JP2015065358A - Heat treatment device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウェハー等の薄板状精密電子基板(以下、単に「基板」と称する)に対してフラッシュ光等の光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置に関する。 The present invention relates to a heat treatment apparatus for heating a thin plate-shaped precision electronic substrate (hereinafter simply referred to as “substrate”) such as a semiconductor wafer by irradiating light such as flash light.
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入は半導体ウェハー内にpn接合を形成するための必須の工程である。現在、不純物導入は、イオン打ち込み法とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン(B)、ヒ素(As)、リン(P)といった不純物の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。この際に、アニール時間が数秒程度以上であると、打ち込まれた不純物が熱によって深く拡散し、その結果接合深さが要求よりも深くなり過ぎて良好なデバイス形成に支障が生じるおそれがある。 In the semiconductor device manufacturing process, impurity introduction is an indispensable step for forming a pn junction in a semiconductor wafer. Currently, impurities are generally introduced by ion implantation and subsequent annealing. The ion implantation method is a technique in which impurity elements such as boron (B), arsenic (As), and phosphorus (P) are ionized and collided with a semiconductor wafer at a high acceleration voltage to physically perform impurity implantation. The implanted impurities are activated by annealing. At this time, if the annealing time is about several seconds or more, the implanted impurities are deeply diffused by heat, and as a result, the junction depth becomes deeper than required, and there is a possibility that good device formation may be hindered.
そこで、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するアニール技術として、近年フラッシュランプアニール(FLA)が注目されている。フラッシュランプアニールは、キセノンフラッシュランプ(以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する)を使用して半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射することにより、不純物が注入された半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間(数ミリ秒以下)に昇温させる熱処理技術である。 Therefore, in recent years, flash lamp annealing (FLA) has attracted attention as an annealing technique for heating a semiconductor wafer in an extremely short time. Flash lamp annealing is a semiconductor wafer in which impurities are implanted by irradiating the surface of the semiconductor wafer with flash light using a xenon flash lamp (hereinafter, simply referred to as “flash lamp” means xenon flash lamp). Is a heat treatment technique for raising the temperature of only the surface of the material in a very short time (several milliseconds or less).
キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーにフラッシュ光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハーを急速に昇温することが可能である。また、数ミリ秒以下の極めて短時間のフラッシュ光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。このため、キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、不純物を深く拡散させることなく、不純物活性化のみを実行することができるのである。 The radiation spectral distribution of a xenon flash lamp ranges from the ultraviolet region to the near infrared region, has a shorter wavelength than the conventional halogen lamp, and almost coincides with the fundamental absorption band of a silicon semiconductor wafer. Therefore, when the semiconductor wafer is irradiated with flash light from the xenon flash lamp, the semiconductor wafer can be rapidly heated with little transmitted light. Further, it has been found that if the flash light irradiation is performed for a very short time of several milliseconds or less, only the vicinity of the surface of the semiconductor wafer can be selectively heated. For this reason, if the temperature is raised for a very short time by the xenon flash lamp, only the impurity activation can be performed without deeply diffusing the impurities.
このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置としては、例えば特許文献1に開示されるようなものがある。特許文献1に開示される装置においては、インデクサ部から払い出された半導体ウェハーをアライメントチャンバーを経由して熱処理チャンバーに搬送し、フラッシュランプから半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射して加熱処理を行う。そして、加熱処理が終了した半導体ウェハーは、熱処理チャンバーからクールチャンバーを経由して再びインデクサ部に戻される。アライメントチャンバーおよびクールチャンバーと熱処理チャンバーとの間で半導体ウェハーを搬送する搬送ロボットは搬送チャンバー内に収容されている。 An example of a heat treatment apparatus using such a xenon flash lamp is disclosed in Patent Document 1. In the apparatus disclosed in Patent Document 1, the semiconductor wafer delivered from the indexer unit is transferred to the heat treatment chamber via the alignment chamber, and the flash lamp is irradiated with flash light from the flash lamp to perform the heat treatment. Do. Then, the semiconductor wafer which has been subjected to the heat treatment is returned again to the indexer section from the heat treatment chamber via the cool chamber. A transfer robot for transferring the semiconductor wafer between the alignment chamber and the cool chamber and the heat treatment chamber is accommodated in the transfer chamber.
特許文献1に開示される装置においては、熱処理チャンバー内にて半導体ウェハーを200℃ないし800℃程度にまで予備加熱した後、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーの表面を1000℃以上にまで加熱している。このような高温にまでシリコンの半導体ウェハーを加熱する装置では、熱酸化を防ぐために熱処理チャンバーの酸素濃度を数ppm程度(望ましくは1ppm)にまで極力低くしておくことが求められる。 In the apparatus disclosed in Patent Document 1, a semiconductor wafer is preheated to about 200 ° C. to 800 ° C. in a heat treatment chamber, and then the surface of the semiconductor wafer is heated to 1000 ° C. or more by flash light irradiation. . In an apparatus for heating a silicon semiconductor wafer to such a high temperature, it is required to keep the oxygen concentration in the heat treatment chamber as low as possible to about several ppm (preferably 1 ppm) in order to prevent thermal oxidation.
このため、特許文献1に開示される装置においては、熱処理チャンバーのみならず、それ以外の全てのチャンバー(アライメントチャンバー、クールチャンバーおよび搬送チャンバー)に高純度の窒素ガスを供給し、熱処理チャンバーに向けて段階的に酸素濃度を低下させるようにしている。すなわち、大気雰囲気と直接に接するアライメントチャンバーおよびクールチャンバーから中間の搬送チャンバーを経て熱処理チャンバーに向けて酸素濃度が段階的に低くなるようにしている。 For this reason, in the apparatus disclosed in Patent Document 1, not only the heat treatment chamber but also all other chambers (alignment chamber, cool chamber and transfer chamber) are supplied with high-purity nitrogen gas toward the heat treatment chamber. The oxygen concentration is lowered step by step. That is, the oxygen concentration is gradually lowered from the alignment chamber and the cool chamber directly in contact with the air atmosphere to the heat treatment chamber through the intermediate transfer chamber.
しかしながら、熱処理チャンバーの前段に配置された搬送チャンバーは、旋回動作や屈伸動作などを含む複雑な動作を行う搬送ロボットを収容するものであり、その容量は大きなものとならざるを得なかった。これは、搬送ロボット自体を収容する空間の他に動作のためのスペースを確保する必要があるためである。その結果、搬送チャンバーには、極めて大きな流量にて窒素ガスを供給し続ける必要があった。 However, the transfer chamber arranged in the front stage of the heat treatment chamber accommodates a transfer robot that performs complicated operations including a turning operation and a bending / extending operation, and its capacity has to be large. This is because it is necessary to secure a space for operation in addition to the space for accommodating the transfer robot itself. As a result, it was necessary to continue supplying nitrogen gas to the transfer chamber at an extremely large flow rate.
大流量にて窒素ガスを供給し続けると、処理時おける窒素ガスの消費量も顕著に大きくなり、熱処理装置のランニングコストが増大する。また、大容量の搬送チャンバーに大流量にて窒素ガスを供給し続けたとしても、酸素濃度を一定値以下にまで低下させるのは困難であることが判明している。例えば、特許文献1に開示されるような熱処理装置では、搬送チャンバーの容量が500リットルないし600リットル程度もあり、100リットル〜300リットル/分の大流量で窒素ガスを供給し続けたとしても、搬送チャンバー内の酸素濃度を50ppm以下にまで低下させることは困難であった。 If nitrogen gas is continuously supplied at a large flow rate, the amount of nitrogen gas consumed during the treatment becomes significantly large, and the running cost of the heat treatment apparatus increases. Further, it has been found that even if nitrogen gas is continuously supplied to a large-capacity transfer chamber at a large flow rate, it is difficult to reduce the oxygen concentration to a certain value or less. For example, in the heat treatment apparatus disclosed in Patent Document 1, the capacity of the transfer chamber is about 500 liters to 600 liters, and even if nitrogen gas is continuously supplied at a large flow rate of 100 liters to 300 liters / minute, It was difficult to reduce the oxygen concentration in the transfer chamber to 50 ppm or less.
さらに、搬送チャンバーの容量が大きいと、チャンバー内の雰囲気を置換して酸素濃度を低下させるのに必要とする時間も長くなるという問題が生じる。 Furthermore, when the capacity of the transfer chamber is large, there arises a problem that the time required for substituting the atmosphere in the chamber and lowering the oxygen concentration becomes long.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コストの増大を抑制しつつ処理チャンバー内の酸素濃度を十分に低下させることができ、しかも高いスループットを実現することができる熱処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a heat treatment apparatus capable of sufficiently reducing the oxygen concentration in the processing chamber while suppressing an increase in cost and realizing high throughput. The purpose is to do.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、基板を収容する空間を有する処理チャンバーと、前記処理チャンバーに収容された基板に光を照射する光照射部と、前記処理チャンバーに未処理の基板を搬入する搬入チャンバーと、前記処理チャンバーから処理済みの基板を受け取る搬出チャンバーと、前記処理チャンバーに不活性ガスを供給する第1ガス供給機構と、前記搬入チャンバーに不活性ガスを供給する第2ガス供給機構と、前記搬出チャンバーに不活性ガスを供給する第3ガス供給機構と、を備え、前記処理チャンバーには、前記搬入チャンバーが接続される搬入口、および、前記搬出チャンバーが接続される搬出口が形設され、前記搬入チャンバーには、基板を支持する2本の支持棒を前記搬入口から前記処理チャンバー内に進退移動させて基板を搬入する搬入機構を設け、前記搬出チャンバーには、基板を支持する2本の支持棒を前記搬出口から前記処理チャンバー内に進退移動させて基板を搬出する搬出機構を設けることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 is a heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with light, a processing chamber having a space for accommodating the substrate, and a substrate accommodated in the processing chamber. A light irradiating unit for irradiating light, a carry-in chamber for carrying an untreated substrate into the processing chamber, a carry-out chamber for receiving a treated substrate from the treatment chamber, and supplying an inert gas to the treatment chamber. 1 gas supply mechanism, a second gas supply mechanism that supplies an inert gas to the carry-in chamber, and a third gas supply mechanism that supplies an inert gas to the carry-out chamber. A carry-in port to which a carry-in chamber is connected and a carry-out port to which the carry-out chamber is connected are formed, and the carry-in chamber has A carrying-in mechanism for carrying in the substrate by moving the two supporting rods supporting the plate forward and backward from the carry-in port into the processing chamber is provided, and the two support rods supporting the substrate are loaded into the carry-out chamber. An unloading mechanism for unloading the substrate by moving forward and backward from the outlet into the processing chamber is provided.
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る熱処理装置において、未処理の基板および処理済みの基板を集積する基板集積部と、未処理の基板を前記基板集積部から前記搬入チャンバーに搬送するとともに、処理済みの基板を前記搬出チャンバーから前記基板集積部に搬送する搬送ロボットと、をさらに備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first aspect of the present invention, a substrate integration unit that integrates an unprocessed substrate and a processed substrate, and an unprocessed substrate from the substrate integration unit to the carry-in chamber. And a transport robot for transporting the processed substrate from the unloading chamber to the substrate stacking unit.
