CN106340474A - 热处理装置以及热处理方法 - Google Patents

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加藤慎
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Abstract

本发明提供一种能够降低腔室内的污染的热处理装置以及热处理方法。在从卤素灯(HL)向在腔室(6)内被支座(74)保持的半导体晶片(W)的下表面照射光来进行预加热之后，从闪光灯(FL)向该半导体晶片(W)的上表面照射闪光来进行闪光加热。通过加热器(22)加热从气体供给源(85)供给的处理气体，然后向腔室(6)内供给。另外，通过流量调整阀(21)增加向腔室(6)内供给的处理气体的流量。通过向腔室(6)内大流量地供给高温的处理气体来形成其气流，能够将在加热处理时从半导体晶片(W)的膜扩散的污染物向腔室(6)外排出，从而降低腔室(6)内的污染。

Description

热处理装置以及热处理方法
技术领域
本发明涉及通过向半导体晶片等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以及热处理方法。
背景技术
在半导体器件的制造工艺中，导入杂质是在半导体晶片内形成pn结所必须的工序。当前，通常通过离子注入法和之后的退火法来导入杂质。离子注入法是如下技术，即，使硼(B)、砷(As)或磷(P)这样的杂质元素离子化，并通过高加速电压使它们与半导体晶片碰撞，从而以物理的方式注入杂质。注入的杂质经由退火处理被活化。此时，若退火时间为几秒左右以上，则因热量而使注入的杂质扩散得很深，结果，结深与要求的深度相比过深，阻碍形成良好的器件。
因此，作为以极短的时间对半导体晶片进行加热的退火技术，近几年关注闪光灯退火(FLA)。闪光灯退火是使用氙气闪光灯(以下，在称为“闪光灯”时是指氙气闪光灯)对半导体晶片的表面照射闪光，来在极短的时间(几毫秒以下)内仅使注入了杂质的半导体晶片的表面升温的热处理技术。
氙气闪光灯的放射光谱分布为紫外区域至近红外区域，比以往的卤素灯的波长短，与硅的半导体晶片的基本吸收带(fundamental absorption band)大致一致。因此，在从氙气闪光灯向半导体晶片照射闪光时，透过光少，能够使半导体晶片快速升温。另外得知，若照射几毫秒以下的极短时间的闪光，则能够选择性地仅使半导体晶片的表面附近升温。因此，通过氙气闪光灯的极短时间的升温，不会使杂质扩散很深，能够仅进行杂质活化。
作为使用这样的氙气闪光灯的热处理装置，在专利文献1、2公开了如下装置，即，在半导体晶片的表面侧配置闪光灯等脉冲发光灯，在背面侧配置卤素灯等连续点亮灯，通过它们的组合进行所希望的热处理。在专利文献1、2公开的热处理装置中，通过卤素灯等将半导体晶片预加热至某种程度的温度，然后，通过来自闪光灯的脉冲加热，加热至所希望的处理温度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭60-258928号公报
专利文献2：日本特表2005-527972号公报
有时还在成为闪光灯退火的处理对象的半导体晶片形成有抗蚀膜等各种膜。如果对这样的带有膜的半导体晶片照射闪光进行加热处理，则有时会污染用于容置半导体晶片的腔室的内壁或支座等腔室内的结构体。推定其原因是，在半导体晶片上形成的各种膜因闪光加热而燃烧，由此在腔室内的结构体附着碳类的污染物。
若腔室内的结构体被污染，则其本身成为后续的半导体晶片的污染源。另外，在照射光时，被腔室的内壁面反射的光也照射半导体晶片，但是如果腔室的内壁面被污染，则在污染部位反射率降低，因此在照射光时，半导体晶片的面内温度分布变得不均匀。这样会对闪光加热处理的处理结果造成影响，并且在半导体晶片上产生因不均匀的温度分布而引起的翘曲的问题。另外，如专利文献1、2公开的那样，在半导体晶片的两面配置灯的情况下，若支座被污染，则还产生光的透过率降低的问题。
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能够降低腔室内的污染的热处理装置以及热处理方法。
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，该热处理装置的特征在于，具有：腔室，用于容置基板；支座，在所述腔室内支撑基板；光照射部，向被所述支座支撑的基板照射光；气体供给部，向所述腔室内供给处理气体；气体加热部，对从所述气体供给部向所述腔室供给的所述处理气体进行加热。
