JP2010238803A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光照射部からチャンバーの内部に照射された光の強度波形を計測することができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】フラッシュランプからチャンバー内部に照射された光は石英プローブ１８に入射して光ファイバー１７によってフォトダイオード２１に導かれる。フォトダイオード２１は、入射光の強度に応じた光電流を発生させる。その電流は電流電圧変換回路２２によって電圧信号に変換される。電流電圧変換回路２２から出力された電圧信号は、増幅回路２３によって増幅された後、高速Ａ／Ｄコンバータ２４によってデジタル信号に変換される。ワンチップマイコン２５は、高速Ａ／Ｄコンバータ２４から出力されたデジタル信号のレベルを一定の間隔で所定時間サンプリングを繰り返して、そのサンプリングしたデータを順次メモリに記憶することにより、照射光の強度の時間波形を取得する。
【選択図】図７

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該基板を加熱する熱処理装置に関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入は半導体ウェハー内にｐｎ接合を形成するための必須の工程である。現在、不純物導入は、イオン打ち込み法とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）といった不純物の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。この際に、アニール時間が数秒程度以上であると、打ち込まれた不純物が熱によって深く拡散し、その結果接合深さが要求よりも深くなり過ぎて良好なデバイス形成に支障が生じるおそれがある。

そこで、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するアニール技術として、近年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、不純物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）に昇温させる熱処理技術である。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、数ミリセカンド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。このため、キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、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。

また、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、チャンバー本体の外部に配置されたカロリーメータ、チャンバー本体の内部に照射された光をカロリーメータへと導く光導出構造、および、カロリーメータからの出力に基づいて演算を行う演算部を備えた光測定部を設け、フラッシュランプからチャンバー本体内部に照射された光のエネルギーをカロリーメータを用いて測定する技術が開示されている。

特開２００５−９３７５０号公報

特許文献１に開示される技術は、１回のフラッシュ光照射の総エネルギーを測定するものであった。フラッシュランプは、コンデンサに所定の電圧でチャージされた電荷をランプ電極間で放電させることによって発光する。従って、１回のフラッシュ光照射の総エネルギーは概ねコンデンサの容量とチャージ電圧とによって定まる。

しかしながら、フラッシュランプ間のバラツキ（例えば、電極間の距離、封入されているガス圧などの個体差）やフラッシュランプの劣化によって、総エネルギーが同じであってもフラッシュランプから照射される光の強度波形は異なることがあった。また、フラッシュランプへの通電を制御することによって発光の強度波形を意図的に変化させることも可能である。

一方、本願発明者等は、不純物の活性化処理、および、イオン打ち込み時に不純物注入層よりもやや深い位置に導入された結晶欠陥の回復処理をフラッシュランプアニールによって行う場合に、フラッシュランプから照射される光の強度波形そのものが処理結果に大きな影響を与えることを見出した。すなわち、総エネルギーが同じであったとしてもフラッシュランプから照射される光の強度波形が異なると、処理結果も異なることとなっていたのである。

従って、再現性の良い光照射熱処理を行うためには、総エネルギーだけでなく光の強度波形をも同じにすることが要求されるのであるが、特許文献１に開示されるような従来の技術ではフラッシュランプから照射される光の強度波形までをも測定することはできなかった。また、特許文献１開示の技術にて用いられているカロリーメータは、センサ内部の黒体にて吸収した光のエネルギーを電気信号に変換しているため応答速度が遅く、フラッシュランプの極めて短い照射時間に追随できるものではなかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光照射部からチャンバーの内部に照射された光の強度波形を計測する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、基板に対して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、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を保持する保持部と、前記保持部に保持された基板に光照射を行う光照射部と、前記光照射部から前記チャンバーの内部に照射された光が入射する入射部と、前記入射部に入射した光の強度の時間波形を計測する波形計測部と、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、前記入射部は前記チャンバーの内部に設置された石英のプローブを備え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、前記入射部は前記チャンバーの壁面に設置された石英窓を備えることを特徴とする。

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装置において、前記波形計測部はフォトダイオードを備えることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る熱処理装置において、前記波形計測部は、前記フォトダイオードにて発生した電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、前記電流電圧変換回路から出力された電圧を増幅する増幅回路と、前記増幅回路によって増幅された電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたデジタル信号を所定間隔でサンプリングして時間波形を取得する波形取得部と、を備えることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る熱処理装置において、前記波形取得部によって取得された光の強度の時間波形を処理対象となる基板毎に蓄積する波形記憶部をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記光照射部は発光時間が１秒以下のフラッシュランプを備えることを特徴とする。

