WO2019181046A1 - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

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WO2019181046A1
WO2019181046A1 PCT/JP2018/039801 JP2018039801W WO2019181046A1 WO 2019181046 A1 WO2019181046 A1 WO 2019181046A1 JP 2018039801 W JP2018039801 W JP 2018039801W WO 2019181046 A1 WO2019181046 A1 WO 2019181046A1
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WO
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light
quartz window
intensity
heat treatment
chamber
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PCT/JP2018/039801
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Inventor
和彦 布施
仁秀 野崎
Original Assignee
株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • 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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    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation

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 “substrate”) such as a semiconductor wafer by irradiating light.
  • substrate a thin plate-shaped precision electronic substrate
  • Flash lamp annealing In the manufacturing process of semiconductor devices, flash lamp annealing (FLA) that heats a semiconductor wafer in an extremely short time is attracting attention.
  • Flash lamp annealing uses a xenon flash lamp (hereinafter referred to simply as a “flash lamp” to mean a xenon flash lamp) to irradiate the surface of the semiconductor wafer with flash light so that only the surface of the semiconductor wafer is exposed.
  • flash lamp a xenon flash lamp
  • Xenon flash lamp radiation spectral distribution is from the ultraviolet to the near infrared, shorter in wavelength than conventional halogen lamps, and almost coincides with the fundamental absorption band of silicon semiconductor wafers. Therefore, when the semiconductor wafer is irradiated with flash light from the xenon flash lamp, the semiconductor wafer can be rapidly heated with little transmitted light. Further, it has been found that if the flash light irradiation is performed for a very short time of several milliseconds or less, only the vicinity of the surface of the semiconductor wafer can be selectively heated.
  • Such flash lamp annealing is used for processing that requires heating for a very short time, for example, activation of impurities injected into a semiconductor wafer.
  • activation of impurities injected into a semiconductor wafer By irradiating flash light from a flash lamp onto the surface of a semiconductor wafer into which impurities have been implanted by ion implantation, the surface of the semiconductor wafer can be raised to an activation temperature for a very short time, and impurities can be diffused deeply. Only the impurity activation can be carried out without causing them.
  • Patent Document 1 discloses a flash lamp annealing apparatus that preheats a semiconductor wafer with a halogen lamp disposed below the chamber and then irradiates the surface of the semiconductor wafer with flash light from the flash lamp disposed above the chamber. Has been.
  • quartz chamber windows are provided above and below a chamber for housing a semiconductor wafer, and flash light is irradiated from the flash lamp through the upper chamber window. Light irradiation is performed through the lower chamber window.
  • a device pattern is formed and various films are formed on a semiconductor wafer to be processed by a flash lamp annealing apparatus.
  • a semiconductor wafer is heated in the chamber, a part of the film may be scattered by melting or burning to contaminate the chamber.
  • the melting point of films has been lowered, and chamber contamination during heat treatment has become a significant problem.
  • the upper and lower quartz windows are contaminated and the transmittance decreases, so that the intensity of light reaching the semiconductor wafer from the flash lamp and halogen lamp decreases.
  • the contamination of the quartz window accumulates as the number of processed semiconductor wafers increases. If the contamination of the quartz window progresses to some extent, the semiconductor wafer does not reach the target temperature due to a decrease in light intensity during the heat treatment, resulting in processing failure. . For this reason, when the contamination of the quartz window proceeds to a certain level or more, it is necessary to perform maintenance to clean the quartz window.
  • the contamination state of the quartz window is managed by visually confirming or monitoring the sheet resistance value after processing.
  • the visual confirmation needs to be performed with the flash lamp annealing apparatus stopped, there arises a problem that the downtime increases.
  • the sheet resistance value monitor confirms the contamination of the quartz window afterwards, a semiconductor wafer that is unnecessarily defective in processing may occur before the result becomes clear.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a heat treatment apparatus and a heat treatment method capable of confirming contamination of a quartz window in real time without stopping the apparatus.
  • a first aspect of the present invention is a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with light, a chamber for accommodating the substrate, and a holding for holding the substrate in the chamber.
  • a quartz window provided in the chamber, a light source that irradiates light to the substrate held by the holding unit through the quartz window, and a light that is emitted from the light source and transmitted through the quartz window
  • a light measurement unit that measures the intensity of the light, and a determination unit that determines whether the quartz window is contaminated based on the intensity of the light received by the light measurement unit when the light source is turned on.
  • the second aspect is the heat treatment apparatus according to the first aspect, wherein the light source is turned on when the quartz window is not contaminated and the intensity of the light received by the light measurement unit is set as a reference intensity, The determination unit determines whether the quartz window is contaminated based on a comparison between the measurement intensity acquired by the light measurement unit and the reference intensity.
  • the quartz window includes a first quartz window provided on one side of the chamber and a second quartz window provided on the other side.
  • the light source includes: a flash lamp that irradiates light onto the substrate held by the holding unit through the first quartz window; and a substrate held by the holding unit through the second quartz window.
  • a continuous lighting lamp that emits light, and the light measurement unit receives light emitted from the continuous lighting lamp and transmitted through the first quartz window and the second quartz window, and measures the intensity of the light. Then, the determination unit determines whether the first quartz window and the second quartz window are contaminated based on the intensity of light received by the light measurement unit when the continuous lighting lamp is turned on.
  • the fourth aspect further includes a light source monitoring unit that directly receives light emitted from the continuous lighting lamp and measures the intensity of the light in the heat treatment apparatus according to the third aspect.
  • the determination unit includes the first quartz window and the first quartz window based on a spectral intensity in a visible light region of light received by the light measurement unit. The presence or absence of contamination of the second quartz window is determined.
  • the quartz window includes a first quartz window provided on one side of the chamber and a second quartz window provided on the other side.
  • the light source includes: a flash lamp that irradiates light onto the substrate held by the holding unit through the first quartz window; and a substrate held by the holding unit through the second quartz window.
  • a continuous lighting lamp that irradiates light, and the light measuring unit is emitted from the flash lamp in a state where the substrate is held by the holding unit, and is transmitted through the first quartz window and reflected by the substrate.
  • the determination unit is configured to measure the intensity of the light, and the determination unit determines the intensity of the light received by the light measurement unit when the flash lamp is turned on while the substrate is held by the holding unit. The contamination of the first quartz window based on The judges.
  • the quartz window is provided from a light source to the substrate held by the holding unit in the chamber provided with the quartz window.
  • a light intensity measurement step in which a light measurement unit receives light emitted from the light source and transmitted through the quartz window and measures the intensity of the light, and the light intensity measurement step And a determination step of determining the presence or absence of contamination of the quartz window based on the light intensity measured in (1).
  • an eighth aspect is the heat treatment method according to the seventh aspect, wherein the light source is turned on when the quartz window is not contaminated and the intensity of light received by the light measurement unit is set as a reference intensity, In the determination step, the presence or absence of contamination of the quartz window is determined from a comparison between the light intensity measured in the light intensity measurement step and the reference intensity.
  • the quartz window includes a first quartz window provided on one side of the chamber and a second quartz window provided on the other side.
  • the light source includes: a flash lamp that irradiates light onto the substrate held by the holding unit through the first quartz window; and a substrate held by the holding unit through the second quartz window.
  • the light measuring unit receives light emitted from the continuous lighting lamp and transmitted through the first quartz window and the second quartz window. The light intensity is measured, and in the determination step, the presence or absence of contamination of the first quartz window and the second quartz window is determined based on the light intensity measured in the light intensity measurement step.
  • the tenth aspect further includes a light source monitoring step of directly receiving the light emitted from the continuous lighting lamp and measuring the intensity of the light in the heat treatment method according to the ninth aspect.
  • An eleventh aspect is the heat treatment method according to the ninth or tenth aspect, in the determination step, the first quartz window and the first quartz window based on a spectral intensity in a visible light region of light received by the light measurement unit. The presence or absence of contamination of the second quartz window is determined.
  • the quartz window includes a first quartz window provided on one side of the chamber and a second quartz window provided on the other side.
  • the light source includes: a flash lamp that irradiates light onto the substrate held by the holding unit through the first quartz window; and a substrate held by the holding unit through the second quartz window.
  • the light intensity measurement step the light is emitted from the flash lamp in a state where the substrate is held by the holding unit, and passes through the first quartz window and passes through the first quartz window.
  • the light measurement unit receives the reflected light and measures the intensity of the light.
  • contamination of the first quartz window is determined based on the light intensity measured in the light intensity measurement step. Determine presence or absence.
  • the contamination of the quartz window is visually confirmed. Therefore, it is possible to check the contamination of the quartz window in real time without stopping the apparatus.
  • the heat treatment apparatus further includes a light source monitoring unit that directly receives light emitted from the continuous lighting lamp and measures the intensity of the light. can do.
  • the flash measurement unit determines whether the first quartz window and the second quartz window are contaminated based on the spectral intensity in the visible light region of the light received by the light measurement unit. Contamination that hinders the light emitted from the lamp can be confirmed more accurately.
  • the contamination of the quartz window is visually confirmed because the presence or absence of contamination of the quartz window is determined based on the intensity of light emitted from the light source and transmitted through the quartz window. Therefore, it is possible to check the contamination of the quartz window in real time without stopping the apparatus.
  • the heat treatment method according to the tenth aspect further includes a light source monitoring step of directly receiving the light emitted from the continuous lighting lamp and measuring the intensity of the light. can do.
  • a flash is used to determine whether the first quartz window and the second quartz window are contaminated based on the spectral intensity in the visible light region of the light received by the light measurement unit. Contamination that hinders the light emitted from the lamp can be confirmed more accurately.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a heat treatment apparatus 1 according to the present invention.
  • a heat treatment apparatus 1 in FIG. 1 is a flash lamp annealing apparatus that heats a semiconductor wafer W by irradiating a disk-shaped semiconductor wafer W as a substrate with flash light irradiation.
  • the size of the semiconductor wafer W to be processed is not particularly limited, but is, for example, ⁇ 300 mm or ⁇ 450 mm ( ⁇ 300 mm in this embodiment). In FIG. 1 and the subsequent drawings, the size and number of each part are exaggerated or simplified as necessary for easy understanding.
  • the heat treatment apparatus 1 includes a chamber 6 that accommodates a semiconductor wafer W, a flash heating unit 5 that houses a plurality of flash lamps FL, and a halogen heating unit 4 that houses a plurality of halogen lamps HL.
  • a flash heating unit 5 is provided on the upper side of the chamber 6, and a halogen heating unit 4 is provided on the lower side.
  • the heat treatment apparatus 1 includes a holding unit 7 that holds the semiconductor wafer W in a horizontal posture inside the chamber 6, and a transfer mechanism 10 that transfers the semiconductor wafer W between the holding unit 7 and the outside of the apparatus, Is provided.
  • the heat treatment apparatus 1 includes a control unit 3 that controls the operation mechanisms provided in the halogen heating unit 4, the flash heating unit 5, and the chamber 6 to perform the heat treatment of the semiconductor wafer W.
  • the chamber 6 is configured by mounting quartz chamber windows on the upper and lower sides of the cylindrical chamber side portion 61.
  • the chamber side portion 61 has a substantially cylindrical shape with upper and lower openings, and an upper chamber window (first quartz window) 63 is attached to the upper opening to be closed, and a lower chamber window ( A second quartz window 64 is mounted and closed.
