TWI566300B - 熱處理方法及熱處理裝置 - Google Patents

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布施和彥
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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」)照射光而加熱該基板進行雜質之活化之熱處理方法及熱處理裝置。
於半導體器件之製造製程中，雜質導入為用以於半導體晶圓內形成pn接面之必需步驟。目前，雜質導入一般係藉由離子植入法及其後之退火法完成。離子植入法係使硼(B)、砷(As)、磷(P)等雜質之元素離子化、且於高加速電壓下使其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，若退火時間為數秒左右以上，所植入之雜質因熱而擴散得較深，其結果，有接合深度與要求相比過深而對良好之器件形成造成障礙之虞。
因此，作為於極短時間內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(以下簡稱為「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於極短時間(數毫秒以下)內升溫之熱處理技術。
氙氣閃光燈之放射分光分佈為自紫外域至近紅外域，與先前之鹵素燈相比波長較短，與矽之半導體晶圓之基礎吸 收帶大致一致。藉此，於自氙氣閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，可透射光較少地使半導體晶圓快速升溫。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的極短時間之升溫，可僅執行雜質活化，而不使雜質擴散得較深。
作為使用有此種氙氣閃光燈之熱處理裝置，專利文獻1及專利文獻2中揭示有於半導體晶圓之表面側配置閃光燈等脈衝發光燈、於背面側配置鹵素燈等連續照明燈、從而藉由該等之組合而進行所需之熱處理者。於專利文獻1及專利文獻2所揭示之熱處理裝置中，藉由鹵素燈等將半導體晶圓預加熱至某程度之溫度，其後，藉由來自閃光燈之脈衝加熱而使其升溫至所需之處理溫度。
然而，於使用有氙氣閃光燈之熱處理裝置中，由於對半導體晶圓瞬間照射具有極高能量之光，故而半導體晶圓之表面溫度瞬間快速上升。其結果，發現因急劇之升溫而產生製程損傷，對半導體器件之特性產生不良影響，從而無法獲得所需之可靠性壽命。
又，藉由離子植入法植入高能量之離子之結果，多數缺陷被導入至半導體晶圓之矽結晶中。存在此種缺陷導入至較離子注入層略深之位置之傾向。於進行離子注入後之退火處理時，較為理想的是與雜質之活化一併進行所導入之缺陷之恢復。為進行此種缺陷恢復，只要使退火處理之時間變長即可，但若如此，則產生如上所述之所植入之雜質 與要求相比擴散得較深之問題。
因此，專利文獻3中揭示有發光輸出之波峰過後藉由較弱之發光輸出進行追加之光照射之閃光燈退火技術。根據專利文獻3所揭示之技術，由於使半導體晶圓之表面升溫至處理溫度後，藉由追加之光照射而使其表面溫度於處理溫度下維持數毫秒左右以上，故而亦可於某程度上加熱較表面略深之位置，且不僅可進行雜質之活化，亦可進行所導入之結晶缺陷之恢復。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開昭60-258928號公報
[專利文獻2]日本專利特表2005-527972號公報
[專利文獻3]日本專利特開2009-260018號公報
然而，於閃光燈退火中，使半導體晶圓之表面升溫至處理溫度後，若維持於該處理溫度，則有晶圓破裂之頻度升高之虞。可認為其原因在於：於藉由極短時間之表面照射進行加熱之閃光燈退火中，於半導體晶圓之表背面不可避免地產生溫度差，但若使晶圓表面溫度維持於處理溫度，則於表背面產生有較大之溫度差之時間亦變長，從而因表背面之熱膨脹差而導致之應力集中於晶圓背面。
本發明係鑒於上述課題而完成者，其第1目的在於提供一種可一面抑制所注入之雜質之擴散一面防止製程損傷之 產生的熱處理方法及熱處理裝置。
又，本發明之第2目的在於提供一種可一面防止基板之破裂一面進行所注入之雜質之活化及所導入之缺陷之恢復之兩者的熱處理方法及熱處理裝置。
為解決上述課題，技術方案1之發明係一種熱處理方法，其藉由對基板照射光而加熱該基板進行雜質之活化，其特徵在於包括：預加熱步驟，其將基板加熱至特定之預加熱溫度；升溫步驟，其藉由對上述基板照射光而使上述基板之表面溫度於1毫秒以上20毫秒以下自上述預加熱溫度升溫至最高到達溫度；及溫度維持步驟，其於上述升溫步驟後，藉由對上述基板照射光而使上述基板之表面溫度於自上述最高到達溫度±25℃以內之範圍內維持3毫秒以上50毫秒以下。
又，技術方案2之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其特徵在於上述預加熱溫度為300℃以上800℃以下；上述最高到達溫度為1000℃以上1400℃以下。
又，技術方案3之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其特徵在於在上述升溫步驟及上述溫度維持步驟中，自閃光燈對上述基板照射閃光。
又，技術方案4之發明係如技術方案3之發明之熱處理方法，其特徵在於在上述升溫步驟及上述溫度維持步驟中，藉由利用開關元件使自電容器朝上述閃光燈之電荷之供給間斷而控制上述閃光燈之發光輸出。
又，技術方案5之發明係一種熱處理裝置，其藉由對基板照射光而加熱該基板進行雜質之活化，其特徵在於包括：腔室，其收容基板；保持機構，其將基板保持於上述腔室內；預加熱機構，其將上述保持機構所保持之基板加熱至特定之預加熱溫度；光照射機構，其對上述保持機構所保持之基板照射光；及發光控制機構，其控制上述光照射機構之發光輸出；且上述發光控制機構以如下方式控制上述光照射機構之發光輸出：於藉由對上述保持機構所保持之基板照射光而使上述基板之表面溫度於1毫秒以上20毫秒以下自上述預加熱溫度升溫至最高到達溫度後，使上述基板之表面溫度於自上述最高到達溫度±25℃以內之範圍內維持3毫秒以上50毫秒以下。
又，技術方案6之發明係如技術方案5之發明之熱處理裝置，其特徵在於上述預加熱溫度為300℃以上800℃以下；上述最高到達溫度為1000℃以上1400℃以下。
又，技術方案7之發明係如技術方案5之發明之熱處理裝置，其特徵在於上述光照射機構包括照射閃光之閃光燈。
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，其特徵在於上述發光控制機構包括開關元件，該開關元件藉由使自電容器朝上述閃光燈之電荷之供給間斷而控制上述閃光燈之發光輸出。
又，技術方案9之發明係一種熱處理方法，其藉由對基板照射光而加熱該基板，其特徵在於包括：第1照射步驟，其花費1毫秒以上20毫秒以下使來自閃光燈之發光輸 出自零增加至第1發光輸出，而對基板進行光照射；及第2照射步驟，其以上述基板之表面溫度維持於自第1照射步驟中達到之溫度±25℃以內之範圍內之方式，一面花費3毫秒以上50毫秒以下使來自上述閃光燈之發光輸出自第1發光輸出逐漸降低，一面對基板進行光照射。
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，其特徵在於藉由利用開關元件使自電容器朝上述閃光燈之電荷之供給間斷而控制上述閃光燈中流通之電流，從而調整發光輸出。
又，技術方案11之發明係如技術方案10之發明之熱處理方法，其特徵在於藉由對上述開關元件之閘極施加複數個脈衝而使自上述電容器朝上述閃光燈之電荷之供給間斷。
又，技術方案12之發明係如技術方案10之發明之熱處理方法，其特徵在於上述開關元件為絕緣閘極雙極電晶體。
又，技術方案13之發明係一種熱處理裝置，其藉由對基板照射光而加熱該基板，其特徵在於包括：腔室，其收容基板；保持機構，其將基板保持於上述腔室內；閃光燈，其對上述保持機構所保持之基板照射光；及發光控制機構，其控制上述閃光燈之發光輸出；且上述發光控制機構以如下方式控制上述閃光燈之發光輸出：於花費1毫秒以上20毫秒以下使發光輸出自零增加至第1發光輸出而對基板進行光照射後，以上述基板之表面溫度維持於自藉由該光照射而達到之溫度±25℃以內之範圍內之方式，一面花費3毫秒以上50毫秒以下使發光輸出自第1發光輸出逐漸降 低，一面對基板進行光照射。
又，技術方案14之發明係如技術方案13之發明之熱處理裝置，其特徵在於上述發光控制機構包括開關元件，該開關元件藉由使自電容器朝上述閃光燈之電荷之供給間斷而控制上述閃光燈中流通之電流，從而調整發光輸出。
又，技術方案15之發明係如技術方案14之發明之熱處理裝置，其特徵在於上述發光控制機構更包括脈衝施加機構，該脈衝施加機構藉由對上述開關元件之閘極施加複數個脈衝而使自上述電容器朝上述閃光燈之電荷之供給間斷。
又，技術方案16之發明係如技術方案14之發明之熱處理裝置，其特徵在於上述開關元件為絕緣閘極雙極電晶體。
又，技術方案17之發明係一種熱處理方法，其藉由對基板照射光而加熱該基板，其特徵在於包括：預加熱步驟，其將基板加熱至特定之預加熱溫度；升溫步驟，其自閃光燈對上述基板之一面照射閃光，且花費較自上述一面朝與上述一面為相反側之面即另一面之導熱所需之導熱時間長的時間，使上述一面之溫度自上述預加熱溫度升溫至目標溫度；及溫度維持步驟，其於上述升溫步驟後，自上述閃光燈對上述基板之上述一面照射閃光，而使上述一面之溫度於自上述目標溫度±25℃以內之範圍內維持5毫秒以上。
