JP2005050904A - 熱処理装置および熱処理方法、ならびに基板載置機構 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る熱処理装置は、基板Wの下面と、基板Wを載置する載置面99とを、互いに非平行な状態で近接させて、載置面99上に基板Wを載置する。このようにすると、基板Wの下面と載置面99とに挟まれた気体層Gは側方へ容易に抜ける。このため、基板Wが載置面99から気体層Gを介して浮上した状態となることを回避することができ、基板Wの横すべりを防止することができる。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハーやガラス基板等の平板状の基板(以下、単に「基板」という。)を処理対象とする熱処理装置及び熱処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体ウェハーのイオン活性化工程においては、イオン注入後の半導体ウェハーを、例えば1000〜1100℃程度の温度まで加熱(アニール)することによって、注入されたイオンの活性化を行っている。
【0003】
イオン活性化工程における半導体ウェハーの加熱には、ランプアニール装置等の熱処理装置が使用される。ランプアニール装置は、略水平な載置面上に載置した半導体ウェハーに対して、ハロゲンランプ等から照射される光のエネルギーを与えることによって、半導体ウェハーを昇温させる装置である。
【0004】
また、近年では、半導体ウェハーを加熱するための熱処理装置として、キセノンフラッシュランプ等を用いたフラッシュランプアニール装置が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。フラッシュランプアニール装置は、略水平な載置面上に載置した半導体ウェハーに対して、キセノンフラッシュランプ等からの閃光を照射することによって、半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間(数ミリセカンド以下)に昇温させる装置である。ハロゲンランプを用いたランプアニール装置では、半導体ウェハーの昇温速度は毎秒数百℃程度であるため、注入したイオンが加熱中に拡散してしまうところ、フラッシュランプアニール装置では、イオンが拡散するための十分な時間がないため、注入されたイオンを拡散させることなくイオン活性化を実行することができる。
【0005】
これらの熱処理装置においては、半導体ウェハーの加熱を均一に行うために、略水平な載置面上に半導体ウェハーを載置した後、その半導体ウェハーを加熱することになる。また、このような半導体ウェハーのイオン活性化工程における熱処理装置に限らず、一般に平板状の基板を処理対象とする熱処理装置の多くは、略水平な載置面上に基板を載置した後、その基板を加熱する構成となっている(例えば、特許文献3参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開昭59−169125号公報
【特許文献2】
特開昭63−166219号公報
【特許文献3】
特開平10−229114号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図10は、このような従来の熱処理装置において、略水平な載置面100上に基板200を載置するときの様子を示した側断面図である。図10に示したように、基板200は、水平姿勢(基板200の上面および下面が水平面に対して平行となる姿勢)の状態で載置面100の上方から接近し、載置面100上に載置される。このとき、基板200の下面と載置面100とは、互いに平行関係を保ちつつ近接し、両者の間には気体層300が挟み込まれることになる。
【0008】
したがって、基板200が載置面100上に載置された後、気体層300が側方へ抜けるまでの間、基板200は、気体層300を介して載置面100から僅かに浮上した状態となっている。このような状態では、基板200は横方向に移動が自由となり、載置面100の僅かな傾斜などの些細な原因によって簡単に横方向に移動してしまうことになる(以下、この現象を「横すべり」という。)。
【0009】
このようにして、載置面100に対して基板200が横すべりした場合、目標とした位置において基板200に熱処理を施すことができず、基板200が受ける熱の分布が不均一になるなどの問題が生じる。
【0010】
この横すべりの問題は、載置面100の側方に基板200の位置を規制するための側壁やガイドピンなどが形成されていない場合には、特に生じやすい問題となる。
【0011】
また、この横すべりの問題は、載置面100上に基板を空間(プロキシミティギャップ)を隔てて支持するためのスペーサ(ボール状の支持ピンなど)が形成されている場合にも、そのプロキシミティギャップが狭小である場合には生じ得る問題であるが、載置面100上にこのようなスペーサが形成されておらず平坦な場合に、特に生じやすい問題である。なぜならば、載置面100が平坦な場合には、気体層300が側方へ抜けるための抜け道となる凹部が無く、また、基板200の下面に接触して横すべりを規制し得る凸部も無い、ということになるからである。例えば、上述したフラッシュランプアニール装置では、急激な熱膨張によって基板200が損傷することを防止するために、載置面100は平坦に形成されていることが多い。このため、フラッシュランプアニール装置では、この横すべりの問題は、特に生じやすい問題となる。
【0012】
また、この横すべりの問題は、処理対象となる基板200の径が大きいほど、挟み込まれた気体層300が抜け難くなるため、生じやすい問題となる。
【0013】
更に、この横すべりの問題は、処理対象となる基板200が300mm径の半導体ウェハーである場合には、その下面側の表面が極めて滑らかに形成されるため、特に生じやすい問題となる。
【0014】
また、この横すべりの問題は、載置面100の材質が石英である場合には、その表面が極めて滑らかに形成されるため、特に生じやすい問題となる。
