TW202040696A - 熱處理方法及熱處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可使基板之表面溫度準確地升溫至目標溫度之熱處理方法及熱處理裝置。 對半導體晶圓以預加熱溫度T1進行預加熱之後，自閃光燈照射閃光。由上部輻射溫度計測定藉由閃光照射而升溫之半導體晶圓之表面溫度。於由上部輻射溫度計測定之半導體晶圓之表面溫度到達目標溫度T2時，停止對閃光燈之電流供給而使半導體晶圓之表面溫度降溫。由於在半導體晶圓之表面之實測溫度到達目標溫度T2時停止對閃光燈之電流供給，故無論半導體晶圓之表面狀態或反射率如何，均可使半導體晶圓之表面溫度準確地升溫至目標溫度T2。

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工藝中，雜質導入係用以於半導體晶圓內形成pn接面所必需之步驟。當前，通常雜質導入係藉由離子注入法與其後之退火法而完成。離子注入法係使硼(B)、砷(As)、磷(P)之類的雜質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，若退火時間為數秒程度以上，則所注入之雜質會藉由熱而較深地擴散，其結果有接面深度相較要求之深度過深而妨礙形成良好器件之虞。
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 Anneal)受到關注。閃光燈退火係藉由使用氙氣閃光燈(以下，於僅設為「閃光燈」時係指氙氣閃光燈)對半導體晶圓之表面照射閃光而僅使注入有雜質之半導體晶圓之表面以極短時間(數毫秒以下)升溫之熱處理技術。
氙氣閃光燈之輻射分光分佈係自紫外線區域至近紅外線區域，波長相較先前之鹵素燈短，且與矽半導體晶圓之基礎吸收帶大致一致。由此，自氙氣閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，透過光較少，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，則可選擇性地僅使半導體晶圓之表面附近升溫。因此，若為利用氙氣閃光燈進行之極短時間之升溫，則不會使雜質較深地擴散，可僅執行雜質活化。
作為使用有此種氙氣閃光燈之熱處理裝置，於專利文獻1中，揭示有一種於閃光燈之發光電路連接有絕緣閘雙極電晶體(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)控制閃光燈之發光者。專利文獻1所揭示之裝置中，可藉由對IGBT之閘極輸入特定之脈衝信號而規定流動於閃光燈之電流之波形從而控制燈發光，自如地調整半導體晶圓之表面溫度分佈。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2009-070948號公報
[發明所欲解決之問題]
專利文獻1所揭示之裝置中，對複數個半導體晶圓進行閃光加熱時，若對IGBT之閘極輸入相同圖案之脈衝信號，則各半導體晶圓之表面加熱溫度應相同。然而，實際上，由於半導體晶圓之表面狀態之差異，即便將相同圖案之脈衝信號輸入至IGBT之閘極，半導體晶圓之表面到達溫度(峰值溫度)亦產生不均。閃光加熱時之半導體晶圓之表面到達溫度直接有助於器件性能，故若該表面到達溫度存在不均，則會產生無法獲得均勻之器件性能之問題。
本發明係鑒於上述課題而完成者，其目的在於提供一種可使基板之表面溫度準確地升溫至目標溫度之熱處理方法及熱處理裝置。 [解決問題之技術手段]
為解決上述課題，技術方案1之發明係一種熱處理方法，該熱處理方法係藉由對基板照射閃光而加熱該基板，其特徵在於具備：閃光照射步驟，其係自閃光燈對基板之表面照射閃光而使該表面升溫；溫度測定步驟，其係由輻射溫度計測定升溫之上述基板之上述表面之溫度；及發光停止步驟，其係於由上述輻射溫度計測定之上述表面之溫度到達目標溫度時，停止對上述閃光燈之電流供給而使上述表面之溫度降溫。
又，技術方案2之發明係一種熱處理方法，該熱處理方法係藉由對基板照射閃光而加熱該基板，其特徵在於具備：閃光照射步驟，其係自閃光燈對基板之表面照射閃光而使該表面升溫；溫度測定步驟，其係由升輻射溫度計測定升溫之上述基板之上述表面之溫度；預測步驟，其係根據上述輻射溫度計之溫度測定結果而預測上述表面之溫度到達目標溫度之到達預定時刻；及發光停止步驟，其係於包含上述預測步驟中所預測之上述到達預定時刻之特定期間內，停止對上述閃光燈之電流供給而使上述表面之溫度降溫。
又，技術方案3之發明係如技術方案2之發明之熱處理方法，其中上述發光停止步驟中，於上述到達預定時刻停止對上述閃光燈之電流供給。
又，技術方案4之發明係如技術方案2之發明之熱處理方法，其中上述預測步驟中，基於進行閃光照射時已取得之複數個升溫模式而預測上述到達預定時刻。
又，技術方案5之發明係如技術方案1至4中任一發明之處理方法，其中上述發光停止步驟中，使連接於上述閃光燈之IGBT為斷開狀態而停止對上述閃光燈之電流供給。
又，技術方案6之發明係一種熱處理裝置，該熱處理裝置係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內之上述基板之表面照射閃光而使該表面升溫；輻射溫度計，其測定升溫之上述基板之上述表面之溫度；及開關部，其於由上述輻射溫度計測定之上述表面之溫度到達目標溫度時，停止對上述閃光燈之電流供給而使上述表面之溫度降溫。
又，技術方案7之發明係一種熱處理裝置，該熱處理裝置係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內之上述基板之表面照射閃光而使該表面升溫；輻射溫度計，其測定升溫之上述基板之上述表面之溫度；預測部，其根據上述輻射溫度計之溫度測定結果而預測上述表面之溫度到達目標溫度之到達預定時刻；及開關部，其於包含上述預測部所預測之上述到達預定時刻之特定期間內，停止對上述閃光燈之電流供給而使上述表面之溫度降溫。
