TWI738120B - 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確認形成於基板表面之薄膜之膜種類及膜厚之熱處理方法及熱處理裝置。 將針對形成有複數種膜種類及膜厚之薄膜之矽基板藉由模擬所求出之複數個理論反射率與膜種類及膜厚建立關聯地預先登錄於資料庫。將收容有構成批次之複數個半導體晶圓之載具搬入至熱處理裝置。對半導體晶圓之表面照射光而測定反射率。根據所獲取之實測反射率推算半導體晶圓之理論反射率。從登錄於資料庫之複數個理論反射率提取與半導體晶圓之理論反射率近似者，特定出形成於半導體晶圓表面之薄膜之膜種類及膜厚。基於所特定出之薄膜之膜種類及膜厚，決定半導體晶圓之處理條件。

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」)照射閃光來加熱該基板之熱處理方法及熱處理裝置。
於半導體裝置之製造程序中，以極短時間加熱半導體晶圓之閃光燈退火(FLA)備受關注。閃光燈退火係藉由使用氙閃光燈(以下，簡單寫作「閃光燈」時意指氙閃光燈)對半導體晶圓之表面照射閃光，而僅使半導體晶圓之表面於極短時間(數毫秒以下)內升溫之熱處理技術。
氙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，與矽半導體晶圓之基礎吸收帶大致一致。因此，當從氙閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，透過光少，能夠使半導體晶圓急速地升溫。又，亦已判明若為數毫秒以下之極短時間之閃光照射，則能夠選擇性地僅使半導體晶圓之表面附近升溫。
此種閃光燈退火被用於需要極短時間之加熱之處理、例如典型而言為被注入至半導體晶圓中之雜質之活化。若對藉由離子注入法而注入有雜質之半導體晶圓之表面從閃光燈照射閃光，則能夠將該半導體晶圓之表面以極短時間升溫至活化溫度，能夠不使雜質較深地擴散而僅執行雜質活化。
通常，於處理半導體晶圓之裝置中，藉由按照規定了處理步序及處理條件之步驟配方，由控制部控制裝置之各種構成部，而執行所期望之處理。於專利文獻1中，關於閃光燈退火裝置，亦公開了控制部基於步驟配方控制裝置之各構成部而執行對半導體晶圓之熱處理。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2009-231652號公報
[發明所欲解決之問題]
因此，於半導體晶圓之閃光加熱處理時，必須選擇並設定如可執行適當之處理般之步驟配方。具體而言，必須設定如於閃光照射時半導體晶圓之表面恰好達到目標溫度般之處理條件之步驟配方。要設定哪種處理條件之步驟配方係根據半導體晶圓之表面性狀(例如，形成於半導體晶圓表面之薄膜之膜種類或膜厚等)而決定。即，必須根據形成於半導體晶圓表面之薄膜之膜種類及膜厚來設定最佳處理條件之步驟配方。
形成於半導體晶圓表面之薄膜之膜種類及膜厚係藉由作為閃光加熱處理之預步驟之成膜處理而決定。典型而言，形成有預先決定之膜種類及膜厚之薄膜之半導體晶圓被搬入至閃光燈退火裝置而成為閃光加熱處理之對象。
然而，存在錯誤地將形成有膜種類及膜厚與預先所決定之膜種類及膜厚不同之薄膜之半導體晶圓搬入至閃光退火裝置而成為處理對象之情況。於此種情形時，難以確認形成於被搬入至裝置之半導體晶圓之薄膜之膜種類及膜厚。
本發明係鑒於上述問題而完成，其目的在於提供一種能夠確認形成於基板表面之薄膜之膜種類及膜厚之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之發明係一種藉由對基板照射閃光而將該基板加熱之熱處理方法，其特徵在於具備：反射率測定步驟，其係測定成為處理對象之基板之反射率；反射率推算步驟，其係根據藉由上述反射率測定步驟測定所得之實測反射率推算上述基板之理論反射率；以及特定步驟，其係基於藉由上述反射率推算步驟所推算出之理論反射率，特定出形成於上述基板表面之薄膜之膜種類及膜厚。
又，技術方案2之發明係根據技術方案1之發明之熱處理方法，其特徵在於：進而具備相關關係獲取步驟，上述相關關係獲取步驟係求出已知理論反射率之基準基板之實測反射率與該理論反射率之相關係數，且於上述反射率推算步驟中，基於藉由上述反射率測定步驟測定所得之實測反射率及上述相關係數，推算上述基板之理論反射率。
又，技術方案3之發明係根據技術方案1之發明之熱處理方法，其特徵在於：進而具備資料庫製作步驟，上述資料庫製作步驟係製作將推算關於形成有複數種膜種類及膜厚之薄膜之基板之理論反射率所獲得之複數個理論反射率與膜種類及膜厚建立關聯地登錄而成之資料庫，且於上述特定步驟中，對於上述資料庫進行藉由上述反射率推算步驟所推算出之理論反射率之圖案匹配，而特定出形成於上述基板表面之薄膜之膜種類及膜厚。
又，技術方案4之發明係根據技術方案3之發明之熱處理方法，其特徵在於：於形成有圖案之上述基板之表面，視為形成有相當於藉由上述特定步驟特定出之膜種類及膜厚之特性之薄膜。
又，技術方案5之發明係根據技術方案1至技術方案4中任一項之發明之熱處理方法，其特徵在於：進而具備條件決定步驟，上述條件決定步驟係基於藉由上述特定步驟所特定出之膜種類及膜厚，決定對於上述基板之處理條件。
又，技術方案6之發明係一種藉由對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：腔室，其收容成為處理對象之基板；閃光燈，其對收容於上述腔室內之上述基板照射閃光；反射率測定部，其測定上述基板之反射率；反射率推算部，其根據藉由上述反射率測定部測定所得之實測反射率，推算上述基板之理論反射率；及特定部，其基於藉由上述反射率推算部所推算出之理論反射率，特定出形成於上述基板表面之薄膜之膜種類及膜厚。
又，技術方案7之發明係根據技術方案6之發明之熱處理裝置，其特徵在於：進而具備相關關係獲取部，上述相關關係獲取部求出已知理論反射率之基準基板之實測反射率與該理論反射率之相關係數，且上述反射率推算部基於藉由上述反射率測定部測定所得之實測反射率及上述相關係數，推算上述基板之理論反射率。
又，技術方案8之發明係根據技術方案6之發明之熱處理裝置，其特徵在於：進而具備記憶部，上述記憶部保存將推算關於形成有複數種膜種類及膜厚之薄膜之基板之理論反射率所獲得之複數個理論反射率與膜種類及膜厚建立關聯地登錄而成之資料庫，且上述特定部對上述資料庫進行藉由上述反射率推算部所推算出之理論反射率之圖案匹配，而特定出形成於上述基板表面之薄膜之膜種類及膜厚。
又，技術方案9之發明係根據技術方案8之發明之熱處理裝置，其特徵在於：於形成有圖案之上述基板之表面，視為形成有相當於藉由上述特定部所特定出之膜種類及膜厚之特性之薄膜。
又，技術方案10之發明係根據技術方案6至技術方案9中任一項之發明之熱處理裝置，其特徵在於：進而具備條件決定部，上述條件決定部基於藉由上述特定部所特定出之膜種類及膜厚決定對於上述基板之處理條件。 [發明之效果]
根據技術方案1至技術方案5之發明，由於基於根據實測反射率所推算出之理論反射率，特定出形成於基板表面之薄膜之膜種類及膜厚，故而能夠確認形成於基板表面之薄膜之膜種類及膜厚。
根據技術方案6至技術方案10之發明，由於基於根據實測反射率所推算出之理論反射率，特定出形成於基板表面之薄膜之膜種類及膜厚，故而能夠確認形成於基板表面之薄膜之膜種類及膜厚。
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。
首先，對本發明之熱處理裝置之整體構成進行說明。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之尺寸並無特別限定，例如為
Figure 02_image001
300 mm或
Figure 02_image001
