热处理装置及热处理装置的洗净方法与流程

[0001]
本发明涉及一种通过对半导体晶圆等薄板状精密电子衬底(以下，简称为“衬底”)照射光而对该衬底进行加热的热处理装置及该热处理装置的洗净方法。


背景技术：

[0002]
在半导体元件的制造工艺中，于极短时间内加热半导体晶圆的闪光灯退火(fla)受到关注。闪光灯退火是通过使用氙气闪光灯(以下，在仅记为“闪光灯”时意指氙气闪光灯)对半导体晶圆的表面照射闪光，而在极短时间(数毫秒以下)内仅使半导体晶圆的表面升温的热处理技术。
[0003]
氙气闪光灯的辐射分光分布为紫外线区域至近红外区，波长比以往的卤素灯更短，大致与硅半导体晶圆的基础吸收带一致。因此，从氙气闪光灯对半导体晶圆照射闪光时，透过光较少，且能够使半导体晶圆快速升温。另外，也弄清了只要是数毫秒以下的极短时间的闪光照射，则能够选择性地仅使半导体晶圆的表面附近升温。
[0004]
这种闪光灯退火用于需要极短时间的加热的处理中，例如典型地用于注入到半导体晶圆的杂质的活化。如果从闪光灯对利用离子注入法注入了杂质的半导体晶圆的表面照射闪光，则能够于极短时间内使该半导体晶圆的表面升温到活化温度，从而能够在杂质并未较深地扩散的情况下仅执行杂质活化。
[0005]
闪光灯退火装置不仅应用于如上所述的经注入的杂质的活化，也尝试着应用于其它用途。例如，在专利文献1中公开了一种技术，即，使包含磷(p)或硼(b)等掺杂剂的二氧化硅膜成膜于半导体晶圆的表面，通过来自卤素灯的光照射使掺杂剂在半导体晶圆的表面扩散后，利用闪光照射使掺杂剂活化。
[0006]
[背景技术文献]
[0007]
[专利文献]
[0008]
[专利文献1]日本专利特开2018-82118号公报


技术实现要素：

[0009]
[发明要解决的问题]
[0010]
如专利文献1所公开的技术中，在对包含掺杂剂的膜进行加热时，有时掺杂剂会通过向外扩散而从该膜释出，从而污染腔室的内壁面。另外，根据成膜于半导体晶圆的膜的种类不同，有时也会在加热时产生升华物，而污染腔室的内壁面。因此，在量产半导体元件的闪光灯退火装置中，至少每月打开腔室1次以上来实施清洁。根据所要处理的半导体晶圆的种类不同，也存在需要每周清洁1次以上腔室的情况。
[0011]
当打开腔室进行清洁时，当然必须使装置停止。因此，打开腔室进行的清洁处理使装置的运转率降低，并且也会导致生产成本增加。
[0012]
本发明是鉴于所述问题而完成的，目的在于提供一种能够容易地清理腔室内的污染的热处理装置及热处理装置的洗净方法。
[0013]
[解决问题的技术手段]
[0014]
为了解决所述问题，技术方案1的发明是一种热处理装置，其特征在于：通过对衬底照射光而对该衬底进行加热，且具备：腔室，收容衬底；晶座，在所述腔室内保持所述衬底；连续点亮灯，对所述腔室内照射光而对保持在所述晶座的所述衬底进行加热；紫外线灯，对所述腔室内照射包含紫外线光的光；及气体供给部，向所述腔室内供给包含臭氧的气体；且一边使所述衬底的处理结束后的所述腔室内成为包含臭氧的氛围，一边从所述紫外线灯照射包含紫外线光的光。
[0015]
另外，技术方案2的发明是根据技术方案1的发明所述的热处理装置，其特征在于：所述气体供给部向所述腔室内供给臭氧与氧气的混合气体，一边使所述腔室内成为包含臭氧与氧气的氛围，一边从所述紫外线灯照射包含紫外线光的光。
[0016]
另外，技术方案3的发明是根据技术方案1的发明所述的热处理装置，其特征在于：在利用所述连续点亮灯将所述包含臭氧的氛围加热的状态下，从所述紫外线灯照射包含紫外线光的光。
[0017]
另外，技术方案4的发明是根据技术方案1的发明所述的热处理装置，其特征在于：在将虚设衬底保持于所述晶座的状态下，从所述紫外线灯照射包含紫外线光的光。
[0018]
另外，技术方案5的发明是根据技术方案4的发明所述的热处理装置，其特征在于：进行所述衬底的处理时所使用的热处理配方与使用了所述虚设衬底的紫外线光照射处理中使用的处理配方相同。
[0019]
另外，技术方案6的发明是根据技术方案1的发明所述的热处理装置，其特征在于：在所述腔室内不存在衬底的状态下，从所述紫外线灯照射包含紫外线光的光。
[0020]
另外，技术方案7的发明是根据技术方案1的发明所述的热处理装置，其特征在于：还具备排出所述腔室内的氛围气体的排气部，从所述紫外线灯照射包含紫外线光的光之后，所述排气部从所述腔室内排出氛围气体。
[0021]
另外，技术方案8的发明是根据技术方案7的发明所述的热处理装置，其特征在于：所述气体供给部从比所述晶座更靠上方的供气位置向所述腔室内供给包含臭氧的气体，所述排气部从所述晶座与所述供气位置之间的高度位置排出氛围气体。
[0022]
另外，技术方案9的发明是根据技术方案1至技术方案8中任一项的发明所述的热处理装置，其特征在于：所述紫外线灯是照射闪光的闪光灯。
[0023]
另外，技术方案10的发明是一种热处理装置的洗净方法，其特征在于：所述热处理装置通过对衬底照射光而对该衬底进行加热，该热处理装置的洗净方法具备：处理步骤，对在腔室内保持于晶座的衬底照射光，从而对所述衬底进行加热；气体供给步骤，向所述衬底的处理结束后的所述腔室内供给包含臭氧的气体；及紫外线光照射步骤，一边使所述腔室内成为包含臭氧的氛围，一边从紫外线灯对所述腔室内照射包含紫外线光的光。
[0024]
另外，技术方案11的发明是根据技术方案10的发明所述的热处理装置的洗净方法，其特征在于：在所述气体供给步骤中，向所述腔室内供给臭氧与氧气的混合气体，在所述紫外线光照射步骤中，一边使所述腔室内成为包含臭氧与氧气的氛围，一边从所述紫外线灯照射包含紫外线光的光。
[0025]
