WO2019146167A1 - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

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WO2019146167A1
WO2019146167A1 PCT/JP2018/037382 JP2018037382W WO2019146167A1 WO 2019146167 A1 WO2019146167 A1 WO 2019146167A1 JP 2018037382 W JP2018037382 W JP 2018037382W WO 2019146167 A1 WO2019146167 A1 WO 2019146167A1
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WO
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light
substrate
reflectance
heat treatment
semiconductor wafer
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PCT/JP2018/037382
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English (en)
French (fr)
Inventor
晃頌 上田
青山　敬幸
貴宏 北澤
智宏 上野
Original Assignee
株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping

Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment apparatus and a heat treatment method for heating a thin plate-shaped precision electronic substrate (hereinafter, simply referred to as a “substrate”) such as a semiconductor wafer by heating the substrate.
  • a thin plate-shaped precision electronic substrate hereinafter, simply referred to as a “substrate”
  • substrate such as a semiconductor wafer
  • Flash lamp annealing In the process of manufacturing semiconductor devices, flash lamp annealing (FLA), which heats a semiconductor wafer in a very short time, has been attracting attention. Flash lamp annealing is to expose the surface of a semiconductor wafer to a flash light by using a xenon flash lamp (hereinafter simply referred to as a "flash lamp” to mean a xenon flash lamp), thereby exposing only the surface of the semiconductor wafer. It is a heat treatment technology that raises the temperature in a short time (several milliseconds or less).
  • the emission spectral distribution of the xenon flash lamp is in the ultraviolet region to the near infrared region, has a shorter wavelength than that of the conventional halogen lamp, and substantially matches the basic absorption band of a silicon semiconductor wafer. Therefore, when the semiconductor wafer is irradiated with flash light from the xenon flash lamp, it is possible to rapidly increase the temperature of the semiconductor wafer because the amount of transmitted light is small. It has also been found that only the vicinity of the surface of the semiconductor wafer can be selectively heated if the flash light irradiation is performed for an extremely short time of several milliseconds or less.
  • Such flash lamp annealing is used for processes requiring very short heating, for example, activation of impurities typically implanted into a semiconductor wafer.
  • the surface of the semiconductor wafer can be heated to the activation temperature for a very short time by irradiating a flash light from the flash lamp to the surface of the semiconductor wafer in which the impurity is implanted by the ion implantation method, and the impurity is diffused deeply. Only the impurity activation can be performed without causing the
  • Patent Document 1 discloses a technique of measuring the reflectance of a semiconductor wafer to be treated and calculating the temperature reached by the surface of the semiconductor wafer at the time of flash light irradiation based on the reflectance.
  • the surface of a semiconductor wafer is irradiated with halogen light from a halogen lamp, and the reflectance of the semiconductor wafer is calculated from the intensity of the reflected light.
  • a three-dimensional pattern is formed on the surface of the semiconductor wafer, and even in the same place, the reflectance may differ depending on the direction. That is, in the method of irradiating light to the surface of a semiconductor wafer and measuring the reflectance from the intensity of the reflected light, there is a strong dependence on the pattern and there is a problem that accurate measurement of the reflectance is difficult.
  • This invention is made in view of the said subject, and it aims at providing the heat processing apparatus and heat processing method which can measure the reflectance of a board
  • a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with light, the lamp for heating the substrate by irradiating the substrate with light.
  • a rotary support unit configured to support and rotate the substrate; a light projection unit configured to irradiate light for reflectance measurement to a portion other than the rotation center of the substrate rotated by the rotary support unit;
  • the reflectance of the substrate is determined from the light receiving unit that receives the light reflected by the substrate and the intensity of the light emitted by the light emitting unit and the intensity of the reflected light received by the light receiving unit.
  • a reflectance calculating unit to calculate.
  • the plurality of light projecting parts for irradiating the light for measuring the reflectance to a plurality of portions having different distances from the rotation center of the substrate are provided.
  • the third aspect is a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with light, the lamp for heating the substrate by irradiating the light to the substrate, and for measuring the reflectance of the substrate Of light emitted from the light projecting unit, a plurality of light receiving units for receiving light reflected from the light projecting unit reflected at a plurality of locations on the substrate, and light emitted from the light projecting unit And a reflectance calculating unit configured to calculate the reflectance of the plurality of portions of the substrate from the intensity and the intensity of the reflected light received by the plurality of light receiving units.
  • the reflectance calculating unit calculates an average reflectance which is an average value of the reflectances of the plurality of places.
  • the light emitted from the heating lamp to the plurality of locations based on the reflectances of the plurality of locations calculated by the reflectance calculating unit. Adjust the strength.
  • the sixth aspect is a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with light, the lamp for heating the substrate by irradiating the light to the substrate, and for measuring the reflectance of the substrate Of light emitted from the light projecting unit, a plurality of light receiving units for receiving light reflected from the light emitting unit reflected at a specific portion of the substrate, and light emitted from the light emitting unit And a reflectance calculating unit configured to calculate the reflectance of the specific portion of the substrate from the intensity and the intensity of the reflected light received by the plurality of light receiving units.
  • the seventh aspect is the heat treatment method of heating the substrate by irradiating the substrate with light, the heating step of irradiating the substrate with the light from the lamp for heating and heating the substrate; An irradiation step of irradiating light for measuring reflectance to a site other than the rotation center of the substrate; a light receiving step of receiving light reflected by the substrate from the light irradiated in the irradiation step; the irradiation step And a reflectance calculating step of calculating the reflectance of the substrate from the intensity of the light irradiated in step b and the intensity of the reflected light received in the light receiving step.
  • the eighth aspect is the heat treatment method according to the seventh aspect, wherein, in the irradiation step, light for measuring reflectance is irradiated to a plurality of portions having different distances from the rotation center of the substrate.
  • the ninth aspect is a heat treatment method of heating the substrate by irradiating the substrate with light, a heating step of irradiating the substrate with light from the heating lamp, and heating the substrate, and reflection on the substrate
  • An irradiation step of irradiating light for measuring a rate a light receiving step of receiving reflected light which is irradiated in the irradiation step and is reflected by a plurality of portions of the substrate by a plurality of light receiving portions, and the irradiation step.
  • a reflectance calculating step of calculating the reflectance of the plurality of portions of the substrate from the intensity of the irradiated light and the intensity of the reflected light received by the plurality of light receiving portions in the light receiving step.
  • an average reflectance which is an average value of the reflectances of the plurality of places is calculated.
  • the heating process is performed before the heating lamp in the heating process based on the reflectance of the plurality of places calculated in the reflectance calculating process. Adjust the intensity of light emitted to multiple locations.
  • the twelfth aspect is the heat treatment method of heating the substrate by irradiating the substrate with light, the heating step of irradiating the substrate with light from the heating lamp, and heating the substrate, and reflecting on the substrate
  • An irradiation step of irradiating light for measuring a rate a light receiving step of receiving reflected light which is irradiated in the irradiation step and reflected by a specific portion of the substrate by a plurality of light receiving parts, and the irradiation step
  • a reflectance calculating step of calculating the reflectance of the specific portion of the substrate from the intensity of the irradiated light and the intensities of the reflected light received by the plurality of light receiving portions in the light receiving step.
  • the heat treatment apparatus since light for reflectance measurement is irradiated to a portion other than the rotation center of the substrate to be rotated, the reflectance of a plurality of locations on the substrate is measured. Thus, it is possible to accurately measure the reflectance of the substrate while suppressing the pattern dependency.
  • the reflectances of the plurality of portions of the substrate are calculated from the intensities of the reflected light reflected by the plurality of portions of the substrate, the pattern dependency is suppressed.
  • the reflectance of the substrate can be measured accurately.
  • the in-plane temperature distribution of the substrate is adjusted in order to adjust the intensity of light emitted from the heating lamp to a plurality of locations based on the calculated reflectances of the plurality of locations. It can be made uniform.
  • the reflectance of the specific part of the substrate is calculated from the intensities of the plurality of reflected lights reflected at the specific part of the substrate.
  • the reflectance of the substrate can be accurately measured by suppressing the pattern dependency.
  • the heat treatment method since light for reflectance measurement is irradiated to a portion other than the rotation center of the substrate to be rotated, the reflectance of a plurality of locations on the substrate is measured. Thus, it is possible to accurately measure the reflectance of the substrate while suppressing the pattern dependency.
  • the reflectance of the plurality of portions of the substrate is calculated from the intensity of the reflected light reflected by the plurality of portions of the substrate, so that the pattern dependency is suppressed.
  • the reflectance of the substrate can be measured accurately.
  • the in-plane temperature distribution of the substrate is adjusted in order to adjust the intensity of light irradiated from the heating lamp to a plurality of locations based on the calculated reflectances of the plurality of locations. It can be made uniform.
  • the reflectance of the specific part of the substrate is calculated from the intensities of the plurality of reflected lights reflected at the specific part of the substrate.
  • the reflectance of the substrate can be accurately measured by suppressing the pattern dependency.
  • FIG. 1 is a plan view showing a heat treatment apparatus 100 according to the present invention
  • FIG. 2 is a front view thereof.
  • the heat treatment apparatus 100 is a flash lamp annealing apparatus which irradiates flash light to a disk-shaped semiconductor wafer W as a substrate to heat the semiconductor wafer W.
  • the size of the semiconductor wafer W to be processed is not particularly limited, and is, for example, ⁇ 300 mm or ⁇ 450 mm.
  • Impurities are implanted into the semiconductor wafer W before being carried into the heat treatment apparatus 100, and activation processing of the impurities implanted by the heat treatment by the heat treatment apparatus 100 is performed.
  • FIG. 1 is a plan view showing a heat treatment apparatus 100 according to the present invention
  • FIG. 2 is a front view thereof.
  • the heat treatment apparatus 100 is a flash lamp annealing apparatus which irradiates flash light to a disk-shaped semiconductor wafer W as a substrate to heat the semiconductor wafer W.
  • the heat treatment apparatus 100 carries an unprocessed semiconductor wafer W from the outside into the apparatus and carries out the processed semiconductor wafer W out of the apparatus.
  • Alignment unit 230 for positioning the semiconductor wafer W, two cooling units 130 and 140 for cooling the semiconductor wafer W after the heat treatment, a heat treatment unit 160 for performing flash heating treatment on the semiconductor wafer W, and cooling units 130 and 140 and A transfer robot 150 for transferring the semiconductor wafer W to the thermal processing unit 160 is provided.
  • the heat treatment apparatus 100 further includes a control unit 3 that controls the operation mechanism provided in each processing unit described above and the transfer robot 150 to advance the flash heating process of the semiconductor wafer W.
  • the indexer section 101 takes out the unprocessed semiconductor wafer W from each carrier C and load port 110 on which a plurality of carriers C (two in the present embodiment) are placed side by side, and the semiconductor wafer processed to each carrier C.
  • a delivery robot 120 for storing W is provided.
  • Carrier C containing an untreated semiconductor wafer W is transported by an automated guided vehicle (AGV, OHT) or the like and placed on load port 110, and carrier C containing a processed semiconductor wafer W is an unattended carrier Is taken away from the load port 110.
  • AGV automated guided vehicle
  • the carrier C is configured to be movable up and down as shown by an arrow CU in FIG. 2 so that the delivery robot 120 can carry out the loading and unloading of any semiconductor wafer W with respect to the carrier C. ing.
  • FOUP front opening unified pod
  • OC open for open air
  • SMIF Standard Mechanical Inter Face
  • the delivery robot 120 is capable of sliding movement as shown by the arrow 120S in FIG. 1 and turning operation and raising and lowering operation as shown by the arrow 120R. Thereby, the delivery robot 120 takes in and out the semiconductor wafer W with respect to the two carriers C, and delivers the semiconductor wafer W with respect to the alignment unit 230 and the two cooling units 130 and 140. Loading and unloading of the semiconductor wafer W with respect to the carrier C by the delivery robot 120 is performed by sliding movement of the hand 121 and lifting and lowering movement of the carrier C. The semiconductor wafer W is transferred between the delivery robot 120 and the alignment unit 230 or the cooling units 130 and 140 by the slide movement of the hand 121 and the lifting operation of the delivery robot 120.
  • the alignment unit 230 is connected to the side of the indexer unit 101 along the Y-axis direction.
  • the alignment unit 230 is a processing unit that rotates the semiconductor wafer W in the horizontal plane to direct it to the flash heating.
  • the alignment unit 230 is a mechanism (a rotation support unit 237 and a rotation motor 238 in FIG. 10) for supporting and rotating the semiconductor wafer W horizontally in an alignment chamber 231 which is a housing made of aluminum alloy, and a semiconductor A mechanism or the like for optically detecting a notch, an orientation flat, or the like formed in the peripheral portion of the wafer W is provided.
  • the alignment chamber 231 is provided with a reflectance measurement unit 232 that measures the reflectance of the surface of the semiconductor wafer W supported therein.
  • the reflectance measurement unit 232 irradiates the surface of the semiconductor wafer W with light, receives the reflected light reflected by the surface, and measures the reflectance of the surface of the semiconductor wafer W from the intensity of the reflected light.
