TW202301518A - 熱處理方法及熱處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可以簡易之構成，測定閃光照射時之基板之溫度之熱處理方法及熱處理裝置。 於成為溫度測定對象之半導體晶圓之斜上方，設置上部放射溫度計25。上部放射溫度計25具備接收到光時產生電動勢之光伏元件28。光伏元件28同時具有高速應答性及低頻帶之良好之雜訊特性。由於光伏元件28不需冷卻，於常溫下即可獲得充分之感度，故上部放射溫度計25中無需用於冷卻之機構。由於上部放射溫度計25無需設置光學斬波器，亦無需設置微分電路，故上部放射溫度計25可以簡易之構成，於使用鹵素燈之預備加熱時及閃光照射時之兩者，測定半導體晶圓之正面溫度。

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」)照射閃光而將該基板加熱之熱處理方法及熱處理裝置。
半導體器件之製造過程中，以極短時間將半導體晶圓加熱之閃光燈退火(FLA：Flash Lamp Annealing)備受矚目。閃光燈退火係使用氙氣閃光燈(以下，簡稱為「閃光燈」時，意指氙氣閃光燈)對半導體晶圓之正面照射閃光，藉此僅使半導體晶圓之正面於極短時間(數毫秒)內升溫之熱處理技術。
氙氣閃光燈之放射分光分佈自紫外域至近紅外域，波長較先前之鹵素燈短，與矽半導體晶圓之基礎吸收帶大體一致。因此，自氙氣閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，透過光較少，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，則僅可使半導體晶圓之正面附近選擇性升溫。
此種閃光燈退火使用於需要極短時間之加熱之處理，例如典型而言，注入至半導體晶圓之雜質之活化。若自閃光燈對藉由離子注入法注入有雜質之半導體晶圓之正面照射閃光，則可使該半導體晶圓之正面於極短時間內升溫至活化溫度，不會使雜質擴散得較深，而可僅執行雜質活化。
不限於閃光燈退火，於半導體晶圓之熱處理中，重要的是晶圓溫度之管理，因此，需要正確測定熱處理中之半導體晶圓之溫度。尤其，閃光燈退火中，正確測定於閃光照射時急劇變化之半導體晶圓之正面溫度較為重要。專利文獻1中，揭示有由放射溫度計測定閃光照射時之半導體晶圓之正面溫度之技術。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2012-238779號公報
[發明所欲解決之問題]
如熱電堆般之熱式檢測元件中，由於無法跟蹤閃光照射時急劇升溫之半導體晶圓之正面溫度之溫度變化，故先前測定被照射閃光之半導體晶圓之正面溫度之放射溫度計具備量子型檢測元件即光導電型元件。但，光導電型元件之低頻帶之SN(Signal/Noise：信號/雜訊)比較差，且為了獲得高感度，需要冷卻至冰點以下(例如-25°C)。即使將光導電型元件冷卻至冰點以下，因收容元件之溫度計殼體為室溫，故作為放射溫度計整體之熱平衡變差。因此，需要設置用以將來自溫度計殼體之背景光與測定光分離之光學斬波器，但如此一來，溫度測定系統將大型化及複雜化。
本發明係鑑於上述問題而完成者，目的在於提供一種可以簡易之構成測定閃光照射時之基板之溫度之熱處理方法及熱處理裝置。 [解決問題之技術手段]
為解決上述問題，技術方案1之發明於藉由對基板照射閃光而將該基板加熱之熱處理方法中，特徵在於具備：將基板收容於腔室內之收容步驟；藉由自連續點亮燈之光照射而將上述基板預備加熱之預備加熱步驟；及由閃光燈對上述基板之正面照射閃光之閃光加熱步驟；且由具備光伏元件之第1放射溫度計測定上述基板之溫度。
又，技術方案2之發明根據技術方案1之發明之熱處理方法，其中於執行上述預備加熱步驟之期間，由上述第1放射溫度計測定上述基板之正面之溫度，且由已校正放射率後之第2放射溫度計測定上述基板之背面之溫度，基於由上述第2放射溫度計測定出之上述基板之溫度，校正設定於上述第1放射溫度計之放射率。
又，技術方案3之發明根據技術方案1之發明之熱處理方法，其中上述第1放射溫度計同時執行以下模式而測定上述基板之溫度：以第1取樣間隔進行資料取得之第1測定模式，及以短於上述第1取樣間隔之第2取樣間隔進行資料取得之第2測定模式。
又，技術方案4之發明根據技術方案3之發明之熱處理方法，其中將於上述第2測定模式下取得之資料中，於跨及資料值達到特定閾值之時點之前後之一定期間取得之資料進行溫度轉換。
又，技術方案5之發明根據技術方案4之發明之熱處理方法，其中將於上述第1測定模式下取得之所有資料進行溫度轉換。
又，技術方案6之發明根據技術方案5之發明之熱處理方法，其中於將於上述第1測定模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值中，插補入將於上述第2測定模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值，並顯示於顯示部。
又，技術方案7之發明根據技術方案1至6中任一發明之熱處理方法，其中對自上述光伏元件輸出之信號進行使用數位濾波器之處理。
又，技術方案8之發明根據技術方案7之發明之熱處理方法，其中上述預備加熱步驟與上述閃光加熱步驟中，使用不同之數位濾波器。
又，技術方案9之發明係一種藉由對基板照射閃光而將該基板加熱之熱處理裝置，其特徵在於具備：腔室，其收容基板；連續點亮燈，其對上述基板照射光，將上述基板預備加熱；閃光燈，其對上述基板之正面照射閃光，將上述基板閃光加熱；及第1放射溫度計，其具備光伏元件，測定上述基板之溫度。
又，技術方案10之發明根據技術方案9之發明之熱處理裝置，其進而具備測定上述基板之溫度之第2放射溫度計，於執行上述預備加熱之期間，上述第1放射溫度計測定上述基板之正面之溫度，且已校正放射率後之上述第2放射溫度計測定上述基板之背面之溫度，基於由上述第2放射溫度計測定出之上述基板之溫度，校正設定於上述第1放射溫度計之放射率。
又，技術方案11之發明根據技術方案9之發明之熱處理裝置，其中上述第1放射溫度計同時執行以下模式而測定上述基板之溫度：以第1取樣間隔進行資料取得之第1測定模式，及以短於上述第1取樣間隔之第2取樣間隔進行資料取得之第2測定模式。
又，技術方案12之發明根據技術方案11之發明之熱處理裝置，其進而具備溫度轉換部，其將於上述第2測定模式下取得之資料中，於跨及資料值達到特定閾值之時點之前後之一定期間取得之資料進行溫度轉換。
又，技術方案13之發明根據技術方案12之發明之熱處理裝置，其中上述溫度轉換部將於上述第1測定模式下取得之所有資料進行溫度轉換。
又，技術方案14之發明根據技術方案13之發明之熱處理裝置，其進而具備顯示部，其於將於上述第1測定模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值中，插補入將於上述第2測定模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值並顯示。
