JP2022073150A

JP2022073150A - 放射率調整方法

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Publication number: JP2022073150A
Application number: JP2020182952A
Authority: JP
Inventors: 誠阿部; Makoto Abe
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2022-05-17

Abstract

【課題】放射温度計に設定する放射率を高い精度にて調整することができる放射率調整方法を提供する。
【解決手段】熱電対を付設した測定用ウェハーをハロゲンランプからの光照射によって昇温してから降温させるサイクル加熱処理を行う。測定用ウェハーにサイクル加熱処理を行いつつ、昇温した測定用ウェハーの温度を熱電対および放射温度計によって測定する。熱電対によって測定された測定用ウェハーの真の温度と放射温度計によって測定された温度との温度差が所定の閾値以内である場合には、放射温度計に設定されている放射率が正確であると判定され、調整処理を終了する。当該温度差が所定の閾値を超えている場合には、放射温度計に設定されている放射率を温度差に応じて修正する。
【選択図】図８

Description

本発明は、熱処理装置に設置されて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）の温度を測定する放射温度計に設定する放射率を調整する放射率調整方法に関する。

半導体ウェハーを加熱する熱処理装置（例えば、ランプアニール装置等）においては、ウェハー温度を適切に管理することが重要である。このためには、半導体ウェハーの温度を正確に測定することが必要となる。半導体ウェハーの温度を正確に測定する手法として熱電対によってウェハー温度を測定することが考えられる。しかし、熱電対を半導体ウェハーに直接接触させると汚染の原因となるだけでなく、半導体ウェハーの搬送が出来なくなるため、半導体ウェハーの温度測定に熱電対を使用することは困難である。このため、熱処理中の半導体ウェハーの温度を測定するツールとして非接触で半導体ウェハーの温度を測定する放射温度計が広く使用されている。

放射温度計には、測定対象に直接接触して温度測定を行う熱電対に比較して測定精度が低くなりやすいという問題がある。このため、特許文献１には、熱電対によって測定した実温度に基づいて温度較正用データを作成し、それによって放射温度計の測定温度を補正することが開示されている。また、特許文献２には、熱電対と放射温度計との誤差率を補正率として放射温度計の測定値を補正することが開示されている。さらに、特許文献３には、熱電対の測定温度に基づいて放射温度計の補正値を演算することが開示されている。これらはいずれも、熱電対は実温度を正確に測定できる点に着目し、その熱電対の測定値に基づいて放射温度計の測定温度を補正するものである。

特開昭６２－１１０１２７号公報特開平２－２９８８２９号公報特開平３－２３２９６８号公報

しかしながら、実際には測定対象である半導体ウェハーの放射率が表面状態や温度等の種々の要因によって細かく変動する。このため、熱電対の測定値に基づいて放射温度計の測定温度を補正したとしても、放射温度計によって熱処理中の半導体ウェハーの温度を正確に測定することは困難であった。放射温度計によって熱処理中の半導体ウェハーの温度を正確に測定するためには、そのときの半導体ウェハーの正確な放射率を放射温度計に設定する必要がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、放射温度計に設定する放射率を高い精度にて調整することができる放射率調整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、熱処理装置に設置された放射温度計に設定する放射率を調整する放射率調整方法において、加熱処理によって昇温した基板の温度を熱電対によって測定する第１温度測定工程と、前記基板の温度を前記放射温度計によって測定する第２温度測定工程と、前記第１温度測定工程にて得られた第１測定温度と前記第２温度測定工程にて得られた第２測定温度との温度差に基づいて前記放射温度計に設定された放射率を修正する修正工程と、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の発明に係る放射率調整方法において、前記修正工程では、前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差が所定の閾値を超えている場合には、予め設定された変化量だけ前記放射温度計に設定された放射率を修正することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る放射率調整方法において、前記修正工程では、前記第１測定温度が前記第２測定温度よりも高い場合には、前記放射温度計に設定された放射率を小さくすることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、熱処理装置に設置された放射温度計に設定する放射率を調整する放射率調整方法において、熱電対が付設された基板をチャンバー内に搬入する搬入工程と、連続点灯ランプからの光照射によって前記基板を昇温してから降温させる加熱処理を第１サイクル数繰り返すダミー処理工程と、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記基板を昇温してから降温させる加熱処理を第２サイクル数繰り返す第１調整工程と、を備え、前記第１調整工程は、各サイクル毎に、昇温した前記基板の温度を前記熱電対によって測定して得られた第１測定温度と前記基板の温度を前記放射温度計によって測定して得られた第２測定温度とを比較する第１比較工程を備え、前記第１調整工程では、前記第２サイクル数の全てのサイクルにて前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差が所定の閾値以内である場合には前記放射温度計に設定された放射率の調整を終了するとともに、前記第２サイクル数の少なくとも１回のサイクルで前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差が前記閾値を超えている場合には前記放射温度計に設定された放射率を修正することを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る放射率調整方法において、前記第１調整工程では、前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差が前記閾値を超えている場合には、予め設定された変化量だけ前記放射温度計に設定された放射率を修正することを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る放射率調整方法において、前記第１調整工程では、前記第１測定温度が前記第２測定温度よりも高い場合には、前記放射温度計に設定された放射率を小さくすることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る放射率調整方法において、前記第１調整工程にて前記放射温度計に設定された放射率を修正した後に、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記基板を昇温してから降温させる加熱処理を前記第２サイクル数繰り返す第２調整工程をさらに備え、前記第２調整工程は、各サイクル毎に、前記第１測定温度と前記第２測定温度とを比較する第２比較工程を備え、前記第２調整工程では、前記第２サイクル数の全てのサイクルにて前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差が前記閾値以内である場合には前記放射温度計に設定された放射率の調整を終了するとともに、前記第２サイクル数の少なくとも１回のサイクルで前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差が前記閾値を超えている場合には前記放射温度計に設定された放射率をさらに修正することを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る放射率調整方法において、前記第２調整工程では、前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差が前記閾値を超えている場合には、前記第１比較工程での前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差および前記第２比較工程での前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差に基づく直線近似より得られた、前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差が０となる放射率を前記放射温度計に設定することを特徴とする。

