TWI814004B - 熱處理方法及熱處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可適當地製作溫度分布曲線之熱處理方法及熱處理裝置。 半導體晶圓於由鹵素燈預加熱之後，藉由來自閃光燈之閃光照射而被加熱。自閃光燈照射之閃光之發光波形的長度能夠適當地進行調整。測定半導體晶圓之表面溫度之輻射溫度計之資料收集週期(取樣間隔)設為可變，閃光之發光波形之長度越長則資料收集週期亦越延長。即便因閃光之發光波形之長度導致半導體晶圓之表面溫度之升降時間變化，亦能夠至該表面溫度升溫且經過最高達到溫度後降溫為止將溫度變化以固定之資料點數包含於溫度分布曲線。

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」)照射閃光而加熱該基板之熱處理方法及熱處理裝置。
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線區域，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，透射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，則可僅使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。
並不限於閃光加熱，於熱處理中，適當地管理半導體晶圓之溫度較為重要，因此，必須準確地測定熱處理中之半導體晶圓之溫度。典型而言，於半導體晶圓之熱處理中，利用非接觸之輻射溫度計進行溫度測定。於專利文獻1中揭示有如下技術，即，利用輻射溫度計測定閃光照射時之半導體晶圓之表面溫度，製作以時間序列對該測定溫度進行繪圖所得之溫度分布曲線。基於所獲得之溫度分布曲線，可求出閃光照射時之半導體晶圓之表面之最高達到溫度或投入至半導體晶圓之熱量等。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2017-009450號公報
於閃光加熱時，半導體晶圓之表面溫度歷程根據自閃光燈照射之閃光之波形而變化。例如，於照射波長相對較長之波形之閃光之情形時，半導體晶圓之表面溫度相對較長時間地升溫(當然，於閃光加熱中，升溫時間最長不過為1秒以下)。相反地，於照射波長較短之波形之閃光之情形時，半導體晶圓之表面溫度亦急遽地升溫。
於以特定之取樣間隔對利用輻射溫度計測定之半導體晶圓之溫度繪圖固定之資料數而製作溫度分布曲線時，於半導體晶圓之表面溫度跨相對較長時間而升溫時，存在僅能製作溫度分布曲線至升溫之中途之情況。如此一來，無法根據溫度分布曲線求出半導體晶圓之最高達到溫度或所投入之熱量。另一方面，於半導體晶圓之表面溫度急遽地升溫之情形時，亦存在如下情況，即，雖可將升溫之整體收容於溫度分布曲線，但無法準確地求出半導體晶圓之最高達到溫度。
又，於對以特定之取樣間隔利用輻射溫度計測定之半導體晶圓之溫度繪圖固定之資料數而製作溫度分布曲線時，於半導體晶圓之表面溫度跨相對較長時間而緩慢地升溫時，存在無法適當地製作自閃光照射開始時起之溫度分布曲線之情況。
進而，於專利文獻1揭示之熱處理裝置中，藉由來自鹵素燈之光照射而對半導體晶圓進行預加熱之後，自閃光燈對該半導體晶圓之表面照射閃光。於對以特定之取樣間隔利用輻射溫度計測定之半導體晶圓之溫度繪圖 固定之資料數而製作溫度分布曲線時，考慮利用輻射溫度計偵測照射閃光之瞬間之半導體晶圓之升溫，將其作為觸發而收集溫度資料。然而，存在如下情況，即，於鹵素燈之光照射開始時，輻射溫度計誤偵測觸發而於錯誤之時機收集溫度資料，而無法製作適當之溫度分布曲線。
本發明係鑒於上述課題而完成者，其目的在於提供一種可適當地製作溫度分布曲線之熱處理方法及熱處理裝置。
為了解決上述課題，技術方案1之發明係藉由對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：閃光照射步驟，其係自閃光燈對基板之表面照射閃光；溫度測定步驟，其係以預先設定之資料收集週期利用輻射溫度計測定上述基板之表面溫度；分布曲線製作步驟，其係提取於上述溫度測定步驟中取得之複數個溫度資料中之開始上述閃光之照射前後之固定數之溫度資料並製作溫度分布曲線；且上述資料收集週期設為可變。
又，技術方案2之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其特徵在於：於上述分布曲線製作步驟中，將於較利用上述輻射溫度計測定之溫度達到閾值時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，提取上述起點溫度資料以後之上述固定數之溫度資料。
又，技術方案3之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其特徵 在於：根據於上述閃光照射步驟中照射之上述閃光之波形決定上述資料收集週期。
又，技術方案4之發明係如技術方案3之發明之熱處理方法，其特徵在於：基於將閃光之波形與資料收集週期建立對應所得之轉換表決定上述資料收集週期。
又，技術方案5之發明係如技術方案3或4之發明之熱處理方法，其特徵在於：於上述閃光照射步驟中照射之上述閃光之波形越長，則越延長上述資料收集週期。
又，技術方案6之發明係藉由對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：閃光照射步驟，其係自閃光燈對基板之表面照射閃光；溫度測定步驟，其係以特定之資料收集週期利用輻射溫度計測定上述基板之表面溫度；預告步驟，其係於開始上述閃光之照射之前發送預告信號；及分布曲線製作步驟，其係於發送上述預告信號之後，將於較利用上述輻射溫度計測定之溫度達到閾值時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，自於上述溫度測定步驟中取得之複數個溫度資料中提取上述起點溫度資料以後之固定數之溫度資料並製作溫度分布曲線。
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：進而具備預加熱步驟，該預加熱步驟係於上述閃光照射步驟之前， 藉由來自連續點亮燈之光照射對上述基板進行預加熱，且上述預告信號係於上述預加熱步驟之中途被發送。
又，技術方案8之發明係如技術方案6或7之發明之熱處理方法，其特徵在於：上述閾值設定為較上述基板之表面藉由上述閃光之照射而達到之最高溫度更低。
又，技術方案9之發明係藉由對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：閃光照射步驟，其係自閃光燈對基板之表面照射閃光；溫度測定步驟，其係以特定之資料收集週期利用輻射溫度計測定上述基板之表面溫度；及分布曲線製作步驟，其係將於較利用上述輻射溫度計測定之溫度相對於時間之斜率持續固定時間以上而成為閾值以上時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，自於上述溫度測定步驟中取得之複數個溫度資料中提取上述起點溫度資料以後之固定數之溫度資料並製作溫度分布曲線。
又，技術方案10之發明係如技術方案9之發明之熱處理方法，其特徵在於：進而具備預告步驟，該預告步驟係於開始上述閃光之照射之前發送預告信號，且於上述分布曲線製作步驟中，於發送上述預告信號之後，進行利用上述輻射溫度計測定之溫度相對於時間之斜率之判定。
又，技術方案11之發明係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，其收容基板；閃光燈，其對收容於上述 腔室之上述基板之表面照射閃光；輻射溫度計，其接收自上述基板之表面輻射之紅外光，並以預先設定之資料收集週期測定該表面之溫度；及分布曲線製作部，其係提取上述輻射溫度計測定而取得之複數個溫度資料中之上述閃光燈開始上述閃光之照射前後之固定數之溫度資料並製作溫度分布曲線；且上述資料收集週期設為可變。
又，技術方案12之發明係如技術方案11之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述分布曲線製作部將於較利用上述輻射溫度計測定之溫度達到閾值時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，提取上述起點溫度資料以後之上述固定數之溫度資料。
又，技術方案13之發明係如技術方案11之發明之熱處理裝置，其特徵在於：進而具備週期決定部，該週期決定部根據上述閃光燈照射之上述閃光之波形決定上述資料收集週期。
又，技術方案14之發明係如技術方案13之發明之熱處理裝置，其特徵在於：進而具備記憶部，該記憶部儲存將閃光之波形與資料收集週期建立對應之轉換表，且上述週期決定部基於上述對應表決定上述資料收集週期。
又，技術方案15之發明係如技術方案13或14之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述週期決定部係上述閃光燈照射之上述閃光之波形越長則越延長上述資料收集週期。
