CN106340451A - 热处理方法以及热处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够省略仿真运行的热处理方法以及热处理装置。在从卤素灯(HL)向在腔室(6)内被支座(74)保持的半导体晶片(W)的下表面照射光来进行预加热之后，从闪光灯(FL)向该半导体晶片(W)的上表面照射闪光来进行闪光加热。在开始对一批次中最初的半导体晶片(W)进行热处理之前，将被加热器(22)加热的高温的处理气体供给至腔室(6)内，从而对包括支座(74)的腔室内结构体进行预热。使腔室内结构体升温至与进行正常处理时相同程度的温度，从而即使在不进行仿真运行的情况下，也能够使构成一批次的所有半导体晶片(W)被相同温度的支座(74)支撑，从而能够使温度履历均匀。

Description

热处理方法以及热处理装置
技术领域
本发明涉及通过向半导体晶片等薄板状精密电子基板(以下，仅称为“基板”)照射光来对该基板进行加热的热处理方法以及热处理装置。
背景技术
在半导体器件的制造工艺中，导入杂质是在半导体晶片内形成pn结所必须的工序。当前，通常通过离子注入法和之后的退火法来导入杂质。离子注入法是如下技术，即，使硼(B)、砷(As)和磷(P)等杂质元素离子化，并通过高加速电压使它们与半导体晶片碰撞，从而以物理的方式注入杂质。注入的杂质经由退火处理被活化。此时，若退火时间为几秒以上，则因热使注入的杂质扩散得很深，结果，结深与要求的深度相比过深，阻碍形成良好的器件。
因此，作为以极短的时间对半导体晶片进行加热的退火技术，近几年关注闪光灯退火(FLA)。闪光灯退火是使用氙气闪光灯(以下，在称为“闪光灯”时是指氙气闪光灯)向半导体晶片的表面照射闪光，来在极短的时间(几毫秒以下)内仅使注入了杂质的半导体晶片的表面升温的热处理技术。
氙气闪光灯的放射光谱分布为紫外区域至近红外区域，比以往的卤素灯的波长短，与硅的半导体晶片的基本吸收带(fundamental absorption band)大致一致。因此，在从氙气闪光灯向半导体晶片照射闪光时，透过光少，能够使半导体晶片快速升温。另外得知，若照射几毫秒以下的极短时间的闪光，则能够选择性地仅使半导体晶片的表面附近升温。因此，通过氙气闪光灯的极短时间的升温，不会使杂质扩散很深，能够仅进行杂质活化。
作为使用这样的氙气闪光灯的热处理装置，在专利文献1、2公开了如下装置，即，在半导体晶片的表面侧配置闪光灯等脉冲发光灯，在背面侧配置卤素灯等连续点亮灯，通过它们的组合进行所希望的热处理。在专利文献1、2公开的热处理装置中，通过卤素灯等将半导体晶片预加热至某种程度的温度，然后，通过来自闪光灯的脉冲加热，加热至所希望的处理温度。
专利文献1：日本特开昭60-258928号公报
专利文献2：日本特表2005-527972号公报
通常，不仅仅限于热处理，半导体晶片的处理是以一批次(作为在同一条件下进行同一内容的处理的对象的一组半导体晶片)为单位进行的。在单张式的基板处理装置中，对构成一批次的多张半导体晶片连续地依次进行处理。在闪光灯退火装置中，也将构成一批次的多个半导体晶片逐张地搬入腔室来进行热处理。
在运转停止状态的闪光灯退火装置开始进行一批次的处理的情况下，向大致室温的腔室搬入一批次中最初的半导体晶片来进行加热处理。在进行加热处理时，将在腔室内被支座支撑的半导体晶片预加热至规定温度，然后通过闪光加热使晶片表面升温至处理温度。结果，从升温的半导体晶片向支座等腔室内结构体产生热传导，腔室内结构体的温度也上升。这样伴随半导体晶片的加热处理产生的腔室内结构体的温度上升，从一批次中最初持续至几张左右，在第大约10张半导体晶片进行了加热处理时，腔室内结构体的温度达到规定的稳定温度。即，一批次中最初的半导体晶片被室温的支座支撑来被处理，而第10张之后的半导体晶片被升温至稳定温度的支座支撑来被处理。
因此，产生如下问题，即，构成一批次的多个半导体晶片的温度履历不均匀。由此，从一批次中最初到几张左右的半导体晶片，被比较低温的支座支撑来被处理，因此可能使闪光照射时的表面达到温度达不到处理温度。另外，在向被低温的支座支撑的半导体晶片照射闪光时，可能因支座和半导体晶片之间的温度差而产生晶片翘曲，结果可能使半导体晶片损坏。
因此，以往，在开始进行一批次的处理之前，将不是处理对象的仿真晶片搬入腔室内来支撑于支座，在与处理对象的一批次同一条件下进行闪光加热处理，从而事先使支座等腔室内结构体升温(仿真运行)。通过对大约10张左右的仿真晶片进行闪光加热处理，使支座等腔室内结构体达到稳定温度，然后开始对成为处理对象的一批次中最初的半导体晶片进行处理。这样，能够使构成一批次的多个半导体晶片的温度履历均匀，并且能够防止因支座和半导体晶片之间的温度差而引起的晶片翘曲。
但是，这样的仿真运行不仅消耗与处理无关的仿真晶片，而且对10张左右的仿真晶片进行闪光加热处理需要相当多的时间，因此存在如下问题，即，妨碍闪光灯退火装置高效地运用。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够省略仿真运行的热处理方法以及热处理装置。
为了解决上述问题，技术方案1的发明为一种热处理方法，通过向基板照射光来对该基板进行加热，该热处理方法的特征在于，包括：搬入工序，向腔室内搬入基板；光照射工序，向搬入所述腔室内的基板照射光；预热工序，在向所述腔室搬入一批次中最初的基板之前，将被加热的处理气体供给至所述腔室内，来使所述腔室内的结构体升温。
