發光型熱處理設備的制作方法

專利名稱：發光型熱處理設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱處理設備，其將包含有半導體晶片的基板、用于液晶顯示裝置的玻璃基板等暴露于閃光(flash of light)中以對基板進行熱處理。
背景技術：
傳統上，通常將使用鹵素燈的燈退火處理機(lamp annealer)用于離子注入之后在半導體晶片中激活離子的步驟中。這種燈退火處理機通過將半導體晶片加熱(或退火)至一定的溫度，例如大約1000℃至1100℃，從而在半導體晶片中進行離子激活。這種熱處理設備利用鹵素燈發出的光能以大約每秒幾百度的速率提高基板的溫度。
近年來，隨著半導體器件集成度的提高，期望提供一種隨著柵極長度的減小而更淺的結合。但是，即使使用上述以大約每秒幾百度的速率提高半導體晶片溫度的燈退火處理機在半導體晶片中進行激活離子處理，也會產生注入半導體晶片中的硼、磷等離子由于熱而深度擴散的現象。這種現象的出現將會導致結合深度(junction depth)超過所需水平，從而增加了對形成良好設計(device)產生妨礙的擔憂。
為了解決這個問題，現已提出一種將半導體晶片的表面暴露于使用氙閃光燈等發出的閃光中，以在極短的時間內(幾毫秒或更短)僅提高離子注入的半導體晶片表面的溫度。氙閃光燈的輻射光譜分布在從紫外線區域到近紅外線區域的范圍內。氙閃光燈發出的光的波長比傳統鹵素燈發出的光的波長短，并且與硅半導體晶片的基本吸收帶(basic absorption band)基本一致。因此，當半導體晶片暴露于由氙閃光燈發出的閃光中時，半導體晶片的溫度可以迅速提高，并且僅有少量光穿透半導體晶片。由此，在極短的時間內，如幾毫秒或更短，發出的閃光能夠僅在半導體晶片的表面附近實現局部溫度的提高。因此，通過使用氙閃光燈在極短時間內提高溫度可以僅進行離子激活而不會使離子深度擴散。
在應用這種氙閃光燈的熱處理設備中，多個氙閃光燈的設置區域遠遠大于半導體晶片的區域。然而，半導體晶片的外周部分中的照度一定程度地低于半導體晶片的內部部分的照度。尤其是，直徑為300mm的晶片的外周部分的照度表現出大幅地下降，從而導致晶片內部照度分布的均勻度差。
為了解決這個問題，日本專利申請特開2004-140318公開了一種熱處理設備，在該熱處理設備中設于氙閃光燈與半導體晶片之間的散射屏(diffuser)區域中形成有毛玻璃制成的幾何圖案，該區域設于半導體晶片的除外周部分以外的其它部分(或內部部分)的上方。因此，在閃光加熱期間，該熱處理設備能夠降低該區域的透光率以降低半導體晶片的內部部分的照度，從而使晶片內部的照度均勻分布。
但是，已發現應用氙閃光燈的熱處理設備不僅表現出沿半導體晶片的徑向溫度分布不均勻，而且還表現出沿具有相同半徑的半導體晶片的圓周方向溫度分布不均勻。具體地，還可能出現下述情況，即僅有半導體晶片的外周部分的一部分的溫度降低。因此，不可能通過調整氙閃光燈的光源而消除這種溫度分布的不均勻。也難以在閃光加熱之前使用加熱板(hot plate)預熱半導體晶片以消除沿具有相同半徑的半導體晶片的圓周方向溫度分布的不均勻。

發明內容
本發明旨在提供一種能使基板暴露于閃光中以加熱該基板的熱處理設備。
根據本發明的一個方案，熱處理設備包括光源，其包括設置在一個平面上的多個閃光燈；腔體，其設置在所述光源的下方，并且在該腔體內容置有基板；固持元件，其固持所述腔體內的基板；透光板，其設置在所述腔體的上部，以將從所述光源發出的閃光引導至所述腔體內；以及光學窗口形成構件，其限定光學窗口，所述光學窗口是所述透光板的光實際上可穿過的區域，所述光學窗口具有平面結構，并使所述光學窗口的中心與所述光學窗口的邊緣部分之間的距離比所述光學窗口的中心與所述光學窗口的其它任意邊緣部分之間的距離短。
在基板暴露于閃光中時，該熱處理設備能提高基板外周接近上述邊緣部分的溫度，從而改善熱處理期間基板的溫度分布的晶片內部均勻性，特別是基板外周部分中的溫度分布均勻性。
優選地，所述光學窗口的邊緣部分是與基板外周部分的一部分面對的邊緣部分，所述基板外周部分的所述部分在假設所述光學窗口是圓形平面結構時，如果從所述光源發出閃光穿過所述光學窗口，則所述部分具有相對低的溫度。
