TW201324618A - 熱處理方法及熱處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可一邊防止基板之破裂一邊向基板照射閃光從而加熱至所需溫度之熱處理方法及熱處理裝置。於將已進行雜質注入之半導體晶圓加熱至預備加熱溫度T1之後，向半導體晶圓之表面照射閃光而加熱至目標溫度T2，進而繼續照射閃光而將表面溫度以特定時間維持為目標溫度左右。此時，使閃光加熱步驟中之閃光照射時間相較於自半導體晶圓之表面向背面熱傳導所需的熱傳導時間更長，進而半導體晶圓之表面與背面之溫差於照射閃光期間總是為自預備加熱溫度T1至目標溫度T2為止之升溫溫度之一半以下。因此，可緩和半導體晶圓之表面與背面之熱膨脹差引起之應力集中，從而可防止半導體晶圓之破裂。

Description

熱處理方法及熱處理裝置
本發明係關於一種藉由向半導體晶圓或液晶顯示裝置用玻璃基板等薄板狀精密電子基板(以下簡稱為「基板」)照射光而加熱該基板之熱處理方法及熱處理裝置。
於半導體裝置之製造製程中，為了在半導體晶圓內形成pn接面，雜質導入為必需進行之步驟。目前，雜質導入通常係藉由離子注入法及之後之退火法而完成。離子注入法為如下一種技術：使硼(B)、砷(As)、磷(P)等雜質元素離子化，並使其於高加速電壓下碰撞至半導體晶圓，從而物理性地進行雜質注入。所注入之雜質藉由退火處理而活化。此時，若退火時間為數秒程度以上，則所注入之雜質藉由熱而擴散得較深，其結果，有接合深度較要求變得過深而妨礙良好之裝置之形成之虞。
因此，作為以極短之時間加熱半導體晶圓之退火技術，近年來閃光燈退火(Flash Lamp Annealing，FLA)受人關注。閃光燈退火係如下一種熱處理技術：藉由使用氙閃光燈(以下僅於為「閃光燈」時表示氙閃光燈)向半導體晶圓之表面照射閃光，而以極短之時間(數毫秒以下)僅使注入有雜質之半導體晶圓之表面升溫。
氙閃光燈之放射分光分佈為紫外區至近紅外區，相較於先前之鹵素燈而波長較短，且與矽半導體晶圓之基礎吸收帶大體一致。因此，於自氙閃光燈向半導體晶圓照射閃光 時，穿透光較少，從而可使半導體晶圓急速升溫。又，亦判明若為數毫秒以下之極短時間之閃光照射，則可選擇性地僅使半導體晶圓之表面附近升溫。因此，若為利用氙閃光燈而進行之極短時間之升溫，則不會使雜質擴散得較深，可僅執行雜質活化。
然而，藉由離子注入法注入高能量離子之結果為，大量缺陷會被導入至半導體晶圓之矽晶體中。存在此種缺陷被導入至相較於離子注入層略深之位置之傾向。當進行離子注入後之退火處理時，較理想的是為與雜質之活化同時亦一併進行所導入之缺陷之恢復。為了恢復此種缺陷，延長退火處理時間即可，然而如此一來，將會產生如上述般之所注入之雜質較要求而更深地擴散之問題。
因此，於專利文獻1中揭示有於發光輸出波峰經過之後以相對較弱之發光輸出進行追加之光照射的閃光燈退火技術。根據專利文獻1所揭示之技術，由於在將半導體晶圓表面升溫至處理溫度為止之後，藉由追加之光照射將其表面溫度維持為處理溫度數毫秒程度以上，因此亦能以某種程度加熱相較於表面略深之位置，從而不僅可進行雜質之活化，亦可進行所導入之結晶缺陷之恢復。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2009-260018號公報
然而，於閃光燈退火中，若在將半導體晶圓之表面升溫至處理溫度為止後維持為該處理溫度，則有晶圓破裂之頻度提高之虞。認為其原因在於：於藉由極短時間之表面照射進行加熱之閃光燈退火中，半導體晶圓之表面與背面會不可避免地產生溫差，若將晶圓表面溫度維持為處理溫度，則於表面與背面產生較大溫差之時間亦延長，從而表面與背面之熱膨脹差引起之應力集中於晶圓背面。
本發明係鑒於上述課題而完成者，其目的在於提供一種可一邊防止基板之破裂一邊向基板照射閃光從而加熱至所需溫度為止之熱處理方法及熱處理裝置。
為了解決上述課題，技術方案1之發明係一種熱處理方法，其特徵在於其係藉由向基板照射光而加熱該基板者，且包括：預備加熱步驟，以特定之預備加熱溫度加熱基板；及閃光加熱步驟，自閃光燈向上述基板之一面照射閃光，將上述一面加熱至目標溫度；上述閃光加熱步驟中之閃光照射時間相較於自上述一面向作為與上述一面為相反側之面之另一面熱傳導所需的熱傳導時間更長，上述閃光加熱步驟中之上述一面與上述另一面之溫差為自上述預備加熱溫度至上述目標溫度為止之升溫溫度之一半以下。
又，技術方案2之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其中上述閃光加熱步驟中之上述一面之升溫速度為1000℃/秒以上。
又，技術方案3之發明係如技術方案1或技術方案2之發 明之熱處理方法，其中上述基板為矽半導體晶圓。
又，技術方案4之發明係如技術方案1或技術方案2之發明之熱處理方法，其中於上述閃光加熱步驟中，藉由利用開關元件斷續地自電容器向上述閃光燈供給電荷而控制上述閃光燈之發光輸出。
又，技術方案5之發明係一種熱處理裝置，其特徵在於其係藉由向基板照射光而加熱該基板者，且包括：腔室，其收容基板；保持機構，其於上述腔室內保持基板；預備加熱機構，其將由上述保持機構保持之基板加熱至特定之預備加熱溫度；閃光燈，其向由上述保持機構保持之基板照射閃光；及發光控制機構，其控制上述閃光燈之發光輸出；上述發光控制機構以如下方式控制上述閃光燈之發光輸出，即，經過相較於自上述一面向作為與上述一面為相反側之面之另一面熱傳導所需的熱傳導時間更長之時間地向由上述保持機構保持之基板之一面照射閃光，而將上述一面加熱至目標溫度，且上述一面與上述另一面之溫差為自上述預備加熱溫度至上述目標溫度為止之升溫溫度之一半以下。
又，技術方案6之發明係如技術方案5之發明之熱處理裝置，其中上述發光控制機構以上述一面之溫度藉由1000℃/秒以上之升溫速度自上述預備加熱溫度升溫至上述目標溫度為止之方式，控制上述閃光燈之發光輸出。
又，技術方案7之發明係如技術方案5或技術方案6之發明之熱處理裝置，其中上述基板為矽半導體晶圓。
又，技術方案8之發明係如技術方案5或技術方案6之發明之熱處理裝置，其中上述發光控制機構包括開關元件，該開關元件藉由斷續地自電容器向上述閃光燈供給電荷而控制上述閃光燈之發光輸出。