另外，技术方案12的发明是根据技术方案10的发明所述的热处理装置的洗净方法，其特征在于：在从连续点亮灯对所述腔室内进行光照射而将所述包含臭氧的氛围加热
的状态下，从所述紫外线灯照射包含紫外线光的光。
[0026]
另外，技术方案13的发明是根据技术方案10的发明所述的热处理装置的洗净方法，其特征在于：在所述紫外线光照射步骤中，于在所述腔室内将虚设衬底保持于所述晶座的状态下，从所述紫外线灯照射包含紫外线光的光。
[0027]
另外，技术方案14的发明是根据技术方案13的发明所述的热处理装置的洗净方法，其特征在于：在所述处理步骤中进行所述衬底的处理时所使用的热处理配方与在所述紫外线光照射步骤中进行所述虚设衬底的处理时所使用的处理配方相同。
[0028]
另外，技术方案15的发明是根据技术方案10的发明所述的热处理装置的洗净方法，其特征在于：在所述紫外线光照射步骤中，在所述腔室内不存在衬底的状态下，从所述紫外线灯照射包含紫外线光的光。
[0029]
另外，技术方案16的发明是根据技术方案10的发明所述的热处理装置的洗净方法，其特征在于：还具备排气步骤，所述排气步骤是在从所述紫外线灯照射包含紫外线光的光之后，从所述腔室内排出氛围气体。
[0030]
另外，技术方案17的发明是根据技术方案16的发明所述的热处理装置的洗净方法，其特征在于：在所述气体供给步骤中，从比所述晶座更靠上方的供气位置向所述腔室内供给包含臭氧的气体，在所述排气步骤中，从所述晶座与所述供气位置之间的高度位置排出氛围气体。
[0031]
另外，技术方案18的发明是根据技术方案10至技术方案17中任一项的发明所述的热处理装置的洗净方法，其特征在于：所述紫外线灯是照射闪光的闪光灯。
[0032]
[发明的效果]
[0033]
根据技术方案1至技术方案9的发明，一边使衬底的处理结束后的腔室内成为包含臭氧的氛围，一边从紫外线灯照射包含紫外线光的光，因此能够利用臭氧及紫外线光的作用分解去除腔室内的污染物质，从而能够容易地清理腔室内的污染。
[0034]
尤其是，根据技术方案3的发明，在利用连续点亮灯将包含臭氧的氛围加热的状态下，从紫外线灯照射包含紫外线光的光，因此能够进一步促进污染物质的分解去除。
[0035]
尤其是，根据技术方案5的发明，进行衬底的处理时所使用的热处理配方与使用了所述虚设衬底的紫外线光照射处理中使用的处理配方相同，因此能够在进行使用了虚设衬底的处理时立即开始衬底的处理。
[0036]
尤其是，根据技术方案7的发明，在从紫外线灯照射包含紫外线光的光之后，排气部从腔室内排出氛围气体，因此能够将污染物质分解而生成的物质排出到腔室外。
[0037]
根据技术方案10至技术方案18的发明，一边使衬底的处理结束后的腔室内成为包含臭氧的氛围，一边从紫外线灯对腔室内照射包含紫外线光的光，因此能够利用臭氧及紫外线光的作用分解去除腔室内的污染物质，从而能够容易地清理腔室内的污染。
[0038]
尤其是，根据技术方案12的发明，在从连续点亮灯对腔室内进行光照射而将包含臭氧的氛围加热的状态下，从紫外线灯照射包含紫外线光的光，因此能够进一步促进污染物质的分解去除。
[0039]
尤其是，根据技术方案14的发明，在处理步骤中进行衬底的处理时所使用的热处理配方与在紫外线光照射步骤中进行虚设衬底的处理时所使用的处理配方相同，因此能够在进行使用了虚设衬底的处理时立即开始衬底的处理。
[0040]
尤其是，根据技术方案16的发明，在从紫外线灯照射包含紫外线光的光之后，从腔室内排出氛围气体，因此能够将污染物质分解而生成的物质排出到腔室外。
附图说明
[0041]
图1是表示本发明的热处理装置的构成的纵剖视图。
[0042]
图2是表示保持部的整体外观的立体图。
[0043]
图3是晶座的俯视图。
[0044]
图4是晶座的剖视图。
[0045]
图5是移载机构的俯视图。
[0046]
图6是移载机构的侧视图。
[0047]
图7是表示多个卤素灯的配置的俯视图。
[0048]
图8是表示腔室的洗净处理的顺序的流程图。
[0049]
图9是表示热处理装置的另一构成例的图。
[0050]
图10是表示紫外线灯的配置的一例的图。
具体实施方式
[0051]
以下，一边参照图式，一边详细地对本发明的实施方式进行说明。
[0052]
图1是表示本发明的热处理装置1的构成的纵剖视图。图1的热处理装置1是通过对作为衬底的圆板形状的半导体晶圆w进行闪光照射而对该半导体晶圆w进行加热的闪光灯退火装置。成为处理对象的半导体晶圆w的尺寸并无特别限定，例如为φ300mm或φ450mm。另外，在图1及之后的各图中，为了容易理解，视需要夸大或简化地描绘各部的尺寸或数量。
[0053]
热处理装置1具备：腔室6，收容半导体晶圆w；闪光加热部5，内置多个闪光灯fl；及卤素加热部4，内置多个卤素灯hl。在腔室6的上侧设置着闪光加热部5，并且在下侧设置着卤素加热部4。另外，热处理装置1在腔室6的内部具备保持部7及移载机构10，所述保持部7将半导体晶圆w保持为水平姿势，所述移载机构10在保持部7与装置外部之间进行半导体晶圆w的交接。进而，热处理装置1具备控制部3，该控制部3控制卤素加热部4、闪光加热部5及腔室6中所设置的各动作机构，使它们执行半导体晶圆w的热处理。
[0054]
腔室6是在筒状的腔室侧部61的上下安装石英制腔室窗而构成。腔室侧部61具有上下开口的大致筒形状，在上侧开口安装上侧腔室窗63以进行封闭，在下侧开口安装下侧腔室窗64以进行封闭。构成腔室6的顶壁的上侧腔室窗63是由石英形成的圆板形状部件，作为使从闪光加热部5出射的闪光透射到腔室6内的石英窗发挥功能。另外，构成腔室6的地板部的下侧腔室窗64也是由石英形成的圆板形状部件，作为使来自卤素加热部4的光透射到腔室6内的石英窗发挥功能。