又，技術方案15之發明根據技術方案9至14中任一發明之熱處理裝置，其中對自上述光伏元件輸出之信號進行使用數位濾波器之處理。
又，技術方案16之發明根據技術方案15之發明之熱處理裝置，其中上述預備加熱步驟與上述閃光加熱中使用不同之數位濾波器。 [發明之效果]
根據技術方案1至8之發明，由於由具備光伏元件之第1放射溫度計測定基板之溫度，故無需對光伏元件設置光學斬波器，而可以簡易之構成測定閃光照射時之基板之溫度。
尤其，根據技術方案3之發明，由於第1放射溫度計以第1取樣間隔及第2取樣間隔進行資料取得，故可以預備加熱步驟及閃光加熱步驟之兩者適當進行資料取得。
尤其，根據技術方案6之發明，由於於將於第1測定模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值中，插補入將於第2測定模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值，並顯示於顯示部，故可高精度描繪自預備加熱步驟至閃光加熱步驟之基板之溫度變化。
尤其，根據技術方案7之發明，由於對自光伏元件輸出之信號進行使用數位濾波器之處理，故可於預備加熱步驟及閃光加熱步驟之兩者藉由共通之硬體進行信號處理。
根據技術方案9至16之發明，由於具備具有光伏元件，並測定基板之溫度之第1放射溫度計，故無需對光伏元件設置光學斬波器，而可以簡易之構成測定閃光照射時之基板之溫度。
尤其，根據技術方案11之發明，由於第1放射溫度計以第1取樣間隔及第2取樣間隔進行資料取得，故可以預備加熱及閃光加熱之兩者適當進行資料取得。
尤其，根據技術方案14之發明，由於具備於將於第1測定模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值中，插補入將於第2測定模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值並顯示之顯示部，故可高精度描繪自預備加熱至閃光加熱之基板之溫度變化。
尤其，根據技術方案15之發明，由於對自光伏元件輸出之信號進行使用數位濾波器之處理，故可於預備加熱及閃光加熱之兩者，藉由共通之硬體進行信號處理。
以下，一面參照圖式，一面針對本發明之實施形態詳細說明。
圖1係顯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，而將該半導體晶圓W加熱之閃光燈退火裝置。成為處理對象之半導體晶圓W之尺寸無特別限定，例如為ϕ300 mm或ϕ450 mm(實施形態中為ϕ300 mm)。另，圖1及之後之各圖中，為了容易理解，視需要誇大或簡化各部之尺寸或數量。
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，且於下側設置有鹵素加熱部4。又，熱處理裝置1於腔室6之內部具備將半導體晶圓W以水平姿勢保持之保持部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。再者，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，執行半導體晶圓W之熱處理。
腔室6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，於上側開口安裝並閉塞上側腔室窗63，於下側開口安裝並閉塞下側腔室窗64。構成腔室6之頂部之上側腔室窗63係由石英形成之圓板形狀構件，作為使自閃光加熱部5出射之閃光透過腔室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之光透過腔室6內之石英窗發揮功能。
又，於腔室側部61之內側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皆形成為圓環狀。上側之反射環68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藉由自腔室側部61之下側嵌入，並以省略圖示之螺絲固定而安裝。即，反射環68、69皆裝卸自如地安裝於腔室側部61之反射環。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，其由腔室側部61之內壁面中未安裝反射環68、69之中央部分、反射環68之下端面、及反射環69之上端面包圍而成。凹部62於腔室6之內壁面沿水平方向圓環狀形成，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由強度及耐熱性優異之金屬材料(例如不鏽鋼)形成。
又，於腔室側部61，形設有用以進行對腔室6搬入及搬出半導體晶圓W之搬送開口部(爐口)66。搬送開口部66可由閘閥185開閉。搬送開口部66連通連接於凹部62之外周面。因此，閘閥185將搬送開口部66打開時，可進行自搬送開口部66通過凹部62向熱處理空間65搬入半導體晶圓W，及自熱處理空間65搬出半導體晶圓W。又，當閘閥185將搬送開口部66閉鎖時，腔室6內之熱處理空間65成為密閉空間。
再者，於腔室側部61，穿設有貫通孔61a及貫通孔61b。貫通孔61a係用以將自保持於後述基座74之半導體晶圓W之上表面放射之紅外光引導至上部放射溫度計25之紅外線感測器29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之下表面放射之紅外光引導至下部放射溫度計20之紅外線感測器24之圓筒狀之孔。貫通孔61a及貫通孔61b以該等之貫通方向之軸與保持於基座74之半導體晶圓W之主面相交之方式，相對於水平方向傾斜設置。於貫通孔61a之面向熱處理空間65側之端部，安裝有透過上部放射溫度計25可測定之波長區域之紅外光，且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側之端部，安裝有透過下部放射溫度計20可測定之波長區域之紅外光，且包含氟化鋇材料之透明窗21。
又，於腔室6之內壁上部，形設有對熱處理空間65供給處理氣體之氣體供給孔81。氣體供給孔81形設於較凹部62上側位置，亦可設置於反射環68。氣體供給孔81經由形成於腔室6之側壁內部之圓環狀之緩衝空間82，連通連接於氣體供給管83。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。當打開閥84時，自處理氣體供給源85對緩衝空間82供給處理氣體。流入至緩衝空間82之處理氣體以於流體阻力小於氣體供給孔81之緩衝空間82內擴散之方式流動，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(N 2)等惰性氣體，或氫氣(H 2)、氨氣(NH 3)等反應性氣體、或混合上述氣體之混合氣體(本實施形態中為氮氣)。
