JP2006147859A

JP2006147859A - 処理装置及び処理方法

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Publication number: JP2006147859A
Application number: JP2004336017A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yoshioka; 英生吉岡
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: JP3955592B2

Abstract

【課題】アニール処理を能率的に行うことができ、かつアニール処理の品質が低下することを防止できるアニール処理装置を提供する。
【解決手段】ロボットハンド８がチャンバ１内に基板Ｗを搬入する際に、チャンバ１の搬入口１ｃの周囲の位置に設けられたノズル１２から、ロボットハンド８及び基板Ｗにガス流Ｆを吹き付けるようにした。ガス流Ｆは、チャンバ１の内部から外部に向う方向の流速成分を有するため、外気やパーティクル等が基板Ｗと共にチャンバ１内に侵入するのを防止できる。このため、チャンバ１内を真空排気する工程が不要となる。また、チャンバ１内におけるガス濃度の変動を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被処理物にアニール処理等の処理を施す処理装置及び処理方法に関する。

第１の従来技術について説明する。上壁の一部が窓によって構成され、内部を真空排気可能なチャンバを備えたレーザアニール処理装置が知られている（特許文献１参照）。被処理物は、表層部がアモルファス半導体からなる基板である。このレーザアニール処理装置では、以下の手順でアニール処理を行う。まず、チャンバ内に基板を搬入する。次に、チャンバ内を一旦真空引きし、チャンバ内からパーティクル等を除去する。次に、チャンバ内に不活性ガス（例えば、窒素ガス）を充満させる。この状態で、窓を通して基板にレーザ光を入射させ、レーザ光が入射した領域のアモルファス半導体を多結晶化する。

第２の従来技術について説明する。内部を真空排気可能なチャンバに代えて、密閉空間を構成しない簡易的なエンクロージャを用いたレーザアニール装置も知られている（特許文献２参照）。このレーザアニール装置は、基板の表面におけるレーザ光の照射部分に窒素ガスを吹き付けるノズルを備える。レーザ光の照射部分に窒素ガスを吹き付けることにより、その部分に局所的な窒素ガスの雰囲気を形成することができる。このため、内部を真空排気可能なチャンバを用いなくても、窒素ガスの雰囲気中でレーザアニール処理を行うことができる。

特開平１０−３０８３５７号公報（第３頁、第４図）特許第３５０２９８１号明細書

上記第１の従来技術の課題について説明する。基板１枚あたりの処理時間（以下、タクトタイムという。）をできるだけ短縮することが望まれている。しかし、第１の従来技術では、１枚の基板をアニール処理するごとに、チャンバ内を真空引きする工程と、チャンバ内に不活性ガスを充満させる工程とが必要となる。このため、タクトタイムを短縮することに関して改善の余地があった。

上記第２の従来技術の課題について説明する。第２の従来技術は、基板のアニール処理が行われる空間を真空引きする工程を不要とするものの、基板をエンクロージャ内に搬入する際に、エンクロージャ内にパーティクルや外気が侵入してしまうことがある。エンクロージャ内にパーティクルが侵入すると、ノズルから噴出するガスがパーティクルを巻き込んでしまい、清浄な雰囲気中でアニール処理を行うことができなくなる。また、エンクロージャ内に外気が侵入すると、例えばレーザ照射部分の周辺の空間の酸素ガス濃度をｐｐｍのオーダでコントロールすることが困難になる。その結果、アニール成果物の品質の低下を招く。

本発明の目的は、被処理物の処理を能率的に行うことができる技術を提供することにある。本発明の他の目的は、処理成果物の品質の低下を防止することができる技術を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、被処理物の処理が行われる空間にパーティクルが侵入するのを防止することができる技術を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、被処理物の処理が行われる雰囲気中のガス濃度の変動を防止することができる技術を提供することにある。

本発明の一観点によれば、内部に被処理物を搬入するための搬入口が形成された処理室と、被処理物を前記搬入口を介して前記処理室内に搬入する搬入装置と、前記搬入口の周囲に該搬入口を取り囲むように配置され、各々前記搬入装置によって前記処理室内に搬入される被処理物にガスを吹き付ける複数のノズルであって、各々の先端が前記処理室の外部に向って傾斜している複数のノズルとを備えた処理装置が提供される。

本発明の他の観点によれば、（ａ）被処理物を準備する工程と、（ｂ）準備した被処理物を搬入口を介して処理室内に搬入する工程であって、前記搬入口の周囲の位置から、前記処理室の外部に向って傾斜した方向にガスを噴出させ、前記被処理物を清浄化させながら、該被処理物を前記処理室内に搬入する工程とを有する被処理物の処理方法が提供される。

