JP2021182582A - 熱処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の温度の測定精度を高める。【解決手段】熱処理装置は、石英からなり、かつ、チャンバー内において基板を第１の側から支持する支持部と、第２の側に配置され、かつ、フラッシュ光を照射することによって基板を加熱するフラッシュランプと、基板の第２の側に配置され、かつ、基板を連続加熱する連続点灯ランプと、平面視で基板を囲んで配置される遮光部材と、基板の第１の側に配置され、かつ、基板の温度を測定する放射温度計とを備え、放射温度計は、支持部を透過可能な波長の光を受光して、基板の温度を測定する。【選択図】図３

Description

本願明細書に開示される技術は、熱処理装置に関するものである。
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エハなどの薄板状精密電子基板（以下、単に「基板」と称する場合がある）内にｐｎ接合などを形成するための必要となる工程である。不純物導入は、イオン注入とその後のアニール法によってなされるものが一般的である。
注入された不純物をアニール処理によって活性化させる際に、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しまうため、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エハを加熱するアニール技術として、フラッシュランプアニール（ｆｌａｓｈ ｌａｍｐ ａｎｎｅａｌ、すなわち、ＦＬＡ）が注目されている。ＦＬＡ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」と記載する場合には、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エハの上面にフラッシュ光を照射することによって、不純物が注入された半導体ウエハの上面のみを極めて短時間（たとえば、数ミリ秒以下）で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、また、シリコンの半導体ウエハ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エハにフラッシュ光を照射した場合には、透過光が少ないため、半導体ウエハ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、半導体ウエハの表面近傍のみを選択的に昇温することが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ずに、不純物活性化を実行することができる。
たとえば特許文献１には、チャンバーの下方に石英窓を隔てて配置されたハロゲンランプによって半導体ウエハを予備加熱した後、チャンバーの上方に石英窓を隔てて配置されたフラッシュランプから半導体ウエハの上面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプアニール装置が開示されている。
特開２０１８−１４８２０１号公報
上記の特許文献１では、加熱された半導体ウエハの温度を測定する放射温度計が基板の下方に配置されている。当該放射温度計は、チャンバーの下方に配置されているハロゲンランプから照射される光の波長領域を避けつつ、半導体ウエハの下面から放射される光を受光する必要があるため、測定可能な波長領域および放射温度計の配置に制限があった。そして、当該制限は、放射温度計の測定精度を低下させる要因ともなっていた。
本願明細書に開示される技術は、以上に記載されたような問題を鑑みてなされたものであり、熱処理装置において、基板の温度の測定精度を高めるための技術である。
本願明細書に開示される熱処理装置に関する技術の第１の態様は、基板を収容するためのチャンバーと、石英からなり、かつ、前記チャンバー内において前記基板を第１の側から支持するための支持部と、前記基板に対して前記第１の側とは反対側の第２の側に配置され、かつ、フラッシュ光を照射することによって前記基板を加熱するためのフラッシュランプと、前記基板の前記第２の側に配置され、かつ、前記基板を連続加熱するための連続点灯ランプと、前記チャンバー内において前記基板の前記第１の側と前記第２の側とを区切り、かつ、平面視で前記基板を囲んで配置される遮光部材と、前記基板の前記第１の側に配置され、かつ、前記基板の温度を測定するための少なくとも１つの放射温度計とを備え、前記放射温度計は、前記支持部を透過可能な波長の光を受光して、前記基板の温度を測定する。
本願明細書に開示される技術の第２の態様は、石英からなり、かつ、基板を第１の側から支持するための支持部と、前記基板に対して前記第１の側とは反対側の第２の側に配置され、かつ、フラッシュ光を照射することによって前記基板を加熱するためのフラッシュランプと、前記基板の前記第１の側に配置され、かつ、前記基板を連続加熱するための少なくとも１つのＬＥＤランプと、石英からなり、かつ、前記フラッシュランプと前記基板との間、および、前記ＬＥＤランプと前記支持部との間にそれぞれ配置される石英窓と、前記基板の前記第１の側に配置され、かつ、前記基板の温度を測定するための少なくとも１つの放射温度計とを備え、前記放射温度計は、前記支持部を透過可能な波長の光を受光して、前記基板の温度を測定する。
本願明細書に開示される技術の第３の態様は、第２の態様に関連し、前記放射温度計は、前記ＬＥＤランプの発光波長を受光する前記波長から除外する。
本願明細書に開示される技術の第４の態様は、第２または３の態様に関連し、前記ＬＥＤランプは、前記基板の前記第１の側の面に対向して複数配置される。
本願明細書に開示される技術の第５の態様は、第２から４のうちのいずれか１つの態様に関連し、前記基板の前記第２の側に配置され、かつ、前記基板を連続加熱するための連続点灯ランプをさらに備える。
本願明細書に開示される技術の第６の態様は、第５の態様に関連し、前記ＬＥＤランプは、前記フラッシュランプの最大発光強度を示す波長以上、かつ、前記連続点灯ランプの最大発光強度を示す波長以下の波長で前記基板に指向性の光を照射することによって、前記基板を連続加熱する。
本願明細書に開示される技術の第７の態様は、石英からなり、かつ、基板を支持するための支持部と、前記基板に対して第１の側とは反対側の第２の側に配置され、かつ、フラッシュ光を照射することによって前記基板を加熱するためのフラッシュランプと、前記基板の前記第２の側に配置され、かつ、前記基板を連続加熱するための連続点灯ランプと、前記基板の前記第１の側に配置され、かつ、前記基板の温度を測定するための少なくとも１つの放射温度計とを備え、前記支持部は、少なくとも、前記放射温度計の光軸と交わる位置を除いて配置される。
本願明細書に開示される技術の第８の態様は、第７の態様に関連し、前記支持部の前記放射温度計の光軸と交わる位置には、貫通孔が形成される。
本願明細書に開示される技術の第９の態様は、第１から８のうちのいずれか１つの態様に関連し、前記放射温度計の光軸が、前記基板の主面と直交する。
本願明細書に開示される技術の第１０の態様は、第１から９のうちのいずれか１つの態様に関連し、前記放射温度計の測定可能な波長領域が、３μｍ以下である。
本願明細書に開示される技術の第１１の態様は、第１、７および８のうちのいずれか１つの態様に関連し、前記連続点灯ランプは、ハロゲンランプである。
本願明細書に開示される技術の第１から１１の態様によれば、放射温度計が基板から放射された光を十分に受光することができるため、基板の温度の測定精度を高めることができる。
また、本願明細書に開示される技術に関連する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。
実施の形態に関する、熱処理装置の構成の例を概略的に示す平面図である。 本実施の形態に関する、熱処理装置の構成の例を概略的に示す正面図である。 本実施の形態に関する、熱処理装置における熱処理部の構成を概略的に示す断面図である。 保持部の全体外観を示す斜視図である。 サセプタの平面図である。 サセプタの断面図である。 移載機構の平面図である。 移載機構の側面図である。 加熱部における複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。 下部放射温度計、上部放射温度計および制御部の関係性を示す図である。 半導体ウエハの処理手順を示すフローチャートである。 半導体ウエハの上面の温度の変化を示す図である。 実施の形態に関する、熱処理部の構成を概略的に示す断面図である。 フラッシュランプの発光波長、ハロゲンランプの発光波長、および、半導体ウエハの吸収係数の例を示す図である。 実施の形態に関する、熱処理部の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態に関する、熱処理部の構成を概略的に示す断面図である。 保持部の全体外観を示す斜視図である。
以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。以下の実施の形態では、技術の説明のために詳細な特徴なども示されるが、それらは例示であり、実施の形態が実施可能となるためにそれらすべてが必ずしも必須の特徴ではない。
なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化が図面においてなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。また、断面図ではない平面図などの図面においても、実施の形態の内容を理解することを容易にするために、ハッチングが付される場合がある。
また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。
また、以下に記載される説明において、ある構成要素を「備える」、「含む」または「有する」などと記載される場合、特に断らない限りは、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
また、以下に記載される説明において、「第１の」または「第２の」などの序数が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、これらの序数によって生じ得る順序などに限定されるものではない。
また、以下に記載される説明における、相対的または絶対的な位置関係を示す表現、たとえば、「一方向に」、「一方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」または「同軸」などは、特に断らない限りは、その位置関係を厳密に示す場合、および、公差または同程度の機能が得られる範囲において角度または距離が変位している場合を含むものとする。
また、以下に記載される説明において、等しい状態であることを示す表現、たとえば、「同一」、「等しい」、「均一」または「均質」などは、特に断らない限りは、厳密に等しい状態であることを示す場合、および、公差または同程度の機能が得られる範囲において差が生じている場合を含むものとする。
また、以下に記載される説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「側」、「底」、「表」または「裏」などの特定の位置または方向を意味する用語が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、実際に実施される際の位置または方向とは関係しないものである。