又，技術方案18之發明係如技術方案17之發明之熱處理方法，其特徵在於上述升溫步驟中之上述一面之升溫速度為1000℃/秒以上。
又，技術方案19之發明係如技術方案17之發明之熱處理方法，其特徵在於上述基板為矽之半導體晶圓。
又，技術方案20之發明係如技術方案17之發明之熱處理方法，其特徵在於在上述升溫步驟及上述溫度維持步驟中，藉由利用開關元件使自電容器朝上述閃光燈之電荷之供給間斷而控制上述閃光燈之發光輸出。
又，技術方案21之發明係一種熱處理裝置，其藉由對基板照射光而加熱該基板，其特徵在於包括：腔室，其收容基板；保持機構，其將基板保持於上述腔室內；預加熱機構，其將上述保持機構所保持之基板加熱至特定之預加熱溫度；閃光燈，其對上述保持機構所保持之基板照射閃光；及發光控制機構，其控制上述閃光燈之發光輸出；且上述發光控制機構以如下方式控制上述閃光燈之發光輸出：於對上述保持機構所保持之基板之一面照射閃光，且花費較自上述一面朝與上述一面為相反側之面即另一面之導熱所需之導熱時間長的時間使上述一面之溫度自上述預加熱溫度升溫至目標溫度後，使上述一面之溫度於自上述目標溫度±25℃以內之範圍內維持5毫秒以上。
又，技術方案22之發明係如技術方案21之發明之熱處理裝置，其特徵在於上述發光控制機構以上述一面之溫度以1000℃/秒以上之升溫速度自上述預加熱溫度升溫至上述目標溫度之方式，控制上述閃光燈之發光輸出。
又，技術方案23之發明係如技術方案21之發明之熱處理裝置，其特徵在於上述基板為矽之半導體晶圓。
又，技術方案24之發明係如技術方案21之發明之熱處理裝置，其特徵在於上述發光控制機構包括開關元件，該開關元件藉由使自電容器朝上述閃光燈之電荷之供給間斷而控制上述閃光燈之發光輸出。
根據技術方案1至技術方案8之發明，基板之表面溫度於目標溫度附近維持一定時間，從而可抑制雜質之擴散並防止製程損傷之產生。
又，根據技術方案9至技術方案16之發明，基板之表面溫度於第1照射步驟中達到之溫度附近維持一定時間，從而可抑制雜質之擴散並防止製程損傷之產生。
又，根據技術方案17至技術方案24之發明，可使基板之表背面之溫度差較小，且可防止基板之破裂。又，由於基板之表面溫度於目標溫度附近維持一定時間，故而可進行雜質之活化及所導入之缺陷之恢復之兩者。
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之構成之縱剖面圖。本實施形態之熱處理裝置1係藉由對作為基板的為300 mm之圓板形狀之矽半導體晶圓W進行閃光照射而加熱該半導體晶圓W之閃光燈退火裝置。於搬入至熱處理裝置1前之半導體晶圓W中注入有雜質，藉由利用熱處理裝置1之加 熱處理而執行所注入之雜質之活化處理。
熱處理裝置1包括收容半導體晶圓W之腔室6、內置有複數個閃光燈FL之閃光加熱部5、內置有複數個鹵素燈HL之鹵素加熱部4、及擋板機構2。於腔室6之上側設置有閃光加熱部5，並且於下側設置有鹵素加熱部4。又，熱處理裝置1包括於腔室6之內部使半導體晶圓W保持成水平姿勢之保持部7、及於保持部7與裝置外部之間進行半導體晶圓W之交付之移載機構10。進而，熱處理裝置1包括控制擋板機構2、鹵素加熱部4、閃光加熱部5及設置於腔室6中之各動作機構而使其執行半導體晶圓W之熱處理之控制部3。
腔室6構成為於筒狀之腔室側部61之上下安裝有石英制之腔室窗。腔室側部61具有上下開口之大致筒形狀，於上側開口處安裝有上側腔室窗63而閉塞，於下側開口處安裝有下側腔室窗64而閉塞。構成腔室6之頂部之上側腔室窗63為藉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之底部之下側腔室窗64亦為藉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之下側嵌入且以圖示省略之螺釘固定而安裝。即，反射環68、 69均裝卸自如地安裝於腔室側部61。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圍成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之上端面圍成之凹部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由強度及耐熱性優異之金屬材料(例如不鏽鋼)形成。又，反射環68、69之內周面藉由電解鍍鎳而設為鏡面。
又，於腔室側部61形設有用以對腔室6進行半導體晶圓W之搬入及搬出之搬送開口部(爐口)66。搬送開口部66可藉由閘閥185而開閉。搬送開口部66與凹部62之外周面連通連接。因此，於閘閥185使搬送開口部66開放時，可進行自搬送開口部66通過凹部62朝熱處理空間65之半導體晶圓W之搬入及自熱處理空間65之半導體晶圓W之搬出。又，若閘閥185封閉搬送開口部66，則腔室6內之熱處理空間65成為密閉空間。
又，於腔室6之內壁上部形設有將處理氣體(本實施形態中為氮氣(N2))供給至熱處理空間65之氣體供給孔81。氣體供給孔81形設於較凹部62靠上側之位置，亦可設置於反射環68上。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連接於氮氣供給源85。又，於氣體供給管83之路徑中途介插有閥84。若閥84開放，則自氮氣供給源85將氮氣送給至緩衝空間82。流入至緩衝空間82之氮氣在與氣體供給孔81相比流體阻抗較小之緩衝空間82內以擴展之方式流通，且自氣體供給孔81供給至熱處理空間65內。
另一方面，於腔室6之內壁下部形設有對熱處理空間65內之氣體進行排氣之氣體排氣孔86。氣體排氣孔86形設於較凹部62靠下側之位置，亦可設置於反射環69上。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。若閥89開放，則熱處理空間65之氣體自氣體排氣孔86經由緩衝空間87而朝氣體排氣管88排出。再者，氣體供給孔81及氣體排氣孔86亦可沿腔室6之周方向設置複數個，且亦可為狹縫狀。又，氮氣供給源85及排氣部190為設置於熱處理裝置1中之機構，亦可為設置有熱處理裝置1之工廠之實體。
又，於搬送開口部66之前端亦連接有排出熱處理空間65內之氣體的氣體排氣管191。氣體排氣管191經由閥192而與排氣部190連接。藉由使閥192開放，而經由搬送開口部66對腔室6內之氣體進行排氣。
圖2係表示保持部7之整體外觀之立體圖。又，圖3係自上面觀察保持部7之平面圖，圖4係自側方觀察保持部7之 側視圖。保持部7係包括基台環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整體由石英形成。
基台環71為圓環形狀之石英構件。基台環71係藉由載置於凹部62之底面而支撐於腔室6之壁面(參照圖1)。於具有圓環形狀之基台環71之上表面沿其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亦為石英構件，且藉由焊接而固著於基台環71上。再者，基台環71之形狀亦可為自圓環形狀一部分欠缺而成之圓弧狀。
平板狀之基座74由設置於基台環71上之4個連結部72支撐。基座74為由石英形成之大致圓形之平板狀構件。基座74之直徑大於半導體晶圓W之直徑。即，基座74具有較半導體晶圓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)導銷76。5個導銷76沿基座74之外周圓及同心圓之圓周上而設置。配置有5個導銷76之圓之直徑略大於半導體晶圓W之直徑。各導銷76亦由石英形成。再者，導銷76可與基座74一體地自石英錠進行加工而成，亦可將另外加工而成者藉由焊接等安裝於基座74上。
立設於基台環71上之4個連結部72與基座74之周緣部之下表面藉由焊接而固著。即，基座74與基台環71藉由連結部72而固定連結，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支撐於腔室6之壁面，而將保持部7安裝於腔室6中。於在腔室6中安裝有保持部7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以水平姿勢載置且保持於安裝在腔室6中之保持部7之基座74上。半導體晶圓W藉由載置於由5個導銷76形成之圓之內側而防止水平方向之位移。再者，導銷76之個數並不限定於5個，只要為可防止半導體晶圓W之位移之數量即可。
又，如圖2及圖3所示，於基座74中上下穿透地形成有開口部78及缺口部77。缺口部77係為使應用有熱電耦之接觸式溫度計130之探針前端部通過而設置。另一方面，開口部78係為放射溫度計120接收自保持於基座74上之半導體晶圓W之下表面放射出之放射光(紅外光)而設置。進而，於基座74中，為下述移載機構10之頂起銷12進行半導體晶圓W之交付而穿設有穿透之4個穿透孔79。
