TW201909280A - 熱處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題在於提供一種不會無謂地消耗所放射之光而可提高基板上之照度分佈之面內均一性之熱處理裝置。 其解決方法為，將形設有具有傾斜面之複數個槽之石英之光擴散板90以與半導體晶圓W之中央部對向之方式載置於上側腔室窗63上。自閃光燈FL放射之閃光中通過光擴散板90之側方之光直接照射於半導體晶圓W之周緣部。另一方面，自閃光燈FL放射之閃光中入射至光擴散板90之光由複數個槽之傾斜面折射，入射光之一部分向半導體晶圓W之周緣部擴散。其結果，照射於半導體晶圓W之周緣部之光之光量增加，另一方面，照射於中央部之光之光量減少，而可提高半導體晶圓W上之照度分佈之面內均一性。

Description

熱處理裝置
本發明係關於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」)照射光，而加熱該基板之熱處理裝置。
半導體元件之製造過程中，雜質導入係用以於半導體晶圓內形成pn接合所必須之步驟。目前，雜質導入一般係藉由離子植入法及其後之退火法而完成者。離子植入法係使硼(B)、砷(As)、磷(P)等雜質之元素離子化，以高速加壓與半導體晶圓碰撞而物理性地進行雜質注入之技術。將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，則植入之雜質會因熱而深度擴散，其結果，有接合深度高於要求而過深，因而阻礙良好之元件形成之虞。
對此，作為以極短時間加熱半導體晶圓之退火技術，近年來，以閃光燈退火(FLA)受到注目。閃光燈退火係如下之熱處理技術：藉由使用氙閃光燈(以下，簡稱為「閃光燈」時意指氙閃光燈)，對半導體晶圓之表面照射閃光，而於極短時間(數毫秒以下)僅使注入有雜質之半導體晶圓之表面昇溫。
氙閃光燈之放射分光分佈係自紫外區域至近紅外區域，較先前之鹵素燈波長更短，與矽半導體晶圓之基礎吸收帶大致一致。由此，自氙閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，透過光可至少將半導體晶圓急速昇溫。又，亦已判明若為數毫秒以下之極短時間之閃光照射，可僅將半導體晶圓之表面附近選擇性昇溫。因此，若為藉由氙閃光燈之極短時間之昇溫，則可不使雜質深度擴散，僅執行雜質活化。
使用如此之閃光燈之熱處理裝置中，雖於與半導體晶圓之面積相比相當大之區域配置複數個閃光燈，但即便如此，仍確認有半導體晶圓之周緣部之照度低於中央部之照度之傾向。其結果，照度之面內分佈變得不均一，溫度分佈亦產生偏差。
為消除如此之照度分佈之不均一，藉由對複數個閃光燈之能量平衡、各個燈之發光密度、燈佈局、反射器等加以研擬，而以使半導體晶圓之面內之照度分佈盡可能變得均一之方式進行調整。然而，該等研擬必須調整許多零件及設定值，要獲得滿足要求水準之照度分佈之面內均一性之作業極其困難。又，近年來，對於照度分佈之均一性之要求水準日益提高，如上述之研擬之調整更加困難。
作為比較簡易地提高照度分佈之面內均一性之方法，於專利文獻1中，揭示有於閃光燈與半導體晶圓之間設置小於半導體晶圓之照度調整板。藉由照度調整板使到達半導體晶圓之中央部之光之光量降低，藉此可提高照度分佈之面內均一性。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2006-278802號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，專利文獻1所揭示之技術中，由於是藉由照度調整板使到達半導體晶圓之中央部之光之光量降低，故使得自閃光燈放射之閃光之一部分無謂地消耗。因此產生閃光燈之能量效率降低之問題。
本發明係鑑於上述問題而完成者，其目的在於提供一種不會無謂地消耗所放射之光，可提高基板上之照度分佈之面內均一性之熱處理裝置。 [解決問題之技術手段]
為解決上述問題，技術方案1之發明係藉由對基板照射光而加熱該基板之熱處理裝置，其特徵在於包含：腔室，其收納基板；保持部，其於上述腔室內將上述基板保持；光照射部，其設置於上述腔室之一側，對保持於上述保持部之上述基板照射光；及光擴散板，其設置於上述保持部與上述光照射部之間，具有小於上述基板之平面尺寸；上述光擴散板係以上述光擴散板之中心軸與保持於上述保持部之上述基板之中心軸一致之方式設置，於上述光擴散板形設有具有傾斜面之複數個槽。
又，技術方案2之發明係如技術方案1之發明之熱處理裝置，其中上述複數個槽形設成直線狀。
又，技術方案3之發明係如技術方案1之發明之熱處理裝置，其中上述複數個槽形設成同心圓狀。
又，技術方案4之發明係藉由對基板照射光而加熱該基板之熱處理裝置，其特徵在於包含：腔室，其收納基板；保持部，其於上述腔室內將上述基板保持；光照射部，其設置於上述腔室之一側，對保持於上述保持部之上述基板照射光；及光擴散板，其設置於上述保持部與上述光照射部之間，具有小於上述基板之平面尺寸；上述光擴散板係以上述光擴散板之中心軸與保持於上述保持部之上述基板之中心軸一致之方式設置，於上述光擴散板形設具有曲面之複數個槽。
又，技術方案5之發明係藉由對基板照射光而加熱該基板之熱處理裝置，其特徵在於包含：腔室，其收納基板；保持部，其於上述腔室內將上述基板保持；光照射部，其設置於上述腔室之一側，對保持於上述保持部之上述基板照射光；及光擴散板，其設置於上述保持部與上述光照射部之間，具有大於上述基板之圓環形狀；上述光擴散板係以上述光擴散板之中心軸與保持於上述保持部之上述基板之中心軸一致之方式設置，於上述光擴散板形設有具有傾斜面之複數個槽。
又，技術方案6之發明係藉由對基板照射光而加熱該基板之熱處理裝置，其特徵在於包含：腔室，其收納基板；保持部，其於上述腔室內將上述基板保持；光照射部，其設置於上述腔室之一側，對保持於上述保持部之上述基板照射光；及光擴散板，其設置於上述保持部與上述光照射部之間，具有小於上述基板之平面尺寸；上述光擴散板係以上述光擴散板之中心軸與保持於上述保持部之上述基板之中心軸一致之方式設置，於上述光擴散板形設有複數個凹狀之錐體。
又，技術方案7之發明係藉由對基板照射光而加熱該基板之熱處理裝置，其特徵在於包含：腔室，其收納基板；保持部，其於上述腔室內將上述基板保持；光照射部，其設置於上述腔室之一側，對保持於上述保持部之上述基板照射光；及光擴散板，其設置於上述保持部與上述光照射部之間，具有小於上述基板之平面尺寸；上述光擴散板係以上述光擴散板之中心軸與保持於上述保持部之上述基板之中心軸一致之方式設置，於上述光擴散板形設有複數個凸狀之錐體。 [發明之效果]
根據技術方案1至技術方案3之發明，由於將形設有具有傾斜面之複數個槽之光擴散板以中心軸與基板之中心軸一致之方式設置於保持部與光照射部之間，故入射至光擴散板之光之一部分向基板之周緣部擴散，不會無謂地消耗自光照射部放射之光，而可提高基板上之照度分佈之面內均一性。
根據技術方案4之發明，由於將形設有具有曲面之複數個槽之光擴散板以中心軸與基板之中心軸一致之方式設置於保持部與光照射部之間，故入射至光擴散板之光之一部分向基板之周緣部擴散，不會無謂地消耗自光照射部放射之光，而可提高基板上之照度分佈之面內均一性。
根據技術方案5之發明，由於將形設有具有傾斜面之複數個槽之光擴散板以中心軸與基板之中心軸一致之方式設置於保持部與光照射部之間，故入射至光擴散板之光之一部分向基板之周緣部擴散，不會無謂地消耗自光照射部放射之光，而可提高基板上之照度分佈之面內均一性。
根據技術方案6之發明，由於將形設有複數個凹狀之錐體之光擴散板以中心軸與基板之中心軸一致之方式設置於保持部與光照射部之間，故入射至光擴散板之光之一部分向基板之周緣部擴散，不會無謂地消耗自光照射部放射之光，而可提高基板上之照度分佈之面內均一性。
