TWI688993B - 熱處理方法及熱處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能夠以簡易之構成迅速地掌握閃光照射後之基板之行為的熱處理方法及熱處理裝置。 半導體晶圓之正面被照射來自閃光燈之閃光而瞬間被加熱。藉由上部放射溫度計25及高速放射溫度計組件90測定被照射閃光以後之半導體晶圓正面之溫度，依序儲存其溫度資料而獲取溫度分佈。解析部31根據其溫度分佈特定出閃光照射後之半導體晶圓之最高測定溫度，並基於此算出半導體晶圓自支座之跳起量。於所算出之跳起量超過特定閾值之情形時，半導體晶圓之位置大幅度偏移之可能性較高，停止該半導體晶圓之搬出。

Description

熱處理方法及熱處理裝置
本發明係關於一種藉由對半導體晶圓等薄板狀精密電子基板(以下簡稱為「基板」)照射閃光而將該基板加熱之熱處理方法及熱處理裝置。
於半導體元件之製造過程中，雜質導入係用以於半導體晶圓內形成pn接面之必需步驟。目前，雜質導入一般係藉由離子植入法及其後之退火法進行。離子植入法係使硼(B)、砷(As)、磷(P)等雜質元素離子化後於高加速電壓下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得以活化。此時，若退火時間為數秒左右以上，則所植入之雜質會藉由熱而深入地擴散，其結果為有接面深度較要求變得過深而對形成良好的元件產生障礙之虞。
因此，作為於極短時間內將半導體晶圓加熱之退火技術，近年來，閃光燈退火(FLA)受到關注。閃光燈退火係如下一種熱處理技術：使用氙氣閃光燈(以下單稱為「閃光燈」時意指氙氣閃光燈)對半導體晶圓之正面照射閃光，藉此，僅使被注入有雜質之半導體晶圓之正面於極短時間(數毫秒以下)內升溫。
氙氣閃光燈之放射分光分佈為紫外線區域至近紅外線區域，波長較先前之鹵素燈短，與矽之半導體晶圓之基礎吸收帶幾乎一致。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，能使半導體晶圓快速升溫。又，亦已判明如下情況：若為數毫秒以下之極短時間之閃光照射，則能選擇性地僅使半導體晶圓之正面附近升溫。因此，若為利用氙氣閃光燈之極短時間之升溫，則能使雜質不深入擴散而僅執行雜質活化。
於使用氙氣閃光燈之熱處理裝置中，由於對半導體晶圓之正面瞬間照射具有極高能量之閃光，故半導體晶圓之正面溫度瞬間快速地上升，另一方面，背面溫度並不如此般上升，自正面至背面產生溫度梯度。因此，僅於半導體晶圓之正面附近急遽地發生熱膨脹，從而半導體晶圓以使上表面作為凸面而翹曲之方式急遽地變形。其結果為，確認到半導體晶圓於支持半導體晶圓之支座(晶座)上振動、或半導體晶圓自該支座跳躍之現象。(例如，專利文獻1、2)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2013-168462號公報 [專利文獻2]日本專利特開2014-120497號公報
[發明所欲解決之問題]
半導體晶圓激烈振動、或自支座大幅度跳躍而落下來時會產生該半導體晶圓發生破裂之問題。又，即便不至於晶圓破裂，但亦存在因暫時跳躍之半導體晶圓落下至支座上而導致半導體晶圓自原來之設定位置移動(偏移)之情況。於半導體晶圓自原來之設定位置大幅度偏移之情形時成為搬送故障之原因，根據情形不僅會發生半導體晶圓之破損，而且亦存在導致搬送機器人之障礙之情況。
為了解決該等問題，而尋求一種監控閃光照射後之半導體晶圓之行為的方法。例如，考慮於收容半導體晶圓之腔室設置高速相機，拍攝閃光照射後之半導體晶圓之行為並進行觀察。
然而，存在如下問題：此類高速相機不僅費用高昂而導致裝置之成本增加，而且所拍攝之圖像資料之解析處理複雜。又，亦必須確保用以於腔室設置高速相機之空間。
本發明係鑒於上述問題而成者，其目的在於提供一種能夠以簡易之構成迅速地掌握閃光照射後之基板之行為的熱處理方法及熱處理裝置。 [解決問題之技術手段]
為了解決上述問題，技術方案1之發明係一種熱處理方法，其係藉由對基板照射閃光而將該基板加熱者，其特徵在於具備：照射步驟，其係於腔室內自閃光燈對由支座支持之基板之正面照射閃光；溫度測定步驟，其係至少測定被照射上述閃光以後之上述基板之正面溫度，而獲取溫度分佈；及解析步驟，其係基於上述溫度測定步驟中所獲取之上述溫度分佈，對上述基板之行為進行解析。
又，技術方案2之發明之特徵在於：如技術方案1之發明之熱處理方法，其中於上述解析步驟中，將上述腔室內為基準壓時所測定之正面溫度設為基準測定溫度，基於針對成為處理對象之上述基板所測定之正面溫度與上述基準測定溫度之差量，對上述基板之行為進行解析。
又，技術方案3之發明之特徵在於：如技術方案1或技術方案2之發明之熱處理方法，其中於上述解析步驟中，算出上述基板自上述支座之跳躍量。
又，技術方案4之發明之特徵在於：如技術方案3之發明之熱處理方法，其中於上述解析步驟中所算出之上述基板之跳躍量超過特定閾值之情形時，停止上述基板自上述腔室之搬送。
又，技術方案5之發明係一種熱處理裝置，其係藉由對基板照射閃光而將該基板加熱者，其特徵在於具備：腔室，其收容基板；支座，其於上述腔室內載置並支持上述基板；閃光燈，其對由上述支座支持之上述基板照射閃光；溫度測定部，其測定上述基板之正面溫度；及解析部，其至少基於根據在被照射上述閃光以後藉由上述溫度測定部所測定之上述基板之正面溫度而獲取之溫度分佈，對上述基板之行為進行解析。
又，技術方案6之發明之特徵在於：如技術方案5之發明之熱處理裝置，其中上述解析部係將上述腔室內為基準壓時所測定之正面溫度設為基準測定溫度，基於針對成為處理對象之上述基板所測定之正面溫度與上述基準測定溫度之差量，對上述基板之行為進行解析。
又，技術方案7之發明之特徵在於：如技術方案5或技術方案6之發明之熱處理裝置，其中上述解析部算出上述基板自上述支座之跳躍量。
又，技術方案8之發明之特徵在於：如技術方案7之發明之熱處理裝置，其進而具備控制部，該控制部係於上述解析部所算出之上述基板之跳躍量超過特定閾值之情形時，停止上述基板自上述腔室之搬送。 [發明效果]
根據技術方案1至技術方案4之發明，由於基於至少測定被照射閃光以後之基板之正面溫度而獲取之溫度分佈對基板之行為進行解析，故能夠不使用高價之攝像機構等，而以簡易之構成迅速地掌握閃光照射後之基板之行為。
尤其是，根據技術方案4之發明，由於在所算出之基板之跳躍量超過特定閾值之情形時停止基板自腔室之搬送，故能夠將因基板之位置偏移所引起之搬送故障防患於未然。
根據技術方案5至技術方案8之發明，由於至少基於根據在被照射閃光以後藉由溫度測定部所測定之基板之正面溫度而獲取之溫度分佈對基板之行為進行解析，故能夠不使用高價之攝像機構等，而以簡易之構成迅速地掌握閃光照射後之基板之行為。
尤其是，根據技術方案8之發明，由於在解析部所算出之基板之跳躍量超過特定閾值之情形時停止基板自腔室之搬送，而能夠將因基板之位置偏移所引起之搬送故障防患於未然。