また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る放射率調整方法において、前記第１比較工程での前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差と、前記第２比較工程での前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差と、が同じ値であった場合には警報を発報することを特徴とする。

また、請求項１０の発明は、請求項９の発明に係る放射率調整方法において、前記第１調整工程または前記第２調整工程にて修正された前記放射温度計に設定された放射率が所定の上限値より大きくなった場合、または、所定の下限値未満となった場合には警報を発報することを特徴とする。

また、請求項１１の発明は、請求項４から請求項１０のいずれかの発明に係る放射率調整方法において、前記ダミー処理工程の途中にて前記熱電対によって測定した前記基板の温度と前記放射温度計によって測定した前記基板の温度とが異なる場合には、前記放射温度計に設定された放射率を予備修正することを特徴とする。

請求項１から請求項３の発明によれば、基板の温度を熱電対によって測定した第１測定温度と放射温度計によって測定した第２測定温度との温度差に基づいて放射温度計に設定された放射率を修正するため、基板の実温度に基づいて放射率を修正することとなり、放射温度計に設定する放射率を高い精度にて調整することができる。

請求項４から請求項１１の発明によれば、基板の温度を熱電対によって測定した第１測定温度と放射温度計によって測定した第２測定温度との温度差が閾値を超えている場合には放射温度計に設定された放射率を修正するため、基板の実温度に基づいて放射率を修正することとなり、放射温度計に設定する放射率を高い精度にて調整することができる。

本発明に係る放射率調整方法の対象となる放射温度計を組み込んだ熱処理装置１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。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。複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。放射温度計に設定する放射率を調整する手順を示すフローチャートである。放射温度計に設定する放射率を調整する手順を示すフローチャートである。放射温度計に設定する放射率を調整する手順を示すフローチャートである。調整処理のサイクル加熱時における測定用ウェハーの温度変化を示す図である。補正直線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。

まず、本発明に係る放射率調整方法の対象となる放射温度計を組み込んだ熱処理装置１の構成について説明する。図１は、熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。図１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。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、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。

さらに、チャンバー側部６１には、貫通孔６１ａが穿設されている。チャンバー側部６１の外壁面の貫通孔６１ａが設けられている部位には放射温度計２０が取り付けられている。貫通孔６１ａは、後述するサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から放射された赤外光を放射温度計２０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ェハー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。よって、放射温度計２０はサセプタ７４の斜め下方に設けられることとなる。貫通孔６１ａの熱処理空間６５に臨む側の端部には、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。

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、例えば窒素（Ｎ_２）等の不活性ガス、または、水素（Ｈ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）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、処理ガス供給源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。

図２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１参照）。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によって支持される。図３は、サセプタ７４の平面図である。また、図４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および複数の基板支持ピン７７を備える。保持プレート７５は、石英にて形成された略円形の平板状部材である。保持プレート７５の直径は半導体ウェハーＷの直径よりも大きい。すなわち、保持プレート７５は、半導体ウェハー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、半導体ウェハー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。例えば、半導体ウェハー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と同様の石英にて形成される。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良いし、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良い。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良い。

