TWI660409B - 熱處理方法及熱處理裝置 - Google Patents

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日商斯庫林集團股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種可防止在腔室內飛散之微粒附著於基板之熱處理方法及熱處理裝置。 自閃光燈對收容於腔室內之半導體晶圓照射閃光之後，將腔室內之壓力暫時減壓並維持為低於閃光照射時，藉此消除腔室內之氣體易於滯留之部分。其後，藉由增加供給至腔室內之氮氣之流量而將腔室內排氣，可將因閃光照射而於腔室內飛散之微粒順利地排出。其結果為，可防止在腔室內飛散之微粒附著於新的半導體晶圓。

Description

熱處理方法及熱處理裝置
本發明係關於一種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」)照射閃光而對該基板進行加熱之熱處理方法及熱處理裝置。
於半導體裝置之製造步驟中，以極短時間對半導體晶圓進行加熱之閃光燈退火(FLA)受到關注。閃光燈退火係藉由使用氙氣閃光燈(以下，簡稱為「閃光燈」時，意指氙氣閃光燈)對半導體晶圓之表面照射閃光，而僅使半導體晶圓之表面於極短時間(數毫秒以下)升溫之熱處理技術。 氙氣閃光燈之放射分光分佈係紫外線區域至近紅外線區域，其波長短於習知之鹵素燈，與矽之半導體晶圓之基礎吸收帶大致一致。因此，由氙氣閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，透過光較少，可將半導體晶圓急速地升溫。又，亦明確知道，只要為數毫秒以下之極短時間之閃光照射，則可選擇性地僅將半導體晶圓之表面附近升溫。 此種閃光燈退火用於需要進行極短時間之加熱之處理，例如，典型而言，用於注入至半導體晶圓之雜質之活化。只要自閃光燈對藉由離子注入法而被注入了雜質之半導體晶圓之表面照射閃光，則可僅以極短時間將該半導體晶圓之表面升溫至活化溫度，可在不使雜質深入地擴散之情況下，僅執行雜質活化。 自閃光燈照射之閃光係照射時間極短且強度較強之光脈衝，故而於閃光照射時，收容半導體晶圓之腔室內之構造物或氣體被急速地加熱，而發生瞬間之氣體膨脹及持續之收縮。其結果為，微粒於腔室內捲起而飛散。專利文獻1中揭示了如下技術，該技術利用此種閃光照射時之現象，目的性地對未收容半導體晶圓之空腔室照射複數次閃光而使微粒於腔室內飛散，且於腔室內形成氮氣之氣流而將微粒排出至腔室外。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2005-72291號公報
[發明所欲解決之問題] 然而，閃光照射時微粒捲起而於腔室內飛散之現象在對處理對象之半導體晶圓進行閃光加熱時也會發生。並且，若此種微粒附著於半導體晶圓之表面，則會發生該半導體晶圓受到污染之問題。 本發明係鑒於上述問題而成者，其目的在於提供一種可防止在腔室內飛散之微粒附著於基板之熱處理方法及熱處理裝置。 [解決問題之技術手段] 為了解決上述問題，技術方案1之發明係一種熱處理方法，其係藉由對基板照射閃光而對該基板進行加熱者，其特徵在於具備：照射步驟，其係自閃光燈對收容於腔室內之基板之表面照射閃光；減壓步驟，其係於上述照射步驟之後，將上述腔室內之壓力維持為低於上述照射步驟時；及置換步驟，其係於上述減壓步驟之後，增加供給至上述腔室內之惰性氣體之流量，並將上述腔室內之氣體排出。 又，技術方案2之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其特徵在於，於上述減壓步驟中，將使上述腔室內之壓力低於上述照射步驟時之狀態維持1秒以上且50秒以下。 又，技術方案3之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其特徵在於，於上述置換步驟中，以上述腔室之容積之2倍以上之流量向上述腔室內供給惰性氣體一分鐘。 又，技術方案4之發明係如技術方案1至技術方案3中任一項之發明之熱處理方法，其特徵在於，於上述置換步驟中，將上述腔室內之壓力設為大於大氣壓之正壓。 又，技術方案5之發明係一種熱處理裝置，其係藉由對基板照射閃光而對該基板進行加熱者，其特徵在於具備：腔室，其收容基板；保持部，其於上述腔室內保持上述基板；閃光燈，其對保持於上述保持部之上述基板之表面照射閃光；氣體供給部，其將惰性氣體供給至上述腔室內；排氣部，其將上述腔室內之氣體排出；及壓力控制閥，其介插於上述腔室與上述排氣部之間且控制上述腔室內之壓力；自上述閃光燈對上述基板照射閃光之後，上述壓力控制閥將上述腔室內之壓力維持為低於閃光照射時，其後，上述氣體供給部增加供給至上述腔室內之惰性氣體之流量，且上述排氣部將上述腔室內之氣體排出。 又，技術方案6之發明係如技術方案5之發明之熱處理裝置，其特徵在於，上述壓力控制閥將使上述腔室內之壓力低於閃光照射時之狀態維持1秒以上且50秒以下。 又，技術方案7之發明係如技術方案5之發明之熱處理裝置，其特徵在於，上述氣體供給部以上述腔室之容積之2倍以上之流量向上述腔室內供給惰性氣體一分鐘。 又，技術方案8之發明係如技術方案5至技術方案7中任一項之發明之熱處理裝置，其特徵在於，上述氣體供給部增加供給至上述腔室內之惰性氣體之流量，並將上述腔室內之壓力設為大於大氣壓之正壓。 [發明之效果] 根據技術方案1至技術方案4之發明，於自閃光燈對基板之表面照射閃光之照射步驟之後，將腔室內之壓力維持為低於照射步驟時，進而，其後，增加供給至腔室內之惰性氣體之流量，並將腔室內之氣體排出，故而消除腔室內之氣體易於滯留之部分之後，增加供給至腔室內之惰性氣體之流量，可將於腔室內飛散之微粒順利地排出而防止其附著於基板。 根據技術方案5至技術方案8之發明，於自閃光燈對基板照射閃光之後，將腔室內之壓力維持為低於閃光照射時，進而，其後，增加供給至腔室內之惰性氣體之流量，並將腔室內之氣體排出，故而消除腔室內之氣體易於滯留之部分之後，增加供給至腔室內之惰性氣體之流量，可將於腔室內飛散之微粒順利地排出而防止其附著於基板。
