专利名称：发光型热处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热处理设备，其将包含有半导体晶片的基板、用于液晶显示装置的玻璃基板等暴露于闪光(flash of light)中以对基板进行热处理。
背景技术：
传统上，通常将使用卤素灯的灯退火处理机(lamp annealer)用于离子注入之后在半导体晶片中激活离子的步骤中。这种灯退火处理机通过将半导体晶片加热(或退火)至一定的温度，例如大约1000℃至1100℃，从而在半导体晶片中进行离子激活。这种热处理设备利用卤素灯发出的光能以大约每秒几百度的速率提高基板的温度。
近年来，随着半导体器件集成度的提高，期望提供一种随着栅极长度的减小而更浅的结合。但是，即使使用上述以大约每秒几百度的速率提高半导体晶片温度的灯退火处理机在半导体晶片中进行激活离子处理，也会产生注入半导体晶片中的硼、磷等离子由于热而深度扩散的现象。这种现象的出现将会导致结合深度(junction depth)超过所需水平，从而增加了对形成良好设计(device)产生妨碍的担忧。
为了解决这个问题，现已提出一种将半导体晶片的表面暴露于使用氙闪光灯等发出的闪光中，以在极短的时间内(几毫秒或更短)仅提高离子注入的半导体晶片表面的温度。氙闪光灯的辐射光谱分布在从紫外线区域到近红外线区域的范围内。氙闪光灯发出的光的波长比传统卤素灯发出的光的波长短，并且与硅半导体晶片的基本吸收带(basic absorption band)基本一致。因此，当半导体晶片暴露于由氙闪光灯发出的闪光中时，半导体晶片的温度可以迅速提高，并且仅有少量光穿透半导体晶片。由此，在极短的时间内，如几毫秒或更短，发出的闪光能够仅在半导体晶片的表面附近实现局部温度的提高。因此，通过使用氙闪光灯在极短时间内提高温度可以仅进行离子激活而不会使离子深度扩散。
在应用这种氙闪光灯的热处理设备中，多个氙闪光灯的设置区域远远大于半导体晶片的区域。然而，半导体晶片的外周部分中的照度一定程度地低于半导体晶片的内部部分的照度。尤其是，直径为300mm的晶片的外周部分的照度表现出大幅地下降，从而导致晶片内部照度分布的均匀度差。
为了解决这个问题，日本专利申请特开2004-140318公开了一种热处理设备，在该热处理设备中设于氙闪光灯与半导体晶片之间的散射屏(diffuser)区域中形成有毛玻璃制成的几何图案，该区域设于半导体晶片的除外周部分以外的其它部分(或内部部分)的上方。因此，在闪光加热期间，该热处理设备能够降低该区域的透光率以降低半导体晶片的内部部分的照度，从而使晶片内部的照度均匀分布。
但是，已发现应用氙闪光灯的热处理设备不仅表现出沿半导体晶片的径向温度分布不均匀，而且还表现出沿具有相同半径的半导体晶片的圆周方向温度分布不均匀。具体地，还可能出现下述情况，即仅有半导体晶片的外周部分的一部分的温度降低。因此，不可能通过调整氙闪光灯的光源而消除这种温度分布的不均匀。也难以在闪光加热之前使用加热板(hot plate)预热半导体晶片以消除沿具有相同半径的半导体晶片的圆周方向温度分布的不均匀。
发明内容
本发明旨在提供一种能使基板暴露于闪光中以加热该基板的热处理设备。
根据本发明的一个方案，热处理设备包括光源，其包括设置在一个平面上的多个闪光灯；腔体，其设置在所述光源的下方，并且在该腔体内容置有基板；固持元件，其固持所述腔体内的基板；透光板，其设置在所述腔体的上部，以将从所述光源发出的闪光引导至所述腔体内；以及光学窗口形成构件，其限定光学窗口，所述光学窗口是所述透光板的光实际上可穿过的区域，所述光学窗口具有平面结构，并使所述光学窗口的中心与所述光学窗口的边缘部分之间的距离比所述光学窗口的中心与所述光学窗口的其它任意边缘部分之间的距离短。
在基板暴露于闪光中时，该热处理设备能提高基板外周接近上述边缘部分的温度，从而改善热处理期间基板的温度分布的晶片内部均匀性，特别是基板外周部分中的温度分布均匀性。
优选地，所述光学窗口的边缘部分是与基板外周部分的一部分面对的边缘部分，所述基板外周部分的所述部分在假设所述光学窗口是圆形平面结构时，如果从所述光源发出闪光穿过所述光学窗口，则所述部分具有相对低的温度。
