TWI713118B - 熱處理裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可利用簡易之構成防止有害物質排出至外部的熱處理裝置。 於排出腔室內之氣體之氣體排氣管之路徑中途設置有截留盒90。因腔室內之加熱處理自半導體晶圓釋放之包含砷之氣體流入截留盒90，藉由散熱器92被冷卻，藉此，使砷以固體之形式析出。藉由使經冷卻之氣流碰撞截留板95，使所析出之砷附著於截留板95而將其捕獲。將已捕獲去除砷之無害氣體排出至裝置外部。藉由於框體91之內部設置散熱器92及截留板95這一簡易之構成便可防止有害物質排出至外部。

Description

熱處理裝置

本發明係關於一種藉由光照射等加熱半導體晶圓等薄板狀精密電子基板(以下，簡稱為「基板」)之熱處理裝置。

於半導體器件之製造製程中，以極短時間加熱半導體晶圓之閃光燈退火(FLA)正受到關注。閃光燈退火係使用氙氣閃光燈(以下，當簡稱為「閃光燈」時意為氙氣閃光燈)對半導體晶圓之表面照射閃光，藉此僅使半導體晶圓之表面以極短時間(數毫秒以下)升溫的熱處理技術。

氙氣閃光燈之放射分光分佈為紫外線區域至近紅外線區域，波長較先前之鹵素燈更短，與矽之半導體晶圓之基礎吸收帶大致一致。因此，當自氙氣閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，透過光較少，可使半導體晶圓急速升溫。又，亦發現數毫秒以下之極短時間之閃光照射可僅使半導體晶圓之表面附近選擇性地升溫。

此種閃光燈退火被用於需要極短時間之加熱之處理，例如注入至半導體晶圓之雜質之活化為其典型。若自閃光燈對已藉由離子注入法注入雜質之半導體晶圓之表面照射閃光，則可使該半導體晶圓之表面以極短時間升溫至活化溫度，從而可僅執行雜質活化而不使雜質擴散至深處。

另一方面，典型而言，半導體器件係使用矽形成者，隨著其達到微細化之極限，近年來，亦盛行嘗試以矽之代替材料形成半導體器件。鍺及砷化鎵(GaAs)等半導體相較於矽移動度更高，若使用該等材料形成電晶體，則可製作性能較矽更高之半導體器件。例如，於專利文獻1中，揭示有藉由對使砷化鎵之半導體薄膜含有錫、鍺、鉛等而成者進行閃光燈退火，獲得高載子移動率及高品質之半導體薄膜。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2002-252174號公報

[發明所欲解決之問題]

然而，發現當將砷化鎵半導體加熱至400℃以上時，砷(As)會因外側擴散自半導體薄膜釋放。於閃光燈退火中，雖然時間短，但半導體薄膜亦會達到400℃以上之溫度區域，因此擔心砷會因外側擴散而釋放。眾所周知，微量之砷亦有害。

因此，要求加熱時釋放之砷不自閃光燈退火裝置排出至外部。通常，作為用以使砷等有害物質不發散至大氣中之對策，於工廠排氣裝置連接有洗氣器及排除裝置。然而，就成本效率及佔據面積之觀點而言，將此種洗氣器及排除裝置組入閃光燈退火裝置是不現實的。

本發明係鑒於上述問題而完成者，目的在於提供一種可利用簡易之構成防止有害物質排出至外部的熱處理裝置。 [解決問題之技術手段]

為了解決上述問題，技術方案1之發明係一種加熱基板之熱處理裝置，其特徵在於具備：腔室，其收容基板；加熱源，其加熱上述腔室內所收容之上述基板；排氣路徑，其將上述腔室內之氣體排出；及截留部，其設置於上述排氣路徑，捕獲上述氣體中所包含之物質；且上述截留部於框體之內部設置有對通過該框體之氣流進行冷卻之冷卻部。

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，其特徵在於：上述截留部於上述框體之內部進而具備使經上述冷卻部冷卻之氣流碰撞之截留板。