また、以下に記載される説明において、「…の上面」または「…の下面」などと記載される場合、対象となる構成要素の上面自体または下面自体に加えて、対象となる構成要素の上面または下面に他の構成要素が形成された状態も含むものとする。すなわち、たとえば、「甲の上面に設けられる乙」と記載される場合、甲と乙との間に別の構成要素「丙」が介在することを妨げるものではない。
＜第１の実施の形態＞
以下、本実施の形態に関する熱処理装置および熱処理方法について説明する。
＜熱処理装置の構成について＞
図１は、本実施の形態に関する熱処理装置１００の構成の例を概略的に示す平面図である。また、図２は、本実施の形態に関する熱処理装置１００の構成の例を概略的に示す正面図である。
図１に例が示されるように、熱処理装置１００は、基板として円板形状の半導体ウエハＷにフラッシュ光を照射して当該半導体ウエハ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エハＷのサイズは特に限定されるものではないが、たとえばφ３００ｍｍまたはφ４５０ｍｍの円形である。
図１および図２に示されるように、熱処理装置１００は、未処理の半導体ウエハＷを外部から装置内に搬入するとともに、処理済みの半導体ウエハＷを装置外に搬出するためのインデクサ部１０１と、未処理の半導体ウエハＷの位置決めを行うアライメント部２３０と、加熱処理後の半導体ウエハＷの冷却を行う２つの冷却部１３０および冷却部１４０と、半導体ウエハＷにフラッシュ加熱処理を施す熱処理部１６０と、冷却部１３０、冷却部１４０および熱処理部１６０に対して半導体ウエハＷの受け渡しを行う搬送ロボット１５０とを備える。
また、熱処理装置１００は、上記の各処理部に設けられた動作機構および搬送ロボット１５０を制御して、半導体ウエハＷのフラッシュ加熱処理を進行させる制御部３を備える。
インデクサ部１０１は、複数のキャリアＣ（本実施の形態では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エハ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エハＷを収納する受渡ロボット１２０とを備えている。
未処理の半導体ウエハＷを収容するキャリアＣは、無人搬送車（ＡＧＶ、ＯＨＴ）などによって搬送されてロードポート１１０に載置されるとともに、処理済みの半導体ウエハＷを収容するキャリアＣは、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エハ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で示されるように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、半導体ウエハＷを密閉空間に収納するｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ（ＦＯＵＰ）の他に、ｓｔａｎｄａｒｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｉｎｔｅｒ ｆａｃｅ（ＳＭＩＦ）ポッド、または、収納された半導体ウエハＷを外気に曝すｏｐｅｎ ｃａｓｓｅｔｔｅ（ＯＣ）であってもよい。
また、受渡ロボット１２０は、図１の矢印１２０Ｓによって示されるようなスライド移動、矢印１２０Ｒによって示されるような旋回動作および昇降動作が可能とされている。これによって、受渡ロボット１２０は、２つのキャリアＣに対して半導体ウエハＷの出し入れを行うとともに、アライメント部２３０および２つの冷却部１３０および冷却部１４０に対して半導体ウエハＷの受け渡しを行う。
受渡ロボット１２０によるキャリアＣに対する半導体ウエハ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の昇降移動によって行われる。また、受渡ロボット１２０と、アライメント部２３０または冷却部１３０（冷却部１４０）との半導体ウエハ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２３０は、Ｙ軸方向に沿ったインデクサ部１０１の側方に接続されて設けられている。アライメント部２３０は、半導体ウエハＷを水平面内で回転させてフラッシュ加熱に適切な向きに向ける処理部である。アライメント部２３０は、アルミニウム合金製の筐体であるアライメントチャンバー２３１の内部に、半導体ウエハＷを水平姿勢に支持して回転させる機構、および、半導体ウエハＷの周縁部に形成されたノッチまたはオリフラなどを光学的に検出する機構などを設けて構成される。
アライメント部２３０への半導体ウエハＷの受け渡しは、受渡ロボット１２０によって行われる。受渡ロボット１２０からアライメントチャンバー２３１へは、ウエハ中心が所定の位置に位置するように半導体ウエハＷが渡される。
アライメント部２３０では、インデクサ部１０１から受け取った半導体ウエハＷの中心部を回転中心として鉛直方向軸まわりで半導体ウエハＷを回転させ、ノッチ等を光学的に検出することによって半導体ウエハＷの向きを調整する。向き調整の終了した半導体ウエハＷは、受渡ロボット１２０によってアライメントチャンバー２３１から取り出される。
搬送ロボット１５０による半導体ウエハＷの搬送空間として、搬送ロボット１５０を収容する搬送チャンバー１７０が設けられている。その搬送チャンバー１７０の三方に熱処理部１６０のチャンバー６、冷却部１３０の第１クールチャンバー１３１および冷却部１４０の第２クールチャンバー１４１が連通接続されている。
熱処理装置１００の主要部である熱処理部１６０は、予備加熱（アシスト加熱）を行った半導体ウエハＷにキセノンフラッシュランプＦＬからの閃光（フラッシュ光）を照射してフラッシュ加熱処理を行う基板処理部である。この熱処理部１６０の構成についてはさらに後述する。
２つの冷却部１３０および冷却部１４０は、概ね同様の構成を備える。冷却部１３０および冷却部１４０はそれぞれ、アルミニウム合金製の筐体である第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１の内部に、金属製の冷却プレートと、その上面に載置された石英板とを備える（いずれも図示省略）。当該冷却プレートは、ペルチェ素子または恒温水循環によって常温（約２３℃）に温調されている。
熱処理部１６０においてフラッシュ加熱処理が施された半導体ウエハＷは、第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１に搬入されて、当該石英板に載置されて冷却される。
第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１はともに、インデクサ部１０１と搬送チャンバー１７０との間において、それらの双方に接続されている。
第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１には、半導体ウエハＷを搬入出するための２つの開口が形設されている。第１クールチャンバー１３１の２つの開口のうちインデクサ部１０１に接続される開口は、ゲートバルブ１８１によって開閉可能とされている。
一方、第１クールチャンバー１３１の搬送チャンバー１７０に接続される開口は、ゲートバルブ１８３によって開閉可能とされている。すなわち、第１クールチャンバー１３１とインデクサ部１０１とはゲートバルブ１８１を介して接続され、第１クールチャンバー１３１と搬送チャンバー１７０とはゲートバルブ１８３を介して接続されている。
インデクサ部１０１と第１クールチャンバー１３１との間で半導体ウエハＷの受け渡しを行う際には、ゲートバルブ１８１が開放される。また、第１クールチャンバー１３１と搬送チャンバー１７０との間で半導体ウエハＷの受け渡しを行う際には、ゲートバルブ１８３が開放される。ゲートバルブ１８１およびゲートバルブ１８３が閉鎖されているときには、第１クールチャンバー１３１の内部が密閉空間となる。
また、第２クールチャンバー１４１の２つの開口のうちインデクサ部１０１に接続される開口はゲートバルブ１８２によって開閉可能とされている。一方、第２クールチャンバー１４１の搬送チャンバー１７０に接続される開口はゲートバルブ１８４によって開閉可能とされている。すなわち、第２クールチャンバー１４１とインデクサ部１０１とはゲートバルブ１８２を介して接続され、第２クールチャンバー１４１と搬送チャンバー１７０とはゲートバルブ１８４を介して接続されている。
インデクサ部１０１と第２クールチャンバー１４１との間で半導体ウエハＷの受け渡しを行う際には、ゲートバルブ１８２が開放される。また、第２クールチャンバー１４１と搬送チャンバー１７０との間で半導体ウエハＷの受け渡しを行う際には、ゲートバルブ１８４が開放される。ゲートバルブ１８２およびゲートバルブ１８４が閉鎖されているときには、第２クールチャンバー１４１の内部が密閉空間となる。
チャンバー６に隣接して設置された搬送チャンバー１７０に設けられた搬送ロボット１５０は、鉛直方向に沿った軸を中心に矢印１５０Ｒで示すように旋回可能とされる。搬送ロボット１５０は、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つのリンク機構の先端にはそれぞれ半導体ウエハＷを保持する搬送ハンド１５１ａおよび搬送ハンド１５１ｂが設けられている。これらの搬送ハンド１５１ａおよび搬送ハンド１５１ｂは上下に所定のピッチだけ隔てて配置され、リンク機構によって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って、所定のピッチだけ離れた状態のまま２つの搬送ハンド１５１ａおよび搬送ハンド１５１ｂを昇降移動させる。
搬送ロボット１５０が第１クールチャンバー１３１、第２クールチャンバー１４１または熱処理部１６０のチャンバー６を受け渡し相手として半導体ウエハＷの受け渡し（出し入れ）を行う際には、まず、両搬送ハンド１５１ａおよび搬送ハンド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ハンドが受け渡し相手と半導体ウエハＷを受け渡しする高さに位置する。そして、搬送ハンド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エハＷの受け渡しを行う。
搬送ロボット１５０と受渡ロボット１２０との半導体ウエハＷの受け渡しは冷却部１３０および冷却部１４０を介して行うことができる。すなわち、冷却部１３０の第１クールチャンバー１３１および冷却部１４０の第２クールチャンバー１４１は、搬送ロボット１５０と受渡ロボット１２０との間で半導体ウエハＷを受け渡すためのパスとしても機能するものである。具体的には、搬送ロボット１５０または受渡ロボット１２０のうちの一方が第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１に渡した半導体ウエハＷを他方が受け取ることによって半導体ウエハＷの受け渡しが行われる。搬送ロボット１５０および受渡ロボット１２０によって半導体ウエハＷをキャリアＣから熱処理部１６０にまで搬送する搬送機構が構成される。
上述したように、第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１とインデクサ部１０１との間にはそれぞれゲートバルブ１８１またはゲートバルブ１８２が設けられている。また、搬送チャンバー１７０と第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１との間にはそれぞれゲートバルブ１８３またはゲートバルブ１８４が設けられている。さらに、搬送チャンバー１７０と熱処理部１６０のチャンバー６との間にはゲートバルブ１８５が設けられている。熱処理装置１００内において半導体ウエハＷが搬送される際には、適宜これらのゲートバルブが開閉される。
