TW201812978A - 熱處理裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種能夠防止閃光照射時之基板之污染的熱處理裝置。 於收容半導體晶圓W之腔室6之內壁面安裝環狀之支持部68，藉由該支持部68支持基座74。當於基座74載置半導體晶圓W時，腔室6之內側空間被分離為上部空間65與下部空間67。雖於構成腔室6之地板部之下側腔室窗64容易沈積微粒，但由於上部空間65與下部空間67分離，故而即便於閃光照射時下側腔室窗64之微粒被捲起，亦能夠防止該微粒流入至上部空間65並附著於半導體晶圓W之正面而污染該半導體晶圓W之情況。

Description

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」)照射光而將該基板加熱之熱處理裝置。

於半導體器件之製程中，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，雜質導入一般藉由離子澆灌法及其後之退火法而進行。離子澆灌法係使硼(B)、砷(As)、磷(P)等雜質元素離子化並以高加速電壓碰撞至半導體晶圓而物理性地進行雜質注入之技術。所注入之雜質係藉由退火處理而被活化。此時，若退火時間為數秒程度以上，則有如下擔憂：所澆灌之雜質因熱而深度擴散，其結果，接面深度相較於要求變得過深而對良好之器件形成產生障礙。 因此，作為在極短時間內將半導體晶圓加熱之退火技術，近年來閃光燈退火(FLA，flash lamp anneal)受到關注。閃光燈退火係如下一種熱處理技術：藉由使用氙氣閃光燈(以下，於僅設為「閃光燈」時意指氙氣閃光燈)對半導體晶圓之正面照射閃光而僅使被注入有雜質之半導體晶圓之正面於極短時間(數毫秒以下)內升溫。 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，波長較先前之鹵素燈短，與矽之半導體晶圓之基礎吸收帶大致一致。由此，於自氙氣閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，透過光較少而能夠使半導體晶圓迅速地升溫。又，亦判明若為數毫秒以下之極短時間之閃光照射，則能夠選擇性地僅使半導體晶圓之正面附近升溫。因此，若為利用氙氣閃光燈之極短時間之升溫，則能夠於不使雜質深度擴散之情況下僅執行雜質活化。 作為使用此種氙氣閃光燈之熱處理裝置，於專利文獻1中揭示有一種對支持於石英製之基座上之半導體晶圓進行閃光加熱之技術。專利文獻1所揭示之裝置係鹵素燈自載置於基座上之半導體晶圓之下表面進行光照射而對半導體晶圓進行預加熱之後，自閃光燈對晶圓正面照射閃光而進行閃光加熱。又，於專利文獻1所揭示之裝置中，將支持於收容半導體晶圓之腔室之基台與基座藉由複數個連結部連結而設置基座。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2012-191110號公報

[發明所欲解決之問題] 於如專利文獻1所揭示之熱處理裝置中，在經密閉之腔室內收容半導體晶圓並進行加熱處理，於構成該腔室之地板部分之下側腔室窗容易沈積微粒。由於閃光燈會瞬間地照射具有較大能量之閃光，故而有時會於照射時對腔室亦造成衝擊而將沈積於下側腔室窗之微粒捲起。若因閃光照射而被捲起之微粒附著於半導體晶圓之正面，則會產生該半導體晶圓被污染之問題。 本發明係鑒於上述問題而完成者，目的在於提供一種能夠防止閃光照射時之基板之污染的熱處理裝置。 [解決問題之技術手段] 為了解決上述問題，技術方案1之發明係一種熱處理裝置，其係藉由對基板照射閃光而將該基板加熱者，其特徵在於具備：腔室，其收容基板；環狀之支持構件，其安裝於上述腔室之內壁面；板狀之石英基座，其由上述支持構件支持；及閃光燈，其對由上述基座支持之基板照射閃光。 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：上述支持構件係以覆蓋上述腔室之內壁面之上部之方式裝卸自如地安裝。 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：上述支持構件之內周面係製成鏡面。 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裝置，其特徵在於：上述支持構件由鋁或不鏽鋼形成。 又，技術方案5之發明係如技術方案3之發明之熱處理裝置，其特徵在於：進而具備鹵素燈，該鹵素燈自與上述閃光燈為相反之側對由上述基座支持之基板照射光。 [發明之效果] 根據技術方案1至技術方案5之發明，由於將板狀之基座支持於環狀之支持構件，該環狀之支持構件係安裝於收容基板之腔室之內壁面，故而將腔室內分離為上下2個空間，從而能夠防止於閃光照射時於下部空間被捲起之微粒附著於基板之正面而污染該基板之情況。 尤其是，根據技術方案3之發明，由於將支持構件之內周面製成鏡面，故而自閃光燈出射之閃光於支持構件之內周面被反射而到達至基板之正面，從而能夠使基板之正面溫度進一步升溫。

