TWI663655B - 熱處理裝置及熱處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種即便於吸收紅外光之處理氣體之環境中亦能夠正確測定基板之溫度的熱處理裝置及熱處理方法。 於對腔室6內之基板W進行利用來自鹵素燈HL之光照射之預加熱後，自閃光燈FL照射快閃光進行加熱。於腔室6內自氨供給機構180供給氨而形成氨環境。加熱處理時之基板W之溫度係利用輻射溫度計而測定。由於輻射溫度計之測定波長區域與氨之吸收波長區域重複，故而將輻射溫度計之設定輻射率變更設定為較基板W之實際之輻射率低。即便氨環境會吸收自基板W輻射之輻射光，但只要輻射溫度計之設定輻射率亦設為低，則輻射溫度計能夠將正確之基板W之溫度作為測定值而輸出。

Description

熱處理裝置及熱處理方法
本發明係關於一種對半導體晶圓等薄板狀精密電子基板(以下，僅稱為「基板」)照射光而加熱之熱處理裝置及熱處理方法。
於半導體元件之製造製程中，著眼於在極短時間內加熱半導體晶圓之閃光燈退火(FLA)。閃光燈退火係藉由使用氙閃光燈(以下，僅稱為「閃光燈」時係指氙閃光燈)對半導體晶圓之正面照射快閃光而僅使半導體晶圓之正面於極短時間(數毫秒以下)內升溫之熱處理技術。 氙閃光燈之輻射分光分佈係自紫外線區域至近紅外區域，波長較以往之鹵素燈短，與矽之半導體晶圓之基礎吸收帶大致一致。由此，自氙閃光燈對半導體晶圓照射快閃光時，能夠透過光較少地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快閃光照射，則能夠選擇性地僅使半導體晶圓之正面附近升溫。 此種閃光燈退火係利用於需要極短時間之加熱之處理，例如典型而言，布植至半導體晶圓之雜質之活化。若自閃光燈對利用離子布植法布植有雜質之半導體晶圓之正面照射快閃光，則能夠使該半導體晶圓之正面僅以極短時間升溫至活化溫度，能夠不使雜質擴散得較深，而僅執行雜質活化。 不限於閃光燈退火，於熱處理中重要的是恰當地管理半導體晶圓之溫度。一般而言，於半導體晶圓之熱處理中，係藉由非接觸之輻射溫度計進行溫度測定，例如於專利文獻1中，揭示了於照射快閃光前，利用鹵素燈進行預加熱時，利用輻射溫度計測定半導體晶圓之溫度。 於利用輻射溫度計進行之溫度測定中，重要的是測定對象物之輻射率。半導體晶圓之正面之輻射率係根據所形成之圖案或膜種類而較大變化，但背面之輻射率大致固定，面內分佈亦均勻。因此，如專利文獻1所揭示般，較佳為接收自半導體晶圓之背面輻射之輻射光而進行溫度測定，於該情形時，只要將預先所知之半導體晶圓之背面之輻射率設定於輻射溫度計即可。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2010-225613號公報
[發明所欲解決之問題] 且說，亦研究出將閃光燈退火應用於半導體晶圓之熱處理，該半導體晶圓形成有使用介電常數高於二氧化矽(SiO2 )之材料(高介電常數材料)之高介電常數膜(High-k膜)作為場效電晶體(FET)之閘極絕緣膜。作為高介電常數膜，為了解決伴隨閘極絕緣膜之薄膜化之發展而令漏電流增大之問題，而與將金屬用於閘極電極之金屬閘極電極一同作為新穎之堆疊構造不斷推進開發者。於藉由閃光燈退火進行此種高介電常數閘極絕緣膜之熱處理之情形時，嘗試於氨環境中進行高介電常數閘極絕緣膜之氮化處理。 然而，於在氨環境中進行半導體晶圓之熱處理之情形時，產生利用輻射溫度計進行之溫度測定因氨而受到阻礙之問題。由於氨吸收輻射溫度計用於測定之紅外線，故而輻射溫度計接收之紅外線之強度變小，其結果為，輻射溫度計輸出之測定值成為較實際之晶圓溫度低之值。典型而言，於閃光燈退火中，於照射快閃光前，利用鹵素燈進行半導體晶圓之預加熱，基於輻射溫度計之測定結果對鹵素燈之輸出進行閉環控制，因此若測定結果較實際之晶圓溫度低，則燈之輸出變得過大而將半導體晶圓加熱至較目標溫度更高溫。 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吸收紅外光之處理氣體之環境中亦能夠正確測定基板之溫度的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，且具備：腔室，其收容基板；光照射部，其對收容於上述腔室之上述基板照射光；氣體供給部，其向上述腔室供給特定之處理氣體而於上述基板之周邊形成該處理氣體之環境；輻射溫度計，其接收自上述基板輻射之紅外光而測定上述基板之溫度；控制部，其基於上述輻射溫度計之測定結果，控制上述光照射部之輸出以使上述基板達到目標溫度；及輻射率決定部，其於上述輻射溫度計之測定波長區域與上述處理氣體之吸收波長區域重複之情形時，將上述輻射溫度計之設定輻射率變更為較上述基板之實際之輻射率低。 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：進而具備保持表示上述處理氣體之濃度與上述設定輻射率之關聯關係之表的記憶部，且上述輻射率決定部基於上述表決定與上述腔室內之環境中之上述處理氣體之濃度對應的上述設定輻射率。 又，技術方案3之發明係如技術方案2之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述記憶部對複數個目標溫度之各者保持個別之上述表。 又，技術方案4之發明係如技術方案1之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述處理氣體為氨。 