請求項１から請求項７の発明によれば、光照射部からチャンバーの内部に照射された光を受光してその光の強度の時間波形を計測することができる。

特に、請求項４の発明によれば、波形計測部がフォトダイオードを備えるため、光照射部から光照射時間が短い場合であっても追随することができる。

本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 図１の熱処理装置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。 図１の熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 フラッシュランプの駆動回路を示す図である。 波形計測部の構成を示すブロック図である。 図１の熱処理装置における処理手順全体の概要を示すフローチャートである。 予備加熱が開始されてからの半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。 パルス信号の波形の一例を示す図である。 フラッシュランプの発光強度の波形の一例を示す図である。 フラッシュランプの発光強度の波形の他の例を示す図である。 フラッシュランプの発光強度の波形の他の例を示す図である。 フラッシュランプの発光強度の波形の他の例を示す図である。 チャンバー内部に照射される光の波形取得手順を示すフローチャートである。 基準波形と処理波形との比較を説明するための図である。 熱処理装置の構成の他の例を示す縦断面図である。 熱処理装置の構成の他の例を示す縦断面図である。 熱処理装置の構成の他の例を示す縦断面図である。

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．熱処理装置の構成＞
＜１−１．全体概略構成＞
まず、本発明に係る熱処理装置の全体概略構成について説明する。図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。熱処理装置１は基板として略円形の半導体ウェハーＷに光を照射してその半導体ウェハーＷを加熱するランプアニール装置である。

熱処理装置１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。また、熱処理装置１は、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を制御して半導体ウェハーＷの熱処理を実行させるメインコントローラ３を備える。

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２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２に示すように、ガス導入バッファ８３は、図１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、熱処理装置１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１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がメインコントローラ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１に示す半導体ウェハーＷの受渡位置と図５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３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４は、ホットプレート７１を示す平面図である。図４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の内部を通りメインコントローラ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への電力供給量がメインコントローラ３により制御される。メインコントローラ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、チャンバー６内の保持部７の上方に設けられている。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。

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。

また、メインコントローラ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。メインコントローラ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、メインコントローラ３は、各種演算処理を行う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。

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１参照）。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。

＜１−２．ランプ駆動回路＞
図６は、フラッシュランプＦＬの駆動回路を示す図である。同図に示すように、コンデンサ９３と、コイル９４と、フラッシュランプＦＬと、スイッチング素子９６とが直列に接続されている。また、図６に示すように、メインコントローラ３は、パルス発生器３１およびパルス設定部３２を備えるとともに、入力部３３に接続されている。入力部３３としては、キーボード、マウス、タッチパネル等の種々の公知の入力機器を採用することができる。入力部３３からの入力内容に基づいてパルス設定部３２がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を発生する。

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、トリガー電極９１にはトリガー回路９７から電圧を印加することができる。トリガー回路９７がトリガー電極９１に電圧を印加するタイミングはメインコントローラ３によって制御される。

本実施の形態では、スイッチング素子９６として絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；Insulated gate bipolar transistor）を用いている。ＩＧＢＴは、ゲート部にＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor）を組み込んだバイポーラトランジスタであり、大電力を取り扱うのに適したスイッチング素子である。スイッチング素子９６のゲートにはメインコントローラ３のパルス発生器３１からパルス信号が印加される。

コンデンサ９３が充電された状態でスイッチング素子９６のゲートにパルスが出力されてガラス管９２の両端電極に高電圧が印加されたとしても、キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、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、トリガー回路９７がトリガー電極９１に電圧を印加して絶縁を破壊した場合には両端電極間の放電によってガラス管９２内に電流が瞬時に流れ、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。

＜１−３．波形計測機構＞
図１、図５に示すように、本実施形態の熱処理装置１は、石英プローブ１８および波形計測部２０を備える。石英プローブ１８は、石英製の導光ロッドであり、チャンバー底部６２に立設されている。図５に示すように、石英プローブ１８の先端の高さ位置は処理位置に保持される半導体ウェハーＷの高さ位置と同じであることが好ましい。また、石英プローブ１８の基端はチャンバー底部６２を貫通してチャンバー６の外部に面している。

石英プローブ１８の基端は光ファイバー１７を介して波形計測部２０と接続されている。図７は、波形計測部２０の構成を示すブロック図である。波形計測部２０は、フォトダイオード２１、電流電圧変換回路２２、増幅回路２３、高速Ａ／Ｄコンバータ２４およびワンチップマイコン２５を備える。フォトダイオード２１は、光起電力効果によって受光した光の強度に応じた光電流を発生する。フォトダイオード２１は応答時間が極めて短いという特性を有する。フォトダイオード２１が検出する光の波長域は使用する材料によって異なるが、シリコンのフォトダイオード２１であれば可視光から赤外光を検出することができ、フラッシュランプＦＬからの光を検出するのに好適である。電流電圧変換回路２２は、フォトダイオード２１にて発生した微弱な電流を取り扱いの容易な電圧の信号に変換する回路である。電流電圧変換回路２２は、例えばオペアンプを用いて構成することができる。