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。
圖1係表示本發明之熱處理裝置1之構成之縱剖視圖。圖1之熱處理裝置1係藉由對作為基板之圓板形狀之半導體晶圓W進行閃光照射而將該半導體晶圓W加熱之閃光燈退火裝置。成為處理對象之半導體晶圓W之尺寸並未特別限定，例如為f300 mm或f450 mm(於本實施形態中為f300 mm)。於被搬入至熱處理裝置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進行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，視需要對各部分之尺寸或數量進行誇張或簡化地描述。
熱處理裝置1具備：腔室6，其收容半導體晶圓W；閃光加熱部5，其內置複數個閃光燈FL；及鹵素加熱部4，其內置複數個鹵素燈HL。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於腔室6之內部具備將半導體晶圓W呈水平姿勢保持之保持部7、及在保持部7與裝置外部之間進行半導體晶圓W之交接之移載機構10。進而，熱處理裝置1具備控制部3，該控制部3控制鹵素加熱部4、閃光加熱部5及設置於腔室6之各動作機構使其等執行半導體晶圓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具有上下開口之概略筒形狀，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。構成腔室6之頂壁之上側腔室窗63係由石英所形成之圓板形狀構件，作為使自閃光加熱部5出射之閃光透過至腔室6內之石英窗發揮功能。又，構成腔室6之地板部之下側腔室窗64亦係由石英所形成之圓板形狀構件，作為使來自鹵素加熱部4之光透過至腔室6內之石英窗發揮功能。
又，於腔室側部61之內側壁面之上部安裝有反射環68，於下部安裝有反射環69。反射環68、69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。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。
藉由在腔室側部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之內壁面中未安裝反射環68、69之中央部分、反射環68之下端面、及反射環69之上端面包圍而成之凹部62。凹部62沿水平方向呈圓環狀形成於腔室6之內壁面，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係由強度及耐熱性優異之金屬材料(例如不鏽鋼)形成。
又，於腔室側部61，形成設置有用以相對於腔室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將搬送開口部66打開時，能將半導體晶圓W自搬送開口部66通過凹部62搬入至熱處理空間65及將半導體晶圓W自熱處理空間65搬出。又，若閘閥185將搬送開口部66關閉，則腔室6內之熱處理空間65成為密閉空間。
進而，於腔室側部61穿設有貫通孔61a及貫通孔61b。貫通孔61a係用以將自保持於下述支座74之半導體晶圓W之上表面所放射之紅外光引導至上部放射溫度計25之圓筒狀之孔。另一方面，貫通孔61b係用以將自半導體晶圓W之下表面所放射之紅外光引導至下部放射溫度計20之圓筒狀之孔。貫通孔61a及貫通孔61b係以其等之貫通方向之軸與保持於支座74之半導體晶圓W之主面交叉之方式，相對於水平方向傾斜地設置。於貫通孔61a之面向熱處理空間65之側之端部，安裝有使上部放射溫度計25能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。上部放射溫度計25經由透明窗26接收自半導體晶圓W之上表面放射之紅外光，並根據該紅外光之強度測定半導體晶圓W之上表面之溫度。又，於貫通孔61b之面向熱處理空間65之側之端部，安裝有使下部放射溫度計20能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。下部放射溫度計20經由透明窗21接收自半導體晶圓W之下表面放射之紅外光，並根據該紅外光之強度測定半導體晶圓W之下表面之溫度。
又，於腔室6之內壁上部形成設置有對熱處理空間65供給處理氣體之氣體供給孔81。氣體供給孔81形成設置於較凹部62更靠上側之位置，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而與氣體供給管83連通連接。氣體供給管83連接於處理氣體供給源85。又，於氣體供給管83之路徑中途介插有閥84。當閥84打開時，自處理氣體供給源85向緩衝空間82輸送處理氣體。流入至緩衝空間82之處理氣體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，並自氣體供給孔81被供給至熱處理空間65內。作為處理氣體，可使用例如氮氣(N2 )等惰性氣體、或氫氣(H2 )、氨氣(NH3 )等反應性氣體、或者混合其等所得之混合氣體(於本實施形態中為氮氣)。
另一方面，於腔室6之內壁下部形成設置有排出熱處理空間65內之氣體之氣體排出孔86。氣體排出孔86形成設置於較凹部62更靠下側之位置，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而與氣體排出管88連通連接。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89。當閥89打開時，熱處理空間65之氣體自氣體排出孔86經過緩衝空間87被排出至氣體排出管88。若關閉閥84而不向熱處理空間65供給處理氣體，且打開閥89而僅自熱處理空間65排氣，則腔室6內之熱處理空間65被減壓至未達大氣壓。再者，氣體供給孔81及氣體排出孔86可沿腔室6之周向設置有複數個，亦可為狹縫狀者。又，處理氣體供給源85及排氣部190可為設置於熱處理裝置1之機構，亦可為設置有熱處理裝置1之工廠之輔助設備。
又，於搬送開口部66之前端亦連接有排出熱處理空間65內之氣體之氣體排出管191。氣體排出管191經由閥192而連接於排氣部190。藉由將閥192打開，而經由搬送開口部66排出腔室6內之氣體。
圖2係表示保持部7之整體外觀之立體圖。保持部7係具備基台環71、連結部72及支座74而構成。基台環71、連結部72及支座74均由石英形成。即，保持部7之整體由石英形成。
基台環71係自圓環形狀缺損一部分而成之圓弧形狀之石英構件。該缺損部分係為了防止下述移載機構10之移載臂11與基台環71之干渉而設置。基台環71藉由載置於凹部62之底面，而支持於腔室6之壁面(參照圖1)。於基台環71之上表面，沿其圓環形狀之周向立設有複數個連結部72(於本實施形態中為4個)。連結部72亦為石英之構件，藉由焊接而固著於基台環71。