又，技術方案5之發明係如技術方案1之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述光照射部包含鹵素燈。 又，技術方案6之發明係一種熱處理方法，其特徵在於：藉由對基板照射光而加熱該基板者，且包括：環境形成步驟，其係向收容基板之腔室供給特定之處理氣體而於上述基板之周邊形成該處理氣體之環境；光照射步驟，其係自光照射部對上述處理氣體之環境中之上述基板照射光；溫度測定步驟，其係輻射溫度計接收自上述基板輻射之紅外光而測定上述基板之溫度；及控制步驟，其係基於上述溫度測定步驟中之測定結果，控制上述光照射部之輸出以使上述基板達到目標溫度；且於上述輻射溫度計之測定波長區域與上述處理氣體之吸收波長區域重複之情形時，將上述輻射溫度計之設定輻射率變更為較上述基板之實際之輻射率低。 又，技術方案7之發明係如技術方案6之發明之熱處理方法，其特徵在於：基於表示上述處理氣體之濃度與上述設定輻射率之關聯關係之表，根據上述腔室內之環境中之上述處理氣體之濃度決定上述設定輻射率。 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：對複數個目標溫度之各者製作個別之上述表。 又，技術方案9之發明係如技術方案6之發明之熱處理方法，其特徵在於：上述處理氣體為氨。 又，技術方案10之發明係如技術方案6之發明之熱處理方法，其特徵在於：上述光照射部包含鹵素燈。 [發明之效果] 根據技術方案1至技術方案5之發明，於輻射溫度計之測定波長區域與處理氣體之吸收波長區域重複之情形時，將輻射溫度計之設定輻射率變更為較基板之實際之輻射率低，因此即便於吸收紅外光之處理氣體之環境中來自基板之輻射光被處理氣體吸收而強度下降，亦能夠正確測定基板之溫度。 尤其是根據技術方案2之發明，基於表示處理氣體之濃度與設定輻射率之關聯關係之表，決定與腔室內之環境中之處理氣體之濃度對應的設定輻射率，因此能夠決定與處理氣體之濃度對應之恰當之設定輻射率。 尤其是根據技術方案3之發明，對複數個目標溫度之各者保持個別之表，因此能夠決定與目標溫度對應之恰當之設定輻射率。 根據技術方案6至技術方案10之發明，於輻射溫度計之測定波長區域與處理氣體之吸收波長區域重複之情形時，將輻射溫度計之設定輻射率變更為較基板之實際之輻射率低，因此即便於吸收紅外光之處理氣體之環境中來自基板之輻射光被處理氣體吸收而強度下降，亦能夠正確測定基板之溫度。 尤其是根據技術方案7之發明，基於表示處理氣體之濃度與設定輻射率之關聯關係之表，根據腔室內之環境中之處理氣體之濃度決定設定輻射率，因此能夠決定與處理氣體之濃度對應之恰當之設定輻射率。 尤其是根據技術方案8之發明，對複數個目標溫度之各者製作個別之表，因此能夠決定與目標溫度對應之恰當之設定輻射率。
以下，一面參照圖式一面對本發明之實施形態進行詳細說明。 圖1係表示本發明之熱處理裝置1之構成之縱截面圖。本實施形態之熱處理裝置1係藉由於氨環境中對成膜有高介電常數閘極絕緣膜(High-k膜)之半導體之基板W照射快閃光，而促進該高介電常數閘極絕緣膜之成膜後熱處理(PDA：Post Deposition Annealing)的閃光燈退火(FLA)裝置。再者，於圖1及之後之各圖中，為了便於理解，視需要而誇張或簡化各部之尺寸或數量來描繪。 熱處理裝置1具備收容基板W之腔室6、內置複數根閃光燈FL之閃光加熱部5、內置複數根鹵素燈HL之鹵素加熱部4、及擋閘機構2。將閃光加熱部5設置於腔室6之上側，並且將鹵素加熱部4設置於下側。熱處理裝置1之腔室6之內部具備使基板W保持水平姿勢之保持部7、及於保持部7與裝置外部之間進行基板W之交接之移載機構10。又，熱處理裝置1具備向腔室6之內部供給氨(NH3 )之氨供給機構180。進而，熱處理裝置1具備對擋閘機構2、氨供給機構180、鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6內所設之各動作機構進行控制而執行基板W之熱處理的控制部3。 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具有上下開口之概略筒形狀，於上側開口安裝有上側腔室窗63而封閉，於下側開口安裝有下側腔室窗64而封閉。構成腔室6之頂壁之上側腔室窗63係由石英形成之圓板形狀構件，且作為使自閃光加熱部5出射之快閃光透過至腔室6內之石英窗而發揮功能。又，構成腔室6之底板部之下側腔室窗64亦為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、69一同形成為圓環狀。上側之反射環68係藉由自腔室側部61之上側嵌入而安裝。另一方面，下側之反射環69係藉由自腔室側部61之下側嵌入並利用省略圖示之螺釘固定而安裝。即，反射環68、69係一同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所包圍之空間規定作為熱處理空間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於腔室6之內壁面沿著水平方向形成為圓環狀，圍繞保持基板W之保持部7。 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成為鏡面。 