另一方面，於腔室6之內壁下部，形設有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排氣孔86。氣體排氣孔86形設於較凹部62下側位置，亦可設置於反射環69。氣體排氣孔86經由形成於腔室6之側壁內部之圓環狀之緩衝空間87，連通連接於氣體排氣管88。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。當打開閥89時，熱處理空間65之氣體自氣體排氣孔86經由緩衝空間87排出至氣體排氣管88。另，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，亦可為縫隙狀。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之工廠之設備。
又，亦於搬送開口部66之前端，連接有排出熱處理空間65內之氣體之氣體排氣管191。氣體排氣管191經由閥192連接於排氣部190。藉由打開閥192，將腔室6內之氣體經由搬送開口部66排出。
圖2係顯示保持部7之整體外觀之立體圖。保持部7具備基台環71、連結部72及基座74。基台環71、連結部72及基座74皆以石英形成。即，保持部7整體以石英形成。
基台環71係自圓環形狀缺失一部分之圓弧形狀之石英構件。該缺失部分係為了防止後述之移載機構10之移載臂11與基台環71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，沿該圓環形狀之周向立設複數個連結部72(本實施形態中為4個)。連結部72亦為石英構件，藉由焊接固接於基台環71。
基座74由設置於基台環71之4個連結部72支持。圖3係基座74之俯視圖。又，圖4係基座74之剖視圖。基座74具備保持板75、導環76及複數根基板支持銷77。保持板75係以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具有大於半導體晶圓W之平面尺寸。
於保持板75之上表面周緣部設置有導環76。導環76係具有大於半導體晶圓W之直徑之內徑之圓環形狀之構件。例如，半導體晶圓W之直徑為ϕ300 mm之情形時，導環76之內徑為ϕ320 mm。導環76之內周成為如自保持板75向上方擴展之錐面。導環76以與保持板75相同之石英形成。導環76可焊接於保持板75之上表面，亦可由另外加工之銷等固定於保持板75。或者，亦可將保持板75與導環76作為一體之構件加工。
保持板75之上表面中較導環76更內側之區域成為保持半導體晶圓W之平面狀之保持面75a。於保持板75之保持面75a，立設有複數根基板支持銷77。本實施形態中，沿與保持面75a之外周圓(導環76之內周圓)為同心圓之周上，每隔30°立設有合計12根基板支持銷77。配置有12根基板支持銷77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，當半導體晶圓W之直徑為ϕ300 mm時，為ϕ270 mm～ϕ280 mm(本實施形態中為ϕ270 mm)。各個基板支持銷77以石英形成。複數根基板支持銷77可藉由焊接設置於保持板75之上表面，亦可與保持板75一體加工。
返回至圖2，立設於基台環71之4個連結部72與基座74之保持板75之周緣部藉由焊接而固接。即，基座74與基台環71由連結部72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。於保持部7安裝於腔室6之狀態下，基座74之保持板75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為水平面。
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之基座74上。此時，半導體晶圓W由立設於保持板75上之12根基板支持銷77支持，保持於基座74。更嚴格而言，12根基板支持銷77之上端部與半導體晶圓W之下表面接觸，支持該半導體晶圓W。由於12根基板支持銷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)均一，故可由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由複數根基板支持銷77與保持板75之保持面75a隔開特定間隔而支持。導環76之厚度大於基板支持銷77之高度。因此，利用導環76，防止由複數根基板支持銷77支持之半導體晶圓W之水平方向之位置偏移。
又，如圖2及圖3所示，於基座74之保持板75，上下貫通地形成有開口部78。開口部78係為了接收下部放射溫度計20自半導體晶圓W之下表面放射之放射光(紅外光)而設置。即，下部放射溫度計20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之下表面放射之光，測定該半導體晶圓W之溫度。再者，於基座74之保持板75，穿設有為了供後述之移載機構10之升降銷12交接半導體晶圓W而貫通之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設為如依循大致圓環狀之凹部62之圓弧形狀。於各個移載臂11立設有2根升降銷12。移載臂11及升降銷12係以石英形成。各移載臂11可藉由水平移動機構13而轉動。水平移動機構13使一對移載臂11於對保持部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)、與俯視時不與保持於保持部7之半導體晶圓W重合之退避位置(圖5之二點鏈線)之間水平移動。作為水平移動機構13，可為利用單獨之馬達，使各移載臂11分別轉動者，亦可為使用連桿機構藉由1個馬達，使一對移載臂11連動地轉動者。
又，一對移載臂11係藉由升降機構14與水平移動機構13一起升降移動。當升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置上升時，合計4根升降銷12通過穿設於基座74之貫通孔79(參照圖2、3)，升降銷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，而自貫通孔79抽出升降銷12，水平移動機構13以打開一對移載臂11之方式移動時，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之退避位置為凹部62之內側。另，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)之部位附近，亦設置有省略圖示之排氣機構，以將移載機構10之驅動部周邊之氣體排出至腔室6之外部之方式構成。