支座74由設置於基台環71之4個連結部72所支持。圖3係支座74之俯視圖。又，圖4係支座74之剖視圖。支座74具備保持板75、導環76及複數個基板支持銷77。保持板75係由石英所形成之大致圓形之平板狀構件。保持板75之直徑較半導體晶圓W之直徑大。即，保持板75具有較半導體晶圓W大之平面尺寸。
於保持板75之上表面周緣部設置有導環76。導環76係具有較半導體晶圓W之直徑大之內徑的圓環形狀之構件。例如，於半導體晶圓W之直徑為f300 mm之情形時，導環76之內徑為f320 mm。導環76之內周係設為如自保持板75朝向上方變寬之傾斜面。導環76由與保持板75同樣之石英形成。導環76亦可熔接於保持板75之上表面，還可藉由另外加工之銷等固定於保持板75。或者，亦可將保持板75與導環76加工成一體之構件。
保持板75之上表面中較導環76更靠內側之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(導環76之內周圓)為同心圓之圓周上以30°為單位立設有共計12個基板支持銷77。配置有12個基板支持銷之圓之直徑(對向之基板支持銷77間之距離)較半導體晶圓W之直徑小，若半導體晶圓W之直徑為f300 mm，則該圓之直徑為f270 mm~f280 mm(於本實施形態中為f270 mm)。各個基板支持銷77係由石英所形成。複數個基板支持銷77可藉由焊接而設置於保持板75之上表面，亦可與保持板75加工成一體。
返回至圖2，立設於基台環71之4個連結部72與支座74之保持板75之周緣部藉由焊接而固著。即，支座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支持於腔室6之壁面，而將保持部7安裝於腔室6。於保持部7被安裝於腔室6之狀態下，支座74之保持板75成為水平姿勢(法線與鉛直方向一致之姿勢)。即，保持板75之保持面75a成為水平面。
搬入至腔室6之半導體晶圓W係呈水平姿勢載置並支持於安裝在腔室6之保持部7之支座74之上。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支持而保持於支座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。由於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)均一，故能夠藉由12個基板支持銷77將半導體晶圓W呈水平姿勢支持。
又，半導體晶圓W係自保持板75之保持面75a隔開特定間隔地由複數個基板支持銷77支持。導環76之厚度大於基板支持銷77之高度。因此，藉由導環76防止由複數個基板支持銷77所支持之半導體晶圓W之水平方向之位置偏移。
又，如圖2及圖3所示，於支座74之保持板75，上下貫通地形成有開口部78。開口部78係為了供下部放射溫度計20接收自半導體晶圓W之下表面放射之放射光(紅外光)而設置。即，下部放射溫度計20經由開口部78及安裝於腔室側部61之貫通孔61b之透明窗21接收自半導體晶圓W之下表面放射之光，而測定該半導體晶圓W之溫度。進而，於支座74之保持板75，穿設有供下述移載機構10之頂起銷12貫通以交接半導體晶圓W之4個貫通孔79。
圖5係移載機構10之俯視圖。又，圖6係移載機構10之側視圖。移載機構10具備2根移載臂11。移載臂11係設為如沿著大致圓環狀之凹部62之圓弧形狀。於各移載臂11立設有2根頂起銷12。移載臂11及頂起銷12係由石英形成。各移載臂11藉由水平移動機構13而能夠旋動。水平移動機構13使一對移載臂11於對保持部7進行半導體晶圓W之移載之移載動作位置(圖5之實線位置)與於俯視下不和保持於保持部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使各移載臂11分別旋動者，亦可為使用連桿機構而藉由1個馬達使一對移載臂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13一併升降移動。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通過穿設於支座74之貫通孔79(參照圖2、3)，頂起銷12之上端自支座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拔出，且水平移動機構13使一對移載臂11以張開之方式移動，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，故移載臂11之退避位置成為凹部62之內側。再者，構成為於移載機構10之設置有驅動部(水平移動機構13及升降機構14)之部位附近亦設置有省略圖示之排氣機構，而將移載機構10之驅動部周邊之氣體排出至腔室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係於殼體51之內側具備包含複數根(於本實施形態中為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，於閃光加熱部5之殼體51之底部安裝有燈光放射窗53。構成閃光加熱部5之地板部之燈光放射窗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，從而燈光放射窗53與上側腔室窗63相對向。閃光燈FL將閃光自腔室6之上方經由燈光放射窗53及上側腔室窗63照射至熱處理空間65。
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：棒狀玻璃管(放電管)，其於內部封入氙氣且於其兩端部配設有連接於電容器之陽極及陰極；及觸發電極，其附設於該玻璃管之外周面上。由於氙氣為電性絕緣體，故即便電容器中儲存有電荷，通常狀態下於玻璃管內亦不會有電流流通。然而，於對觸發電極施加高電壓而破壞了絕緣之情形時，儲存於電容器之電流會瞬時流至玻璃管內，藉由此時之氙原子或氙分子之激發而釋出光。此種氙氣閃光燈FL具有如下特徵：由於預先儲存於電容器之靜電能量會被轉換為0.1毫秒至100毫秒之極短光脈衝，故與如鹵素燈HL般之連續點亮之光源相比能夠照射極強之光。即，閃光燈FL係於未達1秒之極短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進行調整。
又，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之基本功能係將自複數個閃光燈FL出射之閃光反射至熱處理空間65側。反射器52係由鋁合金板形成，其正面(面向閃光燈FL之側之面)藉由噴砂處理而被施以粗面化加工。
