JPH09289176A - 基板の熱処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 枚葉方式で基板を熱処理する場合に、熱処理
炉内へ基板を搬入した後における熱処理炉内のガス置換
を不要にし、基板１枚当りの処理時間を短くする。 【解決手段】 熱処理炉１０内へ基板Ｗを搬入する際
に、基板の搬入速度を、熱処理炉内から開口１２を通し
て流出するガスの流出速度と同等もしくはそれより遅く
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばランプア
ニール装置のように、光照射等の加熱手段により半導体
ウエハ等の各種基板を１枚ずつ熱処理する基板の熱処理
方法、並びに、その方法の実施に使用される基板の熱処
理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板、例えば半導体ウエハを光照射等の
加熱手段によって加熱する熱処理装置は、図３に概略側
断面図を示したような構成を有している。図３に示した
装置は光照射式の熱処理装置であり、この熱処理装置
は、半導体ウエハＷの搬入及び搬出を行なうための開口
１２を前部側に有する熱処理炉１０を備えている。熱処
理炉１０の炉壁は、赤外線透過性を有する、例えば石英
ガラスによって形成されている。熱処理炉１０の開口１
２側には、熱処理炉１０に連設するように炉口ブロック
１４が設けられている。炉口ブロック１４の前面開口
は、可動フランジ１６によって開閉自在に閉塞される。
可動フランジ１６の内面側には、ウエハＷを水平姿勢に
支持するサセプタ１８が一体的に固着されており、可動
フランジ１６が水平方向へ往復自移動することにより、
サセプタ１８に支持されたウエハＷが熱処理炉１０内へ
搬入されまた熱処理炉１０内から搬出される。そして、
可動フランジ１６が熱処理炉１０側へ移動して炉口ブロ
ック１４に当接することにより、炉口ブロック１４の前
面開口が塞がれるとともに、サセプタ１８に支持された
ウエハＷが熱処理炉１０内の所定位置に配置されるよう
になっている。

【０００３】熱処理炉１０の上下方向にはそれぞれ、熱
処理炉１０の上壁面及び下壁面に対向してハロゲンラン
プ、キセノンランプ等のランプ群からなる光照射用光源
２０が配設されている。そして、各光源２０の背後並び
に熱処理炉１０の両側部及び後部には、熱処理炉１０を
取り囲むようにリフレクタ（反射板）２２がそれぞれ配
設されている。それぞれのリレフレクタ２２の内面側
は、鏡面研磨等が施されて光を効率良く反射することが
できるようにされている。尚、光照射用光源２０は、熱
処理炉１０の上方側だけに配設するようにしてもよい。

【０００４】熱処理炉１０には、後部側にガス導入路２
４が形設されており、そのガス導入路２４は、窒素等の
処理ガス供給源に流路接続されている。一方、図示を省
略したが、炉口ブロック１４にはガス排気路が形成され
ている。また、熱処理炉１０の内部の気密性を高く保つ
ために炉口ブロック１４にＯ−リング２６がそれぞれ取
り付けられている。

【０００５】上記したような構成の光照射式熱処理装置
において、熱処理炉１０の開口１２側を開放させた状態
で、ガス導入路２４を通して熱処理炉１０内へ窒素等の
処理ガスを導入し、その処理ガスを熱処理炉１０の開口
１２側から炉口ブロック１４の開口面を通して流出させ
ながら、サセプタ１８に支持されたウエハＷを熱処理炉
１０内へ挿入する。そして、炉口ブロック１４の開口面
が可動フランジ１６によって閉塞されると、ガス導入路
２４を通して熱処理炉１０内へ窒素等の処理ガスが導入
され、熱処理炉１０内がパージされて、炉口ブロック１
４のガス排気路を通して排気される。そして、図示しな
いウエハ温度検知装置及び温度コントロールにより、予
めプログラムされた所望の温度にウエハＷが加熱される
ように、上下の光照射用光源２０に電力が供給され、ウ
エハＷが光照射加熱される。熱処理が終了すると、ウエ
ハＷは、熱処理炉１０内において所望の温度まで冷却さ
れた後、熱処理炉１０内から搬出される。