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，所述气体加热部以使向所述腔室内供给的所述处理气体变成100℃以上的方式，对所述处理气体进行加热。
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，所述处理气体为氮气、氧气或氩气。
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，还具有流量增加部，该流量增加部使从所述气体供给部向所述腔室供给的所述处理气体的流量增加。
另外，技术方案5的发明，在技术方案1至4中任一项的发明的热处理装置的基础上，其特征在于，所述光照射部包括闪光灯，该闪光灯从所述腔室的一侧向基板照射闪光。
另外，技术方案6的发明，在技术方案5的发明的热处理装置的基础上，其特征在于，所述光照射部还包括卤素灯，该卤素灯从所述腔室的另一侧向基板照射光。
另外，技术方案7的发明为一种热处理方法，通过向基板照射光来对该基板进行加热，该热处理方法的特征在于，包括：支撑工序，通过腔室内的支座支撑基板，气体供给工序，向所述腔室内供给处理气体，光照射工序，向被所述支座支撑的基板照射光；所述气体供给工序包括气体加热工序，在该气体加热工序中，对向所述腔室供给的所述处理气体进行加热。
另外，技术方案8的发明，在技术方案7的发明的热处理方法的基础上，其特征在于，在所述气体加热工序中，以使向所述腔室内供给的所述处理气体变成100℃以上的方式，对所述处理气体进行加热。
另外，技术方案9的发明，在技术方案7的发明的热处理方法的基础上，其特征在于，所述处理气体为氮气、氧气或氩气。
另外，技术方案10的发明，在技术方案7的发明的热处理方法的基础上，其特征在于，所述气体供给工序包括流量增加工序，在该流量增加工序中，使向所述腔室供给的所述处理气体的流量增加。
另外，技术方案11的发明，在技术方案7至10中任一项所述的发明的热处理方法的基础上，其特征在于，在所述光照射工序中，通过闪光灯从所述腔室的一侧向基板照射闪光。
另外，技术方案12的发明，在技术方案11的发明的热处理方法的基础上，其特征在于，在所述光照射工序中，还通过卤素灯从所述腔室的另一侧向基板照射光。
根据技术方案1至6的发明，由于对向腔室供给的处理气体进行加热，所以在腔室内形成高温的处理气体的气流，能够将在加热处理时从基板扩散的污染物向腔室外排出，从而降低腔室内的污染。
尤其，根据技术方案4的发明，由于使向腔室供给的处理气体的流量增加，所以能够更加有效地向腔室外排出污染物。
根据技术方案7至12的发明，由于对向腔室供给的处理气体进行加热，所以在腔室内形成高温的处理气体的气流，能够将在加热处理时从基板扩散的污染物向腔室外排出，从而降低腔室内的污染。
尤其，根据技术方案10的发明，由于使向腔室供给的处理气体的流量增加，所以能够更加有效地向腔室外排出污染物。
附图说明
图1是表示本发明的热处理装置的结构的纵向剖视图。
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是从侧方观察保持部的侧视图。
图5是移载机构的俯视图。
图6是移载机构的侧视图。
图7是表示多个卤素灯的配置方式的俯视图。
附图标记说明
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；
21：流量调整阀；
22：加热器；
65：热处理空间；
74：支座；
83：气体供给管；
85：气体供给源；
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，详细说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的热处理装置1的结构的纵向剖视图。本实施方式的热处理装置1是对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进行加热的闪光灯退火装置。作为处理对象的半导体晶片W的尺寸并没有特别的限定，例如为φ300mm或φ450mm。在搬入热处理装置1之前的半导体晶片W中注入有杂质，通过热处理装置1的加热处理，对被注入的杂质进行活化处理。此外，在图1以及以后的各图中，为了易于理解，根据需要夸张或简化地描绘了各部分的尺寸和数量。
