JP2022122342A

JP2022122342A - 熱処理方法

Info

Publication number: JP2022122342A
Application number: JP2021019498A
Authority: JP
Inventors: 智宏上野; Tomohiro Ueno; 和彦布施; Kazuhiko Fuse
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2021-02-10
Filing date: 2021-02-10
Publication date: 2022-08-23

Abstract

【課題】簡易な構成にてハードウェアの劣化を検知することができる熱処理方法を提供する。
【解決手段】石英窓が設けられたチャンバーに収容された第１ウェハーに光源から所定のパターンにて光照射を行ったときの第１ウェハーの温度履歴を記憶しておく。その後、チャンバー内に収容された第２ウェハーに光源から第１ウェハーと同じパターンにて光照射を行うときに、第２ウェハーの温度履歴を取得する。そして、予め記憶されている第１ウェハーの温度履歴と新たに取得された第２ウェハーの温度履歴とを比較する。第１ウェハーの温度履歴と第２ウェハーの温度履歴とが不一致であるときには熱処理装置のハードウェアに劣化が生じているので、その旨のアラームを発報する。
【選択図】図９

Description

本発明は、半導体ウェハー等の薄板状精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）に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。

このようなフラッシュランプアニール装置の典型的な構成例としては、半導体ウェハーを収容するチャンバーの上下に石英製のチャンバー窓を設け、上側チャンバー窓の上方にフラッシュランプを設けるとともに、下側チャンバー窓の下方にハロゲンランプを設けている（例えば、特許文献１）。特許文献１記載のフラッシュランプアニール装置においては、ハロゲンランプからの光照射によって半導体ウェハーを予備加熱した後、フラッシュランプから半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射している。

フラッシュランプアニール装置にて、長期間にわたって半導体ウェハーの熱処理を繰り返し実行していると、装置を構成するハードウェアが劣化していく。例えば、フラッシュランプおよびハロゲンランプが経時劣化するとともに、石英のチャンバー窓の汚染が進行する。フラッシュランプアニール装置のハードウェアが劣化すると、熱処理時の半導体ウェハー温度が所定の処理温度に到達しなくなり、所望のデバイス特性が得られなくなることがある。このため、ハードウェアの劣化を早期に発見してメンテナンスを行うことが重要となる。従来より、一般的には、目視でハードウェアを確認したり定期的に熱処理後の半導体ウェハーのデバイス特性を測定して劣化を見出すようにしていた。しかし、目視では検査者の能力に依存し、定期的な測定では検査間に処理不良となるおそれがある。

このため、特許文献１には、ハロゲンランプから出射されて上下のチャンバー窓を透過した光を分光光度計によって受光し、その光の強度からチャンバー窓の汚染の有無を判定する技術が提案されている。特許文献１の技術によれば、目視で確認する必要がなくなるとともに、リアルタイムでチャンバー窓の汚染を確認することができる。

特開２０１９－１６５１４１号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、基本的な装置構成とは別途に分光光度計を設ける必要がある。また、ハロゲンランプ等の劣化も監視するためには、さらなる追加の分光光度計を設置する必要があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成にてハードウェアの劣化を検知することができる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方法において、石英窓が設けられたチャンバー内に収容された第１基板に光源から所定のパターンにて光照射を行ったときの前記第１基板の温度履歴を記憶する記憶工程と、前記チャンバー内に収容された第２基板に前記光源から前記所定のパターンにて光照射を行うときに、前記第２基板の温度履歴を取得する取得工程と、前記記憶工程にて記憶された前記第１基板の温度履歴と前記取得工程にて取得された前記第２基板の温度履歴とを比較する比較工程と、前記第１基板の温度履歴と前記第２基板の温度履歴とが不一致であるときに警報を発報する発報工程と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記光源は、連続点灯ランプを含み、前記記憶工程では、前記第１基板に前記連続点灯ランプから所定出力にて光照射を行ったときの前記第１基板の温度履歴を記憶し、前記取得工程では、前記第２基板に前記連続点灯ランプから前記所定出力にて光照射を行うときの前記第２基板の温度履歴を取得し、前記比較工程では、前記第１基板に前記連続点灯ランプから前記所定出力にて光照射を行ったときに前記第１基板が目標温度に到達するまでの時間と前記第２基板に前記連続点灯ランプから前記所定出力にて光照射を行うときに前記第２基板が前記目標温度に到達するまでの時間とを比較することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記光源は、フラッシュランプを含み、前記記憶工程では、前記第１基板の表面に前記フラッシュランプから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの前記第１基板の表面の温度履歴を記憶し、前記取得工程では、前記第２基板の表面に前記フラッシュランプから前記所定出力にて前記所定時間のフラッシュ光照射を行うときの前記第２基板の表面の温度履歴を取得し、前記比較工程では、前記第１基板の表面に前記フラッシュランプから前記所定出力にて前記所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの前記第１基板の表面の最高到達温度と前記第２基板の表面に前記フラッシュランプから前記所定出力にて前記所定時間のフラッシュ光照射を行うときの前記第２基板の表面の最高到達温度とを比較することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記光源は、フラッシュランプを含み、前記記憶工程では、前記第１基板の表面に前記フラッシュランプから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの前記第１基板の裏面の温度履歴を記憶し、前記取得工程では、前記第２基板の表面に前記フラッシュランプから前記所定出力にて前記所定時間のフラッシュ光照射を行うときの前記第２基板の裏面の温度履歴を取得し、前記比較工程では、前記第１基板の表面に前記フラッシュランプから前記所定出力にて前記所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの前記第１基板の裏面の最高到達温度と前記第２基板の表面に前記フラッシュランプから前記所定出力にて前記所定時間のフラッシュ光照射を行うときの前記第２基板の裏面の最高到達温度とを比較することを特徴とする。