返回至圖1，設置於腔室6之上方之閃光加熱部5，構成為於殼體51之內側具備包含複數條(本實施形態中為30條)氙氣閃光燈FL之光源，及以覆蓋該光源之上方之方式設置之反射器52。又，於閃光加熱部5之殼體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，係以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，使燈光放射窗53與上側腔室窗63相向。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，對熱處理空間65照射閃光。
複數個閃光燈FL分別為具有長型圓筒形狀之棒狀燈，以各自之長邊方向沿保持於保持部7之半導體晶圓W之主面(即沿水平方向)互相平行之方式平面狀排列。因此，藉由閃光燈FL之排列形成之平面亦為水平面。
氙氣閃光燈FL具備：棒狀之玻璃管(放電管)，其內部封入有氙氣，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。由於氙氣係電性絕緣體，故即使電容器中存儲有電荷，通常狀態下電亦不會流至玻璃管內。然而，對觸發電極施加高電壓破壞絕緣之情形時，存儲於電容器之電瞬間流至玻璃管內，激發此時之氙原子或分子而放出光。此種氙氣閃光燈FL中，由於預先存儲於電容器之靜電可被轉換為0.1毫秒至100毫秒之極短之光脈衝，故與如鹵素燈HL般連續點亮之光源相比，具有可照射極強光之特徵。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。另，閃光燈FL之發光時間可藉由對閃光燈FL進行電力供給之燈電源之線圈常數而調整。
又，反射器52以覆蓋複數個閃光燈FL整體之方式設置於該等之上方。反射器52之基本功能係將自複數個閃光燈FL出射之閃光反射至熱處理空間65側。反射器52以鋁合金板形成，其表面(面向閃光燈FL側之面)藉由噴砂處理而實施粗面化加工。
設置於腔室6下方之鹵素加熱部4於殼體41之內側內置有複數條(本實施形態中為40條)鹵素燈HL。鹵素加熱部4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，而將半導體晶圓W加熱。
圖7係顯示複數個鹵素燈HL之配置之俯視圖。40條鹵素燈HL分成上下2層配置。於靠近保持部7之上層配設有20條鹵素燈HL，且於較上層更遠離保持部7之下層亦配設有20條鹵素燈HL。各鹵素燈HL係具有長型圓筒形狀之棒狀燈。上層、下層皆為20條之鹵素燈HL以各自之長邊方向沿保持於保持部7之半導體晶圓W之主面(即沿水平方向)互相平行之方式排列。因此，上層、下層中藉由鹵素燈HL之排列形成之平面皆為水平面。
又，如圖7所示，上層、下層中，與保持於保持部7之半導體晶圓W之周緣部對向之區域之鹵素燈HL之配設密度皆高於與中央部對向之區域。即，上下層中，燈排列之周緣部之鹵素燈HL之配設間距短於中央部。因此，可對藉由來自鹵素加熱部4之光照射加熱時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，包含上層鹵素燈HL之燈群與包含下層鹵素燈HL之燈群以格柵狀交叉之方式排列。即，以配置於上層之20條鹵素燈HL之長邊方向與配置於下層之20條鹵素燈HL之長邊方向互相正交之方式，配設合計40條鹵素燈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，封入有對氮或氬等惰性氣體導入有微量鹵元素(碘、溴等)之氣體。藉由導入鹵元素，可抑制燈絲破損且將燈絲之溫度設定為高溫。因此，鹵素燈HL具有與一般之白熾燈相比壽命長，且可連續照射強光之特性。即，鹵素燈HL係連續發光至少1秒以上之連續點亮燈。又，由於鹵素燈HL係棒狀燈，故壽命長，藉由將鹵素燈HL沿水平方向配置，向上方之半導體晶圓W之放射效率優異。
又，於鹵素加熱部4之殼體41內，於2層鹵素燈HL之下側亦設置有反射器43(圖1)。反射器43將自複數個鹵素燈HL出射之光反射至熱處理空間65側。
如圖1所示，於腔室6設置有上部放射溫度計(第1放射溫度計)25及下部放射溫度計(第2放射溫度計)20之2個放射溫度計。圖8係上部放射溫度計25及下部放射溫度計20之功能方塊圖。上部放射溫度計25設置於保持於基座74之半導體晶圓W之斜上方，測定該半導體晶圓W之上表面之溫度。上部放射溫度計25具備紅外線感測器29及溫度測定單元27。紅外線感測器29接收自保持於基座74之半導體晶圓W之上表面放射之紅外光。上部放射溫度計25之紅外線感測器29為了可應對被照射閃光之瞬間之半導體晶圓W上表面之急劇溫度變化，內置有光伏元件(Photovoltaic element)28。光伏元件28係於接收光時藉由光電效應而產生電動勢之元件，例如以InSb(銻化銦)形成。光伏元件28接收之紅外光之發光體之溫度愈高，產生愈高之電動勢。
先前之光導電型元件(Photoconductive element)中，低頻帶之SN比較差，相對於此，光伏元件28即使於低頻帶亦顯示良好之雜訊特性。即，採用光伏元件28之上部放射溫度計25，同時具備高速應答性及低頻帶之良好之雜訊特性。又，光導電型元件為了獲得高感度，需要冷卻至冰點以下，但因紅外線感測器29(如圖1所示)設置於腔室側部61，故有光導電型元件周邊之溫度因執行熱處理而上升，光導電型元件之冷卻不充分之情形。當光導電型元件之冷卻不充分時，亦有上部放射溫度計25無法測定半導體晶圓W之上表面之溫度，熱處理裝置1無法運轉之情形。相對於此，光伏元件28中存在即使未冷卻，於常溫(10～60°C)下亦可獲得足夠感度之元件。因此，具備常溫下亦進行驅動之光伏元件28之上部放射溫度計25中，整體於大致常溫下維持良好之熱平衡，與先前之光導電型元件相比，可將零點漂移抑制為最小限度，無需設置光學斬波器。又，由於常溫驅動之光伏元件28無需用以冷卻之珀耳帖元件(Peltier Element)或用以防止伴隨冷卻之結露之機構，故可晶片化、小型化。其結果，可抑制採用光伏元件28之上部放射溫度計25之大型化及複雜化。其有利於在設置空間限制較多之閃光燈退火裝置上搭載上部放射溫度計25。
溫度測定單元27具備放大電路101、A/D(Analog/Digital(類比/數位))轉換器102、溫度轉換部103、分佈製作部105及記憶部107。紅外線感測器29將藉由接收自半導體晶圓W放射之紅外光而於光伏元件28中產生之電動勢之信號輸出至放大電路101。放大電路101將自紅外線感測器29輸出之電動勢信號放大，傳遞至A/D轉換器102。A/D轉換器102將由放大電路101放大之電動勢信號轉換為數位信號。
溫度轉換部103及分佈製作部105係藉由搭載於溫度測定單元27之CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)(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103對自A/D轉換器102輸出之信號，即自紅外線感測器29接收到之表示紅外線強度之信號進行特定之運算處理，並轉換為溫度。由溫度轉換部103求得之溫度係半導體晶圓W之上表面之溫度。