热处理装置1具有：腔室6，容置半导体晶片W；闪光加热部5，内置有多个闪光灯FL；卤素加热部4，内置有多个卤素灯HL。在腔室6的上侧设置闪光加热部5，并且在腔室6的下侧设置卤素加热部4。另外，在热处理装置1的腔室6的内部设置有：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与装置外部之间交接半导体晶片W。另外，热处理装置1具有用于向腔室6内供给被加热的处理气体的机构。另外，热处理装置1具有控制部3，该控制部3对设置于卤素加热部4、闪光加热部5以及腔室6的各动作机构进行控制，来对半导体晶片W进行热处理。
在腔室6的筒状的腔室侧部61的上下端安装有石英制的腔室窗。腔室侧部61形成为上下开口的大致筒形，在上侧开口安装上侧腔室窗63来进行堵塞，在下侧开口安装下侧腔室窗64来进行堵塞。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构件，发挥使从闪光加热部5射出的闪光穿透至腔室6内的石英窗的功能。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构件，发挥使来自卤素加热部4的光穿透至腔室6内的石英窗的功能。
另外，在腔室侧部61的内侧的壁面的上部安装有反射圈68，在下部安装有反射圈69。反射圈68、69都形成为圆环状。上侧的反射圈68从腔室侧部61的上侧嵌入来安装。另一方面，下侧的反射圈69从腔室侧部61的下侧嵌入，来通过省略图示的螺钉进行固定安装。即，反射圈68、69都以能够自由装拆的方式安装在腔室侧部61。将腔室6的内侧空间，即上侧腔室窗63、下侧腔室窗64、腔室侧部61以及反射圈68、69所包围的空间规定为热处理空间65。
通过在腔室侧部61上安装反射圈68、69，来在腔室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圈68、69的中央部分、反射圈68的下端面以及反射圈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，该凹部62围绕用于保持半导体晶片W的保持部7。
腔室侧部61以及反射圈68、69由强度和耐热性优异的金属材料(例如，不锈钢)形成。另外，反射圈68、69的内周面通过电解镀镍形成镜面。
另外，在腔室侧部61形成有搬运开口部(炉口)66，该搬运开口部66用于将半导体晶片W搬入腔室6或者从腔室6搬出半导体晶片W。能够通过闸阀(gate valve)185对搬运开口部66进行开闭。搬运开口部66与凹部62的外周面连通连接。因此，在闸阀185使搬运开口部66打开时，能够从搬运开口部66经过凹部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，在闸阀185使搬运开口部66关闭时，腔室6内的热处理空间65成为密闭空间。
另外，在腔室6的内壁上部形成有用于向热处理空间65供给处理气体的气体供给孔81。气体供给孔81形成在比凹部62更靠上侧的上侧位置，该气体供给孔81也可以设置在反射圈68上。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连通连接。气体供给管83与气体供给源85连接。另外，在气体供给管83的路径途中安装有阀84、流量调整阀21以及加热器22。气体供给源85所供给的处理气体的种类并没有特别的限定，能够根据处理目的适当选择，例如能够使用氮气(N2)、氩气(Ar)、氦气(He)等非活性气体，或者，氧气(O2)、氢气(H2)、氯气(Cl2)、氯化氢气体(HCl)、臭氧气体(O3)、氨气(NH3)等反应性气体。
在打开阀84时，从气体供给源85向缓冲空间82输送处理气体。流入缓冲空间82的处理气体以在流体阻力比气体供给孔81的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。在气体供给管83中流动且向热处理空间65供给的处理气体的流量由流量调整阀21规定。即，气体供给源85以及阀84相当于用于向腔室6内供给处理气体的气体供给部，流量调整阀21相当于用于使向腔室6供给的处理气体的流量增加的流量增加部。此外，作为流量增加部可以使用质量流量控制器(mass flowcontroller)来代替流量调整阀21。
加热器22对在气体供给管83中流动的处理气体进行加热。被加热器22加热的处理气体从气体供给孔81供给至热处理空间65。即，加热器22相当于用于对向腔室6供给的处理气体进行加热的气体加热部。