請求項１から請求項４の発明によれば、記憶工程にて記憶された第１基板の温度履歴と取得工程にて取得された第２基板の温度履歴とを比較し、それらが不一致であるときに警報を発報するため、特別な構成を設けることなく簡易な構成にてハードウェアの劣化を検知することができる。

本発明に係る熱処理方法を実施す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。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。熱処理時における半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。ハロゲンランプおよび下側チャンバー窓の劣化を検知する手順を示すフローチャートである。到達時間の比較を示す図である。フラッシュランプおよび上側チャンバー窓の劣化を検知する手順を示すフローチャートである。フラッシュ光照射時の最高到達温度の比較を示す図である。

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方法を実施する熱処理装置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（本実施形態ではφ３００ｍｍ）。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および貫通孔６１ｂ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ェハー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、貫通孔６１ｂは、半導体ウェハー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および貫通孔６１ｂは、それら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。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、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。

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。

また、搬送開口部６６の先端にも熱処理空間６５内の気体を排出するガス排気管１９１が接続されている。ガス排気管１９１はバルブ１９２を介して排気部１９０に接続されている。バルブ１９２を開放することによって、搬送開口部６６を介してチャンバー６内の気体が排気される。

図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。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、下部放射温度計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、下部放射温度計２０が開口部７８およびチャンバー側部６１の貫通孔６１ｂ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。

キセノンフラッシュランプＦＬは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）と、該ガラス管の外周面上に付設されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、ハロゲンランプＨＬの如き連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。すなわち、フラッシュランプＦＬは、１秒未満の極めて短い時間で瞬間的に発光するパルス発光ランプである。なお、フラッシュランプＦＬの発光時間は、フラッシュランプＦＬに電力供給を行うランプ電源のコイル定数によって調整することができる。

また、リフレクタ５２は、複数のフラッシュランプＦＬの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ５２の基本的な機能は、複数のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５の側に反射するというものである。リフレクタ５２はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面（フラッシュランプＦＬに臨む側の面）はブラスト処理により粗面化加工が施されている。

チャンバー６の下方に設けられたハロゲン加熱部４は、筐体４１の内側に複数本（本実施形態では４０本）のハロゲンランプＨＬを内蔵している。ハロゲン加熱部４は、複数のハロゲンランプＨＬによってチャンバー６の下方から下側チャンバー窓６４を介して熱処理空間６５への光照射を行って半導体ウェハーＷを加熱する。

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。

図１に示すように、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ェハーＷの斜め上方に設置され、その半導体ウェハーＷの上面から放射された赤外光を受光して上面の温度を測定する。上部放射温度計２５の赤外線センサー２９は、フラッシュ光が照射された瞬間の半導体ウェハー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。一方、下部放射温度計２０は、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの斜め下方に設けられ、その半導体ウェハーＷの下面から放射された赤外光を受光して下面の温度を測定する。

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。

また、バルブ１９２が開放されることによって、搬送開口部６６からもチャンバー６内の気体が排気される。さらに、図示省略の排気機構によって移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気も排気される。なお、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの熱処理時には窒素ガスが熱処理空間６５に継続的に供給されており、その供給量は処理工程に応じて適宜変更される。