また、請求項3の発明は、請求項2の発明に係る熱処理装置において、前記搬入チャンバーは、平面視で矩形形状を有し、前記搬入チャンバーの長手方向の第1端部が前記処理チャンバーの前記搬入口に接続され、前記搬送ロボットが未処理の基板を搬送するための投入口が前記搬入チャンバーの短手方向の端面のうち前記第1端部と反対側の第2端部よりも前記第1端部に近い位置に形設され、前記投入口が開放されているときには、前記第2ガス供給機構が前記搬入チャンバーの前記第2端部から不活性ガスを供給することを特徴とする。
The invention of
また、請求項4の発明は、請求項3の発明に係る熱処理装置において、前記搬入口が開放されているときには、前記第2ガス供給機構が前記搬入チャンバーの前記第1端部から不活性ガスを供給することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the third aspect of the present invention, when the carry-in port is open, the second gas supply mechanism is activated by the inert gas from the first end of the carry-in chamber. It is characterized by supplying.
また、請求項5の発明は、請求項2から請求項4のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記搬出チャンバーは、平面視で矩形形状を有し、前記搬出チャンバーの長手方向の第1端部が前記処理チャンバーの前記搬出口に接続され、前記搬送ロボットが処理済みの基板を搬送するための受取口が前記搬出チャンバーの短手方向の端面のうち前記第1端部と反対側の第2端部よりも前記第1端部に近い位置に形設され、前記受取口が開放されているときには、前記第3ガス供給機構が前記搬出チャンバーの前記第2端部から不活性ガスを供給することを特徴とする。
The invention of
また、請求項6の発明は、請求項5の発明に係る熱処理装置において、前記搬出口が開放されているときには、前記第3ガス供給機構が前記搬入チャンバーの前記第1端部から不活性ガスを供給することを特徴とする。
The invention of claim 6 is the heat treatment apparatus according to the invention of
また、請求項7の発明は、請求項2から請求項6のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記搬送ロボットは大気雰囲気中に設置されることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the second to sixth aspects, the transfer robot is installed in an air atmosphere.
また、請求項8の発明は、請求項1から請求項7のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記搬出チャンバーは、前記処理チャンバーから搬出された基板を冷却する冷却部を備えることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the first to seventh aspects, the unloading chamber includes a cooling unit that cools the substrate unloaded from the processing chamber. And
また、請求項9の発明は、請求項1から請求項8のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記搬入チャンバーは、未処理の基板の向きを調整するアライメント部を備えることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the first to eighth aspects of the present invention, the carry-in chamber includes an alignment unit that adjusts an orientation of an unprocessed substrate. .
また、請求項10の発明は、請求項1から請求項9のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記搬出チャンバーは、前記処理チャンバーから搬出される基板の破損を検出する破損検出部を備えることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the first to ninth aspects, the unloading chamber includes a breakage detecting unit that detects breakage of the substrate unloaded from the processing chamber. It is characterized by that.
また、請求項11の発明は、請求項1から請求項10のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記処理チャンバー、前記搬入チャンバーおよび前記搬出チャンバーは前記熱処理装置の筐体に引き出し自在に設けられることを特徴とする。
The invention of
また、請求項12の発明は、請求項1から請求項11のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記光照射部はフラッシュランプを有することを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the first to eleventh aspects, the light irradiation unit includes a flash lamp.
請求項1から請求項12の発明によれば、2本の支持棒を進退移動させる簡単な構成の搬入機構を設けた搬入チャンバーおよび搬出機構を設けた搬出チャンバーを処理チャンバーに接続しているため、搬入チャンバーおよび搬出チャンバーの容量を小さくすることができ、少ない不活性ガス消費量で短時間にてそれらの酸素濃度を下げることができ、コストの増大を抑制しつつ処理チャンバー内の酸素濃度を十分に低下させることができるとともに、高いスループットを実現することができる。 According to the first to twelfth aspects of the present invention, the carry-in chamber provided with the carry-in mechanism having a simple structure for moving the two support rods forward and backward and the carry-out chamber provided with the carry-out mechanism are connected to the processing chamber. The capacity of the carry-in chamber and the carry-out chamber can be reduced, and the oxygen concentration in the processing chamber can be reduced while suppressing the increase in cost while reducing the oxygen concentration in a short time with a small amount of inert gas consumption. While being able to fully reduce, high throughput can be realized.
特に、請求項3の発明によれば、投入口が開放されているときには、搬入チャンバーの投入口とは反対側の端部から不活性ガスを供給するため、当該端部から投入口に向かう円滑な不活性ガスの気流を形成することができ、投入口から搬入チャンバーに外部雰囲気が流入するを防止することができる。 In particular, according to the third aspect of the present invention, when the inlet is open, the inert gas is supplied from the end opposite to the inlet of the carry-in chamber. It is possible to form an inert gas stream and prevent the external atmosphere from flowing into the carry-in chamber from the inlet.
特に、請求項4の発明によれば、処理チャンバーの搬入口が開放されているときには、当該搬入口に近い側の端部から不活性ガスを供給するため、搬入チャンバーから処理チャンバーに雰囲気が流入するのを防止することができる。 In particular, according to the fourth aspect of the present invention, when the carry-in port of the processing chamber is open, the atmosphere flows into the process chamber from the carry-in chamber because the inert gas is supplied from the end near the carry-in port. Can be prevented.
特に、請求項5の発明によれば、受取口が開放されているときには、搬出チャンバーの受取口とは反対側の端部から不活性ガスを供給するため、当該端部から受取口に向かう円滑な不活性ガスの気流を形成することができ、受取口から搬出チャンバーに外部雰囲気が流入するを防止することができる。 In particular, according to the fifth aspect of the present invention, when the receiving port is open, the inert gas is supplied from the end opposite to the receiving port of the carry-out chamber, so that the smooth end toward the receiving port from the end is provided. Inert gas flow can be formed, and the external atmosphere can be prevented from flowing into the carry-out chamber from the receiving port.
特に、請求項6の発明によれば、処理チャンバーの搬出口が開放されているときには、当該搬出口に近い側の端部から不活性ガスを供給するため、搬出チャンバーから処理チャンバーに雰囲気が流入するのを防止することができる。 In particular, according to the invention of claim 6, when the carry-out port of the processing chamber is open, the inert gas is supplied from the end near the carry-out port, so that the atmosphere flows into the process chamber from the carry-out chamber. Can be prevented.
特に、請求項7の発明によれば、搬送ロボットは大気雰囲気中に設置されるため、不活性ガスの消費量の増大を抑制して装置稼働に関するコストを低くすることができる。 In particular, according to the seventh aspect of the present invention, since the transfer robot is installed in the air atmosphere, it is possible to suppress an increase in the consumption of the inert gas and to reduce the cost for operating the apparatus.
特に、請求項11の発明によれば、処理チャンバー、搬入チャンバーおよび搬出チャンバーは熱処理装置の筐体に引き出し自在に設けられるため、装置のメンテナンス性が向上する。 In particular, according to the eleventh aspect of the present invention, the process chamber, the carry-in chamber, and the carry-out chamber are provided so as to be freely drawn out from the housing of the heat treatment apparatus, so that the maintainability of the apparatus is improved.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る熱処理装置100の全体構成を示す平面図である。また、図2は、図1の熱処理装置100の部分側面図である。熱処理装置100は、基板として円板形状の半導体ウェハーWにフラッシュ光を照射してその半導体ウェハーWを加熱するフラッシュランプアニール装置である。処理対象となる半導体ウェハーWのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ300mmやφ450mmである。熱処理装置100に搬入される前の半導体ウェハーWには不純物が注入されており、熱処理装置100による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行される。なお、図1および以降の各図には、それらの方向関係を明確にするためZ軸方向を鉛直方向とし、XY平面を水平面とするXYZ直交座標系を適宜付している。また、図1および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
FIG. 1 is a plan view showing the overall configuration of a
熱処理装置100は、主たる要素として、インデクサ部10、主搬送ロボット20、フラッシュ加熱部70、搬入チャンバー30および搬出チャンバー50を備える。これらのうち主搬送ロボット20、フラッシュ加熱部70、搬入チャンバー30および搬出チャンバー50は熱処理装置100の筐体5の内部に設けられ、インデクサ部10は筐体5の外壁に付設されている。また、熱処理装置100は、各機構を制御して半導体ウェハーWのフラッシュ加熱処理を進行させる制御部3を備える。なお、図1では、制御部3を筐体5とは別体に描いているが、制御部3は熱処理装置100内のいずれかに設けられる要素である。
The
インデクサ部10は、キャリアCを載置する2つの載置台11を備える。各載置台11は、1個のキャリアCを載置する。キャリアCには、複数枚の半導体ウェハーWを収納することができる。未処理の半導体ウェハーWを収納したキャリアCは無人搬送車(AGV、OHT)等によって搬送されて載置台11に載置される。また、処理済みの半導体ウェハーWを収納したキャリアCも無人搬送車等によって載置台11から持ち去られる。キャリアCの形態としては、半導体ウェハーWを密閉空間に収納するFOUP(front opening unified pod)の他に、SMIF(Standard Mechanical Inter Face)ポッドや収納した半導体ウェハーWを外気に曝すOC(open cassette)であっても良い。なお、本実施形態では、インデクサ部10が2つの載置台11を備えているが、インデクサ部10が備える載置台11の数は任意であり3個以上であっても良い。
The
主搬送ロボット20は、アーム基台21、第1アーム部22、第2アーム部23および搬送ハンド24を備える。アーム基台21上に第1アーム部22の基端側が接続され、第1アーム部22の先端側に第2アーム部23の基端側が連結され、さらに第2アーム部23の先端側に搬送ハンド24が連結される。アーム基台21は、内蔵する駆動機構によって昇降可能であるとともに、第1アーム部22を回動させる。第1アーム部22と第2アーム部23、および、第2アーム部23と搬送ハンド24はそれぞれリンク機構を構成する。これにより、主搬送ロボット20は、搬送ハンド24をインデクサ部10のキャリアC、後述する搬入チャンバー30および搬出チャンバー50に対してアクセスさせ、それらとの間で半導体ウェハーWの授受を行う。なお、主搬送ロボット20のアーム基台21はXY平面内での水平方向に沿ったスライド移動は行わない。