根據技術方案1至技術方案4之發明，自閃光燈向基板之一面照射閃光而加熱至目標溫度之閃光加熱步驟中的閃光照射時間相較於自基板之一面向作為與該一面為相反側之面之另一面熱傳導所需的熱傳導時間更長，並且閃光加熱步驟中之一面與另一面之溫差為自預備加熱溫度至目標溫度為止之升溫溫度之一半以下，因此基板表面與背面之溫差過大之情況得以抑制，可緩和表面與背面之熱膨脹差引起之應力集中，從而可一邊防止基板之破裂，一邊向基板照射閃光並加熱至所需溫度為止。
又，根據技術方案5至技術方案8之發明，經過相較於自該一面向作為與一面為相反側之面之另一面熱傳導所需的熱傳導時間更長之時間地向由保持機構保持之基板之一面照射閃光，而將該一面加熱至目標溫度，且以一面與另一面之溫差為自預備加熱溫度至目標溫度為止之升溫溫度之一半以下之方式控制閃光燈之發光輸出，因此基板之表面與背面之溫差過大之情況得以抑制，可緩和表面與背面之熱膨脹差引起之應力集中，從而可一邊防止基板之破裂，一邊向基板照射閃光從而加熱至所需溫度為止。
以下，一邊參照圖式一邊對本發明之實施形態進行詳細說明。
圖1係表示本發明之熱處理裝置1之構成之縱剖面圖。本實施形態之熱處理裝置1係一種閃光燈退火裝置，其藉由對作為基板之300 mm之圓板形狀之矽半導體晶圓W進行閃光照射而加熱該半導體晶圓W。搬入至熱處理裝置1前之半導體晶圓W中已注入有雜質，藉由利用熱處理裝置1之加熱處理而執行所注入之雜質之活化處理。
熱處理裝置1包括：腔室6，其收容半導體晶圓W；閃光加熱部5，其內置複數個閃光燈FL；鹵素加熱部4，其內置複數個鹵素燈HL；及遮擋機構2。於腔室6之上側設置有閃光加熱部5，並且於下側設置有鹵素加熱部4。又，熱處理裝置1於腔室6之內部具備：保持部7，其將半導體晶圓W保持為水平姿勢；及移載機構10，其於保持部7與裝置外部之間進行半導體晶圓W之交接。進而，熱處理裝置1包括控制部3，該控制部3控制遮擋機構2、鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6中設置之各動作機構，並執行半導體晶圓W之熱處理。
腔室6係構成為於筒狀腔室側部61之上下安裝有石英制之腔室窗。腔室側部61具有上下開口之大致筒形狀，於上側開口安裝有上側腔室窗63且加以阻塞，於下側開口安裝有下側腔室窗64且加以阻塞。構成腔室6之頂棚部之上側腔室窗63為由石英形成之圓板形狀構件，作為使自閃光加熱部5出射之閃光穿透至腔室6內之石英窗發揮功能。又， 構成腔室6之底部之下側腔室窗64亦為由石英形成之圓板形狀構件，作為使來自鹵素加熱部4之光穿透至腔室6內之石英窗發揮功能。
又，於腔室側部61之內側之壁面上部安裝有反射環68，於下部安裝有反射環69。反射環68、69均形成為圓環狀。上側之反射環68係藉由自腔室側部61之上側嵌入而安裝。另一方面，下側之反射環69係藉由自腔室側部61之下側嵌入並利用省略圖示之螺釘固定而安裝。即，反射環68、69均係裝卸自如地安裝於腔室側部61者。腔室6之內側空間亦即由上側腔室窗63、下側腔室窗64、腔室側部61及反射環68、69包圍之空間規定為熱處理空間65。
藉由於腔室側部61安裝反射環68、69，而於腔室6之內壁面形成凹部62。即，形成凹部62，該凹部62由腔室側部61之內壁面中之未安裝反射環68、69之中央部分、反射環68之下端面及反射環69之上端面包圍。凹部62於腔室6之內壁面沿水平方向形成為圓環狀，圍繞保持半導體晶圓W之保持部7。
腔室側部61及反射環68、69係由強度及耐熱性優異之金屬材料(例如不鏽鋼)形成。又，反射環68、69之內周面藉由電解鍍鎳而成為鏡面。
又，於腔室側部61形成設置有用於對腔室6進行半導體晶圓W之搬入及搬出之搬送開口部(爐口)66。搬送開口部66可藉由閘閥185而開閉。搬送開口部66與凹部62之外周面連通連接。因此，於閘閥185打開搬送開口部66時，可 自搬送開口部66通過凹部62向熱處理空間65搬入半導體晶圓W，以及自熱處理空間65搬出半導體晶圓W。又，當閘閥185關閉搬送開口部66時，腔室6內之熱處理空間65為密閉空間。
又，於腔室6之內壁上部形成設置有向熱處理空間65供給處理氣體(於本實施形態中為氮氣(N2))之供氣孔81。供氣孔81係形成設置於較凹部62更上側之位置，亦可設置於反射環68上。供氣孔81經由於腔室6之側壁內部形成為圓環狀之緩衝空間82而與供氣管83連通連接。供氣管83與氮氣供給源85連接。又，於供氣管83之路徑中途介插有閥84。當閥84打開時，自氮氣供給源85向緩衝空間82送給氮氣。流入至緩衝空間82之氮氣以於流體阻力小於供氣孔81之緩衝空間82內擴散之方式流動，從而自供氣孔81供給至熱處理空間65內。
另一方面，於腔室6之內壁下部形成設置有將熱處理空間65內之氣體排出之排氣孔86。排氣孔86係形成設置於較凹部62更下側之位置，亦可設置於反射環69上。排氣孔86經由於腔室6之側壁內部形成為圓環狀之緩衝空間87而與排氣管88連通連接。排氣管88與排氣部190連接。又，於排氣管88之路徑中途介插有閥89。當閥89打開時，熱處理空間65之氣體自排氣孔86經過緩衝空間87而排出至排氣管88。再者，供氣孔81及排氣孔86可沿腔室6之周方向設置複數個，亦可為狹縫狀。又，氮氣供給源85及排氣部190可為設置於熱處理裝置1中之機構，亦可為設置熱處理裝 置1之工廠之共用設施(utility)。
又，於搬送開口部66之前端亦連接有將熱處理空間65內之氣體排出之排氣管191。排氣管191經由閥192而與排氣部190連接。藉由打開閥192，而經由搬送開口部66排出腔室6內之氣體。
圖2係表示保持部7之整體外觀之立體圖。又，圖3係自上表面觀察保持部7而得之平面圖，圖4係自側方觀察保持部7而得之側視圖。保持部7構成為包括基台環71、連結部72及基座74。基台環71、連結部72及基座74均係由石英形成。即，整個保持部7均係由石英形成。
基台環71為圓環形狀之石英構件。基台環71藉由載置於凹部62之底面而由腔室6之壁面支持(參照圖1)。於具有圓環形狀之基台環71之上表面沿其周方向立設有複數個連結部72(於本實施形態中為4個)。連結部72亦為石英構件，藉由焊接而固著於基台環71上。再者，基台環71之形狀亦可為自圓環形狀缺失一部分之圓弧狀。
