TW561528B - Heat treating apparatus and method - Google Patents

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561528 ⑴ 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 發明之背景 1.發明之領域 本發明與一種以光照射諸如半導體晶圓之基體而對該 基體進行熱處理之熱處理裝置及方法有關。 2 .相關技術之說明 一種諸如具有鹵素燈之燈退火裝置之熱處理裝置被用 來執行使植入一半導體晶圓中離子活化之步驟。該熱處理 裝置藉著對該晶圓加熱至約1，000至1，100°C之溫度而激 活該半導體晶圓中之離子。然後該熱處理裝置用來自鹵素 燈射出之光能以每秒數百度之率對該晶圓加熱。 但曾發現即使用該熱處理裝置以每秒數百度之率對該 晶圓加熱而使該半導體晶圓中之離子活化，該半導體晶圓 中所植入之離子卻呈現鈍剖面，亦即離子變為散開。當發 生這種現象時，即使離子是以高濃度植入該半導體晶圓表 面中，離子仍會散開，如此即有須植入較必要更多離子之 ί 問題。 為解決上述問題，曾想到用氙閃光燈以閃光照射該半導 體晶圓之表面而在極短時間内僅對植有離子之半導體晶 圓表面加熱。但雖然用氣閃光燈可很快對該半導體晶圓表 面加熱，晶圓僅能被加熱至500度左右而無法將該半導體 晶圓加熱至活化晶圓中離子所需之約1，000至1，100°C。 另一方面，日本第2001-237195號專利公開案（未審查） 針對上述問題揭露一種具有一在基體被氙閃光燈加熱前 561528 (2) 發_說瞵續頁 對基體預先加熱之預先加熱裝置之熱處理裝置。 使用該種熱處理裝置，來自氙閃光燈之閃光可促使儲存、 在該半導體晶圓熱處理室内之氣體起反應。若該氣體中有 氧時，瞬間會有臭氣產生自氧而立即降低熱處理室内之壓 ‘ 力。此一突然壓力下降產生一較大聲音，亦即振動。此一 ' 振動會使熱處理室内之粒子散射，於是發生粒子附著於正 在被熱處理中半導體晶圓上之問題。在極端情形下該振動 會移動該半導體晶圓。 熱處理室内之氣體藉對流而在其中循環。所以在以預先鲁 加熱裝置預先加熱或以氙閃^光燈閃光加熱時很難對該半 導體晶圓表面均勻加熱。 此外，上述之熱處理裝置有許多材料用以密封該熱處理. 室或保持該室之高溫。若熱處理室中有氧，這些材料在氙 閃光燈進行閃光加熱時會被氧化而縮短該熱處理室之使 用壽命。若該熱處理室中縮短該裝置壽命之之氣體含有有 機物時，這些物質會變成黑色素過多而附著於形成該熱處 理室之半透明板上而縮短該熱處理室之使用壽命。 _ 發明之簡要說明 因此本發明之目的是提供一種以均勻及乾淨方式處理 半導體晶圓且不會縮短該裝置壽命之熱處理裝置及方法。，- 按照本發明，上述目的是用以光照射基體而對基體進行-熱處理之熱處理裝置來達成，該裝置包括一用於容納該基 體之熱處理室、一用於對基體預先加熱之輔助加熱裝置、 一用於以閃光照射該基體而對已被輔助加熱裝置預先加 -6- 561528 發嚷諕躅續頁 (3) 熱之基體加熱至一處理溫度之閃光加熱裝置及一用於在 閃光加熱裝置對基體加熱時使熱處理室減壓之減壓裝置。 此一熱處理裝置不會有在熱處理室中擴散粒子及移動 基體之氣體反應。使熱處理室減壓即不會在熱處理室中發 生對流，因而可對基體表面均勻加熱。此外，熱處理室之 減壓可有效避免因形成該熱處理室材料之氧化或有機物 之黑色素過多而縮短該熱處理裝置之壽命。 本發明之另一方面是提供一種以光照射基體而對基體 進行熱處理之方法。此一方法包括將基體裝載至熱處理室 之裝載步驟、對裝載熱處理室之基體預先加熱之預先加熱 步驟、對熱處理室減壓之減壓步驟、基體在熱處理室中被 預先加熱至一預定溫度後以閃光照射基體而將基體加熱 至一處理溫度之閃光加熱步驟、將熱處理室對大氣打開之 打開步驟及從熱處理室將基體卸載之基體卸載步驟。 最好在熱處理室中之基體被預先加熱至預定溫度後立 即執行以閃光照射基體而將基體加熱至處理溫度之閃光 加熱步驟。用此方法，即使當熱處理室在已減壓狀態中， 仍可對已達預先加熱溫度之基體進行閃光加熱步驟。 從下面對本發明實例之詳細說明可更明白本發明之其 他特性及優點。 圖式簡介 為解釋本發明，各圖式中示出目前較佳之幾種形式，但 本發明並不限於與圖中完全相同之配置及做法。 圖1為本發明熱處理裝置側面斷面圖； 561528

