害とならないように、受渡ロボット１２０のＹ軸方向移動通路の上方に標準ウェハー格納部１９０を設置するのが好ましい。

また、上記実施形態においては、受渡ロボット１２０が標準ウェハーＢＷを標準ウェハー格納部１９０からアライメント部１３０に搬送していたが、チャンバー１９１の搬送室１７０と接する側にも開口を設け、搬送ロボット１５０によって標準ウェハーＢＷを標準ウェハー格納部１９０からアライメント部１３０に搬送するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、標準ウェハーＢＷに対する処理対象の半導体ウェハーＷの光エネルギー吸収比率から処理対象の半導体ウェハーＷに照射すべき光のエネルギーの適正値を算出していたが、特許文献１と同様の手法によって熱処理時の半導体ウェハーＷの到達予想温度を算出することもできる。

また、上記実施形態においてはランプハウス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、これに限定されずフラッシュランプＦＬの本数は任意のもの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、ランプハウス５にフラッシュランプＦＬに代えて他の種類のランプ（例えばハロゲンランプ）を備え、当該ランプからの光照射によって半導体ウェハーＷの加熱を行う熱処理装置であっても本発明に係る技術を適用することができる。この場合であっても、標準ウェハーＢＷに対する処理対象の半導体ウェハーＷの光エネルギー吸収比率から処理対象の半導体ウェハーＷに照射すべき光のエネルギーの適正値を算出したり、熱処理時の半導体ウェハーＷの到達予想温度を算出することができる。

また、上記実施形態においては、アシスト加熱手段としてホットプレート７１を使用していたが、半導体ウェハーＷを保持する保持部７の下方に複数のランプ群（例えば複数のハロゲンランプ）を設け、それらからの光照射によってアシスト加熱を行うようにしても良い。

また、上記実施の形態では、インデクサ部１０１にキャリアＣが２つ載置されるが、キャリアＣが１つだけ載置されてもよく、３つ以上であってもよい。また、受渡ロボット１２０が２つのキャリアＣ間を移動するようになっているが、受渡ロボット１２０が２つ設けられてもよい。

また、搬送ロボット１５０の上側の搬送アーム１５１ａを未処理の半導体ウェハーＷを保持する専用のアームとして設計し、下側の搬送アーム１５１ｂを処理済の半導体ウェハーＷを保持する専用のアームとして設計することにより、搬送ロボット１５０の小型化、および搬送の信頼性の向上を図ることができる。

また、上記実施形態においては、標準ウェハーＢＷとしてベアウェハーを使用していたが、これに限定されるものではなく、標準ウェハーＢＷは光照射を受けたときの反射挙動が既知のものであって、その再現性が良好なものであれば良く、例えば光学標準ミラーであっても良い。

また、光学測定ユニット３０はアライメント部１３０に設置することに限定されず、インデクサ部１０１から加熱処理部１６０に半導体ウェハーＷを搬送する経路上のいずれかの位置に設置するようにすれば良い。

また、上記実施形態においては、半導体ウェハーに光を照射してイオン活性化処理を行うようにしていたが、本発明にかかる熱処理装置による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い。例えば、窒化シリコン膜や多結晶シリコン膜等の種々のシリコン膜が形成されたガラス基板に対して本発明にかかる熱処理装置による処理を行っても良い。一例として、ＣＶＤ法によりガラス基板上に形成した多結晶シリコン膜にシリコンをイオン注入して非晶質化した非晶質シリコン膜を形成し、さらにその上に反射防止膜となる酸化シリコン膜を形成する。この状態で、本発明にかかる熱処理装置により非晶質のシリコン膜の全面に光照射を行い、非晶質のシリコン膜が多結晶化した多結晶シリコン膜を形成することもできる。

また、ガラス基板上に下地酸化シリコン膜、アモルファスシリコンを結晶化したポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜にリンやボロン等の不純物をドーピングした構造のＴＦＴ基板に対して本発明にかかる熱処理装置により光照射を行い、ドーピング工程で打ち込まれた不純物の活性化を行うこともできる。

