熱處理方法以及熱處理裝置與流程

2023-10-09 04:26:09 3

本發明涉及通過向半導體晶片等的薄板狀精密電子基板(以下僅稱為「基板」)照射閃光來對該基板進行加熱的熱處理方法以及熱處理裝置。

背景技術：

在半導體器件的製造工藝中，導入雜質是用於在半導體晶片內形成pn結的必需的工序。當前，導入雜質一般通過離子注入法和之後的退火法來實現。離子注入法是如下技術，使硼(B)、砷(As)、磷(P)這樣的雜質元素離子化，並利用高加速電壓使離子與半導體晶片碰撞來在物理上進行雜質注入。所注入的雜質通過退火處理實現活性化。此時，當退火時間在數秒左右以上時，所注入的雜質因熱而擴散得深，其結果，接合深度與要求的深度相比過深，可能對形成良好的器件造成障礙。

因此，作為在極短時間內對半導體晶片進行加熱的退火技術，近年來，閃光燈退火(FLA)引人關注。閃光燈退火是如下的熱處理技術，即，使用氙氣閃光燈(以下在僅記為「閃光燈」時，是指氙氣閃光燈)向半導體晶片的表面照射閃光，由此在極短時間內(幾毫秒以下)僅使注入了雜質的半導體晶片的表面升溫。

氙氣閃光燈的輻射光譜分布從紫外區域至近紅外區域，波長比以往的滷素燈的波長短，並與矽的半導體晶片的基本吸收帶幾乎一致。因而，在從氙氣閃光燈向半導體晶片照射了閃光時，透射光至少能夠使半導體晶片急速升溫。另外還可知，如果在數毫秒以下的極短的時間內照射閃光，則能夠有選擇地僅使半導體晶片表面附近升溫。因此，如果利用氙氣閃光燈在極短時間內升溫，則能夠在不使雜質擴散得深的情況下，僅執行雜質活性化。

作為使用這樣的氙氣閃光燈的熱處理裝置，在專利文獻1、2中公開了如下熱處理裝置，即，在半導體晶片的表面側配置閃光燈等脈衝發光燈，在背面側配置滷素燈等連續點亮燈，通過它們的組合來進行所希望的熱處理。在專利文獻1、2公開的熱處理裝置中，通過滷素燈等將半導體晶片預備加 熱至某種程度的溫度，之後利用來自閃光燈的脈衝加熱使半導體晶片升溫到所希望的處理溫度。

專利文獻1：日本特開昭60-258928號公報

專利文獻2：日本特表2005-527972號公報

在利用專利文獻1、2公開的滷素燈進行預備加熱的情況下，雖然能夠得到在短時間內使半導體晶片升溫到比較高的預備加熱溫度這樣的工藝上的優點，但是容易產生晶片周緣部的溫度比中心部相對於低的問題。作為產生這樣的溫度分布不均勻的原因，考慮有來自半導體晶片的周緣部的熱輻射、或從半導體晶片的周緣部向溫度比較低的石英基座的熱傳導等。

當在預備加熱階段的半導體晶片的面內溫度分布不均勻的狀態下，從閃光燈照射閃光時，在照射閃光時的半導體晶片的表面到達溫度的面內溫度分布也變得不均勻。其結果，在雜質的活性化的程度上也產生偏差，薄層電阻值也變得不均勻。

技術實現要素：

本發明是鑑於上述問題而提出的，其目的在於提供一種能夠防止基板的周緣部的相對的溫度下降的熱處理方法以及熱處理裝置。

為了解決上述問題，技術方案1為一種熱處理方法，通過從呈平面狀排列的多個閃光燈向基板照射閃光來對該基板進行加熱，其特徵在於，

包括：

預備加熱工序，從滷素燈向所述基板照射光來進行預備加熱，

閃光加熱工序，從所述多個閃光燈向所述基板照射閃光；

在所述閃光加熱工序中，相比所述多個閃光燈的排列中的第一區的閃光照射時間，位於所述第一區的外側的第二區的閃光照射時間長，該第一區包含與在腔室內保持的基板的中央部相向的區域。

另外，技術方案2的發明在技術方案1的發明的熱處理方法的基礎上，其特徵在於，所述第一區的閃光照射和所述第二區的閃光照射同時開始。

另外，技術方案3的發明在技術方案1的發明的熱處理方法的基礎上，其特徵在於，所述第一區的閃光照射和所述第二區的閃光照射同時結束。

另外，技術方案4的發明在技術方案1至3中任一發明的熱處理方法的 基礎上，其特徵在於，屬於所述第二區的閃光燈的放電電壓，高於屬於所述第一區的閃光燈的放電電壓。

另外，技術方案5的發明在技術方案1至4中任一發明的熱處理方法的基礎上，其特徵在於，通過利用IGBT對在所述多個閃光燈分別流經的電流進行通斷控制，來規定所述第一區以及所述第二區的閃光照射時間。

另外，技術方案6為一種熱處理裝置，通過向基板照射閃光來對該基板進行加熱，其特徵在於，

具有：

腔室，容納基板，

保持部，在所述腔室內保持基板，

多個閃光燈，呈平面狀排列，

照射時間控制部，規定所述多個閃光燈的閃光照射時間；

所述照射時間控制部以如下方式規定所述多個閃光燈各自的閃光照射時間，即，相比所述多個閃光燈的排列中的第一區的閃光照射時間，位於所述第一區的外側的第二區的閃光照射時間長，該第一區包含與在所述腔室內保持的基板的中央部相向的區域。

