CN106206366A

CN106206366A - 热处理装置

Info

Publication number: CN106206366A
Application number: CN201610348854.8A
Authority: CN
Inventors: 布施和彦; 伊藤祯朗
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2036-05-24
Also published as: TWI618151B; US10153184B2; JP6554328B2; JP2016225429A; US20160351424A1; CN106206366B; TW201642349A

Abstract

本发明提供一种热处理装置，能够通过简单的结构使光照射时的基板面内的温度分布均匀。在基座(74)的上表面竖立设置有用于对半导体晶片(W)进行支撑的支撑销(75)。隔着基座(74)在基座(74)的与支撑销(75)相反一侧的下表面设置有聚光透镜(73)。聚光透镜(73)设置为光轴与支撑销(75)的中心轴相一致。从下方的卤素灯出射的光中的向聚光透镜(73)入射的光被会聚到支撑销(75)和半导体晶片(W)的接触部位，使该接触部位附近升温。通过对容易产生温度下降的半导体晶片(W)的与支撑销(75)的接触部位附近相对强地进行加热来抑制温度下降，从而能够使光照射时的半导体晶片(W)的面内温度分布均匀。

Description

热处理装置

技术领域

本发明涉及通过向半导体晶片等的薄板状精密电子基板(以下仅称为“基板”)照射光来对该基板进行加热的热处理装置。

背景技术

在半导体器件的制造工艺中，导入杂质是用于在半导体晶片内形成pn结的必需的工序。当前，导入杂质一般通过离子注入法和之后的退火法来实现。离子注入法是如下技术，使硼(B)、砷(As)、磷(P)这样的杂质元素离子化，并利用高加速电压使离子与半导体晶片碰撞来在物理上进行杂质注入。所注入的杂质通过退火处理实现活性化。此时，当退火时间在数秒左右以上时，所注入的杂质因热而扩散得深，其结果，接合深度与要求的深度相比过深，可能对形成良好的器件造成障碍。

因此，作为在极短时间内对半导体晶片进行加热的退火技术，近年来，闪光灯退火(FLA)引人关注。闪光灯退火是如下的热处理技术，即，使用氙气闪光灯(以下在仅记为“闪光灯”时，是指氙气闪光灯)向半导体晶片的表面照射闪光，由此在极短时间内(几毫秒以下)仅使注入了杂质的半导体晶片的表面升温。

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。因而，在从氙气闪光灯向半导体晶片照射了闪光时，透射光至少能够使半导体晶片急速升温。另外还可知，如果在数毫秒以下的极短的时间内照射闪光，则能够有选择地仅使半导体晶片表面附近升温。因此，如果利用氙气闪光灯在极短时间内升温，则能够在不使杂质扩散得深的情况下，仅执行杂质活性化。

作为使用这样的氙气闪光灯的热处理装置，在专利文献1中公开了如下技术，即，在石英制的基座的上表面形成多个凸部(支撑销)，对由这些支撑销以点接触支撑的半导体晶片进行闪光加热。在专利文献1公开的装置中，卤素灯从载置在基座上的半导体晶片的下表面进行光照射来进行预备加热后，从闪光灯向晶片表面照射闪光来进行闪光加热。

如专利文献1所公开那样，当由多个支撑销以点接触支撑半导体晶片时，在接触部位，在半导体晶片和支撑销之间产生热传导。在从卤素灯照射光来进行预备加热时，由于石英几乎不吸收光，所以半导体晶片的温度比石英的基座的温度高，发生从半导体晶片向支撑销的热移动。其结果，半导体晶片面内的与多个支撑销接触的接触部位附近相比其他区域，温度相对变低。

因此，在专利文献2提出了如下技术，即，利用反射部将从激光光源出射的激光导向支撑销，对容易产生温度下降的支撑销和半导体晶片的接触部位附近进行辅助加热，能够防止该部位的相对的温度下降。