以下，一面參照圖式，一面對本發明之實施形態詳細地進行說明。 ＜第1實施形態＞ 圖1係表示本發明之熱處理裝置1之構成之縱剖視圖。本實施形態之熱處理裝置1係藉由對作為基板之圓板形狀之半導體晶圓W進行閃光照射而對該半導體晶圓W進行加熱之閃光燈退火裝置。成為處理對象之半導體晶圓W之尺寸並無特別限定，例如為300 mm或450 mm(於本實施形態中，為300 mm)。搬入至熱處理裝置1之前之半導體晶圓W注入有雜質，並藉由利用熱處理裝置1之加熱處理而執行被注入之雜質之活化處理。再者，於圖1及以下之各圖中，為了易於理解，視需要將各部之尺寸或數量誇張或簡化而描繪。 熱處理裝置1具備：腔室6，其收容半導體晶圓W；閃光加熱部5，其內置複數個閃光燈FL；及鹵素加熱部4，其內置複數個鹵素燈HL。於腔室6之上側設置有閃光加熱部5，且於下側設置有鹵素加熱部4。又，熱處理裝置1具備：保持部7，其於腔室6之內部以水平姿勢保持半導體晶圓W；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。進而，熱處理裝置1具備控制部3，該控制部控制設置於鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之各動作機構而執行半導體晶圓W之熱處理。 腔室6係於筒狀之腔室側部61之上下安裝石英製之腔室窗而構成。腔室側部61具有上下開口之大致筒形狀，於上側開口安裝有上側腔室窗63而被封閉，於下側開口安裝有下側腔室窗64而被封閉。構成腔室6之頂壁部之上側腔室窗63係由石英形成之圓板形狀構件，作為使自閃光加熱部5出射之閃光透過至腔室6內之石英窗而發揮功能。又，構成腔室6之地板部之下側腔室窗64亦係由石英形成之圓板形狀構件，作為使來自鹵素加熱部4之光透過至腔室6內之石英窗而發揮功能。 又，於腔室側部61之內側之壁面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同形成為圓環狀。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之下側嵌入並使用省略圖示之螺釘釘住而安裝。即，反射環68、69同為裝卸自如地安裝於腔室側部61者。腔室6之內側空間，即，被上側腔室窗63、下側腔室窗64、腔室側部61及反射環68、69包圍之空間被界定為熱處理空間65。於本實施形態中，腔室6內之熱處理空間65之容積設為30升。 藉由在腔室側部61安裝反射環68、69，而於腔室6之內壁面形成凹部62。即，形成被腔室側部61之內壁面之中未安裝有反射環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於腔室6之內壁面沿著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係由強度及耐熱性優異之金屬材料(例如，不鏽鋼)形成。 又，於腔室側部61形成設置有搬送開口部(爐口)66，該搬送開口部係用以對腔室6進行半導體晶圓W之搬入及搬出者。搬送開口部66可藉由閘閥185而打開及關閉。搬送開口部66連通連接於凹部62之外周面。因此，於閘閥185打開搬送開口部66時，可自搬送開口部66通過凹部62進行半導體晶圓W向熱處理空間65之搬入及半導體晶圓W自熱處理空間65之搬出。又，若閘閥185將搬送開口部66閉鎖，則使腔室6內之熱處理空間65為密閉空間。 又，於腔室6之內壁上部形成設置有氣體供給孔81，該氣體供給孔將處理氣體(於本實施形態中，為氮氣(N2 ))供給至熱處理空間65。氣體供給孔81形成設置於較凹部62更靠上側位置，亦可設置於反射環68。氣體供給孔81經由以圓環狀形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間82而連通連接於氣體供給管83。氣體供給管83連接於氣體供給源85。又，於氣體供給管83之路徑途中介插有閥84及流量調整閥80。若將閥84打開，則將處理氣體自氣體供給源85送給至緩衝空間82。在氣體供給管83中流動之處理氣體之流量係藉由流量調整閥80而進行調整。流入至緩衝空間82之處理氣體以在流體阻力小於氣體供給孔81之緩衝空間82內擴展之方式流動而自氣體供給孔81被供給至熱處理空間65內。由氣體供給源85、氣體供給管83、閥84及流量調整閥80構成氣體供給部。再者，處理氣體並不限定於氮氣，亦可為氬(Ar)、氦(He)等惰性氣體，或氧(O2 )、氫(H2 )、氯(Cl2 )、氯化氫(HCl)、臭氧(O3 )、氨(NH3 )等反應性氣體。 另一方面，於腔室6之內壁下部形成設置有氣體排氣孔86，該氣體排氣孔將熱處理空間65內之氣體排氣。氣體排氣孔86形成設置於較凹部62更靠下側位置，亦可設置於反射環69。