【0015】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、処理対象となる平板状の基板を略水平な載置面上に載置するときに、基板の横すべりを防止することができる熱処理装置および熱処理方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、平板状の基板を処理対象とする熱処理装置であって、基板を支持可能な基板支持手段と、前記基板支持手段から受け渡される基板を水平姿勢に載置可能な載置面と、前記基板支持手段と前記載置面とを相対的に移動させて、前記基板支持手段と前記載置面との間で基板を受け渡す駆動手段と、前記載置面に載置された基板の加熱または冷却を行う熱処理手段と、を備え、前記基板支持手段による基板支持姿勢と前記載置面の面姿勢との少なくとも一方を水平姿勢とは異なる姿勢にすることが可能とされており、基板を前記基板支持手段から前記載置面に受け渡すにあたって、基板の下面と前記載置面とを互いに非平行な状態で近接させることを特徴とする。
【0017】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の熱処理装置であって、前記基板支持手段が、前記基板支持姿勢を水平姿勢から傾斜させることにより前記載置面に対して基板の下面を非平行な状態に支持可能であることを特徴とする。
【0018】
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の熱処理装置であって、前記基板支持手段は、頂部の高さを相違させて固定的に立設され、基板を下面側から支持する3本以上の支持ピンであることを特徴とする。
【0019】
請求項4に係る発明は、請求項3に記載の熱処理装置であって、処理対象とする基板は、200mmまたは300mmの径を有する円板状の半導体ウェハーであって、前記3本以上の支持ピンのうち、頂部が最も高い支持ピンと頂部が最も低い支持ピンの頂部の高さの差が、0.5mm以上2.0mm未満であることを特徴とする。
【0020】
請求項5に係る発明は、請求項2に記載の熱処理装置であって、前記基板支持手段は、1本以上の昇降可能な支持ピンを含み、基板を下面側から支持する3本以上の支持ピンと、前記1本以上の昇降可能な支持ピンを昇降駆動する駆動手段と、とを備え、前記昇降可能な支持ピンを昇降駆動することによって前記基板支持姿勢を水平姿勢から傾斜可能とされていることを特徴とする。
【0021】
請求項6に係る発明は、請求項2に記載の熱処理装置であって、前記基板支持手段は、基板を下面側から支持しつつ昇降可能な3本以上の支持ピン、を備えるとともに、前記駆動手段は、前記3本以上の支持ピンを非一様な速度で下降させる非一様駆動手段とされており、前記3本以上の支持ピンを非一様な速度で下降させることによって前記基板支持姿勢を前記載置面に対して相対的に非平行とすることを特徴とする。
【0022】
請求項7に係る発明は、請求項1から請求項6までのいずれかに記載の熱処理装置であって、前記載置面の周縁を環囲するテーパ面をさらに備えたことを特徴とする。
【0023】
請求項8に係る発明は、請求項1から請求項7までのいずれかに記載の熱処理装置であって、前記加熱手段は、前記載置面に載置された基板に対して閃光を照射するキセノンフラッシュランプを含むことを特徴とする。
【0024】
請求項9に係る発明は、平板状の基板を処理対象とする熱処理方法であって、基板の下面と、基板を載置する載置面とを、互いに非平行な状態で近接させて、前記載置面に基板を載置する第1工程と、前記第1工程の後に、前記載置面に載置された基板に熱処理を行う第2工程と、を備えたことを特徴とする。
【0025】
請求項10に係る発明は、請求項9に記載の熱処理方法であって、前記第1工程は、基板を水平姿勢から傾斜させることにより前記載置面に対して基板の下面を非平行にした状態で、基板の下面と前記載置面とを近接させて、前記載置面に基板を載置する工程であることを特徴とする。
【0026】
請求項11に係る発明は、請求項10に記載の熱処理方法であって、前記第1工程は、頂部の高さを相違させて固定的に立設された3本以上の支持ピン上に基板を支持した状態で前記載置面を上昇させることにより、基板の下面と前記載置面とを近接させて、前記載置面に基板を載置する工程であることを特徴とする。
【0027】
請求項12に係る発明は、請求項11に記載の熱処理方法であって、処理対象とする基板は、200mmまたは300mmの径を有する円板状の半導体ウェハーであって、前記3本以上の支持ピンのうち、頂部が最も高い支持ピンと頂部が最も低い支持ピンの頂部の高さの差が、0.5mm以上2.0mm未満であることを特徴とする。
【0028】
請求項13に係る発明は、請求項10に記載の熱処理方法であって、前記第1工程は、3本以上の支持ピン上に基板を支持した後に前記3本以上の支持ピンのうちの1本以上の支持ピンを上方または下方へ変位させた状態で、基板の下面と前記載置面とを近接させて、前記載置面に基板を載置する工程であることを特徴とする。
【0029】
請求項14に係る発明は、請求項10に記載の熱処理方法であって、前記第1工程は、3本以上の支持ピン上に基板を支持した状態で、前記3本以上の支持ピンを非一様な速度で下降させて、前記載置面に基板を載置する工程であることを特徴とする。
【0030】
請求項15に係る発明は、請求項9から請求項14までのいずれかに記載の熱処理方法であって、前記第2工程は、前記載置面に載置された基板に対してキセノンフラッシュランプからの閃光を照射することによって、基板をフラッシュ加熱する工程を含むことを特徴とする。
【0031】
請求項16に係る発明は、平坦な載置面上に平板状の基板を載置する機構であって、基板を前記載置面とは非平行に支持可能な基板支持機構と、前記基板支持機構によって基板を前記載置面とは非平行に支持した状態で前記支持機構と前記載置面とを近接させて前記載置面上に基板を着面させる駆動機構と、を備えることを特徴とする。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【0033】
<1.第1実施形態>
図1および図2は、本発明の第1実施形態に係る熱処理装置の構成を示す側断面図である。また、図3および図4は、その熱処理装置に備わるサセプタ73および支持ピン70の拡大側断面図および平面図である。
【0034】