以下，一面參照圖式一面對本發明之實施形態進行詳細說明。 圖1係表示本發明之熱處理裝置1之構成之縱截面圖。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之尺寸並無特別限定，例如為300 mm或450 mm。再者，於圖1及以後之各圖中，為了容易理解，而視需要將各部分之尺寸及數量誇大或簡化描繪。 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之內部具備將半導體晶圓W呈水平姿勢保持之基座74、及於基座74與裝置外部之間進行半導體晶圓W之交接之移載機構10。進而，熱處理裝置1具備控制部3，該控制部3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，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具有上下開口之大致筒形狀，於上側開口裝設上側腔室窗63而將其封閉，於下側開口裝設下側腔室窗64而將其封閉。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。於上側腔室窗63之下表面周緣部與腔室側部61之間夾入O形環，並且使夾環(clamp ring)62抵接於上側腔室窗63之上表面周緣部，而將該夾環62螺固於腔室側部61，藉此，將上側腔室窗63裝設於腔室6。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之內壁面安裝有環狀之支持部68。圖2係支持部68之立體圖。支持部68形成為圓環形狀。於圖2中，為了理解支持部68之剖面形狀而示出支持部68之一部分之立體圖。支持部68係藉由自腔室側部61之上側嵌入而裝設。即，支持部68係裝卸自如地安裝於腔室6之內壁面。如圖1所示，藉由將支持部68裝設於腔室6，從而腔室6之內壁面之上部被環狀之支持部68覆蓋。 支持部68係由鋁或不鏽鋼形成。又，支持部68之內周面係藉由電解鍍鎳而製成鏡面。又，於支持部68，沿圓周方向局部地設置有狹縫69。 如圖1所示，藉由突出設置於支持部68之內周下端之凸緣部支持基座74之周緣部。即，基座74係藉由支持部68以垂吊之方式予以支持。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、導引環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引環76。導引環76係具有較半導體晶圓W之直徑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300 mm之情形時，導引環76之內徑為320 mm。導引環76之內周係製成自保持板75朝向上方變寬般之傾斜面。導引環76係由與保持板75相同之石英形成。導引環76可熔接於保持板75之上表面，亦可藉由另外加工之銷等固定於保持板75。或者，亦可將保持板75與導引環76加工成一體之構件。 保持板75之上表面之中較導引環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豎立設置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(導引環76之內周圓)為同心圓之圓周上每30°豎立設置一個基板支持銷77，共計豎立設置有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300 mm，則配置有12個基板支持銷77之圓之直徑為270 mm～280 mm(於本實施形態中為280 mm)。各個基板支持銷77係由石英形成。複數個基板支持銷77可藉由溶接而設置於保持板75之上表面，亦可與保持板75一體地加工。 此種大致平板狀之基座74由裝設於腔室6之支持部68支持，藉此，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。 被搬入至腔室6之半導體晶圓W係以水平姿勢載置並保持於基座74之上。此時，半導體晶圓W由豎立設置於保持板75上之12個基板支持銷77支持而保持於基座74。更嚴格而言，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。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，因此，能夠藉由12個基板支持銷77將半導體晶圓W呈水平姿勢支持。 又，半導體晶圓W係藉由複數個基板支持銷77與保持板75之保持面75a隔開特定之間隔地被支持。相較於基板支持銷77之高度，導引環76之厚度更大。因此，藉由導引環76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。 於本實施形態中，藉由圓板形狀之基座74支持半導體晶圓W，該圓板形狀之基座74由環狀之支持部68支持，因此，半導體晶圓W之周圍成為以晶圓中心為軸而對稱之形狀之構造。 又，如圖1所示，基座74係由安裝於腔室6之內壁面之支持部68支持，藉此，腔室6之空間被分成上下兩個部分。由上側腔室窗63、基座74及支持部68包圍之空間被規定為上部空間65。另一方面，由下側腔室窗64、基座74及腔室側部61包圍之空間被規定為下部空間67。 又，如圖3所示，於基座74之保持板75，上下貫通而形成有開口部78。