該熱處理設備能夠提高基板外周部分的具有相對較低溫度的部分的溫度，從而改善了基板外周部分中的溫度分布均勻性。
根據本發明的另一個方案，該熱處理設備包括光源，其包括設置在一個平面上的多個桿狀閃光燈；腔體，其設置在所述光源的下方，并且在該腔體內容置有基板；固持元件，其固持所述腔體內的基板；透光板，其設置在所述腔體的上部，以將從所述光源發出的閃光引導至所述腔體內；以及夾緊構件，其將所述透光板壓向所述腔體，所述夾緊構件具有橢圓形開口。
當基板暴露于閃光中時，該熱處理設備能夠提高基板外周部分的接近夾緊構件的開口位于夾緊構件的短軸上的邊緣部分的一些部分的溫度，從而改善在熱處理期間基板的溫度分布的晶片內部均勻性，特別是基板外周部分中的溫度分布均勻性。另外，該夾緊構件具有良好的實用性。
因此本發明的目的是提供一種熱處理設備，其能夠在熱處理期間改善基板的溫度分布的晶片內部均勻性，特別是基板外周部分中的溫度分布均勻性。
從以下結合附圖對本發明的詳細描述中，本發明的這些和其它目的、特征、方案及優點將變得更清晰。


圖1是示出根據本發明的熱處理設備的結構的側剖視圖；圖2是示出圖1的熱處理設備中的氣體通道的剖視圖；圖3是示出圖1的熱處理設備中的加熱板的俯視圖；圖4是示出圖1的熱處理設備的結構的側剖視圖；圖5是示出圖1的熱處理設備中的夾緊環的俯視圖；圖6是示出安裝有夾緊環的腔體的俯視圖；
圖7是沿圖6的線A-A的剖視圖；圖8是沿圖6的線B-B的剖視圖；圖9A示出了在使用圓形光學窗口時半導體晶片的溫度分布；圖9B示出了在使用橢圓形光學窗口時半導體晶片的溫度分布；以及圖10、圖11和圖12是示出夾緊環的改型的俯視圖。
具體實施例方式
現將參考附圖詳細描述根據本發明的優選實施例。
首先，將概述根據本發明的熱處理設備的整體結構。圖1是示出根據本發明的熱處理設備1的結構的側剖視圖。熱處理設備1是將作為基板的半導體晶片W暴露于閃光中以加熱該半導體晶片W的閃光燈退火處理機。
熱處理設備1包括通常為筒形結構的腔體6，該腔體6內容置半導體晶片W。腔體6包括腔體側部63，其具有通常為筒形結構的內壁；以及腔體底部62，其覆蓋在該腔體側部63的底部。由腔體側部63和腔體底部62包圍的空間被定義為熱處理空間65。在熱處理空間65的上方形成有頂部開口60。
熱處理設備1還包括作為關閉構件的透光板61，其安裝于頂部開口60以關閉該頂部開口60；通常為盤形結構的固持部7，其預熱半導體晶片W，并將該半導體晶片W固持于腔體6內；固持部提升機構4，其相對于作為腔體6的底面的腔體底部62向上和向下移動固持部7；發光部件5，其發出的閃光穿過透光板61至固持部7固持的半導體晶片W上，以加熱該半導體晶片W；以及控制器3，其控制上述組件以進行熱處理。
腔體6設置在發光部件5的下面。設于腔體6的上部的透光板61為由例如石英制成的盤形構件，以使發光部件5發出的光穿過該透光板61進入熱處理空間65。組成腔體6的主體的腔體底部62和腔體側部63由諸如不銹鋼之類的具有高強度和高耐熱的金屬材料制成。設于腔體側部63的內側面上部的環631由鋁(Al)合金等制成，其中鋁合金與不銹鋼相比，對由暴露于光而產生的老化具有更好的耐受性。
在透光板61與腔體側部63之間設有O型環632(見圖7和圖8)以提供密封，從而保持熱處理空間65的密封性。具體地，在通常為筒形結構的腔體側部63的上端形成有環形槽，O型環632裝配在該環形槽中并由透光板61壓入。為了保持O型環632在透光板61的下外周部分與腔體側部63之間的緊密接觸，夾緊環90緊靠透光板61的上外周部分并通過螺釘固定至腔體側部63，從而將透光板61壓到O型環632上。
圖5是示出夾緊環90的俯視圖。夾緊環90由對暴露于閃光而產生的老化具有高耐受性的鋁或鋁合金制成。夾緊環90是具有橢圓形平面結構的開口91的環形框架元件。夾緊環90的外周部分設有八個彼此相等地相隔45°的螺孔92，以通過螺釘將夾緊環90固定至腔體側部63。夾緊環90通過螺釘固定至腔體側部63以將透光板61安裝至腔體6，從而由夾緊環90的開口91限定透光板61中的光實際上可穿過的光學窗口。在本優選實施例中，由于開口91為橢圓形結構，因此由夾緊環90限定的光學窗口也為橢圓形平面結構。