又，技術方案8之發明係如技術方案7之發明之熱處理裝置，其中上述開關部於上述到達預定時刻停止對上述閃光燈之電流供給。
又，技術方案9之發明係如技術方案7之發明之熱處理裝置，其進而具備記憶部，該記憶部儲存進行閃光照射時已取得之複數個升溫模式，上述預測部基於上述複數個升溫模式而預測上述到達預定時刻。
又，技術方案10之發明係如技術方案6至9中任一發明之熱處理裝置，其中上述開關部包含連接於上述閃光燈之IGBT。 [發明之效果]
根據技術方案1之發明，於由輻射溫度計測定之基板之表面溫度到達目標溫度時，停止對閃光燈之電流供給而使基板之表面溫度降溫，故無論基板之表面狀態如何，均可使基板之表面溫度準確地升溫至目標溫度。
根據技術方案2至5之發明，於自輻射溫度計之溫度測定結果而預測基板之表面溫度到達目標溫度之到達預定時刻，且於包含該到達預定時刻之特定期間內停止對閃光燈之電流供給而使基板之表面溫度降溫，故無論基板之表面狀態如何，均可使基板之表面溫度準確地升溫至目標溫度。
根據技術方案6之發明，於由輻射溫度計測定之基板之表面溫度到達目標溫度時，停止對閃光燈之電流供給而使基板之表面溫度降溫，故無論基板之表面狀態如何，均可使基板之表面溫度準確地升溫至目標溫度。
根據技術方案7至10之發明，自輻射溫度計之溫度測定結果預測基板之表面溫度到達目標溫度之到達預定時刻，且於包含該到達預定時刻之特定期間內停止對閃光燈之電流供給，使基板之表面溫度降溫，故無論基板之表面狀態如何，均可使基板之表面溫度準確地升溫至目標溫度。
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
Figure 02_image001
300 mm或
Figure 02_image001
450 mm(本實施形態中為
Figure 02_image001
300 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之加熱處理而進行所注入之雜質之活化處理。再者，圖1及之後之各圖中，為了容易理解，視需要而誇大或簡化地描繪各部之尺寸或數量。
熱處理裝置1具備：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；及鹵素加熱部4，其內置複數個鹵素燈HL。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：保持部7，其將半導體晶圓W以水平姿勢保持於腔室6之內部；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而進行封閉，於下側開口安裝下側腔室窗64而進行封閉。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，且係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，且係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之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均係裝卸自如地安裝於腔室側部61者。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。
藉由將反射環68、69安裝於腔室側部61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，其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)而形成。
又，於腔室側部61，配合形狀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將半導體晶圓W搬入至熱處理空間65、及自熱處理空間65將半導體晶圓W搬出。又，若閘閥185將搬送開口部66關閉，則腔室6內之熱處理空間65被設為密閉空間。
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29之圓筒狀的孔。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之圓筒狀的孔。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，配合形狀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配合形狀設置於較凹部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之內壁下部配合形狀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配合形狀設置於較凹部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之周向設置複數個，亦可為狹縫狀者。又，處理氣體供給源85及排氣部190亦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之工廠之設施。
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之整體係由石英而形成。
