JP2017117862A - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】赤外光を吸収する処理ガスの雰囲気中であっても正確に基板の温度を測定することができる熱処理装置および熱処理方法を提供する。
【解決手段】チャンバー６内の基板Ｗに対してハロゲンランプＨＬからの光照射による予備加熱を行った後にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射して加熱する。チャンバー６内にはアンモニア供給機構１８０からアンモニアが供給されてアンモニア雰囲気が形成される。加熱処理時の基板Ｗの温度は放射温度計によって測定される。放射温度計の測定波長域とアンモニアの吸収波長域とが重複するため、放射温度計の設定放射率を基板Ｗの実際の放射率よりも低く変更して設定する。基板Ｗから放射された放射光がアンモニア雰囲気によって吸収されたとしても、放射温度計の設定放射率も低くすれば放射温度計は正確な基板Ｗの温度を測定値として出力することができる。
【選択図】図１

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）に光を照射して加熱する熱処理装置および熱処理方法に関する。
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。
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。
フラッシュランプアニール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る。一般には、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、例えば特許文献１には、フラッシュ光照射前のハロゲンランプによる予備加熱時に放射温度計によって半導体ウェハーの温度を測定することが開示されている。
放射温度計による温度測定では測定対象物の放射率が重要である。半導体ウェハーの表面の放射率は形成されているパターンや膜種によって大きく変化するものの、裏面の放射率は概ね一定であり、面内分布も均一である。このため、特許文献１に開示されるように、半導体ウェハーの裏面から放射される放射光を受光して温度測定を行うのは好ましく、この場合予め知られている半導体ウェハーの裏面の放射率を放射温度計に設定しておけば良い。
特開２０１０−２２５６１３号公報
ところで、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート絶縁膜として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）よりも誘電率の高い材料（高誘電率材料）を用いた高誘電率膜（High-k膜）を形成した半導体ウェハーの熱処理にフラッシュランプアニールを適用することも検討されている。高誘電率膜は、ゲート絶縁膜の薄膜化の進展にともなってリーク電流が増大する問題を解決するために、ゲート電極に金属を用いたメタルゲート電極とともに新たなスタック構造として開発が進められているものである。このような高誘電率ゲート絶縁膜の熱処理をフラッシュランプアニールによって行う場合には、アンモニア雰囲気中にて高誘電率ゲート絶縁膜の窒化処理を行うことが試みられている。
しかしながら、アンモニア雰囲気中にて半導体ウェハーの熱処理を行う場合、放射温度計による温度測定がアンモニアによって阻害されるという問題が生じる。アンモニアは放射温度計が測定に使用する赤外線を吸収するため、放射温度計が受光する赤外線の強度が小さくなり、その結果放射温度計が出力する測定値が実際のウェハー温度よりも低い値となるのである。典型的には、フラッシュランプアニールではフラッシュ光照射前にハロゲンランプによって半導体ウェハーの予備加熱を行うのであるが、放射温度計の測定結果に基づいてハロゲンランプの出力を閉ループ制御しているため、測定結果が実際のウェハー温度よりも低くなるとランプの出力が過大となって半導体ウェハーが目標温度よりも高温に加熱されることなる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、赤外光を吸収する処理ガスの雰囲気中であっても正確に基板の温度を測定することができる熱処理装置および熱処理方法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、前記チャンバーに収容された前記基板に光を照射する光照射部と、前記チャンバーに所定の処理ガスを供給して前記基板の周辺に当該処理ガスの雰囲気を形成するガス供給部と、前記基板から放射される赤外光を受光して前記基板の温度を測定する放射温度計と、前記放射温度計の測定結果に基づいて前記基板が目標温度に到達するように前記光照射部の出力を制御する制御部と、前記放射温度計の測定波長域と前記処理ガスの吸収波長域とが重複する場合には、前記放射温度計の設定放射率を前記基板の実際の放射率よりも低く変更する放射率決定部と、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、前記処理ガスの濃度と前記設定放射率との相関関係を示すテーブルを保持する記憶部をさらに備え、前記放射率決定部は、前記テーブルに基づいて前記チャンバー内の雰囲気中の前記処理ガスの濃度に対応する前記設定放射率を決定することを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記記憶部は、複数の目標温度のそれぞれに個別の前記テーブルを保持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装置において、前記処理ガスはアンモニアであ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、前記光照射部はハロゲンランプを含むことを特徴とする。