又，於腔室側部61形設有用以對腔室6進行基板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85開閉。搬送開口部66與凹部62之外周面連通連接。因此，閘閥85打開搬送開口部66時，能夠將基板W自搬送開口部66通過凹部62搬入至熱處理空間65，及將基板W自熱處理空間65搬出。又，若閘閥85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之內壁上部形設有向熱處理空間65供給特定之氣體之氣體供給孔81。氣體供給孔81形設於較凹部62更上側位置，亦可設置於反射環68。氣體供給孔81經由呈圓環狀形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間82與氣體供給管83連通連接。氣體供給管83與氨供給機構180連接。詳細而言，氣體供給管83分支成兩路，其一路與氮氣供給源185連接，另一路與氨供給源189連接。於氣體供給管83分支成兩路之路徑中之與氮氣供給源185連接之配管插入有閥183及流量調整閥181，於與氨供給源189連接之配管插入有閥187及流量調整閥186。 若打開閥183，則自氮氣供給源185通過氣體供給管83向緩衝空間82供給氮氣(N2 )。流過氣體供給管83之氮氣之流量係利用流量調整閥181而調整。又，若打開閥187，則自氨供給源189通過氣體供給管83向緩衝空間82供給氨氣(NH3 )。流過氣體供給管83之氨之流量係利用流量調整閥186而調整。流入至緩衝空間82之氣體係以於流體阻力小於氣體供給孔81之緩衝空間82內擴展之方式流動而自氣體供給孔81向熱處理空間65內供給。 由該等氮氣供給源185、閥183、流量調整閥181、氨供給源189、閥187、流量調整閥186、氣體供給管83、緩衝空間82及氣體供給孔81構成氨供給機構180。藉由打開閥183及閥187之兩者，能夠將氨與氮氣之混合氣體作為處理氣體供給至腔室6。氨供給機構180供給至腔室6之混合氣體中所含之氨之濃度約為10 vol.%以下，於本實施形態中為3.5 vol.%。 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出孔86。氣體排出孔86形設於較凹部62更下側位置，亦可設置於反射環69。氣體排出孔86經由呈圓環狀形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間87與氣體排出管88連通連接。氣體排出管88與排氣部190連接。又，於氣體排出管88之路徑中途插入有閥89。若打開閥89，則熱處理空間65之氣體自氣體排出孔86經由緩衝空間87向氣體排出管88排出。再者，氣體供給孔81及氣體排出孔86可沿著腔室6之圓周方向設置複數個，亦可為狹縫狀者。 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192與排氣部190連接。藉由打開閥192，而經由搬送開口部66將腔室6內之氣體排出。 作為排氣部190，可使用真空泵或設置有熱處理裝置1之工場之排氣實體。若採用真空泵作為排氣部190，不自氨供給機構180進行任何氣體供給而將密閉空間即熱處理空間65之氣體排出，則能夠將腔室6內減壓至真空環境。又，即便於不使用真空泵作為排氣部190之情形時，藉由不自氨供給機構180進行氣體供給而進行排氣，亦能夠將腔室6內減壓至未達大氣壓之氣壓。 藉由氨供給機構180及排氣部190，能夠於腔室6內之熱處理空間65形成氨環境。即，藉由一面利用排氣部190自熱處理空間65進行排氣，一面自氨供給機構180向熱處理空間65供給氨與作為稀釋氣體之氮氣之混合氣體，而能夠於熱處理空間65形成特定之氨濃度(於本實施形態中約為3.5 vol.%)之氨環境。 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係自側面觀察保持部7之側視圖。保持部7係具備基台環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之整體係由石英形成。 基台環71係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，沿著其圓周方向豎立設置複數個連結部72(於本實施形態中為4)。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之形狀亦可為圓環形狀之一部分缺損之圓弧狀。 平板狀之基座74係由設置於基台環71之4個連結部72所支持。基座74係由石英形成之大致圓形之平板狀構件。基座74之直徑大於基板W之直徑。即，基座74具有大於基板W之平面尺寸。於基座74之上表面豎立設置有複數個(於本實施形態為5個)導銷76。5個導銷76沿著與基座74之外周圓同心圓之圓周上而設置。配置有5個導銷76之圓之直徑稍微大於基板W之直徑。各導銷76亦由石英形成。再者，導銷76可與基座74一體地由石英之鑄錠進行加工，亦可藉由焊接等將另行加工而成者安裝於基座74。 豎立設置於基台環71之4個連結部72與基座74之周緣部之下表面係藉由焊接而固著。即，基座74與基台環71係藉由連結部72而固定連結，保持部7成為石英之一體成形構件。藉由使此種保持部7之基台環71支持於腔室6之壁面，而將保持部7安裝於腔室6。