450 mm。再者，於圖1及以後之各圖中，為了容易理解，視需要將各部之尺寸或數量誇張或簡化地描繪。又，於圖1～圖3之各圖中，為了明確其等之方向關係，標註有將Z軸方向設為鉛直方向且將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：移載傳送部101，其用以將未處理之半導體晶圓W從外部搬入至裝置內並且將處理過之半導體晶圓W搬出至裝置外；對準部230，其進行未處理之半導體晶圓W之定位；2個冷卻部130、140，其等進行加熱處理後之半導體晶圓W之冷卻；熱處理部160，其對半導體晶圓W實施閃光加熱處理；以及搬送機器人150，其相對於冷卻部130、140及熱處理部160進行半導體晶圓W之交接。又，熱處理裝置100具備控制設置於上述各處理部之動作機構及搬送機器人150使之進行半導體晶圓W之閃光加熱處理之控制部3。
移載傳送部101具備：負載埠110，其將複數個載具C(於本實施形態中為2個)並排載置；及交接機器人120，其從各載具C取出未處理之半導體晶圓W，並且將處理過之半導體晶圓W收納於各載具C。收容有未處理之半導體晶圓W之載具C係由無人搬送車(AGV(Automatic Guided Vehicle，自動導引車)、OHT(Overhead Hoist Transfer，高架自動搬運車))等搬送並被載置於負載埠110，並且收容有處理過之半導體晶圓W之載具C係由無人搬送車從負載埠110取走。
又，於負載埠110中，載具C構成為能夠如圖2之箭頭CU所示般進行升降移動，以使交接機器人120能夠相對於載具C進行任意半導體晶圓W之取放。再者，作為載具C之形態，除了將半導體晶圓W收納於密閉空間之FOUP(front opening unified pod，前開式晶圓傳送盒)以外，亦可為SMIF(Standard Mechanical Inter Face，標準機械介面)箱或將所收納之半導體晶圓W暴露於外部大氣之OC(open cassette，開放式卡匣)。
又，交接機器人120能夠進行如圖1之箭頭120S所示之滑行移動、及如箭頭120R所示之回轉動作及升降動作。藉此，交接機器人120相對於2個載具C進行半導體晶圓W之取放，並且相對於對準部230及2個冷卻部130、140進行半導體晶圓W之交接。利用交接機器人120相對於載具C進行之半導體晶圓W之取放係藉由手121之滑行移動、及載具C之升降移動來進行。又，交接機器人120與對準部230或冷卻部130、140之半導體晶圓W之交接係藉由手121之滑行移動、及交接機器人120之升降動作來進行。
對準部230係連接於沿著Y軸方向之移載傳送部101之側方而設置。對準部230係使半導體晶圓W於水平面內旋轉而朝向適合閃光加熱之方向之處理部。對準部230係於為鋁合金製殼體之對準腔室231之內部設置如下機構等而構成：將半導體晶圓W以水平姿勢支持並使之旋轉之機構(圖10之旋轉支持部237、旋轉馬達238)、及對形成於半導體晶圓W周緣部之凹槽或定向平面等進行光學檢測之機構。又，於對準腔室231中，設置有對其內部所支持之半導體晶圓W表面之反射率進行測定之反射率測定部232。反射率測定部232對半導體晶圓W之表面照射光，並且接收由該表面反射之反射光，並根據該反射光之強度測定半導體晶圓W表面之反射率。
半導體晶圓W向對準部230之交接係由交接機器人120進行。從交接機器人120向對準腔室231係以晶圓中心位於規定位置之方式交付半導體晶圓W。於對準部230中，使半導體晶圓W以從移載傳送部101接收到之半導體晶圓W之中心部作為旋轉中心繞鉛直方向軸旋轉，藉由對凹槽等進行光學檢測而調整半導體晶圓W之方向。又，反射率測定部232測定半導體晶圓W之表面之反射率。方向調整結束後之半導體晶圓W由交接機器人120從對準腔室231取出。
作為利用搬送機器人150搬送之半導體晶圓W之搬送空間，設置有收容搬送機器人150之搬送腔室170。於該搬送腔室170之三方連通連接有熱處理部160之處理腔室6、冷卻部130之第1冷卻腔室131及冷卻部140之第2冷卻腔室141。
作為熱處理裝置100之主要部分之熱處理部160係對進行了預加熱之半導體晶圓W照射來自氙閃光燈FL之閃光(flash light)而進行閃光加熱處理之基板處理部。該熱處理部160之構成將進一步於下文中敍述。
2個冷卻部130、140具備大致相同之構成。冷卻部130、140分別於為鋁合金製殼體之第1冷卻腔室131、第2冷卻腔室141之內部，具備金屬製冷卻板、及載置於其上表面之石英板(均省略圖示)。該冷卻板係藉由珀爾帖元件或恆溫水循環而調溫至常溫(約23℃)。於熱處理部160中已被實施閃光加熱處理之半導體晶圓W被搬入至第1冷卻腔室131或第2冷卻腔室141，且被載置於該石英板而被冷卻。
第1冷卻腔室131及第2冷卻腔室141均於移載傳送部101與搬送腔室170之間連接於此兩者。於第1冷卻腔室131及第2冷卻腔室141，形成設置有供半導體晶圓W搬入搬出之2個開口。第1冷卻腔室131之2個開口中連接於移載傳送部101之開口能夠藉由閘閥181而開閉。另一方面，第1冷卻腔室131之連接於搬送腔室170之開口能夠藉由閘閥183而開閉。即，第1冷卻腔室131與移載傳送部101經由閘閥181連接，第1冷卻腔室131與搬送腔室170經由閘閥183連接。
當於移載傳送部101與第1冷卻腔室131之間進行半導體晶圓W之交接時，閘閥181被打開。又，當於第1冷卻腔室131與搬送腔室170之間進行半導體晶圓W之交接時，閘閥183被打開。當閘閥181及閘閥183被閉鎖時，第1冷卻腔室131之內部成為密閉空間。
又，第2冷卻腔室141之2個開口中連接於移載傳送部101之開口能夠藉由閘閥182而開閉。另一方面，第2冷卻腔室141之連接於搬送腔室170之開口能夠藉由閘閥184而開閉。即，第2冷卻腔室141與移載傳送部101經由閘閥182連接，第2冷卻腔室141與搬送腔室170經由閘閥184連接。
當於移載傳送部101與第2冷卻腔室141之間進行半導體晶圓W之交接時，閘閥182被打開。又，當於第2冷卻腔室141與搬送腔室170之間進行半導體晶圓W之交接時，閘閥184被打開。當閘閥182及閘閥184被閉鎖時，第2冷卻腔室141之內部成為密閉空間。
進而，冷卻部130、140分別具備對第1冷卻腔室131、第2冷卻腔室141供給潔淨之氮氣之氣體供給機構、及將腔室內之氣體排出之排氣機構。該等氣體供給機構及排氣機構亦可設為能夠將流量切換為兩個階段。
設置於搬送腔室170之搬送機器人150被設為能夠以沿著鉛直方向之軸為中心如箭頭150R所示般回轉。搬送機器人150具有包含複數個臂段之2個連桿機構，於該等2個連桿機構之前端分別設置有保持半導體晶圓W之搬送手151a、151b。該等搬送手151a、151b上下隔開規定間距地配置，且能夠藉由連桿機構而分別獨立地沿同一水平方向直線地滑行移動。又，搬送機器人150係藉由使設置有2個連桿機構之基座升降移動，而使2個搬送手151a、151b保持隔開規定間距之狀態地升降移動。
當搬送機器人150以第1冷卻腔室131、第2冷卻腔室141或熱處理部160之處理腔室6作為交接對象而進行半導體晶圓W之交接(取放)時，首先，兩搬送手151a、151b以與交接對象對向之方式回轉，其後(或於回轉之期間內)升降移動而使任一個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)沿水平方向直線地滑行移動而與交接對象進行半導體晶圓W之交接。
搬送機器人150與交接機器人120對半導體晶圓W之交接能夠經由冷卻部130、140來進行。即，冷卻部130之第1冷卻腔室131及冷卻部140之第2冷卻腔室141亦作為用以於搬送機器人150與交接機器人120之間交接半導體晶圓W之通路而發揮功能。具體而言，藉由使搬送機器人150或交接機器人120中之一個交給第1冷卻腔室131或第2冷卻腔室141之半導體晶圓W由另一個接收，而進行半導體晶圓W之交接。由搬送機器人150及交接機器人120構成將半導體晶圓W從載具C搬送至熱處理部160之搬送機構。
