TWI703638B - 熱處理裝置 - Google Patents

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伊藤禎朗
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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玻璃管之破損之棒狀燈及熱處理裝置。
於收容半導體晶圓之腔室之下方，將複數個鹵素燈HL以呈上下2段交叉成格子狀之方式配設。關於複數個鹵素燈HL上下重疊之部位，以將鹵素燈HL之玻璃管48之上側及下側之外壁面開放的方式設置反射器47。於複數個鹵素燈HL上下重疊之部位，自下段之鹵素燈HL朝向上側出射之光透過上段之鹵素燈HL之玻璃管48之下側及上側之外壁面之開放部分進而往向上方，故而可防止其再入射至下段之鹵素燈HL之玻璃管48內，從而防止玻璃管48之破損。

Description

熱處理裝置
本發明係關於一種對半導體晶圓等薄板狀精密電子基板(以下，簡稱為「基板」)照射光而加熱之棒狀燈及具備該棒狀燈之熱處理裝置。
於半導體元件之製造製程中，雜質導入係用以於半導體晶圓內形成pn接面所必需之步驟。目前，雜質導入一般係藉由離子注入法與其後之退火法而進行。離子注入法係使硼(B)、砷(As)、磷(P)等雜質元素離子化後以高加速電壓與半導體晶圓碰撞而物理地進行雜質注入之技術。經注入之雜質係藉由退火處理而活化。此時，若退火時間為數秒左右以上，則被注入之雜質藉由熱而擴散得較深，其結果有接合深度較要求變得過深而對良好之元件形成產生障礙之虞。
因此，作為以極短時間加熱半導體晶圓之退火技術，近年來閃光燈退火(FLA)受到注目。閃光燈退火係藉由使用氙氣閃光燈(以下，於簡稱為「閃光燈」時係指氙氣閃光燈)對半導體晶圓之表面照射閃光燈光，僅使注入有雜質之半導體晶圓之表面以極短時間(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自紫外線區域至近紅外區域，較先前之鹵素燈而言波長較短，與矽之半導體晶圓之基礎吸收帶大致一致。因 此，於自氙氣閃光燈對半導體晶圓照射閃光燈光時，能夠透過光較少地使半導體晶圓急速地升溫。又，亦判明只要為數毫秒以下之極短時間之閃光燈光照射，則可僅使半導體晶圓之表面附近選擇性地升溫。因此，只要利用氙氣閃光燈進行極短時間之升溫，則不會使雜質較深地擴散，可僅執行雜質活化。
作為使用此種氙氣閃光燈之熱處理裝置，於專利文獻1中，揭示有於半導體晶圓之正面側配置閃光燈，於背面側配置鹵素燈，藉由其等之組合而進行所期望之熱處理者。於專利文獻1中所揭示之熱處理裝置中，藉由鹵素燈將半導體晶圓預加熱至某程度之溫度，然後藉由來自閃光燈之脈衝加熱將其升溫至所期望之處理溫度。又，於專利文獻1中所揭示之熱處理裝置中，將複數個鹵素燈以呈格子狀交叉之方式排列，並且於各鹵素燈之管壁設置有反射器以提高出射光之指向性。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2016-181656號公報
然而，若於鹵素燈之外壁面直接設置反射器，則存在產生鹵素燈之玻璃管破損之問題之情況。尤其，如專利文獻1所揭示般，於將複數個鹵素燈以呈上下2段交叉成格子狀之方式排列之情形時，產生於上下之鹵素燈之交點玻璃管熔融而破損之現象。
本發明係鑒於上述問題而完成者，目的在於提供一種可防止玻璃管之破損之棒狀燈及熱處理裝置。
為了解決上述問題，技術方案1之發明係一種棒狀燈，其將基板加熱，且其特徵在於具備：圓筒形狀之玻璃管；及反射器，其設置於上述玻璃管之外壁面；上述反射器係以將上述玻璃管之徑向之一側及與上述一側相反之另一側之上述外壁面開放的方式設置。
又，技術方案2之發明係如技術方案1之發明之棒狀燈，其特徵在於：上述反射器係以將上述玻璃管之上側及下側之上述外壁面開放之方式設置。
又，技術方案3之發明係一種熱處理裝置，其係藉由對基板照射光而將該基板加熱，且其特徵在於具備：腔室，其收容基板；保持部，其於上述腔室內保持上述基板；及如技術方案1或技術方案2之棒狀燈，其對保持於上述保持部之上述基板照射光。
又，技術方案4之發明係一種熱處理裝置，其係藉由對基板照射光而將該基板加熱，且其特徵在於具備：腔室，其收容基板；保持部，其於上述腔室內保持上述基板；及複數個棒狀燈，其等設置於上述腔室之上方或下方，且對保持於上述保持部之上述基板照射光；上述複數個棒狀燈係呈上下2段配設成格子狀，上述複數個棒狀燈之各者具備：圓筒形狀之玻璃管；及反射器，其設置於上述玻璃管之外壁面；上述反射器於上述複數個棒狀燈上下重疊之部位中，以將上述玻璃管之上側及下側之上述外壁面開放之方式設置。
又，技術方案5之發明係如技術方案4之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述反射器於上述複數個棒狀燈上下不重疊之部位中，以將上述玻璃管之上側或下側之上述外壁面開放之方式設置。
又，技術方案6之發明係如技術方案4或技術方案5之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述棒狀燈為連續點亮燈。
