JP5646864B2 - 熱処理方法および熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等の薄板状の精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法および熱処理装置に関する。

従来より、イオン注入後の半導体ウェハーの不純物（イオン）活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したランプアニール装置が一般的に使用されていた（例えば、特許文献１）。このようなランプアニール装置においては、半導体ウェハーを、例えば、１０００℃ないし１１００℃程度の温度に加熱（アニール）することにより、半導体ウェハーの不純物活性化を実行している。そして、このような熱処理装置においては、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用することにより、毎秒数百度程度の速度で半導体ウェハーを昇温する構成となっている。

一方、近年、半導体デバイスの高集積化が進展し、ゲート長が短くなるにつれて接合深さも浅くすることが望まれている。しかしながら、毎秒数百度程度の速度で半導体ウェハーを昇温する上記ランプアニール装置を使用して半導体ウェハーの不純物活性化を実行した場合においても、半導体ウェハーに打ち込まれたボロンやリン等の不純物が熱によって深く拡散するという現象が生ずることが判明した。このような現象が発生した場合においては、接合深さが要求よりも深くなり過ぎ、良好なデバイス形成に支障が生じることが懸念される。

このため、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、イオンが注入された半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間（数ミリ秒以下）に１１００℃程度にまで昇温させるフラッシュランプアニール（ＦＬＡ）が提案されている（例えば、特許文献２）。キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーにフラッシュ光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハーを急速に昇温することが可能である。また、数ミリ秒以下の極めて短時間のフラッシュ光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。このため、キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、不純物を深く拡散させることなく、不純物活性化のみを実行することができるのである。

特開２００２−２９９２７５号公報 特開２００５−３９２１３号公報

一般に、対象物の加熱処理を行う熱処理装置においては、加熱温度がプロセスの指標として用いられることが浸透している。すなわち、加熱処理のプロセスにおいて最も重要なパラメータは対象物の加熱温度であり、この加熱温度が異なると処理結果も全く異なるものとなる。このため、熱処理装置には目標とする加熱温度を設定入力することが多い。例えば、特許文献１に開示されるようなハロゲンランプを用いたランプアニール装置に加熱温度を設定入力すると、放射温度計によって計測される半導体ウェハーの温度がその設定温度となるようにランプへの電力供給が制御される。

しかしながら、フラッシュランプアニール装置においては、半導体ウェハーの温度が極めて短時間の間に昇降するため、そもそも半導体ウェハーの温度を計測することが困難であり、それ故加熱温度を設定することが出来なかった。このため、フラッシュランプアニール装置においても目標温度の設定入力を行いたいという要望は強い。また、フラッシュランプアニール装置において、半導体ウェハーの表面の到達予想温度を知りたいという要望も強い。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュ光照射によって加熱される基板の目標温度を設定することができる熱処理方法および熱処理装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、フラッシュ光照射によって加熱される基板の到達予想温度を取得することができる熱処理方法および熱処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、フラッシュ光照射時に処理対象となる基板の表面が到達すべき目標温度の入力を受け付ける目標温度入力工程と、コンデンサからフラッシュランプに電力供給を行ってフラッシュ光を照射したときに、処理対象となる基板の表面が前記目標温度に到達するのに必要な前記コンデンサに対する充電時の印加電圧を設定する印加電圧設定工程と、を備え、前記印加電圧設定工程は、前記目標温度から基板の予備加熱温度を減算し、フラッシュ光照射によって処理対象となる基板の表面が昇温すべきフラッシュ昇温温度を算定するフラッシュ昇温算定工程と、フラッシュ光照射によって標準基板を前記フラッシュ昇温温度だけ昇温させるのに必要なコンデンサへの印加電圧を算定する標準電圧算定工程と、前記標準電圧算定工程にて算定された印加電圧、および、処理対象となる基板と標準基板との放射率比に基づいて、当該印加電圧にて充電されたコンデンサからフラッシュランプに電力供給を行って標準基板にフラッシュ光を照射したときに標準基板が吸収するのと等量のエネルギーを処理対象となる基板に吸収させるのに必要なコンデンサへの印加電圧を算定する処理電圧算定工程と、を含むことを特徴とする。

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、前記印加電圧設定工程にて設定された印加電圧にてコンデンサを充電し、当該コンデンサからフラッシュランプに電力供給を行って処理対象となる基板にフラッシュ光を照射するフラッシュ光照射工程をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記フラッシュランプに電力供給を行うコンデンサと、フラッシュ光照射時に処理対象となる基板の表面が到達すべき目標温度の入力を受け付ける入力手段と、前記コンデンサから前記フラッシュランプに電力供給を行ってフラッシュ光を照射したときに、処理対象となる基板の表面が前記目標温度に到達するのに必要な前記コンデンサに対する充電時の印加電圧を設定する印加電圧設定手段と、を備え、前記印加電圧設定手段は、前記目標温度から基板の予備加熱温度を減算し、フラッシュ光照射によって処理対象となる基板の表面が昇温すべきフラッシュ昇温温度を算定するフラッシュ昇温算定手段と、フラッシュ光照射によって標準基板を前記フラッシュ昇温温度だけ昇温させるのに必要なコンデンサへの印加電圧を算定する標準電圧算定手段と、前記標準電圧算定手段にて算定された印加電圧、および、処理対象となる基板と標準基板との放射率比に基づいて、当該印加電圧にて充電された前記コンデンサから前記フラッシュランプに電力供給を行って標準基板にフラッシュ光を照射したときに標準基板が吸収するのと等量のエネルギーを処理対象となる基板に吸収させるのに必要な前記コンデンサへの印加電圧を算定する処理電圧算定手段と、を含むことを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る熱処理装置において、前記印加電圧設定手段によって設定された印加電圧にて前記コンデンサを充電し、当該コンデンサから前記フラッシュランプに電力供給を行わせて前記保持手段に保持された処理対象となる基板にフラッシュ光を照射させる制御手段をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、フラッシュランプに電力供給を行うコンデンサに充電する印加電圧の入力を受け付ける電圧入力工程と、前記電圧入力工程にて入力された印加電圧にて充電したコンデンサからフラッシュランプに電力供給を行ってフラッシュランプからフラッシュ光照射を行ったときに、処理対象となる基板の表面が到達する予想温度を算定する予想温度算定工程と、を備え、前記予想温度算定工程は、前記電圧入力工程にて入力された印加電圧、および、処理対象となる基板と標準基板との放射率比に基づいて、当該印加電圧にて充電されたコンデンサからフラッシュランプに電力供給を行って処理対象となる基板にフラッシュ光を照射したときに処理対象となる基板が吸収するのと等量のエネルギーを標準基板に吸収させるのに必要な印加電圧を算定する印加電圧算定工程と、前記印加電圧算定工程にて算定された印加電圧にて充電されたコンデンサからフラッシュランプに電力供給を行ったときにフラッシュ光照射によって標準基板の表面が昇温するフラッシュ昇温温度を算定するフラッシュ昇温算定工程と、前記フラッシュ昇温温度に基板の予備加熱温度を加算して処理対象となる基板の表面が到達する予想温度を算定する温度加算工程と、を含むことを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る熱処理方法において、前記予想温度算定工程にて算定された予想温度を表示する温度表示工程をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記フラッシュランプに電力供給を行うコンデンサと、前記コンデンサに充電する印加電圧の入力を受け付ける入力手段と、前記入力手段から入力された印加電圧にて充電した前記コンデンサから前記フラッシュランプに電力供給を行って前記フラッシュランプからフラッシュ光照射を行ったときに、処理対象となる基板の表面が到達する予想温度を算定する予想温度算定手段と、を備え、前記予想温度算定手段は、前記入力手段から入力された印加電圧、および、処理対象となる基板と標準基板との放射率比に基づいて、当該印加電圧にて充電された前記コンデンサから前記フラッシュランプに電力供給を行って処理対象となる基板にフラッシュ光を照射したときに処理対象となる基板が吸収するのと等量のエネルギーを標準基板に吸収させるのに必要な印加電圧を算定する印加電圧算定手段と、前記印加電圧算定手段にて算定された印加電圧にて充電された前記コンデンサから前記フラッシュランプに電力供給を行ったときにフラッシュ光照射によって標準基板の表面が昇温するフラッシュ昇温温度を算定するフラッシュ昇温算定手段と、前記フラッシュ昇温温度に基板の予備加熱温度を加算して処理対象となる基板の表面が到達する予想温度を算定する温度加算手段と、を含むことを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る熱処理装置において、前記予想温度算定手段にて算定された予想温度を表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする。

請求項１および請求項２の発明によれば、処理対象となる基板の表面が到達すべき目標温度の入力を受け付け、コンデンサからフラッシュランプに電力供給を行ってフラッシュ光を照射したときに、処理対象となる基板の表面がその目標温度に到達するのに必要なコンデンサに対する充電時の印加電圧を設定するため、フラッシュ光照射によって加熱される基板の目標温度を設定して必要なコンデンサ充電時の印加電圧を設定することができる。

特に、請求項２の発明によれば、設定された印加電圧にてコンデンサを充電し、当該コンデンサからフラッシュランプに電力供給を行って処理対象となる基板にフラッシュ光を照射するため、処理対象となる基板に目標温度にてフラッシュ加熱を行うことができる。

また、請求項３および請求項４の発明によれば、フラッシュ光照射時に処理対象となる基板の表面が到達すべき目標温度の入力を受け付け、コンデンサからフラッシュランプに電力供給を行ってフラッシュ光を照射したときに、処理対象となる基板の表面がその目標温度に到達するのに必要なコンデンサに対する充電時の印加電圧を設定するため、フラッシュ光照射によって加熱される基板の目標温度を設定して必要なコンデンサ充電時の印加電圧を設定することができる。

特に、請求項４の発明によれば、設定された印加電圧にてコンデンサを充電し、当該コンデンサからフラッシュランプに電力供給を行わせて処理対象となる基板にフラッシュ光を照射させるため、処理対象となる基板に目標温度にてフラッシュ加熱を行うことができる。

また、請求項５および請求項６の発明によれば、フラッシュランプに電力供給を行うコンデンサに充電する印加電圧の入力を受け付け、その印加電圧にて充電したコンデンサからフラッシュランプに電力供給を行ってフラッシュランプからフラッシュ光照射を行ったときに、処理対象となる基板の表面が到達する予想温度を算定するため、フラッシュ光照射によって加熱される基板の到達予想温度を取得することができる。

また、請求項７および請求項８の発明によれば、フラッシュランプに電力供給を行うコンデンサに充電する印加電圧の入力を受け付け、その印加電圧にて充電したコンデンサからフラッシュランプに電力供給を行ってフラッシュランプからフラッシュ光照射を行ったときに、処理対象となる基板の表面が到達する予想温度を算定するため、フラッシュ光照射によって加熱される基板の到達予想温度を取得することができる。

本発明に係る熱処理装置を示す平面図である。 図１の熱処理装置の正面図である。 フラッシュ加熱部の構成を示す縦断面図である。 フラッシュ加熱部のガス路を示す断面図である。 保持部の構成を示す断面図である。 ホットプレートを示す平面図である。 図３のフラッシュ加熱部の構成を示す縦断面図である。 フラッシュランプの駆動回路を示す図である。 アライメント部の構成を示す図である。 測定光学系の構成を説明するための図である。 制御部のハードウェア構成を示す図である。 第１実施形態の制御部の機能ブロック図である。 半導体ウェハーの到達予想温度の算定手順を示すフローチャートである。 フラッシュランプの発光波形の例を示す図である。 印加電圧とフラッシュエネルギーとの関係の線形近似の一例を示す図である。 ウェハー表面予想温度の温度プロファイルである。 第２実施形態の制御部の機能ブロック図である。 第３実施形態の制御部の機能ブロック図である。 目標温度から印加電圧を算定する手順を示すフローチャートである。 第４実施形態の制御部の機能ブロック図である。

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。

＜第１実施形態＞
＜１．熱処理装置の構成＞
＜１−１．全体構成＞
図１は、本発明に係る熱処理装置１００を示す平面図であり、図２はその正面図である。熱処理装置１００は基板として略円形の半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射し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。なお、図１および図２においては適宜部分的に断面図としており、細部については適宜簡略化している。また、図１，２および以降の各図においては、それらの方向関係を明確にするためＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を必要に応じて付している。

図１および図２に示すように、熱処理装置１００は、未処理の半導体ウェハーＷを装置内に搬入するとともに処理済みの半導体ウェハーＷを装置外に搬出するためのインデクサ部１０１、未処理の半導体ウェハーＷの位置決めを行うアライメント部１３０、加熱処理後の半導体ウェハーＷの冷却を行う冷却部１４０、半導体ウェハーＷにフラッシュ加熱処理を施すフラッシュ加熱部１６０並びにアライメント部１３０、冷却部１４０およびフラッシュ加熱部１６０に対して半導体ウェハーＷの搬送を行う搬送ロボット１５０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ェハー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ＣＡ（本実施形態では２個）を並べて載置するロードポート１１０と、各キャリアＣＡから未処理の半導体ウェハーＷを取り出すとともに、各キャリアＣＡに処理済みの半導体ウェハーＷを収納する受渡ロボット１２０とを備えている。未処理の半導体ウェハーＷを収容したキャリアＣＡは無人搬送車（ＡＧＶ）等によって搬送されてロードポート１１０に載置されるともに、処理済みの半導体ウェハーＷを収容したキャリアＣＡは当該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ＣＡに対して任意の半導体ウェハーＷの出し入れを行うことができるように、キャリアＣＡが図２の矢印ＣＵにて示す如く昇降移動可能に構成されている。なお、キャリアＣＡの形態としては、半導体ウェハーＷを密閉空間に収納するＦＯＵＰ(front opening unified pod)の他に、ＳＭＩＦ(Standard Mechanical Inter Face)ポッドや収納した半導体ウェハーＷを外気に曝すＯＣ(open cassette)であっても良い。

