TWI307925B - Heat treatment apparatus of light emission type - Google Patents

Description

1307925 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於將包括一半導體晶圓、一液晶顯 不裝置之玻璃基板及其類似者之基板曝露至一閃光以熱處 理該基板的熱處理裝置。 【先前技術】 通常，使用鹵素燈之燈退火處理機（annealer)通常用於 在離子植入後激活半導體晶圓中之離子之步驟中。此種燈 退火處理機藉由將半導體晶圓加熱（或緩冷）至（例如）^ 1000°C至約iioot：之溫度來執行該半導體晶圓中之離子激 活。此熱處理裝置利用自鹵素燈發射的光能來以約每秒 1〇〇度之速度升高基板之溫度。 最近幾年中，隨著半導體裝置逐漸增加之整合程度，由 於閘極長度的降低而需要提供更淺的接合。然而事實為甚 至藉由使用以約⑽度每秒的速率升高半導體晶圓溫度的 上述燈退火處理機執行激活在半導體晶圓中之離子之過程 仍產生植入該半導體晶圓的硼、磷及其類似物之離子因加 熱而深度擴散的現象。此現象的發生使得接合深度超過— 要求水平，使人擔心阻礙形成良好器件。 為解決該問題，已提出一種用於藉由使用氙閃光燈及其 類似物將半導體晶圓表面曝露至閃光，以在極短時間（數 毫和或更 >)内升高該半導體晶圓僅植有離子之表面之溫 度的技術。&閃光燈具有紫外線至近紅外線之區域範圍的 輻射光譜分佈。山气閃光燈發射的光之波長比習知齒素燈發 W0428-970825.doc 1307925 射的光之波長短’且近似符切半導體晶圓之基本吸收頻 帶1此當半導體晶圓被曝露至氣閃光燈所發射的閃光 時’有可能用透射過該半導體晶圓的少量光而快速升高半 導體晶圓之溫度。X ’事實為數毫秒或更少的一極短時間 内所發射的閃光可達成僅靠近半導體晶圓表面的選擇性溫

在使用此氤閃光燈的熱處理裝置中，其中排列複數個氣 閃光燈的面積比半導體晶圓面積大的多 '然而，半導體晶 圓周邊部分中之照明稍微低於其内部部分中之照明。特定 言之，具有300 mm大之直徑的晶圓在其周邊部分中展現較 大程度的照明降低，而導致晶圓内照明分佈的均一性很 差。

度升高。因此’藉由使用氤閃光燈在極短時間内之溫度升 高允許僅執行離子激活而沒有發生深度擴散離子。 為解決此問題，日本特許公開專利申請案第2〇〇4_ 1403 18號揭示一種熱處理裝置，在該熱處理裝置中，在提 供於氙閃光燈與半導體晶圓之間的一漫射體之區域中形成 一毛玻璃之幾何圖案，該區域位於該半導體晶圓除了周邊 部分外之一部分（或内部部分）上。因此，此熱處理裝置降 低該區域之透光率以降低閃光加熱期間該半導體晶圓的内 部部分中之照明’從而提供均一的晶圓内照明分佈。 然而’已發現使用氙閃光燈之熱處理裝置不僅表現半導 體aa圓徑向上之溫度分佈的不均一性而且表現具有相同半 徑之半導體晶圓圓周方向上之溫度分佈的不均一性。具體 言之’已存在僅半導體晶圓之周邊部分的一部分之溫度降 110428-970825.doc 1307925 不均一性’不可能調整氙 低的情形。為了消除此溫度分佈 閃光燈的光源。在閃光加轨前福春^4 、 ’、、、引預先加熱半導體晶圓的熱板 消除具有相同半徑之半導體晶圓圓田+ 守®日日圓圓周方向上的溫度分佈之 不均一性亦很困難。 【發明内容】 至閃光以加熱該基板之熱 本發明係關於用於將基板曝露 處理裝置。