根據技術方案1至技術方案3之發明，由於以將玻璃管之徑向之一側及與該一側相反之另一側之外壁面開放的方式設置反射器，故而於玻璃管內發光之光自一側及另一側之外壁面被放射，可防止玻璃管之破損。
根據技術方案4至技術方案6之發明，於複數個棒狀燈上下重疊之部位，以將玻璃管之上側及下側之外壁面開放之方式設置反射器，故而於玻璃管內發光之光自上側及下側之外壁面被放射，可防止玻璃管之破損。
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
20:放射溫度計
21:透明窗
41:殼體
43:反射器
47:反射器
48:玻璃管
49:燈絲
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:基座
75:保持板
75a:保持面
76: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:處理氣體供給源
86:氣體排氣孔
87:緩衝空間
88:氣體排氣管
89:閥
185:閘閥
190:排氣部
191:氣體排氣管
192:閥
A:符號
FL:閃光燈
HL:鹵素燈
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係基座之俯視圖。
圖4係基座之剖視圖。
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係表示於複數個鹵素燈上下重疊之部位中設置於鹵素燈之反射器之圖。
圖9係表示於複數個鹵素燈上下不重疊之部位中設置於鹵素燈之反射器之圖。
圖10係表示於廣範圍設置有反射器之情形時在鹵素燈重疊之部位產生之現象的圖。
圖11係表示於以將上下開放之方式設置有反射器之情形時在鹵素燈重疊之部位產生之現象的圖。
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。
圖1係表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進行閃光燈光照射而將該半導體晶圓W加熱之閃光燈退火裝置。成為處理對象之半導體晶圓W之尺寸並不特別限定，例如為
Figure 107113815-A0305-02-0006-1
300mm或
Figure 107113815-A0305-02-0006-2
450mm(於本實施形態中為
Figure 107113815-A0305-02-0006-3
300mm)。對搬入至熱處理裝置1之前之半導體晶圓W注入雜質，藉由利用熱處理裝置1之加熱處理而執行經注入之雜質之活化處理。再者，於圖1及以後之各圖中，為了容易理解，根據需要將各部之尺寸或數量誇張或簡化描繪。
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，並且於下側設置有鹵素加熱部4。又，熱處理裝置1係於腔室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。進而，熱處理裝置1具備控制部3，該控制部3對鹵素加熱部4、閃光加熱部5及設置於腔室6之各動作機構進行控制而執行半導體晶圓W之熱處理。
腔室6係於筒狀之腔室側部61之上下裝設石英製之腔室窗而構成。腔室側部61具有上下開口之大概筒形狀，於上側開口裝設有上側腔室窗63而被封閉，於下側開口裝設有下側腔室窗64而被封閉。構成腔室6之頂壁 之上側腔室窗63係藉由石英而形成之圓板形狀構件，作為使自閃光加熱部5出射之閃光燈光透過至腔室6內之石英窗而發揮功能。又，構成腔室6之底部之下側腔室窗64亦為藉由石英而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裝設有反射環68，於下部裝設有反射環69。反射環68、69均形成為圓環狀。上側之反射環68係藉由自腔室側部61之上側嵌入而裝設。另一方面，下側之反射環69係藉由自腔室側部61之下側嵌入並利用省略圖示之螺釘固定而裝設。即，反射環68、69均裝卸自如地裝設於腔室側部61。將腔室6之內側空間、即由上側腔室窗63、下側腔室窗64、腔室側部61及反射環68、69包圍之空間規定為熱處理空間65。
藉由於腔室側部61裝設反射環68、69，而於腔室6之內壁面形成凹部62。即，形成由腔室側部61之內壁面中未裝設反射環68、69之中央部分、反射環68之下端面、及反射環69之上端面而包圍之凹部62。凹部62係於腔室6之內壁面沿著水平方向形成為圓環狀，且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係由強度與耐熱性優異之金屬材料(例如不鏽鋼)而形成。
又，於腔室側部61，形成設置有用以相對於腔室6進行半導體晶圓W之搬入及搬出之搬送開口部(爐口)66。搬送開口部66藉由閘閥185能夠開閉。搬送開口部66與凹部62之外周面連通連接。因此，於閘閥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向熱處理空間65搬入半導體晶圓W及自熱處理空間65搬出半導體晶圓W。又，若閘閥185將搬送開口部66關閉，則腔室6內之熱處理空間65成為密閉空間。