増幅回路２３は、電流電圧変換回路２２から出力された電圧信号を増幅して高速Ａ／Ｄコンバータ２４に出力する。高速Ａ／Ｄコンバータ２４は、増幅回路２３によって増幅された電圧信号をデジタル信号に変換する。ワンチップマイコン２５は、マイクロコンピュータの一種であり、１つのＩＣチップ上にＣＰＵ、メモリ、タイマなどを搭載した処理装置である。ワンチップマイコン２５は、汎用処理を行うことはできないが、特定の処理を高速で行うことができる。本実施形態のワンチップマイコン２５は、高速Ａ／Ｄコンバータ２４から出力されたデジタル信号を所定間隔でサンプリングしてチップ内のメモリに順次格納する。ワンチップマイコン２５のサンプリング間隔は適宜設定することが可能であるが、最短２マイクロセカンド（μ秒）とすることができる。

波形計測部２０のワンチップマイコン２５はメインコントローラ３と通信回線を介して接続されている。メインコントローラ３は、上述の通り、一般的なコンピュータと同様の構成を備える。通常、メインコントローラ３は、汎用処理を行うことが可能であるものの、ワンチップマイコン２５ほど短時間間隔でサンプリングを行うことはできない。ワンチップマイコン２５によってチップ内メモリに格納されたデジタルデータはメインコントローラ３に転送されて波形記憶部３５に記憶される。波形記憶部３５は、メインコントローラ３のメモリや磁気ディスクなどの記憶媒体によって構成される。また、メインコントローラ３は、異常検出部３７を備える。異常検出部３７は、メインコントローラ３のＣＰＵが所定の処理用ソフトウェアを実行することによって実現される処理部であり、その処理内容についてはさらに後述する。なお、ワンチップマイコン２５とメインコントローラ３とを接続する通信回線は、シリアル通信であっても良いし、パラレル通信であっても良い。

＜２．熱処理装置の動作＞
＜２−１．熱処理装置における処理手順全体の概要＞
次に、上記の構成を有する熱処理装置１の動作について説明する。図８は、熱処理装置１における処理手順全体の概要を示すフローチャートである。

まず、処理対象となる半導体ウェハーＷの処理に先立って、ランプハウス５のフラッシュランプＦＬから正常な光照射が行われたときに、チャンバー６の内部に照射された光の強度の時間波形（時間プロファイル）を基準波形として取得する（ステップＳ１）。すなわち、「基準波形」は、フラッシュランプＦＬから正常な光照射が行われたときのチャンバー６内部における光の強度波形であり、ステップＳ６での異常検出処理における基準となる強度波形である。基準波形の取得は、チャンバー６にダミーウェハーなどが存在する状態でフラッシュランプＦＬから光を照射して行うようにしても良いし、ウェハーが存在しない状態でフラッシュランプＦＬから光を照射して行うようにしても良い。ステップＳ１にて取得された基準波形は最終的にはメインコントローラ３の波形記憶部３５に記憶される（ステップＳ２）。なお、チャンバー６の内部に照射される光の波形取得についてはさらに後述する。

次に、処理対象となる半導体ウェハーＷの光照射熱処理を行う（ステップＳ３）。ここで処理対象となる半導体ウェハーＷはイオン打ち込み法により不純物（イオン）が注入された半導体基板であり、注入された不純物の活性化が熱処理装置１による光照射加熱処理（アニール）により実行される。また、半導体ウェハーＷの光照射熱処理を行う際に、チャンバー６の内部に照射された光の強度の時間波形を処理波形として取得する（ステップＳ４）。すなわち、「処理波形」は、フラッシュランプＦＬから実際に処理対象となる半導体ウェハーＷに光照射が行われたときのチャンバー６内部における光の強度波形であり、ステップＳ６での異常検出処理における比較対象となる強度波形である。ステップＳ４はステップＳ３の光照射熱処理が行われている過程の一部で行われるものである。ステップＳ４にて取得された処理波形は最終的にはメインコントローラ３の波形記憶部３５に記憶される（ステップＳ５）。なお、本明細書において、単に「強度波形」と記載するときには強度の時間波形を意味するものとする。

次に、取得した基準波形および処理波形に基づいて処理異常検出処理が実行される（ステップＳ６）。このステップＳ６の処理異常検出処理についてもさらに後述する。そして、異常検出処理が終了した後、ロットを構成する全ての半導体ウェハーＷの処理が終了したか否かが判断される（ステップＳ７）。全ての半導体ウェハーＷの処理が終了していない場合にはステップＳ３に戻って、新たな半導体ウェハーＷの光照射熱処理およびそのときの光の強度波形取得が実行される。このようにして、処理対象となっている全ての半導体ウェハーＷについてステップＳ３〜ステップＳ６の処理が繰り返される。

＜２−２．半導体ウェハーの光照射熱処理＞
次に、図８のステップＳ３の光照射熱処理について説明する。まず、保持部７が図５に示す処理位置から図１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に光照射が行われるときの保持部７の位置であり、図５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１に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。熱処理装置１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１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、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部６６を介して半導体ウェハー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２中に示す矢印ＡＲ４の方向へと流れ、図１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に保持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。