根據本發明-態樣，該熱處理裝置包含：一包含排列於 一平面中之複數個閃光燈的光源；_提供於該光源下用於 將-基板容納於其中之處理室；_用於將該基板固持於該 處理至内之固持兀件；-提供於該處理室上部分中用於將 該光源所發射之閃光引入該處理室的透光板；及一用於界 定-光學窗口之光學窗口形成構件，㈣學窗口為該透光 板實際通過光的區$，該光學窗口具有一平面配置使得該 光學窗Π之中心與該光學窗σ—邊緣部分之間的距離比該 光學窗口之中心與該光學窗口任—其它邊緣部分之間的距 離短。 當將一基板曝露至該閃光時，該熱處理裝置能夠增加基 板周邊部分罪近上述邊緣部分之部分的溫度，以改良該基 板在熱處理期間之晶圓内溫度分佈均一性，尤其改良該基 板周邊部分中之溫度分佈均一性。 較佳，若閃光自該光源經導引通過該光學窗口，則該光 學窗口的該邊緣部分為面對具有相對較低溫度之基板周邊 部分之一部分的一邊緣部分（假定該光學窗口具有圓形平 110428-970825.doc 1307925 面配置）。 =處㈣置能夠增加該基㈣邊部分具有相對較低溫 之彻溫度以改良該基板周邊部分中的溫度分佈均一 :據本發明另一態樣，該熱處理裝置包含：一包括排列 面内的複數個桿狀閃光燈之光源；-提供於該光源 下方用於將-基板容納於其中之處理室 固持於兮牵饰〜# 用於將δ亥基板 夺於β處理至内之固持元件’·—提供於該處理室上部分 用於將該光源所發射之閃光以該處理室之透光板；及 =擠㈣透光板抵#該處理室的夾持構件，該夹持構 仟具有一橢圓形開口。 :I板曝露至該閃光時，該熱處理裝置能夠增加靠近 部：持:冓件開口 (位於其短軸上)之邊緣部分的該基板周邊 之'^刀的溫度’以改良該基板在熱處理期間晶圓内溫 布均-性，尤其改良該基板周邊部分中之溫度分佈均 性。另外，該夹持構件具有良好可使用性。 因此本發明—目標係提供一種熱處理裳置，其能夠改良 基板在熱處理期間之晶圓内溫度分佈均-性’尤其改良 基,周邊部分中之溫度分佈均一性。 田，。合附圖理解時，根據以下本發明之詳細 明之此等„立6 τ w 〃匕目標、特徵、態樣及優點將變得更佳明 顯。 【實施方式】 ; >看附圖描述根據本發明的一較佳實施例。 110428-970825.doc 1307925 百先，將概述根據本發明之熱處理裝置的整體構造。圖 1為展示根據本發明之熱處理裝置1之構造的側面剖視圖。 該熱處理裝置1為用於將用作基板之半導體晶圓w曝露至 閃光以加熱該半導體晶圓w的一閃光燈退火處理機。 熱處理裝置1包含用於將半導體晶圓W容納於其中的大 致為圓柱is己置之處理室6。處理室6包括具有大致為圓柱 开“冓型之内壁的處理室側部分63，及用於覆蓋處理室側部 刀3之底邛的處理室底部分62。由處理室側部分及處理 至底邛刀62包圍的一空間被界定為熱處理空間。一頂部 開口 60形成於熱處理空間65上。

熱處理裝置1進-步包含：-透光板61，其充當安裝於 頂邛開口 6〇中用於封閉頂部開口 60之封閉構件；大致為碟 形構型的固持元件7 ’其用於在將半導體晶圓侧持於處 至中時預先加熱该半導體晶圓w ;固持元件升降機構 4’其用於相對於充當處理室6之底表面的處理室底部分^ 、“读11移動固持70件7，發光元件5，其用於將光導引 ::導，61至固持元件7所固持之半導體晶圓w上以加 …、+導體晶圓W ;及控制器3 行熱處理。 -用於控制上述組件以執 處理室6提供於發光元件5下方。提供於 I::::係由(例如)石英製成且允許自發= 室6之主二過：進入熱處理空間65的碟形構件。構成處理 的處理室底部分62及處理室侧部分63由諸如不 110428-970825.doc Ι3Ό7925 銹鋼及其類似物的具有高強度及高耐熱性之金屬材料製 成。提供於處理室側部分63之内側纟面之上部分中的環 631由铭(A1)合金及其類似物製成，該銘合金比不銹鋼具有 更強的抵抗由曝露至光而產生的降級之耐久性。 〇形環632(見圖7及圖8)在透光板61與處理室側部分63之 間提供-密封，以便維持熱處理空⑽之密封性。具體言 ^在大致圓柱形構型的處理室側部分〇之上端中形成一 環形槽，並將◦形環632裝配於該環形槽中並由透光板^向 下擠壓。為達成固持◦形環632使其在透織61之下部周邊 部分與處理室側部分63之間緊密接觸，夹環％緊靠透光板 61之上部周邊部分且藉由螺釘緊固至處理室側部分63,從 而相對0形環632壓緊透光板61。 圖5為展示夾環90之平面圖。夾環9〇係由對曝露至閃光 所產生之降級具有較高抵抗力的_紹合金製成。夾環90 為具有—摘圓形平面構型之開口 91的環形框架元件。夹環 9〇之周邊部分具有彼此等同間隔45。的8個螺孔％，用於由 二丁將士環90緊固至處理室側部分Ο。夾環卯由螺釘緊固 t理室側部分63以將透光板61安裝至處理室6，藉此由 央锿90之開口 91在透光板61 = 學窗。。在此較佳實施例中，二二過 形’因此夹環9。所界 ：之配置為橢圓 型。 疋之九予1^口亦具有橢圓形平面構 ^室底部分62具有穿過固持元件 體晶圓W之nr加主π / t 、又切千导 。 G、發光元件5發出的光被導引至其上 110428-970825.doc Ι3Ό7925 之表面相對的-表面)的複數個(在此較佳實施例中為3個) 賢直支稽銷70。支㈣7G由（例如）石英製成且由於支樓鎖 70係固定於處理室6之外部而易於更換。 處理室側部分63包括用於將半導體晶圓w經由其傳送入 及傳送出處理至6的傳送開口 66。傳送開口 66可藉由繞軸 662枢轉之閘閥185來開啟及關閉。用於將處理氣體（例 如，包括鼠（n2)氣、氦（He)氣、氬（Ar)氣及其類似者之惰 性氣體或氧（〇2)氣及其類似氣體）引入熱處理空間65的進氣 通路81形成於處理室側部分63上與傳送開口 “相對之側 上。進氣通路81第一端經由閥82連接至一未圖示之供氣機 構，而第二端連接至形成於處理室侧部分63内部之進氣通 道83。傳送開口66具有用於自熱處理空間“内部排放氣體 之出口通路86。出口通路86經由閥87連接至未圖示之排氣 機構。 圖2為/0進氣通道83之水平處的水平面截取之處理室6的 剖視圖。如圖2中所示，進氣通道83橫跨與圖丨中所示之支 撐開口 66相對的處理室側部分之内部周邊的約三分之一上 延伸。經由進氣通路81引入進氣通道83之處理氣體經由複 數個氣體饋入孔8 4而饋入熱處理空間6 5中。 圖1中所示之固持元件升降機構4包括大致為圓柱形構型 之桿41、活動板42、導向構件43(在此較佳實施例中實際 上繞桿41提供三個導向構件43)、固定板44、滾珠螺桿 45、螺帽46及馬達40。充當處理室6之底部分的處理室底 部分62上形成直徑小於固持元件7之直徑之大致圓形構型 110428-970825.doc 13 Ι3Ό7925 的底部開口 64。rt? -Γ- 龙、車垃 鋼製成之桿經由底部開口 64插入 並連接至固持元件7的π # ± 的下°卩表面（嚴格意義上為固持元件7 的熱板7丨）以支撐固持元件7。 與滾珠螺桿45螺紋喃人 0之螺巾目46固定至活動板42。活動 板42由固定至處理室 底邛刀62且自其向下延伸的導向構件 43滑動地導引，並可 垂直地移動。活動板42經由桿41而耦 接至固持元件7。

