TWI528591B - 熱處理裝置及熱處理方法 - Google Patents

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TWI528591B TW102142333A TW102142333A TWI528591B TW I528591 B TWI528591 B TW I528591B TW 102142333 A TW102142333 A TW 102142333A TW 102142333 A TW102142333 A TW 102142333A TW I528591 B TWI528591 B TW I528591B
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Description

熱處理裝置及熱處理方法
本發明係關於一種藉由對半導體晶圓或液晶顯示裝置用玻璃基板等薄板狀之精密電子基板(以下，簡稱為「基板」)照射閃光之光而加熱該基板之熱處理裝置及熱處理方法。
半導體元件之製造製程中，雜質導入係用以於半導體晶圓內形成pn接面所必需之步驟。目前，雜質導入一般係藉由離子植入法與其後之退火法而完成。離子植入法係使硼(B)、砷(As)、磷(P)等雜質之元素離子化且於高加速電壓下與矽之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，則所植入之雜質會因熱而較深地擴散，其結果有接面深度較所需變得過深，而對良好之元件形成產生阻礙之虞。
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(Flash Lamp Annealing，FLA)受到注目。閃光燈退火係藉由使用氙閃光燈(以下，僅記作「閃光燈」時係指氙閃光燈)對半導體晶圓之表面照射閃光之光，而使注入有雜質之半導體晶圓之僅表面以極短時間(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，其波長較先前之鹵素燈短，與矽之半導體晶圓之基礎吸收帶大體一致。 因此，於自氙閃光燈對半導體晶圓照射閃光之光時，透過光較少而可使半導體晶圓急速升溫。又，亦判明只要為數毫秒以下之極短時間之閃光之光的照射，則可選擇性地使半導體晶圓之僅表面附近升溫。因此，只要為利用氙閃光燈進行之極短時間之升溫，則可僅執行雜質活化而不會使雜質較深地擴散。
作為使用有此種氙閃光燈之熱處理裝置，於專利文獻1、2中，揭示有將絕緣閘雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)連接於閃光燈之發光電路而控制閃光燈之發光者。專利文獻1、2所揭示之裝置中，可藉由對IGBT之閘極輸出特定之脈衝信號而規定流經閃光燈之電流之波形以控制燈發光，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
[專利文獻2]日本專利特開2009-099758號公報
專利文獻1、2所揭示之裝置中，對30根閃光燈一對一地設置30個IGBT，且對該等30個IGBT輸出共同之脈衝信號。因此，電流以相同波形流經30根閃光燈，從而30根閃光燈進行同樣之發光。
然而，即便複數根閃光燈進行同樣之發光，亦於實際之閃光燈退火裝置中，產生因裝置構成上之問題而照度變得不均勻，其結果照射閃光之光時之半導體晶圓之面內溫度分佈亦變得不均勻的問題。一般而言，認為半導體晶圓W之周緣部之溫度具有較中央部附近低之傾向。
本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種可使閃 光加熱時之基板之面內溫度分佈均勻之熱處理裝置及熱處理方法。
為解決上述問題，技術方案1之發明係一種熱處理裝置，其係藉由對基板照射閃光之光而加熱該基板者，其特徵在於包含：腔室，其收容基板；保持器件，其於上述腔室內保持基板；複數個閃光燈，其等對保持於上述保持器件之基板照射閃光之光；複數個開關元件，其等與上述複數個閃光燈一對一對應地設置，規定流經對應之閃光燈之電流之波形；及發光控制器件，其個別地控制上述複數個開關元件之動作而個別地規定上述複數個閃光燈之發光圖案。
又，技術方案2之發明係如技術方案1之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述複數個閃光燈被分割成複數個閃光燈群，上述發光控制器件針對上述複數個閃光燈群之每一群規定發光圖案。
又，技術方案3之發明係如技術方案1或2之發明之熱處理裝置，其特徵在於：進而包含複數個溫度感測器，其等測定保持於上述保持器件之基板之表面之不同區域的溫度，上述發光控制器件基於上述複數個溫度感測器之測定結果而控制上述複數個開關元件之動作。
又，技術方案4之發明係如技術方案3之發明之熱處理裝置，其特徵在於，進而包含：複數個電容器，其等與上述複數個閃光燈一對一對應地設置，向對應之閃光燈供給電荷；及複數個充電部，其等與上述複數個電容器一對一對應地設置，對上述複數個電容器以個別之電壓進行充電；上述發光控制器件基於上述複數個溫度感測器之測定結果而個別地控制上述複數個充電部之充電電壓。
又，技術方案5之發明係如技術方案1或2之發明之熱處理裝置，其特徵在於：進而包含複數個照度感測器，其等測定上述複數個閃光燈之排列之不同區域之照度，上述發光控制器件基於上述複數個照度感測器之測定結果而控制上述複數個開關元件之動作。
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，其特徵在於，進而包含：複數個電容器，其等與上述複數個閃光燈一對一對應地設置，向對應之閃光燈供給電荷；及複數個充電部，其等與上述複數個電容器一對一對應地設置，對上述複數個電容器以個別之電壓進行充電；上述發光控制器件基於上述複數個照度感測器之測定結果而個別地控制上述複數個充電部之充電電壓。
又，技術方案7之發明係一種熱處理方法，其係藉由對基板照射閃光之光而加熱該基板者，其特徵在於：個別地控制與照射閃光之光之複數個閃光燈一對一對應地設置且規定流經對應之閃光燈之電流之波形的複數個開關元件之動作，而個別地規定上述複數個閃光燈之發光圖案。
又，技術方案8之發明係如技術方案7之發明之熱處理方法，其特徵在於：上述複數個閃光燈被分割成複數個閃光燈群，針對上述複數個閃光燈群之每一群規定發光圖案。
又，技術方案9之發明係如技術方案7或8之發明之熱處理方法，其特徵在於：基於經照射閃光之光之基板之表面之不同區域的溫度測定結果而控制上述複數個開關元件之動作。
又，技術方案10之發明係如技術方案9之發明之熱處理方法，其特徵在於：基於上述溫度測定結果而個別地控制對於與上述複數個閃光燈一對一對應地設置且向對應之閃光燈供給電荷之複數個電容器的充電電壓。
又，技術方案11之發明係如技術方案7或8之發明之熱處理方法，其特徵在於：基於上述複數個閃光燈之排列之不同區域之照度測定結果而控制上述複數個開關元件之動作。
又，技術方案12之發明係如技術方案11之發明之熱處理方法，其特徵在於：基於上述照度測定結果而個別地控制對於與上述複數個閃 光燈一對一對應地設置且向對應之閃光燈供給電荷之複數個電容器的充電電壓。
根據技術方案1至6之發明，個別地控制與複數個閃光燈一對一對應地設置之複數個開關元件之動作，而個別地規定複數個閃光燈之發光圖案，因此可相對地提高與照度不足之區域對應之閃光燈之照度而使閃光加熱時之基板之面內溫度分佈均勻。
尤其根據技術方案3之發明，基於測定基板表面之不同區域之溫度的複數個溫度感測器之測定結果而控制複數個開關元件之動作，因此可相對地提高閃光之光對產生溫度降低之基板區域之照度而使閃光加熱時之基板之面內溫度分佈均勻。
尤其根據技術方案5之發明，基於測定複數個閃光燈之排列之不同區域之照度的複數個照度感測器之測定結果而控制複數個開關元件之動作，因此可相對地提高來自照度較低之排列區域之閃光之光之照度而使閃光加熱時之基板之面內溫度分佈均勻。