続いて、ゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部６６を介して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、被処理面である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。

図８は、熱処理時における半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。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、時刻ｔ１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の温度は下部放射温度計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、下部放射温度計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、下部放射温度計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、半導体ウェハーＷの温度をほぼ予備加熱温度Ｔ１に維持している。

このようなハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うことによって、半導体ウェハーＷの全体を予備加熱温度Ｔ１に均一に昇温している。ハロゲンランプＨＬによる予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、ハロゲン加熱部４におけるハロゲンランプＨＬの配設密度は、半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっている。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一なものとすることができる。

半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達して所定時間が経過した時刻ｔ３にフラッシュ加熱部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、下部放射温度計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。

上述のような半導体ウェハーＷに対する加熱処理を繰り返し実行していると、熱処理装置１を構成するハードウェアが劣化する。具体的には、ハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬが点灯と消灯とを繰り返すことによって経時劣化する。また、石英の上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の汚染が進行する。特に、昇華する成分を多く含む薄膜が成膜された半導体ウェハーＷに加熱処理を行ったときには、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４に多量の汚染物質が付着して上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の汚染が急速に進行する。

このようなハードウェアの劣化が生じると、半導体ウェハーＷに照射される光の照度が低下してフラッシュ光照射時にも半導体ウェハーＷの表面温度が処理温度Ｔ２に到達しなくなることがある。そうすると、半導体ウェハーＷの加熱処理が不良となり、所望のデバイス特性が得られなくなる。

このため、本実施形態においては、以下のようにしてハードウェアの劣化を検知している。図９は、ハロゲンランプＨＬおよび下側チャンバー窓６４の劣化を検知する手順を示すフローチャートである。

典型的には、熱処理装置１等の基板処理装置においては、半導体ウェハーＷはレシピに従って処理される。レシピとは、半導体ウェハーＷの処理手順および処理条件を定義したものである。本実施形態においても、制御部３が熱処理装置１の各機構をレシピに従って制御することにより半導体ウェハーＷの処理が行われる。

ある任意の半導体ウェハーＷ（以下、第１ウェハーＷ１とする）についてのレシピに定出力フェーズが含まれている場合には、ステップＳ１１からステップＳ１２に進み、その第１ウェハーＷ１に加熱処理を行ったときの温度履歴が保存される。定出力フェーズとは、ハロゲンランプＨＬによって半導体ウェハーＷを予備加熱するときに、ハロゲンランプＨＬの出力を一定出力にして所定温度にまで半導体ウェハーＷを加熱するフェーズである。

上述したように、半導体ウェハーＷの予備加熱時には、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の出力がフィードバック制御されるのであるが、予備加熱の初期段階では半導体ウェハーＷの温度が目標温度Ｔ３（目標温度Ｔ３＜予備加熱温度Ｔ１）となるまでオープンループ制御が行われる。すなわち、予備加熱が開始されてから半導体ウェハーＷの温度が目標温度Ｔ３となるまではハロゲンランプＨＬの出力が一定出力に維持され、半導体ウェハーＷの温度が目標温度Ｔ３に到達した後はフィードバック制御が行われるのである。例えば、予備加熱温度Ｔ１が６００℃であり、目標温度Ｔ３が４００℃であるならば、ハロゲンランプＨＬの出力を一定出力にして４００℃まで半導体ウェハーＷを加熱した後、フィードバック制御により半導体ウェハーＷを６００℃にまで加熱する。このようにしているのは、半導体ウェハーＷの温度が比較的低温のときは下部放射温度計２０が正確に半導体ウェハーＷの温度を測定しがたいためである。このようなハロゲンランプＨＬの出力を一定出力に維持して目標温度Ｔ３にまで半導体ウェハーＷを加熱するフェーズが定出力フェーズである。

第１ウェハーＷ１についてのレシピに定出力フェーズが含まれている場合には、第１ウェハーＷ１に予備加熱処理を行う初期段階でハロゲンランプＨＬの出力を一定出力に維持して目標温度Ｔ３にまで第１ウェハーＷ１が加熱されることとなる。そして、少なくとも定出力フェーズでの第１ウェハーＷ１の温度変化を含む第１ウェハーＷ１の温度履歴、すなわち第１ウェハーＷ１にハロゲンランプＨＬから一定出力にて光照射を行ったときの第１ウェハーＷ１の温度履歴が制御部３の記憶部に保存される。