该热处理设备能够提高基板外周部分的具有相对较低温度的部分的温度，从而改善了基板外周部分中的温度分布均匀性。
根据本发明的另一个方案，该热处理设备包括光源，其包括设置在一个平面上的多个杆状闪光灯；腔体，其设置在所述光源的下方，并且在该腔体内容置有基板；固持元件，其固持所述腔体内的基板；透光板，其设置在所述腔体的上部，以将从所述光源发出的闪光引导至所述腔体内；以及夹紧构件，其将所述透光板压向所述腔体，所述夹紧构件具有椭圆形开口。
当基板暴露于闪光中时，该热处理设备能够提高基板外周部分的接近夹紧构件的开口位于夹紧构件的短轴上的边缘部分的一些部分的温度，从而改善在热处理期间基板的温度分布的晶片内部均匀性，特别是基板外周部分中的温度分布均匀性。另外，该夹紧构件具有良好的实用性。
因此本发明的目的是提供一种热处理设备，其能够在热处理期间改善基板的温度分布的晶片内部均匀性，特别是基板外周部分中的温度分布均匀性。
从以下结合附图对本发明的详细描述中，本发明的这些和其它目的、特征、方案及优点将变得更清晰。
图1是示出根据本发明的热处理设备的结构的侧剖视图；图2是示出图1的热处理设备中的气体通道的剖视图；图3是示出图1的热处理设备中的加热板的俯视图；图4是示出图1的热处理设备的结构的侧剖视图；图5是示出图1的热处理设备中的夹紧环的俯视图；图6是示出安装有夹紧环的腔体的俯视图；
图7是沿图6的线A-A的剖视图；图8是沿图6的线B-B的剖视图；图9A示出了在使用圆形光学窗口时半导体晶片的温度分布；图9B示出了在使用椭圆形光学窗口时半导体晶片的温度分布；以及图10、图11和图12是示出夹紧环的改型的俯视图。
具体实施例方式
现将参考附图详细描述根据本发明的优选实施例。
首先，将概述根据本发明的热处理设备的整体结构。图1是示出根据本发明的热处理设备1的结构的侧剖视图。热处理设备1是将作为基板的半导体晶片W暴露于闪光中以加热该半导体晶片W的闪光灯退火处理机。
热处理设备1包括通常为筒形结构的腔体6，该腔体6内容置半导体晶片W。腔体6包括腔体侧部63，其具有通常为筒形结构的内壁；以及腔体底部62，其覆盖在该腔体侧部63的底部。由腔体侧部63和腔体底部62包围的空间被定义为热处理空间65。在热处理空间65的上方形成有顶部开口60。
热处理设备1还包括作为关闭构件的透光板61，其安装于顶部开口60以关闭该顶部开口60；通常为盘形结构的固持部7，其预热半导体晶片W，并将该半导体晶片W固持于腔体6内；固持部提升机构4，其相对于作为腔体6的底面的腔体底部62向上和向下移动固持部7；发光部件5，其发出的闪光穿过透光板61至固持部7固持的半导体晶片W上，以加热该半导体晶片W；以及控制器3，其控制上述组件以进行热处理。
腔体6设置在发光部件5的下面。设于腔体6的上部的透光板61为由例如石英制成的盘形构件，以使发光部件5发出的光穿过该透光板61进入热处理空间65。组成腔体6的主体的腔体底部62和腔体侧部63由诸如不锈钢之类的具有高强度和高耐热的金属材料制成。设于腔体侧部63的内侧面上部的环631由铝(Al)合金等制成，其中铝合金与不锈钢相比，对由暴露于光而产生的老化具有更好的耐受性。
在透光板61与腔体侧部63之间设有O型环632(见图7和图8)以提供密封，从而保持热处理空间65的密封性。具体地，在通常为筒形结构的腔体侧部63的上端形成有环形槽，O型环632装配在该环形槽中并由透光板61压入。为了保持O型环632在透光板61的下外周部分与腔体侧部63之间的紧密接触，夹紧环90紧靠透光板61的上外周部分并通过螺钉固定至腔体侧部63，从而将透光板61压到O型环632上。
图5是示出夹紧环90的俯视图。夹紧环90由对暴露于闪光而产生的老化具有高耐受性的铝或铝合金制成。夹紧环90是具有椭圆形平面结构的开口91的环形框架元件。夹紧环90的外周部分设有八个彼此相等地相隔45°的螺孔92，以通过螺钉将夹紧环90固定至腔体侧部63。夹紧环90通过螺钉固定至腔体侧部63以将透光板61安装至腔体6，从而由夹紧环90的开口91限定透光板61中的光实际上可穿过的光学窗口。在本优选实施例中，由于开口91为椭圆形结构，因此由夹紧环90限定的光学窗口也为椭圆形平面结构。