設置於腔室6之下方之鹵素加熱部4於殼體41之內側內置有複數根(於本實施形態中為40根)鹵素燈HL。鹵素加熱部4係藉由複數個鹵素燈HL自腔室6之下方經由下側腔室窗64向熱處理空間65進行光照射而將半導體晶圓W加熱之光照射部。
圖7係表示複數個鹵素燈HL之配置之俯視圖。40根鹵素燈HL係分為上下2段配置。於靠近保持部7之上段配設有20根鹵素燈HL，並且於較上段更遠離保持部7之下段亦配設有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。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。由此，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，與周緣部對向之區域中之鹵素燈HL之配設密度均更高。即，於上下段，相較於燈排列之中央部，周緣部之鹵素燈HL之配設間距均更短。因此，可對在藉由自鹵素加熱部4照射光而進行加熱時容易產生溫度下降之半導體晶圓W之周緣部照射更多光量。
又，由上段之鹵素燈HL構成之燈群及由下段之鹵素燈HL構成之燈群係以呈格子狀交叉之方式排列。即，以配置於上段之20根鹵素燈HL之長度方向與配置於下段之20根鹵素燈HL之長度方向相互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發光的燈絲方式之光源。於玻璃管之內部，封入有向氮氣或氬氣等惰性氣體中導入微量之鹵素元素(碘、溴等)所得之氣體。藉由導入鹵素元素，可一面抑制燈絲之折損一面將燈絲之溫度設定為高溫。因此，鹵素燈HL具有與普通白熾燈泡相比壽命長且能夠連續照射強光之特性。即，鹵素燈HL係延續發光至少1秒以上之連續點亮燈。又，鹵素燈HL由於為棒狀燈，故壽命長，藉由將鹵素燈HL沿著水平方向配置，可使之成為對上方之半導體晶圓W之放射效率優異者。
又，於鹵素加熱部4之殼體41內，亦在2段鹵素燈HL之下側設置有反射器43(圖1)。反射器43將自複數個鹵素燈HL出射之光反射至熱處理空間65側。
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之硬體之構成與普通電腦相同。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)、及預先記憶有控制用軟體或資料等之磁碟34(圖8)。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中之處理。
又，如圖1所示般，熱處理裝置1具備上部放射溫度計25及下部放射溫度計20。上部放射溫度計25係用以測定閃光自閃光燈FL照射之瞬間之半導體晶圓W之上表面之急遽的溫度變化之高速放射溫度計。
圖8係表示包含上部放射溫度計25之溫度測定機構之構成的方塊圖。上部放射溫度計25係以其光軸與貫通孔61a之貫通方向之軸一致之方式，斜向傾斜地安裝於腔室側部61之外壁面。上部放射溫度計25經由氟化鈣之透明窗26接收自保持於支座74之半導體晶圓W之上表面放射之紅外光。上部放射溫度計25具備InSb(銻化銦)之光學元件，其測定波長區域為5 μm~6.5 μm。氟化鈣之透明窗26使上部放射溫度計25之測定波長區域之紅外光選擇性地透過。InSb之光學元件之電阻根據所接收之紅外光之強度而變化。具備InSb之光學元件之上部放射溫度計25能夠進行響應時間極短且取樣間隔為顯著短時間(例如，約40微秒)之高速測定。上部放射溫度計25與高速放射溫度計組件90電性連接，將響應受光後產生之信號傳遞至高速放射溫度計組件90。
高速放射溫度計組件90具備放大電路或A/D轉換器等(均省略圖示)，對自上部放射溫度計25傳遞之信號進行特定之運算處理並轉換為溫度。藉由高速放射溫度計組件90所求出之溫度為半導體晶圓W之上表面之溫度。於本實施形態中，由上部放射溫度計25及高速放射溫度計組件90構成測定半導體晶圓W之正面溫度之溫度測定部。再者，下部放射溫度計20亦具備與上部放射溫度計25大致相同之構成，但亦可不與高速測定對應。
如圖8所示，高速放射溫度計組件90與熱處理裝置1整體之控制器即控制部3電性連接。藉由高速放射溫度計組件90所求出之半導體晶圓W之上表面之溫度被傳遞至控制部3。控制部3將自高速放射溫度計組件90傳遞之溫度資料儲存至磁碟34。控制部3將上部放射溫度計25及高速放射溫度計組件90以固定間隔進行取樣之溫度資料依序儲存於磁碟34，藉此獲取表示半導體晶圓W之上表面之溫度之時間變化的溫度分佈。
又，控制部3具備解析部31。解析部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。關於該解析部31之處理內容，進一步於下文中敍述。
又，於控制部3連接有顯示部35。顯示部35例如係設置於熱處理裝置1之外壁之液晶顯示器等顯示面板。控制部3於顯示部35顯示各種資訊。進而，控制部3控制對腔室6進行半導體晶圓W之搬入及搬出之搬送機器人TR。
除上述構成以外，熱處理裝置1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產生之熱能導致鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之溫度過度上升，還具備各種冷卻用構造。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係設為於內部形成氣流而進行排熱之空冷構造。又，亦向上側腔室窗63與燈光放射窗53之間隙供給空氣，而將閃光加熱部5及上側腔室窗63冷卻。
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。圖9係表示半導體晶圓W之處理順序之流程圖。此處，成為處理對象之半導體晶圓W係藉由離子注入法而添加有雜質(離子)之半導體基板。該雜質之活化係藉由利用熱處理裝置1進行之閃光照射加熱處理(退火)而執行。以下要說明之熱處理裝置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，開始針對腔室6內之供排氣。當閥84打開時，自氣體供給孔81向熱處理空間65供給氮氣。又，當閥89打開時，自氣體排出孔86排出腔室6內之氣體。藉此，自腔室6內之熱處理空間65之上部供給之氮氣流向下方，並自熱處理空間65之下部排出。
又，藉由打開閥192，亦自搬送開口部66排出腔室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之驅動部周邊之氣體排出。再者，於熱處理裝置1中之半導體晶圓W之熱處理時，氮氣被連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並打開搬送開口部66，藉由搬送機器人TR(參照圖8)經由搬送開口部66將成為處理對象之半導體晶圓W搬入至腔室6內之熱處理空間65(步驟S1)。此時，有伴隨著半導體晶圓W之搬入而夾帶裝置外部之氣體之虞，但由於向腔室6持續供給氮氣，故氮氣自搬送開口部66流出，而能夠將此種外部氣體之夾帶抑制為最小限度。