  • the configuration of the reflectance measurement unit 232 will be further described later.
  • Delivery of the semiconductor wafer W to the alignment unit 230 is performed by the delivery robot 120.
  • the semiconductor wafer W is delivered from the delivery robot 120 to the alignment chamber 231 so that the wafer center is positioned at a predetermined position.
  • the alignment unit 230 rotates the semiconductor wafer W about the vertical axis about the central portion of the semiconductor wafer W received from the indexer unit 101 as a rotation center and optically detects a notch or the like to adjust the direction of the semiconductor wafer W Do.
  • the reflectance measurement unit 232 measures the reflectance of the surface of the semiconductor wafer W.
  • the semiconductor wafer W whose orientation has been adjusted is taken out of the alignment chamber 231 by the delivery robot 120.
  • a transfer chamber 170 for accommodating the transfer robot 150 is provided as a transfer space of the semiconductor wafer W by the transfer robot 150.
  • the processing chamber 6 of the thermal processing unit 160, the first cool chamber 131 of the cooling unit 130, and the second cool chamber 141 of the cooling unit 140 are connected in communication to three sides of the transfer chamber 170.
  • the thermal processing unit 160 which is a main part of the thermal processing apparatus 100, is a substrate processing unit that performs flash heating processing by irradiating the semiconductor wafer W that has been preheated with flash light from the xenon flash lamp FL.
  • the two cooling units 130 and 140 have substantially the same configuration.
  • the cooling units 130 and 140 respectively include a metal cooling plate and a quartz plate placed on the upper surface thereof in the first cool chamber 131 and the second cool chamber 141 which are aluminum alloy casings ( Both are not shown).
  • the said cooling plate is temperature-controlled to normal temperature (about 23 degreeC) by Peltier device or thermostatic water circulation.
  • the semiconductor wafer W subjected to the flash heating process in the thermal processing unit 160 is carried into the first cool chamber 131 or the second cool chamber 141, placed on the quartz plate, and cooled.
  • Both the first cool chamber 131 and the second cool chamber 141 are connected to both of the indexer unit 101 and the transfer chamber 170.
  • the first cool chamber 131 and the second cool chamber 141 two openings for carrying the semiconductor wafer W in and out are formed.
  • the opening connected to the indexer portion 101 can be opened and closed by the gate valve 181.
  • the opening connected to the transfer chamber 170 of the first cool chamber 131 can be opened and closed by the gate valve 183. That is, the first cool chamber 131 and the indexer unit 101 are connected via the gate valve 181, and the first cool chamber 131 and the transfer chamber 170 are connected via the gate valve 183.
  • the gate valve 181 When transferring the semiconductor wafer W between the indexer unit 101 and the first cool chamber 131, the gate valve 181 is opened. When the semiconductor wafer W is transferred between the first cool chamber 131 and the transfer chamber 170, the gate valve 183 is opened. When the gate valve 181 and the gate valve 183 are closed, the inside of the first cool chamber 131 is a sealed space.
  • the opening connected to the indexer portion 101 can be opened and closed by the gate valve 182.
  • the opening connected to the transfer chamber 170 of the second cool chamber 141 can be opened and closed by the gate valve 184. That is, the second cool chamber 141 and the indexer unit 101 are connected via the gate valve 182, and the second cool chamber 141 and the transfer chamber 170 are connected via the gate valve 184.
  • the gate valve 182 When the semiconductor wafer W is transferred between the indexer unit 101 and the second cool chamber 141, the gate valve 182 is opened. When the semiconductor wafer W is transferred between the second cool chamber 141 and the transfer chamber 170, the gate valve 184 is opened. When the gate valve 182 and the gate valve 184 are closed, the inside of the second cool chamber 141 is a sealed space.
  • the cooling units 130 and 140 respectively include a gas supply mechanism that supplies clean nitrogen gas to the first cool chamber 131 and the second cool chamber 141, and an exhaust mechanism that exhausts the atmosphere in the chambers.
  • the gas supply mechanism and the exhaust mechanism may be capable of switching the flow rate in two stages.
  • the transfer robot 150 provided in the transfer chamber 170 is pivotable as indicated by an arrow 150R about an axis along the vertical direction.
  • the transfer robot 150 has two link mechanisms consisting of a plurality of arm segments, and transfer hands 151a and 151b for holding the semiconductor wafer W are provided at the tips of the two link mechanisms.
  • the transfer hands 151a and 151b are vertically disposed at a predetermined pitch, and can be linearly slidably moved in the same horizontal direction independently by a link mechanism. Further, the transfer robot 150 moves up and down the two transfer hands 151a and 151b in a state of being separated by a predetermined pitch by moving up and down the base on which the two link mechanisms are provided.
  • the transfer robot 150 delivers (takes in and takes out) the semiconductor wafer W with the processing chamber 6 of the first cool chamber 131, the second cool chamber 141 or the thermal processing unit 160 as a delivery partner, first, the transfer hands 151a and 151b Then, it turns so as to face the delivery partner, and then moves up and down (or while it is turning) to position any one of the transfer hands at the height at which the semiconductor wafer W is delivered to the delivery partner. Then, the transfer hand 151 a (151 b) is linearly moved in the horizontal direction to transfer the semiconductor wafer W to the other party.
  • the transfer of the semiconductor wafer W between the transfer robot 150 and the delivery robot 120 can be performed via the cooling units 130 and 140. That is, the first cool chamber 131 of the cooling unit 130 and the second cool chamber 141 of the cooling unit 140 also function as a pass for delivering the semiconductor wafer W between the transfer robot 150 and the delivery robot 120. . Specifically, the semiconductor wafer W is transferred when the other receives the semiconductor wafer W transferred by the one of the transfer robot 150 or the delivery robot 120 to the first cool chamber 131 or the second cool chamber 141.
  • gate valves 181 and 182 are provided between the first cool chamber 131 and the second cool chamber 141 and the indexer unit 101, respectively. Further, gate valves 183 and 184 are provided between the transfer chamber 170 and the first cool chamber 131 and the second cool chamber 141, respectively. Furthermore, a gate valve 185 is provided between the transfer chamber 170 and the processing chamber 6 of the thermal processing unit 160. When the semiconductor wafer W is transported in the heat treatment apparatus 100, these gate valves are appropriately opened and closed.
  • an oximeter 155 is provided inside the transfer chamber 170 (FIG. 2).
  • the oximeter 155 measures the oxygen concentration in the transfer chamber 170.
  • nitrogen gas is also supplied to the transfer chamber 170 and the alignment chamber 231 from the gas supply unit, and the atmosphere inside them is exhausted by the exhaust unit (all not shown).
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the heat treatment section 160.
  • the thermal processing unit 160 includes a processing chamber 6 for housing and heating the semiconductor wafer W, a flash lamp house 5 containing a plurality of flash lamps FL, and a halogen lamp house 4 containing a plurality of halogen lamps HL. Prepare. A flash lamp house 5 is provided above the processing chamber 6, and a halogen lamp house 4 is provided below the processing chamber 6. Further, the thermal processing unit 160 holds the semiconductor wafer W in the horizontal posture inside the processing chamber 6, and the transfer mechanism 10 for delivering the semiconductor wafer W between the holding unit 7 and the transfer robot 150. And.
  • the processing chamber 6 is configured by mounting a chamber window made of quartz on the upper and lower sides of the cylindrical chamber side portion 61.
  • the chamber side 61 has a generally cylindrical shape with an open top and bottom, the upper opening is fitted with the upper chamber window 63 and closed, and the lower opening is fitted with the lower chamber window 64 and closed ing.
  • the upper chamber window 63 constituting the ceiling portion of the processing chamber 6 is a disk-shaped member formed of quartz, and functions as a quartz window that transmits flash light emitted from the flash lamp FL into the processing chamber 6.
  • the lower chamber window 64 constituting the floor of the processing chamber 6 is also a disk-shaped member made of quartz, and functions as a quartz window that transmits light from the halogen lamp HL into the processing chamber 6.
  • a reflection ring 68 is attached to the upper portion of the inner wall surface of the chamber side portion 61, and a reflection ring 69 is attached to the lower portion.
  • the reflection rings 68 and 69 are both formed in an annular shape.
  • the upper reflective ring 68 is mounted by fitting from the upper side of the chamber side 61.
  • the lower reflection ring 69 is mounted by being fitted from the lower side of the chamber side 61 and fixed with a screw (not shown). That is, the reflection rings 68 and 69 are both detachably mounted on the chamber side 61.
  • An inner space of the processing chamber 6, that is, a space surrounded by the upper chamber window 63, the lower chamber window 64, the chamber side 61 and the reflection rings 68 and 69 is defined as a heat treatment space 65.
  • a recess 62 is formed on the inner wall surface of the processing chamber 6. That is, a recess 62 surrounded by a central portion of the inner wall surface of the chamber side 61 to which the reflective rings 68 and 69 are not attached, the lower end surface of the reflective ring 68 and the upper end surface of the reflective ring 69 is formed. .
  • the recess 62 is formed in an annular shape along the horizontal direction on the inner wall surface of the processing chamber 6 and surrounds the holding unit 7 that holds the semiconductor wafer W.
  • the chamber side 61 and the reflection rings 68 and 69 are formed of a metal material (for example, stainless steel) which is excellent in strength and heat resistance.
  • a transfer opening (furnace port) 66 for carrying in and out the semiconductor wafer W with respect to the processing chamber 6 is formed.
  • the transfer opening 66 can be opened and closed by a gate valve 185.
  • the transfer opening 66 is connected in communication with the outer peripheral surface of the recess 62. Therefore, when the gate valve 185 opens the transfer opening 66, the semiconductor wafer W is carried into the heat treatment space 65 from the transfer opening 66 through the recess 62 and the semiconductor wafer W is unloaded from the heat treatment space 65. It can be performed. Further, when the gate valve 185 closes the transfer opening 66, the heat treatment space 65 in the processing chamber 6 is made a sealed space.
  • a gas supply hole 81 for supplying a processing gas to the heat treatment space 65 is formed on the upper inner wall of the processing chamber 6.
  • the gas supply hole 81 is formed at a position above the recess 62 and may be provided in the reflection ring 68.
  • the gas supply hole 81 is communicably connected to the gas supply pipe 83 via a buffer space 82 formed in an annular shape inside the side wall of the processing chamber 6.
  • the gas supply pipe 83 is connected to the processing gas supply source 85.
  • a valve 84 is interposed in the middle of the path of the gas supply pipe 83. When the valve 84 is opened, the processing gas is supplied from the processing gas supply source 85 to the buffer space 82.
  • the process gas flowing into the buffer space 82 flows so as to expand in the buffer space 82 having a smaller fluid resistance than the gas supply holes 81, and is supplied from the gas supply holes 81 into the heat treatment space 65.
  • an inert gas such as nitrogen (N 2 ) or a reactive gas such as hydrogen (H 2 ) or ammonia (NH 3 ) can be used (in this embodiment, nitrogen).
  • a gas exhaust hole 86 for exhausting the gas in the heat treatment space 65 is formed in the lower portion of the inner wall of the processing chamber 6.
  • the gas exhaust hole 86 is formed at a lower position than the recess 62, and may be provided in the reflection ring 69.
  • the gas exhaust hole 86 is communicatively connected to the gas exhaust pipe 88 via a buffer space 87 formed annularly inside the side wall of the processing chamber 6.
  • the gas exhaust pipe 88 is connected to the exhaust mechanism 190.
  • a valve 89 is interposed in the middle of the path of the gas exhaust pipe 88. When the valve 89 is opened, the gas in the heat treatment space 65 is exhausted from the gas exhaust hole 86 through the buffer space 87 to the gas exhaust pipe 88.
  • a plurality of gas supply holes 81 and gas exhaust holes 86 may be provided along the circumferential direction of the processing chamber 6, or may be slit-shaped.
  • the processing gas supply source 85 and the exhaust mechanism 190 may be a mechanism provided in the heat treatment apparatus 100 or may be a utility of a factory where the heat treatment apparatus 100 is installed.
  • a gas exhaust pipe 191 for exhausting the gas in the heat treatment space 65 is also connected to the tip of the transfer opening 66.
  • the gas exhaust pipe 191 is connected to an exhaust mechanism 190 via a valve 192. By opening the valve 192, the gas in the processing chamber 6 is exhausted through the transfer opening 66.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the overall appearance of the holder 7.
  • the holding unit 7 is configured to include a base ring 71, a connecting unit 72, and a susceptor 74.
  • the base ring 71, the connecting portion 72 and the susceptor 74 are all formed of quartz. That is, the whole of the holding portion 7 is formed of quartz.
  • the base ring 71 is an arc-shaped quartz member which is partially missing from the annular shape. This missing portion is provided to prevent interference between the transfer arm 11 of the transfer mechanism 10 described later and the base ring 71.
  • the base ring 71 is supported on the wall surface of the processing chamber 6 by being placed on the bottom surface of the recess 62 (see FIG. 3).
  • On the top surface of the base ring 71 a plurality of connecting portions 72 (four in the present embodiment) are provided upright along the circumferential direction of the annular shape.