根據技術方案7之發明，由於將形設有複數個凸狀之錐體之光擴散板以中心軸與基板之中心軸一致之方式設置於保持部與光照射部之間，故入射至光擴散板之光之一部分向基板之周緣部擴散，不會無謂地消耗自光照射部放射之光，而可提高基板上之照度分佈之面內均一性。
以下，一面參照圖式一面針對本發明之實施形態詳細說明。
＜第1實施形態＞ 圖1係顯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係藉由對作為基板之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之尺寸雖未特別限定，但例如為f 300 mm或f 450 mm(本實施形態中為f 300 mm)。被搬入至熱處理裝置1之前之半導體晶圓W已注入雜質，藉由熱處理裝置1之加熱處理，執行所注入之雜質之活化處理。另，於圖1及以下之各圖中，為容易理解，而視需要對各部之尺寸或數量誇大或簡化描繪。
熱處理裝置1包含：腔室6，其收納半導體晶圓W；閃光燈加熱部5，其內置複數個閃光燈FL；及鹵素燈加熱部4，其內置複數個鹵素燈HL。於腔室6之上側設置閃光燈加熱部5，於下側設置鹵素燈加熱部4。又，熱處理裝置1於腔室6之內部具備：保持部7，其將半導體晶圓W保持為水平姿勢；及移載機構10，其於保持部7與裝置外部之間進行半導體晶圓W之交接。再者，熱處理裝置1具備控制部3，其控制鹵素燈加熱部4、閃光燈加熱部5及設置於腔室6之各動作機構，執行半導體晶圓W之熱處理。
腔室6構成為於筒狀之腔室側部61之上下安裝石英製之腔室窗。腔室側部61具有上下開口之大致筒形狀，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之頂板部之上側腔室窗63係由石英形成之圓板形狀構件，且作為將自閃光燈加熱部5出射之閃光向腔室6內透過之石英窗發揮功能。又，構成腔室6之底板部之下側腔室窗64亦係藉由石英形成之圓板形狀構件，且作為將來自鹵素燈加熱部4之光向腔室6內透過之石英窗發揮功能。
又，於腔室側部61之內側之壁部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皆形成為圓環狀。上側之反射環68係藉由自腔室側部61之上側嵌入而安裝。另一方面，下側之反射環69係藉由自腔室側部61之下側嵌入，並以省略圖示之螺絲固定而安裝。即，反射環68、69皆為裝卸自如地安裝於腔室側部61者。由腔室6之內側空間，即上側腔室窗63、下側腔室窗64、腔室側部61及反射環68、69包圍之空間係規定為熱處理空間65。
藉由將反射環68、69安裝於腔室側部61，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係於腔室6之內壁面沿水平方向形成為圓環狀，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係以強度及耐熱性優良之金屬材料(例如不鏽鋼)形成。
又，於腔室側部61，形設有用以對腔室6進行半導體晶圓W之搬入及搬出之搬送開口部(爐口)66。可藉由閘閥185將搬送開口部66開閉。搬送開口部66與凹部62之外周面連通連接。因此，閘閥185將搬送開口部66開放時，可進行自搬送開口部66通過凹部62將半導體晶圓W向熱處理空間65之搬入，及將半導體晶圓W自熱處理空間65之搬出。又，若閘閥185將搬送開口部66閉合，則腔室6內之熱處理空間65成為密閉空間。
再者，於腔室側部61穿設有貫通孔61a。於腔室側部61之外壁面之設有貫通孔61a之部位，安裝有放射溫度計20。貫通孔61a係用以將自保持於後述之承載器74之半導體晶圓W之下表面放射之紅外光朝放射溫度計20引導之圓筒狀之孔。貫通孔61a以其貫通方向之軸與保持於承載器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設置。於貫通孔61a之面對熱處理空間65之側之端部安裝有透明窗21，該透明窗21由使放射溫度計20可測定之波長區域之紅外光透過之氟化鋇材料構成。
又，於腔室6之內壁上部，形設有對熱處理空間65供給處理氣體之氣體供給孔81。氣體供給孔81形設於較凹部62更上側位置，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之路徑中途介有閥84。若閥84開放，則自處理氣體供給源85對緩衝空間82供給處理氣體。流入至緩衝空間82之處理氣體以朝流體阻力小於氣體供給孔81之緩衝空間82內擴散之方式流動，而自氣體供給孔81向熱處理空間65內供給。作為處理氣體，可使用例如氮(N2)等惰性氣體，或氫(H2)、氨(NH3)等反應性氣體、或混合有該等之混合氣體(本實施形態中為氮氣)。
另一方面，於腔室6之內壁下部，形設有將熱處理空間65內之氣體排氣之氣體排氣孔86。氣體排氣孔86形設於較凹部62更下側位置，亦可設置於反射環69。氣體排氣孔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氣管88。氣體排氣管88連接於排氣部190。又，於氣體排氣管88之路徑中途介有閥89。若閥89開放，則熱處理空間65之氣體自氣體排氣孔86經過緩衝空間87向氣體排氣管88排出。另，氣體供給孔81及氣體排氣孔86可沿腔室6之周向設置複數個，亦可為狹縫狀者。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之工廠之設備。
又，亦於搬送開口部66之前端連接有排出熱處理空間65內之氣體之氣體排氣管191。氣體排氣管191經由閥192連接於排氣部190。藉由開放閥192，而經由搬送開口部66將腔室6內之氣體排氣。
圖2係顯示保持部7之整體外觀之立體圖。保持部7構成為具備基台環71、連結部72及承載器74。基台環71、連結部72及承載器74任一者皆以石英形成。即，保持部7之全體係以石英形成。
基台環71為自圓環形狀欠缺一部分之圓弧形狀之石英構件。該脫落方法係用以防止後述之移載機構10之移載臂11與基台環71之干擾而設。基台環71係藉由載置於凹部62之底面而被支持於腔室6之壁面(參照圖1)。於基台環71之上表面，沿其圓環形狀之周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，藉由熔接而固定於基台環71。
藉由設置於基台環71之4個連結部72而支持承載器74。圖3係承載器74之俯視圖。又，圖4係承載器74之剖視圖。承載器74具備保持板75、引導環76及複數個基板支持銷77。保持板75係以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具有大於半導體晶圓W之平面尺寸。
於保持板75之上表面周緣部設有引導環76。引導環76係具有大於半導體晶圓W之直徑之內徑之圓環形狀之構件。例如，半導體晶圓W之直徑為f 300 mm之情形時，引導環76之內徑為f 320 mm。引導環76之內周為自保持板75向上方擴展般之錐面。引導環76係以與保持板75同樣之石英形成。引導環76可熔接於保持板75之上表面，亦可藉由另外加工而成之銷等固定於保持板75。或者，亦可將保持板75與引導環76作為一體之構件進行加工。
保持板75之上表面中較引導環76更內側之區域成為保持半導體晶圓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。本實施形態中，沿保持面75a之外周圓(引導環76之內周圓)與同心圓之周上，立設有每隔30°合計12個基板支持銷77。配置有12個基板支持銷77之圓之徑(對向之基板支持銷77間之距離)小於半導體晶圓W之徑，若半導體晶圓W之徑為f 300 mm，則為f 270 mm～f 280 mm(本實施形態中為f 270 mm)。各個基板支持銷77係以石英形成。複數個基板支持銷77可藉由熔接於保持板75之上表面而設置，亦可與保持板75一體加工。