[0055]
另外，在腔室侧部61内侧的壁面的上部安装着反射环68，在下部安装着反射环69。反射环68、69均形成为圆环状。上侧的反射环68通过从腔室侧部61的上侧嵌入而进行安装。另一方面，下侧的反射环69通过从腔室侧部61的下侧嵌入并利用省略图示的螺钉固定而进行安装。也就是说，反射环68、69均装卸自如地安装在腔室侧部61。将腔室6的内侧空间、也就是由上侧腔室窗63、下侧腔室窗64、腔室侧部61及反射环68、69所包围的空间规定为热处理空间65。
[0056]
因在腔室侧部61安装反射环68、69，故在腔室6的内壁面形成凹部62。也就是说，形成由腔室侧部61的内壁面中未安装反射环68、69的中央部分、反射环68的下端面、及反射环69的上端面所围成的凹部62。凹部62沿着水平方向呈圆环状形成在腔室6的内壁面，将保持半导体晶圆w的保持部7围绕。腔室侧部61及反射环68、69由强度与耐热性优异的金属材料(例如不锈钢)形成。
[0057]
另外，在腔室侧部61形成设置着用来对腔室6进行半导体晶圆w的搬入及搬出的搬送开口部(炉口)66。搬送开口部66能够通过闸阀185而打开及关闭。搬送开口部66与凹部62的外周面连通连接。因此，当闸阀185打开搬送开口部66时，可从搬送开口部66通过凹部62向热处理空间65搬入半导体晶圆w及从热处理空间65搬出半导体晶圆w。另外，当闸阀185将搬送开口部66关闭时，腔室6内的热处理空间65成为密闭空间。
[0058]
进而，在腔室侧部61贯穿设置着贯通孔61a。在腔室侧部61的外壁面的设置着贯通孔61a的部位安装着辐射温度计20。贯通孔61a是用来将从保持在下述晶座74的半导体晶圆w的下表面辐射的红外光引导到辐射温度计20的圆筒状孔。贯通孔61a以其贯通方向的轴与保持在晶座74的半导体晶圆w的主面相交的方式相对于水平方向倾斜设置。在贯通孔61a的面向热处理空间65一侧的端部，安装着透明窗21，该透明窗21由使辐射温度计20所能够测定的波长区域的红外光透过的氟化钡材料构成。
[0059]
另外，在腔室6的内壁上部形成设置着向热处理空间65供给处理气体的气体供给孔81。气体供给孔81形成设置在比凹部62更靠上侧的位置，也可设置在反射环68上。气体供给孔81经由呈圆环状形成在腔室6的侧壁内部的缓冲空间82与气体供给管83连通连接。气体供给管83与处理气体供给源85连接。另外，在气体供给管83的路径中途介插着阀84。当打开阀84时，将处理气体从处理气体供给源85馈送到缓冲空间82。流入到缓冲空间82的处理气体以在流体阻力小于气体供给孔81的缓冲空间82内扩散的方式流动，而从气体供给孔81供给到热处理空间65内。作为处理气体，例如可使用氮气(n2)等惰性气体、或氢气(h2)、氨气(nh3)等反应性气体、或将这些气体混合而成的混合气体(本实施方式中为氮气)。另外，也可从处理气体供给源85馈送臭氧(o3)、氧气(o2)、三氟化氮(nf3)、三氟化氯(clf3)、氯气(cl2)等作为清洁气体，而从气体供给孔81供给到腔室6内。
[0060]
另一方面，在腔室6的内壁下部形成设置着将热处理空间65内的气体排出的气体排出孔86。气体排出孔86形成设置在比凹部62更靠下侧的位置，也可设置在反射环69上。气体排出孔86经由呈圆环状形成在腔室6的侧壁内部的缓冲空间87与气体排出管88连通连接。气体排出管88与排气部190连接。另外，在气体排出管88的路径中途介插着阀89。当打开阀89时，热处理空间65的气体从气体排出孔86经过缓冲空间87向气体排出管88排出。另外，气体供给孔81及气体排出孔86可沿着腔室6的圆周方向设置多个，也可呈狭缝状。
[0061]
排气部190包含真空泵。不从气体供给孔81进行气体供给的情况下，使排气部190作动而排出热处理空间65的气体，由此能够将腔室6内减压到小于大气压。另外，排气部190的真空泵与气体排出管88例如通过管径不同的3条旁路管线而连接，可通过打开这些管线中的任一条而改变来自腔室6的排气流量及排气速度。
[0062]
图2是表示保持部7的整体外观的立体图。保持部7具备基台环71、连结部72及晶座74而构成。基台环71、连结部72及晶座74均由石英形成。也就是说，整个保持部7由石英形成。
[0063]
基台环71是从圆环形状缺损一部分而成的圆弧形状的石英部件。该缺损部分是为了防止下述移载机构10的移载臂11与基台环71的干涉而设置的。基台环71通过载置于凹部62的底面而支撑在腔室6的壁面上(参照图1)。在基台环71的上表面沿着其圆环形状的圆周方向竖立设置多个连结部72(本实施方式中为4个)。连结部72也是石英部件，通过焊接而固着在基台环71上。
[0064]
晶座74由设置在基台环71上的4个连结部72支撑。图3是晶座74的俯视图。另外，图4是晶座74的剖视图。晶座74具备保持板75、导环76及多个衬底支撑销77。保持板75是由石英形成的大致圆形的平板状部件。保持板75的直径大于半导体晶圆w的直径。也就是说，保持板75具有大于半导体晶圆w的平面尺寸。
[0065]
在保持板75的上表面周缘部设置着导环76。导环76是具有比半导体晶圆w的直径更大的内径的圆环形状部件。例如，在半导体晶圆w的直径为φ300mm的情况下，导环76的内径为φ320mm。导环76的内周设为如从保持板75朝向上方变宽的锥面。导环76由与保持板75相同的石英形成。导环76可焊接在保持板75的上表面，也可通过另行加工的销等固定在保持板75上。或者，也可将保持板75与导环76加工成为一体的部件。
[0066]