腔体底部62设有多个(在本优选实施例中为3个)延伸穿过固持部7的竖直支撑销70，以支撑半导体晶片W的下表面(与发光部件5的光引导至的表面相反的表面)。支撑销70由例如石英制成，并且由于支撑销70从外部固定至腔体6，因此易于更换。
腔体侧部63包括传送开口66，半导体晶片W经由该传送开口66传送进和传送出腔体6。传送开口66可通过围绕轴662枢转的门阀185而打开和关闭。在腔体侧部63的与传送开口66相对的一侧上形成有入口通道81，该入口通道81将工作气体(例如，包含氮(N2)气、氦(He)气、氩(Ar)气等的惰性气体或氧(O2)气等)引导至热处理空间65。入口通道81的第一端经由阀82连接至未示出的供气装置，并且第二端连接至在腔体侧部63的内侧形成的气体入口管道83。传送开口66设有用于将气体从热处理空间65的内部排出的出口通道86。该出口通道86经由阀87连接至未示出的排气装置。
图2是沿着与气体入口管道83平齐的水平面剖开的腔体6的剖视图。如图2所示，气体入口管道83在腔体侧部63的与图1中所示的传送开口66相对的一侧的内周近三分之一上延伸。经由入口通道81引导至气体入口管道83的工作气体经由多个供气孔84流入热处理空间65。
图1中示出的固持部提升机构4包括通常为筒形结构的轴41；可移动板42；引导构件43(在本优选实施例中实际上围绕轴41设有三个引导构件43)；固定板44；滚珠螺杆(ball screw)45；螺母46；以及马达40。作为腔体6的底部的腔体底部62形成有通常为筒形结构、并且直径小于固持部7的直径的底部开口64。由不锈钢制成的轴41经由底部开口64插入并连接至固持部7(严格意义上为固持部7的加热板71)的下表面以支撑该固持部7。
用于与滚珠螺杆45螺纹结合的螺母46固定至可移动板42。该可移动板42由固定至腔体底部62、并从该腔体底部62向下延伸的引导构件43可滑动地引导，从而可移动板42可垂直地移动。可移动板42通过轴41与固持部7相连接。
在安装于引导构件43的下端部的固定板44上设有马达40，该马达40经由同步带(timing belt)连接至滚珠螺杆45。当固持部提升机构4向上和向下移动固持部7时，起驱动器作用的马达40在控制器3的控制下转动滚珠螺杆45，以使固定至螺母46的可移动板42沿着引导构件43垂直移动。因此，固定至可移动板42的轴41垂直移动，从而连接至轴41的固持部7在图1中示出的传送半导体晶片W的传送位置与图4中示出的热处理半导体晶片W的热处理位置之间平稳地向上和向下移动。
在可移动板42的上表面上设置有通常为半筒形结构的竖直机械制动器451(通过沿纵向切掉一半筒体而得到)，该机械制动器451沿着滚珠螺杆45延伸。如果可移动板42由于任何异常而向上移动超过预定上限，则该机械制动器451的上端撞击设于滚珠螺杆45的端部的端板452，从而可防止可移动板42异常地向上移动。这将避免固持部7向上移动超出位于透光板61下面的预定位置，从而防止固持部7与透光板61之间产生碰撞。
固持部提升机构4还包括手动提升部49，该手动提升部49在对腔体6的内部进行维护的期间手动地向上和向下移动固持部7。手动提升部49具有把手491及转轴492。通过把手491转动转轴492可使经由同步带495连接至转轴492的滚珠螺杆45转动，从而向上和向下移动固持部7。
在腔体底部62的下面设有围绕轴41并从腔体底部62向下延伸的可扩张/收缩波纹管(bellows)47，该波纹管47的上端连接至腔体底部62的下表面。该波纹管47的下端安装至波纹管下端板471。该波纹管下端板471通过轴环构件411螺纹锁固(screw-held)并安装至轴41。当固持部提升机构4相对于腔体底部62向上移动固持部7时，波纹管47收缩；并且当固持部提升机构4向下移动固持部7时，波纹管47扩张。当固持部7向上和向下移动时，波纹管47收缩和扩张以保持热处理空间65密封。