また、請求項６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、基板を収容するチャンバーに所定の処理ガスを供給して前記基板の周辺に当該処理ガスの雰囲気を形成する雰囲気形成工程と、前記処理ガスの雰囲気中の前記基板に光照射部から光を照射する光照射工程と、前記基板から放射される赤外光を放射温度計が受光して前記基板の温度を測定する温度測定工程と、前記温度測定工程での測定結果に基づいて前記基板が目標温度に到達するように前記光照射部の出力を制御する制御工程と、を備え、前記放射温度計の測定波長域と前記処理ガスの吸収波長域とが重複する場合には、前記放射温度計の設定放射率を前記基板の実際の放射率よりも低く変更す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方法において、前記処理ガスの濃度と前記設定放射率との相関関係を示すテーブルに基づいて、前記チャンバー内の雰囲気中の前記処理ガスの濃度から前記設定放射率を決定することを特徴とする。
また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る熱処理方法において、複数の目標温度のそれぞれに個別の前記テーブルが作成されてい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方法において、前記処理ガスはアンモニアであ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方法において、前記光照射部はハロゲンランプを含むことを特徴とする。
請求項１から請求項５の発明によれば、放射温度計の測定波長域と処理ガスの吸収波長域とが重複する場合には、放射温度計の設定放射率を基板の実際の放射率よりも低く変更するため、赤外光を吸収する処理ガスの雰囲気中にて基板からの放射光が処理ガスに吸収されて強度が低下しても正確に基板の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、処理ガスの濃度と設定放射率との相関関係を示すテーブルに基づいてチャンバー内の雰囲気中の処理ガスの濃度に対応する設定放射率を決定するため、処理ガスの濃度に応じた適正な設定放射率を決定することができる。
特に、請求項３の発明によれば、複数の目標温度のそれぞれに個別のテーブルを保持するため、目標温度に応じた適正な設定放射率を決定することができる。
請求項６から請求項１０の発明によれば、放射温度計の測定波長域と処理ガスの吸収波長域とが重複する場合には、放射温度計の設定放射率を基板の実際の放射率よりも低く変更するため、赤外光を吸収する処理ガスの雰囲気中にて基板からの放射光が処理ガスに吸収されて強度が低下しても正確に基板の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、処理ガスの濃度と設定放射率との相関関係を示すテーブルに基づいて、チャンバー内の雰囲気中の処理ガスの濃度から設定放射率を決定するため、処理ガスの濃度に応じた適正な設定放射率を決定することができる。
特に、請求項８の発明によれば、複数の目標温度のそれぞれに個別のテーブルが作成されるため、目標温度に応じた適正な設定放射率を決定することができる。
本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 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。 基板の処理手順を示すフローチャートである。 アンモニアの濃度と設定放射率との相関関係を示す相関テーブルの一例を示す図である。
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、高誘電率ゲート絶縁膜（High-k膜）が成膜された半導体の基板Ｗに対してアンモニア雰囲気中にてフラッシュ光を照射することによって当該高誘電率ゲート絶縁膜の成膜後熱処理（ＰＤＡ:Post Deposition Annealing）を促進するフラッシュランプアニール（ＦＬＡ）装置である。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
