專利名稱：熱處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及對(duì)于半導(dǎo)體晶片等被處理體進(jìn)行退火處理及成膜處理等熱處理的熱處理裝置。
背景技術(shù)：
一般地，在半導(dǎo)體設(shè)備的制造中，在半導(dǎo)體晶片上重復(fù)進(jìn)行成膜處理、圖案蝕刻處理、氧化擴(kuò)散處理、改性處理、退火處理等熱處理，從而制造所優(yōu)選的設(shè)備，伴隨著半導(dǎo)體設(shè)備的高密度化、多層化及高集成化，其規(guī)格(式樣)逐年要求嚴(yán)格，特別優(yōu)選使這些各種熱處理的晶片中均勻性得到提高與品質(zhì)得到改善。例如，以半導(dǎo)體設(shè)備的晶體管的頻道層的處理為例進(jìn)行說明，一般是在該頻道層注入不純物原子的離子后，進(jìn)行以使原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化為目的的退火處理。
在這種情況下，長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行上述退火處理雖然能夠使原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化，但由于不純物原子向膜厚的深處擴(kuò)散，向下方穿透，所以必須在極短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。就是說，為了達(dá)到使頻道層的厚度減小且不發(fā)生穿透現(xiàn)象的原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定化，必須快速將半導(dǎo)體晶片的溫度升至高溫，且在退火處理后快速將其降溫至不發(fā)生擴(kuò)散的低溫。
為了使這樣的退火處理成為可能，在以往的熱處理裝置中，在收存有加熱燈的燈室中設(shè)置阻擋輻射熱的屏蔽結(jié)構(gòu)，在高溫下進(jìn)行退火處理后使晶片溫度降溫時(shí)，該屏蔽結(jié)構(gòu)動(dòng)作，阻擋來自加熱燈的輻射熱，并進(jìn)行晶片的快速降溫。
而且，作為另一歷來的熱處理裝置，例如如日本專利2001-85408號(hào)公報(bào)中所示，有在晶片臺(tái)上設(shè)置珀耳帖元件，在100～250℃蝕刻晶片時(shí)，升降溫時(shí)使用上述珀耳帖元件的熱處理裝置。
然而，在設(shè)置了屏蔽結(jié)構(gòu)的上述以往的熱處理裝置中，存在有由于該屏蔽結(jié)構(gòu)自身較大，使得裝置大型化，而且裝置自身也復(fù)雜化等問題。而且，在使用珀耳貼元件的以往的熱處理裝置中，進(jìn)行蝕刻的工藝溫度為100～250℃，溫度并不太高，例如在高溫下進(jìn)行退火等處理時(shí)，該溫度過低，不能夠充分進(jìn)行等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是著眼于上述問題，并提出有效的解決方案。本發(fā)明的目的在于，提供一種在進(jìn)行高溫?zé)崽幚頃r(shí)，能夠進(jìn)行被處理體的高速升溫與高速降溫的熱處理裝置。而且，本發(fā)明的另一目的在于，提供一種能夠提高被處理體的加熱效率的熱處理裝置。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種熱處理裝置，其特征在于，用于在400℃以上的溫度下對(duì)被處理體實(shí)施熱處理，具有在頂部具有透過窗的處理容器；設(shè)置在該處理容器內(nèi)，與上述透過窗相向的用于裝載被處理體的裝載臺(tái)；設(shè)置在上述處理容器的上方，通過透過窗對(duì)被處理體照射熱射線，對(duì)加熱被處理體進(jìn)行加熱的多個(gè)加熱燈；以及設(shè)置在上述裝載臺(tái)，至少能夠?qū)Ρ惶幚眢w進(jìn)行冷卻的熱電變換器。
根據(jù)該熱處理裝置，當(dāng)在400℃以上的溫度下對(duì)被處理體實(shí)施熱處理時(shí)，在被處理體升溫時(shí)主要利用來自加熱燈的熱射線進(jìn)行加熱，在降溫時(shí)通過使用熱電交換器強(qiáng)制冷卻，由此能夠進(jìn)行被處理體的高速升溫及高速降溫。
在該熱處理裝置中，優(yōu)選在上述熱電變換器的下側(cè)設(shè)置有在內(nèi)部形成有傳熱介質(zhì)通路的傳熱介質(zhì)夾套。
而且，上述熱電變換器優(yōu)選為，通過流過與被處理體的冷卻時(shí)相反方向的電流，對(duì)被處理體進(jìn)行加熱。
進(jìn)而，上述熱電交換器優(yōu)選包含，分別與上述裝載臺(tái)上的多個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)配置的多個(gè)熱電變換元件；該熱處理裝置還具有，分別控制在所述裝載臺(tái)的各區(qū)域上流過熱電變換元件的電流的交換元件控制器。
由此，能夠在維持被處理體溫度的面內(nèi)均勻性的狀態(tài)下進(jìn)行快速降溫。
