JP2004319754A

JP2004319754A - 熱処理装置

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Publication number: JP2004319754A
Application number: JP2003111558A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Murayama; 博美村山
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2004-11-11
Also published as: US7034255B2; US20040206743A1

Abstract

【課題】コンパクトでしかもメンテナンス性に優れた熱処理装置を提供する。
【解決手段】ランプハウス５は、２７本のフラッシュランプ６９のそれぞれをその長手方向を水平方向（Ｙ方向）に沿わせるとともに、その長手方向と垂直な水平方向（Ｘ方向）に沿って２７本のフラッシュランプ６９を等間隔で配列した状態で収容する。そして、搬送ロボット１５０による半導体ウェハーＷの搬出入方向とフラッシュランプ６９の長手方向（ランプハウス５の長手方向）とが垂直になるような配置構成にしている。このような配置構成とすることによって搬送ロボット１５０が搬送アーム１５１ａをスライド移動させて半導体ウェハーＷの受け渡しを行うのに必要な距離が最短となり、搬送ロボット１５０をコンパクトなものとすることができ、その結果熱処理装置１００自体もコンパクトでメンテナンス性に優れたものとすることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハーやガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）に閃光を照射することにより基板を熱処理する熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、イオン注入後の半導体ウェハーのイオン活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したランプアニール装置等の熱処理装置が使用されている。このような熱処理装置においては、半導体ウェハーを、例えば、１０００℃ないし１１００℃程度の温度に加熱（アニール）することにより、半導体ウェハーのイオン活性化を実行している。そして、このような熱処理装置においては、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用することにより、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する構成となっている。
【０００３】
このようなランプアニール装置においては、通常点光源のハロゲンランプを多数配列したチャンバー内にて熱処理を行っており、そのチャンバーに対して搬送ロボットによる基板搬出入を行っているものがある（例えば、特許文献１参照）。また、管状の赤外線ランプヒータを使用した熱処理装置では、搬送車による基板の搬送方向と赤外線ランプヒータの長手方向とが平行となるようにしているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する熱処理装置を使用して半導体ウェハーのイオン活性化を実行した場合においても、半導体ウェハーに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまる、すなわち、熱によりイオンが拡散してしまうという現象が生ずることが判明した。このような現象が発生した場合においては、半導体ウェハーの表面にイオンを高濃度で注入しても、注入後のイオンが拡散してしまうことから、イオンを必要以上に注入しなければならないという問題が生じていた。
【０００５】
上述した問題を解決するため、キセノンフラッシュランプ等を使用して半導体ウェハーの表面に閃光を照射することにより、イオン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（数ミリセカンド以下）に昇温させる技術が提案されている（例えば、特許文献３，４参照）。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、イオンが拡散するための十分な時間がないため、半導体ウェハーに打ち込まれたイオンのプロファイルをなまらせることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２２３５４７号公報
【特許文献２】
特開平９−２６３９３９号公報
【特許文献３】
特開昭５９−１６９１２５号公報
【特許文献４】