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ェハー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、複数の基板支持ピン７７が立設されている。本実施形態においては、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°毎に計１２個の基板支持ピン７７が立設されている。１２個の基板支持ピン７７を配置した円の径（対向する基板支持ピン７７間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さく、半導体ウェハーＷの径がφ３００ｍｍであればφ２７０ｍｍ～φ２８０ｍｍ（本実施形態ではφ２７０ｍｍ）である。それぞれの基板支持ピン７７は石英にて形成されている。複数の基板支持ピン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良いし、保持プレート７５と一体に加工するようにしても良い。

図２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７４の上に水平姿勢にて載置されて保持される。このとき、半導体ウェハーＷは保持プレート７５上に立設された１２個の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。より厳密には、１２個の基板支持ピン７７の上端部が半導体ウェハーＷの下面に接触して当該半導体ウェハーＷを支持する。１２個の基板支持ピン７７の高さ（基板支持ピン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個の基板支持ピン７７によって半導体ウェハーＷを水平姿勢に支持することができる。

また、半導体ウェハーＷは複数の基板支持ピン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。基板支持ピン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、複数の基板支持ピン７７によって支持された半導体ウェハー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２および図３に示すように、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、放射温度計２０が半導体ウェハー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。すなわち、放射温度計２０が開口部７８およびチャンバー側部６１の貫通孔６１ａに装着された透明窓２１を介して半導体ウェハーＷの下面から放射された光を受光して当該半導体ウェハー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。移載アーム１１およびリフトピン１２は石英にて形成されている。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。複数のフラッシュランプＦＬが配列される領域は半導体ウェハーＷの平面サイズよりも大きい。

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円筒形状のガラス管（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。

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装置１における処理が進行する。

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における処理動作について説明する。ここでは、まず製品となる通常の半導体ウェハー（プロダクトウェハー）Ｗに対する典型的な熱処理動作について説明する。以下に説明する半導体ウェハーＷ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、半導体ウェハーＷの処理に先立って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。

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。このときには、半導体ウェハー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７４の保持プレート７５の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。このとき、リフトピン１２は基板支持ピン７７の上端よりも上方にまで上昇する。

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、保持プレート７５上に立設された複数の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。また、半導体ウェハーＷは、パターン形成のなされた表面を上面として保持部７に保持される。複数の基板支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの裏面（表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。

半導体ウェハーＷが石英にて形成された保持部７のサセプタ７４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７４を透過して半導体ウェハーＷの下面に照射される。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。

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の温度は放射温度計２０によって測定される。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２０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。

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２０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。

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点でフラッシュ加熱部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まで上昇した後、急速に下降する。

フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプＨＬが消灯する。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、放射温度計２０の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チャンバー６から搬出され、半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。

熱処理装置１においては、放射温度計２０によって半導体ウェハーＷの温度を測定し、その測定値に基づいてハロゲンランプＨＬの出力を制御している。すなわち、放射温度計２０はランプ制御用のセンサであり、放射温度計２０には正確に半導体ウェハーＷの温度を測定することが要求される。放射温度計２０には温度測定対象である半導体ウェハーＷの放射率が設定されており、その設定放射率に誤差があると放射温度計２０は正確に半導体ウェハーＷの温度を測定することができない。このため、本実施形態においては、以下のようにして放射温度計２０に設定する放射率を自動調整している。

図８，図９，図１０は放射温度計２０に設定する放射率を調整する手順を示すフローチャートである。放射率の調整は、例えば、ロットの処理を開始する前に実行される。放射率の調整処理の準備作業として、熱電対が付設された測定用ウェハーをチャンバー６内に搬入してサセプタ７４に載置する。測定用ウェハーは熱電対が付設されている点以外は通常の半導体ウェハーＷと同じシリコンの円板状基板である。熱電対が付設された測定用ウェハーは、搬送ロボットによって搬送することができないため、手動にてチャンバー６内に搬入してサセプタ７４に載置する。

準備作業が完了した後、まず、放射率の調整処理を実行するに際しての初期設定を行う（ステップＳ１）。ステップＳ１では、レシピの選択およびパラメータ設定を行う。レシピは、調整処理を行う際のサイクル加熱の処理条件を規定したものである。また、パラメータとしては、放射温度計２０に設定する初期放射率、放射率の上限値および下限値、サイクル加熱のサイクル数、安定判断温度偏差、補正係数およびサンプリングタイミング等が設定される。

