JP2788915B2 - 熱処理方法 - Google Patents

熱処理方法

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JP2788915B2
JP2788915B2 JP63101051A JP10105188A JP2788915B2 JP 2788915 B2 JP2788915 B2 JP 2788915B2 JP 63101051 A JP63101051 A JP 63101051A JP 10105188 A JP10105188 A JP 10105188A JP 2788915 B2 JP2788915 B2 JP 2788915B2
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【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、熱処理方法に関する。
(従来の技術) 近年、熱処理技術例えばアニール技術として、高エネ
ルギー線ビーム状のレーザ光エネルギーを被処理体例え
ば半導体ウエハ表面に吸収させ、熱エネルギーの形に変
換して半導体ウエハの表面を溶融再結晶化する技術が注
目されている。
そして、上記技術による熱処理装置として、例えば、
処理室内部に半導体ウエハを予備加熱するための円板状
のサセプタを配設し、このサセプタ下面に上記半導体ウ
エハを吸着して、半導体ウエハ下方向からレーザビーム
を走査照射するレーザアニール装置がある。
一般に、このようなレーザアニール装置には、サセプ
タの加熱機構が備えられており例えば処理室上方に光熱
源例えばIR(Infrared Ray)ランプ等が配設され、上記
処理室上面に取着された石英ガラスの窓等を通して光熱
源の放射熱を取入れて、サセプタを例えば数百℃程度に
予備加熱した中でレーザアニール処理を行う。
そして、処理終了後、例えば搬送アーム等により半導
体ウエハの周辺部を吸着してサセプタより上記半導体ウ
エハを処理室外に搬送する。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら上述の従来方法には、次に述べるような
問題点がある。
半導体ウエハ表面の周辺部分を吸着保持して搬送する
際、上記半導体ウエハ等が常温においては異常なく搬送
できるが、半導体ウエアが数百℃程度の高温に熱されて
いる時には搬送時に半導体ウエハが割れやすい。
上記半導体ウエハが割れやすい原因として、鋭意研究
検討の結果、次のようなことが原因であることが判明し
た。
1) 半導体ウエハと搬送アームとの間の温度差(一般
に半導体ウエハが高温で搬送アームが低温)が大きい
と、半導体ウエハに熱的ひずみが発生して割れやすくな
る。
2) サセプタ内の吸着部に減圧状態が残存している状
態のまま、半導体ウエハを搬送しようとするとこの半導
体ウエハに機械的ひずみんが加わり、高熱の半導体ウエ
ハが割れやすい。
3) 搬送アームで半導体ウエハを吸着保持した直後、
まだ半導体ウエハが不安定な状態のまま搬送アームを急
に移動すると、移動時の加速度による機械的ひずみが高
熱の半導体ウエハに加わり割れやすい。
本発明は、上述の従来事情に対処してなされたもの
で、処理後の被処理体を搬送するに際し、上記被処理体
の割れを防止することが可能な熱処理方法を提供しよう
とするものである。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 請求項1の熱処理方法は、被処理体を処理室内に設け
られたサセプタに保持して熱処理する工程と、 次いで前記処理室の外部から搬送アームを前記処理室
の開口部より前記処理室の内部に移動し、前記被処理体
の近傍であって被処理体に対向する第1の位置に停止し
て前記被処理体からの放射熱により前記搬送アームを加
熱する工程と、 続いて前記搬送アームを前記第1の位置よりも被処理
体に近い第2の位置まで移動して停止し、前記被処理体
からの放射熱により前記搬送アームを加熱する工程と、 前記加熱された搬送アームにより前記サセプタから前
記被処理体を受け取って保持して前記処理室の外部へ搬
送する工程と、を含むことを特徴とする。
請求項2の熱処理方法は、請求項1の発明において、
搬送アームは、第2の位置にて被処理体と概ね等しい温
度に加熱されるまで待機することを特徴とする。
請求項3の熱処理方法は、被処理体を処理室内に設け
られたサセプタに保持して熱処理する工程と、 次いで前記処理室の外部から搬送アームを前記処理室
の開口部より前記処理室の内部に移動し、前記被処理体
の近傍であって被処理体に対向する位置に停止して前記
被処理体からの放射熱により前記は搬送アームを被処理
体と概ね等しい温度にまで加熱する工程と、 前記加熱された搬送アームにより前記サセプタから前
記被処理体を受け取って保持して前記処理室の外部へ搬
送する工程と、を含むことを特徴とする。
(作用) 加熱された被処理体を搬送するアームにより受け取る
に際し、搬送アームを被処理体に段階的に近づけて予備