另外，技術方案7的發明在技術方案6的發明的熱處理裝置的基礎上，其特徵在於，所述照射時間控制部使所述第一區的閃光照射和所述第二區的閃光照射同時開始。

另外，技術方案8的發明在技術方案6的發明的熱處理裝置的基礎上，其特徵在於，所述照射時間控制部使所述第一區的閃光照射和所述第二區的閃光照射同時結束。

另外，技術方案9的發明在技術方案6至8中任一發明的熱處理裝置的基礎上，其特徵在於，向屬於所述第二區的閃光燈供給電荷的電容的充電電壓，高於向屬於所述第一區的閃光燈供給電荷的電容的充電電壓。

另外，技術方案10的發明在技術方案6至9中任一發明的熱處理裝置的基礎上，其特徵在於，所述照射時間控制部包括對在所述多個閃光燈分別流經的電流進行通斷控制的IGBT。

根據技術方案1至5的發明，由於相比多個閃光燈的排列中的包含與在腔室內保持的基板的中央部相向的區域的第一區的閃光照射時間，位於第一 區的外側的第二區的閃光照射時間長，因此，向容易產生相對溫度下降的基板的周緣部照射的閃光的光量比中央部多，能夠防止基板的周緣部的相對的溫度下降。

特別是，根據技術方案2的發明，由於第一區的閃光照射和第二區的閃光照射同時開始，在向基板的中央部的閃光照射結束後，還繼續向周緣部進行閃光照射，能夠抑制由向容易產生散熱的基板的周緣部的傳熱引起的中央部的溫度下降。

特別是，根據技術方案3的發明，由於第一區的閃光照射和第二區的閃光照射同時結束，所以能夠在基板整個面以均勻的冷卻速度降溫。

特別是，根據技術方案4的發明，由於屬於第二區的閃光燈的放電電壓高於屬於第一區的閃光燈的放電電壓，因此，向基板的周緣部照射的閃光的強度比向中央部照射的閃光的強度更強，能夠更可靠地防止基板的周緣部的相對的溫度下降。

根據技術方案6至10的發明，以相比多個閃光燈的排列中的包含與在腔室內保持的基板的中央部相向的區域的第一區的閃光照射時間，位於第一區的外側的第二區的閃光照射時間長的方式，規定多個閃光燈各自的閃光照射時間，因此，向容易產生相對溫度下降的基板的周緣部照射的閃光的光量比中央部多，能夠防止基板的周緣部的相對的溫度下降。

特別是，根據技術方案7的發明，由於第一區的閃光照射和第二區的閃光照射同時開始，所以在向基板的中央部的閃光照射結束後，還繼續向周緣部進行閃光照射，能夠抑制由向容易產生散熱的基板的周緣部的傳熱引起的中央部的溫度下降。

特別是，根據技術方案8的發明，由於使第一區的閃光照射和第二區的閃光照射同時結束，所以能夠在基板整個面以均勻的冷卻速度降溫。

特別是，根據技術方案9的發明，由於向屬於第二區的閃光燈供給電荷的電容的充電電壓，高於向屬於第一區的閃光燈供給電荷的電容的充電電壓，因此，向基板的周緣部照射的閃光的強度比向中央部照射的閃光的強度更強，能夠更可靠地防止基板的周緣部的相對的溫度下降。

附圖說明

圖1是表示本發明的熱處理裝置的結構的縱剖視圖。

圖2是表示保持部的整體外觀的立體圖。

圖3是從上面觀察保持部的俯視圖。

圖4是從側方觀察保持部的側視圖。

圖5是移載機構的俯視圖。

圖6是移載機構的側視圖。

圖7是表示多個滷素燈的配置的俯視圖。

圖8是表示閃光燈的驅動電路的圖。

圖9是表示多個閃光燈的排列的圖。

圖10是表示第一實施方式中的閃光燈的發光強度曲線的圖。

圖11是表示第二實施方式中的閃光燈的發光強度曲線的圖。

其中，附圖標記說明如下：

1 熱處理裝置

3 控制部

4 滷素加熱部

5 閃光加熱部

6 腔室

7 保持部

10 移載機構

33 輸入部

65 熱處理空間

93 電容

95 電源單元

96 IGBT

FL 閃光燈

HL 滷素燈

W 半導體晶片

Z1 中央區

Z2 周緣區

具體實施方式

以下，參照附圖對本發明的實施方式進行詳細說明。

圖1是表示本發明的熱處理裝置1的結構的縱剖視圖。本實施方式的熱處理裝置1是閃光燈退火裝置，通過向作為基板的圓板形狀的半導體晶片W照射閃光來對該半導體晶片W進行加熱。成為處理對象的半導體晶片W的尺寸並不特別限定，但例如為或向搬入熱處理裝置1之前的半導體晶片W注入雜質，利用熱處理裝置1的加熱處理執行對所注入的雜質的活性化處理。此外，在圖1以及之後的各圖中，為了便於理解，根據需要放大或簡化各部的尺寸、數量。

熱處理裝置1具有容納半導體晶片W的腔室6、內置多個閃光燈FL的閃光加熱部5、內置多個滷素燈HL的滷素加熱部4。在腔室6的上側設置有閃光加熱部5，並且在下側設置有滷素加熱部4。另外，熱處理裝置1在腔室6的內部具有用於將半導體晶片W保持為水平姿勢的保持部7、在保持部7和裝置外部之間交接半導體晶片W的移載機構10。進而，熱處理裝置1具有控制部3，該控制部3對滷素加熱部4、閃光加熱部5以及在腔室6設置的各動作機構進行控制來執行半導體晶片W的熱處理。

腔室6是在筒狀的腔室側部61的上下安裝石英制的腔室窗而構成的。腔室側部61具有上下開口的大致筒形狀，在上側開口安裝上側腔室窗63而堵塞上側開口，在下側開口安裝下側腔室窗64而堵塞下側開口。構成腔室6的頂部的上側腔室窗63是由石英形成的圓板形狀構件，作為使從閃光加熱部5出射的閃光透過到腔室6內的石英窗發揮功能。另外，構成腔室6的底部的下側腔室窗64也是由石英形成的圓板形狀構件，作為使來自滷素加熱部4的光透過到腔室6內的石英窗發揮功能。