また、受渡ロボット１２０は、矢印１２０Ｓにて示すようなスライド移動、矢印１２０Ｒにて示すような旋回動作および昇降動作が可能とされている。これにより、受渡ロボット１２０は、２つのキャリアＣＡに対して半導体ウェハーＷの出し入れを行うとともに、アライメント部１３０および冷却部１４０に対して半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。受渡ロボット１２０によるキャリアＣＡに対する半導体ウェハー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ＣＡの昇降移動により行われる。また、受渡ロボット１２０とアライメント部１３０または冷却部１４０との半導体ウェハー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１３０は、半導体ウェハーＷを回転させて続くフラッシュ加熱に適切な向きに向ける処理部である。受渡ロボット１２０からアライメント部１３０へはウェハー中心が所定の位置に位置するように半導体ウェハーＷが渡される。アライメント部１３０では、インデクサ部１０１から受け取った半導体ウェハーＷの中心部を回転中心として鉛直方向軸まわりで回転させノッチやオリフラ等を光学的に検出することによって半導体ウェハーＷの位置決めを行う。また、アライメント部１３０は後述の光学測定ユニットを備えており、その光学測定ユニットによって処理対象となる半導体ウェハーＷの反射光強度を測定する。

熱処理装置１００の主要部であるフラッシュ加熱部１６０は、予備加熱を行った半導体ウェハー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処理部である。フラッシュ加熱部１６０およびアライメント部１３０の構成についてはさらに後述する。

冷却部１４０は、金属製の冷却プレートの上面に石英板を載置して構成されている。フラッシュ加熱部１６０にてフラッシュ加熱処理が施された直後の半導体ウェハーＷは温度が高いため、冷却部１４０にて上記石英板上に載置されて冷却される。

搬送ロボット１５０は、鉛直方向に沿った軸を中心に矢印１５０Ｒにて示すように旋回可能とされるとともに、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ェハーＷを保持する搬送アーム１５１ａ，１５１ｂが設けられる。これらの搬送アーム１５１ａ，１５１ｂは上下に所定のピッチだけ隔てて配置され、リンク機構により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り、所定のピッチだけ離れた状態のまま２つの搬送アーム１５１ａ，１５１ｂを昇降移動させる。

また、搬送ロボット１５０による半導体ウェハーＷの搬送空間として搬送ロボット１５０を収容する搬送室１７０が設けられており、アライメント部１３０、冷却部１４０およびフラッシュ加熱部１６０が搬送室１７０に連結されて配置されている。搬送ロボット１５０がアライメント部１３０、フラッシュ加熱部１６０または冷却部１４０を受け渡し相手として半導体ウェハーＷの受け渡し（出し入れ）を行う際には、まず、両搬送アーム１５１ａ，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アームが受け渡し相手と半導体ウェハーＷを受け渡しする高さに位置する。そして、搬送アーム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ェハーＷの受け渡しを行う。

また、インデクサ部１０１とアライメント部１３０および冷却部１４０との間にはそれぞれゲートバルブ１８１，１８２が設けられ、搬送室１７０とアライメント部１３０、冷却部１４０およびフラッシュ加熱部１６０との間にはそれぞれゲートバルブ１８３，１８４，１８５が設けられる。そして、アライメント部１３０、冷却部１４０および搬送室１７０の内部が清浄に維持されるようにそれぞれに窒素ガス供給部（図示省略）から高純度の窒素ガスが供給され、余剰の窒素ガスは適宜排気管から排気される。なお、半導体ウェハーＷが搬送される際に適宜これらのゲートバルブが開閉される。

また、アライメント部１３０および冷却部１４０は、インデクサ部１０１と搬送ロボット１５０との間のウェハー搬送経路の往路および復路にそれぞれ位置し、アライメント部１３０では半導体ウェハーＷの位置決めを行うために半導体ウェハーＷが一時的に載置され、冷却部１４０では加熱処理後の半導体ウェハーＷを冷却するために半導体ウェハーＷが一時的に載置される。

＜１−２．フラッシュ加熱部の構成＞
次に、フラッシュ加熱部１６０の構成について詳細に説明する。図３は、フラッシュ加熱部１６０の構成を示す縦断面図である。フラッシュ加熱部１６０は、半導体ウェハーＷを収容する略円筒形状のチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するランプハウス５と、を備える。

チャンバー６は、ランプハウス５の下方に設けられており、略円筒状の内壁を有するチャンバー側部６３、および、チャンバー側部６３の下部を覆うチャンバー底部６２によって構成される。また、チャンバー側部６３およびチャンバー底部６２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。熱処理空間６５の上方は上部開口６０とされており、上部開口６０にはチャンバー窓６１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チャンバー窓６１は、石英により形成された円板形状部材であり、ランプハウス５から出射された光を熱処理空間６５に透過する石英窓として機能する。チャンバー６の本体を構成するチャンバー底部６２およびチャンバー側部６３は、例えば、ステンレススチール等の強度と耐熱性に優れた金属材料にて形成されており、チャンバー側部６３の内側面の上部のリング６３１は、光照射による劣化に対してステンレススチールより優れた耐久性を有するアルミニウム（Ａｌ）合金等で形成されている。

また、熱処理空間６５の気密性を維持するために、チャンバー窓６１とチャンバー側部６３とはＯリングによってシールされている。すなわち、チャンバー窓６１の下面周縁部とチャンバー側部６３との間にＯリングを挟み込むとともに、クランプリング９０をチャンバー窓６１の上面周縁部に当接させ、そのクランプリング９０をチャンバー側部６３にネジ止めすることによって、チャンバー窓６１をＯリングに押し付けている。

チャンバー底部６２には、保持部７を貫通して半導体ウェハーＷをその下面（ランプハウス５からの光が照射される側とは反対側の面）から支持するための複数（本実施の形態では３本）の支持ピン７０が立設されている。支持ピン７０は、例えば石英により形成されており、チャンバー６の外部から固定されているため、容易に取り替えることができる。

チャンバー側部６３は、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６６を有し、搬送開口部６６は、軸６６２を中心に回動するゲートバルブ１８５により開閉可能とされる。チャンバー側部６３における搬送開口部６６とは反対側の部位には熱処理空間６５に処理ガス（例えば、窒素（Ｎ₂）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス、あるいは、酸素（Ｏ₂）ガス等）を導入する導入路８１が形成され、その一端は弁８２を介して図示省略の給気機構に接続され、他端はチャンバー側部６３の内部に形成されるガス導入バッファ８３に接続される。また、搬送開口部６６には熱処理空間６５内の気体を排出する排出路８６が形成され、弁８７を介して図示省略の排気機構に接続される。

図４は、チャンバー６をガス導入バッファ８３の位置にて水平面で切断した断面図である。図４に示すように、ガス導入バッファ８３は、図３に示す搬送開口部６６の反対側においてチャンバー側部６３の内周の約１／３に亘って形成されており、導入路８１を介してガス導入バッファ８３に導かれた処理ガスは、複数のガス供給孔８４から熱処理空間６５内へと供給される。

また、チャンバー側部６３における搬送開口部６６とは反対側の部位には光測定部２が設けられている。光測定部２は、カロリーメータ２４および光導出構造２０を備え、チャンバー６内に照射された光を受光してそのエネルギーを算定するための電気信号を制御部３に送出する。光導出構造２０は、第１石英ロッド２１、プリズム２２および第２石英ロッド２３を備え、チャンバー６内に照射された光をチャンバー６の外部に設置されたカロリーメータ２４へと導く。

第１石英ロッド２１は、ガス導入バッファ８３の上方にてチャンバー側部６３を水平方向に貫通して設けられる。第１石英ロッド２１が設置される高さ位置は、後述する処理位置に上昇した保持部７に保持される半導体ウェハーＷと同じ高さ位置である。第１石英ロッド２１は直径約１０ｍｍの石英の棒状部材である。また、第１石英ロッド２１の熱処理空間６５側の先端は、斜めに切断されてプリズムを形成するとともに、その上側は平坦な入射面とされている。

第１石英ロッド２１の基端側（チャンバー６よりも外側）にはプリズム２２が接着されている。さらに、プリズム２２には第２石英ロッド２３が接着されている。プリズム２２は石英にて形成された三角柱部材であり、直角をなす一方の面に第１石英ロッド２１が接着され、他方の面に第２石英ロッド２３が接着される。第２石英ロッド２３も第１石英ロッド２１と同じく直径約１０ｍｍの石英の棒状部材である。第２石英ロッド２３は鉛直方向に沿って設けられ、その上端はプリズム２２に接着され、下端はカロリーメータ２４に接続される。

チャンバー６内の熱処理空間６５に上方から照射された光は、第１石英ロッド２１の入射面に入射して先端の傾斜面で反射されて第１石英ロッド２１内を基端側へと導かれる。そして、第１石英ロッド２１内を導かれた光はプリズム２２によって全反射されて第２石英ロッド２３に入射する。さらに、第２石英ロッド２３内を導かれた光はカロリーメータ２４に入射する。

カロリーメータ２４は、光を吸収する黒体（図示省略）を内蔵し、入射した光を吸収した黒体で発生した熱を電圧等の電気信号に変換する。本実施形態においては、カロリーメータ２４は熱エネルギーを変換した電気信号を制御部３に送出し、制御部３のエネルギー測定部３０１（図１２参照）がチャンバー６内に照射された光のエネルギー（厳密にはエネルギー密度）を算定する。

また、フラッシュ加熱部１６０は、チャンバー６の内部において半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持しつつフラッシュ光照射前にその保持する半導体ウェハーＷの予備加熱を行う略円板状の保持部７と、保持部７をチャンバー６の底面であるチャンバー底部６２に対して昇降させる保持部昇降機構４と、を備える。図３に示す保持部昇降機構４は、略円筒状のシャフト４１、移動板４２、ガイド部材４３（本実施の形態ではシャフト４１の周りに３本配置される）、固定板４４、ボールネジ４５、ナット４６およびモータ４０を有する。チャンバー６の下部であるチャンバー底部６２には保持部７よりも小さい直径を有する略円形の下部開口６４が形成されており、ステンレススチール製のシャフト４１は、下部開口６４を挿通して、保持部７（厳密には保持部７のホットプレート７１）の下面に接続されて保持部７を支持する。

移動板４２にはボールネジ４５と螺合するナット４６が固定されている。また、移動板４２は、チャンバー底部６２に固定されて下方へと伸びるガイド部材４３により摺動自在に案内されて上下方向に移動可能とされる。また、移動板４２は、シャフト４１を介して保持部７に連結される。

モータ４０は、ガイド部材４３の下端部に取り付けられる固定板４４に設置され、タイミングベルト４０１を介してボールネジ４５に接続される。保持部昇降機構４により保持部７が昇降する際には、駆動部であるモータ４０が制御部３の制御によりボールネジ４５を回転し、ナット４６が固定された移動板４２がガイド部材４３に沿って鉛直方向に移動する。この結果、移動板４２に固定されたシャフト４１が鉛直方向に沿って移動し、シャフト４１に接続された保持部７が図３に示す半導体ウェハーＷの受渡位置と図７に示す半導体ウェハーＷの処理位置との間で滑らかに昇降する。

移動板４２の上面には略半円筒状（円筒を長手方向に沿って半分に切断した形状）のメカストッパ４５１がボールネジ４５に沿うように立設されており、仮に何らかの異常により移動板４２が所定の上昇限界を超えて上昇しようとしても、メカストッパ４５１の上端がボールネジ４５の端部に設けられた端板４５２に突き当たることによって移動板４２の異常上昇が防止される。これにより、保持部７がチャンバー窓６１の下方の所定位置以上に上昇することはなく、保持部７とチャンバー窓６１との衝突が防止される。

また、保持部昇降機構４は、チャンバー６の内部のメンテナンスを行う際に保持部７を手動にて昇降させる手動昇降部４９を有する。手動昇降部４９はハンドル４９１および回転軸４９２を有し、ハンドル４９１を介して回転軸４９２を回転することより、タイミングベルト４９５を介して回転軸４９２に接続されるボールネジ４５を回転して保持部７の昇降を行うことができる。

チャンバー底部６２の下側には、シャフト４１の周囲を囲み下方へと伸びる伸縮自在のベローズ４７が設けられ、その上端はチャンバー底部６２の下面に接続される。一方、ベローズ４７の下端はベローズ下端板４７１に取り付けられている。べローズ下端板４７１は、鍔状部材４１１によってシャフト４１にネジ止めされて取り付けられている。保持部昇降機構４により保持部７がチャンバー底部６２に対して上昇する際にはベローズ４７が収縮され、下降する際にはべローズ４７が伸張される。そして、保持部７が昇降する際にも、ベローズ４７が伸縮することによって熱処理空間６５内の気密状態が維持される。