在這種情況下，上述交換元件控制器進(jìn)行控制，以使在上述熱電變換元件中間歇地流過電流，同時(shí)當(dāng)在上述熱電變換元件中電流不流動(dòng)的期間，根據(jù)上述熱電變換元件的電動(dòng)勢(shì)測(cè)定該熱電變換元件的溫度。
在被處理體為硅晶片的情況下，優(yōu)選多個(gè)加熱燈由主要發(fā)射紫外線的紫外線放電燈與主要發(fā)射可見光的鹵素?zé)羲鶚?gòu)成。
由此，能夠提高被處理體對(duì)于來自加熱燈的熱射線的吸收率，更高速地進(jìn)行升溫。
在這種情況下，優(yōu)選上述紫外線放電燈的電力控制通過能率控制(duty control)進(jìn)行。
而且，優(yōu)選為，對(duì)于被處理體的中央部，主要照射來自上述紫外線放電燈的紫外線，對(duì)于被處理體的周圍部主要照射來自鹵素?zé)舻目梢姽狻?br> 而且，本發(fā)明還提供具有以下特征的熱處理裝置，用于在高溫下對(duì)被處理體實(shí)施熱處理，具有在頂部具有透過窗的處理容器；設(shè)置在該處理容器內(nèi)，與透過窗相向的用于裝載被處理體的裝載臺(tái)；設(shè)置在處理容器的上方，通過透過窗對(duì)被處理體照射熱射線，對(duì)被處理體進(jìn)行加熱的多個(gè)加熱燈，上述裝載臺(tái)包含，與從加熱燈發(fā)射的主要熱射線的種類相對(duì)應(yīng)，主要吸收該熱射線的吸收板。
這樣，能夠利用與從加熱燈所主要發(fā)射的熱射線的種類相對(duì)應(yīng)而主要吸收該熱射線的吸收板，提高對(duì)于裝載臺(tái)上的被處理體的加熱效率。
在該熱處理裝置中，上述裝載臺(tái)可以包含，主要吸收相互不同種類的熱射線的多個(gè)吸收板。
在這種情況下，優(yōu)選在吸收板之間，設(shè)置有至少能夠?qū)Ρ惶幚眢w一側(cè)進(jìn)行冷卻的熱電交換器。


圖1是表示本發(fā)明的熱處理裝置的第一實(shí)施方式的截面結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示加熱裝置的加熱燈的配置(布置)一例的平面圖。
圖3是表示構(gòu)成熱電交換器的珀耳帖元件的配置一例的平面圖。
圖4是表示硅晶片對(duì)于熱射線波長(zhǎng)的吸收率的圖。
圖5是表示鍺與硅對(duì)于熱射線波長(zhǎng)的透過率的圖。
圖6是表示石英、氮化鋁(AlN)與SiC對(duì)于熱射線波長(zhǎng)的吸收率的圖。
圖7是表示氟化鈣(CaF2)與氟化鋰(LiF)對(duì)于熱射線波長(zhǎng)的透過率的圖。
圖8是表示熔融石英對(duì)于熱射線波長(zhǎng)的透過率的圖。
圖9是表示對(duì)于各種基底材(基底)實(shí)施涂層處理后紅外線區(qū)域的透過率的圖。
圖10是表示本發(fā)明的熱處理裝置的第二實(shí)施方式的裝載臺(tái)構(gòu)造的結(jié)構(gòu)圖。
圖11是本發(fā)明的熱處理裝置的第三實(shí)施方式的截面結(jié)構(gòu)圖。
圖12是本發(fā)明的熱處理裝置的第四實(shí)施方式的截面結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面基于附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
第一實(shí)施方式圖1所示的第一實(shí)施方式的熱處理裝置2，具有例如由鋁成形為筒狀的處理容器4。該處理容器4的頂部開口，在該開口部通過“O”型圈等的密封部件6氣密地設(shè)置透明的透過窗8。而且在該處理容器4的內(nèi)部，設(shè)置形成為薄圓板狀的裝載臺(tái)10，在該裝載臺(tái)10的上面，裝載作為被處理體的半導(dǎo)體晶片W。在此作為裝載臺(tái)10的材料，由易于吸收來自所使用的加熱燈的光線的材料構(gòu)成，例如可以使用主要吸收紅外線燈的光線的SiO2材料、AlN材料、SiC材料，主要吸收紫外線燈的光線的鍺(Ge)材料、硅(Si)材料、金屬材料等。
而且，在該處理容器4的側(cè)壁上，設(shè)置有在半導(dǎo)體晶片W搬出搬入時(shí)開閉的閘閥12，同時(shí)設(shè)置有在熱處理時(shí)向內(nèi)部導(dǎo)入所必須的處理氣體的氣體噴嘴14。而且，在處理容器4的底部的周圍部，形成排氣口16，在該排氣口16上連接，設(shè)置有圖未示的真空泵的排氣系統(tǒng)18，例如能夠?qū)μ幚砣萜?4內(nèi)的氣氛進(jìn)行真空排氣。而且，在該處理容器4的底部周圍殘留的中心側(cè)，形成大口徑的開口，在該開口上，通過例如“O”型圈等密封部件20氣密地安裝固定例如鋁制厚壁的底板22。
而且，在上述底板22的上面?zhèn)龋ㄟ^熱電交換器24接合設(shè)置上述板狀的裝載臺(tái)10。該熱電交換器24，具有多個(gè)作為熱電變換元件的例如多個(gè)珀耳帖元件24A，這些珀耳帖元件24A在此氣密地貫通底板22，通過向外側(cè)配置的導(dǎo)線26連接于珀耳帖控制部(變換元件控制部)28，由該珀耳帖控制部28可控制電流的方向與大小。其中所謂熱電變換，是指將熱能變換為電能，或?qū)㈦娔茏儞Q為熱能。而且，作為珀耳帖元件24A，例如可以使用能夠承受在400℃以上的高溫下使用的Bi2Te3(鉍·銻)元件、PbTe(鉛·銻)元件、SiGe(硅·鍺)元件等。