又，根據技術方案7至12之發明，個別地控制與複數個閃光燈一對一對應地設置之複數個開關元件之動作，而個別地規定複數個閃光燈之發光圖案，因此可相對地提高與照度不足之區域對應之閃光燈之照度而使閃光加熱時之基板之面內溫度分佈均勻。
尤其根據技術方案9之發明，基於經照射閃光之光之基板之表面之不同區域的溫度測定結果而控制複數個開關元件之動作，因此可相對地提高閃光之光對產生溫度降低之基板區域之照度而使閃光加熱時之基板之面內溫度分佈均勻。
尤其根據技術方案11之發明，基於複數個閃光燈之排列之不同區域之照度測定結果而控制複數個開關元件之動作，因此可相對地提高來自照度較低之排列區域之閃光之光之照度而使閃光加熱時之基板之 面內溫度分佈均勻。
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
31‧‧‧脈衝產生器
32‧‧‧波形設定部
33‧‧‧輸入部
51‧‧‧框體
52‧‧‧反射器
53‧‧‧燈光輻射窗
61‧‧‧腔室側部
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、69‧‧‧反射環
71‧‧‧基台環
72‧‧‧連結部
74‧‧‧基座
76‧‧‧導引銷
77‧‧‧缺口部
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、89、192‧‧‧閥
85‧‧‧氮氣供給源
86‧‧‧氣體排氣孔
87‧‧‧緩衝空間
88、191‧‧‧氣體排氣管
91‧‧‧觸發電極
92‧‧‧玻璃管
93‧‧‧電容器
94‧‧‧線圈
95‧‧‧充電單元
96‧‧‧開關元件
97‧‧‧觸發電路
120、140、150‧‧‧輻射溫度計
130‧‧‧接觸式溫度計
185‧‧‧閘閥
190‧‧‧排氣部
240、250‧‧‧照度感測器
FG1、FG2、FG3、FG4、FG5‧‧‧閃光燈群
FL‧‧‧閃光燈
HL‧‧‧鹵素燈
t0、t1、t2、t3‧‧‧時刻
T1‧‧‧預備加熱溫度
T2‧‧‧處理溫度
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之俯視圖。
圖4係自側方觀察保持部之側視圖。
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係表示閃光燈之發光電路之圖。
圖9係表示半導體晶圓之表面溫度之變化之圖。
圖10係表示流經複數個閃光燈之電流波形之一例之圖。
圖11係表示圖10之波形之電流流經複數個閃光燈時之半導體晶圓之表面溫度之變化之圖。
圖12係表示流經複數個閃光燈之電流波形之另一例之圖。
圖13係表示圖12之波形之電流流經複數個閃光燈時之半導體晶圓之表面溫度之變化之圖。
圖14係表示將複數個閃光燈分割成複數個閃光燈群之例之圖。
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。再者，於圖1及以後之各圖中，為易於理解，視需要將各部分之尺寸或數目誇大或簡化而描繪。
<第1實施形態>
圖1係表示本發明之熱處理裝置1之構成之縱剖面圖。本實施形態之熱處理裝置1係藉由對作為基板之圓板形狀之半導體晶圓W照射閃光之光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300mm或450mm。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進行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包含：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包含：保持部7，其於腔室6之內部，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包含控制部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，於上側開口處安裝有上側腔室窗63而將其堵塞，於下側開口處安裝有下側腔室窗64而將其堵塞。構成腔室6之頂棚部之上側腔室窗63為藉由石英而形成之圓板形狀構件，其作為使自閃光加熱部5出射之閃光之光透過至腔室6內之石英窗而發揮功能。又，構成腔室6之地板部之下側腔室窗64亦為藉由石英而形成之圓板形狀構件，其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之下側嵌入且以省略圖示之螺釘固定而安裝。即，反射環68、69均為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所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係於腔室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，反射環68、69之內周面藉由電解鍍鎳而形成為鏡面。
又，於腔室側部61，形成有用以進行半導體晶圓W相對於腔室6之搬入及搬出之搬送開口部(爐口)66。搬送開口部66藉由閘閥185而可開閉。搬送開口部66與凹部62之外周面連通連接。因此，於閘閥185使搬送開口部66打開時，可進行半導體晶圓W自搬送開口部66經過凹部62而向熱處理空間65之搬入、及半導體晶圓W自熱處理空間65之搬出。又，若閘閥185使搬送開口部66封閉，則腔室6內之熱處理空間65成為密閉空間。
又，於腔室6之內壁上部形成有對熱處理空間65供給處理氣體(本實施形態中為氮氣(N2))之氣體供給孔81。氣體供給孔81係形成設置於較凹部62更上側位置，亦可設置於反射環68。氣體供給孔81經由於腔室6之側壁內部形成為圓環狀之緩衝空間82而與氣體供給管83連通連接。氣體供給管83與氮氣供給源85連接。又，於氣體供給管83之路徑中途介插有閥84。若將閥84打開，則自氮氣供給源85向緩衝空間82輸送氮氣。流入至緩衝空間82之氮氣以於流體阻力較氣體供給孔81小之緩衝空間82內擴散之方式流動且自氣體供給孔81向熱處理空間65內供給。
另一方面，於腔室6之內壁下部形成有將熱處理空間65內之氣體進行排氣之氣體排氣孔86。氣體排氣孔86係形成設置於較凹部62更下 側位置，亦可設置於反射環69。氣體排氣孔86經由於腔室6之側壁內部形成為圓環狀之緩衝空間87而與氣體排氣管88連通連接。氣體排氣管88與排氣部190連接。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而向氣體排氣管88排出。再者，氣體供給孔81及氣體排氣孔86可沿著腔室6之周向設置複數個，亦可為狹縫狀者。又，氮氣供給源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，於搬送開口部66之前端亦連接有使熱處理空間65內之氣體排出之氣體排氣管191。氣體排氣管191經由閥192而與排氣部190連接。藉由打開閥192，而使腔室6內之氣體經由搬送開口部66而排氣。
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之俯視圖，圖4係自側方觀察保持部7之側視圖。保持部7包含基台環71、連結部72及基座74而構成。基台環71、連結部72及基座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，而支持於腔室6之壁面(參照圖1)。於具有圓環形狀之基台環71之上表面，沿著其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，且藉由焊接而固著於基台環71。再者，基台環71之形狀亦可為自圓環形狀缺少一部分而成之圓弧狀。
平板狀之基座74係由設置於基台環71之4個連結部72支持。基座74為由石英所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具有較半導體晶圓W大之平面尺寸。於基座74之上表面立設有複數個(本實施形態中為5個)導引銷76。5個導引銷76係沿著與基座74之外周圓為同心圓之圓周上而設置。配置有5個導引銷76之圓之直徑稍大於半導體晶圓W之直徑。各導引銷76亦由 石英形成。再者，導引銷76可與基座74一體地由石英之錠加工而成，亦可將另外加工而成者藉由焊接等安裝於基座74。