又，分佈製作部105藉由將由溫度轉換部103取得之溫度資料依序存儲於記憶部107，而製作表示半導體晶圓W之上表面之溫度之時間變化之溫度分佈108。作為記憶部107，可使用磁碟或記憶體等眾所周知之記憶媒體。另，關於溫度分佈之製作，於下文進而詳述。
另一方面，下部放射溫度計20設置於保持於基座74之半導體晶圓W之斜下方，測定該半導體晶圓W之下表面之溫度。下部放射溫度計20具備紅外線感測器24及溫度測定單元22。紅外線感測器24接收自保持於基座74之半導體晶圓W之下表面經由開口部78放射之紅外光。由於下部放射溫度計20之紅外線感測器24亦可不應對如上部放射溫度計25般之高速測定，故例如具備熱電堆作為受光元件。紅外線感測器24將回應受光而產生之信號輸出至溫度測定單元22。溫度測定單元22具備省略圖示之A/D轉換器及溫度轉換電路等，將表示自紅外線感測器24輸出之紅外光之強度之信號轉換為溫度。由溫度測定單元22求得之溫度係半導體晶圓W之下表面之溫度。
下部放射溫度計20及上部放射溫度計25電性連接於熱處理裝置1整體之控制器即控制部3，將分別由下部放射溫度計20及上部放射溫度計25測定之半導體晶圓W之下表面及上表面之溫度傳遞至控制部3。控制部3控制設置於熱處理裝置1之各種動作機構。作為控制部3之硬體之構成與一般之電腦相同。即，控制部3具備進行各種運算處理之電路即CPU、記憶基本程式之讀出專用記憶體即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)、及預先記憶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之處理。
又，於控制部3連接有顯示部34及輸入部33。控制部3使顯示部34顯示各種資訊。熱處理裝置1之操作者可一面確認顯示於顯示部34之資訊，一面自輸入部33輸入各種命令或參數。作為輸入部33，可使用例如鍵盤或滑鼠。作為顯示部34，可使用例如液晶顯示器。本實施形態中，作為顯示部34及輸入部33，採用設置於熱處理裝置1之外壁之液晶觸控面板而同時具有兩者之功能。
除上述構成外，熱處理裝置1亦具備各種冷卻用構造，該等冷卻用構造用以防止於半導體晶圓W之熱處理時，因自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能引起之鹵素加熱部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設為於內部形成氣體流並排熱之空冷構造。又，亦對上側腔室窗63與燈光放射窗53之間隙供給空氣，將閃光加熱部5及上側腔室窗63冷卻。
接著，針對熱處理裝置1之處理動作進行說明。圖9係顯示熱處理裝置1之處理動作之順序之流程圖。以下說明之半導體晶圓W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，於半導體晶圓W之處理之前，將用以供氣之閥84打開，且將排氣用閥89打開，開始對腔室6內供排氣。當打開閥84時，自氣體供給孔81對熱處理空間65供給氮氣。又，當打開閥89時，將腔室6內之氣體自氣體排氣孔86排出。藉此，自腔室6內之熱處理空間65之上部供給之氮氣向下方流動，自熱處理空間65之下部排出。
又，藉由將閥192打開，亦自搬送開口部66排出腔室6內之氣體。再者，藉由省略圖示之排氣機構，亦將移載機構10之驅動部周邊之氣體排出。另，熱處理裝置1之半導體晶圓W之加熱處理時，對熱處理空間65持續供給氮氣，其之供給量根據處理步驟而適當變更。
接著，閘閥185打開，而將搬送開口部66開放，由裝置外部之搬送機器人，經由搬送開口部66將成為處理對象之半導體晶圓W搬入至腔室6內之熱處理空間65(步驟S1)。此時，有隨著半導體晶圓W之搬入，而帶入裝置外部之氣體之虞，但由於對腔室6持續供給氮氣，故氮氣自搬送開口部66流出，可將此種外部氣體之帶入抑制為最小限度。
由搬送機器人搬入之半導體晶圓W進出至保持部7之正上方位置而停止。且，藉由使移載機構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，升降銷12通過貫通孔79自基座74之保持板75之上表面突出，接收半導體晶圓W。此時，升降銷12上升至較基板支持銷77之上端更上方。
將半導體晶圓W載置於升降銷12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閉鎖。且，藉由使一對移載臂11下降，將半導體晶圓W自移載機構10交接給保持部7之基座74，以水平姿勢自下方保持。半導體晶圓W由立設於保持板75上之複數根基板支持銷77支持而保持於基座74上。又，半導體晶圓W以被處理面即正面為上表面保持於保持部7。於由複數根基板支持銷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。下降至基座74之下方之一對移載臂11藉由水平移動機構13退避至退避位置，即凹部62之內側。
由以石英形成之保持部7之基座74將半導體晶圓W以水平姿勢自下方保持後，鹵素加熱部4之40條鹵素燈HL同時點亮，開始預備加熱(輔助加熱)(步驟S2)。自鹵素燈HL出射之鹵素光透過以石英形成之下側腔室窗64及基座74，照射至半導體晶圓W之下表面。藉由接收來自鹵素燈HL之光照射，將半導體晶圓W預備加熱，溫度上升。另，由於移載機構10之移載臂11退避至凹部62之內側，故不會阻礙鹵素燈HL之加熱。
由下部放射溫度計20測定藉由來自鹵素燈HL之光照射而升溫之半導體晶圓W之溫度。將測定出之半導體晶圓W之溫度傳遞至控制部3。控制部3監視藉由來自鹵素燈HL之光照射而升溫之半導體晶圓W之溫度是否達到特定之預備加熱溫度T1，且控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於下部放射溫度計20之測定值，以半導體晶圓W之溫度成為預備加熱溫度T1之方式，反饋控制鹵素燈HL之輸出。下部放射溫度計20具有作為於半導體晶圓W之預備加熱時用以控制鹵素燈HL之輸出之控制用溫度感測器之作用。
半導體晶圓W之溫度達到預備加熱溫度T1後，控制部3將半導體晶圓W暫時維持該預備加熱溫度T1。具體而言，於由下部放射溫度計20測定出之半導體晶圓W之溫度達到預備加熱溫度T1之時點，控制部3調整鹵素燈HL之輸出，將半導體晶圓W之溫度大致維持預備加熱溫度T1。
藉由進行利用此種鹵素燈HL之預備加熱，將半導體晶圓W整體均一升溫至預備加熱溫度T1。於鹵素燈HL之預備加熱階段，有更易散熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度低於中央部之傾向，但鹵素加熱部4之鹵素燈HL之配設密度係與半導體晶圓W之周緣部對向之區域高於與中央部對向之區域。因此，照射至易產生散熱之半導體晶圓W之周緣部之光量變多，可將預備加熱階段之半導體晶圓W之面內溫度分佈均一化。