馬達40提供於安裝至導向構㈣下端部分的固定板44 上，並經由正時皮帶4G1連接至滾珠螺桿45。#固持元件 升降機構4向上及向下移動固持元件㈣，充當驅動器之馬 達4〇在控制器3之控制下旋轉滾珠螺桿45以沿導向構件43 垂直地移動固定至螺帽46的活動板42。結果，固定至活動 板42之桿41垂直移動’藉此使得連接至桿41之固持元件7 在圖1中所示的傳送半導體晶圓w之—傳送位置與圖4中所

不的熱處理半導體晶圓W之熱處理位置之間向上及向下平 滑地移動。 大致半圓柱形構型之豎直機械擋桿45 1 (藉由在縱向方向 上切割一圓柱之一半而獲得）提供於活動板42之上部表面 上以沿滾珠螺桿45延伸。若活動板42由於任何異常而向上 移動超過一預定上限，則機械擋桿451之上端撞擊提供於 滾珠螺桿45—端部之端板452，藉此防止活動板U的非正 承的向上移動。此避免固持元件7向上移動超過位於透光 板61下方的一預定位置，以進而防止固持元件7與透光板 61之間的碰撞。 110428-970825.doc 1307925 固持元件升降機構4進一步包括一手動升降元件49，其 用於在處理室6内部維護期間向上及向下手動移動固持元 件7。手動升降元件49具有把手491及旋轉軸492。借助於 • 把手491旋轉旋轉軸492使得經由一正時皮帶495連接至旋 • 轉軸492的滾珠螺桿牦之旋轉，從而向上及向下移動固持 元件7。 包圍桿41且自處理室底部分62向下延伸的可膨脹/可收 、缩波紋管47提供於處理室底部分62下方，且上端連接至處 理至底部分62之下表面。波紋管47一下端安裝至波紋管下 端板471。波紋管下端板471藉由軸環構件4ιι而螺紋固持 並安裝至桿41。當固持元件升降機構4相對於處理室底部 分62向上移動固持元件7時波紋管叨收縮而當固持元件 升降機構4向下移動固持元件7時膨脹。當固持元件7向上 及向下移動時，波紋管47收縮及膨脹以維持熱處理空間以 密封。 口持元件7包括用於預先加熱（或輔助加熱）半導體晶圓w 之熱板71及提供於熱板71上表面（固持元件7於其上固持半 導體晶圓W之表面)上的晶座72。用於如上文所述向上及向