將立設於基台環71之4個連結部72與基座74之周緣部之下表面藉由焊接而固著。即，基座74與基台環71係藉由連結部72而固定地連結，保持部7成為石英之一體成形構件。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。在保持部7安裝於腔室6之狀態下，大致圓板形狀之基座74成為水平姿勢(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係以水平姿勢載置並保持於安裝在腔室6之保持部7之基座74上。半導體晶圓W藉由載置於由5個導引銷76所形成之圓之內側，而防止水平方向之位置偏移。再者，導引銷76之個數並不限定於5個，只要為可防止半導體晶圓W之位置偏移之數目即可。
又，如圖2及圖3所示，於基座74，上下貫通地形成有開口部78及缺口部77。缺口部77係為了讓使用有熱電對之接觸式溫度計130之探針前端部穿入而設置。另一方面，開口部78係為了使輻射溫度計120接受自保持於基座74之半導體晶圓W之下表面輻射之輻射光(紅外光)而設置。進而，於基座74，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之交接的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包含2根移載臂11。移載臂11為如沿著大致圓環狀之凹部62之圓弧形狀。於各個移載臂11立設有2根頂起銷12。各移載臂11藉由水平移動機構13而可旋動。水平移動機構13係使一對移載臂11在相對於保持部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)、與俯視時不與保持於保持部7之半導體晶圓W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而使各移載臂11分別旋動者，亦可為使用連結機構藉由1個 馬達而使一對移載臂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通過穿設於基座74之貫通孔79(參照圖2、3)，頂起銷12之上端自基座74之上表面頂出。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，且水平移動機構13以使一對移載臂11打開之方式移動，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。基台環71係載置於凹部62之底面，故而移載臂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，其構成為將移載機構10之驅動部周邊之環境氣體向腔室6之外部排出。
返回至圖1，於腔室6內設置有2個輻射溫度計140、150。上述之輻射溫度計120(圖2)係測定半導體晶圓W之下表面之溫度，相對於此，輻射溫度計140、150係測定半導體晶圓W之上表面之溫度之溫度感測器。輻射溫度計140、150設置於較保持部7之基座74更上方。又，輻射溫度計140、150以不阻礙來自閃光燈FL之閃光之光的照射之方式設置於保持在保持部7之半導體晶圓W之斜上方。輻射溫度計140、150亦可設置於凹部62之內側。
輻射溫度計140、150包含高速響應之紅外光檢測元件。輻射溫度計140、150之紅外光檢測元件之測定波長域較佳為構成上側腔室窗63及下側腔室窗64之材質(本實施形態中為石英)不會透過之波長域。輻射溫度計140、150接受自保持於保持部7之半導體晶圓W之上表面輻射之紅外光，根據其強度(能量)而測定晶圓上表面之溫度。
輻射溫度計140與輻射溫度計150在半導體晶圓W之上表面之測定區域不同。輻射溫度計140係檢測自保持於保持部7之半導體晶圓W之 周緣部輻射出之紅外光而測定該周緣部之溫度。另一方面，輻射溫度計150係檢測自保持於保持部7之半導體晶圓W之中央部附近輻射出之紅外光而測定該中央部附近之溫度。再者，測定半導體晶圓W之上表面溫度之輻射溫度計並不限定於2個，亦可為3個以上。例如，除輻射溫度計140、150以外，亦可設置測定半導體晶圓W之周緣部與中央部之間的中間區域之溫度之輻射溫度計，或亦可設置與輻射溫度計140不同之測定周緣部之輻射溫度計。即，只要為設置測定保持於保持部7之半導體晶圓W之上表面之不同區域之溫度的至少2個以上輻射溫度計之形態即可。
設置於腔室6之上方之閃光加熱部5係於框體51之內側包含含有複數根(本實施形態中為30根)氙閃光燈FL之光源、及以覆蓋該光源之上方之方式設置之反射器52而構成。又，於閃光加熱部5之框體51之底部安裝有燈光輻射窗53。構成閃光加熱部5之地板部之燈光輻射窗53為由石英所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，而使燈光輻射窗53與上側腔室窗63相對向。閃光燈FL係自腔室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照射閃光之光。
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(即，沿著水平方向)相互平行之方式排列成平面狀。因此，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之發光電路之圖。如該圖所示，於1根閃光燈FL，分別逐個串聯連接有電容器93、線圈94及開關元件96。作為開關元件96，係使用例如IGBT(絕緣閘雙極電晶體)。又，如圖8所示，控制部3包含脈衝產生器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、或者基於控制部3之運算處理結果等而設定脈衝信號之波形。脈衝產生器31按照波形設定部32所設定之波形而產生脈衝信號。
閃光燈FL包含：棒狀之玻璃管(放電管)92，其內部封入有氙氣，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。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而控制。
又，於閃光燈FL之發光電路中，與電容器93並聯設置有充電單元(充電部)95。藉由充電單元95對電容器93施加特定之電壓，而充入與該施加電壓(充電電壓)相應之電荷。充電單元95施加至電容器93之充電電壓係藉由控制部3而控制。
用作開關元件96之IGBT係將MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor，金屬氧化物半導體場效電晶體)組入至閘極部而成之雙極電晶體，適於處理大電力。自控制部3之脈衝產生器31對作為開關元件96之IGBT之閘極施加脈衝信號。若對開關元件96之閘極施加特定值以上之電壓(高電壓)，則開關元件96成為導通狀態，若施加未達特定值之電壓(低電壓)，則開關元件96成為斷開狀態。如此，包含閃光燈FL之發光電路藉由開關元件96而導通斷開。藉由開關元件96之導通斷開而使閃光燈FL與對應之電容器93斷續地連接。
即便於電容器93已充電之狀態下，開關元件96成為導通狀態而對玻璃管92之兩端電極施加有高電壓，亦由於氙氣為電性絕緣體，故而於通常之狀態下玻璃管92內無電流流通。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流經玻璃管92內，藉由此時之氙之原子或分子之激發而發射光。
圖8所示之發光電路係對30根閃光燈FL之各者分別設置。即，與 30根閃光燈FL一對一對應地設置有30個開關元件96、30個電容器93、及30個線圈94。又，與30個電容器93一對一對應地設置有30個充電單元95。