另外，在上述底板22的上部，在其片面方向的全體上形成用于流過傳熱介質(zhì)的傳熱介質(zhì)流路30，在該傳熱介質(zhì)流路30的一端連接有傳熱介質(zhì)導(dǎo)入通路32，另一端連接有傳熱介質(zhì)排出通路34，該底板22兼用于傳熱介質(zhì)夾套36。在此，作為傳熱介質(zhì)，至少能夠流過冷介質(zhì)，從上述珀耳帖元件24A的下面吸收熱量，使其冷卻。或者，根據(jù)需要流過溫介質(zhì)，從上述珀耳帖元件24A的下面吸收能量(給予熱量)，進(jìn)行加熱。該傳熱介質(zhì)例如可以由循環(huán)器38循環(huán)使用。還有，該底板22設(shè)置有用于使晶片W相對(duì)上述裝載臺(tái)10進(jìn)行升降的位移銷(未圖示)。
另一方面，在上述透過窗8的上方設(shè)置有用于對(duì)上述晶片W進(jìn)行加熱的加熱裝置40。具體地，加熱裝置40由多個(gè)加熱燈42A、42B所構(gòu)成，將這些加熱燈42A、42B安裝于，設(shè)置在透過窗8的上方的容器狀的燈室44頂部的下面全體上。而且該燈室44頂部的內(nèi)面為反射鏡48，使來自各加熱燈42A、42B的熱射線向下方向反射。各加熱燈42A、42B的總電力為例如100～200kW(千瓦)左右。由燈控制部46進(jìn)行這些加熱燈42A、42B的控制，如后面所述，例如可從上述珀耳帖控制部28，如后所述，向燈控制部46輸入例如溫度信息。
在此圖示的例中，位于燈室44的周圍部以外的中央部的加熱燈42A，使其熱射線的發(fā)射方向朝向正下方，與此相對(duì)，位于燈室44的周圍部的加熱燈42B朝向下方內(nèi)側(cè)并傾斜設(shè)置，使其熱射線的發(fā)射方向向晶片W的周圍部分集中。而且，所謂熱射線，包含全部的紫外線、可見光及紅外線(包含近紅外線、遠(yuǎn)紅外線)。
在此如圖2所示，設(shè)置有上述加熱燈42A、42B的燈室44的頂部，以同心圓狀劃分為中央側(cè)的內(nèi)側(cè)區(qū)域50A及周圍部的外側(cè)區(qū)域50B。在內(nèi)側(cè)區(qū)域50A中設(shè)置加熱燈42A群，在外側(cè)區(qū)域50B中設(shè)置加熱燈42B群。加熱燈42A、42B的電力，可以由各區(qū)域50A、50B進(jìn)行控制。而且，優(yōu)選在上述內(nèi)側(cè)區(qū)域50A內(nèi)較稀疏地配置加熱燈42A群，與此相對(duì)，在上述外側(cè)區(qū)域50B內(nèi)較密集地配置加熱燈42B群，以實(shí)現(xiàn)晶片W面內(nèi)的均勻加熱。
在此，作為上述加熱燈42A、42B，可以使用從以發(fā)射紫外線為主的紫外線放射燈、以發(fā)射可見光為主的鹵素?zé)簟⒁园l(fā)射紅外線為主的紅外線燈所構(gòu)成的群中選擇的一種或兩種以上的燈具。在圖1中，例如作為中央側(cè)的加熱燈42A，使用例如可大功率輸出的紫外線放射燈，與此相對(duì)，作為周圍部一側(cè)的加熱燈42B，使用例如小型的鹵素?zé)?。在此決定其材料(基底材)與涂層材料，以減小上述透過窗8對(duì)于從上述加熱燈42A、42B所射出的光線的吸收率。具體的，例如可以使用熔融石英玻璃、耐熱玻璃、氟化鈣(CaF2)材料、氟化鋰(LiF)材料、鍺(Ge)材料、實(shí)施有涂層的鍺基底材料等。
或如圖3(A)所示，配置于底板22的珀耳帖元件24A，跨越裝載臺(tái)10的大致全部表面配置。而且，各珀耳帖元件24A，以同心圓狀劃分為位于裝載臺(tái)10上中央部的內(nèi)側(cè)區(qū)域52A、位于其外側(cè)中央部周圍的中間區(qū)域52B、及位于其外側(cè)最外周的外側(cè)區(qū)域52C等三個(gè)區(qū)域。進(jìn)而，需要精確的溫度控制的外側(cè)區(qū)域52C，沿其周圍方向進(jìn)一步劃分為分別包含3個(gè)珀耳帖元件24A的4個(gè)分割區(qū)域，上述52A、52B、52C(對(duì)于外側(cè)區(qū)域52C進(jìn)一步劃分為4個(gè)分割區(qū)域)，每個(gè)區(qū)域都能獨(dú)立地進(jìn)行控制。
而且，可以改變圖3(A)中珀耳帖元件的配置成為如圖3(B)、圖3(C)所示的配置。具有跨越裝載臺(tái)10的大致整個(gè)表面，鋪滿珀耳帖元件24A的結(jié)構(gòu)，珀耳帖元件24A之間幾乎沒有間隙。這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)更精確且均勻的溫度控制。在上述配置中，雖然各區(qū)域52A、52B、52C不是確切的同心圓，但可按照?qǐng)D示適宜地決定各區(qū)域52A、52B、52C。在圖3(A)、圖3(B)中珀耳帖元件24A的形狀形成大致四邊形，在圖3(C)的情況下形成大致六邊形。另外，在圖3(B)、圖3(C)中對(duì)每個(gè)區(qū)域賦予珀耳帖元件24A不同的樣子，使區(qū)域劃分明確。而且，圖3所示的區(qū)域劃分形式，僅是單純的示例，當(dāng)然并不受此限制。