The
熱処理装置100の筐体5の内部において、主搬送ロボット20が配置されているエリア(つまり、フラッシュ加熱部70、搬入チャンバー30および搬出チャンバー50を除くエリア)は大気雰囲気とされている。すなわち、本実施形態では主搬送ロボット20は大気雰囲気中に設置されている。このため、熱処理装置100全体としての窒素ガスの消費量を抑制することができる。もっとも、筐体5の上部には図示省略のファンフィルタ機構が設けられており、主搬送ロボット20が配置されているエリアにはそのファンフィルタ機構によって清浄化されたクリーンエアが供給される。
Inside the
主搬送ロボット20は、インデクサ部10の載置台11に載置されたキャリアCから未処理の半導体ウェハーWを取り出して搬入チャンバー30に搬送する。また、主搬送ロボット20は、搬出チャンバー50から処理済みの半導体ウェハーWを搬出してインデクサ部10のキャリアCに搬送する。すなわち、インデクサ部10は、未処理の半導体ウェハーWおよび処理済みの半導体ウェハーWを集積する基板集積部である。また、熱処理装置100の主搬送ロボット20は、半導体ウェハーWの入れ替え動作を行わないため、搬送ハンド24を1つだけ備えたいわゆるシングルアームの構成で足りる。
The
図3は、フラッシュ加熱部70、搬入チャンバー30および搬出チャンバー50の要部概略構成を示す図である。図3は、フラッシュ加熱部70、搬入チャンバー30および搬出チャンバー50の配列を(−Y)側から見た図である。フラッシュ加熱部70、搬入チャンバー30および搬出チャンバー50は、X軸方向に沿って配列されており、フラッシュ加熱部70を挟んで両側に搬入チャンバー30および搬出チャンバー50が配置されている。
FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of main parts of the
フラッシュ加熱部70は、処理チャンバー71、フラッシュランプハウス80およびハロゲンランプハウス85を備える。処理チャンバー71は、筒状のチャンバー側壁部72の上下に石英製のチャンバー窓を装着して構成されている。チャンバー側壁部72は上下が開口された概略筒形状を有しており、上側開口には上側チャンバー窓73が装着されて閉塞され、下側開口には下側チャンバー窓74が装着されて閉塞されている。チャンバー側壁部72は、強度と耐熱性に優れた金属材料(例えば、ステンレススチール)にて形成されている。
The
処理チャンバー71の天井部を構成する上側チャンバー窓73は、石英により形成された板状部材であり、フラッシュランプハウス80のフラッシュランプFLから出射されたフラッシュ光を処理チャンバー71内に透過する石英窓として機能する。また、処理チャンバー71の床部を構成する下側チャンバー窓74も、石英により形成された板状部材であり、ハロゲンランプハウス85のハロゲンランプHLから出射された光を処理チャンバー71内に透過する石英窓として機能する。処理チャンバー71の内側空間、すなわち上側チャンバー窓73、下側チャンバー窓74およびチャンバー側壁部72によって囲まれる空間が熱処理空間75として規定される。
The
処理チャンバー71の熱処理空間75には、サセプター76が設置されている。サセプター76は、ハロゲンランプHLから出射された光を透過する石英にて形成される板状部材である。サセプター76は、半導体ウェハーWを水平姿勢(法線が鉛直方向に沿う姿勢)にて支持する。サセプター76の上面には半導体ウェハーWを下面から点接触にて支持する複数の支持ピンが設けられていても良い。また、サセプター76には、後述するリフトピン78が貫通するための貫通孔が形設されている(図示省略)。
A
処理チャンバー71内には、2本の移載アーム77が設けられている。各移載アーム77には2本のリフトピン78が立設されている。2本の移載アーム77は、図示を省略する駆動機構によって水平方向および鉛直方向に沿った移動が可能とされている。2本の移載アーム77が所定の位置にて鉛直方向に沿って上昇すると、計4本のリフトピン78がサセプター76に設けられた貫通孔を通過し、リフトピン78の上端がサセプター76の上面から突き出る。一方、2本の移載アーム77が当該位置にて鉛直方向に沿って下降すると、計4本のリフトピン78がサセプター76よりも下側に移動する。また、2本の移載アーム77が水平方向に沿って開閉移動することにより、サセプター76の下方と退避位置との間で移動する。
In the
また、処理チャンバー71のチャンバー側壁部72には、搬入口88および搬出口89の2つの出入口が形設されている。搬入口88は、処理チャンバー71の(−X)側に設けられている。一方の搬出口89は、処理チャンバー71の(+X)側に設けられている。すなわち、搬入口88と搬出口89とは相対向するようにX軸方向に沿って処理チャンバー71のチャンバー側壁部72に設けられている。
In addition, two inlets and
搬入口88には搬入チャンバー30が接続される。搬入口88と搬入チャンバー30との接続部分は図示省略のゲートバルブによって開閉可能とされている。当該ゲートバルブが搬入口88を開放しているときには、搬入チャンバー30から搬入口88を通って処理チャンバー71の熱処理空間75に未処理の半導体ウェハーWが搬入される。
The carry-in
搬出口89には搬出チャンバー50が接続される。搬出口89と搬出チャンバー50との接続部部も図示両略のゲートバルブによって開閉可能とされている。当該ゲートバルブが搬出口89を開放しているときには、処理チャンバー71から搬出口89を通って搬出チャンバー50に処理済みの半導体ウェハーWが搬出される。搬入口88および搬出口89の双方がゲートバルブによって閉鎖されているときには、処理チャンバー71の熱処理空間75が密閉空間とされる。
A carry-out
処理チャンバー71の上方に設けられたフラッシュランプハウス80には、複数本(本実施形態では30本)のキセノンフラッシュランプFLからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ81とが設けられている。また、フラッシュランプハウス80の底部にはランプ光放射窓82が装着されている。ランプ光放射窓82は、石英により形成された板状の石英窓である。フラッシュランプハウス80が処理チャンバー71の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓82が上側チャンバー窓73と相対向することとなる。フラッシュランプFLは、処理チャンバー71の上方からランプ光放射窓82および上側チャンバー窓73を介して熱処理空間75にフラッシュ光を照射する。
A
複数のフラッシュランプFL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って互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプFLの配列によって形成される平面も水平面である。 The plurality of flash lamps FL are rod-shaped lamps each having a long cylindrical shape, and are arranged in a plane so that their longitudinal directions are parallel to each other along the horizontal direction. Therefore, the plane formed by the arrangement of the flash lamps FL is also a horizontal plane.
キセノンフラッシュランプFL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および陰極が配設された棒状のガラス管(放電管)と、該ガラス管の外周面上に付設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ことから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても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、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプFLにおいては、予めコンデンサーに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100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、ハロゲンランプHLの如き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。 The xenon flash lamp FL has a rod-shaped glass tube (discharge tube) in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode connected to a capacitor at both ends thereof, and an outer peripheral surface of the glass tube. And a triggered electrode. Since xenon gas is an electrical insulator, electricity does not flow into the glass tube under normal conditions even if electric charges are accumulated in the capacitor. However, when the insulation is broken by applying a high voltage to the trigger electrode, the electricity stored in the capacitor flows instantaneously in the glass tube, and light is emitted by excitation of atoms or molecules of xenon at that time. In such a xenon flash lamp FL, the electrostatic energy previously stored in the capacitor is converted into an extremely short light pulse of 0.1 to 100 milliseconds, so that the continuous lighting such as the halogen lamp HL is possible. It has the characteristic that it can irradiate extremely strong light compared with a light source.
また、リフレクタ81は、複数のフラッシュランプFLの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ81の基本的な機能は、複数のフラッシュランプFLから出射されたフラッシュ光を熱処理空間75の側に反射するというものである。リフレクタ81はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面(フラッシュランプFLに臨む側の面)はブラスト処理により粗面化加工が施されている。
In addition, the
処理チャンバー71の下方に設けられたハロゲンランプハウス85には、複数本(本実施形態では40本)のハロゲンランプHLが設けられている。ハロゲンランプハウス85は、複数のハロゲンランプHLによって処理チャンバー71の下方から下側チャンバー窓74を介して熱処理空間75に光照射を行う。
The
本実施形態では、上下2段に各20本ずつのハロゲンランプHLが配設されている。各ハロゲンランプHLは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに20本のハロゲンランプHLは、それぞれの長手方向が水平方向に沿って互いに平行となるように配列されている。よって、上段、下段ともにハロゲンランプHLの配列によって形成される平面は水平面である。 In the present embodiment, 20 halogen lamps HL are arranged in two upper and lower stages. Each halogen lamp HL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape. The 20 halogen lamps HL in the upper and lower stages are arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other along the horizontal direction. Therefore, the plane formed by the arrangement of the halogen lamps HL in both the upper stage and the lower stage is a horizontal plane.
また、上段の20本のハロゲンランプHLからなるランプ群と下段の20本のハロゲンランプHLからなるランプ群とが格子状に交差するように配列されている。すなわち、上段の各ハロゲンランプHLの長手方向と下段の各ハロゲンランプHLの長手方向とが直交するように計40本のハロゲンランプHLが配設されている。 Further, the lamp group composed of the upper 20 halogen lamps HL and the lamp group composed of the lower 20 halogen lamps HL are arranged so as to intersect in a lattice pattern. That is, a total of 40 halogen lamps HL are arranged so that the longitudinal direction of the upper halogen lamps HL and the longitudinal direction of the lower halogen lamps HL are orthogonal to each other.
ハロゲンランプHLは、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素(ヨウ素、臭素等)を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプHLは、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特性を有する。また、ハロゲンランプHLは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプHLを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーWへの放射効率が優れたものとなる。 The halogen lamp HL is a filament-type light source that emits light by making the filament incandescent by energizing the filament disposed inside the glass tube. Inside the glass tube, a gas obtained by introducing a trace amount of a halogen element (iodine, bromine, etc.) into an inert gas such as nitrogen or argon is enclosed. By introducing a halogen element, it is possible to set the filament temperature to a high temperature while suppressing breakage of the filament. Therefore, the halogen lamp HL has a characteristic that it has a longer life than a normal incandescent bulb and can continuously radiate strong light. Further, since the halogen lamp HL is a rod-shaped lamp, it has a long life, and by arranging the halogen lamp HL along the horizontal direction, the radiation efficiency to the upper semiconductor wafer W becomes excellent.