本実施形態に係る熱処理装置は、キセノンフラッシュランプ69からの閃光によって、円板状の基板Wに対して熱処理を施す装置である。この熱処理装置は、透光板61、底板62、および一対の側板63、64を備え、これらによって囲まれた内部が、基板Wを収納して熱処理するためのチャンバー65となっている。チャンバー65の上部を構成する透光板61は、例えば、石英などの赤外線透過性を有する材料で構成されており、光源5から出射された光を透過してチャンバー65内に導くチャンバー窓として機能する。また、チャンバー65の底部を構成する底板62には、後述するサセプタ73および加熱プレート74を貫通して基板Wを下面側から支持するための支持ピン70が立設されている。本実施形態において基板支持手段として機能する支持ピン70の詳細な構成については、後述する。
【0035】
また、チャンバー65の側部を構成する側板64には、基板Wの搬出入口となる開口部66が形成されている。開口部66は、軸67を中心に回動するゲートバルブ68により開閉可能となっている。基板Wが図示しない搬送ロボットによりチャンバー65の内外へ搬入および搬出されるときには、開口部66は開放され、基板Wがチャンバー65内にて熱処理を受けるときには、開口部66は閉鎖される。
【0036】
チャンバー65の上方には、光源5が設けられている。光源5は、複数(本実施形態においては27本)のキセノンフラッシュランプ69(以下、単に「フラッシュランプ69」とも称する)と、リフレクタ71とを備える。複数のフラッシュランプ69は、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が水平方向に沿うようにして互いに平行に列設されている。リフレクタ71は、複数のフラッシュランプ69の上方にそれらの全体を被うように配設されている。
【0037】
このキセノンフラッシュランプ69は、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極及び陰極が配設されたガラス管と、当該ガラス管の外局部に巻回されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であるため、通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときのジュール熱でキセノンガスが加熱されて光が放出される。このキセノンフラッシュランプ69においては、予め蓄えられていた静電エネルギーが0.1ミリセカンドないし10ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。
【0038】
光源5と透光板61との間には、光拡散板72が配設されている。この光拡散板72は、赤外線透過材料としての石英ガラスの表面に光拡散加工を施したものである。
【0039】
フラッシュランプ69から放射された光の一部は、直接に光拡散板72および透光板61を透過してチャンバー65内へと向かう。また、フラッシュランプ69から放射された光の他の一部は、一旦リフレクタ71によって反射されてから光拡散板72および透光板61を透過してチャンバー65内へと向かう。
【0040】
チャンバー65内には、加熱プレート74とサセプタ73とが設けられており、サセプタ73は加熱プレート74の上面に貼着されている。
【0041】
加熱プレート74は、基板Wを予備加熱(アシスト加熱)するためのものである。この加熱プレート74は、窒化アルミニウムにて構成され、その内部にヒータと当該ヒータを制御するためのセンサとを収納した構成を有する。なお、加熱プレート74は、ステンレス等の金属で形成してもよい。
【0042】
一方、サセプタ73は、基板Wを位置決めして保持するとともに、加熱プレート74からの熱エネルギーを拡散して基板Wを均一に予備加熱するためのものである、このサセプタ73の材質としては、窒化アルミニウムや石英等の比較的熱伝導率が小さいものが採用される。
【0043】
図3および図4に示したように、本実施形態のサセプタ73は、円板形状の部材に上面視円形の凹部97が形成されており、その凹部97の底面が基板Wを水平姿勢に載置可能な載置面99となっている。載置面99は、基板Wの径よりも若干大きな径を有する円形の平坦面である。また、円形の載置面99の周縁を環囲するようにテーパ面95が形成されており、載置面99とテーパ面95とが、全体として凹部97を形成している。テーパ面95は、円形の載置面99の径方向外側に向かって高くなるような、5°以上30°未満程度の浅い傾斜角度を有している。
【0044】
このように、載置面99の周縁部を垂直な側壁で環囲せず、テーパ面95で環囲しているのは、主として基板Wが急激な熱膨張によって破損することを防止するためである。仮に、載置面99の周縁部を垂直な側壁で環囲すると、フラッシュランプ69からの閃光照射によって基板Wの表面が急激に熱膨張したときに、その膨張が側壁によって規制されることにより基板Wに過大な応力が発生し、基板Wの破損に至る可能性がある。これに対し、本実施形態に係る熱処理装置では、載置面99の周縁部をテーパ面95とすることによって、急激に熱膨張した場合にも、基板Wの端部がテーパ面95にある程度乗り上がるようになっており、基板Wに過大な応力が発生しないようになっている。
【0045】
しかしながら、このように載置面99の周縁部をテーパ面95で環囲する場合には、基板Wの熱膨張が自由になるばかりでなく、基板Wの横方向の移動までもが比較的自由となる。したがって、基板Wを載置面99に載置したときに、挟み込まれた気体層の影響によって生じる基板Wの横すべりを許容し易い構成となっている。横すべりによって、基板Wがテーパ面95に乗り上がった状態で急激に加熱された場合には、受ける熱の分布が不均一となるばかりでなく、かえって基板Wが破損する可能性が高くなる。
【0046】
加熱プレート74は、筒状体41を介して移動板42に連結されており、移動板42は、チャンバー65の底板62に釣支されたガイド部材43により案内されて昇降可能となっている。また、ガイド部材43の下端部には、固定板44が固定されており、この固定板44の中央部にはボールネジ45を回転駆動するモータ40が配設されている。そして、ボールネジ45はナット48と螺合しており、ナット48は連結部材46、47を介して移動板42と連結されている。このため、サセプタ73および加熱プレート74は、モータ40の駆動によって、図1に示す基板Wの搬入・搬出位置と図2に示す基板Wの熱処理位置との間を昇降することが可能な構成となっている。
