JP5483710B2

JP5483710B2 - 印加電圧設定方法、熱処理方法および熱処理装置

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Publication number: JP5483710B2
Application number: JP2010068057A
Authority: JP
Inventors: 隆泰山田
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-03-24
Also published as: JP2011204741A

Description

本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等の薄板状の精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）にフラッシュ光を照射して加熱するフラッシュランプに対する印加電圧を設定する印加電圧設定方法、並びに、その印加電圧にてフラッシュランプからフラッシュ光を照射して基板の加熱処理を行う熱処理方法および熱処理装置に関する。

近年、イオン注入後の半導体ウェハーの不純物（イオン）活性化工程においては、半導体デバイスのパターン微細化に伴って不純物の拡散を抑制して接合深さをより浅くすることが求められている。このような要求を満たす技術として、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極めて短時間のフラッシュ光（閃光）を照射するフラッシュランプアニール（ＦＬＡ）が注目されている。

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。このため、フラッシュランプアニールでは、イオンが注入された半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射し、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１０００℃以上にまで昇温させることができる。その結果、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。

ところが、フラッシュランプアニールでは極めて短時間に非常に巨大な光エネルギーをウェハー表面に照射するため、その表面温度が急速に上昇し、ウェハーの表面のみが急激に膨張することとなる。そして、フラッシュランプから照射するエネルギーが過剰であると、表面のみが急激に膨張した結果ウェハー表面にスリップが生じたり、最悪の場合ウェハー割れが生じることも判明している。一方、照射エネルギーが少ないとイオン活性化を行うことができない。従って、フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーの範囲を適正化することが重要となる。

一般に、照射時間が極めて短いフラッシュランプの場合、半導体ウェハーの温度測定結果に基づくランプ出力のフィードバック制御は不可能であるため、パターン形成のなされていないベアウェハーにイオン注入を行い、そのウェハーに実際に光照射を行ってから処理後の特性（例えばシート抵抗値等）を測定し、その結果に基づいてフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のエネルギーを調整するようにしている。

しかしながら、実際に処理対象となるウェハーはパターン形成がなされたものであり、無地のベアウェハーとは光吸収特性が異なることが多い。通常、同じエネルギーの光を照射したとしても、パターン形成のなされたウェハーの方がベアウェハーよりも放射率が高く多くの光エネルギーを吸収する傾向にある。このため、ベアウェハーにて照射エネルギーの適正化を行ったとしても、実際に処理するウェハーではより多くの光エネルギーを吸収した結果ウェハー割れが生じたりするという問題が発生していた。これを防止するためには、ベアウェハーでの適正照射エネルギー値に対して処理対象のウェハー毎に補正を行わなければならない。

このような課題を解決するために、特許文献１には、フラッシュ加熱を行うのに先立って、反射率が既知の標準ウェハー、パターン形成がなされていない無地ウェハー（例えば、ベアウェハー）および実際に処理対象となる半導体ウェハーの反射光強度を測定して無地ウェハーが吸収したフラッシュエネルギーおよび処理対象ウェハーが吸収したフラッシュエネルギーを算出し、それらに基づいて無地ウェハーに対する処理対象ウェハーのフラッシュエネルギー吸収比率を算出し、その値と無地ウェハーに照射するフラッシュ光の適正エネルギー値とから処理対象ウェハーに照射すべき適正エネルギー値を算出する技術が開示されている。

一方、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；Insulated gate bipolar transistor）を用いてフラッシュランプに流れる電流をチョッパ制御し、単純にフラッシュランプを発光させるよりも長時間（概ね１０ミリ秒以上）かけてフラッシュランプを発光させる技術が特許文献２，３に提案されている。このような技術を用いることにより、フラッシュランプの発光波形（発光強度の時間プロファイル）を自由に設定することができる。その結果、半導体ウェハーの表面温度をやや緩やかに昇降温させることができ、より良好な不純物の活性化および不純物注入層よりも深い層に導入された欠陥の回復を実現することができる。なお、緩やかな昇降温とはいっても、単純にフラッシュランプを発光させるだけの超高速の昇降温に比較すればのことであり、従来のハロゲンランプアニールに比較すれば非常に短時間での昇降温である。

特開２００５−３９２１３号公報特開２００９−０７０９４８号公報特開２００９−０９９７５８号公報

特許文献１に開示される技術によって処理対象ウェハーに照射すべき適正エネルギー値を算定することはできるものの、フラッシュエネルギーはフラッシュランプの両端電極に印加される電圧と発光波形に依存している。このため、実際のフラッシュエネルギーの調整はフラッシュランプに電力供給を行うコンデンサの充電電圧を調整することによって行われる。

従来より、フラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーとフラッシュランプへの印加電圧との対応関係はカロリーメータを用いて求めていた。カロリーメータは吸収した光のエネルギーを計測する。装置の初期設定時やメンテナンス時にカロリーメータをチャンバー内に設置し、コンデンサの充電電圧を変化させて何回かフラッシュ光照射を行ってフラッシュエネルギーと印加電圧との対応関係を求めるようにしていたのである。

単純にフラッシュランプを発光させるだけであれば、発光波形は単一であるため、上記のような手法によって一度フラッシュエネルギーとフラッシュランプへの印加電圧との対応関係を求めておけば、それに基づいて所望のフラッシュエネルギーとなるようにコンデンサへの充電電圧を調整することができる。

