CN114846579A - 热处理装置以及热处理方法 - Google Patents

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Abstract

即使是使用量子型红外线传感器的放射温度计也能够适当地测定照射闪光后的基板的温度。热处理装置具备用于测定第一基板的温度以及第二基板的温度的量子型红外线传感器，热处理装置还具有温度校正部，该温度校正部用于使用基于基准温度以及偏移温度计算出的校正系数，对由量子型红外线传感器测定的、进行了照射闪光的第二热处理的第二基板的温度进行校正。

Description

热处理装置以及热处理方法
技术领域
本申请说明书中公开的技术涉及热处理装置以及热处理方法。
背景技术
在半导体器件的制造过程中，杂质导入是用于在半导体晶片等薄板状精密电子基板(以下，有时简称为“基板”)内形成pn结等所需的工序。杂质导入一般通过离子注入法和其后的退火法来进行。
离子注入法是通过使硼(B)、砷(As)、磷(P)等杂质元素离子化，并以高加速电压与半导体晶片碰撞来物理地进行杂质注入的技术。
注入后的杂质通过退火处理被活性化。此时，若退火时间为数秒左右以上，则注入的杂质因热而较深地扩散，其结果是，接合深度变得比要求深得过深，因此，有可能对良好的器件形成造成障碍。
因此，作为在极短时间内对半导体晶片进行加热的退火技术，闪光灯退火(flashlamp anneal，即FLA)受到关注。FLA是使用氙气闪光灯(以下，在简称为“闪光灯”的情况下，是指氙气闪光灯)对半导体晶片的表面照射闪光，由此仅使注入有杂质的半导体晶片的表面在极短时间(例如几毫秒以下)内升温的热处理技术。
氙气闪光灯的放射分光分布为紫外区域至近红外区域，波长比以往的卤素灯短，另外，与硅的半导体晶片的基础吸收带大致一致。因此，在从氙气闪光灯对半导体晶片照射闪光的情况下，由于透过光少，因此，能够使半导体晶片急速地升温。另外，还判明如果是几毫秒以下的极短时间的闪光照射，则能够选择性地仅使半导体晶片的表面附近升温。因此，如果是基于氙气闪光灯的极短时间的升温，则能够在不使杂质较深地扩散的情况下，执行杂质活性化。
例如，在专利文献1中公开了一种闪光灯退火装置，利用配置在处理腔室的下方的加热板对半导体晶片进行预热之后，从配置在处理腔室的上方的闪光灯向半导体晶片的表面照射闪光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-186542号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
在闪光灯退火中，由于照射了闪光后的基板的表面的温度在短时间内上升，因此，为了测定被照射了闪光的该基板的表面的温度，需要能够高速响应的温度计。作为这样的能够高速响应的温度计，例如，有使用量子型红外线传感器的放射温度计。
然而，使用量子型红外线传感器的放射温度计存在随着时间的经过而输出电压发生变化的情况，存在难以进行高精度的温度测定的问题。
本申请说明书中公开的技术是鉴于以上记载的问题而完成的，是一种即使是使用量子型红外线传感器的放射温度计也能适当地测定被照射了闪光的基板的温度的技术。
解决问题的技术手段
本申请说明书中公开的技术的第一方式是一种热处理装置，所述热处理装置通过照射闪光对第一基板以及第二基板进行加热，其中，所述热处理装置具备用于测定所述第一基板的温度以及所述第二基板的温度的量子型红外线传感器，将由所述量子型红外线传感器的测定的、进行了照射所述闪光的第一热处理的所述第一基板的温度设为基准温度，将由所述量子型红外线传感器测定的、在进行了所述第一热处理后再次进行了所述第一热处理的所述第一基板的温度设为偏移温度，所述热处理装置还具备温度校正部，所述温度校正部用于使用基于所述基准温度以及所述偏移温度计算出的校正系数，对由所述量子型红外线传感器测定的、进行了照射所述闪光的第二热处理的所述第二基板的温度进行校正。
本申请说明书中公开的技术的第二方式与第一方式相关联，所述校正系数基于所述基准温度与所述偏移温度的比率来计算。
本申请说明书中公开的技术的第三方式与第一或第二方式相关联，所述校正系数基于至少一方是多次测定的所述第一基板的温度的平均值的、所述基准温度以及所述偏移温度来计算。
本申请说明书中公开的技术的第四方式与第一至第三中任一个方式相关联，所述热处理装置还具有用于在所述基准温度与所述偏移温度之差超过阈值的情况下发出警报的警报部。
本申请说明书中公开的技术的第五方式与第一至第四中任一个方式相关联，所述量子型红外线传感器至少测定所述第一基板的被照射所述闪光的上表面上的温度，所述热处理装置还具备用于至少测定所述第一基板的下表面上的温度的下表面温度计，将由所述下表面温度计测定的、在进行所述第一热处理之前的所述第一基板的下表面上的温度设为辅助温度，所述温度校正部使用基于所述基准温度、所述偏移温度以及所述辅助温度计算出的所述校正系数对所述第二基板的温度进行校正。
本申请说明书中公开的技术的第六方式与第五方式相关联，所述校正系数基于所述基准温度与所述辅助温度之差和所述偏移温度与所述辅助温度之差的比率来计算。
本申请说明书中公开的技术的第七方式是一种热处理方法，所述热处理方法通过照射闪光对第一基板以及第二基板进行加热，其中，包括：使用量子型红外线传感器测定进行了照射所述闪光的第一热处理的所述第一基板的温度，并且将测定出的所述第一基板的温度设为基准温度的工序；在进行了所述第一热处理后，使用所述量子型红外线传感器再次测定进行了所述第一热处理的所述第一基板的温度，并且将再次测定出的所述第一基板的温度设为偏移温度的工序；以及使用基于所述基准温度以及所述偏移温度计算出的校正系数，对由所述量子型红外线传感器测定的、进行了照射所述闪光的第二热处理的所述第二基板的温度进行校正的工序。
发明效果
根据本申请说明书中的公开的技术的第一至第七方式，即使是使用量子型红外线传感器的放射温度计也能够适当地测定照射闪光后的基板的温度。
另外，关于与本申请说明书中公开的技术相关的目的、特征、方面、优点通过以下所示的详细说明和附图能够更加明了。
附图说明
图1是示意性地表示实施方式涉及的热处理系统的结构的例子的俯视图。
图2是示意性地表示实施方式涉及的热处理系统的结构的例子的主视图。
图3是示意性地表示实施方式涉及的热处理系统中的热处理装置的结构的剖视图。
图4是表示保持部的整体外观的立体图。
图5是基座的俯视图。
图6是基座的剖视图。
图7是移载机构的俯视图。
图8是移载机构的侧视图。
图9是表示多个卤素灯的配置的俯视图。
图10是表示下部放射温度计与保持在基座的半导体晶片W的位置关系的图。
图11是表示下部放射温度计、上部放射温度计、以及控制部的关系性的功能框图。
图12是用于说明实施方式涉及的热处理系统的动作的流程图。
图13是用于说明实施方式涉及的热处理系统的动作的流程图。
图14是表示测试基板的表面温度的变化的图。
图15是示意性地表示针对每个处理方案来保持校正系数的校正系数表的例子的图。
图16是用于输入具有变量的校正系数的各个变量的GUI画面的例子的图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。在以下的实施方式中，为了说明技术而示出详细的特征等，但这些只是示例，并且所有这些特征并非均是实施实施方式的必要特征。
需要说明的是，附图是示意性地表示的图，为了方便说明，在附图中适当地进行结构的省略或者结构的简略。另外，在不同的附图中各自所示的结构等的大小以及位置的相互关系未必一定记载得精准，可能存在适当变更。另外，在不是剖视图的俯视图等的附图中，为了容易地理解实施方式的内容，有时存在添加阴影的情况。
另外，在以下所示的说明中，对相同的构成要素标注相同的附图标记进行图示，并且它们的名称和功能是相同的。因此，有时存在为了避免重复而省略对它们的详细说明的情况。
另外，在以下记载的说明中，在记载为“具备”、“包括”或“具有”某个构成要素的情况下，只要没有特别的说明，就不是排除其他构成要素的存在的排他性表述。
另外，在以下记载的说明中，即使在使用“第一”或“第二”等序数的情况下，这些用语也是为了容易理解实施方式的内容而使用的，并不限定于由这些序数产生的顺序等。
另外，在以下记载的说明中，表示相等的状态的表述，例如，“相同”、“等于”、“均匀”或“均质”等，只要没有特别的说明，包括表示严格意义上相等的状态的情况、以及表示在公差或可得到相同程度的功能的范围内产生差的情况。