下面，對(duì)上述結(jié)構(gòu)的熱處理裝置2的動(dòng)作加以說明。首先，為了進(jìn)行退火處理，通過打開的閘閥12將未處理的晶片W導(dǎo)入處理容器4內(nèi)，裝在裝載臺(tái)10上，將處理容器4內(nèi)部密閉。然后，通過氣體噴嘴14一邊控制流量一邊導(dǎo)入作為處理氣體的例如氮?dú)?N2)或氬氣(Ar)，同時(shí)使處理容器4排氣至規(guī)定的加工壓力，例如維持1～100Pa(7.5mTorr～750m Torr)。同時(shí)，由燈控制部46使加熱裝置40動(dòng)作，點(diǎn)亮各加熱燈42A、42B。
由此，各加熱燈42A、42B所發(fā)射的熱射線穿過透過窗8，入射到晶片W的表面，使其急劇地加熱升溫。此時(shí)的升溫速度為例如，100～200℃/sec左右。在使用紫外線放電燈作為加熱燈的情況下，對(duì)該紫外線放電燈進(jìn)行能率控制，控制其接入的電力。這一點(diǎn)在以后的實(shí)施方式中都是相同。而且，使晶片W在400℃以上，例如500～1000℃的加工溫度中僅維持規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行退火處理。而且，在此對(duì)紫外線放電燈實(shí)行能率控制的原因如下。即，在對(duì)紫外線放電燈連續(xù)地供給電力的情況下，即使是該電力緩慢地上升，在未達(dá)到確定值(閾值)以上時(shí)不發(fā)生放電，即對(duì)于接入的電力不能得到成比例的熱量，同時(shí)，熱射線量不能0～100％連續(xù)地變化。因此，如果利用引起放電的充分的電力進(jìn)行能率控制，這些問題即可一并解決。
如上所述，當(dāng)退火處理結(jié)束后，進(jìn)行使晶片W急速冷卻的高速降溫。因此，熄滅各加熱燈42A、42B，同時(shí)，在設(shè)置于裝載臺(tái)10的下面的熱電交換器24的珀耳帖元件24A中，流過使其上面冷卻的方向的電流。以此，除處理容器4內(nèi)的對(duì)流與輻射的冷卻效果之外，在各珀耳帖元件24A上面發(fā)生低溫而冷卻，所以使與其接觸的裝載臺(tái)10冷卻，可使晶片W急速冷卻，能夠進(jìn)行晶片W的高速降溫。此時(shí)，由于在各珀耳帖元件24A的下面發(fā)生溫?zé)岫儫幔栽谛纬捎诘装?2上的傳熱介質(zhì)夾套36的傳熱介質(zhì)流路30中，流過冷卻用的傳熱介質(zhì)，由上述傳熱介質(zhì)將在上述各珀耳帖元件24A的下面發(fā)生的溫?zé)嵯蛳到y(tǒng)外部傳遞，使各珀耳帖元件24A的下面冷卻。作為此時(shí)冷卻用的傳熱介質(zhì)，可以使用冷卻水等。
那么，在上述動(dòng)作中，如圖2所示，各加熱燈42A、42B分為多個(gè)區(qū)域，在圖示的例中分為2個(gè)區(qū)域，特別是外側(cè)區(qū)域50B的各加熱燈42B，由于朝向難以使晶片W升溫的晶片周圍部，并向該周圍部集中地照射熱射線，因此，能夠在維持面內(nèi)溫度均勻性的狀態(tài)下使晶片W快速升溫。在這種情況下，能夠根據(jù)各珀耳帖元件24A的塞貝克效應(yīng)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，利用珀耳帖控制部28來測(cè)定晶片的溫度、或裝載臺(tái)10的溫度(作為珀耳帖元件24A自身的溫度)。將該測(cè)定結(jié)果輸入到燈控制部46，在該燈控制部46中，根據(jù)測(cè)定結(jié)果按照每個(gè)區(qū)域?qū)ι鲜龈骷訜釤?2A、42B進(jìn)行控制，以此，能夠在更好地維持面內(nèi)溫度均勻性的狀態(tài)下使晶片W快速升溫。
另外，在晶片W升溫時(shí)，通過在各珀耳帖元件24A中流過使其上面發(fā)熱的方向的電流(與晶片降溫時(shí)的電流方向相反)，可以由各珀耳帖元件24A輔助地加熱晶片W。因此，能夠進(jìn)一步提高晶片W的升溫速度。在這種情況下，在各珀耳帖元件24A中間歇地流過加熱用電流，并在珀耳帖元件24A中電流不流動(dòng)的期間，根據(jù)珀耳帖元件24A的電動(dòng)勢(shì)測(cè)定其溫度。然后，根據(jù)該測(cè)定的溫度按照每個(gè)區(qū)域?qū)α飨蜱甓?4A的加熱用電流進(jìn)行控制。由此，能夠更好地維持升溫時(shí)晶片溫度的面內(nèi)均勻性。而且，在晶片W升溫時(shí)，由于在各珀耳帖元件24A的下面發(fā)生低溫，因此在傳熱介質(zhì)夾套36的傳熱介質(zhì)流路30中，流過與晶片W冷卻時(shí)不同的加熱用傳熱介質(zhì)，通過上述加熱用傳熱介質(zhì)將發(fā)生在各珀耳帖元件24A的下面的低溫向系統(tǒng)外部排出。在這種情況下，作為加熱用的傳熱介質(zhì)，可以使用高溫的熱水等。