  • the connecting portion 72 is also a quartz member and is fixed to the base ring 71 by welding.
  • FIG. 5 is a plan view of the susceptor 74.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the susceptor 74.
  • the susceptor 74 includes a holding plate 75, a guide ring 76 and a plurality of substrate support pins 77.
  • the holding plate 75 is a substantially circular flat member made of quartz. The diameter of the holding plate 75 is larger than the diameter of the semiconductor wafer W. That is, the holding plate 75 has a larger planar size than the semiconductor wafer W.
  • a guide ring 76 is installed on the upper surface peripheral portion of the holding plate 75.
  • the guide ring 76 is an annular member having an inner diameter larger than the diameter of the semiconductor wafer W. For example, when the diameter of the semiconductor wafer W is ⁇ 300 mm, the inner diameter of the guide ring 76 is ⁇ 320 mm.
  • the inner periphery of the guide ring 76 is tapered so as to widen upward from the holding plate 75.
  • the guide ring 76 is formed of quartz similar to the holding plate 75.
  • the guide ring 76 may be welded to the upper surface of the holding plate 75 or may be fixed to the holding plate 75 by a separately processed pin or the like. Alternatively, the holding plate 75 and the guide ring 76 may be processed as an integral member.
  • a region of the upper surface of the holding plate 75 inside the guide ring 76 is a planar holding surface 75 a for holding the semiconductor wafer W.
  • a plurality of substrate support pins 77 are provided upright on the holding surface 75 a of the holding plate 75. In the present embodiment, a total of 12 substrate support pins 77 are erected every 30 ° along the circumference of a concentric circle with the outer circumference circle of the holding surface 75a (the inner circumference circle of the guide ring 76).
  • the diameter of the circle in which the 12 substrate support pins 77 are arranged (the distance between the opposing substrate support pins 77) is smaller than the diameter of the semiconductor wafer W, and if the diameter of the semiconductor wafer W is ⁇ 300 mm, ⁇ 270 mm to ⁇ 280 mm (this embodiment) The form is ⁇ 270 mm).
  • Each substrate support pin 77 is formed of quartz.
  • the plurality of substrate support pins 77 may be provided on the upper surface of the holding plate 75 by welding, or may be processed integrally with the holding plate 75.
  • the four connecting portions 72 erected on the base ring 71 and the peripheral portion of the holding plate 75 of the susceptor 74 are fixed by welding. That is, the susceptor 74 and the base ring 71 are fixedly connected by the connecting portion 72.
  • the holder 7 is attached to the processing chamber 6.
  • the holding plate 75 of the susceptor 74 is in a horizontal posture (a posture in which the normal line coincides with the vertical direction). That is, the holding surface 75a of the holding plate 75 is a horizontal surface.
  • the semiconductor wafer W carried into the processing chamber 6 is mounted and held in a horizontal posture on the susceptor 74 of the holding unit 7 mounted in the processing chamber 6. At this time, the semiconductor wafer W is supported by the twelve substrate support pins 77 erected on the holding plate 75 and held by the susceptor 74. More strictly, the upper end portions of the twelve substrate support pins 77 contact the lower surface of the semiconductor wafer W to support the semiconductor wafer W. Since the heights of the twelve substrate support pins 77 (the distance from the upper end of the substrate support pins 77 to the holding surface 75 a of the holding plate 75) are uniform, the semiconductor wafer W is horizontally oriented by the twelve substrate support pins 77. It can be supported.
  • the semiconductor wafer W is supported by the plurality of substrate support pins 77 at a predetermined distance from the holding surface 75 a of the holding plate 75.
  • the thickness of the guide ring 76 is larger than the height of the substrate support pin 77. Therefore, the horizontal displacement of the semiconductor wafer W supported by the plurality of substrate support pins 77 is prevented by the guide ring 76.
  • an opening 78 is formed in the holding plate 75 of the susceptor 74 vertically through.
  • the opening 78 is provided to receive radiation (infrared light) emitted from the lower surface of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74, with the radiation thermometer 20 (see FIG. 3). That is, the radiation thermometer 20 receives light emitted from the lower surface of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74 through the opening 78, and the temperature of the semiconductor wafer W is measured by a separate detector.
  • four through holes 79 are formed in the holding plate 75 of the susceptor 74 so that lift pins 12 of the transfer mechanism 10 described later pass therethrough for delivery of the semiconductor wafer W.
  • FIG. 7 is a plan view of the transfer mechanism 10.
  • FIG. 8 is a side view of the transfer mechanism 10.
  • the transfer mechanism 10 includes two transfer arms 11.
  • the transfer arm 11 has an arc shape along the generally annular recess 62.
  • Two lift pins 12 are erected on each transfer arm 11.
  • Each transfer arm 11 is rotatable by a horizontal movement mechanism 13.
  • the horizontal movement mechanism 13 transfers the pair of transfer arms 11 to the holding unit 7 at the transfer operation position (solid line position in FIG. 7) for transferring the semiconductor wafer W and the semiconductor wafer W held by the holding unit 7.
  • Horizontal movement is performed between a retracted position (two-dot chain line position in FIG. 7) which does not overlap in plan view.
  • each transfer arm 11 may be rotated by an individual motor, or a pair of transfer arms 11 may be interlocked by one motor using a link mechanism. It may be moved.
  • the pair of transfer arms 11 are moved up and down together with the horizontal movement mechanism 13 by the elevation mechanism 14.
  • the lifting mechanism 14 lifts the pair of transfer arms 11 at the transfer operation position, a total of four lift pins 12 pass through the through holes 79 (see FIGS. 4 and 5) formed in the susceptor 74 and lift pins The upper end of 12 protrudes from the upper surface of the susceptor 74.
  • the lifting mechanism 14 lowers the pair of transfer arms 11 at the transfer operation position to extract the lift pins 12 from the through holes 79 and the horizontal movement mechanism 13 moves the pair of transfer arms 11 to open.
  • the transfer arm 11 moves to the retracted position.
  • the retracted position of the pair of transfer arms 11 is immediately above the base ring 71 of the holder 7.
  • the flash lamp house 5 provided above the processing chamber 6 includes a light source consisting of a plurality (30 in the present embodiment) of xenon flash lamps FL inside the housing 51 and its light source And a reflector 52 provided to cover the upper side.
  • a lamp light emission window 53 is attached to the bottom of the housing 51 of the flash lamp house 5.
  • the lamp light emission window 53 constituting the floor of the flash lamp house 5 is a plate-like quartz window formed of quartz.
  • the plurality of flash lamps FL are rod-shaped lamps each having a long cylindrical shape, and the longitudinal direction of each is along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holder 7 (that is, along the horizontal direction) They are arranged in a plane so as to be parallel to each other. Therefore, the plane formed by the arrangement of the flash lamps FL is also a horizontal plane.
  • the xenon flash lamp FL has a rod-like glass tube (discharge tube) in which xenon gas is enclosed and an anode and a cathode connected to a capacitor are disposed at both ends, and attached on the outer peripheral surface of the glass tube And a trigger electrode. Since xenon gas is an insulator electrically, no electricity flows in the glass tube under normal conditions even if charge is stored in the capacitor. However, when a high voltage is applied to the trigger electrode to break the insulation, the electricity stored in the capacitor instantaneously flows in the glass tube, and light is emitted by excitation of atoms or molecules of xenon at that time.
  • the electrostatic energy stored in advance in the capacitor is converted into an extremely short light pulse of 0.1 milliseconds to 100 milliseconds. It is characterized in that it can emit extremely intense light as compared to a light source. That is, the flash lamp FL is a pulse light emitting lamp that emits light instantaneously in an extremely short time of less than one second. The light emission time of the flash lamp FL can be adjusted by the coil constant of the lamp power supply that supplies power to the flash lamp FL.
  • the reflector 52 is provided above the plurality of flash lamps FL so as to cover the whole of them.
  • the basic function of the reflector 52 is to reflect flash light emitted from a plurality of flash lamps FL to the side of the heat treatment space 65.
  • the reflector 52 is formed of an aluminum alloy plate, and its surface (surface facing the flash lamp FL) is roughened by blasting.
  • the halogen lamp house 4 provided below the processing chamber 6 incorporates a plurality of (40 in the present embodiment) halogen lamps HL inside the housing 41.
  • the plurality of halogen lamps HL perform light irradiation to the heat treatment space 65 from the lower side of the processing chamber 6 through the lower chamber window 64.
  • FIG. 9 is a plan view showing the arrangement of a plurality of halogen lamps HL.
  • the twenty halogen lamps HL are disposed in upper and lower two stages.
  • Each halogen lamp HL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape.
  • the upper and lower 20 halogen lamps HL are arranged such that their longitudinal directions are parallel to each other along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holder 7 (that is, along the horizontal direction). There is. Therefore, the plane formed by the arrangement of the halogen lamps HL in the upper and lower stages is a horizontal plane.
  • the disposition density of the halogen lamps HL in the region facing the peripheral portion is higher than the region facing the central portion of the semiconductor wafer W held by the holding portion 7 in both the upper and lower portions. There is. That is, in both the upper and lower portions, the disposition pitch of the halogen lamps HL is shorter in the peripheral portion than in the central portion of the lamp arrangement. For this reason, it is possible to perform irradiation of a large amount of light to the peripheral portion of the semiconductor wafer W in which a temperature drop is likely to occur at the time of heating by light irradiation from the halogen lamp HL.
  • a lamp group consisting of the halogen lamp HL in the upper stage and a lamp group consisting of the halogen lamp HL in the lower stage are arranged so as to cross in a lattice shape. That is, a total of 40 halogen lamps HL are disposed such that the longitudinal direction of each halogen lamp HL in the upper stage and the longitudinal direction of each halogen lamp HL in the lower stage are orthogonal to each other.
  • the halogen lamp HL is a filament type light source which causes the filament to glow to emit light by energizing the filament disposed inside the glass tube. Inside the glass tube, a gas in which a small amount of a halogen element (iodine, bromine or the like) is introduced into an inert gas such as nitrogen or argon is enclosed. By introducing a halogen element, it is possible to set the temperature of the filament to a high temperature while suppressing the breakage of the filament. Therefore, the halogen lamp HL has a characteristic that it has a long life and can continuously emit strong light as compared with a normal incandescent lamp. That is, the halogen lamp HL is a continuous lighting lamp which emits light continuously for at least one second or more. Further, since the halogen lamp HL is a rod-like lamp, it has a long life, and by arranging the halogen lamp HL in the horizontal direction, the radiation efficiency to the upper semiconductor wafer W becomes excellent.
  • a halogen element
  • a reflector 43 is provided below the two-stage halogen lamp HL also in the housing 41 of the halogen lamp house 4 (FIG. 3).
  • the reflector 43 reflects the light emitted from the plurality of halogen lamps HL to the side of the heat treatment space 65.
  • FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the reflectance measurement unit 232 provided in the alignment unit 230.
  • the reflectance measuring unit 232 includes a light emitting unit 300, a light receiving unit 235, a half mirror 236, and a reflectance calculating unit 31.
  • a rotation support 237 for supporting and rotating the semiconductor wafer W and a rotation motor 238 for rotating the rotation support 237 are provided in the alignment chamber 231 of the alignment unit 230.
  • the orientation of the semiconductor wafer W is adjusted by rotating the rotary support 237 supporting the semiconductor wafer W by the rotary motor 238.
  • the light projector 300 includes a light source such as a halogen light source or an LED light source to emit light for reflectance measurement.
  • the light receiving unit 235 includes a light receiving element that converts the intensity of the received light into an electrical signal.
  • the light emitted from the light emitting unit 300 is reflected by the half mirror 236 and vertically irradiated on the upper surface of the semiconductor wafer W supported by the rotation support unit 237.
  • the light emitted from the light emitting unit 300 is irradiated to a portion other than the rotation center of the semiconductor wafer W rotated by the rotation support unit 237.
  • the light emitted from the light emitting unit 300 is reflected on the upper surface of the semiconductor wafer W.
  • the reflected light passes through the half mirror 236 and is received by the light receiving unit 235.
  • the reflectance calculating unit 31 calculates the reflectance of the semiconductor wafer W from the intensity of the light emitted by the light emitting unit 300 and the intensity of the reflected light received by the light receiving unit 235.
  • the control unit 3 controls the above-described various operation mechanisms provided in the heat treatment apparatus 100.
  • the hardware configuration of the control unit 3 is the same as that of a general computer. That is, the control unit 3 includes a CPU that is a circuit that performs various arithmetic processing, a ROM that is a read only memory that stores a basic program, a RAM that is a readable and writable memory that stores various information, control software, data, and the like. It has a magnetic disk to be stored.
  • the CPU of the control unit 3 executes a predetermined processing program to advance the processing in the heat treatment apparatus 100.
  • the reflectance calculating unit 31 is a functional processing unit realized by the CPU of the control unit 3 executing a predetermined processing program.
  • FIG. 1 shows the control unit 3 in the indexer unit 101, the present invention is not limited to this, and the control unit 3 can be disposed at an arbitrary position in the heat treatment apparatus 100.