又，技術方案16之發明係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，其收容基板；閃光燈，其對收容於上述腔室之上述基板之表面照射閃光；輻射溫度計，其接收自上述基板之表面輻射之紅外光，且以特定之資料收集週期測定該表面之溫度；預告信號發送部，其於上述閃光燈開始閃光照射之前發送預告信號；及分布曲線製作部，其於上述預告信號發送之後，將於較利用上述輻射溫度計測定之溫度達到閾值時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，自上述輻射溫度計測定而取得之複數個溫度資料中提取上述起點溫度資料以後之固定數之溫度資料並製作溫度分布曲線。
又，技術方案17之發明係如技術方案16之發明之熱處理裝置，其特徵在於：進而具備連續點亮燈，該連續點亮燈於自上述閃光燈照射閃光之前，對上述基板照射光而進行預加熱，且上述預告信號發送部係於上述預加熱之中途發送上述預告信號。
又，技術方案18之發明係如技術方案16或17之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述閾值係設定為較上述基板之表面藉由來自上述閃光燈之閃光照射而達到之最高溫度更低。
又，技術方案19之發明係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，其收容基板；閃光燈，其對收容於上述腔室之上述基板之表面照射閃光；輻射溫度計，其接收自上述基板之表面 輻射之紅外光，且以特定之資料收集週期測定該表面之溫度；及分布曲線製作部，其將於較利用上述輻射溫度計測定之溫度相對於時間之斜率持續固定時間以上而成為閾值以上時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，自上述輻射溫度計測定而取得之複數個溫度資料中提取上述起點溫度資料以後之固定數之溫度資料並製作溫度分布曲線。
又，技術方案20之發明係如技術方案19之發明之熱處理裝置，其特徵在於：進而具備預告信號發送部，該預告信號發送部於上述閃光燈開始閃光照射之前發送預告信號，且上述分布曲線製作部於上述預告信號發送之後，進行利用上述輻射溫度計測定之溫度相對於時間之斜率之判定。
根據技術方案1至技術方案5之發明，輻射溫度計之資料收集週期設為可變，因此可根據基板之升溫時間變更資料收集週期，從而可不論基板之升溫時間而適當地製作溫度分布曲線。
尤其是，根據技術方案2之發明，將於較利用輻射溫度計測定之溫度達到閾值時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，提取該起點溫度資料以後之固定數之溫度資料，因此可將開始閃光照射之時點之基板之溫度確實地包含於溫度分布曲線。
尤其是，根據技術方案5之發明，閃光之波形越長則越延長資料收集週期，因此即便因較長之波形之閃光而導致基板之升溫時間變長，亦可將 基板之溫度變化包含於溫度分布曲線。
根據技術方案6至技術方案8之發明，於在開始閃光之照射之前發送預告信號之後，將於較利用輻射溫度計測定之溫度達到閾值時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，自於溫度測定步驟中取得之複數個溫度資料中提取起點溫度資料以後之固定數之溫度資料並製作溫度分布曲線，因此，可防止閾值之誤偵測而適當地製作溫度分布曲線。
根據技術方案9及技術方案10之發明，將於較利用輻射溫度計測定之溫度相對於時間之斜率持續固定時間以上而成為閾值以上時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，自於溫度測定步驟中取得之複數個溫度資料中提取起點溫度資料以後之固定數之溫度資料並製作溫度分布曲線，因此，即便於基板之表面溫度藉由閃光照射而緩慢地升溫之情形時，亦可適當地製作自閃光照射開始時起之溫度分布曲線。
尤其是，根據技術方案10之發明，於預告信號被發送之後，進行利用輻射溫度計測定之溫度相對於時間之斜率之判定，因此，可更確實地製作自閃光照射開始時起之溫度分布曲線。
根據技術方案11至技術方案15之發明，輻射溫度計之資料收集週期設為可變，因此，可根據基板之升溫時間變更資料收集週期，從而可不論基板之升溫時間而適當地製作溫度分布曲線。
尤其是，根據技術方案12之發明，將於較利用輻射溫度計測定之溫度達到閾值時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，提取該起點溫度資料以後之固定數之溫度資料，因此，可將開始閃光照射之時點之基板之溫度確實地包含於溫度分布曲線。
尤其是，根據技術方案15之發明，閃光之波形越長則越延長資料收集週期，因此，即便因較長之波形之閃光而導致基板之升溫時間變長，亦可將基板之溫度變化包含於溫度分布曲線中。
根據技術方案16至技術方案18之發明，於在開始閃光照射之前發送預告信號之後，將於較利用輻射溫度計測定之溫度達到閾值時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，自輻射溫度計測定而取得之複數個溫度資料中提取起點溫度資料以後之固定數之溫度資料並製作溫度分布曲線，因此，可防止閾值之誤偵測而適當地製作溫度分布曲線。
根據技術方案19及技術方案20之發明，將於較利用輻射溫度計測定之溫度相對於時間之斜率持續固定時間以上而成為閾值以上時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，自輻射溫度計測定而取得之複數個溫度資料中提取起點溫度資料以後之固定數之溫度資料並製作溫度分布曲線，因此，即便於基板之表面溫度藉由閃光照射而緩慢地升溫之情形時，亦可適當地製作自閃光照射開始時起之溫度分布曲線。
尤其是，根據技術方案20之發明，於預告信號被發送之後，進行利 用輻射溫度計測定之溫度相對於時間之斜率之判定，因此，可更確實地製作自閃光照射開始時起之溫度分布曲線。
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:下部輻射溫度計
21:透明窗
25:上部輻射溫度計
26:透明窗
29:紅外線感測器
31:脈衝產生器
32:波形設定部
33:輸入部
34:顯示部
35:週期決定部
36:記憶部
37:預告信號發送部
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
86:氣體排出孔
87:緩衝空間
88:氣體排出管
89:閥門
91:觸發電極
92:玻璃管
93:電容器
94:線圈
95:電源單元
96:IGBT
97:觸發電路
101:高速輻射溫度計單元
102:信號轉換電路
103:放大電路
104:A/D轉換器
105:溫度轉換部
106:分布曲線製作部
107:記憶部
185:閘閥
190:排氣部
191:氣體排出管
192:閥門
FL:閃光燈
HL:鹵素燈
T1:預加熱溫度
T2:處理溫度
t0:時刻
t11:時刻
t12:時刻
t13:時刻
t14:時刻
t15:時刻
t21:時刻
t22:時刻
t23:時刻
t24:時刻
t25:時刻
t31:時刻
t32:時刻
t33:時刻
t34:時刻
t35:時刻
t36:時刻
t41:時刻
t42:時刻
t43:時刻
t44:時刻
t45:時刻
t46:時刻
Tth:閾值溫度
W:半導體晶圓
α:斜率
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係表示閃光燈之驅動電路之圖。
圖9係表示包含上部輻射溫度計之主要部分之高速輻射溫度計單元之構成之方塊圖。
圖10係表示轉換表之一例之圖。
圖11係表示閃光燈之發光波形之圖。
圖12係表示閃光照射時之半導體晶圓之表面溫度之變化之一例之圖。
圖13係表示閃光照射時之半導體晶圓之表面溫度之變化之另一例之圖。
圖14係表示第2實施形態之高速輻射溫度計單元之構成之方塊圖。
圖15係表示閃光照射前後之上部輻射溫度計之測定值之圖。
圖16係表示閃光照射前後之上部輻射溫度計之測定值之圖。
圖17係表示閃光照射開始後之半導體晶圓之表面溫度之斜率之圖。
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>
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係藉由對作為基板為圓板形狀之半導體晶圓W進行閃光照射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之尺寸並不受特別限定，例如為Φ300mm或Φ450mm(本實施形態中為Φ300mm)。於搬入至熱處理裝置1之前之半導體晶圓W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，視需要將各部分之尺寸或個數誇張或簡化描繪。
