TW201839382A - 熱處理方法及熱處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能夠以簡單之構成檢測閃光照射時之基板之破裂之熱處理方法及熱處理裝置。 藉由閃光照射而將半導體晶圓之正面急速加熱。以固定間隔測定閃光照射後之半導體晶圓之正面溫度，並將其等依次儲存，藉此獲取溫度分佈。根據該溫度分佈推算平均值及標準偏差作為特性值。於溫度分佈之平均值偏離自複數個半導體晶圓之總平均±5σ之範圍時、或溫度分佈之標準偏差偏離自複數個半導體晶圓之總平均起為5σ之範圍時，判定半導體晶圓破裂。

Description

熱處理方法及熱處理裝置
本發明係關於一種藉由對半導體晶圓等薄板狀精密電子基板(以下，簡稱為「基板」)照射閃光而加熱該基板之熱處理方法及熱處理裝置。
於半導體器件之製造製程中，雜質導入係用以於半導體晶圓內形成pn接面之必需之步驟。目前，雜質導入一般而言係藉由離子注入法與其後之退火法完成。離子注入法係使硼(B)、砷(As)、磷(P)之類之雜質之元素離子化並以高加速電壓與半導體晶圓碰撞而物理性地進行雜質注入之技術。所注入之雜質藉由退火處理而活化。此時，若退火時間為大約數秒以上，則所注入之雜質會因熱而較深地擴散，其結果，有接面深度相較於要求變得過深而導致良好器件之形成產生障礙之虞。 因此，作為以極短時間加熱半導體晶圓之退火技術，近年來，閃光燈退火(FLA，Flash Lamp Annealing)受到關注。閃光燈退火係藉由使用氙閃光燈(以下，於僅設為「閃光燈」時指氙閃光燈)對半導體晶圓之正面照射閃光而僅使注入有雜質之半導體晶圓之正面於極短時間(數毫秒以下)升溫之熱處理技術。 氙閃光燈之輻射分光分佈係自紫外線區域至近紅外線區域，波長較先前之鹵素燈短，且與矽之半導體晶圓之基礎吸收帶大致一致。由此，於自氙閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，透過光較少而能夠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，則可選擇性僅使半導體晶圓之正面附近升溫。因此，若為利用氙閃光燈實現之極短時間之升溫，則不會使雜質較深地擴散，可僅執行雜質活化。 於使用此種閃光燈之熱處理裝置中，由於使具有極高能量之閃光瞬間照射至半導體晶圓之正面，故而半導體晶圓之正面溫度一瞬間急速上升，另一方面，背面溫度並未如此上升。因此，僅半導體晶圓之正面產生急遽之熱膨脹而半導體晶圓變形為上表面凸起而翹曲。然後，於下一瞬間因反作用而半導體晶圓變形為下表面凸起而翹曲。 於半導體晶圓變形為上表面凸起時，晶圓之端緣部與晶座碰撞。相反，於半導體晶圓變形為下表面凸起時，晶圓之中央部與晶座碰撞。其結果，有因與晶座碰撞之衝擊而導致半導體晶圓破裂之問題。 於閃光加熱時發生晶圓破裂時，必須迅速地檢測其破裂且停止後續之半導體晶圓之投入，並且進行腔室內之清掃。又，就防止因晶圓破裂產生之顆粒飛散至腔室外並附著於後續之半導體晶圓等弊端之觀點而言，亦較佳為，於打開剛閃光加熱後之腔室之搬入搬出口之前於腔室內檢測半導體晶圓之破裂。 因此，例如於專利文獻1中，揭示有一種技術，其係於進行閃光加熱處理之腔室設置麥克風，藉由偵測半導體晶圓破裂時之聲音而判定晶圓破裂。又，於專利文獻2中，揭示有一種技術，其係於半導體晶圓之搬送路徑上設置光學感測器，藉由測定半導體晶圓之輪廓形狀而檢測晶圓破裂。進而，於專利文獻3中，揭示有一種技術，其係藉由導光棒接收來自半導體晶圓之反射光，並根據該反射光之強度而檢測晶圓破裂。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2009-231697號公報 [專利文獻2]日本專利特開2013-247128號公報 [專利文獻3]日本專利特開2015-130423號公報
[發明所欲解決之問題] 然而，於專利文獻1所揭示之技術中，有難以進行用以僅提取半導體晶圓破裂之聲頻之濾波之問題。又，於專利文獻2所揭示之技術中，有對搬送半導體晶圓之搬送機器人之手之形狀施加限制之問題。進而，於專利文獻3所揭示之技術中，使導光棒旋轉之步驟於閃光照射之前後需要執行2次，故有產能惡化之問題。 本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種能夠以簡單之構成檢測閃光照射時之基板之破裂之熱處理方法及熱處理裝置。 [解決問題之技術手段] 為解決上述問題，技術方案1之發明係一種熱處理方法，其藉由對基板照射閃光而加熱該基板，其特徵在於包括：閃光照射步驟，其係自閃光燈對基板之正面照射閃光；溫度測定步驟，其係測定照射上述閃光後之特定期間之上述基板之正面溫度而獲取溫度分佈；及檢測步驟，其係對上述溫度分佈進行解析而檢測上述基板之破裂。 又，技術方案2之發明係一種熱處理方法，其藉由對基板照射閃光而加熱該基板，其特徵在於包括：閃光照射步驟，其係自閃光燈對基板之正面照射閃光；溫度測定步驟，其係測定自開始上述閃光照射起之特定期間之上述基板之正面溫度而獲取溫度分佈；及檢測步驟，其係對上述溫度分佈進行解析而檢測上述基板之破裂。 又，技術方案3之發明如技術方案1或2之發明之熱處理方法，其特徵在於：於上述檢測步驟中，於上述溫度分佈之特性值偏離特定範圍時，判定上述基板破裂。 又，技術方案4之發明如技術方案3之發明之熱處理方法，其特徵在於：上述特性值係上述溫度分佈之平均值及標準偏差，且於上述檢測步驟中，於上述溫度分佈之平均值偏離特定範圍、或上述溫度分佈之標準偏差偏離特定範圍時，判定上述基板破裂。 又，技術方案5之發明如技術方案4之發明之熱處理方法，其特徵在於：於上述檢測步驟中，於上述溫度分佈之平均值偏離±5σ之範圍時、或上述分佈之標準偏差超出5σ之範圍時，判定上述基板破裂。 又，技術方案6之發明如技術方案3之發明之熱處理方法，其特徵在於：上述檢測步驟包含選擇並設定上述特性值之步驟。 又，技術方案7之發明如技術方案2之發明之熱處理方法，其特徵在於：於上述檢測步驟中，於自開始上述閃光照射起上述基板之正面溫度持續升溫之時間與上述閃光燈之閃光照射時間背離特定值以上之情形時，判定上述基板破裂。 又，技術方案8之發明如技術方案1或2之發明之熱處理方法，其特徵在於：於上述檢測步驟中，將測定先於上述基板被處理之基板之正面溫度所獲取之基準溫度分佈與上述溫度分佈加以比較而判定上述基板之破裂。 又，技術方案9之發明如技術方案1或2之發明之熱處理方法，其特徵在於：於上述溫度測定步驟中，根據自上述基板之正面輻射之波長5 μm以上且6.5 μm以下之紅外光之強度而測定上述基板之表面溫度。 又，技術方案10之發明係一種熱處理裝置，其藉由對基板照射閃光而加熱該基板，其特徵在於具備：腔室，其收容基板；閃光燈，其對收容於上述腔室之上述基板之正面照射閃光；輻射溫度計，其接收自上述基板之正面輻射之紅外光而測定該正面之溫度；分佈獲取部，其獲取於自上述閃光燈照射閃光後之特定期間藉由上述輻射溫度計所測定之上述基板之正面溫度之溫度分佈；及解析部，其對上述溫度分佈進行解析而檢測上述基板之破裂。 又，技術方案11之發明係一種熱處理裝置，其藉由對基板照射閃光而加熱該基板，其特徵在於具備：腔室，其收容基板；閃光燈，其對收容於上述腔室之上述基板之正面照射閃光；輻射溫度計，其接收自上述基板之正面輻射之紅外光而測定該正面之溫度；分佈獲取部，其獲取於從自上述閃光燈開始閃光照射起之特定期間藉由上述輻射溫度計所測定之上述基板之正面溫度之溫度分佈；及解析部，其對上述溫度分佈進行解析而檢測上述基板之破裂。 又，技術方案12之發明如技術方案10或11之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述解析部於上述溫度分佈之特性值偏離特定範圍時，判定上述基板破裂。 又，技術方案13之發明如技術方案12之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述特性值係上述溫度分佈之平均值及標準偏差，上述解析部於上述溫度分佈之平均值偏離特定範圍、或上述溫度分佈之標準偏差偏離特定範圍時，判定上述基板破裂。 又，技術方案14之發明如技術方案13之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述解析部於上述溫度分佈之平均值偏離±5σ之範圍時、或上述分佈之標準偏差超出5σ之範圍時，判定上述基板破裂。 