专利文献1：日本特开2009-164451号公报

专利文献2：日本特开2015-18909号公报

但是，在专利文献2公开的装置中，需要在腔室内设置多个(与支撑销相同数量)的激光光源。从抑制环境气体的消耗量的观点，要求尽可能减小腔室内的容量，从而有时难以将多个激光光源设置在腔室内。另外，在容纳半导体晶片的腔室内，优选将有可能成为污染源的设备的设置限制在最小限度。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种热处理装置，能够通过简单的结构，使光照射时的基板面内的温度分布均匀。

为了解决上述问题，技术方案1的发明为一种热处理装置，通过向基板照射光来对该基板进行加热，其特征在于，

具有：

腔室，容纳基板；

由石英形成的平板形状的基座，位于所述腔室内，经由在该基座的上表面竖立设置的多个支撑销对基板进行支撑；

光照射部，使光透过所述基座向由所述基座支撑的基板进行照射；

聚光透镜，将从所述光照射部出射的光的一部分会聚到所述支撑销和基板的接触部位。

另外，技术方案2的发明在技术方案1的发明的热处理装置的基础上，其特征在于，

所述聚光透镜附加设置在所述基座上。

另外，技术方案3的发明在技术方案1的发明的热处理装置的基础上，其特征在于，所述聚光透镜与所述基座分离地设置在所述腔室内。

另外，技术方案4的发明在技术方案1的发明的热处理装置的基础上，其特征在于，所述聚光透镜是凸透镜。

另外，技术方案5的发明在技术方案1至4中任一项所述的发明的基础上，该热处理装置还具有向由所述基座支撑的基板照射闪光的闪光灯。

根据技术方案1至5的发明，由于具有将从光照射部出射的光的一部分会聚到支撑销和基板的接触部位的聚光透镜，所以能够对容易产生温度下降的该接触部位附近相对强地进行加热，来抑制温度下降，从而能够以简单的结构使光照射时的基板面内的温度分布均匀。

附图说明

图1是表示本发明的热处理装置的结构的纵剖视图。

图2是表示保持部的整体外观的立体图。

图3是从上面观察保持部的俯视图。

图4是从侧方观察基座的支撑销附近的图。

图5是从上方观察基座的支撑销附近的图。

图6是移载机构的俯视图。

图7是移载机构的侧视图。

图8是表示多个卤素灯的配置的俯视图。

图9是表示聚光透镜的聚光的图。

图10是表示与基座分离地配置聚光透镜的例子的图。

其中，附图标记说明如下：

1 热处理装置

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

65 热处理空间

73 聚光透镜

74 基座

75 支撑销

HL 卤素灯

FL 闪光灯

W 半导体晶片

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1是表示本发明的热处理装置1的结构的纵剖视图。本实施方式的热处理装置1是闪光灯退火装置，通过向作为基板的圆板形状的半导体晶片W照射闪光来对该半导体晶片W进行加热。成为处理对象的半导体晶片W的尺寸并不特别限定，但例如为或向搬入热处理装置1之前的半导体晶片W注入杂质，利用热处理装置1的加热处理执行对所注入的杂质的活性化处理。此外，在图1以及之后的各图中，为了便于理解，根据需要放大或简化各部的尺寸、数量。

热处理装置1具有容纳半导体晶片W的腔室6、内置多个闪光灯FL的闪光加热部5、内置多个卤素灯HL的卤素加热部4。在腔室6的上侧设置有闪光加热部5，并且在下侧设置有卤素加热部4。另外，热处理装置1在腔室6的内部具有用于将半导体晶片W保持为水平姿势的保持部7、在保持部7和装置外部之间交接半导体晶片W的移载机构10。进而，热处理装置1具有控制部3，该控制部3对卤素加热部4、闪光加热部5以及在腔室6设置的各动作机构进行控制来执行半导体晶片W的热处理。