図５は、保持部７の構成を示す断面図である。保持部７は、半導体ウェハーＷを予備加熱（いわゆるアシスト加熱）するホットプレート（加熱プレート）７１、および、ホットプレート７１の上面（保持部７が半導体ウェハーＷを保持する側の面）に設置されるサセプタ７２を有する。保持部７の下面には、既述のように保持部７を昇降するシャフト４１が接続される。サセプタ７２は石英（あるいは、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）等であってもよい）により形成され、その上面には半導体ウェハーＷの位置ずれを防止するピン７５が設けられる。サセプタ７２は、その下面をホットプレート７１の上面に面接触させてホットプレート７１上に設置される。これにより、サセプタ７２は、ホットプレート７１からの熱エネルギーを拡散してサセプタ７２上面に載置された半導体ウェハーＷに伝達するとともに、メンテナンス時にはホットプレート７１から取り外して洗浄可能とされる。

ホットプレート７１は、ステンレススチール製の上部プレート７３および下部プレート７４にて構成される。上部プレート７３と下部プレート７４との間には、ホットプレート７１を加熱するニクロム線等の抵抗加熱線７６が配設され、導電性のニッケル（Ｎｉ）ロウが充填されて封止されている。また、上部プレート７３および下部プレート７４の端部はロウ付けにより接着されている。

図６は、ホットプレート７１を示す平面図である。図６に示すように、ホットプレート７１は、保持される半導体ウェハーＷと対向する領域の中央部に同心円状に配置される円板状のゾーン７１１および円環状のゾーン７１２、並びに、ゾーン７１２の周囲の略円環状の領域を周方向に４等分割した４つのゾーン７１３〜７１６を備え、各ゾーン間には若干の間隙が形成されている。また、ホットプレート７１には、支持ピン７０が挿通される３つの貫通孔７７が、ゾーン７１１とゾーン７１２との隙間の周上に１２０°毎に設けられる。

６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、相互に独立した抵抗加熱線７６が周回するように配設されてヒータが個別に形成されており、各ゾーンに内蔵されたヒータにより各ゾーンが個別に加熱される。保持部７に保持された半導体ウェハーＷは、６つのゾーン７１１〜７１６に内蔵されたヒータにより加熱される。また、ゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、熱電対を用いて各ゾーンの温度を計測する温度センサ７１０が設けられている。各温度センサ７１０は略円筒状のシャフト４１の内部を通り制御部３に接続される。

ホットプレート７１が加熱される際には、温度センサ７１０により計測される６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が予め設定された所定の温度になるように、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７６への電力供給量が制御部３により制御される。制御部３による各ゾーンの温度制御はＰＩＤ(Proportional,Integral,Derivative)制御により行われる。ホットプレート７１では、半導体ウェハーＷの熱処理（複数の半導体ウェハーＷを連続的に処理する場合は、全ての半導体ウェハーＷの熱処理）が終了するまでゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が継続的に計測され、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７６への電力供給量が個別に制御されて、すなわち、各ゾーンに内蔵されたヒータの温度が個別に制御されて各ゾーンの温度が設定温度に維持される。なお、各ゾーンの設定温度は、基準となる温度から個別に設定されたオフセット値だけ変更することが可能とされる。

６つのゾーン７１１〜７１６にそれぞれ配設される抵抗加熱線７６は、シャフト４１の内部を通る電力線を介して電力供給源（図示省略）に接続されている。電力供給源から各ゾーンに至る経路途中において、電力供給源からの電力線は、マグネシア（マグネシウム酸化物）等の絶縁体を充填したステンレスチューブの内部に互いに電気的に絶縁状態となるように配置される。なお、シャフト４１の内部は大気開放されている。

次に、ランプハウス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、ランプハウス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。ランプハウス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部材である。ランプハウス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がチャンバー窓６１と相対向することとなる。ランプハウス５は、チャンバー６内にて保持部７に保持される半導体ウェハーＷにランプ光放射窓５３およびチャンバー窓６１を介してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射することにより半導体ウェハーＷを加熱する。

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。

図８は、フラッシュランプＦＬの駆動回路を示す図である。同図に示すように、コンデンサ９３と、コイル９４と、フラッシュランプＦＬと、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）９６とが直列に接続されている。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陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）９２と、該ガラス管９２の外周面上に付設されたトリガー電極９１とを備える。コンデンサ９３には、電源ユニット９５によって所定の電圧が印加され、その印加電圧に応じた電荷が充電される。また、トリガー電極９１にはトリガー回路９７から電圧を印加することができる。トリガー回路９７がトリガー電極９１に電圧を印加するタイミングは制御部３によって制御される。

ＩＧＢＴ９６は、ゲート部にＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor）を組み込んだバイポーラトランジスタであり、大電力を取り扱うのに適したスイッチング素子である。ＩＧＢＴ９６のゲートにはＩＧＢＴ制御部９８が接続されている。ＩＧＢＴ制御部９８は、ＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を印加してＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動する回路である。ＩＧＢＴ制御部９８がＩＧＢＴ９６をオンオフするタイミングは制御部３によって制御される。具体的には、制御部３の波形設定部３０５（図１２参照）がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってＩＧＢＴ制御部９８がパルス信号をＩＧＢＴ９６のゲートに出力する。ＩＧＢＴ制御部９８がＩＧＢＴ９６のゲートに所定値以上の電圧（パルス信号がオンのときのHi電圧）を印加するとＩＧＢＴ９６がオン状態となり、所定値未満の電圧（パルス信号がオフのときのLow電圧）を印加するとＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。このようにして、フラッシュランプＦＬを含む回路はＩＧＢＴ９６によってオンオフされる。

コンデンサ９３が充電された状態でＩＧＢＴ９６がオン状態となってガラス管９２の両端電極に高電圧が印加されたとしても、キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、通常の状態ではガラス管９２内に電気は流れない。しかしながら、トリガー回路９７がトリガー電極９１に電圧を印加して絶縁を破壊した場合には両端電極間の放電によってガラス管９２内に電流が瞬時に流れ、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。

また、図３のリフレクタ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から出射された光を保持部７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梨地模様を呈する。このような粗面化加工を施しているのは、リフレクタ５２の表面が完全な鏡面であると、複数のフラッシュランプＦＬからの反射光の強度に規則パターンが生じて半導体ウェハーＷの表面温度分布の均一性が低下するためである。

上記の構成以外にもフラッシュ加熱部１６０は、半導体ウェハーＷの熱処理時にフラッシュランプＦＬおよびホットプレート７１から発生する熱エネルギーによるチャンバー６およびランプハウス５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のチャンバー側部６３およびチャンバー底部６２には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ランプハウス５は、内部に気体流を形成して排熱するための気体供給管５５および排気管５６が設けられて空冷構造とされている（図３，７参照）。また、チャンバー窓６１とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、ランプハウス５およびチャンバー窓６１を冷却する。

＜１−３．アライメント部の構成＞
次に、アライメント部１３０の構成について説明する。図９は、アライメント部１３０の構成を示す図である。アライメント部１３０は、チャンバー１３１にウェハ保持部１３２と光学測定ユニット２３０とを備えて構成されている。

チャンバー１３１は半導体ウェハーＷを収容する金属製の筐体である。チャンバー１３１の側壁には受渡ロボット１２０および搬送ロボット１５０がアクセスするための開口（図示省略）がそれぞれ設けられており、それぞれの開口はゲートバルブ１８１，１８３によって開閉される。

チャンバー１３１の底部にはウェハ保持部１３２が設けられている。ウェハ保持部１３２は、回転テーブル１３３とアライメントモータ１３５とを備えている。回転テーブル１３３は半導体ウェハーＷを下面から支持して載置する。回転テーブル１３３はアライメントモータ１３５によって鉛直方向軸まわりで回転可能とされている。

光学測定ユニット２３０は、測定光学系２３１と、この測定光学系２３１に対して投光用光ファイバ２３２を介して結合された投光器２３３と、測定光学系２３１に対して受光用光ファイバ２３４を介して結合された分光器２３５とを含む。光学測定ユニット２３０の構成要素のうち測定光学系２３１はチャンバー１３１の天井部分に固定設置されており、他の要素はチャンバー１３１の外部に設けられている。投光器２３３はハロゲンランプを内蔵しており、一定光量の光を発生する。投光器２３３から出射された光は投光用光ファイバ２３２を介して測定光学系２３１に導かれる。

図１０は、測定光学系２３１の構成を説明するための図である。測定光学系２３１は、回転テーブル１３３に支持された半導体ウェハーＷの主面にハロゲン光を照射するとともに、該主面からの反射光を受光する投受光部として機能するものである。測定光学系２３１は、下から順に、アクロマティックレンズ２３６、ハーフミラー２３７および全反射ミラー２３８を鉛直方向に沿って配列している。また、全反射ミラー２３８からの反射光が向かう方向に沿ってディフューザ２３９を配置している。

ハーフミラー２３７は、回転テーブル１３３に支持される半導体ウェハーＷに対して４５°の角度（水平面に対して４５°の角度）をなす姿勢で設けられており、投光用光ファイバ２３２の出射端２３２ａからの水平方向の光を受け、これを鉛直方向下方に向けて反射する。ハーフミラー２３７によって反射された光は、アクロマティックレンズ２３６を透過して下方に向かって進行する。こうして測定光学系２３１から下方に向けて出射された光は、回転テーブル１３３に半導体ウェハーＷが支持されているときには、その半導体ウェハーＷの主面に照射されることとなる。

半導体ウェハーＷの表面にて反射された反射光は、アクロマティックレンズ２３６およびハーフミラー２３７を順に透過し、全反射ミラー２３８によってディフューザ２３９に向けて反射される。ディフューザ２３９に入射した反射光は拡散均一化処理を受けて、受光用光ファイバ２３４の入射端２３４ａに入射する。

すなわち、ディフューザ２３９は、受光用光ファイバ２３４の入射端２３４ａと全反射ミラー２３８との間に介挿されていて、その入射端面２３９ａが全反射ミラー２３８に対向するとともに、その出射端面２３９ｂが受光用光ファイバ２３４の入射端２３４ａに対向している。また、アクロマティックレンズ２３６は、半導体ウェハーＷからの反射光をディフューザ２３９の入射端面２３９ａに集束させる働きを有する。

受光用光ファイバ２３４に入射された光は、分光器２３５によってスペクトル分解処理を受け、この処理結果として分光器２３５から出力された信号が制御部３に入力される。制御部３の放射率比算定部３０３（図１２参照）は、後述するようにして半導体ウェハーＷの反射光強度から標準ウェハーの放射率と処理対象となる半導体ウェハーＷの放射率との放射率比を算定する。

上述した構成要素以外にも、アライメント部１３０には回転テーブル１３３に支持されて回転する半導体ウェハーＷの切り欠き部（φ３００ｍｍウェハーの場合はノッチ、φ２００ｍｍウェハーの場合はオリフラ）を検出する検出ヘッド、チャンバー１３１に窒素ガスを供給するガス供給部およびチャンバー１３１内の雰囲気ガスを排気する排気部等（いずれも図示省略）が設けられている。

＜１−４．制御部の構成＞
次に、制御部３の構成について説明する。制御部３は、熱処理装置１００に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。図１１は、制御部３のハードウェア構成を示す図である。制御部３のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部３は、各種演算処理を行うＣＰＵ３１、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ＲＯＭ３２、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ３３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３４をバスライン３９に接続して構成されている。

また、バスライン３９には、保持部昇降機構４のモータ４０、コンデンサ９３を充電する電源ユニット９５、トリガー電極９１に高電圧を印加するトリガー回路９７、ＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動するＩＧＢＴ制御部９８、光学測定ユニット２３０の投光器２３３および分光器２３５、カロリーメータ２４、並びに、ホットプレート７１の温度センサ７１０等が電気的に接続されている。さらに、バスライン３９には、表示部３５および入力部３６が電気的に接続されている。表示部３５は、例えば液晶ディスプレイ等を用いて構成されており、処理結果やレシピ内容等の種々の情報を表示する。入力部３６は、例えばキーボードやマウス等を用いて構成されており、コマンドやパラメータ等の入力を受け付ける。装置のオペレータは、表示部３５に表示された内容を確認しつつ入力部３６からコマンドやパラメータ等の入力を行うことができる。なお、表示部３５と入力部３６とを一体化してタッチパネルとして構成するようにしても良い。

図１２は、第１実施形態の制御部３の機能ブロック図である。制御部３に設けられた印加電圧算定部３００、エネルギー測定部３０１、相関関係取得部３０２、放射率比算定部３０３、波形設定部３０５、フラッシュ昇温算定部３０６、予備加熱温度算定部３０７、および、温度加算部３０８は、制御部３のＣＰＵ３１が磁気ディスク３４に格納された処理用ソフトウェアを実行することによって実現される機能処理部である。これら機能処理部の処理内容については熱処理装置１００の処理動作とともに説明する。

＜２．熱処理装置の処理動作＞
次に、本発明に係る熱処理装置１００による半導体ウェハーＷの処理動作について説明する。この熱処理装置１００において処理対象となる半導体ウェハーＷは、パターン形成後にイオン注入法により不純物（イオン）が添加された半導体ウェハーである。その不純物の活性化がフラッシュ加熱部１６０によるフラッシュ光照射加熱処理（アニール）により実行される。ここでは、熱処理装置１００全体におけるウェハーフローについて簡単に説明した後、フラッシュ加熱部１６０における処理内容および半導体ウェハーＷの到達予想温度の算定について説明する。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。