特開昭６３−１６６２１９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、赤外線ランプヒータでは長手方向に一様な出力特性を与えることができるものの、キセノンフラッシュランプではその発光原理が全く異なるため、長手方向に一様な出力特性を与えることはできない。すなわち、キセノンフラッシュランプでは、中央近傍の一部においてしか所定の発光強度が得られないのである。このため、必要な有効照射領域を確保するには、キセノンフラッシュランプの長さを相当に長いものとせざるを得ない。その結果、熱処理装置全体のサイズも大型化するおそれがある。
【０００８】
ところが、半導体ウェハー等の処理装置は通常クリーンルームに配置されるため、その装置サイズが大型化することは問題である。また、処理装置の生産効率を向上させるためにはそのメンテナンス性が容易であることも重要である。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コンパクトでしかもメンテナンス性に優れた熱処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対して閃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、それぞれが長尺の円筒形状を有する複数の棒状のフラッシュランプと、前記複数のフラッシュランプのそれぞれをその長手方向を略水平方向に沿わせるとともに、前記長手方向と略垂直な略水平方向に沿って前記複数のフラッシュランプを配列した状態で収容するランプハウスと、前記ランプハウスの下方に設けられ、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバーに対して搬送アームを進退移動させることによって基板を搬出入する搬送ロボットと、を備え、前記搬送ロボットによる基板の搬出入方向と前記長手方向とが実質的に垂直となるように前記ランプハウスを配置している。
【００１１】
また、請求項２の発明は、基板に対して閃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、それぞれが長尺の円筒形状を有する複数の棒状のフラッシュランプと、前記複数のフラッシュランプのそれぞれをその長手方向を略水平方向に沿わせるとともに、前記長手方向と略垂直な略水平方向に沿って前記複数のフラッシュランプを配列した状態で収容する矩形のランプハウスと、前記ランプハウスの下方に設けられ、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバーに対して搬送アームを進退移動させることによって基板を搬出入する搬送ロボットと、を備え、前記複数のフラッシュランプの長手方向を前記ランプハウスの矩形の長手方向と一致させるとともに、前記搬送ロボットによる基板の搬出入方向と前記ランプハウスの長手方向とが実質的に垂直となるように前記ランプハウスを配置している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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。
【００１３】
図１は本発明にかかる熱処理装置１００を示す平面図であり、図２は正面図である。なお、図１および図２において適宜部分的に断面図としており、細部については適宜簡略化している。また、図１，２および以降の各図においては、それらの方向関係を明確にするため必要に応じてＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を付している。
【００１４】
図１および図２に示すように熱処理装置１００は、２つのキャリア９１が載置される基板収容部（インデクサ）１１０、基板収容部１１０に対して半導体ウェハーＷの出し入れを行う受渡ロボット１２０、未処理の半導体ウェハーＷの位置決めを行う位置決め部（アライナ）１３０、処理済の半導体ウェハーＷの冷却を行う冷却部（クーラ）１４０、位置決め部１３０、冷却部１４０等に対して半導体ウェハーＷの出し入れを行う搬送ロボット１５０、および、半導体ウェハーＷにフラッシュ加熱処理を施す処理部１６０を有する。
【００１５】
また、搬送ロボット１５０による半導体ウェハーＷの搬送空間として搬送ロボット１５０を収容する搬送室１７０が設けられており、位置決め部１３０、冷却部１４０および処理部１６０が搬送室１７０に連結されて配置されている。
【００１６】
基板収容部１１０はキャリア９１が無人搬送車（ＡＧＶ）等により搬送されて載置される部位であり、半導体ウェハーＷはキャリア９１に収容された状態で熱処理装置１００に対して搬出入される。また、基板収容部１１０では、受渡ロボット１２０による任意の半導体ウェハーＷの出し入れを行うことができるようにキャリア９１が昇降移動されるように構成されている。
【００１７】
受渡ロボット１２０は、矢印１２０Ｓにて示すようにスライド移動可能であるとともに矢印１２０Ｒにて示すように回動可能とされており、これにより、２つのキャリア９１に対して半導体ウェハーＷの出し入れを行い、さらに、位置決め部１３０および冷却部１４０に対して半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。