腔體底部62設有多個(在本優選實施例中為3個)延伸穿過固持部7的豎直支撐銷70，以支撐半導體晶片W的下表面(與發光部件5的光引導至的表面相反的表面)。支撐銷70由例如石英制成，并且由于支撐銷70從外部固定至腔體6，因此易于更換。
腔體側部63包括傳送開口66，半導體晶片W經由該傳送開口66傳送進和傳送出腔體6。傳送開口66可通過圍繞軸662樞轉的門閥185而打開和關閉。在腔體側部63的與傳送開口66相對的一側上形成有入口通道81，該入口通道81將工作氣體(例如，包含氮(N2)氣、氦(He)氣、氬(Ar)氣等的惰性氣體或氧(O2)氣等)引導至熱處理空間65。入口通道81的第一端經由閥82連接至未示出的供氣裝置，并且第二端連接至在腔體側部63的內側形成的氣體入口管道83。傳送開口66設有用于將氣體從熱處理空間65的內部排出的出口通道86。該出口通道86經由閥87連接至未示出的排氣裝置。
圖2是沿著與氣體入口管道83平齊的水平面剖開的腔體6的剖視圖。如圖2所示，氣體入口管道83在腔體側部63的與圖1中所示的傳送開口66相對的一側的內周近三分之一上延伸。經由入口通道81引導至氣體入口管道83的工作氣體經由多個供氣孔84流入熱處理空間65。
圖1中示出的固持部提升機構4包括通常為筒形結構的軸41；可移動板42；引導構件43(在本優選實施例中實際上圍繞軸41設有三個引導構件43)；固定板44；滾珠螺桿(ball screw)45；螺母46；以及馬達40。作為腔體6的底部的腔體底部62形成有通常為筒形結構、并且直徑小于固持部7的直徑的底部開口64。由不銹鋼制成的軸41經由底部開口64插入并連接至固持部7(嚴格意義上為固持部7的加熱板71)的下表面以支撐該固持部7。
用于與滾珠螺桿45螺紋結合的螺母46固定至可移動板42。該可移動板42由固定至腔體底部62、并從該腔體底部62向下延伸的引導構件43可滑動地引導，從而可移動板42可垂直地移動。可移動板42通過軸41與固持部7相連接。
在安裝于引導構件43的下端部的固定板44上設有馬達40，該馬達40經由同步帶(timing belt)連接至滾珠螺桿45。當固持部提升機構4向上和向下移動固持部7時，起驅動器作用的馬達40在控制器3的控制下轉動滾珠螺桿45，以使固定至螺母46的可移動板42沿著引導構件43垂直移動。因此，固定至可移動板42的軸41垂直移動，從而連接至軸41的固持部7在圖1中示出的傳送半導體晶片W的傳送位置與圖4中示出的熱處理半導體晶片W的熱處理位置之間平穩地向上和向下移動。
在可移動板42的上表面上設置有通常為半筒形結構的豎直機械制動器451(通過沿縱向切掉一半筒體而得到)，該機械制動器451沿著滾珠螺桿45延伸。如果可移動板42由于任何異常而向上移動超過預定上限，則該機械制動器451的上端撞擊設于滾珠螺桿45的端部的端板452，從而可防止可移動板42異常地向上移動。這將避免固持部7向上移動超出位于透光板61下面的預定位置，從而防止固持部7與透光板61之間產生碰撞。
固持部提升機構4還包括手動提升部49，該手動提升部49在對腔體6的內部進行維護的期間手動地向上和向下移動固持部7。手動提升部49具有把手491及轉軸492。通過把手491轉動轉軸492可使經由同步帶495連接至轉軸492的滾珠螺桿45轉動，從而向上和向下移動固持部7。
在腔體底部62的下面設有圍繞軸41并從腔體底部62向下延伸的可擴張/收縮波紋管(bellows)47，該波紋管47的上端連接至腔體底部62的下表面。該波紋管47的下端安裝至波紋管下端板471。該波紋管下端板471通過軸環構件411螺紋鎖固(screw-held)并安裝至軸41。當固持部提升機構4相對于腔體底部62向上移動固持部7時，波紋管47收縮；并且當固持部提升機構4向下移動固持部7時，波紋管47擴張。當固持部7向上和向下移動時，波紋管47收縮和擴張以保持熱處理空間65密封。