熱処理装置１は、基板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、シャッター機構２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。熱処理装置１は、チャンバー６の内部に、基板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基板Ｗの受け渡しを行う移載機構１０と、を備える。また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部にアンモニア（ＮＨ３）を供給するアンモニア供給機構１８０を備える。さらに、熱処理装置１は、シャッター機構２、アンモニア供給機構１８０、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基板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、基板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に対して基板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８５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８５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への基板Ｗの搬入および熱処理空間６５からの基板Ｗの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ８５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に所定の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はアンモニア供給機構１８０に接続される。詳細には、ガス供給管８３は二叉に分岐され、その一方は窒素ガス供給源１８５に接続され、他方はアンモニア供給源１８９に接続される。ガス供給管８３の二叉に分岐された経路のうち窒素ガス供給源１８５に接続された配管にはバルブ１８３および流量調整弁１８１が介挿され、アンモニア供給源１８９に接続された配管にはバルブ１８７および流量調整弁１８６が介挿されている。
バルブ１８３が開放されると、窒素ガス供給源１８５からガス供給管８３を通って緩衝空間８２に窒素ガス（Ｎ２）が送給される。ガス供給管８３を流れる窒素ガスの流量は流量調整弁１８１によって調整される。また、バルブ１８７が開放されると、アンモニア供給源１８９からガス供給管８３を通って緩衝空間８２にアンモニアガス（ＮＨ３）が送給される。ガス供給管８３を流れるアンモニアの流量は流量調整弁１８６によって調整される。緩衝空間８２に流入したガスは、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。
これらの窒素ガス供給源１８５、バルブ１８３、流量調整弁１８１、アンモニア供給源１８９、バルブ１８７、流量調整弁１８６、ガス供給管８３、緩衝空間８２およびガス供給孔８１によってアンモニア供給機構１８０が構成される。バルブ１８３およびバルブ１８７の双方を開放することによって、チャンバー６にアンモニアと窒素ガスとの混合ガスを処理ガスとして供給することができる。アンモニア供給機構１８０がチャンバー６に供給する混合ガス中に含まれるアンモニアの濃度は約１０vol.％以下であり、本実施形態では３．５vol.％である。
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、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。
排気部１９０としては、真空ポンプや熱処理装置１が設置される工場の排気ユーティリティを用いることができる。排気部１９０として真空ポンプを採用し、アンモニア供給機構１８０から何らのガス供給を行うことなく密閉空間である熱処理空間６５の雰囲気を排気すると、チャンバー６内を真空雰囲気にまで減圧することができる。また、排気部１９０として真空ポンプを用いていない場合であっても、アンモニア供給機構１８０からガス供給を行うことなく排気を行うことにより、チャンバー６内を大気圧未満の気圧に減圧することができる。
アンモニア供給機構１８０および排気部１９０によって、チャンバー６内の熱処理空間６５にアンモニア雰囲気を形成することができる。すなわち、排気部１９０によって熱処理空間６５から排気を行いつつ、アンモニア供給機構１８０から熱処理空間６５にアンモニアと希釈ガスとしての窒素ガスとの混合ガスを供給することにより、熱処理空間６５に所定のアンモニア濃度（本実施形態では約３．５vol.％）のアンモニア雰囲気を形成することができる。
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の直径は基板Ｗの直径よりも大きい。すなわち、サセプター７４は、基板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基板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に搬入された基板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。基板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、基板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が形成されている。開口部７８は、放射温度計１２０がサセプター７４に保持された基板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は、その放射光の強度から基板Ｗの下面の温度を測定する。放射温度計１２０の測定波長域は波長６．５μｍ〜１４μｍの赤外域である。