しかしながら、特許文献２，３に開示されるような技術を用いてフラッシュランプの発光波形を自由に設定する場合には、新たな発光波形を設定する都度、チャンバー内にカロリーメータを設置しての上記測定が必要となる。カロリーメータは、フラッシュエネルギーの計測時のみにチャンバー内に設置するものであり、チャンバー内を開放してカロリーメータを設置する作業は繁雑なものであった。また、一旦チャンバーを開放して測定作業を行った後は、チャンバー内の汚染チェック等が必要となる。このため、新たな発光波形を設定する度にカロリーメータを用いてフラッシュエネルギーとフラッシュランプへの印加電圧との対応関係を求める作業は非常に負担が大きくな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、フラッシュランプに対する印加電圧を簡易に設定することができる印加電圧設定方法、熱処理方法および熱処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板にフラッシュ光を照射して加熱するフラッシュランプに対する印加電圧を設定する印加電圧設定方法において、複数の印加電圧にてフラッシュランプを発光させ、前記複数の印加電圧のそれぞれについてフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーを測定するエネルギー測定工程と、前記エネルギー測定工程にて得られた測定結果に基づいてフラッシュランプへの印加電圧とフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得する相関関係取得工程と、処理対象基板の反射光強度を測定し、標準基板の放射率と処理対象基板の放射率との放射率比を算定する放射率比算定工程と、前記相関関係取得工程にて取得された印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式および前記放射率比算定工程にて算定された標準基板と処理対象基板との放射率比に基づいて、標準基板が吸収するのと等量のフラッシュエネルギーを処理対象基板に吸収させるのに必要な印加電圧を算定する印加電圧算定工程と、を備え、前記エネルギー測定工程は、フラッシュランプの発光波形毎に複数の印加電圧にてフラッシュランプを発光させてフラッシュエネルギーを測定し、前記相関関係取得工程は、フラッシュランプの発光波形毎に印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得することを特徴とする。

また、請求項２の発明は、基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、フラッシュランプの発光波形を設定する波形設定工程と、複数の印加電圧にてフラッシュランプを発光させ、前記複数の印加電圧のそれぞれについてフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーを測定するエネルギー測定工程と、前記エネルギー測定工程にて得られた測定結果に基づいてフラッシュランプへの印加電圧とフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得する相関関係取得工程と、処理対象基板の反射光強度を測定し、標準基板の放射率と処理対象基板の放射率との放射率比を算定する放射率比算定工程と、前記相関関係取得工程にて取得された印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式および前記放射率比算定工程にて算定された標準基板と処理対象基板との放射率比に基づいて、標準基板が吸収するのと等量のフラッシュエネルギーを処理対象基板に吸収させるのに必要な印加電圧を算定する印加電圧算定工程と、前記印加電圧算定工程にて算定された印加電圧にてコンデンサを充電し、当該コンデンサからフラッシュランプに電力供給を行って処理対象基板にフラッシュ光を照射するフラッシュ光照射工程と、を備え、前記エネルギー測定工程は、前記波形設定工程にて設定されたフラッシュランプの発光波形毎に複数の印加電圧にてフラッシュランプを発光させてフラッシュエネルギーを測定し、前記相関関係取得工程は、フラッシュランプの発光波形毎に印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る熱処理方法において、処理対象基板毎に前記放射率比算定工程および前記印加電圧算定工程を実行することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明に係る熱処理方法において、前記放射率比算定工程は、フラッシュランプの発光波長域の範囲内にて標準基板と処理対象基板との放射率比を算定することを特徴とする。

また、請求項５の発明は、基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、フラッシュランプに電力供給を行うコンデンサと、複数の印加電圧にて充電されたコンデンサからの電力供給によってフラッシュランプが発光したときに、前記複数の印加電圧のそれぞれについてフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーを測定するエネルギー測定手段と、前記エネルギー測定手段によって得られた測定結果に基づいてフラッシュランプへの印加電圧とフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得する相関関係取得手段と、処理対象基板の反射光強度を測定する反射光強度測定手段と、前記反射光強度測定手段によって得られた測定結果に基づいて標準基板の放射率と処理対象基板の放射率との放射率比を算定する放射率比算定手段と、前記相関関係取得手段によって取得された印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式および前記放射率比算定手段によって算定された標準基板と処理対象基板との放射率比に基づいて、標準基板が吸収するのと等量のフラッシュエネルギーを処理対象基板に吸収させるのに必要な印加電圧を算定する印加電圧算定手段と、前記印加電圧算定手段によって算定された印加電圧にてコンデンサを充電し、当該コンデンサからフラッシュランプに電力供給を行わせて前記保持手段に保持された処理対象基板にフラッシュ光を照射させる制御手段と、フラッシュランプの発光波形を設定する波形設定手段と、を備え、前記エネルギー測定手段は、前記波形設定手段にて設定されたフラッシュランプの発光波形毎に、複数の印加電圧にて充電されたコンデンサによりフラッシュランプが発光したときのフラッシュエネルギーを測定し、前記相関関係取得手段は、フラッシュランプの発光波形毎に印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得することを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る熱処理装置において、前記反射光強度測定手段は、処理対象基板毎に反射光強度を測定することを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項５または請求項６の発明に係る熱処理装置において、前記放射率比算定手段は、フラッシュランプの発光波長域の範囲内にて標準基板と処理対象基板との放射率比を算定することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、複数の印加電圧にてフラッシュランプを発光させ、複数の印加電圧のそれぞれについてフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーを測定するエネルギー測定工程と、その測定結果に基づいてフラッシュランプへの印加電圧とフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得する相関関係取得工程と、処理対象基板の反射光強度を測定し、標準基板の放射率と処理対象基板の放射率との放射率比を算定する放射率比算定工程と、印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式および標準基板と処理対象基板との放射率比に基づいて、標準基板が吸収するのと等量のフラッシュエネルギーを処理対象基板に吸収させるのに必要な印加電圧を算定する印加電圧算定工程と、を備えるため、カロリーメータを設置するなどの繁雑な作業を行うことなくフラッシュランプに対する印加電圧を簡易に設定することができる。

また、請求項１の発明によれば、フラッシュランプの発光波形毎に複数の印加電圧にてフラッシュランプを発光させてフラッシュエネルギーを測定し、フラッシュランプの発光波形毎に印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得するため、発光波形を変更したときにもフラッシュランプに対する印加電圧を簡易に設定することができる。