次に、ダミー処理を実行する（ステップＳ２）。このダミー処理では、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって測定用ウェハーを昇温してから降温させる加熱処理をステップＳ１で設定されたダミー処理のサイクル数（例えば本実施形態では４０回）だけ繰り返すサイクル加熱を実行する。ステップＳ２のダミー処理によって、サセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度を一定の安定温度に昇温する。これにより、後続の調整処理時にチャンバー内構造物の温度が変動する影響を受けないようにする。

ダミー処理が終了した後、第１巡の放射率調整処理を開始する。調整処理では、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって測定用ウェハーを昇温してから降温させる加熱処理をステップＳ１で設定された調整処理のサイクル数（例えば本実施形態では３回）だけ繰り返すサイクル加熱を実行する。図１１は、調整処理のサイクル加熱時における測定用ウェハーの温度変化を示す図である。本実施形態では１回の調整処理につき３サイクルの加熱処理を実行する。１サイクルの加熱処理の周期は例えば６０秒である。

３サイクルの加熱処理の各サイクル毎に、一定の最高温度に昇温している測定用ウェハーの温度を熱電対および放射温度計２０によって測定する。１サイクルにおける温度測定タイミングはステップＳ１で設定される。熱電対による測定値は測定用ウェハーの真の温度である。放射温度計２０は、ステップＳ１で設定された初期放射率を用いて温度測定を行う。また、温度測定の精度を高めるため、熱電対によって測定用ウェハーの面内の２箇所の温度を測定する。放射温度計２０による温度測定の位置はサセプタ７４の開口部７８に臨む測定用ウェハーの箇所である。熱電対による２箇所の測定位置の中心に放射温度計２０による測定位置が存在していることが好ましい。

まず、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間、第１サイクルにおける熱電対および放射温度計２０による温度測定を実行する（ステップＳ３）。熱電対による２箇所の温度測定値の平均値を熱電対温度（第１測定温度）とする。また、放射温度計２０による温度測定値を放射温度（第２測定温度）とする。熱電対によって測定された熱電対温度および放射温度計２０によって測定された放射温度は制御部３に伝達される。

続いて、制御部３は、第１サイクルにおける熱電対温度と放射温度との温度差を算定するとともに、その温度差が所定の閾値以内であるか否かを判定する（ステップＳ４）。この閾値は、ステップＳ１でパラメータとして設定された安定判断温度偏差であり、適宜の温度が設定され得る（本実施形態においては４℃）。熱電対温度と放射温度との温度差が閾値以内である場合には、ステップＳ５に進む。一方、当該温度差が閾値を超えている場合には、ステップＳ１０に進んで後述する放射率修正を行う。

ステップＳ５では、第２サイクルにおける熱電対および放射温度計２０による温度測定を時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間実行する。続いて、制御部３は、第２サイクルにおける熱電対温度と放射温度との温度差を算定するとともに、その温度差が所定の閾値以内であるか否かを判定する（ステップＳ６）。ここでの閾値は第１サイクルでの閾値と同じである。熱電対温度と放射温度との温度差が閾値以内である場合には、ステップＳ７に進む。一方、当該温度差が閾値を超えている場合には、ステップＳ１０に進んで放射率修正を行う。

ステップＳ７では、第３サイクルにおける熱電対および放射温度計２０による温度測定を時刻ｔ５から時刻ｔ６の期間実行する。続いて、制御部３は、第３サイクルにおける熱電対温度と放射温度との温度差を算定するとともに、その温度差が所定の閾値以内であるか否かを判定する（ステップＳ８）。ここでの閾値は第１サイクルでの閾値と同じである。熱電対温度と放射温度との温度差が閾値以内である場合には、放射率の調整処理を終了する。一方、当該温度差が閾値を超えている場合には、ステップＳ１０に進んで放射率修正を行う。

ステップＳ３からステップＳ１２までが第１巡の放射率調整処理である。第１巡の放射率調整処理では、３サイクルのサイクル加熱を実行するとともに、各サイクル毎に測定用ウェハーの実温度である熱電対温度と放射温度とを比較する。そして、第１巡の放射率調整処理では、３サイクルのサイクル加熱の全てにおいて熱電対温度と放射温度との温度差が所定の閾値以内である場合には、放射温度計２０による温度測定が正確である、つまり放射温度計２０に設定されている放射率が正確であると判定され、放射率の調整処理を終了するのである。３サイクルのサイクル加熱を実施して３回とも熱電対温度と放射温度との温度差が所定の閾値以内である場合のみ、放射温度計２０に設定されている放射率が正確であると判定しているため、測定誤差に起因した誤判定を防止することができる。一方、３サイクルのサイクル加熱の少なくとも１回のサイクルで熱電対温度と放射温度との温度差が所定の閾値を超えている場合には、放射温度計２０に設定されている放射率に誤差があると判定され、放射温度計２０に設定された放射率を修正する。

