TWI647801B - 熱處理方法 - Google Patents

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日商斯庫林集團股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種可準確地測定基板之上表面之溫度之熱處理裝置及熱處理方法。 本發明於對面方位為(100)面之單晶矽之半導體晶圓W照射閃光時，半導體晶圓W以沿著＜100＞方向之直徑為軸而翹曲。以半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之直徑與上部輻射溫度計25之光軸一致之方式調整半導體晶圓W之朝向而載置於基座74，藉此沿著於閃光照射時半導體晶圓W之翹曲成為最小之方向之直徑與上部輻射溫度計25之光軸一致。其結果，於閃光照射時，在上部輻射溫度計25之光軸方向上亦幾乎不會於半導體晶圓W產生翹曲，因此，輻射率亦幾乎未變化，而可準確地測定半導體晶圓W之上表面之溫度。

Description

熱處理裝置及熱處理方法
本發明係關於一種藉由對圓板形狀之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裝置及熱處理方法。
於半導體器件之製造製程中，雜質導入係用以於半導體晶圓內形成pn接面之必需步驟。當前，雜質導入一般係藉由離子注入法及其後之退火法而實現。離子注入法係如下技術，即，使硼(B)、砷(As)、磷(P)等雜質之元素離子化並利用高加速電壓使之與半導體晶圓碰撞而物理性地進行雜質注入。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，則有如下擔憂，即，被注入之雜質因熱而較深地擴散，其結果，接面深度較要求變得過深而對形成良好之器件產生妨礙。
因此，近年來，閃光燈退火(FLA)作為以極短時間加熱半導體晶圓之退火技術引人注目。閃光燈退火係如下熱處理技術，即，藉由使用氙氣閃光燈(以下，於簡稱為「閃光燈」時意指氙氣閃光燈)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。
氙氣閃光燈之輻射分光分佈係自紫外區域至近紅外區域，且波長較先前之鹵素燈短，與矽半導體晶圓之基礎吸收帶大致一致。由此，於自氙氣閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，透過光較少而能夠使半導體晶圓急速地升溫。又，亦判明若為數毫秒以下之極短時間之閃光照射，則可僅將半導體晶圓之表面附近選擇性地升溫。因此，若為利用氙氣閃光燈實現之極短時間之升溫，則可不使雜質較深地擴散而僅執行雜質活化。 並不限於閃光燈退火，於半導體晶圓之熱處理中，晶圓溫度之管理變得重要。於專利文獻1、2中揭示有如下技術，即，於成為處理對象之半導體晶圓之斜上方設置輻射溫度計，接收自半導體晶圓之表面輻射之輻射光而測定該表面之溫度。 [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 [專利文獻2]日本專利特開2012-238782號公報
[發明所欲解決之問題] 然而，判明於閃光燈退火裝置中，由於將具有極高之能量之閃光瞬間照射至半導體晶圓之表面，故而半導體晶圓之表面溫度於一瞬間急速地上升，在晶圓表面產生急遽之熱膨脹而半導體晶圓以翹曲之方式變形。從而產生如下問題，即，因此種閃光照射時之半導體晶圓之翹曲而導致利用輻射溫度計之溫度測定產生誤差。 本發明係鑒於上述課題而完成者，其目的在於提供一種即便於因閃光照射導致於基板產生翹曲之情形時，亦可準確地測定基板之上表面之溫度之熱處理裝置及熱處理方法。 [解決問題之技術手段] 為了解決上述課題，技術方案1之發明係藉由對圓板形狀之基板照射閃光而加熱該基板之熱處理裝置，其特徵在於具備：對準機構，其調整基板之朝向；腔室，其收容上述基板而進行加熱處理；基座，其設置於上述腔室內，且載置並保持上述基板；搬送部，其將上述基板自上述對準機構搬送至上述腔室內之上述基座；閃光燈，其設置於上述腔室之上方，且對載置於上述基座之上述基板之上表面照射閃光；及輻射溫度計，其設置於載置在上述基座之上述基板之斜上方，且接收自上述基板之上表面輻射之紅外光而測定該上表面之溫度；且上述對準機構係將上述基板之朝向以沿著於自上述閃光燈照射閃光時上述基板之翹曲成為最小之方向之直徑與上述輻射溫度計之光軸一致之方式進行調整。 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，其中上述基板係面方位為(100)面之單晶矽之半導體晶圓，且以上述基板之沿著＜100＞方向之直徑與上述輻射溫度計之光軸一致之方式調整上述基板之朝向。 又，技術方案3之發明係藉由對圓板形狀之基板照射閃光而加熱該基板之熱處理裝置，其特徵在於具備：對準機構，其調整基板之朝向；腔室，其收容上述基板而進行加熱處理；基座，其設置於上述腔室內，且載置並保持上述基板；搬送部，其將上述基板自上述對準機構搬送至上述腔室內之上述基座；閃光燈，其設置於上述腔室之上方，且對載置於上述基座之上述基板之上表面照射閃光；及輻射溫度計，其設置於載置於上述基座之上述基板之斜上方，且接收自上述基板之上表面輻射之紅外光而測定該上表面之溫度；且上述基板係面方位為(100)面之單晶矽之半導體晶圓，上述對準機構以上述基板之沿著＜100＞方向之2條直徑之二等分線與上述輻射溫度計之光軸一致之方式調整上述基板之朝向。 又，技術方案4之發明係藉由對圓板形狀之基板照射閃光而加熱該基板之熱處理裝置，其特徵在於具備：對準機構，其調整基板之朝向；腔室，其收容上述基板而進行加熱處理；基座，其設置於上述腔室內，且載置並保持上述基板；搬送部，其將上述基板自上述對準機構搬送至上述腔室內之上述基座；閃光燈，其設置於上述腔室之上方，且對載置於上述基座之上述基板之上表面照射閃光；第1輻射溫度計，其設置於載置於上述基座之上述基板之斜上方，且接收自上述基板之上表面輻射之紅外光而測定該上表面之溫度；及第2輻射溫度計，其於上述基板之斜上方設置於自上述基板之中心觀察與上述第1輻射溫度計隔開90°之位置，且接收自上述基板之上表面輻射之紅外光而測定該上表面之溫度；且上述基板係面方位為(100)面之單晶矽之半導體晶圓，上述對準機構以上述基板之沿著＜100＞方向之2條直徑與上述第1輻射溫度計及上述第2輻射溫度計之光軸一致之方式調整上述基板之朝向。 又，技術方案5之發明係藉由對圓板形狀之基板照射閃光而加熱該基板之熱處理方法，其特徵在於包括：移載步驟，其係將基板載置並保持於設置於腔室內之基座；照射步驟，其係自設置於上述腔室之上方之閃光燈對載置於上述基座之上述基板之上表面照射閃光；及溫度測定步驟，其係設置於載置於上述基座之上述基板之斜上方的輻射溫度計接收自上述基板之上表面輻射之紅外光而測定該上表面之溫度；且於上述載置步驟中，將上述基板以沿著於在上述照射步驟中照射閃光時上述基板之翹曲成為最小之方向之直徑與上述輻射溫度計之光軸一致之方式載置於上述基座。 又，技術方案6之發明係如技術方案5之發明，其中，上述基板係面方位為(100)面之單晶矽之半導體晶圓，於上述移載步驟中，以上述基板之沿著＜100＞方向之直徑與上述輻射溫度計之光軸一致之方式將上述基板載置於上述基座。 又，技術方案7之發明係藉由對圓板形狀之基板照射閃光而加熱該基板之熱處理方法，其特徵在於包括：移載步驟，其係將基板載置並保持於設置於腔室內之基座；照射步驟，其係自設置於上述腔室之上方之閃光燈對載置於上述基座之上述基板之上表面照射閃光；及溫度測定步驟，其係設置於載置於上述基座之上述基板之斜上方的輻射溫度計接收自上述基板之上表面輻射之紅外光而測定該上表面之溫度；且上述基板係面方位為(100)面之單晶矽之半導體晶圓，且於上述移載步驟中，以上述基板之沿著＜100＞方向之2條直徑之二等分線與上述輻射溫度計之光軸一致之方式將上述基板載置於上述基座。 