由搬送機器人TR搬入之半導體晶圓W進出至保持部7之正上方位置後停止。然後，藉由使移載機構10之一對移載臂11自退避位置水平移動至移載動作位置並上升，從而頂起銷12通過貫通孔79自支座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。
將半導體晶圓W載置於頂起銷12之後，搬送機器人TR自熱處理空間65退出，藉由閘閥185將搬送開口部66關閉。然後，一對移載臂11下降，藉此半導體晶圓W自移載機構10被交接至保持部7之支座74並以水平姿勢自下方被保持。半導體晶圓W係由立設於保持板75上之複數個基板支持銷77支持而保持於支座74。又，半導體晶圓W係將形成有圖案且注入有雜質之正面作為上表面而由保持部7保持。在由複數個基板支持銷77支持之半導體晶圓W之背面(與正面為相反側之主面)與保持板75之保持面75a之間形成特定之間隔。下降至支座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。
利用由石英形成之保持部7之支座74自下方將半導體晶圓W以水平姿勢支持後，鹵素加熱部4之40根鹵素燈HL同時點亮而開始預加熱(輔助加熱)(步驟S2)。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及支座74照射至半導體晶圓W之下表面。半導體晶圓W因受到來自鹵素燈HL之光照射而被預加熱，從而溫度上升。再者，由於移載機構10之移載臂11退避至凹部62之內側，故不會成為利用鹵素燈HL進行加熱之障礙。
於利用鹵素燈HL進行預加熱時，半導體晶圓W之溫度由下部放射溫度計20測定。即，下部放射溫度計20通過透明窗21接收自保持於支座74之半導體晶圓W之下表面經由開口部78放射之紅外光，而測定升溫中之晶圓溫度。所測定之半導體晶圓W之溫度被傳遞至控制部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之溫度是否已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基於下部放射溫度計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。如此，下部放射溫度計20係用於預加熱時之半導體晶圓W之溫度控制的放射溫度計。預加熱溫度T1係設為不存在添加至半導體晶圓W之雜質因熱而擴散之虞的200℃至800℃左右，較佳為350℃至600℃左右(於本實施形態中為600℃)。
於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1後，控制部3將半導體晶圓W暫時維持於該預加熱溫度T1。具體而言，於藉由下部放射溫度計20所測定之半導體晶圓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，將半導體晶圓W之溫度大致維持於預加熱溫度T1。
藉由利用此種鹵素燈HL進行預加熱，而使半導體晶圓W整體均勻地升溫至預加熱溫度T1。於利用鹵素燈HL進行預加熱之階段，有更易產生散熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度較中央部下降更快之傾向，但鹵素加熱部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而言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之周緣部之光量變多，從而能夠使預加熱階段中之半導體晶圓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後，且即將進行來自閃光燈FL之閃光照射之前(例如，數十微秒前)開始利用上部放射溫度計25測定半導體晶圓W之正面溫度(步驟S3)。自經加熱之半導體晶圓W之正面放射與其溫度相應之強度之紅外光。自半導體晶圓W之正面放射之紅外光透過透明窗26後由上部放射溫度計25接收。
上部放射溫度計25接收自經加熱之半導體晶圓W之正面放射之紅外光，高速放射溫度計組件90根據該紅外光之強度而測定半導體晶圓W之正面溫度。上部放射溫度計25係使用有InSb光學元件之高速放射溫度計，高速放射溫度計組件90以40微秒之極短取樣間隔測定半導體晶圓W之正面溫度。然後，高速放射溫度計組件90將以固定間隔所測定之半導體晶圓W之正面溫度之資料依序傳遞至控制部3。
又，於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1並已經過特定時間之時點，閃光加熱部5之閃光燈FL對由支座74支持之半導體晶圓W之正面進行閃光照射(步驟S4)。此時，自閃光燈FL放射之閃光之一部分直接照向腔室6內，另一部分暫時由反射器52反射後照向腔室6內，藉由該等閃光之照射而進行半導體晶圓W之閃光加熱。
閃光加熱由於係藉由來自閃光燈FL之閃光(flash light)照射而進行，故能夠使半導體晶圓W之正面溫度於短時間內上升。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而得之照射時間為0.1毫秒以上且100毫秒以下左右之極短且強烈之閃光。並且，藉由來自閃光燈FL之閃光照射而得以閃光加熱之半導體晶圓W之正面溫度瞬間上升至1000℃以上之處理溫度T2，注入至半導體晶圓W之雜質被活化後，正面溫度快速下降。如此，於熱處理裝置1中，能夠使半導體晶圓W之正面溫度於極短時間內升降，因此能夠一面抑制注入至半導體晶圓W之雜質因熱而產生之擴散，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而言極短，故即便為0.1毫秒至100毫秒左右之不會產生擴散之短時間，活化亦能完成。
於藉由閃光加熱使半導體晶圓W之正面溫度快速上升後下降時，其正面溫度亦藉由上部放射溫度計25及高速放射溫度計組件90測定。上部放射溫度計25及高速放射溫度計組件90由於以40微秒之極短取樣間隔測定半導體晶圓W之正面溫度，故即便閃光照射時半導體晶圓W之正面溫度急遽變化，亦能夠追隨其變化。例如，即便半導體晶圓W之正面溫度於4毫秒內升溫降溫，高速放射溫度計組件90亦能於該期間獲取100點之溫度資料。上部放射溫度計25及高速放射溫度計組件90於閃光燈FL照射閃光之後在預設之特定期間(例如，120毫秒)內，測定半導體晶圓W之正面溫度並將溫度資料傳遞至控制部3。並且，藉由將自高速放射溫度計組件90傳遞之溫度資料依序儲存至磁碟34，而獲取表示橫跨閃光照射前後之半導體晶圓W正面之溫度之時間變化的溫度分佈(步驟S5)。
