CN112838029A - 基板支撑装置、热处理装置、基板支撑方法、热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基板支撑装置、热处理装置、基板支撑方法、热处理方法，即使在闪光照射而基板变成弯曲形状的情况下，也能够抑制基板破裂。本申请说明书中公开的技术相关的基板支撑装置具备：保持板，用于与通过闪光照射加热而能够弯曲的基板相对；多个基板支撑销，设置于所述保持板，并且用于支撑所述基板，多个所述基板支撑销配置在使所述保持板和没有弯曲的状态下的所述基板之间的空间的体积与所述保持板和弯曲的状态下的所述基板之间的空间的体积变得相等的位置。

Description

基板支撑装置、热处理装置、基板支撑方法、热处理方法
技术领域
本申请说明书所公开的技术涉及基板支撑装置、热处理装置、基板支撑方法、热处理方法。
背景技术
在半导体器件的制造工艺中，杂质导入是用于在半导体晶片等的薄板状精密电子基板(以下，有时简称为“基板”)内形成pn接合等必要的工序。杂质导入通常通过离子注入法和之后的退火法来进行。
离子注入法是通过使硼(B)、砷(As)和磷(P)等杂质的元素离子化并在高加速电压下与半导体晶片碰撞，来进行物理地注入杂质的技术。
注入的杂质通过退火处理被活性化。此时，若退火时间为数秒左右以上，则被注入的杂质受热而深深地扩散，其结果，接合深度变得比要求的深度深，从而存在可能妨碍形成良好的器件的担忧。
因此，作为在极短时间内加热半导体晶片的退火技术，闪光灯退火(flashlampanneal,即,FLA)引人注目。FLA是通过使用氙气闪光灯(以下，在简称为“闪光灯”的情况下指氙气闪光灯)向半导体晶片的表面照射闪光，在极短时间内(几毫秒以下)仅使注入有杂质的半导体晶片的表面升温的热处理技术。
氙气闪光灯的辐射光谱分布从紫外区域至近红外区域，波长比以往的卤素灯的波长短，并与硅的半导体晶片的基本吸收带几乎一致。由此，在从氙气闪光灯向半导体晶片照射闪光时，透射的光较少，因此能够使半导体晶片快速地升温。此外，已得知，若在几毫秒以下的极短时间内照射闪光，则能够有选择地仅使半导体晶片的表面附近升温。因此，若利用氙气闪光灯在极短时间升温，则能够在不使杂质深深地扩散的情况下，执行杂质活性化。
例如，在专利文献1中公开了一种闪光灯退火装置，该闪光灯退火装置在利用配置于处理腔室的下方的加热板预热半导体晶片后，从配置于处理腔室的上方的闪光灯向半导体晶片的表面照射闪光。
专利文献1：日本特开2004-186542号公报
但是，由于从闪光灯照射的闪光是具有高能量的光，因此被闪光照射的半导体晶片等基板的表面温度在短时间上升。而且，若基板的被闪光照射的表面产生快速的热膨胀，则有时基板以该表面成为凸形状的方式弯曲。
因此，由支撑销支撑的基板因该弯曲而产生晃动，基板可能因该晃动而从支撑销弹开。存在从支撑销弹开的基板重新与支撑销接触等情况下破裂的担忧。
发明内容
本申请说明书中公开的技术是鉴于以上记载的问题而提出的，是用于即使在闪光照射而基板变成弯曲形状的情况下，也能够抑制基板破裂的技术。
本申请说明书中公开的技术的第一方式是具备，具备：保持板，用于与通过闪光照射加热而能够弯曲的基板相对；多个基板支撑销，设置于所述保持板，并且用于支撑所述基板，多个所述基板支撑销配置在所述保持板和没有弯曲的状态下的所述基板之间的空间的体积与所述保持板和弯曲的状态下的所述基板之间的空间的体积变得相等的位置。
本申请说明书中公开的技术的第二方式与第一方式关联，所述基板支撑销配置成俯视下呈环状。
本申请说明书中公开的技术的第三方式与第一或第二方式关联，所述基板在俯视下呈圆形。
本申请说明书中公开的技术的第四方式与第一至第三中的任一个方式关联，在将所述基板支撑销的高度作为hpin，弯曲的状态下的所述基板的曲率半径为R，弯曲的状态的所述基板的高度为hbow，没有弯曲的状态下的所述基板的直径为Dwarer，弯曲的状态下的所述基板的俯视下的直径为c的情况下，俯视下的、各个所述基板支撑销和圆形的所述基板的中心部之间的距离rpin满足
Figure BDA0002795262430000021
本申请说明书中公开的技术的第五方式，具备上述的基板支撑装置和用于向所述基板照射所述闪光的闪光灯。
本申请说明书中公开的技术的第六方式，包括使通过闪光照射加热而能够弯曲的基板与设置有支撑所述基板的多个基板支撑销的保持板相对的工序；使多个所述基板支撑销配置在使所述保持板和没有弯曲的状态下的所述基板之间的空间的体积与所述保持板和弯曲的状态下的所述基板之间的空间的体积变得相等的位置的工序。
本申请说明书中公开的技术的第七方式，具备使用闪光灯向通过根据权利要求6所述的基板支撑方法支撑的所述基板照射所述闪光的工序。
根据本申请说明书中公开的技术的第一至第七的方式，即使在闪光照射而半导体晶片变成弯曲形状的情况下，也能够抑制半导体晶片从基板支撑销跳跃，因此结果来看能够抑制半导体晶片破裂。
此外，与本申请说明书中公开的技术相关的目的、特征、方面和优点将通过以下给出的详细的说明和附图变得更加清楚。
附图说明
图1是概略地表示实施方式涉及的热处理装置的结构例的俯视图。
图2是概略地表示实施方式涉及的热处理装置的结构例的主视图。
图3是概略地表示实施方式涉及的热处理装置中的热处理部的结构的剖面图。
图4是表示保持部的整体外观的立体图。
图5是基座的俯视图。
图6是基座的剖面图。
图7是移载机构的俯视图。
图8是移载机构的侧视图。
图9是表示多个卤素灯的配置的俯视图。
图10是表示下部辐射温度计和保持于基座的半导体晶片之间的位置关系的图。
图11是表示下部辐射温度计、上部辐射温度计和控制部关系的功能框图。
图12是表示半导体晶片的处理顺序的流程图。
图13是表示半导体晶片的表面温度的变化的图。
图14是概略地表示半导体晶片弯曲的状态下的间隙体积的图。
图15是表示Vdome、Vdisc和Vtotal的关系相关的模拟结果的例的图。
图16是分别表示根据式(9)的rpin的情况下的、使由基板支撑销支撑的半导体晶片试验性地跳跃的高度的图。
图17是分别表示根据式(9)的rpin的情况下的、使由基板支撑销支撑的半导体晶片试验性地跳跃的高度的图。
图18是分别表示根据其他rpin的情况下的、使由基板支撑销支撑的半导体晶片试验性地跳跃的高度的图。
图19是分别表示根据其他rpin的情况下的、使由基板支撑销支撑的半导体晶片试验性地跳跃的高度的图。
【附图标记的说明】
3：控制部
4：卤素加热部
5：闪光加热部
6：腔室
7：保持部
10：移载机构
11：移载臂
12：升降销
13：水平移动机构
14：升降机构
20：下部辐射温度计
21、26：透明窗
22、27：温度测量单元
24、29：红外线传感器
25：上部辐射温度计
31：温度计算部
33：显示部
34：输入部
41、51：框体
43、52：反射器
53：灯光辐射窗
61：腔室侧部
61a、61b、79：贯通孔
62：凹部
63：上侧腔室窗
64：下侧腔室窗
65：热处理空间
66：搬运开口部
68、69：反射环
71：底座环
72：连接部
74：基座
75：保持板
75a：保持面
76：引导环
77：基板支撑销
78：开口部
81：气体供给孔
82、87：缓冲空间
83：气体供给管
84、89、192：阀
85：处理气体供给源
86：排气孔
88、191：排气管
100：热处理装置
101：分度器部
110：装载埠
120：交接机械手
120R、120S、150R：箭头
121：手部
130、140：冷却部
131：第一冷却腔室
141：第二冷却腔室
150：搬运机械手
151a、151b：搬运手部