圖5係移載機構10之平面圖。又，圖6係移載機構10之側視圖。移載機構10包括2根移載臂11。移載臂11設為大概如沿圓環狀之凹部62般之圓弧形狀。於各移載臂11上立設有2根頂起銷12。各移載臂11可藉由水平移動機構13而旋轉。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)和不與保持部7所保持之半導體晶圓W於平面視圖中重疊之退避位置(圖5之兩點鏈線位置)之間水平移動。作為水平移動機構13，可為藉由個別之馬達分別使各移載臂11旋轉者，亦可為使用環機構且藉由1個馬達使一對移載臂11連動地旋轉者。
又，一對移載臂11藉由升降機構14而與水平移動機構13 一併升降移動。若升降機構14使一對移載臂11上升至移載動作位置，共計4根頂起銷12通過穿設於基座74中之穿透孔79(參照圖2、3)，且頂起銷12之上端自基座74之上表面突出。另一方面，若升降機構14使一對移載臂11下降至移載動作位置，而使頂起銷12自穿透孔79中拔出，且水平移動機構13使一對移載臂11以打開之方式移動，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。由於基台環71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，構成為於設置有移載機構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圖示省略之排氣機構，從而將移載機構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於框體51之內側包括包含複數根(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之底部安裝有燈光放射窗53。構成閃光加熱部5之底部之燈光放射窗53為藉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，而使燈光放射窗53與上側腔室窗63相對向。閃光燈FL自腔室6之上方經由燈光放射窗53及上側腔室窗63而對熱處理空間65照射閃光。
複數個閃光燈FL為各自具有長條圓筒形狀之棒狀燈，且以各自之長度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)相互平行之方式排列成平面狀。藉此，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，電容器93、線圈94、閃光燈FL、及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣閘極雙極電晶體)96串聯連接。又，如圖8所示，控制部3包括脈衝產生器31及波形設定部32，並且連接於輸入部33。可採用鍵盤、滑鼠、觸控面板等各種周知之輸入機器作為輸入部33。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包括於其內部封入有氙氣且於其兩端部配設有陽極及陰極之棒狀之玻璃管(放電管)92、以及附設於該玻璃管92之外周面上之觸發電極91。針對電容器93，藉由電源單元95施加特定之電壓，而充電與該施加電壓(充電電壓)相應之電荷。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施加電壓之時序由控制部3控制。
IGBT96為於閘極部裝入有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，且為適於應對大電力之開關元件。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。如此，包括閃光燈 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與所對應之電容器93之連接間斷。
即便於對電容器93充電之狀態下，IGBT96成為導通狀態，且對玻璃管92之兩端電極施加高電壓，但由於氙氣為電性絕緣體，故而於通常之狀態下玻璃管92內電亦不流通。然而，於觸發電路97對觸發電極91施加高電壓而使絕緣破壞之情形時，藉由兩端電極間之放電而於玻璃管92內電流瞬時流通，藉由此時之氙之原子或分子之激勵而放出光。
又，圖1之反射器52於複數個閃光燈FL之上方以覆蓋該等整體之方式而設置。反射器52之基本功能為將自複數個閃光燈FL出射之光反射至保持部7側。反射器52係藉由鋁合金板而形成，其表面(臨向閃光燈FL之側之面)藉由噴射處理實施粗面化加工而呈緞光加工面式樣。
於設置於腔室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進行自腔室6之下方經由下側腔室窗64而朝熱處理空間65之光照射。圖7係表示複數個鹵素燈HL之配置之平面圖。本實施形態中，於上下2段各配設20根鹵素燈HL。各鹵素燈HL為具有長條圓筒形狀之棒狀燈。於上段、下段均係20根鹵素燈HL之各自之長度方向以沿保持於保持部7之半導體晶圓W之主面(即沿水平方向)相互平行之方式排列。藉此，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中的鹵素燈HL之配設密度較高。即，於上下段均係與燈排列之中央部相比周緣部之鹵素燈HL之配設間距較短。因此，於進行利用來自鹵素加熱部4之光照射之加熱時，可對容易產生溫度降低之半導體晶圓W之周緣部進行更多之光量之照射。
又，使包含上段之鹵素燈HL之燈群及包含下段之鹵素燈HL之燈群以格子狀地交叉之方式排列。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共計40根之鹵素燈HL。
鹵素燈HL為藉由對配設於玻璃管內部之長絲通電而使長絲白熱化且發光之長絲方式之光源。於玻璃管之內部封入有向氮或氬等惰性氣體中導入微量鹵族元素(碘、溴等)而成之氣體。藉由導入鹵族元素，可一面抑制長絲之折損一面將長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照射強光之特性。又，鹵素燈HL由於為棒狀燈，故而長壽命，藉由使鹵素燈HL沿水平方向配置，而成為朝上方之半導體晶圓W之放射效率優異者。
又，如圖1所示，熱處理裝置1於鹵素加熱部4及腔室6之側方包括擋板機構2。擋板機構2包括擋板21及滑動驅動機構22。擋板21為對鹵素光不透明之板，例如藉由鈦(Ti)而形成。滑動驅動機構22使擋板21沿水平方向滑動移動，且 於鹵素加熱部4與保持部7之間之遮光位置拔插擋板21。若滑動驅動機構22使擋板21前進，則擋板21插入至腔室6與鹵素加熱部4之間之遮光位置(圖1之兩點鏈線位置)，從而阻斷下側腔室窗64與複數個鹵素燈HL。藉此，將自複數個鹵素燈HL朝向熱處理空間65之保持部7之光遮蔽。相反地，若滑動驅動機構22使擋板21後退，則擋板21自腔室6與鹵素加熱部4之間之遮光位置退出，從而下側腔室窗64之下方開放。
又，控制部3控制設置於熱處理裝置1中之上述各種動作機構。控制部3之硬體之構成與普通之電腦相同。即，控制部3包括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，從而熱處理裝置1中之處理得以進行。又，如圖8所示，控制部3包括脈衝產生器31及波形設定部32。如上所述，波形設定部32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。藉由該控制部3及IGBT96而構成控制閃光燈FL之發光輸出之發光控制機構。
除上述構成以外，熱處理裝置1包括各種冷卻用之構造，以防止因於半導體晶圓W之熱處理時自鹵素燈HL及閃 光燈FL產生之熱量而導致之鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之過度溫度上升。例如，於腔室6之壁體上設置有水冷管(圖示省略)。又，鹵素加熱部4及閃光加熱部5設為於內部形成氣體流進行排熱之空冷構造。又，亦朝上側腔室窗63與燈光放射窗53之間隙供給空氣，而冷卻閃光加熱部5及上側腔室窗63。
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。此處，成為處理對象之半導體晶圓W為藉由離子注入法而添加有雜質(離子)之半導體基板。圖9係表示熱處理裝置1中之成為處理對象之半導體晶圓W上所形成之元件之構造之圖。於矽基板111上形成源極、汲極區域112及延伸區域113，並且於該矽基板111之上表面設置閘極電極115。延伸區域113為源極、汲極區域112與通道之電性連接部。金屬之閘極電極115介隔閘極絕緣膜114而設置於矽基板111上，於其側方形成SiN之側壁116。藉由離子注入法對源極、汲極區域112及延伸區域113導入雜質，該雜質之活化藉由利用熱處理裝置1之光照射加熱處理(退火)而執行。以下所說明之熱處理裝置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。
圖10係表示熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理順序之流程圖。首先，令用以供氣之閥84開放，並且使排氣用之閥89、192開放，而開始對腔室6內之供氣排氣(步驟S1)。若閥84開放，則將氮氣自氣體供給孔81供給至熱處理空間65。又，若閥89開放，則自氣體排氣孔86排出腔室 6內之氣體。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，自熱處理空間65之下部排出。