  • the thermal processing unit 160 prevents excessive temperature rise of the halogen lamp house 4, the flash lamp house 5, and the processing chamber 6 due to the thermal energy generated from the halogen lamp HL and the flash lamp FL during the heat treatment of the semiconductor wafer W.
  • the wall of the processing chamber 6 is provided with a water cooling pipe (not shown).
  • the halogen lamp house 4 and the flash lamp house 5 have an air cooling structure in which a gas flow is formed inside and heat is exhausted. Air is also supplied to the gap between the upper chamber window 63 and the lamp light emission window 53 to cool the flash lamp house 5 and the upper chamber window 63.
  • the semiconductor wafer W to be processed is a semiconductor substrate on which a pattern is formed and an impurity (ion) is added by an ion implantation method.
  • the activation of the impurities is performed by flash light irradiation heat treatment (annealing) by the heat treatment apparatus 100.
  • the heat treatment of the semiconductor wafer W in the heat treatment unit 160 will be described.
  • a plurality of unprocessed semiconductor wafers W patterned and having an impurity implanted therein are placed on the load port 110 of the indexer unit 101 in a state where a plurality of unprocessed semiconductor wafers W are accommodated in the carrier C.
  • the delivery robot 120 takes out the unprocessed semiconductor wafers W one by one from the carrier C and carries them into the alignment chamber 231 of the alignment unit 230.
  • the alignment chamber 231 the direction of the semiconductor wafer W is rotated by rotating the semiconductor wafer W supported by the rotation support portion 237 about the vertical direction axis in the horizontal plane about the central portion as a rotation center and optically detecting a notch or the like. Adjust the
  • the direction of the semiconductor wafer W is adjusted, and the reflectance of the surface of the semiconductor wafer W is measured by the reflectance measuring unit 232.
  • the surface of the semiconductor wafer W is a main surface of the semiconductor wafer W on which a pattern is formed and an impurity is implanted.
  • the light emitted from the light emitting unit 300 of the reflectance measuring unit 232 is reflected by the half mirror 236 and irradiated on the surface of the semiconductor wafer W at an incident angle of 0 °.
  • the light for reflectance measurement emitted from the light emitting unit 300 is applied to the surface of the semiconductor wafer W supported by the rotation support unit 237 and being rotated.
  • the light emitted from the light emitting unit 300 is irradiated on a portion of the surface of the semiconductor wafer W other than the rotation center.
  • the light emitted from the light projector 300 is reflected by the surface of the semiconductor wafer W, and the reflected light is transmitted through the half mirror 236 and received by the light receiver 235.
  • the reflectance calculating unit 31 calculates the reflectance of the surface of the semiconductor wafer W by dividing the intensity of the reflected light from the semiconductor wafer W received by the light receiving unit 235 by the intensity of the light emitted by the light emitting unit 300.
  • FIG. 11 is a view schematically showing a reflectance measurement area of the first embodiment.
  • the light emitted from the light emitting unit 300 is irradiated to a portion other than the rotation center of the surface of the rotating semiconductor wafer W, the light is reflected to the annular region 301 on the surface of the semiconductor wafer W The light for rate measurement will be irradiated. Therefore, even if various patterns are formed on the surface of the semiconductor wafer W, the annular region 301 formed of a plurality of portions on the surface of the semiconductor wafer W is irradiated with light for reflectance measurement to be the annular region. Since the reflectance of 301 is to be measured, it is possible to accurately measure the reflectance of the semiconductor wafer W while suppressing the pattern dependency.
  • the delivery robot 120 of the indexer unit 101 takes out the semiconductor wafer W whose orientation has been adjusted from the alignment chamber 231, and carries it into the first cool chamber 131 of the cooling unit 130 or the second cool chamber 141 of the cooling unit 140.
  • the unprocessed semiconductor wafer W carried into the first cool chamber 131 or the second cool chamber 141 is carried out by the carrier robot 150 into the carrier chamber 170.
  • the first cool chamber 131 and the second cool chamber 141 are semiconductor wafers W. It acts as a path for the delivery of
  • the transfer robot 150 which has taken out the semiconductor wafer W turns so as to face the thermal processing section 160. Subsequently, the gate valve 185 opens the space between the processing chamber 6 and the transfer chamber 170, and the transfer robot 150 carries the unprocessed semiconductor wafer W into the processing chamber 6. At this time, when the preceding heat-treated semiconductor wafer W exists in the processing chamber 6, the semiconductor wafer W after the heat treatment is taken out by one of the transfer hands 151a and 151b, and then an unprocessed semiconductor wafer is obtained. W is carried into the processing chamber 6 to perform wafer replacement. Thereafter, the gate valve 185 closes the space between the processing chamber 6 and the transfer chamber 170.
  • the semiconductor wafer W carried into the processing chamber 6 is preheated by the halogen lamp HL, and then subjected to flash heat treatment by flash light irradiation from the flash lamp FL.
  • the flash heat treatment activates the impurities.
  • the gate valve 185 opens the space between the processing chamber 6 and the transfer chamber 170 again, and the transfer robot 150 unloads the semiconductor wafer W after the flash heat treatment from the process chamber 6 into the transfer chamber 170. .
  • the transfer robot 150 which has taken out the semiconductor wafer W pivots from the processing chamber 6 toward the first cool chamber 131 or the second cool chamber 141. Further, the gate valve 185 closes the space between the processing chamber 6 and the transfer chamber 170.
  • the transfer robot 150 carries the semiconductor wafer W after the heat treatment into the first cool chamber 131 of the cooling unit 130 or the second cool chamber 141 of the cooling unit 140.
  • a cooling process of the semiconductor wafer W after the flash heating process is performed. Since the temperature of the entire semiconductor wafer W at the time of unloading from the processing chamber 6 of the thermal processing unit 160 is relatively high, it is cooled to near normal temperature by the first cool chamber 131 or the second cool chamber 141. is there.
  • the delivery robot 120 carries out the cooled semiconductor wafer W from the first cool chamber 131 or the second cool chamber 141 and returns it to the carrier C. When a predetermined number of processed semiconductor wafers W are accommodated in the carrier C, the carrier C is unloaded from the load port 110 of the indexer unit 101.
  • the valve 84 for air supply Prior to the transfer of the semiconductor wafer W into the processing chamber 6, the valve 84 for air supply is opened, and the valves 89 and 192 for exhaustion are opened to start the supply and exhaust of the inside of the processing chamber 6.
  • the valve 84 When the valve 84 is opened, nitrogen gas is supplied from the gas supply hole 81 to the heat treatment space 65. Further, when the valve 89 is opened, the gas in the processing chamber 6 is exhausted from the gas exhaust hole 86. Thereby, the nitrogen gas supplied from the upper part of the heat treatment space 65 in the processing chamber 6 flows downward, and is exhausted from the lower part of the heat treatment space 65.
  • the gas in the processing chamber 6 is also exhausted from the transfer opening 66. Furthermore, the atmosphere around the drive unit of the transfer mechanism 10 is also exhausted by an exhaust mechanism (not shown). During the heat treatment of the semiconductor wafer W in the heat treatment unit 160, nitrogen gas is continuously supplied to the heat treatment space 65, and the supply amount thereof is appropriately changed according to the treatment process.
  • the gate valve 185 is opened to open the transfer opening 66, and the transfer robot 150 loads the semiconductor wafer W to be processed into the heat treatment space 65 in the processing chamber 6 through the transfer opening 66.
  • the transfer robot 150 advances the transfer hand 151a (or the transfer hand 151b) holding the unprocessed semiconductor wafer W to a position immediately above the holding unit 7 and stops it.
  • the lift pins 12 protrude from the upper surface of the holding plate 75 of the susceptor 74 through the through holes 79. Semiconductor wafer W.
  • the lift pin 12 ascends above the upper end of the substrate support pin 77.
  • the transfer robot 150 causes the transfer hand 151 a to withdraw from the heat treatment space 65, and the transfer opening 66 is closed by the gate valve 185. Then, when the pair of transfer arms 11 is lowered, the semiconductor wafer W is transferred from the transfer mechanism 10 to the susceptor 74 of the holding unit 7 and held horizontally from below.
  • the semiconductor wafer W is supported by a plurality of substrate support pins 77 erected on the holding plate 75 and held by the susceptor 74.
  • the semiconductor wafer W is held by the holding unit 7 with the surface on which the pattern formation is performed and the impurity is implanted as the upper surface.
  • a predetermined distance is formed between the back surface (main surface opposite to the front surface) of the semiconductor wafer W supported by the plurality of substrate support pins 77 and the holding surface 75 a of the holding plate 75.
  • the pair of transfer arms 11 lowered to the lower side of the susceptor 74 is retracted by the horizontal movement mechanism 13 to the retracted position, that is, to the inside of the recess 62.
  • the 40 halogen lamps HL are simultaneously turned on to start preheating (assist heating).
  • the halogen light emitted from the halogen lamp HL is transmitted from the lower surface of the semiconductor wafer W through the lower chamber window 64 and the susceptor 74 formed of quartz.
  • the semiconductor wafer W is preheated by receiving light irradiation from the halogen lamp HL, and the temperature rises.
  • the transfer arm 11 of the transfer mechanism 10 is retracted to the inside of the concave portion 62, there is no hindrance to the heating by the halogen lamp HL.
  • the temperature of the semiconductor wafer W is measured by the radiation thermometer 20. That is, the radiation thermometer 20 receives infrared light radiated from the lower surface of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74 through the opening 78, and measures the temperature of the wafer during temperature rise. The measured temperature of the semiconductor wafer W is transmitted to the control unit 3.
  • the control unit 3 controls the output of the halogen lamp HL while monitoring whether or not the temperature of the semiconductor wafer W heated by irradiation of light from the halogen lamp HL has reached a predetermined preheating temperature T1.
  • the control unit 3 feedback-controls the output of the halogen lamp HL so that the temperature of the semiconductor wafer W becomes the preheating temperature T1.
  • the preheating temperature T1 is set to about 600 ° C. to 800 ° C. (in this embodiment, 700 ° C.) in which there is no fear that the impurity added to the semiconductor wafer W is diffused by heat.
  • the control unit 3 After the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the control unit 3 temporarily maintains the semiconductor wafer W at the preheating temperature T1. Specifically, when the temperature of the semiconductor wafer W measured by the radiation thermometer 20 reaches the preheating temperature T1, the control unit 3 adjusts the output of the halogen lamp HL to substantially reserve the temperature of the semiconductor wafer W. The heating temperature T1 is maintained.
  • the entire semiconductor wafer W is uniformly heated to the preheating temperature T1.
  • the temperature of the peripheral portion of the semiconductor wafer W which is more likely to cause heat radiation tends to be lower than that at the central portion, but the arrangement density of the halogen lamps HL in the halogen lamp house 4 is The region facing the peripheral portion is higher than the region facing the central portion of the semiconductor wafer W.
  • the flash lamp FL irradiates the surface of the semiconductor wafer W with flash light. At this time, a part of the flash light emitted from the flash lamp FL goes directly into the processing chamber 6, and the other part is reflected once by the reflector 52 and then goes into the processing chamber 6, and these flash Flash heating of the semiconductor wafer W is performed by light irradiation.
  • the surface temperature of the semiconductor wafer W can be raised in a short time. That is, the flash light emitted from the flash lamp FL has an extremely short irradiation time of 0.1 milliseconds or more and 100 milliseconds or less, in which electrostatic energy previously stored in the capacitor is converted into an extremely short light pulse. It is a strong flashlight. Then, the surface temperature of the semiconductor wafer W flash-heated by the flash light irradiation from the flash lamp FL instantaneously rises to the processing temperature T2 of 1000 ° C. or higher, and the impurity implanted into the semiconductor wafer W is activated. After that, the surface temperature drops rapidly.
  • the impurities can be activated while suppressing the diffusion of the impurity implanted into the semiconductor wafer W due to heat. Since the time required for activating the impurity is extremely short compared to the time required for its thermal diffusion, the activation can be performed even for a short time when diffusion of about 0.1 milliseconds to 100 milliseconds does not occur. Complete.
  • the light emission intensity of the flash lamp FL is corrected based on the reflectance of the surface of the semiconductor wafer W calculated by the reflectance calculation unit 31.
  • the temperature reached by the surface of the bare wafer when it is irradiated with flash light from the flash lamp FL on a silicon semiconductor wafer (bare wafer) which has not been subjected to patterning and impurity implantation is previously known and known.
  • the reflectance of the surface of the bare wafer is known.
  • the flash lamp FL is controlled so that the surface temperature of the semiconductor wafer W reaches the processing temperature T2. Adjust the charging voltage to the capacitor.
  • the halogen lamp HL is turned off after a predetermined time has elapsed. Thereby, the semiconductor wafer W is rapidly cooled from the preheating temperature T1.
  • the temperature of the semiconductor wafer W being cooled is measured by the radiation thermometer 20, and the measurement result is transmitted to the control unit 3.
  • the control unit 3 monitors whether the temperature of the semiconductor wafer W has dropped to a predetermined temperature based on the measurement result of the radiation thermometer 20.