另外，技术方案2的发明在技术方案1的发明的热处理方法的基础上，其特征在于，将在不供给被加热的所述处理气体的情况下，向多个基板连续地照射光来进行加热，使所述结构体的温度上升且变成恒定时的结构体的温度，作为稳定温度，在所述预热工序中，以使所述结构体达到所述稳定温度的方式，供给被加热的所述处理气体。
另外，技术方案3的发明在技术方案2的发明的热处理方法的基础上，其特征在于，所述结构体包括在所述腔室内支撑基板的支座。
另外，技术方案4的发明在技术方案1至3中任一项发明的热处理方法的基础上，其特征在于，在所述光照射工序中，通过闪光灯从所述腔室的一侧向基板照射闪光。
另外，技术方案5的发明在技术方案4的发明的热处理方法的基础上，其特征在于，在所述光照射工序中，还通过卤素灯从所述腔室的另一侧向基板照射光。
另外，技术方案6的发明为一种一种热处理装置，通过向基板照射光来对该基板进行加热，该热处理装置的特征在于，具有：腔室，容置基板；光照射部，向容置于所述腔室内的基板照射光；气体供给部，向所述腔室内供给处理气体；气体加热部，对从所述气体供给部向所述腔室供给的所述处理气体进行加热；以及控制部，以在一批次中最初的基板搬入所述腔室之前，将被加热的处理气体供给至所述腔室内来使所述腔室内的结构体升温的方式，控制所述气体供给部以及所述气体加热部。
另外，技术方案7的发明在技术方案6的发明的热处理装置的基础上，其特征在于，将在不从所述气体供给部供给被加热的所述处理气体的情况下，从所述光照射部向多个基板连续地照射光来进行加热，使所述结构体的温度上升且变成恒定时的结构体的温度，作为稳定温度，所述控制部以使所述结构体达到所述稳定温度的方式，控制所述气体供给部以及所述气体加热部。
另外，技术方案8的发明在技术方案7的发明的热处理装置的基础上，其特征在于，所述结构体包括在所述腔室内支撑基板的支座。
另外，技术方案9的发明在技术方案6至8中任一项发明的热处理装置的基础上，其特征在于，所述光照射部包括闪光灯，该闪光灯从所述腔室的一侧向基板照射闪光。
另外，技术方案10的发明在技术方案9的发明的热处理装置的基础上，其特征在于，所述光照射部还包括卤素灯，该卤素灯从所述腔室的另一侧向基板照射光。
根据技术方案1至5的发明，在将一批次中最初的基板搬入腔室之前，将进行了加热的处理气体供给至腔室内来使腔室内的结构体升温，因此即使省略仿真运行，也能够使构成一批次的所有基板的温度履历均匀。
根据技术方案6至10的发明，在将一批次中最初的基板搬入腔室之前，将被加热的处理气体供给至腔室内来使腔室内的结构体升温，因此即使省略仿真运行，也能够使构成一批次的所有基板的温度履历均匀。
附图说明
图1是表示本发明的热处理装置的结构的纵向剖视图。
图2是表示保持部的整体外观的立体图。
图3是从上方观察保持部的俯视图。
图4是从侧方观察保持部的侧视图。
图5是移载机构的俯视图。
图6是移载机构的侧视图。
图7是表示多根卤素灯的配置方式的俯视图。
图8是表示闪光灯的驱动电路的图。
图9是表示半导体晶片的处理张数和支座的温度之间的关系的图。
其中，附图标记说明如下：
1：热处理装置；
3：控制部；
4：卤素加热部；
5：闪光加热部；
6；腔室；
7：保持部；
10：移载机构；
21：流量调整阀；
22：加热器；
27：高温计
65：热处理空间；
74：支座；
83：气体供给管；
85：气体供给源；
HL：卤素灯；
FL：闪光灯；
W：半导体晶片。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的热处理装置1的结构的纵向剖视图。本实施方式的热处理装置1是对作为基板的圆板形状的半导体晶片W照射闪光来对该半导体晶片W进行加热的闪光灯退火装置。作为处理对象的半导体晶片W的尺寸并没有特别的限定，例如为φ300mm或φ450mm。在搬入热处理装置1之前的半导体晶片W中注入有杂质，通过热处理装置1的加热处理，对注入的杂质进行活化处理。此外，在图1以及以后的各图中，为了易于理解，根据需要夸张或简化地描绘了各部分的尺寸和数量。
热处理装置1具有：腔室6，容置半导体晶片W；闪光加热部5，内置有多个闪光灯FL；和卤素加热部4，内置有多根卤素灯HL。在腔室6的上侧设置闪光加热部5，并且在腔室6的下侧设置卤素加热部4。另外，在热处理装置1的腔室6的内部设置有：保持部7，将半导体晶片W保持为水平姿势；和移载机构10，在保持部7与装置外部之间交接半导体晶片W。另外，热处理装置1具有用于向腔室6内供给被加热的处理气体的机构。另外，热处理装置1具有控制部3，该控制部3对设置于卤素加热部4、闪光加热部5以及腔室6的各动作机构进行控制，来对半导体晶片W进行热处理。
在腔室6的筒状的腔室侧部61的上下端安装有石英制的腔室窗。腔室侧部61形成为上下开口的大致筒形，在上侧开口安装上侧腔室窗63来进行堵塞，在下侧开口安装下侧腔室窗64来进行堵塞。构成腔室6的顶部的上侧腔室窗63是由石英形成的圆板形构件，发挥使从闪光加热部5射出的闪光穿透至腔室6内的石英窗的功能。另外，构成腔室6的底部的下侧腔室窗64也是由石英形成的圆板形构件，发挥使来自卤素加热部4的光穿透至腔室6内的石英窗的功能。