進而，於腔室側部61，穿設有貫通孔61a。於腔室側部61之外壁面之設置有貫通孔61a之部位安裝有放射溫度計20。貫通孔61a係用以將自保持於下述基座74之半導體晶圓W之下表面放射之紅外光導向放射溫度計20之圓筒狀之孔。貫通孔61a係以其貫通方向之軸與保持於基座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地設置。於貫通孔61a之面向熱處理空間65之側之端部，裝設有使放射溫度計20能夠測定之波長區域之紅外光透過之由氟化鋇材料構成的透明窗21。
又，於腔室6之內壁上部形成設置有將處理氣體供給至熱處理空間65之氣體供給孔81。氣體供給孔81係形成設置於較凹部62靠上側位置，亦可設置於反射環68。氣體供給孔81經由圓環狀地形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間82而與氣體供給管83連通連接。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之路徑中途介插有閥84。若閥84被打開，則自處理氣體供給源85對緩衝空間82送給處理氣體。流入至緩衝空間82之處理氣體係以於流體阻力較氣體供給孔81小之緩衝空間82內擴散之方式流動而自氣體供給孔81被向熱處理空間65內供給。作為處理氣體，例如可使用氮氣(N2)等惰性氣體、或氫氣(H2)、氨氣(NH3)等反應性氣體、或將其等混合而成之混合氣體(於本實施形態中為氮氣)。
另一方面，於腔室6之內壁下部形成設置有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排氣孔86。氣體排氣孔86形成設置於較凹部62靠下側位置，亦可設置於反射環69。氣體排氣孔86係經由圓環狀地形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間87而與氣體排氣管88連通連接。氣體排氣管88連接於排氣部190。又，於氣體排氣管88之路徑中途介插有閥89。若閥89被打開，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被排出。再者，氣體供給孔81及氣體排氣孔86可沿著腔室6之圓周方向而設置有複數個，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，亦可為供熱處理裝置1設置之工廠之實體。
又，於搬送開口部66之前端亦連接有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排氣管191。氣體排氣管191係經由閥192而連接於排氣部190。藉由將閥192打開，而經由搬送開口部66將腔室6內之氣體排氣。
圖2係表示保持部7之整體外觀之立體圖。保持部7具備基台環71、連結部72及基座74而構成。基台環71、連結部72及基座74均由石英形成。即，保持部7之整體由石英形成。
基台環71係自圓環形狀將一部分缺損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干涉而設置。基台環71藉由載置於凹部62之底面，而支持於腔室6之壁面(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豎立設置有複數個連結部72(於本實施形態中為4個)。連結部72亦為石英之構件，藉由熔接而固著於基台環71。
基座74係由設置於基台環71之4個連結部72而支持。圖3係基座74之俯視圖。又，圖4係基座74之剖視圖。基座74具備保持板75、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導環76。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構件。例如，於半導體晶圓W之直徑為
Figure 107113815-A0305-02-0010-4
300mm之情形時，導環76之內徑為
Figure 107113815-A0305-02-0010-5
320mm。導環76之內周形成為如自保持板75朝向上方擴展之傾斜面。導環76由與保持板75相同之石英形成。導環76可熔接於保持板75之上表面，亦可藉由另外加工之銷等而固定於保持板75。或者，亦可將保持板75與導環76作為一體之構件而加工。
保持板75之上表面中較導環76靠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，豎立設置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(導環76之內周圓)同心圓之周向上，每30°豎立設置合計12個基板支持銷77。配置有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
Figure 107113815-A0305-02-0010-6
300mm則為
Figure 107113815-A0305-02-0010-7
270mm~
Figure 107113815-A0305-02-0010-8
280mm(於本實施形態中為