腔室6是在筒状的腔室侧部61的上下安装石英制的腔室窗而构成的。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而堵塞上侧开口，在下侧开口安装下侧腔室窗64而堵塞下侧开口。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，作为使从闪光加热部5出射的闪光透过到腔室6内的石英窗发挥功能。另外，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，作为使来自卤素加热部4的光透过到腔室6内的石英窗发挥功能。

另外，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、69都形成为圆环状。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的下侧嵌入并用省略图示的螺钉固定来安装。即，反射环68、69都能自由装卸地安装在腔室侧部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以及反射环68、69包围的空间被规定为热处理空间65。

通过在腔室侧部61安装反射环68、69，在腔室6的内壁面形成有凹部62。即，形成有由腔室侧部61的内壁面中的未安装反射环68、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沿着水平方向呈圆环状形成于腔室6的内壁面，并围绕保持半导体晶片W的保持部7。

腔室侧部61以及反射环68、69由强度和耐热性优良的金属材料(例如不锈钢)形成。另外，反射环68、69的内周面通过电解镀镍而为镜面。

另外，在腔室侧部61设置有用于相对于腔室6进行半导体晶片W的搬入以及搬出的搬送开口部(炉口)66。搬送开口部66通过闸阀185来开闭。搬送开口部66与凹部62的外周面连通连接。因此，在闸阀185打开搬送开口部66时，从搬送开口部66通过凹部62向热处理空间65搬入半导体晶片W以及从热处理空间65搬出半导体晶片W。另外，当闸阀185关闭搬送开口部66时，腔室6内的热处理空间65为密闭空间。

另外，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(在本实施方式中为氮气(N₂))的气体供给孔81。气体供给孔81比凹部62更靠上侧位置，也可以设置在反射环68上。气体供给孔81经由在腔室6的侧壁内部呈圆环状形成的缓冲空间82与气体供给管83连通连接。气体供给管83与氮气供给源85连接。另外，在气体供给管83的路径途中安装有阀84。当打开阀84时，从氮气供给源85向缓冲空间82输送氮气。流入缓冲空间82的氮气以在流体阻力比气体供给孔81小的缓冲空间82内扩展的方式流动，并从气体供给孔81向热处理空间65内供给。此外，处理气体并不限于氮气，也可以是氩(Ar)、氦(He)等非活性气体、或氧气(O₂)、氢气(H₂)、氯气(Cl₂)、氯化氢(HCl)、臭氧(O₃)、氨(NH₃)等反应性气体。

另一方面，在腔室6的内壁下部设置有用于排出热处理空间65内的气体的气体排出孔86。气体排出孔86比凹部62靠下侧位置，也可以设置在反射环69上。气体排出孔86经由在腔室6的侧壁内部呈圆环状形成的缓冲空间87与气体排出管88连通连接。气体排出管88与排气部190连接。另外，在气体排出管88的路径途中安装有阀89。当打开阀89时，热处理空间65的气体从气体排出孔86经由缓冲空间87向气体排出管88排出。此外，气体供给孔81以及气体排出孔86既可以沿着腔室6的周向设置有多个，也可以为狭缝状。另外，氮气供给源85以及排气部190既可以是在热处理装置1设置的机构，也可以是设置有热处理装置1的工厂的设备。

另外，在搬送开口部66的顶端也连接有用于排出热处理空间65内的气体的气体排出管191。气体排出管191经由阀192与排气部190连接。通过打开阀192，经由搬送开口部66排出腔室6内的气体。

图2是表示保持部7的整体外观的立体图。另外，图3是从上面观察保持部7的俯视图。保持部7具有底座环71、连接部72以及基座74。底座环71、连接部72以及基座74均由石英形成。即，保持部7整体由石英形成。

底座环71是圆环形状的石英构件。底座环71通过载置在凹部62的底面而被腔室6的壁面支撑(参照图1)。在具有圆环形状的底座环71的上表面沿着周向竖立设置有多个连接部72(在本实施方式中为4个)。连接部72也是石英的构件，通过焊接固定在底座环71上。此外，底座环71的形状也可以是从圆环形状切去一部分的圆弧状。