また、請求項２から請求項４の発明によれば、複数の印加電圧にてフラッシュランプを発光させ、複数の印加電圧のそれぞれについてフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーを測定するエネルギー測定工程と、その測定結果に基づいてフラッシュランプへの印加電圧とフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得する相関関係取得工程と、処理対象基板の反射光強度を測定し、標準基板の放射率と処理対象基板の放射率との放射率比を算定する放射率比算定工程と、印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式および標準基板と処理対象基板との放射率比に基づいて、標準基板が吸収するのと等量のフラッシュエネルギーを処理対象基板に吸収させるのに必要な印加電圧を算定する印加電圧算定工程と、算定された印加電圧にてコンデンサを充電し、当該コンデンサからフラッシュランプに電力供給を行って処理対象基板にフラッシュ光を照射するフラッシュ光照射工程と、を備えるため、カロリーメータを設置するなどの繁雑な作業を行うことなくフラッシュランプに対する印加電圧を簡易に設定してフラッシュ加熱処理を行うことができる。

また、請求項２から請求項４の発明によれば、フラッシュランプの発光波形を設定する波形設定工程をさらに備え、フラッシュランプの発光波形毎に複数の印加電圧にてフラッシュランプを発光させてフラッシュエネルギーを測定し、フラッシュランプの発光波形毎に印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得するため、発光波形を変更したときにもフラッシュランプに対する印加電圧を簡易に設定することができる。

また、請求項５から請求項７の発明によれば、基板を保持する保持手段と、保持手段に保持された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、フラッシュランプに電力供給を行うコンデンサと、複数の印加電圧にて充電されたコンデンサからの電力供給によってフラッシュランプが発光したときに、複数の印加電圧のそれぞれについてフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーを測定するエネルギー測定手段と、その測定結果に基づいてフラッシュランプへの印加電圧とフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得する相関関係取得手段と、処理対象基板の反射光強度を測定する反射光強度測定手段と、その測定結果に基づいて標準基板の放射率と処理対象基板の放射率との放射率比を算定する放射率比算定手段と、印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式および標準基板と処理対象基板との放射率比に基づいて、標準基板が吸収するのと等量のフラッシュエネルギーを処理対象基板に吸収させるのに必要な印加電圧を算定する印加電圧算定手段と、算定された印加電圧にてコンデンサを充電し、当該コンデンサからフラッシュランプに電力供給を行わせて前記保持手段に保持された処理対象基板にフラッシュ光を照射させる制御手段と、を備えるため、カロリーメータを設置するなどの繁雑な作業を行うことなくフラッシュランプに対する印加電圧を簡易に設定してフラッシュ加熱処理を行うことができる。

また、請求項５から請求項７の発明によれば、フラッシュランプの発光波形を設定する波形設定手段をさらに備え、フラッシュランプの発光波形毎に、複数の印加電圧にて充電されたコンデンサによりフラッシュランプが発光したときのフラッシュエネルギーを測定し、フラッシュランプの発光波形毎に印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得するため、発光波形を変更したときにもフラッシュランプに対する印加電圧を簡易に設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。フラッシュ加熱部の構成を示す縦断面図である。フラッシュ加熱部のガス路を示す断面図である。保持部の構成を示す断面図である。ホットプレートを示す平面図である。図３のフラッシュ加熱部の構成を示す縦断面図である。フラッシュランプの駆動回路を示す図である。アライメント部の構成を示す図である。測定光学系の構成を説明するための図である。制御部のハードウェア構成を示す図である。制御部の機能ブロック図である。フラッシュランプに対する印加電圧の設定手順を示すフローチャートである。フラッシュランプの発光波形の例を示す図である。印加電圧とフラッシュエネルギーとの関係の線形近似の一例を示す図である。処理対象となる半導体ウェハーおよび標準ウェハーの反射光強度の分光特性を示す図である。

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。

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

図１および図２に示すように、熱処理装置１００は、未処理の半導体ウェハーＷを装置内に搬入するとともに処理済みの半導体ウェハーＷを装置外に搬出するためのインデクサ部１０１、未処理の半導体ウェハーＷの位置決めを行うアライメント部１３０、加熱処理後の半導体ウェハーＷの冷却を行う冷却部１４０、半導体ウェハーＷにフラッシュ加熱処理を施すフラッシュ加熱部１６０並びにアライメント部１３０、冷却部１４０およびフラッシュ加熱部１６０に対して半導体ウェハーＷの搬送を行う搬送ロボット１５０を備える。また、熱処理装置１００は、上記の各処理部に設けられた動作機構および搬送ロボット１５０を制御して半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理を進行させる制御部３を備える。

インデクサ部１０１は、複数のキャリア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）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は当該無人搬送車によってロードポート１１０から持ち去られる。また、ロードポート１１０においては、受渡ロボット１２０がキャリア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、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１３０および冷却部１４０に対して半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。受渡ロボット１２０によるキャリア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１３０または冷却部１４０との半導体ウェハーＷの受け渡しは、ハンド１２１のスライド移動、および、受渡ロボット１２０の昇降動作によって行われる。

アライメント部１３０は、半導体ウェハーＷを回転させて続くフラッシュ加熱に適切な向きに向ける処理部である。受渡ロボット１２０からアライメント部１３０へはウェハー中心が所定の位置に位置するように半導体ウェハーＷが渡される。アライメント部１３０では、インデクサ部１０１から受け取った半導体ウェハーＷの中心部を回転中心として鉛直方向軸まわりで回転させノッチやオリフラ等を光学的に検出することによって半導体ウェハーＷの位置決めを行う。また、アライメント部１３０は後述の光学測定ユニットを備えており、その光学測定ユニットによって処理対象となる半導体ウェハーＷの反射光強度を測定する。

熱処理装置１００の主要部であるフラッシュ加熱部１６０は、予備加熱を行った半導体ウェハーＷにキセノンフラッシュランプＦＬからの閃光（フラッシュ光）を照射してフラッシュ加熱処理を行う処理部である。フラッシュ加熱部１６０およびアライメント部１３０の構成についてはさらに後述する。

