KR101999474B1 - 열처리 장치 및 열처리 방법 - Google Patents

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다카히로 기타자와
가즈히코 후세
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

기판의 상면의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공한다.
면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼(W)에 플래시광을 조사했을 때에는, ＜100＞방향을 따른 직경을 축으로 하여 반도체 웨이퍼(W)가 휘어진다. 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 직경이 상부 방사 온도계(25)의 광축과 일치하도록 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정하여 서셉터(74)에 재치함으로써, 플래시 광조사 시에 반도체 웨이퍼(W)의 휨이 최소가 되는 방향을 따른 직경이 상부 방사 온도계(25)의 광축과 일치한다. 그 결과, 플래시 광조사 시에도, 상부 방사 온도계(25)의 광축 방향에서는 반도체 웨이퍼(W)에 거의 휨이 생기지 않기 때문에, 방사율도 거의 변화되지 않고, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.

Description

열처리 장치 및 열처리 방법{HEAT TREATMENT APPARATUS AND HEAT TREATMENT METHOD}
본 발명은, 원판형상의 반도체 웨이퍼 등의 박판형상 정밀 전자 기판(이하, 간단히 「기판」이라고 칭한다)에 플래시광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치 및 열처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 불순물 도입은 반도체 웨이퍼 내에 pn접합을 형성하기 위한 필수의 공정이다. 현재, 불순물 도입은, 이온 주입법과 그 후의 어닐법에 의해 이루어지는 것이 일반적이다. 이온 주입법은, 붕소(B), 비소(As), 인(P)과 같은 불순물의 원소를 이온화시키고 고가속 전압으로 반도체 웨이퍼에 충돌시켜 물리적으로 불순물 주입을 행하는 기술이다. 주입된 불순물은 어닐 처리에 의해 활성화된다. 이 때에, 어닐 시간이 몇 초 정도 이상이면, 주입된 불순물이 열에 의해 깊게 확산되어, 그 결과 접합 깊이가 요구보다 너무 깊어져 양호한 디바이스 형성에 지장이 생길 우려가 있다.
그래서, 극히 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 어닐 기술로서, 최근 플래시 램프 어닐(FLA)이 주목되고 있다. 플래시 램프 어닐은, 크세논 플래시 램프(이하, 간단히 「플래시 램프」라고 할 때에는 크세논 플래시 램프를 의미한다)를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시광을 조사함으로써, 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면 만을 극히 단시간(수밀리 세컨드 이하)에 승온시키는 열처리 기술이다.
크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역부터 근적외역이며, 종래의 할로겐 램프보다 파장이 짧아, 실리콘의 반도체 웨이퍼의 기초 흡수대와 거의 일치하고 있다. 따라서, 크세논 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼에 플래시광을 조사했을 때에는, 투과광이 적어 반도체 웨이퍼를 급속히 승온시키는 것이 가능하다. 또, 수밀리 세컨드 이하의 극히 단시간의 플래시 광조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방 만을 선택적으로 승온시킬 수 있는 것도 판명되어 있다. 이 때문에, 크세논 플래시 램프에 의한 극히 단시간의 승온이면, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화 만을 실행할 수 있는 것이다.
플래시 램프 어닐에 한하지 않고, 반도체 웨이퍼의 열처리에 있어서는, 웨이퍼 온도의 관리가 중요해진다. 특허 문헌 1, 2에는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼의 비스듬한 상방에 방사 온도계를 설치하고, 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 방사된 방사광을 수광하여 당해 표면의 온도를 측정하는 기술이 개시되어 있다.
일본국 특허공개 2012-238779호 공보 일본국 특허공개 2012-238782호 공보
그러나, 플래시 램프 어닐 장치에 있어서는, 극히 높은 에너지를 가지는 플래시광을 순간적으로 반도체 웨이퍼의 표면에 조사하기 때문에, 일순간에 반도체 웨이퍼의 표면 온도가 급속히 상승되고, 웨이퍼 표면에 급격한 열팽창이 생겨 반도체 웨이퍼가 휘어지듯이 변형되는 것이 판명되어 있다. 이러한 플래시 광조사 시의 반도체 웨이퍼의 휨에 의해 방사 온도계에 의한 온도 측정에 오차가 생긴다는 문제가 발생하고 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 플래시 광조사에 의해 기판에 휨이 생긴 경우에도, 기판의 상면의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 원판형상의 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판의 방향을 조정하는 얼라인먼트 기구와, 상기 기판을 수용하여 가열 처리를 행하는 챔버와, 상기 챔버 내에 설치되며, 상기 기판을 재치(載置)하여 유지하는 서셉터와, 상기 얼라인먼트 기구로부터 상기 챔버 내의 상기 서셉터에 상기 기판을 반송하는 반송부와, 상기 챔버의 상방에 설치되며, 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 상면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와, 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 비스듬한 상방에 설치되며, 상기 기판의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 상면의 온도를 측정하는 방사 온도계를 구비하고, 상기 얼라인먼트 기구는, 상기 플래시 램프로부터 플래시광이 조사되었을 때에, 상기 기판의 휨이 최소가 되는 방향을 따른 직경이 상기 방사 온도계의 광축과 일치하도록 상기 기판의 방향을 조정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 관련된 열처리 장치에 있어서, 상기 기판은 면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼이며, 상기 기판의 ＜100＞방향을 따른 직경이 상기 방사 온도계의 광축과 일치하도록 상기 기판의 방향을 조정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 원판형상의 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판의 방향을 조정하는 얼라인먼트 기구와, 상기 기판을 수용하여 가열 처리를 행하는 챔버와, 상기 챔버 내에 설치되며, 상기 기판을 재치하여 유지하는 서셉터와, 상기 얼라인먼트 기구로부터 상기 챔버 내의 상기 서셉터에 상기 기판을 반송하는 반송부와, 상기 챔버의 상방에 설치되며, 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 상면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와, 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 비스듬한 상방에 설치되며, 상기 기판의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 상면의 온도를 측정하는 방사 온도계를 구비하고, 상기 기판은 면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼이며, 상기 얼라인먼트 기구는, 상기 기판의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경의 이등분선이 상기 방사 온도계의 광축과 일치하도록 상기 기판의 방향을 조정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 원판형상의 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판의 방향을 조정하는 얼라인먼트 기구와, 상기 기판을 수용하여 가열 처리를 행하는 챔버와, 상기 챔버 내에 설치되며, 상기 기판을 재치하여 유지하는 서셉터와, 상기 얼라인먼트 기구로부터 상기 챔버 내의 상기 서셉터에 상기 기판을 반송하는 반송부와, 상기 챔버의 상방에 설치되며, 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 상면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와, 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 비스듬한 상방에 설치되며, 상기 기판의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 상면의 온도를 측정하는 제1 방사 온도계와, 상기 기판의 비스듬한 상방에 상기 기판의 중심으로부터 봐서 상기 제1 방사 온도계와 90° 떨어진 위치에 설치되며, 상기 기판의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 상면의 온도를 측정하는 제2 방사 온도계를 구비하고, 상기 기판은 면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼이며, 상기 얼라인먼트 기구는, 상기 기판의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경이 상기 제1 방사 온도계 및 상기 제2 방사 온도계의 광축과 일치하도록 상기 기판의 방향을 조정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 원판형상의 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 챔버 내에 설치된 서셉터에 기판을 재치하여 유지하는 이재(移載) 공정과, 상기 챔버의 상방에 설치된 플래시 램프로부터 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 상면에 플래시광을 조사하는 조사 공정과, 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 비스듬한 상방에 설치된 방사 온도계가 상기 기판의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 상면의 온도를 측정하는 온도 측정 공정을 구비하고, 상기 재치 공정에서는, 상기 조사 공정에서 플래시광이 조사되었을 때에, 상기 기판의 휨이 최소가 되는 방향을 따른 직경이 상기 방사 온도계의 광축과 일치하도록 상기 기판을 상기 서셉터에 재치하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6의 발명은, 청구항 5의 발명에 관련된 열처리 방법에 있어서, 상기 기판은 면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼이며, 상기 이재 공정에서는, 상기 기판의 ＜100＞방향을 따른 직경이 상기 방사 온도계의 광축과 일치하도록 상기 기판을 상기 서셉터에 재치하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 7의 발명은, 원판형상의 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 챔버 내에 설치된 서셉터에 기판을 재치하여 유지하는 이재 공정과, 상기 챔버의 상방에 설치된 플래시 램프로부터 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 상면에 플래시광을 조사하는 조사 공정과, 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 비스듬한 상방에 설치된 방사 온도계가 상기 기판의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 상면의 온도를 측정하는 온도 측정 공정을 구비하고, 상기 기판은 면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼이며, 상기 이재 공정에서는, 상기 기판의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경의 이등분선이 상기 방사 온도계의 광축과 일치하도록 상기 기판을 상기 서셉터에 재치하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 8의 발명은, 원판형상의 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 챔버 내에 설치된 서셉터에 기판을 재치하여 유지하는 이재 공정과, 상기 챔버의 상방에 설치된 플래시 램프로부터 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 상면에 플래시광을 조사하는 조사 공정과, 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 비스듬한 상방에 설치된 제1 방사 온도계 또는 상기 기판의 비스듬한 상방에 상기 기판의 중심으로부터 봐서 상기 제1 방사 온도계와 90° 떨어진 위치에 설치된 제2 방사 온도계가 상기 기판의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 상면의 온도를 측정하는 온도 측정 공정을 구비하고, 상기 기판은 면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼이며, 상기 이재 공정에서는, 상기 기판의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경이 상기 제1 방사 온도계 및 상기 제2 방사 온도계의 광축과 일치하도록 상기 기판을 상기 서셉터에 재치하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 및 청구항 2의 발명에 의하면, 플래시광이 조사되었을 때에, 기판의 휨이 최소가 되는 방향을 따른 직경이 방사 온도계의 광축과 일치하도록 기판의 방향을 조정하기 때문에, 플래시 광조사에 의해 기판에 휨이 생긴 경우에도, 방사 온도계의 광축 방향에서는 기판에 거의 휨이 생기지 않기 때문에, 방사율도 거의 변화되지 않고, 기판의 상면의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
청구항 3의 발명에 의하면, 면방위가 (100)면인 기판의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경의 이등분선이 방사 온도계의 광축과 일치하도록 기판의 방향을 조정하기 때문에, 플래시 광조사에 의해 기판에 휨이 생긴 경우에도, 방사 온도계의 광축 방향에서는 기판 휨을 억제할 수 있어, 기판의 상면의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
청구항 4의 발명에 의하면, 면방위가 (100)면인 기판의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경이 제1 방사 온도계 및 제2 방사 온도계의 광축과 일치하도록 기판의 방향을 조정하기 때문에, 플래시 광조사에 의해 기판에 휨이 생긴 경우에도, 제1 방사 온도계 또는 제2 방사 온도계 중 하나의 광축 방향에서는 기판에 거의 휨이 생기지 않기 때문에, 방사율도 거의 변화되지 않고, 기판의 상면의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
청구항 5 및 청구항 6의 발명에 의하면, 플래시광이 조사되었을 때에, 기판의 휨이 최소가 되는 방향을 따른 직경이 방사 온도계의 광축과 일치하도록 기판을 서셉터에 재치하기 때문에, 플래시 광조사에 의해 기판에 휨이 생긴 경우에도, 방사 온도계의 광축 방향에서는 기판에 거의 휨이 생기지 않기 때문에, 방사율도 거의 변화되지 않고, 기판의 상면의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
청구항 7의 발명에 의하면, 면방위가 (100)면인 기판의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경의 이등분선이 방사 온도계의 광축과 일치하도록 기판을 상기 서셉터에 재치하기 때문에, 플래시 광조사에 의해 기판에 휨이 생긴 경우에도, 방사 온도계의 광축 방향에서는 기판 휨을 억제할 수 있어, 기판의 상면의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
청구항 8의 발명에 의하면, 면방위가 (100)면인 기판의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경이 제1 방사 온도계 및 제2 방사 온도계의 광축과 일치하도록 기판을 서셉터에 재치하기 때문에, 플래시 광조사에 의해 기판에 휨이 생긴 경우에도, 제1 방사 온도계 또는 제2 방사 온도계 중 어느 하나의 광축 방향에서는 기판에 거의 휨이 생기지 않기 때문에, 방사율도 거의 변화되지 않고, 기판의 상면의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관련된 열처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 열처리 장치의 정면도이다.