又，技術方案3之發明係如技術方案2之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述截留部於上述框體之內部進而具備收容捕集基板之收容部，該捕集基板使藉由上述冷卻部對上述氣流進行冷卻而析出之上述物質附著。

又，技術方案4之發明係如技術方案1之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述加熱源具備對基板照射光進行加熱之燈。

又，技術方案5之發明係如技術方案1至技術方案4中任一項發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述物質為砷。 [發明之效果]

根據技術方案1至技術方案5之發明，設置於排氣路徑之截留部係於框體之內部設置有對通過該框體之氣流進行冷卻之冷卻部，因此可使氣體中所包含之物質以固體之形式析出並將其捕獲，從而可利用簡易之構成防止有害物質排出至外部。

尤其，根據技術方案2之發明，截留部具備使經冷卻部冷卻之氣流碰撞之截留板，因此可更加確實地捕獲有害物質。

尤其，根據技術方案3之發明，截留部具備收容捕集基板之收容部，該捕集基板使藉由冷卻部對氣流進行冷卻而析出之物質附著，因此可藉由對捕集基板進行分析來確認有害物質之捕獲。

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係閃光燈退火裝置，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。作為處理對象之半導體晶圓W之尺寸並無特別限定，例如為ϕ 300 mm或ϕ 450 mm(於本實施形態中為ϕ 300 mm)。於搬入熱處理裝置1前之半導體晶圓W形成有砷化鎵半導體薄膜，藉由利用熱處理裝置1進行之加熱處理來執行注入砷化鎵之雜質之活化。再者，於圖1及以下之各圖中，為了便於理解，視需要誇張或簡化地描繪各部之尺寸或數量。

熱處理裝置1具備收容半導體晶圓W之腔室6、內置複數個閃光燈FL之閃光加熱部5、及內置複數個鹵素燈HL之鹵素加熱部4。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於腔室6之內部具備：保持部7，其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。又，熱處理裝置1具備截留盒90，該截留盒90從自腔室6排出之氣體去除有害物質砷。進而，熱處理裝置1具備控制部3，該控制部3控制鹵素加熱部4、閃光加熱部5及設置於腔室6之各動作機構，使其等執行半導體晶圓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之頂板部之上側腔室窗63為以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內之石英窗發揮功能。又，構成腔室6之底板部之下側腔室窗64亦為以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均形成為圓環狀。上側之反射環68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藉由自腔室側部61之下側嵌入並以省略圖示之螺釘固定而安裝。即，反射環68、69均裝卸自如地安裝於腔室側部61。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包圍之空間規定為熱處理空間65。

藉由於腔室側部61安裝反射環68、69，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異之金屬材料(例如不鏽鋼)形成。

又，於腔室側部61，形設有用以相對於腔室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可藉由閘閥185開閉。搬送開口部66連通連接於凹部62之外周面。因此，當閘閥185使搬送開口部66打開時，可進行半導體晶圓W自搬送開口部66通過凹部62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，當閘閥185使搬送開口部66關閉時，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係用以將自下述基座74所保持之半導體晶圓W之下表面放射之紅外光導引至放射溫度計20的圓筒狀之孔。貫通孔61a係以其貫通方向之軸與基座74所保持之半導體晶圓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面向熱處理空間65之側之端部，安裝有使可由放射溫度計20測定之波長區域之紅外光透過的包含氟化鋇材料之透明窗21。

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更上側之位置，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，介插有供氣閥84。當供氣閥84打開時，自處理氣體供給源85對緩衝空間82輸送處理氣體。流入緩衝空間82之處理氣體以於流體阻力較氣體供給孔81更小之緩衝空間82內擴散之方式流動，自氣體供給孔81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之內壁下部形設有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排氣孔86。氣體排氣孔86形設於較凹部62更下側之位置，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之路徑中途介插有排氣閥89及截留盒90。當排氣閥89打開時，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。再者，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。