【０００６】ところで、上記したような枚葉方式の熱処
理装置においては、処理効率を高めるためにウエハ１枚
当りの処理時間を短くすることが重要となる。従来は、
ウエハ１枚当りの処理時間を短くしようとして、熱処理
炉１０内へウエハＷを挿入する際のウエハ搬入速度を可
能な限り速くするようにしていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱処理
炉１０内へウエハＷを挿入する際のウエハ搬入速度を速
くすると、ウエハＷやサセプタ１８及び可動フランジ１
６の移動に伴って、ガスの粘性等により熱処理炉１０内
へ外気が持ち込まれ易くなり、熱処理炉１０内への外気
の流入によって熱処理炉１０内の処理ガス純度が低下す
ることになる。そこで、熱処理炉１０内へウエハＷを搬
入し、熱処理炉１０の開口１２側を閉塞した後、光照射
用光源２０によりウエハＷを加熱して熱処理する前に、
或る程度の時間、例えば１０秒程度の時間をかけて熱処
理炉１０内をガス置換することが必要となる。このた
め、ウエハ搬入速度を速くしても、熱処理炉１０内のガ
ス置換に時間がかかってしまい、結果的にはウエハ１枚
当りの処理時間が長くなっていた。

【０００８】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、枚葉方式で基板を熱処理する場合に
おいて、熱処理炉内へ基板を搬入した後における熱処理
炉内のガス置換に要する時間を無くしもしくは短くし
て、基板１枚当りの処理時間を実質的に短くし、もって
処理効率を向上させることができる基板の熱処理方法を
提供すること、並びに、その方法を好適に実施すること
ができる基板の熱処理装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
基板の搬入及び搬出を行なうための開口を有し基板を枚
葉で収容する熱処理炉内へガスを導入し、そのガスを熱
処理炉内から前記開口を通して流出させながら、熱処理
炉内へ前記開口を通して基板を搬入し、その後に熱処理
炉の前記開口を気密に閉塞して、基板を熱処理する基板
の熱処理方法において、前記熱処理炉内へ基板を搬入す
る際に、基板の搬入速度を、熱処理炉内から前記開口を
通して流出するガスの流出速度と同等もしくはその流出
速度より遅くすることを特徴とする。

【００１０】請求項２に係る発明は、基板の搬入及び搬
出を行なうための開口を有し、基板を枚葉で収容する熱
処理炉と、この熱処理炉内へ前記開口を通して基板を搬
入し熱処理炉内から開口を通して基板を搬出する基板搬
出入手段と、前記熱処理炉の前記開口を気密に閉塞する
開口閉塞手段と、前記熱処理炉内に保持された基板を加
熱する加熱手段と、前記熱処理炉内へガスを導入するガ
ス導入手段とを備えた基板の熱処理装置において、前記
基板搬出入手段により前記熱処理炉内へ基板を搬入する
際の基板搬入速度が、前記ガス導入手段により熱処理炉
内へ導入されたガスが熱処理炉内から前記開口を通して
流出する時のガス流出速度と同等もしくはその流出速度
より遅くなるように、基板搬出入手段を制御する制御手
段を設けたことを特徴とする。

【００１１】上記した構成の請求項１に係る発明の基板
熱処理方法によると、熱処理炉内へ基板を搬入する際の
基板搬入速度が、熱処理炉内へ導入され熱処理炉内から
開口を通して流出するガスの流出速度と同等もしくはそ
の流出速度より遅くされるので、熱処理炉内への基板の
搬入動作に伴って熱処理炉内へ外気が巻き込まれること
が防止されもしくは低減される。このため、基板搬入後
における熱処理炉内の処理ガス純度が保たれ、熱処理炉
内のガス置換が不要になりもしくはガス置換に要する時
間が短くて済む。そして、基板搬入速度が遅くなること
により熱処理炉内への基板の搬入に少し余分に時間がか
かっても、熱処理炉内のガス置換に要する時間が不要も
しくは短くなることによる時間短縮の効果が相対的に大
きく、基板１枚当たりの全体としての処理時間は短くな
る。