加熱を行うようにすれば、被処理体に熱的歪みが発生す
るのを防止できると共に、搬送アームの急激な熱膨張を
抑え、その変形を防止することができる。また搬送アー
ムを被処理体の温度と概ね等しい温度まで予備加熱すれ
ば、被処理体に熱的歪みが発生するのを確実に防止でき
る。また被処理体からの放射熱により被処理体を予備加
熱すれば、格別に予備加熱手段を設けなくて済む。
(実施例) 以下、本発明熱処理方法をレーザアニール装置に適用
した一実施例を図面を参照して説明す。
基台(1)には、被処理体例えば半導体ウエハ(2)
の周辺部を吸着保持可能で第2図に示すように概T文字
状に形成された搬送手段である搬送アーム(3)を例え
ばモータ等の回転手段により垂直面内に回転する第1の
回転部(4)と、この第1の回転部(4)を例えばステ
ッピングモータを使用し、1パルスの入力信号で約0.00
83mm程度昇降する昇降部(5)と、この昇降部(5)を
例えばモータ等の回転手段により水平面内に回転する第
2の回転部(6)とから構成された搬送機構(7)が取
着されている。
また、基台(1)上には半導体ウエハ(2)を熱処理
例えばレーザアニール処理する処理室(8)が配設され
ている。
この処理室(8)は、例えばステンレスやアルミニウ
ム等からなる有底円筒状の上チャンバ(9)と下チャン
バ(10)とから構成され、エアーシリンダ等を使用した
開閉機構(図示せず)により例えば20mm程度の隙間がで
きる如く相対的に開閉自在に構成され、また、この隙間
を通して搬送機構(7)の搬送アーム(3)により半導
体ウエハ(2)を搬入搬出可能に構成されている。
次に、上チャンバ(9)の上壁部および下チャンバ
(11)の下壁部には、おのおの開口部(11),(12)が
設けられており、この開口部(11),(12)には透明部
材例えば石英ガラスの窓(13),(14)が取着されてい
る。
処理室(8)内部の中央部付近には、半導体ウエハ
(2)を下面において吸着保持し上記半導体ウエハ
(2)を予備加熱するための例えばカーボングラファイ
トからなり円板状に形成されたサセプタ(15)が配設さ
れている。そして、このサセプタ(15)の外周面には、
これと所定の間隔を保持して例えばステンレスで円環状
に形成され、サセプタ(15)等からの放射熱を内側方向
に反射する反射体(16)が設けられている。そして、上
記サセプタ(15)と反射体(16)は、複数の断熱性支持
部材例えばセラミック製の支持部材(17)により、同心
状に上チャンバ(9)に取着されている。
一方、処理室(8)の上方には、サセプタ(15)を加
熱する手段として、光熱源例えば反射板(18)を備えた
IR(Infrared Ray)ランプ(19)が配設されており、こ
のIRランプ(19)からの赤外線が石英ガラスの窓(13)
を透過してサセプタ(15)を加熱するように構成されて
いる。
また、処理室(8)の下方には、レーザ光照射機構
(図示せず)が配置されており、このレーザ光照射機構
(図示せず)によりレーザビーム(20)を石英ガラスの
窓(14)を通して下方から半導体ウエハ(2)表面に走
査照射してレーザアニール処理を行うように構成されて
いる。
次に動作について説明する。
先ず、搬送機構(7)の搬送アーム(3)で処理前の
半導体ウエハ(2)の処理面側外周部分を吸着保持し、
上記半導体ウエハ(2)の処理面が、下側になるように
必要に応じて第1の回転部(4)を回転させる。そし
て、開閉機構(図示せず)により上チャンバ(9)と下
チャンバ(10)との間を開いて20mm程度の隙間を設け、
搬送機構(7)の第2の回転部(6)を動作させて搬送
アーム(3)を上記隙間を通して処理室(8)内に移動
させる。次に、搬送機構(7)の昇降部(5)を上昇さ
せ、搬送アーム(3)に吸着保持している半導体ウエハ
(2)を、処理面を下向にした状態でサセプタ(15)に
吸着保持する。
そして、搬送アーム(3)を元の位置に戻し、上チャ
ンバ(9)と下チャンバ(10)を閉じて、予めIRランプ
(19)で所定の温度に熱せられた上記サセプタ(15)に
より半導体ウエハ(2)を加熱し、レーザビーム(20)
を半導体ウエハ(2)の表面に走査照射してレーザアニ
ール処理を行う。
上記処理が終ると、上チャンバ(9)と下チャンバ
(10)との間を開いて20mm程度の隙間を設け、搬送機構
(7)の搬送アーム(3)を処理室(8)内に移動させ
る。
上記アーム(3)がサセプタ(15)下の所定位置にく
ると、第3図に示すように昇降部(5)を動作させて搬
送アーム(3)を予め定めた位置であるサセプタ(15)
面近傍例えば手前3mm程度まで上昇移動させ搬送アーム
(3)を一定時間例えば10数秒程度待機させサセプタ
(15)からの放射熱により搬送アーム(3)を加熱す
る。
この加熱が終わると、搬送アーム(3)をサセプタ
(15)面手前約0.5mm程度まで漸次上昇移動させて一定
時間例えば10数秒程度待機させて加熱し半導体ウエハ
(2)の表面の温度と搬送アーム(3)の温度とを概等
しい状態とする。
なお、搬送アーム(3)をサセプタ(15)面手前約0.
