TWI706447B

TWI706447B - 熱處理裝置

Info

Publication number: TWI706447B
Application number: TW108115852A
Authority: TW
Inventors: 小野行雄
Original assignee: 日商斯庫林集團股份有限公司
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2020-10-01
Also published as: JP2019220566A; WO2019244583A1; TW202002013A; JP7011980B2

Abstract

本發明提供一種可排除反射光之影響而對測定對象物之溫度正確地進行測定之熱處理裝置。於沿著以布魯斯特角θ_B 入射至石英基座74之表面之光之反射光之行進方向的位置設置放射溫度計130。又，於基座74與放射溫度計130之間設置僅使p偏光通過之偏光元件135。以布魯斯特角θ_B 入射至基座74之表面之光之反射光不包含p偏光。另一方面，於自基座74放射之紅外光中混合存在p偏光與s偏光。因此，可利用偏光元件135遮蔽該反射光而使放射溫度計130僅接收自基座74放射之紅外光。放射溫度計130可排除反射光之影響而正確地測定基座74之溫度。

Description

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」)照射光而將該基板加熱之熱處理裝置。

於半導體器件之製造製程中，以極短時間將半導體晶圓加熱之閃光燈退火(FLA)受到注目。閃光燈退火係藉由使用氙氣閃光燈(以下，於簡稱為「閃光燈」時係指氙氣閃光燈)對半導體晶圓之表面照射閃光，而僅使半導體晶圓之表面以極短時間(數毫秒以下)升溫之熱處理技術。

氙氣閃光燈之放射分光分佈係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大致一致。因此，於自氙氣閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，透過光較少且能夠使半導體晶圓急速地升溫。又，亦判明只要為數毫秒以下之極短時間之閃光照射，則可僅使半導體晶圓之表面附近選擇性地升溫。

此種閃光燈退火利用於需要極短時間之加熱之處理，例如典型而言注入至半導體晶圓之雜質之活化。若自閃光燈對藉由離子注入法而注入有雜質之半導體晶圓之表面照射閃光，則可使該半導體晶圓之表面以僅極短時間升溫至活化溫度，不使雜質較深地擴散，即可執行僅雜質活化。

於專利文獻1中揭示有一種閃光燈退火裝置，其藉由配置於腔室之下方之鹵素燈將半導體晶圓預加熱之後，自配置於腔室之上方之閃光燈對半導體晶圓之表面照射閃光。又，於專利文獻1之閃光燈退火裝置中，於進行半導體晶圓之處理之前藉由鹵素燈將保持半導體晶圓之石英之基座預熱。

並不限定於閃光燈退火裝置，熱處理裝置中測定成為加熱對象之半導體晶圓之溫度較為重要。典型而言，使用放射溫度計非接觸地測定半導體晶圓之溫度。於引用文獻1中亦揭示測定半導體晶圓之溫度之放射溫度計，並且亦揭示有測定基座之溫度之放射溫度計。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2017-92102號公報

[發明所欲解決之問題]

放射溫度計接收自測定對象物放射之紅外光，根據其強度對測定對象物之溫度進行測定。然而，由於半導體晶圓之主面或石英之基座之表面成為鏡面，故而反射自周邊構件放射之紅外光。而且，放射溫度計除了接收自測定對象物放射之紅外光以外，亦接收此種反射之紅外光，故而產生起因於反射光之測定誤差。尤其，於放射溫度計之光軸與測定對象物所成之角度較小之情形時，反射光之成分之比率與來自測定對象物之放射光成比例變高，溫度測定之誤差進而變大。

本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種排除反射光之影響對測定對象物之溫度正確地進行測定之熱處理裝置。 [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裝置，其係藉由對基板照射光而將該基板加熱者，且其特徵在於具備：腔室，其收容基板；光照射部，其對上述基板照射光；放射溫度計，其測定設置於上述腔室之結構物之溫度；及偏光元件，其設置於上述結構物與上述放射溫度計之間；上述放射溫度計設置於沿著以布魯斯特角入射至上述結構物之表面之光之反射光之行進方向的位置，上述偏光元件僅使p偏光通過。