  • the pair of transfer arms 11 of the transfer mechanism 10 horizontally move from the retracted position to the transfer operation position again and rises, whereby the lift pins 12 are susceptors
  • the semiconductor wafer W after heat treatment is projected from the upper surface of the substrate 74 from the susceptor 74.
  • the transfer opening 66 closed by the gate valve 185 is opened, and the processed semiconductor wafer W placed on the lift pins 12 is carried out by the transfer hand 151 b (or the transfer hand 151 a) of the transfer robot 150. Ru.
  • the transfer robot 150 advances the transfer hand 151 b to a position directly below the semiconductor wafer W pushed up by the lift pins 12 and stops the transfer hand 151 b. Then, the pair of transfer arms 11 is lowered, and the semiconductor wafer W after flash heating is transferred to the transfer hand 151 b and placed thereon. Thereafter, the transfer robot 150 withdraws the transfer hand 151 b from the processing chamber 6 to unload the processed semiconductor wafer W.
  • the surface of the rotating semiconductor wafer W is irradiated with light for reflectance measurement, and the reflectance of the toroidal region 301 of the surface is measured. Therefore, even if various patterns are formed on the surface of the semiconductor wafer W, the reflectance of the annular region 301 composed of a plurality of portions on the surface is to be measured, so that the pattern dependency is suppressed and the semiconductor The reflectance of the wafer W can be measured accurately. As a result, it is possible to accurately adjust the light emission intensity of the flash lamp FL based on the reflectance of the semiconductor wafer W measured by suppressing the pattern dependency.
  • the overall configuration of the heat treatment apparatus 100 of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. Further, the processing procedure of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 100 of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. While the semiconductor wafer W is rotated in the first embodiment to measure the reflectance of the annular region 301 in the reflectance measurement, the semiconductor wafer W is provided with a plurality of light receiving portions in the second embodiment. It is designed to measure the reflectance of multiple points of.
  • FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the reflectance measurement unit 232 of the second embodiment.
  • the reflectance measurement unit 232 according to the second embodiment includes three light receiving units 235a, 235b, and 235c having different installation positions.
  • the light for reflectance measurement emitted from the light emitting unit 300 is reflected by the half mirror 236 and irradiated to the surface of the semiconductor wafer W supported by the rotation support unit 237.
  • light emitted from one light emitting unit 300 and specularly reflected on the surface of the semiconductor wafer W is received by the three light receiving units 235a, 235b, and 235c.
  • the reflection positions on the wafer surface of the reflected light received by the three light receiving portions 235a, 235b and 235c are different from each other. That is, the light for reflectance measurement emitted from one light emitting unit 300 receives the reflected light reflected by three different places on the surface of the semiconductor wafer W by the three light receiving units 235a, 235b, and 235c.
  • the reflectance calculating unit 31 calculates the reflectance at each of three reflection positions from the intensity of the light emitted by the light emitting unit 300 and the intensity of the reflected light received by each of the three light receiving units 235a, 235b, and 235c. . Then, the reflectance calculating unit 31 calculates, as the reflectance of the semiconductor wafer W, an average reflectance which is an average value of the reflectances at three locations on the wafer surface.
  • the reflectances of the plurality of locations are calculated from the intensities of the reflected light reflected at the plurality of locations on the surface of the semiconductor wafer W, and the average value thereof is calculated as the reflectance of the semiconductor wafer W. There is. Therefore, even if various patterns are formed on the surface of the semiconductor wafer W, the reflectance of the semiconductor wafer W is accurately suppressed by suppressing the pattern dependency since the reflectances of a plurality of places on the surface are measured. It can be measured.
  • the overall configuration of the heat treatment apparatus 100 of the third embodiment is substantially the same as that of the first embodiment.
  • the processing procedure of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 100 of the third embodiment is substantially the same as that of the first embodiment.
  • the reflectances at a plurality of locations of the semiconductor wafer W are measured.
  • the scattering component at the specific locations of the semiconductor wafer W is measured.
  • FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the reflectance measurement unit 232 of the third embodiment.
  • the configuration itself of the reflectance measurement unit 232 according to the third embodiment is similar to that according to the second embodiment, and includes three light receiving units 235a, 235b, and 235c having different installation positions.
  • the light for reflectance measurement emitted from the light emitting unit 300 is reflected by the half mirror 236 and irradiated to the surface of the semiconductor wafer W supported by the rotation support unit 237.
  • the light received from one light emitting unit 300 and reflected at one specific place on the surface of the semiconductor wafer W is received by the three light receiving units 235a, 235b, and 235c. That is, the reflection positions on the wafer surface of the reflected light received by the three light receiving portions 235a, 235b, and 235c are common.
  • the light for reflectance measurement emitted from the light emitting unit 300 is not specularly reflected on the surface of the semiconductor wafer W from the macroscopic viewpoint and is scattered at the specific location. It is Such a phenomenon occurs, for example, when a three-dimensional pattern is formed on the surface of the semiconductor wafer W.
  • the specific place of the semiconductor wafer W does not mean a fixed place on the wafer surface but any one of them. It is a place.
  • three light receiving portions 235a which are light beams from the one light projecting portion 300 and reflected at different angles at specific portions on the surface of the semiconductor wafer W, are reflected.
  • Light is received by 235 b and 235 c.
  • the reflectance calculating unit 31 adds a scattering component to the reflectance of the specific portion from the intensity of the light emitted by the light emitting unit 300 and the intensity of the reflected light received by each of the three light receiving units 235a, 235b, and 235c. Also measure.
  • the scattered component is also measured in addition to the reflectance of the specific location from the intensities of the plurality of reflected lights reflected at different angles at specific locations on the surface of the semiconductor wafer W. Therefore, even if a three-dimensional pattern is formed on the surface of the semiconductor wafer W, the scattering component of a specific part of the surface is also measured, so the pattern dependency is suppressed and the reflectance of the semiconductor wafer W is accurate. Can be measured.
  • a plurality of light emitting units 300 for irradiating light for reflectance measurement to a plurality of portions having different distances from the rotation center of the semiconductor wafer W are provided, and a plurality of annular regions having different diameters. It is also possible to measure the reflectance of If the average value of the reflectances of a plurality of annular regions having different diameters is calculated, it is possible to accurately measure the reflectance of the semiconductor wafer W while suppressing the pattern dependency more.
  • the present invention is not limited to this, and the reflectance of the arc-shaped region is set by setting the rotation angle of the semiconductor wafer W to less than 360 °. You may measure it. Even in this case, the reflectance of the arc-shaped area formed of a plurality of portions on the surface of the semiconductor wafer W is to be measured, so that the reflectance of the semiconductor wafer W can be accurately measured by suppressing the pattern dependency. it can.
  • the semiconductor wafer W is rotated with respect to the fixed light emitting unit 300.
  • the semiconductor wafer W which is stationary or rotated is used to measure the reflectance.
  • the light may be scanned.
  • the semiconductor wafer W may be moved linearly with respect to the light emitting unit 300, for example. That is, the semiconductor wafer W may be moved relative to the light for reflectance measurement emitted from the light emitting unit 300.
  • the intensity of the light irradiated to each of the plurality of locations from the flash lamp FL may be adjusted based on the measured reflectances of the plurality of locations. For example, based on the reflectance of the peripheral portion of the semiconductor wafer W, the intensity of light irradiated to the peripheral portion of the semiconductor wafer W from the flash lamps FL arranged at the end of the array of the plurality of flash lamps FL is adjusted You should do it. In this way, based on the measured reflectance of the semiconductor wafer W, the emission intensity of the flash lamp FL can be adjusted so that the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer W becomes more uniform.
  • the average reflectance at three locations may be calculated from the intensity of the combined reflected light obtained by combining the reflected light received by the three light receivers 235a, 235b, and 235c by an optical fiber.
  • the number of light receiving units is not limited to three, and may be two or more.