次に、第１ウェハーＷ１の加熱処理が終了した後、熱処理装置１にて新たな半導体ウェハーＷ（以下、第２ウェハーＷ２とする）の加熱処理が開始される（ステップＳ１３）。第２ウェハーＷ２は第１ウェハーＷ１の直後に処理される半導体ウェハーＷに限定されるものではなく、第２ウェハーＷ２と第１ウェハーＷ１との間に他の半導体ウェハーＷが処理されていても良い。

第２ウェハーＷ２もレシピに従って加熱処理される。第２ウェハーＷ２の加熱処理を開始する際に、第２ウェハーＷ２についてのレシピが第１ウェハーＷ１についてのレシピと同一であるか否かが制御部３によって判定される（ステップＳ１４）。そして、第２ウェハーＷ２についてのレシピと第１ウェハーＷ１についてのレシピとが同一である場合には、ステップＳ１５に進んで、第２ウェハーＷ２の加熱処理時における第２ウェハーＷ２の温度履歴が取得される。

第２ウェハーＷ２についてのレシピが第１ウェハーＷ１についてのレシピと同一である場合には、第２ウェハーＷ２についてのレシピにも定出力フェーズが含まれる。従って、第２ウェハーＷ２に予備加熱処理を行う初期段階では、ハロゲンランプＨＬの出力を一定出力に維持して目標温度Ｔ３にまで第２ウェハーＷ２が加熱されることとなる。ハロゲンランプＨＬから出射された光は下側チャンバー窓６４を透過して第２ウェハーＷ２に照射される。一定出力のハロゲンランプＨＬからの光照射によって加熱される第２ウェハーＷ２の温度は、下部放射温度計２０によって測定される。これにより、少なくとも定出力フェーズでの第２ウェハーＷ２の温度変化を含む第２ウェハーＷ２の温度履歴、すなわち第２ウェハーＷ２にハロゲンランプＨＬから一定出力にて光照射を行うときの第２ウェハーＷ２の温度履歴が取得される。

次に、ステップＳ１２にて保存された第１ウェハーＷ１の温度履歴とステップＳ１５にて取得された第２ウェハーＷ２の温度履歴とが制御部３によって比較される（ステップＳ１６）。具体的には、第１ウェハーＷ１にハロゲンランプＨＬから一定出力にて光照射を行ったときに照射開始から第１ウェハーＷ１が目標温度Ｔ３に到達するまでの時間と、第２ウェハーＷ２にハロゲンランプＨＬから一定出力にて光照射を行ったときに照射開始から第２ウェハーＷ２が目標温度Ｔ３に到達するまでの時間とが比較される。そして、照射開始から第１ウェハーＷ１が目標温度Ｔ３に到達するまでの時間と照射開始から第２ウェハーＷ２が目標温度Ｔ３に到達するまでの時間とが一致しているか否かが制御部３によって判定される（ステップＳ１７）。

図１０は、到達時間の比較を示す図である。図１０の点線は、ハロゲンランプＨＬから一定出力にて光照射を行ったときの第１ウェハーＷ１の温度履歴である。図１０の実線は、ハロゲンランプＨＬから一定出力にて光照射を行ったときの第２ウェハーＷ２の温度履歴である。

図１０の例では、ハロゲンランプＨＬの照射開始から第１ウェハーＷ１が目標温度Ｔ３に到達するまでの時間よりもハロゲンランプＨＬの照射開始から第２ウェハーＷ２が目標温度Ｔ３に到達するまでの時間の方が長い。すなわち、ハロゲンランプＨＬの照射開始から第１ウェハーＷ１が目標温度Ｔ３に到達するまでの時間と、ハロゲンランプＨＬの照射開始から第２ウェハーＷ２が目標温度Ｔ３に到達するまでの時間とが不一致であり、双方の間には時間差Δｔが生じている。

第１ウェハーＷ１および第２ウェハーＷ２に対してはハロゲンランプＨＬから同じ一定出力にて光照射を行っているため、理論上は照射開始から目標温度Ｔ３に到達するまでの時間も第１ウェハーＷ１および第２ウェハーＷ２で同じになるはずである。しかし、第１ウェハーＷ１の処理時から第２ウェハーＷ２の処理時まで間に、ハロゲンランプＨＬの劣化および／または下側チャンバー窓６４の汚染が生じていた場合には、同じ出力にてハロゲンランプＨＬから光照射を行ったとしても、第１ウェハーＷ１が受光する光の照度よりも第２ウェハーＷ２が受光する光の照度の方が小さくなる。その結果、ハロゲンランプＨＬの照射開始から目標温度Ｔ３に到達するまでの時間も第１ウェハーＷ１より第２ウェハーＷ２の方が長くなる。すなわち、ハロゲンランプＨＬの照射開始から第１ウェハーＷ１が目標温度Ｔ３に到達するまでの時間と、ハロゲンランプＨＬの照射開始から第２ウェハーＷ２が目標温度Ｔ３に到達するまでの時間とが不一致であることは、ハロゲンランプＨＬおよび／または下側チャンバー窓６４が劣化していることを示している。