開口部78係為了供放射溫度計120(參照圖1)接收自保持於基座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而接收自保持於基座74之半導體晶圓W之下表面放射之紅外光，藉由另外設置之檢測器測定該半導體晶圓W之溫度。進而，於基座74之保持板75穿設有4個貫通孔79，該等4個貫通孔79係為了半導體晶圓W之交接而供下述移載機構10之頂起銷12貫通。 返回至圖1，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(爐口)66係用以相對於腔室6進行半導體晶圓W之搬入及搬出。搬送開口部66係設為能夠藉由閘閥185開閉。上述支持部68之狹縫69係設置於面向搬送開口部66之位置。換言之，支持部68係以狹縫69與搬送開口部66對向之方式安裝於腔室6之內壁面。於閘閥185將搬送開口部66打開時，可自搬送開口部66通過支持部68之狹縫69向上部空間65搬入半導體晶圓W。又，可自狹縫69通過搬送開口部66自上部空間65搬出半導體晶圓W。另一方面，若閘閥185將搬送開口部66封閉，則腔室6內之上部空間65及下部空間67被設為密閉空間。 又，熱處理裝置1具備對上部空間65及下部空間67之各者供給處理氣體之第1氣體供給機構81及第2氣體供給機構85。第1氣體供給機構81具備氣體供給管82、閥83及第1處理氣體供給源84。氣體供給管82之前端經由支持部68之上端與上側腔室窗63之間之間隙而與上部空間65連通連接，氣體供給管82之基端與第1處理氣體供給源84連接。於氣體供給管82之路徑中途介插有閥83。若打開閥83，則自第1處理氣體供給源84經由氣體供給管82對上部空間65供給處理氣體。 另一方面，第2氣體供給機構85具備氣體供給管86、閥87及第2處理氣體供給源88。氣體供給管86之前端於支持部68之下方與下部空間67連通連接，氣體供給管86之基端與第2處理氣體供給源88連接。於氣體供給管86之路徑中途介插有閥87。若打開閥87，則自第2處理氣體供給源88經由氣體供給管86對下部空間67供給處理氣體。作為第1氣體供給機構81及第2氣體供給機構85供給之處理氣體，可使用氮氣(N₂ )等惰性氣體或氫氣(H₂ )、氨氣(NH₃ )等反應性氣體。 熱處理裝置1具備自上部空間65及下部空間67排出氣體之排氣機構90。排氣機構90具備排氣管91、閥92及排氣部93。排氣管91之前端與搬送開口部66連通連接，排氣管91之基端與排氣部93連接。於排氣管91之路徑中途介插有閥92。可使用排氣泵等作為排氣部93。若一面使排氣部93作動一面將閥92打開，則上部空間65之氣體通過支持部68之狹縫69而自搬送開口部66向排氣管91排出。又，下部空間67之氣體亦自搬送開口部66向排氣管91排出。即，第1氣體供給機構81及第2氣體供給機構85分別為上部空間65及下部空間67所專用之供氣機構，相對於此，排氣機構90為第1氣體供給機構81及第2氣體供給機構85所共用之機構。 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係製成如沿大致圓環狀之腔室側部61之內壁之圓弧形狀。於各個移載臂11豎立設置有2個頂起銷12。各移載臂11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在對基座74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)與俯視時不與保持於基座74之半導體晶圓W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，可為藉由個別之馬達使各移載臂11分別旋動者，亦可為使用連桿機構而藉由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，則共計4個頂起銷12通過穿設於基座74之貫通孔79(參照圖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，而將頂起銷12自貫通孔79拔出，若水平移動機構13使一對移載臂11以打開之方式移動，則各移載臂11移動至退避位置。一對移載臂11之退避位置為支持部68之下方。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)之部位之附近亦設置有省略圖示之排氣機構，以將移載機構10之驅動部周邊之環境氣體排出至腔室6之外部之方式構成。 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之內側具備包括複數個(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。自閃光燈FL出射之閃光透過上側腔室窗63而照射至上部空間65。 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保持於基座74之半導體晶圓W之主面(亦即沿水平方向)相互平行之方式呈平面狀排列。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)，其於其內部封入有氙氣且於其兩端部配設有與電容器連接之陽極及陰極；及觸發電極，其附設於該玻璃管之外周面上。氙氣係電性絕緣體，因此即便於電容器蓄積有電荷，於通常之狀態下亦不會於玻璃管內流通電。