另外，在腔室側部61的內側的壁面的上部安裝有反射環68，在下部安裝有反射環69。反射環68、69都形成為圓環狀。上側的反射環68通過從腔室側部61的上側嵌入來安裝。另一方面，下側的反射環69通過從腔室側部61的下側嵌入並用省略圖示的螺釘固定來安裝。即，反射環68、69都能自由裝卸地安裝在腔室側部61。腔室6的內側空間、即由上側腔室窗63、下側腔室窗64、腔室側部61以及反射環68、69包圍的空間被規定為熱處理空 間65。

通過在腔室側部61安裝反射環68、69，在腔室6的內壁面形成有凹部62。即，形成有由腔室側部61的內壁面中的未安裝反射環68、69的中央部分、反射環68的下端面、反射環69的上端面包圍的凹部62。凹部62沿著水平方向呈圓環狀形成於腔室6的內壁面，並圍繞保持半導體晶片W的保持部7。

腔室側部61以及反射環68、69由強度和耐熱性優良的金屬材料(例如不鏽鋼)形成。另外，反射環68、69的內周面通過電解鍍鎳而為鏡面。

另外，在腔室側部61設置有用於相對於腔室6進行半導體晶片W的搬入以及搬出的搬送開口部(爐口)66。搬送開口部66通過閘閥185來開閉。搬送開口部66與凹部62的外周面連通連接。因此，在閘閥185打開搬送開口部66時，從搬送開口部66通過凹部62向熱處理空間65搬入半導體晶片W以及從熱處理空間65搬出半導體晶片W。另外，當閘閥185關閉搬送開口部66時，腔室6內的熱處理空間65為密閉空間。

另外，在腔室6的內壁上部設置有向熱處理空間65供給處理氣體(在本實施方式中為氮氣(N2))的氣體供給孔81。氣體供給孔81比凹部62更靠上側位置，也可以設置在反射環68上。氣體供給孔81經由在腔室6的側壁內部呈圓環狀形成的緩衝空間82與氣體供給管83連通連接。氣體供給管83與氮氣供給源85連接。另外，在氣體供給管83的路徑途中安裝有閥84。當打開閥84時，從氮氣供給源85向緩衝空間82輸送氮氣。流入緩衝空間82的氮氣以在流體阻力比氣體供給孔81小的緩衝空間82內擴展的方式流動，並從氣體供給孔81向熱處理空間65內供給。此外，處理氣體並不限於氮氣，也可以是氬(Ar)、氦(He)等非活性氣體、或氧氣(O2)、氫氣(H2)、氯氣(Cl2)、氯化氫(HCl)、臭氧(O3)、氨(NH3)等反應性氣體。

另一方面，在腔室6的內壁下部設置有用於排出熱處理空間65內的氣體的氣體排出孔86。氣體排出孔86比凹部62靠下側位置，也可以設置在反射環69上。氣體排出孔86經由在腔室6的側壁內部呈圓環狀形成的緩衝空間87與氣體排出管88連通連接。氣體排出管88與排氣部190連接。另外，在氣體排出管88的路徑途中安裝有閥89。當打開閥89時，熱處理空間65的氣體從氣體排出孔86經由緩衝空間87向氣體排出管88排出。此外，氣 體供給孔81以及氣體排出孔86既可以沿著腔室6的周向設置有多個，也可以為狹縫狀。另外，氮氣供給源85以及排氣部190既可以是在熱處理裝置1設置的機構，也可以是設置有熱處理裝置1的工廠的設備。

另外，在搬送開口部66的頂端也連接有用於排出熱處理空間65內的氣體的氣體排出管191。氣體排出管191經由閥192與排氣部190連接。通過打開閥192，經由搬送開口部66排出腔室6內的氣體。

圖2是表示保持部7的整體外觀的立體圖。另外，圖3是從上面觀察保持部7的俯視圖，圖4是從側方觀察保持部7的側視圖。保持部7具有底座環71、連接部72以及基座74。底座環71、連接部72以及基座74均由石英形成。即，保持部7整體由石英形成。

底座環71是圓環形狀的石英構件。底座環71通過載置在凹部62的底面而被腔室6的壁面支撐(參照圖1)。在具有圓環形狀的底座環71的上表面沿著周向立設有多個連接部72(在本實施方式中為4個)。連接部72也是石英的構件，通過焊接固定在底座環71上。此外，底座環71的形狀也可以是從圓環形狀切去一部分的圓弧狀。

平板狀的基座74被在底座環71上設置的4個連接部72支撐。基座74是由石英形成的大致圓形的平板狀構件。基座74的直徑大於半導體晶片W的直徑。即，基座74具有比半導體晶片W大的平面尺寸。在基座74的上表面立設有多個(在本實施方式為5個)引導銷76。5個引導銷76沿著與基座74的外周圓同心的圓周設置。配置有5個引導銷76的圓的直徑大於半導體晶片W的直徑。各引導銷76也由石英形成。此外，引導銷76既可以與基座74一體地從石英塊加工出來，可以將另外單獨加工成的構件通過焊接等安裝在基座74上。

在底座環71上立設的4個連接部72與基座74的周緣部的下表面通過焊接固定。即，基座74和底座環71通過連接部72固定連接，保持部7為石英的一體成形構件。這樣的保持部7的底座環71被腔室6的壁面支撐，由此保持部7安裝在腔室6內。在保持部7安裝在腔室6內的狀態下，大致圓板形狀的基座74處於水平姿勢(法線與鉛垂方向一致的姿勢)。搬入腔室6內的半導體晶片W以水平姿勢載置保持於在腔室6內安裝的保持部7的基座74上。半導體晶片W通過載置於由5個引導銷76形成的圓的內側， 能夠防止在水平方向上的位置偏移。此外，引導銷76的個數並不限於5個，只要是能夠防止半導體晶片W的位置偏移的數量即可。