又，技術方案15之發明如技術方案12之發明之熱處理裝置，其特徵在於：進而具備設定上述特性值之設定部。 又，技術方案16之發明如技術方案11之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述解析部於自開始上述閃光照射起上述基板之正面溫度持續升溫之時間與上述閃光燈之閃光照射時間背離特定值以上之情形時，判定上述基板破裂。 又，技術方案17之發明如技術方案10或11之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述解析部將測定先於上述基板被處理之基板之正面溫度所獲取之基準溫度分佈與上述溫度分佈加以比較而判定上述基板之破裂。 又，技術方案18之發明如技術方案10或11之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述輻射溫度計係根據自上述基板之正面輻射之波長5 μm以上且6.5 μm以下之紅外光之強度而測定上述基板之正面溫度。 [發明之效果] 根據技術方案1至技術方案9之發明，對測定照射閃光後或自開始閃光照射起之特定期間之基板之正面溫度所獲取之溫度分佈進行解析而檢測基板之破裂，故能夠以簡單之構成檢測閃光照射時之基板之破裂。 尤其是，根據技術方案2之發明，根據自開始閃光照射起之溫度分佈而檢測基板之破裂，故可更確實地檢測閃光照射中之基板之破裂。 尤其是，根據技術方案4之發明，於溫度分佈之平均值偏離特定範圍、或溫度分佈之標準偏差偏離特定範圍時判定基板破裂，故可使破裂判定之精度提高。 根據技術方案10至技術方案18之發明，對在自閃光燈照射閃光後或自開始閃光照射起之特定期間藉由輻射溫度計所測定之基板之正面溫度之溫度分佈進行解析而檢測基板之破裂，故能夠以簡單之構成檢測閃光照射時之基板之破裂。 尤其是，根據技術方案11之發明，根據自開始閃光照射起之溫度分佈而檢測基板之破裂，故可更確實地檢測閃光照射中之基板之破裂。 尤其是，根據技術方案13之發明，於溫度分佈之平均值偏離特定範圍、或溫度分佈之標準偏差偏離特定範圍時判定基板破裂，故可使破裂判定之精度提高。
以下，一面參照圖式一面對本發明之實施形態詳細地進行說明。 ＜第1實施形態＞ 圖1係表示本發明之熱處理裝置1之構成之縱剖視圖。圖1之熱處理裝置1係藉由對作為基板之圓板形狀之半導體晶圓W進行閃光照射而加熱該半導體晶圓W之閃光燈退火裝置。成為處理對象之半導體晶圓W之尺寸並無特別限定，例如為f300 mm或f450 mm(本實施形態中為f300 mm)。於搬入至熱處理裝置1之前之半導體晶圓W中注入有雜質，藉由熱處理裝置1之加熱處理而執行所注入之雜質之活化處理。再者，於圖1及之後之各圖中，為了容易理解，而視需要誇大或簡化地描繪各部之尺寸或數量。 熱處理裝置1具備收容半導體晶圓W之腔室6、內置複數個閃光燈FL之閃光加熱部5、及內置複數個鹵素燈HL之鹵素加熱部4。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具備將半導體晶圓W以水平姿勢保持於腔室6之內部之保持部7、及於保持部7與裝置外部之間進行半導體晶圓W之交接之移載機構10。進而，熱處理裝置1具備控制部3，其控制設置於鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之各動作機構而執行半導體晶圓W之熱處理。 腔室6係於筒狀之腔室側部61之上下安裝石英製之腔室窗而構成。腔室側部61具有上下開口之大致筒形狀，於上側開口安裝上側腔室窗63而封閉，於下側開口安裝下側腔室窗64而封閉。構成腔室6之頂壁部之上側腔室窗63係由石英形成之圓板形狀構件，且作為使自閃光加熱部5出射之閃光透過至腔室6內之石英窗而發揮功能。又，構成腔室6之底壁部之下側腔室窗64亦係由石英形成之圓板形狀構件，且作為使來自鹵素加熱部4之光透過至腔室6內之石英窗而發揮功能。 又，於腔室側部61內側之壁面之上部安裝有反射環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之下側嵌入並以省略圖示之螺釘固定而安裝。即，反射環68、69均裝卸自如地安裝於腔室側部61。將腔室6之內側空間、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。 藉由在腔室側部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之上端面所包圍之凹部62。凹部62於腔室6之內壁面沿水平方向形成為圓環狀，且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係由強度與耐熱性優異之金屬材料(例如不鏽鋼)形成。 又，於腔室側部61，形成設置有用以相對於腔室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能夠藉由閘閥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將搬送開口部66打開時，可自搬送開口部66通過凹部62而將半導體晶圓W搬入至熱處理空間65及自熱處理空間65搬出半導體晶圓W。又，若閘閥185將搬送開口部66關閉，則使腔室6內之熱處理空間65為密閉空間。 進而，於腔室側部61，穿設有貫通孔61a及貫通孔61b。貫通孔61a係用以將自保持於下述晶座74之半導體晶圓W之上表面輻射之紅外光引導至上部輻射溫度計25之紅外線感測器91之圓筒狀之孔。另一方面，貫通孔61b係用以將自半導體晶圓W之下表面輻射之紅外光引導至下部輻射溫度計20之圓筒狀之孔。貫通孔61a及貫通孔61b係以其等之貫通方向之軸與保持於晶座74之半導體晶圓W之主面交叉之方式相對於水平方向傾斜地設置。於貫通孔61a之面向熱處理空間65之側之端部，安裝有使上部輻射溫度計25能夠測定之波長區域之紅外光透過之包含氟化鈣材料之透明窗26。又，於貫通孔61b之面向熱處理空間65之側之端部，安裝有使下部輻射溫度計20能夠測定之波長區域之紅外光透過之包含氟化鋇材料之透明窗21。 又，於腔室6之內壁上部，形成設置有對熱處理空間65供給處理氣體之氣體供給孔81。氣體供給孔81形成設置於較凹部62更靠上側位置，亦可設置於反射環68。氣體供給孔81係經由呈圓環狀形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間82而與氣體供給管83連通連接。氣體供給管83連接於處理氣體供給源85。又，於氣體供給管83之路徑中途介插有閥84。若將閥84打開，則自處理氣體供給源85向緩衝空間82輸送處理氣體。流入至緩衝空間82之處理氣體係以於流體阻力較氣體供給孔81小之緩衝空間82內擴散之方式流動而自氣體供給孔81供給至熱處理空間65內。作為處理氣體，可使用例如氮氣(N2 )等惰性氣體、或氫氣(H2 )、氨氣(NH3 )等反應性氣體、或將其等混合而成之混合氣體(本實施形態中為氮氣)。 另一方面，於腔室6之內壁下部形成設置有對熱處理空間65內之氣體進行排氣之氣體排氣孔86。氣體排氣孔86形成設置於較凹部62更靠下側位置，亦可設置於反射環69。氣體排氣孔86係經由呈圓環狀形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間87而與氣體排氣管88連通連接。氣體排氣管88連接於排氣部190。又，於氣體排氣管88之路徑中途介插有閥89。若將閥89打開，則熱處理空間65之氣體自氣體排氣孔86經由緩衝空間87而排出至氣體排氣管88。再者，氣體供給孔81及氣體排氣孔86亦可沿腔室6之圓周方向設置複數個，亦可為狹縫狀者。又，處理氣體供給源85及排氣部190可為設置於熱處理裝置1之機構，亦可為設置熱處理裝置1之工廠之實體。 又，於搬送開口部66之前端亦連接有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排氣管191。氣體排氣管191經由閥192而連接於排氣部190。藉由打開閥192而將腔室6內之氣體經由搬送開口部66排氣。 圖2係表示保持部7之整體外觀之立體圖。