固持部7包括加熱板71，其預熱(或輔助加熱)半導體晶片W；以及基座72，其設于加熱板71的上表面(固持部7固持半導體晶片W的表面)。如上所述用于向上和向下移動固持部7的軸41連接至固持部7的下表面。基座72由石英制成(或由氮化鋁(AIN)等制成)。在基座72的上表面安裝有用于防止半導體晶片W移出的銷75。基座72設置在加熱板71上，并且基座72的下表面與加熱板71的上表面面對面地接觸。因此，基座72傳播來自加熱板71的熱能以將熱能傳遞至置于基座72的上表面上的半導體晶片W，并且在維護時可將基座72從加熱板71移除以進行清潔。
加熱板71包括均由不銹鋼制成的上板73和下板74。在上板73與下板74之間設有用于加熱板71的諸如鎳鉻電熱絲之類的電阻加熱絲，并且在上板73與下板74之間的空間填充有含有鎳(Ni)的導電銅焊金屬以密封上板73與下板74之間的電阻加熱絲。上板73與下板74具有銅焊或釬焊焊封(brazed or soldered end)。
圖3示出了加熱板71的俯視圖。如圖3所示，加熱板71包括圓形區域711以及環形區域712，它們彼此以同心關系設置并設置在與由固持部7固持的半導體晶片W相對的區域的中心部分；以及四個區域713至716，它們是通過對圍繞區域712的大致呈環形的區域進行周向等分而得到的。在所述區域711至716之間形成有微小的縫隙。加熱板71設有三個用以容置各支撐銷70并使各支撐銷70穿過其中的通孔77，并且這三個通孔77在區域711與712之間的縫隙中彼此沿圓周相隔120°。
在所述六個區域711至716中，設置彼此獨立的電阻加熱絲以構成電路，從而形成各自的加熱器。結合在各區域711至716中的這些加熱器單獨地加熱所述各區域。由固持部7固持的半導體晶片W通過結合在所述六個區域711至716中的這些加熱器加熱。在各區域711至716中設有用于通過使用熱電耦來測量各區域溫度的感測器710。這些感測器710穿過通常為筒形的軸41的內部，并連接至控制器3。
為了加熱板71，控制器3控制設于各區域711至716中的電阻加熱絲的供電量，以使由感測器710測量的六個區域711至716的溫度達到先前設定的預定溫度。在各區域中由控制器3執行的溫度控制為PID(比例、積分、微分)控制。在加熱板71中，持續測量各區域711至716的溫度直到半導體晶片W的熱處理(當連續對多個半導體晶片W進行熱處理時，所有半導體晶片W的熱處理)完成，并且單獨控制設于各區域711至716中的電阻加熱絲的供電量，即，單獨控制結合在各區域711至716中的加熱器的溫度，從而將各區域711至716的溫度保持在設定溫度。區域711至716的設定溫度可以通過單獨設定參考溫度的偏移值而改變。
設于所述六個區域711至716中的電阻加熱絲通過穿過軸41內部的電源線連接至電源(未示出)。從電源延伸至區域711至716的電源線設于填充有鎂氧(氧化鎂)等絕緣體的不銹鋼管的內部以彼此電絕緣。軸41的內部與大氣相通。
圖1中示出的發光部件5是包括多個(在本優選實施例中為30個)氙閃光燈(以下簡稱為“閃光燈”)69以及一個反射器52的光源。所述多個閃光燈69中的每一個閃光燈均為具有加長柱形結構的桿狀燈，這些閃光燈69設置在一個平面上以使各閃光燈69的縱向沿著由固持部7固持的半導體晶片W的主面彼此平行。反射器52設置在多個閃光燈69的上方，以覆蓋所有的閃光燈69。反射器52的表面通過磨料噴砂(abrasive blasting)變得粗糙，以在該表面上形成斑點修飾(stain finish)。光散射板53(或散射屏)由一個表面受到光散射處理的石英玻璃制成，設置在發光部件5的下表面側，并且光散射板53與透光板61之間保持預定間距。熱處理設備1還包括發光部件移動機構55，其在維護時相對于腔體6向上移動發光部件5，然后沿水平方向滑動該發光部件5。
各氙閃光燈69包括玻璃管，該玻璃管內容置有氙氣，并且在該玻璃管的相對兩端上設有連接至電容器的正電極和負電極；以及觸發電極，其纏繞在玻璃管的外周面上。由于氙氣是電絕緣的，因此在正常狀態下玻璃管中沒有電流流動。但是，如果向觸發電極施加高壓而產生電擊穿，則存儲在電容器中的電即刻在玻璃管中流動，并且在此時釋出的焦耳熱加熱氙氣從而導致發光。由于先前存儲的靜電能量轉化為0.1毫秒至10毫秒范圍內的超短光脈沖，因此氙閃光燈69具有能夠發出比持續發光的光源更強的光的特性。