(4) 圖2為該熱處理裝置側面斷面圖； 圖3為該熱處理裝置之概略計劃圖； 圖4為散熱板部分側面放大圖； 圖5為本發明熱處理裝置半導體晶圓熱處理操作流程 圖；及 圖6為半導體晶圓溫度改變曲線圖。 較佳實例之說明 下面將參考圖式對本發明之一實例加以說明。圖1與2 為本發明熱處理裝置之側邊斷面圖。圖3為該裝置之概略 計劃圖。 此一熱處理裝置包括一熱處理室65，該室有用於容納並 熱處理半導體晶圓W之一半透明板61、一底板62及一對側 壁63及64。成為熱處理室65 —部分之半透明板6 1是以諸如 石英之紅外線發射材料製成。成為熱處理室6 5 —部分之底 板62有豎立其上且穿過後文中將要說明之散熱板73及加 熱板74之一些支腳70用以在下部表面支撐半導體晶圓W。 成為熱處理室65—部分之側壁64有一開口 66用以裝載 及卸載半導體晶圓W。該開口 66可藉旋轉於軸67上之閘控 閥6 8關起。將開口 6 6打開時，可由圖中未示出之輸送機器 人將半導體晶圓W裝載至熱處理室65中。 多個（在本例中為2 1個）圓筒形氙閃光燈6 9互相平行安 裝於熱處理室65上方。一反射器71置於氙閃光燈69上方。 每個氙閃光燈69均包括一填充有氙氣之玻璃管並有置 於其相對兩端且連接至一電容器之陽極及陰極並包括一

561528 圍著該玻璃管纏繞之觸發電極 蚀因氙氣為電絕緣體，在正 常狀態下，電不會流過該玻鴇螯 一 E。但當施加一咼壓至該觸 發電極時’絕緣即會破裂而儲存 ^ 好在該電容器中之電即會流 過該玻璃管。如此即產生焦耳埶 …、對Oil氣加熱而發光。在氣 閃光燈69中，儲存之靜電能抽 ^ 破轉變為0.1至10毫秒極短之 光脈衝。因此氙閃光燈6 9之特徵 、土立* 為能發出較連續發光源所 發強很多之光。 在^光燈69與半透明板61間置有-光擴散板72。光擴 散板72由石英玻璃製成，這種坡螭為一種紅外線發射材料 且其表面經光擴散處理。 熱處理室65中有依次放置之散熱板73及加熱板74。散熱 板7 3有置於其上表面之梢7 5用以保持半導體晶圓w不使 其移動。 加熱板74是用來對半導體晶圓w預先加熱。此一加熱板 74是以白色氮化鋁製成。加熱板74有一加熱器及一控制該 加熱為之感測器。加熱板74不必完全以白色氮化鋁製成而 僅是其與散熱板73相對之表面以白色氮化鋁製成即可。 如上所述以白色氮化鋁製成與散熱板73相對之加熱板 74表面，可防止加熱板74在後文中所述之閃光曝光時被燒 毀。但加熱板74可用非白色氮化鋁或碳化矽製成。 散熱板73是用來擴散來自加熱板74之熱能以便對半導 體晶圓W均勻加熱。製成散熱板7 3材料之熱傳導係數小於 加熱板74者。 尤其是散熱板73可用熱傳導係數甚小且永不會污染半 561528 _ (6) I發說明磧頁 導體晶圓w之石英製成。不用石英亦可用氧化鋁之藍寶 石。 圖4為散熱板73 —部分之放大側面圖。