保持部7係具備基台環71、連結部72及晶座74而構成。基台環71、連結部72及晶座74均由石英形成。即，保持部7之整體由石英形成。 基台環71係自圓環形狀切掉一部分而成之圓弧形狀之石英構件。該切掉部分係為了防止下述移載機構10之移載臂11與基台環71之干涉而設置。基台環71藉由載置於凹部62之底面而支持於腔室6之壁面(參照圖1)。於基台環71之上表面，沿著其圓環形狀之圓周方向立設有複數個連結部72(本實施形態中為4個)。連結部72亦為石英之構件，且藉由焊接而固著於基台環71。 晶座74由設置於基台環71之4個連結部72支持。圖3係晶座74之俯視圖。又，圖4係晶座74之剖視圖。晶座74具備保持板75、導向環76及複數個基板支持銷77。保持板75係由石英形成之大致圓形之平板狀構件。保持板75之直徑較半導體晶圓W之直徑大。即，保持板75具有較半導體晶圓W大之平面尺寸。 於保持板75之上表面周緣部設置有導向環76。導向環76係具有較半導體晶圓W之直徑大之內徑之圓環形狀之構件。例如，於半導體晶圓W之直徑為f300 mm之情形時，導向環76之內徑為f320 mm。導向環76之內周設為自保持板75朝上方變寬之錐面。導向環76由與保持板75相同之石英形成。導向環76可熔接於保持板75之上表面，亦可藉由另外加工之銷等固定於保持板75。或者，亦可將保持板75與導向環76加工為一體之構件。 將保持板75之上表面中之較導向環76更靠內側之區域設為保持半導體晶圓W之平面狀之保持面75a。於保持板75之保持面75a，立設有複數個基板支持銷77。於本實施形態中，沿著與保持面75a之外周圓(導向環76之內周圓)為同心圓之圓周上每隔30°立設有共計12個基板支持銷77。配置12個基板支持銷77而成之圓之直徑(對向之基板支持銷77間之距離)小於半導體晶圓W之直徑，若半導體晶圓W之直徑為f300 mm，則其為f270 mm～f280 mm(本實施形態中為f270 mm)。各個基板支持銷77係由石英形成。複數個基板支持銷77可藉由焊接而設置於保持板75之上表面，亦可加工成與保持板75為一體。 返回至圖2，立設於基台環71之4個連結部72與晶座74之保持板75之周緣部藉由焊接而固著。即，晶座74與基台環71藉由連結部72而固定地連結。藉由將此種保持部7之基台環71支持於腔室6之壁面而將保持部7安裝於腔室6。於將保持部7安裝於腔室6之狀態下，晶座74之保持板75成為水平姿勢(法線與鉛直方向一致之姿勢)。即，保持板75之保持面75a成為水平面。 已搬入至腔室6之半導體晶圓W以水平姿勢載置並保持於安裝於腔室6之保持部7之晶座74上。此時，半導體晶圓W由立設於保持板75上之12個基板支持銷77支持而保持於晶座74。更嚴格而言，12個基板支持銷77之上端部與半導體晶圓W之下表面接觸而支持該半導體晶圓W。由於12個基板支持銷77之高度(自基板支持銷77之上端至保持板75之保持面75a之距離)均勻，故可藉由12個基板支持銷77將半導體晶圓W以水平姿勢支持。 又，半導體晶圓W藉由複數個基板支持銷77而自保持板75之保持面75a隔開特定之間隔地被支持。導向環76之厚度較基板支持銷77之高度大。因此，由複數個基板支持銷77支持之半導體晶圓W之水平方向之位置偏移藉由導向環76而得以防止。 又，如圖2及圖3所示，於晶座74之保持板75，上下貫通地形成有開口部78。開口部78係為了使下部輻射溫度計20接收自半導體晶圓W之下表面輻射之輻射光(紅外光)而設置。即，下部輻射溫度計20係經由開口部78及安裝於腔室側部61之貫通孔61b之透明窗21接收自半導體晶圓W之下表面輻射之光而測定該半導體晶圓W之溫度。進而，於晶座74之保持板75，穿設有供下述移載機構10之頂起銷12貫通以進行半導體晶圓W之交接之4個貫通孔79。 圖5係移載機構10之俯視圖。又，圖6係移載機構10之側視圖。移載機構10具備2條移載臂11。移載臂11設為沿著大致圓環狀之凹部62般之圓弧形狀。於各個移載臂11立設有2根頂起銷12。移載臂11及頂起銷12係由石英形成。各移載臂11設為能夠藉由水平移動機構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之移載之移載動作位置(圖5之實線位置)、與俯視時與保持於保持部7之半導體晶圓W不重疊之退避位置(圖5之二點鏈線位置)之間水平移動。作為水平移動機構13，可為藉由個別之馬達使各移載臂11分別旋動者，亦可為使用連桿機構藉由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而與水平移動機構13一起進行升降移動。若升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置上升，則共計4根頂起銷12通過穿設於晶座74之貫通孔79(參照圖2、3)，頂起銷12之上端自晶座74之上表面突出。另一方面，若升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置下降而將頂起銷12自貫通孔79拔出，並使水平移動機構13以使一對移載臂11張開之方式移動，則各移載臂11移動至退避位置。一對移載臂11之退避位置為保持部7之基台環71之正上方。由於基台環71載置於凹部62之底面，故移載臂11之退避位置成為凹部62之內側。再者，於設置有移載機構10之驅動部(水平移動機構13及升降機構14)之部位之附近亦設置有省略圖示之排氣機構，構成為將移載機構10之驅動部周邊之環境氣體排出至腔室6之外部。 返回至圖1，設置於腔室6之上方之閃光加熱部5係於殼體51之內側具備包含複數根(本實施形態中為30根)氙閃光燈FL之光源、及以覆蓋該光源上方之方式設置之反射器52而構成。又，於閃光加熱部5之殼體51之底部安裝有燈光輻射窗53。構成閃光加熱部5之底壁部之燈光輻射窗53係由石英形成之板狀之石英窗。藉由將閃光加熱部5設置於腔室6之上方而燈光輻射窗53與上側腔室窗63相對向。閃光燈FL自腔室6之上方經由燈光輻射窗53及上側腔室窗63而對熱處理空間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，其等以各自之長度方向沿著保持於保持部7之半導體晶圓W之主面(亦即沿著水平方向)成為相互平行之方式排列成平面狀。由此，藉由閃光燈FL之排列而形成之平面亦為水平面。 氙閃光燈FL具備：棒狀之玻璃管(放電管)，其於內部封入有氙氣且於其兩端部配設有連接於電容器之陽極及陰極；及觸發電極，其附設於該玻璃管之外周面上。由於氙氣為電性絕緣體，故即便電容器中儲存有電荷，於通常狀態下亦不會向玻璃管內流通電流。然而，於對觸發電極施加高電壓而破壞絕緣之情形時，蓄積於電容器中之電瞬間流向玻璃管內，藉由此時之氙之原子或分子之激發而發出光。於此種氙閃光燈FL中，預先蓄積於電容器之靜電能量轉換為0.1毫秒至100毫秒之極短之光脈衝，故與如鹵素燈HL之連續點亮之光源相比具有能夠照射極強之光之特徵。即，閃光燈FL係以未達1秒之極短時間瞬間發光之脈衝發光燈。再者，閃光燈FL之發光時間可根據對閃光燈FL進行電力供給之燈電源之線圈常數而調整。 又，反射器52係於複數個閃光燈FL之上方以覆蓋其等整體之方式設置。反射器52之基本功能係使自複數個閃光燈FL出射之閃光向熱處理空間65側反射。反射器52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。 設置於腔室6之下方之鹵素加熱部4於殼體41之內側內置有複數根(本實施形態中為40根)鹵素燈HL。鹵素加熱部4係藉由複數個鹵素燈HL自腔室6之下方經由下側腔室窗64對熱處理空間65進行光照射而加熱半導體晶圓W之光照射部。 圖7係表示複數個鹵素燈HL之配置之俯視圖。40根鹵素燈HL分為上下2層而配置。於靠近保持部7之上層配設有20根鹵素燈HL，並且於較上層更遠離保持部7之下層亦配設有20根鹵素燈HL。各鹵素燈HL為具有長條之圓筒形狀之棒狀燈。上層、下層均為20根之鹵素燈HL係以各自之長度方向沿著保持於保持部7之半導體晶圓W之主面(亦即沿著水平方向)成為相互平行之方式排列。由此，藉由鹵素燈HL之排列而形成之平面於上層、下層均為水平面。 又，如圖7所示，上層、下層中，均係相較於與保持於保持部7之半導體晶圓W之中央部對向之區域，而與周緣部對向之區域之鹵素燈HL之配設密度更高。