Figure 107113815-A0305-02-0010-9
270mm)。各基板支持銷77係由石英形成。複數個基板支持銷77可藉由熔接而設置於保持板75之上表面，亦可與保持板75一體地加工。
返回至圖2，豎立設置於基台環71之4個連結部72與基座74之保持板75之周緣部藉由熔接而固著。即，基座74與基台環71係藉由連結部72而固定地連結。藉由將此種保持部7之基台環71支持於腔室6之壁面，而將保持部7裝設於腔室6。於將保持部7裝設於腔室6之狀態下，基座74之保持板75成為水平姿勢(法線與鉛直方向一致之姿勢)。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係以水平姿勢載置並保持於裝設於腔室6之保持部7之基座74之上。此時，半導體晶圓W係藉由豎立設置於保持板75上之12個基板支持銷77而支持並保持於基座74。更嚴密而言，12個基 板支持銷77之上端部接觸於半導體晶圓W之下表面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)均勻，故而藉由12個基板支持銷77可將半導體晶圓W支持為水平姿勢。
又，半導體晶圓W係藉由複數個基板支持銷77而自保持板75之保持面75a隔開特定間隔被支持。導環76之厚度較基板支持銷77之高度大。因此，藉由導環76而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移。
又，如圖2及圖3所示，於基座74之保持板75，上下貫通地形成有開口部78。開口部78係為了供放射溫度計20接收自半導體晶圓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及裝設於腔室側部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。進而，於基座74之保持板75，穿設有供下述移載機構10之頂起銷12貫通以交接半導體晶圓W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根移載臂11。移載臂11形成為如沿著大致圓環狀之凹部62之圓弧形狀。於各移載臂11豎立設置有2根頂起銷12。移載臂11及頂起銷12係由石英形成。各移載臂11藉由水平移動機構13而能夠旋動。水平移動機構13係使一對移載臂11於移載動作位置(圖5之實線位置)與退避位置(圖5之兩點鏈線位置)之間水平移動，該移載動作位置係進行將半導體晶圓W移載於保持部7，該退避位置於俯視下與保持於保持部7之半導體晶圓W不重疊。作為水平移動機構13，可為藉由個別之馬達使各移載臂11分別旋動者，亦可為使用連桿機構藉由1個馬達使一對移載臂11連動地旋動者。
又，一對移載臂11係藉由升降機構14而與水平移動機構13一起升降移動。若升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置上升，則合計4根頂起銷12通過穿設於基座74之貫通孔79(參照圖2、3)，頂起銷12之上端自基座74之上表面突出。另一方面，升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置下降而自貫通孔79抽出頂起銷12，若水平移動機構13以使一對移載臂11打開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，故而移載臂11之退避位置成為凹部62之內側。再者，構成為於設置有移載機構10之驅動部(水平移動機構13及升降機構14)之部位之附近亦設置有省略圖示之排氣機構，移載機構10之驅動部周邊之環境氣體被排出至腔室6之外部。
返回至圖1，設置於腔室6之上方之閃光加熱部5係於殼體51之內側具備由複數根(於本實施形態中為30根)氙氣閃光燈FL構成之光源、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之底部裝設有燈光放射窗53。構成閃光加熱部5之底部之燈光放射窗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係自腔室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照射閃光燈光。
複數個閃光燈FL係分別具有長條之圓筒形狀之棒狀燈，且以各自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)相互平行之方式平面狀地排列。由此，藉由閃光燈FL之排列而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。
氙氣閃光燈FL具備於其內部封入氙氣氣體且於其兩端部配設有連接於電容器之陽極及陰極之圓筒形狀之玻璃管(放電管)、及附設於該玻璃管之外周面上之觸發電極。由於氙氣氣體為電絕緣體，故而即便於電容器中蓄積有電荷，於通常之狀態下玻璃管內亦不會流通電。然而，於對觸發電極施加高電壓而使絕緣破壞之情形時，蓄積於電容器中之電於玻璃管內瞬時流動，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，由於將預先蓄積於電容器中之靜電能量轉換為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係以未達1秒之極短之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調整。