然而，於對觸發電極施加高電壓而破壞絕緣之情形時，電容器中所蓄積之電瞬時流至玻璃管內，藉由此時之氙原子或者分子之激發而發射光。於此種氙氣閃光燈FL中，具有如下特徵：由於預先將蓄積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，故而與如鹵素燈HL般連續點亮之光源相比能夠照射極強之光。即，閃光燈FL係於未達1秒之極短之時間內瞬間地發光之脈衝發光燈。再者，閃光燈FL之發光時間可根據對閃光燈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出射之閃光反射至腔室6側。反射器52係由鋁合金板形成，其正面(面向閃光燈FL之側之面)藉由噴砂處理而被實施有粗面化加工。 設置於腔室6之下方之鹵素加熱部4於殼體41之內側內置有複數個(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自腔室6之下方經由下側腔室窗64進行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個鹵素燈HL係分為上下2段而配置。於靠近腔室6之上段配設有20個鹵素燈HL，並且於較上段遠離腔室6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。於上段、下段，20個鹵素燈HL均以各自之長邊方向沿保持於基座74之半導體晶圓W之主面(亦即沿水平方向)相互平行之方式排列。由此，於上段、下段，藉由鹵素燈HL之排列而形成之平面均為水平面。 又，如圖7所示，於上段、下段，相較於與保持於基座74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之配設密度均變高。即，於上下段，相較於燈排列之中央部，周緣部之鹵素燈HL之配設間距均更短。因此，能夠對利用來自鹵素加熱部4之光照射進行加熱時容易產生溫度下降之半導體晶圓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個鹵素燈HL之長邊方向與配置於下段之20個鹵素燈HL之長邊方向相互正交之方式配設共計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熱化從而使其發光之燈絲方式之光源。於玻璃管之內部封入有於氮氣或氬氣等惰性氣體中導入微量之鹵素元素(碘、溴等)所得之氣體。藉由導入鹵素元素，而能夠抑制燈絲之折損並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能夠連續地照射較強之光之特性。即，鹵素燈HL係連續發光至少1秒以上之連續點亮燈。又，鹵素燈HL由於為棒狀燈，故而壽命長，藉由使鹵素燈HL沿水平方向配置，而對上方之半導體晶圓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將自複數個鹵素燈HL出射之光反射至腔室6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之硬體之構成與普通之電腦相同。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)及預先記憶有控制用軟體或資料等之磁碟。控制部3之CPU執行特定之處理程式，藉此，熱處理裝置1中之處理得以進行。 除上述構成以外，熱處理裝置1亦具備各種冷卻用之構造，以防止於半導體晶圓W之熱處理時因自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能而導致之鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之過度之溫度上升。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係製成於內部形成氣體流而進行排熱之空冷構造。 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。藉由利用熱處理裝置1之閃光照射加熱處理(退火)執行該雜質之活化。以下所說明之熱處理裝置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，打開閘閥185而將搬送開口部66打開，藉由裝置外部之搬送機器人，經由搬送開口部66將半導體晶圓W搬入至腔室6內。該搬送機器人將保持半導體晶圓W之搬送臂自搬送開口部66通過支持部68之狹縫69而插入至上部空間65。搬送機器人使搬送臂進入至基座74之正上方位置後停止。繼而，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自基座74之保持板75之上表面突出而自搬送臂接收半導體晶圓W。此時，頂起銷12上升至較基板支持銷77之上端更靠上方。 將半導體晶圓W載置於頂起銷12之後，搬送機器人使變空之搬送臂自上部空間65通過狹縫69及搬送開口部66退出，其後藉由閘閥185將搬送開口部66封閉。繼而，一對移載臂11下降，藉此，半導體晶圓W自移載機構10被交接至基座74並以水平姿勢自下方被保持。半導體晶圓W由豎立設置於保持板75上之複數個基板支持銷77支持而保持於基座74。又，半導體晶圓W被實施圖案形成並將被注入有雜質之正面作為上表面支持於基座74。