氣體排氣孔86經由以圓環狀形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間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之路徑途中介插有壓力控制閥89。若將壓力控制閥89打開，則熱處理空間65之氣體自氣體排氣孔86經過緩衝空間87而向氣體排氣管88排出。再者，氣體供給孔81及氣體排氣孔86可沿著腔室6之周向設置複數個，亦可為狹縫狀者。 作為排氣部190，可使用設置有真空泵或熱處理裝置1之工廠之排氣設備。若採用真空泵作為排氣部190，並關閉閥84，在不自氣體供給孔81進行任何氣體供給之情況下將作為密閉空間之熱處理空間65之氣體氛圍排氣，則可將腔室6內減壓至真空氣體氛圍。又，即便於不使用真空泵作為排氣部190之情形時，藉由在不自氣體供給孔81進行氣體供給之情況下進行排氣，亦可將腔室6內減壓至未達大氣壓之氣壓。又，介插於腔室6與排氣部190之間之壓力控制閥89可基於對腔室6內之壓力進行測定之壓力感測器(省略圖示)之測定值，以其壓力成為設定值之方式調整排氣流量而控制腔室6內之壓力。 圖2係表示保持部7之整體外觀之立體圖。保持部7係具備基台環71、連結部72及晶座74而構成。基台環71、連結部72及晶座74均由石英形成。即，保持部7之整體由石英形成。 基台環71係自圓環形狀缺損了一部分之圓弧形狀之石英構件。該缺損部分係為了防止下述移載機構10之移載臂11與基台環71之干涉而設置。基台環71藉由載置於凹部62之底面，而被腔室6之壁面支持(參照圖1)。於基台環71之上表面，沿著其圓環形狀之圓周方向而立設有複數個連結部72(於本實施形態中，為4個)。連結部72亦為石英之構件，藉由焊接而固定於基台環71。 晶座74被設置於基台環71之4個連結部72支持。圖3係晶座74之俯視圖。又，圖4係晶座74之剖視圖。晶座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係由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之上表面周緣部設置有引導環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，於半導體晶圓W之直徑為300 mm之情形時，引導環76之內徑為320 mm。引導環76之內周係設為自保持板75向上方變寬般之傾斜面。引導環76係由與保持板75同樣之石英形成。引導環76可焊接於保持板75之上表面，亦可藉由另行加工之銷等而固定於保持板75。或者，亦可將保持板75與引導環76作為一體之構件而加工。 保持板75之上表面之中較引導環76更靠內側之區域係設為保持半導體晶圓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。於本實施形態中，沿著與保持面75a之外周圓(引導環76之內周圓)同心之圓之周上每30°立設共12個基板支持銷77。配置12個基板支持銷77之圓之直徑(對向之基板支持銷77間之距離)小於半導體晶圓W之直徑，若半導體晶圓W之直徑為300 mm，則其為270 mm～280 mm(於本實施形態中，為270 mm)。各個基板支持銷77係由石英形成。複數個基板支持銷77可藉由焊接而設置於保持板75之上表面，亦可與保持板75一體地加工。 返回圖2，立設於基台環71之4個連結部72與晶座74之保持板75之周緣部藉由焊接而固定。即，晶座74與基台環71係藉由連結部72而固定地連結。藉由此種保持部7之基台環71被腔室6之壁面支持，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，晶座74之保持板75成為水平姿勢(法線與鉛垂方向一致之姿勢)。即，保持板75之保持面75a成為水平面。 搬入至腔室6之半導體晶圓W以水平姿勢載置並保持在安裝於腔室6之保持部7之晶座74之上。此時，半導體晶圓W被立設於保持板75上之12個基板支持銷77支持而保持於晶座74。更嚴密而言，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(自基板支持銷77之上端至保持板75之保持面75a之距離)均一，故而可藉由12個基板支持銷77以水平姿勢支持半導體晶圓W。 又，半導體晶圓W被複數個基板支持銷77以距保持板75之保持面75a隔開特定之間隔而支持。引導環76之厚度大於基板支持銷77之高度。因此，藉由引導環76而防止被複數個基板支持銷77支持之半導體晶圓W之水平方向之位置偏移。 又，如圖2及圖3所示，於晶座74之保持板75，上下貫通而形成有開口部78。開口部78係為了使放射溫度計120(參照圖1)接收自保持於晶座74之半導體晶圓W之下表面放射之放射光(紅外光)而設置。即，放射溫度計120經由開口部78而接收自保持於晶座74之半導體晶圓W之下表面放射之光，並藉由另置之檢測器而測定該半導體晶圓W之溫度。進而，於晶座74之保持板75穿設有4個貫通孔79，該貫通孔係為了進行半導體晶圓W之交接而供下述移載機構10之頂起銷12貫通。 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個移載臂11。移載臂11係設為沿著大致圓環狀之凹部62般之圓弧形狀。於各個移載臂11立設有2個頂起銷12。各移載臂11係設為可藉由水平移動機構13而旋動。水平移動機構13使一對移載臂11相對於保持部7於進行半導體晶圓W之移載之移載動作位置(圖5之實線位置)與和保持於保持部7之半導體晶圓W在俯視下不重疊之退避位置(圖5之二點鏈線位置)之間水平移動。