返回至圖2，將立設於基台環71之4個連結部72與承載器74之保持板75之周緣部藉由熔接而固定。即，將承載器74與基台環71藉由連結部72而固定連結。藉由將如此之保持部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。在保持部7安裝於腔室6之狀態下，承載器74之保持板75成為水平姿勢(法線與垂直方向一致之姿勢)。即，保持板75之保持面75a為水平面。
搬入至腔室6之半導體晶圓W以水平姿勢被載置並保持於安裝於腔室6之保持部7之承載器74之上。此時，半導體晶圓W藉由立設於保持板75上之12個基板支持銷77予以支持並保持於承載器74。更嚴謹而言，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。由於12個基板支持銷77之高度(基板支持銷77之上端至保持板75之保持面75a之距離)均一，故可藉由12個基板支持銷77將半導體晶圓W支持為水平姿勢。
又，將半導體晶圓W藉由複數個基板支持銷77自保持板75之保持面75a分開特定之間隔而支持。引導銷76之厚度大於基板支持銷77之高度。因此，藉由引導銷76防止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差。
又，如圖2及圖3所示，於承載器74之保持板75，上下貫通而形成有開口部78。開口部78係用以接收放射溫度計20自半導體晶圓W之下表面放射之放射光(紅外光)而設置。即，放射溫度計20經由開口部78及安裝於腔室側部61之貫通孔61a之透明窗21，接收自半導體晶圓W之下表面放射之光而測定該半導體晶圓W之溫度。再者，於承載器74之保持板75，穿設有供後述之移載機構10之提昇銷12用以交接半導體晶圓W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支提升銷12。移載臂11及提升銷12係以石英形成。各移載臂11可藉由水平移動機構13而旋動。水平移動機構13係使一對移載臂11於對保持部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)、與俯視時不與保持於保持部7之半導體晶圓W重合之退避位置(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使各移載臂11各自旋動者，亦可為使用連桿機構藉由1個馬達使一對移載臂11連動並旋動者。
又，一對移載臂11藉由昇降機構14而與水平移動機構13一起昇降移動。若昇降機構14使一對移載臂11於移載動作位置上昇，則合計4支提升銷12通過穿設於承載器74之貫通孔79(參照圖2、3)，提升銷12之上端自承載器74之上表面突出。另一方面，昇降機構14使一對移載臂11於移載動作位置下降而自貫通孔79退出提升銷12，而水平移動機構13以打開一對移載臂11之方式移動，則各移載臂11移動至退避位置。一對移載臂11之退避位置為保持部7之基台環71之正上方。由於基台環71載置於凹部62之底面，故移載臂11之退避位置成為凹部62之內側。另，亦於設有移載機構10之驅動部(水平移動機構13及昇降機構14)之部位附近設有省略圖示之排氣機構，以將移載機構10之驅動部周邊之氛圍排出至腔室6之外部之方式構成。
返回至圖1，設置於腔室6之上方之閃光燈加熱部5構成為於殼體51之內側，具備包含複數支(本實施形態中為30支)氙閃光燈FL之光源，及以覆蓋該光源之上方之方式設置之反射器52。又，於閃光燈加熱部5之殼體51之底部，安裝有燈光放射窗53。構成閃光燈加熱部5之底板部之燈光放射窗53係由石英形成之板狀之石英窗。藉由將閃光燈加熱部5設置於腔室6之上方，而燈光放射窗53與上側腔室窗63相對向。閃光燈FL自腔室6之上方經由燈光放射窗53及上側腔室窗63，對熱處理空間65照射閃光。
複數個閃光燈FL係各自具有長條之圓筒形狀之棒狀燈，且以使各者之長邊方向沿著保持於保持部7之半導體晶圓W之主面(即沿著水平方向)互相平行之方式排列成平面狀。藉此，藉由閃光燈FL之排列形成之平面亦為水平面。排列有複數個閃光燈FL之區域大於半導體晶圓W之平面尺寸。
氙閃光燈FL具備：棒狀之玻璃管(放電管)，其係於其內部封入氙氣，且於其兩端部配設有連接於電容器之陽極及陰極；及觸發電極，其附設於該玻璃管之外周面上。因氙氣係電性絕緣體，故即使電容器內蓄積有電荷，在通常狀態下仍不會於玻璃管內流通電。然而，於將高電壓施加於觸發電極而破壞絕緣之情形時，蓄積於電容器之電子瞬間流動於玻璃管內，藉由此時之氙原子或分子之激發而放出光。如此之氙閃光燈FL具有如下之特徵：由於將預先蓄積於電容器之靜電能轉換成0.1毫秒至100毫秒之極短之光脈衝，故與如鹵素燈HL般連續點亮之光源相比，可照射極強之光。即，閃光燈FL為能以未達1秒之極短時間瞬間發光之脈衝發光燈。另，閃光燈FL之發光時間可藉由對閃光燈FL進行電力供給之燈電源之線圈常數而加以調整。
又，反射器52係以於複數個閃光燈FL之上方覆蓋該等全體之方式設置。反射器52之基本功能係將自複數個閃光燈FL出射之閃光朝熱處理空間65側反射者。反射器52係以鋁合金板形成，其表面(面向閃光燈FL側之面)係藉由噴砂處理而施有粗面化加工。
設置於腔室6之下方之鹵素燈加熱部4於殼體41之內側內置有複數支(本實施形態中為40支)鹵素燈HL。鹵素燈加熱部4藉由複數個鹵素燈HL自腔室6之下方經由下側腔室窗64進行向熱處理空間65之光照射，而加熱半導體晶圓W。
圖7係顯示複數個鹵素燈HL之配置之俯視圖。40支鹵素燈HL係於上下分成2段配置。於接近保持部7之上段配設20支鹵素燈HL，且於較上端更遠離保持部7之下段亦配設20支鹵素燈HL。各鹵素燈HL為具有長條之圓筒形狀之棒狀燈。上段、下段皆為20支之鹵素燈HL係以各者之長邊方向沿保持於保持部7之半導體晶圓W之主面(即，沿水平方向)互相平行之方式排列。藉此，上段、下段均由鹵素燈HL之排列而形成之平面為水平面。
又，如圖7所示，上段、下段皆為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，與周緣部對向之區域之鹵素燈HL之配設密度較高。即，上下段皆為燈排列之周緣部之鹵素燈HL之配設間距短於中央部。因此，利用來自鹵素燈加熱部4之光照射進行加熱時，可對容易產生溫度降低之半導體晶圓W之周緣部進行更多光量之照射。
又，由上段之鹵素燈HL構成之燈群、與由下段之鹵素燈HL構成之燈群係以交叉成格子狀之方式排列。即，以配置於上段之20支鹵素燈HL之長度方向與配置於下段之20支鹵素燈HL之長度方向互相正交之方式，配設有合計40支鹵素燈HL。
鹵素燈HL係藉由對配設於玻璃管內部之燈絲通電，使燈絲白熱化而發光之燈絲式光源。於玻璃管之內部封入有將鹵元素(碘、溴等)微量導入至氮或氬等惰性氣體之氣體。藉由導入鹵元素，可一面抑制燈絲之折損，一面將燈絲之溫度設定成高溫。因此，鹵素燈HL與通常之白熾燈相比，具有壽命長且可連續照射強光之特性。即，鹵素燈HL為至少連續發光1秒以上之連續點亮燈。又，由於鹵素燈HL為棒狀燈，故壽命較長，且藉由將鹵素燈HL沿水平方向配置，向上方之半導體晶圓W之放射效率優良。
又，亦於鹵素燈加熱部4之殼體41之內，於2段鹵素燈HL之下側設有反射器43(圖1)。反射器43將自複數個鹵素燈HL出射之光朝熱處理空間65之側反射。
如圖1所示，於上側腔室窗63之上表面設有光擴散板90。圖8係顯示第1實施形態之光擴散板90之整體外觀之立體圖。又，圖9係光擴散板90之剖視圖。第1實施形態之光擴散板90構成為於圓板形狀之石英板之上表面形設多個槽91。即，光擴散板90全體係以石英形成。圓板形狀之光擴散板90之徑短於成為處理對象之半導體晶圓W之徑(本實施形態中為f 200 mm)。因此，光擴散板90之平面尺寸小於半導體晶圓W之平面尺寸。