於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之下方之一對移載臂11藉由水平移動機構13而退避至退避位置。 又，藉由閘閥185將搬送開口部66封閉而將熱處理空間65設為密閉空間之後，進行腔室6內之環境氣體調整。具體而言，打開閥83而自第1氣體供給機構81對上部空間65供給處理氣體，並且打開閥87而自第2氣體供給機構85對下部空間67供給處理氣體。於本實施形態中，第1氣體供給機構81及第2氣體供給機構85均將氮氣作為處理氣體分別供給至上部空間65及下部空間67。 又，打開閥92而排出上部空間65及下部空間67內之氣體。藉此，將上部空間65及下部空間67置換為氮氣環境氣體。又，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。 將上部空間65及下部空間67內置換為氮氣環境氣體，且半導體晶圓W由基座74自下方以水平姿勢支持之後，鹵素加熱部4之40個鹵素燈HL同時點亮而開始預加熱(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而自半導體晶圓W之背面照射。藉由受到來自鹵素燈HL之光照射，從而半導體晶圓W被預加熱而溫度上升。再者，移載機構10之移載臂11退避至退避位置，因此，不會成為利用鹵素燈HL進行加熱之障礙。 於利用鹵素燈HL進行預加熱時，半導體晶圓W之溫度係由放射溫度計120測定。即，放射溫度計120接收自保持於基座74之半導體晶圓W之背面經由開口部78放射之紅外光而對升溫中之晶圓溫度進行測定。所測定之半導體晶圓W之溫度被傳輸至控制部3。控制部3一面監控藉由來自鹵素燈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基於放射溫度計120之測定值，以半導體晶圓W之溫度成為預加熱溫度T1之方式反饋控制鹵素燈HL之輸出。預加熱溫度T1係設為200℃至800℃左右，較佳為350℃至600℃左右(於本實施形態中為600℃)。 於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1之後，控制部3使半導體晶圓W暫時維持於該預加熱溫度T1。具體而言，於由放射溫度計120測定之半導體晶圓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，使半導體晶圓W之溫度大致維持於預加熱溫度T1。 藉由利用此種鹵素燈HL進行預加熱，而使半導體晶圓W之整體均勻地升溫至預加熱溫度T1。於利用鹵素燈HL進行之預加熱階段，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下降之傾向，但鹵素加熱部4中之鹵素燈HL之配設密度係相較於與半導體晶圓W之中央部對向之區域而言，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，從而能夠使預加熱階段中之半導體晶圓W之面內溫度分佈均勻。 於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1並經過特定時間後之時點，閃光加熱部5之閃光燈FL對半導體晶圓W之正面進行閃光照射。此時，自閃光燈FL放射之閃光之一部分直接射向腔室6內，另一部分暫時先被反射器52反射後再射向腔室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。 閃光加熱係藉由來自閃光燈FL之閃光(flash light)照射而進行，因此，能夠使半導體晶圓W之正面溫度於短時間內上升。即，自閃光燈FL照射之閃光係將預先蓄積於電容器之靜電能量轉換為極短之光脈衝所得之照射時間為0.1毫秒以上且100毫秒以下程度之極短且強之閃光。繼而，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之正面溫度瞬間地上升至1000℃以上之處理溫度T2，而使注入至半導體晶圓W之雜質活化之後，正面溫度迅速下降。如此，於熱處理裝置1中，能夠使半導體晶圓W之正面溫度在極短時間內升降，因此，能夠抑制注入至半導體晶圓W之雜質因熱擴散並且進行雜質之活化。再者，由於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，亦可完成活化。 於閃光加熱處理結束之後，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迅速降溫。降溫中之半導體晶圓W之溫度係由放射溫度計120測定，其測定結果被傳輸至控制部3。控制部3根據放射溫度計120之測定結果監控半導體晶圓W之溫度是否降溫至特定溫度。繼而，於半導體晶圓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，打開被閘閥185封閉之搬送開口部66，裝置外部之搬送機器人使搬送臂自搬送開口部66通過支持部68之狹縫69進入至載置於頂起銷12上之半導體晶圓W之下方。於該狀態下，一對移載臂11下降，藉此，半導體晶圓W自頂起銷12被交接至搬送機器人之搬送臂。繼而，搬送機器人使保持有半導體晶圓W之搬送臂自上部空間65退出，藉此，將半導體晶圓W自熱處理裝置1搬出，從而完成熱處理裝置1中之半導體晶圓W之加熱處理。 於本實施形態中，在腔室6之內壁面安裝環狀之支持部68，藉由該支持部68支持基座74。