又，技術方案8之發明係藉由對圓板形狀之基板照射閃光而加熱該基板之熱處理方法，其特徵在於包括：移載步驟，其係將基板載置並保持於設置於腔室內之基座；照射步驟，其係自設置於上述腔室之上方之閃光燈對載置於上述基座之上述基板之上表面照射閃光；及溫度測定步驟，其係設置於載置於上述基座之上述基板之斜上方之第1輻射溫度計或於上述基板之斜上方設置於自上述基板之中心觀察與上述第1輻射溫度計隔開90°之位置的第2輻射溫度計接收自上述基板之上表面輻射之紅外光而測定該上表面之溫度；且上述基板係面方位為(100)面之單晶矽之半導體晶圓，於上述移載步驟中，以上述基板之沿著＜100＞方向之2條直徑與上述第1輻射溫度計及上述第2輻射溫度計之光軸一致之方式將上述基板載置於上述基座。 [發明之效果] 根據技術方案1及技術方案2之發明，將基板之朝向以沿著於照射閃光時基板之翹曲成為最小之方向之直徑與輻射溫度計之光軸一致之方式進行調整，因此，即便於因閃光照射導致於基板產生翹曲之情形時，於輻射溫度計之光軸方向上亦幾乎不會於基板產生翹曲，因此，輻射率亦幾乎未變化，而可準確地測定基板之上表面之溫度。 根據技術方案3之發明，以面方位為(100)面之基板之沿著＜100＞方向之2條直徑之二等分線與輻射溫度計之光軸一致之方式調整基板之朝向，因此，即便於因閃光照射導致於基板產生翹曲之情形時，亦可於輻射溫度計之光軸方向上抑制基板翹曲，從而可準確地測定基板之上表面之溫度。 根據技術方案4之發明，以面方位為(100)面之基板之沿著＜100＞方向之2條直徑與第1輻射溫度計及第2輻射溫度計之光軸一致之方式調整基板之朝向，因此，即便於因閃光照射導致於基板產生翹曲之情形時，於第1輻射溫度計或第2輻射溫度計之任一者之光軸方向上亦幾乎不會於基板產生翹曲，因此輻射率亦幾乎未變化，而可準確地測定基板之上表面之溫度。 根據技術方案5及技術方案6之發明，將基板以沿著於照射閃光時基板之翹曲成為最小之方向之直徑與輻射溫度計之光軸一致之方式載置於基座，因此，即便於因閃光照射導致於基板產生翹曲之情形時，於輻射溫度計之光軸方向上亦幾乎不會於基板產生翹曲，因此輻射率亦幾乎未變化，可準確地測定基板之上表面之溫度。 根據技術方案7之發明，以面方位為(100)面之基板之沿著＜100＞方向之2條直徑之二等分線與輻射溫度計之光軸一致之方式將基板載置於上述基座，因此，即便於因閃光照射導致於基板產生翹曲之情形時，於輻射溫度計之光軸方向上亦可抑制基板翹曲，從而可準確地測定基板之上表面之溫度。 根據技術方案8之發明，以面方位為(100)面之基板之沿著＜100＞方向之2條直徑與第1輻射溫度計及第2輻射溫度計之光軸一致之方式將基板載置於基座，因此，即便於因閃光照射導致於基板產生翹曲之情形時，於第1輻射溫度計或第2輻射溫度計之任一者之光軸方向上亦幾乎不會於基板產生翹曲，因此，輻射率亦幾乎未變化，可準確地測定基板之上表面之溫度。
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＞ 首先，對本發明之熱處理裝置100之整體概略構成簡單地進行說明。圖1係表示本發明之熱處理裝置100之俯視圖，圖2係其前視圖。熱處理裝置100係對作為基板之圓板形狀之半導體晶圓W照射閃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f300 mm或f450 mm。於搬入至熱處理裝置100之前之半導體晶圓W注入有雜質，藉由利用熱處理裝置100之加熱處理而執行所注入之雜質之活化處理。再者，於圖1及以後之各圖中，為了容易理解，視需要將各部分之尺寸或個數誇張或簡化描繪。又，於圖1、2及以後之各圖中，為了使其等之方向關係明確，視需要附註有將Z軸方向設為鉛垂方向且將XY平面設為水平面之XYZ正交座標系統。 如圖1及圖2所示，熱處理裝置100具備：收發片部101，其用以將未處理之半導體晶圓W自外部搬入至裝置內，並且將處理完畢之半導體晶圓W搬出至裝置外；對準部130，其進行未處理之半導體晶圓W之定位；冷卻部140，其進行加熱處理後之半導體晶圓W之冷卻；閃光加熱部160，其對半導體晶圓W實施閃光加熱處理；及搬送機器人150，其相對於對準部130、冷卻部140及閃光加熱部160進行半導體晶圓W之搬送。又，熱處理裝置100具備控制部3，該控制部3控制設置於上述各處理部之動作機構及搬送機器人150而使半導體晶圓W之閃光加熱處理進行。 收發片部101具備：裝載埠110，其並排載置複數個載體C(本實施形態中為2個)；及交接機器人120，其自各載體C取出未處理之半導體晶圓W，並且將處理完畢之半導體晶圓W收納於各載體C。收容有未處理之半導體晶圓W之載體C由無人搬送車(AGV(Automatic guide vehicle，無人搬運車)、OHT(overhead hoist transport，懸吊式搬運系統))等搬送並載置於裝載埠110，並且收容有處理完畢之半導體晶圓W之載體C藉由無人搬送車而自裝載埠110帶走。又，於裝載埠110中，以交接機器人120可相對於載體C進行任意之半導體晶圓W之取出放入之方式，將載體C可如圖2之箭頭CU所示般升降移動地構成。再者，作為載體C之形態，除將半導體晶圓W收納於密閉空間之FOUP(front opening unified pod，前開式晶圓盒以外，亦可為SMIF(Standard Mechanical Inter Face，標準機械介面)盒或將所收納之半導體晶圓W暴露於外部氣體之OC(open cassette，開放式晶圓匣)。 又，交接機器人120設為可進行如圖1之箭頭120S所示之滑動移動、如箭頭120R所示之迴轉動作及升降動作。藉此，交接機器人120相對於2個載體C進行半導體晶圓W之取出放入，並且相對於對準部130及冷卻部140進行半導體晶圓W之交接。利用交接機器人120之相對於載體C之半導體晶圓W之取出放入，係藉由機械手121之滑動移動、及載體C之升降移動而進行。又，交接機器人120與對準部130或與冷卻部140之半導體晶圓W之交接，係藉由機械手121之滑動移動、及交接機器人120之升降動作而進行。 對準部130係使半導體晶圓W於水平面內持續旋轉而朝向適於閃光加熱之方向之處理部。對準部130係於作為鋁合金製之殼體之對準腔室131之內部設置將半導體晶圓W支持為水平姿勢而使之旋轉之機構、及光學地檢測形成於半導體晶圓W之周緣部之凹槽或定向平面等之機構等而構成。自交接機器人120向對準腔室131以晶圓中心位於特定之位置之方式交付半導體晶圓W。於對準部130中，將自收發片部101接收之半導體晶圓W之中心部作為旋轉中心使半導體晶圓W繞著鉛垂方向軸旋轉，且藉由光學地檢測凹槽等而調整半導體晶圓W之朝向。 作為熱處理裝置100之主要部分之閃光加熱部160係對已進行預加熱之半導體晶圓W照射來自氙氣閃光燈FL之閃光(flash light)而進行閃光加熱處理之基板處理部。對於該閃光加熱部160之詳情將於下文進一步敍述。 冷卻部140係於作為鋁合金製之殼體之冷卻腔室141之內部，於金屬製之冷卻板之上表面載置石英板而構成。由於在閃光加熱部160中剛實施閃光加熱處理之後之半導體晶圓W之溫度較高，故而於冷卻部140中載置於上述石英板上而進行冷卻。 搬送機器人150能夠以沿著鉛垂方向之軸為中心如箭頭150R所示般迴轉，並且具有包含複數個臂段(arm segments)之2個連桿機構，於該等2個連桿機構之前端分別設置保持半導體晶圓W之搬送手151a、151b。該等搬送手151a、151b上下隔開特定之間距而配置，且能夠藉由連桿機構而分別獨立地於同一水平方向直線地滑動移動。又，搬送機器人150藉由使設置2個連桿機構之基座升降移動而於隔開特定之間距之狀態下使2個搬送手151a、151b升降移動。 又，作為利用搬送機器人150之半導體晶圓W之搬送空間，設置有收容搬送機器人150之搬送腔室170，將對準腔室131、冷卻腔室141及閃光加熱部160之製程腔室6連結於搬送腔室170而配置。於搬送機器人150將對準腔室131、冷卻腔室141或閃光加熱部160之製程腔室6作為交接對象進行半導體晶圓W之交接(取出放入)時，首先，兩搬送手151a、151b以與交接對象對向之方式迴轉，其後(或於迴轉之期間)升降移動而任一搬送手位於與交接對象交接半導體晶圓W之高度。