作為排氣部190，可使用真空泵或設置熱處理裝置1之工廠之排氣設施。若採用真空泵作為排氣部190，於關閉供氣閥84不自氣體供給孔81進行任何氣體供給之狀態下將成為密閉空間之熱處理空間65之氣體排出，則可將腔室6內減壓至真空環境。又，於未使用真空泵作為排氣部190之情形時，藉由於不自氣體供給孔81進行氣體供給之狀態下進行排氣，亦可將腔室6內減壓至未達大氣壓之氣壓。

圖8係表示截留盒90之構成之立體圖。又，圖9係截留盒90之前視圖，圖10係截留盒90之俯視圖。於圖8～圖10之各圖中，為了使其等之方向關係明確，標註有以Z軸方向作為鉛垂方向，以XY平面作為水平面之XYZ正交座標系統。

截留盒90設置於氣體排氣管88之路徑中途。截留盒90之設置位置並無特別限定，較佳為設置於氣體排氣管88之路徑中途儘可能靠近腔室6之氣體排氣孔86之位置。

截留盒90於框體91之內部具備散熱器92、截留板95及晶圓收容部96作為主要構成要素。框體91為中空之長方體形狀之箱。於框體91設置有將氣體引入內部之供氣口97及將內部之氣體排出之排氣口98。供氣口97及排氣口98連接於導引自腔室6排出之氣體的氣體排氣管88。

散熱器92係以分隔框體91之內部空間之方式設置於框體91之截面(YZ截面)之整個面。散熱器92具備複數根冷卻管93、以及省略圖示之貯槽及循環泵。複數根冷卻管93隔開特定間隔平行排列地配置。複數根冷卻管93之各者係藉由導熱性優異之材質、例如鋁形成。構成為使貯存於貯槽中之調節為特定溫度之冷卻液(例如冷卻水)藉由循環泵於複數根冷卻管93內流動循環。藉由流動有冷卻液之冷卻管93對通過複數根冷卻管93之間之氣體進行冷卻。散熱器92係設置於框體91之截面整個面，因此對通過框體91之氣流整體進行冷卻。再者，為了提高散熱器92之冷卻效率，可將冷卻管93設為表面積較大之蜿蜒形狀，亦可將複數根冷卻管93配置為格子狀。

截留板95係於框體91之內部與散熱器92平行設置之板狀構件。如圖8及圖9所示，截留板95係以遮蔽框體91之截面(YZ截面)之上部之方式設置。因此，於設置有截留板95之框體91之截面，截留板95之下方敞開。截留板95之材質並無特別限定，例如可使用氯乙烯樹脂。

散熱器92及截留板95對於框體91可裝卸地設置。因此，可視需要更換散熱器92及截留板95。

晶圓收容部96於框體91之內部設置於截留板95之下方。晶圓收容部96於截留板95之下方以水平姿勢載置測量用晶圓MW。即，晶圓收容部96對於截留板95垂直地載置測量用晶圓MW。測量用晶圓MW係具有與一般半導體晶圓W相同之形狀及尺寸之矽基板。但，於測量用晶圓MW未形成圖案或實施成膜處理。

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及基座74而構成。基台環71、連結部72及基座74均以石英形成。即，保持部7之整體係以石英形成。

基台環71係圓環形狀缺損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相互干涉而設置。基台環71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係藉由設置於基台環71之4個連結部72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具有較半導體晶圓W更大之平面尺寸。

於保持板75之上表面周緣部設置有導環76。導環76係具有較半導體晶圓W之直徑更大之內徑的圓環形狀之構件。例如，於半導體晶圓W之直徑為ϕ 300 mm之情形時，導環76之內徑為ϕ 320 mm。導環76之內周成為自保持板75朝向上方擴展之傾斜面。導環76以與保持板75同樣之石英形成。導環76既可熔接於保持板75之上表面，亦可藉由另外加工之銷等固定於保持板75。或者，亦可將保持板75與導環76加工為一體之構件。