【0047】
図1に示す基板Wの搬入・搬出位置は、図示しない搬送ロボットを使用して開口部66から搬入した基板Wを支持ピン70上に受け渡し、あるいは、支持ピン70上に支持された基板Wを開口部66から搬出することができるように、サセプタ73および加熱プレート74が下降した位置である。この状態においては、支持ピン70の上端は、サセプタ73および加熱プレート74に形成された貫通孔を通過し、載置面99より上方に突出する。
【0048】
一方、図2に示す基板Wの熱処理位置は、基板Wに対して熱処理を行うために、サセプタ73および加熱プレート74が支持ピン70の上端より上方に上昇した位置である。サセプタ73および加熱プレート74が図1の搬入・搬出位置から図2の熱処理位置に上昇する過程において、支持ピン70上に支持された基板Wは載置面99によって受け取られ、載置面99上に支持されて上昇し、チャンバー65内の透光板61に近接した位置に水平姿勢に保持される。すなわち、このときサセプタ73および加熱プレート74とともに上昇する載置面99が、基板Wと載置面99とを近接させる近接手段として機能している。逆に、サセプタ73および加熱プレート74が熱処理位置から搬入・搬出位置に下降する過程においては、載置面99上に支持された基板Wは支持ピン70に受け渡される。
【0049】
基板Wを支持するサセプタ73および加熱プレート74が熱処理位置に上昇した状態においては、載置面99上に保持された基板Wと光源5との間に透光板61が位置することとなる。なお、このときのサセプタ73と光源5との間の距離についてはモータ40の回転量を制御することにより任意の値に調整することが可能である。
【0050】
また、チャンバー65の底板62と移動板42との間には筒状体41の周囲を取り囲むようにしてチャンバー65を気密状態に維持するための伸縮自在の蛇腹77が配設されている。サセプタ73および加熱プレート74が熱処理位置まで上昇したときには蛇腹77が収縮し、サセプタ73および加熱プレート74が搬入・搬出位置まで下降したときには蛇腹77が伸長してチャンバー65内の雰囲気と外部雰囲気とを遮断する。
【0051】
本実施形態に係る熱処理装置では、載置面99上に載置された基板Wは、上述した加熱プレート74の発熱によって予備加熱された後、上述した光源5の閃光照射によって、イオンが活性化し得る温度まで昇温される。したがって、加熱プレート74と、光源5とが全体として、基板Wを加熱する加熱手段として機能することになる。
【0052】
チャンバー65における開口部66と反対側の側板63には、開閉弁80に連通接続された導入路78が形成されている。この導入路78は、チャンバー65内に、処理に必要なガス、例えば不活性な窒素ガスを導入するためのものである。一方、側板64における開口部66には、開閉弁81に連通接続された排出路79が形成されている。この排出路79は、チャンバー65内の気体を排出するためのものであり、開閉弁81を介して図示しない排気手段と接続されている。
【0053】
本実施形態における支持ピン70について、更に説明を続ける。底板62には、基板Wを下面側から支持するための3本の支持ピン70が固定的に(すなわち昇降自由度をもたない形で)立設されている。図4に示したように、3本の支持ピン70は、平面視において、支持対象となる基板Wの半分以上の径を有する同心円の円周に沿って等間隔に配設されており、基板Wを安定して支持することができるようになっている。なお、図1、図2、および図3では、図示の便宜上、基板Wの下方に2本の支持ピン70を示している。
【0054】
図3に示したように、本実施形態の3本の支持ピン70のうち少なくとも1本の支持ピン70は、その頂部の高さを他の支持ピン70の頂部の高さと相違させている。具体的には、1本の支持ピン70の頂部の高さのみを他の2本の支持ピン70の頂部の高さと相違させてもよく、3本の支持ピン70の頂部の高さを全て相違させてもよい。このような構成により、3本の支持ピン70上に基板Wを支持したときには、基板Wの姿勢(基板支持姿勢)が水平から僅かに傾斜した姿勢となることにより、載置面99に対して基板Wの下面が非平行な状態となる。すなわち、本実施形態においては、頂部の高さを相違させて固定的に立設した3本の支持ピン70が、基板Wを水平姿勢から傾斜させる傾斜手段として機能する。このような構成により、サセプタ73および加熱プレート74を上昇させたときには、基板Wの下面と載置面99とが互いに非平行な状態で近接し、基板Wと載置面99との間に存在する気体層Gが側方(図3の矢印の方向)へ容易に抜けてから、基板Wが載置面99上に着面することとなる。
【0055】
ここで、基板Wの傾斜角度は、気体層Gが側方へ容易に抜け得る角度であって、かつ、基板Wが支持ピン70上から滑り落ちずに支持され得る角度であることが必要である。処理対象となる基板Wが200mmまたは300mmの径を有する円板状の半導体ウェハーである場合には、3本の支持ピン70のうち、頂部が最も高いものと最も低いものとの差を0.5mm以上2.0mm未満とすれば、上述の条件を十分に満足する傾斜角度となり、例えば、1本の支持ピン70の頂部の高さを他の2本の支持ピン70の頂部の高さより1.0mm低くなるように、支持ピン70の寸法を決定すればよい。
【0056】
次に、上述したような熱処理装置を用いて、一枚の基板Wに対して一連の熱処理を行うときの動作について、以下に説明する。
【0057】
まず、サセプタ73および加熱プレート74が、図1に示す基板Wの搬入・搬出位置に配置された状態で、図示しない搬送ロボットにより開口部66を介して基板Wを搬入し、基板Wを支持ピン70上に受け渡す。基板Wの搬入が完了すれば、開口部66はゲートバルブ68により閉鎖される。しかる後、サセプタ73および加熱プレート74が、モータ40の駆動により図2に示す基板Wの熱処理位置まで上昇し、支持ピン70上に支持された基板Wが載置面99上に受け渡される。また、開閉弁80および開閉弁81を開いてチャンバー65内に窒素ガスの気流を形成する。
【0058】