도 3은 플래시 가열부의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 4는 유지부의 전체 외관을 나타내는 사시도이다.
도 5는 서셉터의 평면도이다.
도 6은 서셉터의 단면도이다.
도 7은 이재 기구의 평면도이다.
도 8은 이재 기구의 측면도이다.
도 9는 복수의 할로겐 램프의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 10은 반도체 웨이퍼에 대한 측정 각도에 따른 방사율의 변화를 나타내는 도이다.
도 11은 반도체 웨이퍼에 휨이 생겼을 때의 방사율의 변화를 나타내는 도이다.
도 12는 서셉터에 재치하는 반도체 웨이퍼의 방향을 설명하기 위한 도이다.
도 13은 제2 실시 형태에서의 반도체 웨이퍼의 방향 조정을 설명하기 위한 도이다.
도 14는 제3 실시 형태에서의 반도체 웨이퍼의 방향 조정을 설명하기 위한 도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시의 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
＜제1 실시 형태＞
우선, 본 발명에 관련된 열처리 장치(100)의 전체 개략 구성에 대해서 간단하게 설명한다. 도 1은, 본 발명에 관련된 열처리 장치(100)를 나타내는 평면도이며, 도 2는 그 정면도이다. 열처리 장치(100)는 기판으로서 원판형상의 반도체 웨이퍼(W)에 플래시광을 조사하고 그 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 플래시 램프 어닐 장치이다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 사이즈는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 φ300mm나 φ450mm이다. 열처리 장치(100)에 반입되기 전의 반도체 웨이퍼(W)에는 불순물이 주입되어 있으며, 열처리 장치(100)에 의한 가열 처리에 의해 주입된 불순물의 활성화 처리가 실행된다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도에 있어서는, 이해 용이를 위해, 필요에 따라 각 부의 치수나 수를 과장 또는 간략화하여 그리고 있다. 또, 도 1, 2 및 이후의 각 도에 있어서는, 그들의 방향 관계를 명확하게 하기 위해 Z축방향을 연직 방향으로 하고, XY평면을 수평면으로 하는 XYZ 직교좌표계를 필요에 따라 붙이고 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 열처리 장치(100)는, 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 외부로부터 장치 내에 반입함과 함께 처리가 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 장치 밖으로 반출하기 위한 인덱서부(101), 미처리 반도체 웨이퍼(W)의 위치 결정을 행하는 얼라인먼트부(130), 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각을 행하는 냉각부(140), 반도체 웨이퍼(W)에 플래시 가열 처리를 실시하는 플래시 가열부(160) 및 얼라인먼트부(130), 냉각부(140) 및 플래시 가열부(160)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 반송을 행하는 반송 로봇(150)을 구비한다. 또, 열처리 장치(100)는, 상기의 각 처리부에 설치된 동작 기구 및 반송 로봇(150)을 제어하여 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 가열 처리를 진행시키는 제어부(3)를 구비한다.
인덱서부(101)는, 복수의 캐리어(C)(본 실시 형태에서는 2개)를 늘어놓아 재치하는 로드 포트(110)와, 각 캐리어(C)로부터 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 취출함과 함께, 각 캐리어(C)에 처리가 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 수납하는 수도(受渡) 로봇(120)을 구비하고 있다. 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C)는 무인 반송차(AGV, OHT) 등에 의해 반송되어 로드 포트(110)에 재치됨과 함께, 처리가 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C)는 무인 반송차에 의해 로드 포트(110)로부터 운반된다. 또, 로드 포트(110)에 있어서는, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)에 대해 임의의 반도체 웨이퍼(W)의 출납을 행할 수 있도록, 캐리어(C)가 도 2의 화살표 CU로 나타내는 바와 같이 승강 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 캐리어(C)의 형태로서는, 반도체 웨이퍼(W)를 밀폐 공간에 수납하는 FOUP(front opening unified pod) 외에, SMIF(Standard Mechanical Inter Face) 포드나 수납한 반도체 웨이퍼(W)를 바깥 공기에 노출시키는 OC(open cassette)여도 된다.
또, 수도 로봇(120)은, 도 1의 화살표 120S로 나타내는 바와 같은 슬라이드 이동, 화살표 120R로 나타내는 바와 같은 선회 동작 및 승강 동작이 가능하게 되어 있다. 이것에 의해, 수도 로봇(120)은, 2개의 캐리어(C)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 출납을 행함과 함께, 얼라인먼트부(130) 및 냉각부(140)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행한다. 수도 로봇(120)에 의한 캐리어(C)에 대한 반도체 웨이퍼(W)의 출납은, 핸드(121)의 슬라이드 이동, 및, 캐리어(C)의 승강 이동에 의해 행해진다. 또, 수도 로봇(120)과 얼라인먼트부(130) 또는 냉각부(140)의 반도체 웨이퍼(W)의 수도는, 핸드(121)의 슬라이드 이동, 및, 수도 로봇(120)의 승강 동작에 의해 행해진다.
얼라인먼트부(130)는, 반도체 웨이퍼(W)를 수평면 내에서 회전시켜 이어지는 플래시 가열에 적절한 방향을 향하게 하는 처리부이다. 얼라인먼트부(130)는, 알루미늄 합금제의 하우징인 얼라인먼트 챔버(131)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지하여 회전시키는 기구, 및, 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 형성된 노치나 오리엔테이션 플랫 등을 광학적으로 검출하는 기구 등을 설치하여 구성된다. 수도 로봇(120)으로부터 얼라인먼트 챔버(131)로는 웨이퍼 중심이 소정의 위치에 위치하도록 반도체 웨이퍼(W)가 건네진다. 얼라인먼트부(130)에서는, 인덱서부(101)로부터 받은 반도체 웨이퍼(W)의 중심부를 회전 중심으로 하여 연직 방향축 둘레에서 회전시켜, 노치 등을 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다.
열처리 장치(100)의 주요부인 플래시 가열부(160)는, 예비 가열을 행한 반도체 웨이퍼(W)에 크세논 플래시 램프(FL)로부터의 섬광(플래시광)을 조사하여 플래시 가열 처리를 행하는 기판 처리부이다. 이 플래시 가열부(160)의 상세에 대해서는 더 후술한다.
냉각부(140)는, 알루미늄 합금제의 하우징인 쿨 챔버(141)의 내부에, 금속제의 냉각 플레이트의 상면에 석영판을 재치하여 구성되어 있다. 플래시 가열부(160)에서 플래시 가열 처리가 실시된 직후의 반도체 웨이퍼(W)는 온도가 높기 때문에, 냉각부(140)에서 상기 석영판 상에 재치되어 냉각된다.
반송 로봇(150)은, 연직 방향을 따른 축을 중심으로 화살표 150R로 나타내는 바와 같이 선회 가능하게 됨과 함께, 복수의 아암 세그먼트로 이루어지는 2개의 링크 기구를 가지며, 그들 2개의 링크 기구의 선단에는 각각 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 반송 핸드(151a, 151b)가 설치된다. 이들 반송 핸드(151a, 151b)는 상하로 소정의 피치만큼 떨어져 배치되며, 링크 기구에 의해 각각 독립적으로 동일 수평 방향으로 직선적으로 슬라이드 이동 가능하게 되어 있다. 또, 반송 로봇(150)은, 2개의 링크 기구가 설치되는 베이스를 승강 이동함으로써, 소정의 피치만큼 떨어진 상태인 채로 2개의 반송 핸드(151a, 151b)를 승강 이동시킨다.
또, 반송 로봇(150)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 반송 공간으로서 반송 로봇(150)을 수용하는 반송 챔버(170)가 설치되어 있으며, 얼라인먼트 챔버(131), 쿨 챔버(141) 및 플래시 가열부(160)의 프로세스 챔버(6)가 반송 챔버(170)에 연결되어 배치되어 있다. 반송 로봇(150)이 얼라인먼트 챔버(131), 쿨 챔버(141) 또는 플래시 가열부(160)의 프로세스 챔버(6)를 수도 상대로 하여 반도체 웨이퍼(W)의 수도(출납)를 행할 때에는, 우선, 양 반송 핸드(151a, 151b)가 수도 상대와 대향하도록 선회하고, 그 후 (또는 선회하고 있는 동안에) 승강 이동하여 어느 하나의 반송 핸드가 수도 상대와 반도체 웨이퍼(W)를 수도하는 높이에 위치한다. 그리고, 반송 핸드(151a(151b))를 수평 방향으로 직선적으로 슬라이드 이동시켜 수도 상대와 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행한다.
얼라인먼트부(130)의 얼라인먼트 챔버(131) 및 냉각부(140)의 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101) 사이에는 각각 게이트 밸브(181, 182)가 설치되어 있다. 또, 반송 챔버(170)와 얼라인먼트 챔버(131), 쿨 챔버(141) 및 플래시 가열부(160)의 프로세스 챔버(6) 사이에는 각각 게이트 밸브(183, 184, 185)가 설치된다. 열처리 장치(100) 내에서 반도체 웨이퍼(W)가 반송될 때에는, 적절히 이들 게이트 밸브가 개폐된다. 또, 얼라인먼트 챔버(131), 쿨 챔버(141) 및 반송 챔버(170)의 내부가 청정하게 유지되도록 각각에 질소 가스 공급부(도시 생략)로부터 고순도의 질소 가스가 공급되고, 잉여의 질소 가스는 적절히 배기관으로부터 배기된다.