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保持為水平姿勢之保持部7、及於保持部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控制設置於鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之各動作機構而使之執行半導體晶圓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亦係藉由石英而形成之圓板形狀構件，且作為將來自鹵素加熱部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。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基座74之半導體晶圓W之上表面輻射之紅外光導入至上部輻射溫度計25之紅外線感測器29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之下表面輻射之紅外光導入至下部輻射溫度計20之圓筒狀之孔。貫通孔61a及貫通孔61b以其等之貫通方向之軸與保持於基座74之半導體晶圓W之主面相交之方式，相對於水平方向傾斜地設置。於貫通孔61a之面對熱處理空間65之側之端部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之面對熱處理空間65之側之端部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經由於腔室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，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、或將其等混合而成之混合氣體(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內之氣體排出之氣體排出孔86。氣體排出孔86形成設置於較凹部62更靠下側位置，且亦可設置於反射環69。氣體排出孔86經由於腔室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1之機構，亦可為設置熱處理裝置1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將腔室6內之氣體排出。
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Φ300mm之情形時，導向環76之內徑為Φ320mm。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(導向環76之內周圓)為同心圓之圓周上每隔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Φ300mm，則其為Φ270mm~Φ280mm(本實施形態中為Φ270mm)。各個基板支持銷77由石英形成。複數個基板支持銷77可藉由焊接而設置於保持板75之上表面，亦可與保持板75一體地進行加工。
返回至圖2，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，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。
搬入至腔室6之半導體晶圓W以水平姿勢載置並保持於安裝於腔室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2及圖3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接收自半導體晶圓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而接收自半導體晶圓W之下表面輻射之光，從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。移載臂11及頂起銷12由石英形成。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5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提取，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腔室6之外部之方式構成。
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(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之底部安裝有燈光輻射窗53。構成閃光加熱部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。藉由將閃光加熱部5設置於腔室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。
圖8係表示閃光燈FL之驅動電路之圖。如該圖所示，電容器93、線圈94、閃光燈FL、及IGBT(絕緣閘極雙極電晶體)96串聯連接。又，如圖8所示，控制部3具備脈衝產生器31及波形設定部32，並且連接於輸入部33。作為輸入部33，可採用鍵盤、滑鼠、觸控面板等各種公知之輸入設備。波形設定部32基於來自輸入部33之輸入內容，設定脈衝信號之波形，脈衝產生器31依照該波形產生脈衝信號。
閃光燈FL具備：棒狀之玻璃管(放電管)92，其係於其內部封入有氙氣且於其兩端部配設有陽極及陰極；及觸發電極91，其附設於該玻璃管92之外周面上。藉由電源單元95施加特定之電壓，電容器93中被充入與該施加電壓(充電電壓)對應之電荷。又，可自觸發電路97對觸發電極91施加高電壓。觸發電路97對觸發電極91施加電壓之時機係由控制部3控制。
IGBT96係於閘極部組入有MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor，金屬氧化物半導體場效應電晶體)之雙極電晶體，且係適於處理大電力之開關元件。自控制部3之脈衝產生器31對IGBT96之閘極施加脈衝信號。若對IGBT96之閘極施加特定值以上之電壓(高電壓)，則IGBT96成為接通狀態，若施加未達特定值之電壓(低電壓)，則IGBT96成為斷開狀態。如此，包含閃光燈FL之驅動電路藉由IGBT96而接通斷開。藉由IGBT96接通斷開，而使閃光燈FL與對應之電容器93之連 接斷續，從而對流入至閃光燈FL之電流進行接通斷開控制。
即便於電容器93已被充電之狀態下IGBT96成為接通狀態而對玻璃管92之兩端電極施加了高電壓，由於氙氣為電性絕緣體，故而於通常之狀態下，電不會流入至玻璃管92內。然而，於觸發電路97對觸發電極91施加高電壓而將絕緣破壞之情形時，藉由兩端電極間之放電而電流瞬時流入至玻璃管92內，藉由此時之氙原子或氙分子之激發而放出光。
如圖8所示之驅動電路個別地設置於閃光加熱部5中所設置之複數個閃光燈FL之各者。於本實施形態中，30根閃光燈FL呈平面狀排列，因此，與其等對應地，如圖8所示般設置有30個驅動電路。由此，流入至30根閃光燈FL之各者之電流由對應之IGBT96個別地進行接通斷開控制。
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。反射器52由鋁合金板形成，其正面(面對閃光燈FL之側之面)藉由噴砂處理而被實施了粗面化加工。
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(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對熱處理空間65進行光照射從而加熱半導體晶圓W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。上段、下段均為20根之鹵素燈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，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，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言，與周緣部對向之區域中之鹵素燈HL之配設密度變高。即，上下段均係相較於燈排列之中央部而言，周緣部之鹵素燈HL之配設間距更短。因此，可對當藉由來自鹵素加熱部4之光照射進行加熱時容易產生溫度降低之半導體晶圓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點亮燈。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，成為向上方之半導體晶圓W之輻射效率優異者。