作為水平移動機構13，可為藉由個別馬達而使各移載臂11分別旋動者，亦可為使用連桿機構並藉由1個馬達而使一對移載臂11連動而旋動者。 又，一對移載臂11藉由升降機構14而與水平移動機構13一併升降移動。若升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置上升，則共4個頂起銷12通過穿設於晶座74之貫通孔79(參照圖2、3)，頂起銷12之上端自晶座74之上表面頂出。另一方面，若升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置下降而將頂起銷12自貫通孔79拔出，水平移動機構13以打開一對移載臂11之方式使其移動，則各移載臂11移動至退避位置。一對移載臂11之退避位置係保持部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，故而移載臂11之退避位置成為凹部62之內側。 返回圖1，設置於腔室6之上方之閃光加熱部5係於殼體51之內側具備包含複數個(於本實施形態中，為30個)氙氣閃光燈FL之光源、及以覆蓋該光源之上方之方式設置之反射器52而構成。又，於閃光加熱部5之殼體51之底部安裝有燈光放射窗53。構成閃光加熱部5之地板部之燈光放射窗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而對熱處理空間65照射閃光。 複數個閃光燈FL分別為具有長條之圓筒形狀之棒狀燈，其以各者之長度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)相互平行之方式以平面狀排列。由此，藉由閃光燈FL之排列而形成之平面亦為水平面。 氙氣閃光燈FL具備：棒狀之玻璃管(放電管)，其於其內部裝入有氙氣，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。氙氣於電性上為絕緣體，故而即便於電容器儲存有電荷，於通常之狀態下，電氣亦不會於玻璃管內流動。然而，於對觸發電極施加高電壓而破壞了絕緣之情形時，儲存於電容器之電氣於玻璃管內瞬時地流動，藉由此時之氙氣之原子或分子之激發而放出光。於此種氙氣閃光燈FL中，預先儲存於電容器之靜電能量轉換為0.1毫秒至100毫秒之極短之光脈衝，故而具有與如鹵素燈HL般連續點亮之光源相比可照射極強之光之特徵。即，閃光燈FL係於未達1秒之極短時間瞬間地發光之脈衝發光燈。再者，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進行調整。 又，反射器52係於複數個閃光燈FL之上方以將其等整體覆蓋之方式設置。反射器52之基本功能係將自複數個閃光燈FL出射之閃光反射至熱處理空間65之側。反射器52係由鋁合金板形成，其表面(面對閃光燈FL之側之面)係藉由噴砂處理而實施了粗面化加工。 設置於腔室6之下方之鹵素加熱部4於殼體41之內側內置複數個(於本實施形態中，為40個)鹵素燈HL。鹵素加熱部4係藉由複數個鹵素燈HL而自腔室6之下方經由下側腔室窗64進行對熱處理空間65之光照射而對半導體晶圓W進行加熱之光照射部。 圖7係表示複數個鹵素燈HL之配置之俯視圖。40個鹵素燈HL分為上下2段而配置。於接近保持部7之上段配設有20個鹵素燈HL，且於較上段更遠離保持部7之下段亦配設有20個鹵素燈HL。各鹵素燈HL係具有長條之圓筒形狀之棒狀燈。20個鹵素燈HL之上段、下段一同以各者之長度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)相互平行之方式排列。由此，上段、下段之藉由鹵素燈HL之排列而形成之平面同為水平面。 又，如圖7所示，上段、下段同為，較與保持於保持部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中之鹵素燈HL之配設密度更高。即，上下段同為，較燈排列之中央部，周緣部之鹵素燈HL之配設間距更短。因此，利用來自鹵素加熱部4之光照射進行加熱時，可藉由易於發生溫度降低之半導體晶圓W之周緣部而進行較多之光量之照射。 又，包含上段之鹵素燈HL之燈群及包含下段之鹵素燈HL之燈群係以呈格子狀交叉之方式排列。即，以配置於上段之20個鹵素燈HL之長度方向與配置於下段之20個鹵素燈HL之長度方向相互正交之方式配設共40個鹵素燈HL。 鹵素燈HL係藉由對配設於玻璃管內部之燈絲通電而使燈絲白熾化並發光之燈絲方式之光源。於玻璃管之內部裝入有將鹵素元素(碘、溴等)微量導入至氮或氬等惰性氣體中而成之氣體。藉由導入鹵素元素，可一面抑制燈絲之折損，一面將燈絲之溫度設定為高溫。因此，鹵素燈HL具有與通常之白熾燈泡相比可連續地照射壽命更長且更強之光之特性。即，鹵素燈HL係連續地發光至少1秒以上之連續照明燈。又，由於鹵素燈HL係棒狀燈，故而為長壽命，藉由使鹵素燈HL沿著水平方向配置，而對上方之半導體晶圓W之放射效率變得優異。 又，亦於鹵素加熱部4之殼體41內，於2段之鹵素燈HL之下側設置有反射器43(圖1)。反射器43將自複數個鹵素燈HL出射之光反射至熱處理空間65之側。 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之硬體之構成係與一般之電腦同樣。