다음에, 플래시 가열부(160)의 구성에 대해서 설명한다. 도 3은, 플래시 가열부(160)의 구성을 나타내는 종단면도이다. 플래시 가열부(160)는, 반도체 웨이퍼(W)를 수용하여 가열 처리를 행하는 프로세스 챔버(6)와, 복수의 플래시 램프(FL)를 내장하는 플래시 램프 하우스(5)와, 복수의 할로겐 램프(HL)를 내장하는 할로겐 램프 하우스(4)를 구비한다. 프로세스 챔버(6)의 상측에 플래시 램프 하우스(5)가 설치됨과 함께, 하측에 할로겐 램프 하우스(4)가 설치되어 있다. 또, 플래시 가열부(160)는, 프로세스 챔버(6)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 유지하는 유지부(7)와, 유지부(7)와 반송 로봇(150) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 행하는 이재 기구(10)를 구비한다.
프로세스 챔버(6)는, 통형상의 챔버 측부(61)의 상하에 석영제의 챔버 창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통형상을 가지고 있으며, 상측 개구에는 상측 챔버 창(63)이 장착되어 폐색되며, 하측 개구에는 하측 챔버 창(64)이 장착되어 폐색되어 있다. 프로세스 챔버(6)의 천정부를 구성하는 상측 챔버 창(63)은, 석영에 의해 형성된 원판형상 부재이며, 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광을 프로세스 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다. 또, 프로세스 챔버(6)의 바닥부를 구성하는 하측 챔버 창(64)도, 석영에 의해 형성된 원판형상 부재이며, 할로겐 램프(HL)로부터의 광을 프로세스 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다.
또, 챔버 측부(61)의 내측의 벽면의 상부에는 반사 링(68)이 장착되며, 하부에는 반사 링(69)이 장착되어 있다. 반사 링(68, 69)은, 모두 원환형상으로 형성되어 있다. 상측의 반사 링(68)은, 챔버 측부(61)의 상측으로부터 끼워넣음으로써 장착된다. 한편, 하측의 반사 링(69)은, 챔버 측부(61)의 하측으로부터 끼워넣어 도시 생략한 나사로 고정함으로써 장착된다. 즉, 반사 링(68, 69)은, 모두 착탈 가능하게 챔버 측부(61)에 장착되는 것이다. 프로세스 챔버(6)의 내측 공간, 즉 상측 챔버 창(63), 하측 챔버 창(64), 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)에 의해 둘러싸이는 공간이 열처리 공간(65)으로서 규정된다.
챔버 측부(61)에 반사 링(68, 69)이 장착됨으로써, 프로세스 챔버(6)의 내벽면에 오목부(62)가 형성된다. 즉, 챔버 측부(61)의 내벽면 중 반사 링(68, 69)이 장착되어 있지 않은 중앙 부분과, 반사 링(68)의 하단면과, 반사 링(69)의 상단면으로 둘러싸인 오목부(62)가 형성된다. 오목부(62)는, 프로세스 챔버(6)의 내벽면에 수평 방향을 따라 원환형상으로 형성되며, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 위요한다. 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)은, 강도와 내열성이 우수한 금속 재료(예를 들면, 스테인리스 스틸)로 형성되어 있다.
또, 챔버 측부(61)에는, 프로세스 챔버(6)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 반송 개구부(로구(爐口))(66)가 형성되어 있다. 반송 개구부(66)는, 게이트 밸브(185)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 반송 개구부(66)는 오목부(62)의 외주면에 연통 접속되어 있다. 이 때문에, 게이트 밸브(185)가 반송 개구부(66)를 개방하고 있을 때에는, 반송 개구부(66)로부터 오목부(62)를 통과하여 열처리 공간(65)으로의 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 열처리 공간(65)으로부터의 반도체 웨이퍼(W)의 반출을 행할 수 있다. 또, 게이트 밸브(185)가 반송 개구부(66)를 폐쇄하면 프로세스 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 밀폐 공간이 된다.
또한, 챔버 측부(61)에는, 반도체 웨이퍼(W)의 상면으로부터 방사된 적외광을 후술하는 상부 방사 온도계(25)로 이끌기 위한 관통 구멍(61a)과, 후술하는 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 적외광을 하부 방사 온도계(20)로 이끌기 위한 관통 구멍(61b)이 형성되어 있다. 관통 구멍(61a)의 열처리 공간(65)측의 위치에는, 상부 방사 온도계(25)가 측정 가능한 파장 영역의 적외광을 투과시키는 불화 칼슘 재료로 이루어지는 투명창(26)이 장착되어 있다. 또, 관통 구멍(61b)의 열처리 공간(65)측의 위치에는, 하부 방사 온도계(20)가 측정 가능한 파장 영역의 적외광을 투과시키는 불화 바륨 재료로 이루어지는 투명창(21)이 장착되어 있다.
또, 프로세스 챔버(6)의 내벽 상부에는 열처리 공간(65)에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(81)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(81)은, 오목부(62)보다 상측 위치에 형성되어 있으며, 반사 링(68)에 설치되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 프로세스 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형상으로 형성된 완충 공간(82)을 통하여 가스 공급관(83)에 연통 접속되어 있다. 가스 공급관(83)은 처리 가스 공급원(85)에 접속되어 있다. 또, 가스 공급관(83)의 경로 도중에는 밸브(84)가 삽입되어 있다. 밸브(84)가 개방되면, 처리 가스 공급원(85)으로부터 완충 공간(82)에 처리 가스가 송급된다. 완충 공간(82)에 유입된 처리 가스는, 가스 공급 구멍(81)보다 유체 저항이 작은 완충 공간(82) 내를 퍼지도록 흘러 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65) 내로 공급된다. 처리 가스로서는, 질소(N2) 등의 불활성 가스, 또는, 수소(H2), 암모니아(NH3) 등의 반응성 가스를 이용할 수 있다(본 실시 형태에서는 질소).
한편, 프로세스 챔버(6)의 내벽 하부에는 열처리 공간(65) 내의 기체를 배기하는 가스 배기 구멍(86)이 형성되어 있다. 가스 배기 구멍(86)은, 오목부(62)보다 하측 위치에 형성되어 있으며, 반사 링(69)에 설치되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 프로세스 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형상으로 형성된 완충 공간(87)을 통하여 가스 배기관(88)에 연통 접속되어 있다. 가스 배기관(88)은 배기부(190)에 접속되어 있다. 또, 가스 배기관(88)의 경로 도중에는 밸브(89)가 삽입되어 있다. 밸브(89)가 개방되면, 열처리 공간(65)의 기체가 가스 배기 구멍(86)으로부터 완충 공간(87)을 거쳐 가스 배기관(88)으로 배출된다. 또한, 가스 공급 구멍(81) 및 가스 배기 구멍(86)은, 프로세스 챔버(6)의 둘레방향을 따라 복수 설치되어 있어도 되고, 슬릿형상의 것이어도 된다. 또, 처리 가스 공급원(85) 및 배기부(190)는, 열처리 장치(100)에 설치된 기구여도 되고, 열처리 장치(100)가 설치되는 공장의 유틸리티여도 된다.
또, 반송 개구부(66)의 선단에도 열처리 공간(65) 내의 기체를 배출하는 가스 배기관(191)이 접속되어 있다. 가스 배기관(191)은 밸브(192)를 통하여 배기부(190)에 접속되어 있다. 밸브(192)를 개방함으로써, 반송 개구부(66)를 통하여 프로세스 챔버(6) 내의 기체가 배기된다.
도 4는, 유지부(7)의 전체 외관을 나타내는 사시도이다. 유지부(7)는, 기대 링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)를 구비하여 구성된다. 기대 링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)는 모두 석영으로 형성되어 있다. 즉, 유지부(7)의 전체가 석영으로 형성되어 있다.
기대 링(71)은 원환형상으로부터 일부가 결락된 원호형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대 링(71)의 간섭을 막기 위해 설치되어 있다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 저면에 재치됨으로써, 프로세스 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 1 참조). 기대 링(71)의 상면에, 그 원환형상의 둘레방향을 따라 복수의 연결부(72)(본 실시 형태에서는 4개)가 세워 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의해 기대 링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대 링(71)에 설치된 4개의 연결부(72)에 의해 지지된다. 도 5는, 서셉터(74)의 평면도이다. 또, 도 6은, 서셉터(74)의 단면도이다. 서셉터(74)는, 유지 플레이트(75), 가이드 링(76) 및 복수의 기판 지지핀(77)을 구비한다. 유지 플레이트(75)는, 석영으로 형성된 대략 원형의 평판형상 부재이다. 유지 플레이트(75)의 직경은 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 크다. 즉, 유지 플레이트(75)는, 반도체 웨이퍼(W)보다 큰 평면 사이즈를 가진다.
유지 플레이트(75)의 상면 주연부에 가이드 링(76)이 설치되어 있다. 가이드 링(76)은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 내경을 가지는 원환형상의 부재이다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm인 경우, 가이드 링(76)의 내경은 φ320mm이다. 가이드 링(76)의 내주는, 유지 플레이트(75)로부터 상방을 향해 넓어지는 테이퍼면으로 되어 있다. 가이드 링(76)은, 유지 플레이트(75)와 동일한 석영으로 형성된다. 가이드 링(76)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용착하도록 해도 되고, 별도 가공한 핀 등에 의해 유지 플레이트(75)에 고정하도록 해도 된다. 혹은, 유지 플레이트(75)와 가이드 링(76)을 일체의 부재로서 가공하도록 해도 된다.
유지 플레이트(75)의 상면 중 가이드 링(76)보다 내측의 영역이 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 평면형상의 유지면(75a)이 된다. 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)에는, 복수의 기판 지지핀(77)이 세워 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 유지면(75a)의 외주원(가이드 링(76)의 내주원)과 동심원의 둘레 상을 따라 30° 마다 합계 12개의 기판 지지핀(77)이 세워 설치되어 있다. 12개의 기판 지지핀(77)을 배치한 원의 직경(대향하는 기판 지지핀(77) 간의 거리)은 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 작고, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm이면 φ270mm~φ280mm(본 실시 형태에서는 φ280mm)이다. 각각의 기판 지지핀(77)은 석영으로 형성되어 있다. 복수의 기판 지지핀(77)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용접에 의해 설치하도록 해도 되고, 유지 플레이트(75)와 일체로 가공하도록 해도 된다.