ここで、サセプタ73および加熱プレート74が上昇し、支持ピン70上に支持された基板Wが載置面99に受け渡される過程について、更に詳述する。本実施形態では、頂部の高さを相違させた3本の支持ピン70によって、基板Wは水平姿勢から僅かに傾斜した姿勢で支持されているため、基板Wの下面と載置面99とは、互いに非平行な状態で近接することとなる。やがて、傾斜姿勢の基板Wの最も低位置に在る一端が、載置面99に接触する。この接触によって、載置面99に対する基板Wの横方向の移動がある程度自由でなくなる。そして、更にサセプタ73が上昇を続けることによって、基板Wは傾斜角度を次第に緩めつつ載置面99に載置される。このような載置動作においては、互いに非平行な関係にある基板Wの下面と載置面99との間に挟まれた気体層Gは、側方(図3の矢印の方向)へ容易に抜け得るため、基板Wが載置面99から浮上した状態となることはない。したがって、横すべりを生じることなく基板Wを載置面99に載置することができる。
【0059】
載置面99は、加熱プレート74に内蔵されたヒータの作用により、予め所定温度に加熱されている。このため、サセプタ73および加熱プレート74が基板Wの熱処理位置まで上昇した状態においては、基板Wが過熱状態にある載置面99と接触することにより予備加熱され、基板Wの温度が次第に上昇する。
【0060】
この状態においては、基板Wは継続して加熱される。そして、基板Wの温度上昇時には図示しない温度センサにより基板Wの表面温度が予備加熱温度T1に到達したか否かを常に監視する。
【0061】
なお、この予備加熱温度T1は、例えば200℃ないし600℃程度の温度である。基板Wをこの程度の予備加熱温度T1まで加熱したとしても、基板Wに打ち込まれたイオンが拡散してしまうことはない。
【0062】
やがて、基板Wの表面温度が予備加熱温度T1に到達すると、フラッシュランプ69を点灯してフラッシュ加熱を行う。このフラッシュ加熱工程におけるフラッシュランプ69の点灯時間は、0.1ミリセカンドないし10ミリセカンド程度の時間である。このように、フラッシュランプ69においては、予め蓄えられていた静電エネルギーがこのように極めて短い光パルスに変換されることから、極めて強い閃光が照射されることになる。
【0063】
このようなフラッシュ加熱により、基板Wの表面温度は瞬間的に温度T2に到達する。この温度T2は、1000℃ないし1100℃程度の基板Wのイオン活性化処理に必要な温度である。基板Wの表面がこのような処理温度T2にまで昇温されることにより、基板W中に打ち込まれたイオンが活性化される。
【0064】
このとき、基板Wの表面温度が0.1ミリセカンドないし10ミリセカンド程度の極めて短い時間で処理温度T2まで昇温されることから、基板W中のイオン活性化は短時間で完了する。従って、基板Wに打ち込まれたイオンが拡散することはなく、基板Wに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまるという現象の発生を防止することが可能となる。なお、イオン活性化に必要な時間はイオンの拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、0.1ミリセカンドないし10ミリセカンド程度の短時間であってもイオン活性化は完了する。
【0065】
また、フラッシュランプ69を点灯して基板Wを加熱する前に、加熱プレート74を使用して基板Wの表面温度を200℃ないし600℃程度の予備加熱温度T1まで加熱していることから、フラッシュランプ69により基板Wを1000℃ないし1100℃程度の処理温度T2まで速やかに昇温させることが可能となる。
【0066】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、サセプタ73および加熱プレート74がモータ40の駆動により図1に示す基板Wの搬入・搬出位置まで下降するとともに、ゲートバルブ68により閉鎖されていた開口部66が開放される。サセプタ73および加熱プレート74が下降する過程において、載置面99上に水平姿勢に載置された基板Wが支持ピン70上に受け渡される。本実施形態では、基板Wは支持ピン70上に、再び傾斜姿勢で支持されることになる。そして、支持ピン70上に支持された基板Wが図示しない搬送ロボットにより搬出される。以上のようにして、一連の熱処理動作が完了する。
【0067】
このように、本実施形態においては、頂部の高さを相違させて固定的に立設された3本の支持ピン70上に基板Wを支持することによって、基板Wと載置面99とを、互いに非平行な状態で近接させるため、基板Wの下面と載置面99とに挟まれた気体層Gが側方へ容易に抜ける。このため、基板Wを、載置面99から浮上した状態とすることなく載置面99に載置することができ、基板Wの横すべりを防止することができる。
【0068】
また、本実施形態では、載置面99の周縁をテーパ面95で環囲しているため、基板Wが急激な熱膨張によって破損することを防止しつつ、基板Wの横すべりを防止することができる。
【0069】
<2.第2実施形態>
続いて、本発明の第2実施形態について説明する。上述した第1実施形態では基板Wの下面と載置面99とを、互いに非平行な状態で近接させるために、3本の支持ピン70を、頂部の高さを相違させて固定的に立設させていたが、本実施形態では、基板Wを下方から支持する3本の支持ピン75のうちの1本の支持ピン75bを上下に可動な構成とする。
【0070】
図5および図6は、本実施形態に係る熱処理装置の構成を示す側断面図である。また、図7および図8は、その熱処理装置に備わるサセプタ73および支持ピン75の拡大側断面図および平面図である。図5から図8では、第1実施形態と同一の構成となる箇所については第1実施形態と同一の符号を付しており、以下では、それらの箇所についての重複説明は省略する。
【0071】
本実施形態に係る熱処理装置の底板62には、基板Wを下面側から支持するための3本の支持ピン75が配設されている。3本の支持ピン75のうちの2本の支持ピン75aは、第1実施形態と同様に、底板62に固定的に立設されている。また、その頂部の高さは同一に設計されている。そして、3本の支持ピン75のうちの他の1本の支持ピン75bは、第1実施形態と異なり、その下端部が支持ピン駆動機構76に連結されている。支持ピン駆動機構76としては、例えば、図5および図6に示したカム機構を採用することができるが、この他にも、エアシリンダを用いた機構など種々の公知の機構を採用することができる。また、支持ピン75bと、底板62との間の隙間には、チャンバー65内の気密を保つために、図示しないダイヤフラムなどの密閉手段が介挿されている。なお、図5、図6、および図7では、図示の便宜上、基板Wの下方に1本の支持ピン75aと1本の支持ピン75bを示している。