又，技術方案2之發明如技術方案1之發明之熱處理裝置，其特徵在於，上述結構物為於上述腔室內保持上述基板之石英之基座。

又，技術方案3之發明如技術方案1之發明之熱處理裝置，其特徵在於，上述結構物為設置於上述腔室之石英窗。

又，技術方案4之發明係一種熱處理裝置，其係藉由對基板照射光而將該基板加熱者，且其特徵在於具備：腔室，其收容基板；基座，其於上述腔室內保持上述基板；光照射部，其對上述基板照射光；放射溫度計，其測定上述基板之溫度；及偏光元件，其設置於上述基板與上述放射溫度計之間；上述放射溫度計設置於沿著以布魯斯特角入射至上述基板之主面之光之反射光之行進方向的位置，上述偏光元件僅使p偏光通過。

又，技術方案5之發明如技術方案1至技術方案4中任一項發明之熱處理裝置，其特徵在於進而具備調整上述偏光元件相對於上述反射光之光軸之旋轉角度之角度調整機構。 [發明之效果]

根據技術方案1至技術方案3及技術方案5之發明，於沿著以布魯斯特角入射至結構物之表面之光之反射光之行進方向的位置設置放射溫度計，且於結構物與放射溫度計之間設置僅使p偏光通過之偏光元件，故而可使放射溫度計接收僅將該反射光遮光且自結構物本身放射之紅外光，可排除反射光之影響後對測定對象物之溫度正確地進行測定。

根據技術方案4及技術方案5之發明，於沿著以布魯斯特角入射至基板之主面之光之反射光之行進方向的位置設置放射溫度計，且於基板與放射溫度計之間設置僅使p偏光通過之偏光元件，故而可使放射溫度計僅接收將該反射光遮光且自基板本身放射之紅外光，可排除反射光之影響後對測定對象物之溫度正確地進行測定。

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之尺寸並不特別限定，但例如為

300 mm或

450 mm(於本實施形態中為

300 mm)。對搬入至熱處理裝置1之前之半導體晶圓W注入雜質，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。再者，於圖1及以後之各圖中，為了容易理解，而根據需要將各部之尺寸或數量誇張或簡化地描繪。

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：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與裝置外部之間進行半導體晶圓W之交接。進而，熱處理裝置1具備對鹵素加熱部4、閃光加熱部5及設置於腔室6之各動作機構進行控制而執行半導體晶圓W之熱處理之控制部3。

腔室6係於筒狀之腔室側部61之上下裝設石英製之腔室窗而構成。腔室側部61具有上下開口之大致筒形狀，於上側開口裝設上側腔室窗63而封閉，於下側開口裝設下側腔室窗64而封閉。構成腔室6之頂部之上側腔室窗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出射之閃光透過至腔室6內之石英窗發揮功能。又，構成腔室6之底部之下側腔室窗64亦係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內之石英窗發揮功能。

又，於腔室側部61之內側之壁面之上部裝設有反射環68，於下部裝設有反射環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之上側嵌入而裝設。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裝設。即，反射環68、69均自由裝卸地裝設於腔室側部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包圍之空間規定為熱處理空間65。

藉由於腔室側部61裝設反射環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之內壁面中未裝設反射環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沿著水平方向呈圓環狀地形成於腔室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由強度與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能夠利用閘閥185開閉。搬送開口部66與凹部62之外周面連通連接。因此，當閘閥185將搬送開口部66打開時，可自搬送開口部66通過凹部62將半導體晶圓W搬入至熱處理空間65以及自熱處理空間65將半導體晶圓W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。