即，上下層均係相較於燈排列之中央部而周緣部之鹵素燈HL之配設間距更短。因此，於藉由來自鹵素加熱部4之光照射進行加熱時可對容易產生溫度降低之半導體晶圓W之周緣部進行更多光量之照射。 又，包含上層之鹵素燈HL之燈群與包含下層之鹵素燈HL之燈群以呈格子狀交叉之方式排列。即，以配置於上層之20根鹵素燈HL之長度方向與配置於下層之20根鹵素燈HL之長度方向彼此正交之方式配設共計40根鹵素燈HL。 鹵素燈HL係藉由對配設於玻璃管內部之燈絲通電而使燈絲白熾化而發光之燈絲方式之光源。於玻璃管之內部，封入有對氮氣或氬氣等惰性氣體導入微量之鹵素元素(碘、溴等)所得之氣體。藉由導入鹵素元素而能夠抑制燈絲之折損並且將燈絲之溫度設定為高溫。因此，鹵素燈HL具有與通常之白熾燈相比壽命較長且可連續地照射較強之光之特性。即，鹵素燈HL係至少1秒以上連續發光之連續點亮燈。又，鹵素燈HL由於為棒狀燈，故壽命長，藉由將鹵素燈HL沿著水平方向配置而成為對上方之半導體晶圓W之輻射效率優異者。 又，於鹵素加熱部4之殼體41內，亦於2層鹵素燈HL之下側設置有反射器43(圖1)。反射器43使自複數個鹵素燈HL出射之光向熱處理空間65側反射。 控制部3控制設置於熱處理裝置1之上述各種動作機構。作為控制部3之硬體之構成與一般的電腦相同。即，控制部3具備進行各種運算處理之電路即CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、記憶基本程式之讀出專用之記憶體即ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)、記憶各種資訊之讀寫自如之記憶體即RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)、以及預先記憶控制用軟體或資料等之磁碟。控制部3之CPU藉由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1所示，熱處理裝置1具備上部輻射溫度計25及下部輻射溫度計20。上部輻射溫度計25係用以測定自閃光燈FL照射閃光之瞬間之半導體晶圓W之上表面之急遽之溫度變化的高速輻射溫度計。 圖8係表示包含上部輻射溫度計25之主要部分之高速輻射溫度計單元90之構成之方塊圖。上部輻射溫度計25之紅外線感測器91係以其光軸與貫通孔61a之貫通方向之軸一致之方式安裝於腔室側部61之外壁面。紅外線感測器91經由氟化鈣之透明窗26而接收自保持於晶座74之半導體晶圓W之上表面輻射之紅外光。紅外線感測器91具備InSb(銻化銦)之光學元件，其測定波長區域為5 μm～6.5 μm。氟化鈣之透明窗26選擇性地使紅外線感測器91之測定波長區域之紅外光透過。InSb光學元件係根據所接收到之紅外光之強度而電阻發生變化。具備InSb光學元件之紅外線感測器91能夠進行響應時間極短且取樣間隔為明顯短之時間(例如，約40微秒)之高速測定。紅外線感測器91與高速輻射溫度計單元90電性連接，將響應受光所產生之信號傳輸至高速輻射溫度計單元90。 高速輻射溫度計單元90具備信號轉換電路92、放大電路93、A/D(Analog/Digital，類比/數位)轉換器94、溫度轉換部95、特性值推算部96及記憶部97。信號轉換電路92係將紅外線感測器91之InSb光學元件中產生之電阻變化以電流變化、電壓變化之順序進行信號轉換，最終轉換為易處理之電壓信號而輸出之電路。信號轉換電路92例如使用運算放大器構成。放大電路93將自信號轉換電路92輸出之電壓信號放大並輸出至A/D轉換器94。A/D轉換器94將經放大電路93放大之電壓信號轉換為數位信號。 溫度轉換部95及特性值推算部96係藉由高速輻射溫度計單元90之CPU(省略圖示)執行特定之處理程式而實現之功能處理部。溫度轉換部95對自A/D轉換器94輸出之信號、亦即表示紅外線感測器91所接收之紅外光之強度之信號進行特定之運算處理而轉換為溫度。由溫度轉換部95求出之溫度為半導體晶圓W之上表面之溫度。再者，由紅外線感測器91、信號轉換電路92、放大電路93、A/D轉換器94、及溫度轉換部95構成上部輻射溫度計25。下部輻射溫度計20亦具備與上部輻射溫度計25大致相同之構成，但亦可不應對高速測定。 又，溫度轉換部95將所獲取之溫度資料儲存於記憶部97。作為記憶部97，可使用磁碟或記憶體等公知之記憶媒體。溫度轉換部95將以固定間隔取樣之溫度資料依次儲存於記憶部97，藉此獲取表示半導體晶圓W之上表面之溫度之時間變化之溫度分佈。 如圖8所示，高速輻射溫度計單元90與熱處理裝置1整體之控制器即控制部3電性連接。控制部3具備破裂判定部31。破裂判定部31係藉由控制部3之CPU執行特定之處理程式而實現之功能處理部。關於高速輻射溫度計單元90之特性值推算部96及控制部3之破裂判定部31之處理內容，將於下文進一步進行敍述。 又，於控制部3連接有顯示部32及輸入部33。控制部3將各種資訊顯示於顯示部32。輸入部33係用以由熱處理裝置1之操作員將各種指令或參數輸入至控制部3之機器。操作員亦可自輸入部33進行記述有半導體晶圓W之處理條件之處理方案之條件設定。作為顯示部32及輸入部33，例如可採用設置於熱處理裝置1之外壁之液晶觸控面板。 除上述構成以外，熱處理裝置1亦具備各種冷卻用構造，以防止於半導體晶圓W之熱處理時自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能所引起之鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之過剩之溫度上升。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設為於內部形成氣流而排熱之空冷構造。又，亦對上側腔室窗63與燈光輻射窗53之間隙供給空氣，使閃光加熱部5及上側腔室窗63冷卻。 其次，對熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理順序進行說明。圖9係表示半導體晶圓W之處理順序之流程圖。此處，成為處理對象之半導體晶圓W係藉由離子注入法而添加有雜質(離子)之半導體基板。該雜質之活化藉由熱處理裝置1之閃光照射加熱處理(退火)而執行。以下說明之熱處理裝置1之處理順序藉由控制部3控制熱處理裝置1之各動作機構而進行。 首先，打開用以供氣之閥84，並且打開排氣用之閥89、192而開始進行對腔室6內之供排氣。若打開閥84，則自氣體供給孔81對熱處理空間65供給氮氣。又，若打開閥89，則自氣體排氣孔86對腔室6內之氣體進行排氣。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，且自熱處理空間65之下部排氣。 又，藉由打開閥192而亦自搬送開口部66對腔室6內之氣體進行排氣。進而，藉由省略圖示之排氣機構亦對移載機構10之驅動部周邊之環境氣體進行排氣。再者，於熱處理裝置1中之半導體晶圓W之熱處理時將氮氣持續地供給至熱處理空間65，且其供給量根據處理步驟而適當變更。 繼而，打開閘閥185而將搬送開口部66打開，藉由裝置外部之搬送機器人將成為處理對象之半導體晶圓W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S1)。此時，有伴隨半導體晶圓W之搬入而夾帶裝置外部之環境氣體之虞，但由於對腔室6持續地供給氮氣，故氮氣自搬送開口部66流出而可將此種外部環境氣體之夾帶抑制為最小限度。 由搬送機器人搬入之半導體晶圓W進入至保持部7之正上方位置後停止。然後，移載機構10之一對移載臂11自退避位置水平移動至移載動作位置並上升，藉此頂起銷12通過貫通孔79自晶座74之保持板75之上表面突出而接收半導體晶圓W。此時，頂起銷12上升至較基板支持銷77之上端更上方。 將半導體晶圓W載置於頂起銷12之後，搬送機器人自熱處理空間65退出，並藉由閘閥185將搬送開口部66關閉。然後，藉由一對移載臂11下降而將半導體晶圓W自移載機構10交接至保持部7之晶座74並以水平姿勢自下方保持。半導體晶圓W由立設於保持板75上之複數個基板支持銷77支持而保持於晶座74。又，半導體晶圓W係將完成圖案形成且注入有雜質之正面作為上表面而保持於保持部7。