固持部7包括加热板71，其预热(或辅助加热)半导体晶片W；以及基座72，其设于加热板71的上表面(固持部7固持半导体晶片W的表面)。如上所述用于向上和向下移动固持部7的轴41连接至固持部7的下表面。基座72由石英制成(或由氮化铝(AIN)等制成)。在基座72的上表面安装有用于防止半导体晶片W移出的销75。基座72设置在加热板71上，并且基座72的下表面与加热板71的上表面面对面地接触。因此，基座72传播来自加热板71的热能以将热能传递至置于基座72的上表面上的半导体晶片W，并且在维护时可将基座72从加热板71移除以进行清洁。
加热板71包括均由不锈钢制成的上板73和下板74。在上板73与下板74之间设有用于加热板71的诸如镍铬电热丝之类的电阻加热丝，并且在上板73与下板74之间的空间填充有含有镍(Ni)的导电铜焊金属以密封上板73与下板74之间的电阻加热丝。上板73与下板74具有铜焊或钎焊焊封(brazed or soldered end)。
图3示出了加热板71的俯视图。如图3所示，加热板71包括圆形区域711以及环形区域712，它们彼此以同心关系设置并设置在与由固持部7固持的半导体晶片W相对的区域的中心部分；以及四个区域713至716，它们是通过对围绕区域712的大致呈环形的区域进行周向等分而得到的。在所述区域711至716之间形成有微小的缝隙。加热板71设有三个用以容置各支撑销70并使各支撑销70穿过其中的通孔77，并且这三个通孔77在区域711与712之间的缝隙中彼此沿圆周相隔120°。
在所述六个区域711至716中，设置彼此独立的电阻加热丝以构成电路，从而形成各自的加热器。结合在各区域711至716中的这些加热器单独地加热所述各区域。由固持部7固持的半导体晶片W通过结合在所述六个区域711至716中的这些加热器加热。在各区域711至716中设有用于通过使用热电耦来测量各区域温度的感测器710。这些感测器710穿过通常为筒形的轴41的内部，并连接至控制器3。
为了加热板71，控制器3控制设于各区域711至716中的电阻加热丝的供电量，以使由感测器710测量的六个区域711至716的温度达到先前设定的预定温度。在各区域中由控制器3执行的温度控制为PID(比例、积分、微分)控制。在加热板71中，持续测量各区域711至716的温度直到半导体晶片W的热处理(当连续对多个半导体晶片W进行热处理时，所有半导体晶片W的热处理)完成，并且单独控制设于各区域711至716中的电阻加热丝的供电量，即，单独控制结合在各区域711至716中的加热器的温度，从而将各区域711至716的温度保持在设定温度。区域711至716的设定温度可以通过单独设定参考温度的偏移值而改变。
设于所述六个区域711至716中的电阻加热丝通过穿过轴41内部的电源线连接至电源(未示出)。从电源延伸至区域711至716的电源线设于填充有镁氧(氧化镁)等绝缘体的不锈钢管的内部以彼此电绝缘。轴41的内部与大气相通。
图1中示出的发光部件5是包括多个(在本优选实施例中为30个)氙闪光灯(以下简称为“闪光灯”)69以及一个反射器52的光源。所述多个闪光灯69中的每一个闪光灯均为具有加长柱形结构的杆状灯，这些闪光灯69设置在一个平面上以使各闪光灯69的纵向沿着由固持部7固持的半导体晶片W的主面彼此平行。反射器52设置在多个闪光灯69的上方，以覆盖所有的闪光灯69。反射器52的表面通过磨料喷砂(abrasive blasting)变得粗糙，以在该表面上形成斑点修饰(stain finish)。光散射板53(或散射屏)由一个表面受到光散射处理的石英玻璃制成，设置在发光部件5的下表面侧，并且光散射板53与透光板61之间保持预定间距。热处理设备1还包括发光部件移动机构55，其在维护时相对于腔体6向上移动发光部件5，然后沿水平方向滑动该发光部件5。
各氙闪光灯69包括玻璃管，该玻璃管内容置有氙气，并且在该玻璃管的相对两端上设有连接至电容器的正电极和负电极；以及触发电极，其缠绕在玻璃管的外周面上。由于氙气是电绝缘的，因此在正常状态下玻璃管中没有电流流动。但是，如果向触发电极施加高压而产生电击穿，则存储在电容器中的电即刻在玻璃管中流动，并且在此时释出的焦耳热加热氙气从而导致发光。由于先前存储的静电能量转化为0.1毫秒至10毫秒范围内的超短光脉冲，因此氙闪光灯69具有能够发出比持续发光的光源更强的光的特性。