另外，在腔室侧部61的内侧的壁面的上部安装有反射圈68，在下部安装有反射圈69。反射圈68、69都形成为圆环状。上侧的反射圈68从腔室侧部61的上侧嵌入安装。另一方面，下侧的反射圈69从腔室侧部61的下侧嵌入，通过省略图示的螺钉进行固定安装。即，反射圈68、69都以能够自由装拆的方式安装在腔室侧部61。将腔室6的内侧空间，即被上侧腔室窗63、下侧腔室窗64、腔室侧部61以及反射圈68、69所包围的空间规定为热处理空间65。
通过在腔室侧部61安装反射圈68、69，来在腔室6的内壁面形成凹部62。即，形成由腔室侧部61的内壁面中的没有安装反射圈68、69的中央部分、反射圈68的下端面以及反射圈69的上端面包围的凹部62。凹部62在腔室6的内壁面沿着水平方向形成为圆环状，该凹部62围绕用于保持半导体晶片W的保持部7。
腔室侧部61以及反射圈68、69由强度和耐热性优异的金属材料(例如，不锈钢)形成。另外，反射圈68、69的内周面通过电解镀镍形成镜面。
另外，在腔室侧部61形成有搬运开口部(炉口)66，该搬运开口部66用于将半导体晶片W搬入腔室6或者从腔室6搬出半导体晶片W。能够通过闸阀(gate valve)185对搬运开口部66进行开闭。搬运开口部66与凹部62的外周面连通连接。因此，在闸阀185使搬运开口部66打开时，能够从搬运开口部66经过凹部62向热处理空间65搬入半导体晶片W，以及从热处理空间65搬出半导体晶片W。另外，在闸阀185使搬运开口部66关闭时，腔室6内的热处理空间65成为密闭空间。
另外，在腔室6的内壁上部形成有用于向热处理空间65供给处理气体的气体供给孔81。气体供给孔81形成在比凹部62更靠上侧的上侧位置，该气体供给孔81也可以设置在反射圈68上。气体供给孔81经由在腔室6的侧壁内部形成为圆环状的缓冲空间82与气体供给管83连通连接。气体供给管83与气体供给源85连接。另外，在气体供给管83的路径途中安装有阀84、流量调整阀21以及加热器22。气体供给源85所供给的处理气体的种类并没有特别的限定，能够根据处理目的适当选择，例如能够使用氮气(N2)、氩气(Ar)、氦气(He)等非活性气体，或者，氧气(O2)、氢气(H2)、氯气(Cl2)、氯化氢气体(HCl)、臭氧气体(O3)、氨气(NH3)等反应性气体。
在打开阀84时，从气体供给源85向缓冲空间82输送处理气体。流入缓冲空间82的处理气体以在流体阻力比气体供给孔81的流体阻力小的缓冲空间82内扩散的方式流动，并从气体供给孔81向热处理空间65内供给。在气体供给管83中流动且向热处理空间65供给的处理气体的流量由流量调整阀21规定。即，气体供给源85以及阀84相当于用于向腔室6内供给处理气体的气体供给部。此外，可以使用质量流量控制器(mass flow controller)来代替流量调整阀21。
加热器22对在气体供给管83中流动的处理气体进行加热。被加热器22加热的处理气体从气体供给孔81供给至热处理空间65。即，加热器22相当于用于对向腔室6供给的处理气体进行加热的气体加热部。
另一方面，在腔室6的内壁下部形成有用于排出热处理空间65内的气体的气体排出孔86。气体排出孔86形成在比凹部62更靠下侧的下侧位置，该气体排出孔86也可以设置在反射圈69上。气体排出孔86经由在腔室6的侧壁内部形成为圆环状的缓冲空间87与气体排气管88连通连接。气体排气管88与排气部190连接。另外，在气体排气管88的路径途中安装有阀89。在打开阀89时，热处理空间65中的气体从气体排出孔86经由缓冲空间87向气体排气管88排出。此外，气体供给孔81以及气体排出孔86可以沿着腔室6的周向设置多个，也可以形成为狭缝状。另外，气体供给源85以及排气部190可以是设置于热处理装置1的机构，也可以是设置热处理装置1的工厂的设备(utility)。
另外，在搬运开口部66的前端也连接有用于排出热处理空间65内的气体的气体排气管191。气体排气管191经由阀192与排气部190连接。通过打开阀192，经由搬运开口部66排出腔室6内的气体。
图2是表示保持部7的整体外观的立体图。另外，图3是从上方观察保持部7的俯视图，图4是从侧方观察保持部7的侧视图。保持部7具有基台环71、连接部72以及支座74。基台环71、连接部72以及支座74都由石英形成。即，保持部7整体由石英形成。
基台环71为圆环状的石英构件。基台环71载置于凹部62的底面，从而被腔室6的壁面支撑(参照图1)。在圆环状的基台环71的上表面，沿着基台环71的周向立设有多个连接部72(在本实施方式中为4个)。连接部72也为石英构件，该连接部72通过焊接固定于基台环71。此外，基台环71的形状也可以是圆环状缺少一部分而成的圆弧状。
平板状的支座74被设置于基台环71的4个连接部72支撑。支座74为由石英形成的大致圆形的平板状构件。支座74的直径大于半导体晶片W的直径。即，支座74的平面尺寸大于半导体晶片W的平面尺寸。在支座74的上表面立设有多个(在本实施方式中为5个)引导销76。5个引导销76沿着与支座74的外周圆同心的圆周设置。配置有5个引导销76的圆的直径稍微大于半导体晶片W的直径。各引导销76也由石英形成。此外，引导销76可以与支座74一体地由石英的结晶块(ingot)加工形成，也可以另外加工后通过焊接等安装于支座74。