この波長域の赤外光は石英の上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４を透過しない。従って、フラッシュランプＦＬおよびハロゲンランプＨＬから出射された光のうち放射温度計１２０の測定波長域の赤外光は上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４によってカットされる。このため、フラッシュランプＦＬおよびハロゲンランプＨＬから出射された光が放射温度計１２０による温度測定の外乱光となることは防止される。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が基板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。なお、放射温度計１２０による基板Ｗの温度測定については後に詳述する。
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に対して基板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に保持された基板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に保持される基板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の内部には複数本（本実施形態では４０本）のハロゲンランプＨＬが内蔵されている。複数のハロゲンランプＨＬは、電力供給回路４５からの電力供給を受けて発光し、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へのハロゲン光の照射を行う。電力供給回路４５からの電力供給は制御部３によって制御される。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。本実施形態では、上下２段に各２０本ずつのハロゲンランプＨＬが配設されている。各ハロゲンランプＨＬは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに２０本のハロゲンランプＨＬは、それぞれの長手方向が保持部７に保持される基板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に保持される基板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基板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、上段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向と下段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向とが直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。
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基板Ｗへの放射効率が優れたものとなる。
また、図１に示すように、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４およびチャンバー６の側方にシャッター機構２を備える。シャッター機構２は、シャッター板２１およびスライド駆動機構２２を備える。シャッター板２１は、ハロゲン光に対して不透明な板であり、例えばチタン（Ｔｉ）にて形成されている。スライド駆動機構２２は、シャッター板２１を水平方向に沿ってスライド移動させ、ハロゲン加熱部４と保持部７との間の遮光位置にシャッター板２１を挿脱する。スライド駆動機構２２がシャッター板２１を前進させると、チャンバー６とハロゲン加熱部４との間の遮光位置（図１の二点鎖線位置）にシャッター板２１が挿入され、下側チャンバー窓６４と複数のハロゲンランプＨＬとが遮断される。これによって、複数のハロゲンランプＨＬから熱処理空間６５の保持部７へと向かう光は遮光される。逆に、スライド駆動機構２２がシャッター板２１を後退させると、チャンバー６とハロゲン加熱部４との間の遮光位置からシャッター板２１が退出して下側チャンバー窓６４の下方が開放される。
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は放射率決定部３１を備える。放射率決定部３１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。放射率決定部３１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、入力部３２および表示部３３が接続されている。入力部３２としては、キーボード、マウス等の種々の公知の入力機器を採用することができる。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。入力部３２および表示部３３として、双方の機能を有する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、基板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、基板Ｗに対する処理手順について説明する。図９は、基板Ｗの処理手順を示すフローチャートである。