又，反射器52係於複數個閃光燈FL之上方以覆蓋其等整體之方式設置。反射器52之基本功能係將自複數個閃光燈FL出射之閃光燈光向熱處理空間65之側反射。反射器52係由鋁合金板而形成，且其表面(面向閃光燈FL之側之面)藉由噴砂處理被實施粗面化加工。
設置於腔室6之下方之鹵素加熱部4係於殼體41之內側內置有複數根(於本實施形態中為40根)鹵素燈HL。鹵素加熱部4係藉由複數個鹵素燈HL進行自腔室6之下方經由下側腔室窗64向熱處理空間65之光照射而將半導體晶圓W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根鹵素燈HL分為上下2段而配置。於接近保持部7之上段配設有20根鹵素燈HL，並且於較上段離保持部7較遠之下段亦配設有20根鹵素燈HL。各鹵素燈HL係具有長條之圓筒形狀之棒狀燈。上段、下段均20根之鹵素燈HL係以各自之長邊 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)相互平行之方式排列。由此，上段、下段均為，藉由鹵素燈HL之排列而形成之平面為水平面。
又，如圖7所示，上段、下段均為，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之配設密度變高。即，上下段均為，較燈排列之中央部，周緣部之鹵素燈HL之配設間距較短。因此，可對藉由來自鹵素加熱部4之光照射而加熱時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構成之燈群係以呈格子狀交叉之方式排列。即，以配置於上段之20根鹵素燈HL之長邊方向與配置於下段之20根鹵素燈HL之長邊方向相互正交之方式配設有合計40根鹵素燈HL。
鹵素燈HL係藉由對配設於圓筒形狀之玻璃管內部之燈絲通電使燈絲白熾化而發光之燈絲方式之光源。於玻璃管之內部，封入有對氮氣或氬氣等惰性氣體微量導入鹵素元素(碘、溴等)所得之氣體。藉由導入鹵素元素，能夠抑制燈絲之折損且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壽命長且可連續地照射強光之特性。即，鹵素燈HL係連續至少1秒以上發光之連續點亮燈。又，由於鹵素燈HL為棒狀燈，故而壽命長，藉由將鹵素燈HL沿著水平方向配置而向上方之半導體晶圓W之放射效率優異。
又，於鹵素加熱部4之殼體41內，亦於2段之鹵素燈HL之下側設置有反射器43(圖1)。反射器43係將自複數個鹵素燈HL出射之光向熱處理空間65之側反射。
除了鹵素加熱部4整體之反射器43以外，亦於複數個鹵素燈HL之各者個別地設置有反射器。圖8及圖9係將棒狀之鹵素燈HL於與長邊方向垂直之方向切斷之剖視圖。圖8與圖9中鹵素燈HL之切斷位置不同。於鹵素燈HL之圓筒形狀之玻璃管48之中心部配設有燈絲49。又，於玻璃管48之外壁面設置有用以提高出射光之指向性之反射器47。反射器47係於鹵素燈HL之玻璃管48之外壁面塗佈陶瓷系之溶劑，使其塗膜乾燥而形成。設置於各鹵素燈HL之反射器47之形態於40根鹵素燈HL之排列中，在鹵素燈HL上下重疊之部位與除此以外之部位不同。
圖8係表示於複數個鹵素燈HL上下重疊之部位設置在鹵素燈HL之反射器之圖。所謂複數個鹵素燈HL上下重疊之部位，係指例如由圖7之符號A所示之上段之鹵素燈HL與下段之鹵素燈HL交叉之部位。於本實施形態中，複數個鹵素燈HL係以呈上下2段交叉成格子狀之方式排列，故而會產生複數處如由圖7之符號A所示之鹵素燈HL上下重疊之部位。關於此種複數個鹵素燈HL上下重疊之部位，如圖8所示，上下段均以將鹵素燈HL之玻璃管48之上側及下側之外壁面開放之方式設置反射器47。具體而言，以覆蓋自玻璃管48之中心(燈絲49之位置)觀察之玻璃管48之兩側方之外壁面之90°之範圍的方式設置反射器47。其結果，自玻璃管48之中心觀察之玻璃管48之上側及下側各自之外壁面之90°之範圍被開放。
另一方面，圖9係表示於複數個鹵素燈HL上下不重疊之部位設置在鹵素燈HL之反射器之圖。所謂複數個鹵素燈HL上下不重疊之部位，係指除如由圖7之符號A所示之鹵素燈HL上下重疊之部位以外之鹵素燈HL之區域。關於複數個鹵素燈HL上下不重疊之部位，如圖9所示，以僅將鹵素燈HL之玻璃管48之上側之外壁面開放之方式設置反射器47。具體而言，以 覆蓋自玻璃管48之中心觀察時自玻璃管48之左側方經過下側遍及右側方之外壁面之270°之範圍的方式設置反射器47。其結果，自玻璃管48之中心觀察之玻璃管48之上側之外壁面之90°之範圍被開放。
