JP3869655B2 - ランプアニール装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱処理炉内へ基板を１枚ずつ搬入し光照射により基板を加熱して熱処理するランプアニール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造工程においては、ランプアニール装置やＣＶＤ装置などのように、熱処理炉内へ基板を１枚ずつ搬入し基板へ光を照射するなどして基板を加熱し熱処理する枚葉式の基板熱処理装置が、各種工程で広く使用されている。例えばランプアニール装置の構成の１例について簡単に説明すると、図３に模式的平面図を示すように、ランプアニール装置は、熱処理炉１、ウエハ搬出入装置２、ウエハ位置決めユニット３およびウエハ待機ユニット４から全体が構成されている。
【０００３】
熱処理炉１は、図３では構造の詳細を図示していないが、基板、例えば半導体ウエハの搬入および搬出を行なうための開閉自在の開口、および、光が入射する光入射窓を有し、内方に、ウエハを水平姿勢で支持するウエハ支持リング、および、ウエハの下面に当接してウエハを支持する昇降自在の複数本の支持ピンを持つウエハ移載機構をそれぞれ備えている。また、熱処理炉１の内部には、窒素等の処理ガスが導入されるガス導入室が形設され、処理ガス供給源からガス導入室内へ供給された処理ガスが、ガス流分配板の複数個のガス吹出し孔を通ってウエハ支持リング上のウエハの上面へ吹き出し、ウエハ上面へ吹き出した処理ガスはガス排気路を通って排気されるようになっている。熱処理炉１の上方には、光入射窓に対向してハロゲンランプ、アークランプ、キセノンランプ等のランプが複数配設されており、各ランプから放射された光が光照射窓を透過して熱処理炉１内のウエハ支持リング上に支持されたウエハに照射されてウエハが加熱されるようになっている。
【０００４】
ウエハ搬出入装置２は、ウエハ搬入アーム５とウエハ搬出アーム６との２つのウエハ搬送アームを備えている。ウエハ搬出入装置２自体は、水平面内で回動可能であり、また、ウエハ搬入アーム５およびウエハ搬出アーム６は、それぞれ伸縮自在である。そして、ウエハ搬入アーム５は、ウエハのアライメントを行うウエハ位置決めユニット３から処理前のウエハを取り出し、そのウエハを、熱処理炉１の開口を通して熱処理炉１内へ搬入し、ウエハ移載機構を介してウエハ支持リング上に水平姿勢で支持させる。また、ウエハ搬出アーム６は、熱処理が終了したウエハを、ウエハ支持リング上からウエハ移載機構を介して取り出し、熱処理炉１の開口を通して熱処理炉１内から搬出し、ウエハを冷却させるウエハ待機ユニット４へ移動させる。
【０００５】
上記したようなランプアニール装置を使用してチタン、コバルト、銅などのシリサイド処理を行う場合、処理が終わったウエハを高温（例えば２００℃以上）のままで大気雰囲気（酸素を含む雰囲気）に曝露させるとウエハが酸化するので、熱処理炉内にウエハを保持したままで、所定濃度に管理された窒素、アルゴン等のガス雰囲気下でウエハを低温（例えば２００℃以下）に冷却する必要がある。このために、従来は、圧縮した空気や窒素等をガス噴射装置のノズルから熱処理炉の外壁面に向かって吹き出させ、熱処理炉の炉壁を冷却して間接的にウエハを冷却するようにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱処理炉の炉壁を冷却して間接的にウエハを冷却する方式では、ウエハが低温（例えば２００℃以下）になるまでに多くの時間がかかる。このため、一連の基板熱処理操作におけるスループットが低下することになる。
【０００７】
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、熱処理が終わった基板を、所定のガス濃度雰囲気に維持された熱処理炉内に保持したままで、短時間のうちに低温まで冷却することができ、スループットを向上させることができるランプアニール装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、少なくともその上部の炉壁が光透過性材料で形成され、内部に基板が搬入されて保持される熱処理炉と、この熱処理炉内に保持された前記基板の少なくとも上面に対向して配設され前記光透過性材料で形成された前記炉壁を通して前記基板に光を照射して加熱するランプと、前記熱処理炉内へ処理ガスを供給して熱処理炉内を所定のガス濃度雰囲気に維持するガス供給手段と、前記熱処理炉内から熱処理後の前記基板を搬出するための基板搬出アームとを備えたランプアニール装置において、前記基板搬出アームの、基板を支持する基板支持部を平板状に形成して、その基板支持部の上面をなす支持平面が前記基板下面の大部分と面接触しもしくは前記基板下面と近接した状態で点接触するようにし、前記基板搬出アームの前