根據本優選實施例的熱處理裝置1包括各種冷卻結構(未示出)，所述冷卻結構可在半導體晶片W的熱處理期間，防止由于閃光燈69和加熱板71產生的熱能使腔體6和發光部件5的溫度過度升高。作為一個實例，腔體6的腔體側部63和腔體底部62設有水冷管，并且發光部件5設有用以將氣體供至該發光部件5內部的供氣管以及具有消音器的排氣管，從而形成空氣冷卻結構。在熱處理期間，將壓縮空氣供應至透光板61與發光部件5的光散射板53之間的縫隙中，以冷卻發光部件5和透光板61，并去除存在于它們之間的縫隙中的有機物質等，從而抑制有機物質等沉積至光散射板53和透光板61。
接著，將簡要描述在熱處理設備1中處理半導體晶片W的過程。在此待處理的半導體晶片W是通過離子注入過程而摻雜有雜質的半導體基板。
通過熱處理設備1的熱處理來實現注入雜質的激活。
首先，如圖1所示，固持部7置于接近腔體底部62的位置。以下將圖1中示出的固持部7在腔體6內的位置稱為“傳送位置”。當固持部7位于傳送位置時，支撐銷70的上端經由固持部7向上從固持部7突出。
然后，閥82和閥87打開以將室溫下的氮氣引導至腔體6的熱處理空間65。之后，打開傳送開口66，位于熱處理設備外部的自動傳送機將離子注入的半導體晶片W經由傳送開口66傳送至腔體6，并將半導體晶片W放置于所述多個支撐銷70上。
在將半導體晶片W傳送至腔體6內期間流入腔體6的氮氣量應為大約每分鐘40公升。流入腔體6中的氮氣從氣體入口管道83沿圖2中箭頭AR4指示的方向流動，并利用公共排放系統經由圖1中示出的出口通道86和閥87排出。流入腔體6中的氮氣的一部分還從設于波紋管47內側的排出口(未示出)排出。在以下將描述的步驟中，氮氣始終不斷流入腔體6并從腔體6排出，而且流入腔體6的氮氣量根據半導體晶片W的處理步驟變化為各種不同的量。
在將半導體晶片W傳送至腔體6中之后，門閥185關閉傳送開口66。接著，如圖4所示，固持部提升機構4將固持部7向上移動至接近透光板61的位置(以下稱為“熱處理位置”)。然后，半導體晶片W從支撐銷70傳送至固持部7的基座72，并放置和固持在基座72的上表面。
加熱板71的六個區域711至716中的每個區域已通過單獨設在各區域711至716(在上板73與下板74之間)中的電阻加熱絲而加熱至預定溫度。固持部7向上移動至熱處理位置，并且半導體晶片W與固持部7接觸，由此預熱半導體晶片W，半導體晶片W的溫度逐漸升高。
在熱處理位置中預熱半導體晶片W大約60秒，將半導體晶片W的溫度升高至先前設定的預熱溫度T1。預熱溫度T1應為在大約200℃至大約600℃的范圍內，優選為在大約350℃至大約550℃的范圍內，在這個溫度下，注入半導體晶片W中的雜質毫無疑問地由于熱而擴散。通過控制固持部提升機構4的馬達40的轉數可將固持部7與透光板61之間的距離調整為任意值。
在經過了大約60秒的預熱時間之后，在控制器3的控制下發光部件5向半導體晶片W發出閃光，同時將固持部7保持在熱處理位置。從發光部件5的閃光燈69發出的光的一部分直接傳播至腔體6的內部，而其余的光由反射器52反射后的反射光也傳播至腔體6的內部。這種閃光發射實現了對半導體晶片W的閃光加熱。通過由閃光燈69發出閃光而實現的閃光加熱能夠在短時間內提高半導體晶片W的表面溫度。
具體地，由于先前存儲的靜電能量轉化為這種超短光脈沖，因此從發光部件5的閃光燈69發出的光是在大約為從0.1毫秒至10毫秒范圍內的極短的時間周期內發射的強閃光。由閃光燈69發出的閃光而受到閃光加熱的半導體晶片W的表面溫度即刻升高至大約為1000℃至大約1100℃的熱處理溫度T2。在激活注入半導體晶片W中的雜質之后，半導體晶片W的表面溫度快速下降。由于能夠在極短時間內提高和降低半導體晶片W的表面溫度，因此熱處理裝置1可以在實現雜質激活的同時抑制由于熱而導致的注入半導體晶片W中的雜質的擴散。這種擴散現象還被認為是注入半導體晶片W中的雜質的輪廓不清晰(round or dull profile)。由于與注入雜質的熱擴散所需的時間相比，激活注入雜質所需的時間極短，因此可以在從大約0.1毫秒至大約10毫秒范圍的極短時間內完成激活，并且期間不發生擴散。
在閃光加熱之前通過固持部7預熱半導體晶片W可使從閃光燈69發出的閃光能夠將半導體晶片W的表面溫度快速提高至熱處理溫度T2。