【0072】
支持ピン75bは、このような支持ピン駆動機構76の動作によって上下に可動となり、その頂部の高さを、他の2本の支持ピン75aと同一の状態と、相違する状態との間で切り替えることが可能となる。頂部の高さを相違させた状態においては、1本の支持ピン75bの頂部の高さが他の2本の支持ピン75aの頂部の高さより高くなっていてもよく、あるいは、低くなっていてもよい。3本の支持ピン75上に基板Wを支持した状態で、支持ピン75bの頂部の高さを他の2本の支持ピン75aと相違させることによって、基板Wを水平姿勢から僅かに傾斜させ、基板Wの下面と載置面99とを互いに非平行な状態とすることが可能となる。すなわち、本実施形態においては、1本の上下に可動な支持ピン75bを含む3本の支持ピン75が、基板Wを水平姿勢から傾斜させる傾斜手段として機能する。このように基板Wを水平姿勢から傾斜させることにより、基板Wが支持ピン75から載置面99に受け渡されるときに、基板Wの下面と載置面99とを互いに非平行な状態で近接させ、基板Wと載置面99との間に存在する気体層Gを側方(図7の矢印の方向)へ容易に抜け得るようにすることができる。
【0073】
ここで、基板Wを傾斜させる角度は、第1実施形態の場合と同じく、気体層Gが側方へ容易に抜け得る角度であって、かつ、基板Wが支持ピン70上から滑り落ちずに支持され得る角度であることが必要である。処理対象となる基板Wが200mmまたは300mmの径を有する円板状の半導体ウェハーである場合には、支持ピン75bの変位量を0.5mm以上2.0mm未満とすれば、上述の条件を十分に満足する傾斜角度を得ることができ、例えば、支持ピン75bの変位量が1.0mmとなるように、支持ピン駆動機構76を設計すればよい。
【0074】
次に、本実施形態に係る熱処理装置を用いて、一枚の基板Wに対して一連の熱処理と行うときの動作について、以下に説明する。ここでも、第1実施形態と同様の動作過程については重複説明を省略し、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
【0075】
本実施形態においては、搬入された基板Wが支持ピン75上に支持され、支持ピン75から載置面99へ受け渡される過程、および、加熱処理後の基板Wが載置面99からから支持ピン75へ受け渡される過程において、第1実施形態と異なる動作を含む。
【0076】
本実施形態では、図示しない搬送ロボットににより基板Wが支持ピン70上に支持される時点においては、3本の支持ピン75の頂部の高さは均一な状態となっている。したがって、搬送ロボットから支持ピン75への基板Wの受け渡しは、基板Wを水平姿勢としたまま行うことができる。このため、基板Wに余計な衝撃を与えることなく、搬送ロボットから支持ピン75への受け渡しを行うことができる。
【0077】
その後、サセプタ73および加熱プレート74が上昇する前、あるいは、サセプタ73および加熱プレート74の上昇と同時に、支持ピン駆動機構76を作動させることによって、支持ピン75bを上方または下方へ変位させ、基板Wの姿勢(基板支持姿勢)を水平姿勢から僅かに傾斜させた状態とする。したがって、サセプタ73および加熱プレート74が上昇したときには、基板Wの下面と載置面99とは、互いに非平行な状態で近接することとなる。
【0078】
やがて、傾斜姿勢の基板Wの最も低位置に在る一端が、載置面99に接触する。この接触によって、載置面99に対する基板Wの横方向の移動がある程度自由でなくなる。そして、更にサセプタ73が上昇を続けることによって、基板Wは傾斜角度を次第に緩めつつ載置面99に載置される。このような載置動作においては、互いに非平行な関係にある基板Wの下面と載置面99との間に挟まれた気体層Gは、側方(図7の矢印の方向)へ容易に抜け得るため、基板Wが載置面99から浮上した状態となることはない。したがって、横すべりを生じることなく基板Wを載置面99に載置することができる。
【0079】
フラッシュ加熱工程が終了した後にサセプタ73および加熱プレート74が下降する過程において、載置面99上に水平姿勢に載置された基板Wが支持ピン70上に受け渡される。このとき、支持ピン75bは、他の2本の支持ピン75aと頂部の高さが同一の状態に戻されており、基板Wは支持ピン70上に、水平姿勢のまま支持されることになる。そして、支持ピン70上に水平姿勢に支持された基板Wが図示しない搬送ロボットにより搬出される。
【0080】
このように、本実施形態においては、3本の支持ピン75のうちの1本の支持ピン75bを変位させることによって、基板Wと載置面99とを、互いに非平行な状態で近接させるため、基板Wの下面と載置面99とに挟まれた気体層Gが側方へ容易に抜ける。このため、基板Wを、載置面99から浮上した状態とすることなく載置面99に載置することができ、基板Wの横すべりを防止することができる。
【0081】
また、特に本実施形態においては、支持ピン75から載置面99へ基板Wを受け渡すときにのみ基板Wを傾斜姿勢とすることができ、その他の過程は基板Wを水平姿勢に支持した状態で行うことができる。したがって、基板に対して余計な衝撃などを与えるおそれを排除することができる。
【0082】
また、本実施形態では、載置面99の周縁をテーパ面95で環囲しているため、基板Wが急激な熱膨張によって破損することを防止しつつ、基板Wの横すべりを防止することができる。
【0083】
<3.変形例>
以上、本発明の主たる実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【0084】
例えば、上述の第1実施形態および第2実施形態では、支持ピン70と支持ピン75とは、何れも3本である場合について説明したが、4本以上の支持ピンによって基板Wを下面側から支持する形態であってもよい。4本以上の支持ピンのうちの1本の支持ピンを可動な構成とする場合には、基板Wを水平姿勢から適切に傾斜させるために、その1本の支持ピンを他の支持ピンより高い位置へ変位させる形態であることが望ましい。