圖10係表示閃光照射時之半導體晶圓W之正面溫度之溫度分佈之一例的圖。於時刻t0時閃光燈FL發光而對半導體晶圓W之正面照射閃光，半導體晶圓W之正面溫度瞬間自預加熱溫度T1上升至處理溫度T2之後快速下降。其後，如圖10所示，半導體晶圓W正面之測定溫度以微小之振幅變動。認為產生此種測定溫度之微小變動之原因在於：閃光照射後半導體晶圓W於支座74上振動或跳躍。即，於閃光照射時，由於將照射時間極短且具有高能量之閃光照射至半導體晶圓W之正面，故半導體晶圓W正面之溫度瞬間上升至1000℃以上之處理溫度T2，另一方面，其瞬間之背面溫度自預加熱溫度T1並不如此上升。因此，僅於半導體晶圓W之正面發生急遽之熱膨脹，而背面幾乎不熱膨脹，因此半導體晶圓W以使正面成為凸起之方式瞬間翹曲。然後，在下一瞬間，半導體晶圓W以該翹曲復原之方式變形，半導體晶圓W藉由重複此種行為而於支座74上振動。又，振動較大時，亦存在半導體晶圓W自支座74跳躍之情況。
由於上部放射溫度計25設置於半導體晶圓W之斜上方(參照圖1)，故當半導體晶圓W振動或跳躍時，自上部放射溫度計25所見之晶圓正面之外觀之放射率發生變動，其結果為上部放射溫度計25之測定溫度發生微小變動。再者，雖然因半導體晶圓W之振動或跳躍導致上部放射溫度計25之測定溫度發生變動，但實際之半導體晶圓W之正面溫度不會變動。
於獲取如圖10之溫度分佈後，控制部3之解析部31基於該溫度分佈對閃光照射後之半導體晶圓W之行為進行解析。具體而言，首先，解析部31自溫度分佈特定出閃光照射後之最高測定溫度Tm(步驟S6)。溫度分佈整體之最高測定溫度係半導體晶圓W之正面藉由閃光照射所達到之處理溫度T2，但解析部31特定出處於溫度分佈中自閃光燈FL發光之時刻t0經過特定時間後之時刻t1以後的最高測定溫度Tm。自時刻t0至時刻t1之上述特定時間設定為例如20毫秒。解析部31將自閃光燈FL發光之時刻t0開始之20毫秒自解析範圍排除，自溫度分佈之時刻t1以後之範圍特定出最高測定溫度Tm。於閃光燈FL發光後20毫秒所經過之期間，半導體晶圓W之正面溫度瞬間升溫至處理溫度T2之後降溫至預加熱溫度T1附近。即，解析部31將藉由閃光照射引起之半導體晶圓W正面之實質性升溫排除，而特定出在閃光照射後半導體晶圓W之正面降溫至預加熱溫度T1附近並變動之範圍內之最高測定溫度Tm。
定性而言，若鹵素燈HL及閃光燈FL之發光條件相同且預加熱溫度T1及處理溫度T2相同，則可以說最高測定溫度Tm越高，半導體晶圓W振動或跳躍得越激烈。圖11係表示閃光照射後之半導體晶圓W之最高測定溫度Tm與跳起量(跳躍量)之相關的圖。圖11所示係以鹵素燈HL及閃光燈FL之發光條件相同且預加熱溫度T1及處理溫度T2相同為前提。
如圖11所示，閃光照射後之時刻t1以後之最高測定溫度Tm越高，則半導體晶圓W自支座74之跳起量亦越大。再者，儘管鹵素燈HL及閃光燈FL之發光條件相同，但半導體晶圓W之跳起量產生差異之原因典型而言係由腔室6內之壓力不同引起。即便鹵素燈HL及閃光燈FL之發光條件相同，但腔室6內之壓力越低則半導體晶圓W之跳起量越大，且最高測定溫度Tm亦越高。認為產生此種情況之原因在於：腔室6內之壓力越低，則抑制半導體晶圓W之跳躍之力越弱。
若將腔室6內為基準壓(例如，大致常壓之100000Pa)時之半導體晶圓W之最高測定溫度Tm設為基準測定溫度TS ，則成為處理對象之半導體晶圓W之最高測定溫度Tm與基準測定溫度TS 之差量ΔT與該半導體晶圓W之跳起量具有線性之相關關係。因此，於本實施形態中，解析部31於特定出成為處理對象之半導體晶圓W之最高測定溫度Tm後，算出該最高測定溫度Tm與基準測定溫度TS 之差量ΔT(步驟S7)。然後，解析部31基於該差量ΔT算出半導體晶圓W自支座74之跳起量(步驟S8)。具體而言，例如製作表示根據圖11所示之相關關係所導出之差量ΔT與半導體晶圓W之跳起量之相關的表格，並預先儲存至控制部3之記憶部(例如，磁碟34)內，控制部3根據該表格求出半導體晶圓W之跳起量。
其次，進入步驟S9，判定解析部31所算出之半導體晶圓W之跳起量是否超過特定閾值。於半導體晶圓W之跳起量為特定閾值以下之情形時，進入步驟S10，進行半導體晶圓W之搬出處理。具體而言，於閃光加熱處理結束後，經過特定時間後鹵素燈HL熄滅。藉此，半導體晶圓W自預加熱溫度T1快速降溫。降溫中之半導體晶圓W之溫度藉由下部放射溫度計20測定，其測定結果被傳遞至控制部3。控制部3根據下部放射溫度計20之測定結果監視半導體晶圓W之溫度是否已降溫至特定溫度。然後，於半導體晶圓W之溫度降溫至特定以下後，移載機構10之一對移載臂11再次自退避位置水平移動至移載動作位置並上升，藉此，頂起銷12自支座74之上表面突出而自支座74接收熱處理後之半導體晶圓W。繼而，打開藉由閘閥185而關閉之搬送開口部66，藉由搬送機器人TR搬出載置於頂起銷12上之半導體晶圓W，從而完成熱處理裝置1中之半導體晶圓W之加熱處理。
另一方面，於半導體晶圓W之跳起量超過特定閾值之情形時，進入步驟S11，控制部3停止半導體晶圓W自腔室6之搬出。於閃光照射後半導體晶圓W跳躍後落下至支座74時，多數情況下半導體晶圓W之位置自原來之設定位置(半導體晶圓W被搬入至腔室6內並由支座74支持時之初始位置)發生了偏移。半導體晶圓W之跳起量越大，則其偏移量越多。於半導體晶圓W自原來之設定位置偏移了例如15 mm以上之情形時，搬送機器人TR無法精確地保持半導體晶圓W並搬出，根據情形不同有時亦會造成搬送機器人TR本身之障礙。因此，於半導體晶圓W之跳起量超過特定閾值之情形時，藉由控制部3停止半導體晶圓W之搬出處理，而將搬送故障防患於未然，從而防止半導體晶圓W及搬送機器人TR損傷。又，於半導體晶圓W之跳起量超過特定閾值之情形時，亦可由控制部3於顯示部35等發出警報。再者，若半導體晶圓W之跳起量為特定閾值以下，則半導體晶圓W之偏移量亦較少，由於在搬送機器人TR之容許範圍內，故能夠如上所述般進行步驟S10之搬出處理。
於本實施形態中，測定被照射閃光後之半導體晶圓W正面之溫度而獲取溫度分佈，根據該溫度分佈特定出閃光照射後之半導體晶圓W之最高測定溫度Tm。並且，基於腔室6內為基準壓時之基準測定溫度Ts與最高測定溫度Tm之差量ΔT，算出半導體晶圓W之跳起量。
用以測定半導體晶圓W正面之溫度之上部放射溫度計25及高速放射溫度計組件90最初係為了測定閃光照射時之半導體晶圓W之正面達到溫度(於本實施形態中為處理溫度T2)而設置者。即，利用用以測定半導體晶圓W之正面達到溫度之機構而算出半導體晶圓W之跳起量。因此，無需於熱處理裝置1確保用以設置上部放射溫度計25及高速放射溫度計組件90之新的空間，又，與高速相機等相比，放射溫度計係廉價之計測機器。進而，上述溫度分佈之解析與高速相機之圖像資料之解析相比顯著簡易，能夠於時間短內完成。因此，根據本發明之技術，能夠以簡易之構成迅速地掌握閃光照射後之半導體晶圓W之行為。