将保持板75的上表面中比导环76更靠内侧的区域设为保持半导体晶圆w的平面状保持面75a。在保持板75的保持面75a竖立设置着多个衬底支撑销77。在本实施方式中，沿着与保持面75a的外周圆(导环76的内周圆)为同心圆的圆周上以30
°
为单位竖立设置着共计12个衬底支撑销77。配置着12个衬底支撑销77的圆的直径(对向的衬底支撑销77间的距离)小于半导体晶圆w的直径，如果半导体晶圆w的直径为φ300mm，那么该圆的直径为φ270mm～φ280mm(本实施方式中为φ270mm)。各个衬底支撑销77由石英形成。多个衬底支撑销77可通过焊接而设置在保持板75的上表面，也可与保持板75加工成为一体。
[0067]
回到图2，竖立设置在基台环71上的4个连结部72与晶座74的保持板75的周缘部通过焊接而固着。也就是说，晶座74与基台环71通过连结部72而固定地连结。通过将这种保持部7的基台环71支撑在腔室6的壁面上，而将保持部7安装在腔室6中。在保持部7安装在腔室6的状态下，晶座74的保持板75成为水平姿势(法线与铅直方向一致的姿势)。也就是说，保持板75的保持面75a成为水平面。
[0068]
被搬入到腔室6中的半导体晶圆w以水平姿势载置并保持在腔室6中所安装的保持部7的晶座74上。此时，半导体晶圆w由竖立设置在保持板75上的12个衬底支撑销77支撑，从而保持在晶座74。更严格地说，12个衬底支撑销77的上端部接触半导体晶圆w的下表面而支撑该半导体晶圆w。因为12个衬底支撑销77的高度(衬底支撑销77的上端至保持板75的保持面75a的距离)均一，所以能够利用12个衬底支撑销77将半导体晶圆w支撑为水平姿势。
[0069]
另外，半导体晶圆w与保持板75的保持面75a隔开特定间隔地由多个衬底支撑销77支撑。导环76的厚度大于衬底支撑销77的高度。因此，利用导环76防止由多个衬底支撑销77所支撑的半导体晶圆w在水平方向的位置偏移。
[0070]
另外，如图2及图3所示，在晶座74的保持板75，上下贯通地形成着开口部78。开口部78是为了供辐射温度计20接收从半导体晶圆w的下表面辐射的辐射光(红外光)而设置。也就是说，辐射温度计20经由开口部78及安装在腔室侧部61的贯通孔61a的透明窗21接收从半导体晶圆w的下表面辐射的光，从而测定该半导体晶圆w的温度。进而，在晶座74的保持板75贯穿设置着4个贯通孔79，这些贯通孔79供下述移载机构10的顶起销12贯通，以便交接
半导体晶圆w。
[0071]
图5是移载机构10的俯视图。另外，图6是移载机构10的侧视图。移载机构10具备2条移载臂11。移载臂11设为如依照大致圆环状的凹部62的圆弧形状。在各移载臂11竖立设置着2根顶起销12。移载臂11及顶起销12由石英形成。各移载臂11可通过水平移动机构13而旋动。水平移动机构13使一对移载臂11在移载动作位置(图5的实线位置)与退避位置(图5的双点划线位置)之间水平移动，该移载动作位置是对保持部7进行半导体晶圆w的移载的位置，该退避位置是在俯视下不与保持在保持部7的半导体晶圆w重叠的位置。作为水平移动机构13，可利用独立的马达使各移载臂11分别旋动，也可使用连杆机构并利用1个马达使一对移载臂11连动地旋动。
[0072]
另外，一对移载臂11通过升降机构14与水平移动机构13一同进行升降移动。当升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置上升时，共计4根顶起销12通过贯穿设置在晶座74的贯通孔79(参照图2、3)，顶起销12的上端从晶座74的上表面突出。另一方面，当升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置下降而将顶起销12从贯通孔79抽出，并且水平移动机构13使一对移载臂11以打开的方式移动时，各移载臂11移动到退避位置。一对移载臂11的退避位置为保持部7的基台环71的正上方。因基台环71载置在凹部62的底面，所以移载臂11的退避位置成为凹部62的内侧。另外，在移载机构10的设置着驱动部(水平移动机构13及升降机构14)的部位附近还设置着省略图示的排气机构，以将移载机构10的驱动部周边的氛围气体排出到腔室6的外部的方式构成。
[0073]
回到图1，设置在腔室6的上方的闪光加热部5是在壳体51的内侧具备由多根(本实施方式中为30根)氙气闪光灯fl所构成的光源、及以覆盖该光源的上方的方式设置的反射器52而构成。另外，在闪光加热部5的壳体51的底部安装着灯光辐射窗53。构成闪光加热部5的地板部的灯光辐射窗53是由石英形成的板状石英窗。通过将闪光加热部5设置在腔室6的上方，从而灯光辐射窗53与上侧腔室窗63相对向。闪光灯fl从腔室6的上方经由灯光辐射窗53及上侧腔室窗63对热处理空间65照射闪光。
[0074]
多个闪光灯fl分别为具有长条的圆筒形状的棒状灯，且以各自的长度方向沿着保持在保持部7的半导体晶圆w的主面(也就是沿着水平方向)相互平行的方式排列成平面状。因此，通过闪光灯fl的排列而形成的平面也是水平面。供多个闪光灯fl排列的区域大于半导体晶圆w的平面尺寸。
[0075]
氙气闪光灯fl具备：圆筒形状的玻璃管(放电管)，在其内部封入氙气且在其两端部配设着与电容器连接的阳极及阴极；及触发电极，附设在该玻璃管的外周面上。氙气是电绝缘体，因此即便在电容器中蓄积有电荷，在通常状态下玻璃管内也不会流通电。然而，在对触发电极施加高电压而破坏了绝缘的情况下，蓄积在电容器中的电瞬间流到玻璃管内，通过此时的氙原子或分子的激发而放出光。这种氙气闪光灯fl具有如下特征：预先蓄积在电容器中的静电能被转换成0.1毫秒至100毫秒的极短光脉冲，因此与像卤素灯hl一样连续点亮的光源相比，可照射极强的光。也就是说，闪光灯fl是在小于1秒的极短时间内瞬间发光的脉冲发光灯。另外，闪光灯fl的发光时间可根据对闪光灯fl进行电力供给的灯电源的线圈常数进行调整。