図３は、本実施の形態に関する熱処理装置１００における熱処理部１６０の構成を概略的に示す断面図である。
図３に例が示されるように、熱処理部１６０は、基板としての円板形状の半導体ウエハＷに対してフラッシュ光照射を行うことによって、その半導体ウエハ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エハＷのサイズは特に限定されるものではないが、たとえばφ３００ｍｍまたはφ４５０ｍｍである（本実施の形態ではφ３００ｍｍ）。
熱処理部１６０は、半導体ウエハ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および複数のハロゲンランプＨＬを内蔵する加熱部５とを備える。加熱部５は、チャンバー６の上側に設けられる。なお、図３に示される例では、複数のフラッシュランプＦＬが複数のハロゲンランプＨＬの下方に配置されているが、このような配置に限られるものではなく、たとえば、その逆の配置であってもよい。また、平面視において、複数のフラッシュランプＦＬと複数のハロゲンランプＨＬとは、少なくとも一部が重なっていてもよいし、互いの重なりを可能な限り避けて配置されてもよい。また、本実施の形態では、加熱部５は、複数のフラッシュランプＦＬおよび複数のハロゲンランプＨＬを備えているが、ハロゲンランプＨＬの代わりにアークランプまたは発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、すなわち、ＬＥＤ）が備えられていてもよい。
複数のフラッシュランプＦＬは、フラッシュ光を照射することによって半導体ウエハＷを加熱する。また、複数のハロゲンランプＨＬは、半導体ウエハＷを連続加熱する。
また、熱処理部１６０は、チャンバー６の内部に、半導体ウエハ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エハＷの受け渡しを行う移載機構１０とを備える。
さらに、熱処理部１６０は、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エハ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、チャンバー筐体６１の上面に石英製の上側チャンバー窓６３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、石英によって形成された円板形状部材であり、加熱部５から出射された光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。
また、チャンバー筐体６１の内側の壁面の上部には反射リング６８が装着されている。反射リング６８は円環状に形成されている。反射リング６８は、チャンバー筐体６１の上側から嵌め込むことによって装着される。すなわち、反射リング６８は、着脱自在にチャンバー筐体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、チャンバー筐体６１、反射リング６８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。
チャンバー筐体６１に反射リング６８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。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、半導体ウエハＷを保持する保持部７を囲繞する。チャンバー筐体６１および反射リング６８は、強度と耐熱性に優れた金属材料（たとえば、ステンレススチール）で形成されている。
また、チャンバー筐体６１には、チャンバー６に対して半導体ウエハ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への半導体ウエハＷの搬入および熱処理空間６５からの半導体ウエハ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。
さらに、チャンバー筐体６１には、貫通孔６１ａおよび少なくとも１つの貫通孔６１ｂ（本実施の形態では複数設けられる）が穿設されている。貫通孔６１ａは、後述するサセプタ７４に保持された半導体ウエハＷの上面から放射された赤外光を上部放射温度計２５の赤外線センサー２９に導くための円筒状の孔である。一方、複数の貫通孔６１ｂは、半導体ウエハＷの下面から放射された赤外光を下部放射温度計２０の赤外線センサー２４に導くための円筒状の孔である。貫通孔６１ａは、チャンバー筐体６１の側部に形成され、その貫通方向の軸がサセプタ７４に保持された半導体ウエハＷの主面と交わるように、水平方向に対して傾斜して設けられている。一方で、それぞれの貫通孔６１ｂは、チャンバー筐体６１の底部に形成され、その貫通方向の軸がサセプタ７４に保持された半導体ウエハＷの主面と略直交するように、水平方向に対して略垂直に設けられている。なお、それぞれの貫通孔６１ｂの貫通方向は、半導体ウエハＷの主面と略直交する場合に限られるものではなく、半導体ウエハＷの主面と交わるように、水平方向に対して傾斜して設けられていてもよい。
赤外線センサー２９および少なくとも１つの赤外線センサー２４（本実施の形態では複数設けられる）は、たとえば、焦電効果を利用する焦電センサー、ゼーベック効果を利用するサーモパイル、または、熱による半導体の抵抗変化を利用するボロメータなどの熱型赤外線センサー、または、量子型赤外線センサーなどである。
赤外線センサー２９の測定可能な波長領域は、たとえば、５μｍ以上、かつ、６．５μｍ以下である。一方で、赤外線センサー２４の測定可能な波長領域は、たとえば、０．２μｍ以上、かつ、３μｍ以下であり、望ましくは０．９μｍ以下である。
赤外線センサー２９は、サセプタ７４に保持された半導体ウエハＷの主面に対して傾斜する光軸を有し、半導体ウエハＷの上面から放射された赤外光を受光する。一方で、半導体ウエハＷの下側に配置された赤外線センサー２４は、サセプタ７４に保持された半導体ウエハＷの主面と略直交する光軸を有し、半導体ウエハＷの下面から放射された赤外光を受光する。
貫通孔６１ａの熱処理空間６５に臨む側の端部には、上部放射温度計２５が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化カルシウム材料からなる透明窓２６が装着されている。また、それぞれの貫通孔６１ｂの熱処理空間６５に臨む側の端部には、下部放射温度計２０が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化バリウム材料からなる透明窓２１が装着されている。なお、透明窓２１は、たとえば、石英で形成されていてもよい。
また、チャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に処理ガスを供給するガス供給孔８１が形設されている。ガス供給孔８１は、凹部６２よりも上側位置に形設されており、反射リング６８に設けられていてもよい。ガス供給孔８１はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８２を介してガス供給管８３に連通接続されている。
ガス供給管８３は処理ガス供給源８５に接続されている。また、ガス供給管８３の経路途中にはバルブ８４が介挿されている。バルブ８４が開放されると、処理ガス供給源８５から緩衝空間８２に処理ガスが送給される。
緩衝空間８２に流入した処理ガスは、ガス供給孔８１よりも流体抵抗の小さい緩衝空間８２内を拡がるように流れてガス供給孔８１から熱処理空間６５内へと供給される。処理ガスとしては、たとえば窒素（Ｎ２）等の不活性ガス、または、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）等の反応性ガス、或いはそれらを混合した混合ガスを用いることができる（本実施の形態では窒素ガス）。
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が設けられている。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よいし、スリット状のものであってもよい。また、処理ガス供給源８５および排気部１９０は、熱処理部１６０に設けられた機構であってもよいし、熱処理部１６０が設置される工場のユーティリティであってもよい。
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。
また、チャンバー６の内部の保持部７の上方において、遮光部材２０１が配置される。遮光部材２０１は、平面視において、サセプタ７４に保持された半導体ウエハＷを囲んで配置される。遮光部材２０１が、平面視で半導体ウエハＷの外縁から連続するように配置されることによって、半導体ウエハＷの上方と下方とが区切られ、加熱部５から半導体ウエハＷよりも下方へ向かう光を遮断することができる。なお、遮光部材２０１は、保持部７の下方に配置されていてもよい。
図４は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプタ７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２およびサセプタ７４はいずれも石英で形成されている。すなわち、保持部７の全体が石英で形成されている。
基台リング７１は、円環形状から一部が欠落した円弧形状の石英部材である。この欠落部分は、後述する移載機構１０の移載アーム１１と基台リング７１との干渉を防ぐために設けられている。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されることによって、チャンバー６の壁面に支持されることとなる（図３を参照）。基台リング７１の上面に、その円環形状の周方向に沿って複数の連結部７２（本実施の形態では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。
サセプタ７４は、基台リング７１に設けられた４個の連結部７２によって下側から支持される。図５は、サセプタ７４の平面図である。また、図６は、サセプタ７４の断面図である。
サセプタ７４は、保持プレート７５、ガイドリング７６および複数の支持ピン７７を備える。保持プレート７５は、石英で形成された略円形の平板状部材である。保持プレート７５の直径は、半導体ウエハＷの直径よりも大きい。すなわち、保持プレート７５は、半導体ウエハＷよりも大きな平面サイズを有する。
保持プレート７５の上面周縁部には、ガイドリング７６が設置されている。ガイドリング７６は、半導体ウエハＷの直径よりも大きな内径を有する円環形状の部材である。たとえば、半導体ウエハＷの直径がφ３００ｍｍの場合、ガイドリング７６の内径はφ３２０ｍｍである。
ガイドリング７６の内周は、保持プレート７５から上方に向けて広くなるようなテーパ面とされている。ガイドリング７６は、保持プレート７５と同様の石英で形成される。
ガイドリング７６は、保持プレート７５の上面に溶着するようにしてもよいし、別途加工したピンなどによって保持プレート７５に固定するようにしてもよい。或いは、保持プレート７５とガイドリング７６とを一体の部材として加工するようにしてもよい。
保持プレート７５の上面のうちガイドリング７６よりも内側の領域が半導体ウエハＷを保持する平面状の保持面７５ａとされる。保持プレート７５の保持面７５ａには、複数の支持ピン７７が設けられている。本実施の形態においては、保持面７５ａの外周円（ガイドリング７６の内周円）と同心円の周上に沿って３０°毎に合計１２個の支持ピン７７が環状に立設されている。