第１巡の放射率調整処理で放射温度計２０に設定されている放射率に誤差があると判定されたとき、熱電対温度が放射温度よりも高い場合には、ステップＳ１０からステップＳ１１に進んで、制御部３が放射温度計２０に設定された放射率を小さくする。逆に、熱電対温度が放射温度よりも低い場合には、ステップＳ１０からステップＳ１２に進んで、制御部３が放射温度計２０に設定された放射率を大きくする。放射温度計２０に設定された放射率は、予めステップＳ１で設定された補正係数より算定された変化量だけ修正される。具体的には、ステップＳ１１およびステップＳ１２では、熱電対温度と放射温度との温度差が４℃につき０．００５の割合で放射率が修正される。例えば、熱電対温度が放射温度よりも８℃高い場合には、放射温度計２０に設定された放射率が０．０１減少される。また、熱電対温度が放射温度よりも１２℃低い場合には、放射温度計２０に設定された放射率が０．０１５増加される。

第１巡の放射率調整処理によって放射率が修正されることにより、放射温度計２０には新たな放射率が設定されることとなる。そして、放射温度計２０に設定された放射率が修正された後、第２巡の放射率調整処理を実行する。第２巡の放射率調整処理においても、第１巡の放射率調整処理と同様に、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって測定用ウェハーを昇温してから降温させる加熱処理をステップＳ１で設定された調整処理のサイクル数（本実施形態では３回）だけ繰り返すサイクル加熱を実行する。そして、第１巡の放射率調整処理と同様に、３サイクルの加熱処理の各サイクル毎に、一定の最高温度に昇温している測定用ウェハーの温度を熱電対および放射温度計２０によって測定する。放射温度計２０は、第１巡の放射率調整処理によって修正された放射率を使用して温度測定を行う。

第２巡の放射率調整処理においても、まず、３サイクルのうちの第１サイクルにおける熱電対および放射温度計２０による温度測定を実行する（ステップＳ１３）。熱電対によって測定された熱電対温度および放射温度計２０によって測定された放射温度は制御部３に伝達される。続いて、制御部３は、第１サイクルにおける熱電対温度と放射温度との温度差を算定するとともに、その温度差が所定の閾値以内であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。この閾値は、第１巡の放射率調整処理における閾値と同じ値である（本実施形態においては４℃）。熱電対温度と放射温度との温度差が閾値以内である場合には、ステップＳ１５に進む。一方、当該温度差が閾値を超えている場合には、ステップＳ２０に進んでさらなる放射率修正を行う。

ステップＳ１５では、第２サイクルにおける熱電対および放射温度計２０による温度測定を実行する。続いて、制御部３は、第２サイクルにおける熱電対温度と放射温度との温度差を算定するとともに、その温度差が所定の閾値以内であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。ここでの閾値は第１サイクルでの閾値と同じである。熱電対温度と放射温度との温度差が閾値以内である場合には、ステップＳ１７に進む。一方、当該温度差が閾値を超えている場合には、ステップＳ２０に進んで放射率修正を行う。

ステップＳ１７では、第３サイクルにおける熱電対および放射温度計２０による温度測定を実行する。続いて、制御部３は、第３サイクルにおける熱電対温度と放射温度との温度差を算定するとともに、その温度差が所定の閾値以内であるか否かを判定する（ステップＳ１８）。ここでの閾値は第１サイクルでの閾値と同じである。熱電対温度と放射温度との温度差が閾値以内である場合には、放射率の調整処理を終了する。一方、当該温度差が閾値を超えている場合には、ステップＳ２０に進んで放射率修正を行う。

ステップＳ１３からステップＳ２１までが第２巡の放射率調整処理である。第２巡の放射率調整処理でも、３サイクルのサイクル加熱を実行するとともに、各サイクル毎に測定用ウェハーの実温度である熱電対温度と放射温度とを比較する。そして、第２巡の放射率調整処理では、３サイクルのサイクル加熱の全てにおいて熱電対温度と放射温度との温度差が所定の閾値以内である場合には、第１巡の放射率調整処理で修正された放射温度計２０に設定されている放射率が正確であると判定され、放射率の調整処理を終了するのである。一方、３サイクルのサイクル加熱の少なくとも１回のサイクルで熱電対温度と放射温度との温度差が所定の閾値を超えている場合には、放射温度計２０に設定されている放射率に誤差があると判定され、放射温度計２０に設定された放射率をさらに修正する。