[0076]
另外，反射器52以覆盖多个闪光灯fl整体的方式设置在这多个闪光灯fl的上方。反射器52的基本功能是将从多个闪光灯fl出射的闪光向热处理空间65侧反射。反射器52由
铝合金板形成，其表面(面向闪光灯fl一侧的面)通过喷击处理而实施粗面化加工。
[0077]
设置在腔室6的下方的卤素加热部4在壳体41的内侧内置着多根(本实施方式中为40根)卤素灯hl。卤素加热部4利用多个卤素灯hl从腔室6的下方经由下侧腔室窗64对热处理空间65进行光照射，从而对半导体晶圆w进行加热。
[0078]
图7是表示多个卤素灯hl的配置的俯视图。40根卤素灯hl分为上下2段配置。在靠近保持部7的上段配设着20根卤素灯hl，在比上段更远离保持部7的下段也配设着20根卤素灯hl。各卤素灯hl是具有长条的圆筒形状的棒状灯。在上段、下段，20根卤素灯hl均以各自的长度方向沿着保持在保持部7的半导体晶圆w的主面(也就是沿着水平方向)相互平行的方式排列。因此，在上段、下段，由卤素灯hl的排列形成的平面均为水平面。
[0079]
另外，如图7所示，上段、下段均为相比与保持在保持部7的半导体晶圆w的中央部对向的区域，与周缘部对向的区域中的卤素灯hl的配设密度更高。也就是说，上下段均为相比灯排列的中央部，周缘部的卤素灯hl的配设间距更短。因此，可对利用来自卤素加热部4的光照射进行加热时温度容易下降的半导体晶圆w的周缘部照射更多光量。
[0080]
另外，由上段的卤素灯hl所构成的灯群与由下段的卤素灯hl所构成的灯群以呈格子状交叉的方式排列。也就是说，以配置在上段的20根卤素灯hl的长度方向与配置在下段的20根卤素灯hl的长度方向相互正交的方式，配设着共计40根卤素灯hl。
[0081]
卤素灯hl是通过对配设在玻璃管内部的灯丝通电，使灯丝白炽化而发光的灯丝方式的光源。在玻璃管的内部封入了向氮气或氩气等惰性气体中导入微量卤素元素(碘、溴等)而得的气体。通过导入卤素元素，能够抑制灯丝的折损，并能够将灯丝的温度设定为高温。因此，卤素灯hl具有如下特性：与普通白炽灯泡相比，寿命长且能够连续照射强光。也就是说，卤素灯hl是连续发光至少1秒以上的连续点亮灯。另外，卤素灯hl为棒状灯，因此寿命较长，通过使卤素灯hl沿着水平方向配置，使得对上方的半导体晶圆w的辐射效率优异。
[0082]
另外，在卤素加热部4的壳体41内，也在2段的卤素灯hl的下侧设置着反射器43(图1)。反射器43将从多个卤素灯hl出射的光向热处理空间65侧反射。
[0083]
控制部3对设置在热处理装置1的所述各种动作机构进行控制。作为控制部3的硬件的构成与普通计算机相同。也就是说，控制部3具备：cpu(central processing unit，中央处理器)，是进行各种运算处理的电路；rom(read only memory，只读存储器)，是存储基本程序的读出专用存储器；ram(random access memory，随机存取存储器)，是存储各种信息的自由读写存储器；及磁盘，预先存储控制用软件或数据等。通过控制部3的cpu执行特定的处理程序，而进行热处理装置1中的处理。
[0084]
除了所述构成以外，热处理装置1还具备各种冷却用构造，以防在半导体晶圆w的热处理时从卤素灯hl及闪光灯fl产生的热能导致卤素加热部4、闪光加热部5及腔室6的温度过度上升。例如，在腔室6的壁体设置着水冷管(省略图示)。另外，卤素加热部4及闪光加热部5设为在内部形成气流而进行排热的空气冷却构造。另外，也向上侧腔室窗63与灯光辐射窗53的间隙供给空气，从而将闪光加热部5及上侧腔室窗63冷却。
[0085]
接下来，对热处理装置1中的处理动作进行说明。此处，首先，对针对成为产品的普通半导体晶圆(成品晶圆)w进行的热处理动作进行说明后，对热处理装置1的腔室6的洗净处理进行说明。以下所说明的半导体晶圆w的处理顺序是通过控制部3控制热处理装置1的各动作机构而进行。
[0086]
首先，在半导体晶圆w的处理之前，打开用来进行供气的阀84，并且打开排气用阀89，从而开始针对腔室6内进行供气排气。当打开阀84时，从气体供给孔81向热处理空间65供给氮气。另外，当打开阀89时，从气体排出孔86排出腔室6内的气体。由此，从腔室6内的热处理空间65的上部供给的氮气流到下方，并从热处理空间65的下部排出。
[0087]
随后，打开闸阀185而使搬送开口部66开放，利用装置外部的搬送机器人经由搬送开口部66将成为处理对象的半导体晶圆w搬入到腔室6内的热处理空间65。此时，有伴随着半导体晶圆w的搬入而混入装置外部的氛围的担忧，但因持续向腔室6供给氮气，所以氮气从搬送开口部66流出，从而能够将这种外部氛围的混入抑制为最小限度。
[0088]
由搬送机器人搬入的半导体晶圆w进入到保持部7的正上方位置后停止。然后，移载机构10的一对移载臂11从退避位置水平移动到移载动作位置并上升，由此顶起销12通过贯通孔79从晶座74的保持板75的上表面突出，而接收半导体晶圆w。此时，顶起销12上升到比衬底支撑销77的上端更靠上方。
[0089]
将半导体晶圆w载置在顶起销12后，搬送机器人从热处理空间65退出，利用闸阀185将搬送开口部66关闭。然后，一对移载臂11下降，由此半导体晶圆w从移载机构10被交接给保持部7的晶座74，并以水平姿势被从下方保持。半导体晶圆w由竖立设置在保持板75上的多个衬底支撑销77支撑，而保持在晶座74上。另外，半导体晶圆w以经成膜处理的表面为上表面而被保持部7保持。在由多个衬底支撑销77支撑的半导体晶圆w的背面(与正面为相反侧的主面)与保持板75的保持面75a之间形成特定间隔。下降至晶座74的下方的一对移载臂11通过水平移动机构13退避到退避位置、也就是凹部62的内侧。