又，於腔室6之內壁上部形成設置有將處理氣體供給至熱處理空間65之氣體供給孔81。氣體供給孔81形成設置於較凹部62更靠上側位置，亦可設置於反射環68。氣體供給孔81經由呈圓環狀地形成於腔室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。若閥84打開，則自處理氣體供給源85對緩衝空間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內擴展之方式流動並自氣體供給孔81向熱處理空間65內被供給。作為處理氣體，例如可使用氮氣(N₂ )等惰性氣體、或氫氣(H₂ )、氨氣(NH₃ )等反應性氣體、或將該等混合而成之混合氣體(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將熱處理空間65內之氣體排氣之氣體排氣孔86。氣體排氣孔86形成設置於較凹部62更靠下側位置，亦可設置於反射環69。氣體排氣孔86經由呈圓環狀地形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間87而與氣體排氣管88連通連接。氣體排氣管88連接於排氣部190。又，於氣體排氣管88之路徑中途介插有閥89。若將閥89打開，則熱處理空間65之氣體自氣體排氣孔86經過緩衝空間87向氣體排氣管88排出。再者，氣體供給孔81及氣體排氣孔86可沿著腔室6之圓周方向設置複數個，亦可呈狹縫狀。

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氣管191。氣體排氣管191經由閥192而連接於排氣部190。藉由將閥192打開，經由搬送開口部66而將腔室6內之氣體排氣。

作為排氣部190，可使用真空泵或供熱處理裝置1設置之工場之排氣實體。若採用真空泵作為排氣部190，將閥84關閉不自氣體供給孔81進行任何氣體供給而將作為密閉空間之熱處理空間65之氣氛排氣，則可將腔室6內減壓至真空氣氛。又，即便於不使用真空泵作為排氣部190之情形時，亦藉由不自氣體供給孔81進行氣體供給而進行排氣，將腔室6內減壓至未達大氣壓之氣壓。

圖2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係自圓環形狀使一部分缺失而成之圓弧形狀之石英構件。該缺失部分係為了防止下述移載機構10之移載臂11與基台環71干涉而設置。基台環71藉由載置於凹部62之底面，而由腔室6之壁面支持(參照圖1)。於基台環71之上表面，沿著其圓環形狀之圓周方向豎立設置有複數個連結部72(於本實施形態中為4個)。連結部72亦係石英構件，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3係基座74之俯視圖。又，圖4係基座74之剖視圖。基座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具有大於半導體晶圓W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係具有大於半導體晶圓W之直徑之內徑之圓環形狀之構件。例如，於半導體晶圓W之直徑為

300 mm之情形時，導環76之內徑為

320 mm。導環76之內周設為自保持板75朝向上方變寬之錐面。導環76由與保持板75相同之石英形成。導環76可熔接於保持板75之上表面，亦可利用另外加工之銷等而固定於保持板75。或者，亦可將保持板75與導環76加工為一體之構件。

將保持板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，豎立設置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，每隔30°地豎立設置有共計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)小於半導體晶圓W之直徑，若半導體晶圓W之直徑為

300 mm，則為

270 mm～

280 mm(於本實施形態中為

270 mm)。各基板支持銷77由石英形成。複數個基板支持銷77可藉由焊接設置於保持板75之上表面，亦可與保持板75一體地加工。

返回至圖2，豎立設置於基台環71之4個連結部72與基座74之保持板75之周緣部藉由焊接而固接。即，基座74與基台環71利用連結部72而固定地連結。藉由此種保持部7之基台環71由腔室6之壁面支持，而將保持部7裝設於腔室6。於將保持部7裝設於腔室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以水平姿勢載置並保持於裝設於腔室6之保持部7之基座74之上。此時，半導體晶圓W由豎立設置於保持板75上之12個基板支持銷77支持並保持於基座74。更嚴密而言，12個基板支持銷77之上端部接觸於半導體晶圓W之下表面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為止之距離)均勻，故而可利用12個基板支持銷77將半導體晶圓W以水平姿勢支持。

又，半導體晶圓W被複數個基板支持銷77自保持板75之保持面75a隔開特定間隔地支持。導環76之厚度較基板支持銷77之高度大。因此，由複數個基板支持銷77支持之半導體晶圓W之水平方向之位置偏移藉由導環76而得到防止。