下移動固持元件7的桿41連接至固持元件7之下表面。晶座 72由石英製成（或可由氮化雖1N)或其類似物製成）。用於 防止半導體晶圓w移離位置的銷75安裝於晶座72之上表面 上。晶座72提供於熱板71上，使得晶座72之下表面録板 Π之上表面面對面地接觸。因此，晶座72自熱板71擴散執 症以將熱能傳送至置於晶座72上表面上的半導體晶靜， 職~ -15- 1307925 且可自熱板71拆除以便在維護期間進行清洗。 熱板71包括皆由不銹鋼製成的上層板73及下層板74。用 於加熱熱板71的諸如鎳鉻絲之電阻加熱絲提供於上層板73 與下層板74之間，且以含鎳（Ni)之導電硬焊合金填充上層 板73與下層板74之間的空間，藉此密封其間之電阻加熱 絲。上層板73及下層板74具有焊料或焊接端。 圖3為熱板71之平面圖。如圖3中所示，熱板71具有彼此 以同心圓關係排列且定位於與固持元件7丨所固持之半導體 晶圓w相對的一區域之中心部分中的圓形區71丨及環形區 7 1 2，及圍繞區7 1 2的一大體上環形區域被沿圓周相等地劃 分成的四個區域713至716。在此等區域711至716之間形成 微小間隙。熱板71在區711與712之間的間隙中具有容納各 自支撐銷70穿過其中且沿圓周彼此間隔開丨2〇。的三個通孔 ΊΊ。 在六個區711至716中，分別安置彼此獨立的電阻加熱絲 以使得形成一電路成為加熱器。在各自區711至716中包括 之加熱器各自加熱各自區域。固持元件7所固持之半導體 晶圓W由該等六個區711至716中所包括之加熱器加熱。提 供用於藉由使用熱電偶量測每一區域溫度之感測器7丨〇於 區711至716之每一區中》感測器71〇穿過大致為圓柱形桿 4 1内部且連接至控制器3。 為加熱熱板71，控制器3控制供應至提供於各自區71丨至 7 1 6中之電阻加熱絲的電量’使得感測器71 〇所量測的六個 區7 11至7 16之溫度達到先前設定之預定溫度。控制器3對 II0428-970825.doc 16 1307925 品中之’皿度之控制為PID(比例、積分、微分）控制。 在熱板71中，連續量測各自區7Π至7 16之溫度直至完成半 導體曰曰圓W之熱處理（當連續熱處理複數個半導體晶圓料 為所有半導體晶圓之熱處理)，且單獨控制提供於各自區 7。11至716中的電阻加熱絲的供電量，即單獨地控制在各自 品11至716中所包括之加熱器的溫度，藉此將各自區川

至716之溫度維持於設定溫度。區7U至716之設定溫度可 由單獨地設定自一參考溫度之偏移值來改變。 提ί、於/、個區711至71 6中的電阻加熱絲經由穿過桿4丨内 邛之電線連接至一電源（未圖示）。自電源延伸至區711至 716的電線置於填充有鎖氧（氧化鎂）或其類似物之絕緣體的 不鏽管内以彼此電絕緣。桿41内部開放至空氣。

圖1中所示之發光元件5為一包括i數個（在&較佳實施 例中為3G個成閃光燈（下文簡稱為,，閃光燈，，）69及反射器^ 之光源。複數個閃紐69每〜者均為具有伸長圓柱形構型 之桿狀燈’排列於一平面内’使得各自閃光燈的之縱向方 向沿固持元件7所固持之半導體晶圓w的主表面而彼此平 行。提供反射器52於複數個閃光燈69上方以覆蓋所有閃光 燈69。反射器52之表面經噴砂處理而粗經化以在其上產生 -斑點表面。光漫射板53(或漫射體)由石英玻璃製成，其 表面經歷光漫射過程，且提供於發光元件5之下側面上/，、 在光漫射板53與透光板61之間保持—預定間隔。執處㈣ 置1進-步包含發光元件移動機構55，其用於相對於處理 室6向上移動發光元件5且隨後用於在維護期間在水平方向 110428-970825.doc •1307925 上滑動發光元件5。