在閃光加熱完成之后，在熱處理位置停留大約10秒，固持部7通過固持部提升機構4再次向下移動至圖1所示的傳送位置，并將半導體晶片W從固持部7傳送至支撐銷70。隨后，通過門閥185打開已關閉的傳送開口66，并且位于熱處理設備外部的自動傳送機將置于支撐銷70上的半導體晶片W向外傳送。從而，在熱處理設備1中閃光加熱半導體晶片W的過程完成。
如上所述，在熱處理設備1中熱處理半導體晶片W期間，氮氣持續流入腔體6。當固持部7位于熱處理位置時，流入腔體6的氮氣量應為大約每分鐘30公升；當固持部7位于熱處理位置以外的其它位置時，流入腔體6的氮氣量應為大約每分鐘40公升。
在根據本優選實施例的熱處理設備1中，夾緊環90的開口91為橢圓形結構，從而透光板61的光學窗口相應為橢圓形平面結構。現將描述這種結構的技術效果。圖6是安裝有夾緊環90的腔體6的俯視圖。圖7是沿圖6的線A-A的剖視圖(即，沿橢圓形開口91的短軸的剖視圖)。圖8是沿圖6的線B-B的剖視圖(即，沿橢圓形開口91的長軸的剖視圖)。
如圖6至圖8所示，根據本優選實施例的熱處理設備1中的夾緊環90安裝至腔體6以使開口91的橢圓形結構的長軸沿發光部件5的閃光燈69的縱向延伸。在圖6的俯視圖中，傳送開口66形成在腔體6的右手側，并且半導體晶片W通過自動傳送機沿著雙向箭頭AR6指示的方向傳送進和傳送出腔體6。半導體晶片W傳送進和傳送出腔體6的方向(或由雙向箭頭AR6指示的方向，以下稱為“晶片傳送方向”)與開口91的橢圓形結構的短軸延伸的方向一致。
如圖6和圖7所示，由夾緊環90的開口91限定的、設置在短軸上的該橢圓形光學窗口的一對第一相對邊緣部分位于腔體6的內壁表面(即，腔體側部63的內壁表面)的內部，并位于由固持部7固持的半導體晶片W的外周緣的外部，如俯視圖所示。如圖6和圖8所示，另一方面，設置在長軸上的該橢圓形光學窗口的一對第二相對邊緣部分位于與腔體6的內壁表面(即，腔體側部63的內壁表面)基本相同的位置，如俯視圖所示。光學窗口其余的邊緣部分位于所述第一邊緣部分與所述第二邊緣部分之間。橢圓形光學窗口的所述第二邊緣部分可以設為略微向內或向外偏離于腔體6的內壁表面，如俯視圖所示。
在傳統技術中，夾緊環90的開口91為圓形平面結構。從而由夾緊環90限定的光學窗口相應為圓形平面結構。已知，由發光部件5的閃光燈69發出閃光穿過這種圓形光學窗口會產生溫度相對低于半導體晶片W的外周部分中其它區域溫度的低溫區域CS(圖9A的陰影區域)，如圖9A所示。這種低溫區域CS被認為是冷點并會導致處理失敗。可想到的產生這種諸如低溫區域CS之類的溫度不均勻區域的因素包括腔體6的結構，該腔體6基本上為筒形，但由于傳送開口66以及氣體入口管道83等的存在因此不是完全的筒形；以及發光部件5的閃光燈69的結構，所述閃光燈69不是點光源而是桿狀燈。也就是說，由于熱處理設備中固有的幾何因素，例如腔體6自身的結構以及閃光燈69的結構和排列，因此低溫區域CS出現在半導體晶片W的特定位置處。在根據本優選實施例的熱處理裝置1中，低溫區域CS出現在半導體晶片W的外周部分的相對邊緣部分，所述相對邊緣部分沿晶片傳送方向(或沿垂直于閃光燈69的縱向的方向)分布。在半導體晶片W的外周部分的一些部分中出現的低溫區域CS不能通過調整加熱板71的溫度而消除。
為了解決這個問題，本優選實施例具有以下特征夾緊環90具有橢圓形平面結構的開口91，并且夾緊環90固定至腔體6并使橢圓形開口91的短軸方向與晶片傳送方向一致，如圖6所示。這將使由夾緊環90限定的光學窗口具有橢圓形平面結構，并使橢圓形光學窗口的短軸方向與晶片傳送方向一致。換句話說，圓形平面結構的光學窗口的與半導體晶片W的外周部分中的各部分(這些部分指如果將晶片暴露于穿過圓形光學窗口的閃光燈69發出的閃光時具有相對低的溫度的部分)面對的相對邊緣部分朝光學窗口的中心偏移，以使光學窗口的中心與上述光學窗口的相對邊緣部分之間的距離比光學窗口的中心與光學窗口的其它任意邊緣部分之間的距離短。