【００１８】
なお、受渡ロボット１２０によるキャリア９１に対する半導体ウェハーＷの出し入れは、ハンド１２１のスライド移動、および、キャリア９１の昇降移動により行われる。また、受渡ロボット１２０と位置決め部１３０または冷却部１４０との半導体ウェハーＷの受け渡しは、ハンド１２１のスライド移動、および、ピン（位置決め部１３０や冷却部１４０において半導体ウェハーＷを突き上げるピン）による半導体ウェハーＷの昇降移動により行われる。
【００１９】
受渡ロボット１２０から位置決め部１３０へは半導体ウェハーＷの中心が所定の位置に位置するように半導体ウェハーＷが渡される。そして、位置決め部１３０は半導体ウェハーＷを回転させて半導体ウェハーＷを適切な向きに向ける。
【００２０】
搬送ロボット１５０は鉛直方向を向く軸を中心に矢印１５０Ｒにて示すように旋回可能とされるとともに、複数のアームセグメントからなる２つのリンク機構を有し、２つのリンク機構の末端にはそれぞれ半導体ウェハーＷを保持する搬送アーム１５１ａ，１５１ｂが設けられる。これらの搬送アーム１５１ａ，１５１ｂは上下に所定のピッチだけ隔てて配置され、リンク機構によりそれぞれ独立して同一水平方向に直線的にスライド移動可能とされている。また、搬送ロボット１５０は２つのリンク機構が設けられるベースを昇降移動することにより、所定のピッチだけ離れた状態のまま２つの搬送アーム１５１ａ，１５１ｂを昇降移動させる。
【００２１】
搬送ロボット１５０が位置決め部１３０、処理部１６０または冷却部１４０を受け渡し相手として半導体ウェハーＷの受け渡し（出し入れ）を行う際には、まず、両搬送アーム１５１ａ，１５１ｂが受け渡し相手と対向するように旋回し、その後（または旋回している間に）昇降移動していずれかの搬送アームが受け渡し相手と受け渡しする高さに位置する。そして、搬送アーム１５１ａ（１５１ｂ）を水平方向に直線的にスライド移動させて半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。
【００２２】
処理部１６０はキセノンフラッシュランプ６９（以下、単に「フラッシュランプ６９」とも称する）からの閃光を半導体ウェハーＷに照射して加熱処理を行う部位である。この処理部１６０については後に詳述する。
【００２３】
処理部１６０にて処理が施された直後の半導体ウェハーＷは温度が高いため、搬送ロボット１５０により冷却部１４０に載置されて冷却される。冷却部１４０にて冷却された半導体ウェハーＷは処理済の半導体ウェハーＷとして受渡ロボット１２０によりキャリア９１に返却される。
【００２４】
また、既述のように、熱処理装置１００では搬送ロボット１５０の周囲が搬送室１７０で覆われ、この搬送室１７０に位置決め部１３０、冷却部１４０および処理部１６０が接続されるが、受渡ロボット１２０と位置決め部１３０および冷却部１４０との間にはそれぞれゲート弁１８１，１８２が設けられ、搬送室１７０と位置決め部１３０、冷却部１４０および処理部１６０との間にはそれぞれゲート弁１８３，１８４，１８５が設けられる。そして、位置決め部１３０、冷却部１４０および搬送室１７０の内部が清浄に維持されるようにそれぞれに窒素ガス供給部（図示省略）から高純度の窒素ガスが供給され、余剰の窒素ガスは適宜排気管から排気される。なお、半導体ウェハーＷが搬送される際に適宜これらのゲート弁が開閉される。
【００２５】
また、位置決め部１３０および冷却部１４０は受渡ロボット１２０と搬送ロボット１５０との間の互いに異なる位置に位置し、位置決め部１３０では半導体ウェハーＷの位置決めを行うために半導体ウェハーＷが一時的に載置され、冷却部１４０では処理済の半導体ウェハーＷを冷却するために半導体ウェハーＷが一時的に載置される。
【００２６】
次に、処理部１６０の構成についてさらに説明する。図３および図４は本発明にかかる熱処理装置１００の処理部１６０を示す側断面図である。この処理部１６０において、半導体ウェハー等の基板のフラッシュ加熱が行われる。
【００２７】
処理部１６０は、透光板６１、底板６２および一対の側板６３、６４からなり、その内部に半導体ウェハーＷを収納して熱処理するためのチャンバー６５を備える。チャンバー６５の上部を構成する透光板６１は、例えば、石英等の赤外線透過性を有する材料から構成されており、フラッシュランプ６９から出射された光を透過してチャンバー６５内に導くチャンバー窓として機能している。また、チャンバー６５を構成する底板６２には、後述する熱拡散板７３および加熱プレート７４からなる保持手段を貫通して半導体ウェハーＷをその下面から支持するための支持ピン７０が立設されている。
【００２８】