１２個の支持ピン７７を配置した円の径（対向する支持ピン７７間の距離）は半導体ウエハＷの径よりも小さく、半導体ウエハＷの径がφ３００ｍｍであればφ２１０ｍｍ〜φ２８０ｍｍである。支持ピン７７は、３本以上設けられる。それぞれの支持ピン７７は石英で形成されている。
複数の支持ピン７７は、保持プレート７５の上面に溶接によって設けるようにしてもよいし、保持プレート７５と一体に加工するようにしてもよい。
図４に戻り、基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプタ７４の保持プレート７５の周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプタ７４と基台リング７１とは連結部７２によって固定的に連結されている。このような保持部７の基台リング７１がチャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７がチャンバー６に装着される。保持部７がチャンバー６に装着された状態においては、サセプタ７４の保持プレート７５は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。すなわち、保持プレート７５の保持面７５ａは水平面となる。
チャンバー６に搬入された半導体ウエハＷは、チャンバー６に装着された保持部７のサセプタ７４の上側に水平姿勢で載置されて保持される。このとき、半導体ウエハＷは保持プレート７５上に立設された１２個の支持ピン７７によって支持されて、下側からサセプタ７４に支持される。より厳密には、１２個の支持ピン７７の上端部が半導体ウエハＷの下面に接触して当該半導体ウエハＷを支持する。
１２個の支持ピン７７の高さ（支持ピン７７の上端から保持プレート７５の保持面７５ａまでの距離）は均一であるため、１２個の支持ピン７７によって半導体ウエハＷを水平姿勢に支持することができる。
また、半導体ウエハＷは複数の支持ピン７７によって保持プレート７５の保持面７５ａから所定の間隔を隔てて支持されることとなる。支持ピン７７の高さよりもガイドリング７６の厚さの方が大きい。従って、複数の支持ピン７７によって支持された半導体ウエハＷの水平方向の位置ずれはガイドリング７６によって防止される。
また、図４および図５に示されるように、サセプタ７４の保持プレート７５には、上下に貫通して開口部７８が形成されている。開口部７８は、下部放射温度計２０が半導体ウエハＷの下面から放射される放射光（赤外光）を受光するために設けられている。すなわち、下部放射温度計２０が開口部７８およびチャンバー筐体６１の貫通孔６１ｂに装着された透明窓２１を介して半導体ウエハＷの下面から放射された光を受光して当該半導体ウエハＷの温度を測定する。
さらに、サセプタ７４の保持プレート７５には、後述する移載機構１０のリフトピン１２が半導体ウエハ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７は、移載機構１０の平面図である。また、図８は、移載機構１０の側面図である。移載機構１０は、２本の移載アーム１１を備える。移載アーム１１は、概ね円環状の凹部６２に沿うような円弧形状とされている。
それぞれの移載アーム１１には２本のリフトピン１２が立設されている。移載アーム１１およびリフトピン１２は石英で形成されている。各移載アーム１１は水平移動機構１３によって回動可能とされている。水平移動機構１３は、一対の移載アーム１１を保持部７に対して半導体ウエハＷの移載を行う移載動作位置（図７の実線位置）と保持部７に保持された半導体ウエハＷと平面視で重ならない退避位置（図７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よいし、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よい。
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を移載動作位置において上昇させると、合計４本のリフトピン１２がサセプタ７４に穿設された貫通孔７９（図４および図５参照）を通過し、リフトピン１２の上端がサセプタ７４の上面から突き出る。一方、昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置におい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３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５Ａは、筐体５１の内側に、複数本（本実施の形態では３０本）のフラッシュランプ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５Ａ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５Ａの床部を構成するランプ光放射窓５３は、石英によって形成された板状の石英窓である。フラッシュ加熱部５Ａ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エハ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。
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で形成されており、その上面（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（本実施の形態では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エハＷを加熱する。
図９は、加熱部５における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エハ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９に示されるように、上段、下段ともに保持部７に保持される半導体ウエハ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エハ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合計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エハ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３）。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。
図３に示されるように、チャンバー６には、上部放射温度計２５および下部放射温度計２０の２つの放射温度計（本実施の形態ではパイロメーター）が設けられている。上部放射温度計２５はサセプタ７４に保持された半導体ウエハＷの斜め上方に設置されるとともに、下部放射温度計２０はサセプタ７４に保持された半導体ウエハＷの斜め下方に設けられている。
図１０は、下部放射温度計２０、上部放射温度計２５および制御部３の関係性を示す図である。
半導体ウエハＷの下方に設けられて半導体ウエハＷの下面の温度を測定する下部放射温度計２０は、赤外線センサー２４および温度測定ユニット２２を備える。
赤外線センサー２４は、サセプタ７４に保持された半導体ウエハＷの下面から開口部７８を介して放射された赤外光を受光する。赤外線センサー２４は、温度測定ユニット２２と電気的に接続されており、受光に応答して生じた信号を温度測定ユニット２２に伝達する。
温度測定ユニット２２は、図示を省略する増幅回路、Ａ／Ｄコンバータおよび温度変換回路などを備えており、赤外線センサー２４から出力された赤外光の強度を示す信号を温度に変換する。温度測定ユニット２２によって求められた温度が半導体ウエハＷの下面の温度である。
一方、半導体ウエハＷの斜め上方に設けられて半導体ウエハＷの上面の温度を測定する上部放射温度計２５は、赤外線センサー２９および温度測定ユニット２７を備える。赤外線センサー２９は、サセプタ７４に保持された半導体ウエハＷの上面から放射された赤外光を受光する。赤外線センサー２９は、フラッシュ光が照射された瞬間の半導体ウエハＷの上面の急激な温度変化に対応できるように、ＩｎＳｂ（インジウムアンチモン）の光学素子を備えている。赤外線センサー２９は、温度測定ユニット２７と電気的に接続されており、受光に応答して生じた信号を温度測定ユニット２７に伝達する。
温度測定ユニット２７は、赤外線センサー２９から出力された赤外光の強度を示す信号を温度に変換する。温度測定ユニット２７によって求められた温度が半導体ウエハＷの上面の温度である。
下部放射温度計２０および上部放射温度計２５は、熱処理部１６０全体のコントローラである制御部３と電気的に接続されており、下部放射温度計２０および上部放射温度計２５によってそれぞれ測定された半導体ウエハＷの下面および上面の温度は制御部３に伝達される。
制御部３は、熱処理部１６０に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。制御部３のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部３は、各種演算処理を行う回路であるＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えている。制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理部１６０における処理が進行する。
また、制御部３には表示部３３および入力部３４が接続されている。制御部３は、表示部３３に種々の情報を表示する。入力部３４は、熱処理装置１００のオペレータが制御部３に種々のコマンドまたはパラメータを入力するための機器である。オペレータは、表示部３３の表示内容を確認しつつ、入力部３４から半導体ウエハＷの処理手順および処理条件を記述した処理レシピの条件設定を行うこともできる。
表示部３３および入力部３４としては、双方の機能を兼ね備えたタッチパネルを用いることもでき、本実施の形態では熱処理装置１００の外壁に設けられた液晶のタッチパネルを採用している。
上記の構成以外にも熱処理装置１００は、半導体ウエハ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。
たとえば、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、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、加熱部５および上側チャンバー窓６３を冷却する。
＜熱処理装置の動作について＞
次に、熱処理装置１００における半導体ウエハＷの処理手順について説明する。図１１は、半導体ウエハＷの処理手順を示すフローチャートである。以下に説明する熱処理装置１００の処理手順は、制御部３が熱処理装置１００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およびバルブ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１００における半導体ウエハ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を介して処理対象となる半導体ウエハＷがチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される（ステップＳＴ１）。このときには、半導体ウエハＷの搬入にともなって装置外部の雰囲気を巻き込むおそれがあるが、チャンバー６には窒素ガスが供給され続けているため、搬送開口部６６から窒素ガスが流出して、そのような外部雰囲気の巻き込みを最小限に抑制することができる。