基台環71係自圓環形狀缺失一部分而成之圓弧形狀之石英構件。該缺失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，沿著其圓環形狀之周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，且藉由焊接而固定於基台環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、導引環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之直徑大於半導體晶圓W之直徑。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引環76。導引環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
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300 mm之情形時，導引環76之內徑為
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320 mm。導引環76之內周設為自保持板75朝上方變寬之錐形面。導引環76由與保持板75相同之石英形成。導引環76可熔接於保持板75之上表面，亦可藉由另外加工之銷等而固定於保持板75。或者，亦可將保持板75與導引環76加工為一體之構件。
將保持板75之上表面中之較導引環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。本實施形態中，沿著與保持面75a之外周圓(導引環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
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300 mm，則其為
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270 mm～
Figure 02_image001
280 mm(本實施形態中為
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270 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定。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。導引環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引環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係用以使下部輻射溫度計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)、與俯視下與保持於保持部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)氙氣閃光燈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。
圖8係表示閃光燈FL之驅動電路之圖。如該圖所示，將電容器93、線圈94、閃光燈FL、及IGBT(絕緣閘極雙極電晶體)96串聯連接。又，如圖8所示，控制部3具備脈衝產生器31及波形設定部32，並且連接於輸入部33。作為輸入部33，可採用鍵盤、滑鼠、觸控面板等各種公知之輸入機器。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按照該波形而產生脈衝信號。
閃光燈FL具備：棒狀之玻璃管(放電管)92，其於內部封入有氙氣且於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。於電容器93，藉由電源單元95而施加特定之電壓，且充電與該施加電壓(充電電壓)對應之電荷。又，可自觸發電路97對觸發電極91施加高電壓。觸發電路97對觸發電極91施加電壓之時序係藉由控制部3控制。
IGBT96係於閘極部組裝有MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金屬氧化物半導體場效應電晶體)之雙極電晶體，且係適宜處理大功率之開關元件。自控制部3之脈衝產生器31對IGBT96之閘極施加脈衝信號。若對IGBT96之閘極施加特定值以上之電壓(高電壓)則IGBT96成為導通狀態，若施加未達特定值之電壓(低電壓)則IGBT96成為斷開狀態。以此方式，包含閃光燈FL之驅動電路藉由IGBT96而導通斷開。藉由IGBT96導通斷開而使閃光燈FL與對應之電容器93之連接斷續，流動於閃光燈FL之電流受到導通斷開控制。
即便於電容器93已充電之狀態下IGBT96成為導通狀態而對玻璃管92之兩端電極施加高電壓，但由於氙氣為電性絕緣體，故於通常狀態下電亦不會於玻璃管92內流動。然而，於觸發電路97對觸發電極91施加高電壓而破壞絕緣之情形時，藉由兩端電極間之放電而使電流瞬間於玻璃管92內流動，藉由此時之氙氣之原子或分子之激發而發出光。
如圖8所示之驅動電路個別地設置於閃光加熱部5中所設置之複數個閃光燈FL之各者。本實施形態中，將30根閃光燈FL排列成平面狀，故與其等對應而設置30個如圖8所示之驅動電路。由此，流動於30根閃光燈FL之各者之電流藉由對應之IGBT96而個別地受到導通斷開控制。