平板形状的基座74由设置在底座环71上的4个连接部72支撑。基座74是由石英形成的圆形的保持板，载置并保持成为处理对象的半导体晶片W。基座74的直径大于半导体晶片W的直径。即，基座74具有比半导体晶片W大的平面尺寸。另外，基座74的厚度能为适当的厚度，例如为2.5mm。

在基座74的上表面竖立设置有多根支撑销(凸销)75。在本实施方式中，沿着与圆形的基座74的外周圆同心的圆周上每隔30°设置一根支撑销75共计设置12根支撑销75。配置了12根支撑销75的圆的直径(相向的支撑销75间的距离)小于半导体晶片W的直径。各支撑销75由石英形成。多根支撑销75嵌合并竖立设置在例如在基座74的上表面设置的凹部内即可。

另外，在基座74的上表面竖立设置有多根(在本实施方式为5根)引导销76。5根引导销76也在与基座74的外周圆同心的圆周上设置。其中，配置了5根引导销76的圆的直径比半导体晶片W的直径稍大。各引导销76也由石英形成。进而，在基座74上贯穿设置有4个贯通孔79，贯通孔79用于后述的移载机构10的升降销12贯通以进行半导体晶片W的交接。

在底座环71上竖立设置的4个连接部72与基座74的下表面周缘部通过焊接固定。即，基座74和底座环71通过连接部72固定连接。这样的保持部7的底座环71被腔室6的壁面支撑，由此保持部7安装在腔室6内。在保持部7安装在腔室6内的状态下，基座74处于水平姿势(法线与铅垂方向一致的姿势)。

搬入腔室6内的半导体晶片W以水平姿势载置保持于在腔室6内安装的保持部7的基座74上。半导体晶片W由在基座74的上表面竖立设置的12根支撑销75以点接触支撑，而保持在基座74上。即，半导体晶片W由12根支撑销75支撑并与基座74的上表面隔开规定的间隔。另外，引导销76的高度高于支撑销75的高度。因此，能够由引导销76防止由12根支撑销75支撑的半导体晶片W的在水平方向上的位置偏移。

图4是从侧方观察基座74的支撑销75附近的图。另外，图5是从上方观察基座74的支撑销75附近的图。如图4、图5所示，在基座74的下表面设置有聚光透镜(Condenser lens)73。在本实施方式中，聚光透镜73是石英制的凸透镜。聚光透镜73隔着基座74设置在基座74的与各支撑销75的竖立设置位置相反一侧的面上。即，聚光透镜73分别对应于多个支撑销75来设置，在本实施方式中，彼此隔开30°共计12个聚光透镜73设置在基座74的下表面。各聚光透镜73设置为，光轴与对应的支撑销75的中心轴相一致。另外，各聚光透镜73优选设置为，其焦点为对应的支撑销75和半导体晶片W的接触部位。

图6是移载机构10的俯视图。另外，图7是移载机构10的侧视图。移载机构10具有2条移载臂11。移载臂11大致为沿着圆环状的凹部62那样的圆弧形状。在各移载臂11上竖立设置有2根升降销12。各移载臂11能够通过水平移动机构13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6的实线位置)和与由保持部7保持的半导体晶片W在俯视下不重叠的退避位置(图6的双点划线位置)之间水平移动。作为水平移动机构13，既可以通过不同的马达使各移载臂11分别转动，也可以使用连杆机构并利用1个马达使一对移载臂11连动地转动。

另外，一对移载臂11通过升降机构14与水平移动机构13一起升降移动。当升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置上升时，共计4根升降销12通过在基座74上贯穿设置的贯通孔79(参照图2、3)，并且升降销12的上端从基座74的上表面突出。另一方面，当升降机构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，并且水平移动机构13使一对移载臂11打开移动时，各移载臂11移动到退避位置。一对移载臂11的退避位置在保持部7的底座环71的正上方。由于底座环71载置在凹部62的底面，所以移载臂11的退避位置处于凹部62的内侧。此外，在移载机构10的设置有驱动部(水平移动机构13以及升降机构14)的部位的附近也设置有省略图示的排气机构，移载机构10的驱动部周边的气体排出到腔室6的外部。