如上所述，於第1冷卻腔室131及第2冷卻腔室141與移載傳送部101之間分別設置有閘閥181、182。又，於搬送腔室170與第1冷卻腔室131及第2冷卻腔室141之間分別設置有閘閥183、184。進而，於搬送腔室170與熱處理部160之處理腔室6之間設置有閘閥185。當於熱處理裝置100內搬送半導體晶圓W時，適當地將該等閘閥開閉。又，對於搬送腔室170及對準腔室231亦從氣體供給部供給氮氣，並且利用排氣部將其等之內部之氣體排出(均省略圖示)。
其次，對熱處理部160之構成進行說明。圖3係表示熱處理部160之構成之縱剖視圖。熱處理部160具備：處理腔室6，其收容半導體晶圓W並進行加熱處理；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。於處理腔室6之上側設置有閃光燈室5，並且於下側設置有鹵素燈室4。又，熱處理部160於處理腔室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。
處理腔室6係於筒狀之腔室側部61之上下安裝石英製腔室窗而構成。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而閉合，於下側開口安裝下側腔室窗64而閉合。構成處理腔室6之頂壁之上側腔室窗63係由石英形成之圓板形狀構件，作為使從閃光燈FL出射之閃光透過至處理腔室6內之石英窗而發揮功能。又，構成處理腔室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，作為使來自鹵素燈HL之光透過至處理腔室6內之石英窗而發揮功能。
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係藉由從腔室側部61之上側嵌入而安裝。另一方面，下側之反射環69係藉由從腔室側部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。處理腔室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所包圍之空間被界定為熱處理空間65。
藉由在腔室側部61安裝反射環68、69，而於處理腔室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之上端面所包圍之凹部62。凹部62沿水平方向呈圓環狀地形成於處理腔室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處理腔室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被設為能夠藉由閘閥185而開閉。搬送開口部66連通連接於凹部62之外周面。因此，當閘閥185將搬送開口部66打開時，能夠進行半導體晶圓W從搬送開口部66通過凹部62向熱處理空間65之搬入、及半導體晶圓W從熱處理空間65之搬出。又，若閘閥185將搬送開口部66閉鎖，則處理腔室6內之熱處理空間65被設為密閉空間。
又，於處理腔室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處理腔室6之側壁內部之緩衝空間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84。若將閥84打開，則處理氣體從處理氣體供給源85被輸送至緩衝空間82。流入至緩衝空間82之處理氣體以於流體阻力小於氣體供給孔81之緩衝空間82內擴散之方式流動，而從氣體供給孔81被供給至熱處理空間65內。作為處理氣體，可使用氮氣(N2 )等惰性氣體、或氫氣(H2 )、氨氣(NH3 )等反應性氣體(於本實施形態中為氮氣)。
另一方面，於處理腔室6之內壁下部，形成設置有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排氣孔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經由呈圓環狀形成於處理腔室6之側壁內部之緩衝空間87而連通連接於氣體排氣管88。氣體排氣管88連接於排氣機構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之氣體從氣體排氣孔86經由緩衝空間87而被排出至氣體排氣管88。再者，氣體供給孔81及氣體排氣孔86既可沿處理腔室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及排氣機構190既可為設置於熱處理裝置100之機構，亦可為設置有熱處理裝置100之工廠設施。
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而連接於排氣機構190。藉由將閥192打開，而經由搬送開口部66將處理腔室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及晶座74而構成。基台環71、連結部72及晶座74均由石英形成。即，保持部7之整體由石英形成。
基台環71係圓環形狀缺失一部分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，而支持於處理腔室6之壁面(參照圖3)。於基台環71之上表面，沿其圓環形狀之周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亦為石英構件，藉由熔接而固著於基台環71。
晶座74係由設置於基台環71之4個連結部72支持。圖5係晶座74之俯視圖。又，圖6係晶座74之剖視圖。晶座74具備保持板75、導引環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引環76。導引環76係具有較半導體晶圓W之直徑大之內徑之圓環形狀構件。例如，於半導體晶圓W之直徑為
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300 mm之情形時，導引環76之內徑為
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320 mm。導引環76之內周被設為如從保持板75朝向上方變寬般之傾斜面。導引環76係由與保持板75相同之石英形成。導引環76既可設為熔接於保持板75之上表面，亦可設為藉由另外加工之銷等固定於保持板75。或者，還可設為將保持板75與導引環76加工成一體之構件。
保持板75之上表面中較導引環76更靠內側之區域被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，沿保持面75a之與外周圓(導引環76之內周圓)為同心圓之圓周上每隔30°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(相對向之基板支持銷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
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300 mm，則上述圓之直徑為
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270 mm～
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280 mm(於本實施形態中為
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270 mm)。各個基板支持銷77係由石英形成。複數個基板支持銷77既可設為藉由熔接而設置於保持板75之上表面，亦可設為與保持板75一體地加工。