根据本优选实施例的热处理装置1包括各种冷却结构(未示出)，所述冷却结构可在半导体晶片W的热处理期间，防止由于闪光灯69和加热板71产生的热能使腔体6和发光部件5的温度过度升高。作为一个实例，腔体6的腔体侧部63和腔体底部62设有水冷管，并且发光部件5设有用以将气体供至该发光部件5内部的供气管以及具有消音器的排气管，从而形成空气冷却结构。在热处理期间，将压缩空气供应至透光板61与发光部件5的光散射板53之间的缝隙中，以冷却发光部件5和透光板61，并去除存在于它们之间的缝隙中的有机物质等，从而抑制有机物质等沉积至光散射板53和透光板61。
接着，将简要描述在热处理设备1中处理半导体晶片W的过程。在此待处理的半导体晶片W是通过离子注入过程而掺杂有杂质的半导体基板。
通过热处理设备1的热处理来实现注入杂质的激活。
首先，如图1所示，固持部7置于接近腔体底部62的位置。以下将图1中示出的固持部7在腔体6内的位置称为“传送位置”。当固持部7位于传送位置时，支撑销70的上端经由固持部7向上从固持部7突出。
然后，阀82和阀87打开以将室温下的氮气引导至腔体6的热处理空间65。之后，打开传送开口66，位于热处理设备外部的自动传送机将离子注入的半导体晶片W经由传送开口66传送至腔体6，并将半导体晶片W放置于所述多个支撑销70上。
在将半导体晶片W传送至腔体6内期间流入腔体6的氮气量应为大约每分钟40公升。流入腔体6中的氮气从气体入口管道83沿图2中箭头AR4指示的方向流动，并利用公共排放系统经由图1中示出的出口通道86和阀87排出。流入腔体6中的氮气的一部分还从设于波纹管47内侧的排出口(未示出)排出。在以下将描述的步骤中，氮气始终不断流入腔体6并从腔体6排出，而且流入腔体6的氮气量根据半导体晶片W的处理步骤变化为各种不同的量。
在将半导体晶片W传送至腔体6中之后，门阀185关闭传送开口66。接着，如图4所示，固持部提升机构4将固持部7向上移动至接近透光板61的位置(以下称为“热处理位置”)。然后，半导体晶片W从支撑销70传送至固持部7的基座72，并放置和固持在基座72的上表面。
加热板71的六个区域711至716中的每个区域已通过单独设在各区域711至716(在上板73与下板74之间)中的电阻加热丝而加热至预定温度。固持部7向上移动至热处理位置，并且半导体晶片W与固持部7接触，由此预热半导体晶片W，半导体晶片W的温度逐渐升高。
在热处理位置中预热半导体晶片W大约60秒，将半导体晶片W的温度升高至先前设定的预热温度T1。预热温度T1应为在大约200℃至大约600℃的范围内，优选为在大约350℃至大约550℃的范围内，在这个温度下，注入半导体晶片W中的杂质毫无疑问地由于热而扩散。通过控制固持部提升机构4的马达40的转数可将固持部7与透光板61之间的距离调整为任意值。
在经过了大约60秒的预热时间之后，在控制器3的控制下发光部件5向半导体晶片W发出闪光，同时将固持部7保持在热处理位置。从发光部件5的闪光灯69发出的光的一部分直接传播至腔体6的内部，而其余的光由反射器52反射后的反射光也传播至腔体6的内部。这种闪光发射实现了对半导体晶片W的闪光加热。通过由闪光灯69发出闪光而实现的闪光加热能够在短时间内提高半导体晶片W的表面温度。
具体地，由于先前存储的静电能量转化为这种超短光脉冲，因此从发光部件5的闪光灯69发出的光是在大约为从0.1毫秒至10毫秒范围内的极短的时间周期内发射的强闪光。由闪光灯69发出的闪光而受到闪光加热的半导体晶片W的表面温度即刻升高至大约为1000℃至大约1100℃的热处理温度T2。在激活注入半导体晶片W中的杂质之后，半导体晶片W的表面温度快速下降。由于能够在极短时间内提高和降低半导体晶片W的表面温度，因此热处理装置1可以在实现杂质激活的同时抑制由于热而导致的注入半导体晶片W中的杂质的扩散。这种扩散现象还被认为是注入半导体晶片W中的杂质的轮廓不清晰(round or dull profile)。由于与注入杂质的热扩散所需的时间相比，激活注入杂质所需的时间极短，因此可以在从大约0.1毫秒至大约10毫秒范围的极短时间内完成激活，并且期间不发生扩散。