返回到图1，在腔室6的上方设置的闪光加热部5在框体51的内侧具有由多根(在本实施方式为30根)氙气闪光灯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。另外，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设置在腔室6的上方，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以及上侧腔室窗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排列。因此，通过闪光灯FL的排列形成的平面也是水平面。

氙气闪光灯FL具有：棒状的玻璃管(放电管)，在内部封入氙气气体，并在两端部配设有与电容连接的阳极和阴极；触发电极，附加设置在该玻璃管的外周面上。由于氙气气体在电气上是绝缘体，所以即使在电容蓄积有电荷，在通常的状态下，在玻璃管内也不流经电流。但是，在对触发电极施加高电压而破坏绝缘的情况下，在电容蓄积的电荷瞬时流经玻璃管内，利用此时的氙气的原子或分子的激发而放出光。就这样的氙气闪光灯FL而言，将预先在电容蓄积的静电能量变换为0.1毫秒至100毫秒这样极短的光脉冲，因此，与如卤素灯HL那样的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秒的极短的时间内瞬间发光的脉冲发光灯。此外，闪光灯FL的发光时间能够根据向闪光灯FL供给电力的灯电源的线圈常数来调整。

另外，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的基本的功能是，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)通过喷砂处理而被实施粗面化加工。

在腔室6的下方设置的卤素加热部4的内部内置有多根(在本实施方式中为40根)卤素灯HL。卤素加热部4是通过多个卤素灯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进行加热的光照射部。卤素加热部4向由基座74支撑的半导体晶片W的下表面透过石英的基座74照射卤素光。

图8是表示多个卤素灯HL的配置的俯视图。在本实施方式中，在上下2层分别配置20根卤素灯HL。各卤素灯HL是具有长的圆筒形状的棒状灯。在上层、下层，20根卤素灯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。因而在上层、下层，通过卤素灯HL的排列形成的平面都为水平面。

另外，如图8所示，在上层、下层，相比与由保持部7保持的半导体晶片W的中央部相向的区域，与周缘部相向的区域中的卤素灯HL的配设密度高。即，在上层、下层，相比灯排列的中央部，周缘部的卤素灯HL的配设间距短。因此，在通过卤素加热部4照射光进行加热时，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。

另外，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，以上层的各卤素灯HL的长度方向和下层的各卤素灯HL的长度方向垂直的方式配设共计40根卤素灯HL。

卤素灯HL是通过对在玻璃管内部配设的灯丝进行通电来使灯丝白热化并使其发光的灯丝方式的光源。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微量的卤素元素(碘、溴等)而成的气体。通过导入卤素元素，能够抑制灯丝的折损并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变长且能够连续照射強的光的特性。即，卤素灯HL是连续发光至少1秒以上的连续点亮灯。另外，卤素灯HL由于是棒状灯，所以寿命长，通过使卤素灯HL沿水平方向配置，向上方的半导体晶片W辐射的效率优良。

另外，控制部3对在热处理装置1设置的上述的各种动作机构进行控制。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使CPU、存储基本程序的读取专用的存储器ROM、存储各种信息的可自由读写的存储器RAM以及存储控制用软件和数据等的磁盘。控制部3的CPU执行规定的处理程序来进行热处理装置1中的处理。

除了上述结构以外，热处理装置1还具有各种冷却用的结构，以防止在对半导体晶片W进行热处理时，因由卤素灯HL以及闪光灯FL产生的热能导致卤素加热部4、闪光加热部5以及腔室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)。另外，卤素加热部4以及闪光加热部5为在内部形成气体流来进行排热的空冷结构。另外，还向上侧腔室窗63和灯光辐射窗53的间隙供给空气，对闪光加热部5以及上侧腔室窗63进行冷却。进而，在热处理装置1设置有对由基座74保持的半导体晶片W的温度进行测定的温度传感器(辐射温度计及/或接触式温度计)。