  • the upper chamber window 63 constituting the ceiling of the chamber 6 is a disk-shaped member made of quartz and functions as a quartz window that transmits the flash light emitted from the flash heating unit 5 into the chamber 6.
  • the lower chamber window 64 constituting the floor portion of the chamber 6 is also a disk-shaped member made of quartz and functions as a quartz window that transmits light from the halogen heating unit 4 into the chamber 6.
  • quartz window both the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 are included.
  • a reflection ring 68 is attached to the upper part of the inner wall surface of the chamber side part 61, and a reflection ring 69 is attached to the lower part.
  • the reflection rings 68 and 69 are both formed in an annular shape.
  • the upper reflecting ring 68 is attached by fitting from above the chamber side portion 61.
  • the lower reflection ring 69 is mounted by being fitted from the lower side of the chamber side portion 61 and fastened with a screw (not shown). That is, the reflection rings 68 and 69 are both detachably attached to the chamber side portion 61.
  • An inner space of the chamber 6, that is, a space surrounded by the upper chamber window 63, the lower chamber window 64, the chamber side portion 61, and the reflection rings 68 and 69 is defined as a heat treatment space 65.
  • the recesses 62 are formed on the inner wall surface of the chamber 6 by attaching the reflection rings 68 and 69 to the chamber side portion 61. That is, a recess 62 surrounded by a central portion of the inner wall surface of the chamber side portion 61 where the reflection rings 68 and 69 are not mounted, a lower end surface of the reflection ring 68, and an upper end surface of the reflection ring 69 is formed. .
  • the recess 62 is formed in an annular shape along the horizontal direction on the inner wall surface of the chamber 6, and surrounds the holding portion 7 that holds the semiconductor wafer W.
  • the chamber side portion 61 and the reflection rings 68 and 69 are formed of a metal material (for example, stainless steel) having excellent strength and heat resistance.
  • the chamber side portion 61 is formed with a transfer opening (furnace port) 66 for carrying the semiconductor wafer W into and out of the chamber 6.
  • the transfer opening 66 can be opened and closed by a gate valve 185.
  • the transport opening 66 is connected to 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 through the recess 62 from the transfer opening 66 and the semiconductor wafer W is carried out 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 chamber 6 becomes a sealed space.
  • a through hole 61a is formed in the chamber side portion 61.
  • a radiation thermometer 20 is attached to a portion of the outer wall surface of the chamber side portion 61 where the through hole 61a is provided.
  • the through hole 61 a is a cylindrical hole for guiding infrared light emitted from the lower surface of the semiconductor wafer W held by a susceptor 74 described later to the radiation thermometer 20.
  • the through hole 61 a is provided to be inclined with respect to the horizontal direction so that the axis in the through direction intersects the main surface of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74.
  • a transparent window 21 made of a barium fluoride material that transmits infrared light in a wavelength region that can be measured by the radiation thermometer 20 is attached to the end of the through hole 61a facing the heat treatment space 65.
  • a gas supply hole 81 for supplying a processing gas to the heat treatment space 65 is formed in the upper portion of the inner wall of the 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 connected to a gas supply pipe 83 through a buffer space 82 formed in an annular shape inside the side wall of the chamber 6.
  • the gas supply pipe 83 is connected to a processing gas supply source 85.
  • a valve 84 is inserted 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 processing 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 hole 81 and is supplied from the gas supply hole 81 into the heat treatment space 65.
  • an inert gas such as nitrogen (N 2 ), a reactive gas such as hydrogen (H 2 ) or ammonia (NH 3 ), or a mixed gas obtained by mixing them can be used. Nitrogen gas in the embodiment).
  • 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 chamber 6.
  • the gas exhaust hole 86 is formed at a position lower than the recess 62 and may be provided in the reflection ring 69.
  • the gas exhaust hole 86 is connected to a gas exhaust pipe 88 through a buffer space 87 formed in an annular shape inside the side wall of the chamber 6.
  • the gas exhaust pipe 88 is connected to the exhaust unit 190.
  • a valve 89 is inserted 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 discharged from the gas exhaust hole 86 to the gas exhaust pipe 88 through the buffer space 87.
  • a plurality of gas supply holes 81 and gas exhaust holes 86 may be provided along the circumferential direction of the chamber 6 or may be slit-shaped. Further, the processing gas supply source 85 and the exhaust unit 190 may be a mechanism provided in the heat treatment apparatus 1 or may be a utility of a factory where the heat treatment apparatus 1 is installed.
  • a gas exhaust pipe 191 for discharging the gas in the heat treatment space 65 is connected to the tip of the transfer opening 66.
  • the gas exhaust pipe 191 is connected to the exhaust unit 190 via a valve 192. By opening the valve 192, the gas in the chamber 6 is exhausted through the transfer opening 66.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the overall appearance of the holding unit 7.
  • the holding part 7 includes a base ring 71, a connecting part 72, and a susceptor 74.
  • the base ring 71, the connecting portion 72, and the susceptor 74 are all made of quartz. That is, the whole holding part 7 is made of quartz.
  • the base ring 71 is an arc-shaped quartz member in which a part is omitted from the annular shape. This missing portion is provided to prevent interference between a transfer arm 11 and a base ring 71 of the transfer mechanism 10 described later.
  • the base ring 71 is supported on the wall surface of the chamber 6 by being placed on the bottom surface of the recess 62 (see FIG. 1).
  • On the upper surface of the base ring 71 a plurality of connecting portions 72 (four in this embodiment) are erected along the annular circumferential direction.
  • the connecting portion 72 is also a quartz member, and is fixed to the base ring 71 by welding.
  • FIG. 3 is a plan view of the susceptor 74.
  • FIG. 4 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 plate 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 periphery of the upper surface 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 has a tapered surface that widens 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 with a separately processed pin or the like. Alternatively, the holding plate 75 and the guide ring 76 may be processed as an integral member.
  • the region inside the guide ring 76 on the upper surface of the holding plate 75 is a flat holding surface 75a 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.
  • a total of twelve substrate support pins 77 are erected every 30 ° along a circumference concentric with the outer circumference of the holding surface 75a (the inner circumference of the guide ring 76).
  • the diameter of the circle on which the 12 substrate support pins 77 are arranged is smaller than the diameter of the semiconductor wafer W.
  • Each substrate support pin 77 is made 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 holding unit 7 is attached to the chamber 6.
  • the holding plate 75 of the susceptor 74 is in a horizontal posture (a posture in which the normal line matches the vertical direction). That is, the holding surface 75a of the holding plate 75 is a horizontal plane.
  • the semiconductor wafer W carried into the chamber 6 is placed and held in a horizontal posture on the susceptor 74 of the holding unit 7 attached to the chamber 6.
  • the semiconductor wafer W is supported by twelve substrate support pins 77 erected on the holding plate 75 and held by the susceptor 74. More precisely, the upper ends of the twelve substrate support pins 77 are in contact with the lower surface of the semiconductor wafer W to support the semiconductor wafer W. Since the height of the 12 substrate support pins 77 (the distance from the upper end of the substrate support pin 77 to the holding surface 75a of the holding plate 75) is uniform, the semiconductor wafer W is placed in a horizontal posture by the 12 substrate support pins 77. Can be supported.
  • the semiconductor wafer W is supported by the plurality of substrate support pins 77 at a predetermined interval from the holding surface 75a of the holding plate 75.
  • the thickness of the guide ring 76 is greater than the height of the substrate support pins 77. Accordingly, the horizontal displacement of the semiconductor wafer W supported by the plurality of substrate support pins 77 is prevented by the guide ring 76.
  • the holding plate 75 of the susceptor 74 has an opening 78 penetrating vertically.
  • the opening 78 is provided for the radiation thermometer 20 to receive radiated light (infrared light) emitted from the lower surface of the semiconductor wafer W. That is, the radiation thermometer 20 receives light emitted from the lower surface of the semiconductor wafer W through the transparent window 21 attached to the opening 78 and the through-hole 61a of the chamber side portion 61, and determines the temperature of the semiconductor wafer W. taking measurement.
  • the holding plate 75 of the susceptor 74 is provided with four through holes 79 through which lift pins 12 of the transfer mechanism 10 to be described later penetrate for the delivery of the semiconductor wafer W.
  • FIG. 5 is a plan view of the transfer mechanism 10.
  • FIG. 6 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 that follows the generally annular recess 62.
  • Two lift pins 12 are erected on each transfer arm 11.
  • the transfer arm 11 and the lift pin 12 are made of quartz.
  • Each transfer arm 11 can be rotated by a horizontal movement mechanism 13.
  • the horizontal movement mechanism 13 includes a transfer operation position (a position indicated by a solid line in FIG. 5) for transferring the pair of transfer arms 11 to the holding unit 7 and the semiconductor wafer W held by the holding unit 7. It is moved horizontally between the retracted positions (two-dot chain line positions in FIG. 5) that do 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 a single motor using a link mechanism. It may be moved.
  • the pair of transfer arms 11 is moved up and down together with the horizontal moving mechanism 13 by the lifting mechanism 14.
  • the elevating mechanism 14 raises 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. 2 and 3) formed in the susceptor 74, and the lift pins The upper end of 12 protrudes from the upper surface of the susceptor 74.
  • the elevating mechanism 14 lowers the pair of transfer arms 11 at the transfer operation position, the lift pins 12 are extracted from the through holes 79, and the horizontal movement mechanism 13 moves the pair of transfer arms 11 so as to open each of them.
  • the transfer arm 11 moves to the retracted position.
  • the retracted position of the pair of transfer arms 11 is directly above the base ring 71 of the holding unit 7. Since the base ring 71 is placed on the bottom surface of the recess 62, the retracted position of the transfer arm 11 is inside the recess 62. Note that an exhaust mechanism (not shown) is also provided in the vicinity of the portion where the drive unit (the horizontal movement mechanism 13 and the lifting mechanism 14) of the transfer mechanism 10 is provided, and the atmosphere around the drive unit of the transfer mechanism 10 Is discharged to the outside of the chamber 6.
  • the flash heating unit 5 provided above the chamber 6 includes a light source including a plurality of (30 in the present embodiment) xenon flash lamps FL inside the housing 51, and an upper part of the light source. And a reflector 52 provided so as to cover.
  • a lamp light emission window 53 is mounted on the bottom of the casing 51 of the flash heating unit 5.
  • the lamp light emission window 53 constituting the floor of the flash heating unit 5 is a plate-like quartz window made of quartz.
  • Each of the plurality of flash lamps FL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape, and the longitudinal direction of each of the flash lamps FL is along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holding unit 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 region where the plurality of flash lamps FL are arranged is larger than the planar size of the semiconductor wafer W.
  • the xenon flash lamp FL includes a cylindrical glass tube (discharge tube) in which xenon gas is sealed and a positive electrode and a negative electrode connected to a capacitor at both ends thereof, and an outer peripheral surface of the glass tube. And an attached trigger electrode. Since xenon gas is an electrical insulator, electricity does not flow into the glass tube under normal conditions even if electric charges are accumulated in the capacitor. However, when the insulation is broken by applying a high voltage to the trigger electrode, the electricity stored in the capacitor flows instantaneously in the glass tube, and light is emitted by excitation of atoms or molecules of xenon at that time.
  • the electrostatic energy previously stored in the capacitor is converted into an extremely short light pulse of 0.1 to 100 milliseconds, so that the continuous lighting such as the halogen lamp HL is possible. It has the characteristic that it can irradiate extremely strong light compared with 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 1 second. The light emission time of the flash lamp FL can be adjusted by the coil constant of the lamp power source 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.
