JP2017041468A - 熱処理方法および熱処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の表面状態にかかわらず簡易な構成にて基板の表面温度を測定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。
【解決手段】ハロゲンランプによる予備加熱段階からフラッシュランプによってフラッシュ光照射を行うときにかけて放射温度計によって半導体ウェハーの裏面の温度を測定し、フラッシュ光を照射したときに半導体ウェハーの裏面が予備加熱温度から昇温する上昇温度ΔＴを求める。半導体ウェハーの比熱は既定値であり、上昇温度ΔＴはフラッシュ光照射によって半導体ウェハーの表面に与えられたエネルギーの大きさに比例するため、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーの裏面の上昇温度ΔＴから半導体ウェハーの表面到達温度を算定することができる。
【選択図】図９

Description

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。
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（数ミリ秒以下）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。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。
フラッシュ加熱に限らず熱処理では半導体ウェハーの温度を適切に管理することが重要であり、そのためには熱処理中の半導体ウェハーの温度を正確に測定する必要がある。典型的には、半導体ウェハーの熱処理では非接触の放射温度計によって温度測定が行われる。放射温度計で正確に温度測定を行うためには、被測定物体の放射率を知る必要がある。ところが、半導体ウェハーの放射率は、表面に形成されているパターンや膜によって大きく異なることが知られており、放射率が定まらなければ放射温度計による温度測定は不可能である。
このため、特許文献１には、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーの表面温度と裏面温度とが等しくなった後に、裏面側の放射温度計によって測定したウェハー温度と表面側で測定された光強度とからウェハー表面の放射率を算定し、その算定された放射率を用いてフラッシュ光照射時の半導体ウェハーの表面温度を算定することが提案されている。
特開２０１２−２３８７７９号公報
しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、半導体ウェハーの表面側と裏面側との双方にセンサーを設けて測定する必要があるため、機構および算定のアルゴリズムが複雑になる。また、近年は半導体用途に多種多様な材料が用いられており、例えばシリコンの基材上にゲルマニウムのエピタキシャル膜を形成した基板のように放射率の測定が非常に難しい基板の表面温度を簡便に測定することへの要望も強い。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の表面状態にかかわらず簡易な構成にて基板の表面温度を測定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。
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、フラッシュ光照射前に基板を所定の予備加熱温度に昇温して予備加熱を行う予備加熱工程と、前記予備加熱温度に昇温している前記基板の表面にフラッシュ光を照射して加熱するフラッシュ加熱工程と、フラッシュ光を照射したときに前記基板の裏面が前記予備加熱温度から昇温する上昇温度を測定する上昇温度測定工程と、前記上昇温度に基づいて、フラッシュ光照射時の前記基板の表面到達温度を算定する表面温度算定工程と、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方法において、前記表面温度算定工程では、前記上昇温度の積分値から前記表面到達温度を算定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方法において、前記上昇温度と前記表面到達温度との相関関係を求める工程をさらに備え、前記表面温度算定工程では、前記相関関係に基づいて前記表面到達温度を算定す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方法において、前記表面温度算定工程は、算出された前記表面到達温度を前記基板の比熱によって補正する補正工程をさらに備え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方法において、前記表面到達温度を表示する表示工程をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項６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、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の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射する前に前記基板を所定の予備加熱温度に昇温する予備加熱部と、前記保持部に保持された前記基板の裏面の温度を測定する裏面温度測定部と、前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射したときに前記裏面温度測定部によって測定された前記基板の裏面の前記予備加熱温度からの上昇温度に基づいて、フラッシュ光照射時の前記基板の表面到達温度を算定する表面温度算定部と、を備えることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る熱処理装置において、前記表面温度算定部は、前記上昇温度の積分値から前記表面到達温度を算定することを特徴とする。
また、請求項８の発明は、請求項６の発明に係る熱処理装置において、前記上昇温度と前記表面到達温度との相関関係を格納する記憶部をさらに備え、前記表面温度算定部は、前記相関関係に基づいて前記表面到達温度を算定することを特徴とする。
また、請求項９の発明は、請求項６から請求項８のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記表面温度算定部によって算出された前記表面到達温度を前記基板の比熱によって補正する温度補正部をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項１０の発明は、請求項６から請求項９のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記表面到達温度を表示する表示部をさらに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、フラッシュ光を照射したときに基板の裏面が予備加熱温度から昇温する上昇温度に基づいて、フラッシュ光照射時の基板の表面到達温度を算定するため、基板の裏面の温度測定のみで基板の表面到達温度を求めることができ、基板の表面状態にかかわらず簡易な構成にて基板の表面温度を測定することができる。