圖10係將光擴散板90之一部分放大之剖視圖。複數個槽91以相互平行之方式，直線狀形設於光擴散板90之上表面。各個槽91具有傾斜面(錐面)92。傾斜面92與光擴散板90之底面所成之角度(以下稱為傾斜面之傾斜角度)α為45°。又，形設複數個槽91之間隔即間距p為4 mm。再者，傾斜面之高度h為3 mm。
如圖8、9所示，隔著光擴散板90之中心線之一側與另一側，槽91之傾斜面92之朝向相反。如圖9所示，複數個槽91之傾斜面92之各者係以自上方朝光擴散板90照射之光於朝向光擴散板90之外側之方向折射之方式設置。
光擴散板90係以其中心軸與保持於保持部7之半導體晶圓W之中心軸一致之方式載置於上側腔室窗63上。由於光擴散板90之平面尺寸小於半導體晶圓W之平面尺寸，故光擴散板90以與半導體晶圓W之中央部對向之方式設置。又，本實施形態中，以複數個閃光燈FL與複數個槽91成為平行之方式，設置光擴散板90。
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之硬體之構成與一般之電腦相同。即，控制部3具備進行各種運算處理之電路即CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)、記憶基本程式之讀取專用之記憶體即ROM(Read Only Memory：唯讀記憶體)、記憶各種資訊之讀寫自如之記憶體即RAM(Random Access Memory：隨機存取記憶體)及預先記憶控制用軟體及資料等之磁碟。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之處理。
除上述之構成以外，熱處理裝置1具備各種冷卻用之構造，用以防止於半導體晶圓W之熱處理時，因自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能致使鹵素燈加熱部4、閃光燈加熱部5及腔室6之溫度過度上昇。例如，於腔室6之壁體設有水冷管(省略圖示)。又，鹵素燈加熱部4及閃光燈加熱部5成為於內部形成氣體流而進行排熱之空冷構造。又，亦對上側腔室窗63與燈光放射窗53之間隙供給空氣，將閃光燈加熱部5及上側腔室窗63冷卻。
接著，針對熱處理裝置1之半導體晶圓W之處理順序進行說明。此處，成為處理對象之半導體晶圓W係藉由離子注入法而經添加雜質(離子)之半導體基板。該雜質之活化係藉由處理裝置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之處理順序係藉由控制部3控制熱處理裝置1之各動作機構而進行。
首先，將用以供氣之閥84開放，且將排氣用閥89、192開放，開始對腔室6內之供排氣。若開放閥84，則自氣體供給孔81對熱處理空間65供給氮氣。又，若開放閥89，則自氣體排氣孔86將腔室6內之氣體排氣。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，自熱處理空間65之下部排氣。
又，藉由開放閥192，亦自搬送開口部66將腔室6內之氣體排氣。再者，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排氣。另，於熱處理裝置1對半導體晶圓W之熱處理時，將氮氣繼續供給於熱處理空間65，其供給量對應於處理步驟而適當變更。
接著，打開閘閥185，開放搬送開口部66，藉由裝置外部之搬送機器人，經由搬送開口部66將離子注入後之半導體晶圓W搬入至腔室6內之熱處理空間65。藉由搬送機器人搬入之半導體晶圓W進入至保持部7之正上方位置後停止。且，藉由移載機構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昇，提升銷12通過貫通孔79自承載器74之保持板75之上表面突出而承接半導體晶圓W。此時，提升銷12上昇至較基板支持銷77之上端更上方。
半導體晶圓W載置於提昇銷12後，搬送機器人自熱處理空間65退出，藉由閘閥185將搬送開口部66閉合。且，藉由一對移載臂11下降，將半導體晶圓W自移載機構10交接給保持部7之承載器74，以水平姿勢自下方保持。將半導體晶圓W藉由立設於保持板75上之複數個基板支持銷77予以支持並保持於承載器74。又，半導體晶圓W以其已形成圖案且經注入雜質之正面作為上表面而被保持於保持部7。於藉由複數個基板支持銷77支持之半導體晶圓W之背面(與正面之相反側之主面)與保持板75之保持面75a之間形成特定之間隔。下降至承載器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。
將半導體晶圓W藉由以石英形成之保持部7之承載器74以水平姿勢自下方保持後，鹵素燈加熱部4之40支鹵素燈HL同時點亮，開始預加熱(輔助加熱)。自鹵素燈HL出射之鹵素光透過以石英形成之下側腔室窗64及承載器74而照射於半導體晶圓W之下表面。藉由接受來自鹵素燈HL之光照射，半導體晶圓W被預加熱而溫度上昇。另，由於移載機構10之移載臂11退避至凹部62之內側，故不會阻礙鹵素燈HL之加熱。
進行鹵素燈HL之預加熱時，藉由放射溫度計20測定半導體晶圓W之溫度。即，放射溫度計20通過透明窗21，接收自保持於承載器74之半導體晶圓W之下表面經由開口部78放射之紅外光，測定昇溫中之晶圓溫度。將測定出之半導體晶圓W之溫度傳遞至控制部3。控制部3監視藉由來自鹵素燈HL之光照射而昇溫之半導體晶圓W之溫度是否達到特定之預加熱溫度T1，並控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於放射溫度計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，反饋控制鹵素燈HL之輸出。將預加熱溫度T1設為添加於半導體晶圓W之雜質無因熱而擴散之虞之200°C至800°C左右，較佳為設為350°C至600°C左右(本實施形態中為600°C)。
半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1後，控制部3將半導體晶圓W暫時維持在該預加熱溫度T1。具體而言，於藉由放射溫度計20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，將半導體晶圓W之溫度維持在大致預加熱溫度T1。
藉由進行如此之鹵素燈HL之預加熱，而將半導體晶圓W全體均一地昇溫至預加熱溫度T1。於鹵素燈HL之預加熱階段，有較易產生放熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度較中央部更降低之傾向，但鹵素燈加熱部4中之鹵素燈HL之配設密度為，與基板W之周緣部對向之區域高於與中央部對向之區域。因此，照射於易產生放熱之半導體晶圓W之周緣部之光量變多，可使預加熱階段之半導體晶圓W之面內溫度分佈成為均一。
在半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1且經過特定時間之時點，閃光燈加熱部5之閃光燈FL對保持於承載器74之半導體晶圓W之表面進行閃光照射。此時，自閃光燈FL放射之閃光之一部分直接朝向腔室6內，另一部分一度由反射器52反射後朝向腔室6內，藉由該等閃光之照射，進行半導體晶圓W之閃光燈加熱。