氙閃光燈69之每一燈包括一含有氙氣密封於其中且具有 提供於其相對兩端之正電極及負電極並連接至一電容哭的 玻璃管，及一纏繞於該玻璃管外部周邊表面上之觸發電 極。由於氣氣係電絕緣的，因此在正常狀態下該玻璃管中 ;又有電>’IL。然而，右向§玄觸發電極施加一高壓以產生電擊 穿’則儲存於電容器中的電力即刻在該玻璃管中流動，且 此時放出之焦耳熱（Joule heat)加熱氙氣以引起發光。由於 先前儲存的靜電能經轉換成〇.1毫秒至10毫秒範圍内的超 短波光脈衝，因此氙閃光燈69具有能夠比保持連續發光之 光源發射強的多的光之性質。 根據此較佳實施例之熱處理裝置〗包括各種冷卻結構（未 圖示）以防止處理室6中及發光元件5由於半導體晶圓w熱處 理期間自閃光燈69及熱板71產生之熱能而發生過量溫度上 升。例如，處理室6之處理室側部分63及處理室底部二以 具有-水冷管’且發光元件5具有一用於供應氣體至盆内 部的供應管及-具有—消音器之排氣管以形成—氣冷結 構。將壓縮氣體供應至透光板61與發光元件5之光漫射板 53之間的間隙以冷卻發光元件5及透光板。，纟自其移除 存在於間隙中之有機材料及類似物以抑制該等有機材料及 其類似物錢處理期心教錢純似透光㈣上。 JJ0428-970825.doc 1307925 而4有雜f的半導體基板。藉由熱 熱處理來達成植入雜質之激活。 、1的 首先’如圖!中所示’將固持元件7 =的一位置。下文將圖1中所示的固持元件7在處::6 的：置稱為”傳送位置”。當固持元件7在該傳送:置; 夺，支撐銷70之上端穿過固持 心 外面。 J上大出在固持元件7 接下來，開啟闕82及闕87以將室溫下之氮氣弓丨入 1 之熱處理。空間65。隨後’開啟傳送開口66，該農置外部 :傳二機：人將'入離子之半導體晶圓料過傳送開口“ '处里至6並將4半導體晶圓％置於複數個支禮 上。 在半導體晶圓W傳送入處理室6期間饋入處理室 量應為約4〇公升每分鐘。饋入處理室6之氮氣自進氣通道 83在圖2之前頭AR4所指方向上流動，且藉由使用排氣系 統經由圖1中所示之出口通路％及閥87排出。饋入處理室6 之氮氣的一部分亦自提供於波紋管47内部的一排氣口（未 ")排出纟下文將描述之步驟中，氮氣總是繼、續饋入 處理室6並排出處理室6，且饋入處理室6的氮氣量根據半 導體晶圓W之過程步驟而改變成各個量。 半導體晶圓W被傳送入處理室6後，問間185關閉傳送開 口 66 °接下來’如圖4中所示’固持元件升降機構4將固持 兀件7向上移動至一靠近透光板61之位置（下文稱為”熱處 110428-970825.doc -19- 1307925 理位置"）。隨後，將半導體晶圓|自支撐銷7〇傳送至固持 元件7之晶座72，並將其置於且固持於晶座72之上表面 上。 熱板71的六個區711至716之每—區已由單獨地提供於區 711至71 6之每一區中（在上層板73與下層板以之間）的電阻 加熱絲而加熱至一預定溫度。將固持元件7向上移動至熱 處理位置，且半導體晶圓W與固持元件7相接觸，藉此預 先加熱半導體晶圓W且使得半導體晶圓w的溫度逐漸升 尚。 將在熱處理位置之半導體晶圓預先加熱約6〇秒而將半導 體晶圓W之溫度升高至一先前設定之預定溫度丁丨。該預先 加熱溫度T1應在約20(TC至約60(TC之範圍内，較佳為約 35〇t至約550°C，在此溫度下不存在對植入半導體晶圓w 之雜質因熱量而擴散的擔憂。固持元件7與透光板61間的 距離可藉由控制固持元件升降機構4之馬達4〇的旋轉量而 調整為任'—值。 在約60秒之預先加熱時間後，在固持元件7在熱處理位 置時，在控制器3的控制下自發光元件5向半導體晶圓貿發 射一閃光。自發光元件5之閃光燈69所發射光的一部分直 接進入處理室6内部。光的其餘部分經反射器52反射，且 反射光進入處理室6内部。此閃光發射達成半導體晶圓w 之閃光加熱。藉由自閃光燈69的閃光發射所達成之閃光加 熱可在短時間内升高半導體晶圓w的表面溫度。 110428-970825.doc -20- 1307925 一具體言之，自發光元件5之閃光燈69發射的光係在約〇 ] 毫秒至約〗〇毫秒範圍内之極短時間内發射的一強烈閃光， 因為先前儲存之電能被轉換成超短光脈衝。經受自閃光燈 69之閃光發射閃光加熱的半導體晶圓w之表面溫度瞬時上 升至約〗00(TC至約110(TC的熱處理溫度丁2。植入半導體晶 圓w中之雜質被激活後，表面溫度快速降低。由於具有在 極短時間内升高並降低半導體晶圓w之表面溫度的能力， =、處理裝置1可在達成雜質激活的同時抑制植入半導體晶 圓W之雜質因熱量而擴散。此擴散現象亦熟知為植入半； 體晶圓W之雜質的圓形或純化分佈（r_d 〇r duii pr〇fii小 由於植入雜質的激活所需之時間與植入雜質之熱擴散所需 之時間相比極短，因此在約0>1毫秒至約10毫秒範圍内之 一極端時間内完成激活，在此期間不發生擴散。 在閃光加熱之前由固持元件7預先加熱半導體晶圓％允 :閃光燈69的閃光發射快速將半㈣晶圓w之表面溫度升 高至熱處理溫度T2。 在繼閃光加熱完成之後在熱處理位置等待約1()秒鐘後， 固持元件升降機構4將固持元件7再次向下移動至圖i中所 示之傳送位置，半導體晶圓W自固持元件7傳送至支撑鎖 7〇。隨後，閘閥185開啟一直關閉的傳送開口 ％,且裳置 外部-傳送機器人向外傳送置於支樓銷7〇上的半導體晶圓 W。因此’完成半導體晶HJW在熱處理裝置i中的閃光加熱 過程。 … 如上文所論述，在半導體晶圓％在熱處理裝置丨中進行 110428-970825.doc -21 - 1307925 熱處理期間’氮氣連續饋人處理室6。當固持元件7在熱處 位置時，饋入處理室6之氮氣量應為約每分鐘公升，