また、チャンバー６５を構成する側板６４には、半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための開口部６６が形成されている。開口部６６は、軸６７を中心に回動するゲート弁６８により開閉可能となっている。半導体ウェハーＷは、開口部６６が解放された状態で、搬送ロボット１５０によりチャンバー６５内に搬入される。また、チャンバー６５内にて半導体ウェハーＷの熱処理が行われるときには、ゲート弁６８により開口部６６が閉鎖される。
【００２９】
チャンバー６５はランプハウス５の下方に設けられている。ランプハウス５は、複数（本実施形態においては２７本）のフラッシュランプ６９と、リフレクタ７１とを内蔵する。複数のフラッシュランプ６９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うようにして互いに平行に列設されている。リフレクタ７１は、複数のフラッシュランプ６９の上方にそれらの全体を被うように配設されている。
【００３０】
図５は、キセノンフラッシュランプ６９の配列形態を説明するための図である。ランプハウス５は、２７本のフラッシュランプ６９のそれぞれをその長手方向を水平方向（本実施形態ではＹ方向）に沿わせるとともに、その長手方向と垂直な水平方向（Ｘ方向）に沿って２７本のフラッシュランプ６９を等間隔で配列した状態で収容する。
【００３１】
キセノンフラッシュランプ６９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ガラス管と、該ガラス管の外局部に巻回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、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、そのときのジュール熱でキセノンガスが加熱されて光が放出される。このキセノンフラッシュランプ６９においては、予め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１０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、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。
【００３２】
ここで、キセノンフラッシュランプ６９では従来の赤外線ランプヒータのように長手方向に一様な出力特性が得られるものではなく、中央部領域６９ａにおいてのみ有効な出力特性が得られる。すなわち、キセノンフラッシュランプ６９の特性上、電極から一定距離内の領域では十分な出力強度が得られないのである。このような強度不十分な領域の他に電極固定部分等も必要であり、その結果例えば直径３００ｍｍの半導体ウェハーを処理するのに必要なフラッシュランプ６９の長さは約９００ｍｍにもなるのである。一方、フラッシュランプ６９の配列方向（Ｘ方向）については半導体ウェハーを十分に覆うだけの本数を並べれば良く両端ランプ間の距離は４００ｍｍ程度で足る。従って、フラッシュランプ６９を収容するランプハウス５は当然に矩形形状となり、その長手方向はフラッシュランプ６９の長手方向と一致し、上記の場合Ｙ方向が９５０ｍｍで短尺方向であるＸ方向が４５０ｍｍ程度のサイズとなる。
【００３３】
そして、本実施形態では、図５の矢印ＡＲ５にて示すような搬送ロボット１５０による半導体ウェハーＷの搬出入方向とフラッシュランプ６９の長手方向（つまりランプハウス５の長手方向）とが垂直になるような配置構成にしているのである。このような配置構成とすることによって搬送ロボット１５０が搬送アーム１５１ａ，１５１ｂをスライド移動させて半導体ウェハーＷの受け渡しを行うのに必要な距離が最短となり、搬送ロボット１５０およびその搬送室１７０をコンパクトなものとすることができ、その結果熱処理装置１００自体もコンパクトなものとすることができる。また、搬送ロボット１５０と処理部１６０とを重複させて配置する必要がなくなるため、熱処理装置１００のメンテナンスも容易に行うことができる。
【００３４】
図３および図４に戻り、光源５と透光板６１との間には、光拡散板７２が配設されている。この光拡散板７２は、赤外線透過材料としての石英ガラスの表面に光拡散加工を施したものが使用される。
【００３５】
フラッシュランプ６９から放射された光の一部は直接に光拡散板７２および透光板６１を透過してチャンバー６５内へと向かう。また、フラッシュランプ６９から放射された光の他の一部は一旦リフレクタ７１によって反射されてから光拡散板７２および透光板６１を透過してチャンバー６５内へと向かう。
【００３６】
チャンバー６５内には、加熱プレート７４と熱拡散板７３とが設けられている。熱拡散板７３は加熱プレート７４の上面に貼着されている。また、熱拡散板７３の表面には、半導体ウェハーＷの位置ずれ防止ピン７５が付設されている。
【００３７】