又，反射器52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之側反射。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之上段配設有20根鹵素燈HL，並且於較上段更遠離保持部7之下段亦配設有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。上段、下段均為20根鹵素燈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段、下段均為水平面。
又，如圖7所示，上段、下段中，均係相較與保持於保持部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，上下段均為相較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，可對藉由來自鹵素加熱部4之光照射進行加熱時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，包含上段之鹵素燈HL之燈群與包含下段之鹵素燈HL之燈群以呈格子狀交叉之方式排列。即，以配置於上段之20根鹵素燈HL之長度方向與配置於下段之20根鹵素燈HL之長度方向彼此正交之方式配設有共計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，與通常之白熾燈相比，鹵素燈HL具有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秒鐘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向上方之半導體晶圓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ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)、記憶各種資訊之讀寫自如之記憶體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，控制部3具備脈衝產生器31及波形設定部32(圖8)，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按照該波形而對IGBT96之閘極輸出脈衝信號。
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照射閃光時之半導體晶圓W之上表面之急遽之溫度變化的高速輻射溫度計。
圖9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101之構成之方塊圖。上部輻射溫度計25之紅外線感測器29係以使其光軸與貫通孔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29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29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29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29能夠進行響應時間極短且取樣間隔為明顯短之時間(最短為約20微秒)之高速測定。紅外線感測器29與高速輻射溫度計單元101電性連接，將響應於受光而產生之信號傳輸至高速輻射溫度計單元101。
高速輻射溫度計單元101具備信號轉換電路102、放大電路103、A/D(Analog/Digital，類比/數位)轉換器104及溫度轉換部105。信號轉換電路102係將紅外線感測器29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，並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102例如使用運算放大器構成。放大電路103將自信號轉換電路102輸出之電壓信號放大並輸出至A/D轉換器104。A/D轉換器104將經放大電路103放大之電壓信號轉換為數位信號。
溫度轉換部105對自A/D轉換器104輸出之信號、亦即表示紅外線感測器29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105求出之溫度為半導體晶圓W上表面之溫度。再者，由紅外線感測器29、信號轉換電路102、放大電路103、A/D轉換器104、及溫度轉換部105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。
如圖9所示，高速輻射溫度計單元101與熱處理裝置1整體之控制器即控制部3電性連接。除脈衝產生器31及波形設定部32(圖9中省略圖示)外，控制部3具備預測部35。預測部35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。關於預測部35之處理內容，將於下文進一步敍述。
又，於控制部3連接有顯示部34及輸入部33。控制部3將各種資訊顯示於顯示部34。熱處理裝置1之操作員可一面確認顯示於顯示部34之資訊，一面自輸入部33輸入各種指令或參數。作為顯示部34及輸入部33，亦可採用例如設置於熱處理裝置1之外壁之液晶觸控面板。進而，於控制部3連接有IGBT96，藉由自控制部3對IGBT96之閘極施加脈衝信號而使IGBT96導通斷開。再者，圖9所示之記憶部36係控制部3之磁碟或記憶體等記憶媒體。