於執行預備加熱，將半導體晶圓W之溫度維持預備加熱溫度T1之期間，執行上部放射溫度計25之放射率校正(步驟S3)。基於下部放射溫度計20之溫度測定值，執行上部放射溫度計25之放射率校正。預先正確校正下部放射溫度計20之放射率。例如使用附有熱電偶之晶圓，進行下部放射溫度計20之放射率校正。具體而言，一面將附有熱電偶之晶圓藉由來自鹵素燈HL之光照射加熱至一定溫度，一面由熱電偶測定附有該熱電偶之晶圓之正面溫度，同時由下部放射溫度計20測定背面之溫度。且，以由下部放射溫度計20測定出之溫度與由熱電偶測定出之溫度一致之方式，校正下部放射溫度計20之放射率。如此，對下部放射溫度計20設定經如此正確校正之放射率。
預備加熱中將半導體晶圓W之溫度維持於預備加熱溫度T1時，由上部放射溫度計25測定半導體晶圓W正面之溫度，且由下部放射溫度計20測定半導體晶圓W背面之溫度。於預備加熱階段，半導體晶圓W之正背面不會產生溫度差，正面溫度與背面溫度一致。因此，以由上部放射溫度計25測定出之半導體晶圓W之正面溫度與由下部放射溫度計20測定出之背面溫度一致之方式，校正上部放射溫度計25之放射率。且，對上部放射溫度計25設定校正後之放射率。藉此，對上部放射溫度計25設定成為處理對象之半導體晶圓W之正面之放射率，可正確校正設定於上部放射溫度計25之放射率。
上部放射溫度計25之放射率校正完成後，開始上部放射溫度計25之溫度測定(步驟S4)。上部放射溫度計25接收自半導體晶圓W之正面放射之紅外光，測定該正面之溫度。本實施形態之上部放射溫度計25於長週期模式(第1測定模式)及短週期模式(第2測定模式)之2個取樣率(取樣間隔)之模式下進行資料取得。所謂資料取得，係上部放射溫度計25之紅外線感測器29取得於光伏元件28中產生之電動勢之信號。於長週期模式下，例如以50毫秒(20 Hz)之取樣率進行資料取得。另一方面，於短週期模式下，以短於長週期模式下之取樣率之取樣率，例如0.04毫秒(25 Hz)之取樣率進行資料取得。上部放射溫度計25同時執行該等長週期模式與短週期模式。即，上部放射溫度計25一面以0.04毫秒之取樣率進行資料取得，一面亦以50毫秒之取樣率進行資料取得。
關於2個模式中之長週期模式下，以50毫秒之取樣率取得之資料(電動勢之信號)，由溫度轉換部103將所有資料逐次轉換為溫度值。另一方面，關於短週期模式下以0.04毫秒之取樣率取得之資料，由於取樣率極短，故處理跟不上由溫度轉換部103將所有資料逐次轉換為溫度值。因此，關於短週期模式下取得之資料，暫時存儲於溫度測定單元27之記憶部107等，擷取該等之一部分，由溫度轉換部103轉換為溫度值，對此於下文進而敘述。
於半導體晶圓W之溫度達到預備加熱溫度T1經過特定時間之時點，閃光加熱部5之閃光燈FL對保持於基座74之半導體晶圓W之正面進行閃光照射(步驟S5)。此時，自閃光燈FL放射之閃光之一部分直接照向腔室6內，其他一部分暫時由反射器52反射後，照向腔室6內，藉由該等閃光之照射，進行半導體晶圓W之閃光加熱。
由於閃光加熱係藉由來自閃光燈FL之閃光(Flash light)照射而進行，故可使半導體晶圓W之正面溫度短時間上升。即，自閃光燈FL照射之閃光係預先存儲於電容器之靜電可轉換為極短之光脈衝之照射時間為0.1毫秒以上100毫秒以下程度之極短之強閃光。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°C以上之處理溫度T2後急速下降。
自預備加熱至閃光加熱，持續進行上部放射溫度計25對半導體晶圓W之正面溫度之測定。於預備加熱階段，鹵素燈HL對半導體晶圓W之升溫率與閃光加熱之升溫率相比，明顯較小，半導體晶圓W之正面溫度之變化亦平緩，故長週期模式下之溫度測定較為適宜。相對於此，於閃光加熱時，半導體晶圓W之正面溫度瞬間急劇上升，故於長週期模式下有可能無法捕捉到正面溫度之最高到達溫度，而短週期模式下之溫度測定較為適宜。
如上述，上部放射溫度計25同時執行長週期模式與短週期模式。於該等中之長週期模式下取得之所有資料藉由溫度轉換部103轉換為溫度值。藉此，由上部放射溫度計25測定預備加熱時之半導體晶圓W之正面溫度。
另一方面，關於在短週期模式下取得之資料，不將所有資料轉換為溫度值，而將一部分資料由溫度轉換部103轉換為溫度值。由於閃光加熱時以外無需短週期模式，故需要自短週期模式下取得之資料擷取閃光加熱前後之一部分資料。圖10係用以說明自短週期模式下取得之資料擷取一部分之圖。圖10中，按照於短週期模式下取得並存儲於記憶部107等之電動勢資料之取得時刻，以時間序列描繪。測定對象即半導體晶圓W之正面溫度愈高，於上部放射溫度計25之光伏元件28中產生之電動勢愈高。即，若於閃光加熱時，半導體晶圓W之正面溫度急劇變高，則由上部放射溫度計25取得之電動勢之資料值亦變高。
本實施形態中，對電動勢資料設定觸發擷取之閾值Vt。閾值Vt只要設為例如對與閃光照射前之預備加熱時之預備加熱溫度T1對應之電動勢值加上特定餘裕之值即可。由於自處理製程已知預備加熱溫度T1，故可由該預備加熱溫度T1換算成電動勢值。圖10之例中，於時刻t1取得之電動勢之資料達到閾值Vt。擷取於短週期模式下取得之資料中，較資料值達到閾值Vt之時刻t1提早20毫秒至晚100毫秒之120毫秒期間之資料。由於短週期模式之取樣率為0.04毫秒，故擷取3000份資料。且，溫度轉換部103將自短週期模式下取得之資料擷取出之120毫秒期間之3000份資料轉換為溫度值。如此，僅將短週期模式下取得之資料中，於跨及資料值達到特定之閾值Vt之時刻t1前後之一定期間取得之資料進行溫度轉換，由上部放射溫度計25準確測定閃光加熱時之半導體晶圓W之正面溫度之變化。
接著，分佈製作部105製作表示自預備加熱至閃光加熱之半導體晶圓W之正面溫度之時間變化之溫度分佈108(步驟S6)。由上部放射溫度計25測定半導體晶圓W之正面溫度。上部放射溫度計25於長週期模式及短週期模式之2個模式下，測定半導體晶圓W之正面溫度。由於長週期模式之取樣率為50毫秒，故長週期模式充分追隨來自鹵素燈HL之光照射之半導體晶圓W之預備加熱時之溫度變化，且適於捕捉半導體晶圓W之溫度變化之整體影像。但，僅於長週期模式下，無法追隨照射時間為0.1毫秒以上100毫秒以下之閃光照射之半導體晶圓W之閃光照射時之瞬間溫度變化。即，即使僅靠對將長週期模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值製作溫度分佈，亦無法特別精密描繪閃光加熱時之半導體晶圓W之溫度變化。因此，藉由取樣率為0.04毫秒之短週期模式，測定閃光加熱時之半導體晶圓W之正面溫度。
分佈製作部105以將長週期模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值為基礎，於其中插補入(合成)將短週期模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值，製作溫度分佈108。藉此，溫度分佈108中，既可精密描繪閃光加熱時之半導體晶圓W之正面溫度之溫度變化，亦可高精度描繪自預備加熱至閃光加熱之半導體晶圓W之溫度變化。