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出射之光向保持部7側反射者。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)藉由噴砂處理而被實施粗面化加工。
於反射器52之上表面(與設置有閃光燈FL之側為相反側之面)設置有2個照度感測器240、250。於反射器52之設置有照度感測器240、250之部位穿設有小孔。照度感測器240、250經由反射器52之上述小孔而接受自閃光燈FL出射之光。照度感測器240、250包含以高速響應之例如光電二極體，測定自閃光燈FL出射之光之照度。
照度感測器240與照度感測器250在30根閃光燈FL之排列中之照度測定區域不同。照度感測器240係設置於30根閃光燈FL之排列中之端部附近之上方，測定該端部附近之閃光之光之照度。另一方面，照度感測器250係設置於30根閃光燈FL之排列中之中央部附近之上方，於該中央部附近測定閃光之光之照度。再者，照度感測器並不限定於2個，亦可設置3個以上。例如，除照度感測器240、250以外，亦可設置測定30根閃光燈FL之排列中之端部與中央部之中間區域之照度的照度感測器。即，只要為設置測定複數個閃光燈FL之排列中之不同區域之照度的至少2個以上照度感測器之形態即可。
在設置於腔室6之下方之鹵素加熱部4之內部內置有複數根(本實施形態中為40根)鹵素燈HL。複數個鹵素燈HL係自腔室6之下方經由下側腔室窗64而對熱處理空間65進行光照射。圖7係表示複數個鹵素燈HL之配置之俯視圖。本實施形態中，於上下2段配設有各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。於上段、下 段，20根鹵素燈HL均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(即，沿著水平方向)相互平行之方式排列。因此，於上段、下段，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，於上段、下段，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，與周緣部對向之區域之鹵素燈HL之配設密度更高。即，上下段均為燈排列之端部側之鹵素燈HL之配設間距較中央部短。因此，利用自鹵素加熱部4之光照射進行加熱時，可對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之燈群以交叉成格子狀之方式排列。即，以上段之各鹵素燈HL之長度方向與下段之各鹵素燈HL之長度方向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，使燈絲白熾化而進行發光之燈絲方式之光源。於玻璃管之內部，封入有向氮氣或氬氣等惰性氣體中微量導入鹵元素(碘、溴等)而成之氣體。藉由導入鹵元素，而可抑制燈絲之折損並將燈絲之溫度設定為高溫。因此，鹵素燈HL與通常之白熾燈泡相比具有壽命較長且可連續地照射較強之光之特性。又，鹵素燈HL由於為棒狀燈故而壽命長，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，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電腦相同。即，控制部3包含進行各種運算處理之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)、記憶各種資訊且讀寫自如之記憶體RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)、及預先記憶有控制用軟體或資料等之磁碟而構成。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，如圖8所示，控制部3包含脈衝產生器31及波形設定部32。如上所述，控制部3之波形設定部32設定脈衝信號之波形，脈衝產生器31按照此而向開關元件96之閘極輸出脈衝信號。進而，控制部3控制由充電單元95施加至電容器93之充電電壓。
除上述構成以外，熱處理裝置1亦包含各種冷卻用之構造，以防止半導體晶圓W之熱處理時由鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能所導致的鹵素加熱部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而進行排熱之空冷構造。又，亦向上側腔室窗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，說明熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理順序。此處成為處理對象之半導體晶圓W係藉由離子注入法而導入有雜質(離子)之矽之半導體基板。該導入之雜質之活化係藉由熱處理裝置1進行閃光光照射加熱處理(退火)而執行。以下說明之熱處理裝置1之處理順序係藉由控制部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而開始對腔室6內進行供氣排氣。若打開閥84，則自氣體供給孔81向熱處理空間65供給氮氣。又，若打開閥89，則使腔室6內之氣體自氣體排氣孔86排氣。藉此，自腔室6內之熱處理空間65之上部供給之氮氣朝下方流動，且自熱處理空間65之下部排氣。
又，藉由打開閥192，而使腔室6內之氣體亦自搬送開口部66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，在熱處理裝置1中進行半導體晶圓W之熱處理時將氮氣斷續地供給至熱處理空間65，其供給量根據處理步驟 而適當變更。
繼而，打開閘閥185而使搬送開口部66打開，藉由裝置外部之搬送機器人經由搬送開口部66而將離子注入後之半導體晶圓W搬入至腔室6內之熱處理空間65。由搬送機器人搬入之半導體晶圓W進入至保持部7之正上方位置而停止。繼而，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且上升，藉此頂起銷12穿過貫通孔79自基座74之上表面頂出而接收半導體晶圓W。
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而使搬送開口部66封閉。繼而，一對移載臂11下降，藉此半導體晶圓W自移載機構10被交付至保持部7之基座74且被保持為水平姿勢。半導體晶圓W係以經實施離子注入之表面為上表面而保持於基座74。又，半導體晶圓W係於基座74之上表面保持於5個導引銷76之內側。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而退避至退避位置、即凹部62之內側。
半導體晶圓W載置並保持於保持部7之基座74之後，使鹵素加熱部4之40根鹵素燈HL同時點亮而開始預備加熱(輔助加熱)。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及基座74而自半導體晶圓W之背面進行照射。所謂半導體晶圓W之背面係與經實施離子注入之表面為相反側之主面。藉由接受自鹵素燈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已退避至凹部62之內側，故而不會成為鹵素燈HL之加熱之阻礙。
圖9係表示半導體晶圓W之表面溫度之變化之圖。將半導體晶圓W搬入並載置於基座74之後，控制部3於時刻t0使40根鹵素燈HL點亮，藉由鹵素光照射而使半導體晶圓W升溫至800℃以下之預備加熱溫度T1(本實施形態中為500℃)。