平板狀之基座74係由設置於基台環71上之4個連結部72支持。基座74為由石英形成之大致圓形之平板狀構件。基座74之直徑大於半導體晶圓W之直徑。即，基座74具有大於半導體晶圓W之平面尺寸。於基座74之上表面立設有複數個(於本實施形態中為5個)導銷76。5個導銷76係沿與基座74之外周圓為同心圓之圓周上而設置。配置有5個導銷76之圓之直徑略大於半導體晶圓W之直徑。各導銷76亦係由石英形成。再者，導銷76可與基座74成一體地自石英錠 加工，亦可將另行加工而得者藉由焊接等安裝於基座74上。
立設於基台環71上之4個連結部72與基座74之周緣部之下表面係藉由焊接而固著。即，基座74與基台環71係藉由連結部72而固定連結，保持部7為石英之一體成形構件。由腔室6之壁面支持此種保持部7之基台環71，藉此將保持部7安裝於腔室6中。於保持部7已安裝於腔室6中之狀態下，大致圓板形狀之基座74為水平姿勢(法線與鉛垂方向一致之姿勢)。搬入至腔室6之半導體晶圓W以水平姿勢載置於腔室6中所安裝之保持部7之基座74上並得以保持。半導體晶圓W藉由載置於由5個導銷76形成之圓之內側而可防止水平方向之位移。再者，導銷76之個數並不限定於5個，只要為可防止半導體晶圓W之位移之個數即可。
又，如圖2及圖3所示，於基座74上貫通上下地形成有開口部78及切口部77。切口部77係為了供使用有熱電偶之接觸式溫度計130之探針前端部通過而設置。另一方面，開口部78係為了供放射溫度計120接收自保持於基座74中之半導體晶圓W之下表面放射之放射光(紅外光)而設置。進而，於基座74上穿設有為了進行半導體晶圓W之交接而供下述移載機構10之提昇銷12貫通之4個貫通孔79。
圖5係移載機構10之平面圖。又，圖6係移載機構10之側視圖。移載機構10包括2根移載臂11。移載臂11為沿大致圓環狀之凹部62之圓弧形狀。於各移載臂11上立設有2個提昇銷12。各移載臂11可藉由水平移動機構13而旋動。水 平移動機構13使一對移載臂11於相對於保持部7進行半導體晶圓W之移載的移載動作位置(圖5之實線位置)與俯視時不重疊於由保持部7保持之半導體晶圓W的撤回位置(圖5之二點鏈線位置)之間水平移動。作為水平移動機構13，可為藉由單獨之馬達使各移載臂11分別旋動者，亦可為使用連桿機構而藉由1個馬達使一對移載臂11連動地旋動者。
又，一對移載臂11藉由升降機構14與水平移動機構13一同升降移動。當升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置上升時，共4個提昇銷12通過穿設於基座74上之貫通孔79(參照圖2、3)，提昇銷12之上端自基座74之上表面突出。另一方面，當升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置下降使得提昇銷12自貫通孔79拔出，並且水平移動機構13使一對移載臂11以打開之方式移動時，各移載臂11移動至撤回位置。一對移載臂11之撤回位置為保持部7之基台環71之正上方。由於基台環71係載置於凹部62之底面，故移載臂11之撤回位置為凹部62之內側。再者，移載機構10之設有驅動部(水平移動機構13及升降機構14)之部位之附近亦設有省略圖示之排氣機構，其構成為將移載機構10之驅動部周邊之氣體排出至腔室6之外部。
返回至圖1，設置於腔室6上方之閃光加熱部5構成為如下：於框體51之內側具備：光源，其包括複數個(於本實施形態中為30個)氙閃光燈FL；及反射器52，其以覆蓋該光源之上方之方式而設置。又，於閃光加熱部5之框體51之底部安裝有燈光放射窗53。構成閃光加熱部5之底部之 燈光放射窗53為由石英形成之板狀石英窗。藉由將閃光加熱部5設置於腔室6之上方，而使燈光放射窗53與上側腔室窗63相對向。閃光燈FL自腔室6之上方經由燈光放射窗53及上側腔室窗63向熱處理空間65照射閃光。
複數個閃光燈FL分別為具有長條之圓筒形狀之棒狀燈，且以各長度方向沿由保持部7保持之半導體晶圓W之主面(亦即沿水平方向)而互相平行之方式排列為平面狀。因此，藉由閃光燈FL排列而形成之平面亦為水平面。
圖8係表示閃光燈FL之驅動電路之圖。如該圖所示，電容器93、線圈94、閃光燈FL及IGBT(絕緣閘雙極電晶體)96為串接。又，如圖8所示，控制部3包括脈衝產生器31及波形設定部32，並且與輸入部33連接。作為輸入部33，可採用鍵盤、滑鼠、觸摸面板等各種公知之輸入設備。波形設定部32基於來自輸入部33之輸入內容而設定脈衝信號之波形，脈衝產生器31根據該波形產生脈衝信號。
閃光燈FL包括：棒狀玻璃管(放電管)92，其內部填充有氙氣並且其兩端部配設有陽極及陰極；及觸發電極91，其附設於該玻璃管92之外周面上。電容器93藉由電源單元95施加有特定之電壓，並充電有與該施加電壓(充電電壓)相對應之電荷。又，可自觸發電路97向觸發電極91施加高電壓。觸發電路97向觸發電極91施加電壓之時序係由控制部3控制。
IGBT96係於閘極部組裝有金屬氧化物半導體場效應電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor， MOSFET)之雙極電晶體，係適於操作大功率之開關元件。自控制部3之脈衝產生器31向IGBT96之閘極施加脈衝信號。當向IGBT96之閘極施加特定值以上之電壓(High電壓)時，IGBT96成為接通狀態，當施加未達特定值之電壓(Low電壓)時，IGBT96成為切斷狀態。如此一來，包括閃光燈FL之驅動電路藉由IGBT96而接通切斷。IGBT96藉由接通切斷而斷續地與閃光燈FL所對應之電容器93連接。
即便於電容器93已充電之狀態下IGBT96為接通狀態從而向玻璃管92之兩端電極施加高電壓，氙氣亦為電性絕緣體，因此於通常狀態下玻璃管92內不會流通電氣。然而，於觸發電路97向觸發電極91施加高電壓從而破壞絕緣之情形時，藉由兩端電極間之放電而瞬時於玻璃管92內流通電流，藉由此時之氙之原子或分子之激發而放出光。
又，圖1之反射器52係於複數個閃光燈FL之上方以覆蓋其等全部之方式而設置。反射器52之基本功能係將自複數個閃光燈FL出射之光反射至保持部7側。反射器52係由鋁合金板形成，其表面(面向閃光燈FL之側之面)藉由噴砂處理而實施粗面化加工從而呈緞光加工面花紋。