[0090]
半导体晶圆w以水平姿势被由石英形成的保持部7的晶座74从下方保持后，卤素加热部4的40根卤素灯hl同时点亮而开始预加热(辅助加热)。从卤素灯hl出射的卤素光透过由石英形成的下侧腔室窗64及晶座74，照射到半导体晶圆w的下表面。半导体晶圆w因接收来自卤素灯hl的光照射而被预加热，从而温度上升。另外，因为移载机构10的移载臂11已退避到凹部62的内侧，所以不会妨碍由卤素灯hl所进行的加热。
[0091]
通过来自卤素灯hl的光照射而升温的半导体晶圆w的温度由辐射温度计20进行测定。测定出的半导体晶圆w的温度被传递给控制部3。控制部3一边监视通过来自卤素灯hl的光照射而升温的半导体晶圆w的温度是否达到特定的预加热温度t1，一边控制卤素灯hl的输出。也就是说，控制部3基于辐射温度计20的测定值，以半导体晶圆w的温度成为预加热温度t1的方式对卤素灯hl的输出进行反馈控制。
[0092]
半导体晶圆w的温度达到预加热温度t1后，控制部3将半导体晶圆w暂时维持在该预加热温度t1。具体地说，在利用辐射温度计20测定的半导体晶圆w的温度达到预加热温度t1的时间点，控制部3调整卤素灯hl的输出，将半导体晶圆w的温度大致维持在预加热温度t1。
[0093]
通过这种利用卤素灯hl进行预加热，使半导体晶圆w整体均匀地升温至预加热温度t1。在利用卤素灯hl进行预加热的阶段，有更易产生散热的半导体晶圆w的周缘部的温度较中央部降低的倾向，但卤素加热部4中的卤素灯hl的配设密度为与周缘部对向的区域高于与半导体晶圆w的中央部对向的区域。因此，对易产生散热的半导体晶圆w的周缘部照射的光量变多，从而能够使预加热阶段中的半导体晶圆w的面内温度分布均匀。
[0094]
在半导体晶圆w的温度达到预加热温度t1并经过了特定时间的时间点，闪光加热
部5的闪光灯fl对保持在晶座74的半导体晶圆w的表面进行闪光照射。此时，从闪光灯fl辐射的闪光的一部分直接射向腔室6内，另一部分暂时由反射器52反射后射向腔室6内，通过这些闪光的照射而进行半导体晶圆w的闪光加热。
[0095]
闪光加热通过来自闪光灯fl的闪光(flash light)照射而进行，因此能够在短时间内使半导体晶圆w的表面温度上升。也就是说，从闪光灯fl照射的闪光是由预先蓄积在电容器中的静电能转换为极短的光脉冲、且照射时间为0.1毫秒以上100毫秒以下程度的极短且较强的闪光。并且，利用来自闪光灯fl的闪光照射被闪光加热的半导体晶圆w的表面温度在瞬间上升到1000℃以上的处理温度t2后快速下降。
[0096]
在闪光加热处理结束后，经过特定时间后卤素灯hl熄灭。由此，半导体晶圆w从预加热温度t1快速降温。降温中的半导体晶圆w的温度由辐射温度计20进行测定，其测定结果被传递给控制部3。控制部3根据辐射温度计20的测定结果监视半导体晶圆w的温度是否已下降至特定温度。并且，在半导体晶圆w的温度下降至特定以下后，移载机构10的一对移载臂11再次从退避位置水平移动到移载动作位置并上升，由此顶起销12从晶座74的上表面突出，从晶座74接收热处理后的半导体晶圆w。接着，打开由闸阀185关闭的搬送开口部66，利用装置外部的搬送机器人将载置在顶起销12上的半导体晶圆w从腔室6搬出，从而半导体晶圆w的加热处理结束。
[0097]
当表面形成有膜的半导体晶圆w在经预加热后进行闪光加热时，有时掺杂剂等会通过从已升温的膜向外扩散而释出到热处理空间65。另外，根据膜的种类不同，有时也会从已升温的膜产生升华物。这些来自膜的物质(主要是碳系物质)会附着于经冷却的腔室6的内壁面，从而污染腔室6。因此，在本实施方式中，以如下方式进行热处理装置1的腔室6的洗净处理。
[0098]
图8是表示腔室6的洗净处理的顺序的流程图。在例如针对25片成品晶圆的如上所述的半导体晶圆w的处理结束(步骤s1)后，热处理装置1成为待机状态，将虚设晶圆搬入到腔室6内(步骤s2)。虚设晶圆是与成为产品的半导体晶圆w相同的圆板形状的硅晶圆，具有与半导体晶圆w相同的尺寸及形状。但是，在虚设晶圆中，未实施图案形成或成膜处理。也就是说，虚设晶圆是所谓的硅制裸晶圆。虚设晶圆向腔室6的搬入动作与所述半导体晶圆w的搬入动作相同。
[0099]
将虚设晶圆搬入腔室6内并保持在晶座74，利用闸阀185将搬送开口部66关闭后，在腔室6内形成包含臭氧的氛围(步骤s3)。在本实施方式中，在腔室6内形成臭氧与氧气的混合氛围。具体地说，从处理气体供给源85馈送臭氧与氧气的混合气体，将该混合气体作为清洁气体从气体供给孔81供给到热处理空间65。一边从气体排出孔86排出腔室6内的气体，一边从气体供给孔81供给清洁气体，由此腔室6内被置换成臭氧与氧气的混合氛围。
[0100]
在腔室6内形成臭氧与氧气的混合氛围后，卤素加热部4的卤素灯hl点亮(步骤s4)。因为在晶座74保持着虚设晶圆，所以从卤素灯hl出射的光透过下侧腔室窗64及晶座74照射到虚设晶圆的下表面。虚设晶圆因接收来自卤素灯hl的光照射而被加热，从而升温。并且，通过来自已升温的虚设晶圆的热传导，腔室6内的臭氧与氧气的混合氛围也被加热。
[0101]
通过来自卤素灯hl的光照射，腔室6内的氛围温度达到特定温度后，于在腔室6内形成包含臭氧的氛围的状态下，闪光灯fl发光而对热处理空间65照射闪光(步骤s5)。闪光的照射时间为0.1毫秒以上100毫秒以下。从闪光灯fl照射的闪光的分光分布从紫外线区域