【００１２】上記した構成の請求項２に係る発明の基板
熱処理装置においては、制御手段によって基板搬出入手
段が制御されることにより、基板搬出入手段によって熱
処理炉内へ基板を搬入する際の基板搬入速度が、ガス導
入手段によって熱処理炉内へ導入され熱処理炉内から開
口を通して流出するガスの流出速度と同等もしくはその
流出速度より遅くなる。このため、熱処理炉内への基板
の搬入動作に伴って熱処理炉内へ外気が巻き込まれるこ
とが防止されもしくは低減され、基板搬入後における熱
処理炉内の処理ガス純度が保たれるので、熱処理炉内の
ガス置換が不要になりもしくはガス置換に要する時間が
短くて済むこととなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の最良の実施形態
について図面を参照しながら説明する。

【００１４】図１は、この発明に係る基板の熱処理方法
を実施するのに使用される熱処理装置の構成の１例を示
す概略側断面図である。この熱処理装置の基本的構成自
体は、図３に示した装置と何ら異ならないので、その説
明を省略する。この熱処理装置には、可動フランジ１６
及びサセプタ１８を水平方向へ往復移動させるエアーシ
リンダ、モータ等のドライバ２８を制御して、サセプタ
１８に支持された半導体ウエハＷを熱処理炉１０内へ挿
入する際のウエハ搬入速度を所望の値に調節するコント
ローラ３０が設けられている。

【００１５】ウエハ搬入速度は、熱処理炉１０内から開
口１２を通して流出する処理ガス、例えば窒素ガスの流
出速度と同等もしくはその流出速度より遅くなるように
設定される。例えば、熱処理炉１０の開口１２の面積が
６５ｃｍ²であり、熱処理炉１０内への窒素ガスの導入
量、従って熱処理炉１０内からの窒素ガスの流出量が４
０ ｌ／ｍｉｎであるとすると、開口１２を通しての窒
素ガスの流出速度は約１０．３ｃｍ／ｓｅｃとなる。従
って、ウエハ搬入速度が１０．３ｃｍ／ｓｅｃ以下にな
るように、コントローラ３０によりドライバ２８を制御
して可動フランジ１６を移動させる。

【００１６】ここで、熱処理炉１０内からの窒素ガスの
流出速度が１０．３ｃｍ／ｓｅｃである場合において、
ウエハ搬入速度と熱処理炉１０内の酸素濃度との関係を
図２に示す。図２において、熱処理炉１０内の酸素濃度
が低くなる程、熱処理炉１０内へのウエハＷの搬入動作
に伴って熱処理炉１０内へ流入する外気の量が少なくな
り、熱処理炉１０内の酸素濃度が高いと、熱処理炉１０
内へのウエハＷの搬入動作に伴って熱処理炉１０内へ多
量の外気が流入していることになる。尚、図２に示した
結果は、酸素濃度計に接続されたガス吸入管の吸入口
を、熱処理炉１０の開口１２から３．５ｃｍだけ炉内部
へ入った個所に配置し、サンプリング量を０．８ ｌ／
ｍｉｎとして、ウエハＷの処理温度が６００℃であると
きのものである。

【００１７】従来におけるウエハ搬入速度は、例えば約
１６．９ｃｍ／ｓｅｃとされており、ウエハ搬入速度
を、熱処理炉１０内からの窒素ガスの流出速度１０．３
ｃｍ／ｓｅｃと同等にすることにより、熱処理炉１０内
の酸素濃度が従来に比べて１／１０程度に低減されるこ
とになる。このように、ウエハ搬入速度を熱処理炉１０
内からの窒素ガスの流出速度と同等程度にすることによ
り、熱処理炉１０内へのウエハＷの搬入動作に伴う熱処
理炉１０内への外気の流入の量を格段に少なくすること
ができる。