  • the basic function of the reflector 52 is to reflect the flash light emitted from the plurality of flash lamps FL toward the heat treatment space 65.
  • the reflector 52 is formed of an aluminum alloy plate, and the surface (the surface facing the flash lamp FL) is roughened by blasting.
  • the halogen heating unit 4 provided below the chamber 6 incorporates a plurality (40 in the present embodiment) of halogen lamps HL inside the housing 41.
  • the halogen heating unit 4 heats the semiconductor wafer W by irradiating the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 from below the chamber 6 through the lower chamber window 64 with a plurality of halogen lamps HL.
  • FIG. 7 is a plan view showing the arrangement of a plurality of halogen lamps HL.
  • Forty halogen lamps HL are arranged in two upper and lower stages. Twenty halogen lamps HL are arranged on the upper stage close to the holding unit 7, and twenty halogen lamps HL are arranged on the lower stage farther from the holding unit 7 than the upper stage.
  • Each halogen lamp HL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape.
  • the 20 halogen lamps HL in both the upper and lower stages are arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holding unit 7 (that is, along the horizontal direction). Yes. Therefore, the plane formed by the arrangement of the halogen lamps HL in both the upper stage and the lower stage is a horizontal plane.
  • the arrangement 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 stage and the lower stage. Yes. That is, in both the upper and lower stages, the arrangement pitch of the halogen lamps HL is shorter in the peripheral part than in the central part of the lamp array. For this reason, it is possible to irradiate a larger amount of light to the peripheral portion of the semiconductor wafer W where the temperature is likely to decrease during heating by light irradiation from the halogen heating unit 4.
  • the lamp group composed of the upper halogen lamp HL and the lamp group composed of the lower halogen lamp HL are arranged so as to intersect in a lattice pattern. That is, a total of 40 halogen lamps HL are arranged so that the longitudinal direction of the 20 halogen lamps HL arranged in the upper stage and the longitudinal direction of the 20 halogen lamps HL arranged in the lower stage are orthogonal to each other. Yes.
  • the halogen lamp HL is a filament-type light source that emits light by making the filament incandescent by energizing the filament disposed inside the glass tube. Inside the glass tube, a gas obtained by introducing a trace amount of a halogen element (iodine, bromine, etc.) into an inert gas such as nitrogen or argon is enclosed. By introducing a halogen element, it is possible to set the filament temperature to a high temperature while suppressing breakage of the filament. Therefore, the halogen lamp HL has a characteristic that it has a longer life than a normal incandescent bulb and can continuously radiate strong light. That is, the halogen lamp HL is a continuous lighting lamp that emits light continuously for at least one second. Further, since the halogen lamp HL is a rod-shaped lamp, it has a long life, and by arranging the halogen lamp HL along the horizontal direction, the radiation efficiency to the upper semiconductor wafer W becomes excellent.
  • a halogen element io
  • a reflector 43 is also provided in the housing 41 of the halogen heating unit 4 below the two-stage halogen lamp HL (FIG. 1). The reflector 43 reflects the light emitted from the plurality of halogen lamps HL toward the heat treatment space 65.
  • a spectrophotometer 91 is provided between the flash heating unit 5 and the upper chamber window 63 of the chamber 6.
  • the spectrophotometer 91 is a device that measures the intensity of each wavelength of the spectrum of received light.
  • the spectrophotometer 91 can measure the intensity (spectral intensity) of each wavelength at least in the visible light region (wavelength range of about 380 nm to about 810 nm).
  • the spectrophotometer 91 measures the spectral intensity of light transmitted from the heat treatment space 65 in the chamber 6 through the upper chamber window 63.
  • a spectrophotometer 92 is provided in the vicinity of the halogen heating unit 4.
  • the spectrophotometer 92 can measure the spectral intensity in at least the visible light region, like the spectrophotometer 91 described above.
  • the spectrophotometer 92 directly receives the light emitted from the halogen lamp HL of the halogen heating unit 4 and measures the spectral intensity of the light.
  • the control unit 3 controls the various operation mechanisms provided in the heat treatment apparatus 1.
  • the configuration of the control unit 3 as hardware 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 processes, a ROM that is a read-only memory that stores basic programs, 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 store.
  • the processing in the heat treatment apparatus 1 proceeds as the CPU of the control unit 3 executes a predetermined processing program.
  • the determination part 31 is provided in the control part 3 (FIG. 8).
  • the determination unit 31 is a function processing unit that is realized by the CPU of the control unit 3 executing a predetermined processing program. The processing content of the determination unit 31 will be further described later.
  • the heat treatment apparatus 1 prevents an excessive temperature rise in the halogen heating unit 4, the flash heating unit 5, and the chamber 6 due to thermal energy generated from the halogen lamp HL and the flash lamp FL during the heat treatment of the semiconductor wafer W. Therefore, various cooling structures are provided.
  • the wall of the chamber 6 is provided with a water-cooled tube (not shown).
  • the halogen heating unit 4 and the flash heating unit 5 have an air cooling structure in which a gas flow is formed inside to exhaust heat. Air is also supplied to the gap between the upper chamber window 63 and the lamp light emission window 53 to cool the flash heating unit 5 and the upper chamber window 63.
  • the semiconductor wafer W to be processed is a semiconductor substrate to which impurities (ions) are 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 1.
  • the processing procedure of the semiconductor wafer W described below proceeds by the control unit 3 controlling each operation mechanism of the heat treatment apparatus 1.
  • the air supply valve 84 is opened, and the exhaust valves 89 and 192 are opened to start the supply and exhaust of air into the chamber 6.
  • the valve 84 is opened, nitrogen gas is supplied from the gas supply hole 81 to the heat treatment space 65.
  • the valve 89 is opened, the gas in the 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 chamber 6 flows downward and is exhausted from the lower part of the heat treatment space 65.
  • valve 192 when the valve 192 is opened, the gas in the chamber 6 is exhausted from the transfer opening 66 as well. Further, the atmosphere around the drive unit of the transfer mechanism 10 is also exhausted by an exhaust mechanism (not shown). Note that nitrogen gas is continuously supplied to the heat treatment space 65 during the heat treatment of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1, and the supply amount is appropriately changed according to the treatment process.
  • the gate valve 185 is opened to open the transfer opening 66, and the semiconductor wafer W to be processed is transferred into the heat treatment space 65 in the chamber 6 through the transfer opening 66 by the transfer robot outside the apparatus.
  • the atmosphere outside the apparatus is involved with the carry-in of the semiconductor wafer W.
  • the nitrogen gas since the nitrogen gas is continuously supplied to the chamber 6, the nitrogen gas flows out from the transfer opening 66, and so on. It is possible to suppress the entrainment of a simple external atmosphere to a minimum.
  • the semiconductor wafer W carried in by the carrying robot advances to a position directly above the holding unit 7 and stops. Then, when the pair of transfer arms 11 of the transfer mechanism 10 moves horizontally from the retracted position to the transfer operation position and rises, the lift pin 12 protrudes from the upper surface of the holding plate 75 of the susceptor 74 through the through hole 79. The semiconductor wafer W is received. At this time, the lift pins 12 ascend above the upper ends of the substrate support pins 77.
  • the transfer robot leaves the heat treatment space 65 and the transfer opening 66 is closed by the gate valve 185.
  • the semiconductor wafer W is transferred from the transfer mechanism 10 to the susceptor 74 of the holding unit 7 and held from below in a horizontal posture.
  • 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 is formed and the impurities are implanted as the upper surface.
  • a predetermined gap 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 below the susceptor 74 is retracted to the retracted position, that is, inside the recess 62 by the horizontal movement mechanism 13.
  • the 40 halogen lamps HL of the halogen heating unit 4 are turned on all at once and preheated (assist heating). ) Is started.
  • the halogen light emitted from the halogen lamp HL passes through the lower chamber window 64 and the susceptor 74 made of quartz and is irradiated onto the lower surface of the semiconductor wafer W.
  • the semiconductor wafer W is preheated and the temperature rises.
  • the transfer arm 11 of the transfer mechanism 10 is retracted to the inside of the recess 62, there is no obstacle to 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 the infrared light radiated from the lower surface of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74 through the opening 78 through the transparent window 21, and measures the temperature of the wafer being heated. The measured temperature of the semiconductor wafer W is transmitted to the control unit 3.
  • the controller 3 controls the output of the halogen lamp HL while monitoring whether or not the temperature of the semiconductor wafer W that is heated by light irradiation 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 based on the measurement value by the radiation thermometer 20 so that the temperature of the semiconductor wafer W becomes the preheating temperature T1.
  • the preheating temperature T1 is set to about 200 ° C. to 800 ° C., preferably about 350 ° C. to 600 ° C. (in this embodiment, 600 ° C.) at which impurities added to the semiconductor wafer W are not likely to diffuse due to heat. .
  • the control unit 3 After the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the control unit 3 maintains the semiconductor wafer W at the preheating temperature T1 for a while. 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, so that the temperature of the semiconductor wafer W is almost preliminarily set. The heating temperature is maintained at T1.
  • the flash lamp FL of the flash heating unit 5 is irradiated with flash light on the surface of the semiconductor wafer W held by the susceptor 74 when a predetermined time elapses after the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1. At this time, a part of the flash light emitted from the flash lamp FL goes directly into the chamber 6, and the other part is once reflected by the reflector 52 and then goes into the chamber 6. Flash heating of the semiconductor wafer W is performed by irradiation.
  • the surface temperature of the semiconductor wafer W can be increased in a short time. That is, the flash light irradiated from the flash lamp FL is converted into a light pulse in which the electrostatic energy stored in the capacitor in advance is extremely short, and the irradiation time is extremely short, about 0.1 milliseconds to 100 milliseconds. It is a strong flash. Then, the surface temperature of the semiconductor wafer W that is flash-heated by flash light irradiation from the flash lamp FL instantaneously rises to a processing temperature T2 of 1000 ° C. or more, and the impurities injected into the semiconductor wafer W are activated.
  • a processing temperature T2 1000 ° C. or more
  • the surface temperature of the semiconductor wafer W can be raised and lowered in a very short time, so that the impurities are activated while suppressing diffusion of the impurities injected into the semiconductor wafer W due to heat. Can do. Since the time required for the activation of impurities is extremely short compared to the time required for the thermal diffusion, the activation is possible even in a short time in which diffusion of about 0.1 millisecond to 100 millisecond does not occur. Complete.
  • the halogen lamp HL is turned off after a predetermined time has elapsed. Thereby, the temperature of the semiconductor wafer W is rapidly lowered from the preheating temperature T1.
  • the temperature of the semiconductor wafer W during the temperature drop is measured by the radiation thermometer 20, and the measurement result is transmitted to the control unit 3.
  • the controller 3 monitors whether or not the temperature of the semiconductor wafer W has dropped to a predetermined temperature from the measurement result of the radiation thermometer 20. Then, after the temperature of the semiconductor wafer W is lowered to a predetermined temperature or lower, the pair of transfer arms 11 of the transfer mechanism 10 is again moved horizontally from the retracted position to the transfer operation position and lifted, whereby the lift pins 12 are moved to the susceptor.
  • the semiconductor wafer W protruding from the upper surface of 74 and subjected to the heat treatment is received from the susceptor 74. Subsequently, the transfer opening 66 closed by the gate valve 185 is opened, and the semiconductor wafer W placed on the lift pins 12 is unloaded by the transfer robot outside the apparatus, and the heat treatment of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1 is performed. Is completed.