160：热处理部
170：搬运腔室
181、182、183、184、185：闸阀
190：排气部
230：定位部
231：定位腔室
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。在以下的实施方式中，表示了用于技术性说明的详细的特征等，但是这些仅是示例，并非所有示例都是使实施方式可行的必要特征。
此外，附图用于概略地表示，为了便于说明，对于附图适当地进行结构的省略或者结构的简化。此外，对于不同的附图分别表示的结构等的大小和位置的相互关系，不一定准确地表示，可以适当进行变更。此外，对于不是剖视图的俯视图等的附图，为了容易理解实施方式的内容，有时附加有阴影线。
此外，在以下进行的说明中，对相同的结构要素标注相同的附图标记，其名称和功能也视为相同。因此，为了避免重复，有时省略对这些的详细说明。
此外，在以下记载的说明中，“具备”、“包括”、“具有”某一结构要素等的情况下，除非另有说明，否则是不排除存在其他结构要素的非排他性表达。
此外，以下记载的说明中的、表示相对的或绝对的位置关系的表达，例如，“朝向一方向”、“沿着一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等，除非另有说明，否则包括严格地表示该位置关系的情况、以及存在公差或能够得到相同程度的功能的范围内角度或距离移位的情况。
此外，在以下记载的说明中，表示同等的状态的表达，例如，“相同”、“相等”、“均等”或“均匀”等，除非另有说明，否则包括严格地表示该位置关系的情况、以及存在公差或能够得到相同程度的功能的范围内角度或距离移位的情况。
此外，在以下记载的说明中，即使有使用表示“上”、“下”、“左”、“右”、“侧”、“底”、“表”或“里”等的特定的位置或方向的术语的情况，这些术语也是为了容易理解实施方式的内容而使用的，与实际上实施时的位置或方向没有关系。
此外，在以下记载的说明中，在记载有“…的上表面”或“…的下表面”等的情况下，除了成为对象的结构要素的上表面自身或下表面自身，还包括在成为对象的结构要素的上表面或下表面形成的其他结构要素的状态。即，例如，在记载有“在甲的上表面设置乙”的情况下，不排除在甲和乙之间存在其他结构要素“丙”。
＜实施方式＞
以下，对本实施方式相关的基板支撑装置、热处理装置、基板支撑方法、热处理方法进行说明。
＜关于热处理装置的结构＞
图1是概略地表示本实施方式相关的热处理装置100的结构例的俯视图。此外，图2是概略地表示本实施方式相关的热处理装置100的结构例的主视图。
如图1的例子所示，热处理装置100是向作为基板的圆板形状的半导体晶片W照射闪光来加热该半导体晶片W的闪光灯退火装置。
成为处理对象的半导体晶片W的尺寸不做特别地限定，例如是
Figure BDA0002795262430000071
或
Figure BDA0002795262430000072
的圆形。
如图1和图2所示，热处理装置100具备：分度器部101，用于将未处理的半导体晶片W从外部搬入到装置内，并且将处理完的半导体晶片W搬出到装置外；定位部230，进行未处理的半导体晶片W的定位；两个冷却部即冷却部130和冷却部140，进行加热处理后的半导体晶片W的冷却；热处理部160，对半导体晶片W实施闪光加热处理；搬运机械手150，对于冷却部130、冷却部140和热处理部160进行半导体晶片W的交接。
此外，热处理装置100具备控制部3，上述控制部3控制设置于上述的各处理部的动作机构和搬运机械手150，来进行半导体晶片W的闪光加热处理。
分度器部101具备：装载埠110，排列载置多个容纳架C(本实施方式中为2个)；交接机械手120，从各个容纳架C取出未处理的半导体晶片W，并且将处理完的半导体晶片W容纳于各个容纳架C。
收容未处理的半导体晶片W的容纳架C利用无人搬运车(AGV、OHT)等进行搬运并载置于装载埠110，并且收容处理完的半导体晶片W的容纳架C利用无人搬运车从装载埠110移除。
此外，在装载埠110中，容纳架C构成为能够按照图2的箭头CU所示的方式升降，使得交接机械手120能够对于容纳架C进行任意半导体晶片W的进出。
此外，作为容纳架C的形式，除了将半导体晶片W容纳于密闭空间的前开式晶圆传送盒(front opening unified pod，FOUP)之外，也可以是标准机械接口(standardmechanical inter face，SMIF)晶圆盒、或使容纳的半导体晶片W暴露于外部气体的开放式晶圆匣(open cassette，OC)。
此外，交接机械手120构成为，能够进行如图1的箭头120S所示的滑动移动，如箭头120R所示的旋回动作和升降动作。由此，交接机械手120对于两个容纳架C进行半导体晶片W的进出，并且对于定位部230和两个冷却部130和冷却部140进行半导体晶片W的交接。
利用交接机械手120对于容纳架C进行的半导体晶片W的进出，通过手部121的滑动移动和容纳架C的升降移动来进行。此外，交接机械手120与定位部230或冷却部130(冷却部140)之间的半导体晶片W的交接，通过手部121的滑动移动和交接机械手120的升降动作来进行。
定位部230沿着Y轴方向与分度器部101的侧方连接。定位部230是将半导体晶片W在水平面内旋转来使其朝向适合闪光加热的方向的处理部。定位部230在铝合金制成的框体即定位腔室231的内部设置有，将半导体晶片W支撑为水平姿势并旋转的机构，和光学地检测在半导体晶片W的周缘部形成的缺口或定向平面等的机构等。
向定位部230的半导体晶片W的交接，利用交接机械手120进行。从交接机械手120向定位腔室231以晶片中心位于规定的位置的方式交接半导体晶片W。
在定位部230中，将从分度器部101接收的半导体晶片W的中心部作为旋转中心使半导体晶片W以铅垂方向轴为中心旋转，通过光学地检测缺口等来调整半导体晶片W的朝向。结束朝向调整的半导体晶片W利用交接机械手120从定位腔室231取出。
作为利用搬运机械手150的半导体晶片W的搬运空间，设置有容纳搬运机械手150的搬运腔室170。在该搬运腔室170的三方连通地连接有热处理部160的腔室6、冷却部130的第一冷却腔室131和冷却部140的第二冷却腔室141。
热处理装置100的主要部分即热处理部160是向进行了预热(辅助加热)的半导体晶片W照射来自氙气闪光灯FL的闪光来进行闪光加热处理的基板处理部。关于该热处理部160的结构在后面进行详述。
两个处理部即冷却部130和冷却部140具备大体相同的结构。冷却部130和冷却部140分别在铝合金制成的框体即第一冷却腔室131或第二冷却腔室141的内部具备金属制成的冷却板和载置于冷却板的上表面的石英板(均省略图示)。该冷却板通过珀尔帖元件或恒温水循环调节为常温(约23℃)。
在热处理部160中实施了闪光加热处理的半导体晶片W被搬入第一冷却腔室131或第二冷却腔室141，载置于该石英板并被冷却。
第一冷却腔室131和第二冷却腔室141均在分度器部101和搬运腔室170之间与其双方连接。
在第一冷却腔室131和第二冷却腔室141设置有用于搬入搬出半导体晶片W的两个开口。第一冷却腔室131的两个开口中的与分度器部101连接的开口能够由闸阀181开闭。
另一方面，第一冷却腔室131的与搬运腔室170连接的开口能够由闸阀183开闭。即，第一冷却腔室131和分度器部101经由闸阀181连接，第一冷却腔室131和搬运腔室170经由闸阀183连接。
在分度器部101和第一冷却腔室131之间进行半导体晶片W的交接时，打开闸阀181。此外，在第一冷却腔室131和搬运腔室170之间进行半导体晶片W的交接时，打开闸阀183。在闸阀181和闸阀183关闭时，第一冷却腔室131的内部成为密闭空间。