又，藉由使閥192開放，亦自搬送開口部66排出腔室6內之氣體。進而，藉由圖示省略之排氣機構，亦排出移載機構10之驅動部周邊之環境氣體。再者，於熱處理裝置1中之半導體晶圓W之熱處理時，將氮氣連續供給至熱處理空間65，其供給量根據圖10之處理步驟而適當變更。
繼而，閘閥185打開，且使搬送開口部66開放，藉由裝置外部之搬送機器人且經由搬送開口部66而將雜質注入後之半導體晶圓W搬入至腔室6內之熱處理空間65(步驟S2)。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。而且，藉由移載機構10之一對移載臂11自退避位置水平移動地上升至移載動作位置，頂起銷12通過穿透孔79而自基座74之上表面突出，從而接收半導體晶圓W。
將半導體晶圓W載置於頂起銷12上後，搬送機器人自熱處理空間65退出，藉由閘閥185而封閉搬送開口部66。而且，藉由一對移載臂11下降，半導體晶圓W自移載機構10被交付至保持部7之基座74，且保持成水平姿勢。半導體晶圓W係將完成圖案形成且注入有雜質之表面作為上表面而保持於基座74上。又，半導體晶圓W於基座74之上表面保持於5個導銷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。
將半導體晶圓W載置且保持於保持部7之基座74上後，使鹵素加熱部4之40根鹵素燈HL一齊點亮而開始預加熱(輔助加熱)(步驟S3)。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(與表面為相反側之主面)被照射。藉由受到來自鹵素燈HL之光照射，半導體晶圓W之溫度上升。再者，由於移載機構10之移載臂11退避至凹部62之內側，故而不會成為利用鹵素燈HL之加熱之障礙。
圖11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搬入且載置於基座74後，控制部3於時刻t0處使40根鹵素燈HL點亮，藉由鹵素光照射而使半導體晶圓W升溫至預加熱溫度T1。預加熱溫度T1為300℃以上800℃以下，第1實施形態中設為700℃。
於進行利用鹵素燈HL之預加熱時，藉由接觸式溫度計130測定半導體晶圓W之溫度。即，內置有熱電耦之接觸式溫度計130經由缺口部77而與保持於基座74上之半導體晶圓W之下表面接觸，從而測定升溫中之晶圓溫度。所測定之半導體晶圓W之溫度傳遞至控制部3。控制部3一面監控藉由來自鹵素燈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加熱溫度T1、一面控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於利用接觸式溫度計130之測定值而以半導體晶圓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。再者，於因來自鹵素燈HL之光照射而使半導體晶圓W升溫時，不進行利用放射溫度計 120之溫度測定。其原因在於：自鹵素燈HL照射之鹵素光作為環境光入射至放射溫度計120，從而無法進行正確之溫度測定。
於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1後，控制部3使半導體晶圓W暫時維持於該預加熱溫度T1。具體而言，於藉由接觸式溫度計130測定之半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1之時刻t1處，控制部3控制鹵素燈HL之輸出，而使半導體晶圓W之溫度維持於大致預加熱溫度T1。
藉由進行利用此種鹵素燈HL之預加熱，而使半導體晶圓W之整體均一地升溫至預加熱溫度T1。於利用鹵素燈HL之預加熱之階段，存在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較高。因此，對容易產生散熱之半導體晶圓W之周緣部照射之光量變多，從而可使預加熱階段之半導體晶圓W之面內溫度分佈均一。進而，由於安裝於腔室側部61之反射環69之內周面設為鏡面，故而藉由該反射環69之內周面而使朝半導體晶圓W之周緣部反射之光量變多，從而可使預加熱階段之半導體晶圓W之面內溫度分佈更均一。
其次，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刻t2處，執行利用自閃光燈FL照射閃光之加熱處理。再者，半導體晶圓W之溫度自室溫達到預加熱溫度T1之時間(自時刻t0至時刻t1之時間)及自達到預加熱 溫度T1起至閃光燈FL發光之時間(自時刻t1至時刻t2之時間)均為數秒左右。於閃光燈FL進行閃光照射時，預先藉由電源單元95將電荷儲存於電容器93中。而且，於在電容器93中儲存有電荷之狀態下，自控制部3之脈衝產生器31對IGBT96輸出脈衝信號，而對IGBT96進行導通斷開驅動。
圖12係表示脈衝信號之波形與閃光燈FL中流通之電流之相關之一例之圖。此處，如圖12上段所示之波形之脈衝信號自脈衝產生器31輸出。脈衝信號之波形可藉由將以脈衝寬度之時間(導通時間)及脈衝間隔之時間(斷開時間)為參數而依次設定之處理程式自輸入部33輸入而規定。若操作人員將此種處理程式自輸入部33輸入至控制部3，則按照上述處理程式，控制部3之波形設定部32設定使如圖12上段所示之導通斷開反覆之脈衝波形。於圖12上段所示之脈衝波形中，於前段設定脈衝寬度較長且間隔較短之複數個脈衝PA，於後段設定脈衝寬度較短且間隔較長之複數個脈衝PB。而且，脈衝產生器31按照藉由波形設定部32設定之脈衝波形而輸出脈衝信號。其結果，對IGBT96之閘極施加如圖12上段般之波形之脈衝信號，而控制IGBT96之導通斷開驅動。具體而言，於對IGBT96之閘極輸入之脈衝信號導通時，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地，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)。藉由於在電容器93中儲存有電荷之狀態下，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地對觸發電極91施加高電壓，而於脈衝信號導通時，於玻璃管92內之兩端電極間電流必定流通，藉由此時之氙之原子或分子之激勵而放出光。
藉由自控制部3對IGBT96之閘極輸出圖12上段之波形之脈衝信號，並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，而如圖12下段所示之波形之電流於包括閃光燈FL之電路中流通。即，於對IGBT96之閘極輸入之脈衝信號導通時，於閃光燈FL之玻璃管92內流通之電流值增加，於斷開時電流值減少。再者，與各脈衝對應之各電流波形係藉由線圈94之常數而規定。
如圖12下段所示之波形之電流流通而使閃光燈FL發光。閃光燈FL之發光輸出與閃光燈FL中流通之電流大致成正比。因此，閃光燈FL之發光輸出之輸出波形(分佈)成為如圖13所示之圖案。按照如圖13所示之來自閃光燈FL之輸出波形而對保持於保持部7之半導體晶圓W進行光照射。
於不使用IGBT96而使閃光燈FL發光之情形時，以1次發光消耗儲存於電容器93中之電荷，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，本實施形態中，藉由於電路中連接作為開關元件之IGBT96，且對其閘極輸出如圖12上段般之脈衝信號，而藉由IGBT96使自電容器93朝閃光燈FL之電荷之供給間斷，從而控制閃光燈FL中流通之電流，且調整閃光燈FL 之發光輸出。其結果，可以說閃光燈FL之發光受到斬波控制，將儲存於電容器93中之電荷分割而消耗，於極短之時間內閃光燈FL反覆亮滅。再者，如圖12所示，因於電流值完全成為「0」之前，對IGBT96之閘極施加後續之脈衝，從而電流值再次增加，故而於閃光燈FL反覆亮滅之期間，發光輸出亦不完全為「0」。
圖13所示之光之輸出波形可看作進行2階段之光照射者。即，進行藉由自閃光燈FL開始發光之時刻t21至發光輸出成為最大之時刻t22之第1照射、及於自時刻t22至時刻t23之期間發光輸出逐漸降低之第2照射而構成之2段照射。
更詳細而言，首先藉由脈衝產生器31對IGBT96之閘極間斷性地施加脈衝寬度較長且間隔較短之複數個脈衝PA，而使IGBT96反覆導通斷開，從而於包括閃光燈FL之電路中電流流通。於該階段，由於對IGBT96之閘極施加脈衝寬度較長且間隔較短之複數個脈衝PA，故而IGBT96之導通時間較斷開時間長，閃光燈FL中流通之電流於整體概觀上成為如自零增大至特定值般之鋸形波形(圖12下段之前段)。此種波形之電流流通，而閃光燈FL自時刻t21朝時刻t22進行發光輸出自零增大至最大值Imax之第1照射。自執行該第1照射步驟之時刻t21至時刻t22之時間為1毫秒以上20毫秒以下。
其次，脈衝產生器31對IGBT96之閘極間斷性地施加脈衝寬度較短且間隔較長之複數個脈衝PB。於該階段，由於 對IGBT96之閘極施加脈衝寬度較短且間隔較長之複數個脈衝PB，故而與上述相反地IGBT96之導通時間較斷開時間短，閃光燈FL中流通之電流於整體概觀上成為如自上述特定值逐漸減少般之鋸形波形(圖12下段之後段)。此種波形之電流流通，而閃光燈FL自時刻t22朝時刻t23進行如發光輸出自最大值Imax逐漸降低般之第2照射。自執行該第2照射步驟之時刻t22至時刻t23之時間為3毫秒以上50毫秒以下。