返回至圖4，豎立設置於基台環71之4個連結部72與晶座74之保持板75之周緣部藉由熔接而固著。即，晶座74與基台環71利用連結部72固定地連結。藉由使此種保持部7之基台環71支持於處理腔室6之壁面，而將保持部7安裝於處理腔室6。於保持部7安裝於處理腔室6之狀態下，晶座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。
被搬入至處理腔室6之半導體晶圓W以水平姿勢載置並保持在安裝於處理腔室6之保持部7之晶座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支持而保持於晶座74。更嚴格而言，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(從基板支持銷77之上端至保持板75之保持面75a為止之距離)均一，故而能夠利用12個基板支持銷77將半導體晶圓W支持為水平姿勢。
又，半導體晶圓W係由複數個基板支持銷77與保持板75之保持面75a隔開規定間隔地支持。導引環76之厚度大於基板支持銷77之高度。因此，可藉由導引環76來防止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。
又，如圖4及圖5所示，於晶座74之保持板75，沿上下貫通地形成有開口部78。開口部78係為了供輻射溫度計20(參照圖3)接收從保持於晶座74之半導體晶圓W之下表面放射之放射光(紅外光)而設置。即，輻射溫度計20經由開口部78接收從保持於晶座74之半導體晶圓W之下表面放射之光，而測定該半導體晶圓W之溫度。進而，於晶座74之保持板75中，貫穿設置有供下述移載機構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根移載臂11。移載臂11被設為如沿著大致圓環狀之凹部62般之圓弧形狀。於各個移載臂11豎立設置有2根頂起銷12。各移載臂11被設為藉由水平移動機構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)與和保持部7所保持之半導體晶圓W俯視時不重疊之退避位置(圖7之二點鏈線位置)之間水平移動。移載動作位置為晶座74之下方，退避位置為較晶座74更靠外側。作為水平移動機構13，既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並利用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係利用升降機構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通過貫穿設置於晶座74之貫通孔79(參照圖4、5)，且頂起銷12之上端從晶座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從貫通孔79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，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，而構成為將移載機構10之驅動部周邊之氣體排出至處理腔室6之外部。
返回至圖3，設置於處理腔室6上方之閃光燈室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)氙閃光燈FL之光源、及以覆蓋該光源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之底部安裝有燈光放射窗53。構成閃光燈室5之底板部之燈光放射窗53係由石英形成之板狀石英窗。藉由將閃光燈室5設置於處理腔室6之上方，使得燈光放射窗53與上側腔室窗63相對向。閃光燈FL從處理腔室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分別為具有長條圓筒形狀之棒狀燈，且以各自之長度方向沿著保持部7所保持之半導體晶圓W之主面(亦即沿水平方向)相互平行之方式排列成平面狀。因此，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：棒狀玻璃管(放電管)，其內部封入有氙氣且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。由於氙氣為電絕緣體，故而即便於電容器中儲存有電荷，於通常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了絕緣之情形時，電容器中儲存之電會瞬間流至玻璃管內，藉由此時之氙原子或氙分子之激發而發出光。於此種氙閃光燈FL中，由於預先儲存於電容器中之靜電能量被轉換為0.1毫秒至100毫秒之極短光脈衝，故而與如鹵素燈HL般連續點亮之光源相比，具有能夠照射極強光之特徵。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之發光時間能夠藉由對閃光燈FL進行電力供給之燈電源之線圈常數來調整。
又，反射器52係以於複數個閃光燈FL之上方覆蓋其等全體之方式設置。反射器52之基本功能係將從複數個閃光燈FL出射之閃光向熱處理空間65側反射。反射器52係由鋁合金板形成，且其正面(面向閃光燈FL側之面)藉由噴砂處理而實施了表面粗糙化加工。
設置於處理腔室6下方之鹵素燈室4中，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。複數個鹵素燈HL進行從處理腔室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，上下兩層各配設有20根鹵素燈HL。各鹵素燈HL為具有長條圓筒形狀之棒狀燈。上層、下層均為，20根鹵素燈HL以各自之長度方向沿著保持部7所保持之半導體晶圓W之主面(亦即沿水平方向)相互平行之方式排列。因此，上層、下層均為，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，上層、下層均為，和與保持部7所保持之半導體晶圓W之中央部對向之區域相比，與周緣部對向之區域中之鹵素燈HL之配設密度較高。即，上層及下層均為，與燈排列之中央部相比，周緣部中之鹵素燈HL之配設間距較短。因此，能夠對利用來自鹵素燈HL之光照射所進行之加熱時易發生溫度下降之半導體晶圓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而使燈絲白熾化從而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中導入了微量鹵族元素(碘、溴等)之氣體。藉由導入鹵族元素，能夠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與通常之白熾燈泡相比，具有壽命較長且能夠連續地照射強光之特性。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，故而壽命長，藉由將鹵素燈HL沿水平方向配置而向上方之半導體晶圓W之放射效率變得優異。
又，於鹵素燈室4之殼體41內，亦於兩層鹵素燈HL之下側設置有反射器43(圖3)。反射器43將從複數個鹵素燈HL出射之光向熱處理空間65側反射。
除了上述構成以外，熱處理部160進而具備各種冷卻用構造以防止於半導體晶圓W之熱處理時因從鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能導致鹵素燈室4、閃光燈室5及處理腔室6之過度之溫度上升。例如，於處理腔室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被設為於內部形成氣流而排熱之空氣冷卻構造。又，對上側腔室窗63與燈光放射窗53之間隙亦供給空氣，而將閃光燈室5及上側腔室窗63冷卻。