本発明に係る熱処理装置を示す平面図である。熱処理装置の正面図である。加熱処理部の構成を示す側断面図である。加熱処理部のガス路を示す断面図である。保持部の構成を示す断面図である。ホットプレートを示す平面図である。キセノンフラッシュランプの駆動回路を示す図である。図３の加熱処理部の構成を示す側断面図である。アライメント部および標準ウェハー格納部の構成を示す図である。測定光学系の構成を説明するための図である。制御部の構成を示すブロック図である。アライメント部における半導体ウェハーの光エネルギー吸収比率測定の手順を示すフローチャートである。標準ウェハーが吸収した光エネルギーを説明する図である。処理対象となる半導体ウェハーが吸収した光エネルギーを説明する図である。

符号の説明

３制御部
５ランプハウス
１１ＣＰＵ
３０光学測定ユニット
３１測定光学系
３３投光器
３５分光器
９２ガラス管
９３コンデンサー
９５電源ユニット
１００熱処理装置
１０１インデクサ部
１１０ロードポート
１２０受渡ロボット
１３０アライメント部
１３１チャンバー
１３２ウェハ保持部
１４０冷却部
１５０搬送ロボット
１６０加熱処理部
１９０標準ウェハー格納部
ＢＷ標準ウェハー
Ｃキャリア
ＦＬフラッシュランプ
Ｗ半導体ウェハー

Claims

処理対象基板に対して光を照射することによって当該処理対象基板を加熱する熱処理装置であって、
照射する光の適正エネルギー値が既知である標準基板を格納する標準基板格納部と、
チャンバー内の基板保持部に保持された前記標準基板に投受光部から光を照射したときの反射光を前記投受光部によって受光することにより得られる当該反射光の強度および前記基板保持部に保持された処理対象基板に前記投受光部から光を照射したときの反射光を前記投受光部によって受光することにより得られる当該反射光の強度から前記標準基板に対する前記処理対象基板の光エネルギー吸収比率を算定する吸収比率測定部と、
前記標準基板に照射する光の適正エネルギー値および前記吸収比率測定部によって求められた光エネルギー吸収比率に基づいて前記処理対象基板に照射する光の適正エネルギー値を算定し、ランプから当該適正エネルギー値にて前記処理対象基板に光を照射する加熱部と、
光エネルギー吸収比率を算定するときに前記標準基板格納部から前記吸収比率測定部に前記標準基板を搬送して前記基板保持部に載置するとともに、光エネルギー吸収比率の算定後に前記基板保持部から前記標準基板を取り出して前記標準基板格納部に帰還させる搬送手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
請求項１記載の熱処理装置において、
未処理の処理対象基板を装置内に搬入するとともに処理済みの処理対象基板を装置外に搬出するためのインデクサ部をさらに備え、
前記標準基板格納部を前記インデクサ部に配置することを特徴とする熱処理装置。
請求項１記載の熱処理装置において、
前記加熱部にて加熱された基板を冷却する冷却部をさらに備え、
前記標準基板格納部と前記冷却部とを積層して配置することを特徴とする熱処理装置。
請求項１記載の熱処理装置において、
未処理の処理対象基板の位置決めを行うアライメント部をさらに備え、
前記吸収比率測定部を前記アライメント部に設けるとともに、前記標準基板格納部と前記アライメント部とを積層して配置することを特徴とする熱処理装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記加熱部は、コンデンサーに充電された電荷を放電管内で放電することによって生じるフラッシュ光をフラッシュランプから照射して処理対象基板を加熱し、
前記コンデンサーの充電時間に、前記搬送手段が前記標準基板格納部から前記吸収比率測定部に前記標準基板を搬送し、前記吸収比率測定部が前記標準基板に前記投受光部から光を照射して前記標準基板の反射光強度を取得することを特徴とする熱処理装置。
処理対象基板に対して光を照射することによって当該処理対象基板を加熱する熱処理装置であって、
標準基板を格納する標準基板格納部と、
前記標準基板に光を照射したときの反射光の強度および処理対象基板に光を照射したときの反射光の強度から前記標準基板に対する前記処理対象基板の反射光強度比を算定する反射強度比測定部と、
ランプから前記処理対象基板に光を照射する加熱部と、
前記標準基板格納部と前記反射強度比測定部との間で前記標準基板を搬送する搬送手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。