接着，对热处理装置1中的半导体晶片W的处理顺序进行说明。在此，成为处理对象的半导体晶片W是通过离子注入法而添加了杂质(离子)的半导体基板。该杂质的活性化通过由热处理装置1照射闪光进行加热处理(退火)来执行。以下说明的热处理装置1的处理顺序由控制部3对热处理装置1的各动作机构进行控制来进行。

首先，打开供气用的阀84并且打开排气用的阀89、192，开始对腔室6内进行供排气。当打开阀84时，从气体供给孔81向热处理空间65供给氮气。另外，当打开阀89时。从气体排出孔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，并从热处理空间65的下部排出。

另外，通过打开阀192，也从搬送开口部66排出腔室6内的气体。进而，还通过省略图示的排气结构对移载机构10的驱动部周边的环境进行排气。此外，在热处理装置1中对半导体晶片W进行热处理时，持续向热处理空间65供给氮气，氮气的供给量根据处理工序适当变更。

接着，打开闸阀185来打开搬送开口部66，通过装置外部的搬送机械手经由搬送开口部66向腔室6内的热处理空间65搬入离子注入后的半导体晶片W。通过搬送机械手搬入的半导体晶片W进入到保持部7的正上方位置并停止。并且，移载机构10的一对移载臂11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通过贯通孔79从基座74的上表面突出，接受半导体晶片W。此时，升降销12上升到基座74的支撑销75的上端的上方。

在半导体晶片W载置到升降销12上后，搬送机械手从热处理空间65退出，由闸阀185关闭搬送开口部66。并且，通过使一对移载臂11下降，半导体晶片W被从移载机构10交给保持部7的基座74，并被从下方保持为水平姿势。

半导体晶片W由在基座74的上表面竖立设置的12根支撑销75以点接触支撑，并保持在基座74上。半导体晶片W以其中心与基座74的中心轴一致(即半导体晶片W的中心位于基座74的上表面的中央)的方式由12根支撑销75以点接触支撑。由支撑销75支撑的半导体晶片W的周围由5根引导销76包围。另外，半导体晶片W将形成图案并注入了杂质的表面作为上表面而被保持部7保持。在由多个支撑销75支撑的半导体晶片W的背面(与表面相反一侧的主面)和基座74的上表面之间形成规定的间隔，半导体晶片W被支撑为与基座74的上表面平行。下降到基座74的下方的一对移载臂11通过水平移动机构13退避到退避位置、即凹部62的内侧。

在半导体晶片W由保持部7的基座74从下方保持为水平姿势后，卤素加热部4的40根卤素灯HL一齐点亮来开始预备加热(辅助加热)。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以及基座74从半导体晶片W的背面照射。通过接受来自卤素灯HL的光照射，半导体晶片W被预备加热，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，所以不会妨碍卤素灯HL的加热。

在利用卤素灯HL进行预备加热时，半导体晶片W的温度由省略图示的温度传感器测定。所测定的半导体晶片W的温度由该温度传感器传送给控制部3。控制部3监视因来自卤素灯HL的光照射而升温的半导体晶片W的温度是否到达规定的预备加热温度T1。预备加热温度T1为在半导体晶片W添加的杂质不会因热而扩散的200℃至800℃左右，优选为350℃至600℃左右(在本实施方式中为600℃)。

在半导体晶片W的温度到达预备加热温度T1后，控制部3将半导体晶片W暂时维持在该预备加热温度T1。具体地说，在由温度传感器测定的半导体晶片W的温度到达预备加热温度T1的时间点，控制部3控制卤素灯HL的输出，将半导体晶片W的温度大致维持在预备加热温度T1规定时间。