此外，第二冷却腔室141的两个开口中的与分度器部101连接的开口能够由闸阀182开闭。另一方面，第二冷却腔室141的与搬运腔室170连接的开口能够由闸阀184开闭。即，第二冷却腔室141和分度器部101经由闸阀182连接，第二冷却腔室141和搬运腔室170经由闸阀184连接。
在分度器部101和第二冷却腔室141之间进行半导体晶片W的交接时，打开闸阀182。此外，在第二冷却腔室141和搬运腔室170之间进行半导体晶片W的交接时，打开闸阀184。在闸阀182和闸阀184关闭时，第二冷却腔室141的内部成为密闭空间。
在与腔室6相邻地设置的搬运腔室170设置的搬运机械手150能够以沿着铅垂方向的轴为中心如箭头150R所示的方式旋回。搬运机械手150具有由多个臂部分构成的两个连杆机构，在这些两个连杆机构的顶端分别设置有保持半导体晶片W的搬运手部151a和搬运手部151b。这些搬运手部151a和搬运手部151b沿着上下隔开规定的间距配置，能够利用连杆机构分别独立地在同一水平方向上直线地滑动移动。
此外，搬运机械手150通过使设置有两个连杆机构的底座升降移动，使两个搬运手部151a和搬运手部151b在仅离开规定的间距的状态下升降移动。
搬运机械手150在将第一冷却腔室131、第二冷却腔室141或热处理部160的腔室6作为交接对象进行半导体晶片W的交接(出入)时，首先，两搬运手部151a和搬运手部151b以与交接对象相对的方式旋回，然后(或旋回的期间)升降移动而某一个搬运手部位于与交接对象进行半导体晶片W交接的高度。然后，使搬运手部151a(151b)在水平方向上沿着直线滑动移动来与交接对象进行半导体晶片W的交接。
搬运机械手150和交接机械手120之间的半导体晶片W的交接可以经由冷却部130和冷却部140来进行。即，冷却部130的第一冷却腔室131和冷却部140的第二冷却腔室141在搬运机械手150和交接机械手120之间发挥用于交接半导体晶片W的路径的作用。具体来说，搬运机械手150和交接机械手120中的一方交至第一冷却腔室131或第二冷却腔室141的半导体晶片W被另一方接收，从而进行半导体晶片W的交接。搬运机构构成为利用搬运机械手150和交接机械手120将半导体晶片W从容纳架C搬运至热处理部160。
如上所述，第一冷却腔室131和第二冷却腔室141与分度器部101之间分别设置有闸阀181或闸阀182。此外，在搬运腔室170与第一冷却腔室131和第二冷却腔室141之间分别设置有闸阀183或闸阀184。而且，在搬运腔室170与热处理部160的腔室6之间设置有闸阀185。在热处理装置100内搬运半导体晶片W时，适当地打开这些闸阀。
图3是概略地表示本实施方式相关的热处理装置100中的热处理部160的结构的剖面图。
如图3的例子所示，热处理部160是通过对作为基板的圆板形状的半导体晶片W进行闪光照射，来加热该半导体晶片W的闪光灯退火装置。
成为处理对象的半导体晶片W的尺寸不做特别地限定，例如为
Figure BDA0002795262430000111
或
Figure BDA0002795262430000112
(本实施方式中为
Figure BDA0002795262430000113
)。
热处理部160具备：腔室6，收容半导体晶片W；闪光加热部5，内置多个闪光灯FL；卤素加热部4，内置多个卤素灯HL。在腔室6的上侧设置闪光加热部5，并且在下侧设置卤素加热部4。
此外，热处理部160在腔室6的内部具备：保持部7，将半导体晶片W保持为水平姿势；移载机构10，在保持部7和装置外部之间进行半导体晶片W的交接。
而且，热处理部160具备控制部3，上述控制部3控制卤素加热部4、闪光加热部5和设置于腔室6的各动作机构来执行半导体晶片W的热处理。
腔室6在筒状的腔室侧部61的上下安装有石英制成的腔室窗。腔室侧部61具有上下开口的大致筒形状，在上侧开口安装上侧腔室窗63而被堵塞，在下侧开口安装下侧腔室窗64而被堵塞。
构成腔室6的顶部的上侧腔室窗63是由石英形成的圆板形状构件，发挥使从闪光加热部5出射的闪光透过到腔室6内的石英窗的作用。
此外，构成腔室6的底部的下侧腔室窗64也是由石英形成的圆板形状构件，发挥使来自卤素加热部4的光透过到腔室6内的石英窗的作用。
此外，在腔室侧部61的内侧的壁面的上部安装有反射环68，在下部安装有反射环69。反射环68和反射环69均形成为圆环状。
上侧的反射环68通过从腔室侧部61的上侧嵌入来安装。另一方面，下侧的反射环69通过从腔室侧部61的下侧嵌入并通过省略图示的螺丝固定来安装。即，反射环68和反射环69均能够装卸自如地安装于腔室侧部61。
腔室6的内侧空间，即由上侧腔室窗63、下侧腔室窗64、腔室侧部61、反射环68和反射环69包围的空间定义为热处理空间65。
通过在腔室侧部61安装反射环68和反射环69，在腔室6的内壁面形成凹部62。即，形成由腔室侧部61的内壁面中的没有安装反射环68和反射环69的中央部分、反射环68的下端面、反射环69的上端面包围的凹部62。
凹部62在腔室6的内壁面沿着水平方向形成为圆环状，围绕保持半导体晶片W的保持部7。腔室侧部61和反射环68和反射环69由强度和耐热性优异的金属材料(例如，不锈钢)形成。
此外，在腔室侧部61设置有搬运开口部(炉口)66，上述搬运开口部(炉口)66用于对腔室6进行半导体晶片W的搬入和搬出。搬运开口部66能够利用闸阀185来开闭。搬运开口部66与凹部62的外周面连通地连接。
因此，在闸阀185打开搬运开口部66时，能够进行从搬运开口部66通过凹部62向热处理空间65的半导体晶片W的搬入和从热处理空间65的半导体晶片W的搬出。此外，若闸阀185关闭搬运开口部66，则腔室6内的热处理空间65成为密闭空间。
而且，在腔室侧部61贯穿设置有贯通孔61a和贯通孔61b。贯通孔61a是用于将从后述的基座74保持的半导体晶片W的上表面辐射的红外光向上部辐射温度计25的红外线传感器29引导的圆筒状的孔。另一方面，贯通孔61b是用于将从半导体晶片W的下表面辐射的红外光向下部辐射温度计20的红外线传感器24引导的圆筒状的孔。贯通孔61a和贯通孔61b相对于水平方向倾斜地设置，使得其贯通方向的轴与基座74所保持的半导体晶片W的主面相交。
红外线传感器29例如是量子型红外线传感器等。此外，红外线传感器24例如是热型红外线传感器，诸如利用焦电效应的焦电传感器、利用塞贝克效应的热电堆、或利用热引起的半导体的电阻变化的辐射热测量计。
在贯通孔61a的面向热处理空间65的一侧的端部安装有由氟化钙材料构成的透明窗26，上述透明窗26使上部辐射温度计25能够测量的波长区域的红外光透过。此外，在贯通孔61b的面向热处理空间65的一侧的端部安装有由氟化钡材料构成的透明窗21，上述透明窗21使下部辐射温度计20能够测量的波长区域的红外光透过。
此外，在腔室6的内壁上部设置有向热处理空间65供给处理气体的气体供给孔81。气体供给孔81设置于比凹部62更靠上侧的位置，可以设置于反射环68。气体供给孔81经由在腔室6的侧壁内部形成为圆环状的缓冲空间82与气体供给管83连通地连接。
气体供给管83与处理气体供给源85连接。此外，在气体供给管83的路径途中安装有阀84。若打开阀84，则从处理气体供给源85向缓冲空间82输送处理气体。
流入到缓冲空间82的处理气体以在比气体供给孔81流体阻力小的缓冲空间82内扩散的方式流动并从气体供给孔81向热处理空间65内供给。作为处理气体，能够使用例如氮气(N2)等的非活性气体、或氢气(H2)、氨气(NH3)等的反应性气体、或混合这些气体的混合气体(本实施方式中为氮气)。