而當固持元件7在熱處理位置以外時應為約每分鐘的八 升。 A 在根據此較佳實施例之熱處理裝置i中，夾環之開口 91具有橢圓形構型，且透光板61之光學窗口相應地具：： 圓形平面構型。將描述此構型之技術意義。圖6為其上安 裝有夾環9。之處理室6之平面圖。圖7為沿圖6之|線：： 取之剖視圖（意即，沿橢圓開口 91之短轴截取之剖視圖）。 圖8為沿圖6之直線B_B截取之剖視圖（意即，沿擴圓開㈣ 之長軸截取之剖視圖）。 如圖6至圖8中所不，根據此較佳實施例之熱處理裝置中 的夹％ 90安$至處理室6使得開口 91的擴圓形構型之長轴 沿發光元件5之閃光燈69之縱向方向延伸。在圖6之^面 中，傳送開口 66形成於處理室6的右手側上，i半導體曰曰 圓W在雙頭箭頭AR6所指之方向上由傳送機器人傳送二 傳送出處理至6。半導體晶圓w傳送人及傳送出處理室6的 方向（下文亦稱為”晶圓傳送方向，，）（或雙頭箭頭ar6所指之 方向）與開口 91之橢圓形構型之短軸的延伸方向一致。 如圖6及圖7中所示，如平面圖中可見，夾環90之開口91 所界定之橢圓形光學窗口位於短軸上的一對第一相對邊緣 部分置於處理室6之内壁表面（意即，處理室側部分63之内 壁表面）内部’ ^置於由固持元件7所固持之半導體晶圓灰 110428-970825.doc * 1307925 的周邊邊緣外部。如圖6t及圖8中所示m _ =圖中可見，該橢圓形光學窗口在長軸上的一對第二相對 邊緣部分大體上與處理室6之内壁 办 ^表面在相同位置。光學 窗口的其餘邊緣部分位於第一邊 這緣4分與第二邊緣部分之 間。如平面圖中可見’橢圓形光 /疋予® 口的第二邊緣部分可 置於稍微處理室6内壁表面的内部或外部。 在習知技術中，夹環90之開口 91具有圓形平面構型。失 環9〇所界定之光學窗口相應地具有圓形平面構型。如圖9Α 中所示，已發現自發光元件5之閃光燈㈣出被導引穿過 =圓形光學窗口的閃光產生溫度比半導體晶圓W之周邊部 刀的其它區域相對較^氏夕#、w , ' 低&區域cs(圖9A中之陰影區 域）。此低溫區域c S熟知為冷@且莫 ~々..，·5且導致熱處理失敗。造成 產生諸如低溫區域CS之不均一溫度區域的可能因素包括： 處理室6大體為圓柱形但由於傳送開口88、進氣通道83及 其類似者之存在而並非真正圓柱形之構型；及發光元件5 之閃光燈69並非點光源而為桿狀燈之構型。即，認為半導 體晶圓w之特定區域中因裝置固有的諸如處理室6本身之 構型及閃光燈69之排列及配置之幾何因素而出現低溫區域 CS。在根據此較佳實施例之熱處理裝置1中，低溫區域CS 出現於半導體晶圓W之周邊部分的相對邊緣部分，該等相 對邊緣部分排列於晶圓傳送方向上（或在垂直於閃光燈69 縱向方向之方向上）。出現於半導體晶圓w周邊部分之部 分中的低溫區域CS不可由熱板71之溫度的調整而被消除。 110428-970825.doc •1307925 為解決該問題’如圖6中所示，此較佳實施例之 具有橢圓形平面配置之開口 91且固定至處理室橢圓 开:開口”之短軸方向與晶圓傳送方向一致的爽環列： 付夹裱90所界定之光學窗口具有橢圓形平面構型 該橢圓形光學窗口之短轴方向與晶圓傳送方向—致。換丄 之：圓形平面構型之光學窗口面對半導體晶圓w具有二 低溫度的周邊八 # ώ

閃光产…相對邊緣部分在曝露至自 " 穿過該圓形光學窗口之閃光時被向該光學窗 口之中心移位，使得哕弁風咖πΛ 元予自 更于。亥先予® 口之中心與該光學窗口之上 述相對邊緣部分之間的距離比該光學窗口之中 窗口任-其它邊緣部分之間的距離短。 子 自閃光燈69導?丨閃光穿過此橢圓形光學窗口防止產生如 圖9Β中所示之低溫區域cS， 曰 ^改良閃先加熱期間半導體 ::圓：曰曰圓内溫度分佈均一性’尤其改良晶圓W之周邊 部分中的溫度分佈均一性。切 ⑽為原因為自閃光燈69發射及 ’士·半導體晶圓W反射之閃亦沾夕 先的夕^反射發生在橢圓形光學 由口之第一邊緣部分中， 在夾哀90向光學窗口中心延伸 的相對之部分中，及已經 -mw 夕-人反射之反射光再次進入半 導體曰曰®w。已經歷多次 半導體晶圓w之周邊部八二射先之大部分再次進入 之乃邊^刀取罪近夹環9〇向光學窗口延伸的 相對之β分的部分（即， h ^ Λ 牛¥體日日圓w排列於晶圓傳送方向 上之相對邊緣部分）_。έ士 π ^ ^ ^ Θ 、、°果為係進入低溫區域CS的 先心加之丨起該相對增加之 W之周邊部分的溫度分佈均一性：進而改“導體晶Β H0428-970825.doc -24- •1307925