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

搬送ロボット１５０は、鉛直方向に沿った軸を中心に矢印１５０Ｒにて示すように旋回可能とされるとともに、複数のアームセグメントからなる２つのリンク機構を有し、それら２つのリンク機構の先端にはそれぞれ半導体ウェハーＷを保持する搬送アーム１５１ａ，１５１ｂが設けられる。これらの搬送アーム１５１ａ，１５１ｂは上下に所定のピッチだけ隔てて配置され、リンク機構によりそれぞれ独立して同一水平方向に直線的にスライド移動可能とされている。また、搬送ロボット１５０は、２つのリンク機構が設けられるベースを昇降移動することにより、所定のピッチだけ離れた状態のまま２つの搬送アーム１５１ａ，１５１ｂを昇降移動させる。

また、搬送ロボット１５０による半導体ウェハーＷの搬送空間として搬送ロボット１５０を収容する搬送室１７０が設けられており、アライメント部１３０、冷却部１４０およびフラッシュ加熱部１６０が搬送室１７０に連結されて配置されている。搬送ロボット１５０がアライメント部１３０、フラッシュ加熱部１６０または冷却部１４０を受け渡し相手として半導体ウェハーＷの受け渡し（出し入れ）を行う際には、まず、両搬送アーム１５１ａ，１５１ｂが受け渡し相手と対向するように旋回し、その後（または旋回している間に）昇降移動していずれかの搬送アームが受け渡し相手と半導体ウェハーＷを受け渡しする高さに位置する。そして、搬送アーム１５１ａ（１５１ｂ）を水平方向に直線的にスライド移動させて受け渡し相手と半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。

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

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

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

チャンバー６は、ランプハウス５の下方に設けられており、略円筒状の内壁を有するチャンバー側部６３、および、チャンバー側部６３の下部を覆うチャンバー底部６２によって構成される。また、チャンバー側部６３およびチャンバー底部６２によって囲まれる空間が熱処理空間６５として規定される。熱処理空間６５の上方は上部開口６０とされており、上部開口６０にはチャンバー窓６１が装着されて閉塞されている。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

次に、ランプハウス５は、筐体５１の内側に、複数本（本実施形態では３０本）のキセノンフラッシュランプＦＬからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ５２と、を備えて構成される。また、ランプハウス５の筐体５１の底部にはランプ光放射窓５３が装着されている。ランプハウス５の床部を構成するランプ光放射窓５３は、石英により形成された板状部材である。ランプハウス５がチャンバー６の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓５３がチャンバー窓６１と相対向することとなる。ランプハウス５は、チャンバー６内にて保持部７に保持される半導体ウェハーＷにランプ光放射窓５３およびチャンバー窓６１を介してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射することにより半導体ウェハーＷを加熱する。

複数のフラッシュランプＦＬは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が保持部７に保持される半導体ウェハーＷの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプＦＬの配列によって形成される平面も水平面である。

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

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

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

また、図３のリフレクタ５２は、複数のフラッシュランプＦＬの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ５２の基本的な機能は、複数のフラッシュランプＦＬから出射された光を保持部７の側に反射するというものである。リフレクタ５２はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面（フラッシュランプＦＬに臨む側の面）はブラスト処理により粗面化加工が施されて梨地模様を呈する。このような粗面化加工を施しているのは、リフレクタ５２の表面が完全な鏡面であると、複数のフラッシュランプＦＬからの反射光の強度に規則パターンが生じて半導体ウェハーＷの表面温度分布の均一性が低下するためである。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

＜１−４．制御部の構成＞
次に、制御部３の構成について説明する。制御部３は、熱処理装置１００に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。図１１は、制御部３のハードウェア構成を示す図である。制御部３のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部３は、各種演算処理を行うＣＰＵ３１、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ３２、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ３３および制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスク３４をバスライン３９に接続して構成されている。

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

図１２は、制御部３の機能ブロック図である。制御部３に設けられたエネルギー測定部３０１、相関関係取得部３０２、放射率比算定部３０３、印加電圧算定部３０４および波形設定部３０５は、制御部３のＣＰＵ３１が磁気ディスク３４に格納された処理用ソフトウェアを実行することによって実現される機能処理部である。これら機能処理部の処理内容については熱処理装置１００の処理動作とともに説明する。

＜２．熱処理装置の処理動作＞
次に、本発明に係る熱処理装置１００による半導体ウェハーＷの処理動作について説明する。この熱処理装置１００において処理対象となる半導体ウェハーＷは、パターン形成後にイオン注入法により不純物（イオン）が添加された半導体ウェハーである。その不純物の活性化がフラッシュ加熱部１６０によるフラッシュ光照射加熱処理（アニール）により実行される。ここでは、熱処理装置１００全体におけるウェハーフローについて簡単に説明した後、フラッシュランプＦＬへの印加電圧設定およびフラッシュ加熱部１６０における処理内容について説明する。以下に説明する熱処理装置１００の処理手順は、制御部３が熱処理装置１００の各動作機構を制御することにより進行する。

＜２−１．熱処理装置全体におけるウェハーフロー＞
熱処理装置１００では、まず、不純物注入後の半導体ウェハーＷがキャリア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から半導体ウェハーＷを１枚ずつ取り出し、アライメント部１３０に載置する。アライメント部１３０では、回転テーブル１３３に支持された半導体ウェハーＷを、その中心部を回転中心として鉛直方向軸まわりで回転させノッチ等を光学的に検出することによって半導体ウェハーＷの位置決めを行う。また、光学測定ユニット２３０による半導体ウェハーＷの反射光強度測定も行われる。

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

フラッシュ加熱部１６０においては、半導体ウェハーＷに予備加熱を行ってからフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を行う。このときに後述のようにしてフラッシュランプＦＬへの印加電圧を算定し、その印加電圧にて充電したコンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに電力供給を行って半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射する。フラッシュ加熱が終了した後、半導体ウェハーＷは搬送ロボット１５０の下側の搬送アーム１５１ｂによって受け取られて搬出される。次に、搬送ロボット１５０は冷却部１４０に向くように旋回し、下側の搬送アーム１５１ｂがフラッシュ加熱処理済の半導体ウェハーＷを冷却部１４０内に載置する。冷却部１４０にて冷却された半導体ウェハーＷは受渡ロボット１２０によりキャリアＣへと返却される。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