控制部3對設置於熱處理裝置1之上述各種動作機構進行控制。作為控制部3之硬體之構成係與一般的電腦相同。即，控制部3具備作為進行各種運算處理之電路之CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、作為記憶基本程式之讀出專用之記憶體之ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)、作為記憶各種資訊之讀寫自如之記憶體之RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)及預先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，熱處理裝置1亦具備各種冷卻用之構造，以防止因半導體晶圓W之熱處理時自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能導致之鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之過剩之溫度上升。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形成為於內部形成氣體流而排熱之空冷構造。又，亦對上側腔室窗63與燈光放射窗53之間隙供給空氣，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添加有雜質(離子)之半導體基板。該雜質之活化係藉由利用熱處理裝置1之閃光燈光照射加熱處理(退火)而執行。以下將說明之熱處理裝置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，將用於供氣之閥84打開，並且將排氣用之閥89、192打開而開始對腔室6內供氣或自腔室6內排氣。若將閥84打開，則自氣體供給孔81 向熱處理空間65供給氮氣。又，若將閥89打開，則自氣體排氣孔86將腔室6內之氣體排出。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之下部被排出。
又，藉由將閥192打開，亦自搬送開口部66將腔室6內之氣體排出。進而，藉由省略圖示之排氣機構亦將移載機構10之驅動部周邊之環境氣體排出。再者，於熱處理裝置1中之半導體晶圓W之熱處理時氮氣持續地被供給至熱處理空間65，其供給量根據處理步驟而適當變更。
繼而，打開閘閥185並將搬送開口部66開放，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。此時，有隨著半導體晶圓W之搬入而捲入裝置外部之環境氣體之虞，但由於對腔室6持續供給氮氣，故而氮氣自搬送開口部66流出，可將此種外部環境氣體之捲入抑制為最小限度。
藉由搬送機器人而搬入之半導體晶圓W進入至保持部7之正上方位置並停止。而且，藉由移載機構10之一對移載臂11自退避位置向移載動作位置水平移動並上升，頂起銷12通過貫通孔79自基座74之保持板75之上表面突出而接收半導體晶圓W。此時，頂起銷12上升至較基板支持銷77之上端靠上方為止。
於將半導體晶圓W載置於頂起銷12之後，搬送機器人自熱處理空間65退出，藉由閘閥185將搬送開口部66閉鎖。然後，藉由一對移載臂11下降，半導體晶圓W自移載機構10被交接至保持部7之基座74並以水平姿勢自下方被保持。半導體晶圓W係藉由豎立設置於保持板75上之複數個基板支持銷77而支持並保持於基座74。又，半導體晶圓W係以進行圖案形成且注入有雜質之正面為上表面被保持於保持部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(與正面為相反側之主面)與保持板75之保持面75a之間形成特定之間隔。下降至基座74之下方為止之一對移載臂11係藉由水平移動機構13而退避至退避位置即凹部62之內側。
半導體晶圓W利用由石英形成之保持部7之基座74以水平姿勢自下方被保持之後，鹵素加熱部4之40根鹵素燈HL一同點亮而開始預加熱(輔助加熱)。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及基座74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，半導體晶圓W被預加熱而溫度上升。再者，移載機構10之移載臂11由於退避至凹部62之內側，故而不會成為利用鹵素燈HL進行加熱之障礙。
於藉由鹵素燈HL進行預加熱時，半導體晶圓W之溫度藉由放射溫度計20而測定。即，使自保持於基座74之半導體晶圓W之下表面經由開口部78放射之紅外光通過透明窗21而放射溫度計20受光並測定升溫中之晶圓溫度。測定出之半導體晶圓W之溫度被傳遞至控制部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之溫度是否到達至特定之預加熱溫度T1，一面對鹵素燈HL之輸出進行控制。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之方式對鹵素燈HL之輸出進行反饋控制。預加熱溫度T1設為200℃至800℃左右，較佳為350℃至600℃左右(於本實施之形態中為600℃)，無添加至半導體晶圓W之雜質因熱而擴散之虞。
於半導體晶圓W之溫度到達至預加熱溫度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，於藉由放射溫度計20而測定之半導體晶圓W之溫度到達至預加熱溫度T1之時間點，控制部3調整鹵素燈HL之輸出，將半導體晶圓W之溫度維持為大致預加熱溫度T1。