另外，在以下记载的说明中，即使在使用“上”、“下”、“左”、“右”、“侧”、“底”、“表”或“里”等意味指定的位置或方向的用语的情况下，这些用语是为了便于容易理解实施方式的内容而使用的，与实际上实施时的位置或方向没关系。
＜第一实施方式＞
以下，对本实施方式涉及的热处理系统中的热处理装置以及热处理方法进行说明。
＜关于热处理系统的结构＞
图1是示意性地表示本实施方式涉及的热处理系统100的结构的例子的俯视图。另外，图2是示意性地表示本实施方式涉及的热处理系统100的结构的例子的主视图。
如图1中例子所示，热处理系统100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。
成为处理对象的半导体晶片W的尺寸没有特别限定，例如为φ300mm或φ450mm。
如图1和图2所示，热处理系统100具备：分度部101，用于将未处理的半导体晶片W从外部搬入到装置内，并且将处理完毕的半导体晶片W搬出到装置外；对准部230，进行未处理的半导体晶片W的定位；两个冷却部130和冷却部140，进行加热处理后的半导体晶片W的冷却；热处理装置160，对半导体晶片W实施闪光加热处理；以及搬运机械手150，对冷却部130、冷却部140以及热处理装置160进行半导体晶片W的交接。
另外，热处理系统100还具备控制部3，用于控制设置于上述各处理部的动作机构以及搬运机械手150，使半导体晶片W的闪光加热处理进行。
分度部101具备：装载埠110，并排载置多个载体C(在本实施方式中为两个)；以及交接机械手120，从各载体C取出未处理的半导体晶片W，并且向各载体C中收纳处理完毕的半导体晶片W。
容纳未处理的半导体晶片W的载体C由无人搬运车(AGV、OHT)等搬运而载置于装载埠110，并且容纳有处理完毕的半导体晶片W的载体C被无人搬运车从装载埠110带走。
另外，在装载埠110中，载体C能够如图2的箭头CU所示那样进行升降移动，以使交接机械手120能够相对于载体C进行任意的半导体晶片W的搬入搬出。
需要说明的是，作为载体C的形态，除了将半导体晶片W收纳在密闭空间的前开式晶圆传送盒(FOUP：front opening unified pod)以外，也可以是标准机械接口(SMIF：standard mechanical interface)盒或者将被收纳的半导体晶片W暴露在外部空气的开放式晶圆匣(OC：open cassette)。
另外，交接机械手120能够进行如图1的箭头120S所示的滑动移动、如箭头120R所示那样的旋转动作以及升降动作。由此，交接机械手120能够相对于两个载体C进行半导体晶片W的搬入搬出，并且能够相对于对准部230以及两个冷却部130以及冷却部140进行半导体晶片W的交接。
由交接机械手120进行的半导体晶片W相对于载体C的搬入搬出通过手部121的滑动移动、以及载体C的升降移动来进行。另外，交接机械手120与对准部230或冷却部130(冷却部140)之间的半导体晶片W的交接通过手部121的滑动移动以及交接机械手120的升降动作来进行。
对准部230与沿着Y轴方向的分度部101的侧方连接地设置。对准部230是使半导体晶片W在水平面内旋转并且朝向适合进行闪光加热的方向的处理部。对准部230构成为，在铝合金制的框体即对准腔室231的内部，设置以水平姿势支承半导体晶片W并使其旋转的机构以及光学检测形成于半导体晶片W的周缘部的缺口或定向平面等的机构等。
半导体晶片W向对准部230的交接由交接机械手120进行。从交接机械手120向对准腔室231以晶片中心位于规定的位置的方式交接半导体晶片W。
在对准部230中，以从分度部101接收到的半导体晶片W的中心部为旋转中心，使半导体晶片W绕铅垂方向轴旋转，通过光学地检测缺口等来调整半导体晶片W的朝向。朝向调整结束后的半导体晶片W被交接机械手120从对准腔室231取出。
作为由搬运机械手150进行的半导体晶片W的搬运空间，设置有容纳搬运机械手150的搬运腔室170。在该搬运腔室170的三方连通连接有热处理装置160的腔室6、冷却部130的第一冷却腔室131以及冷却部140的第二冷却腔室141。
热处理系统100的主要部即热处理装置160是对进行了预热(辅助加热)的半导体晶片W照射来自氙气闪光灯FL的闪光(闪光)并进行闪光加热处理的基板处理部。将在后面对该热处理装置160的结构进行说明。
两个冷却部130以及冷却部140具有大概同样的结构。冷却部130以及冷却部140分别在铝合金制的框体即第一冷却腔室131或第二冷却腔室141的内部具有金属制的冷却板、以及载置于其上表面的石英板(均未图示)。该冷却板被珀尔帖元件或恒温水循环调温至常温(约23℃)。
在热处理装置160中实施了闪光加热处理的半导体晶片W被搬入到第一冷却腔室131或第二冷却腔室141，载置于该石英板并冷却。
第一冷却腔室131以及第二冷却腔室141均位于分度部101与搬运腔室170之间，并与它们双方连接。
在第一冷却腔室131以及第二冷却腔室141上设置有用于搬入/搬出半导体晶片W的两个开口。第一冷却腔室131的两个开口中的与分度部101连接的开口能够通过闸阀181开闭。
另一方面，第一冷却腔室131的与搬运腔室170连接的开口能够通过闸阀183开闭。即，第一冷却腔室131和分度部101经由闸阀181连接，第一冷却腔室131和搬运腔室170经由闸阀183连接。
在分度部101与第一冷却腔室131之间进行半导体晶片W的交接时，闸阀181被打开。另外，在第一冷却腔室131与搬运腔室170之间进行半导体晶片W的交接时，闸阀183被打开。在闸阀181以及闸阀183被关闭时，第一冷却腔室131的内部成为密闭空间。
另外，第二冷却腔室141的两个开口中的与分度部101连接的开口能够通过闸阀182开闭。另一方面，第二冷却腔室141的与搬运腔室170连接的开口能够通过闸阀184开闭。即，第二冷却腔室141和分度部101经由闸阀182连接，第二冷却腔室141和搬运腔室170经由闸阀184连接。
在分度部101与第二冷却腔室141之间进行半导体晶片W的交接时，闸阀182被打开。另外，在第二冷却腔室141与搬运腔室170之间进行半导体晶片W的交接时，闸阀184被打开。在闸阀182以及闸阀184被关闭时，第二冷却腔室141的内部成为密闭空间。
在与腔室6相邻地设置的搬运腔室170设置的搬运机械手150能够以沿着铅垂方向的轴为中心如箭头150R所示地旋转。搬运机械手150具有由多个臂段构成的两个连杆机构，在这两个连杆机构的前端分别设置有保持半导体晶片W的搬运手部151a以及搬运手部151b。这些搬运手部151a以及搬运手部151b在上下方向隔开规定的间隔配置，能够通过连杆机构分别独立地在同一水平方向上直线地滑动移动。
另外，搬运机械手150通过将设置有两个连杆机构的基座升降移动，从而使以规定的间隔保持分开的状态的两个搬运手部151a以及搬运手部151b升降移动。
在搬运机械手150以第一冷却腔室131、第二冷却腔室141或热处理装置160的腔室6作为交接对象进行半导体晶片W的交接(搬入搬出)时，首先，两个搬运手部151a以及搬运手部151b以与交接对象对置的方式旋转，之后(或者在旋转期间)进行升降移动，任一个搬运手部位于与交接对象交接半导体晶片W的高度。然后，使搬运手部151a(151b)在水平方向上直线地滑动移动而与交接对象进行半导体晶片W的交接。
搬运机械手150与交接机械手120的半导体晶片W的交接能够经由冷却部130以及冷却部140进行。即，冷却部130的第一冷却腔室131以及冷却部140的第二冷却腔室141作为用于在搬运机械手150与交接机械手120之间交接半导体晶片W的通道发挥功能。具体而言，通过使搬运机械手150或交接机械手120中的一方交付到第一冷却腔室131或第二冷却腔室141的半导体晶片W由另一方接收，从而进行半导体晶片W的交接。由搬运机械手150以及交接机械手120构成将半导体晶片W从载体C搬运至热处理装置160的搬运机构。
如上所述，在第一冷却腔室131以及第二冷却腔室141与分度部101之间分别设置有闸阀181或闸阀182。另外，在搬运腔室170与第一冷却腔室131以及第二冷却腔室141之间分别设置有闸阀183或闸阀184。进而，在搬运腔室170与热处理装置160的腔室6之间设置有闸阀185。在热处理系统100内搬送半导体晶片W时，这些闸阀适当地被开闭。
图3是示意性地表示本实施方式涉及的热处理系统100中的热处理装置160的结构的剖视图。