於由複數個基板支持銷77支持之半導體晶圓W之背面(與正面為相反側之主面)與保持板75之保持面75a之間形成特定之間隔。下降至晶座74之下方之一對移載臂11藉由水平移動機構13而退避至退避位置、即凹部62之內側。 於半導體晶圓W由以石英形成之保持部7之晶座74以水平姿勢自下方保持之後，鹵素加熱部4之40根鹵素燈HL同時點亮而開始預加熱(輔助加熱)(步驟S2)。自鹵素燈HL出射之鹵素光透過由石英形成之下側腔室窗64及晶座74而照射至半導體晶圓W之下表面。藉由接受來自鹵素燈HL之光照射而半導體晶圓W進行預加熱而溫度上升。再者，由於移載機構10之移載臂11退避至凹部62之內側，故不會妨礙鹵素燈HL之加熱。 於利用鹵素燈HL進行預加熱時，藉由下部輻射溫度計20測定半導體晶圓W之溫度。即，使自保持於晶座74之半導體晶圓W之下表面經由開口部78輻射之紅外光透過透明窗21而由下部輻射溫度計20接收而測定升溫中之晶圓溫度。所測定之半導體晶圓W之溫度被傳輸至控制部3。控制部3一面監視藉由來自鹵素燈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加熱溫度T1，一面控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3根據下部輻射溫度計20之測定值，以半導體晶圓W之溫度成為預加熱溫度T1之方式對鹵素燈HL之輸出進行反饋控制。如此，下部輻射溫度計20係用於預加熱時之半導體晶圓W之溫度控制之輻射溫度計。預加熱溫度T1設為不存在半導體晶圓W中所添加之雜質因熱而擴散之可能性的200℃至800℃左右、較佳為350℃至600℃左右(於本實施形態中為600℃)。 於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1之後，控制部3將半導體晶圓W暫時維持於該預加熱溫度T1。具體而言，於由下部輻射溫度計20測定之半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1之時間點，控制部3調整鹵素燈HL之輸出，而將半導體晶圓W之溫度大致維持於預加熱溫度T1。 藉由進行此種利用鹵素燈HL之預加熱而使半導體晶圓W之整體均勻地升溫至預加熱溫度T1。於利用鹵素燈HL進行預加熱之階段，有更容易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之鹵素燈HL之配設密度係相較於與基板W之中央部對向之區域而與周緣部對向之區域更高。因此，照射至容易產生散熱之半導體晶圓W之周緣部之光量變多，而可使預加熱階段之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻。 於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1之後，於即將進行來自閃光燈FL之閃光照射之前，開始由上部輻射溫度計25進行之半導體晶圓W之正面溫度之測定(步驟S3)。自被加熱之半導體晶圓W之正面輻射與其溫度對應之強度之紅外光。自半導體晶圓W之正面輻射之紅外光透過透明窗26而由上部輻射溫度計25之紅外線感測器91接收。 於紅外線感測器91之InSb光學元件中產生與所接收之紅外光之強度對應之電阻變化。紅外線感測器91之InSb光學元件中產生之電阻變化藉由信號轉換電路92而轉換為電壓信號。自信號轉換電路92輸出之電壓信號經放大電路93放大之後，藉由A/D轉換器94轉換為適合於電腦進行處理之數位信號。然後，溫度轉換部95對自A/D轉換器94輸出之信號實施特定之運算處理而轉換為溫度資料。即，上部輻射溫度計25接收自被加熱之半導體晶圓W之正面輻射之紅外光，並根據該紅外光之強度而測定半導體晶圓W之正面溫度。 於本實施形態中，上部輻射溫度計25係使用InSb光學元件之高速輻射溫度計，上部輻射溫度計25以40微秒之極短之取樣間隔測定半導體晶圓W之正面溫度。而且，上部輻射溫度計25將以固定間隔所測定出之半導體晶圓W之正面溫度之資料依次儲存於記憶部97。 於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1且經過特定時間後之時間點，閃光加熱部5之閃光燈FL對保持於晶座74之半導體晶圓W之正面進行閃光照射(步驟S4)。此時，自閃光燈FL輻射之閃光之一部分直接朝向腔室6內，另一部分暫且先由反射器52反射然後朝向腔室6內，藉由該等閃光之照射而進行半導體晶圓W之閃光加熱。 閃光加熱係藉由來自閃光燈FL之閃光(flashing light)照射而進行，故可使半導體晶圓W之正面溫度在短時間內上升。即，自閃光燈FL照射之閃光係將預先蓄積於電容器中之靜電能量轉換為極短之光脈衝、照射時間為大約0.1毫秒以上且100毫秒以下之極短且較強之閃光。而且，藉由來自閃光燈FL之閃光照射而被閃光加熱之半導體晶圓W之正面溫度瞬間上升至1000℃以上之處理溫度T2，於注入至半導體晶圓W之雜質活化之後，正面溫度急速下降。如此，熱處理裝置1可使半導體晶圓W之正面溫度以極短時間升降，故可一面抑制注入至半導體晶圓W之雜質因熱而擴散一面進行雜質之活化。再者，雜質之活化所需之時間與其熱擴散所需之時間相比極短，故即便為0.1毫秒至100毫秒左右之不會產生擴散之短時間，亦完成活化。 於藉由閃光加熱而半導體晶圓W之正面溫度急速上升後下降時，其正面溫度亦藉由上部輻射溫度計25測定。由於上部輻射溫度計25以40微秒之極短之取樣間隔測定半導體晶圓W之正面溫度，故即便於閃光照射時半導體晶圓W之正面溫度急遽地變化，亦能夠追隨該變化。例如，即便半導體晶圓W之正面溫度以4毫秒升溫降溫，上部輻射溫度計25亦可於此期間獲取100點之溫度資料。上部輻射溫度計25於閃光燈FL照射閃光之後預先設定之特定期間(例如120毫秒)之間，測定半導體晶圓W之正面溫度而獲取溫度資料。然後，上部輻射溫度計25將所獲取之半導體晶圓W之正面溫度之資料依次儲存於記憶部97。藉此，製成閃光照射時之半導體晶圓W之正面溫度之溫度分佈(步驟S5)。 圖10係表示閃光照射時之半導體晶圓W之正面溫度之溫度分佈之一例之圖。圖10所示之例係於閃光照射時半導體晶圓W並未破裂而正常地進行閃光加熱處理之情形時之溫度分佈例。於時刻t0閃光燈FL發光而對半導體晶圓W之正面照射閃光，半導體晶圓W之正面溫度瞬間自預加熱溫度T1上升至處理溫度T2後急速下降。其後，如圖10所示，半導體晶圓W之正面之測定溫度以微小之振幅變動。認為產生此種測定溫度之微小變動之原因在於，於閃光照射後於晶座74上半導體晶圓W產生振動。即，於閃光照射時，照射時間極短地將具有較高能量之閃光照射至半導體晶圓W之正面，故半導體晶圓W之正面溫度瞬間上升至1000℃以上之處理溫度T2，另一方面，該瞬間之背面溫度並未自預加熱溫度T1大幅上升。因此，僅於半導體晶圓W之正面產生急遽之熱膨脹，而背面幾乎未產生熱膨脹，故半導體晶圓W瞬間翹曲成正面凸起。然後，於下一瞬間，半導體晶圓W以使該翹曲復原之方式變形，因反覆此種行為而導致半導體晶圓W於晶座74上振動。由於上部輻射溫度計25之紅外線感測器91設置於半導體晶圓W之斜上方，故若半導體晶圓W振動則自紅外線感測器91觀察所得之晶圓正面之輻射率產生變動，其結果，上部輻射溫度計25之測定溫度產生微小變動。再者，雖因半導體晶圓W之振動而導致上部輻射溫度計25之測定溫度變動，但實際之半導體晶圓W之正面溫度並未變動。 於閃光照射時半導體晶圓W並未破裂而正常地進行閃光加熱處理之情形時，以較高之再現性獲得如圖10所示之溫度分佈。另一方面，於閃光照射時半導體晶圓W產生破裂之情形時，溫度分佈中會出現異常之測定資料。因此，於第1實施形態中，藉由對溫度分佈進行統計解析而識別異常之測定資料而檢測半導體晶圓W之破裂。 於閃光加熱處理結束之後，特性值推算部96根據所製成之溫度分佈而推算特性值(步驟S6)。所謂特性值係指對溫度分佈進行統計處理時之統計量，於本實施形態中，係溫度分佈之平均值及標準偏差。具體而言，特性值推算部96推算時刻t1至時刻t2之期間內之溫度分佈之平均值及標準偏差作為特性值。推算期間之起始期即時刻t1例如係自閃光燈FL發光之時刻t0起經過30毫秒後。使推算期間之起始期即時刻t1較閃光燈FL發光之時刻t0晚之原因在於，若將由閃光加熱引起之半導體晶圓W之正面溫度之升降包含於推算期間則會對特性值造成影響。