記基板支持部は、熱処理が終わった高温の前記基板を前記支持平面上に支持した状態で、前記ガス供給手段により処理ガスが供給し続けられて所定のガス濃度雰囲気に維持された前記熱処理炉内において、その熱処理炉内から搬出することができる所定温度まで速やかに下降させて冷却する冷却器としての機能を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のランプアニール装置において、前記基板搬出アームの前記基板支持部の内部に冷却用媒体が流される液流路が形設され、その液流路内を通って前記冷却用媒体を流す冷却用媒体供給手段が設けられたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に係る発明のランプアニール装置においては、ランプから熱処理炉の上部炉壁を通して基板の上面へ光が照射されることにより、基板が加熱されて熱処理され、熱処理が終わった基板は、基板搬出アーム上に移載され、基板搬出アームによって熱処理炉内から搬出される前に、基板搬出アームの基板支持部上に支持された状態で、所定のガス濃度雰囲気に維持された熱処理炉内において基板支持部により所定温度まで冷却されて、速やかに低温となり、その後に基板搬出アームによって熱処理炉内から搬出される。
【００１１】
請求項２に係る発明のランプアニール装置では、冷却媒体供給手段により、基板搬出アームの基板支持部の内部に形設された液流路内を通って冷却用媒体が流され、基板搬出アームの基板支持部が冷却されるので、基板支持部によってより速やかに基板が低温に冷却される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、この発明の実施形態の１例を示し、（ａ）は、例えばチタン、コバルト、銅などのシリサイド処理を行うランプアニール装置の熱処理炉内へ基板、例えば半導体ウエハを搬入し熱処理炉内からウエハを搬出するウエハ搬出入装置の構成要素の１つであるウエハ搬出アームのウエハ支持部の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ矢視縦断面図である。ウエハ搬出入装置の基本構成および機能は、図３に関して説明した従来の装置と同様であり、それらの説明を省略する。
【００１４】
図１に示したウエハ搬出アーム１０のウエハ支持部の上面は、ウエハＷの外周形状に対応するように円形状に凹んでおり、その凹部の底面が、ウエハＷの下面の大部分と面接触してウエハＷを水平姿勢に支持する支持平面１２となる。また、凹部の内周面が、支持平面１２上に支持されたウエハＷの外周端面に近接して対向する移動規制面１４となる。また、ウエハ搬出アーム１０のウエハ支持部には、その前端面から幅方向と直交する方向へ溝状に切り欠かれた複数本、図示例では２本の溝状切欠き１６が形設されている。これらの溝状切欠き１６に、熱処理炉内に配設されたウエハ移載機構の複数本の支持ピン（図示せず）が入り込むことにより、熱処理炉内へのウエハ搬出アーム１０の進入および熱処理炉内からのウエハ搬出アーム１０の退出の各動作とウエハ移載機構の支持ピンの昇降動作とが互いに干渉することが無くなる。このため、ウエハを支持して支持ピンが上昇した状態で、ウエハ搬出アーム１０がウエハの直下位置に進入することが可能になる。
【００１５】
また、ウエハ搬出アーム１０のウエハ支持部の内部には、冷却用媒体、例えば冷却水が流される液流路１８が、ウエハ支持部のほぼ全体を巡回するように形設されている。液流路１８の各端部は、図示しない冷却水供給装置の流出口および流入口にそれぞれ接続されている。そして、冷却水供給装置から送り出された冷却水が、ウエハ搬出アーム１０のウエハ支持部の液流路１８内を通って流れ、その間にウエハ支持部の支持平面１２を冷却し、その後に冷却水供給装置へ還流するようになっている。
【００１６】
図１に示したウエハ搬出アーム１０を有するウエハ搬出入装置を備えたランプアニール装置（ここでは図示せず）においては、熱処理炉内でのウエハの熱処理が終わると、ウエハ移載機構の支持ピンが上昇してウエハの下面に当接し、ウエハ支持リング上からウエハを浮上させて支持ピン上に移し替えた後、ウエハ搬出アーム１０が熱処理炉の開口を通って熱処理炉内へ進入し、支持ピンによって支持されたウエハの直下まで移動してくる。次いで、支持ピンが下降することにより、支持ピン上からウエハ搬出アーム１０上へウエハが移し替えられ、図１の（ｂ）に示したように、ウエハＷは、ウエハ搬出アーム１０の支持平面１２と面接触した状態で支持される。ウエハＷは、ウエハ搬出アーム１０の冷却された支持平面１２と面接触することにより、冷却されて速やかに温度が下降する。これらの期間中、熱処理炉内へは窒素、アルゴン等の処理ガスが供給し続けられ、熱処理炉内は、所定のガス濃度雰囲気に維持される。ウエハＷが所定温度まで冷却されると、ウエハ搬出アーム１０が熱処理炉内から退出して、ウエハＷを熱処理炉内から搬出し、ウエハ待機ユニットへウエハＷを移動させる。
