热处理装置的制作方法

本发明涉及一种通过对衬底照射光而将所述衬底加热的热处理装置。成为处理对象的衬底包含例如半导体晶圆、液晶显示装置用衬底、平板显示器(flat panel display(fpd))用衬底、光盘用衬底、磁盘用衬底或太阳能电池用衬底等。

背景技术：

1、半导体器件的制造过程中，以极短时间将半导体晶圆加热的闪光灯退火(fla：flash lamp annealing)备受瞩目。闪光灯退火是使用氙闪光灯(以下，简称为“闪光灯”时，意指氙闪光灯)，对半导体晶圆的表面照射闪光，由此仅使半导体晶圆的表面在极短时间(数毫秒以下)升温的热处理技术。

2、氙闪光灯的放射分光分布从紫外区到近红外区，波长比以往的卤素灯短，与硅半导体晶圆的基础吸收带大体一致。因此，从氙闪光灯对半导体晶圆照射闪光时，透过光较少，能使半导体晶圆急速升温。此外也判明，如果是数毫秒以下的极短时间的闪光照射，那么能仅将半导体晶圆的表面附近选择性升温。

3、这种闪光灯退火使用于需要极短时间的加热的处理，例如典型来说，注入到半导体晶圆的杂质的活化。如果从闪光灯对通过离子注入法注入了杂质的半导体晶圆的表面照射闪光，那么能将所述半导体晶圆的表面以极短时间升温到活化温度，能不使杂质深度扩散而仅执行杂质活化。

4、作为执行这种闪光灯退火的装置，典型来说，使用在收容半导体晶圆的腔室上方设置着闪光灯，且在下方设置着卤素灯的热处理装置(例如专利文献1)。专利文献1所揭示的装置中，通过来自卤素灯的光照射预备加工半导体晶圆后，从闪光灯对所述半导体晶圆的表面照射闪光。通过卤素灯进行预备加热是因为仅闪光照射的话，半导体晶圆的表面不易达到目标温度。

5、[背景技术文献]

6、[专利文献]

7、[专利文献1]日本专利特开2011-159713号公报

技术实现思路

1、[发明要解决的问题]

2、然而，通过卤素灯进行预备加热的情况下，由于从卤素灯点亮到达到目标输出为止需要一定时间，另一方面，卤素灯熄灭后暂时热放射持续，所以有注入到半导体晶圆的杂质的扩散长度变得相对较长的问题。

3、此外，卤素灯主要放射波长相对较长的红外光。硅半导体晶圆的分光吸收率中，500℃以下的低温域中1μm以上的长波长的红外光的吸收率较低。也就是说，由于500℃以下的半导体晶圆不太吸收从卤素灯照射的红外光，所以在预备加热的初始阶段进行低效加热。

4、作为解决这些问题的方法，考虑使用多个led灯进行半导体晶圆的预备加热。led灯与卤素灯相比，输出的上升及下降较为高速。此外，led灯主要放射可见光。由此，即使是500℃以下相对较低温的半导体晶圆，从led灯照射的光的吸收率也较高，如果使用led灯，那么在预备加热的初始阶段也能效率良好地进行加热处理。

5、然而，由于各led灯本身的输出相对较微弱，所以照射到半导体晶圆的光的强度也相对较低。结果，使用led灯的半导体晶圆的加热效率不够充分。此外，为了获得高照射强度，必须将相当多数量的led灯配置在一定区域。

6、本发明是鉴于所述问题而完成的，目的在于提供一种能效率良好地将衬底加热的热处理装置。

7、[解决问题的技术手段]

8、为解决所述问题，技术方案1的发明是通过对衬底照射光而将所述衬底加热的热处理装置，其特征在于，具备：腔室，收容衬底；保持部，在所述腔室内保持所述衬底；辅助光源，设置在所述腔室的一侧，对保持在所述保持部的所述衬底照射光；及闪光灯，设置在所述腔室的另一侧，对保持在所述保持部的所述衬底照射闪光；且所述辅助光源具备多个垂直谐振器型面发光激光器。