如图3中例子所示，热处理装置160是通过对作为基板的圆板形状的半导体晶片W进行闪光照射，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的尺寸虽然没有特别限定，例如为φ300mm或φ450mm(在本实施方式中为φ300mm)。
热处理装置160具有：容纳半导体晶片W的腔室6、内置多个闪光灯FL的闪光加热部5、以及内置多个卤素灯HL的卤素加热部4。在腔室6的上侧设置有闪光加热部5，并且在下侧设置有卤素加热部4。
另外，热处理装置160在腔室6的内部具有将半导体晶片W保持为水平姿势保持的保持部7、以及在保持部7与装置外部之间进行半导体晶片W的交接的移载机构10。
进而，热处理装置160具有控制部3，其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，来执行半导体晶片W的热处理。
腔室6构成为在筒状的腔室侧部61的上下方向装配石英制的腔室窗。腔室侧部61具有上下开口的大致筒形状，在上侧开口装配有上侧腔室窗63而被阻塞，在下侧开口装配有下侧腔室窗64而被阻塞。
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状构件，作为使从闪光加热部5射出的闪光向腔室6内透过的石英窗发挥功能。
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状构件，作为使来自卤素加热部4的光向腔室6内透过的石英窗发挥功能。
另外，在腔室侧部61的内侧的壁面的上部装配有反射环68，在下部装配有反射环69。反射环68以及反射环69均形成为圆环状。
上侧的反射环68通过从腔室侧部61的上侧嵌入而装配。另一方面，下侧的反射环69通过从腔室侧部61的下侧嵌入并由未图示的螺钉固定而装配。即，反射环68以及反射环69均装卸自如地装配在腔室侧部61。
腔室6的内侧空间、即由上侧腔室窗63、下侧腔室窗64、腔室侧部61、反射环68以及反射环69包围的空间被规定为热处理空间65。
通过在腔室侧部61装配有反射环68以及反射环69，从而在腔室6的内壁面形成有凹部62。即，形成有由腔室侧部61的内壁面中的未装配有反射环68以及反射环69的中央部分、反射环68的下端面、反射环69的上端面包围的凹部62。
凹部62在腔室6的内壁面沿水平方向形成为圆环状，围绕保持半导体晶片W的保持部7。腔室侧部61、反射环68以及反射环69由强度和耐热性优异的金属材料(例如不锈钢)形成。
另外，在腔室侧部61设置有用于相对于腔室6进行半导体晶片W的搬入和搬出的搬运开口部(炉口)66。搬运开口部66能够通过闸阀185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打开搬运开口部66时，能够从搬运开口部66通过凹部62进行向热处理空间65的半导体晶片W的搬入以及来自热处理空间65的半导体晶片W的搬出。另外，当闸阀185关闭搬运开口部66时，腔室6内的热处理空间65成为密闭空间。
进而，在腔室侧部61贯穿设置有贯通孔61a以及贯通孔61b。贯通孔61a是用于将从保持于后述的基座74的半导体晶片W的上表面放射的红外光向上部放射温度计25的量子型红外线传感器29引导的圆筒状的孔。另一方面，贯通孔61b是用于将从半导体晶片W的下表面放射的红外光向下部放射温度计20的热型红外线传感器24引导的圆筒状的孔。贯通孔61a以及贯通孔61b相对于水平方向倾斜地设置，以使它们的贯通方向的轴与保持于基座74的半导体晶片W的主面相交。
量子型红外线传感器29是通过光电转换效应将红外线的光子能量直接转换为电信号的元件。量子型红外线传感器29例如是具有3～5μm的灵敏度波长的光导电InSb传感器，也可以是其他的量子型红外线传感器(杂质型红外线传感器、或者光电动势型红外线传感器等)。
另外，热型红外线传感器24是将吸收到的红外线的能量转换为热，并将热的变化作为信号来检测的元件。热型红外线传感器24例如是利用热电效应的热电传感器、利用塞贝克效应的热电堆、或者利用由热引起的半导体的电阻变化的放射热计等。另外，下部放射温度计20中使用的红外线传感器也可以置换为量子型红外线传感器。
在贯通孔61a的面向热处理空间65的一侧的端部，装配有使上部放射温度计25能够测定的波长区域的红外光透过的由氟化钙材料构成的透明窗26。另外，在贯通孔61b的面向热处理空间65的一侧的端部，装配有使下部放射温度计20能够测定的波长区域的红外光透过的由氟化钡材料构成的透明窗21。
另外，在腔室6的内壁上部设置有向热处理空间65供给处理气体的气体供给孔81。气体供给孔81比凹部62靠上侧位置设置，也可以设置于反射环68。气体供给孔81经由在腔室6的侧壁内部呈圆环状形成的缓冲空间82与气体供给管83连通连接。
气体供给管83与处理气体供给源85连接。另外，在气体供给管83的路径中途安装有阀84。当打开阀84时，从处理气体供给源85向缓冲空间82送入处理气体。
流入到缓冲空间82的处理气体以在流体阻力比气体供给孔81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。作为处理气体，例如能够使用氮气(N2)等非活性气体、或者氢气(H2)、氨气(NH3)等反应性气体、或者将它们混合后的混合气(在本实施方式中为氮气)。
另一方面，在腔室6的内壁下部设置有排出热处理空间65内的气体的气体排出孔86。气体排出孔86比凹部62靠下侧位置地设置，也可以设置于反射环69。气体排出孔86经由在腔室6的侧壁内部呈圆环状形成的缓冲空间87与气体排出管88连通连接。气体排出管88与排气部190连接。另外，在气体排出管88的路径中途安装有阀89。当打开阀89时，热处理空间65的气体从气体排出孔86经过缓冲空间87向气体排出管88排出。
需要说明的是，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，也可以是狭缝状的孔。另外，处理气体供给源85以及排气部190可以是设置于热处理装置160的机构，也可以是设置有热处理装置160的工厂的设备。
另外，在搬运开口部66的前端连接有排出热处理空间65内的气体的气体排出管191。气体排出管191经由阀192与排气部190连接。通过打开阀192，腔室6内的气体经由搬运开口部66排出。
图4是表示保持部7的整体外观的立体图。保持部7构成为包括基台环71、连结部72以及基座74。基台环71、连结部72以及基座74均由石英形成。即，保持部7的整体由石英形成。
基台环71是从圆环形状缺失一部分而形成的圆弧形状的石英构件。该缺失部分是为了防止后述的移载机构10的移载臂11与基台环71的干扰而设置的。基台环71通过载置于凹部62的底面而支承于腔室6的壁面(参照图3)。在基台环71的上表面沿着该圆环形状的周向竖立设置有多个连结部72(在本实施方式中四个)。连结部72也是石英构件，通过焊接固定于基台环71。
基座74被设置于基台环71的四个连结部72支承。图5是基座74的俯视图。另外，图6是基座74的剖视图。
基座74具有保持板75、引导环76以及多个基板支承销77。保持板75是由石英形成的大致圆形的平板状构件。保持板75的直径大于半导体晶片W的直径。即，保持板75具有比半导体晶片W大的平面尺寸。
在保持板75的上表面周缘部设置有引导环76。引导环76是具有内径比半导体晶片W的直径大的圆环形状的构件。例如，在半导体晶片W的直径为φ300mm的情况下，引导环76的内径为φ320mm。
引导环76的内周是从保持板75朝向上方变宽的锥面。引导环76由与保持板75同样的石英形成。
引导环76可以熔接于保持板75的上表面，也可以通过另外加工的销等固定于保持板75。或者，也可以将保持板75和引导环76作为一体的构件进行加工。
保持板75的上表面中的比引导环76靠内侧的区域被设为保持半导体晶片W的平面状的保持面75a。在保持板75的保持面75a上竖立设置有多个基板支承销77。在本实施方式中，沿着与保持面75a的外周圆(引导环76的内周圆)同心的圆周上每隔30°地竖立设置有合计十二个基板支承销77。
配置了十二个基板支承销77的圆的直径(对置的基板支承销77间的距离)小于半导体晶片W的直径，如果半导体晶片W的直径为φ300mm，则配置了十二个基板支承销77的圆的直径为φ270mm～φ280mm(在本实施方式中为φ270mm)。各基板支承销77由石英形成。
多个基板支承销77可以通过焊接设置于保持板75的上表面，也可以与保持板75一体加工。