由於閃光燈加熱係藉由來自閃光燈FL之閃光(flash light)照射而進行，故可使半導體晶圓W之表面溫度短時間上昇。即，自閃光燈FL照射之閃光係將預先蓄積於電容器之靜電能轉換成極短之光脈衝，且照射時間為0.1毫秒以上100毫秒以下左右之極短之強閃光。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之表面溫度瞬間上昇至1000°C以上之處理溫度T2，注入於半導體晶圓W之雜質活化後，表面溫度急速下降。如此，熱處理裝置1中，由於可極短時間地使半導體晶圓W之表面溫度昇降，故可一面抑制注入於半導體晶圓W之雜質因熱所致之擴散，一面進行雜質之活化。另，由於雜質之活化所需要之時間與其熱擴散所需要之時間相比極短，故即使在0.1毫秒至100毫秒左右之不產生擴散之短時間內，亦完成活化。
圖11係模式性顯示自閃光燈FL放射之光之光路之圖。於上側腔室窗63之上表面，將光擴散板90以其中心軸與保持於承載器74之半導體晶圓W之中心軸CX一致之方式載置。光擴散板90之平面尺寸小於半導體晶圓W之平面尺寸。於光擴散板90形設有具有傾斜面92之複數個槽91。
自閃光燈FL放射之閃光中通過光擴散板90之側方之光(主要係自30支閃光燈FL之排列之較中央部更外側之閃光燈FL出射之光)直接透過上側腔室窗63而照射於半導體晶圓W之周緣部。另一方面，自閃光燈FL放射之閃光中入射至光擴散板90之光(主要為自30支閃光燈FL之排列之中央部之閃光燈FL出射之光)由複數個槽91之傾斜面92折射。如圖8、9所示，隔著光擴散板90之中心線之一側與另一側，槽91之傾斜面92之朝向相反。其結果，如圖9及圖11所示，自燈排列之中央附近之閃光燈FL放射而入射至光擴散板90之閃光之一部分，會向較光擴散板90更外側，即向半導體晶圓W之周緣部擴散。且，相應於向較光擴散板90更外側擴散之閃光之光量，朝向半導體晶圓W之中央部之閃光之光量降低。因此，未設置光擴散板90而照射閃光時，照射於確認有照度相對變高之傾向之半導體晶圓W之中央部之光之光量減少，相反地，照射於照度變低之半導體晶圓W之周緣部之光之光量增加，而對半導體晶圓W之面內全體均一地照射閃光。藉此，半導體晶圓W上之照度分佈之面內均一性提高，表面之面內溫度分佈亦均一化。
閃光燈加熱處理結束後經過特定時間後，將鹵素燈HL熄滅。藉此，半導體晶圓W自預加熱溫度T1急速降溫。藉由放射溫度計20測定降溫中之半導體晶圓W之溫度，將其測定結果傳遞至控制部3。控制部3根據放射溫度計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。且，半導體晶圓W之溫度降溫至特定以下後，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昇，藉此，提升銷12自承載器74之上表面突出，自承載器74承接熱處理後之半導體晶圓W。接著，將由閘閥185閉合之搬送開口部66開放，藉由裝置外部之搬送機器人將載置於提升銷12上之半導體晶圓W搬出，熱處理裝置1之半導體晶圓W之加熱處理完成。
第1實施形態中，將形設有具有傾斜面92之複數個槽91之光擴散板90配置於閃光燈FL與半導體晶圓W之間。將小於半導體晶圓W之光擴散板90以與半導體晶圓W之中央部對向之方式設置。由於自閃光燈FL放射而入射至光擴散板90之閃光之一部分向半導體晶圓W之周緣部擴散，故照射於半導體晶圓W之周緣部之光之光量增加，另一方面，照射於中央部之光之光量減少。其結果，可提高半導體晶圓W上之照度分佈之面內均一性。
又，藉由形設有複數個槽91之光擴散板90，使朝向半導體晶圓W之中央部之光朝周緣部擴散，故自閃光燈FL放射之閃光不會無謂地消耗，而有效地照射於半導體晶圓W之全面。
另，有人認為只要使入射至光擴散板90之閃光向半導體晶圓W之周緣部擴散，則只要將具有傾斜面92之1條槽91形設於光擴散板90即可。但，將槽91設為1條之情形時，包含槽91之光擴散板90之厚度會變得非常大，而難以於閃光燈加熱部5與上側腔室窗63之間設置光擴散板90(或者需要增大閃光燈加熱部5與腔室6之設置間隔)。第1實施形態中，由於將具有傾斜面92之複數個槽91形設於光擴散板90，故不會過度增大光擴散板90之厚度，可使入射之閃光向半導體晶圓W之周緣部擴散。又，藉由於光擴散板90形設複數個槽91，可使閃光遍及較廣範圍而擴散。
＜第2實施形態＞ 其次，針對本發明之第2實施形態進行說明。第2實施形態之熱處理裝置1之整體構成與第1實施形態大致相同。又，第2實施形態之熱處理裝置1之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態相同。第2實施形態與第1實施形態之不同點在於光擴散板之形態。
圖12及圖13係顯示第2實施形態之光擴散板之整體外觀之立體圖。圖12所示之光擴散板280構成為於圓板形狀之石英板之上表面，形設具有傾斜面282之複數個槽281。複數個槽281以相互平行之方式，直線狀地形設於光擴散板280之上表面。圖12所示之光擴散板280之傾斜面282之傾斜角度α為30°。與第1實施形態之光擴散板90同樣地，隔著光擴散板280之中心線之一側與另一側，槽281之傾斜面282之朝向相反。
另一方面，圖13所示之光擴散板290構成為於圓板形狀之石英板之上表面，形設具有傾斜面292之複數個槽291。複數個槽291以相互平行之方式，直線狀地形設於光擴散板290之上表面。圖13所示之光擴散板290之傾斜面292之傾斜角度α為15°。與第1實施形態之光擴散板90同樣地，隔著光擴散板290之中心線之一側與另一側，槽291之傾斜面292之朝向相反。
圓板形狀之光擴散板280及光擴散板290之徑短於半導體晶圓W之徑。因此，光擴散板280、290之平面尺寸小於半導體晶圓W之平面尺寸。又，光擴散板280及光擴散板290係以其中心軸與保持於保持部7之半導體晶圓W之中心軸一致之方式載置於上側腔室窗63之上表面。又，與第1實施形態相同，以複數個閃光燈FL與複數個槽281、291成為平行之方式，分別設置光擴散板280及光擴散板290。
第2實施形態中亦為，自閃光燈FL放射之閃光中通過光擴散板280、290之側方之光直接透過上側腔室窗63而照射於半導體晶圓W之周緣部。另一方面，自閃光燈FL放射之閃光中入射至光擴散板280、290之光由傾斜面282、292折射，入射光之一部分向半導體晶圓W之周緣部擴散。其結果，照射於半導體晶圓W之周緣部之光之光量增加，另一方面，照射於中央部之光之光量減少，可提高半導體晶圓W上之照度分佈之面內均一性。惟在第2實施形態中，由於傾斜面282、292之傾斜角度α小於第1實施形態，故藉由傾斜面282、292而擴散之閃光之角度與第1實施形態不同。其結果，藉由光擴散板280、290之閃光之擴散範圍亦與第1實施形態不同。
又，因藉由光擴散板280、290使朝向半導體晶圓W之中央部之光朝周緣部擴散而提高照度分佈之面內均一性，故防止自閃光燈FL放射之閃光無謂地消耗。
＜第3實施形態＞ 接著，針對本發明之第3實施形態進行說明。第3實施形態之熱處理裝置1之整體構成與第1實施形態大致相同。又，第3實施形態之熱處理裝置1之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態相同。第3實施形態與第1實施形態之不同點在於光擴散板之形態。
圖14係顯示第3實施形態之光擴散板390之整體外觀之立體圖。第3實施形態之光擴散板390構成為於圓板形狀之石英板之上表面形設具有傾斜面之複數個槽391。圓板形狀之光擴散板390之徑短於半導體晶圓W之徑。因此，光擴散板390之平面尺寸小於半導體晶圓W之平面尺寸。又，光擴散板390係以其中心軸與保持於保持部7之半導體晶圓W之中心軸一致之方式，載置於上側腔室窗63之上表面。
第3實施形態中，於光擴散板390之上表面將具有傾斜面之複數個槽391形設成同心圓狀。可將光擴散板390之複數個槽391之傾斜面之傾斜角度設為適當值。又，複數個槽391之傾斜面之朝向設為自上方照射於光擴散板390之光向光擴散板390之外側方向折射之朝向。