另一方面，在腔室6的内壁下部形成有排出热处理空间65内的气体的排气孔86。排气孔86形成于比凹部62更靠下侧的位置，可以设置于反射环69。排气孔86经由在腔室6的侧壁内部形成为圆环状的缓冲空间87与排气管88连通地连接。排气管88与排气部190连接。此外，在排气管88的路径途中安装有阀89。若打开阀89，则热处理空间65的气体从排气孔86经由缓冲空间87向排气管88排出。
此外，气体供给孔81和排气孔86可以沿着腔室6的周向设置有多个，也可以是缝隙状的。此外，处理气体供给源85和排气部190可以设置于热处理部160，也可以是设置有热处理部160的工厂公用的部分。
此外，在搬运开口部66的顶端连接有排出热处理空间65内的气体的排气管191。排气管191经由阀192与排气部190连接。通过打开阀192，经由搬运开口部66排出腔室6内的气体。
图4是表示保持部7的整体外观的立体图。保持部7具备底座环71、连接部72和基座74。底座环71、连接部72和基座74均由石英形成。即，整个保持部7由石英形成。
底座环71是圆环形状缺失一部分的圆弧形状的石英构件。该缺失部分是为了防止后述的移载机构10的移载臂11和底座环71之间的干扰而设置的。底座环71载置于凹部62的底面，从而被腔室6的壁面支撑(参照图3)。在底座环71的上表面沿着其圆环形状的周向立设多个连接部72(本实施方式中为4个)。连接部72也是石英构件，通过熔接固定于底座环71。
基座74由设置于底座环71的4个连接部72支撑。图5是基座74的俯视图。图6是基座74的剖视图。
基座74具备保持板75、引导环76及多个基板支撑销77。保持板75是由石英形成的大致圆形的平板状构件。保持板75的直径大于半导体晶片W的直径。即，保持板75具有大于半导体晶片W的平面尺寸。
在保持板75的上表面周缘部设置有引导环76。引导环76是内径大于半导体晶片W的直径的圆环形状的构件。例如，在半导体晶片W的直径为
Figure BDA0002795262430000151
的情况下，引导环76的内径为
Figure BDA0002795262430000153
引导环76的内周面形成为从保持板75向上方扩展的锥形面。引导环76与保持板75同样的由石英形成。
引导环76可以熔接在保持板75的上表面，也可以用另行加工而成的销等固定在保持板75上。或者，也可以将保持板75和引导环76作为一体的构件进行加工。
保持板75的上表面中的比引导环76更靠内侧的区域为用于保持半导体晶片W的平面状的保持面75a。在保持板75的保持面75a上立设有多个基板支撑销77。在本实施方式中，沿着与保持面75a的外周圆(引导环76的内周圆)同心的圆周每隔30°环状地立设有共计12个基板支撑销77。
配置有12个基板支撑销77的圆的直径(相对的基板支撑销77之间的距离)小于半导体晶片W的直径，如果半导体晶片W的直径为
Figure BDA0002795262430000154
则基板支撑销77的圆的直径为
Figure BDA0002795262430000152
基板支撑销77设置有3个以上。各个基板支撑销77由石英形成。
多个基板支撑销77可以通过熔接设置在保持板75的上表面，也可以与保持板75一体加工。
返回图4，立设于底座环71的4个连接部72和基座74的保持板75的周缘部通过熔接固定。即，基座74和底座环71通过连接部72固定地连接。这种保持部7的底座环71被腔室6的壁面支撑，从而保持部7安装于腔室6。在保持部7安装于腔室6的状态下，基座74的保持板75处于水平姿势(法线与铅垂方向一致的姿势)。即，保持板75的保持面75a处于水平面。
搬入到腔室6的半导体晶片W以水平姿势载置于安装在腔室6的保持部7的基座74上并被保持。此时，半导体晶片W由立设在保持板75上的12个基板支撑销77支撑而保持在基座74上。更严密地讲，12个基板支撑销77的上端部与半导体晶片W的下表面接触来支撑该半导体晶片W。
由于12个基板支撑销77的高度(从基板支撑销77的上端到保持板75的保持面75a的距离)是均等的，因此，能够利用12个基板支撑销77以水平姿势支撑半导体晶片W。
此外，半导体晶片W被多个基板支撑销77支撑为与保持板75的保持面75a隔开规定的间隔。引导环76的厚度大于基板支撑销77的高度。因此，用引导环76来防止被多个基板支撑销77支撑的半导体晶片W的水平方向的位置偏移。
此外，如图4和图5所示，在基座74的保持板75形成有沿着上下贯通的开口部78。开口部78是为了使下部辐射温度计20接收从半导体晶片W的下表面辐射的辐射光(红外光)而设置的。即，下部辐射温度计20经由开口部78和安装于腔室侧部61的贯通孔61b的透明窗21接收从半导体晶片W的下表面辐射的光来测量该半导体晶片W的温度。
而且，在基座74的保持板75贯穿设置有4个贯通孔79，后述的移载机构10的升降销12贯通该贯通孔79以交接半导体晶片W。
图7是移载机构10的俯视图。图8是移载机构10的侧视图。移载机构10具有两条移载臂11。移载臂11大致为沿着圆环状的凹部62的圆弧形状。
在各个移载臂11立设有两个升降销12。移载臂11和升降销12由石英形成。各个移载臂11利用水平移动机构13能够转动。水平移动机构13能够使一对移载臂11在相对于保持部7移载半导体晶片W的移载动作位置(图7的实线位置)和在俯视时与被保持部7保持的半导体晶片W不重叠的退避位置(图7的双点划线位置)之间水平移动。
作为水平移动机构13，可以利用各个马达分别使各移载臂11转动，也可以使用连杆机构并利用一个马达使一对移载臂11连动地转动。
此外，一对移载臂11利用升降机构14与水平移动机构13一起升降移动。若升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置上升，则共计4个升降销12通过在基座74上贯穿设置的贯通孔79(参照图4、5)，升降销12的上端从基座74的上表面凸出。另一方面，升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置下降，使升降销12从贯通孔79抽出，水平移动机构13使一对移载臂11以打开的方式移动时，各个移载臂11移动到退避位置。
一对移载臂11的退避位置是保持部7的底座环71的正上方。由于底座环71载置于凹部62的底面，因此移载臂11的退避位置处于凹部62的内侧。此外，在设置有移载机构10的驱动部(水平移动机构13和升降机构14)的部位的附近也设置有省略图示的排气机构，该排气机构使移载机构10的驱动部周围的环境气体向腔室6的外部排出。
返回图3，设置于腔室6的上方的闪光加热部5在框体51的内侧设置有由多个(本实施方式中为30个)闪光灯FL构成的光源和以覆盖该光源的上方的方式设置的反射器52。
此外，在闪光加热部5的框体51的底部安装有灯光辐射窗53。构成闪光加热部5的底部的灯光辐射窗53是由石英形成的板状的石英窗。通过将闪光加热部5设置于腔室6的上方，使灯光辐射窗53与上侧腔室窗63相对。
闪光灯FL从腔室6的上方经由灯光辐射窗53和上侧腔室窗63向热处理空间65照射闪光。
多个闪光灯FL是分别具有长的圆筒形状的棒状灯，以各自的长度方向沿着由保持部7保持的半导体晶片W的主面(即沿着水平方向)相互平行的方式呈平面状地排列。由此，闪光灯FL排列所形成的平面也是水平面。
闪光灯FL具有在内部封入氙气且在两端部配置有与电容器连接的阳极和阴极的棒状玻璃管(放电管)和在该玻璃管的外周面上附设的触发电极。