於以鹵素燈HL進行預備加熱時，半導體晶圓W之溫度係藉由接 觸式溫度計130而測定。即，內置熱電對之接觸式溫度計130經由缺口部77而與保持於基座74之半導體晶圓W之下表面接觸以測定升溫中之晶圓溫度。將測定出之半導體晶圓W之溫度傳輸至控制部3。控制部3一面監視藉由自鹵素燈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T1，一面控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於接觸式溫度計130之測定值，以使半導體晶圓W之溫度成為預備加熱溫度T1之方式對鹵素燈HL之輸出進行反饋控制。
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暫時維持於該預備加熱溫度T1。具體而言，於由接觸式溫度計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之溫度維持於大致預備加熱溫度T1。
藉由進行如上所述之利用鹵素燈HL之預備加熱，而使半導體晶圓W之整體均勻地升溫至預備加熱溫度T1。於以鹵素燈HL進行預備加熱之階段，雖更易產生散熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度具有較中央部降低之傾向，但關於鹵素加熱部4之鹵素燈HL之配設密度，相較與半導體晶圓W之中央部對向之區域，與周緣部對向之區域更高。因此，照射至易產生散熱之半導體晶圓W之周緣部的光量變多，從而可使預備加熱階段之半導體晶圓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，故而藉由該反射環69之內周面而朝半導體晶圓W之周緣部反射之光量變多，從而可使預備加熱階段之半導體晶圓W之面內溫度分佈更加均勻。
其次，於半導體晶圓W之溫度達到預備加熱溫度T1且經過特定時間之時刻t2，藉由自閃光燈FL照射閃光之光而執行閃光加熱處理。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(自時刻t0至時刻t1為止之時間)、及自達到預備加熱溫度T1後至閃光燈 FL發光為止之時間(自時刻t1至時刻t2為止之時間)均為數秒程度。於閃光燈FL進行閃光之光的照射時，預先藉由充電單元95將電荷儲存於電容器93。繼而，在電容器93中儲存有電荷之狀態下，自控制部3之脈衝產生器31向開關元件96輸出脈衝信號而對開關元件96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)為參數而依序設定之配方進行規定。若操作人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按照此而設定重複進行導通斷開之脈衝波形。繼而，脈衝產生器31按照由波形設定部32所設定之脈衝波形而輸出脈衝信號。其結果，對開關元件96之閘極施加所設定之波形之脈衝信號，而控制開關元件96之導通斷開驅動。具體而言，於輸入至開關元件96之閘極之脈衝信號導通時開關元件96成為導通狀態，於脈衝信號斷開時開關元件96成為斷開狀態。
又，控制部3與自脈衝產生器31輸出之脈衝信號成為導通之時序同步地，控制觸發電路97對觸發電極91施加高電壓(觸發電壓)。於電容器93中儲存有電荷之狀態下對開關元件96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地對觸發電極91施加高電壓，藉此於脈衝信號導通時玻璃管92內之兩端電極間必定會有電流流通，藉由此時之氙之原子或分子之激發而發射光。
如此，閃光燈FL於時刻t2發光，對保持於保持部7之半導體晶圓W之表面照射閃光之光。於不使用開關元件96而使閃光燈FL發光之情形時，儲存於電容器93中之電荷因1次發光便消耗，來自閃光燈FL之輸出波形成為寬度為0.1毫秒至10毫秒左右之單脈衝。相對於此，於本實施形態中，於電路中連接開關元件96且將脈衝信號輸出至其閘極，藉此利用開關元件96使自電容器93向閃光燈FL之電荷供給斷續 而控制流經閃光燈FL之電流。其結果，可謂之為閃光燈FL之發光得以斬波控制，使儲存於電容器93中之電荷分割消耗，而於極短之時間內閃光燈FL重複進行亮滅。再者，於流經電路之電流值完全變為「0」之前將下一脈衝施加至開關元件96之閘極而使電流值再次增加，故而閃光燈FL重複進行亮滅之期間發光輸出亦不會完全變成「0」。因此，藉由利用開關元件96使向閃光燈FL之電荷供給斷續，而可自如地規定流經閃光燈FL之電流之波形。其結果，可自如地規定閃光燈FL之發光圖案，且可自由地調整發光時間及發光強度。但，閃光燈FL之發光時間即便較長亦為1秒以下。
於第1實施形態中，閃光加熱部5中包含30根閃光燈FL，且與30根閃光燈FL一對一對應地設置有30個開關元件96。而且，控制部3之波形設定部32對30個開關元件96之各者個別地設定脈衝波形，脈衝產生器31對30個開關元件96個別地輸出脈衝信號。即，輸入至30個開關元件96之脈衝信號相互獨立，可於相同時序對30個開關元件96輸入相同波形之脈衝信號，亦可輸入相互不同之波形之脈衝信號。其結果，30個開關元件96之動作得以個別地獨立控制，30根閃光燈FL之發光圖案亦得以個別地規定。
圖10係表示於相同時序對30個開關元件96輸入相同波形之脈衝信號之情形時的流經各閃光燈FL之電流波形之一例之圖。按照輸入至開關元件96之閘極之脈衝信號之波形而對開關元件96之動作進行導通斷開驅動，規定流經與該開關元件96對應之閃光燈FL之電流之波形。藉由適當地設定輸入至開關元件96之脈衝信號之波形(具體而言，設定脈衝數、各脈衝之導通時間、脈衝間隔之時間)，而可規定如圖10所示之電流波形。於圖10所示之例中，由於在相同時序對30個開關元件96輸入相同波形之脈衝信號，故而流經30根閃光燈FL之電流之波形亦相同。
圖11係表示圖10之波形之電流流經30根閃光燈FL而使其發光時之半導體晶圓W之表面溫度之變化的圖。於該圖中，實線表示半導體晶圓W之表面中央部之溫度，虛線表示半導體晶圓W之表面周緣部之溫度。再者，圖10及圖11中之時刻之單位為毫秒，相對於此，圖9中之時刻之單位為秒，故而圖11之溫度變化係於圖9之時刻t2瞬間產生者(換言之，圖11係將圖9之時刻t2之附近放大者)。
流經閃光燈FL之電流之波形、與該電流流通時之閃光燈FL之發光圖案成為大致類似者。即，藉由如圖10所示之波形之電流流經閃光燈FL，閃光燈FL之發光圖案亦成為如圖10所示者。而且，藉由自以此種發光圖案進行發光之閃光燈FL照射閃光之光而將半導體晶圓W之表面加熱。藉由如圖10所示之波形之電流流經閃光燈FL，半導體晶圓W之表面溫度自預備加熱溫度T1升溫至處理溫度T2之後，暫時維持於該處理溫度T2，進而於其後開始自處理溫度T2之降溫。處理溫度T2為可執行雜質之活化之1000℃~1200℃，本實施形態中設為1000℃。
此處，於在相同時序對30個開關元件96輸入相同波形之脈衝信號，使流經30根閃光燈FL之電流之波形亦相同之情形時，如圖11所示，有半導體晶圓W之周緣部之溫度低於中央部之溫度之情況。如此，若照射閃光之光時之半導體晶圓W之面內溫度分佈不均勻，則自該半導體晶圓W製造之電晶體等元件之特性會產生偏差。
因此，於第1實施形態中，測定使流經30根閃光燈FL之電流之波形相同之情形時的半導體晶圓W之面內溫度分佈，基於該測定結果而控制30個開關元件96之動作。又，基於該測定結果而控制由充電單元95施加至電容器93之充電電壓。
基於面內溫度分佈之測定結果之30個開關元件96之動作控制之態樣可有以下所說明之3種。首先，作為第1態樣，控制部3基於面內 溫度分佈之測定結果，自動設定輸出至30個開關元件96之各者之脈衝信號之波形。具體而言，如上所述使流經30根閃光燈FL之電流之波形相同而對例如試驗用之半導體晶圓W照射閃光之光，藉由輻射溫度計140及輻射溫度計150而測定此時之半導體晶圓W之表面溫度。輻射溫度計140係測定經閃光加熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度。另一輻射溫度計150係測定經閃光加熱之半導體晶圓W之中央部之溫度。將輻射溫度計140及輻射溫度計150之測定結果儲存於控制部3之記憶部(記憶體或磁碟)中。