ここで処理対象となる基板Ｗは、ゲート絶縁膜として高誘電率膜が形成された半導体ウェハーである。その基板Ｗに対して熱処理装置１がフラッシュ光を照射して成膜後熱処理を行う。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、処理対象となる基板Ｗが熱処理装置１のチャンバー６に搬入される（ステップＳ１）。基板Ｗの搬入時には、ゲートバルブ８５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を介して基板Ｗがチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される。この際に、バルブ１８３を開放してチャンバー６内に窒素ガスを供給し続けることによって搬送開口部６６から窒素ガス流を流出させ、装置外部の雰囲気がチャンバー６内の流入するのを最小限に抑制するようにしても良い。搬送ロボットによって搬入された基板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基板Ｗを受け取る。
基板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８５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、基板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保持される。基板Ｗは、高誘電率膜が形成された表面を上面としてサセプター７４に保持される。また、基板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。
基板Ｗがチャンバー６に収容された後、チャンバー６内に処理ガスを供給してアンモニア雰囲気を形成する（ステップＳ２）。具体的には、バルブ８９を開放することによって熱処理空間６５から排気を行うととともに、バルブ１８３およびバルブ１８７を開放することによって、ガス供給孔８１から熱処理空間６５にアンモニアと希釈ガスとしての窒素ガスとの混合ガスを供給する。その結果、チャンバー６内にて保持部７に保持された基板Ｗの周辺にはアンモニア雰囲気が形成される。アンモニア雰囲気中におけるアンモニアの濃度（つまり、アンモニアと窒素ガスとの混合比）は、流量調整弁１８１および流量調整弁１８６によって規定される。本実施の形態では、アンモニア雰囲気中におけるアンモニアの濃度が約３．５vol.％となるように、流量調整弁１８６および流量調整弁１８１によってアンモニアおよび窒素ガスの流量が調整されている。なお、アンモニア雰囲気中におけるアンモニアの濃度は１０vol.％以下であれば良い。
また、放射率決定部３１（図８）が放射温度計１２０の設定放射率を決定する（ステップＳ３）。放射温度計１２０の設定放射率とは、放射温度計１２０に設定される被測温対象物の放射率である。放射温度計１２０は、Ｊ＝εσＴ４（Ｊは熱放射、εは被測温対象物の放射率、σはシュテファン＝ボルツマン定数、Ｔは被測温対象物の温度）で表されるシュテファン＝ボルツマンの法則から被測温対象物の温度を測定する。すなわち、放射温度計１２０による温度測定には被測温対象物（本実施形態では基板Ｗ）の放射率が必須である。通常は、基板Ｗの裏面（高誘電率膜が形成された表面とは反対側の主面）の放射率をそのまま放射温度計１２０の設定放射率として設定すれば足りる。
しかしながら、本実施形態においては、チャンバー６内の熱処理空間６５にアンモニア雰囲気が形成される。アンモニアの吸収波長域には８μｍ〜１４μｍが含まれる。一方、放射温度計１２０の測定波長域は６．５μｍ〜１４μｍである。すなわち、放射温度計１２０の測定波長域と処理ガスであるアンモニアの吸収波長域とが重複するのである。なお、重複とは、放射温度計１２０の測定波長域と処理ガスの吸収波長域とが完全に一致する場合のみでなく、一部重なり合っている場合も含む。
放射温度計１２０の測定波長域とアンモニアの吸収波長域とが重複すると、放射温度計１２０が温度測定に使用する基板Ｗからの放射光がアンモニア雰囲気によって吸収され、放射温度計１２０が受光する測定波長域の放射光の強度が低下することとなる。その結果、放射温度計１２０による温度測定値は実際の基板Ｗの温度よりも低くなる。後述するように、基板Ｗの予備加熱時に制御部３は放射温度計１２０の温度測定結果に基づいてハロゲンランプＨＬの出力を閉ループ制御しているため、放射温度計１２０による温度測定値が実際の基板Ｗの温度よりも低いとハロゲンランプＨＬの出力が過大となる。
このため、本実施形態においては、放射温度計１２０の設定放射率を基板Ｗの実際の放射率よりも低く変更して設定している。上記のシュテファン＝ボルツマンの法則から明らかなように、放射温度計１２０が受光した放射光の強度Ｊが低下しても、それに比例して放射率εも低くなれば、放射温度計１２０は正確な基板Ｗの温度を測定値として出力することができる。具体的には、放射率決定部３１が以下のようにして放射温度計１２０の設定放射率を決定する。