如圖4中所示，散熱板73有一形成於其表面且形狀相當 於半導體晶圓W外部直徑之凹部90。凹部90之深度實質上 相當於晶圓W之厚度，而此一深度在圖1至3中並未示出。 晶圓W位於凹部9 0内且由前述之定位梢7 5保持住不會移 動。凹部90及定位梢75構成對晶圓W之定位裝置。凹部90 或定位梢75可以免去。 再看圖1至3,散熱板73及加熱板74是由一氣缸76驅動而 在圖1所示用以裝載及卸載半導體晶圓W之位置與圖2所 示用以對晶圓W加熱之位置間垂直移動。 散熱板73及加熱板74被降至圖1所示裝載及卸載半導體 晶圓W之位置。在此位置，以圖中未示出之輸送機器人透 過開口 6 6將半導體晶圓W送入並將晶圓W放在支腳7 0上 或將晶圓W從支腳70取下並透過開口 66將晶圓W攜出。在 此情形下，支腳70之上端伸過形成於散熱板73及加熱板74 · 中之内徑並從散熱板73表面向上透出。為便於說明，圖1 顯示出實際上在側面圖中看不到之散熱板73及加熱板74 中之内徑。 散熱板73及加熱板74被升高至圖2所示位置，板73及74 _ 於該位置是在支腳70上端之上方而對半導體晶圓W進行 熱處理。在此情形下，半導體晶圓W連同其由散熱板7 3 之上表面所支撐之下表面被升高至接近半透明板61之位 -10-

561528 置。 當散熱板73及加熱板74在裝載及卸載位置與熱處理位 置間上下移動時，可能會產生粒子。為防止這些粒子附著 於半導體晶圓W上，在支撐加熱板74之支撐機件80與熱處 理室65之底板62間放置一摺式風箱77 ° 在遠離熱處理室65開口 66之側壁63中形成一進氣通道 78。此一進氣通道78是用來在後文中所述將室65對大氣打 開時引入空氣。除空氣外亦可引入氮氣或其他氣體。 熱處理室65之底板62界定一排氣口 79。排氣口 79透過一 轉接閥8 1連接至一諸如真空表浦之減壓機構。排氣口 7 9 與轉接閥8 1構成本發明之減壓裝置。 下面對本發明用於對半導體晶圓W進行熱處理之熱處 理裝置之操作加以說明。圖5所示為由本發明熱處理裝置 對半導體晶圓W進行熱處理操作之流程圖。圖6所示為該 半導體晶圓W溫度變化之曲線圖。 在本熱處理裝置中，當散熱板73及加熱板74被降至圖1 所示裝載與卸載半導體晶圓W之位置後’圖中未示出之機 器人透過開口 6 6將半導體晶圓W載入並將晶圓W放在支 腳7 〇上。當晶圓裝載作業完成後’開口 6 6即被閘控閥6 8 關起（步驟S 1 )。隨後散熱板7 3及加熱板7 4被氣缸7 6升至圖 2所示對半導體晶圓W進行熱處理之位置。 散熱板73及加熱板74已被安裝在加熱板74中之加熱器 加熱。於是當散熱板73及加熱板74被升至圖2所示之熱處 理位置，半導體晶圓W藉著與已熱之散熱板73接觸而被預 561528