藉由利用此種鹵素燈HL進行預加熱，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，有更容易產生散熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度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，與基板W之周緣部對向之區域較與基板W之中央部對向之區域變高。因此，照射至容易產生散熱之半導體晶圓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之面內溫度分佈均勻。
又，為了提高自鹵素燈HL出射之光之指向性，而於鹵素燈HL之玻璃管48之外壁面設置有反射器47。此處，假設以遍及玻璃管48之整體覆蓋如圖9所示自側方至下側之270°之範圍的方式設置反射器47，則產生如下之不良情況。圖10係表示於廣範圍地設置反射器47之情形時在鹵素燈HL之重疊部位產生之現象的圖。
若以覆蓋自玻璃管48之左側方經過下側遍及右側方之外壁面之270°之範圍的方式設置反射器47，則僅玻璃管48之上側之外壁面之90°之範圍被開放。由此，自下段之鹵素燈HL之燈絲49放射之光僅自玻璃管48之上側之開放部分出射。
然而，於以覆蓋自玻璃管48之側方至下側之270°之範圍之方式設置反射器47之情形時，於鹵素燈HL上下重疊之部位，在下段之鹵素燈HL之正上方存在上段之鹵素燈HL之反射器47。因此，自下段之鹵素燈HL朝向上側出射之光藉由上段之鹵素燈HL之反射器47而朝向下側反射，再次入射至下段之鹵素燈HL之玻璃管48內。其結果，自下段之鹵素燈HL出射之光無法朝向腔室6而於下段之玻璃管48內重複多重反射，按壓燈絲49之支撐環(省略圖示)被異常加熱。若該支撐環被過度地加熱則玻璃管48熔融而 破損，大氣流入至玻璃管48內而燈絲49亦破損。
因此，於本實施形態中，關於複數個鹵素燈HL上下重疊之部位，如圖8所示，上下段均以將鹵素燈HL之玻璃管48之上側及下側之外壁面開放之方式設置反射器47。圖11係表示於以將上下開放之方式設置反射器47之情形時在鹵素燈HL之重疊部位產生之現象的圖。再者，圖10表示上段之鹵素燈HL之剖面，相對於此，圖11表示上段之鹵素燈HL之側面。
若以覆蓋玻璃管48之兩側方之外壁面之90°之範圍的方式設置反射器47，則玻璃管48之上側及下側各自之外壁面之90°之範圍被開放(圖8)。若上下段均將玻璃管48之上側及下側各自之外壁面之90°之範圍開放，則自下段之鹵素燈HL之燈絲49放射之光自玻璃管48之上側及下側兩者之開放部分出射。
又，於複數個鹵素燈HL上下重疊之部位，上段之鹵素燈HL亦為將玻璃管48之上側及下側各自之外壁面之90°之範圍開放。因此，自下段之鹵素燈HL朝向上側出射之光透過上段之鹵素燈HL之玻璃管48之下側及上側之外壁面之開放部分而自下側腔室窗64入射至腔室6內。其結果，可避免自下段之鹵素燈HL出射之光返回至下段之玻璃管48而重複多重反射此一不良情況，可防止因支撐環之異常加熱引起之玻璃管48之破損。
另一方面，如圖11所示，於複數個鹵素燈HL上下不重疊之部位，以覆蓋自玻璃管48之左側方經過下側遍及右側方之外壁面之270°之範圍的方式設置反射器47。於複數個鹵素燈HL上下不重疊之部位，自下段之鹵素燈HL朝向上側出射之光直接自下側腔室窗64入射至腔室6內，不會產生如上所述之不良情況。藉由設置此種反射器47，而自複數個鹵素燈HL出射之光之指向性提高，可使預加熱階段中之半導體晶圓W之面內溫度分佈更 均勻。
於半導體晶圓W之溫度到達至預加熱溫度T1且經過特定時間之時間點，閃光加熱部5之閃光燈FL對保持於基座74之半導體晶圓W之表面進行閃光燈光照射。此時，自閃光燈FL放射之閃光燈光之一部分直接往向腔室6內，另一部分暫時由反射器52反射後往向腔室6內，藉由該等之閃光燈光之照射而進行半導體晶圓W之閃光加熱。
閃光加熱係藉由來自閃光燈FL之閃光燈光(閃光)照射而進行，故而可使半導體晶圓W之表面溫度以短時間上升。即，自閃光燈FL照射之閃光燈光係將預先蓄積於電容器中之靜電能量轉換為極短之光脈衝且照射時間為0.1毫秒以上且100毫秒以下程度之極短且較強之閃光。而且，藉由來自閃光燈FL之閃光燈光照射被閃光加熱之半導體晶圓W之表面溫度瞬間地上升至1000℃以上之處理溫度T2為止，在注入至半導體晶圓W之雜質被活化後，表面溫度急速地下降。如此，於熱處理裝置1中，由於可將半導體晶圓W之表面溫度以極短時間升降，故而可一面抑制注入至半導體晶圓W之雜質因熱所致之擴散一面進行雜質之活化。再者，雜質之活化所需要之時間與該熱擴散所需要之時間相比較極短，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亦完成活化。