搬入口の周囲の位置から、処理室の外部に向って傾斜した方向に噴出したガスが被処理物に吹き付けられることにより、被処理物と共に外気やパーティクル等が処理室に侵入するのを防止しながら、被処理物を処理室内に搬入することができる。処理室に外気が侵入することが防止されるから、処理室内におけるガス濃度の変動を防止することができる。また、処理室内にパーティクルや外気等が侵入することが防止されるから、処理室内に被処理物を搬入した後に、処理室内を一旦真空排気する必要がない。このため、処理の能率を向上させることができる。

図１は、実施例によるレーザアニール処理装置の概略図である。気密なチャンバ１の上壁に、ガス導入口１ａが複数形成されている。一方、チャンバ１の下壁には、ガス排出口１ｂが形成されている。チャンバ１の外部に、Ｎ_２ガス源２とＯ_２ガス源３とが置かれている。Ｎ_２ガス源２は、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４を介してミキサ５に接続されている。Ｏ_２ガス源３も同様に、ＭＦＣ６を介してミキサ５に接続されている。

ミキサ５は、Ｎ_２ガス源２から供給されたＮ_２ガスと、Ｏ_２ガス源３から供給されたＯ_２ガスとを混合する。この混合ガス中のＮ_２ガスとＯ_２ガスの分圧比は、ＭＦＣ４及び６によって調整することができる。ミキサ５によって混合されたガスは、主ガスライン７を流下する。主ガスライン７は、途中で２分岐しており、分岐した一方のガスライン（以下、第１のガスラインという。）７１が上記ガス導入口１ａの各々と接続されている。即ち、ミキサ５によって混合されたガスが、ガス導入口１ａを介してチャンバ１内に導入される。チャンバ１内のガスは、ガス排気口１ｂから排気される。

チャンバ１の側壁に、チャンバ１内に被処理物を搬入するための搬入口１ｃが開口している。図１中、ロボットハンド８に保持されている基板Ｗが被処理物である。基板Ｗの表層部は、アモルファス半導体、具体的にはアモルファスシリコンからなる。ロボットハンド８が、搬入口１ｃを介してチャンバ１内に基板Ｗを搬入する。チャンバ１に、搬入口１ｃを開閉するゲートバルブ９が取り付けられている。なお、図１では、ゲートバルブ９を簡略化して示している。ゲートバルブ９の外側に、搬入口１ｃを取り囲むように、ガス吹付部材１０が取り付けられている。

ガス吹付部材１０は、ゲートバルブ９の開閉部分を取り囲む枠状をなしており、内部にガス導入空間１１を画定している。上記主ガスライン７から分岐した他方のガスライン（以下、第２のガスライン）７２が、開閉バルブ１３を介して、ガス導入空間１１に通じている。即ち、ミキサ５によって混合されたガスは、このガス導入空間１１にも供給される。なお、第２のガスライン７２を経由してガス導入空間１１に供給される混合ガス中のＮ_２ガスとＯ_２ガスとの分圧比は、第１のガスライン７１を経由してチャンバ１内に供給される混合ガス中のＮ_２ガスとＯ_２ガスとの分圧比と同じである。

ガス吹付部材１０は、ノズル１２を複数有している。各ノズル１２から、ガス導入空間１１に供給されたガスが噴出する。ロボットハンド８に保持された基板Ｗが、ガス吹付部材１０の位置を通過する際、各ノズル１２から噴出したガス流Ｆが基板Ｗに吹き付けられる。各ノズル１２の先端は、チャンバ１の外側に向って傾斜した方向を向いている。このため、基板Ｗに吹き付けられるガス流Ｆは、チャンバ１の内部から外部に向う方向の流速成分を有する。揺動機構１４が、ノズル１２を揺動させる。

図２は、チャンバ１内への基板Ｗの搬入方向（図１の左から右に向う方向）を向いてみたガス吹付部材１０の正面図である。ガス吹付部材１０に、図１の第２のガスライン７２を構成するガス管１５及び１６が接続されている。図１にも示したノズル１２は、図１のゲートバルブ９の開閉部分の周囲に、その開閉部分を取り囲むように配置されている。このため、ガス流Ｆは、基板Ｗの表裏面のみならず側面にも吹き付けられる。また、ガス流Ｆはロボットハンド８にも吹き付けられる。