另外，如圖2以及圖3所示，在基座74上，上下貫通地形成有開口部78以及切口部77。切口部77為了使使用了熱電偶的接觸式溫度計130的探針頂端部通過而設置。另一方面，開口部78為了輻射溫度計120接收從由基座74保持的半導體晶片W的下表面輻射的輻射光(紅外光)而設置。進而，在基座74上貫穿設置有4個貫通孔79，貫通孔79用於後述的移載機構10的升降銷12貫通以進行半導體晶片W的交接。

圖5是移載機構10的俯視圖。另外，圖6是移載機構10的側視圖。移載機構10具有2條移載臂11。移載臂11大致為沿著圓環狀的凹部62那樣的圓弧形狀。在各移載臂11上立設有2根升降銷12。各移載臂11能夠通過水平移動機構13轉動。水平移動機構13能夠使一對移載臂11在相對於保持部7移載半導體晶片W的移載動作位置(圖5的實線位置)和與由保持部7保持的半導體晶片W在俯視下不重疊的退避位置(圖5的雙點劃線位置)之間水平移動。作為水平移動機構13，既可以通過不同的馬達使各移載臂11分別轉動，也可以使用連杆機構並利用1個馬達使一對移載臂11連動地轉動。

另外，一對移載臂11通過升降機構14與水平移動機構13一起升降移動。當升降機構14使一對移載臂11在移載動作位置上升時，共計4根升降銷12通過在基座74上貫穿設置的貫通孔79(參照圖2、3)，並且升降銷12的上端從基座74的上表面突出。另一方面，當升降機構14使一對移載臂11在移載動作位置下降，使升降銷12從貫通孔79抽出，並且水平移動機構13使一對移載臂11打開移動時，各移載臂11移動到退避位置。一對移載臂11的退避位置在保持部7的底座環71的正上方。由於底座環71載置在凹部62的底面，所以移載臂11的退避位置處於凹部62的內側。此外，在移載機構10的設置有驅動部(水平移動機構13以及升降機構14)的部位的附近也設置有省略圖示的排氣機構，移載機構10的驅動部周邊的氣體排出到腔室6的外部。

返回到圖1，在腔室6的上方設置的閃光加熱部5在框體51的內側具有由多根(在本實施方式為30根)氙氣閃光燈FL構成的光源和以覆蓋該光源 的上方的方式設置的反射器52。另外，在閃光加熱部5的框體51的底部安裝有燈光輻射窗53。構成閃光加熱部5的底部的燈光輻射窗53是由石英形成的板狀的石英窗。通過將閃光加熱部5設置在腔室6的上方，燈光輻射窗53與上側腔室窗63相對。閃光燈FL從腔室6的上方經由燈光輻射窗53以及上側腔室窗63向熱處理空間65照射閃光。

多個閃光燈FL是分別具有長的圓筒形狀的棒狀燈，以各自的長度方向沿著由保持部7保持的半導體晶片W的主面(即沿著水平方向)相互平行的方式呈平面狀排列。因此，通過閃光燈FL的排列形成的平面也是水平面。

圖8是表示閃光燈FL的驅動電路的圖。如圖所示，電容93、線圈94、閃光燈FL、IGBT(絕緣柵雙極型電晶體)96串聯連接。另外，如圖8所示，控制部3具有脈衝發生器31以及波形設定部32，並且與輸入部33連接。作為輸入部33，能夠採用鍵盤、滑鼠、觸摸面板等各種公知的輸入設備。基於來自輸入部33的輸入內容，波形設定部32設定脈衝信號的波形，根據該波形，脈衝發生器31產生脈衝信號。

閃光燈FL具有在內部封入氙氣氣體並且在兩端部配置有陽極以及陰極的棒狀的玻璃管(放電管)92和在該玻璃管92的外周面上附加設置的觸發電極91。通過電源單元95對電容93施加規定的電壓，向電容93充有與施加電壓(充電電壓)相應的電荷。另外，能夠從觸發電路97向觸發電極91施加高電壓。觸發電路97向觸發電極91施加電壓的時機由控制部3控制。

IGBT96是在柵極部組入MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor：金屬氧化物半導體場效應電晶體)而成的雙極型電晶體，並是適於應對大功率的開關元件。從控制部3的脈衝發生器31向IGBT96的柵極施加脈衝信號。當向IGBT96的柵極施加規定值以上的電壓(高電壓)時，IGBT96處於導通狀態，當向IGBT96的柵極施加小於規定值的電壓(低電壓)時，IGBT96處於截止狀態。這樣，包含閃光燈FL的驅動電路由IGBT96連接/斷開。通過使IGBT96導通/截止，閃光燈FL和對應的電容93連接/斷開，在閃光燈FL流經的電流被通斷控制。

在電容93被充電的狀態下，即使IGBT96處於導通狀態，對玻璃管92的兩端電極施加高電壓，由於氙氣氣體在電氣上是絕緣體，所以在通常的狀態下在玻璃管92內也不流經電流。但是，在觸發電路97向觸發電極91施 加高電壓而破壞絕緣的情況下，因兩端電極間的放電而在玻璃管92內瞬時流經電流，利用此時的氙氣的原子或分子的激發而放出光。

圖8所示那樣的驅動電路針對在閃光加熱部5設置的多個閃光燈FL分別單獨設置。在本實施方式中，由於30根閃光燈FL呈平面狀排列，所以，與它們對應地設置30個如圖8所示的驅動電路。因此，在30根閃光燈FL分別流經的電流由對應的IGBT96單獨進行通斷控制。