圖10係表示設置於對準部230之反射率測定部232及控制部3之構成之圖。反射率測定部232具備投光部300、受光部235及半反射鏡236。於對準部230之對準腔室231內，設置有支持半導體晶圓W並使之旋轉之旋轉支持部237、及將該旋轉支持部237旋轉驅動之旋轉馬達238。藉由旋轉馬達238使支持半導體晶圓W之旋轉支持部237旋轉，而調整該半導體晶圓W之方向。
投光部300具備氙光源、鹵素光源或LED(Light Emitting Diode，發光二極體)光源等光源，並出射反射率測定用光。受光部235具備將接收到之光之強度轉換為電信號之受光元件。從投光部300出射之光由半反射鏡236反射而垂直地照射至支持於旋轉支持部237之半導體晶圓W之上表面。從投光部300照射之光由半導體晶圓W之上表面反射。該反射光透過半反射鏡236並由受光部235接收。控制部3基於受光部235接收到之反射光之強度，算出半導體晶圓W上表面之反射率。再者，投光部300較佳為具備所要照射之波長區域不同之複數個光源。若投光部300具備波長區域不同之複數個光源，則能夠跨及廣域波長地測定半導體晶圓W之反射率。又，投光部300亦可為對半導體晶圓W上表面之複數個部位照射光者。若對半導體晶圓W上表面之複數個部位照射光，則能夠減小局部之圖案依存性。
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之硬體之構成與通常之電腦相同。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記憶體之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35。藉由控制部3之CPU執行規定之處理程式，而進行熱處理裝置100中之處理。反射率推算部31、特定部36、相關關係獲取部37及條件決定部38係藉由控制部3之CPU執行規定之處理程式而實現之功能處理部。反射率推算部31、特定部36、相關關係獲取部37及條件決定部38之處理內容將進一步於下文中敍述。再者，於圖1中，於移載傳送部101內示出了控制部3，但並非限定於此，控制部3能夠配置於熱處理裝置100內之任意位置。
又，於控制部3連接有顯示部34及輸入部33。控制部3於顯示部34顯示各種資訊。熱處理裝置100之操作員能夠一面確認顯示部34所顯示之資訊，一面從輸入部33輸入各種指令或參數。作為輸入部33，例如可使用鍵盤或滑鼠。作為顯示部34，例如可使用液晶顯示器。於本實施形態中，作為顯示部34及輸入部33，採用設置於熱處理裝置100之外壁之液晶觸控面板，並使其兼具顯示部及輸入部之功能。
其次，對本發明之熱處理裝置100之處理動作進行說明。此處，首先說明對成為製品之通常之半導體晶圓(成品晶圓)W進行之典型之處理動作。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100所進行之閃光照射加熱處理(退火)而執行。
首先，注入有雜質之未處理之半導體晶圓W以於載具C中收容有複數片之狀態被載置於移載傳送部101之負載埠110。然後，交接機器人120從載具C逐片取出未處理之半導體晶圓W，並搬入至對準部230之對準腔室231。於對準腔室231中，藉由使支持於旋轉支持部237之半導體晶圓W以其中心部為旋轉中心於水平面內繞鉛直方向軸旋轉，並對凹槽等進行光學檢測，而調整半導體晶圓W之方向。
其次，移載傳送部101之交接機器人120從對準腔室231取出已調整方向之半導體晶圓W，並搬入至冷卻部130之第1冷卻腔室131或冷卻部140之第2冷卻腔室141。被搬入至第1冷卻腔室131或第2冷卻腔室141之未處理之半導體晶圓W由搬送機器人150搬出至搬送腔室170。當未處理之半導體晶圓W從移載傳送部101經過第1冷卻腔室131或第2冷卻腔室141被移送至搬送腔室170時，第1冷卻腔室131及第2冷卻腔室141作為用於半導體晶圓W之交接之通路而發揮功能。
已將半導體晶圓W取出之搬送機器人150以朝向熱處理部160之方式回轉。繼而，閘閥185將處理腔室6與搬送腔室170之間打開，搬送機器人150將未處理之半導體晶圓W搬入至處理腔室6。此時，於先行之經過加熱處理之半導體晶圓W存在於處理腔室6之情形時，由搬送手151a、151b中之一者將加熱處理後之半導體晶圓W取出之後，將未處理之半導體晶圓W搬入至處理腔室6，而進行晶圓更換。其後，閘閥185將處理腔室6與搬送腔室170之間閉鎖。
對被搬入至處理腔室6之半導體晶圓W，利用鹵素燈HL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進行注入至半導體晶圓W之雜質之活化。
於閃光加熱處理結束之後，閘閥185再次將處理腔室6與搬送腔室170之間打開，搬送機器人150從處理腔室6將閃光加熱處理後之半導體晶圓W搬出至搬送腔室170。已將半導體晶圓W取出之搬送機器人150以從處理腔室6朝向第1冷卻腔室131或第2冷卻腔室141之方式回轉。又，閘閥185將處理腔室6與搬送腔室170之間閉鎖。
其後，搬送機器人150將加熱處理後之半導體晶圓W搬入至冷卻部130之第1冷卻腔室131或冷卻部140之第2冷卻腔室141。此時，當該半導體晶圓W於加熱處理前通過第1冷卻腔室131而來時，於加熱處理後仍搬入至第1冷卻腔室131，當於加熱處理前通過第2冷卻腔室141而來時，於加熱處理後仍搬入至第2冷卻腔室141。於第1冷卻腔室131或第2冷卻腔室141中，對閃光加熱處理後之半導體晶圓W進行冷卻處理。由於從熱處理部160之處理腔室6搬出之時點之半導體晶圓W整體之溫度為相對高溫，故而將其於第1冷卻腔室131或第2冷卻腔室141中冷卻至常溫左右。
於經過規定之冷卻處理時間之後，交接機器人120將冷卻後之半導體晶圓W從第1冷卻腔室131或第2冷卻腔室141搬出，並送回載具C。若於載具C中收容有規定片數之處理過之半導體晶圓W，則將該載具C從移載傳送部101之負載埠110搬出。
針對熱處理部160中之加熱處理繼續進行說明。於將半導體晶圓W搬入至處理腔室6之前，將用於供氣之閥84打開，並且將排氣用閥89、192打開，而開始進行對於處理腔室6內之供氣及排氣。若將閥84打開，則從氣體供給孔81將氮氣供給至熱處理空間65。又，若將閥89打開，則從氣體排氣孔86排出處理腔室6內之氣體。藉此，從處理腔室6內之熱處理空間65之上部供給之氮氣流向下方，並從熱處理空間65之下部排出。
又，藉由將閥192打開，亦從搬送開口部66排出處理腔室6內之氣體。進而，藉由省略圖示之排氣機構亦排出移載機構10之驅動部周邊之氣體。再者，於熱處理部160中之半導體晶圓W之熱處理時，將氮氣持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，而將搬送開口部66打開，藉由搬送機器人150經由搬送開口部66將成為處理對象之半導體晶圓W搬入至處理腔室6內之熱處理空間65。搬送機器人150使保持未處理之半導體晶圓W之搬送手151a(或搬送手151b)進入至保持部7之正上方位置並停止。然後，藉由使移載機構10之一對移載臂11從退避位置水平移動至移載動作位置而上升，從而使頂起銷12通過貫通孔79並從晶座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。
於將未處理之半導體晶圓W載置於頂起銷12之後，搬送機器人150使搬送手151a從熱處理空間65退出，藉由閘閥185將搬送開口部66閉鎖。然後，藉由使一對移載臂11下降，而使半導體晶圓W從移載機構10被交到保持部7之晶座74並以水平姿勢從下方被保持。半導體晶圓W係由豎立設置於保持板75上之複數個基板支持銷77支持且保持於晶座74。又，半導體晶圓W係以進行圖案形成且注入有雜質之正面作為上表面而保持於保持部7。於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之間形成規定之間隔。下降至晶座74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。