また、熱処理装置100は、フラッシュ加熱部70の処理チャンバー71に処理ガスの供給を行う第1ガス供給機構90および処理チャンバー71内の気体を排出する第1排気機構95を備える。第1ガス供給機構90は、ガス供給源91、給気バルブ92および給気配管93を備える。給気配管93の先端側は処理チャンバー71内の熱処理空間75に連通され、基端側はガス供給源91に接続される。給気配管93の経路途中には給気バルブ92が介挿されている。ガス供給源91は、給気配管93に処理ガスを送出する。本実施形態では、ガス供給源91は不活性ガスである窒素ガス(N2)を送出する。給気バルブ92を開放することによって、熱処理空間75に窒素ガスが供給される。なお、ガス供給源91としては、例えば熱処理装置1内に設けられた気体タンクと送給ポンプとで構成するようにしても良いし、熱処理装置100が設置される工場の用力を用いるようにしても良い。また、ガス供給源91が供給する処理ガスは窒素ガスに限定されるものではなく、アルゴン(Ar)またはヘリウム(He)などの他の不活性ガスであっても良い。或いは、ガス供給源91は、酸素(O2)、水素(H2)、塩素(Cl2)、塩化水素(HCl)、オゾン(O3)、アンモニア(NH3)などの反応性ガスを供給するようにしても良い。
The
第1排気機構95は、排気装置96、排気バルブ97および排気配管98を備える。排気配管98の先端側は処理チャンバー71内の熱処理空間75に連通され、基端側は排気装置96に接続される。排気装置96を作動させつつ、排気バルブ97を開放することによって、熱処理空間75の雰囲気が排気される。排気装置96としては、排気ポンプや熱処理装置1が設置される工場の排気ユーティリティを用いることができる。
The
次に、フラッシュ加熱部70の両側に配置された搬入チャンバー30および搬出チャンバー50について説明する。搬入チャンバー30および搬出チャンバー50は概ね類似する構成を備えている。
Next, the carry-in
図4は、搬入チャンバー30の内部構造を示す斜視図である。図5は、図4の搬入チャンバー30をA−A線から見た断面図である。搬入チャンバー30は、平面視でX軸方向を長手方向とし、Y軸方向を短手方向とする矩形形状を有する。平面視で矩形形状を有する搬入チャンバー30は、その長手方向の端部((+X)側の端部)がフラッシュ加熱部70の処理チャンバー71に対向するように配置されている。
FIG. 4 is a perspective view showing the internal structure of the carry-in
搬入チャンバー30の内部には、フラッシュ加熱部70の処理チャンバー71に半導体ウェハーWを搬入する搬入機構31が設けられている。搬入機構31は、一対の支持棒32および駆動部33を備える。一対の支持棒32のそれぞれは、例えば石英にて形成された棒状部材である。2本の支持棒32は、基端側((−X)側)にて片持ちで支持されて駆動部33に連結されている。2本の支持棒32の間隔は処理対象となる半導体ウェハーWの直径よりも短い。駆動部33は、内蔵する駆動機構によって一対の支持棒32を鉛直方向に沿って昇降させることと、X軸方向に沿って進退移動させることが可能である。駆動部33は、一対の支持棒32を連動させて同時に同様に移動させる。なお、駆動部33が内蔵する駆動機構としては、例えば、一対の支持棒32が連結される部材が螺合されたボールネジをモータによって回転させるネジ送り機構と、当該部材を昇降させるアクチュエータとの組み合わせなど公知の種々の2軸移動機構を採用することができる。
Inside the carry-in
搬入チャンバー30の内部空間は、仕切板34によって上下に仕切られている。仕切板34には、2本の溝35が形設されている。2本の溝35は、X軸方向に沿って延びるように互いに平行に設けられている。2本の溝35の間隔は2本の支持棒32の間隔と同じである。2本の溝35は、仕切板34を上下に貫通するように設けられている。図5に示すように、駆動部33が2本の支持棒32を昇降させると、それら2本の支持棒32が溝35を通過する。駆動部33が2本の支持棒32を上昇させたときには、2本の支持棒32が仕切板34よりも上方に突き出る。また、駆動部33が2本の支持棒32を下降させたときには、2本の支持棒32が溝35の内部に埋入する。
The internal space of the carry-in
図4に示すように、搬入チャンバー30の側壁面には、投入口36および移載口37が形設されている。投入口36および移載口37は仕切板34よりも上側に形設されている。投入口36は、搬入チャンバー30の(+Y)側の側壁面、つまり主搬送ロボット20に面する側の側壁面に形設される。一方の移載口37は、搬入チャンバー30の(+X)側の側壁面、つまりフラッシュ加熱部70と対向する側の側壁面に形設される。
As shown in FIG. 4, an
フラッシュ加熱部70の処理チャンバー71と搬入チャンバー30とが連結されるときには、平面視で矩形形状を有する搬入チャンバー30の長手方向の両端部のうちの一方である(+X)側の端部が処理チャンバー71の搬入口88に接続される。そして、処理チャンバー71の搬入口88と搬入チャンバー30の移載口37とが互いに連通するように双方が接続される。従って、処理チャンバー71の搬入口88と搬入チャンバー30の移載口37との接続部分が開放されているときには両チャンバーの内部は連通状態となる。この状態では、仕切板34よりも上側に上昇した一対の支持棒32を駆動部33が(+X)側に向けて前進させることにより、一対の支持棒32を処理チャンバー71の熱処理空間75にまで挿入することができる。そして、搬入機構31は、2本の支持棒32を搬入口88から処理チャンバー71内に進退移動させて未処理の半導体ウェハーWを搬入する。
When the
投入口36は、平面視で矩形形状を有する搬入チャンバー30の短手方向の端面のうち移載口37に近い位置に設けられている(図4)。より正確には、搬入チャンバー30の短手方向の端面のうち移載口37とは反対側の(−X)側の端部よりも(+X)側の端部に近い位置に設けられている。この投入口36も図示省略のゲートバルブによって開閉可能とされている。投入口36が開放されているときには、主搬送ロボット20によって投入口36から未処理の半導体ウェハーWが搬入チャンバー30内に搬入される。
The
また、搬入チャンバー30内には、未処理の半導体ウェハーWの向きを調整するアライメント部130が備えられている。アライメント部130は、支持テーブル131および回転駆動部132を備える。支持テーブル131は、円板形状の部材であり、その上面が仕切板34の上面と同じ高さ位置となるように設けられている。支持テーブル131は投入口36の近傍に設けられている。支持テーブル131の上面には、複数本(例えば3本)の支持ピン133が立設されている。支持テーブル131は、その円板の中心を通る鉛直方向に沿った軸を回転中心として回転駆動部132によって回転される。また、アライメント部130は、図示を省略するレーザー光の投光部および受光部を備える。支持テーブル131の複数の支持ピン133によって半導体ウェハーWを支持した状態で回転駆動部132が支持テーブル131を回転させることにより、半導体ウェハーWも回転する。そして、回転する半導体ウェハーWの端縁部に投光部からレーザー光を照射して当該端縁部に形成されているノッチを受光部によって検出することにより、半導体ウェハーWの向きが所定の方向に調整される。
Further, an
熱処理装置100は、搬入チャンバー30に処理ガスの供給を行う第2ガス供給機構40および搬入チャンバー30内の気体を排出する第2排気機構45を備える(図3)。第2ガス供給機構40は、ガス供給源41、給気配管43および2つの給気バルブ48,49を備える。給気配管43の先端側は二叉に分岐され、その一方が前端側吐出部39に接続され、他方が後端側吐出部38に接続される。図3に示すように、前端側吐出部39は、搬入チャンバー30内部の仕切板34よりも上側であって、(+X)側端部に設けられたガス吐出ノズルである。後端側吐出部38は、搬入チャンバー30内部の仕切板34よりも上側であって、(−X)側端部に設けられたガス吐出ノズルである。このようなガス吐出ノズルとしては、例えば複数の吐出孔を設けた管状のものを用いることができる。
The
給気配管43の基端側は、ガス供給源41に接続される。給気配管43の二叉に分岐された配管のうち前端側吐出部39に接続される配管には前端側給気バルブ49が介挿され、後端側吐出部38に接続される配管には後端側給気バルブ48が介挿される。ガス供給源41は、給気配管43に処理ガスを送出する。本実施形態では、ガス供給源41は窒素ガス(N2)を送出する。ガス供給源41は、処理チャンバー71のガス供給源91と同じものであっても良く、他の不活性ガスや反応性ガスを供給するようにしても良い。
The proximal end side of the
ガス供給源41から給気配管43に窒素ガスを送出しつつ、前端側給気バルブ49を開放することによって、前端側吐出部39から搬入チャンバー30内に窒素ガスが噴出される。前端側吐出部39は、搬入チャンバー30内の(+X)側から(−X)側に向けて窒素ガスを噴出する。一方、ガス供給源41から給気配管43に窒素ガスを送出しつつ、後端側給気バルブ48を開放することによって、後端側吐出部38から搬入チャンバー30内に窒素ガスが噴出される。後端側吐出部38は、搬入チャンバー30内の(−X)側から(+X)側に向けて窒素ガスを噴出する。
Nitrogen gas is jetted into the carry-in
第2排気機構45は、排気装置46、排気バルブ47および排気配管44を備える。排気配管44の先端側は搬入チャンバー30内部の仕切板34よりも下側の空間に連通され、基端側は排気装置46に接続される。排気装置46を作動させつつ、排気バルブ47を開放することによって、搬入チャンバー30内の雰囲気が排気される。排気装置46としては、処理チャンバー71の排気装置96と同じものを用いるようにしても良い。
The
図6は、搬出チャンバー50の内部構造を示す斜視図である。図7は、図6の搬出チャンバー50をB−B線から見た断面図である。上述の搬入チャンバー30と同じく、搬出チャンバー50は、平面視でX軸方向を長手方向とし、Y軸方向を短手方向とする矩形形状を有する。平面視で矩形形状を有する搬出チャンバー50は、その長手方向の端部((−X)側の端部)がフラッシュ加熱部70の処理チャンバー71に対向するように配置されている。
FIG. 6 is a perspective view showing the internal structure of the carry-out
搬出チャンバー50の内部には、フラッシュ加熱部70の処理チャンバー71から半導体ウェハーWを搬出する搬出機構51が設けられている。搬出機構51は、一対の支持棒52および駆動部53を備える。一対の支持棒52のそれぞれは、例えば石英にて形成された棒状部材である。2本の支持棒52は、基端側((+X)側)にて片持ちで支持されて駆動部53に連結されている。2本の支持棒52の間隔は処理対象となる半導体ウェハーWの直径よりも短い。駆動部53は、内蔵する駆動機構によって一対の支持棒52を鉛直方向に沿って昇降させることと、X軸方向に沿って進退移動させることが可能である。駆動部53は、一対の支持棒52を連動させて同時に同様に移動させる。なお、駆動部33と同様に、駆動部53が内蔵する駆動機構としては、例えば、一対の支持棒52が連結される部材が螺合されたボールネジをモータによって回転させるネジ送り機構と、当該部材を昇降させるアクチュエータとの組み合わせなど公知の種々の2軸移動機構を採用することができる。
Inside the carry-out
搬出チャンバー50の内部空間は、仕切板54によって上下に仕切られている。仕切板54には、2本の溝55が形設されている。2本の溝55は、X軸方向に沿って延びるように互いに平行に設けられている。2本の溝55の間隔は2本の支持棒52の間隔と同じである。2本の溝55は、仕切板54を上下に貫通するように設けられている。図7に示すように、駆動部53が2本の支持棒52を昇降させると、それら2本の支持棒52が溝55を通過する。駆動部53が2本の支持棒52を上昇させたときには、2本の支持棒52が仕切板54よりも上方に突き出る。また、駆動部53が2本の支持棒52を下降させたときには、2本の支持棒52が溝55の内部に埋入する。
The internal space of the carry-out
図6に示すように、搬出チャンバー50の側壁面には、受取口56および移載口57が形設されている。受取口56および移載口57は仕切板54よりも上側に形設されている。受取口56は、搬出チャンバー50の(+Y)側の側壁面、つまり主搬送ロボット20に面する側の側壁面に形設される。一方の移載口57は、搬出チャンバー50の(−X)側の側壁面、つまりフラッシュ加熱部70と対向する側の側壁面に形設される。
As shown in FIG. 6, a receiving
フラッシュ加熱部70の処理チャンバー71と搬出チャンバー50とが連結されるときには、平面視で矩形形状を有する搬出チャンバー50の長手方向の両端部のうちの一方である(−X)側の端部が処理チャンバー71の搬出口89に接続される。そして、処理チャンバー71の搬出口89と搬出チャンバー50の移載口57とが互いに連通するように双方が接続される。従って、処理チャンバー71の搬出口89と搬出チャンバー50の移載口57との接続部分が開放されているときには両チャンバーの内部は連通状態となる。この状態では、仕切板54よりも上側に上昇した一対の支持棒52を駆動部53が(−X)側に向けて前進させることにより、一対の支持棒52を処理チャンバー71の熱処理空間75にまで挿入することができる。そして、搬出機構51は、2本の支持棒52を搬出口89から処理チャンバー71内に進退移動させて加熱処理後の半導体ウェハーWを搬出する。
When the
受取口56は、平面視で矩形形状を有する搬出チャンバー50の短手方向の端面のうち移載口57に近い位置に設けられている(図6)。より正確には、搬出チャンバー50の短手方向の端面のうち移載口57とは反対側の(+X)側の端部よりも(−X)側の端部に近い位置に設けられている。この受取口56も図示省略のゲートバルブによって開閉可能とされている。受取口56が開放されているときには、主搬送ロボット20によって搬出チャンバー50の受取口56から処理済みの半導体ウェハーWを取り出してインデクサ部10に搬送する。
The receiving
また、搬出チャンバー50内には、フラッシュ加熱部70の処理チャンバー71から搬出された半導体ウェハーWを冷却する冷却部150が備えられている。冷却部150は冷却機構151を備える。冷却機構151としては、例えば水冷管やペルチェ素子などを用いることができる。図7に示すように、冷却機構151は、仕切板54の下面側に固設されている。冷却機構151は受取口56の近傍に設けられている。また、冷却機構151が設けられている仕切板54の上面側には石英板152が敷設されている。
Further, in the carry-out