圖9是表示多個閃光燈FL的排列的圖。在本實施方式中，30根閃光燈FL的平面狀排列被分割成由從該排列中的兩端起算的各4根共計8根閃光燈FL構成的周緣區(第二區)Z2和由除了從兩端起算的各4根閃光燈FL外的共計22根閃光燈FL構成的中央區(第一區)Z1這2個區域。中央區Z1包括與在腔室6內由保持部7保持的半導體晶片W的中央部相對的區域。周緣區Z2在閃光燈FL的平面狀排列中位於中央區Z1的外側。並且，30根閃光燈FL的閃光照射時間由包含IGBT96的驅動電路按照各區來控制，關於詳細內容在後面敘述。

返回到圖1，反射器52以覆蓋多個閃光燈FL整體的方式設置在多個閃光燈FL的上方。反射器52的基本的功能是，將從多個閃光燈FL出射的閃光向熱處理空間65側反射。反射器52由鋁合金板形成，其表面(面向閃光燈FL一側的面)通過噴砂處理而被實施粗面化加工。

在腔室6的下方設置的滷素加熱部4在框體41的內側內置有多根(在本實施方式中為40根)滷素燈HL。滷素加熱部4是通過多個滷素燈HL從腔室6的下方經由下側腔室窗64向熱處理空間65照射光來對半導體晶片W進行加熱的光照射部。

圖7是表示多個滷素燈HL的配置的俯視圖。40根滷素燈HL分為上下2層配置。在接近保持部7的上層配置有20根滷素燈HL，並且，在與上層相比距保持部7遠的下層也配置有20根滷素燈HL。各滷素燈HL是具有長圓筒形狀的棒狀燈。在上層、下層，20根滷素燈HL都排列為，各自的長度方向沿著由保持部7保持的半導體晶片W的主面(即沿著水平方向)相互平行。因而在上層、下層，通過滷素燈HL的排列形成的平面都為水平面。

另外，如圖7所示，在上層、下層，相比與由保持部7保持的半導體晶片W的中央部相向的區域，與周緣部相向的區域中的滷素燈HL的配設密度 高。即，在上層、下層，相比燈排列的中央部，周緣部的滷素燈HL的配設間距短。因此，在通過滷素加熱部4照射光進行加熱時，能夠向容易產生溫度下降的半導體晶片W的周緣部照射更多的光量。

另外，由上層的滷素燈HL構成的燈組和由下層的滷素燈HL構成的燈組呈格子狀交叉排列。即，以在上層配置的20根滷素燈HL的長度方向和在下層配置的20根滷素燈HL的長度方向相互垂直的方式，配設共計40根滷素燈HL。

滷素燈HL是通過對在玻璃管內部配設的燈絲進行通電來使燈絲白熱化並使其發光的燈絲方式的光源。在玻璃管的內部封入有在氮氣或氬氣等非活性氣體中導入微量的滷素元素(碘、溴等)而成的氣體。通過導入滷素元素，能夠抑制燈絲的折損並能夠將燈絲的溫度設定為高溫。因此，滷素燈HL與通常的白熾燈相比具有壽命變長且能夠連續照射強的光的特性。即，滷素燈HL是連續發光至少1秒以上的連續點亮燈。另外，滷素燈HL由於是棒狀燈，所以壽命長，通過使滷素燈HL沿水平方向配置，向上方的半導體晶片W輻射的效率優良。

另外，在滷素加熱部4的框體41內，在2層滷素燈HL的下側也設置有反射器43(圖1)。反射器43將從多個滷素燈HL出射的光向熱處理空間65側反射。

控制部3對在熱處理裝置1設置的上述的各種動作機構進行控制。作為控制部3的硬體結構，與一般的計算機相同。即，控制部3具有進行各種運算處理的電路即使CPU、存儲基本程序的讀取專用的存儲器ROM、存儲各種信息的可自由讀寫的存儲器RAM以及存儲控制用軟體和數據等的磁碟。控制部3的CPU執行規定的處理程序來進行熱處理裝置1中的處理。另外，如圖8所示，控制部3具有脈衝發生器31以及波形設定部32。如上述那樣，波形設定部32基於來自輸入部33的輸入內容設定脈衝信號的波形，脈衝發生器31據此向IGBT96的柵極輸出脈衝信號。

除了上述結構以外，熱處理裝置1還具有各種冷卻用的結構，以防止在對半導體晶片W進行熱處理時，因由滷素燈HL以及閃光燈FL產生的熱能導致滷素加熱部4、閃光加熱部5以及腔室6的溫度過度上升。例如在腔室6的壁體設置有水冷管(省略圖示)。另外，滷素加熱部4以及閃光加熱部 5為在內部形成氣體流來進行排熱的空冷結構。另外，還向上側腔室窗63和燈光輻射窗53的間隙供給空氣，對閃光加熱部5以及上側腔室窗63進行冷卻。

接著，對熱處理裝置1中的半導體晶片W的處理順序進行說明。在此，成為處理對象的半導體晶片W是通過離子注入法而添加了雜質(離子)的半導體基板。該雜質的活性化通過由熱處理裝置1照射閃光進行加熱處理(退火)來執行。以下說明的熱處理裝置1的處理順序由控制部3對熱處理裝置1的各動作機構進行控制來進行。

首先，打開供氣用的閥84並且打開排氣用的閥89、192，開始對腔室6內進行供排氣。當打開閥84時，從氣體供給孔81向熱處理空間65供給氮氣。另外，當打開閥89時。從氣體排出孔86排出腔室6內的氣體。由此，從腔室6內的熱處理空間65的上部供給的氮氣向下方流動，並從熱處理空間65的下部排出。