另一方面，在腔室6的内壁下部形成有用于排出热处理空间65内的气体的气体排气孔86。气体排气孔86形成在比凹部62更靠下侧的下侧位置，该气体排气孔86也可以设置在反射圈69上。气体排气孔86经由在腔室6的侧壁内部形成为圆环状的缓冲空间87与气体排气管88连通连接。气体排气管88与排气部190连接。另外，在气体排气管88的路径途中安装有阀89。在打开阀89时，热处理空间65中的气体从气体排气孔86经由缓冲空间87向气体排气管88排出。此外，气体供给孔81以及气体排气孔86可以沿着腔室6的周向设置有多个，也可以形成为狭缝状。另外，气体供给源85以及排气部190可以是设置于热处理装置1的机构，也可以是设置有热处理装置1的工厂的设备(utility)。
另外，在搬运开口部66的前端也连接有用于排出热处理空间65内的气体的气体排气管191。气体排气管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，图4是从侧方观察保持部7的侧视图。保持部7具有基台环71、连接部72以及支座74。基台环71、连接部72以及支座74都由石英形成。即，保持部7整体由石英形成。
基台环71为圆环状的石英构件。基台环71载置于凹部62的底面，从而被腔室6的壁面支撑(参照图1)。在圆环状的基台环71的上表面，沿着基台环71的周向立设有多个连接部72(在本实施方式中为4个)。连接部72也为石英构件，该连接部72通过焊接固定于基台环71。此外，基台环71的形状也可以是圆环状缺少一部分而成的圆弧状。
平板状的支座74被设置于基台环71的4个连接部72支撑。支座74为由石英形成的大致圆形的平板状构件。支座74的直径大于半导体晶片W的直径。即，支座74的平面尺寸大于半导体晶片W的平面尺寸。在支座74的上表面立设有多个(在本实施方式中为5个)引导销76。5个引导销76沿着与支座74的外周圆同心的圆周设置。配置有5个引导销76的圆的直径稍微大于半导体晶片W的直径。各引导销76也由石英形成。此外，引导销76可以与支座74一体地从石英的结晶块(ingot)加工形成，也可以另外加工后通过焊接等安装于支座74。
立设于基台环71的4个连接部72与支座74的周缘部的下表面通过焊接固定。即，支座74与基台环71通过连接部72固定连接，保持部7成为石英的一体成型构件。这样的保持部7的基台环71被腔室6的壁面支撑，从而将保持部7安装于腔室6。在保持部7安装在腔室6的状态下，大致圆板形状的支座74成为水平姿势(法线与铅垂方向一致的姿势)。搬入腔室6的半导体晶片W以水平姿势载置并保持在安装于腔室6的保持部7的支座74上。半导体晶片W载置在由5个引导销76形成的圆的内侧，由此防止水平方向上的错位。此外，引导销76的数量不限于5个，只要是能够防止半导体晶片W错位的数量即可。
另外，如图2以及图3所示，在支座74上形成有上下贯通的开口部78以及缺口部77。为了使使用热电偶的接触式温度计130的探针前端部通过，而设置缺口部77。另一方面，为了使辐射温度计120接受从被支座74保持的半导体晶片W的下表面放射的放射光(红外光)，而设置开口部78。另外，在支座74上贯穿设置有4个贯通孔79，后述的移载机构10的升降销12为了交接半导体晶片W而贯通该4个贯通孔79。
图5是移载机构10的俯视图。另外，图6是移载机构10的侧视图。移载机构10具有两个移载臂11。移载臂11为大致沿着圆环状的凹部62的圆弧形状。在各个移载臂11上立设有两个升降销12。能够通过水平移动机构13使各移载臂11转动。水平移动机构13使一对移载臂11在移载动作位置(图5中实线位置)和退避位置(图5中双点划线位置)之间水平移动，其中，所述移载动作位置指，对保持部7移载半导体晶片W的位置，所述退避位置指，在俯视下不与被保持部7保持的半导体晶片W重叠的位置。作为水平移动机构13，可以是通过不同的马达使各移载臂11分别转动的机构，也可以是利用连杆机构且通过一个马达使一对移载臂11联动来转动的结构。
另外，一对移载臂11通过升降机构14与水平移动机构13一起进行升降移动。在升降机构14使一对移载臂11以移载动作位置状态上升时，共4个升降销12穿过贯穿设置在支座74的贯通孔79(参照图2、3)，升降销12的上端从支座74的上表面突出。另一方面，在升降机构14使一对移载臂11以移载动作位置状态下降，将升降销12从贯通孔79拔出，水平移动机构13将一对移载臂11打开时，各移载臂11移动至退避位置。一对移载臂11的退避位置位于保持部7的基台环71的正上方。由于基台环71载置在凹部62的底面，所以移载臂11的退避位置位于凹部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，将移载机构10的驱动部周边的环境气体向腔室6的外部排出。