立设于基台环71的4个连接部72与支座74的周缘部的下表面通过焊接固定。即，支座74与基台环71通过连接部72固定连接，保持部7成为石英的一体成型构件。这样的保持部7的基台环71被腔室6的壁面支撑，从而将保持部7安装于腔室6。在保持部7安装在腔室6的状态下，大致圆板形状的支座74成为水平姿势(法线与铅垂方向一致的姿势)。搬入腔室6的半导体晶片W以水平姿势载置保持在安装于腔室6的保持部7的支座74上。半导体晶片W载置在由5个引导销76形成的圆的内侧，由此防止水平方向上的错位。此外，引导销76的数量不限于5个，只要是能够防止半导体晶片W错位的数量即可。
另外，如图2以及图3所示，在支座74上形成有上下贯通的开口部78以及缺口部77。为了使使用热电偶的接触式温度计130的探针前端部通过，而设置缺口部77。另一方面，为了使辐射温度计120接受从被支座74保持的半导体晶片W的下表面放射的放射光(红外光)，而设置开口部78。另外，在支座74上贯穿设置有4个贯通孔79，后述的移载机构10的升降销12为了交接半导体晶片W而贯通该4个贯通孔79。此外，辐射温度计120以及接触式温度计130都是用于测定半导体晶片W的温度的温度计，并不测定包括支座74的保持部7的温度。
图5是移载机构10的俯视图。另外，图6是移载机构10的侧视图。移载机构10具有两个移载臂11。移载臂11为大致沿着圆环状的凹部62的圆弧形状。在各移载臂11上立设有两个升降销12。能够通过水平移动机构13使各移载臂11转动。水平移动机构13使一对移载臂11在移载动作位置(图5中实线位置)和退避位置(图5中双点划线位置)之间水平移动，其中，所述移载动作位置指，将半导体晶片W移载到保持部7的位置，所述退避位置指，在俯视下不与被保持部7保持的半导体晶片W重叠的位置。作为水平移动机构13，可以是通过单独的马达使各移载臂11分别转动的机构，也可以是利用连杆机构通过一个马达使一对移载臂11联动来转动的结构。
另外，一对移载臂11通过升降机构14与水平移动机构13一起进行升降移动。在升降机构14使一对移载臂11以移载动作位置状态上升时，共4个升降销12穿过贯穿设置在支座74的贯通孔79(参照图2、3)，升降销12的上端从支座74的上表面突出。另一方面，在升降机构14使一对移载臂11以移载动作位置状态下降，将升降销12从贯通孔79拔出，水平移动机构13将一对移载臂11打开时，各移载臂11移动至退避位置。一对移载臂11的退避位置位于保持部7的基台环71的正上方。由于基台环71载置在凹部62的底面，所以移载臂11的退避位置位于凹部62的内侧。此外，在移载机构10的设置有驱动部(水平移动机构13以及升降机构14)的部位的附近也设置有省略图示的排气机构，将移载机构10的驱动部周边的环境气体向腔室6的外部排出。
返回图1，在腔室6的内部设置有高温计27以及温度传感器28。高温计27检测从保持部7的支座74放射的红外光来测定支座74的温度。温度传感器28测定热处理空间65的环境气体的温度。并不特别地限定腔室6的内部的高温计27以及温度传感器28的设置位置，只要是能够分别测定支座74以及热处理空间65的环境气体的温度的位置即可，可以恰当地进行设定。
在设置于腔室6的上方的闪光加热部5的框体51的内侧具有：由多个(在本实施方式中为30个)氙气闪光灯FL构成的光源；和以覆盖这些光源的上方的方式设置的反射板52。另外，在闪光加热部5的框体51的底部安装有灯光放射窗53。用于构成闪光加热部5的底部的灯光放射窗53是由石英形成的板状的石英窗。闪光加热部5设置在腔室6的上方，由此使灯光放射窗53与上侧腔室窗63相向。闪光灯FL从腔室6的上方经由灯光放射窗53以及上侧腔室窗63向热处理空间65照射闪光，来对半导体晶片W进行闪光加热。
多个闪光灯FL分别是长的圆筒状的棒状灯，以各自的长度方向沿着被保持部7保持的半导体晶片W的主面(即沿着水平方向)相互平行的方式排列为平面状。因此，闪光灯FL排列而形成的平面也为水平面。
图8是表示闪光灯FL的驱动电路的图。如该图所示，电容器93、线圈94、闪光灯FL个IGBT(绝缘栅双极型晶体管)96串联连接。另外，如图8所示，控制部3具有脉冲发生器31以及波形设定部32，并且与输入部33连接。作为输入部33，能够采用键盘、鼠标、触控面板等各种公知的输入设备。波形设定部32基于来自输入部33的输入内容，设定脉冲信号的波形，脉冲发生器31根据该波形产生脉冲信号。
闪光灯FL具有：棒状的玻璃管(放电管)92，在该棒状的玻璃管的内部封入有氙气，在该棒状的玻璃管的两端部配设有阳极以及阴极；以及触发电极91，附设于该玻璃管92的外周面上。通过电源单元95向电容器93施加规定的电压，从而对电容器93充上与该施加电压(充电电压)对应的电荷。另外，能够从触发电路97向触发电极91施加高电压。触发电路97向触发电极91施加电压的时刻由控制部3控制。
IGBT96是在栅极部组装MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field effecttransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)而成的场效应晶体管，是适于处理大电力的开关元件。从控制部3的脉冲发生器31向IGBT96的栅极施加脉冲信号。在向IGBT96的栅极施加规定值以上的电压(高电压)时，IGBT96成为导通状态，在施加小于规定值的电压(低电压)时，IGBT96成为断开状态。这样，通过IGBT96使包括闪光灯FL的驱动电路导通或断开。通过使IGBT96导通或断开，使闪光灯FL与对应的电容器93连接或断开连接，从而对在闪光灯FL中流动的电流进行通断控制。