但是，如上所述，在由12根支撑销75以点接触支撑半导体晶片W的状态下利用卤素灯HL进行预备加热。包含支撑销75的石英的基座74几乎不吸收从卤素灯HL放射的光来使其透过。因此，在预备加热时时，半导体晶片W吸收来自卤素灯HL的光而升温，另一方面，包含支撑销75的基座74不怎么升温，相比半导体晶片W，温度相对低。因而，产生从半导体晶片W向直接接触的支撑销75的热传导，与12根支撑销75接触的接触部位附近的晶片温度比其他区域相对低。其结果，半导体晶片W的面内温度分布可能变得不均匀。

因此，在本实施方式中，分别与12根支撑销75对应，在基座74的下表面设置聚光透镜73。图9是表示聚光透镜73的聚光的图。聚光透镜73隔着基座74设置在基座74的与各支撑销75的竖立设置位置相反一侧的面(下表面)上。并且，各聚光透镜73设置为，光轴与对应的支撑销75的中心轴相一致。因而，从卤素灯HL出射的光中的入射到聚光透镜73的光会聚在对应的支撑销75和半导体晶片W的接触部位。由此，半导体晶片W的与支撑销75的接触部位附近的光强度相对变高，该接触部位附近升温。其结果，能够对在预备加热时容易产生温度下降的半导体晶片W的与支撑销75接触的接触部位附近相对强地加热，来抑制温度下降，从而能够使该接触部位附近和周边区域的温度差最小。

针对12根支撑销75，分别利用这样的聚光透镜73进行聚光。由此，12根支撑销75和半导体晶片W的接触部位附近分别被单独加热升温，防止这些部位温度下降，能够使预备加热时的半导体晶片W的面内温度分布均匀。

在通过从卤素灯HL照射光来使半导体晶片W的温度到达预备加热温度T1，并经过了规定时间的时间点，闪光加热部5的闪光灯FL向半导体晶片W的表面照射闪光。此时，从闪光灯FL放射的闪光的一部分直接朝向腔室6内，另一部分一旦被反射器52反射后朝向腔室6内，通过照射这些闪光，对半导体晶片W进行闪光加热。

由于通过从闪光灯FL照射闪光来进行闪光加热，因此，能够使半导体晶片W的表面温度在短时间内上升。即，从闪光灯FL照射的闪光是，将预先在电容蓄积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且强的闪光。并且，通过从闪光灯FL照射闪光而被闪光加热的半导体晶片W的表面温度瞬间上升到1000℃以上的处理温度T2，在已注入到半导体晶片W的杂质被活性化后，表面温度急速下降。这样，在热处理装置1中，由于使半导体晶片W的表面温度在极短时间内升降，所以能够抑制注入半导体晶片W内的杂质的由热引起的扩散，并进行杂质的活性化。此外，杂质的活性化所需的时间与热扩散所需的时间相比极短，因此即使是0.1毫秒至100毫秒左右的不产生扩散的短时间，也能完成活性化。

在本实施方式中，从卤素灯HL出射的光的一部分由聚光透镜73会聚到支撑销75和半导体晶片W的接触部位，从而能够抑制该接触部位附近的温度下降，使在预备加热阶段的半导体晶片W的面内温度分布均匀。其结果，闪光照射时的半导体晶片W表面的面内温度分布也变得均匀。

在闪光加热处理结束后，经过规定时间后也熄灭。由此，半导体晶片W从预备加热温度T1急速降温。降温中的半导体晶片W的温度也由温度传感器测定，该测定结果传送至控制部3。控制部3根据测定结果来监视半导体晶片W的温度是否下降到规定温度。并且，在半导体晶片W的温度下降到规定以下后，移载机构10的一对移载臂11再次从退避位置水平移动至移载动作位置并上升，由此，升降销12从基座74的上表面突出而从基座74接受热处理后的半导体晶片W。接着，打开由闸阀185关闭的搬送开口部66，载置在升降销12上的半导体晶片W由装置外部的搬送机械手搬出，完成在热处理装置1中的半导体晶片W的加热处理。