然後，使搬送手151a(151b)於水平方向直線地滑動移動而與交接對象進行半導體晶圓W之交接。 於對準部130之對準腔室131及冷卻部140之冷卻腔室141與收發片部101之間分別設置有閘閥181、182。又，於搬送腔室170與對準腔室131、冷卻腔室141及閃光加熱部160之製程腔室6之間分別設置閘閥183、184、185。於在熱處理裝置100內搬送半導體晶圓W時，適當地打開及關閉該等閘閥。又，以對準腔室131、冷卻腔室141及搬送腔室170之內部維持清潔之方式分別自氮氣供給部(省略圖示)供給高純度之氮氣，將剩餘之氮氣適當自排氣管排出。 其次，對閃光加熱部160之構成進行說明。圖3係表示閃光加熱部160之構成之縱剖視圖。閃光加熱部160具備：製程腔室6，其收容半導體晶圓W進行加熱處理；閃光燈室5，其內置複數個閃光燈FL；及鹵素燈室4，其內置複數個鹵素燈HL。於製程腔室6之上側設置閃光燈室5，並且於下側設置有鹵素燈室4。又，閃光加熱部160於製程腔室6之內部具備：保持部7，其將半導體晶圓W保持為水平姿勢；及移載機構10，其於保持部7與搬送機器人150之間進行半導體晶圓W之交接。 製程腔室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，且於上側開口安裝上側腔室窗63而被封閉，於下側開口安裝下側腔室窗64而被封閉。構成製程腔室6之頂部之上側腔室窗63係藉由石英而形成之圓板形狀構件，作為將自閃光燈FL出射之閃光透過至製程腔室6內之石英窗發揮功能。又，構成製程腔室6之地板部之下側腔室窗64亦係藉由石英而形成之圓板形狀構件，且作為將來自鹵素燈HL之光透過至製程腔室6內之石英窗發揮功能。 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之下側嵌入並利用省略圖示之螺釘固定而安裝。即，反射環68、69均裝卸自如地安裝於腔室側部61。製程腔室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包圍之空間被規定為熱處理空間65。 藉由於腔室側部61安裝反射環68、69，而於製程腔室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之上端面包圍之凹部62。凹部62於製程腔室6之內壁面沿著水平方向形成為圓環狀，而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成形有用以相對於製程腔室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而打開及關閉。搬送開口部66連通連接於凹部62之外周面。因此，於閘閥185打開搬送開口部66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，若閘閥185將搬送開口部66閉鎖，則製程腔室6內之熱處理空間65成為密閉空間。 進而，於腔室側部61形成有：貫通孔61a，其用以將自半導體晶圓W之上表面輻射之紅外光導入至下述上部輻射溫度計25；及貫通孔61b，其用以將自保持於下述基座74之半導體晶圓W之下表面輻射之紅外光導入至下部輻射溫度計20。於貫通孔61a之熱處理空間65側之位置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之熱處理空間65側之位置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，於製程腔室6之內壁上部成形有對熱處理空間65供給處理氣體之氣體供給孔81。氣體供給孔81成形於較凹部62更靠上側位置，亦可設置於反射環68。氣體供給孔81經由於製程腔室6之側壁內部形成為圓環狀之緩衝空間82而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門84。若將閥門84打開，則自處理氣體供給源85將處理氣體送給至緩衝空間82。流入至緩衝空間82之處理氣體於流體阻力較氣體供給孔81更小之緩衝空間82內以擴散之方式流動而自氣體供給孔81向熱處理空間65內供給。作為處理氣體可使用氮氣(N2 )等惰性氣體或氫氣(H2 )、氨氣(NH3 )等反應性氣體(本實施形態中為氮氣)。 另一方面，於製程腔室6之內壁下部成形有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排出孔86。氣體排出孔86成形於較凹部62更靠下側位置，且亦可設置於反射環69。氣體排出孔86經由於製程腔室6之側壁內部形成為圓環狀之緩衝空間87而連通連接於氣體排出管88。氣體排出管88連接於排氣部190。又，於氣體排出管88之路徑中途介插有閥門89。若將閥門89打開，則熱處理空間65之氣體自氣體排出孔86經由緩衝空間87而向氣體排出管88排出。再者，氣體供給孔81及氣體排出孔86可沿著製程腔室6之圓周方向設置有複數個，亦可為狹縫狀。又，處理氣體供給源85及排氣部190可為設置於熱處理裝置100之機構，亦可為設置熱處理裝置100之工廠之實體。 又，於搬送開口部66之前端亦連接有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排出管191。氣體排出管191經由閥門192而連接於排氣部190。藉由將閥門192打開，而經由搬送開口部66將製程腔室6內之氣體排出。 圖4係表示保持部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之整體由石英形成。 基台環71係自圓環形狀欠缺一部分之圓弧形狀之石英構件。該欠缺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之底面而支持於製程腔室6之壁面(參照圖1)。於基台環71之上表面，沿著該圓環形狀之圓周方向立設複數個連結部72(本實施形態中為4個)。連結部72亦為石英之構件，且藉由焊接而固接於基台環71。 基座74由設置於基台環71之4個連結部72支持。圖5係基座74之俯視圖。又，圖6係基座74之剖視圖。基座74具備保持板75、導向環76及複數個基板支持銷77。保持板75係由石英形成之大致圓形之平板狀構件。保持板75之直徑大於半導體晶圓W之直徑。即，保持板75具有較半導體晶圓W更大之平面尺寸。 於保持板75之上表面周緣部設置有導向環76。導向環76係具有較半導體晶圓W之直徑更大之內徑之圓環形狀之構件。例如，於半導體晶圓W之直徑為f300 mm之情形時，導向環76之內徑為f320 mm。導向環76之內周設為如自保持板75朝向上方變寬之傾斜面。導向環76由與保持板75同樣之石英形成。導向環76可熔接於保持板75之上表面，亦可藉由另行加工之銷等而固定於保持板75。或者，亦可將保持板75與導向環76作為一體之構件進行加工。 保持板75之上表面中之較導向環76更靠內側的區域設為保持半導體晶圓W之平面狀之保持面75a。於保持板75之保持面75a立設有複數個基板支持銷77。於本實施形態中，沿著與保持面75a之外周圓(導向環76之內周圓)為同心圓之圓周上均隔30°立設有共12個基板支持銷77。配置有12個基板支持銷77之圓之直徑(對向之基板支持銷77間之距離)較半導體晶圓W之直徑更小，若半導體晶圓W之直徑為f300 mm，則其為f270 mm～f280 mm(本實施形態中為f280 mm)。各個基板支持銷77由石英形成。複數個基板支持銷77可藉由焊接於保持板75之上表面而設置，亦可與保持板75一體地進行加工。 返回至圖4，藉由焊接而將立設於基台環71之4個連結部72與基座74之保持板75之周緣部固接。即，基座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支持於製程腔室6之壁面，而將保持部7安裝於製程腔室6。於將保持部7安裝於製程腔室6之狀態下，基座74之保持板75成為水平姿勢(法線與鉛垂方向一致之姿勢)。即，保持板75之保持面75a成為水平面。 