在設置於腔室6下方之鹵素加熱部4之內部內置有複數個(於本實施形態中為40個)鹵素燈HL。複數個鹵素燈HL自腔室6之下方經由下側腔室窗64向熱處理空間65照射光。圖7係表示複數個鹵素燈HL之配置之平面圖。於本實施形態中，於上下2層各配設20個鹵素燈HL。各鹵素燈HL為具有長條之圓筒形狀之棒狀燈。上層及下層均為20固鹵素燈 HL以各長度方向沿由保持部7保持之半導體晶圓W之主面(亦即沿水平方向)互相平行之方式排列。因此，關於上層及下層，藉由鹵素燈HL之排列而形成之平面均為水平面。
又，如圖7所示，上層及下層均為較之與由保持部7保持之半導體晶圓W之中央部相對向的區域更靠周緣部所對向之區域中的鹵素燈HL之配設密度增高。即，上下層均為較之燈排列之中央部而更靠周緣部的鹵素燈HL之配設間距較短。因此，可於藉由來自鹵素加熱部4之光照射進行加熱時向溫度易於下降之半導體晶圓W之周緣部照射更多之光量。
又，包括上層之鹵素燈HL之燈群與包括下層之鹵素燈HL之燈群以交叉為格子狀之方式排列。即，以上層之各鹵素燈HL之長度方向與下層之各鹵素燈HL之長度方向正交之方式配設有共40個鹵素燈HL。
鹵素燈HL係藉由向配設於玻璃管內部之燈絲通電而使燈絲白熱化從而發光之燈絲方式光源。於玻璃管內部封入有於氮或氬等惰性氣體中導入有微量鹵元素(碘、溴等)之氣體。藉由導入鹵元素，可一邊抑制燈絲之折損一邊將燈絲之溫度設定為高溫。因此，鹵素燈HL具有壽命較普通白熾燈長且可連續照射強光之特性。又，由於鹵素燈HL為棒狀燈，故壽命較長，藉由沿水平方向配置鹵素燈HL而朝向上方之半導體晶圓W之放射效率優異。
又，如圖1所示，熱處理裝置1於鹵素加熱部4及腔室6之 側方具備遮擋機構2。遮擋機構2包括擋板21及滑動驅動機構22。擋板21為相對於鹵素光不透明之板，例如由鈦(Ti)形成。滑動驅動機構22使擋板21沿水平方向滑動移動，於鹵素加熱部4與保持部7之間之遮光位置拔插擋板21。當滑動驅動機構22使擋板21前進時，擋板21插入至腔室6與鹵素加熱部4之間之遮光位置(圖1之二點鏈線位置)，從而遮斷下側腔室窗64及複數個鹵素燈HL。藉此，自複數個鹵素燈HL朝向熱處理空間65之保持部7之光被遮蔽。反之，當滑動驅動機構22使擋板21後退時，擋板21自腔室6與鹵素加熱部4之間之遮光位置退出，從而使下側腔室窗64之下方開放。
又，控制部3控制設置於熱處理裝置1中之上述各種動作機構。作為控制部3之硬體之構成與普通電腦相同。即，控制部3構成為包括：進行各種運算處理之CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、作為儲存基本程式之讀出專用記憶體之ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)、作為儲存各種資訊之讀寫自如之記憶體的RAM(Random Access Memory，隨機存儲記憶體)、及儲存控制用軟體或資料等之磁碟。藉由控制部3之CPU執行特定之處理程式而進行熱處理裝置1中之處理。又，如圖8所示，控制部3包括脈衝產生器31及波形設定部32。如上所述，波形設定部32甚於來自輸入部33之輸入內容設定脈衝信號之波形，脈衝產生器31據此向IGBT96之閘極輸出脈衝信號。藉由該控制部3及IGBT96構成控制閃光燈FL之發光輸出之發光 控制機構。
除了上述構成以外，為了防止於半導體晶圓W之熱處理時自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能量引起鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之溫度過量地上升，熱處理裝置1還包括各種冷卻用結構。例如，於腔室6之壁體設置有水冷管(省略圖示)。又，鹵素加熱部4及閃光加熱部5為於內部形成氣流而排熱之空冷結構。又，亦向上側腔室窗63與燈光放射窗53之間隙供給空氣，從而冷卻閃光加熱部5及上側腔室窗63。
繼而，對熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理程序進行說明。本實施形態中作為處理對象之半導體晶圓W為藉由離子注入法添加有雜質(離子)之半導體基板。圖9係表示熱處理裝置1中之作為處理對象之半導體晶圓W上所形成的元件之結構之圖。於矽基板111上形成源極、汲極區域112及延伸區域113，並於其上表面設置閘極電極115。延伸區域113為源極、汲極區域112與通道之電性連接部。金屬之閘極電極115經由閘極絕緣膜114而設置於矽基板111上，且於其側方形成SiN之側壁116。源極、汲極區域112及延伸區域113藉由離子注入法導入有雜質，該雜質之活化係藉由利用熱處理裝置1之光照射加熱處理(退火)而執行。以下說明之熱處理裝置1之處理程序係藉由控制部3控制熱處理裝置1之各動作機構而進行。
圖10係表示熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理程序之流程圖。首先，打開用於供氣之閥84，並且打開排氣用 之閥89、192，從而開始相對於腔室6內之供排氣(步驟S1)。當閥84打開時，自供氣孔81向熱處理空間65供給氮氣。又，當閥89打開時，自排氣孔86將腔室6內之氣體排出。藉此，自腔室6內之熱處理空間65之上部供給之氮氣流向下方，並自熱處理空間65之下部排出。
又，藉由打開閥192而亦自搬送開口部66排出腔室6內之氣體。進而，藉由省略圖示之排氣機構而亦將移載機構10之驅動部周邊之氣體排出。再者，於熱處理裝置1中之半導體晶圓W之熱處理時繼續向熱處理空間65供給氮氣，其供給量係根據圖10之處理步驟而適當變更。
繼而，閘閥185打開從而搬送開口部66打開，注入雜質後之半導體晶圓W藉由裝置外部之搬送臂並經由搬送開口部66而搬入至腔室6內之熱處理空間65(步驟S2)。藉由搬送臂搬入之半導體晶圓W進出至保持部7之正上方位置為止而停止。然後，藉由移載機構10之一對移載臂11自撤回位置水平移動至移載動作位置並上升，使得提昇銷12通過貫通孔79並自基座74之上表面突出而接收半導體晶圓W。
於將半導體晶圓W載置於提昇銷12上後，搬送臂自熱處理空間65退出，藉由閘閥185關閉搬送開口部66。然後，藉由一對移載臂11下降，半導體晶圓W自移載機構10交接至保持部7之基座74並保持為水平姿勢。半導體晶圓W將形成有圖案且注入有雜質之表面作為上表面而保持於基座74上。又，半導體晶圓W於基座74之上表面保持在5個導銷76之內側。下降至基座74之下方為止之一對移載臂11藉 由水平移動機構13撤回至撤回位置，即凹部62之內側。