於將保持部7安裝於腔室6之狀態下，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之基板W以水平姿勢載置於安裝在腔室6之保持部7之基座74之上並得以保持。基板W係藉由載置於由5個導銷76形成之圓之內側，而防止水平方向之位置偏移。再者，導銷76之個數並不限定於5個，只要為能夠防止基板W之位置偏移之個數即可。 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。開口部78係為了輻射溫度計120接收自保持於基座74之基板W之下表面輻射之輻射光(紅外光)而設置。輻射溫度計120根據該輻射光之強度測定基板W之下表面之溫度。輻射溫度計120之測定波長區域為波長6.5 μm～14 μm之紅外區域。該波長區域之紅外光不透過石英之上側腔室窗63及下側腔室窗64。因此，自閃光燈FL及鹵素燈HL出射之光中之輻射溫度計120之測定波長區域之紅外光由上側腔室窗63及下側腔室窗64截斷。因此，防止自閃光燈FL及鹵素燈HL出射之光成為利用輻射溫度計120進行之溫度測定之干擾光。進而，於基座74穿設有供下述移載機構10之頂起銷12貫通以進行基板W之交接的4個貫通孔79。再者，下文對利用輻射溫度計120進行之基板W之溫度測定進行詳細敍述。 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成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豎立設置有2根頂起銷12。各移載臂11能夠藉由水平移動機構13旋動。水平移動機構13使一對移載臂11於相對於保持部7進行基板W之移載之移載動作位置(圖5之實線位置)、與俯視下不與保持於保持部7之基板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使各移載臂11分別旋動者，亦可為使用連桿機構藉由1個馬達使一對移載臂11連動旋動者。 又，一對移載臂11藉由升降機構14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上升至移載動作位置，則共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將頂起銷12脫離貫通孔79，且水平移動機構13以打開一對移載臂11之方式使之移動，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，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，且以將移載機構10之驅動部周邊之氣體向腔室6之外部排出之方式構成。 返回圖1，於設置於腔室6之上方之閃光加熱部5的殼體51之內側，具備包含複數根(於本實施形態為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之殼體51之底部安裝有燈光輻射窗53。構成閃光加熱部5之底板部之燈光輻射窗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將快閃光自腔室6之上方經由燈光輻射窗53及上側腔室窗63照射至熱處理空間65。 複數根閃光燈FL為各自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之基板W之主面(即沿著水平方向)成為相互平行之方式排列成平面狀。由此，藉由閃光燈FL之排列所形成之平面亦為水平面。 氙閃光燈FL具備於其內部封入有氙氣且於其兩端部配設有與電容器連接之陽極及陰極的棒狀之玻璃管(放電管)、及附設於該玻璃管之外周面上之觸發電極。由於氙氣係電性絕緣體，故而即便於電容器儲存有電荷，於通常之狀態下，玻璃管內亦不會有電流過。然而，於對觸發電極施加高電壓而破壞絕緣之情形時，儲存於電容器之電瞬間流入玻璃管內，藉由此時之氙之原子或分子之激發而釋放光。於此種氙閃光燈FL中，由於將預先儲存於電容器之靜電能轉換為0.1毫秒至100毫秒之極短的光脈衝，故而具有能夠照射與如鹵素燈HL之連續點亮之光源相比極強之光的特徵。即，閃光燈FL係於未達1秒之極短之時間內瞬間發光之脈衝發光燈。再者，閃光燈FL之發光時間可根據對閃光燈FL進行電力供給之燈電源之線圈常數而調整。 又，反射器52係以覆蓋該等全部之方式設置於複數根閃光燈FL之上方。反射器52之基本之功能係將自複數根閃光燈FL出射之快閃光反射至熱處理空間65側者。反射器52係由鋁合金板形成，且其表面(面臨閃光燈FL側之面)係藉由噴砂處理而實施粗面化加工。 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(於本實施形態中為40根)鹵素燈HL。複數根鹵素燈HL接受來自電力供給電路45之電力供給而發光，並將鹵素光自腔室6之下方經由下側腔室窗64向熱處理空間65照射。來自電力供給電路45之電力供給係由控制部3控制。圖7係表示複數根鹵素燈HL之配置之俯視圖。於本實施形態中，於上下2層各配設有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等。上層、下層均為20根鹵素燈HL以各自之長度方向沿著保持於保持部7之基板W之主面(即沿著水平方向)成為相互平行之方式排列。由此，上層、下層均為藉由鹵素燈HL之排列所形成之平面為水平面。 