図９は、予備加熱が開始されてからの半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。処理位置にて時間ｔｐ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６００℃程度とされる（本実施の形態では６００℃）。また、半導体ウェハーＷの予備加熱を行う時間ｔｐは、約３秒〜２００秒とされる（本実施の形態では６０秒）。なお、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。

時間ｔｐの予備加熱時間が経過した後、時刻ＡにてフラッシュランプＦＬによる半導体ウェハーＷの光照射加熱が開始される。フラッシュランプＦＬからの光照射を行うに際しては、予め電源ユニット９５によってコンデンサ９３に電荷を蓄積しておく。そして、コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にて、メインコントローラ３のパルス発生器３１からスイッチング素子９６にパルス信号を出力する。

図１０は、パルス信号の波形の一例を示す図である。パルス信号の波形は、パルス幅の時間（オン時間）とパルス間隔の時間（オフ時間）とを順次設定したレシピを入力部３３から入力することによって規定することができる。このようなレシピをオペレータが入力部３３からメインコントローラ３に入力すると、メインコントローラ３のパルス設定部３２は図１０に示すようなオンオフを繰り返すパルス波形を設定する。そして、パルス設定部３２によって設定されたパルス波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を出力する。その結果、スイッチング素子９６のゲートには図１０のような波形のパルス信号が印加され、スイッチング素子９６のオンオフ駆動が制御されることとなる。

また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになるタイミングと同期してメインコントローラ３がトリガー回路９７を制御してトリガー電極９１に電圧を印加する。これにより、スイッチング素子９６のゲートに入力されるパルス信号がオンのときにはガラス管９２内の両端電極間で必ず電流が流れ、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。メインコントローラ３からスイッチング素子９６のゲートに図１０の波形のパルス信号を出力するとともに、該パルス信号がオンになるタイミングと同期してトリガー電極９１に電圧を印加することにより、フラッシュランプＦＬを含む回路中にのこぎり波形の電流が流れる。すなわち、スイッチング素子９６のゲートに入力されるパルス信号がオンのときにはフラッシュランプＦＬのガラス管９２内に流れる電流値が増加し、オフのときには電流値が減少する。なお、各パルスに対応する個々の電流波形はコイル９４の定数によって規定される。

フラッシュランプＦＬを含む回路中に電流が流れることによってフラッシュランプＦＬが発光する。フラッシュランプＦＬの発光強度は、フラッシュランプＦＬに流れる電流にほぼ比例する。その結果、フラッシュランプＦＬの発光強度の時間波形（時間プロファイル）は図１１に示すようなパターンとなる。図１１に示す如きフラッシュランプＦＬからの強度波形にて、処理位置の保持部７に保持された半導体ウェハーＷに光照射が行われる。

ここで、スイッチング素子９６を使用することなくフラッシュランプＦＬを発光させた場合には、コンデンサ９３に蓄積されていた電荷が１回の発光で瞬時に消費される。このため、フラッシュランプＦＬの発光強度の波形は急激に立ち上がって急激に降下する幅が０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度のシングルパルスとなる。

これに対して、本実施の形態のように、回路中にスイッチング素子９６を接続してそのゲートに図１０のようなパルス信号を出力することにより、いわばフラッシュランプＦＬの発光がチョッパ制御されることとなり、コンデンサ９３に蓄積された電荷が分割して消費され、極めて短い時間の間にフラッシュランプＦＬが点滅を繰り返す。もっとも、フラッシュランプＦＬに流れる電流値が完全に”０”になる前に次のパルスがスイッチング素子９６のゲートに印加されて電流値が再度増加する。このため、フラッシュランプＦＬが点滅を繰り返している間も発光強度が完全に”０”になることはなく、細かな増減を繰り返しながらマクロにはフラッシュランプＦＬの発光強度は図１１に示すようなパターンを描く。

半導体ウェハーＷに注入された不純物の活性化のみならず、イオン打ち込み時に不純物注入層よりもやや深い位置に導入された結晶欠陥の回復処理をも行うのであれば、単純なシングルパルスの強度波形よりも複数のピークを有する例えば図１１の如き強度波形の方が好ましい場合がある。また、急激な温度変化に起因した半導体ウェハーＷの割れを防止する観点からも単純なシングルパルスの強度波形よりも図１１のような複数のピークを有する強度波形の方が好ましいこともある。

また、スイッチング素子９６のゲートに印加するパルス信号の波形を調整することによって、フラッシュランプＦＬの発光強度の時間波形を図１２〜図１４に示すようなパターンとすることもできる。なお、パルス信号の波形は、入力部３３から入力するパルス幅の時間およびパルス間隔の時間によって調整することができる。