＜２−３．印加電圧の設定＞
図１３は、フラッシュランプＦＬに対する印加電圧の設定手順を示すフローチャートである。まず、ある一つの発光波形について複数の印加電圧にてフラッシュランプＦＬを発光させ、複数の印加電圧のそれぞれについてフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーを測定する（ステップＳ１）。この測定作業は、チャンバー６内に半導体ウェハーＷが存在していない状態で行われ、制御部３の波形設定部３０５によってフラッシュランプＦＬの新たな発光波形が設定された直後に行うことが好ましい。

ステップＳ１の測定についてさらに詳細に説明する。予め、制御部３の波形設定部３０５によってフラッシュランプＦＬの発光波形が設定されている。そして、電源ユニット９５によってコンデンサ９３に電圧Ｖ₁が印加されると、その印加電圧Ｖ₁に応じた電荷がコンデンサ９３に充電され、フラッシュランプＦＬの両端電極間にも印加電圧Ｖ₁が印加されることとなる。コンデンサ９３に印加電圧Ｖ₁に応じた電荷が蓄積された状態にてＩＧＢＴ９６がオン状態となり、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されると、コンデンサ９３に蓄積された電荷がフラッシュランプＦＬのガラス管９２内の両端電極間で流れ始め、フラッシュランプＦＬが発光を開始する。フラッシュランプＦＬの発光波形は波形設定部３０５によって設定された通りのものとなる。

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

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

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

次に、このようにして得られた測定結果に基づいて、フラッシュランプＦＬへの印加電圧ＶとフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーＥとの相関関係を示す関係式を取得する（ステップＳ２）。本実施形態においては、エネルギー測定部３０１によって得られた測定結果に基づいて、制御部３の相関関係取得部３０２が印加電圧ＶとフラッシュエネルギーＥとの関係を線形近似（一次関数にて近似）する。

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

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

次に、処理対象となる半導体ウェハーＷの反射光強度を測定する（ステップＳ３）。この測定は、処理対象となる半導体ウェハーＷがアライメント部１３０に搬入され、回転テーブル１３３に載置されたときに実行される。具体的には、処理対象となる半導体ウェハーＷが回転テーブル１３３に載置されたときに、測定光学系２３１から半導体ウェハーＷの表面に光照射を行う。半導体ウェハーＷの表面にて反射された反射光は、測定光学系２３１にて受光された後、分光器２３５によってスペクトル分解処理を受け、この処理結果として半導体ウェハーＷの反射光強度の分光特性が制御部３に入力される。処理対象となる半導体ウェハーＷの反射光強度の分光特性は制御部３の記憶部に格納される。

一方、測定光学系２３１から光照射を行ったときの標準ウェハーの反射光強度の分光特性についても制御部３の記憶部に記憶されている。本実施形態においては、標準ウェハーとしてパターン形成のなされていない無地のベアウェハーを用いている。標準ウェハーの反射光強度については、何れかのタイミングにて実際にアライメント部１３０にて標準ウェハーの反射光強度を実測した結果を制御部３の記憶部に格納するようにしておけば良い。また、標準ウェハーがベアウェハーであれば、その反射光強度の分光特性は既知であり、そのデータを制御部３の記憶部に予め格納するようにしておいても良い。

図１６は、処理対象となる半導体ウェハーＷおよび標準ウェハーの反射光強度の分光特性を示す図である。同図において、縦軸は反射光強度を示し、横軸は波数（波長の逆数）を示している。また、点線にて示しているのが標準ウェハーの反射光強度であり、一点鎖線にて示しているのが処理対象となる半導体ウェハーＷの反射光強度である。図１６において、実線にて示しているのは全反射する理想鏡の反射光強度である。この全反射の反射光強度は、反射率１００％の理想鏡をアライメント部１３０に搬入して反射光強度を測定したきに得られるものであるが、そのような理想鏡は実際には存在しないため理論値（計算値）を用いており、投光器２３３の内蔵する光源（ハロゲンランプ）の発光強度の分光特性と一致する。

これら処理対象となる半導体ウェハーＷの反射光強度と標準ウェハーの反射光強度とから処理対象となる半導体ウェハーＷの放射率に対する標準ウェハーの放射率の比率である放射率比ε_rを算定する（ステップＳ４）。放射率比ε_rの算定は制御部３の放射率比算定部３０３が次の式（２）に従って実行する。

式（２）において、ε_bは標準ウェハー（ベアウェハー）の放射率であり、ε_sampは処理対象となる半導体ウェハーＷの放射率である。また、Ｉ_calは全反射の反射光強度であり、Ｉ_stdは標準ウェハーの反射光強度であり、Ｉ_sampは処理対象となる半導体ウェハーＷの反射光強度である。また、ｋは図１６の横軸に示す波数である。

図１６において、反射光強度（Ｉ）を波数（ｋ）にて積分した値は反射光の光エネルギーである。よって、図１６の実線と点線とに挟まれた領域の面積は波数範囲１／８００〜１／４００（ｎｍ^-1）において標準ウェハーが吸収した光エネルギーであり、実線と一点鎖線とに挟まれた領域の面積は同じ波数範囲において処理対象となる半導体ウェハーＷが吸収した光エネルギーである。従って、式（２）においては、処理対象となる半導体ウェハーＷが吸収した光エネルギーに対する標準ウェハーが吸収した光エネルギーの比率が、処理対象となる半導体ウェハーＷの放射率ε_sampに対する標準ウェハーの放射率ε_bの比率である放射率比ε_rとして算定されることとなる。一般に、表面にパターンの形成されている処理対象半導体ウェハーＷの放射率ε_sampの方がパターンの形成されていない標準ウェハーの放射率ε_bよりも大きく、放射率比ε_rは１よりも小さくなる。

放射率比算定部３０３が算定した標準ウェハーと処理対象となる半導体ウェハーＷとの放射率比ε_rは制御部３の記憶部に格納される。なお、式（２）の算定において、反射光強度を積分する波数の範囲を１／８００〜１／４００（ｎｍ^-1）、すなわち可視光域にしているのは、キセノンフラッシュランプＦＬの発光波長域が紫外域から赤外域にまでわたることおよびシリコンの半導体ウェハーＷが赤外線を透過することを考慮し、キセノンフラッシュランプＦＬの発光波長域の範囲内であって半導体ウェハーＷの加熱に寄与する波長域を選択したものである。