在闪光加热之前通过固持部7预热半导体晶片W可使从闪光灯69发出的闪光能够将半导体晶片W的表面温度快速提高至热处理温度T2。
在闪光加热完成之后，在热处理位置停留大约10秒，固持部7通过固持部提升机构4再次向下移动至图1所示的传送位置，并将半导体晶片W从固持部7传送至支撑销70。随后，通过门阀185打开已关闭的传送开口66，并且位于热处理设备外部的自动传送机将置于支撑销70上的半导体晶片W向外传送。从而，在热处理设备1中闪光加热半导体晶片W的过程完成。
如上所述，在热处理设备1中热处理半导体晶片W期间，氮气持续流入腔体6。当固持部7位于热处理位置时，流入腔体6的氮气量应为大约每分钟30公升；当固持部7位于热处理位置以外的其它位置时，流入腔体6的氮气量应为大约每分钟40公升。
在根据本优选实施例的热处理设备1中，夹紧环90的开口91为椭圆形结构，从而透光板61的光学窗口相应为椭圆形平面结构。现将描述这种结构的技术效果。图6是安装有夹紧环90的腔体6的俯视图。图7是沿图6的线A-A的剖视图(即，沿椭圆形开口91的短轴的剖视图)。图8是沿图6的线B-B的剖视图(即，沿椭圆形开口91的长轴的剖视图)。
如图6至图8所示，根据本优选实施例的热处理设备1中的夹紧环90安装至腔体6以使开口91的椭圆形结构的长轴沿发光部件5的闪光灯69的纵向延伸。在图6的俯视图中，传送开口66形成在腔体6的右手侧，并且半导体晶片W通过自动传送机沿着双向箭头AR6指示的方向传送进和传送出腔体6。半导体晶片W传送进和传送出腔体6的方向(或由双向箭头AR6指示的方向，以下称为“晶片传送方向”)与开口91的椭圆形结构的短轴延伸的方向一致。
如图6和图7所示，由夹紧环90的开口91限定的、设置在短轴上的该椭圆形光学窗口的一对第一相对边缘部分位于腔体6的内壁表面(即，腔体侧部63的内壁表面)的内部，并位于由固持部7固持的半导体晶片W的外周缘的外部，如俯视图所示。如图6和图8所示，另一方面，设置在长轴上的该椭圆形光学窗口的一对第二相对边缘部分位于与腔体6的内壁表面(即，腔体侧部63的内壁表面)基本相同的位置，如俯视图所示。光学窗口其余的边缘部分位于所述第一边缘部分与所述第二边缘部分之间。椭圆形光学窗口的所述第二边缘部分可以设为略微向内或向外偏离于腔体6的内壁表面，如俯视图所示。
在传统技术中，夹紧环90的开口91为圆形平面结构。从而由夹紧环90限定的光学窗口相应为圆形平面结构。已知，由发光部件5的闪光灯69发出闪光穿过这种圆形光学窗口会产生温度相对低于半导体晶片W的外周部分中其它区域温度的低温区域CS(图9A的阴影区域)，如图9A所示。这种低温区域CS被认为是冷点并会导致处理失败。可想到的产生这种诸如低温区域CS之类的温度不均匀区域的因素包括腔体6的结构，该腔体6基本上为筒形，但由于传送开口66以及气体入口管道83等的存在因此不是完全的筒形；以及发光部件5的闪光灯69的结构，所述闪光灯69不是点光源而是杆状灯。也就是说，由于热处理设备中固有的几何因素，例如腔体6自身的结构以及闪光灯69的结构和排列，因此低温区域CS出现在半导体晶片W的特定位置处。在根据本优选实施例的热处理装置1中，低温区域CS出现在半导体晶片W的外周部分的相对边缘部分，所述相对边缘部分沿晶片传送方向(或沿垂直于闪光灯69的纵向的方向)分布。在半导体晶片W的外周部分的一些部分中出现的低温区域CS不能通过调整加热板71的温度而消除。
为了解决这个问题，本优选实施例具有以下特征夹紧环90具有椭圆形平面结构的开口91，并且夹紧环90固定至腔体6并使椭圆形开口91的短轴方向与晶片传送方向一致，如图6所示。这将使由夹紧环90限定的光学窗口具有椭圆形平面结构，并使椭圆形光学窗口的短轴方向与晶片传送方向一致。换句话说，圆形平面结构的光学窗口的与半导体晶片W的外周部分中的各部分(这些部分指如果将晶片暴露于穿过圆形光学窗口的闪光灯69发出的闪光时具有相对低的温度的部分)面对的相对边缘部分朝光学窗口的中心偏移，以使光学窗口的中心与上述光学窗口的相对边缘部分之间的距离比光学窗口的中心与光学窗口的其它任意边缘部分之间的距离短。