図１２に示す発光強度の時間波形は、フラッシュランプＦＬが最初にピークを有する波形にて発光した後、そのピークの強度値よりも低い発光強度にて比較的長時間なだらかな波形にて発光するものである。逆に図１４に示す発光強度の時間波形は、フラッシュランプＦＬが最初に比較的長時間なだらかな波形にて発光した後、最後にピークを有する波形にて発光するものである。また、図１３に示す発光強度の時間波形は、フラッシュランプＦＬが比較的長時間ほぼ一定の強度にて発光するフラットな波形である。このように、スイッチング素子９６のゲートに印加するパルス信号の波形を調整することによって、フラッシュランプＦＬの発光強度の時間波形を自在に変化させることができる。但し、フラッシュランプＦＬの発光強度の時間波形が如何なる形態であったとしても、１回の加熱処理におけるフラッシュランプＦＬの発光時間は１秒以下である。

図１１〜図１４に示すような強度波形にてフラッシュランプＦＬから光照射を行うことによって、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１から目標とする処理温度Ｔ２にまで緩やかに昇温してから緩やかに降温する。もっとも、半導体ウェハーＷの表面温度が緩やかに昇温してから緩やかに降温するとは言っても、それは従来のフラッシュランプアニールに比較すればのことであり、フラッシュランプＦＬの発光時間は１秒以下であるため、ハロゲンランプなどを用いた光照射加熱と比較すると著しく短時間での昇温・降温である。

フラッシュランプＦＬによる光照射加熱が終了した後、半導体ウェハーＷが処理位置において約１０秒間待機してから保持部７が保持部昇降機構４により再び図１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は装置外部の搬送ロボットにより搬出され、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの光照射熱処理が完了する。

既述のように、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。

＜２−３．チャンバー内に入射した光の波形計測処理＞
次に、図８のステップＳ１の基準波形の取得およびステップＳ４の処理波形の取得について説明する。ステップＳ１およびステップＳ４の波形取得は、いずれも石英プローブ１８および波形計測部２０によって実行されるものであり、両ステップでの処理内容自体は同じである。

図１５は、チャンバー６の内部に照射される光の波形取得手順を示すフローチャートである。図１５に示す波形取得の処理手順は、ワンチップマイコン２５が各ステップを実行することによって進行する。まず、高速Ａ／Ｄコンバータ２４からワンチップマイコン２５への入力電圧が所定の閾値以上であるか否かが判定される（ステップＳ１１）。チャンバー６の内部に光が照射されていない状態であってもフォトダイオード２１は極めて微弱な電流を発生させており、そのような電流に起因した電圧信号を光の強度データとして取得するのを防ぐためにステップＳ１１の判定処理を行う。ステップＳ１１の所定の閾値、すなわち記録開始電圧は、波形計測部２０の回路特性に応じて適宜の値を設定しておくことができる（本実施では１Ｖとされる）。

高速Ａ／Ｄコンバータ２４からワンチップマイコン２５への入力電圧が所定の閾値未満であり続ける間はワンチップマイコン２５は待機している。一方、入力電圧が所定の閾値以上となったときには、ワンチップマイコン２５がタイマによって計時を開始する（ステップＳ１２）。

高速Ａ／Ｄコンバータ２４からワンチップマイコン２５への入力電圧が所定の閾値以上となるのは、フラッシュランプＦＬからの光が石英プローブ１８に入射したときである。すなわち、フラッシュランプＦＬが発光したとき、その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内へと向かう。そして、ランプハウス５のフラッシュランプＦＬからチャンバー６の内部に照射された光の一部は石英プローブ１８の先端に入射する。石英プローブ１８に入射した光は光ファイバー１７によって波形計測部２０のフォトダイオード２１へと導かれる。

フォトダイオード２１は、石英プローブ１８に入射した光の強度に応じた光電流を発生する。フォトダイオード２１は応答時間が極めて短いため、短時間の間に強度が劇的に変化するフラッシュランプＦＬからの照射光にも追随することができる。フォトダイオード２１にて発生した電流は電流電圧変換回路２２によって取り扱いの容易な電圧信号に変換される。

電流電圧変換回路２２から出力された電圧信号は、増幅回路２３によって増幅された後、高速Ａ／Ｄコンバータ２４によってコンピュータが取り扱うのに適したデジタル信号に変換される。そして、高速Ａ／Ｄコンバータ２４から出力されるデジタル信号のレベルがワンチップマイコン２５への入力電圧となる。フラッシュランプＦＬが発光を開始し、フォトダイオード２１が光電流を発生してワンチップマイコン２５への入力電圧が所定の閾値以上となった時点からステップＳ１２に進んでタイマによる計時が開始され、それと同時にステップＳ１３〜ステップＳ１５のサンプリングが開始される。