藉由對半導體晶圓W進行如圖13所示之2階段之光照射，而半導體晶圓W之表面溫度自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2，該溫度分佈成為如圖14所示之圖案。更詳細而言，藉由花費自時刻t21至時刻t22之1毫秒以上20毫秒以下進行之第1照射，而使半導體晶圓W之表面溫度自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2(步驟S4)。目標溫度T2為達成所注入之雜質之活化的1000℃以上1400℃以下，本實施形態中設為1200℃。
又，藉由花費自時刻t22至時刻t23之3毫秒以上50毫秒以下進行之第2照射，而使半導體晶圓W之表面溫度維持於自目標溫度T2±25℃以內之範圍內(步驟S5)。再者，圖11之時刻標度為秒，相對於此，圖14之時刻標度為毫秒，因此，自圖14之t21至t23均係於圖11中與t2疊合而表示者。
若利用閃光燈FL之第2照射結束，則IGBT96成為斷開狀態，且閃光燈FL之發光停止(步驟S6)，半導體晶圓W之表面溫度自目標溫度T2快速地降溫。返回至圖11，於第2照 射結束後，於經過特定時間後之時刻t3鹵素燈HL熄滅(步驟S7)。藉此，半導體晶圓W開始自預加熱溫度T1降溫。又，鹵素燈HL熄滅之同時，擋板機構2使擋板21插入至鹵素加熱部4與腔室6之間之遮光位置(步驟S8)。即便鹵素燈HL熄滅，長絲或管壁之溫度亦不會立刻降低，暫時自高溫之長絲及管壁繼續放射輻射熱，其妨礙半導體晶圓W之降溫。藉由插入擋板21，而阻斷自熄滅後之鹵素燈HL朝熱處理空間65放射之輻射熱，從而可提高半導體晶圓W之降溫速度。
又，於將擋板21插入至遮光位置之時間點開始利用放射溫度計120之溫度測定。即，放射溫度計120自保持於保持部7之半導體晶圓W之下表面經由基座74之開口部78而測定所放射之紅外光之強度，從而測定降溫中之半導體晶圓W之溫度。所測定之半導體晶圓W之溫度傳遞至控制部3。
雖自熄滅後之高溫之鹵素燈HL繼續放射略微之放射光，但由於放射溫度計120於將擋板21插入至遮光位置時進行半導體晶圓W之溫度測定，故而自鹵素燈HL朝腔室6內之熱處理空間65之放射光被遮蔽。因此，放射溫度計120可正確地測定保持於基座74上之半導體晶圓W之溫度，而不受環境光之影響。
控制部3監控藉由放射溫度計120測定之半導體晶圓W之溫度是否降溫至特定溫度。而且，於半導體晶圓W之溫度降溫至特定以下後，藉由移載機構10之一對移載臂11再次自退避位置水平移動地上升至移載動作位置，從而頂起銷 12自基座74之上表面突出且自基座74接收熱處理後之半導體晶圓W。繼而，使藉由閘閥185封閉之搬送開口部66開放，且藉由裝置外部之搬送機器人搬出載置於頂起銷12上之半導體晶圓W(步驟S9)，從而熱處理裝置1中之半導體晶圓W之加熱處理結束。
於第1實施形態中，藉由對IGBT96之閘極間斷性地施加脈衝寬度較長且間隔較短之複數個脈衝PA，而執行花費1毫秒以上20毫秒以下之時間使來自閃光燈FL之發光輸出自零增加至最大值Imax且對半導體晶圓W進行光照射之第1照射。而且，藉由此種第1照射而使半導體晶圓W之表面溫度於1毫秒以上20毫秒以下自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2(本實施形態中升溫500℃)。
所注入之雜質之活化所需之時間極短，藉由半導體晶圓W之表面溫度升溫至目標溫度T2而達成雜質之活化。又，由於花費1毫秒以上之時間使半導體晶圓W之表面溫度自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2，故而可防止形成於半導體晶圓W之表面上的器件等中產生製程損傷。若閃光燈FL之發光輸出自零增加至最大值Imax之第1照射之時間未達1毫秒，則自預加熱溫度T1至目標溫度T2之升溫時間亦未達1毫秒，而有製程損傷產生之虞。又，若該第1照射之時間較20毫秒長，則自預加熱溫度T1至目標溫度T2之升溫時間亦變長，而有所注入之雜質於至目標溫度T2之升溫之階段擴散得較深之虞。由於此種原因，故而閃光燈FL之發光輸出自零增加至最大值Imax且使半導體晶圓W之表面溫度自 預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2的第1照射之時間設為1毫秒以上20毫秒以下。再者，就確實地防止製程損傷之觀點而言，較佳為將第1照射之時間設為3毫秒以上。
繼而，於半導體晶圓W之表面自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2後，藉由對IGBT96之閘極間斷性地施加脈衝寬度較短且間隔較長之複數個脈衝PB，而執行一面花費3毫秒以上50毫秒以下之時間使來自閃光燈FL之發光輸出自最大值Imax逐漸降低一面對半導體晶圓W進行光照射之第2照射。而且，藉由此種第2照射，而使半導體晶圓W之表面溫度於自目標溫度T2±25℃以內之範圍內維持3毫秒以上50毫秒以下。即，第2照射係以使半導體晶圓W之表面溫度維持於自藉由第1照射而達到之目標溫度T2±25℃以內之範圍內之方式，一面花費3毫秒以上50毫秒以下之時間使來自閃光燈FL之發光輸出自最大值Imax逐漸降低一面對半導體晶圓W進行光照射。
藉由使半導體晶圓W之表面溫度於目標溫度T2之附近維持3毫秒以上，而恢復於雜質注入時導入至半導體晶圓W之點缺陷。又，由於使半導體晶圓W之表面溫度於目標溫度T2之附近維持3毫秒以上，故而，即便於自預加熱溫度T1朝目標溫度T2之升溫時產生略微之製程損傷，亦可謀求該損傷之恢復。進而，可一面防止溫度維持步驟中之製程損傷之產生一面提高形成於半導體晶圓W之表面上之器件之特性。若使閃光燈FL之發光輸出自最大值Imax逐漸降低之第2照射之時間未達3毫秒，則使半導體晶圓W之表面溫 度維持於自目標溫度T2±25℃以內之範圍內之時間亦未達3毫秒，而有製程損傷產生之虞。又，若該第2照射之時間超過50毫秒，則於目標溫度T2附近之維持時間亦超過50毫秒而變長，從而有所注入之雜質擴散得較深之虞。由於此種原因，故而，使閃光燈FL之發光輸出自最大值Imax逐漸降低且使半導體晶圓W之表面溫度維持於自目標溫度T2±25℃以內之範圍內的第2照射之時間設為3毫秒以上50毫秒以下。
又，藉由設置使半導體晶圓W之表面溫度於自目標溫度T2±25℃以內之範圍內維持3毫秒以上50毫秒以下之溫度維持步驟，與達到目標溫度T2且完成雜質活化後表面溫度立刻降溫之情形相比，而使半導體晶圓W之導熱等之模擬變得容易。其結果，可更正確地解析因加熱處理而產生之諸現象。
<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實施形態之熱處理裝置中之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態相同。於第2實施形態中，閃光燈FL之發光輸出之輸出波形與第1實施形態不同，其結果，半導體晶圓W之溫度變化亦不同。
圖15係表示第2實施形態中之半導體晶圓W之表面溫度之變化之圖。於將半導體晶圓W搬入且載置於基座74上後，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升溫至預加熱溫度T1。預加熱溫度T1為300℃以上800℃以下，第2實施形態中設為500℃。
於進行利用鹵素燈HL之預加熱時，藉由接觸式溫度計130測定半導體晶圓W之溫度。即，內置有熱電耦之接觸式溫度計130經由缺口部77而與保持於基座74上之半導體晶圓W之下表面接觸，從而測定升溫中之晶圓溫度。所測定之半導體晶圓W之溫度傳遞至控制部3。控制部3一面監控藉由來自鹵素燈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加熱溫度T1，一面控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於利用接觸式溫度計130之測定值而以半導體晶圓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。再者，於因來自鹵素燈HL之光照射而使半導體晶圓W升溫時，不進行利用放射溫度計120之溫度測定。其原因在於：自鹵素燈HL照射之鹵素光作為環境光入射至放射溫度計120，從而無法進行正確之溫度測定。
於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1後，控制部3使半導體晶圓W暫時維持於該預加熱溫度T1。具體而言，於藉由接觸式溫度計130測定之半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1之時刻t1，控制部3控制鹵素燈HL之輸出，而使半導體晶圓W之溫度維持於大致預加熱溫度T1。
藉由進行利用此種鹵素燈HL之預加熱，而使半導體晶圓W之整體均一地升溫至預加熱溫度T1。於利用鹵素燈HL之預加熱之階段，存在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較高。因此，對容易產生散熱之半導體晶圓W之周緣部照射之光量變多，從而可使預加熱階段之半導體晶圓W之面內溫度分佈均一。進而，由於安裝於腔室側部61之反射環69之內周面設為鏡面，故而藉由該反射環69之內周面而使朝半導體晶圓W之周緣部反射之光量變多，從而可使預加熱階段之半導體晶圓W之面內溫度分佈更均一。