搬入至製程腔室6之半導體晶圓W以水平姿勢載置並保持於安裝於製程腔室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個基板支持銷77支持而保持於基座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。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，因此，可藉由12個基板支持銷77而將半導體晶圓W支持為水平姿勢。 又，半導體晶圓W由複數個基板支持銷77自保持板75之保持面75a隔開特定之間隔而支持。導向環76之厚度較基板支持銷77之高度更大。因此，藉由複數個基板支持銷77而支持之半導體晶圓W之水平方向之位置偏移藉由導向環76防止。 又，如圖4及圖5所示，於基座74之保持板75上下貫通而形成有開口部78。開口部78係為了供下部輻射溫度計20(參照圖3)接收自保持於基座74之半導體晶圓W之下表面輻射之輻射光(紅外光)而設置。即，下部輻射溫度計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而接收自保持於基座74之半導體晶圓W之下表面輻射之光，且藉由另行設置之檢測器而測定該半導體晶圓W之溫度。進而，於基座74之保持板75穿設有供下述移載機構10之頂起銷12為了半導體晶圓W之交接而貫通之4個貫通孔79。 圖7係移載機構10之俯視圖。又，圖8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7之實線位置)與於俯視下不與保持於保持部7之半導體晶圓W重疊之退避位置(圖7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，亦可為使用連桿機構藉由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13一同升降移動。若升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置上升，則共4條頂起銷12通過穿設於基座74之貫通孔79(參照圖4、5)，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於移載動作位置下降而將頂起銷12自貫通孔79抽出，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之退避位置係保持部7之基台環71之正上方。基台環71載置於凹部62之底面，因此，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，其以將移載機構10之驅動部周邊之氛圍氣體排出至製程腔室6之外部之方式構成。 返回至圖3，於製程腔室6之腔室側部61之外側，以面向形成於腔室側部61之貫通孔61a之方式安裝有上部輻射溫度計25，以面向形成於腔室側部61之貫通孔61b之方式安裝有下部輻射溫度計20。即，上部輻射溫度計25於成為熱處理空間65之外側之製程腔室6外，設置於載置於基座74之半導體晶圓W之斜上方。又，下部輻射溫度計20於成為熱處理空間65之外側之製程腔室6外，設置於基座74之斜下方。如上所述，下部輻射溫度計20經由基座74之開口部78及安裝於腔室側部61之貫通孔61b之透明窗21而測定半導體晶圓W之下表面之溫度。 另一方面，上部輻射溫度計25通過安裝於腔室側部61之貫通孔61a之透明窗26而接收自載置於基座74之半導體晶圓W之上表面輻射之紅外光，而測定該半導體晶圓W之上表面之溫度。上部輻射溫度計25用於半導體晶圓W之溫度測定之紅外光之波長範圍、即上部輻射溫度計25之測定波長區域為5 μm～6.5 μm。石英之上側腔室窗63將波長為5 μm以上之光遮蔽。由此，自閃光燈FL出射之閃光中之波長為5 μm以上之光被上側腔室窗63截斷，而波長未達5 μm之光到達至製程腔室6內之熱處理空間65。說起來，石英之上側腔室窗63作為濾光器發揮功能，而無自閃光燈FL出射之閃光成為上部輻射溫度計25之環境光之虞，上部輻射溫度計25可僅接收自半導體晶圓W輻射之紅外光而測定該晶圓溫度。又，上部輻射溫度計25之測定間隔例如為40微秒，且亦可追隨閃光照射時之半導體晶圓W上表面之瞬間之溫度變化。 設置於製程腔室6之上方之閃光燈室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、及以覆蓋該光源之上方之方式設置之反射器52而構成。又，於閃光燈室5之殼體51之底部安裝有燈光輻射窗53。構成閃光燈室5之地板部之燈光輻射窗53係由石英形成之板狀之石英窗。藉由將閃光燈室5設置於製程腔室6之上方，燈光輻射窗53與上側腔室窗63相對向。閃光燈FL自製程腔室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係分別具有長條之圓筒形狀之棒狀燈，且以各者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)相互平行之方式呈平面狀排列。由此，藉由閃光燈FL之排列而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)，於其內部封入氙氣且於其兩端部配設有與電容器連接之陽極及陰極；及觸發電極，其附設於該玻璃管之外周面上。由於氙氣為電性絕緣體，故而即便於電容器儲存有電荷，於通常之狀態下，電亦不會流入至玻璃管內。然而，於對觸發電極施加高電壓而破壞絕緣之情形時，儲存於電容器之電會瞬時流入至玻璃管內，藉由此時之氙氣之原子或分子之激發而放出光，於此種氙氣閃光燈FL中，預先儲存於電容器之靜電能量轉換為0.1毫秒至100毫秒之極短之光脈衝，因此，與如鹵素燈HL般連續點亮之光源相比，具有能夠照射極強之光之特徵。即，閃光燈FL係以未達1秒之極短之時間瞬間發光之脈衝發光燈。再者，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來調整。 又，反射器52於複數個閃光燈FL之上方以覆蓋其等全體之方式設置。反射器52之基本之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之側者。反射器52由鋁合金板形成，且其表面(面對閃光燈FL之側之面)藉由噴砂處理而實施粗糙面化加工。 設置於製程腔室6之下方之鹵素燈室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。複數個鹵素燈HL進行自製程腔室6之下方經由下側腔室窗64向熱處理空間65之光照射。 圖9係表示複數個鹵素燈HL之配置之俯視圖。於本實施形態中，於上下2段各配設有20根鹵素燈HL。各鹵素燈HL係具有長條之圓筒形狀之棒狀燈。上段、下段均係20根鹵素燈HL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)相互平行之方式排列。由此，上段、下段均係藉由鹵素燈HL之排列而形成之平面為水平面。 又，如圖9所示，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之鹵素燈HL之配設密度變高。即，上下段均係較燈排列之中央部，而周緣部之鹵素燈HL之配設間距更短。因此，於利用來自鹵素燈HL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之周緣部進行更多光量之照射。 又，由上段之鹵素燈HL所構成之燈群與由下段之鹵素燈HL所構成之燈群以呈格子狀交叉之方式排列。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有共40根鹵素燈HL。 鹵素燈HL係藉由對配設於玻璃管內部之燈絲通電而使燈絲白熱化並發光之燈絲方式之光源。於玻璃管之內部封入有於氮氣或氬氣等惰性氣體微量導入鹵素元素(碘、溴等)而成之氣體。藉由導入鹵素元素，能夠抑制燈絲之折損並且將燈絲之溫度設定為高溫。因此，鹵素燈HL與通常之白熾燈泡相比具有壽命長且能夠連續地照射強光之特性。