搬送ロボットによって搬入された半導体ウエハＷは、保持部７の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構１０の一対の移載アーム１１が退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２が貫通孔７９を通ってサセプタ７４の保持プレート７５の上面から突き出て半導体ウエハＷを受け取る。このとき、リフトピン１２は支持ピン７７の上端よりも上方にまで上昇する。
半導体ウエハ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、半導体ウエハＷは移載機構１０から保持部７のサセプタ７４に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。半導体ウエハＷは、保持プレート７５上に立設された複数の支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。また、半導体ウエハＷは、被処理面を上面として保持部７に保持される。複数の支持ピン７７によって支持された半導体ウエハＷの下面（上面とは反対側の主面）と保持プレート７５の保持面７５ａとの間には所定の間隔が形成される。サセプタ７４の下方にまで下降した一対の移載アーム１１は水平移動機構１３によって退避位置、すなわち凹部６２の内側に退避する。
図１２は、半導体ウエハＷの上面の温度の変化を示す図である。半導体ウエハＷがチャンバー６内に搬入されてサセプタ７４に保持された後、時刻ｔ１に加熱部５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（ステップＳＴ２）。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ランプ光放射窓５３および上側チャンバー窓６３を透過して半導体ウエハＷの上面に照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって半導体ウエハ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ない。
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エハＷの温度は上部放射温度計２５または下部放射温度計２０によって測定される（ステップＳＴ３）。なお、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱を開始する前から上部放射温度計２５または下部放射温度計２０による温度測定を開始するようにしてもよい。
上部放射温度計２５または下部放射温度計２０によって半導体ウエハＷの温度を非接触で測定する際には、半導体ウエハＷの放射率を測定に用いる放射温度計に設定する必要がある。半導体ウエハＷの主面に膜が形成されていなければウエハ基材であるシリコンの放射率を対応する放射温度計に設定すればよいところ、半導体ウエハＷの主面に膜が形成されていると、放射率は当該膜によって変動することとなる。
ここで、下部放射温度計２０における赤外線センサー２４の測定可能な波長領域は、たとえば、０．２μｍ以上、かつ、３μｍ以下であり、望ましくは０．９μｍ以下であるため、ハロゲンランプＨＬから照射される光の波長領域（たとえば、０．８μｍ以上、かつ、２μｍ以下）と少なくとも一部において重なっている。
しかしながら、保持部７の上方には遮光部材２０１が設けられているため、平面視において半導体ウエハＷと重ならない領域においては、ハロゲンランプＨＬから照射される光は遮光部材２０１に遮断されて保持部７の下方にはほとんど到達しない。また、平面視において半導体ウエハＷと重なる領域においては、赤外線センサー２４の測定可能な波長領域に属する波長の光は半導体ウエハＷによって十分に吸収されてやはり保持部７の下方にはほとんど到達しない。よって、赤外線センサー２４において、ハロゲンランプＨＬから照射される光が直接受光されることは十分に抑制される。
また、赤外線センサー２４において半導体ウエハＷの下面から放射された赤外光を受光するためには、当該光が、半導体ウエハＷの下方に位置する保持プレート７５を透過する必要がある。本実施の形態では、赤外線センサー２４の測定可能な波長領域は、たとえば、０．２μｍ以上、かつ、３μｍ以下であり、望ましくは０．９μｍ以下であるため、赤外線センサー２４によれば、石英からなる保持プレート７５を十分に透過可能な波長領域の光を測定可能である。
上部放射温度計２５または下部放射温度計２０によって測定された半導体ウエハ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エハ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、上部放射温度計２５または下部放射温度計２０による測定値に基づいて、半導体ウエハ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。なお、予備加熱温度Ｔ１は、半導体ウエハＷに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、たとえば、２００℃以上、かつ、８００℃以下であり、好ましくは３５０℃以上、かつ、６００℃以下である（本実施の形態では６００℃）。
半導体ウエハＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した後、制御部３は半導体ウエハＷをその予備加熱温度Ｔ１に暫時維持する。具体的には、上部放射温度計２５または下部放射温度計２０によって測定される半導体ウエハＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した時刻ｔ２に制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を調整し、半導体ウエハ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、半導体ウエハ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エハ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、加熱部５におけるハロゲンランプＨＬの配設密度は、半導体ウエハ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エハ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エハＷの面内温度分布を均一なものとすることができる。
半導体ウエハ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に加熱部５のフラッシュランプＦＬがサセプタ７４に保持された半導体ウエハＷの上面にフラッシュ光照射を行う（ステップＳＴ４）。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エハ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、半導体ウエハＷの上面の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、半導体ウエハＷの上面の温度は極めて短時間のうちに急激に上昇する。
半導体ウエハＷの温度は上部放射温度計２５または下部放射温度計２０によって監視されている。ここで、上部放射温度計２５は、半導体ウエハＷの上面の絶対温度を測定するものではなく、当該上面の温度変化を測定する（ステップＳＴ５）。すなわち、上部放射温度計２５は、フラッシュ光照射時の予備加熱温度Ｔ１からの半導体ウエハＷの上面の上昇温度（ジャンプ温度）ΔＴを測定する。なお、フラッシュ光照射時にも半導体ウエハＷの下面の温度が下部放射温度計２０によって測定されているものの、照射時間が極めて短く強度の強いフラッシュ光を照射したときには、半導体ウエハＷの表面近傍のみが急激に加熱されるため、半導体ウエハＷの上下面で温度差が生じ、下部放射温度計２０によっては半導体ウエハＷの上面の温度を測定することはできない。
また、制御部３がフラッシュ光照射時に半導体ウエハＷの上面が到達した最高温度を算定する（ステップＳＴ６）。半導体ウエハＷの下面の温度は、少なくとも予備加熱時に半導体ウエハＷが一定温度に到達した時刻ｔ２からフラッシュ光が照射される時刻ｔ３までの間は、継続して上部放射温度計２５または下部放射温度計２０によって測定されている。フラッシュ光照射前の予備加熱の段階では半導体ウエハＷの上下面に温度差が生じておらず、フラッシュ光照射前に上部放射温度計２５または下部放射温度計２０によって測定された半導体ウエハＷの下面の温度は上面の温度でもある。制御部３は、フラッシュ光を照射する直前の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に上部放射温度計２５または下部放射温度計２０によって測定された半導体ウエハＷの下面の温度（予備加熱温度Ｔ１）に上部放射温度計２５によって測定されたフラッシュ光照射時の半導体ウエハＷの上面の上昇温度ΔＴを加算して当該上面の最高到達温度Ｔ２を算定する。制御部３は、算定した最高到達温度Ｔ２を表示部３３に表示するようにしてもよい。最高到達温度Ｔ２は、たとえば、８００℃以上、かつ、１１１００℃以下となることが想定され、好ましくは１０００℃以上、かつ、１１００℃以下となることが想定される（本実施の形態では１０００℃）。
上部放射温度計２５または下部放射温度計２０によって正確に測定された半導体ウエハＷの下面の温度（＝上面の温度）に上部放射温度計２５によって測定された半導体ウエハＷの上面の上昇温度ΔＴを加算することによって、フラッシュ光照射時の半導体ウエハＷの上面の最高到達温度Ｔ２を正確に算定することができる。
フラッシュ光照射が終了した後、所定時間経過後の時刻ｔ４にハロゲンランプＨＬが消灯する。これにより、半導体ウエハＷが予備加熱温度Ｔ１から急速に降温する。降温中の半導体ウエハＷの温度は上部放射温度計２５または下部放射温度計２０によって測定され、その測定結果は制御部３に伝達される。制御部３は、上部放射温度計２５または下部放射温度計２０の測定結果より半導体ウエハ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、半導体ウエハＷの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２がサセプタ７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウエハＷをサセプタ７４から受け取る。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、リフトピン１２上に載置された半導体ウエハＷが装置外部の搬送ロボットによりチャンバー６から搬出され、半導体ウエハＷの加熱処理が完了する（ステップＳＴ５）。
上記のような構成によれば、遮光部材２０１によってハロゲンランプＨＬから照射される光が赤外線センサー２４に受光されることを避けつつ、赤外線センサー２４によって半導体ウエハＷの温度を測定することができる。
また、赤外線センサー２４の測定可能な波長領域が石英からなる保持プレート７５を十分に透過可能な波長領域であるため、半導体ウエハＷの主面に略垂直な方向においても、半導体ウエハＷの下面から放射された後に保持プレート７５を透過した光を受光することができる。よって、十分な受光量に加えて、１つの赤外線センサー２４によって半導体ウエハＷの温度を測定する範囲を小さくすることができるため、温度測定の精度を向上させることができる。