於將半導體晶圓W載置並保持於保持部7之基座74上之後，鹵素加熱部4之40個鹵素燈HL一齊點燈從而開始預備加熱(輔助加熱)(步驟S3)。自鹵素燈HL出射之鹵素光穿透由石英形成之下側腔室窗64及基座74而自半導體晶圓W之背面(與表面為相反側之主面)照射。藉由接收來自鹵素燈HL之光照射，半導體晶圓W之溫度上升。再者，由於移載機構10之移載臂11已撤回至凹部62之內側，故不會妨礙利用鹵素燈HL之加熱。
圖11係表示半導體晶圓W之表面溫度之變化之圖。於搬入半導體晶圓W並載置於基座74上之後，控制部3於時刻t0使40個鹵素燈HL點燈從而藉由鹵素光照射將半導體晶圓W升溫至預備加熱溫度T1為止。預備加熱溫度T1為300℃以上且800℃以下，於本實施形態中為500℃。
於進行利用鹵素燈HL之預備加熱時，半導體晶圓W之溫度係藉由接觸式溫度計130測定。即，內置熱電偶之接觸式溫度計130經由切口部77而與保持於基座74上之半導體晶圓W之下表面接觸從而測定升溫中之晶圓溫度。所測定之半導體晶圓W之溫度傳遞至控制部3。控制部3一邊監測藉由來自鹵素燈HL之光照射而升溫之半導體晶圓W之溫度是否已達到特定之預備加熱溫度T1，一邊控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於接觸式溫度計130之測定值，以半導體晶圓W之溫度達到預備加熱溫度T1之方式對鹵素燈HL之輸出進行反饋控制。再者，於藉由來自鹵素燈HL之 光照射使半導體晶圓W升溫時，不利用放射溫度計120進行溫度測定。其原因在於：自鹵素燈HL照射之鹵素光作為環境光而入射至放射溫度計120，從而無法進行正確之溫度測定。
於半導體晶圓W之溫度達到預備加熱溫度T1之後，控制部3將半導體晶圓W暫時維持為該預備加熱溫度T1。具體而言，於藉由接觸式溫度計130測定之半導體晶圓W之溫度達到預備加熱溫度T1之時刻t1，控制部3控制鹵素燈HL之輸出而將半導體晶圓W之溫度大致維持為預備加熱溫度T1。
藉由進行此種利用鹵素燈HL之預備加熱，而將整個半導體晶圓W均勻地升溫至預備加熱溫度T1。於利用鹵素燈HL之預備加熱階段中，雖然存在更易於產生散熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度較中央部降低之傾向，但鹵素加熱部4中之鹵素燈HL之配設密度在較之與半導體晶圓W之中央部相對向之區域之更靠周緣部所對向的區域增高。因此，照射至易於產生散熱之半導體晶圓W之周緣部之光量增多，從而可使預備加熱階段中之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻。進而，由於安裝於腔室側部61之反射環69之內周面為鏡面，故藉由該反射環69之內周面而朝向半導體晶圓W之周緣部反射之光量增多，從而可使預備加熱階段中之半導體晶圓W之面內溫度分佈更均勻。
繼而，於半導體晶圓W之溫度達到預備加熱溫度T1並經過特定時間後之時刻t2，執行藉由自閃光燈FL照射閃光而 進行之加熱處理(步驟S4)。再者，半導體晶圓W之溫度自室溫達到預備加熱溫度T1為止之時間(時刻t0至時刻t1為止之時間)、及達到預備加熱溫度T1後至閃光燈FL發光為止之時間(時刻t1至時刻t2為止之時間)均為數秒程度。於閃光燈FL進行閃光照射時，係預先藉由電源單元95於電容器93中儲存電荷。然後，於電容器93中儲存有電荷之狀態下，自控制部3之脈衝產生器31向IGBT96輸出脈衝信號而對IGBT96進行接通切斷驅動。
圖12係表示脈衝信號之波形與在閃光燈FL中流通之電流的相關關係之一例之圖。此處，自脈衝產生器31輸出如圖12(a)所示般之波形之脈衝信號。脈衝信號之波形係根據自輸入部33輸入而將脈衝寬度時間(接通時間)及脈衝間隔時間(切斷時間)依次設為參量之參數而規定。當操作員將此種參數自輸入部33輸入至控制部3時，控制部3之波形設定部32據此設定如圖12(a)所示般之重複接通切斷之脈衝波形。於圖12(a)所示之脈衝波形中，係在前段設定脈衝寬度相對較長且間隔較短之複數個脈衝PA，在後段設定脈衝寬度相對較短且間隔較長之複數個脈衝PB。然後，脈衝產生器31根據藉由波形設定部32設定之脈衝波形輸出脈衝信號。其結果，如圖12(a)般之波形之脈衝信號施加至IGBT96之閘極，IGBT96之接通切斷驅動得以控制。具體而言，於輸入至IGBT96之閘極之脈衝信號接通時，IGBT96成為接通狀態，於脈衝信號切斷時，IGBT96成為切斷狀態。
又，控制部3與自脈衝產生器31輸出之脈衝信號接通之時序同步地控制觸發電路97向觸發電極91施加高電壓(觸發電壓)。藉由以於電容器93中儲存有電荷之狀態向IGBT96之閘極輸入脈衝信號，並且與該脈衝信號接通之時序同步地向觸發電極91施加高電壓，而於脈衝信號接通時在玻璃管92內之兩端電極間必然流通電流，藉由此時之氙之原子或分子之激發而放出光。
藉由自控制部3向IGBT96之閘極輸出圖12(a)之波形之脈衝信號，並且與該脈衝信號接通之時序同步地向觸發電極91施加高電壓，而於包括閃光燈FL之電路中流通如圖12(b)所示般之波形之電流。即，於輸入至IGBT96之閘極之脈衝信號接通時，於閃光燈FL之玻璃管92內流通之電流值增加，且於切斷時電流值減少。再者，與各脈衝對應之各電流波形係根據線圈94之常數而規定。
流通如圖12(b)所示般之波形之電流地使閃光燈FL發光。閃光燈FL之發光輸出與在閃光燈FL中流通之電流大致成比例。因此，閃光燈FL之發光輸出之輸出波形(分佈)為如圖13所示般之圖案。以如圖13所示般之來自閃光燈FL之輸出波形對由保持部7保持之半導體晶圓W之表面進行閃光照射。
於不使用IGBT96地使閃光燈FL發光之情形時，儲存於電容器93中之電荷係於1次發光中消耗，來自閃光燈FL之輸出波形係寬度為0.1毫秒~10毫秒左右之單脈衝。相對於此，於本實施形態中，係藉由於電路中連接作為開關元 件之IGBT96並向其閘極輸出如圖12(a)般之脈衝信號，而利用IGBT96斷續地自電容器93向閃光燈FL供給電荷從而控制於閃光燈FL中流通之電流。其結果，可謂閃光燈FL之發光得以斷續控制，儲存於電容器93中之電荷分割消耗，閃光燈FL於極短之時間內重複閃爍。再者，如圖12所示，由於係在電流值完全成為“0”之前將下一脈衝施加至IGBT96之閘極使得電流值再次增加，因此於閃光燈FL重複閃爍期間發光輸出亦不會完全為“0”。