＜２−１．熱処理装置全体におけるウェハーフロー＞
熱処理装置１００では、まず、不純物注入後の半導体ウェハーＷがキャリアＣＡに複数枚収容された状態でインデクサ部１０１のロードポート１１０に載置される。そして、受渡ロボット１２０がキャリアＣＡから半導体ウェハーＷを１枚ずつ取り出し、アライメント部１３０に載置する。アライメント部１３０では、回転テーブル１３３に支持された半導体ウェハーＷを、その中心部を回転中心として鉛直方向軸まわりで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ェハーＷの位置決めを行う。また、光学測定ユニット２３０による半導体ウェハーＷの反射光強度測定も行われる。

アライメント部１３０にて位置決めが行われた半導体ウェハーＷは搬送ロボット１５０の上側の搬送アーム１５１ａにより搬送室１７０内へと取り出され、搬送ロボット１５０がフラッシュ加熱部１６０を向くように旋回する。搬送ロボット１５０がフラッシュ加熱部１６０に向くと、下側の搬送アーム１５１ｂがフラッシュ加熱部１６０から先行するフラッシュ加熱処理後の半導体ウェハーＷを取り出し、上側の搬送アーム１５１ａが未処理の半導体ウェハーＷをフラッシュ加熱部１６０へと搬入する。このときに搬送ロボット１５０は、フラッシュランプＦＬの長手方向と垂直に搬送アーム１５１ａ，１５１ｂをスライド移動させる。

フラッシュ加熱部１６０においては、半導体ウェハーＷに予備加熱を行ってからフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を行う。フラッシュ加熱が終了した後、半導体ウェハーＷは搬送ロボット１５０の下側の搬送アーム１５１ｂによって受け取られて搬出される。次に、搬送ロボット１５０は冷却部１４０に向くように旋回し、下側の搬送アーム１５１ｂがフラッシュ加熱処理済の半導体ウェハーＷを冷却部１４０内に載置する。冷却部１４０にて冷却された半導体ウェハーＷは受渡ロボット１２０によりキャリアＣＡへと返却される。

＜２−２．発光波形の設定＞
フラッシュ加熱処理およびウェハー到達予想温度の算定の説明に先立って、フラッシュランプＦＬの発光波形（発光強度の時間プロファイル）の設定について説明する。本実施形態においては、制御部３の波形設定部３０５がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってＩＧＢＴ制御部９８がパルス信号をＩＧＢＴ９６のゲートに出力することによりＩＧＢＴ９６がオンオフ制御される。そして、フラッシュランプＦＬを含む回路がＩＧＢＴ９６によってオンオフされることによりフラッシュランプＦＬの発光波形が規定されるのである。

このようなフラッシュランプＦＬの発光波形の設定は、ＩＧＢＴ制御部９８が出力するパルス信号の波形を調整することによって行われる。具体的には、オペレータがパルス信号のパルス幅の時間（オン時間）とパルス間隔の時間（オフ時間）とを入力部３６から制御部３に順次入力する。制御部３の波形設定部３０５は、その入力内容に従ってパルス信号の波形を設定する。なお、個々のパルス幅の時間およびパルス間隔の時間は概ね０．１ミリ秒〜数ミリ秒である。

波形設定部３０５によって設定されたパルス波形に従ってＩＧＢＴ制御部９８がＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力する。これにより、ＩＧＢＴ制御部９８から出力されたパルス信号がオンのときにはＩＧＢＴ９６がオン状態となり、オフのときにはＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。その結果、フラッシュランプＦＬを含む回路がＩＧＢＴ９６によってオンオフされる。

また、ＩＧＢＴ制御部９８がＩＧＢＴ９６を最初にオン状態とするタイミングと同期して制御部３がトリガー回路９７を制御してトリガー電極９１にトリガー電圧を印加する。コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にてＩＧＢＴ９６がオン状態となり、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されると、コンデンサ９３に蓄積された電荷がフラッシュランプＦＬのガラス管９２内の両端電極間で電流として流れ始め、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。すなわち、フラッシュランプＦＬが発光を開始し、フラッシュランプＦＬを流れる電流値は時間とともに増大する。

一旦、フラッシュランプＦＬの通電が開始され、その電流値が所定値以上残っている状態で断続的にＩＧＢＴ９６がオンオフを繰り返す場合には、トリガー電極９１に高電圧を印加しなくてもフラッシュランプＦＬに電流が流れ続ける。すなわち、最初にＩＧＢＴ９６がオン状態となるときのみトリガー電極９１に高電圧を印加すれば、その後はトリガー電圧を印加せずともフラッシュランプＦＬに電流が継続して流れる。ＩＧＢＴ９６がオン状態のときにはフラッシュランプＦＬのガラス管９２内に流れる電流値が増加し、オフ状態のときには電流値が減少する。なお、パルス間隔の時間が長い場合やフラッシュランプＦＬを流れる電流値が低い場合には、ＩＧＢＴ９６がオン状態となる毎にトリガー電極９１に高電圧を印加しても良い。また、一定時間間隔にてトリガー電極９１に高電圧を印加するようにしても良い。

このようにしてフラッシュランプＦＬを電流が流れ続け、ＩＧＢＴ９６がオンオフを実行するパターンによって電流値の波形が規定される。フラッシュランプＦＬの発光強度は、フラッシュランプＦＬに流れる電流にほぼ比例する。従って、フラッシュランプＦＬの発光波形はフラッシュランプＦＬを流れる電流値の波形に近似したものとなる。

従来のように、ＩＧＢＴ９６を使用することなく単純にフラッシュランプＦＬを発光させた場合には、コンデンサ９３に蓄積されていた電荷が１回の発光で消費され、フラッシュランプＦＬからの出力波形は幅が０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度のシングルパルスとなる。これに対して、本実施形態においては、フラッシュランプＦＬを含む回路中にＩＧＢＴ９６を接続してそのゲートにパルス信号を出力することにより、当該回路がＩＧＢＴ９６によって断続的にオンオフされる。その結果、いわばフラッシュランプＦＬの発光がチョッパ制御されることとなり、コンデンサ９３に蓄積された電荷が分割して消費され、極めて短い時間の間にフラッシュランプＦＬが点滅を繰り返す。なお、電流値が完全に”０”になる前にＩＧＢＴ９６がオン状態となって電流値が再度増加するため、フラッシュランプＦＬが点滅を繰り返している間も発光強度が完全に”０”になるものではない。

以上のように、入力部３６からの入力内容に基づいて制御部３の波形設定部３０５がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってＩＧＢＴ制御部９８がパルス信号をＩＧＢＴ９６のゲートに出力する。そして、ＩＧＢＴ制御部９８から出力されたパルス信号に従ってＩＧＢＴ９６がオンオフ制御され、フラッシュランプＦＬを含む回路がＩＧＢＴ９６によってオンオフされることによりフラッシュランプＦＬを流れる電流値の波形が規定され、その結果フラッシュランプＦＬの発光波形が規定される。すなわち、波形設定部３０５は直接的にはＩＧＢＴ９６のゲートに出力するパルス信号の波形を設定するものの、間接的にフラッシュランプＦＬの発光波形を設定する。入力部３６から入力するパルス幅の時間およびパルス間隔の時間を適宜調整することによって、ＩＧＢＴ制御部９８がＩＧＢＴ９６のゲートに出力するパルス信号の波形が変化し、フラッシュランプＦＬの発光波形も図１４に例示するように自由に設定することができる。

図１４は、フラッシュランプＦＬの発光波形の例を示す図である。図１４（ａ）は、従来と同じく単純にフラッシュランプＦＬを発光させた場合の発光波形であり、ＩＧＢＴ９６を長時間にわたってオン状態とした場合にはこのような発光波形となる。図１４（ｂ）は、フラッシュランプＦＬが暫時一定強度にて発光した後、その強度よりも高い最高到達強度の発光ピークを描くように発光する発光波形である。また、図１４（ｃ）は、フラッシュランプＦＬが暫時一定強度にて発光した後、その強度よりも高い最高到達強度の発光ピークを描くように発光し、さらにその後暫時一定強度にて発光する発光波形である。これらはいずれも、入力部３６からの入力内容に従って波形設定部３０５が設定するフラッシュランプＦＬの発光波形の例であり、プロセスの目的（不純物の活性化、不純物の拡散防止、ウェハー割れの防止、不純物注入時に導入された欠陥の回復等）に応じて使い分けられる。

＜２−３．フラッシュ加熱部での処理＞
次に、フラッシュ加熱部１６０における半導体ウェハーＷの処理動作について説明する。まず、保持部７が図７に示す処理位置から図３に示す受渡位置に下降する。「処理位置」とは、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射が行われるときの保持部７の位置であり、図７に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。また、「受渡位置」とは、チャンバー６に半導体ウェハーＷの搬出入が行われるときの保持部７の位置であり、図３に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。フラッシュ加熱部１６０における保持部７の基準位置は処理位置であり、処理前にあっては保持部７は処理位置に位置しており、これが処理開始に際して受渡位置に下降するのである。図３に示すように、保持部７が受渡位置にまで下降するとチャンバー底部６２に近接し、支持ピン７０の先端が保持部７を貫通して保持部７の上方に突出する。

次に、保持部７が受渡位置に下降したときに、弁８２および弁８７が開かれてチャンバー６の熱処理空間６５内に常温の窒素ガスが導入される。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、搬送ロボット１５０が処理対象となる半導体ウェハーＷを保持する搬送アーム１５１ａを搬送開口部６６からチャンバー６内に進入させる。搬送ロボット１５０は、３本の支持ピン７０の上方にまで搬送アーム１５１ａを進出させた後、搬送アーム１５１ａを若干下降させる。このときに、搬送アーム１５１ａに保持されていた半導体ウェハーＷは３本の支持ピン７０に受け渡される。

半導体ウェハーＷの搬入時におけるチャンバー６への窒素ガスのパージ量は約４０リットル／分とされ、供給された窒素ガスはチャンバー６内においてガス導入バッファ８３から図４中に示す矢印ＡＲ４の方向へと流れ、図３に示す排出路８６および弁８７を介してユーティリティ排気により排気される。また、チャンバー６に供給された窒素ガスの一部は、べローズ４７の内側に設けられる排出口（図示省略）からも排出される。なお、以下で説明する各ステップにおいて、チャンバー６には常に窒素ガスが供給および排気され続けており、窒素ガスの供給量は半導体ウェハーＷの処理工程に合わせて様々に変更される。

半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入されて３本の支持ピン７０に載置されると、搬送ロボット１５０が搬送アーム１５１ａをチャンバー６から退出させる。そして、ゲートバルブ１８５により搬送開口部６６が閉鎖された後、保持部昇降機構４により保持部７が受渡位置からチャンバー窓６１に近接した処理位置にまで上昇する。保持部７が受渡位置から上昇する過程において、半導体ウェハーＷは支持ピン７０から保持部７のサセプタ７２へと渡され、サセプタ７２の上面に載置・保持される。保持部７が処理位置にまで上昇するとサセプタ７２に保持された半導体ウェハーＷも処理位置に保持されることとなる。

ホットプレート７１の６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれは、各ゾーンの内部（上部プレート７３と下部プレート７４との間）に個別に内蔵されたヒータ（抵抗加熱線７６）により所定の設定温度となるように加熱されている。保持部７が処理位置まで上昇して半導体ウェハーＷが保持部７と接触することにより、その半導体ウェハーＷはホットプレート７１に内蔵されたヒータによって予備加熱されて温度が次第に上昇する。

この処理位置にて半導体ウェハーＷに約６０秒間の予備加熱が行われる。半導体ウェハーＷの予備加熱温度は、添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、２００℃ないし７００℃程度、好ましくは３５０℃ないし６００℃程度とされる（本実施の形態では５００℃）。また、保持部７とチャンバー窓６１との間の距離は、保持部昇降機構４のモータ４０の回転量を制御することにより任意に調整することが可能とされている。

約６０秒間の予備加熱時間が経過した後、保持部７が処理位置に位置したまま制御部３の制御によりランプハウス５のフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷへ向けてフラッシュ光が照射される。フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射を行うに際しては、後述のようにして設定入力された印加電圧Ｖ_sにて予め電源ユニット９５がコンデンサ９３を充電しておく。また、波形設定部３０５が設定するフラッシュランプＦＬの発光波形は、後述するウェハー到達予想温度の算定に用いた発光波形と同じにしておく。

コンデンサ９３が印加電圧Ｖ_sにて充電された状態にてＩＧＢＴ制御部９８がＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力し、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されると、コンデンサ９３に蓄積された電荷がフラッシュランプＦＬのガラス管９２内の両端電極間で電流として流れ始め、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射が実行される。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内の保持部７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℃以上の処理温度まで上昇し、半導体ウェハーＷに添加された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。なお、フラッシュ加熱においては半導体ウェハーＷの表面温度が極めて短時間の間に昇降するため、添加された不純物の熱拡散は抑制される。