由于氙气是电绝缘体，因此，即使在电容器内蓄积有电荷，在通常的状态下，也不会在玻璃管内流通电流。然而，在向触发电极施加高电压而破坏绝缘的情况下，蓄积在电容器内的电荷在玻璃管内瞬间地流通，因此时的氙的原子或分子的激发而放出光。
在这样的闪光灯FL中，预先在电容器内蓄积的静电能量变换为0.1毫秒到100毫秒这样极短的光脉冲，因此，与如卤素灯HL那样连续点亮的光源相比，具有能够照射极强的光的特征。即，闪光灯FL是在小于1秒的极短时间内瞬间发光的脉冲发光灯。
此外，闪光灯FL的发光时间能够通过向闪光灯FL供给电力的灯电源的线圈常数来调整。
此外，反射器52以覆盖多个闪光灯FL整体的方式设置在多个闪光灯FL的上方。反射器52的基本作用是，将从多个闪光灯FL出射的闪光向热处理空间65侧反射。反射器52由铝合金板形成，其表面(面向闪光灯FL一侧的面，即，上表面)通过喷砂处理而被实施粗面化加工。
设置在室6的下方的卤素加热部4在框体41的内侧内置有多个(在本实施方式中为40个)卤素灯HL。卤素加热部4由多个卤素灯HL从腔室6的下方经由下侧腔室窗64向热处理空间65照射光来对半导体晶片W进行加热。
图9是表示多个卤素灯HL的配置的俯视图。40个卤素灯HL分上下两层配置。在接近保持部7的上层配置有20个卤素灯HL，并且，在比上层更远离保持部7的下层配置有20个卤素灯HL。
各个卤素灯HL是具有长的圆筒形状的棒状灯。在上层和下层中，20个卤素灯HL都排列为各自的长度方向沿着由保持部7保持的半导体晶片W的主面(即沿着水平方向)相互平行。由此，在上层和下层中，卤素灯HL排列所形成的平面都为水平面。
此外，如图9所示，在上层和下层，相比与由保持部7保持的半导体晶片W的中央部相对的区域，与周缘部相对的区域中的卤素灯HL的配置密度高。即，在上层和下层，相比灯排列的中央部，周缘部的卤素灯HL的配置间距短。因此，在利用卤素加热部4照射的光进行加热时，能够向容易产生温度下降的半导体晶片W的周缘部照射更多的光量。
此外，由上层的卤素灯HL构成的灯组和由下层的卤素灯HL构成的灯组呈格子状交叉排列。即，以在上层配置的20个卤素灯HL的长度方向和在下层配置的20个卤素灯HL的长度方向相互正交的方式，配置共计40个卤素灯HL。
卤素灯HL是通过对配置在玻璃管内部的灯丝进行通电来使灯丝白炽化并使其发光的灯丝式光源。在玻璃管的内部封入有在氮气或氩气等非活性气体中导入了微量的卤族元素(碘、溴等)的气体。通过导入卤族元素，能够抑制灯丝的折损，并且能够将灯丝的温度设定为高温。
因此，卤素灯HL与通常的白炽灯相比，具有寿命长且能够连续照射强光的特性。即，卤素灯HL是连续发光至少1秒以上的连续点亮灯。此外，因卤素灯HL是棒状灯而寿命长，通过使卤素灯HL沿水平方向配置，向上方的半导体晶片W辐射的效率优异。
此外，在卤素加热部4的框体41内，在两层卤素灯HL的下侧也设置有反射器43(图3)。反射器43将从多个卤素灯HL出射的光向热处理空间65一侧反射。
如图3所示，在腔室6设置有上部辐射温度计25和下部辐射温度计20的两个辐射温度计(本实施方式中为高温计)。上部辐射温度计25设置于基座74保持的半导体晶片W的斜上方，并且下部辐射温度计20设置于基座74保持的半导体晶片W的斜下方。
图10表示下部辐射温度计20和基座74保持的半导体晶片W之间的位置关系的图。
下部辐射温度计20的红外线传感器24相对于半导体晶片W的受光角θ是60°以上且89°以下。受光角θ是下部辐射温度计20的红外线传感器24的光轴和半导体晶片W的法线(相对主面垂直的线)之间形成的角度。此外，相同地，上部辐射温度计25的红外线传感器29相对于半导体晶片W的受光角θ也是60°以上且89°以下。此外，下部辐射温度计20的红外线传感器24相对于半导体晶片W的受光角和上部辐射温度计25的红外线传感器29相对于半导体晶片W的受光角可以是不相等的角度。
控制部3控制设置在热处理部160的上述的各种动作机构。作为控制部3的硬件结构，与一般的计算机相同。即，控制部3具有进行各种运算处理的电路即CPU、存储基本程序的读取专用的存储器即ROM、存储各种信息的可自由读写的存储器即RAM、存储控制用软件和数据等的磁盘。通过控制部3的CPU执行规定的处理程序，来进行热处理部160中的处理。
图11是表示下部辐射温度计20、上部辐射温度计25和控制部3的关系的功能框图。
设置于半导体晶片W的斜下方的测量半导体晶片W的下表面的温度的下部辐射温度计20具备红外线传感器24和温度测量单元22。
红外线传感器24接收从基座74保持的半导体晶片W的下表面经由开口部78辐射的红外光。红外线传感器24与温度测量单元22电连接，将响应受光产生的信号向温度测量单元22传递。
温度测量单元22具备省略图示的放大电路、A/D转换器和温度转换电路等，将从红外线传感器24输出的表示红外光的强度的信号转换为温度。由温度测量单元22求出的温度是半导体晶片W的下表面的温度。
另一方面，设置于半导体晶片W的斜上方的测量半导体晶片W的上表面的温度的上部辐射温度计25具备红外线传感器29和温度测量单元27。红外线传感器29接收从基座74保持的半导体晶片W的上表面辐射的红外光。红外线传感器29具备InSb(铟锑)的光学元件，使得能够应对被照射闪光的瞬间的半导体晶片W的上表面的急速的温度变化。红外线传感器29与温度测量单元27电连接，将响应受光产生的信号向温度测量单元27传递。温度测量单元27将从红外线传感器29输出的表示红外光的强度的信号转换为温度。由温度测量单元27求出的温度是半导体晶片W的上表面的温度。
下部辐射温度计20和上部辐射温度计25与热处理部160整体的控制器即控制部3电连接，由下部辐射温度计20和上部辐射温度计25分别测量的半导体晶片W的下表面和上表面的温度向控制部3传递。
控制部3具备温度计算部31。温度计算部31是通过控制部3的CPU执行规定的处理程序来实现的功能处理部。关于温度计算部31的处理内容在后面详述。
此外，在控制部3连接有显示部33和输入部34。控制部3在显示部33显示各种信息。输入部34是热处理装置100的操作者用于向控制部3输入各种指令或参数的设备。操作者能够确认显示部33的显示内容，并且通过输入部34进行描述半导体晶片W的处理顺序和处理条件的处理规程的条件设定。
作为显示部33和输入部34，能够使用兼具双方的功能的触摸面板，在本实施方式中采用设置于热处理装置100的外壁的液晶的触摸面板。
上述的结构之外，热处理装置100还具备各种冷却用的结构，用于防止热处理半导体晶片W时因从卤素灯HL和闪光灯FL产生的热能量而卤素加热部4、闪光加热部5和腔室6的温度过度上升。
例如，在腔室6的壁体设置有水冷管(省略图示)。此外，卤素加热部4和闪光加热部5在内部设置有形成气流并排热的空冷结构。此外，向上侧腔室窗63和灯光辐射窗53之间的间隙供给空气，来冷却闪光加热部5和上侧腔室窗63。
＜关于热处理装置的动作＞
接着，对热处理装置100中的半导体晶片W的处理顺序进行说明。图12是表示半导体晶片W的处理顺序的流程图。以下说明的热处理装置100的处理顺序，通过控制部3控制热处理装置100的各动作机构来进行。
首先，打开用于供气的阀84，并且打开排气用的阀89和阀192，开始对腔室6内进行供排气。若打开阀84，则从气体供给孔81向热处理空间65供给氮气。此外，若打开阀89，则从排气孔86排出腔室6内的气体。由此，从腔室6内的热处理空间65的上部供给的氮气向下方流动，从热处理空间65的下部排出。
此外，通过打开阀192，还从搬运开口部66排出腔室6内的气体。而且，利用省略图示的排气机构，还排出移载机构10的驱动部周边的环境气体。此外，在热处理装置100中的半导体晶片W的热处理时向热处理空间65持续地供给氮气，该供给量根据处理工序适当变更。