5mm程度まで直接上昇移動させると、搬送アーム(3)
が急激に熱膨張するため何回もこのような動作を行うと
次第に搬送アーム(3)が変形し、その結果搬送アーム
(3)が半導体ウエハ(2)を搬送できないような状態
になる可能性がある。これを防止するため、サセプタ
(15)面手前約3mm程度のところで予備的に搬送アーム
(3)を加熱しておく。
上述のように、半導体ウエハ(2)と搬送アーム
(3)との間の温度差を概なくすことにより半導体ウエ
ハ(2)に熱的ひずみが発生するのを防止できる。
次に、搬送アーム(3)の吸着用バキュームを動作さ
せ、昇降部(5)を例えば1パルス分だけ駆動し約0.00
83mm搬送アーム(3)すなわち半導体ウエハ(2)を上
昇させて0.1秒時間待ちして搬送アーム(3)に半導体
ウエハ(2)を吸着したかどうかを確認機構(図示せ
ず)で確認する。そして、上記搬送アーム(3)に半導
体ウエハ(2)を吸着するまで搬送アーム(3)をサセ
プタ(15)の吸着面に漸次近付けて上記動作をくり返
し、吸着保持後一定時間例えば3秒間時間待ちして待機
させて、サセプタ(15)の吸着バキュームを切りサセプ
タ(15)内部を減圧状態から大気圧の状態へと戻す。
したがって、サセプタ(15)内部の減圧状態が残らな
いで、サセプタ(15)から半導体ウエハ(2)を搬送す
るに際し、この半導体ウエハ(2)に減圧状態に起因す
る機械的ひずみが加わることはない。
次に、昇降部(5)を例えば1パルス分だけ駆動し約
0.0083mm搬送アーム(3)すなわち半導体ウエハ(2)
を下降させて一定時間例えば0.1秒時間待ちし、さらに
昇降部(5)を1パルス分だけ駆動し、約0,0083mm下降
させ、0.1秒時間待ちするという動作をくり返しなが
ら、搬送アーム(3)すなわち半導体ウエハ(2)をサ
セプタ(15)の吸着面から漸次遠去けながら、サセプタ
(15)の吸着面と半導体ウエハ(2)との隙間に少しず
つ空気を流入する。そして、上記下降が例えば30パルス
分の予め定めた距離すなわち約0.25mmに達するまで上記
動作をくり返して遠去ける。その後、搬送アーム(3)
を指定の位置まで下降させ、第2の回転部(6)を駆動
して搬送アーム(3)を処理室(8)外に回転させて半
導体ウエハ(2)を搬送する。
したがって、搬送アーム(3)で半導体ウエハ(2)
を吸着保持し後、半導体ウエハ(2)の状態が不安定な
間は漸次半導体ウエハ(2)をサセプタ(15)から遠去
けるので、移動時の加速度による機械的ひずみが半導体
ウエハ(2)に加わることはない。
なお、上記実施例では熱処理装置としてレーザアニー
ル装置に適用した例について説明したが、本発明熱処理
方法の被処理体搬送方法は、かかる実施例に限定される
ものではなく、例えば半導体製造におけるホットプレー
トオーブンと呼称されている加熱装置、半導体ウエハ検
査装置の高温検査のホットチャック、イオン注入装置、
酸化拡散装置など熱を伴う処理装置に適用して有効であ
る。
〔発明の効果〕
上述のように、本発明熱処理方法によれば、熱処理後
の加熱された被処理体を搬送するに際し、上記被処理体
の割れを防止することができ、また搬送アームの変形を
抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明熱処理方法をレーザアニール装置に適
用した一実施例を示す構成図、第2図は第1図の部分説
明図、第3図は第1図の動作説明図である。 2……半導体ウエハ、3……搬送アーム、 4……昇降部、……搬送機構、 15……サセプタ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−74545(JP,A) 実開 昭62−42237(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/324 H01L 21/68

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被処理体を処理室内に設けられたサセプタ
    に保持して熱処理する工程と、 次いで前記処理室の外部から搬送アームを前記処理室の
    開口部より前記処理室の内部に移動し、前記被処理体の
    近傍であって被処理体に対向する第1の位置に停止して
    前記被処理体からの放射熱により前記搬送アームを加熱
    する工程と、 続いて前記搬送アームを前記第1の位置よりも被処理体
    に近い第2の位置まで移動して停止し、前記被処理体か
    らの放射熱により前記搬送アームを加熱する工程と、 前記加熱された搬送アームにより前記サセプタから前記
    被処理体を受け取って保持して前記処理室の外部へ搬送
    する工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。
  2. 【請求項2】搬送アームは、第2の位置にて被処理体と
    概ね等しい温度に加熱されるまで待機することを特徴と
    する請求項1記載の熱処理方法。
  3. 【請求項3】被処理体を処理室内に設けられたサセプタ
    に保持して熱処理する工程と、 次いで前記処理室の外部から搬送アームを前記処理室の
    開口部より前記処理室の内部に移動し、前記被処理体の
    近傍であって被処理体に対向する位置に停止して前記被
    処理体からの放射熱により前記搬送アームを被処理体と
    概ね等しい温度にまで加熱する工程と、 前記加熱された搬送アームにより前記サセプタから前記
    被処理体を受け取って保持して前記処理室の外部へ搬送
    する工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。
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