図１に戻って説明を続ける。チャンバ１内に、保持台１７が配置されている。ロボットハンド８は、保持台１７上に基板Ｗを載せる。保持台１７と対向するチャンバ１の上壁の一部は、窓１８によって構成されている。窓１８は、石英からなる板状体の表裏面に反射防止膜を形成したものである。レーザ出射装置１９が、チャンバ１の外部から窓１８を通して、保持台１７に保持された基板Ｗにアニール処理用レーザ光Ｌを入射させる。アニール処理用レーザ光Ｌは、例えば紫外域の波長を有する。

以下、上記レーザアニール処理装置の動作を説明する。予め、ミキサ５によって混合されて得られたＮ_２ガスとＯ_２ガスとの混合ガスを、第１のガスライン７１を経由してチャンバ１内に導入させ、かつチャンバ１内のガスをガス排気口１ｂから排気させている状態とする。また、開閉バルブ１３を開き、Ｎ_２ガスとＯ_２ガスとの混合ガスを、第２のガスライン７２を経由してガス導入空間１１に供給している状態とする。

まず、ロボットハンド８が、図示しないカセットから未処理の基板Ｗを１枚取得し、取得した基板Ｗをガス吹付部材１０、開かれたゲートバルブ９、及び搬入口１ｃを介してチャンバ１内に搬入し、保持台１７上に載せる。ロボットハンド８に保持された基板Ｗがガス吹付部材１０の位置を通過するとき、各ノズル１２から噴出したガス流Ｆが、基板Ｗ及びロボットハンド８に吹き付けられる。ガス流Ｆが、チャンバ１の内部から外部に向う方向の流速成分を有するため、基板Ｗと共に外気やパーティクル等がチャンバ１内に侵入するのを防止しながら、基板Ｗをチャンバ１内に搬入することができる。

また、図２に示したように、ガス流Ｆは基板Ｗの表裏面のみならず、基板Ｗの側面及びロボットハンド８にも吹き付けられるようにしたから、基板Ｗ及びロボットハンド８を清浄化できるとともに、外気やパーティクル等のチャンバ１内への侵入防止効果を高めることができる。さらに、基板Ｗがガス吹付部材１０の位置を通過するとき、揺動機構１４によってノズル１２を揺動させることにより、基板Ｗ及びロボットハンド８にガス流Ｆが当たる位置を基板Ｗの移動方向と直交する方向に関して移動させ、また基板Ｗ及びロボットハンド８にガス流Ｆが吹き付けられる角度を変化させることができる。これにより、例えば細部に入り込んだパーティクル等もきれいに除去することができる。

次に、保持台１７上に基板Ｗを載せた後、ロボットハンド８がチャンバ１内から退避すると、ゲートバルブ９が閉じる。ゲートバルブ９を閉じることに伴なって、開閉バルブ１３も閉じ、ノズル１２からのガスの噴出を停止させる。チャンバ１内の圧力は、大気圧よりもやや高い圧力に保たれるように、ガス導入口１ａからのガス導入量と、ガス排出口１ｂからのガス排出量とが調整される。また、チャンバ１内におけるＮ_２ガスの濃度とＯ_２ガスの濃度の比は、ＭＦＣ４及び６によって調整することができる。

基板Ｗと共に外気がチャンバ１内に侵入するのを防止することができるので、外気の侵入に起因して、チャンバ１内におけるＮ_２ガス及びＯ_２ガスの濃度が変動してしまうことを防止できる。また、仮にノズル１２から噴出したガスが基板Ｗと共にチャンバ１内に侵入することがあったとしても、ノズル１２から噴出するガス中のＮ_２ガスとＯ_２ガスとの分圧比は、チャンバ１内に供給される混合ガス中のＮ_２ガスとＯ_２ガスとの分圧比と同じであるため、チャンバ１内におけるＮ_２ガス及びＯ_２ガスの濃度比の変動を防止することができる。この結果、例えばＯ_２ガスの濃度をｐｐｍのオーダでコントロールすることが可能となる。

また、チャンバ１内にパーティクルや外気が侵入することを防止できるので、基板１をチャンバ１内に搬入した後にチャンバ１内を一旦真空排気する必要がなくなる。従って、その分だけアニール処理の能率を向上させることができる。

次に、レーザ出射装置１９が、窓１８を通して保持台１７上の基板Ｗにアニール処理用レーザ光Ｌを入射させる。これにより、アニール処理用レーザ光Ｌが入射した位置のアモルファスシリコンが多結晶化する。チャンバ１内におけるＯ_２ガス及びＮ_２ガスの濃度の変動を防止することができるので、アニール処理中の環境を所望の条件に維持することができる。これにより、環境の変動に伴なうアニール成果物の品質の低下を防止することができる。保持台１７が、アニール処理用レーザ光Ｌに対して基板Ｗを移動させることにより、アニール処理用レーザ光Ｌの入射領域を基板の表面上で移動させる。こうして基板Ｗ表面の全域を多結晶化する。