第3實施形態中亦為，自閃光燈FL放射之閃光中通過光擴散板390之側方之光原狀通過上側腔室窗63而照射於半導體晶圓W之周緣部。另一方面，自閃光燈FL放射之閃光中入射至光擴散板390之光由槽391之傾斜面折射，入射光之一部分向半導體晶圓W之周緣部擴散。其結果，照射於半導體晶圓W之周緣部之光之光量增加，另一方面，照射於中央部之光之光量減少，可提高半導體晶圓W上之照度分佈之面內均一性。
又，由於藉由光擴散板390使朝向半導體晶圓W之中央部之光擴散於周緣部而提高照度分佈之面內均一性，故防止自閃光燈FL放射之閃光無謂地消耗。
＜第4實施形態＞ 接著，針對本發明之第4實施形態進行說明。第4實施形態之熱處理裝置1之整體構成與第1實施形態大致相同。又，第4實施形態之熱處理裝置1之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態相同。第4實施形態與第1實施形態之不同點在於光擴散板之形態。
圖15係顯示第4實施形態之光擴散板490之整體外觀之立體圖。第4實施形態之光擴散板490構成為於圓板形狀之石英板之上表面形設具有傾斜面之複數個槽491。圓板形狀之光擴散板490之徑短於半導體晶圓W之徑。因此，光擴散板490之平面尺寸小於半導體晶圓W之平面尺寸。又，光擴散板490係以其中心軸與保持於保持部7之半導體晶圓W之中心軸一致之方式載置於上側腔室窗63之上表面。
第4實施形態中，於光擴散板490之上表面將具有傾斜面之複數個槽491以相互平行之方式形設成直線狀。光擴散板490之複數個槽491之傾斜面之傾斜角度可設為適當值。惟在第4實施形態中，複數個槽491之傾斜面之朝向與第1實施形態相反。因此，第4實施形態之光擴散板490中，自上方照射之光於複數個槽491之傾斜面折射後雖立即朝向光擴散板490之內側，但隨著與光擴散板490之下表面之距離變大，而與第1實施形態同樣地會朝向光擴散板490之外側。即，只要適當地調整光擴散板490與半導體晶圓W之間隔，則自閃光燈FL入射至光擴散板490之閃光便會向半導體晶圓W之周緣部擴散。
第4實施形態中亦為，自閃光燈FL放射之閃光中通過光擴散板490之側方之光原狀通過上側腔室窗63而照射於半導體晶圓W之周緣部。另一方面，自閃光燈FL放射之閃光中入射至光擴散板490之光由槽491之傾斜面折射，入射光之一部分向半導體晶圓W之周緣部擴散。其結果，照射於半導體晶圓W之周緣部之光之光量增加，另一方面，照射於中央部之光之光量減少，可提高半導體晶圓W上之照度分佈之面內均一性。
又，由於藉由光擴散板490使朝向半導體晶圓W之中央部之光朝周緣部擴散而提高照度分佈之面內均一性，故防止自閃光燈FL放射之閃光無謂地消耗。
＜第5實施形態＞ 接著，針對本發明之第5實施形態進行說明。第5實施形態之熱處理裝置1之整體構成與第1實施形態大致相同。又，第5實施形態之熱處理裝置1之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態相同。第5實施形態與第1實施形態之不同點在於光擴散板之形態。
圖16係顯示第5實施形態之光擴散板590之整體外觀之立體圖。第5實施形態之光擴散板590構成為於圓板形狀之石英板之上表面形設具有傾斜面之複數個槽591。圓板形狀之光擴散板590之徑短於半導體晶圓W之徑。因此，光擴散板590之平面尺寸小於半導體晶圓W之平面尺寸。又，光擴散板590係以其中心軸與保持於保持部7之半導體晶圓W之中心軸一致之方式載置於上側腔室窗63之上表面。
第5實施形態中，於將圓板形狀之光擴散板590於周向每90°四等分之各分割區域之上表面將具有傾斜面之複數個槽591以相互平行之方式形設成直線狀。又，形設於鄰接之分割區域之上表面之複數個槽591所成之角度為直角。光擴散板590之複數個槽591之傾斜面之傾斜角度可設為適當值。形設於光擴散板590之各分割區域之複數個槽591之傾斜面之朝向，設為自上方照射於光擴散板590之光往光擴散板590之外側方向折射之朝向。
第5實施形態中亦為，自閃光燈FL放射之閃光中通過光擴散板590之側方之光原狀通過上側腔室窗63而照射於半導體晶圓W之周緣部。另一方面，自閃光燈FL放射之閃光中入射至光擴散板590之光由槽591之傾斜面折射，入射光之一部分向半導體晶圓W之周緣部擴散。其結果，照射於半導體晶圓W之周緣部之光之光量增加，另一方面，照射於中央部之光之光量減少，可提高半導體晶圓W上之照度分佈之面內均一性。
又，由於藉由光擴散板590使往向半導體晶圓W之中央部之光朝周緣部擴散，而提高照度分佈之面內均一性，故可防止自閃光燈FL放射之閃光無謂地消耗。
＜第6實施形態＞ 接著，針對本發明之第6實施形態進行說明。第6實施形態之熱處理裝置1之整體構成與第1實施形態大致相同。又，第6實施形態之熱處理裝置1之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態相同。第6實施形態與第1實施形態之不同點在於光擴散板之形態。
圖17係顯示第6實施形態之光擴散板690之一部分之立體圖。第1實施形態中，形設有具有平面之傾斜面92之複數個槽91，相對於此，第6實施形態中，形設有具有曲面692之複數個槽691。即，第6實施形態之光擴散板690構成為於圓板形狀之石英板之上表面形設具有曲面692之複數個槽691。圓板形狀之光擴散板690之徑短於半導體晶圓W之徑。因此，光擴散板690之平面尺寸小於半導體晶圓W之平面尺寸。又，光擴散板690係以其中心軸與保持於保持部7之半導體晶圓W之中心軸一致之方式載置於上側腔室窗63之上表面。
第6實施形態中，於光擴散板690之上表面將具有曲面692之複數個槽691以相互平行之方式形設成直線狀。隔著光擴散板690之中心線之一側與另一側，槽691之曲面692之朝向相反。複數個槽691之曲面692各者係以自上方照射於光擴散板690之光向光擴散板690之外側方向折射之方式設置。
第6實施形態中亦為，自閃光燈FL放射之閃光中通過光擴散板690之側方之光原狀通過上側腔室窗63而照射於半導體晶圓W之周緣部。另一方面，自閃光燈FL放射之閃光中入射至光擴散板690之光由槽691之曲面692折射，入射光之一部分向半導體晶圓W之周緣部擴散。其結果，照射於半導體晶圓W之周緣部之光之光量增加，另一方面，照射於中央部之光之光量減少，可提高半導體晶圓W上之照度分佈之面內均一性。
又，由於藉由光擴散板690使朝向半導體晶圓W之中央部之光朝周緣部擴散而提高照度分佈之面內均一性，故防止自閃光燈FL放射之閃光無謂地消耗。
＜第7實施形態＞ 接著，針對本發明之第7實施形態進行說明。第7實施形態之熱處理裝置1之整體構成與第1實施形態大致相同。又，第7實施形態之熱處理裝置1之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態相同。第7實施形態與第1實施形態之不同點在於光擴散板之形態。
圖18係顯示第7實施形態之光擴散板790之整體外觀之立體圖。第7實施形態之光擴散板790具有圓環形狀。即，第7實施形態之光擴散板790構成為於圓環形狀之石英板之上表面形設具有傾斜面之複數個槽791。圓環形狀之光擴散板790之外徑大於半導體晶圓W之徑。例如，若半導體晶圓W之徑為f 300 mm，則設光擴散板790之外徑為f 400 mm，內徑為f 300 mm。又，光擴散板790係以其中心軸與保持於保持部7之半導體晶圓W之中心軸一致之方式載置於上側腔室窗63之上表面。
第7實施形態中，於圓環形狀之光擴散板790之上表面將具有傾斜面之複數個槽791以相互平行之方式形設成直線狀。光擴散板790之複數個槽791之傾斜面之傾斜角度可設為適當值。又，隔著光擴散板790之中心線之一側與另一側，槽791之傾斜面之朝向相反。