【００１８】また、ウエハ搬入速度を１６．９ｃｍ／ｓ
ｅｃから１０．３ｃｍ／ｓｅｃへと遅くすることにより
増加する処理時間は、ウエハ１枚当り約１．２秒であ
る。一方、熱処理炉１０内への外気の流入が防止される
ことによって熱処理炉１０内のガス置換を行なう必要が
無くなるが、これにより、処理時間がウエハ１枚当り約
１０秒位短くなる。従って、処理時間は全体としてウエ
ハ１枚当り約９秒近く短縮化されることとなる（ウエハ
１枚当りの処理時間は、処理条件によって異なるが、通
常は約１００秒程度である）。

【００１９】尚、上記した実施形態の説明では、ウエハ
Ｗをサセプタ１８上に支持して可動フランジ１６を駆動
させることにより、ウエハＷを熱処理炉１０内へ搬入す
るようにしているが、ハンドリングアームによりウエハ
を熱処理炉内へ搬入して、熱処理炉内に固定されたウエ
ハ支持具上にウエハを載置させた後、熱処理炉内にウエ
ハを残してハンドリングアームを熱処理炉内から退出さ
せ、その後に熱処理炉の開口を閉塞するような機構の熱
処理装置に対しても、この発明の方法は適用し得る。ま
た、上記した実施形態では光照射式熱処理装置を示した
が、加熱源は光源に限らず、各種ヒータによって基板を
加熱する熱処理装置であってもよい。

【００２０】

【発明の効果】請求項１に係る発明の基板の熱処理方法
によると、枚葉方式で基板を熱処理する場合に、熱処理
炉内へ基板を搬入した後における熱処理炉内のガス置換
が不要になりもしくはガス置換に要する時間を短くする
ことができ、基板１枚当りの処理時間が実質的に短くな
るため、処理効率を向上させることができる。

【００２１】請求項２に係る発明の基板の熱処理装置を
使用すると、請求項１に係る発明の熱処理方法を好適に
実施して、基板１枚当りの処理時間の短縮化を図ること
ができるため、装置の処理効率が向上することとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る基板の熱処理方法を実施するの
に使用される熱処理装置の構成の１例を示す概略側断面
図である。

【図２】熱処理炉内へのウエハの搬入速度と熱処理炉内
の酸素濃度との関係を示すグラフである。

【図３】基板の熱処理装置の構成の１例を示す概略側断
面図である。

【符号の説明】

１０ 熱処理炉 １２ 熱処理炉の開口 １４ 炉口ブロック １６ 可動フランジ １８ サセプタ ２０ 光照射用光源 ２２ リフレクタ（反射板） ２４ ガス導入路 ２８ ドライバ ３０ コントローラ Ｗ 半導体ウエハ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の搬入及び搬出を行なうための開口
   を有し基板を枚葉で収容する熱処理炉内へガスを導入
   し、そのガスを熱処理炉内から前記開口を通して流出さ
   せながら、熱処理炉内へ前記開口を通して基板を搬入
   し、その後に熱処理炉の前記開口を気密に閉塞して、基
   板を熱処理する基板の熱処理方法において、 前記熱処理炉内へ基板を搬入する際に、基板の搬入速度
   を、熱処理炉内から前記開口を通して流出するガスの流
   出速度と同等もしくはその流出速度より遅くすることを
   特徴とする基板の熱処理方法。
2. 【請求項２】 基板の搬入及び搬出を行なうための開口
   を有し、基板を枚葉で収容する熱処理炉と、 この熱処理炉内へ前記開口を通して基板を搬入し熱処理
   炉内から開口を通して基板を搬出する基板搬出入手段
   と、 前記熱処理炉の前記開口を気密に閉塞する開口閉塞手段
   と、 前記熱処理炉内に保持された基板を加熱する加熱手段
   と、 前記熱処理炉内へガスを導入するガス導入手段とを備え
   た基板の熱処理装置において、 前記基板搬出入手段により前記熱処理炉内へ基板を搬入
   する際の基板搬入速度が、前記ガス導入手段により熱処
   理炉内へ導入されたガスが熱処理炉内から前記開口を通
   して流出する時のガス流出速度と同等もしくはその流出
   速度より遅くなるように、基板搬出入手段を制御する制
   御手段を設けたことを特徴とする基板の熱処理装置。