又，亦於鹵素加熱部4之殼體41內，於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出射之光向熱處理空間65之側反射。
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1中之處理。又，控制部3具備脈衝產生器31及波形設定部32(圖8)，波形設定部32基於來自輸入部33之輸入內容設定脈衝信號之波形，脈衝產生器31據此對IGBT96之閘極輸出脈衝信號。
又，如圖1所示，熱處理裝置1具備上部輻射溫度計25及下部輻射溫度計20。上部輻射溫度計25係用以測定自閃光燈FL照射閃光時之半導體晶圓W之上表面之急遽之溫度變化之高速輻射溫度計。
圖9係表示包含上部輻射溫度計25之主要部之高速輻射溫度計單元101之構成之方塊圖。上部輻射溫度計25之紅外線感測器29以其光軸與貫通孔61a之貫通方向之軸一致之方式安裝於腔室側部61之外壁面。紅外線感測器29經由氟化鈣之透明窗26而接收自保持於基座74之半導體晶圓W之上表面輻射之紅外光。紅外線感測器29具備InSb(銻化銦)之光學元件，其測定波長區域為5μm~6.5μm。氟化鈣之透明窗26使紅外線感測器29之測定波長區域之紅外光選擇性地透過。InSb光學元件之電阻係根據所接收之紅外光之強度而變化。具備InSb光學元件之紅外線感測器29之回應時間極短，能夠實現取樣間隔時間顯著較短(最短為約20微秒)之高速測定。紅外線感測器29與高速輻射溫度計單元101電性連接，將回應受光而產生之信號傳遞至高速輻射溫度計單元101。
高速輻射溫度計單元101具備信號轉換電路102、放大電路103、A/D轉換器104、溫度轉換部105、分布曲線製作部106及記憶部107。信號轉換電路102係如下電路，即，將於紅外線感測器29之InSb光學元件產生之電阻變化按照電流變化、電壓變化之順序進行信號轉換，最終轉換為容易操作之電壓之信號而輸出。信號轉換電路102例如係使用運算放大器而構成。放大電路103將自信號轉換電路102輸出之電壓信號放大並輸出至A/D轉換器104。A/D轉換器104將利用放大電路103放大之電壓信號轉換為數位信號。
溫度轉換部105及分布曲線製作部106係藉由高速輻射溫度計單元101 之CPU(省略圖示)執行特定之處理程式而實現之功能處理部。溫度轉換部105對自A/D轉換器104輸出之信號、亦即表示紅外線感測器29接收之紅外光之強度之信號進行特定之運算處理而轉換為溫度。利用溫度轉換部105求出之溫度係半導體晶圓W之上表面之溫度。再者，藉由紅外線感測器29、信號轉換電路102、放大電路103、A/D轉換器104、及溫度轉換部105而構成上部輻射溫度計25。下部輻射溫度計20亦具備與上部輻射溫度計25大致同樣之構成，但亦可不與高速測定對應。
又，分布曲線製作部106將藉由溫度轉換部105以固定間隔取得之溫度資料依序累積於記憶部107，藉此，製作表示半導體晶圓W之上表面之溫度之時間變化之溫度分布曲線。作為記憶部107，可使用磁碟或記憶體等公知之記憶媒體。再者，對於溫度分布曲線之製作，於下文中進而詳細地進行敍述。
如圖9所示，高速輻射溫度計單元101與作為熱處理裝置1整體之控制器之控制部3電性連接。控制部3除具備脈衝產生器31及波形設定部32(圖9中省略圖示)以外，還具備週期決定部35。週期決定部35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。對於週期決定部35之處理內容亦進而於下文中進行敍述。
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1之操作員可一面確認顯示於顯示部34之資訊一面自輸入部33輸入各種指令或參數。作為顯示部34及輸入部33，例如亦 可採用設置於熱處理裝置1之外壁之液晶之觸控面板。再者，圖9所示之記憶部36係控制部3之磁碟或記憶體等之記憶媒體。
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產生之熱能量導致之鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之過度之溫度上升，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，從而將閃光加熱部5及上側腔室窗63冷卻。
接下來，對熱處理裝置1中之處理動作進行說明。首先，對針對成為處理對象之半導體晶圓W之典型之熱處理之程序進行說明。此處，成為處理對象之半導體晶圓W係利用離子注入法添加有雜質(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之閃光照射加熱處理(退火)而執行。以下說明之熱處理裝置1之處理程序係藉由控制部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將腔室6內之氣體排出。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，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，於熱處理裝置1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，藉由裝置外部之搬送機器人而經由搬送開口部66將成為處理對象之半導體晶圓W搬入至腔室6內之熱處理空間65。此時，有伴隨著半導體晶圓W之搬入而將裝置外部之氛圍氣體捲入之虞，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，從而可將此種外部氛圍氣體之捲入抑制為最小限度。
藉由搬送機器人而搬入之半導體晶圓W進出至保持部7之正上方位置並停止。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。又，半導體晶圓W將進行圖案形成並注入有雜質之表面設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藉由以石英形成之保持部7之基座74以水平姿勢自下方保持之後，鹵素加熱部4之40根鹵素燈HL一起點亮而開始預加熱(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而照射至半導體晶圓W之下表面。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。如此，下部輻射溫度計20係用於預加熱時之半導體晶圓W之溫度控制之輻射溫度計。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200℃至800℃左右、較佳為350℃至600℃左右(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而測定之半導體晶圓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之溫度大致維持為預加熱溫度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之預加熱階段，更容易產生放熱之半導體晶圓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，對容易產生放熱之半導體晶圓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。
又，自進行半導體晶圓W之預加熱時起，進行利用上部輻射溫度計25之半導體晶圓W之表面溫度之測定。自加熱之半導體晶圓W之表面輻射與其溫度對應之強度之紅外光。自半導體晶圓W之表面輻射之紅外光透過透明窗26而由上部輻射溫度計25之紅外線感測器29接收。
於紅外線感測器29之InSb光學元件產生與所接收之紅外光之強度對應之電阻變化。於紅外線感測器29之InSb光學元件產生之電阻變化由信號轉換電路102轉換為電壓信號。自信號轉換電路102輸出之電壓信號由放大電路103放大之後，由A/D轉換器104轉換為適於電腦處理之數位信號。 然後，溫度轉換部105對自A/D轉換器104輸出之信號實施特定之運算處理而轉換為溫度資料。即，上部輻射溫度計25係接收自加熱之半導體晶圓W之表面輻射之紅外光，根據該紅外光之強度測定半導體晶圓W之表面溫度。
於半導體晶圓W溫度達到預加熱溫度T1並經過特定時間之時點，閃光加熱部5之閃光燈FL對保持於基座74之半導體晶圓W之表面進行閃光照射。此時，自閃光燈FL輻射之閃光之一部分直接射向腔室6內，另一部分暫時藉由反射器52反射後射向腔室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。
於閃光燈FL進行閃光照射時，預先藉由電源單元95於電容器93累積電荷。然後，於電容器93中累積有電荷之狀態下，自控制部3之脈衝產生器31對IGBT96輸出脈衝信號而使IGBT96接通斷開驅動。