即使在电容器93充电的状态下IGBT96成为导通状态而向玻璃管92的两端电极施加高电压，也由于氙气为电绝缘体，因此在通常的状态下玻璃管92内并不通电。但是，在触发电路97向触发电极91施加高电压而破坏了绝缘的情况下，通过两端电极之间的放电，在玻璃管92内瞬间流过电流，因此时的氙气的原子或者分子的激发而放出光。
在设置于闪光加热部5的多个闪光灯FL，分别单独地设置有图8所示的驱动电路。在本实施方式中，30个闪光灯FL以平面状排列，因此与此对应地设置有30个图8所示那样的驱动电路。
另外，反射板52在多个闪光灯FL的上方覆盖全部闪光灯。反射板52的基本功能是将从多个闪光灯FL射出的闪光向热处理空间65侧反射。反射板52由铝合金板形成，该反射板52的表面(朝向闪光灯FL侧的面)通过喷砂处理进行粗糙化加工。
在设置于腔室6的下方的卤素加热部4的内部内置有多根(在本实施方式中为40根)卤素灯HL。卤素加热部4是如下的光照射部，即，通过多根卤素灯HL从腔室6的下方经由下侧腔室窗64向热处理空间65照射光，从而对半导体晶片W进行加热。卤素加热部4透过石英的支座74向被支座74支撑的半导体晶片W的下表面照射卤素光。
图7是表示多根卤素灯HL的配置方式的俯视图。在本实施方式中，在上下两层分别配置有20根卤素灯HL。各卤素灯HL为长的圆筒状的棒状灯。在上层和下层，20根卤素灯HL配置为，各自的长度方向沿着被保持部7保持的半导体晶片W的主面(即沿着水平方向)相互平行。因此，在上层和下层，卤素灯HL排列而形成的平面为水平面。
另外，如图7所示，在上层和下层，与被保持部7保持的半导体晶片W的中央部相向的区域相比，与该半导体晶片W的周缘部相向的区域的卤素灯HL的配设密度更高。即，在上层和下层，与灯列的中央部相比，周缘部的卤素灯HL的配设间距更小。因此，在通过来自卤素加热部4的光的照射来进行加热时，能够向温度易于降低的半导体晶片W的周缘部照射更多的光量。
另外，由上层的卤素灯HL构成的灯组和由下层的卤素灯HL构成的灯组以栅格状交叉排列。即，以使上层的各卤素灯HL的长度方向与下层的各卤素灯HL的长度方向相互垂直的方式，配置有共40根卤素灯HL。
卤素灯HL是通过向配设在玻璃管内部的灯丝通电，使灯丝白炽化来发光的灯丝式的光源。在玻璃管的内部封入有在氮气或氩气等非活性气体中导入微量的卤素(碘、溴等)而形成的气体。通过导入卤素，能够抑制灯丝破损，并且能够将灯丝的温度设定为高温。因此，卤素灯HL具有如下特点，即，与通常的白炽灯泡相比，寿命长，能够连续照射强光。即，卤素灯HL是连续发光至少1秒以上的连续点亮灯。另外，卤素灯HL为棒状灯，因此寿命长，通过将卤素灯HL沿着水平方向配置，使向上方的半导体晶片W放射的放射效率优异。
控制部3控制设置于热处理装置1的上述各种动作机构。控制部3的硬件结构与通常的计算机相同。即，控制部3具有用于进行各种运算处理的电路即CPU、用于存储基本程序的专用于读取的存储器即ROM、用于存储各种信息的能够自由读写的存储器即RAM以及用于存储有控制用软件或数据等的磁盘。通过使控制部3的CPU执行规定的处理程序，来进行热处理装置1中的处理。另外，如图8所示，控制部3具有脉冲发生器31以及波形设定部32。如上所述，波形设定部32基于来自输入部33的输入内容，设定脉冲信号的波形，脉冲发生器31根据该波形向IGBT96的栅极输出脉冲信号。
接着，说明热处理装置1中的半导体晶片W的处理步骤。在此，成为处理对象的半导体晶片W是通过离子注入法添加了杂质(离子)的半导体基板。该杂质的活化是通过热处理装置1的闪光照射加热处理(退火)进行的。通过使控制部3控制热处理装置1的各动作机构，执行以下说明的热处理装置1的处理步骤。
首先，在对作为处理对象的半导体晶片W进行闪光加热处理之前，向腔室6内导入高温的处理气体，从而对腔室6内的结构体进行预热。具体地说，打开供气用的阀84，并且打开排气用的阀89、192，开始对腔室6内进行供气和排气。在打开阀84时，从气体供给孔81向热处理空间65供给处理气体。在本实施方式中，从气体供给源85向腔室6内供给氮气，来作为处理气体。向腔室6内供给的氮气的流量由流量调整阀21规定，在本实施方式中为30L/分钟～50L/分钟。
另外，加热器22对通过气体供给管83的氮气进行加热。在本实施方式中，加热器22将通过气体供给管83的氮气加热至350℃。其中，350℃是设置有加热器22的部位的氮气的温度。被加热器22加热至350℃的氮气，在从气体供给孔81向腔室6内供给的时刻，变为大约200℃。这是因为，气体供给管83等气体通过路径从氮气吸收了热量。
另外，在供气的同时打开阀89时，从气体排出孔86排出腔室6内的气体。通过从气体供给孔81供气且从气体排出孔86排气，从腔室6内的热处理空间65的上部供给的高温的氮气向下方流动，从热处理空间65的下部排出。这样，在腔室6内的热处理空间65形成高温的氮气气流。
在腔室6内形成高温的处理气体流，由此腔室6的内壁和保持部7等腔室内结构体被加热而升温。在本实施方式中，向腔室6内供给大约200℃的氮气，因此包括保持部7的支座74的腔室内结构体也升温至200℃左右。