加熱プレート７４は、半導体ウェハーＷを予備加熱（アシスト加熱）するためのものである。この加熱プレート７４は、窒化アルミニウムにて構成され、その内部にヒータと該ヒータを制御するためのセンサとを収納した構成を有する。一方、熱拡散板７３は、加熱プレート７４からの熱エネルギーを拡散して半導体ウェハーＷを均一に予備加熱するためのものである。この熱拡散板７３の材質としては、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３：酸化アルミニウム）や石英等の比較的熱伝導率が小さいものが採用される。
【００３８】
熱拡散板７３および加熱プレート７４は、モータ４０の駆動により、図３に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図４に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降する構成となっている。
【００３９】
すなわち、加熱プレート７４は、筒状体４１を介して移動板４２に連結されている。この移動板４２は、チャンバー６５の底板６２に釣支されたガイド部材４３により案内されて昇降可能となっている。また、ガイド部材４３の下端部には、固定板４４が固定されており、この固定板４４の中央部にはボールネジ４５を回転駆動するモータ４０が配設されている。そして、このボールネジ４５は、移動板４２と連結部材４６、４７を介して連結されたナット４８と螺合している。このため、熱拡散板７３および加熱プレート７４は、モータ４０の駆動により、図３に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置と図４に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置との間を昇降することができる。
【００４０】
図３に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置は、搬送ロボット１５０を使用して開口部６６から搬入した半導体ウェハーＷを支持ピン７０上に載置し、あるいは、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷを開口部６６から搬出することができるように、熱拡散板７３および加熱プレート７４が下降した位置である。この状態においては、支持ピン７０の上端は、熱拡散板７３および加熱プレート７４に形成された貫通孔を通過し、熱拡散板７３の表面より上方に突出する。
【００４１】
一方、図４に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置は、半導体ウェハーＷに対して熱処理を行うために、熱拡散板７３および加熱プレート７４が支持ピン７０の上端より上方に上昇した位置である。熱拡散板７３および加熱プレート７４が図３の搬入・搬出位置から図４の熱処理位置に上昇する過程において、支持ピン７０に載置された半導体ウェハーＷは熱拡散板７３によって受け取られ、その下面を熱拡散板７３の表面に支持されて上昇し、チャンバー６５内の透光板６１に近接した位置に水平姿勢にて保持される。逆に、熱拡散板７３および加熱プレート７４が熱処理位置から搬入・搬出位置に下降する過程においては、熱拡散板７３に支持された半導体ウェハーＷは支持ピン７０に受け渡される。
【００４２】
半導体ウェハーＷを支持する熱拡散板７３および加熱プレート７４が熱処理位置に上昇した状態においては、それらに保持された半導体ウェハーＷと光源５との間に透光板６１が位置することとなる。なお、このときの熱拡散板７３と光源５との間の距離についてはモータ４０の回転量を制御することにより任意の値に調整することが可能となっている。
【００４３】
また、チャンバー６５の底板６２と移動板４２との間には筒状体４１の周囲を取り囲むようにしてチャンバー６５を気密状体に維持するための伸縮自在の蛇腹７７が配設されている。熱拡散板７３および加熱プレート７４が熱処理位置まで上昇したときには蛇腹７７が収縮し、熱拡散板７３および加熱プレート７４が搬入・搬出位置まで下降したときには蛇腹７７が伸長してチャンバー６５内の雰囲気と外部雰囲気とを遮断する。
【００４４】
チャンバー６５における開口部６６と反対側の側板６３には、開閉弁８０に連通接続された導入路７８が形成されている。この導入路７８は、チャンバー６５内に処理に必要なガス、例えば不活性な窒素ガスを導入するためのものである。一方、側板６４における開口部６６には、開閉弁８１に連通接続された排出路７９が形成されている。この排出路７９は、チャンバー６５内の気体を排出するためのものであり、開閉弁８１を介して図示しない排気手段と接続されている。
【００４５】
次に、本発明にかかる熱処理装置１００による半導体ウェハーＷの熱処理動作について説明する。この熱処理装置１００において処理対象となる半導体ウェハーＷは、イオン注入後の半導体ウェハーである。ここでは、熱処理装置１００全体におけるウェハーフローについて説明した後、処理部１６０における処理内容について詳細に説明する。
【００４６】