除上述構成外，熱處理裝置1亦具備各種冷卻用構造，用以防止於半導體晶圓W之熱處理時由自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能而導致鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之過度之溫度上升。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之處理動作進行說明。圖10係表示第1實施形態之熱處理裝置1之處理順序之流程圖。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將腔室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將腔室6內之氣體進行排氣。進而，藉由省略圖示之排氣機構亦將移載機構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S11)。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，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。
於將半導體晶圓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S12)。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。半導體晶圓W藉由受到來自鹵素燈HL之光照射而預加熱從而溫度上升。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輻射之紅外光通過透明窗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之溫度是否已到達特定之預加熱溫度T1，一面控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於下部輻射溫度計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虞的200℃至800℃左右，較佳為350℃至600℃左右(本實施形態中為600℃)。
於半導體晶圓W之溫度到達預加熱溫度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之溫度到達預加熱溫度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實施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實施預加熱之階段，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之配設密度係相較與半導體晶圓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。
又，自實施半導體晶圓W之預加熱時起，進行利用上部輻射溫度計25對半導體晶圓W之表面溫度之測定。自被加熱之半導體晶圓W之表面輻射與其溫度對應之強度之紅外光。自半導體晶圓W之表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29接收。
於紅外線感測器29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29之InSb光學元件中產生之電阻變化藉由信號轉換電路102而轉換為電壓信號。自信號轉換電路102輸出之電壓信號經放大電路103放大後，由A/D轉換器104轉換為適合於電腦進行處理之數位信號。然後，溫度轉換部105對自A/D轉換器104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之表面輻射之紅外光，並根據該紅外光之強度而測定半導體晶圓W之表面溫度。由上部輻射溫度計25測定之半導體晶圓W之表面溫度傳輸至控制部3。
圖11係表示由上部輻射溫度計25測定之半導體晶圓W之表面溫度之變化之圖。於半導體晶圓W之溫度到達預加熱溫度T1且經過特定時間後之時刻t1，閃光加熱部5之閃光燈FL開始進行對保持於晶座74之半導體晶圓W之表面之閃光照射(步驟S13)。此時，自閃光燈FL輻射之閃光之一部分直接朝向腔室6內，另一部分暫且由反射器52反射後朝向腔室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。
於閃光燈FL進行閃光照射時，預先藉由電源單元95將電荷蓄積於電容器93。然後，於電容器93中蓄積有電荷之狀態下，自控制部3之脈衝產生器31對IGBT96輸出脈衝信號而對IGBT96進行導通斷開驅動。
脈衝信號之波形可藉由自輸入部33輸入以脈衝寬度之時間(導通時間)與脈衝間隔之時間(斷開時間)為參數依序設定之配方而規定。若操作員將此種配方自輸入部33輸入至控制部3，則控制部3之波形設定部32隨此而設定反覆進行導通斷開之脈衝波形。然後，脈衝產生器31按照由波形設定部32設定之脈衝波形而輸出脈衝信號。圖12係表示脈衝信號之波形之一例之圖。圖12所示之例中，反覆設定複數個脈衝，脈衝寬度之時間(導通時間)較脈衝間隔之時間(斷開時間)長。對IGBT96之閘極施加如圖12之波形之脈衝信號，控制IGBT96之導通斷開驅動。具體而言，於輸入至IGBT96之閘極之脈衝信號導通時IGBT96成為導通狀態，於脈衝信號斷開時IGBT96成為斷開狀態。
又，與自脈衝產生器31輸出之脈衝信號成為導通之時序同步，控制部3控制觸發電路97而對觸發電極91施加高電壓(觸發電壓)。於電容器93中蓄積有電荷之狀態下對IGBT96之閘極輸入脈衝信號，且與該脈衝信號成為導通之時序同步對觸發電極91施加高電壓，藉此於脈衝信號導通時電流於玻璃管92內之兩端電極間流動，藉由此時之氙氣之原子或分子之激發而發出光。