又，如圖2及圖3所示，於基座74之保持板75，上下貫通地形成有開口部78。開口部78係為了放射溫度計120(參照圖1)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，放射溫度計120經由開口部78接收自半導體晶圓W之下表面放射之光，藉由另外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設為如沿著大致圓環狀之凹部62般之圓弧形狀。於各移載臂11上豎立設置有2根頂起銷12。移載臂11及頂起銷12由石英形成。各移載臂11利用水平移動機構13能夠旋動。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5之實線位置)、與和保持於保持部7之半導體晶圓W俯視時不重疊之退避位置(圖5之兩點鏈線位置)之間水平移動。作為水平移動機構13，可為利用個別之馬達使各移載臂11分別旋動之機構，亦可為使用連桿機構利用1個馬達使一對移載臂11連動地旋動之機構。

又，一對移載臂11利用升降機構14而與水平移動機構13一起升降移動。若升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置上升，則共計4根頂起銷12通過穿設於基座74之貫通孔79(參照圖2、3)，頂起銷12之上端自基座74之上表面突出。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，並且水平移動機構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，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)之部位之附近亦設置有省略圖示之排氣機構，而構成為將移載機構10之驅動部周邊之氣氛排出至腔室6之外部。

如圖1所示，熱處理裝置1具有3個放射溫度計120、130、140。如上所述，放射溫度計120經由設置於基座74之開口部78而測定半導體晶圓W之溫度。放射溫度計130偵測自石英之基座74放射之紅外光而測定基座74之溫度。另一方面，放射溫度計140偵測自下側腔室窗64放射之紅外光而測定下側腔室窗64之溫度。放射溫度計120、130、140分別設置於作為測定對象物之半導體晶圓W、基座74及下側腔室窗64之斜下方。即，放射溫度計120、130、140之各光軸與測定對象物所成之角度小於90°。其原因在於，以使放射溫度計120、130、140不將來自鹵素燈HL及閃光燈FL之光照射遮光。再者，關於利用放射溫度計120、130、140之溫度測定將於下文進而詳細敍述。

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之底部裝設有燈光放射窗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。因此，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)，其於其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；以及觸發電極，其附設於該玻璃管之外周面上。由於氙氣為電絕緣體，故而即使於電容器中蓄積有電荷，於通常狀態下亦不會向玻璃管內流通電。然而，於對觸發電極施加高電壓而將絕緣破壞之情形時，蓄積於電容器中之電瞬間流動至玻璃管內，藉由此時之氙原子或分子之激發而發出光。於此種氙氣閃光燈FL中，由於將預先蓄積於電容器中之靜電能量轉換為0.1毫秒至100毫秒之極短之光脈衝，故而與如鹵素燈HL般連續點亮之光源相比具有可照射極強之光之特徵。即，閃光燈FL係以未達1秒之極短時間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以於複數個閃光燈FL之上方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由鋁合金板形成，其表面(面向閃光燈FL之一側之面)藉由噴砂處理而實施粗面化加工。

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係利用複數個鹵素燈HL自腔室6之下方經由下側腔室窗64對熱處理空間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分為上下2層而配置。於接近保持部7之上層配設有20根鹵素燈HL，並且於較上層遠離保持部7之下層亦配設有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。上層、下層均係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(即沿著水平方向)相互平行之方式排列。因此，由鹵素燈HL之排列形成之平面於上層、下層均為水平面。

又，如圖7所示，上層、下層均係較與保持於保持部7之半導體晶圓W之中央部對向之區域，與周緣部對向之區域中之鹵素燈HL之配設密度更高。即，上下層均係與燈排列之中央部相比，周緣部之鹵素燈HL之配設間距更短。因此，能對藉由來自鹵素加熱部4之光照射進行加熱時溫度容易下降之半導體晶圓W之周緣部，進行更多光量之照射。

又，包含上層之鹵素燈HL之燈群與包含下層之鹵素燈HL之燈群以呈格子狀交叉之方式排列。即，以配置於上層之20根鹵素燈HL之長度方向與配置於下層之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之燈絲方式之光源。於玻璃管之內部，封入有將鹵素元素(碘、溴等)微量導入至氮氣或氬氣等惰性氣體中所得之氣體。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地照射較強之光之特性。即，鹵素燈HL係至少1秒以上連續地發光之連續點亮燈。又，鹵素燈HL由於為棒狀燈，故而壽命較長，且藉由將鹵素燈HL沿著水平方向配置而對上方之半導體晶圓W之放射效率變得優異。