保持板75之上表面中較導環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。於本實施形態中，沿與保持面75a之外周圓(導環76之內周圓)為同心圓之圓周上，每隔30°立設有共計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ϕ 300 mm則其為ϕ 270 mm～ϕ 280 mm(於本實施形態中為ϕ 270 mm)。各基板支持銷77係以石英形成。複數個基板支持銷77既可熔接設置於保持板75之上表面，亦可與保持板75加工為一體。

返回圖2，立設於基台環71之4個連結部72與基座74之保持板75之周緣部係藉由熔接固著。即，基座74與基台環71係藉由連結部72而固定地連結。此種保持部7之基台環71被支持於腔室6之壁面，藉此將保持部7安裝於腔室6。於保持部7安裝於腔室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。

搬入腔室6之半導體晶圓W係以水平姿勢被載置並保持於安裝於腔室6之保持部7之基座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被支持並保持於基座74。更嚴密而言，12個基板支持銷77之上端部與半導體晶圓W之下表面接觸從而支持該半導體晶圓W。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)均等，因此可藉由12個基板支持銷77將半導體晶圓W支持為水平姿勢。

又，半導體晶圓W係藉由複數個基板支持銷77而與保持板75之保持面75a隔開特定間隔被支持。導環76之厚度大於基板支持銷77之高度。因此，利用導環76防止藉由複數個基板支持銷77所支持之半導體晶圓W於水平方向上錯位。

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係為了使放射溫度計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，從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為如沿著大致圓環狀之凹部62之圓弧形狀。於各移載臂11立設有2根頂起銷12。移載臂11及頂起銷12係以石英形成。各移載臂11可藉由水平移動機構13旋動。水平移動機構13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)與俯視時與保持部7所保持之半導體晶圓W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，既可為藉由單獨之馬達使各移載臂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藉由升降機構14與水平移動機構13共同升降移動。當升降機構14使一對移載臂11上升至移載動作位置時，共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，當升降機構14使一對移載臂11下降至移載動作位置，使頂起銷12自貫通孔79抽出，且水平移動機構13使一對移載臂11以打開之方式移動時，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。基台環71係載置於凹部62之底面，因此移載臂11之退避位置成為凹部62之內側。再者，於移載機構10之設置有驅動部(水平移動機構13及升降機構14)之部位附近亦設置有省略圖示之排氣機構，構成為將移載機構10之驅動部周邊之氣體排出至腔室6之外部。

返回圖1，設置於腔室6之上方之閃光加熱部5係於框體51之內側具備包含複數根(於本實施形態中為30根)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之框體51之底部安裝有燈光放射窗53。構成閃光加熱部5之底板部之燈光放射窗53係以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，燈光放射窗53成為與上側腔室窗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向熱處理空間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，以各者之長度方向沿保持部7所保持之半導體晶圓W之主面(即沿水平方向)相互平行之方式排列為平面狀。因此，藉由閃光燈FL之排列所形成之平面亦為水平面。排列複數個閃光燈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：棒狀之玻璃管(放電管)，於其內部封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；觸發電極，其附設於該玻璃管之外周面上。氙氣為電性絕緣體，因此即便電容器中儲存有電荷，於通常狀態下玻璃管內亦無電氣流動。然而，於對觸發電極施加高電壓而破壞絕緣之情形時，電容器中所儲存之電氣瞬間流入玻璃管內，藉由此時之氙氣原子或分子之激發釋放出光。此種氙氣閃光燈FL具有如下特徵：預先儲存於電容器中之靜電能量被轉換為0.1毫秒至100毫秒之極短之光脈衝，因此與如鹵素燈HL般連續點亮之光源相比可照射極強之光。即，閃光燈FL係以未達1秒之極短時間瞬間發光之脈衝發光燈。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進行調整。

又，反射器52係以於複數個閃光燈FL之上方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出射之閃光反射至熱處理空間65之側。反射器52係以鋁合金板形成，其表面(面向閃光燈FL之側之面)藉由噴擊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於框體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之光照射從而加熱半導體晶圓W。