基板Ｗの熱処理に先立って、処理ガスであるアンモニアの濃度と設定放射率との相関関係を示す相関テーブル３６（図８）を準備しておく。図１０は、アンモニアの濃度と設定放射率との相関関係を示す相関テーブル３６の一例を示す図である。上述した通り、放射温度計１２０の測定波長域とアンモニアの吸収波長域とが重複するため、チャンバー６内のアンモニア雰囲気中におけるアンモニア濃度が高くなるにつれて、放射温度計１２０が受光する基板Ｗからの放射光の強度が低下する。そして、上記のシュテファン＝ボルツマンの法則によれば、基板Ｗの温度が一定であれば、放射温度計１２０が受光する基板Ｗからの放射光の強度と設定放射率とは比例することとなる。従って、図１０に示すように、チャンバー６内のアンモニア濃度と放射温度計１２０の設定放射率とには線形性の相関関係が存在し、アンモニア濃度が高くなるにつれて設定放射率を低くすれば放射温度計１２０は正確な基板Ｗの温度を測定することができる。
ただし、基板Ｗの温度が異なると、アンモニアの濃度と設定放射率との相関関係の傾き等が異なる。このため、複数の基板Ｗの温度ついて個別に図１０の如き相関テーブル３６を準備しておくのが好ましい。例えば、放射温度計１２０による温度測定が重要となるのは後述するハロゲンランプＨＬによる予備加熱時であるため、そのときの目標温度である予備加熱温度Ｔ１として想定される複数の温度のそれぞれについてアンモニアの濃度と設定放射率との相関関係を示す相関テーブル３６を個別に準備しておくのが好ましい。
具体的な相関テーブル３６の作成方法としては、例えば、処理対象となる基板Ｗと同じ材質のダミー基板に熱電対を取り付け、そのダミー基板を熱処理装置１のチャンバー６に搬入して保持部７のサセプター７４に載置する。そして、チャンバー６内に所定のアンモニア濃度のアンモニア雰囲気を形成し、ハロゲンランプＨＬからの光照射によってダミー基板を加熱する。ダミー基板の温度は熱電対によって正確に測定されており、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって候補となる予備加熱温度にダミー基板が正確に昇温されて当該温度に維持される。このときに、熱電対によって測定されたダミー基板の正確な温度と、当該ダミー基板からの放射光を受光してシュテファン＝ボルツマンの法則から算定した放射温度計１２０の示す温度とが一致するような放射率が上記所定のアンモニア濃度での設定放射率である。ダミー基板の温度を維持しつつ、チャンバー６内のアンモニア濃度を変化させて設定放射率を求めることにより、ある温度についての相関テーブル３６を作成することができる。同様の手法によって、複数の候補となる予備加熱温度のそれぞれについて相関テーブル３６を作成する。作成された複数の相関テーブル３６は制御部３の磁気ディスク３５に格納しておく（図８参照）。
図９のステップＳ３にて放射率決定部３１が放射温度計１２０の設定放射率を決定する際には、処理レシピ（処理対象となる基板Ｗの処理手順と条件を記述したもの）等から予備加熱温度Ｔ１の値を取得する。放射率決定部３１は、磁気ディスク３５に格納されている複数の相関テーブル３６から予備加熱温度Ｔ１について作成された相関テーブル３６を選択し、その相関テーブル３６に基づいてチャンバー６内の雰囲気中のアンモニア濃度に対応する設定放射率を決定する。例えば、本実施形態においては、放射率決定部３１は、温度４５０℃についての相関テーブル３６を選択し、その相関テーブル３６にてアンモニア濃度３．５vol.％に対応する設定放射率を決定する。なお、予備加熱温度Ｔ１およびチャンバー６内のアンモニア濃度についてはオペレータが入力部３２から入力するようにしても良い。また、放射率決定部３１が決定した設定放射率を表示部３３に表示するようにしても良い。
次に、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して基板Ｗの予備加熱（アシスト加熱）が開始される（ステップＳ４）。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を透過して基板Ｗの裏面から照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって基板Ｗの温度が上昇する。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。
このハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うときに、放射温度計１２０によって基板Ｗの温度が測定される（ステップＳ５）。放射温度計１２０には、ステップＳ３にて放射率決定部３１が決定した設定放射率が設定されている。放射温度計１２０は、サセプター７４の開口部７８を介して基板Ｗの裏面から放射される放射光を受光し、その放射光の強度から基板Ｗの温度を測定する。放射温度計１２０の測定波長域とアンモニアの吸収波長域とは重複しており、放射温度計１２０が温度測定に使用する基板Ｗからの放射光がアンモニア雰囲気によって吸収されるのであるが、放射温度計１２０には実際の基板Ｗの放射率よりも低い上記設定放射率が設定されているため、放射温度計１２０は正確に基板Ｗの温度を測定することができる。
放射温度計１２０によって測定された基板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基板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による測定結果に基づいて、基板Ｗの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達するように電力供給回路４５を閉ループ制御してハロゲンランプＨＬの出力を制御している（ステップＳ５，Ｓ６）。赤外光を吸収するアンモニア雰囲気中であっても放射温度計１２０は正確な基板Ｗの温度を測定するため、制御部３はハロゲンランプＨＬの出力を適切に制御することができる。予備加熱温度Ｔ１は３００℃以上６００℃以下であり、本実施形態では４５０℃である。