フラッシュ加熱が終了し、処理位置における約１０秒間の待機の後、保持部７が保持部昇降機構４により再び図３に示す受渡位置まで下降し、半導体ウェハーＷが保持部７から支持ピン７０へと渡される。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、搬送ロボット１５０が搬送アーム１５１ｂを搬送開口部６６からチャンバー６内に進入させる。搬送ロボット１５０は、３本の支持ピン７０によって支持される半導体ウェハーＷの下方にまで搬送アーム１５１ｂを進出させた後、搬送アーム１５１ｂを上昇させる。これにより、支持ピン７０に載置されていた半導体ウェハーＷは搬送アーム１５１ｂに受け渡される。その後、搬送ロボット１５０は、フラッシュ加熱処理後の半導体ウェハーＷを支持した搬送アーム１５１ｂをチャンバー６から退出させる。

既述のように、フラッシュ加熱部１６０における半導体ウェハーＷの熱処理時には窒素ガスがチャンバー６に継続的に供給されており、その供給量は、保持部７が処理位置に位置するときには約３０リットル／分とされ、保持部７が処理位置以外の位置に位置するときには約４０リットル／分とされる。

＜２−４．ウェハー到達予想温度の算定＞
次に、フラッシュ加熱時に半導体ウェハーＷの表面が到達する予想温度の算定について説明する。図１３は、半導体ウェハーＷの到達予想温度の算定手順を示すフローチャートである。まず、ある一つの発光波形（例えば、図１４のいずれか）について複数の印加電圧にてフラッシュランプＦＬを発光させ、複数の印加電圧のそれぞれについてフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーを測定する（ステップＳ１１）。この測定作業は、チャンバー６内に半導体ウェハーＷが存在していない状態で行われ、制御部３の波形設定部３０５によってフラッシュランプＦＬの新たな発光波形が設定された直後に行うことが好ましい。

ステップＳ１１の測定についてさらに詳細に説明する。予め、制御部３の波形設定部３０５によってフラッシュランプＦＬの発光波形が設定されている。そして、電源ユニット９５によってコンデンサ９３に電圧Ｖ₁が印加されると、その印加電圧Ｖ₁に応じた電荷がコンデンサ９３に充電され、フラッシュランプＦＬの両端電極間にも印加電圧Ｖ₁が印加されることとなる。コンデンサ９３に印加電圧Ｖ₁に応じた電荷が蓄積された状態にてＩＧＢＴ９６がオン状態となり、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されると、コンデンサ９３に蓄積された電荷がフラッシュランプＦＬのガラス管９２内の両端電極間で流れ始め、フラッシュランプＦＬが発光を開始する。フラッシュランプＦＬの発光波形は波形設定部３０５によって設定された通りのものとなる。

フラッシュランプＦＬが発光すると、チャンバー６内の熱処理空間６５にフラッシュ光が照射される。熱処理空間６５に上方から照射されたフラッシュ光は、第１石英ロッド２１の先端の入射面に入射して光導出構造２０によってカロリーメータ２４へと導かれる。カロリーメータ２４は、入射したフラッシュ光を吸収した黒体で発生した熱のエネルギーを変換した電気信号を制御部３のエネルギー測定部３０１に出力する。エネルギー測定部３０１は、カロリーメータ２４から出力された電気信号に基づいてチャンバー６内に照射されたフラッシュ光のフラッシュエネルギーＥ₁を算定する。このようにして、印加電圧Ｖ₁にて充電されたコンデンサ９３からの電力供給によってフラッシュランプＦＬが発光したときに（つまり、印加電圧Ｖ₁にてフラッシュランプＦＬが発光したときに）、フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーＥ₁が測定される。

印加電圧Ｖ₁における測定が終了すると、同様にして印加電圧Ｖ₂でのフラッシュエネルギーＥ₂の測定を行う。すなわち、電源ユニット９５によってコンデンサ９３に電圧Ｖ₂を印加して充電する。そして、印加電圧Ｖ₂にて充電されたコンデンサ９３からの電力供給によってフラッシュランプＦＬを発光させ、チャンバー６内に照射されたフラッシュ光のフラッシュエネルギーＥ₂をカロリーメータ２４から出力された電気信号に基づいてエネルギー測定部３０１が算定する。

以降、このような手順を繰り返し、複数の印加電圧Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃・・・Ｖ_nにて充電されたコンデンサ９３からの電力供給によってフラッシュランプＦＬが発光したときに（つまり、複数の印加電圧Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃・・・Ｖ_nにてフラッシュランプＦＬが発光したときに）、当該複数の印加電圧のそれぞれについてフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーＥ₁、Ｅ₂、Ｅ₃・・・Ｅ_nが測定される。この測定作業はチャンバー６内に半導体ウェハーＷが存在していない状態で実行され、例えば処理ロット間において後述の相関関係を示す関係式のキャリブレーションを行う目的で実行するようにしても良い。なお、複数の印加電圧の全てについて、波形設定部３０５によって設定されたフラッシュランプＦＬの発光波形は共通である。また、波形設定部３０５が異なる発光波形を設定した場合には、設定されたフラッシュランプＦＬの発光波形毎に、複数の印加電圧にてフラッシュランプＦＬが発光したときのフラッシュエネルギーをエネルギー測定部３０１が測定する。

次に、このようにして得られた測定結果に基づいて、フラッシュランプＦＬへの印加電圧ＶとフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーＥとの相関関係を示す関係式を取得する（ステップＳ１２）。本実施形態においては、エネルギー測定部３０１によって得られた測定結果に基づいて、制御部３の相関関係取得部３０２が印加電圧ＶとフラッシュエネルギーＥとの関係を線形近似（一次関数にて近似）する。

図１５は、印加電圧ＶとフラッシュエネルギーＥとの関係の線形近似の一例を示す図である。同図に示すように、フラッシュランプＦＬへの印加電圧ＶとフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーＥとには概ね線形の関係が認められる。このため、これらの両パラメータに線形近似を行うのは妥当なものである。相関関係取得部３０２は、公知の手法（例えば、最小二乗法）を用いて、図１５に示す如く印加電圧ＶとフラッシュエネルギーＥとの関係を線形近似し、次の式（１）にて示される関係式を取得する。取得された関係式は制御部３の記憶部（ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３または磁気ディスク３４）に格納される。

式（１）において、ａ，ｂは線形近似によって得られる定数である。定数ａ，ｂは、フラッシュランプＦＬの特性、チャンバー６内の形状や反射率等の種々の因子によって規定される。また、フラッシュランプＦＬの発光波形が異なると、印加電圧ＶとフラッシュエネルギーＥとの相関関係も異なるものとなる。このため、波形設定部３０５が異なる発光波形を設定した場合には、設定されたフラッシュランプＦＬの発光波形毎に、印加電圧Ｖとフラッシュ光のフラッシュエネルギーＥとの相関関係を示す関係式を取得する。

次に、オペレータが処理対象となる半導体ウェハーＷについての印加電圧Ｖ_sを入力部３６から熱処理装置１００に入力する（ステップＳ１３）。具体的には、処理対象となる半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射を行うためのコンデンサ９３を充電する印加電圧Ｖ_sをオペレータが設定入力するものであり、例えば表示部３５に表示されているレシピ（半導体ウェハーＷの処理手順および処理条件を記述したもの）の電圧の項目を入力部３６から入力するようにすれば良い。この設定入力は、例えば処理対象となる未処理の半導体ウェハーＷが受渡ロボット１２０によってインデクサ部１０１のキャリアＣＡから取り出される前に行えば良い。

次に、標準ウェハーと処理対象半導体ウェハーＷとの放射率比を算定する（ステップＳ１４）。本実施形態における標準ウェハーは、パターン形成のなされていない無地のベアウェハーである。標準ウェハーについては放射率が既知であり、放射率比の算定は処理対象となる半導体ウェハーＷの反射光強度を測定することによって行われる。反射光強度の測定は、ステップＳ１３にて印加電圧Ｖ_sが設定された処理対象となる半導体ウェハーＷが受渡ロボット１２０によってアライメント部１３０に搬入され、回転テーブル１３３に載置されたときに実行される。具体的には、処理対象となる半導体ウェハーＷが回転テーブル１３３に載置されたときに、測定光学系２３１から半導体ウェハーＷの表面に光照射を行う。半導体ウェハーＷの表面にて反射された反射光は、測定光学系２３１にて受光された後、分光器２３５によってスペクトル分解処理を受け、この処理結果として半導体ウェハーＷの反射光強度の分光特性が制御部３に入力される。処理対象となる半導体ウェハーＷの反射光強度は制御部３の記憶部に格納される。

一方、測定光学系２３１から光照射を行ったときの標準ウェハーの反射光強度についても制御部３の記憶部に記憶されている。標準ウェハーの反射光強度については、何れかのタイミングにて実際にアライメント部１３０にて標準ウェハーの反射光強度を実測した結果を制御部３の記憶部に格納するようにしておけば良い。また、標準ウェハーがベアウェハーであれば、その反射光強度は既知であり、そのデータを制御部３の記憶部に予め格納するようにしておいても良い。標準ウェハーの反射率を１００％とし、標準ウェハーの反射光強度に対する処理対象となる半導体ウェハーＷの反射光強度をその処理対象半導体ウェハーＷの反射率Ｒ（％）として放射率比算定部３０３が算定する。

また、標準ウェハーの放射率ε_bは既知であり、この値についても予め制御部３の記憶部に記憶されている。本実施形態のように、標準ウェハーとして無地のベアウェハーを用いるのであれば、放射率ε_b＝０．６５である。そして、放射率比算定部３０３は、既知の標準ウェハーの放射率ε_bと処理対象となる半導体ウェハーＷの反射率Ｒの実測値とに基づいて、処理対象となる半導体ウェハーＷの放射率ε_sに対する標準ウェハーの放射率ε_bの比率である放射率比ε_rを次の式（２）に従って算定する。一般に、表面にパターンの形成されている処理対象半導体ウェハーＷの放射率ε_sの方がパターンの形成されていない標準ウェハーの放射率ε_bよりも大きく、放射率比ε_rは１よりも小さくなる。但し、式（２）においては、放射率と反射率との和が１になることを前提としている。

次に、印加電圧Ｖ_sにて充電されたコンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに電力供給を行って処理対象となる半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射したときに処理対象となる半導体ウェハーＷが吸収するのと等量のエネルギーを標準ウェハーに吸収させるのに必要な印加電圧Ｖ_b（標準ウェハーについての相当印加電圧）を制御部３の印加電圧算定部３００が算定する（ステップＳ１５）。印加電圧算定部３００は、相関関係取得部３０２によってステップＳ１２で取得されたフラッシュランプＦＬへの印加電圧Ｖとフラッシュ光のフラッシュエネルギーＥとの相関関係を示す関係式および放射率比算定部３０３によってステップＳ１４で算定された標準ウェハーと処理対象半導体ウェハーＷとの放射率比ε_rに基づいて、標準ウェハーについての相当印加電圧Ｖ_bを算定する。なお、この算定処理のため、エネルギー測定部３０１および相関関係取得部３０２は印加電圧算定部３００内にて実現される処理部としている。

フラッシュランプＦＬからフラッシュエネルギーＥ_sにて処理対象となる半導体ウェハーＷにフラッシュ光が照射されたときに当該半導体ウェハーＷが吸収するのと等量のエネルギーを標準ウェハーに吸収させるためには、次の式（３）で求められるフラッシュエネルギーＥ_bにてフラッシュランプＦＬから標準ウェハーにフラッシュ光を照射する必要がある。

パターンが形成されていない標準ウェハーの方がパターンが形成されている処理対象半導体ウェハーＷよりも吸収率が低い（つまり放射率が低い）ため、処理対象半導体ウェハーＷと等量のフラッシュエネルギーを標準ウェハーに吸収させるためには、処理対象半導体ウェハーＷよりも照射するフラッシュ光のフラッシュエネルギーを大きくする必要がある。具体的には、式（３）に示すように、処理対象となる半導体ウェハーＷに照射するフラッシュ光のフラッシュエネルギーＥ_sを放射率比ε_rにて除して求められるフラッシュエネルギーＥ_bにてフラッシュ照射を行う必要がある。

この式（３）と式（１）とから次の式（４）が導かれる。印加電圧算定部３００は、この式（４）から印加電圧Ｖ_sにて充電されたコンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに電力供給を行って処理対象となる半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射したときに処理対象となる半導体ウェハーＷが吸収するのと等量のエネルギーを標準ウェハーに吸収させるのに必要な印加電圧Ｖ_bを算定する。なお、上述の通り、印加電圧Ｖ_sは入力部３６からの入力によって与えられる数値であり、放射率比ε_rは式（２）より導き出されるパラメータである。

次に、印加電圧算定部３００が算定した印加電圧Ｖ_bにて充電されたコンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに電力供給を行ったときにフラッシュ光照射の寄与によって標準ウェハーの表面が昇温するフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpを算定する（ステップＳ１６）。本実施形態においては、非定常熱伝導解析の手法を用いてフラッシュ光照射時の標準ウェハーのフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpを求める。

まず、半導体ウェハーＷを無限平板とし、厚さ方向ｘの１次元のみを考える。そうすると、ｕを温度、ｔを時刻として１次元非定常熱伝導方程式は次の式（５）のように表される。但し、式（５）において、ρは密度、Ｃは比熱、λは熱伝導率、ｑは単位時間当たりの発熱量である。