又，如圖7所示，上層、下層中均為相較於與保持於保持部7之基板W之中央部對向之區域，以與周緣部對向之區域中之鹵素燈HL之配設密度更高。即，上下層均為，相較於燈排列之中央部，周緣部之鹵素燈HL之配設間距更短。因此，利用來自鹵素加熱部4之光照射進行加熱時，能夠對容易產生溫度下降之基板W之周緣部照射更多之光量。 又，包含上層之鹵素燈HL之燈群與包含下層之鹵素燈HL之燈群係以呈格子狀交叉之方式排列。即，以上層之各鹵素燈HL之長度方向與下層之各鹵素燈HL之長度方向正交之方式配設共40根鹵素燈HL。 鹵素燈HL係藉由對於配設於玻璃管內部之燈絲通電，而使燈絲白熾化並發光之燈絲方式之光源。於玻璃管之內部封入有向氮或氬等惰性氣體導入有微量之鹵素元素(碘、溴等)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具有與通常之白熾燈泡相比壽命較長且能夠連續照射較強之光的特性。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為棒狀燈，故而為長壽命，藉由使鹵素燈HL沿著水平方向配置而對上方之基板W之輻射效率變得優異。 又，如圖1所示，熱處理裝置1之鹵素加熱部4及腔室6之旁側具備擋閘機構2。擋閘機構2具備擋閘板21及滑動驅動機構22。擋閘板21係對鹵素光不透明之板，且例如由鈦(Ti)形成。滑動驅動機構22使擋閘板21沿著水平方向滑動移動，而於鹵素加熱部4與保持部7之間之遮光位置拔插擋閘板21。若滑動驅動機構22使擋閘板21前進，則將擋閘板21插入於腔室6與鹵素加熱部4之間之遮光位置(圖1之二點鏈線位置)，而阻斷下側腔室窗64與複數根鹵素燈HL。藉此，自複數根鹵素燈HL朝向熱處理空間65之保持部7之光被遮擋。反之，若滑動驅動機構22使擋閘板21後退，則擋閘板21自腔室6與鹵素加熱部4之間之遮光位置退出，而打開下側腔室窗64之下方。 控制部3控制設置於熱處理裝置1之各種動作機構。圖8係表示控制部3之構成之方塊圖。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(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)及控制用軟體或記憶有資料等之磁碟35。控制部3之CPU藉由執行特定之處理程式而進行熱處理裝置1中之處理。 如圖8所示，控制部3具備輻射率決定部31。輻射率決定部31係藉由控制部3之CPU執行特定之處理程式而實現之功能處理部。下文對輻射率決定部31之處理內容進一步進行敍述。 又，於控制部3連接有輸入部32及顯示部33。作為輸入部32，可採用鍵盤、滑鼠等各種公知之輸入機器。顯示部33例如為設置於熱處理裝置1之外壁之液晶顯示器等顯示面板。作為輸入部32及顯示部33，亦可採用具有兩者之功能之觸控面板。 除上述構成以外，熱處理裝置1還具備各種冷卻用之構造，以防止因基板W之熱處理時自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能所導致之鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之過度的溫度上升。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成為內部形成氣體流而排熱之氣冷構造。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，說明對基板W之處理順序。圖9係表示基板W之處理順序之流程圖。此處，成為處理對象之基板W係形成有高介電常數膜作為閘極絕緣膜之半導體晶圓。針對該基板W，熱處理裝置1照射快閃光而進行成膜後熱處理。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，將成為處理對象之基板W搬入至熱處理裝置1之腔室6(步驟S1)。搬入基板W時，打開閘閥85而將搬送開口部66打開，利用裝置外部之搬送機器人經由搬送開口部66將基板W搬入至腔室6內之熱處理空間65。此時，亦可藉由打開閥183向腔室6內持續供給氮氣，使氮氣流自搬送開口部66流出，從而將裝置外部之氣體向腔室6內之流入抑制至最低限度。由搬送機器人搬入之基板W進入至保持部7之正下方位置為止後停止。並且，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之上表面突出而接收基板W。 於將基板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85將搬送開口部66封閉。並且，藉由一對移載臂11下降，而使基板W自移載機構10交接至保持部7之基座74並保持水平姿勢。基板W係將形成有高介電常數膜之表面作為上表面而保持於基座74。又，基板W係於基座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退避至退避位置，即凹部62之內側。 於將基板W收容於腔室6之後，向腔室6內供給處理氣體而形成氨環境(步驟S2)。具體而言，藉由打開閥89而自熱處理空間65進行排氣，並且藉由打開閥183及閥187，而自氣體供給孔81向熱處理空間65供給氨與作為稀釋氣體之氮氣之混合氣體。其結果為，於在腔室6內保持於保持部7之基板W之周邊形成氨環境。氨環境中之氨之濃度(即，氨與氮氣之混合比)係利用流量調整閥181及流量調整閥186而規定。