於閃光加熱處理結束之後，於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20而測定，其測定結果被傳遞至控制部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為止。而且，於半導體晶圓W之溫度降溫至特定以下為止之後，移載機構10之一對移載臂11再次自退避位置向移載動作位置水平移動並上升， 藉此頂起銷12自基座74之上表面突出而自基座74接收熱處理後之半導體晶圓W。繼而，將藉由閘閥185閉鎖之搬送開口部66開放，將載置於頂起銷12上之半導體晶圓W藉由裝置外部之搬送機器人搬出，熱處理裝置1中之半導體晶圓W之加熱處理完成。
於本實施形態中，於複數個鹵素燈HL上下重疊之部位，以將鹵素燈HL之玻璃管48之上側及下側之外壁面開放的方式設置反射器47。因此，自下段之鹵素燈HL朝向上側出射之光透過上段之鹵素燈HL之玻璃管48之下側及上側之外壁面之開放部分進而往向上方，故而防止再入射至下段之鹵素燈HL之玻璃管48內。其結果，可防止因支撐環之異常加熱引起之玻璃管48之破損。
以上，對本發明之實施形態進行了說明，但本發明只要於不脫離其主旨之範圍內除了上述實施形態以外能夠進行各種變更。例如，於複數個鹵素燈HL上下不重疊之部位，亦可以將鹵素燈HL之玻璃管48之上側及下側之外壁面開放的方式設置反射器47。於自燈絲49放射之光之能量密度較高之情形時，若如圖9所示以覆蓋自玻璃管48之左側方經過下側遍及右側方之外壁面之270°之範圍的方式設置反射器47，則有即便於上側不存在鹵素燈HL亦因支撐環之異常加熱而導致玻璃管48破損之虞。於此種情形時，於複數個鹵素燈HL上下不重疊之部位，以將鹵素燈HL之玻璃管48之上側及下側之外壁面開放的方式設置反射器47，藉此，自燈絲49放射之光自玻璃管48之上側及下側之兩者之開放部分出射而可防止玻璃管48之破損。
又，於上述實施形態中，以將玻璃管48之上側及下側各自之外壁面之90°之範圍開放的方式設置反射器47，但該開放範圍之角度並不限定於 90°。玻璃管48之上側及下側各自之外壁面之開放範圍之角度越小，出射光之指向性越高，但是出射範圍變窄而玻璃管48破損之風險亦提高。相反，玻璃管48之上側及下側各自之外壁面之開放範圍之角度越大，玻璃管48之破損風險越低，但是出射光之指向性亦變低。
又，於上述實施形態中，閃光加熱部5具備30根閃光燈FL，但並不限定於此，閃光燈FL之根數可為任意之數量。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之根數亦並不限定於40根，可為任意之數量。進而，複數個鹵素燈HL並不限定於配設為上下2段，亦可於呈平面狀排列為1段。於將複數個鹵素燈HL排列成1段之情形時，不存在鹵素燈HL上下重疊之部位，為了防止因自如上所述之燈絲49放射高能量密度之光所致之玻璃管48之破損，亦可以將鹵素燈HL之玻璃管48之上側及下側之外壁面開放的方式設置反射器47。
又，關於閃光加熱部5之閃光燈FL，與上述實施形態同樣地，亦可以將玻璃管之上側及下側之外壁面開放之方式設置反射器。藉由於閃光燈FL之玻璃管設置與上述實施形態相同之反射器，可一面提高閃光燈光之指向性一面防止玻璃管之破損。
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，亦可為液晶顯示裝置等平板顯示器中所使用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。
又，本發明之技術並不限定於閃光燈退火裝置，亦能夠應用於使用鹵素燈之單片式之燈退火裝置或CVD(Chemical Vapor Deposition，化學 氣相沈積)裝置。於此種燈退火裝置中，亦可於腔室之上方配設與上述實施形態相同之複數個鹵素燈。於在腔室之上方配設複數個鹵素燈之情形時，關於鹵素燈HL上下不重疊之部位，以僅將鹵素燈HL之玻璃管48之下側之外壁面開放之方式設置反射器47。
進而，根據鹵素燈HL之設置形態，未必需要以將玻璃管48之上側及下側之外壁面開放之方式設置反射器47，亦可以將玻璃管48之徑向之一側及與其相反之另一側之外壁面開放的方式設置反射器47。
又，於上述實施形態中，使用燈絲方式之鹵素燈HL作為連續1秒以上發光之連續點亮燈進行半導體晶圓W之預加熱，但並不限定於此，亦可代替鹵素燈HL而使用放電型之電弧燈(例如氙弧燈)作為連續點亮燈進行預加熱。於該情形時，只要將與上述實施形態相同之反射器47設置於放電型之電弧燈即可。
47:反射器
48:玻璃管
49:燈絲
HL:鹵素燈

Claims (3)

  1. 一種熱處理裝置，其特徵在於：其係藉由對基板照射光而將該基板加熱之熱處理裝置，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；及複數個棒狀燈，其等設置於上述腔室之上方或下方，且對保持於上述保持部之上述基板照射光；上述複數個棒狀燈呈上下2段配設成格子狀，上述複數個棒狀燈之各者具備：圓筒形狀之玻璃管；及反射器，其設置於上述玻璃管之外壁面；上述反射器於上述複數個棒狀燈上下重疊之部位，以將上述玻璃管之上側及下側之上述外壁面開放之方式設置。
  2. 如請求項1之熱處理裝置，其中上述反射器於上述複數個棒狀燈上下不重疊之部位中，以將上述玻璃管之上側或下側之上述外壁面開放之方式設置。
  3. 如請求項1或2之熱處理裝置，其中上述棒狀燈為連續點亮燈。
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