通过高温计27测定被高温的氮气流加热的支座74的温度。另外，通过温度传感器28测定腔室6内的热处理空间65的环境气体温度。高温计27以及温度传感器28的测定结果传送至控制部3。控制部3基于高温计27测定的测定结果，持续供给高温的氮气，直到支座74的温度上升至规定的温度，等待开始作为处理对象的半导体晶片W的处理。
另外，将阀192与阀89一同打开，还从搬运开口部66排出腔室6内的气体。而且，还通过省略图示的排气机构，排出移载机构10的驱动部周边的环境气体。
在由高温计27测定出的支座74的温度上升至规定的温度之后，控制部3使热处理装置1中的作为处理对象的半导体晶片W开始进行热处理。此外，在对热处理装置1中的半导体晶片W进行热处理时，也持续地向热处理空间65供给高温的氮气，该供给量根据处理工序恰当地进行变更。
在开始进行处理时，开启闸阀185，而打开搬运开口部66，通过装置外部的搬运机械手经由搬运开口部66向腔室6内的热处理空间65搬入注入离子后的半导体晶片W。通过搬运机械手搬入的半导体晶片W进入至保持部7的正上方位置并停止。然后，移载机构10的一对移载臂11从退避位置水平移动至移载动作位置后上升，从而使升降销12通过贯通孔79从支座74的上表面突出，来接受半导体晶片W。
在半导体晶片W载置于升降销12之后，搬运机械手从热处理空间65退出，通过闸阀185关闭搬运开口部66。然后，通过使一对移载臂11下降，将半导体晶片W从移载机构10交接至保持部7的支座74，以水平姿势从下方保持半导体晶片W。半导体晶片W将形成有图案且注入有杂质的表面作为上表面保持于保持部7。另外，半导体晶片W在支座74的上表面保持在5个引导销76的内侧。下降至支座74的下方的一对移载臂11通过水平移动机构13退避至退避位置即凹部62的内侧。
在通过由石英形成的保持部7从下方将半导体晶片W保持为水平姿势之后，使卤素加热部4的40根卤素灯HL一起点亮，来开始进行预加热(辅助加热)。从卤素灯HL射出的卤素光透过由石英形成的下侧腔室窗64以及支座74从半导体晶片W的背面(与表面一侧相反的一侧的主面)照射。通过接受来自卤素灯HL的光的照射，半导体晶片W被预加热，从而使半导体晶片W的温度上升。此外，由于移载机构10的移载臂11退避至凹部62的内侧，所以不会对卤素灯HL的加热造成妨碍。
在通过卤素灯HL进行预加热时，通过接触式温度计130测定半导体晶片W的温度。即，内置有热电偶的接触式温度计130经由支座74的缺口部77与被保持部7保持的半导体晶片W的下表面发生接触，来测定升温中的晶片温度。测定出的半导体晶片W的温度传送至控制部3。控制部3一边监测因来自卤素灯HL的光照射而升温的半导体晶片W的温度是否达到规定的预加热温度T1，一边控制卤素灯HL的输出。即，控制部3基于接触式温度计130测定出的测定值，以使半导体晶片W的温度成为预加热温度T1的方式，对卤素灯HL的输出进行反馈控制。预加热温度T1被设定为，不会使添加至半导体晶片W的杂质因热量而扩散的200℃至800℃左右，优选将预加热温度T1设定为350℃至600℃左右(在本实施方式中为600℃)。此外，在通过来自卤素灯HL的光的照射使半导体晶片W升温时，不通过辐射温度计120进行温度测定。这是因为，从卤素灯HL照射的卤素光作为干扰光入射至辐射温度计120，而不能够正确地测定温度。
在半导体晶片W的温度达到预加热温度T1之后，控制部3将半导体晶片W暂时维持为该预加热温度T1。具体地说，在通过接触式温度计130测定的半导体晶片W的温度达到预加热温度T1的时刻，控制部3调整卤素灯HL的输出，将半导体晶片W的温度维持为大致预加热温度T1。
通过这样的卤素灯HL进行预加热，能够使整个半导体晶片W均匀地升温至预加热温度T1。在通过卤素灯HL预加热的阶段，虽然具有更易于放热的半导体晶片W的周缘部的温度比中央部的温度低的趋势，但是就卤素加热部4中的卤素灯HL的配设密度而言，与半导体晶片W的周缘部相向的区域比与半导体晶片W的中央部相向的区域高(参照图7)。因此，向易于放热的半导体晶片W的周缘部照射的光量多，从而能够使预加热阶段中的半导体晶片W的面内温度分布均匀。而且，由于安装于腔室侧部61的反射圈69的内周面为镜面，所以通过该反射圈69的内周面向半导体晶片W的周缘部反射的光量变多，从而能够使预加热阶段的半导体晶片W的面内温度分布更均匀。
在半导体晶片W的温度达到预加热温度T1且经过规定时间的时刻，闪光加热部5的闪光灯FL向半导体晶片W的表面照射闪光。在闪光灯FL照射闪光时，预先通过电源单元95对电容器93储存电荷。并且，在电容器93储存有电荷的状态下，从控制部3的脉冲发生器31向IGBT96输出脉冲信号，来对IGBT96进行导通或断开驱动。
从输入部33输入将脉冲宽度的时间(导通时间)和脉冲间隔的时间(断开时间)作为参数而依次设定的方法，规定脉冲信号的波形。在操作者从输入部33向控制部3输入这样的方法时，控制部3的波形设定部32按照该情况，设定用于反复导通断开的脉冲波形。并且，脉冲发生器31根据波形设定部32所设定的脉冲波形，输出脉冲信号。结果，向IGBT96的栅极施加设定的波形的脉冲信号，从而控制IGBT96的导通断开驱动。具体地说，在向IGBT96的栅极输入的脉冲信号导通时，IGBT96成为导通状态，在脉冲信号断开时，IGBT96成为断开状态。