回到图4，竖立设置于基台环71的四个连结部72与基座74的保持板75的周缘部通过焊接被固定。即，基座74与基台环71通过连结部72被固定地连结。这样的保持部7的基台环71被腔室6的壁面支承，从而保持部7被装配于腔室6。在保持部7被装配于腔室6的状态下，基座74的保持板75成为水平姿势(法线与铅垂方向一致的姿势)。即，保持板75的保持面75a成为水平面。
搬入到腔室6的半导体晶片W以水平姿势载置并保持于装配在腔室6的保持部7的基座74上。此时，半导体晶片W被竖立设置于保持板75上的十二个基板支承销77支承并保持于基座74。严格来说，十二个基板支承销77的上端部与半导体晶片W的下表面接触并支承该半导体晶片W。
由于十二个基板支承销77的高度(从基板支承销77的上端到保持板75的保持面75a为止的距离)是均匀的，因此，半导体晶片W能够以水平姿势被十二个基板支承销77支承。
另外，半导体晶片W从保持板75的保持面75a隔开规定的间隔被多个基板支承销77支承。引导环76的厚度大于基板支承销77的高度。因此，被多个基板支承销77支承的半导体晶片W的水平方向的位置偏移由引导环76防止。
另外，如图4和图5所示，在基座74的保持板75上形成有贯通上下的开口部78。开口部78是为了下部放射温度计20接收从半导体晶片W的下表面放射出的放射光(红外光)而设置的。即，下部放射温度计20经由开口部78以及装配于腔室侧部61的贯通孔61b的透明窗21，接收从半导体晶片W的下表面放射出的光，来测定该半导体晶片W的温度。
进而，在基座74的保持板75上贯穿设置有后述的移载机构10的升降销12为了交接半导体晶片W而贯通的四个贯通孔79。
图7是移载机构10的俯视图。另外，图8是移载机构10的侧视图。移载机构10具有两条移载臂11。移载臂11大概为沿着圆环状的凹部62的圆弧形状。
在各个移载臂11上竖立设置有两根升降销12。移载臂11以及升降销12由石英形成。各移载臂11能够通过水平移动机构13转动。水平移动机构13使一对移载臂11在相对于保持部7进行半导体晶片W的移载的移载动作位置(图7的实线位置)和与保持于保持部7的半导体晶片W在俯视时不重叠的退避位置(图7的双点划线位置)之间水平移动。
作为水平移动机构13，既可以通过单独的马达使各移载臂11分别转动，也可以使用连杆机构而通过一个马达使一对移载臂11连动地转动。
另外，一对移载臂11通过升降机构14与水平移动机构13一起升降移动。当升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置上升时，合计四根的升降销12通过贯穿设置于基座74的贯通孔79(参照图4和图5)，升降销12的上端从基座74的上表面突出。另一方面，当升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置下降而将升降销12从贯通孔79拔出，并且水平移动机构13使一对移载臂11以打开的方式移动时，各移载臂11移动到退避位置。
一对移载臂11的退避位置在保持部7的基台环71的正上方。由于基台环71载置于凹部62的底面，因此，移载臂11的退避位置为凹部62的内侧。需要说明的是，在设置有移载机构10的驱动部(水平移动机构13以及升降机构14)的部位的附近设置还有未图示的排出机构，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3，设置于腔室6的上方的闪光加热部5构成为在框体51的内侧具有：由多根(在本实施方式中为30根)闪光灯FL构成的光源、以及以覆盖该光源的上方的方式设置的反射器52。
另外，在闪光加热部5的框体51的底部装配有灯光放射窗53。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。通过将闪光加热部5设置于腔室6的上方，灯光放射窗53与上侧腔室窗63相互对置。
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。
多个闪光灯FL分别是具有长条的圆筒形状的棒状灯，以各自的长度方向沿着保持于保持部7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成平面状。因此，由闪光灯FL的排列形成的平面也是水平面。
闪光灯FL具备：棒状的玻璃管(放电管)，在其内部封入氙气气体，在其两端部配设有与电容器连接的阳极和阴极；以及触发电极，其附设在该玻璃管的外周面上。
由于氙气是电绝缘体，即使在电容器中蓄积了电荷，在通常的状态下，电流也不会在玻璃管内流动。然而，当对触发电极施加高电压而破坏绝缘的情况下，蓄积在电容器中的电瞬间在玻璃管内流动，通过此时的氙原子或分子的激发而放出光。
在这样的闪光灯FL中，由于预先蓄积在电容器的静电能量被转换为0.1毫秒至100毫秒这样的极短的光脉冲，因此，具有与卤素灯HL的那样的连续点灯的光源相比能够照射极强的光的特征。即，闪光灯FL是在小于1秒的极短的时间内瞬间地发光的脉冲发光灯。需要说明的是，闪光灯FL的发光时间能够通过对闪光灯FL进行供电的灯电源的线圈常数来调整。
需要说明的是，作为闪光灯FL的发光强度的静电能量能够通过蓄积于电容器中的充电电压进行变更。另外，闪光灯FL的发光时间能够根据脉冲波形的设定来变更。
另外，反射器52设置在多个闪光灯FL的上方以覆盖它们整体。反射器52的基本的功能是将从多个闪光灯FL射出的闪光向热处理空间65的一侧反射。反射器52由铝合金板形成，其表面(面对闪光灯FL的一侧的面，即上表面)通过喷砂处理而实施粗糙化加工。
设置于腔室6的下方的卤素加热部4在框体41的内侧内置多根(在本实施方式中为40根)卤素灯HL。卤素加热部4通过多个卤素灯HL从腔室6的下方经由下侧腔室窗64向热处理空间65进行光照射而加热半导体晶片W。
图9是表示多个卤素灯HL的配置的俯视图。40根卤素灯HL分成上下两层地配置。在接近保持部7的上层配设有20根卤素灯HL，并且在比上层远离保持部7的下层配设有20根卤素灯HL。
各卤素灯HL是具有长条的圆筒形状的棒状灯。在上层、下层，20根卤素灯HL均以各自的长度方向沿着保持于保持部7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。因此，在上层、下层，由卤素灯HL的排列形成的平面为均水平面。
另外，如图9所示，在上层、下层，与保持于保持部7的半导体晶片W的中央部对置的区域相比，与周缘部对置的区域中的卤素灯HL的配设密度均变高。即，在上下层，与灯排列的中央部相比，周缘部的卤素灯HL的配设间隔均较短。因此，能够对在利用来自卤素加热部4的光照射进行加热时容易发生温度降低的半导体晶片W的周缘部，进行更多的光量的照射。
另外，由上层的卤素灯HL构成的灯组和由下层的卤素灯HL构成的灯组以格子状交叉的方式排列。即，以配置于上层的20根卤素灯HL的长度方向与配置于下层的20根卤素灯HL的长度方向彼此正交的方式，配设有合计40根卤素灯HL。
卤素灯HL是通过对配设于玻璃管内部的灯丝通电而使灯丝白炽化来发光的灯丝方式的光源。在玻璃管的内部封入有向氮气或氩气等非活性气体中微量导入了卤素元素(碘、溴等)的气体。通过导入卤素元素，能够抑制灯丝的折损并将灯丝的温度设定为高温。
因此，卤素灯HL具有与通常的白炽灯相比寿命长且能够连续地照射强光的特性。即，卤素灯HL是至少一秒以上连续地发光的连续点亮灯。另外，由于卤素灯HL是棒状灯，所以寿命长，通过使卤素灯HL沿着水平方向配置，从而向上方的半导体晶片W的放射效率优异。
另外，在卤素加热部4的框体41内，在两层的卤素灯HL的下侧还设置有反射器43(图3)。反射器43将从多个卤素灯HL射出的光向热处理空间65侧反射。
如图3所示，在腔室6设置有上部放射温度计25以及下部放射温度计20这两个放射温度计(在本实施方式中为高温计)。上部放射温度计25设置于由基座74保持的半导体晶片W的斜上方，并且下部放射温度计20设置于由基座74保持的半导体晶片W的斜下方。
图10是表示下部放射温度计20与保持于基座74的半导体晶片W的位置关系的图。
下部放射温度计20的热型红外线传感器24相对于半导体晶片W的受光角θ为60°以上且89°以下。受光角θ是下部放射温度计20的热型红外线传感器24的光轴与半导体晶片W的法线(与主面垂直的线)所成的角度。另外，同样地，上部放射温度计25的量子型红外线传感器29相对于半导体晶片W的受光角θ也为60°以上且89°以下。需要说明的是，下部放射温度计20的热型红外线传感器24相对于半导体晶片W的受光角和上部放射温度计25的量子型红外线传感器29相对于半导体晶片W的受光角可以不是相等的角度。