  • Various films are often formed on the semiconductor wafer W to be processed by the heat treatment apparatus 1.
  • preheating and flash heating are performed in the chamber 6 on the semiconductor wafer W on which the film is formed, a part of the film is scattered in the heat treatment space 65 by melting or burning, and the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 may adhere.
  • the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 are contaminated.
  • the transmittance of the upper chamber window 63 decreases, and the intensity of the flash light irradiated from the flash lamp FL onto the semiconductor wafer W decreases.
  • the transmittance of the lower chamber window 64 is reduced, and the intensity of light irradiated from the halogen lamp HL to the semiconductor wafer W is reduced.
  • the contamination status of the upper chamber window 63 and the lower chamber window 64 is confirmed as follows.
  • the timing for confirming the contamination described below is appropriate, but for example, it may be performed between the processing of the semiconductor wafer W, or may be performed between different lot processing. It may be performed periodically once a day.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing the confirmation of contamination of the quartz window in the first embodiment.
  • the halogen lamp HL is turned on with a predetermined lamp power.
  • the light emitted from the halogen lamp HL passes through the lower chamber window 64 and the upper chamber window 63 of the quartz in order and is emitted to the upper side of the chamber 6.
  • a part of the light transmitted through the upper chamber window 63 is received by the spectrophotometer 91, and the spectral intensity of the light is measured.
  • the spectral intensity of the transmitted light measured by the spectrophotometer 91 is transmitted to the control unit 3.
  • the spectral intensity of light received by the spectrophotometer 91 when the halogen lamp HL is lit when the lower chamber window 64 and the upper chamber window 63 are not contaminated. Is stored in advance as a reference intensity.
  • Such measurement of the reference strength is preferably performed immediately after cleaning the lower chamber window 64 and the upper chamber window 63 during maintenance of the heat treatment apparatus 1, for example.
  • the halogen lamp HL is turned on, and the light emitted from the halogen lamp HL and transmitted through the lower chamber window 64 and the upper chamber window 63 is spectrally separated.
  • Light is received by the photometer 91 and the spectral intensity of the light is measured.
  • the acquired spectral intensity is stored in the storage unit of the control unit 3 as a reference intensity.
  • the determination unit 31 of the control unit 3 determines the presence or absence of contamination of the lower chamber window 64 and the upper chamber window 63 by comparing the spectral intensity of the transmitted light measured by the spectrophotometer 91 with the reference intensity.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the spectral intensity of the transmitted light measured by the spectrophotometer 91.
  • the dotted line indicates the reference intensity
  • the alternate long and short dash line indicates the spectral intensity of the transmitted light measured by the spectrophotometer 91 when the contamination is confirmed.
  • the determination unit 31 determines that the lower chamber window 64 And / or determine that the upper chamber window 63 is contaminated.
  • a display unit such as a touch panel of the control unit 3 is informed that maintenance is necessary. The When such a notification is made, it is preferable to perform maintenance of the heat treatment apparatus 1 immediately to clean the lower chamber window 64 and the upper chamber window 63.
  • the determination unit 31 determines that the lower chamber window 64 and the upper side It is determined that the chamber window 63 is not contaminated (more precisely, it is determined that the chamber window 63 is not contaminated to the extent that the processing is hindered). When the determination unit 31 determines that the lower chamber window 64 and the upper chamber window 63 are not contaminated, normal processing for the semiconductor wafer W is continued.
  • the halogen lamp HL is turned on during the processing of the semiconductor wafer W, and contamination of the lower chamber window 64 and the upper chamber window 63 is determined based on the intensity of transmitted light received by the spectrophotometer 91. Judgment is made. Therefore, it is not necessary to stop the heat treatment apparatus 1, and the contamination of the lower chamber window 64 and the upper chamber window 63 can be confirmed in real time.
  • the above-described technique is based on the premise that the reference intensity when the quartz window is not contaminated is always constant, but in actuality, the reference intensity itself fluctuates due to deterioration with time of the halogen lamp HL. That is, the intensity of the emitted light decreases due to the temporal deterioration of the halogen lamp HL, and the intensity of the transmitted light received by the spectrophotometer 91 also decreases. Then, there is a possibility that the determination unit 31 erroneously determines that there is contamination even though the quartz window is not contaminated.
  • the spectrophotometer 92 directly receives light emitted from the halogen lamp HL, measures the spectral intensity of the light, and monitors the temporal deterioration of the halogen lamp HL.
  • a solid line in FIG. 9 shows the spectral intensity of the direct light from the halogen lamp HL measured by the spectrophotometer 92.
  • the light received by the spectrophotometer 92 is not directly transmitted through the quartz window but is directly irradiated from the halogen lamp HL. Therefore, the contamination of the quartz window has no influence on the light intensity measured by the spectrophotometer 92. Then, the reference intensity is calibrated based on the intensity measured by the spectrophotometer 92.
  • the reference intensity reflects the temporal deterioration of the halogen lamp HL, and the contamination of the lower chamber window 64 and the upper chamber window 63 can be accurately confirmed by eliminating the influence of the temporal deterioration.
  • the configuration of the heat treatment apparatus 1 of the second embodiment is exactly the same as that of the first embodiment. Further, the processing procedure of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1 of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in a method for confirming contamination of a quartz window.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing the confirmation of contamination of the quartz window in the second embodiment.
  • the contamination of the quartz window is checked while the semiconductor wafer W is held by the holding unit 7 in the chamber 6.
  • the semiconductor wafer W used at this time is preferably a wafer (for example, a bare wafer) having a substantially mirror-finished surface on which no pattern or film is formed.
  • the flash lamp FL emits light while the semiconductor wafer W is held by the holding unit 7 in the chamber 6.
  • the light emitted from the flash lamp FL is transmitted through the upper chamber window 63 made of quartz and then reflected by the surface of the semiconductor wafer W, and is again transmitted through the upper chamber window 63 and emitted to the upper side of the chamber 6.
  • a part of the light transmitted through the upper chamber window 63 is received by the spectrophotometer 91, and the spectral intensity of the light is measured.
  • the spectral intensity of the transmitted light measured by the spectrophotometer 91 is transmitted to the control unit 3. Thereafter, as in the first embodiment, the determination unit 31 of the control unit 3 determines whether the upper chamber window 63 is contaminated by comparing the spectral intensity of the transmitted light measured by the spectrophotometer 91 with the reference intensity. judge.
  • the contamination of both the lower chamber window 64 and the upper chamber window 63 was confirmed, whereas in the second embodiment, the contamination of only the upper chamber window 63 was confirmed.
  • the technical significance of confirming the presence or absence of contamination of the upper chamber window 63 is greater than that of the lower chamber window 64 for the following reason.
  • the transmittance of the lower chamber window 64 is lowered, and the intensity of light irradiated to the semiconductor wafer W from the halogen lamp HL is lowered.
  • 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. . Therefore, even if the lower chamber window 64 is somewhat contaminated, the control unit 3 can heat the semiconductor wafer W to the predetermined preheating temperature T1 by increasing the output of the halogen lamp HL.
  • the light transmitted through only the upper chamber window 63 is received by the spectrophotometer 91 and the intensity thereof is measured. That is, the contamination of the lower chamber window 64 has no influence on the spectral intensity of the transmitted light measured by the spectrophotometer 91. Therefore, according to the second embodiment, the contamination of the upper chamber window 63 can be accurately confirmed by separating from the lower chamber window 64.
  • the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit of the present invention.
  • the spectral intensity of light is measured by the spectrophotometers 91 and 92.
  • the present invention is not limited to this, and the intensity of light may be simply measured.
  • the spectral distribution of the flash light emitted from the flash lamp FL is strong in the visible light region, and if the presence or absence of contamination of the quartz window is determined based on the spectral intensity in the visible light region as in the above embodiment, the flash light It is possible to more accurately confirm contamination that becomes an obstacle.
  • the reference intensity and the measured spectral intensity are compared with the average value of the spectral intensity.
  • the present invention is not limited to this.
  • the peak value or the integrated value of the spectral intensity is used.
  • the reference intensity and the measured spectral intensity may be compared.
  • the spectrophotometer 92 that directly receives the light emitted from the halogen lamp HL is not necessarily an essential element. If at least a spectrophotometer 91 for measuring the spectral intensity of transmitted light is provided, contamination of the quartz window can be confirmed. However, if the spectrophotometer 92 for monitoring the temporal deterioration of the halogen lamp HL is provided, contamination of the quartz window can be confirmed more accurately.
  • a dedicated measurement light source may be provided above the holding unit 7 in the chamber 6 instead of the flash lamp FL.
  • the light source for measurement is turned on in a state where the semiconductor wafer W is held by the holding unit 7 in the chamber 6, and the light transmitted through the upper chamber window 63 is received by the spectrophotometer 91.
  • the spectrophotometer 91 since the light transmitted only through the upper chamber window 63 is received by the spectrophotometer 91 and the intensity thereof is measured, it is separated from the lower chamber window 64. Contamination of the upper chamber window 63 can be confirmed accurately.
  • the intensity of flash light emitted from the flash lamp FL may be increased.
  • the storage voltage to the capacitor that supplies power to the flash lamp FL is increased under the control of the control unit 3.
  • a correlation table between the ratio of the measured spectral intensity to the reference intensity and the storage voltage to the capacitor is stored in the storage unit of the control unit 3, and the storage voltage to the capacitor is set based on the correlation table.
  • the flash heating unit 5 is provided with 30 flash lamps FL.
  • the present invention is not limited to this, and the number of flash lamps FL can be any number.
  • the flash lamp FL is not limited to a xenon flash lamp, and may be a krypton flash lamp.
  • the number of halogen lamps HL provided in the halogen heating unit 4 is not limited to 40, and may 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 continuously emits light for 1 second or longer, but is not limited thereto.
  • a pre-heating may be performed using a discharge arc lamp (for example, a xenon arc lamp) as a continuous lighting lamp. In this case, the arc lamp is turned on to determine whether the quartz window is contaminated.
  • the substrate to be processed by the heat treatment apparatus 1 is not limited to a semiconductor wafer, and may be a glass substrate or a solar cell substrate used for a flat panel display such as a liquid crystal display device. Further, the heat treatment by the heat treatment apparatus 1 may be applied to heat treatment of a high dielectric constant gate insulating film (High-k film), bonding between metal and silicon, or crystallization of polysilicon.