又，推算期間之終止期即時刻t2例如係自閃光燈FL發光之時刻t0起經過100毫秒後。由此，特性值推算部96推算特性值之推算期間(t2－t1)為70毫秒，係閃光照射後半導體晶圓W之正面溫度穩定之期間。 其次，基於由特性值推算部96推算出之特性值，控制部3之破裂判定部31進行半導體晶圓W之破裂判定(步驟S7)。破裂判定部31判定溫度分佈之特性值是否偏離特定之範圍而進行破裂判定。圖11係用以說明基於溫度分佈之平均值之破裂判定之圖。圖11係對針對複數片半導體晶圓W照射閃光而製成之溫度分佈之平均值進行繪圖所得之圖。再者，所謂溫度分佈之平均值，與上述同樣地，係指自時刻t1至時刻t2之推算期間內之溫度分佈之平均值，以下亦稱為「分佈平均值」。 圖11之橫軸表示複數個半導體晶圓W中之每一個之資料點，圖11之縱軸表示溫度分佈之平均值。上方管理極限值U1係將複數個半導體晶圓W之分佈平均值之總平均加上該等複數個半導體晶圓W之分佈平均值之標準偏差σ之5倍值所得之值。另一方面，下方管理極限值L1係自複數個半導體晶圓W之分佈平均值之總平均減去該等複數個半導體晶圓W之分佈平均值之標準偏差σ之5倍值所得之值。即，圖11之由虛線所夾之範圍為自分佈平均值之總平均±5σ之範圍。 破裂判定部31係於對某半導體晶圓W照射閃光時所獲得之溫度分佈之平均值落在自分佈平均值之總平均±5σ之範圍內時，判定半導體晶圓W未破裂，於偏離該範圍時判定半導體晶圓W破裂。於圖11所示之例中，由資料點A1表示之半導體晶圓W之分佈平均值大於上方管理極限值U1。又，由資料點A2表示之半導體晶圓W之分佈平均值小於下方管理極限值L1。即，由資料點A1、A2表示之半導體晶圓W之分佈平均值偏離自分佈平均值之總平均±5σ之範圍，破裂判定部31判定該等2片半導體晶圓W破裂。 另一方面，圖12係用以說明基於溫度分佈之標準偏差之破裂判定之圖。圖12係對針對複數片半導體晶圓W照射閃光而製成之溫度分佈之標準偏差進行繪圖所得之圖。再者，所謂溫度分佈之標準偏差，與上述同樣地，係指自時刻t1至時刻t2之推算期間內之溫度分佈之標準偏差，以下亦稱為「分佈標準偏差」。 圖12之橫軸表示複數個半導體晶圓W中之每一個之資料點，圖12之縱軸表示溫度分佈之標準偏差。上方管理極限值U2係將複數個半導體晶圓W之分佈標準偏差之總平均加上該等複數個半導體晶圓W之分佈標準偏差之標準偏差σ之5倍值所得之值。即，圖12之較虛線更下方之範圍係自分佈標準偏差之總平均起為5σ之範圍。再者，關於分佈標準偏差，於測定溫度之變動最少時為0，下方管理極限值之概念不存在。 破裂判定部31係於對某半導體晶圓W照射閃光時所獲得之溫度分佈之標準偏差落在自分佈標準偏差之總平均起為5σ之範圍內時，判定半導體晶圓W未破裂，於偏離該範圍時判定半導體晶圓W破裂。於圖12所示之例中，由資料點B1表示之半導體晶圓W之分佈標準偏差大於上方管理極限值U2。即，由資料點B1表示之半導體晶圓W之分佈標準偏差偏離自分佈標準偏差之總平均起為5σ之範圍，破裂判定部31判定該半導體晶圓W破裂。 又，破裂判定部31對2個特性值即平均值與標準偏差進行「OR(或)判定」。即，破裂判定部31係於關於某半導體晶圓W之溫度分佈之平均值偏離自分佈平均值之總平均±5σ之範圍時、或該溫度分佈之標準偏差偏離自分佈標準偏差之總平均起為5σ之範圍時，判定該半導體晶圓W破裂。如此構成之原因在於，僅對任一個特性值進行判定時，有儘管實際上半導體晶圓W已破裂但判定為未破裂之虞。例如，作為於半導體晶圓W產生破裂之結果而閃光照射後之測定溫度穩定地成為與通常相比明顯更高之溫度(或更低之溫度)之情形時，若為關於平均值之判定則判定為破裂，但於關於標準偏差之判定時有判定為未破裂之虞。相反，作為於半導體晶圓W產生破裂之結果而閃光照射後之測定溫度將通常之溫度夾在中間而上下較大地變動之情形時，若為關於標準偏差之判定則判定為破裂，但於關於平均值之判定時則有判定為未破裂之虞。因此，藉由對平均值與標準偏差進行「OR判定」而可提高破裂之檢測精度。 返回至圖9，於破裂判定部31判定閃光照射後之半導體晶圓W破裂時，自步驟S8進入至步驟S9，控制部3中斷熱處理裝置1之處理，亦停止將半導體晶圓W相對於腔室6搬入搬出之搬送系統之動作。又，控制部3亦可於顯示部32發出晶圓破裂產生之警告。於半導體晶圓W產生破裂時，腔室6內產生顆粒，故打開腔室6進行清掃作業。 另一方面，於破裂判定部31判定閃光照射後之半導體晶圓W未破裂時，自步驟S8進入至步驟S10，進行半導體晶圓W之搬出處理。具體而言，於閃光加熱處理結束之後，經過特定時間後鹵素燈HL熄滅。藉此，半導體晶圓W自預加熱溫度T1急速降溫。降溫中之半導體晶圓W之溫度藉由下部輻射溫度計20測定，其測定結果被傳輸至控制部3。控制部3根據下部輻射溫度計20之測定結果而監視半導體晶圓W之溫度是否已降溫至特定溫度。然後，於半導體晶圓W之溫度已降溫至特定溫度以下之後，移載機構10之一對移載臂11再次自退避位置水平移動至移載動作位置並上升，藉此頂起銷12自晶座74之上表面突出而自晶座74接收熱處理後之半導體晶圓W。繼而，藉由閘閥185將關閉之搬送開口部66打開，將載置於頂起銷12上之半導體晶圓W藉由裝置外部之搬送機器人搬出，而熱處理裝置1中之半導體晶圓W之加熱處理完成。 於本實施形態中，藉由上部輻射溫度計25測定閃光照射後之半導體晶圓W之正面溫度而獲取溫度分佈，於該溫度分佈之平均值偏離自分佈平均值之總平均±5σ之範圍時、或該溫度分佈之標準偏差偏離自分佈標準偏差之總平均起為5σ之範圍時，判定半導體晶圓W破裂。即，並未對熱處理裝置1追加用於晶圓破裂檢測之特別之硬體構成，而以簡單之構成檢測閃光照射時之半導體晶圓W之破裂。又，藉由簡單之統計運算處理而檢測半導體晶圓W之破裂，故亦不用擔心使產能降低。 又，於本實施形態中，對溫度分佈之平均值與標準偏差進行「OR判定」，故能夠以較高之精度檢測閃光照射時之半導體晶圓W之破裂。 又，於本實施形態中，上部輻射溫度計25之測定波長區域為5 μm以上且6.5 μm以下。即，上部輻射溫度計25根據自半導體晶圓W之正面輻射之波長5 μm以上且6.5 μm以下之紅外光之強度而測定半導體晶圓W之正面溫度。無論有無產生半導體晶圓W之破裂，半導體晶圓W之正面溫度本身不會產生較大之變動。認為於半導體晶圓W產生破裂時溫度分佈中出現異常之測定資料之原因在於，破裂之破片進行與正常時不同之行為(物理運動)。具體而言，上部輻射溫度計25之光軸與破裂之破片所成之角度成為與正常時不同之值，由此，半導體晶圓W之表觀輻射率產生較大之變化，其結果，獲得異常之測定資料。因此，為了精度良好地檢測破裂，上部輻射溫度計25之溫度測定需對其與半導體晶圓W之角度變化敏銳。另一方面，於半導體晶圓W之正面形成有各種圖案或薄膜的情況較多。半導體晶圓W之輻射率亦會因該等圖案或薄膜而受到影響，但就破裂檢測之觀點而言，較佳為上部輻射溫度計25之溫度測定不易受到圖案或膜種之變化之影響。 圖13係表示上部輻射溫度計25之光軸與半導體晶圓W之主面所成之角度對半導體晶圓W之表觀輻射率造成之影響之圖。將於半導體晶圓W之上表面形成膜厚不同之2種薄膜且上部輻射溫度計25之光軸與半導體晶圓W之主面所成之角度為15°與90°之各情形時的表觀輻射率示於該圖。又，於圖13中表示上部輻射溫度計25之測定波長區域(5 μm～6.5 μm)下之半導體晶圓W之表觀輻射率。 如圖13所示，於5 μm以上且6.5 μm以下之波長區域，若上部輻射溫度計25之光軸與半導體晶圓W之主面所成之角度發生變化則表觀輻射率產生較大變化。此表示於上部輻射溫度計25之測定波長區域之範圍內，上部輻射溫度計25之溫度測定對其與半導體晶圓W之角度變化敏銳。由此，若半導體晶圓W產生破裂而破裂之破片與上部輻射溫度計25之角度與正常時稍有不同，則表觀輻射率發生變化而獲得異常之測定資料。其結果，可精度良好地檢測半導體晶圓W之破裂。另一方面，與角度變化所產生之影響相比，薄膜之膜厚對輻射率之影響較小。此表示上部輻射溫度計25之溫度測定不易受到圖案或膜種之變化之影響。即，為了兼顧圖案或膜種之影響之排除與對角度變化之敏銳度，較佳為上部輻射溫度計25之測定波長區域為5 μm以上且6.5 μm以下。 又，於本實施形態中，上部輻射溫度計25設置於半導體晶圓W之斜上方，上部輻射溫度計25之光軸與半導體晶圓W之主面所成之角度相對較小。