도 4로 되돌아와, 기대 링(71)에 세워 설치된 4개의 연결부(72)와 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 주연부가 용접에 의해 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대 링(71)은 연결부(72)에 의해 고정적으로 연결되어 있다. 이러한 유지부(7)의 기대 링(71)이 프로세스 챔버(6)의 벽면에 지지됨으로써, 유지부(7)가 프로세스 챔버(6)에 장착된다. 유지부(7)가 프로세스 챔버(6)에 장착된 상태에 있어서는, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)는 수평 자세(법선이 연직 방향과 일치하는 자세)가 된다. 즉, 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)은 수평면이 된다.
프로세스 챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)는, 프로세스 챔버(6)에 장착된 유지부(7)의 서셉터(74) 상에 수평 자세로 재치되어 유지된다. 이 때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 12개의 기판 지지핀(77)에 의해 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 보다 엄밀하게는, 12개의 기판 지지핀(77)의 상단부가 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 접촉되어 당해 반도체 웨이퍼(W)를 지지한다. 12개의 기판 지지핀(77)의 높이(기판 지지핀(77)의 상단으로부터 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)까지의 거리)는 균일하기 때문에, 12개의 기판 지지핀(77)에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)는 복수의 기판 지지핀(77)에 의해 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)으로부터 소정의 간격을 두고 지지되게 된다. 기판 지지핀(77)의 높이보다 가이드 링(76)의 두께가 크다. 따라서, 복수의 기판 지지핀(77)에 의해 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 수평 방향의 위치 어긋남은 가이드 링(76)에 의해 방지된다.
또, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 상하로 관통하여 개구부(78)가 형성되어 있다. 개구부(78)는, 하부 방사 온도계(20)(도 3 참조)가 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사되는 방사광(적외광)을 수광하기 위해 설치되어 있다. 즉, 하부 방사 온도계(20)가 개구부(78) 및 챔버 측부(61)의 관통 구멍(61b)에 장착된 투명창(21)을 통하여 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 광을 수광하여, 별치의 디텍터에 의해 그 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 측정된다. 또한, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 후술하는 이재 기구(10)의 리프트 핀(12)이 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 위해 관통하는 4개의 관통 구멍(79)이 형성되어 있다.
도 7은, 이재 기구(10)의 평면도이다. 또, 도 8은, 이재 기구(10)의 측면도이다. 이재 기구(10)는, 2개의 이재 아암(11)을 구비한다. 이재 아암(11)은, 대체로 원환형상의 오목부(62)를 따르는 원호형상으로 되어 있다. 각각의 이재 아암(11)에는 2개의 리프트 핀(12)이 세워 설치되어 있다. 각 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해 회동 가능하게 되어 있다. 수평 이동 기구(13)는, 한 쌍의 이재 아암(11)을 유지부(7)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 이재를 행하는 이재 동작 위치(도 7의 실선 위치)와 유지부(7)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)와 평면에서 봐서 겹치지 않는 퇴피 위치(도 7의 2점 쇄선 위치) 사이에서 수평 이동시킨다. 수평 이동 기구(13)로서는, 개별의 모터에 의해 각 이재 아암(11)을 각각 회동시키는 것이어도 되고, 링크 기구를 이용하여 1개의 모터에 의해 한 쌍의 이재 아암(11)을 연동시켜 회동시키는 것이어도 된다.
또, 한 쌍의 이재 아암(11)은, 승강 기구(14)에 의해 수평 이동 기구(13)와 함께 승강 이동된다. 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 상승시키면, 합계 4개의 리프트 핀(12)이 서셉터(74)에 형성된 관통 구멍(79)(도 4, 5 참조)을 통과하여, 리프트 핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출된다. 한편, 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 하강시켜 리프트 핀(12)을 관통 구멍(79)으로부터 빼내고, 수평 이동 기구(13)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 열도록 이동시키면 각 이재 아암(11)이 퇴피 위치로 이동한다. 한 쌍의 이재 아암(11)의 퇴피 위치는, 유지부(7)의 기대 링(71)의 바로 윗쪽이다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 저면에 재치되어 있기 때문에, 이재 아암(11)의 퇴피 위치는 오목부(62)의 내측이 된다. 또한, 이재 기구(10)의 구동부(수평 이동 기구(13) 및 승강 기구(14))가 설치되어 있는 부위의 근방에도 도시 생략한 배기 기구가 설치되어 있으며, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 프로세스 챔버(6)의 외부로 배출되도록 구성되어 있다.
도 3으로 되돌아와, 프로세스 챔버(6)의 챔버 측부(61)의 외측에는, 챔버 측부(61)에 형성된 관통 구멍(61a)을 면하도록 상부 방사 온도계(25)가 부착되어 있으며, 챔버 측부(61)에 형성된 관통 구멍(61b)을 면하도록 하부 방사 온도계(20)가 부착되어 있다. 즉, 상부 방사 온도계(25)는, 열처리 공간(65)의 외측이 되는 프로세스 챔버(6) 밖에서, 서셉터(74)에 재치된 반도체 웨이퍼(W)의 비스듬한 상방에 설치된다. 또, 하부 방사 온도계(20)는, 열처리 공간(65)의 외측이 되는 프로세스 챔버(6) 밖에서, 서셉터(74)의 비스듬한 하방에 설치된다. 상술한 바와 같이, 하부 방사 온도계(20)는, 서셉터(74)의 개구부(78) 및 챔버 측부(61)의 관통 구멍(61b)에 장착된 투명창(21)을 통하여 반도체 웨이퍼(W)의 하면의 온도를 측정한다.
한편, 상부 방사 온도계(25)는, 서셉터(74)에 재치된 반도체 웨이퍼(W)의 상면으로부터 방사된 적외광을 챔버 측부(61)의 관통 구멍(61a)에 장착된 투명창(26)을 통과시켜 수광하여, 당해 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 측정한다. 상부 방사 온도계(25)가 반도체 웨이퍼(W)의 온도 측정에 사용하는 적외광의 파장 범위, 즉 상부 방사 온도계(25)의 측정 파장역은 5μm~6.5μm이다. 석영의 상측 챔버 창(63)은 파장 5μm 이상의 광을 차광한다. 따라서, 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광 중 파장 5μm 이상의 광은 상측 챔버 창(63)에 의해 커트되어, 프로세스 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에는 파장 5μm 미만의 광이 도달하게 된다. 말하자면 석영의 상측 챔버 창(63)이 필터로서 기능하게 되어, 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광이 상부 방사 온도계(25)의 외란광이 될 우려는 없으며, 상부 방사 온도계(25)는 반도체 웨이퍼(W)로부터 방사된 적외광 만을 수광하여 그 웨이퍼 온도를 측정할 수 있다. 또, 상부 방사 온도계(25)의 측정 간격은 예를 들면 40마이크로 세컨드이며, 플래시 광조사 시의 반도체 웨이퍼(W) 상면의 순간적인 온도 변화에도 추종하는 것이 가능하다.
프로세스 챔버(6)의 상방에 설치된 플래시 램프 하우스(5)는, 하우징(51)의 내측에, 복수개(본 실시 형태에서는 30개)의 크세논 플래시 램프(FL)로 이루어지는 광원과, 그 광원의 상방을 덮도록 설치된 리플렉터(52)를 구비하여 구성된다. 또, 플래시 램프 하우스(5)의 하우징(51)의 저부에는 램프광 방사창(53)이 장착되어 있다. 플래시 램프 하우스(5)의 바닥부를 구성하는 램프광 방사창(53)은, 석영에 의해 형성된 판형상의 석영창이다. 플래시 램프 하우스(5)가 프로세스 챔버(6)의 상방에 설치됨으로써, 램프광 방사창(53)이 상측 챔버 창(63)과 서로 대향하게 된다. 플래시 램프(FL)는 프로세스 챔버(6)의 상방으로부터 램프광 방사창(53) 및 상측 챔버 창(63)을 통하여 열처리 공간(65)에 플래시광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 장척의 원통형상을 가지는 봉형상 램프이며, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행이 되도록 평면형상으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의해 형성되는 평면도 수평면이다.
크세논 플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되며 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 설치된 봉형상의 유리관(방전관)과, 그 유리관의 외주면 상에 부설된 트리거 전극을 구비한다. 크세논 가스는 전기적으로는 절연체이기 때문에, 콘덴서에 전하가 축적되어 있었다고 해도 통상 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나, 트리거 전극에 고전압을 인가하여 절연을 파괴한 경우에는, 콘덴서에 축적된 전기가 유리관 내에 순시에 흘러, 그 때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 0.1밀리 세컨드 내지 100밀리 세컨드와 같은 극히 짧은 광펄스로 변환되기 때문에, 할로겐 램프(HL)와 같이 연속 점등의 광원에 비해 극히 강한 광을 조사할 수 있다는 특징을 가진다. 즉, 플래시 램프(FL)는, 1초 미만의 극히 짧은 시간에 순간적으로 발광하는 펄스 발광 램프이다. 또한, 플래시 램프(FL)의 발광 시간은, 플래시 램프(FL)에 전력 공급을 행하는 램프 전원의 코일 상수에 의해 조정할 수 있다.
또, 리플렉터(52)는, 복수의 플래시 램프(FL)의 상방에 그들 전체를 덮도록 설치되어 있다. 리플렉터(52)의 기본적인 기능은, 복수의 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광을 열처리 공간(65)의 측으로 반사한다는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있으며, 그 표면(플래시 램프(FL)에 면하는 측의 면)은 블래스트 처리에 의해 조면화 가공이 실시되어 있다.
프로세스 챔버(6)의 하방에 설치된 할로겐 램프 하우스(4)는, 하우징(41)의 내측에 복수개(본 실시 형태에서는 40개)의 할로겐 램프(HL)를 내장하고 있다. 복수의 할로겐 램프(HL)는 프로세스 챔버(6)의 하방으로부터 하측 챔버 창(64)을 통하여 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행한다.
도 9는, 복수의 할로겐 램프(HL)의 배치를 나타내는 평면도이다. 본 실시 형태에서는, 상하 2단에 각 20개씩의 할로겐 램프(HL)가 설치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 장척의 원통형상을 가지는 봉형상 램프이다. 상단, 하단 모두 20개의 할로겐 램프(HL)는, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평 방향을 따라) 서로 평행이 되도록 배열되어 있다. 따라서, 상단, 하단 모두 할로겐 램프(HL)의 배열에 의해 형성되는 평면은 수평면이다.
또, 도 9에 나타내는 바와 같이, 상단, 하단 모두 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역에서의 할로겐 램프(HL)의 설치 밀도가 높아져 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 주연부가 할로겐 램프(HL)의 설치 피치가 짧다. 이 때문에, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의한 가열 시에 온도 저하가 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 의해 많은 광량의 조사를 행할 수 있다.