基板Ｗのアニール処理が終了すると、ゲートバルブ９が開き、ロボットハンド８が、チャンバ１内からアニール処理された基板Ｗを搬出する。ゲートバルブ９を開くことに伴なって、開閉バルブ１３も開かれる。基板Ｗの搬出時において、ロボットハンド８に保持された基板Ｗがガス吹付部材１０の位置を通過する際にも、ノズル１２から噴出したガスが、基板Ｗ及びロボットハンド７に吹き付けられる。これにより、基板Ｗの搬出時においても、チャンバ１内へ外気が侵入することを防止できる。

図３に、図１に示した装置の変形例を示す。この例では、ガス吹付部材１０に、ガス滞留室２０を連結している。ガス滞留室２０は、各ノズル１２から噴出されたガスを滞留させるガス滞留空間２１を内部に画定している。ガス滞留室２０の側壁に、基板Ｗの搬出入時に基板Ｗが通過するための開口部２０ａが形成されている。ガス滞留室２０の下壁には、ガス吸引口２０ｂが形成されている。ガス滞留室２０の外部には、一端がガス吸引口２０ｂに接続され、他端がガス吹付部材１０に接続されたガスライン２２が設けられている。ガスライン２２に、吸引ポンプ２３とフィルタ２４とが挿入されている。

吸引ポンプ２３が作動することにより、ガス滞留空間２１に滞留したガスが、ガス吸引口２０ｂから吸引される。吸引されたガスはフィルタ２４を介して、ガス吹付部材１０のガス導入空間１１に戻される。フィルタ２４は、吸引ポンプ２３によって吸引されたガスからパーティクル等の異物を除去する。ガス導入空間１１に戻されたガスが、ノズル１２から噴出する。なお、図３では、図１のＮ_２ガス源２及びＯ_２ガス源３等の図示は省略しているが、これらのガス源２及び３から供給されたガスも、第２のガスライン７２を経由してガス導入空間１１に供給される点は図１の装置と同様である。

この変形例によれば、ガスライン２２、吸引ポンプ２３、及びフィルタ２４によって構成されたガス再生機構が、ガス滞留空間２１からガスを吸引し、吸引したガスからパーティクルを除去して再び複数のノズル１２から噴出させるので、ノズル１２から噴出させるガス、即ちＮ_２ガス及びＯ_２ガスの消費を低減することができる。なお、ノズル１２からのガス噴出量が、ガス吸引口２０ｂからのガス吸引量よりも多くなるように両者を調整することにより、外気がガス滞留空間２１に侵入することを防止できる。このため、外気がガス吸引口２０ｂから吸引されてしまうことを防止できる。

図４に、図１に示した装置の他の変形例を示す。この例では、ゲートバルブ９を、チャンバ１とガス吹付部材１０との間に介在させるのではなく、ガス滞留室２０よりもさらに外側に配置している。この点以外の構成は、図３の装置の構成と同じである。図４の装置によっても図３の装置と同様の効果を得ることができる。

図５に、図１に示した装置のさらに他の変形例を示す。図１のガス吹付部材１０の代わりに、形状の異なる他のガス吹付部材３０が配置されている。ガス吹付部材３０は、内部にガス導入空間３１を画定している。Ｎ_２ガスとＯ_２ガスとの混合ガスが第２のガスライン７２を経由してガス導入空間３１に供給され、ガス導入空間３１内のガスが各ノズル３２から噴出する。ノズル３２は、基板Ｗの搬出入方向（図５の左右方向）に関して複数段（図５では３段）に配置されているため、基板Ｗと共にパーティクルや外気等がチャンバ１内に侵入するのを防止する効果を高めることができる。また、ノズル３２から噴出したガス流Ｆの基板Ｗに吹き付けられる角度が、基板Ｗの搬出入方向に隣り合うノズル３２間で異なるように構成している。このため、図１の揺動機構１４を省略しても、種々の角度から基板Ｗにガス流を吹き付けることができる。

以上、実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、実施例では、チャンバ１の搬入口１ｃが、チャンバ１内から処理済の基板Ｗを搬出するための搬出口を兼ねる構成としたが、チャンバ１には搬入口とは別の搬出口が設けられていてもよい。この場合は、その搬出口と対応する位置にもガス吹付部材１０と同様の構成の他のガス吹付部材を設けるとよい。