返回图1，在设置于腔室6的上方的闪光加热部5的框体51的内侧具有：由多个(在本实施方式中为30个)氙气闪光灯FL构成的光源；以覆盖这些光源的上方的方式设置的反射板52。另外，在闪光加热部5的框体51的底部安装有灯光放射窗53。用于构成闪光加热部5的底部的灯光放射窗53是由石英形成的板状的石英窗。闪光加热部5设置在腔室6的上方，由此使灯光放射窗53与上侧腔室窗63相向。闪光灯FL从腔室6的上方经由灯光放射窗53以及上侧腔室窗63向热处理空间65照射闪光，来对半导体晶片W进行闪光加热。
多个闪光灯FL分别是长条的圆筒状的棒状灯，以各自的长度方向沿着被保持部7保持的半导体晶片W的主面(即沿着水平方向)相互平行的方式排列为平面状。因此，闪光灯FL排列而形成的平面也为水平面。
氙气闪光灯FL具有：棒状的玻璃管(放电管)，在该棒状的玻璃管的内部封入有氙气，在该棒状的玻璃管的两端部设置有与电容器连接的阳极以及阴极；触发电极，附设在该玻璃管的外周面上。由于氙气为电绝缘体，所以即使在电容器中储存有电荷，在通常状态下，在玻璃管内也不通电。但是，在向触发电极施加高电压而破坏了绝缘的情况下，储存于电容器的电瞬间在玻璃管内流动，通过激发此时的氙原子或分子来发出光。在这样的氙气闪光灯FL中，预先储存于电容器中的静电能量转换为0.1毫秒至100毫秒这样的极短的光脉冲，因此具有如下特征，即，与卤素灯HL那样的连续点亮的光源相比，能够照射极强的光。即，闪光灯FL是在不足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的发光时间能够通过用于向闪光灯FL供给电力的灯电源的线圈常数调整。
另外，反射板52在多个闪光灯FL的上方覆盖这些闪光灯的整体。反射板52的基本功能是将从多个闪光灯FL射出的闪光向热处理空间65侧反射。反射板52由铝合金板形成，该反射板52的表面(朝向闪光灯FL侧的面)通过喷砂处理被进行粗糙化加工。
在设置于腔室6的下方的卤素加热部4的内部内置有多个(在本实施方式中为40个)卤素灯HL。卤素加热部4是如下的光照射部，即，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，从而对半导体晶片W进行加热。卤素加热部4透过石英的支座74向被支座74支撑的半导体晶片W的下表面照射卤素光。
图7是表示多个卤素灯HL的配置方式的俯视图。在本实施方式中，在上下两层分别配置有20个卤素灯HL。各卤素灯HL为长条的圆筒状的棒状灯。在上层和下层，20个卤素灯HL配置为，各自的长度方向沿着被保持部7保持的半导体晶片W的主面(即沿着水平方向)相互平行。因此，在上层和下层，卤素灯HL排列而形成的平面为水平面。
另外，如图7所示，在上层和下层，与和被保持部7保持的半导体晶片W的中央部相向的区域相比，与该半导体晶片W的周缘部相向的区域的卤素灯HL的配设密度更高。即，在上层和下层，与灯列的中央部相比，周边部的卤素灯HL的配设间距更小。因此，在通过来自卤素加热部4的光的照射来进行加热时，能够向温度易于降低的半导体晶片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、由下层的卤素灯HL构成的灯组以栅格状交叉排列。即，以使上层的各卤素灯HL的长度方向与下层的各卤素灯HL的长度方向相互垂直的方式，配置有共40根卤素灯HL。
卤素灯HL是通过向配设在玻璃管内部的灯丝通电，来使灯丝白炽化来发光的灯丝式的光源。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(碘、溴等)而形成的气体。通过导入卤素，能够抑制灯丝破损，并且能够将灯丝的温度设定为高温。因此，卤素灯HL具有如下特点，即，与通常的白炽灯泡相比，寿命长，能够连续照射强光。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为棒状灯，因此寿命长，通过将卤素灯HL沿着水平方向配置，使向上方的半导体晶片W放射的放射效率优异。
另外，控制部3控制设置于热处理装置1的上述各种动作机构。控制部3的硬件结构与通常的计算机相同。即，控制部3具有用于进行各种运算处理的电路即CPU、用于存储基本程序的专用于读取的存储器即ROM、用于存储各种信息的能够自由读写的存储器即RAM以及用于存储有控制用软件或数据等的磁盘。通过使控制部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。