第２巡の放射率調整処理で放射温度計２０に設定されている放射率に誤差があると判定された場合、制御部３が直線近似により熱電対温度と放射温度との温度差が０となる放射率を算定する（ステップＳ２０）。具体的には、制御部３が第１巡の放射率調整処理における温度差と放射温度計２０に設定されていた放射率および第２巡の放射率調整処理における温度差と放射温度計２０に設定されていた放射率から補正直線を取得する。

図１２は、補正直線の一例を示す図である。温度差ΔＴ１は、第１巡の放射率調整処理における熱電対温度と放射温度との温度差であり、温度差ΔＴ２は、第２巡の放射率調整処理における熱電対温度と放射温度との温度差である。また、放射率Ｅ１は、第１巡の放射率調整処理にて放射温度計２０に設定されていた放射率であり、放射率Ｅ２は、第２巡の放射率調整処理にて放射温度計２０に設定されていた放射率である。制御部３は、第１巡の放射率調整処理と第２巡の放射率調整処理との２点を直線で結ぶことによって補正直線を取得する。

制御部３は、取得した補正直線より熱電対温度と放射温度との温度差が０となる放射率Ｅ３を求める。すなわち、制御部３は、第１巡の放射率調整処理における実績および第２巡の放射率調整処理における実績に基づいて熱電対温度と放射温度との温度差が０となる放射率Ｅ３を求めるのである。

続いて、制御部３は、直線近似により求めた熱電対温度と放射温度との温度差が０となる放射率Ｅ３を放射温度計２０に設定する（ステップＳ２１）。第２巡の放射率調整処理ではこのようにして放射温度計２０に設定された放射率が修正される。

次に、放射温度計２０に設定された放射率が修正された後、第３巡の放射率調整処理を実行する。第３巡の放射率調整処理においても、第１巡の放射率調整処理と同様に、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって測定用ウェハーを昇温してから降温させる加熱処理をステップＳ１で設定された調整処理のサイクル数（本実施形態では３回）だけ繰り返すサイクル加熱を実行する。そして、第１巡の放射率調整処理と同様に、３サイクルの加熱処理の各サイクル毎に、一定の最高温度に昇温している測定用ウェハーの温度を熱電対および放射温度計２０によって測定する。放射温度計２０は、第２巡の放射率調整処理によって修正された放射率を使用して温度測定を行う。

第３巡の放射率調整処理においても、まず、３サイクルのうちの第１サイクルにおける熱電対および放射温度計２０による温度測定を実行する（ステップＳ２２）。熱電対によって測定された熱電対温度および放射温度計２０によって測定された放射温度は制御部３に伝達される。続いて、制御部３は、第１サイクルにおける熱電対温度と放射温度との温度差を算定するとともに、その温度差が所定の閾値以内であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。この閾値は、第１巡の放射率調整処理における閾値と同じ値である（本実施形態においては４℃）。熱電対温度と放射温度との温度差が閾値以内である場合には、ステップＳ２４に進む。一方、当該温度差が閾値を超えている場合には、ステップＳ２０に戻ってさらなる放射率修正を行う。

ステップＳ２４では、第２サイクルにおける熱電対および放射温度計２０による温度測定を実行する。続いて、制御部３は、第２サイクルにおける熱電対温度と放射温度との温度差を算定するとともに、その温度差が所定の閾値以内であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。ここでの閾値は第１サイクルでの閾値と同じである。熱電対温度と放射温度との温度差が閾値以内である場合には、ステップＳ２６に進む。一方、当該温度差が閾値を超えている場合には、ステップＳ２０に戻って放射率修正を行う。

ステップＳ２６では、第３サイクルにおける熱電対および放射温度計２０による温度測定を実行する。続いて、制御部３は、第３サイクルにおける熱電対温度と放射温度との温度差を算定するとともに、その温度差が所定の閾値以内であるか否かを判定する（ステップＳ２７）。ここでの閾値は第１サイクルでの閾値と同じである。熱電対温度と放射温度との温度差が閾値以内である場合には、放射率の調整処理を終了する。一方、当該温度差が閾値を超えている場合には、ステップＳ２０に戻って放射率修正を行う。

第３巡の放射率調整処理でも、３サイクルのサイクル加熱を実行するとともに、各サイクル毎に測定用ウェハーの実温度である熱電対温度と放射温度とを比較する。そして、第３巡の放射率調整処理では、３サイクルのサイクル加熱の全てにおいて熱電対温度と放射温度との温度差が所定の閾値以内である場合には、第２巡の放射率調整処理で修正された放射温度計２０に設定されている放射率が正確であると判定され、放射率の調整処理を終了するのである。一方、３サイクルのサイクル加熱の少なくとも１回のサイクルで熱電対温度と放射温度との温度差が所定の閾値を超えている場合には、放射温度計２０に設定されている放射率に誤差があると判定され、放射温度計２０に設定された放射率をさらに修正する。