另外，通過打開閥192，也從搬送開口部66排出腔室6內的氣體。進而，還通過省略圖示的排氣結構對移載機構10的驅動部周邊的環境進行排氣。此外，在熱處理裝置1中對半導體晶片W進行熱處理時，持續向熱處理空間65供給氮氣，氮氣的供給量根據處理工序適當變更。

接著，打開閘閥185來打開搬送開口部66，通過裝置外部的搬送機械手經由搬送開口部66向腔室6內的熱處理空間65搬入離子注入後的半導體晶片W。通過搬送機械手搬入的半導體晶片W進入到保持部7的正上方位置並停止。並且，移載機構10的一對移載臂11從退避位置水平移動到移載動作位置並上升，由此升降銷12通過貫通孔79從基座74的上表面突出，接受半導體晶片W。

在半導體晶片W載置在升降銷12上後，搬送機械手從熱處理空間65退出，由閘閥185關閉搬送開口部66。並且，通過使一對移載臂11下降，半導體晶片W從移載機構10交到保持部7的基座74上，被從下方保持為水平姿勢。半導體晶片W將形成圖案並注入了雜質的表面作為上表面而被保持部7保持。另外，半導體晶片W在基座74的上表面保持在5個引導銷76的內側。下降到基座74的下方的一對移載臂11通過水平移動機構13退避到退避位置、即凹部62的內側。

在半導體晶片W被由石英形成的保持部7從下方保持為水平姿勢後，滷素加熱部4的40根滷素燈HL一齊點亮來開始預備加熱(輔助加熱)。從滷素燈HL出射的滷素光通過由石英形成的下側腔室窗64以及基座74從半導體晶片W的背面(與表面相反一側的主面)照射。通過接受來自滷素燈HL的光照射，半導體晶片W被預備加熱，溫度上升。此外，由於移載機構10的移載臂11退避到凹部62的內側，所以不會妨礙滷素燈HL的加熱。

在利用滷素燈HL進行預備加熱時，半導體晶片W的溫度由接觸式溫度計130測定。即，內置有熱電偶的接觸式溫度計130經由基座74的切口部77與由保持部7保持的半導體晶片W的下表面接觸，測定升溫中的晶片溫度。所測定的半導體晶片W的溫度傳遞至控制部3。控制部3監視因來自滷素燈HL的光照射而升溫的半導體晶片W的溫度是否到達規定的預備加熱溫度T1，並且控制滷素燈HL的輸出。即，控制部3基於接觸式溫度計130的測定值，以半導體晶片W的溫度為預備加熱溫度T1的方式對滷素燈HL的輸出進行反饋控制。預備加熱溫度T1為在半導體晶片W添加的雜質不會因熱而擴散的200℃至800℃左右，優選為350℃至600℃左右(在本實施方式中為600℃)。此外，在利用來自滷素燈HL的光照射使半導體晶片W升溫時，不利用輻射溫度計120測定溫度。其原因在於，從滷素燈HL照射的滷素光作為幹擾光入射至輻射溫度計120，無法進行準確的溫度測定。

在半導體晶片W的溫度到達預備加熱溫度T1後，控制部3將半導體晶片W暫時維持在該預備加熱溫度T1。具體地說，在由接觸式溫度計130測定的半導體晶片W的溫度到達預備加熱溫度T1的時間點，控制部3調整滷素燈HL的輸出，將半導體晶片W的溫度大致維持在預備加熱溫度T1。

通過利用這樣的滷素燈HL進行預備加熱，將半導體晶片W的表面以及背面升溫至預備加熱溫度T1。在滷素燈HL的預備加熱的階段有如下趨勢，即，更容易產生散熱的半導體晶片W的周緣部的溫度比中央部低，面內溫度分布變得不均勻。因此，就滷素加熱部4中的滷素燈HL的配設密度而言，和與半導體晶片W的中央部相向的區域相比，與周緣部相向的區域更高(圖7)。由此，向容易產生散熱的半導體晶片W的周緣部照射的光量變多，能夠某種程度緩和在滷素燈HL的預備加熱階段的半導體晶片W的面內溫度分布的不均勻，但是難以完全消除這樣的面內溫度分布。

在半導體晶片W的溫度到達預備加熱溫度T1並經過了規定時間的時間點，在殘留著半導體晶片W的周緣部的溫度比中央部相對低的面內溫度分布的不均勻的狀態下，閃光加熱部5的閃光燈FL向半導體晶片W的表面照射閃光。在閃光燈FL照射閃光時，預先通過電源單元95向電容93蓄積電荷。然後，在電容93蓄積有電荷的狀態下，從控制部3的脈衝發生器31向IGBT96輸出脈衝信號，驅動IGBT96導通/截止驅動。

脈衝信號的波形能夠通過從輸入部33輸入將脈衝寬度的時間(有效時間)和脈衝間隔的時間(無效時間)作為參數依次設定的處理方案來規定。操作者從輸入部33向控制部3輸入這樣的處理方案時，控制部3的波形設定部32據此設定反覆有無的脈衝波形。並且，根據由波形設定部32設定的脈衝波形，脈衝發生器31輸出脈衝信號。其結果，向IGBT96的柵極施加所設定的波形的脈衝信號，對驅動IGBT96的導通/截止進行控制。具體地說，向IGBT96的柵極輸入的脈衝信號為有效時，IGBT96處於導通狀態，在脈衝信號為無效時，IGBT96處於截止狀態。

另外，與從脈衝發生器31輸出的脈衝信號有效的時機同步地，控制部3控制觸發電路97，向觸發電極91施加高電壓(觸發電壓)。在電容93蓄積有電荷的狀態下，向IGBT96的柵極輸入脈衝信號且與該脈衝信號有效的時機同步地，向觸發電極91施加高電壓，由此，在脈衝信號有效時，在玻璃管92內的兩端電極間必定流經電流，利用此時的氙氣的原子或分子的激發放出光。