接着，说明热处理装置1中的半导体晶片W的处理步骤。在此，成为处理对象的半导体晶片W是通过离子注入法添加了杂质(离子)的半导体基板。该杂质的活化是通过热处理装置1的闪光照射加热处理(退火)进行的。通过使控制部3控制热处理装置1的各动作机构，执行以下说明的热处理装置1的处理步骤。
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内进行供气和排气。在打开阀84时，从气体供给孔81向热处理空间65供给处理气体。在本实施方式中，从气体供给源85向腔室6内供给氮气，来作为处理气体。向腔室6内供给的氮气的流量由流量调整阀21规定，在本实施方式中为50L/分～60L/分。
另外，加热器22对通过气体供给管83的氮气进行加热。在本实施方式中，加热器22将通过气体供给管83的氮气加热至350℃。其中，350℃是设置有加热器22的部位的氮气的温度。被加热器22加热至350℃的氮气，在从气体供给孔81向腔室6内供给的时刻，变为大约200℃。这是因为，气体供给管83等气体通过路径从氮气吸收了热量。
另外，在供气的同时打开阀89时，从气体排气孔86排出腔室6内的气体。通过从气体供给孔81供气且从气体排气孔86排气，从腔室6内的热处理空间65的上部供给的高温的氮气向下方流动，从热处理空间65的下部排出。这样，在腔室6内的热处理空间65形成高温的氮气气流。
另外，通过打开阀192，还能够从搬运开口部66排出腔室6内的气体。而且，还通过省略图示的排气机构，排出移载机构10的驱动部周边的环境气体。此外，在对一批晶片(作为在同一条件下进行同一处理的对象的一组半导体晶片W)的最初的半导体晶片W开始进行处理之前，向腔室6内的热处理空间65供给高温氮气。另外，在对热处理装置1中的半导体晶片W进行热处理时，持续向热处理空间65供给高温的氮气，按照处理工序适当地变更供给量。
接着，开启闸阀185，而打开搬运开口部66，通过装置外部的搬运机械手经由搬运开口部66向腔室6内的热处理空间65搬入注入离子后的半导体晶片W。通过搬运机械手搬入的半导体晶片W进入至保持部7的正上方位置来停止。然后，移载机构10的一对移载臂11在从退避位置向移载动作位置进行水平移动后进行上升，从而使升降销12通过贯通孔79从支座74的上表面突出，来接受半导体晶片W。
在半导体晶片W载置于升降销12后，搬运机械手从热处理空间65退出，通过闸阀185关闭搬运开口部66。然后，通过使一对移载臂11下降，将半导体晶片W从移载机构10交接至保持部7的支座74，以水平姿势从下方保持半导体晶片W。半导体晶片W将形成有图案且注入有杂质的表面作为上表面来保持于保持部7。另外，半导体晶片W在支座74的上表面保持在5个引导销76的内侧。下降至支座74的下方的一对移载臂11通过水平移动机构13退避至退避位置即凹部62的内侧。
在通过由石英形成的保持部7从下方将半导体晶片W保持为水平姿势之后，使卤素加热部4的40根卤素灯HL一起点亮，来开始进行预加热(辅助加热)。从卤素灯HL射出的卤素光透过由石英形成的下侧腔室窗64以及支座74从半导体晶片W的背面(与表面一侧相反的一侧的主面)照射。通过接受来自卤素灯HL的光的照射，半导体晶片W被预加热，从而使半导体晶片W的温度上升。此外，由于移载机构10的移载臂11退避至凹部62的内侧，所以不会对通过卤素灯HL进行的加热造成妨碍。
在通过卤素灯HL进行预加热时，通过接触式温度计130测定半导体晶片W的温度。即，内置有热电偶的接触式温度计130经由支座74的缺口部77与被保持部7保持的半导体晶片W的下表面发生接触，来测定升温中的晶片温度。测定出的半导体晶片W的温度传送至控制部3。控制部3一边监视因来自卤素灯HL的光照射而升温的半导体晶片W的温度是否达到规定的预加热温度T1，一边控制卤素灯HL的输出。即，控制部3基于接触式温度计130测定出的测定值，以使半导体晶片W的温度成为预加热温度T1的方式，对卤素灯HL的输出进行反馈控制。预加热温度T1被设定为，不会使添加至半导体晶片W的杂质因热量而扩散的200℃至800℃左右，优选将预加热温度T1设定为350℃至600℃左右(在本实施方式中为600℃)。此外，在通过来自卤素灯HL的光的照射使半导体晶片W升温时，不通过辐射温度计120进行温度测定。这是因为，从卤素灯HL照射的卤素光作为干扰光射入辐射温度计120，而不能够正确地测定温度。
在半导体晶片W的温度到达预加热温度T1之后，控制部3将半导体晶片W暂时维持为该预加热温度T1。具体地说，在通过接触式温度计130测定的半导体晶片W的温度到达预加热温度T1的时刻，控制部3调整卤素灯HL的输出，将半导体晶片W的温度维持为大致预加热温度T1。