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)、記憶基本程式之讀出專用之記憶體即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)及記憶控制用軟體或資料等之磁碟。藉由控制部3之CPU執行特定之處理程式而進行熱處理裝置1中之處理。 除了上述構成以外，為了防止半導體晶圓W之熱處理時由鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能量所導致之鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之過度之溫度上升，熱處理裝置1亦具備各種冷卻用之構造。例如，於腔室6之壁體設置有水冷管(省略圖示)。又，鹵素加熱部4及閃光加熱部5係設為於內部形成氣體流而排熱之氣冷構造。又，亦將空氣供給至上側腔室窗63與燈光放射窗53之間隙，而將閃光加熱部5及上側腔室窗63冷卻。 其次，對熱處理裝置1中之半導體晶圓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於表面添加了雜質(離子)之矽之半導體基板。該雜質之活化係藉由利用熱處理裝置1之閃光照射加熱處理(退火)而執行。圖8係表示熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理順序之流程圖。以下所示之半導體晶圓W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打開，且打開排氣用之壓力控制閥89而開始對腔室6內之供氣排氣(步驟S1)。若將閥84打開，則自氣體供給孔81將作為惰性氣體之氮氣供給至熱處理空間65。又，若將壓力控制閥89打開，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，並自熱處理空間65之下部排氣。 圖9係表示對第1實施形態中之腔室6之氣體供給流量之圖。又，圖10係表示第1實施形態中之腔室6內之壓力變化之圖。對腔室6內之供氣排氣開始之後，閘閥185打開而將搬送開口部66打開，於時刻t0，藉由裝置外部之搬送機器人而經由搬送開口部66將雜質注入後之半導體晶圓W搬入至腔室6內之熱處理空間65(步驟S2)。此時，有伴隨著半導體晶圓W之搬入而夾帶裝置外部之氣體氛圍之虞，但由於將氮氣持續供給至腔室6，故而氮氣會自搬送開口部66流出，可將該種外部氣體氛圍之夾帶抑制為最小限度。 由搬送機器人搬入之半導體晶圓W進入至保持部7之正上方位置並停止。然後，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升，藉此，頂起銷12通過貫通孔79而自晶座74之保持板75之上表面頂出並接收半導體晶圓W。此時，頂起銷12上升至較基板支持銷77之上端更靠上方。 半導體晶圓W載置於頂起銷12之後，搬送機器人自熱處理空間65退出，並藉由閘閥185而將搬送開口部66閉鎖。然後，藉由使一對移載臂11下降，而半導體晶圓W自移載機構10被交接至保持部7之晶座74並以水平姿勢自下方被保持。半導體晶圓W被立設於保持板75上之複數個基板支持銷77支持而保持於晶座74。又，半導體晶圓W係將注入有雜質之表面作為上表面而被保持於保持部7。於被複數個基板支持銷77支持之半導體晶圓W之背面(與表面相反之側之主面)與保持板75之保持面75a之間形成有特定之間隔。下降至晶座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。 半導體晶圓W被由石英形成之保持部7之晶座74以水平姿勢自下方保持之後，鹵素加熱部4之40個鹵素燈HL一齊點亮而開始預加熱(輔助加熱)(步驟S3)。自鹵素燈HL出射之鹵素光透過由石英形成之下側腔室窗64及晶座74而照射至半導體晶圓W之下表面。藉由接收來自鹵素燈HL之光照射，而對半導體晶圓W進行預加熱，從而溫度上升。再者，由於移載機構10之移載臂11退避至凹部62之內側，故而不會導致由鹵素燈HL所引起之加熱之障礙。 進行利用鹵素燈HL之預加熱時，藉由放射溫度計120而測定半導體晶圓W之溫度。即，放射溫度計120接收自保持於晶座74之半導體晶圓W之下表面經由開口部78而放射之紅外光而測定升溫中之晶圓溫度。測得之半導體晶圓W之溫度傳輸至控制部3。控制部3一面監視藉由來自鹵素燈HL之光照射而升溫之半導體晶圓W之溫度是否達到特定之預加熱溫度T1，一面控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於由放射溫度計120所得之測定值，而以半導體晶圓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。預加熱溫度T1係設為不存在添加至半導體晶圓W之雜質因熱而擴散之虞之200℃至800℃左右，較佳為350℃至600℃左右(於本實施之形態中，為600℃)。 半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1之後，控制部3將半導體晶圓W暫時維持為該預加熱溫度T1。具體而言，於由放射溫度計120測得之半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1之時點，控制部3對鹵素燈HL之輸出進行調整，而將半導體晶圓W之溫度大致維持為預加熱溫度T1。 藉由進行此種利用鹵素燈HL之預加熱，而將半導體晶圓W之整體均勻地升溫至預加熱溫度T1。