  • the number of flash lamps FL can be made into arbitrary numbers.
  • the flash lamp FL is not limited to the xenon flash lamp, and may be a krypton flash lamp.
  • the number of halogen lamps HL provided in the halogen lamp house 4 is not limited to 40, and can be an arbitrary number.
  • the preheating of the semiconductor wafer W is performed using the filament type halogen lamp HL as a continuous lighting lamp that emits light continuously for 1 second or more, but the present invention is not limited to this.
  • a discharge type arc lamp for example, a xenon arc lamp
  • a susceptor for holding the semiconductor wafer W may be placed on a hot plate, and the semiconductor wafer W may be preheated by thermal conduction from the hot plate.
  • the substrate to be treated by the heat treatment apparatus 100 is not limited to a semiconductor wafer, and may be a glass substrate used for a flat panel display such as a liquid crystal display device or a substrate for a solar cell. Further, the technique according to the present invention may be applied to heat treatment of a high dielectric constant gate insulating film (High-k film), bonding of metal and silicon, or crystallization of polysilicon.
  • High-k film high dielectric constant gate insulating film

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Abstract

投光部から出射された反射率測定用の光はハーフミラーによって反射されて回転支持部に支持された半導体ウェハーの表面に照射される。１つの投光部から照射された光が半導体ウェハーの表面の異なる３箇所で反射された反射光を３つの受光部によって受光する。反射率算定部は、投光部が照射した光の強度と３つの受光部のそれぞれが受光した反射光の強度とから３箇所の反射位置それぞれにおける反射率を算定し、さらにそれらの平均値を算定する。複数箇所の反射率を測定することにより、パターン依存性を抑制して半導体ウェハーの反射率を正確に測定することができる。

Description

熱処理装置および熱処理方法
　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装置および熱処理方法に関する。
　半導体デバイスの製造プロセスにおいて、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するフラッシュランプアニール（ＦＬＡ）が注目されている。フラッシュランプアニールは、キセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する）を使用して半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射することにより、半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間（数ミリ秒以下）に昇温させる熱処理技術である。
　キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーにフラッシュ光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハーを急速に昇温することが可能である。また、数ミリ秒以下の極めて短時間のフラッシュ光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。
　このようなフラッシュランプアニールは、極短時間の加熱が必要とされる処理、例えば典型的には半導体ウェハーに注入された不純物の活性化に利用される。イオン注入法によって不純物が注入された半導体ウェハーの表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射すれば、当該半導体ウェハーの表面を極短時間だけ活性化温度にまで昇温することができ、不純物を深く拡散させることなく、不純物活性化のみを実行することができるのである。
　フラッシュランプアニールでは、極めて照射時間の短いフラッシュ光を照射して瞬間的に半導体ウェハーを昇温するため、ウェハー温度を測定しながらフラッシュランプの発光強度をリアルタイムでフィードバック制御することはできない。このため、予めフラッシュ光照射時における半導体ウェハーの表面の到達温度を計算によって求め、当該表面が所定の目標温度にまで昇温するようにフラッシュランプの発光強度を調整しておく必要がある。特許文献１には、処理対象となる半導体ウェハーの反射率を測定し、その反射率に基づいてフラッシュ光照射時に半導体ウェハーの表面が到達する温度を算定する技術が開示されている。特許文献１に開示の技術においては、半導体ウェハーの表面にハロゲンランプからハロゲン光を照射し、その反射光の強度から半導体ウェハーの反射率を算定するようにしている。
特開２０１４－４５０６７号公報
　しかしながら、処理対象となる半導体ウェハーの表面にはデバイス形成のための種々のパターンが形成されていることが多い。半導体ウェハーの表面に異なる複数のパターンが形成されて模様が存在していると、反射率測定用のハロゲン光を照射する箇所によって測定結果が異なり、正確な反射率が測定できなくなるという問題が生じる。
　また、例えばＦｉｎＦＥＴ等では半導体ウェハーの表面に立体的なパターンが形成されており、同じ箇所であっても方向によって反射率が異なることがある。すなわち、半導体ウェハーの表面に光を照射し、その反射光の強度から反射率を測定する手法にはパターンへの依存性が強く、正確な反射率の測定が困難であるという問題があった。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、パターン依存性を抑制して基板の反射率を正確に測定することができる熱処理装置および熱処理方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、この発明の第１の態様は、基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、前記基板に光を照射して前記基板を加熱する加熱用ランプと、前記基板を支持して回転させる回転支持部と、前記回転支持部によって回転される前記基板の回転中心以外の部位に反射率測定用の光を照射する投光部と、前記投光部から照射された光が前記基板にて反射された反射光を受光する受光部と、前記投光部が照射した光の強度と前記受光部が受光した反射光の強度とから前記基板の反射率を算定する反射率算定部と、を備える。
　また、第２の態様は、第１の態様に係る熱処理装置において、前記基板の前記回転中心からの距離が異なる複数の部位に反射率測定用の光を照射する複数の投光部を備える。
　また、第３の態様は、基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、前記基板に光を照射して前記基板を加熱する加熱用ランプと、前記基板に反射率測定用の光を照射する投光部と、前記投光部から照射された光が前記基板の複数箇所にて反射された反射光を受光する複数の受光部と、前記投光部が照射した光の強度と前記複数の受光部が受光した反射光の強度とから前記基板の前記複数箇所の反射率を算定する反射率算定部と、を備える。
　また、第４の態様は、第３の態様に係る熱処理装置において、前記反射率算定部は、前記複数箇所の反射率の平均値である平均反射率を算定する。
　また、第５の態様は、第３の態様に係る熱処理装置において、前記反射率算定部によって算定された前記複数箇所の反射率に基づいて、前記加熱用ランプから前記複数箇所に照射する光の強度を調整する。
　また、第６の態様は、基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、前記基板に光を照射して前記基板を加熱する加熱用ランプと、前記基板に反射率測定用の光を照射する投光部と、前記投光部から照射された光が前記基板の特定箇所にて反射された反射光を受光する複数の受光部と、前記投光部が照射した光の強度と前記複数の受光部が受光した反射光の強度とから前記基板の前記特定箇所の反射率を算定する反射率算定部と、を備える。
　また、第７の態様は、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、加熱用ランプから前記基板に光を照射して前記基板を加熱する加熱工程と、回転される前記基板の回転中心以外の部位に反射率測定用の光を照射する照射工程と、前記照射工程にて照射された光が前記基板にて反射された反射光を受光する受光工程と、前記照射工程にて照射された光の強度と前記受光工程にて受光した反射光の強度とから前記基板の反射率を算定する反射率算定工程と、を備える。
　また、第８の態様は、第７の態様に係る熱処理方法において、前記照射工程では、前記基板の前記回転中心からの距離が異なる複数の部位に反射率測定用の光を照射する。
　また、第９の態様は、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、加熱用ランプから前記基板に光を照射して前記基板を加熱する加熱工程と、前記基板に反射率測定用の光を照射する照射工程と、前記照射工程にて照射された光が前記基板の複数箇所にて反射された反射光を複数の受光部によって受光する受光工程と、前記照射工程にて照射された光の強度と前記受光工程にて前記複数の受光部が受光した反射光の強度とから前記基板の前記複数箇所の反射率を算定する反射率算定工程と、を備える。
　また、第１０の態様は、第９の態様に係る熱処理方法において、前記反射率算定工程では、前記複数箇所の反射率の平均値である平均反射率を算定する。
　また、第１１の態様は、第９の態様に係る熱処理方法において、前記反射率算定工程にて算定された前記複数箇所の反射率に基づいて、前記加熱工程にて前記加熱用ランプから前前記複数箇所に照射する光の強度を調整する。
　また、第１２の態様は、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、加熱用ランプから前記基板に光を照射して前記基板を加熱する加熱工程と、前記基板に反射率測定用の光を照射する照射工程と、前記照射工程にて照射された光が前記基板の特定箇所にて反射された反射光を複数の受光部によって受光する受光工程と、前記照射工程にて照射された光の強度と前記受光工程にて前記複数の受光部が受光した反射光の強度とから前記基板の前記特定箇所の反射率を算定する反射率算定工程と、を備える。
　第１および第２の態様に係る熱処理装置によれば、回転される基板の回転中心以外の部位に反射率測定用の光を照射しているため、基板上の複数箇所の反射率を測定することとなり、パターン依存性を抑制して基板の反射率を正確に測定することができる。
　第３から第５の態様に係る熱処理装置によれば、基板の複数箇所にて反射された反射光の強度から基板の複数箇所の反射率を算定しているため、パターン依存性を抑制して基板の反射率を正確に測定することができる。
　特に、第５の態様に係る熱処理装置によれば、算定された複数箇所の反射率に基づいて、加熱用ランプから複数箇所に照射する光の強度を調整するため、基板の面内温度分布を均一にすることができる。
　第６の態様に係る熱処理装置によれば、基板の特定箇所にて反射された複数の反射光の強度から基板の特定箇所の反射率を算定しているため、当該特定箇所の散乱成分をも測定することができ、パターン依存性を抑制して基板の反射率を正確に測定することができる。
　第７および第８の態様に係る熱処理方法によれば、回転される基板の回転中心以外の部位に反射率測定用の光を照射しているため、基板上の複数箇所の反射率を測定することとなり、パターン依存性を抑制して基板の反射率を正確に測定することができる。
　第９から第１１の態様に係る熱処理方法によれば、基板の複数箇所にて反射された反射光の強度から基板の複数箇所の反射率を算定しているため、パターン依存性を抑制して基板の反射率を正確に測定することができる。
　特に、第１１の態様に係る熱処理方法によれば、算定された複数箇所の反射率に基づいて、加熱用ランプから複数箇所に照射する光の強度を調整するため、基板の面内温度分布を均一にすることができる。
　第１２の態様に係る熱処理方法によれば、基板の特定箇所にて反射された複数の反射光の強度から基板の特定箇所の反射率を算定しているため、当該特定箇所の散乱成分をも測定することができ、パターン依存性を抑制して基板の反射率を正確に測定することができる。
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。 熱処理部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。 反射率測定部の構成を示す図である。 第１実施形態の反射率測定領域を模式的に示す図である。 第２実施形態の反射率測定部の構成を示す図である。 第３実施形態の反射率測定部の構成を示す図である。
　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。
　　＜第１実施形態＞
　まず、本発明に係る熱処理装置１００の全体概略構成について説明する。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は基板として円板形状の半導体ウェハー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。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。熱処理装置１００に搬入される前の半導体ウェハーＷには不純物が注入されており、熱処理装置１００による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行される。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。また、図１～図３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を外部から装置内に搬入するとともに処理済みの半導体ウェハー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２３０、加熱処理後の半導体ウェハーＷの冷却を行う２つの冷却部１３０，１４０、半導体ウェハーＷにフラッシュ加熱処理を施す熱処理部１６０並びに冷却部１３０，１４０および熱処理部１６０に対して半導体ウェハーＷの受け渡し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Ｃ（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Ｃ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Ｃ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Ｃは無人搬送車（ＡＧＶ、ＯＨＴ）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Ｃは無人搬送車によってロードポート１１０から持ち去られる。
　また、ロードポート１１０においては、受渡ロボット１２０がキャリアＣに対して任意の半導体ウェハーＷの出し入れを行うことができるように、キャリアＣ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Ｃ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、図１の矢印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Ｃ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２３０および２つの冷却部１３０，１４０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Ｃ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Ｃ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２３０または冷却部１３０，１４０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２３０は、Ｙ軸方向に沿ったインデクサ部１０１の側方に接続されて設けられている。アライメント部２３０は、半導体ウェハーＷを水平面内で回転させてフラッシュ加熱に適切な向きに向ける処理部である。アライメント部２３０は、アルミニウム合金製の筐体であるアライメントチャンバー２３１の内部に、半導体ウェハーＷを水平姿勢に支持して回転させる機構（図１０の回転支持部２３７、回転モータ２３８）、および、半導体ウェハーＷの周縁部に形成されたノッチやオリフラ等を光学的に検出する機構などを設けて構成される。また、アライメントチャンバー２３１には、その内部にて支持されている半導体ウェハーＷの表面の反射率を測定する反射率測定部２３２が設けられている。反射率測定部２３２は、半導体ウェハーＷの表面に光を照射するとともに、当該表面にて反射された反射光を受光し、その反射光の強度から半導体ウェハーＷの表面の反射率を測定する。なお、反射率測定部２３２の構成についてはさらに後述する。
　アライメント部２３０への半導体ウェハーＷの受け渡しは受渡ロボット１２０によって行われる。受渡ロボット１２０からアライメントチャンバー２３１へはウ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２３０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半導体ウェハーＷを回転させ、ノッチ等を光学的に検出することによって半導体ウェハーＷの向きを調整する。また、反射率測定部２３２が半導体ウェハーＷの表面の反射率を測定する。向き調整の終了した半導体ウェハーＷは受渡ロボット１２０によってアライメントチャンバー２３１から取り出される。
　搬送ロボット１５０による半導体ウェハーＷの搬送空間として搬送ロボット１５０を収容する搬送チャンバー１７０が設けられている。その搬送チャンバー１７０の三方に熱処理部１６０の処理チャンバー６、冷却部１３０の第１クールチャンバー１３１および冷却部１４０の第２クールチャンバー１４１が連通接続されている。
　熱処理装置１００の主要部である熱処理部１６０は、予備加熱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基板処理部である。
　２つの冷却部１３０，１４０は、概ね同様の構成を備える。冷却部１３０，１４０はそれぞれ、アルミニウム合金製の筐体である第１クールチャンバー１３１，第２クールチャンバー１４１の内部に、金属製の冷却プレートと、その上面に載置された石英板を備える（いずれも図示省略）。当該冷却プレートは、ペルチェ素子または恒温水循環によって常温（約２３℃）に温調されている。熱処理部１６０にてフラッシュ加熱処理が施された半導体ウェハーＷは、第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１に搬入されて当該石英板に載置されて冷却される。
　第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１はともに、インデクサ部１０１と搬送チャンバー１７０との間にて、それらの双方に接続されている。第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１には、半導体ウェハーＷを搬入出するための２つの開口が形設されている。第１クールチャンバー１３１の２つの開口のうちインデクサ部１０１に接続される開口はゲートバルブ１８１によって開閉可能とされている。一方、第１クールチャンバー１３１の搬送チャンバー１７０に接続される開口はゲートバルブ１８３によって開閉可能とされている。すなわち、第１クールチャンバー１３１とインデクサ部１０１とはゲートバルブ１８１を介して接続され、第１クールチャンバー１３１と搬送チャンバー１７０とはゲートバルブ１８３を介して接続されている。
　インデクサ部１０１と第１クールチャンバー１３１との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う際には、ゲートバルブ１８１が開放される。また、第１クールチャンバー１３１と搬送チャンバー１７０との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う際には、ゲートバルブ１８３が開放される。ゲートバルブ１８１およびゲートバルブ１８３が閉鎖されているときには、第１クールチャンバー１３１の内部が密閉空間となる。
　また、第２クールチャンバー１４１の２つの開口のうちインデクサ部１０１に接続される開口はゲートバルブ１８２によって開閉可能とされている。一方、第２クールチャンバー１４１の搬送チャンバー１７０に接続される開口はゲートバルブ１８４によって開閉可能とされている。すなわち、第２クールチャンバー１４１とインデクサ部１０１とはゲートバルブ１８２を介して接続され、第２クールチャンバー１４１と搬送チャンバー１７０とはゲートバルブ１８４を介して接続されている。
　インデクサ部１０１と第２クールチャンバー１４１との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う際には、ゲートバルブ１８２が開放される。また、第２クールチャンバー１４１と搬送チャンバー１７０との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う際には、ゲートバルブ１８４が開放される。ゲートバルブ１８２およびゲートバルブ１８４が閉鎖されているときには、第２クールチャンバー１４１の内部が密閉空間となる。