控制部3对设置于热处理装置160的上述各种动作机构进行控制。作为控制部3的硬件的结构与一般的计算机相同。即，控制部3具有：进行各种运算处理的电路即CPU、存储基本程序的只读存储器即ROM、存储各种信息的读写自如的存储器即RAM以及存储控制用软件、数据等的磁盘。通过控制部3的CPU执行规定的处理程序，来进行热处理装置160中的处理。
图11是表示下部放射温度计20、上部放射温度计25以及控制部3的关系的功能框图。
设置于半导体晶片W的斜下方且测定半导体晶片W的下表面的温度的下部放射温度计20具有热型红外线传感器24以及温度测定单元22。
热型红外线传感器24接收从保持于基座74的半导体晶片W的下表面经由开口部78放射的红外光。热型红外线传感器24与温度测定单元22电连接，将响应受光而产生的信号向温度测定单元22传递。
温度测定单元22具有未图示的放大电路、A/D转换器以及温度转换电路等，并将从热型红外线传感器24输出的表示红外光的强度的信号转换为温度。通过温度测定单元22求出的温度是半导体晶片W的下表面的温度。
另一方面，设置于半导体晶片W的斜上方且测定半导体晶片W的上表面的温度的上部放射温度计25具有量子型红外线传感器29以及温度测定单元27。量子型红外线传感器29接收从保持于基座74的半导体晶片W的上表面放射的红外光。量子型红外线传感器29具备InSb(锑化铟)的光学元件，以能够应对被照射了闪光的瞬间的半导体晶片W的上表面的急剧的温度变化。量子型红外线传感器29与温度测定单元27电连接，将响应受光而产生的信号向温度测定单元27传递。温度测定单元27将从量子型红外线传感器29输出的表示红外光的强度的信号转换为温度。由温度测定单元27求出的温度是半导体晶片W的上表面的温度。
下部放射温度计20以及上部放射温度计25与热处理装置160整体的控制器的控制部3电连接，由下部放射温度计20以及上部放射温度计25分别测定的半导体晶片W的下表面以及上表面的温度向控制部3传递。
控制部3具备：系数计算部31、温度校正部32、警报部36。系数计算部31以及温度校正部32是通过控制部3的CPU来执行规定的处理程序来实现的功能处理部。针对系数计算部31、温度校正部32以及警报部36的处理内容将在后面进一步说明。需要说明的是，也可以不具有警报部36。另外，控制部3也可以是不具备系数计算部31而将预先计算出的校正系数输入到输入部34或显示部33的方式。
另外，在控制部3连接有显示部33、输入部34以及存储部35。控制部3在显示部33显示各种信息。输入部34是用于热处理系统100的操作者向控制部3输入各种指令或参数的设备。操作者也能够一边确认显示部33的显示内容，一边从输入部34进行记述有半导体晶片W的处理步骤以及处理条件的处理方案的条件设定。
存储部35例如也可以是包括HDD、RAM、ROM或闪存储器等的易失性或非易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、压缩盘、迷你盘或DVD等在内的存储器(存储介质)。
作为显示部33和输入部34，还能够使用兼具双方功能的触摸面板，在本实施方式中，采用设置于热处理系统100的外壁的液晶的触摸面板。
除了上述结构以外，热处理系统100为了防止在半导体晶片W的热处理时由从卤素灯HL以及闪光灯FL产生的热能量导致的卤素加热部4、闪光加热部5以及腔室6的过度的温度上升，而具备各种冷却用的结构。
例如，在腔室6的壁体设置有水冷管(未图示)。另外，卤素加热部4以及闪光加热部5被设为在内部形成气体流并排热的空冷结构。另外，还对上侧腔室窗63与灯光放射窗53的间隙供给空气，来冷却闪光加热部5以及上侧腔室窗63。
＜关于热处理系统的动作＞
接着，对本实施方式涉及的热处理系统的动作进行说明。图12是用于说明本实施方式涉及的热处理系统的动作的流程图。以下的热处理系统100的处理步骤通过控制部3控制热处理系统100的各动作机构来进行。
首先，打开用于供气的阀84，并且打开用于排气的阀89以及阀192，开始对腔室6内进行供排气。当打开阀84时，从气体供给孔81向热处理空间65供给氮气。另外，当打开阀89时，从气体排出孔86排出腔室6内的气体。
由此，从腔室6内的热处理空间65的上部供给的氮气向下方流动，并从热处理空间65的下部排出。另外，通过打开阀192，从搬运开口部66也排出腔室6内的气体。进而，通过未图示的排出机构也排出移载机构10的驱动部周边的环境气体。
需要说明的是，在对热处理装置160中的半导体晶片W或测试基板进行热处理时，将氮气持续供给至热处理空间65中，该供给量根据处理工序适当地变更。
接着，打开闸阀185而开放搬运开口部66，由装置外部的搬运机械手经由搬运开口部66，将测试基板搬入腔室6内的热处理空间65中(步骤ST01)。
在此，测试基板是指，在对作为处理对象的半导体晶片W进行闪光灯退火之前进行测试热处理的基板，例如是非成膜。另外，测试基板优选是具有与半导体晶片W相同的直径以及厚度的基板。
另外，测试热处理是指，在对作为处理对象的半导体晶片W进行的闪光灯退火之前，对测试基板进行的热处理，例如是包括闪光的照射的热处理。
需要说明的是，在本实施方式中，虽然以测试基板进行说明，但测试基板也可以是实际上被热处理的半导体晶片W。只要知道量子型红外线传感器的输出电压中的变化量即可。
随着测试基板的搬入，有可能卷入装置外部的环境气体，但由于向腔室6中持续供给氮气，所以从搬运开口部66流出氮气，能够最小限地抑制这样的外部环境气体的卷入。
由搬运机械手搬入的测试基板前进到保持部7的正上方位置而停止。然后，移载机构10的一对移载臂11从退避位置向移载动作位置水平移动并上升，从而升降销12通过贯通孔79从基座74的保持板75的上表面突出而接收测试基板。此时，升降销12上升至比基板支承销77的上端靠上方的位置。
将测试基板载置于升降销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，通过一对移载臂11下降，测试基板从移载机构10交接到保持部7的基座74，以水平姿势从下方被保持。测试基板由竖立设置在保持板75上的多个基板支承销77支承而保持于基座74。另外，测试基板将作为被处理面的表面作为上表面而被保持部7保持。在由多个基板支承销77支承的测试基板的下表面(与表面相反侧的主面)与保持板75的保持面75a之间形成规定的间隔。下降至基座74的下方的一对移载臂11通过水平移动机构13退避到退避位置、即凹部62的内侧。
接着，对测试基板进行包括闪光的照射的测试热处理(步骤ST02)。此时，从闪光灯FL放射的闪光的一部分直接地朝向腔室6内，而另一部分暂时通过反射器52反射后朝向腔室6内，通过这些闪光的照射进行测试基板的闪光加热。
闪光加热通过来自闪光灯FL的闪光(闪光)照射而进行，因此，能够使测试基板的表面温度在短时间内上升。即，从闪光灯FL照射的闪光是预先蓄积在电容器中的静电能量被转换为极短的光脉冲的、照射时间为0.1毫秒以上且100毫秒以下左右的极短且强的闪光。并且，通过来自闪光灯FL的闪光照射，测试基板的表面温度在极短时间内急剧上升。
然后，使用上部放射温度计25的量子型红外线传感器29来测定测试热处理时的测试基板的上表面的温度(步骤ST03)。在步骤ST03中测定出的测试基板的上表面的温度作为基准温度被存储于存储部35。
然后，在测试基板的温度降温至规定以下之后，通过移载机构10的一对移载臂11再次从退避位置向移载动作位置水平移动并上升，从而升降销12从基座74的上表面突出，从基座74接收热处理后的测试基板。接下来，打开由闸阀185关闭的搬运开口部66，载置于升降销12上的测试基板由装置外部的搬运机械手从腔室6搬出，结束测试基板的测试热处理(步骤ST04)。
在此，作为进行测试热处理的时机，例如设想热处理系统100的初始校正(包括量子型红外线传感器29的初始校正)的时机等。
接着，以与步骤ST01～步骤ST04同样的方法(同一设定值)对测试基板再次进行测试热处理(步骤ST05)。然后，使用上部放射温度计25的量子型红外线传感器29来测定测试热处理时的测试基板的上表面的温度(步骤ST06)。在步骤ST06中测定出的测试基板的上表面的温度作为偏移温度被存储于存储部35。