このため、図１０の例に示すように、第１ウェハーＷ１の温度履歴と第２ウェハーＷ２の温度履歴とが不一致である場合には、ステップＳ１７からステップＳ１８に進み、制御部３がアラームを発報する。具体的には、例えば、制御部３が熱処理装置１の操作パネルに劣化が発生している旨のアラームを表示する。アラームが発報されたときには、熱処理装置１の作業者が熱処理装置１における処理動作を停止するようにしても良い。

一方、ハロゲンランプＨＬの照射開始から第１ウェハーＷ１が目標温度Ｔ３に到達するまでの時間と、ハロゲンランプＨＬの照射開始から第２ウェハーＷ２が目標温度Ｔ３に到達するまでの時間とが一致している場合には、ハロゲンランプＨＬおよび下側チャンバー窓６４の劣化が生じていないと判断されるため、処理を終了する。

以上のようにして、ハロゲンランプＨＬおよび下側チャンバー窓６４の劣化を検知することができる。なお、上述した劣化検知技術は、ハロゲンランプＨＬの照射開始時点における第１ウェハーＷ１の温度と第２ウェハーＷ２の温度とが等しいことを前提としている。ハロゲンランプＨＬの照射開始時点における第１ウェハーＷ１の温度と第２ウェハーＷ２の温度とが異なると、それに起因して目標温度Ｔ３に到達するまでの時間も異なることになるためである。通常のプロダクトウェハーの処理中はサセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度が一定の安定温度に維持されているため、ハロゲンランプＨＬの照射開始時点における第１ウェハーＷ１の温度と第２ウェハーＷ２の温度とは等しい。すなわち、プロダクトウェハーの処理中は上述の劣化検知技術を適用することができる。但し、プロダクトウェハーの処理を開始する前のダミー処理時には、サセプタ７４等のチャンバー内構造物の温度が安定していないため、ハロゲンランプＨＬの照射開始時点におけるウェハー温度が一定とならず、上述の劣化検知技術を用いることは出来ない。

続いて、フラッシュランプＦＬおよび上側チャンバー窓６３の劣化検知について説明する。図１１は、フラッシュランプＦＬおよび上側チャンバー窓６３の劣化を検知する手順を示すフローチャートである。

第１ウェハーＷ１についてのレシピにフラッシュフェーズが含まれている場合には、ステップＳ２１からステップＳ２２に進み、その第１ウェハーＷ１に加熱処理を行ったときの温度履歴が保存される。フラッシュフェーズとは、半導体ウェハーＷの表面にフラッシュランプＦＬから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行って当該表面を瞬間的に加熱するフェーズである。

第１ウェハーＷ１についてのレシピにフラッシュフェーズが含まれている場合には、フラッシュランプＦＬから第１ウェハーＷ１にフラッシュ光が照射されて第１ウェハーＷ１がフラッシュ加熱されることとなる。そして、少なくともフラッシュフェーズでの第１ウェハーＷ１の表面の温度変化を含む第１ウェハーＷ１の温度履歴、すなわち第１ウェハーＷ１の表面にフラッシュランプＦＬから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの第１ウェハーＷ１の表面の温度履歴が制御部３の記憶部に保存される。

次に、第１ウェハーＷ１の加熱処理が終了した後、熱処理装置１にて新たな半導体ウェハーＷ（第２ウェハーＷ２）の加熱処理が開始される（ステップＳ２３）。上述と同様に、第２ウェハーＷ２は第１ウェハーＷ１の直後に処理される半導体ウェハーＷに限定されるものではなく、第２ウェハーＷ２と第１ウェハーＷ１との間に他の半導体ウェハーＷが処理されていても良い。