脈衝信號之波形可藉由自輸入部33輸入將脈衝寬度之時間(接通時間)及脈衝間隔之時間(斷開時間)作為參數依次設定之配方而規定。若操作員自輸入部33將此種配方輸入至控制部3，則據此，控制部3之波形設定部32設定重複接通斷開之脈衝波形。然後，脈衝產生器31根據由波形設定部32設定之脈衝波形輸出脈衝信號。其結果，對IGBT96之閘極施加設定之波形之脈衝信號，而控制IGBT96之接通斷開驅動。具體而言，於輸入至IGBT96之閘極之脈衝信號接通時，IGBT96成為接通狀態，於脈衝信號斷開時，IGBT96成為斷開狀態。
又，與自脈衝產生器31輸出之脈衝信號成為接通之時機同步地，控制部3控制觸發電路97而對觸發電極91施加高電壓(觸發電壓)。於電容器93累積有電荷之狀態下，對IGBT96之閘極輸入脈衝信號，且與其脈衝信號成為接通之時機同步地對觸發電極91施加高電壓，藉此，於脈衝信號接通時，於玻璃管92內之兩端電極間必定流通電流，藉由此時之氙原子或氙分子之激發而放出光。
如此，閃光加熱部5之30根閃光燈FL發光，並對保持於保持部7之半導體晶圓W之表面照射閃光。此處，於不使用IGBT96而使閃光燈FL發光之情形時，累積於電容器93之電荷於1次發光中被消耗，來自閃光燈FL之輸出波形成為寬度為0.1毫秒至10毫秒左右之簡單之單脈衝。相對於此，於本實施形態中，於電路中連接作為開關元件之IGBT96而對其閘極輸出脈衝信號，藉此，利用IGBT96使自電容器93向閃光燈FL之電荷之供給斷續，從而對流入至閃光燈FL之電流進行接通斷開控制。其結果，可以說閃光燈FL之發光被斬波控制，累積於電容器93之電荷被分割消耗，閃光燈FL於極短之時間之間重複亮滅。再者，由於在流經電路之電流值完全地成為“0”之前，下一脈衝施加於IGBT96之閘極而電流值再次增加，故而於閃光燈FL重複亮滅之期間發光輸出亦並非完全地成為“0”。
藉由利用IGBT96對流入至閃光燈FL之電流進行接通斷開控制，可自如地規定閃光燈FL之發光圖案(發光輸出之時間波形)，從而可自由地調整發光時間及發光強度。IGBT96之接通斷開驅動之圖案係由自輸入部33輸 入之脈衝寬度之時間及脈衝間隔之時間規定。即，藉由於閃光燈FL之驅動電路組入IGBT96，只要適當設定自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間及脈衝間隔之時間，即可自如地規定閃光燈FL之發光圖案。
具體而言，例如，若增大自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間相對於脈衝間隔之時間之比率，則流入至閃光燈FL之電流增大而發光強度變強。相反地，若減小自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間相對於脈衝間隔之時間之比率，則流入至閃光燈FL之電流減小而發光強度變弱。又，只要適當地調整自輸入部33輸入之脈衝間隔之時間與脈衝寬度之時間之比率，即可將閃光燈FL之發光強度維持為固定。進而，藉由延長自輸入部33輸入之脈衝寬度之時間與脈衝間隔之時間之組合之總時間，而跨相對較長時間對閃光燈FL持續流通電流，閃光燈FL之發光時間變長。閃光燈FL之發光時間係於0.1毫秒~100毫秒之間適當地設定。
如此，自閃光燈FL對半導體晶圓W之表面以0.1毫秒~100毫秒之照射時間照射閃光，而進行半導體晶圓W之閃光加熱。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，且注入至半導體晶圓W之雜質被活化後，表面溫度急速地下降。如此，於熱處理裝置1中，可藉由照射照射時間極短之閃光而使半導體晶圓W之表面溫度以極短時間升降。其結果，可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。
於半導體晶圓W之表面溫度藉由閃光照射而急速地上升並下降時，其表面溫度亦由上部輻射溫度計25測定。由於上部輻射溫度計25以極短之取樣間隔測定半導體晶圓W之表面溫度，故而即便於閃光照射時半導體晶圓W之表面溫度急遽地變化，亦可追隨其變化。
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打開，藉由裝置外部之搬送機器人而將載置於頂起銷12上之半導體晶圓W搬出，熱處理裝置1中之半導體晶圓W之加熱處理結束。
於本實施形態之熱處理裝置1中，可根據施加於IGBT96之脈衝信號之波形自如地調整閃光燈FL之發光波形。圖11係表示閃光燈FL之發光波形之圖。於圖11中示出典型之2種波形。若縮短脈衝信號之脈衝寬度之時間與脈衝間隔之時間之組合之總時間，則如圖11中實線所示般，成為發光時間相對較短之發光波形。相反地，若延長脈衝信號之脈衝寬度之時間與 脈衝間隔之時間之組合之總時間，則如圖11中虛線所示般，成為發光時間相對較長之發光波形。
於照射如圖11之實線所示之較短之發光波形之閃光時，半導體晶圓W之表面溫度亦以較短時間急遽地上升並下降。另一方面，於照射如圖11之虛線所示之較長之發光波形之閃光時，半導體晶圓W之表面溫度亦花費相對較長之時間而緩慢地上升並下降。當然，閃光之照射時間最長不過為100毫秒左右，因此，即便照射了較長之發光波形之閃光，半導體晶圓W之表面溫度之升降時間亦為1秒以下。
於半導體晶圓W之表面溫度藉由閃光照射而急速地升降時，該表面溫度亦由上部輻射溫度計25測定。由於上部輻射溫度計25之資料收集週期(取樣間隔)極短，例如為40微秒，故而即便於閃光照射時半導體晶圓W之表面溫度急遽地升降，亦可測定其變化。
分布曲線製作部106將上部輻射溫度計25以固定之資料收集週期測定而取得之複數個溫度資料依次累積於記憶部107，藉此，製作表示半導體晶圓W之表面溫度之時間變化之溫度分布曲線。藉由對利用分布曲線製作部106製作之溫度分布曲線進行解析，可算出閃光照射時之半導體晶圓W表面之最高達到溫度或投入至半導體晶圓W之熱量。此時，若構成溫度分布曲線之溫度資料之資料點數過多，則資料解析需要較長時間。因此，用以製作溫度分布曲線之溫度資料之點數規定為固定數，於本實施形態中例如設為3000點。
然而，於照射較長之發光波形之閃光而半導體晶圓W之表面溫度花費相對較長時間而升降時，存在若以3000點之資料點數則不充足之情形。例如，於根據以40微秒之資料收集週期取得之3000點之溫度資料製作溫度分布曲線時，製作遍及120毫秒之溫度分布曲線。然而，若閃光照射時之半導體晶圓W之表面溫度之升降時間為120毫秒以上，則其升降時間之一部分會自溫度分布曲線伸出。於此情形時，亦存在閃光照射時之最高達到溫度資料未包含於溫度分布曲線之情況，而無法根據溫度分布曲線求出最高達到溫度。又，由於表面溫度之升降期間之整體未包含於溫度分布曲線，故而亦不能算出投入至半導體晶圓W之熱量。
另一方面，於照射較短之發光波形之閃光而半導體晶圓W之表面溫度急遽地升降時，存在以40微秒之資料收集週期無法測定閃光照射時之最高達到溫度之情形。即，於自上部輻射溫度計25進行溫度測定之瞬間起於40微秒之期間，半導體晶圓W之表面達到最高溫度之情形時，無法測定其最高達到溫度。
因此，於本實施形態中，根據半導體晶圓W之表面溫度之升降時間，將上部輻射溫度計25之資料收集週期設為可變。具體而言，於閃光照射前，週期決定部35基於儲存於控制部3之記憶部36之轉換表，根據閃光之發光波形之長度而決定資料收集週期。
圖10係表示轉換表之一例之圖。該圖所示之「閃光波形」係閃光之 發光波形之長度，更具體而言，例如係發光波形之半值寬(半值全寬)。於轉換表中，將閃光之發光波形之長度與資料收集週期建立對應。週期決定部35基於圖10之轉換表，根據閃光之發光波形之長度決定上部輻射溫度計25之資料收集週期。閃光之發光波形之長度只要控制部3於處理開始前自處理配方取得即可。或者，亦可為於處理開始前熱處理裝置1之操作員自輸入部33輸入閃光之發光波形之長度。
根據圖10之例，於閃光之發光波形之半值寬極短為0毫秒以上且未達0.6毫秒時，週期決定部35將資料收集週期決定為20微秒。又，於閃光之發光波形之半值寬為0.6毫秒以上且未達60毫秒時，週期決定部35將資料收集週期決定為40微秒。進而，於閃光之發光波形之半值寬相對較長而為60毫秒以上且未達180毫秒時，週期決定部35將資料收集週期決定為80微秒。即，自閃光燈FL照射之閃光之波形越長，則越延長資料收集週期。上部輻射溫度計25以由週期決定部35預先設定之資料收集週期測定半導體晶圓W之表面溫度並取得溫度資料。
圖12係表示閃光照射時之半導體晶圓W之表面溫度之變化之一例之圖。於圖12之例中，閃光之發光波形之長度極短，資料收集週期設定為20微秒。自半導體晶圓W藉由來自鹵素燈HL之光照射而被預加熱為預加熱溫度T1之階段起，上部輻射溫度計25以20微秒之資料收集週期測定半導體晶圓W之表面溫度。上部輻射溫度計25測定而取得之半導體晶圓W之表面之溫度資料暫時儲存於省略圖示之高速輻射溫度計單元101之記憶體。