式（５）をΔｘの領域ごとに離散化する。領域Δｘの中での熱発生をΔｘｇとすると、式（５）は結局式（６）のように表される。

ここで、式（６）を差分近似する。温度ｕは時刻ｔおよび座標ｘの関数であるためｕ(ｔ，ｘ)と表すと、時刻ｔ_m+1における温度ｕ(ｔ_m+1，ｘ_n)は次の式（７）にて表される。

式（７）において、熱発生の項ｇ(ｔ_m)はウェハー表面におけるフラッシュ光照射によるもののみと考え、ウェハー表面以外ではｇ(ｔ_m)＝０とする。また、境界条件として、時刻ｔ_mにおけるウェハー裏面部での温度を与える必要がある。ここで、時刻ｔ_mにおけるウェハー表面の熱発生ｇ(ｔ_m)は、その時刻ｔ_mにフラッシュランプＦＬに流れる電流値をｉ(ｔ_m)とすると次の式（８）で表される。

式（８）において、Ａは熱処理装置１００のフラッシュ加熱部１６０に固有の定数である。また、ｆは電流をエネルギーに変換する際のべき乗数（定数）であり、本実施形態ではｆ＝１．５としている。装置固有の定数Ａについては、予め実験等によって求めておけば良く、例えばフラッシュランプＦＬを含む回路（図８の回路）に流れる電流値をクランプメータによって実測するとともに、そのときのフラッシュ光照射によって発生する熱量をカロリーメータによって実測し、それらの実測結果から求めるようにすれば良い。

また、コンデンサ９３に充電する印加電圧とフラッシュランプＦＬを含む回路に流れる電流値との相関関係も予め取得しておく。この相関関係はフラッシュランプＦＬの発光波形に依存するため、波形設定部３０５が設定したフラッシュランプＦＬの発光波形毎に、印加電圧ＶとフラッシュランプＦＬを流れる電流値ｉとの相関関係を取得しておくのが好ましい。

制御部３のフラッシュ昇温算定部３０６は、当該相関関係に基づいて、印加電圧算定部３００によって算定された標準ウェハーに対する印加電圧Ｖ_bにて充電されたコンデンサ９３から電力供給を行ったときに時刻ｔ_mにフラッシュランプＦＬに流れる電流値ｉ（ｔ_m）を求め、その値を式（８）に適用して時刻ｔ_mにおけるウェハー表面の熱発生ｇ(ｔ_m)を算定する。さらに、フラッシュ昇温算定部３０６は、熱発生ｇ(ｔ_m)を式（７）に適用してフラッシュ光照射時における標準ウェハーの表面の上昇温度を時系列的に求める。そして、フラッシュ昇温算定部３０６は、標準ウェハーの表面における最高上昇温度をフラッシュ光照射の寄与によるフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpとして算定する。

フラッシュ昇温算定部３０６が求めたフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpは、印加電圧Ｖ_bにて充電されたコンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに電力供給を行って標準ウェハーにフラッシュ光を照射したときの上昇温度である。この印加電圧Ｖ_bは、印加電圧Ｖ_sにて充電されたコンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに電力供給を行って処理対象となる半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射したときに処理対象となる半導体ウェハーＷが吸収するのと等量のエネルギーを標準ウェハーに吸収させるのに必要な印加電圧である。つまり、印加電圧Ｖ_bにて標準ウェハーにフラッシュ光照射を行うのと、印加電圧Ｖ_sにて処理対象となる半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射を行うとではウェハーが吸収するエネルギーは等しく、温度上昇も等しくなる。従って、上記のようにして求められたフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpは、印加電圧Ｖ_sにて充電されたコンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに電力供給を行って処理対象となる半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射したときのそのフラッシュ光照射の寄与による上昇温度に他ならない。なお、フラッシュ昇温温度Ｔ_jumpを算定するに際して、設定入力された印加電圧Ｖ_sではなく、標準ウェハーについての印加電圧Ｖ_bを用いるのは上記算定の基礎となっている非定常熱伝導方程式が標準ウェハーを対象としたものであることに起因する。

一方、フラッシュ光照射の寄与によるフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpとは別に、保持部７のホットプレート７１によって予備加熱される処理対象半導体ウェハーＷの予備加熱温度Ｔ_waferを予備加熱温度算定部３０７が算定する（ステップＳ１７）。この算定のために、保持部７のホットプレート７１の温度とその保持部７に保持される半導体ウェハーＷの温度との相関関係を予め取得しておく。半導体ウェハーＷは保持部７のサセプタ７２によって面接触にて保持されるため、ホットプレート７１の温度と半導体ウェハーＷの温度とは概ね等しくなるのであるが、若干の相違が生じるため、両温度の相関関係を取得しておくのである。予備加熱温度算定部３０７は、その相関関係に基づいて、ホットプレート７１の設定温度からフラッシュ光照射直前の処理対象半導体ウェハーＷの予備加熱温度Ｔ_waferを算定する。

次に、温度加算部３０８が次の式（９）に従って処理対象となる半導体ウェハーＷの表面の到達予想温度Ｔ_peakを算定する（ステップＳ１８）。すなわち、温度加算部３０８は、ホットプレート７１による予備加熱温度Ｔ_waferにフラッシュ光照射の寄与によるフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpを加算して処理対象となる半導体ウェハーＷの表面が到達する予想温度Ｔ_peakを算定する。

その後、算定された到達予想温度Ｔ_peakの値を制御部３が表示部３５に表示する（ステップＳ１９）。このとき、単に到達予想温度Ｔ_peak（最高到達温度）の数値を表示するのに代えて、表示部３５に表面予想温度を逐次プロットして図１６に示す如き処理対象半導体ウェハーＷの表面予想温度の温度プロファイルを表示するようにしても良い。具体的には、式（７）から半導体ウェハーＷ表面の上昇温度を時系列的に求め、それに予備加熱温度Ｔ_waferを加算した値を逐次プロットする。

＜３．第１実施形態の熱処理装置における利点＞
第１実施形態においては、まず、処理対象となる半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射を行うフラッシュランプＦＬに電力供給を行うコンデンサ９３に充電する印加電圧Ｖ_sをオペレータが設定入力する。熱処理装置１００の制御部３は、その印加電圧Ｖ_sと半導体ウェハーＷの反射光強度の実測値とからフラッシュ光照射の寄与によって半導体ウェハーＷの表面が昇温するフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpを算定し、それにホットプレート７１による予備加熱温度Ｔ_waferを加算して半導体ウェハーＷの表面が到達する予想温度Ｔ_peakを算定している。これにより、オペレータは印加電圧Ｖ_sを入力するだけでフラッシュ光照射によって加熱される半導体ウェハーＷの到達予想温度を取得することができる。

また、第１実施形態においては、算定された予想温度Ｔ_peakを表示部３５に表示している。このため、オペレータはレシピ上の電圧を入力部３６から入力するだけで簡単に処理対象半導体ウェハーＷの到達予想温度を知ることができる。

表示部３５に表示された到達予想温度が所望の値と異なる場合には、処理対象となる半導体ウェハーＷをアライメント部１３０、搬送室１７０またはフラッシュ加熱部１６０にて待機させつつ、オペレータが印加電圧Ｖ_sを入力部３６から再入力するようにしても良い。例えば、表示部３５に表示された到達予想温度がプロセス上最適とされる到達温度よりも高い場合には、オペレータがより低い印加電圧Ｖ_sを再入力する。逆に、表示された到達予想温度が最適到達温度よりも低い場合には、オペレータがより高い印加電圧Ｖ_sを再入力する。表示部３５には、新たに入力された印加電圧Ｖ_sから上述の手順に従って再計算されたＴ_peakが表示される。このようにすれば、処理対象となる半導体ウェハーＷの表面の到達温度がプロセス上最適となるように、印加電圧Ｖ_sを容易に調整することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の熱処理装置の構成は概ね第１実施形態と同じである。また、第２実施形態の熱処理装置における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第２実施形態が第１実施形態と相違するのは、制御部３の機能的構成とウェハー到達予想温度の算定手法である。

図１７は、第２実施形態の制御部３の機能ブロック図である。なお、図１７において、第１実施形態と同一の要素については図１２と同一の符号を付している。第１実施形態においては、１次元の非定常熱伝導解析の手法を用いてフラッシュ光照射の寄与によるフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpを求めていたが、第２実施形態ではフラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの表面到達温度とコンデンサ９３への印加電圧との対応関係を示す対応テーブル３１５を作成し、その対応テーブル３１５から半導体ウェハーＷの表面が到達する予想温度Ｔ_peakを求めている。

フラッシュ光照射によって加熱される半導体ウェハーＷの表面が到達する予想温度Ｔ_peakは理論的には第１実施形態のようにして求められるものであるが、本発明者等が鋭意調査を行ったところ、処理対象となる半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射を行うフラッシュランプＦＬに電力供給を行うコンデンサ９３に充電する印加電圧Ｖ_sとその半導体ウェハーＷの表面到達温度には強い相関関係があることを見出した。そこで、第２実施形態においては、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの表面到達温度とコンデンサ９３への印加電圧との対応関係を示す対応テーブル３１５を作成し、その対応テーブル３１５を制御部３の磁気ディスク３４に予め格納しておく。

対応テーブル３１５の作成は、複数の印加電圧Ｖ_sについて、第１実施形態の手法を用いて到達予想温度Ｔ_peakを算定し、それらの対応関係をテーブル化して行う。但し、標準ウェハーと処理対象半導体ウェハーＷとの放射率比ε_rが異なると、印加電圧Ｖ_sから導き出される標準ウェハーについての印加電圧Ｖ_bも異なることとなるため、最終的な到達予想温度Ｔ_peakも異なる。このため、複数の放射率比ε_rについて、印加電圧Ｖ_sと到達予想温度Ｔ_peakとの対応関係を取得し、それぞれの放射率比ε_rについて対応テーブル３１５を作成しておくのが好ましい。また、処理対象となる半導体ウェハーＷの予備加熱温度Ｔ_waferについては所定の設定値としておく。

このようにして複数の放射率比ε_rのそれぞれについて印加電圧Ｖ_sと到達予想温度Ｔ_peakとの対応関係を取得し、それらの対応関係をテーブル化した対応テーブル３１５を制御部３の磁気ディスク３４に予め格納しておく。制御部３の予想温度算定部３１８は、入力部３６から入力された印加電圧Ｖ_sと放射率比算定部３０３によって算定された放射率比ε_rとに基づいて、対応テーブル３１５からその印加電圧Ｖ_sに対応する到達予想温度Ｔ_peakを取得して表示部３５に表示する。

第２実施形態において、処理対象となる半導体ウェハーＷの表面がフラッシュ加熱時に到達する予想温度を算定するときには、まず第１実施形態と同じく、オペレータが処理対象となる半導体ウェハーＷについての印加電圧Ｖ_sを入力部３６から熱処理装置１００に入力する。また、第１実施形態と同様にして標準ウェハーと処理対象半導体ウェハーＷとの放射率比ε_rを算定する。すなわち、印加電圧Ｖ_sが設定された処理対象となる半導体ウェハーＷがアライメント部１３０に搬入されてその半導体ウェハーＷの反射光強度が測定され、放射率比算定部３０３が式（２）より処理対象となる半導体ウェハーＷの放射率ε_sに対する標準ウェハーの放射率ε_bの比率である放射率比ε_rを算定する。次に、予想温度算定部３１８が放射率比算定部３０３から伝達された放射率比ε_rに適合する対応テーブル３１５から設定入力された印加電圧Ｖ_sに対応する到達予想温度Ｔ_peakを取得して表示部３５に表示する。残余については第２実施形態は第１実施形態と全く同じである。

第２実施形態のように予め半導体ウェハーＷの表面到達温度とコンデンサ９３への印加電圧との対応関係を示す対応テーブル３１５を作成し、その対応テーブル３１５から処理対象となる半導体ウェハーＷの表面が到達する予想温度を取得するようにしても、第１実施形態と同様に、オペレータは印加電圧Ｖ_sを入力するだけでフラッシュ光照射によって加熱される半導体ウェハーＷの到達予想温度を取得することができる。また、第２実施形態においても、取得された半導体ウェハーＷの到達予想温度を表示部３５に表示している。このため、オペレータはレシピ上の電圧を入力部３６から入力するだけで簡単に処理対象半導体ウェハーＷの到達予想温度を知ることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態の熱処理装置の構成は概ね第１実施形態と同じである。また、第３実施形態の熱処理装置における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第１および第２実施形態では、オペレータが印加電圧を入力し、その印加電圧から半導体ウェハーＷの到達予想温度を算定するようにしていたが、第３実施形態においては、オペレータが半導体ウェハーＷの目標温度を入力し、フラッシュ光照射時に処理対象となる半導体ウェハーＷがその目標温度に到達する印加電圧を算定する。

図１８は、第３実施形態の制御部３の機能ブロック図である。また、図１９は、目標温度から印加電圧を算定する手順を示すフローチャートである。なお、図１８において、第１実施形態と同一の要素については図１２と同一の符号を付している。まず、ある一つの発光波形（例えば、図１４のいずれか）について複数の印加電圧にてフラッシュランプＦＬを発光させ、複数の印加電圧のそれぞれについてフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーをエネルギー測定部３０１が測定する（ステップＳ２１）。この測定作業は、図１３のステップＳ１１と全く同じである。