接著，控制部3將製作之溫度分佈108顯示於顯示部34上(步驟S7)。圖11係顯示顯示部34中顯示之溫度分佈108之圖。溫度分佈108係藉由1個上部放射溫度計25，測定自預備加熱至閃光加熱之半導體晶圓W之正面溫度之溫度變化而得。又，溫度分佈108係藉由於將長週期模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值中，插補入將短週期模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值而得，亦適當描繪有閃光加熱時之半導體晶圓W之正面溫度之急劇之溫度變化。
閃光加熱處理結束後，經過特定時間後，鹵素燈HL熄滅。藉此，半導體晶圓W自預備加熱溫度T1急速降溫。藉由下部放射溫度計20測定降溫中之半導體晶圓W之溫度，將其測定結果傳遞至控制部3。控制部3根據下部放射溫度計20之測定結果，監視半導體晶圓W之溫度是否降溫至特定溫度。且，半導體晶圓W之溫度降溫至特定以下後，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，升降銷12自基座74之上表面突出，由基座74接收熱處理後之半導體晶圓W。接著，將藉由閘閥185關閉之搬送開口部66打開，將載置於升降銷12上之半導體晶圓W藉由裝置外部之搬送機器人自腔室6搬出，半導體晶圓W之加熱處理完成(步驟S8)。
本實施形態中，由內置有光伏元件28之上部放射溫度計25，測定半導體晶圓W之正面溫度。如上所述，先前之設置於測定晶圓正面溫度之放射溫度計之光導電型元件中，除低頻帶之SN比較差外，進而需要冷卻至冰點以下，故需要設置光學斬波器。然而，為了實現微秒級之高速斬波，需要使大型葉片高速旋轉，不僅不實用，溫度測定系統亦明顯大型化。因此，實際上係設置微分電路取代設置光學斬波器，來檢測閃光照射時之急劇之溫度變化。若設置微分電路，則無法進行表示因來自鹵素燈HL之光照射引起之平緩之溫度變化之預備加熱時之溫度測定。
若為具備光伏元件28之上部放射溫度計25，則即使於低頻帶亦可獲得良好之SN較，且可於常溫下使用。因此，無需對上部放射溫度計25設置光學斬波器，且無需設置微分電路。只要無微分電路，則進行溫度變化平緩之預備加熱時之半導體晶圓W之溫度測定亦變得可能。因此，藉由使用具備光伏元件28之上部放射溫度計25，可以簡易構成於來自鹵素燈HL之光照射之預備加熱時，及來自閃光燈FL之閃光照射時之兩者，測定半導體晶圓W之正面溫度。
又，本實施形態中，於閃光照射前之預備加熱時，使用下部放射溫度計20，進行上部放射溫度計25之放射率校正。於閃光照射時，有因半導體晶圓W之正面之急劇溫度上升，半導體晶圓W產生翹曲或振動，而無法進行正確測定之虞。若於閃光照射前進行上部放射溫度計25之放射率校正，則不受晶圓翹曲或振動之影響，可藉由下部放射溫度計20及上部放射溫度計25，進行半導體晶圓W之溫度測定，適當校正上部放射溫度計25之放射率。
又，本實施形態中，上部放射溫度計25以長週期模式及短週期模式之2個取樣率，進行資料取得。長週期模式適於溫度變化平緩之鹵素燈HL之半導體晶圓W之預備加熱時。另一方面，短週期模式適於溫度變化急劇之閃光燈FL之半導體晶圓W之閃光加熱時。即，藉由使上部放射溫度計25執行長週期模式及短週期模式，進行資料取得，可進行適當應對預備加熱時及閃光加熱時之兩者之半導體晶圓W之溫度測定。
又，上部放射溫度計25使用共通之硬體，於預備加熱時及閃光加熱時之兩者，進行半導體晶圓W之溫度測定。於預備加熱時與閃光加熱時，自紅外線感測器29輸出之信號之頻帶或信號強度完全不同，故原本需要針對每一個將硬體最佳化，以獲得良好之SN較。本實施形態中，為了於預備加熱時及閃光加熱時之兩者，由共通之硬體處理自紅外線感測器29輸出之信號，而對溫度轉換部103組入有數位濾波器104(圖8)。即，對於將自內置光伏元件28之紅外線感測器29輸出之電動勢之信號由A/D轉換器102轉換後之數位信號，進行使用數位濾波器104之處理。類比濾波器之情形時，為了變更濾波器特性而需要變更硬體整體，但若為數位濾波器，則可藉由變更組入於相同硬體之軟體，而獲得不同之濾波器特性。本實施形態中，藉由變更組入於共通之硬體之軟體，可以特性於預備加熱時與閃光加熱時不同之數位濾波器104進行處理，而分別獲得良好之SN較。具體而言，例如於使用鹵素燈HL之預備加熱時，使用IIR(Infinite Impulse Response：無限脈衝回應)濾波器，作為數位濾波器104，且於使用閃光燈FL之閃光加熱時，採用FIR(Finite Impulse Response：有限脈衝回應)濾波器作為數位濾波器104。
以上，已對本發明之實施形態進行說明，但本發明只要不脫離其主旨，除上述以外可進行各種變更。例如，上述實施形態中，上部放射溫度計25具備光伏元件28，但亦可於下部放射溫度計20中具備光伏元件28。由於光伏元件28可於預備加熱時及閃光加熱時之兩者進行測定，故亦可使用具備光伏元件28之下部放射溫度計20，於鹵素燈HL之預備加熱時，進行半導體晶圓W背面之溫度測定。
又，上述實施形態中，長週期模式之取樣率為50毫秒，短週期模式之取樣率為0.04毫秒，但不限定於此，各取樣率可設為適當值。長週期模式及短週期模式各自之取樣率只要根據來自鹵素燈HL之光照射之半導體晶圓W之升溫速度及閃光之照射時間等處理條件適當設定即可。
又，上述實施形態中，將成為觸發短週期模式下之資料擷取之閾值Vt設為對與預備加熱溫度T1對應之電動勢值加上特定餘裕之值，但並非限定於此。例如，於如圖10所示之以時間序列描繪之電動勢之資料中，亦可將對較當前(任意時點)提早x秒(x為任意值，例如50毫秒)之電動勢值加上特定餘裕之值設為閾值Vt。其與將電動勢值之斜率超出特定值設為觸發資料擷取同義。將對與預備加熱溫度T1對應之電動勢值加上特定餘裕之值設為閾值Vt之情形時，例如有因預備加熱時之溫度調節之過調等，而錯誤檢測觸發之虞，但若將對較當前提早x秒之電動勢值加上特定餘裕之值設為閾值Vt，則可防止此種誤檢測。或者，於閃光燈FL發光之數秒前，控制部3發出用以執行閃光照射之信號，但亦可將對發出該信號之時點之電動勢值加上特定餘裕之值設為閾值Vt。再者，亦可根據用以執行該閃光照射之信號發出之時點，將特定時間之資料進行溫度轉換。
又，上述實施形態中，作為數位濾波器104，於預備加熱時使用IIR濾波器，於閃光加熱時使用FIR濾波器，但並非限定於此，例如亦可採用狀態空間濾波器等。
又，亦可於保持於基座74之半導體晶圓W之上方設置複數個上部放射溫度計25。複數個上部放射溫度計25之測定位置互不相同。複數個上部放射溫度計25各自具備光伏元件28。上述情形時，亦可對複數個上部放射溫度計25中之1者，與上述實施形態同樣，基於下部放射溫度計20之溫度測定值進行放射率校正，並使該校正後之放射率反映於其他上部放射溫度計25上。較佳為成為放射率校正對象之上部放射溫度計25之半導體晶圓W正面之溫度測定位置，與下部放射溫度計20之半導體晶圓W背面之溫度測定位置為隔著半導體晶圓W對稱之位置。如此，可將因半導體晶圓W之面內溫度分佈引起之放射率校正誤差抑制為最小限度。又，關於所有上部放射溫度計25，較佳為使視野面積或角度等測定條件一致。藉由設置複數個上部放射溫度計25，可測定半導體晶圓W正面之複數點溫度，進行複數點控制。