而且在晶片W降溫時(shí)，也在珀耳帖元件24A中間歇地流過晶片冷卻用電流，并在珀耳帖元件24A中電流不流動(dòng)的期間，根據(jù)珀耳帖元件24A的電動(dòng)勢(shì)測(cè)定其溫度。然后，根據(jù)該測(cè)定的溫度按照每個(gè)區(qū)域?qū)α飨蜱甓?4A的冷卻用電流進(jìn)行控制。因此，能夠在較好地維持晶片溫度的面內(nèi)均勻性的狀態(tài)下使晶片溫度降溫。而且，如果進(jìn)一步增加分割多個(gè)珀耳帖元件24A的區(qū)域數(shù)目，或?qū)γ總€(gè)珀耳帖元件24A中的電流進(jìn)行控制，則能夠更好地維持晶片升溫及降溫時(shí)面內(nèi)溫度的均勻性。而且，當(dāng)然裝載臺(tái)的溫度，也可利用內(nèi)嵌設(shè)置在其內(nèi)部的熱電偶，或利用經(jīng)過光纖由熱輻射量進(jìn)行計(jì)算的輻射溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。
在此為了使被處理體快速升溫，僅增加向各加熱裝置40的各加熱燈接入電力是不夠的，必須增大被處理體自身對(duì)于來自燈的熱射線的吸收率。以使用例如硅晶片作為被處理體的情況為例，該硅晶片對(duì)于熱射線的吸收率如圖4所示圖表。如圖4所示，硅晶片對(duì)于熱射線的吸收率與熱射線的波長(zhǎng)及硅晶片的溫度有關(guān)。在此所謂熱射線，是包含如上所述從紫外線到遠(yuǎn)紅外線的較寬的概念。
如圖所示，表示當(dāng)波長(zhǎng)在大致1.17μm之前，與硅晶片的溫度無關(guān)，為0.5～0.7左右的高吸收率，但當(dāng)波長(zhǎng)大于1.17μm時(shí)，吸收率受溫度的影響很大，溫度越低吸收率越小(透過率增大)。即，硅晶片的溫度在270～600℃的范圍內(nèi)變化時(shí)，與其相對(duì)應(yīng)，吸收率在0.1～0.7左右的范圍內(nèi)變化。
因此，可知在使被處理體快速升溫中，作為加熱燈，優(yōu)選使用輸出波長(zhǎng)為1.17μm以下的燈具，即主要射出紫外線的紫外線放射燈及主要射出可見光的鹵素?zé)?。而且，通過使用這種加熱燈，能夠有效地利用熱射線，提高加熱效率。
為了提高加熱效率。透過硅晶片的熱射線被其下面的裝載臺(tái)10有何種程度的吸收成為大的問題。因此，下面對(duì)裝載臺(tái)10的材質(zhì)進(jìn)行研究。
圖5是表示鍺與硅對(duì)于熱射線波長(zhǎng)的透過率(1-吸收率)的圖。圖6是表示石英、氮化鋁(AlN)與碳化硅(SiC)對(duì)于熱射線波長(zhǎng)的吸收率的圖。首先，如圖5所示，在此設(shè)定鍺的厚度為2mm，硅的厚度為2.5mm。由圖5可知，在熱射線的波長(zhǎng)為0.77μm以下的可見光區(qū)域及紫外線區(qū)域，透過率為10％以下，即吸收率為90％以上，非常大。因此可以確認(rèn)，在使用紫外線放射燈及鹵素?zé)糇鳛榧訜釤舻那闆r下，或者如本實(shí)施方式，兩者混合設(shè)置的情況下，優(yōu)選使用鍺基板及硅基板作為裝載臺(tái)10的材料。由此，裝載臺(tái)10能夠高效地吸收透過硅基板的熱射線，其結(jié)果是，能夠由該裝載臺(tái)10的熱量來加熱硅基板。所以，可相應(yīng)地提高加熱效率，而且，還能夠進(jìn)一步提高升溫速度。
另外，將圖6所示的SiO2(圖6的(A)、AlN圖6的(B)、SiC圖6的(C))的板厚設(shè)定為1.3～3.4mm。上述各材料如果不是在波長(zhǎng)約為4μm以上的區(qū)域則表現(xiàn)不出足夠大的吸收率，在紫外線及可見光的區(qū)域中吸收率非常低。因此可以確認(rèn)，在使用紅外線燈作為加熱燈的情況下，優(yōu)選使用SiO2板、AlN板、SiC板作為裝載臺(tái)10的材料。在這種情況下，除了SiC以外，還可以使用包含其它氧化物的陶瓷材料。
而且，在提高加熱效率上，透過窗8對(duì)于熱射線的透過率也成為較大的問題，下面對(duì)透過窗8進(jìn)行研究。
圖7是表示氟化鈣(CaF2)[厚度3mm]與氟化鋰(LiF)[厚度2mm]對(duì)于熱射線波長(zhǎng)的透過率的圖。圖8是表示熔融石英[厚度1mm]對(duì)于熱射線波長(zhǎng)的透過率的圖。圖9是表示對(duì)于各種基底材(基底)實(shí)施涂層處理后紅外線區(qū)域的透過率的圖。
首先，如圖7所示，CaF2板(圖7的(A))在從0.2μm的紫外線到8μm的紅外線范圍內(nèi)，或LiF板(圖7的(B))在從0.12μm的紫外線到7μm的紅外線范圍內(nèi)，都表現(xiàn)出約90％的高透過率。因此可以確認(rèn)，不論加熱燈的種類，對(duì)于紫外線放電燈、鹵素?zé)?、紅外線燈等全部的燈，都可以采用CaF2板及LiF板作為透過窗8。特別是，該CaF2板及LiF板在紫外線區(qū)域上表現(xiàn)出高透過率，因此可以確認(rèn)，在使用紫外線放電燈的情況下特別有效。
另外，如圖8所示，在熔融石英的情況下，在跨越從0.2μm的紫外線到4.0μm的紅外線范圍內(nèi)，透過率都表現(xiàn)出80％左右較高的值。因此可以確認(rèn)，與圖7所示材料相同，在從紫外線到紅外線的寬范圍上，優(yōu)選熔融石英作為透過窗8的材料。特別是，在可見光的區(qū)域(0.42～0.77μm)的范圍上，吸收率可達(dá)非常之高的90％以上，因此特別優(yōu)選。在此情況下，也與前面的說明相同，能夠提高加熱效率，還能進(jìn)一步提高升溫速度。