又，於鹵素加熱部4之殼體41內，亦於2層鹵素燈HL之下側設置有反射器43(圖1)。反射器43使自複數個鹵素燈HL出射之光反射至熱處理空間65側。

控制部3對設置於熱處理裝置1之上述各種動作機構進行控制。作為控制部3之硬件之構成與普通電腦相同。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自由讀寫之記憶體之RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)及預先記憶控制用軟體或資料等之磁碟。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。

除了上述構成以外，熱處理裝置1亦具備各種冷卻用之構造，以防止於半導體晶圓W之熱處理時因自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能所引起之鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之過度之溫度上升。例如，於腔室6之壁體設置有水冷管(省略圖示)。又，鹵素加熱部4及閃光加熱部5設為於內部形成氣體流而進行排熱之空氣冷卻構造。又，亦對上側腔室窗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中之處理動作進行說明。首先，對相對於成為處理對象之半導體晶圓W之熱處理之順序進行說明。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。該雜質之活化藉由利用熱處理裝置1之閃光照射加熱處理(退火)而執行。以下將說明之半導體晶圓W之處理順序係藉由控制部3控制熱處理裝置1之各動作機構而進展。

首先，將供氣用之閥84打開，並且將排氣用之閥89、192打開而開始對腔室6內之給排氣。若將閥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89打開，則自氣體排氣孔86將腔室6內之氣體排氣。藉此，自腔室6內之熱處理空間65之上部供給之氮氣向下方流動，自熱處理空間65之下部排氣。

又，藉由將閥192打開，而腔室6內之氣體亦自搬送開口部66排氣。進而，藉由省略圖示之排氣機構而將移載機構10之驅動部周邊之氣氛亦排氣。再者，於熱處理裝置1中之半導體晶圓W之熱處理時對熱處理空間65持續地供給氮氣，其供給量根據處理步驟而適當變更。

繼而，將閘閥185打開且將搬送開口部66打開，藉由裝置外部之搬送機器人經由搬送開口部66而將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。此時，有隨著半導體晶圓W之搬入而捲入裝置外部之氣氛之虞，但由於對腔室6持續供給氮氣，故而氮氣自搬送開口部66流出，可使此種外部氣氛之捲入抑制為最小限。

藉由搬送機器人搬入之半導體晶圓W進出至保持部7之正上方位置為止並停止。而且，藉由移載機構10之一對移載臂11自退避位置向移載動作位置水平移動且上升，頂起銷12通過貫通孔79自基座74之保持板75之上表面突出並接收半導體晶圓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，搬送機器人自熱處理空間65退出，藉由閘閥185將搬送開口部66關閉。而且，藉由一對移載臂11下降，半導體晶圓W自移載機構10交接至保持部7之基座74後以水平姿勢自下方被保持。半導體晶圓W藉由豎立設置於保持板75上之複數個基板支持銷77而支持且保持於基座74。又，半導體晶圓W進行圖案形成且以注入有雜質之表面為上表面保持於保持部7。於藉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。下降至基座74之下方為止之一對移載臂11藉由水平移動機構13退避至退避位置，即凹部62之內側。

半導體晶圓W利用由石英形成之保持部7之基座74以水平姿勢自下方保持之後，將鹵素加熱部4之40根鹵素燈HL一齊點亮開始預加熱(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照射至半導體晶圓W之下表面。藉由接收來自鹵素燈HL之光照射而半導體晶圓W被預加熱且溫度上升。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。