圖13所示之光輸出波形可視為進行2個階段之光照射。即，進行2級照射，該2級照射包含閃光燈FL開始發光之時刻t21至發光輸出成為最大之時刻t22為止之第1照射、及發光輸出自時刻t22緩慢降低至時刻t23之第2照射。
若更詳細地敍述，首先脈衝產生器31向IGBT96之閘極斷續地施加脈衝寬度相對較長且間隔較短之複數個脈衝PA，藉此IGBT96重複接通切斷而於包括閃光燈FL之電路中流通電流。於該階段，由於係向IGBT96之閘極施加脈衝寬度較長且間隔較短之複數個脈衝PA，故IGBT96之接通時間比切斷時間長，於閃光燈FL中流通之電流於整體概觀上而言為增大之鋸齒波形(圖12(b)之前段)。此種波形之電流流通，從而閃光燈FL進行自時刻t21向時刻t22而發光輸出增大之第1照射。
繼而，脈衝產生器31向IGBT96之閘極斷續地施加脈衝寬度較短且間隔較長之複數個脈衝PB。於該階段，由於係向IGBT96之閘極施加脈衝寬度較短且間隔較長之複數個 脈衝PB，故與上述相反，IGBT96之接通時間比切斷時間短，於閃光燈FL中流通之電流於整體概觀上而言為緩慢減少之鋸齒波形(圖12(b)之後段)。此種波形之電流流通，從而閃光燈FL進行自時刻t22向時刻t23而發光輸出緩慢降低之第2照射。
藉由對半導體晶圓W之表面進行如圖13所示般之2個階段之閃光照射，而半導體晶圓W之表面溫度自預備加熱溫度T1升溫至目標溫度T2為止，從而進行該表面之加熱處理。圖14係表示半導體晶圓W之表面及背面之溫度分佈之一例之圖。於該圖中，表面及背面之溫度分佈係利用實線表示，表面與背面之溫差之分佈係利用虛線表示。
首先，藉由時刻t21至時刻t22為止之第1照射而半導體晶圓W之表面溫度自預備加熱溫度T1升溫至目標溫度T2為止。目標溫度T2為可達成所注入之雜質之活化之1000℃以上且1400℃以下，於本實施形態中為1100℃。藉由時刻t21至時刻t22為止之第1照射而半導體晶圓W之表面溫度升溫至目標溫度T2為止時的升溫速度(表面之升溫速度)為1000℃/秒以上。繼而，藉由時刻t22至時刻t23為止之第2照射而半導體晶圓W之表面溫度以特定時間維持於目標溫度T2±25℃以內之範圍內。
步驟S4之閃光加熱步驟中之閃光照射時間、亦即開始閃光照射之時刻t21至結束時刻t23為止之時間相較於自半導體晶圓W之表面向背面之熱傳導時間更長。此處，「熱傳導時間」係指因閃光照射而於半導體晶圓W之表面產生之 熱向背面傳導所需的時間。熱傳導時間係根據半導體晶圓W之材質及外尺寸而規定，若為如本實施形態般之300 mm之矽晶圓(根據規格厚度係標準化為0.775 mm)，則熱傳導時間為約15毫秒。即，於步驟S4之閃光加熱步驟中，係經過相較於自半導體晶圓W之表面向背面之熱傳導所需之熱傳導時間更長之時間即15毫秒以上地照射閃光，而將半導體晶圓W之表面閃光加熱至目標溫度T2。
因閃光照射而於半導體晶圓W之表面產生之熱向背面傳導，從而背面之溫度亦逐漸上升。但是，於以1000℃/秒以上使半導體晶圓W之表面溫度急劇上升之閃光加熱中，由於在表面先行升溫後背面藉由來自表面之熱傳導而延遲升溫，故表面與背面產生溫差。步驟S4之閃光加熱步驟中之半導體晶圓W之表面與背面的溫差為自預備加熱溫度T1至目標溫度T2為止之升溫溫度(躍升溫度)之一半以下。半導體晶圓W之表面與背面之溫差於整個閃光加熱步驟中，即於照射閃光之時刻t21至時刻t23期間總是為升溫溫度之一半以下。於本實施形態中，由於預備加熱溫度T1=500℃至目標溫度T2=1100℃為止之升溫溫度為600℃，故閃光加熱步驟中之半導體晶圓W之表面與背面之溫差為300℃以下。
具體而言，IGBT96以經過相較於自半導體晶圓W之表面向背面之熱傳導所需的熱傳導時間更長之時間地向半導體晶圓W之表面照射閃光，從而將該晶圓表面加熱至目標溫度T2之方式，控制通向閃光燈FL之電流。又，IGBT96以 半導體晶圓W之表面溫度藉由1000℃/秒以上之升溫速度自預備加熱溫度T1升溫至目標溫度T2為止之方式，控制通向閃光燈FL之電流。進而，IGBT96以半導體晶圓W之表面與背面之溫差於閃光燈FL照射閃光之整個期間總是為自預備加熱溫度T1至目標溫度T2為止之升溫溫度之一半以下之方式，控制通向閃光燈FL之電流。再者，相對於圖11之時刻標度為秒，圖14之時刻標度為毫秒，因此圖14之t21至t23於圖11中均與t2重疊顯示。
當利用閃光燈FL之第2照射結束時，IGBT96成為切斷狀態，閃光燈FL之發光停止(步驟S5)，半導體晶圓W之表面溫度自目標溫度T2下降。此時，半導體晶圓W之表面溫度與背面溫度變得相等。返回至圖11，當第2照射結束後，於經過特定時間之時刻t3，鹵素燈HL滅燈(步驟S6)。藉此，半導體晶圓W開始自預備加熱溫度T1降溫。又，與鹵素燈HL滅燈之同時，遮擋機構2將擋板21插入至鹵素加熱部4與腔室6之間之遮光位置(步驟S7)。即便鹵素燈HL滅燈，燈絲或管壁之溫度亦不會立刻降低，從而自暫時為高溫之燈絲及管壁持續放射輻射熱，該輻射熱會妨礙半導體晶圓W之降溫。藉由插入擋板21，自剛滅燈後之鹵素燈HL放射至熱處理空間65之輻射熱得以遮斷，從而可提高半導體晶圓W之降溫速度。
又，於將擋板21插入至遮光位置之時點開始藉由放射溫度計120進行溫度測定。即，放射溫度計120測定自保持部7所保持之半導體晶圓W之下表面經由基座74之開口部78 而放射之紅外光之強度，從而測定降溫中之半導體晶圓W之溫度。所測定之半導體晶圓W之溫度傳遞至控制部3。
雖然會自剛滅燈後之高溫鹵素燈HL持續放射些許放射光，但放射溫度計120係於已將擋板21插入至遮光位置時進行半導體晶圓W之溫度測定，因此自鹵素燈HL朝向腔室6內之熱處理空間65之放射光得以遮蔽。因此，放射溫度計120不會受環境光影響，可正確測定保持於基座74上之半導體晶圓W之溫度。
控制部3監測藉由放射溫度計120測定之半導體晶圓W之溫度是否已降低至特定溫度為止。然後，於半導體晶圓W之溫度已降低至特定以下為止之後，移載機構10之一對移載臂11再次自撤回位置水平移動至移載動作位置並上升，藉此提昇銷12自基座74之上表面突出從而自基座74接收熱處理後之半導體晶圓W。繼而，藉由閘閥185關閉之搬送開口部66打開，載置於提昇銷12上之半導體晶圓W藉由裝置外部之搬送臂而搬出(步驟S8)，熱處理裝置1中之半導體晶圓W之加熱處理完成。