另外，与脉冲发生器31所输出的脉冲信号导通的时刻同步地，控制部3控制触发电路97来向触发电极91施加高电压(触发电压)。在电容器93储存有电荷的状态下向IGBT96的栅极输入脉冲信号，且与该脉冲信号导通的时刻同步地，向触发电极91施加高电压，从而在脉冲信号为导通时，在玻璃管92内的两端电极之间必然流动电流，通过此时的氙气的原子或者分子激发而放出光。
这样，闪光加热部5的30根闪光灯FL发光，来向被保持部7保持的半导体晶片W的表面照射闪光。在此，在不使用IGBT96而使闪光灯FL发光的情况下，通过一次发光就消耗储存于电容器93的电荷，来自闪光灯FL的输出波形为宽度为0.1毫秒至10毫秒左右的单脉冲。相对于此，在本实施方式中，在电路中连接作为开关元件的IGBT96，向该IGBT96的栅极输出脉冲信号，从而通过IGBT96，使从电容器93向闪光灯FL供给电荷的动作断续，由此对在闪光灯FL中流动的电流进行通断控制。结果，可以说对闪光灯FL的发光进行斩波控制(ChopperControl)，将储存于电容器93的电荷分割来消耗，在极短的时间内使闪光灯FL反复亮灭。此外，在电路中流动的电流值完全成为“0”之前，向IGBT96的栅极施加下一脉冲来使电流值再次増加，因此即使在闪光灯FL反复亮灭期间，发光输出也不会完全成为“0”。
结果，能够通过IGBT96对在闪光灯FL中流动的电流进行通断控制，来自由地规定闪光灯FL的发光模式，自由地调整发光时间以及发光强度。具体地说，例如，若使从输入部33输入的脉冲宽度时间与脉冲间隔时间的比率变大，则使在闪光灯FL中流动的电流变大而使发光强度变强。另外，通过使从输入部33输入的脉冲宽度时间与脉冲间隔时间的组合的总时间变长，在比较长的时间内闪光灯FL中持续流动电流，从而使闪光灯FL的发光时间变长。此外，闪光灯FL的发光时间即使长也是1秒钟以下。
通过从30根闪光灯FL照射闪光，对半导体晶片W进行闪光加热。被闪光加热的半导体晶片W的表面温度瞬间上升至1000℃以上的处理温度T2，在注入半导体晶片W的杂质活化之后，表面温度会急剧下降。在闪光灯FL发光的前后，持续通过卤素灯HL照射光，因此半导体晶片W的表面温度下降至预加热温度T1的附近。
在闪光加热处理结束之后，在经过规定时间之后也关闭卤素灯HL。由此，半导体晶片W从预加热温度T1急剧下降。下降中的半导体晶片W的温度由接触式温度计130或辐射温度计120测定，其测定结果传送至控制部3。控制部3根据测定结果监测半导体晶片W的温度是否下降至规定温度。另外，在半导体晶片W的温度下降至规定温度以下之后，移载机构10的一对移载臂11再次从退避位置水平移动至移载动作位置后上升，由此升降销12从支座74的上表面突出，从支座74接受热处理后的半导体晶片W。接着，打开被闸阀185关闭的搬运开口部66，通过装置外部的搬运机械手搬出载置于升降销12的半导体晶片W，热处理装置1中的半导体晶片W的加热处理结束。
但是，典型地，半导体晶片W的处理是以批为单位进行的。一批次指，作为在同一条件下进行同一内容的处理的对象的一组半导体晶片W。在本实施方式的热处理装置1中，将构成一批次的多张半导体晶片W逐张地依次搬入腔室6来进行加热处理。
在此，在暂时未进行处理的热处理装置1中，不通过上述那样的高温的处理气体进行预热而开始进行一批次的处理的情况下，向大致室温的腔室6搬入一批次中最初的半导体晶片W来进行闪光加热处理。该情况例如为在维护之后启动热处理装置1来处理第一批次的情况，或者在处理之前一批次之后经过长时间等情况。在进行加热处理时，从升温的半导体晶片W向支座74等腔室内结构体产生热传导，随着半导体晶片W的处理张数增加，初期为室温的支座74等逐渐地升温。
图9是表示半导体晶片W的处理张数和支座74的温度之间的关系的图。随着半导体晶片W的处理张数增加，在开始进行处理之前为室温的支座74逐渐地升温，在对大约10张半导体晶片W进行了加热处理时，支座74的温度达到规定的稳定温度Ts。就达到稳定温度Ts的支座74而言，从半导体晶片W向支座74传递的传热量和来自支座74的放热量平衡。在支座74的温度达到稳定温度Ts之前，来自半导体晶片W的传热量大于来自支座74的放热量，因此随着半导体晶片W的处理张数增加，支座74的温度逐渐地上升。相对于此，在支座74的温度达到稳定温度Ts之后，来自半导体晶片W的传热量和来自支座74的放热量平衡，因此支座74的温度维持为规定的稳定温度Ts。
若这样在室温的腔室6开始进行处理，则一批次中最初的半导体晶片W和途中的半导体晶片W的温度履历不均匀，而且最初的半导体晶片W被低温的支座74支撑来进行闪光加热处理，因此还会产生晶片翘曲。因此，如上所述，以往执行如下仿真运行，即，在开始进行一批次的处理之前，将不是处理对象的仿真晶片搬入腔室6内，来进行与处理对象的半导体晶片W同样的闪光加热处理，从而使支座74等腔室内结构体升温至稳定温度Ts。
在本实施方式中，在将一批次中最初的半导体晶片W搬入腔室6之前，将进行了加热的处理气体供给至腔室6内，从而对包括支座74的腔室内结构体进行预热。此时，以使包括支座74的腔室内结构体达到上述稳定温度Ts(在本实施方式中为200℃)的方式，供给高温的处理气体。具体地说，控制部3以使高温计27测定出的支座74的温度达到稳定温度Ts的方式，控制气体供给源85、阀84以及加热器22，将被加热的处理气体供给至腔室6内。稳定温度Ts指如下时的结构体的温度，即，不供给被加热的处理气体，通过在腔室6内对多个半导体晶片W连续进行光照射加热，由此使包括支座74的腔室内结构体的温度上升且达到规定温度时。并且，在包括支座74的腔室内结构体的温度升温至稳定温度Ts之后，开始对一批次中最初的半导体晶片W进行热处理。