基板Ｗの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した後、制御部３は基板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基板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が電力供給回路４５を制御してハロゲンランプＨＬの強度を調整し、基板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、高誘電率膜を含む基板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基板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、基板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、放熱が生じやすい基板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基板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の内周面によって基板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基板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。
次に、基板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ランプＦＬからフラッシュ光を照射することによるフラッシュ加熱処理を実行する（ステップＳ７）。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基板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、基板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基板Ｗの表面温度は、瞬間的に処理温度Ｔ２まで上昇し、基板Ｗに表面に形成された高誘電率膜の成膜後熱処理が実行される。フラッシュ光照射によって基板Ｗの表面が到達する最高温度（ピーク温度）である処理温度Ｔ２は６００℃以上１２００℃以下であり、本実施形態では１０００℃である。
フラッシュランプＦＬによるフラッシュ光照射が終了すると、基板Ｗの表面温度は目標温度Ｔ２から急速に降温する。また、フラッシュ光照射が終了して所定時間経過後にハロゲンランプＨＬも消灯し、これによって基板Ｗが予備加熱温度Ｔ１からも降温する。基板Ｗの加熱処理終了後にはバルブ１８７のみを閉止して、チャンバー６内を窒素ガス雰囲気に置換する。また、ハロゲンランプＨＬが消灯するのと同時に、シャッター機構２がシャッター板２１をハロゲン加熱部４とチャンバー６との間の遮光位置に挿入する。ハロゲンランプＨＬが消灯しても、すぐにフィラメントや管壁の温度が低下するものではなく、暫時高温のフィラメントおよび管壁から輻射熱が放射され続け、これが基板Ｗの降温を妨げる。シャッター板２１が挿入されることによって、消灯直後のハロゲンランプＨＬから熱処理空間６５に放射される輻射熱が遮断されることとなり、基板Ｗの降温速度を高めることができる。
また、降温中の基板Ｗの温度も放射温度計１２０によって測定される。測定された基板Ｗの温度は制御部３に伝達される。制御部３は、放射温度計１２０によって測定される基板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、基板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基板Ｗをサセプター７４から受け取る。続いて、ゲートバルブ８５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上に載置された基板Ｗが装置外部の搬送ロボットにより搬出され（ステップＳ８）、熱処理装置１における基板Ｗの加熱処理が完了する。
本実施形態においては、チャンバー６内に赤外光を吸収するアンモニア雰囲気を形成しているため、放射温度計１２０の設定放射率を基板Ｗの実際の放射率よりも低く変更して設定している。具体的には、アンモニアの濃度と設定放射率との相関関係を示す相関テーブル３６を複数の温度について用意しておき、放射率決定部３１が予備加熱温度Ｔ１に対応する相関テーブル３６を選択し、その相関テーブル３６に基づいてチャンバー６内のアンモニア雰囲気中のアンモニア濃度に対応する設定放射率を決定する。このため、赤外光を吸収するアンモニアの雰囲気中であっても放射温度計１２０は正確に基板Ｗの温度を測定することができ、その結果放射温度計１２０の測定結果に基づいて予備加熱時のハロゲンランプＨＬの出力を適正に制御することができる。