先加熱。如圖6所示晶圓W之溫度逐漸上升（步驟S2)。 在預先加熱步驟中，晶圓W透過散熱板73接受來自加熱 板7 4的熱能。隨後即使當加熱板7 4之溫度並非在完全均勻 分配之情形下，晶圓W仍可被均勻加熱。 、 在預先加熱步驟之同時，熱處理室65被減壓（步驟S3)。. 亦即轉接闊81打開而將進氣通道78連接至圖中未示出之 減壓機構藉以清除熱處理室65並使之減壓。熱處理室65 最好是減壓至大氣壓力之1/10至1/100以便產生下文中所 述之各種有利效果。 _ 在此情形下’半導體晶圓W繼續透過散熱板7 3被加熱。 當溫度上升時，以一圖中未示出之溫度感測器不斷監視半 導體晶圓W之表面溫度俾確定其表面是否已達預熱溫度 T1(步驟 S4)。 預熱溫度τ 1約在2 0 0至6 0 0 °C範圍内。即使半導體晶圓w 被加熱至該預熱溫度T 1，植入晶圓w中之離子保持不變， 亦即不會散開。 當半導體晶圓W之表面溫度到達圖6之預熱溫度τ丨後，_ 氙閃光燈69立即被點亮以便進行閃光加熱（步驟S5)。在閃 光加熱步驟中氙閃光燈69之照明時間約為〇丨至1〇毫秒β 如此’預儲在氣閃光燈69中之靜電能被轉變為極短之光脈. 衝。如此即發射出極強之閃光。 在此情形下，丰暮Μ曰^ ^肢曰曰圓W之表面溫度到達圖6中之溫 度Τ2。溫度Τ2約為1 為1，000至11〇(rc，亦即處理半導體晶圓 W所需之溫度。當丰邕秘 等歧日日圓W表面被加熱至此一處理溫 -12- (9)

561528 度T2時，晶圓W中之離子即被活化。 半導體晶圓W表面在大約〇 i至1 〇毫 ，毛心之極短時間内被

加熱至處理温度Τ2β隨後在短時間内即完成半導體晶圓W 中離子之活化。這可防止植入半導體晶圓w中之離子變為 散開而呈現出鈍剖面。 如上所述，在點亮氙閃光燈69對半導體晶圓w加熱前， 加熱板74被用來將半導體晶圓w之表面溫度升至约2〇〇至 600。(：之預熱溫度T1。因而半導體晶圓…可迅速被氙閃光 燈69加熱至約1，000至noot之處理溫度丁2。 在此一閃光加熱步驟中，加熱板74遭受透過石英所製散 熱板73發射之射線。但白色氮化鋁所製之加熱板74則不會 變鈍。 上述閃光加熱步驟是在減壓狀況下進行。因而此一步驟 之進行不會如在先前技術中有可能會分散粒子及移動半 導體晶圓W之熱處理室6 5中氣體反應之情形。 同樣地’對熱處理室6 5減壓，在熱處理室中即不會發生 對流。隨後半導體晶圓W之表面在預先加熱及閃光加熱步鲁 驟中可被均勻加熱。 此外’對熱處理室65減壓可從熱處理室65排除氧及有機 物。11可避免由於製成熱處理室65材料之氧化或有機物之-黑色素過多而減少熱處理裝置之壽命。 - 閃光加熱步驟後’轉接閥8丨閉合而透過進氣通道7 8引入 空亂而將熱處理室6d對大氣打開（步驟S6)。加熱板74停止 對半導體晶圓w之加熱（步驟s7)。 -13 - 561528 續頁 (10) 如上所述，閃光加熱是在半導體晶圓W之表面溫度到達 預熱溫度T 1後立即進行。完成閃光加熱步驟後，熱處理 室65即對大氣打開。採取這些步驟是因下述理由。 在本發明熱處理裝置中，加熱板74是安裝在已減壓之熱 處理室65中。因此很難冷卻加熱板74並將之保持在一欲有 之溫度。若用諸如裝爾提（Peltier)元件之冷卻裝置來因應 此一問題，半導體晶圓W之溫度均勻性則會降低。 因此本發明之熱處理裝置在半導體晶圓W之表面溫度 達到預熱溫度T 1後立即進行閃光加熱以避免當半導體晶 圓W被加熱至超過預熱溫度ΤΊ時進行閃光加熱。閃光加熱 步驟後，熱處理室6 5對大氣打開俾冷卻其内部。隨後如圖 6所示，半導體晶圓W之溫度在稍微超過預熱溫度Τ1後（在 Η點）即快速下降。 完成將熱處理室65對大氣打開後，氣缸76將散熱板73 及加熱板74下降至圖1所示裝載與卸載半導體晶圓W之位 置。已被閘控閥6 8關閉之開口 6 6被打開。圖中未示出之輸 送機器人將置於支腳70上之半導體晶圓W取下並將晶圓 W攜出該裝置（步驟S8)。 上面之實例使用加熱板74為預先加熱裝置。亦可用鹵素 燈為預先加熱裝置 本發明可用不脫離本發明精神及必要屬性之實例為例 ，因此，在指出本發明範圍方面應參看所附之申請專利範 圍而非上述之說明。 -14 -