這樣一來，閃光加熱部5的30根閃光燈FL發光，向由保持部7保持的半導體晶片W的表面照射閃光。在此，在不使用IGBT96來使閃光燈FL發光的情況下，在電容93蓄積的電荷通過1次發光被消耗，來自閃光燈FL的輸出波形變成寬度為0.1毫秒至10毫秒左右的單脈衝。相對於此，在本實施方式中，在電路中連接作為開關元件的IGBT96，並向其柵極輸出脈衝信號，由此，通過IGBT96斷續地從電容93向閃光燈FL供給電荷，對在閃光燈FL流經的電流進行通斷控制。其結果，閃光燈FL的發光被斷續控制，在電容93蓄積的電荷被分開消耗，在極短的時間內，閃光燈FL反覆進行點亮熄滅。此外，在電路流經的電流值完全變為「0」之前，下一個脈衝施加到IGBT96的柵極，電流值再次增加，因此，閃光燈FL反覆點亮熄滅期間，發光輸出 也並不完全變為「0」。

其結果，通過IGBT96對在閃光燈FL流經的電流進行通斷控制，由此，能夠自由規定閃光燈FL的發光圖案，自由調整發光時間以及發光強度。具體地說，例如，從輸入部33輸入的脈衝寬度的時間與脈衝間隔的時間的比率變大時，在閃光燈FL流經的電流增大，發光強度變強。另外，通過使從輸入部33輸入的脈衝寬度的時間和脈衝間隔的時間的組合的總時間變長，在比較長的時間內電流持續流經在閃光燈FL，閃光燈FL的發光時間變長。此外，閃光燈FL的發光時間即使長也在1秒以下。

另外，在30根閃光燈FL分別流經的電流由對應的IGBT96單獨控制，在本實施方式中，針對30根閃光燈FL的平面狀排列的各區分別規定閃光燈FL的發光時間。即，圖9的中央區Z1的閃光照射時間與周緣區Z2的閃光照射時間不同。

圖10是表示第一實施方式中的閃光燈FL的發光強度曲線的圖。該圖的縱軸表示閃光燈FL的發光強度，橫軸表示從閃光燈FL開始發光起的照射時間。在圖10中，實線表示的是屬於周緣區Z2的閃光燈FL的發光強度曲線，虛線表示的是屬於中央區Z1的閃光燈FL的發光強度曲線。

在第一實施方式中，屬於周緣區Z2的8根閃光燈FL和屬於中央區Z1的22根閃光燈FL同時開始發光。另外，屬於周緣區Z2的8根閃光燈FL的發光時間比屬於中央區Z1的22根閃光燈FL的發光時間長。即，在第一實施方式中，周緣區Z2的閃光照射和中央區Z1的閃光照射同時開始，且相比中央區Z1的閃光照射時間，周緣區Z2的閃光照射時間長。

由此，相比半導體晶片W的中央部，向周緣部照射的閃光的光量變多，消除了在預備加熱階段產生的半導體晶片W的周緣部的溫度比中央部相對低的面內溫度分布的不均勻，在閃光加熱階段的半導體晶片W的表面到達溫度在周緣部和中央部大致相同，能夠使面內溫度分布變得均勻。雜質的活性化的程度取決於半導體晶片W的表面到達溫度，即使在預備加熱階段產生面內溫度分布的不均勻，如果在閃光加熱階段的最終的半導體晶片W的表面到達溫度的面內溫度分布均勻，則雜質的活性化的程度也變得均勻。

由於閃光照射時間在周緣區Z2也是1秒以下的極短的時間，因此被閃光加熱的半導體晶片W的表面溫度瞬間上升到1000℃以上的處理溫度T2， 注入到半導體晶片W內的雜質被活性化後，表面溫度急劇下降。在閃光燈FL發光前後，利用滷素燈HL繼續進行光照射，因此，半導體晶片W的表面溫度下降到預備加熱溫度T1附近。

在閃光加熱處理結束後，經過規定時間後也熄滅滷素燈HL。由此，半導體晶片W從預備加熱溫度T1急劇降溫。降溫中的半導體晶片W的溫度由接觸式溫度計130或輻射溫度計120測定，其測定結果傳送至控制部3。控制部3根據測定結果監視半導體晶片W的溫度是否下降到規定溫度。並且，在半導體晶片W的溫度下降到規定以下後，移載機構10的一對移載臂11再次從退避位置水平移動至移載動作位置並上升，由此，升降銷12從基座74的上表面突出而從基座74接受熱處理後的半導體晶片W。接著，打開由閘閥185關閉的搬送開口部66，載置在升降銷12上的半導體晶片W由裝置外部的搬送機械手搬出，完成在熱處理裝置1中的半導體晶片W的加熱處理。

在第一實施方式中，將30根閃光燈FL的平面狀排列分割成包含與半導體晶片W的中央部相向的區域的中央區Z1和位於中央區Z1的外側的周緣區Z2這兩個區。並且，周緣區Z2的閃光照射和中央區Z1的閃光照射同時開始，且相比中央區Z1的閃光照射時間，周緣區Z2的閃光照射時間長。由此，向在滷素燈HL的預備加熱時容易產生相對的溫度下降的半導體晶片W的周緣部照射的閃光的光量比中央部多，能夠防止在閃光加熱時的半導體晶片W的周緣部的相對的溫度下降，能夠使表面到達溫度的面內溫度分布變均勻。

另外，在第一實施方式中，在結束中央區Z1的閃光照射後，還進行周緣區Z2的閃光照射。因而，在結束向半導體晶片W的中央部的閃光照射後還繼續進行向周緣部的閃光照射，能夠抑制因向容易產生散熱的半導體晶片W的周緣部的傳熱引起的中央部的溫度下降。