【0085】
また、上述の第2実施形態では、1本の支持ピンのみを上下に可動な構成とする場合について説明したが、2本以上の支持ピンを上下に可動な構成としてもよい。
【0086】
また、上述の第1実施形態および第2実施形態では、基板Wと載置面99とを近接させるために、支持ピン70または支持ピン75上に支持された基板Wに向かって、載置面99を上昇させる場合について説明したが、基板Wを下面側から支持しつつ昇降可能な3本以上の支持ピンを備え、固定配置された載置面99に向かって、基板Wを下降させる形態であってもよい。これは、例えば各支持ピンに対応して図5および図6のような支持ピン駆動機構76をそれぞれ同一に設けて同期駆動するか、あるいは単一の駆動源によって3本以上の支持ピンを同期させつつ等速度で下降させることによって達成可能である。
【0087】
また、このように基板を下面側から支持しつつ昇降可能な3本以上の支持ピンを備える場合には、その3本以上の支持ピンのそれぞれを、非一様な速度で下降させることによって、基板Wを傾斜させ、基板Wの下面と載置面99とを互いに非平行な状態とする形態であってもよい。例えば、3本の支持ピンを使用するときには、各支持ピンに対応して図5および図6のような支持ピン駆動機構76をそれぞれ個別に設けるとともに、それぞれの支持ピン駆動機構76による下降速度が非一様になるようにしておけば、このような装置が実現可能である。具体的態様として、支持ピン駆動機構76としてカム機構を採用したときには、それぞれのカムの径や周縁形状の曲率を相違させたり、それぞれのカムの回転速度を異なるものとすることによって支持ピンの下降速度の違いを実現することが可能であり、エアシリンダを用いた機構の場合には、各エアシリンダに与えるエアーの流量を相違させることによって支持ピンの下降速度の違いを実現することが可能である。
【0088】
また、上述の第1実施形態および第2実施形態では、3本の支持ピン70または75が基板Wを支持する場合について説明したが、図9に側断面図を示したように、1本の支持部材83が、基板Wの下面の一部と面接触しつつ支持する形態であってもよい。このような形態であっても、支持部材83の支持面82を水平姿勢から傾斜させることによって、基板Wを水平姿勢から傾斜させ、基板Wの下面と載置面99とを互いに非平行な状態で近接させることが可能である。ここでは、図9(a)に示した状態が、上述の第1実施形態および第2実施形態における基板Wの搬入・搬出位置に相当し、図9(b)に示した状態が、上述の第1実施形態および第2実施形態における基板Wの熱処理位置に相当する。
【0089】
また、上述の第1実施形態および第2実施形態では、基板Wを水平姿勢から傾斜させることによって、載置面99に対して基板Wの下面を非平行な状態とする場合について説明したが、載置面99に傾斜機構を付設し、載置面99の面姿勢を水平姿勢から傾斜させることによって、基板Wの下面と載置面99とを互いに非平行な状態とする形態であってもよい。また、支持ピンによる基板支持姿勢の傾斜と、載置面99の傾斜との双方を用いることも、この発明の範囲に含まれる。
【0090】
また、上述の第1実施形態および第2実施形態では、熱処理装置は、キセノンフラッシュランプを用いたフラッシュランプアニール装置である場合について説明したが、このようなフラッシュランプアニール装置に限らず、一般に平板状の基板を処理対象とする熱処理装置であれば、本発明を適用することが可能である。放熱手段または吸熱手段を備えることによって、基板の冷却を行うような除熱タイプの熱処理装置についてもこの発明は適用可能である。
【0091】
また、請求項15の発明は、請求項1〜請求項14の発明の特徴をより一般化して基板載置機構として特定されたものであり、基板を載置面と非平行な状態で近接して着面させることにより、平坦な載置面上に平板上の基板を載置する場合一般において、基板の横すべりを防止可能である。
【0092】
【発明の効果】
以上のように、請求項1から請求項15に記載の発明によれば、処理対象の基板を載置面上に載置するときに、基板の下面と載置面とを互いに非平行な状態で近接させるため、基板の下面と載置面との間に挟まれた気体層が側方へ容易に抜ける。このため、基板を、載置面から浮上した状態とすることなく載置面に載置することができ、基板の横すべりを防止することができる。
【0093】
特に、請求項4または請求項12に記載の発明によれば、基板の傾斜角度を、気体層が側方へ容易に抜け得る角度であって、かつ、基板が支持ピン上から滑り落ちずに支持され得る角度とすることができる。
【0094】
特に、請求項5または請求項13に記載の発明によれば、支持ピンから載置面へ基板を受け渡すときにのみ基板を傾斜姿勢とすることができ、その他の過程は基板を水平姿勢に支持した状態で行うことができる。したがって、基板に対して余計な衝撃などを与えるおそれを排除することができる。
【0095】
特に、請求項7に記載の発明によれば、基板が急激な熱膨張によって破損することを防止しつつ、基板の横すべりを防止することができる。
【0096】
特に、請求項8または請求項15に記載の発明によれば、基板に打ち込まれたイオンの拡散を防止しつつ、基板の横すべりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図2】本発明の第1実施形態に係る熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係る熱処理装置に備わるサセプタ73および支持ピン70の拡大側断面図である。
【図4】本発明の第1実施形態に係る熱処理装置に備わるサセプタ73および支持ピン70の平面図である。
【図5】本発明の第2実施形態に係る熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図6】本発明の第2実施形態に係る熱処理装置の構成を示す側断面図である。
【図7】本発明の第2実施形態に係る熱処理装置に備わるサセプタ73および支持ピン75の拡大側断面図である。
【図8】本発明の第2実施形態に係る熱処理装置に備わるサセプタ73および支持ピン75の平面図である。