また、冷却部150は、複数本(例えば3本)のリフトピン154および昇降機構153を備える。複数本のリフトピン154は、昇降機構153によって一括して昇降される。仕切板54および石英板152にはリフトピン154に対応する個数(本実施形態では3個)の貫通孔155が穿設されており、昇降機構153によって昇降するリフトピン154は貫通孔155を通過する。昇降機構153がリフトピン154を上昇させたときには、リフトピン154の上端が石英板152よりも上側に突き出る。昇降機構153がリフトピン154を下降させたときには、リフトピン154の上端が貫通孔155に埋入する。半導体ウェハーWを支持する複数のリフトピン154が下降したときには、その半導体ウェハーWが石英板152上に載置されて冷却される。
The
熱処理装置100は、搬出チャンバー50に処理ガスの供給を行う第3ガス供給機構60および搬出チャンバー50内の気体を排出する第3排気機構65を備える(図3)。第3ガス供給機構60は、ガス供給源61、給気配管63および2つの給気バルブ68,69を備える。給気配管63の先端側は二叉に分岐され、その一方が前端側吐出部59に接続され、他方が後端側吐出部58に接続される。図3に示すように、前端側吐出部59は、搬出チャンバー50内部の仕切板54よりも上側であって、(−X)側端部に設けられたガス吐出ノズルである。後端側吐出部58は、搬出チャンバー50内部の仕切板54よりも上側であって、(+X)側端部に設けられたガス吐出ノズルである。このようなガス吐出ノズルとしては、例えば複数の吐出孔を設けた管状のものを用いることができる。
The
給気配管63の基端側は、ガス供給源61に接続される。給気配管63の二叉に分岐された配管のうち前端側吐出部59に接続される配管には前端側給気バルブ69が介挿され、後端側吐出部58に接続される配管には後端側給気バルブ68が介挿される。ガス供給源61は、給気配管63に処理ガスを送出する。本実施形態では、ガス供給源61は窒素ガス(N2)を送出する。ガス供給源61は、処理チャンバー71のガス供給源91と同じものであっても良く、他の不活性ガスや反応性ガスを供給するようにしても良い。
The proximal end side of the
ガス供給源61から給気配管63に窒素ガスを送出しつつ、前端側給気バルブ69を開放することによって、前端側吐出部59から搬出チャンバー50内に窒素ガスが噴出される。前端側吐出部59は、搬出チャンバー50内の(−X)側から(+X)側に向けて窒素ガスを噴出する。一方、ガス供給源61から給気配管63に窒素ガスを送出しつつ、後端側給気バルブ68を開放することによって、後端側吐出部58から搬出チャンバー50内に窒素ガスが噴出される。後端側吐出部58は、搬出チャンバー50内の(+X)側から(−X)側に向けて窒素ガスを噴出する。
By opening the front end side
第3排気機構65は、排気装置66、排気バルブ67および排気配管64を備える。排気配管64の先端側は搬出チャンバー50内部の仕切板54よりも下側の空間に連通され、基端側は排気装置66に接続される。排気装置66を作動させつつ、排気バルブ67を開放することによって、搬出チャンバー50内の雰囲気が排気される。排気装置66としては、処理チャンバー71の排気装置96と同じものを用いるようにしても良い。
The third exhaust mechanism 65 includes an
また、搬出チャンバー50は、処理チャンバー71から搬出される半導体ウェハーWの破損を検出する破損検出部160を備える。破損検出部160は、例えば撮像カメラ等の撮像手段を有する。破損検出部160は、処理チャンバー71から搬出機構51によって搬出された半導体ウェハーWを撮像カメラによって撮像し、その画像を解析することによって当該半導体ウェハーWの破損の有無を検出する。なお、この画像解析は制御部3によって行うようにしても良い。また、破損検出部160は、投光部と受光部とを備えた光センサーを備え、投光部から出射された光を受光部が受光したか否かによって半導体ウェハーWの破損を検出するものであっても良い。
Further, the unloading
図1に戻り、搬入チャンバー30および搬出チャンバー50は、熱処理装置100の筐体5に対して引き出し自在に設けられている。具体的には、例えば搬入チャンバー30および搬出チャンバー50にコロを付設し、筐体5のフレームに対して搬入チャンバー30および搬出チャンバー50を水平方向に沿ってスライド移動可能に設置する。搬入チャンバー30は、図1の矢印AR1にて示すように、筐体5から(−X)側に向けて引き出すことが可能とされている。搬出チャンバー50は、図1の矢印AR2にて示すように、筐体5から(+X)側に向けて引き出すことが可能とされている。
Returning to FIG. 1, the carry-in
また、フラッシュ加熱部70の処理チャンバー71も筐体5に対して引き出し自在に設けられている。処理チャンバー71は、図1の矢印AR3にて示すように、筐体5から(−Y)側に向けて引き出すことが可能とされている。なお、処理チャンバー71に加えて、フラッシュ加熱部70のフラッシュランプハウス80および/またはハロゲンランプハウス85も筐体5に対して引き出し自在に設けるようにしても良い。
Further, the
制御部3は、熱処理装置100に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。制御部3のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部3は、各種演算処理を行うCPU、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるROM、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるRAMおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えている。制御部3のCPUが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置100における処理が進行する。
The
上記の構成以外にも熱処理装置100は、例えば半導体ウェハーWの熱処理時にハロゲンランプHLおよびフラッシュランプFLから発生する熱エネルギーによる処理チャンバー71の過剰な温度上昇を防止するための水冷管等を備えている。また、処理チャンバー71にはサセプター76に保持された半導体ウェハーWの温度を測定する温度センサ(例えば、非接触で温度測定する放射温度計)が設けられている。
In addition to the above configuration, the
次に、上記の構成を有する熱処理装置100における半導体ウェハーWの処理手順について図8から図15を参照しつつ説明する。ここで処理対象となる半導体ウェハーWはイオン注入法により不純物(イオン)が添加された半導体基板である。その不純物の活性化が熱処理装置100によるフラッシュ光照射加熱処理(アニール)により実行される。以下に説明する熱処理装置100の処理手順は、制御部3が熱処理装置100の各動作機構を制御することにより進行する。
Next, a processing procedure of the semiconductor wafer W in the
まず、主搬送ロボット20がインデクサ部10のキャリアCから未処理の半導体ウェハーWを取り出して搬入チャンバー30に搬送する。インデクサ部10の載置台11には、予め複数枚の未処理の半導体ウェハーWを収納したキャリアCが無人搬送車等によって搬送されて載置されている。主搬送ロボット20は、搬送ハンド24を当該キャリアCに差し入れて1枚の半導体ウェハーWを取り出し、その搬送ハンド24を搬入チャンバー30へと移動させる。なお、本実施形態における未処理の半導体ウェハーWとは、イオン注入はなされているがフラッシュ加熱処理が未だに行われていない半導体ウェハーWを意味する。
First, the
搬入チャンバー30において、未処理の半導体ウェハーWを受け入れるときには、一対の支持棒32が下降して仕切板34の溝35の内部に埋入している。また、処理チャンバー71の搬入口88と搬入チャンバー30の移載口37との接続部分が閉鎖されるとともに、搬入チャンバー30の投入口36が開放される。そして、投入口36が開放されているときには、第2ガス供給機構40の前端側給気バルブ49が閉止されるとともに、後端側給気バルブ48が開放されて後端側吐出部38から窒素ガスが噴出される。この状態にて、主搬送ロボット20が未処理の半導体ウェハーWを保持した搬送ハンド24を投入口36から搬入チャンバー30内に差し入れ、アライメント部130の複数の支持ピン133に当該半導体ウェハーWを渡す。
When the unprocessed semiconductor wafer W is received in the carry-in
図8は、搬入チャンバー30に半導体ウェハーWが搬送された状態を模式的に示す図である。主搬送ロボット20が未処理の半導体ウェハーWを搬入チャンバー30に搬入するときには、投入口36が開放されるとともに、移載口37が閉鎖されている。移載口37が閉鎖されて投入口36が開放されているときには、第2ガス供給機構40が後端側吐出部38から窒素ガスを噴出する。すなわち、第2ガス供給機構40は、投入口36が開放されているときには、搬入チャンバー30内の(−X)側端部から(+X)側に向けて窒素ガスを供給する。これにより、図8の矢印AR8にて示すように、搬入チャンバー30の仕切板34よりも上側の空間には、(−X)側端部から(+X)側に向けて流れる窒素ガスの気流が形成される。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a state in which the semiconductor wafer W is transferred to the carry-in
ここで、仮に、移載口37が閉鎖されて投入口36が開放されているときに、第2ガス供給機構40が前端側吐出部39から窒素ガスを噴出したとすると、上記とは逆向きの気流、すなわち(+X)側端部から(−X)側に向けて流れる気流が搬入チャンバー30内に形成される。開放されている投入口36は、(−X)側端部よりも(+X)側端部に近い位置に設けられている(図4参照)。よって、前端側吐出部39から噴出された窒素ガスの一部は投入口36から流れ出る一方、残る一部は搬入チャンバー30の(−X)側端部へと向かって流れて滞留する。また、主搬送ロボット20が配置されているエリアは大気雰囲気とされている。そうすると、投入口36から流れ込んだ大気雰囲気の一部は、(+X)側端部から(−X)側に向けて流れる気流によって搬入チャンバー30内の(−X)側端部に向けて押し込まれることとなる。その結果、半導体ウェハーWの搬入時に搬入チャンバー30に大気雰囲気が混入して一部はそのまま残留することとなるのである。
Here, if the second
本実施形態のように、第2ガス供給機構40が後端側吐出部38から窒素ガスを噴出すれば、搬入チャンバー30内には(−X)側端部から(+X)側に向けて流れる窒素ガスの気流が形成される。この向きに窒素ガスが流れていれば、後端側吐出部38から投入口36へと向かう円滑な窒素ガス流が形成され、(+X)側端部に近い位置に設けられた投入口36から大気雰囲気が流入したとしても、その大気雰囲気は窒素ガス流によって全て投入口36から排出されることとなる。その結果、搬入チャンバー30内に大気雰囲気が残留することが防がれる。
If the second
要するに、搬入チャンバー30内において、第2ガス供給機構40が投入口36とは反対側の(−X)側端部から窒素ガスを供給することにより、(−X)側端部から(+X)側に向かって流れて投入口36から流れ出る円滑な窒素ガスの気流を形成することができ、半導体ウェハーWの搬入時における大気雰囲気の混入を防止しているのである。第2ガス供給機構40が搬入チャンバー30内の(−X)側端部から供給した窒素ガスの一部は仕切板34の溝35から仕切板34よりも下側の空間にも流れて第2排気機構45によって排出される。
In short, in the carry-in
未処理の半導体ウェハーWをアライメント部130の複数の支持ピン133に渡した主搬送ロボット20は搬送ハンド24を搬入チャンバー30から退出させる。続いて、搬入チャンバー30の投入口36が閉鎖される。これにより、投入口36および移載口37の双方がともに閉鎖され、搬入チャンバー30の内部が密閉空間とされる。投入口36が閉鎖された後、第2ガス供給機構40の後端側給気バルブ48が閉止されるとともに、前端側給気バルブ49が開放され、前端側吐出部39から窒素ガスが噴出される。第2ガス供給機構40が前端側吐出部39から窒素ガスを噴出すると、搬入チャンバー30内に(+X)側端部から(−X)側に向けて流れる窒素ガス流が形成される。窒素ガス流が流れる向きにかかわらず、投入口36および移載口37が閉鎖されているときには、第2ガス供給機構40から供給された窒素ガスは溝35から仕切板34よりも下側の空間に流れて第2排気機構45によってチャンバー外に排出される。
The
このような窒素ガスパージによって、搬入チャンバー30内の酸素濃度が低下する。また、供給された窒素ガスが仕切板34よりも上側の空間から下側の空間へと向かって流れて排出されるような気流が形成される。支持棒32の駆動部33やアライメント部130の回転駆動部132は、仕切板34よりも下側の空間に設けられており(図5参照)、これらの駆動部からパーティクル等が発生したとしても、そのパーティクル等は仕切板34よりも上側の空間には流れることなくチャンバー外に排出される。
Such nitrogen gas purge reduces the oxygen concentration in the carry-in
搬入チャンバー30は、その内部に一対の支持棒32を昇降と進退移動させるだけの簡易な搬入機構31を設けている。一対の支持棒32は旋回動作は行わないため、そのためのスペースは不要である。従って、搬入チャンバー30の容量は、例えば特許文献1に開示される従来の搬送チャンバーの容量に比較して顕著に小さくて足りる(本実施形態では、仕切板34よりも上側の空間の容量は3リットル程度)。このため、従来よりも小さな流量(例えば、5リットル〜30リットル/分)にて第2ガス供給機構40から搬入チャンバー30に窒素ガスを供給したとしても、短時間のうちにチャンバー内の酸素濃度が急速に低下する。従って、少ない窒素ガスの消費量にて短時間のうちに搬入チャンバー30内の酸素濃度を十分に低下させることができる。
The carry-in
また、窒素ガスパージによって搬入チャンバー30内の酸素濃度を低下させるのと並行して、アライメント部130が未処理の半導体ウェハーWの向きを調整する。アライメント部130は、回転駆動部132によって支持テーブル131を回転させることにより半導体ウェハーWを回転させつつ、その半導体ウェハーWの端縁部に投光部からレーザー光を照射する。そして、半導体ウェハーWの端縁部に形成されているノッチにレーザー光が照射されたときには、レーザー光がノッチを通過して受光部によって受光される。こうして、アライメント部130は半導体ウェハーWの向きを検出して所定の方向に調整する。
In parallel with the reduction of the oxygen concentration in the carry-in