또, 상단의 할로겐 램프(HL)로 이루어지는 램프군과 하단의 할로겐 램프(HL)로 이루어지는 램프군이 격자형상으로 교차하도록 배열되어 있다. 즉, 상단의 각 할로겐 램프(HL)의 길이 방향과 하단의 각 할로겐 램프(HL)의 길이 방향이 직교하도록 합계 40개의 할로겐 램프(HL)가 설치되어 있다.
할로겐 램프(HL)는, 유리관 내부에 설치된 필라멘트에 통전함으로써 필라멘트를 백열화시켜 발광시키는 필라멘트 방식의 광원이다. 유리관의 내부에는, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스에 할로겐 원소(요오드, 브롬 등)를 미량 도입한 기체가 봉입되어 있다. 할로겐 원소를 도입함으로써, 필라멘트의 파손을 억제하면서 필라멘트의 온도를 고온으로 설정하는 것이 가능해진다. 따라서, 할로겐 램프(HL)는, 통상의 백열전구에 비해 수명이 길고 또한 강한 광을 연속적으로 조사할 수 있다는 특성을 가진다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속해서 발광하는 연속 점등 램프이다. 또, 할로겐 램프(HL)는 봉형상 램프이기 때문에 장수명이며, 할로겐 램프(HL)를 수평 방향을 따르게 하여 배치함으로써 상방의 실리콘 기판 W로의 방사 효율이 우수한 것이 된다.
또, 할로겐 램프 하우스(4)의 하우징(41) 내에도, 2단의 할로겐 램프(HL)의 하측에 리플렉터(43)가 설치되어 있다(도 3). 리플렉터(43)는, 복수의 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 광을 열처리 공간(65)의 측으로 반사한다.
상기의 구성 이외에도 플래시 가열부(160)는, 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 시에 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)로부터 발생하는 열에너지에 의한 할로겐 램프 하우스(4), 플래시 램프 하우스(5) 및 프로세스 챔버(6)의 과잉한 온도 상승을 방지하기 위해, 다양한 냉각용의 구조를 구비하고 있다. 예를 들면, 프로세스 챔버(6)의 벽체에는 수냉관(도시 생략)이 설치되어 있다. 또, 할로겐 램프 하우스(4) 및 플래시 램프 하우스(5)는, 내부에 기체류를 형성하여 배열(排熱)하는 공냉 구조로 되어 있다. 또, 상측 챔버 창(63)과 램프광 방사창(53)의 간극에도 공기가 공급되어, 플래시 램프 하우스(5) 및 상측 챔버 창(63)을 냉각한다.
제어부(3)는, 열처리 장치(100)에 설치된 상기의 다양한 동작 기구를 제어한다. 제어부(3)의 하드웨어로서의 구성은 일반적인 컴퓨터와 동일하다. 즉, 제어부(3)는, 각종 연산 처리를 행하는 회로인 CPU, 기본 프로그램을 기억하는 읽어내기 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고쓰기 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 자기 디스크를 구비하고 있다. 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 열처리 장치(100)에서의 처리가 진행된다. 또한, 도 1에 있어서는, 인덱서부(101) 내에 제어부(3)를 나타내고 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 제어부(3)는 열처리 장치(100) 내의 임의의 위치에 배치할 수 있다.
다음에, 본 발명에 관련된 열처리 장치(100)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 처리 동작에 대해서 설명한다. 전형적으로는, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)는, 쵸크랄스키법 등에 의해 제조된 원기둥형상의 단결정 실리콘의 잉곳을 얇게 슬라이스한 박판형상 기판이다(예를 들면, φ300mm이면 두께 0.775mm). 따라서, 본 실시 형태에서 처리되는 반도체 웨이퍼(W)도 단결정 실리콘으로 형성되어 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)는 실리콘 잉곳의 특정의 결정 방위를 따라 슬라이스되어 있다. 일반적으로는, 면방위가 (100)면, (110)면, (111)면이 되는 3종류의 웨이퍼가 이용되고 있지만, (100)면방위의 것이 가장 많이 사용되고 있다. 본 실시 형태에 있어서도, 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)는 면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 웨이퍼이다. 이 (100)면방위의 반도체 웨이퍼(W)에 이온 주입법에 따라 불순물(이온)이 첨가되며, 그 불순물의 활성화가 열처리 장치(100)에 의한 플래시 광조사 가열 처리(어닐)에 의해 실행되는 것이다. 이하에 설명하는 열처리 장치(100)의 처리 순서는, 제어부(3)가 열처리 장치(100)의 각 동작 기구를 제어함으로써 진행된다.
열처리 장치(100)에서는, 우선, 불순물 주입 후의 반도체 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 복수장 수용된 상태로 인덱서부(101)의 로드 포트(110)에 재치된다. 그리고, 수도 로봇(120)이 캐리어(C)로부터 반도체 웨이퍼(W)를 1장씩 취출하여, 얼라인먼트부(130)의 얼라인먼트 챔버(131)에 반입한다. 얼라인먼트 챔버(131)에 반도체 웨이퍼(W)가 반입된 시점에서, 게이트 밸브(181)가 얼라인먼트 챔버(131)와 인덱서부(101) 사이를 폐쇄한다.
얼라인먼트부(130)에서는, 반도체 웨이퍼(W)를 그 중심부를 회전 중심으로 하여 수평면 내에서 연직 방향축 둘레에서 회전시켜, 노치 등을 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다. 이 때에, 얼라인먼트부(130)가 반도체 웨이퍼(W)를 회전시켜 조정하는 방향에 대해서는 더 후술한다.
다음에, 게이트 밸브(183)가 얼라인먼트 챔버(131)와 반송 챔버(170) 사이를 개방하고, 반송 로봇(150)이 상측의 반송 핸드(151a)에 의해 얼라인먼트 챔버(131)로부터 방향이 조정된 반도체 웨이퍼(W)를 반출한다. 반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은 플래시 가열부(160)를 향하도록 선회한다. 또, 반도체 웨이퍼(W)의 반출 후에, 게이트 밸브(183)가 얼라인먼트 챔버(131)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 프로세스 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 개방하고, 반송 로봇(150)이 반도체 웨이퍼(W)를 프로세스 챔버(6)에 반입한다. 이 때에, 선행하는 가열 처리가 완료된 반도체 웨이퍼(W)가 프로세스 챔버(6)에 존재하고 있는 경우에는, 하측의 반송 핸드(151b)에 의해 당해 가열 처리가 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 취출하고 나서 상측의 반송 핸드(151a)에 의해 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 프로세스 챔버(6)에 반입하여 웨이퍼 교체를 행한다. 그 후, 게이트 밸브(185)가 프로세스 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다.
프로세스 챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)에는, 할로겐 램프(HL)에 의해 예비 가열이 행해진 후, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시 광조사에 의해 플래시 가열 처리가 행해진다. 이 플래시 가열 처리에 의해 불순물의 활성화가 행해진다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 게이트 밸브(185)가 프로세스 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 다시 개방하고, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151b)에 의해 프로세스 챔버(6)로부터 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)를 반출한다. 반도체 웨이퍼(W)를 취출한 반송 로봇(150)은, 프로세스 챔버(6)로부터 냉각부(140)를 향하도록 선회한다. 또, 게이트 밸브(185)가 프로세스 챔버(6)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄함과 함께, 게이트 밸브(184)가 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170) 사이를 개방한다.
그 후, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151b)를 전진시켜 플래시 가열 직후의 반도체 웨이퍼(W)를 냉각부(140)의 쿨 챔버(141)에 반입한다. 쿨 챔버(141)에 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반입된 후, 게이트 밸브(184)가 쿨 챔버(141)와 반송 챔버(170) 사이를 폐쇄한다. 냉각부(140)에서는, 플래시 가열 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 처리가 행해진다. 플래시 가열부(160)의 프로세스 챔버(6)로부터 반출된 시점에서의 반도체 웨이퍼(W) 전체의 온도는 비교적 고온이기 때문에, 이것을 냉각부(140)에서 상온 근방으로까지 냉각하는 것이다. 소정의 냉각 처리 시간이 경과한 후, 게이트 밸브(182)가 쿨 챔버(141)와 인덱서부(101) 사이를 개방하고, 수도 로봇(120)이 냉각 후의 반도체 웨이퍼(W)를 쿨 챔버(141)로부터 반출하여, 캐리어(C)로 반환한다. 캐리어(C)에 소정 장수의 처리가 완료된 반도체 웨이퍼(W)가 수용되면, 그 캐리어(C)는 인덱서부(101)의 로드 포트(110)로부터 반출된다.
플래시 가열부(160)에서의 플래시 가열 처리에 대해서 설명을 계속한다. 프로세스 챔버(6)로의 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 앞서, 급기를 위한 밸브(84)가 개방됨과 함께, 배기용의 밸브(89, 192)가 개방되어 프로세스 챔버(6) 내에 대한 급배기가 개시된다. 밸브(84)가 개방되면, 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65)에 질소 가스가 공급된다. 또, 밸브(89)가 개방되면, 가스 배기 구멍(86)으로부터 프로세스 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 이것에 의해, 프로세스 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)의 상부로부터 공급된 질소 가스가 하방으로 흘러, 열처리 공간(65)의 하부로부터 배기된다.
또, 밸브(192)가 개방됨으로써, 반송 개구부(66)로부터도 프로세스 챔버(6) 내의 기체가 배기된다. 또한, 도시 생략한 배기 기구에 의해 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기도 배기된다. 또한, 플래시 가열부(160)에서의 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 시에는 질소 가스가 열처리 공간(65)에 계속적으로 공급되고 있으며, 그 공급량은 처리 공정에 따라 적절히 변경된다.
계속해서, 게이트 밸브(185)가 열려 반송 개구부(66)가 개방되고, 반송 로봇(150)에 의해 반송 개구부(66)를 통하여 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)가 프로세스 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다. 반송 로봇(150)은, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 반송 핸드(151a)를 유지부(7)의 바로 윗쪽 위치까지 진출시키고 정지시킨다. 그리고, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트 핀(12)이 관통 구멍(79)을 통과하여 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 돌출되어 반도체 웨이퍼(W)를 받는다. 이 때, 리프트 핀(12)은 기판 지지핀(77)의 상단보다 상방으로까지 상승한다.
반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 재치된 후, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151a)를 열처리 공간(65)으로부터 퇴출시키고, 게이트 밸브(185)에 의해 반송 개구부(66)가 폐쇄된다. 그리고, 한 쌍의 이재 아암(11)이 하강함으로써, 반도체 웨이퍼(W)는 이재 기구(10)로부터 유지부(7)의 서셉터(74)에 수도되어 수평 자세로 하방으로부터 유지된다. 반도체 웨이퍼(W)는, 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 복수의 기판 지지핀(77)에 의해 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 복수의 기판 지지핀(77)에 의해 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면과 유지 플레이트(75)의 유지면(75a) 사이에는 소정의 간격이 형성된다. 서셉터(74)의 하방으로까지 하강한 한 쌍의 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측으로 퇴피한다.