接着，打开闸阀185而使搬运开口部66打开，利用装置外部的搬运机械手经由搬运开口部66将成为处理对象的半导体晶片W搬入至腔室6内的热处理空间65(步骤S1)。此时，存在随着半导体晶片W的搬入而带入装置外部的环境气体的担忧，但是由于在腔室6中持续地供给有氮气，因此从搬运开口部66流出氮气，从而能够将带入的这种外部环境气体抑制至最小限度。
利用搬运机械手搬入的半导体晶片W进入至保持部7的正上方位置并停止。然后，通过移载机构10的一对移载臂11从退避位置水平移动至移载动作位置并上升，使升降销12通过贯通孔79而从基座74的保持板75的上表面凸出并接收半导体晶片W。此时，升降销12上升至高于基板支撑销77的上端的上方。
在半导体晶片W被载置于升降销12后，搬运机械手从热处理空间65退出，由闸阀185关闭搬运开口部66。然后，一对移载臂11下降，从而半导体晶片W从移载机构10交接至保持部7的基座74并从下方保持为水平姿势。半导体晶片W由立设在保持板75上的多个基板支撑销77支撑并保持于基座74。此外，半导体晶片W保持于保持部7并将作为被处理面的表面作为上表面。由多个基板支撑销77支撑的半导体晶片W的背面(与表面相反侧的主面)和保持板75的保持面75a之间形成规定的间隔。下降至基座74的下方的一对移载臂11由水平移动机构13退避至退避位置，即凹部62的内侧。
图13是表示半导体晶片W的表面温度的变化的图。半导体晶片W被搬入腔室6内并由基座74保持后，在时刻t1将卤素加热部4的40个卤素灯HL一起点亮，开始进行预热(辅助加热)(步骤S2)。从卤素灯HL出射的卤素光透过由石英形成的下侧腔室窗64和基座74，向半导体晶片W的下表面照射。通过接收来自卤素灯HL的光照射，半导体晶片W被预热而温度上升。此外，由于移载机构10的移载臂11退避到凹部62的内侧，因此，不会妨碍卤素灯HL的加热。
因来自卤素灯HL的光照射而升温的半导体晶片W的温度由下部辐射温度计20测量。即，从基座74保持的半导体晶片W的下表面(背面)经由开口部78辐射的红外光通过透明窗21由下部辐射温度计20接收来测量半导体晶片W的背面温度(步骤S3)。此外，也可以在利用卤素灯HL开始预热之前开始由下部辐射温度计20测量温度。
但是，许多情况下在半导体晶片W形成有基于处理目的的各种膜。例如，有时在半导体晶片W形成有光掩模用的抗蚀剂膜、层间绝缘膜、高介电常数膜等。这些膜典型的有形成于半导体晶片W的表面(被处理面)的膜，近年来随着半导体器件的制造工艺变复杂而有时在半导体晶片W的背面也形成有某种膜。而且，在背面形成有膜的情况下半导体晶片W在热处理装置100中成为热处理的对象。
在由下部辐射温度计20非接触地测量半导体晶片W的背面的温度时，有必要在下部辐射温度计20设定该背面的辐射率。若在半导体晶片W的背面没有形成膜，则在下部辐射温度计20设定晶片基底材料即硅的辐射率即可，但是在半导体晶片W的背面也形成有膜时，背面的辐射率随膜变动。
由下部辐射温度计20测量的半导体晶片W的背面温度传递至控制部3。控制部3监控因来自卤素灯HL的光照射而升温的半导体晶片W的温度是否达到了规定的预热温度T1，并且控制卤素灯HL的输出。即，控制部3基于由下部辐射温度计20测量的测量值反馈控制卤素灯HL的输出，使得半导体晶片W的温度成为预热温度T1。这样，下部辐射温度计20还是用于控制预热阶段中的卤素灯HL的输出的温度传感器。此外，下部辐射温度计20测量半导体晶片W的背面的温度，在利用卤素灯HL进行的预热阶段中半导体晶片W的表面和背面之间不产生温差，由下部辐射温度计20测量的背面温度视为半导体晶片W整体的温度。
在半导体晶片W的温度达到了预热温度T1后，控制部3将半导体晶片W暂时维持在该预热温度T1。具体地说，在由下部辐射温度计20测量的半导体晶片W的温度达到了预热温度T1的时刻t2，控制部3调整卤素灯HL的输出，将半导体晶片W的温度大致维持在预热温度T1。
通过利用这样的卤素灯HL进行预热，使半导体晶片W的整体均匀地升温到预热温度T1。在利用卤素灯HL预热的阶段，具有更容易散热的半导体晶片W的周缘部的温度比中央部的温度下降的趋势，但是，就卤素加热部4中的卤素灯HL的配置密度而言，和与半导体晶片W的中央部相对的区域相比，与周缘部相对的区域的配置密度更高。因此，向容易散热的半导体晶片W的周缘部照射的光量变多，从而能够使预热阶段的半导体晶片W的面内温度分布变得均匀。
在半导体晶片W的温度达到了预热温度T1并经过了规定时间的时刻t3，闪光加热部5的闪光灯FL向基座74保持的半导体晶片W的表面进行闪光照射(步骤S4)。此时，从闪光灯FL辐射的闪光的一部分直接向腔室6内照射，其他部分一旦被反射器52反射后向室6内照射，通过上述的闪光的照射，进行半导体晶片W的闪光加热。
由于闪光加热是利用来自闪光灯FL的闪光照射来进行的，因此，能够在短时间内使半导体晶片W的表面温度上升。即，从闪光灯FL照射的闪光是预先蓄积在电容器内的静电能量变换为极短的光脉冲的、照射时间为0.1毫秒以上且100毫秒以下左右的极短的强闪光。而且，通过来自闪光灯FL的闪光照射，半导体晶片W的表面温度在极短时间内急速上升。
半导体晶片W的表面温度由上部辐射温度计25监控。但是，上部辐射温度计25不测量半导体晶片W的表面的绝对温度，而测量该表面的温度变化。即，上部辐射温度计25测量闪光照射时的从预热温度T1开始的半导体晶片W的表面的上升温度(跳跃温度)ΔT(步骤S5)。此外，闪光照射时半导体晶片W的背面温度由下部辐射温度计20测量，但是在照射照射时间极短的强度强的闪光时，仅半导体晶片W的表面附近被急速加热，从而在半导体晶片W的表面和背面之间产生温差，无法由下部辐射温度计20测量半导体晶片W的表面的温度。此外，与下部辐射温度计20相同地，上部辐射温度计25的相对于半导体晶片W的受光角也为60°以上且89°以下，因此能够由上部辐射温度计25准确地测量半导体晶片W的表面的上升温度ΔT，而与半导体晶片W的表面形成的膜的种类无关。
接着，控制部3的温度计算部31计算闪光照射时半导体晶片W的表面达到的最高温度(步骤S6)。半导体晶片W的背面的温度至少在预热时从半导体晶片W达到恒定温度的时刻t2到闪光照射的时刻t3的期间持续地由下部辐射温度计20测量。在闪光照射前的预热阶段中半导体晶片W的表面和背面之间不产生温差，闪光照射前由下部辐射温度计20测量的半导体晶片W的背面温度也是表面温度。温度计算部31在从照射闪光之前的时刻t2到时刻t3的期间由下部辐射温度计20测量到的半导体晶片W的背面的温度(预热温度T1)上相加由上部辐射温度计25测量到的闪光照射时的半导体晶片W的表面的上升温度ΔT来算出该表面的最高达到温度T2。温度计算部31也可以将计算出的最高达到温度T2显示于显示部33。
下部辐射温度计20的相对于半导体晶片W的受光角θ是60°以上且89°以下而比较大，从而能够由下部辐射温度计20准确地测量半导体晶片W的背面的温度，而与在半导体晶片W的背面形成的膜的种类无关。通过在由下部辐射温度计20准确地测量到的半导体晶片W的背面温度(＝表面温度)上相加由上部辐射温度计25测量到的半导体晶片W的上表面的上升温度ΔT，能够准确地计算闪光照射时的半导体晶片W的表面的最高达到温度T2。