第２ウェハーＷ２の加熱処理を開始する際に、第２ウェハーＷ２についてのレシピが第１ウェハーＷ１についてのレシピと同一であるか否かが制御部３によって判定される（ステップＳ２４）。そして、第２ウェハーＷ２についてのレシピと第１ウェハーＷ１についてのレシピとが同一である場合には、ステップＳ２５に進んで、第２ウェハーＷ２の加熱処理時における第２ウェハーＷ２の温度履歴が取得される。

第２ウェハーＷ２についてのレシピが第１ウェハーＷ１についてのレシピと同一である場合には、第２ウェハーＷ２についてのレシピにもフラッシュフェーズが含まれる。従って、第２ウェハーＷ２の表面にフラッシュランプＦＬから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射が行われて当該表面が瞬間的に加熱されることとなる。フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光は上側チャンバー窓６３を透過して第２ウェハーＷ２の表面に照射される。フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によって加熱される第２ウェハーＷ２の表面の温度は、上部放射温度計２５によって測定される。これにより、少なくともフラッシュフェーズでの第２ウェハーＷ２の表面の温度変化を含む第２ウェハーＷ２の温度履歴、すなわち第２ウェハーＷ２の表面にフラッシュランプＦＬから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの第２ウェハーＷ２の表面の温度履歴が取得される。

次に、ステップＳ２２にて保存された第１ウェハーＷ１の温度履歴とステップＳ２５にて取得された第２ウェハーＷ２の温度履歴とが制御部３によって比較される（ステップＳ２６）。具体的には、第１ウェハーＷ１の表面にフラッシュランプＦＬから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの第１ウェハーＷ１の表面の最高到達温度（ピーク温度）と、第２ウェハーＷ２の表面にフラッシュランプＦＬから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの第２ウェハーＷ２の表面の最高到達温度とが比較される。そして、フラッシュ光照射時における第１ウェハーＷ１の表面の最高到達温度と第２ウェハーＷ２の表面の最高到達温度とが一致しているか否かが制御部３によって判定される（ステップＳ２７）。

図１２は、フラッシュ光照射時の最高到達温度の比較を示す図である。図１２の点線は、フラッシュランプＦＬから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの第１ウェハーＷ１の表面の温度履歴である。図１２の実線は、フラッシュランプＦＬから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの第２ウェハーＷ２の表面の温度履歴である。

図１２の例では、フラッシュランプＦＬから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの第１ウェハーＷ１の最高到達温度よりも第２ウェハーＷ２の最高到達温度の方が低い。すなわち、フラッシュ光照射時の第１ウェハーＷ１の最高到達温度と第２ウェハーＷ２の最高到達温度とが不一致であり、双方の間には温度差ΔＴが生じている。

第１ウェハーＷ１および第２ウェハーＷ２に対してはフラッシュランプＦＬから同様に所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行っているため、理論上はフラッシュ光照射時の最高到達温度も第１ウェハーＷ１および第２ウェハーＷ２で同じになるはずである。しかし、第１ウェハーＷ１の処理時から第２ウェハーＷ２の処理時まで間に、フラッシュランプＦＬの劣化および／または上側チャンバー窓６３の汚染が生じていた場合には、同じ出力および照射時間にてフラッシュランプＦＬから光照射を行ったとしても、第１ウェハーＷ１が受光するフラッシュ光の照度よりも第２ウェハーＷ２が受光するフラッシュ光の照度の方が小さくなる。その結果、フラッシュ光照射時の最高到達温度も第１ウェハーＷ１より第２ウェハーＷ２の方が低くなる。すなわち、フラッシュランプＦＬから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの第１ウェハーＷ１の最高到達温度と第２ウェハーＷ２の最高到達温度とが不一致であることは、フラッシュランプＦＬおよび／または上側チャンバー窓６３が劣化していることを示している。

このため、図１２の例に示すように、第１ウェハーＷ１の温度履歴と第２ウェハーＷ２の温度履歴とが不一致である場合には、ステップＳ２７からステップＳ２８に進み、制御部３がアラームを発報する。具体的には、例えば、制御部３が熱処理装置１の操作パネルに劣化が発生している旨のアラームを表示する。上述と同様に、アラームが発報されたときには、熱処理装置１の作業者が熱処理装置１における処理動作を停止するようにしても良い。

一方、フラッシュ光照射時の第１ウェハーＷ１の最高到達温度と第２ウェハーＷ２の最高到達温度とが一致している場合には、フラッシュランプＦＬおよび上側チャンバー窓６３が劣化していないと判断されるため、処理を終了する。