반도체 웨이퍼(W)가 유지부(7)의 서셉터(74)에 의해 수평 자세로 하방으로부터 유지된 후, 40개의 할로겐 램프(HL)가 일제히 점등되어 예비 가열(어시스트 가열)이 개시된다. 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 할로겐광은, 석영으로 형성된 하측 챔버 창(64) 및 서셉터(74)를 투과하여 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 조사된다. 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사를 받음으로써 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열되어 온도가 상승한다. 또한, 이재 기구(10)의 이재 아암(11)은 오목부(62)의 내측에 퇴피하고 있기 때문에, 할로겐 램프(HL)에 의한 가열의 장해가 되는 일은 없다.
할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되어 있다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 통하여 방사된 적외광을 투명창(21)을 통과시켜 하부 방사 온도계(20)가 수광하여 승온 중의 웨이퍼 온도를 측정한다. 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 승온되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도 T1에 도달했는지 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 하부 방사 온도계(20)에 의한 측정치에 의거하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1이 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다. 예비 가열 온도 T1은, 반도체 웨이퍼(W)에 첨가된 불순물이 열에 의해 확산될 우려가 없는, 600℃ 내지 800℃ 정도가 된다(본 실시의 형태에서는 700℃).
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 후, 제어부(3)는 반도체 웨이퍼(W)를 그 예비 가열 온도 T1로 잠시 유지한다. 구체적으로는, 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달한 시점에서 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 조정하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 거의 예비 가열 온도 T1로 유지하고 있다.
이러한 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 전체를 예비 가열 온도 T1로 균일하게 승온시키고 있다. 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에 있어서는, 보다 방열이 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하되는 경향이 있지만, 할로겐 램프 하우스(4)에서의 할로겐 램프(HL)의 설치 밀도는, 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역이 높아져 있다. 이 때문에, 방열이 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 조사되는 광량이 많아져, 예비 가열 단계에서의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 균일한 것으로 할 수 있다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도 T1에 도달하고 소정 시간이 경과한 시점에서 플래시 램프(FL)가 반도체 웨이퍼(W)의 상면에 플래시 광조사를 행한다. 이 때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접 프로세스 챔버(6) 내를 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 프로세스 챔버(6) 내를 향하며, 이들 플래시광의 조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 가열이 행해진다.
플래시 가열은, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광(섬광) 조사에 의해 행해지기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 단시간에 상승시킬 수 있다. 즉, 플래시 램프(FL)로부터 조사되는 플래시광은, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 극히 짧은 광펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리 세컨드 이상 100밀리 세컨드 이하 정도의 극히 짧고 강한 섬광이다. 그리고, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시 광조사에 의해 플래시 가열되는 반도체 웨이퍼(W)의 상면 온도는, 순간적으로 1000℃ 이상의 처리 온도 T2까지 상승되고, 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물이 활성화된 후, 상면 온도가 급속히 하강된다. 이와 같이, 반도체 웨이퍼(W)의 상면 온도를 극히 단시간에 승강시킬 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)에 주입된 불순물의 열에 의한 확산을 억제하면서 불순물의 활성화를 행할 수 있다. 또한, 불순물의 활성화에 필요한 시간은 그 열확산에 필요한 시간과 비교해 극히 짧기 때문에, 0.1밀리 세컨드 내지 100밀리 세컨드 정도의 확산이 생기지 않는 단시간이어도 활성화는 완료된다.
플래시 가열 처리가 종료된 후, 소정 시간 경과 후에 할로겐 램프(HL)가 소등된다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도 T1로부터 급속히 강온된다. 강온 중의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 하부 방사 온도계(20)에 의해 측정되며, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 하부 방사 온도계(20)의 측정 결과로부터 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도까지 강온되었는지 여부를 감시한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하로까지 강온된 후, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 다시 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트 핀(12)이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출되어 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 받는다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되어, 리프트 핀(12) 상에 재치된 반도체 웨이퍼(W)가 반송 로봇(150)의 하측의 반송 핸드(151b)에 의해 반출된다. 반송 로봇(150)은, 하측의 반송 핸드(151b)를 리프트 핀(12)에 의해 들어올려진 반도체 웨이퍼(W)의 바로 아래 위치로까지 진출시키고 정지시킨다. 그리고, 한 쌍의 이재 아암(11)이 하강함으로써, 플래시 가열 후의 반도체 웨이퍼(W)가 반송 핸드(151b)에 건네져 재치된다. 그 후, 반송 로봇(150)이 반송 핸드(151b)를 프로세스 챔버(6)로부터 퇴출시켜 반도체 웨이퍼(W)를 반출한다.
본 실시 형태에 있어서는, 플래시 가열부(160)의 열처리 공간(65)의 외측이 되는 프로세스 챔버(6) 밖에 상부 방사 온도계(25)를 설치하고, 그 상부 방사 온도계(25)에 의해 플래시 가열 처리 중의 반도체 웨이퍼(W)의 상면 온도를 측정하고 있다. 조사 시간이 극히 짧고 강도가 강한 플래시광을 조사하는 플래시 가열 시에는 반도체 웨이퍼(W)의 상면과 하면에서 순간적인 온도차가 생기기 때문에, 디바이스 패턴이 형성되는 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 측정하는 것은 프로세스 관리상 중요하다. 이하, 플래시 가열 시에서의 상부 방사 온도계(25)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 상면 온도의 측정에 대해서 설명한다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)의 하면의 온도를 측정하는 하부 방사 온도계(20)는, 주로 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 온도 제어를 위해 사용된다.
주지된 바와 같이, 측정 대상물의 온도가 동일했다고 해도, 방사율에 따라 방사 강도가 변화되기 때문에, 방사 온도계에 의한 온도 측정에서는 측정 대상물의 방사율이 필요하다. 방사율은 일반적으로 측정 대상물에 대한 각도에 따라 변화된다. 도 10은, 반도체 웨이퍼(W)에 대한 측정 각도에 따른 방사율의 변화를 나타내는 도이다. 전형적으로는, 반도체 웨이퍼(W)의 상면에 대해 수직인 방향(법선 방향)에서 방사율은 최대 방사율 εmax가 되고, 당해 상면이 이루는 각도가 작아짐에 따라서 방사율도 저하된다. 상부 방사 온도계(25)는, 프로세스 챔버(6) 밖에서, 서셉터(74)에 재치된 반도체 웨이퍼(W)의 비스듬한 상방에 설치되어 있다. 반도체 웨이퍼(W)의 법선과 상부 방사 온도계(25)의 광축이 이루는 각도를 θ로 하면, 상부 방사 온도계(25)의 광축 방향에서의 방사율 εθ는 최대 방사율 εmax보다 작아진다.
반도체 웨이퍼(W)의 열처리 시에는, 미리 상부 방사 온도계(25)의 광축 방향에서의 방사율 εθ가 구해지고 상부 방사 온도계(25)에 설정되어 있다. 상부 방사 온도계(25)는, 설정된 방사율 εθ를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 측정한다.
그런데, 플래시 가열 처리 시에는, 극히 조사 시간이 짧고 높은 에너지를 가지는 플래시광을 반도체 웨이퍼(W)의 상면에 조사하기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도는 순간적으로 1000℃ 이상의 처리 온도 T2로까지 상승시키는 한편, 그 순간의 하면의 온도는 예비 가열 온도 T1로부터 그다지 상승되지는 않는다. 즉, 반도체 웨이퍼(W)의 상면과 하면에 순간적으로 큰 온도차가 발생하는 것이다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(W)의 상면에만 급격한 열팽창이 생기고, 하면은 거의 열팽창하지 않기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)가 상면이 볼록해지도록 순간적으로 휘어진다.
도 11은, 반도체 웨이퍼(W)에 휨이 생겼을 때의 방사율의 변화를 나타내는 도이다. 플래시 광조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)가 상면이 볼록해지도록 휘어짐으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 법선과 상부 방사 온도계(25)의 광축이 이루는 각도가 θ+Δθ된다. 즉, 반도체 웨이퍼(W)가 휘어짐으로써, 반도체 웨이퍼(W)가 평탄한 경우와 비교해 반도체 웨이퍼(W)의 법선과 상부 방사 온도계(25)의 광축이 이루는 각도가 Δθ만큼 변화되는 것이다. 이것에 수반하여, 상부 방사 온도계(25)의 광축 방향에서의 방사율 εθ + Δθ도 반도체 웨이퍼(W)가 평탄한 경우의 방사율 εθ로부터 변화되게 된다. 그렇다면, 상부 방사 온도계(25)에 설정되어 있는 방사율 εθ와 실제의 방사율 εθ + Δθ가 상이하기 때문에, 온도 측정에 오차가 생기게 되는 것이다.
그래서, 본 발명에 관련된 열처리 기술에서는, 플래시 램프(FL)로부터 플래시광을 조사했을 때에 반도체 웨이퍼(W)의 휨이 가장 작아지는 방향을 따른 직경이 상부 방사 온도계(25)의 광축과 일치하도록 하고 있다.
단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼(W)는, 플래시 광조사 시에 휘어질 때에, 특정의 결정 방위를 따라 휘어지는 성질을 가진다. 면방위가 (100)면인 실리콘의 반도체 웨이퍼(W)의 경우, ＜100＞방향을 따른 직경을 축으로 하여 상면이 볼록해지도록 휘어지는 것이 알려져 있다. 즉, 면방위가 (100)면인 실리콘의 반도체 웨이퍼(W)에 플래시광을 조사했을 때에는, ＜100＞방향을 따른 직경이 가장 상측되도록, 당해 직경의 양측이 하방향으로 휘어지는 것이다.
여기서, 면방위가 (100)면인 실리콘의 반도체 웨이퍼(W)에는, ＜100＞방향을 따른 직경이 2개 존재하고 있다. 보다 정확하게는, [100]방향, 및, [010]방향을 따른 2개의 직경이 반도체 웨이퍼(W)에 존재하고 있다. 또한, ＜100＞방향은, [100]방향, [010]방향, [001]방향을 총칭한 표기이다. 면방위가 (100)면인 실리콘의 반도체 웨이퍼(W)에 플래시광을 조사했을 때에는, ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 어느 1개의 직경을 축으로 하여 반도체 웨이퍼(W)가 휘어진다. 그 휨의 축이 되는 ＜100＞방향을 따른 직경이 반도체 웨이퍼(W)의 휨이 최소가 되는 방향을 따른 직경이다.