其次，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刻t2，執行利用自閃光燈FL照射閃光之加熱處理。再者，半導體晶圓W之溫度自室溫達到預加熱溫度T1之時間(自時刻t0至時刻t1之時間)及自達到預加熱溫度T1起至閃光燈FL發光之時間(自時刻t1至時刻t2之時間)均為數秒左右。於閃光燈FL進行閃光照射時，預先藉由電源單元95將電荷儲存於電容器93中。而且，於在電容器93中儲存有電荷之狀態下，自控制部3之脈衝產生器31對IGBT96輸出脈衝信號，而對IGBT96進行導通斷開驅動。
圖16係表示脈衝信號之波形與閃光燈FL中流通之電流之相關之一例之圖。此處，如圖16上段所示之波形之脈衝信號自脈衝產生器31輸出。脈衝信號之波形可藉由將以脈衝寬度之時間(導通時間)及脈衝間隔之時間(斷開時間)為參數而依次設定之處理程式自輸入部33輸入而規定。若操作人員將此種處理程式自輸入部33輸入至控制部3，則按照 上述處理程式，控制部3之波形設定部32設定使如圖16上段所示之導通斷開反覆之脈衝波形。於圖16上段所示之脈衝波形中，於前段設定脈衝寬度較長且間隔較短之複數個脈衝PA，於後段設定脈衝寬度較短且間隔較長之複數個脈衝PB。而且，脈衝產生器31按照藉由波形設定部32設定之脈衝波形而輸出脈衝信號。其結果，對IGBT96之閘極施加如圖16上段般之波形之脈衝信號，而控制IGBT96之導通斷開驅動。具體而言，於對IGBT96之閘極輸入之脈衝信號導通時，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地，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)。藉由於在電容器93中儲存有電荷之狀態下，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地對觸發電極91施加高電壓，而於脈衝信號導通時，於玻璃管92內之兩端電極間電流必定流通，藉由此時之氙之原子或分子之激勵而放出光。
藉由自控制部3對IGBT96之閘極輸出圖16上段之波形之脈衝信號，並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，而如圖16下段所示之波形之電流於包括閃光燈FL之電路中流通。即，於對IGBT96之閘極輸入之脈衝信號導通時，於閃光燈FL之玻璃管92內流通之電流值增加，於斷開時電流值減少。再者，與各脈衝對應之各電流波形係藉由線圈94之常數而規定。
如圖16下段所示之波形之電流流通而使閃光燈FL發光。閃光燈FL之發光輸出與閃光燈FL中流通之電流大致成正比。因此，閃光燈FL之發光輸出之輸出波形(分佈)成為如圖17所示之圖案。按照如圖17所示之來自閃光燈FL之輸出波形而對保持於保持部7之半導體晶圓W進行光照射。
於不使用IGBT96而使閃光燈FL發光之情形時，以1次發光消耗儲存於電容器93中之電荷，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，於第2實施形態中，藉由於電路中連接作為開關元件之IGBT96，且對其閘極輸出如圖16上段般之脈衝信號，而藉由IGBT96使自電容器93朝閃光燈FL之電荷之供給間斷，從而控制閃光燈FL中流通之電流。其結果，可以說閃光燈FL之發光受到斬波控制，將儲存於電容器93中之電荷分割而消耗，於極短之時間內閃光燈FL反覆亮滅。再者，如圖16所示，因於電流值完全成為「0」之前，對IGBT96之閘極施加後續之脈衝，從而電流值再次增加，故而於閃光燈FL反覆亮滅之期間，發光輸出亦不完全為「0」。
與第1實施形態同樣地，圖17所示之光之輸出波形可看作進行2階段之光照射者。即，進行藉由自閃光燈FL開始發光之時刻t121至發光輸出成為最大之時刻t122之第1照射、及於自時刻t122至時刻t123之期間發光輸出逐漸降低之第2照射而構成之2段照射。
更詳細而言，首先藉由脈衝產生器31對IGBT96之閘極間斷性地施加脈衝寬度較長且間隔較短之複數個脈衝PA， 而使IGBT96反覆導通斷開，從而於包括閃光燈FL之電路中電流流通。於該階段，由於對IGBT96之閘極施加脈衝寬度較長且間隔較短之複數個脈衝PA，故而IGBT96之導通時間較斷開時間長，閃光燈FL中流通之電流於整體概觀上成為如自零增大至特定值般之鋸形波形(圖16下段之前段)。此種波形之電流流通，而閃光燈FL自時刻t121朝時刻t122進行發光輸出增大之第1照射。
其次，脈衝產生器31對IGBT96之閘極間斷性地施加脈衝寬度較短且間隔較長之複數個脈衝PB。於該階段，由於對IGBT96之閘極施加脈衝寬度較短且間隔較長之複數個脈衝PB，故而與上述相反地IGBT96之導通時間較斷開時間短，閃光燈FL中流通之電流於整體概觀上成為如逐漸減少般之鋸形波形(圖16下段之後段)。此種波形之電流流通，而閃光燈FL自時刻t122朝時刻t123進行如發光輸出逐漸降低般之第2照射。
藉由對半導體晶圓W進行如圖17所示之2階段之光照射，而半導體晶圓W之表面溫度自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2。圖18係表示半導體晶圓W之表面及背面之溫度分佈之一例之圖。於該圖中，以實線表示表面及背面之溫度分佈，以虛線表示表背面之溫度差之分佈。
藉由自時刻t121至時刻t122之第1照射，而使半導體晶圓W之表面溫度自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2(步驟S4)。目標溫度T2為達成所注入之雜質之活化的1000℃以上1400℃以下，本實施形態中設為1100℃。
自藉由第1照射而使半導體晶圓W之表面之溫度自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2之時刻t121至時刻t122之時間，為較自半導體晶圓W之表面朝背面之導熱時間長之時間。此處，所謂「導熱時間」係指因閃光照射而於半導體晶圓W之表面產生之熱傳導至背面所需之時間。導熱時間係藉由半導體晶圓W之材質及外尺寸而規定，若為如本實施形態般之為300 mm之矽晶圓(根據規格，厚度經標準化而為0.775 mm)，則為約15毫秒。即，半導體晶圓W之表面溫度花費較自表面朝背面之導熱所需之導熱時間長之時間即15毫秒以上自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2。
又，藉由自時刻t121至時刻t122之第1照射而使半導體晶圓W之表面溫度升溫至目標溫度T2時之升溫速度(表面之升溫速度)為1000℃/秒以上。IGBT96以半導體晶圓W之表面溫度之升溫速度成為1000℃/秒以上、且成為如花費較導熱時間長之時間使表面溫度自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2般之發光輸出之方式，控制對閃光燈FL之通電。
另一方面，藉由自時刻t122至時刻t123之第2照射，而使半導體晶圓W之表面溫度維持於自目標溫度T2±25℃以內之範圍內(步驟S5)。自半導體晶圓W之表面溫度維持於自目標溫度T2±25℃以內之範圍內之時刻t122至時刻t123之時間為5毫秒以上。IGBT96以成為如使半導體晶圓W之表面溫度於自目標溫度T2±25℃以內之範圍內維持5毫秒以上般之發光輸出之方式控制對閃光燈FL之通電。再者，圖15之時刻標度為秒，相對於此，圖18之時刻標度為毫秒，因 此，自圖18之t121至t123均係於圖15中與t2疊合而表示者。
於第1照射及第2照射之過程中，於半導體晶圓W之表面產生之熱傳至背面，背面之溫度亦逐漸上升。如以圖18之虛線所示，半導體晶圓W之表背面之溫度差始終為藉由第1照射使半導體晶圓W之表面升溫之跳躍溫度(利用第1照射之升溫溫度、即目標溫度T2與預加熱溫度T1之溫度差，本實施形態中為600℃)之一半以下。
若利用閃光燈FL之第2照射結束，則IGBT96成為斷開狀態，且閃光燈FL之發光停止(步驟S6)，半導體晶圓W之表面溫度自目標溫度T2降溫。此時，半導體晶圓W之表面溫度等於背面溫度。返回至圖15，於第2照射結束後，於經過特定時間後之時刻t3鹵素燈HL熄滅(步驟S7)。藉此，半導體晶圓W開始自預加熱溫度T1降溫。又，鹵素燈HL熄滅之同時，擋板機構2使擋板21插入至鹵素加熱部4與腔室6之間之遮光位置(步驟S8)。即便鹵素燈HL熄滅，長絲或管壁之溫度亦不會立刻降低，暫時自高溫之長絲及管壁繼續放射輻射熱，其妨礙半導體晶圓W之降溫。藉由插入擋板21，而阻斷自熄滅後之鹵素燈HL朝熱處理空間65放射之輻射熱，從而可提高半導體晶圓W之降溫速度。
又，於將擋板21插入至遮光位置之時間點開始利用放射溫度計120之溫度測定。即，放射溫度計120自保持於保持部7之半導體晶圓W之下表面經由基座74之開口部78而測定所放射之紅外光之強度，從而測定降溫中之半導體晶圓 W之溫度。所測定之半導體晶圓W之溫度傳遞至控制部3。