以上のようにして、フラッシュランプＦＬおよび上側チャンバー窓６３の劣化を検知することができる。なお、上述した劣化検知技術は、フラッシュ光の照射開始時点における第１ウェハーＷ１の予備加熱温度と第２ウェハーＷ２の予備加熱温度とが等しいことを前提としている。フラッシュ光の照射開始時点における第１ウェハーＷ１の予備加熱温度と第２ウェハーＷ２の予備加熱温度とが異なると、それに起因してフラッシュ光照射時の最高到達温度も異なることになるためである。通常のプロダクトウェハーの処理中は予備加熱温度が一定であるため、フラッシュ光の照射開始時点における第１ウェハーＷ１の予備加熱温度と第２ウェハーＷ２の予備加熱温度とは等しい。すなわち、プロダクトウェハーの処理中は上述の劣化検知技術を適用することができる。但し、プロダクトウェハーの処理を開始する前のダミー処理時には、フラッシュ光照射前の予備加熱温度が一定ではないため、上述の劣化検知技術を用いることは出来ない。

上述した２つの劣化検知技術を集約すると、本実施形態においては、まずチャンバー６内に収容された第１ウェハーＷ１に光源から所定のパターンにて光照射を行ったときの第１ウェハーＷ１の温度履歴を記憶しておく。その後、チャンバー６内に収容された第２ウェハーＷ２に光源から第１ウェハーＷ１と同じパターンにて光照射を行うときに、第２ウェハーＷ２の温度履歴を取得する。そして、予め記憶されている第１ウェハーＷ１の温度履歴と新たに取得された第２ウェハーＷ２の温度履歴とを比較し、それらが不一致であるときには劣化が生じている旨のアラームを発報するのである。このようにすれば、特別な機構を設けることなく、簡易な構成にて石英窓やランプ等のハードウェアの劣化を検知することができる。

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、フラッシュ光照射時における第１ウェハーＷ１の表面の最高到達温度と第２ウェハーＷ２の表面の最高到達温度とを比較していたが、フラッシュ光照射時における第１ウェハーＷ１の裏面の最高到達温度と第２ウェハーＷ２の裏面の最高到達温度とを比較するようにしても良い。

フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光を照射したときには、表面よりは温度変化は少ないものの半導体ウェハーＷの裏面の温度も上昇する。このため、フラッシュ光照射時における第１ウェハーＷ１の裏面の最高到達温度と第２ウェハーＷ２の裏面の最高到達温度とを比較することによってもフラッシュランプＦＬおよび上側チャンバー窓６３の劣化を検知することができる。この場合の具体的な処理手順は図１１に示したのと概ね同様である。

ステップＳ２２では、第１ウェハーＷ１の表面にフラッシュランプＦＬから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの第１ウェハーＷ１の裏面の温度履歴を記憶する。ステップＳ２５では、第２ウェハーＷ２の表面にフラッシュランプＦＬから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの第２ウェハーＷ２の裏面の温度履歴を取得する。そして、ステップＳ２６では、第１ウェハーＷ１の表面にフラッシュランプＦＬから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの第１ウェハーＷ１の裏面の最高到達温度と、第２ウェハーＷ２の表面にフラッシュランプＦＬから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの第２ウェハーＷ２の裏面の最高到達温度とを比較する。このようにしても、上記実施形態と同様に、フラッシュランプＦＬおよび／または上側チャンバー窓６３の劣化を検知することができる。

ウェハー表面の最高到達温度の比較およびウェハー裏面の最高到達温度の比較の双方を行うことによってフラッシュランプＦＬおよび／または上側チャンバー窓６３の劣化を検知するようにしても良い。或いは、ウェハー表面の最高到達温度の比較またはウェハー裏面の最高到達温度の比較のいずれか一方を行うことによってフラッシュランプＦＬおよび／または上側チャンバー窓６３の劣化を検知するようにしても良い。これらは適宜に選択可能である。

また、図９のステップ１７において、到達時間が一致していることは完全一致に限定されるものではなく、到達時間の差異が一定許容範囲内であれば一致していると判定しても良い。換言すれば、ハロゲンランプＨＬの照射開始から第１ウェハーＷ１が目標温度Ｔ３に到達するまでの時間と、ハロゲンランプＨＬの照射開始から第２ウェハーＷ２が目標温度Ｔ３に到達するまでの時間との時間差Δｔが所定の閾値より大きい場合に双方が不一致であると判定するようにしても良い。