即，鹵素燈HL係至少1秒以上連續發光之連續照明燈。又，鹵素燈HL係棒狀燈，因此壽命長，藉由使鹵素燈HL沿著水平方向配置，成為向上方之矽基板W之輻射效率優異者。 又，亦於鹵素燈室4之殼體41內，於2段鹵素燈HL之下側設置有反射器43(圖3)。反射器43將自複數個鹵素燈HL出射之光向熱處理空間65之側反射。 除上述構成以外，閃光加熱部160為了防止於半導體晶圓W之熱處理時因自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能量導致之鹵素燈室4、閃光燈室5及製程腔室6之過度之溫度上升，亦具備各種冷卻用構造。例如，於製程腔室6之壁體設置有水冷管(省略圖示)。又，鹵素燈室4及閃光燈室5設為於內部形成氣體流而進行排熱之空冷構造。又，對於上側腔室窗63與燈光輻射窗53之間隙亦供給空氣，從而將閃光燈室5及上側腔室窗63冷卻。 控制部3控制設置於熱處理裝置100之上述各種動作機構。作為控制部3之硬體之構成係與一般之電腦同樣。即，控制部3具備作為進行各種運算處理之電路之CPU(Central Processing Unit，中央處理單元))、作為記憶基本程式之讀出專用之記憶體之ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)、作為記憶各種資訊之讀寫自如之記憶體之RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)及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100之處理。再者，於圖1中，於收發片部101內示出有控制部3，但並不限定於此，控制部3可配置於熱處理裝置100內之任意之位置。 其次，對利用本發明之熱處理裝置100之半導體晶圓W之處理動作進行說明。典型而言，成為處理對象之半導體晶圓W係將利用丘克拉斯基法等製造之圓柱狀之單晶矽錠切成薄片之薄板狀基板(例如，若為f300 mm則厚度為0.775 mm)。由此，於本實施形態中處理之半導體晶圓W亦由單晶矽形成。 又，半導體晶圓W係沿著矽錠之特定之結晶方位而切片。一般而言，使用面方位為(100)面、(110)面、(111)面之3種晶圓，但最常使用(100)面方位者。於本實施形態中，成為處理對象之半導體晶圓W亦為面方位為(100)面之單晶矽之晶圓。藉由離子注入法對該(100)面方位之半導體晶圓W添加雜質(離子)，藉由利用熱處理裝置100實現之閃光照射加熱處理(退火)而執行該雜質之活化。以下所說明之熱處理裝置100之處理順序係藉由控制部3控制熱處理裝置100之各動作機構而進行。 於熱處理裝置100中，首先，以於載體C收容有複數片雜質注入後之半導體晶圓W之狀態載置於收發片部101之裝載埠110。然後，交接機器人120自載體C將半導體晶圓W逐片取出，並搬入至對準部130之對準腔室131。於將半導體晶圓W搬入至對準腔室131之時點，閘閥181將對準腔室131與收發片部101之間閉鎖。 於對準部130中，使半導體晶圓W以其中心部為旋轉中心於水平面內繞鉛垂方向軸旋轉，藉由光學地檢測凹槽等而調整半導體晶圓W之朝向。此時，對於對準部130使半導體晶圓W旋轉而調整之朝向將於下文進一步敍述。 其次，閘閥183將對準腔室131與搬送腔室170之間打開，搬送機器人150藉由上側之搬送手151a而自對準腔室131將朝向經調整之半導體晶圓W搬出。取出了半導體晶圓W之搬送機器人150以朝向閃光加熱部160之方式迴轉。又，於半導體晶圓W之搬出後，閘閥183將對準腔室131與搬送腔室170之間閉鎖。 繼而，閘閥185將製程腔室6與搬送腔室170之間打開，搬送機器人150將半導體晶圓W搬入至製程腔室6。此時，於先前之加熱處理完畢之半導體晶圓W存在於製程腔室6之情形時，藉由下側之搬送手151b將該加熱處理完畢之半導體晶圓W取出之後，藉由上側之搬送手151a將未處理之半導體晶圓W搬入至製程腔室6而進行晶圓更換。其後，閘閥185將製程腔室6與搬送腔室170之間閉鎖。 利用鹵素燈HL對搬入至製程腔室6之半導體晶圓W進行預加熱之後，藉由來自閃光燈FL之閃光照射進行閃光加熱處理。藉由該閃光加熱處理而進行雜質之活化。 於閃光加熱處理結束之後，閘閥185將製程腔室6與搬送腔室170之間再次打開，搬送機器人150藉由搬送手151b而自製程腔室6將閃光加熱後之半導體晶圓W搬出。取出了半導體晶圓W之搬送機器人150以自製程腔室6朝向冷卻部140之方式迴轉。又，閘閥185將製程腔室6與搬送腔室170之間閉鎖，並且閘閥184將冷卻腔室141與搬送腔室170之間打開。 其後，搬送機器人150使搬送手151b前進將剛閃光加熱之後之半導體晶圓W搬入至冷卻部140之冷卻腔室141。於將閃光加熱後之半導體晶圓W搬入至冷卻腔室141之後，閘閥184將冷卻腔室141與搬送腔室170之間閉鎖。於冷卻部140中，進行閃光加熱處理後之半導體晶圓W之冷卻處理。由於自閃光加熱部160之製程腔室6搬出之時點之半導體晶圓W整體之溫度相對較高，故而將其於冷卻部140冷卻至常溫左右。於經過特定之冷卻處理時間之後，閘閥182將冷卻腔室141與收發片部101之間打開，交接機器人120將冷卻後之半導體晶圓W自冷卻腔室141搬出，並返還至載體C。若於載體C收容特定片數之處理完畢之半導體晶圓W，則將該載體C自收發片部101之裝載埠110搬出。 繼續對閃光加熱部160中之閃光加熱處理進行說明。於向製程腔室6搬入半導體晶圓W之前，將用於供氣之閥門84打開，並且將排氣用之閥門89、192打開而開始對製程腔室6內之供氣及排氣。若將閥門84打開，則自氣體供給孔81對熱處理空間65供給氮氣。又，若將閥門89打開，則自氣體排出孔86將製程腔室6內之氣體排出。藉此，自製程腔室6內之熱處理空間65之上部供給之氮氣向下方流動，並自熱處理空間65之下部排出。 又，藉由將閥門192打開，自搬送開口部66亦排出製程腔室6內之氣體。進而，藉由省略圖示之排氣機構亦將移載機構10之驅動部周邊之氛圍氣體排出。再者，於閃光加熱部160中之半導體晶圓W之熱處理時，將氮氣持續供給至熱處理空間65，其供給量係根據處理步驟而適當進行變更。 繼而，閘閥185打開而將搬送開口部66開放，藉由搬送機器人150而經由搬送開口部66將成為處理對象之半導體晶圓W搬入至製程腔室6內之熱處理空間65。搬送機器人150使保持半導體晶圓W之搬送手151a前進至保持部7之正上方位置而停止。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自基座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之上端更靠上方。 於將半導體晶圓W載置於頂起銷12之後，搬送機器人150使搬送手151a自熱處理空間65退出，藉由閘閥185而將搬送開口部66閉鎖。然後，一對移載臂11下降，藉此，半導體晶圓W自移載機構10交付至保持部7之基座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支持而保持於基座74。於由複數個基板支持銷77支持之半導體晶圓W之下表面與保持板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而退避至退避位置、即凹部62之內側。 半導體晶圓W由保持部7之基座74以水平姿勢自下方保持之後，40根鹵素燈HL同時點亮而開始預加熱(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之下表面照射。藉由接受來自鹵素燈HL之光照射，而對半導體晶圓W進行預加熱從而使其溫度上升。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之加熱之妨礙。 於進行利用鹵素燈HL之預加熱時，半導體晶圓W之溫度係利用下部輻射溫度計20予以測定。即，使自保持於基座74之半導體晶圓W之下表面經由開口部78而輻射之紅外光通過透明窗21而由下部輻射溫度計20接收，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。