  • High-k film high dielectric constant gate insulating film

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Abstract

チャンバー内に半導体ウェハーが存在していないときに、ハロゲンランプが点灯する。ハロゲンランプから出射された光は石英の下側チャンバー窓および上側チャンバー窓を順に透過して分光光度計によって受光される。分光光度計は、透過光の分光強度を測定する。判定部は、測定された透過光の分光強度と汚染が発生していないときの基準強度とを比較することによって下側チャンバー窓および上側チャンバー窓の汚染の有無を判定する。また、別の分光光度計によってハロゲンランプの経時劣化を監視する。

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。
　特許文献１には、チャンバーの下方に配置されたハロゲンランプによって半導体ウェハーを予備加熱した後、チャンバーの上方に配置されたフラッシュランプから半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプアニール装置が開示されている。特許文献１に開示のフラッシュランプアニール装置においては、半導体ウェハーを収容するチャンバーの上下に石英製のチャンバー窓を設け、フラッシュランプからは上側チャンバー窓を介してフラッシュ光照射を行い、ハロゲンランプからは下側チャンバー窓を介して光照射を行っている。
特開２０１６－５８６６８号公報
　フラッシュランプアニール装置にて処理対象となる半導体ウェハーにはデバイスパターンが形成されるとともに種々の膜が成膜されていることが多い。このような半導体ウェハーをチャンバー内にて加熱すると膜の一部が融解または燃焼によって飛散してチャンバーを汚染することがある。特に、最近の最先端デバイスの製造工程では、膜の低融点化が進んでおり、加熱処理時のチャンバー汚染が顕著な問題となっている。
　フラッシュランプアニール装置でチャンバー汚染が生じると、上下の石英窓が汚染されて透過率が低下することとなるため、フラッシュランプおよびハロゲンランプから半導体ウェハーに到達する光の強度が低下する。石英窓の汚染は半導体ウェハーの処理枚数が増えるにつれて蓄積され、ある程度石英窓の汚染が進行すると、加熱処理時に光強度の低下に起因して半導体ウェハーが目標温度に到達せずに処理不良となる。このため、石英窓の汚染が一定程度以上に進行したときには、メンテナンスを行って石英窓を清掃する必要がある。
　従来のフラッシュランプアニール装置においては、石英窓の汚染状況を目視確認または処理後のシート抵抗値をモニタすることで管理していた。しかし、目視確認はフラッシュランプアニール装置を停止して行う必要があるため、ダウンタイムが増加するという問題が生じる。また、シート抵抗値のモニタは石英窓の汚染を事後的に確認することとなるため、結果が判明するまでの間に無駄に処理不良となる半導体ウェハーが発生することがある。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、装置を停止することなくリアルタイムで石英窓の汚染を確認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、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて基板を保持する保持部と、前記チャンバーに設けられた石英窓と、前記石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射する光源と、前記光源から出射されて前記石英窓を透過した光を受光して当該光の強度を測定する光測定部と、前記光源が点灯したときに前記光測定部が受光した光の強度に基づいて前記石英窓の汚染の有無を判定する判定部と、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、前記石英窓が汚染されていないときに前記光源が点灯して前記光測定部が受光した光の強度を基準強度とし、前記判定部は、前記光測定部によって取得された測定強度と前記基準強度との比較から前記石英窓の汚染の有無を判定する。
　また、第３の態様は、第１または第２の態様に係る熱処理装置において、前記石英窓は、前記チャンバーの一方側に設けられた第１石英窓と他方側に設けられた第２石英窓とを含み、前記光源は、前記第１石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射するフラッシュランプと、前記第２石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射する連続点灯ランプとを含み、前記光測定部は、前記連続点灯ランプから出射されて前記第１石英窓および前記第２石英窓を透過した光を受光して当該光の強度を測定し、前記判定部は、前記連続点灯ランプが点灯したときに前記光測定部が受光した光の強度に基づいて前記第１石英窓および前記第２石英窓の汚染の有無を判定する。
　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、前記連続点灯ランプから出射された光を直接受光して当該光の強度を測定する光源監視部をさらに備える。
　また、第５の態様は、第３または第４の態様に係る熱処理装置において、前記判定部は、前記光測定部が受光した光の可視光域の分光強度に基づいて前記第１石英窓および前記第２石英窓の汚染の有無を判定する。
　また、第６の態様は、第１または第２の態様に係る熱処理装置において、前記石英窓は、前記チャンバーの一方側に設けられた第１石英窓と他方側に設けられた第２石英窓とを含み、前記光源は、前記第１石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射するフラッシュランプと、前記第２石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射する連続点灯ランプとを含み、前記光測定部は、前記保持部に基板が保持されている状態にて前記フラッシュランプから出射されて前記第１石英窓を透過して前記基板で反射された光を受光して当該光の強度を測定し、前記判定部は、前記保持部に基板が保持されている状態で前記フラッシュランプが点灯したときに前記光測定部が受光した光の強度に基づいて前記第１石英窓の汚染の有無を判定する。
　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、石英窓が設けられたチャンバー内にて保持部に保持された基板に対して光源から前記石英窓を介して光を照射する照射工程と、前記光源から出射されて前記石英窓を透過した光を光測定部が受光して当該光の強度を測定する光強度測定工程と、前記光強度測定工程にて測定された光の強度に基づいて前記石英窓の汚染の有無を判定する判定工程と、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、前記石英窓が汚染されていないときに前記光源が点灯して前記光測定部が受光した光の強度を基準強度とし、前記判定工程では、前記光強度測定工程にて測定された光の強度と前記基準強度との比較から前記石英窓の汚染の有無を判定する。
　また、第９の態様は、第７または第８の態様に係る熱処理方法において、前記石英窓は、前記チャンバーの一方側に設けられた第１石英窓と他方側に設けられた第２石英窓とを含み、前記光源は、前記第１石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射するフラッシュランプと、前記第２石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射する連続点灯ランプとを含み、前記光強度測定工程では、前記連続点灯ランプから出射されて前記第１石英窓および前記第２石英窓を透過した光を前記光測定部が受光して当該光の強度を測定し、前記判定工程では、前記光強度測定工程にて測定された光の強度に基づいて前記第１石英窓および前記第２石英窓の汚染の有無を判定する。
　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、前記連続点灯ランプから出射された光を直接受光して当該光の強度を測定する光源監視工程をさらに備える。
　また、第１１の態様は、第９または第１０の態様に係る熱処理方法において、前記判定工程では、前記光測定部が受光した光の可視光域の分光強度に基づいて前記第１石英窓および前記第２石英窓の汚染の有無を判定する。
　また、第１２の態様は、第７または第８の態様に係る熱処理方法において、前記石英窓は、前記チャンバーの一方側に設けられた第１石英窓と他方側に設けられた第２石英窓とを含み、前記光源は、前記第１石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射するフラッシュランプと、前記第２石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射する連続点灯ランプとを含み、前記光強度測定工程では、前記保持部に基板が保持されている状態にて前記フラッシュランプから出射されて前記第１石英窓を透過して前記基板で反射された光を前記光測定部が受光して当該光の強度を測定し、前記判定工程では、前記光強度測定工程にて測定された光の強度に基づいて前記第１石英窓の汚染の有無を判定する。
　第１から第６の態様に係る熱処理装置によれば、光源から出射されて石英窓を透過した光の強度に基づいて石英窓の汚染の有無を判定するため、目視で石英窓の汚染を確認する必要がなくなり、装置を停止することなくリアルタイムで石英窓の汚染を確認することができる。
　特に、第４の態様に係る熱処理装置によれば、連続点灯ランプから出射された光を直接受光して当該光の強度を測定する光源監視部をさらに備えるため、連続点灯ランプの経時劣化を監視することができる。
　特に、第５の態様に係る熱処理装置によれば、光測定部が受光した光の可視光域の分光強度に基づいて第１石英窓および第２石英窓の汚染の有無を判定するため、フラッシュランプから照射される光の障害となる汚染をより正確に確認することができる。
　第７から第１２の態様に係る熱処理方法によれば、光源から出射されて石英窓を透過した光の強度に基づいて石英窓の汚染の有無を判定するため、視で石英窓の汚染を確認する必要がなくなり、装置を停止することなくリアルタイムで石英窓の汚染を確認することができる。
　特に、第１０の態様に係る熱処理方法によれば、連続点灯ランプから出射された光を直接受光して当該光の強度を測定する光源監視工程をさらに備えるため、連続点灯ランプの経時劣化を監視することができる。
　特に、第１１の態様に係る熱処理方法によれば、光測定部が受光した光の可視光域の分光強度に基づいて第１石英窓および第２石英窓の汚染の有無を判定するため、フラッシュランプから照射される光の障害となる汚染をより正確に確認することができる。
本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 保持部の全体外観を示す斜視図である。 サセプタの平面図である。 サセプタの断面図である。 移載機構の平面図である。 移載機構の側面図である。 複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。 第１実施形態における石英窓の汚染確認を模式的に示す図である。 分光光度計によって測定された透過光の分光強度の一例を示す図である。 第２実施形態における石英窓の汚染確認を模式的に示す図である。
　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＞
　図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。図１の熱処理装置１は、基板として円板形状の半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光照射を行うことによってその半導体ウェハーＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。処理対象となる半導体ウェハーＷのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍやφ４５０ｍｍである（本実施形態ではφ３００ｍｍ）。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
　熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容するチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するフラッシュ加熱部５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲン加熱部４と、を備える。チャンバー６の上側にフラッシュ加熱部５が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部４が設けられている。また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部に、半導体ウェハーＷを水平姿勢に保持する保持部７と、保持部７と装置外部との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う移載機構１０と、を備える。さらに、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーＷの熱処理を実行させる制御部３を備える。
　チャンバー６は、筒状のチャンバー側部６１の上下に石英製のチャンバー窓を装着して構成されている。チャンバー側部６１は上下が開口された概略筒形状を有しており、上側開口には上側チャンバー窓（第１石英窓）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（第２石英窓）６４が装着されて閉塞されている。チャンバー６の天井部を構成する上側チャンバー窓６３は、石英により形成された円板形状部材であり、フラッシュ加熱部５から出射されたフラッシュ光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。また、チャンバー６の床部を構成する下側チャンバー窓６４も、石英により形成された円板形状部材であり、ハロゲン加熱部４からの光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。以下、単に石英窓と記載するときには、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の双方を含む。
　また、チャンバー側部６１の内側の壁面の上部には反射リング６８が装着され、下部には反射リング６９が装着されている。反射リング６８，６９は、ともに円環状に形成されている。上側の反射リング６８は、チャンバー側部６１の上側から嵌め込むことによって装着される。一方、下側の反射リング６９は、チャンバー側部６１の下側から嵌め込んで図示省略のビスで留めることによって装着される。すなわち、反射リング６８，６９は、ともに着脱自在にチャンバー側部６１に装着されるものである。チャンバー６の内側空間、すなわち上側チャンバー窓６３、下側チャンバー窓６４、チャンバー側部６１および反射リング６８，６９によって囲まれる空間が熱処理空間６５として規定される。
　チャンバー側部６１に反射リング６８，６９が装着されることによって、チャンバー６の内壁面に凹部６２が形成される。すなわち、チャンバー側部６１の内壁面のうち反射リング６８，６９が装着されていない中央部分と、反射リング６８の下端面と、反射リング６９の上端面とで囲まれた凹部６２が形成される。凹部６２は、チャンバー６の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウェハーＷを保持する保持部７を囲繞する。チャンバー側部６１および反射リング６８，６９は、強度と耐熱性に優れた金属材料（例えば、ステンレススチール）にて形成されている。
　また、チャンバー側部６１には、チャンバー６に対して半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための搬送開口部（炉口）６６が形設されている。搬送開口部６６は、ゲートバルブ１８５によって開閉可能とされている。搬送開口部６６は凹部６２の外周面に連通接続されている。このため、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を開放しているときには、搬送開口部６６から凹部６２を通過して熱処理空間６５への半導体ウェハーＷの搬入および熱処理空間６５からの半導体ウェハーＷの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉鎖するとチャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。