作为再次进行测试热处理的时机，例如可设想热处理系统100的维护的时机等。另外，在连续地进行对各个半导体晶片W的热处理的情况下，也可设想在该期间检测到异常状态的时机等。例如，也可以在依次被热处理的半导体晶片W的前后，在通过闪光的照射而得到的量子型红外线传感器29的输出电压相差为规定值以上的情况下，视为量子型红外线传感器29的输出电压变化大而进行测试热处理。
接着，控制部3的系数计算部31基于基准温度以及偏移温度来计算校正系数。具体而言，如以下的式(1)所示，基于基准温度Tref以及偏移温度Tshift来计算校正系数CF(步骤ST07)。
[式1]
Figure BDA0003707387770000211
在此，在校正系数偏离预先设定的范围的情况(即，基准温度与偏移温度之差超过阈值的情况)下，警报部36可以使用声音或图像显示等对操作者发出警报。这是因为，校正系数的值为量子型红外线传感器29的输出电压的变化(灵敏度偏移)越大则越远离1的值，在灵敏度偏移过大的情况下，可设想量子型红外线传感器29的不良情况，进而也可设想腔室6中的其他结构的不良情况(透明窗26的污染等)。
接着，作为处理对象的半导体晶片W被搬入腔室6内的热处理空间65(步骤ST08)。然后，进行对半导体晶片W照射闪光的闪光灯退火(步骤ST09)。之后，使用上部放射温度计25的量子型红外线传感器29来测定闪光灯退火时的半导体晶片W的上表面的温度(步骤ST10)。在步骤ST10中测定出的半导体晶片W的上表面的温度作为测定温度被存储于存储部35。
接着，控制部3的温度校正部32使用存储于存储部35的校正系数来校正在步骤ST10中测定出的测定温度。具体而言，如以下的式(2)所示，使用校正系数CF将测定温度Tmeasure校正为校正测定温度T’measure(步骤ST11)。
[式2]
T’measure＝CF×Tmeasure…(2)
然后，半导体晶片W被装置外部的搬运机械手从腔室6搬出，结束半导体晶片W的闪光灯退火(步骤ST12)。
需要说明的是，在步骤ST11中，通过参照存储于存储部35中的校正系数对校正系数进行校正，但也可以不使用通过系数计算部31计算出且存储于存储部35中的校正系数，由操作者通过手动计算等求出校正系数并直接经由输入部34输入校正系数，控制部3的温度校正部32从输入部34使用该校正系数将测定温度Tmeasure校正为校正测定温度T’measure。
根据上述的实施方式，控制部3通过参照校正测定温度T’measure，即使在随着时间的经过而量子型红外线传感器29的输出电压发生变化的情况下，也能够以高精度测定半导体晶片W的上表面的温度。因此，能够适当地确认是否适当地进行了闪光灯退火。例如，控制部3在校正测定温度T’measure偏离假定的温度范围的情况下，能够调整闪光灯的输出值或照射时间等。
需要说明的是，在上述的实施方式中，虽然基准温度以及偏移温度分别测定了一次，但也可以使基准温度以及偏移温度中的至少一方为多次测定的测试基板的温度的平均值。
另外，在下部放射温度计20所使用的红外线传感器是量子型红外线传感器的情况下，控制部3的系数计算部31也可以计算在由下部放射温度计20所使用的量子型红外线传感器测定的测定温度的校正中使用的校正系数。
＜第二实施方式＞
对本实施方式涉及的热处理系统中的热处理装置以及热处理方法进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，对与在以上记载的实施方式中说明的构成要素同样的构成要素标记相同的附图标记而图示，适当地省略对其详细的说明。
接着，对本实施方式涉及的热处理系统的动作进行说明。图13是用于说明本实施方式涉及的热处理系统的动作的流程图。以下的热处理系统100的处理步骤通过控制部3控制热处理系统100的各动作机构而进行。
首先，与第一实施方式中的步骤ST01同样地，搬入测试基板(步骤ST21)。然后，对测试基板进行预热(辅助加热)和包括闪光的照射的测试热处理(步骤ST22)。
图14是表示测试基板的表面温度的变化的图。需要说明的是，即使是后述的半导体晶片W，也可以通过闪光灯退火示出由如图14所示的表面温度的变化。
在测试基板被搬入腔室6内并由基座74保持之后，在时刻t1，卤素加热部4的40根卤素灯HL一齐点亮而开始预热(辅助加热)(步骤ST23)。从卤素灯HL射出的卤素光透光由石英形成的下侧腔室窗64以及基座74并照射至测试基板的下表面。通过接收来自卤素灯HL的光照射，从而测试基板被预热而温度上升。
需要说明的是，由于移载机构10的移载臂11退避到凹部62的内侧，因此，不会成为基于卤素灯HL的加热的障碍。
通过来自卤素灯HL的光照射而升温的测试基板的温度被下部放射温度计20测定。即，下部放射温度计20通过透明窗21接收从保持于基座74的测试基板的下表面(下表面)经由开口部78放射的红外光，来测定测试基板的下表面温度(步骤ST24)。
需要说明的是，也可以在开始基于卤素灯HL的预热之前，开始基于下部放射温度计20的温度测定。
由下部放射温度计20测定出的测试基板的下表面温度向控制部3传递。并且，在进行测试热处理之前的测试基板的下表面温度作为基准温度(辅助)被存储于存储部35中。
控制部3一边监测通过来自卤素灯HL的光照射而升温的测试基板的温度是否到达规定的预热温度T1，一边控制卤素灯HL的输出。即，控制部3基于由下部放射温度计20的测定值对卤素灯HL的输出进行反馈控制，以使测试基板的温度成为预热温度T1。
这样，下部放射温度计20也是在预热阶段下用于控制卤素灯HL的输出的温度传感器。需要说明的是，虽然下部放射温度计20测定测试基板的下表面的温度，但在基于卤素灯HL的预热阶段，在测试基板的上下表面不会产生温度差，由下部放射温度计20测定的下表面温度被视为测试基板整体的温度。
在测试基板的温度到达预热温度T1之后，控制部3将测试基板暂时保持为该预热温度T1。具体而言，在由下部放射温度计20测定的测试基板的温度到达预热温度T1的时刻t2，控制部3调整卤素灯HL的输出，并将测试基板的温度保持为大致预热温度T1。
通过进行这样的基于卤素灯HL的预热，将测试基板的整体均匀地升温至预热温度T1。在基于卤素灯HL的预热阶段，存在更容易产生散热的测试基板的周缘部的温度比中央部降低的倾向，但就卤素加热部4中的卤素灯HL的配设密度而言，与测试基板的中央部对置的区域相比，与周缘部对置的区域更高。因此，向容易产生散热的测试基板的周缘部照射的光量增多，能够使预热阶段中的测试基板的面内温度分布均匀。
在测试基板的温度到达预热温度T1并经过了规定时间的时刻t3，闪光加热部5的闪光灯FL对保持于基座74的测试基板的上表面进行作为测试热处理的闪光照射(步骤ST25)。
测试基板的表面温度由上部放射温度计25监测。但是，上部放射温度计25不是测定测试基板的上表面的绝对温度，而是测定该上表面的温度变化。即，上部放射温度计25的量子型红外线传感器29通过AC耦合等去除偏移成分，进而，参照下部放射温度计20来计算和与预热温度T1对应的电压值之差，从而测定闪光照射时的从预热温度T1起的测试基板的上表面的上升温度(跳跃温度)ΔT(步骤ST26)。
需要说明的是，虽然在闪光照射时测试基板的下表面温度也由下部放射温度计20测定，但在照射了照射时间极短且强度强的闪光时，仅测试基板的表面附近被急剧加热，因此在测试基板的上下表面产生温度差，无法通过下部放射温度计20测定测试基板的上表面的温度。另外，与下部放射温度计20同样地，由于上部放射温度计25相对于测试基板的受光角也是60°以上且89°以下，因此，能够由上部放射温度计25准确地测定测试基板的上表面的上升温度ΔT。
接着，控制部3计算在闪光照射时测试基板的上表面到达的最高温度(步骤ST27)。测试基板的下表面的温度至少在从预热时测试基板到达一定温度的时刻t2到照射闪光的时刻t3的期间持续由下部放射温度计20测定。
在闪光照射前的预热阶段下，在测试基板的上下表面不产生温度差，在闪光照射前由下部放射温度计20测定出的测试基板的下表面温度也是上表面温度。控制部3对在从即将照射闪光的时刻t2到时刻t3为止的期间由下部放射温度计20测定出的测试基板的下表面的温度(预热温度T1)加上由上部放射温度计25测定出的闪光照射时的测试基板的上表面的上升温度ΔT，来计算该上表面的最高到达温度T2。计算出的最高到达温度T2作为基准温度(跳跃)被存储于存储部35。控制部3也可以将计算出的最高到达温度T2显示于显示部33。