【００１７】
なお、このランプアニール装置において、チタン、コバルト、銅などのシリサイド処理を行う場合も、大気雰囲気に曝露されることなく熱処理炉内において、ウエハＷが酸化しない所定の温度まで極めて速やかにウエハＷの温度を下降させることができる。
【００１８】
ウエハ搬出アームが或る程度の熱容量を有しており、室温のウエハ搬出アームにウエハが面接触するだけでも、ウエハが冷却される場合には、図２の（ａ）に平面図を、（ｂ）に（ａ）のＢ−Ｂ矢視縦断面図を示すように、ウエハ搬出アーム２０のウエハ支持部の内部に、冷却水を流すための液流路を形成しない構造としてもよい。図２に示したウエハ搬出アーム２０は、ウエハ支持部の内部に液流路を形成していない点以外は、図１に示したウエハ搬出アーム１０と同じ構造であり、図１で使用した符号と同一符号を図２でも各構成要素に付している。
【００１９】
また、図２に示した構造のウエハ搬出アーム２０を備えた装置において、熱処理炉の外側に冷却板を設置しておき、その冷却板にウエハ搬出アーム２０を接触または近接させてウエハ搬出アーム２０を冷却した後に、ウエハ搬出アーム２０を熱処理炉内へ進入させるようにしてもよい。
【００２０】
なお、図１および図２に示した実施形態では、ウエハＷをウエハ搬出アーム１０、２０の支持平面１２に面接触させているが、支持平面に複数個の突起を設け、ウエハを点接触させて支持し、ウエハを支持平面に近接させることにより、ウエハを冷却するようにしてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１に係る発明のランプアニール装置を使用すると、光照射により加熱されて熱処理された基板を、所定のガス濃度雰囲気に維持された熱処理炉内において基板搬出アームの基板支持部上に支持した状態で、短時間のうちに低温まで冷却することができるので、一連の熱処理操作におけるスループットを向上させることができる。
【００２２】
請求項２に係る発明のランプアニール装置では、熱処理が終わった基板を基板搬出アームの基板支持部上に支持した状態でより速やかに低温まで冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施形態の１例を示し、（ａ）は、ランプアニール装置に設けられるウエハ搬出入装置の構成要素の１つであるウエハ搬出アームのウエハ支持部の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ矢視縦断面図である。
【図２】 図１に示したウエハ搬出アームの変形例を示し、（ａ）は、ウエハ搬出アームのウエハ支持部の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ矢視縦断面図である。
【図３】 ランプアニール装置の構成の１例を示す模式的平面図である。
【符号の説明】
１０、２０ ウエハ搬出アーム
１２ ウエハ搬出アームの支持平面
１４ ウエハ搬出アームの移動規制面
１６ ウエハ搬出アームの溝状切欠き
１８ 冷却水の液流路
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (2)

1. 少なくともその上部の炉壁が光透過性材料で形成され、内部に基板が搬入されて保持される熱処理炉と、
   この熱処理炉内に保持された前記基板の少なくとも上面に対向して配設され前記光透過性材料で形成された前記炉壁を通して前記基板に光を照射して加熱するランプと、
   前記熱処理炉内へ処理ガスを供給して熱処理炉内を所定のガス濃度雰囲気に維持するガス供給手段と、
   前記熱処理炉内から熱処理後の前記基板を搬出するための基板搬出アームと、
   を備えたランプアニール装置において、
   前記基板搬出アームの、前記基板を支持する基板支持部を平板状に形成して、その基板支持部の上面をなす支持平面が前記基板下面の大部分と面接触しもしくは前記基板下面と近接した状態で点接触するようにし、
   前記基板搬出アームの前記基板支持部は、
   熱処理が終わった高温の前記基板を前記支持平面上に支持した状態で、前記ガス供給手段により処理ガスが供給し続けられて所定のガス濃度雰囲気に維持された前記熱処理炉内において、その熱処理炉内から搬出することができる所定温度まで速やかに下降させて冷却する冷却器としての機能を有することを特徴とするランプアニール装置。
2. 前記基板搬出アームの前記基板支持部の内部に冷却用媒体が流される液流路が形設され、その液流路内を通って前記冷却用媒体を流す冷却用媒体供給手段が設けられた請求項１記載のランプアニール装置。

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