於半導體晶圓W利用保持部7之晶座74而以水平姿勢從下方被保持之後，將40根鹵素燈HL同時點亮而開始預加熱(輔助加熱)。從鹵素燈HL出射之鹵素光透過由石英形成之下側腔室窗64及晶座74而從半導體晶圓W之下表面照射。藉由受到來自鹵素燈HL之光照射，而使半導體晶圓W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，故而不會妨礙利用鹵素燈HL所進行之加熱。
於利用鹵素燈HL進行預加熱時，半導體晶圓W之溫度由輻射溫度計20進行測定。即，由輻射溫度計20接收從保持於晶座74之半導體晶圓W之下表面經由開口部78所放射之紅外光，而測定升溫中之晶圓溫度。測定所得之半導體晶圓W之溫度被傳輸至控制部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之溫度是否達到規定之預加熱溫度T1，一面控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於利用輻射溫度計20所得之測定值，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被設為不必擔心添加至半導體晶圓W中之雜質會因熱而擴散之溫度，即約600℃至800℃(於本實施形態中為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暫時維持於該預加熱溫度T1。具體而言，於由輻射溫度計20測定所得之半導體晶圓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之溫度維持於大致預加熱溫度T1。
藉由進行此種利用鹵素燈HL所進行之預加熱，將半導體晶圓W整體均勻地升溫至預加熱溫度T1。於利用鹵素燈HL進行預加熱之階段中，有更易發生散熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度與中央部相比下降之傾向，但關於鹵素燈室4中之鹵素燈HL之配設密度，和與半導體晶圓W之中央部對向之區域相比，與周緣部對向之區域較高。因此，照射至易發生散熱之半導體晶圓W之周緣部之光量變多，能夠使預加熱階段中之半導體晶圓W之面內溫度分佈變得均勻。
於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1後經過規定時間之時點，閃光燈FL對半導體晶圓W之表面進行閃光照射。此時，從閃光燈FL放射之閃光之一部分直接射向處理腔室6內，另一部分暫時被反射器52反射之後射向處理腔室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，因此能夠使半導體晶圓W之表面溫度於短時間內上升。即，從閃光燈FL照射之閃光係預先儲存於電容器中之靜電能量被轉換為極短之光脈衝、且照射時間為約0.1毫秒以上100毫秒以下之極短且強烈之閃光。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之表面溫度瞬間上升至1000℃以上之處理溫度T2，且於注入至半導體晶圓W之雜質被活化之後，表面溫度急速地下降。如此，藉由閃光加熱能夠將半導體晶圓W之表面溫度於極短時間內升降，故而能夠一面抑制注入至半導體晶圓W之雜質因熱而擴散，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其熱擴散所需要之時間相比極短，故而即便為約0.1毫秒至100毫秒之不會發生擴散之短時間，亦會完成活化。
於閃光加熱處理結束之後，經過規定時間後，鹵素燈HL熄滅。藉此，半導體晶圓W從預加熱溫度T1急速地降溫。降溫中之半導體晶圓W之溫度由輻射溫度計20進行測定，且其測定結果被傳輸至控制部3。控制部3根據輻射溫度計20之測定結果，監視半導體晶圓W之溫度是否已降溫至規定溫度。然後，於半導體晶圓W之溫度降溫至規定以下之後，藉由使移載機構10之一對移載臂11再次從退避位置水平移動至移載動作位置並上升，從而頂起銷12從晶座74之上表面突出而從晶座74接收熱處理後之半導體晶圓W。繼而，將藉由閘閥185而閉鎖之搬送開口部66打開，利用搬送機器人150之搬送手151b(或搬送手151a)將載置於頂起銷12上之處理後之半導體晶圓W搬出。搬送機器人150使搬送手151b進入至由頂起銷12頂起之半導體晶圓W之正下方位置並停止。然後，藉由使一對移載臂11下降，而將閃光加熱後之半導體晶圓W交付於搬送手151b載置。其後，搬送機器人150使搬送手151b從處理腔室6退出而將處理後之半導體晶圓W搬出。
其次，對特定出形成於半導體晶圓W表面之薄膜之膜種類及膜厚之技術進行說明。典型而言，多數情況下於成為製品之半導體晶圓W之表面形成有薄膜。於上述成為處理對象之半導體晶圓W之表面亦形成有薄膜且注入有雜質。由於根據所形成之薄膜之膜種類及膜厚而半導體晶圓W之反射率不同，故而必須設定與膜種類及膜厚對應之最佳處理條件。
圖11及圖12係表示特定出形成於半導體晶圓W表面之薄膜之膜種類及膜厚之步序之流程圖。圖11所示之步序係將半導體晶圓W搬入至熱處理裝置100之前之準備處理，圖12所示之步序係將半導體晶圓W搬入至熱處理裝置100之後之處理。
首先，作為準備處理，對各種薄膜進行反射率之模擬(步驟S1)。具體而言，藉由模擬器個別地求出於矽半導體基板上形成有各種膜種類及膜厚之薄膜時之反射率。模擬器例如設置於另外設置於熱處理裝置100之外部之電腦。於矽半導體基板上形成有薄膜時之反射率能夠根據光之波長、薄膜之膜厚、折射率及消光係數而理論上求出。折射率及消光係數係依存於薄膜之膜種類及波長之光學常數。因此，若指定形成於矽半導體基板上之薄膜之膜種類及膜厚，則模擬器能夠藉由運算而求出某一波長下之反射率。於本實施形態中，若操作員指定薄膜之膜種類及膜厚，則模擬器求出規定之波長區域(例如，0.1 μm～1.0 μm)中之每個波長下之反射率。即，模擬器求出規定之波長區域中之反射率分佈(分光反射率)。再者，藉由不指定膜種類及膜厚，而使模擬器進行運算處理，模擬器求出未形成薄膜之矽半導體基板(亦即，裸矽晶圓)之反射率分佈。
圖13係表示藉由步驟S1之模擬所獲得之反射率分佈之例之圖。於圖13中，實線所示的是於矽基板上形成有膜厚100 nm之多晶矽及膜厚100 nm之二氧化矽之多層膜時之反射率分佈。單點鏈線所示的是於矽基板上形成有膜厚100 nm之二氧化矽薄膜時之反射率分佈。又，虛線所示的是未形成薄膜之裸矽晶圓之反射率分佈。於圖13中，例示了3種反射率分佈，進一步藉由模擬求出關於各種薄膜之反射率分佈。藉由步驟S1求出之反射率係根據膜厚等參數及光學常數而理論上求出之理論反射率。
其次，製作藉由步驟S1求出之反射率之資料庫(步驟S2)。於步驟S2中，將藉由步驟S1求出之反射率分佈與作為模擬條件設定之薄膜之膜種類及膜厚相互建立關聯地登錄至資料庫DB。所製作之資料庫DB儲存於作為控制部3之記憶部之磁碟35(圖10)。於資料庫DB中，登錄有對於形成有複數種膜種類及膜厚之薄膜之矽基板藉由模擬而求出之複數個理論反射率分佈。
繼而，測定裸矽晶圓之反射率(步驟S3)。具體而言，交接機器人120將裸矽晶圓從載具C取出，並搬入至對準部230之對準腔室231。於對準腔室231中，裸矽晶圓由旋轉支持部237支持。從反射率測定部232之投光部300出射之光由半反射鏡236反射而以入射角0°照射至裸矽晶圓之表面。從投光部300照射之光於裸矽晶圓之表面反射，該反射光透過半反射鏡236且由受光部235接收。控制部3藉由使受光部235所接收之來自裸矽晶圓之反射光之強度除以投光部300所照射之光之強度，而算出裸矽晶圓之表面之反射率。再者，亦可設為將始終載置僅收容有裸矽晶圓之專用載具C之負載埠設置於移載傳送部101，並將裸矽晶圓從該載具C搬出而測定反射率。又，亦可設為一面藉由旋轉馬達238使支持於旋轉支持部237之裸矽晶圓旋轉，一面測定該裸矽晶圓之反射率。