又，上述實施形態中，以InSb形成光伏元件28，但並非限定於此，亦可使用InAsSb(銦砷銻)或InAs(銦砷)形成光伏元件28。
又，上述實施形態中，閃光加熱部5具備30條閃光燈FL，但不限定於此，閃光燈FL之條數可設為任意數。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具備之鹵素燈HL之條數亦並非限定於40條，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作為連續發光1秒以上之連續點亮燈，進行將基板維持於特定溫度之加熱處理，但不限定於此，亦可使用放電型弧光燈(例如氙弧光燈)或LED(Light Emitting Diode：發光二極體)燈取代鹵素燈HL，作為連續點亮燈，進行加熱處理。
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:升降銷 13:水平移動機構 14:升降機構 20:下部放射溫度計 21:透明窗 22:溫度測定單元 24:紅外線感測器 25:上部放射溫度計 26:透明窗 27:溫度測定單元 28:光伏元件 29:紅外線感測器 33:輸入部 34:顯示部 41:殼體 43:反射器 51:殼體 52:反射器 53:燈光放射窗 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:基座 75:保持板 75a:保持面 76:導環 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 87:緩衝空間 88:氣體排氣管 89:閥 101:放大電路 102:A/D轉換器 103:溫度轉換部 104:數字濾波器 105:分佈製作部 107:記憶部 108:溫度分佈 185:閘閥 190:排氣部 191:氣體排氣管 192:閥 FL:閃光燈 HL:鹵素燈 S1~S8:步驟 t1:時刻 Vt:閾值 W:半導體晶圓
圖1係顯示本發明之熱處理裝置之構成之縱剖視圖。 圖2係顯示保持部之整體外觀之立體圖。 圖3係基座之俯視圖。 圖4係基座之剖視圖。 圖5係移載機構之俯視圖。 圖6係移載機構之側視圖。 圖7係顯示複數個鹵素燈之配置之俯視圖。 圖8係上部放射溫度計及下部放射溫度計之功能方塊圖。 圖9係顯示圖1之熱處理裝置之處理動作之順序之流程圖。 圖10係用以說明自短週期模式下取得之資料擷取一部分之圖。 圖11係顯示顯示部中顯示之溫度分佈之圖。
3:控制部
20:下部放射溫度計
22:溫度測定單元
24:紅外線感測器
25:上部放射溫度計
27:溫度測定單元
28:光伏元件
29:紅外線感測器
33:輸入部
34:顯示部
101:放大電路
102:A/D轉換器
103:溫度轉換部
104:數字濾波器
105:分佈製作部
107:記憶部
108:溫度分佈

Claims (16)

  1. 一種熱處理方法，其藉由對基板照射閃光而將該基板加熱，其特徵在於包含： 將基板收容於腔室內之收容步驟； 藉由來自連續點亮燈之光照射而將上述基板預備加熱之預備加熱步驟；及 自閃光燈對上述基板之正面照射閃光之閃光加熱步驟；且 由包含光伏元件之第1放射溫度計，測定上述基板之溫度。
  2. 如請求項1之熱處理方法，其中， 於執行上述預備加熱步驟之期間，由上述第1放射溫度計測定上述基板之正面之溫度，且由經校正放射率後之第2放射溫度計測定上述基板之背面之溫度，基於由上述第2放射溫度計測定出之上述基板之溫度，校正上述第1放射溫度計所設定之放射率。
  3. 如請求項1之熱處理方法，其中 上述第1放射溫度計同時執行以下模式來測定上述基板之溫度： 第1測定模式，以第1取樣間隔進行資料取得；及 第2測定模式，以短於上述第1取樣間隔之第2取樣間隔進行資料取得。
  4. 如請求項3之熱處理方法，其中 將上述第2測定模式下取得之資料中，於跨及資料值達到特定閾值之時點之前後之一定期間取得之資料，進行溫度轉換。
  5. 如請求項4之熱處理方法，其中 將上述第1測定模式下取得之所有資料進行溫度轉換。
  6. 如請求項5之熱處理方法，其中 於將上述第1測定模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值中，插補入將上述第2測定模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值，並顯示於顯示部。
  7. 如請求項1至6中任一項之熱處理方法，其中 對自上述光伏元件輸出之信號，進行使用數位濾波器之處理。
  8. 如請求項7之熱處理方法，其中 上述預備加熱步驟與上述閃光加熱步驟中，使用不同之數位濾波器。
  9. 一種熱處理裝置，其藉由對基板照射閃光而將該基板加熱，其特徵在於包含： 腔室，其收容基板； 連續點亮燈，其對上述基板照射光，將上述基板進行預備加熱； 閃光燈，其對上述基板之正面照射閃光，將上述基板進行閃光加熱；及 第1放射溫度計，其包含光伏元件，測定上述基板之溫度。
  10. 如請求項9之熱處理裝置，其進而包含： 測定上述基板之溫度之第2放射溫度計， 於執行上述預備加熱之期間，上述第1放射溫度計測定上述基板之正面之溫度，且已校正放射率後之上述第2放射溫度計測定上述基板之背面之溫度，基於由上述第2放射溫度計測定出之上述基板之溫度，校正設定於上述第1放射溫度計之放射率。
  11. 如請求項9之熱處理裝置，其中 上述第1放射溫度計同時執行以下模式而測定上述基板之溫度： 第1測定模式，以第1取樣間隔進行資料取得；及 第2測定模式，以短於上述第1取樣間隔之第2取樣間隔進行資料取得。
  12. 如請求項11之熱處理裝置，其進而包含： 溫度轉換部，其將上述第2測定模式下取得之資料中，於跨及資料值達到特定閾值之時點之前後之一定期間取得之資料，進行溫度轉換。
  13. 如請求項12之熱處理裝置，其中 上述溫度轉換部將上述第1測定模式下取得之所有資料，進行溫度轉換。
  14. 如請求項13之熱處理裝置，其進而包含： 顯示部，其於將上述第1測定模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值中，插補入將上述第2測定模式下取得之資料進行溫度轉換後之溫度值並顯示。
  15. 如請求項9至14中任一項之熱處理裝置，其中 對自上述光伏元件輸出之信號，進行使用數位濾波器之處理。
  16. 如請求項15之熱處理裝置，其中 上述預備加熱步驟與上述閃光加熱中，使用不同之數位濾波器。
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