以上，對本發明之實施形態進行了說明，但本發明能夠在不脫離其主旨之範圍內除上述內容以外進行各種變更。例如，於上述實施形態中，算出跳起量作為半導體晶圓W之行為，但並不限定於此，解析部31根據溫度分佈算出其他指標亦可。於閃光照射後半導體晶圓W不傾斜，而保持大致水平姿勢不變自支座74跳躍之情形時，半導體晶圓W之振動之週期及振幅與溫度分佈上之測定溫度之變動之週期及振幅連動。由此，於此種情形時，解析部31亦可根據溫度分佈所呈現之測定溫度之變動之週期及振幅求出半導體晶圓W之振動之週期及振幅。
又，於上述實施形態中，於即將進行來自閃光燈FL之閃光照射之前開始利用上部放射溫度計25測定半導體晶圓W之正面溫度，但亦可自開始利用鹵素燈HL進行預加熱前便開始利用上部放射溫度計25進行測定，還可與閃光燈FL之發光同時地開始利用上部放射溫度計25進行測定。總而言之，只要藉由上部放射溫度計25至少測定自閃光燈FL照射閃光以後之半導體晶圓W之溫度並獲取溫度分佈即可。
又，於上述實施形態中，在閃光加熱部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所具備之鹵素燈HL之根數亦並不限定於40根，可設為任意之數量。
又，於上述實施形態中，使用燈絲方式之鹵素燈HL作為1秒以上延續發光之連續點亮燈進行半導體晶圓W之預加熱，但並不限定於此，亦可取代鹵素燈HL將放電型之電弧燈用作連續點亮燈而進行預加熱。或者，亦可將保持半導體晶圓W之支座載置於加熱板上，藉由來自該加熱板之熱傳導對半導體晶圓W進行預加熱。
又，成為藉由熱處理裝置1處理之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。又，本發明之技術亦可應用於高介電常數閘極絕緣膜(Hign-k膜)之熱處理、金屬與矽之接合、或多晶矽之結晶化。
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 20‧‧‧下部放射溫度計 21‧‧‧透明窗 25‧‧‧上部放射溫度計 26‧‧‧透明窗 31‧‧‧解析部 34‧‧‧磁碟 35‧‧‧顯示部 41‧‧‧殼體 43‧‧‧反射器 51‧‧‧殼體 52‧‧‧反射器 53‧‧‧燈光放射窗 61‧‧‧腔室側部 61a‧‧‧貫通孔 61b‧‧‧貫通孔 62‧‧‧凹部 63‧‧‧上側腔室窗 64‧‧‧下側腔室窗 65‧‧‧熱處理空間 66‧‧‧搬送開口部 68‧‧‧反射環 69‧‧‧反射環 71‧‧‧基台環 72‧‧‧連結部 74‧‧‧支座 75‧‧‧保持板 75a‧‧‧保持面 76‧‧‧導環 77‧‧‧基板支持銷 78‧‧‧開口部 79‧‧‧貫通孔 81‧‧‧氣體供給孔 82‧‧‧緩衝空間 83‧‧‧氣體供給管 84‧‧‧閥 85‧‧‧處理氣體供給源 86‧‧‧氣體排出孔 87‧‧‧緩衝空間 88‧‧‧氣體排出管 89‧‧‧閥 90‧‧‧高速放射溫度計組件 185‧‧‧閘閥 190‧‧‧排氣部 191‧‧‧氣體排出管 192‧‧‧閥 FL‧‧‧閃光燈 HL‧‧‧鹵素燈 S1~S11‧‧‧步驟 T1‧‧‧預加熱溫度 T2‧‧‧處理溫度 Tm‧‧‧最高測定溫度 TR‧‧‧搬送機器人 Ts‧‧‧基準測定溫度 t0‧‧‧時刻 t1‧‧‧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視圖。 圖2係表示保持部之整體外觀之立體圖。 圖3係支座之俯視圖。 圖4係支座之剖視圖。 圖5係移載機構之俯視圖。 圖6係移載機構之側視圖。 圖7係表示複數個鹵素燈之配置之俯視圖。 圖8係表示包含上部放射溫度計之溫度測定機構之構成之方塊圖。 圖9係表示半導體晶圓之處理順序之流程圖。 圖10係表示閃光照射時之半導體晶圓之正面溫度之溫度分佈之一例的圖。 圖11係表示閃光照射後之半導體晶圓之最高測定溫度與跳起量之相關的圖。
3‧‧‧控制部
25‧‧‧上部放射溫度計
31‧‧‧解析部
34‧‧‧磁碟
35‧‧‧顯示部
90‧‧‧高速放射溫度計組件
TR‧‧‧搬送機器人

Claims (6)

  1. 一種熱處理方法，其特徵在於：其係藉由對基板照射閃光而將該基板加熱者，且具備：照射步驟，其係於腔室內自閃光燈對由支座支持之基板之正面照射閃光；溫度測定步驟，其係至少測定被照射上述閃光以後之上述基板之正面溫度，獲取溫度分佈；及解析步驟，其係基於上述溫度測定步驟中所獲取之上述溫度分佈對上述基板之行為進行解析；且於上述解析步驟中，將上述腔室內為基準壓時所測定之正面溫度設為基準測定溫度，基於針對成為處理對象之上述基板所測定之正面溫度與上述基準測定溫度之差量，對上述基板之行為進行解析。
  2. 如請求項1之熱處理方法，其中於上述解析步驟中，算出上述基板自上述支座之跳躍量。
  3. 如請求項2之熱處理方法，其中於上述解析步驟中所算出之上述基板之跳躍量超過特定閾值之情形時，停止上述基板自上述腔室之搬送。
  4. 一種熱處理裝置，其特徵在於：其係藉由對基板照射閃光而將該基板加熱者，且具備： 腔室，其收容基板；支座，其於上述腔室內載置並支持上述基板；閃光燈，其對由上述支座支持之上述基板照射閃光；溫度測定部，其測定上述基板之正面溫度；及解析部，其至少基於根據在被照射上述閃光以後藉由上述溫度測定部所測定之上述基板之正面溫度而獲取之溫度分佈，對上述基板之行為進行解析；且上述解析部係將上述腔室內為基準壓時所測定之正面溫度設為基準測定溫度，基於針對成為處理對象之上述基板所測定之正面溫度與上述基準測定溫度之差量，對上述基板之行為進行解析。
  5. 如請求項4之熱處理裝置，其中上述解析部算出上述基板自上述支座之跳躍量。
  6. 如請求項5之熱處理裝置，其進而具備控制部，該控制部係於上述解析部所算出之上述基板之跳躍量超過特定閾值之情形時，停止上述基板自上述腔室之搬送。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10840114B1 (en) * 2016-07-26 2020-11-17 Raytheon Company Rapid thermal anneal apparatus and method
JP6847610B2 (ja) * 2016-09-14 2021-03-24 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置
JP6942615B2 (ja) * 2017-11-20 2021-09-29 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
JP7312020B2 (ja) * 2019-05-30 2023-07-20 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
JP7372066B2 (ja) * 2019-07-17 2023-10-31 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