搬入チャンバー30内の酸素濃度が十分に低下した後、一対の支持棒32が上昇してアライメント部130の支持ピン133よりも上方に突き出ることにより、アライメント部130から半導体ウェハーWを受け取る。図9は、搬入チャンバー30内にて一対の支持棒32によって半導体ウェハーWを支持した状態を模式的に示す図である。このときには、投入口36および移載口37が閉鎖されるとともに、第2ガス供給機構40が継続して前端側吐出部39から窒素ガスを噴出している。これにより、図9の矢印AR9にて示すように、搬入チャンバー30の仕切板34よりも上側の空間には、(+X)側端部から(−X)側に向けて流れる窒素ガスの気流が形成される。
After the oxygen concentration in the carry-in
続いて、処理チャンバー71の搬入口88と搬入チャンバー30の移載口37との接続部分が開放される。このときにも、第2ガス供給機構40が継続して前端側吐出部39から窒素ガスを供給しており、搬入チャンバー30内には(+X)側端部から(−X)側に向けて窒素ガスが流れている。
Subsequently, the connection portion between the carry-in
投入口36を閉鎖した後の上記窒素ガスパージによって、搬入チャンバー30内の酸素濃度は十分に低下しているものの、それでもなおフラッシュ加熱部70の処理チャンバー71内の酸素濃度よりは高い。このため、単に搬入口88と移載口37との接続部分を開放すると、搬入チャンバー30から処理チャンバー71内への雰囲気流入によって処理チャンバー71内の酸素濃度が上昇するおそれがある。
Although the oxygen concentration in the carry-in
本実施形態においては、処理チャンバー71の搬入口88が開放されているときには、第2ガス供給機構40が搬入チャンバー30内の(+X)側端部から窒素ガスを供給し、その搬入チャンバー30内に(+X)側端部から(−X)側に向けて流れる窒素ガスの気流を形成している。これにより、搬入チャンバー30の移載口37から処理チャンバー71内へと流入する雰囲気は最小限に抑制され、処理チャンバー71内の酸素濃度上昇を防止することができる。
In the present embodiment, when the carry-in
その後、半導体ウェハーWを支持する一対の支持棒32が(+X)側に向けて前進し、移載口37から搬入口88を通過して処理チャンバー71の熱処理空間75内に進入する。これにより、未処理の半導体ウェハーWが搬入チャンバー30から処理チャンバー71へと搬送される。図10は、一対の支持棒32によって半導体ウェハーWを処理チャンバー71内に搬入した状態を模式的に示す図である。一対の支持棒32は、支持する半導体ウェハーWが処理チャンバー71内のサセプター76の直上となる位置に到達するまで前進して停止する。
Thereafter, the pair of
次いで、2本の移載アーム77が上昇し、リフトピン78がサセプター76の上面から突き出ることによって一対の支持棒32から半導体ウェハーWを受け取る。このときには、一対の支持棒32が若干下降するようにしても良い。2本の移載アーム77に半導体ウェハーWを渡した後、一対の支持棒32が後退して処理チャンバー71から退出する。一対の支持棒32が処理チャンバー71から退出して搬入チャンバー30に戻った後、搬入口88と移載口37との接続部分が再度閉鎖される。その後、処理チャンバー71内にては半導体ウェハーWの加熱処理を行っている間に、搬入チャンバー30に続く新たな半導体ウェハーWを搬入するようにしても良い。
Next, the two
図11は、移載アーム77によって半導体ウェハーWが受け取られた状態を模式的に示す図である。一対の支持棒32が処理チャンバー71から退出するのとあわせて、2本の移載アーム77が下降してリフトピン78がサセプター76よりも下側に移動することにより、移載アーム77からサセプター76に半導体ウェハーWが渡される。そして、サセプター76によって半導体ウェハーWが保持された状態にて光照射加熱処理が行われる。なお、半導体ウェハーWは、パターン形成がなされて不純物が注入された表面を上側に向けてサセプター76に保持される。
FIG. 11 is a diagram schematically showing a state where the semiconductor wafer W is received by the
図12は、サセプター76によって処理チャンバー71内に半導体ウェハーWが保持された状態を模式的に示す図である。搬入口88と移載口37との接続部分が閉鎖された後、第1ガス供給機構90から処理チャンバー71内への窒素ガス供給を行うとともに、第1排気機構95によって処理チャンバー71内の雰囲気を排気することにより、処理チャンバー71内の酸素濃度をさらに低下させる。なお、処理チャンバー71の搬出口89は継続して閉鎖されている。本実施形態では、搬入口88と移載口37との接続部分が開放されているときにも、搬入チャンバー30内に(+X)側端部から(−X)側に向けて流れる窒素ガスの気流を形成することにより、搬入チャンバー30から処理チャンバー71内へと流入する雰囲気を最小限に抑制して処理チャンバー71内の酸素濃度上昇を防止している。このため、処理チャンバー71内の酸素濃度を目標値にまで低下させるのに要する時間は短時間であっても足りる。
FIG. 12 is a view schematically showing a state in which the semiconductor wafer W is held in the
その後、ハロゲンランプハウス85の複数本のハロゲンランプHLが一斉に点灯して半導体ウェハーWの予備加熱が開始される。ハロゲンランプHLから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓74およびサセプター76を透過して半導体ウェハーWの裏面から照射される。ハロゲンランプHLからの光照射を受けることによって半導体ウェハーWが予備加熱されて温度が上昇する。なお、移載アーム77は、半導体ウェハーWと重ならない退避位置に移動しているため、ハロゲンランプHLによる予備加熱の障害となることは無い。
Thereafter, the plurality of halogen lamps HL in the
ハロゲンランプHLによる予備加熱を行うときには、半導体ウェハーWの温度が図示省略の温度センサによって測定されている。測定された半導体ウェハーWの温度は制御部3に伝達される。制御部3は、ハロゲンランプHLからの光照射によって昇温する半導体ウェハーWの温度が所定の予備加熱温度T1に到達したか否かを監視する。予備加熱温度T1は、半導体ウェハーWに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、200℃ないし800℃程度、好ましくは350℃ないし600℃程度とされる(本実施の形態では600℃)。
When preheating with the halogen lamp HL is performed, the temperature of the semiconductor wafer W is measured by a temperature sensor (not shown). The measured temperature of the semiconductor wafer W is transmitted to the
半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1に到達した後、制御部3は半導体ウェハーWをその予備加熱温度T1に暫時維持する。具体的には、温度センサによって測定される半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1に到達した時点で制御部3がハロゲンランプHLの出力を制御して半導体ウェハーWの温度をほぼ予備加熱温度T1に維持している。このようなハロゲンランプHLによる予備加熱を行うことによって、半導体ウェハーWの全体を予備加熱温度T1に均一に昇温している。
After the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the
半導体ウェハーWの温度が予備加熱温度T1に到達して所定時間が経過した時点でフラッシュランプハウス80のフラッシュランプFLが半導体ウェハーWの表面にフラッシュ光照射を行う。このとき、フラッシュランプFLから放射されるフラッシュ光の一部は直接に処理チャンバー71内へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ81により反射されてから処理チャンバー71内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーWのフラッシュ加熱が行われる。
When a predetermined time elapses after the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the flash lamp FL of the
フラッシュ加熱は、フラッシュランプFLからのフラッシュ光(閃光)照射により行われるため、半導体ウェハーWの表面温度を短時間で上昇することができる。すなわち、フラッシュランプFLから照射されるフラッシュ光は、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が0.1ミリセカンド以上100ミリセカンド以下程度の極めて短く強い閃光である。そして、フラッシュランプFLからのフラッシュ光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウェハーWの表面温度は、瞬間的に1000℃以上の処理温度T2まで上昇し、半導体ウェハーWに注入された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。このように、熱処理装置100では、半導体ウェハーWの表面温度を極めて短時間で昇降することができるため、半導体ウェハーWに注入された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、不純物の活性化に必要な時間はその熱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100ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であっても活性化は完了する。
Since the flash heating is performed by irradiation with flash light (flash light) from the flash lamp FL, the surface temperature of the semiconductor wafer W can be increased in a short time. That is, the flash light irradiated from the flash lamp FL is converted into a light pulse in which the electrostatic energy stored in the capacitor in advance is extremely short, and the irradiation time is extremely short, about 0.1 milliseconds to 100 milliseconds. It is a strong flash. Then, the surface temperature of the semiconductor wafer W that is flash-heated by flash light irradiation from the flash lamp FL instantaneously rises to a processing temperature T2 of 1000 ° C. or more, and the impurities injected into the semiconductor wafer W are activated. Later, the surface temperature drops rapidly. As described above, in the
フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプHLが消灯する。これにより、半導体ウェハーWが予備加熱温度T1から急速に降温する。そして、2本の移載アーム77が再び上昇してリフトピン78が加熱処理後の半導体ウェハーWをサセプター76から突き上げて支持する。このときの状態は図11と同様である。
After the end of the flash heat treatment, the halogen lamp HL is turned off after a predetermined time has elapsed. Thereby, the temperature of the semiconductor wafer W is rapidly lowered from the preheating temperature T1. Then, the two
次に、処理チャンバー71の搬出口89と搬出チャンバー50の移載口57との接続部分が開放される。搬出口89と移載口57との接続部分が開放されるのに先立って、第3ガス供給機構60が搬出チャンバー50内に窒素ガスを供給している。このときには、第3ガス供給機構60の後端側給気バルブ68が閉止されるとともに、前端側給気バルブ69が開放されて前端側吐出部59から窒素ガスが噴出される。また、第3排気機構65が搬出チャンバー50内の気体を排気する。第3ガス供給機構60が前端側吐出部59から窒素ガスを噴出することにより、搬出チャンバー50内には(−X)側端部から(+X)側に向けて流れる窒素ガスの気流が形成される。なお、搬出口89と移載口57との接続部分が開放されるときには、受取口56は閉鎖されている。
Next, the connection portion between the carry-out
この状態にて処理チャンバー71の搬出口89と搬出チャンバー50の移載口57との接続部分が開放される。搬出チャンバー50内の酸素濃度も搬入チャンバー30と同様に、処理チャンバー71内の酸素濃度よりは高い。本実施形態では、処理チャンバー71の搬出口89が開放されているときには、第3ガス供給機構60が搬出チャンバー50内の(−X)側端部から窒素ガスを供給し、その搬出チャンバー50内に(−X)側端部から(+X)側に向けて流れる窒素ガスの気流を形成している。これにより、搬出チャンバー50の移載口57から処理チャンバー71内へと流入する雰囲気は最小限に抑制され、処理チャンバー71内の酸素濃度上昇を防止することができる。
In this state, the connection portion between the carry-out
処理チャンバー71の搬出口89と搬出チャンバー50の移載口57との接続部分が開放された後、搬出チャンバー50の一対の支持棒52が(−X)側に向けて前進し、移載口57から搬出口89を通過して処理チャンバー71の熱処理空間75内に進入する。一対の支持棒52は、2本の移載アーム77によって支持されている半導体ウェハーWの直下となる位置に到達するまで前進して停止する。