預加熱溫度T1設為無添加至半導體晶圓W之雜質因熱而擴散之虞之600℃至800℃左右(本實施形態中為700℃)。 於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1之後，控制部3將半導體晶圓W暫時維持為其預加熱溫度T1。具體而言，於藉由下部輻射溫度計20測定之半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1之時點，控制部3調整鹵素燈HL之輸出，而將半導體晶圓W之溫度維持為大致預加熱溫度T1。 藉由進行此種利用鹵素燈HL之預加熱，而使半導體晶圓W之整體均勻地升溫至預加熱溫度T1。於利用鹵素燈HL之預加熱之階段，更容易產生散熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度有較中央部更降低之傾向，但鹵素燈室4中之鹵素燈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，與周緣部對向之區域更高。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，而可使預加熱階段之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻。 於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1且經過特定時間之時點，閃光燈FL對半導體晶圓W之上表面進行閃光照射。此時，自閃光燈FL輻射之閃光之一部分直接射向製程腔室6內，另一部分暫時藉由反射器52反射後射向製程腔室6內，藉由該等閃光之照射而進行半導體晶圓W之閃光加熱。 閃光加熱係藉由來自閃光燈FL之閃光((flash light)照射而進行，因此，可使半導體晶圓W之表面溫度於較短時間內上升。即，自閃光燈FL照射之閃光係將預先儲存於電容器之靜電能量轉換為極短之光脈衝之照射時間為0.1毫秒以上且100毫秒以下左右之極短且較強之閃光。而且，藉由來自閃光燈FL之閃光照射而被閃光加熱之半導體晶圓W之上表面溫度瞬間上升至1000℃以上之處理溫度T2且注入至半導體晶圓W之雜質被活化之後，上表面溫度急速地下降。如此，可使半導體晶圓W之上表面溫度以極短時間升降，因此，可一面抑制注入至半導體晶圓W之雜質因熱導致之擴散一面進行雜質之活化。再者，由於雜質之活化所需要之時間相較於其熱擴散所需要之時間極短，故而即便為0.1毫秒至100毫秒左右之不會產生擴散之短時間，亦完成活化。 於閃光加熱處理結束之後，經過特定時間之後鹵素燈HL熄滅。藉此，半導體晶圓W自預加熱溫度T1急速地降溫。降溫中之半導體晶圓W之溫度係藉由下部輻射溫度計20而測定，其測定結果被傳遞至控制部3。控制部3係根據下部輻射溫度計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。而且，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並上升，藉此，頂起銷12自基座74之上表面突出而自基座74接收熱處理後之半導體晶圓W。繼而，藉由閘閥185而將閉鎖之搬送開口部66開放，藉由搬送機器人150之下側之搬送手151b而將載置於頂起銷12上之半導體晶圓W搬出。搬送機器人150使下側之搬送手151b前進至藉由頂起銷12而頂起之半導體晶圓W之正下方位置並停止。然後，一對移載臂11下降，藉此，將閃光加熱後之半導體晶圓W交付並載置於搬送手151b。其後，搬送機器人150使搬送手151b自製程腔室6退出而搬出半導體晶圓W。 於本實施形態中，於成為閃光加熱部160之熱處理空間65之外側之製程腔室6外設置上部輻射溫度計25，藉由該上部輻射溫度計25而測定閃光加熱處理中之半導體晶圓W之上表面溫度。於照射照射時間極短且強度較強之閃光之閃光加熱時，於半導體晶圓W之上表面與下表面產生瞬間之溫度差，因此，測定形成器件圖案之半導體晶圓W之上表面之溫度於製程管理上較重要。以下，對閃光加熱時之利用上部輻射溫度計25之半導體晶圓W之上表面溫度之測定進行說明。再者，測定半導體晶圓W之下表面之溫度之下部輻射溫度計20主要用於利用鹵素燈HL進行之預加熱之溫度控制。 眾所周知，即便測定對象物之溫度相同，輻射強度亦根據輻射率而變化，因此，於利用輻射溫度計之溫度測定中，需要測定對象物之輻射率。一般而言，輻射率會根據相對於測定對象物之角度而變化。圖10係表示根據相對於半導體晶圓W之測定角度之輻射率之變化之圖。典型而言，於相對於半導體晶圓W之上表面垂直之方向(法線方向)上，輻射率成為最大輻射率εmax ，隨著與該上表面所成之角度變小，輻射率亦降低。上部輻射溫度計25於製程腔室6外設置於載置於基座74之半導體晶圓W之斜上方。若將半導體晶圓W之法線與上部輻射溫度計25之光軸所成之角度設為θ，則上部輻射溫度計25之光軸方向上之輻射率εθ 較最大輻射率εmax 變小。 於半導體晶圓W之熱處理時，預先求出上部輻射溫度計25之光軸方向上之輻射率εθ 而設定於上部輻射溫度計25。上部輻射溫度計25使用所設定之輻射率εθ 測定半導體晶圓W之上表面之溫度。 然而，於閃光加熱處理時，由於將照射時間極短且具有較高之能量之閃光照射至半導體晶圓W之上表面，故而半導體晶圓W之上表面之溫度瞬間上升至1000℃以上之處理溫度T2，另一方面，此瞬間之下表面之溫度不會自預加熱溫度T1那般上升。即，於半導體晶圓W之上表面與下表面瞬間產生較大之溫度差。其結果，僅半導體晶圓W之上表面產生急遽之熱膨脹，下表面幾乎不會熱膨脹，因此，半導體晶圓W以使上表面凸起之方式瞬間翹曲。 圖11係表示於半導體晶圓W產生翹曲時之輻射率之變化之圖。藉由閃光照射而半導體晶圓W以使上表面凸起之方式翹曲，藉此，半導體晶圓W之法線與上部輻射溫度計25之光軸所成之角度成為θ＋Δθ。即，因半導體晶圓W翹曲，相較於半導體晶圓W平坦之情形，半導體晶圓W之法線與上部輻射溫度計25之光軸所成之角度變化Δθ。隨之，上部輻射溫度計25之光軸方向上之輻射率εθ ＋Δ θ 亦自半導體晶圓W平坦之情形之輻射率εθ 變化。如此一來，設定於上部輻射溫度計25之輻射率εθ 與實際之輻射率εθ ＋Δ θ 不同，因此，於溫度測定中產生誤差。 因此，於本發明之熱處理技術中，使沿著於自閃光燈FL照射閃光時半導體晶圓W之翹曲成為最小之方向之直徑與上部輻射溫度計25之光軸一致。 單晶矽之半導體晶圓W具有於在閃光照射時翹曲時沿著特定之結晶方位翹曲之性質。已知於面方位為(100)面之矽半導體晶圓W之情形時，以將沿著＜100＞方向之直徑作為軸使上表面凸起之方式翹曲。即，於對面方位為(100)面之矽半導體晶圓W照射閃光時，以沿著＜100＞方向之直徑成為最上側之方式，該直徑之兩側向下翹曲。 此處，於面方位為(100)面之矽半導體晶圓W中，存在2條沿著＜100＞方向之直徑。更準確而言，沿著[100]方向、及[010]方向之2條直徑存在於半導體晶圓W。再者，＜100＞方向係將[100]方向、[010]方向、[001]方向總稱之表述。於對面方位為(100)面之矽半導體晶圓W照射閃光時，半導體晶圓W以沿著＜100＞方向之2條直徑中之任一條直徑為軸翹曲。成為該翹曲之軸之沿著＜100＞方向之直徑係沿著半導體晶圓W之翹曲成為最小之方向之直徑。 圖12係用以說明載置於基座74之半導體晶圓W之朝向之圖。於圖12中虛線所示者係沿著＜100＞方向之直徑。如該圖所示，於面方位為(100)面之半導體晶圓W中，存在2條沿著＜100＞方向之直徑。該等2條直徑正交。 又，一般而言，於f300 mm之半導體晶圓W中，成形有用以調整朝向之表示結晶方位的缺口即凹槽9。通常，凹槽9成形於沿著＜110＞方向之半導體晶圓W之直徑之端部。包含凹槽9之沿著＜110＞方向之直徑與沿著＜100＞方向之2條直徑所成之角度為45°。對準部130藉由光學地檢測該凹槽9，而以半導體晶圓W朝向特定方向之方式進行調整。 於對面方位為(100)面之單晶矽之半導體晶圓W照射閃光時，半導體晶圓W以沿著＜100＞方向之2條直徑中之任一條直徑為軸而翹曲。