通过这样的卤素灯HL进行预加热，能够使整个半导体晶片W均匀地升温至预加热温度T1。在通过卤素灯HL预加热的阶段，具有更易于放热的半导体晶片W的周缘部的温度比中央部的温度低的倾向，但是就卤素加热部4中的卤素灯HL的配设密度而言，与半导体晶片W的周缘部相向的区域比与半导体晶片W的中央部相向的区域高(参照图7)。因此，向易于放热的半导体晶片W的周缘部照射的光量变多，从而能够使预加热阶段中的半导体晶片W的面内温度分布均匀。而且，由于安装于腔室侧部61的反射圈69的内周面为镜面，所以通过该反射圈69的内周面向半导体晶片W的周缘部反射的光量变多，从而能够使预加热阶段的半导体晶片W的面内温度分布更均匀。
在通过来自卤素灯HL的光的照射，半导体晶片W的温度到达预加热温度T1且经过规定时间的时刻，闪光加热部5的闪光灯FL向半导体晶片W的表面进行闪光照射。此时，从闪光灯FL放射的闪光的一部分直接朝向腔室6内，其他一部分被反射板52反射之后朝向腔室6内，通过这些闪光的照射对半导体晶片W进行闪光加热。
因为闪光加热通过来自闪光灯FL的闪光照射进行，所以能够通过短时间使半导体晶片W的表面温度上升。即，从闪光灯FL照射的闪光是预先储存于电容器的静电能量转换为极短的光脉冲，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。另外，通过来自闪光灯FL的闪光的照射被闪光加热的半导体晶片W的表面温度瞬间上升至1000℃以上的处理温度T2，在注入半导体晶片W的杂质活化后，表面温度急剧下降。这样，在热处理装置1中，由于能够在极短的时间内使半导体晶片W的表面温度进行升降，能够一边抑制注入半导体晶片W的杂质因热量而扩散，一边使杂质活化。此外，由于杂质的活化所需要的时间与杂质热扩散所需要的时间相比极短，所以即使在0.1毫秒至100毫秒左右的不发生扩散的短时间内，也能够完成活化。
在闪光加热处理结束之后，在经过规定时间之后也关闭卤素灯HL。由此，半导体晶片W从预加热温度T1急剧下降。下降中的半导体晶片W的温度由接触式温度计130或辐射温度计120测定，其测定结果传送至控制部3。控制部3根据测定结果监视半导体晶片W的温度是否下降至规定温度。另外，在半导体晶片W的温度下降至规定温度以下之后，移载机构10的一对移载臂11再次从退避位置向移载动作位置进行水平移动后进行上升，由此升降销12从支座74的上表面突出，从支座74接受热处理后的半导体晶片W。接着，打开被闸阀185关闭的搬运开口部66，通过装置外部的搬运机械手搬出载置于升降销12的半导体晶片W，热处理装置1中的半导体晶片W的加热处理结束。
但是，有时在成为处理对象的半导体晶片W的表面形成有抗蚀膜或绝缘膜等各种膜。在对形成有这样的膜的半导体晶片W照射闪光进行加热处理时，由于膜的燃烧或残留溶剂成分的挥发等，有时会在腔室6内的热处理空间65中扩散碳类的污染物。在扩散在热处理空间65中的污染物附着于腔室6的内壁面或支座74等腔室内结构体时，污染附着部位。这样的污染不仅成为后续的半导体晶片W的污染源，而且也成为光照射加热时的半导体晶片W的照度分布紊乱的原因。
因此，在本实施方式中，将被加热器22加热的高温的处理气体供给至腔室6内的热处理空间65，来形成气流。通过在腔室6内流动高温的处理气体，能够将在加热处理时从半导体晶片W的膜扩散的污染物向腔室6外排出，从而降低腔室6内的污染。结果，能够抑制对腔室6的内壁面或支座74等腔室内结构体的污染。
为了通过供给高温的处理气体得到抑制污染物附着于腔室内结构体的效果，加热器22需要以使向腔室6内供给的时刻的处理气体的温度为100℃以上的方式，对通过气体供给管83的处理气体进行加热。处理气体的温度越高，污染的抑制效果也越好，但是若供给温度过高的处理气体，则影响半导体晶片W的热处理。因此，加热器22必须以使向腔室6内供给时刻的处理气体的温度小于半导体晶片W的设定处理温度的方式，对通过气体供给管83的处理气体进行加热。在半导体晶片W的处理温度被设定为多个阶段的情况下，加热器22以使向腔室6内供给的处理气体的温度小于其中的最小的设定处理温度的方式，加热处理气体。在本实施方式中，加热器22以使向腔室6内供给时刻的氮气的温度小于预加热温度T1的方式，对通过气体供给管83的氮气进行加热。
另外，通过向腔室6内供给高温的处理气体，能够得到除去已经附着于腔室6的内壁面或支座74等腔室内结构体的污染物的清洁效果。