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分上下2段配置。於靠近保持部7之上段配設有20根鹵素燈HL，並且於較上段距保持部7更遠之下段亦配設有20根鹵素燈HL。各鹵素燈HL為具有長條之圓筒形狀之棒狀燈。於上段、下段，20根鹵素燈HL均以各者之長度方向沿保持部7所保持之半導體晶圓W之主面(即沿水平方向)相互平行之方式排列。因此，於上段、下段，藉由鹵素燈HL之排列所形成之平面均為水平面。

又，如圖7所示，於上段、下段均為相較於與保持部7所保持之半導體晶圓W之中央部對向之區域，與周緣部對向之區域中鹵素燈HL之配設密度更高。即，於上下段均為燈排列之周緣部與中央部相比鹵素燈HL之配設間距更短。因此，可對於藉由來自鹵素加熱部4之光照射進行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，包含上段之鹵素燈HL之燈組與包含下段之鹵素燈HL之燈組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之長度方向與配置於下段之20根鹵素燈HL之長度方向相互正交之方式配設有共計40根鹵素燈HL。

鹵素燈HL係藉由對配設於玻璃管內部之燈絲通電來使燈絲白熾化從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導入微量之鹵素元素(碘、溴等)而成之氣體。藉由導入鹵素元素，可抑制燈絲之折損並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更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為棒狀燈因而壽命長，藉由將鹵素燈HL沿水平方向配置，向上方之半導體晶圓W之放射效率變得優異。

又，鹵素加熱部4之框體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將自複數個鹵素燈HL出射之光向熱處理空間65之側反射。

控制部3控制設置於熱處理裝置1之上述各種動作機構。控制部3之作為硬體之構成與一般電腦相同。即，控制部3具備：CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)，其係進行各種運算處理之電路；ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)，其係記憶基本程式之讀出專用記憶體；RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)，其係記憶各種資訊之讀寫自由之記憶體；及磁碟，其記憶有控制用軟體及資料等。藉由使控制部3之CPU執行特定之處理程式而使熱處理裝置1中之處理得以進行。

除上述之構成以外，熱處理裝置1為了防止於半導體晶圓W之熱處理時自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能導致鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之溫度過度上升，亦具備各種冷卻用構造。例如，於腔室6之壁體設置有水冷管(圖示省略)。又，鹵素加熱部4及閃光加熱部5設為於內部形成氣流進行散熱之空冷構造。又，亦對上側腔室窗63與燈光放射窗53之間隙供給空氣，從而對閃光加熱部5及上側腔室窗63進行冷卻。

其次，對熱處理裝置1中之處理動作進行說明。首先，對針對作為處理對象之半導體晶圓W進行之熱處理之程序進行說明。此處，作為處理對象之半導體晶圓W係於矽基材上形成有砷化鎵半導體薄膜之半導體基板。藉由利用熱處理裝置1進行之閃光照射加熱處理(退火)執行該注入砷化鎵半導體薄膜之雜質之活化。以下說明之半導體晶圓W之處理程序係藉由控制部3控制熱處理裝置1之各動作機構而得以進行。

首先，打開供氣閥84，並且打開排氣閥89，開始對腔室6內進行供氣及排氣。當供氣閥84打開時，自氣體供給孔81對熱處理空間65供給氮氣。又，當排氣閥89打開時，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之上部供給之氮氣流向下方，並自熱處理空間65之下部排出。

繼而，打開閘閥185從而打開搬送開口部66，藉由裝置外部之搬送機器人經由搬送開口部66將作為處理對象之半導體晶圓W搬入腔室6內之熱處理空間65。此時，有伴隨半導體晶圓W之搬入捲入裝置外部之氣體之虞，不過由於持續對腔室6供給氮氣，因此氮氣會自搬送開口部66流出，從而可將此種外部氣體之捲入抑制到最低限度。