After the connection portion between the unloading
次いで、2本の移載アーム77が下降してリフトピン78が支持棒52よりも下方に移動することにより、移載アーム77から一対の支持棒52に加熱処理後の半導体ウェハーWが渡される。図13は、搬出チャンバー50の一対の支持棒52に処理済みの半導体ウェハーWが渡された状態を模式的に示す図である。搬出口89と移載口57との接続部分が開放されているときには、図13の矢印AR13にて示すように、第3ガス供給機構60が搬出チャンバー50内の(−X)側端部から窒素ガスを供給し、搬出チャンバー50内に(−X)側から(+X)側に向かう窒素ガス流が形成されている。
Next, the two
続いて、半導体ウェハーWを支持した一対の支持棒52が(+X)側に向けて後退し、処理チャンバー71から退出して搬出チャンバー50に戻る。これにより、加熱処理後の半導体ウェハーWが処理チャンバー71から搬出チャンバー50へと搬送される。一対の支持棒52が処理チャンバー71から退出すると、搬出口89と移載口57との接続部分が再度閉鎖される。そして、一対の支持棒52は、支持する半導体ウェハーWが冷却部150の上方に到達するまで後退して停止する。
Subsequently, the pair of
一対の支持棒52が搬出チャンバー50に戻ったときに、破損検出部160が処理済みの半導体ウェハーWの破損の有無を検出する。破損検出部160は、一対の支持棒52に支持される半導体ウェハーWを撮像し、その撮像結果の画像を解析することによって当該半導体ウェハーWの破損を検出する。フラッシュ加熱は、極めて短い時間に大きなエネルギーを有するフラッシュ光を照射することによって行われるため、その衝撃によって半導体ウェハーWが破損することもある。そのような場合であっても、破損検出部160によって半導体ウェハーWの破損の有無を検出することができる。破損検出部160が半導体ウェハーWの破損を検出した場合には、例えば制御部3が後続する半導体ウェハーWの処理を停止させる。
When the pair of
その後、一対の支持棒52が下降して仕切板54の溝55に埋入することにより、加熱処理直後の半導体ウェハーWが石英板152上に載置され、冷却部150によって冷却される。このときには、冷却部150は、半導体ウェハーWを大気雰囲気中に曝しても良い温度にまで冷却する。図14は、冷却部150によって処理済みの半導体ウェハーWを冷却している状態を模式的に示す図である。
Thereafter, the pair of support bars 52 descend and are embedded in the
また、半導体ウェハーWの冷却時にも、第3ガス供給機構60が継続して前端側吐出部59から窒素ガスを噴出し、搬出チャンバー50内に(−X)側端部から(+X)側に向けて流れる窒素ガスの気流を形成している。搬出チャンバー50の受取口56および移載口57が閉鎖されているときには、第3ガス供給機構60から供給された窒素ガスは溝55から仕切板54よりも下側の空間に流れて第3排気機構65によってチャンバー外に排出される。支持棒52の駆動部53や冷却部150の昇降機構153は、仕切板54よりも下側の空間に設けられており(図7参照)、これらの駆動部からパーティクル等が発生したとしても、そのパーティクル等は仕切板54よりも上側の空間には流れることなくチャンバー外に排出される。
In addition, when the semiconductor wafer W is cooled, the third
半導体ウェハーWが所定温度以下にまで冷却された後、昇降機構153によってリフトピン154が上昇して石英板152上に載置されている半導体ウェハーWを突き上げて支持する。これにより、半導体ウェハーWの冷却処理が終了する。
After the semiconductor wafer W is cooled to a predetermined temperature or lower, the lift pins 154 are raised by the
次に、搬出チャンバー50の受取口56が開放されて半導体ウェハーWが搬出される。図15は、搬出チャンバー50から半導体ウェハーWが搬出される直前の状態を模式的に示す図である。このときには、移載口57は閉鎖されている。受取口56が開放されたときには、第3ガス供給機構60の前端側給気バルブ69が閉止されるとともに、後端側給気バルブ68が開放され、後端側吐出部58から窒素ガスが噴出される。これにより、図15の矢印AR15にて示すように、搬出チャンバー50の仕切板54よりも上側の空間には、(+X)側端部から(−X)側に向けて流れる窒素ガスの気流が形成される。すなわち、第3ガス供給機構60は、受取口56が開放されているときには、搬出チャンバー50内の(+X)側端部から(−X)側に向けて窒素ガスを供給する。
Next, the receiving
搬入チャンバー30と同じく、搬出チャンバー50においても、第3ガス供給機構60が受取口56とは反対側の(+X)側端部から窒素ガスを供給することにより、搬出チャンバー50内に(+X)側端部から(−X)側に向かって流れて受取口56から流れ出る円滑な窒素ガスの気流を形成することができる。これにより、開放された受取口56から大気雰囲気が流入したとしても、その大気雰囲気は窒素ガス流によって全て受取口56から排出されることとなる。その結果、半導体ウェハーWの搬出時における搬出チャンバー50への大気雰囲気の混入を防止することができる。第3ガス供給機構60が搬出チャンバー50内の(+X)側端部から供給した窒素ガスの一部は仕切板54の溝55から仕切板54よりも下側の空間にも流れて第3排気機構65によって排出される。
Similar to the carry-in
この状態にて、主搬送ロボット20が搬送ハンド24を受取口56から搬出チャンバー50内に差し入れ、冷却部150のリフトピン154によって支持されている処理済みの半導体ウェハーWを受け取る。そして、主搬送ロボット20が半導体ウェハーWを保持した搬送ハンド24を搬出チャンバー50からインデクサ部10のキャリアCへと移動させ、その処理済みの半導体ウェハーWをキャリアC内に収納する。このようにして、熱処理装置100における1枚の半導体ウェハーWの処理が完了する。
In this state, the
本実施形態においては、フラッシュ加熱部70の処理チャンバー71に搬入口88および搬出口89の2つの出入口を設け、搬入口88には搬入専用の搬入チャンバー30を接続し、搬出口89には搬出専用の搬出チャンバー50を接続している。搬入チャンバー30および搬出チャンバー50は、いずれも2本の支持棒を進退移動させて半導体ウェハーWを搬送するという簡易な構成の搬出入機構を設けたものである。このため、搬入チャンバー30および搬出チャンバー50の容量は従来の搬送チャンバーに比較して顕著に小さくすることが可能となる。
In the present embodiment, the
このため、供給する窒素ガスの流量が小さくても短時間で搬入チャンバー30および搬出チャンバー50の酸素濃度を十分に低下させることができ、窒素ガスの消費量を少なくして熱処理装置100の稼働に必要なコストの増大を抑制することができる。また、搬入チャンバー30および搬出チャンバー50の構成が簡易であるため、熱処理装置100自体の製造コストも低廉なものとすることができる。その結果、全体としてのCoO(Cost of Ownership)を下げることができる。
For this reason, even if the flow rate of the nitrogen gas to be supplied is small, the oxygen concentration in the carry-in
また、処理チャンバー71に接続された搬入チャンバー30および搬出チャンバー50の酸素濃度を容易に低下させることができるため、その結果としてフラッシュ加熱部70の処理チャンバー71内の酸素濃度も十分に低下させることができる。
Further, since the oxygen concentration in the carry-in
さらに、熱処理装置100においては、搬入チャンバー30および搬出チャンバー50の酸素濃度を短時間で十分に低下させることができるため、高いスループットを実現することができる。
Furthermore, in the
また、2本の支持棒を進退移動させて半導体ウェハーWを搬送するという簡易な構成の搬出入機構では半導体ウェハーWの入れ替え動作を行うことはできないが、本実施形態では処理チャンバー71に搬入口88および搬出口89を設け、搬入専用の搬入チャンバー30および搬出専用の搬出チャンバー50をそれぞれ接続している。このため、スループットを低下させることなく、複数枚の半導体ウェハーWを順次に処理することができる。
In addition, the semiconductor wafer W cannot be exchanged by a simple loading / unloading mechanism in which the semiconductor wafer W is transported by moving the two support rods forward and backward, but in this embodiment, the
また、定期的に或いは必要に応じて熱処理装置100のメンテナンスが行われるのであるが、本実施形態では搬入チャンバー30、搬出チャンバー50および処理チャンバー71が筐体5に対して引き出し自在に設けられている。このため、メンテナンス時には、適宜に必要なチャンバーを筐体5から引き出して作業を容易なものとすることができる。また、各チャンバーを開放してのメンテナンスの終了後には酸素濃度を下げるべく、各チャンバーの雰囲気置換が必要となるのであるが、搬入チャンバー30および搬出チャンバー50の容量が小さいため、短時間で雰囲気置換を完了させることができる。その結果、メンテナンス後の待機時間を短縮することが可能となる。
In addition, although the maintenance of the
また、上述したように、極めて短い時間に大きなエネルギーのフラッシュ光を照射するフラッシュ加熱時には、処理チャンバー71内にて半導体ウェハーWが破損することがある。フラッシュ加熱時に半導体ウェハーWが破損すると、処理チャンバー71内にパーティクルが舞い上がることとなる。特許文献1に開示されるような従来の熱処理装置では、処理チャンバーの搬出入口が1箇所であったため、ウェハー破損時にはその搬出入口を開放したときに搬送チャンバーにパーティクルが流出して次に処理を行う半導体ウェハーWに付着し、破損ウェハーと合わせて合計2枚の半導体ウェハーWが不良となっていた。
In addition, as described above, the semiconductor wafer W may be damaged in the
本実施形態では、フラッシュ加熱部70の処理チャンバー71に搬入口88および搬出口89の2つの出入口を設け、搬入口88には搬入専用の搬入チャンバー30を接続し、搬出口89には搬出専用の搬出チャンバー50を接続している。このため、フラッシュ加熱時に半導体ウェハーWが破損したときにも、処理チャンバー71の搬入口88と搬入チャンバー30の移載口37との接続部分は閉鎖したまま復旧作業を行うことができ、処理チャンバー71内のパーティクルが搬入チャンバー30へと流出することは防がれる。その結果、搬入チャンバー30内に次に処理を行う半導体ウェハーWが待機していた場合にも、その半導体ウェハーWにパーティクルが付着して不良となるのを防止することができる。また、復旧作業時に、次に処理を行う半導体ウェハーWを敢えて回収する必要もなく、そのまま搬入チャンバー30内にて待機させておけばよいため、作業が簡易になる。
In the present embodiment, the
また、処理チャンバー71に対する半導体ウェハーWの搬出入のために、容量の小さい搬入チャンバー30および搬出チャンバー50を設け、さらに搬入チャンバー30内にアライメント部130を設け、搬出チャンバー50内に冷却部150を設けているため、熱処理装置100全体のフットプリントを従来よりも小さくすることができる。
Further, in order to carry the semiconductor wafer W into and out of the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、フラッシュ光照射前にハロゲンランプHLによって半導体ウェハーWを予備加熱していたが、これ代えて、ホットプレートに半導体ウェハーWを載置して予備加熱を行うようにしても良い。或いは、上記実施形態では処理チャンバー71が筐体5に対して引き出し自在に設けられているため、ハロゲンランプHLによって予備加熱を行う処理チャンバー71とホットプレートによって予備加熱を行う処理チャンバーとを準備しておき、それらを適宜使い分けるようにしても良い。さらには、真空対応の処理チャンバーや活性ガス対応の処理チャンバーなどを用意しておき、それらを適宜に筐体5に装着して使い分けるようにしても良い。
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the semiconductor wafer W is preheated by the halogen lamp HL before the flash light irradiation. Instead, the semiconductor wafer W is placed on a hot plate and preheated. Also good. Alternatively, in the above embodiment, since the
また、搬入チャンバー30に設けていたアライメント部130は必ずしも必須の要素ではない。インデクサ部10にキャリアCが搬入される段階で半導体ウェハーWの向きを揃えておけば、主搬送ロボット20が半導体ウェハーWを搬入チャンバー30に搬送するときに回転させる角度は常に一定であるため、アライメント部130がなくとも半導体ウェハーWの向きは調整されたのと同じこととなる。
Further, the
また、上記実施形態においては、フラッシュランプハウス80に30本のフラッシュランプFLを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプFLの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプFLはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲンランプハウス85に備えるハロゲンランプHLの本数も40本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。
In the above embodiment, the