如上文所描述，此較佳實施例使用具有橢圓形開口 9ι之 夹％ 90來界定與低溫區域（^之構型一致的橢圓形平面構型 之光學窗口，若自閃光燈69導引閃光穿過假定為圓形平面 構型之光學窗口，則發生該低溫區域CS具有相對較低之溫 度。又，此較佳實施例使得橢圓形光學窗口之第一邊緣部 刀與低溫區域cs相對應。此增加低溫區域cs之溫度以在 A1光加熱期間改良半導體晶圓w之晶圓内溫度分佈均一 性°閃光加熱期間半導體晶圓w之晶圓内溫度分佈均一性 之改良可防止半導體晶圓w中產生裂縫。 雖然上文已据述了根據本發明之較佳實施例，但本發明 不限於上述料實施例。舉例而言，儘管根據上述較佳實 施例，夾環90之開口 91具有橢圓形構型，但如圖1〇中所 示，開口 可具有印形長孔形狀構型。由於開口 91之㈣ 長孔形狀構型，因此使_1()中所示之夾環9()使得炎環％ 所界定之光學窗口具㈣形長孔形狀平面構型。隨後，將 夹環90固定至處理室6传锃兮土级_ 处至至晴什e亥先學窗口之印形長孔形狀 型的直線段延伸方㈣直於晶圓傳送方向。此修改亦使得 先學窗口令心與光學窗口面對低溫區域CS的相對邊緣部分 之間的距離比該光學窗口中心與該光學窗口任 部分之間的距離短。此增加閃光加熱期間低溫區域CS: 度’以改良半導體晶iw之晶圓内溫度分佈均一性。 學 換言之’當界定夾環90之開口 91使得光學窗 窗口面對低溫區域CS之邊緣部分之間的距離 口中心與光 比該光學窗 110428-970825.doc -25 - 1307925 口之中心與該光學窗σ任—其它邊緣部分之間距離短時， 產生類似於上述較佳實施例之彼等效果。因此，夾環90之 開口 W可具有如圖11中所示之構型。圖11中所示之夾環90 ，有藉由界疋-圓形開口 一部分之弦而形成之開口 9丨。夾 環90固定至處理室6使得該光學窗口之直線段（或弦）之延伸 方向垂直於晶圓傳送方向。此修改亦產生類似於上述之效 果。然而，當開口91具有橢圓形構型或在印形跑道形構型 中時，夾環90具有更佳之可使用性性。 當處理室6之構造及閃线69之形狀及排列不同於上述 所描述之彼等處理室及閃光燈時，存在當藉由使用圓形平 面構型光學窗口執行閃光加熱時所產生之低溫區域cs存在 於不同於上述較佳實施例之熱處理裝置1中之彼等位置之 位置的情形。在此等情形中，應形成夹環9〇之開口 9“吏得 光學窗口之中心與該光學窗口面對低溫區域（^之邊緣部分 之間的距離比該光學窗口中心與該光學窗口任一其它邊緣 部分之間的距離短。因此，如圖12中所示，具有開口 91之 夾％ 90可僅具有向光學窗口中心延伸的一個部分。 在上述較佳實施例中光學窗口之構型係藉由夾環9〇之開 口 來界定。實情為’可藉由附著一反射構件至透光板“ 之周邊部分的上表面或下表面來形成光學窗口。 ，儘管在根據上述較佳實施例之發光元件5中提供3〇個閃 光燈69，但本發明不限於此。可提供任意數目之閃光燈 69 - 110428-970825.doc .26· 1307925 閃光燈69不限於氙閃光燈而可為氪閃光燈。 根據本發明之技術可應用於一種熱處理裝置，其包含代 替閃光燈69之其它類型之燈（例如^素燈）的發光元件5 ,且 藉由將半導體晶圓W曝露至自該等燈所發射的光來加熱該 半導體晶圓W。在此情形中，使得光學窗口之中心與該光 學窗口面對低溫區域CS之邊緣料之間的_比該光學窗 口中心與該光學窗口任一其它邊緣部分之間的距離短，改

良田由發光來熱處理半導體晶圓w時該半導體晶圓w之晶 圓内溫度分佈均一性。 在上述較佳實施例中，熱板71用作輔助加熱元件。然 而可在固持半導體晶圓W之固持元件7下方提供一組燈 (例如複數㈣素燈）以由其發光，藉此達成辅助加熱。 在上述較佳實施例中’離子激活過程係藉由將半導體晶 圓曝4至光來執行。待由根據本發明之熱處理裝置進行處 理的基板不限於半導體晶圓。舉例而t，根據本發明之熱

處理裝置可執行對由包括I化石夕臈、多晶秒膜及其類似物 之各種矽膜形成之玻璃基板的熱處理。舉例而言，藉由 CVD製程㈣離子植人形成於—玻璃基板上之多晶石夕膜中 乂 =成#曰曰石夕臈，並在該非晶石夕膜上形成充當抗反射膜 的氧化石夕膜。在此狀態下，根據本發明之熱處理裝置可將 非晶石夕膜之整個表面曝露至光以將該非晶韻多晶石夕化， 藉此形成多晶矽膜。 可以以下將描述的方式谁并s J乃Λ進仃另一修改。製備一 TFT基板 使得藉由結晶非晶矽而產生 座王（下層氧化矽膜及多晶矽膜形 110428-970825.doc -27- • 1307925 '璃土板上且將多晶砍膜換以諸如填或糊之雜質。根 據本發明之熱處理裝置可將該TFT基板曝露至光以激活摻 雜步驟中植入的雜質。 ’、、：已詳細描述了本發明，但前述描述在各方面均為說 的而非限制性的。應瞭解，在不脫離本發明之範疇的 情況下可作出許多其它修改及變化。 【圖式簡單說明】 圖1為展不根據本發明一熱處理裝置之構造的側面剖視 圖； 圖2為展示圖丨之熱處理裝置中一氣體通路的剖視圖； 圖3為展示圖丨之熱處理裝置中一熱板的平面圖； 圖4為展示圖丨之熱處理裝置之構造的側面剖視圖； 圖5為展示圖丨之熱處理裝置中一夾環的平面圖； 圖6為展示其上安裝有夾環的處理室之平面圖； 圖7為沿囷6之直線A-A截取之剖視圖； 圖8為沿圖6之直線B-B截取之剖視圖； 圖9 A展示當使用圓形光學窗口時半導體晶圓之溫度分 佈； 圖9B展示當使用橢圓形光學窗口時半導體晶圓之溫度分 佈；及 圖10、圖11及圖12為展示該夾環之修改的平面圖。 【主要元件符號說明】 1 熱處理裝置 3 控制器 110428-970825.doc -28· * Ι3Ό7925 4 5 6 7 40 ' 41 42 43 # 44 45 46 47 49 52 53 55