次に、ステップＳ２１にて得られた測定結果に基づいて、フラッシュランプＦＬへの印加電圧ＶとフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーＥとの相関関係を示す関係式を取得する（ステップＳ２２）。この工程も図１３のステップＳ１２と全く同じである。すなわち、エネルギー測定部３０１によって得られた測定結果に基づいて、相関関係取得部３０２が印加電圧ＶとフラッシュエネルギーＥとの関係を線形近似し、式（１）にて示される関係式を取得する。なお、第１実施形態と同じく、波形設定部３０５が異なる発光波形を設定した場合には、設定されたフラッシュランプＦＬの発光波形毎に、複数の印加電圧にてフラッシュランプＦＬが発光したときのフラッシュエネルギーをエネルギー測定部３０１が測定し、印加電圧Ｖとフラッシュ光のフラッシュエネルギーＥとの相関関係を示す関係式を相関関係取得部３０２が取得する。

次に、オペレータが処理対象となる半導体ウェハーＷについての目標温度Ｔ_objを入力部３６から熱処理装置１００に入力する（ステップＳ２３）。具体的には、処理対象となる半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射を行ったときに当該半導体ウェハーＷの表面が到達する目標温度Ｔ_objをオペレータが設定入力するものであり、例えば表示部３５に表示されているレシピにおいて目標温度を入力部３６から入力するようにすれば良い。この設定入力は、例えば処理対象となる未処理の半導体ウェハーＷが受渡ロボット１２０によってインデクサ部１０１のキャリアＣＡから取り出される前に行えば良い。

次に、予備加熱温度算定部３０７が保持部７のホットプレート７１によって予備加熱される処理対象半導体ウェハーＷの予備加熱温度Ｔ_waferを算定する（ステップＳ２４）。この処理工程は図１３のステップＳ１７と同じである。すなわち、保持部７のホットプレート７１の温度とその保持部７に保持される半導体ウェハーＷの温度との相関関係が予め取得されている。半導体ウェハーＷは保持部７のサセプタ７２によって面接触にて保持されるため、ホットプレート７１の温度と半導体ウェハーＷの温度とは概ね等しくなるのであるが、若干の相違が生じるため、両温度の相関関係を取得しておくのである。予備加熱温度算定部３０７は、その相関関係に基づいて、ホットプレート７１の設定温度からフラッシュ光照射直前の処理対象半導体ウェハーＷの予備加熱温度Ｔ_waferを算定する。

続いて、フラッシュ昇温算定部３１１がフラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの表面でのフラッシュ光照射の寄与によって温度上昇すべきフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpを算定する（ステップＳ２５）。フラッシュ昇温算定部３１１は次の式（１０）に従ってフラッシュ光照射によるフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpを算定する。すなわち、フラッシュ昇温算定部３１１は、ステップＳ２３にて入力された目標温度Ｔ_objからステップＳ２４にて求められた半導体ウェハーＷの予備加熱温度Ｔ_waferを減算して処理対象となる半導体ウェハーＷの表面おいてフラッシュ光照射によって昇温すべきフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpを算定する。

次に、フラッシュ光照射によって標準ウェハーをフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpだけ昇温させるのに必要なコンデンサ９３への印加電圧Ｖ_bを標準電圧算定部３１２が算定する（ステップＳ２６）。この算定は、第１実施形態において印加電圧Ｖ_bからフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpを算定した（図１３のステップＳ１６）のと逆の演算を実行する。すなわち、標準電圧算定部３１２は、フラッシュ昇温温度Ｔ_jumpを式（７）の温度ｕに適用し、フラッシュ昇温温度Ｔ_jumpを得るために必要な標準ウェハーの表面における熱発生ｇ(ｔ_m)を求める。さらに、標準電圧算定部３１２は、熱発生ｇ(ｔ_m)を式（８）に適用し、熱発生ｇ(ｔ_m)を得るために必要なフラッシュランプＦＬに流れる電流値をｉ(ｔ_m)を求める。コンデンサ９３に充電する印加電圧とフラッシュランプＦＬを含む回路に流れる電流値との相関関係は予め取得されている。標準電圧算定部３１２は、当該相関関係に基づいて、フラッシュランプＦＬに電流値ｉ（ｔ_m）の電流が流れるのに必要なコンデンサ９３に対する印加電圧Ｖ_bを算定する。なお、第３実施形態の標準ウェハーは、第１実施形態と同じく、パターン形成のなされていない無地のベアウェハーである。

このように、第３実施形態においては、１次元の非定常熱伝導解析の手法を用いて標準ウェハーをフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpだけ昇温させるのに必要なコンデンサ９３への印加電圧Ｖ_bを算定している。なお、この算定の基礎となっている非定常熱伝導方程式が標準ウェハーを対象としたものであるため、ステップＳ２６にて算定されるのは標準ウェハーをフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpだけ昇温させるのに必要なコンデンサ９３への印加電圧Ｖ_bである。

次に、標準ウェハーと処理対象半導体ウェハーＷとの放射率比ε_rを算定する（ステップＳ２７）。この処理工程は図１３のステップＳ１４と同じである。すなわち、処理対象となる半導体ウェハーＷの反射光強度をアライメント部１３０にて測定光学系２３１を用いて測定して半導体ウェハーＷの反射率Ｒ（％）を求める。そして、放射率比算定部３０３がその反射率Ｒと標準ウェハーの既知の放射率ε_b（標準ウェハーがベアウェハーであればε_b＝０．６５）とに基づいて、処理対象半導体ウェハーＷの放射率ε_sに対する標準ウェハーの放射率ε_bの比率である放射率比ε_rを式（２）に従って算定する。

次に、ステップＳ２６にて算定された印加電圧Ｖ_b、および、処理対象となる半導体ウェハーＷと標準ウェハーとの放射率比ε_rに基づいて、印加電圧Ｖ_bにて充電されたコンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに電力供給を行って標準ウェハーにフラッシュ光を照射したときに標準ウェハーが吸収するのと等量のエネルギーを処理対象となる半導体ウェハーＷに吸収させるのに必要なコンデンサ９３への印加電圧Ｖ_sを処理電圧算定部３１３が算定する（ステップＳ２８）。この算定は、第１実施形態において処理対象となる半導体ウェハーＷについての印加電圧Ｖ_sから標準ウェハーに対する印加電圧Ｖ_bを算定した（図１３のステップＳ１５）のと逆の演算を実行する。処理電圧算定部３１３は、相関関係取得部３０２によってステップＳ２２で取得されたフラッシュランプＦＬへの印加電圧Ｖとフラッシュ光のフラッシュエネルギーＥとの相関関係を示す関係式および放射率比算定部３０３によってステップＳ２７で算定された標準ウェハーと処理対象半導体ウェハーＷとの放射率比ε_rに基づいて、標準ウェハーについての印加電圧Ｖ_bに相当する処理対象半導体ウェハーＷについての印加電圧Ｖ_sを算定する。なお、この算定処理のため、エネルギー測定部３０１および相関関係取得部３０２は処理電圧算定部３１３内にて実現される処理部としている。

フラッシュランプＦＬからフラッシュエネルギーＥ_bにて標準ウェハーにフラッシュ光が照射されたときに当該標準ウェハーが吸収するのと等量のエネルギーを処理対象となる半導体ウェハーＷに吸収させるためには、次の式（１１）で求められるフラッシュエネルギーＥ_sにてフラッシュランプＦＬから処理対象半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射する必要がある。

この式（１１）と式（１）とから次の式（１２）が導かれる。処理電圧算定部３１３は、この式（１２）から印加電圧Ｖ_bにて充電されたコンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに電力供給を行って標準ウェハーにフラッシュ光を照射したときに標準ウェハーが吸収するのと等量のエネルギーを処理対象となる半導体ウェハーＷに吸収させるのに必要なコンデンサ９３への印加電圧Ｖ_sを算定する。

その後、算定された印加電圧Ｖ_sの値を制御部３が表示部３５（例えば、表示部３５に表示されているレシピ上に）に表示するとともに、処理対象となる半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理を行う際にはその印加電圧Ｖ_sにてコンデンサ９３に対する充電が行われる（ステップＳ２９）。具体的には、処理対象となる半導体ウェハーＷに対してフラッシュ加熱部１６０にてフラッシュ光照射を行うときに、処理電圧算定部３１３によって算定された印加電圧Ｖ_sにて電源ユニット９５がコンデンサ９３を充電する。その結果、印加電圧Ｖ_sにて充電されたコンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに電力供給が行われて半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射が実行され、半導体ウェハーＷの表面が目標温度Ｔ_objにまで昇温される。

以上のように、第３実施形態においては、概ね第１実施形態とは逆の演算を行って目標温度Ｔ_objから印加電圧Ｖ_sを算定している。すなわち、まず、処理対象となる半導体ウェハーＷについての目標温度Ｔ_objをオペレータが設定入力する。熱処理装置１００の制御部３は、その目標温度Ｔ_objからホットプレート７１による予備加熱温度Ｔ_waferを減算してフラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面が昇温すべきフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpを算定し、標準ウェハーをフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpだけ昇温させるのに必要な印加電圧Ｖ_bを算定する。そして、その印加電圧Ｖ_bと半導体ウェハーＷの反射光強度の実測値とから処理対象となる半導体ウェハーＷをフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpだけ昇温させるのに必要な印加電圧Ｖ_sを算定している。このようにして、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射したときに処理対象となる半導体ウェハーＷの表面が目標温度Ｔ_objに到達するように、フラッシュランプＦＬに電力供給を行うコンデンサ９３に充電する印加電圧Ｖ_sが設定される。これにより、オペレータは目標温度Ｔ_objを設定入力するだけで、半導体ウェハーＷの表面を目標温度Ｔ_objにまで昇温させるのに必要な印加電圧Ｖ_sを設定することができる。

また、第３実施形態においては、算定された印加電圧Ｖ_sにて電源ユニット９５がコンデンサ９３を充電し、そのコンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに電力供給が行われて半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射が行われるため、半導体ウェハーＷの表面が目標温度Ｔ_objにまで到達する。オペレータが設定入力する目標温度Ｔ_objをプロセスの目的（不純物の活性化、不純物の拡散防止、ウェハー割れの防止、不純物注入時に導入された欠陥の回復等）に応じた適切な値としておけば、半導体ウェハーＷの表面を適切な目標温度Ｔ_objにまで昇温させるのに必要な印加電圧Ｖ_sを簡単に設定することができる。その結果、半導体ウェハーＷの表面が適切な目標温度Ｔ_objにまで到達することとなる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態の熱処理装置の構成は概ね第１実施形態と同じである。また、第４実施形態の熱処理装置における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と同じである。第４実施形態においては、第３実施形態と同様に、オペレータが半導体ウェハーＷの目標温度を入力し、フラッシュ光照射時に処理対象となる半導体ウェハーＷがその目標温度に到達する印加電圧を算定する。但し、第４実施形態は、制御部３の機能的構成と印加電圧の算定手法において第３実施形態と相違する。

図２０は、第４実施形態の制御部３の機能ブロック図である。なお、図２０において、第１実施形態および第２実施形態と同一の要素については図１２および図１７と同一の符号を付している。第３実施形態においては、１次元の非定常熱伝導解析の手法を用いてフラッシュ昇温温度Ｔ_jumpだけ昇温させるのに必要なコンデンサ９３への印加電圧Ｖ_bを算定していたが、第４実施形態ではフラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの表面到達温度とコンデンサ９３への印加電圧との対応関係を示す対応テーブル３１５を作成し、その対応テーブル３１５から印加電圧Ｖ_sを求めている。

フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面を目標温度Ｔ_objに到達させるのに必要な印加電圧Ｖ_sは理論的には第３実施形態のようにして求められるものであるが、第２実施形態にて述べた通り、処理対象となる半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射を行うフラッシュランプＦＬに電力供給を行うコンデンサ９３に充電する印加電圧Ｖ_sとその半導体ウェハーＷの表面到達温度には強い相関関係があることを本発明者等は見出した。そこで、第４実施形態においては、第２実施形態と同じく、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの表面到達温度とコンデンサ９３への印加電圧との対応関係を示す対応テーブル３１５を作成し、その対応テーブル３１５を制御部３の磁気ディスク３４に予め格納しておく。

対応テーブル３１５の作成は、第２実施形態と同様にして行えば良い。すなわち、複数の放射率比ε_rのそれぞれについて印加電圧Ｖ_sと到達予想温度Ｔ_peakとの対応関係を取得し、それらの対応関係をテーブル化した対応テーブル３１５を制御部３の磁気ディスク３４に予め格納しておく。制御部３の印加電圧設定部３１９は、入力部３６から入力された目標温度Ｔ_objと放射率比算定部３０３によって算定された放射率比ε_rとに基づいて、対応テーブル３１５からその目標温度Ｔ_objに対応する印加電圧Ｖ_sを取得し、電源ユニット９５に印加電圧Ｖ_sにてコンデンサ９３に充電させる。