於時刻t12開始來自閃光燈FL之閃光照射，半導體晶圓W之表面溫度自預加熱溫度T1急遽地升溫。然後，於時刻t13，半導體晶圓W之表面溫度達到閾值溫度Tth。閾值溫度Tth較預加熱溫度T1高特定溫度。於本實施形態中，將於較藉由上部輻射溫度計25而測定之半導體晶圓W之表面溫度達到閾值溫度Tth時之溫度資料為特定數(例如500點)以前藉由上部輻射溫度計25取得之溫度資料設為起點溫度資料。於圖12之例中，將於時刻t11藉由上部輻射溫度計25取得之溫度資料設為起點溫度資料。
半導體晶圓W之表面溫度藉由閃光照射而於時刻t14達到處理溫度T2。處理溫度T2係閃光照射時之半導體晶圓W之表面之最高達到溫度。時刻t14以後，半導體晶圓W之表面溫度自處理溫度T2急速地降溫。於半導體晶圓W之表面升溫降溫之期間，上部輻射溫度計25亦測定半導體晶圓W之表面溫度，所取得之溫度資料儲存於上述記憶體。
溫度分布曲線製作部106自高速輻射溫度計單元101之上述記憶體中提取上述起點溫度資料以後之3000點溫度資料而製作溫度分布曲線。於時刻t15取得起點溫度資料以後之第3000點溫度資料。即，於圖12之例中，根據於時刻t11至時刻t15期間取得之3000點溫度資料製作溫度分布曲線。由於資料收集週期為20微秒，故而時刻t11至時刻t15之時間為60毫秒，根據遍及開始閃光之照射之前後60毫秒之3000點溫度資料製作溫度分布曲線。所製作之溫度分布曲線亦可顯示於顯示部34。
將於較半導體晶圓W之表面溫度達到閾值溫度Tth時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，根據該起點溫度資料以後之3000點之溫度資料製作溫度分布曲線，因此，可將自預加熱起至開始閃光照射而半導體晶圓W之表面溫度升溫且經過處理溫度T2而降溫為止之溫度變化包含於溫度分布曲線。
又，根據極短之閃光之發光波形之長度，將資料收集週期亦設定為20微秒之短時間。因此，上部輻射溫度計25之分辨率較高，從而可確實地測定閃光照射時之半導體晶圓W表面之最高達到溫度(處理溫度T2)。若資料收集週期較短，則時刻t11至時刻t15之資料收集期間亦變短，但於閃光之發光波形之長度極短之情形時，半導體晶圓W之表面溫度之升降時間亦較短，因此，可將該表面溫度之升降期間整體包含於溫度分布曲線。其結果，藉由對所製作之溫度分布曲線進行解析，可準確地算出半導體晶圓W表面之最高達到溫度或投入至半導體晶圓W之熱量。
圖13係表示閃光照射時之半導體晶圓W之表面溫度之變化之另一例之圖。於圖13之例中，閃光之發光波形之長度相對較長，資料收集週期設定為80微秒。自半導體晶圓W藉由來自鹵素燈HL之光照射而被預加熱至預加熱溫度T1之階段起，上部輻射溫度計25以80微秒之資料收集週期測定半導體晶圓W之表面溫度，所取得之溫度資料暫時儲存於高速輻射溫度計單元101之記憶體。
於時刻t22開始來自閃光燈FL之閃光照射，半導體晶圓W之表面溫度 自預加熱溫度T1升溫。圖13之升溫速率較圖12之升溫速率慢。然後，於時刻t23半導體晶圓W之表面溫度達到閾值溫度Tth。閾值溫度Tth較預加熱溫度T1高特定溫度。與上述同樣地，將於較藉由上部輻射溫度計25而測定之半導體晶圓W之表面溫度達到閾值溫度Tth時之溫度資料為特定數(例如500點)以前藉由上部輻射溫度計25取得之溫度資料設為起點溫度資料。圖13之例中，將於時刻t21藉由上部輻射溫度計25取得之溫度資料設為起點溫度資料。
半導體晶圓W之表面溫度藉由閃光照射而於時刻t24達到處理溫度T2。處理溫度T2係閃光照射時之半導體晶圓W之表面之最高達到溫度。時刻t24以後，半導體晶圓W之表面溫度自處理溫度T2降溫。於半導體晶圓W之表面升溫降溫之期間，上部輻射溫度計25亦測定半導體晶圓W之表面溫度，所取得之溫度資料儲存於上述記憶體。
溫度分布曲線製作部106自高速輻射溫度計單元101之上述記憶體中提取起點溫度資料以後之3000點溫度資料而製作溫度分布曲線。於時刻t25取得起點溫度資料以後之第3000點之溫度資料。即，於圖13之例中，根據於時刻t21至時刻t25期間取得之3000點溫度資料製作溫度分布曲線。由於資料收集週期為80微秒，故而時刻t21至時刻t25之時間為240毫秒，根據遍及開始閃光之照射之前後240毫秒之3000點溫度資料製作溫度分布曲線。所製作之溫度分布曲線亦可顯示於顯示部34。
將於較半導體晶圓W之表面溫度達到閾值溫度Tth時之溫度資料為特 定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，根據該起點溫度資料以後之3000點之溫度資料製作溫度分布曲線，因此，可將自預加熱起至開始閃光照射而半導體晶圓W之表面溫度升溫且經過處理溫度T2而降溫為止之溫度變化包含於溫度分布曲線。
又，根據相對較長之閃光之發光波形之長度，資料收集週期亦設定為80微秒。於圖13之例中，閃光之發光波形之長度相對較長，半導體晶圓W之表面溫度之升降時間亦變長，但資料收集週期亦相對較長而為80微秒，自時刻t21至時刻t25之資料收集期間成為圖12之例之4倍。因此，即便半導體晶圓W之表面溫度之升降時間較長，亦可將該表面溫度之升降期間之整體包含於溫度分布曲線。另一方面，若資料收集週期較長，則上部輻射溫度計25之分辨率會降低，但於圖13之例中，半導體晶圓W之表面溫度相對較緩慢地升降，因此，即便上部輻射溫度計25之分辨率略低，亦可確實地測定閃光照射時之半導體晶圓W表面之最高達到溫度(處理溫度T2)。其結果，可藉由對所製作之溫度分布曲線進行解析，而準確地算出半導體晶圓W表面之最高達到溫度或投入至半導體晶圓W之熱量。
於本實施形態中，可根據施加於IGBT96之脈衝信號之波形而調整自閃光燈FL照射之閃光之發光波形之長度。然後，根據閃光之發光波形之長度將上部輻射溫度計25之資料收集週期設為可變。若閃光之發光波形之長度較短，則資料收集週期亦設定為較短，若閃光之發光波形之長度較長，則資料收集週期亦設定為較長。
於閃光之發光波形之長度較短時，半導體晶圓W之表面溫度之升降期間亦變短，於發光波形之長度較長時，半導體晶圓W之表面溫度之升降期間亦變長。於本實施形態中，根據閃光之發光波形之長度將資料收集週期設為可變，因此，即便因該發光波形之長度導致半導體晶圓W之表面溫度之升降期間變化，亦能夠至該表面溫度升溫且經過最高達到溫度後降溫為止，將溫度變化以固定之資料點數包含於溫度分布曲線。即，可無關半導體晶圓W之升溫時間而適當地製作溫度分布曲線。
又，於本實施形態中，週期決定部35基於轉換表，根據閃光之發光波形之長度來決定資料收集週期。因此，可防止操作員造成之資料收集週期之變更錯誤。
進而，於本實施形態中，自較半導體晶圓W之表面溫度達到較預加熱溫度T1更高溫之閾值溫度Tth時之溫度資料為特定數以前之溫度資料起開始收集。因此，可將開始來自閃光燈FL之閃光照射之時點之半導體晶圓W之表面溫度確實地包含於溫度分布曲線。
<第2實施形態>
第2實施形態之熱處理裝置之構成與第1實施形態大致相同。圖14係表示第2實施形態之高速輻射溫度計單元101之構成之方塊圖。於圖14中，對與第1實施形態之圖9相同之要素附注相同之符號。如圖14所示，第2實施形態之控制部3除具備脈衝產生器31及波形設定部32(圖9中省略圖示)以外，還具備預告信號發送部37。預告信號發送部37於較開始來自閃 光燈FL之閃光照射之時點為預先設定之特定時間前(例如1秒前)對高速輻射溫度計單元101發送閃光預告信號。
又，第2實施形態之對半導體晶圓W進行之熱處理之程序亦與第1實施形態大致相同。圖15係表示閃光照射前後之上部輻射溫度計25之測定值之圖。於第2實施形態之熱處理裝置1中，自半導體晶圓W藉由來自鹵素燈HL之光照射而被預加熱至預加熱溫度T1之階段起，上部輻射溫度計25測定半導體晶圓W之表面溫度。上部輻射溫度計25於半導體晶圓W之表面溫度藉由閃光照射而急速地升降時，亦測定其表面溫度。由於上部輻射溫度計25之資料收集週期(取樣間隔)極短，例如為40微秒，故而即便於閃光照射時半導體晶圓W之表面溫度急遽地升降，亦可測定其變化。
上部輻射溫度計25以40微秒之資料收集週期測定半導體晶圓W之表面溫度而取得之複數個溫度資料暫時儲存於省略圖示之高速輻射溫度計單元101之記憶體。分布曲線製作部106藉由將儲存於該記憶體之複數個溫度資料之一部分依次累積於記憶部107，而製作表示半導體晶圓W之表面溫度之時間變化的溫度分布曲線。藉由對利用分布曲線製作部106而製作之溫度分布曲線進行解析，可算出閃光照射時之半導體晶圓W表面之最高達到溫度或投入至半導體晶圓W之熱量。此時，若構成溫度分布曲線之溫度資料之資料點數過多，則資料解析需要長時間。因此，用以製作溫度分布曲線之溫度資料之點數規定為固定數，於第2實施形態中，例如設為3000點。即，分布曲線製作部106係自上部輻射溫度計25自預加熱階段起遍及閃光照射時測定而取得之複數個溫度資料中提取3000點之溫度資料 並製作溫度分布曲線。若資料收集週期為40微秒，則製作120毫秒之溫度分布曲線。由此，必須以溫度分布曲線中適當包含閃光照射前後之半導體晶圓W之表面溫度之方式設定要提取溫度資料之範圍。