また、複数の赤外線センサー２４を配置してそれぞれの赤外線センサー２４で半導体ウエハＷの温度を測定することによって、半導体ウエハＷの温度の面内均一性を評価し、さらには、半導体ウエハＷの複数箇所における温度が均一となるようにハロゲンランプＨＬの出力を制御部３で制御することによって、半導体ウエハＷの温度の面内均一性を向上させることができる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態に関する熱処理装置、および、について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜熱処理装置の構成について＞
図１３は、本実施の形態に関する熱処理部１６０Ａの構成を概略的に示す断面図である。
図１３に例が示されるように、熱処理部１６０Ａは、熱処理装置において、半導体ウエハＷに対してフラッシュ光照射を行うことによって、その半導体ウエハＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。
熱処理部１６０Ａは、半導体ウエハＷを収容するチャンバー６Ａ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５Ａと、半導体ウエハＷを連続加熱する１または複数のＬＥＤランプ２１０を内蔵するＬＥＤ加熱部４Ａとを備える。チャンバー６Ａの上側にフラッシュ加熱部５Ａが設けられるとともに、下側にＬＥＤ加熱部４Ａが設けられている。
ＬＥＤ加熱部４Ａは、複数のＬＥＤランプ２１０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６５Ａへの光照射を行って半導体ウエハＷを加熱する。すなわち、複数のＬＥＤランプ２１０によって、ＬＥＤランプ２１０に対向する半導体ウエハＷの下側の面を加熱する。ＬＥＤランプ２１０は、たとえば、赤色ＬＥＤであり、波長範囲はピークが３８０ｎｍ以上、かつ、７８０ｎｍ以下にピーク波長を有する（半値幅は、たとえば、５０ｎｍ程度）。
また、熱処理部１６０Ａは、チャンバー６Ａの内部に、半導体ウエハ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エハＷの受け渡しを行う移載機構１０とを備える。
さらに、熱処理部１６０Ａは、ＬＥＤ加熱部４Ａ、フラッシュ加熱部５Ａおよびチャンバー６Ａに設けられた各動作機構を制御して半導体ウエハＷの熱処理を実行させる制御部３を備える。
チャンバー６Ａは、筒状のチャンバー側部２６１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２６１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。上側チャンバー窓６３は、フラッシュランプＦＬと半導体ウエハＷとの間に配置される。下側チャンバー窓６４は、ＬＥＤランプ２１０とサセプタ７４との間に配置される。
チャンバー６Ａの床部を構成する下側チャンバー窓６４は、石英によって形成された円板形状部材であり、ＬＥＤ加熱部４Ａからの光をチャンバー６Ａ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２６１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および反射リング６９は、ともに円環状に形成されている。
下側の反射リング６９は、チャンバー側部２６１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６９は、着脱自在にチャンバー側部２６１に装着されるものである。
チャンバー６Ａ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２６１、反射リング６８および反射リング６９によって囲まれる空間が熱処理空間６５Ａとして規定される。
チャンバー側部２６１に反射リング６８および反射リング６９が装着されることによって、チャンバー６Ａ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２６１の内壁面のうち反射リング６８および反射リング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６Ａの内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウエハＷを保持する保持部７を囲繞する。チャンバー側部２６１および反射リング６８および反射リング６９は、強度と耐熱性に優れた金属材料（たとえば、ステンレススチール）で形成されている。
また、チャンバー側部２６１には、チャンバー６Ａに対して半導体ウエハ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。
さらに、チャンバー側部２６１には、貫通孔６１ａが穿設されている。貫通孔６１ａは、後述するサセプタ７４に保持された半導体ウエハＷの上面から放射された赤外光を上部放射温度計２５の赤外線センサー２９に導くための円筒状の孔である。貫通孔６１ａは、その貫通方向の軸がサセプタ７４に保持された半導体ウエハＷの主面と交わるように、水平方向に対して傾斜して設けられている。
また、ＬＥＤ加熱部４Ａの筐体４１の底部には、下部放射温度計２０Ａの赤外線センサー２４Ａが少なくとも１つ設けられている。
赤外線センサー２４Ａの測定可能な波長領域は、たとえば、０．２μｍ以上、かつ、３μｍ以下であり、望ましくは０．９０μｍ以下である。また、赤外線センサー２４Ａは、サセプタ７４に保持された半導体ウエハＷの主面と略直交する光軸を有し、半導体ウエハＷの下面から放射された赤外光を受光する。赤外線センサー２４Ａが半導体ウエハＷの下面から放射された赤外光を受光すると、当該受光に応答して生じた信号が、赤外線センサー２４の場合と同様に、温度測定ユニット２２（図１１）に伝達される。
少なくとも１つの赤外線センサー２４Ａは、たとえば、焦電効果を利用する焦電センサー、ゼーベック効果を利用するサーモパイル、または、熱による半導体の抵抗変化を利用するボロメータなどの熱型赤外線センサー、または、量子型赤外線センサーなどである。
貫通孔６１ａの熱処理空間６５Ａに臨む側の端部には、上部放射温度計２５が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化カルシウム材料からなる透明窓２６が装着されている。
ここで、下部放射温度計２０における赤外線センサー２４Ａの測定可能な波長領域は、たとえば、０．２μｍ以上、かつ、３μｍ以下であり、望ましくは０．９μｍ以下であるため、ＬＥＤランプ２１０から照射される光の波長領域と少なくとも一部において重なり得る。
しかしながら、ＬＥＤランプ２１０から照射される光の波長領域は、ハロゲンランプなどから照射される光の波長領域とは異なり、比較的狭い波長領域に限定して設定することが可能である。そのため、赤外線センサー２４ＡにおいてＬＥＤランプ２１０から照射される光の波長領域をフィルター除去することによって、ＬＥＤランプ２１０から照射される光が赤外線センサー２４Ａにおいて検出されることを避けることができる。
図１４は、フラッシュランプＦＬの発光波長、ハロゲンランプＨＬの発光波長、および、半導体ウエハＷの吸収係数の例を示す図である。フラッシュランプＦＬの発光波長（実線）、および、ハロゲンランプＨＬの発光波長（太線）は、左側の縦軸（強度ａ．ｕ．）に従い、半導体ウエハＷの吸収波長（点線）は、右側の縦軸（吸収係数ｃｍ−１）に従う。横軸は、波長［ｎｍ］である。
図１４に示される場合では、フラッシュランプＦＬの最大発光強度を示す波長は４８０ｎｍ程度であり、ハロゲンランプＨＬの最大発光強度を示す波長は１１００ｎｍ程度である。
このような場合、ＬＥＤランプ２１０から照射される光の波長領域は、たとえば、４８０ｎｍ以上、かつ、１１００ｎｍ以下とすることができる。このような波長領域であれば、半導体ウエハＷの吸収波長とも対応するため、効果的に半導体ウエハＷを連続加熱することができる。
さらに、赤外線センサー２４ＡにおいてＬＥＤランプ２１０からの光が検出されないように、ＬＥＤランプ２１０から照射される光の波長領域を、たとえば、９００ｎｍ以上、かつ、１１００ｎｍ以下とすることもできる。
また、赤外線センサー２４Ａにおいて半導体ウエハＷの下面から放射された赤外光を受光するためには、当該光が、半導体ウエハＷの下方に位置する保持プレート７５を透過する必要がある。本実施の形態では、赤外線センサー２４Ａの測定可能な波長領域は、たとえば、０．２μｍ以上、かつ、３μｍ以下であり、望ましくは０．９μｍ以下であるため、赤外線センサー２４Ａによれば、石英からなる保持プレート７５を十分に透過可能な波長領域の光を測定可能である。
上記のような構成によれば、図１１に例が示されたような半導体ウエハＷの温度を測定する動作を赤外線センサー２９および赤外線センサー２４Ａを用いて行うことができる。この際、ＬＥＤランプ２１０から照射される光が検出されることを避けつつ、赤外線センサー２４Ａによって半導体ウエハＷの温度を測定することができる。
また、ＬＥＤランプ２１０を用いることによって、たとえば、２００℃以上、かつ、５００℃以下の比較的低温での予備加熱も可能となる。よって、金属膜を成膜した後にシリサイドまたはゲルマナイドなどを生成することを想定するフラッシュ加熱処理も可能となる。
図１５は、本実施の形態に関する熱処理部１６０Ｂの構成を概略的に示す断面図である。
図１５に例が示されるように、熱処理部１６０Ｂは、熱処理装置において、半導体ウエハＷに対してフラッシュ光照射を行うことによって、その半導体ウエハＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。
熱処理部１６０Ｂは、半導体ウエハＷを収容するチャンバー６Ａと、複数のフラッシュランプＦＬおよび複数のハロゲンランプＨＬを内蔵する加熱部５と、複数のＬＥＤランプ２１０を内蔵するＬＥＤ加熱部４Ａとを備える。チャンバー６Ａの上側に加熱部５が設けられるとともに、下側にＬＥＤ加熱部４Ａが設けられている。
上記のような構成によれば、図１１に例が示されたような半導体ウエハＷの温度を測定する動作を赤外線センサー２９および赤外線センサー２４Ａを用いて行うことができる。また、加熱部５が複数のフラッシュランプＦＬおよび複数のハロゲンランプＨＬを備えることによって、半導体ウエハＷの昇温レートを上昇させ、また、半導体ウエハＷの温度の面内均一性を向上させるための制御が容易となる。
なお、図１５に示された構造に図３に示された遮光部材２０１が備えられる場合には、ハロゲンランプＨＬから照射される光が遮光部材２０１に遮断されて保持部７の下方にはほとんど到達しない。よって、赤外線センサー２４Ａにおいて、ハロゲンランプＨＬから照射される光が直接受光されることは十分に抑制される。
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態に関する熱処理装置、および、について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜熱処理装置の構成について＞
図１６は、本実施の形態に関する熱処理部１６０Ｃの構成を概略的に示す断面図である。
図１６に例が示されるように、熱処理部１６０Ｃは、半導体ウエハＷに対してフラッシュ光照射を行うことによって、その半導体ウエハＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。
熱処理部１６０Ｃは、半導体ウエハ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および複数のハロゲンランプＨＬを内蔵する加熱部５とを備える。チャンバー６の上側に加熱部５が設けられる。