以此方式閃光加熱部5之30根閃光燈FL發光，對保持於保持部7之半導體晶圓W之表面照射閃光。此處，不使用IGBT96而使閃光燈FL發光之情形時，蓄積於電容器93之電荷會因1次發光而消耗，來自閃光燈FL之輸出波形成為寬度0.1毫秒至10毫秒左右之單純之單脈衝。相對於此，本實施形態中，於電路中連接有作為開關元件之IGBT96且對其閘極輸出脈衝信號，藉此由IGBT96繼續地自電容器93向閃光燈FL供給電荷從而對流動於閃光燈FL之電流進行導通斷開控制。其結果，從某種意義上講閃光燈FL之發光受到斬波控制，蓄積於電容器93之電荷被分割消耗，於極短時間之期間閃光燈FL反覆進行亮滅交替。再者，流動於電路之電流值完全成為「0」之前將下一脈衝施加至IGBT96之閘極而電流值再次增加，故於閃光燈FL反覆進行亮滅交替之期間發光輸出亦並非完全為「0」。
藉由IGBT96對流動於閃光燈FL之電流進行導通斷開控制，藉此可自如地規定閃光燈FL之發光圖案(發光輸出之時間波形)，可自由地調整發光時間及發光強度。IGBT96之導通斷開驅動之圖案藉由自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間與脈衝間隔之時間而規定。即，藉由將IGBT96組裝進閃光燈FL之驅動電路，而僅適當地設定自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間與脈衝間隔之時間，便可自如地規定閃光燈FL之發光圖案。
具體而言，例如，若加大自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間相對於脈衝間隔之時間之比率，則流動於閃光燈FL之電流增大而使發光強度變強。相反，若減小自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間相對於脈衝間隔之時間之比率，則流動於閃光燈FL之電流減少而使發光強度變弱。又，若適當地調整自輸入部33輸入之脈衝間隔之時間與脈衝寬度之時間之比率，則可將閃光燈FL之發光強度維持為固定。進而，藉由延長自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間與脈衝間隔之時間之組合的總時間，而閃光燈FL中長時間地持續流動電流，從而閃光燈FL之發光時間變長。閃光燈FL之發光時間於0.1毫秒～100毫秒之間適當地設定。
以此方式自閃光燈FL對半導體晶圓W之表面照射閃光而該表面之溫度升溫。由閃光照射所致之升溫中之半導體晶圓W之表面溫度亦由上部輻射溫度計25測定。雖閃光燈FL之發光時間為0.1毫秒～100毫秒之短時間，但具備InSb光學元件之上部輻射溫度計25之取樣間隔為約20微秒之極短時間(亦即1毫秒之間能夠進行50點之測定)。因此，可由上部輻射溫度計25測定藉由閃光照射而急遽升溫之半導體晶圓W之表面溫度之變化(圖11)。
於第1實施形態中，藉由控制部3監視由上部輻射溫度計25測定之半導體晶圓W之表面溫度是否已到達目標溫度T2(步驟S14)。目標溫度T2係為了達成半導體晶圓W之加熱處理之目的而要求之溫度，本實施形態中為可使注入至半導體晶圓W之雜質活化之1000℃以上。目標溫度T2係預先設定且記憶於記憶部36。
由上部輻射溫度計25測定之半導體晶圓W之表面溫度若於時刻t2到達目標溫度T2，則自步驟S14進入至步驟S15，藉由控制部3之控制而停止對閃光燈FL之電流供給。具體而言，於半導體晶圓W之表面溫度到達目標溫度T2之時刻t2，控制部3使施加至IGBT96之閘極之脈衝信號斷開。
圖13係表示流動於閃光燈FL之電流之變化之圖。於時刻t1對IGBT96之閘極施加如圖12所示之波形之脈衝信號，流動於閃光燈FL之電流增加而閃光燈FL開始發光。如圖12所示，施加至IGBT96之閘極之脈衝信號反覆導通斷開，故與之相應地，流動於閃光燈FL之電流亦反覆增減。即，於施加至IGBT96之閘極之脈衝信號導通時流動於閃光燈FL之電流增加，於脈衝信號斷開時流動於閃光燈FL之電流減少。於圖12所示之例中，脈衝信號導通之時間較斷開之時間長，故如圖13所示，流動於閃光燈FL之電流雖反覆增減但整體上增加。隨著流動於閃光燈FL之電流增加，閃光燈FL之發光輸出亦增加。
其次，於半導體晶圓W之表面溫度到達目標溫度T2之時刻t2，控制部3使施加至IGBT96之閘極之脈衝信號斷開。此時，無論由波形設定部32設定之脈衝信號之波形如何，控制部3均使施加至IGBT96之閘極之脈衝信號斷開。即，即便由波形設定部32設定之脈衝信號於時刻t2為導通，控制部3亦強制使脈衝信號於時刻t2斷開。藉此，於時刻t2以後IGBT96成為斷開狀態，停止對閃光燈FL之電流供給。
若於時刻t2停止對閃光燈FL之電流供給，則閃光燈FL之發光亦停止，半導體晶圓W之表面溫度自目標溫度T2急速降溫。藉由使半導體晶圓W之表面溫度於極短時間升溫至目標溫度T2後降溫，而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。
於自停止對閃光燈FL之電流供給起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。而且，於半導體晶圓W之溫度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(步驟S16)。
第1實施形態中，由上部輻射溫度計25測定藉由來自閃光燈FL之閃光照射而升溫之半導體晶圓W之表面溫度。然後，於由上部輻射溫度計25測定之半導體晶圓W之表面溫度到達目標溫度T2時，停止對閃光燈FL之電流供給而使半導體晶圓W之表面溫度降溫。由於半導體晶圓W之表面之實測溫度到達目標溫度T2時停止對閃光燈FL之電流供給，故無論半導體晶圓W之表面狀態或反射率如何，均可使半導體晶圓W之表面溫度準確地升溫至目標溫度T2。其結果，於處理複數個半導體晶圓W時峰值溫度亦固定，從而能夠抑制器件性能之不均。