熱処理装置１００では、まず、イオン注入後の半導体ウェハーＷがキャリア９１に複数枚収容された状態で基板収容部１１０上に載置される。そして、受渡ロボット１２０がキャリア９１から半導体ウェハーＷを１枚ずつ取り出し、位置決め部１３０に載置する。
【００４７】
位置決め部１３０にて位置決めが行われた半導体ウェハーＷは搬送ロボット１５０の上側の搬送アーム１５１ａにより搬送室１７０内へと取り出され、搬送ロボット１５０が処理部１６０を向くように旋回する。
【００４８】
搬送ロボット１５０が処理部１６０に向くと、下側の搬送アーム１５１ｂが処理部１６０から先行する処理済の半導体ウェハーＷを取り出し、上側の搬送アーム１５１ａが未処理の半導体ウェハーＷを処理部１６０へと搬入する。このときに搬送ロボット１５０は、フラッシュランプ６９の長手方向（ランプハウス５の長手方向）と垂直に搬送アーム１５１ａ，１５１ｂをスライド移動させる。
【００４９】
次に、搬送ロボット１５０は冷却部１４０に向くように旋回し、下側の搬送アーム１５１ｂが処理済の半導体ウェハーＷを冷却部１４０内に載置する。冷却部１４０にて冷却された半導体ウェハーＷは受渡ロボット１２０によりキャリア９１へと返却される。
【００５０】
処理部１６０での処理動作について更に説明を続ける。処理部１６０においては、熱拡散板７３および加熱プレート７４が図３に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置に配置された状態にて、搬送ロボット１５０により開口部６６を介して半導体ウェハーＷが搬入され、支持ピン７０上に載置される。半導体ウェハーＷの搬入が完了すれば、開口部６６がゲートバルブ６８により閉鎖される。しかる後、熱拡散板７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動により図４に示す半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇し、半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持する。また、開閉弁８０および開閉弁８１を開いてチャンバー６５内に窒素ガスの気流を形成する。
【００５１】
熱拡散板７３および加熱プレート７４は、加熱プレート７４に内蔵されたヒータの作用により予め所定温度に加熱されている。このため、熱拡散板７３および加熱プレート７４が半導体ウェハーＷの熱処理位置まで上昇した状態においては、半導体ウェハーＷが加熱状態にある熱拡散板７３と接触することにより予備加熱され、半導体ウェハーＷの温度が次第に上昇する。
【００５２】
この状態においては、半導体ウェハーＷは熱拡散板７３により継続して加熱される。そして、半導体ウェハーＷの温度上昇時には、図示しない温度センサにより、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを常に監視する。
【００５３】
なお、この予備加熱温度Ｔ１は、例えば２００℃ないし６００℃程度の温度である。半導体ウェハーＷをこの程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱したとしても、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散してしまうことはない。
【００５４】
やがて、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達すると、フラッシュランプ６９を点灯してフラッシュ加熱を行う。このフラッシュ加熱工程におけるフラッシュランプ６９の点灯時間は、０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の時間である。このように、フラッシュランプ６９においては、予め蓄えられていた静電エネルギーがこのように極めて短い光パルスに変換されることから、極めて強い閃光が照射されることになる。
【００５５】
このようなフラッシュ加熱により、半導体ウェハーＷの表面温度は瞬間的に温度Ｔ２に到達する。この温度Ｔ２は、１０００℃ないし１１００℃程度の半導体ウェハーＷのイオン活性化処理に必要な温度である。半導体ウェハーＷの表面がこのような処理温度Ｔ２にまで昇温されることにより、半導体ウェハーＷ中に打ち込まれたイオンが活性化される。
【００５６】
このとき、半導体ウェハーＷの表面温度が０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の極めて短い時間で処理温度Ｔ２まで昇温されることから、半導体ウェハーＷ中のイオン活性化は短時間で完了する。従って、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散することはなく、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまるという現象の発生を防止することが可能となる。なお、イオン活性化に必要な時間はイオンの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１０ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であってもイオン活性化は完了する。