如圖9B所示，閃光燈69發出閃光穿過這種橢圓形光學窗口可防止低溫區域CS的出現，從而改善了閃光加熱期間半導體晶片W的溫度分布的晶片內部的均勻性，特別是在晶片W的外周部分中的溫度分布均勻性。其原因被認為是在橢圓形光學窗口的第一邊緣部分中，即在夾緊環90的朝光學窗口的中心延伸的相對部分中，從閃光燈69發出并由半導體晶片W反射的閃光發生多次反射，并且經歷多次反射的反射光再次進入半導體晶片W。大部分經歷多次反射的反射光再次進入半導體晶片W的外周部分的一些部分中，這些部分非常接近夾緊環90的朝光學窗口的中心延伸的相對部分，即沿晶片傳送方向分布的半導體晶片W的相對邊緣部分。因此，進入低溫區域CS的光的增加量使得溫度相對提高，從而改善了半導體晶片W的外周部分的溫度分布均勻性。
如上所述，本優選實施例應用具有橢圓形開口91的夾緊環90限定橢圓形平面結構的光學窗口，這種橢圓形平面結構與閃光燈69發出閃光穿過假定為圓形平面結構的光學窗口時出現的具有相對較低溫度的低溫區域CS的結構相適應。而且，本優選實施例使橢圓形光學窗口的第一邊緣部分與所述低溫區域CS相對應。這將提高低溫區域CS的溫度，從而改善在閃光加熱期間半導體晶片W的溫度分布的晶片內部均勻性。在閃光加熱期間對半導體晶片W的溫度分布的晶片內部均勻性的改善可防止半導體晶片W破裂。
盡管以上已描述了根據本發明的優選實施例，但本發明不限于上述的具體實施方式
。例如，盡管根據上述優選實施例夾緊環90的開口91為橢圓形結構，然而開口91也可為橢圓跑道形結構，如圖10所示。由于開口91為橢圓跑道形結構，因此使用圖10中示出的夾緊環90可使由夾緊環90限定的光學窗口具有橢圓跑道形平面結構。這樣，夾緊環90固定至腔體6以使光學窗口的橢圓跑道形結構的線段延伸的方向垂直于晶片傳送方向。這種改動還可使光學窗口的中心與光學窗口的面對低溫區域CS的相對邊緣部分之間的距離比光學窗口的中心與光學窗口的其它任意邊緣部分之間的距離短。這將在閃光加熱期間提高低溫區域CS的溫度，從而改善半導體晶片W的溫度分布的晶片內部均勻性。
換句話說，當將夾緊環90的開口91限定為使光學窗口的中心與光學窗口的面對低溫區域CS的相對邊緣部分之間的距離短于光學窗口的中心與光學窗口的其它任意邊緣部分之間的距離時，可產生與上述優選實施例的效果類似的效果。因此，夾緊環90的開口91可以具有如圖11所示的結構。如圖11所示的夾緊環90具有通過在圓形開口的一些部分中限定弦而形成的開口91。夾緊環90固定至腔體6，并使光學窗口的線段(或弦)延伸的方向垂直于晶片傳送方向。這種改型也可產生與上述效果類似的效果。但是，當開口91為橢圓形結構或橢圓跑道形結構時夾緊環90具有更好的實用性。
當腔體6的結構以及閃光燈69的形狀和排列與上述不同時，會出現以下情況，即當通過使用圓形平面結構的光學窗口進行閃光加熱時產生的低溫區域CS出現的位置與上述優選實施例的熱處理設備1中低溫區域CS出現的位置不同。在這種情況下，夾緊環90的開口91應該形成為使光學窗口的中心與光學窗口的面對低溫區域CS的一個邊緣部分之間的距離比光學窗口的中心與光學窗口的其它任意邊緣部分之間的距離短。因此，具有開口91的夾緊環90可能僅具有一個朝光學窗口的中心延伸的部分，例如如圖12所示。
上述優選實施例中，光學窗口的結構由夾緊環90的開口91限定。可替換地，光學窗口可通過將反射構件連接至透光板61的外周部分的上表面或下表面而形成。
盡管根據上述優選實施例，在發光部件5中設置有30個閃光燈69，然而本發明并不局限于此。本發明可以設置任意數目的閃光燈69。
閃光燈69不限于氙閃光燈，其也可為氪閃光燈。
根據本發明的技術可適用于具有包含用于代替所述閃光燈69的其它類型的燈(例如鹵素燈)的發光部件5的熱處理設備，并且該熱處理設備通過將半導體晶片W暴露于由這些燈發出的光而加熱半導體晶片W。在這種情況下，使光學窗口的中心與光學窗口面對低溫區域CS的的一個邊緣部分之間的距離比光學窗口的中心與光學窗口的其它任意邊緣部分之間的距離短，可改善在通過發光進行熱處理半導體晶片W時半導體晶片W的溫度分布的晶片內部均勻性。
在上述優選實施例中，使用加熱板71作為輔助加熱構件。但是，也可在固持半導體晶片W的固持部7的下面設置一組燈(例如多個鹵素燈)以在固持部7的下面發光，從而實現輔助加熱。