在结束闪光照射之后，在经过规定时间后的时刻t4熄灭卤素灯HL。由此，测试基板从预热温度T1急速降温。降温中的测试基板的温度由下部放射温度计20测定，该测定结果向控制部3传递。控制部3根据下部放射温度计20的测定结果来监测测试基板的温度是否已经降温至规定温度。
然后，在测试基板的温度降温至规定以下之后，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并上升，从而升降销12从基座74的上表面突出，并从基座74接受热处理后的测试基板。接着，打开由闸阀185关闭的搬运开口部66，载置于升降销12上的测试基板由装置外部的搬运机械手从腔室6搬出，结束测试基板的预热(辅助加热)以及测试热处理(步骤ST28)。
接着，以与步骤ST21～步骤ST28同样的方法(同一设定值)对测试基板再次进行预热(辅助加热)以及测试热处理(步骤ST29)。并且，在测试热处理时使用上部放射温度计25的量子型红外线传感器29测定出的、测试基板的下表面温度作为偏移温度(辅助)，测试基板的上表面的上升温度(跳跃温度)作为偏移温度(跳跃)，而分别被存储于存储部35(步骤ST30)。
接着，控制部3的系数计算部31基于基准温度(跳跃)、基准温度(辅助)、偏移温度(跳跃)以及偏移温度(辅助)来计算校正系数。具体而言，如以下的式(3)所示，基于基准温度Tref(as)、基准温度Tref(ju)、偏移温度Tshift(as)以及偏移温度Tshift(ju)来计算校正系数CF(步骤ST31)。
[式3]
Figure BDA0003707387770000251
接着，以与步骤ST21～步骤ST28同样的方法对作为处理对象的半导体晶片W进行闪光灯退火(步骤ST32)。在此，进行闪光灯退火时的各种设定值(例如，闪光的输出值或者闪光的照射时间等)不需要与预热(辅助加热)以及测试热处理相同。
并且，在闪光灯退火时使用上部放射温度计25的量子型红外线传感器29测定出的、半导体晶片W的下表面温度作为测定温度(辅助)，半导体晶片W的上表面的上升温度(跳跃温度)作为测定温度(跳跃)，而分别被存储于存储部35(步骤ST33)。
接着，控制部3的温度校正部32使用存储于存储部35中的校正系数来校正在步骤ST33中测定出的测定温度。具体而言，如以下的式(4)所示，使用校正系数CF，将测定温度(跳跃)Tmeasure(ju)以及测定温度(辅助)Tmeasure(as)校正为校正测定温度T’measure(步骤ST34)。
[式4]
T′measure＝CF×Tmeasure(ju)+Tmeasure(as)…(4)
根据上述的实施方式，控制部3通过参照校正测定温度T’measure，即使在随着时间的经过而量子型红外线传感器29的输出电压发生变化的情况下，也能够高精度地测定半导体晶片W的上表面的温度。因此，能够适当地确认闪光灯退火是否适当地进行。
另外，通过考虑辅助温度，仅对因量子型红外线传感器29的输出电压的变化而受到影响的、半导体晶片W的上表面的上升温度(跳跃温度)乘以校正系数，从而能够高精度地测定半导体晶片W的上表面的温度。即，能够进行还考虑了由预热(辅助加热)引起的半导体晶片W(特别是硅)的热传导率的变化的温度测定。
＜第三实施方式＞
对本实施方式涉及的热处理系统中的热处理装置以及热处理方法进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，对与在以上记载的实施方式中说明的构成要素同样的构成要素标注相同附图标记而图示，并省略对其详细的说明。
温度校正部32使用校正系数CF，将测定温度(跳跃)Tmeasure(ju)以及测定温度(辅助)Tmeasure(as)校正为校正测定温度T’measure的情况下，存在因与闪光灯FL的发光时间对应的脉冲波形等的条件的不同而使校正精度降低的情况。
因此，在本实施方式中，根据可使用的半导体晶片W的处理方案的条件、例如脉冲波形、充电电压、辅助温度或区域偏移值等，针对每个处理方案取得不同的基准温度Tref，进而，通过取得对应的多个校正系数CF，由此抑制处理方案的差异导致的校正精度的偏差。在此，区域偏移值是指，将图3所示的闪光灯FL的与基板W的中央部对置地配置的部分的充电电压设定为低于与基板W的周缘部对置地配置的部分的充电电压时的偏移值。
另外，校正系数CF例如可以是具有作为发光时间的变量的脉冲波形pw、作为发光强度的变量的充电电压cv、与图14的预热温度T1对应的辅助加热温度as、以及具有区域偏移值zo的四个变量的校正系数CF(pw、cv、as、zo)。在该情况下，例如，在变量pw发生变化的情况下，其他的变量也可以固定为预先确定的基准值。
＜第四实施方式＞
对本实施方式涉及的热处理系统中的热处理装置以及热处理方法进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，与在以上记载的实施方式中说明的构成要素同样的构成要素标注相同的附图标记而图示，并省略对其详细的说明。
第三实施方式中得到的多个校正系数CF能够保持在校正系数表中。
图15是示意性地表示针对每个处理方案保持校正系数CF的校正系数表的例子的图。在图15中，根据处理方案中的脉冲波形、充电电压、辅助温度以及区域偏移值的差异，与校正系数编号对应地保持多个校正系数CF。
另外，在第三实施方式中得到的具有变量的校正系数CF(pw、cv、as、zo)能够通过指定各变量来选择。
图16是表示用于输入具有变量的校正系数CF(pw、cv、as、zo)的各个变量的GUI画面的例子的图。在图16中，校正系数CF(pw、cv、as、zo)的各个变量能够以直接输入或下拉形式等在指定栏300、指定栏301、指定栏302以及指定栏303中指定，与输入的变量对应的校正系数(或者对应的校正系数编号)通过控制部3的运算而显示于指定栏304。但是，也可以对指定栏304直接输入校正系数(或者对应的校正系数编号)。需要说明的是，区域偏移值的切换显示栏305在指定栏303中指定了电压值时，从切断状态切换为接通状态而显示，但也可以另外设置用于区域偏移的切换的设置按钮等。
＜第五实施方式＞
对本实施方式涉及的热处理系统中的热处理装置以及热处理方法进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，与在以上记载的实施方式中说明的构成要素同样的构成要素标注相同的附图标记而图示，并省略对其详细的说明。
也可以构成为在第三和第四实施方式中的得到的多个校正系数CF被保存于库，在制作了任意的处理方案时，控制部3从库中自动地选择适合于处理方案的校正系数CF。
控制部3也可以通过最优化方法选择适合于处理方案的校正系数CF。例如，可以保持与多个模式的充电电压cv对应的校正系数CF，在输入任意的充电电压cv时，通过基于最小二乘法的曲线拟合来推定最佳的校正系数CF。
另外，控制部3也可以通过机器学习来选择适合于处理方案的校正系数CF。例如，也可以使用神经网络等学习四个变量(脉冲波形pw、充电电压cv、辅助加热温度as以及区域偏移值zo)和对应的校正系数CF并作为训练数据，将基于上述的四个变量的输入而能够输出最佳的校正系数CF的学习完毕模型搭载于控制部3。
＜关于由以上记载的实施方式产生的效果＞
接着，示出由以上记载的实施方式产生的效果的例子。需要说明的是，在以下的说明中，基于以上记载的实施方式中示例的具体结构来记述效果，但在产生同样效果的范围内，也可以替换成本申请说明书中示例的其他具体的结构。
另外，也可以跨越多个实施方式进行置换。即，组合在不同的实施方式中示例的各个结构，也可以产生同样的效果。
根据以上记载的实施方式，热处理装置具备量子型红外线传感器29、系数计算部31、温度校正部32。量子型红外线传感器29测定第一基板的温度以及第二基板的温度。在此，第一基板例如对应于测试基板。另外，第二基板例如对应于半导体晶片W。在此，将由量子型红外线传感器29测定的、进行了照射闪光的第一热处理的测试基板的温度作为基准温度。需要说明的是，第一热处理例如对应于测试热处理。另外，将由量子型红外线传感器29测定的、在测试热处理之后再次进行了测试热处理的测试基板的温度设为偏移温度。系数计算部31基于基准温度以及偏移温度来计算校正系数。另外，温度校正部32使用校正系数对由量子型红外线传感器29测定的、进行了照射闪光的第二热处理的半导体晶片W的温度进行校正。在此，第二热处理例如对应于闪光灯退火。
根据这样的结构，通过使用校正系数对半导体晶片W的温度进行校正，即使在随着时间的经过而量子型红外线传感器29的输出电压发生变化的情况下，也能够高精度地测定半导体晶片W的上表面的温度。因此，能够适当地确认闪光灯退火是否适当地进行。