跨及近红外区。也就是说，从闪光灯fl照射的闪光为包含紫外线光的光。另外，闪光灯fl的灯管材质优选为积极地使紫外线光透过的材质，以使闪光充分地包含紫外线光。
[0102]
当对腔室6内所形成的臭氧与氧气的混合氛围照射包含紫外线光的闪光时，利用波长185nm左右的紫外线光分解氧分子，并且也将附着在腔室6的壁面的污染物质分解。通过分解氧分子而生成的氧原子与其他氧分子键结，而生成臭氧。另外，利用波长254nm左右的紫外线光分解臭氧，而生成活性氧。该活性氧与污染物质发生反应，成为一氧化碳(co)或二氧化碳(co2)，由此从腔室6的内壁面去除污染物质。这样一来，腔室6的内壁面被洗净。此时，通过来自卤素灯hl的光照射预先对腔室6内的臭氧与氧气的混合氛围进行加热，由此进一步促进污染物质的分解去除。
[0103]
闪光照射结束后，卤素灯hl也熄灭。之后，不对腔室6内进行气体供给，而是从气体排出孔86排出腔室6内的氛围气体，由此将腔室6内减压至小于大气压(步骤s6)。由此，将包含臭氧的氛围与污染物质发生反应而生成的一氧化碳及二氧化碳从腔室6内排出。
[0104]
将腔室6内减压至特定压力后，从气体供给孔81向腔室6内供给氮气，使腔室6内恢复至大气压(步骤s7)。此时，可继续从腔室6内进行排气，也可停止从腔室6内进行排气。
[0105]
利用氮气使腔室6内复压后，从腔室6搬出虚设晶圆(步骤s8)。虚设晶圆从腔室6搬出的搬出动作与所述半导体晶圆w的搬出动作相同。使用1片虚设晶圆的洗净处理结束后，也可使用新的虚设晶圆进行与以上所述相同的洗净处理。也就是说，也可针对多片(例如5片)虚设晶圆重复步骤s2～步骤s8的处理。
[0106]
在本实施方式中，半导体晶圆w的处理结束后，于在腔室6内形成有包含臭氧的氛围的状态下，从闪光灯fl照射包含紫外线光的闪光。一边使腔室6内成为包含臭氧的氛围，一边对腔室6内照射包含紫外线光的闪光，由此能够分解去除附着于腔室6的内壁面的污染物质。也就是说，仅通过向腔室6内供给包含臭氧的清洁气体并从闪光灯fl照射闪光，便能够容易且高效率地清理腔室6内的污染。结果为，能够减少用来进行腔室6的清洁的维护次数，缩短热处理装置1的停止时间，从而能够抑制热处理装置1的运转率降低。另外，在维护时，源自腔室6内的污染的微粒较少，因此能够缩短热处理装置1的启动时间。
[0107]
另外，在照射闪光前，已通过来自卤素灯hl的光照射对腔室6内的氛围进行了加热，因此能够使臭氧等活化，从而进一步促进污染物质的分解去除。
[0108]
另外，在本实施方式中，使用虚设晶圆进行腔室6的洗净处理。也就是说，从通过来自卤素灯hl的光照射而升温的虚设晶圆进行热传导，利用该热传导对腔室6内的氛围进行加热。已升温的虚设晶圆也对晶座74进行预热。因此，即便在使用虚设晶圆的洗净处理的中途，也能够在任意时间点重新开始成品晶圆的处理。另外，由于在晶座74上保持虚设晶圆，所以从闪光灯fl照射的闪光在虚设晶圆的表面被反射而到达腔室6的内壁面，从而能够提高污染物质的分解效率。
[0109]
另外，在使用虚设晶圆进行腔室6的洗净处理时，利用卤素灯hl进行加热，并进行来自闪光灯fl的闪光照射，这与针对成品晶圆进行的热处理内容相同。具体地说，进行针对成品晶圆的热处理时所使用的热处理配方与进行针对虚设晶圆的光照射处理时所使用的处理配方相同。所谓热处理配方，是记载着热处理的工艺序列及热处理的各种构成部(例如卤素灯hl及闪光灯fl)的控制参数(例如卤素灯hl及闪光灯fl的输出值等)的程序。因为使用与进行针对成品晶圆的热处理时所使用的热处理配方相同的处理配方对虚设晶圆进行
光照射处理，所以在进行腔室6的洗净处理时也能够立即开始成品晶圆的处理。
[0110]
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但该发明可在不脱离其主旨的范围内进行除所述以外的各种变更。例如，在所述实施方式中，使用虚设晶圆进行腔室6的洗净处理，但并不限定于此，也可在进行腔室6的洗净处理时不使用虚设晶圆。具体地说，在不将虚设晶圆搬入腔室6，于腔室6内不存在任何衬底的状态(虚设晶圆与成品晶圆均不存在的状态)下，向腔室6内持续供给包含臭氧的清洁气体，并从闪光灯fl照射闪光。在此情况下，例如每隔1分钟从闪光灯fl重复进行闪光照射。另外，也可同时继续进行来自卤素灯hl的光照射，直接对腔室6内的包含臭氧的氛围进行加热。这样一来，与所述实施方式同样地，也是利用闪光所包含的紫外线光分解臭氧而生成活性氧，且该活性氧与污染物质发生反应，由此从腔室6的内壁面分解去除污染物质。另外，如果在进行腔室6的洗净处理时不使用虚设晶圆，则能够减少购买虚设晶圆的成本。但是，如果像所述实施方式那样使用虚设晶圆进行腔室6的洗净处理，则能够经由虚设晶圆高效率地对腔室6内的氛围进行加热。进而，从闪光灯fl照射的闪光在虚设晶圆的表面被反射而到达腔室6的内壁面，因此污染物质的分解效率提高。
[0111]
另外，从闪光照射后的腔室6排气也可从比晶座74更靠上方的空间进行。图9是表示热处理装置1的另一构成例的图。在该图中，对与所述实施方式相同的要素，标注与图1相同的符号。气体供给孔81设置在比晶座74更靠上方的供气位置。因此，包含臭氧的清洁气体从比晶座74更靠上方的供气位置被供给到腔室6内。气体排出孔281在晶座74与该供气位置之间的高度位置形成设置在腔室6的内壁面。气体排出孔281通过气体排出管288与排气部290连接。在气体排出管288的路径中途介插着阀289。通过一边使排气部290作动一边打开阀289，能够从设置在晶座74与所述供气位置之间的高度位置的气体排出孔281排出腔室6内的氛围气体。