また、熱処理部１６０Ｃは、チャンバー６の内部に、半導体ウエハＷを水平姿勢に保持する保持部７Ｃと、保持部７Ｃと装置外部との間で半導体ウエハＷの受け渡しを行う移載機構１０とを備える。
さらに、熱処理部１６０Ｃは、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エハ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、チャンバー筐体６１の上面に石英製の上側チャンバー窓６３が装着されて閉塞されている。また、チャンバー筐体６１の内側の壁面の上部には反射リング６８が装着されている。
チャンバー６の内側空間、すなわち、上側チャンバー窓６３、チャンバー筐体６１、反射リング６８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。
チャンバー筐体６１に反射リング６８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。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、半導体ウエハＷを保持する保持部７Ｃを囲繞する。
また、チャンバー筐体６１には、チャンバー６に対して半導体ウエハ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。
さらに、チャンバー筐体６１には、貫通孔６１ａおよび少なくとも１つの貫通孔６１ｂ（本実施の形態では複数設けられる）が穿設されている。貫通孔６１ａは、後述するサセプタ７４Ｃに保持された半導体ウエハＷの上面から放射された赤外光を上部放射温度計２５の赤外線センサー２９に導くための円筒状の孔である。一方、複数の貫通孔６１ｂは、半導体ウエハＷの下面から放射された赤外光を下部放射温度計２０の赤外線センサー２４Ｃに導くための円筒状の孔である。少なくとも１つの赤外線センサー２４Ｃ（本実施の形態では複数設けられる）は、たとえば、焦電効果を利用する焦電センサー、ゼーベック効果を利用するサーモパイル、または、熱による半導体の抵抗変化を利用するボロメータなどの熱型赤外線センサー、または、量子型赤外線センサーなどである。
赤外線センサー２４Ｃの測定可能な波長領域は、たとえば、５μｍ以上、かつ、６．５μｍ以下である。また、半導体ウエハＷの下側に配置される赤外線センサー２４Ｃは、石英からなるサセプタ７４Ｃに保持された半導体ウエハＷの主面と略直交する光軸を有し、半導体ウエハＷの下面から放射された赤外光を受光する。
貫通孔６１ａの熱処理空間６５に臨む側の端部には、上部放射温度計２５が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化カルシウム材料からなる透明窓２６が装着されている。また、それぞれの貫通孔６１ｂの熱処理空間６５に臨む側の端部には、下部放射温度計２０が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化バリウム材料からなる透明窓２１が装着されている。
図１７は、保持部７Ｃの全体外観を示す斜視図である。保持部７Ｃは、基台リング７１、連結部７２およびサセプタ７４Ｃ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７４Ｃはいずれも石英で形成されている。すなわち、保持部７Ｃの全体が石英で形成されている。
サセプタ７４Ｃは、保持プレート７５Ｃ、ガイドリング７６および複数の支持ピン７７を備える。また、サセプタ７４Ｃの保持プレート７５Ｃには、上下に貫通して貫通孔２２０が形成されている。貫通孔２２０の形状は、たとえば、丸穴形状であるが、当該形状に限られるものではない。また、貫通孔２２０の数は任意であるが、保持部７Ｃの下方に配置される赤外線センサー２４Ｃの数に対応する数とすることが望ましい。また、貫通孔２２０が形成される位置は、平面視において赤外線センサー２４Ｃと重なる位置（すなわち、赤外線センサー２４Ｃの光軸と交わる位置およびその周辺）である。
なお、本実施の形態におけるサセプタ７４Ｃは、半導体ウエハＷを下方から支持する態様であるが、半導体ウエハＷを保持可能であり、かつ、赤外線センサー２４Ｃの光軸と交わる位置（およびその周辺）が中空である態様であれば、他の態様（たとえば、半導体ウエハＷを側方から挟持する態様など）であってもよい。
上記のような構成によれば、図１１に例が示されたような半導体ウエハＷの温度を測定する動作を赤外線センサー２９および赤外線センサー２４Ｃを用いて行うことができる。この際、赤外線センサー２４Ｃの光軸と交わる位置の保持プレート７５Ｃには貫通孔２２０が形成されているため、赤外線センサー２４Ｃの測定可能な波長領域が石英からなる保持プレート７５Ｃを透過する領域でなくとも、赤外線センサー２４Ｃは、半導体ウエハＷの主面に略垂直な方向において、半導体ウエハＷの下面から放射された光を受光することができる。
＜以上に記載された実施の形態によって生じる効果について＞
次に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果の例を示す。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態に例が示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例が示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。
また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例が示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。
以上に記載された実施の形態によれば、熱処理装置は、チャンバー６と、支持部と、フラッシュランプＦＬと、連続点灯ランプと、遮光部材２０１と、少なくとも１つの放射温度計とを備える。ここで、支持部は、たとえば、サセプタ７４などに対応するものである。また、連続点灯ランプは、たとえば、ハロゲンランプＨＬなどに対応するものである。また、放射温度計は、たとえば、赤外線センサー２４などに対応するものである。チャンバー６は、基板を収容する。ここで、基板は、たとえば、半導体ウエハＷなどに対応するものである。サセプタ７４は、石英からなる。また、サセプタ７４は、チャンバー６内において半導体ウエハＷを第１の側から支持する。ここで、第１の側は、たとえば、下側に対応する。フラッシュランプＦＬは、半導体ウエハＷに対して下側とは反対側の第２の側に配置される。ここで、第２の側は、たとえば、上側に対応する。また、フラッシュランプＦＬは、フラッシュ光を照射することによって半導体ウエハＷを加熱する。ハロゲンランプＨＬは、半導体ウエハＷの上側に配置される。また、ハロゲンランプＨＬは、半導体ウエハＷを連続加熱する。遮光部材２０１は、チャンバー６内において半導体ウエハＷの下側と上側とを区切り、かつ、平面視で半導体ウエハＷを囲んで配置される。赤外線センサー２４は、半導体ウエハＷの下側に配置される。また、赤外線センサー２４は、半導体ウエハＷの温度を測定する。また、赤外線センサー２４は、サセプタ７４を透過可能な波長の光を受光して、半導体ウエハＷの温度を測定する。
このような構成によれば、赤外線センサー２４が半導体ウエハＷの下面から放射された光を十分に受光することができるため、半導体ウエハＷの温度の測定精度を高めることができる。具体的には、赤外線センサー２４の測定可能な波長領域が石英からなるサセプタ７４を十分に透過可能な波長領域であるため、半導体ウエハＷの主面に略垂直な方向においても、半導体ウエハＷの下面から放射された後にサセプタ７４を透過した光を受光することができる。よって、十分な受光量に加えて、１つの赤外線センサー２４によって半導体ウエハＷの温度を測定する範囲を小さくすることができるため、温度測定の精度を向上させることができる。また、遮光部材２０１によってハロゲンランプＨＬから照射される光が赤外線センサー２４に受光されることを避けることができる。さらに、０．９μｍ以下などの波長領域では、半導体ウエハＷの温度に起因する放射率の変化が低くなるため、温度の測定精度を向上させることができる。半導体ウエハＷの温度の測定精度が向上することによって、半導体ウエハＷの温度制御の精度も向上させることができ、結果として、半導体ウエハＷの割れなどの発生を抑制することができる。
なお、上記の構成に本願明細書に例が示された他の構成を適宜追加した場合、すなわち、上記の構成としては言及されなかった本願明細書中の他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、石英からなり、かつ、半導体ウエハＷを下側から支持するためのサセプタ７４と、半導体ウエハＷに対して下側とは反対側の上側に配置され、かつ、フラッシュ光を照射することによって半導体ウエハＷを加熱するためのフラッシュランプＦＬと、半導体ウエハＷの下側に配置され、かつ、半導体ウエハＷを連続加熱するための少なくとも１つのＬＥＤランプ２１０と、石英からなり、かつ、フラッシュランプＦＬと半導体ウエハＷとの間、および、ＬＥＤランプ２１０とサセプタ７４との間にそれぞれ配置される石英窓と、半導体ウエハＷの下側に配置され、かつ、半導体ウエハＷの温度を測定するための少なくとも１つの放射温度計とを備える。ここで、石英窓は、たとえば、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４に対応する。また、放射温度計は、たとえば、赤外線センサー２４Ａなどに対応するものである。そして、赤外線センサー２４Ａは、サセプタ７４を透過可能な波長の光を受光して、半導体ウエハＷの温度を測定する。
このような構成によれば、赤外線センサー２４Ａが半導体ウエハＷの下面から放射された光を十分に受光することができるため、半導体ウエハＷの温度の測定精度を高めることができる。具体的には、赤外線センサー２４Ａの測定可能な波長領域が石英からなるサセプタ７４を十分に透過可能な波長領域であるため、半導体ウエハＷの主面に略垂直な方向においても、半導体ウエハＷの下面から放射された後にサセプタ７４を透過した光を受光することができる。よって、十分な受光量に加えて、１つの赤外線センサー２４Ａによって半導体ウエハＷの温度を測定する範囲を小さくすることができるため、温度測定の精度を向上させることができる。また、赤外線センサー２４ＡにおいてＬＥＤランプ２１０から照射される光の波長領域をフィルター除去することによって、ＬＥＤランプ２１０から照射される光が赤外線センサー２４Ａにおいて検出されることを避けることができる。さらに、０．９μｍ以下などの波長領域では、半導体ウエハＷの温度に起因する放射率の変化が低くなるため、温度の測定精度を向上させることができる。