【００５７】
また、フラッシュランプ６９を点灯して半導体ウェハーＷを加熱する前に、加熱プレート７４を使用して半導体ウェハーＷの表面温度を２００℃ないし６００℃程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱していることから、フラッシュランプ６９により半導体ウェハーＷを１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度Ｔ２まで速やかに昇温させることが可能となる。
【００５８】
フラッシュ加熱工程が終了した後に、熱拡散板７３および加熱プレート７４がモータ４０の駆動により図３に示す半導体ウェハーＷの搬入・搬出位置まで下降するとともに、ゲートバルブ６８により閉鎖されていた開口部６６が解放される。そして、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷが搬送ロボット１５０により搬出される。以上のようにして、一連の熱処理動作が完了する。
【００５９】
上述したように、本実施形態においては、搬送ロボット１５０による半導体ウェハーＷの搬出入方向とフラッシュランプ６９の長手方向（ランプハウス５の長手方向）とが垂直になるような配置構成にしている。ここで、例えば搬送ロボット１５０による半導体ウェハーＷの搬出入方向に対してランプハウス５を傾斜させて配置したり、その長手方向が平行となるような配置構成にすると、搬送ロボット１５０がフラッシュランプ６９の有効照射領域に半導体ウェハーＷを搬出入するために必要な搬送アーム１５１ａ，１５１ｂのスライド移動距離が長くなる。その結果、搬送ロボット１５０および搬送室１７０が大型化し、ひいては熱処理装置１００自体も大型化するのである。
【００６０】
搬送ロボット１５０の一部を処理部１６０にはめ込むような配置構成とすれば、搬送ロボット１５０を大型化することなく有効照射領域に半導体ウェハーＷを搬出入することも可能となる。しかし、このようにした場合は、構成が複雑となり、処理部１６０および搬送ロボット１５０の双方のメンテナンスが困難となる。
【００６１】
これに対して、本実施形態のようにすれば、搬送ロボット１５０が搬送アーム１５１ａ，１５１ｂをスライド移動させて半導体ウェハーＷの受け渡しを行うのに必要な距離が最短となり、搬送ロボット１５０を大型化したり一部を処理部１６０にはめ込むような配置構成とすることなく、有効照射領域に半導体ウェハーＷを搬出入することが可能である。その結果、搬送ロボット１５０およびその搬送室１７０をコンパクトなものとすることができ、ひいては熱処理装置１００自体もコンパクトなものとすることができる。また、搬送ロボット１５０と処理部１６０とを個別に配置することができるため、熱処理装置１００のメンテナンスも容易に行うことができる。さらに、ランプハウス５の長手方向両端部にはフラッシュランプ６９の電極固定部が設けられているのであるが、本実施形態のような配置構成を採れば、それら電極固定部と搬送ロボット１５０との干渉を防ぐこともできる。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においてはランプハウス５に２７本のフラッシュランプ６９を備えるようにしていたが、これに限定されずフラッシュランプ６９の本数は任意のものとすることができる。
【００６３】
また、上記実施の形態では、基板収容部１１０にキャリア９１が２つ載置されるが、キャリア９１が１つだけ載置されてもよく、３つ以上であってもよい。また、受渡ロボット１２０が２つのキャリア９１間を移動するようになっているが、受渡ロボット１２０が２つ設けられてもよい。
【００６４】
また、搬送ロボット１５０の上側の搬送アーム１５１ａを未処理の半導体ウェハーＷを保持する専用のアームとして設計し、下側の搬送アーム１５１ｂを処理済の半導体ウェハーＷを保持する専用のアームとして設計することにより、搬送ロボット１５０の小型化、および搬送の信頼性の向上を図ることができる。
【００６５】
また、図６に示すように、搬送ロボット１５０の周囲に複数の処理部１６０を配置するようにしても良い。図６に示す例では、搬送ロボット１５０の三方に処理部１６０を配置しており、それぞれの処理部１６０は、搬送ロボット１５０による半導体ウェハーＷの搬出入方向とフラッシュランプ６９の長手方向（ランプハウス５の長手方向）とが垂直になるような配置としている。なお、残りの一方には図１に示すのと同様に、位置決め部１３０および冷却部１４０が配置されている。このような配置構成であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