また、本発明に係る熱処理装置によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。また、本発明に係る技術は、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化に適用するようにしても良い。 The substrate to be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and may be a glass substrate or a solar cell substrate used for a flat panel display such as a liquid crystal display device. Further, the technique according to the present invention may be applied to bonding of metal and silicon or crystallization of polysilicon.
3 制御部
5 筐体
10 インデクサ部
20 主搬送ロボット
24 搬送ハンド
30 搬入チャンバー
31 搬入機構
32,52 支持棒
33,53 駆動部
36 投入口
37,57 移載口
38 後端側吐出部
39 前端側吐出部
40 第2ガス供給機構
45 第2排気機構
50 搬出チャンバー
51 搬出機構
56 受取口
60 第3ガス供給機構
65 第3排気機構
70 フラッシュ加熱部
71 処理チャンバー
75 熱処理空間
76 サセプター
80 フラッシュランプハウス
85 ハロゲンランプハウス
88 搬入口
89 搬出口
90 第1ガス供給機構
95 第1排気機構
100 熱処理装置
130 アライメント部
150 冷却部
160 破損検出部
FL フラッシュランプ
HL ハロゲンランプ
W 半導体ウェハー
DESCRIPTION OF
Claims (12)
基板を収容する空間を有する処理チャンバーと、
前記処理チャンバーに収容された基板に光を照射する光照射部と、
前記処理チャンバーに未処理の基板を搬入する搬入チャンバーと、
前記処理チャンバーから処理済みの基板を受け取る搬出チャンバーと、
前記処理チャンバーに不活性ガスを供給する第1ガス供給機構と、
前記搬入チャンバーに不活性ガスを供給する第2ガス供給機構と、
前記搬出チャンバーに不活性ガスを供給する第3ガス供給機構と、
を備え、
前記処理チャンバーには、前記搬入チャンバーが接続される搬入口、および、前記搬出チャンバーが接続される搬出口が形設され、
前記搬入チャンバーには、基板を支持する2本の支持棒を前記搬入口から前記処理チャンバー内に進退移動させて基板を搬入する搬入機構を設け、
前記搬出チャンバーには、基板を支持する2本の支持棒を前記搬出口から前記処理チャンバー内に進退移動させて基板を搬出する搬出機構を設けることを特徴とする熱処理装置。 A heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating the substrate with light,
A processing chamber having a space for accommodating a substrate;
A light irradiation unit for irradiating light to the substrate accommodated in the processing chamber;
A loading chamber for loading an untreated substrate into the processing chamber;
An unloading chamber for receiving a processed substrate from the processing chamber;
A first gas supply mechanism for supplying an inert gas to the processing chamber;
A second gas supply mechanism for supplying an inert gas to the carry-in chamber;
A third gas supply mechanism for supplying an inert gas to the carry-out chamber;
With
The processing chamber is formed with a carry-in port to which the carry-in chamber is connected, and a carry-out port to which the carry-out chamber is connected,
The carry-in chamber is provided with a carry-in mechanism for carrying the substrate by moving the two support rods supporting the substrate forward and backward from the carry-in port into the processing chamber,
A heat treatment apparatus, wherein the unloading chamber is provided with a unloading mechanism for unloading the substrate by moving two support rods supporting the substrate forward and backward from the unloading port into the processing chamber.
未処理の基板および処理済みの基板を集積する基板集積部と、
未処理の基板を前記基板集積部から前記搬入チャンバーに搬送するとともに、処理済みの基板を前記搬出チャンバーから前記基板集積部に搬送する搬送ロボットと、
をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein
A substrate integration unit for integrating an unprocessed substrate and a processed substrate;
A transport robot that transports unprocessed substrates from the substrate stacking unit to the carry-in chamber, and transports processed substrates from the unload chamber to the substrate stacking unit;
A heat treatment apparatus further comprising:
前記搬入チャンバーは、平面視で矩形形状を有し、
前記搬入チャンバーの長手方向の第1端部が前記処理チャンバーの前記搬入口に接続され、
前記搬送ロボットが未処理の基板を搬送するための投入口が前記搬入チャンバーの短手方向の端面のうち前記第1端部と反対側の第2端部よりも前記第1端部に近い位置に形設され、
前記投入口が開放されているときには、前記第2ガス供給機構が前記搬入チャンバーの前記第2端部から不活性ガスを供給することを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 2,
The carry-in chamber has a rectangular shape in plan view,
A first longitudinal end of the loading chamber is connected to the loading port of the processing chamber;
A position where an inlet for transporting an unprocessed substrate by the transport robot is closer to the first end than a second end opposite to the first end of the short-side end surface of the transport chamber. Formed into
The heat treatment apparatus, wherein the second gas supply mechanism supplies an inert gas from the second end of the carry-in chamber when the inlet is open.
前記搬入口が開放されているときには、前記第2ガス供給機構が前記搬入チャンバーの前記第1端部から不活性ガスを供給することを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 3, wherein
The heat treatment apparatus, wherein the second gas supply mechanism supplies an inert gas from the first end of the carry-in chamber when the carry-in port is open.
前記搬出チャンバーは、平面視で矩形形状を有し、
前記搬出チャンバーの長手方向の第1端部が前記処理チャンバーの前記搬出口に接続され、
前記搬送ロボットが処理済みの基板を搬送するための受取口が前記搬出チャンバーの短手方向の端面のうち前記第1端部と反対側の第2端部よりも前記第1端部に近い位置に形設され、
前記受取口が開放されているときには、前記第3ガス供給機構が前記搬出チャンバーの前記第2端部から不活性ガスを供給することを特徴とする熱処理装置。 In the heat processing apparatus in any one of Claims 2-4,
The unloading chamber has a rectangular shape in plan view,
A first end in a longitudinal direction of the unloading chamber is connected to the unloading port of the processing chamber;
A position where the receiving port for transporting the processed substrate by the transport robot is closer to the first end portion than the second end portion opposite to the first end portion in the short-side end surface of the unloading chamber. Formed into
The heat treatment apparatus, wherein the third gas supply mechanism supplies an inert gas from the second end of the carry-out chamber when the receiving port is opened.
前記搬出口が開放されているときには、前記第3ガス供給機構が前記搬入チャンバーの前記第1端部から不活性ガスを供給することを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 5, wherein
The heat treatment apparatus, wherein the third gas supply mechanism supplies an inert gas from the first end of the carry-in chamber when the carry-out port is open.
前記搬送ロボットは大気雰囲気中に設置されることを特徴とする熱処理装置。 In the heat treatment apparatus according to any one of claims 2 to 6,
The heat treatment apparatus, wherein the transfer robot is installed in an air atmosphere.
前記搬出チャンバーは、前記処理チャンバーから搬出された基板を冷却する冷却部を備えることを特徴とする熱処理装置。 In the heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 7,
The heat treatment apparatus, wherein the unloading chamber includes a cooling unit for cooling the substrate unloaded from the processing chamber.
前記搬入チャンバーは、未処理の基板の向きを調整するアライメント部を備えることを特徴とする熱処理装置。 In the heat processing apparatus in any one of Claims 1-8,
The carry-in chamber is provided with an alignment unit that adjusts the orientation of an unprocessed substrate.
前記搬出チャンバーは、前記処理チャンバーから搬出される基板の破損を検出する破損検出部を備えることを特徴とする熱処理装置。 In the heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 9,
The heat-treating apparatus, wherein the unloading chamber includes a breakage detection unit that detects breakage of a substrate unloaded from the processing chamber.
前記処理チャンバー、前記搬入チャンバーおよび前記搬出チャンバーは前記熱処理装置の筐体に引き出し自在に設けられることを特徴とする熱処理装置。 In the heat processing apparatus in any one of Claims 1-10,
The heat treatment apparatus, wherein the treatment chamber, the carry-in chamber, and the carry-out chamber are provided in a freely drawable manner in a housing of the heat treatment apparatus.
前記光照射部はフラッシュランプを有することを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 11,
The heat irradiation apparatus, wherein the light irradiation unit includes a flash lamp.
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