沿著＜100＞方向之2條直徑中之成為翹曲之軸的直徑係沿著半導體晶圓W之翹曲成為最小之方向之直徑，另一條直徑係沿著翹曲成為最大之方向之直徑。由此，只要沿著＜100＞方向之2條直徑中之成為翹曲之軸之直徑與上部輻射溫度計25之光軸一致，則於該光軸方向上半導體晶圓W幾乎不會翹曲(圖11中之Δθ大致成為0)，因此，可防止於溫度測定中產生誤差。另一方面，若沿著＜100＞方向之2條直徑中之與翹曲之軸正交之直徑與上部輻射溫度計25之光軸一致，則於該光軸方向上半導體晶圓W大幅地翹曲(圖11中之Δθ成為最大)，因此，於溫度測定中產生較大之誤差。 因此，特定出於閃光照射時半導體晶圓W以沿著＜100＞方向之2條直徑中之哪一條為軸翹曲較重要。本來，難以基於單晶矽之半導體晶圓W之性質，特定出以沿著＜100＞方向之等效之2條直徑中之哪一條為軸而翹曲。然而，本發明者等查明了實際上半導體晶圓W以載置於製程腔室6內之基座74之半導體晶圓W的沿著＜100＞方向之2條直徑中沿著基座74上之特定方向之直徑為軸翹曲。認為產生此種現象之原因在於，於加熱處理時於半導體晶圓W之面內溫度分佈中產生有略微之偏倚，因該偏倚導致半導體晶圓W以半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之2條直徑中沿著基座74上之特定方向之直徑為軸翹曲。 於第1實施形態中，如圖12所示，於藉由搬送機器人150而搬入至製程腔室6內之半導體晶圓W藉由移載機構10而載置於基座74上時，對準部130以該半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之直徑與上部輻射溫度計25之光軸一致之方式調整半導體晶圓W之朝向。更具體而言，於半導體晶圓W成形有表示＜110＞方向之凹槽9，基於該凹槽9之位置，對準部130以沿著＜100＞方向之直徑與上部輻射溫度計25之光軸一致之方式調整半導體晶圓W之朝向。 於對準部130中，亦能以半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之2條直徑中之任一條直徑與上部輻射溫度計25之光軸一致之方式調整半導體晶圓W之朝向。即便半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之2條直徑中之任一條直徑與上部輻射溫度計25之光軸一致，於閃光照射時，半導體晶圓W亦以該2條直徑中沿著基座74上之特定方向之直徑為軸而翹曲，因此，只要該沿著基座74上之特定方向之直徑與上部輻射溫度計25之光軸一致即可。但是，必須以沿著於閃光照射時半導體晶圓W翹曲之軸之基座74上之特定方向與光軸一致之方式將上部輻射溫度計25設置於製程腔室6外。 於第1實施形態中，對準部130以面方位為(100)面之單晶矽之半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之直徑與上部輻射溫度計25之光軸一致之方式調整半導體晶圓W之朝向，且將該半導體晶圓W載置於基座74。藉此，沿著於閃光照射時半導體晶圓W之翹曲成為最小之方向之直徑與上部輻射溫度計25之光軸一致。其結果，即便於因閃光照射而於半導體晶圓W產生翹曲之情形時，於上部輻射溫度計25之光軸方向上亦幾乎不會於半導體晶圓W產生翹曲，因此，輻射率亦幾乎不會變化，而可準確地測定半導體晶圓W之上表面之溫度。 ＜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100之整體構成及閃光加熱部160之構成與第1實施形態相同。又，對於第2實施形態中之半導體晶圓W之處理順序亦大致與第1實施形態相同。第2實施形態與第1實施形態不同之處在於利用對準部130進行之半導體晶圓W之朝向調整。 圖13係用以說明第2實施形態中之半導體晶圓W之朝向調整之圖。於第1實施形態中，基於因於加熱處理時於半導體晶圓W產生之面內溫度分佈之偏倚導致半導體晶圓W以半導體晶圓W之沿著＜100＞方向的2條直徑中沿著基座74上之特定方向之直徑為軸翹曲，而調整半導體晶圓W之朝向。然而，於加熱處理時之半導體晶圓W之面內溫度分佈之均一性較高且幾乎未於溫度分佈產生偏倚之情形時，亦有無法特定半導體晶圓W以半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之2條直徑中之哪一條為軸而翹曲之情形。 因此，於第2實施形態中，如圖13所示，於藉由搬送機器人150而搬入至製程腔室6內之半導體晶圓W藉由移載機構10而載置於基座74上時，對準部130以該半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之2條直徑之二等分線與上部輻射溫度計25之光軸一致之方式調整半導體晶圓W之朝向。更具體而言，基於表示＜110＞方向之凹槽9之位置，對準部130以半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之2條直徑之二等分線與上部輻射溫度計25之光軸一致之方式調整半導體晶圓W之朝向。 如此，即便於閃光照射時半導體晶圓W以半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之2條直徑中之任一條為軸翹曲，上部輻射溫度計25之光軸方向上之半導體晶圓W之翹曲亦較小，而亦可將溫度測定之誤差抑制為最小限度。又，即便半導體晶圓W以半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之2條直徑中之任一條為軸翹曲，由於上部輻射溫度計25之光軸方向上之半導體晶圓W之翹曲成為相同程度，故而亦可將溫度測定之再現性維持為較高。 ＜第3實施形態＞ 其次，對本發明之第3實施形態進行說明。第3實施形態之熱處理裝置100之整體構成及閃光加熱部160之構成與第1實施形態相同。又，對於第3實施形態中之半導體晶圓W之處理順序亦大致與第1實施形態相同。第3實施形態與第1實施形態不同之處在於，於製程腔室6外設置有2個上部輻射溫度計25、125之方面。 圖14係用以說明第3實施形態中之半導體晶圓W之朝向調整之圖。如於第2實施形態中所述般，於加熱處理時之半導體晶圓W之面內溫度分佈之均一性較高之情形時，難以特定半導體晶圓W以半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之2條直徑中之哪一條為軸而翹曲。 因此，於第3實施形態中，於製程腔室6外設置有2個上部輻射溫度計25、125。第1上部輻射溫度計25與第1實施形態相同，於製程腔室6外設置於載置於基座74之半導體晶圓W之斜上方。另一方面，第2上部輻射溫度計125於製程腔室6外，於載置於基座74之半導體晶圓W之斜上方設置於自該半導體晶圓W之中心觀察與第1上部輻射溫度計25隔開90°之位置。第1上部輻射溫度計25與第2上部輻射溫度計125相同，兩個上部輻射溫度計25、125均接收自載置於基座74之半導體晶圓W之上表面輻射之紅外光，而測定半導體晶圓W之上表面之溫度。 又，於第3實施形態中，如圖14所示，於藉由搬送機器人150而搬入至製程腔室6內之半導體晶圓W藉由移載機構10而載置於基座74上時，對準部130以該半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之2條直徑與第1上部輻射溫度計25及第2上部輻射溫度計125之光軸一致之方式調整半導體晶圓W之朝向。更具體而言，基於表示＜110＞方向之凹槽9之位置，對準部130以半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之2條直徑中之一條與第1上部輻射溫度計25之光軸一致，且另一條與第2上部輻射溫度計125之光軸一致之方式調整半導體晶圓W之朝向。 如此，即便於閃光照射時半導體晶圓W以半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之2條直徑中之任一條為軸而翹曲，第1上部輻射溫度計25或第2上部輻射溫度計125之任一者之光軸亦與沿著半導體晶圓W之翹曲成為最小之方向之直徑一致，而可準確地測定半導體晶圓W之上表面之溫度。 