　さらに、チャンバー側部６１には、貫通孔６１ａが穿設されている。チャンバー側部６１の外壁面の貫通孔６１ａが設けられている部位には放射温度計２０が取り付けられている。貫通孔６１ａは、後述するサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から放射された赤外光を放射温度計２０に導くための円筒状の孔である。貫通孔６１ａは、その貫通方向の軸がサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの主面と交わるように、水平方向に対して傾斜して設けられている。貫通孔６１ａの熱処理空間６５に臨む側の端部には、放射温度計２０が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化バリウム材料からなる透明窓２１が装着されている。
　また、チャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に処理ガスを供給するガス供給孔８１が形設されている。ガス供給孔８１は、凹部６２よりも上側位置に形設されており、反射リング６８に設けられていても良い。ガス供給孔８１はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８２を介してガス供給管８３に連通接続されている。ガス供給管８３は処理ガス供給源８５に接続されている。また、ガス供給管８３の経路途中にはバルブ８４が介挿されている。バルブ８４が開放されると、処理ガス供給源８５から緩衝空間８２に処理ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した処理ガスは、ガス供給孔８１よりも流体抵抗の小さい緩衝空間８２内を拡がるように流れてガス供給孔８１から熱処理空間６５内へと供給される。処理ガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）等の不活性ガス、または、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）等の反応性ガス、或いはそれらを混合した混合ガスを用いることができる（本実施形態では窒素ガス）。
　一方、チャンバー６の内壁下部には熱処理空間６５内の気体を排気するガス排気孔８６が形設されている。ガス排気孔８６は、凹部６２よりも下側位置に形設されており、反射リング６９に設けられていても良い。ガス排気孔８６はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８７を介してガス排気管８８に連通接続されている。ガス排気管８８は排気部１９０に接続されている。また、ガス排気管８８の経路途中にはバルブ８９が介挿されている。バルブ８９が開放されると、熱処理空間６５の気体がガス排気孔８６から緩衝空間８７を経てガス排気管８８へと排出される。なお、ガス供給孔８１およびガス排気孔８６は、チャンバー６の周方向に沿って複数設けられていても良いし、スリット状のものであっても良い。また、処理ガス供給源８５および排気部１９０は、熱処理装置１に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置１が設置される工場のユーティリティであっても良い。
　また、搬送開口部６６の先端にも熱処理空間６５内の気体を排出するガス排気管１９１が接続されている。ガス排気管１９１はバルブ１９２を介して排気部１９０に接続されている。バルブ１９２を開放することによって、搬送開口部６６を介してチャンバー６内の気体が排気される。
　図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプタ７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２およびサセプタ７４はいずれも石英にて形成されている。すなわち、保持部７の全体が石英にて形成されている。
　基台リング７１は円環形状から一部が欠落した円弧形状の石英部材である。この欠落部分は、後述する移載機構１０の移載アーム１１と基台リング７１との干渉を防ぐために設けられている。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されることによって、チャンバー６の壁面に支持されることとなる（図１参照）。基台リング７１の上面に、その円環形状の周方向に沿って複数の連結部７２（本実施形態では４個）が立設される。連結部７２も石英の部材であり、溶接によって基台リング７１に固着される。
　サセプタ７４は基台リング７１に設けられた４個の連結部７２によって支持される。図３は、サセプタ７４の平面図である。また、図４は、サセプタ７４の断面図である。サセプタ７４は、保持プレート７５、ガイドリング７６および複数の基板支持ピン７７を備える。保持プレート７５は、石英にて形成された略円形の平板状部材である。保持プレート７５の直径は半導体ウェハーＷの直径よりも大きい。すなわち、保持プレート７５は、半導体ウェハーＷよりも大きな平面サイズを有する。
　保持プレート７５の上面周縁部にガイドリング７６が設置されている。ガイドリング７６は、半導体ウェハーＷの直径よりも大きな内径を有する円環形状の部材である。例えば、半導体ウェハーＷの直径がφ３００ｍｍの場合、ガイドリング７６の内径はφ３２０ｍｍである。ガイドリング７６の内周は、保持プレート７５から上方に向けて広くなるようなテーパ面とされている。ガイドリング７６は、保持プレート７５と同様の石英にて形成される。ガイドリング７６は、保持プレート７５の上面に溶着するようにしても良いし、別途加工したピンなどによって保持プレート７５に固定するようにしても良い。或いは、保持プレート７５とガイドリング７６とを一体の部材として加工するようにしても良い。
　保持プレート７５の上面のうちガイドリング７６よりも内側の領域が半導体ウェハーＷを保持する平面状の保持面７５ａとされる。保持プレート７５の保持面７５ａには、複数の基板支持ピン７７が立設されている。本実施形態においては、保持面７５ａの外周円（ガイドリング７６の内周円）と同心円の周上に沿って３０°毎に計１２個の基板支持ピン７７が立設されている。１２個の基板支持ピン７７を配置した円の径（対向する基板支持ピン７７間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さく、半導体ウェハーＷの径がφ３００ｍｍであればφ２７０ｍｍ～φ２８０ｍｍ（本実施形態ではφ２７０ｍｍ）である。それぞれの基板支持ピン７７は石英にて形成されている。複数の基板支持ピン７７は、保持プレート７５の上面に溶接によって設けるようにしても良いし、保持プレート７５と一体に加工するようにしても良い。
　図２に戻り、基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプタ７４の保持プレート７５の周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプタ７４と基台リング７１とは連結部７２によって固定的に連結されている。このような保持部７の基台リング７１がチャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７がチャンバー６に装着される。保持部７がチャンバー６に装着された状態においては、サセプタ７４の保持プレート７５は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。すなわち、保持プレート７５の保持面７５ａは水平面となる。
　チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷは、チャンバー６に装着された保持部７のサセプタ７４の上に水平姿勢にて載置されて保持される。このとき、半導体ウェハーＷは保持プレート７５上に立設された１２個の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。より厳密には、１２個の基板支持ピン７７の上端部が半導体ウェハーＷの下面に接触して当該半導体ウェハーＷを支持する。１２個の基板支持ピン７７の高さ（基板支持ピン７７の上端から保持プレート７５の保持面７５ａまでの距離）は均一であるため、１２個の基板支持ピン７７によって半導体ウェハーＷを水平姿勢に支持することができる。
　また、半導体ウェハーＷは複数の基板支持ピン７７によって保持プレート７５の保持面７５ａから所定の間隔を隔てて支持されることとなる。基板支持ピン７７の高さよりもガイドリング７６の厚さの方が大きい。従って、複数の基板支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの水平方向の位置ずれはガイドリング７６によって防止される。
　また、図２および図３に示すように、サセプタ７４の保持プレート７５には、上下に貫通して開口部７８が形成されている。開口部７８は、放射温度計２０が半導体ウェハーＷの下面から放射される放射光（赤外光）を受光するために設けられている。すなわち、放射温度計２０が開口部７８およびチャンバー側部６１の貫通孔６１ａに装着された透明窓２１を介して半導体ウェハーＷの下面から放射された光を受光して当該半導体ウェハーＷの温度を測定する。さらに、サセプタ７４の保持プレート７５には、後述する移載機構１０のリフトピン１２が半導体ウェハーＷの受け渡しのために貫通する４個の貫通孔７９が穿設されている。
　図５は、移載機構１０の平面図である。また、図６は、移載機構１０の側面図である。移載機構１０は、２本の移載アーム１１を備える。移載アーム１１は、概ね円環状の凹部６２に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム１１には２本のリフトピン１２が立設されている。移載アーム１１およびリフトピン１２は石英にて形成されている。各移載アーム１１は水平移動機構１３によって回動可能とされている。水平移動機構１３は、一対の移載アーム１１を保持部７に対して半導体ウェハーＷの移載を行う移載動作位置（図５の実線位置）と保持部７に保持された半導体ウェハーＷと平面視で重ならない退避位置（図５の二点鎖線位置）との間で水平移動させる。水平移動機構１３としては、個別のモータによって各移載アーム１１をそれぞれ回動させるものであっても良いし、リンク機構を用いて１個のモータによって一対の移載アーム１１を連動させて回動させるものであっても良い。
　また、一対の移載アーム１１は、昇降機構１４によって水平移動機構１３とともに昇降移動される。昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて上昇させると、計４本のリフトピン１２がサセプタ７４に穿設された貫通孔７９（図２，３参照）を通過し、リフトピン１２の上端がサセプタ７４の上面から突き出る。一方、昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて下降させてリフトピン１２を貫通孔７９から抜き取り、水平移動機構１３が一対の移載アーム１１を開くように移動させると各移載アーム１１が退避位置に移動する。一対の移載アーム１１の退避位置は、保持部７の基台リング７１の直上である。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されているため、移載アーム１１の退避位置は凹部６２の内側となる。なお、移載機構１０の駆動部（水平移動機構１３および昇降機構１４）が設けられている部位の近傍にも図示省略の排気機構が設けられており、移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気がチャンバー６の外部に排出されるように構成されている。
　図１に戻り、チャンバー６の上方に設けられたフラッシュ加熱部５は、筐体５１の内側に、複数本（本実施形態では３０本）のキセノンフラッシュランプＦＬからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ５２と、を備えて構成される。また、フラッシュ加熱部５の筐体５１の底部にはランプ光放射窓５３が装着されている。フラッシュ加熱部５の床部を構成するランプ光放射窓５３は、石英により形成された板状の石英窓である。フラッシュ加熱部５がチャンバー６の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓５３が上側チャンバー窓６３と相対向することとなる。フラッシュランプＦＬはチャンバー６の上方からランプ光放射窓５３および上側チャンバー窓６３を介して保持部７に保持された半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射する。
　複数のフラッシュランプＦＬは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が保持部７に保持される半導体ウェハーＷの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプＦＬの配列によって形成される平面も水平面である。複数のフラッシュランプＦＬが配列される領域は半導体ウェハーＷの平面サイズよりも大きい。
　キセノンフラッシュランプＦＬは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設された円筒形状のガラス管（放電管）と、該ガラス管の外周面上に付設されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、ハロゲンランプＨＬの如き連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。すなわち、フラッシュランプＦＬは、１秒未満の極めて短い時間で瞬間的に発光するパルス発光ランプである。なお、フラッシュランプＦＬの発光時間は、フラッシュランプＦＬに電力供給を行うランプ電源のコイル定数によって調整することができる。
　また、リフレクタ５２は、複数のフラッシュランプＦＬの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ５２の基本的な機能は、複数のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５の側に反射するというものである。リフレクタ５２はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面（フラッシュランプＦＬに臨む側の面）はブラスト処理により粗面化加工が施されている。
　チャンバー６の下方に設けられたハロゲン加熱部４は、筐体４１の内側に複数本（本実施形態では４０本）のハロゲンランプＨＬを内蔵している。ハロゲン加熱部４は、複数のハロゲンランプＨＬによってチャンバー６の下方から下側チャンバー窓６４を介して保持部７に保持された半導体ウェハーＷに光照射を行ってその半導体ウェハーＷを加熱する。
　図７は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。４０本のハロゲンランプＨＬは上下２段に分けて配置されている。保持部７に近い上段に２０本のハロゲンランプＨＬが配設されるとともに、上段よりも保持部７から遠い下段にも２０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。各ハロゲンランプＨＬは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに２０本のハロゲンランプＨＬは、それぞれの長手方向が保持部７に保持される半導体ウェハーＷの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように配列されている。よって、上段、下段ともにハロゲンランプＨＬの配列によって形成される平面は水平面である。
　また、図７に示すように、上段、下段ともに保持部７に保持される半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプＨＬの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも周縁部の方がハロゲンランプＨＬの配設ピッチが短い。このため、ハロゲン加熱部４からの光照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。
　また、上段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群と下段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群とが格子状に交差するように配列されている。すなわち、上段に配置された２０本のハロゲンランプＨＬの長手方向と下段に配置された２０本のハロゲンランプＨＬの長手方向とが互いに直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。