[0112]
一般来说，各种膜形成在半导体晶圆w的表面，因此通过加热处理而从膜释出的污染物质易附着在比半导体晶圆w更靠上方、也就是比晶座74更靠上方的腔室6的内壁面。因此，污染物质分解而生成的一氧化碳或二氧化碳易滞留在比晶座74更靠上方的空间。如果从晶座74与所述供气位置之间的高度位置排出腔室6内的氛围气体，则能够高效率地将污染物质分解而生成的一氧化碳或二氧化碳排出到腔室6外，并且能够防止作为半导体晶圆w的加热处理时的排气路径的气体排出管88受到污染。
[0113]
图9的构成中，可从多个气体供给孔81旋风状地向腔室6内供给包含臭氧的清洁气体，并且从多个气体排出孔281旋风状地排出腔室6内的氛围气体。这样一来，能够始终向腔室6的内壁面供给新的清洁气体，并且能够毫无滞留地将污染物质分解而生成的一氧化碳或二氧化碳从腔室6排出。
[0114]
另外，在所述实施方式中，利用闪光所包含的紫外线光进行洗净处理，但也可设置与卤素灯hl及闪光灯fl不同的专用的紫外线灯。图10是表示紫外线灯的配置的一例的图。图10的例子中，在闪光加热部5中排列的相邻闪光灯fl之间设置着专用的紫外线灯ul。从紫外线灯ul对腔室6内照射紫外线光，代替图8的步骤s5。这样一来，也利用从紫外线灯ul照射的紫外线光分解臭氧而生成活性氧，且该活性氧与污染物质发生反应，由此从腔室6的内壁面分解去除污染物质。图10的例子中，在闪光灯fl之间配置着紫外线灯ul，但也可在相邻的卤素灯hl之间配置紫外线灯ul。另外，紫外线灯ul不在成品晶圆的处理时使用。
[0115]
另外，在腔室6的洗净处理时，未必需要来自卤素灯hl的光照射。即便不进行来自卤素灯hl的光照射，也能通过一边使腔室6内成为包含臭氧的氛围一边照射包含紫外线光的光，而分解去除附着于腔室6的内壁面的污染物质。
[0116]
另外，在所述实施方式中，在腔室6内形成了臭氧与氧气的混合氛围，但也可将其设为仅存在臭氧的氛围。但是，在纯臭氧的氛围下难以进行操作，因此像所述实施方式那样设为臭氧与氧气的混合氛围才会让操作较为容易。另外，也可在腔室6内形成包含三氟化氮、三氟化氯、氯气等氟系或氯系蚀刻气体的氛围代替臭氧。
[0117]
另外，也可通过控制部3的软件设定，编排如在不进行成品晶圆的处理的适当时间点执行所述实施方式的洗净处理的序列。例如，可设为如每处理1000片成品晶圆执行2小时洗净处理的序列，也可设为如每隔10天执行2小时洗净处理的序列。
[0118]
另外，在所述实施方式中，闪光加热部5中具备30根闪光灯fl，但并不限定于此，闪光灯fl的根数可设为任意数量。另外，闪光灯fl并不限定于氙气闪光灯，也可为氪气闪光灯。另外，卤素加热部4所具备的卤素灯hl的根数也不限定于40根，可设为任意数量。
[0119]
另外，在所述实施方式中，使用灯丝方式的卤素灯hl作为连续发光1秒以上的连续点亮灯进行半导体晶圆w的预加热，但并不限定于此，也可使用放电型电弧灯(例如氙气电弧灯)代替卤素灯hl作为连续点亮灯来进行预加热。
[0120]
[符号的说明]
[0121]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
热处理装置
[0122]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制部
[0123]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
卤素加热部
[0124]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
闪光加热部
[0125]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
腔室
[0126]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
保持部
[0127]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
移载机构
[0128]
65
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
热处理空间
[0129]
74
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
晶座
[0130]
75
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
保持板
[0131]
77
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
衬底支撑销
[0132]
81
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
气体供给孔
[0133]
86、281 气体排出孔
[0134]
fl
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
闪光灯
[0135]
hl
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
卤素灯
[0136]
ul
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
紫外线灯
[0137]
w
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
半导体晶圆