控制部3之波形設定部32基於輻射溫度計140及輻射溫度計150之測定結果而設定輸出至30個開關元件96之各者之脈衝信號之波形。如圖11所示，在半導體晶圓W之周緣部之溫度低於中央部之溫度之情形時，即，在輻射溫度計140之測定結果低於輻射溫度計150之測定結果之情形時，將輸出至與30根閃光燈FL之排列中之端部附近之閃光燈FL對應之開關元件96的脈衝信號之導通時間設定為相對變長。即，波形設定部32係以使輸出至與30根閃光燈FL之排列中之端部附近之閃光燈FL對應之開關元件96的脈衝信號之導通時間長於輸出至與該排列中之中央部附近之閃光燈FL對應之開關元件96的脈衝信號之導通時間之方式，設定輸出至各開關元件96之脈衝信號之波形。
藉由將以此方式個別地進行波形設定後之脈衝信號輸入至30個開關元件96之各者，流經30根閃光燈FL之電流波形成為如圖12所示者。於該圖中，實線表示流經30根閃光燈FL之排列中之中央部附近之閃光燈FL的電流波形，虛線表示流經端部附近之閃光燈FL之電流波形。以上述方式使輸入至30個開關元件96之脈衝信號之波形為不同者之結果為，如圖12所示，流經30根閃光燈FL之排列中之端部附近之閃光燈FL的電流大於流經中央部附近之閃光燈FL之電流。因此，該端部附近之閃光燈FL之發光強度強於中央部附近之閃光燈FL之發 光強度。
圖13係表示圖12之波形之電流流經30根閃光燈FL而使其發光時之半導體晶圓W之表面溫度之變化的圖。藉由如圖12所示之波形之電流流經閃光燈FL，閃光燈FL之發光圖案亦成為如圖12所示者。但，閃光燈FL之排列中之端部附近之閃光燈FL之發光強度強於中央部附近之閃光燈FL。而且，藉由自以此種發光圖案進行發光之30根閃光燈FL照射閃光之光而將半導體晶圓W之表面加熱。藉由如圖12所示之波形之電流流經閃光燈FL，半導體晶圓W之表面溫度自預備加熱溫度T1升溫至處理溫度T2之後，暫時維持於該處理溫度T2，進而於其後開始自處理溫度T2之降溫。
於圖13所示之例中，由於閃光燈FL之排列中之端部附近之閃光燈FL之發光強度強於中央部附近之閃光燈FL，故而易產生溫度降低之半導體晶圓W之周緣部之照度變高，其結果，照射閃光之光時之半導體晶圓W之面內溫度分佈變得均勻。若照射閃光之光時之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻，則自該半導體晶圓W製造之元件之特性亦變得均勻。
其次，開關元件96之動作控制之第2態樣係裝置之操作人員基於面內溫度分佈之測定結果，手動地設定輸出至30個開關元件96之各者之脈衝信號之波形者。該情形時，亦與第1態樣同樣地，如上所述使流經30根閃光燈FL之電流之波形相同而對例如試驗用之半導體晶圓W照射閃光之光，藉由輻射溫度計140及輻射溫度計150而測定此時之半導體晶圓W之表面溫度。輻射溫度計140係測定經閃光加熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度，輻射溫度計150係測定該半導體晶圓W之中央部之溫度。將輻射溫度計140及輻射溫度計150之測定結果顯示於例如熱處理裝置1之顯示部(省略圖示)等。
操作人員基於輻射溫度計140及輻射溫度計150之測定結果而設 定輸出至30個開關元件96之各者之脈衝信號之波形。此時之波形設定內容本身與上述之第1態樣相同。即，以使輸出至與30根閃光燈FL之排列中之端部附近之閃光燈FL對應之開關元件96的脈衝信號之導通時間長於輸出至與該排列中之中央部附近之閃光燈FL對應之開關元件96的脈衝信號之導通時間之方式，設定輸出至各開關元件96之脈衝信號之波形。
操作人員將所設定之脈衝信號之波形之參數自輸入部33輸入至控制部3。繼而，波形設定部32按照該輸入內容而設定脈衝波形，藉此，與第1態樣同樣地，可使圖12之波形之電流流經30根閃光燈FL，而可使照射閃光之光時之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻。
繼而，開關元件96之動作控制之第3態樣係控制部3基於面內溫度分佈之測定結果，對30個開關元件96之各者即時地進行反饋控制者。該情形時，一面自30根閃光燈FL對成為處理對象之半導體晶圓W照射閃光之光，一面藉由輻射溫度計140及輻射溫度計150而測定此時之半導體晶圓W之表面溫度。輻射溫度計140係測定經閃光加熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度。另一輻射溫度計150係測定經閃光加熱之半導體晶圓W之中央部之溫度。將輻射溫度計140及輻射溫度計150之測定結果傳輸至控制部3。
控制部3基於輻射溫度計140及輻射溫度計150之測定結果，對正在向30個開關元件96之各者輸出之脈衝信號之波形施加修正。在半導體晶圓W之周緣部之溫度低於中央部之溫度之情形時，控制部3以使正在向與30根閃光燈FL之排列中之端部附近之閃光燈FL對應之開關元件96輸出的脈衝信號之導通時間相對較長之方式修正脈衝信號之波形。具體而言，使正在向與30根閃光燈FL之排列中之端部附近之閃光燈FL對應之開關元件96輸出的脈衝信號之導通時間較長，或者，使正在向與該排列中之中央部附近之閃光燈FL對應之開關元件96輸 出的脈衝信號之導通時間較短。
藉此，流經30根閃光燈FL之排列中之端部附近之閃光燈FL的電流相對地大於流經中央部附近之閃光燈FL之電流，從而該端部附近之閃光燈FL之發光強度強於中央部附近之閃光燈FL之發光強度。其結果，閃光之光對易產生溫度降低之半導體晶圓W之周緣部之照度變高，從而可使閃光加熱時之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻。
但，於第3態樣中，閃光燈FL之發光時間極短(為1秒以下，一般為數毫秒~數十毫秒)，故而根據控制部3之處理速度，亦估計有運算處理無法追隨上述修正處理之情況。此種情形時，預先準備複數個輸出至開關元件96之脈衝信號之波形之圖案並儲存於控制部3之記憶部。較理想為預先準備升溫用之波形圖案、溫度維持用之波形圖案等。而且，亦可為控制部3基於輻射溫度計140及輻射溫度計150之測定結果，自準備有複數個圖案之脈衝信號之波形中選擇最適合之波形。藉此，控制部3可以更短之運算處理時間對30個開關元件96即時地進行反饋控制。
又，於第1實施形態中，控制部3基於半導體晶圓W之面內溫度分佈之測定結而控制由充電單元95施加至電容器93之充電電壓。充電電壓之控制之態樣亦可有以下說明之2種。作為第1態樣，控制部3基於面內溫度分佈之測定結果，自動設定30個電容器93之各者之充電電壓。與上述同樣地，如上所述使流經30根閃光燈FL之電流之波形相同而對例如試驗用之半導體晶圓W照射閃光之光，藉由輻射溫度計140及輻射溫度計150而測定此時之半導體晶圓W之表面溫度。輻射溫度計140係測定經閃光加熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度。另一輻射溫度計150係測定經閃光加熱之半導體晶圓W之中央部之溫度。將輻射溫度計140及輻射溫度計150之測定結果儲存於控制部3之記憶部中。
控制部3基於輻射溫度計140及輻射溫度計150之測定結果而設定對30個電容器93之充電電壓。如圖11所示，在半導體晶圓W之周緣部之溫度低於中央部之溫度之情形時，即，在輻射溫度計140之測定結果低於輻射溫度計150之測定結果之情形時，將與30根閃光燈FL之排列中之端部附近之閃光燈FL對應之電容器93的充電電壓設定為相對較高。即，控制部3以使與30根閃光燈FL之排列中之端部附近之閃光燈FL對應之電容器93的充電電壓高於與該排列中之中央部附近之閃光燈FL對應之電容器93的充電電壓之方式，設定對各電容器93之充電電壓。
控制部3係以於如此個別地設定之充電電壓下對30個電容器93進行充電之方式控制30個充電單元95。以上述方式使對30個電容器93之充電電壓為不同者之結果為，30根閃光燈FL之排列中之端部附近之閃光燈FL之發光強度強於中央部附近之閃光燈FL之發光強度。其結果，閃光之光對易產生溫度降低之半導體晶圓W之周緣部之照度變高，從而可使閃光加熱時之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻。