＜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之構成與第1實施形態完全相同。又，第2實施形態之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態大致相同。第1實施形態中，於半導體晶圓W之表面溫度之實測值到達目標溫度T2時停止對閃光燈FL之電流供給，但第2實施形態中，預測半導體晶圓W之表面溫度到達目標溫度T2之到達預定時刻，且於該到達預定時刻停止對閃光燈FL之電流供給。
圖14係表示第2實施形態之熱處理裝置1之處理順序之流程圖。圖14之步驟S21至S23與圖10之步驟S11至S13相同。即，將成為處理對象之半導體晶圓W搬入至腔室6內且保持於晶座74(步驟S21)。繼而，點亮鹵素燈HL而執行半導體晶圓W之預加熱(步驟S22)。又，於預加熱開始後，進行上部輻射溫度計25對半導體晶圓W之表面溫度之測定。圖15係表示第2實施形態之半導體晶圓W之表面溫度之變化之圖。與第1實施形態同樣地，於經預加熱而半導體晶圓W之溫度到達預加熱溫度T1且經過特定時間後之時刻t1，開始進行閃光燈FL對半導體晶圓W表面之閃光照射(步驟S23)。第2實施形態中，亦將如圖12所示之波形之脈衝信號施加至IGBT96之閘極而使閃光燈FL發光，對半導體晶圓W之表面照射閃光而使該正面之溫度升溫。
第2實施形態中，於開始閃光照射之後、且半導體晶圓W之表面溫度到達目標溫度T2之前的時刻t3，控制部3之預測部35(圖9)預測半導體晶圓W之表面溫度之變化。更具體而言，預測部35根據上部輻射溫度計25之於時刻t1至時刻t3之溫度測定結果而預測半導體晶圓W之表面溫度到達目標溫度T2的到達預定時刻t4(步驟S24)。
如圖9所示，於控制部3之記憶部36，儲存有過去進行閃光照射時測定半導體晶圓W之表面溫度所取得之複數個升溫模式PT(例如，關於1000片半導體晶圓W之升溫模式)。即，於記憶部36，取得表示關於複數個半導體晶圓W之閃光照射時之表面溫度變化之溫度分佈且作為升溫模式PT而儲存。預測部35將於時刻t1至時刻t3之上部輻射溫度計25之溫度測定結果與過去之實績即複數個升溫模式PT加以比較，預測半導體晶圓W之表面溫度到達目標溫度T2之到達預定時刻t4。預測部35例如藉由圖案匹配之方法而自複數個升溫模式PT中抽選與時刻t1至時刻t3之上部輻射溫度計25之溫度測定結果近似之升溫模式PT，且根據該抽選之升溫模式PT而預測半導體晶圓W之表面溫度到達目標溫度T2之到達預定時刻t4。
控制部3藉由省略圖示之計時器而監視時刻是否已到達了到達預定時刻t4(步驟S25)。然後，若時刻成為到達預定時刻t4，則自步驟S25進入至步驟S26，藉由控制部3之控制而停止對閃光燈FL之電流供給。具體而言，與第1實施形態同樣地，控制部3於到達預定時刻t4將施加至IGBT96之閘極之脈衝信號斷開。此時，無論由波形設定部32設定之脈衝信號之波形如何，控制部3均使施加至IGBT96之閘極之脈衝信號斷開。藉此，於到達預定時刻t4以後IGBT96成為斷開狀態，停止對閃光燈FL之電流供給。
若於到達預定時刻t4停止對閃光燈FL之電流供給，則閃光燈FL之發光亦停止，半導體晶圓W之表面溫度自目標溫度T2急速降溫。藉由半導體晶圓W之表面溫度於極短時間升溫至目標溫度T2後降溫，而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。
於停止對閃光燈FL之電流供給起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。然後，與第1實施形態同樣地，半導體晶圓W之溫度降溫至特定溫度以下之後，將半導體晶圓W自腔室6搬出而熱處理裝置1中之半導體晶圓W之加熱處理完成(步驟S27)。
第2實施形態中，由上部輻射溫度計25測定藉由來自閃光燈FL之閃光照射而升溫之半導體晶圓W之表面溫度，且自該溫度測定結果而預測半導體晶圓W之表面溫度到達目標溫度T2之到達預定時刻t4。然後，於到達預定時刻t4停止對閃光燈FL之電流供給而使半導體晶圓W之表面溫度降溫。若半導體晶圓W之表面溫度到達目標溫度T2，則於所預測之到達預定時刻t4停止對閃光燈FL之電流供給，故無論半導體晶圓W之表面狀態或反射率如何，均可使半導體晶圓W之表面溫度準確地升溫至目標溫度T2。其結果，於處理複數個半導體晶圓W時峰值溫度亦固定，從而能夠抑制器件性能之不均。
＜變化例＞ 以上，對本發明之實施形態進行了說明，但本發明於不脫離其主旨之限度內能夠進行除上述以外之各種變更。例如，第2實施形態中，於到達預定時刻t4停止對閃光燈FL之電流供給，但並非限定於此，亦可具有特定幅度地於到達預定時刻t4之前後停止對閃光燈FL之電流供給。即，亦可於包含到達預定時刻t4之特定期間內停止對閃光燈FL之電流供給而使半導體晶圓W之表面溫度降溫。關於停止電流供給之時刻之自到達預定時刻t4之偏離幅度，只要預先設定並記憶於記憶部36等中即可。
又，上述實施形態中，輸出如圖12所示之反覆設定有複數個脈衝之波形之脈衝信號，但例如亦可將設定有1個較長脈衝之波形之脈衝信號輸入至IGBT96之閘極。該情形時，於半導體晶圓W之實測表面溫度到達目標溫度T2時或於到達預定時刻t4，控制部3使施加至IGBT96之閘極之脈衝信號斷開，藉此可停止對閃光燈FL之電流供給，獲得與上述實施形態相同之效果。
又，上述實施形態中，藉由使IGBT96為斷開狀態而停止對閃光燈FL之電流供給，但並非限定於此，亦可藉由與IGBT96不同之開關元件阻斷自容器93對閃光燈FL之電荷供給而停止電流供給。或者，於閃光加熱部5設置機械擋板，於特定之時序關閉該機械擋板而將自閃光燈FL輻射之閃光遮光。