又，投光部300例如藉由具備波長區域不同之複數個光源，而照射相對較寬之波長區域(例如，0.4 μm～0.8 μm)之光。投光部300照射之光之波長區域較佳為與從閃光燈FL照射之閃光之波長區域匹配。藉由投光部300照射具有某種程度之寬度之波長區域之光，而由反射率測定部232測定該波長區域中之裸矽晶圓之分光反射率。於步驟S1中根據光學常數等求出裸矽晶圓之理論反射率，與此相對地，於步驟S3中對裸矽晶圓實際地照射光而測定實測反射率。
然後，控制部3之相關關係獲取部37推算關於裸矽晶圓之理論反射率與實測反射率之相關係數(步驟S4)。一般而言，實測反射率會因對準腔室231之構造上之主要因素或反射率測定部232之光學特性而與理論反射率不完全一致。於步驟S4中，求出步驟S1中所求出之理論反射率與步驟S3中測定所得之實測反射率之相關關係。於本實施形態中，藉由步驟S1求出理論上之反射率分佈，並且於步驟S3中測定了實測之反射率分佈。反射率分佈係連續地表示相應之波長區域中之每個波長下之反射率。因此，相關關係獲取部37推算相關係數作為波長之函數。具體而言，相關關係獲取部37基於下述式(1)推算理論反射率與實測反射率之相關係數。
Figure 02_image006
式(1)中，Ri (w)為依存於波長w而決定之裸矽晶圓之理論反射率。另一方面，Rr (w)為依存於波長w而決定之裸矽晶圓之實測反射率。而且，f(w)為依存於波長w之理論反射率與實測反射率之相關係數。即，相關關係獲取部37推算並獲取理論反射率與實測反射率之每個波長下之相關係數。
以上所說明之圖11所示之步序係於進行成為製品之半導體晶圓W之處理之前預先進行之準備處理。準備處理係無需每次進行半導體晶圓W之處理都進行，而是進行1次便足夠之處理。
繼而，一面參照圖12，一面對特定出形成於成為處理對象之半導體晶圓W表面之薄膜之膜種類及膜厚之步序進行說明。首先，將批次搬入至熱處理裝置100(步驟S5)。所謂批次係成為於相同條件下進行相同內容之處理之對象之1組半導體晶圓W。具體而言，構成批次之複數片(於本實施形態中為25片)半導體晶圓W以收容於載具C之狀態被載置於移載傳送部101之負載埠110。
其次，測定收容於載具C之半導體晶圓W之反射率(步驟S6)。測定成為處理對象之半導體晶圓W之反射率之方法與上述測定裸矽晶圓之反射率之方法相同。即，交接機器人120將半導體晶圓W從載具C取出，並搬入至對準部230之對準腔室231。於對準腔室231中，半導體晶圓W由旋轉支持部237支持。從反射率測定部232之投光部300出射之光由半反射鏡236反射而以入射角0°照射至半導體晶圓W之表面。從投光部300照射之光於半導體晶圓W之表面反射，該反射光透過半反射鏡236而由受光部235接收。控制部3藉由使受光部235所接收之來自半導體晶圓W之反射光之強度除以投光部300所照射之光之強度，而算出半導體晶圓W表面之反射率。
又，與上文同樣地，藉由使投光部300照射具有某種程度寬度之波長區域之光，而由反射率測定部232測定該波長區域中之半導體晶圓W之分光反射率。藉由步驟S6測定所得之反射率亦為從投光部300實際地照射光而獲取之半導體晶圓W之實測反射率。
繼而，控制部3之反射率推算部31根據針對成為處理對象之半導體晶圓W測定所得之實測反射率，推算該半導體晶圓W之理論反射率(步驟S7)。反射率推算部31使藉由步驟S6測定所得之半導體晶圓W之實測反射率乘以藉由步驟S4求出之相關係數f(w)，而推算半導體晶圓W之理論反射率。於步驟S6中測定半導體晶圓W之分光反射率，由於相關係數f(w)為理論反射率與實測反射率之每個波長下之相關係數，故而於步驟S7中針對每個波長推算半導體晶圓W之理論反射率。即，於步驟S7中推算半導體晶圓W之分光理論反射率。
於根據半導體晶圓W之實測反射率推算理論反射率之後，控制部3之特定部36特定出形成於半導體晶圓W表面之薄膜之膜種類及膜厚(步驟S8)。特定部36基於藉由步驟S7求出之半導體晶圓W之理論反射率，特定出形成於半導體晶圓W表面之薄膜之膜種類及膜厚。
於步驟S7中，求出半導體晶圓W之分光理論反射率、亦即半導體晶圓W之理論反射率之分佈。因此，特定部36能夠對登錄有複數個理論反射率分佈之資料庫DB進行藉由步驟S7求出之半導體晶圓W之理論反射率分佈之圖案匹配，而特定出薄膜之膜種類及膜厚。更具體而言，特定部36根據登錄於資料庫DB之複數個理論反射率分佈，提取與藉由步驟S7求出之半導體晶圓W之理論反射率分佈之形狀近似之理論反射率分佈。所提取之理論反射率分佈於資料庫DB中與薄膜之膜種類及膜厚相關聯。特定部36特定出該薄膜之膜種類及膜厚作為形成於半導體晶圓W表面之薄膜之膜種類及膜厚。亦可設為由特定部36特定出之薄膜之膜種類及膜厚顯示於顯示部34。
且說，作為製品，於成為處理對象之半導體晶圓W上與薄膜一起形成有圖案之情況亦較多。於形成有圖案之情形時，有時該圖案會對實測反射率之分佈產生影響。難以將薄膜對實測反射率造成之影響與圖案對實測反射率造成之影響分離。因此，根據形成有圖案之半導體晶圓W之實測反射率所推算出之理論反射率有時亦會背離以未形成圖案為前提藉由模擬所求出之理論反射率。
於本實施形態中，關於形成有圖案之半導體晶圓W，視為形成有如下薄膜，即，相當於假想地設為未形成圖案而藉由步驟S8特定出之膜種類及膜厚之薄膜。例如，於根據形成有圖案之半導體晶圓W之實測反射率推算出之理論反射率之分佈接近圖13之單點鏈線之分佈之情形時，視為於該半導體晶圓W之表面形成有膜厚100 nm之二氧化矽薄膜。如此，於形成有圖案之半導體晶圓W之情形時，實際形成之薄膜之膜種類及膜厚與被視為如上所述般形成之薄膜之膜種類及膜厚有時亦會不同。但是，最終之目的係選擇最佳步驟配方並設定處理條件，即便實際形成之薄膜與視為形成之薄膜不同，只要其等表現出相同之分光理論反射率之傾向，則即便設定最適合視為形成之薄膜之處理條件亦不會帶來妨礙。
然後，控制部3之條件決定部38基於藉由步驟S8所特定出之薄膜之膜種類及膜厚，決定對於半導體晶圓W之處理條件(步驟S9)。具體而言，預先設定了閃光加熱時之半導體晶圓W之目標溫度(上述處理溫度T2)，條件決定部38基於藉由步驟S8所特定出之薄膜之膜種類及膜厚，選擇如半導體晶圓W之表面溫度恰好達到目標溫度般之最佳步驟配方。所謂步驟配方，規定了對半導體晶圓W進行之熱處理之處理步序及處理條件。處理條件例如包含對閃光燈FL供給電力之電容器之充電電壓及閃光燈FL之照射時間等。即，條件決定部38基於藉由步驟S8所特定出之薄膜之膜種類及膜厚，決定最佳處理條件。再者，關於形成有圖案之半導體晶圓W，基於被視為藉由步驟S8形成之薄膜之膜種類及膜厚而決定處理條件。
按照以此方式決定之處理條件，利用熱處理裝置100執行對於半導體晶圓W之熱處理。藉此，能夠將半導體晶圓W加熱至目標溫度並進行適當之處理。
於本實施形態中，根據對成為處理對象之半導體晶圓W實際地照射光而測定所得之實測反射率，推算理論反射率，並基於該理論反射率特定出形成於半導體晶圓W表面之薄膜之膜種類及膜厚。即，由於藉由測定被搬入至熱處理裝置100之半導體晶圓W之反射率而特定出薄膜之膜種類及膜厚，故而即便於將半導體晶圓W搬入至熱處理裝置100之後，亦能夠確認形成於半導體晶圓W表面之薄膜之膜種類及膜厚。
又，於本實施形態中，對實測反射率及理論反射率均以連續地示出每個波長下之反射率所得之反射率分佈(分光反射率)之形式進行處理。與將反射率按單一值(例如，平均值)處理之情況相比，若以反射率分佈表現，則能夠更準確地表示半導體晶圓W表面之反射狀態。尤其是，閃光燈FL之放射分光分佈雖然於可見光區域中較強，但是跨及從紫外線區域至近紅外線區域為止之相對較廣之範圍。因此，藉由以反射率分佈表現實測反射率及理論反射率而進行處理，能夠決定亦與閃光燈FL之放射分光分佈對應之更適當之處理條件。