第7實施形態中，自燈排列之中央附近之閃光燈FL放射而通過圓環形狀之光擴散板790之內側開口部分之閃光係直接透過上側腔室窗63而照射於半導體晶圓W之上表面。另一方面，自較燈排列之中央部更外側之閃光燈FL放射而入射至形設有光擴散板790之複數個槽791之部分之閃光由槽791之傾斜面折射，入射光之一部分向半導體晶圓W之周緣部擴散。因此，照射於認為有照度相對變低之傾向之半導體晶圓W之周緣部之光之光量增加，而對半導體晶圓W之面內全體均一地照射閃光。其結果，與第1實施形態同樣地，可提高半導體晶圓W上之照度分佈之面內均一性。
又，由於藉由光擴散板790使朝向較半導體晶圓W更外側之光朝周緣部而提高照度分佈之面內均一性，故防止自閃光燈FL放射之閃光無謂地消耗。
＜第8實施形態＞ 接著，針對本發明之第8實施形態進行說明。第8實施形態之熱處理裝置1之整體構成與第1實施形態大致相同。又，第8實施形態之熱處理裝置1之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態相同。第8實施形態與第1實施形態之不同點在於光擴散板之形態。
圖19、圖20及圖21係顯示第8實施形態之光擴散板之整體外觀之立體圖。第8實施形態之光擴散板870、880、890構成為於矩形之石英板之上表面形設複數個凹狀之錐體。矩形之光擴散板870、880、890之全長(矩形之長邊之長度)短於成為處理對象之半導體晶圓W之徑。因此，光擴散板870、880、890之平面尺寸小於半導體晶圓W之平面尺寸。
又，光擴散板870、880、890係以其中心軸與保持於保持部7之半導體晶圓W之中心軸一致之方式載置於上側腔室窗63上。由於光擴散板870、880、890之平面尺寸小於半導體晶圓W之平面尺寸，故光擴散板870、880、890以與半導體晶圓W之中央部對向之方式設置。
於圖19所示之光擴散板870之上表面，以均等之密度形設有複數個凹狀之三角錐871。於圖20所示之光擴散板880之上表面，以均等之密度形設有複數個凹狀之六角錐881。又，於圖21所示之光擴散板890之上表面，以均等之密度形設有複數個凹狀之圓錐891。凹狀之三角錐871、六角錐881及圓錐891各者之錐體面與第1實施形態之傾斜面同樣地發揮功能。即，自光擴散板870、880、890之上方照射之光分別藉由凹狀之三角錐871、六角錐881及圓錐891之錐體面折射。
第8實施形態中亦為，自閃光燈FL放射之閃光中通過光擴散板870、880、890之側方之光原狀通過上側腔室窗63而照射於半導體晶圓W之周緣部。另一方面，自閃光燈FL放射之閃光中入射至光擴散板870、880、890之光分別由凹狀之三角錐871、六角錐881及圓錐891之錐體面折射並發散。於光擴散板870、880、890分別形設有複數個三角錐871、六角錐881及圓錐891，藉由各錐體之錐體面將入射之閃光個別地發散。其結果，作為光擴散板870、880、890之全體使入射之閃光之一部分向較光擴散板870、880、890更外側、即向半導體晶圓W之周緣部擴散。且，相應於向較光擴散板870、880、890更外側擴散之閃光之光量，朝向半導體晶圓W之中央部之閃光之光量降低。因此，照射於半導體晶圓W之周緣部之光之光量增加，另一方面，照射於中央部之光之光量減少，可提高半導體晶圓W上之照度分佈之面內均一性。
又，由於藉由形設有複數個凹狀之錐體之光擴散板870、880、890使朝向半導體晶圓W之中央部之光朝周緣部擴散而提高照度分佈之面內均一性，故防止自閃光燈FL放射之閃光無謂地消耗。
＜第9實施形態＞ 接著，針對本發明之第9實施形態進行說明。第9實施形態之熱處理裝置1之整體構成與第1實施形態大致相同。又，第9實施形態之熱處理裝置1之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態相同。第9實施形態與第1實施形態之不同點在於光擴散板之形態。
圖22、圖23及圖24係顯示第9實施形態之光擴散板之整體外觀之立體圖。第9實施形態之光擴散板970、980、990構成為於矩形之石英板之上表面形設複數個凸狀之錐體。矩形之光擴散板970、980、990之全長短於成為處理對象之半導體晶圓W之徑。因此，光擴散板970、980、990之平面尺寸小於半導體晶圓W之平面尺寸。
又，光擴散板970、980、990係以其中心軸與保持於保持部7之半導體晶圓W之中心軸一致之方式載置於上側腔室窗63上。由於光擴散板970、980、990之平面尺寸小於半導體晶圓W之平面尺寸，故光擴散板970、980、990以與半導體晶圓W之中央部對向之方式設置。
於圖22所示之光擴散板970之上表面，以均等之密度形設有複數個凸狀之三角錐971。於圖23所示之光擴散板980之上表面，以均等之密度形設有複數個凸狀之三角錐981。又，於圖24所示之光擴散板990之上表面，以均等之密度形設有複數個凸狀之圓錐991。凸狀之三角錐971、六角錐981及圓錐991各者之錐體面與第1實施形態之傾斜面同樣地發揮功能。即，自光擴散板970、980、990之上方照射之光分別由凸狀之三角錐971、六角錐981及圓錐991之錐體面折射。
第9實施形態中亦為，自閃光燈FL放射之閃光中通過光擴散板970、980、990之側方之光原狀通過上側腔室窗63而照射於半導體晶圓W之周緣部。另一方面，自閃光燈FL放射之閃光中入射至光擴散板970、980、990之光分別由凸狀之三角錐971、六角錐981及圓錐991之錐體面折射並發散。於光擴散板970、980、990分別形設有複數個三角錐971、六角錐981及圓錐991，藉由各錐體之錐體面將入射之閃光個別地發散。其結果，作為光擴散板970、980、990之全體使入射之閃光之一部分向較光擴散板970、980、990更外側、即向半導體晶圓W之周緣部擴散。且，對應於向較光擴散板970、980、990更外側擴散之閃光之光量，朝向半導體晶圓W之中央部之閃光之光量降低。因此，照射於半導體晶圓W之周緣部之光之光量增加，另一方面，照射於中央部之光之光量減少，可提高半導體晶圓W上之照度分佈之面內均一性。
又，由於藉由形設有複數個凸狀之錐體之光擴散板970、980、990使朝向半導體晶圓W之中央部之光朝周緣部擴散而提高照度分佈之面內均一性，故防止自閃光燈FL放射之閃光無謂地消耗。
＜變化例＞ 以上，已針對本發明之實施形態進行說明，但本發明只要不脫離其主旨，則除了上述者以外，可進行各種變更。例如，第1實施形態中，將傾斜面92之傾斜角度α設為45°，第2實施形態中，將傾斜角度α設為30°或15°，但傾斜面之傾斜角度α亦可為與該等不同之角度。可對應於保持於承載器74之半導體晶圓W與光擴散板之距離或半導體晶圓W之照度分佈等，將傾斜面之傾斜角度α設為適當值。
又，傾斜面之傾斜角度α不限於固定，亦可於1片光擴散板形設具有不同傾斜角度α之傾斜面之槽。具體而言，例如傾斜角度α亦可自光擴散板之中央之傾斜面向周緣部之傾斜面逐漸變小。如此，則朝向半導體晶圓W之中心之光更強地擴散，可更加提高照度分佈之面內均一性。
又，形設於光擴散板之複數個槽與複數個閃光燈FL之配置關係不限於平行，亦可以複數個槽與複數個閃光燈FL成為特定之角度之方式設置光擴散板。如圖9所示，入射至光擴散板之光於垂直於槽之長邊方向之方向擴散。由此，較佳為以形成使閃光朝向半導體晶圓W之周緣部中照度尤其容易變低之部位擴散的槽之朝向之方式設置光擴散板。
又，形設於光擴散板之複數個槽之條數並未特別限定，可設為適當數量。但，若槽之條數過少，則各槽之尺寸變大，光擴散板變厚，有無法確保光擴散板之設置空間之虞。因此，較佳為設為光擴散板之厚度不會過度變大程度之槽之條數。
又，不限於在光擴散板之全面設置複數個槽，亦可僅於光擴散板之上表面之必要部位形設具有傾斜面(或曲面)之複數個槽。所謂必要部位是指可使閃光向照度易變低之半導體晶圓W之部位擴散之部位。
又，第8、9實施形態中，形設於光擴散板之錐體不限於三角錐、六角錐或圓錐，亦可為例如四角錐或八角錐。即，錐體之底面之形狀為任意。但，若形設於光擴散板之錐體為三角錐、六角錐或四角錐，可縮小相鄰之錐體間之間隔而以高密度形設複數個錐體。