於利用鹵素燈HL進行預加熱時，半導體晶圓W之溫度藉由放射溫度計120測定。即，放射溫度計120接收自保持於基座74之半導體晶圓W之下表面經由開口部78而放射之紅外光且測定升溫中之晶圓溫度。所測定出之半導體晶圓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之溫度是否到達至特定之預加熱溫度T1，一面控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於利用放射溫度計120之測定值，以半導體晶圓W之溫度成為預加熱溫度T1之方式反饋控制鹵素燈HL之輸出。預加熱溫度T1為無添加至半導體晶圓W之雜質因熱而擴散之虞之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之溫度到達至預加熱溫度T1之後，控制部3將半導體晶圓W暫時維持為該預加熱溫度T1。具體而言，於利用放射溫度計120測定之半導體晶圓W之溫度到達至預加熱溫度T1之時間點，控制部3調整鹵素燈HL之輸出，將半導體晶圓W之溫度大致維持為預加熱溫度T1。

於半導體晶圓W之溫度到達至預加熱溫度T1後經過特定時間之時間點，閃光加熱部5之閃光燈FL對由基座74保持之半導體晶圓W之表面進行閃光照射。此時，自閃光燈FL放射之閃光之一部分直接朝向腔室6內，另一部分暫時由反射器52反射後朝向腔室6內，藉由該等閃光之照射來進行半導體晶圓W之閃光加熱。

閃光加熱由於藉由來自閃光燈FL之閃光(flashlight)照射來進行，故而可使半導體晶圓W之表面溫度以短時間上升。即，自閃光燈FL照射之閃光係將預先蓄積於電容器中之靜電能量轉換為極短之光脈衝、照射時間為大約0.1毫秒以上且100毫秒以下之極短且較強之閃光。而且，藉由來自閃光燈FL之閃光照射而閃光加熱之半導體晶圓W之表面溫度瞬間地上升至1000℃以上之處理溫度T2為止，於注入至半導體晶圓W之雜質被活化之後，表面溫度急速下降。如此，於熱處理裝置1中，由於可將半導體晶圓W之表面溫度以極短時間升降，故而可一面抑制因注入至半導體晶圓W之雜質之熱所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與該熱擴散所需要之時間相比極短，故而即便為不產生0.1毫秒至100毫秒左右之擴散之短時間而活化亦完成。

於閃光加熱處理結束之後，於特定時間經過後鹵素燈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之溫度藉由放射溫度計120而測定，該測定結果傳遞至控制部3。控制部3根據放射溫度計120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為止。而且，於半導體晶圓W之溫度降溫至特定以下為止之後，藉由移載機構10之一對移載臂11再次自退避位置向移載動作位置水平移動且上升，頂起銷12自基座74之上表面突出自基座74接收熱處理後之半導體晶圓W。繼而，將藉由閘閥185而關閉之搬送開口部66打開，將載置於頂起銷12上之半導體晶圓W藉由裝置外部之搬送機器人而搬出，熱處理裝置1中之半導體晶圓W之加熱處理完成。

於半導體晶圓W之熱處理時，主要為了控制鹵素燈HL之輸出而藉由放射溫度計120來測定半導體晶圓W之溫度。又，石英之基座74之溫度藉由放射溫度計130來測定，並且作為石英窗之下側腔室窗64之溫度藉由放射溫度計140來測定。基座74及下側腔室窗64之溫度未必需要於半導體晶圓W之熱處理中測定，亦可於將半導體晶圓W搬入至腔室6之前將基座74等預熱時測定。

放射溫度計120、130、140分別接收自半導體晶圓W、基座74及下側腔室窗64放射之紅外光，根據其強度對測定對象物之溫度進行測定。然而，由於半導體晶圓W之主面或石英構件之表面為鏡面，故而將自周邊放射之紅外光反射，其反射光到達至放射溫度計120、130、140。即，放射溫度計120、130、140除了接收自測定對象物放射之紅外光以外，亦接收由測定對象物反射之反射光，故而產生測定誤差。例如，放射溫度計130除了接收自基座74放射之紅外光以外，亦接收自腔室6之內壁面等放射後由基座74之表面反射之紅外光，故而對正確地測定基座74之溫度產生障礙。