特に、請求項２の発明によれば、上昇温度の積分値から表面到達温度を算定するため、測定精度を向上させることができる。
請求項６から請求項１０の発明によれば、フラッシュ光を照射したときに測定された基板の裏面の予備加熱温度からの上昇温度に基づいて、フラッシュ光照射時の基板の表面到達温度を算定するため、基板の裏面の温度測定のみで基板の表面到達温度を求めることができ、基板の表面状態にかかわらず簡易な構成にて基板の表面温度を測定することができる。
特に、請求項７の発明によれば、上昇温度の積分値から表面到達温度を算定するため、測定精度を向上させることができる。
本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 保持部の全体外観を示す斜視図である。 保持部を上面から見た平面図である。 保持部を側方から見た側面図である。 移載機構の平面図である。 移載機構の側面図である。 複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。 制御部の構成を示すブロック図である。 放射温度計によって測定される半導体ウェハーの温度変化を模式的に示す図である。 フラッシュ光照射時における半導体ウェハーの裏面の上昇温度と表面の到達温度との相関関係を示す図である。
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。
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。本実施形態の熱処理装置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。熱処理装置１に搬入される前の半導体ウェハーＷには不純物が注入されており、熱処理装置１による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行される。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。
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。
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。
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。
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。また、反射リング６８，６９の内周面は電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。
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。
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（本実施形態では窒素ガス（Ｎ２））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は窒素ガス供給源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、窒素ガス供給源８５から緩衝空間８２に窒素ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した窒素ガスは、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。なお、処理ガスは窒素ガスに限定されるものではなく、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガス、または、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、塩素（Ｃｌ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ３）、アンモニア（ＮＨ３）などの反応性ガスであっても良い。
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、窒素ガス供給源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。
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。
図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。また、図３は保持部７を上面から見た平面図であり、図４は保持部７を側方から見た側面図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプター７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２およびサセプター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。
基台リング７１は円環形状の石英部材である。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）。円環形状を有する基台リング７１の上面に、そ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。なお、基台リング７１の形状は、円環形状から一部が欠落した円弧状であっても良い。
平板状のサセプター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。サセプター７４は石英にて形成された略円形の平板状部材である。サセプター７４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、サセプター７４は、半導体ウェハーＷよりも大きな平面サイズを有する。サセプター７４の上面には複数個（本実施形態では５個）のガイドピン７６が立設されている。５個のガイドピン７６はサセプター７４の外周円と同心円の周上に沿って設けられている。５個のガイドピン７６を配置した円の径は半導体ウェハーＷの径よりも若干大きい。各ガイドピン７６も石英にて形成されている。なお、ガイドピン７６は、サセプター７４と一体に石英のインゴットから加工するようにしても良いし、別途に加工したものをサセプター７４に溶接等によって取り付けるようにしても良い。