JP7372074B2 (ja) * 2019-08-07 2023-10-31 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法
JP7370763B2 (ja) * 2019-08-22 2023-10-30 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
TWI776371B (zh) 2020-01-30 2022-09-01 漢辰科技股份有限公司 用於在具有離子佈植機和處理站的離子佈植系統中控制晶圓溫度的方法、儲存一或多個程式的非暫態電腦可讀取儲存媒體以及離子佈植系統

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050236395A1 (en) * 2002-03-29 2005-10-27 Timans Paul J Pulsed processing semiconductor heating methods using combinations of heating sources
TWI496215B (zh) * 2011-09-27 2015-08-11 Screen Holdings Co Ltd 熱處理方法
TW201734445A (zh) * 2015-12-30 2017-10-01 瑪森科技公司 熱處理系統之基板破裂偵測法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6027244A (en) * 1997-07-24 2000-02-22 Steag Rtp Systems, Inc. Apparatus for determining the temperature of a semi-transparent radiating body
JP3278807B2 (ja) * 1998-10-14 2002-04-30 オムロン株式会社 制御装置、温度調節器および熱処理装置
JP2002368176A (ja) * 2001-06-11 2002-12-20 Rohm Co Ltd 半導体電子部品のリードフレーム
JP3798674B2 (ja) * 2001-10-29 2006-07-19 大日本スクリーン製造株式会社 熱処理装置および熱処理方法
JP4641154B2 (ja) * 2004-05-28 2011-03-02 大日本スクリーン製造株式会社 熱処理装置
KR200393545Y1 (ko) * 2005-06-10 2005-08-22 드림전자(주) 핫 플레이트 온도 제어장치
KR20070020752A (ko) * 2005-08-16 2007-02-22 삼성전자주식회사 Ｐｉｄ 제어되는 반도체 제조용 급속 열처리 장치
JP2007095889A (ja) * 2005-09-28 2007-04-12 Ushio Inc 光照射式加熱方法
JP4874830B2 (ja) * 2007-02-06 2012-02-15 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
JP5214153B2 (ja) * 2007-02-09 2013-06-19 大日本スクリーン製造株式会社 熱処理装置
US8057602B2 (en) * 2007-05-09 2011-11-15 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for supporting, positioning and rotating a substrate in a processing chamber
JP5346484B2 (ja) * 2008-04-16 2013-11-20 大日本スクリーン製造株式会社 熱処理方法および熱処理装置
JP5447221B2 (ja) * 2010-06-25 2014-03-19 パナソニック株式会社 熱処理装置および熱処理方法
JP5951241B2 (ja) * 2011-12-07 2016-07-13 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
JP5977038B2 (ja) * 2012-02-15 2016-08-24 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置
JP6234674B2 (ja) 2012-12-13 2017-11-22 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置
JP2015088635A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置および熱処理方法
JP6587818B2 (ja) * 2015-03-26 2019-10-09 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法
JP6539498B2 (ja) * 2015-05-26 2019-07-03 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置
JP6539578B2 (ja) * 2015-12-22 2019-07-03 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置および熱処理方法
JP6942615B2 (ja) * 2017-11-20 2021-09-29 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050236395A1 (en) * 2002-03-29 2005-10-27 Timans Paul J Pulsed processing semiconductor heating methods using combinations of heating sources
TWI496215B (zh) * 2011-09-27 2015-08-11 Screen Holdings Co Ltd 熱處理方法
TW201734445A (zh) * 2015-12-30 2017-10-01 瑪森科技公司 熱處理系統之基板破裂偵測法

Also Published As

Publication number Publication date
TW201923848A (zh) 2019-06-16
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