次に、相関関係取得部３０２によってステップＳ２で取得されたフラッシュランプＦＬへの印加電圧Ｖとフラッシュ光のフラッシュエネルギーＥとの相関関係を示す関係式および放射率比算定部３０３によってステップＳ４で算定された処理対象となる半導体ウェハーＷに対する標準ウェハーの放射率比ε_rに基づいて、制御部３の印加電圧算定部３０４が処理対象となる半導体ウェハーＷについての印加電圧を算定する（ステップＳ５）。

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

パターンが形成されている処理対象半導体ウェハーＷの方がパターンが形成されていない標準ウェハーよりも吸収率が高い（つまり放射率が高い）ため、標準ウェハーと等量のフラッシュエネルギーを処理対象半導体ウェハーＷに吸収させるためには、標準ウェハーよりも照射するフラッシュ光のフラッシュエネルギーを小さくする必要がある。具体的には、式（３）に示すように、標準ウェハーに照射するフラッシュ光のフラッシュエネルギーＥ_bに放射率比ε_rを乗じて求められるフラッシュエネルギーＥ_sampにてフラッシュ照射を行う必要がある。

この式（３）と式（１）とから次の式（４）が導かれる。ここで、Ｖ_sampは処理対象となる半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射するときのフラッシュランプＦＬに対する印加電圧である。また、Ｖ_bは標準ウェハーにフラッシュエネルギーＥ_bのフラッシュ光を照射するときのフラッシュランプＦＬに対する印加電圧である。

印加電圧算定部３０４は、式（４）からフラッシュエネルギーＥ_bにて標準ウェハーにフラッシュ光が照射されたときに標準ウェハーが吸収するのと等量のエネルギーを処理対象となる半導体ウェハーＷに吸収させるのに必要なフラッシュランプＦＬに対する印加電圧Ｖ_sampを算定する。

標準ウェハーについては、フラッシュランプＦＬから照射すべきフラッシュ光の適切なフラッシュエネルギーの値が判明している。適切なフラッシュエネルギーの値とは、ウェハー割れが生じることなく注入された不純物の活性化が良好に行われるエネルギー値である。そのような標準ウェハーに照射すべきフラッシュ光の適切なフラッシュエネルギーの値をＥ_bとおけば、適切なフラッシュ光照射がなされたときに標準ウェハーが吸収するのと等量のエネルギーを処理対象となる半導体ウェハーＷに吸収させるのに必要なフラッシュランプＦＬに対する印加電圧Ｖ_sampを式（４）から算定することができる。すなわち、処理対象となる半導体ウェハーＷに対して適切なフラッシュ加熱処理を行うことができる印加電圧Ｖ_sampを式（４）から算定することができるのである。なお、Ｖ_bについては標準ウェハーに対する適切なフラッシュエネルギーＥ_bを式（１）に適用して求めるようにしても良いし、予め実験的に求めるようにしておいても良い。

以上のようにして、処理対象となる半導体ウェハーＷに適切なフラッシュ加熱処理を行うことができる印加電圧Ｖ_sampを印加電圧算定部３０４が算定した後、フラッシュ加熱部１６０ではその算定された印加電圧Ｖ_sampにて実際にフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光を照射する（ステップＳ６）。

＜２−４．フラッシュ加熱部での処理＞
次に、フラッシュ加熱部１６０における半導体ウェハーＷの処理動作について説明する。まず、保持部７が図７に示す処理位置から図３に示す受渡位置に下降する。「処理位置」とは、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射が行われるときの保持部７の位置であり、図７に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。また、「受渡位置」とは、チャンバー６に半導体ウェハーＷの搬出入が行われるときの保持部７の位置であり、図３に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。フラッシュ加熱部１６０における保持部７の基準位置は処理位置であり、処理前にあっては保持部７は処理位置に位置しており、これが処理開始に際して受渡位置に下降するのである。図３に示すように、保持部７が受渡位置にまで下降するとチャンバー底部６２に近接し、支持ピン７０の先端が保持部７を貫通して保持部７の上方に突出する。

次に、保持部７が受渡位置に下降したときに、弁８２および弁８７が開かれてチャンバー６の熱処理空間６５内に常温の窒素ガスが導入される。続いて、ゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放され、搬送ロボット１５０が処理対象となる半導体ウェハーＷを保持する搬送アーム１５１ａを搬送開口部６６からチャンバー６内に進入させる。搬送ロボット１５０は、３本の支持ピン７０の上方にまで搬送アーム１５１ａを進出させた後、搬送アーム１５１ａを若干下降させる。このときに、搬送アーム１５１ａに保持されていた半導体ウェハーＷは３本の支持ピン７０に受け渡される。

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

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

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

この処理位置にて約６０秒間の予備加熱が行われ、半導体ウェハーＷの温度が予め設定された予備加熱温度Ｔ１まで上昇する。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７００℃程度、好ましくは３５０℃ないし６００℃程度とされる（本実施の形態では５００℃）。また、保持部７とチャンバー窓６１との間の距離は、保持部昇降機構４のモータ４０の回転量を制御することにより任意に調整することが可能とされている。

約６０秒間の予備加熱時間が経過した後、保持部７が処理位置に位置したまま制御部３の制御によりランプハウス５のフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷへ向けてフラッシュ光が照射される。フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射を行うに際しては、上述のようにして印加電圧算定部３０４によって算定された印加電圧Ｖ_sampにて予め電源ユニット９５がコンデンサ９３を充電しておく。また、波形設定部３０５が設定するフラッシュランプＦＬの発光波形は、印加電圧Ｖ_sampを算定するに際して印加電圧ＶとフラッシュエネルギーＥとの相関関係を示す関係式（１）を取得するときに用いた発光波形と同じにしておく。