於本實施形態中，藉由斷續地向IGBT96之閘極施加脈衝寬度較長且間隔較短之複數個脈衝PA，而進行使閃光燈FL之發光輸出自零起達到最大值為止之第1照射。並且，藉由此種第1照射將半導體晶圓W之表面溫度自預備加熱溫度T1升溫至目標溫度T2為止。此時之半導體晶圓W之表面之升溫速度為1000℃/秒以上。
繼而，藉由斷續地向IGBT96之閘極施加脈衝寬度較短 且間隔較長之複數個脈衝PB，而進行使閃光燈FL之發光輸出自最大值緩慢降低之第2照射。並且，藉由此種第2照射將半導體晶圓W之表面溫度以特定時間維持於目標溫度T2±25℃以內之範圍內。
所注入之雜質之活化所需的時間極短，藉由將半導體晶圓W之表面溫度利用閃光加熱而升溫至目標溫度T2為止，可瞬時達成雜質之活化。又，藉由將半導體晶圓W之表面溫度以特定時間以上維持為目標溫度T2左右，可恢復於雜質注入時導入至半導體晶圓W之點缺陷。
又，於本實施形態中，閃光加熱步驟中之閃光照射時間相較於自半導體晶圓W之表面向背面熱傳導所需的熱傳導時間更長，進而半導體晶圓W之表面與背面之溫差於照射閃光期間總是為自預備加熱溫度T1至目標溫度T2為止之升溫溫度之一半以下。因此，可抑制於閃光加熱步驟中半導體晶圓W之表面與背面之溫差過大，從而可緩和表面與背面之熱膨脹差引起之朝向晶圓背面之應力集中。並且，其結果，可防止閃光加熱時之半導體晶圓W之破裂。
以上，已對本發明之實施形態進行說明，該發明只要不脫離其宗旨則可進行上述以外之各種變更。例如，於上述實施形態中，係藉由2個階段之閃光照射將半導體晶圓W之表面溫度升溫至目標溫度T2為止，然後以特定時間維持為將該目標溫度T2左右，但表面溫度之溫度分佈並不限定於此種圖案。例如，亦能以較熱傳導時間長之時間將半導體晶圓W之表面溫度自預備加熱溫度T1升溫至目標溫度T2 為止，與達到目標溫度T2之同時停止閃光燈FL之發光從而使表面降溫。又，亦能以較熱傳導時間短之時間將半導體晶圓W之表面溫度升溫至目標溫度T2為止，然後亦繼續閃光照射而進行半導體晶圓W之表面加熱處理。
即，於本發明中，只要整個閃光加熱步驟中之閃光照射時間相較於自半導體晶圓W之表面向背面之熱傳導所需的熱傳導時間更長，進而半導體晶圓W之表面與背面之溫差於照射閃光期間總是為自預備加熱溫度T1至目標溫度T2為止之升溫溫度之一半以下，則半導體晶圓W之表面溫度之分佈可為任意分佈。
又，於上述實施形態中，係向半導體晶圓W之表面照射閃光而進行熱處理，亦可向半導體晶圓W之背面照射閃光。具體而言，只要將半導體晶圓W之表面與背面反轉地保持於保持部7中(亦即將表面作為下表面保持)而進行與上述實施形態相同之處理即可。又，熱處理裝置之構成亦可為於腔室6之上側配置鹵素加熱部4，並且於下側配置閃光加熱部5，藉由該熱處理裝置進行閃光加熱處理。即便係自半導體晶圓W之背面進行閃光照射，只要為如下形態即可，即，整個閃光加熱步驟中之閃光照射時間比熱傳導時間長，進而半導體晶圓W之表面與背面之溫差於照射閃光期間總是為自預備加熱溫度T1至目標溫度T2為止之升溫溫度之一半以下。藉此，可抑制閃光加熱時之表面與背面之溫差過大，從而可緩和表面與背面之熱膨脹差引起之朝向晶圓表面之應力集中，可防止半導體晶圓W之破裂。
總之，只要為如下形態即可，即，自閃光燈FL向半導體晶圓W之一面照射閃光，使該閃光之照射時間相較於自半導體晶圓W之一面向作為與該一面為相反側之主面之另一面熱傳導所需的熱傳導時間更長，進而半導體晶圓W之一面與另一面之溫差於照射閃光期間總是為自預備加熱溫度T1至目標溫度T2為止之升溫溫度之一半以下。如此一來，可抑制閃光加熱時之半導體晶圓W之表面與背面之溫差過大，從而可緩和表面與背面之熱膨脹差引起之朝向晶圓一面(或另一面)之應力集中，可防止半導體晶圓W之破裂。
又，脈衝信號之波形之設定並不限定於自輸入部33逐一輸入脈衝寬度等參量，例如，可由操作員自輸入部33直接以圖形形式輸入波形，亦可讀出於之前設定且儲存於磁碟等儲存部中之波形，或亦可自熱處理裝置1之外部下載。
又，於上述實施形態中，係與脈衝信號接通之時序同步地向觸發電極91施加電壓，但施加觸發電壓之時序並不限定於此，亦可不受脈衝信號之波形影響地以一定間隔施加。又，若脈衝信號之間隔較短，在藉由某個脈衝而於閃光燈FL中流通之電流之電流值保留為特定值以上之狀態下便藉由下一脈衝開始通電，則電流係直接於閃光燈FL中繼續流通，因此無需針對每個脈衝施加觸發電壓。如上述實施形態之圖12(a)，於脈衝信號之全部脈衝間隔均比特定值短之情形時，亦可僅於施加最初之脈衝時施加觸發電壓，之後即便不施加觸發電壓而僅藉由向IGBT96之閘極輸出圖12(a)之脈衝信號即可形成如圖12(b)般之電流波形。亦 即，於脈衝信號接通時，只要為於閃光燈FL中流通電流之時序，則觸發電壓之施加時序為任意。
又，於上述實施形態中，係使用IGBT96作為開關元件，亦可使用能夠根據輸入至閘極之信號位準將電路接通切斷之其他電晶體代替其。但是，由於閃光燈FL之發光會消耗相當大之電力，故較佳為採用適於操作大功率之IGBT或截斷(Gate Turn Off，GTO)閘流體作為開關元件。
又，只要可進行來自閃光燈FL之多階段光照射，則亦可為與圖8不同之電路構成。例如，亦可將線圈常數不同之複數個供電電路連接至1個閃光燈FL。進而，只要能進行多階段之光照射，則作為光源並不限定於閃光燈FL，只要係可進行照射時間為1秒以下之光照射者即可，例如亦可為雷射。
又，於上述實施形態中，閃光加熱部5包括30個閃光燈FL，但並不限定於此，閃光燈FL之個數可為任意數。又，閃光燈FL並不限定於氙閃光燈，亦可為氪閃光燈。又，鹵素加熱部4所包括之鹵素燈HL之個數亦並不限定於40個，可為任意數。
又，於上述實施形態中，係藉由來自鹵素燈HL之鹵素光照射對半導體晶圓W進行預備加熱，但預備加熱之方法並不限定於此，亦可藉由載置於熱板上而對半導體晶圓W進行預備加熱。
又，作為藉由本發明之熱處理裝置進行處理之對象之基板並不限定於300 mm之矽半導體晶圓，例如亦可為200 mm或450 mm之半導體晶圓。若半導體晶圓之直徑不同，則基於規格之厚度亦不同，因此自一面向另一面熱傳導所需之熱傳導時間不同。即便於該情形時，只要閃光照射時間相較於自一面向另一面熱傳導所需的熱傳導時間更長，且半導體晶圓之一面與另一面之溫差於照射閃光期間總是為自預備加熱溫度T1至目標溫度T2為止之升溫溫度之一半以下，則可緩和表面與背面之熱膨脹差引起之朝向晶圓一面(或另一面)之應力集中，從而可防止半導體晶圓之破裂。