又，上述各實施形態中，於光擴散板之上表面形設有複數個槽或錐體，但不限於此，可於光擴散板之下表面形設槽或錐體，亦可於光擴散板之上下兩面形設複數個槽或錐體。
又，上述各實施形態中，於上側腔室窗63之上表面載置光擴散板，但亦可於腔室6內之保持部7之上方設置光擴散板。再者，亦可於上側腔室窗63之上表面及腔室6內之兩者設置光擴散板。或者，亦可於閃光燈加熱部5之燈光放射窗53之上表面載置光擴散板。總之，只要於保持部7與閃光燈FL間之任一位置設置光擴散板即可。
又，亦可於上側腔室窗63或閃光燈加熱部5之燈光放射窗53形設複數個槽或錐體。該情形時，成為於上側腔室窗63或燈光放射窗53嵌入有上述各實施形態之光擴散板之形態。
又，亦可於保持部7與鹵素燈HL之間(例如下側腔室窗64之上表面)設置與上述各實施形態相同之光擴散板。如此，可使自鹵素燈HL放射之光之一部分向半導體晶圓W之周緣部擴散，提高預加熱時之半導體晶圓W之照度分佈之面內均一性。
又，上述各實施形態中，於閃光燈加熱部5具備30支閃光燈FL，但不限於此，閃光燈FL之支數亦可設為任意數。又，閃光燈FL不限於氙閃光燈，亦可為氪閃光燈。又，鹵素燈加熱部4中具備之鹵素燈HL之支數亦不限於40支，可設為任意數。
又，上述實施形態中，使用燈絲式鹵素燈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，但不限於此，亦可取代鹵素燈HL而使用放電型弧燈(例如氙弧燈)作為連續點亮燈，進行預加熱。
又，藉由本發明之熱處理裝置成為處理對象之基板不限於半導體晶圓，亦可為使用於液晶顯示裝置等之平板顯示器之玻璃基板或太陽電池用之基板。又，本發明之技術亦可應用於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。
又，本發明之熱處理技術不限於閃光燈退火裝置，亦可應用於使用鹵素燈之單片式燈退火裝置或CVD(Chemical Vapor Deposition：化學氣相沈積)裝置等之閃光燈以外之熱源裝置。
1‧‧‧熱處理裝置
3‧‧‧控制部
4‧‧‧鹵素燈加熱部
5‧‧‧閃光燈加熱部
6‧‧‧腔室
7‧‧‧保持部
10‧‧‧移載機構
11‧‧‧移載臂
12‧‧‧提升銷
13‧‧‧水平移動機構
14‧‧‧昇降機構
20‧‧‧放射溫度計
21‧‧‧透明窗
41‧‧‧殼體
43‧‧‧反射器
51‧‧‧殼體
52‧‧‧反射器
53‧‧‧燈光放射窗
61‧‧‧腔室側部
61a‧‧‧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‧‧‧承載器
75‧‧‧保持板
75a‧‧‧保持面
76‧‧‧引導環
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
85‧‧‧處理氣體
86‧‧‧氣體排氣孔
87‧‧‧緩衝空間
88‧‧‧氣體排氣管
89‧‧‧閥
90、280、290、390、490、590、690、790、870、880、890、970、980、990‧‧‧光擴散板
91、281、291、391、491、591、691、791‧‧‧槽
92、282、292‧‧‧傾斜面
185‧‧‧閘閥
190‧‧‧排氣部
191‧‧‧氣體排氣管
192‧‧‧閥
692‧‧‧曲面
871、971‧‧‧三角錐
881、981‧‧‧六角錐
891、991‧‧‧圓錐
CX‧‧‧中心軸
FL‧‧‧閃光燈
h‧‧‧傾斜面之高度
HL‧‧‧鹵素燈
p‧‧‧間距
W‧‧‧半導體晶圓
α‧‧‧傾斜角度
圖1係顯示本發明之熱處理裝置之構成之縱剖視圖。 圖2係顯示保持部之整體外觀之立體圖。 圖3係承載器之俯視圖。 圖4係承載器之剖視圖。 圖5係移載機構之俯視圖。 圖6係移載機構之側視圖。 圖7係顯示複數個鹵素燈之配置之俯視圖。 圖8係顯示第1實施形態之光擴散板之整體外觀之立體圖。 圖9係圖8之光擴散板之剖視圖。 圖10係將圖8之光擴散板之一部分放大之剖視圖。 圖11係模式性顯示自閃光燈放射之光之光路之圖。 圖12係顯示第2實施形態之光擴散板之整體外觀之立體圖。 圖13係顯示第2實施形態之光擴散板之整體外觀之立體圖。 圖14係顯示第3實施形態之光擴散板之整體外觀之立體圖。 圖15係顯示第4實施形態之光擴散板之整體外觀之立體圖。 圖16係顯示第5實施形態之光擴散板之整體外觀之立體圖。 圖17係顯示第6實施形態之光擴散板之一部分之立體圖。 圖18係顯示第7實施形態之光擴散板之整體外觀之立體圖。 圖19係顯示第8實施形態之光擴散板之整體外觀之立體圖。 圖20係顯示第8實施形態之光擴散板之整體外觀之立體圖。 圖21係顯示第8實施形態之光擴散板之整體外觀之立體圖。 圖22係顯示第9實施形態之光擴散板之整體外觀之立體圖。 圖23係顯示第9實施形態之光擴散板之整體外觀之立體圖。 圖24係顯示第9實施形態之光擴散板之整體外觀之立體圖。

Claims (7)

  1. 一種熱處理裝置，其特徵在於，其係藉由對基板照射光而加熱該基板者，且包含： 腔室，其收納基板； 保持部，其於上述腔室內將上述基板保持； 光照射部，其設置於上述腔室之一側，對保持於上述保持部之上述基板照射光；及 光擴散板，其設置於上述保持部與上述光照射部之間，具有小於上述基板之平面尺寸； 上述光擴散板係以上述光擴散板之中心軸與保持於上述保持部之上述基板之中心軸一致之方式設置， 於上述光擴散板形設有具有傾斜面之複數個槽。
  2. 如請求項1之熱處理裝置，其中 上述複數個槽形設成直線狀。
  3. 如請求項1之熱處理裝置，其中 上述複數個槽形設成同心圓狀。
  4. 一種熱處理裝置，其特徵在於，其係藉由對基板照射光而加熱該基板者，且包含： 腔室，其收納基板； 保持部，其於上述腔室內將上述基板保持； 光照射部，其設置於上述腔室之一側，對保持於上述保持部之上述基板照射光；及 光擴散板，其設置於上述保持部與上述光照射部之間，具有小於上述基板之平面尺寸； 上述光擴散板係以上述光擴散板之中心軸與保持於上述保持部之上述基板之中心軸一致之方式設置， 於上述光擴散板形設有具有曲面之複數個槽。
  5. 一種熱處理裝置，其特徵在於，其係藉由對基板照射光而加熱該基板者，且包含： 腔室，其收納基板； 保持部，其於上述腔室內將上述基板保持； 光照射部，其設置於上述腔室之一側，對保持於上述保持部之上述基板照射光；及 光擴散板，其設置於上述保持部與上述光照射部之間，具有大於上述基板之圓環形狀； 上述光擴散板係以上述光擴散板之中心軸與保持於上述保持部之上述基板之中心軸一致之方式設置， 於上述光擴散板形設有具有傾斜面之複數個槽。
  6. 一種熱處理裝置，其特徵在於，其係藉由對基板照射光而加熱該基板者，且包含： 腔室，其收納基板； 保持部，其於上述腔室內將上述基板保持； 光照射部，其設置於上述腔室之一側，對保持於上述保持部之上述基板照射光；及 光擴散板，其設置於上述保持部與上述光照射部之間，具有小於上述基板之平面尺寸； 上述光擴散板係以上述光擴散板之中心軸與保持於上述保持部之上述基板之中心軸一致之方式設置， 於上述光擴散板形設有複數個凹狀之錐體。
  7. 一種熱處理裝置，其特徵在於，其係藉由對基板照射光而加熱該基板者，且包含： 腔室，其收納基板； 保持部，其於上述腔室內將上述基板保持； 光照射部，其設置於上述腔室之一側，對保持於上述保持部之上述基板照射光；及 光擴散板，其設置於上述保持部與上述光照射部之間，具有小於上述基板之平面尺寸； 上述光擴散板係以上述光擴散板之中心軸與保持於上述保持部之上述基板之中心軸一致之方式設置， 於上述光擴散板形設有複數個凸狀之錐體。
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