藉由搬送機器人所搬入之半導體晶圓W前進至保持部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並上升至移載動作位置，藉此使頂起銷12通過貫通孔79，自基座74之保持板75之上表面突出從而接收半導體晶圓W。此時，頂起銷12上升至較基板支持銷77之上端更上方。

半導體晶圓W被載置於頂起銷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關閉。然後，一對移載臂11下降，藉此將半導體晶圓W自移載機構10交付至保持部7之基座74，自下方將其保持為水平姿勢。半導體晶圓W係藉由立設於保持板75上之複數個基板支持銷77支持並保持於基座74。又，半導體晶圓W係以形成有砷化鎵半導體薄膜之表面為上表面保持於保持部7。藉由複數個基板支持銷77所支持之半導體晶圓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藉由以石英形成之保持部7之基座74自下方被保持為水平姿勢後，鹵素加熱部4之40根鹵素燈HL一齊點亮開始預備加熱(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及基座74，照射至半導體晶圓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被預備加熱從而溫度上升。再者，由於移載機構10之移載臂11已退避至凹部62之內側，因而不會對藉由鹵素燈HL進行之加熱造成阻礙。

藉由鹵素燈HL進行預備加熱時，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，測定升溫中之晶圓溫度。所測定之半導體晶圓W之溫度傳送至控制部3。控制部3一面監視藉由來自鹵素燈HL之光照射升溫之半導體晶圓W之溫度是否達到特定預備加熱溫度T1，一面控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於放射溫度計20所得之測定值，以使半導體晶圓W之溫度成為預備加熱溫度T1之方式對鹵素燈HL之輸出進行反饋控制。

當半導體晶圓W之溫度達到預備加熱溫度T1後，控制部3使半導體晶圓W暫時維持該預備加熱溫度T1。具體而言，於藉由放射溫度計20所測定之半導體晶圓W之溫度達到預備加熱溫度T1之時點，控制部3調整鹵素燈HL之輸出，將半導體晶圓W之溫度大致維持於預備加熱溫度T1。

藉由利用此種鹵素燈HL進行預備加熱，使半導體晶圓W之整體均勻升溫至預備加熱溫度T1。於藉由鹵素燈HL進行預備加熱之階段，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得更低之傾向，但鹵素加熱部4中之鹵素燈HL之配設密度係相較於與基板W之中央部對向之區域，與周緣部對向之區域更高。因此，對容易產生散熱之半導體晶圓W之周緣部照射之光量變多，可使預備加熱階段之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻。

於半導體晶圓W之溫度達到預備加熱溫度T1並經過特定時間之時點，閃光加熱部5之閃光燈FL對基座74所保持之半導體晶圓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，另一部分被反射器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之閃光加熱。

閃光加熱係藉由自閃光燈FL之閃光(flash light)照射進行，因此可使半導體晶圓W之表面溫度以短時間上升。即，自閃光燈FL照射之閃光係使預先儲存於電容器之靜電能量轉換為極短之光脈衝的照射時間約為0.1毫秒以上100毫秒以下之極短之強閃光。於是，藉由自閃光燈FL之閃光照射被閃光加熱之半導體晶圓W之表面溫度瞬間上升至處理溫度T2，使注入半導體晶圓W之雜質活化後，表面溫度急速下降。如此，於熱處理裝置1中，可使半導體晶圓W之表面溫度以極短時間升降，因此可進行雜質之活化同時抑制注入半導體晶圓W之雜質因熱擴散。再者，雜質之活化所需之時間與熱擴散所需之時間相比極短，因此即便為不發生擴散之約0.1毫秒至100毫秒之短時間亦使活化得以完成。

閃光加熱處理結束後，特定時間經過後鹵素燈HL熄滅。藉此，半導體晶圓W自預備加熱溫度T1急速降溫。降溫中之半導體晶圓W之溫度係藉由放射溫度計20測定，其測定結果傳送至控制部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。然後，當半導體晶圓W之溫度降至特定以下後，移載機構10之一對移載臂11再次自退避位置水平移動並上升至移載動作位置，藉此使頂起銷12自基座74之上表面突出，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關閉之搬送開口部66打開，藉由裝置外部之搬送機器人將載置於頂起銷12上之半導體晶圓W搬出，從而熱處理裝置1中之半導體晶圓W之加熱處理結束。