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、チャンバー６内にアンモニアの雰囲気を形成していたが、これに限定されるものではなく、放射温度計１２０の測定波長域と重複する吸収波長域を有する処理ガスの雰囲気をチャンバー６内に形成する場合には本発明に係る技術を適用することができる。放射温度計１２０の測定波長域（６．５μｍ〜１４μｍ）と重複する吸収波長域を有する処理ガスとしては、アンモニアの他に例えば、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）等が例示される。これらの処理ガスの雰囲気をチャンバー６内に形成したときには、上記実施形態と同様にして放射温度計１２０の設定放射率を基板Ｗの実際の放射率よりも低く変更して設定することにより、基板Ｗの温度を正確に測定することができる。
また、上記実施形態においては、アンモニアの濃度と設定放射率との相関関係を示す相関テーブル３６を用いて設定放射率を決定するようにしていたが、これに代えてアンモニアの濃度と設定放射率との相関関係を示す関係式に基づいて放射率決定部３１が放射温度計１２０の設定放射率を決定するようにしても良い。
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による予備加熱後に基板ＷにフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射する熱処理装置１にて予備加熱時の温度測定に本発明に係る技術を適用していたが、本発明に係る技術はハロゲンランプのみによって基板Ｗを加熱する装置（例えば、スパイクアニール装置）に適用しても良い。
１ 熱処理装置
２ シャッター機構
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
３１ 放射率決定部
３５ 磁気ディスク
３６ 相関テーブル
６１ チャンバー側部
６２ 凹部
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 サセプター
１２０ 放射温度計
１８０ アンモニア供給機構
１９０ 排気部
ＦＬ フラッシュランプ
ＨＬ ハロゲンランプ
Ｗ 基板

Claims (10)

  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、
    前記チャンバーに収容された前記基板に光を照射する光照射部と、
    前記チャンバーに所定の処理ガスを供給して前記基板の周辺に当該処理ガスの雰囲気を形成するガス供給部と、
    前記基板から放射される赤外光を受光して前記基板の温度を測定する放射温度計と、
    前記放射温度計の測定結果に基づいて前記基板が目標温度に到達するように前記光照射部の出力を制御する制御部と、
    前記放射温度計の測定波長域と前記処理ガスの吸収波長域とが重複する場合には、前記放射温度計の設定放射率を前記基板の実際の放射率よりも低く変更する放射率決定部と、
    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、
    前記処理ガスの濃度と前記設定放射率との相関関係を示すテーブルを保持する記憶部をさらに備え、
    前記放射率決定部は、前記テーブルに基づいて前記チャンバー内の雰囲気中の前記処理ガスの濃度に対応する前記設定放射率を決定することを特徴とする熱処理装置。
  3. 請求項２記載の熱処理装置において、
    前記記憶部は、複数の目標温度のそれぞれに個別の前記テーブルを保持す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、
    前記処理ガスはアンモニアであることを特徴とする熱処理装置。
  5. 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、
    前記光照射部はハロゲンランプを含むことを特徴とする熱処理装置。
  6. 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、
    基板を収容するチャンバーに所定の処理ガスを供給して前記基板の周辺に当該処理ガスの雰囲気を形成する雰囲気形成工程と、
    前記処理ガスの雰囲気中の前記基板に光照射部から光を照射する光照射工程と、
    前記基板から放射される赤外光を放射温度計が受光して前記基板の温度を測定する温度測定工程と、
    前記温度測定工程での測定結果に基づいて前記基板が目標温度に到達するように前記光照射部の出力を制御する制御工程と、
    を備え、
    前記放射温度計の測定波長域と前記処理ガスの吸収波長域とが重複する場合には、前記放射温度計の設定放射率を前記基板の実際の放射率よりも低く変更することを特徴とする熱処理方法。
  7. 請求項６記載の熱処理方法において、
    前記処理ガスの濃度と前記設定放射率との相関関係を示すテーブルに基づいて、前記チャンバー内の雰囲気中の前記処理ガスの濃度から前記設定放射率を決定することを特徴とする熱処理方法。
  8. 請求項７記載の熱処理方法において、
    複数の目標温度のそれぞれに個別の前記テーブルが作成されていることを特徴とする熱処理方法。
  9. 請求項６から請求項８のいずれかに記載の熱処理方法において、
    前記処理ガスはアンモニアであることを特徴とする熱処理方法。
  10. 請求項６から請求項９のいずれかに記載の熱処理方法において、
    前記光照射部はハロゲンランプを含むことを特徴とする熱処理方法。
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