又，上述實施形態中，使閃光加熱部5具備30根閃光燈FL，但並不限於此，閃光燈FL之根數可設為任意數量。又，閃光燈FL並非限定於氙氣閃光燈，亦可為氪閃光燈。又，鹵素加熱部4中具備之鹵素燈HL之根數亦並非限定於40根，可設為任意數量。
又，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，但並非限定於此，亦可代替鹵素燈HL，將放電型之電弧燈(例如氙氣電弧燈)用作連續點亮燈而進行預加熱。
又，根據熱處理裝置1，成為處理對象之基板並非限定於半導體晶圓，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，熱處理裝置1中，亦可進行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 29:紅外線感測器 31:脈衝產生器 32:波形設定部 33:輸入部 34:顯示部 35:預測部 36:記憶部 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:導引環 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 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 101:高速輻射溫度計單元 102:信號轉換電路 103:放大電路 104:A/D轉換器 105:溫度轉換部 185:閘閥 190:排氣部 191:氣體排氣管 192:閥 FL:閃光燈 HL:鹵素燈 PT:升溫模式 S11:步驟 S12:步驟 S13:步驟 S14:步驟 S15:步驟 S16:步驟 S21:步驟 S22:步驟 S23:步驟 S24:步驟 S25:步驟 S26:步驟 S27:步驟 t1:時刻 T1:預加熱溫度 t2:時刻 T2:目標溫度 t3:時刻 t4: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係表示閃光燈之驅動電路之圖。 圖9係表示包含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10係表示第1實施形態之熱處理裝置之處理順序之流程圖。 圖11係表示由上部輻射溫度計測定之半導體晶圓之表面溫度之變化之圖。 圖12係表示脈衝信號之波形之一例之圖。 圖13係表示流動於閃光燈之電流之變化之圖。 圖14係表示第2實施形態之熱處理裝置之處理順序之流程圖。 圖15係表示第2實施形態之半導體晶圓之表面溫度之變化之圖。
t1:時刻
T1:預加熱溫度
t2:時刻
T2:時刻

Claims (10)

  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者，且具備： 閃光照射步驟，其係自閃光燈對基板之表面照射閃光而使該表面升溫； 溫度測定步驟，其係由輻射溫度計測定升溫之上述基板之上述表面之溫度；及 發光停止步驟，其係於由上述輻射溫度計測定之上述表面之溫度到達目標溫度時，停止對上述閃光燈之電流供給而使上述表面之溫度降溫。
  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者，且具備： 閃光照射步驟，其係自閃光燈對基板之表面照射閃光而使該表面升溫； 溫度測定步驟，其係由輻射溫度計測定升溫之上述基板之上述表面之溫度； 預測步驟，其係根據上述輻射溫度計之溫度測定結果而預測上述表面之溫度到達目標溫度之到達預定時刻；及 發光停止步驟，其係於包含上述預測步驟中所預測之上述到達預定時刻之特定期間內，停止對上述閃光燈之電流供給而使上述表面之溫度降溫。
  3. 如請求項2之熱處理方法，其中 上述發光停止步驟中，於上述到達預定時刻停止對上述閃光燈之電流供給。
  4. 如請求項2之熱處理方法，其中 上述預測步驟中，基於進行閃光照射時已取得之複數個升溫模式而預測上述到達預定時刻。
  5. 如請求項1至4中任一項之熱處理方法，其中 上述發光停止步驟中，使連接於上述閃光燈之IGBT為斷開狀態而停止對上述閃光燈之電流供給。
  6. 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者，且具備： 腔室，其收容基板； 閃光燈，其對收容於上述腔室內之上述基板之表面照射閃光而使該表面升溫； 輻射溫度計，其測定升溫之上述基板之上述表面之溫度；及 開關部，其於由上述輻射溫度計測定之上述表面之溫度到達目標溫度時，停止對上述閃光燈之電流供給而使上述表面之溫度降溫。
  7. 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者，且具備： 腔室，其收容基板； 閃光燈，其對收容於上述腔室內之上述基板之表面照射閃光而使該表面升溫； 輻射溫度計，其測定升溫之上述基板之上述表面之溫度； 預測部，其根據上述輻射溫度計之溫度測定結果而預測上述表面之溫度到達目標溫度之到達預定時刻；及 開關部，其於包含上述預測部所預測之上述到達預定時刻之特定期間內，停止對上述閃光燈之電流供給而使上述表面之溫度降溫。
  8. 如請求項7之熱處理裝置，其中 上述開關部於上述到達預定時刻停止對上述閃光燈之電流供給。
  9. 如請求項7之熱處理裝置，其進而具備記憶部，該記憶部儲存進行閃光照射時已取得之複數個升溫模式， 上述預測部基於上述複數個升溫模式而預測上述到達預定時刻。
  10. 如請求項6至9中任一項之熱處理裝置，其中 上述開關部包含連接於上述閃光燈之IGBT。
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