また、上記実施形態においては、半導体ウェハーに光を照射してイオン活性化処理を行うようにしていたが、本発明にかかる熱処理装置による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い。例えば、窒化シリコン膜や多結晶シリコン膜等の種々のシリコン膜が形成されたガラス基板に対して本発明にかかる熱処理装置による処理を行っても良い。一例として、ＣＶＤ法によりガラス基板上に形成した多結晶シリコン膜にシリコンをイオン注入して非晶質化した非晶質シリコン膜を形成し、さらにその上に反射防止膜となる酸化シリコン膜を形成する。この状態で、本発明にかかる熱処理装置により非晶質のシリコン膜の全面に光照射を行い、非晶質のシリコン膜が多結晶化した多結晶シリコン膜を形成することもできる。
【００６７】
また、ガラス基板上に下地酸化シリコン膜、アモルファスシリコンを結晶化したポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜にリンやボロン等の不純物をドーピングした構造のＴＦＴ基板に対して本発明にかかる熱処理装置により光照射を行い、ドーピング工程で打ち込まれた不純物の活性化を行うこともできる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、搬送ロボットによる基板の搬出入方向とフラッシュランプの長手方向とが実質的に垂直となるようにランプハウスを配置するため、フラッシュランプの有効照射領域への搬送アームの移動距離を最短にすることができ、搬送ロボットを大型化したりチャンバーに搬送ロボットの一部を組み込んだりすることなく、有効照射領域への基板搬出入を行うことが可能となり、その結果熱処理装置をコンパクトでしかもメンテナンス性に優れたものとすることができる。
【００６９】
また、請求項２の発明によれば、複数のフラッシュランプの長手方向をランプハウスの矩形の長手方向と一致させるとともに、搬送ロボットによる基板の搬出入方向とランプハウスの長手方向とが実質的に垂直となるようにランプハウスを配置するため、フラッシュランプの有効照射領域への搬送アームの移動距離を最短にすることができ、搬送ロボットを大型化したりチャンバーに搬送ロボットの一部を組み込んだりすることなく、有効照射領域への基板搬出入を行うことが可能となり、その結果熱処理装置をコンパクトでしかもメンテナンス性に優れたものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱処理装置を示す平面図である。
【図２】本発明にかかる熱処理装置を示す正面図である。
【図３】図１，２の熱処理装置の処理部を示す側断面図である。
【図４】図１，２の熱処理装置の処理部を示す側断面図である。
【図５】キセノンフラッシュランプの配列形態を説明するための図である。
【図６】処理部および搬送ロボットの配置構成の他の例を示す図である。
【符号の説明】
５ランプハウス
６５チャンバー
６９フラッシュランプ
１００熱処理装置
１５０搬送ロボット
１５１ａ，１５１ｂ搬送アーム
１６０処理部
Ｗ半導体ウェハー

Claims

基板に対して閃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であって、
それぞれが長尺の円筒形状を有する複数の棒状のフラッシュランプと、
前記複数のフラッシュランプのそれぞれをその長手方向を略水平方向に沿わせるとともに、前記長手方向と略垂直な略水平方向に沿って前記複数のフラッシュランプを配列した状態で収容するランプハウスと、
前記ランプハウスの下方に設けられ、基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバーに対して搬送アームを進退移動させることによって基板を搬出入する搬送ロボットと、
を備え、
前記搬送ロボットによる基板の搬出入方向と前記長手方向とが実質的に垂直となるように前記ランプハウスを配置することを特徴とする熱処理装置。
基板に対して閃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であって、
それぞれが長尺の円筒形状を有する複数の棒状のフラッシュランプと、
前記複数のフラッシュランプのそれぞれをその長手方向を略水平方向に沿わせるとともに、前記長手方向と略垂直な略水平方向に沿って前記複数のフラッシュランプを配列した状態で収容する矩形のランプハウスと、
前記ランプハウスの下方に設けられ、基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバーに対して搬送アームを進退移動させることによって基板を搬出入する搬送ロボットと、
を備え、
前記複数のフラッシュランプの長手方向を前記ランプハウスの矩形の長手方向と一致させるとともに、
前記搬送ロボットによる基板の搬出入方向と前記ランプハウスの長手方向とが実質的に垂直となるように前記ランプハウスを配置することを特徴とする熱処理装置。