基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプター７４の周縁部の下面とが溶接によって固着される。すなわち、サセプター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おり、保持部７は石英の一体成形部材となる。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、略円板形状のサセプター７４は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。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のサセプター７４の上に水平姿勢にて載置されて保持される。半導体ウェハーＷは、５個のガイドピン７６によって形成される円の内側に載置されることにより、水平方向の位置ずれが防止される。なお、ガイドピン７６の個数は５個に限定されるものではなく、半導体ウェハーＷの位置ずれを防止できる数であれば良い。
また、図２および図３に示すように、サセプター７４には、上下に貫通して開口部７８および切り欠き部７７が形成されている。切り欠き部７７は、熱電対を使用した接触式温度計１３０のプローブ先端部を通すために設けられている。一方、開口部７８は、放射温度計１２０がサセプター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。放射温度計１２０および接触式温度計１３０はいずれも保持部７に保持された半導体ウェハーＷの裏面側に設けられている。放射温度計１２０は、例えばパイロメータを用いて構成されており、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの裏面から放射される放射光を受光して当該裏面の温度を測定する。さらに、サセプター７４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。
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。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。
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がサセプター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の上端がサセプター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。
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。
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。
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。
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。
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を加熱する光照射部である。
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。
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。
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。
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。
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。
制御部３は、熱処理装置１に設けられた種々の動作機構を制御する。図８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１における処理が進行する。
図８に示すように、制御部３は表面温度算定部３１および温度補正部３２を備える。表面温度算定部３１および温度補正部３２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。表面温度算定部３１および温度補正部３２の処理内容についてはさらに後述する。
また、制御部３には、表示部３３が接続されている。表示部３３は、例えば熱処理装置１の外壁に設けられた液晶ディスプレイ等の表示パネルである。表示部３３としては、タッチパネルを採用するようにしても良い。
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。
次に、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順について説明する。ここで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）が添加されたシリコン（Ｓｉ）の半導体基板である。その添加された不純物の活性化が熱処理装置１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。以下に説明する熱処理装置１の処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することにより進行する。
まず、給気のためのバルブ８４が開放されるとともに、排気用のバルブ８９，１９２が開放されてチャンバー６内に対する給排気が開始される。バルブ８４が開放されると、ガス供給孔８１から熱処理空間６５に窒素ガスが供給される。また、バルブ８９が開放されると、ガス排気孔８６からチャンバー６内の気体が排気される。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５の上部から供給された窒素ガスが下方へと流れ、熱処理空間６５の下部から排気される。
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。
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を介してイオン注入後の半導体ウェハーＷがチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される。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を通ってサセプター７４の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。
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のサセプター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、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。また、半導体ウェハーＷは、サセプター７４の上面にて５個のガイドピン７６の内側に保持される。サセプター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。