61 62 63 64 65 66 69 110428-970825.doc 固持元件升降機構 發光元件 處理室 固持元件 馬達 桿 活動板 導向構件 固定板 滾珠螺桿 螺帽 波紋管 手動升降元件 反射器 光漫射板/漫射體 發光元件移動機構 頂部開口 透光板 處理室底部分 處理室側部分 底部開口 熱處理空間 傳送開口 閃光燈 -29- 1307925 70 支撐銷 71 熱板 72 晶座 73 上層板 74 下層板 77 通孔 81 進氣通路 82 閥 83 進氣通道 84 氣體饋入孔 86 出口通路 87 閥 90 夾環 91 開口 92 螺孔 185 閘閥 401 正時皮帶 411 軸環構件 471 波紋管下端板 451 機械擋桿 452 端板 491 把手 492 旋轉軸 495 正時皮帶 110428-970825.doc -30- 1307925 631 環 632 0形環 662 轴 710 感測器 711 圓形區 712 環形區 713, 714, 715, 716 區域 AR4 箭頭 CS 低溫區域 W 半導體晶圓 110428-970825.doc -31 -

Claims (1)

1307925 十、申請專利範圍： 1 · 一種熱處理裝置，其係用於將一基板曝露至一閃光以加 熱該基板者，其包含： 一光源’其包括排列於一平面内之複數個閃光燈； 一處理室’其提供於該光源下方用於將一基板容納於 其中； 一固持元件’其用於將該基板固持於該處理室中； 一透光板，其提供於該處理室的一上部分中，用於將 自該光源所發射的—閃光引入該處理室；及 一光學窗口形成構件’其用於界定一光學窗口 ’該光 學窗口為光實際通過的該透光板之一區域，該光學窗口 具有一平面構型使得該光學窗口之中心與該光學窗口一 邊緣部分之間的一距離比該光學窗口的該中心與該光學 窗口的任一其它邊緣部分之間的—距離短。 2. 如請求項1之熱處理裝置，其中 該光學窗口的該邊緣部分為面對在自該光源導引—閃 光I過忒光予固口，具有—相對較低溫度之一基板周邊 部分之部分的一邊緣部分。 1307925 該光學窗口位於該橢圓形平面構型之短轴上的相對邊 緣部分被置於該處理室一内壁表面之内部且在該固持元 件所固持之該基板之一周邊邊緣外部。 5 ·如請求項2之熱處理裝置，其中 該光學窗口形成構件所界定之該光學窗口具有一卵形 長孔形狀平面構型。 6·如請求項1之熱處理裝置，其中 該光學窗口形成構件係一用於擠麼該透光板抵靠該處 理室且覆蓋該透光板之一周邊部分之一上表面的框架， 以藉此形成該光學窗口。 7. 一種熱處理裝置，其係用於將一基板曝露至一閃光以加 熱該基板者，其包含： 光源，其包括排列於一平面内的複數個桿狀閃光 燈； 一處理t，其提供於該光源了方以將—基板容納於其 中； 寺元件其用於將該基板固持於該處理室中； …透光才反’其提供於該處理室_上部》中，肖於將自 該光源所發射的—閃光引人該處理室；及 夹持構件’其用於擠壓該透光板抵靠該處理室，該 夾持構件具有—橢圓形開口。 如請求項7之熱處理裝置，其中 H0428-970825.doc •1307925 與該閃光燈之一縱 該橢圓形開口之長軸延伸的一方向 向方向一致。 9·如請求項7之熱處理裝置，其中 與一基板被傳送入 該橢圓形開口之短軸延伸的一方向 及傳送出該處理室之一方向一致。 1 〇·如凊求項7之熱處理裝置，其中 °亥夹持構件係由一鋁合金製成。

I10428-970825.doc • 1307925 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：第（1)圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明：

1 熱處理裝置 3 控制器 4 固持元件升降機構 5 發光元件 6 處理室 7 固持元件 40 馬達 41 桿 42 活動板 43 導向構件 44 固定板 45 滚珠螺桿 46 螺帽 47 波紋管 49 手動升降元件 52 反射器 53 光漫射板/漫射體 55 發光元件移動機構 60 頂部開口 61 透光板 62 處理室底部分 110428-970825.doc 1307925 處理室側部分 底部開口 熱處理空間 傳送開口 閃光燈 支撐銷 熱板 晶座 上層板 下層板 進氣通路 閥 進氣通道 氣體饋入孔 出口通路 閥 爽環 閘閥 正時皮帶 軸環構件 波紋管下端板 機械擋桿 端板 把手 110428-970825.doc 1307925 492 旋轉轴 495 正時皮帶 631 環 662 轴 W 半導體晶圓 • 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無）

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