又，充電電壓控制之第2態樣係裝置之操作人員基於面內溫度分佈之測定結果，手動地設定由充電單元95施加至電容器93之充電電壓者。該情形時，亦與第1態樣同樣地，如上所述使流經30根閃光燈FL之電流之波形相同而對例如試驗用之半導體晶圓W照射閃光之光，藉由輻射溫度計140及輻射溫度計150而測定此時之半導體晶圓W之表面溫度。輻射溫度計140係測定經閃光加熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度，輻射溫度計150係測定該半導體晶圓W之中央部之溫度。將輻射溫度計140及輻射溫度計150之測定結果顯示於例如熱處理裝置1之顯示部等。
操作人員基於輻射溫度計140及輻射溫度計150之測定結果而設定對30個電容器93之充電電壓。此時之電壓設定內容本身與上述第1 態樣相同。即，操作人員以使與30根閃光燈FL之排列中之端部附近之閃光燈FL對應之電容器93的充電電壓高於與該排列中之中央部附近之閃光燈FL對應之電容器93的充電電壓之方式，設定對各電容器93之充電電壓。
操作人員將所設定之充電電壓之設定值自輸入部33輸入至控制部3。繼而，控制部3按照該輸入內容而控制充電單元95對各電容器93進行充電，藉此，30根閃光燈FL之排列中之端部附近之閃光燈FL之發光強度強於中央部附近之閃光燈FL之發光強度。其結果，閃光之光對易產生溫度降低之半導體晶圓W之周緣部之照度變高，從而可使閃光加熱時之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻。
如以上般，於第1實施形態中，與30根閃光燈FL一對一對應地設置有30個開關元件96，控制部3係個別地控制30個開關元件96之動作而個別地規定30根閃光燈FL之發光圖案。於第1實施形態中，設置輻射溫度計140及輻射溫度計150而測定半導體晶圓W之面內溫度分佈，控制部3係基於該測定結果而個別地控制30個開關元件96之動作。又，控制部3基於該測定結果而個別地控制由充電單元95施加至電容器93之充電電壓。藉由個別地控制複數根閃光燈FL之發光圖案及對與該等複數根閃光燈FL對應之複數個電容器93之充電電壓，而可相對地提高閃光之光對易產生溫度降低之半導體晶圓W之區域之照度，從而使閃光加熱時之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻。
返回至圖9，於閃光之光的照射結束而閃光燈FL之發光停止之後經過特定時間之時刻t3，鹵素燈HL熄滅。藉此，半導體晶圓W自預備加熱溫度T1開始降溫。繼而，於半導體晶圓W之溫度降溫至特定以下之後，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且上升，藉此頂起銷12自基座74之上表面頂出而自基座74接收熱處理後之半導體晶圓W。繼而，打開由閘閥185封閉之搬送開口部 66，利用裝置外部之搬送機器人將載置於頂起銷12上之半導體晶圓W搬出，從而完成熱處理裝置1中之半導體晶圓W之加熱處理。
<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之處理順序亦大致與第1實施形態相同。第1實施形態中係基於半導體晶圓W之面內溫度分佈之測定結果而控制開關元件96之動作及電容器93之充電電壓，而第2實施形態中係基於30根閃光燈FL之排列之照度分佈之測定結果而進行相同之控制。具體而言，控制部3基於照度感測器240及照度感測器250之測定結果而控制30個開關元件96之動作，並且控制充電單元95對電容器93之充電電壓。
基於照度分佈之測定結果之30個開關元件96之動作控制之態樣亦與第1實施形態同樣地可有3種。第1態樣係控制部3基於照度分佈之測定結果，自動設定輸出至30個開關元件96之各者之脈衝信號之波形者。於自30根閃光燈FL照射閃光之光時，藉由照度感測器240及照度感測器250而測定閃光燈FL之排列之照度。照度感測器240係測定30根閃光燈FL之排列中之端部附近之照度。另一照度感測器250係測定30根閃光燈FL之排列中之中央部附近之照度。
控制部3之波形設定部32基於照度感測器240及照度感測器250之測定結果而設定輸出至30個開關元件96之各者之脈衝信號之波形。在閃光燈FL之排列之中央部之照度低於端部之照度之情形時，即，在照度感測器250之測定結果低於照度感測器240之測定結果之情形時，將輸出至與上述排列中之中央部附近之閃光燈FL對應之開關元件96的脈衝信號之導通時間設定為相對較長。即，波形設定部32係以使輸出至與30根閃光燈FL之排列中之中央部附近之閃光燈FL對應之開關元件96的脈衝信號之導通時間長於輸出至與該排列中之端部附近之閃 光燈FL對應之開關元件96的脈衝信號之導通時間之方式，設定輸出至各開關元件96之脈衝信號之波形。
藉此，30根閃光燈FL之排列面上之照度分佈變得均勻，其結果，亦可使照射閃光之光時之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻。
開關元件96之動作控制之第2態樣係裝置之操作人員基於照度分佈之測定結果，手動地設定輸出至30個開關元件96之各者之脈衝信號之波形者。與第1實施形態中之開關元件96之動作控制之第2態樣同樣地，代替控制部3而由操作人員基於照度分佈之測定結果而設定脈衝信號之波形，該波形設定內容本身與上述第1態樣相同。
開關元件96之動作控制之第3態樣係控制部3基於照度分佈之測定結果，而對30個開關元件96之各者即時地進行反饋控制者。與第1實施形態中之元件96之動作控制之第3態樣同樣地，控制部3基於照度感測器240及照度感測器250之測定結果，對正在向30個開關元件96之各者輸出之脈衝信號之波形施加修正。例如，在閃光燈FL之排列之中央部之照度低於端部之照度之情形時，控制部3以使正在向與上述排列中之中央部附近之閃光燈FL對應之開關元件96輸出的脈衝信號之導通時間相對較長之方式修正脈衝信號之波形。藉此，30根閃光燈FL之排列面上之照度分佈變得均勻，其結果，亦可使照射閃光之光時之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻。
又，於第2實施形態中，控制部3基於30根閃光燈FL之排列之照度分佈之測定結果而控制由充電單元95施加至電容器93之充電電壓。充電電壓之控制之態樣亦與第1實施形態同樣地可有2種。作為第1態樣，控制部3基於照度分佈之測定結果，自動設定30個電容器93之各者之充電電壓。與上述同樣地，於自30根閃光燈FL照射閃光之光時，藉由照度感測器240及照度感測器250而測定閃光燈FL之排列之照度。
控制部3基於照度感測器240及照度感測器250之測定結果而設定對30個電容器93之充電電壓。在照度感測器240之測定結果低於照度感測器250之測定結果之情形時，將與30根閃光燈FL之排列中之端部附近之閃光燈FL對應之電容器93的充電電壓設定為相對較高。即，控制部3以使與30根閃光燈FL之排列中之端部附近之閃光燈FL對應之電容器93的充電電壓高於與該排列中之中央部附近之閃光燈FL對應之電容器93的充電電壓之方式，設定對各電容器93之充電電壓。
控制部3以於如此個別地設定之充電電壓下對30個電容器93進行充電之方式控制30個充電單元95。以上述方式使對30個電容器93之充電電壓為不同者之結果為，30根閃光燈FL之排列面上之照度分佈變得均勻，從而亦可使照射閃光之光時之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻。
又，充電電壓控制之第2態樣係裝置之操作人員基於面內溫度分佈之測定結果，手動地設定由充電單元95施加至電容器93之充電電壓者。與第1實施形態中之充電電壓控制之第2態樣同樣地，代替控制部3而由操作人員基於照度分佈之測定結果而設定對30個電容器93之充電電壓，該電壓設定內容本身與上述第1態樣相同。