因此，上部輻射溫度計25之檢測範圍涵蓋半導體晶圓W之上表面之相對較大之範圍，而容易檢測半導體晶圓W之破裂。 ＜第2實施形態＞ 其次，對本發明之第2實施形態進行說明。第2實施形態之熱處理裝置1之構成與第1實施形態完全相同。又，第2實施形態之熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態大致相同。第2實施形態與第1實施形態之不同之處在於溫度分佈之特性值之推算期間。 於第2實施形態中，將閃光燈FL開始閃光照射之圖10之時刻t0設為推算期間之起始期。即，於第2實施形態中，將自開始閃光照射起之特定期間設為推算期間，使由閃光加熱引起之半導體晶圓W之正面溫度之升降包含於特性值之推算期間。特性值之推算方法及基於特性值之半導體晶圓W之破裂之判定方法與第1實施形態相同。於包含閃光照射期間之溫度分佈之平均值偏離自分佈平均值之總平均±5σ之範圍時、或該溫度分佈之標準偏差偏離自分佈標準偏差之總平均起為5σ之範圍時，判定半導體晶圓W破裂。 根據圖10可明確，由閃光加熱引起之半導體晶圓W之正面溫度之升降對溫度分佈之平均值、標準偏差等特性值造成較大影響。然而，於半導體晶圓W並未破裂而正常地進行處理之情形時，由閃光加熱引起之半導體晶圓W之正面溫度之升降圖案具有較高之再現性，溫度分佈之特性值本身穩定(特性值之標準偏差與第1實施形態相同程度地小)。因此，與第1實施形態同樣地，於半導體晶圓W產生破裂而溫度分佈中出現異常之測定資料之情形時，溫度分佈之特性值偏離特定之範圍。因此，可藉由判定溫度分佈之特性值是否偏離特定之範圍而進行半導體晶圓W之破裂判定。 且說，於第2實施形態中，閃光照射期間亦包含於特性值之推算期間，故於閃光照射中於半導體晶圓W產生破裂而獲得異常之測定資料時，溫度分佈之特性值亦偏離特定之範圍。因此，可更確實地檢測閃光照射中之半導體晶圓W之破裂。尤其於閃光燈FL之照射時間相對較長(6毫秒以上)之情形時，擔心於閃光照射中半導體晶圓W破裂，較佳為如第2實施形態般閃光照射期間亦包含於特性值之推算期間。 將特性值之推算期間如第1實施形態般設為照射閃光後之特定期間、還是如第2實施形態般設為自開始閃光照射起之特定期間可由熱處理裝置1之操作員自輸入部33適當地輸入而設定。 ＜第3實施形態＞ 其次，對本發明之第3實施形態進行說明。第3實施形態之熱處理裝置1之構成與第1實施形態完全相同。又，第3實施形態之熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態大致相同。第3實施形態與第1實施形態之不同之處在於基於溫度分佈之半導體晶圓W之破裂之判定方法。 與第1實施形態同樣地，自利用閃光燈FL進行閃光照射之前開始由上部輻射溫度計25測定半導體晶圓W之正面溫度。於開始進行來自閃光燈FL之閃光照射而半導體晶圓W之正面溫度急速上升時，其正面溫度亦藉由上部輻射溫度計25測定。如上所述，上部輻射溫度計25以40微秒之極短之取樣間隔測定半導體晶圓W之正面溫度，故即便於閃光照射時半導體晶圓W之正面溫度急遽地變化，亦能夠追隨該變化。上部輻射溫度計25將所獲取之半導體晶圓W之正面溫度之資料依次儲存於記憶部97。藉此，製成閃光照射時之半導體晶圓W之正面溫度之溫度分佈。 於第3實施形態中，基於自閃光燈FL開始閃光照射起半導體晶圓W之正面溫度持續升溫之時間而判定半導體晶圓W之破裂。圖14係用以說明基於半導體晶圓W之升溫持續時間之破裂判定之圖。圖14所示之內容與圖10相同，係閃光照射時之半導體晶圓W之正面溫度之溫度分佈。與於時刻t0閃光燈FL發光而開始閃光照射大致同時地，半導體晶圓W之正面溫度自預加熱溫度T1開始升溫。於閃光照射中半導體晶圓W並未破裂而正常地進行閃光加熱處理之情形時，閃光燈FL之閃光照射時間f(閃光燈FL之發光時間)與半導體晶圓W之正面溫度持續升溫之時間d大致一致。 但是，於閃光照射中半導體晶圓W破裂之情形時，閃光燈FL之閃光照射時間f與半導體晶圓W之正面溫度持續升溫之時間d產生背離。通常，如圖14所示，半導體晶圓W之正面溫度之升溫持續時間d較閃光照射時間f短。於第3實施形態中，破裂判定部31係於開始閃光照射後半導體晶圓W之正面溫度持續升溫之時間d與閃光燈FL之閃光照射時間f背離特定值以上之情形時，判定半導體晶圓W破裂。例如，於升溫持續時間d與閃光照射時間f背離±10%以上之情形時，判定半導體晶圓W破裂。 於第3實施形態中，僅根據設為處理對象之半導體晶圓W之正面溫度之溫度分佈而檢測閃光照射時之該半導體晶圓W之破裂。因此，無需如第1實施形態般製作多個半導體晶圓W之溫度分佈並推算其等之特性值而求出管理極限值之步驟。 閃光燈FL之閃光照射時間f可根據將絕緣閘雙極電晶體(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)組入至閃光燈FL之電路中並對閃光燈FL之通電進行接通斷開控制、或對閃光燈FL進行電力供給之燈電源之線圈常數而調整。如上所述，於使閃光照射時間f相對較長(6毫秒以上)之情形時，擔心於閃光照射中半導體晶圓W破裂。第3實施形態之破裂判定方法適於此種情形。 ＜變化例＞ 以上，對本發明之實施形態進行了說明，但本發明只要不脫離其主旨，則可在上述者以外進行各種變更。例如，於上述實施形態中，使用平均值及標準偏差作為溫度分佈之特性值，但並不限定於此，亦可使用其他統計量。例如，作為溫度分佈之特性值，亦可代替平均值而使用中央值，代替標準偏差而使用最大值與最小值之差即全距。 又，作為溫度分佈之特性值，亦可使用例如溫度分佈之波形之最大值、最小值。若可將溫度分佈之波形理解為週期性正弦波，則亦可採用該波之週期、頻率、振幅等作為特性值。或者，若將溫度分佈之波形視為脈衝波，則亦可使用工作比、半峰全幅值、半峰半幅值、最大斜率等作為特性值。進而，作為特性值，亦可使用對溫度分佈進行微分所得之微分波形之平均值、標準偏差、中央值、全距(range)、最大值、最小值或波形之積分值等。 用於晶圓破裂之判定之特性值並不限定於2個，亦可為上述各種特性值之3個以上，亦可僅為1個。用於晶圓破裂之判定之特性值之數量越多則判定精度越提高，但運算處理所需之時間越長。 又，於晶圓破裂之判定時使用複數個特性值之情形時，並不限定於其等之「OR判定」，亦可進行其他邏輯運算(例如AND(及)、XOR(exclusive or，互斥或)等)之判定。但是，就提高判定精度之觀點而言，較佳為與上述實施形態相同之「OR判定」。 於晶圓破裂之判定時關於哪一特性值使用幾個，可由操作員自輸入部33適當地選擇並設定於處理方案中。又，於使用複數個特性值之情形時，操作員亦可自輸入部33選擇進行「OR判定」抑或是「AND判定」並設定。藉此，於變更特性值之情形時，亦無需熱處理裝置1之每次改造或軟體之升級。 又，於上述實施形態中，將管理極限值設為5σ之範圍，但亦可代替此而設為更一般的3σ。 又，每當重複進行熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理便獲得新的溫度分佈，故亦可重新計算用於晶圓破裂判定之管理極限值並逐次更新。例如，亦可基於關於在同一處理條件下處理之半導體晶圓W之最近10000個溫度分佈而推算管理極限值。如此一來，即便因裝置零件之經年劣化等而導致溫度分佈變化，亦可追隨該變化而設定最佳之管理極限值。 又，亦可將測定與成為處理對象之半導體晶圓W於相同處理條件下在不久前(或數片前)處理之半導體晶圓W之正面溫度所獲取之溫度分佈設為基準溫度分佈，將該基準溫度分佈與該處理對象之半導體晶圓W之溫度分佈加以比較而判定半導體晶圓W之破裂。再者，於採用該方法之情形時，以上述不久前(或數片前)之半導體晶圓W並未破裂而正常地進行處理作為前提。如此一來，與第3實施形態同樣地，可無需製作多個半導體晶圓W之溫度分佈並求出管理極限值之步驟。 又，亦可代替製作半導體晶圓W之正面溫度之分佈而製作轉換為溫度前之紅外線感測器91之輸出值(亦即，自半導體晶圓W之正面輻射之紅外光之強度)之分佈並用於晶圓破裂判定。 又，於上述實施形態中，藉由將上部輻射溫度計25設置於半導體晶圓W之斜上方而使上部輻射溫度計25之檢測範圍(視野)擴大，但亦可代替此，藉由使上部輻射溫度計25與半導體晶圓W之距離變長而使半導體晶圓W之上表面中之上部輻射溫度計25之檢測範圍擴大。進而，亦可藉由設置複數個輻射溫度計、或於輻射溫度計設置複數個紅外線感測器而使半導體晶圓W之上表面中之檢測範圍擴大。 又，於上述實施形態中，使閃光加熱部5具備30根閃光燈FL，但並不限定於此，閃光燈FL之根數可設為任意數。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所具備之鹵素燈HL之根數亦並不限定於40根，可設為任意數。 又，於上述實施形態中，使用燈絲方式之鹵素燈HL作為1秒以上連續發光之連續點亮燈而進行半導體晶圓W之預加熱，但並不限定於此，亦可代替鹵素燈HL，將放電型之電弧燈(例如，氙電弧燈)用作連續點亮燈而進行預加熱。 又，於上述實施形態中，藉由來自鹵素燈HL之光照射而進行半導體晶圓W之預加熱，但亦可代替此，將保持半導體晶圓W之晶座載置於加熱板上，藉由來自該加熱板之熱傳導而將半導體晶圓W預加熱。 又，根據熱處理裝置1，成為處理對象之基板並不限定於半導體晶圓，亦可為用於液晶顯示裝置等平板顯示器之玻璃基板或太陽電池用之基板。又，本發明之技術亦可應用於高介電常數閘極絕緣膜(High-k膜)之熱處理、金屬與矽之接合、或多晶矽之結晶化。