如图9B所示，闪光灯69发出闪光穿过这种椭圆形光学窗口可防止低温区域CS的出现，从而改善了闪光加热期间半导体晶片W的温度分布的晶片内部的均匀性，特别是在晶片W的外周部分中的温度分布均匀性。其原因被认为是在椭圆形光学窗口的第一边缘部分中，即在夹紧环90的朝光学窗口的中心延伸的相对部分中，从闪光灯69发出并由半导体晶片W反射的闪光发生多次反射，并且经历多次反射的反射光再次进入半导体晶片W。大部分经历多次反射的反射光再次进入半导体晶片W的外周部分的一些部分中，这些部分非常接近夹紧环90的朝光学窗口的中心延伸的相对部分，即沿晶片传送方向分布的半导体晶片W的相对边缘部分。因此，进入低温区域CS的光的增加量使得温度相对提高，从而改善了半导体晶片W的外周部分的温度分布均匀性。
如上所述，本优选实施例应用具有椭圆形开口91的夹紧环90限定椭圆形平面结构的光学窗口，这种椭圆形平面结构与闪光灯69发出闪光穿过假定为圆形平面结构的光学窗口时出现的具有相对较低温度的低温区域CS的结构相适应。而且，本优选实施例使椭圆形光学窗口的第一边缘部分与所述低温区域CS相对应。这将提高低温区域CS的温度，从而改善在闪光加热期间半导体晶片W的温度分布的晶片内部均匀性。在闪光加热期间对半导体晶片W的温度分布的晶片内部均匀性的改善可防止半导体晶片W破裂。
尽管以上已描述了根据本发明的优选实施例，但本发明不限于上述的具体实施方式
。例如，尽管根据上述优选实施例夹紧环90的开口91为椭圆形结构，然而开口91也可为椭圆跑道形结构，如图10所示。由于开口91为椭圆跑道形结构，因此使用图10中示出的夹紧环90可使由夹紧环90限定的光学窗口具有椭圆跑道形平面结构。这样，夹紧环90固定至腔体6以使光学窗口的椭圆跑道形结构的线段延伸的方向垂直于晶片传送方向。这种改动还可使光学窗口的中心与光学窗口的面对低温区域CS的相对边缘部分之间的距离比光学窗口的中心与光学窗口的其它任意边缘部分之间的距离短。这将在闪光加热期间提高低温区域CS的温度，从而改善半导体晶片W的温度分布的晶片内部均匀性。
换句话说，当将夹紧环90的开口91限定为使光学窗口的中心与光学窗口的面对低温区域CS的相对边缘部分之间的距离短于光学窗口的中心与光学窗口的其它任意边缘部分之间的距离时，可产生与上述优选实施例的效果类似的效果。因此，夹紧环90的开口91可以具有如图11所示的结构。如图11所示的夹紧环90具有通过在圆形开口的一些部分中限定弦而形成的开口91。夹紧环90固定至腔体6，并使光学窗口的线段(或弦)延伸的方向垂直于晶片传送方向。这种改型也可产生与上述效果类似的效果。但是，当开口91为椭圆形结构或椭圆跑道形结构时夹紧环90具有更好的实用性。
当腔体6的结构以及闪光灯69的形状和排列与上述不同时，会出现以下情况，即当通过使用圆形平面结构的光学窗口进行闪光加热时产生的低温区域CS出现的位置与上述优选实施例的热处理设备1中低温区域CS出现的位置不同。在这种情况下，夹紧环90的开口91应该形成为使光学窗口的中心与光学窗口的面对低温区域CS的一个边缘部分之间的距离比光学窗口的中心与光学窗口的其它任意边缘部分之间的距离短。因此，具有开口91的夹紧环90可能仅具有一个朝光学窗口的中心延伸的部分，例如如图12所示。
上述优选实施例中，光学窗口的结构由夹紧环90的开口91限定。可替换地，光学窗口可通过将反射构件连接至透光板61的外周部分的上表面或下表面而形成。
尽管根据上述优选实施例，在发光部件5中设置有30个闪光灯69，然而本发明并不局限于此。本发明可以设置任意数目的闪光灯69。
闪光灯69不限于氙闪光灯，其也可为氪闪光灯。
根据本发明的技术可适用于具有包含用于代替所述闪光灯69的其它类型的灯(例如卤素灯)的发光部件5的热处理设备，并且该热处理设备通过将半导体晶片W暴露于由这些灯发出的光而加热半导体晶片W。在这种情况下，使光学窗口的中心与光学窗口面对低温区域CS的的一个边缘部分之间的距离比光学窗口的中心与光学窗口的其它任意边缘部分之间的距离短，可改善在通过发光进行热处理半导体晶片W时半导体晶片W的温度分布的晶片内部均匀性。
在上述优选实施例中，使用加热板71作为辅助加热构件。但是，也可在固持半导体晶片W的固持部7的下面设置一组灯(例如多个卤素灯)以在固持部7的下面发光，从而实现辅助加热。