於本實施形態中，係以氨環境中之氨之濃度成為約3.5 vol.%之方式利用流量調整閥186及流量調整閥181來調整氨及氮氣之流量。再者，氨環境中之氨之濃度為10 vol.%以下即可。 又，輻射率決定部31(圖8)決定輻射溫度計120之設定輻射率(步驟S3)。所謂輻射溫度計120之設定輻射率係設定於輻射溫度計120之被測溫對象物之輻射率。輻射溫度計120係根據由J＝εσT4 (J為熱輻射，ε為被測溫對象物之輻射率，σ為斯蒂芬＝玻耳茲曼常數，T為被測溫對象物之溫度)所表示之斯蒂芬＝玻耳茲曼之定律而測定被測溫對象物之溫度。即，於利用輻射溫度計120進行之溫度測定中需要被測溫對象物(於本實施形態中為基板W)之輻射率。通常，只要將基板W之背面(與形成有高介電常數膜之表面為相反側之主面)之輻射率直接作為輻射溫度計120之設定輻射率而設定即可。 然而，於本實施形態中，於腔室6內之熱處理空間65形成氨環境。於氨之吸收波長區域包含8 μm～14 μm。另一方面，輻射溫度計120之測定波長區域為6.5 μm～14 μm。即，輻射溫度計120之測定波長區域與作為處理氣體之氨之吸收波長區域重複。再者，所謂重複，並非僅為輻射溫度計120之測定波長區域與處理氣體之吸收波長區域完全一致之情形，亦包含一部分重合之情形。 若輻射溫度計120之測定波長區域與氨之吸收波長區域重複，則因氨環境會吸收輻射溫度計120用於溫度測定之來自基板W之輻射光，而導致輻射溫度計120接收之測定波長區域之輻射光之強度下降。其結果為，利用輻射溫度計120所得之溫度測定值低於實際之基板W之溫度。如下所述，基板W之預加熱時，控制部3基於輻射溫度計120之溫度測定結果對鹵素燈HL之輸出進行閉環控制，因此，若利用輻射溫度計120所得之溫度測定值低於實際之基板W之溫度，則鹵素燈HL之輸出過大。 因此，於本實施形態中，將輻射溫度計120之設定輻射率變更設定為較基板W之實際之輻射率低。根據上述斯蒂芬＝玻耳茲曼之定律可知，即便輻射溫度計120接收之輻射光之強度J下降，只要與其成比例而輻射率ε亦變低，則輻射溫度計120亦能夠將正確之基板W之溫度作為測定值而輸出。具體而言，輻射率決定部31係以如下方式決定輻射溫度計120之設定輻射率。 於基板W之熱處理之前，準備表示作為處理氣體之氨之濃度與設定輻射率之關聯關係之關聯表36(圖8)。圖10係表示氨之濃度與設定輻射率之關聯關係之關聯表36之一例的圖。如上所述，由於輻射溫度計120之測定波長區域與氨之吸收波長區域重複，故而隨著腔室6內之氨環境中之氨濃度變高，輻射溫度計120接收之來自基板W之輻射光之強度下降。並且，根據上述斯蒂芬＝玻耳茲曼之定律，若基板W之溫度固定，則輻射溫度計120接收之來自基板W之輻射光之強度與設定輻射率成比例。因此，如圖10所示，於腔室6內之氨濃度與輻射溫度計120之設定輻射率存在線性之關聯關係，若隨著氨濃度變高而使設定輻射率變低，則輻射溫度計120能夠測定正確之基板W之溫度。 但是，若基板W之溫度不同，則氨之濃度與設定輻射率之關聯關係之斜率等不同。因此，較佳為對複數個基板W之溫度個別地準備如圖10之關聯表36。例如，由於下述利用鹵素燈HL進行預加熱時重要的是利用輻射溫度計120進行之溫度測定，故而較佳為，對假定為此時之目標溫度即預加熱溫度T1之複數個溫度之各者個別地準備表示氨之濃度與設定輻射率之關聯關係的關聯表36。 作為具體之關聯表36之製作方法，例如，於與成為處理對象之基板W相同之材質之虛設基板安裝熱電偶，將該虛設基板搬入至熱處理裝置1之腔室6，並載置於保持部7之基座74。並且，於腔室6內形成特定之氨濃度之氨環境，藉由來自鹵素燈HL之光照射加熱虛設基板。虛設基板之溫度係利用熱電偶而正確測定，藉由來自鹵素燈HL之光照射而將虛設基板正確升溫至成為候補之預加熱溫度並維持該溫度。此時，如藉由熱電偶測定出之虛設基板之正確之溫度、與接收來自該虛設基板之輻射光並根據斯蒂芬＝玻耳茲曼之定律推算之輻射溫度計120所示之溫度一致的輻射率係上述特定之氨濃度下之設定輻射率。藉由一面維持虛設基板之溫度，一面使腔室6內之氨濃度變化並求出設定輻射率，能夠製作針對某溫度之關聯表36。藉由同樣之方法，針對複數個成為候補之預加熱溫度之各者製作關聯表36。所製作之複數個關聯表36儲存於控制部3之磁碟35(參照圖8)。 於圖9之步驟S3中，輻射率決定部31決定輻射溫度計120之設定輻射率時，自處理配方(記述成為處理對象之基板W之處理順序與條件者)等獲取預加熱溫度T1之值。輻射率決定部31自儲存於磁碟35之複數個關聯表36中選擇針對預加熱溫度T1所製作之關聯表36，基於該關聯表36決定與腔室6內之環境中之氨濃度對應之設定輻射率。例如，於本實施形態中，輻射率決定部31選擇針對溫度450℃之關聯表36，藉由該關聯表36決定與氨濃度3.5 vol.%對應之設定輻射率。再者，關於預加熱溫度T1及腔室6內之氨濃度，亦可由操作員自輸入部32輸入。又，亦可將輻射率決定部31決定之設定輻射率顯示於顯示部33。 其次，鹵素加熱部4之40根鹵素燈HL同時點亮，開始基板W之預加熱(輔助加熱)(步驟S4)。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而自基板W之背面照射。藉由接受來自鹵素燈HL之光照射而使基板W之溫度上升。再者，移載機構10之移載臂11退避至凹部62之內側，因此不會成為利用鹵素燈HL進行之加熱之障礙。 