於圖15之例中，於時刻t33開始來自閃光燈FL之閃光照射，半導體晶圓W之表面溫度自預加熱溫度T1急遽地升溫。然後，於時刻t34，半導體晶圓W之表面溫度達到閾值溫度Tth。閾值溫度Tth較預加熱溫度T1高特定溫度。於本實施形態中，將於較藉由上部輻射溫度計25測定之半導體晶圓W之表面溫度達到閾值溫度Tth時之溫度資料為特定數(例如500點)以前藉由上部輻射溫度計25取得之溫度資料設為起點溫度資料。於圖15之例中，將於時刻t32藉由上部輻射溫度計25取得之溫度資料設為起點溫度資料。
半導體晶圓W之表面溫度藉由閃光照射而於時刻t35達到處理溫度T2。處理溫度T2係閃光照射時之半導體晶圓W之表面之最高達到溫度。時刻t35以後，半導體晶圓W之表面溫度自處理溫度T2急速地降溫。於半導體晶圓W之表面升溫降溫期間，上部輻射溫度計25亦測定半導體晶圓W之表面溫度，所取得之溫度資料儲存於上述記憶體。
溫度分布曲線製作部106自高速輻射溫度計單元101之上述記憶體中提取上述起點溫度資料以後之3000點溫度資料而製作溫度分布曲線。於時刻t36取得起點溫度資料以後之第3000點溫度資料。即，於圖15之例中，根據於時刻t32至時刻t36期間取得之3000點溫度資料製作溫度分布曲 線。由於資料收集週期為40微秒，故而自時刻t32至時刻t36之時間為120毫秒，根據遍及開始閃光之照射之前後120毫秒之3000點溫度資料製作溫度分布曲線。
如此，以半導體晶圓W之表面溫度達到較預加熱溫度T1高特定溫度之閾值溫度Tth為觸發而設定溫度資料之提取範圍，藉此，可將閃光照射開始前後之半導體晶圓W之表面溫度適當地包含於溫度分布曲線。
然而，有時如圖15所示，於在時刻t0為了預加熱而將鹵素燈HL剛點亮之後，上部輻射溫度計25之測定值大幅地變動。考慮此種測定值之變動係起因於在鹵素燈HL剛點亮之後，自鹵素燈HL出射併入射至腔室6內之光自半導體晶圓W之側方折入上方併入射至上部輻射溫度計25。若於鹵素燈HL剛點亮之後，上部輻射溫度計25之測定值大幅地變動而成為閾值溫度Tth以上，則以此為觸發提取用於溫度分布曲線之溫度資料。於此情形時，溫度分布曲線中不包含閃光照射開始前後之半導體晶圓W之表面溫度。即，產生觸發之誤偵測。
若將閾值溫度Tth設定為較預加熱溫度T1更高相當程度，則即便於鹵素燈HL剛點亮之後，上部輻射溫度計25之測定值大幅地變動，亦可防止達到閾值溫度Tth。然而，根據閃光加熱處理之目的，存在降低向電容器93之充電電壓而有意圖地減弱閃光燈FL之發光強度之處理(低電壓閃光)。若將閾值溫度Tth顯著地設定為高溫，則存在如下情況，即，於低電壓閃光中，閾值溫度Tth較作為半導體晶圓W之表面達到之最高溫度之處理溫 度T2更高。於此情形時，觸發不會被偵測到，仍無法適當地製作溫度分布曲線。
因此，於第2實施形態中，於較預加熱剛開始之後時間上靠後之閃光燈FL開始閃光照射之前，於預加熱之中途，預告信號發送部37對高速輻射溫度計單元101發送閃光預告信號。於圖15之例中，於閃光燈FL開始閃光照射之1秒鐘前之時刻t31，預告信號發送部37發送閃光預告信號。然後，高速輻射溫度計單元101於接收閃光預告信號之後執行閾值判定。即，將於較在發送閃光預告信號之後藉由上部輻射溫度計25而測定之半導體晶圓W之表面溫度達到閾值溫度Tth時之溫度資料為特定數(例如500點)以前藉由上部輻射溫度計25取得之溫度資料設為起點溫度資料。如此，可將於時刻t34半導體晶圓W之表面溫度達到閾值溫度Tth適當地設為觸發。然後，將於較在時刻t34半導體晶圓W之表面溫度達到閾值溫度Tth時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，提取該起點溫度資料以後之3000點溫度資料並製作溫度分布曲線。藉此，可將開始來自閃光燈FL之閃光照射之時點之半導體晶圓W之表面溫度確實地包含於溫度分布曲線從而適當地製作溫度分布曲線。
所製作之溫度分布曲線亦可顯示於顯示部34。又，藉由對所製作之溫度分布曲線進行解析，而算出閃光照射時之半導體晶圓W表面之最高達到溫度或投入至半導體晶圓W之熱量。進而，亦可將其解析結果顯示於顯示部34。
又，閾值溫度Tth設定為較預加熱溫度T1更高溫、且較作為半導體晶圓W之表面藉由閃光照射而達到之最高溫度之處理溫度T2更低溫之範圍內。即，藉由於接收閃光預告信號之後執行閾值判定，能夠將閾值溫度Tth設定為相對較低。藉此，即便為低電壓閃光，亦可於閃光預告信號發送之後，確實地檢測出藉由上部輻射溫度計25而測定之半導體晶圓W之表面溫度已達到閾值溫度Tth。
<第3實施形態>
第3實施形態之熱處理裝置之構成與第2實施形態大致相同。第3實施形態之控制部3亦除具備脈衝產生器31及波形設定部32(圖9中省略圖示)以外，還具備預告信號發送部37(圖14)。又，第3實施形態之對半導體晶圓W進行之熱處理之程序與第1實施形態大致相同。
圖16係表示閃光照射前後之上部輻射溫度計25之測定值之圖。於第3實施形態之熱處理裝置1中，自半導體晶圓W藉由來自鹵素燈HL之光照射而被預加熱至預加熱溫度T1之階段起，上部輻射溫度計25測定半導體晶圓W之表面溫度。上部輻射溫度計25於半導體晶圓W之表面溫度藉由閃光照射而急速地升降時，亦測定其表面溫度。由於上部輻射溫度計25之資料收集週期(取樣間隔)極短，例如為40微秒，故而即便於閃光照射時半導體晶圓W之表面溫度急遽地升降，亦可測定其變化。
上部輻射溫度計25以40微秒之資料收集週期測定半導體晶圓W之表面溫度而取得之複數個溫度資料暫時儲存於省略圖示之高速輻射溫度計單 元101之記憶體。分布曲線製作部106藉由將儲存於該記憶體之複數個溫度資料之一部分依次累積於記憶部107而製作表示半導體晶圓W之表面溫度之時間變化之溫度分布曲線。可藉由對利用分布曲線製作部106製作之溫度分布曲線進行解析，而算出閃光照射時之半導體晶圓W表面之最高達到溫度或投入至半導體晶圓W之熱量。此時，若構成溫度分布曲線之溫度資料之資料點數過多，則資料解析需要長時間。因此，用以製作溫度分布曲線之溫度資料之點數規定為固定數，於第3實施形態中，例如設為3000點。即，分布曲線製作部106係自上部輻射溫度計25自預加熱階段起遍及閃光照射時測定而取得之複數個溫度資料中提取3000點之溫度資料並製作溫度分布曲線。若資料收集週期為40微秒，則製作120毫秒之溫度分布曲線。由此，必須以溫度分布曲線中適當包含閃光照射前後之半導體晶圓W之表面溫度之方式，設定要提取溫度資料之範圍。
作為設定要提取溫度資料之範圍之方法之一，考慮自於閃光照射開始後半導體晶圓W之表面溫度達到特定之閾值溫度時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料中提取3000點之溫度資料。即，以半導體晶圓W之表面溫度達到較預加熱溫度T1高特定溫度之閾值溫度為觸發，設定溫度資料之提取範圍。
然而，於第3實施形態之熱處理裝置1中，可根據施加於IGBT96之脈衝信號之波形自如地調整閃光燈FL之發光波形。例如，若縮短脈衝信號之脈衝寬度之時間與脈衝間隔之時間之組合之總時間，則成為發光時間相對較短之發光波形。相反地，若延長脈衝信號之脈衝寬度之時間與脈衝間 隔之時間之組合之總時間，則成為發光時間相對較長之發光波形。於照射較長之發光波形之閃光時，半導體晶圓W之表面溫度亦花費相對較長之時間而緩慢地上升並下降。當然，由於閃光之照射時間最長不過為100毫秒左右，故而即便照射較長之發光波形之閃光，半導體晶圓W之表面溫度之升降時間亦為1秒以下。
於照射較長之發光波形之閃光而半導體晶圓W之表面溫度緩慢地升溫之情形時，至該表面溫度達到閾值溫度為止需要長時間。如此一來，亦存在如下情況，即，於半導體晶圓W之表面溫度達到閾值溫度時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料係於閃光照射開始後取得之資料。於此情形時，無法製作自閃光照射開始前起之溫度分布曲線。
因此，於第3實施形態中，首先，於閃光燈FL開始閃光照射之前，於預加熱之中途，預告信號發送部37對高速輻射溫度計單元101發送閃光預告信號。於圖16之例中，預告信號發送部37於較閃光燈FL開始閃光照射之時刻t43早1秒鐘前之時刻t41發送閃光預告信號。然後，高速輻射溫度計單元101於接收閃光預告信號之後，執行半導體晶圓W之表面溫度之斜率判定。
圖17係表示閃光照射開始後之半導體晶圓W之表面溫度之斜率α之圖。斜率α係藉由上部輻射溫度計25而測定之半導體晶圓W之表面溫度相對於時間之斜率。高速輻射溫度計單元101判定該斜率α是否持續固定時間(例如80微秒)以上而成為特定之閾值(例如4℃/40微秒)以上。而且，於 斜率α持續固定時間以上而成為特定之閾值以上之情形時，判定為已開始閃光照射。即便於半導體晶圓W被預加熱為預加熱溫度T1之階段，有時亦會因略微之溫度變動導致斜率α瞬間成為閾值以上，但其不會持續固定時間以上。即，藉由判定斜率α是否持續固定時間以上而成為特定之閾值以上，而防止將預加熱時之溫度變動誤偵測為閃光照射之開始。