コンデンサ９３が印加電圧Ｖ_sampにて充電された状態にてＩＧＢＴ制御部９８がＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力し、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されると、コンデンサ９３に蓄積された電荷がフラッシュランプＦＬのガラス管９２内の両端電極間で電流として流れ始め、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射が実行される。このとき、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光の一部は直接にチャンバー６内の保持部７へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ５２により反射されてからチャンバー６内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱が行われる。

印加電圧Ｖ_sampは、適切なフラッシュ加熱処理がなされた標準ウェハーが吸収するのと等量のフラッシュエネルギーを処理対象となる半導体ウェハーＷに吸収させるのに必要な印加電圧として算定されたものである。すなわち、印加電圧Ｖ_sampは、処理対象となる半導体ウェハーＷに適切なフラッシュ加熱処理を行うことができるように算定されたものである。従って、印加電圧Ｖ_sampにて充電したコンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに電力供給を行い、かつ、印加電圧Ｖ_sampを算定するに際して用いた発光波形と同じ発光波形にてフラッシュランプＦＬを発光させれば、処理対象となる半導体ウェハーＷにフラッシュランプＦＬから適切なフラッシュエネルギーのフラッシュ光を照射することができる。このようなフラッシュランプ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に添加された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。

フラッシュ加熱が終了し、処理位置における約１０秒間の待機の後、保持部７が保持部昇降機構４により再び図３に示す受渡位置まで下降し、半導体ウェハーＷが保持部７から支持ピン７０へと渡される。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、搬送ロボット１５０が搬送アーム１５１ｂを搬送開口部６６からチャンバー６内に進入させる。搬送ロボット１５０は、３本の支持ピン７０によって支持される半導体ウェハーＷの下方にまで搬送アーム１５１ｂを進出させた後、搬送アーム１５１ｂを上昇させる。これにより、支持ピン７０に載置されていた半導体ウェハーＷは搬送アーム１５１ｂに受け渡される。その後、搬送ロボット１５０は、フラッシュ加熱処理後の半導体ウェハーＷを支持した搬送アーム１５１ｂをチャンバー６から退出させる。

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

＜３．本実施の形態の熱処理装置における利点＞
本実施の形態においては、まず、複数の印加電圧にてフラッシュランプＦＬを発光させ、それら複数の印加電圧のそれぞれについてフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーを測定している。次に、その測定結果に基づいてフラッシュランプＦＬへの印加電圧とフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得している。また、処理対象となる半導体ウェハーＷの反射光強度を測定し、その値と標準ウェハーの反射光強度とから標準ウェハーの放射率と処理対象半導体ウェハーＷの放射率との放射率比を算定する。そして、印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式および標準ウェハーと処理対象半導体ウェハーＷとの放射率比に基づいて、標準ウェハーが吸収するのと等量のフラッシュエネルギーを処理対象半導体ウェハーＷに吸収させるのに必要な印加電圧を算定している。なお、フラッシュランプＦＬにはコンデンサ９３から電力供給を行っており、フラッシュランプＦＬに対する印加電圧とはフラッシュランプＦＬに電力供給を行うコンデンサ９３への印加電圧（充電電圧）と同じである。

このようにすれば、従来のようにチャンバー６内を開放してカロリーメータを設置しての測定が不要となり、標準ウェハーが吸収するのと等量のフラッシュエネルギーを処理対象となる半導体ウェハーＷに吸収させるのに必要なフラッシュランプＦＬに対する印加電圧を簡易に設定することができる。よって、フラッシュランプＦＬに対する印加電圧の設定に際してチャンバー６内が汚染される懸念は無い。そして、適切なフラッシュ加熱処理がなされた標準ウェハーが吸収するのと等量のフラッシュエネルギーを処理対象半導体ウェハーＷに吸収させるのに必要な印加電圧を算定し、その印加電圧にてコンデンサ９３を充電すれば、処理対象となる半導体ウェハーＷに適切なフラッシュ加熱処理を実行することができる。

特に、本実施形態では入力部３６からの入力内容に基づいて制御部３の波形設定部３０５がフラッシュランプＦＬの発光波形を自由に設定できるのであるが、新たな発光波形を設定した場合であっても上記の手法によって発光波形毎に簡易にフラッシュランプＦＬに対する印加電圧を設定することができる。すなわち、新たな発光波形を設定する度にチャンバー６内を開放してカロリーメータを設置する必要が無くなるため、発光波形を変更した際のフラッシュランプＦＬに対する印加電圧の設定作業の負担が極めて軽いものとなる。

また、新たな処理対象となる半導体ウェハーＷがアライメント部１３０に搬入される都度、その半導体ウェハーＷの反射光強度を測定し、標準ウェハーと半導体ウェハーＷとの放射率比ε_rを算定するようにしても良い。この場合、印加電圧算定部３０４は処理対象となる半導体ウェハーＷ毎に印加電圧を設定することとなる。このようにすれば、処理対象となる半導体ウェハーＷの放射率が異なるような場合であっても、その放射率に応じて適切な印加電圧を設定することができる。

また、本実施形態においては、フラッシュランプＦＬの発光波長域の範囲内である４００ｎｍ〜８００ｎｍにて式（２）により標準ウェハーと処理対象となる半導体ウェハーＷとの放射率比ε_rを算定している。このため、放射率比ε_rはフラッシュランプＦＬの発光に適したものとなり、フラッシュランプＦＬに対する印加電圧の算定精度を向上させることができる。

＜４．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、相関関係取得部３０２が印加電圧ＶとフラッシュエネルギーＥとの関係を線形近似していたが、これに限定されるものではなく、二次関数以上の高次関数にて近似して相関関係を示す関係式を取得するようにしても良い。

また、放射率比ε_rを算定する式（２）における反射光強度は光源をハロゲンランプとしたものであったため、式（２）にさらにフラッシュランプＦＬの分光分布特性を考慮した重み付け補正を行うようにしても良い。具体的には、フラッシュランプＦＬの分光分布においてより強度の強い波長での反射光強度により大きな係数を乗ずるようにする。