於利用鹵素燈HL之預加熱之階段中，更易於產生放熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度處於較中央部降低之傾向，但關於鹵素加熱部4中之鹵素燈HL之配設密度，較與半導體晶圓W之中央部對向之區域，與周緣部對向之區域更高。因此，照射至易於產生放熱之半導體晶圓W之周緣部之光量變多，可使預加熱階段中之半導體晶圓W之面內溫度分佈變得均勻。 其次，於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1且經過特定時間之時刻t1，自閃光燈FL對半導體晶圓W之上表面照射閃光(步驟S4)。自閃光燈FL放射之閃光之一部分直接朝向腔室6內，另一部分暫時被反射器52反射之後朝向腔室6內，藉由該等閃光之照射而進行半導體晶圓W之閃光加熱。 由於閃光加熱係藉由來自閃光燈FL之閃光(flash)照射而進行，故而可短時間將半導體晶圓W之表面溫度上升。即，自閃光燈FL照射之閃光係預先儲存於電容器之靜電能量轉換為極短之光脈衝之照射時間為0.1毫秒以上且100毫秒以下左右之極短且較強之閃光。並且，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之表面溫度瞬間上升至1000℃以上之處理溫度T2，注入至半導體晶圓W之雜質被活化之後，表面溫度急速地下降。如此，於熱處理裝置1中，可將半導體晶圓W之表面溫度於極短時間升降，故而可一面抑制注入至半導體晶圓W之雜質因熱而擴散，一面進行雜質之活化。再者，雜質之活化所需之時間與其熱擴散所需之時間相比，極短，故而即便為0.1毫秒至100毫秒左右之不產生擴散之短時間，活化亦已完成。 由於自閃光燈FL照射之閃光係照射時間極短且強度較強之光脈衝，故而腔室6內之構造物及氣體被急遽地加熱，發生瞬間之氣體膨脹及隨後收縮。其結果為，堆積於下側腔室窗64等之微粒捲起而於腔室6內之熱處理空間65中飛散。又，閃光照射時，半導體晶圓W亦急遽地熱膨脹而與晶座74摩擦，故而微粒亦會由此而產生並於熱處理空間65中飛散。再者，自在時刻t0將半導體晶圓W搬入至腔室6內起至在時刻t1照射閃光期間，以30升/分之流量將氮氣供給至腔室6內，腔室6內之氣壓大致設為大氣壓，但亦可為較周邊之大氣壓稍高之正壓。 繼而，於剛進行利用閃光燈FL之閃光照射後之時刻t2，減少供給至腔室6內之作為惰性氣體之氮氣之供給流量而將腔室6內減壓(步驟S5)。具體而言，對於閃光照射時以30升/分將氮氣供給至腔室6內，於時刻t2將供給流量減少為10升/分。對腔室6內之氮氣之供給流量係藉由流量調整閥80而進行調整。又，繼續進行自腔室6之排氣。藉由減少對腔室6內之氮氣之供給流量，而使腔室6內之壓力於時刻t3變為較大氣壓低0.4 kPa。由於自閃光燈FL照射閃光時，腔室6內大致為大氣壓，故而閃光照射後，腔室6內之壓力減壓為低於閃光照射時。 其後，自時刻t3至時刻t4期間，將腔室6內之壓力維持為較大氣壓低0.4 kPa之減壓狀態(步驟S6)。即，將腔室6內之壓力維持為低於閃光照射時。自時刻t3至時刻t4期間，亦以10升/分之供給流量將氮氣供給至腔室6內，且壓力控制閥89以維持腔室6內之壓力較大氣壓低0.4 kPa之減壓狀態之方式調整排氣流量。自時刻t3至時刻t4之時間，即，將腔室6內之壓力維持為低於閃光照射時之時間為1秒以上且50秒以下。 自時刻t3至時刻t4期間，藉由將腔室6內之壓力維持為低於閃光照射時，而存在於腔室6內之粒子成為不易滯留於腔室6內之狀態。 其次，於時刻t4，增加對腔室6內之氮氣之供給流量而將腔室6內之壓力設為高於周邊之大氣壓之正壓(步驟S7)。具體而言，於時刻t4，將對腔室6內之氮氣之供給流量自10升/分增加至60升/分。由於腔室6內之容積為30升，故而於時刻t4，以腔室6之容積之2倍之流量向腔室6內供給氮氣一分鐘。又，繼續進行自腔室6之排氣。藉由使對腔室6內之氮氣之供給流量急增，而於時刻t4，使腔室6內之壓力變為較周邊之大氣壓高0.2 kPa～0.6 kPa之正壓。然後，於時刻t4之後，壓力控制閥89以腔室6內之壓力維持為正壓之方式調整排氣流量。 藉由以腔室6之容積之2倍之大流量向腔室6內供給氮氣一分鐘，而因閃光照射而於腔室6內之熱處理空間65飛散之微粒被氮氣流快速地沖至腔室6之外部。並且，藉由將微粒排出至腔室6之外部，而將腔室6內之熱處理空間65置換為潔淨之氮氣氛圍。 又，閃光燈FL照射閃光之後經過特定時間後，鹵素燈HL熄滅。藉此，半導體晶圓W自預加熱溫度T1急速地降溫。降溫中之半導體晶圓W之溫度係藉由放射溫度計120而測定，該測定結果傳輸至控制部3。控制部3由放射溫度計120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。然後，半導體晶圓W之溫度降溫至特定以下之後，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升，藉此，頂起銷12自晶座74之上表面頂出並自晶座74接收熱處理後之半導體晶圓W。繼而，打開藉由閘閥185而閉鎖之搬送開口部66，並藉由裝置外部之搬送機器人而將載置於頂起銷12上之半導體晶圓W搬出，而結束熱處理裝置1中之半導體晶圓W之加熱處理(步驟S8)。打開搬送開口部66並將半導體晶圓W自腔室6搬出時，將腔室6內置換為潔淨之氮氣氛圍。 然而，於半導體裝置之製造步驟中，多數情況下以包含在相同處理條件下進行處理之複數片(例如，25片)半導體晶圓W之批次之單位進行處理。