　さらに、冷却部１３０，１４０はそれぞれ、第１クールチャンバー１３１，第２クールチャンバー１４１に清浄な窒素ガスを供給するガス供給機構とチャンバー内の雰囲気を排気する排気機構とを備える。これらのガス供給機構および排気機構は、流量を２段階に切り換え可能とされていても良い。
　搬送チャンバー１７０に設けられた搬送ロボット１５０は、鉛直方向に沿った軸を中心に矢印１５０Ｒにて示すように旋回可能とされる。搬送ロボット１５０は、複数のアームセグメントからなる２つのリンク機構を有し、それら２つのリンク機構の先端にはそれぞれ半導体ウェハーＷを保持する搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂが設けられている。これらの搬送ハンド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つの搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂを昇降移動させる。
　搬送ロボット１５０が第１クールチャンバー１３１、第２クールチャンバー１４１または熱処理部１６０の処理チャンバー６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、両搬送ハンド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ハンド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、搬送ハンド１５１ａ（１５１ｂ）を水平方向に直線的にスライド移動させて受け渡し相手と半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。
　搬送ロボット１５０と受渡ロボット１２０との半導体ウェハーＷの受け渡しは冷却部１３０，１４０を介して行うことができる。すなわち、冷却部１３０の第１クールチャンバー１３１および冷却部１４０の第２クールチャンバー１４１は、搬送ロボット１５０と受渡ロボット１２０との間で半導体ウェハーＷを受け渡すためのパスとしても機能するものである。具体的には、搬送ロボット１５０または受渡ロボット１２０のうちの一方が第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１に渡した半導体ウェハーＷを他方が受け取ることによって半導体ウェハーＷの受け渡しが行われる。
　上述したように、第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１とインデクサ部１０１との間にはそれぞれゲートバルブ１８１，１８２が設けられている。また、搬送チャンバー１７０と第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１との間にはそれぞれゲートバルブ１８３，１８４が設けられている。さらに、搬送チャンバー１７０と熱処理部１６０の処理チャンバー６との間にはゲートバルブ１８５が設けられている。熱処理装置１００内にて半導体ウェハーＷが搬送される際には、適宜これらのゲートバルブが開閉される。
　また、搬送チャンバー１７０の内部には酸素濃度計１５５が設けられている（図２）。酸素濃度計１５５は、搬送チャンバー１７０内の酸素濃度を測定する。さらに、搬送チャンバー１７０およびアライメントチャンバー２３１にもガス供給部から窒素ガスが供給されるとともに、それらの内部の雰囲気が排気部によって排気される（いずれも図示省略）。
　次に、熱処理部１６０の構成について説明する。図３は、熱処理部１６０の構成を示す縦断面図である。熱処理部１６０は、半導体ウェハーＷを収容して加熱処理を行う処理チャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するフラッシュランプハウス５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲンランプハウス４と、を備える。処理チャンバー６の上側にフラッシュランプハウス５が設けられるとともに、下側にハロゲンランプハウス４が設けられている。また、熱処理部１６０は、処理チャンバー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と搬送ロボット１５０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。
　処理チャンバー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。処理チャンバー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、フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を処理チャンバー６内に透過する石英窓として機能する。また、処理チャンバー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、ハロゲンランプＨＬからの光を処理チャンバー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。処理チャンバー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、処理チャンバー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、処理チャンバー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、処理チャンバー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を閉鎖すると処理チャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。
　また、処理チャンバー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は処理チャンバー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、窒素（Ｎ２）等の不活性ガス、または、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）等の反応性ガスを用いることができる（本実施形態では窒素）。
　一方、処理チャンバー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は処理チャンバー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は排気機構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、処理チャンバー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および排気機構１９０は、熱処理装置１００に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置１００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を介して排気機構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を介して処理チャンバー６内の気体が排気される。
　図４は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプタ７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２およびサセプタ７４はいずれも石英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、処理チャンバー６の壁面に支持されることとなる（図３参照）。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５は、サセプタ７４の平面図である。また、図６は、サセプタ７４の断面図である。サセプタ７４は、保持プレート７５、ガイドリング７６および複数の基板支持ピン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４に戻り、基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプタ７４の保持プレート７５の周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプタ７４と基台リング７１とは連結部７２によって固定的に連結されている。このような保持部７の基台リング７１が処理チャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７が処理チャンバー６に装着される。保持部７が処理チャンバー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。
　処理チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷは、処理チャンバー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４および図５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（図３参照）がサセプタ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を介してサセプタ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光を受光し、別置のディテクタによってその半導体ウェハーＷの温度が測定される。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７は、移載機構１０の平面図である。また、図８は、移載機構１０の側面図である。移載機構１０は、２本の移載アーム１１を備える。移載アーム１１は、概ね円環状の凹部６２に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム１１には２本のリフトピン１２が立設されている。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７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７の二点鎖線位置）との間で水平移動させる。水平移動機構１３としては、個別のモータによって各移載アーム１１をそれぞれ回動させるものであっても良いし、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４，５参照）を通過し、リフトピン１２の上端がサセプタ７４の上面から突き出る。一方、昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置に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処理チャンバー６の外部に排出されるように構成されている。
　図３に戻り、処理チャンバー６の上方に設けられたフラッシュランプハウス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、フラッシュランプハウス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。フラッシュランプハウス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の石英窓である。フラッシュランプハウス５が処理チャンバー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は処理チャンバー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。
　処理チャンバー６の下方に設けられたハロゲンランプハウス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。複数のハロゲンランプＨＬは処理チャンバー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への光照射を行う。
　図９は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。本実施形態では、上下２段に各２０本ずつのハロゲンランプＨＬが配設されている。各ハロゲンランプＨＬは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに２０本のハロゲンランプＨＬは、それぞれの長手方向が保持部７に保持される半導体ウェハー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９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、ハロゲンランプＨＬ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、上段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向と下段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向とが直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。
　ハロゲンランプＨＬは、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素（ヨウ素、臭素等）を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプＨＬは、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特性を有する。すなわち、ハロゲンランプＨＬは少なくとも１秒以上連続して発光する連続点灯ランプである。また、ハロゲンランプＨＬは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプＨＬを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーＷへの放射効率が優れたものとなる。
　また、ハロゲンランプハウス４の筐体４１内にも、２段のハロゲンランプＨＬの下側にリフレクタ４３が設けられている（図３）。リフレクタ４３は、複数のハロゲンランプＨＬから出射された光を熱処理空間６５の側に反射する。
　図１０は、アライメント部２３０に設けられた反射率測定部２３２の構成を示す図である。反射率測定部２３２は、投光部３００、受光部２３５、ハーフミラー２３６および反射率算定部３１を備える。アライメント部２３０のアライメントチャンバー２３１内には、半導体ウェハーＷを支持して回転させる回転支持部２３７と当該回転支持部２３７を回転駆動する回転モータ２３８とが設けられている。半導体ウェハーＷを支持する回転支持部２３７を回転モータ２３８が回転させることによって、当該半導体ウェハーＷの向きを調整する。
　投光部３００は、ハロゲン光源やＬＥＤ光源等の光源を備えて反射率測定用の光を出射する。受光部２３５は受光した光の強度を電気信号に変換する受光素子を備える。投光部３００から出射された光はハーフミラー２３６によって反射されて回転支持部２３７に支持された半導体ウェハーＷの上面に垂直に照射される。第１実施形態においては、投光部３００から出射された光は回転支持部２３７によって回転される半導体ウェハーＷの回転中心以外の部位に照射される。投光部３００から照射された光は半導体ウェハーＷの上面にて反射される。その反射光はハーフミラー２３６を透過して受光部２３５によって受光される。反射率算定部３１は、投光部３００が照射した光の強度と受光部２３５が受光した反射光の強度とから半導体ウェハーＷの反射率を算定する。
　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。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１００における処理が進行する。反射率算定部３１は、制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって実現される機能処理部である。なお、図１においては、インデクサ部１０１内に制御部３を示しているが、これに限定されるものではなく、制御部３は熱処理装置１００内の任意の位置に配置することができる。
　上記の構成以外にも熱処理部１６０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ランプハウス４、フラッシュランプハウス５および処理チャンバー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、処理チャンバー６の壁体には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ハロゲンランプハウス４およびフラッシュランプハウス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、フラッシュランプハウス５および上側チャンバー窓６３を冷却する。
　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。処理対象となる半導体ウェハーＷはパターン形成がなされイオン注入法により不純物（イオン）が添加された半導体基板である。その不純物の活性化が熱処理装置１００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における大まかな半導体ウェハーＷの搬送手順について説明した後、熱処理部１６０における半導体ウェハーＷの加熱処理について説明する。
　まず、パターン形成がなされて不純物が注入された未処理の半導体ウェハーＷがキャリアＣ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Ｃから未処理の半導体ウェハーＷを１枚ずつ取り出し、アライメント部２３０のアライメントチャンバー２３１に搬入する。アライメントチャンバー２３１では、回転支持部２３７に支持した半導体ウェハーＷをその中心部を回転中心として水平面内に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の向きを調整する。
　また、半導体ウェハーＷの向きを調整するとともに、反射率測定部２３２によって半導体ウェハーＷの表面の反射率を測定する。半導体ウェハーＷの表面とは、半導体ウェハーＷの主面のうちパターン形成がなされて不純物が注入された面である。反射率測定部２３２の投光部３００から出射された光はハーフミラー２３６によって反射されて半導体ウェハーＷの表面に入射角０°にて照射される。また、投光部３００から出射された反射率測定用の光は、回転支持部２３７によって支持されて回転されつつある半導体ウェハーＷの表面に照射される。さらに、投光部３００から出射された光は、半導体ウェハーＷの表面のうち回転中心以外の部位に照射される。投光部３００から照射された光は半導体ウェハーＷの表面にて反射され、その反射光はハーフミラー２３６を透過して受光部２３５によって受光される。反射率算定部３１は、受光部２３５が受光した半導体ウェハーＷからの反射光の強度を投光部３００が照射した光の強度で除することによって半導体ウェハーＷの表面の反射率を算定する。
　図１１は、第１実施形態の反射率測定領域を模式的に示す図である。第１実施形態においては、回転する半導体ウェハーＷの表面の回転中心以外の部位に投光部３００から出射された光を照射しているため、半導体ウェハーＷの表面の円環状の領域３０１に反射率測定用の光が照射されることとなる。従って、半導体ウェハーＷの表面に種々のパターンが形成されていたとしても、半導体ウェハーＷの表面の複数箇所からなる円環状の領域３０１に反射率測定用の光を照射して当該円環状の領域３０１の反射率を測定することとなるため、パターン依存性を抑制して半導体ウェハーＷの反射率を正確に測定することができる。
　次に、インデクサ部１０１の受渡ロボット１２０がアライメントチャンバー２３１から向きの調整された半導体ウェハーＷを取り出し、冷却部１３０の第１クールチャンバー１３１または冷却部１４０の第２クールチャンバー１４１に搬入する。第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１に搬入された未処理の半導体ウェハーＷは搬送ロボット１５０によって搬送チャンバー１７０に搬出される。未処理の半導体ウェハーＷがインデクサ部１０１から第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１を経て搬送チャンバー１７０に移送される際には、第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１は半導体ウェハーＷの受け渡しのためのパスとして機能するのである。
　半導体ウェハーＷを取り出した搬送ロボット１５０は熱処理部１６０を向くように旋回する。続いて、ゲートバルブ１８５が処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０との間を開放し、搬送ロボット１５０が未処理の半導体ウェハーＷを処理チャンバー６に搬入する。このときに、先行する加熱処理済みの半導体ウェハーＷが処理チャンバー６に存在している場合には、搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂの一方によって加熱処理後の半導体ウェハーＷを取り出してから未処理の半導体ウェハーＷを処理チャンバー６に搬入してウェハー入れ替えを行う。その後、ゲートバルブ１８５が処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０との間を閉鎖する。
　処理チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷには、ハロゲンランプＨＬによって予備加熱が行われた後、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によってフラッシュ加熱処理が行われる。このフラッシュ加熱処理により不純物の活性化が行われる。
　フラッシュ加熱処理が終了した後、ゲートバルブ１８５が処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０との間を再び開放し、搬送ロボット１５０が処理チャンバー６からフラッシュ加熱処理後の半導体ウェハーＷを搬送チャンバー１７０に搬出する。半導体ウェハーＷを取り出した搬送ロボット１５０は、処理チャンバー６から第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１に向くように旋回する。また、ゲートバルブ１８５が処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０との間を閉鎖する。