ステップＳ１３では、ワンチップマイコン２５に入力されたデジタル信号のレベルが計時を開始してからのサンプリング時刻とともにデータとしてメモリ（ワンチップマイコン２５のメモリ）に記憶される。こうして１つのデータのサンプリングを行った後、ステップＳ１４に進んで予め設定されている一定時間待機する。ステップＳ１４での待機時間はサンプリングを行う間隔であり、波形計測部２０のハードウェアとして許容可能な範囲で任意の時間を設定することができ、本実施形態では０．１ミリセカンドに設定されている。

次に、ステップＳ１５に進んで、予め設定された波形取得時間が経過したか否かが判定される。ここでの波形取得時間はサンプリングを行う総時間であり、任意の時間を設定することができ、本実施形態では１０ミリセカンドに設定されている。予め設定された波形取得時間が経過していなければ、ステップＳ１３に戻って再びその時点でのデジタル信号のレベルをメモリに記憶する。ステップＳ１３〜ステップＳ１５の手順を波形取得時間が経過するまで繰り返す。すなわち、ワンチップマイコン２５は、高速Ａ／Ｄコンバータ２４から出力されたデジタル信号のレベルを一定の間隔で所定時間サンプリングを繰り返して、そのサンプリングしたデータをサンプリング時刻とともに順次メモリに記憶するのである。本実施形態では、ワンチップマイコン２５は、０．１ミリセカンド間隔で１０ミリセカンドの間、高速Ａ／Ｄコンバータ２４から出力されたデジタル信号のサンプリングを繰り返す。

このようにして一定時間間隔でサンプリングを繰り返して順次メモリに記憶したデータは石英プローブ１８に入射した光の強度の時間波形を構成する。すなわち、ワンチップマイコン２５のメモリに格納されたデータをサンプリング時刻に沿って時系列にプロットすれば、石英プローブ１８に入射した光の強度の時間波形が描かれる。例えば、ランプハウス５のフラッシュランプＦＬから図１１に示すような強度波形にて光照射を行ったとすると、チャンバー６の内部に照射される光の強度波形も概ね同様のものとなり、ワンチップマイコン２５が取得する光の強度の時間波形も図１１のようなものとなる。

図８のステップＳ１にてチャンバー６の内部に照射される光の強度の基準波形を取得するときには、チャンバー６にダミーウェハーなどを搬入した状態でフラッシュランプＦＬから光照射を行っても良いし、ウェハーが存在しない状態でフラッシュランプＦＬから光照射を行っても良い。基準波形は、ステップＳ６での異常検出処理における基準となる光強度の時間波形であり、フラッシュランプＦＬから正常な光照射が行われたときのチャンバー６内部に照射される光の強度波形である。従って、基準波形を取得するときには、フラッシュランプＦＬから正常な光照射が行われ、かつ、波形計測部２０にて正常な波形取得が行われていなければならない。このため、図８のステップＳ１の基準波形取得処理は、複数回繰り返して行い、得られた光強度の時間波形が概ね一致していたときに、それをもって基準波形とするのが好ましい。ステップＳ１にて得られた基準波形はメインコントローラ３に転送されて波形記憶部３５に記憶される（図８のステップＳ２）。

一方、図８のステップＳ４にて処理波形を取得するときには、処理対象となる半導体ウェハーＷが保持部７によって処理位置に保持された状態にてフラッシュランプＦＬから光照射が行われてチャンバー６の内部に照射された光の強度の時間波形を取得する。すなわち、処理波形はフラッシュランプＦＬから処理対象となる半導体ウェハーＷに光照射が行われたときのチャンバー６の内部に照射される光の強度波形である。従って、処理波形の取得は、１枚の半導体ウェハーＷについて１回のみ実行される。ステップＳ４にて取得された処理波形もメインコントローラ３に転送されて波形記憶部３５に記憶される（図８のステップＳ５）。波形記憶部３５には、波形計測部２０によって取得された処理波形が処理対象となる半導体ウェハーＷ毎に蓄積される。

＜２−４．処理異常検出処理＞
次に、図８のステップＳ６の処理異常検出処理について説明する。ステップＳ６に進むまでの時点で、メインコントローラ３の波形記憶部３５には基準波形と処理波形とが格納されており、異常検出部３７がこれらを比較することによって処理異常検出処理は行われる。

図１６は、基準波形と処理波形との比較を説明するための図である。本実施形態においては、異常検出部３７は、所定の時間範囲での基準波形と処理波形との差分を算出して異常検出処理を行う。波形記憶部３５には、高速Ａ／Ｄコンバータ２４から出力されたデジタル信号のレベルがサンプリング時刻とともに記憶されている。異常検出部３７は、所定の時間範囲内において、同じサンプリング時刻の基準波形の信号レベルと処理波形の信号レベルとの差分を算出する。そして、その差分値が予め設定されている許容範囲を超えている場合には、異常検出部３７は、処理対象の半導体ウェハーＷに対してフラッシュランプＦＬから正常な光照射が行われておらず、その半導体ウェハーＷの処理品質を維持できないと判断する。