於上述熱處理裝置1中，亦以批次之單位進行熱處理。在前一批次之處理結束後不久之後對下一批次之最先之半導體晶圓W進行處理之階段中，腔室6內係氮氣被沖洗且微粒不飛散之潔淨之狀態，腔室6內之氣體氛圍溫度亦為常溫。但是，自腔室6未排盡之微粒會堆積於腔室6內之構造物(尤其是，下側腔室窗64)。 對批次之最先之半導體晶圓W照射閃光時，腔室6內之構造物及氣體被急遽地加熱，因瞬間之氣體膨脹及持續之收縮而堆積於下側腔室窗64等之微粒捲起而於腔室6內之熱處理空間65中飛散。但是，由於剛被閃光加熱後之批次之最先之半導體晶圓W之溫度高於腔室6內之氣體氛圍溫度，故而會產生自半導體晶圓W之表面朝向上方之熱對流，從而微粒不會附著於該最先之半導體晶圓W之表面。 然而，若將批次之第2片半導體晶圓W搬入至腔室6，則由於該第2片半導體晶圓W為常溫，故而有產生自腔室6內之氣體氛圍朝向半導體晶圓W之表面般之氣流而於腔室6內飛散之微粒附著於半導體晶圓之表面之虞。此種由微粒附著所導致之污染亦會針對批次之第3片以後之半導體晶圓W同樣地產生。 於第1實施形態中，在來自閃光燈FL之閃光照射後，將腔室6內之壓力暫時減壓為低於閃光照射時並暫時維持，其後，增加供給至腔室6內之氮氣之流量而將腔室6內之氣體排出。藉此，將閃光加熱後之半導體晶圓W自腔室6搬出時，因閃光照射而於腔室6內飛散之微粒自腔室6被排出。並且，將持續之新的半導體晶圓W搬入至腔室6時，由於腔室6內被置換為潔淨之氮氣氛圍，故而可防止於腔室6內飛散之微粒附著於半導體晶圓W。藉此，微粒亦不會附著於批次之第2片以後之半導體晶圓W。 此處，亦認為，即便在閃光照射後立即增加供給至腔室6內之氮氣之流量而將於腔室6內飛散之微粒排出，亦獲得同樣之效果。然而，於腔室6內配置有保持部7或移載機構10等各種構造物(圖1)，因該種構造上之要因而於腔室6內存在氣體易於滯留之部分。若在閃光照射後立即增加供給至腔室6內之氮氣之流量，則存在如下情況：該種腔室6內之氣體易於滯留之部分難以被置換為新的氮氣，存在於該部分之微粒保持原樣而殘留於腔室6內。如此，有殘留於腔室6內之微粒附著於新的半導體晶圓W之虞。 因此，如本實施形態般，藉由在閃光照射後將腔室6內之壓力暫時減壓並維持為低於閃光照射時，而存在於腔室6內之粒子成為不易滯留於腔室6內之狀態，可消除腔室6內之氣體易於滯留之部分。其後，藉由增加供給至腔室6內之氮氣之流量，可將腔室6內之所有部分之氣體順利地排出，可防止微粒殘留於腔室6內。其結果為，可確實地防止於腔室6內飛散之微粒附著於批次之第2片以後之新的半導體晶圓W。 ＜第2實施形態＞ 其次，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之構成與第1實施形態相同。又，關於第2實施形態中之半導體晶圓W之處理順序，亦大致與第1實施形態同樣。第2實施形態與第1實施形態不同之處係對腔室6內之氣體供給流量及腔室6內之壓力變化。 圖11係表示對第2實施形態中之腔室6之氣體供給流量之圖。又，圖12係表示第2實施形態中之腔室6內之壓力變化之圖。與第1實施形態同樣地，開始對腔室6內之供氣排氣之後，於時刻t0將半導體晶圓W搬入至腔室6內。 於第2實施形態中，將半導體晶圓W搬入至腔室6並藉由閘閥185而將搬送開口部66閉鎖之後，減少對腔室6內之氣體供給流量而使腔室6內為未達大氣壓之減壓氣體氛圍。然後，於減壓氣體氛圍下對半導體晶圓W進行利用鹵素燈HL之預加熱，於時刻t1，自閃光燈FL照射閃光。於第2實施形態中，亦可將包含氨之處理氣體供給至腔室6內並於氨之減壓氣體氛圍中對半導體晶圓W進行閃光加熱。 於剛進行閃光照射後之時刻t2，完全停止對腔室6內之氣體供給，並將腔室6內較閃光照射時進一步減壓。然後，自時刻t3至時刻t4期間，停止對腔室6內之氣體供給而將腔室6內之壓力維持為低於閃光照射時之狀態。自時刻t3至時刻t4之時間為1秒以上且50秒以下。 其後，於時刻t4，開始對腔室6內之氮氣之供給，並增加其供給流量而將腔室6內之壓力設為高於周邊之大氣壓之正壓。於第2實施形態中，亦於時刻t4將對腔室6內之氮氣之供給流量增加至60升/分。即，於時刻t4，以腔室6之容積之2倍之流量向腔室6內供給氮氣一分鐘。藉由使對腔室6內之氮氣之供給流量急增，而於時刻t4使腔室6內之壓力變為較周邊之大氣壓高0.2 kPa～0.6 kPa之正壓。然後，於時刻t4之後，壓力控制閥89以腔室6內之壓力維持為正壓之方式調整排氣流量。 藉由以腔室6之容積之2倍之大流量向腔室6內供給氮氣一分鐘，而因閃光照射而於腔室6內之熱處理空間65飛散之微粒被氮氣流快速地沖至腔室6之外部。並且，藉由將微粒排出至腔室6之外部，而將腔室6內之熱處理空間65置換為潔淨之氮氣氛圍。 於第2實施形態中，在來自閃光燈FL之閃光照射後，將腔室6內之壓力暫時減壓為低於閃光照射時並暫時維持，其後，增加供給至腔室6內之氮氣之流量而將腔室6內之氣體排出。藉此，將閃光加熱後之半導體晶圓W自腔室6搬出時，因閃光照射而於腔室6內飛散之微粒自腔室6被排出。並且，將持續之新的半導體晶圓W搬入至腔室6時，由於腔室6內被置換為潔淨之氮氣氛圍，故而可防止於腔室6內飛散之微粒附著於半導體晶圓W。 ＜變化例＞ 以上，對本發明之實施形態進行了說明，但本發明只要不脫離其主旨，則除了如上所述者以外，亦可進行各種變更。例如，於第1實施形態中，於閃光照射後將腔室6內之壓力減壓為較大氣壓低0.4 kPa，但並不限定於此，只要減壓為較大氣壓低至少0.4 kPa以上即可。