1‧‧‧熱處理裝置
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‧‧‧頂起銷
13‧‧‧水平移動機構
14‧‧‧升降機構
20‧‧‧下部輻射溫度計
21‧‧‧透明窗
25‧‧‧上部輻射溫度計
26‧‧‧透明窗
31‧‧‧破裂判定部
32‧‧‧顯示部
33‧‧‧輸入部
41‧‧‧殼體
43‧‧‧反射器
51‧‧‧殼體
52‧‧‧反射器
53‧‧‧燈光輻射窗
61‧‧‧腔室側部
61a‧‧‧貫通孔
61b‧‧‧貫通孔
62‧‧‧凹部
63‧‧‧上側腔室窗
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‧‧‧晶座
75‧‧‧保持板
75a‧‧‧保持面
76‧‧‧導向環
77‧‧‧基板支持銷
78‧‧‧開口部
79‧‧‧貫通孔
81‧‧‧氣體供給孔
82‧‧‧緩衝空間
83‧‧‧氣體供給管
84‧‧‧閥
85‧‧‧處理氣體供給源
86‧‧‧氣體排氣孔
87‧‧‧緩衝空間
88‧‧‧氣體排氣管
89‧‧‧閥
90‧‧‧高速輻射溫度計單元
91‧‧‧紅外線感測器
92‧‧‧信號轉換電路
93‧‧‧放大電路
94‧‧‧A/D轉換器
95‧‧‧溫度轉換部
96‧‧‧特性值推算部
97‧‧‧記憶部
185‧‧‧閘閥
190‧‧‧排氣部
191‧‧‧氣體排氣管
192‧‧‧閥
A1‧‧‧資料點
A2‧‧‧資料點
B1‧‧‧資料點
d‧‧‧升溫持續時間
f‧‧‧閃光照射時間
FL‧‧‧閃光燈
HL‧‧‧鹵素燈
L1‧‧‧下方管理極限值
S1‧‧‧步驟
S2‧‧‧步驟
S3‧‧‧步驟
S4‧‧‧步驟
S5‧‧‧步驟
S6‧‧‧步驟
S7‧‧‧步驟
S8‧‧‧步驟
S9‧‧‧步驟
S10‧‧‧步驟
T1‧‧‧預加熱溫度
T2‧‧‧處理溫度
t0‧‧‧時刻
t1‧‧‧時刻
t2‧‧‧時刻
U1‧‧‧上方管理極限值
U2‧‧‧上方管理極限值
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視圖。 圖2係表示保持部之整體外觀之立體圖。 圖3係晶座之俯視圖。 圖4係晶座之剖視圖。 圖5係移載機構之俯視圖。 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俯視圖。 圖8係表示具備上部輻射溫度計之主要部分之高速輻射溫度計單元之構成之方塊圖。 圖9係表示半導體晶圓之處理順序之流程圖。 圖10係表示閃光照射時之半導體晶圓之正面溫度之溫度分佈之一例之圖。 圖11係用以說明基於溫度分佈之平均值之破裂判定之圖。 圖12係用以說明基於溫度分佈之標準偏差之破裂判定之圖。 圖13係表示上部輻射溫度計之光軸與半導體晶圓之主面所成之角度對半導體晶圓之表觀輻射率所造成之影響之圖。 圖14係用以說明基於半導體晶圓之升溫持續時間之破裂判定之圖。

Claims (18)

  1. 一種熱處理方法，其特徵在於其係藉由對基板照射閃光而加熱該基板，且包括： 閃光照射步驟，其係自閃光燈對基板之正面照射閃光； 溫度測定步驟，其係測定照射上述閃光後之特定期間之上述基板之正面溫度而獲取溫度分佈；及 檢測步驟，其係對上述溫度分佈進行解析而檢測上述基板之破裂。
  2. 一種熱處理方法，其特徵在於其係藉由對基板照射閃光而加熱該基板，且包括： 閃光照射步驟，其係自閃光燈對基板之正面照射閃光； 溫度測定步驟，其係測定自開始上述閃光照射起之特定期間之上述基板之正面溫度而獲取溫度分佈；及 檢測步驟，其係對上述溫度分佈進行解析而檢測上述基板之破裂。
  3. 如請求項1或2之熱處理方法，其中 於上述檢測步驟中，於上述溫度分佈之特性值偏離特定範圍時，判定上述基板破裂。
  4. 如請求項3之熱處理方法，其中 上述特性值係上述溫度分佈之平均值及標準偏差，且 於上述檢測步驟中，於上述溫度分佈之平均值偏離特定範圍、或上述溫度分佈之標準偏差偏離特定範圍時，判定上述基板破裂。
  5. 如請求項4之熱處理方法，其中 於上述檢測步驟中，於上述溫度分佈之平均值偏離±5σ之範圍時、或上述分佈之標準偏差超出5σ之範圍時，判定上述基板破裂。
  6. 如請求項3之熱處理方法，其中 上述檢測步驟包含選擇並設定上述特性值之步驟。
  7. 如請求項2之熱處理方法，其中 於上述檢測步驟中，於自開始上述閃光照射起上述基板之正面溫度持續升溫之時間與上述閃光燈之閃光照射時間背離特定值以上之情形時，判定上述基板破裂。
  8. 如請求項1或2之熱處理方法，其中 於上述檢測步驟中，將測定先於上述基板被處理之基板之正面溫度所獲取之基準溫度分佈與上述溫度分佈加以比較而判定上述基板之破裂。
  9. 如請求項1或2之熱處理方法，其中 於上述溫度測定步驟中，根據自上述基板之正面輻射之波長5 μm以上且6.5 μm以下之紅外光之強度而測定上述基板之正面溫度。
  10. 一種熱處理裝置，其特徵在於其係藉由對基板照射閃光而加熱該基板，且具備： 腔室，其收容基板； 閃光燈，其對收容於上述腔室之上述基板之正面照射閃光； 輻射溫度計，其接收自上述基板之正面輻射之紅外光而測定該正面之溫度； 分佈獲取部，其獲取於自上述閃光燈照射閃光後之特定期間藉由上述輻射溫度計所測定之上述基板之正面溫度之溫度分佈；及 解析部，其對上述溫度分佈進行解析而檢測上述基板之破裂。
  11. 一種熱處理裝置，其特徵在於其係藉由對基板照射閃光而加熱該基板，且具備： 腔室，其收容基板； 閃光燈，其對收容於上述腔室之上述基板之正面照射閃光； 輻射溫度計，其接收自上述基板之正面輻射之紅外光而測定該正面之溫度； 分佈獲取部，其獲取於從自上述閃光燈開始閃光照射起之特定期間藉由上述輻射溫度計所測定之上述基板之正面溫度之溫度分佈；及 解析部，其對上述溫度分佈進行解析而檢測上述基板之破裂。
  12. 如請求項10或11之熱處理裝置，其中 上述解析部於上述溫度分佈之特性值偏離特定範圍時，判定上述基板破裂。
  13. 如請求項12之熱處理裝置，其中 上述特性值係上述溫度分佈之平均值及標準偏差，且 上述解析部於上述溫度分佈之平均值偏離特定範圍、或上述溫度分佈之標準偏差偏離特定範圍時，判定上述基板破裂。
  14. 如請求項13之熱處理裝置，其中 上述解析部於上述溫度分佈之平均值偏離±5σ之範圍時、或上述分佈之標準偏差超出5σ之範圍時，判定上述基板破裂。
  15. 如請求項12之熱處理裝置，其進而具備設定上述特性值之設定部。
  16. 如請求項11之熱處理裝置，其中 上述解析部於自開始上述閃光照射起上述基板之正面溫度持續升溫之時間與上述閃光燈之閃光照射時間背離特定值以上之情形時，判定上述基板破裂。
  17. 如請求項10或11之熱處理裝置，其中 上述解析部將測定先於上述基板被處理之基板之正面溫度所獲取之基準溫度分佈與上述溫度分佈加以比較而判定上述基板之破裂。
  18. 如請求項10或11之熱處理裝置，其中 上述輻射溫度計係根據自上述基板之正面輻射之波長5 μm以上且6.5 μm以下之紅外光之強度而測定上述基板之正面溫度。
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