闪光照射结束后，经过规定时间后的时刻t4卤素灯HL熄灯。由此，半导体晶片W从预热温度T1快速降温。降温中的半导体晶片W的温度由下部辐射温度计20测量，该测量结果被传送至控制部3。控制部3基于下部辐射温度计20的测量结果，监控半导体晶片W的温度是否已降温到规定温度。然后，半导体晶片W的温度下降到规定温度以下后，移载机构10的一对移载臂11重新从退避位置水平移动到移载动作位置并上升，由此，升降销12从基座74的上表面凸出，从基座74接收热处理后的半导体晶片W。接着，打开由闸阀185关闭的搬运开口部66，将载置在升降销12上的半导体晶片W由装置外部的搬运机械手从腔室6搬出，从而完成半导体晶片W的加热处理(步骤S7)。
在本实施方式中，将下部辐射温度计20设置于基座74保持的半导体晶片W的斜下方，下部辐射温度计20的相对于半导体晶片W的受光角θ比较大，为60°以上且89°以下。因此，半导体晶片W的背面的辐射率对膜的种类的依赖性低，能够由下部辐射温度计20准确地测量半导体晶片W的背面的温度，而与半导体晶片W的背面形成的膜的种类无关。
此外，将上部辐射温度计25设置于基座74保持的半导体晶片W的斜上方，上部辐射温度计25的相对于半导体晶片W的受光角也为60°以上且89°以下。因此，能够由上部辐射温度计25准确地测量半导体晶片W的表面的上升温度ΔT，而与半导体晶片W的表面形成的膜的种类无关。
在从闪光照射之前的时刻t2到时刻t3的期间由下部辐射温度计20测量半导体晶片W的背面温度。在闪光照射时由上部辐射温度计25测量半导体晶片W的表面的上升温度ΔT。通过在由下部辐射温度计20准确地测量到的半导体晶片W的背面温度上相加由上部辐射温度计25测量到的半导体晶片W的表面的上升温度ΔT，能够准确地求出闪光照射时的半导体晶片W的表面温度。
＜关于基板支撑销77的配置位置＞
通过闪光照射的闪光灯退火，被闪光照射的半导体晶片W的上表面的温度在短时间内上升，因此在半导体晶片W的上表面产生急速的热膨胀。而且，因该热膨胀而半导体晶片W弯曲，使得半导体晶片W的上表面成为凸形状。
在半导体晶片W和与半导体晶片W相对的保持板75之间的空间因半导体晶片W弯曲而延伸(或压缩)的情况下，产生要返回到原来的体积的力，即，在该空间产生恢复力。而且，在半导体晶片W弯曲前后，半导体晶片W和保持板75之间的空间的体积(间隙体积)变化越大，该恢复力越大。
半导体晶片W弯曲而产生的恢复力导致由基板支撑销77支撑的半导体晶片W产生晃动，从而半导体晶片W从基板支撑销77弹开的可能性增大。
根据上述前提，若通过抑制半导体晶片W弯曲前后的间隙体积的变化来减小恢复力，则能够抑制半导体晶片W从基板支撑销77弹开。在本实施方式中对基板支撑装置进行说明，基板支撑装置设定基板支撑销77的配置，使得在半导体晶片W弯曲前后，半导体晶片W与保持板75之间的体积(间隙体积)的变化尽可能地小，优选在半导体晶片W弯曲前后的间隙体积相等。
此处，“间隙体积相等”并不限于体积严格相等的情况，例如，也包括在发挥交叉或相同程度的功能的范围内产生差异的情况。
首先，算出半导体晶片W没有弯曲的状态下的间隙体积。在将没有弯曲的状态下的半导体晶片W的直径作为Dwarer，设置于保持板75的基板支撑销77的高度作为hpin的情况下，间隙体积Vflat用以下的式(1)来表示。
Figure BDA0002795262430000261
接着，参照图14，算出半导体晶片W弯曲的状态下的间隙体积。此处，图14是表示半导体晶片W弯曲的状态下的间隙体积的概要的图。如图14所示，半导体晶片W弯曲的状态下的间隙体积Vtotal可以视为上部的圆顶部分的体积和下部的圆柱部分的体积之和。此外，假设图14所示的弯曲状态为半导体晶片W的弯曲程度最大的状态。
若假设半导体晶片W以形成理想的球面的方式弯曲(挠曲)，则将弯曲状态的半导体晶片W的高度(即，半导体晶片W的中央部的法线方向上的、形成在弯曲状态的半导体晶片W的中央部的顶点与弯曲状态的半导体晶片W的外缘部之间的距离)设为hbow，弯曲状态的半导体晶片W的球面的曲率半径设为R，上部的圆顶部分的体积Vdome如以下的式(2)所示。
Figure BDA0002795262430000271
一方面，将弯曲的状态下的半导体晶片W的外缘部和保持板75之间的距离作为hgap，俯视下被弯曲的状态下的半导体晶片W覆盖的面积作为c，下部的圆柱部分的体积Vdisc用以下的式(3)来表示。
Figure BDA0002795262430000272
此处，hgap、hbow和hpin的关系用以下的式(4)来表示。
hgap+hbow＝hpin+x…(4)
此外，x相当于半导体晶片W的中央部的法线方向上的、弯曲的状态下的半导体晶片W的中央部形成的顶点和基板支撑销77的上端之间的距离。
此外，R和x之间的关系用以下的式(5)来表示。
R＝k+x…(5)
那么，将基板支撑销77和半导体晶片W的中心之间的距离作为rpin，能够导出以下的式(6)。
R2＝k2+r2pin…(6)
然后，通过在式(4)中导入式(5)和式(6)，能够导出以下的式(7)。
Figure BDA0002795262430000273
而且，通过将式(7)代入式(3)中，能够导出以下的式(8)。
Figure BDA0002795262430000274
然后，若假设半导体晶片W弯曲的前后间隙体积相等，则rpin用以下的式(9)表示。
Figure BDA0002795262430000281
图15是表示Vdome、Vdisc和Vtotal的关系相关的模拟结果的例子的图。在图15中，纵轴表示体积[mm3]，横轴表示hbow[mm]。在图15的例中，Dwafer设为300mm，hpin设为1mm，将根据式(9)的rpin(即，106mm)的情况用实线、将其他rpin(即，135mm)的情况用虚线分别表示。此外，关于Vtotal，用粗线表示。
在图15中，从最下方起的的第二条细实线是106mm的Vdisc。从最下方起的第三条细虚线是135mm的Vdisc。从最下方起的第四条粗实线是106mm的Vtotal。最上方的粗虚线为135mm的Vtotal。最下方的细实线既是106mm的Vdome又是135mm的Vdome。最下方的细实线(体积值)与从最下方起的第三条细虚线(体积值)之和为最上方的粗虚线(体积值)。最下方的细实线(体积值)与从最下方起的第二条细实线(体积值)之和为从最下方起的第四条粗实线(体积值)。
如图15的例子所示，在实线和虚线的情况下，Vdome随着hbow增加而增加。此外，在图15中，实线和虚线的Vdome重合。一方面，在实线和虚线的情况下，Vdisc随着hbow增加而減少。
但是，在用实线表示的根据式(9)的rpin的情况下，可以看出Vtotal与hbow无关地保持恒定，在基板弯曲前后(即，hbow是0的情况和hbow是0以外的值的情况)，间隙体积相等。
＜关于半导体晶片W的跳跃的抑制＞
接着，参照图16、图17、图18和图19，在根据式(9)的rpin的情况和其他rpin的情况下，比较由基板支撑销77支撑的半导体晶片W因热处理弯曲而从基板支撑销77跳起(跳跃)的情况的高度。
图16是分别表示根据式(9)的rpin(即，106mm)的情况下、使由基板支撑销77支撑的半导体晶片W试验性地跳跃的高度的图。图16所示的结果相当于，通常在0.4ms～100ms期间使用能够调整照射时间的闪光灯，用比较短的时间照射闪光的情况。在图16中，纵轴表示跳跃的高度(用于比较的相对值)，横轴表示时间(用于比较的相对值)。
在图16中表示了与在闪光灯施加了3个模式的电压值的情况对应的三个图表(电压值从低到高的顺序为A、B、C模式)，半导体晶片W跳跃的高度均被抑制为比较低的值。此外，在之后的图中，用实线表示A模式，用虚线表示B模式，用粗线表示C模式。