另外，向腔室6内供给的处理气体的流量越大，向腔室6外排出污染物的效果越好，能够抑制污染物附着于腔室内结构体。在本实施方式中，在通常为20L/分～30L/分的流量时，流量调整阀21将氮气的流量增大至50L/分～60L/分的大流量，来向腔室6内供给。由此，污染物在附着于腔室内结构体之前向腔室6外排出，能够更加有效地降低腔室6内的污染。
在将腔室6内的容积设定为D时，向腔室6内供给的处理气体的流量，只要是0.5D/分～5D/分即可。以这样的大流量向腔室6内供给处理气体，能够提高向腔室6外排出污染物的效果，能够更加有效地降低腔室6内的污染。
以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明只要不脱离其宗旨，能够进行上述以外的各种变更。例如，在上述实施方式中，向腔室6内供给高温的氮气，但是处理气体的种类不限于氮气，可以是氧气或氩气等。尤其，通过加热氧气这样的富有反应性的处理气体来向腔室6内供给，能够进一步提高除去已经附着于腔室内结构体的污染物的清洁效果。
另外，在上述实施方式中，闪光加热部5具有30个闪光灯FL，但是，不限于此，闪光灯FL的数量能够是任意数量。另外，闪光灯FL不限于氙气闪光灯，可以是氪气闪光灯。另外，卤素加热部4具有的卤素灯HL的数量也不限于40个，只要采用在上层以及下层配置有多个卤素灯的方式即可，可以为任意数量。
另外，作为向半导体晶片W照射光进行加热的光照射部，不限于闪光灯FL或卤素灯HL，也可以是激光光源。
另外，被本发明的热处理装置成为处理对象的基板不限于半导体晶片，也可以是液晶显示装置等的平板显示装置使用的玻璃基板或太阳能电池用的基板。另外，本发明的技术可以适用于高介电常数栅极绝缘膜(High-k膜)的热处理、金属与硅的接合处理、或多晶硅的结晶化处理。

Claims (12)

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，该热处理装置的特征在于，
具有：
腔室，用于容置基板；
支座，在所述腔室内支撑基板；
光照射部，向被所述支座支撑的基板照射光；
气体供给部，向所述腔室内供给处理气体；
气体加热部，对从所述气体供给部向所述腔室供给的所述处理气体进行加热。
2.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
所述气体加热部以使向所述腔室内供给的所述处理气体变成100℃以上的方式，对所述处理气体进行加热。
3.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
所述处理气体为氮气、氧气或氩气。
4.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
还具有流量增加部，该流量增加部使从所述气体供给部向所述腔室供给的所述处理气体的流量增加。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的热处理装置，其特征在于，
所述光照射部包括闪光灯，该闪光灯从所述腔室的一侧向基板照射闪光。
6.根据权利要求5所述的热处理装置，其特征在于，
所述光照射部还包括卤素灯，该卤素灯从所述腔室的另一侧向基板照射光。
7.一种热处理方法，通过向基板照射光来对该基板进行加热，该热处理方法的特征在于，
包括：
支撑工序，通过腔室内的支座支撑基板，
气体供给工序，向所述腔室内供给处理气体，
光照射工序，向被所述支座支撑的基板照射光；
所述气体供给工序包括气体加热工序，在该气体加热工序中，对向所述腔室供给的所述处理气体进行加热。
8.根据权利要求7所述的热处理方法，其特征在于，
在所述气体加热工序中，以使向所述腔室内供给的所述处理气体变成100℃以上的方式，对所述处理气体进行加热。
9.根据权利要求7所述的热处理方法，其特征在于，
所述处理气体为氮气、氧气或氩气。
10.根据权利要求7所述的热处理方法，其特征在于，
所述气体供给工序包括流量增加工序，在该流量增加工序中，使向所述腔室供给的所述处理气体的流量增加。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的热处理方法，其特征在于，
在所述光照射工序中，通过闪光灯从所述腔室的一侧向基板照射闪光。
12.根据权利要求11所述的热处理方法，其特征在于，
在所述光照射工序中，还通过卤素灯从所述腔室的另一侧向基板照射光。
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