但是，第1上部輻射溫度計25或第2上部輻射溫度計125之剩餘之另一者之光軸與沿著半導體晶圓W之翹曲成為最大之方向之直徑一致，而於溫度測定中產生較大之誤差。因此，採用第1上部輻射溫度計25或第2上部輻射溫度計125之哪一者之測定結果成為問題。於第3實施形態中，藉由如下方法而決定採用第1上部輻射溫度計25或第2上部輻射溫度計125之哪一者之測定結果。 本發明者等發現，於閃光照射時在半導體晶圓W開始產生翹曲之瞬間，設置於該半導體晶圓W之斜上方而測定上表面溫度之輻射溫度計之測定值暫時會略微降低。半導體晶圓W之翹曲越大則該溫度測定值降低之程度越大。因此，可判斷第1上部輻射溫度計25或第2上部輻射溫度計125中於閃光照射時暫時降低之測定值之降低之程度較小者的光軸與沿著半導體晶圓W之翹曲成為最小之方向之直徑一致。由此，控制部3採用第1上部輻射溫度計25或第2上部輻射溫度計125中於閃光照射時暫時降低之測定值之降低之程度較小者。藉此，可準確地測定半導體晶圓W之上表面之溫度。 ＜變化例＞ 以上，對本發明之實施形態進行了說明，但本發明可於不脫離其主旨之範圍內除上述者以外進行各種變更。例如，於上述各實施形態中，將面方位為(100)面之單晶矽之半導體晶圓W作為處理對象，但並不限定於此，亦可對面方位為(110)面或(111)面之半導體晶圓進行加熱處理。若半導體晶圓之面方位不同，則於閃光照射時翹曲成為最小之方向亦不同。因此，針對每個面方位預先將閃光照射時之翹曲成為最小之方向登記於表格中。然後，於控制部3之控制下，對準部130係將半導體晶圓W之朝向以沿著於閃光照射時半導體晶圓W之翹曲成為最小之方向之直徑與上部輻射溫度計25之光軸一致之方式進行調整。如此，即便於因閃光照射導致於半導體晶圓W產生翹曲之情形時，於上部輻射溫度計25之光軸方向上亦幾乎不會於半導體晶圓W產生翹曲，因此，輻射率亦幾乎未變化，而可準確地測定半導體晶圓W之上表面之溫度。 又，於第1實施形態中，基於在加熱處理時半導體晶圓W以半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之2條直徑中沿著基座74上之特定方向之直徑為軸翹曲，而調整半導體晶圓W之朝向。有時該基座74上之特定方向會隨著於更換基座74等時溫度分佈之偏倚變動而變化。由此，較佳為於因維護等而更換基座74等時，預先再次驗證並特定半導體晶圓W以半導體晶圓W之沿著＜100＞方向之2條直徑中沿著基座74上之哪一方向之直徑為軸翹曲。 又，於上述實施形態之半導體晶圓W中形成有用以調整朝向之凹槽9，但亦可代替此而設置有定向平面(orientation flat)。 又，於上述實施形態中，藉由來自鹵素燈HL之光照射而進行半導體晶圓W之預加熱，但亦可代替此而將保持半導體晶圓W之基座載置於熱板上，藉由來自該熱板之熱傳導而將半導體晶圓W預加熱。 又，於上述實施形態中，於閃光燈室5具備30根閃光燈FL，但並不限定於此，閃光燈FL之根數可設為任意之根數。又，閃光燈FL並不限定於氙氣閃光燈，亦可為氪氣閃光燈。又，鹵素燈室4所具備之鹵素燈HL之根數亦不限定於40根，可設為任意之根數。 又，於上述實施形態中，作為1秒以上連續發光之連續照明燈而使用燈絲方式之鹵素燈HL進行半導體晶圓W之預加熱，但並不限定於此，亦可代替鹵素燈HL而使用放電型之氙氣電弧燈等電弧燈作為連續照明燈進行半導體晶圓W之預加熱。
3‧‧‧控制部
4‧‧‧鹵素燈室
5‧‧‧閃光燈室
6‧‧‧製程腔室
7‧‧‧保持部
9‧‧‧凹槽
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
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‧‧‧基座
75‧‧‧保持板
75a‧‧‧保持面
76‧‧‧導向環
77‧‧‧基板支持銷
78‧‧‧開口部
79‧‧‧貫通孔
81‧‧‧氣體供給孔
82‧‧‧緩衝空間
83‧‧‧氣體供給管
84‧‧‧閥門
85‧‧‧處理氣體供給源
87‧‧‧緩衝空間
88‧‧‧氣體排出管
89‧‧‧閥門
100‧‧‧熱處理裝置
101‧‧‧收發片部
110‧‧‧裝載埠
120‧‧‧交接機器人
120R‧‧‧箭頭
120S‧‧‧箭頭
121‧‧‧機械手
125‧‧‧上部輻射溫度計
130‧‧‧對準部
131‧‧‧對準腔室
140‧‧‧冷卻部
141‧‧‧冷卻腔室
150‧‧‧搬送機器人
150R‧‧‧箭頭
151a‧‧‧搬送手
151b‧‧‧搬送手
160‧‧‧閃光加熱部
170‧‧‧搬送腔室
181‧‧‧閘閥
182‧‧‧閘閥
183‧‧‧閘閥
184‧‧‧閘閥
185‧‧‧閘閥
190‧‧‧排氣部
191‧‧‧氣體排出管
192‧‧‧閥門
C‧‧‧載體
CU‧‧‧箭頭
FL‧‧‧閃光燈
HL‧‧‧鹵素燈
W‧‧‧半導體晶圓
θ‧‧‧角度
εθ‧‧‧輻射率
εmax‧‧‧最大輻射率
Δθ‧‧‧角度變化
圖1係表示本發明之熱處理裝置之俯視圖。 圖2係圖1之熱處理裝置之前視圖。 圖3係表示閃光加熱部之構成之縱剖視圖。 圖4係表示保持部之整體外觀之立體圖。 圖5係基座之俯視圖。 圖6係基座之剖視圖。 圖7係移載機構之俯視圖。 圖8係移載機構之側視圖。 圖9係表示複數個鹵素燈之配置之俯視圖。 圖10係表示根據相對於半導體晶圓之測定角度之輻射率之變化之圖。 圖11係表示於半導體晶圓產生翹曲時之輻射率之變化之圖。 圖12係用以說明載置於基座之半導體晶圓之朝向之圖。 圖13係用以說明第2實施形態中之半導體晶圓之朝向調整之圖。 圖14係用以說明第3實施形態中之半導體晶圓之朝向調整之圖。

Claims (4)

  1. 一種熱處理方法，其特徵在於：其係藉由對圓板形狀之基板照射閃光而加熱該基板者，且包括：移載步驟，其係將基板載置並保持於設置於腔室內之基座；照射步驟，其係自設置於上述腔室之上方之閃光燈對載置於上述基座之上述基板之上表面照射閃光；及溫度測定步驟，其係設置於載置於上述基座之上述基板之斜上方的輻射溫度計接收自上述基板之上表面輻射的紅外光而測定該上表面之溫度；且於上述移載步驟中，將上述基板以沿著於在上述照射步驟中照射閃光時上述基板之翹曲成為最小之方向之直徑與上述輻射溫度計之光軸一致之方式載置於上述基座。
  2. 如請求項1之熱處理方法，其中上述基板係面方位為(100)面之單晶矽之半導體晶圓，且於上述移載步驟中，以上述基板之沿著<100>方向之直徑與上述輻射溫度計之光軸一致的方式將上述基板載置於上述基座。
  3. 一種熱處理方法，其特徵在於：其係藉由對圓板形狀之基板照射閃光而加熱該基板者，且包括：移載步驟，其係將基板載置並保持於設置於腔室內之基座；照射步驟，其係自設置於上述腔室之上方之閃光燈對載置於上述基座之上述基板之上表面照射閃光；溫度測定步驟，其係設置於載置於上述基座之上述基板之斜上方的輻射溫度計接收自上述基板之上表面輻射之紅外光，而測定該上表面之溫度；且上述基板係面方位為(100)面之單晶矽之半導體晶圓，於上述移載步驟中，以上述基板之沿著<100>方向之2條直徑之二等分線與上述輻射溫度計之光軸一致的方式將上述基板載置於上述基座。
  4. 一種熱處理方法，其特徵在於：其係藉由對圓板形狀之基板照射閃光而加熱該基板者，且包括：移載步驟，其係將基板載置並保持於設置於腔室內之基座；照射步驟，其係自設置於上述腔室之上方之閃光燈對載置於上述基座之上述基板之上表面照射閃光；及溫度測定步驟，其係設置於載置於上述基座之上述基板之斜上方之第1輻射溫度計，或於上述基板之斜上方設置於自上述基板之中心觀察與上述第1輻射溫度計隔開90°之位置的第2輻射溫度計接收自上述基板之上表面輻射之紅外光而測定該上表面之溫度；且上述基板係面方位為(100)面之單晶矽之半導體晶圓，且於上述移載步驟中，以上述基板之沿著<100>方向之2條直徑與上述第1輻射溫度計及上述第2輻射溫度計之光軸一致的方式將上述基板載置於上述基座。
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