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，則除了上述內容以外能夠進行各種變更。例如，於上述實施形態中，根據裸矽晶圓之實測反射率及理論反射率推算相關係數，但並不限定於此，亦可設為藉由模擬，根據預先已知理論反射率之晶圓(基準基板)之實測反射率及理論反射率推算相關係數。
又，亦可設為，將被搬入至熱處理裝置100之構成批次之全部半導體晶圓W依序搬送至對準腔室231並測定反射率之後，暫時返回至載具C，對全部半導體晶圓W執行圖12所示之步序之處理之後，開始進行熱處理。或者，亦可設為，每次將構成批次之半導體晶圓W搬送至對準腔室231並測定反射率，都執行圖12所示之步序之處理，將該半導體晶圓W從對準腔室231搬送至處理腔室6並進行熱處理。
又，亦可設為，於步驟S9中，條件決定部38選擇步驟配方之後，基於所特定出之薄膜之膜種類及膜厚，將該步驟配方所規定之處理條件修正為最佳值。
又，亦可設為，於步驟S8中，基於半導體晶圓W之理論反射率分佈，藉由理論計算而特定出薄膜之膜種類及膜厚。
又，亦可設為，於藉由步驟S8所特定出之薄膜之膜種類及膜厚與預定者不同之情形時，警示警報。
又，於上述實施形態中，將反射率測定部232設置於對準腔室231，但並不限定於此，亦可設為將反射率測定部232設置於半導體晶圓W之搬送路徑上之任意位置(例如，第1冷卻腔室131或第2冷卻腔室141)。
又，於上述實施形態中，設為於閃光燈室5中具備30根閃光燈FL，但並不限定於此，閃光燈FL之根數能夠設為任意數量。又，閃光燈FL並不限定於氙閃光燈，亦可為氪閃光燈。又，鹵素燈室4中具備之鹵素燈HL之根數亦不限定於40根，可設為任意數量。
又，於上述實施形態中，使用燈絲方式之鹵素燈HL作為連續地發光1秒以上之連續點亮燈，進行半導體晶圓W之預加熱，但並不限定於此，亦可設為使用放電型電弧燈(例如，氙弧燈)作為連續點亮燈以代替鹵素燈HL進行預加熱。
又，藉由熱處理裝置100而成為處理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基板。
3:控制部 4:鹵素燈室 5:閃光燈室 6:處理腔室 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:輻射溫度計 31:反射率推算部 33:輸入部 34:顯示部 35:磁碟 36:特定部 37:相關關係獲取部 38:條件決定部 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 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(爐口) 68:反射環 69:反射環 71:基台環 72:連結部 74:晶座 75:保持板 75a:保持面 76:導引環 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 100:熱處理裝置 101:移載傳送部 110:負載埠 120:交接機器人 121:手 130:冷卻部 131:第1冷卻腔室 140:冷卻部 141:第2冷卻腔室 150:搬送機器人 151a:搬送手 151b:搬送手 160:熱處理部 170:搬送腔室 181:閘閥 182:閘閥 183:閘閥 184:閘閥 185:閘閥 190:排氣機構 191:氣體排氣管 192:閥 230:對準部 231:對準腔室 232:反射率測定部 235:受光部 236:半反射鏡 237:旋轉支持部 238:旋轉馬達 300:投光部 C:載具 DB:資料庫 FL:閃光燈 HL:鹵素燈 S1:步驟 S2:步驟 S3:步驟 S4:步驟 S5:步驟 S6:步驟 S7:步驟 S8:步驟 S9:步驟 W:半導體晶圓
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係表示熱處理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係晶座之俯視圖。 圖6係晶座之剖視圖。 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係表示反射率測定部及控制部之構成之圖。 圖11係表示特定出形成於半導體晶圓表面之薄膜之膜種類及膜厚之步序之流程圖。 圖12係表示特定出形成於半導體晶圓表面之薄膜之膜種類及膜厚之步序之流程圖。 圖13係表示藉由模擬所獲得之反射率分佈之例之圖。
S5:步驟
S6:步驟
S7:步驟
S8:步驟
S9:步驟

Claims (10)

  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：反射率測定步驟，其係測定成為處理對象之基板之反射率；反射率推算步驟，其係根據藉由上述反射率測定步驟測定所得之實測反射率，推算上述基板之理論反射率；以及特定步驟，其係基於藉由上述反射率推算步驟所推算出之理論反射率，特定出形成於上述基板表面之薄膜之膜種類及膜厚。
  2. 如請求項1之熱處理方法，其進而具備相關關係獲取步驟，上述相關關係獲取步驟係求出已知理論反射率之基準基板之實測反射率與該已知理論反射率之相關係數，於上述反射率推算步驟中，基於藉由上述反射率測定步驟測定所得之實測反射率及上述相關係數，推算上述基板之理論反射率。
  3. 如請求項1之熱處理方法，其進而具備資料庫製作步驟，上述資料庫製作步驟係製作將推算關於形成有複數種膜種類及膜厚之薄膜之基板之理論反射率所獲得之複數個理論反射率與膜種類及膜厚建立關聯地登錄而成之資料庫，於上述特定步驟中，對上述資料庫進行藉由上述反射率推算步驟所推算出之理論反射率之圖案匹配，而特定出形成於上述基板表面之薄膜之膜種類及膜厚。
  4. 如請求項3之熱處理方法，其中於形成有圖案之上述基板之表面，視為形成有相當於藉由上述特定步驟所特定出之膜種類及膜厚之特性之薄膜。
  5. 如請求項1至4中任一項之熱處理方法，其進而具備條件決定步驟，上述條件決定步驟係基於藉由上述特定步驟所特定出之膜種類及膜厚，決定對於上述基板之處理條件。
  6. 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，其收容成為處理對象之基板；閃光燈，其對收容於上述腔室內之上述基板照射閃光；反射率測定部，其測定上述基板之反射率；反射率推算部，其根據藉由上述反射率測定部測定所得之實測反射率，推算上述基板之理論反射率；以及特定部，其基於藉由上述反射率推算部所推算出之理論反射率，特定出形成於上述基板表面之薄膜之膜種類及膜厚。
  7. 如請求項6之熱處理裝置，其進而具備相關關係獲取部，上述相關關係獲取部求出已知理論反射率之基準基板之實測反射率與該已知理論反射率之相關係數，上述反射率推算部基於藉由上述反射率測定部測定所得之實測反射 率及上述相關係數，推算上述基板之理論反射率。
  8. 如請求項6之熱處理裝置，其進而具備記憶部，上述記憶部保存將推算關於形成有複數種膜種類及膜厚之薄膜之基板之理論反射率所獲得之複數個理論反射率與膜種類及膜厚建立關聯地登錄而成之資料庫，上述特定部對上述資料庫進行藉由上述反射率推算部所推算出之理論反射率之圖案匹配，而特定出形成於上述基板表面之薄膜之膜種類及膜厚。
  9. 如請求項8之熱處理裝置，其中於形成有圖案之上述基板之表面，視為形成有相當於藉由上述特定部所特定出之膜種類及膜厚之特性之薄膜。
  10. 如請求項6至9中任一項之熱處理裝置，其進而具備條件決定部，上述條件決定部基於藉由上述特定部所特定出之膜種類及膜厚，決定對於上述基板之處理條件。
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