在上述优选实施例中，通过将半导体晶片暴露于光中而实现离子激活处理。根据本发明的热处理设备待处理的基板不限于半导体晶片。例如，根据本发明的热处理设备可以对形成有包括氮化硅膜、多晶硅膜等各种硅膜的玻璃基板进行热处理。作为一个实例，硅离子通过化学气相沉积法(CVD)工艺注入在玻璃基板上形成的多晶硅膜中以形成非晶硅膜，并且在该非晶硅膜上形成用作防反射膜的氧化硅膜。在这种情况下，根据本发明的热处理设备可将非晶硅膜的整个表面暴露于光以使非晶硅膜多晶化，从而形成多结晶硅膜。
可以下述的方式制成另一种改型。制备TFT基板以使通过结晶非晶硅制造的多晶硅膜和位于下面的氧化硅膜形成在玻璃基板上，并且在该多晶硅膜中掺杂诸如磷或硼之类的杂质。根据本发明的热处理设备可将TFT基板暴露于光中以激活在掺杂步骤中注入的杂质。
尽管已详细描述了本发明，然而上述说明完全是为了示出目的而并非是为了限制。应当理解，在不脱离本发明范围的情况下可以设计出许多其它的改型与变化。
权利要求
1.一种热处理设备，其将基板暴露于闪光中以加热所述基板，该热处理设备包括光源，其包括设置在一个平面上的多个闪光灯；腔体，其设置在所述光源的下方，并且在该腔体内容置有所述基板；固持元件，其固持所述腔体内的所述基板；透光板，其设置在所述腔体的上部，以将从所述光源发出的闪光引导至所述腔体内；以及光学窗口形成构件，其限定光学窗口，所述光学窗口是光实际上可穿过所述透光板的区域，所述光学窗口具有平面结构以使所述光学窗口的中心与所述光学窗口的边缘部分之间的距离比所述光学窗口的中心与所述光学窗口的其它任意边缘部分之间的距离短。
2.如权利要求1所述的热处理设备，其中所述光学窗口的所述边缘部分是与所述基板外周部分的一部分面对的边缘部分，所述基板外周部分的一部分在设定所述光学窗口是圆形平面结构时，如果从所述光源发出闪光穿过所述光学窗口，具有相对低温。
3.如权利要求2所述的热处理设备，其中由所述光学窗口形成构件限定的所述光学窗口为椭圆形平面结构。
4.如权利要求3所述的热处理设备，其中位于所述椭圆形平面结构的短轴上的所述光学窗口的相对边缘部分设置在所述腔体的内壁表面的内侧，并设置在由所述固持元件固持的基板的外周缘的外侧。
5.如权利要求2所述的热处理设备，其中由所述光学窗口形成构件限定的所述光学窗口为椭圆跑道形平面结构。
6.如权利要求1所述的热处理设备，其中所述光学窗口形成构件是用于将所述透光板压向所述腔体、并覆盖所述透光板的外周部分的上表面以形成所述光学窗口的框架。
7.一种热处理设备，其将基板暴露于闪光中以加热所述基板，该热处理设备包括光源，其包括设置在一个平面上的多个杆状闪光灯；腔体，其设置在所述光源的下方，并且在该腔体内容置有所述基板；固持元件，其固持所述腔体内的基板；透光板，其设置在所述腔体的上部，以将从所述光源发出的闪光引导至所述腔体内；以及夹紧构件，其将所述透光板压向所述腔体，所述夹紧构件具有椭圆形开口。
8.如权利要求7所述的热处理设备，其中所述椭圆形开口的长轴延伸的方向与所述闪光灯的纵向一致。
9.如权利要求7所述的热处理设备，其中所述椭圆形开口的短轴延伸的方向与所述基板传送进和传送出所述腔体的方向一致。
10.如权利要求7所述的热处理设备，其中所述夹紧构件由铝合金制成。
全文摘要
从闪光灯发出的闪光通过由设于夹紧环中的开口限定的光学窗口引导至半导体晶片上。由于夹紧环的开口为椭圆形结构，因此由夹紧环限定的光学窗口也为椭圆形平面结构。夹紧环安装至腔体，并使与半导体晶片的外周部分的一些部分面对的光学窗口的相对边缘部是位于椭圆形结构的短轴上的光学窗口的相对边缘部，所述半导体晶片的外周部分的所述一些部分在假设所述光学窗口是圆形平面结构时，如果从所述光源发出闪光穿过所述光学窗口，则所述这些部分具有相对低的温度。穿过该光学窗口的闪光提高了半导体晶片外周部分的具有相对低温的一些部分的温度，从而改善了闪光加热期间半导体晶片的温度分布的晶片内部均匀性。
文档编号H01L21/324GK1858897SQ200610079970
公开日2006年11月8日 申请日期2006年4月29日 优先权日2005年5月2日
发明者伊藤祯朗 申请人:大日本网目版制造株式会社