在本实施方式中，分别与12根支撑销75对应地在基座74的下表面设置聚光透镜73，从卤素灯HL出射的光的一部被聚光透镜73会聚到支撑销75和半导体晶片W的接触部位，抑制在该接触部位附近的温度下降，能够使在预备加热时的半导体晶片W的面内温度分布均匀。其结果，闪光加热时的半导体晶片W表面的面内温度分布也变得均匀。

另外，在本实施方式中，仅在基座74的下表面设置聚光透镜73就能够使半导体晶片W的面内温度分布均匀。由于是石英的聚光透镜73，即使设置在腔室6内也不会成为污染源。另外，即使腔室6内的容量小，也只要设置在基座74的下表面即可，容易安装。即，只要是通过聚光透镜73将从卤素灯HL出射的光的一部分会聚到支撑销75和半导体晶片W的接触部位的结构即可，能够通过简单的结构使照射光时的半导体晶片W的面内温度分布均匀。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明只要不脱离其宗旨，除了上述以外，能够进行各种变更。例如，在上述实施方式中，在基座74的下表面设置有聚光透镜73，但并不限于此，也可以与基座74分离地在腔室6内设置聚光透镜73。图10是表示与基座74分离地设置聚光透镜73的例子的图。在图10的例子中，在腔室6内且在基座74的下方设置聚光透镜73。即便如此，也能够将从卤素灯HL出射的光的一部分由聚光透镜73会聚到支撑销75和半导体晶片W的接触部位，能够得到与上述实施方式同様的效果。

另外，既可以将聚光透镜73埋入基座74来设置，也可以将聚光透镜73设置在腔室6的下侧腔室窗64上。优选以聚光透镜73的设置位置距基座74越远则聚光透镜73的焦点距离越长的方式设计透镜。即。只要是能够将从卤素灯HL出射的光会聚到支撑销75和半导体晶片W的接触部位的形式即可，聚光透镜73能够设置在任意的位置。

另外，聚光透镜73既可以是单独的凸透镜，也可以是组合多个透镜的复合透镜。

另外，在利用在基座74的上表面设置的环状的支撑构件来支撑半导体晶片W的情况下，也能应用本发明的热处理技术。在该情况下，通过在基座74的下方配置环状的凸透镜，能够将从卤素灯HL出射的光的一部分会聚到支撑构件和半导体晶片W的接触部位，能够得到与上述实施方式同様的效果。

另外，在上述实施方式中，在闪光加热部5配置30根闪光灯FL，但并不限于此，闪光灯FL的根数能够为任意的数量。另外，闪光灯FL并不限于氙气闪光灯，也可以是氪气闪光灯。另外，在卤素加热部4配置的卤素灯HL的根数也并不限于40根，只要是在上层以及下层配置多个的方式，可以为任意的数量。

另外，根据本发明的热处理装置，成为处理对象的基板并不限于半导体晶片，也可以是在液晶显示装置等的平板显示器使用的玻璃基板或太阳电池用的基板。另外，本发明的技术也可以应用于金属和硅的接合、或多晶硅的结晶化。

另外，本发明的热处理技术并不限于应用于闪光灯退火装置，也能应用于使用了卤素灯的单张式的灯退火装置、CVD装置等闪光灯以外的热源装置。特别是，本发明的技术优选应用于在腔室的下方配置卤素灯并从以多个支撑销支撑在石英的基座上的半导体晶片的背面进行光照射来进行热处理的背侧退火装置。

Claims

1.一种热处理装置，通过向基板照射光来对该基板进行加热，其特征在于，

具有：

腔室，容纳基板；

2.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，

所述聚光透镜附加设置在所述基座上。

3.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，

所述聚光透镜与所述基座分离地设置在所述腔室内。

4.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，

所述聚光透镜是凸透镜。

5.如权利要求1至4中任一项所述的热处理装置，其特征在于，

该热处理装置还具有向由所述基座支撑的基板照射闪光的闪光灯。