若於基座74載置半導體晶圓W，則開口部78及貫通孔79等孔被半導體晶圓W覆蓋。因此，於在基座74支持有半導體晶圓W之狀態下，上部空間65與下部空間67大體被分離。 且說，於腔室6內，有時會自移載機構10之驅動部等產生若干微粒。腔室6內所產生之微粒尤其容易沈積於作為腔室6之地板部之下側腔室窗64上。又，由於閃光燈FL將具有較大能量之閃光於0.1毫秒以上且100毫秒以下程度之極照射時間內瞬間地照射，故而於閃光照射時對腔室6亦造成衝擊。若於閃光加熱時對腔室6造成衝擊，則沈積於下側腔室窗64之微粒會於腔室6內之下部空間67捲起，但由於將上部空間65與下部空間67分離，故而防止於下部空間67捲起之微粒流入至上部空間65。其結果，能夠防止於閃光照射時被捲起之微粒附著於半導體晶圓W之正面而污染該半導體晶圓W之情況。 又，支持部68之內周面係藉由鍍鎳而製成鏡面。藉此，於閃光照射時，自閃光燈FL出射並到達至支持部68之閃光被支持部68之內周面反射而照射至半導體晶圓W之正面。其結果，閃光照射時到達至半導體晶圓W之正面之閃光之光量增加，從而能夠使半導體晶圓W之正面溫度之上升進一步增大。 又，於本實施形態中，僅設為於安裝在腔室6之內壁面之支持部68支持平板狀之基座74的簡單構造。因此，於基座74之製造步驟中，可實現低成本及短交貨期限。 又，於本實施形態中，藉由圓板形狀之基座74支持半導體晶圓W，該圓板形狀之基座74由安裝於腔室6之內壁面之環狀之支持部68支持。因此，半導體晶圓W之周圍成為對稱之形狀之構造。其結果，能夠使閃光照射時之半導體晶圓W之正面的閃光之照度分佈之面內均勻性提昇，亦使溫度分佈之面內均勻性良好。又，若半導體晶圓W之周圍為對稱之形狀之構造，則上部空間65中之處理氣體之流動亦對稱，藉此，半導體晶圓W之面內溫度分佈之均勻性亦會提昇。 進而，支持部68係裝卸自如地安裝於腔室6之內壁面。因此，即便於自升溫後之半導體晶圓W釋放之物質附著導致支持部68變色而被污染之情形時，亦能夠容易地更換支持部68以進行應對。 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除上述內容以外之各種變更。例如，於上述實施形態中，藉由環狀之支持部68覆蓋腔室6之內壁面之上部，從而基座74以垂吊於支持部68之方式被支持，但基座74亦可不垂吊。圖8係表示支持部之另一例之圖。於圖8中，對與圖1相同之要素標附相同之符號。圖8所示之構成與圖1不同之處在於支持部之形狀。 於圖8所示之構成中，環狀之支持部168係以自腔室6之內壁面突出之方式設置。支持部168雖然裝卸自如地安裝於腔室6之內壁面，但腔室6之內壁面之上部未被支持部168覆蓋。由此，基座74並非以垂吊之方式被支持，而載置於支持部68之上表面，從而支持基座74之周緣部。 於如圖8之構成中，亦於在基座74支持有半導體晶圓W之狀態下，上部空間65與下部空間67大體被分離。因此，與上述實施形態同樣地，能夠防止於閃光照射時被捲起之微粒流入至上部空間65並附著於半導體晶圓W之正面而污染該半導體晶圓W之情況。總之，只要為藉由安裝於腔室6之內壁面之環狀之支持構件支持板狀之基座74之形態即可。 又，於上述實施形態中，對上部空間65及下部空間67均供給氮氣，但亦可對上部空間65及下部空間67供給不同種類之處理氣體。例如，於成為處理對象之半導體晶圓W為形成有高介電常數膜(High-k膜)之半導體基板等之情形時，亦可第1氣體供給機構81對上部空間65供給氨氣並且第2氣體供給機構85對下部空間67供給氮氣。若如此，則上部空間65被設為氨氣環境氣體並且下部空間67成為氮氣環境氣體，但由於將上部空間65與下部空間67大體分離，故而兩空間之環境氣體之混合被抑制為最小限度。 於圖1、8所示之構成中，對熱處理中之半導體晶圓W之溫度進行測定之放射溫度計120係設置於下部空間67。典型而言，放射溫度計120係以於氮氣環境氣體中使用之方式被校正，但由於氨氣會將放射溫度計120用於測定之波長區域之一部分之紅外線吸收，故而於在氨氣環境氣體中使用放射溫度計120之情形時，需要重新校正。如上所述，收容半導體晶圓W之上部空間65雖設為氨氣環境氣體，但只要下部空間67為氮氣環境氣體，則能夠不進行放射溫度計120之重新校正而準確地測定在氨氣環境氣體中被處理之半導體晶圓W之溫度。又，由於僅將上部空間65設為氨氣環境氣體，故而能夠減少氨氣之消耗量。 又，亦可將放射溫度計120設置於上部空間65而對半導體晶圓W之正面之溫度進行測定。於本實施形態中，藉由安裝於腔室6之內壁面之環狀之支持部68支持板狀之基座74。支持部68係由鋁或不鏽鋼形成，對於自鹵素燈HL出射之光而言不透明。因此，於在基座74支持有半導體晶圓W之狀態下，自鹵素燈HL出射之光被支持部68及半導體晶圓W遮蔽，從而抑制該光漏出至上部空間65。其結果，設置於上部空間65之放射溫度計120可不受來自鹵素燈HL之光之影響地對半導體晶圓W之溫度進行測定。 又，於上述實施形態中，於閃光加熱部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，於上述實施形態中，對熱處理裝置1應用本發明之技術，該熱處理裝置1係於利用鹵素燈HL進行預加熱後自閃光燈FL對半導體晶圓W照射閃光，但本發明之技術亦可應用於僅藉由鹵素燈將半導體晶圓W加熱之裝置(例如，尖峰退火裝置、CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)裝置等)或雷射退火裝置。