半導体ウェハーＷが石英にて形成された保持部７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およびサセプター７４を透過して半導体ウェハーＷの裏面から照射される。半導体ウェハーＷの裏面は、表面とは反対側の主面であり、一般的には半導体ウェハーＷの裏面にはパターンが形成されていない。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。
熱処理時の半導体ウェハーＷの温度は放射温度計１２０によって測定されている。すなわち、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの裏面から放射されてサセプター７４の開口部７８を通過した放射光を放射温度計１２０が受光してウェハー温度を測定する。放射温度計１２０によって温度測定を行うときには、測定対象物の放射率が必要となるが、典型的には半導体ウェハーＷの裏面にはパターン形成や成膜がなされておらず、シリコンが露出した状態となっているため、半導体ウェハーＷの裏面の放射率は既知である。また、処理目的によっては、半導体ウェハーＷの裏面に成膜処理が施されていることもあるが、特定の膜が均一に成膜されているため、上記と同様に半導体ウェハーＷの裏面の放射率は既知である。従って、半導体ウェハーＷの裏面から放射された放射光を放射温度計１２０が受光すれば正確かつ良好な再現性にて温度測定を行うことができる。
図９は、放射温度計１２０によって測定される半導体ウェハーＷの温度の変化を模式的に示す図である。時刻ｔ１にハロゲンランプＨＬによる予備加熱が開始されて半導体ウェハーＷの温度が上昇する。厳密には、放射温度計１２０は、半導体ウェハーＷの裏面の温度を測定しているのであるが、予備加熱の段階では、半導体ウェハーＷの表面と裏面との温度差は無視できる程度であるため、半導体ウェハーＷの全体の温度を測定しているものとみなすことができる。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１２０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、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℃）。なお、半導体ウェハーＷが比較的低温の間は放射温度計１２０による温度測定が困難な場合もあるため、予備加熱段階では接触式温度計１３０による温度測定を併用するようにしても良い。
時刻ｔ２に半導体ウェハー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１２０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。
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。さらに、チャンバー側部６１に装着された反射リング６９の内周面は鏡面とされているため、この反射リング６９の内周面によって半導体ウェハーＷの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一なものとすることができる。
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刻ｔ３にフラッシュランプ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。
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、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。また、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射する前にハロゲンランプＨＬによって半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１に予備加熱しているため、極めて短時間のフラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面を１０００℃以上の処理温度Ｔ２にまで昇温することができる。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。
フラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射するときにも、半導体ウェハーＷの裏面の温度が放射温度計１２０によって測定されている。フラッシュ光照射は、極めて短時間に巨大なエネルギーを半導体ウェハーＷの表面に与えるため、フラッシュ光照射時には半導体ウェハーＷの表面が裏面よりも先行して急速に昇温する。図９には参照のため、半導体ウェハーＷの表面の温度を点線にて示しているが、これは放射温度計１２０によって測定される実測の温度ではない。放射温度計１２０によって測定されるのは、図９に実線で示す半導体ウェハーＷの裏面の温度である。
図９の点線で示すように、時刻ｔ３にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射された瞬間に半導体ウェハーＷの表面は１０００℃以上の処理温度Ｔ２に到達する。その一方、図９の実線で示すように、フラッシュ光照射の瞬間は半導体ウェハーＷの裏面は予備加熱温度Ｔ１からほとんど昇温していない。そして、フラッシュ光が照射されて半導体ウェハーＷの表面が温度上昇した時刻ｔ３よりも少し遅れた時刻ｔ４に半導体ウェハーＷの裏面が温度が若干上昇する。すなわち、先行して急速に昇温した半導体ウェハーＷの表面よりも少し遅れて半導体ウェハーＷの裏面が昇温するのである。これは、極めて照射時間の短いフラッシュ光照射によって瞬間的に昇温した半導体ウェハーＷの表面から裏面に熱が伝導するのに時間を要するためである。例えば、半導体ウェハーＷの厚さが０．７７５ｍｍであれば、表面から裏面への熱伝導に約２０ミリ秒の時間を要する。
図９に示すように、時刻ｔ４に半導体ウェハーＷの裏面が到達する温度Ｔ３はフラッシュ光照射の瞬間に半導体ウェハーＷの表面が到達する処理温度Ｔ２よりも顕著に低い。つまり、半導体ウェハーＷの裏面は表面ほどには昇温しないのである。このことは、フラッシュ加熱では半導体ウェハーＷの表面近傍のみが選択的に昇温されることを意味しており、浅い接合を実現するのに好適である。
時刻ｔ４に半導体ウェハーＷの裏面が到達する温度Ｔ３は放射温度計１２０によって正確に測定される。放射温度計１２０によって測定された裏面の到達温度Ｔ３は制御部３に伝達される。制御部３の表面温度算定部３１（図８）は、放射温度計１２０が測定した半導体ウェハーＷの裏面の到達温度Ｔ３から表面の到達温度である処理温度Ｔ２を算定する。
具体的には、表面温度算定部３１は、まずフラッシュ光が照射されたときに半導体ウェハーＷの裏面が予備加熱温度Ｔ１から昇温する上昇温度ΔＴを求める。すなわち、表面温度算定部３１は、上昇温度ΔＴ＝裏面の到達温度Ｔ３−予備加熱温度Ｔ１を算出する。
フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面に与えられたエネルギーの大きさに応じて半導体ウェハーＷの表面から裏面に伝わる熱量は規定される。そして、半導体ウェハーＷの表面から裏面に伝わる熱量によって半導体ウェハーＷの裏面の上昇温度ΔＴが規定される。すなわち、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの裏面の上昇温度ΔＴは、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面に与えられたエネルギーの大きさに比例する。シリコンの半導体ウェハーＷの比熱は既知（概ねシリコンの比熱）であるため、半導体ウェハーＷの裏面の上昇温度ΔＴから半導体ウェハーＷの表面に与えられたエネルギーの大きさを求めることができれば、半導体ウェハーＷの表面における上昇温度を算定することができ、それを予備加熱温度Ｔ１に加算すれば表面の到達温度である処理温度Ｔ２を算定することができる。
このような原理に基づいて半導体ウェハーＷの裏面の上昇温度ΔＴから半導体ウェハーＷの表面の処理温度Ｔ２を算定することができるのであるが、本実施形態においてはより迅速に処理温度Ｔ２を求めるため、上昇温度ΔＴと表面到達温度である処理温度Ｔ２との相関関係を予め求めておき、その相関関係から処理温度Ｔ２を算定している。
図１０は、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの裏面の上昇温度ΔＴと表面の到達温度との相関関係を示す図である。同図に示すように、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの裏面の上昇温度ΔＴと表面到達温度である処理温度Ｔ２との間には次の式（１）で示されるような線形関係が存在する。なお、式（１）においてａは係数である。
Figure 2017041468
図１０に示すような相関関係は、予めダミーのシリコンウェハー等を用いた実験またはシミュレーションによって求めておく。そして、図１０に示すような相関関係を相関テーブルとして制御部３の磁気ディスク３５に格納しておく（図８参照）。或いは、相関テーブルに代えて、式（１）を制御部３の磁気ディスク３５に記憶させておいても良い。
制御部３の表面温度算定部３１は、図１０の如き相関テーブルまたは式（１）で表される半導体ウェハーＷの裏面の上昇温度ΔＴと表面到達温度との相関関係に基づいて上昇温度ΔＴからフラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの表面到達温度を算定する。制御部３は算定した半導体ウェハーＷの表面到達温度を表示部３３に表示する。
フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間が経過した時刻ｔ５にハロゲンランプＨＬも消灯する。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の温度は接触式温度計１３０または放射温度計１２０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、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がサセプター７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプター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搬出され、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。
本実施形態においては、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱段階からフラッシュランプＦＬによるフラッシュ光照射にかけて放射温度計１２０によって半導体ウェハーＷの裏面の温度を測定し、フラッシュ光を照射したときに半導体ウェハーＷの裏面が予備加熱温度Ｔ１から昇温する上昇温度ΔＴを求めている。そして、制御部３の表面温度算定部３１が上昇温度ΔＴと表面到達温度との相関関係に基づいて上昇温度ΔＴからフラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの表面到達温度を算定している。すなわち、放射温度計１２０によって半導体ウェハーＷの裏面の温度のみを測定し、その測定結果から半導体ウェハーＷの表面到達温度を算定しているのである。
半導体ウェハーＷの表面にはパターン形成がなされているため、その放射率は不明であり、しかも表面全面で均一ではない。これに対して、半導体ウェハーＷの裏面にはパターン形成がなされておらず、成膜されずにシリコンが露出しているか、または、特定の膜が均一に成膜されているため、その放射率は既知である。よって、非接触の放射温度計１２０であっても半導体ウェハーＷの裏面の温度は正確かつ良好な再現性にて測定することができる。そして、フラッシュ光を照射したときに半導体ウェハーＷの裏面が予備加熱温度Ｔ１から昇温する上昇温度ΔＴは、半導体ウェハーＷの表面に形成されているパターンの内容にかかわらず（つまり、表面の放射率とは関係なく）、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面に与えられたエネルギーの大きさに比例する。このため、放射温度計１２０によって半導体ウェハーＷの裏面の温度を測定し、予備加熱温度Ｔ１からの上昇温度ΔＴを正確に求めれば、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの表面到達温度である処理温度Ｔ２を算定することができる。
また、半導体ウェハーＷの表面からの放射光の強度を測定するセンサーを設けなくとも、半導体ウェハーＷの裏面からの放射光を受光して温度測定を行う放射温度計１２０を設けるだけで半導体ウェハーＷの表面到達温度を算定することができる。すなわち、本発明によれば、半導体ウェハーＷの表面状態にかかわらず簡易な構成にて半導体ウェハーＷの表面温度を測定することができるのである。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、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がシリコンのみで形成されていたが（極微量の不純物は添加されているものの半導体ウェハーＷの比熱に与える影響は無視できる程度である）、これに限定されるものではなく、異なる材料の積層構造を有する半導体基板であっても本発明に係る技術を用いて温度測定を行うことができる。例えば、上記実施形態と同様の手法にて、シリコンの基材上にゲルマニウム（Ｇｅ）をエピタキシャル成長させた半導体基板の裏面の温度を放射温度計１２０によって測定してフラッシュ光照射時の上昇温度ΔＴを求め、その上昇温度ΔＴから当該基板の表面到達温度を算定することができる。表面にゲルマニウムのエピタキシャル膜を形成した基板であっても、その裏面はシリコンが露出しているために放射率が既知であり、放射温度計１２０は裏面の温度を正確に測定することができる。