下面，參照?qǐng)D9對(duì)紅外線區(qū)域的光線進(jìn)行研究。如圖9所示，在分別單獨(dú)使用ZnSe板、Si板、Ge板(無涂層)的情況下，透過率分別為70％、50％、45％，并不太高。但是可確認(rèn)，分別實(shí)行以下所述的兩面涂層后，透過率全部大幅上升到90～100％的范圍內(nèi)，能夠發(fā)揮高的加熱效率。即，可確認(rèn)在使用紅外線燈作為加熱燈的情況下，優(yōu)選使用上述兩面涂層的ZnSe板、Si板、Ge板。
在ZnSe板的情況下，在熱射線入射側(cè)的上面，使用折射率比基底材的ZnSe低的ThF4涂層材料，在熱射線透過側(cè)的下面，使用折射率比基底材的ZnSe高的ZeSe涂層材料。另外，在Si板的情況下，在上面使用折射率比基底材的Si低的SiO2涂層材料，在下面使用折射率比基底材的Si高的Ge涂層材料。另外，在Ge板的情況下，在上面使用折射率比基底材的Ge低的SiO2涂層材料，在下面使用折射率比基底材的Ge高的Ge涂層材料。
第二實(shí)施方式在上述第一實(shí)施方式中，以使用一種材料作為裝載臺(tái)10的情況為例進(jìn)行的說明，但并不局限于此。例如，也可以是通過疊層具有主要吸收波長(zhǎng)頻帶相互不同特性的多層吸收板形成裝載臺(tái)10。
圖10是表示如上所述本發(fā)明第二實(shí)施方式的裝載臺(tái)構(gòu)造的結(jié)構(gòu)圖。而且，對(duì)于裝載臺(tái)10以外的結(jié)構(gòu)，圖示省略。具體地，該裝載臺(tái)10由主要吸收紫外線與可見光的可見光吸收板62與主要吸收紅外線的紅外線吸收板64疊層構(gòu)成。
在此，作為構(gòu)成吸收板62、64的材料，如前面參照?qǐng)D5、圖6所進(jìn)行的說明，可以使用例如鋁或硅板作為紫外線·可見光吸收板62，可以使用例如石英、AlN板或SiC板作為紅外線吸收板64。而且，在此所謂紅外線，包含近紅外線、紅外線、及遠(yuǎn)紅外線。在這種情況下，作為吸收板的吸收頻帶的熱射線而透過被處理體的熱射線，可全部被裝載臺(tái)10吸收。因此，能夠由此大幅提高加熱速度，也能夠進(jìn)一步提高升溫速度。
而且，在圖10(A)中，各吸收板62、64的疊層順序沒有特別的限制。另外，還可以疊層吸收率較高的頻率區(qū)域不同的3種吸收板。
而且，在圖10(A)所示情況下，兩枚吸收板62、64重合疊層而形成裝載臺(tái)10，在其下面一側(cè)接合珀耳帖元件24A。與此相對(duì)，也可以是如圖10(B)所示，在各吸收板62、64之間分別夾持設(shè)置珀耳帖元件24A。在此情況下，為了在退火處理后時(shí)晶片溫度高速降溫，在各珀耳帖元件24A中流過電流，以使其上面?zhèn)葹槲鼰釥顟B(tài)(發(fā)生低溫)，下面?zhèn)葹榉艧?發(fā)熱)狀態(tài)。當(dāng)然此時(shí)，在傳熱介質(zhì)夾套36(圖1)中流過冷卻用的傳熱介質(zhì)，例如冷卻水。
與此相對(duì)，在晶片的快速升溫時(shí)，在各珀耳帖元件24A中流過電流，以使其上面?zhèn)葹榉艧?發(fā)熱)狀態(tài)，下面?zhèn)葹槲鼰釥顟B(tài)(發(fā)生低溫)。當(dāng)然此時(shí)，在傳熱介質(zhì)夾套36(圖1)中流過加熱用的傳熱介質(zhì)。圖10(B)所示的結(jié)構(gòu)，也可以適用于吸收板為3枚的情況。利用上述結(jié)構(gòu)，由于可提高熱射線的吸收波長(zhǎng)頻帶不同的吸收板62、64之間的熱傳導(dǎo)率，因此，能夠提高晶片的加熱效率及降溫效率。
第三實(shí)施方式下面，對(duì)本發(fā)明的第三實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖11是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的剖面圖。而且，對(duì)于與圖1中相同的構(gòu)成部分都賦予同樣的符號(hào)，省略其說明。在此如圖11所示，在構(gòu)成處理容器4的底板22的傳熱介質(zhì)夾套36的上面，跨越整個(gè)表面形成由例如鋁電鍍而成的反射板70。而且，在該反射板70上，通過珀耳帖元件24A設(shè)置裝載臺(tái)10。
根據(jù)本實(shí)施方式，可實(shí)現(xiàn)使透過晶片W及裝載臺(tái)10的熱射線，由該反射板70向上方反射，而再次對(duì)晶片W加熱。因此，可由此提高加熱效率，因而能夠更快地進(jìn)行升溫。而且，對(duì)于本實(shí)施方式的裝載臺(tái)10，當(dāng)然可以采用圖10所示的第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，可將反射板70設(shè)置在裝載臺(tái)10與珀耳帖元件24A之間。而且，在此也與加熱燈42A的種類無關(guān)，可以使用紫外線放電燈、鹵素?zé)?、紅外線燈中的一種或兩種及以上。