　ハロゲンランプＨＬは、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素（ヨウ素、臭素等）を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプＨＬは、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特性を有する。すなわち、ハロゲンランプＨＬは少なくとも１秒以上連続して発光する連続点灯ランプである。また、ハロゲンランプＨＬは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプＨＬを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーＷへの放射効率が優れたものとなる。
　また、ハロゲン加熱部４の筐体４１内にも、２段のハロゲンランプＨＬの下側にリフレクタ４３が設けられている（図１）。リフレクタ４３は、複数のハロゲンランプＨＬから出射された光を熱処理空間６５の側に反射する。
　図１に戻り、フラッシュ加熱部５とチャンバー６の上側チャンバー窓６３との間には分光光度計９１が設けられている。分光光度計９１は、受光した光のスペクトルの各波長について、その強度を測定する装置である。分光光度計９１は、少なくとも可視光域（約３８０ｎｍ～約８１０ｎｍの波長範囲）の各波長の強度（分光強度）を測定することができる。分光光度計９１は、チャンバー６内の熱処理空間６５から上側チャンバー窓６３を透過した光の分光強度を測定する。
　一方、ハロゲン加熱部４の近傍には分光光度計９２が設けられている。分光光度計９２は、上記の分光光度計９１と同じく、少なくとも可視光域の分光強度を測定することができる。分光光度計９２は、ハロゲン加熱部４のハロゲンランプＨＬから出射された光を直接受光して当該光の分光強度を測定する。
　制御部３は、熱処理装置１に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。制御部３のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部３は、各種演算処理を行う回路であるＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えている。制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置１における処理が進行する。また、制御部３には判定部３１が設けられる（図８）。判定部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。判定部３１の処理内容についてはさらに後述する。
　上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー６の壁体には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ハロゲン加熱部４およびフラッシュ加熱部５は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓６３とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部５および上側チャンバー窓６３を冷却する。
　次に、熱処理装置１における処理動作について説明する。まず、処理対象となる半導体ウェハーＷに対する典型的な熱処理手順について説明する。ここで処理対象となる半導体ウェハーＷは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１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。以下に説明する半導体ウェハーＷの処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することにより進行する。
　まず、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が開放されてチャンバー６内に対する給排気が開始される。バルブ８４が開放されると、ガス供給孔８１から熱処理空間６５に窒素ガスが供給される。また、バルブ８９が開放されると、ガス排気孔８６からチャンバー６内の気体が排気される。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５の上部から供給された窒素ガスが下方へと流れ、熱処理空間６５の下部から排気される。
　また、バルブ１９２が開放されることによって、搬送開口部６６からもチャンバー６内の気体が排気される。さらに、図示省略の排気機構によって移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気も排気される。なお、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの熱処理時には窒素ガスが熱処理空間６５に継続的に供給されており、その供給量は処理工程に応じて適宜変更される。
　続いて、ゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部６６を介して処理対象となる半導体ウェハーＷがチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される。このときには、半導体ウェハーＷの搬入にともなって装置外部の雰囲気を巻き込むおそれがあるが、チャンバー６には窒素ガスが供給され続けているため、搬送開口部６６から窒素ガスが流出して、そのような外部雰囲気の巻き込みを最小限に抑制することができる。
　搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーＷは保持部７の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構１０の一対の移載アーム１１が退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２が貫通孔７９を通ってサセプタ７４の保持プレート７５の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。このとき、リフトピン１２は基板支持ピン７７の上端よりも上方にまで上昇する。
　半導体ウェハーＷがリフトピン１２に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間６５から退出し、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖される。そして、一対の移載アーム１１が下降することにより、半導体ウェハーＷは移載機構１０から保持部７のサセプタ７４に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。半導体ウェハーＷは、保持プレート７５上に立設された複数の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。また、半導体ウェハーＷは、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が石英にて形成された保持部７のサセプタ７４によって水平姿勢にて下方より保持された後、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して予備加熱（アシスト加熱）が開始される。ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓６４およびサセプタ７４を透過して半導体ウェハーＷの下面に照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって半導体ウェハーＷが予備加熱されて温度が上昇する。なお、移載機構１０の移載アーム１１は凹部６２の内側に退避しているため、ハロゲンランプＨＬによる加熱の障害となることは無い。
　ハロゲンランプＨＬ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透明窓２１を通して放射温度計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、２００℃ないし８００℃程度、好ましくは３５０℃ないし６００℃程度とされる（本実施の形態では６００℃）。
　半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した後、制御部３は半導体ウェハーＷをその予備加熱温度Ｔ１に暫時維持する。具体的には、放射温度計２０によって測定される半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した時点にて制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を調整し、半導体ウェハーＷの温度をほぼ予備加熱温度Ｔ１に維持している。
　半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達して所定時間が経過した時点にてフラッシュ加熱部５のフラッシュランプＦＬがサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光照射を行う。このとき、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光の一部は直接にチャンバー６内へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ５２により反射されてからチャンバー６内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱が行われる。
　フラッシュ加熱は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光（閃光）照射により行われるため、半導体ウェハーＷの表面温度を短時間で上昇することができる。すなわち、フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下程度の極めて短く強い閃光である。そして、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの表面温度は、瞬間的に１０００℃以上の処理温度Ｔ２まで上昇し、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、熱処理装置１では、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。
　フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプＨＬが消灯する。これにより、半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１から急速に降温する。降温中の半導体ウェハーＷの温度は放射温度計２０によって測定され、その測定結果は制御部３に伝達される。制御部３は、放射温度計２０の測定結果より半導体ウェハーＷの温度が所定温度まで降温したか否かを監視する。そして、半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２がサセプタ７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプタ７４から受け取る。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、リフトピン１２上に載置された半導体ウェハーＷが装置外部の搬送ロボットにより搬出され、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。
　熱処理装置１にて処理対象となる半導体ウェハーＷには種々の膜が成膜されていることが多い。膜が形成された半導体ウェハーＷに対してチャンバー６内にて予備加熱およびフラッシュ加熱を行うと、膜の一部が融解または燃焼によって熱処理空間６５に飛散して上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４に付着することがある。そうすると、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４が汚染されることとなる。上側チャンバー窓６３が汚染されると、上側チャンバー窓６３の透過率が低下し、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷに照射されるフラッシュ光の強度が低下する。また、下側チャンバー窓６４が汚染されると、下側チャンバー窓６４の透過率が低下し、ハロゲンランプＨＬから半導体ウェハーＷに照射される光の強度が低下する。
　このため、本実施形態においては、以下のようにして上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の汚染状況を確認している。以下に説明する汚染の確認を行うタイミングは適宜のものとされるが、例えば、半導体ウェハーＷの処理の合間に行うようにしても良いし、異なるロット処理の合間に行うようにしても良いし、１日に１回定期的に行うようにしても良い。
　図８は、第１実施形態における石英窓の汚染確認を模式的に示す図である。まず、チャンバー６内に半導体ウェハーＷが存在していないときに、予め定められたランプパワーにてハロゲンランプＨＬが点灯する。ハロゲンランプＨＬから出射された光は石英の下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３を順に透過してチャンバー６の上側に放射される。そして、上側チャンバー窓６３を透過した光の一部は分光光度計９１によって受光され、その光の分光強度が測定される。分光光度計９１によって測定された透過光の分光強度は制御部３に伝達される。
　制御部３の記憶部（例えば、磁気ディスク）には、下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３が汚染されていないときにハロゲンランプＨＬが点灯して分光光度計９１が受光した光の分光強度が基準強度として予め格納されている。このような基準強度の測定は、例えば熱処理装置１のメンテナンス時に下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３を清掃した直後に行うのが好ましい。下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３を清掃して汚染を除去した直後にハロゲンランプＨＬが点灯し、ハロゲンランプＨＬから出射されて下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３を透過した光が分光光度計９１によって受光され、その光の分光強度が測定される。そして、取得された分光強度が基準強度として制御部３の記憶部に格納される。
　制御部３の判定部３１は、分光光度計９１によって測定された透過光の分光強度と基準強度とを比較することによって下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３の汚染の有無を判定する。図９は、分光光度計９１によって測定された透過光の分光強度の一例を示す図である。図９に点線で示すのが基準強度であり、一点鎖線で示すのが汚染確認時に分光光度計９１によって測定された透過光の分光強度である。下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３が汚染されると、下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３の透過率が低下するため、分光光度計９１によって測定される透過光の分光強度は汚染の程度に応じて基準強度よりも低くなる。
　判定部３１は、例えば、可視光域での基準強度の平均値に対する可視光域での測定された分光強度の平均値の比率が所定の閾値以下となった場合には、下側チャンバー窓６４および／または上側チャンバー窓６３が汚染されていると判定する。判定部３１によって下側チャンバー窓６４および／または上側チャンバー窓６３が汚染されていると判定された場合には、例えば制御部３のタッチパネル等の表示部にメンテナンスが必要である旨が発報される。そのような発報がなされたときには、早急に熱処理装置１のメンテナンスを行って下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３を清掃するのが好ましい。