第３巡の放射率調整処理で放射温度計２０に設定されている放射率に誤差があると判定された場合、ステップＳ２０およびステップＳ２１の放射率修正処理を再度実行する。そして、放射温度計２０に設定された放射率が修正された後、ステップＳ２２からステップＳ２７までの処理を再度実行する。すなわち、３サイクルのサイクル加熱の全てにおいて熱電対温度と放射温度との温度差が所定の閾値以内となるまで、ステップＳ２０からステップＳ２７までの処理が繰り返されるのである。

ところで、各巡の放射率調整処理において、放射温度計２０に設定された放射率を修正したときに、修正後の放射率がステップＳ１で設定された放射率の上限値より大きくなる、または、下限値未満となることがある。放射温度計２０の放射率が予め設定された上限値または下限値を超える場合は、明らかに放射率が異常な値となっている場合である。このため、修正された放射率がステップＳ１で設定された放射率の上限値より大きくなった場合、または、下限値未満となった場合には、制御部３が警報を発報して放射率調整処理を終了する。

また、ステップＳ２０にて取得された補正直線の傾きが０となった場合、つまり第１巡の放射率調整処理における温度差ΔＴ１と第２巡の放射率調整処理における温度差ΔＴ２とが同じ値であった場合も、調整処理が異常となっている。従って、このような場合にも、制御部３は警報を発報して放射率調整処理を終了する。

本実施形態においては、測定用ウェハーにサイクル加熱処理を行いつつ、昇温した測定用ウェハーの温度を熱電対および放射温度計２０によって測定している。そして、熱電対によって測定された測定用ウェハーの真の温度と放射温度計２０によって測定された温度との温度差に基づいて放射温度計２０に設定された放射率を修正している。このため、放射温度計２０に設定する放射率を高い精度にて調整することができる。

また、放射温度計２０に設定された放射率を自動で調整することができるため、人手が不要となり、熱処理装置１のオペレータは他の作業を行いながら、放射率の調整作業も行うことができる。

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、測定用ウェハーにサイクル加熱処理を行いつつ放射率の調整処理を行っていたが、これに限定されるものではない。測定用ウェハーをハロゲンランプＨＬからの光照射によって一定温度に継続して昇温しつつ、その測定用ウェハーの温度を熱電対および放射温度計２０によって測定し、それらの温度差に基づいて放射温度計２０に設定された放射率を修正するようにしても良い。

また、ステップＳ２のダミー処理の途中で放射温度計２０に設定された放射率の予備修正を行うようにしても良い。具体的には、例えばダミー処理のサイクル数の半分のサイクルが終了した時点（上記実施形態では２０回のサイクルが終了した時点）で熱電対によって測定した測定用ウェハーの温度と放射温度計２０によって測定した測定用ウェハーの温度とが異なる場合に、放射温度計２０に設定された放射率を予備修正する。この予備修正では、ステップＳ１０からステップＳ１２と同様の修正を行う。すなわち、熱電対によって測定した測定用ウェハーの温度が放射温度計２０によって測定した測定用ウェハーの温度よりも高い場合には、温度差が４℃につき０．００５の割合で放射温度計２０に設定された放射率を減少させる。逆に、熱電対によって測定した測定用ウェハーの温度が放射温度計２０によって測定した測定用ウェハーの温度よりも低い場合には、温度差が４℃につき０．００５の割合で放射温度計２０に設定された放射率を増加させる。

このような予備修正を行って予め放射温度計２０に設定された放射率を正確な値に近づけておくことにより、放射率の調整処理を短時間で完了させることが可能となる。特に、熱電対によって測定した測定用ウェハーの温度が放射温度計２０によって測定した測定用ウェハーの温度よりも高い場合には、その後の調整処理工程にて熱電対温度と放射温度とが近付きにくいため、予備修正が有効である。

また、熱電対温度と放射温度との温度差を判定するための閾値や放射率を修正する際の補正係数は上記実施形態の例に限定されるものではなく、ステップＳ１にて任意の値を設定することが可能である。

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、１秒以上連続して発光する連続点灯ランプとしてフィラメント方式のハロゲンランプＨＬを用いて半導体ウェハーＷの予備加熱を行っていたが、これに限定されるものではなく、ハロゲンランプＨＬに代えて放電型のアークランプ（例えば、キセノンアークランプ）を連続点灯ランプとして用いて予備加熱を行うようにしても良い。