도 12는, 서셉터(74)에 재치하는 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 설명하기 위한 도이다. 도 12에서 점선으로 나타내는 것이 ＜100＞방향을 따른 직경이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 면방위가 (100)면인 반도체 웨이퍼(W)에는, ＜100＞방향을 따른 2개의 직경이 존재하고 있다. 이러한 2개의 직경은 직교한다.
또, 일반적으로, φ300mm의 반도체 웨이퍼(W)에는, 방향을 조정하기 위한 결정 방위를 나타내는 절결인 노치(9)가 형성되어 있다. 통상, 노치(9)는, ＜110＞방향을 따른 반도체 웨이퍼(W)의 직경의 단부에 형성된다. 노치(9)를 포함하는 ＜110＞방향을 따른 직경과, ＜100＞방향을 따른 2개의 직경이 이루는 각도는 45° 이다. 얼라인먼트부(130)는, 이 노치(9)를 광학적으로 검출함으로써 반도체 웨이퍼(W)가 소정의 방향을 향하도록 조정한다.
면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼(W)에 플래시광을 조사했을 때에는, ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 어느 1개의 직경을 축으로 하여 반도체 웨이퍼(W)가 휘어진다. ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 휨의 축이 되는 직경은 반도체 웨이퍼(W)의 휨이 최소가 되는 방향을 따른 직경이며, 다른쪽의 직경은 휨이 최대가 되는 방향을 따른 직경이다. 따라서, ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 휨의 축이 되는 직경이 상부 방사 온도계(25)의 광축과 일치하고 있으면, 그 광축 방향에서는 반도체 웨이퍼(W)가 거의 휘어지지 않기(도 11에서의 Δθ가 거의 0이 된다) 때문에, 온도 측정에 오차가 생기는 것을 막을 수 있다. 그 반면, ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 휨의 축과 직교하는 직경이 상부 방사 온도계(25)의 광축과 일치하고 있으면, 그 광축 방향에서 반도체 웨이퍼(W)가 크게 휘어지기(도 11에서의 Δθ가 최대가 된다) 때문에, 온도 측정에 큰 오차가 생기게 된다.
따라서, 플래시 광조사 시에＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 어느 하나를 축으로 하여 반도체 웨이퍼(W)가 휘어지는지를 특정하는 것이 중요해진다. 본래, 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼(W)의 성질에 의거하여, ＜100＞방향을 따른 등가인 2개의 직경 중 어느 하나를 축으로 하여 휘어지는지를 특정하는 것은 곤란하다. 그러나, 본 발명자들은, 실제로는 프로세스 챔버(6) 내의 서셉터(74)에 재치된 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 서셉터(74) 상의 특정의 방향을 따른 직경을 축으로 하여 반도체 웨이퍼(W)가 휘어지는 것을 구명했다. 이러한 현상이 생기는 이유는, 가열 처리 시에 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포에 미소한 편향이 생겨, 그 편향에 기인하여 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 서셉터(74) 상의 특정의 방향을 따른 직경을 축으로 하여 반도체 웨이퍼(W)가 휘어지는 것에 의한 것으로 생각할 수 있다.
제1 실시 형태에 있어서는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 반송 로봇(150)에 의해 프로세스 챔버(6) 내에 반입된 반도체 웨이퍼(W)가 이재 기구(10)에 의해 서셉터(74) 상에 재치되었을 때에, 그 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 직경이 상부 방사 온도계(25)의 광축과 일치하도록, 얼라인먼트부(130)가 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정하고 있다. 보다 구체적으로는, 반도체 웨이퍼(W)에는 ＜110＞방향을 나타내는 노치(9)가 형성되어 있으며, 그 노치(9)의 위치에 의거하여, ＜100＞방향을 따른 직경이 상부 방사 온도계(25)의 광축과 일치하도록 얼라인먼트부(130)가 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다.
얼라인먼트부(130)에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 어느 하나의 직경이 상부 방사 온도계(25)의 광축과 일치하도록 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정해도 된다. 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 어느 하나의 직경이 상부 방사 온도계(25)의 광축과 일치하고 있었다고 해도, 플래시 광조사 시에는 당해 2개의 직경 중 서셉터(74) 상의 특정의 방향을 따른 직경을 축으로 하여 반도체 웨이퍼(W)가 휘어지기 때문에, 그 서셉터(74) 상의 특정의 방향을 따른 직경이 상부 방사 온도계(25)의 광축과 일치하고 있으면 된다. 단, 플래시 광조사 시에 반도체 웨이퍼(W)가 휘어지는 축을 따른 서셉터(74) 상의 특정의 방향과 광축이 일치하도록 상부 방사 온도계(25)를 프로세스 챔버(6) 밖에 설치해 둘 필요는 있다.
제1 실시 형태에 있어서는, 면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 직경이 상부 방사 온도계(25)의 광축과 일치하도록, 얼라인먼트부(130)가 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정하고, 그 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)에 재치하고 있다. 이것에 의해, 플래시 광조사 시에 반도체 웨이퍼(W)의 휨이 최소가 되는 방향을 따른 직경이 상부 방사 온도계(25)의 광축과 일치하게 된다. 그 결과, 플래시 광조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)에 휨이 생긴 경우에도, 상부 방사 온도계(25)의 광축 방향에서는 반도체 웨이퍼(W)에 거의 휨이 생기지 않기 때문에, 방사율도 거의 변화되지 않고, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
＜제2 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 제2 실시 형태의 열처리 장치(100)의 전체 구성 및 플래시 가열부(160)의 구성은 제1 실시 형태와 동일하다. 또, 제2 실시 형태에서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서에 대해서도 대체로 제1 실시 형태와 동일하다. 제2 실시 형태가 제1 실시 형태와 상이한 것은, 얼라인먼트부(130)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 방향 조정이다.
도 13은, 제2 실시 형태에서의 반도체 웨이퍼(W)의 방향 조정을 설명하기 위한 도이다. 제1 실시 형태에서는, 가열 처리 시에 반도체 웨이퍼(W)에 생기는 면내 온도 분포의 편향에 기인하여 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 서셉터(74) 상의 특정의 방향을 따른 직경을 축으로 하여 반도체 웨이퍼(W)가 휘어지는 것에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정하고 있었다. 그러나, 가열 처리 시에서의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포의 균일성이 높고, 온도 분포에 편향이 거의 생기지 않은 경우에는, 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 어느 하나를 축으로 하여 반도체 웨이퍼(W)가 휘어지는지를 특정할 수 없는 경우도 있다.
그래서, 제2 실시 형태에 있어서는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 반송 로봇(150)에 의해 프로세스 챔버(6) 내에 반입된 반도체 웨이퍼(W)가 이재 기구(10)에 의해 서셉터(74) 상에 재치되었을 때에, 그 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경의 이등분선이 상부 방사 온도계(25)의 광축과 일치하도록, 얼라인먼트부(130)가 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다. 보다 구체적으로는, ＜110＞방향을 나타내는 노치(9)의 위치에 의거하여, 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경의 이등분선이 상부 방사 온도계(25)의 광축과 일치하도록 얼라인먼트부(130)가 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다.
이와 같이 하면, 플래시 광조사 시에 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 어느 하나를 축으로 하여 반도체 웨이퍼(W)가 휘어졌다고 해도, 상부 방사 온도계(25)의 광축 방향에서의 반도체 웨이퍼(W)의 휨은 작고, 온도 측정의 오차도 최소한으로 억제할 수 있다. 또, 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 어느 하나를 축으로 하여 반도체 웨이퍼(W)가 휘어졌다고 해도, 상부 방사 온도계(25)의 광축 방향에서의 반도체 웨이퍼(W)의 휨은 동일한 정도가 되기 때문에, 온도 측정의 재현성은 높게 유지하는 것이 가능해진다.
＜제3 실시 형태＞
다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해서 설명한다. 제3 실시 형태의 열처리 장치(100)의 전체 구성 및 플래시 가열부(160)의 구성은 제1 실시 형태와 동일하다. 또, 제3 실시 형태에서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서에 대해서도 대체로 제1 실시 형태와 동일하다. 제3 실시 형태가 제1 실시 형태와 상이한 것은, 프로세스 챔버(6) 밖에 2개의 상부 방사 온도계(25, 125)를 설치하고 있는 점이다.
도 14는, 제3 실시 형태에서의 반도체 웨이퍼(W)의 방향 조정을 설명하기 위한 도이다. 제2 실시 형태에서 서술한 바와 같이, 가열 처리 시에서의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포의 균일성이 높은 경우에는, 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 어느 하나를 축으로 하여 반도체 웨이퍼(W)가 휘어지는지를 특정하는 것이 곤란하다.
그래서, 제3 실시 형태에 있어서는, 프로세스 챔버(6) 밖에 2개의 상부 방사 온도계(25, 125)를 설치하고 있다. 제1 상부 방사 온도계(25)는, 제1 실시 형태와 동일하게, 프로세스 챔버(6) 밖에서, 서셉터(74)에 재치된 반도체 웨이퍼(W)의 비스듬한 상방에 설치된다. 한편, 제2 상부 방사 온도계(125)는, 프로세스 챔버(6) 밖에서, 서셉터(74)에 재치된 반도체 웨이퍼(W)의 비스듬한 상방에 당해 반도체 웨이퍼(W)의 중심으로부터 봐서 제1 상부 방사 온도계(25)와 90° 떨어진 위치에 설치된다. 제1 상부 방사 온도계(25)와 제2 상부 방사 온도계(125)는 동일한 것이며, 쌍방의 상부 방사 온도계(25, 125)는 모두, 서셉터(74)에 재치된 반도체 웨이퍼(W)의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 측정한다.
또, 제3 실시 형태에 있어서는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 반송 로봇(150)에 의해 프로세스 챔버(6) 내에 반입된 반도체 웨이퍼(W)가 이재 기구(10)에 의해 서셉터(74) 상에 재치되었을 때에, 그 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경이 제1 상부 방사 온도계(25) 및 제2 상부 방사 온도계(125)의 광축과 일치하도록, 얼라인먼트부(130)가 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다. 보다 구체적으로는, ＜110＞방향을 나타내는 노치(9)의 위치에 의거하여, 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 한쪽이 제1 상부 방사 온도계(25)의 광축과 일치하고, 다른쪽이 제2 상부 방사 온도계(125)의 광축과 일치하도록 얼라인먼트부(130)가 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다.