　一方、判定部３１は、可視光域での基準強度の平均値に対する可視光域での測定された分光強度の平均値の比率が所定の閾値より大きい場合には、下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３が汚染されていないと判定する（より厳密には、処理に支障が生じる程度には汚染されていないと判定する）。判定部３１によって下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３が汚染されていないと判定された場合には、半導体ウェハーＷに対する通常の処理を続行する。
　第１実施形態においては、例えば半導体ウェハーＷの処理の合間にハロゲンランプＨＬを点灯し、分光光度計９１が受光した透過光の強度に基づいて下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３の汚染の有無を判定している。従って、熱処理装置１を停止する必要はなく、しかもリアルタイムで下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３の汚染を確認することができる。
　ところで、上述した技術は石英窓が汚染されていないときの基準強度が常に一定であることを前提としたものであるが、実際にはハロゲンランプＨＬの経時劣化によって基準強度自体が変動する。すなわち、ハロゲンランプＨＬの経時劣化によって出射する光の強度が低下し、それによっても分光光度計９１が受光する透過光の強度は低下するのである。そうすると、石英窓が汚染されていないにもかかわらず、判定部３１が汚染有りと誤判定する可能性が生じる。
　そこで、第１実施形態においては、分光光度計９２によってハロゲンランプＨＬから出射された光を直接受光して当該光の分光強度を測定し、ハロゲンランプＨＬの経時劣化を監視している。図９に実線で示すのが分光光度計９２によって測定されたハロゲンランプＨＬからの直接光の分光強度である。分光光度計９２が受光する光は、石英窓を透過したものではなく、ハロゲンランプＨＬから直接に照射された光である。従って、分光光度計９２によって測定された光の強度には石英窓の汚染は全く影響していない。そして、分光光度計９２によって測定された強度に基づいて基準強度をキャリブレーションする。具体的には、例えば、基準強度を取得したときに比較して分光光度計９２によって測定されたハロゲン光の強度が２０％低下していたときには、基準強度も２０％低下するように補正する。これにより、ハロゲンランプＨＬの経時劣化を反映した基準強度となり、その経時劣化の影響を排除して下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３の汚染を正確に確認することができる。
　　＜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１の構成は第１実施形態と全く同じである。また、第２実施形態の熱処理装置１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２実施形態が第１実施形態と相違するのは、石英窓の汚染確認方法である。
　図１０は、第２実施形態における石英窓の汚染確認を模式的に示す図である。第２実施形態では、チャンバー６内にて保持部７に半導体ウェハーＷが保持されている状態で石英窓の汚染確認を行う。このときに使用する半導体ウェハーＷとしては、パターン形成や膜形成のなされていない表面がほぼ鏡面のウェハー（例えば、ベアウェハー）が好ましい。チャンバー６内にて保持部７に半導体ウェハーＷが保持されている状態でフラッシュランプＦＬが発光する。フラッシュランプＦＬから出射された光は石英の上側チャンバー窓６３を透過してから半導体ウェハーＷの表面で反射され、再び上側チャンバー窓６３を透過してチャンバー６の上側に放射される。そして、上側チャンバー窓６３を透過した光の一部は分光光度計９１によって受光され、その光の分光強度が測定される。分光光度計９１によって測定された透過光の分光強度は制御部３に伝達される。その後、第１実施形態と同様に、制御部３の判定部３１は、分光光度計９１によって測定された透過光の分光強度と基準強度とを比較することによって上側チャンバー窓６３の汚染の有無を判定する。
　第１実施形態では下側チャンバー窓６４および上側チャンバー窓６３の双方の汚染を確認していたのに対して、第２実施形態では上側チャンバー窓６３のみの汚染を確認している。熱処理装置１においては、以下の理由により、下側チャンバー窓６４よりも上側チャンバー窓６３の汚染の有無を確認する技術的意義の方が大きい。下側チャンバー窓６４が汚染されると、下側チャンバー窓６４の透過率が低下し、ハロゲンランプＨＬから半導体ウェハーＷに照射される光の強度が低下する。ところが、ハロゲンランプＨＬによって半導体ウェハーＷの予備加熱を行うときには、上述したように、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１となるように制御部３がハロゲンランプＨＬの出力をフィードバック制御している。従って、下側チャンバー窓６４が多少汚染されていたとしても、制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を増加させることによって半導体ウェハーＷを所定の予備加熱温度Ｔ１に加熱することができるのである。これに対して、発光時間の極めて短いフラッシュランプＦＬの照射をフィードバック制御することは困難であるため、上側チャンバー窓６３が汚染されると、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの表面における照度および当該表面の到達温度に大きな影響を与え、ひいてはデバイス性能のバラツキに直結する。このため、上側チャンバー窓６３の汚染の有無を確認する技術的意義は大きい。
　第２実施形態においては、上側チャンバー窓６３のみを透過した光を分光光度計９１によって受光し、その強度を測定している。すなわち、分光光度計９１によって測定された透過光の分光強度には下側チャンバー窓６４の汚染は全く影響していない。従って、第２実施形態のようにすれば、下側チャンバー窓６４から分離して上側チャンバー窓６３の汚染を正確に確認することができる。
　　＜変形例＞
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、分光光度計９１，９２によって光の分光強度を測定していたが、これに限定されるものではなく、単に光の強度を測定するようにしても良い。もっとも、フラッシュランプＦＬから出射されるフラッシュ光の分光分布は可視光域で強く、上記実施形態のように可視光域での分光強度に基づいて石英窓の汚染の有無を判定すれば、フラッシュ光に障害となる汚染をより正確に確認することができる。
　また、第１実施形態においては、分光強度の平均値でもって基準強度と測定した分光強度との比較を行っていたが、これに限定されるものではなく、例えば分光強度のピーク値または積分値等でもって基準強度と測定した分光強度との比較を行うようにしても良い。
　また、第１実施形態において、ハロゲンランプＨＬから出射された光を直接受光する分光光度計９２は必ずしも必須の要素ではない。少なくとも、透過光の分光強度を測定する分光光度計９１が設けられていれば、石英窓の汚染を確認することはできる。もっとも、ハロゲンランプＨＬの経時劣化を監視する分光光度計９２を設けておいた方がより正確に石英窓の汚染を確認することができる。
　また、第２実施形態において、フラッシュランプＦＬに代えてチャンバー６内の保持部７よりも上側に専用の測定用光源を設けるようにしても良い。チャンバー６内にて保持部７に半導体ウェハーＷが保持されている状態で当該測定用光源が点灯し、上側チャンバー窓６３を透過した光を分光光度計９１によって受光する。このようにしても、第２実施形態と同様に、上側チャンバー窓６３のみを透過した光を分光光度計９１によって受光し、その強度を測定しているため、下側チャンバー窓６４から分離して上側チャンバー窓６３の汚染を正確に確認することができる。
　また、判定部３１が少なくとも上側チャンバー窓６３が汚染されていると判定した場合には、フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光の強度を高めるようにしても良い。具体的には、制御部３の制御によってフラッシュランプＦＬに電力を供給するコンデンサーへの蓄電電圧を高くする。より好ましくは、基準強度に対する測定された分光強度の比率とコンデンサーへの蓄電電圧との相関テーブルを制御部３の記憶部に格納し、その相関テーブルに基づいてコンデンサーへの蓄電電圧を設定する。このようにすれば、汚染により上側チャンバー窓６３の透過率が低下していても、その低下分を相殺するようにフラッシュ光の強度が高くなるため、半導体ウェハーＷの表面に照射されるフラッシュ光の照度は一定に維持することができる。
　また、上記実施形態においては、フラッシュ加熱部５に３０本のフラッシュランプＦＬを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプＦＬの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲン加熱部４に備えるハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。
　また、上記実施形態においては、１秒以上連続して発光する連続点灯ランプとしてフィラメント方式のハロゲンランプＨＬを用いて半導体ウェハーＷの予備加熱を行っていたが、これに限定されるものではなく、ハロゲンランプＨＬに代えて放電型のアークランプ（例えば、キセノンアークランプ）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。この場合、アークランプを点灯して石英窓の汚染の有無を判定する。
　また、熱処理装置１によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。また、熱処理装置１による加熱処理は、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。
　１　熱処理装置
　３　制御部
　４　ハロゲン加熱部
　５　フラッシュ加熱部
　６　チャンバー
　７　保持部
　１０　移載機構
　３１　判定部
　６３　上側チャンバー窓
　６４　下側チャンバー窓
　６５　熱処理空間
　７４　サセプタ
　９１，９２　分光光度計
　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、
    　基板を収容するチャンバーと、
    　前記チャンバー内にて基板を保持する保持部と、
    　前記チャンバーに設けられた石英窓と、
    　前記石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射する光源と、
    　前記光源から出射されて前記石英窓を透過した光を受光して当該光の強度を測定する光測定部と、
    　前記光源が点灯したときに前記光測定部が受光した光の強度に基づいて前記石英窓の汚染の有無を判定する判定部と、
    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、
    　前記石英窓が汚染されていないときに前記光源が点灯して前記光測定部が受光した光の強度を基準強度とし、
    　前記判定部は、前記光測定部によって取得された測定強度と前記基準強度との比較から前記石英窓の汚染の有無を判定する熱処理装置。
  3. 　請求項１または請求項２記載の熱処理装置において、
    　前記石英窓は、前記チャンバーの一方側に設けられた第１石英窓と他方側に設けられた第２石英窓とを含み、
    　前記光源は、前記第１石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射するフラッシュランプと、前記第２石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射する連続点灯ランプとを含み、
    　前記光測定部は、前記連続点灯ランプから出射されて前記第１石英窓および前記第２石英窓を透過した光を受光して当該光の強度を測定し、
    　前記判定部は、前記連続点灯ランプが点灯したときに前記光測定部が受光した光の強度に基づいて前記第１石英窓および前記第２石英窓の汚染の有無を判定する熱処理装置。
  4. 　請求項３記載の熱処理装置において、
    　前記連続点灯ランプから出射された光を直接受光して当該光の強度を測定する光源監視部をさらに備える熱処理装置。
  5. 　請求項３または請求項４記載の熱処理装置において、
    　前記判定部は、前記光測定部が受光した光の可視光域の分光強度に基づいて前記第１石英窓および前記第２石英窓の汚染の有無を判定する熱処理装置。
  6. 　請求項１または請求項２記載の熱処理装置において、
    　前記石英窓は、前記チャンバーの一方側に設けられた第１石英窓と他方側に設けられた第２石英窓とを含み、
    　前記光源は、前記第１石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射するフラッシュランプと、前記第２石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射する連続点灯ランプとを含み、
    　前記光測定部は、前記保持部に基板が保持されている状態にて前記フラッシュランプから出射されて前記第１石英窓を透過して前記基板で反射された光を受光して当該光の強度を測定し、
    　前記判定部は、前記保持部に基板が保持されている状態で前記フラッシュランプが点灯したときに前記光測定部が受光した光の強度に基づいて前記第１石英窓の汚染の有無を判定する熱処理装置。
  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、
    　石英窓が設けられたチャンバー内にて保持部に保持された基板に対して光源から前記石英窓を介して光を照射する照射工程と、
    　前記光源から出射されて前記石英窓を透過した光を光測定部が受光して当該光の強度を測定する光強度測定工程と、
    　前記光強度測定工程にて測定された光の強度に基づいて前記石英窓の汚染の有無を判定する判定工程と、
    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、
    　前記石英窓が汚染されていないときに前記光源が点灯して前記光測定部が受光した光の強度を基準強度とし、
    　前記判定工程では、前記光強度測定工程にて測定された光の強度と前記基準強度との比較から前記石英窓の汚染の有無を判定する熱処理方法。
  9. 　請求項７または請求項８記載の熱処理方法において、
    　前記石英窓は、前記チャンバーの一方側に設けられた第１石英窓と他方側に設けられた第２石英窓とを含み、
    　前記光源は、前記第１石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射するフラッシュランプと、前記第２石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射する連続点灯ランプとを含み、
    　前記光強度測定工程では、前記連続点灯ランプから出射されて前記第１石英窓および前記第２石英窓を透過した光を前記光測定部が受光して当該光の強度を測定し、
    　前記判定工程では、前記光強度測定工程にて測定された光の強度に基づいて前記第１石英窓および前記第２石英窓の汚染の有無を判定する熱処理方法。
  10. 　請求項９記載の熱処理方法において、
    　前記連続点灯ランプから出射された光を直接受光して当該光の強度を測定する光源監視工程をさらに備える熱処理方法。
  11. 　請求項９または請求項１０記載の熱処理方法において、
    　前記判定工程では、前記光測定部が受光した光の可視光域の分光強度に基づいて前記第１石英窓および前記第２石英窓の汚染の有無を判定する熱処理方法。
  12. 　請求項７または請求項８記載の熱処理方法において、
    　前記石英窓は、前記チャンバーの一方側に設けられた第１石英窓と他方側に設けられた第２石英窓とを含み、
    　前記光源は、前記第１石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射するフラッシュランプと、前記第２石英窓を介して前記保持部に保持された基板に光を照射する連続点灯ランプとを含み、
    　前記光強度測定工程では、前記保持部に基板が保持されている状態にて前記フラッシュランプから出射されて前記第１石英窓を透過して前記基板で反射された光を前記光測定部が受光して当該光の強度を測定し、
    　前記判定工程では、前記光強度測定工程にて測定された光の強度に基づいて前記第１石英窓の汚染の有無を判定する熱処理方法。
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