また、実施例では、ノズル１２から噴出させる噴出用ガスとして、Ｎ_２ガスとＯ_２ガスの混合ガスを例示したが、噴出ガスとしてＮ_２ガス等の不活性ガスのみを噴出させる構成としてもよい。また、噴出用ガスは、３種以上のガスの混合ガスであってもよい。

さらに、実施例は、レーザアニール処理について説明したが、本発明は処理室内で基板を処理する装置、例えばランプによって被処理物を加熱することにより被処理物にアニール処理を施すランプアニール装置等の他の処理装置にも適用することができる。この他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

実施例によるレーザアニール処理装置の概略図である。ガス吹付部材の正面図である。他の実施例によるレーザアニール処理装置の概略図である。さらに他の実施例によるレーザアニール処理装置の概略図である。さらに他の実施例によるレーザアニール処理装置の概略図である。

符号の説明

１…チャンバ（処理室）、１ａ…ガス導入口、１ｂ…ガス排出口、１ｃ…搬入口、２…Ｎ_２ガス源（ガス供給源）、３…Ｏ_２ガス源（ガス供給源）、４,６…マスフローコントローラ、５…ミキサ、７…主ガスライン、７１…第１のガスライン、７２…第２のガスライン、８…ロボットハンド、９…ゲートバルブ、１０…ガス吹付部材、１１…ガス導入空間、１２…ノズル、１３…開閉バルブ、１４…揺動機構、１５,１６…ガス管、１７…保持台、１８…窓、１９…レーザ出射装置、２０…ガス滞留室、２０ａ…開口部、２０ｂ…ガス吸引口、２１…ガス滞留空間、２２…ガスライン、２３…吸引ポンプ、２４…フィルタ、３０…ガス吹付部材、３１…ガス導入空間、３２…ノズル、Ｌ…アニール処理用レーザ光、Ｆ…ガス流、Ｗ…基板（被処理物）。

Claims

内部に被処理物を搬入するための搬入口が形成された処理室と、
被処理物を前記搬入口を介して前記処理室内に搬入する搬入装置と、
前記搬入口の周囲に該搬入口を取り囲むように配置され、各々前記搬入装置によって前記処理室内に搬入される被処理物にガスを吹き付ける複数のノズルであって、各々の先端が前記処理室の外部に向って傾斜している複数のノズルと
を備えた処理装置。
さらに、前記複数のノズルによって前記被処理物に吹き付けられたガスを滞留させるガス滞留空間を画定したガス滞留室と、
前記ガス滞留空間からガスを吸引し、吸引したガスからパーティクルを除去して再び前記複数のノズルから噴出させるガス再生機構とを備えた請求項１に記載の処理装置。
さらに、前記ノズルを揺動させる揺動機構を備えた請求項１又は２に記載の処理装置。
さらに、前記複数のノズル及び前記処理室内に共通のガスを供給するガス供給源を備えた請求項１〜３のいずれかに記載の処理装置。
前記ガス供給源によって前記複数のノズル及び前記処理室内に供給される共通のガスが、不活性ガスと酸素ガスとを含む混合ガスである請求項４に記載の処理装置。
前記処理室の壁の一部が、アニール処理用レーザ光を透過させる窓によって構成され、
さらに、前記処理室の外部から前記窓を通して、前記処理室内の被処理物に前記アニール処理用レーザ光を入射させるレーザ出射装置を備えた請求項１〜５のいずれかに記載の処理装置。
（ａ）被処理物を準備する工程と、
（ｂ）準備した被処理物を搬入口を介して処理室内に搬入する工程であって、前記搬入口の周囲の位置から、前記処理室の外部に向って傾斜した方向にガスを噴出させ、前記被処理物を清浄化させながら、該被処理物を前記処理室内に搬入する工程と
を有する被処理物の処理方法。
前記工程（ｂ）が、前記被処理物を前記処理室内に搬入する前に、予め前記処理室内にガスを充満させておく工程を含み、前記被処理物に吹き付けるガスと、前記処理室に充満されるガスとが、同一のガス成分からなる請求項７に記載の処理方法。
前記被処理物の表面が、アモルファス半導体によって構成されており、
前記工程（ｂ）の後に、前記処理室内に搬入された被処理物にアニール処理用レーザ光を入射させ、該アニール処理用レーザ光が入射した位置のアモルファス半導体を多結晶化させる工程を有する請求項７又は８に記載の処理方法。