【図9】1本の支持部材83が、基板Wの下面の一部と面接触しつつ支持する形態を示した側断面図である。
【図10】従来の熱処理装置において、略水平な載置面100上に基板200を載置するときの様子を示した側断面図である。
【符号の説明】
5 光源
62 底板
65 チャンバー
69 キセノンフラッシュランプ
70 支持ピン
73 サセプタ
74 加熱プレート
75 支持ピン
75a 支持ピン
75b 支持ピン
76 支持ピン駆動機構
95 テーパ面
99 載置面
G 気体層
W 基板
Claims (16)
- 平板状の基板を処理対象とする熱処理装置であって、
基板を支持可能な基板支持手段と、
前記基板支持手段から受け渡される基板を水平姿勢に載置可能な載置面と、
前記基板支持手段と前記載置面とを相対的に移動させて、前記基板支持手段と前記載置面との間で基板を受け渡す駆動手段と、
前記載置面に載置された基板の加熱または冷却を行う熱処理手段と、
を備え、
前記基板支持手段による基板支持姿勢と前記載置面の面姿勢との少なくとも一方を水平姿勢とは異なる姿勢にすることが可能とされており、
基板を前記基板支持手段から前記載置面に受け渡すにあたって、基板の下面と前記載置面とを互いに非平行な状態で近接させることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項1に記載の熱処理装置であって、
前記基板支持手段が、前記基板支持姿勢を水平姿勢から傾斜させることにより前記載置面に対して基板の下面を非平行な状態に支持可能であることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項2に記載の熱処理装置であって、
前記基板支持手段は、頂部の高さを相違させて固定的に立設され、基板を下面側から支持する3本以上の支持ピンであることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項3に記載の熱処理装置であって、
処理対象とする基板は、200mmまたは300mmの径を有する円板状の半導体ウェハーであって、
前記3本以上の支持ピンのうち、頂部が最も高い支持ピンと頂部が最も低い支持ピンの頂部の高さの差が、0.5mm以上2.0mm未満であることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項2に記載の熱処理装置であって、
前記基板支持手段は、
1本以上の昇降可能な支持ピンを含み、基板を下面側から支持する3本以上の支持ピンと、
前記1本以上の昇降可能な支持ピンを昇降駆動する駆動手段と、
とを備え、
前記昇降可能な支持ピンを昇降駆動することによって前記基板支持姿勢を水平姿勢から傾斜可能とされていることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項2に記載の熱処理装置であって、
前記基板支持手段は、
基板を下面側から支持しつつ昇降可能な3本以上の支持ピン、
を備えるとともに、
前記駆動手段は、前記3本以上の支持ピンを非一様な速度で下降させる非一様駆動手段とされており、
前記3本以上の支持ピンを非一様な速度で下降させることによって前記基板支持姿勢を前記載置面に対して相対的に非平行とすることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれかに記載の熱処理装置であって、
前記載置面の周縁を環囲するテーパ面
をさらに備えたことを特徴とする熱処理装置。 - 請求項1から請求項7までのいずれかに記載の熱処理装置であって、
前記加熱手段は、前記載置面に載置された基板に対して閃光を照射するキセノンフラッシュランプを含むことを特徴とする熱処理装置。 - 平板状の基板を処理対象とする熱処理方法であって、
基板の下面と、基板を載置する載置面とを、互いに非平行な状態で近接させて、前記載置面に基板を載置する第1工程と、
前記第1工程の後に、前記載置面に載置された基板に熱処理を行う第2工程と、
を備えたことを特徴とする熱処理方法。 - 請求項9に記載の熱処理方法であって、
前記第1工程は、基板を水平姿勢から傾斜させることにより前記載置面に対して基板の下面を非平行にした状態で、基板の下面と前記載置面とを近接させて、前記載置面に基板を載置する工程であることを特徴とする熱処理方法。 - 請求項10に記載の熱処理方法であって、
前記第1工程は、頂部の高さを相違させて固定的に立設された3本以上の支持ピン上に基板を支持した状態で前記載置面を上昇させることにより、基板の下面と前記載置面とを近接させて、前記載置面に基板を載置する工程であることを特徴とする熱処理方法。 - 請求項11に記載の熱処理方法であって、
処理対象とする基板は、200mmまたは300mmの径を有する円板状の半導体ウェハーであって、
前記3本以上の支持ピンのうち、頂部が最も高い支持ピンと頂部が最も低い支持ピンの頂部の高さの差が、0.5mm以上2.0mm未満であることを特徴とする熱処理方法。 - 請求項10に記載の熱処理方法であって、
前記第1工程は、3本以上の支持ピン上に基板を支持した後に前記3本以上の支持ピンのうちの1本以上の支持ピンを上方または下方へ変位させた状態で、基板の下面と前記載置面とを近接させて、前記載置面に基板を載置する工程であることを特徴とする熱処理方法。 - 請求項10に記載の熱処理方法であって、
前記第1工程は、3本以上の支持ピン上に基板を支持した状態で、前記3本以上の支持ピンを非一様な速度で下降させて、前記載置面に基板を載置する工程であることを特徴とする熱処理方法。 - 請求項9から請求項14までのいずれかに記載の熱処理方法であって、
前記第2工程は、前記載置面に載置された基板に対してキセノンフラッシュランプからの閃光を照射することによって、基板をフラッシュ加熱する工程を含むことを特徴とする熱処理方法。 - 平坦な載置面上に平板状の基板を載置する機構であって、
基板を前記載置面とは非平行に支持可能な基板支持機構と、
前記基板支持機構によって基板を前記載置面とは非平行に支持した状態で前記支持機構と前記載置面とを近接させて前記載置面上に基板を着面させる駆動機構と、
を備えることを特徴とする基板載置機構。
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