差分値の算出は複数点で行うのが好ましい。また、差分を算出する時間範囲は任意の値に設定することができる。図１６の例では、基準波形の全時間範囲にわたって一定時間間隔（例えば、０．１ミリセカンド）で複数のサンプリング時刻について基準波形と処理波形との差分値を算出しているが、一部の時間範囲のみで差分値を算出するようにしても良い。この場合、差分を算出する時間範囲は基準波形のピークを含む近傍に設定するのが好ましい。照射光の強度波形のピーク近傍は処理結果に与える影響が大きいため、ピーク近傍での差分値を算出して処理異常検出を行えば、処理品質をより高度に維持することができる。また、一部の時間範囲を設定する場合、複数箇所に設定（例えば、基準波形が複数のピークを有するのであれば各ピークに設定）するようにしても良い。さらに、差分を算出する時間間隔も任意の値に設定することができる（但し、図１５のステップＳ１４の待機時間の整数倍）。

また、演算を行った時間範囲において、差分値を積分し、その積分値を比較して処理異常を検出するようにしても良い。

差分値が許容範囲を超えて処理異常が検出された場合には、異常検出部３７がメインコントローラ３の表示部にエラー表示を行う。エラー表示の内容としては、例えば許容範囲を超えた差分値とそのサンプリング時刻を表示するようにすれば良い。また、図１６に示すような基準波形および処理波形そのものをグラフィカルに表示するようにしても良い。

＜３．効果＞
本実施形態においては、応答時間が極めて短いフォトダイオード２１によって照射時間の短いフラッシュランプＦＬからチャンバー６の内部に照射された光の強度変化を確実に検出し、それをワンチップマイコン２５によって光の強度の時間波形として取得している。

特許文献１に開示されるような、チャンバー６の内部に照射された光のエネルギーを検出する技術は、光強度の時間波形の積分値を検出するものである。従って、例えば図１６で処理波形が単純なシングルパルスの波形であったとしても、基準波形の積分値と処理波形の積分値とが同じであったならば、処理の異常を検出することはできなかった。一方、既述したように、不純物の活性化処理だけでなく、イオン打ち込み時に不純物注入層よりもやや深い位置に導入された結晶欠陥の回復処理を行う場合には、フラッシュランプＦＬから照射される光の強度波形そのものが処理結果に大きな影響を与える。

本実施形態のようにすれば、フラッシュランプＦＬからチャンバー６の内部に照射される光の強度の時間波形そのものを波形計測部２０によって計測して取得することができる。従って、総エネルギーが同じであったとしても、基準波形と処理波形との形状の相違を検出することができ、その結果処理の異常を確実に検出することができる。

また、強度波形を積分することによって照射光のエネルギーを算出することもでき、さらに照射光の強度のピーク値（複数のピークがある場合にはそれぞれについて）を求めることもできる。

＜４．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、熱処理装置１の構成は図１７〜図１９に示すようなものであっても良い。上記実施形態では石英プローブ１８と波形計測部２０とを光ファイバー１７を介して接続していたが、図１７に示す例おいては石英プローブ１８と波形計測部２０とを直接接続している。図１７のように構成しても、上記実施形態と同様の処理を行うことができる。

また、図１８に示す例においては、上記実施形態の石英プローブ１８に代えて石英窓１９を用いている。石英窓１９は、チャンバー６の底壁面であるチャンバー底部６２に設置されている。石英窓１９は光ファイバー１７を介して波形計測部２０と接続されている。図１９に示す例においては、石英窓１９と波形計測部２０とを直接接続している。図１８、図１９のように構成しても、フラッシュランプＦＬからチャンバー６の内部に照射された光の一部は石英窓１９に入射し、上記実施形態と同様の波形計測処理が実行される。すなわち、図１，図１７の石英プローブ１８および図１８，図１９の石英窓１９はいずれもランプハウス５のフラッシュランプＦＬからチャンバー６の内部に照射された光が入射する入射部として機能し、その入射した光の強度の時間波形が波形計測部２０によって計測される。なお、図１７〜図１９において、波形計測機構以外の構成については上記実施形態と同じであり、上記実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。

また、フラッシュランプＦＬからチャンバー６の内部に照射された光を受光して波形計測部２０に導く構造は図１，図１７〜図１９の形態に限定されるものではなく、受光した光を適切に導ける構造であれば良く、例えば特許文献１に開示される光導出構造と同様のものであっても良い。また、ランプハウス５に石英プローブ１８や石英窓１９を設け、フラッシュランプＦＬからの光を直接計測するものであっても良い。