於圖16之例中，於時刻t43開始來自閃光燈FL之閃光照射，半導體晶圓W之表面溫度自預加熱溫度T1升溫。然後，於時刻t44判定藉由上部輻射溫度計25而測定之半導體晶圓W之表面溫度相對於時間之斜率α持續固定時間以上而成為特定之閾值以上。於第3實施形態中，將於較判定為斜率α持續固定時間以上而成為特定之閾值以上之時刻t44時之溫度資料為特定數(例如500點)以前藉由上部輻射溫度計25取得之溫度資料設為起點溫度資料。於圖16之例中，將於時刻t42藉由上部輻射溫度計25取得之溫度資料設為起點溫度資料。
半導體晶圓W之表面溫度藉由閃光照射而於時刻t45達到處理溫度T2。處理溫度T2係閃光照射時之半導體晶圓W之表面之最高達到溫度。時刻t45以後，半導體晶圓W之表面溫度自處理溫度T2降溫。於半導體晶圓W之表面升溫降溫之期間，上部輻射溫度計25亦測定半導體晶圓W之表面溫度，所取得之溫度資料儲存於上述記憶體。
溫度分布曲線製作部106自高速輻射溫度計單元101之上述記憶體中提取上述起點溫度資料以後之3000點溫度資料而製作溫度分布曲線。於 時刻t46取得起點溫度資料以後之第3000點溫度資料。即，於圖16之例中，係根據於時刻t42至時刻t46之期間取得之3000點溫度資料製作溫度分布曲線。由於資料收集週期為40微秒，故而自時刻t42至時刻t46之時間為120毫秒，而根據遍及開始閃光之照射之前後120毫秒之3000點溫度資料製作溫度分布曲線。
如此，於第3實施形態中，根據半導體晶圓W之表面溫度相對於時間之斜率α判定閃光照射是否已開始。將於較斜率α持續固定時間以上而成為閾值以上時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，提取該起點溫度資料以後之3000點溫度資料並製作溫度分布曲線。藉此，可將自開始來自閃光燈FL之閃光照射之前起之半導體晶圓W之表面溫度確實地包含於溫度分布曲線從而適當地製作溫度分布曲線。
所製作之溫度分布曲線亦可顯示於顯示部34。又，藉由對所製作之溫度分布曲線進行解析，而算出閃光照射時之半導體晶圓W表面之最高達到溫度或投入至半導體晶圓W之熱量。進而，亦可將其解析結果顯示於顯示部34。
<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，於第1實施形態中，基於圖10之轉換表將資料收集週期變更為3階段，但並不限定於此，亦可根據閃光之發光波形之長度將資料收集週期變更為2階段或4階段以上。又，資 料收集週期之數值亦不限定於圖10之例。
又，於第2及第3實施形態中，預告信號發送部37於開始閃光照射之1秒前發送閃光預告信號，但並不限定於此，只要為開始閃光之照射之前，則預告信號發送部37只要於適當之時機發送閃光預告信號即可。
又，於第3實施形態中，係於預告信號發送部37發送閃光預告信號之後執行斜率判定，但若係根據半導體晶圓W之表面溫度之斜率α判定閃光照射之開始，則閃光預告信號亦可並非必需。如上述般，若判定斜率α是否持續固定時間以上而成為特定之閾值以上，則可防止將預加熱時之溫度變動誤偵測為閃光照射之開始。但是，於預告信號發送部37發送閃光預告信號之後進行斜率α之判定可更確實地防止將預加熱時之溫度變動誤偵測為閃光照射之開始。
又，於第3實施形態中，判定斜率α是否持續80微秒以上而成為4℃/40微秒以上，但並不限定於此，用以判定斜率α之閾值及持續時間可設為適當之值。
又，於上述實施形態中，將用以製作溫度分布曲線之溫度資料之點數設為3000點，但並不限定於此，可設為適當之資料點數。自半導體晶圓W之表面溫度達到閾值溫度Tth時或斜率α持續固定時間以上而成為閾值以上時之溫度資料至返回起點溫度資料之點數亦不限定於500點，可設為適當之點數。
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。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之根數亦不限定於40根，可設為任意之數。
又，於上述實施形態中，使用燈絲方式之鹵素燈HL作為連續發光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，亦可代替鹵素燈HL而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。於此情形時，預告信號發送部37於利用電弧燈進行之預加熱之中途發送閃光預告信號。
又，藉由熱處理裝置1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。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、或多晶矽之結晶化。
T1:預加熱溫度
T2:處理溫度
t11:時刻
t12:時刻
t13:時刻
t14:時刻
t15:時刻
Tth:閾值溫度

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加熱該基板者，且包括：閃光照射步驟，其係自閃光燈對基板之表面照射閃光；預加熱步驟，該預加熱步驟係於上述閃光照射步驟之前，藉由來自連續點亮燈之光照射將上述基板預加熱至預加熱溫度；溫度測定步驟，其係以特定之資料收集週期利用輻射溫度計測定上述基板之表面溫度；預告步驟，其係於開始上述閃光之照射之前發送預告信號；及分布曲線製作步驟，其係於上述預告信號被發送之後，將於較利用上述輻射溫度計測定之溫度達到閾值時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，自於上述溫度測定步驟中取得之複數個溫度資料中提取上述起點溫度資料以後之固定數之溫度資料並製作溫度分布曲線，上述預告信號係於上述預加熱步驟之中途被發送，上述閾值設定為：較上述預加熱溫度更高，且較上述基板之表面藉由上述閃光之照射而達到之最高溫度更低。
  2. 一種熱處理方法，其特徵在於：其係藉由對基板照射閃光而加熱該基板者，且包括：閃光照射步驟，其係自閃光燈對基板之表面照射閃光；溫度測定步驟，其係以特定之資料收集週期利用輻射溫度計測定上 述基板之表面溫度；及分布曲線製作步驟，其係將於較利用上述輻射溫度計測定之溫度相對於時間之斜率持續固定時間以上而成為閾值以上時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，自於上述溫度測定步驟中取得之複數個溫度資料中提取上述起點溫度資料以後之固定數之溫度資料並製作溫度分布曲線，且於利用上述輻射溫度計測定之溫度相對於時間之斜率持續固定時間以上而成為閾值以上之情形時，判定為自上述閃光燈已開始閃光照射。
  3. 如請求項2之熱處理方法，其進而具備預告步驟，該預告步驟係於開始上述閃光之照射之前發送預告信號，且於上述分布曲線製作步驟中，於上述預告信號被發送之後，進行利用上述輻射溫度計測定之溫度相對於時間之斜率之判定。
  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加熱該基板者，且具備：腔室，其收容基板；閃光燈，其對收容於上述腔室之上述基板之表面照射閃光；連續點亮燈，該連續點亮燈於自上述閃光燈照射閃光之前對上述基板照射光而將上述基板預加熱至預加熱溫度，輻射溫度計，其接收自上述基板之表面輻射之紅外光，且以特定之資料收集週期測定該表面之溫度； 預告信號發送部，其於上述閃光燈開始閃光照射之前發送預告信號；及分布曲線製作部，其於上述預告信號被發送之後，將於較利用上述輻射溫度計測定之溫度達到閾值時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，自上述輻射溫度計測定而取得之複數個溫度資料中提取上述起點溫度資料以後之固定數之溫度資料並製作溫度分布曲線，上述預告信號發送部於上述預加熱之中途發送上述預告信號，上述閾值設定為：較上述預加熱溫度更高，且較上述基板之表面藉由來自上述閃光燈之閃光照射而達到之最高溫度更低。
  5. 一種熱處理裝置，其特徵在於：其係藉由對基板照射閃光而加熱該基板者，且具備：腔室，其收容基板；閃光燈，其對收容於上述腔室之上述基板之表面照射閃光；輻射溫度計，其接收自上述基板之表面輻射之紅外光，且以特定之資料收集週期測定該表面之溫度；及分布曲線製作部，其將於較利用上述輻射溫度計測定之溫度相對於時間之斜率持續固定時間以上而成為閾值以上時之溫度資料為特定數以前取得之溫度資料設為起點溫度資料，自上述輻射溫度計測定而取得之複數個溫度資料中提取上述起點溫度資料以後之固定數之溫度資料並製作溫度分布曲線，且於利用上述輻射溫度計測定之溫度相對於時間之斜率持續固定時間以上而成為閾值以上之情形時，判定為自上述閃光燈已開始閃光照射。
  6. 如請求項5之熱處理裝置，其進而具備預告信號發送部，該預告信號發送部於上述閃光燈開始閃光照射之前發送預告信號，上述分布曲線製作部於上述預告信號被發送之後進行利用上述輻射溫度計而測定之溫度相對於時間之斜率之判定。
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