在开始对一批次中最初的半导体晶片W进行热处理之前，向腔室6内供给高温的处理气体，来使包括支座74的腔室内结构体升温至稳定温度Ts，从而使构成一批次的所有半导体晶片W被相同温度的支座74支撑，由此能够使温度履历均匀。另外，一批次中最初的半导体晶片W也被升温至稳定温度Ts的支座74支撑，因此能够防止因支座74和半导体晶片W之间的温度差而引起的晶片翘曲。而且，能够省略以往那样的对多张仿真晶片进行加热处理的仿真运行，因此能够确保基板处理装置1的高效的运用。
以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明只要不脱离其宗旨，能够进行上述以外的各种变更。例如，在上述实施方式中，通过IGBT96控制闪光灯FL的发光，但是IGBT96并不是必须的构件。即使在不使用IGBT96而单纯地使闪光灯FL发光的情况下，也可以在开始对一批次中最初的半导体晶片W进行热处理之前，向腔室6内供给高温的处理气体来使包括支座74的腔室内结构体升温至稳定温度，从而能够得到与上述实施方式同样的效果。
另外，在上述实施方式中，向腔室6内供给高温的氮气，但是处理气体的种类并不限于氮气，也可以是氧气或者氩气等。
另外，在上述实施方式中，以使包括支座74等的腔室内结构体变成200℃的方式，向腔室6内供给高温的处理气体，但是并不限定于此，只要能够使腔室内结构体达到稳定温度Ts即可。典型的是，在进行半导体晶片W的正常处理时，支座74等达到的稳定温度Ts为200℃～300℃。
另外，在上述实施方式中，闪光加热部5具有30根闪光灯FL，但是，不限于此，闪光灯FL的数量能够是任意数量。另外，闪光灯FL不限于氙气闪光灯，可以是氪气闪光灯。另外，卤素加热部4具有的卤素灯HL的数量也不限于40根，只要采用在上层以及下层配置有多根卤素灯的方式即可，可以为任意数量。
另外，作为向半导体晶片W照射光进行加热的光照射部，不限于闪光灯FL或卤素灯HL，也可以是激光光源。
另外，被本发明的热处理装置作为处理对象的基板不限于半导体晶片，也可以是液晶显示装置等的平板显示装置使用的玻璃基板或太阳能电池用的基板。另外，本发明的技术可以适用于高介电常数栅极绝缘膜(High-k膜)的热处理，金属与硅的接合处理，或多晶硅的结晶化处理。

Claims (10)

1.一种热处理方法，通过向基板照射光来对该基板进行加热，该热处理方法的特征在于，
包括：
搬入工序，向腔室内搬入基板；
光照射工序，向搬入所述腔室内的基板照射光；以及
预热工序，在向所述腔室搬入一批次中最初的基板之前，将被加热的处理气体供给至所述腔室内，来使所述腔室内的结构体升温。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，
将在不供给被加热的所述处理气体的情况下，向多个基板连续地照射光来进行加热，使所述结构体的温度上升且变成恒定时的结构体的温度，作为稳定温度，
在所述预热工序中，以使所述结构体达到所述稳定温度的方式，供给被加热的所述处理气体。
3.根据权利要求2所述的热处理方法，其特征在于，
所述结构体包括在所述腔室内支撑基板的支座。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的热处理方法，其特征在于，
在所述光照射工序中，通过闪光灯从所述腔室的一侧向基板照射闪光。
5.根据权利要求4所述的热处理方法，其特征在于，
在所述光照射工序中，还通过卤素灯从所述腔室的另一侧向基板照射光。
6.一种热处理装置，通过向基板照射光来对该基板进行加热，该热处理装置的特征在于，
具有：
腔室，容置基板；
光照射部，向容置于所述腔室内的基板照射光；
气体供给部，向所述腔室内供给处理气体；
气体加热部，对从所述气体供给部向所述腔室供给的所述处理气体进行加热；以及
控制部，以在一批次中最初的基板搬入所述腔室之前，将被加热的处理气体供给至所述腔室内来使所述腔室内的结构体升温的方式，控制所述气体供给部以及所述气体加热部。
7.根据权利要求6所述的热处理装置，其特征在于，
将在不从所述气体供给部供给被加热的所述处理气体的情况下，从所述光照射部向多个基板连续地照射光来进行加热，使所述结构体的温度上升且变成恒定时的结构体的温度，作为稳定温度，
所述控制部以使所述结构体达到所述稳定温度的方式，控制所述气体供给部以及所述气体加热部。
8.根据权利要求7所述的热处理装置，其特征在于，
所述结构体包括在所述腔室内支撑基板的支座。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的热处理装置，其特征在于，
所述光照射部包括闪光灯，该闪光灯从所述腔室的一侧向基板照射闪光。
10.根据权利要求9所述的热处理装置，其特征在于，
所述光照射部还包括卤素灯，该卤素灯从所述腔室的另一侧向基板照射光。
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