閃光照射後之腔室6內之壓力越低，越能提高存在於腔室6內之粒子不易滯留於腔室6內之效果，但減壓所需之時間變長。 又，自閃光照射後將腔室6內之壓力維持為低於閃光照射時之時刻t3至時刻t4期間，於第1實施形態中，以10升/分之流量將氮氣供給至腔室6內，於第2實施形態中，停止了氣體供給，但該期間之氮氣之供給流量只要為0升/分～10升/分即可。 又，閃光照射以後供給至腔室6內之處理氣體並不限定於氮氣，亦可為氬或氦。即，閃光照射以後供給至腔室6內之處理氣體只要為惰性氣體即可。可是，就步驟之成本之觀點而言，較佳為使用便宜之氮氣。 又，於上述各實施形態中，於時刻t4，以腔室6之容積之2倍之流量向腔室6內供給氮氣一分鐘，但此時，亦可以腔室6之容積之2倍以上之流量(於上述之例中，為60升/分以上)向腔室6內供給氮氣一分鐘。 又，於上述各實施形態中，藉由來自鹵素燈HL之光照射而進行半導體晶圓W之預加熱，但亦可取而代之，將保持半導體晶圓W之晶座載置於加熱板上，並藉由來自該加熱板之熱傳導而對半導體晶圓W進行預加熱。 又，於上述各實施形態中，使閃光加熱部5具備30個閃光燈FL，但並不限定於此，閃光燈FL之個數可設為任意之數量。又，閃光燈FL並不限定於氙氣閃光燈，亦可為氪氣閃光燈。又，鹵素加熱部4所具備之鹵素燈HL之個數亦不限定於40個，可設為任意之數量。 又，於上述各實施形態中，將燈絲方式之鹵素燈HL用作連續發光1秒以上之連續照明燈而進行半導體晶圓W之預加熱，但並不限定於此，亦可代替鹵素燈HL而將放電型之氙氣電弧燈等電弧燈用作連續照明燈而進行半導體晶圓W之預加熱。 又，藉由本發明之熱處理裝置而成為處理對象之基板並不限定於半導體晶圓，亦可為用於液晶顯示裝置等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、或者多晶矽之結晶化。
1‧‧‧熱處理裝置
3‧‧‧控制部
4‧‧‧鹵素加熱部
5‧‧‧閃光加熱部
6‧‧‧腔室
7‧‧‧保持部
10‧‧‧移載機構
11‧‧‧移載臂
12‧‧‧頂起銷
13‧‧‧水平移動機構
14‧‧‧升降機構
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
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‧‧‧晶座
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
80‧‧‧流量調整閥
81‧‧‧氣體供給孔
82‧‧‧緩衝空間
83‧‧‧氣體供給管
84‧‧‧閥
85‧‧‧氣體供給源
86‧‧‧氣體排氣孔
87‧‧‧緩衝空間
88‧‧‧氣體排氣管
89‧‧‧壓力控制閥
120‧‧‧放射溫度計
185‧‧‧閘閥
190‧‧‧排氣部
FL‧‧‧閃光燈
HL‧‧‧鹵素燈
S1～S8‧‧‧步驟
W‧‧‧半導體晶圓
圖1係表示本發明之熱處理裝置之構成之縱剖視圖。 圖2係表示保持部之整體外觀之立體圖。 圖3係晶座之俯視圖。 圖4係晶座之剖視圖。 圖5係移載機構之俯視圖。 圖6係移載機構之側視圖。 圖7係表示複數個鹵素燈之配置之俯視圖。 圖8係表示圖1之熱處理裝置中之半導體晶圓之處理順序之流程圖。 圖9係表示對第1實施形態中之腔室之氣體供給流量之圖。 圖10係表示第1實施形態中之腔室內之壓力變化之圖。 圖11係表示對第2實施形態中之腔室之氣體供給流量之圖。 圖12係表示第2實施形態中之腔室內之壓力變化之圖。

Claims (8)

  1. 一種熱處理方法，其特徵在於：其係藉由對基板照射閃光而對該基板進行加熱者，且具備： 照射步驟，其係自閃光燈對收容於腔室內之基板之表面照射閃光； 減壓步驟，其係於上述照射步驟之後，將上述腔室內之壓力維持為低於上述照射步驟時；及 置換步驟，其係於上述減壓步驟之後，增加供給至上述腔室內之惰性氣體之流量，並將上述腔室內之氣體排出。
  2. 如請求項1之熱處理方法，其中 於上述減壓步驟中，將使上述腔室內之壓力低於上述照射步驟時之狀態維持1秒以上且50秒以下。
  3. 如請求項1之熱處理方法，其中 於上述置換步驟中，以上述腔室之容積之2倍以上之流量向上述腔室內供給惰性氣體一分鐘。
  4. 如請求項1至3中任一項之熱處理方法，其中 於上述置換步驟中，將上述腔室內之壓力設為大於大氣壓之正壓。
  5. 一種熱處理裝置，其特徵在於：其係藉由對基板照射閃光而對該基板進行加熱者，且具備： 腔室，其收容基板； 保持部，其於上述腔室內保持上述基板； 閃光燈，其對保持於上述保持部之上述基板之表面照射閃光； 氣體供給部，其將惰性氣體供給至上述腔室內； 排氣部，其將上述腔室內之氣體排出；及 壓力控制閥，其介插於上述腔室與上述排氣部之間且控制上述腔室內之壓力； 自上述閃光燈對上述基板照射閃光之後，上述壓力控制閥將上述腔室內之壓力維持為低於閃光照射時，其後，上述氣體供給部增加供給至上述腔室內之惰性氣體之流量，且上述排氣部將上述腔室內之氣體排出。
  6. 如請求項5之熱處理裝置，其中 上述壓力控制閥將使上述腔室內之壓力低於閃光照射時之狀態維持1秒以上且50秒以下。
  7. 如請求項5之熱處理裝置，其中 上述氣體供給部以上述腔室之容積之2倍以上之流量向上述腔室內供給惰性氣體一分鐘。
  8. 如請求項5至7中任一項之熱處理裝置，其中 上述氣體供給部增加供給至上述腔室內之惰性氣體之流量，並將上述腔室內之壓力設為大於大氣壓之正壓。
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