第四實(shí)施方式下面，對(duì)本發(fā)明的第三實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖12是表示本發(fā)明的熱處理裝置的第四實(shí)施方式的剖面圖。而且，對(duì)于與圖1中相同的構(gòu)成部分都賦予同樣的符號(hào)，省略其說明。
在該第四實(shí)施方式中，作為加熱燈42A，使用更少數(shù)目的燈，在圖示的例中，使用一個(gè)大型的大電力紫外線放電燈，用大量的熱射線粗略地加熱晶片。在這種情況下，在晶片W的升溫或降溫時(shí)，通過精細(xì)地對(duì)各珀耳帖元件24A的電流，按照每個(gè)區(qū)域或單獨(dú)地進(jìn)行控制，以此較好地維持晶片溫度的面內(nèi)均勻性。而且如上所述，利用能率控制，來控制由該大型的紫外線放電燈所構(gòu)成的加熱燈42A的電力。
另外，在底板22上設(shè)置圓筒狀的腳部22A，提高整體的高度。然后，在該底板22的上部外周側(cè)，設(shè)置旋轉(zhuǎn)保持臺(tái)74，必要時(shí)能夠在將晶片W抬升的狀態(tài)下使其旋轉(zhuǎn)。具體地，該旋轉(zhuǎn)保持臺(tái)74可以由例如鋁成形為圓筒狀，隔開規(guī)定的間隔配置于裝載臺(tái)10與底板22的上部的外周側(cè)。而且，該旋轉(zhuǎn)保持臺(tái)74的上端部，向內(nèi)側(cè)彎曲成大致直角，其先端部在水平方向上延伸地設(shè)置適當(dāng)數(shù)目的保持片76。以使能夠根據(jù)需要利用這些保持片76保持晶片W周圍部的下面。而且在該旋轉(zhuǎn)保持臺(tái)74的下端部的內(nèi)側(cè)，沿其周圍方向并列地設(shè)置多個(gè)永久磁鐵78。而且，在上述底板22的腳部22A上，與上述永久磁鐵78相向，沿其周圍方向設(shè)置旋轉(zhuǎn)用電氣線圈80。通過在該旋轉(zhuǎn)用電氣線圈80中流過的電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，可使與此磁性結(jié)合的上述永久磁鐵78一側(cè)，即可使旋轉(zhuǎn)保持臺(tái)74旋轉(zhuǎn)。
另外，在上述旋轉(zhuǎn)用電氣線圈80的下部，沿其周圍方向形成上浮用的電氣線圈82。可以根據(jù)需要在該電氣線圈82中通電，由此在與上述永久磁鐵78之間產(chǎn)生磁斥力，可使上述旋轉(zhuǎn)保持臺(tái)74向上方浮起。而且，雖然圖未示，但在該旋轉(zhuǎn)保持臺(tái)74上設(shè)置有編碼器等，能夠檢測(cè)其轉(zhuǎn)數(shù)及旋轉(zhuǎn)位置，并可對(duì)其進(jìn)行控制。而且，在裝載臺(tái)10的周圍部，設(shè)置容許上述保持片76上下移動(dòng)的缺口(未圖示)等。
在如上所述熱處理裝置中，在使晶片W加熱升溫，并進(jìn)行退火處理時(shí)，在上浮用電氣線圈82中通電，在與上述永久磁鐵78之間產(chǎn)生磁斥力，使由保持片76支撐晶片W的旋轉(zhuǎn)保持臺(tái)74上浮。由此能夠使晶片W成為從裝載臺(tái)10的上面離開并上浮的狀態(tài)。而且，在這種情況下，作為裝載臺(tái)10的材料，與上述各實(shí)施方式中所記述的材料不同，優(yōu)選可反射來自燈的熱射線，并返回晶片一側(cè)的材料。作為這樣的材料，對(duì)于例如紫外線·可見光·紅外線可采用Al材料，對(duì)于例如可見光·紫外線可采用Ag/Au材料，或者在其上增加反射增強(qiáng)涂層的材料等。而且，通過向旋轉(zhuǎn)用電氣線圈80通電，發(fā)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使旋轉(zhuǎn)保持臺(tái)74旋轉(zhuǎn)。如上所述，能夠使晶片W在從裝載臺(tái)10的上面上浮并旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下進(jìn)行退火處理。而且，此時(shí)可使珀耳貼元件24A的上表面發(fā)熱，進(jìn)行溫度控制。由此，可僅對(duì)熱容量相對(duì)較小的晶片進(jìn)行加熱，并能夠更高速地升溫。
另外，在退火處理結(jié)束，并對(duì)晶片W進(jìn)行冷卻的情況下，切斷向加熱燈42A的通電，分別切斷向各線圈80、82的通電，使旋轉(zhuǎn)保持臺(tái)74下降，在使晶片W與裝載臺(tái)10的上面相接的狀態(tài)下進(jìn)行冷卻。此時(shí)，如上所述，在珀耳帖元件24A的上面，流過發(fā)生低溫的電流，由此能夠使晶片W高速降溫。
而且，在此雖然是由保持片76保持晶片W的周圍部并抬起，但并不局限于此。例如，也可以是裝載臺(tái)10能夠從珀耳帖元件24A分離的結(jié)構(gòu)，保持片76保持裝載臺(tái)10的周圍部并將其抬起。
在以上的各實(shí)施方式中，是以退火處理作為熱處理的實(shí)例進(jìn)行說明，但并不局限于此，當(dāng)然本發(fā)明也可以適用于其它處理，例如成膜處理、氧化擴(kuò)散處理、改性處理等情況。