因此，於本實施形態中，以如下方式進行利用放射溫度計之溫度測定。圖8係模式性地表示利用放射溫度計130進行基座74之溫度測定之圖。放射溫度計130設置於石英基座74之斜下方。更正確而言，放射溫度計130設置於沿著以布魯斯特角θ_B 入射至基座74之表面之光之反射光之行進方向的位置。布魯斯特角θ_B 係於折射率不同之物質之界面中p偏光之反射率成為0之入射角。由於入射角與反射角相等，故而以布魯斯特角θ_B 入射之光之反射角亦成為布魯斯特角θ_B 。換言之，以放射溫度計130之光軸與基座74之法線所成之角度成為布魯斯特角θ_B 之方式設置放射溫度計130。

又，於基座74與放射溫度計130之間設置有偏光元件135。偏光元件135係僅使向特定之方向偏光之光通過之元件。作為偏光元件135，例如可使用將多條鋁線平行地排列而成之線柵偏光元件。偏光元件135選擇性地僅使p偏光之光透過，將s偏光之光反射。再者，p偏光係電場於入射面內振動之偏光，s偏光係電場與入射面垂直地振動之偏光。

進而，設置有角度調整機構137，該角度調整機構137調整偏光元件135相對於以布魯斯特角θ_B 入射至基座74之表面且朝向放射溫度計130之反射光之光軸的旋轉角度。圖9係表示利用角度調整機構137進行偏光元件135之角度調整之圖。於圖9中，以布魯斯特角θ_B 入射至基座74之表面之光之反射光之光軸與紙面垂直。熱處理裝置1之操作員使用角度調整機構137向圖9之箭頭AR9所示之方向調整偏光元件135之旋轉角度。此種偏光元件135之角度調整作為用以修正機差之微調整進行。

返回至圖8，以布魯斯特角θ_B 入射至基座74之表面之光之反射光(於圖8中由自基座74朝向放射溫度計130之直線所示之光)不包含p偏光。另一方面，自基座74本身放射之紅外光(於圖8中由波形線所示之光)可作為p偏光與s偏光之合成光而捕捉。即，於自基座74放射之紅外光中，混合存在p偏光與s偏光。

於基座74與放射溫度計130之間，設置有僅使p偏光選擇性地通過之偏光元件135。以布魯斯特角θ_B 入射至基座74之表面之光之反射光及自基座74本身放射之紅外光均入射至偏光元件135。此時，由於以布魯斯特角θ_B 入射至基座74之表面之光之反射光不包含p偏光，故而該反射光無法通過僅使p偏光通過之偏光元件135。即，來自基座74之反射光藉由偏光元件135被遮蔽。另一方面，由於自基座74本身放射之紅外光中混合存在p偏光與s偏光，故而該p偏光可通過偏光元件135到達至放射溫度計130。即，放射溫度計130可接收自基座74本身放射後通過偏光元件135之紅外光。

如此，藉由於沿著以布魯斯特角θ_B 入射至基座74之表面之光之反射光之行進方向的位置設置放射溫度計130，並且於基座74與放射溫度計130之間設置僅使p偏光通過之偏光元件135，可將該反射光截止而使放射溫度計130僅接收自基座74本身放射之紅外光。其結果，放射溫度計130可排除反射光之影響而正確地測定作為測定對象物之基座74之溫度。

以上為關於利用放射溫度計130之基座74之溫度測定之說明，利用放射溫度計120、140之溫度測定亦相同。即，藉由於沿著以布魯斯特角θ_B 入射至保持於基座74之半導體晶圓W之主面之光之反射光之行進方向的位置設置放射溫度計120，並且於半導體晶圓W與放射溫度計120之間設置僅使p偏光通過之偏光元件，可將該反射光截止而使放射溫度計120僅接收自半導體晶圓W本身放射之紅外光。藉此，放射溫度計120可排除反射光之影響而對作為測定對象物之半導體晶圓W之溫度正確地進行測定。

又，藉由於沿著以布魯斯特角θ_B 入射至作為石英窗之下側腔室窗64之表面之光之反射光之行進方向的位置設置放射溫度計140，並且於下側腔室窗64與放射溫度計140之間設置僅使p偏光通過之偏光元件，可將該反射光截止而使放射溫度計140僅接收自下側腔室窗64本身放射之紅外光。藉此，放射溫度計140可排除反射光之影響而對作為測定對象物之下側腔室窗64之溫度正確地進行測定。