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

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

61‧‧‧腔室側部

62‧‧‧夾環

63‧‧‧上側腔室窗

64‧‧‧下側腔室窗

65‧‧‧上部空間

66‧‧‧搬送開口部

67‧‧‧下部空間

68‧‧‧支持部

69‧‧‧狹縫

74‧‧‧基座

75‧‧‧保持板

75a‧‧‧保持面

76‧‧‧導引環

77‧‧‧基板支持銷

78‧‧‧開口部

79‧‧‧貫通孔

81‧‧‧第1氣體供給機構

82‧‧‧氣體供給管

83‧‧‧閥

84‧‧‧第1處理氣體供給源

85‧‧‧第2氣體供給機構

86‧‧‧氣體供給管

87‧‧‧閥

88‧‧‧第2處理氣體供給源

90‧‧‧排氣機構

91‧‧‧排氣管

92‧‧‧閥

93‧‧‧排氣部

120‧‧‧放射溫度計

168‧‧‧支持部

185‧‧‧閘閥

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截面圖。 圖2係支持部之立體圖。 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係表示支持部之另一例之圖。

Claims (5)

1. 一種熱處理裝置，其特徵在於： 其係藉由對基板照射閃光而將該基板加熱者，且具備： 腔室，其收容基板； 環狀之支持構件，其安裝於上述腔室之內壁面； 板狀之石英基座，其由上述支持構件支持；及 閃光燈，其對由上述基座支持之基板照射閃光。
2. 如請求項1之熱處理裝置，其中 上述支持構件係以覆蓋上述腔室之內壁面之上部之方式裝卸自如地安裝。
3. 如請求項2之熱處理裝置，其中 上述支持構件之內周面係製成鏡面。
4. 如請求項1至3中任一項之熱處理裝置，其中 上述支持構件由鋁或不鏽鋼形成。
5. 如請求項3之熱處理裝置，其 進而具備鹵素燈，該鹵素燈自與上述閃光燈為相反之側對由上述基座支持之基板照射光。