また、熱処理装置１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、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。

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
１０移載機構
２０放射温度計
６５熱処理空間
７４サセプタ
７５保持プレート
７８開口部
７７基板支持ピン
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

熱処理装置に設置された放射温度計に設定する放射率を調整する放射率調整方法であって、
加熱処理によって昇温した基板の温度を熱電対によって測定する第１温度測定工程と、
前記基板の温度を前記放射温度計によって測定する第２温度測定工程と、
前記第１温度測定工程にて得られた第１測定温度と前記第２温度測定工程にて得られた第２測定温度との温度差に基づいて前記放射温度計に設定された放射率を修正する修正工程と、
を備えることを特徴とする放射率調整方法。
請求項１記載の放射率調整方法において、
前記修正工程では、前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差が所定の閾値を超えている場合には、予め設定された変化量だけ前記放射温度計に設定された放射率を修正することを特徴とする放射率調整方法。
請求項２記載の放射率調整方法において、
前記修正工程では、前記第１測定温度が前記第２測定温度よりも高い場合には、前記放射温度計に設定された放射率を小さくすることを特徴とする放射率調整方法。
熱処理装置に設置された放射温度計に設定する放射率を調整する放射率調整方法であって、
熱電対が付設された基板をチャンバー内に搬入する搬入工程と、
連続点灯ランプからの光照射によって前記基板を昇温してから降温させる加熱処理を第１サイクル数繰り返すダミー処理工程と、
前記連続点灯ランプからの光照射によって前記基板を昇温してから降温させる加熱処理を第２サイクル数繰り返す第１調整工程と、
を備え、
前記第１調整工程は、各サイクル毎に、昇温した前記基板の温度を前記熱電対によって測定して得られた第１測定温度と前記基板の温度を前記放射温度計によって測定して得られた第２測定温度とを比較する第１比較工程を備え、
前記第１調整工程では、前記第２サイクル数の全てのサイクルにて前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差が所定の閾値以内である場合には前記放射温度計に設定された放射率の調整を終了するとともに、前記第２サイクル数の少なくとも１回のサイクルで前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差が前記閾値を超えている場合には前記放射温度計に設定された放射率を修正することを特徴とする放射率調整方法。
請求項４記載の放射率調整方法において、
前記第１調整工程では、前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差が前記閾値を超えている場合には、予め設定された変化量だけ前記放射温度計に設定された放射率を修正することを特徴とする放射率調整方法。
請求項５記載の放射率調整方法において、
前記第１調整工程では、前記第１測定温度が前記第２測定温度よりも高い場合には、前記放射温度計に設定された放射率を小さくすることを特徴とする放射率調整方法。
請求項６記載の放射率調整方法において、
前記第１調整工程にて前記放射温度計に設定された放射率を修正した後に、前記連続点灯ランプからの光照射によって前記基板を昇温してから降温させる加熱処理を前記第２サイクル数繰り返す第２調整工程をさらに備え、
前記第２調整工程は、各サイクル毎に、前記第１測定温度と前記第２測定温度とを比較する第２比較工程を備え、
前記第２調整工程では、前記第２サイクル数の全てのサイクルにて前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差が前記閾値以内である場合には前記放射温度計に設定された放射率の調整を終了するとともに、前記第２サイクル数の少なくとも１回のサイクルで前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差が前記閾値を超えている場合には前記放射温度計に設定された放射率をさらに修正することを特徴とする放射率調整方法。
請求項７記載の放射率調整方法において、
前記第２調整工程では、前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差が前記閾値を超えている場合には、前記第１比較工程での前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差および前記第２比較工程での前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差に基づく直線近似より得られた、前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差が０となる放射率を前記放射温度計に設定することを特徴とする放射率調整方法。
請求項８記載の放射率調整方法において、
前記第１比較工程での前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差と、前記第２比較工程での前記第１測定温度と前記第２測定温度との温度差と、が同じ値であった場合には警報を発報することを特徴とする放射率調整方法。
請求項９記載の放射率調整方法において、
前記第１調整工程または前記第２調整工程にて修正された前記放射温度計に設定された放射率が所定の上限値より大きくなった場合、または、所定の下限値未満となった場合には警報を発報することを特徴とする放射率調整方法。
請求項４から請求項１０のいずれかに記載の放射率調整方法において、
前記ダミー処理工程の途中にて前記熱電対によって測定した前記基板の温度と前記放射温度計によって測定した前記基板の温度とが異なる場合には、前記放射温度計に設定された放射率を予備修正することを特徴とする放射率調整方法。