且說，於本實施形態中，進行形成有砷化鎵半導體薄膜之半導體晶圓W之加熱處理。已知當砷化鎵被加熱至400℃以上時，砷會因外側擴散自半導體薄膜釋放。若上述預備加熱溫度T1為400℃以上，則於藉由鹵素燈HL進行預備加熱時便會自半導體晶圓W釋放出砷。又，若處理溫度T2為400℃以上，則即便時間短，於藉由閃光燈FL進行閃光加熱時亦會自半導體晶圓W釋放出砷。自半導體晶圓W釋放之砷以氣體之形式存在於腔室6內之熱處理空間65。即便微量之砷亦有害，必須使自半導體晶圓W釋放之砷不排出至熱處理裝置1之外部。

因此，於熱處理裝置1設置有截留盒90。當排氣閥89打開時，包含砷之腔室6內之氣體自氣體排氣孔86向氣體排氣管88排出。包含砷之氣體流經氣體排氣管88，自供氣口97流入截留盒90之內部。如圖9所示，自供氣口97流入截留盒90之內部之氣體穿過散熱器92之複數根冷卻管93之間。包含砷之氣體穿過複數根冷卻管93之間時被冷卻至室溫，藉此，使氣體之砷以固體之形式析出。

繼而，經散熱器92冷卻之氣流碰撞截留板95。如圖9所示，碰撞截留板95之氣流改變流向朝向打開之截留板95之下方。此時，藉由使冷卻析出之固體之砷附著於截留板95而將其捕獲。

朝向截留板95之下方之氣流越過截留板95下方之敞開部分向截留盒90之裏側流動。此時，氣流亦與載置於晶圓收容部96之測量用晶圓MW之表面接觸，於是析出之固體砷之一部分亦附著於測量用晶圓MW之表面。又，被截留板95捕獲之砷之一部分掉落至測量用晶圓MW之表面。

越過截留板95之下方之氣流自排氣口98再次流出至氣體排氣管88，向排氣部190排出。自截留盒90之供氣口97流入之氣體原本包含之砷因被散熱器92冷卻而以固體之形式析出，該析出之砷附著於截留板95及測量用晶圓MW被捕獲。因此，自截留盒90之排氣口98流出之氣體便不包含有害之砷，無害之氣體自排氣部190排出至熱處理裝置1之外部。

如此，砷雖然有害，但其具有藉由冷卻至約室溫便以固體之形式析出之特性。本發明係利用此種砷之特性而完成者，藉由以散熱器92對自腔室6排出之氣體進行冷卻，使砷以固體之形式析出從而將其捕獲，藉此去除有害之砷。而且，於本實施形態中，藉由於框體91之內部設置散熱器92及截留板95這一簡易構成之截留盒90便將加熱處理時自半導體晶圓W釋放之砷回收且無害化。因此，無須組入洗氣器或特殊之排除裝置等，可利用簡易之構成防止有害物質砷向外部之排出。

又，可藉由取出載置於晶圓收容部96之測量用晶圓MW，對附著於該測量用晶圓MW之表面之粒子進行分析來確認砷是否析出且被捕獲。於未能自測量用晶圓MW之表面檢測到砷、或砷之檢測量顯著變少之情形時，懷疑可能未能藉由截留盒90充分回收砷。

又，散熱器92及截留板95設置為可裝卸，因此可於適當之時機更換因附著有析出之砷而被污染之散熱器92及截留板95。散熱器92及截留板95可定期更換，亦可基於污染狀況更換。