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則能夠於上述實施形態以外進行各種變更。例如，亦可藉由放射溫度計而測定上側腔室窗63等之基座74及下側腔室窗64以外之設置於腔室6之結構物之溫度。於該情形時，亦藉由於沿著以布魯斯特角θ_B 入射至作為石英窗之上側腔室窗63之表面之光之反射光之行進方向的位置設置放射溫度計，並且於上側腔室窗63與放射溫度計之間設置僅使p偏光通過之偏光元件，可將該反射光截止而使放射溫度計僅接收自上側腔室窗63本身放射之紅外光。藉此，放射溫度計可排除反射光之影響而對測定對象物之溫度正確地進行測定。

又，於上述實施形態中，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並不限定為氙氣閃光燈，亦可為氪氣閃光燈。又，鹵素加熱部4所具備之鹵素燈HL之根數亦並不限定為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秒以上連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，亦可代替鹵素燈HL使用放電型之電弧燈(例如，氙氣電弧燈)作為連續點亮燈進行預加熱。

又，藉由熱處理裝置1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所使用之玻璃基板或太陽電池用之基板。於該情形時，亦可使用本發明之技術藉由放射溫度計而測定玻璃基板等之溫度。又，於熱處理裝置1中，亦可進行高介電常數閘極絕緣膜(High-k膜)之熱處理、金屬與矽之接合、或者多晶矽之結晶化。

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 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 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‧‧‧氣體排氣孔 87‧‧‧緩衝空間 88‧‧‧氣體排氣管 89‧‧‧閥 120‧‧‧放射溫度計 130‧‧‧放射溫度計 135‧‧‧偏光元件 137‧‧‧角度調整機構 140‧‧‧放射溫度計 185‧‧‧閘閥 190‧‧‧排氣部 191‧‧‧氣體排氣管 192‧‧‧閥 AR9‧‧‧箭頭 FL‧‧‧閃光燈 HL‧‧‧鹵素燈 W‧‧‧半導體晶圓 θ_B‧‧‧布魯斯特角

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係基座之俯視圖。圖4係基座之剖視圖。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係模式性地表示利用放射溫度計之基座之溫度測定之圖。圖9係表示利用角度調整機構之偏光元件之角度調整之圖。

74‧‧‧基座

75‧‧‧保持板

76‧‧‧導環

130‧‧‧放射溫度計

135‧‧‧偏光元件

137‧‧‧角度調整機構

θ_B‧‧‧布魯斯特角

Claims

一種熱處理裝置，其特徵在於，其係藉由對基板照射光而將該基板加熱者，且具備：腔室，其收容基板；光照射部，其對上述基板照射光；放射溫度計，其測定設置於上述腔室之結構物之溫度；及偏光元件，其設置於上述結構物與上述放射溫度計之間；上述放射溫度計設置於沿著以布魯斯特角入射至上述結構物之表面之光之反射光之行進方向的位置，上述偏光元件僅使p偏光通過，藉此使上述放射溫度計僅接收自上述結構物放射之紅外光。
如請求項1之熱處理裝置，其中上述結構物為於上述腔室內保持上述基板之石英基座。
如請求項1之熱處理裝置，其中上述結構物為設置於上述腔室之石英窗。
一種熱處理裝置，其特徵在於，其係藉由對基板照射光而將該基板加熱者，且具備：腔室，其收容基板；基座，其於上述腔室內保持上述基板；光照射部，其對上述基板照射光；放射溫度計，其測定上述基板之溫度；及偏光元件，其設置於上述基板與上述放射溫度計之間；上述放射溫度計設置於沿著以布魯斯特角入射至上述基板之主面之光之反射光之行進方向的位置，上述偏光元件僅使p偏光通過，藉此使上述放射溫度計僅接收自上述基板放射之紅外光。
如請求項1至4中任一項之熱處理裝置，其進而具備角度調整機構，該角度調整機構調整上述偏光元件相對於上述反射光之光軸之旋轉角度。