如以上般，於第2實施形態中，亦與30根閃光燈FL一對一對應地設置有30個開關元件96，控制部3係個別地控制30個開關元件96之動作而個別地規定30根閃光燈FL之發光圖案。於第2實施形態中，設置照度感測器240及照度感測器250而測定30根閃光燈FL之排列之照度分佈，控制部3係基於該測定結果而個別地控制30個開關元件96之動作。又，控制部3基於該測定結果而個別地控制由充電單元95施加至電容器93之充電電壓。藉由個別地控制複數根閃光燈FL之發光圖案及對與該等複數根閃光燈FL對應之複數個電容器93之充電電壓，而可使複數根閃光燈FL之排列面上之照度分佈均勻，其結果，亦可使 閃光加熱時之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻。
<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範圍內除上述者以外可進行各種變更。例如，於上述各實施形態中，控制部3係個別地控制30個開關元件96之動作而個別地規定30根閃光燈FL之發光圖案，但亦可將30根閃光燈FL分割成複數個燈群而針對每一區進行控制。
圖14係表示將30根閃光燈FL分割成複數個閃光燈群之例之圖。於圖14之例中，將30根閃光燈FL分割成5個閃光燈群。即，將30根閃光燈FL之排列分割成中央區之閃光燈群FG3、兩端區之閃光燈群FG1、FG5、及其等之中間區之閃光燈群FG2、FG4。5個閃光燈群FG1、FG2、FG3、FG4、FG5之各者包含6根閃光燈FL。而且，控制部3係於相同時序對與5個閃光燈群FG1、FG2、FG3、FG4、FG5之各者所包含之6根閃光燈FL對應之6個開關元件96輸出相同波形之脈衝信號。因此，各閃光燈群所包含之6根閃光燈FL之發光圖案成為相同。藉此，控制部3可針對複數個閃光燈群之每一群控制開關元件96之動作而規定發光圖案。
另一方面，於第1及第2實施形態中，控制部3係個別地控制30個開關元件96之動作而個別地規定30根閃光燈FL之發光圖案，故而亦可對所有30個開關元件96輸出不同之脈衝波形之脈衝信號，而使所有30根閃光燈FL之發光圖案不同。
總括而言，只要於照射閃光之光時，控制部3以使與會產生溫度降低之半導體晶圓W之區域、或者與會產生照度降低之閃光燈FL之排列之區域對應的閃光燈FL之照度相對較高之方式個別地控制30個開關元件96之動作即可。
又，於第1及第2實施形態中，控制部3係控制30個開關元件96之 動作，並且控制充電單元95對電容器93之充電電壓，但亦可僅進行該等中之任一者之控制。但，若使充電電壓變化則流經閃光燈FL之電流之波形之形狀亦會變化，故而閃光燈FL之發光圖案之控制變得困難。因此，較佳為至少進行控制部3對30個開關元件96之個別動作控制。
又，於上述各實施形態中，藉由自鹵素燈HL之鹵素光照射而對半導體晶圓W進行預備加熱，但預備加熱之方法並不限定於此，亦可藉由將半導體晶圓W載置於熱板上而進行預備加熱。
又，於上述各實施形態中，與脈衝信號成為導通之時序同步地對觸發電極91施加電壓，但施加觸發電壓之時序並不限定於此，亦可與脈衝信號之波形無關地以固定間隔施加。又，若為如脈衝信號之間隔較短，藉由某脈衝而流經閃光燈FL之電流之電流值仍殘留特定值以上之狀態下便藉由下一脈衝開始通電的情形，則電流會於該狀態下持續流經閃光燈FL，故而無需針對每一脈衝而施加觸發電壓。即，於脈衝信號成為導通時，只要為有電流流經閃光燈FL之時序，則觸發電壓之施加時序為任意。
又，於上述各實施形態中係使用IGBT作為開關元件96，但亦可代替此而使用可根據輸入至閘極之信號位準而使電路導通斷開之其他電晶體。但，由於閃光燈FL之發光會消耗相當大的電力，故而較佳為採用適於處理大電力之IGBT或GTO(Gate Turn Off，截斷閘)流體作為開關元件96。
又，於上述實施形態中，使閃光加熱部5包含30根閃光燈FL，但並不限定於此，閃光燈FL之根數可設為任意之數目。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中包含之鹵素燈HL之根數亦並不限定於40根，可設為任意之數目。
又，根據本發明之熱處理裝置，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。
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
51‧‧‧框體
52‧‧‧反射器
53‧‧‧燈光輻射窗
61‧‧‧腔室側部
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、69‧‧‧反射環
74‧‧‧基座
81‧‧‧氣體供給孔
82‧‧‧緩衝空間
83‧‧‧氣體供給管
84、89、192‧‧‧閥
85‧‧‧氮氣供給源
86‧‧‧氣體排氣孔
87‧‧‧緩衝空間
88、191‧‧‧氣體排氣管
140、150‧‧‧輻射溫度計
185‧‧‧閘閥
190‧‧‧排氣部
240、250‧‧‧照度感測器
FL‧‧‧閃光燈
HL‧‧‧鹵素燈
W‧‧‧半導體晶圓

Claims (12)

  1. 一種熱處理裝置，其特徵在於：其係藉由對基板照射閃光之光而加熱該基板者，且包含：腔室，其收容基板；保持器件，其於上述腔室內保持基板；複數個閃光燈，其等對保持於上述保持器件之基板照射閃光之光；複數個開關元件，其等與上述複數個閃光燈一對一對應地設置，規定流經對應之閃光燈之電流之波形；及發光控制器件，其個別地控制上述複數個開關元件之動作而個別地規定上述複數個閃光燈之發光圖案。
  2. 如請求項1之熱處理裝置，其中上述複數個閃光燈被分割成複數個閃光燈群，上述發光控制器件針對上述複數個閃光燈群之每一群規定發光圖案。
  3. 如請求項1或2之熱處理裝置，其進而包含複數個溫度感測器，該複數個溫度感測器測定保持於上述保持器件之基板之表面之不同區域的溫度，上述發光控制器件基於上述複數個溫度感測器之測定結果而控制上述複數個開關元件之動作。
  4. 如請求項3之熱處理裝置，其進而包含：複數個電容器，其等與上述複數個閃光燈一對一對應地設置，向對應之閃光燈供給電荷；及複數個充電部，其等與上述複數個電容器一對一對應地設置，對上述複數個電容器以個別之電壓進行充電； 上述發光控制器件基於上述複數個溫度感測器之測定結果而個別地控制上述複數個充電部之充電電壓。
  5. 如請求項1或2之熱處理裝置，其進而包含複數個照度感測器，該複數個照度感測器測定上述複數個閃光燈之排列之不同區域之照度，上述發光控制器件基於上述複數個照度感測器之測定結果而控制上述複數個開關元件之動作。
  6. 如請求項5之熱處理裝置，其進而包含：複數個電容器，其等與上述複數個閃光燈一對一對應地設置，向對應之閃光燈供給電荷；及複數個充電部，其等與上述複數個電容器一對一對應地設置，對上述複數個電容器以個別之電壓進行充電；上述發光控制器件基於上述複數個照度感測器之測定結果而個別地控制上述複數個充電部之充電電壓。
  7. 一種熱處理方法，其特徵在於：其係藉由對基板照射閃光之光而加熱該基板者，且個別地控制與照射閃光之光之複數個閃光燈一對一對應地設置且規定流經對應之閃光燈之電流之波形的複數個開關元件之動作，而個別地規定上述複數個閃光燈之發光圖案。
  8. 如請求項7之熱處理方法，其中上述複數個閃光燈被分割成複數個閃光燈群，且針對上述複數個閃光燈群之每一群規定發光圖案。
  9. 如請求項7或8之熱處理方法，其係基於經照射閃光之光之基板之表面之不同區域的溫度測定結果而控制上述複數個開關元件之動作。
  10. 如請求項9之熱處理方法，其係基於上述溫度測定結果而個別地 控制對與上述複數個閃光燈一對一對應地設置且向對應之閃光燈供給電荷之複數個電容器的充電電壓。
  11. 如請求項7或8之熱處理方法，其係基於上述複數個閃光燈之排列之不同區域之照度測定結果而控制上述複數個開關元件之動作。
  12. 如請求項11之熱處理方法，其係基於上述照度測定結果而個別地控制對與上述複數個閃光燈一對一對應地設置且向對應之閃光燈供給電荷之複數個電容器的充電電壓。
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