なお、上記の構成に本願明細書に例が示された他の構成を適宜追加した場合、すなわち、上記の構成としては言及されなかった本願明細書中の他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、赤外線センサー２４Ａは、ＬＥＤランプ２１０の発光波長を受光する波長から除外する。このような構成によれば、ＬＥＤランプ２１０から照射される光が赤外線センサー２４Ａにおいて検出されることを避けることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、ＬＥＤランプ２１０は、半導体ウエハＷの下側の面に対向して複数配置される。このような構成によれば、複数のＬＥＤランプ２１０を用いて半導体ウエハＷの下面全体を均一に加熱することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、熱処理装置は、半導体ウエハＷの上側に配置され、かつ、半導体ウエハＷを連続加熱するためのハロゲンランプＨＬを備える。このような構成によれば、加熱部５が複数のフラッシュランプＦＬおよび複数のハロゲンランプＨＬを備えることによって、半導体ウエハＷの昇温レートを上昇させ、また、半導体ウエハＷの温度の面内均一性を向上させるための制御が容易となる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、ＬＥＤランプ２１０は、フラッシュランプＦＬの最大発光強度を示す波長以上、かつ、ハロゲンランプＨＬの最大発光強度を示す波長以下の波長で半導体ウエハＷに指向性の光を照射することによって、半導体ウエハＷを連続加熱する。このような構成によれば、効果的に半導体ウエハＷを連続加熱することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、石英からなり、かつ、半導体ウエハＷを支持するための支持部と、半導体ウエハＷに対して下側とは反対側の上側に配置され、かつ、フラッシュ光を照射することによって半導体ウエハＷを加熱するためのフラッシュランプＦＬと、半導体ウエハＷの上側に配置され、かつ、半導体ウエハＷを連続加熱するためのハロゲンランプＨＬと、半導体ウエハＷの下側に配置され、かつ、半導体ウエハＷの温度を測定するための少なくとも１つの放射温度計とを備える。ここで、支持部は、たとえば、サセプタ７４Ｃなどに対応するものである。また、放射温度計は、たとえば、赤外線センサー２４Ｃなどに対応するものである。また、サセプタ７４Ｃは、少なくとも、赤外線センサー２４の光軸と交わる位置を除いて配置される。
このような構成によれば、赤外線センサー２４Ｃが半導体ウエハＷの下面から放射された光を十分に受光することができるため、半導体ウエハＷの温度の測定精度を高めることができる。具体的には、赤外線センサー２４Ｃの光軸と交わる位置の保持プレート７５Ｃには貫通孔２２０が形成されているため、半導体ウエハＷの主面に略垂直な方向においても、半導体ウエハＷの下面から放射された光を受光することができる。よって、十分な受光量に加えて、１つの赤外線センサー２４Ｃによって半導体ウエハＷの温度を測定する範囲を小さくすることができるため、温度測定の精度を向上させることができる。
なお、上記の構成に本願明細書に例が示された他の構成を適宜追加した場合、すなわち、上記の構成としては言及されなかった本願明細書中の他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、サセプタ７４Ｃの赤外線センサー２４の光軸と交わる位置には、貫通孔２２０が形成される。このような構成によれば赤外線センサー２４Ｃの測定可能な波長領域が石英からなる保持プレート７５Ｃを透過する領域でなくとも、赤外線センサー２４Ｃは、半導体ウエハＷの主面に略垂直な方向において、半導体ウエハＷの下面から放射された光を受光することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、赤外線センサー２４（または赤外線センサー２４Ａ）の光軸が、半導体ウエハＷの主面と直交する。このような構成によれば、１つの赤外線センサーによって半導体ウエハＷの温度を測定する範囲を小さくすることができるため、温度測定の精度を向上させることができる。また、複数の赤外線センサーを配置してそれぞれの赤外線センサーで半導体ウエハＷの温度を測定することによって、半導体ウエハＷの温度の面内均一性を評価し、さらには、半導体ウエハＷの複数箇所における温度が均一となるようにハロゲンランプＨＬの出力を制御部３で制御することによって、半導体ウエハＷの温度の面内均一性を向上させることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、赤外線センサー２４（または赤外線センサー２４Ａ）の測定可能な波長領域が、３μｍ以下である。このような構成によれば、赤外線センサーの測定可能な波長領域が石英からなるサセプタを十分に透過可能な波長領域であるため、半導体ウエハＷの主面に略垂直な方向においても、半導体ウエハＷの下面から放射された後にサセプタを透過した光を受光することができる。よって、十分な受光量に加えて、１つの赤外線センサー２４によって半導体ウエハＷの温度を測定する範囲を小さくすることができるため、温度測定の精度を向上させることができる。また、０．９μｍ以下などの波長領域では、半導体ウエハＷの温度に起因する放射率の変化が低くなるため、温度の測定精度を向上させることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、連続点灯ランプは、ハロゲンランプである。このような構成によれば、ハロゲンランプＨＬが半導体ウエハＷの上方に配置されることによって、半導体ウエハＷの下方から半導体ウエハＷの温度を測定する赤外線センサー２４がハロゲンランプＨＬから照射された光を直接受光することが抑制される。
＜以上に記載された実施の形態の変形例について＞
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面においてひとつの例であって、本願明細書に記載されたものに限られることはないものとする。
したがって、例が示されていない無数の変形例、および、均等物が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの実施の形態における少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態における構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
また、以上に記載された実施の形態において、特に指定されずに材料名などが記載された場合は、矛盾が生じない限り、当該材料に他の添加物が含まれた、たとえば、合金などが含まれるものとする。
３ 制御部
４ ハロゲン加熱部
４Ａ ＬＥＤ加熱部
５ 加熱部
５Ａ フラッシュ加熱部
６，６Ａ チャンバー
７，７Ｃ 保持部
１０ 移載機構
１１ 移載アーム
１２ リフトピン
１３ 水平移動機構
１４ 昇降機構
２０，２０Ａ 下部放射温度計
２１，２６ 透明窓
２２，２７ 温度測定ユニット
２４，２４Ａ，２４Ｃ，２９ 赤外線センサー
２５ 上部放射温度計
３３ 表示部
３４ 入力部
４１，５１ 筐体
４３，５２ リフレクタ
５３ ランプ光放射窓
６１ａ，６１ｂ，７９，２２０ 貫通孔
６１ チャンバー筐体
６２ 凹部
６３ 上側チャンバー窓
６４ 下側チャンバー窓
６５，６５Ａ 熱処理空間
６６ 搬送開口部
６８，６９ 反射リング
７１ 基台リング
７２ 連結部
７４，７４Ｃ サセプタ
７５，７５Ｃ 保持プレート
７５ａ 保持面
７６ ガイドリング
７７ 支持ピン
７８ 開口部
８１ ガス供給孔
８２，８７ 緩衝空間
８３ ガス供給管
８４，８９，１９２ バルブ
８５ 処理ガス供給源
８６ ガス排気孔
８８，１９１ ガス排気管
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
１２１ ハンド
１３０，１４０ 冷却部
１３１ 第１クールチャンバー
１４１ 第２クールチャンバー
１５０ 搬送ロボット
１５１ａ，１５１ｂ 搬送ハンド
１６０，１６０Ａ，１６０Ｂ，１６０Ｃ 熱処理部
１７０ 搬送チャンバー
１８１，１８２，１８３，１８４，１８５ ゲートバルブ
１９０ 排気部
２０１ 遮光部材
２１０ ＬＥＤランプ
２３０ アライメント部
２３１ アライメントチャンバー
２６１ チャンバー側部

Claims (11)

  1. 基板を収容するためのチャンバーと、
    石英からなり、かつ、前記チャンバー内において前記基板を第１の側から支持するための支持部と、
    前記基板に対して前記第１の側とは反対側の第２の側に配置され、かつ、フラッシュ光を照射することによって前記基板を加熱するためのフラッシュランプと、
    前記基板の前記第２の側に配置され、かつ、前記基板を連続加熱するための連続点灯ランプと、
    前記チャンバー内において前記基板の前記第１の側と前記第２の側とを区切り、かつ、平面視で前記基板を囲んで配置される遮光部材と、
    前記基板の前記第１の側に配置され、かつ、前記基板の温度を測定するための少なくとも１つの放射温度計とを備え、
    前記放射温度計は、前記支持部を透過可能な波長の光を受光して、前記基板の温度を測定する、
    熱処理装置。
  2. 石英からなり、かつ、基板を第１の側から支持するための支持部と、
    前記基板に対して前記第１の側とは反対側の第２の側に配置され、かつ、フラッシュ光を照射することによって前記基板を加熱するためのフラッシュランプと、
    前記基板の前記第１の側に配置され、かつ、前記基板を連続加熱するための少なくとも１つのＬＥＤランプと、
    石英からなり、かつ、前記フラッシュランプと前記基板との間、および、前記ＬＥＤランプと前記支持部との間にそれぞれ配置される石英窓と、
    前記基板の前記第１の側に配置され、かつ、前記基板の温度を測定するための少なくとも１つの放射温度計とを備え、
    前記放射温度計は、前記支持部を透過可能な波長の光を受光して、前記基板の温度を測定する、
    熱処理装置。
  3. 請求項２に記載の熱処理装置であり、
    前記放射温度計は、前記ＬＥＤランプの発光波長を受光する前記波長から除外する、
    熱処理装置。
  4. 請求項２または３に記載の熱処理装置であり、
    前記ＬＥＤランプは、前記基板の前記第１の側の面に対向して複数配置される、
    熱処理装置。
  5. 請求項２から４のうちのいずれか１つに記載の熱処理装置であり、
    前記基板の前記第２の側に配置され、かつ、前記基板を連続加熱するための連続点灯ランプをさらに備える、
    熱処理装置。
  6. 請求項５に記載の熱処理装置であり、
    前記ＬＥＤランプは、前記フラッシュランプの最大発光強度を示す波長以上、かつ、前記連続点灯ランプの最大発光強度を示す波長以下の波長で前記基板に指向性の光を照射することによって、前記基板を連続加熱する、
    熱処理装置。
  7. 石英からなり、かつ、基板を支持するための支持部と、
    前記基板に対して第１の側とは反対側の第２の側に配置され、かつ、フラッシュ光を照射することによって前記基板を加熱するためのフラッシュランプと、
    前記基板の前記第２の側に配置され、かつ、前記基板を連続加熱するための連続点灯ランプと、
    前記基板の前記第１の側に配置され、かつ、前記基板の温度を測定するための少なくとも１つの放射温度計とを備え、
    前記支持部は、少なくとも、前記放射温度計の光軸と交わる位置を除いて配置される、
    熱処理装置。
  8. 請求項７に記載の熱処理装置であり、
    前記支持部の前記放射温度計の光軸と交わる位置には、貫通孔が形成される、
    熱処理装置。
  9. 請求項１から８のうちのいずれか１つに記載の熱処理装置であり、
    前記放射温度計の光軸が、前記基板の主面と直交する、
    熱処理装置。
  10. 請求項１から９のうちのいずれか１つに記載の熱処理装置であり、
    前記放射温度計の測定可能な波長領域が、３μｍ以下である、
    熱処理装置。
  11. 請求項１、７および８のうちのいずれか１つに記載の熱処理装置であり、
    前記連続点灯ランプは、ハロゲンランプである、
    熱処理装置。
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