图17是分别表示根据式(9)的rpin(即，106mm)的情况下、使由基板支撑销77支撑的半导体晶片W试验性地跳跃的高度的图。图17所示的结果相当于比图16所示的情况照射更长时间闪光的情况。在图17中，纵轴表示跳跃的高度(用于比较的相对值)，横轴表示时间(用于比较的相对值)。
在图17中表示了与在闪光灯施加了A、B、C的3个模式的电压值的情况对应的三个图表，在每种情况下，半导体晶片W跳跃的高度均被抑制为比较低的值。
图18是分别表示其他rpin(即，135mm)的情况下、使由基板支撑销77支撑的半导体晶片W试验性地跳跃的高度的图。图18所示的结果相当于照射了与图16所示的情况相同时间的闪光的情况。在图18中，纵轴表示跳跃的高度(用于比较的相对值)，横轴表示时间(用于比较的相对值)。
在图18中表示了与在闪光灯施加了A、B、C的3个模式的电压值的情况对应的三个图表，在每种情况下，半导体晶片W的跳跃高度均大于图16所示的跳跃高度。
图19是分别表示其他rpin(即，135mm)的情况下、使由基板支撑销77支撑的半导体晶片W试验性地跳跃的高度的图。图19所示的结果相当于照射了与图17所示的情况相同时间的闪光的情况。在图19中，纵轴表示跳跃的高度(用于比较的相对值)，横轴表示时间(用于比较的相对值)。
在图19中表示了与在闪光灯施加了A、B、C的3个模式的电压值的情况对应的三个图表，在每种情况下，半导体晶片W跳跃的高度均大于图17所示的情况。
如图16、图17、图18和图19所示，根据式(9)的rpin的情况与其他rpin的情况相比半导体晶片W跳跃的高度变低。
＜关于根据以上记载的实施方式产生的效果＞
接着，表示根据以上记载的实施方式产生的效果的例子。此外，在以下的说明中，基于以上记载的实施方式中表示了例子的具体的结构记载该效果，在产生相同的效果的范围内，可以用在本申请说明书中表示了例子的其他具体的结构代替。
根据以上记载的实施方式，基板支撑装置具备保持板75和多个基板支撑销77。保持板75与基板相对。此处，基板例如对应于半导体晶片W等，通过闪光照射加热而能够弯曲。基板支撑销77设置于保持板75。此外，基板支撑销77支撑半导体晶片W。而且，多个基板支撑销77配置在使保持板75和没有弯曲的状态下的半导体晶片W之间的空间的体积与保持板75和弯曲的状态下的半导体晶片W之间的空间的体积相等的位置。
根据这样的结构，即使在闪光照射而半导体晶片W成为弯曲形状的情况下，也能够抑制半导体晶片W从基板支撑销77跳跃，因此结果来看能够抑制半导体晶片W破裂。
此外，即使在上述的结构中适当地增加本申请说明书所示的例子的其他结构的情况下，即，在适当地增加未作为上述结构提及的本申请说明书中的其他结构的情况下，也能够产生相同的效果。
此外，根据以上记载的实施方式，基板支撑销77配置成俯视下呈环状。根据这样的结构，在半导体晶片W以形成理想的球面的方式弯曲的情况下，基板支撑销77能够适当地支撑弯曲状态的半导体晶片W。
此外，根据以上记载的实施方式，半导体晶片W在俯视下呈圆形。根据这样的结构，在半导体晶片W以形成理想的球面的方式弯曲的情况下，能够抑制半导体晶片W从基板支撑销77跳跃。
此外，根据以上记载的实施方式，在将基板支撑销77的高度作为hpin，弯曲的状态下的半导体晶片W的曲率半径作为R，弯曲的状态下的半导体晶片W的高度作为hbow，没有弯曲的状态下的半导体晶片W的直径作为Dwarer，弯曲的状态下的半导体晶片W的俯视下的直径作为c的情况下，俯视下的、各个基板支撑销77和圆形的半导体晶片W的中心部之间的距离rpin满足上述式(9)。根据这样的结构，在半导体晶片W弯曲前后，保持板75和半导体晶片W之间的空间的体积变得相等，因此抑制弯曲时产生的恢复力，从而能够抑制半导体晶片W从基板支撑销77跳跃。
此外，根据以上记载的实施方式，热处理装置具备上述的基板支撑装置和用于向半导体晶片W照射闪光的闪光灯FL。根据这样的结构，即使在照射闪光的半导体晶片W的上表面产生急速的热膨胀，半导体晶片W的上表面弯曲成凸形状的情况下，也能够抑制半导体晶片W从基板支撑销77跳跃。
根据以上记载的实施方式，在基板支撑方法中，使通过闪光照射加热而能够弯曲的半导体晶片W与设置有支撑半导体晶片W的多个基板支撑销77的保持板75相对。而且，使多个基板支撑销77配置于保持板75和没有弯曲的状态下的半导体晶片W之间的空间的体积与保持板75和弯曲的状态下的半导体晶片W之间的空间的体积相等的位置。
根据这样的结构，即使因闪光照射而半导体晶片W成为弯曲形状的情况下，也能够抑制半导体晶片W从基板支撑销77跳跃，因此结果来看能够抑制半导体晶片W破裂。
此外，在没有特别限制的情况下，能够变更进行各个处理的顺序。
此外，即使在上述的结构中适当地增加本申请说明书所示的例子的其他结构的情况下，即，在适当地增加未作为上述结构提及的本申请说明书中的其他结构的情况下，也能够产生相同的效果。
此外，根据以上记载的实施方式，在热处理方法中，使用闪光灯FL向由上述的基板支撑方法支撑的半导体晶片W照射闪光。根据这样的结构，即使在照射闪光的半导体晶片W的上表面产生急速的热膨胀，半导体晶片W的上表面弯曲成凸形状的情况下，也能够抑制半导体晶片W从基板支撑销77跳跃。
＜关于以上记载的实施方式的变形例＞
在以上记载的实施方式中，有时记载有各个结构要素的材质、材料、尺寸、形状、相对的配置关系或实施的条件等，但是这些在所有方面都是一个例子，并不限于本申请说明书中记载的内容。
因此，在本申请说明书中公开的技术范围内，可以预见未表示例子的无数变形例和等同物。例如，变更至少一个结构要素的情况包括增加的情况或省略的情况。
此外，在以上记载的实施方式中，在没有特别指定而记载有材料名等的情况下，只要不产生矛盾，就设为该材料中含有其他添加物，例如，含有合金等。

Claims (7)

1.一种基板支撑装置，其中，具备：
保持板，用于与通过闪光照射加热而能够弯曲的基板相对；
多个基板支撑销，设置于所述保持板，并且用于支撑所述基板，
多个所述基板支撑销配置在使所述保持板和没有弯曲的状态下的所述基板之间的空间的体积与所述保持板和弯曲的状态下的所述基板之间的空间的体积变得相等的位置。
2.根据权利要求1所述的基板支撑装置，其中，
所述基板支撑销配置成俯视下呈环状。
3.根据权利要求1或2所述的基板支撑装置，其中，
所述基板在俯视下呈圆形。
4.根据权利要求1或2所述的基板支撑装置，其中，
在将所述基板支撑销的高度作为hpin，弯曲的状态下的所述基板的曲率半径作为R，弯曲的状态下的所述基板的高度作为hbow，没有弯曲的状态下的所述基板的直径作为Dwarer，弯曲的状态下的所述基板的俯视下的直径作为c的情况下，俯视下的、各个所述基板支撑销和圆形的所述基板的中心部之间的距离rpin满足
Figure FDA0002795262420000011
5.一种热处理装置，其中，具备：
权利要求1或2所述的基板支撑装置，
所述基板支撑装置具备用于向所述基板照射所述闪光的闪光灯。
6.一种基板支撑方法，其中，包括：
使通过闪光照射加热而能够弯曲的基板与设置有支所述基板的多个基板支撑销的保持板相对的工序；
使多个所述基板支撑销配置在使所述保持板和没有弯曲的状态下的所述基板之间的空间的体积与所述保持板和弯曲的状态下的所述基板之间的空间的体积变得相等的位置的工序。
7.一种热处理方法，其中，具备：
使用闪光灯向通过权利要求6所述的基板支撑方法支撑的所述基板照射所述闪光的工序。
CN202011329254.XA 2019-11-25 2020-11-24 基板支撑装置、热处理装置、基板支撑方法、热处理方法 Pending CN112838029A (zh)

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