また、上記実施形態においては、高速Ａ／Ｄコンバータ２４からワンチップマイコン２５への入力電圧が所定の閾値以上となった時点からデジタル信号のサンプリングを開始するようにしていたが、これに限定されるものではなく、例えばメインコントローラ３のパルス発生器３１からパルス信号を出力するタイミングと同期してサンプリングを開始するようにしても良い。また、トリガー回路９７がトリガー電極９１に電圧を印加するタイミングと同期してサンプリングを開始するようにしても良い。また、高速Ａ／Ｄコンバータ２４からワンチップマイコン２５への入力電圧の傾きが所定値以上となった時点からサンプリングを開始するようにしても良い。さらには、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖されてから所定時間が経過した時点からサンプリングを開始するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、処理対象となる半導体ウェハーＷの処理に先立って、フラッシュランプＦＬから正常な光照射を行って基準波形を取得するようにしていたが、これに代えてロットの最初の半導体ウェハーＷに光照射熱処理を行うときにチャンバー６内部に照射された光の強度の時間波形を基準波形として取得するようにしても良い。また、ロットの途中の半導体ウェハーＷに光照射熱処理を行うときにチャンバー６内部に照射された光の強度の時間波形を基準波形として取得するようにしても良い。さらには、基準波形としては、予め波形記憶部３５に格納されていたものを用いるようにしても良いし、手動にて設定したものであっても良いし、装置の外部からダウンロードしたものであっても良い。

また、異常検出処理を行うときに、差分を算出する時間範囲を自動で設定するようにしても良い。具体的には、異常検出部３７が基準波形のピークを検出し、その検出したピークを含むように予め設定された長さの時間範囲を設定する。このようにすれば、ピークの近傍に確実に差分算出の時間範囲を設定することができる。

また、上記実施形態においては、１枚の半導体ウェハーＷの光照射熱処理が終了するごとに異常検出処理を行うようにしていたが（図８のステップＳ６）、全ての半導体ウェハーＷの光照射熱処理が終了した後に処理異常検出処理を行うようにしても良い。すなわち、図８のステップＳ７の後にステップＳ６を実行するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、スイッチング素子９６によってフラッシュランプＦＬへの通電を制御することにより、発光強度の時間波形を調整するようにしていたが、スイッチング素子９６を用いることなくフラッシュランプＦＬからの発光が単純なシングルパルスの強度波形であったとしても本発明に係る技術を適用して照射光の強度波形を計測することができる。

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、上記実施形態においては、スイッチング素子９６としてＩＧＢＴを使用していたが、これに限定されるものではなく、ＩＧＢＴ以外の他のトランジスタであっても良いし、入力されたパルス信号の波形に応じて回路をオンオフできる素子であれば良い。もっとも、フラッシュランプＦＬの発光には相当に大きな電力が消費されるため、大電力の取り扱いに適したＩＧＢＴやＧＴＯ(Gate Turn Off)サイリスタをスイッチング素子９６として採用するのが好ましい。

また、本発明に係る熱処理装置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、液晶表示装置などに用いるガラス基板であっても良い。

１ 熱処理装置
３ メインコントローラ
４ 保持部昇降機構
５ ランプハウス
６ チャンバー
７ 保持部
１７ 光ファイバー
１８ 石英プローブ
１９ 石英窓
２０ 波形計測部
２１ フォトダイオード
２２ 電流電圧変換回路
２３ 増幅回路
２４ 高速Ａ／Ｄコンバータ
２５ ワンチップマイコン
３５ 波形記憶部
３７ 異常検出部
６０ 上部開口
６１ チャンバー窓
６２ チャンバー底部
６３ チャンバー側部
６５ 熱処理空間
７１ ホットプレート
７２ サセプタ
９６ スイッチング素子
ＦＬ フラッシュランプ
Ｗ 半導体ウェハー

Claims (7)

1. 基板に対して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、
   基板を収容するチャンバーと、
   前記チャンバー内にて基板を保持する保持部と、
   前記保持部に保持された基板に光照射を行う光照射部と、
   前記光照射部から前記チャンバーの内部に照射された光が入射する入射部と、
   前記入射部に入射した光の強度の時間波形を計測する波形計測部と、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
2. 請求項１記載の熱処理装置において、
   前記入射部は前記チャンバーの内部に設置された石英のプローブを備えることを特徴とする熱処理装置。
3. 請求項１記載の熱処理装置において、
   前記入射部は前記チャンバーの壁面に設置された石英窓を備えることを特徴とする熱処理装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、
   前記波形計測部はフォトダイオードを備えることを特徴とする熱処理装置。
5. 請求項４記載の熱処理装置において、
   前記波形計測部は、
   前記フォトダイオードにて発生した電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
   前記電流電圧変換回路から出力された電圧を増幅する増幅回路と、
   前記増幅回路によって増幅された電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたデジタル信号を所定間隔でサンプリングして時間波形を取得する波形取得部と、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
6. 請求項５記載の熱処理装置において、
   前記波形取得部によって取得された光の強度の時間波形を処理対象となる基板毎に蓄積する波形記憶部をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱処理装置において、
   前記光照射部は発光時間が１秒以下のフラッシュランプを備えることを特徴とする熱処理装置。

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