雖自熄滅後之高溫之鹵素燈HL繼續放射略微之放射光，但由於放射溫度計120於將擋板21插入至遮光位置時進行半導體晶圓W之溫度測定，故而自鹵素燈HL朝腔室6內之熱處理空間65之放射光被遮蔽。因此，放射溫度計120可正確地測定保持於基座74上之半導體晶圓W之溫度，而不受環境光之影響。
控制部3監控藉由放射溫度計120測定之半導體晶圓W之溫度是否降溫至特定溫度。而且，於半導體晶圓W之溫度降溫至特定以下後，藉由移載機構10之一對移載臂11再次自退避位置水平移動地上升至移載動作位置，從而頂起銷12自基座74之上表面突出且自基座74接收熱處理後之半導體晶圓W。繼而，使藉由閘閥185封閉之搬送開口部66開放，且藉由裝置外部之搬送機器人搬出載置於頂起銷12上之半導體晶圓W(步驟S9)，從而熱處理裝置1中之半導體晶圓W之加熱處理結束。
於第2實施形態中，藉由對IGBT96之閘極間斷性地施加脈衝寬度較長且間隔較短之複數個脈衝PA，而執行使閃光燈FL之發光輸出自零達到最大值之第1照射。而且，藉由此種第1照射而使半導體晶圓W之表面溫度自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2(本實施形態中作為跳躍溫度而升溫600℃)。此時，花費較自半導體晶圓W之表面朝背面之導熱所需之導熱時間長之時間使表面溫度自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2。
繼而，於半導體晶圓W之表面自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2後，藉由對IGBT96之閘極間斷性地施加脈衝寬度較短且間隔較長之複數個脈衝PB，而進行使閃光燈FL之發光輸出自最大值逐漸降低之第2照射。而且，藉由此種第2照射而使半導體晶圓W之表面溫度於自目標溫度T2±25℃以內之範圍內維持5毫秒以上。
所注入之雜質之活化所需之時間極短，藉由利用第1照射使半導體晶圓W之表面溫度升溫至目標溫度T2而達成雜質之活化。又，藉由使半導體晶圓W之表面溫度於目標溫度T2之附近維持5毫秒以上，而恢復於雜質注入時導入至半導體晶圓W之點缺陷。
進而，於第2實施形態中，由於花費較自半導體晶圓W之表面朝背面之導熱所需之導熱時間長之時間使表面溫度自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2，故而半導體晶圓W之表背面之溫度差始終為跳躍溫度之一半以下(本實施形態中為300℃以下)，從而可緩和因表背面之熱膨脹差而導致之朝晶圓背面之應力集中。其結果，可防止閃光加熱時之半導體晶圓W之破裂。
<變形例>
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，除上述以外，亦可進行各種變更。例如，上述第1實施形態中係藉由第1照射而使半導體晶圓W之表面溫度自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2，且藉由後續之第2照射而使表面溫度維持於目標溫度T2之附近，但利用 該第2照射之維持溫度並不限定於目標溫度T2。例如，亦可於半導體晶圓W之表面溫度達到目標溫度T2後，隔開若干間隔而於表面溫度自目標溫度T2降低50℃~200℃之時間點開始第2照射，使半導體晶圓W之表面溫度維持於自該降低之溫度(第2之目標溫度)±25℃以內之範圍內。
又，第2實施形態中係對半導體晶圓W之表面照射閃光而進行熱處理，但亦可對半導體晶圓W之背面照射閃光。具體而言，使半導體晶圓W之表背面反轉且保持於保持部7(即將表面作為下表面而保持)，進行與上述實施形態相同之處理即可。又，關於熱處理裝置之構成，亦可於腔室6之上側配置鹵素加熱部4，並且於下側配置閃光加熱部5，藉由該熱處理裝置進行閃光加熱處理。於第2實施形態中，即便自半導體晶圓W之背面進行閃光照射，只要花費較自半導體晶圓W之背面朝表面之導熱所需之導熱時間長之時間使背面溫度自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2，表背面之溫度差亦可始終為跳躍溫度之一半以下。其結果，可緩和因閃光加熱時之表背面之熱膨脹差而導致之朝晶圓表面之應力集中，且可防止半導體晶圓W之破裂。
總而言之，只要對半導體晶圓W之一面自閃光燈FL照射閃光，且花費較自一面朝與該一面為相反側之主面即另一面之導熱所需之導熱時間長之時間使一面之溫度自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2即可。而且，於升溫後，對半導體晶圓W之一面照射閃光而使一面之溫度於自目標溫度T2±25℃以內之範圍內維持5毫秒以上。如此，閃光加熱時 之表背面之溫度差始終為跳躍溫度之一半以下，可緩和因表背面之熱膨脹差而導致之朝晶圓一面(或另一面)之應力集中，從而可防止半導體晶圓W之破裂。
又，脈衝信號之波形之設定並不限定於自輸入部33逐一輸入脈衝寬度等參數，例如操作人員亦可自輸入部33將波形直接輸入成圖形，亦可讀出以前設定且記憶於磁碟等記憶部之波形，或亦可自熱處理裝置1之外部下載。
又，上述實施形態中係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係地以一定間隔進行施加。又，只要於如脈衝信號之間隔較短、且於藉由某脈衝而使閃光燈FL中流通之電流的電流值殘餘為特定值以上之狀態下藉由後續之脈衝開始通電般之情形時，由於閃光燈FL中電流持續流通，因此，無需對每個脈衝施加觸發電壓。如上述實施形態之圖12上段般，於脈衝信號之所有脈衝間隔均較特定值短之情形時，亦可僅於施加最初之脈衝時施加觸發電壓，其後即便不施加觸發電壓，僅對IGBT96之閘極輸出圖12上段之脈衝信號便可形成如圖12下段般之電流波形。即，於脈衝信號成為導通時，只要為於閃光燈FL中電流流通之時序，觸發電壓之施加時序便任意。
又，上述實施形態中係使用IGBT96作為開關元件，但亦可取而代之，使用可與輸入至閘極之信號位準相應地使電路導通斷開之其他電晶體。但，由於閃光燈FL之發光消 耗相當大之電力，故而較佳為採用適於大電力之應對之IGBT或GTO(Gate Turn Off，閘極可關斷)閘流體作為開關元件。
又，只要可進行來自閃光燈FL之多階段之光照射，亦可為與圖8不同之電路構成。例如，亦可將線圈常數不同之複數個電力供給電路連接於1個閃光燈FL。進而，只要可進行多階段之光照射，作為光源，並不限定於閃光燈FL，只要可實現照射時間為1秒以下之光照射者即可，例如亦可為雷射。
又，於上述實施形態中，閃光加熱部5包括30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量。又，閃光燈FL並不限定於氙氣閃光燈，亦可為氪氣閃光燈。又，鹵素加熱部4所具有之鹵素燈HL之根數亦不限定於40根，而可設為任意之數量。
又，上述實施形態中係藉由來自鹵素燈HL之鹵素光照射而對半導體晶圓W預加熱，但預加熱之方法並不限定於此，亦可藉由載置於加熱板上而對半導體晶圓W預加熱。
又，上述實施形態中係藉由來自閃光燈FL之光照射加熱處理進行雜質之活化，但本發明之熱處理技術亦可應用於其他處理。例如為提高MOSFET之特性，已知有形成高熔點金屬與矽之合金之矽化物技術，尤其，使用有鎳(Ni)之矽化鎳技術受到關注。於該矽化鎳技術中，指出有以下問題：於合金化製程中矽化鎳沿橫方向(閘極方向)異常成長而突破源極、汲極之接合，從而使漏電流急劇增大。
為防止此種問題，而使用有將氮(N2)、氬(Ar)、矽(Si)、鍺(Ge)等注入至矽基板111進行非晶質化、且僅使矽化鎳沿縱方向成長之技術。然而，於進行該注入步驟時，於非晶層與矽之結晶層之介面產生缺陷。因此，若對形成有矽化鎳之半導體晶圓W應用本發明之熱處理技術，則使半導體晶圓W之表面溫度於目標溫度之附近維持特定時間，因此，可一面防止矽化鎳朝橫方向之成長一面減輕於注入步驟中所導入之缺陷。
於進行該熱處理之情形時，預加熱溫度T1為300℃以下，目標溫度T2為600℃以上1100℃以下。又，閃光燈FL之發光輸出自零增加至最大值之第1照射之時間為1毫秒以上20毫秒以下，使閃光燈FL之發光輸出自最大值逐漸降低之第2照射之時間為1毫秒以上100毫秒以下。
又，閘極電極包括選自由鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、鎢(W)所組成之群中之1種以上之金屬，例如於進行形成有TiN、ZrN、HfN、VN、NbN、TaN、MoN、WN、TiSiN、HfSiN、VSiN、NbSiN、TaSiN、MoSiN、WSiN、HfAlN、VAlN、NbAlN、TaAlN、MoAlN、WAlN等膜(high-k膜，高介電係數膜)之半導體晶圓W之熱處理時，因於先前之峰值退火中使用之材料之擴散係數較高，故而難以獲得所需之特性。因此，可於較峰值退火極短之時間內升溫之閃光燈退火較為合適，但若進行過於急劇之升溫及降溫，則於結晶中形成電子井。因此，若對形成有high-k膜之半導體晶圓W應用本 發明之熱處理技術，則可使半導體晶圓W之表面溫度於目標溫度之附近維持特定時間，因此，可一面防止電子井之形成一面獲得所需之結晶性。
於進行該熱處理之情形時，考慮對包含如SiGe般之材料之源極、汲極施加應力之構造之情形，預加熱溫度T1為900℃以下，目標溫度T2為1000℃以上1200℃以下。又，閃光燈FL之發光輸出自零增加至最大值之第1照射之時間為3毫秒以上1秒以下，使閃光燈FL之發光輸出自最大值逐漸降低之第2照射之時間為3毫秒以上1秒以下。