利用該鹵素燈HL進行預加熱時，利用輻射溫度計120測定基板W之溫度(步驟S5)。於輻射溫度計120設定步驟S3中輻射率決定部31決定之設定輻射率。輻射溫度計120經由基座74之開口部78接收自基板W之背面輻射之輻射光，根據該輻射光之強度測定基板W之溫度。雖輻射溫度計120之測定波長區域與氨之吸收波長區域重複，氨環境會吸收輻射溫度計120用於溫度測定之來自基板W之輻射光，但因於輻射溫度計120設定較實際之基板W之輻射率低之上述設定輻射率，故而，輻射溫度計120能夠正確測定基板W之溫度。 將利用輻射溫度計120測定出之基板W之溫度傳達至控制部3。控制部3一面監視藉由來自鹵素燈HL之光照射而升溫之基板W之溫度是否達到特定的預加熱溫度T1，一面控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於利用輻射溫度計120所得之測定結果，以基板W之溫度達到預加熱溫度T1之方式對電力供給電路45進行閉環控制而控制鹵素燈HL之輸出(步驟S5、S6)。即便於吸收紅外光之氨環境中，輻射溫度計120亦測定正確之基板W之溫度，因此控制部3能夠適當地控制鹵素燈HL之輸出。預加熱溫度T1為300℃以上且600℃以下，於本實施形態為450℃。 於基板W之溫度達到預加熱溫度T1後，控制部3將基板W暫時維持於該預加熱溫度T1。具體而言，於利用輻射溫度計120測定出之基板W之溫度達到預加熱溫度T1之時間點，控制部3控制電力供給電路45而調整鹵素燈HL之強度，將基板W之溫度維持於大致預加熱溫度T1。 藉由利用此種鹵素燈HL進行預加熱，而將包含高介電常數膜之基板W整體均勻地升溫至預加熱溫度T1。於利用鹵素燈HL進行之預加熱之階段中，雖存在更容易產生放熱之基板W之周緣部之溫度較中央部為低之傾向，但關於鹵素加熱部4中之鹵素燈HL之配設密度，相較於與基板W之中央部對向之區域，以與周緣部對向之區域更高。因此，對容易產生放熱之基板W之周緣部所照射之光量變多，能夠使預加熱階段中之基板W之面內溫度分佈變得均勻。進而，安裝於腔室側部61之反射環69之內周面設為鏡面，因此藉由該反射環69之內周面朝向基板W之周緣部反射之光量變多，能夠使預加熱階段中之基板W之面內溫度分佈變得更均勻。 其次，藉由於基板W之溫度達到預加熱溫度T1並經過特定時間之時間點自閃光燈FL照射快閃光而執行閃光加熱處理(步驟S7)。此時，自閃光燈FL輻射之快閃光之一部分直接朝向腔室6內，另一部分暫時先由反射器52反射，然後朝向腔室6內，藉由該等快閃光之照射而進行基板W之閃光加熱。 閃光加熱係藉由來自閃光燈FL之快閃光(閃光)照射而進行，因此能夠於短時間內使基板W之表面溫度上升。即，自閃光燈FL照射之快閃光係將預先儲存於電容器之靜電能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之較強的閃光。並且，藉由來自閃光燈FL之快閃光照射而進行閃光加熱之基板W之表面溫度瞬間上升至處理溫度T2，對於形成於基板W之表面之高介電常數膜執行成膜後熱處理。藉由快閃光照射使基板W之表面達到之最高溫度(峰溫度)即處理溫度T2為600℃以上且1200℃以下，於本實施形態中為1000℃。 若利用閃光燈FL進行之快閃光照射結束，則基板W之表面溫度自處理溫度T2急速降溫。又，於快閃光照射結束並經過特定時間後，鹵素燈HL亦熄滅，藉此，基板W亦自預加熱溫度T1降溫。於基板W之加熱處理結束後，僅閉合閥187，將腔室6內替換成氮氣環境。又，與鹵素燈HL熄滅同時，擋閘機構2將擋閘板21插入至鹵素加熱部4與腔室6之間之遮光位置。即便鹵素燈HL熄滅，燈絲或管壁之溫度亦不會即刻下降，而暫時自高溫之燈絲及管壁繼續輻射出輻射熱，其妨礙基板W之降溫。藉由插入擋閘板21，能夠阻斷自剛熄滅後之鹵素燈HL向熱處理空間65輻射之輻射熱，從而提高基板W之降溫速度。 又，降溫中之基板W之溫度亦利用輻射溫度計120而測定。將測定出之基板W之溫度傳達至控制部3。控制部3監視利用輻射溫度計120測定出之基板W之溫度是否降溫至特定溫度。並且，於基板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接受熱處理後之基板W。繼而，將由閘閥85封閉之搬送開口部66打開，利用裝置外部之搬送機器人將載置於頂起銷12上之基板W搬出(步驟S8)，從而完成熱處理裝置1中之基板W之加熱處理。 於本實施形態中，由於在腔室6內形成吸收紅外光之氨環境，故而將輻射溫度計120之設定輻射率變更設定為較基板W之實際之輻射率低。具體而言，針對複數個溫度準備表示氨之濃度與設定輻射率之關聯關係之關聯表36，輻射率決定部31選擇與預加熱溫度T1對應之關聯表36，基於該關聯表36決定與腔室6內之氨環境中之氨濃度對應之設定輻射率。因此，即便於吸收紅外光之氨之環境中，輻射溫度計120亦能夠正確測定基板W之溫度，其結果為，能夠基於輻射溫度計120之測定結果恰當地控制預加熱時之鹵素燈HL之輸出。 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宗旨，則除上述者以外可進行各種變更。例如，於上述實施形態中，於腔室6內形成氨之環境，但並不限定於此，於在腔室6內形成具有與輻射溫度計120之測定波長區域重複之吸收波長區域之處理氣體之環境的情形時，可應用本發明之技術。