　その後、搬送ロボット１５０が加熱処理後の半導体ウェハーＷを冷却部１３０の第１クールチャンバー１３１または冷却部１４０の第２クールチャンバー１４１に搬入する。第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１では、フラッシュ加熱処理後の半導体ウェハーＷの冷却処理が行われる。熱処理部１６０の処理チャンバー６から搬出された時点での半導体ウェハーＷ全体の温度は比較的高温であるため、これを第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１にて常温近傍にまで冷却するのである。所定の冷却処理時間が経過した後、受渡ロボット１２０が冷却後の半導体ウェハーＷを第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１から搬出し、キャリアＣへと返却する。キャリアＣに所定枚数の処理済み半導体ウェハーＷが収容されると、そのキャリアＣはインデクサ部１０１のロードポート１１０から搬出される。
　熱処理部１６０におけるフラッシュ加熱処理について説明を続ける。処理チャンバー６への半導体ウェハーＷの搬入に先立って、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８９，１９２が開放されて処理チャンバー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から処理チャンバー６内の気体が排気される。これにより、処理チャンバー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からも処理チャンバー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、搬送ロボット１５０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が処理チャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される。搬送ロボット１５０は、未処理の半導体ウェハーＷを保持する搬送ハンド１５１ａ（または搬送ハンド１５１ｂ）を保持部７の直上位置まで進出させて停止させる。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。
　未処理の半導体ウェハーＷがリフトピン１２に載置された後、搬送ロボット１５０が搬送ハンド１５１ａを熱処理空間６５から退出させ、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、パターン形成がなされて不純物が注入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、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の下面から照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって半導体ウェハー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による予備加熱を行うときには、半導体ウェハーＷの温度が放射温度計２０によって測定されている。すなわち、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から開口部７８を介して放射された赤外光を放射温度計２０が受光して昇温中のウェハー温度を測定する。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。予備加熱温度Ｔ１は、半導体ウェハーＷに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、６００℃ないし８００℃程度とされる（本実施の形態では７００℃）。
　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。
　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、ハロゲンランプハウス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点にてフラッシュランプＦＬが半導体ウェハー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処理チャンバー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処理チャンバー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、半導体ウェハーＷに注入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。このように、半導体ウェハーＷの表面温度を極めて短時間で昇降することができるため、半導体ウェハーＷに注入された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、不純物の活性化に必要な時間はその熱拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であっても活性化は完了する。
　また、フラッシュ光照射時には、反射率算定部３１によって算定された半導体ウェハーＷの表面の反射率に基づいてフラッシュランプＦＬの発光強度を補正する。パターン形成も不純物注入もなされていないシリコンの半導体ウェハー（ベアウェハー）にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射したときに当該ベアウェハーの表面が到達する温度については予め調査されて既知とされている。また、ベアウェハーの表面の反射率についても既知である。そして、ベアウェハーの表面反射率と反射率算定部３１によって算定された半導体ウェハーＷの表面反射率との比に基づいて、半導体ウェハーＷの表面温度が処理温度Ｔ２に到達するように、フラッシュランプＦＬのコンデンサーへの充電電圧を調整する。これにより、パターンや膜が形成された処理対象の半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射したときに、当該半導体ウェハーＷの表面を正確に処理温度Ｔ２に昇温することができる。
　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上に載置された処理後の半導体ウェハーＷが搬送ロボット１５０の搬送ハンド１５１ｂ（または搬送ハンド１５１ａ）により搬出される。搬送ロボット１５０は、搬送ハンド１５１ｂをリフトピン１２によって突き上げられた半導体ウェハーＷの直下位置にまで進出させて停止させる。そして、一対の移載アーム１１が下降することにより、フラッシュ加熱後の半導体ウェハーＷが搬送ハンド１５１ｂに渡されて載置される。その後、搬送ロボット１５０が搬送ハンド１５１ｂを処理チャンバー６から退出させて処理後の半導体ウェハーＷを搬出する。
　第１実施形態においては、回転する半導体ウェハーＷの表面に反射率測定用の光を照射して当該表面の円環状の領域３０１の反射率を測定している。従って、半導体ウェハーＷの表面に種々のパターンが形成されていたとしても、当該表面の複数箇所からなる円環状の領域３０１の反射率を測定することとなるため、パターン依存性を抑制して半導体ウェハーＷの反射率を正確に測定することができる。その結果、パターン依存性を抑制して測定した半導体ウェハーＷの反射率に基づいてフラッシュランプＦＬの発光強度を正確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１００の全体構成は第１実施形態と概ね同じである。また、第２実施形態の熱処理装置１００における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と概ね同様である。反射率測定に際して、第１実施形態では半導体ウェハーＷを回転させて円環状の領域３０１の反射率を測定していたのに対して、第２実施形態では複数の受光部を設けて半導体ウェハーＷの複数箇所の反射率を測定するようにしている。
　図１２は、第２実施形態の反射率測定部２３２の構成を示す図である。図１２において、第１実施形態と同一の要素については同一の符合を付している。第２実施形態の反射率測定部２３２は、設置位置が異なる３つの受光部２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃを備えている。投光部３００から出射された反射率測定用の光はハーフミラー２３６によって反射されて回転支持部２３７に支持された半導体ウェハーＷの表面に照射される。第２実施形態では、１つの投光部３００から照射されて半導体ウェハーＷの表面で正反射された光が３つの受光部２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃによって受光される。従って、３つの受光部２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃが受光する反射光のウェハー表面における反射位置は相互に異なる。すなわち、１つの投光部３００から照射された反射率測定用の光が半導体ウェハーＷの表面の異なる３箇所で反射された反射光を３つの受光部２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃによって受光する。反射率算定部３１は、投光部３００が照射した光の強度と３つの受光部２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃのそれぞれが受光した反射光の強度とから３箇所の反射位置それぞれにおける反射率を算定する。そして、反射率算定部３１は、ウェハー表面の３箇所の反射率の平均値である平均反射率を半導体ウェハーＷの反射率として算定する。
　反射率測定を除く第２実施形態の残余の点は第１実施形態と同様である。第２実施形態においては、半導体ウェハーＷの表面の複数箇所にて反射された反射光の強度から当該複数箇所の反射率を算定し、それらの平均値を半導体ウェハーＷの反射率として算定している。従って、半導体ウェハーＷの表面に種々のパターンが形成されていたとしても、当該表面の複数箇所の反射率を測定しているため、パターン依存性を抑制して半導体ウェハーＷの反射率を正確に測定することができる。
　　＜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１００の全体構成は第１実施形態と概ね同じである。また、第３実施形態の熱処理装置１００における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と概ね同様である。第１，２実施形態では半導体ウェハーＷの複数箇所の反射率を測定していたが、第３実施形態では半導体ウェハーＷの特定箇所の散乱成分を測定している。
　図１３は、第３実施形態の反射率測定部２３２の構成を示す図である。図１３において、第１，２実施形態と同一の要素については同一の符合を付している。第３実施形態の反射率測定部２３２の構成自体は第２実施形態と類似しており、設置位置が異なる３つの受光部２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃを備えている。投光部３００から出射された反射率測定用の光はハーフミラー２３６によって反射されて回転支持部２３７に支持された半導体ウェハーＷの表面に照射される。第３実施形態では、１つの投光部３００から照射されて半導体ウェハーＷの表面の１つの特定箇所で反射された光が３つの受光部２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃによって受光される。すなわち、３つの受光部２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃが受光する反射光のウェハー表面における反射位置は共通である。第３実施形態では、図１３に示すように、マクロな視点では投光部３００から照射された反射率測定用の光が半導体ウェハーＷの表面で正反射されずに上記特定箇所で散乱されているのである。このような現象は、例えば半導体ウェハーＷの表面に立体的なパターンが形成されている場合に生じる。なお、かかる散乱現象は立体的なパターン等が形成されている全ての箇所で生じうるため、半導体ウェハーＷの特定箇所とは、ウェハー表面上の固定の箇所という意味ではなく任意のいずれかの一箇所である。
　第３実施形態においては、１つの投光部３００から照射された反射率測定用の光が半導体ウェハーＷの表面の特定箇所にて異なる角度にて反射された反射光を３つの受光部２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃによって受光する。反射率算定部３１は、投光部３００が照射した光の強度と３つの受光部２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃのそれぞれが受光した反射光の強度とから上記特定箇所の反射率に加えて散乱成分をも測定する。
　反射率測定を除く第３実施形態の残余の点は第１実施形態と同様である。第３実施形態においては、半導体ウェハーＷの表面の特定箇所にて異なる角度で反射された複数の反射光の強度から当該特定箇所の反射率に加えて散乱成分をも測定している。従って、半導体ウェハーＷの表面に立体的なパターンが形成されていたとしても、当該表面の特定箇所の散乱成分も測定しているため、パターン依存性を抑制して半導体ウェハーＷの反射率を正確に測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、第１実施形態において、半導体ウェハーＷの回転中心からの距離が異なる複数の部位に反射率測定用の光を照射する複数の投光部３００を設け、径が異なる複数の円環状の領域の反射率を測定するようにしても良い。それら径が異なる複数の円環状の領域の反射率の平均値を算定すれば、よりパターン依存性を抑制して半導体ウェハーＷの反射率を正確に測定することができる。
　また、第１実施形態においては円環状の領域３０１の反射率を測定していたが、これに限定されるものではなく、半導体ウェハーＷの回転角度を３６０°未満として円弧状の領域の反射率を測定するようにしても良い。このようにしても、半導体ウェハーＷの表面の複数箇所からなる円弧状の領域の反射率を測定することなるため、パターン依存性を抑制して半導体ウェハーＷの反射率を正確に測定することができる。
　また、第１実施形態においては固定された投光部３００に対して半導体ウェハーＷを回転させていたが、これとは逆に静止状態または回転される半導体ウェハーＷに対して反射率測定用の光を走査させるようにしても良い。さらには、投光部３００に対して半導体ウェハーＷを例えば直線移動させるようにしても良い。すなわち、投光部３００から出射される反射率測定用の光に対して半導体ウェハーＷを相対的に移動させるようにすれば良い。
　また、第２実施形態においては、半導体ウェハーＷの複数箇所の反射率の平均値を算定していたが、必ずしも平均値を算定する必要はない。平均値を求めない場合、測定された複数箇所の反射率に基づいて、フラッシュランプＦＬから上記複数箇所のそれぞれに照射する光の強度を調整するようにしても良い。例えば、半導体ウェハーＷの周縁部の反射率に基づいて、複数のフラッシュランプＦＬの配列のうち端部に配置されたフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの周縁部に照射する光の強度を調整するようにすれば良い。このようにすれば、測定した半導体ウェハーＷの反射率に基づいて、半導体ウェハーＷの面内温度分布がより均一となるようにフラッシュランプＦＬの発光強度を調整することができる。
　また、第２実施形態において、３つの受光部２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃが受光した反射光を光ファイバーによって合成した合成反射光の強度から３箇所の平均反射率を算定するようにしても良い。
　また、第２，３実施形態において、受光部の個数は３つに限定されるものはなく、２つ以上であれば良い。
　また、上記実施形態においては、フラッシュランプハウス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、ハロゲンランプハウス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。或いは、半導体ウェハーＷを保持するサセプタをホットプレート上に載置し、そのホットプレートからの熱伝導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。
　また、熱処理装置１００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。また、本発明に係る技術は、高誘電率ゲート絶縁膜（High-k膜）の熱処理、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。
　３　制御部
　４　ハロゲンランプハウス
　５　フラッシュランプハウス
　６　処理チャンバー
　７　保持部
　１０　移載機構
　３１　反射率算定部
　６５　熱処理空間
　１００　熱処理装置
　１０１　インデクサ部
　１３０，１４０　冷却部
　１５０　搬送ロボット
　１６０　熱処理部
　２３０　アライメント部
　２３１　アライメントチャンバー
　２３２　反射率測定部
　２３５，２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃ　受光部
　３００　投光部
　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 (12)

  1. 　基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
    　前記基板に光を照射して前記基板を加熱する加熱用ランプと、
    　前記基板を支持して回転させる回転支持部と、
    　前記回転支持部によって回転される前記基板の回転中心以外の部位に反射率測定用の光を照射する投光部と、
    　前記投光部から照射された光が前記基板にて反射された反射光を受光する受光部と、
    　前記投光部が照射した光の強度と前記受光部が受光した反射光の強度とから前記基板の反射率を算定する反射率算定部と、
    を備える熱処理装置。
  2. 　請求項１記載の熱処理装置において、
    　前記基板の前記回転中心からの距離が異なる複数の部位に反射率測定用の光を照射する複数の投光部を備える熱処理装置。
  3. 　基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
    　前記基板に光を照射して前記基板を加熱する加熱用ランプと、
    　前記基板に反射率測定用の光を照射する投光部と、
    　前記投光部から照射された光が前記基板の複数箇所にて反射された反射光を受光する複数の受光部と、
    　前記投光部が照射した光の強度と前記複数の受光部が受光した反射光の強度とから前記基板の前記複数箇所の反射率を算定する反射率算定部と、
    を備える熱処理装置。
  4. 　請求項３記載の熱処理装置において、
    　前記反射率算定部は、前記複数箇所の反射率の平均値である平均反射率を算定する熱処理装置。
  5. 　請求項３記載の熱処理装置において、
    　前記反射率算定部によって算定された前記複数箇所の反射率に基づいて、前記加熱用ランプから前記複数箇所に照射する光の強度を調整する熱処理装置。
  6. 　基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
    　前記基板に光を照射して前記基板を加熱する加熱用ランプと、
    　前記基板に反射率測定用の光を照射する投光部と、
    　前記投光部から照射された光が前記基板の特定箇所にて反射された反射光を受光する複数の受光部と、
    　前記投光部が照射した光の強度と前記複数の受光部が受光した反射光の強度とから前記基板の前記特定箇所の反射率を算定する反射率算定部と、
    を備える熱処理装置。
  7. 　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、
    　加熱用ランプから前記基板に光を照射して前記基板を加熱する加熱工程と、
    　回転される前記基板の回転中心以外の部位に反射率測定用の光を照射する照射工程と、
    　前記照射工程にて照射された光が前記基板にて反射された反射光を受光する受光工程と、
    　前記照射工程にて照射された光の強度と前記受光工程にて受光した反射光の強度とから前記基板の反射率を算定する反射率算定工程と、
    を備える熱処理方法。
  8. 　請求項７記載の熱処理方法において、
    　前記照射工程では、前記基板の前記回転中心からの距離が異なる複数の部位に反射率測定用の光を照射する熱処理方法。
  9. 　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、
    　加熱用ランプから前記基板に光を照射して前記基板を加熱する加熱工程と、
    　前記基板に反射率測定用の光を照射する照射工程と、
    　前記照射工程にて照射された光が前記基板の複数箇所にて反射された反射光を複数の受光部によって受光する受光工程と、
    　前記照射工程にて照射された光の強度と前記受光工程にて前記複数の受光部が受光した反射光の強度とから前記基板の前記複数箇所の反射率を算定する反射率算定工程と、
    を備える熱処理方法。
  10. 　請求項９記載の熱処理方法において、
    　前記反射率算定工程では、前記複数箇所の反射率の平均値である平均反射率を算定する熱処理方法。
  11. 　請求項９記載の熱処理方法において、
    　前記反射率算定工程にて算定された前記複数箇所の反射率に基づいて、前記加熱工程にて前記加熱用ランプから前記複数箇所に照射する光の強度を調整する熱処理方法。
  12. 　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、
    　加熱用ランプから前記基板に光を照射して前記基板を加熱する加熱工程と、
    　前記基板に反射率測定用の光を照射する照射工程と、
    　前記照射工程にて照射された光が前記基板の特定箇所にて反射された反射光を複数の受光部によって受光する受光工程と、
    　前記照射工程にて照射された光の強度と前記受光工程にて前記複数の受光部が受光した反射光の強度とから前記基板の前記特定箇所の反射率を算定する反射率算定工程と、
    を備える熱処理方法。
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