9、此外，技术方案2的发明根据技术方案1的发明的热处理装置，其特征在于，所述辅助光源包含照射不同波长的光的垂直谐振器型面发光激光器。

10、此外，技术方案3的发明根据技术方案1或2的发明的热处理装置，其特征在于，在所述腔室与所述辅助光源之间，还具备将从所述多个垂直谐振器型面发光激光器中的每一个出射的光均一化的均质器。

11、此外，技术方案4的发明根据技术方案3的发明的热处理装置，其特征在于，所述均质器是将与所述多个垂直谐振器型面发光激光器一对一对应的光学元件捆束的板状。

12、此外，技术方案5的发明根据技术方案1到4的任一发明的热处理装置，其特征在于，所述辅助光源还包含多个led灯，所述多个垂直谐振器型面发光激光器以包围所述多个led灯周围的方式环状配置。

13、此外，技术方案6的发明根据技术方案5的发明的热处理装置，其特征在于，所述辅助光源包含照射不同波长光的垂直谐振器型面发光激光器及照射不同波长光的led灯。

14、此外，技术方案7的发明根据技术方案5的发明的热处理装置，其特征在于，所述辅助光源还具有追加的垂直谐振器型面发光激光器，在环状配置的所述多个垂直谐振器型面发光激光器周围，以照射方向朝向保持在所述保持部的所述衬底的方式倾斜设置。

15、[发明的效果]

16、根据技术方案1到7的发明，由于辅助光源具备多个垂直谐振器型面发光激光器，所以能提高照射到衬底的光的强度，能效率良好地将衬底加热。

17、尤其，根据技术方案2的发明，由于辅助光源包含照射不同波长光的垂直谐振器型面发光激光器，所以即使衬底的一部分中存在对于特定波长光的吸收率较低的部分，也能将衬底的整面均一加热。

18、尤其，根据技术方案3的发明，由于还具备将从多个垂直谐振器型面发光激光器中的每一个出射的光均一化的均质器，所以能将衬底的被照射面的照度分布均一化，也能将衬底的面内温度分布均一化。

19、尤其，根据技术方案5的发明，辅助光源还包含多个led灯，多个垂直谐振器型面发光激光器以包围多个led灯周围的方式环状配置，所以能从垂直谐振器型面发光激光器对易产生温度降低的衬底的周缘部照射定向性较高的光，强列地将所述周缘部加热，能将衬底的面内温度分布均一化。

技术特征：

1.一种热处理装置，其特征在于，是通过对衬底照射光而将所述衬底加热的热处理装置，且具备：

2.根据权利要求1所述的热处理装置，其中

3.根据权利要求1所述的热处理装置，其中

4.根据权利要求3所述的热处理装置，其中

5.根据权利要求1所述的热处理装置，其中

6.根据权利要求5所述的热处理装置，其中

7.根据权利要求5所述的热处理装置，其中

技术总结
本发明提供一种能效率良好地将衬底加热的热处理装置。在收容半导体晶圆(W)的腔室(6)的上侧，设置具备多个闪光灯(FL)的闪光加热部(5)，且在下侧，设置具备多个VCSEL(垂直谐振器型面发光激光器)(45)的辅助加热部(4)。通过来自VCSEL(45)的光照射将半导体晶圆(W)预备加热后，从闪光灯(FL)对半导体晶圆(W)的表面照射闪光，将所述表面瞬间升温。VCSEL(45)与LED相比，也能出射相对高强度的光。因此，如果能从多个VCSEL(45)进行光照射，那么照射到半导体晶圆(W)的光的强度也能提高，能效率良好地将半导体晶圆(W)加热。

技术研发人员：山田隆泰,繁桝翔伍
受保护的技术使用者：株式会社斯库林集团
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5