이와 같이 하면, 플래시 광조사 시에 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 어느 하나를 축으로 하여 반도체 웨이퍼(W)가 휘어졌다고 해도, 제1 상부 방사 온도계(25) 또는 제2 상부 방사 온도계(125) 중 어느 한쪽의 광축이 반도체 웨이퍼(W)의 휨이 최소가 되는 방향을 따른 직경과 일치하게 되어, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
무엇보다, 제1 상부 방사 온도계(25) 또는 제2 상부 방사 온도계(125)의 남는 다른쪽의 광축은 반도체 웨이퍼(W)의 휨이 최대가 되는 방향을 따른 직경과 일치하게 되어, 온도 측정에 큰 오차가 생긴다. 이 때문에, 제1 상부 방사 온도계(25) 또는 제2 상부 방사 온도계(125) 중 어느 하나의 측정 결과를 채용할지가 문제가 된다. 제3 실시 형태에 있어서는, 이하와 같은 수법에 의해, 제1 상부 방사 온도계(25) 또는 제2 상부 방사 온도계(125) 중 어느 하나의 측정 결과를 채용할지를 결정하고 있다.
본 발명자들은, 플래시 광조사 시에 반도체 웨이퍼(W)에 휨이 생기기 시작한 순간에, 그 반도체 웨이퍼(W)의 비스듬한 상방에 설치하여 상면 온도를 측정하는 방사 온도계의 측정치가 일단 미소하게 저하되는 것을 발견했다. 그 온도 측정치의 저하의 정도는 반도체 웨이퍼(W)의 휨이 클수록 커진다. 따라서, 제1 상부 방사 온도계(25) 또는 제2 상부 방사 온도계(125) 중, 플래시 광조사 시에 일단 저하되는 측정치의 저하의 정도가 작은 쪽의 광축이 반도체 웨이퍼(W)의 휨이 최소가 되는 방향을 따른 직경과 일치하고 있다고 판단할 수 있다. 따라서, 제어부(3)는, 제1 상부 방사 온도계(25) 또는 제2 상부 방사 온도계(125) 중, 플래시 광조사 시에 일단 저하되는 측정치의 저하의 정도가 작은 쪽을 채용한다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
＜변형예＞
이상, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 설명했지만, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 각 실시 형태에 있어서는, 면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼(W)를 처리 대상으로 하고 있었지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 면방위가 (110)면 또는 (111)면의 반도체 웨이퍼에 가열 처리를 행하도록 해도 된다. 반도체 웨이퍼의 면방위가 상이하면, 플래시 광조사 시에 휨이 최소가 되는 방향도 상이하다. 따라서, 면방위마다 플래시 광조사 시의 휨이 최소가 되는 방향을 테이블에 등록해 둔다. 그리고, 제어부(3)의 제어 하에서 얼라인먼트부(130)가 플래시 광조사 시에 반도체 웨이퍼(W)의 휨이 최소가 되는 방향을 따른 직경이 상부 방사 온도계(25)의 광축과 일치하도록 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정한다. 이와 같이 하면, 플래시 광조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)에 휨이 생긴 경우에도, 상부 방사 온도계(25)의 광축 방향에서는 반도체 웨이퍼(W)에 거의 휨이 생기지 않기 때문에, 방사율도 거의 변화되지 않고, 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
또, 제1 실시 형태에 있어서는, 가열 처리 시에 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 서셉터(74) 상의 특정의 방향을 따른 직경을 축으로 하여 반도체 웨이퍼(W)가 휘어지는 것에 의거하여 반도체 웨이퍼(W)의 방향을 조정하고 있었다. 이 서셉터(74) 상의 특정의 방향은, 서셉터(74) 등을 교환했을 때에는 온도 분포의 편향이 변동되는 것에 수반하여 변화되는 경우가 있다. 따라서, 메인터넌스 등에 의해 서셉터(74) 등을 교환했을 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경 중 서셉터(74) 상의 어느 방향을 따른 직경을 축으로 하여 반도체 웨이퍼(W)가 휘어지는지를 재검증하여 특정해 두는 것이 바람직하다.
또, 상기 실시 형태의 반도체 웨이퍼(W)에는 방향을 조정하기 위한 노치(9)가 형성되어 있었지만, 이 대신에 오리엔테이션 플랫이 설치되어 있어도 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열을 행하도록 하고 있었지만, 이 대신에 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 서셉터를 핫 플레이트 상에 재치하고, 그 핫 플레이트로부터의 열전도에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 예비 가열하도록 해도 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 플래시 램프 하우스(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 플래시 램프(FL)의 갯수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프에 한정되는 것이 아니며, 크립톤 플래쉬 램프여도 된다. 또, 할로겐 램프 하우스(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 갯수도 40개에 한정되는 것이 아니며, 임의의 수로 할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 1초 이상 연속해서 발광하는 연속 점등 램프로서 필라멘트 방식의 할로겐 램프(HL)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열을 행하고 있었지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 할로겐 램프(HL) 대신에 방전형의 크세논 아크 램프 등의 아크 램프를 연속 점등 램프로서 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열을 행하도록 해도 된다.
3 제어부 4 할로겐 램프 하우스
5 플래시 램프 하우스 6 프로세스 챔버
7 유지부 10 이재 기구
25, 125 상부 방사 온도계 74 서셉터
75 유지 플레이트 77 기판 지지핀
100 열처리 장치 101 인덱서부
130 얼라인먼트부 140 냉각부
150 반송 로봇 160 플래시 가열부
170 반송 챔버 FL 플래시 램프
HL 할로겐 램프 W 반도체 웨이퍼

Claims (8)

  1. 원판형상의 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판의 방향을 조정하는 얼라인먼트 기구와,
    상기 기판을 수용하여 가열 처리를 행하는 챔버와,
    상기 챔버 내에 설치되며, 상기 기판을 재치(載置)하여 유지하는 서셉터와,
    상기 얼라인먼트 기구로부터 상기 챔버 내의 상기 서셉터에 상기 기판을 반송하는 반송부와,
    상기 챔버의 상방에 설치되며, 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 상면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와,
    상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 비스듬한 상방에 설치되며, 상기 기판의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 상면의 온도를 측정하는 방사 온도계를 구비하고,
    상기 얼라인먼트 기구는, 상기 플래시 램프로부터 플래시광이 조사되었을 때에, 상기 기판의 휨이 최소가 되는 방향을 따른 직경이 상기 방사 온도계의 광축과 일치하도록 상기 기판의 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼이며,
    상기 얼라인먼트 기구는, 상기 기판의 ＜100＞방향을 따른 직경이 상기 방사 온도계의 광축과 일치하도록 상기 기판의 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  3. 원판형상의 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판의 방향을 조정하는 얼라인먼트 기구와,
    상기 기판을 수용하여 가열 처리를 행하는 챔버와,
    상기 챔버 내에 설치되며, 상기 기판을 재치하여 유지하는 서셉터와,
    상기 얼라인먼트 기구로부터 상기 챔버 내의 상기 서셉터에 상기 기판을 반송하는 반송부와,
    상기 챔버의 상방에 설치되며, 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 상면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와,
    상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 비스듬한 상방에 설치되며, 상기 기판의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 상면의 온도를 측정하는 방사 온도계를 구비하고,
    상기 기판은 면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼이며,
    상기 얼라인먼트 기구는, 상기 기판의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경의 이등분선이 상기 방사 온도계의 광축과 일치하도록 상기 기판의 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  4. 원판형상의 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판의 방향을 조정하는 얼라인먼트 기구와,
    상기 기판을 수용하여 가열 처리를 행하는 챔버와,
    상기 챔버 내에 설치되며, 상기 기판을 재치하여 유지하는 서셉터와,
    상기 얼라인먼트 기구로부터 상기 챔버 내의 상기 서셉터에 상기 기판을 반송하는 반송부와,
    상기 챔버의 상방에 설치되며, 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 상면에 플래시광을 조사하는 플래시 램프와,
    상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 비스듬한 상방에 설치되며, 상기 기판의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 상면의 온도를 측정하는 제1 방사 온도계와,
    상기 기판의 비스듬한 상방에 상기 기판의 중심으로부터 봐서 상기 제1 방사 온도계와 90°떨어진 위치에 설치되며, 상기 기판의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 상면의 온도를 측정하는 제2 방사 온도계를 구비하고,
    상기 기판은 면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼이며,
    상기 얼라인먼트 기구는, 상기 기판의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경이 상기 제1 방사 온도계 및 상기 제2 방사 온도계의 광축과 일치하도록 상기 기판의 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  5. 원판형상의 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    챔버 내에 설치된 서셉터에 기판을 재치하여 유지하는 이재(移載) 공정과,
    상기 챔버의 상방에 설치된 플래시 램프로부터 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 상면에 플래시광을 조사하는 조사 공정과,
    상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 비스듬한 상방에 설치된 방사 온도계가 상기 기판의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 상면의 온도를 측정하는 온도 측정 공정을 구비하고,
    상기 이재 공정에서는, 상기 조사 공정에서 플래시광이 조사되었을 때에, 상기 기판의 휨이 최소가 되는 방향을 따른 직경이 상기 방사 온도계의 광축과 일치하도록 상기 기판을 상기 서셉터에 재치하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  6. 청구항 5 에 있어서,
    상기 기판은 면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼이며,
    상기 이재 공정에서는, 상기 기판의 ＜100＞방향을 따른 직경이 상기 방사 온도계의 광축과 일치하도록 상기 기판을 상기 서셉터에 재치하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  7. 원판형상의 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법로서,
    챔버 내에 설치된 서셉터에 기판을 재치하여 유지하는 이재 공정과,
    상기 챔버의 상방에 설치된 플래시 램프로부터 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 상면에 플래시광을 조사하는 조사 공정과,
    상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 비스듬한 상방에 설치된 방사 온도계가 상기 기판의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 상면의 온도를 측정하는 온도 측정 공정을 구비하고,
    상기 기판은 면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼이며,
    상기 이재 공정에서는, 상기 기판의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경의 이등분선이 상기 방사 온도계의 광축과 일치하도록 상기 기판을 상기 서셉터에 재치하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  8. 원판형상의 기판에 플래시광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    챔버 내에 설치된 서셉터에 기판을 재치하여 유지하는 이재 공정과,
    상기 챔버의 상방에 설치된 플래시 램프로부터 상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 상면에 플래시광을 조사하는 조사 공정과,
    상기 서셉터에 재치된 상기 기판의 비스듬한 상방에 설치된 제1 방사 온도계 또는 상기 기판의 비스듬한 상방에 상기 기판의 중심으로부터 봐서 상기 제1 방사 온도계와 90° 떨어진 위치에 설치된 제2 방사 온도계가 상기 기판의 상면으로부터 방사된 적외광을 수광하여 당해 상면의 온도를 측정하는 온도 측정 공정을 구비하고,
    상기 기판은 면방위가 (100)면인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼이며,
    상기 이재 공정에서는, 상기 기판의 ＜100＞방향을 따른 2개의 직경이 상기 제1 방사 온도계 및 상기 제2 방사 온도계의 광축과 일치하도록 상기 기판을 상기 서셉터에 재치하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
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