第４実施形態において、処理対象となる半導体ウェハーＷを目標温度Ｔ_objにまで到達させるのに必要な印加電圧Ｖ_sを算定するときには、第３実施形態と同じく、オペレータが処理対象となる半導体ウェハーＷについての目標温度Ｔ_objを入力部３６から熱処理装置１００に入力する。また、第１実施形態と同様にして標準ウェハーと処理対象半導体ウェハーＷとの放射率比を算定する。すなわち、目標温度Ｔ_objが設定された処理対象となる半導体ウェハーＷがアライメント部１３０に搬入されてその半導体ウェハーＷの反射光強度が測定され、放射率比算定部３０３が式（２）より処理対象となる半導体ウェハーＷの放射率ε_sに対する標準ウェハーの放射率ε_bの比率である放射率比ε_rを算定する。次に、印加電圧設定部３１９が放射率比算定部３０３から伝達された放射率比ε_rに適合する対応テーブル３１５から設定入力された目標温度Ｔ_objに対応する印加電圧Ｖ_sを取得する。処理対象となる半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理を行う際にはその印加電圧Ｖ_sにてコンデンサ９３に対する充電が行われる。残余については第４実施形態は第３実施形態と全く同じである。

第４実施形態のように予め半導体ウェハーＷの表面到達温度とコンデンサ９３への印加電圧との対応関係を示す対応テーブル３１５を作成し、その対応テーブル３１５から処理対象となる半導体ウェハーＷの表面を目標温度Ｔ_objにまで到達させるのに必要な印加電圧Ｖ_sを取得するようにしても、第３実施形態と同様に印加電圧Ｖ_sが設定される。すなわち、オペレータは目標温度Ｔ_objを設定入力するだけで、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射したときに処理対象となる半導体ウェハーＷの表面が目標温度Ｔ_objに到達するように、フラッシュランプＦＬに電力供給を行うコンデンサ９３に充電する印加電圧Ｖ_sが設定される。

また、第４実施形態においても、算定された印加電圧Ｖ_sにて電源ユニット９５がコンデンサ９３を充電し、そのコンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに電力供給が行われて半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射が行われるため、半導体ウェハーＷの表面が目標温度Ｔ_objにまで到達する。目標温度Ｔ_objをプロセスの目的に応じた適切な値としておけば、半導体ウェハーＷの表面を適切な目標温度Ｔ_objにまで昇温させるのに必要な印加電圧Ｖ_sを簡単に設定することができる。

＜変形例＞
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、上記各実施形態においては、相関関係取得部３０２が印加電圧ＶとフラッシュエネルギーＥとの関係を線形近似していたが、これに限定されるものではなく、二次関数以上の高次関数にて近似して相関関係を示す関係式を取得するようにしても良い。

また、上記各実施形態においては、標準ウェハーとしてパターン形成のなされていない無地のベアウェハーを用いていたが、これに代えて反射光強度の分光特性が既知である他の種類のウェハーを用いるようにしても良い。例えば、標準ウェハーとしてベアウェハーにイオン注入法によって不純物を注入したブランケットウェハーを用いるようにしても良い。

また、ＩＧＢＴ９６のゲートに出力するパルス信号の波形の設定は、入力部３６から逐一パルス幅等のパラメータを入力することに限定されるものではなく、例えば、オペレータが入力部３６から波形を直接グラフィカルに入力するようにしても良いし、以前に設定されて磁気ディスク等の記憶部に記憶されていた波形を読み出すようにしても良いし、或いは熱処理装置１００の外部からダウンロードするようにしても良い。

また、半導体ウェハーＷの素材であるシリコンの熱伝導率は、その温度で変化することも考えられる。そのため、半導体ウェハーＷの予備加熱温度が異なれば、異なる予備加熱温度に予備加熱された半導体ウェハーＷに対して、同じ電圧をフラッシュランプＦＬに印加してフラッシュ加熱を行っても半導体ウェハーＷ表面の温度の上昇幅が異なる場合が考えられる。そこで、その場合、各異なる予備加熱温度毎に、最終的な半導体ウェハーＷの目標となる表面温度を得るためのフラッシュランプＦＬに付与すべき電圧値を求めてテーブル化し、メモリに記憶するようにすればよい。このようにしておけば、例え、予備加熱温度が異なっても、それに応じたフラッシュランプＦＬに付与すべき電圧を自動的に選択して、半導体ウェハーＷの表面を所望の目標温度まで加熱することができる。

また、上記実施形態においては、ランプハウス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、ＩＧＢＴ９６に代えて、ゲートに入力された信号レベルに応じて回路をオンオフできる他のトランジスタを用いるようにしても良い。もっとも、フラッシュランプＦＬの発光には相当に大きな電力が消費されるため、大電力の取り扱いに適したＩＧＢＴやＧＴＯ(Gate Turn Off)サイリスタを採用するのが好ましい。

また、上記実施形態においては、ホットプレート７１に載置することによって半導体ウェハーＷを予備加熱するようにしていたが、予備加熱の手法はこれに限定されるものではなく、ハロゲンランプを設けて光照射によって半導体ウェハーＷを予備加熱するようにしても良い。ハロゲンランプによって予備加熱を行う場合には、ハロゲンランプへの出力と半導体ウェハーＷとの温度の相関関係を予め取得しておき、その相関関係から処理対象となる半導体ウェハーＷの予備加熱温度Ｔ_waferを求めるようにすれば良い。

また、搬送ロボット１５０の上側の搬送アーム１５１ａを未処理の半導体ウェハーＷを保持する専用のアームとして設計し、下側の搬送アーム１５１ｂを処理済の半導体ウェハーＷを保持する専用のアームとして設計することにより、搬送ロボット１５０の小型化、および搬送の信頼性の向上を図ることができる。

また、光学測定ユニット２３０はアライメント部１３０に設置することに限定されず、インデクサ部１０１からフラッシュ加熱部１６０に半導体ウェハーＷを搬送する経路上のいずれかの位置に設置するようにすれば良い。

また、本発明に係る熱処理装置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。また、本発明に係る技術は、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化に適用するようにしても良い。

２ 光測定部
３ 制御部
４ 保持部昇降機構
５ ランプハウス
６ チャンバー
７ 保持部
２４ カロリーメータ
３１ ＣＰＵ
３４ 磁気ディスク
３５ 表示部
３６ 入力部
９３ コンデンサ
９５ 電源ユニット
９６ ＩＧＢＴ
９８ ＩＧＢＴ制御部
１００ 熱処理装置
１０１ インデクサ部
１３０ アライメント部
１３２ ウェハ保持部
１３３ 回転テーブル
１４０ 冷却部
１５０ 搬送ロボット
１６０ フラッシュ加熱部
１７０ 搬送室
２３０ 光学測定ユニット
２３１ 測定光学系
２３３ 投光器
２３５ 分光器
３００ 印加電圧算定部
３０１ エネルギー測定部
３０２ 相関関係取得部
３０３ 放射率比算定部
３０５ 波形設定部
３０６，３１１ フラッシュ昇温算定部
３０７ 予備加熱温度算定部
３０８ 温度加算部
３１２ 標準電圧算定部
３１３ 処理電圧算定部
３１５ 対応テーブル
３１８ 予想温度算定部
３１９ 印加電圧設定部
ＦＬ フラッシュランプ
Ｗ 半導体ウェハー

Claims (8)

1. 基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法であって、
   フラッシュ光照射時に処理対象となる基板の表面が到達すべき目標温度の入力を受け付ける目標温度入力工程と、
   コンデンサからフラッシュランプに電力供給を行ってフラッシュ光を照射したときに、処理対象となる基板の表面が前記目標温度に到達するのに必要な前記コンデンサに対する充電時の印加電圧を設定する印加電圧設定工程と、
   を備え、
   前記印加電圧設定工程は、
   前記目標温度から基板の予備加熱温度を減算し、フラッシュ光照射によって処理対象となる基板の表面が昇温すべきフラッシュ昇温温度を算定するフラッシュ昇温算定工程と、
   フラッシュ光照射によって標準基板を前記フラッシュ昇温温度だけ昇温させるのに必要なコンデンサへの印加電圧を算定する標準電圧算定工程と、
   前記標準電圧算定工程にて算定された印加電圧、および、処理対象となる基板と標準基板との放射率比に基づいて、当該印加電圧にて充電されたコンデンサからフラッシュランプに電力供給を行って標準基板にフラッシュ光を照射したときに標準基板が吸収するのと等量のエネルギーを処理対象となる基板に吸収させるのに必要なコンデンサへの印加電圧を算定する処理電圧算定工程と、
   を含むことを特徴とする熱処理方法。
2. 請求項１記載の熱処理方法において、
   前記印加電圧設定工程にて設定された印加電圧にてコンデンサを充電し、当該コンデンサからフラッシュランプに電力供給を行って処理対象となる基板にフラッシュ光を照射するフラッシュ光照射工程をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。
3. 基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
   基板を保持する保持手段と、
   前記保持手段に保持された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
   前記フラッシュランプに電力供給を行うコンデンサと、
   フラッシュ光照射時に処理対象となる基板の表面が到達すべき目標温度の入力を受け付ける入力手段と、
   前記コンデンサから前記フラッシュランプに電力供給を行ってフラッシュ光を照射したときに、処理対象となる基板の表面が前記目標温度に到達するのに必要な前記コンデンサに対する充電時の印加電圧を設定する印加電圧設定手段と、
   を備え、
   前記印加電圧設定手段は、
   前記目標温度から基板の予備加熱温度を減算し、フラッシュ光照射によって処理対象となる基板の表面が昇温すべきフラッシュ昇温温度を算定するフラッシュ昇温算定手段と、
   フラッシュ光照射によって標準基板を前記フラッシュ昇温温度だけ昇温させるのに必要なコンデンサへの印加電圧を算定する標準電圧算定手段と、
   前記標準電圧算定手段にて算定された印加電圧、および、処理対象となる基板と標準基板との放射率比に基づいて、当該印加電圧にて充電された前記コンデンサから前記フラッシュランプに電力供給を行って標準基板にフラッシュ光を照射したときに標準基板が吸収するのと等量のエネルギーを処理対象となる基板に吸収させるのに必要な前記コンデンサへの印加電圧を算定する処理電圧算定手段と、
   を含むことを特徴とする熱処理装置。
4. 請求項３記載の熱処理装置において、
   前記印加電圧設定手段によって設定された印加電圧にて前記コンデンサを充電し、当該コンデンサから前記フラッシュランプに電力供給を行わせて前記保持手段に保持された処理対象となる基板にフラッシュ光を照射させる制御手段をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
5. 基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法であって、
   フラッシュランプに電力供給を行うコンデンサに充電する印加電圧の入力を受け付ける電圧入力工程と、
   前記電圧入力工程にて入力された印加電圧にて充電したコンデンサからフラッシュランプに電力供給を行ってフラッシュランプからフラッシュ光照射を行ったときに、処理対象となる基板の表面が到達する予想温度を算定する予想温度算定工程と、
   を備え、
   前記予想温度算定工程は、
   前記電圧入力工程にて入力された印加電圧、および、処理対象となる基板と標準基板との放射率比に基づいて、当該印加電圧にて充電されたコンデンサからフラッシュランプに電力供給を行って処理対象となる基板にフラッシュ光を照射したときに処理対象となる基板が吸収するのと等量のエネルギーを標準基板に吸収させるのに必要な印加電圧を算定する印加電圧算定工程と、
   前記印加電圧算定工程にて算定された印加電圧にて充電されたコンデンサからフラッシュランプに電力供給を行ったときにフラッシュ光照射によって標準基板の表面が昇温するフラッシュ昇温温度を算定するフラッシュ昇温算定工程と、
   前記フラッシュ昇温温度に基板の予備加熱温度を加算して処理対象となる基板の表面が到達する予想温度を算定する温度加算工程と、
   を含むことを特徴とする熱処理方法。
6. 請求項５記載の熱処理方法において、
   前記予想温度算定工程にて算定された予想温度を表示する温度表示工程をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。
7. 基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
   基板を保持する保持手段と、
   前記保持手段に保持された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
   前記フラッシュランプに電力供給を行うコンデンサと、
   前記コンデンサに充電する印加電圧の入力を受け付ける入力手段と、
   前記入力手段から入力された印加電圧にて充電した前記コンデンサから前記フラッシュランプに電力供給を行って前記フラッシュランプからフラッシュ光照射を行ったときに、処理対象となる基板の表面が到達する予想温度を算定する予想温度算定手段と、
   を備え、
   前記予想温度算定手段は、
   前記入力手段から入力された印加電圧、および、処理対象となる基板と標準基板との放射率比に基づいて、当該印加電圧にて充電された前記コンデンサから前記フラッシュランプに電力供給を行って処理対象となる基板にフラッシュ光を照射したときに処理対象となる基板が吸収するのと等量のエネルギーを標準基板に吸収させるのに必要な印加電圧を算定する印加電圧算定手段と、
   前記印加電圧算定手段にて算定された印加電圧にて充電された前記コンデンサから前記フラッシュランプに電力供給を行ったときにフラッシュ光照射によって標準基板の表面が昇温するフラッシュ昇温温度を算定するフラッシュ昇温算定手段と、
   前記フラッシュ昇温温度に基板の予備加熱温度を加算して処理対象となる基板の表面が到達する予想温度を算定する温度加算手段と、
   を含むことを特徴とする熱処理装置。
8. 請求項７記載の熱処理装置において、
   前記予想温度算定手段にて算定された予想温度を表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。

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