Claims (1)

1. 561528 拾、申請專利範圍 1. 一種以光照射基體而對基體熱處理之熱處理裝置，包 括： 一用於容納基體之熱處理室； 用於對基體預先加熱之輔助加熱裝置； 用於對經該輔助加熱裝置預先加熱之基體以閃光照 射該基體而加熱至一處理溫度之閃光加熱裝置；及 用於當該閃光加熱裝置對基體加熱時對該熱處理室 減壓之減壓裝置。 2. 如申請專利範圍第1項之熱k理裝置，其中該閃光加熱 裝置包括一些氙閃光燈。 3. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中該減壓裝置 是用來將該熱處理室減壓至1/10至1/1000大氣壓力。 4. 如申請專利範圍第3項之熱處理裝置，其中該輔助加熱 裝置是用來對基體預先加熱至200至600°C。 5. 如申請專利範圍第3項之熱處理裝置，其中該閃光加熱 裝置是用來對基體加熱至1，000至1，100°C。 6. 如申請專利範圍第3項之熱處理裝置，其中該閃光加熱 裝置是用來對基體加熱至0.1至1〇毫秒之處理溫度。 7. —種以光照射基體而對該基體進行熱處理之熱處理方 法，包括： 將基體裝載至一熱處理室中之基體裝載步驟； 對已載入該熱處理室中之基體進行預先加熱之預先 加熱步驟； 561528 中請專_範_|續頁 對該熱處理室減壓之減壓步驟； 當在該熱處理室中之基體被加熱至一預定預熱溫 度後以閃光照射該基體而將該基體加熱至一處理溫 度之閃光加熱步驟； 將該熱處理室對大氣打開之打開步驟；及 將該基體從該熱處理室卸載之基體卸載步驟。 8. 如申請專利範圍第7項之熱處理方法，其中該閃光加熱 步驟之執行是當在該熱處理室中之基體被預先加熱至 一預定之預熱溫度後立即以閃光照射該基體而將該基 體加熱至一處理溫度。 9. 如申請專利範圍第8項之熱處理方法，其中該減壓步驟 之執行是將該熱處理室減壓至1/10至1/1000大氣壓力。 10. 如申請專利範圍第9項之熱處理方法，其中該預先加熱 步驟之執行是將該基體預先加熱至200至600°C。 11. 如申請專利範圍第9項之熱處理方法，其中該閃光加熱 步驟之執行是將該基體加熱至1，〇〇〇至l，100°c。 12. 如申請專利範圍第9項之熱處理方法，其中該閃光加熱 步驟之執行是將該基體加熱至〇 · 1至1 〇毫秒之處理溫 度。