同様に、図１１のステップＳ２７において、最高到達温度が一致していることは完全一致に限定されるものではなく、最高到達温度の差異が一定許容範囲内であれば一致していると判定しても良い。換言すれば、フラッシュ光照射時の第１ウェハーＷ１の最高到達温度と第２ウェハーＷ２の最高到達温度との温度差ΔＴが所定の閾値より大きい場合に双方が不一致であると判定するようにしても良い。

また、図９のステップＳ１２および図１１のステップＳ２２では、任意の半導体ウェハーＷについての温度履歴を保存していたが、例えばメンテナンス直後の石英窓およびランプの劣化が全く生じていない状態での半導体ウェハーＷの温度履歴を基準温度履歴として保持するようにしても良い。そして、図９のステップＳ１６および図１１のステップＳ２６では、その基準温度履歴と新たに取得した半導体ウェハーＷの温度履歴とを比較する。このようにすれば、石英窓およびランプの劣化が全く生じていない状態での基準温度履歴との比較になるため、絶対的な石英窓およびランプの劣化を検知することができる。

また、図９のステップＳ１２および図１１のステップＳ２２では、複数枚（例えば、１０枚）の半導体ウェハーＷの温度変化の移動平均を温度履歴として保存するようにしても良い。このようにすることにより、比較の基準となる温度履歴を平滑化することができ、劣化検知の精度を高めることができる。

また、上記実施形態においては、フラッシュ加熱部５に３０本のフラッシュランプＦＬを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプＦＬの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲン加熱部４に備えるハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。

また、上記実施形態においては、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）またはＬＥＤ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下部放射温度計
２５上部放射温度計
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
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

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、
石英窓が設けられたチャンバー内に収容された第１基板に光源から所定のパターンにて光照射を行ったときの前記第１基板の温度履歴を記憶する記憶工程と、
前記チャンバー内に収容された第２基板に前記光源から前記所定のパターンにて光照射を行うときに、前記第２基板の温度履歴を取得する取得工程と、
前記記憶工程にて記憶された前記第１基板の温度履歴と前記取得工程にて取得された前記第２基板の温度履歴とを比較する比較工程と、
前記第１基板の温度履歴と前記第２基板の温度履歴とが不一致であるときに警報を発報する発報工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
請求項１記載の熱処理方法において、
前記光源は、連続点灯ランプを含み、
前記記憶工程では、前記第１基板に前記連続点灯ランプから所定出力にて光照射を行ったときの前記第１基板の温度履歴を記憶し、
前記取得工程では、前記第２基板に前記連続点灯ランプから前記所定出力にて光照射を行うときの前記第２基板の温度履歴を取得し、
前記比較工程では、前記第１基板に前記連続点灯ランプから前記所定出力にて光照射を行ったときに前記第１基板が目標温度に到達するまでの時間と前記第２基板に前記連続点灯ランプから前記所定出力にて光照射を行うときに前記第２基板が前記目標温度に到達するまでの時間とを比較することを特徴とする熱処理方法。
請求項１記載の熱処理方法において、
前記光源は、フラッシュランプを含み、
前記記憶工程では、前記第１基板の表面に前記フラッシュランプから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの前記第１基板の表面の温度履歴を記憶し、
前記取得工程では、前記第２基板の表面に前記フラッシュランプから前記所定出力にて前記所定時間のフラッシュ光照射を行うときの前記第２基板の表面の温度履歴を取得し、
前記比較工程では、前記第１基板の表面に前記フラッシュランプから前記所定出力にて前記所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの前記第１基板の表面の最高到達温度と前記第２基板の表面に前記フラッシュランプから前記所定出力にて前記所定時間のフラッシュ光照射を行うときの前記第２基板の表面の最高到達温度とを比較することを特徴とする熱処理方法。
請求項１記載の熱処理方法において、
前記光源は、フラッシュランプを含み、
前記記憶工程では、前記第１基板の表面に前記フラッシュランプから所定出力にて所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの前記第１基板の裏面の温度履歴を記憶し、
前記取得工程では、前記第２基板の表面に前記フラッシュランプから前記所定出力にて前記所定時間のフラッシュ光照射を行うときの前記第２基板の裏面の温度履歴を取得し、
前記比較工程では、前記第１基板の表面に前記フラッシュランプから前記所定出力にて前記所定時間のフラッシュ光照射を行ったときの前記第１基板の裏面の最高到達温度と前記第２基板の表面に前記フラッシュランプから前記所定出力にて前記所定時間のフラッシュ光照射を行うときの前記第２基板の裏面の最高到達温度とを比較することを特徴とする熱処理方法。