又，作為藉由本發明之熱處理裝置進行處理之對象之基板亦可為於矽半導體晶圓之表面形成有特定膜者。例如，當於半導體晶圓之表面形成有光阻膜之情形時，可藉由閃光照射進行曝光後烘烤處理(PEB：Post Exposure Bake)或塗佈後烘烤處理(PAB：Post Applied Bake)。該等熱處理所需之目標溫度相對較低(100℃~200℃)，因此對於形成有光阻膜之半導體晶圓較佳為自背面進行閃光照射。
又，亦可於半導體晶圓之表面形成鎳膜，並藉由本發明之熱處理裝置實施閃光加熱處理而形成矽化鎳(矽化)。進而，亦可於半導體晶圓之表面形成包含鉿等之高介電常數膜(High-k膜)，並藉由本發明之熱處理裝置實施閃光加熱處理而促進高介電常數膜之結晶化。於該等熱處理中，需要較雜質活化長之時間，藉由使整個閃光加熱步驟中之閃光照射時間比熱傳導時間長，而能夠以所需時間將半導體晶圓W之表面加熱至所需溫度而進行所需之處理。並且， 藉由使半導體晶圓之表面與背面之溫差於照射閃光期間總是為自預備加熱溫度T1至目標溫度T2為止之升溫溫度之一半以下，可抑制表面與背面之溫差過大，從而可緩和表面與背面之熱膨脹差引起之應力集中，可防止半導體晶圓之破裂。
又，作為藉由本發明之熱處理裝置進行處理之對象之基板亦可為液晶顯示裝置等平板顯示器所使用之玻璃基板或太陽電池用基板。又，本發明之技術亦可應用於金屬與矽之接合或多晶矽之結晶化。
1‧‧‧熱處理裝置
2‧‧‧遮擋機構
3‧‧‧控制部
4‧‧‧鹵素加熱部
5‧‧‧閃光加熱部
6‧‧‧腔室
7‧‧‧保持部
10‧‧‧移載機構
11‧‧‧移載臂
12‧‧‧提昇銷
13‧‧‧水平移動機構
14‧‧‧升降機構
21‧‧‧擋板
22‧‧‧滑動驅動機構
31‧‧‧脈衝產生器
32‧‧‧波形設定部
33‧‧‧輸入部
51‧‧‧框體
52‧‧‧反射器
53‧‧‧燈光放射窗
61‧‧‧腔室側部
62‧‧‧凹部
63‧‧‧側腔室窗
64‧‧‧下側腔室窗
65‧‧‧熱處理空間
66‧‧‧搬送開口部
68‧‧‧反射環
69‧‧‧反射環
71‧‧‧基台環
72‧‧‧連結部
74‧‧‧基座
76‧‧‧導銷
77‧‧‧切口部
78‧‧‧開口部
79‧‧‧貫通孔
81‧‧‧供氣孔
82‧‧‧緩衝空間
83‧‧‧供氣管
84‧‧‧閥
85‧‧‧氮氣供給源
86‧‧‧排氣孔
87‧‧‧緩衝空間
88‧‧‧排氣管
89‧‧‧閥
91‧‧‧觸發電極
92‧‧‧玻璃管
93‧‧‧電容器
94‧‧‧線圈
95‧‧‧電源單元
96‧‧‧IGBT
97‧‧‧觸發電路
111‧‧‧矽基板
112‧‧‧源極、汲極區域
113‧‧‧延伸區域
114‧‧‧極絕緣膜
115‧‧‧閘極電極
116‧‧‧側壁
120‧‧‧放射溫度計
130‧‧‧接觸式溫度計
185‧‧‧閘閥
190‧‧‧排氣部
191‧‧‧排氣管
192‧‧‧閥
FL‧‧‧閃光燈
HL‧‧‧鹵素燈
PA‧‧‧脈衝
PB‧‧‧脈衝
t0‧‧‧時刻
t1‧‧‧時刻
T1‧‧‧預備加熱溫度
t2‧‧‧時刻
T2‧‧‧目標溫度
t21‧‧‧時刻
t22‧‧‧時刻
t23‧‧‧時刻
t3‧‧‧時刻
W‧‧‧半導體晶圓
圖1係表示本發明之熱處理裝置之構成之縱剖面圖。
圖2係表示保持部之整體外觀之立體圖。
圖3係自上表面觀察保持部而得之平面圖。
圖4係自側方觀察保持部而得之側視圖。
圖5係移載機構之平面圖。
圖6係移載機構之側視圖。
圖7係表示複數個鹵素燈之配置之平面圖。
圖8係表示閃光燈之驅動電路之圖。
圖9係表示圖1之熱處理裝置中之作為處理對象之半導體晶圓上所形成的元件之結構之圖。
圖10係表示圖1之熱處理裝置中之半導體晶圓之處理程序之流程圖。
圖11係表示半導體晶圓表面溫度之變化之圖。
圖12(a)、(b)係表示脈衝信號之波形與在閃光燈中流通 之電流的相關關係之一例之圖。
圖13係表示閃光燈之發光輸出分佈之一例之圖。
圖14係表示半導體晶圓之表面及背面之溫度分佈之一例之圖。
T1‧‧‧預備加熱溫度
T2‧‧‧目標溫度
t21‧‧‧時刻
t22‧‧‧時刻
t23‧‧‧時刻

Claims (8)

  1. 一種熱處理方法，其特徵在於其係藉由向基板照射光而加熱該基板者，且包括：預備加熱步驟，以特定之預備加熱溫度加熱基板；及閃光加熱步驟，自閃光燈向上述基板之一面照射閃光，將上述一面加熱至目標溫度；且上述閃光加熱步驟中之閃光照射時間相較於自上述一面向作為與上述一面為相反側之面之另一面之熱傳導所需的熱傳導時間更長，上述閃光加熱步驟中之上述一面與上述另一面之溫差為自上述預備加熱溫度至上述目標溫度為止之升溫溫度之一半以下。
  2. 如請求項1之熱處理方法，其中上述閃光加熱步驟中之上述一面之升溫速度為1000℃/秒以上。
  3. 如請求項1或2之熱處理方法，其中上述基板為矽半導體晶圓。
  4. 如請求項1或2之熱處理方法，其中於上述閃光加熱步驟中，藉由利用開關元件斷續地自電容器向上述閃光燈供給電荷而控制上述閃光燈之發光輸出。
  5. 一種熱處理裝置，其特徵在於其係藉由向基板照射光而加熱該基板者，且包括：腔室，其收容基板；保持機構，其於上述腔室內保持基板；預備加熱機構，其將由上述保持機構保持之基板加熱 至特定之預備加熱溫度；閃光燈，其向由上述保持機構保持之基板照射閃光；及發光控制機構，其控制上述閃光燈之發光輸出；且上述發光控制機構以如下方式控制上述閃光燈之發光輸出，即，經過相較於自上述一面向作為與上述一面為相反側之面之另一面之熱傳導所需的熱傳導時間更長之時間地向由上述保持機構保持之基板之一面照射閃光，而將上述一面加熱至目標溫度，且上述一面與上述另一面之溫差為自上述預備加熱溫度至上述目標溫度為止之升溫溫度之一半以下。
  6. 如請求項5之熱處理裝置，其中上述發光控制機構以上述一面之溫度藉由1000℃/秒以上之升溫速度自上述預備加熱溫度升溫至上述目標溫度為止之方式，控制上述閃光燈之發光輸出。
  7. 如請求項5或6之熱處理裝置，其中上述基板為矽半導體晶圓。
  8. 如請求項5或6之熱處理裝置，其中上述發光控制機構包括開關元件，該開關元件藉由斷續地自電容器向上述閃光燈供給電荷而控制上述閃光燈之發光輸出。
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