在上述優選實施例中，通過將半導體晶片暴露于光中而實現離子激活處理。根據本發明的熱處理設備待處理的基板不限于半導體晶片。例如，根據本發明的熱處理設備可以對形成有包括氮化硅膜、多晶硅膜等各種硅膜的玻璃基板進行熱處理。作為一個實例，硅離子通過化學氣相沉積法(CVD)工藝注入在玻璃基板上形成的多晶硅膜中以形成非晶硅膜，并且在該非晶硅膜上形成用作防反射膜的氧化硅膜。在這種情況下，根據本發明的熱處理設備可將非晶硅膜的整個表面暴露于光以使非晶硅膜多晶化，從而形成多結晶硅膜。
可以下述的方式制成另一種改型。制備TFT基板以使通過結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，并且在該多晶硅膜中摻雜諸如磷或硼之類的雜質。根據本發明的熱處理設備可將TFT基板暴露于光中以激活在摻雜步驟中注入的雜質。
盡管已詳細描述了本發明，然而上述說明完全是為了示出目的而并非是為了限制。應當理解，在不脫離本發明范圍的情況下可以設計出許多其它的改型與變化。
權利要求
1.一種熱處理設備，其將基板暴露于閃光中以加熱所述基板，該熱處理設備包括光源，其包括設置在一個平面上的多個閃光燈；腔體，其設置在所述光源的下方，并且在該腔體內容置有所述基板；固持元件，其固持所述腔體內的所述基板；透光板，其設置在所述腔體的上部，以將從所述光源發出的閃光引導至所述腔體內；以及光學窗口形成構件，其限定光學窗口，所述光學窗口是光實際上可穿過所述透光板的區域，所述光學窗口具有平面結構以使所述光學窗口的中心與所述光學窗口的邊緣部分之間的距離比所述光學窗口的中心與所述光學窗口的其它任意邊緣部分之間的距離短。
2.如權利要求1所述的熱處理設備，其中所述光學窗口的所述邊緣部分是與所述基板外周部分的一部分面對的邊緣部分，所述基板外周部分的一部分在設定所述光學窗口是圓形平面結構時，如果從所述光源發出閃光穿過所述光學窗口，具有相對低溫。
3.如權利要求2所述的熱處理設備，其中由所述光學窗口形成構件限定的所述光學窗口為橢圓形平面結構。
4.如權利要求3所述的熱處理設備，其中位于所述橢圓形平面結構的短軸上的所述光學窗口的相對邊緣部分設置在所述腔體的內壁表面的內側，并設置在由所述固持元件固持的基板的外周緣的外側。
5.如權利要求2所述的熱處理設備，其中由所述光學窗口形成構件限定的所述光學窗口為橢圓跑道形平面結構。
6.如權利要求1所述的熱處理設備，其中所述光學窗口形成構件是用于將所述透光板壓向所述腔體、并覆蓋所述透光板的外周部分的上表面以形成所述光學窗口的框架。
7.一種熱處理設備，其將基板暴露于閃光中以加熱所述基板，該熱處理設備包括光源，其包括設置在一個平面上的多個桿狀閃光燈；腔體，其設置在所述光源的下方，并且在該腔體內容置有所述基板；固持元件，其固持所述腔體內的基板；透光板，其設置在所述腔體的上部，以將從所述光源發出的閃光引導至所述腔體內；以及夾緊構件，其將所述透光板壓向所述腔體，所述夾緊構件具有橢圓形開口。
8.如權利要求7所述的熱處理設備，其中所述橢圓形開口的長軸延伸的方向與所述閃光燈的縱向一致。
9.如權利要求7所述的熱處理設備，其中所述橢圓形開口的短軸延伸的方向與所述基板傳送進和傳送出所述腔體的方向一致。
10.如權利要求7所述的熱處理設備，其中所述夾緊構件由鋁合金制成。
全文摘要
從閃光燈發出的閃光通過由設于夾緊環中的開口限定的光學窗口引導至半導體晶片上。由于夾緊環的開口為橢圓形結構，因此由夾緊環限定的光學窗口也為橢圓形平面結構。夾緊環安裝至腔體，并使與半導體晶片的外周部分的一些部分面對的光學窗口的相對邊緣部是位于橢圓形結構的短軸上的光學窗口的相對邊緣部，所述半導體晶片的外周部分的所述一些部分在假設所述光學窗口是圓形平面結構時，如果從所述光源發出閃光穿過所述光學窗口，則所述這些部分具有相對低的溫度。穿過該光學窗口的閃光提高了半導體晶片外周部分的具有相對低溫的一些部分的溫度，從而改善了閃光加熱期間半導體晶片的溫度分布的晶片內部均勻性。
文檔編號H01L21/324GK1858897SQ200610079970
公開日2006年11月8日 申請日期2006年4月29日 優先權日2005年5月2日
發明者伊藤禎朗 申請人:大日本網目版制造株式會社