但し、シリコンの基材上にシリコンとは異なる材料の膜を形成した基板の場合、基板表面近傍の比熱がシリコンのみの基板とは異なる。このようなシリコンとは異なる材料の積層構造を有する基板の温度測定を行うときには、制御部３の温度補正部３２（図８）が基板を構成する材料の比熱に基づいて、表面温度算定部３１が算定した表面到達温度（シリコンの比熱で算定された温度）を補正する。例えば、上記のシリコンの基材上にゲルマニウムのエピタキシャル膜を形成した基板であれば、温度補正部３２がシリコンとゲルマニウムとの比熱の差に基づいて、表面温度算定部３１が算定した表面到達温度を３％程度減ずることにより、当該基板の表面到達温度を算定することができる。
シリコンの基材上にゲルマニウムのエピタキシャル膜を形成した基板のように、積層構造を有する基板では表面の放射率を測定するのが非常に難しいのであるが、上記のようにすれば基板表面の到達温度を簡便に測定することができる。すなわち、本発明に係る技術は、このような積層構造を有していて表面の放射率を測定することが困難な基板の表面到達温度を測定するのに特に好適である。
また、上記実施形態においては、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの裏面の上昇温度ΔＴから半導体ウェハーＷの表面到達温度を算定していたが、これに代えて、上昇温度ΔＴの積分値から半導体ウェハーＷの表面到達温度を算定するようにしても良い。より詳細には、フラッシュ光を照射したときに半導体ウェハーＷの裏面が予備加熱温度Ｔ１から昇温する上昇温度ΔＴを時間で積分した積分値（つまり、図９の斜線部の面積）から表面温度算定部３１が半導体ウェハーＷの表面到達温度を算定する。
照射時間の極めて短いフラッシュ光照射では、半導体ウェハーＷの裏面の温度が予備加熱温度Ｔ１から上昇している時間も極めて短い。その一方、放射温度計１２０のサンプリング時間を短くするのには限度があるため、図９の時刻ｔ４のタイミングで放射温度計１２０が半導体ウェハーＷの裏面が到達する温度Ｔ３を測定できないこともある。その結果、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの裏面の上昇温度ΔＴに誤差が含まれるおそれもある。上昇温度ΔＴの積分値から半導体ウェハーＷの表面到達温度を算定するようにすれば、放射温度計１２０のサンプリング時間に起因した上昇温度ΔＴの測定誤差を低減して、半導体ウェハーＷの表面到達温度の算定精度を向上させることができる。
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。
また、上記実施形態においては、ハロゲンランプＨＬからのハロゲン光照射によって半導体ウェハーＷを予備加熱するようにしていたが、予備加熱の手法はこれに限定されるものではなく、ホットプレートに載置することによって半導体ウェハーＷを予備加熱するようにしても良い。
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
３１ 表面温度算定部
３２ 温度補正部
３３ 表示部
３５ 磁気ディスク
６５ 熱処理空間
７４ サセプター
１２０ 放射温度計
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

Claims (10)

  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、
    フラッシュ光照射前に基板を所定の予備加熱温度に昇温して予備加熱を行う予備加熱工程と、
    前記予備加熱温度に昇温している前記基板の表面にフラッシュ光を照射して加熱するフラッシュ加熱工程と、
    フラッシュ光を照射したときに前記基板の裏面が前記予備加熱温度から昇温する上昇温度を測定する上昇温度測定工程と、
    前記上昇温度に基づいて、フラッシュ光照射時の前記基板の表面到達温度を算定する表面温度算定工程と、
    を備えることを特徴とする熱処理方法。
  2. 請求項１記載の熱処理方法において、
    前記表面温度算定工程では、前記上昇温度の積分値から前記表面到達温度を算定することを特徴とする熱処理方法。
  3. 請求項１記載の熱処理方法において、
    前記上昇温度と前記表面到達温度との相関関係を求める工程をさらに備え、
    前記表面温度算定工程では、前記相関関係に基づいて前記表面到達温度を算定することを特徴とする熱処理方法。
  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、
    前記表面温度算定工程は、算出された前記表面到達温度を前記基板の比熱によって補正する補正工程をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。
  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、
    前記表面到達温度を表示する表示工程をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。
  6. 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、
    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の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
    前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射する前に前記基板を所定の予備加熱温度に昇温する予備加熱部と、
    前記保持部に保持された前記基板の裏面の温度を測定する裏面温度測定部と、
    前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射したときに前記裏面温度測定部によって測定された前記基板の裏面の前記予備加熱温度からの上昇温度に基づいて、フラッシュ光照射時の前記基板の表面到達温度を算定する表面温度算定部と、
    を備えることを特徴とする熱処理装置。
  7. 請求項６記載の熱処理装置において、
    前記表面温度算定部は、前記上昇温度の積分値から前記表面到達温度を算定することを特徴とする熱処理装置。
  8. 請求項６記載の熱処理装置において、
    前記上昇温度と前記表面到達温度との相関関係を格納する記憶部をさらに備え、
    前記表面温度算定部は、前記相関関係に基づいて前記表面到達温度を算定することを特徴とする熱処理装置。
  9. 請求項６から請求項８のいずれかに記載の熱処理装置において、
    前記表面温度算定部によって算出された前記表面到達温度を前記基板の比熱によって補正する温度補正部をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
  10. 請求項６から請求項９のいずれかに記載の熱処理装置において、
    前記表面到達温度を表示する表示部をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
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