另外，由于通过校正系数直接校正测定温度，因此，例如与校正量子型红外线传感器29的输出电压的情况相比，校正系数能够应用的范围也扩展到不使用电压的其他设备等。例如，也可以针对与具备计算规定的校正系数的量子型红外线传感器的热处理装置不同的、由热处理装置所具备的其他传感器测定的测定温度，使用规定的校正系数来校正输出。进而，在利用热处理装置所具备的多个传感器测定半导体晶片W的表面的多个部位的温度的情况下，也可以通过规定的校正系数来修正各个传感器的输出。
需要说明的是，即使在上述的结构中适当地追加本申请说明书中示例的其他结构的情况下，即，在适当追加作为上述结构未提及的本申请说明书中的其他结构的情况下，也能够产生同样的效果。
另外，根据以上记载的实施方式，系数计算部31基于基准温度与偏移温度的比率来计算校正系数。根据这样的结构，通过使用校正系数来校正半导体晶片W的温度，即使在随着时间的经过而量子型红外线传感器29的输出电压发生变化的情况下，也能够高精度地测定半导体晶片W的上表面的温度。
另外，根据以上记载的实施方式，使基准温度以及偏移温度中的至少一方为多次测定出的测试基板的温度的平均值。根据这样的结构，提高基准温度以及偏移温度中的至少一方的测定精度，也能够提高校正系数的精度。
另外，根据以上记载的实施方式，热处理装置160具备用于在基准温度与偏移温度的差超过阈值的情况下发出警报的警报部36。根据这样的结构，在灵敏度偏移过大的情况下，能够设想量子型红外线传感器29的不良、进而腔室6中的其他结构的不良(透明窗26的污垢等)等。
另外，根据以上记载的实施方式，量子型红外线传感器29至少测定测试基板的、被照射闪光的上表面上的温度。并且，热处理装置160具备用于至少测定测试基板的下表面上的温度的下表面温度计。在此，下表面温度计例如对应于下部放射温度计20。另外，将由下部放射温度计20测定的、进行测试热处理之前的测试基板的下表面上的温度设为辅助温度。并且，系数计算部31基于基准温度、偏移温度以及辅助温度，来计算校正系数。根据这样的结构，通过考虑辅助温度，仅对受到量子型红外线传感器29的输出电压的变化影响的、半导体晶片W的上表面的上升温度(跳跃温度)乘以校正系数，从而能够高精度地测定半导体晶片W的上表面的温度。
另外，根据以上记载的实施方式，系数计算部31基于基准温度与辅助温度之差以及偏移温度与辅助温度之差的比率，来计算校正系数。根据这样的结构，通过仅对半导体晶片W的上表面的上升温度(跳跃温度)乘以校正系数，从而能够高精度地测定半导体晶片W的上表面的温度。
根据以上记载的实施方式，在热处理方法中，包括：使用量子型红外线传感器29测定进行了照射闪光的测试热处理的测试基板的温度，并且将测试基板的温度设为基准温度的工序；在进行了测试热处理后，使用量子型红外线传感器29在此测定进行了测试热处理的测试基板的温度，并且将测试基板的温度设为偏移温度的工序；以及使用基于基准温度以及偏移温度计算出的校正系数，对由量子型红外线传感器29测定的、进行了照射闪光的闪光灯退火的半导体晶片W的温度进行校正的工序。
根据这样的结构，通过使用校正系数来校正半导体晶片W的温度，即使在随着时间的经过而量子型红外线传感器29的输出电压发生变化的情况下，也能够高精度地测定半导体晶片W的上表面的温度。
需要说明的是，在没有特别的限制的情况下，能够变更进行各个处理的顺序。
需要说明的是，即使在上述的结构中适当地追加本申请说明书中示例的其他结构的情况下，即，在适当地追加作为上述结构未提及的本申请说明书中的其他结构的情况下，也能够产生同样的效果。
＜关于以上记载的实施方式的变形例＞
在以上记载的实施方式中，虽然有时对各个构成要素的材质、材料、尺寸、形状、相对的配置关系或实施条件等进行了记载，但这些在各方面均是示例，并不限定于此。
因此，未示例的无数个变形例以及等同物被设想在本申请说明书中公开的技术的范围内。例如，也包括对至少一个构成要素进行变形的情况、追加的情况或省略的情况，进而，也包括提取至少一个实施方式中的至少一个构成要素来与其他的实施方式中的构成要素组合的情况。
另外，在以上记载的实施方式中，在没有特别指定而记载材料名等的情况下，只要不产生矛盾，在该材料中可以包含其他的添加物，例如包括合金等。
附图标记说明
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
11 移载臂
12 升降销
13 水平移动机构
14 升降机构
20 下部放射温度计
21、26 透明窗
22、27 温度测定单元
24 热型红外线传感器
25 上部放射温度计
29 量子型红外线传感器
31 系数计算部
32 温度校正部
33 显示部
34 输入部
35 存储部
36 警报部
41、51 框体
43、52 反射器
53 灯光放射窗
61 腔室侧部
61a、61b、79 贯通孔
62 凹部
63 上侧腔室窗
64 下侧腔室窗
65 热处理空间
66 搬运开口部
68、69 反射环
71 基台环
72 连结部
74 基座
75 保持板
75a 保持面
76 引导环
77 基板支承销
78 开口部
81 气体供给孔
82、87 缓冲空间
83 气体供给管
84、89、192 阀
85 处理气体供给源
86 气体排出孔
88、191 气体排出管
100 热处理系统
101分 度部
110 装载埠
120 交接机械手
120R、120S、150R 箭头
121 手部
130、140 冷却部
131 第一冷却腔室
141 第二冷却腔室
150 搬运机械手
151a、151b 搬运手部
160 热处理装置
170 搬运腔室
181、182、183、184、185 闸阀
190 排气部
230 对准部
231 对准腔室
300、301、302、303、304 指定栏
305 切换显示栏

Claims (7)

1.一种热处理装置，通过照射闪光来对第一基板以及第二基板进行加热，其中，
该热处理装置具备用于测定所述第一基板的温度以及所述第二基板的温度的量子型红外线传感器，
将由所述量子型红外线传感器的测定的、进行了照射所述闪光的第一热处理的所述第一基板的温度设为基准温度，
将由所述量子型红外线传感器测定的、在进行了所述第一热处理后再次进行了所述第一热处理的所述第一基板的温度设为偏移温度，
所述热处理装置还具备温度校正部，所述温度校正部用于使用基于所述基准温度以及所述偏移温度计算出的校正系数，对由所述量子型红外线传感器测定的、进行了照射所述闪光的第二热处理的所述第二基板的温度进行校正。
2.如权利要求1所述的热处理装置，其中，
所述校正系数基于所述基准温度与所述偏移温度的比率来计算。
3.如权利要求1或2所述的热处理装置，其中，
所述校正系数基于至少一方是多次测定的所述第一基板的温度的平均值的、所述基准温度以及所述偏移温度来计算。
4.如权利要求1至3中任一项所述的热处理装置，其中，
所述热处理装置还具有用于在所述基准温度与所述偏移温度之差超过阈值的情况下发出警报的警报部。
5.如权利要求1至4中任一项所述的热处理装置，其中，
所述量子型红外线传感器至少测定所述第一基板的被照射所述闪光的上表面上的温度，
所述热处理装置还具备用于至少测定所述第一基板的下表面上的温度的下表面温度计，
将由所述下表面温度计测定的、在进行所述第一热处理之前的所述第一基板的下表面上的温度设为辅助温度，
所述温度校正部使用基于所述基准温度、所述偏移温度以及所述辅助温度计算出的所述校正系数对所述第二基板的温度进行校正。
6.如权利要求5所述的热处理装置，其中，
所述校正系数基于所述基准温度与所述辅助温度之差和所述偏移温度与所述辅助温度之差的比率来计算。
7.一种热处理方法，通过照射闪光对第一基板以及第二基板进行加热，其中，包括：
使用量子型红外线传感器测定进行了照射所述闪光的第一热处理的所述第一基板的温度，并且将测定出的所述第一基板的温度设为基准温度的工序；
在进行了所述第一热处理后，使用所述量子型红外线传感器，再次测定进行了所述第一热处理的所述第一基板的温度，并且将再次测定出的所述第一基板的温度设为偏移温度的工序；以及
使用基于所述基准温度以及所述偏移温度计算出的校正系数，对由所述量子型红外线传感器测定的、进行了照射所述闪光的第二热处理的所述第二基板的温度进行校正的工序。
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