以上，對本發明之實施形態進行了說明，但本發明可於不脫離其主旨之範圍內進行上述以外之各種變更。例如，於上述實施形態中，於框體91之內部具備散熱器92、截留板95及晶圓收容部96，但截留板95及晶圓收容部96並非必需要素，至少於框體91之內部設置散熱器92即可。若至少設置有散熱器92，則可使自腔室6排出之氣體冷卻從而使砷以固體之形式析出，於是便可藉由框體91之內壁面捕獲該砷。如此，亦可防止砷向外部之排出。當然，如上述實施形態般設置截留板95可更加確實地捕獲並回收析出之砷。

又，於上述實施形態中，藉由具備複數根冷卻管93之散熱器92對氣流進行冷卻，但並不限定於此，例如亦可藉由珀爾帖元件等其他冷卻機構對氣流進行冷卻。

又，亦可將腔室6內設為減壓環境來進行半導體晶圓W之加熱處理。於該情形時，亦可利用截留盒90使自半導體晶圓W釋放之砷析出並將其捕獲，藉此可獲得與上述實施形態同樣之效果。但當將腔室6內設為減壓環境時，截留盒90之內部亦成為未達大氣壓之減壓狀態，因此截留板95之材質較佳為於減壓下亦可使用之金屬材料。

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之根數可設為任意數量。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之根數亦不限定於40根，可設為任意數量。

又，於上述實施形態中，使用燈絲方式之鹵素燈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之預備加熱，但並不限定於此，亦可代替鹵素燈HL使用放電型之弧燈(例如氙氣弧燈)作為連續點亮燈進行預備加熱。

又，加熱半導體晶圓W之加熱源並不限定於燈，例如亦可藉由具備加熱器之加熱板來加熱半導體晶圓W。

又，作為熱處理裝置1之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所使用之玻璃基板及太陽電池用基板。形成於基板之膜並不限定於砷化鎵，只要為包含砷之膜即可。進而，並不限定於砷，本發明之技術適用於釋放藉由冷卻以固體之形式析出之有害物質的基板之熱處理。

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 20‧‧‧放射溫度計 21‧‧‧透明窗 41‧‧‧框體 43‧‧‧反射器 51‧‧‧框體 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‧‧‧供氣閥 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‧‧‧排氣閥 90‧‧‧截留盒 91‧‧‧框體 92‧‧‧散熱器 93‧‧‧冷卻管 95‧‧‧截留板 96‧‧‧晶圓收容部 97‧‧‧供氣口 98‧‧‧排氣口 185‧‧‧閘閥 190‧‧‧排氣部 FL‧‧‧閃光燈 HL‧‧‧鹵素燈 MW‧‧‧測量用晶圓 W‧‧‧半導體晶圓 X‧‧‧方向 Y‧‧‧方向 Z‧‧‧方向

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係表示截留盒之構成之立體圖。 圖9係截留盒之前視圖。 圖10係截留盒之俯視圖。

90‧‧‧截留盒

91‧‧‧框體

92‧‧‧散熱器

93‧‧‧冷卻管

95‧‧‧截留板

96‧‧‧晶圓收容部

97‧‧‧供氣口

98‧‧‧排氣口

MW‧‧‧測量用晶圓

X‧‧‧方向

Y‧‧‧方向

Z‧‧‧方向

Claims (4)

1. 一種熱處理裝置，其特徵在於：其係加熱基板者，且其具備：腔室，其收容基板；加熱源，其加熱上述腔室內所收容之上述基板；排氣路徑，其將上述腔室內之氣體排出；及截留部，其設置於上述排氣路徑，捕獲上述氣體中所包含之砷；且上述截留部於框體之內部設置有對通過該框體之氣流進行冷卻以使砷析出之冷卻部。
2. 如請求項1之熱處理裝置，其中上述截留部於上述框體之內部進而具備使經上述冷卻部冷卻之氣流碰撞之截留板。
3. 如請求項2之熱處理裝置，其中上述截留部於上述框體之內部進而具備收容捕集基板之收容部，該捕集基板使藉由上述冷卻部對上述氣流進行冷卻而析出之砷附著。
4. 如請求項1之熱處理裝置，其中上述加熱源具備對基板照射光進行加熱之燈。

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