接著，對本發明的第二實施方式進行說明。第二實施方式的熱處理裝置1的結構與第一實施方式完全相同。另外，第二實施方式的熱處理裝置1的半導體晶片W的處理順序也與第一實施方式大致相同。第二實施方式與第一實施方式不同之處在於，中央區Z1以及周緣區Z2的發光圖案。

圖11是表示第二實施方式的閃光燈FL的發光強度曲線的圖。與圖10同樣，實線表示的是屬於周緣區Z2的閃光燈FL的發光強度曲線，虛線表示的屬於中央區Z1的閃光燈FL的發光強度曲線。

在第二實施方式中，屬於中央區Z1的22根閃光燈FL晚於屬於周緣區Z2的8根閃光燈FL開始發光。並且，在第二實施方式中，屬於周緣區Z2的8根閃光燈FL和屬於中央區Z1的22根閃光燈FL同時結束髮光。因此，與第一實施方式同樣，屬於周緣區Z2的8根閃光燈FL的發光時間比屬於中央區Z1的22根閃光燈FL的發光時間長。即，在第二實施方式中，周緣區Z2的閃光照射和中央區Z1的閃光照射同時結束，且相比中央區Z1的閃光照射時間，周緣區Z2的閃光照射時間長。

由此，與第一實施方式同樣，相比半導體晶片W的中央部，向周緣部照射的閃光的光量變多，消除了在預備加熱階段產生的半導體晶片W的周緣部的溫度比中央部相對低的面內溫度分布的不均勻，在閃光加熱階段的半導體晶片W的表面到達溫度在周緣部和中央部大致相同，能夠使面內溫度分布變得均勻。雜質的活性化的程度取決於半導體晶片W的表面到達溫度，即使在預備加熱階段產生面內溫度分布的不均勻，如果在閃光加熱階段的最終的半導體晶片W的表面到達溫度的面內溫度分布均勻，則雜質的活性化的程度也變得均勻。

除了中央區Z1以及周緣區Z2的發光圖案之外的第二實施方式的剩餘事項與第一實施方式相同。

在第二實施方式中，將30根閃光燈FL的平面狀排列分割成包含與半導體晶片W的中央部相向的區域的中央區Z1和位於中央區Z1的外側的周緣區Z2這2個區。並且，周緣區Z2的閃光照射和中央區Z1的閃光照射同時結束，且相比中央區Z1的閃光照射時間，周緣區Z2的閃光照射時間長。由此，向在滷素燈HL的預備加熱時容易產生相對的溫度下降的半導體晶片W的周緣部照射的閃光的光量比中央部多，能夠防止在閃光加熱時的半導體晶片W的周緣部的相對的溫度下降，能夠使表面到達溫度的面內溫度分布變均勻。

另外，在第二實施方式中，由於周緣區Z2的閃光照射和中央區Z1的閃光照射同時結束，所以在半導體晶片W整個面以均勻的冷卻速度進行降溫。

以上，對本發明的實施方式進行了說明，但是本發明只要不脫離其宗旨，除了上述以外，能夠進行各種變更。例如在第一實施方式中，同時開始周緣區Z2的閃光照射和中央區Z1的閃光照射，在第二實施方式中，同時結束周緣區Z2的閃光照射和中央區Z1的閃光照射，但是兩區的照射實際可以是除此以外的方式。

例如，可以使周緣區Z2的閃光照射比中央區Z1的閃光照射先開始，且在之後結束。另外，也可以使周緣區Z2的閃光照射比中央區Z1的閃光照射先開始，且先結束。反之，也可以使周緣區Z2的閃光照射在中央區Z1的閃光照射之後開始，且在之後結束。無論哪個圖案，只要周緣區Z2的閃光照射時間比中央區Z1的閃光照射時間長，就能夠使向在預備加熱時容易產生相對的溫度下降的半導體晶片W的周緣部照射的閃光的光量比中央部多，能夠防止在閃光加熱時的半導體晶片W的周緣部的相對的溫度下降。另外，優選中央區Z1的閃光照射期間和周緣區Z2的閃光照射期間至少一部分重疊。

另外，除了使周緣區Z2的閃光照射時間比中央區Z1的閃光照射時間長外，還可以使向屬於周緣區Z2的8根閃光燈FL供給電荷的電容93的充電電壓比向屬於中央區Z1的22根閃光燈FL供給電荷的電容93的充電電壓高。這樣一來，在閃光照射時，相比屬於中央區Z1的22根閃光燈FL的放電電壓，屬於周緣區Z2的8根閃光燈FL的放電電壓高，向半導體晶片W的周緣部照射的閃光的強度比向中央部照射的閃光的強度更強，能夠確實地防止在閃光加熱時的半導體晶片W的周緣部的相對的溫度下降。

另外，在上述各實施方式中，閃光加熱部5具有30根閃光燈FL，但並不限於此，閃光燈FL的根數能夠為任意的數量。另外，屬於中央區Z1以及周緣區Z2的閃光燈FL的根數也並不限於22根、8根，可以為適當的數量。

另外，閃光燈FL並不限於氙氣閃光燈，也可以是氪氣閃光燈。另外，在滷素加熱部4配置的滷素燈HL的根數也並不限於40根，只要是在上層以及下層配置多個的方式，可以為任意的數量。

另外，根據本發明的熱處理裝置，成為處理對象的基板並不限於半導體晶片，也可以是在液晶顯示裝置等的平板顯示器使用的玻璃基板或太陽電池 用的基板。另外，本發明的技術也可以應用於高介電常數柵極絕緣膜(High-k膜)的熱處理、金屬和矽的接合、或多晶矽的結晶化。