而且，雖然是以硅晶片作為被處理體的實(shí)例進(jìn)行說明，但本發(fā)明當(dāng)然也可以適用于對(duì)化合物半導(dǎo)體等其它半導(dǎo)體晶片、LCD基板、玻璃基板等進(jìn)行處理的情況。
權(quán)利要求
1.一種熱處理裝置，其特征在于，用于在400℃以上的溫度下對(duì)被處理體實(shí)施熱處理，具有在頂部具有透過窗的處理容器；設(shè)置在該處理容器內(nèi)，與所述透過窗相向的用于裝載被處理體的裝載臺(tái)；設(shè)置在所述處理容器的上方，通過所述透過窗對(duì)被處理體照射熱射線，對(duì)被處理體進(jìn)行加熱的多個(gè)加熱燈；以及設(shè)置于所述裝載臺(tái)，至少能夠?qū)Ρ惶幚眢w進(jìn)行冷卻的熱電變換器。
2.如權(quán)利要求1所述熱處理裝置，其特征在于在所述熱電變換器的下側(cè)設(shè)置有內(nèi)部形成有傳熱介質(zhì)通路的傳熱介質(zhì)夾套。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于所述熱電變換器，通過流過與被處理體冷卻時(shí)相反方向的電流，對(duì)被處理體進(jìn)行加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于所述熱電交換器包含，分別與所述裝載臺(tái)上的多個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)配置的多個(gè)熱電變換元件；該熱處理裝置還具有，分別控制在所述裝載臺(tái)的各區(qū)域上流過熱電變換元件的電流的交換元件控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱處理裝置，其特征在于所述交換元件控制器進(jìn)行控制，使在所述熱電變換元件中間歇地流過電流，同時(shí)當(dāng)在所述熱電變換元件中電流不流動(dòng)的期間，根據(jù)所述熱電變換元件的電動(dòng)勢(shì)測(cè)定該熱電變換元件的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于被處理體為硅晶片；可見光的鹵素?zé)魳?gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱處理裝置，其特征在于所述紫外線放電燈的電力控制通過能率控制進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱處理裝置，其特征在于對(duì)于被處理體的中央部，主要照射來自所述紫外線放電燈的紫外線；對(duì)于被處理體的周圍部，主要照射來自所述鹵素?zé)舻目梢姽狻?br> 9.一種熱處理裝置，其特征在于，用于在高溫下對(duì)被處理體實(shí)施熱處理，具有在頂部具有透過窗的處理容器；設(shè)置在該處理容器內(nèi)，與所述透過窗相向的用于裝載被處理體的裝載臺(tái)；設(shè)置在所述處理容器的上方，通過所述透過窗對(duì)被處理體照射熱射線，對(duì)被處理體進(jìn)行加熱的多個(gè)加熱燈；其中，所述裝載臺(tái)包含，與從所述加熱燈發(fā)射的主要熱射線的種類相對(duì)應(yīng)，主要吸收該熱射線的吸收板。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱處理裝置，其特征在于所述裝載臺(tái)包含，主要吸收相互不同種類的熱射線的多個(gè)吸收板。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熱處理裝置，其特征在于在所述吸收板之間，設(shè)置有至少能夠?qū)Ρ惶幚眢w一側(cè)進(jìn)行冷卻的熱電交換器。
全文摘要
本發(fā)明的熱處理裝置，是用于對(duì)被處理體實(shí)施溫度在400℃以上的退火處理等熱處理的熱處理裝置。該裝置設(shè)置有在頂部具有透過窗(8)的處理容器(4)；設(shè)置于該處理容器內(nèi)與上述透過窗相向，裝載被處理體(W)的裝載臺(tái)(10)；設(shè)置于處理容器的上方，通過上述透過窗對(duì)被處理體照射熱射線，從而加熱被處理體的多個(gè)加熱燈(42A、42B)；設(shè)置于裝載臺(tái)，至少能夠?qū)Ρ惶幚眢w進(jìn)行冷卻的熱電變換器(24)。在被處理體升溫時(shí)主要利用來自加熱燈的熱射線進(jìn)行加熱，降溫時(shí)使用熱電交換器強(qiáng)制冷卻。
文檔編號(hào)H01L35/30GK1856863SQ200480027700
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2004年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月24日
發(fā)明者清水正裕, 河西繁, 米田昌剛 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社