又，於第2實施形態中，成為處理對象之基板並不限定於為300 mm之矽之半導體晶圓，例如亦可為為200 mm或為450 mm之半導體晶圓。由於若半導體晶圓之直徑不同，則基於規格之厚度亦不同，故而自一面朝另一面之導熱所需之導熱時間不同。即便於該情形時，藉由花費較自一面朝另一面之導熱所需之導熱時間長之時間使一面之溫度自預加熱溫度T1升溫至目標溫度T2，亦可緩和因表背面之熱膨脹差而導致之朝晶圓一面(或另一面)之應力集中，從而可防止半導體晶圓之破裂。
又，於第2實施形態中成為處理對象之基板亦可為於矽之半導體晶圓之表面形成有光阻膜等者。於在半導體晶圓之表面形成有光阻膜之情形時，可藉由閃光照射而進行曝光後烘烤處理(PEB：Post Exposure Bake)或塗佈後烘烤處理(PAB：Post Applied Bake)。由於該等熱處理所需之目標溫度較低(100℃~200℃)，故而較佳為對形成有光阻膜之 半導體晶圓自背面進行閃光照射。
又，於本發明之熱處理裝置中，成為處理對象之基板並不限定於半導體晶圓，亦可為液晶顯示裝置等平板顯示器中使用之玻璃基板或太陽能電池用之基板。又，本發明之技術亦可應用於金屬與矽之接合、或多晶矽之結晶化。
1‧‧‧熱處理裝置
2‧‧‧擋板機構
3‧‧‧控制部
4‧‧‧鹵素加熱部
5‧‧‧閃光加熱部
6‧‧‧腔室
7‧‧‧保持部
10‧‧‧移載機構
21‧‧‧擋板
22‧‧‧滑動驅動機構
31‧‧‧脈衝產生器
32‧‧‧波形設定部
33‧‧‧輸入部
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
74‧‧‧基座
91‧‧‧觸發電極
92‧‧‧玻璃管
93‧‧‧電容器
94‧‧‧線圈
96‧‧‧IGBT
97‧‧‧觸發電路
FL‧‧‧閃光燈
HL‧‧‧鹵素燈
T1‧‧‧預加熱溫度
T2‧‧‧目標溫度
t21、t22、t23‧‧‧時刻
W‧‧‧半導體晶圓
圖1係表示本發明之熱處理裝置之構成之縱剖面圖。
圖2係表示保持部之整體外觀之立體圖。
圖3係自上面觀察保持部之平面圖。
圖4係自側方觀察保持部之側視圖。
圖5係移載機構之平面圖。
圖6係移載機構之側視圖。
圖7係表示複數個鹵素燈之配置之平面圖。
圖8係表示閃光燈之驅動電路之圖。
圖9係表示形成於圖1之熱處理裝置中成為處理對象之半導體晶圓上之元件之構造之圖。
圖10係表示圖1之熱處理裝置中之半導體晶圓之處理順序之流程圖。
圖11係表示半導體晶圓之表面溫度之變化之一例之圖。
圖12係表示脈衝信號之波形與閃光燈中流通之電流之相關之一例之圖。
圖13係表示閃光燈之發光輸出分佈之一例之圖。
圖14係表示半導體晶圓之表面溫度分佈之一例之圖。
圖15係表示半導體晶圓之表面溫度之變化之其他例之 圖。
圖16係表示脈衝信號之波形與閃光燈中流通之電流之相關之其他例之圖。
圖17係表示閃光燈之發光輸出分佈之其他例之圖。
圖18係表示半導體晶圓之表面及背面之溫度分佈之一例之圖。
T1‧‧‧預加熱溫度
T2‧‧‧目標溫度
t21、t22、t23‧‧‧時刻

Claims (24)

  1. 一種熱處理方法，其特徵在於：其係藉由對基板照射光而加熱該基板進行雜質之活化者，且包括：預加熱步驟，其將基板加熱至特定之預加熱溫度；升溫步驟，其藉由對上述基板照射光而使上述基板之表面溫度於1毫秒以上20毫秒以下自上述預加熱溫度升溫至最高到達溫度；及溫度維持步驟，其於上述升溫步驟後，藉由對上述基板照射光而使上述基板之表面溫度於自上述最高到達溫度±25℃以內之範圍內維持3毫秒以上50毫秒以下。
  2. 如請求項1之熱處理方法，其中上述預加熱溫度為300℃以上800℃以下；上述最高到達溫度為1000℃以上1400℃以下。
  3. 如請求項1之熱處理方法，其中於上述升溫步驟及上述溫度維持步驟中，自閃光燈對上述基板照射閃光。
  4. 如請求項3之熱處理方法，其中於上述升溫步驟及上述溫度維持步驟中，藉由利用開關元件使自電容器朝上述閃光燈之電荷之供給間斷而控制上述閃光燈之發光輸出。
  5. 一種熱處理裝置，其特徵在於：其係藉由對基板照射光而加熱該基板進行雜質之活化者，且包括：腔室，其收容基板；保持機構，其將基板保持於上述腔室內；預加熱機構，其將上述保持機構所保持之基板加熱至 特定之預加熱溫度；光照射機構，其對上述保持機構所保持之基板照射光；及發光控制機構，其控制上述光照射機構之發光輸出；且上述發光控制機構係以於藉由對上述保持機構所保持之基板照射光而使上述基板之表面溫度於1毫秒以上20毫秒以下自上述預加熱溫度升溫至最高到達溫度後，使上述基板之表面溫度於自上述最高到達溫度±25℃以內之範圍內維持3毫秒以上50毫秒以下之方式控制上述光照射機構之發光輸出。
  6. 如請求項5之熱處理裝置，其中上述預加熱溫度為300℃以上800℃以下；上述最高到達溫度為1000℃以上1400℃以下。
  7. 如請求項5之熱處理裝置，其中上述光照射機構包括照射閃光之閃光燈。
  8. 如請求項7之熱處理裝置，其中上述發光控制機構包括開關元件，該開關元件藉由使自電容器朝上述閃光燈之電荷之供給間斷而控制上述閃光燈之發光輸出。
  9. 一種熱處理方法，其特徵在於：其係藉由對基板照射光而加熱該基板者，且包括：第1照射步驟，其花費1毫秒以上20毫秒以下使來自閃光燈之發光輸出自零增加至第1發光輸出，而對基板進行光照射；及第2照射步驟，其以上述基板之表面溫度維持於自第1 照射步驟中達到之溫度±25℃以內之範圍內之方式，一面花費3毫秒以上50毫秒以下使來自上述閃光燈之發光輸出自第1發光輸出逐漸降低，一面對基板進行光照射。
  10. 如請求項9之熱處理方法，其中藉由利用開關元件使自電容器朝上述閃光燈之電荷之供給間斷而控制流至上述閃光燈之電流，從而調整發光輸出。
  11. 如請求項10之熱處理方法，其中藉由對上述開關元件之閘極施加複數個脈衝而使自上述電容器朝上述閃光燈之電荷之供給間斷。
  12. 如請求項10之熱處理方法，其中上述開關元件為絕緣閘極雙極電晶體。
  13. 一種熱處理裝置，其特徵在於：其係藉由對基板照射光而加熱該基板者，且包括：腔室，其收容基板；保持機構，其於上述腔室內保持基板；閃光燈，其對上述保持機構所保持之基板照射光；及發光控制機構，其控制上述閃光燈之發光輸出；且上述發光控制機構係以於花費1毫秒以上20毫秒以下使發光輸出自零增加至第1發光輸出而對基板進行光照射後，以上述基板之表面溫度維持於自藉由該光照射而達到之溫度±25℃以內之範圍內之方式，一面花費3毫秒以上50毫秒以下使發光輸出自第1發光輸出逐漸降低，一面對基板進行光照射之方式控制上述閃光燈之發光輸 出。
  14. 如請求項13之熱處理裝置，其中上述發光控制機構包括開關元件，該開關元件藉由使自電容器朝上述閃光燈之電荷之供給間斷而控制流至上述閃光燈之電流，從而調整發光輸出。
  15. 如請求項14之熱處理裝置，其中上述發光控制機構更包括脈衝施加機構，該脈衝施加機構藉由對上述開關元件之閘極施加複數個脈衝而使自上述電容器朝上述閃光燈之電荷之供給間斷。
  16. 如請求項14之熱處理裝置，其中上述開關元件為絕緣閘極雙極電晶體。
  17. 一種熱處理方法，其特徵在於：其係藉由對基板照射光而加熱該基板者，且包括：預加熱步驟，其將基板加熱至特定之預加熱溫度；升溫步驟，其自閃光燈對上述基板之一面照射閃光，且花費較自上述一面朝與上述一面為相反側之面即另一面之導熱所需之導熱時間更長的時間，使上述一面之溫度自上述預加熱溫度升溫至目標溫度；及溫度維持步驟，其於上述升溫步驟後，自上述閃光燈對上述基板之上述一面照射閃光，而使上述一面之溫度於自上述目標溫度±25℃以內之範圍內維持5毫秒以上。
  18. 如請求項17之熱處理方法，其中上述升溫步驟中之上述一面之升溫速度為1000℃/秒以上。
  19. 如請求項17之熱處理方法，其中上述基板為矽之半導體 晶圓。
  20. 如請求項17之熱處理方法，其中於上述升溫步驟及上述溫度維持步驟中，藉由利用開關元件使自電容器朝上述閃光燈之電荷之供給間斷而控制上述閃光燈之發光輸出。
  21. 一種熱處理裝置，其特徵在於：其係藉由對基板照射光而加熱該基板者，且包括：腔室，其收容基板；保持機構，其於上述腔室內保持基板；預加熱機構，其將上述保持機構所保持之基板加熱至特定之預加熱溫度；閃光燈，其對上述保持機構所保持之基板照射閃光；及發光控制機構，其控制上述閃光燈之發光輸出；且上述發光控制機構係以於對上述保持機構所保持之基板之一面照射閃光，且花費較自上述一面朝與上述一面為相反側之面即另一面之導熱所需之導熱時間更長的時間使上述一面之溫度自上述預加熱溫度升溫至目標溫度後，使上述一面之溫度於自上述目標溫度±25℃以內之範圍內維持5毫秒以上之方式控制上述閃光燈之發光輸出。
  22. 如請求項21之熱處理裝置，其中上述發光控制機構以上述一面之溫度以1000℃/秒以上之升溫速度自上述預加熱溫度升溫至上述目標溫度之方式，控制上述閃光燈之發光輸出。
  23. 如請求項21之熱處理裝置，其中上述基板為矽之半導體晶圓。
  24. 如請求項21之熱處理裝置，其中上述發光控制機構包括開關元件，該開關元件藉由使自電容器朝上述閃光燈之電荷之供給間斷而控制上述閃光燈之發光輸出。
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