作為具有與輻射溫度計120之測定波長區域(6.5 μm～14 μm)重複之吸收波長區域之處理氣體，除氨以外，例如可例示一氧化二氮(N2 O)、一氧化氮(NO)等。於腔室6內有形成該等處理氣體之環境時，藉由與上述實施形態同樣地將輻射溫度計120之設定輻射率變更設定為較基板W之實際之輻射率低，能夠正確地測定基板W之溫度。 又，於上述實施形態中，使用表示氨之濃度與設定輻射率之關聯關係之關聯表36決定設定輻射率，但亦可取而代之，而由輻射率決定部31基於表示氨之濃度與設定輻射率之關聯關係之關係式來決定輻射溫度計120之設定輻射率。 又，於上述實施形態中，於閃光加熱部5設置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不限定於氙閃光燈，亦可為氪閃光燈。又，鹵素加熱部4中所設之鹵素燈HL之根數亦不限定於40根，可設為任意之數量。 又，於上述實施形態中，於在利用鹵素燈HL進行預加熱後自閃光燈FL對基板W照射快閃光之熱處理裝置1中，將本發明之技術應用於預加熱時之溫度測定，但本發明之技術亦可應用於僅利用鹵素燈加熱基板W之裝置(例如，尖峰退火裝置)。
1‧‧‧熱處理裝置
2‧‧‧擋閘機構
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
11‧‧‧移載臂
12‧‧‧頂起銷
13‧‧‧水平移動機構
21‧‧‧擋閘板
22‧‧‧滑動驅動機構
31‧‧‧輻射率決定部
32‧‧‧輸入部
33‧‧‧顯示部
35‧‧‧磁碟
36‧‧‧關聯表
45‧‧‧電力供給電路
51‧‧‧殼體
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‧‧‧反射環
69‧‧‧反射環
71‧‧‧基台環
72‧‧‧連結部
74‧‧‧基座
76‧‧‧導銷
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
85‧‧‧閘閥
86‧‧‧流量調整閥
87‧‧‧緩衝空間
88‧‧‧氣體排出管
89‧‧‧氨供給源
120‧‧‧輻射溫度計
180‧‧‧氨供給機構
181‧‧‧流量調整閥
183‧‧‧閥
185‧‧‧氮氣供給源
186‧‧‧流量調整閥
187‧‧‧閥
189‧‧‧氨供給源
190‧‧‧排氣部
191‧‧‧氣體排出管
192‧‧‧閥
FL‧‧‧閃光燈
HL‧‧‧鹵素燈
S1～S8‧‧‧步驟
W‧‧‧基板
圖1係表示本發明之熱處理裝置之構成之縱截面圖。 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係自側面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係表示複數根鹵素燈之配置之俯視圖。 圖8係表示控制部之構成之方塊圖。 圖9係表示基板之處理順序之流程圖。 圖10係示出表示氨之濃度與設定輻射率之關聯關係之關聯表之一例的圖。

Claims (10)

  1. 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，且具備： 腔室，其收容基板； 光照射部，其對收容於上述腔室之上述基板照射光； 氣體供給部，其向上述腔室供給特定之處理氣體而於上述基板之周邊形成該處理氣體之環境； 輻射溫度計，其接收自上述基板輻射之紅外光而測定上述基板之溫度； 控制部，其基於上述輻射溫度計之測定結果，控制上述光照射部之輸出以使上述基板達到目標溫度；及 輻射率決定部，其於上述輻射溫度計之測定波長區域與上述處理氣體之吸收波長區域重複之情形時，將上述輻射溫度計之設定輻射率變更為較上述基板之實際之輻射率低。
  2. 如請求項1之熱處理裝置，其進而具備 保持表示上述處理氣體之濃度與上述設定輻射率之關聯關係之表的記憶部，且 上述輻射率決定部基於上述表決定與上述腔室內之環境中之上述處理氣體之濃度對應的上述設定輻射率。
  3. 如請求項2之熱處理裝置，其中 上述記憶部對複數個目標溫度之各者保持個別之上述表。
  4. 如請求項1之熱處理裝置，其中 上述處理氣體為氨。
  5. 如請求項1之熱處理裝置，其中 上述光照射部包含鹵素燈。
  6. 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： 環境形成步驟，其係向收容基板之腔室供給特定之處理氣體而於上述基板之周邊形成該處理氣體之環境； 光照射步驟，其係自光照射部對上述處理氣體之環境中之上述基板照射光； 溫度測定步驟，其係由輻射溫度計接收自上述基板輻射之紅外光而測定上述基板之溫度；及 控制步驟，其係基於上述溫度測定步驟中之測定結果，控制上述光照射部之輸出以使上述基板達到目標溫度；且 於上述輻射溫度計之測定波長區域與上述處理氣體之吸收波長區域重複之情形時，將上述輻射溫度計之設定輻射率變更為較上述基板之實際之輻射率低。
  7. 如請求項6之熱處理方法，其中 基於表示上述處理氣體之濃度與上述設定輻射率之關聯關係之表，根據上述腔室內之環境中之上述處理氣體之濃度決定上述設定輻射率。
  8. 如請求項7之熱處理方法，其中 對複數個目標溫度之各者製作個別之上述表。
  9. 如請求項6之熱處理方法，其中 上述處理氣體為氨。
  10. 如請求項6之熱處理方法，其中 上述光照射部包含鹵素燈。
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