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

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

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

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

また、上記実施形態においては、ホットプレート７１に載置することによって半導体ウェハーＷを予備加熱するようにしていたが、予備加熱の手法はこれに限定されるものではなく、ハロゲンランプを設けて光照射によって半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１にまで予備加熱するようにしても良い。

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

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

また、本発明に係る熱処理装置によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。また、本発明に係る技術は、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化に適用するようにしても良い。

２光測定部
３制御部
４保持部昇降機構
５ランプハウス
６チャンバー
７保持部
２４カロリーメータ
３１ＣＰＵ
３６入力部
９３コンデンサ
９５電源ユニット
９６ＩＧＢＴ
９８ＩＧＢＴ制御部
１００熱処理装置
１０１インデクサ部
１３０アライメント部
１３２ウェハ保持部
１３３回転テーブル
１４０冷却部
１５０搬送ロボット
１６０フラッシュ加熱部
１７０搬送室
２３０光学測定ユニット
２３１測定光学系
２３３投光器
２３５分光器
３０１エネルギー測定部
３０２相関関係取得部
３０３放射率比算定部
３０４印加電圧算定部
３０５波形設定部
ＦＬフラッシュランプ
Ｗ半導体ウェハー

Claims

基板にフラッシュ光を照射して加熱するフラッシュランプに対する印加電圧を設定する印加電圧設定方法であって、
複数の印加電圧にてフラッシュランプを発光させ、前記複数の印加電圧のそれぞれについてフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーを測定するエネルギー測定工程と、
前記エネルギー測定工程にて得られた測定結果に基づいてフラッシュランプへの印加電圧とフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得する相関関係取得工程と、
処理対象基板の反射光強度を測定し、標準基板の放射率と処理対象基板の放射率との放射率比を算定する放射率比算定工程と、
前記相関関係取得工程にて取得された印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式および前記放射率比算定工程にて算定された標準基板と処理対象基板との放射率比に基づいて、標準基板が吸収するのと等量のフラッシュエネルギーを処理対象基板に吸収させるのに必要な印加電圧を算定する印加電圧算定工程と、
を備え、
前記エネルギー測定工程は、フラッシュランプの発光波形毎に複数の印加電圧にてフラッシュランプを発光させてフラッシュエネルギーを測定し、
前記相関関係取得工程は、フラッシュランプの発光波形毎に印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得することを特徴とする印加電圧設定方法。
基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法であって、
フラッシュランプの発光波形を設定する波形設定工程と、
複数の印加電圧にてフラッシュランプを発光させ、前記複数の印加電圧のそれぞれについてフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーを測定するエネルギー測定工程と、
前記エネルギー測定工程にて得られた測定結果に基づいてフラッシュランプへの印加電圧とフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得する相関関係取得工程と、
処理対象基板の反射光強度を測定し、標準基板の放射率と処理対象基板の放射率との放射率比を算定する放射率比算定工程と、
前記相関関係取得工程にて取得された印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式および前記放射率比算定工程にて算定された標準基板と処理対象基板との放射率比に基づいて、標準基板が吸収するのと等量のフラッシュエネルギーを処理対象基板に吸収させるのに必要な印加電圧を算定する印加電圧算定工程と、
前記印加電圧算定工程にて算定された印加電圧にてコンデンサを充電し、当該コンデンサからフラッシュランプに電力供給を行って処理対象基板にフラッシュ光を照射するフラッシュ光照射工程と、
を備え、
前記エネルギー測定工程は、前記波形設定工程にて設定されたフラッシュランプの発光波形毎に複数の印加電圧にてフラッシュランプを発光させてフラッシュエネルギーを測定し、
前記相関関係取得工程は、フラッシュランプの発光波形毎に印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得することを特徴とする熱処理方法。
請求項２に記載の熱処理方法において、
処理対象基板毎に前記放射率比算定工程および前記印加電圧算定工程を実行することを特徴とする熱処理方法。
請求項２または請求項３に記載の熱処理方法において、
前記放射率比算定工程は、フラッシュランプの発光波長域の範囲内にて標準基板と処理対象基板との放射率比を算定することを特徴とする熱処理方法。
基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
フラッシュランプに電力供給を行うコンデンサと、
複数の印加電圧にて充電されたコンデンサからの電力供給によってフラッシュランプが発光したときに、前記複数の印加電圧のそれぞれについてフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーを測定するエネルギー測定手段と、
前記エネルギー測定手段によって得られた測定結果に基づいてフラッシュランプへの印加電圧とフラッシュランプから照射されるフラッシュ光のフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得する相関関係取得手段と、
処理対象基板の反射光強度を測定する反射光強度測定手段と、
前記反射光強度測定手段によって得られた測定結果に基づいて標準基板の放射率と処理対象基板の放射率との放射率比を算定する放射率比算定手段と、
前記相関関係取得手段によって取得された印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式および前記放射率比算定手段によって算定された標準基板と処理対象基板との放射率比に基づいて、標準基板が吸収するのと等量のフラッシュエネルギーを処理対象基板に吸収させるのに必要な印加電圧を算定する印加電圧算定手段と、
前記印加電圧算定手段によって算定された印加電圧にてコンデンサを充電し、当該コンデンサからフラッシュランプに電力供給を行わせて前記保持手段に保持された処理対象基板にフラッシュ光を照射させる制御手段と、
フラッシュランプの発光波形を設定する波形設定手段と、
を備え、
前記エネルギー測定手段は、前記波形設定手段にて設定されたフラッシュランプの発光波形毎に、複数の印加電圧にて充電されたコンデンサによりフラッシュランプが発光したときのフラッシュエネルギーを測定し、
前記相関関係取得手段は、フラッシュランプの発光波形毎に印加電圧とフラッシュエネルギーとの相関関係を示す関係式を取得することを特徴とする熱処理装置。
請求項５に記載の熱処理装置において、
前記反射光強度測定手段は、処理対象基板毎に反射光強度を測定することを特徴とする熱処理装置。
請求項５または請求項６に記載の熱処理装置において、
前記放射率比算定手段は、フラッシュランプの発光波長域の範囲内にて標準基板と処理対象基板との放射率比を算定することを特徴とする熱処理装置。